特許 7554648 クライオポンプシステムおよびその監視方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-11

(45)【発行日】2024-09-20

(54)【発明の名称】クライオポンプシステムおよびその監視方法

(51)【国際特許分類】

   F04B 37/08 20060101AFI20240912BHJP

   F04B 37/16 20060101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

F04B37/08

F04B37/16 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020194876

(22)【出願日】2020-11-25

(65)【公開番号】P2022083523

(43)【公開日】2022-06-06

【審査請求日】2023-10-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 走

【審査官】北村 一

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－３０１６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７４３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５９７１７１１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ ２５／００－３７／２０；４１／００－４１／０６

Ｆ０４Ｂ ４９／００－５１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空プロセス装置に搭載されるクライオポンプシステムであって、
複数のクライオポンプであって、各クライオポンプが当該クライオポンプ上の複数の機器と接続された入出力回路を有する複数のクライオポンプと、
前記複数のクライオポンプを制御するクライオポンプコントローラと、
前記入出力回路と前記クライオポンプコントローラを接続し、前記クライオポンプに関する情報を前記クライオポンプと前記クライオポンプコントローラとの間で伝送するネットワークと、
前記ネットワークに接続され、前記ネットワークを介して伝送される前記クライオポンプに関する情報を表示するクライオポンプモニタと、を備え、
前記クライオポンプコントローラは、前記真空プロセス装置の筐体内に配置され、前記クライオポンプモニタは、前記真空プロセス装置の筐体外に配置されることを特徴とするクライオポンプシステム。

【請求項2】

前記クライオポンプコントローラは、前記真空プロセス装置に設けられるホストコントローラに接続可能であり、
前記クライオポンプモニタは、前記ホストコントローラを介することなく前記ネットワークに接続され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】

前記真空プロセス装置の筐体外に配置され、前記ネットワークに接続される少なくとも１つの圧縮機をさらに備え、
前記クライオポンプモニタは、前記圧縮機に設置され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】

前記クライオポンプモニタは、前記ネットワークを介して伝送される前記圧縮機に関する情報を表示することを特徴とする請求項３に記載のクライオポンプシステム。

【請求項5】

前記クライオポンプモニタは、前記クライオポンプシステムを操作するための操作部を備え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システム。

【請求項6】

前記クライオポンプモニタは、前記複数のクライオポンプを制御する前記クライオポンプコントローラに接続され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システム。

【請求項7】

真空プロセス装置に搭載されるクライオポンプシステムを監視する方法であって、
前記クライオポンプシステムは、各クライオポンプが当該クライオポンプ上の複数の機器と接続された入出力回路を有する複数のクライオポンプと、前記真空プロセス装置の筐体内に配置され、前記複数のクライオポンプを制御するクライオポンプコントローラと、前記入出力回路と前記クライオポンプコントローラを接続し、前記クライオポンプに関する情報を前記クライオポンプと前記クライオポンプコントローラとの間で伝送するネットワークと、を備え、
前記方法は、
クライオポンプモニタを前記ネットワークに接続し前記真空プロセス装置の筐体外に配置することと、
前記ネットワークを介して伝送される前記クライオポンプに関する情報を前記クライオポンプモニタに表示することと、を備える方法。

【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およびその監視方法に関する。

【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真空プロセス装置に搭載される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－２３３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明者らは、真空プロセス装置に搭載されるクライオポンプシステムについて検討したところ、以下の課題を認識するに至った。真空プロセス装置の稼働中にクライオポンプに関する情報を見ることができれば便利である。そうした情報は、とくに、何らかの異常が起こったとき、異常の原因の特定や正常状態への回復に役立つ。そこで、情報を表示する表示部をクライオポンプに一体的に組み込む案が考えられる。しかしながら、このようにしても、現実には稼働中に情報を見られないことが多い。なぜなら、クライオポンプは真空プロセス装置内に収められるので、表示部を設けたとしても、たいていの場合、外から見えない場所に隠れてしまうからである。そのうえ、真空プロセス装置で使用される高電圧や高エネルギービームなど危険への接触を避けるという安全上の理由により、真空プロセス装置の稼働中、クライオポンプなど真空プロセス装置の内部構成要素には人が物理的にアクセスしないことが要請される。真空プロセス装置の稼働を停止すれば、クライオポンプに近づいて表示部を見られるであろうが、装置の稼働停止は生産性の低下を招くから望ましくない。

