KR101781075B1 - 크라이오펌프 시스템, 크라이오펌프 제어장치 및 크라이오펌프 재생방법 - Google Patents

Abstract

크라이오펌프의 재생시간을 단축한다.
크라이오펌프 제어부(100)는, 크라이오펌프(10)로부터 응축물을 배출하는 배출처리이며, 크라이오펌프(10) 내의 압력에 근거하는 배출완료조건이 충족될 때까지 속행되는 배출처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 크라이오펌프(10)를 제어하는 재생 제어부를 구비한다. 재생 제어부는, 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 반복판정하는 제1 판정부와, 배출완료조건의 판정횟수 또는 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인지 아닌지를 판정하는 제2 판정부와, 배출완료조건의 판정횟수 또는 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인 경우에 크라이오펌프(10)의 예비냉각을 실행하는 온도 제어부를 구비한다. 제1 판정부는, 예비냉각 중에 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 재차 판정한다.

Description

크라이오펌프 시스템, 크라이오펌프 제어장치 및 크라이오펌프 재생방법{Cryopump system, control device of cryopump, regeneration method of cryopump}

본 출원은 2015년 3월 4일에 출원된 일본 특허출원 제2015-042523호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 크라이오펌프 시스템, 크라이오펌프 제어장치 및 크라이오펌프 재생방법에 관한 것이다.

크라이오펌프는, 극저온으로 냉각된 크라이오패널에 기체 분자를 응축 또는 흡착에 의하여 포착하여 배기하는 진공펌프이다. 크라이오펌프는 반도체회로 제조 프로세스 등에 요구되는 청정한 진공환경을 실현하기 위하여 일반적으로 이용된다. 크라이오펌프는 이른바 기체 저장식의 진공펌프이기 때문에, 포착한 기체를 외부에 정기적으로 배출하는 재생을 필요로 한다.

특허문헌 1: 일본 공표특허공보 2001-515176호

본 발명의 일 양태의 예시적인 목적 중 하나는, 크라이오펌프의 재생시간을 단축하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프와, 상기 크라이오펌프로부터 응축물을 배출하는 배출처리이며, 상기 크라이오펌프 내의 압력에 근거하는 배출완료조건이 충족될 때까지 속행되는 배출처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 상기 크라이오펌프를 제어하는 재생 제어부를 구비하는 크라이오펌프 시스템이 제공된다. 상기 재생 제어부는, 상기 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 반복판정하는 제1 판정부와, 상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인지 아닌지를 판정하는 제2 판정부와, 상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인 경우에 상기 크라이오펌프의 예비냉각을 실행하는 온도 제어부를 구비한다. 상기 제1 판정부는, 상기 예비냉각 중에 상기 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 재차 판정한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프로부터 응축물을 배출하는 배출처리이며, 상기 크라이오펌프 내의 압력에 근거하는 배출완료조건이 충족될 때까지 속행되는 배출처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 상기 크라이오펌프를 제어하는 재생 제어부를 구비하는 크라이오펌프 제어장치가 제공된다. 상기 재생 제어부는, 상기 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 반복판정하는 제1 판정부와, 상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인지 아닌지를 판정하는 제2 판정부와, 상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인 경우에 상기 크라이오펌프의 예비냉각을 실행하는 온도 제어부를 구비한다. 상기 제1 판정부는, 상기 예비냉각 중에 상기 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 재차 판정한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프 재생방법이 제공된다. 방법은, 크라이오펌프로부터 응축물을 배출하는 배출처리이며, 상기 크라이오펌프 내의 압력에 근거하는 배출완료조건이 충족될 때까지 속행되는 배출처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 상기 크라이오펌프를 제어하는 단계를 포함한다. 상기 제어하는 단계는, 상기 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 반복판정하는 단계와, 상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인지 아닌지를 판정하는 단계와, 상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인 경우에 상기 크라이오펌프의 예비냉각을 실행하는 단계와, 상기 예비냉각 중에 상기 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 재차 판정하는 단계를 포함한다.

다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나, 본 발명의 구성요소나 표현을 장치, 방법, 시스템, 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 프로그램을 저장한 기록매체 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 크라이오펌프의 재생시간을 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 시스템을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 제어부의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 재생방법의 주요부를 나타내는 플로차트이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 재생방법의 주요부를 나타내는 플로차트이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 설명하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 시스템을 모식적으로 나타내는 도이다. 크라이오펌프 시스템은, 크라이오펌프(10)와, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전 및 재생운전을 제어하는 크라이오펌프 제어부(100)를 구비한다. 크라이오펌프(10)는, 예를 들면 이온주입장치나 스퍼터링장치 등의 진공챔버에 장착되어, 진공챔버 내부의 진공도를 원하는 프로세스에 요구되는 레벨까지 높이기 위하여 사용된다. 크라이오펌프 제어부(100)는, 크라이오펌프(10)에 일체로 마련되어 있어도 되고, 크라이오펌프(10)와는 별체의 제어장치로서 구성되어 있어도 된다.

크라이오펌프(10)는, 기체를 받아들이기 위한 흡기구(12)를 갖는다. 흡기구(12)는 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)으로의 입구이다. 크라이오펌프(10)가 장착된 진공챔버로부터 흡기구(12)를 통하여, 배기되어야 할 기체가 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)에 진입한다.

다만 이하에서는, 크라이오펌프(10)의 구성요소의 위치관계를 알기 쉽게 나타내기 위하여, “축방향”, “직경방향”이라는 용어를 사용하는 경우가 있다. 축방향은 흡기구(12)를 통과하는 방향을 나타내고, 직경방향은 흡기구(12)를 따르는 방향을 나타낸다. 편의상, 축방향에 관하여 흡기구(12)에 상대적으로 가까운 것을 “상”, 상대적으로 먼 것을 “하”라고 부르는 경우가 있다. 즉, 크라이오펌프(10)의 바닥부로부터 상대적으로 먼 것을 “상”, 상대적으로 가까운 것을 “하”라고 부르는 경우가 있다. 직경방향에 관해서는, 흡기구(12)의 중심에 가까운 것을 “내”, 흡기구(12)의 둘레가장자리에 가까운 것을 “외”라고 부르는 경우가 있다. 다만, 이러한 표현은 크라이오펌프(10)가 진공챔버에 장착되었을 때의 배치와는 관계없다. 예를 들면, 크라이오펌프(10)는 연직방향으로 흡기구(12)를 하향으로 하여 진공챔버에 장착되어도 된다.

크라이오펌프(10)는, 저온 크라이오패널(18)과, 고온 크라이오패널(19)을 구비한다. 또, 크라이오펌프(10)는, 고온 크라이오패널(19) 및 저온 크라이오패널(18)을 냉각하는 냉각 시스템을 구비한다. 이 냉각 시스템은, 냉동기(16)와, 압축기(36)를 구비한다.

냉동기(16)는, 예를 들면 기포드·맥마흔식 냉동기(이른바 GM 냉동기) 등의 극저온 냉동기이다. 냉동기(16)는, 제1 스테이지(20), 제2 스테이지(21), 제1 실린더(22), 제2 실린더(23), 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)를 구비하는 2단식의 냉동기이다. 따라서, 냉동기(16)의 고온단은, 제1 스테이지(20), 제1 실린더(22) 및 제1 디스플레이서(24)를 구비한다. 냉동기(16)의 저온단은, 제2 스테이지(21), 제2 실린더(23) 및 제2 디스플레이서(25)를 구비한다.

