TW201540950A - 低溫泵及低溫泵的再生方法 - Google Patents

低溫泵及低溫泵的再生方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種低溫泵及低溫泵的再生方法，本發明的課題在於，在低溫泵的再生中使低溫泵有效地升溫。本發明的低溫泵的再生方法具備：為了將低溫板加熱至高於水的溶點之第1溫度帶而向低溫泵供給淨化用氣體之過程；當低溫板溫度處於第1溫度帶時，中斷向低溫泵供給淨化用氣體之過程；及將低溫板從第1溫度帶加熱至高於淨化用氣體溫度之第2溫度帶之過程。

Description

低溫泵及低溫泵的再生方法
本發明係有關一種低溫泵及低溫泵的再生方法。
低溫泵是藉由冷凝或吸附將氣體分子捕捉於冷卻成超低溫之低溫板上而進行排氣之真空泵。為了實現半導體電路製造過程等所要求之清潔的真空環境，通常利用低溫泵。低溫泵是所謂氣體捕集式真空泵，因此需要定期向外部排出已捕捉之氣體進行再生。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2001-123951號公報
專利文獻2：日本特開平2-252982號公報
本發明的一態樣的例示性目的之一為在低溫泵的再生中使低溫泵有效地升溫。
藉由本發明的一態樣，提供一種低溫泵，其具備：低溫板；低溫泵容器，容納前述低溫板；淨化用閥，為了向前述低溫泵容器供給淨化用氣體而設置於前述低溫泵容器內；熱源，與用於加熱前述低溫板之前述淨化用氣體不同；及控制部，控制低溫泵的再生。
前述控制部構成為執行以下過程：打開前述放氣閥之過程，為了將前述低溫板加熱至高於水的溶點之第1溫度帶而向前述低溫泵容器供給淨化用氣體；關閉前述淨化用閥之過程，當低溫板溫度處於前述第1溫度帶時中斷向前述低溫泵容器供給前述淨化用氣體；及控制前述熱源之過程，將前述低溫板從前述第1溫度帶加熱至高於淨化用氣體溫度之第2溫度帶。
藉由本發明的一態樣，提供一種低溫泵的再生方法。本方法具備：為了將低溫板加熱至高於水的溶點之第1溫度帶而向低溫泵供給淨化用氣體之過程；當低溫板溫度處於前述第1溫度帶時，中斷向低溫泵供給淨化用氣體之過程；及 將前述低溫板從前述第1溫度帶加熱至高於淨化用氣體溫度之第2溫度帶之過程。
依本發明，能夠在低溫泵的再生中使低溫泵有效地升溫。
10‧‧‧低溫泵
16‧‧‧冷凍機
18‧‧‧低溫低溫板
19‧‧‧高溫低溫板
20‧‧‧第1冷卻台
21‧‧‧第2冷卻台
30‧‧‧放射屏蔽件
31‧‧‧屏蔽件開口端
32‧‧‧入口低溫板
38‧‧‧殼體
72‧‧‧粗抽閥
74‧‧‧淨化用閥
90‧‧‧第1溫度感測器
92‧‧‧第2溫度感測器
94‧‧‧壓力感測器
96‧‧‧板溫度感測器
100‧‧‧控制部
第1圖係概略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圖係概略表示本發明的一實施形態之低溫泵之圖。
第4圖係概略表示本發明的一實施形態之再生序列之圖。
以下參閱附圖對用於實施本發明之形態進行詳細說明。另外，在說明中對相同元件標註相同符號，並適當省略重複說明。並且，以下前述構成為示例，並非用於限定本發明的範圍。
第1圖係概略表示本發明的一實施形態之低溫泵10之圖。低溫泵10例如安裝於離子植入裝置或濺射裝置等 的真空腔室以用於將真空腔室內部的真空度提高至所期望的過程所要求之位準。
低溫泵10具有用於接收氣體之吸氣口12。吸氣口12是朝向低溫泵10的內部空間14的入口。應排出之氣體從安裝有低溫泵10之真空腔室藉由吸氣口12進入低溫泵10的內部空間14。
另外，以下為了容易理解地表示低溫泵10的構成要件的位置關係，有時使用“軸向”、“徑向”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，有時將軸向上相對靠近吸氣口12之方向稱為“上”，相對遠離吸氣口12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”，相對靠近低溫泵10的底部之方向稱為“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安裝於真空腔室時的配置沒有關係。例如，低溫泵10亦可在垂直方向上使吸氣口12朝下安裝於真空腔室。
低溫泵10具備低溫低溫板18及高溫低溫板19。而且，低溫泵10具備冷卻高溫低溫板19及低溫低溫板18之冷卻系統。該冷卻系統具備冷凍機16及壓縮機36。
