(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クライオパネルの冷却運転と該クライオパネルの再生のための昇温運転とを行うための冷凍機を備えるクライオポンプと、該冷凍機に作動気体を供給するための圧縮機と、を備えるクライオポンプシステムであって、
前記圧縮機は、作動気体を昇圧する圧縮機本体と、昇圧された作動気体を前記冷凍機へと送出する吐出ポートと、前記圧縮機本体と前記吐出ポートとを接続する高圧配管と、を備え、
前記高圧配管は、前記昇圧された作動気体を冷却するための熱交換器と、該熱交換器を経由する主流路と、該熱交換器を迂回するバイパス路と、を備え、
前記主流路と前記バイパス路との流量比を調整することにより、または、前記熱交換器の冷却能力を弱めることにより、前記冷却運転よりも前記昇温運転において前記圧縮機の供給作動気体温度を高くすることを特徴とするクライオポンプシステム。
【請求項２】
前記圧縮機を制御するための制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記昇圧された作動気体が前記冷却運転においては前記主流路及び前記吐出ポートを通じて前記冷凍機に送出され、前記昇圧された作動気体が前記昇温運転においては前記バイパス路及び前記吐出ポートを通じて前記冷凍機に送出されるように、前記冷凍機の運転状態に応じて前記主流路と前記バイパス路とを切り替えることを特徴とする請求項１に記載のクライオポンプシステム。
【請求項３】
前記昇温運転は、クライオパネル冷却温度から昇温速度切替温度まで高速に加熱する急速昇温と、該昇温速度切替温度から再生のためのクライオパネル温度まで前記急速昇温より低速に加熱する低速昇温と、を含み、少なくとも前記急速昇温において供給作動気体温度を高く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システム。
【請求項４】
前記冷凍機は、前記昇圧された作動気体を膨張させ冷却する膨張室と、該膨張室の内部に組み込まれている蓄冷器と、を備え、
前記圧縮機は、前記冷凍機から戻される作動気体を受け入れる吸入ポートと、前記吸入ポートと前記圧縮機本体とを接続する低圧配管と、を備え、
前記クライオポンプシステムは、前記昇圧された気体を前記吐出ポートから前記冷凍機に送出するために前記吐出ポートと前記冷凍機とを接続する冷媒管と、前記戻される作動気体を前記冷凍機から前記吸入ポートへと回収するために前記冷凍機と前記吸入ポートとを接続する冷媒管と、を備え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システム。
【請求項５】
クライオポンプまたは冷凍機のための作動気体の圧縮機であって、
作動気体を昇圧する圧縮機本体と、
昇圧された作動気体を前記冷凍機へと送出する吐出ポートと、
前記圧縮機本体と前記吐出ポートとを接続する高圧配管と、を備え、
前記高圧配管は、前記昇圧された作動気体を冷却するための熱交換器と、該熱交換器を経由する主流路と、該熱交換器を迂回するバイパス路と、を備え、
前記主流路と前記バイパス路との流量比を調整することにより、または、前記熱交換器の冷却能力を弱めることにより、該クライオポンプまたは冷凍機の冷却運転よりも昇温運転において供給作動気体温度を高くすることを特徴とする圧縮機。
【請求項６】
クライオポンプシステムの再生方法であって、
前記クライオポンプシステムは、クライオパネルの冷却運転と該クライオパネルの再生のための昇温運転とを行うための冷凍機を備えるクライオポンプと、該冷凍機に作動気体を供給するための圧縮機と、を備え、
前記圧縮機は、作動気体を昇圧する圧縮機本体と、昇圧された作動気体を前記冷凍機へと送出する吐出ポートと、前記圧縮機本体と前記吐出ポートとを接続する高圧配管と、を備え、
前記高圧配管は、前記昇圧された作動気体を冷却するための熱交換器と、該熱交換器を経由する主流路と、該熱交換器を迂回するバイパス路と、を備え、
前記再生方法は、
クライオパネルの昇温工程を含み、該昇温工程は、前記主流路と前記バイパス路との流量比を調整することにより、または、前記熱交換器の冷却能力を弱めることにより、前記圧縮機から前記冷凍機への供給作動気体温度を昇温工程前よりも高くすることを含むことを特徴とするクライオポンプの再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クライオポンプシステム、圧縮機、及びクライオポンプの再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。クライオポンプはクライオパネルの冷却のために冷凍機を含む。クライオポンプに付随して、冷凍機に高圧の作動気体を供給するための圧縮機が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２６６４１６号公報
