WO2023176157A1 - クライオポンプの再生方法およびクライオポンプ - Google Patents

クライオポンプの再生方法およびクライオポンプ Download PDF

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WO2023176157A1
WO2023176157A1 PCT/JP2023/002220 JP2023002220W WO2023176157A1 WO 2023176157 A1 WO2023176157 A1 WO 2023176157A1 JP 2023002220 W JP2023002220 W JP 2023002220W WO 2023176157 A1 WO2023176157 A1 WO 2023176157A1
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WO
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cryopump
temperature
regeneration
container
cryopanel
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/002220
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English (en)
French (fr)
Inventor
正寿 中村
裕真 矢川
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/06—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means
    • F04B37/08—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means by condensing or freezing, e.g. cryogenic pumps

Definitions

  • the present invention relates to a cryopump regeneration method and a cryopump.
  • a cryopump is a vacuum pump that traps gas molecules in a cryopanel cooled to an extremely low temperature by condensation or adsorption, and then evacuates the cryopanel.
  • Cryopumps are generally used to create a clean vacuum environment required for semiconductor circuit manufacturing processes. Since the cryopump is a so-called gas storage type vacuum pump, it requires regeneration to periodically discharge trapped gas to the outside.
  • the cryopump may be removed from the vacuum process equipment for replacement or maintenance.
  • the cryopump In preparation for the removal operation, the cryopump is heated to an appropriate temperature (for example, room temperature).
  • the gas trapped within the cryopump is vaporized again.
  • the gas can be exhausted to the outside through the cryopump exhaust line.
  • Semiconductor manufacturing processes often use hazardous gases such as toxic gases. If these hazardous gases are not completely exhausted from the cryopump and remain, there is a risk that the hazardous gases will be released into the surrounding environment when the cryopump is removed.
  • One exemplary objective of an embodiment of the present invention is to provide a method for regenerating a cryopump and a cryopump that facilitates safe removal of the cryopump.
  • a cryopump includes a cryopanel and a cryopump container that houses the cryopanel.
  • the method includes heating the cryopanel from an extremely low temperature to a heating completion temperature, and completing regeneration of the cryopump with the cryopanel heated to the heating completion temperature. What is completed is to obtain a history of the pressure increase rate by repeating the steps of supplying purge gas to the cryopump container, roughing the cryopump container, and measuring the pressure increase rate in the cryopump container; and determining whether or not to complete regeneration of the cryopump based on the obtained history of the pressure increase rate.
  • a cryopump includes a cryopanel, a cryopump container that houses the cryopanel, a heat source that raises the temperature of the cryopanel, a purge valve that supplies purge gas to the cryopump container, and a cryopump container that supplies a purge gas to the cryopump container.
  • the rough valve discharges gas to the rough pump
  • the pressure sensor measures the pressure inside the cryopump container
  • the heat source is operated to raise the temperature of the cryopanel from an extremely low temperature to the temperature at which the cryopanel completes heating.
  • a controller configured to complete regeneration of the cryopump in a state where the temperature is increased.
  • the controller controls the pressure by operating the purge valve, roughing valve, and pressure sensor to repeatedly supply purge gas to the cryopump container, roughing the cryopump container, and measuring the rate of pressure increase in the cryopump container.
  • the pressure increase rate history is acquired, and based on the acquired pressure increase rate history, it is configured to determine whether or not to complete regeneration of the cryopump.
  • FIG. 1 schematically shows a cryopump according to an embodiment.
  • 3 is a flowchart showing temperature raising regeneration of the cryopump according to the embodiment.
  • 3 is a flowchart illustrating an example of a process for determining the completion of temperature raising regeneration illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 2
  • FIG. 1 schematically shows a cryopump 10 according to an embodiment.
  • the cryopump 10 is attached to a vacuum chamber 200 of, for example, an ion implantation device, a sputtering device, a vapor deposition device, or other vacuum process device, and increases the degree of vacuum within the vacuum chamber 200 to a level required for a desired vacuum process. used for. For example, a high degree of vacuum of about 10 ⁇ 5 Pa to 10 ⁇ 8 Pa is achieved in the vacuum chamber 200 .
  • the cryopump 10 includes a compressor 12, a refrigerator 14, a cryopump container 16, a cryopanel 18, and a controller 100.
  • the cryopump 10 also includes a rough valve 20, a purge valve 22, and a vent valve 24, which are installed in the cryopump container 16.
  • the compressor 12 is configured to recover refrigerant gas from the refrigerator 14, pressurize the recovered refrigerant gas, and supply the refrigerant gas to the refrigerator 14 again.
  • the refrigerator 14 is also called an expander or a cold head, and together with the compressor 12 constitutes a cryogenic refrigerator.
  • the circulation of refrigerant gas between the compressor 12 and the refrigerator 14 is performed with an appropriate combination of pressure fluctuation and volume fluctuation of the refrigerant gas within the refrigerator 14, thereby forming a thermodynamic cycle that generates refrigeration.
  • the cooling stage of the refrigerator 14 is cooled to a desired cryogenic temperature. Thereby, the cryopanel 18 thermally coupled to the cooling stage of the refrigerator 14 can be cooled to a target cooling temperature (for example, 10K to 20K).
  • the refrigerant gas is typically helium gas, but other suitable gases may be used.
  • the direction of flow of refrigerant gas is indicated by arrows in FIG.
  • the cryogenic refrigerator is, by way of example, a two-stage Gifford-McMahon (GM) refrigerator, but may also be a pulse tube refrigerator, a Stirling refrigerator, or any other type of cryogenic refrigerator. Good too.
  • the cryopump container 16 is a vacuum container designed to maintain a vacuum during evacuation operation of the cryopump 10 and to withstand the pressure of the surrounding environment (for example, atmospheric pressure).
  • the cryopump container 16 has a cryopanel accommodating part 16a having an inlet 17 and a refrigerator accommodating part 16b.
  • the cryopanel accommodating section 16a has a dome-like shape with an air intake port 17 open and the opposite side closed, and the cryopanel 18 is accommodated therein together with the cooling stage of the refrigerator 14.
  • the refrigerator accommodating part 16b has a cylindrical shape, one end of which is fixed to the room temperature part of the refrigerator 14, the other end connected to the cryopanel accommodating part 16a, and the refrigerator 14 is inserted therein. .
  • the refrigerator 14 is supported by the cryopump container 16.
  • Gas entering from the inlet port 17 of the cryopump 10 is captured by the cryopanel 18 by condensation or adsorption.
  • the configuration of the cryopump 10, such as the arrangement and shape of the cryopanel 18, can appropriately adopt various known configurations, and therefore will not be described in detail here.
  • a chamber opening 201 is provided in the vacuum chamber 200 to which the cryopump 10 is attached.
  • Cryopump container 16 is attached to vacuum chamber 200 such that inlet port 17 is communicated with chamber opening 201 .
  • the vacuum chamber 200 may typically include a gate valve 202 in the chamber opening 201 that can be opened and closed, and the cryopump 10 may be attached to the vacuum chamber 200 via the gate valve 202.
  • the gate valve 202 is opened when the vacuum chamber 200 is evacuated by the cryopump 10. This allows gas from the vacuum chamber 200 to enter the cryopump container 16 through the gate valve 202 and the intake port 17 and reach the cryopanel 18 . Furthermore, the gate valve 202 is closed as necessary, such as when performing maintenance on the vacuum chamber 200 or the cryopump 10 (for example, when regenerating the cryopump 10). At this time, the cryopump 10 is isolated from the vacuum chamber 200, and gas inflow from the vacuum chamber 200 to the cryopump 10 through the intake port 17 is blocked.
  • the rough valve 20 is configured to exhaust gas from the cryopump container 16 to the rough pump 30.
  • the rough valve 20 is attached to the cryopump container 16, for example, the refrigerator accommodating portion 16b, and is connected to a rough pump 30 installed outside the cryopump 10.
  • the rough pump 30 is a vacuum pump for evacuating the cryopump 10 (also referred to as rough evacuation).
  • the rough valve 20 is opened under the control of the controller 100, the cryopump container 16 is communicated with the rough pump 30, and when the rough valve 20 is closed, the cryopump container 16 is isolated from the rough pump 30.
  • gas can be discharged from the cryopump container 16 and the pressure of the cryopump 10 can be reduced. Thereby, the pressure inside the cryopump container 16 can be reduced to the operation start pressure of the cryopump 10 (for example, about 10 Pa).
  • the purge valve 22 is configured to supply purge gas to the cryopump container 16.
  • the purge valve 22 is attached to the cryopump container 16, for example, the cryopanel accommodating portion 16a, and is connected to a purge gas source 23 installed outside the cryopump 10.
