低温泵及低温泵的监控方法

专利名称：低温泵及低温泵的监控方法
技术领域：
本发明涉及一种低温泵及其监控方法。
背景技术：
低温泵为通过在冷却至超低温的低温板凝结或吸附气体分子来捕捉并排放的真 空泵。低温泵通常为了实现半导体电路制造工艺等中所需求的清洁的真空环境而利用。例如在专利文献1中，记载有溅射装置等多个生产装置通过LAN连接在中央处理 计算机的生产管理系统。各生产装置中设有低温泵。而且，将与生产装置的网络另外独立 的网络构筑于多个低温泵和保养管理用计算机之间。由此，统一进行多个低温泵的保养或 管理。专利文献1 日本特开平6-301617号公报然而，上述的生产管理系统需要重新设置保养管理用计算机的同时，重新构筑另 外的网络，所以导致系统的成本增加。并且，因为是与生产装置的网络的分开的网络，所以 结果，只能与生产装置独立地记录并管理低温泵的运行状态。

发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种例如利用已有的低温泵控制装置来实现适合于 安装低温泵的真空装置的低温泵运行状态监视的低温泵及其监控方法。本发明的一种形态的低温泵为从进行真空处理的真空装置的真空腔排放气体的 低温泵，具备1级低温板、将1级低温板控制在目标温度的控制单元、与1级低温板的温度 联动而冷却至比1级低温板更低温的2级低温板。所述控制单元在对所述目标温度的控制 中进行第1判定和第2判定，所述第1判定判定2级低温板是否升温至警戒温度以上，所述 警戒温度被设定为比在所述真空装置中设定的2级低温板上限温度低的温度；所述第2判 定判定2级低温板是否在将所述警戒温度作为上限设定的温度范围持续设定时间以上地 被升温。根据该形态，实际的低温板温度到达真空装置中的低温板上限温度设定值之前， 就能够在低温泵中预先察觉。通过在适合真空装置的设定的监控条件下监控低温泵，能够 将真空装置的突发性故障时间的发生抑制在最小限度。并且，能够将低温泵对真空工艺带 来恶劣影响的可能性抑制在最小限度。所述温度范围的下限也可以被设定为比保证所述真空处理正常进行的温度带高 的温度。所述控制单元也可以在对所述目标温度的控制中进行第3判定判定排气运行中 的2级低温板温度从在所述低温泵的启动最初测量的2级低温板的最低到达温度偏离的状 态是否持续比所述设定时间更长地设定的持续时间以上。判定排气运行中的2级低温板温度是否从所述最低到达温度偏离的基准温度，也 可以被设定为比所述温度范围的下限低的温度。
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所述持续时间也可以比所述真空装置的烘烤处理所需的时间更长地设定。还可以具备冷冻机，所述冷冻机反复热循环而产生冷冻，冷却1级低温板及2级低 温板。所述控制单元也可以利用2级低温板温度来进行第3判定，所述2级低温板温度是 在以比所述真空装置的烘烤处理中设想的冷冻机的运行频率更低的频率运行冷冻机时测
量的温度。本发明的另一形态是低温泵的监控方法。该方法是对进行真空处理的真空装置进 行排气的低温泵的监控方法，判定在将高温低温板控制在目标温度的调温控制中，与该高 温低温板联动而冷却的低温低温板的温度是否接近在所述真空装置中设定的低温低温板 上限温度，当在判定为所述调温控制中所述低温低温板的温度未接近所述上限温度时，判 定所述低温低温板的温度是否从保证所述真空处理正常进行的温度带持续地脱离。也可以判定低温低温板温度从所述低温泵的低温低温板最低到达温度偏离的状 态是否超过低温低温板温度的从所述温度带的持续性脱离的判定基准时间而长期地持续。发明的效果根据本发明，可以实现适合于安装低温泵的真空装置的低温泵运行状态的监视。


图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵的剖视图。图2是有关本实施方式所涉及的低温泵的控制方块图。图3是用于说明本实施方式所涉及的监控处理的一例的流程图。 图中10-低温泵，12-冷冻机，14-板结构体，16-热护罩，22-第1冷却台，23-第1 温度传感器，24-第2冷却台，25-第2温度传感器，26-冷冻机用电动机，28-闭塞部，31-开 口部，32-挡板，40-压缩机，43-第1压力传感器，45-第2压力传感器，60-压缩机用电动 机，100-CP控制器。
