TWI599721B - 低溫泵系統，低溫泵控制裝置，及低溫泵再生方法 - Google Patents

Description

低溫泵系統，低溫泵控制裝置，及低溫泵再生方法

本申請主張基於2015年2月20日申請的日本專利申請第2015-031852號的優先權。該日本申請的全部內容藉由參閱援用於本說明書中。

本發明係有關於一種低溫泵系統、低溫泵控制裝置及低溫泵再生方法。

低溫泵係藉由冷凝或吸附，將氣體分子捕捉到冷卻至超低溫之低溫板上，並進行排氣之真空泵。低溫泵普遍利用於實現半導體電路製程等所要求之清潔的真空環境。因為低溫泵係所謂的氣體捕集式的真空泵，所以需要有將捕捉的氣體定期排出至外部之再生步驟。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2008-223538號公報

本發明的一態樣的例示性的目的之一為：縮短低溫泵的再生時間。

依本發明的一態樣，提供一種低溫泵系統，其具備：低溫泵；從前述低溫泵排出冷凝物的排出處理且包含進行前述低溫泵的粗抽的排出處理之再生順序，並依據該再生順序控制前述低溫泵之再生控制部；前述再生控制部具備：運算前述低溫泵的粗抽中的前述低溫泵內的壓力下降率之壓力下降率運算部；及檢測前述粗抽中的前述壓力下降率的縮小之壓力下降率監視部。

依本發明的一態樣，提供一種低溫泵控制裝置，其具備從低溫泵排出冷凝物的排出處理且包含進行前述低溫泵的粗抽的排出處理之再生順序，並依據該再生順序控制前述低溫泵之再生控制部；前述再生控制部具備：運算前述低溫泵的粗抽中的前述低溫泵內的壓力下降率之壓力下降率運算部；及檢測前述粗抽中的前述壓力下降率的縮小之壓力下降率監視部。

依本發明的一態樣，提供一種低溫泵再生方法，其具備從低溫泵排出冷凝物的排出處理且包含進行前述低溫泵的粗抽的排出處理之再生順序，並依據該再生順序控制前述低溫泵；前述控制具備：對前述低溫泵的粗抽中的前述低溫泵內的壓力下降率進行運算；及對前述粗抽中的前述壓力下降率的縮小進行檢測。

另外，以上構成要件的任意組合、本發明的構成要件或表現在裝置、方法、系統、計算機程序以及記憶計算機 程序之記憶介質等之間的相互進行置換後，作為本發明之方式亦有效。

依本發明，能夠縮短低溫泵的再生時間。

10‧‧‧低溫泵

18‧‧‧低溫度低溫板

19‧‧‧高溫度低溫板

38‧‧‧殼體

72‧‧‧粗抽閥

74‧‧‧排氣閥

94‧‧‧壓力感測器

100‧‧‧低溫泵控制部

102‧‧‧再生控制部

110‧‧‧閥控制部

112‧‧‧壓力監視部

114‧‧‧壓力下降率運算部

116‧‧‧壓力下降率監視部

118‧‧‧相變推定部

第1圖係示意表示本發明的一實施例之低溫泵系統的圖。

第2圖係概略表示本發明的一實施例之低溫泵控制部的構成之圖。

第3圖係表示本發明的一實施例之低溫泵再生方法的主要步驟之流程圖。

第4圖係概略例示本發明的一實施例之低溫泵內的壓力變化之圖。

以下，參閱附圖的同時，對用於本發明的實施例進行詳細說明。另外，在說明中，同一要件會標註同一符號，適當地省略重複的說明。並且，以下敘述的構成僅為示例，並非限定本發明之任何範圍。

第1圖係示意地表示本發明的一實施例之低溫泵系統之圖。低溫泵系統具備：低溫泵10、及控制低溫泵10的真空排氣運行及再生運行之低溫泵控制部100。低溫泵10 例如：安裝於離子注入裝置或濺鍍裝置等的真空腔室內，並使用於將真空腔室內部的真空度提高至所希望製程中所要求之水平。低溫泵控制部100也可以與低溫泵10呈一體設置，亦可以作為與低溫泵10不同的控制裝置而構成。

低溫泵10具有用於接收氣體的吸氣口12。吸氣口12為朝向低溫泵10的內部空間14的入口。應排出的氣體從安裝有低溫泵10的真空腔室，通過吸氣口12進入到低溫泵10的內部空間14。

另外，以下為了更易懂地表示低溫泵10的構成要件的位置關係，有時使用“軸向”、“徑向”這樣的術語。軸向表示通過吸氣口12之方向，徑向表示沿著吸氣口12之方向。為方便起見，有時將相對在軸向上靠近吸氣口12的位置稱作“上”，相對遠離的位置稱作“下”。亦即，有時將相對離低溫泵10的底部較遠的位置稱作“上”，相對較近的位置稱作“下”。在徑向上，有時將離吸氣口12的中心較近的位置稱作“內”，將靠近吸氣口12的週邊的位置稱作“外”。另外，這種表達與低溫泵10安裝於真空腔室時的配置無關。例如，低溫泵10也可沿鉛直方向使吸氣口12朝向下安裝於真空腔室內。

低溫泵10具備：低溫度低溫板18、及高溫度低溫板19。並且，低溫泵10具備對高溫度低溫板19及低溫度低溫板18進行冷卻之冷卻系統。該冷卻系統具備：冷凍機16、及壓縮機36。

