TW201335482A - 低溫泵、低溫泵的再生方法及低溫泵的控制裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種具備以有助於升溫時間的短縮化之方式配置之少量溫度感測器之低溫泵、低溫泵的再生方法及低溫泵的控制裝置。本發明的低溫泵(10)，具備：1級板(20)，其藉由冷凍機(16)的1級平台(22)冷卻；2級板(18)，其藉由冷凍機(16)的2級平台(24)冷卻；板溫度感測器(94、96)，其設置於1級板(20)及2級板(18)中的至少一方；平台溫度感測器(90、92)，其設置於1級平台(22)及2級平台(24)中的至少一方；及控制部(100)，其控制基於平台溫度感測器(90、92)的測定溫度之真空排氣。控制部(100)控制包含低溫板的升溫製程之再生，且主要在再生中使用板溫度感測器(94、96)的測定溫度。控制部(100)基於板溫度感測器(94、96)的測定溫度完成升溫製程。

Description

低溫泵、低溫泵的再生方法及低溫泵的控制裝置

本發明係有關一種低溫泵、低溫泵的再生方法及低溫泵的控制裝置。

低溫泵是藉由冷凝或吸附將氣體分子捕捉於冷卻成極低溫之低溫板上進行排氣之真空泵。為了實現半導體電路製造程序等所要求之清潔之真空環境而廣泛地利用低溫泵。因此，為了向外部排出蓄積於低溫板之氣體，而定期地進行低溫泵的再生。

低溫泵通常設置有溫度感測器。溫度感測器例如直接安裝於低溫板。或者，溫度感測器安裝於用於冷卻低溫板之冷凍機。

專利文獻1：日本實開昭63-4380號公報

專利文獻2：日本特開平8-68380號公報

專利文獻3：日本特開2004-27866號公報

低溫泵的運轉中低溫板的溫度在相當廣範圍內變動。低溫板在真空排氣中冷卻成極低溫，另一方面在再生中加熱至室溫或比其稍微高之溫度。在為了中斷真空排氣進行再生而對低溫板進行升溫時，有可能在該低溫板的部份間 過渡性產生較大溫度差。

在升溫上費一點時間係一種簡單獲得均勻升溫之低溫板之有效方法。在升溫時，大體藉由熱源加熱低溫板，並且向低溫泵的室內導入沖洗氣體。例如在此時可考慮，在低溫板的熱源附近部位達到目標溫度之後，亦使沖洗氣體在室內持續滯留一定時間之均勻化手法。經由沖洗氣體之熱傳導有助於低溫板溫度分佈向目標溫度的均勻化。亦有可能存在藉由使沖洗的持續時間變得相當長來保證均勻化之實行對策。但是，這種對策不一定符合所謂再生時間的短縮化這種對低溫泵之最重要的要求之一。

在低溫板上設置有多個溫度感測器時，亦許能夠在短時間對該低溫板進行均勻升溫之控制。但是，從盡量減小低溫泵的製造成本之觀點出發，在低溫板上設置多個溫度感測器可能不現實。

本發明中之某一態樣的例示性目的之一在於，提供一種具備以有助於升溫時間的短縮化之方式配置之少量溫度感測器之低溫泵、適合這種低溫泵之再生方法及控制裝置。

本發明之某一態樣的低溫泵，具備：冷凍機，其具備1級平台和冷卻成低於1級平台之溫度之2級平台；低溫板，其具備藉由1級平台冷卻之1級板和藉由2級平台冷卻之2級板；板溫度感測器，其設置於1級板及2級板中 的至少一方；平台溫度感測器，其設置於1級平台及2級平台中的至少一方；及控制部，其構成為控制基於平台溫度感測器的測定溫度之真空排氣和包含低溫板的升溫製程之再生，且主要在再生中使用板溫度感測器的測定溫度。控制部基於板溫度感測器的測定溫度完成升溫製程。

在像升溫製程這樣的出現比較大之溫度差之過渡性狀況下，平台溫度感測器不一定正確反映低溫板溫度。基於板溫度感測器的測定溫度決定升溫製程的完成，藉此能夠適當停止而無需持續長久進行升溫製程。

而且，板溫度感測器的測定溫度主要用於再生中。亦即，板溫度感測器的測定溫度並不用於真空排氣的控制中。基於平台溫度感測器的測定溫度來控制真空排氣。這基於低溫板測定溫度不一定適於真空排氣中之低溫板溫度控制之本發明人的經驗性見解。藉由將板溫度感測器專門用於再生，將平台溫度感測器主要用於真空排氣這樣的作用分擔，能夠以少量溫度感測器有效地管理低溫泵。

控制部可為了低溫板的升溫而控制冷凍機的升溫運轉，在該升溫運轉中，監控平台溫度感測器的測定溫度。控制部亦可在平台溫度感測器的測定溫度達到警告溫度時，中止冷凍機的升溫運轉。

此時，低溫板藉由以冷凍機為熱源之所謂反轉升溫而被加熱。存在低溫泵除冷凍機以外無需具備加熱器之優點。而且，能夠藉由在警告溫度下中止反轉升溫來保護冷凍機。例如能夠防止冷凍機內部的可動要件的燒黏。

板溫度感測器可具有包含升溫製程中之升溫目標溫度之可測定溫度區域。該可測定溫度區域可為高於真空排氣中之低溫板的冷卻目標溫度之溫度範圍。

板溫度感測器的可測定溫度區域不包含真空排氣中之低溫板的冷卻目標溫度。藉由從測定範圍除去這種極低溫，變得易採用通用的溫度感測器。升溫目標溫度通常接近室溫，因此能夠使用例如熱電偶等一般的感測器來作為板溫度感測器。通用品的採用有助於降低製造成本。

