WO2020049916A1 - クライオポンプおよびクライオパネル - Google Patents

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WO2020049916A1
WO2020049916A1 PCT/JP2019/030302 JP2019030302W WO2020049916A1 WO 2020049916 A1 WO2020049916 A1 WO 2020049916A1 JP 2019030302 W JP2019030302 W JP 2019030302W WO 2020049916 A1 WO2020049916 A1 WO 2020049916A1
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WO
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cryopanel
cryopump
substrate
gas
stage
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PCT/JP2019/030302
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English (en)
French (fr)
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走 ▲高▼橋
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/06—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means
    • F04B37/08—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means by condensing or freezing, e.g. cryogenic pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/12—Kind or type gaseous, i.e. compressible

Definitions

  • the present invention relates to a cryopump and a cryopanel.
  • a cryopump is a vacuum pump that captures and exhausts gas molecules by condensing or adsorbing on a cryopanel cooled to an extremely low temperature.
  • a cryopump is generally used to realize a clean vacuum environment required for a semiconductor circuit manufacturing process or the like. Since the cryopump is a so-called gas accumulation type vacuum pump, it needs to be regenerated by periodically discharging trapped gas to the outside.
  • cryopump during the evacuation operation, certain gases that are difficult to discharge even during regeneration flow into the cryopump and condense and adhere to the cryopanel, which contaminates the cryopanel. Can be done. Contaminated cryopanel may need to be disassembled and cleaned from the cryopump during cryopump maintenance. The cleaned cryopanel is reassembled and used when it can be reused. If it cannot be reused, it is discarded and replaced with a new cryopanel. In any case, such maintenance is troublesome.
  • One of the exemplary purposes of an embodiment of the present invention is to facilitate maintenance of a cryopump.
  • the cryopump includes an exposed region where exhaust gas can linearly reach through the cryopump inlet, and an unexposed region where exhaust gas cannot reach linearly through the cryopump inlet.
  • a cryopanel assembly comprising: The non-exposed area has an adsorption area capable of adsorbing non-condensable gas, and the exposed area is covered with a removable protective surface.
  • a cryopanel includes a cryopanel substrate and a removable protective surface that covers at least a part of the cryopanel substrate.
  • FIG. 1 schematically illustrates a cryopump according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of an exemplary cryopanel that can be used in the cryopump shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of another exemplary cryopanel that can be used in the cryopump shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a schematic top view of yet another exemplary cryopanel that may be used in the cryopump shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 schematically shows a cryopump 10 according to an embodiment.
  • the cryopump 10 is attached to, for example, a vacuum chamber of an ion implantation apparatus, a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, or another vacuum processing apparatus to increase the degree of vacuum inside the vacuum chamber to a level required for a desired vacuum process. used.
  • the cryopump 10 has a cryopump suction port (hereinafter, also simply referred to as “suction port”) 12 for receiving a gas to be evacuated from the vacuum chamber. Gas enters the internal space 14 of the cryopump 10 through the intake port 12.
  • the axial direction of the cryopump 10 indicates a direction passing through the intake port 12 (that is, a direction along the central axis C in the drawing), and the radial direction is a direction along the intake port 12 (a first direction in a plane perpendicular to the central axis C). ).
  • a position relatively close to the intake port 12 in the axial direction may be referred to as “up” and a position relatively far from the intake port 12 may be referred to as “down”.
  • a position relatively far from the bottom of the cryopump 10 may be referred to as “up”, and a position relatively close to the bottom may be referred to as “down”.
  • a position close to the center of the intake port 12 may be called “inside”
  • a position close to the periphery of the intake port 12 may be called “outside”. Note that these expressions have nothing to do with the arrangement when the cryopump 10 is attached to the vacuum chamber.
  • the cryopump 10 may be attached to the vacuum chamber with the intake port 12 facing downward in the vertical direction.
  • a direction surrounding the axial direction may be referred to as a “circumferential direction”.
  • the circumferential direction is a second direction along the intake port 12 (a second direction on a plane perpendicular to the central axis C), and is a tangential direction orthogonal to the radial direction.
  • the cryopump 10 includes a refrigerator 16, a first-stage cryopanel 18, a second-stage cryopanel assembly 20, and a cryopump housing 70.
  • the first-stage cryopanel 18 may be referred to as a high-temperature cryopanel portion or a 100K portion.
  • the second-stage cryopanel assembly 20 may be referred to as a low-temperature cryopanel portion or a 10K portion.
  • the refrigerator 16 is a cryogenic refrigerator such as a Gifford McMahon refrigerator (so-called GM refrigerator).
  • the refrigerator 16 is a two-stage refrigerator. Therefore, the refrigerator 16 includes a first cooling stage 22 and a second cooling stage 24.
  • the refrigerator 16 is configured to cool the first cooling stage 22 to a first cooling temperature and cool the second cooling stage 24 to a second cooling temperature.
  • the second cooling temperature is lower than the first cooling temperature.
  • the first cooling stage 22 is cooled to about 65K to 120K, preferably 80K to 100K
  • the second cooling stage 24 is cooled to about 10K to 20K.
  • the first cooling stage 22 and the second cooling stage 24 may be referred to as a high-temperature cooling stage and a low-temperature cooling stage, respectively.
  • the refrigerator 16 further includes a refrigerator structure 21 that structurally supports the second cooling stage 24 on the first cooling stage 22 and structurally supports the first cooling stage 22 on the room temperature portion 26 of the refrigerator 16.
  • the refrigerator structure 21 includes a first cylinder 23 and a second cylinder 25 that extend coaxially in the radial direction.
  • the first cylinder 23 connects the room temperature part 26 of the refrigerator 16 to the first cooling stage 22.
  • the second cylinder 25 connects the first cooling stage 22 to the second cooling stage 24.
  • the room temperature section 26, the first cylinder 23, the first cooling stage 22, the second cylinder 25, and the second cooling stage 24 are linearly arranged in this order.
  • a first displacer and a second displacer are reciprocally disposed inside the first cylinder 23 and the second cylinder 25, respectively.
  • a first regenerator and a second regenerator are incorporated in the first displacer and the second displacer, respectively.
  • the room temperature section 26 has a drive mechanism (not shown) for reciprocating the first displacer and the second displacer.
  • the drive mechanism includes a flow path switching mechanism that switches the flow path of the working gas so as to periodically supply and discharge the working gas (for example, helium) to the inside of the refrigerator 16.
  • the refrigerator 16 is connected to a compressor (not shown) for working gas.
  • the refrigerator 16 cools the first cooling stage 22 and the second cooling stage 24 by expanding the working gas pressurized by the compressor therein.
  • the expanded working gas is recovered by the compressor and pressurized again.
  • the refrigerator 16 generates refrigeration by repeating a thermodynamic cycle (for example, a refrigeration cycle such as a GM cycle) including supply and discharge of the working gas and reciprocation of the first displacer and the second displacer in synchronization with the supply and discharge of the working gas.
  • a thermodynamic cycle for example, a refrigeration cycle such as a GM cycle
  • the illustrated cryopump 10 is a so-called horizontal cryopump.
  • the horizontal cryopump is generally a cryopump in which the refrigerator 16 is disposed so as to intersect (usually perpendicular to) the central axis C of the cryopump 10.
  • the first-stage cryopanel 18 includes a radiation shield 30 and an entrance cryopanel 32, and surrounds the second-stage cryopanel assembly 20.
  • the first-stage cryopanel 18 provides a cryogenic surface for protecting the second-stage cryopanel assembly 20 from radiant heat outside the cryopump 10 or from the cryopump housing 70.
  • the first cryopanel 18 is thermally coupled to the first cooling stage 22. Therefore, the first stage cryopanel 18 is cooled to the first cooling temperature.
  • the first-stage cryopanel 18 has a gap between itself and the second-stage cryopanel assembly 20, and the first-stage cryopanel 18 is not in contact with the second-stage cryopanel assembly 20.
  • the first stage cryopanel 18 is not in contact with the cryopump housing 70.
  • the radiation shield 30 is provided to protect the second-stage cryopanel assembly 20 from radiation heat of the cryopump housing 70.
  • the radiation shield 30 extends in a cylindrical shape (for example, a cylindrical shape) in the axial direction from the intake port 12.
  • the radiation shield 30 is located between the cryopump housing 70 and the second cryopanel assembly 20 and surrounds the second cryopanel assembly 20.
  • the radiation shield 30 has a shield main opening 34 for receiving gas from outside the cryopump 10 into the internal space 14.
  • the shield main opening 34 is located at the intake port 12.
  • the radiation shield 30 includes a shield front end 36 that defines the shield main opening 34, a shield bottom 38 located on the opposite side of the shield main opening 34, and a shield side 40 that connects the shield front end 36 to the shield bottom 38.
  • the shield side portion 40 extends in the axial direction from the shield front end 36 to the side opposite to the shield main opening 34, and extends in the circumferential direction so as to surround the second cooling stage 24.
  • the shield side portion 40 has a shield side opening 44 into which the refrigerator structure 21 is inserted.
  • the second cooling stage 24 and the second cylinder 25 are inserted into the radiation shield 30 from outside the radiation shield 30 through the shield side opening 44.
  • the shield side opening 44 is a mounting hole formed in the shield side portion 40 and is, for example, circular.
  • the first cooling stage 22 is disposed outside the radiation shield 30.
  • the shield side portion 40 includes a mounting seat 46 for the refrigerator 16.
  • the mounting seat 46 is a flat portion for mounting the first cooling stage 22 to the radiation shield 30, and is slightly depressed when viewed from outside the radiation shield 30.
  • the mounting seat 46 forms the outer periphery of the shield side opening 44.
  • the radiation shield 30 is thermally coupled to the first cooling stage 22 by attaching the first cooling stage 22 to the mounting seat 46.
  • the radiation shield 30 is thermally coupled to the first cooling stage 22 via an additional heat transfer member.
  • the heat transfer member may be, for example, a hollow short cylinder having flanges at both ends.
  • the heat transfer member may be fixed to the mounting seat 46 by one end flange, and may be fixed to the first cooling stage 22 by the other end flange.
  • the heat transfer member may extend from the first cooling stage 22 to the radiation shield 30 surrounding the refrigerator structure 21.
  • the shield side part 40 may include such a heat transfer member.
  • the radiation shield 30 is formed in an integral cylindrical shape.
  • the radiation shield 30 may be configured to have a cylindrical shape as a whole by a plurality of parts. These parts may be arranged with a gap therebetween.
  • the radiation shield 30 may be axially divided into two parts.
  • the inlet cryopanel 32 protects the second stage cryopanel assembly 20 from radiant heat from a heat source external to the cryopump 10 (e.g., a heat source in a vacuum chamber to which the cryopump 10 is mounted). Shield main opening 34, and so on). Further, gas (for example, moisture) condensed at the cooling temperature of the inlet cryopanel 32 is captured on the surface thereof.
