低溫泵及真空排氣方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠高速排出非冷凝性氣體的低溫泵、低溫板結(jié)構(gòu)及真空排氣方法。本發(fā)明的低溫泵（1）具備：吸附低溫板（2），具備接收非冷凝性氣體的入射的前表面（4）和具備非冷凝性氣體的吸附區(qū)域的背面（5）；以及反射低溫板（3），具備與背面（5）對置的非冷凝性氣體的反射面（7）。吸附低溫板（2）可以具有多個從前表面（4）貫穿至背面（5）的貫穿孔（6）。吸附低溫板（2）可以具有10%以上70%以下的非冷凝性氣體的通過概率。
【專利說明】低溫泵及真空排氣方法
[0001]本申請主張基于2013年5月27日申請的第2013-111346號日本專利申請的優(yōu)先權(quán)。該日本專利申請的全部內(nèi)容通過參考援用于本說明書中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種低溫泵及真空排氣方法。

【背景技術(shù)】
[0003]低溫泵為通過冷凝或吸附將氣體分子捕捉到被冷卻至超低溫的低溫板上以進行排氣的真空泵。低溫泵一般用于實現(xiàn)半導體電路制造工藝等中要求的清潔的真空環(huán)境。作為低溫泵的應(yīng)用之一，例如離子注入工序，例如氫等非冷凝性氣體有時占應(yīng)排出氣體的一大半。非冷凝性氣體只有吸附在被冷卻至超低溫的吸附區(qū)域才能夠排出。
[0004]專利文獻1:日本特開2012-237262號公報
[0005]專利文獻2:日本特開2010-84702號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一種實施方式的例不性目的之一在于，提供一種能夠高速排出非冷凝性氣體的低溫泵及真空排氣方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，提供一種低溫泵，其中，該低溫泵具備:吸附低溫板，具備接收非冷凝性氣體的入射的前表面和具備非冷凝性氣體的吸附區(qū)域的背面；以及反射低溫板，具備與所述背面對置的非冷凝性氣體的反射面，所述吸附低溫板具有多個從所述前表面貫穿至所述背面的孔。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，提供一種低溫泵，其中，該低溫泵具備:吸附低溫板，具備接收非冷凝性氣體的入射的前表面和具備非冷凝性氣體的吸附區(qū)域的背面；以及反射低溫板，具備與所述背面對置的非冷凝性氣體的反射面，所述吸附低溫板具有10%以上70%以下的非冷凝性氣體的通過概率。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，提供一種真空排氣方法，其排出非冷凝性氣體，其中，所述方法具備以下步驟:通過吸附低溫板，將非冷凝性氣體接收在所述吸附低溫板與和該吸附低溫板相鄰的低溫板之間，其中，所述吸附低溫板具有10%以上70%以下的非冷凝性氣體的通過概率；利用所述相鄰的低溫板反射非冷凝性氣體；以及將反射后的非冷凝性氣體吸附在所述吸附低溫板上。
[0010]另外，將以上構(gòu)成要件的任意組合或本發(fā)明的構(gòu)成要件或表現(xiàn)形式在方法、裝置及系統(tǒng)等之間相互替換的技術(shù)也作為本發(fā)明的方式有效。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，提供一種能夠高速排出非冷凝性氣體的低溫泵及真空排氣方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是概略表示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的低溫泵的主要部分的圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的第I實施方式所涉及的吸附低溫板的俯視圖。
[0014]圖3是概略表示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的低溫泵的主要部分的圖。
[0015]圖4是例示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的吸附低溫板結(jié)構(gòu)的排氣概率與吸附低溫板的通過概率之間的關(guān)系的圖表。
[0016]圖5是示意表示本發(fā)明的第2實施方式所涉及的低溫泵的主要部分的剖視圖。
[0017]圖6是示意表示本發(fā)明的第3實施方式所涉及的低溫泵的主要部分的剖視圖。
[0018]圖7是示意表示本發(fā)明的第3實施方式所涉及的低溫板的立體圖。
[0019]圖8是示意表示本發(fā)明的第4實施方式所涉及的低溫泵的主要部分的剖視圖。
[0020]圖9是示意表示本發(fā)明的第5實施方式所涉及的低溫泵的主要部分的剖視圖。
