JP5084794B2 - クライオポンプ、及びクライオポンプの監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、クライオポンプ及びその監視方法に関する。

クライオポンプは、極低温に冷却されたクライオパネルに気体分子を凝縮または吸着により捕捉して排気する真空ポンプである。クライオポンプは半導体回路製造プロセス等に要求される清浄な真空環境を実現するために一般に利用される。

例えば特許文献１には、スパッタリング装置等の複数の生産装置が中央ホストコンピュータにＬＡＮを介して接続されている生産管理システムが記載されている。各生産装置にはクライオポンプが設けられている。そして、生産装置のネットワークとは別の独立したネットワークを、複数のクライオポンプと保守管理用コンピュータとの間に構築している。これにより、複数のクライオポンプの保守または管理を一括して行っている。

特開平６−３０１６１７号公報

しかし、上述の生産管理システムは、保守管理用コンピュータを新たに設置するとともに別個のネットワークも新たに構築する必要があるから、システムのコストアップを招く。また、生産装置のネットワークとは別個のネットワークであるから、結局は生産装置とは独立にクライオポンプの運転状態を単に記録し管理するにすぎない。

そこで、本発明は、例えば既存のクライオポンプ制御装置を利用して、クライオポンプが取り付けられる真空装置に適合したクライオポンプ運転状態モニタリングを実現するクライオポンプ及びその監視方法を提供することを目的とする。

本発明のある態様のクライオポンプは、真空処理を行う真空装置の真空チャンバからガスを排気するクライオポンプであって、冷凍機と、前記冷凍機により冷却されるクライオパネルと、前記クライオパネルを目標温度に制御するよう前記冷凍機の運転周波数を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記冷凍機の運転周波数が予め設定された監視開始周波数に達した場合に前記運転周波数を第１の設定時間監視し、前記運転周波数が前記監視開始周波数を超える設定周波数に達した場合に前記クライオパネルの温度を前記第１の設定時間よりも短い第２の設定時間監視する。

この態様によると、真空装置運転状態によるクライオポンプへの負荷変動に応じて、クライオパネルを目標温度に維持するよう冷凍機運転周波数が制御される。真空装置には、一時的に負荷が高まる運転状態と、継続的に高負荷が与えられる運転状態とがある。よって、運転周波数の変動を量的かつ時間的に監視することにより、真空装置の運転状態を推定することができる。また、真空装置運転状態の変化とクライオポンプ異常との識別も可能となる。さらに温度監視を併用することにより、より精度よく監視することができる。

前記運転周波数の監視のための前記第１の設定時間は前記真空チャンバを加熱してガスを排出するベーキング処理に要するベーキング時間よりも長く設定され、前記クライオパネルの温度の監視のための前記第２の設定時間は該ベーキング時間よりも短く設定されていてもよい。

前記制御部は、前記監視開始周波数よりも小さい監視解除周波数を前記運転周波数が下回るまで前記運転周波数の監視を継続してもよい。

前記監視開始周波数は前記真空処理中に想定される最大運転周波数よりも大きい値に設定されてもよい。

前記制御部は、前記冷凍機の予め設定された上限周波数に接近または到達した場合に前記クライオパネルの温度を監視してもよい。

前記クライオパネルは、１段クライオパネルと該１段クライオパネルより低温に冷却される２段クライオパネルとを含んでもよい。前記制御部は、前記１段クライオパネルを前記目標温度に制御しているときに、前記冷凍機の運転周波数、前記１段クライオパネルの温度、及び前記２段クライオパネルの温度のいずれもがしきい値を超える状態が第３の設定時間以上継続した場合に、前記冷凍機の異常と判定してもよい。

前記制御部は、前記冷凍機の運転周波数及び前記１段クライオパネルの温度がしきい値を超える状態が前記第３の設定時間以上継続し、前記２段クライオパネルの温度が前記第３の設定時間内に復帰した場合には、前記真空装置においてベーキング処理が実行されていると判定してもよい。

本発明の別の態様は、クライオポンプの監視方法である。この方法は、真空処理を行う真空装置を排気するクライオポンプの監視方法であって、クライオパネルを目標温度に制御するよう冷凍機の運転周波数を制御する運転周波数可変制御をしているときに、前記冷凍機の運転周波数が予め設定された監視開始周波数に達した場合に前記運転周波数を設定時間監視し、前記運転周波数可変制御中に、前記運転周波数が監視開始周波数を超える設定周波数に達した場合に前記クライオパネルの温度を前記設定時間よりも短い設定時間監視することを含む。
本発明の別の態様は、真空装置の排気をするためのクライオポンプであって、冷凍機と、前記冷凍機により冷却されるクライオパネルと、前記クライオパネルを目標温度に制御するよう前記冷凍機の運転周波数を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記冷凍機の運転周波数が予め設定された監視開始周波数に達した場合に、前記真空装置のベーキング処理のためのベーキング時間よりも長い設定時間、前記運転周波数を監視する。
本発明の別の態様は、真空装置の排気をするためのクライオポンプであって、冷凍機と、前記冷凍機により冷却されるクライオパネルと、前記クライオパネルを目標温度に制御するよう前記冷凍機の運転周波数を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記冷凍機の予め設定された上限周波数に接近または到達した場合に、前記真空装置のベーキング時間よりも短い設定時間、前記クライオパネルの温度を監視する。
本発明の別の態様は、真空装置の排気をするためのクライオポンプであって、冷凍機と、前記冷凍機により冷却されるクライオパネルと、前記クライオパネルを目標温度に制御するよう前記冷凍機の運転周波数を制御する制御部と、を備える。前記クライオパネルは、１段クライオパネルと該１段クライオパネルより低温に冷却される２段クライオパネルとを含む。前記制御部は、前記１段クライオパネルを前記目標温度に制御しているときに、前記冷凍機の運転周波数、前記１段クライオパネルの温度、及び前記２段クライオパネルの温度のいずれもがしきい値を超える状態が設定時間以上継続した場合に、前記冷凍機の異常と判定する。

本発明によれば、クライオポンプが取り付けられる真空装置に適合したクライオポンプ運転状態モニタリングを実現することができる。

本発明の一実施形態に係るクライオポンプを模式的に示す断面図である。 本実施形態に係るクライオポンプに関する制御ブロック図である。 本実施形態に係る監視処理の一例を説明するためのフローチャートである。 他の実施形態に係る監視処理を説明するためのフローチャートである。

一実施形態においては、クライオポンプは、真空装置の真空チャンバに取り付けられ、真空チャンバからガスを排気する。真空装置は所望の真空処理を行う装置である。真空処理は例えば、被処理物の表面を真空環境で処理する表面処理である。真空装置には例えばスパッタリング装置、ＣＶＤ装置、真空蒸着装置などの成膜装置や、真空環境を要するその他の半導体製造装置がある。真空装置を含むデバイス製造システムにおいては通常、真空装置が上位の装置であり、クライオポンプはそれよりも下位の装置であるとみなされている。

クライオポンプの制御部とは別に、真空装置には所望の真空プロセスを実行し管理するためのコントローラが通常設けられている。真空装置のコントローラとクライオポンプの制御部とは適宜のインターフェイスまたはネットワークを介して通信可能に接続されていてもよい。しかし、この場合、上位の真空装置コントローラから下位のクライオポンプ制御部に真空装置の運転状態に関する情報を送信しないよう設計されていることがある。

真空装置は、真空処理以外に、真空処理よりも高負荷をクライオポンプに継続的に与える運転状態をとることがある。そのようにクライオポンプに高い熱負荷を与える運転状態には例えば、真空装置のベーキング処理がある。ベーキング処理とは一般に、真空装置の真空チャンバを加熱して吸蔵された気体等を外部に排出する処理をいう。

クライオパネルを目標温度に維持するよう冷凍機の運転周波数を可変に制御する場合、クライオポンプへの熱負荷に応じて運転周波数が変動する。熱負荷は真空装置の運転状態によっても変化する。真空装置の運転状態には、クライオポンプへの熱負荷が短期的に高くなる運転状態（例えば真空処理）と、それよりも長期的かつ量的にも大きく熱負荷が高まる運転状態（例えばベーキング処理）とがある。よって、冷凍機の運転周波数の変動の大きさとその変動の継続時間とを併せて監視することにより、真空装置の運転状態を推定することができる。また、真空装置運転状態の変化とクライオポンプ異常との識別も可能となる。

