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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-01-19
(54)【発明の名称】極低温環境用カスタムサーマルシールド
(51)【国際特許分類】
F25B 9/00 20060101AFI20240112BHJP
【ＦＩ】
F25B9/00 F
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023541362
(86)(22)【出願日】2021-12-30
(85)【翻訳文提出日】2023-07-06
(86)【国際出願番号】 EP2021087874
(87)【国際公開番号】W WO2022148708
(87)【国際公開日】2022-07-14
(31)【優先権主張番号】17/144,932
(32)【優先日】2021-01-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390009531
【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｎｅｗ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｒｏａｄ， Ａｒｍｏｎｋ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １０５０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
(74)【代理人】
【識別番号】100112690
【弁理士】
【氏名又は名称】太佐 種一
(74)【代理人】
【識別番号】100120710
【弁理士】
【氏名又は名称】片岡 忠彦
(74)【復代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】グマン、パトリック
(72)【発明者】
【氏名】グレンダニン、ヴァレリオ
(72)【発明者】
【氏名】ハート、ショーン
(72)【発明者】
【氏名】マッケイ、デイビッド
(72)【発明者】
【氏名】チョウ、ジェリー
(72)【発明者】
【氏名】ザルスキー、デイビッド
(72)【発明者】
【氏名】バウアー、ギルバート
(57)【要約】
極低温環境用カスタムサーマルシールドを容易にする技法が提供される。一例において、クライオスタットは、サーマルステージ、及び、外側真空チャンバの底板に結合された基底構造の間に延在するサーマルシールドを備え得る。サーマルステージは、外側真空チャンバの天板に結合され得る。サーマルシールドは、外側真空チャンバの天板及び底板を介する外側真空チャンバの領域の外部から、サーマルシールド内に包含された試料設置面へのアクセスを提供し得る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
サーマルステージ、及び、外側真空チャンバの底板に結合された基底構造の間に延在する、サーマルシールドを備え、
前記サーマルステージは、前記外側真空チャンバの天板に結合されており、前記サーマルシールドは、前記外側真空チャンバの前記天板及び底板を介する前記外側真空チャンバの領域の外部から、前記サーマルシールド内に包含された試料設置面へのアクセスを提供する、
クライオスタット。
【請求項2】
前記サーマルシールドは、前記サーマルシールド及び前記基底構造の間に介在する柔軟構造により下部構造に機械的に結合されている、請求項１に記載のクライオスタット。
【請求項3】
前記柔軟構造は、前記サーマルシールドを前記基底構造に熱的に結合する、請求項２に記載のクライオスタット。
【請求項4】
前記柔軟構造は、前記基底構造に対する前記サーマルシールドの鉛直移動を容易にする、請求項２又は３に記載のクライオスタット。
【請求項5】
前記サーマルステージ及び前記基底構造は、実質的に同様の温度で動作する、請求項１から４のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項6】
前記サーマルシールドは、前記サーマルステージ及び前記基底構造の間に延在する複数のセクションに分割される、請求項１から５のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項7】
前記サーマルステージ及び前記基底構造の間に延在する金属ストリップは、前記複数のセクションのうちの隣接するセクション間に介在する継ぎ目を覆い、前記サーマルステージから、前記クライオスタットのより低温のサーマルステージへのエネルギーの放射を最小化する、請求項６に記載のクライオスタット。
【請求項8】
前記複数のセクションは、固定セクション及び取り外し可能セクションを含む、請求項６又は７に記載のクライオスタット。
【請求項9】
前記サーマルシールドは、複数の取り付け機構を介して前記サーマルステージに機械的に固定されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項10】
前記サーマルステージは、５０ケルビンステージ又は４ケルビンステージである、請求項１から９のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項11】
前記サーマルシールドは、開口端を有する金属円筒である、請求項１から１０のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項12】
前記サーマルシールドは、アルミニウム、銅、真鍮、チタン、金、プラチナ、又はこれらの組み合わせを有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項13】
前記サーマルシールドは、８分の１インチ（０．３１７５ｃｍ）の最小厚さを有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項14】
