JP5634323B2 - クライオポンプシステム、クライオポンプのための再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、クライオポンプシステム、及びクライオポンプのための再生方法に関する。

クライオポンプは、極低温に冷却されたクライオパネルに気体分子を凝縮または吸着により捕捉して排気する真空ポンプである。クライオポンプは半導体回路製造プロセス等に要求される清浄な真空環境を実現するために一般に利用される。クライオポンプはいわゆる気体溜め込み式の真空ポンプであるから、捕捉した気体を外部に定期的に排出する再生を要する。排出のために粗引きポンプが使用される。

特表平８−５０７１１５号公報

複数のクライオポンプをもつ真空システムにおいては、粗引きポンプがいくつかのクライオポンプで共用されることがある。複数のクライオポンプの再生時間を全体として短縮するためには、それらを並行して再生することが好ましい。粗引きポンプをあるクライオポンプから別のクライオポンプに切り替える際には、それらクライオポンプの圧力は異なっているのが普通である。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、複数のクライオポンプの圧力差が再生プロセスに与える影響を緩和することにある。

本発明のある態様のクライオポンプシステムは、粗引きポンプを共用し、各々が粗引きバルブを含む複数のクライオポンプと、前記複数のクライオポンプの再生のために各粗引きバルブを制御するコントローラと、を備え、開放されている粗引きバルブの閉鎖と閉鎖されている他の粗引きバルブの開放との間に遅延時間が設定されている。

本発明の別の態様は、複数のクライオポンプのための再生方法である。該複数のクライオポンプは共通の粗引きラインに接続されている。この方法は、クライオポンプを前記粗引きラインを通じて排気する第１粗引きをすることと、前記第１粗引きから遅延時間を経て、他のクライオポンプを前記粗引きラインを通じて排気する第２粗引きをすることと、を含む。

本発明によれば、複数のクライオポンプの圧力差が再生プロセスに与える影響を緩和することができる。

本発明の一実施形態に係るクライオポンプシステムの全体構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るクライオポンプを模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る再生方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る制御処理を説明するためのフローチャートである。

図１は、本発明の一実施形態に係るクライオポンプシステム１００の全体構成を模式的に示す図である。クライオポンプシステム１００は、真空環境で物体に処理をする真空処理装置の真空チャンバ（図示せず）の真空排気をするために使用される。真空処理装置は例えば、イオン注入装置やスパッタリング装置等の半導体製造工程で用いられる装置である。

クライオポンプシステム１００は、複数台のクライオポンプ１０を含む。クライオポンプ１０は、真空チャンバに取り付けられて、真空チャンバ（図示せず）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。例えば１０^−５Ｐａ乃至１０^−８Ｐａ程度の高い真空度が真空チャンバに実現される。クライオポンプ１０は、その構成要素を収容するクライオポンプ容器３０と、ポンプ容器３０に設けられている粗引きバルブ７２と、を備える。一実施例に係るクライオポンプ１０の構成の詳細については、図２を参照して後述する。

クライオポンプシステム１００は、クライオポンプコントローラ（以下ではＣＰコントローラとも称する）２０を備える。ＣＰコントローラ２０は、クライオポンプ１０を制御する。つまりクライオポンプ１０はＣＰコントローラ２０が決定した制御指令に従って運転される。ＣＰコントローラ２０は粗引きバルブ７２の開閉も制御する。

ＣＰコントローラ２０は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース、メモリ等を備える。また、ＣＰコントローラ２０は、真空処理装置を制御するためのホストコントローラ（図示せず）とも通信可能に構成されている。ＣＰコントローラ２０は、クライオポンプ１０とは別体にまたは一体に構成されている。図１ではクライオポンプ１０とＣＰコントローラ２０との制御通信線を破線で示す。

クライオポンプ１０を粗引きするための粗引きライン９０が設けられている。クライオポンプシステム１００が粗引きライン９０を含んでいてもよいし、クライオポンプシステム１００によって排気される真空処理装置が粗引きライン９０を含んでいてもよい。粗引きライン９０は、クライオポンプシステム１００及び／または真空処理装置の真空排気をするための真空排気システムの一部であってもよい。この真空排気システムがクライオポンプシステム１００を含んでもよい。

粗引きライン９０は、複数のクライオポンプ１０の粗引きをするために設けられている。複数のクライオポンプ１０は共通の粗引きライン９０に接続されている。粗引きライン９０は、粗引きポンプ７３と粗引き配管９２とを含む。粗引きポンプ７３は複数のクライオポンプ１０に共通に設けられており、複数のクライオポンプ１０は粗引きポンプ７３を共用する。粗引きポンプ７３が２台以上設けられ、それらの粗引きポンプが複数のクライオポンプ１０に共用されてもよい。粗引きポンプ７３は真空処理装置の真空チャンバに接続され、その真空チャンバの排気のために使用されてもよい。

粗引きポンプ７３は、複数のクライオポンプ１０の真空引きをするための真空ポンプであり、好ましくはラフポンプまたはドライポンプである。クライオポンプ１０は真空チャンバのための主ポンプであり、粗引きポンプ７３は補助ポンプである。粗引きポンプ７３は、クライオポンプ１０の動作圧力範囲の低真空領域、言い替えればクライオポンプ１０の動作開始圧力であるベース圧レベルをクライオポンプ１０に提供するための真空ポンプである。粗引きポンプ７３は、大気圧からベース圧レベルまでクライオポンプ容器３０を減圧することができる。ベース圧レベルは、粗引きポンプ７３の高真空領域にあたり、粗引きポンプ７３とクライオポンプ１０の動作圧力範囲の重なり部分に含まれる。ベース圧レベルは、例えば１Ｐａ以上１０Ｐａ以下の範囲である。

