特許 6886453 クライオポンプ及びゲートバルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6886453

(24)【登録日】2021年5月18日

(45)【発行日】2021年6月16日

(54)【発明の名称】クライオポンプ及びゲートバルブ

(51)【国際特許分類】

   F04B 37/08 20060101AFI20210603BHJP

   F04B 37/16 20060101ALI20210603BHJP

   F16K 51/02 20060101ALI20210603BHJP

【ＦＩ】

   F04B37/08

   F04B37/16 B

   F16K51/02 B

【請求項の数】12

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-500055(P2018-500055)

(86)(22)【出願日】2017年2月8日

(86)【国際出願番号】JP2017004505

(87)【国際公開番号】WO2017141777

(87)【国際公開日】20170824

【審査請求日】2019年12月16日

(31)【優先権主張番号】特願2016-26251(P2016-26251)

(32)【優先日】2016年2月15日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】及川 健

【審査官】 山崎 孔徳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１２４５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０２５１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第６２６３６７９（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ３７／０８

Ｆ０４Ｂ ３７／１６

Ｆ１６Ｋ ５１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ゲートバルブフランジおよびバルブプレートを備えるゲートバルブに取り付けられるクライオポンプであって、
前記ゲートバルブフランジに取り付けられるクライオポンプフランジと、
環状オリフィスを前記バルブプレートと協働して形成するよう前記ゲートバルブに向けて前記クライオポンプフランジから軸方向に延出する環状バッフルと、を備え、
前記環状バッフルは、前記クライオポンプフランジに固定されていることを特徴とするクライオポンプ。

【請求項2】

前記クライオポンプフランジは、前記ゲートバルブフランジに接触するフランジ上面を有し、
前記環状バッフルは、前記フランジ上面に比べて軸方向に前記バルブプレートと近接して配置される環状バッフル上面を有し、前記環状バッフル上面が前記バルブプレートとの間に前記環状オリフィスを定めることを特徴とする請求項１に記載のクライオポンプ。

【請求項3】

前記環状バッフル上面の径方向幅が前記環状バッフル上面から前記バルブプレートへの軸方向間隔の２倍より大きいことを特徴とする請求項２に記載のクライオポンプ。

【請求項4】

前記環状バッフルは、リング中心開口およびリング上面を有するリング部材であって前記バルブプレートと前記リング上面との接触により前記リング中心開口が閉じられるよう軸方向に位置決めされているリング部材を備え、前記リング部材は、前記リング部材を径方向に貫通する開口部を有することを特徴とする請求項１に記載のクライオポンプ。

【請求項5】

前記開口部の径方向幅が前記開口部の軸方向高さの２倍より大きいことを特徴とする請求項４に記載のクライオポンプ。

【請求項6】

前記環状バッフルは、前記クライオポンプフランジに固定され前記リング部材を軸方向に弾性的に保持する保持具をさらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載のクライオポンプ。

【請求項7】

バルブプレートと、
前記バルブプレートの弁座を有するゲートバルブフランジと、
環状オリフィスを前記バルブプレートと協働して形成するよう前記ゲートバルブフランジに沿って周方向に延在する環状バッフルと、を備え、
前記環状バッフルは、前記ゲートバルブフランジに固定されていることを特徴とするゲートバルブ。

【請求項8】

前記ゲートバルブフランジは、前記弁座と軸方向に反対側にフランジ下面を有し、
前記環状バッフルは、前記フランジ下面に比べて軸方向に前記バルブプレートと近接して配置される環状バッフル上面を有し、前記環状バッフル上面が前記バルブプレートとの間に前記環状オリフィスを定めることを特徴とする請求項７に記載のゲートバルブ。

【請求項9】

前記環状バッフル上面の径方向幅が前記環状バッフル上面から前記バルブプレートへの軸方向間隔の２倍より大きいことを特徴とする請求項８に記載のゲートバルブ。

【請求項10】

前記環状バッフルは、リング中心開口およびリング上面を有するリング部材であって前記バルブプレートと前記リング上面との接触により前記リング中心開口が閉じられるよう軸方向に位置決めされているリング部材を備え、前記リング部材は、前記リング部材を径方向に貫通する開口部を有することを特徴とする請求項７に記載のゲートバルブ。

【請求項11】

前記開口部の径方向幅が前記開口部の軸方向高さの２倍より大きいことを特徴とする請求項１０に記載のゲートバルブ。

【請求項12】

前記環状バッフルは、前記ゲートバルブフランジに固定され前記リング部材を軸方向に弾性的に保持する保持具をさらに備えることを特徴とする請求項１０または１１に記載のゲートバルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クライオポンプ及びゲートバルブに関する。

