JP2001123951A - クライオポンプの再生方法 - Google Patents
クライオポンプの再生方法Info
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Abstract
オポンプの再生に要する時間を短縮する。 【解決手段】 クライオポンプ内の排気パネルの冷却
に到達温度4K以下の冷凍機を用い、吸着剤としての活
性炭は使用せず、真空装置におけるガスを排気パネル表
面に直接凝縮させることで排気を行い、クライオポンプ
の再生時には、水素及びネオンの三重点温度又は三重点
圧力を考慮に入れて、ガスが凝縮されている排気パネル
の温度、又はクライオポンプ内の圧力を制御することに
より、水素又はネオン、又はその双方を、選択的にクラ
イオポンプ外に排出するという方法を採用してクライオ
ポンプを再生する。
Description
空排気に使用されるクライオポンプの再生方法に関する
ものである。
2のように構成されている。クライオポンプ容器2に冷
凍機21が取り付けられ、該冷凍機21の1段ステージ
22が約40〜100Kに、2段ステージ23が約10
〜20Kに冷却される。
度センサ24と幅射シールド6が取り付けられており、
輻射シールド6の吸気口7側にはやはり熱接触良好にル
ーバー8が取り付けられている。
度センサ9とクライオパネル10、チャコールパネル2
5が取り付けられている。
温度計11に接続されている。
3を介して接続されており、真空処理装置12から吸気
口弁13を通って入ってくる水や二酸化炭素はルーバー
8や輻射シールド6で凝縮され、アルゴンや窒素はクラ
イオパネル10で凝縮され、水素やネオン、ヘリウムは
チャコールパネル25上に接着されている活性炭26に
吸着され、排気される。
接続された真空センサ15と、乾燥窒素等のパージガス
供給配管27に接続されたパージ弁28と、粗引きポン
プ29に接続された粗引き弁30が取り付けられてい
る。
述の通り各パネル上で凝縮あるいは吸着により溜め込ま
れ、その溜め込み量が増えてくるとクライオポンプ20
の排気性能が低下するため、クライオポンプ20内に溜
め込まれていた気体を排出し、クライオポンプ20の性
能を回復させるための再生と呼ばれる作業が必要とな
る。
以下のように行われている。
の運転を停止し、パージ弁28を開き乾燥窒素等のパー
ジガスをクライオポンプ内に導入する。
凝縮、吸着されていたガスは気化、脱離し、パージガス
と共に安全弁31を通してクライオポンプ外へ放出され
る。
テージ23及びこれらに熱接触良好に構成されている各
パネル類がほぼ室温となった事を確認後、パージ弁28
を閉じ、粗引き弁30を開き、クライオポンプ内の粗引
きを開始する。
0を閉じ冷凍機21の運転を再開する。
にこれらに熱接触良好に構成されている各パネル類がク
ライオポンプの排気性能に必要な温度まで冷却されると
再生は終了となる。
縮を目的として、これらパネル類の温度を早く上昇させ
るために、クライオポンプ容器2の外側にバンドヒータ
32を巻き付けたり、1段ステージ22と2段ステージ
23のそれぞれにヒータ33、34を取り付けて使用さ
れることもある。
搭載される真空処理装置は半導体や電子部品等を製造す
る工程等で数多く使用されており、その稼働率は収益に
大きく影響する。
は不可避であり、再生の際にはクライオポンプが搭載さ
れる真空処理装置を停止させなければならなく、クライ
オポンプの再生時間の短縮は真空処理装置の稼働率に直
結する問題となっている。
燥窒素等の不活性パージガスをクライオポンプ内に導入
し、クライオポンプ内の温度を室温まで上昇させ、その
後粗引きし、冷却を行うため再生終了まで数時間を要し
ていた。
を行った場合には、パネル類の昇温時間の短縮により再
生時間を2〜3時間程度に短縮することができるもの
の、更に再生時間を短縮することが望まれている。
可能な量を増やし、再生頻度を減らすことでクライオポ