粗引き配管９２は、粗引きポンプ７３と複数のクライオポンプ１０の粗引きバルブ７２とを接続する。粗引きバルブ７２は粗引きライン９０の一部であるとみなしてもよい。粗引き配管９２は、粗引きポンプ配管９４と、分岐部分９６と、クライオポンプ配管９８と、を含む。

粗引きポンプ配管９４は、粗引きポンプ７３を分岐部分９６に接続する。クライオポンプ配管９８は、複数のクライオポンプ１０それぞれに個別に設けられており、クライオポンプ１０と分岐部分９６とを接続する。粗引きバルブ７２と分岐部分９６とがクライオポンプ配管９８によって接続される。クライオポンプ配管９８は分岐部分９６で粗引きポンプ配管９４に合流する。分岐部分９６は例えばマニホールドであってもよい。粗引き配管９２はその一部が真空処理装置に含まれていてもよい。

こうして複数のクライオポンプ１０は粗引きポンプ７３に並列に接続されている。複数のクライオポンプ配管９８を通じた排気流れが分岐部分９６で粗引きポンプ配管９４に集約される。

粗引きバルブ７２は、クライオポンプ１０と粗引きポンプ７３との接続または遮断のための真空バルブである。粗引きバルブ７２は、粗引き配管９２によって粗引きポンプ７３に接続されている。粗引きバルブ７２を開くことにより、粗引きポンプ７３とクライオポンプ容器３０とが連通される。粗引きバルブ７２を閉じることにより、粗引きポンプ７３とクライオポンプ容器３０とが遮断される。粗引きバルブ７２を開きかつ粗引きポンプ７３を動作させることにより、クライオポンプ１０の内部をベース圧レベルに向けて減圧することができる。

なお、粗引きバルブ７２は複数のクライオポンプ１０のそれぞれに取り付けられていなくてもよい。例えば特定の少なくとも１つのクライオポンプ１０と粗引きポンプ７３との接続を切り替えるための切替機構が、粗引きライン９０の中途に設けられていてもよい。こうした切替機構を粗引きバルブ７２とみなしてもよい。

粗引きバルブ７２は、バルブ制御部例えばＣＰコントローラ２０からの開放指令を受けて開放され、閉鎖指令を受けて閉鎖される。真空排気運転中のクライオポンプ１０に対応する粗引きバルブ７２は閉鎖され、再生中のクライオポンプ１０に対応する粗引きバルブ７２は開放が許可される。粗引きバルブ７２は選択的かつ排他的に開放される。複数の粗引きバルブ７２は同時に開放されない。すなわち、粗引きポンプ７３に接続されている複数の粗引きバルブ７２の１つが開放されているときは他の粗引きバルブ７２は閉鎖される。このようにして、共通の粗引きポンプ７３はクライオポンプ１０を個別的に排気する。

ＣＰコントローラ２０は、複数のクライオポンプ１０で同時にまたは並行して再生を行うことを許容する。よって、ある１つのクライオポンプ１０の粗引き中に他のクライオポンプ１０で粗引き実行の要求が生じることがある。そこで、ＣＰコントローラ２０は、複数のクライオポンプ１０の粗引きの順番を調整する。

例えば、ＣＰコントローラ２０は、複数のクライオポンプ１０で粗引き実行の要求が生じた場合には、要求の生じた順に粗引きを順次実行する。ＣＰコントローラ２０は、ある１つのクライオポンプ１０の実行中の粗引きが完了するまでは、他のクライオポンプ１０の粗引きを禁止する。その間に更に他のクライオポンプ１０で粗引き実行の要求が生じた場合には、それ以前に粗引きの要求をしたすべてのクライオポンプ１０の粗引きが完了するまでそのクライオポンプ１０の粗引きは禁止される。

ＣＰコントローラ２０は必要に応じて、複数のクライオポンプ１０の粗引き順序を入れ替えてもよい。そのために、ＣＰコントローラ２０は、クライオポンプ１０または粗引き実行要求に優先順位を設定し、その優先順位によって粗引き順序を決めてもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係るクライオポンプ１０を模式的に示す図である。クライオポンプ１０は、クライオポンプ容器３０と、放射シールド４０と、冷凍機５０と、を含む。

冷凍機５０は、例えばギフォード・マクマホン式冷凍機（いわゆるＧＭ冷凍機）などの冷凍機である。冷凍機５０は、第１シリンダ１１、第２シリンダ１２、第１冷却ステージ１３、第２冷却ステージ１４、バルブ駆動モータ１６を備える。第１シリンダ１１と第２シリンダ１２は直列に接続される。第１シリンダ１１の第２シリンダ１２との結合部側には第１冷却ステージ１３が設置され、第２シリンダ１２の第１シリンダ１１から遠い側の端には第２冷却ステージ１４が設置される。図２に示す冷凍機５０は、二段式の冷凍機であり、シリンダを直列に二段組み合わせてより低い温度を達成している。冷凍機５０は冷媒管１８を介して圧縮機５２に接続される。

圧縮機５２は、例えばヘリウム等の冷媒ガス、すなわち作動気体を圧縮して、冷媒管１８を介して冷凍機５０に供給する。冷凍機５０は、作動気体を蓄冷器を通過させることにより冷却しつつ、まず第１シリンダ１１の内部の膨張室で、次いで第２シリンダ１２の内部の膨張室で膨張させてさらに冷却する。蓄冷器は膨張室内部に組み込まれている。これにより、第１シリンダ１１に設置される第１冷却ステージ１３は第１の冷却温度レベルに冷却され、第２シリンダ１２に設置される第２冷却ステージ１４は第１の冷却温度レベルよりも低温の第２の冷却温度レベルに冷却される。例えば、第１冷却ステージ１３は６５Ｋ〜１００Ｋ程度に冷却され、第２冷却ステージ１４は１０Ｋ〜２０Ｋ程度に冷却される。

