【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、クライオポンプの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体製造やレンズの蒸着等の際に使用される真空装置の真空排気に、図２に示すようなクライオポンプが使用されている。 このクライオポンプには、２段の膨張シリンダ２,３を備えた２段膨張式冷凍機１が用いられている。

【０００３】２段目(最終段)の膨張シリンダ３のヒートステージ(セカンドヒートステージ)５には、多段に積層されたセカンドクライオパネル７を取り付けている。 また、１段目の膨張シリンダ２のヒートステージ(ファストヒートステージ)４には、有底の円筒形を成して輻射シールド体として機能するファストクライオパネル６の底面の中央を取り付けている。

【０００４】そして、上記ファストクライオパネル６やその先端部に取り付けられたバッフル８で、チャンバ
(図示せず)内の水蒸気を凝縮して排気する。 一方、セカンドクライオパネル７によって、ファストクライオパネル６で排気できない上記チャンバ内の窒素ガスやアルゴンガスを凝縮し、水素ガスはセカンドクライオパネル７
に張り付けられた活性炭(図示せず)に吸着して排気するのである。

【０００５】上記ファストクライオパネル６による輻射シールド機能を発揮するには、ファストクライオパネル６を５０Ｋ〜１５０Ｋの範囲で温度管理を行う必要がある。 この温度範囲は、次のような理由から設定される。
すなわち、温度を１５０Ｋ以下にするのは、上述のように水蒸気を凝縮して排気するためである。 ところが、温度が５０Ｋ以下になるとアルゴンガスも凝縮されてしまい、この凝縮されたアルゴンガスは定常運転時に放出されるからである。

【０００６】尚、上記セカンドクライオパネル６の５０
Ｋ〜１５０Ｋの範囲での温度管理を容易にするために、
通常、セカンドクライオパネル６には、異色塗装や鏡面加工等の表面処理が行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、クライオポンプにおいては、最終段のクライオパネルによる窒素ガス,アルゴンガスおよび水素ガスの排気と、最終段以外のクライオパネルによる水蒸気の排気とを円滑に機能させるために、最終段以外のクライオパネルの温度を５０Ｋ〜１５０Ｋの範囲で管理する必要がある。

【０００８】したがって、従来のクライオポンプにおいては、図２に示すように、２段(多段)膨張式冷凍機１を用いて、セカンドクライオパネル７は２段目の膨張シリンダ３のセカンドヒートステージ５に取り付ける一方、
輻射シールド体として機能するファストクライオパネル６は１段目の膨張シリンダ２のファストヒートステージ４に取り付ける。 そして、ファストクライオパネル６には異色塗装や鏡面加工等の表面処理を施すという複雑な構成を取っている。 そのために、従来のクライオポンプではコストが高くなるという問題がある。

【０００９】また、上述のように、上記ファストクライオパネル６の温度管理は、ファストクライオパネル６の表面状態と環境温度とを考慮に入れた複雑な制御となるために、正確な温度管理が行えないという問題もある。

【００１０】そこで、この発明の目的は、輻射シールの温度制御が容易で安価なクライオポンプを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項１に係る発明のクライオポンプは、単段のクライオ冷凍機と、上記クライオ冷凍機のヒートステージに取り付けられたクライオパネルと、筒部を有すると共に,上記筒部で上記クライオ冷凍機の冷却シリンダおよびクライオパネルを包囲している輻射シールド体と、底部と筒部を有すると共に,上記底部が上記クライオ冷凍機に取り付けられて,上記筒部で上記輻射シールド体の筒部を包囲しているエンクロージャと、上記輻射シールド体を冷却する冷却手段を備えたことを特徴としている。

