(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クライオポンプ真空容器と、
前記クライオポンプ真空容器内の真空を測定するよう前記クライオポンプ真空容器に設置され、真空測定信号を出力する真空計と、
前記真空測定信号を受信するよう前記真空計に接続されている吸蔵ガス量推測部であって、
前記真空測定信号に基づき前記クライオポンプ真空容器の到達圧力を決定する到達圧力決定部と、
前記到達圧力を吸蔵ガス量推測値に関連づける吸蔵ガス量定量化関数を備え、前記到達圧力を前記吸蔵ガス量推測値に変換する吸蔵ガス量定量化部と、を備える吸蔵ガス量推測部と、を備え、
前記クライオポンプ真空容器は、ゲートバルブにより閉鎖可能なクライオポンプ吸気口を有し、
前記吸蔵ガス量推測部は、吸蔵ガス量推定開始指令を受け付ける入力部と、前記吸蔵ガス量推定開始指令を受け前記ゲートバルブに閉鎖指令を出力するゲートバルブ指令生成部と、を備え、
前記到達圧力決定部は、前記ゲートバルブの閉鎖後に所定時間待機し、前記所定時間の待機後に前記真空測定信号に基づき前記クライオポンプ真空容器の到達圧力を決定することを特徴とするクライオポンプ。
【請求項２】
前記吸蔵ガス量推測値を出力する出力部をさらに備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。
【請求項３】
前記出力部は、クライオポンプの吸蔵ガス容量に対する前記吸蔵ガス量推測値の比率を出力することを特徴とする請求項２に記載のクライオポンプ。
【請求項４】
前記クライオポンプは、前記クライオポンプ吸気口に沿う径方向に延在する冷凍機構造部を有する冷凍機をさらに備え、
前記クライオポンプ真空容器は、前記冷凍機構造部を収容するとともに前記冷凍機の室温部に取り付けられ、前記径方向に延在する部分を有し、
前記真空計は、前記クライオポンプ真空容器の前記部分に設置されてい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。
【請求項５】
前記真空計は、１０−５Ｐａの高真空を測定可能である電離真空計であ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。
【請求項６】
クライオポンプ吸蔵ガス量推測装置であって、
クライオポンプ真空容器内の真空度を表す真空測定信号に基づき前記クライオポンプ真空容器の到達圧力を決定する到達圧力決定部と、
前記到達圧力を吸蔵ガス量推測値に関連づける吸蔵ガス量定量化関数を備え、前記到達圧力を前記吸蔵ガス量推測値に変換する吸蔵ガス量定量化部と、を備え、
前記真空測定信号は、前記クライオポンプ真空容器内の真空を測定するよう前記クライオポンプ真空容器に設置された真空計によって出力され、
前記クライオポンプ真空容器は、ゲートバルブにより閉鎖可能なクライオポンプ吸気口を有し、
前記クライオポンプ吸蔵ガス量推測装置は、吸蔵ガス量推定開始指令を受け付ける入力部と、前記吸蔵ガス量推定開始指令を受け前記ゲートバルブに閉鎖指令を出力するゲートバルブ指令生成部と、をさらに備え、
前記到達圧力決定部は、前記ゲートバルブの閉鎖後に所定時間待機し、前記所定時間の待機後に前記真空測定信号に基づき前記クライオポンプ真空容器の到達圧力を決定することを特徴とするクライオポンプ吸蔵ガス量推測装置。
【請求項７】
クライオポンプ真空容器の吸気口をゲートバルブにより閉鎖することと、
前記ゲートバルブの閉鎖後に所定時間待機し、前記所定時間の待機後に前記クライオポンプ真空容器内の真空を測定し、真空測定信号を生成することと、
前記真空測定信号に基づき前記クライオポンプ真空容器の到達圧力を決定することと、
前記到達圧力を吸蔵ガス量推測値に関連づける吸蔵ガス量定量化関数を使用して、前記到達圧力を前記吸蔵ガス量推測値に変換することと、を備えることを特徴とするクライオポンプ吸蔵ガス量推測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クライオポンプ、クライオポンプ吸蔵ガス量推測装置及びクライオポンプ吸蔵ガス量推測方法に関する。