【0005】

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、クライオポンプに関する情報を真空プロセス装置の稼働中に容易に確認できるクライオポンプシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様によると、真空プロセス装置に搭載されるクライオポンプシステムが提供される。クライオポンプシステムは、少なくとも１つのクライオポンプと、クライオポンプを制御するクライオポンプコントローラと、クライオポンプとクライオポンプコントローラを接続し、クライオポンプに関する情報をクライオポンプとクライオポンプコントローラとの間で伝送するネットワークと、ネットワークに接続され、ネットワークを介して伝送されるクライオポンプに関する情報を表示するクライオポンプモニタと、を備える。クライオポンプコントローラは、真空プロセス装置の筐体内に配置され、クライオポンプモニタは、真空プロセス装置の筐体外に配置される。

【0007】

本発明のある態様によると、真空プロセス装置に搭載されるクライオポンプシステムを監視する方法が提供される。クライオポンプシステムは、少なくとも１つのクライオポンプと、真空プロセス装置の筐体内に配置され、クライオポンプを制御するクライオポンプコントローラと、クライオポンプとクライオポンプコントローラを接続し、クライオポンプに関する情報をクライオポンプとクライオポンプコントローラとの間で伝送するネットワークと、を備える。方法は、クライオポンプモニタをネットワークに接続し真空プロセス装置の筐体外に配置することと、ネットワークを介して伝送されるクライオポンプに関する情報をクライオポンプモニタに表示することと、を備える。

【0008】

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】

【0009】

本発明によれば、クライオポンプに関する情報を真空プロセス装置の稼働中に容易に確認できるクライオポンプシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態に係るクライオポンプシステムを示す模式図である。

【図2】実施の形態に係るクライオポンプシステムに使用されうるクライオポンプの一例を示す模式図である。

【図3】実施の形態に係るクライオポンプシステムに使用されうる圧縮機の一例を示す模式図である。

【図4】実施の形態に係るクライオポンプシステムに使用されうるクライオポンプモニタの一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0012】

図１は、実施の形態に係るクライオポンプシステム１００を示す模式図である。クライオポンプシステム１００は、真空プロセス装置２００に搭載され、真空プロセス装置２００の真空容器２０２を所望の真空度に真空排気するために使用される。真空プロセス装置２００は、真空容器２０２内の真空環境で例えばウェハなどの被処理物を所望の真空プロセスで処理するように構成される。真空プロセス装置２００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であってもよい。

【0013】

真空プロセス装置２００は、真空容器２０２に加えて、ホストコントローラ２０４と、筐体２０６とを備える。ホストコントローラ２０４は、真空プロセス装置２００とクライオポンプシステム１００との通信を制御するように構成される。ホストコントローラ２０４は、真空プロセス装置２００を制御する制御装置として構成され、またはそうした制御装置の一部を構成してもよい。筐体２０６は、真空プロセス装置２００の外装を形成し、真空プロセス装置２００の様々な構成要素を収納する。真空容器２０２とホストコントローラ２０４は、筐体２０６内に配置される。

【0014】

筐体２０６は、真空プロセス装置２００の全面を覆うエンクロージャーであってもよい。筐体２０６は、真空プロセス装置２００の構成要素が配設されこれらを支持するフレーム構造と、真空プロセス装置２００の内部を外から仕切るパネル部材と、真空プロセス装置２００の内部に外からアクセスするための開閉可能な扉とを備えてもよい。パネル部材と扉はフレーム構造に装着されていてもよい。筐体２０６は、真空プロセス装置２００で発生しうる放射線が外に漏れるのを防ぐために、例えば鉛などの放射線遮蔽材を有してもよい。

【0015】

あるいは、筐体２０６は、真空プロセス装置２００の全面を覆うものでなくてもよい。筐体２０６の一部が開放され、真空プロセス装置２００の一部が外から見えてもよい。

【0016】

クライオポンプシステム１００は、少なくとも１つのクライオポンプ１０と、少なくとも１つの圧縮機１２と、クライオポンプコントローラ１１０と、ネットワーク１２０と、クライオポンプモニタ１３０とを備える。

