TW201435212A - 低溫泵及其再生方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種低溫泵及其再生方法，本發明的課題為在低溫泵的再生中促進水的排出。本發明的低溫泵的再生方法具備：第1排出製程(S12)，包括在第1壓力範圍內交替進行低溫泵容器的排氣和沖洗氣體的供給，及第2排出製程(S18)，包括對低溫泵容器進行排氣直至低於第1壓力範圍之低壓區域為止。第2排出製程包括如下步驟：在低壓區域至少判定一次是否結束第2排出製程，及在首次判定是否結束第2排出製程之前，向低溫泵容器供給沖洗氣體。

Description

低溫泵及其再生方法

本發明係有關一種低溫泵及其再生方法。

低溫泵係藉由冷凝或吸附將氣體分子捕捉於冷卻成極低溫之低溫板上而進行排氣之真空泵。為了實現半導體電路製造程序等所要求之清潔的真空環境而廣泛利用低溫泵。低溫泵係即所謂氣體捕集式真空泵，因此需要進行向外部定期排出已捕捉之氣體之再生。水的排出係低溫泵的再生中的問題之一。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：國際公開第2005/052369號

專利文獻2：日本特開平9-14133號公報

專利文獻3：日本特開2009-156220號公報

專利文獻4：日本特開2002-249876號公報

本發明的某一態樣的例示性目的之一為在低溫泵的再生中促進水的排出。

依本發明的某一態樣，提供一種低溫泵，其特徵為，具備：低溫板；低溫泵容器，容納前述低溫板；及控制部，構成為了前述低溫板的再生而控制前述低溫泵容器的排氣和向前述低溫泵容器的沖洗氣體的供給，前述控制部，執行以下製程：第1排出製程，包括在第1壓力範圍內交替進行前述低溫泵容器的排氣和前述沖洗氣體的供給，及第2排出製程，包括對前述低溫泵容器進行排氣直至低於前述第1壓力範圍之低壓區域為止，前述第2排出製程包括以下步驟：在前述低壓區域至少判定一次是否結束前述第2排出製程，及在首次判定是否結束前述第2排出製程之前，向前述低溫泵容器供給沖洗氣體。

依本發明的某一態樣，提供一種低溫泵的再生方法，其特徵為，具備：第1排出製程，包括在第1壓力範圍內交替進行低溫泵容器的排氣和沖洗氣體的供給，及第2排出製程，包括對前述低溫泵容器進行排氣直至低於前述第1壓力範圍之低壓區域為止，前述第2排出製程包括以下步驟：在前述低壓區域至少判定一次是否結束前述第2排出製程，及在首次判定是否結束前述第2排出製程之前，向前述低溫泵容器供給沖洗氣體。

依本發明，能夠在低溫泵的再生中促進水的排出。

10‧‧‧低溫泵

18‧‧‧低溫低溫板

19‧‧‧高溫低溫板

38‧‧‧外殼

72‧‧‧粗抽閥

73‧‧‧粗抽泵

74‧‧‧沖洗閥

75‧‧‧沖洗氣體源

100‧‧‧控制部

第1圖係模式表示本發明的某一實施形態之低溫泵之圖。

第2圖係用於說明本發明的某一實施形態之再生方法之流程圖。

第3圖係例示本發明的某一實施形態之再生序列之圖。

第1圖係模式表示本發明的某一實施形態之低溫泵10之圖。低溫泵10例如安裝於離子植入裝置或濺射裝置等的真空腔室而用於將真空腔室內部的真空度提高至預定程序中所要求之水平。

低溫泵10具有用於接收氣體之吸氣口12。吸氣口12係朝向低溫泵10的內部空間14之入口。應被排出之氣體從安裝有低溫泵10之真空腔室通過吸氣口12進入低溫泵10的內部空間14。

另外，以下為容易理解地表示低溫泵10的構成要件的位置關係，有時使用“軸向”、“徑向”的用語。軸向表示通過吸氣口12之方向，徑向表示沿吸氣口12之方 向。為方便起見，關於軸向，有時將相對靠近吸氣口12之方向稱為“上”，相對遠離吸氣口12之方向稱為“下”。亦即，有時將相對遠離低溫泵10的底部之方向稱為“上”，相對靠近低溫泵10的底部之方向稱為“下”。關於徑向，有時將靠近吸氣口12的中心之方向稱為“內”，靠近吸氣口12的周邊之方向稱為“外”。另外，這種表達與低溫泵10安裝於真空腔室時的配置沒有關係。例如，低溫泵10亦可在鉛直方向上使吸氣口12朝下安裝於真空腔室。

