JPS6357881A - マルチヘツドクライオポンプの運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 利用産業分野 この発明は、ヘリウムガス循環式冷凍機を用いた高真空
化を達成するクライオポンプの運転方法に係り、１台の
圧縮機で複数台のクライオポンプを駆動するマルチヘッ
ドクライオポンプの運転方法に関する。

背景技術 高真空雰囲気を得るために、所謂吸気式の真空ポンプと
ともに、極低温を利用するクライオポンプか多用されて
いる。

このクライオポンプは、円筒状ポンプ本体内に、熱絶縁
材からなる円筒状ピストンのディスプレイサを嵌入した
構成からなり、外部の圧縮機にて圧縮されたヘリウムガ
スがポンプ内に導入され、ディスプレイサが下降するこ
とにより、ディスプレイサ内を上昇して膨張室に入り、
２段式の場合は、第１ステージ、第２ステージにおいて
、高圧ヘリウムガスが断熱膨脹して冷熱を発生し、各ス
テージに熱伝導的に接続されるクライオパネルが冷却さ
れ、また、膨張して低圧となったヘリウムガスはディス
プレイサが上昇することにより、排出されて再び圧縮機
側へ流れ、この循環を繰り返すことにより、クライオパ
ネルを所要の極低温、すなわち、第１ステージでは７７
°に以下、第２ステージでは２０°に以下に冷却し、所
要容器内の気体分子を極低温に冷却したクライオパネル
にて補作する作用を有する。

例えば、半導体薄膜生成装置等のように、複数の真空室
を必要とする装置では、各真空室にクライオポンプが用
いられ、複数台の冷凍機がそれぞれ１台の圧縮機と接続
されていた。

しかし、複数台の冷凍機にそれぞれヘリウムガス圧縮機
を接続するのは、設備的に無駄があるため、１台の圧縮
機にて駆動する構成の装置が提案（特開昭５９−２１１
７７８号）されている。

上記装置に用いる圧縮機は、複数台の冷凍機を駆動する
必要から、通常のクライオポンプ１台を駆動する能力よ
り大きな能力を有するものが必要で、前記半導体薄膜生
成装置では、必要とする冷凍機への高圧ヘリウムガスの
供給を優先させ、他冷凍機への高圧ヘリウムガスの供給
を制限、減少させるよう調整、制御されており、個別に
駆動するより相対的に小容量の圧縮機ですむ点に着目し
たものである。

従って、上記装置の冷凍機は、設備的には高圧ヘリウム
ガスの吐出能力が大きく高価となるが、複数台の冷凍機
に個別に圧縮機を接続するよりは、ずっと安価になる利
点がある。

一方、用途によっては、１つの真空容器に複数台のクラ
イオポンプを装着して用いる場合があり、従来、それぞ
れのクライオポンプには１台の圧縮機が接続され、設備
的に無駄があった。

この場合、複数台のクライオポンプの冷凍機を同時に駆
動する必要があり、上述の装置の如く、１台の圧縮機で
駆動すると、要求される高圧ヘリウムガスの吐出能力は
少なくとも複数台分が必要となり、高価な大型の圧縮機
が必要となり、１台の圧縮機ですませる積極的な理由が
なくなり、１台の冷凍機を駆動する能力しかない圧縮機
にて複数台の冷凍機を駆動できれば、設備的に極めて安
価になるため、かかる要望が強かった。

発明の目的 この発明は、前記した現状に鑑み、１台の冷凍機を駆動
する能力しかない１台の圧縮機で、枚数台のクライオポ
ンプを連続して同時に駆動できるマルチヘッドクライオ
ポンプの運転方法を目的としている。