[0021]圖中:1-低溫泵,2-吸附低溫板,3-反射低溫板,4-前表面,5-背面,7-反射面，8-吸附低溫板結(jié)構(gòu)，10-低溫泵，12-吸氣口，16-制冷機，30-放射屏蔽件。

【具體實施方式】
[0022]以下，參考附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。另外，說明中對相同要件標注相同的符號，并適當省略重復說明。
[0023]圖1是概略表示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的低溫泵I的主要部分的圖。為簡單明了，圖1中僅示出吸附低溫板2及反射低溫板3。圖1示出包括低溫泵I的中心軸的截面。
[0024]吸附低溫板2具備前表面4及背面5。前表面4被配置成接收非冷凝性氣體分子(例如氫分子)的入射。背面5具備非冷凝性氣體的吸附區(qū)域。吸附區(qū)域例如為設(shè)置有適于吸附非冷凝性氣體的吸附劑(例如活性炭)的區(qū)域。
[0025]圖2是本發(fā)明的第I實施方式所涉及的吸附低溫板2的俯視圖。吸附低溫板2具有多個貫穿孔6。吸附低溫板2可以為圓形的沖孔板或開孔板。貫穿孔6從前表面4向背面5貫穿吸附低溫板2而形成。圖示的貫穿孔6遍及整個吸附低溫板2均勻分布。在圖示的吸附低溫板2中，貫穿孔6為排列成格子狀的圓形的開口。
[0026]如圖1所示，反射低溫板3具備非冷凝性氣體分子的反射面7。反射面7與吸附低溫板2的背面5對置。反射低溫板3可以為低溫泵I的放射屏蔽件。此時，反射低溫板3包圍吸附低溫板2。吸附低溫板2的前表面4朝向放射屏蔽件的主開口，吸附低溫板2的背面5朝向作為反射面7的放射屏蔽件的底面。
[0027]在低溫泵I進行真空排氣運行時，非冷凝性氣體分子進入低溫泵I中。如箭頭A所例示，有的非冷凝性氣體分子被前表面4反射而返回到低溫泵I的外部。
[0028]如箭頭B所例示，有的非冷凝性氣體分子通過吸附低溫板2的貫穿孔6，進入吸附低溫板2與反射低溫板3之間的空間。該非冷凝性氣體分子被反射低溫板3反射。反射后的非冷凝性氣體分子入射到吸附低溫板2的背面5，隨機性地吸附在吸附區(qū)域?；蛘?，反射后的非冷凝性氣體分子有可能再次通過貫穿孔6返回到低溫泵I的外部。
[0029]假如吸附低溫板2不具有貫穿孔6時，如虛線箭頭C所例示，通過吸附低溫板2的非冷凝性氣體分子的路徑被限定在吸附低溫板2外側(cè)的間隙。非冷凝性氣體分子從吸附低溫板2的外側(cè)進入，被反射低溫板3反射。其中，一大半分子入射到吸附低溫板2的背面5的外周部。如此，非冷凝性氣體分子集中在吸附低溫板2的外周部，在吸附低溫板2的表面上產(chǎn)生非冷凝性氣體的吸附量的二維分布。由于外周部的吸附區(qū)域先飽和，因此盡管中心部的吸附區(qū)域還有余裕，卻不得不早期進行低溫泵I的再生。
[0030]當沒有貫穿孔6時，為了將更多量的非冷凝性氣體導入到吸附低溫板2與反射低溫板3之間，必須擴大吸附低溫板2周圍的間隙。為此，需要將吸附低溫板2小型化或者將反射低溫板3 (例如放射屏蔽件)大型化。小型的吸附低溫板2由于吸附區(qū)域狹窄，因此限制低溫泵I的吸附性能。大型的反射低溫板3會導致低溫泵I變大，因此有可能招致?lián)碛谐杀驹龃蟆?br> [0031]但是，根據(jù)本實施方式，由于貫穿孔6形成于吸附低溫板2上，因此非冷凝性氣體分子不僅入射到吸附低溫板2的背面5的外周部，而且還容易入射到中心部。因此，吸附低溫板2的中心部的吸附區(qū)域也有效地用于非冷凝性氣體的排出，可以抑制集中吸附在外周部。
[0032]如此，本實施方式所涉及的低溫泵I具備由一對低溫板即吸附低溫板2和與其相鄰的反射低溫板3構(gòu)成的吸附低溫板結(jié)構(gòu)8。一對低溫板中至少一個關(guān)于非冷凝性氣體具有某一通過概率。換言之，吸附低溫板結(jié)構(gòu)8是通過具有透過率的低溫板在低溫板之間接收非冷凝性氣體而捕捉非冷凝性氣體。其結(jié)果，可以緩和低溫板面內(nèi)的吸附量的偏差，能夠有效利用整個吸附區(qū)域。因此，根據(jù)本實施方式，能夠提高非冷凝性氣體的排氣速度和/或吸留量。
[0033]并且，根據(jù)本實施方式，能夠緊密排列低溫板。這有助于提高設(shè)計上的自由度。還能夠提供一種小型且高性能的低溫泵I。
[0034]然而，從前面敘述中可以理解，本實施方式所涉及的吸附低溫板結(jié)構(gòu)8，關(guān)于吸附低溫板2中的非冷凝性氣體分子的通過概率具有最佳值或范圍。下面對此進行詳細說明。
[0035]進入低溫泵I的非冷凝性氣體的一部分被吸附低溫板2的前表面4或反射低溫板3反射而返回到低溫泵I的外部。當吸附低溫板2的通過概率過大時(例如，如圖3所示，當貫穿孔6較大時)，反射低溫板3的反射變得顯著，對吸附低溫板結(jié)構(gòu)8的排氣性能的貢獻較小。即，由于非冷凝性氣體通過貫穿孔6后被反射低溫板3反射并再次通過貫穿孔6從低溫泵I排出，因此未捕捉到吸附低溫板結(jié)構(gòu)8的非冷凝性氣體分子增加。相反，當吸附低溫板2的通過概率過小時，與沒有貫穿孔6的情況相同，非冷凝型氣體被吸附低溫板2的前表面4反射，由此未捕捉到吸附低溫板結(jié)構(gòu)8的非冷凝性氣體分子增加。