冷凍機16是例如吉福德-麥克馬洪式冷凍機(所謂GM冷凍機)等超低溫冷凍機。冷凍機16是具備第1冷卻台20、第2冷卻台21、第1缸體22、第2缸體23、第1置換器24及第2置換器25的2級式冷凍機。藉此，冷 凍機16的高溫段具備第1冷卻台20、第1缸體22及第1置換器24。冷凍機16的低溫段具備第2冷卻台21、第2缸體23及第2置換器25。
第1缸體22與第2缸體23串聯連接。第1冷卻台20設置於第1缸體22與第2缸體23的結合部。第2缸體23連結第1冷卻台20與第2冷卻台21。第2冷卻台21設置於第2缸體23的末端。在第1缸體22及第2缸體23的各自的內部以沿冷凍機16的長邊方向(第1圖中為左右方向)能夠移動之方式配置有第1置換器24及第2置換器25。第1置換器24與第2置換器25以能夠一體移動之方式連結在一起。在第1置換器24及第2置換器25上分別組裝有第1蓄冷器及第2蓄冷器(未圖示)。
冷凍機16具備設置於第1缸體22的高溫端之驅動機構17。驅動機構17以使第1置換器24及第2置換器25分別在第1缸體22及第2缸體23的內部能夠往返移動之方式連接於第1置換器24及第2置換器25。並且，驅動機構17包括以週期性重複進行工作氣體的供給和排出之方式切換工作氣體的流路之流路切換機構。流路切換機構例如包括閥部和驅動閥部之驅動部。閥部例如包括旋轉閥，驅動部包括用於使旋轉閥旋轉之馬達。馬達亦可以是例如AC馬達或DC馬達。並且，流路切換機構亦可以是藉由線性馬達而被驅動之直動式機構。
冷凍機16經由高壓導管34及低壓導管35連接於壓縮機36。冷凍機16在內部使由壓縮機36供給之高壓工 作氣體(例如氦)膨脹而在第1冷卻台20及第2冷卻台21產生寒冷。壓縮機36回收在冷凍機16膨脹之工作氣體並再次進行加壓而供給冷凍機16。
具體而言，首先驅動機構17連通高壓導管34和冷凍機16的內部空間。高壓的工作氣體從壓縮機36藉由高壓導管34供給到冷凍機16。若冷凍機16的內部空間被高壓的工作氣體填滿，則驅動機構17切換流路以使冷凍機16的內部空間與低壓導管35連通。由此工作氣體膨脹。膨脹之工作氣體回收到壓縮機36。與這種工作氣體的供排同步，第1置換器24及第2置換器25分別在第1缸體22及第2缸體23的內部往返移動。藉由重複進行這種熱循環，冷凍機16在第1冷卻台20及第2冷卻台21產生寒冷。
冷凍機16構成為使第1冷卻台20冷卻至第1溫度位準，且使第2冷卻台21冷卻至第2溫度位準。第2溫度位準比第1溫度位準更低。例如，第1冷卻台20冷卻至65K~120K左右、冷卻至80K~100K為佳，第2冷卻台21冷卻至10K~20K左右。
第1圖表示包括低溫泵10的內部空間14的中心軸及冷凍機16的中心軸之剖面。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。本發明亦同樣能夠適用於所謂立式低溫泵。立式低溫泵是冷凍機沿低溫泵的軸向配設之低溫泵。
低溫低溫板18設置於低溫泵10的內部空間14的中心部。低溫低溫板18例如包括複數個板構件26。板構件26例如分別具有截錐體側面的形狀，即所謂傘狀的形狀。各板構件26中通常設置有活性碳等吸附劑27。吸附劑27例如黏結於板構件26的背面。如此，低溫低溫板18具備用於吸附氣體分子的吸附區域。
板構件26安裝於板安裝構件28。板安裝構件28安裝於第2冷卻台21。如此，低溫低溫板18熱連接於第2冷卻台21。藉此，低溫低溫板18冷卻至第2溫度位準。
高溫低溫板19具備放射屏蔽件30及入口低溫板32。高溫低溫板19以包圍低溫低溫板18之方式設置於低溫低溫板18的外側。高溫低溫板19熱連接於第1冷卻台20，高溫低溫板19冷卻至第1溫度位準。
設置放射屏蔽件30主要是為了保護低溫低溫板18不受來自低溫泵10的殼體38的輻射熱的影響。放射屏蔽件30位於殼體38與低溫低溫板18之間，且包圍低溫低溫板18。放射屏蔽件30的軸向上端朝向吸氣口12開放。放射屏蔽件30具有軸向下端封閉的筒形(例如圓筒)形狀，形成為杯狀。放射屏蔽件30的側面具有用於安裝冷凍機16的孔，第2冷卻台21從該孔插入到放射屏蔽件30中。在該安裝孔的外圍部將第1冷卻台20固定於放射屏蔽件30的外表面。如此放射屏蔽件30熱連接於第1冷卻台20。
入口低溫板32在吸氣口12處沿徑向配置。入口低溫 板32配設於屏蔽件開口端31。入口低溫板32的外圍部被固定於屏蔽件開口端31，從而熱連接於放射屏蔽件30。入口低溫板32設置成從低溫低溫板18向軸向上方遠離。入口低溫板32例如形成為百葉窗構造或人字形構造。入口低溫板32可形成為以放射屏蔽件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。