제1 실린더(22)와 제2 실린더(23)는 직렬로 접속되어 있다. 제1 스테이지(20)는, 제1 실린더(22)와 제2 실린더(23)의 결합부에 설치되어 있다. 제2 실린더(23)는 제1 스테이지(20)와 제2 스테이지(21)를 연결한다. 제2 스테이지(21)는, 제2 실린더(23)의 말단에 설치되어 있다. 제1 실린더(22) 및 제2 실린더(23) 각각의 내부에는 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)가 냉동기(16)의 길이방향(도 1에 있어서 좌우방향)으로 이동 가능하게 배치되어 있다. 제1 디스플레이서(24)와 제2 디스플레이서(25)는 일체로 이동 가능하게 연결되어 있다. 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)에는 각각 제1 축랭기 및 제2 축랭기(도시하지 않음)가 장착되어 있다.

냉동기(16)는, 제1 실린더(22)의 고온단부에 마련되어 있는 구동기구(17)를 구비한다. 구동기구(17)는, 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)가 각각 제1 실린더(22) 및 제2 실린더(23)의 내부를 왕복 이동 가능하도록 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)에 접속되어 있다. 또 구동기구(17)는, 작동 기체의 공급과 배출을 주기적으로 반복하도록 작동 기체의 유로를 전환하는 유로전환기구를 포함한다. 유로전환기구는 예를 들면 밸브부와 밸브부를 구동하는 구동부를 포함한다. 밸브부는 예를 들면 로터리밸브를 포함하고, 구동부는 로터리밸브를 회전시키기 위한 모터를 포함한다. 모터는, 예를 들면 AC 모터 또는 DC 모터여도 된다. 또 유로전환기구는 리니어 모터에 의하여 구동되는 직동식의 기구여도 된다.

냉동기(16)는 고압도관(34) 및 저압도관(35)을 통하여 압축기(36)에 접속된다. 냉동기(16)는, 압축기(36)로부터 공급되는 고압의 작동 기체(예를 들면 헬륨)를 내부에서 팽창시켜 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)에 한랭을 발생시킨다. 압축기(36)는, 냉동기(16)에서 팽창한 작동 기체를 회수하고 재차 가압하여 냉동기(16)에 공급한다.

구체적으로는, 먼저 구동기구(17)가 고압도관(34)과 냉동기(16)의 내부공간을 연통시킨다. 압축기(36)로부터 고압도관(34)을 통하여 냉동기(16)에 고압의 작동 기체가 공급된다. 냉동기(16)의 내부공간이 고압의 작동 기체로 채워지면, 구동기구(17)는 냉동기(16)의 내부공간을 저압도관(35)에 연통시키도록 유로를 전환한다. 이로써 작동 기체는 팽창한다. 팽창한 작동 기체는 압축기(36)로 회수된다. 이러한 작동 기체의 급배에 동기하여, 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)가 각각 제1 실린더(22) 및 제2 실린더(23)의 내부를 왕복이동한다. 이러한 열사이클을 반복함으로써 냉동기(16)는 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)에 한랭을 발생시킨다.

냉동기(16)는, 제1 스테이지(20)를 제1 온도레벨로 냉각하고, 제2 스테이지(21)를 제2 온도레벨로 냉각하도록 구성되어 있다. 제2 온도레벨은 제1 온도레벨보다 저온이다. 예를 들면, 제1 스테이지(20)는 65K~120K 정도, 바람직하게는 80K~100K로 냉각되고, 제2 스테이지(21)는 10K~20K 정도로 냉각된다.

도 1은, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심축과, 냉동기(16)의 중심축을 포함하는 단면을 나타낸다. 도 1에 나타나는 크라이오펌프(10)는, 이른바 가로형의 크라이오펌프이다. 가로형의 크라이오펌프란 일반적으로, 냉동기(16)가 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심축에 교차하도록(통상은 직교하도록) 배치되어 있는 크라이오펌프이다. 본 발명은 이른바 세로형의 크라이오펌프에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 세로형의 크라이오펌프란, 냉동기가 크라이오펌프의 축방향을 따라 배치되어 있는 크라이오펌프이다.

저온 크라이오패널(18)은, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심부에 마련되어 있다. 저온 크라이오패널(18)은 예를 들면, 복수의 패널부재(26)를 포함한다. 패널부재(26)는 예를 들면, 각각이 원뿔대의 측면형상, 말하자면 우산형상을 갖는다. 각 패널부재(26)에는 통상 활성탄 등의 흡착제(27)가 마련되어 있다. 흡착제(27)는 예를 들면 패널부재(26)의 이면에 접착되어 있다. 이와 같이 하여, 저온 크라이오패널(18)은, 기체 분자를 흡착하기 위한 흡착영역을 구비한다.

패널부재(26)는 패널장착부재(28)에 장착되어 있다. 패널장착부재(28)는 제2 스테이지(21)에 장착되어 있다. 이와 같이 하여, 저온 크라이오패널(18)은, 제2 스테이지(21)에 열적으로 접속되어 있다. 따라서, 저온 크라이오패널(18)은 제2 온도레벨로 냉각된다.

고온 크라이오패널(19)은, 방사실드(30)와 입구 크라이오패널(32)을 구비한다. 고온 크라이오패널(19)은, 저온 크라이오패널(18)을 포위하도록 저온 크라이오패널(18)의 외측에 마련되어 있다. 고온 크라이오패널(19)은 제1 스테이지(20)에 열적으로 접속되어 있으며, 고온 크라이오패널(19)은 제1 온도레벨로 냉각된다.

방사실드(30)는 주로, 크라이오펌프(10)의 하우징(38)으로부터의 복사열로부터 저온 크라이오패널(18)을 보호하기 위하여 마련되어 있다. 방사실드(30)는, 하우징(38)과 저온 크라이오패널(18)의 사이에 있으며, 저온 크라이오패널(18)을 둘러싼다. 방사실드(30)는, 흡기구(12)를 향하여 축방향 상단이 개방되어 있다. 방사실드(30)는, 축방향 하단이 폐쇄된 통(예를 들면 원통)형상을 가지며, 컵형상으로 형성되어 있다. 방사실드(30)의 측면에는 냉동기(16)의 장착을 위한 구멍이 있으며, 거기로부터 제2 스테이지(21)가 방사실드(30) 안에 삽입되어 있다. 그 장착구멍의 외주부에서 방사실드(30)의 외면에 제1 스테이지(20)가 고정되어 있다. 이렇게 하여 방사실드(30)는 제1 스테이지(20)에 열적으로 접속되어 있다.

입구 크라이오패널(32)은, 흡기구(12)에 있어서 직경방향을 따라 배치되어 있다. 입구 크라이오패널(32)은, 실드 개구단(31)에 배치되어 있다. 입구 크라이오패널(32)은 그 외주부가 실드 개구단(31)에 고정되어, 방사실드(30)에 열적으로 접속되어 있다. 입구 크라이오패널(32)은, 저온 크라이오패널(18)로부터 축방향 상방으로 떨어져 마련되어 있다. 입구 크라이오패널(32)은, 예를 들면, 루버 구조나 셰브론 구조로 형성된다. 입구 크라이오패널(32)은, 방사실드(30)의 중심축을 중심으로 하는 동심원형상으로 형성되어 있어도 되며, 혹은 격자형상 등 다른 형상으로 형성되어 있어도 된다.

