KR20110007576A

KR20110007576A - 크라이오펌프 및 크라이오펌프의 감시 방법

Info

Publication number: KR20110007576A
Application number: KR1020100065277A
Authority: KR
Inventors: 도시유키 기무라
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2011-01-24
Also published as: JP2011021550A; CN101956690A; JP4912438B2; KR101144189B1; US20150152856A1; US9068564B2; CN101956690B

Abstract

[과제] 크라이오펌프가 장착되는 진공 장치에서의 진공 처리에 적합한 운전 상태의 모니터링을 실현한다.
[해결 수단] 제어부는 진공 장치에 있어서 설정되어 있는 2단 크라이오패널 상한 온도보다 저온으로 설정된 경계 온도 이상으로 2단 크라이오패널이 승온되었는지 아닌지를 판정하는 제1 판정과, 경계 온도를 상한으로 하여 설정된 온도 범위에 설정 시간 이상 계속해서 2단 크라이오패널이 승온되고 있는지 아닌지를 판정하는 제2 판정을 1단 크라이오패널의 목표 온도로의 제어중에 실시한다. 제어부는 크라이오펌프의 가동 당초에 측정된 2단 크라이오패널의 최저 도달 온도로부터 배기 운전중의 2단 크라이오패널 온도가 괴리된 상태가 설정 시간보다 길게 설정된 지속 시간 이상 계속되었는지 아닌지를 판정하는 제3 판정을, 목표 온도로의 제어중에 실시해도 된다.

Description

크라이오펌프 및 크라이오펌프의 감시 방법{Cryopump and method of monitoring cryopump}

본 발명은 크라이오펌프 및 그 감시 방법에 관한 것이다.

크라이오펌프는 극저온으로 냉각된 크라이오패널에 기체 분자를 응축 또는 흡착에 의해 포착해 배기하는 진공 펌프이다. 크라이오펌프는 반도체 회로 제조 프로세스 등에 요구되는 청정한 진공 환경을 실현하기 위해서 일반적으로 이용된다.

예를 들면 특허문헌 1에는 스퍼터링 장치 등의 복수의 생산 장치가 중앙 호스트 컴퓨터에 LAN을 통해 접속되어 있는 생산관리 시스템이 기재되어 있다. 각 생산 장치에는 크라이오펌프가 설치되어 있다. 그리고 생산 장치의 네트워크와는 별도로 독립한 네트워크를, 복수의 크라이오펌프와 보수 관리용 컴퓨터 사이에 구축하고 있다. 이것에 의해, 복수의 크라이오펌프의 보수 또는 관리를 일괄해서 시행하고 있다.

일본 공개특허 평 6－301617호 공보

그러나 상술한 생산관리 시스템은 보수 관리용 컴퓨터를 새롭게 설치함과 함께 별개의 네트워크도 새롭게 구축할 필요가 있기 때문에, 시스템의 비용상승을 초래한다. 또 생산 장치의 네트워크와는 별개의 네트워크이기 때문에, 결국은 생산 장치와는 독립적으로 크라이오펌프의 운전 상태를 단순히 기록하고 관리하는 것에 지나지 않는다.

따라서 본 발명은 예를 들면 기존의 크라이오펌프 제어장치를 이용해서 크라이오펌프가 장착되는 진공 장치에 적합한 크라이오펌프 운전 상태 모니터링을 실현하는 크라이오펌프 및 그 감시 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 어느 태양의 크라이오펌프는 진공 처리를 실시하는 진공 장치의 진공챔버로부터 가스를 배기하는 크라이오펌프로서, 1단 크라이오패널과, 1단 크라이오패널을 목표 온도로 제어하는 제어부와, 1단 크라이오패널의 온도에 연동해서 1단 크라이오패널보다 저온으로 냉각되는 2단 크라이오패널을 구비한다. 상기 제어부는 상기 진공 장치에 있어서 설정되어 있는 2단 크라이오패널 상한 온도보다 저온으로 설정된 경계(警戒) 온도 이상으로 2단 크라이오패널이 승온되었는지 아닌지를 판정하는 제1 판정과, 상기 경계 온도를 상한으로 하여 설정된 온도 범위로 설정 시간 이상 계속해서 2단 크라이오패널의 승온되고 있는지 아닌지를 판정하는 제2 판정을 상기 목표 온도로의 제어중에 시행한다.

이 태양에 의하면, 진공 장치에 있어서의 크라이오패널 상한 온도 설정치에 실제의 크라이오패널 온도가 도달하기 전에, 크라이오펌프에 있어서 예비적으로 알 수 있다. 진공 장치의 설정에 적합하게 한 감시 조건으로 크라이오펌프를 감시하는 것에 의해, 진공 장치의 다운 타임의 돌발적 발생을 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다. 또 크라이오펌프가 진공 프로세스에 악영향을 줄 가능성을 최소한으로 억제할 수가 있다.

상기 온도 범위의 하한은 상기 진공 처리가 정상적으로 실시되는 것이 보증되는 온도대역보다 고온으로 설정되어 있어도 된다.

상기 제어부는 상기 크라이오펌프의 가동 당초에 측정된 2단 크라이오패널의 최저 도달 온도로부터 배기 운전중의 2단 크라이오패널 온도가 괴리된 상태가 상기 설정 시간보다 길게 설정된 지속 시간 이상 계속되었는지 아닌지를 판정하는 제3 판정을, 상기 목표 온도로의 제어중에 시행해도 된다.

배기 운전중의 2단 크라이오패널 온도가 상기 최저 도달 온도로부터 괴리되었는지 아닌지를 판정하는 기준 온도는 상기 온도 범위의 하한보다 저온으로 설정되어 있어도 된다.

상기 지속 시간은 상기 진공 장치의 베이킹 처리에 필요로 하는 시간보다 길게 설정되어 있어도 된다.

열사이클을 반복해서 한랭을 발생시키고, 1단 크라이오패널 및 2단 크라이오패널을 냉각하는 냉동기를 더 구비해도 된다. 상기 제어부는 상기 진공 장치의 베이킹 처리중에 상정되는 냉동기의 운전 주파수보다 낮은 주파수로 냉동기가 운전되고 있을 때 측정된 2단 크라이오패널 온도를 이용해서 제3 판정을 실시해도 된다.

본 발명의 다른 태양은 크라이오펌프의 감시 방법이다. 이 방법은 진공 처리를 시행하는 진공 장치를 배기하는 크라이오펌프의 감시 방법이며, 고온 크라이오패널을 목표 온도로 제어하는 온도조절 제어중에, 그 고온 크라이오패널에 연동해서 냉각되는 저온 크라이오패널의 온도가, 상기 진공 장치에 있어서 설정되어 있는 저온 크라이오패널 상한 온도에 접근했는지 아닌지를 판정하고, 상기 온도조절 제어중에 상기 저온 크라이오패널의 온도가 상기 상한 온도에 접근하지 않았다고 판정되었을 경우에, 상기 진공 처리가 정상적으로 실시되는 것이 보증되는 온도대역으로부터 상기 저온 크라이오패널의 온도가 계속적으로 일탈하고 있는지 아닌지를 판정한다.

상기 크라이오펌프의 저온 크라이오패널 최저 도달 온도로부터 저온 크라이오패널 온도가 괴리된 상태가, 저온 크라이오패널 온도의 상기 온도대역으로부터의 계속적 일탈의 판정 기준 시간을 넘어 장기적으로 계속되었는지 아닌지를 판정해도 된다.

본 발명에 의하면, 크라이오펌프가 장착되는 진공 장치에 적합한 크라이오펌프 운전 상태 모니터링을 실현할 수가 있다.

[도 1] 본 발명의 일실시형태와 관련된 크라이오펌프를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 2] 본 실시형태와 관련된 크라이오펌프에 관한 제어 블럭도이다.
[도 3] 본 실시형태와 관련된 감시 처리의 일례를 설명하기 위한 플로차트이다.

