KR101674088B1 - 크라이오펌프, 및 크라이오펌프의 재생방법 - Google Patents

Abstract

크라이오펌프의 재생에 있어서 크라이오펌프를 효율적으로 승온한다.
크라이오펌프의 재생방법은, 물의 융점보다 높은 제1 온도대로 크라이오패널을 가열하기 위하여 크라이오펌프에 퍼지가스를 공급하는 단계와, 크라이오패널 온도가 제1 온도대에 있을 때 크라이오펌프로의 퍼지가스의 공급을 중단하는 단계와, 제1 온도대로부터 퍼지가스 온도보다 높은 제2 온도대로 크라이오패널을 가열하는 단계를 포함한다.

Description

크라이오펌프, 및 크라이오펌프의 재생방법{Cryo-pump and Regeneration Method of Cryo-pump}

본 출원은, 2014년 3월 18일에 출원된 일본 특허출원 제2014-054441호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 크라이오펌프, 및 크라이오펌프의 재생방법에 관한 것이다.

크라이오펌프는, 극저온으로 냉각된 크라이오패널에 기체분자를 응축 또는 흡착에 의하여 포착하여 배기하는 진공펌프이다. 크라이오펌프는 반도체 회로제조 프로세스 등에 요구되는 청정한 진공환경을 실현하기 위하여 일반적으로 이용된다. 크라이오펌프는 이른바 기체축적식의 진공펌프이기 때문에, 포착한 기체를 외부에 정기적으로 배출하는 재생을 필요로 한다.

선행기술문헌

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2001-123951호

특허문헌 2: 일본 공개특허공보 평2-252982호

본 발명의 일 양태의 예시적인 목적 중 하나는, 크라이오펌프의 재생에 있어서 크라이오펌프를 효율적으로 승온하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오패널과, 상기 크라이오패널을 수용하는 크라이오펌프 용기와, 상기 크라이오펌프 용기에 퍼지가스를 공급하기 위하여 상기 크라이오펌프 용기에 마련되어 있는 퍼지밸브와, 상기 크라이오패널을 가열하기 위한, 상기 퍼지가스와는 상이한 열원과, 크라이오펌프의 재생을 제어하는 제어부를 구비하는 크라이오펌프가 제공된다. 상기 제어부는, 상기 크라이오패널을 물의 융점보다 높은 제1 온도대로 가열하기 위하여 상기 크라이오펌프 용기에 퍼지가스를 공급하도록 상기 퍼지밸브를 개방하는 것과, 크라이오패널 온도가 상기 제1 온도대에 있을 때 상기 크라이오펌프 용기로의 상기 퍼지가스의 공급을 중단하도록 상기 퍼지밸브를 폐쇄하는 것과, 상기 크라이오패널을 상기 제1 온도대로부터 퍼지가스 온도보다 높은 제2 온도대로 가열하도록 상기 열원을 제어하는 것을 실행하도록 구성되어 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프의 재생방법이 제공된다. 본 방법은, 물의 융점보다 높은 제1 온도대로 크라이오패널을 가열하기 위하여 크라이오펌프에 퍼지가스를 공급하는 단계와, 크라이오패널 온도가 상기 제1 온도대에 있을 때 크라이오펌프로의 퍼지가스의 공급을 중단하는 단계와, 상기 제1 온도대로부터 퍼지가스 온도보다 높은 제2 온도대로 상기 크라이오패널을 가열하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 크라이오펌프의 재생에 있어서 크라이오펌프를 효율적으로 승온할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 재생방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 관한 재생시퀀스를 나타내는 도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 서술하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 결코 한정하는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)를 개략적으로 나타내는 도이다. 크라이오펌프(10)는, 예를 들면 이온주입장치나 스퍼터링장치 등의 진공챔버에 장착되어, 진공챔버 내부의 진공도를 원하는 프로세스에 요구되는 레벨까지 높이기 위하여 사용된다.

크라이오펌프(10)는, 기체를 받아들이기 위한 흡기구(12)를 가진다. 흡기구(12)는 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)으로의 입구이다. 크라이오펌프(10)가 장착된 진공챔버로부터 흡기구(12)를 통하여, 배기되어야 할 기체가 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)에 진입한다.

다만 이하에서는, 크라이오펌프(10)의 구성요소의 위치관계를 알기 쉽게 나타내기 위하여, “축방향”, “직경방향”이라는 용어를 사용하는 경우가 있다. 축방향은 흡기구(12)를 통과하는 방향을 나타내고, 직경방향은 흡기구(12)를 따르는 방향을 나타낸다. 편의상, 축방향에 관하여 흡기구(12)에 상대적으로 가까운 것을 “상”, 상대적으로 먼 것을 “하”라고 부르는 경우가 있다. 즉, 크라이오펌프(10)의 바닥부로부터 상대적으로 먼 것을 “상”, 상대적으로 가까운 것을 “하”라고 부르는 경우가 있다. 직경방향에 관해서는, 흡기구(12)의 중심에 가까운 것을 “내”, 흡기구(12)의 둘레 가장자리에 가까운 것을 “외”라고 부르는 경우가 있다. 다만, 이러한 표현은 크라이오펌프(10)가 진공챔버에 장착될 때의 배치와는 관계가 없다. 예를 들면, 크라이오펌프(10)는 연직방향으로 흡기구(12)를 하향으로 하여 진공챔버에 장착되어도 된다.

크라이오펌프(10)는, 저온 크라이오패널(18)과, 고온 크라이오패널(19)을 구비한다. 또, 크라이오펌프(10)는, 고온 크라이오패널(19) 및 저온 크라이오패널(18)을 냉각하는 냉각시스템을 구비한다. 이 냉각시스템은, 냉동기(16)와, 압축기(36)를 구비한다.

냉동기(16)는, 예를 들면 기포드·맥마흔(Gifford-McMahon)식 냉동기(이른바 GM냉동기) 등의 극저온 냉동기이다. 냉동기(16)는, 제1 스테이지(20), 제2 스테이지(21), 제1 실린더(22), 제2 실린더(23), 제1 디스플레이서(24), 및 제2 디스플레이서(25)를 구비하는 2단식의 냉동기이다. 따라서, 냉동기(16)의 고온단은, 제1 스테이지(20), 제1 실린더(22), 및 제1 디스플레이서(24)를 구비한다. 냉동기(16)의 저온단은, 제2 스테이지(21), 제2 실린더(23), 및 제2 디스플레이서(25)를 구비한다.

제1 실린더(22)와 제2 실린더(23)는 직렬로 접속되어 있다. 제1 스테이지(20)는, 제1 실린더(22)와 제2 실린더(23)의 결합부에 설치되어 있다. 제2 실린더(23)는 제1 스테이지(20)와 제2 스테이지(21)를 연결한다. 제2 스테이지(21)는, 제2 실린더(23)의 말단에 설치되어 있다. 제1 실린더(22) 및 제2 실린더(23) 각각의 내부에는 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)가 냉동기(16)의 길이방향(도 1에 있어서 좌우방향)으로 이동 가능하게 배치되어 있다. 제1 디스플레이서(24)와 제2 디스플레이서(25)는 일체로 이동 가능하게 연결되어 있다. 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)에는 각각 제1 축냉기 및 제2 축냉기(도시하지 않음)가 장착되어 있다.

냉동기(16)는, 제1 실린더(22)의 고온단에 마련되어 있는 구동기구(17)를 구비한다. 구동기구(17)는, 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)가 각각 제1 실린더(22) 및 제2 실린더(23)의 내부를 왕복이동 가능하도록 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)에 접속되어 있다. 또 구동기구(17)는, 작동기체의 공급과 배출을 주기적으로 반복하도록 작동기체의 유로를 전환하는 유로전환기구를 포함한다. 유로전환기구는 예를 들면 밸브부와 밸브부를 구동하는 구동부를 포함한다. 밸브부는 예를 들면 로터리밸브를 포함하고, 구동부는 로터리밸브를 회전시키기 위한 모터를 포함한다. 모터는, 예를 들면 AC모터 또는 DC모터여도 된다. 또한 유로전환기구는 리니어모터에 의하여 구동되는 직동식의 기구여도 된다.