低溫泵10具備低溫低溫板18及高溫低溫板19。而且，低溫泵10具備冷卻高溫低溫板19及低溫低溫板18之冷卻系統。該冷卻系統具備冷凍機16及壓縮機36。

冷凍機16係例如吉福德-麥克馬洪式冷凍機(所謂GM冷凍機)等極低溫冷凍機。冷凍機16係具備第1平台20、第2平台21、第1缸體22、第2缸體23、第1置換器24及第2置換器25之2級式冷凍機。因此，冷凍機16的高溫段具備第1平台20、第1缸體22及第1置換器24。冷凍機16的低溫段具備第2平台21、第2缸體23及第2置換器25。

第1缸體22與第2缸體23串聯連接。第1平台20設置於第1缸體22與第2缸體23的結合部。第2缸體23連結第1平台20與第2平台21。第2平台21設置於第2缸體23的末端。在第1缸體22及第2缸體23的各自內部以沿著冷凍機16的長邊方向(第1圖中左右方 向)能夠移動地配置有第1置換器24及第2置換器25。第1置換器24與第2置換器25以能夠一體移動地連結成一體。在第1置換器24及第2置換器25上分別組裝有第1蓄冷器及第2蓄冷器(未圖示)。

冷凍機16具備設置於第1缸體22的高溫端之驅動機構17。驅動機構17以第1置換器24及第2置換器25分別在第1缸體22及第2缸體23的內部能夠往返移動地連接於第1置換器24及第2置換器25。而且，驅動機構17包括以週期性重複進行動作氣體的吸入和吐出地切換動作氣體的流路之流路切換機構。流路切換機構例如包括閥部和驅動閥部之驅動部。閥部例如包括旋轉閥，驅動部包括用於使旋轉閥旋轉之馬達。馬達亦可為例如AC馬達或DC馬達。並且，流路切換機構亦可以藉由線性馬達所驅動之直動式機構。

冷凍機16經由高壓導管34及低壓導管35連接於壓縮機36。冷凍機16在內部使得從壓縮機36供給之高壓動作氣體(例如氦)膨脹而在第1平台20及第2平台21產生寒冷。壓縮機36回收在冷凍機16膨脹之動作氣體且再次加壓而供給冷凍機16。

具體而言，首先驅動機構17連通高壓導管34和冷凍機16的內部空間。高壓的動作氣體從壓縮機36通過高壓導管34供給到冷凍機16。若冷凍機16的內部空間被高壓的動作氣體填滿，則驅動機構17切換流路以使冷凍機16的內部空間連通於低壓導管35。藉以使動作氣體膨 脹。膨脹後的動作氣體回收到壓縮機36。與該種動作氣體的供排同步，第1置換器24及第2置換器25分別在第1缸體22及第2缸體23的內部往返移動。藉由重複進行這種熱循環，冷凍機16在第1平台20及第2平台21產生寒冷。

冷凍機16構成為將第1平台20冷卻成第1溫度水平，且將第2平台21冷卻成第2溫度水平。第2溫度水平比第1溫度水平更低溫。例如，第1平台20冷卻成65K~120K左右、並以冷卻成80K~100K為佳，第2平台21冷卻成10K~20K左右。

第1圖表示包括低溫泵10的內部空間14的中心軸及冷凍機16的中心軸之剖面。第1圖所示之低溫泵10為所謂臥式低溫泵。臥式低溫泵一般是將冷凍機16配設成與低溫泵10的內部空間14的中心軸交叉(通常為正交)的低溫泵。本發明亦同樣能夠運用於所謂立式低溫泵。立式低溫泵為冷凍機沿著低溫泵的軸向配設之低溫泵。

低溫低溫板18設置於低溫泵10的內部空間14的中心部。低溫低溫板18例如包括複數個板構件26。板構件26例如分別具有圓錐台側面的形狀，亦即所謂傘狀的形狀。各板構件26中通常設置有活性炭等的吸附劑27。吸附劑27例如黏結於板構件26的背面。如此，低溫低溫板18具備用於吸附氣體分子之吸附區域。

板構件26安裝於板安裝構件28。板安裝構件28安裝於第2平台21。如此，低溫低溫板18熱連接於第2平 台21。藉此，將低溫低溫板18冷卻成第2溫度水平。

高溫低溫板19具備輻射遮蔽板30及入口低溫板32。高溫低溫板19以包圍低溫低溫板18之方式設置於低溫低溫板18的外側。高溫低溫板19熱連接於第1平台20，且將高溫低溫板19冷卻成第1溫度水平。