低溫泵可具備：1級板溫度感測器，其設置於1級板中傳熱路徑的末端部；及2級板溫度感測器，其設置於2級板中傳熱路徑的末端部。控制部可在1級板溫度感測器的測定溫度達到1級板目標溫度並且2級板溫度感測器的測定溫度達到2級板目標溫度時，完成升溫製程。

由於傳熱路徑的末端部遠離熱源，因此在升溫製程中，溫度低於其他部位。因此，能夠評價為在其測定溫度達到目標溫度時其他部位已經達到目標溫度。

低溫板可構成為在升溫製程中1級板比2級板較晚達到升溫目標溫度。板溫度感測器可至少設置於1級板。控制部可基於1級板的測定溫度完成升溫製程。

例如，與相對於用於2級板之升溫能力之2級板質量相比，相對於用於1級板之升溫能力之1級板質量較大時，有1級板的升溫比2級板更耗費時間之傾向。這種情況下，估計2級板的升溫已經結束，因此能夠基於1級板的測定溫度決定升溫製程的完成。

低溫板可構成為在升溫製程中2級板比1級板較晚達到升溫目標溫度。板溫度感測器可至少設置於2級板。控制部可基於2級板的測定溫度完成升溫製程。

例如，與相對於用於1級板之升溫能力之1級板質量相比，相對於用於2級板之升溫能力之2級板質量較大時，有2級板的升溫比1級板更耗費時間之傾向。這種情況下，估計1級板的升溫已經結束，因此能夠基於2級板的測定溫度決定升溫製程的完成。

本發明的另一態樣係低溫泵的再生方法。該方法包括如下步驟：基於平台溫度感測器的測定溫度來控制真空排氣；及控制包含低溫板的升溫製程之再生。升溫製程包含基於板溫度感測器的測定溫度完成升溫製程之步驟。板溫度感測器的測定溫度主要用於再生中。

本發明的另一態樣係低溫泵的控制裝置。該裝置共用於包含口徑互不相同之第1機種和第2機種之複數機種的低溫泵，該第1機種係以1級板較晚升溫之方式構成之小口徑低溫泵，該第2機種係以2級板較晚升溫之方式構成之大口徑低溫泵。該低溫泵的控制裝置構成為用於升溫製程完成判定之溫度測定部位的設定能夠選擇前述1級板與前述2級板中的任一個。

依該態樣，可提供共用於複數機種的低溫泵之控制裝置。能夠按每一機種設定用於升溫製程完成判定之溫度測定部位。藉由適當之設定，能夠按每一機種實現被短縮之升溫製程。

本發明的另一態樣係低溫泵的控制裝置。該裝置構成為升溫製程完成判定中使用之溫度感測器能夠按低溫泵的每一機種進行選擇。

另外，將以上構成要件的任意組合或本發明的構成要件或表現在方法、裝置、系統及程式等之間相互替換者，作為本發明的態樣亦是有效的。

依本發明，能夠提供具備以有助於升溫時間的短縮化之方式配置之少量溫度感測器之低溫泵、適合於這種低溫泵的再生方法及控制裝置。

第1圖係模式表示本發明之一實施形態之低溫泵10之圖。低溫泵10例如被安裝於離子植入裝置或濺射裝置等的真空腔而用於將真空腔內部的真空度提高至所期望的程序中所要求之水平。

低溫泵10具有用於接受氣體之吸氣口12。吸氣口12係朝向低溫泵10的內部空間14之入口。應被排氣之氣體從安裝有低溫泵10之真空腔通過吸氣口12，進入到低溫泵10的內部空間14。

另外，以下為了通俗易懂地表示低溫泵10的構成要件的位置關係，有時使用“軸向”、“徑向”這樣的用語。軸向表示通過吸氣口12之方向，徑向表示沿吸氣口 12之方向。為方便起見，關於軸向有時將相對靠近吸氣口12之方向稱為“上”，相對遠離之方向稱為“下”。亦即，有時將相對遠離低溫泵10的底部之方向稱為“上”，相對靠近之方向稱為“下”。關於徑向，有時將靠近吸氣口12的中心之方向稱為“內”，靠近吸氣口12的周邊之方向稱為“外”。另外，這種表達與低溫泵10被安裝於真空腔時的配置沒有關係。例如，低溫泵10亦可在鉛直方向使吸氣口12朝下來安裝於真空腔。

第1圖係表示包括低溫泵10的內部空間14的中心軸和冷凍機16之截面。低溫泵10具備冷凍機16、2級板18及1級板20。

冷凍機16係例如吉福德-麥克馬洪式冷凍機(所謂GM冷凍機)等極低溫冷凍機。冷凍機16係具備1級平台22及2級平台24之2級式冷凍機。

冷凍機16經由冷媒管34連接於壓縮機36。壓縮機36將高壓的工作氣體供給於冷凍機16。高壓的工作氣體在冷凍機16內的膨脹室斷熱膨脹，產生寒冷。壓縮機36對從冷凍機16回收之低壓的工作氣體進行壓縮。工作氣體例如為氦。從壓縮機36到冷凍機16及從冷凍機16到壓縮機36的工作氣體的流動，藉由冷凍機16內的旋轉閥(未圖示)進行切換。冷凍機16具備閥驅動馬達40。閥驅動馬達40從外部電源接受電力供給來使旋轉閥進行旋轉。

冷凍機16構成為將1級平台22冷卻成第1溫度水 平，且將2級平台24冷卻成第2溫度水平。第2溫度水平比第1溫度水平更低溫。例如，1級平台22冷卻成65K~120K左右、冷卻成80K~100K為較佳，2級平台24冷卻成10K~20K左右。

如第1圖所示之低溫泵10為所謂臥式低溫泵。臥式低溫泵一般為冷凍機16以與低溫泵10的內部空間14的中心軸交叉(通常為正交)之方式配設之低溫泵。本發明亦同樣適用於所謂立式低溫泵。立式低溫泵係冷凍機沿低溫泵的軸向配設之低溫泵。