【特許文献２】特開平４−１４８０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
クライオパネルを冷却するために、冷凍機は作動気体の断熱膨張により寒冷を発生させる。そのため冷凍機に供給される作動気体の温度は低いほうが好ましい。そこで、作動気体の供給元である圧縮機は通常、作動気体の圧縮により生じた熱を除去し、作動気体を冷凍機へと送出する。
【０００５】
ところで、クライオポンプの再生のためにクライオパネルを加熱する１つの方法として、冷凍機のいわゆる逆転昇温が知られている。逆転昇温は、冷却運転とは作動気体の吸排気のタイミングを異ならせて作動気体に断熱圧縮を生じさせ、冷凍機でクライオパネルを加熱する運転方法である。典型的には冷凍機の吸排気タイミングを定めるロータリバルブを冷却運転とは逆回転させることで断熱圧縮を生じさせる。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、逆転昇温による昇温能力を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様のクライオポンプシステムは、クライオパネルの冷却運転と該クライオパネルの再生のための昇温運転とを行うための冷凍機を備えるクライオポンプと、該冷凍機に作動気体を供給するための圧縮機と、を備えるクライオポンプシステムであって、前記冷却運転よりも前記昇温運転において前記圧縮機の供給作動気体温度を高くする。
【０００８】
この態様によると、比較的高温の作動気体を昇温運転中の冷凍機に供給することができるので、クライオパネルの昇温を促進することができる。クライオパネルの再生における昇温時間を短くすることができるので、再生に要する時間を短縮することができる。
【０００９】
本発明の別の態様は、クライオポンプまたは冷凍機のための作動気体の圧縮機であって、該クライオポンプまたは冷凍機の冷却運転よりも昇温運転において供給作動気体温度を高くする圧縮機である。
【００１０】
本発明の別の態様は、クライオポンプの再生方法である。この方法は、クライオパネルの昇温工程を含み、該昇温工程は、クライオパネルを冷却するための冷凍機への供給作動気体温度を昇温工程前よりも高くすることを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、逆転昇温による昇温能力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る圧縮機を模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る再生方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る圧縮機における流路切替制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係るクライオポンプシステム１００を模式的に示す図である。クライオポンプシステム１００は、クライオポンプ１０、制御部２０、及び圧縮機５２を備える。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に取り付けられて、真空チャンバ内部の真空度を所望のプロセスに要求されるレベルまで高めるために使用される。クライオポンプ１０は、クライオポンプ容器３０と、放射シールド４０と、冷凍機５０と、を含んで構成される。
【００１４】
冷凍機５０は、例えばギフォード・マクマホン式冷凍機（いわゆるＧＭ冷凍機）などの冷凍機である。冷凍機５０は、第１シリンダ１１、第２シリンダ１２、第１冷却ステージ１３、第２冷却ステージ１４、バルブ駆動モータ１６を備える。第１シリンダ１１と第２シリンダ１２は直列に接続される。第１シリンダ１１の第２シリンダ１２との結合部側には第１冷却ステージ１３が設置され、第２シリンダ１２の第１シリンダ１１から遠い側の端には第２冷却ステージ１４が設置される。図１に示す冷凍機５０は、二段式の冷凍機であり、シリンダを直列に二段組み合わせてより低い温度を達成している。冷凍機５０は冷媒管１８を介して圧縮機５２に接続される。
【００１５】
圧縮機５２は、例えばヘリウム等の冷媒ガス、すなわち作動気体を圧縮して、冷媒管１８を介して冷凍機５０に供給する。圧縮機５２の詳細については図２を参照して後述する。冷凍機５０は、作動気体を蓄冷器を通過させることにより冷却しつつ、まず第１シリンダ１１の内部の膨張室で、次いで第２シリンダ１２の内部の膨張室で膨張させてさらに冷却する。蓄冷器は膨張室内部に組み込まれている。これにより、第１シリンダ１１に設置される第１冷却ステージ１３は第１の冷却温度レベルに冷却され、第２シリンダ１２に設置される第２冷却ステージ１４は第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。例えば、第１冷却ステージ１３は６５Ｋ〜１００Ｋ程度に冷却され、第２冷却ステージ１４は１０Ｋ〜２０Ｋ程度に冷却される。