入口低溫板32是為了對進入吸氣口12之氣體進行排氣而設置。在入口低溫板32的溫度下冷凝之氣體(例如水分)捕集於其表面。並且，設置入口低溫板32是為了保護低溫低溫板18不受來自低溫泵10的外部熱源(例如，安裝有低溫泵10的真空腔室內的熱源)的輻射熱的影響。除了輻射熱，入口低溫板32還限制氣體分子的進入。入口低溫板32占據吸氣口12的開口面積的一部份以便將藉由吸氣口12流入內部空間14的氣體限制在所期望的量。
低溫泵10具備殼體38。殼體38是用於隔開低溫泵10的內部與外部的真空容器。殼體38構成為氣密地保持低溫泵10的內部空間14。殼體38設置於高溫低溫板19的外側，且包圍高溫低溫板19。並且，殼體38容納冷凍機16。亦即，殼體38為容納高溫低溫板19及低溫低溫板18之低溫泵容器。
殼體38以不接觸高溫低溫板19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)。殼體38的外表面暴露於外部環境，其溫度比 被冷卻之高溫低溫板19高(例如大致室溫)。
並且，殼體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是用於在真空腔室安裝低溫泵10的凸緣。在真空腔室的開口設置有閘閥(未圖示)，吸氣口凸緣56安裝於該閘閥。由此，閘閥位於入口低溫板32的軸向上方。例如使低溫泵10再生時閘閥設為關，在低溫泵10使真空腔室進行排氣時閘閥設為開。
在殼體38上安裝有通氣閥70、粗抽閥72及淨化用閥74。
通氣閥70設置在用於將流體從低溫泵10的內部向外部環境排出之排出管路80的例如末端。藉由打開通氣閥70來允許排出管路80的流動，藉由關閉通氣閥70來切斷排出管路80的流動。排出之流體基本上為氣體，但亦可為液體或氣液的混合物。例如，被低溫泵10冷凝之氣體的液化物亦可以混在排出流體中。藉由打開通氣閥70，能夠將產生於殼體38內部的正壓向外部釋放。
粗抽閥72連接於粗抽泵73。藉由粗抽閥72的開閉，連通或切斷粗抽泵73與低溫泵10。藉由打開粗抽閥72，粗抽泵73與殼體38連通。藉由關閉粗抽閥72，粗抽泵73與殼體38切斷。藉由打開粗抽閥72且使粗抽泵73動作，能夠對低溫泵10的內部進行減壓。
粗抽泵73為用於對低溫泵10進行真空抽氣的真空泵。粗抽泵73為用於向低溫泵10提供低溫泵10的工作壓力範圍的低真空區域，換言之，提供作為低溫泵10的 工作開始壓力之基礎壓力位準的真空泵。粗抽泵73能夠將殼體38從大氣壓減壓到基礎壓力位準。基礎壓力位準相當於粗抽泵73的高真空區域，包含在粗抽泵73與低溫泵10的工作壓力範圍重疊的部份。基礎壓力位準例如在1Pa以上且50Pa以下(例如10Pa左右)的範圍內。
典型情況下，粗抽泵73作為與低溫泵10分開的真空裝置而設置，例如構成包括與低溫泵10連接之真空腔室的真空系統的一部份。低溫泵10為真空腔室的主泵，粗抽泵73為輔助泵。
淨化用閥74連接於包括淨化用氣體源75之淨化用氣體供給裝置。藉由淨化用閥74的開閉來連通或切斷淨化用氣體源75與低溫泵10，從而控制淨化用氣體向低溫泵10的供給。藉由打開淨化用閥74來允許淨化用氣體從淨化用氣體源75向殼體38流動。藉由關閉淨化用閥74來切斷淨化用氣體從淨化用氣體源75向殼體38流動。藉由打開淨化用閥74將淨化用氣體從淨化用氣體源75導入至殼體38，從而能夠對低溫泵10的內部進行升壓。被供給之淨化用氣體藉由通氣閥70或粗抽閥72從低溫泵10排出。
本實施形態中，淨化用氣體的溫度被調整為室溫，但在一實施形態中，淨化用氣體亦可以是被加熱至高於室溫的溫度的氣體或者低於室溫的溫度的氣體。在本說明書中，室溫為選自10℃~30℃範圍或15℃~25℃範圍的溫度，例如為大約20℃。淨化用氣體例如為氮氣。淨化用 氣體亦可以是乾燥後的氣體。
低溫泵10具備用於測定第1冷卻台20的溫度的第1溫度感測器90、及用於測定第2冷卻台21的溫度的第2溫度感測器92。第1溫度感測器90安裝於第1冷卻台20。第2溫度感測器92安裝於第2冷卻台21。第1溫度感測器90定期地測定第1冷卻台20的溫度，並將表示測定溫度之訊號向控制部100輸出。第1溫度感測器90以其輸出能夠進行通訊地連接於控制部100。第2溫度感測器92亦是同樣地構成。在控制部100中，第1溫度感測器90及第2溫度感測器92的測定溫度亦可以分別用作高溫低溫板19及低溫低溫板18的溫度。
並且，在殼體38的內部設置有壓力感測器94。壓力感測器94例如在高溫低溫板19的外側設置於冷凍機16的附近。壓力感測器94週期地測定殼體38的壓力，並將表示測定壓力之訊號向控制部100輸出。壓力感測器94以其輸出能夠進行通訊地連接於控制部100。
