(57)【要約】  クライオポンプ１０は、クライオパネル６０と、クライオパネル６０に設置され、非凝縮性気体を吸着可能な吸着領域６４と、を備える。吸着領域６４は、シリカゲルを主成分として含有する不燃性吸着材を備える。クライオポンプ１０の再生方法は、クライオポンプ１０にパージガスを供給することと、クライオパネル温度が水の三重点温度を超える前にクライオポンプ１０へのパージガスの供給を停止することと、パージガスの供給停止と同時に、または供給停止後に、クライオポンプ１０の真空排気を開始することと、クライオポンプ１０内に凝縮された氷を昇華によって気化することと、クライオポンプ１０内の圧力および圧力上昇率の少なくとも一方に基づいてクライオポンプ１０の真空排気を停止することと、を備える。
2019208336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クライオパネルと、
前記クライオパネルに設置され、非凝縮性気体を吸着可能な吸着領域と、を備え、
前記吸着領域は、シリカゲルを主成分として含有する不燃性吸着材を備えることを特徴とするクライオポンプ。
【請求項２】
前記シリカゲルは、０．５ｎｍから３．０ｎｍの平均細孔径を有す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】
前記シリカゲルは、２．０ｎｍから３．０ｎｍの平均細孔径を有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。
【請求項４】
前記シリカゲルは、シリカゲルＡ型、シリカゲルＮ型、またはシリカゲルＲＤ型であ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】
前記吸着領域は、活性炭を含まない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】
前記吸着領域を有する前記クライオパネルが内部に配置されたクライオポンプハウジングと、
前記クライオポンプハウジングの内圧を示す圧力測定信号を生成する圧力センサと、
前記クライオポンプハウジングに取り付けられ、前記クライオポンプハウジングをラフポンプに接続するラフバルブと、
前記圧力測定信号を受け、前記ラフバルブが開いているとき前記圧力測定信号に基づいて圧力上昇率を第１しきい値と比較する第１圧力上昇率監視部と、
前記圧力測定信号を受け、前記第１圧力上昇率監視部によって前記圧力上昇率が前記第１しきい値より大きいと判定されたことを条件として、前記ラフバルブが開いているとき前記圧力測定信号に基づいて前記圧力上昇率を前記第１しきい値より小さい第２しきい値と比較する第２圧力上昇率監視部と、
前記第２圧力上昇率監視部によって前記圧力上昇率が前記第２しきい値より小さいと判定されたことを条件のひとつとして、前記ラフバルブを閉じるラフバルブ駆動部と、を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項７】
前記第１しきい値は、正の値に設定され、前記第２しきい値は、負の値に設定されていることを特徴とする請求項６に記載のクライオポンプ。
【請求項８】
前記クライオポンプハウジング内に配置され、前記吸着領域を有する前記クライオパネルに比べて高い温度に冷却される凝縮クライオパネルと、
前記凝縮クライオパネルまたは前記吸着領域を有する前記クライオパネルのいずれかの測定温度を示す温度測定信号を生成する温度センサと、
前記クライオポンプハウジングに取り付けられ、前記クライオポンプハウジングをパージガス源に接続するパージバルブと、
前記温度測定信号を受け、前記測定温度をパージ停止温度と比較する温度監視部と、
前記クライオポンプの再生を開始するとき前記パージバルブを開くとともに、前記温度監視部によって前記測定温度が前記パージ停止温度より高いと判定されたことを条件として、前記パージバルブを閉じるパージバルブ駆動部と、をさらに備え、
前記ラフバルブ駆動部は、前記温度監視部によって前記測定温度が前記パージ停止温度より高いと判定されたことを条件として、前記ラフバルブを開き、
前記パージ停止温度は、水の三重点温度より低い温度値に設定されていることを特徴とする請求項６または７に記載のクライオポンプ。
【請求項９】
前記ラフバルブ駆動部は、前記クライオポンプハウジングの内圧が圧力しきい値より低いことを追加の条件として、前記ラフバルブを閉じることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項１０】
前記ラフバルブ駆動部は、前記クライオポンプハウジング内の温度が温度しきい値より高いことを追加の条件として、前記ラフバルブを閉じることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項１１】
再生中に前記吸着領域を６５℃以上に昇温する再生コントローラを備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項１２】
圧縮機をさらに備え、
前記クライオポンプは、前記圧縮機の異常停止中に、前記クライオポンプ内に凝縮された氷を昇華によって気化し排出するように動作することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載のクライオポンプと、
少なくとも１つの他のクライオポンプと、
前記クライオポンプと前記少なくとも１つの他のクライオポンプに共通するラフポンプと、
各クライオポンプについての再生開始指令を受け、当該クライオポンプの再生を開始する再生コントローラと、を備え、
前記再生コントローラは、前記クライオポンプの再生中、前記少なくとも１つの他のクライオポンプについての再生開始指令を受けた場合、前記少なくとも１つの他のクライオポンプの再生開始を前記クライオポンプの再生完了以降に遅延させることを特徴とするクライオポンプシステム。
【請求項１４】
クライオポンプハウジングと、
前記クライオポンプハウジング内に配置され、親水性吸着材を備える吸着クライオパネルと、
前記クライオポンプハウジングの内圧を示す圧力測定信号を生成する圧力センサと、
前記クライオポンプハウジングに取り付けられ、前記クライオポンプハウジングをラフポンプに接続するラフバルブと、
前記圧力測定信号を受け、前記ラフバルブが開いているとき前記圧力測定信号に基づいて圧力上昇率を第１しきい値と比較する第１圧力上昇率監視部と、
前記圧力測定信号を受け、前記第１圧力上昇率監視部によって前記圧力上昇率が前記第１しきい値より大きいと判定されたことを条件として、前記ラフバルブが開いているとき前記圧力測定信号に基づいて前記圧力上昇率を前記第１しきい値より小さい第２しきい値と比較する第２圧力上昇率監視部と、
前記第２圧力上昇率監視部によって前記圧力上昇率が前記第２しきい値より小さいと判定されたことを条件のひとつとして、前記ラフバルブを閉じるラフバルブ駆動部と、を備えることを特徴とするクライオポンプ。
【請求項１５】
前記第１しきい値は、正の値に設定され、前記第２しきい値は、負の値に設定されていることを特徴とする請求項１４に記載のクライオポンプ。
【請求項１６】
前記クライオポンプハウジング内に配置され、前記吸着クライオパネルに比べて高い温度に冷却される凝縮クライオパネルと、
前記凝縮クライオパネルまたは前記吸着クライオパネルのいずれかの測定温度を示す温度測定信号を生成する温度センサと、
前記クライオポンプハウジングに取り付けられ、前記クライオポンプハウジングをパージガス源に接続するパージバルブと、
前記温度測定信号を受け、前記測定温度をパージ停止温度と比較する温度監視部と、
前記クライオポンプの再生を開始するとき前記パージバルブを開くとともに、前記温度監視部によって前記測定温度が前記パージ停止温度より高いと判定されたことを条件として、前記パージバルブを閉じるパージバルブ駆動部と、をさらに備え、
前記ラフバルブ駆動部は、前記温度監視部によって前記測定温度が前記パージ停止温度より高いと判定されたことを条件として、前記ラフバルブを開き、
前記パージ停止温度は、水の三重点温度より低い温度値に設定されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載のクライオポンプ。
【請求項１７】
前記ラフバルブ駆動部は、前記クライオポンプハウジングの内圧が圧力しきい値より低いことを追加の条件として、前記ラフバルブを閉じることを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項１８】
前記ラフバルブ駆動部は、前記クライオポンプハウジング内の温度が温度しきい値より高いことを追加の条件として、前記ラフバルブを閉じることを特徴とする請求項１４から１７のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項１９】
前記親水性吸着材は、シリカゲルを主成分として含有することを特徴とする請求項１４から１８のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項２０】
クライオポンプの再生方法であって、前記クライオポンプは、親水性吸着材を有し、前記再生方法は、
前記クライオポンプを真空排気しているとき、圧力上昇率を第１しきい値と比較することと、
前記クライオポンプを真空排気しているとき、前記圧力上昇率が前記第１しきい値より大きいと判定されたことを条件として、前記圧力上昇率を前記第１しきい値より小さい第２しきい値と比較することと、
前記圧力上昇率が前記第２しきい値より小さいと判定されたことを条件のひとつとして、前記クライオポンプの真空排気を停止することと、を備えることを特徴とするクライオポンプの再生方法。
【請求項２１】
クライオポンプの再生方法であって、前記クライオポンプは、親水性吸着材を有し、前記再生方法は、
前記クライオポンプにパージガスを供給することと、
クライオパネル温度が水の三重点温度を超える前に前記クライオポンプへの前記パージガスの供給を停止することと、
前記パージガスの供給停止と同時に、または供給停止後に、前記クライオポンプの真空排気を開始することと、
前記クライオポンプ内に凝縮された氷を昇華によって気化することと、
前記クライオポンプ内の圧力および圧力上昇率の少なくとも一方に基づいて前記クライオポンプの真空排気を停止することと、を備える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、クライオポンプシステム、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。クライオポンプはいわゆる気体溜め込み式の真空ポンプであるから、捕捉した気体を外部に定期的に排出する再生を要する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１９１３７４号公報
