CN102171454B - 真空抽吸***、衬底处理设备、电子装置的制造方法和真空抽吸***的操作方法 - Google Patents

真空抽吸***、衬底处理设备、电子装置的制造方法和真空抽吸***的操作方法 Download PDF

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Abstract

各自都具有制冷器的多个真空泵连接到共同的压缩机。多个真空泵中的至少一个***作以重复包括其中当气缸的内部由于阀的操作而从低压状态转变到高压状态时处于低压状态中的气体被绝热地压缩的处理以及其中位移器通过被绝热地压缩的气体的处理的操作。多个真空泵中的至少另一个***作以重复包括其中当气缸的内部由于阀的操作而从高压状态转变到低压状态时处于高压状态中的气体被绝热地膨胀的处理以及其中位移器通过被绝热地膨胀的气体的处理的操作。

Description

真空抽吸***、衬底处理设备、电子装置的制造方法和真空抽吸***的操作方法
技术领域
本发明涉及一种真空抽吸***、衬底处理设备、电子装置的制造方法以及真空抽吸***的操作方法。
背景技术
因为在半导体、电子部件以及类似物的制造处理中所使用的真空泵可以是无油的，并且可以获得超高真空状态，所以流行采用使用低温的真空泵。
这些使用低温的常用真空泵、可以获得超高真空度且具有两个冷却级的低温泵、具有单级的低温冷阱等的示例是可用的。
这些真空泵中的大部分使用由压缩机所产生的高压气体绝热膨胀时获得的低温来将气体凝结或吸附气体。由于上述令人满意的特性，近年来已经普遍采用使用低温的真空抽吸***。最近，使用多操作的真空抽吸***，该***在成本减少和能源节约方面是有利的并且使用共同的压缩机来操作多个真空泵(专利文献1等)。
专利文献1说明了一种真空抽吸***，在所述真空抽吸***中由单个压缩机操作多个低温泵。专利文献1公开了：在压缩机和多个低温泵之间设有气体分配器，并且压缩机可以在大于或等于多个低温泵中每个所需要的最大值的供给压力下供给氦气，所述气体分配器将氦气从压缩机分出支路并且调节用于相应的支路的氦供给压力。
专利文献2公开了一种低温泵，其中基于第一冷却级的温度来反馈控制制冷器中每单位时间高压状态和低压状态重复的次数，并且第一冷却级的温度可以维持在给定的范围内。
此外，专利文献2公开了一种发明，其中当由单个压缩机操作多个低温泵时，通过控制压缩机的循环时间来维持低压管中的气体和高压管中的气体之间的恒定的压差。
专利文献
专利文献1日本专利特开号4-209979(图1等)
专利文献2日本专利特开号2004-3792(图1，图2等)
发明内容
技术问题
然而，当如专利文献中所述由单个压缩机操作多个低温泵时，压缩机提前产生压力大于或等于多个真空泵之一所需要的最大压力值的氦气。压缩机产生高压的氦气。然而，对于具有低温级的真空泵，其能量消耗的大部分用于产生高压氦气。因此，为了减少整个真空抽吸***的能量消耗，必须减少要产生的高压氦气的压力和产生量。
然而，在专利文献1所述的发明中，由于必须提前产生过高压力的氦气，所以在能量消耗方面产生问题。
以下将参照图10详细地说明能量消耗问题。图10是示出当由一个压缩机操作四个低温泵时在连接压缩机和相应低温泵的高压管和低压管中的氦气压差与能量消耗的关系。注意到，在所有这些试验中热负荷保持恒定。
当热负荷恒定时，制冷性能同高压管和低压管中气体间的压差与制冷器的操作频率两者的乘积成比例。注意到，制冷器的操作频率指制冷器中每单位时间高压状态和低压状态重复的次数。因此，就图10而言，考虑到制冷性能，制冷器自身的操作频率随着高压管和低压管中气体间的压差增大而减小。
当制冷器的操作频率增大时，制冷器自身的能量消耗会增加。然而，由于制冷器的能量消耗最多100W，所以四个制冷器的能量消耗最多400W。另一方面，当图10中高压管和低压管中气体间的压差从1.2MPa增大到1.6MPa时，能量消耗从约3500W增大到约4900W。
因此，假定在高压管和低压管中气体间的压差被设定为1.2MPa和1.6MPa时低温泵对相同的热负荷进行抽吸排放。于是，在1.2MPa的压差下抽吸与在1.6MPa的压差下抽吸相比可以使能量消耗节约1000W或更多。
另一方面，在再生操作中，在温度升高时需要增加热值。这是为了减少使用真空执行处理的设备的停机时间。制冷器可以通过改变其操作方式而具有加热功能。再生操作指这样的操作，其中通过具有加热功能的制冷器的加热操作而升高冷却部分(例如冷却级)的温度，以蒸发所凝结的或吸附的材料并将其从冷却部分(例如冷却级)去除。
然而，还从没有提出一种真空抽吸***的布置和操作方法，其在维持真空泵除了执行再生操作以外的其它真空抽吸操作的同时将处于再生操作状态的真空泵快速地切换到真空抽吸操作状态。
专利文献2公开了一种将多个低温泵的第一冷却级的温度维持在给定的范围内的发明。在该情况下，维持高压管和低压管中的气体之间的恒定压差。然而，仅维持高压管和低压管中的气体之间的恒定压差，在维持真空泵除了执行再生操作以外的其它真空抽吸操作的同时会产生减少再生操作时间的问题。
问题的解决方案
本发明的目的是提供一种技术，其在具有多个真空抽吸***的真空抽吸***中允许使某些真空泵维持正常的操作并且使至少一个真空泵快速地完成再生操作和达到正常的操作状态。
根据本发明的一个方面的真空抽吸***是一种真空抽吸***，所述真空抽吸***包括真空泵，所述真空泵包括制冷器，所述制冷器包括：
冷却级；
气缸，所述气缸连接到所述冷却级的一个面；
板件，所述板件连接到所述气缸的沿轴向方向在与所述气缸的连接到所述冷却级的所述一个端面相对侧上的另一个端面；
空间，所述空间由所述冷却级、所述气缸和所述板件形成；
流动路径，所述流动路径形成在所述板件上；
阀，所述阀经由所述流动路径将所述气缸的内部设置在高压状态和低压状态之一中；以及
活塞状位移器，所述位移器将所述空间的内部分隔成一个空间和与所述流动路径连通的另一个空间，所述位移器在所述气缸中沿轴向方向往复运动，并且包括保留一部分的热状态的材料，所述位移器在所述部分的中空内部中通过，
在所述真空抽吸***中，
多个真空泵连接到共同的压缩机，
所述多个真空泵中的至少一个执行操作以重复包括以下两个处理的操作，这两个处理为其中当所述气缸的内部由于所述阀的操作而从所述低压状态转变到所述高压状态时处于所述低压状态中的气体被绝热地压缩的处理、以及其中所述位移器通过被绝热地压缩的气体的处理，并且
所述多个真空泵中的至少另一个执行操作以重复包括以下两个处理的操作，这两个处理为其中当所述气缸的内部由于所述阀的操作而从所述高压状态转变到所述低压状态时处于所述高压状态中的气体被绝热地膨胀的处理、以及其中所述位移器通过被绝热地膨胀的气体的处理。
根据本发明的另一个方面的真空抽吸***是一种真空抽吸***，在所述真空抽吸***中多个真空泵连接到压缩机，所述多个真空泵中的每个都包括：
制冷器，所述制冷器包括：
冷却级；
气缸，所述气缸连接到所述冷却级的一个面；
板件，所述板件连接到所述气缸的沿轴向方向在与所述气缸的连接到所述冷却级的所述一个端面相对侧上的另一个端面；
空间，所述空间由所述冷却级、所述气缸和所述板件形成；
流动路径，所述流动路径形成在所述板件上；
阀，所述阀经由所述流动路径将所述气缸的内部设置在高压状态和低压状态之一中；以及
活塞状位移器，所述位移器将所述空间的内部分隔成一个空间和与所述流动路径连通的另一个空间，所述位移器在所述气缸中沿轴向方向往复运动，并且包括保留一部分的热状态的材料，所述位移器在所述部分的中空内部中通过；以及
温度传感器，所述温度传感器测量所述冷却级的预定位置处的温度，
所述真空抽吸***包括：
高压管，所述高压管用作使共同压力的高压气体从所述压缩机供给到多个制冷器的气体流动路径；
低压管，所述低压管用作使低压气体从所述多个制冷器流回到所述压缩机的气体流动路径；