並且，低溫泵10具備用於控制低溫泵10的控制部100。控制部100可一體設置於低溫泵10，亦可以構成為與低溫泵10分體設置的控制裝置。
控制部100構成為了低溫泵10的真空排氣運轉及再生運轉而控制冷凍機16。控制部100構成為接收包括第1溫度感測器90、第2溫度感測器92及壓力感測器94的各種感測器的測定結果。控制部100依據該測定結果運算賦予冷凍機16及各種閥的控制指令。
例如，在真空排氣運轉中，控制部100以使冷卻台溫度(例如第1冷卻台溫度)達到目標冷卻溫度之方式控制冷凍機16。第1冷卻台20的目標溫度通常設定為恆定值。第1冷卻台20的目標溫度例如按照安裝有低溫泵10之真空腔室中進行的過程規定為規格參數。並且，控制部100構成為了低溫泵10的再生而控制殼體38的排氣及向殼體38的淨化用氣體的供給。再生過程中，控制部100控制通氣閥70、粗抽閥72及淨化用閥74的開閉。
以下對基於上述構成的低溫泵10的動作進行說明。低溫泵10動作時，首先在其動作之前藉由粗抽閥72用粗抽泵73對低溫泵10的內部進行粗抽使其達到工作開始壓力(例如1Pa至10Pa左右)。之後使低溫泵10動作。藉由控制部100的控制，第1冷卻台20及第2冷卻台21藉由冷凍機16的驅動而被冷卻，與它們熱連接之高溫低溫板19、低溫低溫板18亦被冷卻。
入口低溫板32對從真空腔室向低溫泵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的氣體(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的氣體藉由入口低溫板32進入放射屏蔽件30內部。進入的氣體分子中，在低溫低溫板18的冷卻溫度下蒸汽壓充份變低的氣體冷凝於其表面而被排氣。在該冷卻溫度下蒸汽壓亦未充份變低的氣體(例如氫等)藉由黏結於低溫低溫板18的表面並被冷卻之吸附劑27吸附而被排氣。如此，能夠使安裝有低 溫泵10之真空腔室的真空度達到所期望的位準。
藉由持續進行排氣運轉，在低溫泵10中逐漸蓄積氣體。為了將蓄積之氣體向外部排出，進行低溫泵10的再生。再生處理包括升溫過程、排出過程及冷卻過程。
藉由控制部100控制低溫泵10的再生處理。控制部100判定是否滿足預定的再生開始條件，當滿足該條件時開始進行再生。當未滿足該條件時，控制部100不開始進行再生，而持續進行真空排氣運轉。再生開始條件例如可以包括在排氣運轉開始之後經過了預定時間。
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的低溫板溫度更高的再生溫度之升溫過程(S10)。第2圖所示之再生處理是所謂完全再生。完全再生對包括高溫低溫板19及低溫低溫板18的所有低溫板進行再生。低溫板18、19從用於真空排氣運轉的冷卻溫度加熱至再生溫度。再生溫度例如為室溫或比室溫稍高的溫度。
升溫過程中，作為用於加熱低溫板18、19的第1熱源使用淨化用氣體。控制部100判定是否滿足了淨化用開始條件。如果滿足淨化用開始條件，控制部100打開淨化用閥74，以便將淨化用氣體供給至殼體38。淨化用開始條件亦可以是例如再生開始條件。亦即，與再生開始一同開始淨化用氣體的供給。並且，控制部100判定是否滿足了淨化用中斷條件。如果滿足淨化用中斷條件，控制部100關閉淨化用閥74，以便停止向殼體38的淨化用氣體 的供給。
為了加熱低溫板18、19，亦可以使用與淨化用氣體不同的第2熱源。例如，亦可以進行冷凍機16的升溫運轉(所謂反轉升溫)。冷凍機16構成為當驅動機構17向與冷卻運轉相反之方向動作時，在作動氣體中產生絕熱壓縮。冷凍機16以如此得到之壓縮熱對第1冷卻台20及第2冷卻台21進行加熱。高溫低溫板19及低溫低溫板18分別將第1冷卻台20及第2冷卻台21作為熱源進行加熱。或者，亦可以使用設置於冷凍機16之加熱器作為熱源。此時，控制部100能夠從冷凍機16的運轉中獨立而控制加熱器。
升溫過程中，可單獨使用第1熱源及第2熱源的一方，或者同時使用雙方。在排出過程中亦同樣地，可單獨使用第1熱源及第2熱源的一方，或者同時使用雙方。控制部100切換第1熱源及第2熱源或者共同使用第1熱源及第2熱源來控制低溫板18、19的溫度。
如第2圖所示，升溫過程包括第1升溫過程(S11)及第2升溫過程(S12)。控制部100構成為了將低溫板18、19從用於真空排氣的冷卻溫度加熱至高於室溫的加熱目標溫度，依序執行第1升溫過程和第2升溫過程。加熱目標溫度為例如選自30℃~60℃範圍或40℃~50℃範圍的溫度。
低溫板18、19首先在第1升溫過程中被加熱至第1溫度帶。接著，低溫板18、19在第2升溫過程中被加熱 至高於第1溫度帶的第2溫度帶。