【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ガス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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１４１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
クライオポンプは溜め込み式の真空ポンプであるから、クライオポンプの真空排気運転によってガスがクライオポンプに蓄積される。ガスが蓄積するにつれて、クライオポンプの排気速度は徐々に低下する。そのため、蓄積されたガスをクライオポンプから排出し、排気速度を初期の水準に回復するために、クライオポンプの再生が定期的に行われる。前回の再生が終了してから次回の再生が行われるまでの真空排気運転の期間は再生インターバルとも呼ばれる。再生中はクライオポンプの真空排気運転をすることができないから、再生インターバルはなるべく長いことが望まれる。
【０００５】
クライオポンプのある用途においては、プロセス用に導入されるガスがクライオポンプに捕捉されるガスの大半を占める。導入されるプロセスガスは管理され計量されているのが通例である。ガス導入量から計算によりクライオポンプの吸蔵ガス量を正確に得られるので、それをもとに再生インターバルを容易に設定することができる。
【０００６】
これに対し、ある他の用途においては、プロセスにおける副生成ガス（例えば、イオン注入プロセスで発生する比較的多量の水素ガス）を除去するためにクライオポンプが使用される。副生成ガスの発生量は一般に不明である。したがって、クライオポンプの吸蔵ガス量も不明であり、再生インターバルを適正に設定することが難しい。短い再生インターバルは上述のように望まれない。再生インターバルが長すぎると、クライオポンプの排気速度低下が顕著となり真空不良が頻発しうる。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、クライオポンプ再生インターバルの適正な設定に役立つ指標を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様によると、クライオポンプは、クライオポンプ真空容器と、前記クライオポンプ真空容器内の真空を測定するよう前記クライオポンプ真空容器に設置され、真空測定信号を出力する真空計と、前記真空測定信号を受信するよう前記真空計に接続されている吸蔵ガス量推測部であって、前記真空測定信号に基づき前記クライオポンプ真空容器の到達圧力を決定する到達圧力決定部と、前記到達圧力を吸蔵ガス量推測値に関連づける吸蔵ガス量定量化関数を備え、前記到達圧力を前記吸蔵ガス量推測値に変換する吸蔵ガス量定量化部と、を備える吸蔵ガス量推測部と、を備える。
【０００９】
本発明のある態様によると、クライオポンプ吸蔵ガス量推測装置は、クライオポンプ真空容器内の真空度を表す真空測定信号に基づき前記クライオポンプ真空容器の到達圧力を決定する到達圧力決定部と、前記到達圧力を吸蔵ガス量推測値に関連づける吸蔵ガス量定量化関数を備え、前記到達圧力を前記吸蔵ガス量推測値に変換する吸蔵ガス量定量化部と、を備える。
【００１０】
本発明のある態様によると、クライオポンプ吸蔵ガス量推測方法は、クライオポンプ真空容器内の真空を測定し、真空測定信号を生成することと、前記真空測定信号に基づき前記クライオポンプ真空容器の到達圧力を決定することと、前記到達圧力を吸蔵ガス量推測値に関連づける吸蔵ガス量定量化関数を使用して、前記到達圧力を前記吸蔵ガス量推測値に変換することと、を備える。
【００１１】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システム、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを格納した記録媒体などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、クライオポンプ再生インターバルの適正な設定に役立つ指標を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ある実施形態に係るクライオポンプおよび周辺機器を概略的に示す図である。
