特許 7472020 周縁部に設けられた第１及び第２ステージアレイを備えるクライオポンプ

(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】

(24)【登録日】2024-04-12

(45)【発行日】2024-04-22

(54)【発明の名称】周縁部に設けられた第１及び第２ステージアレイを備えるクライオポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04B 37/08 20060101AFI20240415BHJP

   F25B 9/14 20060101ALI20240415BHJP

【ＦＩ】

F04B37/08

F25B9/14 Z

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020526354

(86)(22)【出願日】2018-11-16

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-02-12

(86)【国際出願番号】 US2018061566

(87)【国際公開番号】W WO2019099862

(87)【国際公開日】2019-05-23

【審査請求日】2021-09-01

(31)【優先権主張番号】62/588,221

(32)【優先日】2017-11-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517316096

【氏名又は名称】エドワーズ バキューム リミテッド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(72)【発明者】

【氏名】バートレット アレン ジェイ

(72)【発明者】

【氏名】スザレック ジェラルド エム

(72)【発明者】

【氏名】マホーニー ポール ケイ

【審査官】落合 弘之

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６０－１７３３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２１３４６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１８０８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２７１０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１０７２７３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ ２５／００－３７／２０

Ｆ０４Ｂ ４１／００－４１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷却ステージとより低温の冷却ステージとを有する極低温冷凍機と、
側部と閉鎖端と閉鎖端の反対側の前面開口部とを有する輻射シールドであって、前記冷却ステージに熱連結され、前記冷却ステージによって冷却され、前記輻射シールドの中央空間及び前記前面開口部はクライオポンピング表面がほぼない輻射シールドと、
前記輻射シールド側部から間隔を置いているが、前記輻射シールド側部に近接し、前記輻射シールド側部に沿って伸びる１次クライオポンピングアレイであって、吸着材料を支持し、前記より低温の冷却ステージに連結され、前記より低温の冷却ステージによって冷却される１次クライオポンピングアレイと、
前記１次クライオポンピングアレイに沿って伸びる凝縮クライオポンピングアレイであって、前記輻射シールドの前面開口部を通過する輻射から前記１次クライオポンピングアレイを遮蔽する凝縮クライオポンピングアレイとを備え、
前記１次クライオポンピングアレイが、内方に面する表面に吸着材料を備える円筒体である、
ことを特徴とするクライオポンプ。

【請求項2】

前記凝縮クライオポンピングアレイが、前記前面開口部に面する表面を有するバッフルのアレイを備える、
請求項１に記載のクライオポンプ。

【請求項3】

前記凝縮クライオポンピングアレイが、前記輻射シールドの前面開口部から前記１次クライオポンピングアレイへの略全ての直線経路上にある、
請求項１または２に記載のクライオポンプ。

【請求項4】

前記輻射シールド閉鎖端が、前記前面開口部からの分子を前記１次クライオポンピングアレイに向けて再指向させる隆起面を備える、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のクライオポンプ。

【請求項5】

前記隆起面が前記輻射シールドの中心軸に沿った一点に隆起している、
請求項４に記載のクライオポンプ。

【請求項6】

前記隆起面が、円錐状である、
請求項４または５に記載のクライオポンプ。

【請求項7】

少なくとも２０％の水素捕捉率を有する、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のクライオポンプ。

【請求項8】

前記１次クライオポンピングアレイへの輻射負荷量が、３％未満である、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のクライオポンプ。

【請求項9】

前記１次クライオポンピングアレイへの輻射負荷量が、２％未満である、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のクライオポンプ。

【請求項10】

前記１次クライオポンピングアレイへの輻射負荷量が、１％未満である、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のクライオポンプ。

【請求項11】

前記極低温冷凍機が、前記冷却ステージと前記より低温の冷却ステージとを有し前記輻射シールドに対して接線方向に伸びるコールドフィンガを備える、
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のクライオポンプ。