【背景技術】

【0002】

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ガスを凝縮または吸着により捕捉する真空ポンプである。こうしてクライオポンプは、それが取り付けられた真空チャンバを排気する。クライオポンプと真空チャンバとの間にはゲートバルブが設置されうる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５４４４５４５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

クライオポンプは溜め込み式の真空ポンプであるから、クライオポンプの真空排気運転によってガスがクライオポンプに蓄積される。ガスが蓄積するにつれて、クライオポンプの排気速度は徐々に低下する。そのため、蓄積されたガスをクライオポンプから排出し、排気速度を初期の水準に回復するために、クライオポンプの再生が定期的に行われる。前回の再生が終了してから次回の再生が行われるまでの真空排気運転の期間は再生インターバルとも呼ばれる。再生中はクライオポンプの真空排気運転をすることができないから、再生インターバルはなるべく長いことが望まれる。

【0005】

クライオポンプの用途の１つにＰＶＤ装置のような真空プロセス装置がある。真空プロセス装置においては、ある真空プロセスが繰り返し実行されうる。こうした装置におけるクライオポンプの主要な役割は、その真空プロセスに適正なプロセス圧力を保つことである。

【0006】

求められるプロセス圧力は常に一定というわけではなく、プロセスによっては比較的高いプロセス圧力が使用されうる。プロセス圧力を高める典型的な手法は、真空チャンバに導入されるプロセスガス流量を増すことである。しかしこれには再生インターバルを短くするという欠点がある。導入ガス流量の増加はクライオポンプへの流入ガス量の増加をもたらすからである。

【0007】

このようなトレードオフを克服するために、ゲートバルブの開度が調節されてもよい。プロセス中に、全開と全閉の中間位置にゲートバルブの弁体（バルブプレートともいう）が保持される。こうして排気系のコンダクタンスを低下させクライオポンプの実効排気速度を低下させて、プロセス圧力を高めることができる。

【0008】

しかし、本発明者は、ゲートバルブのみによるプロセス圧力の調整には限界があり、改善の余地があることを認識するに至った。

【0009】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、真空プロセス装置においてプロセスガス流量を増やさずにプロセス圧力を高めることに役立つクライオポンプ及びゲートバルブを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のある態様によると、ゲートバルブフランジおよびバルブプレートを備えるゲートバルブに取り付けられるクライオポンプが提供される。クライオポンプは、前記ゲートバルブフランジに取り付けられるクライオポンプフランジと、環状オリフィスを前記バルブプレートと協働して形成するよう前記ゲートバルブに向けて前記クライオポンプフランジから軸方向に延出する環状バッフルと、を備える。

【0011】

本発明のある態様によると、バルブプレートと、前記バルブプレートの弁座を有するゲートバルブフランジと、環状オリフィスを前記バルブプレートと協働して形成するよう前記ゲートバルブフランジに沿って周方向に延在する環状バッフルと、を備えるゲートバルブが提供される。

【0012】

なお、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。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、真空プロセス装置においてプロセスガス流量を増やさずにプロセス圧力を高めることに役立つクライオポンプ及びゲートバルブを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明のある実施形態に係るクライオポンプを概略的に示す図である。

【図2】本発明のある実施形態に係るクライオポンプをゲートバルブ側から見た様子を概略的に示す。

【図3】本発明の他の実施形態に係るクライオポンプの一部を概略的に示す図である。

【図4】本発明のある実施形態に係るゲートバルブを概略的に示す図である。

【図5】本発明の他の実施形態に係るゲートバルブの一部を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

【0016】

図１は、本発明のある実施形態に係るクライオポンプ１０を概略的に示す図である。図２は、本発明のある実施形態に係るクライオポンプ１０をゲートバルブ側から見た様子を概略的に示す。

【0017】

クライオポンプ１０は、例えばＰＶＤ装置、またはその他の真空プロセス装置の真空チャンバ１００に取り付けられて、真空チャンバ１００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。

【0018】

ゲートバルブ１０２がクライオポンプ１０と真空チャンバ１００との間に設置されている。ゲートバルブ１０２は、ゲートバルブフランジ１０４、バルブプレート１０６、およびバルブプレート収納部１０８を備える。バルブプレート１０６はゲートバルブ１０２の弁体であり、ゲートバルブフランジ１０４は弁座１１０を有する。バルブプレート１０６が弁座１１０に密着するときゲートバルブ１０２は完全に閉じられる。バルブプレート１０６がクライオポンプ１０の吸気口３０を閉じるから、真空チャンバ１００からクライオポンプ１０へのガス流れは遮断される。図１に一点鎖線で示すようにバルブプレート１０６が弁座１１０から離れ、バルブプレート収納部１０８に収納されるとき、ゲートバルブ１０２は完全に開かれる。