  • purge gas is supplied to the cryopump container 16, and when the purge valve 22 is closed, the purge gas supply to the cryopump container 16 is cut off.
  • the purge gas may be, for example, nitrogen gas or other dry gas, and the temperature of the purge gas may be adjusted to, for example, room temperature or heated above room temperature.
  • the cryopump 10 can be pressurized. Further, the temperature of the cryopump 10 can be raised from an extremely low temperature to the temperature of the purge gas.
  • the vent valve 24 is attached to the cryopump container 16, for example, the refrigerator housing section 16b.
  • the vent valve 24 is provided to discharge fluid from the inside of the cryopump 10 to the outside.
  • Vent valve 24 is connected to a discharge line 32 that directs the discharged fluid to a storage tank (not shown) external to cryopump 10 .
  • vent valve 24 may be configured to release the ejected fluid to the surrounding environment if the ejected fluid is non-hazardous.
  • the fluid discharged from the vent valve 24 is essentially a gas, but may also be a liquid or a mixture of gas and liquid.
  • the vent valve 24 can be opened and closed by control, and can be opened mechanically by a pressure difference between the inside and outside of the cryopump container 16.
  • the vent valve 24 is, for example, a normally closed control valve, and is configured to also function as a so-called safety valve.
  • the cryopump 10 is provided with a temperature sensor 26 that measures the temperature of the cryopanel 18 and outputs a measured temperature signal indicating the measured temperature.
  • the temperature sensor 26 is attached, for example, to the cooling stage of the refrigerator 14 or to the cryopanel 18.
  • Controller 100 is connected to temperature sensor 26 to receive this measured temperature signal.
  • the cryopump 10 is provided with a pressure sensor 28 that measures the internal pressure of the cryopump container 16 and outputs a measured pressure signal indicating the measured internal pressure.
  • the pressure sensor 28 measures a pressure range from medium vacuum (for example, on the order of 1 Pa (or 10 Pa)) to atmospheric pressure so that it can measure the pressure generated in the cryopump container 16 during regeneration of the cryopump 10. It may be configured to include within the range.
  • the pressure sensor 28 is attached to the cryopump container 16, for example, the refrigerator housing section 16b. Controller 100 is connected to pressure sensor 28 to receive this measured pressure signal.
  • the pressure sensor 28 is, for example, a thermal conduction vacuum gauge.
  • Thermal conduction vacuum gauges include Pirani vacuum gauges and thermocouple vacuum gauges (TC gauges).
  • pressure sensor 28 may be a Pirani vacuum gauge.
  • pressure sensor 28 may be a hot cathode ionization vacuum gauge (eg, triode vacuum gauge, BA vacuum gauge, etc.) or other type of vacuum gauge.
  • the controller 100 is configured to control the cryopump 10. For example, during evacuation operation of the cryopump 10, the controller 100 may control the refrigerator 14 based on the temperature measured by the cryopanel 18 by the temperature sensor 26. In addition, during the regeneration operation of the cryopump 10, the controller 100 operates based on the pressure measured in the cryopump container 16 by the pressure sensor 28 (or, as necessary, based on the measured pressure in the cryopump container 16 and the cryopanel 18). ), the refrigerator 14, the rough valve 20, the purge valve 22, and the vent valve 24 may be controlled.
  • the controller 100 may be provided integrally with the cryopump 10 or may be configured as a control device separate from the cryopump 10.
  • the internal configuration of the controller 100 is realized as a hardware configuration by elements and circuits such as a computer's CPU and memory, and as a software configuration by a computer program, etc., but in the figure, it is realized by the cooperation of these as appropriate. It is depicted as a functional block. Those skilled in the art will understand that these functional blocks can be implemented in various ways by combining hardware and software.
  • the controller 100 can be implemented as a combination of a processor (hardware) such as a CPU (Central Processing Unit) or a microcomputer, and a software program executed by the processor (hardware).
  • the software program may be a computer program for causing the controller 100 to regenerate the cryopump 10.
  • cryopump 10 As the evacuation operation of the cryopump 10 continues, gas from the vacuum chamber 200 is accumulated in the cryopump 10. In order to discharge the gas stored in the cryopump 10 to the outside, the cryopump 10 is regenerated.
  • the controller 100 may be configured to select and execute one of at least two preset reproduction sequences.
  • the controller 100 may select a regeneration sequence to be executed according to input from a user of the cryopump 10 or according to instructions from a higher-level controller (eg, a controller of a vacuum process device).
  • a typical playback sequence is normal playback.
  • Normal regeneration generally involves completely exhausting the gas stored in the cryopump 10 to the outside, and includes a temperature raising process, a discharge process, and a cool down process.
  • the temperature raising process the cryopanel 18 is heated from an extremely low temperature for evacuation operation to a regeneration temperature, and various gases trapped in the cryopanel 18 by condensation or adsorption are revaporized.
  • the regeneration temperature is typically, for example, room temperature or higher, and may be selected from a temperature range of, for example, 270K to 320K.
  • gas is ejected from the cryopump vessel 16 through the rough valve 20 or the vent valve 24.
  • the cryopanel 18 is maintained at the regeneration temperature.
  • a cool-down process begins.
  • the cryopump 10 is recooled to a cryogenic temperature for vacuum pumping operation.
  • the cryopump 10 can start evacuation operation again.
  • heating regeneration involves raising the temperature of the cryopanel 18 from an extremely low temperature to the heating completion temperature, and in a state where the cryopanel 18 has been heated to the heating completion temperature. and completing regeneration of the cryopump 10. Therefore, the controller 100 operates the heat source of the cryopump 10 to raise the temperature of the cryopanel 18 from the extremely low temperature to the heating completion temperature, and operates the cryopump with the cryopanel 18 heated to the heating completion temperature. It may be configured to complete ten plays.
  • the cryopump 10 After the temperature raising regeneration is completed, the cryopump 10 will stand by in a state where the temperature has been raised to the temperature raising completion temperature. Therefore, the cryopump 10 after temperature raising regeneration can be easily removed from the vacuum chamber 200. In other words, elevated temperature regeneration may be performed in preparation for removing the cryopump 10 from the vacuum chamber 200.
  • FIG. 2 is a flowchart showing temperature-up regeneration of the cryopump 10 according to the embodiment.
  • the temperature raising regeneration is performed with the cryopump 10 attached to the vacuum chamber 200 to be evacuated by the cryopump 10. Temperature raising regeneration is normally performed after the evacuation operation of the cryopump 10 is completed. When temperature raising regeneration is started, the cryopanel 18 is cooled to an extremely low temperature (for example, 10K to 20K) for evacuation operation.
  • an extremely low temperature for example, 10K to 20K
  • the temperature raising regeneration first starts with a temperature raising step (S10).
  • the controller 100 operates the heat source of the cryopump 10 to raise the temperature of the cryopanel 18 from an extremely low temperature to a heating completion temperature.
  • the heating completion temperature may be the same as the regeneration temperature in normal regeneration, and may be selected from a temperature range of 270K to 320K, for example.
  • the heat source for raising the temperature may be, for example, a purge gas supplied from the purge gas source 23 to the cryopump container 16 through the purge valve 22.
  • the cryopanel 18 may be heated using so-called reverse heating of the refrigerator 14.
  • reverse heating refers to causing the refrigerant gas in the refrigerator 14 to undergo adiabatic compression by operating the drive mechanism of the refrigerator 14 in the opposite direction to the cooling operation, and the resulting compression heat is This is a technique for heating the cooling stage and cryopanel 18.
  • a heating device such as an electric heater is installed in the cryopanel 18, the cooling stage of the refrigerator 14, or other parts of the cryopump 10, the cryopanel 18 may be heated using this. good.
  • the gas discharged from the cryopanel 18 into the cryopump container 16 may be discharged from the cryopump container 16 to the outside of the cryopump 10 through the vent valve 24 and the discharge line 32 along with the purge gas.
  • the temperature raising step (S10) may include roughing the cryopump container 16 when the temperature of the cryopanel 18 is raised to an intermediate target temperature between the extremely low temperature and the heating completion temperature.
  • the supply of purge gas may be stopped during rough evacuation, and the purge gas may be supplied again after rough evacuation.
  • the gas re-vaporized from the cryopanel 18 may be discharged from the cryopump container 16 to the outside of the cryopump 10 through the rough valve 20 and the rough pump 30 together with the purge gas.
  • the intermediate target temperature may be selected from a temperature range from 30K to 50K, such as a temperature at which a specific gas such as hydrogen, which is condensed or adsorbed in the cryopanel 18, is vaporized.