用于计算所述高压管和所述低压管中的气体之间压差的装置；
当所述真空泵执行第一操作以重复包括以下两个处理的操作时，这两个处理为其中当所述气缸的内部由于所述阀的操作而从所述高压状态转变到所述低压状态时处于所述高压状态中的气体被绝热地膨胀的处理、以及其中所述位移器通过被绝热地膨胀的气体的处理，当由所述温度传感器测量到的温度高于预定的温度范围时，所述真空泵增加所述制冷器中每单位时间内所述高压状态和所述低压状态重复的次数，当由所述温度传感器测量到的温度低于所述预定的温度范围时，所述真空泵减少所述重复的次数，并且当由所述温度传感器测量到的温度落在所述预定的温度范围内时，维持所述重复的次数，
在所述真空抽吸***中，
当所述多个真空泵中的至少一个执行第二操作以重复包括以下两个处理的操作时，这两个处理为其中当所述气缸的内部由于所述阀的操作而从所述低压状态转变到所述高压状态时处于所述低压状态中的气体被绝热地压缩的处理、以及其中所述位移器通过被绝热地压缩的气体的处理，并且
当所述多个真空泵中的至少另一个执行所述第一操作时，
所述真空抽吸***操作以在执行所述第一操作的所述制冷器的次数落在预定的范围内的范围内增大由所述压缩机所产生的压差。
根据本发明的又一个方面的真空抽吸***的操作方法是真空抽吸***的操作方法，所述真空抽吸***包括真空泵，所述真空泵包括制冷器，所述制冷器包括：
冷却级；
气缸，所述气缸连接到所述冷却级的一个面；
板件，所述板件连接到所述气缸的沿轴向方向在与所述气缸的连接到所述冷却级的所述一个端面相对侧上的另一个端面；
空间，所述空间由所述冷却级、所述气缸和所述板件形成；
流动路径，所述流动路径形成在所述板件上；
阀，所述阀经由所述流动路径将所述气缸的内部设置在高压状态和低压状态之一中；以及
活塞状位移器，所述位移器将所述空间的内部分隔成一个空间和与所述流动路径连通的另一个空间，所述位移器在所述气缸中沿轴向方向往复运动，并且包括保留一部分的热状态的材料，所述位移器在所述部分的中空内部中通过，
所述多个真空泵连接到共同的压缩机，
在所述操作方法中
所述多个真空泵中的至少一个的操作方法包括
执行操作以重复包括以下两个处理的操作，这两个处理为其中当所述气缸的内部由于所述阀的操作而从所述低压状态转变到所述高压状态时处于所述低压状态中的气体被绝热地压缩的处理、以及其中所述位移器通过被绝热地压缩的气体的处理，并且
所述多个真空泵中的至少另一个的操作方法包括
执行操作以重复包括以下两个处理的操作，这两个处理为其中当所述气缸的内部由于所述阀的操作而从所述高压状态转变到所述低压状态时处于所述高压状态中的气体被绝热地膨胀的处理、以及其中所述位移器通过被绝热地膨胀的气体的处理。
根据本发明的又一个方面的真空抽吸***的操作方法是真空抽吸***的操作方法，在所述真空抽吸***中多个真空泵连接到压缩机，所述多个真空泵中的每个都包括：
制冷器，所述制冷器包括：
冷却级；
气缸，所述气缸连接到所述冷却级的一个面；
板件，所述板件连接到所述气缸的沿轴向方向在与所述气缸的连接到所述冷却级的所述一个端面相对侧上的另一个端面；
空间，所述空间由所述冷却级、所述气缸和所述板件形成；
流动路径，所述流动路径形成在所述板件上；
阀，所述阀经由所述流动路径将所述气缸的内部设置在高压状态和低压状态之一中；以及
活塞状位移器，所述位移器将所述空间的内部分隔成一个空间和与所述流动路径连通的另一个空间，所述位移器在所述气缸中沿轴向方向往复运动，并且包括保留一部分的热状态的材料，所述位移器在所述部分的中空内部中通过；以及
温度传感器，所述温度传感器测量所述冷却级的预定位置处的温度，
所述真空抽吸***包括：
高压管，所述高压管用作使共同压力的高压气体从所述压缩机供给到多个制冷器的气体流动路径；
低压管，所述低压管用作使低压气体从所述多个制冷器流回到所述压缩机的气体流动路径；
用于计算所述高压管和所述低压管中的气体之间压差的装置；
当所述真空泵执行第一操作以重复包括以下两个处理的操作时时，这两个处理为其中当所述气缸的内部由于所述阀的操作而从所述高压状态转变到所述低压状态时处于所述高压状态中的气体被绝热地膨胀的处理、以及其中所述位移器通过被绝热地膨胀的气体的处理，当由所述温度传感器测量到的温度高于预定的温度范围时，所述真空泵增加所述制冷器中每单位时间内所述高压状态和所述低压状态重复的次数，当由所述温度传感器测量到的温度低于所述预定的温度范围时，所述真空泵减少所述重复的次数，并且当由所述温度传感器测量到的温度落在所述预定的温度范围内时，维持所述重复的次数，
所述操作方法包括
当所述多个真空泵中的至少一个执行第二操作以重复包括以下两个处理的操作时，这两个处理为其中当所述气缸的内部由于所述阀的操作而从所述低压状态转变到所述高压状态时处于所述低压状态中的气体被绝热地压缩的处理、以及其中所述位移器通过被绝热地压缩的气体的处理，并且
当所述多个真空泵中的至少另一个的操作方法执行所述第一操作时，
所述真空抽吸***操作以在执行所述第一操作的所述制冷器的次数落在预定的范围内的范围内增大由所述压缩机所产生的压差。
本发明的有利效果
根据本发明，在其中各自都具有冷却级的多个真空泵连接到压缩机并且通过压缩机操作的真空抽吸***中，执行激活操作和/或再生操作的真空泵可以快速地返回到正常的真空抽吸操作状态，而同时除了连接到执行再生操作的真空抽吸装置的真空泵以外的真空泵执行正常的真空抽吸操作。
或者，根据本发明，在其中各自都具有冷却级的多个真空泵连接到压缩机并且通过压缩机操作的真空抽吸***中，当至少一个真空泵执行再生操作时，再生操作状态中的真空泵可以被控制成快速地达到真空抽吸操作状态，而同时除了执行再生操作的真空泵以外的真空泵维持真空抽吸操作。
本发明的其它特征和优点将从以下参照附图的说明而变得清楚。注意到，在所有附图中，相同的附图标记指示相同的或类似的部件。
附图说明
包含在本说明书中且构成本说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与说明一起用于解释本发明的原理。
图1是示出用在根据本发明的实施例的真空抽吸***中的真空泵的示例的视图；
图2是示出第二冷却级的温度调节顺序的流程图；
图3是其中通过单个压缩机操作多个低温泵的真空抽吸***的视图；
图4是示出低温泵的布置的视图；
图5是示出与根据第一实施例的真空抽吸***相关联的操作顺序的流程图；
图6是用于解释改变与高压管和低压管的内部相关联的压差的方法的图；
图7是示出在激活操作或再生操作时的操作顺序的流程图；
图8是其中通过单个压缩机操作多个低温泵的真空抽空***的图；
图9是其中通过单个压缩机操作包括低温泵和低温冷阱二者的真空抽空***的真空抽吸***的图；
图10是示出当四个低温泵操作成具有相同的热负荷时压缩机的压差和能量消耗之间的关系的图；
图11是示出低温泵中的制冷器的布置的剖视图；
图12是示出使用根据本发明的真空抽吸***的衬底处理设备的布置示例的图；以及
图13是举例示出使用根据本发明的衬底处理设备制造的电子装置的剖视图。
具体实施方式
以下将参照附图详细地说明本发明的实施例。将首先说明用在该实施例的真空抽吸***中且具有冷却级的真空泵。将解释作为真空泵的示例的低温泵的原理。
使用低温泵的真空抽吸***包括低温泵，所述低温泵包括：制冷器，所述制冷器产生非常低的温度；和压缩机，所述压缩机将诸如氦气的压缩气体供给到制冷器。该***重复这样的循环：将高压气体从压缩机供给到制冷器，通过制冷器中的再生器提前冷却高压气体，用高压气体填充膨胀室，然后使高压气体膨胀以产生低温，冷却周围区域也冷却再生器，并且将具有低温的气体返回到压缩机。通过制冷循环所获得的非常低的温度而将气体凝结或吸附气体，实现真空抽吸。