具体实施例方式首先，说明在以下说明的本发明所涉及的实施方式的概要。在本发明所涉及的一 实施方式中，低温泵的控制单元以具有互不相同的时间幅度的多个监控条件为基础监控低 温泵的运行状态。控制单元例如也可以并用以短期性时间幅度监控运行状态的第1监控条 件、以中期性时间幅度监控运行状态的第2监控条件以及以长期性时间幅度监控运行状态 的第3监控条件监控低温泵。在此，监控条件例如是指低温板温度超过基准而升温的状态 持续预定时间以上。在短期性监控条件中，也可以判定为监控条件在到达该基准的时刻成 立。也可以随着监控条件的时间幅度变长而严加对运行状态的制约(例如温度基准)。例 如，也可以将第2监控条件中的判定基准温度设定为比第1监控条件中的判定基准温度低 的温度，并将第3监控条件中的判定基准温度比第2监控条件设定为进一步更低温。通过 这样阶段性地设定监控条件，可以精度良好地察觉低温泵运行状态从标准状态的偏离。低温泵可以具备分别冷却至不同温度的多个低温板，例如也可以具备低温低温板 和高温低温板。控制单元将低温低温板及高温低温板中的一方控制在目标温度的同时，还 可以用上述的监控条件监控另一方的低温板的状态。代替直接测量低温板温度，例如调整低温板温度的加热器附设在低温板时，也可以将对加热器的控制指令值(例如电流)小于基准的状态的持续设为监控条件。或者，代 替低温板温度，也可以将冷冻机的运行频率超过基准的状态的持续设为监控条件。控制单元可以预先存储多个监控条件的至少1个为成立，也可以在成立时刻输出 警告。这是因为监控条件成立时，存在低温泵的性能劣化的忧虑。由此，控制单元也可以设 为在多个监控条件的至少1个成立时，判断为低温泵的性能劣化，推荐低温泵的维修。在一实施方式中，低温泵的控制单元控制低温板的温度，以使将真空腔等的排放 对象容量排放至目标真空度。该控制单元向热连接在低温板的冷冻机赋予运行指令，以使 低温板的实际温度追随目标温度。冷冻机通过吸入工作气体在内部膨胀而排出的热循环来 产生冷冻。控制单元例如将冷冻机的热循环的频率设为运行指令。此时，控制单元决定热循 环的频率的指令值供给给冷冻机，以使低温板的实际温度追随目标温度。由此，在正常时， 冷冻机根据该频率指令值运行。冷冻机包含为了周期性地反复工作气体的吸入和排出而周期性地切换工作气体 的通道的通道切换机构。通道切换机构例如包含阀部和驱动阀部的驱动部。阀部例如为旋 转阀，驱动部为用于使旋转阀旋转的电动机。电动机例如可以为AC电动机或DC电动机。并 且，通道切换机构也可以为由直线电动机驱动的直动式机构。控制单元代替决定热循环频率的指令值，也可以决定电动机转速的指令值。在将 电动机的旋转输出直接传递给阀部的所谓直接传动方式时，电动机转速和热循环频率相一 致。在电动机通过包括减速机等动力传递机构连结在阀部时，电动机转速和热循环频率具 有一定的关系。此时，控制单元将对应于为使低温板温度追随目标温度而所需的热循环频 率的电动机转速作为指令值决定并供给给冷冻机。并且，当冷冻机具备包括直线电动机的 直动式通道切换机构时，控制单元将对应于为使低温板温度追随目标温度而所需的热循环 频率的直线电动机的往复移动的频率作为指令值决定并供给给冷冻机。另外，以下为了方 便说明，有时将旋转电动机的转速及直线电动机的往复移动频率统称为电动机的运行频 率。在一实施方式中，低温泵安装在真空装置的真空腔，并从真空腔排放气体。真空装 置为进行所希望的真空处理的装置，例如包括溅射装置，CVD装置，真空蒸镀装置等的成膜 装置，或需要真空环境的其他半导体制造装置。在包含真空装置的设备制造系统中，真空装 置通常为上一级的装置，低温泵被看作为比该装置下一级的装置。与低温泵的控制单元不同，在真空装置通常设有用于执行并管理所希望的真空工 艺的控制器。真空装置的控制器和低温泵的控制单元也可以通过适当的接口或网络可通信 地连接。但是，为了使真空装置的控制器直接控制低温泵的运行，通常不这样构成。然而，为了在低温泵的低温板温度异常地升温时显示警告，或为了中止真空工艺， 也可以在真空装置的控制器设定低温板温度的极限值。在真空装置中设定的板极限温度例 如为设想为在低温泵产生异常的情况很明显的温度。由此，只要未达到该板极限温度，真空 装置就可以认为是低温泵正常运行。真空装置的控制装置从低温泵接收板温度的输入，判定输入温度是否超过了极限 温度。超过极限温度时，或输出警告，或者中止执行中的真空工艺。向板极限温度的升温的 同时中止真空工艺时，突发性地发生真空装置的故障时间。这种故障时间的突发性发生妨 碍预定的工艺执行进程，所以不优选。因此，优选在低温泵搭载监控功能或自我判断功能来监控低温泵运行状态。在一实施方式中，低温泵的控制单元也可以在将高温低温板控制在目标温度的调 温控制中，判定与该高温低温板联动而被冷却的低温低温板的温度是否接近在真空装置中 设定的低温低温板上限温度。具体而言，例如可以判定低温板是否升温至比在真空装置中 设定的低温板的上限温度设定为更低温的警戒温度以上。控制单元可以在低温板升温至警 戒温度以上时输出警告并将警告显示在附带的显示部上。这样就可以在低温泵中事先察觉低温板实际温度有可能到达真空装置中的低温 板上限温度设定值。