입구 크라이오패널(32)은, 흡기구(12)에 들어가는 기체를 배기하기 위하여 마련되어 있다. 입구 크라이오패널(32)의 온도에서 응축하는 기체(예를 들면 수분)가 그 표면에 포착된다. 또, 입구 크라이오패널(32)은, 크라이오펌프(10)의 외부 열원(예를 들면, 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버 내의 열원)으로부터의 복사열로부터 저온 크라이오패널(18)을 보호하기 위하여 마련되어 있다. 복사열뿐만 아니라 기체 분자의 진입도 제한된다. 입구 크라이오패널(32)은, 흡기구(12)를 통한 내부공간(14)으로의 기체 유입을 원하는 양으로 제한하도록 흡기구(12)의 개구 면적의 일부를 점유한다.

크라이오펌프(10)는, 하우징(38)을 구비한다. 하우징(38)은, 크라이오펌프(10)의 내부와 외부를 이격시키기 위한 진공 용기이다. 하우징(38)은, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)을 기밀하게 유지하도록 구성되어 있다. 하우징(38)은, 고온 크라이오패널(19)의 외측에 마련되어 있으며, 고온 크라이오패널(19)을 둘러싼다. 또, 하우징(38)은 냉동기(16)를 수용한다. 즉, 하우징(38)은, 고온 크라이오패널(19) 및 저온 크라이오패널(18)을 수용하는 크라이오펌프 용기이다.

하우징(38)은, 고온 크라이오패널(19) 및 냉동기(16)의 저온부에 접촉하지 않도록, 외부환경온도의 부위(예를 들면 냉동기(16)의 고온부)에 고정되어 있다. 하우징(38)의 외면은 외부환경에 노출되어 있으며, 냉각되어 있는 고온 크라이오패널(19)보다 온도가 높다(예를 들면 실온 정도).

또, 하우징(38)은 그 개구단으로부터 직경방향 외측을 향하여 뻗는 흡기구 플랜지(56)를 구비한다. 흡기구 플랜지(56)는, 크라이오펌프(10)를 진공챔버에 장착하기 위한 플랜지이다. 진공챔버의 개구에는 게이트밸브가 마련되어 있으며(도시하지 않음), 흡기구 플랜지(56)는 그 게이트밸브에 장착된다. 그와 같이 하여 입구 크라이오패널(32)의 축방향 상방에 게이트밸브가 위치한다. 예를 들면 크라이오펌프(10)를 재생할 때에 게이트밸브는 폐쇄가 되고, 크라이오펌프(10)가 진공챔버를 배기할 때에 개방이 된다.

하우징(38)에는, 벤트밸브(70), 러핑밸브(72) 및 퍼지밸브(74)가 장착되어 있다.

벤트밸브(70)는, 크라이오펌프(10)의 내부로부터 외부환경으로 유체를 배출하기 위한 배출라인(80)의 예를 들면 말단에 마련되어 있다. 벤트밸브(70)를 개방함으로써 배출라인(80)의 흐름이 허용되고, 벤트밸브(70)를 폐쇄함으로써 배출라인(80)의 흐름이 차단된다. 배출되는 유체는 기본적으로는 가스이지만, 액체 또는 기액의 혼합물이어도 된다. 예를 들면 크라이오펌프(10)에 응축된 가스의 액화물이 배출 유체에 혼재하고 있어도 된다. 벤트밸브(70)가 개방됨으로써, 하우징(38)의 내부에 발생한 양압을 외부에 해방할 수 있다.

러핑밸브(72)는, 러핑펌프(73)에 접속된다. 러핑밸브(72)의 개폐에 의하여, 러핑펌프(73)와 크라이오펌프(10)가 연통 또는 차단된다. 러핑밸브(72)를 개방함으로써 러핑펌프(73)와 하우징(38)이 연통되고, 러핑밸브(72)를 폐쇄함으로써 러핑펌프(73)와 하우징(38)이 차단된다. 러핑밸브(72)를 개방하고 또한 러핑펌프(73)를 동작시킴으로써, 크라이오펌프(10)의 내부를 감압할 수 있다.

러핑펌프(73)는, 크라이오펌프(10)의 진공배기를 위한 진공펌프이다. 러핑펌프(73)는, 크라이오펌프(10)의 동작압력 범위의 저진공영역, 바꿔 말하면 크라이오펌프(10)의 동작개시압력인 베이스압 레벨을 크라이오펌프(10)에 제공하기 위한 진공펌프이다. 러핑펌프(73)는, 대기압부터 베이스압 레벨까지 하우징(38)을 감압할 수 있다. 베이스압 레벨은, 러핑펌프(73)의 고진공영역에 해당하고, 러핑펌프(73)와 크라이오펌프(10)의 동작압력 범위의 중첩부분에 포함된다. 베이스압 레벨은, 예를 들면 1Pa 이상 50Pa 이하(예를 들면 10Pa 정도)의 범위이다.

러핑펌프(73)는 전형적으로는 크라이오펌프(10)와는 다른 진공장치로서 마련되고, 예를 들면 크라이오펌프(10)가 접속되는 진공챔버를 포함하는 진공 시스템의 일부를 구성한다. 크라이오펌프(10)는 진공챔버를 위한 주펌프이며, 러핑펌프(73)는 보조펌프이다.

퍼지밸브(74)는 퍼지가스원(75)을 포함하는 퍼지가스 공급장치에 접속된다. 퍼지밸브(74)의 개폐에 의하여 퍼지가스원(75)과 크라이오펌프(10)가 연통 또는 차단되어, 퍼지가스의 크라이오펌프(10)로의 공급이 제어된다. 퍼지밸브(74)를 개방함으로써, 퍼지가스원(75)으로부터 하우징(38)으로의 퍼지가스 흐름이 허용된다. 퍼지밸브(74)를 폐쇄함으로써, 퍼지가스원(75)으로부터 하우징(38)으로의 퍼지가스 흐름이 차단된다. 퍼지밸브(74)를 개방하여 퍼지가스원(75)으로부터 퍼지가스를 하우징(38)에 도입함으로써, 크라이오펌프(10)의 내부를 승압할 수 있다. 공급된 퍼지가스는, 벤트밸브(70) 또는 러핑밸브(72)를 통하여 크라이오펌프(10)로부터 배출된다.

퍼지가스의 온도는, 본 실시형태에서는 실온으로 조정되어 있지만, 일 실시형태에 있어서는 퍼지가스는, 실온보다 고온으로 가열된 가스, 또는, 실온보다 다소 저온의 가스여도 된다. 본 명세서에 있어서 실온은, 10℃~30℃의 범위 또는 15℃~25℃의 범위로부터 선택되는 온도이며, 예를 들면 약 20℃이다. 퍼지가스는 예를 들면 질소가스이다. 퍼지가스는, 건조한 가스여도 된다.