設置輻射遮蔽板30主要是為了保護低溫低溫板18不受來自低溫泵10的外殼38的輻射熱的影響。輻射遮蔽板30位於外殼38與低溫低溫板18之間，且包圍低溫低溫板18。輻射遮蔽板30的軸向上端朝向吸氣口12開放。輻射遮蔽板30具有軸向下端被封閉之筒形(例如圓筒)形狀，形成為杯狀。輻射遮蔽板30的側面具有用於安裝冷凍機16之孔，第2平台21從該孔***於輻射遮蔽板30中。第1平台20在該安裝孔的外周部被固定於輻射遮蔽板30的外表面。如此將輻射遮蔽板30熱連接於第1平台20。

入口低溫板32在吸氣口12沿著徑向配置。入口低溫板32的外周部被固定於輻射遮蔽板30的開口端，而熱連接於輻射遮蔽板30。入口低溫板32以從低溫低溫板18朝軸向上方遠離地設置。入口低溫板32例如形成為百葉窗構造或人字形構造。入口低溫板32也可形成為以輻射遮蔽板30的中心軸為中心之同心圓狀，或者也可形成為格子狀等其他的形狀。

入口低溫板32是為了對進入吸氣口12之氣體進行排氣而設置。在入口低溫板32的溫度下冷凝之氣體(例如 水分)捕集於其表面。並且，設置入口低溫板32是為了保護低溫低溫板18不受來自低溫泵10的外部熱源(例如，安裝有低溫泵10之真空腔室內的熱源)的輻射熱的影響。不僅是輻射熱，還限制了氣體分子的進入。入口低溫板32佔據吸氣口12的開口面積的一部份以便將通過吸氣口12流入內部空間14之氣體限制在所期望的量。

低溫泵10具備外殼38。外殼38係用於隔開低溫泵10的內部與外部之真空容器。外殼38構成為氣密地保持低溫泵10的內部空間14。外殼38設置於高溫低溫板19的外側，且包圍高溫低溫板19。並且，外殼38容納冷凍機16。亦即，外殼38為容納高溫低溫板19及低溫低溫板18之低溫泵容器。

外殼38以不接觸高溫低溫板19及冷凍機16的低溫部之方式固定於外部環境溫度的部位(例如冷凍機16的高溫部)。外殼38的外表面暴露於外部環境，溫度比被冷卻之高溫低溫板19高(例如室溫程度)。

並且，外殼38具備從其開口端朝徑向外側延伸之吸氣口凸緣56。吸氣口凸緣56係用於在真空腔室安裝低溫泵10之凸緣。在真空腔室的開口設置有閘閥(未圖示)，吸氣口凸緣56安裝於該閘閥。藉此，閘閥位於入口低溫板32的軸向上方。例如再生低溫泵10時閘閥設為關，在低溫泵10對真空腔室進行排氣時閘閥設為開。

在外殼38上安裝有通氣閥70、粗抽閥72及沖洗閥74。

通氣閥70設置在用於將流體從低溫泵10的內部向外部環境排出之排出管路80的例如末端。藉由通氣閥70的開閥容許排出管路80的流動，並藉由通氣閥70的閉閥來截斷排出管路80的流動。排出之流體基本上為氣體，但亦可為液體或氣液的混合物。例如，被低溫泵10冷凝後的氣體的液化物亦可以混在排出流體中。藉著通氣閥70的開閥，能夠將產生於外殼38內部之正壓向外部釋放。

粗抽閥72連接於粗抽泵73。藉由粗抽閥72的開閉，連通或隔斷粗抽泵73與低溫泵10。藉由打開粗抽閥72，粗抽泵73與外殼38被連通。藉由關閉粗抽閥72，粗抽泵73與外殼38被隔斷。藉由打開粗抽閥72且使粗抽泵73動作，能夠對低溫泵10的內部進行減壓。

粗抽泵73為用於對低溫泵10進行真空抽取之真空泵。粗抽泵73為用於向低溫泵10提供低溫泵10的動作壓力範圍的低真空區域，換言之，提供作為低溫泵10的動作開始壓力之基礎壓力水平之真空泵。粗抽泵73能夠將外殼38從大氣壓減壓到基礎壓力水平。基礎壓力水平在粗抽泵73的高真空區域包括在粗抽泵73與低溫泵10的動作壓力範圍重疊的部份。基礎壓力水平例如在1Pa以上且50Pa以下(例如10Pa左右)的範圍。

典型地，粗抽泵73作為與低溫泵10分開的真空裝置而設置，例如構成包括與低溫泵10連接之真空腔室之真空系統的一部份。低溫泵10為用於真空腔室之主泵，粗抽泵73為輔助泵。