[0036]使用圖1所示的模型能夠在理論上求出本實施方式所涉及的吸附低溫板結(jié)構(gòu)8的非冷凝性氣體的排氣概率。下面，將吸附低溫板2的通過概率標記為t，將吸附區(qū)域中的非冷凝性氣體的捕捉概率(例如活性炭中的氫吸収概率)標記為a。
[0037]在N個分子入射到低溫泵I時，tN個分子通過吸附低溫板2，( 1-t) N個分子被吸附低溫板2的前表面4反射。通過吸附低溫板2的tN個分子被反射低溫板3反射之后再次朝向吸附低溫板2。t2N個分子通過吸附低溫板2，t (1-t)N個分子入射到吸附低溫板2的背面5。因此，at (l-t)N個分子捕捉到吸附區(qū)域。未被捕捉的分子被背面5反射而再次朝向反射低溫板3。反復進行這樣的反射和捕捉。
[0038]考察結(jié)果，本實施方式所涉及的吸附低溫板結(jié)構(gòu)具有由以下公式表示的非冷凝性氣體的排氣概率P。
[0039]P=at (1-t) / (t (l~a) +a)
[0040]捕捉概率a是表示吸附區(qū)域的性能的常數(shù)。因此，上述公式表示吸附低溫板結(jié)構(gòu)的排氣概率P與吸附低溫板2的通過概率t之間的關(guān)系。
[0041]圖4是例示本實施方式所涉及的吸附低溫板結(jié)構(gòu)的排氣概率P與吸附低溫板2的通過概率t之間的關(guān)系的圖表?？v軸表示排氣概率P，橫軸表示通過概率t。如該圖所示，根據(jù)本實施方式所涉及的吸附低溫板結(jié)構(gòu)，排氣概率P呈山形分布，在某一通過概率t下賦予最大的排氣概率P。圖示的圖表表示基于圖1所示的模型的分析結(jié)果。但是很顯然，即使將本實施方式所涉及的吸附低溫板結(jié)構(gòu)適用于現(xiàn)實中的低溫泵時，排氣概率P與通過概率t之間的關(guān)系也具有同樣的傾向。
[0042]因此，為了得到良好的排氣概率P，如圖4中范圍K所示，吸附低溫板2優(yōu)選具有10%以上70%以下的非冷凝性氣體分子的通過概率。為了得到更良好的排氣概率P，如圖中范圍L所示，吸附低溫板2優(yōu)選具有15%以上60%以下的非冷凝性氣體分子的通過概率。為了得到進一步良好的排氣概率P，如圖中范圍M所示，吸附低溫板2優(yōu)選具有20%以上50%以下的非冷凝性氣體分子的通過概率。在圖4所例示的關(guān)系中，吸附低溫板2具有約35%的通過概率時實現(xiàn)最大的排氣概率。
[0043]在一種實施方式中，通過貫穿孔6的總面積與吸附低溫板2的面積之比(以下還稱為開口面積比)來對吸附低溫板2中的通過概率進行具體表示。因此，吸附低溫板2優(yōu)選具有10%以上70%以下的開口面積比，更優(yōu)選具有15%以上60%以下的開口面積比，進一步優(yōu)選具有20%以上50%以下的開口面積比。換言之，吸附低溫板2在其面積當中10%以上70%以下、15%以上60%以下、或20%以上50%以下的部分為開口。
[0044]為了防止吸附低溫板2中的吸附量的偏差，吸附低溫板2優(yōu)選具有均勻分布的多個貫穿孔6。并且，當各個孔過大時，如上所述，反射低溫板3的反射變得顯著。從這樣的觀點出發(fā)，貫穿孔6的孔寬度(例如圖2所示的孔徑E)優(yōu)選為約20mm以下。并且，考慮低溫板材料(例如金屬)的貫穿孔6的加工性，貫穿孔6的孔寬度優(yōu)選為約4_以上。
[0045]在一種實施方式中，通過將粒狀的吸附劑(例如活性炭)粘接在低溫板材料而形成吸附區(qū)域。為了將粒狀的吸附劑粘接在相鄰的2個孔之間的材料部分，貫穿孔6的孔間隔(例如相鄰的2個孔的距離W (參考圖2))優(yōu)選為與孔寬度相同的程度，例如孔寬度的0.5倍?2倍或0.8倍?1.25倍。
[0046]并且，在與貫穿孔6的孔寬度相比，吸附低溫板2和反射低溫板3過度靠近時(例如，當圖1所示的板間距離H較小時)，未捕捉到吸附低溫板結(jié)構(gòu)8的非冷凝性氣體分子也增加。與貫穿孔6較大的情況相同。
[0047]因此，吸附低溫板2與反射低溫板3之間的距離優(yōu)選等于或大于貫穿孔6的孔寬度(或孔間隔)。吸附低溫板2與反射低溫板3之間的距離更優(yōu)選等于或大于貫穿孔6的孔寬度(或孔間隔)的2倍。因此，在一種實施方式中，Η/E彡1，優(yōu)選Η/E彡2。或者，在一種實施方式中，H/W彡1，優(yōu)選H/W彡2。
[0048]吸附低溫板結(jié)構(gòu)8能夠適用于低溫泵I的各部位，有助于提高低溫泵I的性能。下面，對吸附低溫板結(jié)構(gòu)8的幾個適用例進行說明。
[0049]圖5是示意表示本發(fā)明的第2實施方式所涉及的低溫泵10的主要部分的剖視圖。低溫泵10具備由頂板46和在其下相鄰的低溫吸附板49構(gòu)成的吸附低溫板結(jié)構(gòu)60。S卩，頂板46相當于第I實施方式中的吸附低溫板2，低溫吸附板49相當于第I實施方式中的反射低溫板3。