  • the inlet cryopanel 32 is disposed at a position corresponding to the second-stage cryopanel assembly 20 at the intake port 12.
  • the entrance cryopanel 32 occupies a central portion of the opening area of the intake port 12, and forms an annular (for example, annular) open area 51 with the radiation shield 30.
  • the shape of the entrance cryopanel 32 when viewed in the axial direction is, for example, a disk shape.
  • the diameter of the inlet cryopanel 32 is relatively small, for example, smaller than the diameter of the second cryopanel assembly 20.
  • the inlet cryopanel 32 may occupy at most 1 / or at most 1 / of the open area of the inlet 12. In this way, the open area 51 may occupy at least /, or at least / of the open area of the inlet 12.
  • the entrance cryopanel 32 is attached to the shield front end 36 via the entrance cryopanel attachment member 33.
  • the entrance cryopanel mounting member 33 is a linear member that extends over the shield front end 36 along the diameter of the shield main opening 34.
  • the entrance cryopanel 32 is fixed to the radiation shield 30 and is thermally coupled to the radiation shield 30.
  • the entrance cryopanel 32 is adjacent to, but not in contact with, the second cryopanel assembly 20.
  • the entrance cryopanel mounting member 33 divides the open area 51 in the circumferential direction.
  • the open area 51 includes a plurality (for example, two) of arc-shaped areas.
  • the entrance cryopanel mounting member 33 may have a cross shape or another shape.
  • the entrance cryopanel 32 is arranged at the center of the intake port 12.
  • the center of the entrance cryopanel 32 is located on the central axis C.
  • the center of the inlet cryopanel 32 may be located slightly off the center axis C, and in such a case, the inlet cryopanel 32 can be regarded as being disposed at the center of the intake port 12.
  • the entrance cryopanel 32 is arranged perpendicular to the central axis C. In the axial direction, the entrance cryopanel 32 may be disposed slightly above the shield front end 36. Alternatively, the entrance cryopanel 32 may be disposed at substantially the same height in the axial direction as the shield front end 36, or slightly below the shield front end 36 in the axial direction.
  • the second-stage cryopanel assembly 20 is provided at the center of the internal space 14 of the cryopump 10.
  • the second-stage cryopanel assembly 20 includes an upper structure 20a and a lower structure 20b.
  • the second cryopanel assembly 20 includes a plurality of suction cryopanels 60 arranged in the axial direction.
  • the plurality of suction cryopanels 60 are arranged at intervals in the axial direction.
  • the upper structure 20a of the second cryopanel assembly 20 includes a plurality of upper cryopanels 60a and a plurality of heat transfer bodies (also referred to as heat transfer spacers) 62.
  • the plurality of upper cryopanels 60 a are arranged between the entrance cryopanel 32 and the second cooling stage 24 in the axial direction.
  • the plurality of heat transfer bodies 62 are arranged in a columnar shape in the axial direction.
  • the plurality of upper cryopanels 60 a and the plurality of heat transfer bodies 62 are alternately stacked in the axial direction between the intake port 12 and the second cooling stage 24.
  • the centers of the upper cryopanel 60a and the heat transfer body 62 are both located on the central axis C.
  • the upper structure 20a is disposed axially above the second cooling stage 24.
  • the upper structure 20a is fixed to the second cooling stage 24 via a heat transfer block 63 made of a high heat conductive metal material such as copper (for example, pure copper), and is thermally coupled to the second cooling stage 24. Therefore, the upper structure 20a is cooled to the second cooling temperature.
  • the lower structure 20b of the second cryopanel assembly 20 includes a plurality of lower cryopanels 60b and a second cryopanel mounting member 64.
  • the plurality of lower cryopanels 60b are arranged between the second cooling stage 24 and the shield bottom 38 in the axial direction.
  • the second stage cryopanel mounting member 64 extends downward from the second cooling stage 24 in the axial direction.
  • the plurality of lower cryopanels 60 b are mounted on the second cooling stage 24 via the second cryopanel mounting members 64.
  • the lower structure 20b is thermally coupled to the second cooling stage 24 and is cooled to the second cooling temperature.
  • the suction area 66 is formed on at least a part of the surface.
  • the adsorption area 66 is provided for capturing a non-condensable gas (for example, hydrogen) by adsorption.
  • the adsorption area 66 is formed by, for example, adhering an adsorbent (for example, activated carbon) to the surface of the cryopanel.
  • At least one of the plurality of suction cryopanels 60 includes an exposed region 68, a non-exposed region 69, and Is provided.
  • the exposed region 68 refers to a location on the cryopanel where the exhaust gas can reach linearly through the inlet 12
  • the non-exposed region 69 refers to the position where the exhaust gas reaches linearly through the inlet 12. Points to impossible places. Therefore, the front surface of the cryopanel facing the air inlet 12 can be divided into an exposed region 68 and a non-exposed region 69.
  • the non-exposed area 69 is on the side opposite to the air inlet 12, that is, on the back surface of the cryopanel facing the shield bottom 38.
  • the boundary between the exposed region 68 and the non-exposed region 69 on the front surface of a certain cryopanel goes from the inner peripheral edge of the shield front end 36 (or the inner peripheral edge of the intake flange 72) to the outer peripheral edge of the cryopanel immediately above the cryopanel. It may be determined in consideration of the line of sight. When this line of sight is extended, the line of sight forms an intersection in front of the cryopanel. When the line of sight is scanned over the entire circumference of the shield front end 36, the intersection points trace a locus in front of the cryopanel. The area inside the trajectory is shaded by the cryopanel immediately above and cannot be seen from the outside of the cryopump 10 through the intake port 12. The area outside the trajectory is visible from outside the cryopump 10 through the intake port 12. Thus, the boundary between the exposed region 68 and the non-exposed region 69 can be determined using the line of sight.
  • the first line of sight 74a and the second line of sight 74b are indicated by broken lines.
  • the first line of sight 74a is drawn from the shield front end 36 to the outer peripheral end of the second upper cryopanel 60a from the bottom, and intersects the lowermost upper cryopanel 60a. Therefore, a region radially outside the first line of sight 74a on the front surface of the lowermost upper cryopanel 60a is an exposed region 68, and a region radially inside the first line of sight 74a is a non-exposed region 69.
  • the second line of sight 74b is drawn from the shield front end 36 to the outer peripheral end of the lowermost upper cryopanel 60a, and intersects with the uppermost lower cryopanel 60b.
  • a region radially outside the second line of sight 74b on the front surface of the uppermost lower cryopanel 60b is an exposed region 68, and a region radially inside the second line of sight 74b is a non-exposed region 69.
  • one or a plurality of upper cryopanels 60a closest to the entrance cryopanel 32 in the axial direction among the plurality of upper cryopanels 60a are flat plates (for example, disk-shaped), and are arranged perpendicular to the central axis C. ing.
  • the remaining upper cryopanel 60a has an inverted truncated cone shape, and a circular bottom surface is arranged perpendicular to the central axis C.
  • the one closest to the entrance cryopanel 32 (that is, also referred to as the upper cryopanel 60a or the top cryopanel 61 located immediately below the entrance cryopanel 32 in the axial direction) has a diameter larger than that of the entrance cryopanel 32. large. However, the diameter of the top cryopanel 61 may be equal to or smaller than the diameter of the entrance cryopanel 32.
  • the top cryopanel 61 directly faces the entrance cryopanel 32, and no other cryopanel exists between the top cryopanel 61 and the entrance cryopanel 32.
  • the diameters of the plurality of upper cryopanels 60a gradually increase downward in the axial direction.
  • the inverted truncated cone-shaped upper cryopanel 60a is nested.
  • Each heat transfer body 62 has a columnar shape.
  • the heat transfer body 62 may have a relatively short cylindrical shape, and may have an axial height smaller than the diameter of the heat transfer body 62.
  • a cryopanel such as the adsorption cryopanel 60 is generally formed of a highly heat-conductive metal material such as copper (for example, pure copper), and its surface is coated with a metal layer such as nickel when required.
  • the heat transfer body 62 may be formed of a material different from that of the cryopanel.
  • the heat transfer body 62 may be formed of a metal material, such as aluminum or an aluminum alloy, having a lower thermal conductivity but a lower density than the adsorption cryopanel 60. By doing so, the thermal conductivity of the heat transfer body 62 and the reduction in weight can be compatible to some extent, which helps to reduce the cooling time of the second-stage cryopanel assembly 20.
  • the lower cryopanel 60b is a flat plate, for example, in a disk shape.
  • the lower cryopanel 60b has a larger diameter than the upper cryopanel 60a.
  • the lower cryopanel 60b is formed with a cutout (for example, the cutout 82 shown in FIG. 4) from a part of the outer periphery to the center for attachment to the second cryopanel attachment member 64. Is also good.
  • the specific configuration of the second-stage cryopanel assembly 20 is not limited to the above.
  • the upper structure 20a may have any number of upper cryopanels 60a.
  • the upper cryopanel 60a may have a flat, conical, or other shape.
  • the lower structure 20b may have any number of lower cryopanels 60b.
  • the lower cryopanel 60b may have a flat, conical, or other shape.
  • the suction area 66 may be formed in a location behind the suction cryopanel 60 adjacent to the upper side so as not to be seen from the intake port 12. That is, the suction area 66 is arranged in the non-exposed area 69.
  • the suction area 66 is formed on the entire lower surface of the suction cryopanel 60.
  • the suction area 66 may be formed on the upper surface of the lower cryopanel 60b.
  • the suction area 66 is also formed on the lower surface (back surface) of the upper cryopanel 60a. If necessary, the suction region 66 may be formed on the upper surface of the upper cryopanel 60a.
  • a large number of activated carbon particles are adhered in an irregular arrangement in a state of being densely arranged on the surface of the adsorption cryopanel 60.
  • the activated carbon particles are formed, for example, in a columnar shape.
  • the shape of the adsorbent does not have to be a columnar shape, and may be, for example, a spherical shape, another molded shape, or an irregular shape.
  • the arrangement of the adsorbents on the panel may be a regular arrangement or an irregular arrangement.
  • At least a portion of the surface of the second-stage cryopanel assembly 20 is provided with a condensation region for capturing a condensable gas by condensation.
  • the exposed area 68 can serve as a condensation area.
  • the condensation area is, for example, an area where the adsorbent is missing on the surface of the cryopanel, and the surface of the cryopanel base material, for example, the metal surface is exposed.
  • the upper surface, the outer peripheral portion of the upper surface, or the outer peripheral portion of the lower surface of the adsorption cryopanel 60 may be a condensation region.
  • the top cryopanel 61 may be a condensed region on both the upper surface and the lower surface. That is, the top cryopanel 61 may not have the suction area 66. Thus, a cryopanel having no suction area 66 in the second-stage cryopanel assembly 20 may be referred to as a condensing cryopanel.
  • the upper structure 20a may include at least one condensation cryopanel (for example, the top cryopanel 61).