サーマルシールド、及び、外側真空チャンバの底板に結合された基底構造の間に介在する柔軟構造を備え、
前記柔軟構造は、前記サーマルシールドを前記基底構造に機械的に結合し、前記サーマルシールドは、前記基底構造、及び、前記外側真空チャンバの天板に結合されたサーマルステージの間に延在し、前記サーマルシールドは、前記外側真空チャンバの前記天板及び底板を介する前記外側真空チャンバの領域の外部から、前記サーマルシールド内に包含された試料設置面へのアクセスを提供する、
クライオスタット。
【請求項15】
前記柔軟構造は、前記基底構造に対する前記サーマルシールドの鉛直移動を容易にする、請求項１４に記載のクライオスタット。
【請求項16】
前記サーマルステージ及び前記基底構造は、実質的に同様の温度で動作する、請求項１４又は１５に記載のクライオスタット。
【請求項17】
前記柔軟構造は、前記サーマルシールドを前記基底構造に熱的に結合し、前記サーマルシールドを前記サーマルステージに機械的に固定する複数の取り付け機構は、前記サーマルシールドが前記サーマルステージに熱的に結合することを容易にする、請求項１４から１６のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項18】
前記柔軟構造は、アルミニウム、銅、真鍮、チタン、金、プラチナ、又はこれらの組み合わせを有する、請求項１４から１７のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項19】
前記柔軟構造は、前記サーマルシールドの第１の面上で前記基底構造に結合し、前記第１の面と反対の前記サーマルシールドの第２の面上で前記サーマルシールドに結合する、請求項１４から１８のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項20】
前記柔軟構造は、箔又は編組金属線を有する、請求項１４から１９のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項21】
前記柔軟構造は、熱膨張又は熱収縮に起因する前記サーマルステージの変動する形状に応答する前記サーマルシールドの最大鉛直変位により定義される弛みを有する、請求項１４から２０のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項22】
外側真空チャンバの底板に結合された基底構造、及び、前記基底構造及びサーマルシールドの間に介在する柔軟構造
を備え、
前記柔軟構造は、前記基底構造を前記サーマルシールドに機械的に結合し、前記サーマルシールドは、前記基底構造、及び、前記外側真空チャンバの天板に結合されたサーマルステージの間に延在し、前記サーマルシールドは、前記外側真空チャンバの前記天板及び底板を介する前記外側真空チャンバの領域の外部から、前記サーマルシールド内に包含された試料設置面へのアクセスを提供する、
クライオスタット。
【請求項23】
前記基底構造は、前記基底構造を前記柔軟構造に結合する取り付け機構を受けるためのクリアランスホールを有する、請求項２２に記載のクライオスタット。
【請求項24】
前記柔軟構造は、前記基底構造に対する前記サーマルシールドの鉛直移動を容易にする、請求項２２又は２３に記載のクライオスタット。
【請求項25】
前記柔軟構造は、前記基底構造を前記サーマルステージに熱的に結合する、請求項２２から２４のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、極低温環境に関し、より具体的には、極低温環境用カスタムサーマルシールドを容易にする技法に関する。
【背景技術】
【0002】
クライオスタットは、クライオスタット内に位置する試料設置面上に配置された試料又はデバイスを絶対零度に近い温度で維持し、そのような試料又はデバイスを極低温条件下で評価することを容易にし得る。クライオスタットは通常、後続の各サーマルステージが、先行するサーマルステージで存在するよりも漸進的に低い温度を有するサーマルプロファイルを含む複数のサーマルステージを用いて、そのような低温を提供する。クライオスタット内で試料又はデバイスを極低温条件下に維持することは、クライオスタットに近接する周囲環境から試料設置面を熱的に隔離することを伴い得る。
【0003】
そのような熱的隔離は通常、複数のサーマルステージを真空条件下に維持し得る、クライオスタットの外側真空チャンバにより提供される。幾つかのクライオスタットは、天板及び真空缶を有する外側真空チャンバを採用している。天板は、クライオスタットのサーマルステージに機械的に結合し、真空缶は、シール機構を介して天板に結合し、サーマルステージを外側真空チャンバ内に封じ込め得る。ポンプの動作は、外側真空チャンバ内の圧力を低下させ、サーマルステージを真空条件下に維持し得る。
【0004】
クライオスタットの外側真空チャンバ内に配設された１つ又は複数のサーマルシールドは、クライオスタットのサーマルステージに対して追加的な熱的隔離を提供し得る。サーマルシールドは、通常、サーマルシールドの外部の熱源により生成される電磁波（例えば、黒体放射）を遮断することにより、そのような熱的隔離を提供し得る。そのような電磁波を遮断することにより、サーマルシールドは、熱源からサーマルシールド内のクライオスタットのより低温の領域への熱放射を軽減し得る。
【0005】
サーマルシールドは、クライオスタットに対して熱的隔離を提供することにおいて有効であり得るが、サーマルシールドは、クライオスタットのスケーラビリティに悪影響を及ぼし得る。例えば、幾つかのクライオスタットは、開口端及び開口端に対向する閉鎖端を有する円筒として実装されたサーマルシールドを採用している。幾つかの事例において、クライオスタットは、トップローディング又はボトムローディングの試料交換機構に関連する鉛直方向のクリアランス要件に起因して、そのようなサーマルシールドを採用し得る。そのようなサーマルシールドの閉鎖端は、外側真空チャンバの領域の外部から試料設置面への入／出力ラインの経路決定（ｒｏｕｔｉｎｇ）に対する障害を表し得る。