2級板18設置於低溫泵10的內部空間14的中心部。2級板18例如包括複數個板構件26。板構件26例如分別具有圓錐台側面的形狀，所謂傘狀的形狀。各板構件26中通常設置有活性碳等吸附劑(未圖示)。吸附劑例如附著於板構件26的背面。板構件26安裝於板安裝構件28。板安裝構件28安裝於2級平台24。如此，2級板18熱連接於2級平台24。因此，2級板18被冷卻成第2溫度水平。

1級板20設置於2級板18的外側。1級板20具備輻射遮蔽板30和入口低溫板32，且包圍2級板18。1級板20熱連接於1級平台22，1級板20被冷卻成第1溫度水平。

設置輻射遮蔽板30係主要為了從來自低溫泵10的外殼38之輻射熱保護2級板18。輻射遮蔽板30在外殼38與2級板18之間，且包圍2級板18。輻射遮蔽板30的軸 向上端朝向吸氣口12開放。輻射遮蔽板30具有軸向下端被閉塞之筒形(例如圓筒)形狀，形成為杯狀。輻射遮蔽板30的側面具有用於安裝冷凍機16之孔，2級平台24從該孔插入於輻射遮蔽板30中。1級平台22在該安裝孔的外周部被固定於輻射遮蔽板30的外表面。如此輻射遮蔽板30被熱連接於1級平台22。

輻射遮蔽板30可如第1圖所示構成為一體的筒狀，而且可構成為藉由複數個零件整體上呈筒狀形狀。這些複數個零件可相互保持間隙而配設。例如，輻射遮蔽板30可分割為安裝於1級平台22的軸向上側之上部遮蔽板和安裝於1級平台22的軸向下側之下部遮蔽板。此時，上部遮蔽板為上端及下端開放之筒型板，下部遮蔽板為上端開放，下端閉塞之筒型板。

入口低溫板32設置於2級板18的軸向上方，且在吸氣口12中沿著徑向而被配置。入口低溫板32其外周部被固定於輻射遮蔽板30的開口端而熱連接於輻射遮蔽板30。入口低溫板32例如形成為百葉窗結構或人字形結構。入口低溫板32可形成為以輻射遮蔽板30的中心軸為中心的同心圓狀，或者亦可形成為格子狀等其他形狀。

設置入口低溫板32係為了進行進入吸氣口12之氣體的排氣。以入口低溫板32的溫度冷凝之氣體(例如水分)捕集於其表面。並且，設置入口低溫板32係為了從來自低溫泵10的外部熱源(例如，安裝低溫泵10之真空腔內的熱源)之輻射熱保護2級板18。不僅是輻射熱亦限 制氣體分子的進入。入口低溫板32佔有吸氣口12的開口面積的一部份，以便將通過吸氣口12流入內部空間14之氣體限制在所期望的量。

低溫泵10具備外殼38。外殼38係用於隔開低溫泵10的內部與外部之真空容器。外殼38構成為氣密地保持低溫泵10的內部空間14的壓力。外殼38中容納有1級板20和冷凍機16。外殼38被設置於1級板20的外側，且包圍1級板20。並且，外殼38容納冷凍機16。

外殼38以不接觸於1級板20及冷凍機16的低溫部之方式，固定於外部環境溫度的部位(例如冷凍機16的高溫部)。外殼38的外表面暴露於外部環境，溫度高於被冷卻之1級板20(例如室溫左右)。

並且，外殼38具備從其開口端朝向徑向外側延伸之吸氣口凸緣56。吸氣口凸緣56係用於在安裝處的真空腔安裝低溫泵10之凸緣。在真空腔的開口設置有閘閥(未圖示)，吸氣口凸緣56安裝於該閘閥。藉此，閘閥位於入口低溫板32的軸向上方。例如在低溫泵10再生時閘閥設為關，低溫泵10對真空腔進行排氣時閘閥設為開。

外殼38上連接有通氣閥70、粗抽閥72及沖洗閥74。

通氣閥70設置於用於將流體從低溫泵10的內部空間向外部環境排出之排出管路80的例如末端。藉由通氣閥70的開閥來容許排出管路80的流動，藉由通氣閥70的閉閥來截斷排出管路80的流動。被排出之流體基本上為氣 體，但亦可為液體或氣液混合物。例如，冷凝於低溫泵10之氣體的液化物可以混在排出流體中。藉由通氣閥70的開閥，能夠將產生於外殼38的內部之正壓向外部釋放。

粗抽閥72連接於粗抽泵73。藉由粗抽閥72之開閉，粗抽泵73和低溫泵10被連通或截斷。典型地粗抽泵73，作為與低溫泵10不同的真空裝置而被設置，例如構成包括連接低溫泵10之真空腔之真空系統的一部份。

沖洗閥74連接於未圖示之沖洗氣體供給裝置。沖洗氣體例如為氮氣。藉由沖洗閥74的開閉來控制沖洗氣體向低溫泵10之供給。

低溫泵10具備：用於測定1級平台22的溫度之1級平台溫度感測器90；和用於測定2級平台24的溫度之2級平台溫度感測器92。1級平台溫度感測器90被安裝於1級平台22。2級平台溫度感測器92被安裝於2級平台24。以下為了便於說明，有時將1級平台溫度感測器90及2級平台溫度感測器92總稱為“平台溫度感測器”。

平台溫度感測器在低溫泵10的真空排氣運轉及再生運轉雙方中，用於監控各平台溫度。為此，平台溫度感測器具有包含真空排氣中之平台溫度和再生中之平台溫度雙方之可測定溫度區域。亦即，平台溫度感測器係以不僅測定室溫，還測定例如20K以下的極低溫之方式構成之溫度感測器。平台溫度感測器係例如鉑電阻溫度計或氫蒸氣壓溫度計。