【図２】ある実施形態に係るクライオポンプ吸蔵ガス量推測装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】ある実施形態に係る吸蔵ガス量定量化関数を示す。
【図４】ある実施形態に係るクライオポンプ吸蔵ガス量推測方法を示すフローチャートである。
【図５】ある実施形態に係り、吸蔵ガス量定量化関数を取得する例示的な方法を示すフローチャートである。
【図６】図５の方法による測定結果を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１５】
図１は、ある実施形態に係るクライオポンプ１０および周辺機器を概略的に示す図である。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。
【００１６】
ゲートバルブ５２がクライオポンプ１０と真空チャンバ５０との間に設置されている。クライオポンプ１０、真空チャンバ５０、およびゲートバルブ５２を含む真空プロセス装置１１が構成される。
【００１７】
ゲートバルブ５２は、ゲートバルブフランジ５４、バルブプレート５６、およびバルブプレート収納部５８を備える。バルブプレート５６はゲートバルブ５２の弁体であり、ゲートバルブフランジ５４は弁座６０を有する。バルブプレート５６が弁座６０に密着するときゲートバルブ５２は完全に閉じられる。バルブプレート５６がクライオポンプ１０の吸気口３０を閉じるから、真空チャンバ５０からクライオポンプ１０へのガス流れは遮断される。図１に一点鎖線で示すようにバルブプレート５６が弁座６０から離れ、バルブプレート収納部５８に収納されるとき、ゲートバルブ５２は完全に開かれる。
【００１８】
図１に示すバルブプレート５６は、全開と全閉との中間位置にある。図示されるように、バルブプレート５６は弁座６０からわずかに離れており、バルブプレート５６と弁座６０との間にゲートバルブクリアランス６２が形成されている。バルブプレート５６の移動によりゲートバルブクリアランス６２は可変である。
【００１９】
クライオポンプ１０は、クライオポンプ真空容器１２、クライオポンプフランジ１４、および真空計１６を備える。加えて、クライオポンプ１０は、冷凍機２０、入口クライオパネル２２、放射シールド２４、および第２クライオパネルユニット２６を備える。入口クライオパネル２２および放射シールド２４は第１クライオパネルユニットと総称されうる。
【００２０】
クライオポンプ真空容器１２は、冷凍機２０、入口クライオパネル２２、放射シールド２４、および第２クライオパネルユニット２６を収容するクライオポンプ１０の筐体であり、クライオポンプ１０の内部空間２８の真空気密を保持するよう構成されている。クライオポンプ真空容器１２は、冷凍機２０の室温部２０ａに取り付けられている。クライオポンプ真空容器１２は、放射シールド２４および入口クライオパネル２２を包囲する。放射シールド２４は入口クライオパネル２２とともに、第２クライオパネルユニット２６を包囲する。
【００２１】
クライオポンプフランジ１４は、クライオポンプ真空容器１２の前端から径方向外側に向けて延びている。クライオポンプフランジ１４は、クライオポンプ真空容器１２の前端の全周にわたって設けられている。クライオポンプフランジ１４の径方向内側にクライオポンプ１０の吸気口３０が画定されている。クライオポンプフランジ１４はゲートバルブフランジ５４に取り付けられており、それによりクライオポンプ１０は真空チャンバ５０に取り付けられている。ゲートバルブ５２および吸気口３０を通じて真空チャンバ５０からクライオポンプ１０の内部空間２８にガスが進入する。
【００２２】
真空計１６は、クライオポンプ真空容器１２内の真空を測定するようクライオポンプ真空容器１２に設置されている。真空計１６は、１０−５Ｐａの高真空を測定可能である電離真空計である。真空計１６の計測範囲は、例えば、１Ｐａ（または１０Ｐａ）から１０−５Ｐａ（または１０−６Ｐａ）であってもよい。真空計１６は、三極管形真空計、ＢＡ真空計などの熱陰極電離真空計であってもよい。
【００２３】
続いて、クライオポンプ１０の他の構成要素を説明する。