冷凍機16例如係吉福德-麥克馬洪式冷凍機(所謂的GM冷凍機)等超低溫冷凍機。冷凍機16係具備：第1支撐台20、第2支撐台21、第1缸體22、第2缸體23、第1置換器24、及第2置換器25之二段式冷凍機。因此，冷凍機16的高溫級具備：第1支撐台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支撐台21、第2缸體23、及第2置換器25。

第1缸體22與第2缸體23以串聯連接。第1支撐台20設置於第1缸體22和第2缸體23的結合部。第2缸體23連結第1支撐台20和第2支撐台21。第2支撐台21設置於第2缸體23的末端。在第1缸體22和第2缸體23各自的內部裡，第1置換器24和第2置換器25沿冷凍機16的長邊方向(第1圖中為左右方向)配設成能夠移動的狀態。第1置換器24和第2置換器25連結成能夠一體地移動。在第1置換器24和第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的高溫端的驅動機構17。驅動機構17與第1置換器24和第2置換器25連接，以使第1置換器24和第2置換器25分別能在第1缸體22及第2缸體23的內部往復移動。並且，驅動機構17包含：流路切換機構，該流路切換機構切換作動氣體的流路，以便週期性地重複作動氣體的供給和排出。流路切換機構例如包含：閥部、及對閥部進行驅動的驅動部。閥部例如包含：迴轉閥，驅動部包含用於使迴轉閥旋轉的 馬達。馬達例如可以係AC馬達或DC馬達。並且流路切換機構亦可以係藉由線性馬達驅動的直動式的機構。

冷凍機16經由高壓導管34及低壓導管35與壓縮機36連接。冷凍機16在內部使從壓縮機36供給之高壓的作動氣體(例如氦)膨脹，而在第1支撐台20及第2支撐台21產生寒冷。壓縮機36回收在冷凍機16中被膨脹之作動氣體，並再次進行加壓並供給至冷凍機16。

具體而言，首先驅動機構17使高壓導管34與冷凍機16的內部空間相通。高壓的作動氣體從壓縮機36通過高壓導管34供給至冷凍機16。若冷凍機16的內部空間被高壓的作動氣體填滿，則驅動機構17就切換流路以使冷凍機16的內部空間與低壓導管35相通。作動氣體藉此而膨脹。膨脹之作動氣體被回收至壓縮機36。與這種作動氣體的供氣與排氣同步，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的內部往復移動。藉由重複這種熱循環，冷凍機16在第1支撐台20及第2支撐台21產生寒冷。

冷凍機16係為將第1支撐台20冷卻至第1溫度水平，且將第2支撐台21冷卻至第2溫度水平而構成。第2溫度水平的溫度低於第1溫度水平。例如：第1支撐台20被冷卻至65K~120K左右，較佳為被冷卻至80K~100K，第2支撐台21被冷卻至10K~20K左右。

第1圖表示包含低溫泵10的內部空間14的中心軸及冷凍機16的中心軸之剖面圖。第1圖所示之低溫泵10係 所謂的橫式低溫泵。橫式低溫泵一般是指冷凍機16配設成與低溫泵10的內部空間14的中心軸交叉(通常為垂直)之低溫泵。本發明亦同樣地能夠適用於所謂的立式低溫泵。立式低溫泵是指冷凍機沿低溫泵的軸向配設之低溫泵。

低溫度低溫板18設置於低溫泵10的內部空間14的中心部。低溫度低溫板18例如：包含多個板部件26。板構件26例如：分別具有圓錐台的側面形狀，亦即所謂的傘狀。在各板構件26通常設置有活性炭等吸附劑27。吸附劑27例如為粘結於板構件26的背面。如此一來，低溫度低溫板18便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支撐台21。如此一來，低溫度低溫板18就與第2支撐台21做熱連接。藉此，低溫度低溫板18被冷卻至第2溫度水平。

高溫度低溫板19具備：放射遮蔽件30、及入口低溫板32。高溫度低溫板19以包圍低溫度低溫板18之方式設置於低溫度低溫板18的外側。高溫度低溫板19與第1支撐台20熱連接，高溫度低溫板19被冷卻至第1溫度水平。

放射遮蔽件30主要是設置用來保護低溫度低溫板18不受來自低溫泵10的殼體38之輻射熱的影響。放射遮蔽件30位於殼體38和低溫度低溫板18之間，且包圍低溫度低溫板18。放射遮蔽件30的軸向上端朝向吸氣口12 開放。放射遮蔽件30具有軸向下端被封閉的筒形(例如圓筒)形狀，形成為杯狀。在放射遮蔽件30的側面有為了安裝冷凍機16的孔，第2支撐台21從該孔插入於放射遮蔽件30中。在該安裝孔的外週部且在放射遮蔽件30的外表面固定有第1支撐台20。如此一來，放射遮蔽件30與第1支撐台20做熱連接。

入口低溫板32在吸氣口12中沿徑向配置。入口低溫板32配設於遮蔽件開口端31。入口低溫板32的外週部固定於遮蔽件開口端31，且與放射遮蔽件30做熱連接。入口低溫板32從低溫度低溫板18朝軸向上方分離設置。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可以形成為以放射遮蔽件30之中心軸為中心的同心圓狀，或者亦可以形成為格柵狀等其他形狀。