【特許文献２】特開平５−２６３７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、非凝縮性気体を排気する新規なクライオポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様によると、クライオポンプは、クライオパネルと、前記クライオパネルに設置され、非凝縮性気体を吸着可能な吸着領域と、を備え、前記吸着領域は、シリカゲルを主成分として含有する不燃性吸着材を備える。【０００６】
本発明のある態様によると、クライオポンプシステムは、上述のクライオポンプと、少なくとも１つの他のクライオポンプと、クライオポンプと少なくとも１つの他のクライオポンプに共通するラフポンプと、各クライオポンプについての再生開始指令を受け、当該クライオポンプの再生を開始する再生コントローラと、を備える。再生コントローラは、クライオポンプの再生中、少なくとも１つの他のクライオポンプについての再生開始指令を受けた場合、少なくとも１つの他のクライオポンプの再生開始をクライオポンプの再生完了以降に遅延させる。【０００７】
本発明のある態様によると、クライオポンプは、クライオポンプハウジングと、クライオポンプハウジング内に配置され、親水性吸着材を備える吸着クライオパネルと、クライオポンプハウジングの内圧を示す圧力測定信号を生成する圧力センサと、クライオポンプハウジングに取り付けられ、クライオポンプハウジングをラフポンプに接続するラフバルブと、圧力測定信号を受け、ラフバルブが開いているとき圧力測定信号に基づいて圧力上昇率を第１しきい値と比較する第１圧力上昇率監視部と、圧力測定信号を受け、第１圧力上昇率監視部によって圧力上昇率が第１しきい値より大きいと判定されたことを条件として、ラフバルブが開いているとき圧力測定信号に基づいて圧力上昇率を第１しきい値より小さい第２しきい値と比較する第２圧力上昇率監視部と、第２圧力上昇率監視部によって圧力上昇率が第２しきい値より小さいと判定されたことを条件のひとつとして、ラフバルブを閉じるラフバルブ駆動部と、を備える。【０００８】
本発明の別の態様は、クライオポンプの再生方法である。クライオポンプは、親水性吸着材を有する。再生方法は、クライオポンプを真空排気しているとき、圧力上昇率を第１しきい値と比較することと、クライオポンプを真空排気しているとき、圧力上昇率が第１しきい値より大きいと判定されたことを条件として、圧力上昇率を第１しきい値より小さい第２しきい値と比較することと、圧力上昇率が第２しきい値より小さいと判定されたことを条件のひとつとして、クライオポンプの真空排気を停止することと、を備える。【０００９】
本発明の別の態様は、クライオポンプの再生方法である。クライオポンプは、親水性吸着材を有する。再生方法は、クライオポンプにパージガスを供給することと、クライオパネル温度が水の三重点温度を超える前にクライオポンプへのパージガスの供給を停止することと、パージガスの供給停止と同時に、または供給停止後に、クライオポンプの真空排気を開始することと、クライオポンプ内に凝縮された氷を昇華によって気化することと、クライオポンプ内の圧力および圧力上昇率の少なくとも一方に基づいてクライオポンプの真空排気を停止することと、を備える。【００１０】
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、方法、装置、システム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】
【００１１】
本発明によれば、非凝縮性気体を排気する新規なクライオポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ある実施形態に係るクライオポンプを概略的に示す図である。
【図２】ある実施形態に係り、吸着領域を形成する不燃性吸着材として使用可能なシリカゲルの代表的な物性を示す表である。
【図３】ある実施形態に係るクライオポンプのブロック図である。
【図４】ある実施形態に係るクライオポンプ再生方法の要部を示すフローチャートである。
【図５】図４に示される再生方法における温度及び圧力の時間変化の一例を示す。
【図６】再生中のクライオパネル最高温度と排出完了時間との関係の一例を示すグラフである。
【図７】ある実施形態に係るクライオポンプシステムを概略的に示す図である。
【図８】ある実施形態に係り、昇華による水排出工程の例を示すフローチャートである。
【図９】ある実施形態に係るクライオポンプの他の例を概略的に示す図である。
【図１０】ある実施形態に係り、圧縮機の異常停止が発生した際にクライオポンプが実行する処理を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
クライオポンプは典型的に、クライオパネルに凝縮しない水素などの非凝縮性気体を吸着するために、クライオパネル上に吸着材を有する。吸着材は通例、活性炭である。また、クライオポンプに排気される気体の種類はクライオポンプの用途によって種々異なるが、ある用途においては、酸素が含まれる。この場合、再生中などクライオポンプの使用に際して、活性炭のまわりに酸素が存在しうる。活性炭は可燃物であるから、酸素の存在下で何らかの要因により偶発的な発火が生じるリスクがあることは否定できない。
【００１４】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、クライオポンプの安全性を向上することにある。
【００１５】
クライオポンプは、クライオパネルに凝縮しない水素などの非凝縮性気体を吸着するために、クライオパネル上に吸着材を有する。よく使われている吸着材は活性炭であるが、これは疎水性である。
【００１６】
クライオポンプに排気される気体に水蒸気が含まれるケースは珍しくない。水蒸気は固体（氷）としてクライオパネルに捕捉される。典型的な再生方法では、氷が再び気化され外部に排出される前に、氷はまず溶けて水になる。液体の水は吸着材へと流れ、吸着材を濡らすかもしれない。もし、吸着材が親水性材料を含む場合、水分子が吸着材に強く結合する。そうすると、吸着材の脱水にかなり長い時間を要することになり、望ましくない。なお、本発明者らによって認識されたこうした課題は、当業者に一般的な認識であると理解されるべきではない。
【００１７】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、親水性吸着材を有するクライオポンプについて再生時間を短縮することにある。
【００１８】
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。また、以下の説明において参照する図面において、各構成部材の大きさや厚みは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。
【００１９】
図１は、ある実施形態に係るクライオポンプ１０を概略的に示す。クライオポンプ１０は、例えばイオン注入装置、スパッタリング装置、蒸着装置、またはその他の真空プロセス装置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真空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、排気されるべき気体を真空チャンバから受け入れるための吸気口１２を有する。吸気口１２を通じて気体がクライオポンプ１０の内部空間１４に進入する。
【００２０】
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１２を通る方向（図１において中心軸Ａに沿う方向）を表し、径方向は吸気口１２に沿う方向（中心軸Ａに垂直な方向）を表す。便宜上、軸方向に関して吸気口１２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１２の中心（図１において中心軸Ａ）に近いことを「内」、吸気口１２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１２を下向きにして真空チャンバに取り付けられてもよい。
【００２１】
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１２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。
【００２２】
クライオポンプ１０は、冷凍機１６、第１クライオパネルユニット１８、第２クライオパネルユニット２０、及び、クライオポンプハウジング７０を備える。第１クライオパネルユニット１８は、高温クライオパネル部または１００Ｋ部とも称されうる。第２クライオパネルユニット２０は、低温クライオパネル部または１０Ｋ部とも称されうる。
【００２３】
冷凍機１６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１６は、二段式の冷凍機である。そのため、冷凍機１６は、第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４を備える。冷凍機１６は、第１冷却ステージ２２を第１冷却温度に冷却し、第２冷却ステージ２４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２２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２４は１０Ｋ〜２０Ｋ程度に冷却される。第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４はそれぞれ、高温冷却ステージ及び低温冷却ステージとも称しうる。
【００２４】
また、冷凍機１６は、第２冷却ステージ２４を第１冷却ステージ２２に構造的に支持するとともに第１冷却ステージ２２を冷凍機１６の室温部２６に構造的に支持する冷凍機構造部２１を備える。そのため冷凍機構造部２１は、径方向に沿って同軸に延在する第１シリンダ２３及び第２シリンダ２５を備える。第１シリンダ２３は、冷凍機１６の室温部２６を第１冷却ステージ２２に接続する。第２シリンダ２５は、第１冷却ステージ２２を第２冷却ステージ２４に接続する。室温部２６、第１シリンダ２３、第１冷却ステージ２２、第２シリンダ２５、及び第２冷却ステージ２４は、この順に直線状に一列に並ぶ。
【００２５】
第１シリンダ２３及び第２シリンダ２５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２６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１６の内部への作動気体（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気体の流路を切り替える流路切替機構を含む。
【００２６】
冷凍機１６は、作動気体の圧縮機（図示せず）に接続されている。冷凍機１６は、圧縮機により加圧された作動気体を内部で膨張させて第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４を冷却する。膨張した作動気体は圧縮機に回収され再び加圧される。冷凍機１６は、作動気体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。
【００２７】