ンプが搭載される真空処理装置のトータルでの稼働率を
向上させる試みもあるが、主に水素等の危険なガスを排
気する装置では、水素の溜め込み量を増やすことは再生
時や停電等の緊急停止時において、一度に大量の水素が
放出されることになり安全上問題となる。
ポンプを再生する際には、水素を溜め込んでいるパネル
が僅かに昇温するだけで一気に水素が放出されるため、
これを安全なレベルまで希釈するには瞬間的に大量の不
活性パージガスの導入が必要であり、その為の設備も必
要となってくる。
るためには、再生を頻繁に行っても問題とならないレベ
ルまで再生時間を短縮し、クライオポンプ内に溜まって
いる水素の量を極力減らす事が重要である。
内の排気パネルの冷却に到達温度4K以下の冷凍機を用
い、吸着剤としての活性炭は使用せず、真空装置におけ
るガスを排気パネルに凝縮させることで排気を行い、ク
ライオポンプの再生時には、水素及びネオンの三重点温
度又は三重点圧力を考慮に入れて、ガスが凝縮されてい
る排気パネルの温度、又はクライオポンプ内の圧力を制
御することにより、水素又はネオン、又はその双方を、
選択的にクライオポンプ外に排出するという方法を採用
してクライオポンプを再生することにより前記課題を解
決したのである。
ライオポンプの再生方法は、真空装置におけるガスを温
度4K以下に冷却した排気パネル表面に凝縮させること
により、吸着剤としての活性炭を使用せずに真空排気を
行う2段式以上の冷凍機を用いたクライオポンプの再生
を行う方法において、クライオポンプの再生の際、前記
排気パネルの温度を上昇させ、前記排気パネルの温度が
凝縮排気されているガスの三重点温度に達する前に、又
はクライオポンプ内の圧力が凝縮排気されているガスの
三重点圧力に達する前に、クライオポンプに接続されて
いる他の真空ポンプによりクライオポンプ内の真空排気
を開始し、水素又はネオン、又はその双方を、クライオ
ポンプ外に排出し、排出後再び前記排気パネルを温度4
K以下に冷却することにより、クライオポンプの再生を
行うものである。
は、水素で10−8Pa台、ネオンで10−11Pa以
下であり、この圧力以上の水素やネオンは温度4K以下
およそ3Kの排気パネル表面で凝縮排気が行われ、溜ま
って行く。
排気パネルの温度を例えばおよそ20Kまで上昇させる
と、排気パネルの上に凝縮されている水素(三重点温
度:約14K)、やネオン(三重点温度:約25K)の
蒸気圧は数千Paから数万Paになり、溜まっていた水
素やネオンの氷はほとんどが蒸発する。
体の20Kにおける平衡蒸気圧は、例えば窒素ではおよ
そ10−9Pa台であり、アルゴンは10−11Pa台
であり殆ど蒸発はしないので、水素とネオンはほぼ完全
に除去しつつ他のガスは殆ど排出しないクライオポンプ
の再生が可能となる。
オポンプから除去した後、再び排気パネルを4K以下ま
で冷却してクライオポンプの再生を完了するものであ
る。
空装置におけるガス」とは、クライオポンプが搭載され
る真空処理装置において使用されるプロセスガス、プロ
セス中に発生するガス、大気側から流入して来るガス、
真空装置内部の構造物そのものから発生するガスを含む
ものであり、クライオポンプの排気パネル表面に凝縮排
気される可能性のあるガスの全てを意味するものであ
る。
よれば、真空装置におけるガスを凝縮排気している排気
パネルの20Kまでの温度上昇、そして4K以下までの
冷却にはごく短時間しか必要としないためクライオポン
プの再生は極短時間で行うことが可能となる。
方法によって、排気パネルの温度が、選択的にクライオ
ポンプから排出させようとしている気体、例えば、水素
あるいはネオンの三重点温度に達する前に、クライオポ
ンプに接続されている他の真空ポンプによりクライオポ
ンプ内の真空排気を開始すると、低い圧力のままで低い
温度から選択的にクライオポンプから排出させようとし
ている気体、例えば、水素やネオンの気化が始まり、そ
の際の気化熱が排気パネルから奪われる為、排気パネル
の急激な温度上昇と、それに伴う急激な気体放出を制御