【００２４】
なお以下では、クライオポンプ１０の構成要素の位置関係をわかりやすく表すために、「軸方向」、「径方向」との用語を使用することがある。軸方向は吸気口３０を通る方向（図１における縦方向）を表し、径方向は吸気口３０に沿う方向（図１における横方向）を表す。便宜上、軸方向に関して吸気口３０に相対的に近いことを「上」、相対的に遠いことを「下」と呼ぶことがある。つまり、クライオポンプ１０の底部から相対的に遠いことを「上」、相対的に近いことを「下」と呼ぶことがある。径方向に関しては、吸気口３０の中心に近いことを「内」、吸気口３０の周縁に近いことを「外」と呼ぶことがある。なお、こうした表現はクライオポンプ１０が真空チャンバ５０に取り付けられたときの配置とは関係しない。例えば、クライオポンプ１０は鉛直方向に吸気口３０を下向きにして真空チャンバ５０に取り付けられてもよい。
【００２５】
また、軸方向を囲む方向を「周方向」と呼ぶことがある。周方向は、吸気口３０に沿う第２の方向であり、径方向に直交する接線方向である。
【００２６】
冷凍機２０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）などの極低温冷凍機である。冷凍機２０は、二段式の冷凍機である。そのため、冷凍機２０は、室温部２０ａに加えて、第１シリンダ２０ｂ、第１冷却ステージ２０ｃ、第２シリンダ２０ｄ、および第２冷却ステージ２０ｅを備える。
【００２７】
冷凍機２０は、第１冷却ステージ２０ｃを第１冷却温度に冷却し、第２冷却ステージ２０ｅを第２冷却温度に冷却するよう構成されている。第２冷却温度は第１冷却温度よりも低温である。例えば、第１冷却ステージ２０ｃは６５Ｋ〜１２０Ｋ程度、好ましくは８０Ｋ〜１００Ｋに冷却され、第２冷却ステージ２０ｅは１０Ｋ〜２０Ｋ程度に冷却される。
【００２８】
第１シリンダ２０ｂ及び第２シリンダ２０ｄは、第２冷却ステージ２０ｅを第１冷却ステージ２０ｃに構造的に支持するとともに第１冷却ステージ２０ｃを冷凍機２０の室温部２０ａに構造的に支持する冷凍機構造部を形成する。第１シリンダ２０ｂ及び第２シリンダ２０ｄは、径方向に沿って同軸に延在する。第１シリンダ２０ｂは、冷凍機２０の室温部２０ａを第１冷却ステージ２０ｃに接続し、第２シリンダ２０ｄは、第１冷却ステージ２０ｃを第２冷却ステージ２０ｅに接続する。室温部２０ａ、第１シリンダ２０ｂ、第１冷却ステージ２０ｃ、第２シリンダ２０ｄ、及び第２冷却ステージ２０ｅは、この順に直線状に一列に並ぶ。
【００２９】
第１シリンダ２０ｂ及び第２シリンダ２０ｄそれぞれの内部には第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサ（図示せず）が往復動可能に配設されている。第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサにはそれぞれ第１蓄冷器及び第２蓄冷器（図示せず）が組み込まれている。また、室温部２０ａは、第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサを往復動させるための駆動機構（図示せず）を有する。駆動機構は、冷凍機２０の内部への作動ガス（例えばヘリウム）の供給と排出を周期的に繰り返すよう作動ガスの流路を切り替える流路切替機構を含む。
【００３０】
冷凍機２０は、作動ガスの圧縮機（図示せず）に接続されている。冷凍機２０は、圧縮機により加圧された作動ガスを内部で膨張させて第１冷却ステージ２０ｃ及び第２冷却ステージ２０ｅを冷却する。膨張した作動ガスは圧縮機に回収され再び加圧される。冷凍機２０は、作動ガスの給排とこれに同期した第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサの往復動とを含む熱サイクルを繰り返すことによって寒冷を発生させる。
【００３１】
図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、放射シールド２４の中心軸に冷凍機２０の中心軸が直交するとともに第２冷却ステージ２０ｅが放射シールド２４の中心部に配置されるよう冷凍機２０が配設されているクライオポンプである。