这样，例如在下次维修中就能够恰当地处理。以这样适合真空装置的设 定的监控条件监控低温泵，由此可将真空装置的故障时间的突发性发生抑制在最小限度。并且，低温泵的控制单元可以在高温低温板的调温控制中判定低温低温板的温度 是否从保证真空处理正常进行的温度带(以下也称为“真空工艺保证温度带”)持续地脱 离。例如，也可以在将上述的警戒温度作为上限设定的温度范围持续设定时间以上而判定 低温低温板是否升温。由此，警戒温度比真空工艺保证温度带设定为更高温。真空工艺是否正常进行并非仅依赖于低温板温度，例如依赖于腔内压力、腔内温 度、工艺气体流量、放电电流、成膜材料等多种多样的参数。低温板温度与其他主要因素相 比，反而还有可能不会对工艺带来主要的影响。因此，即使低温板温度从工艺保证温度带脱 离也未必直接在工艺上产生异常。然而，低温板温度从工艺保证温度带持续地脱离时，也无 法否定产生某种程度的影响的可能性。通过在适合低温泵进行排气运行的真空工艺的监控 条件下监控低温泵，可将低温泵对真空工艺带来不好影响的可能性抑制在最小限度。并且，低温泵的控制单元也可以在高温低温板的调温控制中判定低温低温板温度 从低温低温板最低到达温度偏离的状态是否长期持续。例如，控制单元也可以判定排气运 行中的低温低温板温度从在低温泵的启动最初测量的低温低温板的最低到达温度偏离的 状态是否持续预定的持续时间以上。判定排气运行中的低温低温板温度是否从启动最初的 最低到达温度偏离的基准温度也可以在真空工艺保证温度带设定。低温低温板温度容纳在真空工艺保证温度带是正常的状态。然而，低温板的最低 到达温度因低温泵的个体差异存在某种程度的偏差。随着低温泵的累积运行时间变长，最 低到达温度与启动最初相比有缓慢上升的倾向。当启动最初的最低到达温度为低温时，可 以期待低温板温度长期停留在真空工艺保证温度带，所以优选。但是，即使低温低温板温度 处于正常范围内，从最初的最低到达温度的偏离扩大时，低温泵的经年劣化也有可能正在 进行。因经年劣化的进行，故障发生的风险也变大。通过监控低温低温板温度的从启动最初 最低到达温度的偏离，能够在对真空工艺的恶劣影响明显化之前促使确认低温泵的状态。以下，参照附图，对用于实施本发明的优选方式进一步详细地说明。图1是示意地 表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵10的剖视图。低温泵10例如安装在离子注入装置或溅射装置等真空腔80，为了将真空腔80内 部的真空度提高到所希望的工艺所需求的水平而使用。例如，实现10_5Pa至10_8Pa左右的 高的真空度。 低温泵10具备冷却至第1冷却温度水平的第1低温板和冷却至比第1冷却温度水 平低温的第2冷却温度水平的第2低温板。第1低温板中，在第1冷却温度水平下蒸汽压力 低的气体通过凝结而被捕捉后排放。例如，排放蒸汽压力低于基准蒸汽压力(例如I(T8Pa)的气体。第2低温板中，在第2冷却温度水平下蒸汽压力低的气体通过凝结而被捕捉后排 放。在第2低温板中，因蒸汽压力高，所以为了捕捉即使在第2冷却温度水平下也不凝结的 非凝结性气体，在表面形成吸附区域。吸附区域例如通过在板表面设置吸附剂来形成。非 凝结性气体吸附在冷却至第2冷却温度水平的吸附区域而排放。图1所示的低温泵10具备冷冻机12、板结构体14、热护罩16。板结构体14包括 多个低温板，这些板通过冷冻机12冷却。在板表面形成用于将气体通过凝结或吸附来捕捉 并排放的超低温面。在低温板的表面(例如背面)通常设有用于吸附气体的活性炭等的吸 附剂。低温泵10是所谓纵型低温泵。纵型低温泵是指沿着热护罩16的轴向插入冷冻机 12而配置的低温泵。另外，本发明同样可以应用于所谓的卧式低温泵。卧式低温泵是指在 与热护罩16的轴向交叉的方向(通常为正交方向)插入冷冻机的第2级冷却台而配置的
低温栗ο冷冻机12是吉福德-麦克马洪式冷冻机(所谓GM冷冻机)。并且，冷冻机12为 2级式冷冻机，具有第1级缸18、第2级缸20、第1冷却台22、第2冷却台24以及冷冻机用 电动机26。第1级缸18和第2级缸20串联连接，分别内置有相互连结的第1级置换器及 第2级置换器(未图示)。第1级置换器及第2级置换器的内部组装有蓄冷材料。另外，冷 冻机12可以是除2级GM冷冻机以外的冷冻机，例如可以使用单级GM冷冻机，也可以使用 脉冲管冷冻机。第1级缸18的一端设有冷冻机用电动机26。冷冻机用电动机26设在形成于第1 级缸18的端部的电动机用壳体27的内部。冷冻机用电动机26连接在第1级置换器及第2 级置换器，以使第1级置换器及第2级置换器各自能够在第1级缸18及第2级缸20的内 部往复移动。并且，冷冻机用电动机26为了使设在电动机用壳体27的内部的可动阀(未 图示)能够正反旋转而连接在该阀。