入口低溫板32設置成為了排出進入到吸氣口12之氣體。在入口低溫板32的溫度下冷凝之氣體(例如：水分)在其表面被捕捉。並且，入口低溫板32為了保護低溫度低溫板18不受來自低溫泵10的外部的熱源(例如，安裝有低溫泵10之真空腔室內的熱源)的輻射熱干擾而設置。不僅是輻射熱，還限制氣體分子的進入。入口低溫板32為了限制通過吸氣口12流入到內部空間14的氣體並達到所希望的量，因而占有吸氣口12的開口面積的一部分。

低溫泵10具備殼體38。殼體38係用於將低溫泵10的內部和外部隔開之真空容器。殼體38係為將低溫泵10 的內部空間14保持為氣密而構成。殼體38設置於高溫度低溫板19的外側，且包圍高溫度低溫板19。並且，殼體38容納冷凍機16。亦即，殼體38係容納高溫度低溫板19及低溫度低溫板18之低溫泵容器。

殼體38以不接觸高溫度低溫板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中，其溫度高於被冷卻之高溫度低溫板19(例如室溫程度)。

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係用於將低溫泵10安裝於真空腔室之凸緣。在真空腔室的開口設置有閘門(未圖示)，吸氣口凸緣56安裝於該閘門。如此一來，閘門位於入口低溫板32的軸向上方。例如：使低溫泵10再生時閘門設為關，在低溫泵10對真空腔室進行排氣時設為開。

在殼體38安裝有：通氣閥70、粗抽閥72、及排氣閥74。

通氣閥70設置於用於將流體從低溫泵10的內部排出到外部環境的排出管道80(例如是末端)。藉由打開通氣閥70來允許排出管道80中流體的流動，藉由關閉通氣閥70來遮斷排出管道80中的流體的流動。所排出之流體基本上為氣體，但亦可以係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也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 壓釋放到外部。

粗抽閥72與粗抽泵73連接。藉由粗抽閥72的開閉，來控制粗抽泵73與低溫泵10的相通或遮斷。藉由打開粗抽閥72使粗抽泵73與殼體38相通，藉由關閉粗抽閥72來使粗抽泵73和殼體38遮斷。藉由打開粗抽閥72且使粗抽泵73作動，能夠將低溫泵10內部減壓。

粗抽泵73係用於進行低溫泵10之真空抽氣的真空泵。粗抽泵73係用於向低溫泵10提供低溫泵10的作動壓力範圍的低真空區域的真空泵，前述低真空區域換言之為低溫泵10的作動開始壓力，亦即基礎壓力水平。粗抽泵73能夠使殼體38從大氣壓減壓至基礎壓力水平。基礎壓力水平相當於粗抽泵73的高真空區域，包含於粗抽泵73與低溫泵10的作動壓力範圍的重疊部分。基礎壓力水平例如是1Pa以上50Pa以下(例如為10Pa左右)的範圍。

粗抽泵73典型地作為與低溫泵10不同的真空裝置而設置，例如：構成包含與低溫泵10連接之真空腔室之真空系統的一部分。低溫泵10係用於真空腔室的主泵，粗抽泵73係輔助泵。

排氣閥74連接於包含吹掃氣體源75之吹掃氣體供給裝置。藉由排氣閥74的開關，吹掃氣體源75與低溫泵10相通或遮斷，控制吹掃氣體朝向低溫泵10的供給。藉由打開排氣閥74，允許吹掃氣體從吹掃氣體源75流向殼體38。藉由關閉排氣閥74，遮斷吹掃氣體從吹掃氣體源 75流向殼體38。藉由打開排氣閥74並將吹掃氣體從吹掃氣體源75導入殼體38，能夠使低溫泵10的內部升壓。被供給之吹掃氣體通過通氣閥70或粗抽閥72並從低溫泵10被排出。

吹掃氣體的溫度雖在本實施例中被調整為室溫，但在一種實施例中，吹掃氣體亦可以係溫度被加熱至高於室溫之氣體，或溫度在一定程度上低於室溫的氣體。本說明書中的室溫係從10℃~30℃的範圍或從15℃~25℃的範圍選擇的溫度，例如：約為20℃。吹掃氣體例如為氮氣。吹掃氣體亦可以係已乾燥之氣體。

低溫泵10具備：用於測定第1支撐台20溫度的第1溫度感測器90、及用於測定第2支撐台21溫度的第2溫度感測器92。第1溫度感測器90安裝於第1支撐台20。第2溫度感測器92安裝於第2支撐台21。第1溫度感測器90定期測定第1支撐台20的溫度，並向低溫泵控制部100輸出表示測定溫度之訊號。第1溫度感測器90將其輸出以可通信之方式與低溫泵控制部100連接。第2溫度感測器92亦有同樣的方式構成。在低溫泵控制部100中，第1溫度感測器90及第2溫度感測器92的測定溫度也可以分別用作高溫度低溫板19及低溫度低溫板18的溫度。

並且，在殼體38的內部設有壓力感測器94。壓力感測器94例如：設置在高溫度低溫板19的外側且於冷凍機16的附近。壓力感測器94定期地測定殼體38的壓力， 並向低溫泵控制部100輸出表示測定壓力之訊號。壓力感測器94將其輸出以可通信之方式與低溫泵控制部100連接。