発明の構成と効果 この発明は、クライオポンプの単一の冷凍機は、その冷
凍サイクルが圧縮工程と膨張工程の繰り返しであり、そ
の膨張工程では圧縮機からの高圧ヘリウムガスの供給が
中止されていること、ヘリウムガス循環式冷凍機駆動部
に用いられているヘリウムガス導入管路に設けた内部開
閉バルブが、通常冷凍機駆動用モータにて駆動され、こ
れを電気的に制御できることに着目し、１台のクライオ
ポンプが圧縮工程のときには、他のクライオポンプが圧
縮工程を行なわないように、冷凍機駆動用モータにて前
記開閉バルブを制御して、複数台のクライオポンプの運
転サイクルを調整すれば、通常、１台を駆動する能力し
かない圧縮機にて複数のクライオポンプを連続して駆動
できることを知見し、この発明を完成したものである。

すなわち、この発明は、 高圧ヘリウムガスを断熱膨脹させ、発生した極低温をク
ライオパネルに熱伝導させ、クライオパネルに容器内の
分子を吸着し、容器内を真空化するため、ディスプレイ
サを往復動させるモータを内蔵し、かつ前記ヘリウムガ
スを断続的に循環させるための管路やバルブを内蔵およ
びｌまたは付設したクライオポンプの複数台を、１台の
ヘリウムガス圧縮機に接続してなるマルチヘッドクライ
オポンプにおいて、準備運転時間を設け、クライオポン
プ内のヘリウムガス圧力がサイクル中で最大あるいは最
小の同一状態で、各クライオポンプの冷凍機駆動部を一
旦止めるか、あるいは各冷凍機駆動部内に内蔵した高圧
ヘリウムガス供給管の開閉バルブの開閉状態を検知して
、前記クライオポンプの起動時に、複数台のクライオポ
ンプ間で、各ポンプの圧縮工程が経時的に順次ずれた状
態で起動させ、その後、複数台のクライオポンプを圧縮
工程が順次ずれた前記の一定サイクルで同調運転するこ
とを特徴とするマルチヘッドクライオポンプの運転方法
である。

この発明による運転方法は、１台のクライオポンプが圧
縮工程のときには、他のクライオポンプが圧縮工程を行
なわないように運転することを特徴とするが、複数のク
ライオポンプ間において、かかるサイクルでの運転をい
か！こ始動させかつ同調させるが重要になる。

そこで、この発明では、各クライオポンプの冷凍機への
ヘリウムガス供給管路に開閉弁を設けて、各クライオポ
ンプ内のヘリウムガス圧力がサイクル中で最大あるいは
最小の同一状態で、各クライオポンプの冷凍機駆動部を
一旦止め、起動時に、それぞれのクライオポンプの圧縮
工程を順次ずらせて始動し、その後の運転を前記サイク
ルにて運転するよう制御している また、ヘリウムガス循環式冷凍機駆動部は、ディスプレ
イサを往復動させるモータを内蔵し、かつ前記ヘリウム
ガスを断続的に循環させるための管路とその開閉バルブ
を内蔵しており、この開閉バルブは前記モータにて開閉
駆動されるため、バルブの開閉状態を検知できるセンサ
にて制御すれば、前記サイクルでの始動制御が容易にで
き、信頼性も高くなる。

また、前記冷凍機駆動部のモータにシンクロナスモータ
等のモータを用いることにより、始動後も設定した各冷
凍機駆動部の運転サイクルを保持し、複数台のクライオ
ポンプ間で同調がずれることがない。

発明の図面に基づく開示 第１図と第２図はこの発明によるマルチヘッドクライオ
ポンプの駆動回路構成を示す説明図である。第３図ａ、
ｂはクライオポンプの冷凍機駆動部を示す説明図である
。

ここでは、１台のクライオポンプを駆動する能力しかな
い圧縮機（１）に、２台のクライオポンプ（２Ｘ３）を
接続した例を説明する。

クライオポンプ（２Ｘ３）は、内蔵するクライオパネル
を囲繞するため、上側を開放したカップ状のポンプケー
ス（４）の下部が、中央に位置する円筒状の冷凍機本体
下部に接続してあり、内蔵される冷凍機本体は、２段も
５成からなり、大径の第１段冷却部先端にはカップ状の
第１段クライオパネルが設けてあり、小径の第２段冷却
部先端には傘状の第２段クライオパネルが接続しである
。

