(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素吸着用クライオパネル（７）を有するクライオポンプの再生方法であって、
上記水素吸着用クライオパネル（７）の温度を２００Ｋを越える温度から２５０Ｋにして、上記水素吸着用クライオパネル（７）に吸着した水素を上記水素吸着用クライオパネル（７）から放出して、上記クライオポンプの再生を行う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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、クライオポンプの再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体製造装置等に設けられる真空チャンバの真空引きに、クライオポンプが用いられている。このクライオポンプは、膨張式冷凍機にクライオパネルを取り付けて、このクライオパネルに活性炭を張り付けている。このクライオポンプを運転すると、上記膨張式冷凍機によって１０K程度に冷却されたクライオパネルの活性炭が、上記真空チャンバ内の水素を吸着する。上記活性炭が水素で一杯になると、クライオポンプの運転を停止して、クライオポンプを次のように再生する。すなわち、クライオポンプを真空チャンバからバルブ等によって隔離して、クライオポンプ内に窒素ガスを導入する。そして、上記クライオパネルに設けられたヒータ等によってクライオパネルおよび活性炭を略３００Kにまで昇温して、上記活性炭に吸着した水素を全て蒸発させて、上記窒素ガス中に放出させる。そして、上記水素を放出された窒素ガスをクライオポンプ外に排出した後、上記クライオパネルを膨張式冷凍機によって再び１０K程度にまで冷却して、クライオポンプを運転可能にする。このような再生方法によって、上記クライオパネルの活性炭に吸着した水素をクライオポンプ外に排出している。
【０００３】
なお、水素は沸点が２０．４Kであるが、上記クライオパネルおよび活性炭の温度を２０．４Kよりも多少高くして、例えば３０Kで上記クライオパネルおよび活性炭の再生をしても、上記活性炭から放出される水素の量が少なくて、活性炭に多くの水素が残留する。その状態でクライオポンプを再び運転すると、上記活性炭が吸着できる水素の量が少ないので、クライオポンプは真空チャンバから水素を殆ど除去できない。すなわち、クライオポンプの真空動作の性能が低下する。また、上記活性炭に水素を残留させたままで真空チャンバを稼働すると、上記水素が活性炭から蒸発して真空チャンバ内に放出されて、この水素に火気が引火して爆発する恐れもある。したがって、上記従来のクライオポンプの再生方法は、クライオパネルおよび活性炭を３００Kまで昇温して、上記活性炭から水素を完全に放出させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のクライオポンプの再生方法は、略１０Kのクライオパネルおよび活性炭を略３００Kに昇温させて水素を放出して、その後、略１０Kに冷却するという過程にかかる時間である再生時間が、９０分程度になって、長いという問題がある。例えばこのクライオポンプを半導体製造装置に用いた場合、再生時間の間は半導体製造装置が稼働不可能になるので、再生時間が長いと、上記半導体製造装置の稼働効率が悪化する。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、短い再生時間で水素をクライオポンプから排出できるクライオポンプの再生方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明のクライオポンプの再生方法は、
水素吸着用クライオパネルを有するクライオポンプの再生方法であって、
上記水素吸着用クライオパネルの温度を２００Ｋを超える温度から２５０Ｋにして、上記水素吸着用クライオパネルに吸着した水素を上記水素吸着用クライオパネルから放出して、上記クライオポンプの再生を行うことを特徴としている。
【０００７】