  • the intermediate target temperature may be set to another temperature to vaporize other gases.
  • the specific gas can be discharged from the cryopump 10 at the initial stage or during the temperature raising process.
  • early venting of flammable gases such as hydrogen from the cryopump 10 may reduce or minimize the risk of accidental combustion or explosion of such flammable gases in the cryopump 10. can.
  • the temperature of the cryopanel 18 is periodically measured by the temperature sensor 26, and a measured temperature signal from the temperature sensor 26 is provided to the controller 100.
  • the controller 100 compares the measured temperature of the cryopanel 18 with the heating completion temperature (S12). If the measured temperature is lower than the heating completion temperature (No in S12), the controller 100 compares the subsequently measured temperature of the cryopanel 18 with the heating completion temperature again (S12). In this way, the temperature raising step (S10) is continued until the temperature of the cryopanel 18 reaches the temperature raising completion temperature.
  • the controller 100 ends the temperature increase step (S10) and performs a process of determining whether or not to complete the temperature increase regeneration. (S14).
  • An exemplary completion determination process will be described later with reference to FIG. This completion determination process may be performed immediately when the measured temperature reaches the heating completion temperature, or may be performed after a predetermined period of time has passed. When waiting for a predetermined period of time before the completion determination process, the supply of purge gas to the cryopump container 16 may be continued for this predetermined period of time (this is sometimes referred to as extended purge).
  • purge gas is supplied to the cryopump container 16 through the purge valve 22 (S16). This is done to break the vacuum in the cryopump vessel 16 and return the internal pressure to ambient pressure (eg, atmospheric pressure).
  • the refrigerator 14 is stopped (S18). Power to the motor that drives the refrigerator 14 is stopped, and the operation of the refrigerator 14 is stopped. Note that, if necessary, the refrigerator 14 may be stopped at the end of the temperature raising step (S10) or at any timing after the end of the temperature raising step.
  • the temperature raising regeneration of the cryopump 10 is completed.
  • the cryopump 10 may be removed from the vacuum chamber 200 (S20).
  • cryopump 10 may be subjected to maintenance and reattached to the vacuum chamber 200.
  • another cryopump 10 for example, a new cryopump
  • this cryopump may be attached to the vacuum chamber 200.
  • the cryopump 10 can start evacuation operation again.
  • toxic gases such as fluorine-based gases such as BF 3 or halogen-based gases are often used.
  • these toxic gases, as well as other gases, should be completely exhausted from the cryopump 10 by temperature-rise regeneration.
  • the residual toxic gas may leak from the cryopump 10 into the surrounding environment when the cryopump 10 is removed from the vacuum chamber 200. I might put it out.
  • This embodiment utilizes the fact that the specific sensitivity of the pressure sensor 28 can depend on the type of gas.
  • a vacuum gauge is calibrated with a reference gas (eg, nitrogen gas or air) having a certain composition. That is, the pressure readings of a vacuum gauge in a gas atmosphere having a different composition than the reference gas may vary depending on the composition.
  • a reference gas eg, nitrogen gas or air
  • the gas composition within the cryopump container 16 may change variously from time to time due to revaporization of such gas, supply of purge gas, discharge of mixed gas, and the like.
  • the pressure value measured by the pressure sensor 28 is affected by this compositional change in addition to the actual pressure change.
  • various gases captured in the cryopanel 18 revaporize, and the gas composition inside the cryopump container 16 is unknown and can change in various ways.
  • the proportion of the purge gas in the gas composition gradually increases, and eventually the cryopump container 16 is substantially occupied only by the purge gas.
  • the gas composition within the cryopump container 16 is known, and the influence of changes in the gas composition on the measured pressure value is suppressed.
  • the timing to complete the temperature increase regeneration of the cryopump 10 is determined based on the history of the pressure increase rate of the cryopump container 16. As mentioned above, at the initial stage of temperature raised regeneration, the pressure measured by the pressure sensor 28 is affected by changes in the gas composition, resulting in relatively large fluctuations in the pressure increase rate. It is expected that fluctuations in the rate of pressure increase will be reduced by keeping it constant. Therefore, it is possible to appropriately determine the timing to complete the temperature increase regeneration based on the history of the pressure increase rate.
  • the pressure increase rate is reduced by repeating the steps of supplying purge gas to the cryopump container 16, roughing the cryopump container 16, and measuring the rate of pressure increase in the cryopump container 16.
  • the method may include acquiring a history, and determining whether to complete regeneration of the cryopump 10 based on the acquired history of the pressure increase rate. In this way, by repeating the cycle of purging, roughing, and measuring the rate of pressure rise, the rate of pressure rise can be measured under the same or similar conditions each time, and the history of the rate of pressure rise can be obtained more accurately. I can do it.
  • the determination of completion of temperature raised regeneration according to the embodiment may be particularly effective for determining whether toxic gas such as BF 3 remains in the cryopump 10. This is because such toxic gases often have a specific sensitivity that is significantly different from the reference gas (e.g., nitrogen gas) against which the pressure sensor 28 is calibrated, so that if a large amount of toxic gas remains in the cryopump 10, the rate of pressure rise will increase. This is because the fluctuations tend to increase.
  • the reference gas e.g., nitrogen gas
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a process for determining the completion of temperature raising regeneration illustrated in FIG. 2.
  • the completion determination process is started when the measured temperature of the cryopanel 18 reaches or exceeds the heating completion temperature. Therefore, when the completion determination process is started, purge gas is supplied to the cryopump container 16 from the purge gas source 23 through the purge valve 22.
  • the controller 100 is configured to determine whether to complete regeneration of the cryopump based on the history of the rate of pressure increase within the cryopump container 16. In order to obtain the history of the pressure increase rate, the controller 100 supplies purge gas to the cryopump container 16 and roughly pumps the cryopump container 16 while the cryopanel 18 is heated to the heating completion temperature.
  • the purge valve 22, the rough valve 20, and the pressure sensor 28 are configured to operate to repeatedly measure the rate of pressure increase within the cryopump vessel 16.
  • the pressure within the cryopump container 16 is periodically measured by the pressure sensor 28, and a measured pressure signal from the pressure sensor 28 is provided to the controller 100.
  • the controller 100 acquires the amount of change in the rate of pressure increase each time the rate of pressure increase is measured, and determines whether the number of consecutive times the acquired amount of change in the rate of pressure increase is within the allowable range is a predetermined number of times (for example, at least twice). ) is configured to complete regeneration of the cryopump 10.
  • the cryopump container 16 is roughly evacuated (S30). Controller 100 controls these valves to open rough valve 20 and close purge valve 22. The cryopump container 16 is depressurized by the rough pump 30 .
  • Roughing of the cryopump container 16 may be completed when the pressure of the cryopump container 16 is reduced to a predetermined roughing completion pressure.
  • the roughing completion pressure may be selected from a pressure range of 100 Pa or more and less than 1000 Pa, for example. This pressure range is suitable for this method because the difference in specific sensitivity of the pressure sensor 28 (for example, Pirani vacuum gauge) depending on the gas type becomes large.
  • the controller 100 compares the measured pressure inside the cryopump container 16 with the roughing end pressure, and if the measured pressure exceeds the roughing end pressure, continues roughing the cryopump container 16 (that is, opens the roughing valve 20). ), the roughing of the cryopump container 16 may be ended (that is, the roughing valve 20 is closed) when the measured pressure reaches or falls below the roughing end pressure.
  • the rough evacuation of the cryopump container 16 may be terminated based on the pressure drop rate (the amount of pressure drop per unit time) of the cryopump container 16.
  • the pressure drop rate the amount of pressure drop per unit time
  • the controller 100 may obtain the pressure drop rate from the measured pressure inside the cryopump container 16.
  • the controller 100 compares the obtained pressure drop rate with a pressure drop rate threshold, and if the pressure drop rate exceeds the pressure drop rate threshold, continues rough evacuation of the cryopump vessel 16, so that the pressure drop rate increases. Rough evacuation of the cryopump container 16 may be terminated when the pressure drop rate is below a threshold value.
  • the rough evacuation of the cryopump container 16 may be completed when a predetermined rough evacuation time has elapsed from the start of the rough evacuation.
  • the controller 100 compares the elapsed time from the start of roughing with this roughing time, continues roughing the cryopump container 16 until the elapsed time reaches the roughing time, and starts the cryopump container 16 when the elapsed time reaches the roughing time.
  • Rough evacuation of the pump container 16 may be completed.
  • the controller 100 compares the pressure inside the cryopump container 16 measured at the end of roughing with the roughing end pressure, and supplies purge gas to the cryopump container 16 if the measured pressure has not reached the roughing end pressure. , and then roughing may be performed again.
