JP3022200B2 - 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

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JP3022200B2
JP3022200B2 JP6227468A JP22746894A JP3022200B2 JP 3022200 B2 JP3022200 B2 JP 3022200B2 JP 6227468 A JP6227468 A JP 6227468A JP 22746894 A JP22746894 A JP 22746894A JP 3022200 B2 JP3022200 B2 JP 3022200B2
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JP
Japan
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gas
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cryopump
vacuum chamber
cold
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徳二 西場
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/06Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means
    • F04B37/08Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means by condensing or freezing, e.g. cryogenic pumps

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はクライオポンプに係わ
り、特に詳しくは極低温に冷却したコールドヘッドのパ
ネル部に凝縮・吸着などしたガスを所要時に気化して排
出し、クライオポンプのガス排出機能を再生する方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】クライオポンプは、極低温に冷却したパ
ネル面にガスを凝縮や凝固させたり、活性炭などを配し
たガス吸着面に吸着などさせてこれを排気する真空ポン
プの一種であり、半導体製造装置に組み込むなどして使
用されており、その構造や機能については特開昭63−
183279号公報などに開示されている。
【0003】クライオポンプのガス排出力は、パネル表
面などに凝縮・凝固・吸着(以下、凝縮などと云う)し
たガスの増加と共に低下する。
【0004】このため、定期的にクライオポンプの再生
作業、すなわちパネル面に凝縮などしたガスを取り除く
必要があり、実開昭57−61188号(以下、従来技
術1と云う)・特開平3−117689号(以下、従来
技術2と云う)には電熱加熱により再生する具体的な提
案がなされている。
【0005】すなわち、従来技術1のクライオポンプ1
は、図4に示したように高温側の第1段コールドヘッド
5の部分に加熱手段14を設置したものであり、このよ
うに構成したクライオポンプにおいては、制御器18を
操作して加熱手段14による加熱を停止した状態では、
冷却ユニット9からシリンダ10・11内に循環供給す
る冷却媒体(例えば、ヘリウムガス)により、第1段コ
ールドヘッド5のラジエーションシールド4に繋がるバ
ッフル4aと第2段コールドヘッド7のコールドパネル
6とを極低温に冷却して、これらの冷却したパネル表面
にガスを凝縮などさせることができる。
【0006】そして、パネル部にガスが多量に凝縮など
して排気する能力が低下すると、制御器18によって加
熱手段14を所定の温度に加熱して真空チャンバー3内
に残留した液体などを気化させながら、バルブ21・2
2を開けて再生ガス供給管23から真空チャンバー内に
再生ガスとして、例えば乾燥した窒素ガスを供給し、チ
ャンバー内で気化したガスを前記再生ガスと共に排気管
24から排出することで、クライオポンプの再生を図っ
ている。
【0007】一方、従来技術2のクライオポンプ1は、
図5に示したように低温側の第2段コールドヘッド7の
コールドパネル6に加熱手段15が設置された構成であ
り、この加熱手段15によってコールドパネル6を真空
チャンバー3内の他の部分よりも速く所定の温度に到達
させて、再生時にこのコールドパネル6と第1段コール