膨張室で順次膨張することで吸熱し、各冷却ステージを冷却した作動気体は、再び蓄冷器を通過し、冷媒管１８を経て圧縮機５２に戻される。圧縮機５２から冷凍機５０へ、また冷凍機５０から圧縮機５２への作動気体の流れは、冷凍機５０内のロータリバルブ（図示せず）により切り替えられる。バルブ駆動モータ１６は、外部電源から電力の供給を受けて、ロータリバルブを回転させる。

ＣＰコントローラ２０は、第１冷却ステージ１３または第２冷却ステージ１４の冷却温度に基づいて冷凍機５０を制御する。そのために、第１冷却ステージ１３または第２冷却ステージ１４に温度センサ（図示せず）が設けられていてもよい。ＣＰコントローラ２０は、バルブ駆動モータ１６の運転周波数を制御することにより冷却温度を制御してもよい。そのためにＣＰコントローラ２０は、バルブ駆動モータ１６を制御するためのインバータを備えてもよい。ＣＰコントローラ２０は圧縮機５２、及び後述する各バルブを制御するよう構成されていてもよい。

図２に示されるクライオポンプ１０は、いわゆる横型のクライオポンプである。横型のクライオポンプとは一般に、冷凍機の第２冷却ステージ１４が筒状の放射シールド４０の軸方向に交差する方向（通常は直交方向）に沿って放射シールド４０の内部に挿入されているクライオポンプである。なお、本発明はいわゆる縦型のクライオポンプにも同様に適用することができる。縦型のクライオポンプとは、放射シールドの軸方向に沿って冷凍機が挿入されているクライオポンプである。

クライオポンプ容器３０は、一端に開口を有し他端が閉塞されている円筒状の形状に形成された部位（以下、「胴部」と呼ぶ）３２を有する。この開口は、クライオポンプが接続されるスパッタ装置等の真空チャンバから排気されるべき気体を受け入れるためのポンプ口３４として、設けられている。ポンプ口３４はクライオポンプ容器３０の胴部３２の上端部内面により画定される。また胴部３２にはポンプ口３４としての開口とは別に、冷凍機５０を挿通するための開口３７が形成されている。胴部３２の開口３７には円筒状の冷凍機収容部３８の一端が取り付けられ、他端は冷凍機５０のハウジングに取り付けられている。冷凍機収容部３８は冷凍機５０の第１シリンダ１１を収容する。

またクライオポンプ容器３０の胴部３２の上端には径方向外側に向けて取付フランジ３６が延びている。クライオポンプ１０は、取付フランジ３６を用いて取付先の真空チャンバに取り付けられる。

クライオポンプ容器３０は、クライオポンプ１０の内部と外部とを隔てるために設けられている。上述のようにクライオポンプ容器３０は胴部３２と冷凍機収容部３８とを含んで構成されており、胴部３２及び冷凍機収容部３８の内部は共通の圧力に気密に保持される。これによりクライオポンプ容器３０は、クライオポンプ１０の排気運転中は真空容器として機能する。クライオポンプ容器３０の外面は、クライオポンプ１０の動作中、すなわち冷凍機が作動している間も、クライオポンプ１０の外部の環境にさらされるため、放射シールド４０よりも高い温度に維持される。典型的にはクライオポンプ容器３０の温度は環境温度に維持される。ここで環境温度とは、クライオポンプ１０が設置されている場所の温度、またはその温度に近い温度をいい、例えば室温程度である。

また、クライオポンプ容器３０の冷凍機収容部３８の内部に圧力センサ５４が設けられている。圧力センサ５４は、冷凍機収容部３８の内部圧力すなわちクライオポンプ容器３０の圧力を周期的に測定し、測定圧力を示す信号をＣＰコントローラ２０に出力する。圧力センサ５４はその出力を通信可能にＣＰコントローラ２０に接続されている。なお圧力センサ５４はクライオポンプ容器３０の胴部３２に設けられてもよい。

圧力センサ５４は、粗引きポンプ７３により実現されるベース圧レベルと大気圧レベルの両方を含む広い計測範囲を有する。少なくとも再生処理中に生じ得る圧力範囲を計測範囲に含むことが望ましい。圧力センサ５４として、本実施形態では例えばクリスタルゲージを使用することが好ましい。クリスタルゲージとは、水晶振動子の振動抵抗が圧力によって変化する現象を利用して圧力を測定するセンサである。あるいは圧力センサ５４はピラニー真空計であってもよい。なお、真空レベルの測定用の圧力センサと、大気圧レベルの測定用の圧力センサとが、個別にクライオポンプ１０に設けられていてもよい。

クライオポンプ容器３０には、ベントバルブ７０、粗引きバルブ７２、及びパージバルブ７４が接続されている。ベントバルブ７０、粗引きバルブ７２、及びパージバルブ７４はそれぞれＣＰコントローラ２０により開閉が制御される。

ベントバルブ７０は、排出ライン８０の例えば末端に設けられている。あるいはベントバルブ７０は排出ライン８０の中途に設けられ末端には放出された流体を回収するためのタンク等が設けられていてもよい。ベントバルブ７０が開弁されることにより排出ライン８０の流れが許容され、ベントバルブ７０が閉弁されることにより排出ライン８０の流れが遮断される。排出される流体は基本的にはガスであるが、液体または気液の混合物であってもよい。例えばクライオポンプ１０に凝縮されたガスの液化物が排出流体に混在していてもよい。ベントバルブ７０が開弁されることにより、クライオポンプ容器３０の内部に生じた陽圧を外部に解放することができる。