第1溫度帶為包括淨化用氣體溫度(如上所述例如室溫)之溫度範圍。第1溫度帶為在低溫板18、19上堆積之冰能夠溶化成水的溫度。第1溫度帶的下限例如為水的溶點(亦即大約0℃)，上限例如為淨化用氣體溫度。第1溫度帶例如為10℃~30℃範圍或15℃~25℃範圍。
第2溫度帶為包括加熱目標溫度的溫度範圍。第1溫度帶的下限例如為淨化用氣體溫度，上限例如為加熱目標溫度。第2溫度帶例如為30℃~60℃範圍或40℃~50℃範圍。第2溫度帶低於熱源(例如，冷凍機16的升溫運轉中的第1冷卻台20或第2冷卻台21)的溫度。
第1升溫過程包括為了將低溫板18、19從用於真空排氣運轉的冷卻溫度加熱至第1溫度帶而向低溫泵供給淨化用氣體之過程。並且，第1升溫過程包括藉由冷凍機16產生的反轉升溫。如此，在第1升溫過程中，為了使低溫板18、19高速升溫，共同使用淨化用氣體和冷凍機16作為熱源。低溫板18、19藉由來自第1冷卻台20及第2冷卻台21的熱傳導以及淨化用氣體的對流產生的熱傳遞而被加熱。
在第1升溫過程中，控制部100定期地判定是否滿足了淨化用中斷條件。如果未滿足淨化用中斷條件，控制部100持續進行第1升溫過程。如果滿足淨化用中斷條件，控制部100結束第1升溫過程，並開始第2升溫過程。
第1升溫過程中的淨化用中斷條件例如為低溫板溫度 (例如，第1溫度感測器90和/或第2溫度感測器92的測定溫度)處於第1溫度帶。此時，控制部100判定低溫板溫度是否處於第1溫度帶，如果低溫板溫度處於第1溫度帶，則關閉淨化用閥74後中斷向殼體38的淨化用氣體的供給，並且從第1升溫過程轉移至第2升溫過程。
當判定為第1溫度感測器90和/或第2溫度感測器92的測定溫度處於第1溫度帶時，控制部100可持續進行規定時間的淨化用氣體的供給(所謂延長淨化)。如此，當低溫板18、19的表面溫度分佈在第1溫度帶變得均勻時，亦可以停止向殼體38的淨化用氣體的供給。
因此，第1升溫過程中的淨化中斷條件亦可以是從開始第1升溫過程起經過規定時間。規定時間為低溫板18、19被加熱至第1溫度帶所需的大致時間，亦可以事先藉由實驗或經驗而適當設定。
另外，第1升溫過程可包括停止淨化用氣體的供給之過程。將低溫板18、19從超低溫加熱至第1溫度帶的過程中，亦可以暫時有不供給淨化用氣體的期間。例如，殼體38的內壓藉由在低溫板18、19上結冰之氣體的重新氣化而顯著提高時，為了安全亦可以暫時停止淨化用氣體的供給。
第2升溫過程包括藉由與淨化用氣體不同的熱源將低溫板18、19從第1溫度帶加熱至第2溫度帶之過程。例如，第2升溫過程包括從第1升溫過程持續進行由冷凍機16產生的反轉升溫之過程。如此，在第2升溫過程中， 低溫板18、19藉由來自第1冷卻台20及第2冷卻台21的熱傳導而被加熱。
在典型的低溫泵的再生方法中，持續進行淨化用氣體的供給直到低溫板被升溫至加熱目標溫度為止。在此應關注的是，本實施形態中，加熱目標溫度高於淨化用氣體溫度。因此，在加熱目標溫度中，淨化用氣體的對流產生的熱傳遞具有從低溫板奪取熱量之效果。亦即，低溫板藉由第2熱源被加熱至高於淨化用氣體溫度時，低溫泵藉由淨化用氣體而被冷卻。藉此，加熱至目標溫度所需的時間變長。最壞情況下，無法加熱至目標溫度。
在本實施形態之第2升溫過程中，淨化用氣體的供給被中斷。因此，根據本實施形態與上述典型的方法相比，藉由淨化用氣體的供給之冷卻效果減輕。因此，能夠在短時間內將低溫泵10加熱至目標溫度。
低溫泵10的粗抽亦可以在將低溫板18、19從第1溫度帶加熱至第2溫度帶的過程中進行為佳。在第2升溫過程中，控制部100亦可以至少暫時打開粗抽閥72，以便對殼體38進行粗抽。如此，淨化用氣體從低壓泵10排出，淨化用氣體的對流產生的熱傳遞受阻。藉此，能夠使低溫板18、19更有效率地升溫。
升溫過程中的粗抽的目的之一是干擾淨化用氣體的對流產生的熱傳遞。藉此，該粗抽只要在殼體38得到一定程度的負壓即可。亦即，升溫過程中的粗抽不需要太高的真空度。因此，升溫過程中的粗抽壓力可以高於排出過程 中的粗抽壓力。在此，粗抽壓力是指結束粗抽的壓力。由於同樣的理由，升溫過程中的粗抽閥72的打開時間可以短於排出過程中的粗抽閥72的打開時間。
藉由真空排氣運轉，在低溫泵10捕集有水及其他的氣體。在低溫泵10的一般用途中，水是具有最高溶點的氣體，因此亦是最難以排出之氣體。除了水以外的結冰之氣體具有明顯低於水的溶點，因此容易從低溫泵10排出。並且，來源於真空潤滑油或抗蝕劑等的低溫板18、19的附著物在高溫低壓環境被氣化。