【0019】

図１に示すバルブプレート１０６は、全開と全閉との中間位置にある。図示されるように、バルブプレート１０６は弁座１１０からわずかに離れており、バルブプレート１０６と弁座１１０との間にゲートバルブクリアランス１１２が形成されている。バルブプレート１０６の移動によりゲートバルブクリアランス１１２は可変である。

【0020】

ゲートバルブクリアランス１１２が変わることにより排気系のコンダクタンスが変わり、それに応じて真空チャンバ１００でのプロセス圧力が調整される。ゲートバルブクリアランス１１２が狭ければプロセス圧力は高まり、ゲートバルブクリアランス１１２が広ければプロセス圧力は低くなる。このようにして、ゲートバルブ１０２を真空チャンバ１００のプロセス圧力調整に使用することができる。

【0021】

クライオポンプ１０は、クライオポンプ容器１２、クライオポンプフランジ１４、および環状バッフル１６を備える。加えて、クライオポンプ１０は、冷凍機２０、入口クライオパネル２２、放射シールド２４、および第２クライオパネルユニット２６を備える。入口クライオパネル２２および放射シールド２４は第１クライオパネルユニットと総称されうる。

【0022】

クライオポンプ容器１２は、冷凍機２０、入口クライオパネル２２、放射シールド２４、および第２クライオパネルユニット２６を収容するクライオポンプ１０の筐体であり、クライオポンプ１０の内部空間２８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。クライオポンプ容器１２は、冷凍機２０の室温部２０ａに取り付けられている。クライオポンプ容器１２は、放射シールド２４および入口クライオパネル２２を包囲する。放射シールド２４は入口クライオパネル２２とともに、第２クライオパネルユニット２６を包囲する。

【0023】

クライオポンプフランジ１４は、クライオポンプ容器１２の前端から径方向外側に向けて延びている。クライオポンプフランジ１４は、クライオポンプ容器１２の前端の全周にわたって設けられている。

【0024】

クライオポンプ１０の吸気口３０はクライオポンプフランジ１４の径方向内側に画定されている。ゲートバルブ１０２および吸気口３０を通じて真空チャンバ１００からクライオポンプ１０の内部空間２８にガスが進入する。

【0025】

クライオポンプフランジ１４はゲートバルブフランジ１０４に取り付けられており、それによりクライオポンプ１０は真空チャンバ１００に取り付けられている。クライオポンプフランジ１４は、ゲートバルブフランジ１０４に接触するフランジ上面１４ａを有する。

【0026】

環状バッフル１６は、クライオポンプフランジ１４の径方向内側に隣接する環状バッフル筒部１６ａを有し、環状バッフル筒部１６ａは、クライオポンプフランジ１４に沿って周方向に延びている。環状バッフル筒部１６ａの下端がクライオポンプフランジ１４に固定され、環状バッフル筒部１６ａの上端から径方向内側に向けてフランジ状部分が延びている。こうして環状バッフル１６は、吸気口３０の全周にわたって設けられ、吸気口３０の最も外側に配置されている。

【0027】

環状バッフル１６のフランジ状部分は、環状バッフル上面１６ｂおよび環状バッフル下面１６ｃを有する。環状バッフル上面１６ｂは、弁座１１０およびバルブプレート１０６と平行であり、（ゲートバルブフランジ１０４に隣接して位置決めされているときの）バルブプレート１０６の外周部と向かい合う。環状バッフル下面１６ｃは入口クライオパネル２２の外周部と向かい合っている。環状バッフル上面１６ｂの内径Ｄ１は入口クライオパネル２２の外径ｄより小さく、環状バッフル上面１６ｂの外径Ｄ２は入口クライオパネル２２の外径ｄより大きい。

【0028】

環状バッフル１６は、環状オリフィス１８をバルブプレート１０６と協働して形成するようゲートバルブ１０２に向けてクライオポンプフランジ１４から軸方向に延出する。ただし、この延出部分すなわち環状バッフル筒部１６ａの軸方向長さは、バルブプレート１０６と干渉しないように定められている。このようにして環状バッフル１６は、ゲートバルブフランジ１０４の内側に収まるように、軸方向に短い円筒状に形成されている。