【0017】

クライオポンプ１０は、真空プロセス装置２００の真空容器２０２を真空排気するために真空容器２０２に取り付けられる。よって、クライオポンプ１０は、真空容器２０２とともに真空プロセス装置２００の筐体２０６内に配置される。実施の形態に係るクライオポンプシステム１００に使用されうるクライオポンプ１０の例示的な構成については、図２を参照して後述する。

【0018】

圧縮機１２は、クライオポンプ１０に設けられた膨張機（後述）に冷媒ガスを給排するために設けられている。圧縮機１２は、ガスライン１３によりクライオポンプ１０の膨張機と接続され、真空プロセス装置２００の筐体２０６外に配置される。ガスライン１３は、圧縮機１２から膨張機に冷媒ガスを供給するように圧縮機１２を膨張機に接続する高圧ライン１３ａと、膨張機から圧縮機１２に冷媒ガスを回収するように圧縮機１２を膨張機に接続する低圧ライン１３ｂとを備える。実施の形態に係るクライオポンプシステム１００に使用されうる圧縮機１２の例示的な構成については、図３を参照して後述する。

【0019】

なお、クライオポンプシステム１００には、複数のクライオポンプ１０、例えば数台から十数台、またはそれより多数のクライオポンプ１０が設けられてもよい。また、これらクライオポンプ１０に冷媒ガスを給排するために複数の圧縮機１２がクライオポンプシステム１００に設けられてもよい。

【0020】

クライオポンプコントローラ１１０は、ホストコントローラ２０４から受信する指令に基づいてクライオポンプシステム１００を統括的に制御するように構成される。また、クライオポンプコントローラ１１０は、クライオポンプシステム１００に関する情報をホストコントローラ２０４に送信するように構成される。よって、クライオポンプコントローラ１１０は、ホストコントローラ２０４からの指令に基づいてクライオポンプ１０と圧縮機１２を制御することができ、クライオポンプ１０に関する情報と圧縮機１２に関する情報をホストコントローラ２０４に送信することができる。

【0021】

クライオポンプコントローラ１１０は、第１通信線２０８によりホストコントローラ２０４に通信可能に接続される。第１通信線２０８は、例えばＲＳ－２３２Ｃなどの通信ケーブルであってもよい。クライオポンプコントローラ１１０は、ホストコントローラ２０４と同様に、真空プロセス装置２００の筐体２０６内に配置される。

【0022】

クライオポンプコントローラ１１０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。たとえば、クライオポンプコントローラ１１０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。

【0023】

ネットワーク１２０は、クライオポンプ１０とクライオポンプコントローラ１１０を通信可能に接続する。クライオポンプシステム１００は、ネットワーク１２０を介して、クライオポンプ１０に関する情報をクライオポンプ１０とクライオポンプコントローラ１１０との間で伝送する。クライオポンプ１０は、第２通信線１２２によりクライオポンプコントローラ１１０に接続される。第２通信線１２２は、例えばＲＳ－４８５などの通信ケーブルであってもよい。

【0024】

ネットワーク１２０は、さらに、圧縮機１２とクライオポンプコントローラ１１０を通信可能に接続する。クライオポンプシステム１００は、ネットワーク１２０を介して、圧縮機１２に関する情報を圧縮機１２とクライオポンプコントローラ１１０との間で伝送する。圧縮機１２は、第３通信線１２３によりクライオポンプコントローラ１１０に接続される。第３通信線１２３は、例えばＲＳ－４８５などの通信ケーブルであってもよい。

【0025】

クライオポンプモニタ１３０は、ネットワーク１２０に接続され、ネットワーク１２０を介して伝送されるクライオポンプ１０に関する情報を表示するように構成される。これに加えて、またはこれに代えて、クライオポンプモニタ１３０は、ネットワーク１２０を介して伝送される圧縮機１２に関する情報を表示するように構成されてもよい。

【0026】

クライオポンプモニタ１３０は、ホストコントローラ２０４を介することなくネットワーク１２０に接続される。つまり、クライオポンプモニタ１３０は、真空プロセス装置２００のホストコントローラ２０４とは通信しないように構成される。この実施の形態では、クライオポンプモニタ１３０は、第４通信線１２４によりクライオポンプコントローラ１１０に接続される。第４通信線１２４は、例えばＲＳ－４８５などの通信ケーブルであってもよい。