因此，藉由升溫過程的粗抽，實質上亦能夠將水以外的所有氣體從低溫泵10排出。此時，為了提高低溫泵10內清潔度，亦可以在第2升溫過程中重新開始淨化用氣體的供給。因此，在將低溫板18、19從第1溫度帶至第2溫度帶的加熱中，控制部亦可以執行所謂粗抽及淨化。在本說明書中，有時將升溫過程中的粗抽及淨化稱為“升溫粗抽及淨化”。
粗抽及淨化是交替進行藉由粗抽閥72進行的殼體38的粗抽及淨化用氣體的供給之處理。在粗抽及淨化中，執行1次或複數次粗抽和淨化的組合。通常，在粗抽及淨化中控制部100選擇性執行粗抽和淨化。亦即，進行粗抽(或淨化)時停止淨化(或粗抽)。粗抽及淨化的開始及結束可藉由殼體38的壓力進行，或者亦可以依據經過時間進行。
另外，粗抽及淨化中，連續進行粗抽及淨化中任一方 的期間，亦可以間斷進行粗抽及淨化中的另一方。這可以視為交替進行粗抽及淨化用氣體的供給。並且，粗抽及淨化亦可以包括不進行粗抽及淨化的期間。
在第2升溫過程中，控制部100定期地判定是否滿足了升溫結束條件。如果未滿足升溫結束條件，控制部100持續進行第2升溫過程。如果滿足了升溫結束條件，控制部100結束第2升溫過程，並開始排出過程。
升溫結束條件例如為低溫板溫度(例如，第1溫度感測器90和/或第2溫度感測器92的測定溫度)處於第2溫度帶。此時，控制部100判定低溫板溫度是否處於第2溫度帶，當低溫板溫度處於第2溫度帶時，從升溫過程轉移至排出過程。並且，控制部100判定低溫板溫度是否超過加熱目標溫度，如果低溫板溫度超過加熱目標溫度，亦可以從升溫過程轉移至排出過程。
或者，升溫結束條件亦可以是從開始第1升溫過程或第2升溫過程起經過規定時間。規定時間為低溫板18、19被加熱至第2溫度帶(例如，加熱目標溫度)所需的大致時間，亦可以事先藉由實驗或經驗而適當設定。
升溫結束條件亦可以依據殼體38的壓力。例如，控制部100亦可以判定升溫粗抽及淨化中的粗抽時的壓力下降率是否超過臨界值。控制部100亦可以在壓力下降率超過臨界值時從升溫過程轉移至排出過程，在壓力下降率小於臨界值時持續進行升溫粗抽及淨化。
若升溫過程結束，則控制部100開始排出過程 (S13)。在排出過程中，從低溫板表面重新氣化的氣體向低溫泵10的外部排出。重新氣化的氣體例如藉由排出管道80或使用粗抽閥73被排出。重新氣化的氣體與藉由需要而導入的淨化用氣體一同從低溫泵10排出。例如，從低溫板18、19蒸發出水，並且從殼體38排出水。
控制部100亦可以在排出過程中控制冷凍機16的升溫運轉或其他熱源，以便將低溫板溫度維持在第2溫度帶。此時，為了避免過度加熱，控制部100亦可以至少暫時停止熱源。
在排出過程中，亦可進行所謂粗抽及淨化。在本說明書中，有時將排出過程中的粗抽及淨化稱為“排出粗抽及淨化”。當低溫板溫度處於第2溫度帶時，控制部100亦可以執行交替進行殼體38的粗抽及淨化用氣體的供給之排出粗抽及淨化。藉此，如第4圖所示，如果滿足了升溫結束條件，控制部100亦可以從升溫粗抽及淨化轉移至排出粗抽及淨化。
排出粗抽及淨化中的粗抽壓力高於基礎壓力位準，例如50Pa至500Pa，選自100Pa至200Pa的範圍為佳。以下，有時將該壓力區域稱為準基礎壓力位準。排出粗抽及淨化中的粗抽壓力例如藉由排出過程為恆定。但是，在一實施形態中，排出粗抽及淨化中的粗抽壓力亦可以逐步降低。
與為了將水從低溫泵10有效地排出而進行的排出粗抽及淨化相比，升溫粗抽及淨化的主要目的為如上前述， 低溫泵10的高效升溫及排出水以外的氣體。為了高效升溫，限制淨化用氣體的供給為佳。因此，升溫粗抽及淨化中的淨化間隔長於排出粗抽及淨化中的淨化間隔為佳。出於同樣的理由，升溫粗抽及淨化中的淨化時間短於排出粗抽及淨化中的淨化時間為佳。在此，淨化間隔為從前一次淨化結束至本次淨化開始的時間。淨化時間為本次淨化的持續時間。
並且，由於水以外的氣體比較容易被排出，因此升溫粗抽及淨化中的粗抽時間亦可以短於排出粗抽及淨化中的粗抽時間。並且，升溫粗抽及淨化中的粗抽間隔亦可以長於排出粗抽及淨化中的粗抽間隔。粗抽間隔為從前一次粗抽結束至本次粗抽開始的時間。粗抽時間為本次粗抽的持續時間。
在排出過程中，控制部100依據例如壓力感測器94的測定值來判定氣體(及水蒸氣)的排出是否已結束。例如，控制部100在低溫泵10內的壓力超過規定臨界值的期間持續進行排出過程，如果壓力小於該臨界值，則結束排氣過程而開始降溫過程。
控制部100亦可以進行所謂壓力上升判定。如果自判定初始壓力的壓力上升梯度不超過判定臨界值，低溫泵再生中的壓力上升判定是判定為氣體從低溫泵10充份地被排出之處理。