우선, 이하에 설명하는 본 발명과 관련된 실시형태의 개요를 설명한다. 본 발명과 관련된 일실시형태에 있어서는 크라이오펌프의 제어부는 서로 상이한 시간폭을 가지는 복수의 감시 조건하에서 크라이오펌프의 운전 상태를 감시한다. 제어부는 예를 들면 단기적인 시간폭으로 운전상태를 감시하는 제1 감시 조건, 중기적인 시간폭으로 운전 상태를 감시하는 제2 감시 조건, 및 장기적인 시간폭으로 운전 상태를 감시하는 제3 감시 조건을 병용해서 크라이오펌프를 감시해도 된다. 여기서, 감시 조건은 예를 들면 크라이오패널 온도가 기준을 넘어 승온된 상태가 소정 시간 이상 계속되고 있는 것을 말한다. 단기적인 감시 조건에 있어서는 그 기준에 도달한 시점에서 감시 조건이 성립되었다고 판정해도 된다. 감시 조건의 시간폭이 길어지는 것에 따라 운전상태에 대한 제약(예를 들면 온도 기준)을 엄격하게 해도 된다. 예를 들면 제1 감시 조건에 있어서의 판정 기준 온도보다 제2 감시 조건에 있어서의 판정 기준 온도를 저온으로 설정하고, 제2 감시 조건보다 제3 감시 조건에 있어서의 판정 기준 온도를 더욱 저온으로 설정해도 된다. 이와 같이 단계적으로 감시 조건을 설정하는 것에 의해, 크라이오펌프 운전 상태의 표준 상태로부터의 괴리를 정밀하게 알 수 있게 된다.

크라이오펌프는 각각 다른 온도로 냉각되는 복수의 크라이오패널을 구비해도 되고, 예를 들면 저온 크라이오패널과 고온 크라이오패널을 구비해도 된다. 제어부는 저온 크라이오패널 및 고온 크라이오패널 중 한쪽을 목표 온도로 제어함과 함께, 다른 쪽의 크라이오패널의 상태를 상술한 감시 조건으로 감시해도 된다.

크라이오패널 온도를 직접 측정하는 것 대신에, 예를 들면 크라이오패널 온도를 조정하는 히터가 크라이오패널에 부설되어 있는 경우에는 히터에 대한 제어 지령치(예를 들면 전류)가 기준보다 작은 상태가 계속되는 것을 감시 조건으로 해도 된다. 혹은 크라이오패널 온도 대신에, 냉동기의 운전 주파수가 기준을 초과하는 상태가 계속되는 것을 감시 조건으로 해도 된다.

제어부는 복수의 감시 조건의 적어도 하나가 성립한 것을 기억해 두어도 되고, 성립 시점에서 경고를 출력해도 된다. 감시 조건이 성립했을 경우에는 크라이오펌프의 성능이 열화되고 있을 우려가 있기 때문이다. 따라서 제어부는 복수의 감시 조건중 적어도 하나가 성립했을 때에, 크라이오펌프의 성능 열화로 진단하고, 크라이오펌프의 메인터넌스를 권장하도록 해도 된다.

일실시형태에 있어서는 크라이오펌프의 제어부는 진공챔버 등의 배기 대상 용적을 목표 진공도로 배기하도록 크라이오패널의 온도를 제어한다. 이 제어부는 크라이오패널의 실온도가 목표 온도에 추종하도록 크라이오패널에 열적으로 접속되는 냉동기에 운전 지령을 부여한다. 냉동기는 작동 기체를 흡입해서 내부에서 팽창시켜 토출하는 열사이클에 의해 한랭을 발생시킨다. 제어부는 예를 들면 냉동기의 열사이클의 주파수를 운전 지령으로 한다. 이 경우, 제어부는 크라이오패널의 실온도가 목표 온도에 추종하도록 열사이클의 주파수 지령치를 결정해서 냉동기에 부여한다. 이것에 의해, 정상시에 있어서는 이 주파수 지령치에 따라 냉동기는 운전된다.

냉동기는 작동 기체의 흡입과 토출을 주기적으로 반복하기 때문에 작동 기체의 유로를 주기적으로 전환하는 유로 전환 기구를 포함한다. 유로 전환 기구는 예를 들면 밸브부와 밸브부를 구동하는 구동부를 포함한다. 밸브부는 예를 들면 로터리 밸브이며, 구동부는 로터리 밸브를 회전시키기 위한 모터이다. 모터는 예를 들면 AC 모터 또는 DC 모터여도 된다. 또 유로 전환 기구는 리니어 모터에 의해 구동되는 직동식 기구여도 된다.

제어부는 열사이클 주파수의 지령치를 결정하는 대신에, 모터 회전수의 지령치를 결정해도 된다. 모터의 회전 출력을 밸브부에 직접 전달하는 이른바 다이렉트 드라이브 방식의 경우에는 모터 회전수와 열사이클 주파수는 일치한다. 감속기 등을 포함한 동력 전달기구를 통해 모터가 밸브부에 연결되어 있는 경우에는 모터 회전수와 열사이클 주파수는 일정한 관계를 가진다. 이 경우, 제어부는 크라이오패널 온도를 목표 온도로 추종시키기 위해서 필요한 열사이클 주파수에 대응하는 모터 회전수를 지령치로서 결정해서 냉동기에 부여한다. 또 냉동기가 리니어 모터를 포함한 직동식의 유로 전환 기구를 구비하는 경우에는 제어부는 크라이오패널 온도를 목표 온도에 추종시키기 위해서 필요한 열사이클 주파수에 대응하는 리니어 모터의 왕복동의 주파수를 지령치로서 결정해 냉동기에 부여한다. 또한 이하에서는 편의상, 회전 모터의 회전수 및 리니어 모터의 왕복동 주파수를 총칭해 모터의 운전 주파수라고 칭하는 경우가 있다.

일실시형태에 있어서, 크라이오펌프는 진공 장치의 진공챔버에 장착되고, 진공챔버로부터 가스를 배기한다. 진공 장치는 원하는 진공 처리를 실시하는 장치이며, 예를 들면 스퍼터링 장치, CVD 장치, 진공 증착 장치 등의 성막 장치나, 진공 환경을 필요로 하는 그 외의 반도체 제조 장치를 포함한다. 진공 장치를 포함하는 디바이스 제조 시스템에 있어서는 통상, 진공 장치가 상위의 장치이며, 크라이오펌프는 그것보다 하위의 장치라고 간주되고 있다.

크라이오펌프의 제어부와는 별도로, 진공 장치에는 원하는 진공 프로세스를 실행하고 관리하기 위한 컨트롤러가 통상 설치되어 있다. 진공 장치의 컨트롤러와 크라이오펌프의 제어부는 적당한 인터페이스 또는 네트워크를 통해서 통신 가능하게 접속되어 있어도 된다. 그러나 통상은 진공 장치의 컨트롤러가 크라이오펌프의 운전을 직접 제어하도록 구성되지는 않는다.

그런데 크라이오펌프의 크라이오패널 온도가 이상 승온했을 때에 경고를 표시하기 위해서, 또는 진공 프로세스를 중지하기 위해서, 진공 장치의 컨트롤러에 크라이오패널 온도의 한계치가 설정되어 있어도 된다. 진공 장치에 있어서 설정되어 있는 패널 한계 온도는 예를 들면 크라이오펌프에 이상이 발생했던 것이 명백하게 상정되는 온도이다. 따라서 이 패널 한계 온도에 도달하고 있지 않는 한, 진공 장치는 크라이오펌프가 정상적으로 운전되고 있다고 간주할 수 있다.

진공 장치의 제어장치는 크라이오펌프로부터 패널 온도의 입력을 받아, 입력 온도가 한계온도를 넘고 있는지 아닌지를 판정한다. 한계 온도를 넘고 있는 경우에는 경고를 출력하거나, 혹은 실행중인 진공 프로세스를 중지한다. 패널 한계 온도로의 승온과 함께 진공 프로세스를 중지하는 경우에는 돌발적으로 진공 장치의 다운 타임이 발생하게 된다. 이와 같은 다운 타임의 돌발적 발생은 예정된 프로세스 실행 스케줄을 방해하게 되기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 크라이오펌프에 감시 기능 또는 자기 진단 기능을 탑재하고, 크라이오펌프 운전 상태를 감시하는 것이 바람직하다.

