CN102734124A - 低温泵及真空排气方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种有助于降低消耗电力的低温泵及使用这种低温泵的真空排气方法。低温泵(10)具备用于冷却低温板的制冷机、及可从离子注入装置(1)接收表示其运行模式的控制信号且用于根据该控制信号控制制冷机的CP控制器(100)。运行模式包括向目标照射射束的照射模式与从目标移开射束或使射束以弱于该照射模式的级别继续存在的空闲模式。CP控制器(100)控制制冷机，以便在照射模式及空闲模式下将低温板冷却成保持气体分子的冷却温度，所述控制器在空闲模式期间的至少一部分中容许将冷却温度设为高于照射模式的温度。

Description

低温泵及真空排气方法

技术领域

本申请主张基于2011年4月14日申请的日本专利申请第2011-090347号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种低温泵及真空排气方法。

背景技术

低温泵为通过凝结或吸附将气体分子捕捉在被冷却成超低温的低温板上来进行排气的真空泵。低温泵一般为了实现半导体电路制造工艺等中要求的清洁的真空环境而使用。专利文献1中，例如记载有适于离子注入装置的低温泵。低温泵优选以较低的消耗电力实现较高的排气能力。

专利文献1：日本特开2009-108744号公报

发明内容

本发明是鉴于这种状况而完成的，其某一形态的例示性目的之一在于提供一种有助于降低消耗电力的低温泵及使用这种低温泵的真空排气方法。

本发明的一种形态的低温泵，其用于进行用来向目标照射射束的射束照射装置中的射束路径的真空排气，其中，该低温泵具备：用于将气体分子捕捉在表面上的低温板；用于冷却所述低温板的制冷机；及可从所述射束照射装置接收表示其运行模式的控制信号，且用于根据该控制信号控制所述制冷机的控制部，所述运行模式包括向目标照射射束的照射模式与从所述目标移开射束或使射束以弱于该照射模式的级别继续存在的空闲模式，所述控制部控制所述制冷机，以便在所述照射模式及所述空闲模式下所述低温板被冷却成保持所述气体分子的冷却温度，所述控制部容许在所述空闲模式期间的至少一部分中将所述冷却温度设为高于所述照射模式的温度。

根据该形态，在未必一定要求高速排气的空闲模式下容许提高低温板温度。由于制冷机的负载减轻，因此能够降低消耗电力。

本发明的另一种形态为真空排气方法。该方法为使用低温泵的射束路径用的真空排气方法，其中，该方法包括：向目标照射射束的步骤；及从该目标移开射束来保持射束或以低于照射至该目标时的强度将射束保持在所述路径上，从而代替向目标照射射束的步骤，并且包括在保持所述射束期间的至少一部分中，使所述低温泵的排气速度低于将射束照射至目标时的排气速度的步骤。

发明效果

根据本发明，能够降低低温泵的消耗电力。

附图说明

图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置及低温泵的图。

图2是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵的图。

图3是与本发明的一实施方式所涉及的低温泵有关的控制块图。

图4是表示用于对氢气体进行排气的低温板的温度与氢气体的排气速度的关系的图表。

图5是用于说明本发明的一实施方式所涉及的低温泵的控制处理的流程图。

图中：1-离子注入装置，10-低温泵，12-制冷机，14-板结构体，16-热护罩，22-第1冷却台，23-第1温度传感器，24-第2冷却台，25-第2温度传感器，26-制冷机马达，100-CP控制器。

具体实施方式

图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置1及低温泵10的图。作为用于向目标照射射束的射束照射装置的一例的离子注入装置1，其包含离子源部2、质量分析器3、射束管道部4及端站部5而构成。

离子源部2构成为将应注入于基板表面上的元素进行离子化，且作为离子束引出。质量分析器3构成为设在离子源部2的下游且从离子束挑选出所需的离子。

射束管道部4被设在质量分析器3的下游，包含对离子束进行整形的透镜系统及对基板扫描离子束的扫描系统。端站部5设在射束管道部4的下游，且包含保持离子注入处理的对象即成为照射目标的基板8的基板夹具(未图示)及相对离子束驱动基板8的驱动系统等而构成。示意地用虚线箭头表示射束管道部4及端站部5中的射束路径9。