크라이오펌프(10)는, 제1 스테이지(20)의 온도를 측정하기 위한 제1 온도센서(90)와, 제2 스테이지(21)의 온도를 측정하기 위한 제2 온도센서(92)를 구비한다. 제1 온도센서(90)는, 제1 스테이지(20)에 장착되어 있다. 제2 온도센서(92)는, 제2 스테이지(21)에 장착되어 있다. 제1 온도센서(90)는, 제1 스테이지(20)의 온도를 정기적으로 측정하고, 측정온도를 나타내는 신호를 크라이오펌프 제어부(100)에 출력한다. 제1 온도센서(90)는 그 출력을 통신 가능하게 크라이오펌프 제어부(100)에 접속되어 있다. 제2 온도센서(92)에 대해서도 동일하게 구성되어 있다. 제1 온도센서(90) 및 제2 온도센서(92)의 측정온도가 각각 고온 크라이오패널(19) 및 저온 크라이오패널(18)의 온도로서 크라이오펌프 제어부(100)에 있어서 이용되어도 된다.

또, 하우징(38)의 내부에 압력센서(94)가 마련되어 있다. 압력센서(94)는 예를 들면, 고온 크라이오패널(19)의 외측으로 냉동기(16)의 근방에 마련되어 있다. 압력센서(94)는, 하우징(38)의 압력을 정기적으로 측정하고, 측정압력을 나타내는 신호를 크라이오펌프 제어부(100)에 출력한다. 압력센서(94)는 그 출력을 통신 가능하게 크라이오펌프 제어부(100)에 접속되어 있다.

크라이오펌프 제어부(100)는, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전 및 재생운전을 위하여 냉동기(16)를 제어하도록 구성되어 있다. 크라이오펌프 제어부(100)는, 제1 온도센서(90), 제2 온도센서(92) 및 압력센서(94)를 포함하는 각종 센서의 측정결과를 수신하도록 구성되어 있다. 크라이오펌프 제어부(100)는, 그러한 측정결과에 근거하여, 냉동기(16) 및 각종 밸브에 부여하는 제어지령을 연산한다.

예를 들면, 진공배기운전에 있어서는, 크라이오펌프 제어부(100)는, 스테이지 온도(예를 들면 제1 스테이지 온도)가 목표의 냉각온도에 추종하도록 냉동기(16)를 제어한다. 제1 스테이지(20)의 목표온도는 통상, 일정값으로 설정된다. 제1 스테이지(20)의 목표온도는 예를 들면, 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버에서 행해지는 프로세스에 따라 사양으로서 정해진다. 또, 크라이오펌프 제어부(100)는, 크라이오펌프(10)의 재생을 위하여 하우징(38)으로부터의 배기와 하우징(38)으로의 퍼지가스의 공급을 제어하도록 구성되어 있다. 크라이오펌프 제어부(100)는, 벤트밸브(70), 러핑밸브(72) 및 퍼지밸브(74)의 개폐를 재생 중에 제어한다.

상기의 구성의 크라이오펌프(10)에 의한 동작을 이하에 설명한다. 크라이오펌프(10)의 작동 시에는, 먼저 그 작동 전에 러핑밸브(72)를 통하여 러핑펌프(73)로 크라이오펌프(10)의 내부를 동작개시압력(예를 들면 1Pa 내지 10Pa 정도)까지 러핑한다. 그 후 크라이오펌프(10)를 작동시킨다. 크라이오펌프 제어부(100)에 의한 제어하에서, 냉동기(16)의 구동에 의하여 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)가 냉각되고, 이들에 열적으로 접속되어 있는 고온 크라이오패널(19), 저온 크라이오패널(18)도 냉각된다.

입구 크라이오패널(32)은, 진공챔버로부터 크라이오펌프(10) 내부로 향하여 날아오는 기체 분자를 냉각하고, 그 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮아지는 기체(예를 들면 수분 등)를 표면에 응축시켜 배기한다. 입구 크라이오패널(32)의 냉각온도에서는 증기압이 충분히 낮아지지 않는 기체는 입구 크라이오패널(32)을 통과하여 방사실드(30) 내부로 진입한다. 진입한 기체 분자 중 저온 크라이오패널(18)의 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮아지는 기체는, 그 표면에 응축되어 배기된다. 그 냉각온도에서도 증기압이 충분히 낮아지지 않는 기체(예를 들면 수소 등)는, 저온 크라이오패널(18)의 표면에 접착되어 냉각되어 있는 흡착제(27)에 의하여 흡착되어 배기된다. 이와 같이 하여 크라이오펌프(10)가 장착되어 있는 진공챔버의 진공도를 원하는 레벨에 도달시킬 수 있다.

배기운전이 계속됨으로써 크라이오펌프(10)에는 기체가 축적되어 간다. 축적한 기체를 외부로 배출하기 위하여, 크라이오펌프(10)의 재생이 행해진다. 크라이오펌프 제어부(100)는, 소정의 재생개시조건이 충족되었는지 아닌지를 판정하고, 당해 조건이 충족된 경우에는 재생을 개시한다. 당해 조건이 충족되어 있지 않은 경우에는, 크라이오펌프 제어부(100)는 재생을 개시하지 않고, 진공배기운전을 계속한다. 재생개시조건은 예를 들면, 진공배기운전이 개시된 후 소정 시간이 경과한 것을 포함해도 된다.

도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 제어부(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다. 이러한 제어장치는, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 그들의 조합에 의하여 실현된다. 또, 도 2에 있어서는, 관련되는 크라이오펌프(10)의 일부의 구성을 개략적으로 나타낸다.

크라이오펌프 제어부(100)는, 재생 제어부(102), 기억부(104), 입력부(106) 및 출력부(108)를 구비한다.

재생 제어부(102)는, 승온처리, 배출처리, 및 쿨다운처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 크라이오펌프(10)를 제어하도록 구성되어 있다. 재생 시퀀스는 예를 들면, 크라이오펌프(10)의 풀재생을 제공한다. 풀재생에 있어서는, 고온 크라이오패널(19) 및 저온 크라이오패널(18)을 포함하는 모든 크라이오패널이 재생된다. 다만, 재생 제어부(102)는, 부분재생을 나타내는 재생 시퀀스에 따라 크라이오펌프(10)를 제어해도 된다.

기억부(104)는, 크라이오펌프(10)의 제어에 관련되는 정보를 기억하도록 구성되어 있다. 입력부(106)는, 유저 또는 다른 장치로부터의 입력을 받아들이도록 구성되어 있다. 입력부(106)는 예를 들면, 유저로부터의 입력을 받아들이기 위한 마우스나 키보드 등의 입력수단 및/또는 다른 장치와의 통신을 하기 위한 통신수단을 포함한다. 출력부(108)는, 크라이오펌프(10)의 제어에 관련되는 정보를 출력하도록 구성되며, 디스플레이나 프린터 등의 출력수단을 포함한다. 기억부(104), 입력부(106) 및 출력부(108)는 각각 재생 제어부(102)와 통신 가능하게 접속되어 있다.

재생 제어부(102)는, 온도 제어부(110), 제1 판정부(112), 제2 판정부(114), 리크 검출부(116) 및 응축물 검출부(118)를 구비한다. 온도 제어부(110)는, 재생 시퀀스에 있어서 정해진 목표온도로 저온 크라이오패널(18) 및/또는 고온 크라이오패널(19)의 온도를 제어하게 크라이오펌프(10)를 제어하도록 구성되어 있다. 온도 제어부(110)는, 저온 크라이오패널(18) 및/또는 고온 크라이오패널(19)의 온도로서 제1 온도센서(90) 및/또는 제2 온도센서(92)의 측정온도를 사용한다. 또, 재생 제어부(102)는, 벤트밸브(70), 러핑밸브(72) 및/또는 퍼지밸브(74)를 재생 시퀀스에 따라 개폐하도록 구성되어 있다. 제1 판정부(112), 제2 판정부(114), 리크 검출부(116) 및 응축물 검출부(118)에 대해서는 후술한다.