【発明の概要】
【0006】
以下、本発明の１つ又は複数の実施形態の基本的な理解を提供するための概要を示す。この概要は、主要又は重要な要素を識別すること、又は、特定の実施形態の範囲又は特許請求の範囲を画定することを意図するものではない。その唯一の目的は、後で示されるより詳細な説明の前置きとして、概念を簡略化された形式で示すことである。本明細書に記載の１つ又は複数の実施形態において、極低温環境用カスタムサーマルシールドを容易にするシステム、デバイス、及び／又は方法が説明される。
【0007】
一実施形態によれば、クライオスタットは、サーマルステージ、及び、外側真空チャンバの底板に結合された基底構造の間に延在するサーマルシールドを備え得る。サーマルステージは、外側真空チャンバの天板に結合され得る。サーマルシールドは、外側真空チャンバの天板及び底板を介する外側真空チャンバの領域の外部から、サーマルシールド内に包含された試料設置面へのアクセスを提供し得る。そのようなクライオスタットの一態様は、クライオスタットが、極低温環境用カスタムサーマルシールドを容易にし得ることである。
【0008】
一実施形態において、サーマルシールドは、サーマルステージ及び基底構造の間に延在する複数のセクションに分割される。そのようなクライオスタットの一態様は、クライオスタットが、サーマルシールドを実装するにあたってのモジュール性を容易にし得ることである。
【0009】
別の実施形態によれば、クライオスタットは、サーマルシールド、及び、外側真空チャンバの底板に結合された下部構造の間に介在する柔軟構造を備え得る。柔軟構造は、サーマルシールドを下部構造に機械的に結合し得る。サーマルシールドは、下部構造、及び、外側真空チャンバの天板に結合されたサーマルステージの間に延在し得る。サーマルシールドは、外側真空チャンバの天板及び底板を介する外側真空チャンバの領域の外部から、サーマルシールド内に包含された試料設置面へのアクセスを提供し得る。そのようなクライオスタットの一態様は、クライオスタットが、極低温環境用カスタムサーマルシールドを容易にし得ることである。
【0010】
一実施形態において、柔軟構造は、基底構造に対するサーマルシールドの鉛直移動を容易にし得る。そのようなクライオスタットの一態様は、サーマルステージの形状が熱膨張／収縮に起因して変動する際に、クライオスタットがサーマルシールドの構造的完全性を保つことを容易にし得る。
【0011】
別の実施形態によれば、クライオスタットは、外側真空チャンバの底板に結合された基底構造、及び、基底構造及びサーマルシールドの間に介在する柔軟構造を備え得る。柔軟構造は、基底構造をサーマルシールドに機械的に結合し得る。サーマルシールドは、基底構造、及び、外側真空チャンバの天板に結合されたサーマルステージの間に延在し得る。サーマルシールドは、外側真空チャンバの天板及び底板を介する外側真空チャンバの領域の外部から、サーマルシールド内に包含された試料設置面へのアクセスを提供し得る。そのようなクライオスタットの一態様は、クライオスタットが、極低温環境用カスタムサーマルシールドを容易にし得ることである。
【0012】
一実施形態において、柔軟構造は、基底構造をサーマルステージに熱的に結合し得る。そのようなクライオスタットの一態様は、クライオスタットが、サーマルシールド内の温度勾配の最小化を容易にし得ることである。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本明細書に記載の１つ又は複数の実施形態に係る、例示的で非限定的なクライオスタットを示す。
【0014】
【0015】
【0016】
【図4】本明細書に記載の１つ又は複数の実施形態に係る、例示的で非限定的なサーマルシールドを示す。
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【図9】本明細書に記載の１つ又は複数の実施形態に係る、サーマルシールドの隣接するセクション間に介在する継ぎ目を覆う金属ストリップを図示する、例示的で非限定的な等角図を示す。
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【図14】本明細書に記載の１つ又は複数の実施形態に係る、サーマルシールドのセクションを図示する、例示的で非限定的な等角図を示す。
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【図19】本明細書に記載の１つ又は複数の実施形態に係る、サーマルシールドのセクションを図示する、例示的で非限定的な等角図を示す。
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【発明を実施するための形態】
【0036】
以下の詳細な説明は、単なる例示であり、実施形態及び／又は実施形態の適用又は使用を限定することを意図するものではない。更に、前述の背景技術又は発明の概要の章、又は、発明を実施するための形態の章に提示されるいかなる明示的又は黙示的情報によっても拘束される意図はない。
【0037】
次に、１つ又は複数の実施形態が、図面を参照して説明されるが、図面において、同様の参照符号は、全体を通して同様の要素を指すために使用される。以下の説明では、説明の目的で、多くの特定の詳細が、１つ又は複数の実施形態のより完全な理解を提供すべく記載される。しかしながら、様々な場合において、１つ又は複数の実施形態が、これら特定の詳細なくして実施され得ることは明白である。
【0038】