第1冷却台22设在第1级缸18的第2级缸20侧的端部即第1级缸18和第2级 缸20的连结部。并且，第2冷却台24设在第2级缸20的末端。第1冷却台22及第2冷 却台24例如以钎焊分别固定在第1级缸18及第2级缸20。压缩机40通过高压配管42及低压配管44连接在冷冻机12。在高压配管42及低 压配管44分别设有用于测量工作气体的压力的第1压力传感器43及第2压力传感器45。 另外，代替在高压配管42及低压配管44分别设置压力传感器，也可以设置连通高压配管42 和低压配管44的通道，并将测量高压配管42和低压配管44的压差的压差传感器设置在其 连通通道。冷冻机12使由压缩机40供给的高压的工作气体(例如氦等)在内部膨胀并在第 1冷却台22及第2冷却台24产生冷冻。压缩机40回收由冷冻机12膨胀的工作气体，且再 次加压而供给给冷冻机12。具体而言，首先从压缩机40通过高压配管42向冷冻机12供给高压的工作气体。 此时，冷冻机用电动机26在连通高压配管42和冷冻机12的内部空间的状态下驱动电动机 用壳体27内部的可动阀。若冷冻机12的内部空间由高压的工作气体填满，则通过冷冻机 用电动机26切换可动阀而冷冻机12的内部空间连通至低压配管44。由此，工作气体膨胀 而回收至压缩机40。与可动阀的动作同步，第1级置换器及第2级置换器各自在第1级缸18及第2级缸20的内部往复移动。通过反复这种热循环，冷冻机12在第1冷却台22及第 2冷却台24产生冷冻。并且，在压缩机40中反复将从冷冻机12排出的工作气体压缩为高 压而送出至冷冻机12的压缩循环。第2冷却台24比第1冷却台22冷却至更低温。第2冷却台24例如冷却至IOK 至20K左右，第1冷却台22例如冷却至80K至100K左右。在第1冷却台22安装有用于测 量第1冷却台22的温度的第1温度传感器23，在第2冷却台24安装有用于测量第2冷却 台24的温度的第2温度传感器25。在冷冻机12的第1冷却台22以热连接的状态固定热护罩16，在冷冻机12的第2 冷却台24以热连接的状态固定有板结构体14。因此，热护罩16冷却至与第1冷却台22同 程度的温度，板结构体14冷却至与第2冷却台24同程度的温度。热护罩16为了从周围的辐射热保护板结构体14及第2冷却台24而设置。热护 罩16形成为在一端具有开口部31的圆筒状的形状。开口部31由热护罩16的筒状侧面的 端部内面划分。另一方面，与热护罩16的开口部31相反的一侧即泵底部侧的另一端形成有闭塞 部28。闭塞部28由在热护罩16的圆筒状侧面的泵底部侧端部中朝向径向内侧延伸的法兰 部形成。图1所示的低温泵10为纵型低温泵，所以该法兰部安装在冷冻机12的第1冷却 台22。由此，在热护罩16内部形成圆柱状的内部空间30。冷冻机12沿着热护罩16的中 心轴向内部空间30突出，第2冷却台24成为插入在内部空间30的状态。另外，在卧式低温泵时，闭塞部28通常完全闭塞。冷冻机12从形成于热护罩16 的侧面的冷冻机安装用的开口部沿着与热护罩16的中心轴正交的方向向内部空间30突出 而配置。冷冻机12的第1冷却台22安装在热护罩16的冷冻机安装用开口部，冷冻机12 的第2冷却台24配置在内部空间30。在第2冷却台24安装板结构体14。由此，板结构体 14配置在热护罩16的内部空间30。板结构体14也可以通过适当形状的板安装部件安装 在第2冷却台24。另外，热护罩16的形状不限于圆筒形状，也可以是角筒形或椭圆形等任何剖面的 筒形。典型的热护罩16的形状成为类似泵壳34的内面形状的形状。并且，热护罩16也可 以无需构成为如图示的一体的筒状，可以构成为由多个部件作为整体而形成筒状的形状。 这些多个部分也可以相互具有间隔而配置。并且，热护罩16的开口部31设有挡板32。挡板32与板结构体14向热护罩16的 中心轴方向隔着间隔而设置。挡板32安装在热护罩16的开口部31侧的端部，冷却至与热 护罩16同程度的温度。挡板32从真空腔80侧观察时例如可以形成为同心圆状，或者也可 以形成为格子状等其他形状。另外，挡板32和真空腔80之间设有闸阀(未图示)。该闸阀 例如在再生低温泵10时被关闭，通过低温泵10对真空腔80排气时被打开。热护罩16、挡板32、板结构体14、以及冷冻机12的第1冷却台22及第2冷却台 24容纳在泵壳34的内部。泵壳34串联连接直径不同的2个圆筒而形成。泵壳34的大直 径的圆筒侧端部被打开，与真空腔80的连接用的法兰部36向径向外侧延伸而形成。并且， 泵壳34的小直径的圆筒侧端部固定在冷冻机12的电动机用壳体27。低温泵10通过泵壳 34的法兰部36气密固定在真空腔80的排放用开口，形成与真空腔80的内部空间一体的气 密空间。