【0027】

クライオポンプモニタ１３０は、真空プロセス装置２００の筐体２０６外に配置される。クライオポンプモニタ１３０は、筐体２０６から離れた場所に配置される。この実施の形態では、クライオポンプモニタ１３０は、圧縮機１２またはその近傍に設置される。クライオポンプモニタ１３０は、圧縮機１２に取り外し可能に装着されてもよい。あるいは、クライオポンプモニタ１３０は、圧縮機１２の近傍に設けられたモニタ設置面に設置されてもよい。モニタ設置面は、例えば、圧縮機１２の近傍の壁面、または圧縮機１２の近傍にある機器の表面であってもよい。クライオポンプモニタ１３０は、作業者が携帯可能な機器として構成されてもよい。

【0028】

実施の形態に係るクライオポンプシステム１００に使用されうるクライオポンプモニタ１３０の例示的な構成については、図４を参照して後述する。

【0029】

図２は、実施の形態に係るクライオポンプシステム１００に使用されうるクライオポンプ１０の一例を示す模式図である。クライオポンプ１０は、膨張機１４と、クライオポンプ容器１６と、放射シールド１８と、クライオパネル２０とを備える。また、クライオポンプ１０は、圧力センサ２１と、ラフバルブ２４と、パージバルブ２６と、ベントバルブ２８とを備え、これらはクライオポンプ容器１６に設置されている。

【0030】

圧縮機１２は、冷媒ガスを膨張機１４から回収し、回収した冷媒ガスを昇圧して、再び冷媒ガスを膨張機１４に供給するよう構成されている。膨張機１４は、コールドヘッドとも称され、圧縮機１２とともに極低温冷凍機を構成する。膨張機１４を指して「冷凍機」と称する場合もある。圧縮機１２と膨張機１４との間の冷媒ガスの循環が膨張機１４内での冷媒ガスの適切な圧力変動と容積変動の組み合わせをもって行われることにより、寒冷を発生する熱力学的サイクルが構成され、膨張機１４は極低温冷却を提供することができる。冷媒ガスは、通例はヘリウムガスであるが、適切な他のガスが用いられてもよい。理解のために、冷媒ガスの流れる方向を図１に矢印で示す。極低温冷凍機は、一例として、二段式のギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機であるが、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機、またはそのほかのタイプの極低温冷凍機であってもよい。

【0031】

クライオポンプ容器１６は、クライオポンプ１０の真空排気運転中に真空を保持し、周囲環境の圧力（例えば大気圧）に耐えるように設計された真空容器である。クライオポンプ容器１６は、吸気口１７を有するクライオパネル収容部１６ａと、冷凍機収容部１６ｂとを有する。クライオパネル収容部１６ａは、吸気口１７が開放され、その反対側が閉塞されたドーム状の形状を有し、この内部に放射シールド１８とクライオパネル２０が収容される。冷凍機収容部１６ｂは、円筒状の形状を有し、その一端が膨張機１４の室温部に固定され、他端がクライオパネル収容部１６ａに接続され、内部に膨張機１４が挿入されている。また、圧力センサ２１は、クライオポンプ容器１６内の圧力を測定する。

【0032】

放射シールド１８は、膨張機１４の第１冷却ステージに熱的に結合され、第１冷却温度（例えば８０Ｋ～１２０Ｋ）に冷却される。クライオパネル２０は、膨張機１４の第２冷却ステージに熱的に結合され、第１冷却温度より低い第２冷却温度（例えば１０Ｋ～２０Ｋ）に冷却される。放射シールド１８は、クライオパネル２０を囲むようにしてクライオポンプ容器１６内に配置され、クライオポンプ容器１６および周囲環境からクライオパネル２０への入熱を遮蔽する。クライオポンプ１０の吸気口１７から進入する気体はクライオパネル２０に凝縮または吸着により捕捉される。また、クライオポンプ容器１６内には、放射シールド１８の温度を測定する第１温度センサ２２と、クライオパネル２０の温度を測定する第２温度センサ２３とが設けられている。放射シールド１８とクライオパネル２０の配置や形状などクライオポンプ１０の構成は、種々の公知の構成を適宜採用することができるので、ここでは詳述しない。