【００３２】
放射シールド２４は、クライオポンプ真空容器１２の輻射熱から第２クライオパネルユニット２６を保護するために設けられている。放射シールド２４は、第１冷却ステージ２０ｃに熱的に結合されている。よって第１クライオパネルユニットは第１冷却温度に冷却される。放射シールド２４はクライオポンプ真空容器１２との間に隙間３２を有しており、放射シールド２４はクライオポンプ真空容器１２と接触していない。
【００３３】
入口クライオパネル２２は、クライオポンプ１０の外部の熱源（例えば真空チャンバ５０内の熱源）からの輻射熱から第２クライオパネルユニット２６を保護するために、放射シールド２４の主開口の少なくとも一部を覆うように配設されている。入口クライオパネル２２は、輻射熱だけではなく内部空間２８へのガスの進入も制限する。入口クライオパネル２２は、放射シールド２４を介して第１冷却ステージ２０ｃに熱的に結合されている。入口クライオパネル２２の表面には第１冷却温度で凝縮するガス（例えば水）が捕捉される。
【００３４】
第２クライオパネルユニット２６は、複数のクライオパネルを備えており、これらクライオパネルは第２冷却ステージ２０ｅを囲むようにして第２冷却ステージ２０ｅに取り付けられている。第２クライオパネルユニット２６は、第１クライオパネルユニットには接触していない。第２クライオパネルユニット２６は、第２冷却ステージ２０ｅに熱的に結合されており、第２クライオパネルユニット２６は第２冷却温度に冷却される。
【００３５】
第２クライオパネルユニット２６においては、少なくとも一部の表面に吸着領域２６ａが形成されている。吸着領域２６ａは非凝縮性ガス（例えば水素）を吸着により捕捉するために設けられている。吸着領域２６ａは、吸気口３０から見えないように、上方に隣接するクライオパネルの陰となる場所に形成されている。つまり、吸着領域２６ａは各クライオパネルの上面中心部と下面全域に形成されている。ただし、入口クライオパネル２２に直接面するトップクライオパネルの上面には吸着領域２６ａは設けられていない。吸着領域２６ａは例えば吸着材（例えば活性炭）をクライオパネル表面に接着することにより形成される。
【００３６】
また、第２クライオパネルユニット２６の少なくとも一部の表面には凝縮性ガスを凝縮により捕捉するための凝縮領域２６ｂが形成されている。凝縮領域２６ｂは例えば、クライオパネル表面上で吸着材の欠落した区域であり、クライオパネル基材表面例えば金属面が露出されている。
【００３７】
上記の構成のクライオポンプ１０の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で真空チャンバ内部を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２０の駆動により第１冷却ステージ２０ｃ及び第２冷却ステージ２０ｅがそれぞれ第１冷却温度及び第２冷却温度に冷却される。よって、これらに熱的に結合されている第１クライオパネルユニット及び第２クライオパネルユニット２６もそれぞれ第１冷却温度及び第２冷却温度に冷却される。
【００３８】
入口クライオパネル２２は、真空チャンバからクライオポンプ１０に向かって飛来するガスを冷却する。入口クライオパネル２２の表面には、第１冷却温度で蒸気圧が充分に低い（例えば１０−８Ｐａ以下の）ガスが凝縮する。このガスは、第１種ガスと称されてもよい。第１種ガスは例えば水蒸気である。こうして、入口クライオパネル２２は、第１種ガスを排気することができる。第１冷却温度で蒸気圧が充分に低くないガスの一部は、吸気口３０から内部空間２８へと進入する。あるいは、ガスの他の一部は、入口クライオパネル２２で反射され、内部空間２８に進入しない。
【００３９】
内部空間２８に進入したガスは、第２クライオパネルユニット２６によって冷却される。第２クライオパネルユニット２６の表面には、第２冷却温度で蒸気圧が充分に低い（例えば１０−８Ｐａ以下の）ガスが凝縮する。このガスは、第２種ガスと称されてもよい。第２種ガスは例えばアルゴンである。こうして、第２クライオパネルユニット２６は、第２種ガスを排気することができる。
【００４０】