図１は、本明細書に記載の１つ又は複数の実施形態に係る、例示的で非限定的なクライオスタット１００を示す。図１において示される通り、クライオスタット１００は、天板１１４及び底板１１６の間に介在する側壁１１２により形成された外側真空チャンバ１１０を備える。動作中、外側真空チャンバ１１０は、外側真空チャンバ１１０の周囲環境１２０及び外側真空チャンバ１１０の内部１３０の間の圧力差を維持し得る。クライオスタット１００は、内部１３０内に配設され、それぞれが天板１１４に機械的に結合されている複数のサーマルステージ（又はステージ）１４０を更に備え得る。複数のステージ１４０は、ステージ１４１、ステージ１４３、ステージ１４５、ステージ１４７、及びステージ１４９を有する。
【0039】
複数のステージ１４０のうちの各ステージは、異なる温度に関連付けられ得る。例えば、ステージ１４１は、５０ケルビン（Ｋ）の温度に関連付けられる５０ケルビン（５０－Ｋ）ステージであり得、ステージ１４３は、４Ｋの温度に関連付けられる４ケルビン（４－Ｋ）ステージであり得、ステージ１４５は、７００ミリケルビン（ｍＫ）の温度に関連付けられ得、ステージ１４７は、１００ｍＫの温度に関連付けられ得、ステージ１４９は、１０ｍＫの温度に関連付けられ得る。一実施形態において、ステージ１４５は静止ステージであり得、ステージ１４７は冷却板ステージであり得、ステージ１４９は混合チャンバステージであり得る。１つ又は複数の支柱（例えば、支柱１４２）は、複数のステージ１４０を外側真空チャンバ１１０の天板１１４に結合し得る。更に、複数のステージ１４０のうちの各ステージは、複数の支柱（例えば、支柱１４４）により、複数のステージ１４０の他のステージから空間的に隔離され得る。一実施形態において、支柱１４２及び／又は１４４は、ステンレス鋼を含み得る。
【0040】
図１により示される通り、クライオスタット１００は、外側真空チャンバ１１０の底板１１６に結合された１つ又は複数の基底構造を更に備え得る。例えば、クライオスタット１００は、ステージ１４１に関連付けられたサーマルシールドを機械的に支持することを容易にし得る基底構造１６０を更に備え得る。一実施形態において、基底構造１６０及びステージ１４１は、実質的に同様の温度（例えば、５０Ｋ）で動作し得る。別の例として、クライオスタット１００は、ステージ１４３に関連付けられたサーマルシールドを機械的に支持することを容易にし得る基底構造１７０を更に備え得る。一実施形態において、基底構造１７０及びステージ１４３は、実質的に同様の温度（例えば、４Ｋ）で動作し得る。１つ又は複数の支柱（例えば、支柱１６２）は、基底構造１６０及び／又は１７０を外側真空チャンバ１１０の底板１１６に結合し得る。更に、板１６０及び１７０は、複数の支柱（例えば、支柱１６４）により、空間的に隔離され得る。
【0041】
図２～図３は、本明細書に記載の１つ又は複数の実施形態に係る、クライオスタット１００のサーマルシールド２１０の例示的で非限定的な図を示す。特に、図２～図３は、サーマルシールド２１０の外部等角図２００及び内部側面図３００をそれぞれ示す。図２～図３により示される通り、サーマルシールド２１０は、それぞれがサーマルステージ（例えば、ステージ１４１）及び基底構造（例えば、基底構造１６０）の間に延在する複数のセクション（例えば、セクション２１２及び２１６）に分割され得る。サーマルシールド２１０のセクション２１２及び２１６は、サーマルシールド２１０をステージ１４１に結合することを容易にする取り付け機構（例えば、ボルト及び／又はネジ）を受けるための複数のクリアランスホール（例えば、クリアランスホール２１１及び２１５）を含み得る。サーマルシールド２１０のセクション２１２及び２１６は、サーマルシールド２１０を基底構造１６０に結合することを容易にする取り付け機構（例えば、ボルト及び／又はネジ）を受けるための複数のクリアランスホール（例えば、クリアランスホール２１３及び２１７）を更に含み得る。以下により詳細に論述する通り、サーマルシールド２１０及び基底構造１６０の間に介在する柔軟構造（例えば、図６～図９の柔軟構造６３０）は、サーマルシールド２１０及び基底構造１６０を機械的及び熱的に結合し、基底構造１６０に対するサーマルシールド２１０の移動を容易にし得る。
【0042】
サーマルシールド２１０は、ステージ１４１及び基底構造１６０の間に延在する金属ストリップ２２０を有し得る。金属ストリップ２２０は、サーマルシールド２１０の隣接するセクション間に介在する継ぎ目又は隙間を覆い得る。例えば、セクション２１２の側縁部３１２及びセクション２１６の側縁部３１６は、セクション２１２及び２１６の間の継ぎ目又は隙間を定義し得る。この例において、セクション２１２及び２１６の間の継ぎ目又は隙間は、セクション２１２及び２１６の製造に関連する機械加工公差に起因して生じ得る。図２～図３により示される通り、金属ストリップ２２０は、サーマルシールド２１０のセクション２１２及び２１６の間に介在する継ぎ目又は隙間を覆い、サーマルシールド２１０の外部の熱源から、クライオスタット１００のより低温のサーマルステージへのエネルギーの放射を最小化し得る。一実施形態において、サーマルシールド２１０は、最小厚さ（例えば、８分の１インチ（０．３１７５ｃｍ））を有し得る。一実施形態において、サーマルシールド２１０の最小厚さは、クライオスタット１００が動作している間における外側真空チャンバ１１０内の圧力レベルにより定義され得る。
【0043】
図４～図６は、本明細書に記載の１つ又は複数の実施形態に係る、サーマルシールド４１０を有する例示的で非限定的なクライオスタット４００を示す。図４を参照すると、サーマルシールド４１０は、クライオスタット４００の内部チャンバ４２０内に配置された試料設置面４３０を包含し得る。試料設置面４３０は、クライオスタット４００の最低温度のサーマルステージに関連付けられ得る。例えば、試料設置面４３０は、クライオスタット４００の混合チャンバステージに熱的に結合され得る。サーマルシールド４００は、通常、熱源（例えば、クライオスタット４００のより高温のサーマルステージ）により生成される電磁波（例えば、黒体放射）を遮断し、熱源からクライオスタット４００のより低温のサーマルステージ（例えば、試料設置面４３０）への熱放射を軽減する。一実施形態において、サーマルシールド４１０は、アルミニウム、銅、真鍮、チタン、金、プラチナ、又はこれらの組み合わせを有し得る。