一実施形態においては、クライオポンプの制御部は、真空チャンバ等の排気対象容積を目標真空度へと排気するようクライオパネルの温度を制御する。この制御部は、クライオパネルの実温度が目標温度に追従するように、クライオパネルに熱的に接続される冷凍機に運転指令を与える。冷凍機は、作動気体を吸入して内部で膨張させて吐出する熱サイクルによって寒冷を発生する。制御部は例えば、冷凍機の熱サイクルの周波数を運転指令とする。この場合、制御部は、クライオパネルの実温度が目標温度に追従するよう熱サイクルの周波数の指令値を決定して冷凍機に与える。これにより、正常時においてはこの周波数指令値に従って冷凍機は運転される。

冷凍機は、作動気体の吸入と吐出を周期的に繰り返すために作動気体の流路を周期的に切り替える流路切替機構を含む。流路切替機構は例えばバルブ部とバルブ部を駆動する駆動部とを含む。バルブ部は例えばロータリーバルブであり、駆動部はロータリーバルブを回転させるためのモータである。モータは、例えばＡＣモータまたはＤＣモータであってもよい。また流路切替機構はリニアモータにより駆動される直動式の機構であってもよい。

制御部は、熱サイクル周波数の指令値を決定する代わりに、モータ回転数の指令値を決定してもよい。モータの回転出力をバルブ部に直接伝達するいわゆるダイレクトドライブ方式の場合にはモータ回転数と熱サイクル周波数とは一致する。減速機等を含む動力伝達機構を介してモータがバルブ部に連結されている場合には、モータ回転数と熱サイクル周波数とは一定の関係を有する。この場合、制御部は、クライオパネル温度を目標温度に追従させるために必要な熱サイクル周波数に対応するモータ回転数を指令値として決定して冷凍機に与える。また、冷凍機がリニアモータを含む直動式の流路切替機構を備える場合には、制御部は、クライオパネル温度を目標温度に追従させるために必要な熱サイクル周波数に対応するリニアモータの往復動の周波数を指令値として決定して冷凍機に与える。なお以下では便宜上、回転モータの回転数及びリニアモータの往復動周波数を総称してモータの運転周波数と称する場合がある。

本発明に係る一実施形態においては、クライオポンプの制御部は、互いに異なる時間幅を有する複数の監視条件のもとでクライオポンプの運転状態を監視する。制御部は例えば、短期的な時間幅で運転状態を監視する第１監視条件、中期的な時間幅で運転状態を監視する第２監視条件、及び長期的な時間幅で運転状態を監視する第３監視条件を併用してクライオポンプを監視してもよい。ここで、監視条件は例えば、クライオパネル温度が基準を超えて昇温された状態が所定時間以上継続していることをいう。短期的な監視条件においては、該基準に到達した時点で監視条件が成立したと判定してもよい。監視条件の時間幅が長くなるにつれて運転状態への制約（例えば温度基準）を厳しくしてもよい。例えば、第１監視条件における判定基準温度よりも第２監視条件における判定基準温度を低温に設定し、第２監視条件よりも第３監視条件における判定基準温度をさらに低温に設定してもよい。このように段階的に監視条件を設定することにより、クライオポンプ運転状態の標準状態からの乖離を精度よく察知することが可能となる。

クライオポンプは、それぞれ異なる温度に冷却される複数のクライオパネルを備えてもよく、例えば低温クライオパネルと高温クライオパネルとを備えてもよい。制御部は、低温クライオパネル及び高温クライオパネルのうち一方を目標温度に制御するとともに、他方のクライオパネルの状態を上述の監視条件で監視してもよい。

クライオパネル温度を直接測定することに代えて、例えばクライオパネル温度を調整するヒータがクライオパネルに付設されている場合には、ヒータへの制御指令値（例えば電流）が基準よりも小さい状態が継続することを監視条件としてもよい。あるいは、クライオパネル温度に代えて、冷凍機の運転周波数が基準を超える状態が継続することを監視条件としてもよい。

制御部は、複数の監視条件の少なくとも１つが成立したことを記憶しておいてもよいし、成立時点で警告を出力してもよい。監視条件が成立した場合には、クライオポンプの性能が劣化しているおそれがあるからである。よって制御部は、複数の監視条件の少なくとも１つが成立したときに、クライオポンプの性能劣化と診断し、クライオポンプのメンテナンスを推奨するようにしてもよい。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態についてさらに詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るクライオポンプ１０を模式的に示す断面図である。

クライオポンプ１０は、例えばイオン注入装置やスパッタリング装置等の真空チャンバ８０に取り付けられて、真空チャンバ８０内部の真空度を所望のプロセスに要求されるレベルにまで高めるために使用される。例えば１０^−５Ｐａ乃至１０^−８Ｐａ程度の高い真空度が実現される。

クライオポンプ１０は、第１の冷却温度レベルに冷却される第１のクライオパネルと、第１の冷却温度レベルよりも低温の第２の冷却温度レベルに冷却される第２のクライオパネルと、を備える。第１のクライオパネルには、第１の冷却温度レベルにおいて蒸気圧が低い気体が凝縮により捕捉されて排気される。例えば基準蒸気圧（例えば１０^−８Ｐａ）よりも蒸気圧が低い気体が排気される。第２のクライオパネルには、第２の冷却温度レベルにおいて蒸気圧が低い気体が凝縮により捕捉されて排気される。第２のクライオパネルには、蒸気圧が高いために第２の温度レベルにおいても凝縮しない非凝縮性気体を捕捉するために表面に吸着領域が形成される。吸着領域は例えばパネル表面に吸着剤を設けることにより形成される。非凝縮性気体は、第２の温度レベルに冷却された吸着領域に吸着されて排気される。

図１に示されるクライオポンプ１０は、冷凍機１２とパネル構造体１４と熱シールド１６とを備える。パネル構造体１４は複数のクライオパネルを含み、これらのパネルは冷凍機１２により冷却される。パネル表面には気体を凝縮または吸着により捕捉して排気するための極低温面が形成される。クライオパネルの表面（例えば裏面）には通常、気体を吸着するための活性炭などの吸着剤が設けられる。

クライオポンプ１０は、いわゆる縦型のクライオポンプである。縦型のクライオポンプとは、熱シールド１６の軸方向に沿って冷凍機１２が挿入されて配置されているクライオポンプである。なお、本発明はいわゆる横型のクライオポンプにも同様に適用することができる。横型のクライオポンプとは、熱シールド１６の軸方向に交差する方向（通常は直交方向）に冷凍機の第２段の冷却ステージが挿入され配置されているクライオポンプである。

冷凍機１２は、ギフォード・マクマホン式冷凍機（いわゆるＧＭ冷凍機）である。また冷凍機１２は２段式の冷凍機であり、第１段シリンダ１８、第２段シリンダ２０、第１冷却ステージ２２、第２冷却ステージ２４、及び冷凍機用モータ２６を有する。第１段シリンダ１８と第２段シリンダ２０とは直列に接続されており、互いに連結される第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサ（図示せず）がそれぞれ内蔵されている。第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサの内部には蓄冷材が組み込まれている。なお、冷凍機１２は２段ＧＭ冷凍機以外の冷凍機であってもよく、例えば単段ＧＭ冷凍機を用いてもよいし、パルスチューブ冷凍機を用いてもよい。

第１段シリンダ１８の一端に冷凍機用モータ２６が設けられている。冷凍機用モータ２６は、第１段シリンダ１８の端部に形成されているモータ用ハウジング２７の内部に設けられている。冷凍機用モータ２６は、第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサのそれぞれが第１段シリンダ１８及び第２段シリンダ２０の内部を往復動可能とするように第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサに接続される。また、冷凍機用モータ２６は、モータ用ハウジング２７の内部に設けられている可動バルブ（図示せず）を正逆回転可能とするように当該バルブに接続される。