并且，离子注入装置1中附设有真空排气系统6。真空排气系统6为了将离子源部2至端站部5之间保持在所希望的高真空(例如高于10^-5Pa的真空)而设置。真空排气系统6包含低温泵10a、10b、10c。

例如，低温泵10a、10b作为射束管道部4的真空腔室的真空排气用而安装在射束管道部4的真空腔室壁面的低温泵安装用开口上。低温泵10c作为端站部5的真空腔室的真空排气用而安装在端站部5的真空腔室壁面的低温泵安装用开口上。另外，真空排气系统6可以以射束管道部4及端站部5分别通过1个低温泵10排气的方式构成。并且，真空排气系统6也可以以射束管道部4及端站部5分别通过多个低温泵10排气的方式构成。

低温泵10a、10b分别通过闸阀7a、7b安装于射束管道部4。低温泵10c通过闸阀7c安装于端站部5。另外，为了方便起见，以下将低温泵10a、10b、10c统称为低温泵10，将闸阀7a、7b、7c统称为闸阀7。离子注入装置1动作时闸阀7被开阀，进行基于低温泵10的排气。再生低温泵10时闸阀7被关闭。

另外，真空排气系统6还可进一步具备用于将离子源部2设为高真空的涡轮分子泵及干式真空泵。并且，真空排气系统6也可与低温泵10并列地设置用于将射束管道部4及端站部5从大气压排气至低温泵10的动作开始压的粗抽泵。

射束管道部4及端站部5中存在的气体及被导入的气体通过低温泵10排气。该被排气气体大部分通常为氢气体。使用低温泵10的低温板从射束路径9排气包含氢气体的被排气气体。另外，被排气气体中可含有掺杂剂气体或离子注入处理中的副产气体。

离子注入装置1具备用于控制该装置的主控制器11。并且，在低温泵10设有用于控制低温泵10的低温泵控制器(为简单起见以下称为“CP控制器”)100。主控制器11可称为通过CP控制器100总括低温泵10的上位控制器。主控制器11及CP控制器100分别具备执行各种运算处理的CPU、储存各种控制程序的ROM、作为用于储存数据或执行程序的作业区而加以利用的RAM、输出输入接口及存储器等。主控制器11和CP控制器100连接成可相互通信。

CP控制器100与低温泵10分开设置，分别控制多个低温泵10。各低温泵10a、10b、10c上可分别设置用于处理与CP控制器100通信的输出输入的1O模块50(参考图3)。另外，CP控制器100可分别各自设在各低温泵10a、10b、10c。

图2是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵10的截面图。低温泵10安装于真空腔室80。真空腔室80例如为射束管道部4或端站部5(参考图1)的真空腔室。

低温泵10具备冷却成第1冷却温度级别的第1低温板与冷却成比第1冷却温度级别更低温的第2冷却温度级别的第2低温板。在第1低温板上，在第1冷却温度级别下蒸气压较低的气体通过凝结被捕捉并被排气。例如，蒸气压低于基准蒸气压(例如10^-8Pa)的气体被排气。第2低温板上，在第2冷却温度级别下蒸气压较低的气体通过凝结被捕捉并被排气。为了捕捉由于蒸气压较高而即使在第2冷却温度级别下也不凝结的非凝结性气体，在第2低温板的表面上形成吸附区域。吸附区域例如通过在板表面设置吸附剂而形成。非凝结性气体被吸附在被冷却成第2冷却温度级别的吸附区域并被排气。非凝结性气体包含氢气。

图2中示出的低温泵10具备制冷机12、板结构体14、热护罩16。制冷机12通过吸入工作气体并使其在内部膨胀而吐出的热循环产生寒冷。板结构体14包含多个低温板，这些板通过制冷机12冷却。在板表面形成用于通过凝结或吸附来捕捉气体并排气的超低温面。低温板的表面(例如背面)上通常设置有用于吸附气体的活性炭等吸附剂。热护罩16为了从周围的辐射热保护板结构体14而设置。

