DE112010002922T5

DE112010002922T5 - Druckabbau-System und Vakuum-Behandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112010002922T5
Application number: DE112010002922T
Authority: DE
Inventors: Kouichi Takizawa
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2012-09-20
Also published as: US20120060533A1; WO2011007652A1; TW201107603A; SG176036A1; KR20120018164A; JPWO2011007652A1; TWI463072B; JP5466235B2; KR101234698B1; CN102428275B; CN102428275A

Abstract

Ein Druckabbau-System weist eine Vielzahl von Druckabbau-Vorrichtungen auf, von dem jede eine Kühleinrichtung und eine Kompressionsvorrichtung (42) aufweist. Die Kompressionsvorrichtung (42) weist eine Kompressionseinheit auf, die mit einem Wechselstrommotor (43) versehen ist, und speist ein komprimiertes Kühlmittel in jede Kühleinheit mit einer Durchflussrate korrespondierend zu der Drehzahl des Wechselstrommotors ein. Jede Kühleinheit ergänzt Gas, wenn das komprimierte Kühlmittel apathisch expandiert. Das Druckabbau-System umfasst eine Temperaturerfassungseinheit (50), welche die Temperatur der Kühleinheit erfasst, eine Invertervorrichtung (52), die geeignet ist zum Verändern der Frequenz der Wechselstromleistung, die dem Wechselstrommotor geliefert wird, und einen Frequenzregler (51), der die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung regelt. Der Frequenzregler (51) hebt die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung relativ an, wenn die Temperatur der Kühleinheit von wenigstens einer der -Vorrichtungen größer oder gleich einem ersten Schwellwert ist, und senkt die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung relativ ab, wenn die Temperatur der Kühleinheit von allen Druckabbau-Vorrichtungen oder weniger als der erste Schwellwert abnimmt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckabbau-System, aufweisend eine Mehrzahl von Druckabbau-Vorrichtungen, wie eine Kryopumpe oder eine Kryofalle, und eine Kompressionsvorrichtung, welche komprimiertes Kühlmittel in die Mehrzahl von Druckabbau-Vorrichtungen einspeist, und eine Vakuumherstellungs-Vorrichtung, die dergleichen verwendet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Aus dem Stand der Technik sind Einrichtungen, die ein Hochvakuum erzeugen, und Druckabbau-Vorrichtungen, die Gas auf einer Tiefkühlfläche kondensieren und sammeln, bekannt. Zum Beispiel beschreibt das Patentdokument 1 eine Kryopumpe und das Patentdokument 2 eine Kryofalle. Eine Kompressionsvorrichtung, die komprimiertes Kühlmittel in eine Druckabbau-Vorrichtung einspeist, ist essenziell für solch einen Typ einer Druckabbau-Vorrichtung, in welche die Tiefkühlfläche durch Absorption von Wärme gebildet ist, wenn das Kühlmittel expandiert. Eine Druckabbau-Vorrichtung wirkt mit einer derartigen Kompressionsvorrichtung zusammen, um ein Ultrahochvakuum zu erreichen.
Eine Produktionseinrichtung, die ein Display, wie ein Flüssigkristalldisplay, eine Halbleitervorrichtung wie eine CPU oder einen Speicher, und Ähnliches, herstellt, verwendet eine Druckabbau-Vorrichtung, aufweisend die oben beschriebene Druckabbau-Vorrichtung und Kompressionseinheit als ein Ablasssystem für eine Vakuumkammer desselben. In dem Fall einer Clusterfertigungseinrichtung, in welcher eine Produktionseinrichtung durch eine Mehrzahl von Vakuumkammern gebildet ist, ist es erforderlich, dass die Anzahl der Druckabbau-Vorrichtungen die gleiche ist wie die Anzahl der Vakuumkammern. Um den für die Produktionseinrichtung benötigten Raum zu reduzieren ist das Druckabbau-System mit einer Vielzahl von Druckabbau-Vorrichtungen ausgebildet, die sich eine Kompressionsvorrichtung teilen.
STAND DER TECHNIK

Patent Dokument 1: japanische Offenlegungsschrift No. 2002-70737
Patent Dokument 2: japanische Offenlegungsschrift No. 2009-19500

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Heutzutage ist es vom Standpunkt der Erhaltung der Umwelt besonders erwünscht, dass die oben beschriebene Produktionseinrichtung wenig Energie verbraucht. In einem Druckabbau-System, in dem die Abgabekapazität einer Mehrzahl von Druckabbau-Vorrichtungen durch eine einzelne Kompressionsvorrichtung erhalten wird, wird der beanspruchte Raum durch die Produktionseinrichtung reduziert. Jedoch wird jede der Mehrzahl der Druckabbau-Vorrichtungen durch die Kompressionsvorrichtung mit der gleichen Menge an komprimiertem Kühlmittel versorgt. In einer Cluster-mäßig ausgeführten Produktionseinrichtung, aufweisend eine Vielzahl von Vakuumkammer, die in unterschiedlichen Zuständen arbeiten, erfordert jede der Mehrzahl der Druckabbau-Vorrichtungen normalerweise eine unterschiedliche Abgabekapazität. Auf diese Weise kann, wenn jede Druckabbaueinrichtung mit der gleichen Kühlmittelmenge versorgt wird, überflüssiges Kühlmittel in eine Druckabbau-Vorrichtung eingespeist werden. Auf diese Weise wird in einem Druckabbau-System, in dem die Abgabekapazität (discharge capacity) durch eine Mehrzahl von Druckabbau-Vorrichtungen mit einer einzigen Kompressionsvorrichtung erreicht wird, unnötiges Kühlmittel unter Druck von der Kompressionsvorrichtung versendet. Solch ein Mechanismus verhindert eine deutliche Reduzierung des Energieverbrauchs der Kompressionsvorrichtung. Dies verhindert weiter eine Reduktion des Energieverbrauchs des Druckabbau-Systems.
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Druckabbau-System und eine Vakuumherstellungs-Vorrichtung bereitzustellen, in welcher die Entleerungskapazität der Mehrzahl der Druckabbau-Vorrichtungen durch einen EinzelKompressionsvorrichtung erreicht wird, so dass das Druckabbau-System und die Vakuumherstellungs-Vorrichtung den Energieverbrauch reduzieren können.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Druckabbau-System. Das Druckabbau-System weist eine Mehrzahl von Druckabbau-Vorrichtungen auf, wobei jede hiervon eine Kühleinheit aufweist, die ein komprimiertes Kühlmittel aufnimmt und geeignet ist zum Ergänzen von Gas, wenn das komprimierte Kühlmittel adiabatisch expandiert. Eine Kompressionsvorrichtung weist eine Kompressionseinheit mit einem Wechselstrommotor auf. Die Kompressionsvorrichtung führt das komprimierte Kühlmittel der Kühleinheit von jeder der Mehrzahl der Druckabbau-Vorrichtungen von der Kompressionsvorrichtung mit einer Durchflussrate zu, die der Drehzahl des Wechselstrommotors entspricht. Eine Temperaturerfassungseinheit erfasst eine Temperatur der Kühleinheit jeder Druckabbau-Vorrichtung. Eine Invertervorrichtung ist geeignet zum Verändern der Frequenz der Wechselstromleistung des Wechselstrommotors. Eine Frequenz-Steuervorrichtung stellt eine Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung ein. Der Frequenzregler hebt die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung relativ an, wenn die Temperatur der Kühleinheit von wenigstens einer der Mehrzahl von Druckabbau-Vorrichtungen größer oder gleich eines ersten Schwellwertes ist, und senkt die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung relativ ab, wenn die Temperatur der Kühleinheit von sämtlichen der Mehrzahl der Druckabbau-Vorrichtungen unter den ersten Schwellwert abfällt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Darstellung, die eine Produktionseinrichtung für eine Halbleitervorrichtung zeigt, die als Vakuumherstellungs-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
2(a) ist eine schematische Darstellung, die die Struktur einer Vakuumerzeugungs-Abzugeinheit in der Vakuumherstellungs-Vorrichtung der 1 zeigt, und 2(b) ist eine schematische Darstellung, die Struktur von einer HochVakuumerzeugungs-Abzugeinheit in der Vakuumherstellungs-Vorrichtung der 1 zeigt;
3 ist eine Leitungsdarstellung, das den Fluss von Kühlmittel in dem Druckabbau-System von einem in 1 gezeigten ersten Prozessabschnitt zeigt;
4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die elektrische Struktur in Bezug zu der Kompressionsvorrichtung in dem Druckabbau-System in dem ersten Prozessabschnitt in der 1 zeigt;
5 ist ein Flussdiagramm, das die Regelung der Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung, ausgeführt durch einen Frequenzregler in 4, zeigt; und
6 ist eine Zeitablaufdarstellung, das die Temperaturveränderung der Kühleinheit in jeder Kammer dem in 1 gezeigten ersten Prozessabschnitt, und eine Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung zeigt.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform eines Druckabbau-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung und eine Vakuumherstellungs-Vorrichtung, die ein solches verwendet, werden nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 erläutert. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine Produktionseinrichtung 10 für eine Halbleitervorrichtungvorrichtung zeigt, die als Vakuumherstellungs-Vorrichtung dient, 2(a) ist eine schematische Darstellung, die die Struktur der Vakuumerzeugungs-Abzugeinheit zeigt, und 2(b) ist eine schematische Darstellung, die die Struktur der HochVakuumerzeugungs-Abzugeinheit zeigt.