  • the cryopump housing 70 is a housing of the cryopump 10 that houses the first-stage cryopanel 18, the second-stage cryopanel assembly 20, and the refrigerator 16, and is configured to maintain the vacuum tightness of the internal space 14. Vacuum container.
  • the cryopump housing 70 includes the first-stage cryopanel 18 and the refrigerator structure 21 in a non-contact manner.
  • the cryopump housing 70 is attached to the room temperature section 26 of the refrigerator 16.
  • the inlet 12 is defined by the front end of the cryopump housing 70.
  • the cryopump housing 70 has an inlet flange 72 extending radially outward from a front end thereof.
  • the intake port flange 72 is provided over the entire circumference of the cryopump housing 70.
  • the cryopump 10 is attached to a vacuum chamber to be evacuated using an inlet flange 72.
  • the second-stage cryopanel assembly 20 has a large number of adsorption cryopanels 60 (i.e., a plurality of upper cryopanels 60a and lower cryopanels 60b), and thus has high exhaust performance for non-condensable gases.
  • the second-stage cryopanel assembly 20 can exhaust hydrogen gas at a high exhaust speed.
  • Each of the plurality of suction cryopanels 60 has a suction area 66 at a position that is not visible from outside the cryopump 10. Therefore, the second-stage cryopanel assembly 20 is configured such that all or most of the suction area 66 is not completely visible from outside the cryopump 10.
  • the cryopump 10 can also be called an adsorbent non-exposed cryopump.
  • the gas accumulated in the cryopump is usually substantially completely exhausted by the regeneration process, and when the regeneration is completed, the cryopump is restored to the specified exhaust performance.
  • a relatively small percentage of the accumulated gas remains in the adsorbent even after a regeneration process. high.
  • This adhesive substance is considered to be caused by an organic outgas discharged from the photoresist coated on the substrate to be processed.
  • it may be caused by a toxic gas used as a dopant gas, that is, a source gas in the ion implantation process.
  • the ion implantation process may be caused by other by-product gases. It is possible that these gases are complexly related to each other to form a sticky substance.
  • the gas exhausted from the cryopump can be hydrogen gas. Hydrogen gas is substantially completely exhausted to the outside by regeneration. If the amount of the hard-to-regenerate gas is small, the effect of the hard-to-regenerate gas on the exhaust performance of the cryopump in one cryopumping process is minimal. However, in an adsorbent-exposed cryopump, during repetition of the cryopumping process and the regenerating process, the difficult-to-regenerate gas is gradually accumulated in the adsorbent, and the exhaust performance may be reduced.
  • Reproducible gases are almost always condensable gases.
  • the molecules of the condensable gas coming from the outside toward the cryopump 10 pass through the open area around the entrance cryopanel 32 and straightly enter the radiation shield 30 or the condensate area around the outer periphery of the second-stage cryopanel assembly 20. And arrives at their surface.
  • the hard-to-regenerate gas is deposited in the condensation area.
  • the cryopump 10 is of an adsorbent non-exposed type, and the adsorption region 66 is disposed in the non-exposed region 69, so that the adsorption region 66 is protected from the hardly regenerated gas.
  • the exposed area 68 may be contaminated by the non-reproducible gas.
  • the contaminated adsorption cryopanel 60 may need to be disassembled and cleaned from the cryopump 10 during maintenance of the cryopump 10. Since the adsorbent such as activated carbon provided in the adsorption area 66 is not contaminated by the hardly regenerating gas, it is considered that it can be reused. The cleaned cryopanel is reassembled and used when it can be reused. However, the adsorption function of the adsorption region 66 may be lost depending on the cleaning method. In that case, the adsorbed cryopanel 60 after the cleaning cannot be reused and must be discarded.
  • the exposed area 68 is covered with a removable protective surface 76.
  • the removable protection surface 76 is provided on the exposed area 68 of the at least one suction cryopanel 60.
  • the removable protection surface 76 may be provided on each of the plurality of suction cryopanels 60.
  • Various exemplary configurations for the removable protective surface 76 are possible and are described below.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of an exemplary cryopanel that can be used for the cryopump 10 shown in FIG.
  • the illustrated cryopanel is a cryopanel that can be used for the second-stage cryopanel assembly 20 and is a top cryopanel 61.
  • the illustrated cryopanel may be another suction cryopanel 60 used for the second-stage cryopanel assembly 20.
  • the top cryopanel 61 includes a first cryopanel substrate 78a and a second cryopanel substrate 78b. These cryopanel substrates 78a and 78b are formed of the same material (for example, a metal material) and have the same shape.
  • the cryopanel substrates 78a and 78b are formed of, for example, a highly heat-conductive metal material such as copper (for example, pure copper), and have a surface coated with a metal layer such as nickel when necessary. Therefore, the cryopanel substrates 78a and 78b themselves cannot adsorb the non-condensable gas.
  • the first cryopanel substrate 78a may be provided with an adsorbent on the back surface (lower surface) so that the top cryopanel 61 can adsorb the non-condensable gas.
  • the first cryopanel substrate 78a may not be provided with an adsorbent, in which case the top cryopanel 61 does not adsorb non-condensable gas.
  • the cryopanel substrates 78a and 78b are, for example, disk-shaped.
  • the cryopanel substrates 78a and 78b may have a conical shape or another shape.
  • a second cryopanel substrate 78b is removably mounted on the first cryopanel substrate 78a to provide a removable protective surface 76.
  • the second cryopanel substrate 78b has a rear surface in contact with the front surface of the first cryopanel substrate 78a and covers the entire front surface of the first cryopanel substrate 78a. It is detachably attached to the base material 78a.
  • the front surface of the second cryopanel substrate 78b is used as the protection surface 76.
  • the second cryopanel substrate 78b is thermally coupled to the first cryopanel substrate 78a and cooled together with the first cryopanel substrate 78a. With good thermal contact between these cryopanel substrates 78a, 78b, the second cryopanel substrate 78b is suitably removable, such as a removable fastening member such as a bolt or a peelable adhesive. It is attached to the first cryopanel substrate 78a by an attachment method.
  • the first cryopanel substrate 78a corresponds to a cryopanel typically used.
  • a second cryopanel substrate 78b is overlaid on a first cryopanel substrate 78a.
  • the second cryopanel substrate 78b thus added provides a removable protective surface 76.
  • the second cryopanel substrate 78b does not have an adsorption area, that is, no adsorbent, because it cannot adsorb non-condensable gas. Therefore, a step of attaching the adsorbent to the cryopanel substrate is not required in the manufacturing process.
  • the adsorption cryopanel 60 that requires such an adsorbent attaching step requires a cost for manufacturing. Therefore, the second cryopanel substrate 78b can be provided relatively inexpensively.
  • the second cryopanel substrate 78b is designed to be equivalent to the first cryopanel substrate 78a typically used for a cryopanel, so that the thermal performance required for use in the cryopump 10 is improved. Meet the mechanical strength, and other necessary requirements. Therefore, the second cryopanel substrate 78b can be easily used by the designer of the cryopump 10.
  • the second cryopanel substrate 78b Since the second cryopanel substrate 78b is cooled to the second cooling temperature in the same manner as the first cryopanel substrate 78a, the hard-to-regenerate gas is applied to the protection surface 76 on the second cryopanel substrate 78b. Can condense and become contaminated. However, for the first cryopanel substrate 78a, contamination is prevented or mitigated by the protection surface 76. If there is no contamination or the degree is low, the top cryopanel 61 can be reused without performing complicated operations such as disassembly and cleaning at the time of maintenance of the cryopump 10. Since the second cryopanel substrate 78b has no adsorbent, it can be reused by washing. Alternatively, as described above, since the second cryopanel substrate 78b is relatively inexpensive, even if the used cryopanel substrate 78b is discarded and replaced with a new cryopanel substrate 78b, the cost is reduced. The effect is small.
  • a new cryopanel substrate 78b may not be attached to the first cryopanel substrate 78a.
  • the protection surface 76 is not provided on the first cryopanel substrate 78a
  • the front surface of the first cryopanel substrate 78a may be contaminated during the subsequent operation of the cryopump 10.
  • the first cryopanel substrate 78a may have to be replaced with a new one.
  • the adsorbent on the first cryopanel substrate 78a also has a life, regardless of the presence or absence of contamination of the first cryopanel substrate 78a, any of the adsorbent and the first cryopanel substrate 78a will eventually be used. Will need to be replaced. Therefore, whether to mount a new cryopanel substrate 78b may be determined in consideration of the cost of the cryopanel substrate 78b and the life of the adsorbent.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of another exemplary cryopanel that can be used in the cryopump 10 shown in FIG.
  • the cryopanel shown is a cryopanel that can be used for the second-stage cryopanel assembly 20, and is the upper cryopanel 60a.
  • the illustrated cryopanel may be another suction cryopanel 60 used for the second-stage cryopanel assembly 20.
  • the upper cryopanel 60a has, for example, an inverted conical shape, as described with reference to FIG.
  • the front surface of the upper cryopanel 60a has an exposed region 68 on the outer periphery and a non-exposed region 69 inside the exposed region 68.
  • An adsorbent may be provided in the non-exposed area 69, but is omitted in FIG. 3 for simplicity of illustration.
  • the upper cryopanel 60 a (or the adsorbed cryopanel 60) includes a protective layer 80 covering the exposed area 68 to provide a removable protective surface 76.
  • the protection layer 80 is not provided in the non-exposed region 69.
  • the surface of the protective layer 80 functioning as the protective surface 76 is made of a material having corrosion resistance to a difficult-to-reproduce gas, for example, a fluororesin such as polytetrafluoroethylene or another resin, or a metal such as aluminum or copper. It may be formed. Therefore, the protective layer 80 may be a pressure-sensitive adhesive tape having a surface of such a resin material or a metal material, or a protective film adhered releasably. The protective layer 80 is adhered to the cryopanel substrate of the upper cryopanel 60a, thereby being thermally bonded and cooled to the same cooling temperature.
  • the protective layer 80 Since the protective layer 80 is provided in the exposed region 68 and is cooled to the second cooling temperature, the hard-to-regenerate gas may condense on the protective surface 76 and become contaminated. Since the protective layer 80 is detachably adhered to the upper cryopanel 60a, contaminants can be removed from the upper cryopanel 60a by peeling the protective layer 80 during maintenance of the cryopump 10. The upper cryopanel 60a can be reused without performing complicated operations such as disassembly and cleaning during maintenance.
  • FIG. 4 is a schematic top view of yet another exemplary cryopanel that can be used in the cryopump 10 shown in FIG.
  • the cryopanel shown is a cryopanel that can be used for the second-stage cryopanel assembly 20, and is a lower cryopanel 60b.
  • the illustrated cryopanel may be another suction cryopanel 60 used for the second-stage cryopanel assembly 20.