【請求項12】

前記輻射シールドが、前記冷却ステージに連結され前記極低温冷凍機の前記より低温の冷却ステージを包囲するシールドに熱連結され、前記シールドを介して冷却される、
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のクライオポンプ。

【請求項13】

前記極低温冷凍機が、コールドフィンガを備え、前記極低温冷凍機の前記より低温の冷却ステージが前記１次クライオポンピングアレイのベースに連結され、前記前面開口部からの分子を前記１次クライオポンピングアレイに向けて再指向させる隆起面が、前記１次クライオポンピングアレイのベース上方の床に設けられ、前記凝縮クライオポンピングアレイ及び前記床が、前記極低温冷凍機の前記冷却ステージに、前記１次クライオポンピングアレイのベースを貫通する支柱を介して連結されている、
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のクライオポンプ。

【請求項14】

真空容器がフランジ開口部の周りに取付フランジを備え、前記真空容器と前記輻射シールドと前記１次クライオポンピングアレイとのそれぞれが前記フランジ開口部の直径より大きい直径を有する、
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のクライオポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

＜関連出願＞
本出願は、２０１７年１１月１７日出願の米国仮特許出願第６２／５８８、２２１号の優先権を主張するものである。上記出願の技術の全体が、引用によって本明細書中に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

現在利用可能なクライオポンプは、開放型と閉鎖型とのいずれの極低温サイクルによって冷却されるかに関わらず一般的に同じ設計コンセプトに従っている。通常４～２５ケルビンの範囲内で作動する低温第２ステージアレイが、１次排気面である。この面は、通常、６５～１３０ケルビンの温度範囲内で作動される高温円筒体によって包囲され、より低温のアレイに輻射遮蔽を提供する。輻射シールドは、一般的に、１次排気面と排気されるチャンバとの間に位置決めされた前面アレイのところを除いて閉鎖されたハウジングを有する。このより高い温度、第１ステージ、前面アレイは、１型ガスとして知られる水蒸気のような高沸点ガスのための排気場所になる。

【0003】

作動中、水蒸気のような高沸点ガスが冷却前面アレイ上で凝縮される。低沸点ガスが前面アレイを通過し、輻射シールド内の空間に入る。窒素のような２型ガスは、より低温の第２ステージアレイ上で凝縮する。水素、ヘリウム、ネオンのような３型ガスは、４ケルビンでかなりの蒸気圧を有する。３型ガスを捕捉するために、第２ステージアレイの内面が、炭、ゼオライト、または分子ふるいのような吸着材で被覆されるのがよい。吸着は、極低温温度に保たれた材料によってガスが物理的に捕捉され、これにより、周囲から取り除かれるプロセスである。このように、排気面上でガスが凝縮または吸着されると、真空のみがワークチャンバ内に残される。

【0004】

閉鎖サイクル冷却機によって冷却されるシステムでは、冷却機は、輻射シールドを貫通するコールドフィンガを有する２段式冷却機であるのが典型的である。冷却機の第２の、より低温の冷却ステージの低温端部は、コールドフィンガの先端にある。１次クライオポンピングアレイ、即ちクライオパネルは、コールドフィンガの第２ステージの最低温端部でヒートシンクに連結される。このクライオパネルは、例えば、引用によって本明細書に組み込まれる米国特許第４，４９４，３８１号明細書及び第７，３１３，９２２号明細書のように、第２ステージヒートシンクの周りに配置された、あるいはこのヒートシンクに連結された、単なる金属プレート、カップ、または金属バッフルの円筒状のアレイでもよい。この第２ステージクライオパネルは、前述のように、炭またはゼオライトのような低温凝縮ガス吸着材を更に支持してもよい。

【0005】

冷凍機コールドフィンガは、カップ状の輻射シールドのベースを貫通し、シールドと同心であるのがよい。他のシステムでは、コールドフィンガが輻射シールドの側部を貫通する。このような構成は、時には、クライオポンプを配置することのできる利用可能なスペースによりうまくはまる。

