JP4301532B2

JP4301532B2 - Cryopump regeneration method

Info

Publication number: JP4301532B2
Application number: JP29906699A
Authority: JP
Inventors: 一俊青木; 久山本; 宏浅見
Original assignee: Canon Anelva Corp; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Canon Anelva Corp; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2019-10-21
Also published as: JP2001123951A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空処理装置の真空排気に使用されるクライオポンプの再生方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のクライオポンプ２０は、例えば図２のように構成されている。クライオポンプ容器２に冷凍機２１が取り付けられ、該冷凍機２１の１段ステージ２２が約４０〜１００Ｋに、２段ステージ２３が約１０〜２０Ｋに冷却される。
【０００３】
１段ステージ２２には熱接触良好に１段温度センサ２４と幅射シールド６が取り付けられており、輻射シールド６の吸気口７側にはやはり熱接触良好にルーバー８が取り付けられている。
【０００４】
２段ステージ２３には熱接触良好に２段温度センサ９とクライオパネル１０、チャコールパネル２５が取り付けられている。
【０００５】
１段温度センサ２４や２段温度センサ９は温度計１１に接続されている。
【０００６】
真空処理装置１２と吸気口７は吸気口弁１３を介して接続されており、真空処理装置１２から吸気口弁１３を通って入ってくる水や二酸化炭素はルーバー８や輻射シールド６で凝縮され、アルゴンや窒素はクライオパネル１０で凝縮され、水素やネオン、ヘリウムはチャコールパネル２５上に接着されている活性炭２６に吸着され、排気される。
【０００７】
クライオポンプ容器２には、真空計１４に接続された真空センサ１５と、乾燥窒素等のパージガス供給配管２７に接続されたパージ弁２８と、粗引きポンプ２９に接続された粗引き弁３０が取り付けられている。
【０００８】
クライオポンプ２０に排気された気体は上述の通り各パネル上で凝縮あるいは吸着により溜め込まれ、その溜め込み量が増えてくるとクライオポンプ２０の排気性能が低下するため、クライオポンプ２０内に溜め込まれていた気体を排出し、クライオポンプ２０の性能を回復させるための再生と呼ばれる作業が必要となる。
【０００９】
従来のクライオポンプの再生作業は例えば以下のように行われている。
【００１０】
まず吸気口弁１３を閉じた後、冷凍機２１の運転を停止し、パージ弁２８を開き乾燥窒素等のパージガスをクライオポンプ内に導入する。
【００１１】
クライオポンプ内の圧力、温度が上昇し、凝縮、吸着されていたガスは気化、脱離し、パージガスと共に安全弁３１を通してクライオポンプ外へ放出される。
【００１２】
温度計１１で、１段ステージ２２や２段ステージ２３及びこれらに熱接触良好に構成されている各パネル類がほぼ室温となった事を確認後、パージ弁２８を閉じ、粗引き弁３０を開き、クライオポンプ内の粗引きを開始する。
【００１３】
必要な圧力まで粗引きした後、粗引き弁３０を閉じ冷凍機２１の運転を再開する。
【００１４】
１段ステージ２２と２段ステージ２３並びにこれらに熱接触良好に構成されている各パネル類がクライオポンプの排気性能に必要な温度まで冷却されると再生は終了となる。
【００１５】
近年では、クライオポンプの再生時間の短縮を目的として、これらパネル類の温度を早く上昇させるために、クライオポンプ容器２の外側にバンドヒータ３２を巻き付けたり、１段ステージ２２と２段ステージ２３のそれぞれにヒータ３３、３４を取り付けて使用されることもある。
【００１６】
【発明により解決しようとする課題】
クライオポンプが搭載される真空処理装置は半導体や電子部品等を製造する工程等で数多く使用されており、その稼働率は収益に大きく影響する。
【００１７】
クライオポンプは、その排気原理上、再生は不可避であり、再生の際にはクライオポンプが搭載される真空処理装置を停止させなければならなく、クライオポンプの再生時間の短縮は真空処理装置の稼働率に直結する問題となっている。
【００１８】
従来のクライオポンプの再生方法では、乾燥窒素等の不活性パージガスをクライオポンプ内に導入し、クライオポンプ内の温度を室温まで上昇させ、その後粗引きし、冷却を行うため再生終了まで数時間を要していた。
【００１９】
また、ヒータ等の加熱手段を併用して再生を行った場合には、パネル類の昇温時間の短縮により再生時間を２〜３時間程度に短縮することができるものの、更に再生時間を短縮することが望まれている。
【００２０】
クライオポンプの排気するガスの溜め込み可能な量を増やし、再生頻度を減らすことでクライオポンプが搭載される真空処理装置のトータルでの稼働率を向上させる試みもあるが、主に水素等の危険なガスを排気する装置では、水素の溜め込み量を増やすことは再生時や停電等の緊急停止時において、一度に大量の水素が放出されることになり安全上問題となる。
【００２１】
また特に大量の水素を溜め込んだクライオポンプを再生する際には、水素を溜め込んでいるパネルが僅かに昇温するだけで一気に水素が放出されるため、これを安全なレベルまで希釈するには瞬間的に大量の不活性パージガスの導入が必要であり、その為の設備も必要となってくる。
【００２２】
従ってより安全にクライオポンプを使用するためには、再生を頻繁に行っても問題とならないレベルまで再生時間を短縮し、クライオポンプ内に溜まっている水素の量を極力減らす事が重要である。
【００２３】
【課題を解決する為の手段】
本発明は、クライオポンプ内の排気パネルの冷却に到達温度４Ｋ以下の冷凍機を用い、吸着剤としての活性炭は使用せず、真空装置におけるガスを排気パネルに凝縮させることで排気を行い、クライオポンプの再生時には、水素及びネオンの三重点温度又は三重点圧力を考慮に入れて、ガスが凝縮されている排気パネルの温度、又はクライオポンプ内の圧力を制御することにより、水素又はネオン、又はその双方を、選択的にクライオポンプ外に排出するという方法を採用してクライオポンプを再生することにより前記課題を解決したのである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