沖洗閥74連接於未圖示之沖洗氣體源75。沖洗氣體例如為氮氣。沖洗氣體可以是已乾燥的氣體，亦可以為(例如以高於室溫之溫度)加熱之氣體。藉由沖洗閥74的開閉來連通或隔斷沖洗氣體源75與低溫泵10，且控制沖洗氣體向低溫泵10的供給。藉由打開沖洗閥74容許從沖洗氣體源75向外殼38的沖洗氣體的流動。藉由關閉沖洗閥74來隔斷從沖洗氣體源75向外殼38的沖洗氣體的流動。並藉由打開沖洗閥74將沖洗氣體從沖洗氣體源75導入至外殼38，而能夠對低溫泵10的內部進行升壓。

低溫泵10具備用於測定第1平台20的溫度之第1溫度感測器90、及用於測定第2平台21的溫度之第2溫度感測器92。第1溫度感測器90安裝於第1平台20。第2溫度感測器92安裝於第2平台21。另外，第1溫度感測器90亦可以安裝於高溫低溫板19。第2溫度感測器92亦可以安裝於低溫低溫板18。

並且，在外殼38的內部設置有壓力感測器94。壓力感測器94例如在高溫低溫板19的外側設置於冷凍機16的附近。壓力感測器94週期性地測量外殼38的壓力，並將表示測定壓力之訊號向控制部100輸出。壓力感測器94以能夠對該輸出進行通訊地連接於控制部100。

壓力感測器94具有包括藉由低溫泵10實現之較高的真空水平和大氣壓水平雙方之較廣的測量範圍。測量範圍內至少包括再生處理中有可能產生之壓力範圍為佳。藉此，壓力感測器94的測量範圍的下限為例如1Pa(或 10Pa)等級，上限為10⁵Pa等級。另外，用於測量真空水平之壓力感測器和用於測量大氣壓水平之壓力感測器也可以分別設置於低溫泵10。

壓力感測器54亦可為例如晶體壓力計。晶體壓力計係利用晶體振子的振動阻力藉由壓力變化之現象來測量壓力之感測器。或者壓力感測器54亦可以是皮拉尼真空計等的熱導真空計或熱陰極電離真空計。

並且，低溫泵10具備用於控制低溫泵10之控制部100。控制部100可一體設置於低溫泵10，亦可以構成與低溫泵10成分體的控制裝置。

控制部100構成為使得低溫泵10的真空排氣運轉及再生運轉而控制冷凍機16。控制部100構成為使得低溫板的再生而控制低溫泵容器的排氣和沖洗氣體向低溫泵容器的供給。控制部100主要於再生過程中依據需要控制通氣閥70、粗抽閥72及沖洗閥74的開閉。控制部100構成為接收包括第1溫度感測器90、第2溫度感測器92及壓力感測器94之各種感測器的測量結果。控制部100依據此測量結果運算賦予冷凍機16及各種閥之控制指令。

例如，在真空排氣運轉中，控制部100控制冷凍機16以使得平台溫度(例如第1平台溫度)追隨著目標冷卻溫度。第1平台20的目標溫度通常設定為恆定值。第1平台20的目標溫度例如按照在安裝有低溫泵10之真空腔室中進行之程序為規格來決定。

以下對基於上述構成的低溫泵10之動作進行說明。 低溫泵10動作時，首先在其動作前通過粗抽閥72並利用粗抽泵73將低溫泵10的內部粗抽至動作開始壓力(例如1Pa至10Pa左右)。之後使低溫泵10動作。在基於控制部100之控制下，第1平台20及第2平台21藉由冷凍機16的驅動被冷卻，熱連接於此之高溫低溫板19、低溫低溫板18同樣被冷卻。

入口低溫板32對從真空腔室向低溫泵10內部飛來之氣體分子進行冷卻，使得在該冷卻溫度下蒸汽壓充份變低之氣體(例如水分等)冷凝於表面而被排氣。在入口低溫板32的冷卻溫度下蒸汽壓未充份變低之氣體通過入口低溫板32進入輻射遮蔽板30內部。進入之氣體分子中，在低溫低溫板18的冷卻溫度下，蒸汽壓充份變低之氣體冷凝於其表面而被排氣。即使在該冷卻溫度下蒸汽壓仍未充份變低之氣體(例如氫等)藉由黏結於低溫低溫板18的表面並被冷卻之吸附劑27吸附而被排氣。如此，能夠使安裝有低溫泵10之真空腔室的真空度達到所期望的水平。