【００１６】
膨張室で順次膨張することで吸熱し、各冷却ステージを冷却した作動気体は、再び蓄冷器を通過し、冷媒管１８を経て圧縮機５２に戻される。圧縮機５２から冷凍機５０へ、また冷凍機５０から圧縮機５２への作動気体の流れは、冷凍機５０内のロータリバルブ（図示せず）により切り替えられる。バルブ駆動モータ１６は、外部電源から電力の供給を受けて、ロータリバルブを回転させる。
【００１７】
冷凍機５０を制御するための制御部２０が設けられている。制御部２０は、第１冷却ステージ１３または第２冷却ステージ１４の冷却温度に基づいて冷凍機５０を制御する。そのために、第１冷却ステージ１３または第２冷却ステージ１４に温度センサ（図示せず）が設けられていてもよい。制御部２０は、バルブ駆動モータ１６の運転周波数を制御することにより冷却温度を制御してもよい。そのために制御部２０は、バルブ駆動モータ１６を制御するためのインバータを備えてもよい。制御部２０は、圧縮機５２及び後述する各バルブを制御するよう構成されていてもよい。
【００１８】
制御部２０は、クライオポンプ１０を制御するためのクライオポンプコントローラと、圧縮機５２を制御するための圧縮機コントローラと、クライオポンプコントローラ及び圧縮機コントローラとを統括するための上位のコントローラと、を備えてもよい。制御部２０はクライオポンプ１０に一体に設けられていてもよいし、圧縮機５２に一体に設けられていてもよいし、クライオポンプ１０及び圧縮機５２とは別体の制御装置として構成されていてもよい。
【００１９】
図１に示されるクライオポンプ１０は、いわゆる横型のクライオポンプである。横型のクライオポンプとは一般に、冷凍機の第２冷却ステージ１４が筒状の放射シールド４０の軸方向に交差する方向（通常は直交方向）に沿って放射シールド４０の内部に挿入されているクライオポンプである。なお、本発明はいわゆる縦型のクライオポンプにも同様に適用することができる。縦型のクライオポンプとは、放射シールドの軸方向に沿って冷凍機が挿入されているクライオポンプである。
【００２０】
クライオポンプ容器３０は、一端に開口を有し他端が閉塞されている円筒状の形状に形成された部位（以下、「胴部」と呼ぶ）３２を有する。この開口は、クライオポンプが接続されるスパッタ装置等の真空チャンバから排気されるべき気体を受け入れるためのポンプ口３４として、設けられている。ポンプ口３４はクライオポンプ容器３０の胴部３２の上端部内面により画定される。また胴部３２にはポンプ口３４としての開口とは別に、冷凍機５０を挿通するための開口３７が形成されている。胴部３２の開口３７には円筒状の冷凍機収容部３８の一端が取り付けられ、他端は冷凍機５０のハウジングに取り付けられている。冷凍機収容部３８は冷凍機５０の第１シリンダ１１を収容する。
【００２１】
またクライオポンプ容器３０の胴部３２の上端には径方向外側に向けて取付フランジ３６が延びている。クライオポンプ１０は、取付フランジ３６を用いて取付先の真空チャンバに取り付けられる。
【００２２】
クライオポンプ容器３０は、クライオポンプ１０の内部と外部とを隔てるために設けられている。上述のようにクライオポンプ容器３０は胴部３２と冷凍機収容部３８とを含んで構成されており、胴部３２及び冷凍機収容部３８の内部は共通の圧力に気密に保持される。これによりクライオポンプ容器３０は、クライオポンプ１０の排気運転中は真空容器として機能する。クライオポンプ容器３０の外面は、クライオポンプ１０の動作中、すなわち冷凍機が作動している間も、クライオポンプ１０の外部の環境にさらされるため、放射シールド４０よりも高い温度に維持される。典型的にはクライオポンプ容器３０の温度は環境温度に維持される。ここで環境温度とは、クライオポンプ１０が設置されている場所の温度、またはその温度に近い温度をいい、例えば室温程度である。
【００２３】
また、クライオポンプ容器３０の冷凍機収容部３８の内部に圧力センサ５４が設けられている。圧力センサ５４は、冷凍機収容部３８の内部圧力すなわちクライオポンプ容器３０の圧力を周期的に測定し、測定圧力を示す信号を制御部２０に出力する。圧力センサ５４はその出力を通信可能に制御部２０に接続されている。なお圧力センサ５４はクライオポンプ容器３０の胴部３２に設けられてもよい。
【００２４】
圧力センサ５４は、クライオポンプ１０により実現される高い真空レベルと大気圧レベルの両方を含む広い計測範囲を有する。少なくとも再生処理中に生じ得る圧力範囲を計測範囲に含むことが望ましい。圧力センサ５４として、本実施形態では例えばクリスタルゲージを使用することが好ましい。クリスタルゲージとは、水晶振動子の振動抵抗が圧力によって変化する現象を利用して圧力を測定するセンサである。あるいは圧力センサ５４はピラニー真空計であってもよい。なお、真空レベルの測定用の圧力センサと、大気圧レベルの測定用の圧力センサとが、個別にクライオポンプ１０に設けられていてもよい。
【００２５】