승온처리는, 크라이오펌프(10)의 저온 크라이오패널(18) 및/또는 고온 크라이오패널(19)을 극저온도 Tb로부터 제1 재생온도 T0으로 가열하는 재생의 제1 공정이다. 극저온도 Tb는, 크라이오펌프(10)의 표준운전온도이며, 고온 크라이오패널(19)의 운전온도 Tb1과 저온 크라이오패널(18)의 운전온도 Tb2를 포함한다. 상술과 같이 고온 크라이오패널(19)의 운전온도 Tb1은 예를 들면 65K~120K의 범위로부터 선택되고, 저온 크라이오패널(18)의 운전온도 Tb2는 예를 들면 10K~20K의 범위로부터 선택된다.

제1 재생온도 T0은, 승온처리에 있어서의 크라이오패널 목표온도이며, 제1 응축물의 융점 또는 그보다 높은 온도이다. 제1 응축물은 크라이오펌프(10)에 축적된 응축물의 주성분 또는 어느 하나의 성분이다. 제1 응축물은 예를 들면 물이며, 그 경우 제1 재생온도 T0은 273K 이상이다. 제1 재생온도 T0은, 실온 또는 그보다 높은 온도여도 된다. 제1 재생온도 T0은, 크라이오펌프(10)의 내열온도 또는 그보다 낮은 온도여도 된다. 크라이오펌프(10)의 내열온도는 예를 들면 320K~340K 정도(예를 들면 약 330K)여도 된다.

온도 제어부(110)는, 저온 크라이오패널(18) 및/또는 고온 크라이오패널(19)의 온도를 목표온도로 제어하도록 크라이오펌프(10)에 마련된 적어도 하나의 열원을 제어한다. 예를 들면, 온도 제어부(110)는, 승온처리에 있어서 하우징(38)에 퍼지가스를 공급하도록 퍼지밸브(74)를 개방해도 된다. 또, 온도 제어부(110)는, 하우징(38)으로의 퍼지가스의 공급을 정지하도록 퍼지밸브(74)를 폐쇄해도 된다. 이와 같이 하여, 승온처리에 있어서 저온 크라이오패널(18) 및/또는 고온 크라이오패널(19)을 가열하기 위한 제1 열원으로서 퍼지가스가 사용되어도 된다.

저온 크라이오패널(18) 및/또는 고온 크라이오패널(19)을 가열하기 위하여, 퍼지가스와는 상이한 제2 열원이 사용되어도 된다. 예를 들면, 온도 제어부(110)는, 냉동기(16)의 승온운전을 제어해도 된다. 냉동기(16)는, 구동기구(17)가 냉각운전과는 반대방향으로 동작할 때 작동 기체에 단열압축이 발생하도록 구성되어 있다. 이렇게 하여 얻어지는 압축열로 냉동기(16)는 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)를 가열한다. 이러한 가열은 냉동기(16)의 역전승온이라고도 불린다. 고온 크라이오패널(19) 및 저온 크라이오패널(18)은 각각 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)를 열원으로 하여 가열된다. 혹은, 냉동기(16)에 설치된 히터가 열원으로서 사용되어도 된다. 이 경우, 온도 제어부(110)는, 냉동기(16)의 운전으로부터 독립하여 히터를 제어할 수 있다.

승온처리에 있어서, 제1 및 제2 열원의 일방이 단독으로 사용되거나, 또는 양방이 동시에 사용되어도 된다. 배출공정에 있어서도 마찬가지로 제1 및 제2 열원의 일방이 단독으로 사용되거나, 또는 양방이 동시에 사용되어도 된다. 온도 제어부(110)는, 제1 열원과 제2 열원을 전환하거나, 또는, 제1 열원과 제2 열원을 병용하여, 저온 크라이오패널(18) 및/또는 고온 크라이오패널(19)의 온도를 목표온도로 제어해도 된다.

온도 제어부(110)는, 크라이오패널 온도의 측정값이 목표온도에 도달했는지 아닌지를 판정한다. 온도 제어부(110)는, 목표온도에 도달할 때까지는 승온을 계속하고, 목표온도에 도달한 경우에는 승온처리를 종료한다. 승온처리가 종료되면, 재생 제어부(102)는, 배출처리를 개시한다.

승온처리에 있어서, 저온 크라이오패널(18) 및/또는 고온 크라이오패널(19) 상의 응축물 및/또는 흡착물이, 예를 들면, 제1 응축물의 증기압보다 높은 증기압을 갖는 다른 응축물 성분이, 크라이오펌프(10)로부터 배출되어도 된다. 재생 제어부(102)는, 하우징(38)으로부터 응축물 및/또는 흡착물을 배출하기 위하여, 벤트밸브(70) 및/또는 러핑밸브(72)를 개방하고, 그 후 적시에 폐쇄해도 된다.

배출처리는, 크라이오펌프(10)로부터 응축물 및/또는 흡착물을 배출하는 재생의 제2 공정이다. 극저온도 Tb에 있어서 응축물 및/또는 흡착물은 저온 크라이오패널(18) 및/또는 고온 크라이오패널(19) 상에 있다. 극저온도 Tb로부터 제1 재생온도 T0으로 가열되는 과정에 있어서 응축물 및/또는 흡착물은 재차 기화된다. 온도 제어부(110)는, 제1 재생온도 T0 또는 다른 목표온도로의 저온 크라이오패널(18) 및/또는 고온 크라이오패널(19)의 온도조절을 배출공정에 있어서 계속한다.

크라이오패널 표면으로부터 재기화한 기체는 크라이오펌프(10)의 외부로 배출된다. 재기화한 기체는 예를 들면 배출라인(80)을 통하여, 또는 러핑펌프(73)를 사용하여, 외부로 배출된다. 재기화한 기체는, 필요에 따라 도입되는 퍼지가스와 함께 크라이오펌프(10)로부터 배출된다.

재생 제어부(102)는, 배출완료조건이 충족될 때까지 배출처리를 속행한다. 배출완료조건은, 크라이오펌프(10) 내의 압력, 예를 들면 압력센서(94)의 측정압력에 근거한다. 예를 들면, 재생 제어부(102)는, 하우징(38) 내의 측정압력이 소정의 임곗값을 초과하고 있는 동안은, 응축물이 크라이오펌프(10)에 잔존한다고 판정한다. 따라서, 크라이오펌프(10)는 배출처리를 계속한다. 재생 제어부(102)는, 하우징(38) 내의 측정압력이 임곗값을 하회하는 경우에, 응축물의 배출이 완료되었다고 판정한다. 이 경우, 재생 제어부(102)는, 배출처리를 종료하고 쿨다운처리를 개시한다.

재생 제어부(102)는, 이른바 빌드업 테스트를 실행해도 된다. 크라이오펌프 재생에 있어서의 빌드업 테스트는, 판정개시 시점의 압력으로부터의 압력 상승구배가 임곗값을 초과하지 않는 경우에, 크라이오펌프(10)로부터 응축물이 배출되었다고 판정하는 처리이다. 이것은, RoR(Rate-of-Rise)법이라고도 불린다. 따라서, 재생 제어부(102)는, 베이스압 레벨에 있어서의 단위 시간당 압력 상승량이 임곗값을 하회하는 경우에 배출처리를 종료해도 된다.