ドヘッド5から昇華する低揮発性ガスが吸着パネルに再
吸着されるのを抑制するとしている。
【0008】高温側の第1段コールドヘッド5を加熱す
るか、低温側の第2段コールドヘッド7を加熱するか
は、排出するガスの種類によって異なる。例えば、水の
ような比較的凝縮・凝固温度の高いものは第1段コール
ドヘッドのパネルに凝縮・凝固するので、1段目のコー
ルドヘッドを加熱し、アルゴンや水素など比較的凝縮温
度が低いガスについては第2段コールドヘッドのパネル
に凝縮するため、この場合は2段目のコールドヘッドを
加熱するような工夫がなされている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、クライオポン
プのガス排出能力を完全に再生させるためには、1段目
と2段目のコールドヘッドの両方を凡そ室温まで上昇さ
せなければならないが、図6・図7に例示したように、
加熱手段を第1段コールドヘッドに設置したクライオポ
ンプでは第2段コールドヘッドの温度上昇に時間を要
し、加熱手段を第2段コールドヘッドに設置したクライ
オポンプでは第1段コールドヘッドの温度上昇に時間を
要すると云った問題点があり、この点の解決が課題とな
っていた。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記従来技
術の課題を解決するための具体的手段として、真空チャ
ンバー内に設置した冷却温度レベルが異なる複数の極低
温のコールドヘッドにガスを凝縮・吸着などして除去す
るクライオポンプにおいて、真空チャンバー内と被排気
室との連通を遮断し、コールドヘッドそれぞれに設置し
た加熱手段により異なる熱量を与えてコールドヘッドそ
れぞれの温度を上昇させ、コールドヘッドそれぞれに凝
縮・吸着などしたガスを気化し、この気化したガスを真
空チャンバー内に供給した再生ガスと共に排出するクラ
イオポンプの再生方法と、
【0011】真空チャンバー内に設置した冷却温度レベ
ルおよび熱容量が異なる複数の極低温のコールドヘッド
にガスを凝縮・吸着などして除去するクライオポンプに
おいて、真空チャンバー内と被排気室との連通を遮断
し、コールドヘッドの冷却温度および熱容量の相違に基
づいた熱量をコールドヘッドそれぞれに設置した加熱手
段により与えてコールドヘッドそれぞれの温度を上昇さ
せると共に、コールドヘッドの温度差を所定値以下に制
御し、コールドヘッドそれぞれに凝縮・吸着などしたガ
スを気化し、この気化したガスを真空チャンバー内に供
給した再生ガスと共に排出するクライオポンプの再生方
法と、を提供することにより、前記した従来技術の課題
を解決するものである。
【0012】
【作用】第1段コールドヘッドと第2段コールドヘッド
が冷却温度と熱容量の相違に基づいてそれぞれ加熱され
るので、両方のコールドヘッドを速やかに、且つ、室温
にまで同時に昇温させることができる。このため、第1
段コールドヘッドと第2段コールドヘッドに凝縮などし
ていたガスが、速やかに気化して再生ガスと共に排出さ
れる。
【0013】
【実施例】以下、図1〜図3に基づいて、本発明になる
クライオポンプ1の再生方法を詳細に説明する。なお、
図1において、図4・図5中の符号と同一の符号で示す
部分は、これらの図により説明した部分と同一の機能を
果たす部分である。
【0014】クライオポンプ1の構成と機能それ自体は
従来周知であり、一端に開閉可能なゲートバルブ2を備
えた真空チャンバー3の内部に、輻射シールドパネルと
も呼ばれるラジエーションシールド4を先端部に有する
第1段コールドヘッド5と、クライオパネルとも呼ばれ
るコールドパネル6を先端部に有する第2段コールドヘ
ッド7とを備えて、前記ゲートバルブ2を介して被排気
室8に接続され、冷却ユニット9の冷却作用によりラジ
エーションシールド4およびこのラジエーションシール
ド4に連設されたバッフル4aが例えば50Kに冷却さ
れ、コールドパネル6が例えば10Kに冷却され、高温
側のラジエーションシールド4およびバッフル4aに凝
縮温度が比較的高い例えば水や炭化水素などを凝縮・凝
固し、低温側のコールドパネル6に凝縮温度の低いアル
ゴンや水素ガスなどを凝縮して、被排気室8の真空度を
高めるためのものである。
【0015】なお、シリンダ10・11内に冷却ユニッ
ト9から循環供給される極低温のヘリウムガスによっ
て、ラジエーションシールド4・バッフル4a・コール
ドパネル6が所定の温度に速やかに冷却されるように、
シリンダ10・11の先端に配設され、ラジエーション
シールド4・コールドパネル6を固定しているコールド