請求項１のクライオポンプの再生方法によれば、水素吸着用クライオパネルの温度が２００Kを超える温度以上になると、クライオパネルに吸着した水素はクライオパネルから完全に蒸発して放出される。また、水素吸着用クライオパネルを昇温させる温度が２５０K以下であると、クライオパネルを昇温させて、クライオパネルから水素を放出して、再びクライオパネルを冷却する間の時間である再生時間が短い。したがって、水素吸着用クライオパネルの温度を２００Kを越える温度から２５０Kにしてクライオパネルを再生すると、水素はクライオパネルから確実に放出されて、しかも、再生時間が短縮される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【０００９】
図１は、クライオポンプの構造を示した模式図である。このクライオポンプ１は、２段の膨張シリンダを有する膨張式冷凍機２を備え、この膨張式冷凍機２の第１シリンダ３に第１クライオパネル４を取り付けると共に、上記膨張式冷凍機２の第２シリンダ６に水素吸着用クライオパネルとしての第２クライオパネル７を取り付けている。この第２クライオパネル７の表面には水素を吸着するための活性炭８を張り付けている。上記第１，第２クライオパネル４，７には、第１，第２クライオパネル４，７を加熱するヒータ１０，１１と、第１，第２クライオパネル４，７の温度を検知して温度信号を出力する温度センサ１３，１４が設けられている。上記第１，第２クライオパネル４，７全体は、ケーシング１６で覆われて、このケーシング１６の先端の開口部を、真空チャンバ１７の排気口に取り付けている。上記ケーシング１６の先端には、図示しない隔離バルブが、上記クライオポンプ１と真空チャンバ１７とを隔離可能に設けられている。また、このクライオポンプ１は、ケーシング１６内に窒素ガスを導入するための窒素パージバルブ１８と、上記窒素ガスおよび第１，第２クライオパネル４，７で捕集した気体分子をケーシング１６から排出する排気バルブ２０と、さらに、粗引きバルブ２１を備える。上記ケーシング１６には、ケーシング１６内の圧力を検出して圧力信号を出力する圧力センサ２３を備える。上記膨張式冷凍機２は、この冷凍機２からの低圧冷媒ガスを圧縮して高圧冷媒ガスにして冷凍機２に送り返す図示しない圧縮機に接続している。このクライオポンプ１は再生制御装置２５を備え、この再生制御装置２５は、上記温度センサ１３，１４からの温度信号と、上記圧力センサ２３からの圧力信号を受取って、上記ヒータ１０，１１、窒素パージバルブ１８、排気バルブ２０、粗引きバルブ２１、図示しない隔離バルブ、および図示しない圧縮機を制御して、クライオポンプ１を再生動作させるようにしている。
【００１０】
上記構成のクライオポンプ１は、上記図示しない圧縮機で高圧にした高圧冷媒ガスを、上記膨張式冷凍機２において膨張させて冷熱を得て、上記膨張して低圧になった冷媒ガスを上記圧縮機に戻すという冷凍サイクルを繰り返して、上記膨張式冷凍機２の第１，第２シリンダ３，６に寒冷を生じさせる。そして、冷凍機２の第１シリンダ３に取り付けた第１クライオパネル４を略５０Ｋに冷却して、この第１クライオパネル４に真空チャンバ１７内の水蒸気を凍結捕集させる。また、冷凍機２の第２シリンダ６に取り付けた第２クライオパネル７を略１０Ｋに冷却して、この第２クライオパネル７に上記真空チャンバ１７内の酸素や窒素、アルゴンを凍結捕集させると共に、第２クライオパネル７の活性炭８に水素を吸着させる。
【００１１】
上記第１，第２クライオパネル４，７および活性炭８が、凍結捕集および吸着可能な最大の量の水蒸気や酸素等の気体分子を捕集して、飽和状態になると、クライオポンプ１による真空チャンバ１７内の気体分子の捕集が止まる。そして、真空チャンバ１７側に設けられた図示しない制御装置から、再生を許可する信号を受け取った再生制御装置２５は、再生動作を開始する。すなわち、再生制御装置２５は、図示しない隔離バルブを閉じて、クライオポンプ１を真空チャンバ１７から隔離する。そして、再生制御装置２５は、窒素パージバルブ１８を開いてクライオポンプ１のケーシング１６内に窒素ガスを導入すると共に、上記ヒータ１１を起動して、第２クライオパネル７を略２２０Ｋに昇温させる。そうすると、上記第１クライオパネル４に捕集されていた水蒸気が蒸発して、ケーシング１６内の窒素ガスに放出される。