냉동기(16)는 고압도관(34) 및 저압도관(35)을 통하여 압축기(36)에 접속된다. 냉동기(16)는, 압축기(36)로부터 공급되는 고압의 작동기체(예를 들면 헬륨)를 내부에서 팽창시켜 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)에 한랭을 발생시킨다. 압축기(36)는, 냉동기(16)에서 팽창한 작동기체를 회수하고 다시 가압하여 냉동기(16)에 공급한다.

구체적으로는, 먼저 구동기구(17)가 고압도관(34)과 냉동기(16)의 내부공간을 연통시킨다. 압축기(36)로부터 고압도관(34)을 통하여 냉동기(16)에 고압의 작동기체가 공급된다. 냉동기(16)의 내부공간이 고압의 작동기체로 채워지면, 구동기구(17)는 냉동기(16)의 내부공간을 저압도관(35)에 연통시키도록 유로를 전환한다. 이로써 작동기체는 팽창한다. 팽창한 작동기체는 압축기(36)로 회수된다. 이러한 작동기체의 급배에 동기하여, 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)가 각각 제1 실린더(22) 및 제2 실린더(23)의 내부를 왕복이동한다. 이러한 열사이클을 반복함으로써 냉동기(16)는 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)에 한랭을 발생시킨다.

냉동기(16)는, 제1 스테이지(20)를 제1 온도레벨로 냉각하고, 제2 스테이지(21)를 제2 온도레벨로 냉각하도록 구성되어 있다. 제2 온도레벨은 제1 온도레벨보다 저온이다. 예를 들면, 제1 스테이지(20)는 65K~120K 정도, 바람직하게는 80K~100K로 냉각되고, 제2 스테이지(21)는 10K~20K 정도로 냉각된다.

도 1은, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심축과, 냉동기(16)의 중심축을 포함하는 단면을 나타낸다. 도 1에 나타나는 크라이오펌프(10)는, 이른바 가로형의 크라이오펌프이다. 가로형의 크라이오펌프란 일반적으로, 냉동기(16)가 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심축에 교차하도록(통상은 직교함) 배치되어 있는 크라이오펌프이다. 본 발명은 이른바 세로형의 크라이오펌프에도 동일하게 적용할 수 있다. 세로형의 크라이오펌프란, 냉동기가 크라이오펌프의 축방향을 따라 배치되어 있는 크라이오펌프이다.

저온 크라이오패널(18)은, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심부에 마련되어 있다. 저온 크라이오패널(18)은 예를 들면, 복수의 패널부재(26)를 포함한다. 패널부재(26)는 예를 들면, 각각이 원뿔대의 측면의 형상, 이른바 우산형의 형상을 가진다. 각 패널부재(26)에는 통상 활성탄 등의 흡착제(27)가 마련되어 있다. 흡착제(27)는 예를 들면 패널부재(26)의 이면에 접착되어 있다. 이와 같이 하여, 저온 크라이오패널(18)은, 기체분자를 흡착하기 위한 흡착영역을 구비한다.

패널부재(26)는 패널장착부재(28)에 장착되어 있다. 패널장착부재(28)는 제2 스테이지(21)에 장착되어 있다. 이와 같이 하여, 저온 크라이오패널(18)은, 제2 스테이지(21)에 열적으로 접속되어 있다. 따라서, 저온 크라이오패널(18)은 제2 온도레벨로 냉각된다.

고온 크라이오패널(19)은, 방사실드(30)와 입구 크라이오패널(32)을 구비한다. 고온 크라이오패널(19)은, 저온 크라이오패널(18)을 포위하도록 저온 크라이오패널(18)의 외측에 마련되어 있다. 고온 크라이오패널(19)은 제1 스테이지(20)에 열적으로 접속되어 있으며, 고온 크라이오패널(19)은 제1 온도레벨로 냉각된다.

방사실드(30)는 주로, 크라이오펌프(10)의 하우징(38)으로부터의 복사열로부터 저온 크라이오패널(18)을 보호하기 위하여 마련되어 있다. 방사실드(30)는, 하우징(38)과 저온 크라이오패널(18)과의 사이에 있으며, 저온 크라이오패널(18)을 둘러싼다. 방사실드(30)는, 흡기구(12)를 향하여 축방향 상단이 개방되어 있다. 방사실드(30)는, 축방향 하단이 폐쇄된 통형(예를 들면 원통)의 형상을 가지고, 컵형상으로 형성되어 있다. 방사실드(30)의 측면에는 냉동기(16)의 장착을 위한 구멍이 있고, 이로부터 제2 스테이지(21)가 방사실드(30) 내로 삽입되어 있다. 그 장착구멍의 외주부에서 방사실드(30)의 외면에 제1 스테이지(20)가 고정되어 있다. 이렇게 하여 방사실드(30)는 제1 스테이지(20)에 열적으로 접속되어 있다.

입구 크라이오패널(32)은, 흡기구(12)에 있어서 직경방향을 따라 배치되어 있다. 입구 크라이오패널(32)은, 실드개구단(31)에 배치되어 있다. 입구 크라이오패널(32)은 그 외주부가 실드개구단(31)에 고정되어, 방사실드(30)에 열적으로 접속되어 있다. 입구 크라이오패널(32)은, 저온 크라이오패널(18)로부터 축방향 상방으로 떨어져 마련되어 있다. 입구 크라이오패널(32)은, 예를 들면, 루버구조나 셰브론구조로 형성된다. 입구 크라이오패널(32)은, 방사실드(30)의 중심축을 중심으로 하는 동심원형상으로 형성되어 있어도 되고, 혹은 격자형상 등 다른 형상으로 형성되어 있어도 된다.

입구 크라이오패널(32)은, 흡기구(12)에 들어가는 기체를 배기하기 위하여 마련되어 있다. 입구 크라이오패널(32)의 온도에서 응축하는 기체(예를 들면 수분)가 그 표면에 포착된다. 또, 입구 크라이오패널(32)은, 크라이오펌프(10)의 외부의 열원(예를 들면, 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버 내의 열원)으로부터의 복사열로부터 저온 크라이오패널(18)을 보호하기 위하여 마련되어 있다. 복사열뿐만 아니라 기체분자의 진입도 제한된다. 입구 크라이오패널(32)은, 흡기구(12)를 통한 내부공간(14)으로의 기체유입을 원하는 양으로 제한하도록 흡기구(12)의 개구면적의 일부를 점유한다.

크라이오펌프(10)는, 하우징(38)을 구비한다. 하우징(38)은, 크라이오펌프(10)의 내부와 외부를 격리하기 위한 진공용기이다. 하우징(38)은, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)을 기밀로 유지하도록 구성되어 있다. 하우징(38)은, 고온 크라이오패널(19)의 외측에 마련되어 있어, 고온 크라이오패널(19)을 둘러싼다. 또, 하우징(38)은 냉동기(16)를 수용한다. 즉, 하우징(38)은, 고온 크라이오패널(19) 및 저온 크라이오패널(18)을 수용하는 크라이오펌프 용기이다.

하우징(38)은, 고온 크라이오패널(19) 및 냉동기(16)의 저온부에 접촉하지 않도록, 외부 환경온도의 부위(예를 들면 냉동기(16)의 고온부)에 고정되어 있다. 하우징(38)의 외면은 외부 환경에 노출되어 있어, 냉각되어 있는 고온 크라이오패널(19)보다 온도가 높다(예를 들면 실온 정도).