低温泵10为所谓的立式低温泵。立式低温泵是指沿热护罩16的轴向插入制冷机12而配置的低温泵。另外，本发明还能够同样应用于所谓的卧式低温泵。卧式低温泵是指，在与热护罩16的轴向交叉的方向(通常为正交方向)插入制冷机的第2级冷却台而配置的低温泵。另外，图1中示意地示出有卧式低温泵10。

制冷机12为吉福德-麦克马洪式制冷机(所谓GM制冷机)。另外，制冷机12为2级式制冷机，其具有第1级缸18、第2级缸20、第1冷却台22、第2冷却台24及制冷机马达26。第1级缸18和第2级缸20串联连接，分别内置有相互连结的第1级置换器和第2级置换器(未图示)。第1级置换器及第2级置换器的内部组装有蓄冷材料。另外，制冷机12可为除2级GM制冷机以外的制冷机，例如可利用单级GM制冷机，也可利用脉冲管制冷机或苏尔威制冷机。

制冷机12包括流路切换机构，所述流路切换机构为了周期性反复进行工作气体的吸入和吐出而周期性切换工作气体的流路。流路切换机构例如包括阀部及驱动阀部的驱动部。阀部例如为回转阀，驱动部为用于使回转阀旋转的马达。马达例如可以为AC马达或DC马达。并且，流路切换机构可以为通过直线马达驱动的直动式机构。

第1级缸18的一端设置有制冷机马达26。制冷机马达26被设置在形成于第1级缸18的端部的马达用壳体27的内部。制冷机马达26以第1级置换器及第2级置换器分别能够在第1级缸18及第2级缸20的内部往复移动的方式连接于第1级置换器及第2级置换器。另外，制冷机马达26以能够使设置于马达用壳体27内部的可动阀(未图示)正反旋转的方式与该阀连接。

第1冷却台22被设置于第1级缸18的靠第2级缸20侧的端部即第1级缸18与第2级缸20的连结部。另外，第2冷却台24被设置于第2级缸20的末端。第1冷却台22及第2冷却台24例如通过钎焊分别固定于第1级缸18及第2级缸20。

制冷机12经设置于马达用壳体27的外侧的气体供给口42及气体排出口44而连接于压缩机102。制冷机12使从压缩机102供给的高压工作气体(例如氦气等)在内部膨胀而在第1冷却台22及第2冷却台24产生寒冷。压缩机102回收在制冷机12中膨胀了的工作气体并再次加压而供给至制冷机12。

具体而言，首先从压缩机102向制冷机12供给高压工作气体。此时，制冷机马达26将马达用壳体27内部的可动阀驱动为连通气体供给口42和制冷机12的内部空间的状态。若制冷机12的内部空间被高压工作气体填满，则通过制冷机马达26切换可动阀而制冷机12的内部空间与气体排出口44连通。由此，工作气体膨胀而被回收至压缩机102。第1级置换器及第2级置换器分别与可动阀的动作同步而在第1级缸18及第2级缸20内部往复移动。通过反复这种热循环，制冷机12在第1冷却台22及第2冷却台24上产生寒冷。

第2冷却台24被冷却成低于第1冷却台22的温度。第2冷却台24例如被冷却至10K～20K左右，第1冷却台22例如被冷却至80K～100K左右。第1冷却台22上安装有用于测定第1冷却台22的温度的第1温度传感器23，第2冷却台24上安装有用于测定第2冷却台24的温度的第2温度传感器25。

在制冷机12的第1冷却台22上以热连接的状态固定有热护罩16，在制冷机12的第2冷却台24上以热连接的状态固定有板结构体14。因此，热护罩16被冷却成与第1冷却台22相同程度的温度，板结构体14被冷却成与第2冷却台24相同程度的温度。热护罩16形成为一端具有开口部31的圆筒状形状。开口部31通过热护罩16的筒状侧面的端部内面划分。