排出ライン８０は、クライオポンプ１０の内部空間から外部環境へと流体を排出するための排出ダクト８２を含む。排出ダクト８２は例えばクライオポンプ容器３０の冷凍機収容部３８に接続されている。排出ダクト８２は流れ方向に直交する断面が円形のダクトであるが、その他のいかなる断面形状を有してもよい。排出ライン８０は、排出ダクト８２を排出される流体から異物を除去するためのフィルタを含んでもよい。このフィルタは、排出ライン８０においてベントバルブ７０の上流に設けられていてもよい。

ベントバルブ７０は、いわゆる安全弁としても機能するよう構成されている。ベントバルブ７０は、排出ダクト８２に設けられている例えば常閉型の制御弁である。ベントバルブ７０は更に、所定の差圧が作用したときに機械的に開弁されるよう閉弁力が予め設定されている。この設定差圧は例えば、クライオポンプ容器３０に作用し得る内圧やポンプ容器３０の構造的な耐久性等を考慮して適宜設定することができる。クライオポンプ１０の外部環境は通常大気圧であるから、設定差圧は大気圧を基準として所定の値に設定される。

ベントバルブ７０は通常、例えば再生中などのようにクライオポンプ１０から流体を放出するときにＣＰコントローラ２０によって開弁される。放出すべきでないときはＣＰコントローラ２０によってベントバルブ７０は閉弁される。一方、ベントバルブ７０は、設定差圧が作用したときに機械的に開弁される。このため、クライオポンプ内部が何らかの理由で高圧となったときに制御を要することなくベントバルブ７０は機械的に開弁される。それにより内部の高圧を逃がすことができる。こうしてベントバルブ７０は安全弁として機能する。このようにベントバルブ７０を安全弁と兼用することにより、２つの弁をそれぞれ設ける場合に比べてコストダウンや省スペース化という利点を得られる。

パージバルブ７４は図示しないパージガス供給装置に接続される。パージガスは例えば窒素ガスである。ＣＰコントローラ２０がパージバルブ７４を制御することにより、パージガスのクライオポンプ１０への供給が制御される。

放射シールド４０は、クライオポンプ容器３０の内部に配設されている。放射シールド４０は、一端に開口を有し他端が閉塞されている円筒状の形状、すなわちカップ状の形状に形成されている。放射シールド４０は、図２に示されるような一体の筒状に構成されていてもよく、また、複数のパーツにより全体として筒状の形状をなすように構成されていてもよい。これら複数のパーツは互いに間隙を有して配設されていてもよい。

クライオポンプ容器３０の胴部３２及び放射シールド４０はともに略円筒状に形成されており、同軸に配設されている。クライオポンプ容器３０の胴部３２の内径が放射シールド４０の外径を若干上回っており、放射シールド４０はクライオポンプ容器３０の胴部３２の内面との間に若干の間隔をもってクライオポンプ容器３０とは非接触の状態で配置される。すなわち、放射シールド４０の外面は、クライオポンプ容器３０の内面と対向している。なお、クライオポンプ容器３０の胴部３２および放射シールド４０の形状は、円筒形状には限られず、角筒形状や楕円筒形状などいかなる断面の筒形状でもよい。典型的には、放射シールド４０の形状はクライオポンプ容器３０の胴部３２の内面形状に相似する形状とされる。

放射シールド４０は、第２冷却ステージ１４およびこれに熱的に接続される低温クライオパネル６０を主にクライオポンプ容器３０からの輻射熱から保護する放射シールドとして設けられている。第２冷却ステージ１４は、放射シールド４０の内部において放射シールド４０のほぼ中心軸上に配置される。放射シールド４０は、第１冷却ステージ１３に熱的に接続された状態で固定され、第１冷却ステージ１３と同程度の温度に冷却される。

低温クライオパネル６０は、例えば複数のパネル６４を含む。パネル６４は例えば、それぞれが円すい台の側面の形状、いわば傘状の形状を有する。各パネル６４は、第２冷却ステージ１４に取り付けられているパネル取付部材６６に取り付けられている。各パネル６４には通常、活性炭等の吸着剤（図示せず）が設けられている。吸着剤は例えばパネル６４の裏面に接着されている。パネル取付部材６６に複数のパネル６４が互いに間隔をあけて取り付けられている。複数のパネル６４は、ポンプ口３４から見てポンプ内部に向かう方向に配列されている。

放射シールド４０の吸気口には、真空チャンバ等からの輻射熱から第２冷却ステージ１４およびこれに熱的に接続される低温クライオパネル６０を保護するために、バッフル６２が設けられている。バッフル６２は、例えば、ルーバ構造やシェブロン構造に形成される。バッフル６２は、放射シールド４０の中心軸を中心とする同心円状に形成されていてもよいし、あるいは格子状等他の形状に形成されていてもよい。バッフル６２は放射シールド４０の開口側の端部に取り付けられており、放射シールド４０と同程度の温度に冷却される。

放射シールド４０の側面には冷凍機取付孔４２が形成されている。冷凍機取付孔４２は、放射シールド４０の中心軸方向に関して放射シールド４０側面の中央部に形成されている。放射シールド４０の冷凍機取付孔４２はクライオポンプ容器３０の開口３７と同軸に設けられている。冷凍機５０の第２シリンダ１２及び第２冷却ステージ１４は冷凍機取付孔４２から放射シールド４０の中心軸方向に垂直な方向に沿って挿入されている。放射シールド４０は、冷凍機取付孔４２において第１冷却ステージ１３に熱的に接続された状態で固定される。

上記の構成のクライオポンプ１０による動作を以下に説明する。クライオポンプ１０の作動に際しては、まずその作動前に粗引きバルブ７２を通じて粗引きポンプ７３でクライオポンプ容器３０の内部を動作開始圧力例えば１Ｐａ乃至１０Ｐａ程度にまで粗引きする。圧力は圧力センサ５４により測定される。その後クライオポンプ１０を作動させる。ＣＰコントローラ２０による制御のもとで、冷凍機５０の駆動により第１冷却ステージ１３及び第２冷却ステージ１４が冷却され、これらに熱的に接続されている放射シールド４０、バッフル６２、クライオパネル６０も冷却される。