[0050]因此，頂板46具備接收非冷凝性氣體的入射的前表面和具備非冷凝性氣體的吸附區(qū)域48的背面。頂板46的前表面朝向吸氣口 12。與圖2所示的吸附低溫板2相同，在頂板46上形成有多個從前表面貫穿至背面的孔。低溫吸附板49具備與頂板46的背面對置的非冷凝性氣體的反射面。該反射面為低溫吸附板49的前表面，該前表面上未設(shè)有吸附區(qū)域48。
[0051]根據(jù)第2實施方式，非冷凝性氣體能夠通過頂板46的貫穿孔進入吸附低溫板結(jié)構(gòu)60。非冷凝性氣體分子的進入路徑不限于包圍頂板46的外側(cè)的氣體接收空間50。因此，頂板46的吸附區(qū)域48中的中心部分也能夠應(yīng)用于非冷凝性氣體的排出。
[0052]另外，在低溫泵10中，配置吸附低溫板結(jié)構(gòu)60的位置及方向是任意的。在一種實施方式中，低溫泵10也可以具備由底板47和在其上相鄰的低溫吸附板44構(gòu)成的吸附低溫板結(jié)構(gòu)60。此時，底板47相當于第I實施方式中的吸附低溫板2，低溫吸附板44相當于第I實施方式中的反射低溫板3。底板47的前表面朝向屏蔽件底部34。并且,在一種實施方式中，低溫泵10還可以具備在低溫板總成20中由相鄰的2個低溫吸附板44構(gòu)成的吸附低溫板結(jié)構(gòu)60。
[0053]以下，對第2實施方式所涉及的低溫泵10的結(jié)構(gòu)進行詳細說明。低溫泵10例如安裝于離子注入裝置或濺射裝置等的真空腔室，用于將真空腔室內(nèi)部的真空度提高至所希望的工藝所要求的水平為止。低溫泵10具有用于接收氣體的吸氣口 12。應(yīng)被排出的氣體從安裝有低溫泵10的真空腔室通過吸氣口 12進入低溫泵10的內(nèi)部空間14。圖5示出包括低溫泵10的內(nèi)部空間14的中心軸A的截面。圖中，單點劃線表示中心軸A。
[0054]此外，以下為了便于理解低溫泵10的構(gòu)成要件的位置關(guān)系，有時使用“軸向”、“放射方向”等術(shù)語。軸向表示穿過吸氣口 12的方向(圖5中沿單點劃線A的方向)，放射方向表示沿吸氣口 12的方向(與單點劃線A垂直的方向)。為方便起見，在軸向上，有時將相對靠近吸氣口 12的方向后稱作“上”，相對遠離的方向稱作“下”。即，有時將相對遠離低溫泵10的底部的方向稱作“上”，相對靠近的方向稱作“下”。在放射方向上，有時將靠近吸氣口 12的中心(圖5中為中心軸A)的方向稱作“內(nèi)”，將靠近吸氣口 12的周緣的方向稱作“外”。放射方向也可以稱為徑向。另外，這種表現(xiàn)形式與低溫泵10安裝于真空腔室時的配置無關(guān)。例如，低溫泵10可以沿垂直方向使吸氣口 12朝下來安裝于真空腔室。
[0055]低溫栗10具備制冷機16。制冷機16例如為吉福德_麥克馬洪式制冷機(所謂的GM制冷機)等超低溫制冷機。制冷機16為具備第I冷卻臺22及第2冷卻臺24的二級式制冷機。制冷機16被構(gòu)成為將第I冷卻臺22冷卻至第I溫度水平，將第2冷卻臺24冷卻至第2溫度水平。第2溫度水平的溫度低于第I溫度水平。例如，第I冷卻臺22被冷卻至65K?120K左右，優(yōu)選被冷卻至80K?100K，第2冷卻臺24被冷卻至1K?20K左右。
[0056]圖5所示的低溫泵10為所謂的臥式低溫泵。臥式低溫泵一般是指制冷機16配設(shè)成與低溫泵10的內(nèi)部空間14的中心軸A交叉(通常為正交)的低溫泵。本發(fā)明同樣也能夠適用于所謂的立式低溫泵。立式低溫泵是指制冷機沿著低溫泵的軸向配設(shè)的低溫泵。
[0057]低溫泵10具備第I低溫板18和低溫板總成20。第I低溫板18是為了保護低溫板總成20免受來自低溫泵10的外部或低溫泵容器38的輻射熱而設(shè)置的低溫板。第I低溫板18具備放射屏蔽件30和入口低溫板32，且包圍低溫板總成20。第I低溫板18與第I冷卻臺22熱連接。因此，第I低溫板18被冷卻至第I溫度水平。
[0058]低溫泵容器38為容納第I低溫板18及低溫板總成20的低溫泵10的框體。吸氣口 12通過低溫泵容器38的前端40而劃定。低溫泵容器38為能夠保持內(nèi)部空間14的真空氣密性的真空容器。
[0059]低溫板總成20設(shè)置于低溫泵10的內(nèi)部空間14的中心部。低溫板總成20具備多個低溫板和板安裝部件42。低溫板總成20經(jīng)由板安裝部件42安裝于第2冷卻臺24上。如此一來，低溫板總成20與第2冷卻臺24熱連接。因此，低溫板總成20被冷卻至第2溫度水平。
