JP3062706B2 - 低温トラップ付クライオポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低温トラップ付のクラ
イオポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、クライオポンプは、図１に示すよ
うに、前方に開口部ａを備えたポンプケースｂの内部
に、２段式ヘリウム冷凍機ｃの１段ステージｄと２段ス
テージｅとを導入し、該１段ステージｄには円筒状のシ
ールドｆを取付けし、該２段ステージｅにクライオパネ
ルｇを取付け、シールドｆに該開口部ａと対面したバッ
フルｈを取付けた構成を備えるを一般とする。ｉはクラ
イオパネルｇの内面に設けた吸着剤である。

【０００３】該開口部ａには、例えば真空室に連なる排
気管が接続され、２段式ヘリウム冷凍機ｃを運転すると
１段ステージｄが約８０Ｋに冷却されると共に２段ステ
ージｅが約１５Ｋに冷却され、各ステージｄ，ｅからの
熱伝導でバッフルｈが約８０Ｋに冷却されると共にクラ
イオパネルｇが約１５Ｋに冷却される。開口部ａからポ
ンプケースｂ内に飛来する水蒸気や油蒸気のような蒸気
圧の低い分子はバッフルｈに凝縮し、蒸気圧の高い例え
ば窒素やアルゴンガス分子はクライオパネルｇに凝縮さ
れ、非凝縮性の水素ガス分子等は吸着剤ｉに吸着するこ
とにより、該開口部ａに連なる真空室内が高真空に排気
される。該バッフルｈとシールドｆは、真空室からの輻
射熱や気体の熱伝導による熱負荷を吸収し、熱容量の小
さいクライオパネルｇに熱負荷が加わらないようにクラ
イオポンプの主要な熱負荷を負担する。

【０００４】クライオパネルｇで窒素、アルゴン等を凝
縮できる気体の排気容量（クライオポンプにため込める
最大量）は、通常、クライオパネルｇとバッフルｈとの
距離と、クライオパネルｇの外径寸法で決まる。その理
由は、クライオパネルｇの外面に凝縮した窒素、アルゴ
ン等の層の厚さが増すと、シールドｆやバッフルｈに接
触するようになり、その接触箇所で凝縮した窒素等が再
蒸発して排気が進行しなくなるからである。また、窒素
等の凝縮層の厚さが厚くなると、その層内に温度勾配が
でき、そのために表面温度が高くなり、排気効率が低下
するからである。クライオパネルｇが排気容量の限界に
達すると、クライオポンプを常温に戻して凝縮した窒素
等を蒸発させる再生が行なわれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
クライオポンプは１台のヘリウム冷凍機で作動している
ため冷凍能力には限界があり、外部からの熱負荷が大き
くなるとポンプ作用を行なえなくなる不都合があった。
クライオポンプに熱負荷が加わらないようにするため
に、クライオポンプの開口部ａの前方に低温トラップを
設けることも考えられるが、低温トラップとバッフルが
排気通路に２重に設けられることになるので、クライオ
パネルｇへのコンダクタンスが小さくなり、有効排気速
度が低下して真空装置の排気時間が掛かるようになる不
都合がある。

【０００６】また、排気容量を大きくするためにクライ
オパネルｇとバッフルｈとの距離を大きく取ると、これ
に伴なってシールドｆの長さが増大してその分受熱面積
が大きくなり、シールドｆに入る輻射熱が多くなるの
で、その距離を大きくするには限界がある。更に、冷凍
能力に限界があるために、スパッタ装置のように大流量
のアルゴンを使用する装置では、装置のアルゴン使用量
は冷凍機の冷凍能力によって制限されてしまう不都合が
ある。

【０００７】本発明は、排気速度を減少させずに排気容
量を増加できるクライオポンプを提供することを目的と
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、ポンプケー
スの内部に、２段式ヘリウム冷凍機の１段ステージに取
付けた円筒状のシールドと、該２段式ヘリウム冷凍機の
２段ステージに取付けたクライオパネルとを設け、該シ
ールドにポンプケースの開口部と対面したバッフルを取
付けたクライオポンプに於いて、該ポンプケース及びシ
ールドを前後の２個に分割し、分割された前方のシール
ドに前記バッフルを取付けると共に前記２段式ヘリウム
冷凍機とは別個の第２冷凍機の低温部を取付けて低温ト
ラップに構成することにより、上記の目的を達成するよ
うにした。

【０００９】

【作用】本発明のクライオポンプにより真空装置の真空
排気を行なう場合、真空装置からの輻射熱や気体の伝導
熱等の熱負荷の大部分は、クライオポンプの前方に設け
られたクライオポンプの冷凍機とは別個の冷凍機で冷却
される低温トラップに於いて吸収されるため、クライオ
パネルに熱負荷が加わらなくなってその温度が下がり、
より厚く窒素やアルゴンを凝縮させることができ、しか
も、低温トラップとクライオパネルの間の距離を大きく
取ってアルゴン等の凝縮層の厚さを増大させるようにし
てもシールドの受熱面積が増大せず、熱負荷の吸収性能
を損なうことなく排気容量の増大がはかれる。更に、バ
ッフルは低温トラップに設けられるので、クライオポン
プの後方のシールドを冷却する１段ステージの熱容量が
小さくなり、その分、室温から冷却するに要する時間が
短縮される。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図２に基づき説明すると、
同図に於いて符号１は前方に開口部２を有する円筒形の
クライオポンプのポンプケースを示し、該ポンプケース
１の後方には２段式小型ヘリウム冷凍機３が取付けら
れ、該２段式小型ヘリウム冷凍機３の１段ステージ４と
２段ステージ５はポンプケース１の内部へと延ばされ
る。該ポンプケース１の内部に於いて、該１段ステージ
４には銅製の円筒状のシールド６が取付けられ、該２段
ステージ５には内面に活性炭等の吸着剤７ａを設けた銅
製のクライオパネル７が取付けられる。