【0033】

ラフバルブ２４は、クライオポンプ容器１６、例えば冷凍機収容部１６ｂに取り付けられている。ラフバルブ２４は、クライオポンプ１０の外部に設置されたラフポンプ（図示せず）に接続される。ラフポンプは、クライオポンプ１０をその動作開始圧力まで真空引きをするための真空ポンプである。クライオポンプコントローラ１１０の制御によりラフバルブ２４が開放されるときクライオポンプ容器１６がラフポンプに連通され、ラフバルブ２４が閉鎖されるときクライオポンプ容器１６がラフポンプから遮断される。ラフバルブ２４を開きかつラフポンプを動作させることにより、クライオポンプ１０を減圧することができる。

【0034】

パージバルブ２６は、クライオポンプ容器１６、例えばクライオパネル収容部１６ａに取り付けられている。パージバルブ２６は、クライオポンプ１０の外部に設置されたパージガス供給装置（図示せず）に接続される。クライオポンプコントローラ１１０の制御によりパージバルブ２６が開放されるときパージガスがクライオポンプ容器１６に供給され、パージバルブ２６が閉鎖されるときクライオポンプ容器１６へのパージガス供給が遮断される。パージガスは例えば窒素ガス、またはその他の乾燥したガスであってもよく、パージガスの温度は、たとえば室温に調整され、または室温より高温に加熱されていてもよい。パージバルブ２６を開きパージガスをクライオポンプ容器１６に導入することにより、クライオポンプ１０を昇圧することができる。また、クライオポンプ１０を極低温から室温またはそれより高い温度に昇温することができる。

【0035】

ベントバルブ２８は、クライオポンプ容器１６、例えば冷凍機収容部１６ｂに取り付けられている。ベントバルブ２８は、クライオポンプ１０の内部から外部に流体を排出するために設けられている。ベントバルブ２８から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。ベントバルブ２８は、クライオポンプコントローラ１１０の制御により開閉可能である。それとともに、ベントバルブ２８は、クライオポンプ容器１６の内外の差圧によって機械的に開きうる。ベントバルブ２８は、クライオポンプ容器１６内に過剰な圧力が発生したときこの圧力を外部に解放するための安全弁としても機能するよう構成されている。

【0036】

また、膨張機１４には、膨張機１４を駆動する可変速の膨張機モータ３０が設けられている。膨張機モータ３０はインバータを有し、クライオポンプコントローラ１１０の制御によりモータ運転周波数を変化させることができる。

【0037】

クライオポンプコントローラ１１０は、クライオポンプ１０の真空排気運転において、放射シールド１８（またはクライオパネル２０）の冷却温度に基づいて、膨張機モータ３０を制御してもよい。例えば、クライオポンプコントローラ１１０は、放射シールド１８の冷却温度を一定とするように、膨張機モータ３０の運転周波数を制御してもよい。

【0038】

また、クライオポンプコントローラ１１０は、クライオポンプ１０の再生運転においては、クライオポンプ容器１６内の圧力に基づいて（または、必要に応じて、クライオパネル２０の温度およびクライオポンプ容器１６内の圧力に基づいて）、ラフバルブ２４、パージバルブ２６、ベントバルブ２８、膨張機モータ３０を制御してもよい。

【0039】

クライオポンプ１０は、クライオポンプ１０とクライオポンプコントローラ１１０との送受信を集約する入出力回路３２を備える。入出力回路３２は、例えばＩ／Ｏモジュール、またはリモートＩ／Ｏユニットであってもよい。入出力回路３２は、クライオポンプ１０の各機器、例えば、圧力センサ２１、第１温度センサ２２、第２温度センサ２３、ラフバルブ２４、パージバルブ２６、ベントバルブ２８、膨張機モータ３０と信号を送受信するようにこれら各機器と電気的に接続される。また、入出力回路３２は、第２通信線１２２によりクライオポンプコントローラ１１０と通信可能に接続される。