降溫過程(S14)是為了重新開始真空排氣運轉而對低溫板18、19進行再冷卻之處理。開始冷凍機16的冷卻 運轉。在至少一部份的該冷卻過程中可以進行粗抽，例如可以從冷卻開始直至達到粗抽結束壓力或粗抽結束溫度為止持續進行粗抽。控制部100判定低溫板是否被冷卻為用於真空排氣運轉的冷卻溫度。控制部100持續進行降溫過程直至達到目標冷卻溫度為止，且在達到該目標溫度時結束降溫過程。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圖係概略表示本發明的一實施形態之低溫泵10之圖。在一實施形態中，為了直接測定低溫板的溫度，亦可以在低溫板設置溫度感測器。例如，如第3圖所示，板溫度感測器96亦可以設置於入口低溫板32的中心部。板溫度感測器96定期地測定入口低溫板32的溫度，並將表示測定溫度之訊號輸出至控制部100。板溫度感測器96以其輸出能夠進行通訊地連接於控制部100。
再生中，入口低溫板32的中心部是距離用於加熱低溫泵10的熱源最遠的低溫板的部份。因此與其他的部份相比，入口低溫板32的中心部升溫時花費時間。換言之，入口低溫板32的中心部被加熱至目標溫度時，低溫板的其他的部份已經充份升溫。藉此，再生的升溫過程中，能夠由入口低溫板32的中心部的溫度代表低溫板整體的溫度。
在低溫低溫板18或高溫低溫板19中，板溫度感測器96亦可設置於導熱路徑的末端部。在此，導熱路徑是指在低溫板的升溫中遠離熱源的位置。例如，藉由從熱源至 板上的某一點的導熱路徑的長度，能夠將高溫低溫板19劃分為靠近熱源(導熱路徑較短)的區域與遠離熱源(導熱路徑較長)的區域。或者，同樣地，亦能夠將高溫低溫板19劃分為3個區域即靠近熱源的區域、中間區域及遠離熱源的區域。同樣亦適用於低溫低溫板18。此時，亦可以將遠離熱源的區域視為導熱路徑的末端部。
藉此，板溫度感測器96亦可以設置於屏蔽件開口端31或放射屏蔽件30的封閉端。或者，在低溫低溫板18中，板溫度感測器96亦可以設置於距離第2冷卻台21最遠的板構件26的端部。
板溫度感測器96用於監視再生中的低溫板溫度。板溫度感測器96具有包括在升溫過程中的加熱目標溫度在內的可測定的溫度區域。本實施形態中，在真空排氣中不使用板溫度感測器96，因此板溫度感測器96在可測定的溫度區域可以不包括超低溫。總而言之，只要板溫度感測器96能夠測定室溫位準(例如0℃~60℃)即可。藉此，例如能夠使用廉價的熱電耦來作為板溫度感測器96。
第4圖係表示本發明的一實施形態之再生序列之圖。該再生序列如同上述藉由控制部100來控制。第4圖概略表示低溫泵10的再生過程中的溫度及壓力隨時間變化的一例。第4圖所示之溫度為第1溫度感測器90及板溫度感測器96的測定溫度，壓力為壓力感測器94的測定壓力。
第4圖所示之再生序列從其開始到結束的整個期間區分為期間a至期間d的4個期間。上述第1升溫過程相當於期間a，第2升溫過程相當於期間b，排出過程相當於期間c，降溫過程相當於期間d。
在期間a中，淨化用閥74被打開，進行冷凍機16的反轉升溫。低溫泵10藉由冷凍機16的反轉升溫和氮氣淨化被加熱至第1溫度帶T1。氮氣的溫度為約20℃。在第1升溫過程的前半階段，冷卻台溫度Ts及低溫板溫度Tc以相同的梯度上升。在第1升溫過程的後半階段，與冷卻台溫度Ts相比，低溫板溫度Tc的梯度變小。在此，冷卻台溫度Ts為第1冷卻台20的溫度，低溫板溫度Tc為入口低溫板32的中心部的溫度。
藉由氮氣淨化，低溫泵內的壓力迅速達到大氣壓Pa。水以外的大部份氣體在升溫中從低溫板18、19向殼體38內放出。在該例中，當冷卻台溫度Ts達到目標值時，結束第1升溫過程後開始第2升溫過程。
在期間b的開始時刻，關閉淨化用閥74並且中斷氮氣淨化，但冷凍機16的反轉升溫持續進行，以使冷卻台溫度Ts維持目標值。由此，低溫板溫度Tc從第1溫度帶T1被加熱至第2溫度帶T2。
在期間b的開始時刻，關閉淨化用閥74，並且暫時打開粗抽閥72。由此，從氮氣及低溫板18、19放出的氣體被排出。當經過粗抽時間Tr時，關閉粗抽閥72。低溫板10的內壓被減壓至粗抽壓力Pb。由此，促進低溫板 18、19的升溫。為了進行比較，在第4圖中以虛線表示期間b中持續進行氮氣淨化時的低溫板溫度Tc’。藉由氮氣產生的冷卻作用，低溫板溫度Tc’不會有太大上升。
在第2升溫過程中進行升溫粗抽及淨化。為了進行氮氣淨化，暫時打開淨化用閥74。當經過淨化時間Tp時，關閉淨化用閥74。壓力恢復到大氣壓Pa。關閉淨化用閥74，同時打開粗抽閥72，重新減壓至粗抽壓力Pb。在粗抽中判定壓力下降率。如圖示，在該例中，交替進行3次氮氣淨化和粗抽，在第3次氮氣淨化之後的粗抽中，壓力下降率超過臨界值，從升溫粗抽及淨化轉移至排出粗抽及淨化。
在期間c中，水藉由排出粗抽及淨化從低溫泵10排出。在排出粗抽及淨化期間，低溫板溫度Tc在第2溫度帶T2中以極小的幅度逐漸上升。