而且，低溫泵10具備用於測定1級板20的溫度之1 級板溫度感測器94和用於測定2級板18的溫度之2級板溫度感測器96。1級板溫度感測器94設置於1級板20中傳熱路徑的末端部。2級板溫度感測器96設置於2級板18中傳熱路徑的末端部。

在此，傳熱路徑的末端部是指在低溫板的升溫中遠離熱源之部位。例如，能夠藉由從熱源至板上的某一點為止之傳熱路徑的長度，將1級板20劃分為靠近熱源(傳熱路徑較短)之區域和遠離熱源(傳熱路徑較長)之區域。或者，能夠以相同方法，將1級板20劃分為靠近熱源之區域、中間區域、遠離之區域這3個區域。關於2級板18亦相同。此時，可將遠離熱源之區域看作傳熱路徑的末端部。在進行冷凍機16的升溫運轉時，能夠將1級平台22、2級平台24分別看作1級板20、2級板18的熱源。在1級板20、2級板18上設置有加熱用的加熱器時，該加熱器係熱源。

在第1圖中，1級板溫度感測器94設置於入口低溫板32。具體而言，1級板溫度感測器94設置於入口低溫板32的中心部。作為代替方案，1級板溫度感測器94可設置於輻射遮蔽板30的開口端或閉塞端。2級板溫度感測器96設置於2級板18中最遠離2級平台24之板構件26的端部。以下為了便於說明，有時將1級板溫度感測器94及2級板溫度感測器96總稱為“板溫度感測器”。

板溫度感測器用於監控再生中之各板溫度。板溫度感測器具有包含升溫製程中之升溫目標溫度之可測定溫度區 域。在本實施例中，板溫度感測器并不用於真空排氣中，因此板溫度感測器在可測定溫度區域可以不包含極低溫。總之，板溫度感測器只要能夠測定室溫水平即可。因此，作為板溫度感測器例如能夠使用廉價的熱電偶。

而且，低溫泵10具備控制部100。控制部100可一體地設置於低溫泵10，亦可作為與低溫泵10分體之控制裝置而構成。

控制部100構成為為了低溫泵10的真空排氣運轉及再生運轉而控制冷凍機16。並且，控制部100主要在再生中根據需要控制通氣閥70、粗抽閥72及沖洗閥74的開閉。控制部100構成為接收1級平台溫度感測器90、2級平台溫度感測器92、1級板溫度感測器94、2級板溫度感測器96及壓力感測器(未圖示)等各種感測器的測定結果。控制部100基於這種測定結果來運算給予冷凍機16及各種閥之控制指令。

在真空排氣運轉中，控制部100以平台溫度追隨目標冷卻溫度之方式控制冷凍機16。1級平台22的目標溫度通常設定為恆定值。1級平台22的目標溫度例如按照在安裝低溫泵10之真空腔室進行之程序作為規格來決定。

例如，控制部100藉由反饋控制以1級平台22的目標溫度和1級平台溫度感測器90的測定溫度的偏差最小化之方式，控制冷凍機16的運轉頻率。亦即，控制部100藉由控制閥驅動馬達40的轉速來控制冷凍機16中之熱循環的頻率。

在向低溫泵10之熱負荷增加時，1級平台22的溫度有可能升高。在1級平台溫度感測器90的測定溫度高於目標溫度之情況下，控制部100使冷凍機16的運轉頻率增加。其結果，冷凍機16中之熱循環的頻率亦增加，1級平台22向目標溫度冷卻。相反，在1級平台溫度感測器90的測定溫度低於目標溫度時，冷凍機16的運轉頻率減少，1級平台22向目標溫度升溫。

在典型之低溫泵中，熱循環的頻率設為始終恆定。設定為以較大之頻率運轉以便能夠進行從常溫向泵動作溫度之急冷卻，在來自外部之熱負荷較小時，藉由加熱器進行加熱，藉此調整低溫板的溫度。因此，消耗電力變大。與此相對，在本實施形態中，按照向低溫泵10之熱負荷來控制熱循環頻率，因此能夠實現節能性優異之低溫泵。並且，無需一定設置加熱器，這亦有助於降低消耗電力。

以下，有時將以1級平台22的溫度成為目標溫度之方式控制冷凍機16之步驟稱為“1級溫度控制”。在低溫泵10進行真空排氣運轉時，通常執行1級溫度控制。1級溫度控制的結果，2級平台24及2級板18冷卻成藉由冷凍機16的規格及來自外部之熱負荷規定之溫度。

同樣，控制部100還能夠執行以2級平台24的溫度成為目標溫度之方式控制冷凍機16之所謂“2級溫度控制”。控制部100例如可在用於開始低溫泵10的真空排氣之前處理亦即降溫製程中進行2級溫度控制。在降溫製程中，快速冷卻低溫板為較佳。因此，控制部100可在降 溫製程中執行2級溫度控制，在2級板18冷卻至目標溫度附近時，切換為1級溫度控制。

如上述在本實施例中，平台溫度用於真空排氣運轉中之低溫板的溫度控制。這是基於直接測定低溫板而獲得之溫度不一定適於低溫板的溫度控制這樣的本發明人的經驗性見解。

看起來像是因為板溫度感測器直接設置於低溫板，所以能夠藉由基於板溫度感測器的測定值來控制低溫板溫度而獲得良好結果。但是，實際上並不一定如此。與平台溫度感測器相比，板溫度感測器的測定值有時會變動。這是因為板溫度受來自外部之輻射熱或氣體的冰層堆積等影響而比較敏感地變動。真空排氣中之低溫板溫度穩定為較佳，因此低溫板溫度控制適宜基於平台溫度感測器的測定值而進行。因此，在本實施例中，板溫度感測器的測定溫度並不用於真空排氣運轉的控制。板溫度感測器的測定溫度主要用於再生中，尤其用於升溫製程中。