일실시형태에 있어서, 크라이오펌프의 제어부는 고온 크라이오패널을 목표 온도로 제어하는 온도조절 제어중에, 그 고온 크라이오패널에 연동해서 냉각되는 저온 크라이오패널의 온도가, 진공 장치에 있어서 설정되어 있는 저온 크라이오패널 상한 온도에 접근했는지 아닌지를 판정해도 된다. 구체적으로는 예를 들면 진공 장치에 있어서 설정되어 있는 크라이오패널의 상한 온도보다 저온으로 설정된 경계 온도 이상으로 크라이오패널이 승온되었는지 아닌지를 판정해도 된다. 제어부는 크라이오패널이 경계 온도 이상으로 승온되었을 경우에 경고를 출력하고, 부수되는 표시부에 경고를 표시해도 된다.

이와 같이 하면, 진공 장치에 있어서의 크라이오패널 상한 온도 설정치에 크라이오패널 실온도가 도달할 가능성이 있는 것을, 크라이오펌프에 있어서 사전에 알 수 있다. 그러면, 예를 들면 다음번의 메인터넌스에서 적절히 대처하는 것이 가능해진다. 이와 같이 진공 장치의 설정에 적합하게 한 감시 조건으로 크라이오펌프를 감시하는 것에 의해, 진공 장치의 다운 타임의 돌발적 발생을 최소한으로 억제할 수 있게 된다.

또 크라이오펌프의 제어부는 고온 크라이오패널의 온도조절 제어중에, 진공 처리가 정상적으로 실시되는 것이 보증되는 온도대역(이하「진공 프로세스 보증 온도대역」이라고도 한다)으로부터 저온 크라이오패널의 온도가 계속적으로 일탈하고 있는지 아닌지를 판정해도 된다. 예를 들면 상술한 경계 온도를 상한으로 하여 설정된 온도 범위에서 설정 시간 이상 계속해서 저온 크라이오패널이 승온되고 있는지 아닌지를 판정해도 된다. 따라서 경계 온도는 진공 프로세스 보증 온도대역보다 고온으로 설정되어도 된다.

진공 프로세스가 정상적으로 실시되는지 아닌지는 크라이오패널 온도에만 의존하는 것은 아니고, 예를 들면 챔버내 압력, 챔버내 온도, 프로세스 가스 유량, 방전 전류, 성막 재료 등의 다양한 파라미터에 의존한다. 오히려, 크라이오패널 온도는 다른 요인에 비해 프로세스에 주요한 영향을 주지 않을 가능성도 있다. 이 때문에, 크라이오패널 온도가 프로세스 보증 온도대역으로부터 일탈해도 반드시 바로 프로세스에 이상이 생긴다고는 할 수 없다. 그러나 프로세스 보증 온도대역으로부터 크라이오패널 온도가 계속해서 일탈하는 경우에는 어느 정도의 영향이 생길 가능성도 부정할 수 없다. 크라이오펌프가 배기 운전을 하는 진공 프로세스에 적합하게 한 감시 조건 하에서 크라이오펌프를 감시하는 것에 의해, 크라이오펌프가 진공 프로세스에 악영향을 줄 가능성을 최소한으로 억제할 수 있게 된다.

또 크라이오펌프의 제어부는 고온 크라이오패널의 온도조절 제어중에, 저온 크라이오패널 최저 도달 온도로부터 저온 크라이오패널 온도가 괴리된 상태가 장기적으로 계속되었는지 아닌지를 판정해도 된다. 예를 들면 제어부는 크라이오펌프의 가동 당초에 측정된 저온 크라이오패널의 최저 도달 온도로부터 배기 운전중의 저온 크라이오패널 온도가 괴리된 상태가 소정의 지속 시간 이상 계속되었는지 아닌지를 판정해도 된다. 배기 운전중의 저온 크라이오패널 온도가 가동 당초의 최저 도달 온도로부터 괴리되었는지 아닌지를 판정하는 기준 온도는 진공 프로세스 보증 온도대역으로 설정되어 있어도 된다.

저온 크라이오패널 온도가 진공 프로세스 보증 온도대역에 들어가 있는 것은 정상적인 상태이다. 그런데 크라이오패널의 최저 도달 온도는 크라이오펌프의 개체차에 의해 어느 정도의 편차가 있다. 크라이오펌프의 누적 운전 시간이 길어짐에 따라, 최저 도달 온도는 가동 당초에 비해 완만하게 상승하는 경향이 있다. 가동 당초의 최저 도달 온도가 저온이었을 경우에는 크라이오패널 온도가 진공 프로세스 보증 온도대역에 장기간 머물 것으로 기대되기 때문에 바람직하다. 그러나 저온 크라이오패널 온도가 정상 범위내여도 당초의 최저 도달 온도로부터의 괴리가 확대되었을 때에는 크라이오펌프의 경년열화가 진행되고 있을 가능성이 있다. 경년열화의 진행에 의해 고장 발생의 리스크도 커진다. 저온 크라이오패널 온도의 가동 당초 최저 도달 온도로부터의 괴리를 감시하는 것에 의해, 진공 프로세스로의 악영향이 표면화되기 전에 크라이오펌프 상태를 확인하도록 촉구할 수가 있다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시형태와 관련된 크라이오펌프(10)를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

크라이오펌프(10)는 예를 들면 이온 주입 장치나 스퍼터링 장치 등의 진공챔버(80)에 장착되어서, 진공챔버(80) 내부의 진공도를 원하는 프로세스에 요구되는 레벨로까지 높이기 위해서 사용된다. 예를 들면 10^－5Pa 내지 10^－8Pa 정도의 높은 진공도가 실현된다.

크라이오펌프(10)는 제1 냉각 온도 레벨로 냉각되는 제1 크라이오패널과, 제1 냉각 온도 레벨보다 저온인 제2 냉각 온도 레벨로 냉각되는 제2 크라이오패널을 구비한다. 제1 크라이오패널에는 제1 냉각 온도 레벨에 있어서 증기압이 낮은 기체가 응축에 의해 포착되어 배기된다. 예를 들면 기준 증기압(예를 들면 10^－8Pa)보다 증기압이 낮은 기체가 배기된다. 제2 크라이오패널에는 제2 냉각 온도 레벨에 있어서 증기압이 낮은 기체가 응축에 의해 포착되어 배기된다. 제2 크라이오패널에는 증기압이 높기 때문에 제2 냉각 온도 레벨에 있어서도 응축하지 않는 비응축성 기체를 포착하기 위해 표면에 흡착 영역이 형성된다. 흡착 영역은 예를 들면 패널 표면에 흡착제를 형성하는 것에 의해 형성된다. 비응축성 기체는 제2 냉각 온도 레벨로 냉각된 흡착 영역에 흡착되어 배기된다.

도 1에 나타나는 크라이오펌프(10)는 냉동기(12)와 패널구조체(14)와 열 실드(16)를 구비한다. 패널구조체(14)는 복수의 크라이오패널을 포함하고, 이들 패널은 냉동기(12)에 의해 냉각된다. 패널 표면에는 기체를 응축 또는 흡착에 의해 포착해서 배기하기 위한 극저온면이 형성된다. 크라이오패널의 표면(예를 들면 이면)에는 통상, 기체를 흡착하기 위한 활성탄 등의 흡착제가 설치된다.

크라이오펌프(10)는 이른바 종형의 크라이오펌프이다. 종형의 크라이오펌프란 열 실드(16)의 축방향을 따라 냉동기(12)가 삽입되어 배치되어 있는 크라이오펌프이다. 또한, 본 발명은 이른바 횡형의 크라이오펌프에도 동일하게 적용할 수 있다. 횡형의 크라이오펌프란 열 실드(16)의 축방향에 교차하는 방향(통상은 직교방향)으로 냉동기의 제2단 냉각 스테이지가 삽입되어 배치되어 있는 크라이오펌프이다.

냉동기(12)는 기포드 맥마흔식 냉동기(이른바 GM 냉동기)이다. 또 냉동기(12)는 2단식의 냉동기이며, 제1단 실린더(18), 제2단 실린더(20), 제1 냉각 스테이지(22), 제2 냉각 스테이지(24), 및 냉동기용 모터(26)를 가진다. 제1단 실린더(18)와 제2단 실린더(20)는 직렬로 접속되어 있고, 서로 연결되는 제1단 디스플레이서 및 제2단 디스플레이서(도시하지 않음)가 각각 내장되어 있다. 제1단 디스플레이서 및 제2단 디스플레이서의 내부에는 축냉재가 장착되어 있다. 또한 냉동기(12)는 2단 GM 냉동기 이외의 냉동기여도 되고, 예를 들면 단일단 GM 냉동기를 이용해도 되고, 펄스 튜브 냉동기를 이용해도 된다.