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、冷凍機１６がクライオポンプ１０の中心軸Ａに交差する（通常は直交する）よう配設されているクライオポンプである。
【００２８】
第１クライオパネルユニット１８は、放射シールド３０と入口クライオパネル３２とを備え、第２クライオパネルユニット２０を包囲する。第１クライオパネルユニット１８は、クライオポンプ１０の外部またはクライオポンプハウジング７０からの輻射熱から第２クライオパネルユニット２０を保護するための極低温表面を提供する。第１クライオパネルユニット１８は第１冷却ステージ２２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１８は第１冷却温度に冷却される。第１クライオパネルユニット１８は第２クライオパネルユニット２０との間に隙間を有しており、第１クライオパネルユニット１８は第２クライオパネルユニット２０と接触していない。第１クライオパネルユニット１８はクライオポンプハウジング７０とも接触していない。
【００２９】
第１クライオパネルユニット１８は、凝縮クライオパネルと称することもできる。第２クライオパネルユニット２０は、吸着クライオパネルと称することもできる。
【００３０】
放射シールド３０は、クライオポンプハウジング７０の輻射熱から第２クライオパネルユニット２０を保護するために設けられている。放射シールド３０は、クライオポンプハウジング７０と第２クライオパネルユニット２０との間にあり、第２クライオパネルユニット２０を囲む。放射シールド３０は、クライオポンプ１０の外部から内部空間１４に気体を受け入れるためのシールド主開口３４を有する。シールド主開口３４は、吸気口１２に位置する。
【００３１】
放射シールド３０は、シールド主開口３４を定めるシールド前端３６と、シールド主開口３４と反対側に位置するシールド底部３８と、シールド前端３６をシールド底部３８に接続するシールド側部４０と、を備える。シールド側部４０は、軸方向にシールド前端３６からシールド主開口３４と反対側へと延在し、周方向に第２冷却ステージ２４を包囲するよう延在する。
【００３２】
シールド側部４０は、冷凍機構造部２１が挿入されるシールド側部開口４４を有する。シールド側部開口４４を通じて放射シールド３０の外から第２冷却ステージ２４及び第２シリンダ２５が放射シールド３０の中に挿入される。シールド側部開口４４は、シールド側部４０に形成された取付穴であり、例えば円形である。第１冷却ステージ２２は放射シールド３０の外に配置されている。
【００３３】
シールド側部４０は、冷凍機１６の取付座４６を備える。取付座４６は、第１冷却ステージ２２を放射シールド３０に取り付けるための平坦部分であり、放射シールド３０の外から見てわずかに窪んでいる。取付座４６は、シールド側部開口４４の外周を形成する。第１冷却ステージ２２が取付座４６に取り付けられることによって、放射シールド３０が第１冷却ステージ２２に熱的に結合されている。
【００３４】
このように放射シールド３０を第１冷却ステージ２２に直接取り付けることに代えて、ある実施形態においては、放射シールド３０は、追加の伝熱部材を介して第１冷却ステージ２２に熱的に結合されていてもよい。
【００３５】
図示される実施形態においては、放射シールド３０は一体の筒状に構成されている。これに代えて、放射シールド３０は、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。例えば、放射シールド３０は軸方向に２つの部分に分割されていてもよい。
【００３６】
入口クライオパネル３２は、クライオポンプ１０の外部の熱源（例えば、クライオポンプ１０が取り付けられる真空チャンバ内の熱源）からの輻射熱から第２クライオパネルユニット２０を保護するために、吸気口１２（またはシールド主開口３４、以下同様）に設けられている。また、入口クライオパネル３２の冷却温度で凝縮する気体（例えば水分）がその表面に捕捉される。
【００３７】
入口クライオパネル３２は、吸気口１２において第２クライオパネルユニット２０に対応する場所に配置されている。入口クライオパネル３２は、吸気口１２の開口面積の少なくとも中心部分を占有する。入口クライオパネル３２は、吸気口１２に配設される平面的な構造を備える。入口クライオパネル３２は例えば、同心円状または格子状に形成されたルーバーまたはシェブロンを備えてもよいし、平板（例えば円板）のプレートを備えてもよい。
【００３８】
入口クライオパネル３２は取付部材（図示せず）を介してシールド前端３６に取り付けられる。こうして入口クライオパネル３２は放射シールド３０に固定され、放射シールド３０に熱的に接続されている。入口クライオパネル３２は第２クライオパネルユニット２０に近接しているが、接触はしていない。
【００３９】
第２クライオパネルユニット２０は、クライオポンプ１０の内部空間１４の中心部に設けられている。第２クライオパネルユニット２０は、複数のクライオパネル６０と、パネル取付部材６２と、を備える。パネル取付部材６２は、第２冷却ステージ２４から軸方向に上方および下方に向けて延びている。第２クライオパネルユニット２０は、パネル取付部材６２を介して第２冷却ステージ２４に取り付けられている。このようにして、第２クライオパネルユニット２０は、第２冷却ステージ２４に熱的に接続されている。よって、第２クライオパネルユニット２０は第２冷却温度に冷却される。
【００４０】
複数のクライオパネル６０が、シールド主開口３４からシールド底部３８へと向かう方向に沿って（即ち中心軸Ａに沿って）パネル取付部材６２上に配列されている。複数のクライオパネル６０はそれぞれ中心軸Ａに垂直に延在する平板（例えば円板）であり、互いに平行にパネル取付部材６２に取り付けられている。なおクライオパネル６０は平板には限られず、その形状はとくに限定されない。例えば、クライオパネル６０は、逆円錐台状または円錐台状の形状を有してもよい。
【００４１】
複数のクライオパネル６０は図示されるようにそれぞれ同一形状を有してもよいし、異なる形状（例えば異なる径）を有してもよい。複数のクライオパネル６０のうちあるクライオパネル６０は、その上方に隣接するクライオパネル６０と同一形状を有するか、またはそれより大型であってもよい。また、複数のクライオパネル６０の間隔は図示されるように一定であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００４２】
第２クライオパネルユニット２０においては、少なくとも一部の表面に吸着領域６４が形成されている。吸着領域６４は非凝縮性気体（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６４は、吸気口１２から見えないように、上方に隣接するクライオパネル６０の陰となる場所に形成されていてもよい。例えば、吸着領域６４はクライオパネル６０の下面（背面）の全域に形成されている。また、吸着領域６４は、クライオパネル６０の上面（前面）の少なくとも中心部に形成されていてもよい。
【００４３】
吸着領域６４は、粒状の吸着材をクライオパネル６０の表面に接着することにより形成されてもよい。吸着材の粒径は、例えば２ｍｍから５ｍｍであってもよい。このようにすれば、製造時の接着作業がしやすくなる。
【００４４】
吸着領域６４は、シリカゲルを主成分として含有する不燃性吸着材を備える。不燃性吸着材は、少なくとも約５０質量パーセント、または少なくとも約６０質量パーセント、少なくとも約７０質量パーセント、少なくとも約８０質量パーセント、少なくとも約９０質量パーセントのシリカゲルを含んでもよい。不燃性吸着材は、実質的に全部がシリカゲルであってもよい。シリカゲルは、二酸化ケイ素を主成分とするので、酸素と化学反応をしない。
【００４５】
このように、吸着領域６４を形成する吸着材は、無機物質からなる多孔質体により形成され、有機物質を含まない。典型的なクライオポンプとは異なり、クライオポンプ１０の吸着領域６４は、活性炭を含まない。
【００４６】
多孔質体の吸着特性に関連する代表的なパラメータとして、平均細孔径、充填密度、細孔容積、および比表面積がある。一般に入手可能なシリカゲルには、いくつかの型があり、例えば、シリカゲルＡ型、シリカゲルＢ型、シリカゲルＮ型、シリカゲルＲＤ型、シリカゲルＩＤ型がある。そこで、各型のシリカゲルのこれら４つのパラメータを図２に示す。
【００４７】
本発明者は、各型の粒状シリカゲルをクライオパネル６０に接着することによりクライオパネル６０上に吸着領域６４を形成し、共通の条件下で水素の吸蔵量を測定した。シリカゲルＡ型、シリカゲルＲＤ型、シリカゲルＮ型については、シリカゲルＢ型およびＩＤ型に比べて、より多くの水素を吸着することが判明した。吸着領域６４の単位面積あたりの水素吸蔵量の測定結果を、シリカゲルＡ型、シリカゲルＮ型、シリカゲルＲＤ型について以下に示す。
シリカゲルＡ型：２５１（Ｌ／ｍ２）
シリカゲルＲＤ型：１９５（Ｌ／ｍ２）
シリカゲルＮ型：１７９（Ｌ／ｍ２）
【００４８】
したがって、シリカゲルＡ型、シリカゲルＲＤ型、シリカゲルＮ型は、クライオポンプ１０に用いられる非凝縮性気体の吸着材として、実用に適しうると期待される。シリカゲルＢ型およびＩＤ型についても、要求される吸蔵量が比較的少ない用途においては、非凝縮性気体の吸着材として利用可能でありうる。
【００４９】
ある吸着材による非凝縮性気体の吸蔵量は、次の２つの理由から、その吸着材の平均細孔径が小さいほど向上するものと考えられる。第１に、細孔の径が小さいほど、吸着材の表面において単位面積当たりの細孔数を多くすることができるからである。その結果、気体が吸着される表面積が大きくなり、気体分子は吸着されやすくなる。
【００５０】
また、吸着は、吸着材の表面と気体分子との物理的相互作用、例えば分子間力によって生じる。細孔の径が小さいほど、細孔のサイズが気体分子の大きさに近づく。そうすると、気体分子が細孔内に進入したとき、気体分子を中心として相互作用が生じうる距離範囲に細孔の内壁面が存在する可能性が高まる。気体分子と細孔の壁面との相互作用が起こりやすくなり、気体分子は吸着されやすくなる。これが第２の理由である。
【００５１】
このような知見を踏まえると、良好な非凝縮性気体の吸着特性を得るために、シリカゲルは、３．０ｎｍ以下の平均細孔径を有することが好ましい。また、水素分子の大きさはおよそ０．１ｎｍであるから、シリカゲルは、それよりも大きい平均細孔径、例えば、０．５ｎｍ以上の平均細孔径を有することが好ましい。
【００５２】
より好ましくは、シリカゲルは、２．０ｎｍから３．０ｎｍの平均細孔径を有する。図２からわかるように、シリカゲルＡ型、シリカゲルＲＤ型、シリカゲルＮ型は、この好ましい範囲に含まれる平均細孔径を有する。シリカゲルＢ型およびＩＤ型の平均細孔径は、この範囲よりもかなり大きい。
【００５３】
シリカゲルＡ型、シリカゲルＲＤ型、シリカゲルＮ型の平均細孔径を比べると、シリカゲルＡ型のほうが他の２つの型よりも平均細孔径が大きい。しかし、シリカゲルＡ型のほうが、上述のように、単位面積あたりの水素吸蔵量が大きい。このようにシリカゲルＡ型が良好な結果をもたらす理由は、シリカゲルＡ型は、均一な形状の粒状シリカゲルを入手しやすいためである。均一な粒状シリカゲルは、クライオパネル表面に密に並べて接着しやすい。よって、シリカゲルＡ型は、不定形状の粒状シリカゲルに比べて、クライオパネル６０上に高密度に設置することができ、吸蔵量を高めることができる。