ヘッド本体部12・13と、ラジエーションシールド
4、バッフル4a、コールドパネル6とを熱伝導率の良
い銅により形成してある。
【0016】一方、シリンダ10は薄いステンレス鋼板
から成り、内部にメッシュ状の銅を備えたディスプレー
サを構成しており、シリンダ11も薄いステンレス鋼板
の内部に粒状の鉛を備えたディスプレーサを構成してい
る。このため、第1段コールドヘッド5と第2段コール
ドヘッド7とは、実質的に断熱状態にある。
【0017】上記構成のクライオポンプ1は、前記した
ようにラジエーションシールド4・バッフル4a・コー
ルドパネル6に凝縮などしたガスの量が増えると、これ
ら表面での伝熱効率が低下し、冷却作用が損なわれて所
要のガスを凝縮することができなくなるので、第1段コ
ールドヘッド5のラジエーションシールド4に加熱手段
14、第2段コールドヘッド7のコールドパネル6に加
熱手段15を、それぞれのコールドヘッド本体部を囲繞
するように設置すると共に、ラジエーションシールド4
・コールドパネル6それぞれに温度センサ16・17を
加熱手段14・15から適宜の距離だけ離間した位置に
設置してラジエーションシールド4・コールドパネル6
の温度が別々に計測できるように構成し、且つ、温度セ
ンサ16・17が計測して出力する冷却時の温度と、第
1段コールドヘッド5(バッフル4aを含む)と第2段
コールドヘッド7の熱容量とに基づいて、加熱手段14
・15それぞれの単位時間当たりの発熱量を制御器18
が制御できるように構成してある。
【0018】すなわち、制御器18は記憶・演算・比較
など所要の機能を備えたマイコンなどからなるものであ
り、第1段コールドヘッド5のラジエーションシールド
4・バッフル4a・第2段コールドヘッド7のコールド
パネル6がそれぞれ所定の極低温、例えば50Kと10
Kに冷却された状態から、例えば20分間の通電で共に
300Kに昇温するような通電量を、加熱手段14・1
5それぞれにつき両コールドヘッドの熱容量を考慮し
て、具体的には実験的に求めて記憶してある。
【0019】したがって、例えば真空計19が計測する
被排気室8の真空度が所定の真空度に達しなくなった時
に、クライオポンプ1の運転を自動または手動により停
止し、ゲートバルブ2を自動または手動により閉じて真
空チャンバー3の内部と被排気室8との連通を断ち、温
度センサ16・17によってラジエーションシールド4
・コールドパネル6の温度をそれぞれ計測する。
【0020】ラジエーションシールド4・コールドパネ
ル6の温度がそれぞれ所定の50Kと10Kであると確
認した後、制御器18が記憶している電流を加熱手段1
4・15それぞれに流して発熱量が個別に制御されるの
で、ラジエーションシールド4・コールドパネル6の温
度は図2に示したように、再生開始から20分後に同時
に300Kに達する。
【0021】再生を開始すると、ラジエーションシール
ド4・バッフル4a・コールドパネル6の温度が上昇
し、吸着ガスがパネルから放出する。真空チャンバー3
内の圧力が徐々に上昇し、大気圧になった時点でバルブ
21・22を開け、再生ガス供給管23から再生ガスと
して、例えば乾燥した窒素ガスを供給する。
【0022】上記操作により、真空チャンバー3内は加
熱手段14・15の発熱により残留液体などが気化する
温度に短時間に昇温し、これによりラジエーションシー
ルド4・バッフル4aに凝縮・凝固して付着していた水
や炭化水素、コールドパネル6に凝縮して付着していた
アルゴンや水素ガスなどが全て気化するので、これらの
ガスが再生ガスと共に排気管24より速やかに外部に排
出されて、クライオポンプ1は再使用可能な状態に再生
される。
【0023】なお、熱容量の小さい第2段コールドヘッ
ド7に設置した加熱手段15に流す電流と同じ電流を、
熱容量の大きい第1段コールドヘッド5に設置した加熱
手段14に流すと、図3のようにラジエーションシール
ド4が所定の温度の300Kに達するのに、コールドパ
ネル6が所定の300Kに達するより遥かに長い時間を
要する。
【0024】ところで、本発明は上記実施例に限定され
るものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から
逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。
【0025】例えば、再生開始時のラジエーションシー
ルド4・コールドパネル6の一方または両方が所定の温
度から外れている場合に、例えば前記図2のように再生
経過時間と温度との関係を実現させるために記憶した電