Wie in 1 gezeigt, erzeugt die Produktionseinrichtung 10 für eine Halbleitervorrichtung einen Film aus einem vorbestimmten Material auf einem Substrat W. Die Produktionseinrichtung 10 weist auf: einen ersten Prozessabschnitt 11 auf, der eine Mehrzahl von Kammern zum Durchführen von zum Beispiel eines Zerstäubungsvorgangs (sputtering process) aufweist, und einen zweiten Prozessabschnitt 12, der eine Mehrzahl von Kammern zum Durchführen von zum Beispiel von Erwärmungsprozessen auf dem Substrat W, und eine Pufferkammer 13, die den ersten mit dem zweiten Prozessabschnitt 11 und 12 verbindet.
Der erste Prozessabschnitt 11 weist eine Transportkammer 15 mit einem polygonalen Querschnitt auf. Zwei Ladeschleusenkammern 16a und 16b, vier Kammern 17, 18, 19, und 20, und eine Pufferkammer 13 sind jede durch ein Absperrventil 21 mit der Transportkammer 15 verbunden. Jede Kammer ist im Kommunikationszustand mit der Transportkammer 15, wenn sich das korrespondierende Absperrventil 21 öffnet, und ist von der Transportkammer 15 getrennt, wenn sich das korrespondierende Absperrventil 21 schließt. Das Substrat W wird in die Produktionseinrichtung 10 durch die Ladeschleusenkammer 16a transferiert, und das Substrat W wird aus der Produktionseinrichtung 10 durch die Ladeschleusenkammer 16b transferiert. Die vier Kammern 17, 18, 19, und 20 führen verschiedene Arten von Prozessen auf dem Substrat W unter einer Vakuumatmosphäre durch. Zum Beispiel scheiden die Kammern 17 und 20 einen Metallfilm aus Aluminium auf dem Substrat W ab, und die Kammern 18 und 19 erzeugen einen Metallfilm aus Aluminium auf dem Substrat W durch einen langen-langsamen Sputterprozess. Ein Transportroboter 22 zum Transportieren des Substrats W ist in der Transportkammer 15 angeordnet. Der Transportroboter 22 transportiert das Substrat W von der Transportkammer 15 zu der Ladeschleusenkammern 16a, 16b, den Kammern 17, 18, 19, und 20, und der Pufferkammer 13 (und in der umgekehrten Richtung).
In derselben Art wie der erste Prozessabschnitt 11 weist der zweite Prozessabschnitt 12 eine Transportkammer 25 mit einem polygonalen Querschnitt auf. Die Pufferkammer 13 ist im Zustand der Kommunikation mit der Transportkammer 25 verbunden. Kammern 26, 27, 28, 29, 30 und 31 sind im Zustand der Kommunikation durch ein Absperrventil 21 mit der Transportkammer 15 verbunden. Jede Kammer ist im Kommunikationszustand mit der Transportkammer 15, wenn sich das korrespondierende Absperrventil 21 öffnet, und ist getrennt von der Transportkammer 15, wenn sich das korrespondierende Absperrventil 21 schließt. In der Kammer 26 des zweiten Prozessabschnitts 12 wird das Substrat W, dessen Temperatur nach den verschiedenen durchgeführten Prozessen hoch geworden ist, einem Kühlprozess unterzogen. Jede der drei Kammern 27, 30 und 31 ist eine Kammer, mit der das Substrat W unter Vakuumatmosphäre verschiedenen Prozessen unterzogen wird. Beispielsweise führt jede Kammer einen Filmbildungs-Prozess aus, in dem Zerstäubungsteilchen (sputtering grains) auf dem Substrat W abgelegt werden, während eine Vorspannung an das Substrat angelegt wird, um einen Metall-Film oder einen Metallnitrid-Film zu formen. Auch jede der Kammern 28 und 29 führt verschiedene Arten von Prozessen auf dem Substrat W unter einer Vakuumatmosphäre durch. Beispielsweise führt die Kammer 28 einen Erwärmungsprozess einen Wärmeprozess auf dem Substrat W unter Reduktionsgas-Atmosphäre aus Nitrid-Gas oder dergleichen, und in der Kammer 29 wird ein Entgasungsprozess zum Entfernen von Gaspartikel von der Oberfläche des Substrats W durchgeführt. Auch ist ein Transportroboter 32 zum Transportieren des Substrats W in der Transportkammer 25 angeordnet. Der Transportroboter 22 transportiert das Substrat W von der Transportkammer 25 zu der Pufferkammer 13 und den Kammern 26, 27, 28, 29, 30 und 31 (und in der umgekehrten Richtung).
Die Produktionseinrichtung 10 der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung ist eine Einrichtung vom sogenannten Clustertyp, in der eine Mehrzahl von Kammern jeweils an die Transportkammer 15 und die Transportkammer 25 befestigt ist, die durch die zwischen diesen angeordnete Pufferkammer 13 gekoppelt. Das Substrat W bewegt sich durch die Pufferkammer 13 zwischen der Transportkammer 15 und der Transportkammer 25, wobei jede von diesen eine Vakuumkammer ist. Das in die Ladeschleusenkammer 16a transferierte Substrat W, wird durch die Transportwirkung der Transportroboter 22 und 32 nacheinander zu den Kammern, die Vakuumkammern sind, transportiert und wird unter der Vakuumatmosphäre in der Kammer, zu der das Substrat W transportiert worden ist, verschiedenen Arten von Prozessen unterzogen.
Jeder Prozess wie der Zerstäubungsprozess wird auf dem Substrat W in einer Kammer unter einer Vakuumatmosphäre durchgeführt. Daher ist jede Kammer mit einer Vakuumerzeugungs-Abzugeinheit 34 verbunden, welche ein Vakuum in der Kammer erzeugt, oder einer Hochvakuumerzeugungs-Abzugeinheit 35, welche ein Vakuum höheren Grades als in der Kammer erzeugt. Insbesondere unter den Kammern der Produktionseinrichtung 10 ist die Vakuumerzeugungs-Abzugeinheit 34 mit den Kammern gekoppelt, die nicht einen hohen Grad an Vakuum erfordern, und die Hochvakuumerzeugungs-Abzugeinheit 35 ist mit Kammern gekoppelt, die einen hohen Grad an Vakuum erfordern. Wie in der 1 gezeigt, ist zum Beispiel die Vakuumerzeugungs-Abzugeinheit 34 gekoppelt mit den Ladeschleusenkammern 16a und 16b des ersten Prozessabschnitts 11, und den Kammern 26, 28, 29 des zweiten Prozessabschnitts 12. Die Hochvakuumerzeugungs-Abzugeinheit 35 ist gekoppelt mit der Transportkammer 15, den Kammern 17, 18, 19, und 20 des ersten Prozessabschnitts 11, der Transportkammer 25 und den Kammern 27, 30, und 31 des zweiten Prozessabschnitts 12.
