JPH06147120A

JPH06147120A - クライオポンプの再生方法

Info

Publication number: JPH06147120A
Application number: JP31401792A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nomura; 和雄野村
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】ガス排出能力を短時間で回復することの可能
な再生方法を提供する。【構成】真空チャンバーに最初は沸点が冷媒と同程度
に低い低沸点のＨ₂ ガスを注入し、続いて沸点がこれよ
り高い中沸点のＮ₂ ガスを注入するので、最初に注入す
る低沸点ガスも、次に注入する中沸点ガスも共に真空チ
ャンバー内で凝縮したり凝固することがなく、チャンバ
ーの内圧が上昇してチャンバー内の熱伝導率が改善さ
れ、チャンバー外周部に設けた加熱手段などの熱によっ
てクライオパネルが効果的に加熱することから、該パネ
ルに凝縮などしたガスが短時間の内に気化して排気さ
れ、クライオポンプのガス排出能力が回復する。

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クライオパネルに凝
縮・吸着などしたガスを気化して排出し、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、真空中で極低温に冷
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６１−１２９８２号公報・実開昭６
２−２６５７５号公報などに具体的な提案がなされてい
る。

【０００５】しかし、実開昭６１−１２９８２号公報に
提案されたクライオポンプの再生方法は、図４に示した
ようにクライオパネル３２とルーバーバッフル３４との
間などに再生用ガス封入管１３を設置し、ここから乾燥
窒素ガスを封入して、クライオパネル３２・ルーバーバ
ッフル３４・輻射シールド板３５に凝縮などしたガスを
気化して脱離させようとするものであるが、運転を停止
した直後のクライオパネル３２などは２０Ｋ前後と云っ
た、窒素ガスの融点（約６３Ｋ）より遥かに低い極低温
に冷却されているため、封入した窒素ガスの大半が凝固
して断熱効果が生じることから、速やかな温度上昇は起
こらず、期待したほどの再生時間の短縮が図れていない
と云った問題点がある。

【０００６】また、実開昭６２−２６５７５号公報に提
案されたクライオポンプの再生方法は、図５に示したよ
うにクライオパネル３２を収納した真空チャンバー３３
の外周部に単に電熱ヒータなどの加熱手段２３を設け、
これによって内部のクライオパネル３２を加熱し、該パ
ネルに凝縮などしたガスを気化して取り除こうとするも
のであるが、チャンバー内が高真空状態で伝熱し難いた
め、加熱効率が悪いと云う問題点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって、真空チャ
ンバー内に設置され、極低温に冷却されたクライオパネ
ルの温度を速やかに上昇させて、該パネルに凝縮などし
たガスを排出することのできる再生方法の提供が期待さ
れていた。

【０００８】

【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
ンバー内で極低温に冷却したパネルにガスを凝縮・吸着
などして排気するクライオポンプの再生方法であって、
被排気室との連通を遮断した前記真空チャンバー内に、
沸点が冷媒と同程度に低い低沸点ガスを注入して前記パ
ネルの温度を上昇させ、該パネルに凝縮・吸着などした
ガスを気化して排気することを特徴とするクライオポン
プの再生方法と、

【０００９】真空チャンバー内で極低温に冷却したパネ
ルにガスを凝縮・吸着などして排気するクライオポンプ
の再生方法であって、被排気室との連通を遮断した前記
真空チャンバー内に、沸点が冷媒と同程度に低い低沸点
ガスと、沸点が冷媒より５０Ｋ以上高い中沸点ガスを順
次注入して前記パネルの温度を上昇させ、該パネルに凝
縮・吸着などしたガスを気化して排気することを特徴と
するクライオポンプの再生方法と、

【００１０】真空チャンバー内で極低温に冷却したパネ
ルにガスを凝縮・吸着などして排気するクライオポンプ
の再生方法であって、被排気室との連通を遮断した前記
真空チャンバー内に、沸点が冷媒より５０Ｋ以上高い中
沸点ガスを当初は少量づつ注入し、前記真空チャンバー
内が所定温度に達した時に大量に注入し、前記パネルの
温度を上昇させて該パネルに凝縮・吸着などしたガスを
気化して排気することを特徴とするクライオポンプの再
生方法と、