泵壳34及热护罩16均形成为圆筒状，且在同轴配设。泵壳34的内径稍微超过热 护罩16的外径，所以热护罩16在与泵壳34的内面之间具有若干间隔而配置。图2是有关本实施方式所涉及的低温泵10的控制方块图。附随低温泵10设有用 于控制低温泵10及压缩机40的低温泵控制器(以下也称为CP控制器)100。CP控制器100 具备执行各种运算处理的CPU、存储各种控制程序的ROM、作为用于数据存储或程序执行的 工作区利用的RAM、输入输出接口、存储器等。CP控制器100可以与低温泵10 —体构成，也 可以与低温泵10另外构成而连接为可相互通信。另外，图1及图2中示出分别具备1台低温泵10及压缩机40的真空排放系统，但 本实施方式中也可以构成分别具备多台低温泵10及压缩机40的真空排放系统。因此，CP 控制器100也可以构成为可连接多个低温泵10及压缩机40。在CP控制器100连接有测量冷冻机12的第1冷却台22的温度的第1温度传感 器23及测量冷冻机12的第2冷却台24的温度的第2温度传感器25。第1温度传感器23 周期性地测量第1冷却台22的温度，将表示测量温度的信号输出至CP控制器100。第2温 度传感器25周期性地测量第2冷却台24的温度，将表示测量温度的信号输出至CP控制器 100。第1温度传感器23及第2温度传感器25的测量值以预定时间间隔输入到CP控制器 100，存储保持在CP控制器100的预定的存储区域。并且，在CP控制器100连接有测量压缩机40的排出侧即高压侧的工作气体压力 的第1压力传感器43及测量压缩机40的吸入侧即低压侧的工作气体压力的第2压力传感 器45。第1压力传感器43例如周期性地测量高压配管42中的压力，将表示测量压力的信 号输出至CP控制器100。第2压力传感器45例如周期性地测量低压配管44的压力，将表 示测量压力的信号输出至CP控制器100。第1压力传感器43及第2压力传感器45的测量 值以预定时间间隔输入到CP控制器100，存储保持在CP控制器100的预定的存储区域。CP控制器100可通信地连接在冷冻机用频率转换器50。并且，冷冻机用频率转换 器50和冷冻机用电动机26可通信地连接。CP控制器100向冷冻机用频率转换器50发送 控制指令。冷冻机用频率转换器50包括冷冻机用变频器52而构成。冷冻机用频率转换器 50从冷冻机用电源54接收规定的电压及频率的电力的供给，根据从CP控制器100发送的 控制指令调整电压及频率并供给到冷冻机用电动机26。并且，CP控制器100可通信地连接在压缩机用频率转换器56。并且，压缩机用频 率转换器56和压缩机用电动机60可通信地连接。CP控制器100向压缩机用频率转换器 56发送控制指令。压缩机用频率转换器56包括压缩机用变频器58而构成。压缩机用频率 转换器56从压缩机用电源62接收规定的电压及频率的电力的供给，根据从CP控制器100 发送的控制指令调整电压及频率并供给到压缩机用电动机60。另外，在图2所示的实施方 式中，冷冻机用电源54及压缩机用电源62分别地设在冷冻机12及压缩机40的各个，但也 可以在冷冻机12及压缩机40设置共同的电源。CP控制器100根据低温板的温度控制冷冻机12。CP控制器100向冷冻机12赋 予运行指令，以使低温板的实际温度追随目标温度。例如，CP控制器100通过反馈控制对 冷冻机用电动机26的运行频率进行控制，以使第1级低温板的目标温度和第1温度传感器 23的测量温度的偏差最小化。第1级低温板的目标温度例如根据在真空腔80中进行的工 艺作为规格而规定。此时，冷冻机12的第2冷却台24及板结构体14冷却至根据冷冻机12的规格及来自外部的热负载规定的温度。CP控制器100例如决定冷冻机用电动机26的运 行频率(例如电动机的转速)，以使第1级低温板的实际温度与目标温度一致，并向冷冻机 用变频器52输出电动机运行频率的指令值。另外，CP控制器100也能够控制冷冻机用电 动机26的运行频率，以使第2级低温板的实际温度与目标温度一致。由此，第1温度传感器23的测量温度比目标温度高温时，CP控制器100向冷冻机 用频率转换器50输出指令值，以使增加冷冻机用电动机26的运行频率。与电动机运行频 率的增加联动，冷冻机12的热循环的频率也增加，冷冻机12的第1冷却台22朝向目标温 度冷却。相反，第1温度传感器23的测量温度比目标温度低温时，冷冻机用电动机26的运 行频率减少，冷冻机12的第1冷却台22朝向目标温度升温。通常，第1冷却台22的目标温度设定为一定值。由此，CP控制器100在对低温泵 10的热负载增加时输出指令值，以使增加冷冻机用电动机26的运行频率，在对低温泵10的 热负载减少时输出指令值，以使减少冷冻机用电动机26的运行频率。另外，可以使目标温 度适当地变动，例如可以依次设定低温板的目标温度，以使设为目标的气氛压力实现为排