[0060]在低溫板總成20中，在至少一部分表面上形成有吸附區(qū)域48。吸附區(qū)域48是為了通過吸附來捕捉非冷凝性氣體(例如氫)而設(shè)置的。吸附區(qū)域48例如通過將吸附劑(例如活性炭)粘接在低溫板表面來形成。并且，在低溫板總成20的至少一部分表面上形成有通過冷凝來捕捉冷凝性氣體的冷凝區(qū)域。冷凝區(qū)域例如為在低溫板表面上去掉吸附劑的區(qū)域，低溫板基材表面例如金屬面被露出。因此，冷凝區(qū)域還能夠稱作非吸附區(qū)域。因此，低溫板總成20具備在局部上具有冷凝區(qū)域(或還稱為非吸附區(qū)域)的吸附板或低溫吸附板44。
[0061]多個低溫吸附板44沿著從屏蔽件開口 26朝向屏蔽件底部34的方向(即沿著中心軸A)排列。多個低溫吸附板44為分別與中心軸A垂直地延伸的平板(例如圓板)，其相互平行地安裝于板安裝部件42上。為了方便說明，有時將多個低溫吸附板44中最靠近吸氣口 12的低溫吸附板稱作頂板46，將多個低溫吸附板44中最靠近屏蔽件底部34的低溫吸附板稱作底板47。
[0062]低溫板總成20在吸氣口 12與屏蔽件底部34之間沿著軸向細長地延伸。軸向上的低溫板總成20的從上端至下端的距離長于低溫板總成20的軸向的垂直投影的外形尺寸。例如，頂板46與底板47之間的間隔大于低溫吸附板44的寬度或直徑。
[0063]低溫吸附板44為與中心軸A垂直地延伸的平板(例如圓板)，在其兩面形成有吸附區(qū)域48。吸附區(qū)域48形成于在上方相鄰的低溫吸附板44的陰影的位置上，以免從吸氣口12看得見。即，吸附區(qū)域48形成于各低溫吸附板44的上表面中心部與下表面整個區(qū)域。但是，在頂板46及在其下方緊鄰的低溫吸附板49的上表面未設(shè)置吸附區(qū)域48。
[0064]如該圖所示，多個低溫吸附板44可以分別具有相同的形狀，也可以具有不同的形狀(例如不同的直徑)。多個低溫吸附板44中的某些低溫吸附板44可以具有與在其上方緊鄰的低溫吸附板44相同的形狀或者比其大的形狀。其結(jié)果，底板47可以大于頂板46。底板47的面積可以為頂板46面積的約1.5倍?約5倍。
[0065]并且，如該圖所示，多個低溫吸附板44的間隔可以恒定，也可以互不相同。
[0066]本 申請人:之前提出的低溫泵也具備適于非冷凝性氣體的排出的低溫板總成或多個低溫吸附板的排列。這樣的低溫泵例如公開于日本特開2012-237262號公報、美國專利申請公開第2013/0008189號。這些全部通過參考援用于本申請說明書中。
[0067]放射屏蔽件30是為了保護低溫板總成20免受來自低溫泵容器38的輻射熱而設(shè)置的。放射屏蔽件30位于低溫泵容器38與低溫板總成20之間，且包圍低溫板總成20。放射屏蔽件30具備劃定屏蔽件開口 26的屏蔽件前端28、與屏蔽件開口 26對置的屏蔽件底部34、以及從屏蔽件前端28向屏蔽件底部34延伸的屏蔽件側(cè)部36。屏蔽件開口 26位于吸氣口 12。放射屏蔽件30具有屏蔽件底部34被封閉的筒形(例如圓筒)的形狀，并形成為杯狀。
[0068]在屏蔽件側(cè)部36有用于安裝制冷機16的孔，制冷機16的第2冷卻臺24從該孔被插入到放射屏蔽件30中。在該安裝孔的外周部，第I冷卻臺22固定于放射屏蔽件30的外表面。如此，放射屏蔽件30與第I冷卻臺22熱連接。
[0069]另外，放射屏蔽件30可以不構(gòu)成為如圖所示的一體的筒狀，也可以通過多個零件構(gòu)成為整體呈筒狀形狀。這些多個零件可以相互保持間隙而配設(shè)。例如，放射屏蔽件30在軸向上可以被分割成2個部分。此時，放射屏蔽件30的上部為兩端開放的筒，放射屏蔽件30的下部則上端開放且在下端具有屏蔽件底部34。
[0070]放射屏蔽件30中，在吸氣口 12與屏蔽件底部34之間形成有包圍低溫板總成20的氣體接收空間50。氣體接收空間50為低溫泵10的內(nèi)部空間14的一部分，且為與低溫板總成20在放射方向上相鄰的區(qū)域。氣體接收空間50在軸向上從吸氣口 12遍及屏蔽件底部34包圍各低溫吸附板44的外周。
[0071]入口低溫板32為了保護低溫板總成20免受來自低溫泵10的外部熱源(例如，安裝有低溫泵10的真空腔室內(nèi)的熱源)的輻射熱而設(shè)置于吸氣口 12 (或屏蔽件開口 26，以下相同)。并且，在入口低溫板32的冷卻溫度下冷凝的氣體(例如水分)被捕捉到其表面。
[0072]入口低溫板32配置于在吸氣口 12中與低溫板總成20對應(yīng)的位置。入口低溫板32占據(jù)吸氣口 12的開口面積的中心部分，在與放射屏蔽件30之間形成環(huán)狀的開放區(qū)域51。開放區(qū)域51為吸氣口 12中與氣體接收空間50對應(yīng)的位置。氣體接收空間50以包圍低溫板總成20的方式位于內(nèi)部空間14的外周部，因此開放區(qū)域51位于吸氣口 12的外周部。開放區(qū)域51為氣體接收空間50的入口，低溫泵10通過開放區(qū)域51將氣體接收在氣體接收空間50。
[0073]入口低溫板32經(jīng)由安裝部件(未圖示)而安裝于屏蔽件前端28。如此，入口低溫板32固定于放射屏蔽件30上，且與放射屏蔽件30熱連接。入口低溫板32雖然靠近低溫板總成20，但并不接觸。