【0006】

輻射シールドは、冷凍機の冷却第１ステージの最低温端部でヒートシンク、即ちヒートステーションに連結される。このシールドは、より低温の第２ステージクライオパネルを、輻射熱からクライオパネルを保護するような方法で包囲する。輻射シールドを閉鎖する前面アレイは、引用によって本明細書に組み込まれる米国特許第４、３５６、７０１号明細書に開示されるようにシールドを介してあるいは熱支柱を介して冷却第１ステージヒートシンクによって冷却される。

【0007】

大量のガスを収集した後に、時々クライオポンプを再生する必要がある。再生は、クライオポンプによって前に捕捉されたガスを解放するプロセスである。再生は、通常、クライオポンプが外気温度に戻ることを可能にすることによって達成され、次いで、第２のポンプによってクライオポンプからガスが取り除かれる。ガスの解放及び除去に続いて、クライオポンプが再起動され、事後再冷却が、大量のガスをワークチャンバから取り除くことを再度可能にする。

【0008】

この従来技術のやり方は、例えば、山形を備える第２ステージ吸着材を包囲することによって第２ステージクライオパネルに配置された吸着材を保護し、凝縮ガスが凝縮することを防ぎ、したがって吸着材層を遮蔽する。このやり方は、層が、窒素、ネオン、またはヘリウムのような非凝縮ガスの吸収を防ぐ。これが、再生サイクルの頻度を減らしている。しかしながら、山形部は、吸着材への非凝縮物のアクセス性を減少させる。

【0009】

クライオポンプの良度示数は、水素の捕捉率、ポンプの外側からクライオポンプの開口部に到達する水素分子がアレイの第２ステージで捕捉される確率である。捕捉率は、ポンプによって捕捉される毎秒リットルの水素の排気の速度に直接関連する。従来設計のより速い速度のポンプは、２０％かそれより多い水素の捕捉率を有する。

【0010】

図１は、真空容器１０２に位置決めされた従来技術のクライオポンプを示す。真空容器は、周囲温度であり、典型的にはゲートバルブを介してフランジ１０４によってプロセスチャンバに取り付けられている。真空容器１０２内のクライオポンプの構成要素は、２段式極低温冷凍機１０６によって冷却される。冷凍機は、コールドフィンガの円筒体１１２、１１６内を往復運動する第１ステージディスプレーサ１１０及び第２ステージディスプレーサ１１４とを備えるコールドフィンガを有する。コールドフィンガは、フランジ１１８を介して駆動モータに取り付けられ、真空容器１０２の側部ポート１０８を貫通する。

【0011】

真空容器内に位置決めされた輻射シールド１２０が、第１ステージヒートシンク１２２を介して冷凍機の冷却第１ステージ１１２によって約６５ケルビンで冷却される。前面アレイ１２４は、支柱１２８上で支持され、放射シールドを介して支柱１２８によって約８０ケルビンまで冷却されるルーバー１２６で形成される。

【0012】

前面アレイの設計は、設計目標のバランスである。より開放された前面アレイは、より多くのガスを輻射シールド内の空間に流入させ捕捉させることを可能にし、より高い捕捉率をもたらす。例えば、開放型の設計は、水素のより高い捕捉率のために、水素が空間内によりたやすく流入することを可能にし、多くの用途の欠かせない設計要件となる。一方で、より開放させた設計は、輻射が第２ステージアレイをより多く通過することを許容し、したがって、第２ステージアレイに望ましくない輻射負荷を生じさせる。第２ステージアレイの輻射負荷量は、第２ステージアレイに直接衝突するアレイの前面開口部で受け入れる輻射のパーセンテージである。より閉鎖された設計で、輻射は、前面アレイによって遮蔽される、あるいは輻射シールド１２０への見通し線の列に限定され、第２ステージ輻射負荷量を減少させると考えられる。しかしながら、第２ステージアレイ上に凝縮あるいは吸着させようとするガスは、まず前面アレイのルーバー１２６に衝突する傾向が強いと考えられる。高い真空環境下では、このようなガスは、プロセスチャンバに向けて戻されると考えられる。