  • the rate of pressure increase in the cryopump container 16 is measured, and the amount of change in the rate of pressure increase is obtained (S32).
  • the rate of pressure increase in the cryopump container 16 is measured by the pressure sensor 28 with each valve provided in the cryopump container 16 closed to isolate the internal pressure of the cryopump container 16 from the surrounding environment.
  • the pressure is measured over a predetermined measurement time, and the rate of pressure rise can be obtained by dividing the pressure increment at the start and end of the measurement by the measurement time.
  • the amount of change in the rate of pressure rise is the amount of change in the rate of pressure rise measured in the current measurement cycle ( For example, it may be defined as a difference or a ratio).
  • the controller 100 may be configured to calculate the amount of change from the previous and current pressure increase rates.
  • the process moves to the second measurement cycle (that is, purge gas is supplied to the cryopump container 16, and the cryopump container 16 is roughly pumped. (S30), the rate of pressure increase in the cryopump container 16 is measured to obtain the amount of change in the rate of pressure increase (S32)).
  • the amount of change in the obtained pressure increase rate is evaluated (S34). This is the first test of the amount of change in pressure rise rate.
  • the controller 100 compares the obtained amount of change in the rate of pressure increase with the allowable range, and determines that this test has been passed if the amount of change in the rate of pressure increase is within the allowable range, and the amount of change in the rate of pressure increase is within the allowable range. If it deviates from the range, it is determined that the test has failed.
  • the tolerance range may be set as a ratio, for example, within ⁇ 30%, within ⁇ 20%, or within ⁇ 10%.
  • the allowable range may be set as a value of the rate of pressure increase, for example, within ⁇ 30 Pa/min, or within ⁇ 20 Pa/min, or within ⁇ 10 Pa/min.
  • the setting of this allowable range may be looser than the criterion for the pressure increase rate (for example, within 5 Pa/min) that is used before the start of cool-down in normal regeneration (in temperature-raised regeneration, the water content in the cryopump container 16 In normal regeneration, moisture should also be drained as much as possible, whereas residual water is allowed).
  • the controller 100 may determine that the pressure increase rate change is passed when both the ratio and the absolute value fall within the allowable range, or the controller 100 may determine that the pressure increase rate change is passed when either the ratio or the absolute value falls within the allowable range. You may judge. Such an allowable range may be appropriately set based on the experiential knowledge of the designer of the cryopump 10 or experiments or simulations by the designer, and may be stored in the controller 100 in advance.
  • the measurement cycle is performed once again. That is, purge gas is supplied to the cryopump container 16 (S36), the cryopump container 16 is roughly pumped (S38), the rate of pressure increase in the cryopump container 16 is measured, and the amount of change in the rate of pressure increase is obtained. (S40).
  • the amount of change in the obtained pressure increase rate is evaluated (S42).
  • the rate of pressure increase in the cryopump container 16 is stable over a certain period of time.
  • this can mean that the gas composition in the cryopump container 16 is substantially composed of the purge gas, so that the temperature raising regeneration of the cryopump 10 can be completed (S44).
  • purge gas is supplied to the cryopump container 16 (S16 in FIG. 2), and the refrigerator 14 is stopped (S18 in FIG. 2). After that, the cryopump 10 may be removed from the vacuum chamber 200 (S20 in FIG. 2).
  • the inside of the cryopump container 16 is cleaned, and the history of the pressure increase rate of the cryopump container 16 obtained thereby is Based on this, it is possible to appropriately determine the timing to complete temperature raising regeneration of the cryopump 10.
  • the risk of leakage of toxic gas that may occur when removing the cryopump 10 from the vacuum chamber 200 can be reduced or minimized, and the safety of the removal operation of the cryopump 10 can be improved.