放对象容量。典型的低温泵中，热循环的频率始终为一定。设定为以比较大的频率运行，以使能 够从常温急剧冷却至泵动作温度，来自外部的热负载较小时通过加热器加热来调整低温板 的温度。由此，导致消耗电力变大。与此相反，在本实施方式中，根据对低温泵10的热负载 控制热循环频率，所以能够实现节能性优异的低温泵。并且，无需设置加热器也有助于消耗 电力的降低。并且，CP控制器100控制由压缩机40执行的压缩循环的频率，以使压缩机40的出 入口间的压差(以下有时也称为压缩机压差)维持在目标压力。例如，CP控制器100通过 反馈控制对压缩循环频率进行控制，以使压缩机40的出入口间的压差设为一定值。具体而 言，CP控制器100从第1压力传感器43及第2压力传感器45的测量值求出压缩机压差。 CP控制器100决定压缩机用电动机60的运行频率(例如电动机的转速)且向压缩机用频 率转换器56输出电动机运行频率的指令值，以使压缩机压差与目标值一致。通过这种压差一定控制实现进一步的消耗电力的降低。对低温泵10及冷冻机12 的热负载较小时，通过上述的低温板温度控制冷冻机12中的热循环频率变小。若这样，冷 冻机12中所需的工作气体流量变小，所以压缩机40的出入口间压差将要扩大。但是，在本 实施方式中控制压缩机用电动机60的运行频率且调整压缩循环频率，以使压缩机压差设 为一定。由此，此时压缩机用电动机60的运行频率变小。从而，如典型的低温泵，与将压缩 循环始终设为一定时相比能够降低消耗电力。另一方面，对低温泵10的热负载变大时，压缩机用电动机60的运行频率及压缩循 环频率也增加，以使压缩机压差设为一定。因此，能够充分确保对冷冻机12的工作气体流 量，所以能够将从起因于热负载的增加的低温板温度的目标温度的偏离抑制在最小限度。以下说明根据以上结构的低温泵10的动作。低温泵10工作时，首先在其工作之 前利用其他适当的低真空泵将真空腔80内部低真空至IPa左右。之后使低温泵10工作。 通过冷冻机12的驱动冷却第1冷却台22及第2冷却台24，热连接于它们的热护罩16、挡 板32、板结构体14也被冷却。冷却的挡板32冷却从真空腔80向低温泵10内部飞来的气体分子，使在其冷却温
10度下蒸汽压力充分变低的气体(例如水分等)凝结在表面而排放。在挡板32的冷却温度 下蒸汽压力未充分变低的气体通过挡板32进入热护罩16内部。进入的气体分子中在板结 构体14的冷却温度下蒸汽压力充分变低的气体(例如氩等)，凝结在板结构体14的表面而 排放。在其冷却温度下蒸汽压力也未充分变低的气体(例如氢等)通过粘结并冷却在板结 构体14的表面的吸附剂吸附而排放。这样，低温泵10能够使真空腔80内部的真空度到达 所希望的水平。图3是用于说明本实施方式所涉及的监控处理的一例的流程图。图3所示的处理 在低温泵10的运行中以预定的周期通过CP控制器100反复执行。总而言之，CP控制器100 在监控开始条件成立期间、第1至第3的监控条件中任意一个成立时输出警告。在图3所 示的处理中，串行依次判定第1至第3监控条件，但可以任意更换判定的顺序，也可以并行 判定各监控条件。并且，也可以省略第1至第3监控条件的任意一个。例如，也可以省略第 3监控条件且CP控制器100判定第1及第2监控条件。相反，也可以省略第1及第2监控 条件且CP控制器100仅判定第3监控条件。CP控制器100首先判定监控开始条件是否成立(SlO)。在此，监控开始条件就是 低温泵10的动作模式为Tl温度控制中。当低温泵10进行真空腔80的排气运行时，通常 成为Tl温度控制模式。Tl温度控制是指如上述控制冷冻机12，以使第1级低温板(即热 护罩16)的温度Tl控制在第1级目标温度。当判定为监控开始条件不成立时(S10的N)， CP控制器100不进行低温泵运行状态的监视而结束处理。由此，例如当低温泵10处于停止 状态时、低温泵10为再生运行中时，CP控制器100不进行低温泵10的监控处理。低温泵10的工作开始时，首先在降温工序中运行，并从降温工序转移到排气运 行。优选在降温工序中急速冷却低温板。因此，CP控制器100也可以设为在降温工序中执 行T2温度控制，当第2级低温板冷却至第2级目标温度附近时切换到Tl温度控制。T2温 度控制是指将第2级低温板(即板结构体14)冷却至第2级目标温度的控制。此时，在向 Tl温度控制的切换时，有时第1级低温板比第1级目标温度冷却至更低温。由此，CP控制 器100也可以将监控开始条件设为Tl温度控制中且从向Tl温度控制的切换经过预定的等 待时间。该等待时间例如设定为第1级低温板温度向第1级目标温度附近稳定化为止所需 的时间即可。另外，以下有时将该等待时间经过且作为Tl温度控制中的状态称为“Tl稳定 状态”。当判定为监控开始条件成立时(S10的Y)，CP控制器100判定第1监控条件是否 成立(S12)。