第１冷却ステージ２２は、第１段シリンダ１８の第２段シリンダ２０側の端部すなわち第１段シリンダ１８と第２段シリンダ２０との連結部に設けられている。また、第２冷却ステージ２４は第２段シリンダ２０の末端に設けられている。第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４はそれぞれ第１段シリンダ１８及び第２段シリンダ２０に例えばろう付けで固定される。

圧縮機４０は、高圧配管４２及び低圧配管４４を介して冷凍機１２に接続される。高圧配管４２及び低圧配管４４にはそれぞれ、作動気体の圧力を測定するための第１圧力センサ４３及び第２圧力センサ４５が設けられている。なお、高圧配管４２及び低圧配管４４にそれぞれ圧力センサを設ける代わりに、高圧配管４２と低圧配管４４とを連通する流路を設け、高圧配管４２と低圧配管４４との差圧を測定する差圧センサをその連通流路に設けてもよい。

冷凍機１２は、圧縮機４０から供給される高圧の作動気体（例えばヘリウム等）を内部で膨張させて第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４に寒冷を発生させる。圧縮機４０は、圧縮機４０は、冷凍機１２で膨張した作動気体を回収し再び加圧して冷凍機１２に供給する。

具体的には、まず圧縮機４０から高圧配管４２を通じて冷凍機１２に高圧の作動気体が供給される。このとき、冷凍機用モータ２６は、高圧配管４２と冷凍機１２の内部空間とを連通する状態にモータ用ハウジング２７内部の可動バルブを駆動する。冷凍機１２の内部空間が高圧の作動気体で満たされると、冷凍機用モータ２６により可動バルブが切り替えられて冷凍機１２の内部空間が低圧配管４４に連通される。これにより作動気体は膨張して圧縮機４０へと回収される。可動バルブの動作に同期して、第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサのそれぞれが第１段シリンダ１８及び第２段シリンダ２０の内部を往復動する。このような熱サイクルを繰り返すことで冷凍機１２は第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４に寒冷を発生させる。また、圧縮機４０においては、冷凍機１２から吐出された作動気体を高圧に圧縮して冷凍機１２に送出する圧縮サイクルが繰り返される。

第２冷却ステージ２４は第１冷却ステージ２２よりも低温に冷却される。第２冷却ステージ２４は例えば１０Ｋ乃至２０Ｋ程度に冷却され、第１冷却ステージ２２は例えば８０Ｋ乃至１００Ｋ程度に冷却される。第１冷却ステージ２２には第１冷却ステージ２２の温度を測定するための第１温度センサ２３が取り付けられており、第２冷却ステージ２４には第２冷却ステージ２４の温度を測定するための第２温度センサ２５が取り付けられている。

冷凍機１２の第１冷却ステージ２２には熱シールド１６が熱的に接続された状態で固定され、冷凍機１２の第２冷却ステージ２４にはパネル構造体１４が熱的に接続された状態で固定されている。このため、熱シールド１６は第１冷却ステージ２２と同程度の温度に冷却され、パネル構造体１４は第２冷却ステージ２４と同程度の温度に冷却される。

熱シールド１６は、パネル構造体１４及び第２冷却ステージ２４を周囲の輻射熱から保護するために設けられている。熱シールド１６は一端に開口部３１を有する円筒状の形状に形成されている。開口部３１は熱シールド１６の筒状側面の端部内面により画定される。

一方、熱シールド１６の開口部３１とは反対側つまりポンプ底部側の他端には閉塞部２８が形成されている。閉塞部２８は、熱シールド１６の円筒状側面のポンプ底部側端部において径方向内側に向けて延びるフランジ部により形成される。図１に示されるクライオポンプ１０は縦型のクライオポンプであるので、このフランジ部が冷凍機１２の第１冷却ステージ２２に取り付けられている。これにより、熱シールド１６内部に円柱状の内部空間３０が形成される。冷凍機１２は熱シールド１６の中心軸に沿って内部空間３０に突出しており、第２冷却ステージ２４は内部空間３０に挿入された状態となっている。

なお、横型のクライオポンプの場合には、閉塞部２８は通常完全に閉塞されている。冷凍機１２は、熱シールド１６の側面に形成されている冷凍機取付用の開口部から熱シールド１６の中心軸に直交する方向に沿って内部空間３０に突出して配置される。冷凍機１２の第１冷却ステージ２２は熱シールド１６の冷凍機取付用開口部に取り付けられ、冷凍機１２の第２冷却ステージ２４は内部空間３０に配置される。第２冷却ステージ２４にはパネル構造体１４が取り付けられる。よって、パネル構造体１４は熱シールド１６の内部空間３０に配置される。パネル構造体１４は、適当な形状のパネル取付部材を介して第２冷却ステージ２４に取り付けられてもよい。

なお、熱シールド１６の形状は、円筒形状には限られず、角筒形状や楕円筒形状などいかなる断面の筒形状でもよい。典型的には熱シールド１６の形状はポンプケース３４の内面形状に相似する形状とされる。また、熱シールド１６は図示されるような一体の筒状に構成されていなくてもよく、複数のパーツにより全体として筒状の形状をなすように構成されていてもよい。これら複数のパーツは互いに間隙を有して配設されていてもよい。

また熱シールド１６の開口部３１にはバッフル３２が設けられている。バッフル３２は、パネル構造体１４とは熱シールド１６の中心軸方向に間隔をおいて設けられている。バッフル３２は、熱シールド１６の開口部３１側の端部に取り付けられており、熱シールド１６と同程度の温度に冷却される。バッフル３２は、真空チャンバ８０側から見たときに例えば同心円状に形成されていてもよいし、あるいは格子状等他の形状に形成されていてもよい。なお、バッフル３２と真空チャンバ８０との間にはゲートバルブ（図示せず）が設けられている。このゲートバルブは例えばクライオポンプ１０を再生するときに閉とされ、クライオポンプ１０により真空チャンバ８０を排気するときに開とされる。

熱シールド１６、バッフル３２、パネル構造体１４、及び冷凍機１２の第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４は、ポンプケース３４の内部に収容されている。ポンプケース３４は径の異なる２つの円筒を直列に接続して形成されている。ポンプケース３４の大径の円筒側端部は開放され、真空チャンバ８０との接続用のフランジ部３６が径方向外側へと延びて形成されている。またポンプケース３４の小径の円筒側端部は冷凍機１２のモータ用ハウジング２７に固定されている。クライオポンプ１０はポンプケース３４のフランジ部３６を介して真空チャンバ８０の排気用開口に気密に固定され、真空チャンバ８０の内部空間と一体の気密空間が形成される。

ポンプケース３４及び熱シールド１６はともに円筒状に形成されており、同軸に配設されている。ポンプケース３４の内径が熱シールド１６の外径を若干上回っているので、熱シールド１６はポンプケース３４の内面との間に若干の間隔をもって配置される。

図２は、本実施形態に係るクライオポンプ１０に関する制御ブロック図である。クライオポンプ１０に付随して、クライオポンプ１０及び圧縮機４０を制御するためのクライオポンプコントローラ（以下ではＣＰコントローラとも称する）１００が設けられている。ＣＰコントローラ１００は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース、メモリ等を備えるものである。ＣＰコントローラ１００は、クライオポンプ１０と一体に構成されていてもよいし、クライオポンプ１０とは別体に構成され互いに通信可能に接続されていてもよい。

なお図１及び図２においては、クライオポンプ１０及び圧縮機４０をそれぞれ１台ずつ備える真空排気システムが示されているが、本実施形態においてはクライオポンプ１０及び圧縮機４０をそれぞれ複数台備える真空排気システムを構成してもよい。そのために、ＣＰコントローラ１００は、複数のクライオポンプ１０及び圧縮機４０を接続可能に構成されていてもよい。

ＣＰコントローラ１００には、冷凍機１２の第１冷却ステージ２２の温度を測定する第１温度センサ２３、及び冷凍機１２の第２冷却ステージ２４の温度を測定する第２温度センサ２５が接続されている。第１温度センサ２３は、第１冷却ステージ２２の温度を周期的に測定し、測定温度を示す信号をＣＰコントローラ１００に出力する。第２温度センサ２５は、第２冷却ステージ２４の温度を周期的に測定し、測定温度を示す信号をＣＰコントローラ１００に出力する。第１温度センサ２３及び第２温度センサ２５の測定値は、所定時間おきにＣＰコントローラ１００へと入力され、ＣＰコントローラ１００の所定の記憶領域に格納保持される。