すなわち、この発明が提案するクライオポンプの再生方法は、真空装置におけるガスを温度４Ｋ以下に冷却した排気パネル表面に凝縮させることにより、吸着剤としての活性炭を使用せずに真空排気を行う２段式以上の冷凍機を用いたクライオポンプの再生を行う方法において、クライオポンプの再生の際、前記排気パネルの温度を上昇させ、前記排気パネルの温度が凝縮排気されているガスの三重点温度に達する前に、又はクライオポンプ内の圧力が凝縮排気されているガスの三重点圧力に達する前に、クライオポンプに接続されている他の真空ポンプによりクライオポンプ内の真空排気を開始し、水素又はネオン、又はその双方を、クライオポンプ外に排出し、排出後再び前記排気パネルを温度４Ｋ以下に冷却することにより、クライオポンプの再生を行うものである。
【００２５】
温度４Ｋ以下およそ３Ｋにおける蒸気圧は、水素で１０^−８Ｐａ台、ネオンで１０^−１１Ｐａ以下であり、この圧力以上の水素やネオンは温度４Ｋ以下およそ３Ｋの排気パネル表面で凝縮排気が行われ、溜まって行く。
【００２６】
そこで、クライオポンプの再生時にはこの排気パネルの温度を例えばおよそ２０Ｋまで上昇させると、排気パネルの上に凝縮されている水素（三重点温度：約１４Ｋ）、やネオン（三重点温度：約２５Ｋ）の蒸気圧は数千Ｐａから数万Ｐａになり、溜まっていた水素やネオンの氷はほとんどが蒸発する。
【００２７】
一方、排気パネル上に凝縮している他の気体の２０Ｋにおける平衡蒸気圧は、例えば窒素ではおよそ１０^−９Ｐａ台であり、アルゴンは１０^−１１Ｐａ台であり殆ど蒸発はしないので、水素とネオンはほぼ完全に除去しつつ他のガスは殆ど排出しないクライオポンプの再生が可能となる。
【００２８】
こうして水素とネオンをほぼ完全にクライオポンプから除去した後、再び排気パネルを４Ｋ以下まで冷却してクライオポンプの再生を完了するものである。
【００２９】
なお、この明細書において使用される「真空装置におけるガス」とは、クライオポンプが搭載される真空処理装置において使用されるプロセスガス、プロセス中に発生するガス、大気側から流入して来るガス、真空装置内部の構造物そのものから発生するガスを含むものであり、クライオポンプの排気パネル表面に凝縮排気される可能性のあるガスの全てを意味するものである。
【００３０】
前記本発明のクライオポンプの再生方法によれば、真空装置におけるガスを凝縮排気している排気パネルの２０Ｋまでの温度上昇、そして４Ｋ以下までの冷却にはごく短時間しか必要としないためクライオポンプの再生は極短時間で行うことが可能となる。
【００３１】
また、前記本発明のクライオポンプの再生方法によって、排気パネルの温度が、選択的にクライオポンプから排出させようとしている気体、例えば、水素あるいはネオンの三重点温度に達する前に、クライオポンプに接続されている他の真空ポンプによりクライオポンプ内の真空排気を開始すると、低い圧力のままで低い温度から選択的にクライオポンプから排出させようとしている気体、例えば、水素やネオンの気化が始まり、その際の気化熱が排気パネルから奪われる為、排気パネルの急激な温度上昇と、それに伴う急激な気体放出を制御できる。これによって、水素等の危険なガスを溜め込んでいるクライオポンプを再生する際の安全性を向上させると共に、放出された気体の熱伝達による必要以上の排気パネルの温度上昇を制御できる。
【００３２】
なお、前記において、クライオポンプの再生の際、前記排気パネルの温度を上昇させ、前記排気パネルの温度が凝縮排気されているガスの三重点温度に達する前に、又はクライオポンプ内の圧力が凝縮排気されているガスの三重点圧力に達する前に、クライオポンプに接続されている他の真空ポンプによりクライオポンプ内の真空排気を開始するとしたのは、凝縮排気されたガスは、三重点温度、三重点圧力を共に満たして始めて液化が始まるので、結局、排気パネルの温度あるいはクライオポンプ内の圧力のどちらか一方を制御することによって凝縮排気されているガスの液化を阻害できるからである。
【００３３】
前記においてクライオポンプの再生時に排気パネルの温度を上昇させ、蒸発してきた水素やネオンをクライオポンプから除去するには、クライオポンプに接続されている他の真空ポンプ、好ましくは、水素、ネオンといった軽い気体に対しても十分な排気性能を有する真空ポンプ、例えば、ドライポンプ、油回転ポンプ、ターボ分子ポンプ、モレキュラドラッグポンプなどを使用することができる。
【００３４】
前記本発明のクライオポンプの再生方法によって、クライオポンプから選択的に真空排気しようとしている水素、ネオンの液化を阻害しつつ、水素、ネオンのみをクライオポンプ外へ排出する真空排気を開始できる。更に、その後、以下のようにすることにより、選択的に排気しようとしている水素、ネオン以外の凝縮排気されているガスを液化させずに、水素、ネオンの排出を継続することができる。
【００３５】
すなわち、前記本発明のクライオポンプの再生方法において、クライオポンプに接続されている他の真空ポンプによりクライオポンプ内の真空排気を行っている際に、前記排気パネルの温度を、水素及びネオン以外の凝縮排気されたガスの三重点温度を越えない範囲で上昇させるものである。これによって、水素、ネオン以外の凝縮排気されているガスを液化させずに、水素、ネオンの排出を継続することができる。
【００３６】
あるいは、前記本発明のクライオポンプの再生方法において、クライオポンプに接続されている他の真空ポンプによりクライオポンプ内の真空排気を行っている際に、クライオポンプ内の圧力が水素及びネオン以外の凝縮排気されたガスの三重点圧力を越えないように制御するものである。これによって、水素、ネオン以外の凝縮排気されているガスを液化させずに、水素、ネオンの排出を継続することができる。ここで、クライオポンプ内の圧力は、クライオポンプ内を排気するポンプの能力や水素、ネオンの昇華速度に関係するので、クライオポンプにこの技術分野で公知の圧力検知手段を付設しておいて、クライオポンプ内の圧力が水素及びネオン以外の凝縮排気されたガスの三重点圧力を越えないように制御することになる。
【００３７】