冷却されたバッフル６２は、真空チャンバからクライオポンプ１０内部へ向かって飛来する気体分子を冷却し、その冷却温度で蒸気圧が充分に低くなる気体（例えば水分など）を表面に凝縮させて排気する。バッフル６２の冷却温度では蒸気圧が充分に低くならない気体はバッフル６２を通過して放射シールド４０内部へと進入する。進入した気体分子のうちクライオパネル６０の冷却温度で蒸気圧が充分に低くなる気体は、クライオパネル６０の表面に凝縮されて排気される。その冷却温度でも蒸気圧が充分に低くならない気体（例えば水素など）は、クライオパネル６０の表面に接着され冷却されている吸着剤により吸着されて排気される。このようにしてクライオポンプ１０は取付先の真空チャンバの真空度を所望のレベルに到達させることができる。

排気運転が継続されることによりクライオポンプ１０には気体が蓄積されていく。蓄積した気体を外部に排出するために、排気運転が開始されてから所定時間が経過したときまたは所定の再生開始条件が満たされたときに、クライオポンプ１０の再生が行われる。再生処理は、昇温工程、排出工程、及び冷却工程を含む。

クライオポンプ１０の再生処理は例えばＣＰコントローラ２０により制御される。ＣＰコントローラ２０は、所定の再生開始条件が満たされたか否かを判定し、当該条件が満たされた場合には再生を開始する。その場合、ＣＰコントローラ２０は、冷凍機５０のクライオパネル冷却運転を中止し、冷凍機５０の昇温運転を、具体的には急速昇温を開始する。当該条件が満たされていない場合には、ＣＰコントローラ２０は再生を開始せず、例えば真空排気運転を継続する。

図３は、本発明の一実施形態に係る再生方法を説明するためのフローチャートである。再生処理は、排気運転中のクライオパネル温度よりも高温である再生温度にクライオポンプ１０を昇温する昇温工程を含む（Ｓ１０）。図３に示す再生処理の一例は、いわゆるフル再生である。フル再生は、クライオポンプ１０の低温クライオパネル６０及びバッフル６２を含むすべてのクライオパネルを再生する。クライオパネルは真空排気運転のための冷却温度から例えば常温付近の再生温度（例えば約３００Ｋ）まで加熱される。

昇温工程は、逆転昇温を含む。一実施例においては逆転昇温運転は、冷却運転とは冷凍機５０内のロータリバルブを逆方向に回転させることにより、作動気体に断熱圧縮を生じさせるよう作動気体の吸排気のタイミングを異ならせる。こうして得られる圧縮熱でクライオパネルを加熱する。

図３に示されるように、一実施例においては昇温工程は、急速昇温（Ｓ１１）と低速昇温（Ｓ１２）とを含む。急速昇温は、冷却運転におけるクライオパネル冷却温度から昇温速度切替温度まで比較的高速にクライオパネルを加熱する。低速昇温は、その昇温速度切替温度から再生温度まで急速昇温より低速にクライオパネルを加熱する。昇温速度切替温度は例えば２００Ｋ乃至２５０Ｋの温度範囲から選択される温度である。なお、こうした２段階の昇温は必須ではない。一定の昇温速度でクライオパネルは加熱されてもよいし、昇温速度が２段階よりも多段階に区分けされる昇温工程であってもよい。

昇温工程においてＣＰコントローラ２０は、急速昇温において低速昇温よりもバルブ駆動モータ１６を高回転で制御する。ＣＰコントローラ２０は急速昇温において、クライオパネル温度の測定値が昇温速度切替温度に達したか否かを判定する。ＣＰコントローラ２０は、当該切替温度に達するまでは急速昇温を継続し、当該切替温度に達した場合には急速昇温から低速昇温に切り替える。ＣＰコントローラ２０は低速昇温において、クライオパネル温度の測定値が再生温度に達したか否かを判定する。ＣＰコントローラ２０は、再生温度に達するまでは低速昇温を継続し、再生温度に達した場合には昇温工程を終了し、次の排出工程を開始する。

排出工程は、クライオパネル表面から再気化した気体をクライオポンプ１０の外部へ排出する（Ｓ１４）。再気化した気体は例えば排出ライン８０を通じて、または粗引きポンプ７３を使用して、外部に排出される。再気化した気体は、必要に応じてパージバルブ７４を通じて導入されるパージガスとともにクライオポンプ１０から排出される。排出工程においては、冷凍機５０の昇温運転が継続されていてもよいし、冷凍機５０の運転は停止されてもよい。

一実施例においては、排出工程はいわゆるラフアンドパージ工程を含んでもよい。これは、粗引きライン９０による粗引きとパージガスの導入とを複数回反復して気体を排出する工程である。粗引きライン９０を通じたクライオポンプ１０の減圧には、開始圧と終了圧とが設定される。開始圧は例えば大気圧である。終了圧は、ベース圧レベルよりも高圧であり、例えば５０Ｐａ乃至５００Ｐａ、好ましくは１００Ｐａ乃至３００Ｐａの範囲から選択される。この圧力領域を以下では準ベース圧レベルと呼ぶことがある。他の一実施例では終了圧はベース圧レベルであってもよい。ラフアンドパージ工程のクライオポンプ内圧は、こうした開始圧と終了圧とで定められる圧力領域を振動的に往復する。

本再生方法は、圧力により気体排出の完了を判定するビルドアップ判定工程を含む（Ｓ１６）。ビルドアップ判定は、排出工程と冷却工程との間にある。ビルドアップ判定は、排出工程の一部であるとみなされてもよい。ビルドアップ判定のために粗引きバルブ７２を含む各バルブは閉鎖され、クライオポンプ容器３０は気密に保持される。気体排出が完了していれば（それに加えて厳密にはリークがなければ）、クライオポンプ容器３０の圧力は維持される。