第1监控条件是第2级低温板温度上升至警戒温度。警戒温度与设定在安装 有低温泵10的真空装置的异常判定温度联动而决定。警戒温度设定为低温，以使真空装置 中的异常判定温度取适当的界限。例如，真空装置中的异常判定温度为20K时，警戒温度设 定为18K。当判定为第1监控条件成立时(S12的Y)，CP控制器100输出警告(S18)。若这 样，CP控制器100在低温板温度上升至真空装置中的低温板上限温度之前就能够察觉向上 限温度的接近。当判定为第1监控条件不成立时(S12的N)，CP控制器100判定第2监控条件是 否成立(S14)。当判定为第2监控条件成立时(S14的Y)，CP控制器100输出警告(S18)。第2监控条件是第2级低温板温度在需要注意温度范围持续设定时间以上而升 温。CP控制器100当在此次监控处理中第2级低温板温度重新升温至需要注意温度范围时开始计时。CP控制器100在下次以后的监控处理中判定第2级低温板温度是否停留在需要 注意温度范围，当停留时判定经过时间是否超过了设定时间。在超过了设定时间时，CP控 制器100判定为第2监控条件成立。在下次以后的监控处理中第2级低温板温度比需要注 意温度范围恢复至更低温时，重新设定经过时间的计数，判定为第2监控条件不成立。设定时间设定为例如数十分至数小时左右。需要注意温度范围是将警戒温度设为 上限并将注意温度设为下限的温度范围。注意温度例如设定为保证真空工艺正常进行的工 艺保证温度带的上限值以上。注意温度例如为12K至15K。另外，若低温板温度比工艺保证 温度带更高温，则未必一定马上产生异常。在此，注意温度也可以包含在保证低温泵10的排放性能的性能保证温度范围。 即，低温泵10即使在第2级低温板的温度升温至注意温度的状态下也能够提供规格中规定 的排放性能。通过将注意温度如上述适合真空工艺而设定，在低温泵10本身为正常运行状 态时也能够促使恰当的维修。其结果能够将低温泵对真空工艺带来恶劣影响的可能性抑制 在最小限度。当判定为第2监控条件不成立时(S14的N)，CP控制器100判定第3监控条件是 否成立(S16)。第3监控条件是相对低温泵10的启动最初的第2级低温板最低到达温度的 最近的第2级低温板最低到达温度的增量超过经时劣化判定阈值的状态长期持续。当判定 为第3监控条件成立时(S16的Y)，CP控制器100输出警告(S18)。当判定为第3监控条 件不成立时(S16的N)，CP控制器100无需输出警告而结束监控处理。CP控制器100预先存储好启动最初的最低到达温度(以下也称为“初始最低到达 温度” )。CP控制器100在低温泵10的启动最初的Tl稳定状态下，当冷冻机12的运行频 率小于基准值时多次测量第2级低温板温度，将最低温度作为最低到达温度存储。另外，也 可以将低温泵10设置在真空装置而开始启动之后(例如1周左右)设为不测量最低到达 温度的期间，并且之后测量一定期间(例如1周左右)。冷冻机12的运行频率大时，存在来自外部的热负载为较大的状态的忧虑，所以能 够预想低温板温度不会变低至那种程度。由此，为了获得真正的最低到达温度，优选在冷冻 机12的运行频率小于基准值时测量。该运行频率基准值可以设为在真空工艺中的排气运 行时(或者无负载运行时)设想的最大运行频率，也可以设为在该最大运行频率加上适当 边缘的值。换而言之，宗旨是在真空装置中执行烘烤处理时不测量最低到达温度。由于在 烘烤处理中真空装置被加热，所以存在冷冻机的运行频率变大的倾向。另外，此处的烘烤处 理不仅为加热真空腔而排放吸留的气体等的处理，也可以包括将真空装置保持在温暖状态 的所谓怠速烘烤。并且，CP控制器100在与初始最低到达温度的测量条件同样的条件下测量排气运 行中的最低到达温度。即，在Tl稳定状态下冷冻机12的运行频率小于基准值时，测量并存 储第2级低温板温度。CP控制器100在此次的监控处理中，对初始最低到达温度的测量最 低到达温度的增加量超过经时劣化判定阈值时开始计时。CP控制器100在下次以后的监 控处理中判定最近的测量最低到达温度的增加量是否继续超过经时劣化判定阈值，超过时 判定经过时间是否超过经时劣化判定时间。在超过判定时间时，CP控制器100判定为第3 监控条件成立。在下次以后的监控处理中测量最低到达温度的增加量恢复到不足判定阈值 时，重新设定经过时间的计数，判定为第3监控条件不成立。
