TW201337105A - 低溫泵及其再生方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種低溫泵及其再生方法，其課題在於提高低溫泵再生之安全性。本發明之低溫泵的再生方法，包括如下步驟：停止用於低溫泵之壓力感測器；開始用於吸附氣體分子之極低溫面的升溫；在停止壓力感測器之狀態下，開始低溫泵的粗抽；及在停止壓力感測器之狀態下，結束粗抽。該方法亦可包括粗抽結束後啟動壓力感測器之步驟。

Description

低溫泵及其再生方法

本發明係有關一種低溫泵及其再生方法。

低溫泵係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而進行排氣之真空泵。一般為了實現半導體電路製造程序等所要求之清潔的真空環境，而廣泛地利用低溫泵。低溫泵係所謂氣體捕集式真空泵，因此需要進行向外部定期排出捕捉氣體之再生。

已知有再生中當低溫泵的外殼內的壓力較低時使第1真空計動作，壓力較高時使第2真空計動作。第1真空計具有絲條，第2真空計不具有絲條。在再生中將可燃性氣體或助燃性氣體從低溫板放出。壓力較高時，藉由斷開第1真空計來消除發火源(例如，參閱專利文獻1)。

專利文獻1：日本公開平11-324916號公報

但是，在上述結構中，斷開第1真空計之前氣體已開始從低溫板放出。發火源與可燃性氣體並存時，產生偶發性發火之風險是存在的。例如，為了再生而開始加熱低溫板，被吸附之可燃性氣體被快速放出，有可能在低溫泵產生能夠燃燒之氣體組成。此時未必能保證第1真空計切換 為斷開。

本發明的一種態樣的例示性目的之一在於提高低溫泵再生之安全性。

本發明的一種態樣的低溫泵，具備：低溫板，具備用於吸附氣體分子之吸附區域；低溫泵容器，包圍前述低溫板；粗抽閥，用於將前述低溫泵容器連接於粗抽泵；壓力感測器，用於測定前述低溫泵容器的內壓；及控制部，用於控制前述壓力感測器的停止期間和前述低溫板的再生。前述控制部在前述再生的初始階段設定前述停止期間，且為了在該停止期間進行至少一次前述低溫泵容器的粗抽而打開前述粗抽閥。

被吸附之氣體在開始再生當初從低溫板放出。藉由停止壓力感測器，能夠在再生的初始階段消除該感測器成為發火源之風險。被吸附之氣體常常含有可燃性氣體。在壓力感測器停止期間，能夠藉由粗抽將這種氣體從低溫泵排出。如此，能夠避免發火源和可燃性氣體這樣的複數個危險因素並存。因此，能夠提高低溫泵的安全性。

前述控制部亦可在已經過前述停止期間時啟動前述壓力感測器。前述控制部亦可在容許前述低溫泵容器的內壓超過100Pa之前述再生的第2階段，使用前述壓力感測器。

如此一來，能夠在再生當初從低溫板放出之可燃性氣 體被排出之狀態下啟動壓力感測器。藉此，能夠在與真空排氣運行中相比低溫泵內有可能成為相當高的壓力之再生中間階段以後的製程中安全地使用壓力感測器。

低溫泵亦可具備用於測定前述低溫板的溫度之溫度感測器。前述控制部亦可在前述初始階段執行加熱前述低溫板之升溫控制以成為比被吸附之氣體分子從前述吸附區域放出之溫度更高的目標溫度。前述控制部亦可在前述升溫控制中，當前述溫度感測器的測定溫度超過前述放出溫度時執行前述粗抽。前述停止期間亦可包括從即將開始前述再生之前到關閉前述粗抽閥為止的期間。

如此一來，低溫板被加熱，被吸附之氣體被放出，從而執行粗抽。藉此，能夠排出大半這種吸附氣體。由於到關閉粗抽閥為止壓力感測器是停止的，因此能夠在粗抽結束後啟動壓力感測器。

低溫泵亦可具備用於將前述低溫泵容器連接於沖洗氣體源之沖洗閥。前述控制部亦可在前述初始階段，為了進行前述低溫泵容器的沖洗而打開前述沖洗閥，在前述粗抽閥被打開期間，關閉前述沖洗閥來中斷前述沖洗。前述控制部亦可在前述停止期間進行複數次前述沖洗和前述粗抽。