冷凍機本体内には、図示しないが、円筒ピストンである
ディスプレイサが内嵌され、冷凍機本体は、上記のディ
スプレイサを上下動させるためのシンクロナスモータ（
９）を内蔵した冷凍機駆動部（５）と連結しである。

各冷凍機駆動部（５）には、外部の１台の圧縮機（１）
にて高圧化されたヘリウムガスガスを導入するための導
入管路（６）と断熱膨脹した低圧ヘリウムガスを排出す
るための排出管路（７）とが付設しである。

第１図に示す駆動回路には、前記構成のほか、各クライ
オポンプ（２Ｘ３）に接続された導入管路（６）に、そ
れぞれ開閉バルブ（１１）（１２）が設けである。また
、導入管路（６）には圧力センサー（１３）（１４）が
設けである。

また、前記の開閉バルブ（１１）（１２）の制御用配線
と圧力センサー（１３Ｘ１４）の入力配線は、圧縮機（
１）並びにモータ（９）の制御用配線とともに制御ユニ
ット（ｌＯ）に接続しである。

以上の構成において、２台のクライオポンプ（２Ｘ３）
の始動及び運転方法は、まず、定常運転を開始する前に
、準備運転時間を設け、開閉バルブ（１１）を開け、開
閉バルブ（１２）を閉じて、一方のクライオポンプ（２
）のみを運転する。

この際、クライオポンプ（２）の冷凍機における高圧ヘ
リウムガスの圧力を、前記圧力センサー（１３）にて検
知し、ヘリウムガスの圧力がサイクル中で最大あるいは
最小となったところで、前記クライオポンプ（２）の冷
凍機駆動部を一旦止める。

次に、開閉バルブ（１２）を開け、開閉バルブ（１１）
を閉じて、他方のクライオポンプ（３）のみを運転する
クライオポンプ（３）の冷凍機における高圧ヘリウムガ
スの圧力を、圧力センサー（１４）にて検知し、ヘリウ
ムガスの圧力が前記クライオポンプ（２）と同一の最大
あるいは最小となったところで、クライオポンプ（３）
の冷凍機駆動部を一旦止める。

ついで定常運転開始時に、両開閉バルブ（１１）（１２
）を開け、所要時間間隔を開けて順次起動し、各クライ
オポンプ（２Ｘ３）間の圧縮工程が経時的にずれた一定
のサイクルで、クライオポンプ（２Ｘ３）を同調運転す
る。

前記の如く、所要のサイクルで始動した各クライオポン
プ（２）（３）は、冷凍機のディスプレイサを上下動さ
せるためのシンクロナスモータ（９）が運転を継続する
限りその同調がずれることがなく、本来１台の冷凍機に
高圧ヘリウムガスを送る能力しかない圧縮機（１）にて
、２台のクライオポンプ（２Ｘ３）を同時に連続して駆
動することができる。

第２図に示す駆動回路の場合は、シンクロナスモータ（
９）を内蔵した冷凍機駆動部（５）内に配設された高圧
ヘリウムガスの導入管路の開閉用内部バルブ（８）を利
用している。

この開閉用内部バルブ（８）はカム（１５）を介して前
記モータ（９）にて駆動されるため、モータ（９）の回
転位置を検知する絶対位置式エンコーダ（１６）を設置
して、内部バルブ（８）の開閉状態を把握すべく、制御
ユニット（１０）には、モータ（９）の制御用配線と前
記エンコーダ（１６）の信号線とが接続され、内部バル
ブ（８）の開閉状態の検知とその制御ができる構成であ
る。

従って、第２図の駆動回路からなる２台のクライオポン
プ（２Ｘ３）の運転は、まず、各ポンプ（２Ｘ３）の冷
凍機駆動部（５）内の内部バルブ（８）の開閉状態を把
握し、１台のクライオポンプ（２）が圧縮工程のときに
は、他のクライオポンプ（３）が圧縮工程を行なわない
ように、所要時間間隔を開けて順次起動し、各クライオ
ポンプ（２）（３）間の圧縮工程が経時的にずれた一定
のサイクルで、クライオポンプ（２Ｘ３）を同調運転す
る。