【0044】
図５を参照すると、クライオスタット４００は、外側真空チャンバの外部領域５０５及び外側真空チャンバの内部領域５０７の間の圧力差を維持し得る、外側真空チャンバの天板５１０及び底板５２０を備え得る。クライオスタット４００は、天板５１０及び底板５２０にそれぞれ結合されるサーマルステージ５３０及び基底構造５４０を更に備え得る。サーマルステージ５３０及び基底構造５４０は、複数の支柱（例えば、支柱５３５及び５４５）により、天板５１０及び底板５２０にそれぞれ、機械的に結合され、それらから空間的に隔離され得る。
【0045】
様々な実施形態において、サーマルシールド４１０は、サーマルシールド４１０を実装するにあたってのモジュール性を容易にする複数のセクションに分割され得る。例として、図４～図５は、２つのセクション、すなわちセクション４１２及び４１６に分割されているサーマルシールド４１０を示す。図５により示される通り、セクション４１２及び４１６はそれぞれ、クライオスタット４００のサーマルステージ５３０及び基底構造５４０の間に延在する。一実施形態において、セクション４１２及び４１６は、取り外し可能に結合され得、それにより、セクション４１２は、方向４０１においてクライオスタット４００から取り外され得、セクション４１６は、方向４０１と反対の方向４０３においてクライオスタット４００から取り外され得る。一実施形態において、セクション４１２及び４１６は、取り外し可能に結合され得、それにより、セクション４１２は、方向４０１においてクライオスタット４００から取り外され得、セクション４１６は、方向４０１と反対の方向４０３においてクライオスタット４００から取り外され得る。
【0046】
一実施形態において、サーマルシールド４１０の複数のセクションは、固定セクション及び取り外し可能セクションを含み得る。この実施形態において、固定セクションは、天板５１０及び底板５２０を有する外側真空チャンバに関連付けられたフレーム構造に、永久的又は半永久的に結合（例えば、溶接）され得る。固定セクションをフレーム構造に永久的又は半永久的に結合することは、クライオスタット４００からの固定セクションの取り外しのための時間を延長し得る。この実施形態において、取り外し可能セクションは、フレーム構造に（例えば、ボルト及び／又はネジなどの取り付け機構を介して）非永久的に結合され得る。取り外し可能セクションをフレーム構造に非永久的に結合することは、クライオスタット４００からの取り外し可能セクションの取り外しのための時間を短縮し、サーマルシールド４１０内に包含されたコンポーネントへの迅速なアクセスを容易にし得る。
【0047】
図４～図５により示される通り、サーマルシールド４１０は、外側真空チャンバの外部領域５０５から、外側真空チャンバの天板５１０及び底板５４０を介して、試料設置面４３０へのアクセスを提供し得る。試料設置面４３０へのそのようなアクセスを提供することの一態様は、サーマルシールド４１０が、試料設置面４３０及び外側真空チャンバの天板５１０及び底板５２０の間に最小限の障害を提供するように配設されることを伴い得る。例えば、内部チャンバ４２０は、試料設置面４３０及び天板５１０の間に介在するフィードスルーポート４２２を含み得る。内部チャンバ４２０は、試料設置面４３０及び底板５２０の間に介在するフィードスルーポート４２４を更に含み得る。フィードスルーポート４２２及び４２４は、入／出力ラインペアのライン４４０及び４５０に、外部領域５０５から試料設置面４３０へのアクセスを提供することを容易にし得る。
【0048】
この例において、天板５１０及びサーマルステージ５３０は、フィードスルーポート４２２及び外部領域５０５の間に介在し得る。そのため、天板５１０及びサーマルステージ５３０は、外部領域５０５及び試料設置面４３０の間におけるライン４４０の経路決定に対する障害を表し得る。そのような障害を軽減するため、天板５１０及びサーマルステージ５３０は、フィードスルーポート４２２と一直線に並ぶフィードスルーポート５１２及び５３２をそれぞれ有し得る。対照的に、外部領域５０５及び試料設置面４３０の間におけるライン４４０の経路決定は、サーマルシールド４１０により妨げられない。従って、サーマルシールド４１０は、外部領域５０５及び試料設置面４３０の間におけるライン４４０の経路決定のためのフィードスルーポートを欠いている。
【0049】
同様に、この例において、底板５２０及び基底構造５４０は、フィードスルーポート４２４及び外部領域５０５の間に介在し得る。そのため、底板５２０及び基底構造５４０は、外部領域５０５及び試料設置面４３０の間におけるライン４５０の経路決定に対する障害を表し得る。そのような障害を軽減するため、底板５２０及び基底構造５４０は、フィードスルーポート４２４と一直線に並ぶフィードスルーポート５２２及び５４２をそれぞれ有し得る。対照的に、外部領域５０５及び試料設置面４３０の間におけるライン４５０の経路決定もまた、サーマルシールド４１０により妨げられない。従って、サーマルシールド４１０は、外部領域５０５及び試料設置面４３０の間におけるライン４５０の経路決定のためのフィードスルーポートを欠いている。天板５１０及び底板５２０の両方を介して、外部領域５０５及び試料設置面４３０の間における入／出力ラインのための妨げられない経路決定を提供することにより、サーマルシールド４１０は、より多くの数の入／出力ラインの収容を容易にし得る。
【0050】
サーマルシールド４１０は、サーマルステージ５３０及び基底構造５４０の間に延在し得る。一実施形態において、サーマルステージ５３０は、５０－Ｋステージ、４－Ｋステージ、静止ステージ、冷却板ステージ、又は混合チャンバステージであり得る。一実施形態において、サーマルステージ５３０及び基底構造５４０は、実質的に同様の温度で動作し得る。例えば、サーマルステージ５３０が４－Ｋステージである場合、基底構造５４０は、約４Ｋの温度で動作し得る。サーマルシールド４１０は、サーマルステージ５３０及び基底構造５４０の間に延在するため、サーマルシールド４１０内で温度勾配が発生し得る。そのような温度勾配の最小化を容易にするため、サーマルシールド４１０は、サーマルステージ５３０及び基底構造５４０に熱的に結合され得る。