できる。これによって、水素等の危険なガスを溜め込ん
でいるクライオポンプを再生する際の安全性を向上させ
ると共に、放出された気体の熱伝達による必要以上の排
気パネルの温度上昇を制御できる。
生の際、前記排気パネルの温度を上昇させ、前記排気パ
ネルの温度が凝縮排気されているガスの三重点温度に達
する前に、又はクライオポンプ内の圧力が凝縮排気され
ているガスの三重点圧力に達する前に、クライオポンプ
に接続されている他の真空ポンプによりクライオポンプ
内の真空排気を開始するとしたのは、凝縮排気されたガ
スは、三重点温度、三重点圧力を共に満たして始めて液
化が始まるので、結局、排気パネルの温度あるいはクラ
イオポンプ内の圧力のどちらか一方を制御することによ
って凝縮排気されているガスの液化を阻害できるからで
ある。
気パネルの温度を上昇させ、蒸発してきた水素やネオン
をクライオポンプから除去するには、クライオポンプに
接続されている他の真空ポンプ、好ましくは、水素、ネ
オンといった軽い気体に対しても十分な排気性能を有す
る真空ポンプ、例えば、ドライポンプ、油回転ポンプ、
ターボ分子ポンプ、モレキュラドラッグポンプなどを使
用することができる。
よって、クライオポンプから選択的に真空排気しようと
している水素、ネオンの液化を阻害しつつ、水素、ネオ
ンのみをクライオポンプ外へ排出する真空排気を開始で
きる。更に、その後、以下のようにすることにより、選
択的に排気しようとしている水素、ネオン以外の凝縮排
気されているガスを液化させずに、水素、ネオンの排出
を継続することができる。
再生方法において、クライオポンプに接続されている他
の真空ポンプによりクライオポンプ内の真空排気を行っ
ている際に、前記排気パネルの温度を、水素及びネオン
以外の凝縮排気されたガスの三重点温度を越えない範囲
で上昇させるものである。これによって、水素、ネオン
以外の凝縮排気されているガスを液化させずに、水素、
ネオンの排出を継続することができる。
再生方法において、クライオポンプに接続されている他
の真空ポンプによりクライオポンプ内の真空排気を行っ
ている際に、クライオポンプ内の圧力が水素及びネオン
以外の凝縮排気されたガスの三重点圧力を越えないよう
に制御するものである。これによって、水素、ネオン以
外の凝縮排気されているガスを液化させずに、水素、ネ
オンの排出を継続することができる。ここで、クライオ
ポンプ内の圧力は、クライオポンプ内を排気するポンプ
の能力や水素、ネオンの昇華速度に関係するので、クラ
イオポンプにこの技術分野で公知の圧力検知手段を付設
しておいて、クライオポンプ内の圧力が水素及びネオン
以外の凝縮排気されたガスの三重点圧力を越えないよう
に制御することになる。
気体の代表的なものにはアルゴン、窒素、酸素などがあ
るが、酸素の三重点圧力は水素、ネオンのそれよりも小
さく、その三重点温度は約54K、三重点圧力は約15
2Paである。そこで、排気パネルの温度を徐々に上昇
させて、これが54Kを越えるようになる時、クライオ
ポンプ内の圧力が152Pa以上であれば、水素やネオ
ンが液化しなくても酸素が液化する可能性がある。そこ
で、前記のように、排気パネルの温度を、水素及びネオ
ン以外の凝縮排気されたガスの三重点温度を越えない範
囲で上昇させ、これによって、水素、ネオン以外の凝縮
排気されているガスを液化させずに、水素、ネオンの排
出を継続させる場合であって、クライオポンプ内の圧力
を検知していない時には、排気パネルの温度が54Kを
越えないようにする必要がある。
を、水素及びネオン以外の凝縮排気されたガスの三重点
温度を越えない範囲で上昇させ、これによって、水素、
ネオン以外の凝縮排気されているガスを液化させずに、
水素、ネオンの排出を継続させる場合であっても、クラ
イオポンプにこの技術分野で公知の圧力検知手段を付設
しておいて、クライオポンプ内の圧力が水素の三重点圧
力(7200Pa)、ネオンの三重点圧力(43303