藉由持續進行排氣運轉，在低溫泵10中逐漸地積蓄氣體。為了將積蓄之氣體向外部排出，在滿足預定的再生開始條件時進行低溫泵10的再生。再生開始條件例如可以包括在排氣運轉開始之後經過了預定時間。再生處理包括升溫製程、排出製程及冷卻製程。排出製程包括第1排出製程及第2排出製程。

低溫泵10的再生處理藉由控制部100來控制。控制 部100判定是否滿足預定的再生開始條件，當滿足該條件時開始進行再生。當未滿足該條件時，控制部100不開始進行再生，繼續進行真空排氣運轉。

第2圖係用於說明本發明的某一實施形態之再生方法之流程圖。再生處理包括將低溫泵10升溫成比排氣運轉中的低溫板溫度更高溫之再生溫度的升溫製程(S10)。第2圖所示之再生處理係所謂完全再生。完全再生對包括高溫低溫板19及低溫低溫板18之所有低溫板進行再生。低溫板18、19從用於真空排氣運轉的冷卻溫度加熱至例如接近常溫之再生溫度(例如約300K)。

升溫製程包括所謂反轉升溫。冷凍機16運轉以使得動作氣體中產生絕熱壓縮，以此得到之壓縮熱對低溫板18、19及吸附劑27進行加熱。升溫製程亦可包括藉由設置於低溫泵10及/或冷凍機16之加熱器(未圖示)對低溫板18、19及吸附劑27進行加熱。

升溫製程可以包括藉由沖洗氣體對低溫板18、19及吸附劑27進行加熱。藉此，升溫製程亦可包括開始向低溫泵10供給沖洗氣體。控制部100打開沖洗閥74將沖洗氣體導入低溫泵10的內部空間14。被供給之沖洗氣體通過通氣閥70從低溫泵10排出。

在升溫製程中，控制部100判定低溫板溫度的測量值是否達到再生溫度。控制部100在達到再生溫度之前持續升溫製程，在達到再生溫度時結束升溫製程。在進行冷凍機16的反轉升溫時，控制部100可以結束升溫製程且停 止冷凍機16的運轉。控制部100亦可以停止冷凍機16的運轉且結束沖洗。在停止冷凍機16的運轉後亦可持續預定時間進行沖洗氣體的供給(所謂延長沖洗)。

繼升溫製程結束之後，控制部100以該順序執行第1排出製程(S12)及第2排出製程(S18)。這些排出製程中，從低溫板表面進行再氣化之氣體向低溫泵10的外部排出。再氣化之氣體例如通過排出管路80或使用粗抽泵73向外部排出。再氣化之氣體與依據需要而被導入之沖洗氣體一同從低溫泵10排出。在排出製程中可以繼續進行冷凍機16的升溫運轉，亦可以停止冷凍機16的運轉。

第1排出製程主要係用於對冷凝於低溫板18、19之水進行氣化而排出之處理。第1排出製程包括第1粗抽及沖洗(S14)及第1壓力上升判定(S16)。換言之，第1粗抽及沖洗及第1壓力上升判定設定成將冷凝於低溫板18、19之水從低溫泵10排出。

粗抽及沖洗係交替進行外殼38的粗抽和沖洗氣體的供給之製程。在粗抽及沖洗中，執行1次或複數次粗抽和沖洗的組合。通常，在粗抽及沖洗中控制部100選擇性地執行粗抽和沖洗。亦即，進行粗抽(或沖洗)時停止沖洗(或粗抽)。作為代替方案，在粗抽及沖洗中，粗抽及沖洗的一方連續進行之期間，粗抽及沖洗的另一方可以間斷地進行。這亦可視為交替進行粗抽和沖洗氣體的供給。粗抽及沖洗的開始及結束可以如後述依據外殼38的壓力進行，或亦可依據經過時間。

若升溫製程結束，則控制部100開始第1粗抽及沖洗。此時控制部100首先開始外殼38的粗抽。控制部100關閉沖洗閥74，打開粗抽閥72。藉由粗抽將外殼38的內部減壓。以下，為了方便說明有時將第1粗抽及沖洗的粗抽及沖洗分別稱為第1粗抽及第1沖洗。

在第1粗抽中設定有結束壓力。第1粗抽的結束壓力是比基礎壓力水平更高壓力，例如選擇50Pa至500Pa，並以選擇100Pa至200Pa之範圍為佳。以下，有時將該壓力區域稱為準基礎壓力水平。並且，在第1粗抽中設定開始壓力。第1粗抽的開始壓力例如為大氣壓。