藉由沖洗氣體的升溫作用，促進氣體從低溫泵放出。被放出之氣體藉由沖洗氣體被稀釋。被稀釋之低濃度的氣體藉由粗抽被排出。藉此，能夠進一步降低氣體在低溫泵內燃燒之可能性。並且，藉由進行複數次沖洗和粗抽，能 夠在製程上充份保證氣體為低濃度。

低溫泵亦可具備用於將前述低溫泵容器的內壓向外部放出之通氣閥。前述控制部亦可在前述再生的第2階段基於前述壓力感測器的測定結果，來決定是否打開前述通氣閥。

藉由打開通氣閥，能夠將低溫泵容器的內壓向外部放出。能夠避免低溫泵內產生過度的高壓。進而達到提高低溫泵的安全性之作用。

前述控制部亦可在前述再生的第2階段執行依次進行前述低溫泵容器的粗抽和向前述低溫泵容器供給沖洗氣體之粗抽和沖洗。前述停止期間亦可設定為在前述粗抽和沖洗開始之前，完成前述壓力感測器的啟動。

這種粗抽和沖洗，促進蓄積於低溫泵之冰的溶解，且對於有效地進行水的再生之作用是有幫助的。能夠邊藉由壓力感測器監控壓力，邊執行粗抽和沖洗。

本發明之另一態樣為低溫泵的再生方法。該方法包括如下步驟：停止用於低溫泵的壓力感測器；開始用於吸附氣體分子之極低溫面的升溫；在停止前述壓力感測器之狀態下，開始低溫泵的粗抽；及在停止前述壓力感測器之狀態下，結束前述粗抽。

被吸附之氣體藉由升溫而從極低溫面放出。藉由停止壓力感測器，能夠消除該感測器成為發火源之風險。被放出之氣體在壓力感測器停止期間藉由粗抽從低溫泵排出。如此，能夠避免複數個危險因素之並存，且能夠提高低溫 泵的安全性。

該方法亦可包括在結束前述粗抽之後，啟動前述壓力感測器之步驟。該方法亦可包括在將捕集於低溫泵之氣體，邊由前述壓力感測器監控邊向外部排出。

依本發明，能够提高低溫泵再生之安全性。

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，而使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尤其適合用於以氫氣為主進行排氣之低溫泵。

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經冷劑管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中通常設置有活性炭等吸附劑(未圖示)。吸附劑例如黏結於板構件26的背面。如此，2級板18具備用於吸附氣體分子之吸附區域。

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。

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。亦即，外殼38係包圍1級板20及2級板18之低溫泵容器。

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之氣體的液化物中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源或沖洗氣體供給裝置。沖洗氣體例如為氮氣。藉由沖洗閥74之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。

並且，外殼38的內部設置有壓力感測器94。壓力感測器94例如在1級板20的外側設置於冷凍機16的附近。壓力感測器94周期性地測定外殼38的壓力，且將表示測定壓力之訊號輸出至控制部100。壓力感測器94以能夠進行該輸出的通信的方式連接於控制部100。

壓力感測器94具有包括藉由低溫泵10實現之較高真空水平和大氣壓水平雙方的較寬測量範圍。測量範圍中至少包括再生處理中有可能產生之壓力範圍為較佳。因此，壓力感測器94的測量範圍的下限為例如1Pa(或10Pa)量級，上限為10⁵Pa量級。

壓力感測器94係例如熱導真空計。熱導真空計包括皮冉尼真空計、熱電偶真空計(TC真空計)。壓力感測器94亦可以為熱陰極電離真空計。熱陰極電離真空計包括三極管式真空計、BA真空計。這種真空計具有露出於測定環境之較細導線(絲條)。若真空計啟動則與絲條通電，若真空計停止則通電亦停止。

並且，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，亦可以作為與低溫泵10分體的控制裝置而構成。

控制部100構成為為了低溫泵10的真空排氣運行及再生運行而控制冷凍機16。並且，控制部100主要在再生中根據需要來控制通氣閥70、粗抽閥72及沖洗閥74之開閉。控制部100構成為能夠接收包括1級平台溫度感測器90、2級平台溫度感測器92及壓力感測器94在內之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。