低溫泵控制部100係為了控制低溫泵10的真空排氣運行及再生運行而控制冷凍機16而構成。低溫泵控制部100係為了接收包含第1溫度感測器90、第2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而構成。低溫泵控制部100依據這種測定結果，來運算賦予冷凍機16及各種閥之控制指令。

例如：在真空排氣運行中，低溫泵控制部100以支撐台溫度(例如第1支撐台溫度)達到目標冷卻溫度之方式控制冷凍機16。第1支撐台20的目標溫度通常設定為恒定值。第1支撐台20的目標溫度例如為：根據在安裝有低溫泵10之真空腔室內所進行之製程來作為標準規定而確定。並且，低溫泵控制部100係為了低溫泵10的再生而控制來自殼體38的排氣和向殼體38供給吹掃氣體而構成。在再生過程中，低溫泵控制部100控制通氣閥70、粗抽閥72、及排氣閥74的開閉。

基於上述構成的低溫泵10的作動動進行以下的說明。在低溫泵10作動作動時，首先在其作動之前通過粗抽閥72並以粗抽泵73將低溫泵10的內部粗抽至作動開始壓力(例如1Pa至10Pa左右)。之後使低溫泵10開始作動。在基於低溫泵控制部100之控制下，第1支撐台20及第2支撐台21藉由冷凍機16的驅動而被冷卻，與 它們熱連接之高溫度低溫板19、低溫度低溫板18亦被冷卻。

入口低溫板32冷卻從真空腔室飛向低溫泵10內部之氣體分子，並在該冷卻溫度下使蒸氣壓充分變低之氣體(例如水分等)冷凝於表面來進行排氣。在入口低溫板32的冷卻溫度下蒸氣壓未充分變低之氣體通過入口低溫板32進入到放射遮蔽件30內部。已進入之氣體分子中，在低溫度低溫板18的冷卻溫度下蒸氣壓充分變低之氣體冷凝於其表面而被排出。在該冷卻溫度下蒸氣壓亦未充分變低之氣體(例如氫等)藉由附著於低溫度低溫板18的表面而被冷卻之吸附劑27，而被吸附並被排出。如此一來，能夠使安裝有低溫泵10之真空腔室的真空度達到所希望的水平。

藉由持續排氣運行，氣體逐漸蓄積於低溫泵10。為了將蓄積的氣體排出到外部而進行低溫泵10的再生。低溫泵控制部100判定是否滿足了規定的再生開始條件，當滿足該條件時開始再生。當不滿足該條件時，低溫泵控制部100則不開始再生，而是繼續真空排氣運行。再生開始條件例如：可以包含在開始真空排氣運行之後，經過了預定時間。

第2圖係概略地表示本發明的一實施例之低溫泵控制部100的構成之圖。這種控制裝置藉由硬體、軟體或其組合來實現。並且，第2圖中概略地表示相關聯的低溫泵10的一部分構成。

低溫泵控制部100具備：再生控制部102、記憶部104、輸入部106、及輸出部108。

再生控制部102構成為按照包含：升溫處理、排出處理、及冷卻處理之再生順序控制低溫泵10。再生順序例如：提供低溫泵10的完全再生。在完全再生中，包含高溫度低溫板19及低溫度低溫板18在內之所有低溫板得到再生。另外，再生控制部102可以按照表示部分再生之再生順序控制低溫泵10。

記憶部104係為儲存與低溫泵10的控制相關聯的訊息而構成。輸入部106係為接收來自用戶或其他裝置的輸入而構成。輸入部106例如包含用於接收來自用戶的輸入的滑鼠和鍵盤等輸入手段，及/或包含用於與其他裝置進行通信的通信手段。輸出部108係為了輸出與低溫泵10的控制相關聯之訊息而構成，其包含顯示器和印表機等輸出手段。記憶部104、輸入部106、及輸出部108分別以能夠各自與再生控制部102進行通信之方式連接。

再生控制部102具備：閥控制部110、壓力監視部112、壓力下降率運算部114、壓力下降率監視部116、及推定相變推定部118。閥控制部110構成為按照再生順序開閉通氣閥70、粗抽閥72及/或排氣閥74。閥控制部110依據輸入來確定通氣閥70、粗抽閥72及/或排氣閥74的打開時間及關閉時間。而有關壓力監視部112、壓力下降率運算部114、壓力下降率監視部116及推定相變推定部118將由以下段落說明。

升溫處理係將低溫泵10的低溫度低溫板18及/或高溫度低溫板19從超低溫度Tb加熱至再生溫度Ta之再生的第1製程。超低溫度Tb係低溫泵10的標準運行溫度，其包含高溫度低溫板19的運行溫度Tb1和低溫度低溫板18的運行溫度Tb2。如上所述，高溫度低溫板19的運行溫度Tb1例如：選自65K~120K的範圍，低溫度低溫板18的運行溫度Tb2例如選自10K~20K的範圍。

再生溫度Ta係升溫處理中的低溫板目標溫度，係蓄積於低溫泵10之冷凝物的融點或比其更高的溫度。冷凝物例如包含水，此時再生溫度Ta係273K以上。再生溫度Ta可以係室溫或比其更高的溫度。再生溫度Ta可以係低溫泵10的耐熱溫度或比其更低的溫度。低溫泵10的耐熱溫度例如可以係320K~340K左右(例如約330K)。