[0074]入口低溫板32具備配設(shè)于吸氣口 12的平面結(jié)構(gòu)。入口低溫板32例如可以具備平板(例如圓板)型的板，也可以具備形成為同心圓狀或格柵狀的百葉窗或人字紋狀物。入口低溫板32可以配設(shè)成橫跨整個吸氣口 12。此時，開放區(qū)域51可以通過去掉板的一部分或者去掉百葉窗或人字紋狀物的一部分葉片來形成。
[0075]圖6是示意表示本發(fā)明的第3實施方式所涉及的低溫泵10的主要部分的剖視圖。第3實施方式所涉及的低溫泵10具備:具有多個被排列成嵌套狀的低溫板102的低溫板總成100，來代替第2實施方式所涉及的低溫板總成20。另外，為簡單明了，在圖6中省略圖示制冷機16。
[0076]多個低溫板102在軸向上重疊且緊密地排列。但是，如圖6所示，多個低溫板102中最靠近入口低溫板32的頂板137在軸向上并不與第二個靠近入口低溫板32的低溫板139重疊。
[0077]低溫板總成100具備由頂板137和在其下方相鄰的低溫板139構(gòu)成的吸附低溫板結(jié)構(gòu)70。S卩，頂板137相當于第I實施方式中的吸附低溫板2，低溫板139相當于第I實施方式中的反射低溫板3。
[0078]因此，頂板137具備接收非冷凝性氣體的入射的前表面和具備非冷凝性氣體的吸附區(qū)域的背面。頂板137的前表面朝向吸氣口 12。與圖2所示的吸附低溫板2相同，在頂板137上形成有多個從前表面貫穿至背面的孔。低溫板139具備與頂板137的背面對置的非冷凝性氣體的反射面。該反射面為低溫板139的前表面，該前表面上未設(shè)置吸附區(qū)域。
[0079]圖7是示意表示本發(fā)明的第3實施方式所涉及的低溫板102的立體圖。低溫板102具有倒圓錐臺狀的形狀。低溫板102還能夠具有研缽狀、深盤狀或球狀的形狀。低溫板102在上端部104具有較大的尺寸(即為大徑)，在下端部106具有比其小的尺寸(即為小徑)。
[0080]低溫板102具備連結(jié)上端部104和下端部106的傾斜區(qū)域108。傾斜區(qū)域108相當于倒圓錐臺的側(cè)面。由此，低溫板102以低溫板102的前表面的法線與中心軸A交叉的方式傾斜。傾斜區(qū)域108基本上占放射方向上的該低溫板的整個寬度D。
[0081]但是，如圖7所示，低溫板102可以在下端部106具備安裝部110。安裝部110為平坦的區(qū)域。安裝部I1為用于將低溫板102安裝于板安裝部件112 (參考圖2)上的凸緣。板安裝部件112是為了將低溫板102與制冷機16的第2冷卻臺24 (參考圖5)機械固定且熱連接而設(shè)置的。通過設(shè)置這樣的平坦的安裝凸緣，低溫板102安裝于板安裝部件112上的安裝工作變得輕松。
[0082]在低溫板102上可以形成有用于插通制冷機16的缺口或開口(未圖示)。
[0083]如圖6所示，多個低溫板102同軸配設(shè)于放射屏蔽件30的中心軸A上。因此，多個低溫板102各自的傾斜區(qū)域108以靠近中心軸A的下端部106 (參考圖7)遠離屏蔽件開口 26且遠離中心軸A的上端部104靠近屏蔽件開口 26的方式傾斜?？拷鼩饪?12的低溫板102小于遠離吸氣口 12的低溫板102。相鄰的2個低溫板102中上側(cè)的低溫板的直徑小于下側(cè)的低溫板102的直徑。
[0084]低溫板總成100被劃分為上部結(jié)構(gòu)128和下部結(jié)構(gòu)130。上部結(jié)構(gòu)128具備至少I個低溫板102，該至少I個低溫板102具備具有朝向屏蔽件前端28的傾斜角度的傾斜區(qū)域108 (參考圖7)。下面，有時將具有這樣的傾斜的低溫板102稱作上部低溫板。另外，低溫板的傾斜角度是指垂直于中心軸A的平面與低溫板102的表面之間的角度。
[0085]上部低溫板102具有被調(diào)整為從低溫泵10的外部無法觀察到其背面132的傾斜角度。即，背面132 (即傾斜區(qū)域108)的傾斜角度被規(guī)定成從屏蔽件前端28的視線不與背面132交叉。因此，如圖6中虛線箭頭134所示，上部低溫板102的外側(cè)末端朝向屏蔽件前端28的稍微下方。因此，上部低溫板102各自的傾斜角度不同，越是上方的低溫板，傾斜角度越小。另外，還有可能存在如下情況，即代替屏蔽件前端28，應(yīng)該考慮從低溫泵容器38的前端40的視線，以免從低溫泵10的外部觀察到上部低溫板102的背面132。
[0086]低溫板總成100的下部結(jié)構(gòu)130具備至少I個低溫板102。如圖6中虛線箭頭136所示，該至少I個低溫板102具備朝向屏蔽件側(cè)部36傾斜的傾斜區(qū)域108 (參考圖7)。下面，有時將具有這樣的傾斜的低溫板102稱作下部低溫板。S卩，下部低溫板102具有朝向屏蔽件側(cè)部36的傾斜角度，因此從低溫泵10的外部無法觀察到其背面138。下部低溫板102分別具有相等的傾斜角度。