또, 하우징(38)은 그 개구단으로부터 직경방향 외측을 향하여 뻗는 흡기구 플랜지(56)를 구비한다. 흡기구 플랜지(56)는, 크라이오펌프(10)를 진공챔버에 장착하기 위한 플랜지이다. 진공챔버의 개구에는 게이트밸브가 마련되어 있고(도시하지 않음), 흡기구 플랜지(56)는 그 게이트밸브에 장착된다. 이와 같이 하여 입구 크라이오패널(32)의 축방향 상방에 게이트밸브가 위치한다. 예를 들면 크라이오펌프(10)를 재생할 때 게이트밸브는 폐쇄되고, 크라이오펌프(10)가 진공챔버를 배기할 때 개방된다.

하우징(38)에는, 벤트밸브(70), 러핑밸브(72), 및 퍼지밸브(74)가 장착되어 있다.

벤트밸브(70)는, 크라이오펌프(10)의 내부로부터 외부 환경으로 유체를 배출하기 위한 배출라인(80)의 예를 들면 말단에 마련되어 있다. 벤트밸브(70)를 개방함으로써 배출라인(80)의 흐름이 허용되고, 벤트밸브(70)를 폐쇄함으로써 배출라인(80)의 흐름이 차단된다. 배출되는 유체는 기본적으로는 가스이지만, 액체 또는 기체 및 액체의 혼합물이어도 된다. 예를 들면 크라이오펌프(10)에 응축된 가스의 액화물이 배출유체에 혼재하고 있어도 된다. 벤트밸브(70)가 개방됨으로써, 하우징(38)의 내부에 발생한 양압(陽壓)을 외부로 해방시킬 수 있다.

러핑밸브(72)는, 러핑펌프(73)에 접속된다. 러핑밸브(72)의 개폐에 의하여, 러핑펌프(73)와 크라이오펌프(10)가 연통 또는 차단된다. 러핑밸브(72)를 개방함으로써 러핑펌프(73)와 하우징(38)이 연통되고, 러핑밸브(72)를 폐쇄함으로써 러핑펌프(73)와 하우징(38)이 차단된다. 러핑밸브(72)를 개방하고 또한 러핑펌프(73)를 동작시킴으로써, 크라이오펌프(10)의 내부를 감압할 수 있다.

러핑펌프(73)는, 크라이오펌프(10)의 진공흡인을 하기 위한 진공펌프이다. 러핑펌프(73)는, 크라이오펌프(10)의 동작 압력 범위의 저진공영역, 바꾸어 말하면 크라이오펌프(10)의 동작 개시압력인 베이스압 레벨을 크라이오펌프(10)에 제공하기 위한 진공펌프이다. 러핑펌프(73)는, 대기압으로부터 베이스압 레벨까지 하우징(38)을 감압할 수 있다. 베이스압 레벨은, 러핑펌프(73)의 고진공영역에 해당하여, 러핑펌프(73)와 크라이오펌프(10)의 동작 압력 범위의 중첩 부분에 포함된다. 베이스압 레벨은, 예를 들면 1Pa 이상 50Pa 이하(예를 들면 10Pa 정도)의 범위이다.

러핑펌프(73)는 전형적으로는 크라이오펌프(10)와는 별도의 진공장치로서 마련되어, 예를 들면 크라이오펌프(10)가 접속되는 진공챔버를 포함하는 진공시스템의 일부를 구성한다. 크라이오펌프(10)는 진공챔버를 위한 주펌프이며, 러핑펌프(73)는 보조펌프이다.

퍼지밸브(74)는 퍼지가스원(75)을 포함하는 퍼지가스 공급장치에 접속된다. 퍼지밸브(74)의 개폐에 의하여 퍼지가스원(75)과 크라이오펌프(10)가 연통 또는 차단되어, 퍼지가스의 크라이오펌프(10)로의 공급이 제어된다. 퍼지밸브(74)를 개방함으로써, 퍼지가스원(75)으로부터 하우징(38)으로의 퍼지가스 흐름이 허용된다. 퍼지밸브(74)를 폐쇄함으로써, 퍼지가스원(75)으로부터 하우징(38)으로의 퍼지가스 흐름이 차단된다. 퍼지밸브(74)를 개방하여 퍼지가스원(75)으로부터 퍼지가스를 하우징(38)에 도입함으로써, 크라이오펌프(10)의 내부를 승압할 수 있다. 공급된 퍼지가스는, 벤트밸브(70) 또는 러핑밸브(72)를 통하여 크라이오펌프(10)로부터 배출된다.

퍼지가스의 온도는, 본 실시형태에서는 실온으로 조정되어 있지만, 일 실시형태에 있어서는 퍼지가스는, 실온보다 고온으로 가열된 가스, 또는, 실온보다 어느 정도 저온의 가스여도 된다. 본 명세서에 있어서 실온은, 10℃~30℃의 범위 또는 15℃~25℃의 범위로부터 선택되는 온도이며, 예를 들면 약 20℃이다. 퍼지가스는 예를 들면 질소가스이다. 퍼지가스는, 건조한 가스여도 된다.

크라이오펌프(10)는, 제1 스테이지(20)의 온도를 측정하기 위한 제1 온도센서(90)와, 제2 스테이지(21)의 온도를 측정하기 위한 제2 온도센서(92)를 구비한다. 제1 온도센서(90)는, 제1 스테이지(20)에 장착되어 있다. 제2 온도센서(92)는, 제2 스테이지(21)에 장착되어 있다. 제1 온도센서(90)는, 제1 스테이지(20)의 온도를 정기적으로 측정하여, 측정온도를 나타내는 신호를 제어부(100)에 출력한다. 제1 온도센서(90)는 그 출력을 통신 가능하도록 제어부(100)에 접속되어 있다. 제2 온도센서(92)에 대해서도 동일하게 구성되어 있다. 제1 온도센서(90) 및 제2 온도센서(92)의 측정온도가 각각 고온 크라이오패널(19) 및 저온 크라이오패널(18)의 온도로서 제어부(100)에 있어서 이용되어도 된다.

또, 하우징(38)의 내부에 압력센서(94)가 마련되어 있다. 압력센서(94)는 예를 들면, 고온 크라이오패널(19)의 외측에서 냉동기(16)의 근방에 마련되어 있다. 압력센서(94)는, 하우징(38)의 압력을 정기적으로 측정하여, 측정압력을 나타내는 신호를 제어부(100)에 출력한다. 압력센서(94)는 그 출력을 통신 가능하도록 제어부(100)에 접속되어 있다.

또, 크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프(10)를 제어하기 위한 제어부(100)를 구비한다. 제어부(100)는 크라이오펌프(10)에 일체로 마련되어 있어도 되고, 크라이오펌프(10)와는 별체의 제어장치로서 구성되어 있어도 된다.

제어부(100)는, 크라이오펌프(10)의 진공 배기운전 및 재생운전을 위하여 냉동기(16)를 제어하도록 구성되어 있다. 제어부(100)는, 제1 온도센서(90), 제2 온도센서(92), 및 압력센서(94)를 포함하는 각종 센서의 측정결과를 수신하도록 구성되어 있다. 제어부(100)는, 그러한 측정결과에 근거하여, 냉동기(16) 및 각종 밸브에 부여하는 제어지령을 연산한다.