よって、ＣＰコントローラ２０は、圧力上昇勾配によって、即ち判定時間内における圧力上昇の有無によって気体排出が完了したか否かを判定する。圧力上昇の有無を判定するための圧力しきい値が予め設定されている。ＣＰコントローラ２０はビルドアップ判定のために、例えば圧力センサ５４によるクライオポンプ１０の内部の圧力測定値を使用する。

ＣＰコントローラ２０は、ビルドアップ判定が合格の場合、つまり圧力上昇がないと判定された場合に次工程例えば冷却工程に移行し、ビルドアップ判定が不合格の場合つまり圧力上昇があると判定された場合には排出工程に戻る。排出工程に戻る場合、ＣＰコントローラ２０は、再度粗引きのみをして改めてビルドアップ判定をするか、あるいはラフアンドパージをしたうえでビルドアップ判定をする。

一実施例においては、ＣＰコントローラ２０は、多段階のビルドアップ判定を実行してもよい。例えば、ＣＰコントローラ２０は、低真空領域での第１ビルドアップ判定と、それよりも高真空領域での第２ビルドアップ判定と、を実行してもよい。第１ビルドアップ判定は、ラフアンドパージ工程の終了圧が保たれるか否かの判定であってもよい。第１ビルドアップ判定は言い替えれば、準ベース圧レベルが保たれるか否かの判定であってもよい。

第１ビルドアップ判定に合格したクライオポンプ１０は、粗引きライン９０を通じてより低圧に、例えばベース圧レベルに減圧される。第２ビルドアップ判定は、ベース圧レベルが保たれるか否かの判定であってもよい。第２ビルドアップ判定に合格したクライオポンプ１０は、冷却工程に移行する。いずれかの段階のビルドアップ判定に不合格のクライオポンプ１０は、ビルドアップ判定を含む排出工程を継続する。

冷却工程は、真空排気運転を再開するためにクライオパネルを再冷却する（Ｓ１８）。冷凍機５０の冷却運転が開始される。冷却工程の少なくとも一部において粗引きが行われてもよく、例えば冷却工程の開始から粗引き終了圧力または粗引き終了温度に達するまで粗引きが継続されてもよい。ＣＰコントローラ２０は、クライオパネル温度の測定値が真空排気運転のためのクライオパネル冷却温度に達したか否かを判定する。ＣＰコントローラ２０は、クライオパネル冷却温度に到達するまでは冷却工程を継続し、当該冷却温度に達した場合には冷却工程を終了する。こうして再生処理は完了する。クライオポンプ１０の真空排気運転が再開される。

上述のようにＣＰコントローラ２０は、複数のクライオポンプ１０で同時にまたは並行して再生を行うことを許容する。実際のところ、再生は真空処理装置のダウンタイムまたは真空処理の非実行中にするべきであるから、複数のクライオポンプ１０は並行して再生されることが多い。

複数のクライオポンプ１０の再生時間を全体として短縮するために、１台ずつ個別に順番に再生するよりもそれらを並行して再生することが好ましい。複数のクライオポンプ１０の再生処理を完全に同期させて同時に開始し完了することが可能であるなら、再生するクライオポンプ１０の粗引きバルブ７２を同時に開閉すればよいであろう。しかし、クライオポンプ１０に蓄積した気体量がそれぞれ等しいとは限らないし、クライオポンプ１０に個体差もあり得ると考えられるから、そうした完全同期再生は必ずしも現実的ではない。

よって、複数のクライオポンプ１０の並行再生が採用される。並行再生は、あるクライオポンプ１０から別のクライオポンプ１０に粗引きポンプ７３をつなぎ替える処理を含むことになる。

あるクライオポンプ１０の粗引きバルブ７２を閉鎖し粗引きを終了した直後の粗引き配管９２の圧力は、その粗引き終了圧レベルにある。それよりも低い圧力レベルまで例えば粗引きポンプ７３の到達真空度まで粗引き配管９２の圧力を減圧するには、いくらか時間（例えば数秒程度）がかかる。再生のどの段階にあるかによって、クライオポンプ１０ごとに容器内圧は異なる。よって、次に粗引きをするクライオポンプ１０の圧力が粗引き配管９２より低圧であることもあり得る。この場合、粗引き配管９２の圧によってクライオポンプ１０が過渡的にまたは一時的に昇圧される。粗引き配管９２からクライオポンプ１０に生じる逆流によって、クライオポンプ１０にパーティクルが進入するおそれもある。

そこで、本発明の一実施形態に係るクライオポンプシステム１００は、他のクライオポンプ１０の粗引き中はその粗引きが終わるまで、次に粗引きをするクライオポンプ１０を待機させる。そして、他のクライオポンプ１０の粗引きが完了しても次のクライオポンプ１０の待機を一時的に継続し、その粗引き開始をいくらか遅らせる。そうしたクライオポンプ１０の粗引き待機時間には、粗引きポンプ７３を要しない処理、例えばパージガスの導入またはビルドアップ判定が行われてもよい。

次のクライオポンプ１０の粗引き開始を遅らせるために、ＣＰコントローラ２０は例えば、開放されている粗引きバルブ７２があるときは他の粗引きバルブ７２を開くことを禁止する。そして、ＣＰコントローラ２０は、その開放されている粗引きバルブ７２を閉じた後も他の粗引きバルブ７２の開放禁止を一時的に継続する。すなわち、ＣＰコントローラ２０には、ある粗引きバルブ７２を閉じた後、他の粗引きバルブ７２を開くまでの遅延時間または待機時間が設定されている。