  • the temperature increase regeneration of the cryopump 10 is completed when the obtained change amount of the pressure increase rate passes more times (for example, 3 times or more) consecutively. may be done. In this way, it is possible to more reliably determine that the rate of pressure increase is stable.
  • the present invention can be used in a method for regenerating a cryopump and in the field of cryopumps.

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Abstract

クライオポンプ（１０）の再生方法が提供される。クライオポンプ（１０）は、クライオパネル（１８）と、クライオパネル（１８）を収容するクライオポンプ容器（１６）とを備える。方法は、クライオパネル（１８）を極低温から昇温完了温度へと昇温することと、クライオパネル（１８）が昇温完了温度に昇温された状態でクライオポンプ（１０）の再生を完了することと、を備える。完了することは、クライオポンプ容器（１６）にパージガスを供給し、クライオポンプ容器（１６）を粗引きし、クライオポンプ容器（１６）内の圧力上昇率を測定することを繰り返すことによって、圧力上昇率の履歴を取得することと、取得された圧力上昇率の履歴に基づいて、クライオポンプ（１０）の再生を完了するか否かを決定することと、を備える。

Description

クライオポンプの再生方法およびクライオポンプ
　本発明は、クライオポンプの再生方法およびクライオポンプに関する。
　クライオポンプは、極低温に冷却されたクライオパネルに気体分子を凝縮または吸着により捕捉して排気する真空ポンプである。クライオポンプは半導体回路製造プロセス等に要求される清浄な真空環境を実現するために一般に利用される。クライオポンプはいわゆる気体溜め込み式の真空ポンプであるから、捕捉した気体を外部に定期的に排出する再生を要する。
特表平１０－５１２６４５号公報
　交換やメンテナンスのために、クライオポンプが真空プロセス装置から取り外されることがある。取り外し作業の準備として、クライオポンプは適温（例えば室温）まで昇温される。クライオポンプ内に捕捉されていたガスは再び気化される。ガスはクライオポンプの排出ラインを通じて外部に排出されることができる。半導体製造プロセスでは有毒ガスなど危険性のあるガスがしばしば使用される。こうした危険ガスがクライオポンプから完全には排出されずに残留していたとすると、クライオポンプを取り外したとき危険ガスが周囲環境に放出されるリスクがあると想定される。
　本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、クライオポンプの安全な取り外しに役立つクライオポンプの再生方法およびクライオポンプを提供することにある。
　本発明のある態様によると、クライオポンプの再生方法が提供される。クライオポンプは、クライオパネルと、クライオパネルを収容するクライオポンプ容器とを備える。方法は、クライオパネルを極低温から昇温完了温度へと昇温することと、クライオパネルが昇温完了温度に昇温された状態でクライオポンプの再生を完了することと、を備える。完了することは、クライオポンプ容器にパージガスを供給し、クライオポンプ容器を粗引きし、クライオポンプ容器内の圧力上昇率を測定することを繰り返すことによって、圧力上昇率の履歴を取得することと、取得された圧力上昇率の履歴に基づいて、クライオポンプの再生を完了するか否かを決定することと、を備える。
　本発明のある態様によると、クライオポンプは、クライオパネルと、クライオパネルを収容するクライオポンプ容器と、クライオパネルを昇温する熱源と、クライオポンプ容器にパージガスを供給するパージバルブと、クライオポンプ容器からラフポンプにガスを排出するラフバルブと、クライオポンプ容器内の圧力を測定する圧力センサと、クライオパネルを極低温から昇温完了温度へと昇温するように熱源を動作させ、クライオパネルが昇温完了温度に昇温された状態でクライオポンプの再生を完了するように構成されるコントローラと、を備える。コントローラは、クライオポンプ容器にパージガスを供給し、クライオポンプ容器を粗引きし、クライオポンプ容器内の圧力上昇率を測定することを繰り返すようにパージバルブ、ラフバルブ、および圧力センサを動作させることによって、圧力上昇率の履歴を取得し、取得された圧力上昇率の履歴に基づいて、クライオポンプの再生を完了するか否かを決定するように構成される。
　本発明によれば、クライオポンプの安全な取り外しに役立つクライオポンプの再生方法およびクライオポンプを提供することができる。
実施の形態に係るクライオポンプを模式的に示す。 実施の形態に係るクライオポンプの昇温再生を示すフローチャートである。 図２に示される昇温再生の完了判定処理の一例を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
　図１は、実施の形態に係るクライオポンプ１０を模式的に示す。クライオポンプ１０は、例えばイオン注入装置、スパッタリング装置、蒸着装置、またはその他の真空プロセス装置の真空チャンバ２００に取り付けられて、真空チャンバ２００内の真空度を所望の真空プロセスに要求されるレベルまで高めるために使用される。例えば１０－５Ｐａ乃至１０－８Ｐａ程度の高い真空度が真空チャンバ２００に実現される。
　クライオポンプ１０は、圧縮機１２と、冷凍機１４と、クライオポンプ容器１６と、クライオパネル１８と、コントローラ１００とを備える。また、クライオポンプ１０は、ラフバルブ２０と、パージバルブ２２と、ベントバルブ２４とを備え、これらはクライオポンプ容器１６に設置されている。
　圧縮機１２は、冷媒ガスを冷凍機１４から回収し、回収した冷媒ガスを昇圧して、再び冷媒ガスを冷凍機１４に供給するよう構成されている。冷凍機１４は、膨張機またはコールドヘッドとも称され、圧縮機１２とともに極低温冷凍機を構成する。圧縮機１２と冷凍機１４との間の冷媒ガスの循環が冷凍機１４内での冷媒ガスの適切な圧力変動と容積変動の組み合わせをもって行われることにより、寒冷を発生する熱力学的サイクルが構成され、冷凍機１４の冷却ステージが所望の極低温に冷却される。それにより、冷凍機１４の冷却ステージに熱的に結合されたクライオパネル１８を目標冷却温度（例えば１０Ｋ～２０Ｋ）に冷却することができる。冷媒ガスは、通例はヘリウムガスであるが、適切な他のガスが用いられてもよい。理解のために、冷媒ガスの流れる方向を図１に矢印で示す。極低温冷凍機は、一例として、二段式のギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機であるが、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機、またはそのほかのタイプの極低温冷凍機であってもよい。
　クライオポンプ容器１６は、クライオポンプ１０の真空排気運転中に真空を保持し、周囲環境の圧力（例えば大気圧）に耐えるように設計された真空容器である。クライオポンプ容器１６は、吸気口１７を有するクライオパネル収容部１６ａと、冷凍機収容部１６ｂとを有する。クライオパネル収容部１６ａは、吸気口１７が開放され、その反対側が閉塞されたドーム状の形状を有し、この内部にクライオパネル１８が冷凍機１４の冷却ステージとともに収容される。冷凍機収容部１６ｂは、円筒状の形状を有し、その一端が冷凍機１４の室温部に固定され、他端がクライオパネル収容部１６ａに接続され、内部に冷凍機１４が挿入されている。こうして冷凍機１４がクライオポンプ容器１６によって支持される。クライオポンプ１０の吸気口１７から進入する気体はクライオパネル１８に凝縮または吸着により捕捉される。クライオパネル１８の配置や形状などクライオポンプ１０の構成は、種々の公知の構成を適宜採用することができるので、ここでは詳述しない。
　クライオポンプ１０が取り付けられる真空チャンバ２００にはチャンバ開口部２０１が設けられている。クライオポンプ容器１６は、吸気口１７がチャンバ開口部２０１に連通されるようにして真空チャンバ２００に取り付けられる。真空チャンバ２００は通例、チャンバ開口部２０１にこれを開閉可能なゲートバルブ２０２を備えてもよく、クライオポンプ１０は、ゲートバルブ２０２を介して真空チャンバ２００に取り付けられてもよい。
　ゲートバルブ２０２は、クライオポンプ１０によって真空チャンバ２００の真空排気をするとき開放される。これにより、真空チャンバ２００からのガスがゲートバルブ２０２及び吸気口１７を通じてクライオポンプ容器１６内に進入し、クライオパネル１８に到達することができる。また、ゲートバルブ２０２は、真空チャンバ２００またはクライオポンプ１０のメンテナンス（例えばクライオポンプ１０の再生）をするときなど、必要に応じて閉鎖される。このとき、クライオポンプ１０は真空チャンバ２００から隔離され、真空チャンバ２００から吸気口１７を通じたクライオポンプ１０へのガス流入は遮断される。
　ラフバルブ２０は、クライオポンプ容器１６からラフポンプ３０にガスを排出するように構成される。ラフバルブ２０は、クライオポンプ容器１６、例えば冷凍機収容部１６ｂに取り付けられ、クライオポンプ１０の外部に設置されたラフポンプ３０に接続される。ラフポンプ３０は、クライオポンプ１０を真空引き（粗引きともいう）をするための真空ポンプである。コントローラ１００の制御によりラフバルブ２０が開放されるときクライオポンプ容器１６がラフポンプ３０に連通され、ラフバルブ２０が閉鎖されるときクライオポンプ容器１６がラフポンプ３０から遮断される。ラフバルブ２０を開きかつラフポンプ３０を動作させることにより、クライオポンプ容器１６からガスを排出しクライオポンプ１０を減圧することができる。これにより、クライオポンプ容器１６内の圧力は、クライオポンプ１０の動作開始圧力（例えば１０Ｐａ程度）まで減圧されうる。