제1단 실린더(18)의 일단에 냉동기용 모터(26)가 설치되어 있다. 냉동기용 모터(26)는 제1단 실린더(18)의 단부에 형성되어 있는 모터용 하우징(27)의 내부에 설치되어 있다. 냉동기용 모터(26)는 제1단 디스플레이서 및 제2단 디스플레이서의 각각이 제1단 실린더(18) 및 제2단 실린더(20)의 내부를 왕복동할 수 있도록 제1단 디스플레이서 및 제2단 디스플레이서에 접속된다. 또 냉동기용 모터(26)는 모터용 하우징(27)의 내부에 설치되어 있는 가동 밸브(도시하지 않음)를 정역회전 가능하게 하기 위해 그 밸브에 접속된다.

제1 냉각 스테이지(22)는 제1단 실린더(18)의 제2단 실린더(20)측의 단부 즉 제1단 실린더(18)와 제2단 실린더(20)의 연결부에 설치되어 있다. 또 제2 냉각 스테이지(24)는 제2단 실린더(20)의 말단에 설치되어 있다. 제1 냉각 스테이지(22) 및 제2 냉각 스테이지(24)는 각각 제1단 실린더(18) 및 제2단 실린더(20)에 예를 들면 브레이징으로 고정된다.

압축기(40)는 고압배관(42) 및 저압배관(44)을 통해 냉동기(12)에 접속된다. 고압배관(42) 및 저압배관(44)에는 각각, 작동 기체의 압력을 측정하기 위한 제1 압력센서(43) 및 제2 압력센서(45)가 설치되어 있다. 또한, 고압배관(42) 및 저압배관(44)에 각각 압력센서를 설치하는 대신에, 고압배관(42)과 저압배관(44)을 연통하는 유로를 설치하고, 고압배관(42)과 저압배관(44)의 차압을 측정하는 차압센서를 그 연통 유로에 설치해도 된다.

냉동기(12)는 압축기(40)로부터 공급되는 고압의 작동 기체(예를 들면 헬륨 등)를 내부에서 팽창시켜서 제1 냉각 스테이지(22) 및 제2 냉각 스테이지(24)에 한랭을 발생시킨다. 압축기(40)는 냉동기(12)에서 팽창된 작동 기체를 회수해 다시 가압해서 냉동기(12)에 공급한다.

구체적으로는 우선 압축기(40)로부터 고압배관(42)을 통해서 냉동기(12)에 고압의 작동 기체가 공급된다. 이 때, 냉동기용 모터(26)는 고압배관(42)과 냉동기(12)의 내부 공간을 연통하는 상태로 모터용 하우징(27) 내부의 가동 밸브를 구동한다. 냉동기(12)의 내부 공간이 고압의 작동 기체로 채워지면, 냉동기용 모터(26)에 의해 가동 밸브가 전환되어서 냉동기(12)의 내부 공간이 저압배관(44)에 연통된다. 이것에 의해 작동 기체는 팽창되어 압축기(40)로 회수된다. 가동 밸브의 동작에 동기하여, 제1단 디스플레이서 및 제2단 디스플레이서 각각이 제1단 실린더(18) 및 제2단 실린더(20)의 내부를 왕복동한다. 이러한 열사이클을 반복함으로써 냉동기(12)는 제1 냉각 스테이지(22) 및 제2 냉각 스테이지(24)에 한랭을 발생시킨다. 또 압축기(40)에 있어서는 냉동기(12)로부터 토출된 작동 기체를 고압으로 압축해서 냉동기(12)에 송출하는 압축 사이클이 반복된다.

제2 냉각 스테이지(24)는 제1 냉각 스테이지(22)보다 저온으로 냉각된다. 제2 냉각 스테이지(24)는 예를 들면 10K 내지 20K 정도로 냉각되고, 제1 냉각 스테이지(22)는 예를 들면 80K 내지 100K 정도로 냉각된다. 제1 냉각 스테이지(22)에는 제1 냉각 스테이지(22)의 온도를 측정하기 위한 제1 온도 센서(23)가 장착되어 있으며, 제2 냉각 스테이지(24)에는 제2 냉각 스테이지(24)의 온도를 측정하기 위한 제2 온도 센서(25)가 장착되어 있다.

냉동기(12)의 제1 냉각 스테이지(22)에는 열 실드(16)가 열적으로 접속된 상태로 고정되고, 냉동기(12)의 제2 냉각 스테이지(24)에는 패널구조체(14)가 열적으로 접속된 상태로 고정되어 있다. 이 때문에, 열 실드(16)는 제1 냉각 스테이지(22)와 동일한 정도의 온도로 냉각되고, 패널구조체(14)는 제2 냉각 스테이지(24)와 동일한 정도의 온도로 냉각된다.

열 실드(16)는 패널구조체(14) 및 제2 냉각 스테이지(24)를 주위의 복사열로부터 보호하기 위해 설치되어 있다. 열 실드(16)는 일단에 개구부(31)를 가지는 원통형의 형상으로 형성되어 있다. 개구부(31)는 열 실드(16)의 통형상 측면의 단부 내면에 의해 구획된다.

한편, 열 실드(16)의 개구부(31)와는 반대측 즉 펌프 저부측의 타단에는 폐색부(28)가 형성되어 있다. 폐색부(28)는 열 실드(16)의 원통형 측면의 펌프 저부측 단부에 있어서 지름 방향 안쪽을 향해 뻗는 플랜지부에 의해 형성된다. 도 1에 나타내는 크라이오펌프(10)는 종형의 크라이오펌프이므로, 이 플랜지부가 냉동기(12)의 제1 냉각 스테이지(22)에 장착되어 있다. 이것에 의해, 열 실드(16) 내부에 원주상의 내부공간(30)이 형성된다. 냉동기(12)는 열 실드(16)의 중심축을 따라 내부공간(30)에 돌출되어 있고, 제2 냉각 스테이지(24)는 내부공간(30)에 삽입된 상태로 되어 있다.

또한, 횡형의 크라이오펌프의 경우에는 폐색부(28)는 통상 완전하게 폐색되어 있다. 냉동기(12)는 열 실드(16)의 측면에 형성되어 있는 냉동기 장착용 개구부로부터 열 실드(16)의 중심축에 직교하는 방향을 따라 내부공간(30)에 돌출되어서 배치된다. 냉동기(12)의 제1 냉각 스테이지(22)는 열 실드(16)의 냉동기 장착용 개구부에 장착되며, 냉동기(12)의 제2 냉각 스테이지(24)는 내부공간(30)에 배치된다. 제2 냉각 스테이지(24)에는 패널구조체(14)가 장착된다. 따라서 패널구조체(14)는 열 실드(16)의 내부공간(30)에 배치된다. 패널구조체(14)는 적당한 형상의 패널 장착 부재를 통해 제2 냉각 스테이지(24)에 장착되어도 된다.

또한, 열 실드(16)의 형상은 원통 형상으로 한정되지 않고, 각통 형상이나 타원통 형상 등 어떠한 단면의 통형상이어도 된다. 전형적으로는 열 실드(16)의 형상은 펌프 케이스(34)의 내면형상과 서로 닮은 형상이다. 또 열 실드(16)는 도시되는 것과 같은 일체의 통형상으로 구성되어 있지 않아도 되고, 복수의 부품에 의해 전체적으로 통 형상을 이루도록 구성되어 있어도 된다. 이들 복수의 부품은 서로 간격을 두고 배치되어 있어도 된다.

또 열 실드(16)의 개구부(31)에는 배플(32)이 설치되어 있다. 배플(32)은 패널구조체(14)와는 열 실드(16)의 중심축 방향으로 간격을 두고 설치되어 있다. 배플(32)은 열 실드(16)의 개구부(31)측의 단부에 장착되어 있고, 열 실드(16)와 동일한 정도의 온도로 냉각된다. 배플(32)은 진공챔버(80)측에서 보았을 때에 예를 들면 동심원 형상으로 형성되어 있어도 되고, 혹은 격자형상 등 다른 형상으로 형성되어 있어도 된다. 또한, 배플(32)과 진공챔버(80) 사이에는 게이트 밸브(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 이 게이트 밸브는 예를 들면 크라이오펌프(10)를 재생할 경우에 닫힘으로 되고, 크라이오펌프(10)에 의해 진공챔버(80)를 배기할 경우에 열림으로 된다.