  • the lower cryopanel 60b has, for example, a disk shape as described with reference to FIG. However, the lower cryopanel 60b is formed with a cutout 82 from a part of the outer periphery to the center for attachment to the second cryopanel attachment member 64.
  • the front surface of the lower cryopanel 60b has an exposed region 68 on the outer periphery and a non-exposed region 69 inside the exposed region 68.
  • a granular activated carbon 84 as an adsorbent is attached to the non-exposed area 69.
  • the lower cryopanel 60b (or the adsorbed cryopanel 60) includes a resin or metal protective layer 80 releasably bonded to the exposed area 68 to provide a removable protective surface 76.
  • the protective layer 80 is adhered to the cryopanel substrate of the lower cryopanel 60b, thereby being thermally bonded and cooled to the same cooling temperature.
  • the protective layer 80 Since the protective layer 80 is provided in the exposed region 68 and is cooled to the second cooling temperature, the hard-to-regenerate gas may condense on the protective surface 76 and become contaminated. Since the protective layer 80 is detachably adhered to the lower cryopanel 60b, by removing the protective layer 80 during maintenance of the cryopump 10, contaminants can be removed from the lower cryopanel 60b. The lower cryopanel 60b can be reused without performing complicated operations such as disassembly and cleaning during maintenance.
  • a new protective layer 80 may or may not be attached to the adsorption cryopanel 60. Whether or not to attach a new protective layer 80 may be determined in consideration of the cost of the protective layer 80 and the life of the adsorbent on the adsorption cryopanel 60.
  • a plurality of protective layers 80 may be stacked on the exposed region 68. In this way, when the used protective layer 80 is peeled off, a new protective layer 80 immediately below the used protective layer 80 is exposed and becomes usable.
  • the inside of the vacuum chamber is first roughly evacuated to about 1 Pa by another appropriate roughing pump before the operation. Thereafter, the cryopump 10 is operated.
  • the first cooling stage 22 and the second cooling stage 24 are cooled to the first cooling temperature and the second cooling temperature, respectively. Accordingly, the first-stage cryopanel 18 and the second-stage cryopanel assembly 20 that are thermally coupled to these are also cooled to the first cooling temperature and the second cooling temperature, respectively.
  • the inlet cryopanel 32 cools gas flowing from the vacuum chamber toward the cryopump 10.
  • a gas having a sufficiently low vapor pressure for example, 10 ⁇ 8 Pa or less
  • This gas may be referred to as a first type gas.
  • the first type gas is, for example, water vapor.
  • the inlet cryopanel 32 can exhaust the first type gas. Part of the gas whose vapor pressure is not sufficiently low at the first cooling temperature enters the internal space 14 from the intake port 12. Alternatively, another part of the gas is reflected by the entrance cryopanel 32 and does not enter the internal space 14.
  • the gas that has entered the internal space 14 is cooled by the second-stage cryopanel assembly 20.
  • a gas having a sufficiently low vapor pressure for example, 10 ⁇ 8 Pa or less
  • This gas may be referred to as a second type gas.
  • the second type gas is, for example, nitrogen (N 2 ) or argon (Ar).
  • the second stage cryopanel assembly 20 can exhaust the second type gas.
  • the gas whose vapor pressure is not sufficiently low at the second cooling temperature is adsorbed on the adsorption area 66 of the adsorption cryopanel 60.
  • This gas may be referred to as a third type gas.
  • the third type gas is, for example, hydrogen (H 2 ).
  • the second stage cryopanel assembly 20 can exhaust the third type gas. Therefore, the cryopump 10 can exhaust various gases by condensing or adsorbing, and reach a desired degree of vacuum in the vacuum chamber.
  • the exposed region 68 is covered with the removable protective surface 76. Since it is cooled to the second cooling temperature similarly to the second-stage cryopanel assembly 20, the hard-to-regenerate gas is condensed on the protection surface 76. Although the hard-to-regenerate gas can adhere to the protection surface 76 and become contaminated, the protection surface 76 can be removed. By removing the protective surface 76, the clean surface covered by the protective surface 76 is exposed. Alternatively, the exposed area 68 is again protected by attaching a new protective surface 76. Therefore, the cryopump 10 does not need to disassemble and clean the second-stage cryopanel assembly 20 to remove deposits such as difficult-to-regenerate gas during maintenance. Maintenance of the cryopump 10 can be performed more easily than a cryopump without such a removable protection surface 76.
  • the cryopump 10 is an adsorbent non-exposed type, and since the adsorption region 66 is disposed in the non-exposed region 69, the adsorption region 66 is protected from the difficult-to-regenerate gas. Therefore, if the hard-to-regenerate gas is removed by removing or replacing the protection surface 76, the second-stage cryopanel assembly 20 can be reused. Thus, when the cryopump 10 is of the non-exposed type, the maintenance of the cryopump 10 can be easily performed.
  • the case where the protective layer 80 is not provided in the non-exposed region 69 has been described as an example, but this is not essential to the present invention.
  • at least a portion of the non-exposed region 69 eg, a portion of the non-exposed region 69 outside the suction region 66
  • the protective layer 80 may be releasably adhered to an area where an adsorbent such as activated carbon is not attached.
