JP2013002328A - クライオポンプ制御装置、クライオポンプシステム、及びクライオポンプ監視方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】クライオポンプは、気体を冷却して凝縮または吸着させるクライオパネルと、クライオパネルを収容するポンプ容器とを備える。クライオポンプの再生処理は、基本パージ処理と、排気処理と、必要な場合に追加実施される追加パージ処理と、を含む。追加パージ処理は、1回以上のガスパージ工程を含む。クライオポンプを制御するクライオポンプ制御装置80において、劣化判定部88は、1回の再生処理において追加実施が必要となったガスパージ工程の合計数であるリパージ回数が、劣化判定基準回数に達した否か判定する。
【選択図】図3
Description
再生処理においては、クライオパネルの温度を上げて、クライオポンプ内に溜め込まれた気体を気化または液化させて排出する。
再生処理後、クライオパネルを極低温に冷却することで、再びクライオポンプを使用可能となる。
メンテナンスの頻度やタイミングを決める際には、例えば使用回数や使用時間が目安となる。
しかしながら、クライオポンプの各部品の劣化状況や汚染の程度は、使用条件によって大きく異なるため、適切なメンテナンスのタイミングは画一的には決まらない。
しかしながら、予測よりも早く部品等の劣化が進んだ場合、定期点検やオーバーホールを実施する前に、予期せずクライポンプにトラブルが発生し、突発的に真空装置のダウンタイムが発生する可能性もある。こうした事態は、製造計画に悪影響を及ぼす。
効率的にクライオポンプの劣化状況を把握するためには、クライオポンプシステムに監視機能または自己診断機能を搭載し、クライオポンプの運転状態を監視することが好ましい。
本発明者は、クライオポンプの通常のオペレーションの一環として行われる再生処理を利用してクライオポンプの動作を監視することで、クライオポンプの劣化状況を監視し、メンテナンス時期の的確な把握ができることに想到した。
各処理の後の状態が基準を満たさないと判断された場合、同じ処理が繰り返し実施されたり、追加の処理が実施される。図1において、破線で表されている処理は、必要な場合にのみ実施される。
クライオパネル温度の測定値が再生温度に達するまで昇温処理3が継続され、再生温度に達したと判定されると昇温処理3は終了する。
追加パージ処理6は、1回のガスパージ工程を含む。
図1の例においては、基本パージ処理4のあとに、排気処理5a、5b、5cが実施され、追加パージ処理6の後に排気処理5dが実施される。本明細書において、個々の排気処理5a〜5dを総称して、単に「排気処理5」ともいう。
なお、後述するように、排気処理5は、第1のレベルまで排気する第1排気処理と、第2のレベルまで排気する第2排気処理とに分けて実施されてもよい。
実施形態にかかるクライオポンプ制御装置は、例えば、追加パージ処理6として実施されたガスパージ工程の回数を監視することにより、クライオポンプの性能劣化を検知する。
図2は、実施形態にかかるクライオポンプシステム100を模式的に示す。クライオポンプシステム100は、クライオポンプ10、圧縮機34、パージガス供給装置60、粗引ポンプ70、およびクライオポンプ制御装置80を備える。クライオポンプ10は、例えばイオン注入装置やスパッタリング装置等の真空装置の真空チャンバに取り付けられ、真空チャンバ内部の真空度を所望の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。
クライオポンプ10は、ポンプ容器36と、放射シールド44と、クライオパネル48と、冷凍機20と、を含む。
粗引ポンプ70は、例えば、クライオポンプで排気を開始する前の準備段階としてポンプ容器36内を粗く真空引きするために用いられる。
ラフバルブ72を開き、かつ粗引ポンプ70を動作させることにより、粗引ポンプ70によって、ポンプ容器36の内部を真空引きすることができる。
クライオポンプ10の再生処理1は、クライオポンプ制御装置80により制御される。
既述の構成要素には、図3においても同じ符号を付し、説明は省略する。図3は、クライオポンプ制御装置80の構成、特に、再生処理1に関連する構成を示す。
クライオポンプ制御装置80は、昇温処理制御部86、パージ処理制御部90、排気処理制御部84、劣化判定部88、および、送信部96を備える。
クライオポンプシステム100において、クライオポンプ制御装置80とクライオポンプ制御装置80により制御される装置との間にI/Oモジュール(図示せず)を設け、クライオポンプ制御装置80を離れた場所に設置してもよい。
昇温処理制御部86は、クライオポンプ10内に備えられた温度センサ(図示せず)から、ポンプ容器36内の温度の測定値を取得し、再生温度に達したとき昇温工程を終了する。