第２冷却温度で蒸気圧が充分に低くないガスは、第２クライオパネルユニット２６の吸着材に吸着される。このガスは、第３種ガスと称されてもよい。第３種ガスは例えば水素である。こうして、第２クライオパネルユニット２６は、第３種ガスを排気することができる。したがって、クライオポンプ１０は、種々のガスを凝縮または吸着により排気し、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。
【００４１】
図２は、ある実施形態に係るクライオポンプ吸蔵ガス量推測装置（以下、推測装置ともいう）１００の構成を概略的に示す図である。こうした推測装置は、ハードウエア、ソフトウエア、またはそれらの組合せによって実現される。また、図２においては、関連する真空プロセス装置１１の一部の構成を概略的に示す。
【００４２】
推測装置１００は、クライオポンプ１０の一部であってもよい。例えば、推測装置１００は、クライオポンプ１０を制御する制御装置と一体に設けられていてもよい。推測装置１００は、クライオポンプ１０とは別の装置であってもよい。例えば、推測装置１００は、クライオポンプ制御装置とは別体の演算装置として構成されていてもよい。推測装置１００は、真空プロセス装置１１の一部であってもよい。
【００４３】
推測装置１００は、吸蔵ガス量推測部１０２、記憶部１０４、入力部１０６、及び出力部１０８を備える。吸蔵ガス量推測部１０２は、到達圧力決定部１１０、吸蔵ガス量定量化部１１２、およびゲートバルブ指令生成部１１４を備える。到達圧力決定部１１０は、到達圧力決定手順１１１を備える。吸蔵ガス量定量化部１１２は、吸蔵ガス量定量化関数１１６を備える。
【００４４】
真空計１６は、クライオポンプ真空容器１２内の真空度を周期的に測定し、真空度を表す真空測定信号Ｖを出力するよう構成されている。吸蔵ガス量推測部１０２は、真空測定信号Ｖを受信するよう真空計１６に接続されている。
【００４５】
記憶部１０４は、吸蔵ガス量推測処理に関連するデータを格納するよう構成されている。例えば、記憶部１０４は、吸蔵ガス量定量化関数１１６、及び／または、到達圧力決定のための待機時間およびしきい値を予め格納している。
【００４６】
入力部１０６は、ユーザまたは他の装置からの入力を受け付けるよう構成されている。例えば、入力部１０６は、吸蔵ガス量推定開始指令Ｓを受け付けるよう構成されている。入力部１０６は例えば、ユーザからの入力を受け付けるためのマウスやキーボード等の入力手段、及び／または、他の装置との通信をするための通信手段を含む。
【００４７】
出力部１０８は、吸蔵ガス量推測処理に関連するデータを出力するよう構成され、ディスプレイやプリンタ等の出力手段を含む。例えば、出力部１０８は、吸蔵ガス量推測値Ｇを出力するよう構成されている。出力部１０８は、吸蔵ガス量推測値Ｇに基づき演算された値を出力するよう構成されていてもよい。
【００４８】
記憶部１０４、入力部１０６、及び出力部１０８はそれぞれ吸蔵ガス量推測部１０２と通信可能に接続されている。よって、吸蔵ガス量推測部１０２は、必要に応じてデータを、記憶部１０４から読み出し及び／または記憶部１０４に格納することができる。また、吸蔵ガス量推測部１０２は、入力部１０６からデータの入力を受け、及び／または、出力部１０８にデータを出力することができる。
【００４９】
到達圧力決定部１１０は、所定の到達圧力決定手順１１１に従ってクライオポンプ真空容器１２の到達圧力Ｐを決定するよう構成されている。到達圧力決定手順１１１は、ゲートバルブ５２の閉鎖後に所定時間待機することと、所定時間の待機後にクライオポンプ真空容器１２内の真空を測定して真空測定信号Ｖを生成することと、真空測定信号Ｖに基づきクライオポンプ真空容器１２の到達圧力Ｐを決定することと、を含む。待機時間は、例えば、吸蔵ガス量定量化関数１１６を取得する際に使用された待機時間と同一に設定される。到達圧力決定部１１０は、決定された到達圧力Ｐを吸蔵ガス量定量化部１１２に出力するよう構成されている。
【００５０】
上述のように到達圧力Ｐの決定は、真空測定信号Ｖに基づく。例えば、到達圧力決定部１１０は、ゲートバルブ５２の閉鎖中に真空測定信号Ｖからクライオポンプ真空容器１２内の圧力およびその低下速度を演算する。到達圧力決定部１１０は、演算された低下速度がしきい値を下回るか否かを判定し、低下速度がしきい値を下回る場合にクライオポンプ真空容器１２内の圧力を到達圧力Ｐと決定する。