  • the present invention is also applicable to other vertical cryopumps.
  • the vertical cryopump refers to a cryopump in which the refrigerator 16 is disposed along the central axis C of the cryopump 10.
  • the internal configuration of the cryopump such as the arrangement, shape, and number of cryopanels, is not limited to the specific embodiment described above. Various known configurations can be appropriately adopted.
  • the present invention can be used in the fields of cryopumps and cryopanels.
  • cryopump ⁇ 10 ⁇ cryopump, ⁇ 12 ⁇ intake, ⁇ 66 ⁇ adsorption area, ⁇ 68 ⁇ exposed area, ⁇ 69 ⁇ non-exposed area, ⁇ 76 ⁇ protective surface, ⁇ 78a, 78b ⁇ cryopanel substrate, ⁇ 80 ⁇ protective layer.

Landscapes

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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

クライオポンプ（１０）は、吸気口（１２）を通じて被排気気体が直線的に到達可能な露出領域（６８）と、吸気口（１２）を通じて被排気気体が直線的に到達不能な非露出領域（６９）と、を備える第２段クライオパネルアセンブリ（２０）を備える。非露出領域（６９）は、非凝縮性気体を吸着可能な吸着領域（６６）を有し、露出領域（６８）は、取り外し可能な保護面（７６）で被覆されている。取り外し可能な保護面（７６）は、露出領域（６８）に剥離可能に接着された樹脂製または金属製の保護層によって提供されてもよい。

Description

クライオポンプおよびクライオパネル
　本発明は、クライオポンプおよびクライオパネルに関する。
　クライオポンプは、極低温に冷却されたクライオパネルに気体分子を凝縮または吸着により捕捉して排気する真空ポンプである。クライオポンプは半導体回路製造プロセス等に要求される清浄な真空環境を実現するために一般に利用される。クライオポンプはいわゆる気体溜め込み式の真空ポンプであるから、捕捉した気体を外部に定期的に排出する再生を要する。
特開平１０－１８４５４０号公報
　クライオポンプの用途によっては、真空排気運転中に、再生を行っても排出されにくいある種の気体がクライオポンプに流入し、クライオパネル上に凝縮して付着し、そうした付着物でクライオパネルが汚染されうる。汚染されたクライオパネルは、クライオポンプのメンテナンスの際に、クライオポンプから分解され洗浄されることを必要としうる。洗浄されたクライオパネルは、再利用可能な場合には、再び組み立てられ使用される。再利用できない場合には、廃棄され、新たなクライオパネルと交換される。いずれにしても、このようなメンテナンスには手間がかかる。
　本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、クライオポンプのメンテナンスを容易にすることにある。
　本発明のある態様によると、クライオポンプは、クライオポンプ吸気口を通じて被排気気体が直線的に到達可能な露出領域と、クライオポンプ吸気口を通じて被排気気体が直線的に到達不能な非露出領域と、を備えるクライオパネルアセンブリを備える。非露出領域は、非凝縮性気体を吸着可能な吸着領域を有し、露出領域は、取り外し可能な保護面で被覆されている。
　本発明のある態様によると、クライオパネルは、クライオパネル基材と、クライオパネル基材の少なくとも一部を被覆する取り外し可能な保護面と、を備える。
　なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
　本発明によれば、クライオポンプのメンテナンスを容易にすることができる。
ある実施の形態に係るクライオポンプを概略的に示す。 図１に示されるクライオポンプに使用されうる例示的なクライオパネルの概略斜視図である。 図１に示されるクライオポンプに使用されうる別の例示的なクライオパネルの概略斜視図である。 図１に示されるクライオポンプに使用されうるさらに別の例示的なクライオパネルの概略上面図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
　図１は、ある実施の形態に係るクライオポンプ１０を概略的に示す。
　クライオポンプ１０は、例えばイオン注入装置、スパッタリング装置、蒸着装置、またはその他の真空プロセス装置の真空チャンバに取り付けられて、真空チャンバ内部の真空度を所望の真空プロセスに要求されるレベルまで高めるために使用される。クライオポンプ１０は、排気されるべき気体を真空チャンバから受け入れるためのクライオポンプ吸気口（以下では単に「吸気口」ともいう）１２を有する。吸気口１２を通じて気体がクライオポンプ１０の内部空間１４に進入する。
　なお以下では、クライオポンプ１０の構成要素の位置関係をわかりやすく表すために、「軸方向」、「径方向」との用語を使用することがある。クライオポンプ１０の軸方向は吸気口１２を通る方向（すなわち、図において中心軸Ｃに沿う方向）を表し、径方向は吸気口１２に沿う方向（中心軸Ｃに垂直な平面における第１の方向）を表す。便宜上、軸方向に関して吸気口１２に相対的に近いことを「上」、相対的に遠いことを「下」と呼ぶことがある。つまり、クライオポンプ１０の底部から相対的に遠いことを「上」、相対的に近いことを「下」と呼ぶことがある。径方向に関しては、吸気口１２の中心（図において中心軸Ｃ）に近いことを「内」、吸気口１２の周縁に近いことを「外」と呼ぶことがある。なお、こうした表現はクライオポンプ１０が真空チャンバに取り付けられたときの配置とは関係しない。例えば、クライオポンプ１０は鉛直方向に吸気口１２を下向きにして真空チャンバに取り付けられてもよい。
　また、軸方向を囲む方向を「周方向」と呼ぶことがある。周方向は、吸気口１２に沿う第２の方向（中心軸Ｃに垂直な平面における第２の方向）であり、径方向に直交する接線方向である。
　クライオポンプ１０は、冷凍機１６、第１段クライオパネル１８、第２段クライオパネルアセンブリ２０、及び、クライオポンプハウジング７０を備える。第１段クライオパネル１８は、高温クライオパネル部または１００Ｋ部とも称されうる。第２段クライオパネルアセンブリ２０は、低温クライオパネル部または１０Ｋ部とも称されうる。
　冷凍機１６は、例えばギフォード・マクマホン式冷凍機（いわゆるＧＭ冷凍機）などの極低温冷凍機である。冷凍機１６は、二段式の冷凍機である。そのため、冷凍機１６は、第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４を備える。冷凍機１６は、第１冷却ステージ２２を第１冷却温度に冷却し、第２冷却ステージ２４を第２冷却温度に冷却するよう構成されている。第２冷却温度は第１冷却温度よりも低温である。例えば、第１冷却ステージ２２は６５Ｋ～１２０Ｋ程度、好ましくは８０Ｋ～１００Ｋに冷却され、第２冷却ステージ２４は１０Ｋ～２０Ｋ程度に冷却される。第１冷却ステージ２２および第２冷却ステージ２４はそれぞれ、高温冷却ステージおよび低温冷却ステージと称してもよい。
　また、冷凍機１６は、第２冷却ステージ２４を第１冷却ステージ２２に構造的に支持するとともに第１冷却ステージ２２を冷凍機１６の室温部２６に構造的に支持する冷凍機構造部２１を備える。そのため冷凍機構造部２１は、径方向に沿って同軸に延在する第１シリンダ２３及び第２シリンダ２５を備える。第１シリンダ２３は、冷凍機１６の室温部２６を第１冷却ステージ２２に接続する。第２シリンダ２５は、第１冷却ステージ２２を第２冷却ステージ２４に接続する。室温部２６、第１シリンダ２３、第１冷却ステージ２２、第２シリンダ２５、及び第２冷却ステージ２４は、この順に直線状に一列に並ぶ。
　第１シリンダ２３及び第２シリンダ２５それぞれの内部には第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサ（図示せず）が往復動可能に配設されている。第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサにはそれぞれ第１蓄冷器及び第２蓄冷器（図示せず）が組み込まれている。また、室温部２６は、第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサを往復動させるための駆動機構（図示せず）を有する。駆動機構は、冷凍機１６の内部への作動気体（例えばヘリウム）の供給と排出を周期的に繰り返すよう作動気体の流路を切り替える流路切替機構を含む。
　冷凍機１６は、作動気体の圧縮機（図示せず）に接続されている。冷凍機１６は、圧縮機により加圧された作動気体を内部で膨張させて第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４を冷却する。膨張した作動気体は圧縮機に回収され再び加圧される。冷凍機１６は、作動気体の給排とこれに同期した第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサの往復動とを含む熱力学的サイクル（例えばＧＭサイクルなどの冷凍サイクル）を繰り返すことによって寒冷を発生させる。
　図示されるクライオポンプ１０は、いわゆる横型のクライオポンプである。横型のクライオポンプとは一般に、冷凍機１６がクライオポンプ１０の中心軸Ｃに交差する（通常は直交する）よう配設されているクライオポンプである。
　第１段クライオパネル１８は、放射シールド３０と入口クライオパネル３２とを備え、第２段クライオパネルアセンブリ２０を包囲する。第１段クライオパネル１８は、クライオポンプ１０の外部またはクライオポンプハウジング７０からの輻射熱から第２段クライオパネルアセンブリ２０を保護するための極低温表面を提供する。第１段クライオパネル１８は第１冷却ステージ２２に熱的に結合されている。よって第１段クライオパネル１８は第１冷却温度に冷却される。第１段クライオパネル１８は第２段クライオパネルアセンブリ２０との間に隙間を有しており、第１段クライオパネル１８は第２段クライオパネルアセンブリ２０と接触していない。第１段クライオパネル１８はクライオポンプハウジング７０とも接触していない。
　放射シールド３０は、クライオポンプハウジング７０の輻射熱から第２段クライオパネルアセンブリ２０を保護するために設けられている。放射シールド３０は、吸気口１２から軸方向に筒状（例えば円筒状）に延在する。放射シールド３０は、クライオポンプハウジング７０と第２段クライオパネルアセンブリ２０との間にあり、第２段クライオパネルアセンブリ２０を囲む。放射シールド３０は、クライオポンプ１０の外部から内部空間１４に気体を受け入れるためのシールド主開口３４を有する。シールド主開口３４は、吸気口１２に位置する。
　放射シールド３０は、シールド主開口３４を定めるシールド前端３６と、シールド主開口３４と反対側に位置するシールド底部３８と、シールド前端３６をシールド底部３８に接続するシールド側部４０と、を備える。シールド側部４０は、軸方向にシールド前端３６からシールド主開口３４と反対側へと延在し、周方向に第２冷却ステージ２４を包囲するよう延在する。
　シールド側部４０は、冷凍機構造部２１が挿入されるシールド側部開口４４を有する。シールド側部開口４４を通じて放射シールド３０の外から第２冷却ステージ２４及び第２シリンダ２５が放射シールド３０の中に挿入される。シールド側部開口４４は、シールド側部４０に形成された取付穴であり、例えば円形である。第１冷却ステージ２２は放射シールド３０の外に配置されている。
　シールド側部４０は、冷凍機１６の取付座４６を備える。取付座４６は、第１冷却ステージ２２を放射シールド３０に取り付けるための平坦部分であり、放射シールド３０の外から見てわずかに窪んでいる。取付座４６は、シールド側部開口４４の外周を形成する。第１冷却ステージ２２が取付座４６に取り付けられることによって、放射シールド３０が第１冷却ステージ２２に熱的に結合されている。
　このように放射シールド３０を第１冷却ステージ２２に直接取り付けることに代えて、ある実施形態においては、放射シールド３０は、追加の伝熱部材を介して第１冷却ステージ２２に熱的に結合されていてもよい。伝熱部材は、例えば、両端にフランジを有する中空の短筒であってもよい。伝熱部材は、その一端のフランジにより取付座４６に固定され、他端のフランジにより第１冷却ステージ２２に固定されてもよい。伝熱部材は、冷凍機構造部２１を囲んで第１冷却ステージ２２から放射シールド３０に延在してもよい。シールド側部４０は、こうした伝熱部材を含んでもよい。