基本パージ処理制御部92は、昇温工程終了後、ラフバルブ72を閉じてパージバルブ62を開くことでガスパージ工程を開始する。基本パージ処理制御部92は、ガスパージ工程開始後、所定時間経ったとき、または、圧力が所定の値に達したとき、パージバルブ62を閉じ、ラフバルブ72を開くことで、ガスパージ工程を終了させ、粗引き工程を開始する。粗引き工程開始後、所定時間経ったとき、または、圧力が所定の値に達したとき、基本パージ処理制御部92は再びパージバルブ62を開き、ラフバルブ72を閉じて、ガスパージ工程を開始する。
このようにして、基本パージ処理制御部92は、基本パージ処理4に含まれるガスパージ工程をその回数分、粗引き工程を間に挟んで繰り返して実施する。
本明細書において、追加パージ処理6として実施されるガスパージ工程のことを、「リパージ工程」、または「リパージ」と呼ぶ。
なお、パージ中などポンプ容器36内の圧力が大気圧より高い状態では図示しないベントバルブを使用し、大気圧よりも低い状態では粗引ポンプ70を使用して気体をクライオポンプ10の外部へ排出してもよい。
排気処理制御部84は、真空到達時間判定において、真空引きを開始してから所定時間内に所定の圧力まで真空引きできていない、すなわち真空度到達時間基準が満たされないと判定した場合、追加パージ処理6の実施を決定する。
排気処理制御部84は、真空度到達時間基準が満たされていると判定した場合、続いて、真空度保持判定をする。
所定時間経過後の圧力上昇値が所定の許容範囲を超えている場合、排気処理制御部84は、真空度保持基準が満たされていないと判定し、再び排気処理5を実施する。
一方、所定時間経過後の圧力上昇値が所定の許容範囲内である場合、排気処理制御部84は、真空度保持基準が満たされていると判定し、排気処理5を終了する。排気処理5が終了すると、再生処理1は終了し、クライオポンプ10の立上処理2の冷却処理7が開始される。
しかしながら、クライオパネル48に残留している気体の量が多かったり、離脱しにくい状態で付着している場合、排気処理5を何度も繰り返すよりも、追加パージ処理6を1回実施した方が、残留気体を早く排気できることも多い。
最適な要追加パージ基準回数は、クライオポンプ10の使用条件、排気する気体の種類などによって異なるため、経験則ないし実験により要追加パージ基準回数を定めてもよい。
追加パージ処理6を実施した後も、真空度条件を満たしていないと判定され、再度の追加パージ処理6が必要となる場合、クライオポンプ10の部品などに劣化が起きている可能性がある。
最適な劣化判定基準回数は、使用条件、排気する気体の種類などによって異なるため、経験則ないし実験により劣化判定基準回数を定めてもよい。
しかし、複数回の再生処理1を継続的に監視したときに、リパージ回数が劣化判定基準回数以上となることが多い傾向がある場合には、クライオポンプ10に劣化が発生している可能性が高く、メンテナンスの必要性が高いといえる。
ここで、直近の複数回(以下、「累積回数」ともいう)とは、リパージ回数の偏差を平均化することが可能な回数であり、例えば2回〜10回程度である。
クライオポンプ10の使用状況、例えば、使用毎の排気対象気体や排気量の異同などにより、最適な累積回数は異なるため、経験則ないし実験により累積回数を定めてもよい。
ここで、真空装置110とは、クライオポンプ10と直接接続される真空チャンバを有する装置のみならず、その装置を制御するための装置をも含む。
これにより、クライオポンプ制御装置80が突然故障した場合などに影響を受ける真空装置110のユーザに、適切にクライオポンプ10の状態を通知することができる。
これにより、ユーザや装置に対してクライオポンプ10のメンテナンスの要否や時期についての適切な判断材料を提示することができる。
所定の処理とは、警告メッセージの表示や警告音の発生で、ユーザへの注意喚起処理である。別の例として、真空チャンバで処理中の製品や試作品、実験材料などに悪影響がないように安全に真空装置110の運転を停止する処理であってもよい。
真空装置110は、警告が緊急度情報を含むときには、緊急度情報に応じて異なる処理を実施してもよい。すなわち、真空装置110は、緊急度が低い警告を受信した場合には注意喚起処理を、緊急度が高い警告を受信した場合には運転停止処理を実施してもよい。
図4は、実施形態にかかるクライオポンプ10の再生処理1および、その後の立上処理2を示す。
まず、昇温処理制御部86が昇温処理3(S10)を実施する。
続いて基本パージ処理制御部92は基本パージ処理4を実施する(S12)。基本パージ処理4においては、所定回数のガスパージ工程が、粗引き工程を挟んで実施される。