【0040】

したがって、クライオポンプ１０は、圧力センサ２１によるクライオポンプ容器１６内の測定圧力を示す測定圧力信号を入出力回路３２（および第２通信線１２２）を介してクライオポンプコントローラ１１０に送信する。クライオポンプ１０は、第１温度センサ２２および第２温度センサ２３それぞれの測定温度を示す測定温度信号を入出力回路３２を介してクライオポンプコントローラ１１０に送信する。また、クライオポンプ１０は、各バルブ（すなわち、ラフバルブ２４、パージバルブ２６、ベントバルブ２８）の開閉状態を示すバルブ状態信号を入出力回路３２を介してクライオポンプコントローラ１１０に送信する。クライオポンプ１０は、膨張機モータ３０のオンオフ状態と運転周波数を示すモータ状態信号を入出力回路３２を介してクライオポンプコントローラ１１０に送信する。

【0041】

また、クライオポンプ１０は、各バルブへの動作指令を示すクライオポンプコントローラ１１０からのバルブ制御信号を入出力回路３２で受信し、入出力回路３２はこのバルブ制御信号を対応するバルブに送信する。バルブ制御信号を受信したバルブは、バルブ制御信号に従って、開閉される。同様に、クライオポンプ１０は、膨張機モータ３０への動作指令を示すクライオポンプコントローラ１１０からのモータ制御信号を入出力回路３２で受信し、入出力回路３２はこのモータ制御信号を膨張機モータ３０に送信する。膨張機モータ３０は、モータ制御信号に従って、オンオフされ、または運転周波数が制御される。

【0042】

なお、この実施の形態では、個々のクライオポンプ１０には、測定圧力、測定温度、各バルブや膨張機モータ３０の動作状態など、クライオポンプ１０に関する情報を表示する液晶パネルやモニタなどの表示部は設けられていない。

【0043】

図３は、実施の形態に係るクライオポンプシステム１００に使用されうる圧縮機１２の一例を示す模式図である。圧縮機１２は、高圧ガス出口５０、低圧ガス入口５１、高圧流路５２、低圧流路５３、第１圧力センサ５４、第２圧力センサ５５、バイパスライン５６、圧縮機本体５７、および圧縮機筐体５８を備える。

【0044】

高圧ガス出口５０は、圧縮機１２の作動ガス吐出ポートとして圧縮機筐体５８に設置され、低圧ガス入口５１は、圧縮機１２の作動ガス吸入ポートとして圧縮機筐体５８に設置されている。高圧ガス出口５０には高圧ライン１３ａが接続され、低圧ガス入口５１には低圧ライン１３ｂが接続される。高圧流路５２は、圧縮機本体５７の吐出口を高圧ガス出口５０に接続し、低圧流路５３は、低圧ガス入口５１を圧縮機本体５７の吸入口に接続する。圧縮機筐体５８は、高圧流路５２、低圧流路５３、第１圧力センサ５４、第２圧力センサ５５、バイパスライン５６、および圧縮機本体５７を収容する。圧縮機１２は、圧縮機ユニットとも称される。

【0045】

圧縮機本体５７は、その吸入口から吸入される作動ガスを内部で圧縮して吐出口から吐出するよう構成されている。圧縮機本体５７は、例えば、スクロール方式、ロータリ式、または作動ガスを昇圧するそのほかのポンプであってもよい。圧縮機本体５７は、可変速の圧縮機モータ５７ａを備えてもよい。圧縮機モータ５７ａはインバータを有し、クライオポンプコントローラ１１０の制御によりモータ運転周波数を変化させることができる。このようにして、圧縮機本体５７は、吐出する作動ガス流量を可変とするよう構成されていてもよい。あるいは、圧縮機本体５７は、固定された一定の作動ガス流量を吐出するよう構成されていてもよい。圧縮機本体５７は、圧縮カプセルと称されることもある。

【0046】

第１圧力センサ５４は、高圧流路５２を流れる作動ガスの圧力を測定するよう高圧流路５２に配置されている。第２圧力センサ５５は、低圧流路５３を流れる作動ガスの圧力を測定するよう低圧流路５３に配置されている。よって第１圧力センサ５４、第２圧力センサ５５はそれぞれ、高圧センサ、低圧センサと呼ぶこともできる。