【００５４】
また、シリカゲルは、上述の範囲の平均細孔径を有することに加えて、０．７〜０．９ｇ／ｍＬの充填密度、０．２５〜０．４５ｍＬ／ｇの細孔容積、５５０〜７５０ｍ２／ｇを有することが好ましい。このような物性を有するシリカゲルであれば、シリカゲルＡ型、シリカゲルＲＤ型、シリカゲルＮ型と同様に良好な吸着特性を有するものと期待される。
【００５５】
第２クライオパネルユニット２０の少なくとも一部の表面には凝縮性気体を凝縮により捕捉するための凝縮領域６６が形成されている。凝縮領域６６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。例えば、クライオパネル６０の上面外周部は凝縮領域であってもよい。
【００５６】
クライオポンプハウジング７０は、第１クライオパネルユニット１８、第２クライオパネルユニット２０、及び冷凍機１６を収容するクライオポンプ１０の筐体であり、内部空間１４の真空気密を保持するよう構成されている真空容器である。クライオポンプハウジング７０は、第１クライオパネルユニット１８及び冷凍機構造部２１を非接触に包含する。クライオポンプハウジング７０は、冷凍機１６の室温部２６に取り付けられている。
【００５７】
クライオポンプハウジング７０の前端によって、吸気口１２が画定されている。クライオポンプハウジング７０は、その前端から径方向外側に向けて延びている吸気口フランジ７２を備える。吸気口フランジ７２は、クライオポンプハウジング７０の全周にわたって設けられている。クライオポンプ１０は、吸気口フランジ７２を用いて真空排気対象の真空チャンバに取り付けられる。
【００５８】
クライオポンプハウジング７０には、ラフバルブ８０およびパージバルブ８４が取り付けられている。
【００５９】
ラフバルブ８０は、ラフポンプ８２に接続される。ラフバルブ８０の開閉により、ラフポンプ８２とクライオポンプ１０とが連通または遮断される。ラフバルブ８０を開くことによりラフポンプ８２とクライオポンプハウジング７０とが連通され、ラフバルブ８０を閉じることによりラフポンプ８２とクライオポンプハウジング７０とが遮断される。ラフバルブ８０を開きかつラフポンプ８２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。
【００６０】
ラフポンプ８２は、クライオポンプ１０の真空引きをするための真空ポンプである。ラフポンプ８２は、クライオポンプ１０の動作圧力範囲の低真空領域、言い替えればクライオポンプ１０の動作開始圧力であるベース圧レベルをクライオポンプ１０に提供するための真空ポンプである。ラフポンプ８２は、大気圧からベース圧レベルまでクライオポンプハウジング７０を減圧することができる。ベース圧レベルは、ラフポンプ８２の高真空領域にあたり、ラフポンプ８２とクライオポンプ１０の動作圧力範囲の重なり部分に含まれる。ベース圧レベルは、例えば１Ｐａ以上５０Ｐａ以下（例えば１０Ｐａ程度）の範囲である。
【００６１】
ラフポンプ８２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。クライオポンプ１０は真空チャンバのための主ポンプであり、ラフポンプ８２は補助ポンプである。
【００６２】
パージバルブ８４はパージガス源８６を含むパージガス供給装置に接続される。パージバルブ８４の開閉によりパージガス源８６とクライオポンプ１０とが連通または遮断され、パージガスのクライオポンプ１０への供給が制御される。パージバルブ８４を開くことにより、パージガス源８６からクライオポンプハウジング７０へのパージガス流れが許容される。パージバルブ８４を閉じることにより、パージガス源８６からクライオポンプハウジング７０へのパージガス流れが遮断される。パージバルブ８４を開きパージガス源８６からパージガスをクライオポンプハウジング７０に導入することにより、クライオポンプ１０の内部を昇圧することができる。供給されたパージガスは、ラフバルブ８０を通じてクライオポンプ１０から排出される。
【００６３】
パージガスの温度は、たとえば室温に調整されているが、ある実施形態においてはパージガスは、室温より高温に加熱されたガス、または、室温よりいくらか低温のガスであってもよい。本書において室温は、１０℃〜３０℃の範囲または１５℃〜２５℃の範囲から選択される温度であり、例えば約２０℃である。パージガスは例えば窒素ガスである。パージガスは、乾燥したガスであってもよい。
【００６４】
クライオポンプ１０は、第１冷却ステージ２２の温度を測定するための第１温度センサ９０と、第２冷却ステージ２４の温度を測定するための第２温度センサ９２と、を備える。第１温度センサ９０は、第１冷却ステージ２２に取り付けられている。第２温度センサ９２は、第２冷却ステージ２４に取り付けられている。よって、第１温度センサ９０は、第１クライオパネルユニット１８の温度を測定し、第２温度センサ９２は、第２クライオパネルユニット２０の温度を測定することができる。
【００６５】
また、クライオポンプハウジング７０の内部に圧力センサ９４が設けられている。圧力センサ９４は例えば、第１クライオパネルユニット１８の外側で冷凍機１６の近傍に設けられている。圧力センサ９４は、クライオポンプハウジング７０の内圧を測定することができる。
【００６６】
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１６の駆動により第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４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１８、第２クライオパネルユニット２０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。
【００６７】
入口クライオパネル３２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気体を冷却する。入口クライオパネル３２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）気体が凝縮する。この気体は、第１種気体と称されてもよい。第１種気体は例えば水蒸気である。こうして、入口クライオパネル３２は、第１種気体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気体の一部は、吸気口１２から内部空間１４へと進入する。あるいは、気体の他の一部は、入口クライオパネル３２で反射され、内部空間１４に進入しない。
【００６８】
内部空間１４に進入した気体は、第２クライオパネルユニット２０によって冷却される。第２クライオパネルユニット２０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）気体が凝縮する。この気体は、第２種気体と称されてもよい。第２種気体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２０は、第２種気体を排気することができる。
【００６９】
第２冷却温度で蒸気圧が充分に低くない気体は、第２クライオパネルユニット２０の吸着材に吸着される。この気体は、第３種気体と称されてもよい。第３種気体は非凝縮性気体とも称され、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２０は、第３種気体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、種々の気体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。
【００７０】
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、クライオポンプ１０の再生が行われる。再生中、クライオポンプ１０は昇温され、気体はクライオパネル６０から放出される。
【００７１】
従来典型的なクライオポンプは吸着材として活性炭を用いており、ある用途においては酸素を含む気体がクライオポンプによって排気される。この場合、再生中に、活性炭は酸素雰囲気にさらされる。活性炭は可燃物であるから、何らかの要因により偶発的な発火が生じるかもしれない。事故の可能性を低減するためには、複数の危険因子の併存を回避することが肝要である。
【００７２】
本実施形態によれば、吸着領域６４は、シリカゲルを主成分として含有する不燃性吸着材を備える。したがって、たとえ酸素が存在したとしても、吸着材の発火および燃焼は確実に防止される。従来と異なり、活性炭と酸素という複数の危険因子の併存が回避され、発火リスクをなくすことができる。よって、クライオポンプ１０の安全性は向上される。排気すべき気体に酸素が含まれる用途に適するクライオポンプ１０を提供することができる。
【００７３】
不燃性吸着材としてモレキュラーシーブなど他の無機多孔質体を用いる考えもありうる。これに比べて、本実施形態のようにシリカゲルを用いることには、クライオポンプ１０の再生を容易にするという利点がある。多孔質体の吸着特性は一般に、高温になるほど吸着量が低下するという温度依存性をもつ。すなわち、多孔質体が加熱されると、そこに吸着されている気体が放出されやすくなる。シリカゲルは、他の無機多孔質体に比べて、高温での吸着特性の低下が顕著に大きい。したがって、シリカゲルを含有する不燃性吸着材は、再生されやすい。
【００７４】
しかし、クライオポンプ１０に排気される気体に水蒸気が含まれる場合には、問題が起こりうる。クライオポンプ１０の真空排気運転中には水蒸気は第１クライオパネルユニット１８に凝縮され、氷となっている。再生中にはクライオポンプ１０は室温またはそれより高温（たとえば２９０Ｋ〜３３０Ｋ）に加熱されるので、氷は溶けて水になる。吸着材に多くの水滴がつくかもしれない。
【００７５】
シリカゲルはＯＨ基を有する親水性材料の一種である。こうした親水性吸着材が液体の水に触れると、吸着材の分子と水分子との間に水素結合が容易に形成される。水素結合は強い結合であるため、吸着材の脱水にはかなり時間を要することになり、再生時間が長くなってしまうことが予想される。これは望ましくない。加えて、シリカゲルは、液体の水に浸かると脆くなり、その後自然に砕けてしまう性質がある。そのため、親水性吸着材がシリカゲルを含有する場合には、液体の水との接触を避けることがとくに望まれる。
【００７６】
そこで、実施形態に係るクライオポンプ１０の再生は、氷を昇華により、液体の水を経ることなく水蒸気へと気化し、外部に排出するようにして行われる。このような実施例を以下に述べる。
【００７７】
図３は、ある実施形態に係るクライオポンプ１０のブロック図である。クライオポンプ１０は、再生コントローラ１００、記憶部１０２、入力部１０４、及び出力部１０６を備える。
【００７８】