真空度条件が満たされている場合(S16のY)、排気処理5は終了する。そして、冷凍機20が冷却運転を開始し、クライオパネル48を再冷却する(S18)。冷却処理7が完了すると、クライオポンプ10の真空排気運転の再開が可能となる。
排気処理制御部84は、真空引きを開始してから所定時間経過したときに、クライオポンプ10内の圧力を所定の圧力まで真空引きできているか判定する真空到達時間判定を行う(S32)。
続いて、排気処理制御部84は、真空度保持判定を行う(S36)。
排気処理5の連続実施回数が、要追加パージ基準回数に達していない場合(S38のN)、追加パージ処理制御部94は、追加パージ処理6を行わないことを決定し、排気処理制御部84は、再び排気処理5を実施する(S30)。
劣化判定部88は、再生処理1におけるリパージ回数が、劣化判定基準回数以上であるか否か、判定する(S40)。
リパージ回数が劣化判定基準回数以上である場合(S40のY)、送信部96は、真空装置110に警告を送信し、追加パージ処理制御部94は、追加パージ処理6を実施する(図4のS20)。
リパージ回数が劣化判定基準回数に達していない場合(S40のN)には、警告は送信されない。この場合も、追加パージ処理制御部94は、追加パージ処理6を実施する(図4のS20)。
すなわち、真空到達時間判定条件を満たさないために必要と判定された(S32のN)追加パージ処理6のガスパージ工程(以下、「真空到達時間起因リパージ」ともいう)と、排気処理5が連続して所定回数以上実施されたために必要と判定された(S38のY)追加パージ処理6のガスパージ工程(以下、「連続排気処理起因リパージ」ともいう)とを、別個にそれぞれ計数してもよい。この場合、真空到達時間起因リパージと、連続排気処理起因リパージのそれぞれについて、異なる劣化判定基準回数を設定してもよい。
変形例にかかる再生処理1も、図1と同様の構成を有するが、排気処理5が、第1排気処理と第2排気処理とを含む。
第1の圧力レベルは、パージ処理が実施されたときのクライオポンプ10内の圧力より低く、ベース圧力より高い。なお、本明細書において、第1の圧力レベルのことを、「中間圧力」ともよぶ。
続いて、基本パージ処理制御部92は基本パージ処理4を実施する(S52)。基本パージ処理4においては、複数回のガスパージ工程が粗引き工程を挟んで所定回数実施される。
第1真空度条件判定条件が満たされている場合には(S56のY)、第1排気処理は終了する。
第2真空度条件が満たされている場合には(S60のY)、第2排気処理は終了する。
第1排気処理および第2排気処理が完了すると、冷却処理7を経て、クライオポンプ10の真空排気運転を再開することができる。
排気処理制御部84は、ラフバルブ72を開けて、粗引ポンプ70によるポンプ容器36内の真空引きを開始する(S70)。
排気処理制御部84は、真空引きを開始してから所定時間経過したときに、クライオポンプ10内の圧力が中間圧力に達したか否か判定する第1真空到達時間判定を行う(S72)。具体的には、例えば1分以内に200Pa以下の圧力まで真空引きされたか否か、判定する。
続いて、排気処理制御部84は第1真空度保持判定を行う(S76)。具体的には、例えば、排気を停止してから30秒後の圧力が230Pa以下であるか、判定する。
第1排気処理の連続実施回数が、第1要追加パージ基準回数に達していない場合(S78のN)、追加パージ処理制御部94は追加パージ処理6を行わないことを決定する。第1要追加パージ基準回数は1〜20回の範囲で定めてよく、例えば5回である。この場合、排気処理制御部84は、再び第1排気処理を実施する(S70)。
排気処理制御部84は、真空引きを開始してから所定時間経過したときに、クライオポンプ10内の圧力がベース圧力まで真空引きできたか否か判定する第2真空到達時間判定を行う(S86)。具体的には、例えば、5分以内にベース圧力以下に真空引きされたか否か判定する。 ベース圧力は、例えば1〜50Paの範囲で定める。一例としてベース圧力は10Pa程度である。
続いて、排気処理制御部84は、排気を停止してから所定時間経過したときの圧力上昇値が、所定の許容範囲内であるか判定する第2真空度保持判定を行う(S90)。許容される圧力上昇の上限値は、例えば1〜50Paの範囲で定める。一例として5Pa程度と定めてもよい。ベース圧力を10Paとし、許容される圧力上昇の上限値を5Paとした場合、排気処理制御部84は例えば、1分後の圧力が15Pa以下であるか否か判定する。
第2排気処理の連続実施回数が、第2要追加パージ基準回数に達していない場合(S92のN)、追加パージ処理制御部94は追加パージ処理6を行わないことを決定する。第2要追加パージ基準回数は、1〜20回の範囲で定めてよく、例えば10回である。この場合、排気処理制御部84は、再び第2排気処理を実施する(S84)。