예를 들면, 진공 배기운전에 있어서는, 제어부(100)는, 스테이지 온도(예를 들면 제1 스테이지 온도)가 목표의 냉각온도에 추종하도록 냉동기(16)를 제어한다. 제1 스테이지(20)의 목표온도는 통상, 일정치로 설정된다. 제1 스테이지(20)의 목표온도는 예를 들면, 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버에서 행해지는 프로세스에 따라 사양으로서 정해진다. 또, 제어부(100)는, 크라이오펌프(10)의 재생을 위하여 하우징(38)으로부터의 배기와 하우징(38)으로의 퍼지가스의 공급을 제어하도록 구성되어 있다. 제어부(100)는, 벤트밸브(70), 러핑밸브(72), 및 퍼지밸브(74)의 개폐를 재생 중에 제어한다.

상기 구성의 크라이오펌프(10)에 의한 동작을 이하에 설명한다. 크라이오펌프(10)의 작동 시에는, 먼저 그 작동 전에 러핑밸브(72)를 통하여 러핑펌프(73)로 크라이오펌프(10)의 내부를 동작 개시압력(예를 들면 1Pa 내지 10Pa 정도)까지 러핑한다. 그 후 크라이오펌프(10)를 작동시킨다. 제어부(100)에 의한 제어하에서, 냉동기(16)의 구동에 의하여 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)가 냉각되어, 이들에 열적으로 접속되어 있는 고온 크라이오패널(19), 저온 크라이오패널(18)도 냉각된다.

입구 크라이오패널(32)은, 진공챔버로부터 크라이오펌프(10) 내부를 향하여 비래하는 기체분자를 냉각하고, 그 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮아지는 기체(예를 들면 수분 등)를 표면에 응축시켜 배기한다. 입구 크라이오패널(32)의 냉각온도에서는 증기압이 충분히 낮아지지 않는 기체는 입구 크라이오패널(32)을 통과하여 방사실드(30) 내부로 진입한다. 진입한 기체분자 중 저온 크라이오패널(18)의 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮아지는 기체는, 그 표면에 응축되어 배기된다. 그 냉각온도에서도 증기압이 충분히 낮아지지 않는 기체(예를 들면 수소 등)는, 저온 크라이오패널(18)의 표면에 접착되어 냉각되어 있는 흡착제(27)에 의하여 흡착되어 배기된다. 이와 같이 하여 크라이오펌프(10)가 장착되어 있는 진공챔버의 진공도를 원하는 레벨로 도달시킬 수 있다.

배기운전이 계속됨으로써 크라이오펌프(10)에는 기체가 축적되어 간다. 축적한 기체를 외부로 배출하기 위하여, 크라이오펌프(10)의 재생이 행해진다. 재생처리는, 승온공정, 배출공정, 및 쿨다운공정을 포함한다.

크라이오펌프(10)의 재생처리는, 제어부(100)에 의하여 제어된다. 제어부(100)는, 소정의 재생 개시조건이 충족되었는지 아닌지를 판정하여, 당해 조건이 충족된 경우에는 재생을 개시한다. 당해 조건이 충족되지 않은 경우에는, 제어부(100)는 재생을 개시하지 않고, 진공 배기운전을 계속한다. 재생 개시조건은 예를 들면, 배기운전이 개시된 후 소정 시간이 경과한 것을 포함해도 된다.

도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 재생방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 재생처리는, 배기운전 중의 크라이오패널 온도보다 고온인 재생온도로 크라이오펌프(10)를 승온하는 승온공정을 포함한다(S10). 도 2에 나타내는 재생처리는, 이른바 풀 재생이다. 풀 재생은, 고온 크라이오패널(19) 및 저온 크라이오패널(18)을 포함하는 모든 크라이오패널을 재생한다. 크라이오패널(18, 19)은 진공 배기운전을 위한 냉각온도로부터 재생온도까지 가열된다. 재생온도는 예를 들면 실온 또는 그보다 어느 정도 높은 온도이다.

승온공정에 있어서는, 크라이오패널(18, 19)을 가열하기 위한 제1 열원으로서, 퍼지가스가 사용된다. 제어부(100)는, 퍼지 개시조건이 충족되었는지 아닌지를 판정한다. 제어부(100)는, 퍼지 개시조건이 충족된 경우에는, 하우징(38)에 퍼지가스를 공급하도록 퍼지밸브(74)를 개방한다. 퍼지 개시조건은 예를 들면 재생 개시조건이어도 된다. 즉 재생개시와 함께 퍼지가스의 공급이 개시된다. 또, 제어부(100)는, 퍼지 중단조건이 충족되었는지 아닌지를 판정한다. 제어부(100)는, 퍼지 중단조건이 충족된 경우에는, 하우징(38)으로의 퍼지가스의 공급을 정지하도록 퍼지밸브(74)를 폐쇄한다.

크라이오패널(18, 19)을 가열하기 위하여, 퍼지가스와는 상이한 제2 열원이 사용되어도 된다. 예를 들면, 냉동기(16)의 승온운전(이른바 역전승온)이 행해져도 된다. 냉동기(16)는, 구동기구(17)가 냉각운전과는 역방향으로 동작할 때 작동기체에 단열압축이 발생하도록 구성되어 있다. 이렇게 하여 얻어지는 압축열로 냉동기(16)는 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)를 가열한다. 고온 크라이오패널(19) 및 저온 크라이오패널(18)은 각각 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)를 열원으로 하여 가열된다. 혹은, 냉동기(16)에 설치된 히터가 열원으로서 사용되어도 된다. 이 경우, 제어부(100)는, 냉동기(16)의 운전으로부터 독립적으로 히터를 제어할 수 있다.

승온공정에 있어서, 제1 및 제2 열원의 일방이 단독으로 사용되거나, 또는 양방이 동시에 사용되어도 된다. 배출공정에 있어서도 마찬가지로, 제1 및 제2 열원의 일방이 단독으로 사용되거나, 또는 양방이 동시에 사용되어도 된다. 제어부(100)는, 제1 열원과 제2 열원을 전환하거나, 또는, 제1 열원과 제2 열원을 병용 하여, 크라이오패널(18, 19)의 온도를 제어한다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 승온공정은, 제1 승온공정(S11)과, 제2 승온공정(S12)을 포함한다. 제어부(100)는, 크라이오패널(18, 19)을 진공배기를 위한 냉각온도로부터 실온보다 높은 가열 목표온도로 가열하기 위하여, 제1 승온공정과 제2 승온공정을 차례로 실행하도록 구성되어 있다. 가열 목표온도는, 예를 들면, 30℃~60℃의 범위 또는 40℃~50℃의 범위로부터 선택되는 온도이다.

크라이오패널(18, 19)은, 먼저 제1 승온공정에 있어서 제1 온도대로 가열된다. 다음으로, 크라이오패널(18, 19)은, 제2 승온공정에 있어서, 제1 온도대보다 높은 제2 온도대로 가열된다.

제1 온도대는, 퍼지가스 온도(상기 서술과 같이 예를 들면 실온)를 포함하는 온도범위이다. 제1 온도대는, 크라이오패널(18, 19)에 퇴적한 얼음이 물로 용해될 수 있는 온도이다. 제1 온도대의 하한은 예를 들면 물의 융점(즉 약 0℃)이며, 상한은 예를 들면 퍼지가스 온도이다. 제1 온도대는, 예를 들면, 10℃~30℃의 범위 또는 15℃~25℃의 범위이다.

제2 온도대는, 가열 목표온도를 포함하는 온도범위이다. 제2 온도대의 하한은 예를 들면 퍼지가스 온도이며, 상한은 예를 들면 가열 목표온도이다. 제2 온도대는, 예를 들면, 30℃~60℃의 범위 또는 40℃~50℃의 범위이다. 제2 온도대는, 열원(예를 들면, 냉동기(16)의 승온운전에 있어서의 제1 스테이지(20) 또는 제2 스테이지(21))의 온도보다 낮다.