Wie in der 2(a) gezeigt ist, weist die Vakuumerzeugungs-Abzugeinheit 34 eine Grob-Vakuumpumpe 36 auf, die grob die Luft aus der Kammer abfördert, eine Turbo-Molekular Pumpe 37, die ein Vakuum durch weiteres Abfördern von Luft aus der Kammer erzeugt, die nicht mit dem Vakuumpumpe abgefordert werden konnte, eine Vakuumpumpe 38, welche näherungsweise die Luft von einer Gegendruckseite der Turbo-Molekular Pumpe 37 abfördert, um die Entleerungskapazität der Turbo-Molekular Pumpe 37 sicherzustellen, und eine Mehrzahl von Ventilen 39, die Durchgänge zwischen solchen Elementen und Kammern öffnen und schließen. Wenn ein Vakuum in einer Kammer gebildet wird, werden zuerst die Grob-Vakuumpumpe 36 und die Grob-Vakuumpumpe 38 angesteuert, sodass die Luft aus der Kammer und der Gegendruckseite der Turbo-Molekular Pumpe 37 grob heraus gezogen wird. Das Ventil 39 zwischen der Vakuumpumpe 36 und der Kammer ist dann geschlossen und das Ventil 39 zwischen der Turbo-Molekular Pumpe 37 und der Kammer geöffnet, um Luft aus der Kammer mit der Turbo-Molekular Pumpe 37 zu ziehen.
Wie in der 2(b) gezeigt ist, weist die Vakuumerzeugungs-Abzugeinheit 35 eine Kryofalle 40 auf, die als Druckabbau-Vorrichtung dient, die ein Druckabbau-System an der Einlassseite der Turbo-Molekular Pumpe 37 zusätzlich zu der Struktur der oben beschriebenen Hochvakuumeinheit 34 bildet, um ein Hochvakuum in der verbundenen Kammer zu erzeugen. Die Kryofalle 40 weist eine Kühleinheit 41 (siehe 3) auf, die durch eine Kältemaschine und ein Kühlfläche, gekühlt durch die Kältemaschine, gebildet ist. Die Kühleinheit 41 speist komprimiertes Heliumgas (Kühlmittel) in die Kältemaschine und ist mit einer Kompressionsvorrichtung 42 verbunden (siehe 3), die das Druckabbau-System bildet.
Die Kryofalle 40 ist eine Einrichtung zum Kondensieren und Sammeln von Gas, wie Wasserdampf, der in einer Kammer ohne Entleerung durch die Vakuumpumpe 36 und die Turbo-Molekular Pumpe 37 der HochVakuumerzeugungs-Abzugeinheit 32 auf der Tiefkühlfläche des Kühlpanels verbleibt. Das durch die Kompressionseinheit 42 komprimierte Hochdruckheliumgas wird der Kältemaschine der Kälteeinheit 41 zugeführt, und die Kühlfläche wird auf 123 K durch Absorption von Wärme gekühlt, wenn das Hochdruckheliumgas adiabatisch expandiert. Dadurch wird eine Tiefkühlfläche auf dem Kühlpanel erhalten. Das Kühlpanel weist einen Temperatursensor 50 (siehe 4) auf, der als eine Temperaturerfassungseinheit zum Erfassen der Temperatur von dem Kühlpanel dient. Im Folgenden bezieht sich die Temperatur der Kühleinheit 41 auf die Temperatur des Kühlpanels.
Das auf die Produktionseinrichtung 10 für eine Halbleitervorrichtung angewendete Druckabbau-System wird nun unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 erläutert. Die Produktionseinrichtung 10 für eine Halbleitervorrichtung weist ein Druckabbau-System auf, korrespondierend zu der Hochvakuumablasseinheit 35 des ersten Prozessabschnitts 11, und ein Druckabbau-System, korrespondierend zu der Hochvakuum-Druckabbaueinheit 35 des zweiten Prozessabschnitts 12. Die Basisstruktur des Druckabbau-Systems ist die gleiche, ausgenommen, dass die Anzahl der Kühleinheiten 41 unterschiedlich ist, und daher wird das Druckabbau-System in dem ersten Prozessabschnitt 11 nun beschrieben und die Beschreibung des Druckabbau-Systems in dem zweiten Prozessabschnitt 12 wird unterlassen. 3 ist eine Systemdarstellung der Leitungen, die die Strömung des Kühlmittels in das Druckabbau-System des ersten Prozessabschnitts 11 zeigt, und 4 ist ein Blockdiagramm, das eine elektrische Schemastruktur in Bezug auf die Kompressionseinheit 42 zeigt, dass das Druckabbau-System des ersten Prozessabschnitts 11 konfiguriert.
Wie in de 3 gezeigt ist, weist das die Kompressionsrichtung 42 bildende Druckabbau-System eine Kompressionseinheit 42 auf, die eine Antriebskraft von einem Wechselstrommotor 43 erhält, um Heliumgas zu komprimieren, dass als Kühlmittel dient. Das durch die Komprimierungseinheit 44 auf einen höheren Druck komprimierte Heliumgas wird in einem Akkumulator 45 zeitweise gesammelt und wird dann der Kältemaschine von jeder Kühleinheit 41 zugeführt. So führt die einzelne Kompressionsvorrichtung 42 das komprimierte Hochdruckheliumgas jeder der Kühleinheiten 41 der fünf HochVakuumerzeugungs-Abzugeinheiten 35 in dem ersten Prozessabschnitt 11 zu. Das jeder Kühleinheit 41 zugeführte Hochdruckheliumgas wird in der Kältemaschine von jeder Kühleinheit 41 auf einen niedrigen Druck adiabatisch expandiert, zeitweise gesammelt in einer Niederdrucksammeleinheit 46, und dann zurück zu der Kompressionseinheit 44 der Kompressionsvorrichtung 42 geführt.
Wie in der 4 gezeigt ist, weist die Kompressionsvorrichtung 42 einen Frequenzregler 51, eine Invertervorrichtung 52 und einen Wechselstrommotor 43 auf. Der in jeder Kühleinheit 41 des ersten Prozessabschnitts 11 angeordnete Temperatursensor 50 ist elektrisch mit dem Frequenzregler 51 verbunden und gibt ein Erfassungssignal an den Frequenzregler 51 aus, das die aktuelle Temperatur der Kühleinheit 41 wiedergibt. Der Frequenzregler 51 erzeugt oder speichert im Voraus verschiedene Arten von Referenzspannungen, wie ein einem Zielwert für eine Temperatur der Kühleinheit 41 entsprechende Spannungslevel, ein einem ersten Schwellwert der Temperatur der Kühleinheit 41 entsprechender Spannungslevel, und ein einem zweiten Schwellwert entsprechender Spannungslevel, der einer höheren Temperatur als der erste Schwellwert entspricht. Dann vergleicht der Frequenzregler 51 ein Spannungslevel, der dem Detektionsergebnis jedes Temperatursensors 50 entspricht, und die Referenzspannungen.
Der Zielwert für die Temperatur der Kühleinheit 41 ist die Temperatur der Kühleinheit 41, wenn das Kühlpanel zufriedenstellend die Kühlkapazität in einer stabilen Weise erreicht, und zum Beispiel auf 123 K gesetzt ist. Der erste Schwellwert ist die Temperatur, bei welcher weiteres effizientes Kühlen an der Kühlfläche erforderlich ist, und das Kühlziel ist zum Beispiel auf 128 K gesetzt. Der zweite Schwellwert ist die Temperatur, bei welcher die Temperatur des Kühlpanels, z. B. das Kühlziel, gewaltsam erzwungen und schnell gekühlt wird, und ist zum Beispiel auf 138 K gesetzt.