再生控制部102係為以將低溫度低溫板18及/或高溫度低溫板19的溫度調整為在再生順序中確定之目標溫度之方式控制低溫泵10而構成。再生控制部102使用第1溫度感測器90及/或第2溫度感測器92的測定溫度來作為低溫度低溫板18及/或高溫度低溫板19的溫度。

再生控制部102對設置於低溫泵10之至少1個熱源進行控制，以將低溫度低溫板18及/或高溫度低溫板19的溫度控制為目標溫度。例如：再生控制部102可在升溫處理中打開排氣閥74以向殼體38供給吹掃氣體。並且，再生控制部102可以關閉排氣閥74以停止供給朝向殼體38的吹掃氣體。如此一來，作為用於在升溫處理中對低 溫度低溫板18及/或高溫度低溫板19進行加熱的第1熱源，也可以使用吹掃氣體。

為了對低溫度低溫板18及/或高溫度低溫板19進行加熱，可使用與吹掃氣體不同之第2熱源。例如：再生控制部102也可控制冷凍機16的升溫運行。冷凍機16係為驅動機構17向與冷卻運行相反之方向作動時，對作動氣體產生絕熱壓縮而構成。冷凍機16以用此方式得到之壓縮熱對第1支撐台20及第2支撐台21進行加熱。這種加熱被稱為冷凍機16的反轉升溫。高溫度低溫板19及低溫度低溫板18分別將第1支撐台20及第2支撐台21作為熱源而被加熱。或者，設置於冷凍機16之加熱器亦可以作為熱源。此時，再生控制部102能夠從冷凍機16的運行來獨立控制加熱器。

在升溫處理中，單獨使用第1熱源及第2熱源中的一個，或者亦可以同時使用兩者。在排出處理中亦同樣地單獨使用第1熱源及第2熱源中的一個，或者亦可以同時使用兩者。再生控制部102可以切換第1熱源和第2熱源，或並用第1熱源和第2熱源，並將低溫度低溫板18及/或高溫度低溫板19的溫度控制成目標溫度。

再生控制部102判定低溫板溫度的測定值是否達到了目標溫度。再生控制部102繼續升溫直至達到目標溫度，在達到目標溫度時結束升溫處理。再生控制部102也可在達到目標溫度後的預定期間裡繼續進行升溫處理。此時可以繼續供給吹掃氣體。若升溫處理結束，再生控制部102 開始進行排出處理。

升溫處理中，低溫度低溫板18及/或高溫度低溫板19上的冷凝物及/或吸附物也可從低溫泵10排出。閥控制部110為了從殼體38排出冷凝物及/或吸附物可打開通氣閥70及/或粗抽閥72，並在之後適時地關閉。

排出處理係從低溫泵10排出冷凝物及/或吸附物之再生的第2製程。於超低溫度Tb冷凝物及/或吸附物位於低溫度低溫板18及/或高溫度低溫板19上。在從超低溫度Tb加熱至再生溫度Ta之過程中，冷凝物及/或吸附物被溶解而最終被氣化。再生控制部102在排出處理中，繼續將低溫度低溫板18及/或高溫度低溫板19調整至再生溫度Ta或其他目標溫度。

從低溫板表面，再氣化之氣體被排向低溫泵10的外部。再氣化之氣體例如通過排出管道80或使用粗抽泵73被排出至外部。再氣化之氣體根據需要而與被導入之吹掃氣體一起從低溫泵10被排出。

排出處理也可以包含粗抽及吹掃。粗抽及吹掃是指：交替進行殼體38的粗抽與吹掃氣體的供給之製程。在粗抽及吹掃中，執行1次或多次粗抽和吹掃的組合。一般地，再生控制部102在粗抽及吹掃中選擇性地執行粗抽和吹掃。亦即，在進行粗抽(或吹掃)時停止吹掃(或粗抽)。作為代替方案，在粗抽及吹掃中，可在連續進行粗抽及吹掃其中之一的期間，間歇地進行粗抽及吹掃中的另一個。這亦可以視為是交替進行粗抽與吹掃氣體的供給。 粗抽及吹掃的開始及結束也可依據殼體38的壓力及/或壓力下降率來進行，或者亦可以依據經過時間來進行。

再生控制部102持續進行排出處理直到滿足排出終止條件為止。排出終止條件係基於低溫泵10內的壓力例如：壓力感測器94的測定壓力。例如：再生控制部102在殼體38內的測定壓力超過預定閾值期間，判定冷凝物殘留於低溫泵10。藉此，低溫泵10繼續進行排出處理。再生控制部102在當殼體38內的測定壓力低於閾值時，判定冷凝物的排出終止。此時，再生控制部102結束排出處理並開始冷卻處理。

再生控制部102也可執行所謂的壓力上升測試。於低溫泵再生中的壓力上升測試，係當來自判定開始時刻的壓力之壓力上升梯度未超過閾值時，判定從低溫泵10被排出冷凝物之處理。這亦被稱作RoR(Rate-of-Rise)法。藉此，再生控制部102可在基礎壓力水平下的每一單位時間的壓力上升量低於閾閾值時結束排出處理。