另一方面，与热护罩16的开口部31的相反一侧即泵底部侧的另一端上形成有闭塞部28。闭塞部28由在热护罩16的圆筒状侧面的泵底部侧端部朝向径向内侧延伸的法兰部形成。由于图2所示的低温泵10为立式低温泵，因此该法兰部被安装于制冷机12的第1冷却台22上。由此，在热护罩16的内部形成圆柱状的内部空间30。制冷机12沿热护罩16的中心轴向内部空间30突出，第2冷却台24呈插入于内部空间30的状态。

另外，当为卧式低温泵时，闭塞部28通常被完全闭塞。制冷机12从形成于热护罩16的侧面的制冷机安装用开口部沿与热护罩16的中心轴正交的方向向内部空间30突出地配置。制冷机12的第1冷却台22被安装于热护罩16的制冷机安装用开口部，制冷机12的第2冷却台24被配置于内部空间30。第2冷却台24上安装有板结构体14。由此，板结构体14被配置于热护罩16的内部空间30内。板结构体14可通过适当形状的板安装部件安装于第2冷却台24。

另外，热护罩16的开口部31上设置有挡板32。挡板32在热护罩16的中心轴方向上与板结构体14隔开间隔而设置。挡板32被安装于热护罩16的开口部31侧的端部，并被冷却成与热护罩16相同程度的温度。从真空腔室80侧观察时，挡板32例如可形成为同心圆状，或者也可形成为格子状等其他形状。另外，挡板32与真空腔室80之间设置有闸阀7(参考图1)。

热护罩16、挡板32、板结构体14及制冷机12的第1冷却台22及第2冷却台24被容纳于泵壳34的内部。泵壳34串联连接不同直径的2个圆筒来形成。泵壳34的大径圆筒侧端部被开放，并且与真空腔室80连接用的法兰部36向径向外侧延伸而形成。另外，泵壳34的小径圆筒侧端部被固定于制冷机12的马达用壳体27。低温泵10通过泵壳34的法兰部36气密地固定于真空腔室80的排气用开口，且形成有与真空腔室80的内部空间一体的气密空间。泵壳34及热护罩16均形成为圆筒状，并配设于同轴上。由于泵壳34的内径稍微大于热护罩16的外径，因此热护罩16在与泵壳34的内表面之间保持若干间隔而配置。

当低温泵10工作时，首先在其工作前利用其他适当的粗抽泵将真空腔室80内部粗抽至1Pa～10Pa左右。之后使低温泵10工作。通过制冷机12的驱动来冷却第1冷却台22及第2冷却台24，与它们热连接的热护罩16、挡板32及板结构体14也被冷却。上述第1低温板包含热护罩16及挡板32，第2低温板包含板结构体14。

被冷却的挡板32冷却从真空腔室80朝向低温泵10内部飞来的气体分子，使在该冷却温度下蒸气压充分变低的气体(例如水分等)凝结在表面上而排气。在挡板32的冷却温度下蒸气压不会充分变低的气体通过挡板32进入热护罩16内部。进入的气体分子中在板结构体14的冷却温度下蒸气压充分变低的气体(例如氩气等)凝结在板结构体14的表面上而被排气。在该冷却温度下蒸气压也不会充分变低的气体(例如氢气等)通过粘结于板结构体14的表面上并被已冷却的吸附剂吸附而被排气。这样，低温泵10能够使真空腔室80内部的真空度达到所希望的级别。

图3为与本发明的一实施方式所涉及的低温泵10有关的控制块图。关于多个低温泵10中之一示出与本实施例相关的构成要件，由于其他低温泵10相同，所以省略图示。同样道理，省略关于压缩机102的详细说明。

如上所述，CP控制器100以可通信的方式连接于各低温泵10的IO模块50。IO模块50包括制冷机逆变器52及信号处理部54。制冷机逆变器52调整从外部电源例如商用电源供给的额定电压及频率的电力并供给至制冷机马达26。通过CP控制器100控制应供给至制冷机马达26的电压及频率。