【００１２】上記構成によれば、単段のクライオ冷凍機が駆動されて、ヒートステージに取り付けられたクライオパネルが温度５０Ｋ以下に冷却される。 一方、冷却手段によって、輻射シールド体が５０Ｋ〜１５０Ｋの温度範囲に冷却される。 このように、上記輻射シールド体を上記クライオパネルとは独立して冷却することによって、輻射シールド体の輻射シールド温度が、容易に且つ正確に５０Ｋ〜１５０Ｋの最適温度範囲内に保たれる。
さらに、上記クライオパネルの冷却を単段のクライオ冷凍機で行うことによって、安価なクライオポンプが得られる。

【００１３】また、請求項２に係る発明のクライオポンプは、請求項１に係る発明のクライオポンプにおいて、
上記冷却手段はペルチェ素子であることを特徴としている。

【００１４】上記構成によれば、上記冷却手段はペルチェ素子で構成されているので、小型で安価なクライオポンプが得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 図１は、本実施の形態のクライオポンプにおける縦断面図である。 本実施の形態におけるクライオポンプでは、１段の膨張シリンダ１２を有する単段膨張式冷凍機１１を用いる。

【００１６】上記単段膨張式冷凍機１１における膨張シリンダ１２のヒートステージ１３には、有底の略円筒形を成すセカンドクライオパネル１４の底部１５の中心部を取り付けている。 そして、セカンドクライオパネル１
４の上記円筒部１６の内周面には、水素ガス吸着用の活性炭１７を張り付けている。

【００１７】上記単段膨張式冷凍機１１におけるモータ等(図示せず)が収納されている円筒形の駆動部１８の膨張シリンダ１２側の端部には鍔１９が設けられており、
この鍔１９には、エンクロージャ２０が取り付けられる。 エンクロージャ２０は有底の円筒形を成しており、
底部２１の中心には穴２２が設けられている。 そして、
エンクロージャ２０を単段膨張式冷凍機１１に取り付ける場合には、穴２２に単段膨張式冷凍機１１の膨張シリンダ１２が挿通され、円筒部２３で膨張シリンダ１２を取り囲むようにエンクロージャ２０が配置される。 そして、上記穴２２の周囲が、単段膨張式冷凍機１１の鍔１
９の周囲に固定されて取り付けられる。

【００１８】また、上記エンクロージャ２０とセカンドクライオパネル１４との間には、上記輻射シールド体としてのファストクライオパネル２４を設ける。 このファストクライオパネル２４は有底の円筒形を成しており、
底部２５の中心には穴２６が設けられている。 上記構成のファストクライオパネル２４は、底部２５の穴２６に単段膨張式冷凍機１１の膨張シリンダ１２を挿通し、円筒部２７とセカンドクライオパネル１４の円筒部１６とを対向させて配置される。 そして、ファストクライオパネル２４の底部２５を、ペルチェ素子２８を介してエンクロージャ２０の底部２１に固定するのである。

【００１９】上記ペルチェ素子２８は、２つの金属の接合部を通って一定方向に電流が流れると、ファストクライオパネル２４の熱を吸収してエンクロージャ２０側に放出する。 そして、流れる電流の大きさに応じて吸収する熱量が変わる特性を有している。 そこで、本実施の形態においては、ファストクライオパネル２４の円筒部２
７の温度をサーミスタ２９で計測し、この計測温度に基づいてコントローラ３０によって、電源３１からペルチェ素子２８への供給電流値を制御する。 こうして、ファストクライオパネル２４の温度を積極的に５０Ｋ〜１５
０Ｋの範囲に保つのである。

【００２０】上記構成のクライオポンプは、以下のように動作する。 先ず、上記単段膨張式冷凍機１１を駆動して膨張シリンダ１２内の冷媒ガスの膨張によってヒートステージ１３を冷却し、セカンドクライオパネル１４の温度を５０Ｋ以下に設定する。 次に、コントローラ３０
を動作させて、サーミスタ２９で計測されたファストクライオパネル２４の円筒部２７の温度に基づいて、ファストクライオパネル２４やその先端部に取り付けられたバッフル３２の温度が５０Ｋ〜１５０Ｋの範囲に保たれるように、電源３１からペルチェ素子２８へ供給される電流値を制御する。