제1 승온공정은, 크라이오패널(18, 19)을 진공 배기운전을 위한 냉각온도로부터 제1 온도대로 가열하기 위하여 크라이오펌프에 퍼지가스를 공급하는 것을 포함한다. 또, 제1 승온공정은, 냉동기(16)에 의한 역전승온을 포함한다. 이와 같이, 제1 승온공정에 있어서는, 크라이오패널(18, 19)을 고속으로 승온하기 위하여, 열원으로서 퍼지가스와 냉동기(16)가 병용된다. 크라이오패널(18, 19)은, 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)로부터의 열전도와, 퍼지가스의 대류에 의한 열전달에 의하여 온도가 상승한다.

제어부(100)는, 제1 승온공정에 있어서 정기적으로, 퍼지 중단조건이 충족되었는지 아닌지를 판정한다. 제어부(100)는, 퍼지 중단조건이 충족되지 않은 경우에는, 제1 승온공정을 계속한다. 제어부(100)는, 퍼지 중단조건이 충족된 경우에는, 제1 승온공정을 종료하고, 제2 승온공정을 개시한다.

제1 승온공정에 있어서의 퍼지 중단조건은 예를 들면, 크라이오패널 온도(예를 들면, 제1 온도센서(90) 및/또는 제2 온도센서(92)의 측정온도)가 제1 온도대에 있는 것이다. 이 경우, 제어부(100)는, 크라이오패널 온도가 제1 온도대에 있는지 아닌지를 판정하여, 크라이오패널 온도가 제1 온도대에 있는 경우에는, 퍼지밸브(74)를 폐쇄하여 하우징(38)으로의 퍼지가스 공급을 중단함과 함께, 제1 승온공정으로부터 제2 승온공정으로 이행한다.

제어부(100)는, 제1 온도센서(90) 및/또는 제2 온도센서(92)의 측정온도가 제1 온도대에 있다고 판정되었을 때, 퍼지가스의 공급을 소정 시간 계속해도 된다(이른바 연장퍼지). 이와 같이 하여, 크라이오패널(18, 19)의 표면 온도분포가 제1 온도대에서 균일화되었을 때, 하우징(38)으로의 퍼지가스의 공급이 정지되어도 된다.

따라서, 제1 승온공정에 있어서의 퍼지 중단조건은, 제1 승온공정의 개시부터 소정 시간이 경과한 것이어도 된다. 소정 시간은, 크라이오패널(18, 19)이 제1 온도대로 가열되는 데 필요하다고 예상되는 시간이며, 미리 실험적 또는 경험적으로 적절히 설정되어도 된다.

다만, 제1 승온공정은, 퍼지가스의 공급을 정지하는 것을 포함해도 된다. 극저온으로부터 제1 온도대로의 크라이오패널(18, 19)의 가열 중에, 일시적으로 퍼지가스가 공급되지 않는 기간이 있어도 된다. 예를 들면, 크라이오패널(18, 19)에 빙결한 기체의 재기화에 의하여 하우징(38)의 내압이 현저하게 높아졌을 때, 안전을 위하여 퍼지가스의 공급이 일시적으로 정지되어도 된다.

제2 승온공정은, 퍼지가스와는 상이한 열원에 의하여, 제1 온도대로부터 제2 온도대로 크라이오패널(18, 19)을 가열하는 것을 포함한다. 예를 들면, 제2 승온공정은, 냉동기(16)에 의한 역전승온을 제1 승온공정으로부터 계속하는 것을 포함한다. 이와 같이, 제2 승온공정에 있어서는, 크라이오패널(18, 19)은, 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)로부터의 열전도에 의하여 데워진다.

전형적인 크라이오펌프의 재생방법에 있어서는, 크라이오패널이 가열 목표온도로 승온될 때까지 퍼지가스의 공급이 계속된다. 여기에서 주목해야 할 것은, 본 실시형태에서는, 가열 목표온도가 퍼지가스 온도보다 높다는 것이다. 이로 인하여, 퍼지가스의 대류에 의한 열전달은, 가열 목표온도에 있어서 크라이오패널로부터 열을 빼앗는 효과를 가진다. 즉, 크라이오패널이 제2 열원에 의하여 퍼지가스 온도보다 높은 온도로 가열될 때, 크라이오펌프는 퍼지가스에 의하여 식게 된다. 따라서, 목표온도로의 가열에 필요한 시간이 길어진다. 최악의 경우에는, 목표온도까지 가열할 수 없다.

본 실시형태에 관한 제2 승온공정에 있어서는, 퍼지가스의 공급이 중단된다. 이로 인하여, 본 실시형태에 의하면, 상기 서술한 전형적인 방법에 비하여, 퍼지가스의 공급에 의한 냉각효과는 완화된다. 따라서, 크라이오펌프(10)를 단시간에 목표온도로 가열할 수 있다.

바람직하게는, 크라이오펌프(10)의 러핑이, 제1 온도대로부터 제2 온도대로의 크라이오패널(18, 19)의 가열 중에 행해져도 된다. 제어부(100)는, 제2 승온공정에 있어서 하우징(38)을 러핑하도록 러핑밸브(72)를 적어도 일시적으로 개방해도 된다. 이와 같이 하면, 퍼지가스가 크라이오펌프(10)로부터 배출되어, 퍼지가스의 대류에 의한 열전달이 방해된다. 따라서, 보다 효율적으로 크라이오패널(18, 19)을 승온할 수 있다.

승온공정에 있어서의 러핑의 목적 중 하나는, 퍼지가스의 대류에 의한 열전달을 방해하는 것에 있다. 따라서, 이 러핑은, 하우징(38)에 어느 정도의 부압을 얻을 수 있으면 충분하다. 즉, 승온공정에 있어서의 러핑은, 그다지 높은 진공도를 필요로 하지 않는다. 따라서, 승온공정에 있어서의 러핑압은, 배출공정에 있어서의 러핑압보다 높아도 된다. 여기에서, 러핑압이란, 러핑을 종료하는 압력을 말한다. 동일한 이유에 의하여, 승온공정에 있어서의 러핑밸브(72)의 개방시간은, 배출공정에 있어서의 러핑밸브(72)의 개방시간보다 짧아도 된다.

크라이오펌프(10)에는, 진공 배기운전에 의하여, 물 및 그 외의 기체가 포착되어 있다. 크라이오펌프(10)의 일반적인 용도에 있어서, 물은 가장 높은 융점을 가지는 기체이며, 따라서 가장 배출되기 어려운 기체이다. 물 이외의 빙결한 기체는, 물에 비하여 현저하게 낮은 융점을 가지므로, 크라이오펌프(10)로부터 용이하게 배출된다. 또, 진공그리스나 레지스트 등에서 유래하는 크라이오패널(18, 19)로의 부착물은, 고온저압 환경에서 기화된다.

따라서, 승온공정에 있어서의 러핑에 의하여, 물 이외의 모든 기체를 실질적으로 크라이오펌프(10)로부터 배출하는 것도 가능하다. 이 경우, 크라이오펌프(10) 내의 청정도를 높이기 위하여, 제2 승온공정에 있어서 퍼지가스의 공급이 재개되어도 된다. 따라서, 제어부는, 제1 온도대로부터 제2 온도대로의 크라이오패널(18, 19)의 가열 중에, 이른바 러프 앤드 퍼지를 실행해도 된다. 승온공정에 있어서의 러프 앤드 퍼지를, 본 명세서에서는 “승온 러프 앤드 퍼지”라고 부르는 경우가 있다.

러프 앤드 퍼지란, 러핑밸브(72)에 의한 하우징(38)의 러핑과 퍼지가스의 공급을 교대로 행하는 처리이다. 러프 앤드 퍼지에 있어서는, 러핑과 퍼지와의 조합이 1회 또는 복수 회 실행된다. 통례적으로, 러프 앤드 퍼지에 있어서 제어부(100)는, 러핑과 퍼지를 선택적으로 실행한다. 즉, 러핑(또는 퍼지)이 행해지고 있을 때 퍼지(또는 러핑)는 정지되어 있다. 러핑 및 퍼지의 개시 및 종료는, 하우징(38)의 압력에 근거하여 행해져도 되고, 혹은 경과시간에 근거해도 된다.