再生コントローラ１００は、クライオポンプ１０の再生運転を制御するよう構成されている。再生コントローラ１００には、第１温度センサ９０、第２温度センサ９２、及び圧力センサ９４を含む各種センサの測定結果を受信するよう構成されている。再生コントローラ１００は、そうした測定結果に基づいて、冷凍機１６及び各種バルブに与える制御指令を演算する。再生コントローラ１００は、クライオポンプ１０の再生のためにクライオポンプハウジング７０からの排気とクライオポンプハウジング７０へのパージガスの供給とを制御するよう構成されている。再生コントローラ１００は、ラフバルブ８０及びパージバルブ８４の開閉を再生中に制御する。
【００７９】
第１温度センサ９０は、第１クライオパネルユニット１８の温度を定期的に測定し、第１クライオパネルユニット１８の測定温度を示す第１温度測定信号Ｓ１を生成する。第１温度センサ９０は、再生コントローラ１００に通信可能に接続されており、第１温度測定信号Ｓ１を再生コントローラ１００に出力する。第２温度センサ９２は、第２クライオパネルユニット２０の温度を定期的に測定し、第２クライオパネルユニット２０の測定温度を示す第２温度測定信号Ｓ２を生成する。第２温度センサ９２は、再生コントローラ１００に通信可能に接続されており、第２温度測定信号Ｓ２を再生コントローラ１００に出力する。
【００８０】
圧力センサ９４は、クライオポンプハウジング７０の内圧を定期的に測定し、クライオポンプハウジング７０の内圧を示す圧力測定信号Ｓ３を生成する。圧力センサ９４は、再生コントローラ１００に通信可能に接続されており、圧力測定信号Ｓ３を再生コントローラ１００に出力する。
【００８１】
記憶部１０２は、クライオポンプ１０の制御に関連するデータを記憶するよう構成されている。記憶部１０２は、半導体メモリまたはその他のデータ記憶媒体であってもよい。入力部１０４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。入力部１０４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。出力部１０６は、クライオポンプ１０の制御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。記憶部１０２、入力部１０４、及び出力部１０６はそれぞれ再生コントローラ１００と通信可能に接続されている。
【００８２】
再生コントローラ１００は、第１圧力上昇率監視部１１０、第２圧力上昇率監視部１１２、温度監視部１１４、圧力監視部１１６、ラフバルブ駆動部１１８、パージバルブ駆動部１２０を備える。
【００８３】
第１圧力上昇率監視部１１０は、圧力測定信号Ｓ３を受け、圧力測定信号Ｓ３に基づいて圧力上昇率を演算し、圧力上昇率を第１しきい値と比較する。第１しきい値は、たとえば、正の値に設定されている。第１圧力上昇率監視部１１０は、こうした比較を、クライオポンプ１０を真空排気しているとき、すなわちラフバルブ８０が開きパージバルブ８４が閉じているときに行う。第１しきい値は、あらかじめ設定され、記憶部１０２に格納されている。
【００８４】
第２圧力上昇率監視部１１２は、圧力測定信号Ｓ３を受け、圧力測定信号Ｓ３に基づいて圧力上昇率を演算し、圧力上昇率を第２しきい値と比較する。第２しきい値は、第１しきい値より小さい。第２しきい値は、たとえば、負の値に設定されている。第２圧力上昇率監視部１１２は、こうした比較を、クライオポンプ１０を真空排気しているときに行う。第２しきい値は、あらかじめ設定され、記憶部１０２に格納されている。
【００８５】
温度監視部１１４は、第１温度測定信号Ｓ１を受け、第１クライオパネルユニット１８の測定温度をパージ停止温度と比較する。あるいは、温度監視部１１４は、第２温度測定信号Ｓ２を受け、第２クライオパネルユニット２０の測定温度をパージ停止温度と比較してもよい。温度監視部１１４は、こうした比較を、クライオポンプ１０にパージガスが供給されているとき、すなわちパージバルブ８４が開きラフバルブ８０が閉じているときに行う。また、温度監視部１１４は、クライオポンプハウジング７０内の温度（たとえば、第１クライオパネルユニット１８または第２クライオパネルユニット２０のいずれかの温度）を温度しきい値と比較する。温度監視部１１４は、こうした比較を、クライオポンプ１０を真空排気しているときに行う。パージ停止温度、温度しきい値は、あらかじめ設定され、記憶部１０２に格納されている。
【００８６】
圧力監視部は、圧力測定信号Ｓ３を受け、クライオポンプハウジング７０の内圧を圧力しきい値と比較する。圧力監視部１１６は、こうした比較を、クライオポンプ１０を真空排気しているときに行う。圧力しきい値は、あらかじめ設定され、記憶部１０２に格納されている。
【００８７】
第１圧力上昇率監視部１１０は、ラフバルブ８０が現在開いているか閉じているかを示すラフバルブ状態データをラフバルブ駆動部１１８から取得することができる。第１圧力上昇率監視部１１０は、パージバルブ８４が現在開いているか閉じているかを示すパージバルブ状態データをパージバルブ駆動部１２０から取得することができる。同様に、第２圧力上昇率監視部１１２、温度監視部１１４、圧力監視部１１６は、ラフバルブ状態データをラフバルブ駆動部１１８から取得し、パージバルブ状態データをパージバルブ駆動部１２０から取得することができる。
【００８８】
ラフバルブ駆動部１１８は、ラフバルブ閉鎖条件が満たされたか否かを判定し、ラフバルブ駆動信号Ｓ４を生成する。ラフバルブ駆動部１１８は、第１圧力上昇率監視部１１０、第２圧力上昇率監視部１１２、温度監視部１１４、圧力監視部１１６の少なくとも１つの比較の結果に基づいて、ラフバルブ閉鎖条件が満たされたか否かを判定する。ラフバルブ駆動部１１８は、ラフバルブ閉鎖条件が満たされている場合には、ラフバルブ８０を閉じるラフバルブ駆動信号Ｓ４をラフバルブ８０に出力する。ラフバルブ駆動部１１８は、ラフバルブ閉鎖条件が満たされていない場合には、ラフバルブ８０を開くラフバルブ駆動信号Ｓ４をラフバルブ８０に出力する。また、ラフバルブ駆動部１１８は、ラフバルブ状態データを生成する。
【００８９】
パージバルブ駆動部１２０は、パージバルブ閉鎖条件が満たされたか否かを判定し、パージバルブ駆動信号Ｓ５を生成する。パージバルブ駆動部１２０は、第１圧力上昇率監視部１１０、第２圧力上昇率監視部１１２、温度監視部１１４、圧力監視部１１６の少なくとも１つの比較の結果に基づいて、パージバルブ閉鎖条件が満たされたか否かを判定する。パージバルブ駆動部１２０は、パージバルブ閉鎖条件が満たされている場合には、パージバルブ８４を閉じるパージバルブ駆動信号Ｓ５をパージバルブ８４に出力する。パージバルブ駆動部１２０は、パージバルブ閉鎖条件が満たされていない場合には、パージバルブ８４を開くパージバルブ駆動信号Ｓ５をパージバルブ８４に出力する。また、パージバルブ駆動部１２０は、パージバルブ状態データを生成する。
【００９０】
ラフバルブ駆動部１１８は、第１圧力上昇率監視部１１０、第２圧力上昇率監視部１１２、温度監視部１１４、圧力監視部１１６の少なくとも１つの比較の結果に基づいて、ラフバルブ開放条件が満たされたか否かを判定してもよい。ラフバルブ駆動部１１８は、ラフバルブ開放条件が満たされている場合にはラフバルブ８０を開き、ラフバルブ開放条件が満たされていない場合にはラフバルブ８０を閉じるように、ラフバルブ８０を制御してもよい。同様に、パージバルブ駆動部１２０は、パージバルブ開放条件が満たされている場合にはパージバルブ８４を開き、パージバルブ開放条件が満たされていない場合にはパージバルブ８４を閉じるように、パージバルブ８４を制御してもよい。
【００９１】
たとえば、パージバルブ駆動部１２０は、クライオポンプ１０の再生を開始するときパージバルブ８４を開くとともに、温度監視部１１４によって測定温度がパージ停止温度より高いと判定されたことを条件として、パージバルブ８４を閉じてもよい。ラフバルブ駆動部１１８は、温度監視部１１４によって測定温度がパージ停止温度より高いと判定されたことを条件として、ラフバルブ８０を開いてもよい。
【００９２】
ラフバルブ駆動部１１８は、第２圧力上昇率監視部１１２によって圧力上昇率が第２しきい値より小さいと判定されたことを条件のひとつとして、ラフバルブ８０を閉じてもよい。ラフバルブ駆動部１１８は、クライオポンプハウジング７０の内圧が圧力しきい値より低いことを追加の条件として、ラフバルブ８０を閉じてもよい。ラフバルブ駆動部１１８は、クライオポンプハウジング７０内の温度が温度しきい値より高いことを追加の条件として、ラフバルブ８０を閉じてもよい。
【００９３】
再生コントローラ１００、および、第１圧力上昇率監視部１１０、第２圧力上昇率監視部１１２などの再生コントローラ１００の内部構成は、ハードウェア構成としてはコンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や回路で実現され、ソフトウェア構成としてはコンピュータプログラム等によって実現されるが、図３では適宜、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００９４】
たとえば、再生コントローラ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マイコンなどのプロセッサ（ハードウェア）と、プロセッサ（ハードウェア）が実行するソフトウェアプログラムの組み合わせで実装することができる。そうしたハードウェアプロセッサは、たとえば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのプログラマブルロジックデバイスで構成してもよいし、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）のような制御回路であってもよい。ソフトウェアプログラムは、クライオポンプ１０の再生シーケンスを再生コントローラ１００に実行させるためのコンピュータプログラムであってもよい。
【００９５】
図４は、ある実施形態に係るクライオポンプ再生方法の要部を示すフローチャートである。再生シーケンスが開始されると、パージバルブ駆動部１２０は、パージバルブ８４を開き、ラフバルブ駆動部１１８は、ラフバルブ８０を閉じる（Ｓ１０）。パージガス源８６からパージバルブ８４を通じてクライオポンプハウジング７０にパージガスが供給される。
【００９６】
温度監視部１１４は、第１クライオパネルユニット１８の測定温度をパージ停止温度と比較する（Ｓ１２）。温度監視部１１４による比較の結果に基づいて、ラフバルブ駆動部１１８はラフバルブ８０を制御し、パージバルブ駆動部１２０はパージバルブ８４を制御する。第１クライオパネルユニット１８の測定温度がパージ停止温度より低い場合には（Ｓ１２のＮ）、現在の状態が維持される。すなわち、パージバルブ８４は開放され、ラフバルブ８０は閉鎖される。温度監視部１１４は、所定時間経過後に再び、第１クライオパネルユニット１８の測定温度をパージ停止温度と比較する（Ｓ１２）。
【００９７】
第１クライオパネルユニット１８の測定温度がパージ停止温度より高い場合には（Ｓ１２のＹ）、パージバルブ駆動部１２０は、パージバルブ８４を閉じ、ラフバルブ駆動部１１８は、ラフバルブ８０を開く（Ｓ１４）。なお、パージバルブ８４の閉鎖からいくらか遅れてラフバルブ８０が開放されてもよい。