CP控制器100根据传感器输出信号确定控制输出。信号处理部54将从CP控制器100发送的控制输出中继至制冷机逆变器52。例如，信号处理部54将来自CP控制器100的控制信号转换成可在制冷机逆变器52中处理的信号并发送至制冷机逆变器52。控制信号包括表示制冷机马达26的运行频率的信号。另外，信号处理部54将低温泵10的各种传感器的输出中继至CP控制器100。例如，信号处理部54将传感器输出信号转换成可在CP控制器100中处理的信号并发送至CP控制器100。

IO模块50的信号处理部54上连接有包括第1温度传感器23及第2温度传感器25在内的各种传感器。如上所述，第1温度传感器23测定制冷机12的第1冷却台22的温度，第2温度传感器25测定制冷机12的第2冷却台24的温度。第1温度传感器23及第2温度传感器25分别周期性测定第1冷却台22及第2冷却台24的温度，并输出表示测定温度的信号。第1温度传感器23及第2温度传感器25的测定值每隔预定时间就被输入至CP控制器100，并储存保持在CP控制器100的预定存储区域中。

CP控制器100根据低温板的温度控制制冷机12。CP控制器100以低温板的实际温度追随目标温度的方式将运行指令提供给制冷机12。例如，CP控制器100通过反馈控制对制冷机马达26的运行频率进行控制，以便最小化第1低温板的目标温度与第1温度传感器23的测定温度之间的偏差。制冷机12的热循环频率按照制冷机马达26的运行频率规定。第1低温板的目标温度例如按照在真空腔室80中进行的工艺作为标准来规定。此时，制冷机12的第2冷却台24及板结构体14被冷却至通过制冷机12的标准及来自外部的热负载规定的温度。

当第1温度传感器23的测定温度高于目标温度时，CP控制器100对IO模块50输出指令值，以便增加制冷机马达26的运行频率。与马达运行频率的增加联动，制冷机12中的热循环的频率也增加，制冷机12的第1冷却台22朝向目标温度冷却。相反，当第1温度传感器23的测定温度低于目标温度时，制冷机马达26的运行频率减少，制冷机12的第1冷却台22朝向目标温度升温。

通常，第1冷却台22的目标温度被设定为恒定值。由此，在施加于低温泵10的热负载增加时，CP控制器100以增加制冷机马达26的运行频率的方式输出指令值，在施加于低温泵10的热负载减少时，以减少制冷机马达26的运行频率的方式输出指令值。另外，可适当变动目标温度，例如依次设定低温板的目标温度，以便在排气对象容积内实现作为目标的气氛压力。另外，CP控制器100也可以按使第2低温板的实际温度与目标温度一致的方式控制制冷机马达26的运行频率。

在典型的低温泵中，热循环的频率始终恒定。设定为以比较大的频率运行，以便可从常温快速冷却至泵动作温度，当来自外部的热负载较小时，通过由加热器加热来调整低温板的温度。由此，消耗电力变大。而在本实施方式中，由于按照施加于低温泵10的热负载控制热循环频率，因此能够实现节能性优异的低温泵。并且，无需一定设置加热器这一点也有助于降低消耗电力。

然而，离子注入装置1有多个运行状态。以下将这些状态称为运行模式。离子注入装置1的多个运行模式中包含照射模式和空闲模式。照射模式下，离子注入装置1为了注入离子而对基板8照射离子束。离子注入装置1的主控制器11根据为了处理离子注入而设定的目标离子束强度来控制离子束。

空闲模式下，离子注入装置1可通过弯曲动作从照射目标例如基板8移开离子束。即，离子注入装置1可继续照射离子束的同时，朝向基板外进行照射。离子束的强度级别可设为与照射模式相同的级别。空闲模式下，离子束可从目标移开而照射至用于射束待避或射束待机的射束接受部例如碳板。射束接受部可设在射束管道部4或端站部5，例如还可设在用于保持基板8的基板夹具或其附近。

在空闲模式下，离子注入装置1可以使离子束以弱于照射模式的级别继续存在于射束路径9。空闲模式下，可继续照射与照射模式相比降低强度的离子束。在射束路径9上保持极弱的离子束来代替完全遮断离子束。较弱强度的离子束可照射于目标，也可从目标移开而照射于射束接受部例如碳板。