다만, 러프 앤드 퍼지에 있어서, 러핑 및 퍼지의 일방이 연속하여 행해지는 동안에 러핑 및 퍼지의 타방이 간헐적으로 행해져도 된다. 이것도, 러핑과 퍼지가스의 공급이 교대로 행해지고 있다고 간주된다. 또, 러프 앤드 퍼지는, 러핑도 퍼지도 행해지지 않는 기간을 포함해도 된다.

제어부(100)는, 제2 승온공정에 있어서 정기적으로, 승온 완료조건이 충족되었는지 아닌지를 판정한다. 제어부(100)는, 승온 완료조건이 충족되지 않은 경우에는, 제2 승온공정을 계속한다. 제어부(100)는, 승온 완료조건이 충족된 경우에는, 제2 승온공정을 종료하고, 배출공정을 개시한다.

승온 완료조건은 예를 들면, 크라이오패널 온도(예를 들면, 제1 온도센서(90) 및/또는 제2 온도센서(92)의 측정온도)가 제2 온도대에 있는 것이다. 이 경우, 제어부(100)는, 크라이오패널 온도가 제2 온도대에 있는지 아닌지를 판정하여, 크라이오패널 온도가 제2 온도대에 있는 경우에는, 승온공정으로부터 배출공정으로 이행한다. 또, 제어부(100)는, 크라이오패널 온도가 가열 목표온도를 넘었는지 아닌지를 판정하여, 크라이오패널 온도가 가열 목표온도를 넘은 경우에 승온공정으로부터 배출공정으로 이행해도 된다

혹은, 승온 완료조건은, 제1 승온공정 또는 제2 승온공정의 개시부터 소정 시간이 경과한 것이어도 된다. 소정 시간은, 크라이오패널(18, 19)이 제2 온도대(예를 들면, 가열 목표온도)로 가열되는 데 필요하다고 예상되는 시간이며, 미리 실험적 또는 경험적으로 적절히 설정되어도 된다.

승온 완료조건은, 하우징(38)의 압력에 근거해도 된다. 예를 들면, 제어부(100)는, 승온 러프 앤드 퍼지에 있어서의 러핑 내의 압력 강하율이 임계치를 넘는지 아닌지를 판정해도 된다. 제어부(100)는, 압력 강하율이 임계치를 넘는 경우에 승온공정으로부터 배출공정으로 이행하고, 압력 강하율이 임계치를 충족시키지 못한 경우에 승온 러프 앤드 퍼지를 계속해도 된다.

승온공정이 완료되면, 제어부(100)는, 배출공정(S13)을 개시한다. 배출공정에 있어서는, 크라이오패널 표면으로부터 재기화한 기체가 크라이오펌프(10)의 외부로 배출된다. 재기화한 기체는 예를 들면 배출라인(80)을 통하여, 또는 러핑펌프(73)를 사용하여 배출된다. 재기화한 기체는, 필요에 따라 도입되는 퍼지가스와 함께 크라이오펌프(10)로부터 배출된다. 예를 들면, 크라이오패널(18, 19)로부터 물이 증발하여, 하우징(38)으로부터 물이 배출된다.

제어부(100)는, 배출공정에 있어서 크라이오패널 온도를 제2 온도대로 유지하도록 냉동기(16)의 승온운전 또는 그 외의 열원을 제어해도 된다. 이 경우, 제어부(100)는, 과잉된 가열을 피하기 위하여, 적어도 일시적으로 열원을 정지해도 된다.

배출공정에 있어서는, 이른바 러프 앤드 퍼지가 행해져도 된다. 배출공정에 있어서의 러프 앤드 퍼지를, 본 명세서에서는 “배출 러프 앤드 퍼지”라고 부르는 경우가 있다. 제어부(100)는, 크라이오패널 온도가 제2 온도대에 있을 때, 하우징(38)의 러핑과 퍼지가스의 공급을 교대로 행하는 배출 러프 앤드 퍼지를 실행해도 된다. 따라서, 제어부(100)는, 도 4에 나타나는 바와 같이, 승온 완료조건이 충족된 경우에, 승온 러프 앤드 퍼지로부터 배출 러프 앤드 퍼지로 이행해도 된다.

배출 러프 앤드 퍼지에 있어서의 러핑압은, 베이스압 레벨보다 고압이며, 예를 들면 50Pa 내지 500Pa, 바람직하게는 100Pa 내지 200Pa의 범위로부터 선택된다. 이 압력영역을 이하에서는 준베이스압 레벨이라고 부르는 경우가 있다. 배출 러프 앤드 퍼지에 있어서의 러핑압은, 예를 들면, 배출공정을 통하여 일정하다. 그러나, 일 실시형태에 있어서는, 배출 러프 앤드 퍼지에 있어서의 러핑압이 단계적으로 저감되어도 된다.

배출 러프 앤드 퍼지는 크라이오펌프(10)로부터 효율적으로 물을 배출하기 위하여 행해지는 데 비하여, 승온 러프 앤드 퍼지의 주목적은 상기 서술과 같이, 크라이오펌프(10)의 효율적인 승온과 물 이외의 기체의 배출에 있다. 효율적인 승온을 위해서는, 퍼지가스의 공급을 제한하는 것이 바람직하다. 따라서, 승온 러프 앤드 퍼지에 있어서의 퍼지간격은, 배출 러프 앤드 퍼지에 있어서의 퍼지간격보다 긴 것이 바람직하다. 동일한 이유로부터, 승온 러프 앤드 퍼지에 있어서의 퍼지시간은, 배출 러프 앤드 퍼지에 있어서의 퍼지시간보다 짧은 것이 바람직하다. 여기에서, 퍼지간격은, 전회의 퍼지종료부터 금회의 퍼지 개시까지의 시간이다. 퍼지시간은, 금회의 퍼지 계속시간이다.

또, 물 이외의 기체는 비교적 용이하게 배출되기 때문에, 승온 러프 앤드 퍼지에 있어서의 러핑시간은 배출 러프 앤드 퍼지에 있어서의 러핑시간보다 짧아도 된다. 또, 승온 러프 앤드 퍼지에 있어서의 러핑간격은, 배출 러프 앤드 퍼지에 있어서의 러핑간격보다 길어도 된다. 러핑간격은, 전회의 러핑종료로부터 금회의 러핑개시까지의 시간이다. 러핑시간은, 금회의 러핑의 계속시간이다.

제어부(100)는, 배출공정에 있어서, 예를 들면 압력센서(94)의 측정치에 근거하여, 기체(즉 수증기)의 배출이 완료되었는지 아닌지를 판정한다. 예를 들면, 제어부(100)는, 크라이오펌프(10) 내의 압력이 소정의 임계치를 넘고 있는 동안은 배출공정을 계속하여, 압력이 그 임계치를 하회한 경우에 배기공정을 종료하고 쿨다운공정을 개시한다.

제어부(100)는, 이른바 빌드업 판정을 행해도 된다. 크라이오펌프 재생에 있어서의 빌드업 판정은, 판정 개시시점의 압력으로부터의 압력 상승 구배가 판정 허용값을 넘지 않은 경우에, 크라이오펌프(10)로부터 기체가 충분히 배출되었다고 판정하는 처리이다.