壓力監視部112係為使用壓力感測器94的測定壓力、及監視低溫泵10內(亦即殼體38內)的壓力而構成。壓力監視部112也可判定低溫泵10內的壓力是否在某一壓力區域內。該壓力區域可以係比低溫泵的作動開始壓力更高的壓力區域。壓力監視部112可將低溫泵10內的壓力與壓力閾值進行比較，並判定壓力是否高於閾值。該壓力閾值也可以是低溫泵的作動開始壓力或比其更高的壓力。壓力閾值係高於基礎壓力水平的壓力，例如為 50Pa至500Pa的範圍，較佳為選自100Pa至200Pa的範圍。可將該壓力區域稱作為準基礎壓力水平。藉此，壓力監視部112可判定低溫泵10內的壓力是否處於基礎壓力水平，或也可判定低溫泵10內的壓力是否處於準基礎壓力水平。壓力監視部112也可將低溫泵10內的壓力及/或判定結果保存於記憶部104及/或輸出至輸出部108。

壓力下降率運算部114係為對低溫泵10的粗抽中的低溫泵10內的壓力下降率進行運算而構成。壓力下降率運算部114在粗抽閥72打開期間，根據壓力感測器94的測定壓力定期運算壓力下降率。壓力下降率係基於粗抽的每一單位時間的壓力下降量。壓力下降率運算部114也可根據壓力感測器94的測定壓力，運算壓力下降率的對數(例如常用對數)。壓力下降率運算部114向壓力下降率監視部116輸出運算出之壓力下降率。壓力下降率運算部114將壓力下降率保存於記憶部104及/或輸出至輸出部108。

壓力下降率監視部116係為監視低溫泵10的粗抽中的壓力下降率而構成。壓力下降率監視部116檢測出某一次粗抽中的壓力下降率的縮小。壓力下降率監視部116可將壓力下降率與壓力下降率閾值進行比較，並判定壓力下降率是否高於閾值。壓力下降率閾值也可以係該一次粗抽開始時的壓力下降率或比其稍小的值。

壓力下降率監視部116在壓力下降率小於壓力下降率閾值時，檢測出壓力下降率的縮小。例如：當壓力下降率 在某一次粗抽中初次小於壓力下降率閾值時，壓力下降率監視部116也可檢測出壓力下降率的縮小。或者，當壓力下降率在規定時間裡小於壓力下降率閾值時，壓力下降率監視部116可檢測出壓力下降率的縮小。壓力下降率監視部116向推定相變推定部118輸出檢測結果。壓力下降率監視部116也可將檢測結果保存於記憶部104及/或輸出至輸出部108。壓力下降率監視部116可僅在藉由壓力監視部112判定壓力感測器94的測定壓力處於規定的壓力區域時，檢測出粗抽中的壓力下降率的縮小。

壓力下降率監視部116也可檢測壓力下降率從某一次粗抽中的第1壓力下降率區域朝向第2壓力下降率區域的遷移。第1壓力下降率區域也可為包含該一次粗抽的開始時的壓力下降率的壓力下降率範圍。第2壓力下降率區域也可為小於第1壓力下降率區域的壓力下降率的範圍。壓力下降率監視部116可將壓力下降率的遷移作為壓力下降率的縮小來進行檢測。

推定相變推定部118係為推定應從低溫泵10排出之冷凝物的相變而構成。在檢測到低溫泵10的粗抽中的壓力下降率的縮小時，推定相變推定部118推定冷凝物的液相至固相的變化(亦即冷凝物的凍結)。推定相變推定部118可將推定結果保存於記憶部104及/或輸出至輸出部108。

閥控制部110響應檢測出之壓力下降率的縮小，暫時關閉粗抽閥72及/或暫時打開排氣閥74。閥控制部110可 暫時關閉粗抽閥72且暫時打開排氣閥74。當藉由壓力監視部112判定壓力感測器94的測定壓力在規定的壓力區域時，閥控制部110可響應檢測出之壓力下降率的縮小，暫時關閉粗抽閥72及/或暫時打開排氣閥74。

記憶部104儲存用於對再生順序進行定義之再生參數。再生參數根據實驗或經驗預先確定，且從輸入部106輸入。再生參數包含：低溫板目標溫度、排出終止條件、壓力閾值、及壓力變化率閾值。低溫板目標溫度包含再生溫度Ta及超低溫Tb。再生溫度Ta及超低溫度Tb可分別作為某一單一溫度而設定，亦可作為溫度帶而設定。

冷卻處理係將低溫泵10再冷卻至超低溫度Tb之再生的最終製程。超低溫度Tb係於冷卻處理中的低溫板目標溫度。當滿足排出終止條件時，開始進行排出處理終止的冷卻處理。開始冷凍機16的冷卻運行。再生控制部102持續進行冷卻處理直至到達目標溫度，並在到達目標溫度時結束冷卻處理。如此結束再生處理。再次開始低溫泵10的真空排氣運行。再生控制部102係為實行在真空排氣運行中將低溫度低溫板18或高溫度低溫板19的溫度維持在目標溫度之冷凍機16的調溫運行而構成。

第3圖係表示本發明的一實施例之低溫泵再生方法的主要步驟流程圖。第4圖係概略例示本發明的一實施例之低溫泵10內的壓力變化之圖。第3圖及第4圖中表示完全再生中的排出處理。第4圖的縱軸表示壓力，橫軸表示時間。

如上所述，再生控制部102接著升溫處理而執行排出處理。閥控制部110檢測升溫處理的終止，關閉排氣閥74並且打開粗抽閥72(S10)。如此開始殼體38的粗抽(第4圖的時刻ta)。另外，通氣閥70在之後的處理中被關閉。