【００１１】真空チャンバーの外周部に設けた加熱手段
によって、真空チャンバー内を加熱する前記何れかに記
載の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】再生ガスとして、沸点が冷媒と同程度に低い低
沸点ガスを真空チャンバーに注入する再生方法において
は、再生ガスがチャンバー内で極低温に冷却されたクラ
イオパネルと接触しても、凝縮したり凝固することがな
く、チャンバー内の圧力が上昇して高真空時よりチャン
バー内の熱伝導率が改善される。このため、チャンバー
外周部に設けた加熱手段などの熱により、クライオパネ
ルが効果的に加熱され、該パネルに凝縮などしたガスは
短時間の内に気化して排気される。

【００１３】再生ガスとして、真空チャンバーに最初は
沸点が冷媒と同程度に低い低沸点ガスを注入し、続いて
沸点がこれより高い中沸点ガスを注入する再生方法にお
いては、最初に注入する低沸点ガスも、次に注入する中
沸点ガスも共に真空チャンバー内で凝縮したり凝固する
ことはなく、チャンバーの内圧を高めてチャンバー内の
熱伝導率を改善し、チャンバー外周部に設けた加熱手段
などの熱によってクライオパネルが効果的に加熱される
ことから、該パネルに凝縮などしたガスは短時間の内に
気化して排気される。

【００１４】再生ガスとして、中沸点ガスを真空チャン
バーに当初は少量づつ注入し、チャンバー内が所定温度
に達した時に大量に注入する再生方法においては、再生
ガスの少量注入によりチャンバー内の熱伝導率は向上す
るが、チャンバーに供給する再生ガスの量が少ないの
で、極低温に冷却されたクライオパネル面で凝縮したり
凝固する量が少ない。このため、パネル面での断熱作用
は小さく、チャンバー外周部に設けた加熱手段などの熱
により、クライオパネルが効果的に加熱されることか
ら、該パネルに凝縮などしたガスは短時間の内に気化し
て排気される。

【００１５】

【実施例】以下、図１〜図３基づいて、冷媒にＨｅを用
いたクライオポンプ３の再生方法を詳細に説明する。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。

【００１６】図１において、１はクライオポンプ３の冷
却室３１に再生ガスを供給するための再生ガス供給管で
ある。この再生ガス供給管１は、冷媒と同じガス、すな
わちＨｅか、Ｎｅ・Ｈ₂ などのように沸点が冷媒と同程
度に低い低沸点ガスを供給するための低沸点ガス供給管
１１と、沸点が冷媒のＨｅより５０Ｋ以上高い、Ｎ₂・
Ａｒ・ＣＯ₂ ガスなどの中沸点ガスを供給するための中
沸点ガス供給管１２に、それぞれ流量調整器１１１・１
２１を介して連通している。

【００１７】２は再生装置の制御器である。この制御器
は、前記流量調整器１１１・１２１と接続して、所望の
ガス供給管から所望（量）の再生ガスを冷却室３１に、
所望の時点で供給可能とすると共に、真空チャンバー３
３内の真空度を計測する圧力センサ２１、クライオパネ
ル３２の表面温度を計測する温度センサ２２とも接続し
ている。また、真空チャンバー３３の外周部に取り付け
た加熱手段（バンド状電熱ヒータ）２３とも接続し、通
電時間・電流などが制御可能となっている。

【００１８】図２に基づいて、クライオポンプ３の第１
の再生方法を説明する。

【００１９】ステップＳ１においてクライオポンプ３の
運転が停止すると、加熱手段２３に通電し、真空チャン
バー３３（具体的にはクライオパネル３２）の加熱を開
始するステップＳ２に移行する。なお、このクライオポ
ンプ３の運転停止に伴い、ステップＳ２に移行する前
に、ゲートバルブ３６を自動または手動により閉じ、冷
却室３１と被排気室４との連通を断つ操作を行う。

【００２０】ステップＳ３では、流量調整器１２１を所
定の開度に僅かに開き、中沸点ガス供給管１２から再生
ガスとして、沸点が冷媒（Ｈｅ）の沸点より約７３Ｋほ
ど高いＮ₂ ガスを、例えば０．１ｌ／分の割合で冷却室
３１に少量づつ流入させる。

【００２１】Ｎ₂ ガスが注入された冷却室３１は、高真
空（例えば、１×１０^-8ｔｏｒｒ）の時より熱伝導率が
高くなるため、加熱手段２３の発生する熱がクライオパ
ネル３２に効果的に伝達し、該パネルの温度は高真空の
時より短時間で上昇する。また、Ｎ₂ ガスを少量づつ注
入するので、極低温に冷却されたクライオパネル３２に
接触して凝固するＮ₂ ガスの量は少なく、該パネル表面
での断熱作用は僅少であることからも、クライオパネル
３２の表面温度は速やかに上昇する。