在例如日本专利特开号7-35070的图9中示出制冷器的布置。图11示出该专利文献的图9中所公开的制冷器的布置。图11示出布置在泵容器中的制冷器的气缸、高压侧阀和低压侧阀的内部结构。在圆柱形气缸71中布置有以可滑动状态往复运动的位移器72。在位移器72和气缸71之间布置有环状密封构件73和74。至于气缸71和位移器72的形状，图11中的下部分具有较小的直径以限定两级结构。气缸71的具有较大直径的一个端面连接有冷却级701。气缸71的具有较小直径的端面连接有冷却级702。气缸71的沿着轴向方向具有较大直径的另一个端面连接有板件86。位移器72包括例如两个再生器75和76。由于再生器75和76基本上具有用于使气体穿过的结构，并且再生器75和76的结构是已知的，将不给出其详细的说明。气体根据位移器72的运动状态流动，例如由虚线77所指示。在由虚线77所指示的气体流动中，用箭头指示流动可能产生的所有方向。实际上，根据操作条件产生图11中从顶部到底部的方向和从底部到顶部的方向中的一个方向的流动。在位移器72的往复运动中，在图11中当位移器72到达气缸71的顶端时的位置与上止点的位置相对应，并且当位移器72到达气缸71的底端时的位置与下止点的位置相对应。
连杆78连接到位移器72的顶面部分，延伸到气缸71外部，并且经由曲柄机构(未示出)联接到马达(未示出)的转动驱动轴。在连杆78和气缸71之间布置有密封构件79。当马达沿着某一方向转动时，连杆78通过曲柄机构的操作根据马达的转动进行往复运动80。因此，连结到连杆78的位移器72也在气缸71中与连杆78共同操作来进行往复运动。通过位移器72的往复运动而形成由位移器72所分隔的三个空间(分隔室)U、L1和L2。如图11中所示，空间U形成在气缸71的顶侧上，而空间L1和L2形成在气缸71的底侧上。
在气缸71的顶端部分上，布置有允许与低压气室81连接的低压侧阀82和允许与高压气室83连接的高压侧阀84。通过指令信号85控制低压侧阀82的打开/关闭操作，并且通过指令信号87控制高压侧阀84的打开/关闭操作。
在图11中所示的气体流动77中，气体流动的方向是通过如上所述的当时的条件决定的一个方向，并且所述条件通过低压侧阀82和高压侧阀84的打开/关闭操作的状态以及位移器72的运动方向而给定。
以下将说明制冷器的基本冷却循环。
处理(1)：当位移器72位于上止点处时，仅低压侧阀82打开以使积聚在空间L1和L2中的高压气体膨胀而产生寒冷。由于该膨胀，冷却空间L1和L2的周围区域(冷却级)，并且通过气体的运动而冷却再生器75和76。
处理(2)：位移器72从上止点运动到下止点。在该运动期间，积聚在空间L1和L2中的低温气体还穿过再生器75和76，并且在再生器75和76中积聚寒冷。当位移器72位于下止点处时，低压侧阀82关闭。
处理(3)：当高压侧阀84打开时，由于高压气体进入空间U，最初位于该处的气体被绝热地压缩。另外，由于位移器72向上运动，当高压气体穿过位移器72中的再生器75和76时高压气体被冷却，并且运动到空间L1和L2中。
处理(4)：位移器72达到上止点，并且高压侧阀84关闭。
处理(5)：然后，低压侧阀82打开。在实践中该处理包括在以上处理(1)中。因而，循环返回到第一处理(1)。
如上所述，通过重复处理(1)至(4)执行冷却。上述循环是基本的冷却循环。在上述的基本的冷却循环中，相应的阀的打开/关闭操作被控制成使得当位移器72位于上止点的位置处时，高压侧阀84关闭并且低压侧阀82打开，而当位移器72位于下止点的位置处时，低压侧阀82关闭并且高压侧阀84打开。因此，当位移器72到达上止点或下止点时，相应的阀的打开/关闭定时被控制以逆转气体流动方向。
图1是示出用在该实施例的真空抽吸***中的真空泵的示例的视图。更具体地，图1中所示的真空泵是包括制冷器的低温泵，所述制冷器具有两个冷却级。参照图1，附图标记1指示低温泵主体；附图标记2指示两级式的制冷器；附图标记3指示压缩机；附图标记4指示制冷器驱动电源；并且附图标记5指示包含在制冷器驱动电源4中的逆变器。
包含在低温泵1中的两级的制冷器2包括第一冷却级6和第二冷却级7，所述第二冷却级7维持在低于第一冷却级6的温度下。低温板8连接到第二冷却级7，并通过第二冷却级7冷却到非常低的温度。辐射防护件9连接到第一冷却级6，并通过第一冷却级6冷却到非常低的温度。辐射防护件9构造成包围第二冷却级7和低温板8。辐射防护件9的顶部部分的敞开部分布置有百叶窗10，所述百叶窗10经由辐射防护件9通过第一冷却级6冷却到非常低的温度。另外，设置有壳体11以包围辐射防护件9的外侧。
在两级式的制冷器2的第一冷却级6上，布置有：作为加热装置的电加热器12，用于加热第一冷却级6；和温度传感器(第一温度传感器)13，用于测量第一冷却级6的温度。在第二冷却级7上，布置有温度传感器(第二温度传感器)14，用于测量第二冷却级7的温度。
两级式的制冷器2经由高压管15a和低压管15b连接到压缩机3，所述高压管15a用作使诸如氦的高压气体从压缩机3供给到制冷器2的流动路径(气体流动路径)，所述低压管15b用作使诸如氦的高压气体从制冷器2流回到压缩机3的流动路径(气体流动路径)。通过压缩机3所压缩的高压气体经由高压管15a供给到两级式的制冷器2。然后，高压气体在第一膨胀室和第二膨胀室(二者均未示出)中绝热地膨胀以冷却第一冷却级6和第二冷却级7。此后，气体经由低压管15b流回到压缩机3。
两级式的制冷器2连接到制冷器驱动电源4。在两级式的制冷器2中，由于从压缩机3供给的高压气体绝热地膨胀，所以获得低温状态。制冷性能与每单元时间绝热膨胀的重复次数(即，制冷器中每单位时间高压状态和低压状态重复的次数)成比例。以下该重复的次数将称为制冷器的“操作频率”。在该实施例中，包含在制冷器驱动电源4中的逆变器5控制两级式的制冷器2的操作频率。
第一温度传感器13和第二温度传感器14分别连接到第一温度设定/控制装置16和第二温度设定/控制装置17。
在第一温度设定/控制装置16中，设定第一冷却级6的容许温度范围。注意到，容许温度范围在整个本说明书中指第一冷却级6将维持的设定温度范围。更具体地，第一冷却级6需要维持在预定的温度范围内，例如从约50K到120K的温度范围。当第一冷却级6的温度太低时，通过第一冷却级6凝结和排放具有较大蒸气压力的气体，例如氩、氧或氮，所述气体将通过维持在低于第一冷却级6的温度下的第二冷却级7凝结和排放。另一方面，当第一冷却级6的温度太高时，最初通过第一冷却级6凝结和排放的气体不能排放。因此，第一冷却级6需要维持在预定的温度范围内，即，容许温度范围内。
在图1中所示的真空泵中，第一温度设定/控制装置16基于由第一温度传感器13所检测到的温度和所设定的第一冷却级6的容许温度范围而控制制冷器驱动电源4中的逆变器5。即，两级式的制冷器2的操作频率基于来自第一温度传感器13的输出而被反馈控制以将第一冷却级6的温度维持为不变值。
在第二温度设定/控制装置17中，设定第二冷却级7的目标温度范围。注意目标温度范围在整个本说明书中指第二冷却级7所维持在的温度范围。通常，作为该目标温度范围，第二冷却级7的温度考虑到用于凝结或吸附气体的性能在某种程度上需要较低的温度。然而，考虑到减少能量消耗，第二级不需要设定在过低的温度下。
因此，目标温度范围设定到例如从10K到12K的温度范围。第二温度设定/控制装置17基于由第二温度传感器14所检测到的温度和所设定的第二冷却级7的目标温度范围而将控制数据供给到加热控制装置18。加热电源19连接到加热控制装置18。此外，电加热器12连接到加热电源19。加热控制装置18在第二温度设定/控制装置17的控制下调节从加热电源19供给到电加热器12的电力供应，由此控制连接到加热电源19的电加热器12的性能。
第一温度设定/控制装置16通过控制制冷器驱动电源4中的逆变器5而控制制冷器2的操作频率，以便使由第一温度传感器13所检测到的第一冷却级6的温度维持在容许温度范围。更具体地，当所检测到的第一冷却级6的温度高于容许温度范围的上限温度时，装置16提高制冷器的操作频率。当制冷器的操作频率升高时，由于冷却循环加快，增强了冷却性能，从而降低第一冷却级6的温度。另一方面，当所检测到的第一冷却级6的温度低于容许温度范围的下限温度时，装置16减小制冷器的操作频率。当制冷器的操作频率减小时，由于冷却循环减慢，降低了冷却性能，从而升高第一冷却级6的温度。