Pa)以下を保つように制御しておく必要がある。
択的に真空排気しようとしている水素、ネオンの液化を
阻害しつつ、水素、ネオンのみをクライオポンプ外へ排
出する真空排気を開始し、更に、その後、選択的に排気
しようとしている水素、ネオン以外の凝縮排気されてい
るガスを液化させずに、水素、ネオンの排出を継続する
場合であって、排気パネルの温度を制御する時に、排気
パネルの温度を25Kを越えない範囲で上昇させるよう
に制御すれば、排気パネルに凝縮排気されていた水素、
ネオン以外のガスの気化を抑制しつつ、水素、ネオンの
みを気化させ、前述したクライオポンプに接続されてい
る他の真空ポンプによりクライオポンプ外へ排出させる
ことができる。温度が25Kより低い場合、水素及びネ
オン以外の凝縮排気されたガスの平衡蒸気圧は十分に低
く、クライオポンプからの排気によりクライオポンプ内
の圧力が低くても、このらのガスが気化する量は僅かで
あり、一方、25Kの温度で、水素、ネオンの蒸気圧
は、数千Paから数万Paとなり、排気パネルに凝縮排
気されていた水素、ネオンの氷はほぼ完全に昇華するか
らである。
排気パネルにガス中のアルゴンが凍りつくと、そこに多
孔質の氷が形成され、その氷に水素、ネオン、ヘリウム
を吸着する能力があることが知られている。そこで、こ
れを利用して、以下のように、クライオポンプの再生を
行うこともできる。
K以下に冷却した排気パネルを用いて凝縮させることに
より、吸着剤としての活性炭を使用せずに真空排気を行
う2段式以上の冷凍機を用いたクライオポンプの再生を
行う方法において、クライオポンプの再生の際、前記排
気パネルの温度を20Kを越えない範囲で上昇させると
共に、クライオポンプに接続されている他の真空ポンプ
によりクライオポンプ内の真空排気を開始し、水素、ネ
オン、ヘリウムの中のいずれか一種以上を、クライオポ
ンプ外に排出し、排出後再び前記排気パネルを温度4K
以下に冷却することにより、クライオポンプの再生を行
うクライオポンプの再生方法である。
ない範囲で上昇させることとしたのは、前記のように、
極低温の排気パネルに凍りついたアルゴンの多孔質の氷
は、一度でも20K以上に温度が上昇すると、水素、ネ
オン、ヘリウムを吸着する能力がかなり低下してしまう
からである。
せたアルゴンの多孔質の氷の吸着能力を利用するため
に、あらかじめ吸着材として排気パネル表面にアルゴン
の多孔質の氷を堆積させておくこともできる。
実施例を説明する。
が用いられるクライオポンプ1の構成の一例を現す図で
ある。クライオポンプ容器2に約3Kまで冷却可能な冷
凍機3(以下「3K冷凍機3」という)が取り付けら
れ、この3K冷凍機3の1段ステージ4は約30〜10
0Kに、2段ステージ5はおよそ3Kに冷却される。
付けられており、その吸気口7側にはルーバー8が取り
付けられている。
気パネルであるクライオパネル10が取り付けられてお
り、2段温度センサ9は温度計11に接続されている。
13を介して接続されており、真空処理装置12から吸
気口弁13を通って入ってくる水や二酸化炭素はルーバ
ー8や輻射シールド6で凝縮され、アルゴン、窒素、水
素、ネオン等のガスは4K以下に冷却されているクライ
オパネル10上に凝縮され、排気される。
ン、ヘリウムを吸着する能力のあるアルゴン等の氷が堆
積している場合には、水素、ネオンの一部とヘリウムは
その氷に吸着され、排気される。
接続された真空センサ15と、クライオポンプ内を排気
するための他の真空ポンプ16に接続された真空弁17
が取り付けられている。
生は以下のようにして行われる。
5とクライオパネル10の温度をたとえば25K以下の
範囲で上昇させる。
ン、ヘリウムを吸着する能力のあるアルゴン等の氷が堆
積している場合で、その氷の吸着能力をクライオポンプ
再生後も維持させる場合には20Kを越えない範囲の温
度で上昇させる。
ージ5やクライオパネル10に取り付けられたヒータ1
8や、3K冷凍機3自体の有している発熱機能、3K冷