クライオポンプ容器３０には、ベントバルブ７０、ラフバルブ７２、及びパージバルブ７４が接続されている。ベントバルブ７０、ラフバルブ７２、及びパージバルブ７４はそれぞれ制御部２０により開閉が制御される。
【００２６】
ベントバルブ７０は、排出ライン８０の例えば末端に設けられている。あるいはベントバルブ７０は排出ライン８０の中途に設けられ末端には放出された流体を回収するためのタンク等が設けられていてもよい。ベントバルブ７０が開弁されることにより排出ライン８０の流れが許容され、ベントバルブ７０が閉弁されることにより排出ライン８０の流れが遮断される。排出される流体は基本的にはガスであるが、液体または気液の混合物であってもよい。例えばクライオポンプ１０に凝縮されたガスの液化物が排出流体に混在していてもよい。ベントバルブ７０が開弁されることにより、クライオポンプ容器３０の内部に生じた陽圧を外部に解放することができる。
【００２７】
排出ライン８０は、クライオポンプ１０の内部空間から外部環境へと流体を排出するための排出ダクト８２を含む。排出ダクト８２は例えばクライオポンプ容器３０の冷凍機収容部３８に接続されている。排出ダクト８２は流れ方向に直交する断面が円形のダクトであるが、その他のいかなる断面形状を有してもよい。排出ライン８０は、排出ダクト８２を排出される流体から異物を除去するためのフィルタを含んでもよい。このフィルタは、排出ライン８０においてベントバルブ７０の上流に設けられていてもよい。
【００２８】
ベントバルブ７０は、いわゆる安全弁としても機能するよう構成されている。ベントバルブ７０は、排出ダクト８２に設けられている例えば常閉型の制御弁である。ベントバルブ７０は更に、所定の差圧が作用したときに機械的に開弁されるよう閉弁力が予め設定されている。この設定差圧は例えば、クライオポンプ容器３０に作用し得る内圧やポンプ容器３０の構造的な耐久性等を考慮して適宜設定することができる。クライオポンプ１０の外部環境は通常大気圧であるから、設定差圧は大気圧を基準として所定の値に設定される。
【００２９】
ベントバルブ７０は通常、例えば再生中などのようにクライオポンプ１０から流体を放出するときに制御部２０によって開弁される。放出すべきでないときは制御部２０によってベントバルブ７０は閉弁される。一方、ベントバルブ７０は、設定差圧が作用したときに機械的に開弁される。このため、クライオポンプ内部が何らかの理由で高圧となったときに制御を要することなくベントバルブ７０は機械的に開弁される。それにより内部の高圧を逃がすことができる。こうしてベントバルブ７０は安全弁として機能する。このようにベントバルブ７０を安全弁と兼用することにより、２つの弁をそれぞれ設ける場合に比べてコストダウンや省スペース化という利点を得られる。
【００３０】
ラフバルブ７２は、粗引きポンプ７３に接続される。ラフバルブ７２の開閉により、粗引きポンプ７３とクライオポンプ１０とが連通または遮断される。粗引きポンプ７３は典型的にはクライオポンプ１０とは別の真空装置として設けられ、例えばクライオポンプ１０が接続される真空チャンバを含む真空システムの一部を構成する。ラフバルブ７２を開きかつ粗引きポンプ７３を動作させることにより、クライオポンプ１０の内部を減圧することができる。
【００３１】
パージバルブ７４は図示しないパージガス供給装置に接続される。パージガスは例えば窒素ガスである。制御部２０がパージバルブ７４を制御することにより、パージガスのクライオポンプ１０への供給が制御される。
【００３２】
放射シールド４０は、クライオポンプ容器３０の内部に配設されている。放射シールド４０は、一端に開口を有し他端が閉塞されている円筒状の形状、すなわちカップ状の形状に形成されている。放射シールド４０は、図１に示されるような一体の筒状に構成されていてもよく、また、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。
【００３３】
クライオポンプ容器３０の胴部３２及び放射シールド４０はともに略円筒状に形成されており、同軸に配設されている。クライオポンプ容器３０の胴部３２の内径が放射シールド４０の外径を若干上回っており、放射シールド４０はクライオポンプ容器３０の胴部３２の内面との間に若干の間隔をもってクライオポンプ容器３０とは非接触の状態で配置される。すなわち、放射シールド４０の外面は、クライオポンプ容器３０の内面と対向している。なお、クライオポンプ容器３０の胴部３２および放射シールド４０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、放射シールド４０の形状はクライオポンプ容器３０の胴部３２の内面形状に相似する形状とされる。
【００３４】
放射シールド４０は、第２冷却ステージ１４およびこれに熱的に接続される低温クライオパネル６０を主にクライオポンプ容器３０からの輻射熱から保護する放射シールドとして設けられている。第２冷却ステージ１４は、放射シールド４０の内部において放射シールド４０のほぼ中心軸上に配置される。放射シールド４０は、第１冷却ステージ１３に熱的に接続された状態で固定され、第１冷却ステージ１３と同程度の温度に冷却される。