例如，真空排氣運行中，控制部100以平台溫度(例如1級平台溫度)追隨目標冷卻溫度之方式控制冷凍機16。1級平台22的目標溫度通常被設定為恒定值。1級平台22的目標溫度例如按照在安裝低溫泵10之真空腔進行之程序作為規格來決定。

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，首先在該作動之前藉由粗抽閥72以粗抽泵73將低溫泵10的內部粗抽至動作開始壓力(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，與它們熱連接之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行，低溫泵10中逐漸蓄積氣體。為了將蓄積之氣體向外部排出，當滿足預定的再生開始條件時，進行低溫泵10的再生。再生開始條件例如亦可包括從排氣運行開始之後經過預定時間之條件。再生處理包括升溫製程、排出製程及冷卻製程。因此再生的初始階段主要包括升溫製程。再生的第2階段(中間階段)主要包括排出製程。再生的最終階段主要包括冷卻製程。

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。未滿足該條件時控制部100不開始進行再生，而且持續進行真空排氣運行。

第2圖係用於說明本發明之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升溫成比排氣運行中的低溫板溫度更高的高溫亦即再生溫度之升溫製程(S10)。第2圖所示之再生處理的一例係所謂極限再生。極限再生進行包括低溫泵10的1級板20及2級板 18之所有低溫板的再生。低溫板從用於真空排氣運行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的溫度(例如約290K至約300K)。

本實施形態中，升溫製程藉由冷凍機16的升溫運行亦即所謂反轉升溫進行。反轉升溫藉由將冷凍機16內的旋轉閥向與制冷運行相反的方向旋轉，來錯開工作氣體的吸排氣時機以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。另外，升溫製程亦可使用設置於冷凍機16之加熱器來進行。

如第2圖所示，在升溫製程中，控制部100執行升溫開始處理(S11)、溫度判定(S12)及升溫結束處理(S13)。控制部100以升溫開始許可(第3圖的S22)作為條件，執行升溫開始處理(S11)。如後述，在開始升溫製程時壓力感測器94已停止(第3圖的S20)。

升溫開始處理例如包括開始冷凍機16的升溫運行之步驟。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行頻率控制冷凍機16。並且，升溫開始處理根據需要包括開始向低溫泵10供給沖洗氣體之步驟。控制部100打開沖洗閥74，將沖洗氣體導入到低溫泵10的內部空間14。被供給之沖洗氣體通過通氣閥70，從低溫泵10排出。

控制部100執行溫度判定(S12)。溫度判定係在冷 凍機16的升溫運行中，對平台溫度感測器90、92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90、92的測定溫度是否達到目標溫度。目標溫度選自上述的再生溫度(例如約290K至約300K)。1級目標溫度可以與2級目標溫度相同，亦可不同。

具體而言，控制部100判定2級平台溫度感測器92的測定溫度是否達到2級目標溫度。在2級平台溫度感測器92的測定溫度達到目標溫度時，控制部100判定為低溫泵10升溫成目標溫度。作為代替方案，控制部100亦可在1級平台溫度感測器90及2級平台溫度感測器92的測定溫度分別達到目標溫度時判定為低溫泵10升溫成目標溫度。

當判定為低溫泵10未達到目標溫度時(S12的NG)，控制部100繼續進行升溫製程。繼續進行冷凍機16的升溫運行及沖洗氣體的供給。預定時間後(例如在下次的控制周期)，控制部100再次進行平台溫度判定(S12)。

當判定為低溫泵10達到目標溫度時(S12的OK)，控制部100執行升溫結束處理(S13)。控制部100停止冷凍機16的運行。控制部100可將沖洗氣體的供給持續進行預定時間(所謂延長沖洗)，亦可在冷凍機16的運行停止的同時沖洗亦結束。

若完成升溫製程，則控制部100開始排出製程(S14)。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。再氣化之氣體根據需要與被導入之沖洗氣體一同從低溫泵10排出。排出製程中停止冷凍機16的運行。