Der Frequenzregler 51 akquiriert das Detektionssignal von jedem Temperatursensor 50 in einem vorbestimmten Detektionszyklus (5 Minuten in der vorliegenden Ausführungsform), unmittelbar nachdem die Kompressionsvorrichtung 42 beginnt zu arbeiten. Dann gibt der Frequenzregler 51 ein Reglersteuersignal an die Invertervorrichtung 51 mit der Frequenz der Wechselstromleistung aus, die die Invertervorrichtung 52 dem Wechselstrommotor 43 zuführt. Der vorbestimmte Detektionszyklus ist eine Zeitdauer, die ausreichend für jede Kühleinheit 41 ist, um durch Veränderungen der Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 beeinflusst zu sein.
Die Invertervorrichtung 52 konvertiert zeitweise die Wechselstromleistung von einer externen Energiequelle 53 (Spannung 200 V, 50 Hz in der vorliegenden Ausführungsform) zu einem Gleichstrom und konvertiert den Gleichstrom zurück zu einem Wechselstrom, um die Frequenz der Wechselstromleistung für den Wechselstrommotor 43 zu verändern. Die Invertervorrichtung 52 ist geeignet zum Verändern der Frequenz der Wechselstromleistung von der externen Energiequelle 53 zwischen 30 Hz als dem unteren Grenzwert und 50 Hz als dem oberen Grenzwert. Weiterhin empfängt die Invertervorrichtung 52 ein Reglersteuersignal von dem Frequenzregel 51 und führt dem Wechselstrommotor 43 eine Wechselstromleistung mit einer Frequenz zu, die auf dem Reglersteuersignal beruht. Der obere Grenzwert der Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 ist die Frequenz, bei der die Temperatur von jeder Kühleinheit 41 zwingend auf den Zielwert von 193 K oder weniger abgekühlt wird.
Der Wechselstrommotor 43 empfängt eine Wechselstromleistung von der Invertervorrichtung 52 und erzeugt eine Rotation mit einer der Frequenz der Wechselstromleistung entsprechenden Drehzahl und führt jeder Kühleinheit 41 Heliumsgas mit einer der Drehzahl entsprechenden Größe zu. Insbesondere wenn die, von der Invertervorrichtung 52 zugeführte Frequenz der Wechselstromleistung hoch wird, wird die Drehzahl des Wechselstrommotor 43 groß und nimmt die Menge des jeder Kühleinheit 41 zugeführten Heliumgases zu. Wenn die Zufuhrmenge des Heliumsgases in einer solchen Weise zunimmt, wird die Kühlkapazität in allen Kühleinheiten 41 verbessert, welche über den Akkumulator 45 miteinander verbunden sind. Im Unterschied dazu ist, wenn die von der Invertervorrichtung 52 zugeführte Frequenz der Wechselstromleistung, niedrig wird, wird die Drehzahl des Wechselstrommotors 43 niedrig und die Menge des jeder Kühleinheit 41 zugeführten Heliumsgases zu nimmt ab. Wenn die Zufuhrmenge des Heliumsgases in einer solchen Weise abgenommen hat, nimmt die Kühlkapazität in sämtlichen Kühleinheiten 41 ab, welche miteinander über den Akkumulator 45 miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird in einem oben beschriebenen Druckabbau-System die von der Invertervorrichtung 52 dem Wechselstrommotor 43 zugeführte Frequenz der Wechselstromleistung durch den Frequenzregler 51 geregelt, und die Temperatur jeder Kühleinheit 41 gemäß der Frequenz der Wechselstromleistung geregelt.
Die von dem Frequenzregler 51 durchgeführte Regelung der Ausgangfrequenz wird nun unter Bezugnahme auf die 5 erläutert. Die 5 ist eine Zeitablaufdarstellung, die von dem Frequenzregler 51 durchgeführte Regelung der Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 zeigt. Die Serien von Prozessen werden in vorbestimmten Detektionszyklen durchgeführt, d. h., wann immer der Frequenzregler 51 die Temperatur von der Kühleinheit 41 erfasst, und sind durch dezidierte Logikschaltkreise implementiert, die in dem Frequenzregler 51 angeordnet sind. Jedoch müssen die Serien von Prozessen nicht in einer solchen Weise implementiert sein und können in einem Programm oder Ähnlichem implementiert auf einen vielseitig verwendbaren Computer geladen sein.
Wie in der 5 gezeigt ist, akquiriert der Frequenzregler 51 basierend auf dem Erfassungssignal von jedem Temperatursensor 50 die Temperatur von jeder Kühleinheit 41 (Schritt S101). Der Frequenzregler 51 ermittelt dann, ob oder ob nicht die Temperatur in wenigstens einer der Kühleinheiten 41 größer oder gleich 138 K ist, die der zweite Schwellwert ist, d. h., ob oder ob nicht eine Kühleinheit 41 zwingend gekühlt werden muss (Schritt S102). Wenn der Frequenzregler 51 ermittelt, dass die Temperatur in wenigstens einer der Kühleinheiten 41 größer oder gleich dem zweiten Schwellwert (Schritt S102: Ja) ist, gibt der Frequenzregler 51 an die Invertervorrichtung 52 ein Regelsteuersignal aus, mit dem instruiert wird, dass die AusgangOutputfrequenz der Invertervorrichtung 52 auf 50 Hz zu setzen als dem oberen Grenzwert (Schritt S103). Der Frequenzregler 51 bewirkt eine erzwungene Kühlung von allen Kühleinheiten 51 mit dem Wechselstrommotor 43 und beendet die Serie der Prozesse.
In dem Fall, in dem das erzwingende Kühlsignal von dem Frequenzregler 51 an die Invertervorrichtung 52 ausgegeben wird, wird die dem Wechselstrommotor 51 zugeführte Ausgangfrequenz der Wechselstromleistung auf 50 Hz als dem oberen Grenzwert der Ausgangfrequenz gesetzt. Wenn die Wechselstromleistung mit einer Ausgangfrequenz des oberen Grenzwerts zugeführt wird, erreicht die Drehzahl in dem Wechselstrommotor 43 ein Maximum und die Größe des jeder Kühleinheit 41 zugeführte Heliumsgases ein Maximum in der Kompressionsvorrichtung 42. Mit anderen Worten, wenn die Temperatur in wenigstens einer der Kühleinheiten 41 größer oder gleich dem zweiten Schwellwert wird, wird die Kühleinheit 41, deren Temperatur größer oder gleich dem zweiten Schwellwert ist, eine Priorität beim Kühlen eingeräumt und rapide gekühlt.
Wenn der Frequenzregler 51 ermittelt, dass die Temperatur in jeder Kühleinheit 41 niedriger als der zweite Schwellwert ist, d. h., erzwungenes Kühlen an der Kühleinheit 41 nicht notwendig ist (Schritt S102: Nein), ermittelt der Frequenzregler 51, ob oder nicht die Temperatur in wenigstens einer der Kühleinheiten 41 größer oder gleich 128 K ist, welches der erste Schwellwert ist (Schritt S104). Wenn der Frequenzregler 51 ermittelt, dass die Temperatur in wenigstens einer Kühleinheit 41 größer oder gleich dem ersten Schwellwert (Schritt S104: Ja) ist, ermittelt der Frequenzregler 51, ob oder ob nicht die aktuelle Frequenz der Wechselstromversorgung 50 Hz als dem oberen Grenzwert beträgt, d. h. ob oder ob nicht die Frequenz der Wechselstromleistung weiter erhöht werden kann (Schritt S105). Wenn die aktuelle Frequenz der Wechselstromversorgung der obere Grenzwert von 50 Hz (Schritt S105: Ja) ist, ermittelt der Frequenzregler 51, dass es nicht möglich ist, die Frequenz der Wechselstromleistung zu erhöhen, gibt an die Invertervorrichtung 52 das Reglersteuersignal zum Aufrechterhalten der Frequenz der Wechselstromleistung auf dem oberen Grenzwert von 50 HZ und beendet die Serien der Prozesse. Wenn die aktuelle Frequenz der Wechselstromleistung nicht 50 Hz oder der obere Grenzwert (Schritt S105: Nein) beträgt, wird ein Reglersteuersignal zum Anheben der Frequenz der Wechselstromleistung um 5 Hz von der aktuellen Frequenz an die Invertervorrichtung 52 ausgegeben (Schritt S106). Dies beendet die Serie der Prozesse.