【0029】

環状バッフル上面１６ｂは、フランジ上面１４ａに比べて軸方向にバルブプレート１０６と近接して配置されている。環状バッフル上面１６ｂとバルブプレート１０６との間に環状オリフィス１８が定められている。環状バッフル上面１６ｂは、フランジ上面１４ａと平行であり、弁座１１０（すなわちゲートバルブフランジ１０４の上面）とほぼ同じ軸方向高さを有する。環状バッフル上面１６ｂは、弁座１１０に比べてわずかに低い軸方向高さを有してもよい。このようにして、環状バッフル上面１６ｂは、バルブプレート１０６の下面と協働して環状オリフィス１８を形成する。

【0030】

環状バッフル上面１６ｂの径方向幅Ｗ１は、環状バッフル上面１６ｂからバルブプレート１０６への軸方向間隔Ｗ２の２倍より大きい。言い換えれば、バルブプレート１０６の下面から環状バッフル上面１６ｂへの軸方向間隔Ｗ２が環状バッフル上面１６ｂの径方向幅Ｗ１の半分以下となるように、バルブプレート１０６が位置決めされてもよい。あるいは、環状バッフル上面１６ｂの径方向幅Ｗ１は、環状バッフル上面１６ｂと弁座１１０との軸方向高さ差の２倍より大きくてもよい。このようにすれば、環状オリフィス１８のコンダクタンスを十分に小さくすることができる。

【0031】

環状バッフル１６は、クライオポンプ容器１２の一部であり、入口クライオパネル２２にも放射シールド２４にも接触していない。環状バッフル１６は冷凍機２０により冷却されずクライオポンプ容器１２と同程度の温度（例えば室温）を有するので、環状バッフル１６の表面にガスは凝縮せず、環状オリフィス１８は凝縮物で塞がれない。そのため、有利なことに、環状オリフィス１８はガス流路として継続的に利用可能である。一方、仮に、環状バッフル１６が入口クライオパネル２２のような低温部に設けられていたとすると、表面に凝縮物が堆積して環状オリフィス１８が塞がれうる。

【0032】

入口クライオパネル２２にはクライオポンプ１０の外から中へのガス流れを許容する多数の小孔２２ａが貫通している。環状バッフル１６は、これら小孔２２ａの径方向外側に配設されている。環状バッフル１６は小孔２２ａを覆わない。したがって、バルブプレート１０６が収納されているとき環状バッフル１６は真空チャンバ１００から入口クライオパネル２２を通じてクライオポンプ１０の内部空間２８に入るガス流れを妨げない。そのため、低いプロセス圧力が求められる場合には、ゲートバルブ１０２を開くことにより実現することができる。

【0033】

続いて、クライオポンプ１０の他の構成要素を説明する。

【0034】

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。軸方向は吸気口３０を通る方向（図１における縦方向）を表し、径方向は吸気口３０に沿う方向（図１における横方向）を表す。便宜上、軸方向に関して吸気口３０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３０の中心に近いことを「内」、吸気口３０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１００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３０を下向きにして真空チャンバ１００に取り付けられてもよい。

【0035】

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３０に沿う第２の方向であり、径方向に直交する接線方向である。

【0036】

冷凍機２０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２０は、二段式の冷凍機である。そのため、冷凍機２０は、室温部２０ａに加えて、第１シリンダ２０ｂ、第１冷却ステージ２０ｃ、第２シリンダ２０ｄ、および第２冷却ステージ２０ｅを備える。

【0037】

冷凍機２０は、第１冷却ステージ２０ｃを第１冷却温度に冷却し、第２冷却ステージ２０ｅ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２０ｃ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２０ｅは１０Ｋ〜２０Ｋ程度に冷却される。

【0038】

第１シリンダ２０ｂ及び第２シリンダ２０ｄは、第２冷却ステージ２０ｅを第１冷却ステージ２０ｃに構造的に支持するとともに第１冷却ステージ２０ｃを冷凍機２０の室温部２０ａに構造的に支持する冷凍機構造部を形成する。第１シリンダ２０ｂ及び第２シリンダ２０ｄは、径方向に沿って同軸に延在する。第１シリンダ２０ｂは、冷凍機２０の室温部２０ａを第１冷却ステージ２０ｃに接続し、第２シリンダ２０ｄは、第１冷却ステージ２０ｃを第２冷却ステージ２０ｅに接続する。室温部２０ａ、第１シリンダ２０ｂ、第１冷却ステージ２０ｃ、第２シリンダ２０ｄ、及び第２冷却ステージ２０ｅは、この順に直線状に一列に並ぶ。

【0039】

第１シリンダ２０ｂ及び第２シリンダ２０ｄ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２０ａ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２０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。

【0040】

冷凍機２０は、作動気体の圧縮機（図示せず）に接続されている。冷凍機２０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２０ｃ及び第２冷却ステージ２０ｅ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２０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サイクルを繰り返すことによって寒冷を発生させる。