壓力監視部112取得粗抽中的壓力感測器94的測定壓力P(S12)。壓力監視部112判定測定壓力P是否在壓力閾值Pt以上(S14)。從基礎壓力水平或準基礎壓力水平選擇壓力閾值Pt。

測定壓力P為壓力閾值Pt以上時(S14的Y)，壓力下降率運算部114從壓力感測器94的測定壓力P運算壓力下降率R(S16)。壓力下降率監視部116可在每次粗抽時確定壓力下降率閾值Rt。例如：壓力下降率監視部116可依據在剛開始粗抽後運算出之初始壓力下降率Ra來運算壓力下降率閾值Rt。初始壓力下降率Ra例示於第4圖。或者，壓力下降率監視部116亦可以使用預先確定的壓力下降率閾值Rt。

壓力下降率監視部116判定壓力下降率R是否低於壓力下降率閾值Rt(S18)。壓力下降率R在壓力下降率閾值Rt以上時(S18的N)，閥控制部110持續殼體38的粗抽(S10)。反複監視測定壓力P及壓力下降率R。如第4圖所示，在時刻ta+△t，ta+2△t，ta+3△t，......中，定期監視測定壓力P及壓力下降率R。

另一方面，當壓力下降率R小於壓力下降率閾值Rt 時(S18的Y)，閥控制部110關閉粗抽閥72並且打開排氣閥74(S20)。在第4圖所示之時刻tb中，壓力下降率R小於壓力下降率閾值Rt。如此，結束粗抽並開始吹掃。

閥控制部110在測定壓力P升至預定壓力(例如大氣壓)時，或從吹掃開始起經過預定時間後，結束吹掃(第4圖的時刻tc)。亦即，閥控制部110再次關閉排氣閥74並且再次打開粗抽閥72(S10)。這樣再次重複監視測定壓力P及壓力下降率R。如此一來，再生控制部102一邊監視測定壓力P及壓力下降率R一邊執行粗抽及吹掃。

當測定壓力P低於壓力閾值Pt時(S14的N)，再生控制部102結束粗抽及吹掃(第4圖的時刻td)。此時，再生控制部102可接著粗抽及吹掃的結束，來判定是否滿足排出終止條件。或者，再生控制部102也可立即結束排出處理，並開始冷卻處理。

粗抽及吹掃中的粗抽具有促進水的氣化這種優點。這是由於水在減壓環境中大量蒸發。然而，由於蒸發熱使水冷卻，因此其至少一部分再次凍結成冰。這樣一來，蒸發量減少。因此，吹掃氣體被導入。藉由吹掃氣體，冰被加熱而再次成為水。如此一來，重複粗抽和吹掃，從而使水從低溫泵10被排出。

藉此，較佳為在有效地排出水時防止再凍結。為此，例如：較佳為在從水變成冰的時間點開始吹掃。然而，在典型的再生順序中這是很困難的。因為無法得知再凍結的 時間點。單靠監視壓力無法特定再凍結的時間點。這是由於再凍結所產升之壓力值根據蓄積於低溫泵10的水的量和粗抽泵73的排氣能力等各種原因而明顯地變動。

對此，依本實施例，監視壓力下降率R。本發明人發現，根據蒸發熱的冷凝物的凍結會帶來壓力下降率R的縮小。如第4圖所示：與粗抽開始時的初始壓力下降率Ra相比，該粗抽中的壓力下降率R逐漸下降。特別是若以對數曲線描繪壓力的話，則在壓力分布中出現明顯的轉折點。藉由檢測這種壓力下降率R的遷移，能夠捕捉到冷凝物的再凍結時間點。

藉此，依本實施例，能夠推定冷凝物的從液相向固相的相變發生。與單純的壓力監視相比，能夠提供一種健全的相變時間點的推定方法。

並且，再生控制部102能夠將推定出之相變的時間點用作執行再生順序中的下一個事件的觸發。例如：如上所述，再生控制部102將檢測出之再凍結時間點作為觸發來中斷粗抽。並且，再生控制部102將檢測出之再凍結時間點作為觸發來開始吹掃。藉由不進行再凍結而從粗抽移行至吹掃，能夠有效地使冷凝物氣化。藉此，能夠縮短再生時間。

以上，依據實施例對本發明進行了說明。本發明並不限定於上述實施例，能夠進行各種設計上的變更，亦可以有各種變形例，並且這種變形例亦包含於本發明的範圍，這是本領域技術人員所理解的。

再生控制部102可響應於檢測出之壓力下降率的縮小，暫時關閉粗抽閥72並且繼續關閉排氣閥74。此時，再生控制部102可暫時關閉粗抽閥72並且，以從其他熱源(例如冷凍機16及/或加熱器等)增加熱輸入至低溫板的方式控制該熱源。或者，再生控制部102亦可僅暫時關閉粗抽閥72。藉此，低溫板可自然升溫。藉此，可以不在低溫泵10設置排氣閥74及吹掃氣體源。