재생 제어부(102)의 제1 판정부(112)는, 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 반복판정하도록 구성되어 있다. 제1 판정부(112)는, 빌드업 테스트가 합격인 경우에, 배출완료조건이 충족된다고 판정해도 된다. 즉, 제1 판정부(112)는, 압력센서(94)에 의하여 측정되는 하우징(38)의 압력이 크라이오펌프(10)의 동작개시압력 또는 그보다 저압으로 소정 시간 유지되는 경우에, 배출완료조건이 충족된다고 판정해도 된다.

제2 판정부(114)는, 배출완료조건의 판정횟수가 제1 임곗값 A 이상인지 아닌지를 판정하도록 구성되어 있다. 제1 임곗값 A는, 배출완료조건의 표준판정횟수 a보다 크다. 표준판정횟수 a는, 재생 시퀀스에 있어서 크라이오펌프(10)로부터 제1 응축물이 제거될 때까지 표준적으로 필요하다고 여겨지는 판정횟수이다. 예를 들면, 어느 크라이오펌프가 그 사양상, 주어진 재생 시퀀스에 있어서 배출완료조건이 a회 판정되는 동안에 그 응축물의 배출이 완료된다고 가정한다. 이 경우, 제1 임곗값 A는 표준횟수 a보다 큰 값(예를 들면, A=a+1)으로 설정된다. 표준판정횟수 a는, 경험적으로 또는 실험에 의하여 적절히 취득할 수 있다.

온도 제어부(110)는, 배출완료조건의 판정횟수가 제1 임곗값 A 이상인 경우에, 크라이오펌프(10)의 예비냉각을 실행하도록 구성되어 있다. 크라이오펌프(10)의 예비냉각은, 저온 크라이오패널(18) 및/또는 고온 크라이오패널(19)을 제2 재생온도 Ta로 예비적으로 냉각하는 처리이다. 제2 재생온도 Ta는, 예비냉각처리에 있어서의 크라이오패널 목표온도이며, 크라이오펌프(10)의 표준운전온도보다 높고, 제1 응축물의 융점보다 낮다. 제2 재생온도 Ta는, 약 200K보다 높고 약 273K보다 낮아도 된다.

제1 판정부(112)는 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 반복판정하기 때문에, 크라이오펌프(10)의 예비냉각 중에 제1 판정부(112)는 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 재차 판정한다. 응축물 검출부(118)는, 크라이오펌프(10)의 예비냉각 중에 배출완료조건이 충족되는 경우에 제2 응축물의 잔존을 검출하도록 구성되어 있다. 제2 응축물은, 제1 응축물과는 다른 물질이며, 제1 응축물의 증기압보다 낮은 증기압을 갖는다. 제2 응축물은 예를 들면, 유기 응축물이다. 응축물 검출부(118)는, 검출결과를 출력부(108)에 출력해도 된다.

제2 판정부(114)는, 크라이오펌프(10)의 예비냉각 중에 배출완료조건의 판정횟수가 제2 임곗값 A’ 이상인지 아닌지를 판정한다. 제2 임곗값 A’는, 제1 임곗값 A와 동일해도 되고, 상이해도 된다. 리크 검출부(116)는, 배출완료조건의 판정횟수가 제2 임곗값 A’ 이상인 경우에 크라이오펌프(10)의 리크를 검출하도록 구성되어 있다. 리크 검출부(116)는, 검출결과를 출력부(108)에 출력해도 된다.

기억부(104)는, 재생 시퀀스를 정의하기 위한 재생 파라미터를 기억한다. 재생 파라미터는, 실험적으로 또는 경험적으로 미리 정해져, 입력부(106)로부터 입력된다. 재생 파라미터는, 크라이오패널 목표온도, 배출완료조건, 제1 임곗값, 및 제2 임곗값을 포함한다. 크라이오패널 목표온도는, 제1 재생온도 T0, 제2 재생온도 Ta, 극저온도 Tb를 포함한다. 제1 재생온도 T0, 제2 재생온도 Ta, 및 극저온도 Tb는 각각, 어느 단일의 온도로서 설정되어도 되고, 어느 온도대로서 설정되어도 된다.

쿨다운처리는, 크라이오펌프(10)를 극저온도 Tb로 재냉각하는 재생의 최종공정이다. 극저온도 Tb는 쿨다운처리에 있어서의 크라이오패널 목표온도이다. 배출완료조건이 충족되는 경우에, 배출처리가 완료되고, 쿨다운처리가 개시된다. 냉동기(16)의 냉각운전이 개시된다. 온도 제어부(110)는, 목표온도에 도달할 때까지는 쿨다운처리를 계속하고, 목표온도에 도달한 경우에는 쿨다운처리를 종료한다. 이렇게 하여 재생처리는 완료된다. 크라이오펌프(10)의 진공배기운전이 재개된다. 온도 제어부(110)는, 진공배기운전에 있어서 저온 크라이오패널(18) 또는 고온 크라이오패널(19)의 온도를 목표온도로 유지하는 냉동기(16)의 온도조절운전을 실행하도록 구성되어 있어도 된다.

도 3 및 도 4는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 재생방법의 주요부를 나타내는 플로차트이다. 도 3 및 도 4에는 풀재생에 있어서의 배출처리가 나타나 있다. 상술과 같이, 온도 제어부(110)는, 저온 크라이오패널(18) 및/또는 고온 크라이오패널(19)의 목표온도를 제1 재생온도 T0으로 설정한다(S10). 또, 재생 제어부(102)는, 러핑밸브(72)를 개방함과 함께 퍼지밸브(74)를 폐쇄한다(S11). 이렇게 하여 하우징(38)의 러핑이 행해진다. 다만 벤트밸브(70)는 이후의 처리에 있어서 폐쇄되어 있다.

제1 판정부(112)는, 베이스압 판정을 실행한다(S12). 즉, 제1 판정부(112)는, 소정 시간 내에 베이스압 레벨까지 하우징(38)이 감압되는지 아닌지를 판정한다. 예를 들면, 제1 판정부(112)는, 러핑개시부터 시간 X[min]가 경과했을 때 압력센서(94)의 측정압력이 Y[Pa] 이하인 경우에, 베이스압 판정에 합격으로 판정한다. 그렇지 않은 경우에는, 제1 판정부(112)는, 베이스압 판정에 불합격으로 판정한다. 임곗값의 Y[Pa]는 베이스압 레벨의 압력이다.

베이스압 판정이 불합격이 되는 이유, 즉 크라이오펌프(10) 내의 압력이 충분히 저하되지 않는 이유는, 하우징(38) 안에 응축물이 아직 다량으로 있어, 감압하에서 이것이 기화하기 때문이라고 생각된다. 따라서, 베이스압 판정이 불합격인 경우에는(S12의 N), 하우징(38)의 러핑(S11) 및 베이스압 판정(S12)이 한번 더 행해진다. 러핑에 의하여 응축물이 추가로 배출된다. 다만, 러핑 전에 및/또는 러핑과 함께, 하우징(38)에 퍼지가스가 공급되어도 된다.