流値より、温度センサ16・17が計測した温度が低い
時には多目に流し、計測した温度が高い時には少な目に
流して、図2の制御カーブに収斂するように加熱手段1
4・15に流す電流値を適宜制御し、ラジエーションシ
ールド4・コールドパネル6の温度が共に20分後に3
00Kに昇温するように制御しても良い。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、真空チャンバー内
に設置した冷却温度レベルが異なる複数の極低温のコー
ルドヘッドにガスを凝縮・吸着などして除去するクライ
オポンプにおいて、真空チャンバー内と被排気室との連
通を遮断し、コールドヘッドそれぞれに設置した加熱手
段により異なる熱量を与えてコールドヘッドそれぞれの
温度を上昇させ、コールドヘッドそれぞれに凝縮・吸着
などしたガスを気化し、この気化したガスを真空チャン
バー内に供給した再生ガスと共に排出するクライオポン
プの再生方法であり、
【0027】真空チャンバー内に設置した冷却温度レベ
ルおよび熱容量が異なる複数の極低温のコールドヘッド
にガスを凝縮・吸着などして除去するクライオポンプに
おいて、真空チャンバー内と被排気室との連通を遮断
し、コールドヘッドの冷却温度および熱容量の相違に基
づいた熱量をコールドヘッドそれぞれに設置した加熱手
段により与えてコールドヘッドそれぞれの温度を上昇さ
せると共に、コールドヘッドの温度差を所定値以下に制
御3、コールドヘッドそれぞれに凝縮・吸着などしたガ
スを気化し、この気化したガスを真空チャンバー内に供
給した再生ガスと共に排出するクライオポンプの再生方
法であるので、
【0028】上記何れの再生方法においても、第1段コ
ールドヘッドと第2段コールドヘッドの温度を同時に室
温まで昇温させて、コールドヘッドに凝縮などしていた
ガスを気化して再生ガスと共に速やかに排出することが
可能であり、したがって再生作業が速やかに行え、装置
の大幅な稼働率アップが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】クライオポンプの説明図である。
【図2】再生方法を示す説明図である。
【図3】比較例を示す説明図である。
【図4】従来技術1の装置の説明図である。
【図5】従来技術2の装置の説明図である。
【図6】従来技術1による再生の説明図である。
【図7】従来技術2による再生の説明図である。
【符号の説明】
1 クライオポンプ 2 ゲートバルブ 3 真空チャンバー 4 ラジエーションシールド 4a バッフル 5 第1段コールドヘッド 6 コールドパネル 7 第2段コールドヘッド 8 被排気室 9 冷却ユニット 10・11 シリンダ 12・13 コールドヘッド本体部 14・15 加熱手段 16・17 温度センサ 18 制御器 19 真空計 21・22 バルブ 23 再生ガス供給管 24 排気管 A 第1コールドヘッドの温度上昇カーブ B 第2コールドヘッドの温度上昇カーブ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空チャンバー内に設置した冷却温度レ
    ベルが異なる複数の極低温のコールドヘッドにガスを凝
    縮・吸着などして除去するクライオポンプにおいて、真
    空チャンバー内と被排気室との連通を遮断し、コールド
    ヘッドそれぞれに設置した加熱手段により異なる熱量を
    与えてコールドヘッドそれぞれの温度を上昇させ、コー
    ルドヘッドそれぞれに凝縮・吸着などしたガスを気化
    し、この気化したガスを真空チャンバー内に供給した再
    生ガスと共に排出することを特徴とするクライオポンプ
    の再生方法。
  2. 【請求項2】 真空チャンバー内に設置した冷却温度レ
    ベルおよび熱容量が異なる複数の極低温のコールドヘッ
    ドにガスを凝縮・吸着などして除去するクライオポンプ
    において、真空チャンバー内と被排気室との連通を遮断
    し、コールドヘッドの冷却温度および熱容量の相違に基
    づいた熱量をコールドヘッドそれぞれに設置した加熱手
    段により与えてコールドヘッドそれぞれの温度を上昇さ
    せると共に、コールドヘッドの温度差を所定値以下に制
    御し、コールドヘッドそれぞれに凝縮・吸着などしたガ
    スを気化し、この気化したガスを真空チャンバー内に供
    給した再生ガスと共に排出することを特徴とするクライ
    オポンプの再生方法。
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