凍機3の運転停止後の外部からの入熱による自然昇温、
あるいは3K冷凍機3の運転周波数を変化させ冷凍能力
を低下させる等のいずれでもかまわない。
ン、ヘリウムを、真空弁17を開き、クライオポンプ内
を排気するための他の真空ポンプ16にてクライオポン
プ容器2外に排出する。
とクライオパネル10の温度が水素やネオンの三重点温
度以下、望ましくは水素やネオンの平衡蒸気圧が充分に
低い温度において行うことにより、水素やネオン、ヘリ
ウムが急激に気化もしくは脱離するのを抑え、クライオ
ポンプ容器2の水素やネオン、ヘリウムの圧力を低く保
つことができ、安全面で有利であるとと共に、放出ガス
の熱伝達による不必要なクライオパネル10や輻射シー
ルド6、ルーバー8の温度上昇を抑制できる。
ドライポンプ等をクライオポンプ内を排気するための他
の真空ポンプ16として使用する際は、水素やネオンが
気化する以前に真空弁17を開くと、油回転ポンプやド
ライポンプ等から、あるいは配管19からクライオポン
プ容器2内への残留気体や油の流入のおそれがあるた
め、クライオポンプ容器2内の圧力を真空計14にて確
認し、その圧力がクライオポンプ内を排気するための油
回転ポンプやドライポンプ等の到達圧力を上回った時点
で、真空弁17を開け、クライオポンプ内を排気する。
と比べ充分に低い圧力になる。
低いターボ分子ポンプをクライオポンプ内を排気するた
めの他の真空ポンプ16として使用すると、クライオポ
ンプ内の圧力をモニターすることなく、2段ステージ5
とクライオパネル10を温度上昇させる前に真空弁17
を開く事が可能となり、より簡単な制御で再生が行える
と共に、より低い圧力からの排気と大きな排気速度が得
られるので、2段ステージ5やクライオパネル10の温
度の上昇を最小限にし、より低い圧力で水素やネオン、
ヘリウムをクライオポンプ容器2から排出することがで
き、再生時間や安全性の点で更に有利である。
いクライオポンプ1は、クライオパネル10上にアルゴ
ン等の吸着能力のある氷がない場合には、原理的に殆ど
ヘリウムを排気できないため、大気成分であるヘリウム
が真空処理装置のタクト毎にクライオポンプ容器2内に
微量流入し、気体のままで滞留する。
外に排出させてクライオポンプの再生を行う際に、定期
的に他の真空ポンプ16、望ましくはターボ分子ポンプ
でクライオポンプ容器2内からヘリウムを排出させる事
は到達圧力や真空の質を維持する点で有効である。
力が下がり水素やネオン、ヘリウムが排出されたことを
確認した後、真空弁17を閉じ、2段ステージ5とクラ
イオパネル10の温度を4K以下まで降下させ水素やネ
オンに対する排気性能が回復したらクライオポンプの再
生は終了となる。
素を排気しているクライオポンプの再生時間を、従来の
数時間から10分程度に短縮することができる。
再生時間が短くなるばかりではなく、クライオポンプを
搭載している真空処理装置の運転中の待ち時間や工程上
のインターバル等の僅かな時間に再生を行う事が可能と
なり、実際的には工程上再生時間を考慮しなくてもよい
ケースも生じ、クライオポンプを搭載している真空処理
装置の稼働率を飛躍的に向上させることができる。
クライオポンプ内に溜め込む水素の量を常に少量に維持
することができ、再生時や停電等の緊急停止時において
の安全性を向上できる。
るクライオポンプの構成図である。
クライオポンプの構成図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 真空装置におけるガスを温度4K以下に
冷却した排気パネル表面に凝縮させることにより、吸着
剤としての活性炭を使用せずに真空排気を行う2段式以
上の冷凍機を用いたクライオポンプの再生を行う方法に
おいて、クライオポンプの再生の際、前記排気パネルの
温度を上昇させ、前記排気パネルの温度が凝縮排気され
ているガスの三重点温度に達する前に、又はクライオポ
ンプ内の圧力が凝縮排気されているガスの三重点圧力に