【0047】

バイパスライン５６は、膨張機１４を迂回して高圧流路５２から低圧流路５３に作動ガスを還流させるように高圧流路５２を低圧流路５３に接続する。バイパスライン５６には、バイパスライン５６を開閉し、またはバイパスライン５６を流れる作動ガスの流量を制御するためのリリーフバルブ６０が設けられている。リリーフバルブ６０は、その出入口間に設定圧以上の差圧が作用するとき開くように構成されている。リリーフバルブ６０は、オンオフ弁または流量制御弁であってもよく、例えば電磁弁でもよい。設定圧は、設計者の経験的知見または設計者による実験やシミュレーション等に基づき適宜設定することが可能である。これにより、高圧ライン１３ａと低圧ライン１３ｂの差圧がこの設定圧を超えて過大となることを防ぐことができる。

【0048】

一例として、リリーフバルブ６０は、クライオポンプコントローラ１１０による制御によって開閉されてもよい。クライオポンプコントローラ１１０は、測定される高圧ライン１３ａと低圧ライン１３ｂの差圧を設定圧と比較し、測定差圧が設定圧以上の場合にリリーフバルブ６０を開き、測定差圧が設定差圧未満の場合にリリーフバルブ６０を閉じるようにリリーフバルブ６０を制御してもよい。クライオポンプコントローラ１１０は、高圧ライン１３ａと低圧ライン１３ｂの測定差圧を、第１圧力センサ５４と第２圧力センサ５５の測定圧力から取得してもよい。別の例として、リリーフバルブ６０は、いわゆる安全弁として作動するように構成されていてもよく、すなわち、出入口間に設定圧以上の差圧が作用するとき機械的に開放されてもよい。

【0049】

また、この実施の形態では、圧縮機１２は、圧縮機１２を操作するための操作パネル６２を備える。操作パネル６２は、圧縮機筐体５８に設置されている。操作パネル６２には、操作部６３と制御部６４と表示部６５が設けられている。操作部６３は、操作者による圧縮機１２への操作を受け付ける例えば操作ボタン等の入力手段を有する。制御部６４は、操作パネル６２の内部に収められており、操作部６３への操作に応じて圧縮機１２の各機器、例えば、圧縮機本体５７（圧縮機モータ５７ａ）、リリーフバルブ６０を制御する。表示部６５は、制御部６４により制御され、圧縮機１２に関する情報を表示する。

【0050】

圧縮機１２の制御部６４は、圧縮機１２とクライオポンプコントローラ１１０との送受信を集約する入出力回路（例えばＩ／Ｏモジュール、またはリモートＩ／Ｏユニット）として動作することもできる。したがって、制御部６４は、圧縮機１２の各機器、例えば、第１圧力センサ５４、第２圧力センサ５５、圧縮機本体５７（圧縮機モータ５７ａ）、リリーフバルブ６０と信号を送受信するようにこれら各機器と電気的に接続される。また、制御部６４は、第３通信線１２３によりクライオポンプコントローラ１１０と通信可能に接続される。

【0051】

したがって、圧縮機１２は、第１圧力センサ５４および第２圧力センサ５５それぞれの測定圧力を示す測定圧力信号を制御部６４を介してクライオポンプコントローラ１１０に送信する。また、圧縮機１２は、圧縮機モータ５７ａのオンオフ状態と運転周波数を示すモータ状態信号と、リリーフバルブ６０の開閉状態または開度を示すバルブ状態信号を、制御部６４を介してクライオポンプコントローラ１１０に送信する。

【0052】

また、圧縮機１２は、圧縮機モータ５７ａへの動作指令を示すクライオポンプコントローラ１１０からのモータ制御信号を制御部６４で受信し、制御部６４はこのモータ制御信号を圧縮機モータ５７ａに送信する。圧縮機モータ５７ａは、モータ制御信号に従って、オンオフされ、または運転周波数が制御される。同様に、圧縮機１２は、リリーフバルブ６０への動作指令を示すクライオポンプコントローラ１１０からのバルブ制御信号を制御部６４で受信し、制御部６４はこのバルブ制御信号をリリーフバルブ６０に送信する。リリーフバルブ６０は、バルブ制御信号に従って開閉される。

【0053】

なお、圧縮機１２は、そのほか種々の構成要素を有しうる。例えば、高圧流路５２には、オイルセパレータ、アドゾーバなどが設けられていてもよい。低圧流路５３には、ストレージタンクそのほかの構成要素が設けられていてもよい。また、圧縮機１２には、圧縮機本体５７をオイルで冷却するオイル循環系や、オイルを冷却水で冷却する冷却系などが設けられていてもよい。