　図示される実施形態においては、放射シールド３０は一体の筒状に構成されている。これに代えて、放射シールド３０は、複数のパーツにより全体として筒状の形状をなすように構成されていてもよい。これら複数のパーツは互いに間隙を有して配設されていてもよい。例えば、放射シールド３０は軸方向に２つの部分に分割されていてもよい。
　入口クライオパネル３２は、クライオポンプ１０の外部の熱源（例えば、クライオポンプ１０が取り付けられる真空チャンバ内の熱源）からの輻射熱から第２段クライオパネルアセンブリ２０を保護するために、吸気口１２（またはシールド主開口３４、以下同様）に設けられている。また、入口クライオパネル３２の冷却温度で凝縮する気体（例えば水分）がその表面に捕捉される。
　入口クライオパネル３２は、吸気口１２において第２段クライオパネルアセンブリ２０に対応する場所に配置されている。入口クライオパネル３２は、吸気口１２の開口面積の中心部分を占有し、放射シールド３０との間に環状（例えば円環状）の開放領域５１を形成する。軸方向に見たときの入口クライオパネル３２の形状は、例えば円盤状である。入口クライオパネル３２の径は、比較的小さく、例えば、第２段クライオパネルアセンブリ２０の径より小さい。入口クライオパネル３２は、吸気口１２の開口面積の多くとも１／３、または多くとも１／４を占めてもよい。このようにして、開放領域５１は、吸気口１２の開口面積の少なくとも２／３、または少なくとも３／４を占めてもよい。
　入口クライオパネル３２は、入口クライオパネル取付部材３３を介してシールド前端３６に取り付けられる。図１に示されるように、入口クライオパネル取付部材３３は、シールド主開口３４の直径に沿ってシールド前端３６に架け渡された直線状の部材である。こうして入口クライオパネル３２は放射シールド３０に固定され、放射シールド３０に熱的に結合されている。入口クライオパネル３２は第２段クライオパネルアセンブリ２０に近接しているが、接触はしていない。また、入口クライオパネル取付部材３３は、開放領域５１を周方向に分割している。開放領域５１は、複数（例えば２つ）の円弧状領域からなる。入口クライオパネル取付部材３３は、十字状またはその他の形状を有してもよい。
　入口クライオパネル３２は、吸気口１２の中心部に配置されている。入口クライオパネル３２の中心は、中心軸Ｃ上に位置する。ただし、入口クライオパネル３２の中心は、中心軸Ｃからいくらか外れて位置してもよく、その場合にも、入口クライオパネル３２は、吸気口１２の中心部に配置されているとみなされうる。入口クライオパネル３２は、中心軸Ｃに垂直に配置されている。また、軸方向に関しては、入口クライオパネル３２は、シールド前端３６よりも若干上方に配置されていてもよい。あるいは、入口クライオパネル３２は、シールド前端３６と軸方向にほぼ同じ高さ、またはシールド前端３６よりも軸方向に若干下方に配置されてもよい。
　第２段クライオパネルアセンブリ２０は、クライオポンプ１０の内部空間１４の中心部に設けられている。第２段クライオパネルアセンブリ２０は、上部構造２０ａと下部構造２０ｂとを備える。第２段クライオパネルアセンブリ２０は、軸方向に配列された複数の吸着クライオパネル６０を備える。複数の吸着クライオパネル６０は軸方向に互いに間隔をあけて配列されている。
　第２段クライオパネルアセンブリ２０の上部構造２０ａは、複数の上部クライオパネル６０ａと、複数の伝熱体（伝熱スペーサともいう）６２と、を備える。複数の上部クライオパネル６０ａは、軸方向において入口クライオパネル３２と第２冷却ステージ２４との間に配置されている。複数の伝熱体６２は、軸方向に柱状に配列されている。複数の上部クライオパネル６０ａおよび複数の伝熱体６２は、吸気口１２と第２冷却ステージ２４との間で軸方向に交互に積み重ねられている。上部クライオパネル６０ａと伝熱体６２の中心はともに中心軸Ｃ上に位置する。こうして上部構造２０ａは、第２冷却ステージ２４に対し軸方向上方に配置されている。上部構造２０ａは、銅（例えば純銅）などの高熱伝導金属材料で形成された伝熱ブロック６３を介して第２冷却ステージ２４に固定され、第２冷却ステージ２４に熱的に結合されている。よって、上部構造２０ａは第２冷却温度に冷却される。
　第２段クライオパネルアセンブリ２０の下部構造２０ｂは、複数の下部クライオパネル６０ｂと、第２段クライオパネル取付部材６４と、を備える。複数の下部クライオパネル６０ｂは、軸方向において第２冷却ステージ２４とシールド底部３８との間に配置されている。第２段クライオパネル取付部材６４は、第２冷却ステージ２４から軸方向に下方に向けて延びている。複数の下部クライオパネル６０ｂは、第２段クライオパネル取付部材６４を介して第２冷却ステージ２４に取り付けられている。こうして、下部構造２０ｂは、第２冷却ステージ２４に熱的に結合され、第２冷却温度に冷却される。
　第２段クライオパネルアセンブリ２０においては、少なくとも一部の表面に吸着領域６６が形成されている。吸着領域６６は非凝縮性気体（例えば水素）を吸着により捕捉するために設けられている。吸着領域６６は例えば吸着材（例えば活性炭）をクライオパネル表面に接着することにより形成される。
　複数の吸着クライオパネル６０のうち少なくとも１つ（例えば、複数の上部クライオパネル６０ａの各々、及び／または、複数の下部クライオパネル６０ｂのうち少なくとも１つ）は、露出領域６８と非露出領域６９とを備える。あるクライオパネルについて、露出領域６８は、吸気口１２を通じて被排気気体が直線的に到達可能なクライオパネル上の場所を指し、非露出領域６９は、吸気口１２を通じて被排気気体が直線的に到達不能な場所を指す。したがって、吸気口１２を向くクライオパネルの前面は、露出領域６８と非露出領域６９に区分けされうる。吸気口１２とは反対側、すなわちシールド底部３８を向くクライオパネルの背面は、非露出領域６９となる。
　あるクライオパネルの前面における露出領域６８と非露出領域６９との境界は、シールド前端３６の内周縁（吸気口フランジ７２の内周縁でもよい）からそのクライオパネルの直上のクライオパネルの外周縁に向かう視線を考慮して定められてもよい。この視線を延長すると、視線はそのクライオパネルの前面に交点を形成する。視線をシールド前端３６の全周にわたって走査すると、交点はクライオパネルの前面に軌跡を描く。軌跡の内側の領域は直上のクライオパネルの陰となり、吸気口１２を通じてクライオポンプ１０の外から見えない。軌跡の外側の領域は吸気口１２を通じてクライオポンプ１０の外から見える。このように、視線を用いて露出領域６８と非露出領域６９との境界を定めることができる。
　例として、図１には、第１視線７４ａと第２視線７４ｂを破線で示す。第１視線７４ａは、下から２番目の上部クライオパネル６０ａの外周端へとシールド前端３６から引かれ、最も下方の上部クライオパネル６０ａと交差している。よって、最も下方の上部クライオパネル６０ａの前面において第１視線７４ａより径方向外側の領域は、露出領域６８となり、第１視線７４ａより径方向内側の領域は、非露出領域６９となる。第２視線７４ｂは、最も下方の上部クライオパネル６０ａの外周端へとシールド前端３６から引かれ、最も上方の下部クライオパネル６０ｂと交差している。よって、最も上方の下部クライオパネル６０ｂの前面において第２視線７４ｂより径方向外側の領域は、露出領域６８となり、第２視線７４ｂより径方向内側の領域は、非露出領域６９となる。
　一例として、複数の上部クライオパネル６０ａのうち軸方向に入口クライオパネル３２に最も近接する１つ又は複数の上部クライオパネル６０ａは、平板（例えば円盤状）であり、中心軸Ｃに垂直に配置されている。残りの上部クライオパネル６０ａは、逆円錐台状であり、円形の底面が中心軸Ｃに垂直に配置されている。
　上部クライオパネル６０ａうち入口クライオパネル３２に最も近接するもの（すなわち、軸方向に入口クライオパネル３２の直下に位置する上部クライオパネル６０ａ、トップクライオパネル６１とも呼ばれる）は、入口クライオパネル３２より径が大きい。ただし、トップクライオパネル６１の径は、入口クライオパネル３２の径と等しくてもよいし、それより小さくてもよい。トップクライオパネル６１は入口クライオパネル３２は直接対向しており、トップクライオパネル６１と入口クライオパネル３２の間には、他のクライオパネルは存在しない。
　複数の上部クライオパネル６０ａは、軸方向に下方に向かうにつれて徐々に径が大きくなっている。また、逆円錐台状の上部クライオパネル６０ａは、入れ子状に配置されている。より上方の上部クライオパネル６０ａの下部が、その下方に隣接する上部クライオパネル６０ａの中の逆円錐台状空間に入り込んでいる。
　個々の伝熱体６２は、円柱形状を有する。伝熱体６２は、比較的短い円柱形状とされ、伝熱体６２の径より軸方向高さが小さくてもよい。吸着クライオパネル６０などのクライオパネルは一般に、銅（例えば純銅）などの高熱伝導金属材料で形成され、必要とされる場合、表面がニッケルなどの金属層で被覆されている。これに対して、伝熱体６２は、クライオパネルとは異なる材料で形成されてもよい。伝熱体６２は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金などの、吸着クライオパネル６０よりも熱伝導率は低いが密度の小さい金属材料で形成されてもよい。このようにすれば、伝熱体６２の熱伝導性と軽量化をある程度両立でき、第２段クライオパネルアセンブリ２０の冷却時間の短縮に役立つ。
　下部クライオパネル６０ｂは、平板であり、例えば円盤状である。下部クライオパネル６０ｂは、上部クライオパネル６０ａよりも大径である。ただし、下部クライオパネル６０ｂには第２段クライオパネル取付部材６４への取付のために、外周の一部分から中心部へと切欠部（例えば、図４に示される切欠部８２）が形成されていてもよい。
　なお、第２段クライオパネルアセンブリ２０の具体的構成は上述のものに限られない。上部構造２０ａは、任意の枚数の上部クライオパネル６０ａを有してもよい。上部クライオパネル６０ａは、平板、円錐状、またはその他の形状を有してもよい。同様に、下部構造２０ｂは、任意の枚数の下部クライオパネル６０ｂを有してもよい。下部クライオパネル６０ｂは、平板、円錐状、またはその他の形状を有してもよい。
　吸着領域６６は、吸気口１２から見えないように、上方に隣接する吸着クライオパネル６０の陰となる場所に形成されていてもよい。すなわち、吸着領域６６は、非露出領域６９に配置されている。例えば、吸着領域６６は吸着クライオパネル６０の下面の全域に形成されている。吸着領域６６は、下部クライオパネル６０ｂの上面に形成されていてもよい。また、図１においては簡明化のために図示を省略しているが、吸着領域６６は、上部クライオパネル６０ａの下面（背面）にも形成されている。必要に応じて、吸着領域６６は、上部クライオパネル６０ａの上面に形成されてもよい。
　吸着領域６６においては、多数の活性炭の粒が吸着クライオパネル６０の表面に密に並べられた状態で不規則な配列で接着されている。活性炭の粒は例えば円柱形状に成形されている。なお吸着材の形状は円柱形状でなくてもよく、例えば球状やその他の成形された形状、あるいは不定形状であってもよい。吸着材のパネル上での配列は規則的配列であっても不規則な配列であってもよい。
　また、第２段クライオパネルアセンブリ２０の少なくとも一部の表面には凝縮性気体を凝縮により捕捉するための凝縮領域が形成されている。露出領域６８は、凝縮領域として働くことができる。凝縮領域は例えば、クライオパネル表面上で吸着材の欠落した区域であり、クライオパネル基材表面例えば金属面が露出されている。吸着クライオパネル６０（例えば、上部クライオパネル６０ａ）の上面、または上面外周部、または下面外周部は、凝縮領域であってもよい。
　トップクライオパネル６１は、上面および下面の両方の全体が凝縮領域であってもよい。すなわち、トップクライオパネル６１は、吸着領域６６を有しなくてもよい。このように、第２段クライオパネルアセンブリ２０において吸着領域６６を有しないクライオパネルは、凝縮クライオパネルと称されてもよい。例えば、上部構造２０ａは、少なくとも１つの凝縮クライオパネル（例えば、トップクライオパネル６１）を備えてもよい。
　クライオポンプハウジング７０は、第１段クライオパネル１８、第２段クライオパネルアセンブリ２０、及び冷凍機１６を収容するクライオポンプ１０の筐体であり、内部空間１４の真空気密を保持するよう構成されている真空容器である。クライオポンプハウジング７０は、第１段クライオパネル１８及び冷凍機構造部２１を非接触に包含する。クライオポンプハウジング７０は、冷凍機１６の室温部２６に取り付けられている。
　クライオポンプハウジング７０の前端によって、吸気口１２が画定されている。クライオポンプハウジング７０は、その前端から径方向外側に向けて延びている吸気口フランジ７２を備える。吸気口フランジ７２は、クライオポンプハウジング７０の全周にわたって設けられている。クライオポンプ１０は、吸気口フランジ７２を用いて真空排気対象の真空チャンバに取り付けられる。