In dem Fall, in dem daer Regelkommandowert zum Anheben der aktuellen Ausgangfrequenz um 5 Hz von dem Frequenzregler 51 an die Invertervorrichtung 50 ausgegeben wird, wird die Frequenz der dem Wechselstrommotor 43 zugeführten Wechselstromleistung um 5 Hz gegenüber dem aktuellen Wert erhöht, und die Drehgeschwindigkeit entsprechend der angehobenen Frequenz in dem Wechselstrommotor 43 erhöht. Wenn die Drehgeshwindigkeit in dem Wechselstrommotor 43 erhöht wird, nimmt die Menge des Heliumsgases, eingespeist von der Kompressionsvorrichtung 42 jeder Kühleinheit 41 zugeführten Heliumgases zu, und daher kann weiteres Kühlen mit der Kühleinheit 41 erreicht werden.
Wenn der Frequenzregler 51 ermittelt, dass die Temperatur in allen Kühleinheiten 41 niedriger als 128 K oder der erste Schwellwert (Schritt S104: nein) ist, ermittelt der Frequenzregler 51, ob oder ob nicht die aktuelle Frequenz der Wechselstromleistung 30 Hz oder dem unteren Grenzwert der Invertervorrichtung 52 beträgt, d. h., ob oder ob nicht die Frequenz der Wechselstromleistung weiter reduziert werden kann (Schritt S107). Wenn die aktuelle Frequenz der Wechselstromleistung 30 Hz als dem unteren Grenzwert beträgt (Schritt S107: Ja), ermittelt der Frequenzregler 51, dass es nicht möglich ist, die Frequenz der Wechselstromleistung zu reduzieren, und gibt an die Invertervorrichtung 52 das Regelsteuersignal zum Aufrechterhalten der Frequenz der Wechselstromleistung bei 30 Hz aus. Dies beendet die Serien der Prozesse. Wenn die aktuelle Frequenz der Wechselstromleistung nicht gleich dem obere Grenzwert von 30 Hz (Schritt S107: Nein) ist, wird das Regelsteuersignal zum Reduzieren der Frequenz der Wechselstromleistung um 5 Hz von den aktuellen Wert an die Invertervorrichtung 52 ausgegeben. (Schritt S108). Dies beendet die Serien der Prozesse.
In dem Fall, wenn das Regelkommandosignal zum Reduzieren der aktuellen Ausgangfrequenz um 5 Hz von dem Frequenzregler 51 an die Invertervorrichtung 52 ausgegeben wird, wird die Frequenz der dem Wechselstrommotor 43 zugeführte Wechselstromleistung um 5 Hz niedriger als der aktuelle Wert, und die Drehzahl durch die reduzierte Frequenz in dem Wechselstrommotor 43 reduziert. Wenn sich die Drehgeschwindigkeit des Wechselstrommotors 43 verringert, nimmt die Mengee des von der Kompressionsvorrichtung 42 jeder Kühleinheit 41 zugeführten Heliumsgases ebenso ab. Daher kann der Energieverbrauch in der Kompressionsvorrichtung 42 reduziert werden, wenn weiteres Kühlen in der Kühleinheit 41 nicht notwendig ist.
In dem oben beschriebenen Druckabbau-System wird die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 um 5 Hz durch den Frequenzregler 51 angehoben, wenn weiteres Kühlen in wenigstens einer der Kühleinheit 41 notwendig ist. Die Menge des allen Kühleinheiten 41 zugeführten Heliumsgases wird dann um eine dem Wert +5 Hz entsprechende Menge erhöht, und die Kühlkapazität in all den Kühleinheiten 41 ist demgemäß erhöht. Wenn weiteres Kühlen nicht in allen Kühleinheiten 41 notwendig ist, wird die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 durch den Frequenzregler 51 um 5 Hz abgesenkt. Die Menge des allen Kühleinheiten 41 zugeführten Heliumgases wird dann um eine 5 Hz entsprechende Menge reduziert und die Kühlkapazität in all den Kühleinheiten 41 demgemäß reduziert. Daher wird der Energieverbrauch in der Kompressionsvorrichtung 42 bei effizientem Kühlen in Zusammenhang mit der aktuellen Temperatur in all den Kühleinheiten 41 reduziert.
Ein Beispiel der durch den Frequenzregler 51 ausgeführten Regelung der Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 wird nun unter Bezugnahme auf die Zeitablaufdarstellung erläutert. 6 ist eine Zeitablaufdarstellung, die die Veränderung der Temperatur der Kühleinheit 41 in jeder Kammer des ersten Prozessabschnitts 11 zeigt. Die Zeitablaufdarstellung zeigt die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 basierend auf der Veränderung der Temperatur. Das Timing t1 bis t10 in der 6 kennzeichnet das Timing für jeden Detektionszyklus, der die Temperatur von jeder Kühleinheit 41 detektiert und zeigt den Ablauf von einem Ruhezustand (idle), in dem alle Kammern warten, um Fertigungsvorgänge auszuführen (Zeitpunkt t0) bis zu dem Zeitpunkt, in dem Zustand in dem die Fertigung in jeder Kammer fortgesetzt wird (Zeitpunkt t10). In dem Ruhezustand (Zeitpunkt t0), in welchem jede Kammer insbesondere eine große Entleerungskapazität nicht erfordert, ist die Frequenz der Wechselstromleistung, die dem Wechselstrommotor 43 geliefert wird, immer durch dem Frequenzregler 51 auf den unteren Grenzwert von 30 Hz gesetzt.
Wie in 6 gezeigt, ist in dem Ruhezustand zum Zeitpunkt t0 und wenn der Erfassungszyklus vom Zeitpunkt t0 zum Zeitpunkt t1 übergeht, die Temperatur in all den Kühleinheiten 41 geringer als der zweite Schwellwert (138 K) und weiter als der zweite Schwellwert (128 K). Zum Zeitpunkt t0 und Zeitpunkt t1, an welchem eine große Entleerungskapazität insbesondere nicht in jeder Kammer erforderlich ist, wird die Wechselstromleistung von 30 Hz, welche niedriger als der untere Grenzwert ist, in den Wechselstrommotor 41 eingespeist. Daher wird zum Zeitpunkt t0 und Zeitpunkt t1 die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 auf dem unteren Grenzwert von 30 Hz gehalten.
Eine große Auslasskapazität ist dann in der Kammer 17 erforderlich, und die Temperatur der Kühleinheit 41 korrespondierend zu der Kammer 17 wird größer oder gleich dem ersten Schwellwert. Als ein Ergebnis ermittelt der Frequenzregler 51, dass die Temperatur der wenigstens einen Kühleinheit 41 größer oder gleich dem ersten Schwellwerts zum Zeitpunkt t2 ist. Zusätzlich ermittelt der Frequenzregler 51, dass die aktuelle Ausgangfrequenz in der Invertervorrichtung 41 der untere Grenzwert von 30 Hz ist. Also ist das Regelsteuersignal zum Anheben der Ausgangfrequenz um 5 Hz von der aktuellen Frequenz (30 HZ) das Eingangssignal von dem Frequenzregler 51 für die Invertervorrichtung 52, Als ein Ergebnis ist die Wechselstromleistung, welche mit der Frequenz von 35 Hz in den Wechselstrommotor 43 eingespeist wird und die Ausgangfrequenz um 5 Hz angehoben. Daher ist die Drehzahl des Wechselstrommotors 43 gesteigert, die Größe des Heliumsgases, eingespeist in jede Kühleinheit 41, gesteigert, und die Kühlkapazität in all den Kühleinheiten 41 gesteigert.