【００９８】
第１圧力上昇率監視部１１０は、圧力上昇率を第１しきい値と比較する（Ｓ１６）。第１圧力上昇率監視部１１０による比較の結果に基づいて、ラフバルブ駆動部１１８はラフバルブ８０を制御し、パージバルブ駆動部１２０はパージバルブ８４を制御する。圧力上昇率が第１しきい値より小さい場合には（Ｓ１６のＮ）、現在の状態が維持される。すなわち、ラフバルブ８０は開放され、パージバルブ８４は閉鎖される。第１圧力上昇率監視部１１０は、所定時間経過後に再び、圧力上昇率を第１しきい値と比較する（Ｓ１６）。
【００９９】
圧力上昇率が第１しきい値より大きい場合には（Ｓ１６のＹ）、第２圧力上昇率監視部１１２は、圧力上昇率を第２しきい値と比較する（Ｓ１８）。このように、第２圧力上昇率監視部１１２は、第１圧力上昇率監視部１１０によって圧力上昇率が第１しきい値より大きいと判定されたことを条件として、圧力上昇率を第２しきい値と比較する。
【０１００】
第２圧力上昇率監視部１１２による比較の結果に基づいて、ラフバルブ駆動部１１８はラフバルブ８０を制御し、パージバルブ駆動部１２０はパージバルブ８４を制御する。圧力上昇率が第２しきい値より大きい場合には（Ｓ１８のＮ）、現在の状態が維持される。すなわち、ラフバルブ８０は開放され、パージバルブ８４は閉鎖される。第２圧力上昇率監視部１１２は、所定時間経過後に再び、圧力上昇率を第２しきい値と比較する（Ｓ１８）。
【０１０１】
圧力上昇率が第２しきい値より小さい場合には（Ｓ１８のＹ）、追加のラフバルブ閉鎖条件が満たされているか否かが判定される（Ｓ２０）。
【０１０２】
この実施形態においては、ラフバルブ閉鎖条件は、「（１）圧力上昇率が第２しきい値より小さいこと」に加えて、次の（２）（３）を含む。
（２）クライオポンプハウジング７０の測定内圧が圧力しきい値より低い。
（３）第２クライオパネルユニット２０の測定温度が温度しきい値より高い。
【０１０３】
したがって、圧力監視部１１６は、クライオポンプハウジング７０の測定内圧を圧力しきい値と比較する。また、温度監視部１１４は、第２クライオパネルユニット２０の測定温度を温度しきい値と比較する。温度監視部１１４および圧力監視部１１６による比較の結果に基づいて、ラフバルブ駆動部１１８はラフバルブ８０を制御し、パージバルブ駆動部１２０はパージバルブ８４を制御する。
【０１０４】
クライオポンプハウジング７０の測定内圧が圧力しきい値より高い場合には（Ｓ２０のＮ）、現在の状態が維持される。第２クライオパネルユニット２０の測定温度が温度しきい値より低い場合にも（Ｓ２０のＮ）、現在の状態が維持される。すなわち、ラフバルブ８０は開放され、パージバルブ８４は閉鎖される。所定時間経過後に再び、これら追加のラフバルブ閉鎖条件が満たされているか否かが判定される（Ｓ２０）。
【０１０５】
追加のラフバルブ閉鎖条件が満たされている場合（Ｓ２０のＹ）、すなわち、クライオポンプハウジング７０の測定内圧が圧力しきい値より低くかつ第２クライオパネルユニット２０の測定温度が温度しきい値より高い場合には、ラフバルブ８０は閉鎖される（Ｓ２２）。ラフバルブ８０の閉鎖と同時に、またはいくらか遅れてパージバルブ８４が開放されてもよい。
【０１０６】
圧力しきい値は、たとえば、１０Ｐａ〜１００Ｐａの圧力範囲から選択され、たとえば３０Ｐａであってもよい。温度しきい値は、たとえば、２９０Ｋ〜３３０Ｋの温度範囲から選択され、たとえば３００Ｋであってもよい。
【０１０７】
ステップＳ２２におけるラフバルブ８０の閉鎖後は、図示されない更なる排出工程およびクールダウン工程が行われ、再生シーケンスは終了する。
【０１０８】
図５は、図４に示される再生方法における温度及び圧力の時間変化の一例を示す。図５において、符号Ｔ１、Ｔ２はそれぞれ第１クライオパネルユニット１８、第２クライオパネルユニット２０の測定温度を示す。温度値は左側の縦軸に示される。符号Ｐはクライオポンプハウジング７０の測定内圧を示し、圧力値は右側の縦軸に対数で示される。
【０１０９】
再生シーケンスが開始されると、パージバルブ８４が開かれ、ラフバルブ８０が閉鎖される。パージガスの供給により、クライオポンプハウジング７０の測定内圧Ｐは、大気圧程度まで高まる。
【０１１０】
再生シーケンスの開始時点Ｔ０では、第１クライオパネルユニット１８はたとえば１００Ｋ程度の極低温に冷却され、第２クライオパネルユニット２０はたとえば１０〜２０Ｋ程度の極低温に冷却されている。パージガス、およびクライオポンプ１０に設けられたその他の熱源によって、第１クライオパネルユニット１８、第２クライオパネルユニット２０はパージ停止温度Ｔｐに向けて加熱される。
【０１１１】
パージ停止温度Ｔｐは、水の三重点温度（すなわち２７３．１５Ｋ）より低い温度値に設定されている。パージ停止温度Ｔｐは、水の三重点温度の近傍でそれより低い温度、たとえば約２３０Ｋ〜２７０Ｋの範囲に設定されてもよい。パージ停止温度Ｔｐは、２５０Ｋに設定されてもよい。
【０１１２】
クライオポンプ１０に捕捉された種々の気体のうち、水を除く大半の成分は、クライオポンプ１０がパージ停止温度Ｔｐに昇温される再生の初期段階で気化する。これら他の気体に比べて水は気化しにくく、クライオポンプ１０がパージ停止温度Ｔｐに達した時点ではまだ第１クライオパネルユニット１８上に固体の氷として残されている。
【０１１３】
図５に示されるタイミングＴａにおいて第１クライオパネルユニット１８の測定温度Ｔ１がパージ停止温度Ｔｐに到達する。そうすると、パージバルブ８４が閉鎖され、クライオポンプハウジング７０へのパージガスの供給は停止される。こうして、クライオパネル温度が水の三重点温度を超える前にクライオポンプ１０へのパージガスの供給が停止される。
【０１１４】
この再生シーケンスは、いわゆるフル再生であり、第１クライオパネルユニット１８と第２クライオパネルユニット２０の両方が再生される。そのため、クライオポンプ１０は、引き続き加熱され、室温またはそれより高温の再生温度（たとえば２９０Ｋ〜３３０Ｋ）に昇温される。このように、再生中にクライオポンプ１０を比較的高い温度に維持することは、再生時間の短縮に寄与する。
【０１１５】
図５には、第２クライオパネルユニット２０の設定温度Ｔ２ｍａｘが示されている。再生中においてクールダウンが開始されるまで、第２クライオパネルユニット２０の温度Ｔ２は、設定温度Ｔ２ｍａｘの近傍に維持される。例えば、設定温度Ｔ２ｍａｘは、第２クライオパネルユニット２０の上限温度として使用されてもよく、第２クライオパネルユニット２０の温度Ｔ２は、再生コントローラ１００によって、設定温度Ｔ２ｍａｘと下限温度Ｔ２ｍａｘ−ΔＴとの間に維持されてもよい。この温度マージンΔＴは、例えば、約５〜１０Ｋであってもよい。あるいは、第２クライオパネルユニット２０の温度Ｔ２は、Ｔ２ｍａｘ±ΔＴの温度範囲に維持されてもよい。
【０１１６】
タイミングＴａにおいてパージバルブ８４が閉鎖されるとともに、ラフバルブ８０が開かれる。クライオポンプ１０の真空排気が始まる。既に気化している種々の気体は、ラフバルブ８０を通じてラフポンプ８２へと排気される。クライオポンプハウジング７０の測定内圧Ｐは急減する（圧力上昇率は負の値となる）。クライオポンプハウジング７０の測定内圧Ｐは、水の三重点圧力（６１１Ｐａ）よりも低い値に維持されている。
【０１１７】
圧力上昇率は徐々にゼロに近づき、ついには図５に示されるタイミングＴｂにおいて正の値となる。クライオポンプハウジング７０の測定内圧Ｐは、減少から増加に転じる。この圧力上昇は、クライオポンプ１０内に凝縮された氷が昇華によって気化するために起こる。
【０１１８】
氷の昇華が進むにつれて、圧力上昇率は徐々に小さくなり、やがて図５に示されるタイミングＴｃにおいて負の値となる。クライオポンプハウジング７０の測定内圧Ｐは、再び増加から減少に転じる。この時点で、大部分の氷が気化していると考えられる。気化した水蒸気は、ラフバルブ８０を通じてラフポンプ８２へと排気される。
【０１１９】
再生コントローラ１００は、このような氷の昇華による圧力変動の「山」を検知する。第１圧力上昇率監視部１１０は、圧力変動の「山」の立ち上がりを検知し、第２圧力上昇率監視部１１２は、圧力変動の「山」の終わりを検知する。
【０１２０】
クライオポンプ１０の真空排気がさらに継続され、クライオポンプ１０の内圧が十分に低くなったとき、ラフバルブ８０は閉鎖され、クライオポンプ１０の真空排気は終了される（図５のタイミングＴｄ）。より具体的には、クライオポンプハウジング７０の測定内圧Ｐが圧力しきい値Ｐａより低くかつ第２クライオパネルユニット２０の測定温度Ｔ２が温度しきい値より高い場合に、ラフバルブ８０は閉鎖される。
【０１２１】
続いて、図５に示されるように、いわゆるラフアンドパージが行われてもよい。ラフアンドパージは、クライオポンプ１０へのパージガスの供給と真空排気を交互に繰り返す工程である。昇華によって気化した水蒸気の一部は、吸着材に吸着されうる。ラフアンドパージは、吸着材に吸着した水蒸気を排出することに役立ちうる。ラフアンドパージの間、クライオポンプ１０の内圧および圧力上昇率は監視され、これらが所定値を満たすとき（図５におけるタイミングＴｅ）、クライオポンプ１０のクールダウンが開始される。第１クライオパネルユニット１８および第２クライオパネルユニット２０がそれぞれ目標冷却温度に冷却されると（図５におけるタイミングＴｆ）、再生は完了する。
【０１２２】
以上説明したように、本実施形態によると、昇華により氷は液体の水を経ることなく水蒸気へと気化する。よって、親水性吸着材は、再生中に液体の水と接触しない。吸着材に吸着される水の量が少なくなるので、吸着材の脱水に要する時間を短縮することができる。よって、再生時間を短くすることができる。
【０１２３】
また、上述のように、シリカゲルは、液体の水に浸かると脆くなり、その後自然に砕けてしまう性質がある。しかしながら、本実施形態によると、親水性吸着材は、再生中に液体の水と接触しない。よって、親水性吸着材がシリカゲルを含有する場合に、親水性吸着材を長持ちさせることができる。
【０１２４】
図６は、再生中のクライオパネル最高温度と排出完了時間との関係の一例を示すグラフである。図６の横軸は、第２クライオパネルユニット２０の設定温度Ｔ２ｍａｘを示し、縦軸は、再生開始から排出完了までの所要時間を示す。ここで、排出完了は、クライオポンプハウジング７０の内圧および圧力上昇率が所定値を満たす時点（例えば、図５におけるタイミングＴｅ）を指す。図６には、設定温度Ｔ２ｍａｘが異なる５つの場合（２０℃、５２℃、７２℃、９２℃、１２２℃）について、図１に示されるクライオポンプ１０（すなわち、吸着領域６４がシリカゲルを主成分として含有する）に一定量の水が導入された場合の排出完了時間の測定結果がプロットされている。
【０１２５】
図６に示されるように、排出完了時間は、設定温度Ｔ２ｍａｘが高くなるにつれて短縮される。より詳細には、排出完了時間は、設定温度Ｔ２ｍａｘが約７０℃より低温の場合には直線Ａに沿って変化し、設定温度Ｔ２ｍａｘが約７０℃より高温の場合には直線Ｂに沿って変化する。直線Ａ、Ｂはともに負の傾きを有するが、傾きの大きさは直線Ａのほうが直線Ｂよりも大きくなっている。