【００３５】
低温クライオパネル６０は、例えば複数のパネル６４を含む。パネル６４は例えば、それぞれが円すい台の側面の形状、いわば傘状の形状を有する。各パネル６４は、第２冷却ステージ１４に取り付けられているパネル取付部材６６に取り付けられている。各パネル６４には通常、活性炭等の吸着剤（図示せず）が設けられている。吸着剤は例えばパネル６４の裏面に接着されている。パネル取付部材６６に複数のパネル６４が互いに間隔をあけて取り付けられている。複数のパネル６４は、ポンプ口３４から見てポンプ内部に向かう方向に配列されている。
【００３６】
放射シールド４０の吸気口には、真空チャンバ等からの輻射熱から第２冷却ステージ１４およびこれに熱的に接続される低温クライオパネル６０を保護するために、バッフル６２が設けられている。バッフル６２は、例えば、ルーバ構造やシェブロン構造に形成される。バッフル６２は、放射シールド４０の中心軸を中心とする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。バッフル６２は放射シールド４０の開口側の端部に取り付けられており、放射シールド４０と同程度の温度に冷却される。
【００３７】
放射シールド４０の側面には冷凍機取付孔４２が形成されている。冷凍機取付孔４２は、放射シールド４０の中心軸方向に関して放射シールド４０側面の中央部に形成されている。放射シールド４０の冷凍機取付孔４２はクライオポンプ容器３０の開口３７と同軸に設けられている。冷凍機５０の第２シリンダ１２及び第２冷却ステージ１４は冷凍機取付孔４２から放射シールド４０の中心軸方向に垂直な方向に沿って挿入されている。放射シールド４０は、冷凍機取付孔４２において第１冷却ステージ１３に熱的に接続された状態で固定される。
【００３８】
なお放射シールド４０が第１冷却ステージ１３に直接取り付けられる代わりに、接続用のスリーブによって放射シールド４０が第１冷却ステージ１３に取り付けられてもよい。このスリーブは例えば、第２シリンダ１２の第１冷却ステージ１３側の端部を包囲し、放射シールド４０を第１冷却ステージ１３に熱的に接続するための伝熱部材である。
【００３９】
図２は、本発明の一実施形態に係る圧縮機５２を模式的に示す図である。圧縮機５２はクライオポンプ１０を含む閉じた流体回路に作動気体を循環させるために設けられている。圧縮機ユニットはクライオポンプ１０から作動気体を回収し圧縮して再度クライオポンプ１０へと送出する。圧縮機５２は、気体を昇圧する圧縮機本体１４０、外部から供給された低圧気体を圧縮機本体１４０へと供給するための低圧配管１４２、及び、圧縮機本体１４０により圧縮された高圧気体を外部に送出するための高圧配管１４４を含んで構成される。
【００４０】
圧縮機５２は吸入ポート１４６にてクライオポンプ１０からの戻りガスを受け入れ、低圧配管１４２へと作動気体は送られる。吸入ポート１４６は、低圧配管１４２の末端において圧縮機５２の筐体に設けられている。低圧配管１４２は吸入ポート１４６と圧縮機本体１４０の吸入口とを接続する。
【００４１】
低圧配管１４２は中途に、戻りガスに含まれる脈動を除去するための容積としてのストレージタンク１５０を備える。ストレージタンク１５０は吸入ポート１４６と、後述するバイパス機構１５２への分岐との間に設けられている。ストレージタンク１５０で脈動が除去された作動気体は、低圧配管１４２を通じて圧縮機本体１４０に供給される。ストレージタンク１５０の内部には、気体から不要な微粒子等を取り除くためのフィルタが設けられていてもよい。ストレージタンク１５０と吸入ポート１４６との間には、外部から作動気体を補充するための受入ポート及び配管が接続されていてもよい。
【００４２】
圧縮機本体１４０は、例えばスクロール方式或いはロータリ式のポンプであり、吸入されたガスを昇圧する機能を奏するものである。圧縮機本体１４０は、昇圧された作動気体を高圧配管１４４に送り出す。圧縮機本体１４０はオイルを用いて冷却を行う構成とされており、オイルを循環させるオイル冷却配管が圧縮機本体１４０に付随して設けられている。このため、昇圧された作動気体はこのオイルが若干混入した状態で高圧配管１４４に送り出される。
【００４３】
よって、高圧配管１４４にはその中途にオイルセパレータ１５４が設けられている。オイルセパレータ１５４にて作動気体から分離されたオイルは低圧配管１４２へと戻され、低圧配管１４２を通じて圧縮機本体１４０に戻されてもよい。オイルセパレータ１５４には過度の高圧を解放するためのリリーフ弁が設けられていてもよい。
【００４４】
圧縮機本体１４０とオイルセパレータ１５４とを接続する高圧配管１４４の中途に、圧縮機本体１４０から送出された高圧作動気体を冷却するための熱交換器１４５が設けられている。熱交換器１４５は例えば冷却水（破線で示す）により作動気体を冷却する。またこの冷却水は圧縮機本体１４０を冷却するオイルを冷却するためにも利用されてもよい。高圧配管１４４において熱交換器の上流及び下流の少なくとも一方に作動気体の温度を測定する温度センサ１５３が設けられていてもよい。