當壓力感測器94的測量壓力達到第1粗抽的結束壓力時，控制部100關閉粗抽閥72並結束第1粗抽。接著，控制部100打開沖洗閥74並開始第1沖洗。藉第1沖洗，使外殼38的內部升壓。

當壓力感測器94的測量壓力達到第1粗抽的開始壓力時，控制部100關閉沖洗閥74並結束第1沖洗。如此，結束首次的第1粗抽及第1沖洗。接著，控制部100打開粗抽閥72並開始第2次的第1粗抽。

在第1沖洗結束後，第1粗抽開始之前，控制部100判定是否滿足第1粗抽及沖洗的結束條件。第1粗抽及沖洗的結束條件例如包括執行規定次數(1次或複數次，第3圖中為4次)的第1沖洗(或第1粗抽)。滿足結束條件時，控制部100結束第1粗抽及沖洗並執行第1壓力上升判定(S16)。不滿足結束條件時，控制部100繼續進 行第1粗抽及沖洗(亦即，開始第1粗抽)。

如此，第1粗抽及沖洗中，控制部100將外殼38的壓力控制在第1壓力範圍內。第1壓力範圍係藉由第1粗抽的開始壓力和結束壓力來決定的範圍。第1粗抽及沖洗中，低溫泵內壓以振動地往返於第1壓力範圍內。

若第1粗抽及沖洗結束，則控制部100開始第1壓力上升判定。在來自初始壓力的壓力上升梯度不超過判定閾值時，低溫泵再生中之壓力上升判定是判定為氣體充份地被從低溫泵10排出之處理。

控制部100打開粗抽閥72並將外殼38粗抽至用於第1壓力上升判定之初始壓力。初始壓力選擇準基礎壓力水平的壓力，例如等於或低於第1粗抽的結束壓力。控制部100在壓力感測器94的測量壓力達到初始壓力時停止粗抽。控制部100關閉包括粗抽閥72之各閥且氣密地保持外殼38。同時，控制部100開始判定時間的計時，且監視壓力感測器94的測量壓力。控制部100將經過判定時間時的升壓量(自初始壓力的增量)視為外殼38的壓力上升梯度。

當第1壓力上升判定合格時，亦即外殼38的壓力上升梯度不超過閾值時，控制部100結束第1排出製程並開始第2排出製程(S18)。另一方面，第1壓力上升判定不合格時，亦即外殼38的壓力上升梯度超過閾值時，控制部100繼續進行第1排出製程。此時，控制部100再次粗抽至初始壓力而重新監視壓力上升梯度，或者再次實施 第1粗抽及沖洗之基礎上進行第1壓力上升判定。

第1排出製程結束時，從低溫板18、19的表面充份地(以完全為佳)排出冰及液體的水。殘留在低溫泵10之氣體係水蒸氣。水蒸氣吸附在吸附劑27、低溫板18、19及其他構造物的表面。

第2排出製程主要係用於對吸附在吸附劑27之水的氣化並排出之處理。第2排出製程包括第2粗抽及沖洗(S20)及第2壓力上升判定(S22)。以下，為了方便說明有時將第2粗抽及沖洗的粗抽及沖洗分別稱為第2粗抽及第2沖洗。第2粗抽及沖洗除了第2粗抽的結束壓力低於第1粗抽的結束壓力之外，與第1粗抽及沖洗相同。

若第1排出製程結束(亦即若第1壓力上升判定合格)，則控制部100開始第2粗抽及沖洗。控制部100緊接著第1排出製程進行第2粗抽及沖洗。

第2粗抽及沖洗中，控制部100最先打開粗抽閥72進行第2粗抽。首次的第2粗抽中，外殼38被減壓到低於第1壓力上升判定結束時刻的準基礎壓力水平的壓力之第2粗抽結束壓力。第2粗抽結束壓力選自基礎壓力水平，例如為約10Pa。控制部100在壓力感測器94的測量壓力達到第2粗抽結束壓力時結束該第2粗抽並開始首次的第2沖洗。第2沖洗將外殼38升壓到吸附在吸附劑27之水不凍結之壓力。壓力感測器94的測量壓力達到第2粗抽的開始壓力時，控制部100結束第2沖洗並開始第2粗抽。第2粗抽的開始壓力例如為大氣壓。

在第2沖洗結束後，第2粗抽開始之前，控制部100判定是否滿足第2粗抽及沖洗的結束條件。第2粗抽及沖洗的結束條件例如包括執行規定次數(1次或複數次，第3圖中為3次)的第2沖洗(或第2粗抽)。滿足結束條件時，控制部100結束第2粗抽及沖洗並執行第2壓力上升判定(S22)。不滿足結束條件時，控制部100繼續進行第2粗抽及沖洗(亦即，開始第2粗抽)。