【0013】

特許第７，３１３，９２２号明細書及び図１での前面アレイは、水素のより高い捕捉率のために開放されているが、第２ステージへの輻射負荷量の増加をもたらす。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【文献】米国特許第４，４９４，３８１号明細書

【文献】米国特許第７，３１３，９２２号明細書

【文献】米国特許第４，３５６，７０１号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0015】

高い捕捉率と低い輻射負荷量とを第２ステージアレイに備える改良されたクライオポンプシールドは、開示されたクライオポンピングアレイ構成によって得られる。クライオポンプでは、極低温冷凍機が、冷却ステージとより低温の冷却ステージとを備える。輻射シールドは、側部と、閉鎖端と、閉鎖端と反対側の前面開口部と、を有する。輻射シールドは冷却ステージに熱連結され、冷却ステージによって冷却される。輻射シールドの中央空間及び前面開口部は、クライオポンピング表面がほぼない。１次クライオポンピングアレイは輻射シールドの側部から間隔を置いているが、これに近接し、これに沿って伸びる。１次クライオポンピングアレイは、吸着材料を支持し、より低温の冷却ステージに連結され、この冷却ステージによって冷却される。凝縮クライオポンピングアレイは、１次クライオポンピングアレイに沿って伸びる。凝縮クライオポンピングアレイが、輻射シールドの前面開口部を通過する輻射から１次クライオポンピングアレイを遮蔽する。

【0016】

１次クライオポンピングアレイは、内方に面する表面に吸着材を備える円筒体でもよい。凝縮クライオポンピングアレイが、前面開口部に面する表面を有するバッフルのアレイを備えてもよい。バッフルは、輻射シールドの前面開口部から１次クライオポンピングアレイへの略全ての直線の経路上にあってもよい。

【0017】

輻射シールド閉鎖端が、前面開口部からの分子を１次クライオポンピングアレイに向けて再指向させる隆起面を備えてもよい。隆起面は、輻射シールドの中心軸に沿った一点に隆起してもよく、円錐状でもよい。

【0018】

クライオポンプが、少なくとも２０％の水素捕捉率を有するのがよい。１次クライオポンピングアレイへの輻射負荷量は、３％未満であればよく、好ましくは２％未満、より好ましくは１％未満である。

【0019】

極低温冷凍機は、冷却ステージとより低温の冷却ステージとを有し輻射シールドに対し接線方向に伸びるコールドフィンガを備えるのがよい。輻射シールドが、冷却ステージに連結され冷凍機の冷却ステージを包囲するシールドに熱連結され、このシールドを介して冷却されるのがよい。

【0020】

代替的に、冷凍機のより低温の冷却ステージが、１次クライオポンピングアレイのベースに連結され、前面開口部からの分子をクライオポンピングアレイに向けて再指向させる隆起面が、１次クライオポンピングアレイのベース上方の床に設けられるのがよい。凝縮クライオポンピングアレイ及び床は、ベースを貫通する支柱を介して冷凍機の冷却ステージに連結されるのがよい。

【0021】

クライオポンプが、フランジ開口部を有する取付フランジを備えてもよい。真空容器、輻射シールド、及び１次クライオポンピングアレイはそれぞれ、フランジ開口部の内径より大きい内径を有する。

【0022】

前記のことは、異なる図にわたって類似の引用記号が同一部品を示す添付の図面に図示されているように、例示の実施形態の後述のより詳細な説明から明確になるだろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、代わりに実施形態を例示することに重点が置かれている。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】従来技術のクライオポンプを示す断面斜視図である。

【図2】本発明の実施形態のクライオポンプの断面図である。

【図3】本発明の別の実施形態の断面斜視図である。

【図4】図３のクライオポンプの斜視図である。

【図5】図３のクライオポンプの水平断面斜視図である。

【図6】真空容器の底面からクライオポンピング面に連結されている二段式冷凍機である本発明の別の実施形態である。

【図7】容器と、輻射シールドと、第２ステージクライオポンピングアレイと、凝縮バッフルとが、径方向に広がっている本発明の別の実施形態である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