また、ＣＰコントローラ１００には、圧縮機４０の吐出側すなわち高圧側の作動気体圧を測定する第１圧力センサ４３、及び圧縮機４０の吸入側すなわち低圧側の作動気体圧を測定する第２圧力センサ４５が接続されている。第１圧力センサ４３は、例えば高圧配管４２における圧力を周期的に測定し、測定圧力を示す信号をＣＰコントローラ１００に出力する。第２圧力センサ４５は、例えば低圧配管４４における圧力を周期的に測定し、測定圧力を示す信号をＣＰコントローラ１００に出力する。第１圧力センサ４３及び第２圧力センサ４５の測定値は、所定時間おきにＣＰコントローラ１００へと入力され、ＣＰコントローラ１００の所定の記憶領域に格納保持される。

ＣＰコントローラ１００は、冷凍機用周波数変換器５０に通信可能に接続されている。また、冷凍機用周波数変換器５０と冷凍機用モータ２６とが通信可能に接続されている。ＣＰコントローラ１００は、冷凍機用周波数変換器５０に制御指令を送信する。冷凍機用周波数変換器５０は冷凍機用インバータ５２を含んで構成されている。冷凍機用周波数変換器５０は冷凍機用電源５４から規定の電圧及び周波数の電力の供給を受け、ＣＰコントローラ１００から送信される制御指令に基づいて電圧及び周波数を調整して冷凍機用モータ２６に供給する。

また、ＣＰコントローラ１００は、圧縮機用周波数変換器５６に通信可能に接続されている。また、圧縮機用周波数変換器５６と圧縮機用モータ６０とが通信可能に接続されている。ＣＰコントローラ１００は、圧縮機用周波数変換器５６に制御指令を送信する。圧縮機用周波数変換器５６は圧縮機用インバータ５８を含んで構成されている。圧縮機用周波数変換器５６は圧縮機用電源６２から規定の電圧及び周波数の電力の供給を受け、ＣＰコントローラ１００から送信される制御指令に基づいて電圧及び周波数を調整して圧縮機用モータ６０に供給する。なお、図２に示される実施形態においては、冷凍機用電源５４及び圧縮機用電源６２が冷凍機１２及び圧縮機４０のそれぞれに個別的に設けられているが、冷凍機１２及び圧縮機４０に共通の電源が設けられていてもよい。

ＣＰコントローラ１００は、クライオパネルの温度に基づいて冷凍機１２を制御する。ＣＰコントローラ１００は、クライオパネルの実温度が目標温度に追従するように冷凍機１２に運転指令を与える。例えば、ＣＰコントローラ１００は、第１段のクライオパネルの目標温度と第１温度センサ２３の測定温度との偏差を最小化するようにフィードバック制御により冷凍機用モータ２６の運転周波数を制御する。第１段のクライオパネルの目標温度は例えば、真空チャンバ８０で行われるプロセスに応じて仕様として定められる。この場合、冷凍機１２の第２冷却ステージ２４及びパネル構造体１４は、冷凍機１２の仕様及び外部からの熱負荷によって定まる温度に冷却される。ＣＰコントローラ１００は、例えば第１段のクライオパネルの実温度を目標温度に一致させるように冷凍機用モータ２６の運転周波数（例えばモータの回転数）を決定して冷凍機用インバータ５２にモータ運転周波数の指令値を出力する。なお、ＣＰコントローラ１００は、第２段のクライオパネルの実温度を目標温度に一致させるように冷凍機用モータ２６の運転周波数を制御することも可能である。

これにより、第１温度センサ２３の測定温度が目標温度よりも高温である場合には、ＣＰコントローラ１００は、冷凍機用モータ２６の運転周波数を増加するよう冷凍機用周波数変換器５０に指令値を出力する。モータ運転周波数の増加に連動して冷凍機１２における熱サイクルの周波数も増加され、冷凍機１２の第１冷却ステージ２２は目標温度に向けて冷却される。逆に第１温度センサ２３の測定温度が目標温度よりも低温である場合には、冷凍機用モータ２６の運転周波数は減少されて冷凍機１２の第１冷却ステージ２２は目標温度に向けて昇温される。

通常は、第１冷却ステージ２２の目標温度は一定値に設定される。よって、ＣＰコントローラ１００は、クライオポンプ１０への熱負荷が増加したときに冷凍機用モータ２６の運転周波数を増加するように指令値を出力し、クライオポンプ１０への熱負荷が減少したときに冷凍機用モータ２６の運転周波数を減少するように指令値を出力する。なお、目標温度は適宜変動させてもよく、例えば、目標とする雰囲気圧力を排気対象容積に実現するようにクライオパネルの目標温度を逐次設定するようにしてもよい。

典型的なクライオポンプにおいては、熱サイクルの周波数は常に一定とされている。常温からポンプ動作温度への急冷却を可能とするように比較的大きい周波数で運転するよう設定され、外部からの熱負荷が小さい場合にはヒータにより加熱することでクライオパネルの温度を調整する。よって、消費電力が大きくなってしまう。これに対して本実施形態においては、クライオポンプ１０への熱負荷に応じて熱サイクル周波数を制御するため、省エネルギー性に優れるクライオポンプを実現することができる。また、ヒータを設ける必要がないことも消費電力の低減に寄与する。

また、ＣＰコントローラ１００は、圧縮機４０の出入口間の差圧（以下では圧縮機差圧ということもある）を目標圧に維持するように圧縮機４０で実行される圧縮サイクルの周波数を制御する。例えば、ＣＰコントローラ１００は、圧縮機４０の出入口間の差圧を一定値とするようにフィードバック制御により圧縮サイクル周波数を制御する。具体的には、ＣＰコントローラ１００は、第１圧力センサ４３及び第２圧力センサ４５の測定値から圧縮機差圧を求める。ＣＰコントローラ１００は、圧縮機差圧を目標値に一致させるように圧縮機用モータ６０の運転周波数（例えばモータの回転数）を決定して圧縮機用周波数変換器５６にモータ運転周波数の指令値を出力する。

このような差圧一定制御により、更なる消費電力の低減が実現される。クライオポンプ１０及び冷凍機１２への熱負荷が小さい場合には、上述のクライオパネル温度制御により冷凍機１２での熱サイクル周波数は小さくなる。そうすると、冷凍機１２で必要とされる作動気体流量は小さくなるから、圧縮機４０の出入口間差圧は拡大しようとする。しかし、本実施形態では圧縮機差圧を一定にするように圧縮機用モータ６０の運転周波数が制御され圧縮サイクル周波数が調整される。よって、この場合、圧縮機用モータ６０の運転周波数は小さくなる。したがって、典型的なクライオポンプのように圧縮サイクルを常に一定とする場合に比べて、消費電力を低減することができる。

一方、クライオポンプ１０への熱負荷が大きくなったときには、圧縮機差圧を一定にするよう圧縮機用モータ６０の運転周波数及び圧縮サイクル周波数も増加される。このため、冷凍機１２への作動気体流量を十分に確保することができるので、熱負荷の増加に起因するクライオパネル温度の目標温度からの乖離を最小限に抑えることができる。

以上の構成のクライオポンプ１０による動作を以下に説明する。クライオポンプ１０の作動に際しては、まずその作動前に他の適当な粗引きポンプを用いて真空チャンバ８０内部を１Ｐａ程度にまで粗引きする。その後クライオポンプ１０を作動させる。冷凍機１２の駆動により第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４が冷却され、これらに熱的に接続されている熱シールド１６、バッフル３２、パネル構造体１４も冷却される。

冷却されたバッフル３２は、真空チャンバ８０からクライオポンプ１０内部へ向かって飛来する気体分子を冷却し、その冷却温度で蒸気圧が充分に低くなる気体（例えば水分など）を表面に凝縮させて排気する。バッフル３２の冷却温度では蒸気圧が充分に低くならない気体はバッフル３２を通過して熱シールド１６内部へと進入する。進入した気体分子のうちパネル構造体１４の冷却温度で蒸気圧が充分に低くなる気体（例えばアルゴンなど）は、パネル構造体１４の表面に凝縮されて排気される。その冷却温度でも蒸気圧が充分に低くならない気体（例えば水素など）は、パネル構造体１４の表面に接着され冷却されている吸着剤により吸着されて排気される。このようにしてクライオポンプ１０は真空チャンバ８０内部の真空度を所望のレベルに到達させることができる。