如後述，排出製程中壓力感測器94是作動的。因此，控制部100基於壓力感測器94的測定值，判定相對於外殼38的外部在內部是否有正壓產生，當判定為有正壓產生時開放通氣閥70。藉此，能夠通過排出管路80將低溫泵10內部的高壓向外部釋放。控制部100當判定為未產生正壓時封閉通氣閥70。如此，在外殼38內已被減壓時密封向容器內的泄漏。

並且，排出製程中，控制部100例如基於壓力感測器94的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內的壓力超過預定的閾值期間持續進行排出製程，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行而再次冷卻低溫板(S15)。開始冷凍機16的冷卻運行。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行的目標冷卻溫度。控制部100持續進行了冷卻製程直至到達目標冷卻溫度，當達到該冷卻溫度時結束冷卻製程。如此完成再生處理。重新開始低溫泵10的真空排氣運行。

但是，例如因低溫泵10的長期運行壓力感測器94的絲條斷線時可能產生火花。假設絲條的周圍存在可燃性氣體，則絲條的斷線有可能成為發火源。為了降低事故的可 能性，避免複數個危險因素的並存是非常重要的。

本實施形態基於這樣的安全上的考慮。例如，存在絲條斷線之可能性時以絲條不與可燃性氣體接觸之方式，設計低溫泵10的運行程序。並且，當絲條與可燃性氣體接觸時，以絲條不可能斷線之方式，設計低溫泵10的運行程序。

典型的可燃性氣體為氫。氫氣在真空排氣運行中，被吸附於冷卻成極低溫之2級板18的吸附劑。因此，壓力感測器94的周圍幾乎不存在氫氣。但是在再生中，在開始最初2級板18稍微升溫之階段，被吸附的氣體的大半從2級板18向外殼38內放出。例如2級平台溫度達到30K時，被吸附之氣體幾乎都被放出。在某一標准低溫泵中開始再生時，2級平台溫度升溫至30K為止所需時間為數分鐘。

因此，本實施形態之再生方法包括再生開始時預先停止壓力感測器94之步驟。具體而言，在2級板18的升溫開始時壓力感測器94是停止的。壓力感測器94停止時絲條中無電流流過。因此，即使藉由2級板18的升溫而外殼38的內部充滿了氫氣，壓力感測器94亦不會成為發火源。

並且，本實施形態之再生方法包括在停止壓力感測器94之狀態下進行低溫泵10的粗抽之步驟。藉由粗抽從壓力感測器94的周圍去除氫氣。另外，本實施形態之再生方法包括在結束粗抽後啟動壓力感測器94之步驟，和邊 以壓力感測器94監控邊將捕集於低溫泵10之氣體向外部排出之步驟。因為氫氣已被去除，所以能夠安全地使用壓力感測器94。

第3圖係用於說明本發明之一實施形態之再生的初始階段之流程圖。第3圖所示之處理包括壓力感測器94的停止/重新啟動處理和粗抽/沖洗處理。並且，第3圖所示之處理主要與升溫製程(第2圖的S10)並行執行，在排出製程(第2圖的S14)開始之前結束。

如第3圖所示，若處理開始，則控制部100使壓力感測器94停止(S20)。此後，壓力感測器94停止到重新啟動為止。控制部100完成在壓力感測器94的停止之後，生成升溫開始許可(S22)。例如，控制部100立起升溫開始許可標記。如上述，控制部100以有升溫開始許可為條件，開始升溫製程(S10)。

控制部100執行粗抽開始判定(S24)。控制部100例如判定2級板18的測定溫度是否超過存儲之氫被充份放出之判定溫度(例如30K)。2級板18的測定溫度為例如2級平台溫度感測器92的測定值。作為代替方案，控制部100亦可判定是否達到從升溫開始的設定時間。設定時間例如基於2級板18的測定溫度達到上述的判定溫度所需要的時間而設定。

控制部100在測定溫度未達到判定溫度時(S24的N)，在預定時間之後(例如在下次的控制周期)再次執行粗抽開始判定(S24)。另一方面，控制部100在測定 溫度達到判定溫度時(S24的Y)進行粗抽(S26)。控制部100關閉沖洗閥74並打開粗抽閥72。藉此低溫泵10從大氣壓減壓成例如0.01atm左右。

控制部100將粗抽閥72持續開放預先設定的粗抽時間(例如數十秒至數分鐘)，結束粗抽(S28)。控制部100關閉粗抽閥72。控制部100打開沖洗閥74，重新開始沖洗。這是第2次沖洗。