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在此，在初始最低到达温度加上经时劣化判定阈值而获得的经时劣化判定温度可 以包含于真空工艺保证温度带，也可以包含于保证低温泵10的排放性能的性能保证温度 范围。即，即使第2级低温板的最近的最低到达温度增加到经时劣化判定温度，在该时刻真 空工艺通过低温泵10也不受任何影响，并且低温泵10能够提供规格上的排放性能。经时 劣化判定阈值经验性或实验性地适当设定即可，例如可以设为2K至5K。初始最低到达温度反映每一个低温泵10的个体差。这是因为每个低温泵10在对 真空装置的设置及启动开始后进行测量。其低温泵10的性能越良好初始最低到达温度越 成为低温。随着低温泵的累积运行时间变长，存在最低到达温度缓慢上升的倾向。因此，越 是良好的低温泵，最低到达温度从初始最低到达温度的偏离增加而升温至上述的需要注意 温度范围为止，越是长期运行。若从初始最低到达温度的偏离变大，则可认为低温泵10的经时劣化正在进行。这 种情况下还存在如下忧虑因经时劣化的蓄积，最坏时无法从基于真空装置的控制器的真 空工艺的监视得到任何前兆而在低温泵10上突发性地发生异常。若在低温泵10上发生异 常，则导致真空装置的故障时间，所以不优选。然而，通过使用上述的第3监控条件监控低 温泵10，能够检测从初始最低到达温度的偏离扩大。由此，在对真空工艺的恶劣影响明显化 之前、或者在真空装置发生突发性故障时间之前，就能够促使低温泵的维修，所以优选。并且，经时劣化判定时间例如优选为长于第2监控条件的设定时间，更优选为长 于真空装置的烘烤处理所需的时间。通过将经时劣化判定时间设为长于烘烤处理所需的时 间，能够避免将烘烤处理中的基于热量输入的升温错误判定为基于经时劣化的温度上升。 另外，将经时劣化判定时间设为短于烘烤处理所需的时间时，CP控制器100也可以在第3监 控条件连续并多次成立时设为真正产生经时劣化而输出警告。
权利要求
一种低温泵，从进行真空处理的真空装置的真空腔排放气体，其特征在于，具备1级低温板；控制单元，将1级低温板控制在目标温度；2级低温板，与1级低温板的温度联动而比1级低温板被冷却至更低温，所述控制单元在对所述目标温度的控制中进行第1判定和第2判定，所述第1判定判定2级低温板是否被升温至警戒温度以上，所述警戒温度被设定为比在所述真空装置中设定的2级低温板上限温度低的温度，所述第2判定判定2级低温板是否在将所述警戒温度作为上限而设定的温度范围持续设定时间以上地被升温。
2.如权利要求1所述的低温泵，其特征在于，所述温度范围的下限被设定为比保证所述真空处理正常进行的温度带高的温度。
3.如权利要求1所述的低温泵，其特征在于，所述控制单元在对所述目标温度的控制中进行第3判定判定排气运行中的2级低温 板温度从在所述低温泵的启动最初测量的2级低温板的最低到达温度偏离的状态是否持 续比所述设定时间更长地设定的持续时间以上。
4.如权利要求3所述的低温泵，其特征在于，判定排气运行中的2级低温板温度是否从所述最低到达温度偏离的基准温度，被设定 为比所述温度范围的下限低的温度。
5.如权利要求3所述的低温泵，其特征在于，所述持续时间被设定为比所述真空装置的烘烤处理所需的时间长。
6.如权利要求3所述的低温泵，其特征在于，还具备冷冻机，所述冷冻机反复热循环而产生冷冻，冷却1级低温板及2级低温板，所述控制单元利用2级低温板温度来进行第3判定，所述2级低温板温度是在以比所 述真空装置的烘烤处理中设想的冷冻机的运行频率更低的频率运行冷冻机时测量的温度。
7.—种低温泵的监控方法，所述低温泵对进行真空处理的真空装置进行排气，其特征 在于，判定在将高温低温板控制在目标温度的调温控制中，与该高温低温板联动而被冷却的 低温低温板的温度是否接近在所述真空装置中设定的低温低温板上限温度，当判定为在所述调温控制中所述低温低温板的温度未接近所述上限温度时，判定所述 低温低温板的温度是否从保证所述真空处理正常进行的温度带持续地脱离。
8.如权利要求7所述的低温泵的监控方法，其特征在于，判定低温低温板温度从所述低温泵的低温低温板最低到达温度偏离的状态，是否超过 低温低温板温度从所述温度带持续性脱离的判定基准时间而长期地持续。
全文摘要
本发明提供一种低温泵及低温泵的监控方法，其实现适合于安装低温泵的真空装置中的真空处理的运行状态的监视。控制单元在对1级低温板的目标温度的控制中进行第1判定和第2判定，所述第1判定判定2级低温板是否升温至比在真空装置中设定的2级低温板上限温度设定为低的温度的警戒温度以上，所述第2判定判定2级低温板是否在将警戒温度作为上限设定的温度范围持续设定时间以上地被升温。控制单元也可以在对目标温度的控制中进行第3判定判定排气运行中的2级低温板温度从在低温泵的启动最初测量的2级低温板的最低到达温度偏离的状态是否持续比设定时间更长地设定的持续时间以上。
文档编号F04B49/00GK101956690SQ20101022972
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月13日 优先权日2009年7月16日
发明者木村敏之 申请人:住友重机械工业株式会社