　パージバルブ２２は、クライオポンプ容器１６にパージガスを供給するように構成される。パージバルブ２２は、クライオポンプ容器１６、例えばクライオパネル収容部１６ａに取り付けられ、クライオポンプ１０の外部に設置されたパージガス源２３に接続される。コントローラ１００の制御によりパージバルブ２２が開放されるときパージガスがクライオポンプ容器１６に供給され、パージバルブ２２が閉鎖されるときクライオポンプ容器１６へのパージガス供給が遮断される。パージガスは例えば窒素ガス、またはその他の乾燥したガスであってもよく、パージガスの温度は、たとえば室温に調整され、または室温より高温に加熱されていてもよい。パージバルブ２２を開きパージガスをクライオポンプ容器１６に導入することにより、クライオポンプ１０を昇圧することができる。また、クライオポンプ１０を極低温からパージガスの温度に昇温することができる。
　ベントバルブ２４は、クライオポンプ容器１６、例えば冷凍機収容部１６ｂに取り付けられている。ベントバルブ２４は、クライオポンプ１０の内部から外部に流体を排出するために設けられている。ベントバルブ２４は、排出される流体をクライオポンプ１０の外部の貯留タンク（図示せず）へと導流する排出ライン３２に接続される。あるいは、排出される流体が無害である場合には、ベントバルブ２４は、排出される流体を周囲環境に放出するよう構成されてもよい。ベントバルブ２４から排出される流体は基本的にはガスであるが、液体または気液の混合物であってもよい。ベントバルブ２４は、制御により開閉可能であるとともに、クライオポンプ容器１６の内外の差圧によって機械的に開きうる。ベントバルブ２４は、例えば常閉型の制御弁であり、いわゆる安全弁としても機能するよう構成されている。
　クライオポンプ１０には、クライオパネル１８の温度を測定し、測定された温度を示す測定温度信号を出力する温度センサ２６が設けられている。温度センサ２６は、例えば、冷凍機１４の冷却ステージに、またはクライオパネル１８に取り付けられている。コントローラ１００は、この測定温度信号を受信するよう温度センサ２６と接続されている。
　また、クライオポンプ１０には、クライオポンプ容器１６の内圧を測定し、測定された内圧を示す測定圧力信号を出力する圧力センサ２８が設けられている。圧力センサ２８は、クライオポンプ１０の再生中にクライオポンプ容器１６内に生じる圧力を測定することができるように、中真空（例えば１Ｐａ（又は１０Ｐａ）のオーダ）から大気圧までの圧力範囲を計測範囲に含むように構成されてもよい。圧力センサ２８は、クライオポンプ容器１６、例えば冷凍機収容部１６ｂに取り付けられている。コントローラ１００は、この測定圧力信号を受信するよう圧力センサ２８と接続されている。
　圧力センサ２８は例えば、熱伝導真空計である。熱伝導真空計には、ピラニ真空計、熱電対真空計（ＴＣゲージ）が含まれる。この実施の形態では、圧力センサ２８は、ピラニ真空計であってもよい。あるいは、圧力センサ２８は、熱陰極電離真空計（例えば、三極管形真空計、ＢＡ真空計など）、またはその他の形式の真空計であってもよい。
　コントローラ１００は、クライオポンプ１０を制御するよう構成されている。例えば、コントローラ１００は、クライオポンプ１０の真空排気運転においては、温度センサ２６によるクライオパネル１８の測定温度に基づいて、冷凍機１４を制御してもよい。また、コントローラ１００は、クライオポンプ１０の再生運転においては、圧力センサ２８によるクライオポンプ容器１６内の測定圧力に基づいて（または、必要に応じて、クライオポンプ容器１６内の測定圧力およびクライオパネル１８の測定温度に基づいて）、冷凍機１４、ラフバルブ２０、パージバルブ２２、ベントバルブ２４を制御してもよい。コントローラ１００は、クライオポンプ１０に一体に設けられていてもよいし、クライオポンプ１０とは別体の制御装置として構成されていてもよい。
　コントローラ１００の内部構成は、ハードウェア構成としてはコンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や回路で実現され、ソフトウェア構成としてはコンピュータプログラム等によって実現されるが、図では適宜、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
　たとえば、コントローラ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マイコンなどのプロセッサ（ハードウェア）と、プロセッサ（ハードウェア）が実行するソフトウェアプログラムの組み合わせで実装することができる。ソフトウェアプログラムは、クライオポンプ１０の再生をコントローラ１００に実行させるためのコンピュータプログラムであってもよい。
　クライオポンプ１０の真空排気運転が継続されることによりクライオポンプ１０には真空チャンバ２００からのガスが蓄積されていく。クライオポンプ１０内に溜め込まれたガスを外部に排出するために、クライオポンプ１０の再生が行われる。
　コントローラ１００は、予め設定された少なくとも二種の再生シーケンスからいずれかを選択して実行するように構成されてもよい。コントローラ１００は、クライオポンプ１０のユーザからの入力に従って、または、上位コントローラ（例えば真空プロセス装置のコントローラ）からの指令に従って、実行されるべき再生シーケンスを選択してもよい。
　代表的な再生シーケンスとして通常再生が挙げられる。通常再生は一般に、クライオポンプ１０内に溜め込まれたガスを完全に外部に排出するものであり、昇温工程、排出工程、及びクールダウン工程を含む。昇温工程では、クライオパネル１８が真空排気運転のための極低温から再生温度まで加熱され、クライオパネル１８に凝縮または吸着により捕捉されていた様々なガスが再気化される。再生温度は典型的には、例えば室温またはそれより高い温度であり、例えば２７０Ｋから３２０Ｋの温度範囲から選択されてもよい。排出工程では、ガスがクライオポンプ容器１６からラフバルブ２０またはベントバルブ２４を通じて排出される。排出工程でクライオパネル１８は再生温度に維持されている。排出工程が完了すれば、クールダウン工程が開始される。クールダウン工程においてはクライオポンプ１０が真空排気運転のための極低温に再冷却される。こうして再生が完了すれば、クライオポンプ１０は再び真空排気運転を始めることができる。
　別の例示的な再生シーケンスとして、「昇温再生」を挙げることができる。通常再生とは異なり、昇温再生では、クライオポンプ１０の再冷却は行われない。図２を参照して後述するように、昇温再生は、クライオパネル１８を極低温から昇温完了温度へと昇温することと、クライオパネル１８が昇温完了温度に昇温された状態でクライオポンプ１０の再生を完了することと、を備える。よって、コントローラ１００は、クライオパネル１８を極低温から昇温完了温度へと昇温するようにクライオポンプ１０の熱源を動作させ、クライオパネル１８が昇温完了温度に昇温された状態でクライオポンプ１０の再生を完了するように構成されてもよい。
　昇温再生の完了後、クライオポンプ１０は、昇温完了温度に昇温された状態で待機することになる。よって、昇温再生後のクライオポンプ１０は真空チャンバ２００から容易に取り外すことができる。言い換えれば、昇温再生は、クライオポンプ１０を真空チャンバ２００から取り外すための準備として実行されてもよい。
　図２は、実施の形態に係るクライオポンプ１０の昇温再生を示すフローチャートである。昇温再生は、クライオポンプ１０によって真空排気されるべき真空チャンバ２００にクライオポンプ１０が取り付けられた状態で行われる。昇温再生は通常、クライオポンプ１０の真空排気運転が終了された後に実行される。昇温再生が開始されるときクライオパネル１８は、真空排気運転のための極低温（例えば１０Ｋ～２０Ｋ）に冷却された状態にある。
　昇温再生はまず、昇温工程から始まる（Ｓ１０）。コントローラ１００は、クライオパネル１８を極低温から昇温完了温度へと昇温するようにクライオポンプ１０の熱源を動作させる。昇温完了温度は、通常再生における再生温度と同様であってもよく、例えば、２７０Ｋから３２０Ｋの温度範囲から選択されてもよい。
　昇温のための熱源は、例えば、パージガス源２３からパージバルブ２２を通じてクライオポンプ容器１６に供給されるパージガスであってもよい。また、冷凍機１４のいわゆる逆転昇温を利用してクライオパネル１８が加熱されてもよい。知られているように、逆転昇温とは、冷凍機１４の駆動機構を冷却運転とは逆方向に動作させることによって冷凍機１４の冷媒ガスに断熱圧縮を生じさせ、その結果得られる圧縮熱で冷却ステージ及びクライオパネル１８を加熱する技術である。あるいは、例えば電気ヒータなど加熱装置が、クライオパネル１８、冷凍機１４の冷却ステージ、またはクライオポンプ１０の他の部位に設置されている場合にはこれを利用してクライオパネル１８が加熱されてもよい。こうして、クライオパネル１８に捕捉されているガスが再び気化される。こうしてクライオパネル１８からクライオポンプ容器１６に放出されたガスは、クライオポンプ容器１６からベントバルブ２４と排出ライン３２を通じてパージガスとともにクライオポンプ１０の外部に排出されてもよい。
　あるいは、昇温工程（Ｓ１０）は、クライオパネル１８が極低温と昇温完了温度の間の中間目標温度に昇温されたときクライオポンプ容器１６を粗引きすることを備えてもよい。粗引き中、パージガスの供給は停止され、粗引き後にパージガスが再び供給されてもよい。このようにして、クライオパネル１８から再気化したガスがパージガスとともに、クライオポンプ容器１６からラフバルブ２０とラフポンプ３０を通じてクライオポンプ１０の外部に排出されてもよい。