【００１１】こうした構成は、従来のクライオポンプの
場合と同様であるが、本発明の場合、ポンプケース１及
びシールド６を前後の２個、即ち、前方の開口部２側の
ポンプケース１ａ及びシールド６ａと、後方の２段式小
型ヘリウム冷凍機３側のポンプケース１ｂ及びシールド
６ｂとに分割し、前方のシールド６ａに、例えば銅等の
熱良導性材料で形成したバッフル８を開口部２に対面さ
せて取付けると共に前記２段式ヘリウム冷凍機３とは別
個の第２冷凍機９の低温部１０を取付けて低温トラップ
１１に構成し、クライオポンプの熱負荷を低減、排気容
量の増加及びコンダクタンスを変えずに排気速度を一定
となし得るようにした。該第２冷凍機９としては、１段
式ヘリウム冷凍機或いは−１２０〜−１３０℃程度まで
冷却できるフレオン冷凍機或いは液体窒素貯留型の冷凍
機を使用することができる。該開口部２は例えばスパッ
タ装置等の真空装置に仕切バルブを備えた排気管１２を
介して接続される。

【００１２】該真空装置内を真空に排気する場合、予め
適当な真空度に真空装置の内部を排気したのちクライオ
ポンプの２段式ヘリウム冷凍機３と第２冷凍機９を駆動
し、シールド６ａ，６ｂ及びバッフル８を８０Ｋ程度が
冷却されると共にクライオパネル７が１５Ｋ程度に冷却
されると排気管１２の仕切バルブを開き、クライオポン
プにより真空室内が高真空に排気される。この場合、排
気管からポンプケース１に流れ込む真空装置からの気体
は、まづ、低温トラップ１１のシールド６ａとバッフル
８で冷却され、水蒸気等の蒸気圧の低い気体分子はこれ
らシールド６ａとバッフル８に凝縮し、凝縮しなかった
残りの気体分子のうち、蒸気圧の低い分子は後方のシー
ルド６ｂに凝縮し、例えば窒素のような蒸気圧の高いガ
ス分子はクライオパネル７に凝縮する。更に、非凝縮性
の水素ガス分子やネオンガス分子はクライオパネル７の
内面の吸着剤７ａに吸着される。

【００１３】該低温トラップ１１のシールド６ａとバッ
フル８は、クライオパネル７を冷却する２段式ヘリウム
冷凍機３とは別個の第２冷凍機９で冷却されるので、真
空装置からの輻射熱や気体の伝導熱等の熱負荷の大部分
を２段式ヘリウム冷凍機３に負担を掛けずに吸収するこ
とができ、その分２段式ヘリウム冷凍機３の負担能力に
余裕が生じて気体の排気能力が増え、例えばスパッタ装
置でアルゴンガスの使用量を増やして膜質を向上させる
ことが可能になり、また該クライオパネル７に凝縮した
窒素等のガス分子が再蒸発してポンプ作用を行なえなく
なる不都合を解消できる。また、クライオパネル７とバ
ッフル８の距離を大きくしても２段式ヘリウム冷凍機３
が冷却するシールド６ｂの受熱面積は変わることがな
く、真空装置からの輻射熱が増えて該２段式ヘリウム冷
凍機３の熱負荷が増えることを防止でき、クライオパネ
ル７に窒素ガス分子等の蒸気圧の高いガス分子を厚く凝
縮させ得て排気容量を増大させることができる。

【００１４】

【発明の効果】以上のように本発明によるときは、クラ
イオポンプのポンプケース及びシールドを前後の２個に
分割し、分割された前方のシールドに前記バッフルを取
付けると共に前記２段式ヘリウム冷凍機とは別個の第２
冷凍機の低温部を取付けて低温トラップに構成したの
で、クライオパネルとバッフルとの距離を２段式ヘリウ
ム冷凍機の熱負荷を増大させることなく大きく取ること
ができ、クライオポンプに加わる熱負荷を第２冷凍機が
分担するので２段式ヘリウム冷凍機の負担が軽くなり、
蒸気圧の高いガス分子の排気容量を大きくできる効果が
あり、排気速度も減少することがない等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来例の截断側面図

【図２】 本発明の実施例の截断側面図

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ ポンプケース ２ 開口部 ３ ２段式ヘリウム冷凍機 ４ １段ステー
ジ ５ ２段ステージ ６、６ａ、６ｂ
シールド ７ クライオパネル ８ バッフル ９ 第２冷凍機 １０ 低温部 １１ 低温トラップ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプケースの内部に、２段式ヘリウム
   冷凍機の１段ステージに取付けた円筒状のシールドと、
   該２段式ヘリウム冷凍機の２段ステージに取付けたクラ
   イオパネルとを設け、該シールドにポンプケースの開口
   部と対面したバッフルを取付けたクライオポンプに於い
   て、該ポンプケース及びシールドを前後の２個に分割
   し、分割された前方のシールドに前記バッフルを取付け
   ると共に前記２段式ヘリウム冷凍機とは別個の第２冷凍
   機の低温部を取付けて低温トラップに構成したことを特
   徴とする低温トラップ付クライオポンプ。
2. 【請求項２】 上記第２冷凍機は１段式ヘリウム冷凍機
   或いはフレオン冷凍機を使用したことを特徴とする請求
   項１に記載の低温トラップ付クライオポンプ。