【０１２６】
よって、設定温度Ｔ２ｍａｘを室温（例えば２０℃）から増加したときの排出完了時間の短縮量は、設定温度Ｔ２ｍａｘが約７０℃以下で比較的大きく、設定温度Ｔ２ｍａｘが約７０℃以上ではあまり大きくない。図６によれば、設定温度Ｔ２ｍａｘが２０℃のとき排出完了時間は約４２０分、設定温度Ｔ２ｍａｘが７０℃のとき排出完了時間は約１８０分と読み取れるから、設定温度Ｔ２ｍａｘを２０℃から７０℃に高めることによって、排出完了時間は約２４０分短縮される。また、設定温度Ｔ２ｍａｘが１２０℃のとき排出完了時間は約１３０分と読み取れるから、設定温度Ｔ２ｍａｘを７０℃から１２０℃に高めることによって、排出完了時間は約５０分短縮される。このように、設定温度Ｔ２ｍａｘが約７０℃以上では排出完了時間は設定温度Ｔ２ｍａｘにそれほど依存しない。したがって、設定温度Ｔ２ｍａｘは、少なくとも７０℃とすることが好ましい。
【０１２７】
直線Ａ、Ｂの交点の温度Ｔｘは、クライオポンプ１０内に導入された水の量など諸条件に応じていくらか変わりうるが、本発明者の検討によると、約６５℃から約７５℃の温度範囲にあると予想される。したがって、設定温度Ｔ２ｍａｘは、この温度範囲から選択される温度より高くてもよく、例えば、６５℃以上、または７０℃以上、または７５℃以上であってもよい。
【０１２８】
ところで、シリカゲルの水分吸着能力は、温度依存性をもつ。室温又はそれより低い温度では、シリカゲルは水分を良好に吸着する。例えば、１００ｇのシリカゲルは、例えば２５ｇ以上の水分を吸着する（すなわち、２５ｗｔ％の水分吸着量）。しかし、室温より温度が高くなるにつれて、シリカゲルの水分吸着能力は、顕著に低下する。例えば、８０℃では、水分吸着量が例えば５ｗｔ％を下回り、９０℃では、水分吸着能力をほとんど（または完全に）失う。したがって、吸着領域６４がシリカゲルを含有する場合には、吸着された水分をシリカゲルから良好に放出させるために、設定温度Ｔ２ｍａｘは、８０℃以上、または９０℃以上であってもよい。
【０１２９】
設定温度Ｔ２ｍａｘを高くしすぎると、上述のように排出完了時間の短縮効果は小さい反面、クライオポンプ１０の耐熱温度を超えてしまうリスクがある。そこで、設定温度Ｔ２ｍａｘは、１３０℃以下、または１２０℃以下、または１１０℃以下、または１００℃以下、または９５℃以下であってもよい。
【０１３０】
クライオポンプ１０の加熱が例えば冷凍機１６の逆転昇温運転によって行われる場合には、冷凍機１６の内部構成部品（例えば第２ディスプレーサ）の温度は、第２クライオパネルユニット２０の測定温度よりも高くなる傾向にある。そこで、冷凍機１６の逆転昇温運転を利用する場合には、冷凍機１６の内部構成部品の耐熱温度を考慮して、設定温度Ｔ２ｍａｘは、比較的低い温度、例えば、１００℃以下、または９５℃以下であってもよい。設定温度Ｔ２ｍａｘは、水の沸点よりも低い温度であってもよい。
【０１３１】
したがって、再生コントローラ１００は、再生中に吸着領域６４を６５℃以上（または７０℃以上、または７５℃以上、または８０℃以上、または９０℃以上）に昇温するように構成されてもよい。再生コントローラ１００は、再生中に吸着領域６４を１３０℃以下（または１２０℃以下、または１１０℃以下、または１００℃以下、または９５℃以下）に昇温するように構成されてもよい。
【０１３２】
一例として、温度監視部１１４は、第２クライオパネルユニット２０の測定温度を再生中の上限温度（例えば、設定温度Ｔ２ｍａｘ、またはＴ２ｍａｘ＋ΔＴ）と比較する。クライオポンプ１０の加熱中において測定温度が上限温度を超えない場合、温度監視部１１４は、クライオポンプ１０（第１クライオパネルユニット１８及び／または第２クライオパネルユニット２０）の加熱を継続する。クライオポンプ１０の加熱中において測定温度が上限温度を超える場合、温度監視部１１４は、クライオポンプ１０の加熱を停止する。
【０１３３】
また、温度監視部１１４は、第２クライオパネルユニット２０の測定温度を下限温度（例えば、Ｔ２ｍａｘ−ΔＴ）と比較する。クライオポンプ１０の加熱停止中において測定温度が下限温度を超える場合、温度監視部１１４は、クライオポンプ１０の加熱停止を継続する。クライオポンプ１０の加熱停止中において測定温度が下限温度を下回る場合、温度監視部１１４は、クライオポンプ１０の加熱を行う。
【０１３４】
クライオポンプ１０の加熱は、クライオポンプ１０に設けられた加熱装置（例えば、冷凍機１６の逆転昇温運転、または、冷凍機１６に装着された電気ヒータなど）を使用して行われる。再生コントローラ１００は、クライオポンプ１０の加熱と加熱停止を切り替えるように、加熱装置を制御する。例えば、加熱装置のオンオフによって、クライオポンプ１０の加熱と加熱停止が切り替えられる。
【０１３５】
このようにして、再生中に吸着領域６４を６５℃以上に加熱することにより、クライオポンプ１０からの水の排出完了時間、ひいては再生時間を大きく短縮することができる。
【０１３６】
図７は、ある実施形態に係るクライオポンプシステムを概略的に示す図である。クライオポンプシステムは、複数のクライオポンプを備え、具体的には、少なくとも１つの第１クライオポンプ１０ａと、少なくとも１つの第２クライオポンプ１０ｂとを備える。図７に示される例では、クライオポンプシステムは、１台の第１クライオポンプ１０ａと３台の第２クライオポンプ１０ｂからなる合計４台のクライオポンプで構成されるが、第１クライオポンプ１０ａ、第２クライオポンプ１０ｂの数はとくに限定されない。これら複数のクライオポンプは、それぞれ別個の真空チャンバに設置されてもよいし、ひとつの同じ真空チャンバに設置されてもよい。
【０１３７】
第１クライオポンプ１０ａは、シリカゲルを主成分として含有する吸着材を有するクライオポンプであり、例えば、図１に示されるクライオポンプ１０である。第２クライオポンプ１０ｂは、シリカゲルを含有しない吸着材（例えば、活性炭）を有するクライオポンプである。第２クライオポンプ１０ｂは、吸着材を除いて、図１に示されるクライオポンプ１０と同様の構成を有する。よって、第１クライオポンプ１０ａは、クライオポンプハウジング７０およびラフバルブ８０を備える。同様に、第２クライオポンプ１０ｂは、クライオポンプハウジング７０およびラフバルブ８０を備える。
【０１３８】
クライオポンプシステムは、ラフ排気ライン１３０を備える。ラフ排気ライン１３０は、第１クライオポンプ１０ａと第２クライオポンプ１０ｂに共通するラフポンプ８２と、各クライオポンプ（１０ａ、１０ｂ）のラフバルブ８０から共通のラフポンプ８２へと合流するラフ配管１３２とを備える。
【０１３９】
再生コントローラ１００は、各クライオポンプ（１０ａ、１０ｂ）についての再生開始指令Ｓ６を受け、当該クライオポンプの再生を開始するように構成されている。再生開始指令Ｓ６は、例えば、入力部１０４（図３参照）から再生コントローラ１００に入力される。
【０１４０】
ところで、各クライオポンプ（１０ａ、１０ｂ）はラフ排気ライン１３０を通じて互いに接続されているので、再生がいくつかのクライオポンプで並行して行われた場合には、あるクライオポンプ（クライオポンプＡと称する）から他のクライオポンプ（クライオポンプＢと称する）へとガスが逆流しうる。例えば、ラフポンプ８２がクライオポンプＡの粗引きをしている最中にクライオポンプＢがパージから粗引きに移行したとすると、その移行時点ではパージガスによりクライオポンプＢの内圧はクライオポンプＡに比べて高くなっている。そのため、２つのクライオポンプの圧力差によってラフ配管１３２を通じてクライオポンプＢからクライオポンプＡにガスが逆流しうる。
【０１４１】
このようなガスの逆流は、とくに、クライオポンプＡが第１クライオポンプ１０ａである場合には、望まれない。なぜなら、逆流により第１クライオポンプ１０ａが昇圧され、内圧が水の三重点圧力を超えうるからである。その場合、第１クライオポンプ１０ａにおいて氷が水へと液化しうる。吸着材に含まれるシリカゲルが液体の水と接触するリスクが高まる。
【０１４２】
また、ラフ配管１３２からクライオポンプ（１０ａ、１０ｂ）に生じる逆流によって、クライオポンプにパーティクルが進入するおそれもある。
【０１４３】
そこで、再生コントローラ１００は、第１クライオポンプ１０ａの再生中、少なくとも１つの他のクライオポンプ（すなわち、第２クライオポンプ１０ｂ）についての再生開始指令Ｓ６を受けた場合、少なくとも１つの他のクライオポンプの再生開始を第１クライオポンプ１０ａの再生完了以降に遅延させてもよい。
【０１４４】
したがって、第１クライオポンプ１０ａの再生中、他のクライオポンプのラフバルブ８０は閉鎖され続け、共通のラフポンプ８２は、第１クライオポンプ１０ａに専用のラフポンプとして使用される。よって、他のクライオポンプから再生中の第１クライオポンプ１０ａへのガス逆流を防止することができる。
【０１４５】
この場合、再生コントローラ１００は、再生開始指令Ｓ６を受けた他のクライオポンプの真空排気運転（すなわち、クライオポンプによる真空チャンバの真空排気）を継続してもよい。あるいは、再生コントローラ１００は、再生開始指令Ｓ６を受けた他のクライオポンプの真空排気運転を中止してもよい。これにより、当該クライオポンプの冷凍機１６は冷却運転を停止し、クライオポンプは自然昇温されうる。
【０１４６】
また、再生コントローラ１００は、第２クライオポンプ１０ｂの再生中、第１クライオポンプ１０ａについて再生開始指令Ｓ６を受けた場合、第２クライオポンプ１０ｂの再生を中断してもよい。このように、第１クライオポンプ１０ａの再生は、第２クライオポンプ１０ｂの再生に優先して行われてもよい。第２クライオポンプ１０ｂの再生は、第１クライオポンプ１０ａの再生が完了してから、再開され、または最初からやり直されてもよい。
【０１４７】
あるいは、再生コントローラ１００は、第２クライオポンプ１０ｂの再生中、第１クライオポンプ１０ａについて再生開始指令Ｓ６を受けた場合、第１クライオポンプ１０ａの再生開始を第２クライオポンプ１０ｂの再生完了以降に遅延させてもよい。
【０１４８】
再生コントローラ１００は、いずれかの第２クライオポンプ１０ｂの再生中、他の第２クライオポンプ１０ｂについて再生開始指令Ｓ６を受けた場合、それら第２クライオポンプ１０ｂの再生を並行して行ってもよい。
【０１４９】
なお、クライオポンプシステムが複数の第１クライオポンプ１０ａを有する場合もある。その場合、再生コントローラ１００は、ある１つの第１クライオポンプ１０ａの再生中、他の第１クライオポンプ１０ａについての再生開始指令Ｓ６を受けた場合には、これら第１クライオポンプ１０ａの再生を並行して行うことなく、一つずつ順番に再生してもよい。
【０１５０】
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。ある実施の形態に関連して説明した種々の特徴は、他の実施の形態にも適用可能である。組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態それぞれの効果をあわせもつ。
【０１５１】
上述の実施形態では、ラフバルブ閉鎖条件は、次の（１）〜（３）のすべてを満たすものとしているが、それに限られない。