以下說明基於上述結構的低溫泵10之動作。低溫泵10作動時，首先在其作動之前通過粗抽閥72用粗抽泵73將低溫泵10的內部粗抽至例如1Pa左右。之後使低溫泵10作動。在基於控制部100之控制下，1級平台22及2級平台24藉由冷凍機16的驅動而被冷卻，熱連接於該等之1級板20、2級板18亦被冷卻。

入口低溫板32對從真空腔向低溫泵10內部飛來之氣體分子進行冷卻，使在該冷卻溫度下蒸汽壓充份變低之氣 體(例如水分等)冷凝於表面而被排氣。在入口低溫板32的冷卻溫度下蒸汽壓未充份變低之氣體通過入口低溫板32進入輻射遮蔽板30內部。進入之氣體分子中在2級板18的冷卻溫度下，蒸汽壓充份變低之氣體冷凝於其表面而被排氣。在該冷卻溫度下蒸汽壓亦不會充份變低之氣體(例如氫等)藉由黏結於2級板18的表面並已被冷卻之吸附劑吸附而被排氣。如此，低溫泵10能夠使安裝處的真空腔的真空度達到所期望的水平。

藉由持續進行排氣運轉，低溫泵10中逐漸蓄積氣體。為了將蓄積之氣體向外部排出，在排氣運轉開始之後經過預定時間時或在滿足預定的再生開始條件時，進行低溫泵10的再生。再生處理包含升溫製程、排出製程及冷卻製程。

低溫泵10的再生處理例如藉由控制部100而被控制。控制部100判定是否滿足了預定的再生開始條件，當滿足了該條件時開始進行再生。此時，控制部100中止冷凍機16的低溫板冷卻運轉，開始冷凍機16的升溫運轉。當未滿足該條件時，控制部100不開始進行再生，例如持續進行真空排氣運轉。

第2圖係用於說明本發明的一實施形態之再生方法之流程圖。再生處理包括將低溫泵10升溫成比排氣運轉中之低溫板溫度更高之高溫即再生溫度的升溫製程(S10)。第2圖所示之再生處理的一例是所謂總再生。總再生進行包括低溫泵10的1級板20及2級板18之所 有低溫板之再生。低溫板從用於真空排氣運轉之冷卻溫度加熱至再生溫度。再生溫度為例如室溫或比其稍微高之溫度(例如約290K至約300K)。

升溫製程包含反轉升溫。一實施例中，反轉升溫運轉藉由將冷凍機16內的旋轉閥向與冷卻運轉相反之方向旋轉，來錯開工作氣體的吸排氣時機使工作氣體產生絕熱壓縮。冷凍機16以如此得到之壓縮熱對1級平台22及2級平台24進行加熱。1級板20將1級平台22作為熱源而被加熱，2級板18將2級平台24作為熱源而被加熱。

控制部100判定低溫板溫度的測定值是否達到目標溫度。控制部100在達到目標溫度前持續進行升溫，在達到目標溫度時結束升溫製程。關於升溫製程之詳細內容參閱第3圖進行後述。

若完成升溫製程，則控制部100開始排出製程(S12)。排出製程中從低溫板表面將再氣化之氣體向低溫泵10的外部排出。再氣化之氣體例如通過排出管路80或使用粗抽泵73向外部排出。再氣化之氣體與根據需要被導入之沖洗氣體一同從低溫泵10排出。在排出製程中停止冷凍機16的運轉。

控制部100例如基於低溫泵10的內部的壓力測定值判定是否已完成氣體排出。例如，控制部100在低溫泵10內的壓力超出預定的閾值期間持續進行排出製程，在壓力低於該閾值時結束排氣製程並開始冷卻製程。

冷卻製程中為了重新開始真空排氣運轉，而再次冷卻 低溫板(S14)。開始冷凍機16的冷卻運轉。控制部100判定平台溫度的測定值是否達到用於真空排氣運轉之目標冷卻溫度。控制部100持續進行冷卻製程直至達到目標冷卻溫度，當達到該冷卻溫度時結束冷卻製程。該冷卻製程可與上述的降溫製程相同。如此完成再生處理。重新開始低溫泵10的真空排氣運轉。

第3圖係用於說明本發明的一實施形態之升溫製程(S10)之流程圖。如第3圖所示，升溫製程包含板溫度判定(S26)與平台溫度判定(S22)這2個判定處理。其中，板溫度判定(S26)係決定是否可以結束升溫製程之升溫製程完成判定。平台溫度判定(S22)係用於保護冷凍機16之判定處理。平台溫度判定(S22)在本實施例的升溫製程中不是必須的。

在升溫製程中，控制部100首先進行升溫開始處理(S20)。升溫開始處理例如包括如下步驟：開始冷凍機16的升溫運轉(所謂反轉升溫)；及開始向低溫泵10供給沖洗氣體。為了使低溫板高速升溫，控制部100在反轉升溫中例如以最大的運轉頻率控制冷凍機16。而且，控制部100打開沖洗閥74將沖洗氣體導入低溫泵10的內部空間14。

控制部100進行平台溫度判定(S22)。平台溫度判定係在冷凍機16的升溫運轉中，對平台溫度感測器的測定溫度進行監控之處理。控制部100判定平台溫度感測器的測定溫度是否已達到警告溫度。具體而言，在1級平台 溫度感測器90的測定溫度達到第1警告溫度及2級平台溫度感測器92的測定溫度達到第2警告溫度中之至少一方成立時，控制部100判定為平台溫度感測器的測定溫度已達到警告溫度(S22的NG)。