Nachfolgend ist eine Entleerungskapazität kontinuierlich erforderlich in der Kammer 17, und die Temperatur der Kühleinheit 41 der Kammer 17 verbleibt größer oder gleich dem ersten Schwellwert in den nachfolgenden Erfassungszyklen. Als ein Ergebnis ermittelt der Frequenzregler 51, das die Temperatur der wenigsten einen Kühleinheit 41 kontinuierlich größer oder gleich dem ersten Schwellwert zum Zeitpunkt t3 ist. Zusätzlich ermittelt der Frequenzregler 51, dass die aktuelle Ausgangfrequenz (35 Hz) in der Invertervorrichtung 52 weniger als der oberen Grenzwert von 50 Hz ist, und das Regelsteuersignal zum Anheben der Ausgangfrequenz um 5 Hz von der aktuellen Frequenz (35 Hz) ist das Eingangssignal von dem Frequenzregler 51 in die Invertervorrichtung 52. Als ein Ergebnis wird die Wechselstromleistung, deren Frequenz 40 Hz ist, dem Wechselstrommotor 43 zugeführt. Folglich wird die Drehzahl des Wechselstrommotors 43 weiter erhöht und die Kühlkapazität in allen Kühleinheiten 41 weiter vergrößert.
Von dem Zustand, in dem eine große Auslasskapazität separat in der Kammer 20 erforderlich ist, obwohl ausreichende Auslasskapazitäten in der Kammer 17 vorhanden sind, wird die Temperatur der Kühleinheit 41 in der Kammer 17 geringer als der erste Schwellwert, aber die Temperatur der Kühleinheit 41 in anderen Kammer 20 wird größer oder gleich dem ersten Schwellwert, wie in 6 gezeigt. Daher setzt zum Zeitpunkt t4 der Frequenzregler 51 fort, um die gleiche Bestimmung der Temperatur an wenigstens einer der Kühleinheiten 41 durchzuführen, ob die Temperatur größer oder gleich den ersten Schwellwert in den nachfolgenden Erfassungszyklen ist. Zusätzlich ermittelt der Frequenzregler 51, ob die aktuelle Ausgangfrequenz (40 Hz) in der Invertervorrichtung 52 weniger als der obere Grenzwert von 50 Hz sind. Daher ist das Reglersteuersignal zum Anheben der Ausgangfrequenz um 5 Hz von der aktuellen Frequenz (40 Hz) Eingang von dem Frequenzregler 51 zu der Invertervorrichtung 52. Als ein Ergebnis wird die Wechselstromleistung, deren Frequenz 45 Hz ist, in den Wechselstrommotor 41 eingespeist. Daher nimmt die Drehzahl des Wechselstrommotors 41 weiter zu gemäß dem Fertigungszusammenhang in der Kammer 20, und die Kühlkapazität in jeder Kühleinheit 41 steigt signifikant.
Dann ist eine große Auslasskapazität kontinuierlich in der Kammer 20 erforderlich, und die Temperatur der Kühleinheit 41 der Kammer 20 bleibt größer oder gleich dem ersten Schwellwert in den nachfolgenden Erfassungszyklen. Als ein Ergebnis ermittelt zum Zeitpunkt t5 der Frequenzregler 51, dass die Temperatur von wenigstens einer Kühleinheit 41 kontinuierlich größer oder gleich dem ersten Schwellwert ist. Zusätzlich ermittelt der Frequenzregler 51, dass die aktuelle Ausgangfrequenz (45 Hz) in der Invertervorrichtung 52 kleiner als 50 Hz oder dem oberen Grenzwert ist. Auf diese Weise ist das Regelkommandosignal zum Anheben der Ausgangfrequenz um 5 Hz von der aktuellen Frequenz (45 Hz) der Eingang von dem Frequenzregler 51 an der Invertervorrichtung 52. Als ein Ergebnis wird die Wechselstromleistung, deren oberer Grenzwert die Frequenz 50 Hz ist, in den Wechselstrommotor 43 eingespeist, und die Kühlkapazität in jeder Kleinheit 41 erreicht ein Maximum.
Auf diese Weise wird zu den Zeitpunkten t2 bis t5 festgestellt, dass die Temperatur von wenigstens einer Kühleinheit 41 größer oder gleich dem ersten Schwellwert ist. Daher ist das Reglersteuersignal zum Anheben der Ausgangfrequenz um 5 Hz kontinuierlich das Eingangssignal der Invertervorrichtung 52 zu jedem Zeitpunkt t2 bis t5. In der unter Verwendung von komprimiertem Heliumsgas gekühlten Kühleinheit 41, verändert sich die Temperatur nicht sofort, wenn die Versorgungsgröße des Heliumsgases zunimmt oder abnimmt.
Zum Beispiel, wenn eine lange Zeitdauer erforderlich ist für einen adiabatischen Expansionszyklus des Kühlmittels, oder wenn eine lange Zeitdauer erforderlich ist für eine Wärmeleitung in dem adiabatischen Expansionszyklus, ist eine entsprechende Zeitdauer erforderlich, bis sich eine Zuname oder Abnahme in der Versorgungsgröße des Kühlmittels in der Temperatur der Kühleinheit wiederspiegelt. Daher, wenn die Temperatur der Kühleinheit 41 schnell angehoben wird, ist es bevorzugt, dass die Versorgungsgröße des Kühlmittels drastisch gesteigert ist. Wenn die Temperatur der Kühleinheit 41 graduell angehoben wird, ist es bevorzugt, dass die Versorgungsgröße des Kühlmittels leicht zunimmt oder nicht zunimmt.
Wenn in dem aktuellen Ausführungsform wie oben beschrieben wenigstens eine der Kühleinheiten 41 kontinuierlich größer oder gleich dem ersten Schwellwert ist, d. h., wenn weiteres Kühlen für eine der Kühleinheiten 41 erforderlich ist, ist die Frequenz der Wechselstromquelle, die den Wechselstrommotor 43 versorgt, schrittweise angehoben. Demgemäß ist, resultierend aus den vorherigen Anhebungen der Ausgangfrequenz, die Ausgangfrequenz im Hinblick auf die Temperaturveränderung von jeder Kühleinheit 41 weiter angehoben. Mit einem derartigen Regelungsverfahren kann eine exzessive Zunahme der Ausgangfrequenz von der Invertervorrichtung 52 vermieden werden, und der Energieverbrauch in der Kompressionsvorrichtung 42 kann reduziert werden, da eine exzessive Zunahme der Frequenz vermieden wird.
Dann wird zum Zeitpunkt t6 eine ausreichende Auslasskapazität in jeder Kammer bereitgestellt, und die Temperatur von Kühleinheiten 41 wird niedriger als der erste Schwellwert von 128 K. Daher ermittelt zum Zeitpunkt t6 der Frequenzregler 51, dass es keine Kühleinheiten 41 gibt, in welchem die Temperatur größer oder gleich dem ersten Schwellwert ist. Zusätzlich ermittelt der Frequenzregler 51, dass die aktuelle Ausgangfrequenz (50 Hz) in der Invertervorrichtung 52 größer als der untere Grenzwert ist (30 Hz). Das Reglersteuersignal zum Reduzieren der Frequenz um 5 Hz von der aktuellen Frequenz ist dann das Eingangssignal von dem Frequenzregler 51 für die Invertervorrichtung 52. Als ein Ergebnis wird die Drehzahl des Wechselstrommotors 43 niedriger, und eine zu erhaltende redundante Kühlkapazität wird voraussichtlich in allen Kühleinheiten 41 erhalten.
Nachfolgend wird auf die gleiche Weise zu den Zeitpunkten t7 bis t9, während denen eine ausreichende Auslasskapazität in jeder Kammer sichergestellt wird und die Temperatur von allen Kühleinheiten 41 weniger als der erste Schwellwert von 128 K in den nachfolgenden Erfassungszyklen ist, das Regelkommandosignal zum Reduzieren der Ausgangfrequenz um 5 Hz von der aktuellen Frequenz das Eingangssignal von dem Frequenzregler 51 für die Invertervorrichtung 52 zu jedem Zeitpunkt. Wenn die Frequenz der Wechselstromleistung durch die Invertervorrichtung 52 den unteren Grenzwert (30 Hz) zum Zeitpunkt t9 erreicht, wird die Frequenz der Wechselstromleistung, die in den Wechselstrommotor 41 eingespeist wird, auf den unteren Grenzwert von 30 Hz zum Zeitpunkt t10 gehalten.