例示の実施形態の説明を以下に示す。

【0025】

どのようなクライオポンプの設計でも、第２ステージアレイへの分子コンダクタンスと、第２ステージアレイへの熱輻射からの保護との間でトレードオフがなされる。上述したように、従来のクライオポンプの設計では、第２ステージアレイは、周囲輻射シールド内で中心に配置されるのが典型的である。輻射シールドの開口部は、アレイへの分子の伝達を可能にする一方で第２ステージアレイへの輻射を同時に遮蔽するように設計された平面輻射バッフル組立体を含む。従来のデザインでは、高い排気速度は、高輻射及び第２ステージアレイの汚染物質曝露の代償をもたらす。

【0026】

本明細書に示す本発明は、従来のクライオポンプの設計手法を「逆転」したものである。これは、第２ステージアレイ組立体を中心配置から輻射シールドの外周部へ動かすことによって達成される。アレイをこの位置へ動かすことで、アレイの表面領域の増大という利点によってアレイへの分子コンダクタンスを著しく増加させることができる。また、第２ステージアレイの内側の外周部のところに第１ステージアレイを提供する代わりに前面アレイを取り除くことによって、増大したコンダクタンスと同時に増大した輻射シールドも提供することができる。

【0027】

輻射バッフルの配置及び構成を従来の平面前面配置から円筒周面配置に変えることによって、高いパーセンテージの入射分子を依然として伝達しながら、バッフルが輻射をより通さないようにできる。事実、第２ステージアレイへの高い分子コンダクタンスを維持する間、前面開口部からの輻射の全ての直接経路を遮蔽することができる。これは、輻射バッフル組立体の表面領域を著しく増大させることによって達成される。本発明では、円筒状輻射バッフル組立体が、従来の平面バッフル組立体の４倍までの表面領域を有することができる。

【0028】

例として、従来設計の直径３２０ｍｍの前面開口部のクライオポンプは、１，５０００Ｌ／秒の水素排気速度を達成することができるが、合計入射前面輻射量の１０％より大きい第２ステージへの輻射負荷量を有するという代償がある。第２ステージの輻射負荷量は、第２ステージアレイに直接衝突する輻射シールドの前面開口部で受けられる輻射量のパーセンテージである。「逆転」の設計手法では、合計入射前面輻射量の５％未満の輻射負荷量で、１，５０００Ｌ／秒より速い水素排気速度が予測される。実際には、直接輻射負荷量は、０．１％未満まで削減される場合がある。

【0029】

また、輻射負荷量は、輻射シールドの前面開口部で受け入れられた後に第２ステージアレイに固着するプロセスチャンバからのフォトレジストのような汚染物質のパーセンテージの近似値である。このような汚染物質は、高い真空環境下で直線的に移動し、第１の接触表面に固着する。

【0030】

本発明の実施形態を、図２に示す。真空容器２０２は、典型的にはゲートバルブを介してプロセスチャンバに連結するためのフランジ２０４を備えている。改良された円筒輻射シールド２０６は、真空容器内に位置決めされる。従来のクライオポンプと異なり、第２ステージアレイが、輻射シールド内の中心に配置されず、代わりに輻射シールドの長さに沿って伸びるように再構成されている。図示のように、極低温冷凍機の冷却第２ステージによって冷却される単純円筒部材２０８でもよい。また、角度の付いたバッフルのような、より複雑なアレイが使用されてもよい。吸着部材２０９が、第２ステージ円筒体２０８の内側表面の全体を被覆してもよい。第２ステージ円筒体２０８は、前面開口部２１４に面するように下方に角度を付けられたバッフル２１２の円筒凝縮クライオポンピングアレイによって、輻射シールドの前面開口部を通過する輻射から保護される。輻射シールドの頂部で内方に伸びるリム２１０は、第２ステージクライオポンピングアレイへの輻射を同様に遮蔽する。