（１）圧力上昇率が第２しきい値より小さい。
（２）クライオポンプハウジング７０の測定内圧が圧力しきい値より低い。
（３）第２クライオパネルユニット２０の測定温度が温度しきい値より高い。
たとえば、ラフバルブ閉鎖条件は、（１）のみであってもよい。その場合、図４に示されるステップＳ２０は省略されてもよい。よって、圧力上昇率が第２しきい値より小さい場合に（Ｓ１８のＹ）、ラフバルブ８０が閉鎖されてもよい（Ｓ２２）。
あるいは、ラフバルブ閉鎖条件は、（１）および（２）の少なくとも一方であってもよい。このようにすれば、クライオポンプ内の圧力および圧力上昇率の少なくとも一方に基づいてクライオポンプの真空排気を停止することができる。
また、ラフバルブ閉鎖条件は、（２）および（３）であってもよい。その場合、図４に示されるステップＳ１６、Ｓ１８は省略されてもよい。
条件（３）に代えて、または条件（３）とともに、ラフバルブ閉鎖条件として、次の条件（３’）が用いられてもよい。
（３’）第１クライオパネルユニット１８の測定温度が温度しきい値より高い。
【０１５２】
上述の実施形態では、再生シーケンスを開始すると同時にパージガスがクライオポンプハウジング７０に供給されている。しかし、クライオポンプ１０内に凝縮された氷を昇華によって気化しクライオポンプ１０外に排出するうえで、パージガスの供給は必須ではない。また、昇華のためにクライオポンプ１０を積極的に加熱することも必須ではない。加熱装置を動作させる代わりに、クライオポンプ１０は、周囲環境からの熱流入により自然に昇温されてもよい。そのような実施例を次に述べる。
【０１５３】
図８には、昇華による水排出工程の他の例が示されている。この例では、パージバルブ８４は閉じられており、パージガスはクライオポンプハウジング７０に供給されない。昇華により気化した水蒸気は、ラフポンプ８２によるラフバルブ８０を通じたクライオポンプハウジング７０の真空排気によって、クライオポンプハウジング７０から排出される。ラフバルブ閉鎖条件として、（２）および（３’）が用いられている。冷凍機１６の運転は停止されている。
【０１５４】
まず、温度監視部１１４は、第１クライオパネルユニット１８の測定温度をラフ排気開始温度と比較する（Ｓ２４）。ラフ排気開始温度は、上述の実施形態におけるパージ停止温度と等しくてもよい。温度監視部１１４による比較の結果に基づいて、ラフバルブ駆動部１１８はラフバルブ８０を制御する。
【０１５５】
第１クライオパネルユニット１８の測定温度がラフ排気開始温度より低い場合には（Ｓ２４のＮ）、ラフバルブ８０は、閉鎖されている。温度監視部１１４は、所定時間経過後に再び、第１クライオパネルユニット１８の測定温度をラフ排気開始温度と比較する（Ｓ２４）。第１クライオパネルユニット１８の測定温度がラフ排気開始温度より高い場合には（Ｓ２４のＹ）、ラフバルブ駆動部１１８は、ラフバルブ８０を開く（Ｓ２６）。
【０１５６】
次に、温度監視部１１４は、第１クライオパネルユニット１８の測定温度を温度しきい値と比較する（Ｓ２８）。クライオポンプ１０が積極的に加熱されない場合、クライオポンプ１０の温度が周囲温度（例えば室温）を超えることはない。よって、この温度しきい値は、周囲温度またはそれより低い値、例えば、２６０〜３００Ｋの範囲から選択されてもよく、例えば２８０Ｋであってもよい。第１クライオパネルユニット１８の測定温度が温度しきい値より低い場合には（Ｓ２８のＮ）、ラフバルブ８０の開放が継続され、所定時間経過後に再び、この温度比較および判定が行われる（Ｓ２８）。
【０１５７】
第１クライオパネルユニット１８の測定温度が温度しきい値より高い場合には（Ｓ２８のＹ）、圧力判定が行われる。圧力監視部１１６は、クライオポンプハウジング７０の測定内圧を圧力しきい値と比較する（Ｓ３０）。クライオポンプハウジング７０の測定内圧が圧力しきい値より高い場合には（Ｓ３０のＮ）、ラフバルブ８０の開放が継続され、所定時間経過後に再び、圧力比較および判定が行われる（Ｓ３０）。クライオポンプハウジング７０の測定内圧が圧力しきい値より低い場合には、ラフバルブ８０は閉鎖される（Ｓ３２）。このようにして、昇華による水排出工程は終了する。
【０１５８】
図９は、ある実施形態に係るクライオポンプの他の例を概略的に示す図である。クライオポンプ１０は、冷凍機１６に作動気体（例えばヘリウムガス）を供給する圧縮機１３４を備える。圧縮機１３４は、冷凍機１６から作動気体を回収し、回収された作動気体を圧縮し加圧して、再び冷凍機１６に供給する。また、上述の実施形態と同様に、クライオポンプ１０は、第１温度測定信号Ｓ１、第２温度測定信号Ｓ２、圧力測定信号Ｓ３に基づいてラフバルブ駆動信号Ｓ４を生成する再生コントローラ１００を備える。
【０１５９】
ところで、圧縮機１３４は、例えば、気温や湿度、気圧など圧縮機１３４の設置環境の想定を超える過酷な変動や、冷却水など冷媒の異常な品質低下など圧縮機１３４の冷却設備の不具合など、種々の要因により、異常停止しうる。
【０１６０】
圧縮機１３４の異常停止を検知するために、圧縮機１３４は、圧縮機１３４の運転状態（例えば、圧縮機１３４のオンオフ）を示す圧縮機信号Ｓ７を再生コントローラ１００に出力するように構成されている。一例として、圧縮機信号Ｓ７は、例えばＤＣ２４Ｖまたはその他の定電圧信号であり、圧縮機１３４の稼働中は常時出力され、異常停止など停止中は出力されない。
【０１６１】
したがって、再生コントローラ１００は、圧縮機信号Ｓ７が検知されている場合には圧縮機１３４が稼動し、圧縮機信号Ｓ７が検知されない場合には圧縮機１３４が異常停止していると判定する。また、再生コントローラ１００は、圧縮機信号Ｓ７に基づいて冷凍機制御信号Ｓ８を冷凍機１６に出力する。例えば、再生コントローラ１００は、圧縮機信号Ｓ７が検知されない場合には、冷凍機１６への電力供給を停止し、それにより冷凍機１６の運転を停止させる。このようにすれば、圧縮機１３４の異常停止と同期して冷凍機１６の運転を停止させることができる。
【０１６２】
圧縮機１３４の異常停止に伴って冷凍機１６が停止されたとすると、クライオポンプ１０には周囲環境から熱が流入し、それにより第１クライオパネルユニット１８および第２クライオパネルユニット２０は昇温されうる。このような事態においても、クライオパネル上に凝縮された氷の融解と、その結果生じうる液体の水と吸着材（例えばシリカゲル）との接触は防止されることが望ましい。そこで、クライオポンプ１０は、圧縮機１３４の異常停止中に、クライオポンプ１０内に凝縮された氷を昇華によって気化し排出するように動作する。
【０１６３】
図１０は、ある実施形態に係り、圧縮機の異常停止が発生した際にクライオポンプが実行する処理を例示するフローチャートである。図１０に示されるように、圧縮機１３４の異常停止が発生したとき、再生コントローラ１００は、圧縮機信号Ｓ７に基づいて冷凍機１６の運転を停止させる（Ｓ３４）。クライオポンプ１０と真空チャンバとの間にゲートバルブが設置されている場合には、冷凍機１６の停止とともにゲートバルブが閉鎖されてもよい。
【０１６４】
再生コントローラ１００は、圧縮機信号Ｓ７の有無を判定する（Ｓ３６）。圧縮機信号Ｓ７が無い場合には（Ｓ３６のＮ）、再生コントローラ１００（例えば温度監視部１１４）は、第２クライオパネルユニット２０の測定温度を上限温度と比較する（Ｓ３８）。この上限温度は、例えば、クライオポンプ１０の真空排気運転における標準運転温度の最大値として設定され、例えば２０〜３０Ｋの範囲から選択され、例えば２５Ｋであってもよい。再生コントローラ１００は、第２クライオパネルユニット２０の測定温度が上限温度より低い場合には（Ｓ３８のＮ）、待機し、所定時間経過後に再び、圧縮機信号Ｓ７の有無を判定する（Ｓ３６）。
【０１６５】
再生コントローラ１００は、第２クライオパネルユニット２０の測定温度が上限温度より高い場合には（Ｓ３８のＹ）、昇華排出シーケンスを実行する（Ｓ４０）。昇華排出シーケンスは、例えば、図８に示される、昇華による水排出工程を採用することができる。このようにして、圧縮機１３４の異常停止が発生しかつ第２クライオパネルユニット２０の温度が上限温度を超えた場合には、クライオポンプ１０内に凝縮された氷を昇華によって気化しクライオポンプ１０外に排出することができる。吸着領域６４の周囲から水分が除去されるので、異常停止した圧縮機１３４の修理や交換をする間に吸着領域６４が濡れてしまうことを防ぐことができる。昇華排出シーケンスが完了すると、冷凍機１６の冷却運転を停止したまま、クライオポンプ１０は待機する。
【０１６６】
一方、圧縮機信号Ｓ７が有る場合にも（Ｓ３６のＹ）、再生コントローラ１００（例えば温度監視部１１４）は、第２クライオパネルユニット２０の測定温度を上限温度と比較する（Ｓ４２）。再生コントローラ１００は、第２クライオパネルユニット２０の測定温度が上限温度より高い場合には（Ｓ４２のＹ）、昇華再生シーケンスを実行する（Ｓ４４）。昇華再生シーケンスは、例えば、図４および図５を参照して説明した再生シーケンスを採用することができる。再生が完了すれば、クライオポンプ１０は、真空排気運転に復帰する。吸着領域６４の周囲から水分が除去されるので、液体の水と吸着材（例えばシリカゲル）との接触を防ぐことができる。
【０１６７】
また、再生コントローラ１００は、第２クライオパネルユニット２０の測定温度が上限温度より低い場合には（Ｓ３８のＮ）、クライオポンプ１０は、昇華再生をすることなく、冷凍機１６の冷却運転を再開し（Ｓ４６）、真空排気運転に復帰する。吸着領域６４は極低温に保たれているから、液体の水に触れない。
【０１６８】
なお、実施形態に係るクライオポンプ再生は、クライオポンプ１０内に凝縮した水の量が少なく、昇華によってクライオポンプ１０の内圧が水の三重点圧力を超えない場合に適する。クライオポンプ１０内に大量の水が凝縮している場合には、昇華により多量の水蒸気が気化し、クライオポンプ１０の内圧が水の三重点圧力を超えるかもしれない。このような場合には、再生コントローラ１００は、クライオポンプ１０を室温より高温に加熱する代わりに、クライオポンプ１０の温度を水の三重点温度より低い温度に保持してもよい。
【０１６９】
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本発明は、クライオポンプ、クライオポンプシステム、クライオポンプの再生方法の分野における利用が可能である。
【符号の説明】
【０１７１】
１０  クライオポンプ、  ７０  クライオポンプハウジング、  ８０  ラフバルブ、  ８２  ラフポンプ、  ８４  パージバルブ、  ８６  パージガス源、  ９４  圧力センサ、  １００  再生コントローラ、  １１０  第１圧力上昇率監視部、  １１２  第２圧力上昇率監視部、  １１４  温度監視部、  １１８  ラフバルブ駆動部、  １２０  パージバルブ駆動部、  １３４  圧縮機、  Ｓ１  第１温度測定信号、  Ｓ２  第２温度測定信号、  Ｓ３  圧力測定信号。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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