なお、水素、ネオン以外で凝縮排気される気体の代表的なものにはアルゴン、窒素、酸素などがあるが、酸素の三重点圧力は水素、ネオンのそれよりも小さく、その三重点温度は約５４Ｋ、三重点圧力は約１５２Ｐａである。そこで、排気パネルの温度を徐々に上昇させて、これが５４Ｋを越えるようになる時、クライオポンプ内の圧力が１５２Ｐａ以上であれば、水素やネオンが液化しなくても酸素が液化する可能性がある。そこで、前記のように、排気パネルの温度を、水素及びネオン以外の凝縮排気されたガスの三重点温度を越えない範囲で上昇させ、これによって、水素、ネオン以外の凝縮排気されているガスを液化させずに、水素、ネオンの排出を継続させる場合であって、クライオポンプ内の圧力を検知していない時には、排気パネルの温度が５４Ｋを越えないようにする必要がある。
【００３８】
ただし、前記のように、排気パネルの温度を、水素及びネオン以外の凝縮排気されたガスの三重点温度を越えない範囲で上昇させ、これによって、水素、ネオン以外の凝縮排気されているガスを液化させずに、水素、ネオンの排出を継続させる場合であっても、クライオポンプにこの技術分野で公知の圧力検知手段を付設しておいて、クライオポンプ内の圧力が水素の三重点圧力（７２００Ｐａ）、ネオンの三重点圧力（４３３０３Ｐａ）以下を保つように制御しておく必要がある。
【００３９】
なお、前記のようにクライオポンプから選択的に真空排気しようとしている水素、ネオンの液化を阻害しつつ、水素、ネオンのみをクライオポンプ外へ排出する真空排気を開始し、更に、その後、選択的に排気しようとしている水素、ネオン以外の凝縮排気されているガスを液化させずに、水素、ネオンの排出を継続する場合であって、排気パネルの温度を制御する時に、排気パネルの温度を２５Ｋを越えない範囲で上昇させるように制御すれば、排気パネルに凝縮排気されていた水素、ネオン以外のガスの気化を抑制しつつ、水素、ネオンのみを気化させ、前述したクライオポンプに接続されている他の真空ポンプによりクライオポンプ外へ排出させることができる。温度が２５Ｋより低い場合、水素及びネオン以外の凝縮排気されたガスの平衡蒸気圧は十分に低く、クライオポンプからの排気によりクライオポンプ内の圧力が低くても、このらのガスが気化する量は僅かであり、一方、２５Ｋの温度で、水素、ネオンの蒸気圧は、数千Ｐａから数万Ｐａとなり、排気パネルに凝縮排気されていた水素、ネオンの氷はほぼ完全に昇華するからである。
【００４０】
なお、クライオポンプの運転中に極低温の排気パネルにガス中のアルゴンが凍りつくと、そこに多孔質の氷が形成され、その氷に水素、ネオン、ヘリウムを吸着する能力があることが知られている。そこで、これを利用して、以下のように、クライオポンプの再生を行うこともできる。
【００４１】
すなわち、真空装置におけるガスを温度４Ｋ以下に冷却した排気パネルを用いて凝縮させることにより、吸着剤としての活性炭を使用せずに真空排気を行う２段式以上の冷凍機を用いたクライオポンプの再生を行う方法において、クライオポンプの再生の際、前記排気パネルの温度を２０Ｋを越えない範囲で上昇させると共に、クライオポンプに接続されている他の真空ポンプによりクライオポンプ内の真空排気を開始し、水素、ネオン、ヘリウムの中のいずれか一種以上を、クライオポンプ外に排出し、排出後再び前記排気パネルを温度４Ｋ以下に冷却することにより、クライオポンプの再生を行うクライオポンプの再生方法である。
【００４２】
ここで、排気パネルの温度を２０Ｋを越えない範囲で上昇させることとしたのは、前記のように、極低温の排気パネルに凍りついたアルゴンの多孔質の氷は、一度でも２０Ｋ以上に温度が上昇すると、水素、ネオン、ヘリウムを吸着する能力がかなり低下してしまうからである。
【００４３】
なお、このように排気パネルの上に凍結させたアルゴンの多孔質の氷の吸着能力を利用するために、あらかじめ吸着材として排気パネル表面にアルゴンの多孔質の氷を堆積させておくこともできる。
【００４４】
【実施例】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。
【００４５】
図１は本発明のクライオポンプの再生方法が用いられるクライオポンプ１の構成の一例を現す図である。クライオポンプ容器２に約３Ｋまで冷却可能な冷凍機３（以下「３Ｋ冷凍機３」という）が取り付けられ、この３Ｋ冷凍機３の１段ステージ４は約３０〜１００Ｋに、２段ステージ５はおよそ３Ｋに冷却される。
【００４６】
１段ステージ４には輻射シールド６が取り付けられており、その吸気口７側にはルーバー８が取り付けられている。
【００４７】
２段ステージ５には２段温度センサ９と排気パネルであるクライオパネル１０が取り付けられており、２段温度センサ９は温度計１１に接続されている。
【００４８】
真空処理装置１２と吸気口７とは吸気口弁１３を介して接続されており、真空処理装置１２から吸気口弁１３を通って入ってくる水や二酸化炭素はルーバー８や輻射シールド６で凝縮され、アルゴン、窒素、水素、ネオン等のガスは４Ｋ以下に冷却されているクライオパネル１０上に凝縮され、排気される。
【００４９】
但し、クライオパネル１０上に水素やネオン、ヘリウムを吸着する能力のあるアルゴン等の氷が堆積している場合には、水素、ネオンの一部とヘリウムはその氷に吸着され、排気される。
【００５０】
クライオポンプ容器２には、真空計１４に接続された真空センサ１５と、クライオポンプ内を排気するための他の真空ポンプ１６に接続された真空弁１７が取り付けられている。
【００５１】
この実施例におけるクライオポンプ１の再生は以下のようにして行われる。
【００５２】
まず吸気口弁１３を閉じて、２段ステージ５とクライオパネル１０の温度をたとえば２５Ｋ以下の範囲で上昇させる。
【００５３】
但し、クライオパネル１０上に水素やネオン、ヘリウムを吸着する能力のあるアルゴン等の氷が堆積している場合で、その氷の吸着能力をクライオポンプ再生後も維持させる場合には２０Ｋを越えない範囲の温度で上昇させる。
【００５４】
この時温度を上昇させる手段は、２段ステージ５やクライオパネル１０に取り付けられたヒータ１８や、３Ｋ冷凍機３自体の有している発熱機能、３Ｋ冷凍機３の運転停止後の外部からの入熱による自然昇温、あるいは３Ｋ冷凍機３の運転周波数を変化させ冷凍能力を低下させる等のいずれでもかまわない。
【００５５】