達する前に、クライオポンプに接続されている他の真空
ポンプによりクライオポンプ内の真空排気を開始し、水
素又はネオン、又はその双方を、クライオポンプ外に排
出し、排出後再び前記排気パネルを温度4K以下に冷却
することにより、クライオポンプの再生を行うことを特
徴とするクライオポンプの再生方法。 - 【請求項2】 請求項1記載のクライオポンプの再生方
法において、クライオポンプに接続されている他の真空
ポンプによりクライオポンプ内の真空排気を行っている
際に、前記排気パネルの温度を、水素及びネオン以外の
凝縮排気されたガスの三重点温度を越えない範囲で上昇
させることを特徴とするクライオポンプの再生方法。 - 【請求項3】 請求項1記載のクライオポンプの再生方
法において、クライオポンプに接続されている他の真空
ポンプによりクライオポンプ内の真空排気を行っている
際に、クライオポンプ内の圧力が水素及びネオン以外の
凝縮排気されたガスの三重点圧力を越えないように制御
することを特徴とするクライオポンプの再生方法。 - 【請求項4】 請求項1又は2記載のクライオポンプの
再生方法において、クライオポンプに接続されている他
の真空ポンプによりクライオポンプ内の真空排気を行っ
ている際に、前記排気パネルの温度を25Kを越えない
範囲で上昇させることを特徴とするクライオポンプの再
生方法。 - 【請求項5】 真空装置におけるガスを温度4K以下に
冷却した排気パネルを用いて凝縮させることにより、吸
着剤としての活性炭を使用せずに真空排気を行う2段式
以上の冷凍機を用いたクライオポンプの再生を行う方法
において、クライオポンプの再生の際、前記排気パネル
の温度を20Kを越えない範囲で上昇させると共に、ク
ライオポンプに接続されている他の真空ポンプによりク
ライオポンプ内の真空排気を開始し、水素、ネオン、ヘ
リウムの中のいずれか一種以上を、クライオポンプ外に
排出し、排出後再び前記排気パネルを温度4K以下に冷
却することにより、クライオポンプの再生を行うことを
特徴とするクライオポンプの再生方法。 - 【請求項6】 排気パネルの温度を上昇させる手段は、
排気パネルに付設したヒータからの発熱、冷凍機自体の
発熱運転、冷凍機の運転停止後の外部からの熱侵入によ
る自然昇温、冷凍機の運転周波数を変化させ冷凍機の冷
凍能力を制御する方法の中のいずれかであることを特徴
とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のクライオポ
ンプの再生方法。 - 【請求項7】 クライオポンプに接続されている他の真
空ポンプとして、ドライポンプ又は油回転ポンプのいず
れかを使用することを特徴とする請求項1乃至6のいず
れか1項記載のクライオポンプの再生方法。 - 【請求項8】 クライオポンプに接続されている他の真
空ポンプとして、ターボ分子ポンプを使用することを特
徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載のクライオ
ポンプの再生方法。 - 【請求項9】 クライオポンプに接続されている他の真
空ポンプとして、モレキュラドラッグポンプを使用する
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の
クライオポンプの再生方法。
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---|---|---|---|
JP29906699A JP4301532B2 (ja) | 1999-10-21 | 1999-10-21 | クライオポンプの再生方法 |
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JP4301532B2 JP4301532B2 (ja) | 2009-07-22 |
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