【００５１】
言い換えれば、到達圧力決定部１１０は、クライオポンプ１０の排気運転中かつゲートバルブ５２の閉鎖中に圧力低下速度テストを実行する。ここで、圧力低下速度テストとは、判定開始時点の圧力からの圧力上昇勾配がしきい値を超えなければ合格と判定し、圧力上昇勾配がしきい値を超えれば不合格と判定する処理である。到達圧力決定部１１０は、クライオポンプ真空容器１２内の圧力に圧力低下速度テストを適用し、合格の場合、その時点の圧力を到達圧力Ｐと決定する。
【００５２】
吸蔵ガス量定量化部１１２は、吸蔵ガス量定量化関数１１６を参照し、到達圧力Ｐを吸蔵ガス量推測値Ｇに変換するよう構成されている。吸蔵ガス量定量化部１１２は、吸蔵ガス量推測値Ｇを出力部１０８に出力するよう構成されている。
【００５３】
吸蔵ガス量定量化部１１２は、クライオポンプ１０の吸蔵ガス容量に対する吸蔵ガス量推測値Ｇの比率を演算する比率演算部１１８を備えてもよい。吸蔵ガス容量は、クライオポンプ１０の仕様上の最大吸蔵ガス量（例えば、水素ガスの最大吸蔵ガス量）を表してもよい。この場合、出力部１０８は、クライオポンプ１０の吸蔵ガス容量に対する吸蔵ガス量推測値Ｇの比率を出力してもよい。比率の表示には、クライオポンプ１０にどの程度ガスが蓄積されたかを直感的に理解しやすい利点がある。
【００５４】
ゲートバルブ指令生成部１１４は、吸蔵ガス量推定開始指令Ｓを受けゲートバルブ５２に閉鎖指令を出力するよう構成されている。ゲートバルブ５２は、ゲートバルブ指令生成部１１４が生成する閉鎖指令Ｃを吸蔵ガス量推測部１０２から受信するよう吸蔵ガス量推測部１０２に接続されている。ゲートバルブ５２は、閉鎖指令Ｃに従って吸気口３０を閉鎖するよう構成されている。
【００５５】
また、ゲートバルブ指令生成部１１４は、吸蔵ガス量推測処理の完了時にゲートバルブ５２の開放指令を生成するよう構成されていてもよい。ゲートバルブ５２は、開放指令に従って吸気口３０を開放するよう構成されていてもよい。
【００５６】
図３は、ある実施形態に係る吸蔵ガス量定量化関数１１６を示す。吸蔵ガス量定量化関数１１６は、到達圧力Ｐを吸蔵ガス量推測値Ｇに関連づけるよう構成されている。吸蔵ガス量定量化関数１１６は、例えば、到達圧力Ｐから吸蔵ガス量推測値Ｇを演算するためのルックアップテーブルまたは近似関数である。
【００５７】
図３に例示されるように、吸蔵ガス量定量化関数１１６は、吸蔵ガス量推測値Ｇを縦軸にとり、到達圧力Ｐを対数で横軸にとるとき、緩やかに単調増加するグラフを描く。吸蔵ガス量推測値Ｇは、到達圧力Ｐが高まる（つまり、悪くなる）ほど大きくなる。
【００５８】
図４は、ある実施形態に係るクライオポンプ吸蔵ガス量推測方法を示すフローチャートである。推測装置１００は、クライオポンプ１０の運転中に本処理を実行することができる。
【００５９】
まず、吸蔵ガス量推測部１０２は、吸蔵ガス量推定開始指令Ｓが入力されたか否かを判定する（Ｓ１０）。吸蔵ガス量推定開始指令Ｓが入力されていない場合には（Ｓ１０のＮ）、本方法は実行されない。吸蔵ガス量推定開始指令Ｓが入力された場合には（Ｓ１０のＹ）、ゲートバルブ５２が閉じられる（Ｓ１２）。上述のように、ゲートバルブ指令生成部１１４が閉鎖指令Ｃを生成し、これに従いゲートバルブ５２が閉鎖される。
【００６０】
到達圧力決定部１１０は、到達圧力決定手順１１１を実行する（Ｓ１４）。到達圧力決定部１１０は、ゲートバルブ５２の閉鎖から一定時間待機し、一定時間の待機後にクライオポンプ真空容器１２内の真空を周期的に測定し、測定結果に応じた真空測定信号Ｖを生成する（Ｓ１５）。到達圧力決定部１１０は、真空測定信号Ｖに基づき圧力低下速度テストを行う。到達圧力決定部１１０は、合格するまで圧力低下速度テストを周期的に繰り返し、合格したとき圧力を到達圧力Ｐと決定する。
【００６１】
なお、到達圧力決定部１１０は、圧力低下速度テストを所定回数繰り返しても依然として不合格の場合には、到達圧力決定手順１１１を中断してもよい。この場合、吸蔵ガス量推測部１０２は、吸蔵ガス量推測処理を中止し、その旨を出力部１０８に出力してもよい。
【００６２】