另一方面，第二温度设定/控制装置17将控制数据供给到加热控制装置18，以便在第二温度传感器中所检测到的第二冷却级7的温度维持设定的目标温度或目标温度范围。加热控制装置18基于该控制数据控制来自加热电源19的电力供应，由此控制电加热器12的性能。更具体地，当所检测到的第二冷却级7的温度低于目标温度范围的最小值时，装置17减小来自电加热器12的输出；当所检测到的第二冷却级7的温度高于目标温度范围的最大值时，装置17提高来自电加热器12的输出。以下将参照图2中所示的流程图说明通过第二温度设定/控制装置17所控制的电加热器12的行为控制的示例。
注意到，在图2中所示的流程图中，t是通过第二温度传感器14所检测到的第二冷却级7的温度，并且Tmax是在第二温度设定/控制装置17中设定的第二冷却级7的目标温度范围的最大值。而且，Tmin是在第二温度设定/控制装置17中设定的第二冷却级7的目标温度范围的最小值。
在步骤S11中，激活低温泵以开始第一冷却级6的温度调节。此后，在步骤S12中，也开始第二冷却级7的温度调节。监测由第二温度传感器14所检测到的第二冷却级7的温度t是否落入目标温度范围内。
如果在步骤S13中检测到由第二温度传感器14所检测到的第二冷却级7的温度t高于目标温度范围的最大值Tmax(步骤S13中的“是”)，第二温度设定/控制装置17将控制信号输出到加热控制装置18。在收到该控制信号时，加热控制装置18升高从加热电源19到电加热器12的电力供应。然后，来自电加热器12的输出在预定的操作频率范围内增大(步骤S14)。当第一冷却级6上的热负荷升高时，第一温度设定/控制装置16提高两级式的制冷器2的操作频率以加快制冷循环。结果，增强第二冷却级7的制冷性能，并且第二冷却级7的温度t降低。在该时间间隔期间，由于基于由第一温度传感器13所测量到的第一冷却级的温度而反馈控制两级式的制冷器2的操作频率，所以第一冷却级6的温度维持在容许温度范围内。
至于来自电加热器12的输出，来自加热电源19的电力供应逐步地升高，直到由第二温度传感器14所检测到的第二冷却级7的温度t低于或等于目标温度范围的最大值Tmax为止。如果检测到第二冷却级7的温度t由于电加热器12的加热而低于或等于目标温度范围的最大值Tmax(步骤S13中的“否”)，然后判定温度t是否大于或等于目标温度范围的最小值Tmin(步骤S15)。如果第二冷却级7的温度t大于或等于目标温度范围的最小值Tmin，则第二冷却级7的温度t落入目标温度范围内。如果确定第二冷却级7的温度t落入目标温度范围内(步骤S15中的“否”)，则处理返回到步骤S13以维持那时来自电加热器12的输出，并且继续监测第二冷却级7的温度t是否落入目标温度范围内。
另一方面，如果由第二温度传感器14所检测到的第二冷却级7的温度t低于目标温度范围的最小值Tmin(步骤S15中的“是”)，则第二温度设定/控制装置17将控制信号输出到加热控制装置18。在收到该控制信号时，加热控制装置18减小从加热电源19到电加热器12的电力供应(步骤S16)。然后，当来自电加热器12的输出减小并且第一冷却级6上的热负荷降低时，第一温度设定/控制装置16减小两级式的制冷器2的操作频率而减慢制冷循环，如上所述。结果，降低第二冷却级7的制冷性能，由此升高第二冷却级7的温度t。
至于来自电加热器12的输出，来自加热电源19的电力供应逐步地减小，直到第二冷却级7的温度t高于或等于目标温度范围的最小值Tmin为止或者直到来自电加热器12的输出成为零为止。如果检测到第二冷却级7的温度t由于减少电加热器12的加热而高于或等于目标温度范围的最小值Tmin(步骤S15中的“否”)，则判定温度t是否小于或等于目标温度范围的最大值Tmax(步骤S13)。如果第二冷却级7的温度t小于或等于目标温度范围的最大值Tmax，则第二冷却级7的温度t落入目标温度范围内。如果确定第二冷却级7的温度t落入目标温度范围内，则维持那时来自电加热器12的输出，并且继续监测第二冷却级7的温度t是否落入目标温度范围内。
就上述布置而言，当两级式的制冷器2的操作频率落入正常操作频率范围内时，这指示第一冷却级6的温度落入容许温度范围内并且第二冷却级7的温度落入目标温度范围内。注意到，制冷器的操作频率通常具有上限和下限。因为驱动制冷器的马达的转速的上限是基于驱动制冷器的马达的功率而规定的，并且该下限是由于马达产生需要的转矩所需的给定的转速或更大的转速而规定的，所以允许马达被稳定驱动的转速具有范围。由于马达的转速具有上限和下限，所以制冷器的操作频率也具有上限和下限。落入由上限和下限所限定的范围内的制冷器的操作频率在整个本说明书中将称为“正常操作频率”。例如，制冷器的操作频率落入每分钟20次至60次的范围内。即，其频率落入正常操作频率范围内的两级式的制冷器2的操作频率指当出现任意变化，例如热负荷量中的变化时，制冷器的操作频率响应于该变化而被反馈控制，并且可以维持正常的操作。
上述的布置和行为用于具有双冷却级的抽吸装置的操作。以下将说明具有单冷却级的真空泵的操作。
在具有单冷却级的真空泵中，图1中所示的具有双冷却级的真空泵所需装置的第二温度传感器14和第二温度设定/控制装置17是不必要的。在该情况下，在图1中第一温度设定/控制装置16和加热控制装置18连接。由于泵具有单冷却级，图1中所示的第一冷却级6和第二冷却级7以下将描述为“冷却级6”。
第一温度设定/控制装置16基于来自附装到冷却级6的第一温度传感器13的输出而反馈控制制冷器2的操作频率，以便使由第一温度传感器13所检测到的冷却级6的温度落入设定的容许温度范围内。当单个冷却级6的温度甚至通过将单个冷却级6的制冷器的操作频率减小到正常操作频率的下限也没有变得大于或等于容许温度范围的下限温度时，加热控制装置18基于输入到第一温度设定/控制装置16的第一温度传感器13的温度而控制加热电源19，直到该温度落入容许温度范围内为止。
更具体地，当第一冷却级6的温度高于容许温度范围的上限时，制冷器2的操作频率升高以增强制冷性能。另一方面，当所检测到的冷却级6的温度低于容许温度范围的下限温度时，制冷器的操作频率减小以降低制冷性能。结果，冷却级6的温度升高。然后，当冷却级6的温度甚至通过将单个冷却级6的制冷器的操作频率减小到正常操作频率的下限也没有变得大于或等于容许温度范围的下限温度时，加热控制装置18基于输入到第一温度设定/控制装置16的第一温度传感器13的温度而控制加热电源19，直到该温度落入容许温度范围内为止。因此，当制冷器的操作频率落入正常操作频率范围内时，这指示冷却级6的温度落入容许温度范围内，并且当出现任意变化时，操作频率相应地被反馈控制以维持正常的操作。
如上所述，当仅需要确定制冷器的操作频率时或者当仅需要将制冷器的操作频率控制成维持落入正常操作频率范围内时，使用该实施例的具有单个冷却级或两个冷却级的真空泵，第一冷却级的温度可以落入容许温度范围内，并且就具有第二冷却级的真空泵而言第二冷却级的温度可以落入目标温度范围内。
因此，通过仅关注制冷器的操作频率就可以维持正常的操作。
在以上说明中，逆变器5、制冷器驱动电源4、第一温度设定/控制装置16、第二温度设定/控制装置17、加热控制装置18和加热电源19被描述为独立的装置。然而，这些装置可以容纳在单个单元中。将在假定通过各自具有这些功能的相应的控制器控制相应的真空泵的情况下给出以下说明。或者，可以通过单个控制器代替各个控制器来控制所有制冷器。
图3是示出根据本发明第一实施例的真空抽吸***的布置示例的解释性图。图3中所示的实施例涉及其中通过单个压缩机操作各自具有单冷却级的多个真空泵的情况。