一実施形態においては、クライオポンプのクライオパネル温度が異常に昇温したときに警告を表示するために、または真空プロセスを中止するために、真空装置のコントローラにクライオパネル温度の限界値が設定されていてもよい。真空装置において設定されているパネル限界温度は例えば、クライオポンプに異常が発生したことが明白と想定される温度である。よって、このパネル限界温度に到達していない限り、真空装置はクライオポンプが正常に運転されているとみなすことができる。

真空装置の制御装置は、クライオポンプからパネル温度の入力を受け、入力温度が限界温度を超えているか否かを判定する。限界温度を超えている場合には、警告を出力するか、あるいは実行中の真空プロセスを中止する。パネル限界温度への昇温とともに真空プロセスを中止する場合には、突発的に真空装置のダウンタイムが発生することになる。このようなダウンタイムの突発的発生は、予定のプロセス実行スケジュールを妨げることとなるから好ましくない。そこで、クライオポンプに監視機能または自己診断機能を搭載し、クライオポンプ運転状態を監視することが好ましい。

一実施形態においては、クライオポンプの制御部は、高温クライオパネルを目標温度に制御する温調制御中に、該高温クライオパネルに連動して冷却される低温クライオパネルの温度が、真空装置において設定されている低温クライオパネル上限温度に接近したか否かを判定してもよい。具体的には例えば、真空装置において設定されているクライオパネルの上限温度より低温に設定された警戒温度以上にクライオパネルが昇温されたか否かを判定してもよい。制御部は、クライオパネルが警戒温度以上に昇温された場合に警告を出力し、付随する表示部に警告を表示してもよい。

このようにすれば、真空装置におけるクライオパネル上限温度設定値にクライオパネル実温度が到達する可能性があることを、クライオポンプにおいて事前に察知することができる。そうすれば、例えば次回のメンテナンスにて適切に対処することが可能となる。このように真空装置の設定に適合させた監視条件でクライオポンプを監視することにより、真空装置のダウンタイムの突発的発生を最小限に抑えることが可能となる。

また、クライオポンプの制御部は、高温クライオパネルの温調制御中に、真空処理が正常に行われることが保証されている温度帯（以下「真空プロセス保証温度帯」ともいう）から低温クライオパネルの温度が継続的に逸脱しているか否かを判定してもよい。例えば、上述の警戒温度を上限として設定された温度範囲に設定時間以上継続して低温クライオパネルが昇温されているか否かを判定してもよい。よって、警戒温度は、真空プロセス保証温度帯よりも高温に設定されてもよい。

真空プロセスが正常に行われるか否かは、クライオパネル温度だけに依存するわけではなく、例えばチャンバ内圧力、チャンバ内温度、プロセスガス流量、放電電流、成膜材料などの多様なパラメータに依存する。むしろ、クライオパネル温度は他の要因に比べてプロセスに主要な影響を与えていない可能性もある。このため、クライオパネル温度がプロセス保証温度帯から逸脱しても直ちにプロセスに異常が生じるとは必ずしもいえない。しかし、プロセス保証温度帯からクライオパネル温度が継続して逸脱する場合には、ある程度の影響が生じる可能性も否定できない。クライオポンプが排気運転をする真空プロセスに適合させた監視条件のもとでクライオポンプを監視することにより、クライオポンプが真空プロセスに悪影響を与える可能性を最小限に抑えることが可能となる。

また、クライオポンプの制御部は、高温クライオパネルの温調制御中に、低温クライオパネル最低到達温度から低温クライオパネル温度が乖離した状態が長期的に継続したか否かを判定してもよい。例えば、制御部は、クライオポンプの稼動当初に測定された低温クライオパネルの最低到達温度から排気運転中の低温クライオパネル温度が乖離した状態が所定の持続時間以上継続したか否かを判定してもよい。排気運転中の低温クライオパネル温度が稼動当初の最低到達温度から乖離したか否かを判定する基準温度は真空プロセス保証温度帯に設定されていてもよい。

低温クライオパネル温度が真空プロセス保証温度帯に収まっているのは正常な状態である。ところが、クライオパネルの最低到達温度は、クライオポンプの個体差によりある程度のばらつきがある。クライオポンプの累積運転時間が長くなるにつれて、最低到達温度は稼動当初に比べて緩やかに上昇していく傾向にある。稼動当初の最低到達温度が低温であった場合にはクライオパネル温度が真空プロセス保証温度帯に長期間留まると期待されるため好ましい。しかし、低温クライオパネル温度が正常範囲内にあっても当初の最低到達温度からの乖離が拡大したときにはクライオポンプの経年劣化が進行している可能性がある。経年劣化の進行により故障発生のリスクも大きくなる。低温クライオパネル温度の稼動当初最低到達温度からの乖離を監視することにより、真空プロセスへの悪影響が顕在化する前にクライオポンプの状態を確認するよう促すことができる。

また、クライオポンプの制御部は、高温クライオパネルの温調制御中に、冷凍機の運転周波数が基準を超える状態が継続したか否かを判定してもよい。例えば、制御部は、判定基準となる運転周波数を超える状態が判定時間以上継続したか否かを判定してもよい。判定時間は、真空装置のベーキング処理に要する時間よりも長く設定されていてもよい。このようにすれば、真空装置でのベーキング処理による冷凍機運転周波数の上昇と、クライオポンプの経時的性能劣化による継続的な運転周波数の上昇とを識別することができる。

この場合、判定基準周波数は、真空処理中に想定される最大運転周波数よりも大きくてもよい。あるいは、判定基準周波数は、クライオポンプの無負荷運転における最大運転周波数よりも大きくてもよい。無負荷運転とは例えば、クライオポンプへの継続的ガス流入を停止した状態で所定の初期圧から所望の真空度まで行う排気運転をいう。また、判定基準周波数は、冷凍機の上限運転周波数より小さくてもよい。また、監視開始運転周波数と監視解除運転周波数とを異ならせてもよい。例えば監視開始運転周波数を監視解除運転周波数よりも大きい値としてもよい。監視開始運転周波数及び監視解除運転周波数はともに、真空処理中に想定される最大運転周波数より大きく、冷凍機の上限運転周波数より小さくてもよい。

また、クライオポンプの制御部は、高温クライオパネルの温調制御中に、冷凍機の運転周波数が上限値に接近または到達した場合に高温クライオパネル温度を監視してもよい。この上限値は、冷凍機に許容されている運転周波数範囲の最大値であってもよい。制御部は例えば、運転周波数が上限値に到達してから高温クライオパネル温度が継続して目標温度から乖離しているか否かを判定してもよい。このとき、制御部は、目標温度よりも高いしきい値温度よりも高温クライオパネル温度が昇温した状態が判定時間以上継続したか否かを判定してもよい。判定時間は、真空装置のベーキング処理に要する時間よりも短く設定されていてもよい。しきい値温度は、真空装置において設定されている上限温度より低くてもよいし、高温クライオパネルについての真空プロセス保証温度帯に含まれていてもよい。運転周波数が上限値近傍まで達しかつクライオパネル温度が目標温度から乖離するということは、外部からの熱負荷に冷凍機の冷凍能力が追いついていないと考えられる。クライオポンプの経時的性能劣化の影響とも考えられるので、監視により検出することが好ましい。

図３は、本実施形態に係る監視処理の一例を説明するためのフローチャートである。図３に示される処理は、クライオポンプ１０の運転中に所定の周期でＣＰコントローラ１００により繰り返し実行される。要するに、ＣＰコントローラ１００は、監視開始条件が成立している間、第１乃至第６の監視条件のうちいずれかが成立したときに警告を出力する。図３に示される処理においては第１乃至第６の監視条件を直列に順次判定しているが、判定の順序を任意に入れ替えてもよいし、各監視条件を並列に判定してもよい。また、第１乃至第６の監視条件のいずれかを省略してもよい。