第1警告溫度設定為高於1級板20的目標溫度之溫度，第2警告溫度設定為高於2級板18的目標溫度之溫度。而且，第1警告溫度及第2警告溫度例如基於冷凍機16的耐熱溫度而設定。亦即，第1警告溫度及第2警告溫度設定在低溫板的目標溫度與冷凍機16的耐熱溫度之間。本實施例中，第1警告溫度及第2警告溫度設定為從冷凍機16的耐熱溫度留有一定餘地之值。第1警告溫度及第2警告溫度可相等。

當判定為平台溫度感測器的測定溫度已達到警告溫度時(S22的NG)，控制部100中止冷凍機16的升溫運轉(S24)。停止冷凍機16的運轉。停止供給沖洗氣體。同時，控制部100可輸出表示冷凍機16接近耐熱溫度之警告。如此一來，能夠保護冷凍機16。例如能夠防止冷凍機16內部的可動要件(例如置換器)的燒黏。

另一方面，當判定為平台溫度感測器的測定溫度未達到警告溫度時(S22的OK)，控制部100進行板溫度判定(S26)。控制部100判定板溫度感測器的測定溫度是否已達到目標溫度。目標溫度選自上述的再生溫度(例如約290K至約300K)。1級板20的目標溫度和2級板18的目標溫度可相等，亦可不同。

具體而言，控制部100判定1級板溫度感測器94的測定溫度是否已達到1級板20的目標溫度。而且，控制部100判定2級板溫度感測器96的測定溫度是否達到2級板18的目標溫度。如此，在1級板溫度感測器94及2級板溫度感測器96的測定溫度分別達到目標溫度時，控制部100判定為板溫度感測器的測定溫度已達到目標溫度(S26的OK)。

當判定為板溫度感測器的測定溫度已達到目標溫度時(S26的OK)，控制部100結束升溫製程(S28)。停止冷凍機16的運轉，停止供給沖洗氣體。之後，如上述，控制部100開始進行排出製程(第2圖的S12)。

當判定為板溫度感測器的測定溫度未達到目標溫度時(S26的NG)，控制部100持續進行升溫製程。持續進行冷凍機16的升溫運轉及沖洗氣體的供給。預定時間之後(例如在下次的控制週期)，控制部100再次進行板溫度判定(S26)及平台溫度判定(S22)。

另外，在冷凍機16的升溫運轉被中止時(S24)，控制部100可待機預定期間，亦可重新開始升溫運轉。藉由待機，熱自然從冷凍機16放出而被冷卻。待機中，可持續進行沖洗氣體的供給。控制部100在待機中可以冷卻至待機溫度作為條件，重新開始升溫運轉。亦即，控制部100可在平台溫度感測器的測定溫度低於待機溫度時，重新開始升溫運轉。待機溫度例如設定為從警告溫度留有一定餘地之值。

另外，真空排氣中1級板20及2級板18各自的溫度分佈比較均勻化，因此平台溫度良好地代表板溫度。但是，升溫中并不一定如此。升溫中平台溫度感測器測定熱源的溫度。因此，平台溫度感測器的測定溫度往往表示高於低溫板的實際溫度之溫度。

若基於平台溫度感測器的測定溫度而完成升溫製程，則實際上有可能在低溫板上殘留低溫部位，未充份升溫就結束。為了避免該情況，可考慮在平台溫度達到目標溫度之後，亦暫時持續進行冷凍機16的升溫運轉之手法。或者，可考慮結束冷凍機16的升溫運轉，僅持續進行沖洗之手法。但是，基於平台溫度感測器的測定溫度來決定停止這樣持續之升溫製程是並不容易的。

依本實施例，1級板溫度感測器94及2級板溫度感測器96分別設置於1級板20及2級板18中遠離熱源(亦即1級平台22及2級平台24)之部位。這樣的部位在升溫製程中溫度低於其他部位。因此，1級板溫度感測器94及2級板溫度感測器96，能夠分別測定1級板20及2級板18的低溫部位的溫度。

控制部100在1級板溫度感測器94的測定溫度達到1級板目標溫度，並且2級板溫度感測器96的測定溫度達到2級板目標溫度時完成升溫製程。亦即，控制部100在低溫板的低溫部位的測定溫度達到目標溫度時完成升溫製程。因此，能夠適當停止而無需持續長久進行升溫製程。因此，依本實施例，能夠縮短升溫時間進而縮短再生時 間。

第4圖係模式表示本發明的另一實施形態之低溫泵10之圖。第4圖所示之低溫泵10中，板溫度感測器僅設置於1級板20，這一點上與第1圖所示之低溫泵10不同。第4圖所示之低溫泵10具備1級板溫度感測器94，但不具備2級板溫度感測器96。關於其餘點，第4圖及第1圖所示之低溫泵10具備共同之結構。為了避免冗長，對相同的部份適當省略說明。

控制部100基於1級板溫度感測器94的測定溫度完成升溫製程。具體而言，控制部100判定1級板溫度感測器94的測定溫度是否已達到1級板20的目標溫度。控制部100在判定為1級板溫度感測器94的測定溫度已達到目標溫度時結束升溫製程。

第5圖係模式表示本發明的另一實施形態之低溫泵10之圖。第5圖所示之低溫泵10中，板溫度感測器僅設置於2級板18這一點上與第1圖所示之低溫泵10不同。第5圖所示之低溫泵10具備2級板溫度感測器96，但不具備1級板溫度感測器94。關於其餘點，第4圖及第1圖所示之低溫泵10具備共同之結構。為了避免冗長，對相同的部份適當省略說明。

控制部100基於2級板溫度感測器96的測定溫度完成升溫製程。具體而言，控制部100判定2級板溫度感測器96的測定溫度是否已達到2級板18的目標溫度。控制部100在判定為2級板溫度感測器96的測定溫度已達到 目標溫度時結束升溫製程。