参照图3，附图标记3指示压缩机；并且附图标记15a和15b分别指示高压管和低压管。附图标记30a至30d指示各自具有单冷却级的真空泵；并且附图标记31a至31d指示用于真空泵30a至30d的控制器。附图标记32和33分别指示用于高压管和低压管的压力计。附图标记34指示频率控制单元，所述频率控制单元包括例如逆变器。频率控制单元34计算来自压力计32和33的压力之间的差，并且控制压缩机3的驱动频率。附图标记35指示集成地控制真空泵的控制器31a至31d的控制器。附图标记37a至37d指示单级式的制冷器。控制器35和频率控制单元34用作控制装置。
控制器31a至31d中的每个都具有图1中所示的第一温度设定/控制装置16、制冷器驱动电源、逆变器、加热控制装置18和加热电源19的功能。注意到，附图标记30a至30d指示各自都具有单个冷却级的真空泵，并且在该情况下使用低温冷阱。
图4是示出图3中所示的真空泵的布置的视图，所述真空泵与由图3中的单点划线围住的真空泵(低温冷阱)30a相对应。
如图4中所示，真空泵30a包括冷却级406、冷却面板408、温度传感器413、电加热器412、单级式的制冷器37a、高压管15a和低压管15b。温度传感器413和电加热器412连接到控制器31a，并且高压管15a和低压管15b连接到压缩机3。
以下将参照图5中所示的流程图说明图3中所示的真空抽吸***的控制顺序。
相应的控制器31a至31d监测真空泵(低温冷阱)30a至30d的单级式的制冷器37a至37d的操作频率。相应的控制器31a至31d将低温冷阱的制冷器37a至37d的操作频率输出到控制器35(步骤S21)。控制器35获取所有低温冷阱的制冷器37a至37d的操作频率的数据(步骤S22)。控制器35判断所有低温冷阱的制冷器37a至37d的操作频率是否落入制冷器的正常操作频率范围内(步骤S23)。如果所有制冷器的操作频率都在正常操作频率范围以外(步骤S23中的“否”)，则控制器35例如发出警报以通知该状态。
另一方面，如果所有制冷器的操作频率落入正常操作频率范围内(步骤S23中的“是”)，则控制器35判断是否有降低高压管和低压管中气体间压差的余地(步骤S24)。如果有降低压差的余地(步骤S24中的“是”)，则控制器35减小压差(步骤S25)，并且处理返回到步骤S22。如果没有降低压差的余地(步骤S24中的“否”)，则控制器35获取制冷器的下一次操作频率数据(步骤S26)。
各制冷器37a至37d的制冷性能同高压管和低压管中的气体间压差与制冷器的操作频率之间的乘积成比例。在该实施例中，低温冷阱用作具有单冷却级的真空泵。为了使如图10中所示的整个真空抽吸***在节约能量消耗的同时确保给定的冷却性能，制冷器的操作频率在可能的升高范围内升高，并且尽可能减小高压管和低压管中的气体之间的压差。
依据压缩机的性能，高压管和低压管中的气体之间的压差也具有上限和下限。在以下说明中，假定上限是1.8MPa(约18个大气压)，并且下限是1.1MPa(约11个大气压)。在该情况下，假定中心压差是1.4MPa。
如上所述，为了节约整个真空抽吸***的能量消耗，应尽可能减小高压管和低压管中的气体之间的压差。高压管和低压管中的气体之间的压差的减小导致制冷器的操作频率的增加。在该实施例中，基于该规则控制高压管和低压管中的气体之间的压差。
以下将参照图5和6详细地说明上述控制方法。图6是用于解释减小高压管和低压管中的气体之间的压差的方法的图。
在该方法中，只要制冷器37a至37d的操作频率落入正常操作频率范围内，高压管15a和低压管15b中的氦气之间的压差就以0.05MPa的递减量降低。在图6中，附图标记A1至A3指示当高压管和低压管中的氦气之间的压差分别是1.2MPa、1.25MPa和1.30MPa时制冷器的操作频率的最大值。另一方面，附图标记B1至B3指示当高压管和低压管中的氦气之间的压差分别从最大值A1至A3降低了0.05MPa时制冷器的操作频率的最大值。
基于三个数据A1至A3通过最小二乘法内插三个点而计算直线A。然后，甚至在进行外插法并且压差进一步减小了0.05MPa之后，确定制冷器的操作频率的最大值是否超过容许操作频率的上限，例如每分钟60次。
在图6中，由于甚至在压差减小了0.05MPa之后判断最大值没有超过每分钟60次，所以将压差减小0.05MPa。
此后，控制返回图5的流程图中的点R。当压差减小了0.05MPa时获得图6中的数据B1至B3(参见图5中的步骤S22)。确定这些数据是否落入制冷器的常规的操作频率范围内(步骤S23)。
此后，计算插值有制冷器的操作频率的最大值B1至B3的直线B。如从该直线B可以看到，当高压管和低压管中的氦气之间的压差又减小了0.05MPa时，最大值超过作为容许操作频率的每分钟60次。控制器35判断没有降低操作频率的余地(步骤S24中的“否”)。控制器35判定高压管和低压管中的氦气之间的压差和图6中所示的制冷器的操作频率的最大值B3这一对值是最小化整个真空抽吸***的能量消耗的操作条件，并且控制真空抽吸***以在该状态中持续该操作，直到下一次获取制冷器的操作频率的数据的机会为止(步骤S26)。
在该实施例中，从三个点计算插值的直线。然而，点的数量不限于三个。作为插值方法，使用最小二乘法。然而，本发明不限于这种特定的方法，可以应用多项式近似法、对数近似法、幂近似法、或指数近似法。
作为与图6相关将操作频率控制成落在正常操作频率范围内的方法，除了上述的方法以外可用下将说明的简单的方法。例如，待控制的操作频率的上限和下限被控制为比容许操作频率范围内缩预定值的范围内的数值。更具体地，将假定这种情况，其中操作频率的上限和下限分别是每分钟60次和20次。假定比容许操作频率范围内缩的范围的频率是每分钟3次，则待控制的操作频率的上限和下限被分别控制为每分钟57次和23次。高压管和低压管中的压差被改变，并且一旦超过待控制的上限和下限，则高压管和低压管中的诸如氦气之间的压差的改变处理停止。
更具体地，假定制冷器的操作频率的最大值在1.25MPa的情况下是每分钟50次，在1.20MPa的情况下是每分钟54次，而在1.15MPa的情况下是每分钟58次，改变处理被停止以防止高压管和低压管中的氦气之间的压差低于1.15MPa。然后，在1.15MPa下继续操作。
另一方面，在激活操作时(所述激活操作指控制使用低温的真空泵的温度以将该温度降低到允许正常操作的温度)，并且在再生操作时(所述再生操作指控制来通过蒸发和排放凝结或吸附在内部低温部分上的气体而恢复排放性能)，增大高压管和低压管中的氦气之间的压差以减小在真空室中执行处理的设备的停机时间是有效的。这是因为在激活操作时所需要的冷却性能和在再生操作时所需要的温度升高性能同在高压管和低压管内部间压差与制冷器的操作频率之间的乘积大致成比例。
激活操作指在真空泵中产生低度真空之后，所述真空泵使用由于高压气体的绝热膨胀所产生的低温来冷却冷却级并且通过将气体凝结或吸附到已冷却的部分而排放气体，开始制冷器的冷却，并且冷却级被冷却到允许真空泵表现出其功能所需要的温度状态。在该操作期间，由于真空泵没有排放性能，所以激活操作时间优选地尽可能短。
由于广泛的研究，本发明人发现，在激活操作时，期望在高压管和低压管中的气体之间的压差较大的状态中并且在高于正常的真空抽吸操作的操作频率下操作制冷器。
注意到，在该实施例中使用的真空泵是所谓的包封型泵(entrapment type pump)，所述包封型泵通过在由冷却制冷器所产生的低温下将气体凝结或吸附在表面上而在真空室中排放气体。因此，当在低温部分上凝结或吸附的气体超过预定的量时，凝结或吸附的气体需要被蒸发，使得凝结或吸附的表面被恢复到没有气体凝结或吸附的状态。
再生操作指由于真空泵可以通过改变其操作方式而具有加热功能，所以泵使用该功能再生，所述真空泵使用由于高压气体的绝热膨胀所产生的低温来冷却冷却级并且通过将气体凝结或吸附到已冷却的部分而排放气体。
更具体地，再生操作指通过升高冷却级的温度来蒸发凝结或吸附的物质并且从诸如冷却级的冷却部分去除凝结或吸附的物质。