ＣＰコントローラ１００はまず、監視開始条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１０）。ここで、監視開始条件は、クライオポンプ１０の動作モードがＴ１温度制御中であることである。クライオポンプ１０が真空チャンバ８０の排気運転をしているときは通常、Ｔ１温度制御モードとなる。Ｔ１温度制御とは上述のように、第１段クライオパネル（すなわち熱シールド１６）の温度Ｔ１を第１段の目標温度に制御するよう冷凍機１２を制御することである。監視開始条件が成立していないと判定された場合には（Ｓ１０のＮ）、ＣＰコントローラ１００は、クライオポンプ運転状態のモニタリングをすることなく処理を終了する。よって、例えばクライオポンプ１０が停止状態にある場合、クライオポンプ１０が再生運転中である場合には、ＣＰコントローラ１００はクライオポンプ１０の監視処理を行わない。

クライオポンプ１０の作動開始時においては、まずクールダウン工程で運転され、クールダウン工程から排気運転へと移行する。クールダウン工程においては急速にクライオパネルを冷却することが好ましい。このため、ＣＰコントローラ１００は、クールダウン工程においてはＴ２温度制御を実行し、第２段クライオパネルが第２段目標温度近傍まで冷却されたときにＴ１温度制御に切り替えるようにしてもよい。Ｔ２温度制御とは、第２段クライオパネル（すなわちパネル構造体１４）を第２段目標温度に冷却する制御である。このとき、Ｔ１温度制御への切替時に第１段クライオパネルが第１段目標温度よりも低温に冷却されていることがある。よって、ＣＰコントローラ１００は監視開始条件を、Ｔ１温度制御中でありかつＴ１温度制御への切替から所定の待ち時間が経過したこととしてもよい。この待ち時間は例えば、第１段クライオパネル温度が第１段目標温度の近傍に安定化するまでに要する時間に設定すればよい。なお以下では、この待ち時間が経過しかつＴ１温度制御中である状態を「Ｔ１安定状態」と称することがある。

監視開始条件が成立していると判定された場合には（Ｓ１０のＹ）、ＣＰコントローラ１００は、第１監視条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１２）。第１監視条件は、第２段クライオパネル温度が警戒温度に上昇したことである。警戒温度は、クライオポンプ１０が取り付けられている真空装置に設定された異常判定温度に連動して定められる。警戒温度は、真空装置における異常判定温度に適宜マージンをとるよう低温に設定される。例えば、真空装置における異常判定温度が２０Ｋのとき、警戒温度は１８Ｋに設定する。第１監視条件が成立したと判定された場合には（Ｓ１２のＹ）、ＣＰコントローラ１００は、警告を出力する（Ｓ２４）。このようにすれば、真空装置におけるクライオパネル上限温度までクライオパネル温度が上昇する前に、ＣＰコントローラ１００が上限温度への接近を察知することができる。

第１監視条件が成立していないと判定された場合には（Ｓ１２のＮ）、ＣＰコントローラ１００は、第２監視条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１４）。第２監視条件が成立したと判定された場合には（Ｓ１４のＹ）、ＣＰコントローラ１００は、警告を出力する（Ｓ２４）。

第２監視条件は、第２段クライオパネル温度が要注意温度範囲に設定時間以上継続して昇温されていることである。ＣＰコントローラ１００は、今回の監視処理で新たに第２段クライオパネル温度が要注意温度範囲に昇温された場合に計時を開始する。ＣＰコントローラ１００は、次回以降の監視処理では第２段クライオパネル温度が要注意温度範囲に留まっているか否かを判定し、留まっている場合には経過時間が設定時間を超えたか否かを判定する。設定時間を超えた場合には、ＣＰコントローラ１００は第２監視条件が成立したと判定する。次回以降の監視処理で第２段クライオパネル温度が要注意温度範囲よりも低温に復帰した場合には、経過時間のカウントをリセットし、第２監視条件は成立していないと判定する。

設定時間は例えば数十分乃至数時間程度に設定される。要注意温度範囲は、警戒温度を上限とし注意温度を下限とする温度範囲である。注意温度は例えば、真空プロセスが正常に行われることが保証されているプロセス保証温度帯の上限値以上に設定される。注意温度は例えば１２Ｋ乃至１５Ｋである。なお、クライオパネル温度がプロセス保証温度帯よりも高温となると直ちに異常が生じるわけでは必ずしもない。

ここで、注意温度は、クライオポンプ１０の排気性能が保証されている性能保証温度範囲に含まれていてもよい。つまり、クライオポンプ１０は、第２段クライオパネルの温度が注意温度に昇温された状態においても仕様に定められた排気性能を提供することができる。注意温度を上述のように真空プロセスに適合させて設定することにより、クライオポンプ１０自体が正常運転状態であるときにも適切なメンテナンスを促すことができる。その結果、クライオポンプが真空プロセスに悪影響を与える可能性を最小限に抑えることが可能となる。

第２監視条件が成立していないと判定された場合には（Ｓ１４のＮ）、ＣＰコントローラ１００は、第３監視条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１６）。第３監視条件が成立したと判定された場合には（Ｓ１６のＹ）、ＣＰコントローラ１００は、警告を出力する（Ｓ２４）。

第３監視条件は、クライオポンプ１０の稼動当初の第２段クライオパネル最低到達温度に対する直近の第２段クライオパネル最低到達温度の増分が経時劣化判定閾値を超える状態が長期的に継続したことである。ＣＰコントローラ１００は予め、稼動当初の最低到達温度（以下「初期最低到達温度」ともいう）を記憶しておく。ＣＰコントローラ１００は、クライオポンプ１０の稼動当初のＴ１安定状態において、冷凍機１２の運転周波数が基準値よりも小さいときに第２段クライオパネル温度を複数回測定し、最も低い温度を最低到達温度として記憶する。なお、クライオポンプ１０を真空装置に設置して稼動を開始した直後（例えば１週間程度）は最低到達温度を測定しない期間とし、その後一定期間（例えば１週間程度）測定するようにしてもよい。

冷凍機１２の運転周波数が大きいときは外部からの熱負荷が大きい状態であるおそれがあるから、クライオパネル温度はそれほど低くならないことが予想される。よって、真の最低到達温度を得るには冷凍機１２の運転周波数が基準値よりも小さいときに測定することが好ましい。この運転周波数基準値は、真空プロセス中の排気運転時（あるいは無負荷運転時）に想定される最大運転周波数としてもよいし、この最大運転周波数に適宜マージンを加えた値としてもよい。言い換えれば、真空装置においてベーキング処理が実行されているときには最低到達温度を測定しないという趣旨である。ベーキング処理中には真空装置が加熱されるため、冷凍機の運転周波数は大きくなる傾向にある。なおここでベーキング処理は、真空チャンバを加熱して吸蔵された気体等を排出する処理だけでなく、真空装置を暖気状態に保持するいわゆるアイドルベーキングを含んでもよい。

また、ＣＰコントローラ１００は、初期最低到達温度の測定条件と同様の条件下で排気運転中の最低到達温度を測定する。すなわち、Ｔ１安定状態において冷凍機１２の運転周波数が基準値よりも小さいときに第２段クライオパネル温度を測定して記憶する。ＣＰコントローラ１００は、今回の監視処理において、初期最低到達温度に対する測定最低到達温度の増加分が経時劣化判定閾値を超えた場合に計時を開始する。ＣＰコントローラ１００は、次回以降の監視処理では直近の測定最低到達温度の増加分が引き続き経時劣化判定閾値を超えているか否かを判定し、超えている場合には経過時間が経時劣化判定時間を超えたか否かを判定する。判定時間を超えた場合には、ＣＰコントローラ１００は第３監視条件が成立したと判定する。次回以降の監視処理で測定最低到達温度の増加分が判定閾値未満に復帰した場合には、経過時間のカウントをリセットし、第３監視条件は成立していないと判定する。