【0031】

この機能強化は、アレイの表面領域を著しく増大させ、排気空間の中心コアを開放する。開放中心空間は、ポンプのコア内への分子の高いコンダクタンスを可能にする。高い表面領域の第２ステージアレイ２０８で、入射分子の高い実質捕捉率が得られる。

【0032】

この改良の更なる機能強化は、第１ステージアレイの底への分子集中要素２１６の追加である。この要素は、輻射シールド２０６の閉鎖端の隆起面２１６として図示されている。この特徴の目的は、この面へ衝突する分子を、第２ステージ凝結／吸着アレイに向けて再指向させるためである。高い真空状態では、分子は、入射の角度が出射の角度と等しくなる直接反射の規則を満たさない。寧ろ、輻射シールド温度で凝結しない分子は、衝突すると、輻射シールド上で有限滞留時間を有し、次いで表面から再放出される。再放出の方向は、表面の垂線から表面が好まれ、放出の角度の余弦によって制御される。輻射シールド床が平坦な場合、分子が入口開口部に向かって真っすぐ再放出し、捕捉されないことが好ましい。輻射シールドの端面を隆起させることによって、分子放出が、凝結／吸着面に向かうように強制されることが好ましい。この面の形状と角度と領域とは、捕捉された分子の数を最大化するように変更されてもよい。したがって、１型ガスは、輻射シールドの閉鎖端で凝縮されると予測されるが、２型及び３型ガスは、第２ステージでの凝結または吸着のための周縁第２ステージクライオパネル２０８に向かって指向される。

【0033】

隆起面の代替形状が、図２に図示されている。輻射シールドの中心軸の右側に、隆起面が円錐形で示されている。中心軸の左側に、隆起面が、より好ましくは、分子を第２ステージ円筒体に指向させるように湾曲させられて示されているが、製造の複雑さ及び費用を増加させる。

【0034】

図３は、図２と同様の円錐形の隆起面２１６を有したより明確な実施形態の斜視図である。バッフル２１２のクライオポンピングアレイは、輻射シールドの閉鎖端にねじ止めされた取付部２１９から伸びる支柱２１８によって支持される。本実施形態では、頂部の第３リムの３０２が、輻射シールド２０６の頂部から直接下方に傾斜している。それは、バッフル２１２のアレイに構造的支持を提供する支柱２１８の上端を受け、更に、輻射シールドの上端を介して熱連結をバッフルに提供する。したがって、バッフルが、上端及び上リム３０２と、下端及び取付部２１９との両方からの支柱を通じて輻射シールドから冷却される。

【0035】

バッフル２１２は、前面アレイからの全直接輻射を完全に遮断するように互いに対して、寸法決めされ、角度づけられ、配置され、バッフルは、輻射シールド前面開口部２１４から１次クライオポンピング部材２０８までの全直線の経路上にある。

【0036】

２段式冷凍機は、従来技術でもよい。例えば、６５ケルビン冷却を輻射シールドに、１３ケルビン冷却を第２ステージアレイ２０８に、あるいは、従来範囲内のあらゆる温度を提供してもよい。

【0037】

第２ステージアレイが輻射シールド及び真空容器に近接して位置決めされていることから、冷凍機の代替的接続部が、図３、図４、図５に図示されるように提供される。本構成では、２段式コールドフィンガが、真空容器２０２及び輻射シールド２０６に対し接線方向に取付けられる。２段式コールドフィンガは、図５に図示される。図１に図示した従来の冷凍機のように、コールドフィンガは、フランジ５０６を介して駆動モータにとりつけられた第１ステージ円筒体５０２と第２ステージ円筒体５０４とを有する。これら円筒体内の２段式ディスプレーサは、極低温冷却を提供するように往復運動する。第１ステージの端部のヒートシンク５０８が、冷却第１ステージ温度、典型的には約６５ケルビンまで冷却される。第２ステージの端部の第２ステージヒートシンク５１０は、より冷たい温度、典型的には約１３ケルビンまで冷却される。