控制部100判定是否在啟動壓力感測器94之時機(S30)。控制部100例如判定是否經過了預先設定的壓力感測器94的停止期間。當未經過停止期間時(S30的N)，控制部100在預定時間之後(例如在下次的控制周期)再次執行本判定(S30)。經過停止期間時(S30的Y)，控制部100啟動壓力感測器94(S32)。如此結束第3圖所示之處理。

壓力感測器94的停止期間以再生中使用壓力感測器94之製程開始之前，完成壓力感測器94的起動之方式設定。停止期間設定為包括從即將開始再生之前到關閉粗抽閥72為止的期間。例如，停止期間為從再生開始條件成立之時刻到關閉粗抽閥72之時刻(或與粗抽閥72的封閉相關地打開沖洗閥74之時刻)。此時，再生開始條件成立的同時停止壓力感測器94，藉由封閉粗抽閥72(或開放沖洗閥74)開始壓力感測器94的啟動。

如此，壓力感測器94被重新啟動以趕上作為再生的中間階段(所謂繼續初始階段亦即升溫之第2階段)之排 出製程。這種第2階段中，如第4圖例示，低溫泵10中容許超過至少100Pa之內壓(典型地為大氣壓)。以在第4圖例示之粗抽和沖洗開始前完成壓力感測器94的啟動之方式，設定壓力感測器94的停止期間。

另外，可在第1次粗抽結束(S28)和停止期間判定(S30)之間，附加第2次粗抽及第3次沖洗。根據需要亦可進一步附加粗抽及沖洗。假設能夠以1次粗抽將外殼38內減壓成例如1/k(atm)，則藉由反覆進行n次能夠保證沖洗氣體的比率為1-(1/k)ⁿ以上。藉由以可燃性氣體的存在比率低於其爆炸界限之方式設定參數k、n，與僅粗抽1次之情況相比，在程序設計上易於保證可燃性氣體的存在比率在無爆炸危險的微小水平。其結果能夠在安全的狀態下使用壓力感測器94。

另外，粗抽(S26)及粗抽結束(S28)時，粗抽閥72的開閉與沖洗閥74的開閉未必一定要同時進行。並且，粗抽中亦可繼續進行沖洗。

第4圖係表示本發明之一實施形態之再生順序之圖。第4圖模擬表示低溫泵10之再生中的溫度及壓力的時間變化的一例。第4圖所示之溫度為2級平台溫度感測器92的測定溫度，壓力為壓力感測器94的測定壓力。並且，在第4圖的下部示出壓力感測器94的開關。

第4圖所示之再生順序中，從其開始到結束的整個期間劃分為期間a至期間f這6個期間。上述升溫製程相當於期間a及期間b，排出製程相當於期間c至期間e，冷 卻製程相當於期間f。期間a為冷凍機16的反轉升溫，期間b為延長沖洗。期間c為粗抽和沖洗，期間d及期間e為用於判定氣體排出完成之壓力上升梯度判定。期間f為冷凍機16的冷卻運行。

在期間a從一開始壓力感測器94就被設為關。2級平台24藉由冷凍機16的反轉升溫和氮的沖洗，而逐漸向目標溫度(例如300K)升溫。低溫泵內的壓力藉由氮的沖洗而迅速達到大氣壓。此時，被吸附於2級板18的吸附劑之氫氣被放出至低溫泵內。

當2級平台24達到上述的判定溫度(第3圖的S24)時，粗抽閥72被打開一定期間(例如1分鐘)。判定溫度為例如90K。該粗抽期間，停止氮沖洗，低溫泵內被減壓。被放出至低溫泵內之氫氣與氮氣一同藉由粗抽泵73被排出。

粗抽閥72被關閉之後，重新開始氮沖洗，低溫泵內的壓力恢復至大氣壓。重新開始氮沖洗時，壓力感測器94切換為開。在第4圖的下部以虛線表示壓力感測器94的啟動時間。若2級平台24達到目標溫度，則冷凍機16的運行會停止。低溫泵內的氫氣濃度極小或低溫泵內實際上不存在氫氣。