再生控制部102可響應於檢測出之壓力下降率的縮小，暫時打開排氣閥74並且控制其他熱源(例如冷凍機16及/或加熱器等)。如此一來，可藉由多個熱源使低溫板被加熱。

若通過排氣閥74之氣體流入量多於通過粗抽閥72之氣體流出量，則再生控制部102可響應於檢測出之壓力下降率的縮小，暫時打開排氣閥74並且繼續打開粗抽閥72。

100‧‧‧低溫泵控制部

102‧‧‧再生控制部

110‧‧‧閥控制部

112‧‧‧壓力監視部

114‧‧‧壓力下降率運算部

116‧‧‧壓力下降率監視部

118‧‧‧推定相變推定部

108‧‧‧輸出部

106‧‧‧輸入部

104‧‧‧記憶部

10‧‧‧低溫泵

90‧‧‧第1溫度感測器

92‧‧‧第2溫度感測器

94‧‧‧壓力感測器

70‧‧‧通氣閥

72‧‧‧粗抽閥

74‧‧‧排氣閥

Claims (8)

1. 一種低溫泵系統，其特徵為具備：低溫泵；前述低溫泵具備：低溫板；容納前述低溫板之低溫泵容器；設置於前述低溫泵容器之粗抽閥：在開閥時將前述低溫泵容器連接於粗抽泵，在關閥時從前述低溫泵容器隔斷前述粗抽泵；及設置於前述低溫泵容器之排氣閥：在開閥時將前述低溫泵容器連接於吹掃氣體源，在關閥時從前述低溫泵容器隔斷前述吹掃氣體源；從前述低溫泵排出冷凝物的排出處理，且包含進行前述低溫泵的粗抽的排出處理之再生順序，並依據該再生順序控制前述低溫泵之再生控制部；前述再生控制部具備：運算前述低溫泵的粗抽中的前述低溫泵內的壓力下降率之壓力下降率運算部；及檢測前述粗抽中的前述壓力下降率的縮小之壓力下降率監視部；前述再生控制部具備：響應於檢測出之前述壓力下降率的縮小，暫時關閉前述粗抽閥及/或暫時打開前述排氣閥之閥控制部。
2. 如申請專利範圍第1項記載之低溫泵系統，其中前述再生順序包含：將前述低溫泵從超低溫度加熱至 前述冷凝物的融點或比其更高的溫度之升溫處理；前述再生控制部具備：在檢測到前述粗抽中前述壓力下降率縮小時，推定前述冷凝物的再凍結之相變推定部。
3. 如申請專利範圍第1或2項記載之低溫泵系統，其中，前述閥控制部響應於檢測出之前述壓力下降率的縮小，暫時關閉前述粗抽閥且暫時打開前述排氣閥。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項中任一項記載之低溫泵系統，其中，前述低溫泵具備測定前述低溫泵容器內的壓力之壓力感測器，前述壓力下降率運算部，於前述低溫泵的粗抽中根據前述壓力感測器的測定壓力來運算前述壓力下降率。
5. 如申請專利範圍第4項中記載之低溫泵系統，其中，前述再生控制部具備：判定前述壓力感測器的測定壓力是否處於比前述低溫泵的作動開始壓力更高的壓力區域之壓力監視部；前述閥控制部在前述壓力感測器的測定壓力處於前述壓力區域內時，響應於檢測出之前述壓力下降率的縮小，暫時關閉前述粗抽閥及/或暫時打開前述排氣閥。
6. 如申請專利範圍第1或2項記載之低溫泵系統，其中，前述冷凝物包含水。
7. 一種低溫泵控制裝置，其特徵為具備：從低溫泵排出冷凝物的排出處理，且包含進行前述低溫泵的粗抽的排出處理之再生順序，並依據該再生順序控制前述低溫泵之再生控制部；前述再生控制部具備：運算前述低溫泵的粗抽中的前述低溫泵內的壓力下降率之壓力下降率運算部；及檢測前述粗抽中的前述壓力下降率的縮小之壓力下降率監視部；前述低溫泵，具備：低溫板；容納前述低溫板之低溫泵容器；設置於前述低溫泵容器之粗抽閥：在開閥時將前述低溫泵容器連接於粗抽泵，在關閥時從前述低溫泵容器隔斷前述粗抽泵；及設置於前述低溫泵容器之排氣閥：在開閥時將前述低溫泵容器連接於吹掃氣體源，在關閥時從前述低溫泵容器隔斷前述吹掃氣體源；前述再生控制部，係響應於檢測出之前述壓力下降率的縮小，暫時關閉前述粗抽閥及/或暫時打開前述排氣閥。
8. 一種低溫泵再生方法，其特徵為具備：從低溫泵排出冷凝物的排出處理，且包含進行前述低溫泵的粗抽的排出處理之再生順序，並依據該再生順序控 制前述低溫泵；前述控制具備：對前述低溫泵的粗抽中的前述低溫泵內的壓力下降率進行運算；及對前述粗抽中的前述壓力下降率的縮小進行檢測；前述低溫泵，具備：低溫板；容納前述低溫板之低溫泵容器；設置於前述低溫泵容器之粗抽閥：在開閥時將前述低溫泵容器連接於粗抽泵，在關閥時從前述低溫泵容器隔斷前述粗抽泵；及設置於前述低溫泵容器之排氣閥：在開閥時將前述低溫泵容器連接於吹掃氣體源，在關閥時從前述低溫泵容器隔斷前述吹掃氣體源；前述控制係響應於檢測出之前述壓力下降率的縮小，暫時關閉前述粗抽閥及/或暫時打開前述排氣閥。