【００２２】ステップＳ４では、温度センサ２２が計測
するクライオパネル３２の表面温度が所定温度、例えば
再生ガス（Ｎ₂ ）の融点（約６３Ｋ）を越えたか否かを
判定し、ノーであればステップＳ３に戻ってＮ₂ ガスの
少量供給を継続し、この温度を越えてイエスと判定され
ると次のステップＳ５に移行する。

【００２３】ステップＳ５では、流量調整器１２１を所
定の開度に大きく開き、中沸点ガス供給管１２から、Ｎ
₂ ガスを例えば５ｌ／分の割合で冷却室３１に流入させ
る。この時点で中沸点のＮ₂ ガスを多量に注入しても、
クライオパネル３２の表面温度はＮ₂ ガスの融点より高
くなっているので、パネル表面でＮ₂ ガスが凝固して断
熱層を形成することがない。また、内圧が上昇すること
により、真空チャンバー３３内の熱伝導率が顕著に上昇
する。

【００２４】ステップＳ６では、温度センサ２２が計測
するクライオパネル３２の表面温度が所定温度、例えば
被排気物（Ｎ₂ ・Ｏ₂ など）の沸点よりも十分高い温度
である１１０Ｋを越えたか否かを判定し、ノーであれば
ステップＳ５に戻ってＮ₂ ガスの多量注入を継続し、イ
エスであれば次のステップＳ７に移行する。

【００２５】ステップＳ７では、流量調整器１２１を所
定開度に絞り、冷却室３１へのＮ₂ガスの供給を例えば
０．１ｌ／分に減少して、ガスの消費量を節約する。

【００２６】続く、ステップＳ８では、圧力センサ２１
が計測する真空チャンバー３３内が所定の圧力、例えば
大気圧より若干低い圧力の７００ｔｏｒｒを越えたか否
かを判定し、イエスであれば次のステップＳ９に移行し
てＮ₂ ガスの供給を停止し、ノーであればステップＳ７
に戻り、イエスと判定されるまでＮ₂ ガスの少量供給を
継続する。

【００２７】ステップＳ９では、流量調整器１２１を閉
じてＮ₂ ガスの供給を停止し、次のステップＳ１０に移
行する。なお、シラン、塩化水素などの有害ガスやＨ₂
Ｏなどの常温で液状の物質を排気したクライオポンプを
再生する時は、このステップＳ９でもＮ₂ ガスの供給を
停止せず、ガス供給を継続し、昇温完了後に供給を停止
するようにしても良い。

【００２８】ステップＳ１０では、温度センサ２２が計
測するクライオパネル３２の表面温度に基づいて、冷却
室３１の昇温完了を判定し、イエスであれば次のステッ
プに移行し、ノーであればステップＳ９に戻って、イエ
スと判定されるまでＮ₂ ガスの供給停止を継続する。

【００２９】次に、図３に基づいてクライオポンプ３の
第２の再生方法を説明する。

【００３０】ステップＳ５１・Ｓ５２は、図２における
ステップＳ１・Ｓ２と同じであり、ステップＳ５３で
は、流量調整器１１１を所定の開度に開け、低沸点ガス
供給管１１から再生ガスとして、沸点が冷媒（Ｈｅ）よ
り僅かに１６Ｋほど高いだけのＨ₂ ガスを、例えば０．
１ｌ／分の割合で冷却室３１に流入させる。なお、流量
調整器１１１の代わりに遮断弁とキャピラリチューブと
を設けても良い。

【００３１】Ｈ₂ ガスが注入された冷却室３１では、Ｈ
₂ ガスがクライオパネル３２の表面で凝固することがな
い。また、Ｈ₂ ガスが活性炭などの吸着剤に吸着されて
も吸着熱を発生し、吸着総量が少ないことから、Ｈ₂ ガ
スにより真空度が急激に低下（例えば、１×１０^-3ｔｏ
ｒｒ以上）し、高真空の時より熱伝導率が高く、加熱手
段２３の発生する熱がクライオパネル３２に効果的に伝
達され、温度上昇に要する時間が顕著に短縮する。ま
た、Ｈ₂ ガスはＮ₂ ガスより沸点・融点が大幅に低いた
め、クライオパネル３２に接触しても凝縮や凝固し難い
と云ったメリットがある。