【００４５】
圧縮機本体１４０とオイルセパレータ１５４とを接続するために２つの経路が設けられている。すなわち、熱交換器１４５を経由する主流路１４７と、熱交換器１４５を迂回するバイパス路１４９と、が設けられている。バイパス路１４９は、熱交換器１４５の上流（圧縮機本体１４０の下流）で主流路１４７から分岐し、熱交換器１４５の下流（オイルセパレータ１５４の上流）で主流路１４７に合流する。
【００４６】
主流路１４７とバイパス路１４９との合流位置には三方弁１５１が設けられている。三方弁１５１を切り替えることにより、主流路１４７とバイパス路１４９とのいずれかに作動気体の流路を切り替えることができる。三方弁１５１は、その他の同等の流路構成に置き換えてもよく、例えば、主流路１４７とバイパス路１４９のそれぞれに２ポート弁を設けることにより主流路１４７とバイパス路１４９との切り替えを可能としてもよい。
【００４７】
オイルセパレータ１５４を経由した作動気体は、高圧配管１４４を通じてアドソーバ１５６に送られる。アドソーバ１５６は、例えばストレージタンク１５０内のフィルタやオイルセパレータ１５４等の流路上の汚染物質除去手段により取り切れていない汚染成分を作動気体から取り除くために設けられている。アドソーバ１５６は、例えば気化しているオイル成分を吸着により除去する。
【００４８】
吐出ポート１４８が高圧配管１４４の末端において圧縮機５２の筐体に設けられている。すなわち高圧配管１４４は圧縮機本体１４０と吐出ポート１４８とを接続し、その中途に熱交換器１４５、オイルセパレータ１５４及び、アドソーバ１５６が設けられている。アドソーバ１５６を経由した作動気体は吐出ポート１４８を通じてクライオポンプ１０へと送出される。
【００４９】
圧縮機５２は、低圧配管１４２と高圧配管１４４とをつなぐバイパス配管１５８を有するバイパス機構１５２を備える。図示の実施例では、バイパス配管１５８は、ストレージタンク１５０と圧縮機本体１４０との間において低圧配管１４２から分岐している。また、バイパス配管１５８は、オイルセパレータ１５４とアドソーバ１５６との間において高圧配管１４４から分岐している。
【００５０】
バイパス機構１５２は、クライオポンプ１０へと送出されずに高圧配管１４４から低圧配管１４２へと迂回する作動気体流量を制御するための制御弁を備える。図示の実施例においては、バイパス配管１５８の中途に第１制御弁１６０及び第２制御弁１６２が並列に設けられている。一実施例においては第１制御弁１６０は常開型のソレノイドバルブであり、第２制御弁１６２は常閉型のソレノイドバルブである。第１制御弁１６０は運転停止時の高圧側と低圧側との均圧のために設けられており、第２制御弁１６２がバイパス配管１５８の流量制御弁として使用される。
【００５１】
圧縮機５２は、クライオポンプ１０からの戻りガスの圧力を測定するための第１圧力センサ１６４と、クライオポンプ１０への送出ガスの圧力を測定するための第２圧力センサ１６６と、を備える。第１圧力センサ１６４は例えばストレージタンク１５０に設置されており、ストレージタンク１５０において脈動が除去された戻りガスの圧力を測定する。第２圧力センサ１６６は例えばオイルセパレータ１５４とアドソーバ１５６との間に設けられている。
【００５２】
上記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、まずその作動前にラフバルブ７２を通じて粗引きポンプ７３でクライオポンプ容器３０の内部を１Ｐａ程度にまで粗引きする。圧力は圧力センサ５４により測定される。その後クライオポンプ１０を作動させる。制御部２０による制御のもとで、冷凍機５０の駆動により第１冷却ステージ１３及び第２冷却ステージ１４が冷却され、これらに熱的に接続されている放射シールド４０、バッフル６２、クライオパネル６０も冷却される。
【００５３】
冷却されたバッフル６２は、真空チャンバ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６２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６２を通過して放射シールド４０内部へと進入する。進入した気体分子のうちクライオパネル６０の冷却温度で蒸気圧が充分に低くなる気体は、クライオパネル６０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、クライオパネル６０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は取付先の真空チャンバの真空度を所望のレベルに到達させることができる。
【００５４】