쿨다운공정(S14)은, 진공 배기운전을 재개하기 위하여 크라이오패널(18, 19)을 재냉각하는 처리이다. 냉동기(16)의 냉각운전이 개시된다. 이 냉각공정의 적어도 일부에 있어서 러핑이 행해져도 되고, 예를 들면 냉각개시부터 러핑 종료압력 또는 러핑 종료온도에 도달할 때까지 러핑이 계속되어도 된다. 제어부(100)는, 크라이오패널이 진공 배기운전을 위한 냉각온도로 냉각되었는지 아닌지를 판정한다. 제어부(100)는, 목표 냉각온도에 도달할 때까지 쿨다운공정을 계속하여, 목표온도로 냉각되었을 때 쿨다운공정을 종료한다. 이렇게 하여 재생처리는 완료된다. 크라이오펌프(10)의 진공 배기운전이 재개된다.

도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)를 개략적으로 나타내는 도이다. 일 실시형태에 있어서는, 크라이오패널의 온도를 직접 측정하기 위하여, 크라이오패널에 온도센서가 마련되어 있어도 된다. 예를 들면, 도 3에 나타나는 바와 같이, 패널온도센서(96)가, 입구 크라이오패널(32)의 중심부에 마련되어 있어도 된다. 패널온도센서(96)는, 입구 크라이오패널(32)의 온도를 정기적으로 측정하여, 측정온도를 나타내는 신호를 제어부(100)에 출력한다. 패널온도센서(96)는 그 출력을 통신 가능하도록 제어부(100)에 접속되어 있다.

입구 크라이오패널(32)의 중심부는, 재생에 있어서 크라이오펌프(10)를 가열하기 위한 열원으로부터 가장 먼 크라이오패널의 부분이다. 이로 인하여, 입구 크라이오패널(32)의 중심부는, 다른 부분에 비하여 승온에 시간이 걸린다. 바꾸어 말하면, 입구 크라이오패널(32)의 중심부가 목표온도까지 가열되었을 때, 크라이오패널의 다른 부분은 이미 충분히 승온되어 있다. 따라서, 재생의 승온공정에 있어서는, 입구 크라이오패널(32)의 중심부의 온도에 의하여 크라이오패널 전체의 온도를 대표할 수 있다.

패널온도센서(96)는, 저온 크라이오패널(18) 또는 고온 크라이오패널(19)에 있어서 전열경로의 말단부에 마련되어 있어도 된다. 여기에서, 전열경로의 말단부란, 크라이오패널의 승온 중에 열원으로부터 먼 장소를 말한다. 예를 들면, 열원으로부터 패널 상의 어느 점까지의 전열경로의 길이에 따라, 열원에 가까운(전열경로가 짧은) 영역과 열원으로부터 먼(전열경로가 긴) 영역으로 고온 크라이오패널(19)을 구분할 수 있다. 혹은, 마찬가지로 하여, 열원에 가까운 영역, 중간 영역, 먼 영역의 3개로 고온 크라이오패널(19)을 구분할 수 있다. 저온 크라이오패널(18)에 대해서도 마찬가지이다. 이 때, 열원으로부터 먼 영역을, 전열경로의 말단부로 간주해도 된다.

따라서, 패널온도센서(96)는, 실드개구단(31) 또는 방사실드(30)의 폐쇄단에 마련되어도 된다. 혹은, 패널온도센서(96)는, 저온 크라이오패널(18)에 있어서 제2 스테이지(21)로부터 가장 먼 패널부재(26)의 단부에 마련되어 있어도 된다.

패널온도센서(96)는, 재생 중의 크라이오패널 온도의 감시를 위하여 사용된다. 패널온도센서(96)는, 승온공정에 있어서의 가열 목표온도를 포함하는 측정 가능 온도역을 가진다. 본 실시형태에 있어서는 패널온도센서(96)는 진공배기 중에는 사용되지 않기 때문에, 패널온도센서(96)는 측정 가능 온도역에 극저온을 포함하지 않아도 된다. 요컨대, 패널온도센서(96)는 실온 레벨(예를 들면 0℃~60℃)을 측정 가능하면 된다. 따라서, 패널온도센서(96)로서 예를 들면 저가의 열전대를 사용할 수 있다.

도 4는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 재생시퀀스를 나타내는 도이다. 이 재생시퀀스는 상기 서술과 같이 제어부(100)에 의하여 제어된다. 도 4는, 크라이오펌프(10)에 있어서의 재생 중의 온도 및 압력의 시간변화의 일례를 개략적으로 나타낸다. 도 4에 나타나는 온도는 제1 온도센서(90) 및 패널온도센서(96)의 측정온도이며, 압력은 압력센서(94)의 측정압력이다.

도 4에 나타나는 재생시퀀스는, 그 개시부터 종료까지의 전체 기간이 기간(a) 내지 기간(d)의 4기간으로 구분된다. 상기 서술한 제1 승온공정은 기간(a)에 해당하고, 제2 승온공정은 기간(b)에 해당하며, 배출공정은 기간(c)에 해당하고, 쿨다운공정은 기간(d)에 해당한다.

기간(a)에 있어서는, 퍼지밸브(74)가 개방되어, 냉동기(16)의 역전승온이 행해진다. 냉동기(16)의 역전승온과 질소퍼지에 의하여 크라이오펌프(10)가 제1 온도대(T₁)로 가열된다. 질소가스의 온도는 약 20℃이다. 제1 승온공정의 전반에는 스테이지 온도(Ts) 및 크라이오패널 온도(Tc)는 동일한 구배로 상승한다. 제1 승온공정의 후반에는, 스테이지 온도(Ts)에 비하여 크라이오패널 온도(Tc)의 구배가 완만하게 되어 있다. 여기에서, 스테이지 온도(Ts)는 제1 스테이지(20)의 온도이며, 크라이오패널 온도(Tc)는 입구 크라이오패널(32)의 중심부의 온도이다.

질소퍼지에 의하여 크라이오펌프 내의 압력은 신속하게 대기압(Pa)에 도달한다. 물 이외의 대부분의 가스는, 승온 중에 크라이오패널(18, 19)로부터 하우징(38) 내에 방출된다. 이 예에 있어서는, 스테이지 온도(Ts)가 목표치에 도달했을 때, 제1 승온공정이 종료되고 제2 승온공정이 개시된다.

기간(b)의 개시시점에 있어서 퍼지밸브(74)는 폐쇄되고 질소퍼지는 중단되지만, 냉동기(16)의 역전승온은 스테이지 온도(Ts)가 목표치로 유지되도록 계속되고 있다. 이로써, 크라이오패널 온도(Tc)가 제1 온도대(T₁)로부터 제2 온도대(T₂)로 가열된다.

기간(b)의 개시시점에 있어서의 퍼지밸브(74)의 폐쇄와 동시에, 러핑밸브(72)가 일시적으로 개방된다. 이로써, 질소가스 및 크라이오패널(18, 19)로부터 방출된 가스가 배출된다. 러핑밸브(72)는 러핑시간(Tr)이 경과했을 때 폐쇄된다. 크라이오펌프(10)의 내압은 러핑압(Pb)까지 감압된다. 이로써, 크라이오패널(18, 19)의 승온이 촉진된다. 비교를 위하여, 기간(b)에 있어서 질소퍼지가 계속되었을 때의 크라이오패널 온도(Tc’)를 도 4에 파선으로 나타낸다. 질소가스에 의한 냉각작용에 의하여, 크라이오패널 온도(Tc’)는 그다지 상승하지 않는다.