　上述のように、第２段クライオパネルアセンブリ２０は、多数の吸着クライオパネル６０（すなわち、複数の上部クライオパネル６０ａおよび下部クライオパネル６０ｂ）を有するので、非凝縮性気体について高い排気性能をもつ。例えば、第２段クライオパネルアセンブリ２０は、水素ガスを高い排気速度で排気することができる。
　複数の吸着クライオパネル６０の各々は、クライオポンプ１０の外部から視認不能である部位に吸着領域６６を備える。よって、第２段クライオパネルアセンブリ２０は、吸着領域６６の全部またはその大半がクライオポンプ１０の外部から完全に見えないように構成されている。クライオポンプ１０は、吸着材非露出型のクライオポンプと呼ぶこともできる。
　ところで、クライオポンプに蓄積された気体は通常、再生処理により実質的に完全に排出され、再生完了時にはクライオポンプは仕様上の排気性能に回復される。しかし、吸着材がクライオポンプの外から見えるように配置された吸着材露出型のクライオポンプでは、蓄積された気体のうち一部の成分は再生処理を経ても吸着材に残留する割合が比較的高い。
　例えば、イオン注入装置の真空排気用に設置されているクライオポンプにおいては、吸着材としての活性炭に粘着性の物質が付着することが観察された。この粘着性物質は再生処理を経ても完全に除去することが困難であった。この粘着性物質は、処理対象基板に被覆されるフォトレジストから排出される有機系のアウトガスに起因すると考えられる。またはイオン注入処理でドーパントガスつまり原料ガスとして使用される毒性ガスに起因する可能性もある。イオン注入処理におけるその他の副生成ガスに起因する可能性も考えられる。これらのガスが複合的に関係して粘着性物質が生成されている可能性もある。
　イオン注入処理では、クライオポンプの排気する気体の大半は水素ガスであり得る。水素ガスは再生により実質的に完全に外部に排出される。難再生気体は微量であれば、１回のクライオポンピング処理においてクライオポンプの排気性能に難再生気体が与える影響は軽微である。しかし、吸着材露出型のクライオポンプでは、クライオポンピング処理と再生処理とを反復するうちに、難再生気体は徐々に吸着材に蓄積され、排気性能を低下させていく可能性がある。排気性能が許容範囲を下回ったときには、例えば吸着材またはそれとともにクライオパネルの交換、または吸着材への化学的な難再生気体除去処理を含むメンテナンス作業が必要となる。
　難再生気体はほぼ例外なく凝縮性気体である。外部からクライオポンプ１０へと向けて飛来する凝縮性気体の分子は、入口クライオパネル３２の周囲の開放領域を通過して、放射シールド３０または第２段クライオパネルアセンブリ２０の外周の凝縮領域に直線的経路で到達し、それらの表面に捕捉される。難再生気体は凝縮領域に堆積される。上述のようにクライオポンプ１０は吸着材非露出型であり、吸着領域６６が非露出領域６９に配置されているから、難再生気体から吸着領域６６は保護される。
　その反面、露出領域６８は、難再生気体によって汚染されうる。汚染された吸着クライオパネル６０は、クライオポンプ１０のメンテナンスの際に、クライオポンプ１０から分解され洗浄されることを必要としうる。吸着領域６６に設けられた活性炭などの吸着材は難再生気体に汚染されていないので、再利用可能と考えられる。洗浄されたクライオパネルは、再利用可能な場合には、再び組み立てられ使用される。しかし、洗浄の方法によっては、吸着領域６６の吸着機能が失われうる。その場合、洗浄後の吸着クライオパネル６０は再利用できないので、廃棄されなければならない。
　そこで、露出領域６８は、取り外し可能な保護面７６で被覆されている。取り外し可能な保護面７６は、少なくとも１つの吸着クライオパネル６０の露出領域６８に設けられている。取り外し可能な保護面７６は、複数の吸着クライオパネル６０の各々に設けられていてもよい。取り外し可能な保護面７６は、種々の例示的な構成が考えられ、それらを以下に説明する。
　図２は、図１に示されるクライオポンプ１０に使用されうる例示的なクライオパネルの概略斜視図である。図示されるクライオパネルは、第２段クライオパネルアセンブリ２０に使用されうるクライオパネルであり、トップクライオパネル６１である。ただし、図示されるクライオパネルは、第２段クライオパネルアセンブリ２０に使用される他の吸着クライオパネル６０であってもよい。
　トップクライオパネル６１は、第１のクライオパネル基材７８ａと、第２のクライオパネル基材７８ｂとを備える。これらクライオパネル基材７８ａ、７８ｂは、同じ材料（例えば金属材料）で形成され、同じ形状を有する。クライオパネル基材７８ａ、７８ｂは、例えば、銅（例えば純銅）などの高熱伝導金属材料で形成され、必要とされる場合、表面がニッケルなどの金属層で被覆されている。したがって、クライオパネル基材７８ａ、７８ｂ自体は、非凝縮性気体を吸着不能である。トップクライオパネル６１が非凝縮性気体を吸着可能とするために、図示されていないが、第１のクライオパネル基材７８ａは、その裏面（下面）に吸着材が設けられていてもよい。あるいは、第１のクライオパネル基材７８ａには吸着材が設けられていなくてもよく、その場合、トップクライオパネル６１が非凝縮性気体を吸着しない。クライオパネル基材７８ａ、７８ｂは、例えば、円板状である。なお、クライオパネル基材７８ａ、７８ｂは、円錐状またはその他の形状であってもよい。
　第２のクライオパネル基材７８ｂが、取り外し可能な保護面７６を提供するように第１のクライオパネル基材７８ａに取り外し可能に装着されている。第２のクライオパネル基材７８ｂは、その裏面が第１のクライオパネル基材７８ａの前面と接触し、第１のクライオパネル基材７８ａの前面の全体を覆うようにして、第１のクライオパネル基材７８ａに取り外し可能に取り付けられている。第２のクライオパネル基材７８ｂの前面が、保護面７６として使用される。
　また、第２のクライオパネル基材７８ｂは、第１のクライオパネル基材７８ａに熱的に結合され、第１のクライオパネル基材７８ａとともに冷却される。これらクライオパネル基材７８ａ、７８ｂ間に良好な熱接触があるようにして、第２のクライオパネル基材７８ｂは、ボルトなどの取り外し可能な締結部材、剥離可能な接着剤など適宜の取り外し可能な取付方法によって第１のクライオパネル基材７８ａに取り付けられている。
　第１のクライオパネル基材７８ａは、典型的に使用されるクライオパネルに相当する。図２に示される実施の形態では、第１のクライオパネル基材７８ａに第２のクライオパネル基材７８ｂが重ね合わされている。このようにして追加された第２のクライオパネル基材７８ｂが取り外し可能な保護面７６を提供する。
　第２のクライオパネル基材７８ｂは、非凝縮性気体を吸着不能とするので、吸着領域すなわち吸着材を有しない。そのため、製造工程において、吸着材をクライオパネル基材に取り付ける工程を要しない。これに対して、そうした吸着材取付工程を要する吸着クライオパネル６０は、製造にコストがかかる。よって、第２のクライオパネル基材７８ｂは、比較的安価に提供することができる。
　また、第２のクライオパネル基材７８ｂは、典型的にクライオパネルに使用される第１のクライオパネル基材７８ａと同等に設計されているから、クライオポンプ１０における使用に要求される熱的性能、機械的強度、およびそのほかの必要な条件を満たす。よって、第２のクライオパネル基材７８ｂは、クライオポンプ１０の設計者にとって容易に利用可能である。
　第２のクライオパネル基材７８ｂは第１のクライオパネル基材７８ａと同様に第２冷却温度に冷却されているから、第２のクライオパネル基材７８ｂ上の保護面７６には難再生気体が凝縮し、汚染されうる。しかし、第１のクライオパネル基材７８ａについては、保護面７６によって汚染は防止または緩和される。汚染が無いかまたは程度が軽ければ、クライオポンプ１０のメンテナンスの際に分解や洗浄などの煩雑な作業を行うことなく、トップクライオパネル６１を再利用することができる。第２のクライオパネル基材７８ｂは、吸着材を有しないから、洗浄すれば再利用できる。あるいは、上述のように第２のクライオパネル基材７８ｂは比較的安価であるから、使用済みのクライオパネル基材７８ｂは廃棄し、新たなクライオパネル基材７８ｂと交換しても、コスト面での影響は小さい。
　なお、使用済みのクライオパネル基材７８ｂが取り外された後、新たなクライオパネル基材７８ｂが第１のクライオパネル基材７８ａに装着されなくてもよい。この場合、保護面７６が第１のクライオパネル基材７８ａに提供されないから、以降のクライオポンプ１０の運転中に、第１のクライオパネル基材７８ａの前面は汚染されうる。次回のメンテナンスにおいて第１のクライオパネル基材７８ａを新たなものと交換しなければならないかもしれない。しかし、第１のクライオパネル基材７８ａ上の吸着材にも寿命があるので、第１のクライオパネル基材７８ａの汚染の有無にかかわらず、いずれは吸着材とともに第１のクライオパネル基材７８ａの交換を要することになる。したがって、新たなクライオパネル基材７８ｂを装着するか否かは、クライオパネル基材７８ｂのコストや吸着材の寿命を考慮して決定されてもよい。
　図３は、図１に示されるクライオポンプ１０に使用されうる別の例示的なクライオパネルの概略斜視図である。図示されるクライオパネルは、第２段クライオパネルアセンブリ２０に使用されうるクライオパネルであり、上部クライオパネル６０ａである。ただし、図示されるクライオパネルは、第２段クライオパネルアセンブリ２０に使用される他の吸着クライオパネル６０であってもよい。
　上部クライオパネル６０ａは、図１を参照して説明したように、例えば逆円錐状の形状を有する。上部クライオパネル６０ａの前面は、外周部に露出領域６８を有し、露出領域６８の内側に非露出領域６９を有する。非露出領域６９には吸着材が設けられうるが、図示の簡明化のために、図３では図示を省略する。
　上部クライオパネル６０ａ（または吸着クライオパネル６０）は、取り外し可能な保護面７６を提供するように露出領域６８を被覆する保護層８０を備える。非露出領域６９には、保護層８０は設けられていない。保護面７６として機能する保護層８０の表面は、難再生気体に対して耐腐食性を有する材料、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂またはその他の樹脂、あるいは、アルミニウムまたは銅などの金属で形成されていてもよい。よって、保護層８０は、そうした樹脂材料または金属材料の表面を有する粘着テープまたは剥離可能に接着された保護フィルムであってもよい。保護層８０は、上部クライオパネル６０ａのクライオパネル基材に接着され、それにより熱的に結合され、同じ冷却温度に冷却される。
　保護層８０は、露出領域６８に設置され、第２冷却温度に冷却されているから、保護面７６には難再生気体が凝縮し、汚染されうる。保護層８０は上部クライオパネル６０ａに剥離可能に接着されているから、クライオポンプ１０のメンテナンスの際に保護層８０を剥がすことによって、上部クライオパネル６０ａから汚染物質を取り除くことができる。メンテナンスの際に分解や洗浄などの煩雑な作業を行うことなく、上部クライオパネル６０ａの再利用が可能となりうる。
　図４は、図１に示されるクライオポンプ１０に使用されうるさらに別の例示的なクライオパネルの概略上面図である。図示されるクライオパネルは、第２段クライオパネルアセンブリ２０に使用されうるクライオパネルであり、下部クライオパネル６０ｂである。ただし、図示されるクライオパネルは、第２段クライオパネルアセンブリ２０に使用される他の吸着クライオパネル６０であってもよい。
　下部クライオパネル６０ｂは、図１を参照して説明したように、例えば円板状の形状を有する。ただし、下部クライオパネル６０ｂには第２段クライオパネル取付部材６４への取付のために、外周の一部分から中心部へと切欠部８２が形成されている。下部クライオパネル６０ｂの前面は、外周部に露出領域６８を有し、露出領域６８の内側に非露出領域６９を有する。非露出領域６９には吸着材としての粒状の活性炭８４が貼り付けられている。
　下部クライオパネル６０ｂ（または吸着クライオパネル６０）は、取り外し可能な保護面７６を提供するように露出領域６８に剥離可能に接着された樹脂製または金属製の保護層８０を備える。保護層８０は、下部クライオパネル６０ｂのクライオパネル基材に接着され、それにより熱的に結合され、同じ冷却温度に冷却される。
　保護層８０は、露出領域６８に設置され、第２冷却温度に冷却されているから、保護面７６には難再生気体が凝縮し、汚染されうる。保護層８０は下部クライオパネル６０ｂに剥離可能に接着されているから、クライオポンプ１０のメンテナンスの際に保護層８０を剥がすことによって、下部クライオパネル６０ｂから汚染物質を取り除くことができる。メンテナンスの際に分解や洗浄などの煩雑な作業を行うことなく、下部クライオパネル６０ｂの再利用が可能となりうる。
　なお、使用済みの保護層８０が剥がされた後、新たな保護層８０が吸着クライオパネル６０に貼り付けられてもよいし、貼り付けられなくてもよい。新たな保護層８０を装着するか否かは、保護層８０のコストや吸着クライオパネル６０上の吸着材の寿命を考慮して決定されてもよい。