安装在泵中的制冷器具有：冷却级；连接到冷却级的一个面的气缸；板件，所述板件连接到气缸沿轴向方向在与连接到冷却级的端面相对侧上的另一个端面；以及由冷却级、缸和板件形成的空间。板件具有流动路径，所述流动路径使气缸的内部通过阀操纵而设定在高压状态和低压状态之一中。在空间中，布置有活塞状位移器，所述位移器将空间的内部分隔成一个空间和与流动路径连通的另一个空间，并且所述位移器沿着轴向方向在气缸中往复运动。位移器具有中空的内部，所述中空的内部用保留热状态的材料填充。
在具有该布置的泵中，当气缸的内部处于低压状态中并且位移器运动成最靠近带流动路径的板件时，进行阀操纵以将高压状态与气缸的内部连接。借助该操纵，已经存在于气缸的内部中的低压状态中的气体在与气缸中的板件相对的位移器的空间中被绝热地压缩，并且其温度升高。当温度升高的气体通过位移器时，保留位移器中的热状态的材料保留温度升高的状态。
当位移器与带流动路径的板件间隔开最远时，进行阀操纵以将气缸的内部与低压状态连接。借助该操纵，气缸中的高压状态中的气体被绝热地膨胀，并且其温度降低。由于气缸中的空间(气体)的大部分位于位移器和带流动路径的板件之间，低温气体的大部分在没有通过位移器的情况下(在没有保留低温状态的情况下)在冷状态中从制冷器排放。即，没有出现低温气体穿过填充在位移器中并且保留热状态的材料的流动。因此，保留温度升高的状态，在保留位移器中的热状态的材料中保留所述温度升高的状态。低温气体从未冷却冷却级。
考虑到，上述的操作逐渐地升高保留位移器中的热状态的材料的温度，并且冷却级温度最终升高。结果，在冷却部分上凝结的或吸附的物质可以被蒸发，并且可以从诸如冷却级的冷却部分去除。
由于广泛的研究，本发明人发现，在再生操作时的该温度升高性能随着制冷器的操作频率增大并且随着低压管和供给到制冷器的高压管中的气体之间的压差增大而变得较大。通过执行与低温泵的正常冷却操作相反的加热操作而可以在短时间内实现再生(例如，参见日本专利公开号4-195)。即，在制冷器的气缸中，称为位移器的活塞状构件与制冷器的气缸同轴地往复运动。在位移器的中心部分中填充有制冷剂，所述位移器具有允许气体沿着彼此相反的方向穿过的结构。通过相对于位移器将阀的打开定时和关闭定时的相位与冷却操作相比转变180°来实现加热操作，所述阀的打开定时和关闭定时的相位被控制成将高压气体和低压气体引入到制冷器的容器中。
即，位移器通过诸如马达的驱动源进行简单的谐振运动。在正常的冷却操作中，当阀侧上的空间相对于位移器最小时，低压阀打开，而当阀侧上的空间相对于位移器最大时，高压阀打开。然而，在加热操作中，当阀侧上的空间相对于位移器最小时，高压阀打开，而当阀侧上的空间相对于位移器最大时，低压阀打开。由于这种操作，第一级的温度和第二级的温度升高以在短时间内蒸发凝结或吸附的气体，从而使凝结或吸附的表面再生。
以下将参照图3解释其中多个真空泵包括执行正常操作的真空泵和执行再生操作的真空泵的情况。多个真空泵30a至30d中的至少一个执行再生操作，也就是说，所述再生操作用于重复包括以下两个处理的操作，这两个处理为其中当气缸的内部由于阀的操作而从低压状态转变到高压状态时处于低压状态中的气体被绝热地压缩的处理以及其中位移器通过被绝热地压缩的气体的处理。然后，多个真空泵30a至30d中的至少另一个执行正常操作，也就是说，所述正常操作用于重复包括以下两个处理的操作，这两个处理为其中当气缸的内部由于阀的操作而从高压状态转变到低压状态时处于高压状态中的气体被绝热地膨胀的处理以及其中位移器通过被绝热地膨胀的气体的处理。
在以上说明中，用于高压和低压气体的阀的打开定时和关闭定时在激活操作和再生操作中相对于位移器转变了180°，以便解释原理。然而，为了达到有效的操作，这些定时经常最好转变多于180°(例如，参见日本专利特开号7-35070)。
由于制冷器的冷却性能或温度升高性能随着制冷器的操作频率增大而变得较大，假定在激活操作或再生操作期间真空泵以与正常操作期间的操作频率相比较高的不变操作频率操作制冷器。在正常操作期间，制冷器的操作频率例如是每分钟20次至每分钟60次。然而，在激活操作或再生操作期间，制冷器在例如每分钟75次的不变值下操作。
同样在该情况下，当使用该实施例的真空泵构造真空抽吸***时，高压管和低压管中的气体之间的压差可以在维持允许真空室中的正常处理的状态的同时增大，所述真空室连接有既不进行激活操作也不进行再生操作的真空泵。因为对于除了执行激活操作或再生操作的真空泵以外的其它真空泵，高压管和低压管中的气体之间的压差可以在确定操作频率是否落入正常操作频率范围内的同时增大到极限。通过经由控制器35进行这种操纵，执行激活操作和再生操作的真空泵可以快速地返回到正常的操作状态，而同时在真空室中执行正常处理，所述真空室未连接有执行激活操作或再生操作的真空泵。
以下将参照与图3中所示的真空抽吸***相关联的图7中所示的流程图来说明根据该实施例的激活操作或再生操作。
相应的控制器31a至31d监测相应的真空泵(低温冷阱)30a至30d的单级式的制冷器37a至37d的操作频率(步骤S31)。控制器31a至31d将低温冷阱的制冷器37a至37d的操作频率发送到控制器35(步骤S32)。控制器35判断除了激活操作或再生操作期间的低温冷阱以外的所有低温冷阱的操作频率是否落入制冷器的正常操作频率范围内(步骤S33)。如果除了激活操作或再生操作期间的制冷器以外的所有制冷器的操作频率是在制冷器的正常操作频率范围以外(步骤S33中的“否”)，则控制器35发出例如警报从而通知该状态。
另一方面，如果除了激活操作或再生操作期间的制冷器以外的所有制冷器的操作频率落入正常操作频率范围内(步骤S33中的“是”)，则控制器35判断是否有增大高压管15a和低压管15b中的气体之间的压差的余地(步骤S34)。
在激活操作或再生操作的情况下，执行激活操作或再生操作的低温冷阱的操作频率维持在高于正常操作频率的值处，例如，每分钟75次。此时，为了增强执行激活操作或再生操作的低温冷阱的冷却性能，期望增大高压管15a和低压管15b中的气体之间的压差。
因此，控制器35判断甚至当高压管15a和低压管15b中的气体之间的压差被进一步增大例如0.05MPa时，除了激活操作或再生操作期间的制冷器以外的制冷器的操作频率是否维持在正常操作频率范围内。更具体地，当高压管15a和低压管15b中的气体之间的压差增大时，由于除了激活操作或再生操作期间的制冷器以外的制冷器的操作频率降低，控制器35判断除了激活操作或再生操作期间的制冷器以外的制冷器的操作频率的最小值是否在下限以下。如果该最小值没有在下限以下(步骤S34中的“是”)，控制器35将高压管15a和低压管15b中的气体之间的压差增大例如0.05MPa(步骤S35)。然后，控制返回到R。
真空抽吸***最终将达到的操作状态(步骤S36)是这样的状态，其中高压管15a和低压管15b中的气体之间的压差被设定在当除了激活操作或再生操作期间的低温冷阱以外的低温冷阱的操作频率维持在正常操作频率范围内(即，正常的操作状态)时可以达到的最大压差附近。结果，可以在维持其它低温冷阱处于正常的操作状态的同时使激活操作或再生操作中的低温冷阱快速地返回到正常的操作状态。
以下将参照图8说明其中单个压缩机操作多个真空泵的情况，所述多个真空泵根据本发明的第二实施例各自都具有两个冷却级。作为具有双冷却级的真空泵，使用低温泵。
参照图8，附图标记1a至1e指示低温泵；附图标记2a至2e指示制冷器；附图标记3指示压缩机；附图标记15a至15b分别指示高压管和低压管；并且附图标记36a至36e指示低温泵1a至1e的控制器。附图标记32和33分别指示用于高压管和低压管的压力计；并且附图标记34指示频率控制单元，所述频率控制单元计算来自压力计32和33的压力之间的差，并且控制压缩机3的驱动频率。附图标记35指示控制器，所述控制器集成地控制低温泵的控制器36a至36e。