例如照射模式和下一个照射模式之间的间歇，运行模式切换成空闲模式。在将已进行离子注入处理的基板8替换成接着处理的新的基板8时，可选择空闲模式。空闲模式下射束路径9的末端一般不存在基板8，但也可使其存在。

由主控制器11担负这种运行模式的切换。主控制器11根据情况切换运行模式。主控制器11将表示所选择的运行模式的控制信号发送于CP控制器100。CP控制器100可从离子注入装置1接收表示其运行模式的控制信号，根据该控制信号控制低温泵10。CP控制器100为了控制低温板温度，根据表示运行模式的控制信号控制制冷机12。

离子注入装置1用的低温泵10如上所述主要对氢气体进行排气。为了提高离子注入装置1的离子注入处理的生产率，要求一种能够对氢气体进行高速排气的低温泵10。

图4是表示一实验例中的用于对氢气体进行排气的低温板的温度与氢气体的排气速度的图表。温度值示于图4右侧的纵轴。左侧的纵轴表示氢气体的排气速度。横轴表示时间。如以下详细叙述，本申请发明人发现了用于对氢气体进行排气的低温板及冷却台的温度增加量与氢气体的排气速度的降低量之间存在一定关系。

本实验例中使用比较小型的低温板结构体，并确认到以2K单位阶段性地提高第2冷却台24的设定温度时的氢气体排气速度的变动。第2冷却台24的目标温度的初始值为12K，以后依次提高为14K、16K、18K、20K、22K。台温度T2的测定值与其联动而阶段性地上升。

以下说明中为了方便起见，将处于各目标温度XK中的期间称为XK期间。即，本实验例从12K期间开始，并依次继续14K期间、16K期间、18K期间、20K期间、22K期间。另外，如图4所示，各期间的长度按期间有所不同，但不会因此而左右本实验例的结果及分析。

图4中，除了台温度T2的测定值，还示出本实验例中使用的第2低温板的末端部分(即，远离台的比较高温的部位)的测定温度。板末端部分的温度也与台温度相同地阶段性地变高。但是，由于低温板的末端部分远离冷却台，因此变得稍微高于冷却台的温度。本实验例中，该板温度测定值与台温度T2相比仅高约1.5K。另外，图4所示的温度测定值中发现微小的(最大为约0.2K左右的)振动，但这种程度的变动实际上在可视作恒定温度的范围内。

以经验来看，可估计板的末端部分的温度在小型的低温板结构体中比台温度变高约1K，在大型的低温板结构体中变高约2K。在被假设成以离子注入装置为用途的低温泵的最大低温板结构体中，其末端部分的温度还有可能比台温度高约3K。

如从图4可知，从12K期间至16K期间，即使台温度上升，氢气体排气速度也维持成当初的高级别(例如约1500L/s左右)。低温板的高温部位的温度(图4中的板温度)在16K期间最大为17.5K左右。由此可以说为了对氢气体进行高速排气，优选将低温板的高温部位的温度抑制在约17.5K以下。就台温度而言，本实验例中为了对氢气体进行高速排出，优选抑制在约16K以下。

在18K期间，氢气体排气速度降低至约1400L/s左右，与16K期间相比稍微下降。有时该排气速度在实用方面足够充分，但追求离子注入装置1的高生产率的方面有可能未必一定充分。18K期间中低温板末端的高温部位的温度为约19.5K。若过渡至20K期间，则排气速度进一步大幅降低至约1000乃至1100L/s。20K期间的低温板的高温部位的温度为约21.5K。22K期间中，由于状态不稳定，因此停止了实验。可以认为这是因为在低温板的至少高温部位超出了可吸附保持氢气体的温度范围。

由此，从因温度引起的排气速度的变化这一观点来看，能够将冷却台温度区分为3个温度区域。第1温度区域为充分保证高速的排气速度的低温的温度区域。图4的实验例中，12K、14K、16K包含于该温度区域。可认为18K也包含于该温度区域。第2温度区域为能够认为实用上无法排气的高温的温度区域。发生捕捉于板表面的气体的再气化。图4的实验例中22K包含于该温度区域。