クライオポンプシステム１００は、第１クライオポンプと第２クライオポンプとを含む複数のクライオポンプ１０を備える。ここで説明の便宜上、第１クライオポンプをクライオポンプＡと呼び、第２クライオポンプをクライオポンプＢと呼ぶ。また、クライオポンプＡに付随または対応する粗引きバルブ７２を粗引きバルブＡと呼び、クライオポンプＢに付随または対応する粗引きバルブ７２を粗引きバルブＢと呼ぶ。

クライオポンプシステム１００のための複数のクライオポンプ１０を再生する方法は、クライオポンプＡ及びクライオポンプＢのそれぞれについて昇温工程、排出工程、及び冷却工程を行うことを含む。

クライオポンプＡの排出工程は、クライオポンプＡを粗引きライン９０を通じて減圧する工程を含む。この減圧工程は、粗引きバルブＡを開放しクライオポンプＡを粗引きポンプ７３に接続することにより始まり、粗引きバルブＡを閉鎖しクライオポンプＡを粗引きライン９０から遮断することで終了する。クライオポンプＡについての減圧工程の次工程は例えばクライオポンプＡへのパージガス導入、クライオポンプＡのビルドアップ判定、またはクライオポンプＡの冷却工程である。

同様に、クライオポンプＢの排出工程は、クライオポンプＢを粗引きライン９０を通じて減圧する工程を含む。この減圧工程は、粗引きバルブＢを開放しクライオポンプＢを粗引きポンプ７３に接続することにより始まり、粗引きバルブＢを閉鎖しクライオポンプＢを粗引きライン９０から遮断することで終了する。クライオポンプＢについての減圧工程の次工程は例えばクライオポンプＢへのパージガス導入、クライオポンプＢのビルドアップ判定、またはクライオポンプＢの冷却工程である。

本発明の一実施形態においては、クライオポンプＡとクライオポンプＢとの並行再生において、クライオポンプＡの減圧工程に続いてクライオポンプＢの減圧工程が実行され得る。ＣＰコントローラ２０には上述のように、クライオポンプＡの減圧終了とクライオポンプＢの減圧開始との間に遅延時間が設定されている。よって、クライオポンプＡの減圧工程から遅延時間を経てクライオポンプＢの減圧工程が行われる。具体的には、開放されている粗引きバルブＡの閉鎖と、閉鎖されている粗引きバルブＢの開放との間に遅延時間が設定されており、粗引きバルブＡの閉鎖後にその遅延時間を経て粗引きバルブＢが開放される。

一実施例においては、制御の単純化のために、こうした遅延時間が、複数の粗引きバルブ７２のそれぞれの閉鎖時に一律に適用されてもよい。遅延時間は、予め設定された一定値であってもよい。遅延時間は、粗引きライン９０の特性、例えば粗引きポンプ７３による粗引き配管９２の過渡的な圧力特性に基づいて、粗引き配管９２の圧をベース圧レベルに低下させる時間に設定される。遅延時間は、例えば１０秒以内であり、好ましくは１秒乃至３秒の範囲から選択される値である。

図４は、本発明の一実施形態に係る制御処理を説明するためのフローチャートである。ＣＰコントローラ２０は、遅延許可条件が成立したか否かを判定してもよい（Ｓ２０）。遅延許可条件は複数の条件を含んでもよく、ＣＰコントローラ２０はそのうちいずれかの条件が成立したことを遅延許可条件の成立と判断してもよい。

遅延許可条件が成立した場合には（Ｓ２０のＹ）、ＣＰコントローラ２０は遅延時間を有効とする（Ｓ２２）。遅延許可条件が成立していない場合には（Ｓ２０のＮ）、ＣＰコントローラ２０は遅延時間を無効とする（Ｓ２４）。すなわち、遅延許可条件が成立した場合に遅延が適用され、そうでなければ遅延は適用されない。

ＣＰコントローラ２０は、この遅延許可判定処理を例えばクライオポンプ１０の再生中に周期的に繰り返し実行する。クライオポンプ１０の再生が開始されてから遅延許可条件が成立するまでは遅延時間は無効とされており、複数のクライオポンプ間の粗引きポンプ７３のつなぎ替えに遅延は適用されない。遅延許可条件が成立している間は遅延が適用される。遅延許可条件が成立しなくなったときには遅延時間は再び無効とされ、遅延は適用されなくなる。

再生中には１つのクライオポンプにつき通常複数回の粗引きが行われる。例えばクライオポンプＡが再生の前半の段階にありクライオポンプＢが再生の後半の段階にあるときは、クライオポンプＡの粗引きに先立ってクライオポンプＢが少なくとも１回粗引きされている。再生の開始当初に比べて再生処理の終盤ではクライオポンプ内圧は低くなる。クライオポンプＡの粗引きに続いてクライオポンプＢの粗引きが行われる場合には、クライオポンプＡよりもクライオポンプＢが低圧であり得る。

例えばクライオポンプＡがビルドアップ判定前の例えばラフアンドパージの段階にありクライオポンプＢがビルドアップ判定中または判定後の段階にある場合には、クライオポンプＡの粗引き終了圧及びその時点での粗引き配管圧よりも、クライオポンプＢの粗引き開始圧のほうが低圧であり得る。

よって、遅延許可条件は例えば、少なくとも１つのクライオポンプ１０の状態、例えば再生処理のどの段階にあるか、に基づいて定められていてもよい。この場合、遅延許可条件は、ビルドアップ判定中または少なくとも１回のビルドアップ判定をしたクライオポンプがあること、を含んでもよい。

遅延許可条件は、複数のクライオポンプ１０の少なくとも１つが予め設定された内圧以下であることを含んでもよい。例えば、遅延許可条件は、複数のクライオポンプ１０の少なくとも１つが準ベース圧レベルまたはベース圧レベルにあることを含んでもよい。例えば、複数のクライオポンプ１０の少なくとも１つが、３００Ｐａ以下、２００Ｐａ以下、１００Ｐａ以下、または５０Ｐａ以下にあることを含んでもよい。クライオポンプ１０の内圧としては例えば圧力センサ５４の測定値が使用されてもよいし、粗引き処理を定義するための設定値例えば設定粗引き開始圧または設定粗引き終了圧が使用されてもよい。