【0051】
サーマルシールド４１０をサーマルステージ５３０及び基底構造５４０に機械的に結合することは、サーマルシールド４１０をサーマルステージ５３０及び基底構造５４０に熱的に結合することを容易にし得る。しかしながら、当業者であれば、サーマルステージ５３０及び基底構造５４０のそれぞれの温度は熱膨張／収縮に起因して変化するため、サーマルステージ５３０及び基底構造５４０の形状が変動し得ることを認識するであろう。更に、サーマルステージ５３０及び基底構造５４０のそれぞれの形状は、異なる速度、方向、及び／又は大きさにおいて変動し得る。従って、サーマルシールド４１０をサーマルステージ５３０及び基底構造５４０に剛性的に機械的に結合することは、サーマルシールド４１０の構造的完全性に悪影響を及ぼし得る。従って、サーマルシールド４１０とサーマルステージ５３０及び基底構造５４０の機械的結合においてある程度の柔軟性を提供することは、サーマルシールド４１０の構造的完全性を保つことを容易にし得る。
【0052】
図６～図８により示される通り、サーマルシールド４１０及び基底構造５４０の間に介在する柔軟構造６３０は、サーマルシールド４１０の基底構造５４０への機械的結合及び熱的結合を同時に行うことにより、そのような柔軟性を提供し得る。一実施形態において、柔軟構造６３０は、アルミニウム、銅、真鍮、チタン、金、プラチナ、又はこれらの組み合わせを有し得る。一実施形態において、柔軟構造６３０は、箔及び編組線を有し得る。柔軟構造６３０は、サーマルシールド４１０のセクション４１２の内側４１３上の基底構造５４０の取り付け点６２０に結合し得る。柔軟構造６３０はまた、内側４１３と反対の外側４１１上のセクション４１２の取り付け点６１０（例えば、それぞれ図１４及び図１９のクリアランスホール１４３０及び／又は１９３０）でサーマルシールド４１０に結合し得る。
【0053】
図７～図８は、柔軟構造６３０が、基底構造５４０に対するサーマルシールド４１０の移動を容易にし得ることを示している。例えば、サーマルシールド４１０は、サーマルシールド４１０のそれぞれのクリアランスホール（例えば、図１４及び図１９のそれぞれのクリアランスホール１４１０及び１９１０）を通過する複数の取り付け機構（例えば、ボルト及び／又はネジ）を介してサーマルステージ５３０に機械的に固定され得る。この例において、上方向６０１及び／又は上方向６０１と反対の下方向６０３へのサーマルシールド４１０上の鉛直移動を付与する熱膨張／収縮に起因して、サーマルステージ５３０の形状は変動し得る。
【0054】
柔軟構造６３０の動作により、サーマルシールド４１０上に付与されるそのような鉛直移動は、サーマルシールド４１０の構造的完全性に悪影響を及ぼす代わりに、サーマルステージ５３０及び基底構造５４０の間における鉛直変位へと変換し得る。図７により示される通り、サーマルシールド４１０上に付与された上方向６０１への鉛直移動は、サーマルステージ５３０及び基底構造５４０の間における鉛直変位７１０を増加させ得る。図８により示される通り、サーマルシールド４１０上に付与された下方向６０３への鉛直移動は、サーマルステージ５３０及び基底構造５４０の間における鉛直変位８１０を減少させ得る。
【0055】
柔軟構造６３０は、サーマルステージ５３０及び基底構造５４０の間におけるそのような増加及び／又は減少する鉛直変位に対応するための弛み又は余地を有し得る。一実施形態において、柔軟構造６３０の弛み又は余地は、熱膨張又は熱収縮に起因するサーマルステージ５３０の変動する形状に応答するサーマルシールド４１０の最大鉛直変位により定義され得る。一実施形態において、サーマルシールド４１０の最大鉛直変位は、サーマルステージ５３０及び基底構造５４０の間における鉛直変位の最大増加（例えば、鉛直変位７１０を増加させる）を用いて判断され得る。一実施形態において、サーマルシールド４１０の最大鉛直変位は、サーマルステージ５３０及び基底構造５４０の間における鉛直変位の最大減少（例えば、鉛直変位８１０を減少させる）を用いて判断され得る。
【0056】
図９～図１３は、本明細書に記載の１つ又は複数の実施形態に係る、サーマルシールドの隣接するセクション間に介在する継ぎ目を覆う金属ストリップ９０５の例示的で非限定的な図を示す。特に、図９は、金属ストリップ９０５の等角図９００を示す。図１０～図１１は、平坦な状態にある金属ストリップ９０５の正射影図１０００及び側面図１１００をそれぞれ示す。図１２～図１３は、折り畳み状態にある金属ストリップ９０５の正射影図１２００及び上面図１３００をそれぞれ示す。図９～図１３を参照すると、金属ストリップ９０５は、金属ストリップ９０５の長手軸１０１０に沿って配置された複数のクリアランスホール９１０を含み得る。複数のクリアランスホール９１０のうちの各クリアランスホールは、サーマルシールドのセクションの対応するクリアランスホール（例えば、図１４及び図１９のそれぞれのクリアランスホール１４２０及び／又は１９２０）を介して、取り付け機構（例えば、ボルト又はネジ）を受け、サーマルシールドの隣接するセクションの結合を容易にし得る。
【0057】
図９～図１３により示される通り、複数のクリアランスホール９１０は、金属ストリップ９０５の両側におけるサーマルシールドの隣接するセクションの結合を容易にするために、長手軸１０１０の両側に配置され得る。金属ストリップ９０５の両側でサーマルシールドの隣接するセクションを結合することにより、金属ストリップ９０５は、隣接するセクション間に介在する継ぎ目を覆い得る。そうすることで、金属ストリップ９０５は、クライオスタットのより高温のサーマルステージ（例えば、４－Ｋステージ）から、クライオスタットのより低温のサーマルステージ（例えば、静止ステージ）へのエネルギーの放射の最小化を容易にし得る。
【0058】