　あるいは、複数の保護層８０が露出領域６８に積層されていてもよい。このようにすれば、使用済みの保護層８０が剥がされたとき、その直下の新たな保護層８０が露出され使用可能となる。
　上記の構成のクライオポンプ１０の動作を以下に説明する。クライオポンプ１０の作動に際しては、まずその作動前に他の適当な粗引きポンプで真空チャンバ内部を１Ｐａ程度にまで粗引きする。その後、クライオポンプ１０を作動させる。冷凍機１６の駆動により第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４がそれぞれ第１冷却温度及び第２冷却温度に冷却される。よって、これらに熱的に結合されている第１段クライオパネル１８、第２段クライオパネルアセンブリ２０もそれぞれ第１冷却温度及び第２冷却温度に冷却される。
　入口クライオパネル３２は、真空チャンバからクライオポンプ１０に向かって飛来する気体を冷却する。入口クライオパネル３２の表面には、第１冷却温度で蒸気圧が充分に低い（例えば１０－８Ｐａ以下の）気体が凝縮する。この気体は、第１種気体と称されてもよい。第１種気体は例えば水蒸気である。こうして、入口クライオパネル３２は、第１種気体を排気することができる。第１冷却温度で蒸気圧が充分に低くない気体の一部は、吸気口１２から内部空間１４へと進入する。あるいは、気体の他の一部は、入口クライオパネル３２で反射され、内部空間１４に進入しない。
　内部空間１４に進入した気体は、第２段クライオパネルアセンブリ２０によって冷却される。吸着クライオパネル６０の凝縮領域の表面には、第２冷却温度で蒸気圧が充分に低い（例えば１０－８Ｐａ以下の）気体が凝縮する。この気体は、第２種気体と称されてもよい。第２種気体は例えば窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）である。こうして、第２段クライオパネルアセンブリ２０は、第２種気体を排気することができる。
　第２冷却温度で蒸気圧が充分に低くない気体は、吸着クライオパネル６０の吸着領域６６に吸着される。この気体は、第３種気体と称されてもよい。第３種気体は例えば水素（Ｈ２）である。こうして、第２段クライオパネルアセンブリ２０は、第３種気体を排気することができる。したがって、クライオポンプ１０は、種々の気体を凝縮または吸着により排気し、真空チャンバの真空度を所望のレベルに到達させることができる。
　実施の形態に係るクライオポンプ１０によると、露出領域６８は、取り外し可能な保護面７６で被覆されている。第２段クライオパネルアセンブリ２０と同様に第２冷却温度に冷却されているから、難再生気体は保護面７６上に凝縮される。保護面７６には難再生気体が付着して汚染されうるが、保護面７６は取り外すことができる。保護面７６を取り外すことによって、保護面７６で覆われていた清浄な面が露出される。あるいは、新たな保護面７６を取り付けることによって、露出領域６８は再び保護される。したがって、クライオポンプ１０は、メンテナンスの際に、難再生気体などの付着物を除去するために第２段クライオパネルアセンブリ２０を分解し洗浄する必要がない。こうした取り外し可能な保護面７６が設けられていないクライオポンプに比べて、クライオポンプ１０のメンテナンスを容易に行うことができる。
　とくに、上述のようにクライオポンプ１０は吸着材非露出型であり、吸着領域６６が非露出領域６９に配置されているから、難再生気体から吸着領域６６は保護される。したがって、保護面７６の取り外しまたは交換によって難再生気体が除去されれば、第２段クライオパネルアセンブリ２０は再利用可能である。このように、クライオポンプ１０は吸着材非露出型である場合、とくに、クライオポンプ１０のメンテナンスを容易に行うことができる。
　以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
　上述の実施の形態では、非露出領域６９に保護層８０が設けられていない場合を例に挙げて説明したが、これは本発明に必須ではない。ある実施の形態においては、非露出領域６９の少なくとも一部（例えば、非露出領域６９において吸着領域６６の外側の部分）が取り外し可能な保護面７６で被覆されていてもよい。例えば、非露出領域６９において、活性炭などの吸着材が貼り付けられていない領域に保護層８０が剥離可能に接着されてもよい。
　上記の説明においては横型のクライオポンプを例示したが、本発明は、縦型その他のクライオポンプにも適用可能である。なお、縦型のクライオポンプとは、冷凍機１６がクライオポンプ１０の中心軸Ｃに沿って配設されているクライオポンプをいう。また、クライオパネルの配置や形状、数などクライオポンプの内部構成は、上述の特定の実施形態には限られない。種々の公知の構成を適宜採用することができる。
　本発明は、クライオポンプおよびクライオパネルの分野における利用が可能である。
　１０　クライオポンプ、　１２　吸気口、　６６　吸着領域、　６８　露出領域、　６９　非露出領域、　７６　保護面、　７８ａ，７８ｂ　クライオパネル基材、　８０　保護層。

Claims (11)

  1. 　クライオポンプ吸気口を通じて被排気気体が直線的に到達可能な露出領域と、前記クライオポンプ吸気口を通じて被排気気体が直線的に到達不能な非露出領域と、を備えるクライオパネルアセンブリを備え、
    　前記非露出領域は、非凝縮性気体を吸着可能な吸着領域を有し、前記露出領域は、取り外し可能な保護面で被覆されていることを特徴とするクライオポンプ。
  2. 　前記取り外し可能な保護面を提供するように前記露出領域に剥離可能に接着された樹脂製または金属製の保護層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のクライオポンプ。
  3. 　前記露出領域には複数の保護層が積層されていることを特徴とする請求項１または２に記載のクライオポンプ。
  4. 　前記クライオパネルアセンブリは、前記非凝縮性気体を吸着不能とする第１のクライオパネル基材と、前記非凝縮性気体を吸着不能とする第２のクライオパネル基材と、を備え、
    　前記第２のクライオパネル基材が、前記取り外し可能な保護面を提供するように前記第１のクライオパネル基材に取り外し可能に装着されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のクライオポンプ。
  5. 　前記非露出領域の少なくとも一部が前記取り外し可能な保護面で被覆されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のクライオポンプ。
  6. 　前記クライオポンプ吸気口から軸方向に筒状に延在し、前記クライオパネルアセンブリを囲むように配置された放射シールドと、
    　前記放射シールドを冷却する高温冷却ステージと、前記クライオパネルアセンブリを冷却する低温冷却ステージとを備え、前記低温冷却ステージが前記高温冷却ステージよりも低温に冷却される冷凍機と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のクライオポンプ。
  7. 　前記クライオパネルアセンブリは、各々が前記露出領域および前記非露出領域を有する複数のクライオパネルと、軸方向に柱状に配列された複数の伝熱体と、を備え、前記複数のクライオパネルおよび前記複数の伝熱体が軸方向に積み重ねられていることを特徴とする請求項６に記載のクライオポンプ。
  8. 　前記クライオパネルアセンブリは、前記クライオパネルアセンブリのうち軸方向に最も上方に配置されたトップクライオパネルを備え、
    　前記トップクライオパネルは、第１のクライオパネル基材と、前記取り外し可能な保護面を提供する第２のクライオパネル基材とを備え、前記第２のクライオパネル基材は、その裏面が前記第１のクライオパネル基材の前面と接触し、前記第１のクライオパネル基材の前面の全体を覆うようにして、前記第１のクライオパネル基材に取り外し可能に装着されていることを特徴とする請求項６または７に記載のクライオポンプ。
  9. 　前記クライオパネルアセンブリは、前記低温冷却ステージよりも軸方向上方に配置され、逆円錐状の外周部を有する少なくとも１つの上部クライオパネルを備え、前記取り外し可能な保護面で被覆された前記露出領域は、前記逆円錐状の外周部に設けられていることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載のクライオポンプ。
  10. 　前記クライオパネルアセンブリは、前記低温冷却ステージよりも軸方向下方に配置された少なくとも１つの下部クライオパネルを備え、前記取り外し可能な保護面で被覆された前記露出領域は、前記少なくとも１つの下部クライオパネルの外周部に設けられていることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載のクライオポンプ。
  11. 　クライオパネル基材と、前記クライオパネル基材の少なくとも一部を被覆する取り外し可能な保護面と、を備えることを特徴とするクライオパネル。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0718410B2 (ja) * 1987-10-01 1995-03-06 日電アネルバ株式会社 クライオポンプ
JP2512129B2 (ja) * 1989-01-20 1996-07-03 株式会社日立製作所 クライオポンプ
JP2010516939A (ja) * 2007-01-17 2010-05-20 ブルックス オートメーション インコーポレイテッド 圧力バーストが生じない大容量クライオポンプ
JP2012237263A (ja) * 2011-05-12 2012-12-06 Sumitomo Heavy Ind Ltd クライオポンプ及びその製造方法
JP2018127943A (ja) * 2017-02-08 2018-08-16 住友重機械工業株式会社 クライオポンプ

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3571460B2 (ja) * 1996-05-30 2004-09-29 日東電工株式会社 再剥離型感圧接着シ―ト類
JPH10184540A (ja) 1996-12-25 1998-07-14 Anelva Corp クライオポンプ
WO2006102581A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 3M Innovative Properties Company Corrosion resistant metallized films and methods of making the same
US20080138558A1 (en) * 2006-12-07 2008-06-12 Sassan Hojabr Peelable multilayer surface protecting film and articles thereof
JP6045056B2 (ja) * 2010-11-30 2016-12-14 日東電工株式会社 表面保護シート
JP5557786B2 (ja) * 2011-04-05 2014-07-23 住友重機械工業株式会社 クライオポンプのための蓋構造、クライオポンプ、クライオポンプの立ち上げ方法、及びクライオポンプの保管方法
WO2014119750A1 (ja) * 2013-01-31 2014-08-07 コニカミノルタ株式会社 ガスバリア性フィルム
JP6053588B2 (ja) * 2013-03-19 2016-12-27 住友重機械工業株式会社 クライオポンプ、及び非凝縮性気体の真空排気方法
CN106014917B (zh) * 2015-03-31 2018-07-17 住友重机械工业株式会社 低温泵
CN106704145B (zh) * 2016-11-30 2019-02-19 上海华力微电子有限公司 一种具有再生功能的低温泵系统
JP6871751B2 (ja) * 2017-02-07 2021-05-12 住友重機械工業株式会社 クライオポンプ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0718410B2 (ja) * 1987-10-01 1995-03-06 日電アネルバ株式会社 クライオポンプ
JP2512129B2 (ja) * 1989-01-20 1996-07-03 株式会社日立製作所 クライオポンプ
JP2010516939A (ja) * 2007-01-17 2010-05-20 ブルックス オートメーション インコーポレイテッド 圧力バーストが生じない大容量クライオポンプ
JP2012237263A (ja) * 2011-05-12 2012-12-06 Sumitomo Heavy Ind Ltd クライオポンプ及びその製造方法
JP2018127943A (ja) * 2017-02-08 2018-08-16 住友重機械工業株式会社 クライオポンプ

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