この時に気化もしくは脱離する水素やネオン、ヘリウムを、真空弁１７を開き、クライオポンプ内を排気するための他の真空ポンプ１６にてクライオポンプ容器２外に排出する。
【００５６】
真空弁１７を開く操作を、２段ステージ５とクライオパネル１０の温度が水素やネオンの三重点温度以下、望ましくは水素やネオンの平衡蒸気圧が充分に低い温度において行うことにより、水素やネオン、ヘリウムが急激に気化もしくは脱離するのを抑え、クライオポンプ容器２の水素やネオン、ヘリウムの圧力を低く保つことができ、安全面で有利であるとと共に、放出ガスの熱伝達による不必要なクライオパネル１０や輻射シールド６、ルーバー８の温度上昇を抑制できる。
【００５７】
但し比較的到達圧力の高い油回転ポンプやドライポンプ等をクライオポンプ内を排気するための他の真空ポンプ１６として使用する際は、水素やネオンが気化する以前に真空弁１７を開くと、油回転ポンプやドライポンプ等から、あるいは配管１９からクライオポンプ容器２内への残留気体や油の流入のおそれがあるため、クライオポンプ容器２内の圧力を真空計１４にて確認し、その圧力がクライオポンプ内を排気するための油回転ポンプやドライポンプ等の到達圧力を上回った時点で、真空弁１７を開け、クライオポンプ内を排気する。
【００５８】
この圧力は通常水素やネオンの三重点圧力と比べ充分に低い圧力になる。
【００５９】
低い圧力での排気性能が良好で到達圧力が低いターボ分子ポンプをクライオポンプ内を排気するための他の真空ポンプ１６として使用すると、クライオポンプ内の圧力をモニターすることなく、２段ステージ５とクライオパネル１０を温度上昇させる前に真空弁１７を開く事が可能となり、より簡単な制御で再生が行えると共に、より低い圧力からの排気と大きな排気速度が得られるので、２段ステージ５やクライオパネル１０の温度の上昇を最小限にし、より低い圧力で水素やネオン、ヘリウムをクライオポンプ容器２から排出することができ、再生時間や安全性の点で更に有利である。
【００６０】
この３Ｋ冷凍機３を使用し活性炭を用いないクライオポンプ１は、クライオパネル１０上にアルゴン等の吸着能力のある氷がない場合には、原理的に殆どヘリウムを排気できないため、大気成分であるヘリウムが真空処理装置のタクト毎にクライオポンプ容器２内に微量流入し、気体のままで滞留する。
【００６１】
そこで、水素やネオンをクライオポンプの外に排出させてクライオポンプの再生を行う際に、定期的に他の真空ポンプ１６、望ましくはターボ分子ポンプでクライオポンプ容器２内からヘリウムを排出させる事は到達圧力や真空の質を維持する点で有効である。
【００６２】
真空計１４でクライオポンプ容器２内の圧力が下がり水素やネオン、ヘリウムが排出されたことを確認した後、真空弁１７を閉じ、２段ステージ５とクライオパネル１０の温度を４Ｋ以下まで降下させ水素やネオンに対する排気性能が回復したらクライオポンプの再生は終了となる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の再生方法を実施すると、主に水素を排気しているクライオポンプの再生時間を、従来の数時間から１０分程度に短縮することができる。
【００６４】
１０分程度での再生が可能となると、単に再生時間が短くなるばかりではなく、クライオポンプを搭載している真空処理装置の運転中の待ち時間や工程上のインターバル等の僅かな時間に再生を行う事が可能となり、実際的には工程上再生時間を考慮しなくてもよいケースも生じ、クライオポンプを搭載している真空処理装置の稼働率を飛躍的に向上させることができる。
【００６５】
また再生を頻繁に行うことができるので、クライオポンプ内に溜め込む水素の量を常に少量に維持することができ、再生時や停電等の緊急停止時においての安全性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクライオポンプの再生方法が用いられるクライオポンプの構成図である。
【図２】従来のクライオポンプの再生方法が用いられるクライオポンプの構成図である。
【符号の説明】
１クライオポンプ
２クライオポンプ容器
３冷凍機
４１段ステージ
５２段ステージ
６輻射シールド
７吸気口
８ルーバー
９２段温度センサ
１０クライオパネル
１１温度計
１２真空処理装置
１３吸気口弁
１４真空計
１５真空センサ
１６真空ポンプ
１７真空弁
１８ヒータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for regenerating a cryopump used for evacuation of a vacuum processing apparatus.
[0002]
[Prior art]
The conventional cryopump 20 is configured as shown in FIG. 2, for example. A refrigerator 21 is attached to the cryopump container 2, and the first stage 22 of the refrigerator 21 is cooled to about 40 to 100K, and the second stage 23 is cooled to about 10 to 20K.
[0003]
A first stage temperature sensor 24 and a width shield 6 are attached to the first stage 22 with good thermal contact, and a louver 8 is also attached to the inlet 7 side of the radiation shield 6 with good thermal contact.
[0004]
A two-stage temperature sensor 9, a cryopanel 10, and a charcoal panel 25 are attached to the two-stage stage 23 with good thermal contact.
[0005]
The first stage temperature sensor 24 and the second stage temperature sensor 9 are connected to the thermometer 11.