ここで、初期最低到達温度に経時劣化判定閾値を加えて得られる経時劣化判定温度は、真空プロセス保証温度帯に含まれていてもよいし、クライオポンプ１０の排気性能が保証されている性能保証温度範囲に含まれていてもよい。つまり、第２段クライオパネルの直近の最低到達温度が経時劣化判定温度まで増加したとしても、その時点では真空プロセスはクライオポンプ１０によって何ら影響を受けることはなく、かつクライオポンプ１０は仕様上の排気性能を提供することができる。経時劣化判定閾値は経験的または実験的に適宜設定すればよく、例えば２Ｋ乃至５Ｋとしてもよい。

初期最低到達温度はクライオポンプ１０ごとの個体差が反映されている。クライオポンプ１０ごとに真空装置への設置及び稼動開始後に測定されるからである。そのクライオポンプ１０が性能が良好であるほど初期最低到達温度は低温となる。クライオポンプの累積運転時間が長くなるにつれて最低到達温度は緩やかに上昇していく傾向がある。このため、良好なクライオポンプほど、初期最低到達温度からの最低到達温度の乖離が増加して上述の要注意温度範囲に昇温するまでに長期間運転されている。

初期最低到達温度からの乖離が大きくなれば、クライオポンプ１０の経時劣化が進行していると考えられる。このような場合、経時劣化の蓄積により、最悪の場合、真空装置のコントローラによる真空プロセスのモニタリングからは何の前兆も得られることなく突発的にクライオポンプ１０に異常が生じるおそれもある。クライオポンプ１０に異常が生じれば真空装置のダウンタイムを招くこととなり好ましくない。ところが、上述の第３監視条件を用いてクライオポンプ１０を監視することにより、初期最低到達温度からの乖離が拡大したことを検知することができる。よって、真空プロセスへの悪影響が顕在化する前に、あるいは真空装置に突発的なダウンタイムが生じる前に、クライオポンプのメンテナンスを促すことができるので好ましい。

また、経時劣化判定時間は、例えば第２監視条件の設定時間よりも長いことが好ましく、真空装置のベーキング処理に要する時間よりも長いことがより好ましい。経時劣化判定時間をベーキング処理の所要時間よりも長くすることにより、ベーキング処理中の入熱による昇温を経時劣化による温度上昇と誤判定することを避けることができる。なお、経時劣化判定時間をベーキング処理の所要時間よりも短くする場合には、ＣＰコントローラ１００は、第３監視条件が連続して複数回成立した場合に真に経時劣化が生じているとして警告を出力するようにしてもよい。

第３監視条件が成立していないと判定された場合には（Ｓ１６のＮ）、ＣＰコントローラ１００は、第４監視条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１８）。第４監視条件が成立したと判定された場合には（Ｓ１８のＹ）、ＣＰコントローラ１００は、警告を出力する（Ｓ２４）。

第４監視条件は、冷凍機用モータ２６の運転周波数が設定時間以上継続して監視周波数範囲に上昇していることである。ＣＰコントローラ１００は、今回の監視処理で新たに運転周波数が監視開始周波数に達した場合に計時を開始する。ＣＰコントローラ１００は、次回以降の監視処理では運転周波数が監視解除周波数を超えているか否かを判定し、超えている場合には経過時間が設定時間を超えたか否かを判定する。設定時間を超えた場合には、ＣＰコントローラ１００は第４監視条件が成立したと判定する。運転周波数が監視解除周波数以下に復帰した場合には、経過時間のカウントをリセットし、第４監視条件は成立していないと判定する。

設定時間は真空装置のベーキング処理に要する時間よりも長いことがより好ましく、例えば数時間乃至数日程度に設定される。監視開始周波数及び監視解除周波数はともに、真空処理中に想定される最大運転周波数より大きく、冷凍機用モータ２６に許容されている上限周波数より小さい値に設定される。また、監視開始周波数は、監視解除周波数よりも大きい値に設定される。このようにして、冷凍機用モータ２６の運転周波数の継続的上昇が、１段クライオパネルに関連するクライオポンプ性能の劣化に起因するものであるか、それとも真空装置でのベーキング処理によるものであるかを推定することができる。

第４監視条件が成立していないと判定された場合には（Ｓ１８のＮ）、ＣＰコントローラ１００は、第５監視条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ２０）。第５監視条件が成立したと判定された場合には（Ｓ２０のＹ）、ＣＰコントローラ１００は、警告を出力する（Ｓ２４）。

第５監視条件は、冷凍機用モータ２６の運転周波数が上限値に到達してから基準復帰時間内に１段クライオパネル温度が基準温度以下に復帰しないことである。基準復帰時間は、真空装置のベーキング処理に要する時間よりも短いことがより好ましく、例えば数時間以内に設定される。基準温度は、目標温度よりも高温に設定されるが、真空装置において警告が出力される警告温度より低いことが好ましい。

ＣＰコントローラ１００は、今回の監視処理で新たに運転周波数が上限周波数に達した場合に計時を開始する。ＣＰコントローラ１００は、次回以降の監視処理では１段クライオパネル温度が基準温度以下に冷却されたか否かを判定し、冷却されていない場合には経過時間が基準復帰時間を超えたか否かを判定する。基準復帰時間を超えた場合には、ＣＰコントローラ１００は第５監視条件が成立したと判定する。１段クライオパネル温度が基準温度以下に冷却された場合には、経過時間のカウントをリセットし、第５監視条件は成立していないと判定する。なお、運転周波数が上限値に到達したときに１段クライオパネル温度が基準温度以下である場合には、ＣＰコントローラ１００は、第５監視条件は成立していないと判定してもよい。

第５監視条件が成立していないと判定された場合には（Ｓ２０のＮ）、ＣＰコントローラ１００は、第６監視条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ２２）。第６監視条件が成立したと判定された場合には（Ｓ２２のＹ）、ＣＰコントローラ１００は、警告を出力する（Ｓ２４）。第６監視条件が成立していないと判定された場合には（Ｓ２２のＮ）、ＣＰコントローラ１００は、警告を出力することなく監視処理を終了し、次回の処理まで待機する。

第６監視条件は、冷凍機１２の駆動部に性能劣化が生じていると推定されることである。具体的には、ＣＰコントローラ１００は、冷凍機用モータ２６の運転周波数、１段クライオパネルの温度、及び２段クライオパネルの温度のいずれもがしきい値を超える状態が設定時間以上継続した場合に、冷凍機１２の駆動部に性能劣化が生じていると判定する。冷凍機用モータ２６の運転周波数が上昇しているにもかかわらず１段クライオパネル及び２段クライオパネルが十分に冷却されない場合には、冷凍機１２の駆動部に性能劣化が生じていると推定することができる。

例えば、運転周波数のしきい値は第４監視条件の監視開始周波数に等しく設定される。１段クライオパネル温度のしきい値は第５監視条件の基準温度に等しく設定される。２段クライオパネル温度のしきい値は第２監視条件の注意温度に等しく設定される。このようにしきい値を共通化することにより、他の監視項目の判定を流用することができる。また、設定時間は第２監視条件の設定時間に等しく設定される。

また、冷凍機用モータ２６の運転周波数及び１段クライオパネルの温度がしきい値を超える状態が継続しているときに２段クライオパネルの温度がしきい値以下に復帰した場合には、真空装置においてベーキング処理が実行されている可能性が高いことが経験的にわかっている。よって、ＣＰコントローラ１００は、冷凍機用モータ２６の運転周波数及び１段クライオパネルの温度がしきい値を超える状態が設定時間以上継続し、２段クライオパネルの温度が設定時間内に復帰した場合には、真空装置においてベーキング処理が実行されていると判定してもよい。

図４は、他の実施形態に係る監視処理を説明するためのフローチャートである。図４に示される処理は、クライオポンプ１０の運転中に所定の周期でＣＰコントローラ１００により繰り返し実行される。ＣＰコントローラ１００は、監視開始条件が成立している間、圧縮機４０の作動気体圧を監視する。ＣＰコントローラ１００は、作動気体圧の低下状態が継続した場合に警告を出力する。ＣＰコントローラ１００は、図３及び図４に示される処理をともに実行してもよいし、図４に示される処理のみを実行してもよい。なお、以下の説明では、圧縮機４０に複数のクライオポンプ１０が接続され作動気体の供給を受けているものとする。しかし、圧縮機４０に１台のクライオポンプ１０が接続されている場合にも同様の監視処理を実行することができる。