【００３２】ステップＳ５４では、圧力センサ２１が計
測する真空チャンバー３３の圧力が所定圧力、例えば熱
伝導が生じる圧力の１０ｔｏｒｒを越えたか否かを判定
し、ノーであればステップＳ５３に戻ってＨ₂ ガスの注
入を継続し、イエスであれば次のステップＳ５５に移行
する。

【００３３】ステップＳ５５では、流量調整器１１１を
閉じてＨ₂ ガスの冷却室３１への注入を停止する。

【００３４】ステップＳ５６では、温度センサ２２が計
測するクライオパネル３２の表面温度が所定温度、例え
ば中沸点ガス供給管１２から注入するＮ₂ ガスの融点
（約６３Ｋ）を越えたか否かを判定し、ノーであればス
テップＳ５４に戻り、イエスと判定された時には次のス
テップＳ５７に移行する。

【００３５】ステップＳ５７では、流量調整器１２１を
所定の開度に開け、中沸点ガス供給管１２からＮ₂ ガス
を、例えば５ｌ／分の割合で冷却室３１に流入させる。
ここで中沸点のＮ₂ ガスを多量に注入しても、冷却室３
１内の温度はＮ₂ ガスの融点より高くなっているので、
凝縮することも凝固することもなく、真空チャンバー３
３内の熱伝導率が効果的に高まる。

【００３６】ステップＳ５８では、温度センサ２２が計
測するクライオパネル３２の表面温度が所定温度、例え
ば前記したようにＮ₂ 、Ｏ₂ などの被廃棄物の沸点より
も十分高い温度である１１０Ｋを越えたか否かを判定
し、イエスであれば次のステップＳ５９に移行してＮ₂
ガスの供給を停止してガスの消費を抑え、ノーであれば
ステップＳ５７に戻って、イエスと判定されるまでＮ₂
ガスの注入を継続する。

【００３７】ステップＳ５９・Ｓ６０は、図２における
ステップＳ９・Ｓ１０と同様に制御される。

【００３８】なお、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。

【００３９】例えば、図２におけるステップＳ６・ステ
ップＳ８の判定動作を前後させて設け、再生ガス（Ｎ₂
ガス）の多量注入を、真空チャンバー３３内の圧力が所
定の圧力、例えば熱伝導が良好になり、且つ、再生後に
クライオポンプ３を再起動して速やかな排気を行うこと
の可能な７００ｔｏｒｒに上昇するまで続け、その後ク
ライオパネル３２の表面温度が、Ｎ₂ ・Ｏ₂ などの被排
気物の沸点よりも十分高い１１０Ｋに上昇するまで、再
生ガス（Ｎ₂ ガス）の少量注入を継続して、クライオポ
ンプ３の再生を図ることも可能である。

【００４０】また、図２のステップＳ５の次のステップ
において、クライオパネル３２の表面温度が前記意味を
持つ１１０Ｋに上昇したか、真空チャンバー３３内の圧
力が前記意味を持つ７００ｔｏｒｒに上昇したかの両方
を判定し、何れかが達成された時に再生ガス（Ｎ₂ ガ
ス）の多量注入を止め、クライオパネル３２の表面温度
が先に１１０Ｋに上昇した時には、次のステップで真空
チャンバー３３内の圧力が７００ｔｏｒｒに上昇したか
否かを判定し、真空チャンバー３３内の圧力が先に７０
０ｔｏｒｒに上昇した時には、次のステップでクライオ
パネル３２の表面温度が１１０Ｋになった否かを判定
し、イエスの時に再生ガス（Ｎ₂ ガス）の注入を止める
制御を行ってクライオポンプ３の再生を図ることも可能
である。

【００４１】また、図３の再生方法では、ステップＳ５
７以降に注入する中沸点のＮ₂ ガスを、低沸点のＨ₂ ガ
スに置き換え、１種類の低沸点ガスだけを注入してクラ
イオポンプ３の再生を行うことも可能である。

【００４２】また、図２のステップＳ４や図３のステッ
プＳ５６における判定では、温度センサ２２が計測する
クライオパネル３２の表面温度が再生ガス（Ｎ₂ ）の沸
点（７７．２Ｋ）などを越えたか否かを判定するように
変更することもできる。