以在升溫製程中1級板20比2級板18較晚達到升溫目標溫度之方式構成低溫泵10時，能夠採用第4圖所示之結構。另一方面，以在升溫製程中2級板18比1級板20較晚達到升溫目標溫度之方式構成低溫泵10時，能夠採用第5圖所示之結構。第4圖及第5圖所示之結構在板溫度感測器為1個亦可這一點上具有比第1圖所示之結構簡單的優點。

在設計標準低溫泵時，不能一概決定第4圖及第5圖的結構中採用哪一個更好。作為低溫泵行業的實情，具有標準規格之低溫泵在市場上存在吸氣口12的口徑不同之複數機種。該等複數機種是在共同的設計思想的基礎上改變口徑而設計的。按照低溫泵10的例如用途或安裝部位，選擇應使用之低溫泵10的口徑。

在這樣的標準品中1級板20與2級板18的升溫所需時間通常是不同的。即使1級板20與2級板18同時開始升溫，完成時間亦不同。決定升溫時間之主要參數之一為低溫板的質量。低溫板的材質相同時，較重之板比較輕之板在升溫上更耗費時間。因此，1級板20和2級板18的質量關係決定升溫完成順序。有較重的板的升溫完成變得較慢之傾向。

更準確而言，相對於用於低溫板之升溫能力之該低溫板的質量(換言之，每單位升溫能力之低溫板質量)影響升溫時間。在此，升溫能力是指給予低溫板之每單位時間 之熱量。藉由加熱器進行升溫時，升溫能力是指從加熱器給予低溫板之每單位時間之熱量。反轉升溫時，升溫能力是指從冷凍機的平台給予低溫板之每單位時間之熱量。反轉升溫的升溫能力係與例如冷凍機的平台的製冷能力對應之大小。

例如，與相對於1級平台22的升溫能力(或製冷能力)之1級板20的質量相比，相對於2級平台24的升溫能力(或製冷能力)之2級板18的質量較大時，2級板18的升溫比1級板20更耗費時間。相反，1級板的每單位升溫能力之板質量大於2級板時，比1級板20的升溫耗費更長時間。

複數機種以共同的設計思想為基礎時，在這些複數機種之間，1級板20與2級板18的升溫完成順序看似亦共同。若複數機種中例如1級板20的升溫完成共同較晚，則能夠在1級板20的測定溫度下決定升溫完成。但是，實際上，口徑互不相同之複數機種中某一機種的1級板20較晚升溫時，不一定其他機種的1級板20亦較晚升溫。

低溫泵10的口徑亦有可能影響1級板20與2級板18的質量關係。在設計某一標準的低溫泵10時，泵口徑變得較大時，有2級板18的質量比1級板20更容易增加之傾向。這基於一種尺寸效果。1級板20呈沿外殼38之筒形狀，2級板18佔據其中心部。因此，口徑變大時，有1級板20的質量按照內部空間14的表面積而增加且2級板18的質量按照內部空間14的體積而增加質量之傾向。因 此，2級板18的質量的增加程度往往變得較大。若如此，小口徑低溫泵中2級板/1級板的質量比變得較小，大口徑低溫泵中2級板/1級板的質量比較大。

此時，小口徑的低溫泵中，2級板/1級板的質量比較小，1級板20較晚升溫。例如，8英寸的低溫泵中，1級板20的升溫更耗費時間。大口徑低溫泵中，2級板/1級板的質量比較大，2級板18較晚升溫。例如，12英寸的低溫泵中，2級板18的升溫更耗費時間。升溫完成順序在質量比的某一邊界值被替換。

在一般的低溫泵中用於再生之控制處理，按照每一機種個別地設計有最佳處理，或者直接(或微調)適用其他機種中之最佳處理。個別之最佳設計比較耗費工夫。即使沿用其他機種的最佳處理，亦無法保證合適。尤其，2個機種中2級板/1級板的升溫完成順序不同時，不能沿用。

在此，在第4圖及第5圖所示之低溫泵10的控制部100構成為用於升溫製程完成判定之溫度測定部位的設定能夠按每一低溫泵的機種進行選擇。具體而言，構成為將溫度測定部位設定在1級板20與2級板中的任一個(還是在升溫製程完成判定中使用1級板溫度感測器94和2級板溫度感測器96中的任一個)從兩者進行選擇。藉由適當之設定，能夠按每一機種實現被短縮之升溫製程。

控制部100將機種名與用於升溫完成判定之溫度感測器設定建立關聯來記憶。(按每一口徑機種為1個時，或者即使為複數個但升溫工序共同時)機種名可為口徑。這 樣的設定在低溫泵10的製造階段(或設計階段、或向使用場所之安裝階段)進行。低溫泵10的使用中不改變設定。

關於用於升溫完成判定之溫度感測器設定以外的其他設定，控制部100可以不基於機種而被共同化。例如，用於真空排氣運轉之溫度感測器被共同化。例如，用於1級溫度控制之溫度感測器固定於1級平台溫度感測器90。如此一來，可提供共用於複數機種的低溫泵之控制裝置。

以上，基於實施例說明了本發明。但本發明不限於上述實施形態，能夠進行各種設計變更，能夠進行各種變形例，並且這樣的變形例亦屬於本發明的範圍內，這對本領域技術人員來講是可以理解的。

例如，1級板溫度感測器94可安裝於1級板20的任意部位，2級板溫度感測器96可安裝於2級板18的任意部位。例如，在能夠推斷板的低溫部位的溫度時，板溫度感測器並不一定要設置於傳熱路徑的末端部。

如第4圖及第5圖所示之實施例，並不是預先決定用於升溫完成決定之溫度感測器，如第1圖所示之實施例，可在具有複數個板溫度感測器之結構中，決定升溫中用於升溫完成決定之溫度感測器。控制部100可在升溫中監控板溫度感測器，基於選擇之板溫度感測器進行升溫製程完成判定。