一実施形態において、サーマルシールド（例えば、サーマルシールド２１０及び／又は４１０）は、開口端を有する金属円筒であり得る。この実施形態において、サーマルシールドは、各セクションが円周の弧を提供するために曲線状であり得る円周を有し得る。金属ストリップ９０５及びそのような曲線状のセクションの間の隙間を最小化することは、金属ストリップ９０５を、図１０～図１１により示される平坦な状態から、図１２～図１３により示される折り畳み状態へと遷移させることを伴い得る。金属ストリップ９０５を平坦な状態から折り畳み状態へと遷移させることは、長手軸１０１０の周りで金属ストリップ９０５を曲げることにより実装され得る。長手軸１０１０の周りで金属ストリップ９０５を曲げることは、金属ストリップ９０５の幅を幅１０２０から幅１２１０に縮小させることにより、金属ストリップ９０５に曲げ半径１３１０を付与し得る。平坦な状態にある金属ストリップ９０５の高さ１１１０は、折り畳み状態にある金属ストリップ９０５の高さ１２２０と実質的に等しくなり得るため、金属ストリップ９０５に曲げ半径１３１０を付与することは、金属ストリップ９０５の高さに最小限の影響を及ぼし得る。
【0059】
図１４～図１８は、本明細書に記載の１つ又は複数の実施形態に係る、サーマルシールドのセクション（又はセクション）１４０５の例示的で非限定的な図を示す。特に、図１４は、セクション１４０５の等角図１４００を示す。図１５～図１６は、平坦な状態にあるセクション１４０５の正射影図１５００及び側面図１６００をそれぞれ示す。図１７～図１８は、折り畳み状態にあるセクション１４０５の正射影図１７００及び上面図１８００をそれぞれ示す。図１４～１８を参照すると、セクション１４０５は、セクション１４０５の上縁部１４１１に沿って配置された複数のクリアランスホール１４１０、セクション１４０５の各側縁部１４２１に沿って配置された複数のクリアランスホール１４２０、及びセクション１４０５の下縁部１４３１に沿って配置された複数のクリアランスホール１４３０を含み得る。
【0060】
複数のクリアランスホール１４１０のうちの各クリアランスホールは、セクション１４０５をサーマルステージ（例えば、図１～３のステージ１４１又は１４３）に機械的に固定するための取り付け機構（例えば、ボルト又はネジ）を受け得る。セクション１４０５をサーマルステージに機械的に固定することは、セクション１４０５をサーマルステージに熱的に結合することを容易にし得る。複数のクリアランスホール１４２０のうちの各クリアランスホールは、金属ストリップの対応するクリアランスホール（例えば、図９のクリアランスホール９１０）を介して、取り付け機構（例えば、ボルト又はネジ）を受け、セクション１４０５の金属ストリップへの結合を容易にし得る。複数のクリアランスホール１４３０のうちの各クリアランスホールは、取り付け機構（例えば、ボルト又はネジ）を受け、セクション１４０５を、セクション１４０５及び基底構造（例えば、図１の基底構造１６０又は１７０）の間に介在する柔軟構造（例えば、図６～図８の柔軟構造６３０）に機械的に結合し得る。セクション１４０５を柔軟構造に機械的に結合することは、基底構造に対するセクション１４０５の鉛直移動を容易にすると同時に、セクション１４０５を基底構造に熱的に結合することを容易にし得る。
【0061】
一実施形態において、セクション１４０５を有するサーマルシールド（例えば、サーマルシールド２１０及び／又は４１０）は、開口端を有する金属円筒であり得る。一実施形態において、サーマルシールドがサーマルステージに機械的に固定されている場合、金属円筒の一方の開口端は、サーマルステージの外壁を囲み得る。一実施形態において、サーマルシールドは、各セクションが円周の弧を提供するために曲線状であり得る円周を有し得る。セクション１４０５及びサーマルステージの外壁の間の隙間を最小化することは、セクション１４０５を、図１５～図１６により示される平坦な状態から、図１７～図１８により示される折り畳み状態へと遷移させることを伴い得る。セクション１４０５を平坦な状態から折り畳み状態へと遷移させることは、長手軸１５１０の周りでセクション１４０５を曲げることにより実装され得る。長手軸１５１０の周りでセクション１４０５を曲げることは、セクション１４０５の幅を幅１５２０から幅１７１０に縮小させることにより、セクション１４０５に曲げ半径１８１０を付与し得る。平坦な状態にあるセクション１４０５の高さ１６１０は、折り畳み状態にあるセクション１４０５の高さ１７２０と実質的に等しくなり得るため、セクション１４０５に曲げ半径１８１０を付与することは、セクション１４０５の高さに最小限の影響を及ぼし得る。
【0062】
図１９～図２３は、本明細書に記載の１つ又は複数の実施形態に係る、別のサーマルシールドのセクション（又はセクション）１９０５の例示的で非限定的な図を示す。特に、図１９は、セクション１９０５の等角図１９００を示す。図２０～図２１は、平坦な状態にあるセクション１９０５の正射影図２０００及び側面図２１００をそれぞれ示す。図２２～図２３は、折り畳み状態にあるセクション１９０５の正射影図２２００及び上面図２３００をそれぞれ示す。図１９～２３を参照すると、セクション１９０５は、セクション１９０５の上縁部１９１１に沿って配置された複数のクリアランスホール１９１０、セクション１９０５の各側縁部１９２１に沿って配置された複数のクリアランスホール１９２０、及びセクション１９０５の下縁部１９３１に沿って配置された複数のクリアランスホール１９３０を含み得る。
【0063】