例えば、再生処理1の昇温処理3に要する昇温時間、および、再生処理1終了後の冷却処理7に要する冷却時間をパラメータとしてもよい。この場合、昇温処理制御部86は、再生処理1における実際の昇温時間が昇温劣化基準時間よりも長いか否か判定し、実際の昇温時間が昇温劣化基準時間よりも長い場合、送信部96が警告を送信する。
同様に、昇温処理制御部86は、再生処理1における実際の冷却時間が冷却劣化基準時間よりも長いか否か判定し、実際の冷却時間が冷却劣化基準時間よりも長い場合、送信部96が警告を送信する。
また、冷却時間とは、再生処理1終了後、冷凍機20が冷却運転を開始してから、所定のクライオポンプ動作温度まで、クライオパネル48を冷却するために要する時間である。
これにより、点検のための時間を特に設けることなく、また、特別に監視用の装置を設けることなく、メンテナンスの必要性を事前に察知でき、真空装置110のダウンタイムの突発的発生を抑制できる。
Claims (7)
- 気体を冷却して凝縮または吸着させるクライオパネルと、前記クライオパネルを収容するポンプ容器とを備えるクライオポンプを制御するクライオポンプ制御装置であって、
前記クライオポンプの再生処理は、1回以上のガスパージ工程を含む基本パージ処理と、ポンプ容器内を真空度保持判定レベルまで真空引きしてから真空度保持状態を判定する1回以上の排気処理と、必要な場合に1回以上追加実施される1回以上のガスパージ工程を含む追加パージ処理と、を含み、
本クライオポンプ制御装置は、
1回の再生処理において実施が必要となった1回以上の追加パージ処理に含まれる1回以上のガスパージ工程の合計数であるリパージ回数が、劣化判定基準回数に達した否か判定する劣化判定部を備えることを特徴とするクライオポンプ制御装置。 - 前記劣化判定部は、複数回の再生処理について平均したリパージ回数が、劣化判定基準回数に達したか否か判定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制御装置。
- 排気処理制御部と、
追加パージ処理の要否を決定する追加パージ処理制御部と、をさらに備え、
前記排気処理制御部は、前記真空度保持状態の判定において、ポンプ容器内真空度保持状態が真空度保持基準を満たしていないと判定した場合に、再び排気処理を実施することを決定し、
前記追加パージ処理制御部は、排気処理の連続実施回数が、要追加パージ基準回数に達した場合に、追加パージ処理を実施することを決定することを特徴とする請求項1または2に記載のクライオポンプ制御装置。 - 前記劣化判定部が、リパージ回数が劣化判定基準回数に達したと判定したとき、警告を送信する送信部をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のクライオポンプ制御装置。
- 気体を冷却して凝縮または吸着させるクライオパネルと、前記クライオパネルを収容するポンプ容器とを備えるクライオポンプであって、その再生処理は、1回以上のガスパージ工程を含む基本パージ処理と、ポンプ容器内を真空度保持判定レベルまで真空引きしてから真空度保持状態を判定する1回以上の排気処理と、必要な場合に1回以上追加実施される1回以上のガスパージ工程を含む追加パージ処理と、を含むクライオポンプと、
前記クライオポンプを制御するクライオポンプ制御装置と、を備えるクライオポンプシステムであって、
前記クライオポンプ制御装置は、
1回の再生処理において実施が必要となった1回以上の追加パージ処理に含まれる1回以上のガスパージ工程の合計数であるリパージ回数が、劣化判定基準回数に達した否か判定する劣化判定部を備えることを特徴とするクライオポンプシステム。 - 前記クライオポンプが気体を排気するために接続される真空装置をさらに備え、
前記クライオポンプ制御装置は、リパージ回数が劣化判定基準回数に達したと判定したとき、警告を送信する送信部をさらに備え、
前記真空装置は、前記送信部から送信部された警告を受信して、所定の処理を行うことを特徴とする請求項5に記載のクライオポンプシステム。 - 気体を冷却して凝縮または吸着させるクライオパネルと、前記クライオパネルを収容するポンプ容器とを備えるクライオポンプであって、その再生処理は、1回以上のガスパージ工程を含む基本パージ処理と、ポンプ容器内を真空度保持判定レベルまで真空引きしてから真空度保持状態を判定する1回以上の排気処理と、必要な場合に1回以上追加実施される1回以上のガスパージ工程を含む追加パージ処理と、を含むクライオポンプを監視する方法であって、
1回の再生処理において実施が必要となった1回以上の追加パージ処理に含まれる1回以上のガスパージ工程の合計数であるリパージ回数が、劣化判定基準回数に達した否か判定することを特徴とするクライオポンプ監視方法。
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