如此，在第2粗抽及沖洗中，控制部100將外殼38的壓力控制在第2壓力範圍內。粗抽及沖洗製程的低溫泵內壓往返振動於第2壓力範圍內。第2壓力範圍係根據第2粗抽的開始壓力和結束壓力來決定之範圍。第2壓力範圍擴張至低於第1壓力範圍之低壓區域。亦即，該低壓區域低於準基礎壓力水平。第2排出製程包括交替進行以下的步驟：對低溫泵容器進行排氣直至低壓區域；及向低溫泵容器供給沖洗氣體。

本實施形態中，控制部100依序執行如下步驟：結束第1排出製程；從第1壓力範圍向該低壓區域進行外殼38排氣；及向外殼38供給沖洗氣體。藉由以上依序的處理，能夠在第2排出製程的初期將沖洗氣體自動地導入低溫泵10。

若第2粗抽及沖洗結束，控制部100開始第2壓力上升判定。控制部100將外殼38粗抽至第2壓力上升判定的初始壓力。初始壓力選自基礎壓力水平的壓力，例如等於或低於第2粗抽的結束壓力。藉此，第2壓力上升判定 與第1壓力上升判定相比，在高真空區域執行。控制部100在壓力感測器94的測定壓力達到初始壓力時停止粗抽。控制部100關閉包括粗抽閥72之各閥且氣密地保持外殼38。同時，控制部100開始判定時間的計時，且監視壓力感測器94的測量壓力。控制部100將經過了判定時間時的升壓量視為外殼38的壓力上升梯度。

當第2壓力上升判定合格時，亦即外殼38的壓力上升梯度不超過閾值時，控制部100結束第2排出製程並開始降溫製程(S24)。因此，第2壓力上升判定為判定降溫開始與否之降溫開始判定。另一方面，當第2壓力上升判定不合格時，亦即外殼38的壓力上升梯度超過閾值時，控制部100繼續進行第2排出製程。此時，控制部100再次粗抽至初始壓力而重新監視壓力上升梯度，或在再次實施第2粗抽及沖洗之基礎上進行第2壓力上升判定。

在升溫製程及排出製程中，控制部100依據壓力感測器94的測量值判定相對於外殼38的外部在內部是否產生正壓，當判定為產生正壓時可以開放通氣閥70。藉此通過排出管路80能夠將低溫泵10內部的高壓向外部釋放。控制部100當判定為未產生正壓時關閉通氣閥70。如此，在外殼38內被減壓時能夠密封向容器內的洩漏。

若第2排出製程結束，控制部100開始降溫製程(S24)。降溫製程係為了重新開始真空排氣運轉而對低溫板18、19及吸附劑27進行再冷卻之處理。開始冷凍機 16的冷卻運轉。在該冷卻製程的至少一部份，可以進行粗抽，亦可以例如從冷卻開始達到粗抽結束壓力或粗抽結束溫度為止持續進行粗抽。控制部100判定低溫板溫度的測量值是否達到用於真空排氣運轉之低溫板冷卻溫度。控制部100持續進行降溫製程直至到達低溫板冷卻溫度為止，且在達到該冷卻溫度時結束降溫製程。如此完成再生處理。重新開始低溫泵10的真空排氣運轉。

第3圖係表示本發明的某一實施形態之再生序列之圖。該再生序列如同上述藉由控制部100來控制。第3圖模式表示低溫泵10中再生過程中的溫度及壓力的時間變化的一例。第3圖所示之溫度為第2溫度感測器92的測量溫度，壓力為壓力感測器94的測量壓力。

第3圖所示之再生序列從其開始到結束的整個期間區分為期間a至期間f的6個期間。上述升溫製程相當於期間a，第1排出製程相當於期間b及期間c，第2排出製程相當於期間d及期間e，降溫製程相當於期間f。在期間b及期間c分別進行第1粗抽及沖洗及第1壓力上升判定。在期間d及期間e分別進行第2粗抽及沖洗及第2壓力上升判定。

在期間a進行冷凍機16的反轉升溫。第2平台21藉冷凍機16的反轉升溫和氮氣沖洗逐漸向目標溫度(例如300K)升溫。藉由氮氣沖洗使低溫泵內的壓力迅速達到大氣壓。水以外的大半氣體在升溫過程中從低溫板18、19放出。