第3温度区域为这些第1及第2温度区域的中间的温度区域。该温度区域中，虽然无法提供最高级别的排气速度，但能够稳定地保持捕捉在低温板表面上的气体分子。即，虽然在低温板表面重新吸附气体分子的能力有限，但能够继续保持已吸附的气体分子。图4的实验例中20K包含于该温度区域。还能够认为18K也包含于该温度区域。

只要冷却台的温度限制在第1温度区域内，则排气速度就会维持成高级别，另一方面若超过该温度区域，则排气速度就会下降。第1温度区域为可高速排气的温度范围。在该可高速排气的温度范围内，每温度增加量的排气速度下降量实际上不存在或充分小，而在超出该温度范围的温度下每温度增加量的排气速度下降量显著。但是，若为不过度超出第1温度区域的第3温度区域，则可稳定地保持附着于低温板的气体。

但是，估计通过离子注入装置1的空闲模式下的离子束而产生于低温泵10的热负载充分弱时，可停止低温泵10的运行。这样能够减少系统的消耗电力。但是，一般虽然说是空闲模式，但只要存在射束，则在低温泵中发生一定程度的热负载。由此，为了抑制由这样的热负载引起的低温板温度的上升，且避免从低温板放出捕捉到的氢气，优选在空闲模式下也继续低温泵10的运行。

从离子注入装置1的生产率观点考虑，优选在照射模式下通过低温泵10以充分的排气速度对氢气体进行排气，而另一方面，空闲模式下未必一定要求那种程度的高速排气。低温泵10的排气速度与消耗电力相关联，越是高速排气越消耗电力。

因此，在本发明的一实施方式中，低温泵10在离子注入装置1的空闲模式期间的至少一部分中，使排气速度例如氢气体的排气速度低于照射模式时的排气速度。因此，一实施例所涉及的低温泵10的控制方法中，CP控制器100减小制冷机12的制冷能力或制冷输出。

一实施例中，不论在照射模式及空闲模式中的任意一个模式下，CP控制器100都以低温板被冷却至保持捕捉到的气体分子的冷却温度以下的方式控制制冷机12。低温板具备可吸附氢气体的吸附剂，CP控制器100以低温板被冷却至在吸附剂中保持氢气体的温度范围的方式控制制冷机12。CP控制器100在其冷却温度范围内，容许在空闲模式期间的至少一部分中将低温板冷却温度设为高于照射模式。

图5是用于说明本发明的一实施方式所涉及的低温泵10的控制处理的流程图。CP控制器100判别安装有低温泵10的离子注入装置1的运行模式，根据其运行模式切换第2冷却台24的目标温度。该处理在低温泵10的运行中反复执行。

如图5所示，CP控制器100判别低温泵10的安装端的装置例如离子注入装置1的运行模式(S10)。CP控制器100根据从离子注入装置1的主控制器11接收的控制信号至少判别离子注入装置1是处于上述照射模式还是处于空闲模式。

CP控制器100按照所判别的运行模式切换第2低温板的冷却温度例如第2冷却台24的目标温度(S12)。当运行模式与上一个处理相同时，持续其目标温度。通过该目标温度设定结束本处理。CP控制器100根据其目标温度控制低温泵10。具体而言，例如如上述调整制冷机12的运行频率。

在该目标温度设定中，CP控制器100例如将第2低温板的冷却温度，具体而言例如将第2冷却台24的目标温度设定为从在低温板上的吸附剂中保持氢气体的温度范围选择的温度，优选设定为该氢气保持温度范围的上限值。该上限值例如为上述第3温度区域的最大温度。第3温度区域为17K以上且不到20K，优选为18K以上且不到20K。由此，CP控制器100在空闲模式下将第2冷却台24的目标温度例如设定为20K。为了省电优选将目标温度尽量设定为高温。