排気運転が継続されることによりクライオポンプ１０には気体が蓄積されていく。蓄積した気体を外部に排出するために、排気運転が開始されてから所定時間が経過したときまたは所定の再生開始条件が満たされたときに、クライオポンプ１０の再生が行われる。再生処理は、昇温工程、排出工程、及び冷却工程を含む。
【００５５】
クライオポンプ１０の再生処理は例えば制御部２０により制御される。制御部２０は、所定の再生開始条件が満たされたか否かを判定し、当該条件が満たされた場合には再生を開始する。その場合、制御部２０は、冷凍機５０のクライオパネル冷却運転を中止し、冷凍機５０の昇温運転を、具体的には急速昇温を開始する。当該条件が満たされていない場合には、制御部２０は再生を開始せず、例えば真空排気運転を継続する。
【００５６】
図３は、本発明の一実施形態に係る再生方法を説明するためのフローチャートである。再生処理は、排気運転中のクライオパネル温度よりも高温である再生温度にクライオポンプ１０を昇温する昇温工程を含む（Ｓ１０）。図３に示す再生処理の一例は、いわゆるフル再生である。フル再生は、クライオポンプ１０の低温クライオパネル６０及びバッフル６２を含むすべてのクライオパネルを再生する。クライオパネルは真空排気運転のための冷却温度から例えば常温付近の再生温度（例えば約３００Ｋ）まで加熱される。
【００５７】
昇温工程は、逆転昇温を含む。一実施例においては逆転昇温運転は、冷却運転とは冷凍機５０内のロータリバルブを逆方向に回転させることにより、作動気体に断熱圧縮を生じさせるよう作動気体の吸排気のタイミングを異ならせる。こうして得られる圧縮熱でクライオパネルを加熱する。
【００５８】
図３に示されるように、一実施例においては昇温工程は、急速昇温（Ｓ１１）と低速昇温（Ｓ１２）とを含む。急速昇温は、冷却運転におけるクライオパネル冷却温度から昇温速度切替温度まで比較的高速にクライオパネルを加熱する。低速昇温は、その昇温速度切替温度から再生温度まで急速昇温より低速にクライオパネルを加熱する。昇温速度切替温度は例えば２００Ｋ乃至２５０Ｋの温度範囲から選択される温度である。なお、こうした２段階の昇温は必須ではない。一定の昇温速度でクライオパネルは加熱されてもよいし、昇温速度が２段階よりも多段階に区分けされる昇温工程であってもよい。
【００５９】
昇温工程において制御部２０は、急速昇温において低速昇温よりもバルブ駆動モータ１６を高回転で制御する。制御部２０は急速昇温において、クライオパネル温度の測定値が昇温速度切替温度に達したか否かを判定する。制御部２０は、当該切替温度に達するまでは急速昇温を継続し、当該切替温度に達した場合には急速昇温から低速昇温に切り替える。制御部２０は低速昇温において、クライオパネル温度の測定値が再生温度に達したか否かを判定する。制御部２０は、再生温度に達するまでは低速昇温を継続し、再生温度に達した場合には昇温工程を終了し、次の排出工程を開始する。
【００６０】
排出工程は、クライオパネル表面から再気化した気体をクライオポンプ１０の外部へ排出する（Ｓ１４）。再気化した気体は例えば排出ライン８０を通じて、または粗引きポンプ７３を使用して、外部に排出される。再気化した気体は、必要に応じて導入されるパージガスとともにクライオポンプ１０から排出される。排出工程においては、冷凍機５０の昇温運転が継続されていてもよいし、冷凍機５０の運転は停止されてもよい。制御部２０は例えば、クライオポンプ１０の内部の圧力測定値に基づいて、気体排出が完了したか否かを判定する。例えば、制御部２０は、クライオポンプ１０内の圧力が所定のしきい値を超えている間は排出工程を継続し、圧力がそのしきい値を下回った場合に排気工程を終了し冷却工程を開始する。
【００６１】
冷却工程は、真空排気運転を再開するためにクライオパネルを再冷却する（Ｓ１６）。冷凍機５０の冷却運転が開始される。制御部２０は、クライオパネル温度の測定値が真空排気運転のためのクライオパネル冷却温度に達したか否かを判定する。制御部２０は、クライオパネル冷却温度に到達するまでは冷却工程を継続し、当該冷却温度に達した場合には冷却工程を終了する。こうして再生処理は完了する。クライオポンプ１０の真空排気運転が再開される。
【００６２】
本発明の一実施形態においては、クライオパネルの昇温工程は、クライオパネルを冷却するための冷凍機５０への圧縮機５２からの供給作動気体温度を昇温工程前よりも高くすることを含む。クライオポンプシステム１００は、冷凍機５０の冷却運転よりも昇温運転において供給作動気体温度を高くする。供給作動気体温度は少なくとも急速昇温において高くする。あるいは、供給作動気体温度は昇温工程を通じて高くしてもよい。急速昇温終了後または昇温工程終了後、冷却工程が開始されるまでに、供給作動気体温度はもとの温度レベルに戻される。
【００６３】
一実施例においては、クライオポンプシステム１００は、圧縮機５２における流路切替制御によって、冷凍機５０への供給作動気体温度を高くする。制御部２０は、冷凍機５０の運転状態に応じて圧縮機５２における作動気体の流路を切り替える。制御部２０は、冷凍機５０が冷却運転の場合には熱交換器１４５を経由する主流路１４７に作動気体を流し、昇温運転の場合にはバイパス路１４９に作動気体を流すよう流路を切り替える。