第二实施例的控制方法与参照图5和6所述的控制方法相同，除了以下不同以外。即，低温泵的操作频率落入正常操作频率范围内的事实指示第一冷却级的温度落入容许温度范围内并且第二冷却级的温度落入目标温度范围内。
同样在该实施例中，如在第一实施中，通过执行图7中所示的控制，执行激活操作和再生操作的低温泵可以快速地返回到正常的操作状态，而同时在连接有不执行激活操作或再生操作的低温泵的真空室中执行正常的处理。
以下将参照图9说明根据本发明的第三实施例其中单个压缩机操作真空抽吸***的情况，所述真空抽吸***包括各自都具有双冷却级的真空泵和各自都具有单冷却级的真空泵。
作为具有两个冷却级的真空抽吸装置，使用低温泵。作为具有单冷却级的真空抽吸装置，使用低温冷阱。
参照图9，附图标记1a至1c指示低温泵；附图标记2a至2c指示低温泵的两级式的制冷器；附图标记3指示压缩机；附图标记15a和15b分别指示高压管和低压管；并且附图标记30a和30b指示低温冷阱。附图标记31a和31b指示低温冷阱的控制器；并且附图标记32和33分别指示用于高压管和低压管的压力计。附图标记34指示频率控制单元，所述频率控制单元计算来自压力计32和33的压力之间的差，并且控制压缩机3的驱动频率；并且附图标记36a至36c指示低温泵1a至1c的控制器。附图标记35指示的控制器集成地控制低温泵1a至1c的控制器36a至36c和低温冷阱37a和37b的控制器36a和36b。
第三实施例的控制方法与参照图5和6所述的控制方法相同，除了以下不同以外。即，制冷器的操作频率落入常规的操作频率范围内的事实指示具有两级的低温泵的第一级的温度落入容许温度范围内，第二级的温度落入目标温度范围内，并且具有单个级的低温冷阱的第一级的温度落入容许温度范围内。
同样在该实施例中，如在第一实施和第二实施例中，执行激活操作和再生操作的真空泵可以快速地返回到正常的操作状态，而同时在连接有不执行激活操作或再生操作的低温泵的真空室中执行正常的处理。
图12示出使用本发明的真空抽吸***的衬底处理设备1200。该衬底处理设备是群集式溅射设备，所述群集式溅射设备在液晶面板上形成源极和漏极。附图标记1201指示衬底传送室，所述衬底传送室位于该设备的中心处，并且在相应的衬底处理室之间交换衬底。在中心部分处布置衬底传送机器人(未示出)，并且衬底传送机器人在相应的衬底处理室之间交换衬底。附图标记1202和1203指示装载锁定室；附图标记1204指示衬底加热室；附图标记1205指示第一Ti膜沉积室；附图标记1206指示Al膜沉积室；并且附图标记1207指示第二Ti膜沉积室。在衬底传送室1201和相应的衬底处理室之间布置有闸阀1208。在第一Ti膜沉积室1205、Al膜沉积室1206和第二Ti膜沉积室1207中，相应的靶1209a、1209b和1209c布置成面对衬底。
以下将参照图13说明使用衬底处理设备1200在例如作为待制造电子装置的液晶显示装置中采用的底栅型薄膜晶体管(以下将简称为“TFT”)的源极和漏极的制造。附图标记1301指示玻璃衬底；附图标记1302指示绝缘层，所述绝缘层由例如氮化硅膜制成；附图标记1303指示半导体，所述半导体由无定形Si制成；附图标记1304指示源极和漏极；附图标记1305指示栅电极；附图标记1306指示保护层，所述保护层由例如氮化硅膜制成；并且附图标记1307指示铟锡氧化物(以下将简称为“ITO”)层，所述铟锡氧化物层例如为透明的传导膜。注意到，在该实施例的TFT中，源极和漏极1304具有Ti/Al/Ti的三层的结构，可以确保与半导体层1303较好的接触，并且可以防止Al扩散到作为半导体层1303的无定形Si中。
以下将参照图12说明制造包括三层的源极和漏极并且使用根据本发明的真空抽吸***的衬底处理设备1200的抽吸***。低温泵1210a至1210e分别附装到衬底加热室1204、第一Ti膜沉积室1205、Al膜沉积室1206、第二Ti膜沉积室1207和衬底传送室1201。作为每个低温泵，立式低温泵(由虚线指示)经由闸阀(未示出)附装到每个衬底处理室的底侧。低温泵连接到对其进行控制的控制器1211。各个控制器1211连接到控制整个***的集成控制器1212。注意到，控制器1211a至1211e与图8中的控制器36a至36e相对应，并且集成控制器1212与图8中的控制器35相对应。各个低温泵1210的状态输入到集成控制器1212，所述集成控制器1212经由监测相应低温泵的控制器1211a至1211e来控制整个***。He气经由高压管和低压管1216从压缩机1214供给到相应的低温泵1210并且从相应的低温泵1210流回。驱动压缩机的频率控制单元1213接收通过压力计1215所测量到的高压管和低压管中的He气压差。虽然He供给和恢复经由不同的管，但是为了简单起见，图12示出单个管。
由于泵抽吸***具有上述布置，在布置在多个处理室上的多个低温泵的正常操作中，可以通过将来自压缩机的高压He气和低压He气之间的压力差设定到所需要的最小值来节约正常操作期间的能量消耗。
另一方面，甚至当例如第一Ti膜沉积室和第二Ti膜沉积室中的一个执行激活操作或再生操作时，执行激活操作或再生操作的处理室可以在短时间内结束激活操作或再生操作并且可以快速地返回到正常的衬底处理，而同时另一个衬底处理室继续正常的衬底操作。
为了使用图12中所示的衬底处理设备制造具有Ti/Al/Ti的三层的结构的源极和漏极，通过在装载锁定室1202或1203和衬底传送室之间分隔的闸阀1208关闭的同时，将装载锁定室1202或1203的内部返回到大气压力状态，而在装载锁定室1202或1203中放置存储有多个衬底的盒，在所述多个衬底中的每个上在玻璃衬底1301上形成半导体层1303和半导体层1303下面的层。装载锁定室1202或1203的内部使用诸如干式泵的低度真空泵抽空。当装载锁定室1202或1203的内部被抽空到预定的真空度时，衬底传送室1201和装载锁定室1202或1203之间的闸阀1208打开。然后，布置在衬底传送室1201的中心部分处的衬底传送机器人的臂转动并且延伸到衬底所在的位置，并且拾取衬底。拾取衬底的衬底传送机器人回缩其臂，并且围绕衬底传送室1201的中心转动以使其臂向衬底加热室1204的方向前进。此后，衬底传送室1201和装载锁定室1202或1203之间的闸阀关闭。然后，衬底传送室1201和衬底加热室1204之间的闸阀1208打开，并且衬底传送机器人将衬底运载到衬底加热室1204中。在衬底放置在衬底加热室1204中的衬底支撑机构上之后，衬底传送机器人的臂收回，然后衬底传送室1201和衬底加热室1204之间的闸阀1208关闭。在衬底加热室1204中，诸如卤素灯的加热装置在120℃至150℃下加热和维持衬底。已加热的衬底通过与上述的操纵相同的操纵由衬底传送机器人转移到下一个第一Ti膜沉积室1205，并且下一个衬底从装载锁定室1202或1203中的盒经由衬底传送室1201转移到衬底加热室1204。这样，盒中的衬底和在相应的室中的处理过的衬底从装载锁定室1202或1203依次传递到衬底加热室1204、第一Ti膜沉积室1205、Al膜沉积室1206和第二Ti膜沉积室1207。完成第三层(Ti膜)的膜沉积的衬底返回到装载锁定室1202或1203中的盒的空架。在盒中所有衬底都被处理之后，从装载锁定室1202或1203拾取存储处理过的衬底的盒。然后，在装载锁定室1202或1203中放置存储新的衬底的盒，并且以相同的顺序重复这些处理。
注意到，在第一Ti膜沉积室1205和第二Ti膜沉积室1207中的每个中的Ti膜沉积在低达0.2Pa至0.4Pa的压力下形成具有大约50nm厚度的膜。同样，在Al膜沉积室1206中执行的Al膜沉积在低达0.2Pa至0.4Pa的压力下形成具有大约200nm至300nm厚度的膜。作为上述的衬底处理室的实现的压力，衬底传送室1201、第一Ti膜沉积室1205、第二Ti膜沉积室1207和Al膜沉积室1206需要10-3量级上的5×10-5的高真空度，以便防止相应的衬底处理室之间的污染。注意到，与在上述的其它衬底处理室中一样，在防止处理室之间的污染方面，衬底加热室1204也期望在加热处理期间维持在高真空度下。因此，衬底加热室1204期望采用可以获得高真空度的低温泵。然而，在该情况下，出现以下问题。即，通过从诸如卤素灯的加热装置输入的热不能维持低温泵的排放特征。可以通过在衬底加热室1204和低温泵1210a之间附装的闸阀的上游侧上布置反射板抑制该问题的不利影响。