排出粗抽及淨化中的淨化時間Tp’及粗抽時間Tr’分別長於升溫粗抽及淨化中的淨化時間Tp及粗抽時間Tr。排出粗抽及淨化中的粗抽壓力Pc為基礎壓力位準或準基礎壓力位準，且低於升溫粗抽及淨化中的粗抽壓力Pb。該例中，在排出粗抽及淨化的前半階段中的粗抽壓力Pc為準基礎壓力位準，排出粗抽及淨化的後半階段中的粗抽壓力為基礎壓力位準。
在排出粗抽及淨化的至少後半階段，在粗抽後進行壓力上升判定。判定過程中停止粗抽。壓力上升判定合格時(即，壓力上升梯度變得小於臨界值時)，排出過程結 束。
在期間d中，開始冷凍機16的冷卻運轉。此時亦進行粗抽。當達到目標冷卻溫度時結束粗抽。如此完成再生，並開始真空排氣運轉。
如以上說明，藉由本實施形態，在低溫泵再生的升溫過程中，當低溫泵溫度達到室溫附近時，停止氮氣淨化並且低溫泵內部被真空抽氣。由此，能夠使低溫板有效地升溫。並且，能夠使低溫板升溫至更高溫度。如此，能夠縮短低溫泵的再生時間。
以上，藉由實施例對本發明進行了說明。本發明不限於上述實施形態，能夠進行各種設計變更，能夠實現各種變形例，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，上述實施形態中，在排出過程中進行粗抽及淨化，但本發明並不限定於此。一實施形態中，在排出過程中亦可不供給淨化用氣體。此時，控制部100亦可在升溫過程結束後控制粗抽閥72及粗抽泵73，以便將低溫泵10粗抽至規定的粗抽壓力(例如基礎壓力位準)。接著，控制部100亦可以依據例如壓力感測器94的測定值，判定氣體的排出是否已完成(例如壓力上升判定)。

Claims (10)

  1. 一種低溫泵，其特徵為，具備：低溫板；低溫泵容器，容納前述低溫板；淨化用閥，為了向前述低溫泵容器供給淨化用氣體而設置於前述低溫泵容器內；熱源，與用於加熱前述低溫板的前述淨化用氣體不同；及控制部，控制低溫泵的再生，前述控制部構成為執行以下過程：打開前述淨化用閥之過程，為了將前述低溫板加熱至高於水的溶點之第1溫度帶而向前述低溫泵容器供給淨化用氣體；關閉前述淨化用閥之過程，當低溫板溫度處於前述第1溫度帶時，中斷向前述低溫泵容器供給前述淨化用氣體；及控制前述熱源之過程，將前述低溫板從前述第1溫度帶加熱至高於淨化用氣體溫度之第2溫度帶。
  2. 如申請專利範圍第1項記載之低溫泵，其中，前述低溫泵還具備為了對前述低溫泵容器進行粗抽而設置於前述低溫泵容器內的粗抽閥，前述控制部在將前述低溫板從前述第1溫度帶至前述第2溫度帶的加熱中，打開前述粗抽閥，以便對前述低溫泵容器進行粗抽。
  3. 如申請專利範圍第2項記載之低溫泵，其中，前述控制部在將前述低溫板從前述第1溫度帶至前述第2溫度帶的加熱中，執行交替進行前述低溫泵容器的粗抽及前述淨化用氣體的供給之升溫粗抽及淨化，當低溫板溫度處於前述第2溫度帶時，前述控制部執行交替進行前述低溫泵容器的粗抽及前述淨化用氣體的供給之排出粗抽及淨化。
  4. 如申請專利範圍第3項記載之低溫泵，其中，前述升溫粗抽及淨化中的淨化間隔比前述排出粗抽及淨化中的淨化間隔長，和/或前述升溫粗抽及淨化中的淨化時間比前述排出粗抽及淨化中的淨化時間短。
  5. 如申請專利範圍第3或4項記載之低溫泵，其中，前述升溫粗抽及淨化中的粗抽壓力高於前述排出粗抽及淨化中的粗抽壓力。
  6. 如申請專利範圍第1至4中任一項記載之低溫泵，其中，前述低溫泵還具備：冷凍機，具備第1冷卻台及被冷卻至比前述第1冷卻台更低溫度的第2冷卻台；及溫度感測器，用於測定前述低溫板的溫度，前述低溫板具備：高溫低溫板，藉由前述第1冷卻台冷卻；及低溫低溫板，藉由前述第2冷卻台冷卻，前述高溫低溫板具備：放射屏蔽件，具有包圍前述低溫低溫板的屏蔽件開口端；及入口低溫板，配設於前述屏 蔽件開口端，前述溫度感測器設置於前述入口低溫板的中心部。
  7. 如申請專利範圍第1至4中任一項記載之低溫泵，其中，前述淨化用氣體溫度為室溫。
  8. 一種低溫泵的再生方法，其特徵為，具備：為了將低溫板加熱至高於水的溶點之第1溫度帶而向低溫泵供給淨化用氣體之過程；當低溫板溫度處於第1溫度帶時，中斷向低溫泵供給淨化用氣體之過程；及將前述低溫板從前述第1溫度帶加熱至高於淨化用氣體溫度之第2溫度帶之過程。
  9. 如申請專利範圍第8項記載之方法，其中，前述方法還具備在將前述低溫板從前述第1溫度帶至前述第2溫度帶的加熱中，對前述低溫泵進行粗抽之過程。
  10. 如申請專利範圍第8或9項記載之方法，其中，前述方法還具備當低溫板溫度處於前述第2溫度帶時，從低溫泵排出水之過程。
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