　中間目標温度は、クライオパネル１８に凝縮または吸着されている特定のガス、例えば水素を気化する温度、例えば３０Ｋから５０Ｋの温度範囲から選択されてもよい。あるいは、中間目標温度は、他のガスを気化するために他の温度に設定されてもよい。このようにすれば、その特定ガスを昇温工程の初期段階または途中でクライオポンプ１０から排出することができる。とくに、水素のような可燃性ガスをクライオポンプ１０から早期に排出することにより、クライオポンプ１０でのこうした可燃性ガスの不測の燃焼または爆発が発生するリスクを低減しまたは最小限にすることができる。
　昇温中、温度センサ２６によってクライオパネル１８の温度が定期的に測定され、温度センサ２６の測定温度信号がコントローラ１００に与えられる。コントローラ１００は、測定されたクライオパネル１８の温度を昇温完了温度と比較する（Ｓ１２）。測定温度が昇温完了温度を下回る場合（Ｓ１２のＮｏ）、コントローラ１００は、以降に測定されるクライオパネル１８の温度を昇温完了温度と再び比較する（Ｓ１２）。このようにして、昇温工程（Ｓ１０）は、クライオパネル１８の温度が昇温完了温度に達するまで継続される。
　一方、測定温度が昇温完了温度に到達しまたはこれを上回る場合（Ｓ１２のＹｅｓ）、コントローラ１００は、昇温工程（Ｓ１０）を終了し、昇温再生を完了するか否かを判定する処理を実行する（Ｓ１４）。例示的な完了判定処理は、図３を参照して後述する。この完了判定処理は、測定温度が昇温完了温度に到達したとき直ちに行われてもよいし、所定時間経過してから行われてもよい。完了判定処理の前に所定時間待機する場合、クライオポンプ容器１６へのパージガスの供給がこの所定時間継続されてもよい（これは、延長パージと呼ばれることもある）。
　昇温再生を完了するとき、つまり昇温再生の完了判定処理（Ｓ１４）で昇温再生を完了することが決定された場合、パージバルブ２２を通じてクライオポンプ容器１６にパージガスが供給される（Ｓ１６）。これは、クライオポンプ容器１６の真空を破壊し、内圧を周囲圧力（例えば大気圧）に戻すために行われる。
　また、冷凍機１４の逆転昇温が完了判定処理（Ｓ１４）中にも継続されている場合には、冷凍機１４を停止させる（Ｓ１８）。冷凍機１４を駆動するモータへの通電が停止され、冷凍機１４の動作が停止される。なお、必要に応じて、昇温工程（Ｓ１０）を終了するとき、または昇温工程終了後の任意のタイミングで、冷凍機１４が停止されてもよい。
　このようにして、クライオポンプ１０の昇温再生は完了する。昇温再生を完了した後に、クライオポンプ１０が真空チャンバ２００から取り外されてもよい（Ｓ２０）。
　その後、クライオポンプ１０にメンテナンスが施され、真空チャンバ２００に再び取り付けられてもよい。あるいは、別のクライオポンプ１０（例えば、新品のクライオポンプ）が交換用に用意され、このクライオポンプが真空チャンバ２００に取り付けられてもよい。クライオポンプ１０は再び真空排気運転を始めることができる。
　ところで、クライオポンプ１０が使用される半導体製造プロセスでは、例えばＢＦ３などのフッ素系ガスまたはハロゲン系ガスなど、有毒ガスがしばしば使用される。昇温再生によって、こうした有毒ガスも他のガスと同様に、理想的には完全にクライオポンプ１０から排出されるはずである。しかしながら、もし、有毒ガスの一部がクライオポンプ１０から完全には排出されずに残留していたとすると、クライオポンプ１０を真空チャンバ２００から取り外したとき残留有毒ガスがクライオポンプ１０から周囲環境に漏れ出すかもしれない。
　そこで、昇温再生を完了するとき残留ガスの存在を確認しうる技術が望まれる。この実施の形態では、圧力センサ２８の比感度がガス種に依存しうることを利用する。
　一般に、真空計は、ある特定組成をもつ基準ガス（例えば、窒素ガスまたは空気など）で校正される。つまり、基準ガスとは異なる組成をもつガス雰囲気で真空計が示す圧力の読み取り値は、組成に依存して異なりうる。
　クライオポンプ１０には真空チャンバ２００で使用されるガス種に応じて様々なガスが捕捉される。そのため、クライオポンプ１０の再生中には、そうしたガスの再気化、パージガスの供給、これらの混合ガスの排出などにより、クライオポンプ容器１６内のガス組成が刻々と様々に変化しうる。圧力センサ２８によって測定される圧力値は、実際の圧力変化に加えて、この組成変化の影響も受ける。昇温再生の初期段階ではクライオパネル１８に捕捉されていた様々なガスが再気化することでクライオポンプ容器１６内のガス組成は未知でありかつ様々に変化しうるのに対し、こうした様々なガスの排出が進むにつれて、ガス組成に占めるパージガスの割合が徐々に高まり、最終的にはクライオポンプ容器１６は実質的にパージガスのみが占めることになる。つまり、クライオポンプ容器１６内のガス組成は既知となり、測定される圧力値へのガス組成変化の影響は抑制される。
　このような本発明者による独自の考察に基づいて、この実施の形態では、クライオポンプ１０の昇温再生を完了するタイミングがクライオポンプ容器１６の圧力上昇率の履歴に基づいて決定される。昇温再生の初期段階では上述のように、ガス組成の変化により圧力センサ２８の測定圧力が影響を受け、圧力上昇率の変動が比較的大きくなる一方、昇温再生の完了段階では、ガス組成が一定となることで圧力上昇率の変動が小さくなることが期待される。したがって、圧力上昇率の履歴に基づいて昇温再生を完了するタイミングを適切に決定することができる。
　昇温再生を完了することは、クライオポンプ容器１６にパージガスを供給し、クライオポンプ容器１６を粗引きし、クライオポンプ容器１６内の圧力上昇率を測定することを繰り返すことによって、圧力上昇率の履歴を取得することと、取得された圧力上昇率の履歴に基づいて、クライオポンプ１０の再生を完了するか否かを決定することと、を備えてもよい。このように、パージ、粗引き、圧力上昇率測定というサイクルを繰り返すことで、圧力上昇率を毎回同じまたは類似の条件下で測定することができ、圧力上昇率の履歴をより正確に取得することができる。取得された圧力上昇率の履歴から把握される圧力上昇率の変動が十分に小さいと評価されるとき、クライオパネル１８に捕捉されていたガスはクライオポンプ１０から十分に排出されたものと判断することができる。このようにして、昇温再生を完了するタイミングを決定することができる。
　実施の形態に係る昇温再生の完了判定は、とくに、ＢＦ３などの有毒ガスがクライオポンプ１０内に残留しているか否かを判定するために有効でありうる。なぜなら、こうした有毒ガスはしばしば、圧力センサ２８が校正される基準ガス（例えば窒素ガス）とは顕著に異なる比感度を有するため、有毒ガスがクライオポンプ１０に多く残留していれば、圧力上昇率の変動が大きくなる傾向にあるからである。
　図３は、図２に示される昇温再生の完了判定処理の一例を示すフローチャートである。上述のように、完了判定処理は、測定されるクライオパネル１８の温度が昇温完了温度に達しまたはこれを超える場合に開始される。したがって、完了判定処理が開始されるとき、クライオポンプ容器１６にはパージガス源２３からパージバルブ２２を通じてパージガスが供給されている。
　この例示的な完了判定処理では、コントローラ１００は、クライオポンプ容器１６内の圧力上昇率の履歴に基づいて、クライオポンプの再生を完了するか否かを決定するように構成される。圧力上昇率の履歴を取得するために、コントローラ１００は、クライオパネル１８が昇温完了温度に昇温された状態で、クライオポンプ容器１６にパージガスを供給し、クライオポンプ容器１６を粗引きし、クライオポンプ容器１６内の圧力上昇率を測定することを繰り返すようにパージバルブ２２、ラフバルブ２０、および圧力センサ２８を動作させるように構成される。完了判定処理の実行中、圧力センサ２８によってクライオポンプ容器１６内の圧力が定期的に測定され、圧力センサ２８の測定圧力信号がコントローラ１００に与えられる。コントローラ１００は、圧力上昇率を測定するたびに圧力上昇率の変化量を取得し、取得された圧力上昇率の変化量が連続して許容範囲内となる回数が所定回数（例えば、少なくとも２回）に達するときクライオポンプ１０の再生を完了するように構成される。
　図３に示されるように、完了判定処理においてはまず、クライオポンプ容器１６が粗引きされる（Ｓ３０）。コントローラ１００は、ラフバルブ２０を開くとともにパージバルブ２２を閉じるようにこれらバルブを制御する。ラフポンプ３０によってクライオポンプ容器１６は減圧される。
　クライオポンプ容器１６の粗引きは、クライオポンプ容器１６が所定の粗引き終了圧に減圧されたとき終了されてもよい。粗引き終了圧は、例えば１００Ｐａ以上１０００Ｐａ未満の圧力範囲から選択されてもよい。この圧力範囲ではガス種に依存した圧力センサ２８（例えばピラニ真空計）の比感度の違いが大きくなるので、本方法に好適である。コントローラ１００は、測定されたクライオポンプ容器１６内の圧力を粗引き終了圧と比較し、測定圧力が粗引き終了圧を超える場合にクライオポンプ容器１６の粗引きを継続し（つまりラフバルブ２０を開き）、測定圧力が粗引き終了圧に達しまたはこれを下回る場合にクライオポンプ容器１６の粗引きを終了してもよい（つまりラフバルブ２０を閉じる）。
　あるいは、クライオポンプ容器１６の粗引きは、クライオポンプ容器１６の圧力降下率（単位時間あたりの圧力降下量）に基づいて終了されてもよい。一般に、クライオポンプ容器１６内の圧力が高いほど圧力降下率は大きく、クライオポンプ容器１６が減圧されるにつれて圧力降下率は下がる。よって、圧力降下率の十分な低下に応じて粗引きを終了してもよい。コントローラ１００は、測定されたクライオポンプ容器１６内の圧力から圧力降下率を取得してもよい。コントローラ１００は、取得された圧力降下率を圧力降下率しきい値と比較し、圧力降下率が圧力降下率しきい値を超える場合にクライオポンプ容器１６の粗引きを継続し、圧力降下率が圧力降下率しきい値を下回る場合にクライオポンプ容器１６の粗引きを終了してもよい。
　あるいは、クライオポンプ容器１６の粗引きは、粗引きの開始から所定の粗引き時間が経過したとき終了されてもよい。コントローラ１００は、粗引き開始からの経過時間をこの粗引き時間と比較し、経過時間が粗引き時間に達するまでクライオポンプ容器１６の粗引きを継続し、経過時間が粗引き時間に達するときクライオポンプ容器１６の粗引きを終了してもよい。コントローラ１００は、粗引き終了時点で測定されるクライオポンプ容器１６内の圧力を粗引き終了圧と比較し、測定圧力が粗引き終了圧に達していない場合、クライオポンプ容器１６にパージガスを供給し、その後粗引きをもう一度行ってもよい。