[0087]在一種實施方式中，與下部結(jié)構(gòu)130的低溫板102相同，上部結(jié)構(gòu)128的至少一部分或所有的低溫板102可以平行地排列。若所有的低溫板都平行則制作輕松。此時，頂板137的末端可以朝向低溫泵前端(的稍微下方)，頂板下方的低溫板可以朝向屏蔽件側(cè)部36。
[0088]與某一個上側(cè)的低溫板的內(nèi)周端相比，該低溫板下側(cè)的幾個低溫板的外周端更靠近吸氣口 12。換言之，某一個下側(cè)的低溫板的傾斜部超出該低溫板上側(cè)的幾個低溫板的內(nèi)周端而朝向斜上方延伸。如此一來，在上側(cè)的低溫板與下側(cè)的低溫板之間形成用于接收氫氣的細長的間隙149，多個低溫板102被排列成嵌套狀。
[0089]這樣的低溫板彼此的位置關(guān)系不僅在下部結(jié)構(gòu)130，在上部結(jié)構(gòu)128的幾個低溫板中也是通用的。但是，該位置關(guān)系在下部結(jié)構(gòu)130中顯著。例如，最下方的低溫板的外周端比從該最下方的低溫板起向上方第6塊的低溫板的內(nèi)周端更靠近吸氣口 12。
[0090]間隙149沿著傾斜區(qū)域108較深地延伸。間隙的深度大于間隙入口的寬度。低溫板總成100具有上述較深的間隙結(jié)構(gòu)，由此能夠提高氫氣的捕捉率。即，能夠盡量捕捉一旦進入間隙149的全部氫分子而不讓其向外部逸出。
[0091]在上部低溫板102的背面132的整個區(qū)域形成有吸附區(qū)域。在下部低溫板102的背面138的整個區(qū)域形成有吸附區(qū)域。并且，在各低溫板的前表面上，以從屏蔽件前端28向與該低溫板在上方緊鄰的低溫板的外周端引出的視線作為邊界，在邊界內(nèi)側(cè)形成有吸附區(qū)域。最靠近吸氣口 12的頂部的低溫板137的前表面的整個區(qū)域為冷凝區(qū)域。也可以是最靠近吸氣口 12的多塊低溫板的前表面的整個區(qū)域為冷凝區(qū)域。
[0092]如此一來，多個低溫板102分別在從低溫泵10的外部無法觀察到的部位具備吸附區(qū)域。由此，低溫板總成100被構(gòu)成為從低溫泵10的外部完全無法觀察到吸附區(qū)域。
[0093]然而，積蓄在低溫泵中的氣體通常通過再生處理基本上被完全排出，在再生結(jié)束時低溫泵恢復到標準規(guī)格上的排氣性能。但是，所積蓄的氣體中的一部分成分即使經(jīng)過再生處理，殘留在吸附劑中的比例仍舊較高。
[0094]例如，在離子注入裝置中以真空排氣用途設(shè)置的低溫泵中，觀察到粘附性物質(zhì)附著在作為吸附劑的活性炭上的現(xiàn)象。該粘附性物質(zhì)即使經(jīng)過再生處理也難以完全去除。可以認為該粘附性物質(zhì)是由從覆蓋在處理對象基板上的光致抗蝕劑排出的有機類的漏氣所引起的。或者，也有可能是由離子注入處理中用作摻雜劑氣體即原料氣體的毒性氣體所引起的。還有可能是由離子注入處理中的其他副產(chǎn)氣體所引起的。還有可能是由這些氣體混合反應(yīng)而生成粘附性物質(zhì)。
[0095]離子注入處理中，低溫泵排出的氣體的大部分可能是氫氣。氫氣通過再生基本上被完全排出至外部。若難再生氣體為微量，則在I次低溫抽取處理中難再生氣體對低溫泵的排氣性能的影響輕微。但是，在反復進行低溫抽取處理和再生處理的過程中，難再生氣體漸漸積蓄在吸附劑上，有可能使排氣性能降低。當排氣性能下降至允許范圍以下時，需要進行包括例如更換吸附劑或與吸附劑一同更換低溫板、或?qū)ξ絼┻M行化學上的難再生氣體去除處理在內(nèi)的維護工作。
[0096]難再生氣體幾乎無一例外是冷凝性氣體。從外部朝向低溫泵10飛來的冷凝性氣體的分子通過入口低溫板32周圍的開放區(qū)域以直線路徑到達放射屏蔽件30或低溫板總成100外周的冷凝區(qū)域，被捕捉到它們的表面。通過避免吸附區(qū)域向吸氣口 12暴露來保護吸附區(qū)域免受進入到低溫泵10中的氣體所含的難再生氣體的影響。難再生氣體沉積在冷凝區(qū)域。如此，能夠同時兼顧非冷凝性氣體的高速排氣以及保護吸附區(qū)域免受難再生氣體的影響。避免吸附區(qū)域的暴露，還有助于保護吸附區(qū)域免受水分的影響。
[0097]低溫泵10能夠?qū)⑺M入的氫分子接收在低溫板102之間的細長的間隙149中。入射到間隙149中的氫分子被低溫板表面反射而引導至間隙149的深處。在低溫板結(jié)構(gòu)的中心部形成有吸附區(qū)域。因此，能夠有效地吸附氫分子，能夠?qū)崿F(xiàn)氫氣的高速排氣。
[0098]本 申請人:之前提出的低溫泵也具備兼顧氫的高速排氣和吸附劑的保護的獨自的低溫板結(jié)構(gòu)。在該低溫板結(jié)構(gòu)中，各個低溫板沿著與低溫泵的中心軸垂直的平面朝向放射屏蔽件延伸。圖5中例示出這樣的低溫板結(jié)構(gòu)。與具有這樣的水平低溫板的低溫泵相比，本實施方式的具有傾斜低溫板的低溫泵的氫氣的排氣速度進一步提高了約20%至30%，其通過基于蒙特卡羅法的模擬實驗得到了確認。