열 실드(16), 배플(32), 패널구조체(14), 및 냉동기(12)의 제1 냉각 스테이지(22) 및 제2 냉각 스테이지(24)는 펌프 케이스(34)의 내부에 수용되어 있다. 펌프 케이스(34)는 지름이 상이한 2개의 원통을 직렬로 접속해서 형성되어 있다. 펌프 케이스(34)의 지름이 큰 원통측 단부는 개방되고, 진공챔버(80)와의 접속용의 플랜지부(36)가 지름 방향 외측으로 뻗어 형성되어 있다. 또 펌프 케이스(34)의 지름이 작은 원통측 단부는 냉동기(12)의 모터용 하우징(27)에 고정되어 있다. 크라이오펌프(10)는 펌프 케이스(34)의 플랜지부(36)를 통해 진공챔버(80)의 배기용 통로에 기밀히 고정되고, 진공챔버(80)의 내부 공간과 일체인 기밀 공간이 형성된다.

펌프 케이스(34) 및 열 실드(16)는 모두 원통 형상으로 형성되어 있고, 동축으로 배치되어 있다. 펌프 케이스(34)의 내경이 열 실드(16)의 외경을 약간 웃돌고 있으므로, 열 실드(16)는 펌프 케이스(34)의 내면과의 사이에 약간의 간격을 가지고 배치된다.

도 2는 본 실시형태와 관련된 크라이오펌프(10)에 관한 제어 블럭도이다. 크라이오펌프(10)에 부수해서, 크라이오펌프(10) 및 압축기(40)를 제어하기 위한 크라이오펌프 컨트롤러(이하에서는 CP 컨트롤러라고도 칭한다)(100)가 설치되어 있다. CP 컨트롤러(100)는 각종 연산 처리를 실행하는 CPU, 각종 제어 프로그램을 격납하는 ROM, 데이터 격납이나 프로그램 실행을 위한 워크 에어리어로서 이용되는 RAM, 입출력 인터페이스, 메모리 등을 구비하는 것이다. CP 컨트롤러(100)는 크라이오펌프(10)와 일체로 구성되어 있어도 되고, 크라이오펌프(10)와는 별체로 구성되고 서로 통신 가능하게 접속되어 있어도 된다.

또한 도 1 및 도 2에 있어서는 크라이오펌프(10) 및 압축기(40)를 각각 1대씩 구비하는 진공 배기 시스템이 나타나 있지만, 본 실시형태에 있어서는 크라이오펌프(10) 및 압축기(40)를 각각 복수대 구비하는 진공 배기 시스템을 구성해도 된다. 이 때문에, CP 컨트롤러(100)는 복수의 크라이오펌프(10) 및 압축기(40)를 접속할 수 있게 구성되어 있어도 된다.

CP 컨트롤러(100)에는 냉동기(12)의 제1 냉각 스테이지(22)의 온도를 측정하는 제1 온도 센서(23), 및 냉동기(12)의 제2 냉각 스테이지(24)의 온도를 측정하는 제2 온도 센서(25)가 접속되어 있다. 제1 온도 센서(23)는 제1 냉각 스테이지(22)의 온도를 주기적으로 측정하고, 측정 온도를 나타내는 신호를 CP 컨트롤러(100)에 출력한다. 제2 온도 센서(25)는 제2 냉각 스테이지(24)의 온도를 주기적으로 측정하고, 측정 온도를 나타내는 신호를 CP 컨트롤러(100)에 출력한다. 제1 온도 센서(23) 및 제2 온도 센서(25)의 측정치는 소정시간 간격으로 CP 컨트롤러(100)로 입력되고, CP 컨트롤러(100)의 소정의 기억 영역에 격납되어 보관된다.

또 CP 컨트롤러(100)에는 압축기(40)의 토출측 즉 고압측의 작동 기체압을 측정하는 제1 압력센서(43), 및 압축기(40)의 흡입측 즉 저압측의 작동 기체압을 측정하는 제2 압력센서(45)가 접속되어 있다. 제1 압력센서(43)는 예를 들면 고압배관(42)에 있어서의 압력을 주기적으로 측정하고, 측정 압력을 나타내는 신호를 CP 컨트롤러(100)에 출력한다. 제2 압력센서(45)는 예를 들면 저압배관(44)에 있어서의 압력을 주기적으로 측정하고, 측정압력을 나타내는 신호를 CP 컨트롤러(100)에 출력한다. 제1 압력센서(43) 및 제2 압력센서(45)의 측정치는 소정시간 간격으로 CP 컨트롤러(100)로 입력되고, CP 컨트롤러(100)의 소정의 기억 영역에 격납되어 보관된다.

CP 컨트롤러(100)는 냉동기용 주파수 변환기(50)에 통신 가능하게 접속되어 있다. 또 냉동기용 주파수 변환기(50)와 냉동기용 모터(26)가 통신 가능하게 접속되어 있다. CP 컨트롤러(100)는 냉동기용 주파수 변환기(50)에 제어 지령을 송신한다. 냉동기용 주파수 변환기(50)는 냉동기용 인버터(52)를 포함해서 구성되어 있다. 냉동기용 주파수 변환기(50)는 냉동기용 전원(54)으로부터 규정된 전압 및 주파수의 전력을 공급받아, CP 컨트롤러(100)로부터 송신되는 제어 지령에 근거하여 전압 및 주파수를 조정해서 냉동기용 모터(26)에 공급한다.

또 CP 컨트롤러(100)는 압축기용 주파수 변환기(56)에 통신 가능하게 접속되어 있다. 또 압축기용 주파수 변환기(56)와 압축기용 모터(60)가 통신 가능하게 접속되어 있다. CP 컨트롤러(100)는 압축기용 주파수 변환기(56)에 제어 지령을 송신한다. 압축기용 주파수 변환기(56)는 압축기용 인버터(58)를 포함해서 구성되어 있다. 압축기용 주파수 변환기(56)는 압축기용 전원(62)으로부터 규정된 전압 및 주파수의 전력을 공급받아 CP 컨트롤러(100)로부터 송신되는 제어 지령에 근거하여 전압 및 주파수를 조정해서 압축기용 모터(60)에 공급한다. 또한, 도 2에 나타내는 실시형태에 있어서는 냉동기용 전원(54) 및 압축기용 전원(62)이 냉동기(12) 및 압축기(40)의 각각에 개별적으로 설치되어 있지만, 냉동기(12) 및 압축기(40)에 공통 전원이 설치되어 있어도 된다.

CP 컨트롤러(100)는 크라이오패널의 온도에 근거해 냉동기(12)를 제어한다. CP 컨트롤러(100)는 크라이오패널의 실온도가 목표 온도에 추종하도록 냉동기(12)에 운전 지령을 부여한다. 예를 들면 CP 컨트롤러(100)는 제1단 크라이오패널의 목표 온도와 제1 온도 센서(23)의 측정 온도의 편차를 최소화하도록 피드백 제어에 의해 냉동기용 모터(26)의 운전 주파수를 제어한다. 제1단 크라이오패널의 목표 온도는 예를 들면 진공챔버(80)에서 실시되는 프로세스에 따라서 사양으로 정해진다. 이 경우, 냉동기(12)의 제2 냉각 스테이지(24) 및 패널구조체(14)는 냉동기(12)의 사양 및 외부로부터의 열부하에 의해 정해지는 온도로 냉각된다. CP 컨트롤러(100)는 예를 들면 제1단 크라이오패널의 실온도를 목표 온도에 일치시키도록 냉동기용 모터(26)의 운전 주파수(예를 들면 모터의 회전수)를 결정해서 냉동기용 인버터(52)에 모터 운전 주파수의 지령치를 출력한다. 또한, CP 컨트롤러(100)는 제2단 크라이오패널의 실온도를 목표 온도에 일치시키도록 냉동기용 모터(26)의 운전 주파수를 제어하는 것도 가능하다.