【0041】

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、放射シールド２４の中心軸に冷凍機２０の中心軸が直交するとともに第２冷却ステージ２０ｅが放射シールド２４の中心部に配置されるよう冷凍機２０が配設されているクライオポンプである。

【0042】

放射シールド２４は、クライオポンプ容器１２の輻射熱から第２クライオパネルユニット２６を保護するために設けられている。放射シールド２４は、第１冷却ステージ２０ｃに熱的に結合されている。よって第１クライオパネルユニットは第１冷却温度に冷却される。放射シールド２４はクライオポンプ容器１２との間に隙間３２を有しており、放射シールド２４はクライオポンプ容器１２と接触していない。

【0043】

入口クライオパネル２２は、クライオポンプ１０の外部の熱源（例えば真空チャンバ１００内の熱源）からの輻射熱から第２クライオパネルユニット２６を保護するために、放射シールド２４の主開口を覆うように配設されている。入口クライオパネル２２は、輻射熱だけではなく内部空間２８へのガスの進入も制限する。入口クライオパネル２２は、放射シールド２４を介して第１冷却ステージ２０ｃに熱的に結合されている。入口クライオパネル２２の表面には第１冷却温度で凝縮するガス（例えば水）が捕捉される。

【0044】

入口クライオパネル２２は、吸気口３０を横断する一枚の平板（例えば円板）である。入口クライオパネル２２の寸法（例えば直径）は、放射シールド２４の主開口の寸法にほぼ等しい。

【0045】

入口クライオパネル２２上で小孔２２ａは規則的に配列されている。小孔２２ａは、直交する二つの直線方向それぞれにおいて等間隔に設けられ、小孔２２ａの格子を形成する。代案として、小孔２２ａは、径方向及び周方向それぞれにおいて等間隔に設けられていてもよい。小孔２２ａの形状は例えば円形であるが、これに限られず、小孔２２ａは、矩形その他の形状を有する開口、直線状または曲線状に延びるスリット、または、入口クライオパネル２２の外周部に形成された切り欠きであってもよい。

【0046】

こうした一枚の有孔プレートに代えて、入口クライオパネル２２は、例えば、複数の小プレートを備えてもよい。あるいは、入口クライオパネル２２は、同心円状または格子状に形成されたルーバーまたはシェブロンを備えてもよい。

【0047】

第２クライオパネルユニット２６は、複数のクライオパネルを備えており、これらクライオパネルは第２冷却ステージ２０ｅを囲むようにして第２冷却ステージ２０ｅに取り付けられている。第２クライオパネルユニット２６は、第１クライオパネルユニットには接触していない。第２クライオパネルユニット２６は、第２冷却ステージ２０ｅに熱的に結合されており、第２クライオパネルユニット２６は第２冷却温度に冷却される。

【0048】

上述のように、クライオポンプ１０は、環状オリフィス１８をバルブプレート１０６と協働して形成するようゲートバルブ１０２に向けてクライオポンプフランジ１４から軸方向に延出する環状バッフル１６を備える。こうして、入口クライオパネル２２とバルブプレート１０６との間に狭いガス流路（すなわち環状オリフィス１８）が形成されている。

【0049】

本実施形態によれば、ゲートバルブ１０２の開閉に伴うバルブプレート１０６と環状バッフル１６との相対位置関係を利用して、排気系のコンダクタンスの調整幅を大きくすることができる。ゲートバルブクリアランス１１２に加えて環状オリフィス１８を形成することによって、コンダクタンスをより小さくすることができる。クライオポンプ１０の実効排気速度を低下させ、真空チャンバ１００におけるプロセスガス流量を増やさずにプロセス圧力を高めることができる。プロセスガス流量を増やさないことは、クライオポンプ１０の再生インターバルを長くすることに役立つ。

【0050】

図３は、本発明の他の実施形態に係るクライオポンプ１０の一部を概略的に示す図である。図１および図２を参照して述べた実施形態においては環状オリフィス１８が環状バッフル１６とバルブプレート１０６との間に形成されているのに対し、図３を参照して以下に述べる実施形態においては環状バッフル１６が環状オリフィス１８を有する。

【0051】

環状バッフル１６は、環状オリフィス１８をバルブプレート１０６と協働して形成するようゲートバルブ１０２に向けてクライオポンプフランジ１４から軸方向に延出する。環状バッフル１６は、クライオポンプフランジ１４に沿って周方向に延びている。環状バッフル１６は、クライオポンプ容器１２の一部であり、入口クライオパネル２２にも放射シールド２４にも接触していない。