【００６４】
図４は、本発明の一実施形態に係る圧縮機５２における流路切替制御を説明するためのフローチャートである。この処理は所定の周期で制御部２０により反復される。まず、制御部２０は、冷凍機５０の運転状態を判別する（Ｓ２０）。冷凍機５０が冷却運転をしている場合には、制御部２０は、圧縮機５２において作動気体が主流路１４７を経由するよう三方弁１５１を切り替える（Ｓ２２）。前回の本判定において冷凍機５０が冷却運転をしている場合には、主流路１４７を経由する状態を継続する。
【００６５】
一方、冷凍機５０が昇温運転をしている場合には、制御部２０は、圧縮機５２において作動気体がバイパス路１４９を経由するよう三方弁１５１を切り替える（Ｓ２４）。前回の判定において冷凍機５０が昇温運転をしている場合には、バイパス路１４９を経由する状態を継続する。なお、冷凍機５０が運転を停止している場合には、三方弁１５１の状態を変更せず継続してもよい。
【００６６】
上述のように、制御部２０は、急速昇温の実行中に限り、圧縮機５２において作動気体がバイパス路１４９を経由するよう三方弁１５１を切り替えてもよい。あるいは、昇温工程の完了または排出工程の完了まで、バイパス路１４９を経由するよう三方弁１５１を切り替えてもよい。制御部２０は、冷却工程を開始するまでには作動気体経路を主流路１４７に戻すよう三方弁１５１を切り替える。
【００６７】
このような三方弁１５１の切替動作により、冷却運転においては作動気体は主流路１４７すなわち熱交換器１４５を経由する一方、昇温運転においては作動気体は熱交換器１４５を経由せずにバイパス路１４９を経由する。よって、冷却運転においては熱交換器１４５により冷却されて低温の作動気体が冷凍機５０へと供給される。一方、昇温運転においては、作動気体は熱交換器１４５を経由しないので、圧縮機本体１４０で圧縮熱を与えられて高温となった作動気体がそのまま冷凍機５０へと供給される。
【００６８】
なお、制御部２０は、クライオポンプシステム１００の温度センサの測定値に基づいて、作動気体流路をバイパス路１４９から主流路１４７へと復帰させてもよい。例えば、制御部２０は、冷凍機５０に供給される作動気体温度が所定温度を超えることが温度センサ１５３の測定温度に基づき予測される場合には、バイパス路１４９から主流路１４７へと切り替えてもよい。この所定温度は例えば上述の再生温度であってもよい。このようにすれば、過度に高温の作動気体が冷凍機５０に供給されるのを避けることができる。
【００６９】
本発明の一実施形態によれば、比較的高温の作動気体を昇温運転中の冷凍機５０に供給することができるので、クライオパネルの昇温を促進することができる。よって、クライオパネルの再生における昇温時間を短くすることができるので、再生に要する時間を短縮することができる。圧縮機５２における流路の切替という単純な操作で、かつ作動気体を追加的に加熱することなく熱交換器１４５への排熱を利用して、冷凍機５０に高温の作動気体を供給することができるので、省エネルギー性に優れる。
【００７０】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【００７１】
例えば、供給作動気体温度を高くするために、バイパス路１４９の設置及び流路切替に代えて、熱交換器１４５の冷却能力を昇温工程において弱めてもよい。例えば熱交換器１４５の冷媒（冷却水）の流量を小さくしたり、あるいは冷却水温度を高めてもよい。あるいは、熱交換器１４５の冷媒流路に、作動気体と熱交換をする主流路と熱交換をしないバイパス路とを設け、上述の実施例と同様に冷凍機５０の運転状態に応じて切り替えてもよい。
【００７２】
上述の実施例においては、主流路１４７とバイパス路１４９とが作動気体を流すために選択的に使用されているがこれに限られない。主流路１４７とバイパス路１４９との流量比を調整することにより、作動気体温度をいくらか調整するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０  クライオポンプ、  １１  第１シリンダ、  １２  第２シリンダ、  １３  第１冷却ステージ、  １４  第２冷却ステージ、  ２０  制御部、  ３０  クライオポンプ容器、  ４０  放射シールド、  ４３  冷凍機挿通孔、  ５０  冷凍機、  ６０  低温クライオパネル、  ７０  ベントバルブ、  ７２  ラフバルブ、  ８０  排出ライン、  ８２  排出ダクト、  １００  クライオポンプシステム、  １４５  熱交換器、  １４７  主流路、  １４９  バイパス路、  １５１  三方弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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