이것에 의해, 제1 온도 센서(23)의 측정 온도가 목표 온도보다 고온인 경우에는 CP 컨트롤러(100)는 냉동기용 모터(26)의 운전 주파수를 증가시키도록 냉동기용 주파수 변환기(50)에 지령치를 출력한다. 모터 운전 주파수의 증가에 연동해서 냉동기(12)에서의 열사이클의 주파수도 증가되고, 냉동기(12)의 제1 냉각 스테이지(22)는 목표 온도를 향해서 냉각된다. 반대로 제1 온도 센서(23)의 측정 온도가 목표 온도보다 저온인 경우에는 냉동기용 모터(26)의 운전 주파수는 감소되어서 냉동기(12)의 제1 냉각 스테이지(22)는 목표 온도를 향해 승온된다.

통상은 제1 냉각 스테이지(22)의 목표 온도는 일정치로 설정된다. 따라서 CP 컨트롤러(100)는 크라이오펌프(10)에 대한 열부하가 증가했을 때에 냉동기용 모터(26)의 운전 주파수를 증가시키도록 지령치를 출력하고, 크라이오펌프(10)에 대한 열부하가 감소했을 경우에 냉동기용 모터(26)의 운전 주파수를 감소시키도록 지령치를 출력한다. 또한, 목표 온도는 적당히 변동시켜도 되고, 예를 들면 목표로 하는 분위기 압력을 배기 대상 용적으로 실현하도록 크라이오패널의 목표 온도를 순서대로 설정해도 된다.

전형적인 크라이오펌프에 있어서는 열사이클의 주파수는 항상 일정하게 되어 있다. 상온으로부터 펌프 동작 온도로의 급냉각을 가능하게 하기 위해 비교적 큰 주파수로 운전하도록 설정되고, 외부로부터의 열부하가 작은 경우에는 히터에 의해 가열함으로써 크라이오패널의 온도를 조정한다. 따라서 소비 전력이 커져 버린다. 이에 반해서 본 실시형태에 있어서는 크라이오펌프(10)에 대한 열부하에 따라서 열사이클 주파수를 제어하기 때문에, 에너지 절약성이 뛰어난 크라이오펌프를 실현할 수가 있다. 또 히터를 설치할 필요가 없는 것도 소비 전력의 저감에 기여한다.

또 CP 컨트롤러(100)는 압축기(40)의 출입구간의 차압(이하에서는 압축기 차압이라고 하는 경우도 있다)을 목표압으로 유지하도록 압축기(40)로 실행되는 압축 사이클의 주파수를 제어한다. 예를 들면 CP 컨트롤러(100)는 압축기(40)의 출입구간의 차압을 일정치로 하도록 피드백 제어에 의해 압축 사이클 주파수를 제어한다. 구체적으로는 CP 컨트롤러(100)는 제1 압력센서(43) 및 제2 압력센서(45)의 측정치로부터 압축기 차압을 구한다. CP 컨트롤러(100)는 압축기 차압을 목표치에 일치시키도록 압축기용 모터(60)의 운전 주파수(예를 들면 모터의 회전수)를 결정해서 압축기용 주파수 변환기(56)에 모터 운전 주파수의 지령치를 출력한다.

이러한 차압 일정제어에 의해, 더욱 소비 전력의 저감이 실현된다. 크라이오펌프(10) 및 냉동기(12)에 대한 열부하가 작은 경우에는 상술한 크라이오패널 온도 제어에 의해 냉동기(12)에서의 열사이클 주파수는 작아진다. 그러면, 냉동기(12)에서 필요로 하는 작동 기체 유량이 작아지기 때문에, 압축기(40)의 출입구간 차압은 확대되려고 한다. 그러나 본 실시형태에서는 압축기 차압을 일정하게 하도록 압축기용 모터(60)의 운전 주파수가 제어되고 압축 사이클 주파수가 조정된다. 따라서 이 경우, 압축기용 모터(60)의 운전 주파수는 작아진다. 따라서 전형적인 크라이오펌프와 같이 압축 사이클을 항상 일정하게 하는 경우에 비해, 소비 전력을 저감할 수가 있다.

한편, 크라이오펌프(10)에 대한 열부하가 커졌을 때에는 압축기 차압을 일정하게 하도록 압축기용 모터(60)의 운전 주파수 및 압축 사이클 주파수도 증가된다. 이 때문에, 냉동기(12)로의 작동 기체 유량을 충분히 확보할 수가 있으므로, 열부하의 증가에 기인하는 크라이오패널 온도의 목표 온도로부터의 괴리를 최소한으로 억제할 수가 있다.

이상의 구성의 크라이오펌프(10)에 의한 동작을 이하에 설명한다. 크라이오펌프(10)가 작동할 때, 우선 그 작동 전에 다른 적당한 러핑 펌프를 이용해서 진공챔버(80) 내부를 1Pa 정도로까지 러핑한다. 그 후 크라이오펌프(10)를 작동시킨다. 냉동기(12)의 구동에 의해 제1 냉각 스테이지(22) 및 제2 냉각 스테이지(24)가 냉각되고, 이들에 열적으로 접속되어 있는 열 실드(16), 배플(32), 패널구조체(14)도 냉각된다.

냉각된 배플(32)은 진공챔버(80)로부터 크라이오펌프(10) 내부로 향해 날아오르는 기체 분자를 냉각시키고, 그 냉각 온도에서 증기압이 충분히 낮아지는 기체(예를 들면 수분 등)를 표면에 응축시켜서 배기한다. 배플(32)의 냉각 온도에서는 증기압이 충분히 낮아지지 않는 기체는 배플(32)을 통과해서 열 실드(16) 내부로 진입한다. 진입한 기체 분자 중 패널구조체(14)의 냉각 온도로 증기압이 충분히 낮아지는 기체(예를 들면 아르곤 등)는 패널구조체(14)의 표면에 응축되어서 배기된다. 그 냉각 온도에서도 증기압이 충분히 낮아지지 않는 기체(예를 들면 수소 등)는 패널구조체(14)의 표면에 접착되어 냉각되어 있는 흡착제에 의해 흡착되어 배기된다. 이와 같이 해서 크라이오펌프(10)는 진공챔버(80) 내부의 진공도를 원하는 레벨에 도달시킬 수가 있다.

도 3은 본 실시형태와 관련된 감시 처리의 일례를 설명하기 위한 플로차트이다. 도 3에 나타나는 처리는 크라이오펌프(10)의 운전중에 소정의 주기로 CP 컨트롤러(100)에 의해 반복해서 실행된다. 요컨데, CP 컨트롤러(100)는 감시 개시 조건이 성립하고 있는 동안, 제1 내지 제3 감시 조건 중 어느 것이 성립했을 때에 경고를 출력한다. 도 3에 나타내는 처리에 있어서 제1 내지 제3 감시 조건을 직렬로 차례차례 판정하고 있지만, 판정의 순서를 임의로 바꾸어도 되고, 각 감시 조건을 병렬로 판정해도 된다. 또 제1 내지 제3 감시 조건중 어느 하나를 생략해도 된다. 예를 들면 제3 감시 조건을 생략하고, CP 컨트롤러(100)는 제1 및 제2 감시 조건을 판정해도 된다. 반대로 제1 및 제2 감시 조건을 생략하고, CP 컨트롤러(100)는 제3 감시 조건만을 판정해도 된다.

CP 컨트롤러(100)는 우선, 감시 개시 조건이 성립하고 있는지 아닌지를 판정한다(S10). 여기서, 감시 개시 조건은 크라이오펌프(10)의 동작 모드가 T1 온도 제어중인 것이다. 크라이오펌프(10)가 진공챔버(80)의 배기 운전을 하고 있을 때는 통상, T1 온도 제어 모드가 된다. T1 온도 제어란 상술한 바와 같이, 제1단 크라이오패널(즉 열 실드(16))의 온도 T1을 제1단 목표 온도로 제어하도록 냉동기(12)를 제어하는 것이다. 감시 개시 조건이 성립하고 있지 않다고 판정되었을 경우에는(S10의 No), CP 컨트롤러(100)는 크라이오펌프 운전 상태를 모니터링하지 않고 처리를 종료한다. 따라서 예를 들면 크라이오펌프(10)가 정지상태에 있는 경우, 크라이오펌프(10)가 재생 운전중인 경우에는 CP 컨트롤러(100)는 크라이오펌프(10)의 감시 처리를 실시하지 않는다.