期間b主要用於對水分進行氣化並排出。期間b的第1粗抽及沖洗中，由粗抽引起之低溫泵內的減壓限於水不凍結之壓力範圍。最低壓力為例如100Pa左右。期間b的前半部份主要係用於溶解堆積在低溫板18、19之冰之期間。期間b的後半部份主要係用於將水氣化之期間。

期間c係用於藉由粗抽排出水蒸氣之第1粗抽期間。此時氮氣沖洗被停止。期間c中，反覆進行粗抽和壓力上升梯度的判定。判定過程中停止粗抽。壓力上升梯度變得小於閾值時(亦即，第1壓力上升判定合格時)，期間c結束。

期間d的第2粗抽及沖洗中，低溫泵10被粗抽至基礎壓力水平。最低壓力低於第1粗抽及沖洗，為例如10Pa左右。蒸發速度一般與壓力成反比。因此，粗抽至低壓具有增加來自吸附劑27的水的蒸發速度之效果。

但是，此時殘留在吸附劑27之水有可能藉由過剩的汽化熱再次成為冰。基於沖洗氣體之升壓具有抑制水的蒸發速度之效果。而且，沖洗氣體還具有加熱吸附劑27之效果。這些均有助於抑制在吸附劑27的結冰或促進在吸附劑27的解凍。

期間e中，比起期間c為高真空區域，且重複進行粗抽和壓力上升梯度的判定。在判定過程中停止粗抽。壓力上升梯度變得小於閾值時(亦即，第2壓力上升判定合格時)，期間e結束。

期間f中，開始冷凍機16的冷卻運轉。此時進行粗 抽。達到目標冷卻溫度時結束粗抽。如此完成再生，並開始真空排氣運轉。

如以上說明，依本實施形態，在吸附劑27的再生階段中首次的降溫開始判定之前供給沖洗氣體。如此藉由在吸附劑再生階段的初期供給沖洗氣體，從而促進在吸附劑27的解凍或抑制在吸附劑27的結冰。另外藉由向基礎壓力水平的低壓的粗抽促進來自吸附劑27的水的蒸發。如此，能夠從吸附劑27有效地排出水。藉此，能夠縮短吸附劑再生的所需時間。

本實施形態之低溫泵10有助於對水分進行大量排氣之用途(例如，高電流離子植入裝置)。

以上，依據實施例對本發明進行了說明。本發明不限於上述實施形態，能夠進行各種設計變更，能夠實現各種變形例，並且這樣的變形例亦屬於本發明的範圍內，這對本領域技術人員來講係可以理解的。

上述實施形態中，第2排出製程的粗抽壓力為恆定。但是，第2排出製程中之複數次的粗抽結束壓力可以在低於第1壓力範圍之低壓區域中逐步降低。或者，第2排出製程中之粗抽結束壓力亦可以在低於第1壓力範圍之低壓區域中隨機設定。

Claims (4)

1. 一種低溫泵，其特徵為，具備：低溫板；低溫泵容器，容納前述低溫板；及控制部，構成為了前述低溫板的再生而控制前述低溫泵容器的排氣和向前述低溫泵容器的沖洗氣體的供給，前述控制部執行以下製程：第1排出製程，包括在第1壓力範圍內交替進行前述低溫泵容器的排氣和前述沖洗氣體的供給；及第2排出製程，包括對前述低溫泵容器進行排氣直至低於前述第1壓力範圍之低壓區域，前述第2排出製程包括以下步驟：在前述低壓區域至少判定一次是否結束前述第2排出製程；及在首次判定是否結束前述第2排出製程之前，向前述低溫泵容器供給沖洗氣體。
2. 如申請專利範圍第1項記載之低溫泵，其中，前述控制部依序執行以下步驟：結束前述第1排出製程；從前述第1壓力範圍向前述低壓區域進行前述低溫泵容器排氣；及向前述低溫泵容器供給沖洗氣體。
3. 如申請專利範圍第1或2項記載之低溫泵，其中，前述第2排出製程包括將以下步驟交替進行之步驟：進行前述低溫泵容器排氣直至前述低壓區域；及向前述低溫泵容器供給沖洗氣體。
4. 一種低溫泵的再生方法，其特徵為，具備： 第1排出製程，包括在第1壓力範圍內交替進行低溫泵容器的排氣和沖洗氣體的供給；及第2排出製程，包括進行前述低溫泵容器排氣直至低於前述第1壓力範圍之低壓區域，前述第2排出製程包括以下步驟：在前述低壓區域至少判定一次是否結束前述第2排出製程；及在首次判定是否結束前述第2排出製程之前，向前述低溫泵容器供給沖洗氣體。