[0006]
The vacuum processing device 12 and the intake port 7 are connected via an intake port valve 13, and water and carbon dioxide entering from the vacuum processing device 12 through the intake port valve 13 are condensed by the louver 8 and the radiation shield 6. Argon and nitrogen are condensed in the cryopanel 10, and hydrogen, neon, and helium are adsorbed by the activated carbon 26 adhered on the charcoal panel 25 and exhausted.
[0007]
A vacuum sensor 15 connected to the vacuum gauge 14, a purge valve 28 connected to a purge gas supply pipe 27 such as dry nitrogen, and a roughing valve 30 connected to a roughing pump 29 are attached to the cryopump container 2. It has been.
[0008]
The gas exhausted to the cryopump 20 is stored on each panel by condensation or adsorption as described above, and the exhaust performance of the cryopump 20 decreases as the amount of storage increases, so that it is stored in the cryopump 20. Therefore, an operation called regeneration for recovering the performance of the cryopump 20 is required.
[0009]
A conventional cryopump regeneration operation is performed, for example, as follows.
[0010]
First, after closing the inlet valve 13, the operation of the refrigerator 21 is stopped, the purge valve 28 is opened, and a purge gas such as dry nitrogen is introduced into the cryopump.
[0011]
The pressure and temperature in the cryopump rises, and the condensed and adsorbed gas is vaporized and desorbed, and is released to the outside of the cryopump through the safety valve 31 together with the purge gas.
[0012]
After confirming that the first stage 22 and the second stage 23 and the respective panels configured to have good thermal contact with the thermometer 11 are substantially at room temperature, the purge valve 28 is closed and the roughing valve 30 is turned on. Open and start roughing in the cryopump.
[0013]
After roughing to the required pressure, the roughing valve 30 is closed and the operation of the refrigerator 21 is resumed.
[0014]
The regeneration ends when the first stage 22 and the second stage 23 and the panels that are configured to have good thermal contact with them are cooled to a temperature necessary for the exhaust performance of the cryopump.
[0015]
In recent years, for the purpose of shortening the regeneration time of the cryopump, in order to quickly raise the temperature of these panels, a band heater 32 is wound around the outside of the cryopump container 2 or the first stage 22 and the second stage 23 are In some cases, heaters 33 and 34 are attached to the respective heaters.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
Many vacuum processing devices equipped with cryopumps are used in processes such as manufacturing semiconductors and electronic components, and their operating rate greatly affects profits.
[0017]
The cryopump is unavoidable due to its evacuation principle. At the time of regeneration, the vacuum processing device on which the cryopump is mounted must be stopped, and the cryopump regeneration time can be shortened by operating the vacuum processing device. The problem is directly related to the rate.
[0018]
In the conventional cryopump regeneration method, an inert purge gas such as dry nitrogen is introduced into the cryopump, the temperature inside the cryopump is raised to room temperature, and then roughing is performed, and several hours are required until the regeneration is completed for cooling. It was necessary.
[0019]
In addition, when regeneration is performed together with a heating means such as a heater, the regeneration time can be shortened to about 2 to 3 hours by shortening the temperature rise time of the panels, but the regeneration time is further shortened. It is hoped that.
[0020]
Although there are attempts to improve the total operating rate of the vacuum processing equipment on which the cryopump is installed by increasing the amount of gas that can be stored by the cryopump and reducing the frequency of regeneration, it is mainly dangerous for hydrogen, etc. In an apparatus that exhausts gas, increasing the amount of hydrogen stored is a safety issue because a large amount of hydrogen is released at a time during an emergency stop such as regeneration or a power failure.
[0021]
In particular, when regenerating a cryopump that contains a large amount of hydrogen, the panel that stores the hydrogen releases the hydrogen at a stretch by a slight increase in temperature. Therefore, it is necessary to introduce a large amount of inert purge gas, and equipment for this purpose is also required.
[0022]
Therefore, in order to use the cryopump more safely, it is important to reduce the regeneration time to a level that does not cause a problem even if the regeneration is frequently performed, and to reduce the amount of hydrogen accumulated in the cryopump as much as possible.
[0023]
[Means for solving the problems]
The present invention uses a refrigerator having an ultimate temperature of 4K or lower to cool the exhaust panel in the cryopump, does not use activated carbon as an adsorbent, exhausts the gas in the vacuum apparatus by condensing it in the exhaust panel, During regeneration of the pump, hydrogen or neon, or by controlling the temperature of the exhaust panel where the gas is condensed, or the pressure in the cryopump, taking into account the triple point temperature or triple point pressure of hydrogen and neon, or The above problem was solved by regenerating the cryopump by adopting a method of selectively discharging both of them out of the cryopump.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
That is, the cryopump regeneration method proposed by the present invention is a two-stage evacuation without using activated carbon as an adsorbent by condensing the gas in the vacuum apparatus on the surface of the exhaust panel cooled to a temperature of 4K or less. In the method of regenerating a cryopump using a refrigerator of the type or higher, when regenerating the cryopump, the temperature of the exhaust panel is increased, and the temperature of the exhaust panel is brought to the triple point temperature of the condensed exhaust gas. Before reaching the triple point pressure of the gas being condensed or evacuated, start evacuating the cryopump with another vacuum pump connected to the cryopump, Neon or both are discharged out of the cryopump, and after the discharge, the exhaust panel is cooled again to a temperature of 4K or less, thereby It is intended to reproduce the pump.
[0025]
Vapor pressure at temperatures below 4K and approximately 3K is on the order of 10 ⁻⁸ Pa for hydrogen and 10 ⁻¹¹ Pa and below for neon, and hydrogen and neon above this pressure are condensed and exhausted on the surface of the exhaust panel at temperatures below 4K and approximately 3K. I will accumulate.
[0026]
Therefore, when the temperature of the exhaust panel is increased to, for example, about 20K during regeneration of the cryopump, hydrogen condensed on the exhaust panel (triple temperature: about 14K), neon (triple temperature: about 25K) Vapor pressure of several thousand Pa to several tens of thousands Pa, and most of the accumulated hydrogen and neon ice evaporate.