[0099]圖8是示意表示本發(fā)明的第4實施方式所涉及的低溫泵I的主要部分的剖視圖。在第4實施方式所涉及的低溫泵I中，反射低溫板3為放射屏蔽件的至少一部分，吸附低溫板2與放射屏蔽件的至少一部分相鄰。吸附低溫板2為具有多個貫穿孔6的筒狀部件。該筒狀部件具有稍微小于反射低溫板3的尺寸。吸附低溫板2設(shè)置在反射低溫板3的內(nèi)側(cè)。如此，可以在緊靠放射屏蔽件的側(cè)面及底面的內(nèi)側(cè)形成吸附低溫板結(jié)構(gòu)。另外，第4實施方式所涉及的低溫泵I可以具備第2實施方式所涉及的低溫板總成20或第3實施方式所涉及的低溫板總成100。
[0100]圖9是示意表示本發(fā)明的第5實施方式所涉及的低溫泵I的主要部分的剖視圖。第5實施方式所涉及的低溫泵I具備多個吸附低溫板2。多個吸附低溫板2在軸向上相互平行地排列，且被放射屏蔽件30包圍。在該低溫泵I中，反射低溫板3為在某一吸附低溫板2的下方相鄰的另一吸附低溫板2。各吸附低溫板2具有貫穿孔6。此時，各吸附低溫板2被形成為越是上方的吸附低溫板2具有越高的通過概率。
[0101]以上，根據(jù)實施例對本發(fā)明進行了說明。本發(fā)明不限于上述實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解能夠?qū)嵤└鞣N設(shè)計變更，且能夠?qū)嵤└鞣N變形例，并且這種變形例也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0102]例如，形成于吸附低溫板2上的開口(例如孔或狹槽)的形狀是任意的。在上述的實施方式中，開口為具有封閉輪廓的形狀，但不限于此。吸附低溫板2也可以具有向其外周開放的輪廓的開口。并且，關(guān)于開口的排列，如上所述，若為有規(guī)則的或格子狀的排列則在制造方面有利，但也可以為其他任意的排列。
[0103]吸附低溫板2和/或反射低溫板3可以由多個零件形成。例如，吸附低溫板2可以具有由多個細長的部件構(gòu)成的框架結(jié)構(gòu)或骨架結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種低溫泵，其特征在于，具備: 吸附低溫板，具備接收非冷凝性氣體的入射的前表面和具備非冷凝性氣體的吸附區(qū)域的背面；以及 反射低溫板，具備與所述背面對置的非冷凝性氣體的反射面， 所述吸附低溫板具有多個從所述前表面貫穿至所述背面的孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫泵，其特征在于，具備: 多個低溫板的排列，包括所述吸附低溫板及所述反射低溫板； 放射屏蔽件，包圍所述多個低溫板的排列； 制冷機，被構(gòu)成為將所述放射屏蔽件冷卻至第I冷卻溫度，且將所述多個低溫板的排列冷卻至低于所述第I冷卻溫度的第2冷卻溫度， 所述吸附低溫板在所述多個低溫板的排列中最靠近低溫泵吸氣口，所述前表面朝向所述低溫泵吸氣口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低溫泵，其特征在于， 所述吸附低溫板具有10%以上70%以下的非冷凝性氣體的通過概率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的低溫泵，其特征在于， 所述吸附低溫板與所述反射低溫板之間的距離為所述多個孔的孔寬度以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的低溫泵，其特征在于， 所述多個孔的孔寬度為20mm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫泵，其特征在于， 所述反射低溫板為放射屏蔽件的至少一部分，所述吸附低溫板與所述放射屏蔽件的至少一部分相鄰。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫泵，其特征在于， 所述反射低溫板為與所述吸附低溫板相鄰且具有所述多個孔的另一吸附低溫板。
8.—種低溫泵，其特征在于，具備: 吸附低溫板，具備接收非冷凝性氣體的入射的前表面和具備非冷凝性氣體的吸附區(qū)域的背面；以及 反射低溫板，具備與所述背面對置的非冷凝性氣體的反射面， 所述吸附低溫板具有10%以上70%以下的非冷凝性氣體的通過概率。
9.一種真空排氣方法，其排出非冷凝性氣體，所述方法的特征在于，具備以下步驟: 通過吸附低溫板，將非冷凝性氣體接收在所述吸附低溫板與和該吸附低溫板相鄰的低溫板之間，其中，所述吸附低溫板具有10%以上70%以下的非冷凝性氣體的通過概率；利用所述相鄰的低溫板反射非冷凝性氣體；以及將反射后的非冷凝性氣體吸附在所述吸附低溫板上。
【文檔編號】F04B37/08GK104179660SQ201410127229
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月27日
【發(fā)明者】高橋走 申請人:住友重機械工業(yè)株式會社