【００２１】こうして、輻射シールド温度を５０Ｋ〜１
５０Ｋの範囲に保っているファストクライオパネル２４
やその先端部に取り付けられたバッフル３２によって、
エンクロージャ２０の先端部に接続されているチャンバ
(図示せず)内の水蒸気が凝縮されて排気される。 一方、
温度が５０Ｋ以下になったセカンドクライオパネル１４
によって、ファストクライオパネル２４で排気できない上記チャンバ内の窒素ガスやアルゴンガスが凝縮され、
水素ガスはセカンドクライオパネル１４に張り付けられた活性炭１７に吸着されて排気される。

【００２２】このように、本実施の形態におけるクライオポンプは、上記活性炭１７が張り付けられたセカンドクライオパネル１４を単段膨張式冷凍機１１の膨張シリンダ１２で冷却し、輻射シールド体として機能するファストクライオパネル２４は、ペルチェ素子２８によってセカンドクライオパネル１４とは独立して冷却するようにしている。 そして、ファストクライオパネル２４の円筒部２７にサーミスタ２９を設け、このサーミスタで計測した円筒部２７の温度に基づいてペルチェ素子２８への供給電流を制御している。 したがって、本実施の形態におけるクライポンプは、ファストクライオパネル２４
の温度を積極的に制御でき、輻射シールド温度を５０Ｋ
〜１５０Ｋの範囲に、容易に且つ正確に制御することができるのである。

【００２３】また、本実施の形態においては、単段膨張式冷凍機１１を用い、且つ、ファストクライオパネル２
４には異色塗装や鏡面加工等の表面処理の必要がない簡単な構成で実現できる。 したがって、大幅なコストダンウンを図ることができる。

【００２４】尚、上記実施の形態においては、ファストクライオパネル２４の輻射シールド温度を５０Ｋ〜１５
０Ｋの範囲に保つ手段として、ペルチェ素子２８を用いている。 しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、ファストクライオパネル２４冷却用の他の冷凍機を用いてもよい。 このようなファストクライオパネル２４冷却用の冷凍機としては、小型/軽量で安価なスターリング冷凍機等が考えられる。 そして、例えば、
サーミスタで計測したファストクライオパネル２４の表面温度に基づいて、コントローラによってスターリング冷凍機を制御するのである。

【００２５】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係る発明のクライオポンプは、クライオパネルを単段のクライオ冷凍機のヒートステージに取り付け、筒部で上記クライオ冷凍機の冷却シリンダおよびクライオパネルを包囲する輻射シールド体を冷却手段で冷却し、底部が上記クライオ冷凍機に取り付けられたエンクロージャの筒部で上記輻射シールド体の筒部を包囲したので、上記クライオパネルと輻射シールドとを互いに独立して冷却できる。

【００２６】したがって、上記クライオパネルを温度５
０Ｋ以下に冷却しつつ、上記輻射シールド体の温度が５
０Ｋ〜１５０Ｋの最適範囲内になるように、容易に且つ正確に制御できる。 さらに、上記クライオパネルを冷却するクライオ冷凍機を単段にすることによって、安価なクライオポンプを得ることができる。

【００２７】また、請求項２に係る発明のクライオポンプにおける上記冷却手段は、ペルチェ素子であるので、
小型で安価なクライオポンプを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のクライオポンプにおける縦断面図である。

【図２】従来のクライオポンプの部分縦断面図である。

【符号の説明】

１１…単段膨張式冷凍機、 １２…膨張シリンダ、１４…セカンドクライオパネル、 １７…活性炭、１９…鍔、 ２０…エンクロージャ、２４…ファストクライオパネル、 ２８…
ペルチェ素子、２９…サーミスタ、 ３
０…コントローラ、３１…電源。