[0027]
On the other hand, the equilibrium vapor pressure at 20K of other gases condensed on the exhaust panel is, for example, about 10 ⁻⁹ Pa for nitrogen and about 10 ⁻¹¹ Pa for argon and hardly evaporates. It is possible to regenerate the cryopump that almost completely removes neon and emits almost no other gas.
[0028]
In this way, hydrogen and neon are almost completely removed from the cryopump, and then the exhaust panel is cooled again to 4K or less to complete the regeneration of the cryopump.
[0029]
In addition, “gas in the vacuum apparatus” used in this specification is a process gas used in a vacuum processing apparatus in which a cryopump is mounted, a gas generated during the process, a gas flowing in from the atmosphere side, It includes gas generated from the structure itself inside the vacuum apparatus, and means all of the gas that may be condensed and exhausted on the surface of the exhaust panel of the cryopump.
[0030]
According to the cryopump regeneration method of the present invention, the temperature of the exhaust panel that condenses and exhausts the gas in the vacuum apparatus is increased to 20K, and cooling to 4K or less requires only a very short time. Can be regenerated in a very short time.
[0031]
Further, according to the cryopump regeneration method of the present invention, the temperature of the exhaust panel is selectively connected to the cryopump before reaching the triple point temperature of the gas to be exhausted from the cryopump, for example, hydrogen or neon. When the evacuation of the cryopump is started by another vacuum pump, the gas to be discharged from the cryopump selectively from a low temperature with a low pressure, for example, hydrogen or neon starts to vaporize. Since the vaporization heat at the time is taken away from the exhaust panel, it is possible to control the rapid temperature rise of the exhaust panel and the accompanying sudden gas release. As a result, it is possible to improve safety when regenerating the cryopump storing dangerous gas such as hydrogen, and to control the temperature rise of the exhaust panel more than necessary due to heat transfer of the released gas.
[0032]
In the above, at the time of regeneration of the cryopump, the temperature of the exhaust panel is raised, and the pressure in the cryopump is condensed before the temperature of the exhaust panel reaches the triple point temperature of the condensed and exhausted gas. Before reaching the triple point pressure of the gas being exhausted, the vacuum pump inside the cryopump was started by another vacuum pump connected to the cryopump. This is because liquefaction begins only when the three-point pressures are satisfied, and eventually, liquefaction of the condensed and exhausted gas can be inhibited by controlling either the temperature of the exhaust panel or the pressure in the cryopump.
[0033]
In the above, in order to raise the temperature of the exhaust panel during the regeneration of the cryopump and remove the evaporated hydrogen and neon from the cryopump, other vacuum pumps connected to the cryopump, preferably hydrogen, neon, etc. A vacuum pump having sufficient exhaust performance for gas, for example, a dry pump, an oil rotary pump, a turbo molecular pump, a molecular drag pump, or the like can be used.
[0034]
By the method for regenerating a cryopump according to the present invention, it is possible to start evacuation in which only hydrogen and neon are discharged out of the cryopump while inhibiting liquefaction of hydrogen and neon to be selectively evacuated from the cryopump. Furthermore, after that, hydrogen and neon can be continuously discharged without liquefying the condensed and exhausted gas other than hydrogen and neon to be selectively exhausted, as described below.
[0035]
That is, in the cryopump regeneration method of the present invention, when the cryopump is evacuated by another vacuum pump connected to the cryopump, the temperature of the exhaust panel is set to a value other than hydrogen and neon. It is raised within a range not exceeding the triple point temperature of the condensed and exhausted gas. Accordingly, the discharge of hydrogen and neon can be continued without liquefying the condensed and exhausted gas other than hydrogen and neon.
[0036]
Alternatively, in the cryopump regeneration method of the present invention, when the cryopump is evacuated by another vacuum pump connected to the cryopump, the pressure in the cryopump is condensed other than hydrogen and neon. Control is performed so as not to exceed the triple point pressure of the exhausted gas. Accordingly, the discharge of hydrogen and neon can be continued without liquefying the condensed and exhausted gas other than hydrogen and neon. Here, the pressure in the cryopump is related to the ability of the pump to evacuate the cryopump, hydrogen, and the sublimation speed of neon, so the cryopump is provided with pressure detection means known in this technical field, Control is performed so that the pressure in the cryopump does not exceed the triple point pressure of the condensed exhaust gas other than hydrogen and neon.
[0037]
Typical examples of gases condensed and exhausted other than hydrogen and neon include argon, nitrogen, and oxygen, but the triple point pressure of oxygen is lower than that of hydrogen and neon, and the triple point temperature is about 54 K, triple point pressure is about 152 Pa. Therefore, when the temperature of the exhaust panel is gradually increased so that it exceeds 54K, if the pressure in the cryopump is 152 Pa or higher, oxygen may be liquefied even if hydrogen and neon do not liquefy. is there. Therefore, as described above, the temperature of the exhaust panel is raised within a range not exceeding the triple point temperature of the condensed and exhausted gas other than hydrogen and neon. When the discharge of hydrogen and neon is continued without being liquefied, and the pressure in the cryopump is not detected, it is necessary that the temperature of the exhaust panel does not exceed 54K.
[0038]
However, as described above, the temperature of the exhaust panel is increased within a range not exceeding the triple point temperature of the condensed and exhausted gas other than hydrogen and neon. Even when the discharge of hydrogen and neon is continued without liquefaction, a pressure detecting means known in this technical field is attached to the cryopump, and the pressure in the cryopump is the triple point pressure of hydrogen ( 7200 Pa) and the neon triple point pressure (43303 Pa) or less must be maintained.
[0039]
As described above, the vacuum pumping is started to exhaust only hydrogen and neon outside the cryopump while inhibiting the liquefaction of hydrogen and neon to be selectively pumped from the cryopump as described above. When exhausting hydrogen and neon is continued without liquefying the condensed and exhausted gas other than hydrogen and neon, the temperature of the exhaust panel is set to 25K when controlling the temperature of the exhaust panel. If it is controlled to rise within a range that does not exceed, only hydrogen and neon are vaporized while suppressing the vaporization of gas other than hydrogen and neon that has been condensed and exhausted to the exhaust panel, and connected to the cryopump described above. It can be discharged out of the cryopump by another vacuum pump. When the temperature is lower than 25K, the equilibrium vapor pressure of the condensed and exhausted gas other than hydrogen and neon is sufficiently low, and even if the pressure in the cryopump is low due to the exhaust from the cryopump, the amount of these gases vaporized On the other hand, at a temperature of 25 K, the vapor pressure of hydrogen and neon is several thousand to tens of thousands of Pa, and the hydrogen and neon ice condensed and exhausted to the exhaust panel sublimates almost completely. is there.