　クライオポンプ容器１６の粗引きが終了されると、クライオポンプ容器１６内の圧力上昇率が測定され、圧力上昇率の変化量が取得される（Ｓ３２）。クライオポンプ容器１６内の圧力上昇率は、クライオポンプ容器１６に設けられた各バルブを閉鎖してクライオポンプ容器１６の内圧を周囲環境から隔離した状態で、圧力センサ２８によって測定される。所定の測定時間にわたり圧力が測定され、測定開始時と終了時の圧力増分を測定時間で除することによって、圧力上昇率を得ることができる。圧力上昇率の変化量は、前回の測定サイクル（すなわち、パージ、粗引き、圧力上昇率測定というサイクル）で測定された圧力上昇率に対する今回の測定サイクルで測定された圧力上昇率の変化量（例えば、差または比）として定義されてもよい。コントローラ１００は、前回および今回の圧力上昇率からその変化量を算出するように構成されてもよい。
　なお、完了判定処理の開始時に行われる初回の測定サイクルでは、変化量を算出するための前回の圧力上昇率がまだ存在しない。そこで、初回の測定サイクルでは、クライオポンプ容器１６内の圧力上昇率を測定したら、二回目の測定サイクルに移行する（つまり、クライオポンプ容器１６にパージガスを供給し、クライオポンプ容器１６を粗引きし（Ｓ３０）、クライオポンプ容器１６内の圧力上昇率を測定して圧力上昇率変化量を取得する（Ｓ３２））。
　続いて、取得された圧力上昇率の変化量が評価される（Ｓ３４）。これは、圧力上昇率の変化量についての１回目のテストである。コントローラ１００は、取得された圧力上昇率の変化量を許容範囲と比較し、圧力上昇率変化量が許容範囲に収まる場合にはこのテストに合格であると判定し、圧力上昇率変化量が許容範囲から外れる場合にはテストに不合格であると判定する。
　許容範囲は、比率として設定されてもよく、例えば、±３０％以内、または±２０％以内、または±１０％以内であってもよい。あるいは、許容範囲は、圧力上昇率の値として設定されてもよく、例えば、±３０Ｐａ／分以内、または±２０Ｐａ／分以内、または±１０Ｐａ／分以内であってもよい。この許容範囲の設定は、通常再生でクールダウン開始前に行われる圧力上昇率の判定基準（例えば、５Ｐａ／分以内）よりも緩くてもよい（昇温再生ではクライオポンプ容器１６内の水分の残留が許容されるのに対し、通常再生では水分も可能な限り排出されるべきである）。コントローラ１００は、圧力上昇率変化量がこれら比率と絶対値の両方で許容範囲に収まる場合に合格と判定してもよいし、比率と絶対値のいずれか一方で許容範囲に収まる場合に合格と判定してもよい。このような許容範囲は、クライオポンプ１０の設計者の経験的知見または設計者による実験やシミュレーション等に基づき適宜設定され、コントローラ１００に予め記憶されてもよい。
　次に、測定サイクルがもう一度行われる。すなわち、クライオポンプ容器１６にパージガスが供給され（Ｓ３６）、クライオポンプ容器１６が粗引きされ（Ｓ３８）、クライオポンプ容器１６内の圧力上昇率が測定され、圧力上昇率の変化量が取得される（Ｓ４０）。
　そして、取得された圧力上昇率の変化量が評価される（Ｓ４２）。これは、圧力上昇率の変化量についての２回目のテストである。１回目のテストと同様に、コントローラ１００は、取得された圧力上昇率の変化量を許容範囲と比較し、圧力上昇率変化量が許容範囲に収まる場合にはこのテストに合格であると判定し、圧力上昇率変化量が許容範囲から外れる場合にはテストに不合格であると判定する。
　続いて、取得された圧力上昇率の変化量が連続して許容範囲内となる回数が所定回数（この例では、２回）に達するか否かが判定される（Ｓ４４）。１回目と２回目のテストのうちいずれかで不合格の場合（Ｓ４４のＮｏ）、測定サイクルがさらに繰り返される。
すなわち、クライオポンプ容器１６にパージガスが供給され（Ｓ４６）、クライオポンプ容器１６が粗引きされ（Ｓ３８）、クライオポンプ容器１６内の圧力上昇率が測定され、圧力上昇率の変化量が取得される（Ｓ４０）。
　一方、１回目と２回目のテストの両方に合格している場合（Ｓ４４のＹｅｓ）、クライオポンプ容器１６の圧力上昇率がある期間にわたって安定しているとみなすことができる。これは上述のように、クライオポンプ容器１６内のガス組成が実質的にパージガスからなることを意味しうるから、クライオポンプ１０の昇温再生を完了することができる（Ｓ４４）。この場合、図２を参照して述べたように、クライオポンプ容器１６にパージガスが供給され（図２のＳ１６）、冷凍機１４が停止される（図２のＳ１８）。その後、クライオポンプ１０が真空チャンバ２００から取り外されてもよい（図２のＳ２０）。
　この実施の形態によると、パージ、粗引き、圧力上昇率測定というサイクルを繰り返すことで、クライオポンプ容器１６内を清浄化するとともに、これにより取得されるクライオポンプ容器１６の圧力上昇率の履歴に基づいてクライオポンプ１０の昇温再生を完了するタイミングを適切に決定することができる。クライオポンプ１０を真空チャンバ２００から取り外す際に起こりうる有毒ガスの漏洩リスクを低減しまたは最小限とし、クライオポンプ１０の取り外し作業の安全性を向上できる。
　なお、必要とされる場合には、取得された圧力上昇率の変化量がより多くの回数（例えば、３回またはそれ以上）連続して合格する場合に、クライオポンプ１０の昇温再生が完了されてもよい。このようにすれば、圧力上昇率が安定していることをより確実に判定することができる。
　以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
　本発明は、クライオポンプの再生方法およびクライオポンプの分野における利用が可能である。
　１０　クライオポンプ、　１６　クライオポンプ容器、　１８　クライオパネル、　２０　ラフバルブ、　２２　パージバルブ、　２８　圧力センサ、　３０　ラフポンプ、　１００　コントローラ、　２００　真空チャンバ。

Claims (8)

  1. 　クライオポンプの再生方法であって、前記クライオポンプは、クライオパネルと、前記クライオパネルを収容するクライオポンプ容器とを備えており、前記方法は、
    　前記クライオパネルを極低温から昇温完了温度へと昇温することと、
    　前記クライオパネルが前記昇温完了温度に昇温された状態で前記クライオポンプの再生を完了することと、を備え、
    　前記完了することは、
    　　前記クライオポンプ容器にパージガスを供給し、前記クライオポンプ容器を粗引きし、前記クライオポンプ容器内の圧力上昇率を測定することを繰り返すことによって、前記圧力上昇率の履歴を取得することと、
    　　取得された前記圧力上昇率の履歴に基づいて、前記クライオポンプの再生を完了するか否かを決定することと、を備えることを特徴とする方法。
  2. 　前記取得することは、前記圧力上昇率を測定するたびに前記圧力上昇率の変化量を取得することを備え、
    　前記決定することは、取得された前記圧力上昇率の変化量が連続して許容範囲内となる回数が所定回数に達するとき前記クライオポンプの再生を完了することを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 　前記所定回数は、少なくとも２回であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 　前記クライオポンプ容器の粗引きは、前記クライオポンプ容器が１００Ｐａ以上１０００Ｐａ未満の圧力範囲に減圧されたとき終了されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方法。
  5. 　前記クライオポンプの再生を完了するとき、前記クライオポンプ容器にパージガスを供給することをさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
  6. 　前記クライオポンプの再生は、前記クライオポンプによって真空排気されるべき真空チャンバに前記クライオポンプが取り付けられた状態で行われ、
    　前記クライオポンプの再生を完了した後に、前記クライオポンプを前記真空チャンバから取り外すことをさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の方法。
  7. 　実行されるべき再生シーケンスとして、前記クライオポンプの再冷却を含む通常再生、または前記クライオポンプの再冷却を含まない昇温再生のうちいずれかを選択することと、
    　選択された再生シーケンスを実行することと、をさらに備え、
    　前記昇温再生が、前記昇温することと、前記完了することとを備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の方法。
  8. 　クライオパネルと、
    　前記クライオパネルを収容するクライオポンプ容器と、
    　前記クライオパネルを昇温する熱源と、
    　前記クライオポンプ容器にパージガスを供給するパージバルブと、
    　前記クライオポンプ容器からラフポンプにガスを排出するラフバルブと、
    　前記クライオポンプ容器内の圧力を測定する圧力センサと、
    　前記クライオパネルを極低温から昇温完了温度へと昇温するように前記熱源を動作させ、前記クライオパネルが前記昇温完了温度に昇温された状態でクライオポンプの再生を完了するように構成されるコントローラと、を備え、
    　前記コントローラは、
    　　前記クライオポンプ容器にパージガスを供給し、前記クライオポンプ容器を粗引きし、前記クライオポンプ容器内の圧力上昇率を測定することを繰り返すように前記パージバルブ、前記ラフバルブ、および前記圧力センサを動作させることによって、前記圧力上昇率の履歴を取得し、
    　　取得された前記圧力上昇率の履歴に基づいて、前記クライオポンプの再生を完了するか否かを決定するように構成されることを特徴とするクライオポンプ。
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