【0052】

環状バッフル１６は、リング部材４０を備える。リング部材４０は、リング中心開口４０ａおよびリング上面４０ｂを有しており、バルブプレート１０６とリング上面４０ｂとの接触によりリング中心開口４０ａが閉じられるよう軸方向に位置決めされている。リング部材４０は、リング部材４０を径方向に貫通する開口部（例えばスリット）４０ｃを有する。バルブプレート１０６がリング中心開口４０ａを閉じているとき開口部４０ｃが環状オリフィス１８として働く。このようにして、環状バッフル１６は、バルブプレート１０６の下面と協働して環状オリフィス１８を形成する。

【0053】

開口部４０ｃの径方向幅は、開口部４０ｃの軸方向高さの２倍より大きい。このようにすれば、図１および図２の実施形態と同様に、環状オリフィス１８のコンダクタンスを十分に小さくすることができる。

【0054】

また、環状バッフル１６は、保持具４２を備える。保持具４２は、リング部材４０を軸方向に弾性的に保持するよう構成され、クライオポンプフランジ１４に固定されている。保持具４２は、バネ部材４２ａおよびリング部材保持部４２ｂを有する。リング部材保持部４２ｂがクライオポンプフランジ１４に固定されている。リング部材保持部４２ｂは、リング部材４０の下部を受け入れる凹部を形成しており、この凹部にバネ部材４２ａが収容されている。バネ部材４２ａの一端はリング部材４０の下部に接続され、バネ部材４２ａの他端は凹部の底に接続されている。開口部４０ｃはリング部材４０の上部に形成されており、凹部の外に位置する。こうしてリング部材４０が軸方向に弾性的に保持されているので、バルブプレート１０６がリング上面４０ｂに接触するとき生じうる衝撃が緩和される。

【0055】

リング部材４０が弾性的に保持されているので、リング上面４０ｂは、弁座１１０に比べてわずかに高い軸方向高さを有してもよい。バルブプレート１０６と弁座１１０との間にゲートバルブクリアランス１１２が形成されている。

【0056】

リング上面４０ｂは、弁座１１０とほぼ同じ軸方向高さを有してもよい。あるいは、弁座１１０に比べてわずかに低い軸方向高さを有してもよい。図１および図２の実施形態と同様に、リング上面４０ｂとバルブプレート１０６との間にもう１つの環状オリフィスが定められてもよい。リング部材４０は、保持具４２を介さずに、クライオポンプフランジ１４に直接固定されていてもよい。

【0057】

図３の実施形態によっても、図１および図２の実施形態と同様に、ゲートバルブクリアランス１１２に加えて環状オリフィス１８が形成される。これにより、クライオポンプ１０の実効排気速度を低下させ、真空チャンバ１００におけるプロセスガス流量を増やさずにプロセス圧力を高めることができる。

【0058】

図４は、本発明のある実施形態に係るゲートバルブ１０２を概略的に示す図である。この実施の形態においては、環状バッフル１６が、クライオポンプ１０ではなく、ゲートバルブ１０２に設けられている。ゲートバルブ１０２は、真空プロセス装置の真空チャンバ１００に取り付けられる。ゲートバルブ１０２は、真空チャンバ１００と、クライオポンプ１０、ターボ分子ポンプなどその他の真空ポンプ、またはその他の真空機器との間に設置される。

【0059】

ゲートバルブ１０２は、ゲートバルブフランジ１０４、バルブプレート１０６、およびバルブプレート収納部１０８を備える。バルブプレート１０６はゲートバルブ１０２の弁体であり、ゲートバルブフランジ１０４は弁座１１０を有する。バルブプレート１０６が弁座１１０に密着するときゲートバルブ１０２は完全に閉じられる。バルブプレート１０６がクライオポンプ１０の吸気口３０を閉じるから、真空チャンバ１００からクライオポンプ１０へのガス流れは遮断される。図４に一点鎖線で示すようにバルブプレート１０６が弁座１１０から離れ、バルブプレート収納部１０８に収納されるとき、ゲートバルブ１０２は完全に開かれる。

【0060】

図４に示すバルブプレート１０６は、全開と全閉との中間位置にある。図示されるように、バルブプレート１０６は弁座１１０からわずかに離れており、バルブプレート１０６と弁座１１０との間にゲートバルブクリアランス１１２が形成されている。バルブプレート１０６の移動によりゲートバルブクリアランス１１２は可変である。

【0061】

ゲートバルブクリアランス１１２が変わることにより排気系のコンダクタンスが変わり、それに応じて真空チャンバ１００でのプロセス圧力が調整される。ゲートバルブクリアランス１１２が狭ければプロセス圧力は高まり、ゲートバルブクリアランス１１２が広ければプロセス圧力は低くなる。このようにして、ゲートバルブ１０２を真空チャンバ１００のプロセス圧力調整に使用することができる。