升溫開始最初1級板溫度感測器94的測定溫度高於2級板溫度感測器96的測定溫度(亦即1級>2級)。因 此，若該大小關係在升溫中反轉(亦即1級<2級)，則很明顯1級板20的升溫速度變慢。因此，能夠使用1級板溫度感測器94進行升溫製程完成判定。另一方面，若未檢測出這樣的反轉，則能夠使用2級板溫度感測器96進行升溫製程完成判定。

在某一實施例中，升溫製程可包含快速升溫和慢速升溫。快速升溫在從冷卻運轉中之低溫板冷卻溫度(亦即升溫開始最初)至升溫速度切換溫度為止比較高速地加熱低溫板。慢速升溫在從該升溫速度切換溫度至再生溫度為止，比快速升溫低速地加熱低溫板。升溫速度切換溫度係選自例如200K到250K的溫度範圍之溫度。控制部100可基於板溫度感測器的測定溫度進行快速升溫完成判定(亦即從快速升溫向慢速升溫之切換)。

10‧‧‧低溫泵

16‧‧‧冷凍機

18‧‧‧2級板

20‧‧‧1級板

22‧‧‧1級平台

24‧‧‧2級平台

90‧‧‧1級平台溫度感測器

92‧‧‧2級平台溫度感測器

94‧‧‧1級板溫度感測器

96‧‧‧2級板溫度感測器

100‧‧‧控制部

第1圖係模式表示本發明的一實施形態之低溫泵之圖。

第2圖係用於說明本發明的一實施形態之再生方法之流程圖。

第3圖係用於說明本發明的一實施形態之升溫製程之流程圖。

第4圖係模式表示本發明的另一實施形態之低溫泵之圖。

第5圖係模式表示本發明的另一實施形態之低溫泵之 圖。

100‧‧‧控制部

36‧‧‧壓縮機

20‧‧‧1級板

30‧‧‧輻射遮蔽板

32‧‧‧入口低溫板

12‧‧‧吸氣口

56‧‧‧吸氣口凸緣

34‧‧‧冷媒管

22‧‧‧1級平台

16‧‧‧冷凍機

90‧‧‧1級平台溫度感測器

94‧‧‧1級板溫度感測器

18‧‧‧2級板

28‧‧‧板安裝構件

40‧‧‧閥驅動馬達

38‧‧‧外殼

26‧‧‧板構件

92‧‧‧2級平台溫度感測器

24‧‧‧2級平台

96‧‧‧2級板溫度感測器

80‧‧‧排出管路

72‧‧‧粗抽閥

73‧‧‧粗抽泵

14‧‧‧內部空間

10‧‧‧低溫泵

74‧‧‧沖洗閥

70‧‧‧通氣閥

Claims (9)

1. 一種低溫泵，具備：冷凍機，其具備1級平台和冷卻成低於1級平台之溫度之2級平台；低溫板，其具備藉由前述1級平台冷卻之1級板和藉由前述2級平台冷卻之2級板；板溫度感測器，其設置於前述1級板及前述2級板中的至少一方；平台溫度感測器，其設置於前述1級平台及前述2級平台中的至少一方；及控制部，其構成為控制基於前述平台溫度感測器的測定溫度之真空排氣和包含前述低溫板的升溫製程之再生，且主要在前述再生中使用前述板溫度感測器的測定溫度，前述控制部基於前述板溫度感測器的測定溫度，完成前述升溫製程。
2. 如申請專利範圍第1項所述之低溫泵，其中，前述控制部為了前述低溫板的升溫而控制前述冷凍機的升溫運轉，在該升溫運轉中，監控前述平台溫度感測器的測定溫度，前述控制部在前述平台溫度感測器的測定溫度達到警告溫度時，中止前述冷凍機的升溫運轉。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之低溫泵，其中，前述板溫度感測器具有包含前述升溫製程中之升溫目標溫度之可測定溫度區域，該可測定溫度區域係高於前述 真空排氣中之前述低溫板的冷卻目標溫度之溫度範圍。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之低溫泵，其中，具備：1級板溫度感測器，其設置於前述1級板中傳熱路徑的末端部；及2級板溫度感測器，其設置於前述2級板中傳熱路徑的末端部，前述控制部在1級板溫度感測器的測定溫度達到1級板目標溫度並且2級板溫度感測器的測定溫度達到2級板目標溫度時，完成前述升溫製程。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之低溫泵，其中，前述低溫板構成為在前述升溫製程中前述1級板比前述2級板較晚達到升溫目標溫度，前述板溫度感測器至少設置於前述1級板，前述控制部基於前述1級板的測定溫度，完成前述升溫製程。
6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之低溫泵，其中，前述低溫板構成為在前述升溫製程中前述2級板比前述1級板較晚達到升溫目標溫度，前述板溫度感測器至少設置於前述2級板，前述控制部基於前述2級板的測定溫度，完成前述升溫製程。
7. 一種低溫泵的再生方法，包括如下步驟：基於平台溫度感測器的測定溫度來控制真空排氣；及控制包含低溫板的升溫製程之再生，前述升溫製程包含基於板溫度感測器的測定溫度完成前述升溫製程之步驟，前述板溫度感測器的測定溫度主要用於前述再生。
8. 一種用於低溫泵的控制裝置，該控制裝置共用於包含口徑互不相同之第1機種和第2機種之複數機種的低溫泵，該第1機種係以1級板較晚升溫之方式構成之小口徑低溫泵，該第2機種係以2級板較晚升溫之方式構成之大口徑低溫泵，該低溫泵的控制裝置構成為用於升溫製程完成判定之溫度測定部位的設定，能夠選擇前述1級板與前述2級板中的任一個。
9. 一種低溫泵的控制裝置，構成為升溫製程完成判定中使用之溫度感測器，能夠按低溫泵的每一機種進行選擇。