[0040]
In addition, it is known that when argon in the gas freezes on the cryogenic exhaust panel during operation of the cryopump, porous ice is formed there, and the ice has the ability to adsorb hydrogen, neon, and helium. ing. Therefore, by using this, the cryopump can be regenerated as follows.
[0041]
That is, a cryopump using a two-stage type or higher refrigerator that performs vacuum exhaust without using activated carbon as an adsorbent by condensing the gas in the vacuum apparatus using an exhaust panel cooled to a temperature of 4K or less. In the regeneration method, when the cryopump is regenerated, the temperature of the exhaust panel is raised within a range not exceeding 20K, and evacuation in the cryopump is started by another vacuum pump connected to the cryopump. A cryopump regeneration method in which any one or more of hydrogen, neon, and helium is discharged out of the cryopump and the exhaust panel is cooled again to a temperature of 4K or lower after the discharge, thereby regenerating the cryopump. is there.
[0042]
Here, the reason why the temperature of the exhaust panel is raised within a range not exceeding 20K is that, as described above, the porous ice of argon frozen on the cryogenic exhaust panel has a temperature of 20K or more even once. This is because if it rises, the ability to adsorb hydrogen, neon, and helium will decrease considerably.
[0043]
In order to utilize the adsorption ability of the argon porous ice frozen on the exhaust panel in this way, it is also possible to deposit argon porous ice on the exhaust panel surface in advance as an adsorbent. .
[0044]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0045]
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a cryopump 1 in which the cryopump regeneration method of the present invention is used. The cryopump container 2 is provided with a refrigerator 3 (hereinafter referred to as “3K refrigerator 3”) that can be cooled to about 3K. The first stage 4 of the 3K refrigerator 3 is about 30 to 100K, and the second stage 5 is Cool to approximately 3K.
[0046]
A radiation shield 6 is attached to the first stage 4, and a louver 8 is attached to the intake port 7 side.
[0047]
A two-stage temperature sensor 9 and a cryopanel 10 that is an exhaust panel are attached to the two-stage stage 5, and the two-stage temperature sensor 9 is connected to a thermometer 11.
[0048]
The vacuum processing device 12 and the intake port 7 are connected via an intake port valve 13, and water and carbon dioxide entering from the vacuum processing device 12 through the intake port valve 13 are condensed by the louver 8 and the radiation shield 6. Then, gases such as argon, nitrogen, hydrogen, neon, etc. are condensed and exhausted on the cryopanel 10 cooled to 4K or less.
[0049]
However, when ice such as argon having the ability to adsorb hydrogen, neon, or helium is deposited on the cryopanel 10, hydrogen, a part of neon and helium are adsorbed on the ice and exhausted.
[0050]
A vacuum sensor 15 connected to a vacuum gauge 14 and a vacuum valve 17 connected to another vacuum pump 16 for exhausting the inside of the cryopump are attached to the cryopump container 2.
[0051]
The regeneration of the cryopump 1 in this embodiment is performed as follows.
[0052]
First, the inlet valve 13 is closed, and the temperature of the second stage 5 and the cryopanel 10 is raised within a range of, for example, 25K or less.
[0053]
However, when ice such as argon having the ability to adsorb hydrogen, neon, and helium is deposited on the cryopanel 10 and the ice adsorbing ability is maintained even after the cryopump is regenerated, it does not exceed 20K. Raise at a range of temperatures.
[0054]
At this time, the means for raising the temperature is a heater 18 attached to the second stage 5 or the cryopanel 10, a heat generation function of the 3K refrigerator 3 itself, and an external function after the operation of the 3K refrigerator 3 is stopped. Either a natural temperature rise due to heat input or a change in the operating frequency of the 3K refrigerator 3 to lower the refrigeration capacity may be used.
[0055]
At this time, hydrogen, neon, or helium vaporized or desorbed is discharged out of the cryopump container 2 by another vacuum pump 16 for opening the vacuum valve 17 and exhausting the inside of the cryopump.
[0056]
The operation of opening the vacuum valve 17 is performed when the temperature of the second stage 5 and the cryopanel 10 is equal to or lower than the triple point temperature of hydrogen or neon, preferably the temperature at which the equilibrium vapor pressure of hydrogen or neon is sufficiently low. The helium can be prevented from suddenly vaporizing or desorbing, and the pressure of hydrogen, neon, and helium in the cryopump container 2 can be kept low, which is advantageous in terms of safety and unnecessary due to heat transfer of the emitted gas. Temperature rise of the cryopanel 10, the radiation shield 6, and the louver 8 can be suppressed.
[0057]
However, when using an oil rotary pump or dry pump with a relatively high ultimate pressure as another vacuum pump 16 for exhausting the inside of the cryopump, if the vacuum valve 17 is opened before hydrogen or neon vaporizes, Since there is a risk that residual gas or oil may flow into the cryopump container 2 from the rotary pump, dry pump, etc., or from the pipe 19, the pressure in the cryopump container 2 is checked with the vacuum gauge 14, and the pressure is When the pressure reached by an oil rotary pump or a dry pump for exhausting the inside of the cryopump is exceeded, the vacuum valve 17 is opened and the inside of the cryopump is exhausted.
[0058]
This pressure is usually sufficiently lower than the triple point pressure of hydrogen or neon.
[0059]
When a turbo molecular pump having a good exhaust performance at a low pressure and a low ultimate pressure is used as another vacuum pump 16 for exhausting the inside of the cryopump, the two-stage stage 5 can be used without monitoring the pressure in the cryopump. Since the vacuum valve 17 can be opened before the temperature of the cryopanel 10 is raised, regeneration can be performed with simpler control, and exhaust from a lower pressure and a large exhaust speed can be obtained. The rise in temperature of the panel 10 can be minimized, and hydrogen, neon, and helium can be discharged from the cryopump container 2 at a lower pressure, which is further advantageous in terms of regeneration time and safety.