【0062】

クライオポンプフランジ１４はゲートバルブフランジ１０４に取り付けられており、それによりクライオポンプ１０は真空チャンバ１００に取り付けられている。クライオポンプフランジ１４は、ゲートバルブフランジ１０４に接触するフランジ上面１４ａを有する。ゲートバルブフランジ１０４は、クライオポンプフランジ１４のフランジ上面１４ａに接触するフランジ下面１０４ａを有する。フランジ下面１０４ａは、弁座１１０とは軸方向に反対側の面である。

【0063】

環状バッフル１６は、ゲートバルブフランジ１０４の径方向内側に隣接する環状バッフル筒部１６ａを有し、環状バッフル筒部１６ａは、ゲートバルブフランジ１０４に沿って周方向に延びている。環状バッフル筒部１６ａの下端が、ゲートバルブフランジ１０４にフランジ下面１０４ａの近傍で固定されている。環状バッフル筒部１６ａの上端から径方向内側に向けて環状バッフル１６のフランジ状部分が延びている。こうして環状バッフル１６は、ゲートバルブ１０２の全周にわたって設けられている。

【0064】

環状バッフル１６のフランジ状部分は、環状バッフル上面１６ｂおよび環状バッフル下面１６ｃを有する。環状バッフル上面１６ｂは、弁座１１０およびバルブプレート１０６と平行であり、（ゲートバルブフランジ１０４に隣接して位置決めされているときの）バルブプレート１０６の外周部と向かい合う。環状バッフル下面１６ｃは、（ゲートバルブ１０２がクライオポンプ１０に取り付けられている場合、）入口クライオパネル２２の外周部と向かい合っている。

【0065】

環状バッフル１６は、環状オリフィス１８をバルブプレート１０６と協働して形成するようゲートバルブフランジ１０４に沿って周方向に延在する。環状バッフル１６は、ゲートバルブフランジ１０４から、ゲートバルブ１０２のもう１つのゲートバルブフランジ（すなわち真空チャンバ１００に取り付けられる第２ゲートバルブフランジ１０５）に向けて軸方向に延びている。ただし、環状バッフル１６の軸方向長さは、バルブプレート１０６と干渉しないように定められている。このようにして環状バッフル１６は、ゲートバルブフランジ１０４の内側に収まるように、軸方向に短い円筒状に形成されている。

【0066】

環状バッフル上面１６ｂは、フランジ下面１０４ａに比べて軸方向にバルブプレート１０６と近接して配置されている。環状バッフル上面１６ｂとバルブプレート１０６との間に環状オリフィス１８が定められている。環状バッフル上面１６ｂは、フランジ下面１０４ａと平行であり、弁座１１０（すなわちゲートバルブフランジ１０４の上面）とほぼ同じ軸方向高さを有する。環状バッフル上面１６ｂは、弁座１１０に比べてわずかに低い軸方向高さを有してもよい。このようにして、環状バッフル上面１６ｂは、バルブプレート１０６の下面と協働して環状オリフィス１８を形成する。

【0067】

環状バッフル上面１６ｂの径方向幅Ｗ１は、環状バッフル上面１６ｂからバルブプレート１０６への軸方向間隔Ｗ２の２倍より大きい。言い換えれば、バルブプレート１０６の下面から環状バッフル上面１６ｂへの軸方向間隔Ｗ２が環状バッフル上面１６ｂの径方向幅Ｗ１の半分以下となるように、バルブプレート１０６が位置決めされてもよい。あるいは、環状バッフル上面１６ｂの径方向幅Ｗ１は、環状バッフル上面１６ｂと弁座１１０との軸方向高さ差の２倍より大きくてもよい。このようにすれば、環状オリフィス１８のコンダクタンスを十分に小さくすることができる。

【0068】

環状バッフル１６は、ゲートバルブ１０２の一部であるから、クライオポンプ１０の低温部（入口クライオパネル２２、放射シールド２４等）に接触していない。環状バッフル１６は冷凍機２０により冷却されず真空チャンバ１００と同程度の温度（例えば室温）を有するので、環状バッフル１６の表面にガスは凝縮せず、環状オリフィス１８は凝縮物で塞がれない。そのため、有利なことに、環状オリフィス１８はガス流路として継続的に利用可能である。