また、上記第２クライオパネル７に捕集されていた酸素、窒素およびアルゴンが蒸発すると共に、クライオパネル１６の活性炭８に吸着していた水素が蒸発して、ケーシング１６内の窒素ガスに放出される。その後、排気バルブ２０を開いて、上記窒素ガスと共に、水蒸気、酸素、窒素、アルゴンおよび水素をクライオポンプ１から排出する。第１，第２クライオパネル４，７および活性炭８からの気体分子の放出、すなわち、第１，第２クライオパネル４，７および活性炭８の再生が完了すると、再生制御装置２５はクライオポンプ１の冷却を開始する。すなわち、上記粗引きバルブ２１を開いてケーシング１６内の気体を排出して、上記膨張式冷凍機２を起動して、第１クライオパネル４を略５０Ｋにまで冷却すると共に、第２クライオパネル７を略１０Ｋにまで冷却する。こうして、クライオポンプ１の再生動作が完了して、クライオポンプ１は再び運転可能となる。
【００１２】
このようなクライオポンプ１の再生動作は、クライオポンプ１を真空チャンバ１７から隔離したときから、第１，第２クライオパネル４，７および活性炭８を昇温させて再生して、その後、第１，第２クライオパネル４，７および活性炭８の冷却が完了するまでの間の再生時間が、約５０分である。従来は、第２クライオパネル７を略３００Ｋまで昇温していたので、この略３００Ｋの第２クライオパネル７を再び略１０Ｋに冷却するために時間がかかって、再生時間が約９０分かかっていた。上記第２クライオパネル７の昇温温度と、クライオポンプ１の再生時間との相関を調べるために、次のような実験を行った。すなわち、第２クライオパネル７の昇温温度を、１７５Ｋから２９０Ｋまでの間に１３種類設定して、夫々の温度に昇温した場合におけるクライオポンプ１の再生時間を計測した。その結果を下記の表１に示す。
【００１３】
【表１】
0004006168.tif 000002
【００１４】
以上の結果から、第２クライオパネル７の昇温温度が２００Ｋから２５０Ｋまでの場合、上記昇温温度が２６０Ｋより大きい場合と比べて、第２クライオパネル７の昇温温度の増加に対する再生時間の増加の割合が小さいことが分かる。したがって、第２クライオパネル７の昇温温度を２５０Ｋ以下にすると、クライオポンプ１の再生時間が効果的に短縮されることが分かる。
【００１５】
なお、従来、上記第２クライオパネル７の活性炭８から水素を放出させる際、第２クライオパネル７を３００Ｋより低い温度に昇温させることがなかった。しかし、さらなる実験によって、上記活性炭８の温度が２００Ｋ以上であれば、活性炭８から水素を完全に放出できることが分かった。したがって、表１に示した実験結果と合わせると、第２クライオパネル７の昇温温度を２００Ｋ以上２５０Ｋ以下にすれば、第２クライオパネル７の活性炭８から水素を完全に放出できると共に、クライオポンプ１を短時間で再生できる。その結果、クライオポンプ１の運転可能時間を延長できて、このクライオポンプ１を備えた真空チャンバ１７の稼働効率を向上できる。
【００１６】
上記実施形態において、第２クライオパネル７はヒータ１１によって昇温したが、ヒータ１１を用いないで膨張式冷凍機２における冷凍サイクルを調節して、第２クライオパネル７を昇温してもよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明のクライオポンプの再生方法は、水素吸着用クライオパネルの温度を２００Kを越える温度から２５０Kにして再生を行うので、水素吸着用クライオパネルに吸着した水素をクライオパネルから完全に放出できると共に、クライオポンプの再生時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施形態のクライオポンプを示す模式図である。
【符号の説明】
１  クライオポンプ
２  膨張式冷凍機
３  第１シリンダ
４  第１クライオパネル
６  第２シリンダ
７  第２クライオパネル
８  活性炭
１０  ヒータ
１１  ヒータ
１３  温度センサ
１４  温度センサ
１６  ケーシング
１８  窒素パージバルブ
２０  排気バルブ
２１  粗引きバルブ
２３  圧力センサ
２５  再生制御装置
【図１】
0004006168.tif 000003