ＣＰコントローラ１００はまず、圧縮機監視条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ３０）。ここで、圧縮機監視条件は、少なくとも１つのクライオポンプ１０の動作モードがＴ１温度制御中であり、かつすべてのクライオポンプ１０が再生中ではないことである。圧縮機監視条件が成立していないと判定された場合には（Ｓ３０のＮ）、ＣＰコントローラ１００は、圧縮機運転状態のモニタリングをすることなく処理を終了する。よって、例えばすべてのクライオポンプ１０が停止状態にある場合、または、少なくとも１つのクライオポンプ１０が再生運転中である場合には、ＣＰコントローラ１００は圧縮機４０の監視処理を行わない。

圧縮機監視条件が成立していると判定された場合には（Ｓ３０のＹ）、ＣＰコントローラ１００は、圧縮機４０の作動気体圧が低下しているか否かを判定する（Ｓ３２）。ＣＰコントローラ１００は、圧縮機４０の吐出側すなわち高圧側の作動気体圧を測定する第１圧力センサ４３の測定圧が基準圧を設定時間以上継続して下回っているか否かを判定する。基準圧は例えば、圧縮機の仕様として定められている推奨圧力範囲の下限値であってもよい。設定時間は例えば、上述の第６監視条件の設定時間と同程度に設定される。なお、第１圧力センサ４３に代えて、圧縮機４０の吸入側すなわち低圧側の作動気体圧を測定する第２圧力センサ４５の測定圧を用いてもよい。

測定圧が基準圧を設定時間以上継続して下回っていると判定された場合には（Ｓ３２のＹ）、ＣＰコントローラ１００は、警告を出力する（Ｓ３４）。一方、測定圧が設定時間内に基準圧以上に復帰した場合には（Ｓ３２のＮ）、ＣＰコントローラ１００は、警告を出力することなく監視処理を終了し、次回の処理まで待機する。具体的には、ＣＰコントローラ１００は、今回の監視処理で新たに作動気体測定圧が基準圧を下回った場合に計時を開始する。ＣＰコントローラ１００は、次回以降の監視処理では測定圧が基準圧より低圧に留まっているか否かを判定し、留まっている場合には経過時間が設定時間を超えたか否かを判定する。設定時間を超えた場合には、ＣＰコントローラ１００は警告を出力する。測定圧が設定時間内に基準圧以上に復帰した場合には、経過時間のカウントをリセットする。このようにして、作動気体のリーク等による圧力低下を監視することができる。

なお、少なくとも１つのクライオポンプ１０が再生運転中である場合に圧縮機の監視をするようにしてもよい。この場合、圧縮機監視条件は、少なくとも１つのクライオポンプ１０の動作モードがＴ１温度制御中であることである。ただし、再生運転中のクライオポンプが存在する場合には、通常の排気運転（例えばＴ１温度制御中）に比べて作動気体圧が増減する。よって、基準圧を適宜調整することが好ましい。例えば、再生運転における昇温工程中は作動気体圧が排気運転よりも増加する傾向にあるので、基準圧を高くすることが好ましい。また、再生運転における冷却工程中は作動気体圧が排気運転よりも減少する傾向にあるので、基準圧を低くすることが好ましい。

１０ クライオポンプ、 １２ 冷凍機、 １４ パネル構造体、 １６ 熱シールド、 ２２ 第１冷却ステージ、 ２３ 第１温度センサ、 ２４ 第２冷却ステージ、 ２５ 第２温度センサ、 ２６ 冷凍機用モータ、 ２８ 閉塞部、 ３１ 開口部、 ３２ バッフル、 ４０ 圧縮機、 ４３ 第１圧力センサ、 ４５ 第２圧力センサ、 ６０ 圧縮機用モータ、 １００ ＣＰコントローラ。

Claims (11)

1. 真空処理を行う真空装置の真空チャンバからガスを排気するクライオポンプであって、
   冷凍機と、
   前記冷凍機により冷却されるクライオパネルと、
   前記クライオパネルを目標温度に制御するよう前記冷凍機の運転周波数を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記冷凍機の運転周波数が予め設定された監視開始周波数に達した場合に前記運転周波数を第１の設定時間監視し、前記運転周波数が前記監視開始周波数を超える設定周波数に達した場合に前記クライオパネルの温度を前記第１の設定時間よりも短い第２の設定時間監視することを特徴とするクライオポンプ。
2. 前記運転周波数の監視のための前記第１の設定時間は前記真空チャンバを加熱してガスを排出するベーキング処理に要するベーキング時間よりも長く設定され、前記クライオパネルの温度の監視のための前記第２の設定時間は該ベーキング時間よりも短く設定されていることを特徴とする請求項１に記載のクライオポンプ。
3. 前記制御部は、前記監視開始周波数よりも小さい監視解除周波数を前記運転周波数が下回るまで前記運転周波数の監視を継続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。
4. 前記監視開始周波数は前記真空処理中に想定される最大運転周波数よりも大きい値に設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のクライオポンプ。
5. 前記制御部は、前記冷凍機の予め設定された上限周波数に接近または到達した場合に前記クライオパネルの温度を監視することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のクライオポンプ。
6. 前記クライオパネルは、１段クライオパネルと該１段クライオパネルより低温に冷却される２段クライオパネルとを含み、
   前記制御部は、前記１段クライオパネルを前記目標温度に制御しているときに、前記冷凍機の運転周波数、前記１段クライオパネルの温度、及び前記２段クライオパネルの温度のいずれもがしきい値を超える状態が第３の設定時間以上継続した場合に、前記冷凍機の異常と判定することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のクライオポンプ。
7. 前記制御部は、前記冷凍機の運転周波数及び前記１段クライオパネルの温度がしきい値を超える状態が前記第３の設定時間以上継続し、前記２段クライオパネルの温度が前記第３の設定時間内に復帰した場合には、前記真空装置においてベーキング処理が実行されていると判定することを特徴とする請求項６に記載のクライオポンプ。
8. 真空処理を行う真空装置を排気するクライオポンプの監視方法であって、
   クライオパネルを目標温度に制御するよう冷凍機の運転周波数を制御する運転周波数可変制御をしているときに、前記冷凍機の運転周波数が予め設定された監視開始周波数に達した場合に前記運転周波数を設定時間監視し、
   前記運転周波数可変制御中に、前記運転周波数が監視開始周波数を超える設定周波数に達した場合に前記クライオパネルの温度を前記設定時間よりも短い設定時間監視することを含むことを特徴とするクライオポンプの監視方法。
9. 真空装置の排気をするためのクライオポンプであって、
   冷凍機と、
   前記冷凍機により冷却されるクライオパネルと、
   前記クライオパネルを目標温度に制御するよう前記冷凍機の運転周波数を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記冷凍機の運転周波数が予め設定された監視開始周波数に達した場合に、前記真空装置のベーキング処理のためのベーキング時間よりも長い設定時間、前記運転周波数を監視することを特徴とするクライオポンプ。
10. 真空装置の排気をするためのクライオポンプであって、
    冷凍機と、
    前記冷凍機により冷却されるクライオパネルと、
    前記クライオパネルを目標温度に制御するよう前記冷凍機の運転周波数を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記冷凍機の予め設定された上限周波数に接近または到達した場合に、前記真空装置のベーキング時間よりも短い設定時間、前記クライオパネルの温度を監視することを特徴とするクライオポンプ。
11. 真空装置の排気をするためのクライオポンプであって、
    冷凍機と、
    前記冷凍機により冷却されるクライオパネルと、
    前記クライオパネルを目標温度に制御するよう前記冷凍機の運転周波数を制御する制御部と、を備え、
    前記クライオパネルは、１段クライオパネルと該１段クライオパネルより低温に冷却される２段クライオパネルとを含み、
    前記制御部は、前記１段クライオパネルを前記目標温度に制御しているときに、前記冷凍機の運転周波数、前記１段クライオパネルの温度、及び前記２段クライオパネルの温度のいずれもがしきい値を超える状態が設定時間以上継続した場合に、前記冷凍機の異常と判定することを特徴とするクライオポンプ。

Images