在期間b繼續進行氮沖洗。該氮沖洗期間，亦可進行用於氫氣排出的粗抽。期間b持續至1級板20及2級板18的溫度超過冰的熔點。

期間c至期間e主要是為了排出水分而存在的。在期 間c從一開始壓力感測器94就被設為開。在期間c進行依次反覆進行粗抽和氮沖洗之粗抽和沖洗。藉由粗抽之低溫泵內的減壓，水停留在不結冰之壓力範圍。最低壓力為例如100Pa左右。期間c的前半期間主要是用於解凍之時間。期間c的後半期間主要是用於將水氣化而排出之期間。

期間d為用於藉由粗抽排出水蒸氣之第1粗抽期間。此時停止氮沖洗。在期間d重複進行粗抽和壓力上升梯度的判定。判定中停止粗抽。當壓力上升梯度變得小於閾值時(亦即，從停止粗抽之後判定時間後的壓力小於閾值時)，期間d就結束。期間e為用於排出再生中吸附於吸附劑之成份之第2粗抽期間。期間e在比期間d低壓下，重複進行粗抽和壓力上升梯度的判定。當壓力上升梯度變得小於閾值時，期間e就結束。期間d的壓力範圍為例如100Pa~200Pa，期間e的壓力範圍為例如10Pa~15Pa。

在期間f開始冷凍機16的冷卻運行。此時還進行粗抽。達到目標冷卻溫度時結束粗抽。如此完成再生，開始真空排氣運行。

該再生順序以冰、液態的水、水蒸氣階段性地改變水的狀態來從低溫泵10排出。首先，冰提高冰自身的溫度而溶解。溶解之水藉由粗抽至不結冰之壓力，其壓力降低而被蒸發。分散於低溫泵10的構造物表面之水蒸氣，在更低的壓力下被完全排氣。在冰的溶解、水的蒸發、水蒸氣的排氣這3個階段分別使用適合之再生條件(壓力、溫 度)。因此該再生順序有利於有效地排出水且縮短再生時間。

本實施形態中，所謂預備排出製程設定於主排出製程之前。預備排出為了排出氫氣而在升溫製程中進行。從再生開始至預備排出完成為止，壓力感測器94是停止的。預備排出中不使用壓力感測器94，主要排出製程中使用壓力感測器94。如此，壓力感測器94的動作中以氫氣不與壓力感測器94接觸之方式，設計再生處理。因此能夠提高低溫泵10的安全性。

並且，壓力感測器94在預備排出之後被重新啟動，為了監控低溫泵內壓而使用。藉由通氣閥70對低溫泵內壓進行降壓，以免低溫泵內壓相對於外部過度升高。這亦起到提高低溫泵10的安全性之作用。

以上，基於實施例對本發明進行了說明。但本發明並不限於上述實施形態，能夠進行各種設計變更，能夠實施各種變形例，並且這樣的變形例亦屬於本發明之範圍內，這對本領域技術人員來講是可以理解的。

升溫製程中的預備排出盡早進行為較佳。預備排出例如在2級板18(或2級平台24)的測定溫度在30K至90K的範圍時進行。如此一來，便能夠從容地完成壓力感測器94的啟動。

一般而言，比被冷凝之氣體被吸附之氣體先從低溫板放出。如概述般被吸附之氣體常常包含可燃性氣體。另一方面，冷凝於低溫板之氣體常常包含助燃性氣體。藉由再 生的初始階段中的預備排出，能夠優先進行可燃性氣體的排出。藉此，能夠避免再生最初時可放出之可燃性氣體和可比其較晚放出之助燃性氣體混合。如此，能夠避免可燃性氣體和助燃性氣體這種複數個危險因素的並存。因此，能夠提高低溫泵的安全性。

從盡量降低事故風險之觀點考慮，無論壓力感測器94的種類，避免可燃性氣體和助燃性氣體的並存為較佳。因此，壓力感測器94可以為任意種類的壓力感測器。壓力感測器94可以係不具有絲條之類型。例如，壓力感測器94可以係例如晶體壓力計。晶體壓力計係利用水晶振子的振動阻力隨壓力而變化之現象測定壓力之感測器。另外，真空水平測定用的壓力感測器和大氣壓水平測定用的壓力感測器亦可個別地設置於低溫泵10。