[0060]
The cryopump 1 that uses the 3K refrigerator 3 and does not use activated carbon is an atmospheric component because helium can be hardly exhausted in principle when there is no ice having an adsorption ability such as argon on the cryopanel 10. A small amount of helium flows into the cryopump container 2 every tact of the vacuum processing apparatus and stays in a gaseous state.
[0061]
Therefore, when hydrogen or neon is discharged out of the cryopump and the cryopump is regenerated, helium is periodically discharged from the cryopump container 2 by another vacuum pump 16, preferably a turbo molecular pump. This is effective in maintaining the ultimate pressure and vacuum quality.
[0062]
After confirming that the pressure in the cryopump vessel 2 has dropped and the hydrogen, neon, and helium have been discharged with the vacuum gauge 14, the vacuum valve 17 is closed and the temperature of the second stage 5 and the cryopanel 10 is lowered to 4K or less. When the exhaust performance for hydrogen and neon is restored, the regeneration of the cryopump ends.
[0063]
【The invention's effect】
When the regeneration method of the present invention is carried out, the regeneration time of the cryopump mainly exhausting hydrogen can be reduced from the conventional several hours to about 10 minutes.
[0064]
When regeneration is possible in about 10 minutes, not only the regeneration time is shortened, but also regeneration is performed in a short time such as a waiting time during operation of a vacuum processing apparatus equipped with a cryopump or an interval on the process. In some cases, it is not necessary to consider the regeneration time in the process, and the operating rate of the vacuum processing apparatus equipped with the cryopump can be drastically improved.
[0065]
Further, since regeneration can be performed frequently, the amount of hydrogen stored in the cryopump can always be kept small, and safety during emergency stop such as regeneration or power failure can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a cryopump in which a cryopump regeneration method of the present invention is used.
FIG. 2 is a configuration diagram of a cryopump in which a conventional cryopump regeneration method is used.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cryopump 2 Cryopump container 3 Refrigerator 4 1st stage 5 2nd stage 6 Radiation shield 7 Intake port 8 Louver 9 Two step temperature sensor 10 Cryopanel 11 Thermometer 12 Vacuum processing device 13 Inlet port valve 14 Vacuum gauge 15 Vacuum Sensor 16 Vacuum pump 17 Vacuum valve 18 Heater

Claims

真空処理装置と接続するための吸気弁と、他の真空ポンプと接続するための真空弁と、４Ｋ以下に冷却可能な排気パネルと、２段式以上の冷凍機とを有するクライオポンプを用いて、真空処理装置内のガスを凝縮排気後、クライオポンプを再生する方法において、
前記ガスは水素、ネオン、ヘリウムから選ばれる少なくとも一種である第一のガスおよびアルゴンを含み、前記排気パネルは前記凝縮排気時に４Ｋ以下に冷却されており、再生の際には、前記吸気弁を閉じ、前記排気パネルの温度を２０Ｋを超えない範囲で上昇させると共に、前記真空弁を開き、前記他の真空ポンプにより前記第一のガスを真空排気し、真空排気後、再び前記排気パネルの温度を４Ｋ以下まで降下させる、クライオポンプの再生方法。 Using a cryopump having an intake valve for connection to a vacuum processing apparatus, a vacuum valve for connection to another vacuum pump, an exhaust panel that can be cooled to 4K or less, and a refrigerator of two or more stages In the method of regenerating the cryopump after condensing and exhausting the gas in the vacuum processing apparatus,
The gas includes at least one selected from hydrogen, neon, and helium, and argon. The exhaust panel is cooled to 4K or less during the condensed exhaust, and the intake valve is used during regeneration. Close and raise the temperature of the exhaust panel within a range not exceeding 20K, open the vacuum valve, evacuate the first gas by the other vacuum pump, and after evacuation, again the temperature of the exhaust panel A cryopump regeneration method that lowers the pressure below 4K .

前記凝縮排気時に、前記排気パネルにアルゴンの氷が形成される請求項１に記載のクライオポンプの再生方法。 The cryopump regeneration method according to claim 1, wherein argon ice is formed on the exhaust panel during the condensation exhaust .

前記真空排気を、前記排気パネルの温度が第一のガスの三重点温度に達する前に開始することを特徴とする請求項１または２に記載のクライオポンプの再生方法。 The cryopump regeneration method according to claim 1 or 2, wherein the evacuation is started before the temperature of the exhaust panel reaches the triple point temperature of the first gas .

排気パネルの温度を上昇させる手段は、排気パネルに付設したヒータからの発熱、冷凍機自体の発熱運転、冷凍機の運転停止後の外部からの熱侵入による自然昇温、冷凍機の運転周波数を変化させ冷凍機の冷凍能力を制御する方法の中のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクライオポンプの再生方法。 The means to raise the temperature of the exhaust panel are: heat generation from the heater attached to the exhaust panel, heat generation operation of the refrigerator itself, natural temperature rise due to external heat intrusion after the operation of the refrigerator is stopped, and the operation frequency of the refrigerator The method for regenerating a cryopump according to any one of claims 1 to 3, wherein the method is one of a method of changing the control of the refrigerating capacity of the refrigerator .

前記他の真空ポンプとして、ドライポンプ又は油回転ポンプのいずれかを使用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のクライオポンプの再生方法。 The cryopump regeneration method according to any one of claims 1 to 4, wherein any one of a dry pump and an oil rotary pump is used as the other vacuum pump .

前記他の真空ポンプとして、ターボ分子ポンプを使用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のクライオポンプの再生方法。 The cryopump regeneration method according to any one of claims 1 to 4, wherein a turbo molecular pump is used as the other vacuum pump .

前記他の真空ポンプとして、モレキュラドラッグポンプを使用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のクライオポンプの再生方法。 The method for regenerating a cryopump according to any one of claims 1 to 4 , wherein a molecular drag pump is used as the other vacuum pump .