また、遅延許可条件は、閉鎖される粗引きバルブ７２をもつクライオポンプ１０の状態と、その次に開放される粗引きバルブ７２をもつクライオポンプ１０の状態と、に基づいて定められていてもよい。この場合、遅延許可条件は、粗引きを終了するクライオポンプ１０がビルドアップ未判定であり、次に粗引きを開始するクライオポンプがビルドアップ判定中または少なくとも１回のビルドアップ判定をしていること、を含んでもよい。

遅延許可条件は、クライオポンプＢの粗引き開始圧がクライオポンプＡの粗引き終了圧よりも低いことを含んでもよい。すなわち、遅延許可条件は、閉鎖される粗引きバルブＡをもつクライオポンプＡの内圧よりも、次に開放される粗引きバルブＢをもつクライオポンプＢの内圧が低いこと、を含んでもよい。粗引きポンプ７３に接続されるクライオポンプＢの内圧が準ベース圧レベルまたはベース圧レベルにあることが、条件に付加されてもよい。ここでクライオポンプ１０の内圧は、測定値であってもよいし設定値であってもよい。粗引きポンプ７３から遮断されるクライオポンプ１０の内圧に代えて、粗引き配管９２の圧力が使用されてもよい。そのために、粗引きライン９０は、粗引き配管９２の圧力を測定するための圧力センサまたは圧力スイッチを備えてもよい。

本発明の一実施形態によれば、次に粗引きをするクライオポンプ１０の粗引き開始を、その直前に粗引きをしたクライオポンプ１０の粗引き終了からいくらか遅らせている。そうした遅延時間に粗引き配管９２は粗引きポンプ７３により充分に減圧される。よって、次に粗引きを開始したクライオポンプ１０の粗引き配管９２による一時的昇圧を防止することができる。そのクライオポンプ１０への粗引き配管９２からのパーティクル進入も防止される。

上述の準ベース圧レベルまたは特にベース圧レベルという粗引きポンプ７３にとっての高真空領域では、それよりも低い真空領域（例えば大気圧レベル）よりも減圧に時間がかかる。よって、特に、そうした高真空領域において粗引き配管９２による一時的昇圧が仮に生じた場合には、その回復に時間を要することになる。遅延時間は例えば数秒程度であり、圧力回復の所要時間よりも短いと期待される。よって、遅延時間を付加することにより、再生に要する合計時間を短くすることができる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

遅延時間の長さは必ずしも一定でなくてもよい。例えば、粗引きバルブ７２の開放を遅延させるクライオポンプ１０の圧力レベルに応じて、遅延時間は変更されてもよい。開放される粗引きバルブをもつクライオポンプと、閉鎖される粗引きバルブをもつクライオポンプとの圧力差に応じて、遅延時間は変更されてもよい。また、遅延時間の中途で粗引き配管９２の圧力が充分に低下した場合には、遅延時間を中断して次の粗引きバルブ７２を速やかに開放してもよい。

１０ クライオポンプ、 １１ 第１シリンダ、 １２ 第２シリンダ、 １３ 第１冷却ステージ、 １４ 第２冷却ステージ、 ２０ ＣＰコントローラ、 ３０ クライオポンプ容器、 ４０ 放射シールド、 ４３ 冷凍機挿通孔、 ５０ 冷凍機、 ６０ 低温クライオパネル、 ７０ ベントバルブ、 ７２ 粗引きバルブ、 ７３ 粗引きポンプ、 ９０ 粗引きライン、 ９２ 粗引き配管、 １００ クライオポンプシステム。

Claims (7)

1. 粗引きポンプを共用し、各々が粗引きバルブを含む複数のクライオポンプと、
   前記複数のクライオポンプの再生のために各粗引きバルブを制御するコントローラと、を備え、
   開放されている粗引きバルブの閉鎖と閉鎖されている他の粗引きバルブの開放との間に遅延時間が設定され、
   前記遅延時間は、前記閉鎖されている他の粗引きバルブを粗引きポンプに接続する粗引き配管の圧力が、前記閉鎖されている他の粗引きバルブを含むクライオポンプの内圧以下へと該遅延時間内に減圧されるように設定されることを特徴とするクライオポンプシステム。
2. 前記コントローラは、所定の内圧以下のクライオポンプがある場合に前記遅延時間を有効と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システム。
3. 前記コントローラは、前記閉鎖されている他の粗引きバルブをもつクライオポンプの内圧が、前記開放されている粗引きバルブをもつクライオポンプの内圧よりも低い場合に、前記遅延時間を有効と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システム。
4. 前記遅延時間は、クライオポンプの動作開始圧力であるベース圧レベルに前記粗引き配管の圧力を低下させる時間に設定され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システム。
5. 前記遅延時間は、１秒から１０秒の範囲から選択されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のクライオポンプシステム。
6. 複数のクライオポンプのための再生方法であって、該複数のクライオポンプは共通の粗引きラインに接続されており、
   クライオポンプを前記粗引きラインを通じて排気する第１粗引きをすることと、
   前記第１粗引きから遅延時間を経て、他のクライオポンプを前記粗引きラインを通じて排気する第２粗引きをすることと、を含み、
   前記遅延時間は、前記粗引きラインの圧力が前記他のクライオポンプの内圧以下へと該遅延時間内に減圧されるように設定されることを特徴とする方法。
7. 前記第１粗引きの前に、前記他のクライオポンプを前記粗引きラインを通じて、前記第１粗引きの終了圧よりも低い圧まで排気することをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。

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