Auf diese Weise ist zu den Zeitpunkten t6 bis t10 kontinuierlich ermittelt, dass die Temperatur von jeder Kühleinheit 41 weniger als der erste Schwellwert ist. Daher ist das Reglersteuersignal zum Reduzieren der aktuellen Frequenz um 5 Hz Eingang der Invertervorrichtung 52 zu jedem der Zeitpunkt t6 bis t10. Wie oben beschrieben verändert sich die Temperatur in einer unter Verwendung von komprimiertem Heliumsgas gekühlten Kühleinheit 41 nicht sofort, wenn die Versorgungsgröße des Heliumsgases zunimmt oder abnimmt. Daher ist die Frequenz der Wechselstromleistung, die in den Wechselstrommotor 43 eingespeist wird, schrittweise reduziert, wenn die Temperatur von jeder Kühleinheit 41 kontinuierlich weniger als der erste Schwellwert ist, d. h., wenn weiteres Kühlen in den Kühleinheiten 41 nicht erforderlich ist. Demgemäß wird die Ausgangfrequenz im Hinblick auf die Temperaturveränderung von jeder Kühleinheit 41 weiter reduziert, resultierend aus der vorherigen Abnahme der Ausgangfrequenz. Die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 42 kann daher gemäß der aktuellen Erfindung mit der Temperatur der Kühleinheit 41 reduziert werden, und die Große des Energieverbrauchs in der Kompressionsvorrichtung 42 kann durch die Reduktion der Ausgangfrequenz reduziert werden. In einer Produktionseinrichtung 10, die ein derartiges Druckabbau-System aufweist, kann der Energieverbrauch in der Produktionseinrichtung 10 durch eine reduzierte Größe des Energieverbrauchs in dem Druckabbau-System reduziert werden.
Wenn ermittelt wird, dass die Temperatur von wenigstens einer mit der Kühleinheiten 41 größer oder gleich dem ersten Schwellwert zum Zeitpunkt t6 ist, wird die Frequenz der Wechselstromquelle, die den Wechselstrommotor 43 versorgt, auf dem oberen Grenzwert von 50 Hz gehalten. Wenn zum Beispiel ermittelt wird, dass die Temperatur von wenigstens einer der Kühleinheiten 41 großer oder gleich dem ersten Schwellwert zum Zeitpunkt t8 ist, ist das Reglersteuersignal zum Anheben der aktuellen Frequenz (40 Hz) um 5 Hz das Eingangssignal für die Invertervorrichtung 52 von dem Frequenzregel 51 an die Invertervorrichtung 52. Weiter, wenn zum Beispiel ermittelt wird, dass die Temperatur von wenigstens einer der Kühleinheiten 41 größer oder gleich dem zweiten Schwellwert von 138 K sind, ist das Reglersteuersignal zum erzwungenen Setzen der Ausgangfrequenz auf den oberen Grenzwert von 50 Hz das Eingangssignal der Invertervorrichtung 52 zu jedem der Zeitpunkte t0 bis t10.
Wie oben beschrieben haben das Druckabbau-System gemäß dem aktuellen Ausführungsform und die Produktionseinrichtung 10, die das gleiche verwendet, die unten beschriebenen Vorteile.

(1) Die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 wird durch den Frequenzregler 51 angehoben, wenn die Temperatur von wenigstens einer der Kühleinheiten 41 größer oder gleich dem ersten Schwellwert ist, und die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 wird durch den Frequenzregler 51 abgesenkt, wenn die Temperatur von jeder Kühleinheit 41 geringer als der erste Schwellwert ist. Mit einer derartigen Regelung der Ausgangfrequenz wird die Größe des Heliumsgas, eingespeist in jede Kühleinheit 41, gesteigert, wenn weiteres Kühlen in der Kühleinheit 41 nötig ist. Dies steigert die Kühlkapazität von jeder Kühleinheit 41. Wenn weiteres Kühlen in der Kühleinheit 41 nicht notwendig ist, wird die Größe des in jede Kühleinheit 41 eingespeisten Heliumsgases reduziert. Dies schwächt die Kühlkapazität von jeder Kühleinheit 41 ab. Daher ist der Energieverbrauch durch die Kompressionsvorrichtung 42 reduziert, wenn die Ausgangfrequenz während des effektiven Kühlens von jeder Kühleinheit 41 gemäß der aktuellen Temperatur abgesenkt ist.
(2) Der Frequenzregel 51 akquiriert die Temperatur von jeder Kühleinheit 41 für jeden vorermittelten Erfassungszyklus und hebt die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 zu dem oberen Grenzwert schrittweise für jeden Erfassungszyklus an, wenn die Temperatur von wenigstens einer der Kühleinheiten 41 größer oder gleich dem ersten Schwellwert ist. Mit anderen Worten wird die Ausgangfrequenz weiter angehoben im Hinblick auf die Temperaturveränderung von jeder Kühleinheit 41, resultierend aus der vorherigen Zunahme der Ausgangfrequenz. In einer derartigen Struktur wird eine exzessive Zunahme der Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 vermieden, und der Energieverbrauch in der Komprimierungseinrichtung 42 ist reduziert, da ein exzessiver Anstieg der Frequenz vermieden wird.
(3) Der Frequenzregler 41 akquiriert die Temperatur von jeder Kühleinheit 41 für jeden vorermittelten Erfassungszyklus und reduziert die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 42 schrittweise zu dem unteren Grenzwert für jeden vorermittelten Erfassungszyklus hin, wenn die Temperatur von jeder Kühleinheit 41 geringer als der erste Schwellwert ist. Daher ist die Ausgangfrequenz im Hinblick auf die Temperaturveränderung der Kühleinheit 41 weiter reduziert, resultierend aus den vorherigen Abnahmen der Ausgangfrequenz. Als ein Ergebnis ist die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 gemäß der aktuellen Temperatur der Kühleinheit 41 reduziert, und der Energieverbrauch in der Kompressionsvorrichtung 42 ist durch die Abnahme der Ausgangfrequenz reduziert.
(4) Der Frequenzregler 51 setzt die Ausgangfrequenz in der Invertervorrichtung 52 auf einen oberen Grenzwert von 50 Hz, wenn die Temperatur von wenigstens einer der Kühleinheiten 41 größer oder gleich dem zweiten Schwellwert ist. In einer derartigen Struktur ist die Kapazität der Kältemaschine maximiert und die Kühleinheit 41 ist schnell abgekühlt, wenn das Kühlen einer Kühleinheit 41 mit hoher Priorität durchgeführt werden muss.

Das oben beschriebene Ausführungsform kann wie unter beschrieben modifiziert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Druckabbau-System in einer Produktionseinrichtung 10 für eine Halbleitervorrichtung verwendet, dass als Vakuumherstellungs-Vorrichtung dient, aber es ist hierauf nicht beschränkt, und die aktuelle Erfindung in anderen Einrichtung werden verwendet, solange die Vorrichtung die Druckabbau-Vorrichtung und die Kompressionsvorrichtung verwendet.
Der Frequenzregler 51 der oben beschriebenen Ausführungsform setzt die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 auf den oberen Grenzwert, welche die Invertervorrichtung ausgeben kann, wenn die Temperatur wenigstens einer Kühleinheit 41 größer oder gleich dem zweiten Schwellwert ist. Jedoch kann die Regelung basierend auf den zweiten Schwellwert eliminiert werden. In der oben beschriebenen Ausführungsform wird, wenn die Temperatur von wenigstens einer der kleineren 41 größer oder gleich dem ersten Schwellwert ist, weiteres Kühlen durch die Kühleinheit 41 durchgeführt. Demgemäß werden mit der vorliegenden Erfindung wenigstens die Vorteile (1) bis (3) erreicht, auch wenn die Regelung basierend auf den zweiten Schwellwert eliminiert ist.