定常運転に入ると、第１図の場合と同様に、シンクロナ
スモータ（９）が運転を継続する限りその同調がずれる
ことがなく、本来１台の冷凍機に高圧ヘリウムガスを送
る能力しかない圧縮機（１）にて、２台のクライオポン
プ（２Ｘ３）を同時に連続して駆動することができる。

第２図の場合は内部バルブ（８）の開閉を行なうモータ
（９）の状態をエンコーダ（１６）にて検知し、内部バ
ルブ（８）の開閉状態を把握しているが、このほか、第
３図ａ図に示す如く、直接、内部バルブ（８）の開閉状
態を検知できるようセンサー（１７）を設置する手段も
適用できる。

さらには、第３図す図に示す如く、内部バルブ（８）と
完全に同期して作動する冷凍機駆動部（５）内の部材、
例えば、ヨークシャフト（１８）に、位置センサー等の
センサー（１９）を付設し、ヨークシャフト（１８）の
位置を検知することにより内部バルブ（８）の開閉状態
を把握し、１台のクライオポンプ（２）が圧縮工程のと
きには、他のクライオポンプ（３）が圧縮工程を行なわ
ないように、所要時間間隔を開けて順次起動し、各クラ
イオポンプ（２Ｘ３）間の圧縮工程が経時的にずれた一
定のサイクルで、クライオポンプ（２Ｘ３）を同調運転
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はこの発明によるマルチヘッドクライオ
ポンプの駆動回路構成を示す説明図である。第３図ａ、
ｂはクライオポンプの冷凍機駆動部を示す説明図である
。 １・・・圧縮機、２，３・・・クライオポンプ、４・・
・ポンプケース、５・・・冷凍機駆動部、６，７・・・
管路、８・・・内部バルブ、９・・・モータ、１０・・
・制御ユニット、１１．１２・・・開閉バルブ、１３．
１４・・・圧力センサー、１５・・・カム、１６・・・
エンコーダ、１７．１９・・・センサー、１８・・・ヨ
ークシャフト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高圧ヘリウムガスを断熱膨脹させ、発生した極低温をク
   ライオパネルに熱伝導させ、クライオパネルに容器内の
   分子を吸着し、容器内を真空化するクライオポンプの複
   数台を、１台のヘリウムガス圧縮機に接続してなるマル
   チヘッドクライオポンプにおいて、準備運転時間を設け
   、クライオポンプ内のヘリウムガス圧力がサイクル中で
   最大あるいは最小の同一状態で、各クライオポンプの冷
   凍機駆動部を一旦止め、定常運転開始時に複数台のクラ
   イオポンプ間で、各ポンプの圧縮工程が経時的に順次ず
   れた状態で起動させ、その後、複数台のクライオポンプ
   を圧縮工程が順次ずれた前記の一定サイクルで同調運転
   することを特徴とするマルチヘッドクライオポンプの運
   転方法。 ２ 高圧ヘリウムガスを断熱膨脹させ、発生した極低温をク
   ライオパネルに熱伝導させ、クライオパネルに容器内の
   分子を吸着し、容器内を真空化するクライオポンプの複
   数台を、１台のヘリウムガス圧縮機に接続してなるマル
   チヘッドクライオポンプにおいて、各冷凍機駆動部内の
   高圧ヘリウムガス供給管に設けた開閉バルブの開閉を検
   知し、前記クライオポンプの起動時に、複数台のクライ
   オポンプ間で、各ポンプの圧縮工程が経時的に順次ずれ
   た状態で起動させ、その後、複数台のクライオポンプを
   圧縮工程が順次ずれた前記の一定サイクルで同調運転す
   ることを特徴とするマルチヘッドクライオポンプの運転
   方法。