【0069】

上述のように、ゲートバルブ１０２は、環状オリフィス１８をバルブプレート１０６と協働して形成する環状バッフル１６を備える。本実施形態によれば、ゲートバルブ１０２の開閉に伴うバルブプレート１０６と環状バッフル１６との相対位置関係を利用して、排気系のコンダクタンスの調整幅を大きくすることができる。ゲートバルブクリアランス１１２に加えて環状オリフィス１８を形成することによって、コンダクタンスをより小さくすることができる。真空チャンバ１００におけるプロセス圧力を高めることができる。

【0070】

図５は、本発明の他の実施形態に係るゲートバルブ１０２の一部を概略的に示す図である。図４を参照して述べた実施形態においては環状オリフィス１８が環状バッフル１６とバルブプレート１０６との間に形成されているのに対し、図５を参照して以下に述べる実施形態においては環状バッフル１６が環状オリフィス１８を有する。ゲートバルブ１０２は、クライオポンプ１０またはその他の真空機器に設置されうる。理解のために、図５ではゲートバルブ１０２がクライオポンプ１０に設置される場合を例示し、クライオポンプ１０のいくつかの構成要素（クライオポンプフランジ１４、入口クライオパネル２２、放射シールド２４）を破線で示す。ただし、環状バッフル１６は、クライオポンプ１０ではなく、ゲートバルブ１０２に設けられている。

【0071】

環状バッフル１６は、環状オリフィス１８をバルブプレート１０６と協働して形成するようゲートバルブフランジ１０４に沿って周方向に延在する。環状バッフル１６は、リング部材４０を備える。リング部材４０は、リング中心開口４０ａおよびリング上面４０ｂを有しており、バルブプレート１０６とリング上面４０ｂとの接触によりリング中心開口４０ａが閉じられるよう軸方向に位置決めされている。リング部材４０は、リング部材４０を径方向に貫通する開口部（例えばスリット）４０ｃを有する。バルブプレート１０６がリング中心開口４０ａを閉じているとき開口部４０ｃが環状オリフィス１８として働く。このようにして、環状バッフル１６は、バルブプレート１０６の下面と協働して環状オリフィス１８を形成する。

【0072】

開口部４０ｃの径方向幅は、開口部４０ｃの軸方向高さの２倍より大きい。このようにすれば、図４の実施形態と同様に、環状オリフィス１８のコンダクタンスを十分に小さくすることができる。

【0073】

また、環状バッフル１６は、保持具４２を備える。保持具４２は、リング部材４０を軸方向に弾性的に保持するよう構成され、ゲートバルブフランジ１０４に固定されている。保持具４２は、バネ部材４２ａおよびリング部材保持部４２ｂを有する。リング部材保持部４２ｂがゲートバルブフランジ１０４にフランジ下面１０４ａの近傍で固定されている。リング部材保持部４２ｂは、リング部材４０の下部を受け入れる凹部を形成しており、この凹部にバネ部材４２ａが収容されている。バネ部材４２ａの一端はリング部材４０の下部に接続され、バネ部材４２ａの他端は凹部の底に接続されている。開口部４０ｃはリング部材４０の上部に形成されており、凹部の外に位置する。こうしてリング部材４０が軸方向に弾性的に保持されているので、バルブプレート１０６がリング上面４０ｂに接触するとき生じうる衝撃が緩和される。

【0074】

リング部材４０が弾性的に保持されているので、リング上面４０ｂは、弁座１１０に比べてわずかに高い軸方向高さを有してもよい。バルブプレート１０６と弁座１１０との間にゲートバルブクリアランス１１２が形成されている。

【0075】

リング上面４０ｂは、弁座１１０とほぼ同じ軸方向高さを有してもよい。あるいは、弁座１１０に比べてわずかに低い軸方向高さを有してもよい。図４の実施形態と同様に、リング上面４０ｂとバルブプレート１０６との間にもう１つの環状オリフィスが定められてもよい。リング部材４０は、保持具４２を介さずに、ゲートバルブフランジ１０４に直接固定されていてもよい。

【0076】

図５の実施形態によっても、図４の実施形態と同様に、ゲートバルブクリアランス１１２に加えて環状オリフィス１８が形成される。これにより、真空チャンバ１００におけるプロセス圧力を高めることができる。

【0077】

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。

【符号の説明】

【0078】

１０ クライオポンプ、 １４ クライオポンプフランジ、 １４ａ フランジ上面、 １６ 環状バッフル、 １６ｂ 環状バッフル上面、 １８ 環状オリフィス、 ４０ リング部材、 ４０ａ リング中心開口、 ４０ｂ リング上面、 ４０ｃ 開口部、 ４２ 保持具、 １０２ ゲートバルブ、 １０４ ゲートバルブフランジ、 １０６ バルブプレート。

【産業上の利用可能性】

【0079】

本発明は、クライオポンプ及びゲートバルブの分野における利用が可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】