베이스압 판정이 합격인 경우에는(S12의 Y), 재생 제어부(102)는, 러핑밸브(72)를 폐쇄한다(S14). 이렇게 하여 하우징(38)은 외부와의 접속이 차단되어, 하우징(38)의 내부는 진공으로 밀봉된다. 다만, 재생 제어부(102)는, 베이스압 판정의 결과에 관계없이 베이스압 판정의 실행 후에 러핑밸브(72)를 폐쇄해도 된다.

하우징(38)의 내부가 진공으로 유지된 상태에서, 제1 판정부(112)는, 배출완료조건이 충족되어 있는지 아닌지를 판정하기 위하여, RoR 판정을 실행한다(S16). 예를 들면, 제1 판정부(112)는, 판정개시 시점으로부터 시간 X’[min]가 경과했을 때 압력센서(94)의 측정압력이 Z[Pa] 이하인 경우에, RoR 판정에 합격으로 판정한다. 그렇지 않은 경우에는, 제1 판정부(112)는, RoR 판정에 불합격으로 판정한다. 임곗값의 Z[Pa]는 베이스압 판정의 임곗값 Y[Pa]보다 크다. 단, Z[Pa]도 베이스압 레벨의 압력이다. 판정시간 X’[min]는, 베이스압 판정의 시간 X[min]보다 짧아도 된다.

RoR 판정이 불합격인 경우에는(S16의 N), 제2 판정부(114)는, RoR 판정횟수를 갱신한다(S20). 즉, 제2 판정부(114)는, 기존의 RoR 판정횟수에 1을 가산한다. 갱신된 RoR 판정횟수는 기억부(104)에 보존되어도 된다.

제2 판정부(114)는, RoR 판정횟수가 제1 임곗값 A 이상인지 아닌지를 판정한다(S22). RoR 판정횟수가 A회보다 적은 경우에는(S22의 N), 베이스압 판정이 불합격인 경우(S12의 N)와 마찬가지로, 하우징(38)의 러핑(S11) 및 베이스압 판정(S12)이 한번 더 행해진다.

RoR 판정횟수가 A회 이상인 경우에는(S22의 Y), 온도 제어부(110)는, 크라이오패널 목표온도를 제1 재생온도 T0으로부터 제2 재생온도 Ta로 변경한다(S24). 이렇게 하여, 저온 크라이오패널(18) 및/또는 고온 크라이오패널(19)의 예비냉각처리가 개시된다. 제2 판정부(114)는, 크라이오패널 목표온도가 변경될 때에, RoR 판정횟수를 리셋해도 된다.

또, RoR 판정이 합격인 경우에는(S16의 Y), 온도 제어부(110)는, 크라이오패널 목표온도를 제1 재생온도 T0으로부터 극저온도 Tb로 변경한다(S18). 이렇게 하여, 재생 제어부(102)는, 배출처리를 종료하고 쿨다운처리를 개시한다.

도 4에는, 도 3의 S24에 계속되는 크라이오펌프(10)의 예비냉각처리가 나타나 있다. 예비냉각처리에 있어서의 몇 개의 처리는 도 3을 참조하여 설명한 것과 동일하며, 그들에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명은 적절히 생략한다.

상술과 같이, 온도 제어부(110)는, 저온 크라이오패널(18) 및/또는 고온 크라이오패널(19)의 목표온도를 제2 재생온도 Ta로 설정한다(S10’). 또, 재생 제어부(102)는, 러핑밸브(72)를 개방함과 함께 퍼지밸브(74)를 폐쇄한다(S11).

제1 판정부(112)는, 베이스압 판정을 재차 실행한다(S12). 예비냉각 중의 베이스압 판정에서 사용되는 임곗값은, 예비냉각 전의 임곗값과 동일하다. 단, 다른 임곗값이 사용되어도 된다. 재생 제어부(102)는, 베이스압 판정의 실행 후에 러핑밸브(72)를 폐쇄한다(S14). 베이스압 판정이 불합격인 경우에는(S12의 N), 하우징(38)의 러핑(S11) 및 베이스압 판정(S12)이 한번 더 행해진다.

베이스압 판정이 합격인 경우에는(S12의 Y), 제1 판정부(112)는, RoR 판정을 재차 실행한다(S16). 예비냉각 중의 RoR 판정에서 사용되는 임곗값은, 예비냉각 전의 임곗값과 동일하다. 단, 다른 임곗값이 사용되어도 된다.

RoR 판정이 불합격인 경우에는(S16의 N), 제2 판정부(114)는, RoR 판정횟수를 갱신한다(S20). 제2 판정부(114)는, RoR 판정횟수가 제2 임곗값 A’ 이상인지 아닌지를 판정한다(S26). RoR 판정횟수가 A’회보다 적은 경우에는(S26의 N), 베이스압 판정이 불합격인 경우(S12의 N)와 마찬가지로, 하우징(38)의 러핑(S11) 및 베이스압 판정(S12)이 한번 더 행해진다.

한편, RoR 판정횟수가 A’회 이상인 경우에는(S26의 Y), 리크 검출부(116)는, 크라이오펌프(10)에 미소 리크가 발생하고 있는 것을 검출한다(S28). 리크 검출부(116)는, 검출결과를 기억부(104)에 보존하거나 및/또는 출력부(108)에 출력해도 된다. 재생 제어부(102)는, 미소 리크의 발생을 유저에게 경고하거나 및/또는 재생 시퀀스를 중지해도 된다.

RoR 판정이 합격인 경우에는(S16의 Y), 온도 제어부(110)는, 크라이오패널 목표온도를 제2 재생온도 Ta로부터 극저온도 Tb로 변경한다(S18). 이 경우, 응축물 검출부(118)는, 미량의 응축물이 잔존하는 것을 검출하고(S19), 이것을 기억부(104)에 보존하거나 및/또는 출력부(108)에 출력해도 된다. 이렇게 하여, 재생 제어부(102)는, 배출처리를 종료하고 쿨다운처리를 개시한다.

도 3에 있어서 RoR 판정이 불합격이 되는 이유, 즉 크라이오펌프(10) 내의 압력이 베이스압 레벨로 유지되지 않는 이유는, 감압하에서 기화할 수 있는 소량의 물질이 하우징(38) 안에 잔존하기 때문이라고 생각된다. 수소, 아르곤, 또는 그 외의 고증기압의 응축물은 이미 배출되어 있을 것이기 때문에, 잔존하는 물질은 물 또는 그 외의 저증기압의 응축물일 것이다. 잔존하는 물질은, 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버에 있어서의 진공 프로세스에 기인하는 유기물일지도 모른다.

원래 풀재생의 재생 시퀀스는, 물을 크라이오펌프(10)로부터 효율적으로 배출하도록 설계되어 있다. 따라서, 물에 대해서는 RoR 판정의 불합격을 몇 회 반복하는 동안에 크라이오펌프(10)로부터 제거될 것이다. 그 결과, 다음번의 RoR 판정은 합격이 되어, 배출처리로부터 쿨다운처리로 이행할 수 있다.

그러나, 물보다 낮은 증기압을 갖는 미지의 응축물이 만약 크라이오펌프(10)에 잔존한다고 하면, 그 응축물은, RoR 판정을 위하여 하우징(38)을 감압할 때마다 증발할 수 있다. 그 결과, RoR 판정에 합격하기까지 반복되는 RoR 판정횟수는, 그러한 응축물을 상정하지 않는 표준의 판정횟수를 큰 폭으로 초과할지도 모른다. 그렇다면, 재생 시퀀스는, 표준의 소요시간으로는 완료되지 않고 큰 폭으로 연장될지도 모른다. 재생시간은 크라이오펌프(10)의 다운타임이므로, 재생시간의 연장은 바람직하지 않다.