크라이오펌프(10)의 작동 개시시에 있어서는 우선 쿨다운 공정으로 운전되고, 쿨다운 공정으로부터 배기 운전으로 이행한다. 쿨다운 공정에 있어서 급속히 크라이오패널을 냉각하는 것이 바람직하다. 이 때문에, CP 컨트롤러(100)는 쿨다운 공정에 있어서는 T2 온도 제어를 실행하고, 제2단 크라이오패널이 제2단 목표 온도 근방까지 냉각되었을 때에 T1 온도 제어로 전환하도록 해도 된다. T2 온도 제어란 제2단 크라이오패널(즉 패널구조체(14))을 제2단 목표 온도로 냉각하는 제어이다. 이 때, T1 온도 제어로 전환할 때 제1단 크라이오패널이 제1단 목표 온도보다 저온으로 냉각되고 있는 경우가 있다. 따라서 CP 컨트롤러(100)는 감시 개시 조건을, T1 온도 제어중이고, 또 T1 온도 제어로의 전환으로부터 소정의 대기 시간이 경과한 것으로 해도 된다. 이 대기 시간은 예를 들면 제1단 크라이오패널 온도가 제1단 목표 온도의 근방에 안정화되기까지 필요한 시간으로 설정하면 된다. 또한 이하에서는 이 대기 시간이 경과하고, 또 T1 온도 제어중인 상태를 「T1 안정 상태」라고 칭하는 경우가 있다.

감시 개시 조건이 성립되어 있다고 판정되었을 경우에는(S10의 Yes), CP 컨트롤러(100)는 제1 감시 조건이 성립되고 있는지 아닌지를 판정한다(S12). 제1 감시 조건은 제2단 크라이오패널 온도가 경계 온도로 상승한 것이다. 경계 온도는 크라이오펌프(10)가 장착되어 있는 진공 장치에 설정된 이상 판정 온도에 연동해서 정해진다. 경계 온도는 진공 장치에 있어서의 이상 판정 온도에 적당한 마진을 취하도록 저온으로 설정된다. 예를 들면 진공 장치에 있어서의 이상 판정 온도가 20K일 때, 경계 온도는 18K로 설정한다. 제1 감시 조건이 성립되었다고 판정되었을 경우에는(S12의 Yes), CP 컨트롤러(100)는 경고를 출력한다(S18). 이와 같이 하면, 진공 장치에 있어서의 크라이오패널 상한 온도까지 크라이오패널 온도가 상승하기 전에 CP 컨트롤러(100)가 상한 온도로의 접근을 알 수 있다.

제1 감시 조건이 성립되어 있지 않다고 판정되었을 경우에는(S12의 No), CP 컨트롤러(100)는 제2 감시 조건이 성립되어 있는지 아닌지를 판정한다(S14). 제2 감시 조건이 성립되었다고 판정된 경우에는(S14의 Yes), CP 컨트롤러(100)는 경고를 출력한다(S18).

제2 감시 조건은 제2단 크라이오패널 온도가 요주의 온도 범위에 설정 시간 이상 계속해서 승온되고 있는 것이다. CP 컨트롤러(100)는 이번 감시 처리로 새롭게 제2단 크라이오패널 온도가 요주의 온도 범위로 승온되었을 경우에 시간계측을 개시한다. CP 컨트롤러(100)는 다음번 이후의 감시 처리에서는 제2단 크라이오패널 온도가 요주의 온도 범위에 머물러 있는지 아닌지를 판정하고, 머물러 있는 경우에는 경과시간이 설정 시간을 넘었는지 아닌지를 판정한다. 설정 시간을 넘었을 경우에는 CP 컨트롤러(100)는 제2 감시 조건이 성립되었다고 판정한다. 다음번 이후의 감시 처리에서 제2단 크라이오패널 온도가 요주의 온도 범위보다 저온으로 복귀했을 경우에는 경과시간의 카운트를 리셋하고, 제2 감시 조건은 성립되고 있지 않다고 판정한다.

설정 시간은 예를 들면 수십 분 내지 수 시간 정도로 설정된다. 요주의 온도 범위는 경계 온도를 상한으로 하고 주의 온도를 하한으로 하는 온도 범위이다. 주의 온도는 예를 들면 진공 프로세스가 정상적으로 시행되는 것이 보증되는 프로세스 보증 온도대역의 상한치 이상으로 설정된다. 주의 온도는 예를 들면 12K 내지 15K이다. 또한, 크라이오패널 온도가 프로세스 보증 온도대역보다 고온이 되면 반드시 바로 이상이 생기는 것은 아니다.

여기서, 주의 온도는 크라이오펌프(10)의 배기 성능이 보증되는 성능 보증 온도범위에 포함되어 있어도 된다. 즉, 크라이오펌프(10)는 제2단 크라이오패널의 온도가 주의 온도로 승온된 상태에 있어서도 사양에 정해진 배기 성능을 제공할 수 있다. 주의 온도를 상술한 바와 같이 진공 프로세스에 적합하게 설정하는 것에 의해, 크라이오펌프(10) 자체가 정상 운전 상태일 때도 적절한 메인터넌스를 촉구할 수 있다. 그 결과, 크라이오펌프가 진공 프로세스에 악영향을 줄 가능성을 최소한으로 억제할 수 있게 된다.

제2 감시 조건이 성립되어 있지 않다고 판정되었을 경우에는(S14의 No), CP 컨트롤러(100)는 제3 감시 조건이 성립되고 있는지 아닌지를 판정한다(S16). 제3 감시 조건은 크라이오펌프(10)의 가동 당초의 제2단 크라이오패널 최저 도달 온도에 대한 최근의 제2단 크라이오패널 최저 도달 온도의 증가분이 경시 열화 판정 역치를 초과하는 상태가 장기적으로 계속된 것이다. 제3 감시 조건이 성립되었다고 판정되었을 경우에는(S16의 Yes), CP 컨트롤러(100)는 경고를 출력한다(S18). 제3 감시 조건이 성립되고 있지 않다고 판정되었을 경우에는(S16의 No), CP 컨트롤러(100)는 경고를 출력하지 않고 감시 처리를 종료한다.

CP 컨트롤러(100)는 미리, 가동 당초의 최저 도달 온도(이하 「초기 최저 도달 온도」라고도 한다)를 기억해 둔다. CP 컨트롤러(100)는 크라이오펌프(10)의 가동 당초의 T1 안정 상태에 있어서, 냉동기(12)의 운전 주파수가 기준치보다 작을 때에 제2단 크라이오패널 온도를 복수회 측정하고, 가장 낮은 온도를 최저 도달 온도로서 기억한다. 또한, 크라이오펌프(10)를 진공 장치에 설치해서 가동을 개시한 직후(예를 들면 1주일 정도)는 최저 도달 온도를 측정하지 않는 기간으로 하고, 그 후 일정기간(예를 들면 1주일 정도) 측정하도록 해도 된다.

냉동기(12)의 운전 주파수가 클 때는 외부로부터의 열부하가 큰 상태일 우려가 있기 때문에, 크라이오패널 온도는 그다지 낮아지지 않을 것이라고 예상된다. 따라서 정확한 최저 도달 온도를 얻으려면 냉동기(12)의 운전 주파수가 기준치보다 작을 때에 측정하는 것이 바람직하다. 이 운전 주파수 기준치는 진공 프로세스중의 배기 운전시(혹은 무부하 운전시)에 상정되는 최대 운전 주파수로 해도 되고, 이 최대 운전 주파수에 적당한 마진을 더한 값으로 해도 된다. 바꾸어 말하면, 진공 장치에 있어서 베이킹 처리가 실행되고 있을 때는 최저 도달 온도를 측정하지 않는다는 취지이다. 베이킹 처리중에는 진공 장치가 가열되기 때문에, 냉동기의 운전 주파수가 커지는 경향이 있다. 또한 여기서 베이킹 처리는 진공챔버를 가열해서 흡장된 기체 등을 배출하는 처리뿐만 아니라, 진공 장치를 난기(暖氣)상태로 유지하는 이른바 아이들 베이킹을 포함해도 된다.