預備排出的對象未必只限定於氫。再生的中間階段以後排出者主要為水分，其他成份早已在初始階段放出至外殼38內。藉由優先於主排出製程而進行之預備排出來避免複數個危險因素的並存，與其相同的效果對於氫以外的可燃性氣體亦能夠得到。

壓力感測器94的重新啟動未必一定要在升溫製程中開始。例如，在通氣閥70的開閉中不使用壓力感測器94時(例如通氣閥70機械性開閉時)，壓力感測器94以趕得上排出製程的後半期間的壓力上升梯度判定之方式啟動亦可。此時，壓力感測器94可在排出製程開始後啟動。

10‧‧‧低溫泵

12‧‧‧吸氣口

14‧‧‧內部空間

16‧‧‧冷凍機

18‧‧‧2級板

20‧‧‧1級板

22‧‧‧1級平台

24‧‧‧2級平台

38‧‧‧外殼

70‧‧‧通氣閥

72‧‧‧粗抽閥

73‧‧‧粗抽泵

74‧‧‧沖洗閥

80‧‧‧排出管路

90‧‧‧1級平台溫度感測器

92‧‧‧2級平台溫度感測器

94‧‧‧壓力感測器

100‧‧‧控制部

第1圖係模式表示本發明之一實施形態之低溫泵之圖。

第2圖係用於說明本發明之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之一實施形態之再生的初始階段之流程圖。

第4圖係表示本發明之一實施形態之再生順序之圖。

Claims (8)

1. 一種低溫泵，其特徵為，具備：低溫板，具備用於吸附氣體分子之吸附區域；低溫泵容器，包圍前述低溫板；粗抽閥，用於將前述低溫泵容器連接於粗抽泵；壓力感測器，用於測定前述低溫泵容器的內壓；及控制部，用於控制前述壓力感測器的停止期間和前述低溫板的再生；前述控制部在前述再生的初始階段設定前述停止期間，且為了在該停止期間進行至少一次前述低溫泵容器的粗抽，而打開前述粗抽閥。
2. 如申請專利範圍第1項所述之低溫泵，其中，前述控制部在經過前述停止期間時啟動前述壓力感測器，前述控制部在容許前述低溫泵容器的內壓超過100Pa之前述再生的第2階段，使用前述壓力感測器。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之低溫泵，其中，進一步具備用於測定前述低溫板的溫度之溫度感測器，前述控制部在前述初始階段，執行加熱前述低溫板之升溫控制，以成為比被吸附之氣體分子從前述吸附區域放出之溫度更高的目標溫度，前述控制部在前述升溫控制中，當前述溫度感測器的 測定溫度超過前述被放出之溫度時執行前述粗抽，前述停止期間包括從即將開始前述再生之前到關閉前述粗抽閥為止的期間。
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，進一步具備用於將前述低溫泵容器連接於沖洗氣體源之沖洗閥，前述控制部在前述初始階段，為了進行前述低溫泵容器的沖洗而打開前述沖洗閥，在前述粗抽閥被打開期間關閉前述沖洗閥來中斷前述沖洗，前述控制部在前述停止期間，進行多次前述沖洗和前述粗抽。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之低溫泵，其中，進一步具備用於將前述低溫泵容器的內壓向外部放出之通氣閥，前述控制部在前述再生的第2階段基於前述壓力感測器的測定結果，來決定是否打開前述通氣閥。
6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項記載之低溫泵，其中，前述控制部在前述再生的第2階段，執行依次進行前述低溫泵容器的粗抽和向前述低溫泵容器供給沖洗氣體之粗抽和沖洗，前述停止期間設定為在前述粗抽和沖洗開始之前完成 前述壓力感測器的啟動。
7. 一種低溫泵的再生方法，包括如下步驟：停止用於低溫泵的壓力感測器，開始用於吸附氣體分子之極低溫面的升溫，在停止前述壓力感測器之狀態下，開始低溫泵的粗抽，及在停止前述壓力感測器之狀態下，結束前述粗抽。
8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中，進一步包括如下步驟：結束前述粗抽之後啟動前述壓力感測器，及將捕集於低溫泵之氣體邊由前述壓力感測器監控，邊向外部排出。