【００４３】また、温度センサ２２は、冷却室３１の他
の適宜の位置の温度を計測するようにしても良い。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は真空チャ
ンバー内で極低温に冷却したパネルにガスを凝縮・吸着
などして排気するクライオポンプの再生方法であって、
被排気室との連通を遮断した前記真空チャンバー内に、
沸点が冷媒と同程度に低い低沸点ガスを注入して前記パ
ネルの温度を上昇させ、該パネルに凝縮・吸着などした
ガスを気化して排気することを特徴とするクライオポン
プの再生方法であり、

【００４５】真空チャンバー内で極低温に冷却したパネ
ルにガスを凝縮・吸着などして排気するクライオポンプ
の再生方法であって、被排気室との連通を遮断した前記
真空チャンバー内に、沸点が冷媒と同程度に低い低沸点
ガスと、沸点が冷媒より５０Ｋ以上高い中沸点ガスを順
次注入して前記パネルの温度を上昇させ、該パネルに凝
縮・吸着などしたガスを気化して排気することを特徴と
するクライオポンプの再生方法であり、

【００４６】真空チャンバー内で極低温に冷却したパネ
ルにガスを凝縮・吸着などして排気するクライオポンプ
の再生方法であって、被排気室との連通を遮断した前記
真空チャンバー内に、沸点が冷媒より５０Ｋ以上高い中
沸点ガスを当初は少量づつ注入し、前記真空チャンバー
内が所定温度に達した時に大量に注入し、前記パネルの
温度を上昇させて該パネルに凝縮・吸着などしたガスを
気化して排気することを特徴とするクライオポンプの再
生方法であり、

【００４７】真空チャンバーの外周部に設けた加熱手段
によって、真空チャンバー内を加熱する前記何れかに記
載のクライオポンプの再生方法であるので、

【００４８】上記何れの再生方法においても、真空チャ
ンバーに注入した再生ガスが極低温に冷却されたクライ
オパネルと接触しても、凝縮したり凝固することが少な
い。このため、再生ガスの注入に伴ってチャンバーの内
圧が上昇し、チャンバー内の熱伝導率が改善されること
から、チャンバー外周部に設けた加熱手段などの熱によ
るクライオパネルの効果的な加熱が可能であり、該パネ
ルに凝縮などしたガスを速やかに気化して排気すること
ができる。

【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】他の再生方法を示す説明図である。

【図４】従来例の説明図である。

【図５】他の従来例の説明図である。

【符号の説明】

１再生ガス供給管１１低沸点ガス供給管１１１流量調整器１２中沸点ガス供給管１２１流量調整器１３再生用ガス封入管２制御器２１圧力センサ２２温度センサ２３加熱手段３クライオポンプ３１冷却室３２クライオパネル３３真空チャンバー３４ルーバーバッフル３５輻射シールド板３６ゲートバルブ３７ガス排出口４被排気室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空チャンバー内で極低温に冷却したパ
ネルにガスを凝縮・吸着などして排気するクライオポン
プの再生方法であって、被排気室との連通を遮断した前
記真空チャンバー内に、沸点が冷媒と同程度に低い低沸
点ガスを注入して前記パネルの温度を上昇させ、該パネ
ルに凝縮・吸着などしたガスを気化して排気することを
特徴とするクライオポンプの再生方法。
【請求項２】真空チャンバー内で極低温に冷却したパ
ネルにガスを凝縮・吸着などして排気するクライオポン
プの再生方法であって、被排気室との連通を遮断した前
記真空チャンバー内に、沸点が冷媒と同程度に低い低沸
点ガスと、沸点が冷媒より５０Ｋ以上高い中沸点ガスを
順次注入して前記パネルの温度を上昇させ、該パネルに
凝縮・吸着などしたガスを気化して排気することを特徴
とするクライオポンプの再生方法。
【請求項３】真空チャンバー内で極低温に冷却したパ
ネルにガスを凝縮・吸着などして排気するクライオポン
プの再生方法であって、被排気室との連通を遮断した前
記真空チャンバー内に、沸点が冷媒より５０Ｋ以上高い
中沸点ガスを当初は少量づつ注入し、前記真空チャンバ
ー内が所定温度に達した時に大量に注入し、前記パネル
の温度を上昇させて該パネルに凝縮・吸着などしたガス
を気化して排気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】真空チャンバーの外周部に設けた加熱手
段によって、真空チャンバー内を加熱することを特徴と
する請求項１〜３何れかに記載のクライオポンプの再生
方法。