此后，使用具有源极和漏极形状的从衬底处理设备1200拾取的衬底上的抗蚀膜形成掩模。然后，通过干法刻蚀各向异性地蚀刻掩模。通过CVD或溅射形成保护膜1306，从而获得图13中所示的TFT。
该实施例已经解释了液晶显示装置的源极和漏极的制造。然而，本发明不限于此。本发明可以应用于群集式溅射处理设备或行式溅射处理设备，所述群集式溅射处理设备或行式溅射处理设备不必说需要操作多个制冷器。
注意到，适于使用本发明的真空抽吸***制造的装置不限于上述的液晶显示装置，并且本发明可以应用于MRAM(磁性随机存储器；以下将简称为MRAM)，对于所述MRAM必须一致地在真空中处理多层；硬盘头；和DRAM(动态随机存取存储器；以下将简称为DRAM)等等。假定在本说明书中且在权利要求的范围内的电子装置指示一般的电子设备，包括使用电子技术的显示装置、MRAM、硬盘的头和DRAM。
工业适用性
本发明应用于真空抽吸***和其操作方法，在所述真空抽吸***中各自都具有冷却级的多个真空泵连接到压缩机并且由该压缩机操作。尤其，本发明可以用在低温泵、低温冷阱、或具有低温泵和低温冷阱的真空抽吸***。
本发明不限于上述的实施例，可以在没有脱离本发明的精神和范围的情况下进行多种改变和修改。因此，为了告知本发明的范围的公布，附有以下权利要求。
本申请要求享有2008年9月30日提交的日本专利申请号2008-253917和2008年9月30日提交的日本专利申请号2008-253918的优先权，所述申请的整个内容由此通过参考包含于此。

Claims (9)

1.一种真空抽吸***，在所述真空抽吸***中多个真空泵连接到压缩机，所述多个真空泵中的每个都包括：
制冷器，所述制冷器包括：
冷却级；
气缸，所述气缸连接到所述冷却级的一个面；
板件，所述板件连接到所述气缸的沿轴向方向在与所述气缸的连接到所述冷却级的一个端面相对侧上的另一个端面；
空间，所述空间由所述冷却级、所述气缸和所述板件形成；
流动路径，所述流动路径形成在所述板件上；
阀，所述阀经由所述流动路径将所述气缸的内部设置在高压状态和低压状态之一中；以及
活塞状位移器，所述活塞状位移器将所述空间的内部分隔成一个空间和与所述流动路径连通的另一个空间，所述活塞状位移器在所述气缸中沿轴向方向往复运动，其中所述活塞状位移器具有一中空内部，所述中空内部包括保留一部分的热状态的材料，所述活塞状位移器在所述中空内部中通过；以及
温度传感器，所述温度传感器测量所述冷却级的预定位置处的温度，
所述真空抽吸***包括：
高压管，所述高压管用作使共同压力的高压气体从所述压缩机供给到多个制冷器的气体流动路径；
低压管，所述低压管用作使低压气体从所述多个制冷器流回到所述压缩机的气体流动路径；
用于计算所述高压管和所述低压管中的气体之间压差的装置；
当所述真空泵执行第一操作以重复包括以下两个处理的操作时，这两个处理包括：（i）其中当所述气缸的内部由于所述阀的操作而从所述高压状态转变到所述低压状态时处于所述高压状态中的气体被绝热地膨胀的处理，以及（ii）其中所述活塞状位移器通过被绝热地膨胀的气体的处理，
当由所述温度传感器测量到的温度高于预定的温度范围时，所述真空泵增加所述制冷器中每单位时间内所述高压状态和所述低压状态重复的次数，当由所述温度传感器测量到的温度低于所述预定的温度范围时，所述真空泵减少所述重复的次数，并且当由所述温度传感器测量到的温度落在所述预定的温度范围内时，所述真空泵维持所述重复的次数，
在所述真空抽吸***中，其中，
当所述多个真空泵中的至少一个执行第二操作以重复包括以下两个处理的操作时，这两个处理为其中当所述气缸的内部由于所述阀的操作而从所述低压状态转变到所述高压状态时处于所述低压状态中的气体被绝热地压缩的处理、以及其中所述活塞状位移器通过被绝热地压缩的气体的处理，并且
当所述多个真空泵中的至少另一个执行所述第一操作时，
所述真空抽吸***操作以在执行所述第一操作的所述制冷器的次数落在预定的范围内的范围内增大由所述压缩机所产生的压差。
2.根据权利要求1所述的真空抽吸***，其中，执行第二操作的真空泵操作成使得在所述真空泵中每单位时间内高压状态和低压状态重复的次数比执行第一操作的真空抽吸操作时重复的次数高。
3.根据权利要求2所述的真空抽吸***，其中，当由所述温度传感器测量到的温度落在所述预定的温度范围内时，在所述真空泵中每单位时间内高压状态和低压状态重复的次数是不变值。
4.根据权利要求3所述的真空抽吸***，其中，所述不变值是所述制冷器的操作频率的最大值。
5.根据权利要求1所述的真空抽吸***，其中，所述多个真空泵包括低温泵。
6.根据权利要求1所述的真空抽吸***，其中，所述多个真空泵包括低温冷阱。
7.一种衬底处理设备，所述衬底处理设备包括根据权利要求1所述的真空抽吸***。
8.一种电子装置的制造方法，所述方法包括通过根据权利要求7的衬底处理设备处理的步骤。
9.一种真空抽吸***的操作方法，在所述真空抽吸***中多个真空泵连接到压缩机，所述多个真空泵中的每个都包括：
制冷器，所述制冷器包括：
冷却级；
气缸，所述气缸连接到所述冷却级的一个面；
板件，所述板件连接到所述气缸的沿轴向方向在与所述气缸的连接到所述冷却级的一个端面相对侧上的另一个端面；
空间，所述空间由所述冷却级、所述气缸和所述板件形成；
流动路径，所述流动路径形成在所述板件上；
阀，所述阀经由所述流动路径将所述气缸的内部设置在高压状态和低压状态之一中；以及
活塞状位移器，所述活塞状位移器将所述空间的内部分隔成一个空间和与所述流动路径连通的另一个空间，所述活塞状位移器在所述气缸中沿轴向方向往复运动，其中所述活塞状位移器具有一中空内部，所述中空内部包括保留一部分的热状态的材料，所述活塞状位移器在中空内部中通过；以及
温度传感器，所述温度传感器测量所述冷却级的预定位置处的温度，
所述真空抽吸***包括：
高压管，所述高压管用作使共同压力的高压气体从所述压缩机供给到多个制冷器的气体流动路径；
低压管，所述低压管用作使低压气体从所述多个制冷器流回到所述压缩机的气体流动路径；
用于计算所述高压管和所述低压管中的气体之间压差的装置；
当所述真空泵执行第一操作以重复包括以下两个处理的操作时，这两个处理包括（i）其中当所述气缸的内部由于所述阀的操作而从所述高压状态转变到所述低压状态时处于所述高压状态中的气体被绝热地膨胀的处理，以及（ii）其中所述活塞状位移器通过被绝热地膨胀的气体的处理，
当由所述温度传感器测量到的温度高于预定的温度范围时，所述真空泵增加所述制冷器中每单位时间内所述高压状态和所述低压状态重复的次数，当由所述温度传感器测量到的温度低于所述预定的温度范围时，所述真空泵减少所述重复的次数，并且当由所述温度传感器测量到的温度落在所述预定的温度范围内时，所述真空泵维持所述重复的次数，
所述操作方法包括
当所述多个真空泵中的至少一个执行第二操作以重复包括以下两个处理的操作时，这两个处理为其中当所述气缸的内部由于所述阀的操作而从所述低压状态转变到所述高压状态时处于所述低压状态中的气体被绝热地压缩的处理、以及其中所述活塞状位移器通过被绝热地压缩的气体的处理，并且
当所述多个真空泵中的至少另一个的操作方法执行所述第一操作时，所述真空抽吸***操作以在执行所述第一操作的所述制冷器的次数落在预定的范围内的范围内增大由所述压缩机所产生的压差。
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