另一方面，CP控制器100在照射模式下将第2冷却台24的目标温度设定为上述第1温度区域或可高速排气的温度范围，例如从10K以上且不到17K的温度范围选择的目标温度。优选CP控制器100设定为从10K以上且不到15K的温度范围选择的目标温度。

通过这样的温度切换，在空闲模式下能够将第2冷却台24的温度升温至高于照射模式时的温度，例如17K以上且不到20K。这是因为制冷机12的运行频率通过提高目标温度而变小。这样，与通过照射模式及空闲模式而冷却成共同的低温时相比更能够减小消耗电力。

作为一例，在4台低温泵10的同时运行下，与第2冷却台24的目标温度为15K时相比，目标温度为18K时消耗电力从约10.2kW降至约9kW降低约12％。这样，能够通过减小空闲模式期间的消耗电力来减少真空排气系统的总电力消耗。

并且，通过将第2冷却台24升温至17K以上且不到20K，预测低温板末端的高温部位的温度当为小型低温板结构体时成为约18K以上且不到21K，当为大型低温板结构体时成为约19K以上且不到22K。若为这样的温度级别，则从图4所示的实验例可知能够将附着的氢气体稳定地保持在低温板上。

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本发明不限定于上述实施方式，作为本领域技术人员应该可以理解可进行各种设计变更并能实现各种变形例，并且这样的变形例也在本发明的范围内。

上述实施例中，离子注入装置1中的运行模式的切换时刻与基于CP控制器100的目标温度的切换时刻可以未必一定完全一致。CP控制器100例如可以在空闲模式期间的至少一部分中使目标温度比照射模式时更高。为了在离子注入装置1中，在从空闲模式还原至照射模式之前冷却低温板，CP控制器100可使目标温度在还原到照射模式之前恢复原样。

CP控制器100可通过变更第1冷却台22的目标温度设定来代替变更第2冷却台24的目标温度设定。由于2个冷却台的温度联动，因此还可通过变更第1冷却台22的目标温度来调整第2冷却台24的温度。

CP控制器100可按照运行模式直接变更制冷机12的运行频率的设定来代替变更温度设定。例如，与空闲模式对应的制冷机12的运行频率可预先作为固定值而规定，CP控制器100可在空闲模式下以其固定运行频率控制制冷机12。或者，也可按多个运行模式规定不同的运行频率范围。

上述实施例以离子注入装置为例子进行了说明，但本发明的应用不限于离子注入装置，可在用于向目标照射射束的射束照射装置中应用。例如，一实施例所涉及的低温泵可为用于进行向患部照射粒子束来治疗的粒子束治疗装置中的射束路径的真空排气的低温泵。

Claims (3)

1.一种低温泵，其用于进行用来向目标照射射束的射束照射装置中的射束路径的真空排气，其特征在于，该低温泵具备：

用于将气体分子捕捉在表面上的低温板；

用于冷却所述低温板的制冷机；及

能够从所述射束照射装置接收表示其运行模式的控制信号，且用于根据该控制信号控制所述制冷机的控制部，

所述运行模式包括向目标照射射束的照射模式与从所述目标移开射束或使射束以弱于该照射模式的级别继续存在的空闲模式，

所述控制部控制所述制冷机，以便在所述照射模式及所述空闲模式下所述低温板被冷却成保持所述气体分子的冷却温度，所述控制部容许在所述空闲模式期间的至少一部分中将所述冷却温度设为高于所述照射模式的温度。

2.如权利要求1所述的低温泵，其特征在于，

所述控制部控制所述制冷机，以便在所述空闲模式期间的至少一部分中，为了冷却所述低温板而将热连接于该低温板的所述制冷机的冷却台冷却至17K以上且不到20K。

3.一种真空排气方法，使用低温泵对射束路径进行真空排气，其特征在于，该方法包括：

向目标照射射束的步骤；及

从该目标移开射束来保持射束或以低于照射至该目标时的强度将射束保持在所述路径上，从而代替向目标照射射束的步骤，

并且包括在保持所述射束期间的至少一部分中，使所述低温泵的排气速度低于将射束照射至目标时的排气速度的步骤。

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