Der Frequenzregler 51 der oben beschriebenen Ausführungsform regelt die Ausgangfrequenz, um die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 42 schrittweise zu den unteren Grenzwert hin für jeden Erfassungszyklus abzusenken, wenn die Temperatur von allen der Kühleinheiten 41 auf weniger den ersten Schwellwert abgesenkt ist, basierend auf der Temperatur von jeder Kühleinheit 41. Anstelle einer derartigen Regelung kann der Frequenzregel 51 die Ausgangfrequenz in der Invertervorrichtung 52 auf einen unteren Grenzwert setzen, wenn die Temperatur von jeder Kühleinheiten 41 abgesenkt auf weniger als den ersten Schwellwert abgesenkt ist. Mit einer derartigen Struktur kann die vorliegende Erfindung wenigstens die Vorteile (1) und (2) erreichen.
Der Frequenzregel 51 der oben beschriebenen Ausführungsform regelt die Ausgangfrequenz, um die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 zu dem oberen Grenzwert hin schrittweise für jeden Erfassungszyklus anzuheben, wenn die Temperatur von wenigstens einer der Kühleinheiten 41 größer oder gleich dem ersten Schwellwert ist, basierend auf der Temperatur von jeder Kühleinheit 41. Anstelle einer derartigen Regelung kann der Frequenzregel 51 die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 mit zwei Werten regeln, dem unteren Grenzwert und dem oberen Grenzwert, wie ein anderes Verfahren zum weiteren Kühlen der Kühleinheit 41. In diesem Fall verbessert der Frequenzregel 51 die Kühlwirkung durch Setzen der Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 auf den oberen Grenzwert, wenn die Temperatur von wenigstens einer Kühleinheit 41 größer oder gleich dem ersten Schwellwert ist.
Der Frequenzregel 51 der oben beschriebenen Ausführungsform akquiriert die Temperatur von jeder Kühleinheit 41 für jeden vorbestimmten Erfassungszyklus und regelt, basierend auf der akquirierten Temperatur, die Ausgangfrequenz der in Invertervorrichtung 52. Jedoch ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht begrenzt, und der Frequenzregler 51 kann kontinuierlich die Temperatur von jeder Kühleinheit 41 akquirieren, um die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 zu regeln.
Der Frequenzregler 51 des oben beschriebenen Ausführungsforms kann die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 so setzen, dass sie die Frequenz ist, die zu der Temperatur der Kühleinheit 41 anstelle vom schrittweisen Anheben der Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung 52 korrespondiert, wenn wenigstens eine der Temperaturen der Kühleinheiten 41 größer oder gleich dem ersten Schwellwert ist. In diesem Fall kann, wenn eine Mehrzahl von Kühleinheiten 41 mit einer Temperatur größer oder gleich dem ersten Schwellwert vorhanden sind, der Frequenzregel 51 die Ausgangfrequenz den Invertervorrichtung 52 so setzen, dass sie die Frequenz ist, die zu der höchsten Temperatur von einer derartigen Kühleinheit 41 korrespondiert.
In dem oben beschriebenen Ausführungsform ist die Anzahl der Kühleinheiten 41 oder das Versorgungsziel der Kompressionseinheiten 42 insbesondere nicht begrenzt, solange es zwei oder mehr gemäß der Pumpkapazität der Kompressionsvorrichtung 42 sind.
In dem Druckabbau-System des oben beschriebenen Ausführungsforms wird die Kryofalle 40 als Druckabbau-Vorrichtung verwendet. Jedoch kann eine Kryopumpe als eine Druckabbau-Vorrichtung verwendet werden. Wenn die Kryopumpe als Druckabbau-Vorrichtung verwendet wird, ist es bevorzugt, dass der erste Schwellwert und der zweite Schwellwert dementsprechend verändert sind.
In 5 können Schritt S105 (Vergleich mit dem oberen Grenzwert von 50 Hz) und Schritt S107 (Vergleich unteren Grenzwert von 30 Hz) eliminiert werden. Mit anderen Worten kann die Ausgangfrequenz relativ gesteigert (zum Beispiel 5 Hz) werden, sobald die Temperatur von wenigstens einer der Kühleinheiten 41 größer oder gleich dem ersten Schwellwert (128 K) wird, und die Frequenz kann relativ abgesenkt werden (zum Beispiel 5 Hz), sobald die Temperatur von allen Kühleinheiten 41 geringer als der erste Schwellwert (128 K) wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2002-70737 [0004]
JP 2009-1950 [0004]

Claims

Druckabbau-System, aufweisend: eine Mehrzahl von Druckabbau-Vorrichtungen, von denen jede eine Kühleinheit aufweist, die ein komprimiertes Kühlmittel aufnimmt und zum Ergänzen von Gas ausgebildet ist, wenn das komprimierte Kühlmittel adiabatisch expandiert; eine Kompressionsvorrichtung, aufweisend eine Kompressionseinheit, versehen mit einem Wechselstrommotor, worin die Kompressionsvorrichtung das komprimierte Kühlmittel in die Kühleinheit von jedem der Mehrzahl der Druckabbau-Vorrichtungen von dem Kompressionseinheiten mit einer Durchflussrate einspeist, die zu der Drehzahl des Wechselstrommotors korrespondiert; eine Temperaturerfassungseinheit, die die Temperatur der Kühleinheit von jeder Druckabbau-Vorrichtung detektiert; eine Invertervorrichtung, geeignet zum Verändern der Frequenz der Wechselstromleistung, die dem Wechselstrommotor geliefert wird; und ein Frequenzregler, der die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung regelt, worin der Frequenzregler die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung relativ anhebt, wenn die Temperatur der Kühleinheit von wenigstens einer der Mehrzahl der Druckabbau-Vorrichtungen größer oder gleich eines ersten Schwellwertes ist, und die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung relativ abgesenkt, wenn die Temperatur der Kühleinrichtung von allen der Mehrzahl der Druckabbau-Vorrichtungen auf weniger als den ersten Schwellwert abnimmt.
Druckabbau-System nach Anspruch 1, worin der Frequenzregler die Temperatur der Kühleinheiten von jeder Druckabbau-Vorrichtung in jedem vorbestimmten Erfassungszyklus akquiriert, und ermittelt, ob oder nicht die Temperatur der Kühleinheit von wenigstens einer Druckabbau-Vorrichtung größer oder gleich dem ersten Schwellwert in jedem Erfassungszyklus ist und die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung anhebt.
Druckabbau-System nach Anspruch 2, worin der Frequenzregler weiterhin ermittelt, ob die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung auf einen oberen Grenzwert worden angehoben ist, wenn die Temperatur der Kühleinheit von wenigstens einer Druckabbau-Vorrichtung größer oder gleich dem ersten Schwellwert ist, und die Ausgangfrequenz anhebt, wenn dies nicht der Fall ist.
Druckabbau-System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Frequenzregler die Temperatur der Kühleinheit von jeder Druckabbau-Vorrichtung für jeden vorermittelten Erfassungszyklus akquiriert, und ermittelt, ob oder ob nicht die Temperatur der Kühleinheit von allen der Mehrzahl der Druckabbau-Vorrichtungen kleiner als der erste Schwellwert für jeden Erfassungszyklus ist, und die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung absenkt.
Druckabbau-System nach Anspruch 4, worin der Frequenzregler weiter ermittelt, ob die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung auf einen unteren Grenzwert abgesenkt ist, wenn die Temperatur der Kühleinheit der wenigstens einen Druckabbau-Vorrichtung kleiner als der erste Schwellwert ist und die Ausgangfrequenz absenkt, wenn dies nicht der Fall ist.
Druckabbau-System nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, worin der Frequenzregler die Ausgangfrequenz der Invertervorrichtung auf einen oberen Schwellwert setzt, wenn die Temperatur der Kühleinheit der wenigsten eine Druckabbau-Vorrichtung größer oder gleich einem zweiten Schwellwert ist, welcher größer als der erste Schwellwert ist.
Vakuumherstellungs-Vorrichtung, aufweisend: eine Mehrzahl von Vakuumkammern; und ein Druckabbau-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin jeder der Mehrzahl der Vakuumkammern mit einer der Mehrzahl der Druckabbau-Vorrichtungen verbunden ist.