제2 승온공정에 있어서는 승온 러프 앤드 퍼지가 행해진다. 질소퍼지를 위하여, 퍼지밸브(74)가 일시적으로 개방된다. 퍼지밸브(74)는 퍼지시간(Tp)이 경과했을 때 폐쇄된다. 압력은 대기압(Pa)으로 되돌아온다. 퍼지밸브(74)의 폐쇄와 동시에 러핑밸브(72)가 개방되어, 러핑압(Pb)까지 다시 감압된다. 러핑 중에 압력 강하율이 판정된다. 도시되는 바와 같이, 이 예에서는 3회의 질소퍼지와 러핑이 교대로 행해지고, 3회째의 질소퍼지 직후의 러핑에 있어서 압력 강하율이 임계치를 넘어, 승온 러프 앤드 퍼지로부터 배출 러프 앤드 퍼지로 이행한다.

기간(c)에 있어서는, 배출 러프 앤드 퍼지에 의하여 물이 크라이오펌프(10)로부터 배출된다. 배출 러프 앤드 퍼지동안, 크라이오패널 온도(Tc)는 제2 온도대(T₂)에 있어서 약간씩이기는 하지만 서서히 상승한다.

배출 러프 앤드 퍼지에 있어서의 퍼지시간(Tp’) 및 러핑시간(Tr’)은 각각 승온 러프 앤드 퍼지에 있어서의 퍼지시간(Tp) 및 러핑시간(Tr)보다 길다. 배출 러프 앤드 퍼지에 있어서의 러핑압(Pc)은 베이스압 레벨 또는 준베이스압 레벨에 있고, 승온 러프 앤드 퍼지에 있어서의 러핑압(Pb)보다 낮다. 이 예에서는, 배출 러프 앤드 퍼지의 전반에 있어서의 러핑압(Pc)은 준베이스압 레벨에 있고, 배출 러프 앤드 퍼지의 후반에 있어서의 러핑압은 베이스압 레벨에 있다.

배출 러프 앤드 퍼지의 적어도 후반에 있어서, 러핑 후에 빌드업 판정이 행해진다. 판정 중에는 러핑은 정지된다. 빌드업 판정에 합격했을 때(즉, 압력 상승 구배가 임계치보다 작아졌을 때), 배출공정은 종료된다.

기간(d)에 있어서는, 냉동기(16)의 냉각운전이 개시된다. 이 때 러핑도 행해진다. 목표의 냉각온도에 도달했을 때, 러핑은 종료된다. 이와 같이 하여 재생은 완료되고, 진공 배기운전이 개시된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 크라이오펌프 재생의 승온공정에 있어서 크라이오펌프 온도가 실온 부근에 도달했을 때, 질소퍼지가 정지되고 크라이오펌프 내부가 진공흡인된다. 이로써, 크라이오패널을 효율적으로 승온할 수 있다. 또, 보다 높은 온도까지 크라이오패널을 승온할 수 있다. 이렇게 하여, 크라이오펌프의 재생시간을 단축할 수 있다.

이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 설명했다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 설계 변경이 가능하고, 여러가지 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다.

예를 들면, 상기 서술한 실시형태에 있어서는, 배출공정에 있어서 러프 앤드 퍼지가 행해지지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 일 실시형태에 있어서는, 배출공정에 있어서 퍼지가스가 공급되지 않아도 된다. 이 경우, 제어부(100)는, 승온공정의 완료 후에, 크라이오펌프(10)를 소정의 러핑압(예를 들면, 베이스압 레벨)까지 러핑하도록 러핑밸브(72) 및 러핑펌프(73)를 제어해도 된다. 다음으로, 제어부(100)는, 예를 들면 압력센서(94)의 측정치에 근거하여, 기체의 배출이 완료되었는지 아닌지를 판정해도 된다(예를 들면, 빌드업 판정).

10 크라이오펌프
16 냉동기
18 저온 크라이오패널
19 고온 크라이오패널
20 제1 스테이지
21 제2 스테이지
30 방사실드
31 실드개구단
32 입구 크라이오패널
38 하우징
72 러핑밸브
74 퍼지밸브
90 제1 온도센서
92 제2 온도센서
94 압력센서
96 패널온도센서
100 제어부

Claims (10)

1. 크라이오패널과,
   상기 크라이오패널을 수용하는 크라이오펌프 용기와,
   상기 크라이오펌프 용기에 퍼지가스를 공급하기 위하여 상기 크라이오펌프 용기에 마련되어 있는 퍼지밸브와,
   상기 크라이오패널을 가열하기 위한, 상기 퍼지가스와는 상이한 열원과,
   크라이오펌프의 재생을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는,
   상기 크라이오패널을 물의 융점보다 높은 제1 온도대로 가열하기 위하여 상기 크라이오펌프 용기에 퍼지가스를 공급하도록 상기 퍼지밸브를 개방하는 것과,
   크라이오패널 온도가 상기 제1 온도대에 있을 때 상기 크라이오펌프 용기로의 상기 퍼지가스의 공급을 중단하도록 상기 퍼지밸브를 폐쇄하는 것과,
   상기 크라이오패널을 상기 제1 온도대로부터 퍼지가스 온도보다 높은 제2 온도대로 가열하도록 상기 열원을 제어하는 것을 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 크라이오펌프 용기의 러핑을 하기 위하여 상기 크라이오펌프 용기에 마련되어 있는 러핑밸브를 더욱 구비하고,
   상기 제어부는, 상기 제1 온도대로부터 상기 제2 온도대로의 상기 크라이오패널의 가열 중에, 상기 크라이오펌프 용기를 러핑하도록 상기 러핑밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 제1 온도대로부터 상기 제2 온도대로의 상기 크라이오패널의 가열 중에, 상기 크라이오펌프 용기의 러핑과 상기 퍼지가스의 공급을 교대로 행하는 승온 러프 앤드 퍼지를 실행하고,
   상기 제어부는, 크라이오패널 온도가 상기 제2 온도대에 있을 때, 상기 크라이오펌프 용기의 러핑과 상기 퍼지가스의 공급을 교대로 행하는 배출 러프 앤드 퍼지를 실행하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 승온 러프 앤드 퍼지에 있어서의 퍼지간격은 상기 배출 러프 앤드 퍼지에 있어서의 퍼지간격보다 길고, 및/또는, 상기 승온 러프 앤드 퍼지에 있어서의 퍼지시간은 상기 배출 러프 앤드 퍼지에 있어서의 퍼지시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 승온 러프 앤드 퍼지에 있어서의 러핑압은, 상기 배출 러프 앤드 퍼지에 있어서의 러핑압보다 높은 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   제1 스테이지와, 상기 제1 스테이지보다 저온으로 냉각되는 제2 스테이지를 구비하는 냉동기와,
   상기 크라이오패널의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 더욱 구비하고,
   상기 크라이오패널은, 상기 제1 스테이지에 의하여 냉각되는 고온 크라이오패널과, 상기 제2 스테이지에 의하여 냉각되는 저온 크라이오패널을 구비하며,
   상기 고온 크라이오패널은, 상기 저온 크라이오패널을 둘러싸고 실드개구단을 가지는 방사실드와, 상기 실드개구단에 배치되어 있는 입구 크라이오패널을 구비하고,
   상기 온도센서는, 상기 입구 크라이오패널의 중심부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 퍼지가스 온도는, 실온인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
8. 크라이오펌프의 재생방법으로서,
   물의 융점보다 높은 제1 온도대로 크라이오패널을 가열하기 위하여 크라이오펌프에 퍼지가스를 공급하는 단계와,
   크라이오패널 온도가 상기 제1 온도대에 있을 때 크라이오펌프로의 퍼지가스의 공급을 중단하는 단계와,
   상기 제1 온도대로부터 퍼지가스 온도보다 높은 제2 온도대로 상기 크라이오패널을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제1 온도대로부터 상기 제2 온도대로의 상기 크라이오패널의 가열 중에, 상기 크라이오펌프를 러핑하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 8 항 또는 제 9항에 있어서,
    크라이오패널 온도가 상기 제2 온도대에 있을 때 상기 크라이오펌프로부터 물을 배출하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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