【0038】

コールドフィンガの第２ステージが、第２ステージアレイを支持するように真空容器の中心に向かって径方向に伸び、第１ステージアレイが、径方向の円筒状ポートを貫通するのが典型的である一方で、本構成では、両ステージが、真空容器２０２に接線方向に連結された円筒状ポート５１２内に収容される。ポート５１２は、フランジ５１８を介してフランジ５０６及び駆動モータ組立体に取り付けられる。

【0039】

円筒状第２ステージアレイは、インターフェース５１４を介して、第２ステージヒートシンク５１０に直接、熱連結される。従来設計のように、第２ステージ円筒体は、第１ステージによって冷却された円筒体内で包囲されている。この場合、第１ステージヒートシンク５０８で冷却され、第２ステージを包囲した冷却円筒体５１６は、第１ステージヒートシンク５０８から輻射シールド２０６への熱連結を提供するのにも役立つ。

【0040】

図６は、接線方向ではなく真空容器の底からのアレイセットに冷凍機が連結された本発明の別の実施形態を図示する。本実施形態では、真空容器６０２が、２段式冷凍機を受け入れるようにベースのところに側部ポート６０４を有する。ポート６０４は、従来の駆動モータに取り付けることのできるフランジ６０６を有する。前述のように、冷凍機は、コールドフィンガ―内に第１及び第２円筒体６０８、６１０を有する。コールドフィンガは、フランジ６１２を介して駆動モータに取り付けられる。

【0041】

先行の実施形態のように、第１ステージヒートシンク６１６に取り付けられた円筒体６１４が、第２ステージを包囲し、更に、第１ステージヒートシンクを輻射シールドベース６１８及び円筒体６２０に熱連結する。

【0042】

本実施形態では、第２ステージアレイ６２１が、輻射シールドの円筒体６２０に沿って伸びる円筒体だけでなく、第２ステージヒートシンク６２４によって冷却されるようにインターフェース６２６に連結するベース６２２を更に有する。したがって、第２ステージアレイが、輻射シールドのカップの内側のカップの形態である。前述のように、バッフル２１２が、輻射シールドのベース６１８に連結された支柱２１８によって支持される。しかしながら、本実施形態では、支柱が、第２ステージアレイのベース６２２の開口部を貫通する。

【0043】

本実施形態では、第１ステージ集中円錐体６２８が、輻射シールドの閉鎖端の延長部として第２ステージアレイのベース６２２上部に位置決めされた床６３０からの隆起面である。床６３０は、輻射シールドのベース６１８から第２ステージアレイのベース６２２の開口部を通して伸びる１組のより短い支柱を介して冷却される。細長い開口部が、短い支柱６３０及び伸びた支柱２１８の両方が単一の長い開口部を貫通することができるようにベース６２２に提供されてもよい。

【0044】

図７の実施形態は、図３ないし図５の側接線方向連結、あるいは図６のベース連結された冷凍機のどちらとも一緒に使用されてもよいが、ここでは、図３ないし図５の接線方向に取付られた冷凍機が実施形態と一致した構成を示す。本実施形態では、真空容器７０２が、７０６のところのフランジの下方の７０４のところで拡がる。これは、円筒状輻射シールド７０８及び円筒状第２ステージアレイ７１０が、同様に広がり、第１ステージのバッフル７１２が広がることを可能にする。この広がりで、バッフル組立体の内側の空間の直径が拡大し、その結果、増加したコンダクタンスを排気コアの中心空間に下げる。コンダクタンスは、領域の関数であり、領域は直径の二乗で増大し、したがって、直径増大の増加分は、著しくコンダクタンスを増加させる。前述のように、集中円錐体７１４は、輻射シールドのベースに提供される。

【0045】

本明細書で引用した全ての特許、公開された出願、引用文献の技術は、引用によってその全体が組み込まれる。

【0046】

例示の実施形態が、詳細に示され、説明されてきたが、形態及び詳細の種々の変更が、添付の特許請求の範囲によって包含された実施形態の範囲から離れることなくなされることが当業者に理解されるだろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】