複数のクリアランスホール１９１０のうちの各クリアランスホールは、セクション１９０５をサーマルステージ（例えば、図１～３のステージ１４１又は１４３）に機械的に固定するための取り付け機構（例えば、ボルト又はネジ）を受け得る。セクション１９０５をサーマルステージに機械的に固定することは、セクション１９０５をサーマルステージに熱的に結合することを容易にし得る。複数のクリアランスホール１９２０のうちの各クリアランスホールは、金属ストリップの対応するクリアランスホール（例えば、図９のクリアランスホール９１０）を介して、取り付け機構（例えば、ボルト又はネジ）を受け、セクション１９０５の金属ストリップへの結合を容易にし得る。複数のクリアランスホール１９３０のうちの各クリアランスホールは、取り付け機構（例えば、ボルト又はネジ）を受け、セクション１９０５を、セクション１９０５及び基底構造（例えば、図１の基底構造１６０又は１７０）の間に介在する柔軟構造（例えば、図６～図８の柔軟構造６３０）に機械的に結合し得る。セクション１９０５を柔軟構造に機械的に結合することは、基底構造に対するセクション１９０５の鉛直移動を容易にすると同時に、セクション１９０５を基底構造に熱的に結合することを容易にし得る。
【0064】
一実施形態において、セクション１９０５を有するサーマルシールド（例えば、サーマルシールド２１０及び／又は４１０）は、開口端を有する金属円筒であり得る。一実施形態において、サーマルシールドがサーマルステージに機械的に固定されている場合、金属円筒の一方の開口端は、サーマルステージの外壁を囲み得る。一実施形態において、サーマルシールドは、各セクションが円周の弧を提供するために曲線状であり得る円周を有し得る。セクション１９０５及びサーマルステージの外壁の間の隙間を最小化することは、セクション１９０５を、図２０～図２１により示される平坦な状態から、図２２～図２３により示される折り畳み状態へと遷移させることを伴い得る。セクション１９０５を平坦な状態から折り畳み状態へと遷移させることは、長手軸２０１０の周りでセクション１９０５を曲げることにより実装され得る。長手軸２０１０の周りでセクション１９０５を曲げることは、セクション１９０５の幅を幅２０２０から幅２２１０に縮小させることにより、セクション１９０５に曲げ半径２３１０を付与し得る。平坦な状態にあるセクション１９０５の高さ２１１０は、折り畳み状態にあるセクション１９０５の高さ２２２０と実質的に等しくなり得るため、セクション１９０５に曲げ半径２３１０を付与することは、セクション１９０５の高さに最小限の影響を及ぼし得る。
【0065】
本発明の実施形態は、任意の可能な技術的詳細レベルの統合におけるシステム、方法、及び／又は装置であり得る。上記で説明された事柄は、システム、方法、及び装置の単なる例を含む。当然、本開示を説明する目的で、コンポーネント又はコンピュータ実装方法の想定されるあらゆる組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者であれば、本開示の多くの更なる組み合わせ及び入れ替えが可能であることを認識し得る。更に、詳細な説明、特許請求の範囲、付録及び図面において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｓ）」、「所有する（ｐｏｓｓｅｓｓｅ）」及び同様の用語が使用される範囲において、そのような用語は、特許請求の範囲における過渡的な単語として使用される場合、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と解釈されるため、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語と同様の方法で包括的であることが意図されている。
【0066】
加えて、「又は」という用語は、排他的な「又は」ではなく、包括的な「又は」を意味することが意図されている。すなわち、別様に指定されない限り、又は、文脈から明らかでない限り、「ＸがＡ又はＢを利用する」は、自然で包括的な入れ替えのいずれかを意味することが意図されている。すなわち、ＸはＡを採用する；ＸはＢを採用する；又は、ＸはＡ及びＢの両方を採用する場合、「ＸはＡ又はＢを利用する」が前述の事例のいずれのもとでも充足される。更に、本明細書及び添付の図面に使用される冠詞「ａ」及び「ａｎ」は一般に、単数形を対象としていることが別様に指定されない限り、又は文脈からそれが明らかではない限り、「１つ又は複数」を意味すると解釈されるべきである。本明細書において使用される場合、用語「例」及び／又は「例示的」は、例、事例、又は例示として機能することを意味するために利用される。疑義を回避するために、本明細書において開示される主題は、そのような例に限定されるものではない。加えて、「例」及び／又は「例示的」として本明細書に記載の任意の態様又は設計は、他の態様又は設計より好ましい、又は有利であると必ずしも解釈されるものではなく、当業者において既知の同等の例示的な構造及び技法を除外することも意図されていない。
【0067】
様々な実施形態の説明は、例示の目的で提示されているが、包括的である、又は、開示される実施形態に限定されることは意図されていない。説明された実施形態の範囲及び趣旨から逸脱することなく、多くの修正及び変形が、当業者には明らかであろう。本明細書において使用される専門用語は、実施形態の原理、市場で見られる技術の実用的な適用又はそれに対する技術的改善を最適に説明し、又は、本明細書において開示される実施形態を他の当業者が理解することを可能にするように選択されたものである。
【0068】
特定の例示的な実施形態が説明されたが、これらの実施形態は、例としてのみ提示されたものであり、本明細書における開示の範囲を限定する意図はない。従って、前述の説明は、いかなる特定の特徴、特性、段階、モジュール、又はブロックも、必要である、又は不可欠であることを示唆する意図はない。実際に、本明細書に記載の新規の方法及びシステムは、様々な他の形態において具現化されてよく；更に、本明細書に記載の方法及びシステムの形態における様々な省略、置換及び変更は、本明細書における開示の趣旨から逸脱することなく行われてよい。添付の特許請求の範囲及びそれらの同等物は、本明細書の特定の開示の範囲及び趣旨に含まれるような形態又は修正を網羅することを意図したものである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【国際調査報告】