吸蔵ガス量定量化部１１２は、クライオポンプ１０の吸蔵ガス量推測値Ｇを演算する（Ｓ１６）。吸蔵ガス量定量化部１１２は、吸蔵ガス量定量化関数１１６を使用して、到達圧力Ｐを吸蔵ガス量推測値Ｇに変換する。
【００６３】
出力部１０８は、吸蔵ガス量推測値Ｇを出力する（Ｓ１８）。吸蔵ガス量推測値Ｇはディスプレイ等に表示される。ゲートバルブ指令生成部１１４が開放指令を生成し、これに従いゲートバルブ５２が開放される。こうして、吸蔵ガス量推測処理は終了する。
【００６４】
このようにして、本実施形態によると、クライオポンプ再生インターバルの適正な設定に役立つ指標として、クライオポンプ１０の吸蔵ガス量を定量化し、出力することができる。
【００６５】
図５は、ある実施形態に係り、吸蔵ガス量定量化関数１１６を取得する例示的な方法を示すフローチャートである。この方法は、上述のクライオポンプ吸蔵ガス量推測方法に先行して行われ、それにより吸蔵ガス量定量化関数１１６が準備される。
【００６６】
まず、クライオポンプ１０が試験用の真空チャンバに用意される（Ｓ２０）。また、真空計１６がクライオポンプ１０に設置される。真空計１６は真空チャンバに設置されてもよい。
【００６７】
規定量のガス（例えば、１０ｓｃｃｍ程度の水素ガス）が真空チャンバに導入される（Ｓ２２）。導入されるガスは計量され、規定量に達すると、ガス導入は停止される（Ｓ２４）。
【００６８】
ガス停止後、所定時間（例えば１５分程度）待機し（Ｓ２６）、待機後に真空計１６でクライオポンプ１０内の圧力が測定される（Ｓ２８）。待機時間は、導入ガス量がクライオポンプ１０に捕捉されるのに充分な時間が設定される。測定された圧力が累積の導入ガス量と関係づけられる（Ｓ３０）。
【００６９】
このようなガス導入および圧力測定が所定の合計導入ガス量まで繰り返される（Ｓ３２のＮ）。所定の合計導入ガス量に達すると（Ｓ３２のＹ）、測定は終了される。
【００７０】
図６は、図５の方法による測定結果１２０を例示する。横軸は累積の導入ガス量を示し、縦軸は到達圧力Ｐを対数で示す。ガスが導入されている間の圧力は、１０−３Ｐａより若干大きい。待機時間において導入ガスがクライオポンプ１０に捕捉され、圧力は大きく低下する。測定開始時には１０−６Ｐａ程度まで低下している。測定された到達圧力が菱形のマークでプロットされている。測定後に再びガスが導入されている。これが多数回繰り返されている。ガス量の増加とともに到達圧力も徐々に高くなっている。
【００７１】
測定結果１２０の縦軸と横軸を入れ替えたデータが、図３に例示する吸蔵ガス量定量化関数１１６に相当する。
【００７２】
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。
【００７３】
クライオポンプ１０は真空計１６を備えなくてもよい。真空計１６は、真空プロセス装置１１におけるいずれかの場所に設置されていてもよい。真空計１６は、真空チャンバ５０に設置されていてもよい。真空計１６は、真空チャンバ５０内の真空を測定し、真空測定信号Ｖを出力してもよい。吸蔵ガス量推測部１０２は、真空測定信号Ｖを受信するよう真空計１６に接続されていてもよい。
【００７４】
本発明の吸蔵ガス量推測方法は、水素ガスなどの第３種気体だけでなく、アルゴンなどの第２種気体に適用されてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１０  クライオポンプ、  １２  クライオポンプ真空容器、  １６  真空計、  ３０  吸気口、  ５２  ゲートバルブ、  １００  推測装置、  １０２  吸蔵ガス量推測部、  １０６  入力部、  １０８  出力部、  １１０  到達圧力決定部、  １１２  吸蔵ガス量定量化部、  １１４  ゲートバルブ指令生成部、  １１６  吸蔵ガス量定量化関数、  Ｖ  真空測定信号、  Ｐ  到達圧力、  Ｇ  吸蔵ガス量推測値、  Ｓ  吸蔵ガス量推定開始指令、  Ｃ  閉鎖指令。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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