또 CP 컨트롤러(100)는 초기 최저 도달 온도의 측정 조건과 동일한 조건하에서 배기 운전중의 최저 도달 온도를 측정한다. 즉, T1 안정 상태에 있어서 냉동기(12)의 운전 주파수가 기준치보다 작을 때에 제2단 크라이오패널 온도를 측정해서 기억한다. CP 컨트롤러(100)는 이번 감시 처리에 있어서, 초기 최저 도달 온도에 대한 측정 최저 도달 온도의 증가분이 경시 열화 판정 역치를 넘었을 경우에 시간 계측을 개시한다. CP 컨트롤러(100)는 다음번 이후의 감시 처리에서는 최근의 측정 최저 도달 온도의 증가분이 계속해서 경시 열화 판정 역치를 넘고 있는지 아닌지를 판정하고, 넘고 있는 경우에는 경과시간이 경시 열화 판정 시간을 넘었는지 아닌지를 판정한다. 판정 시간을 넘었을 경우에는 CP 컨트롤러(100)는 제3 감시 조건이 성립되었다고 판정한다. 다음번 이후의 감시 처리에서 측정 최저 도달 온도의 증가분이 판정 역치 미만으로 복귀했을 경우에는 경과시간의 카운트를 리셋하고, 제3 감시 조건은 성립되고 있지 않다고 판정한다.

여기서, 초기 최저 도달 온도에 경시 열화 판정 역치를 더해 얻을 수 있는 경시 열화 판정 온도는 진공 프로세스 보증 온도대역에 포함되어 있어도 되고, 크라이오펌프(10)의 배기 성능이 보증되어 있는 성능 보증 온도 범위에 포함되어 있어도 된다. 즉, 제2단 크라이오패널의 최근의 최저 도달 온도가 경시 열화 판정 온도까지 증가했다고 해도, 그 시점에서는 진공 프로세스는 크라이오펌프(10)에 의해 아무런 영향을 받지 않고, 또 크라이오펌프(10)는 사양상의 배기 성능을 제공할 수가 있다. 경시 열화 판정 역치는 경험적 또는 실험적으로 적당히 설정하면 되고, 예를 들면 2K 내지 5K로 해도 된다.

초기 최저 도달 온도는 크라이오펌프(10)마다의 개체차가 반영되어 있다. 크라이오펌프(10)마다 진공 장치로의 설치 및 가동 개시 후에 측정되기 때문이다. 그 크라이오펌프(10)가 성능이 양호할수록 초기 최저 도달 온도는 저온이 된다. 크라이오펌프의 누적 운전 시간이 길어짐에 따라 최저 도달 온도는 완만하게 상승하는 경향이 있다. 이 때문에, 양호한 크라이오펌프일수록, 초기 최저 도달 온도로부터의 최저 도달 온도의 괴리가 증가해서 상술한 요주의 온도 범위로 승온하기까지 장기간 운전되고 있다.

초기 최저 도달 온도로부터의 괴리가 커지면, 크라이오펌프(10)의 경시 열화가 진행되고 있다고 생각할 수 있다. 이러한 경우, 경시 열화의 축적에 의해, 최악의 경우, 진공 장치의 컨트롤러에 의한 진공 프로세스의 모니터링으로부터는 어떤 징조도 얻지 못하고 돌발적으로 크라이오펌프(10)에 이상이 생길 우려도 있다. 크라이오펌프(10)에 이상이 생기면 진공 장치의 다운 타임을 초래하게 되어 바람직하지 않다. 그런데 상술한 제3 감시 조건을 이용해서 크라이오펌프(10)를 감시하는 것에 의해, 초기 최저 도달 온도로부터의 괴리가 확대된 것을 검지할 수가 있다. 따라서 진공 프로세스로의 악영향이 표면화되기 전에, 혹은 진공 장치에 돌발적인 다운 타임이 생기기 전에, 크라이오펌프의 메인터넌스를 촉구할 수 있으므로 바람직하다.

또 경시 열화 판정 시간은 예를 들면 제2 감시 조건의 설정 시간보다 긴 것이 바람직하고, 진공 장치의 베이킹 처리에 필요로 하는 시간보다 긴 것이 보다 바람직하다. 경시 열화 판정 시간을 베이킹 처리의 소요 시간보다 길게 하는 것에 의해, 베이킹 처리중의 입열에 의한 승온을 경시 열화에 의한 온도의 상승으로 오판정하는 것을 피할 수가 있다. 또한, 경시 열화 판정 시간을 베이킹 처리의 소요 시간보다 짧게 하는 경우에는 CP 컨트롤러(100)는 제3 감시 조건이 연속해서 복수회 성립했을 경우에 실제로 경시 열화가 발생하고 있다고 간주하여 경고를 출력하도록 해도 된다.

10 크라이오펌프 12 냉동기
14 패널구조체 16 열 실드
22 제1 냉각 스테이지 23 제1 온도 센서
24 제2 냉각 스테이지 25 제2 온도 센서
26 냉동기용 모터 28 폐색부
31 개구부 32 배플
40 압축기 43 제1 압력센서
45 제2 압력센서 60 압축기용 모터 100 CP 컨트롤러

Claims

진공 처리를 실시하는 진공 장치의 진공챔버로부터 가스를 배기하는 크라이오펌프로서,
1단 크라이오패널과,
1단 크라이오패널을 목표 온도로 제어하는 제어부와,
1단 크라이오패널의 온도에 연동해서 1단 크라이오패널보다 저온으로 냉각되는 2단 크라이오패널을 구비하고,
상기 제어부는
상기 진공 장치에 있어서 설정되어 있는 2단 크라이오패널 상한 온도보다 저온으로 설정된 경계(警戒) 온도 이상으로 2단 크라이오패널이 승온되었는지 아닌지를 판정하는 제1 판정과,
상기 경계 온도를 상한으로 하여 설정된 온도 범위에 설정 시간 이상 계속해서 2단 크라이오패널이 승온되고 있는지 아닌지를 판정하는 제2 판정을, 상기 목표 온도로의 제어중에 실시하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 온도 범위의 하한은 상기 진공 처리가 정상적으로 실시되는 것이 보증되는 온도대역보다 고온으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 상기 크라이오펌프의 가동 당초에 측정된 2단 크라이오패널의 최저 도달 온도로부터 배기 운전중의 2단 크라이오패널 온도가 괴리된 상태가 상기 설정 시간보다 길게 설정된 지속 시간 이상 계속되었는지 아닌지를 판정하는 제3 판정을, 상기 목표 온도로의 제어중에 실시하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 3에 있어서,
배기 운전중의 2단 크라이오패널 온도가 상기 최저 도달 온도로부터 괴리되었는지 아닌지를 판정하는 기준 온도는 상기 온도 범위의 하한보다 저온으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 3에 있어서,
상기 지속 시간은 상기 진공 장치의 베이킹 처리에 필요로 하는 시간보다 길게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 3에 있어서,
열사이클을 반복해서 한랭을 발생시키고, 1단 크라이오패널 및 2단 크라이오패널을 냉각하는 냉동기를 더 구비하고,
상기 제어부는 상기 진공 장치의 베이킹 처리중에 상정되는 냉동기의 운전 주파수보다 낮은 주파수로 냉동기가 운전되고 있을 때 측정된 2단 크라이오패널 온도를 이용해서 제3 판정을 실시하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
진공 처리를 실시하는 진공 장치를 배기하는 크라이오펌프의 감시 방법으로서,
고온 크라이오패널을 목표 온도로 제어하는 온도조절 제어중에, 상기 고온 크라이오패널에 연동해서 냉각되는 저온 크라이오패널의 온도가, 상기 진공 장치에 있어서 설정되어 있는 저온 크라이오패널 상한 온도에 접근했는지 아닌지를 판정하고,
상기 온도조절 제어중에 상기 저온 크라이오패널의 온도가 상기 상한 온도에 접근하지 않았다고 판정되었을 경우에, 상기 진공 처리가 정상적으로 실시되는 것이 보증되는 온도대역으로부터 상기 저온 크라이오패널의 온도가 계속적으로 일탈하고 있는지 아닌지를 판정하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프의 감시 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 크라이오펌프의 저온 크라이오패널 최저 도달 온도로부터 저온 크라이오패널 온도가 괴리된 상태가, 저온 크라이오패널 온도의 상기 온도대역으로부터의 계속적 일탈의 판정 기준 시간을 넘어 장기적으로 계속되었는지 아닌지를 판정하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프의 감시 방법.