따라서, 본 실시형태에 있어서는, RoR 판정을 일정 횟수 반복한 후에, 크라이오펌프(10)의 예비냉각이 행해진다. RoR 판정을 반복하는 동안에, 물의 배출을 완료할 수 있다. 또한, 물의 융점보다 저온으로 크라이오펌프(10)를 냉각하여, 잔존하는 응축물의 증발을 억제할 수 있다. 이렇게 하여 RoR 판정의 불필요한 반복을 막아, 재생시간의 과잉된 연장을 방지할 수 있다.

본 실시형태에 관한 재생 시퀀스는, 예비냉각으로부터 쿨다운처리로 이행한다. 그 후, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전이 행해진다. 다음번 재생까지 크라이오펌프(10)는 냉각되게 된다. 이러한 극저온환경에 있어서 잔존 응축물은 크라이오펌프(10) 내에 안정적으로 유지된다. 따라서, 잔존 응축물은 진공배기운전에 전혀 악영향을 미치지 않거나, 또는 적어도 현저한 악영향은 미치지 않는다.

또, 크라이오펌프(10) 내의 압력을 감시하는 것만으로는, 응축물의 잔존과 미소 리크의 발생을 판별하는 것은 불가능하거나, 어렵다. 그러나, 본 실시형태에 의하면, 상술과 같이 이들 2개의 다른 현상을 판별할 수 있다. 리크가 있는 경우에 크라이오펌프(10)의 운전을 그대로 계속하는 것은 바람직하지 않기 때문에, 이것에 대하여 적절히 경고할 수 있다.

이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 설명했다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않으며, 다양한 설계변경이 가능하고, 다양한 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다.

배출완료조건의 판정횟수는, 배출처리의 계속시간을 나타내고 있다. 따라서, 일 실시형태에 있어서는, 재생 제어부(102)는, 배출완료조건의 판정횟수 대신에, 배출처리의 계속시간을 이용해도 된다. 이와 같이 해도, 배출완료조건의 판정횟수를 이용하는 경우와 마찬가지로, 재생시간을 단축할 수 있다.

제2 판정부(114)는, 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인지 아닌지를 판정해도 된다. 제1 임곗값은, 재생 시퀀스에 있어서 크라이오펌프(10)로부터 제1 응축물을 제거하기 위하여 필요하다고 여겨지는 배출처리의 표준계속시간보다 커도 된다. 온도 제어부(110)는, 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인 경우에 크라이오펌프(10)의 예비냉각을 실행해도 된다.

제2 판정부(114)는, 크라이오펌프(10)의 예비냉각 중에 배출처리의 계속시간이 제2 임곗값 이상인지 아닌지를 판정해도 된다. 리크 검출부(116)는, 배출처리의 계속시간이 제2 임곗값 이상인 경우에 크라이오펌프(10)의 리크를 검출해도 된다.

10 크라이오펌프
18 저온 크라이오패널
19 고온 크라이오패널
70 벤트밸브
72 러핑밸브
74 퍼지밸브
90 제1 온도센서
92 제2 온도센서
94 압력센서
100 크라이오펌프 제어부
102 재생 제어부
110 온도 제어부
112 제1 판정부
114 제2 판정부
116 리크 검출부
118 응축물 검출부

Claims (10)

1. 크라이오펌프 시스템으로서,
   크라이오펌프와,
   상기 크라이오펌프로부터 응축물을 배출하는 배출처리이며, 상기 크라이오펌프 내의 압력에 근거하는 배출완료조건이 충족될 때까지 속행되는 배출처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 상기 크라이오펌프를 제어하는 재생 제어부를 구비하고,
   상기 재생 제어부는,
   상기 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 반복판정하는 제1 판정부와,
   상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인지 아닌지를 판정하는 제2 판정부와,
   상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인 경우에 상기 크라이오펌프의 예비냉각을 실행하는 온도 제어부를 구비하며,
   상기 제1 판정부는, 상기 예비냉각 중에 상기 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 재차 판정하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 판정부는, 상기 예비냉각 중에 상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제2 임곗값 이상인지 아닌지를 판정하고,
   상기 재생 제어부는, 상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제2 임곗값 이상인 경우에 상기 크라이오펌프의 리크를 검출하는 리크 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 재생 시퀀스는, 상기 크라이오펌프를 극저온도로부터 제1 응축물의 융점 또는 그보다 높은 제1 재생온도로 가열하는 승온처리와, 상기 배출완료조건이 충족되는 경우에 상기 크라이오펌프를 상기 극저온도로 재냉각하는 쿨다운처리를 포함하고,
   상기 온도 제어부는, 상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인 경우에, 상기 크라이오펌프를 상기 제1 응축물의 융점보다 낮고 상기 극저온도보다 높은 제2 재생온도로 예비적으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 임곗값은, 상기 재생 시퀀스에 있어서 상기 크라이오펌프로부터 상기 제1 응축물을 제거하기 위하여 필요하다고 여겨지는 상기 배출완료조건의 표준판정횟수 또는 상기 배출처리의 표준계속시간보다 큰 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 시스템.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 응축물은, 물인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 시스템.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 재생 제어부는, 상기 예비냉각 중에 상기 배출완료조건이 충족되는 경우에 상기 제1 응축물과 다른 제2 응축물의 잔존을 검출하는 응축물 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제2 응축물은, 유기 응축물인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 시스템.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 크라이오펌프는, 크라이오패널과, 상기 크라이오패널을 수용하는 크라이오펌프 용기와, 상기 크라이오펌프 용기의 압력을 측정하는 압력센서를 구비하고,
   상기 제1 판정부는, 상기 크라이오펌프 용기의 측정압력이 상기 크라이오펌프의 동작개시압력 또는 그보다 저압으로 소정 시간 유지되는지 아닌지를 반복판정하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 시스템.
9. 크라이오펌프 제어장치로서,
   크라이오펌프로부터 응축물을 배출하는 배출처리이며, 상기 크라이오펌프 내의 압력에 근거하는 배출완료조건이 충족될 때까지 속행되는 배출처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 상기 크라이오펌프를 제어하는 재생 제어부를 구비하고,
   상기 재생 제어부는,
   상기 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 반복판정하는 제1 판정부와,
   상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인지 아닌지를 판정하는 제2 판정부와,
   상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인 경우에 상기 크라이오펌프의 예비냉각을 실행하는 온도 제어부를 구비하며,
   상기 제1 판정부는, 상기 예비냉각 중에 상기 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 재차 판정하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 제어장치.
10. 크라이오펌프 재생방법으로서,
    크라이오펌프로부터 응축물을 배출하는 배출처리이며, 상기 크라이오펌프 내의 압력에 근거하는 배출완료조건이 충족될 때까지 속행되는 배출처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 상기 크라이오펌프를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 반복판정하는 단계와,
    상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인지 아닌지를 판정하는 단계와,
    상기 배출완료조건의 판정횟수 또는 상기 배출처리의 계속시간이 제1 임곗값 이상인 경우에 상기 크라이오펌프의 예비냉각을 실행하는 단계와,
    상기 예비냉각 중에 상기 배출완료조건이 충족되는지 아닌지를 재차 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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