【0054】

図４は、実施の形態に係るクライオポンプシステム１００に使用されうるクライオポンプモニタ１３０の一例を示す模式図である。クライオポンプモニタ１３０は、操作部１３２と、入出力回路１３４と、表示部１３６とを備える。

【0055】

操作部１３２は、操作者によるクライオポンプシステム１００（例えば、クライオポンプ１０、圧縮機１２）への操作を受け付けるための各種操作ボタン等の入力手段を有する。操作部１３２は、操作部１３２への操作を示す操作信号を入出力回路１３４に送信するように入出力回路１３４と電気的に接続される。クライオポンプコントローラ１１０は、この操作信号を入出力回路１３４（および第４通信線１２４）を介して受信し、操作信号に従ってクライオポンプ１０（または圧縮機１２）を制御する。この例では、操作部１３２は、クライオポンプモニタ１３０の下部に設けられている。

【0056】

入出力回路１３４は、クライオポンプモニタ１３０の内部に収められており、第４通信線１２４によりクライオポンプコントローラ１１０と通信可能に接続される。入出力回路１３４は、例えばＩ／Ｏモジュール、またはリモートＩ／Ｏユニットであってもよい。第４通信線１２４は、クライオポンプモニタ１３０に設けられたコネクタに接続され、このコネクタを介して入出力回路１３４に接続されてもよい。

【0057】

表示部１３６は、クライオポンプ１０に関する情報、及び／または圧縮機１２に関する情報を示す信号を入出力回路１３４から受信するように入出力回路１３４と電気的に接続される。表示部１３６は、入出力回路１３４がクライオポンプコントローラ１１０から受信した信号に基づいて、クライオポンプ１０及び／または圧縮機１２に関する情報を表示する。一例として、表示部１３６は、表示パネル部１３６ａと、表示灯部１３６ｂとを有する。表示パネル部１３６ａは、クライオポンプ１０及び／または圧縮機１２に関する情報を示す数字や文字、記号等を表示可能な例えば液晶パネルまたはその他の表示デバイスであってもよい。表示灯部１３６ｂは、クライオポンプ１０及び／または圧縮機１２に関する情報を示すように点消灯される例えばＬＥＤランプまたはその他のインジケーターであってもよい。この例では、表示部１３６は、クライオポンプモニタ１３０の上部に設けられている。

【0058】

表示部１３６に表示可能なクライオポンプ１０に関する情報としては、例えば以下に挙げるものが例示され、これらに限定されない。
・クライオポンプ１０に搭載されたセンサによる現在の測定値（例えば、圧力センサ２１の測定圧力、第１温度センサ２２の測定温度、第２温度センサ２３の測定温度など）
・クライオポンプ１０に搭載された機器の現在の動作状態（例えば、ラフバルブ２４の開閉状態、パージバルブ２６の開閉状態、ベントバルブ２８の開閉状態、膨張機モータ３０のオンオフ状態（すなわちクライオポンプ１０のオンオフ状態など）、膨張機モータ３０の運転周波数など）
・クライオポンプ１０の運転履歴（例えば、クライオポンプ１０の運転継続時間、クライオポンプ１０の再生開始からの経過時間、クライオポンプ１０の再生完了回数、クライオポンプ１０の運転中に発生したクライオポンプ１０に関するアラーム、クライオポンプ１０とクライオポンプコントローラ１１０の通信時間、クライオポンプ１０に搭載されたセンサによる過去の測定値、クライオポンプ１０に搭載された機器の過去の動作状態など）
・クライオポンプ１０の内部パラメータ（例えば、クライオポンプ１０の真空排気運転を実行するための放射シールド１８およびクライオパネル２０の設定冷却温度、放射シールド１８（またはクライオパネル２０）の温度調整のための制御パラメータ（例えばＰＩＤ制御のための制御ゲイン等）、クライオポンプ１０の再生を実行するための温度、圧力、各バルブの開閉タイミングなど諸条件を定義する各種の再生パラメータなど）
・クライオポンプ１０に関するその他のパラメータ（例えば、クライオポンプ１０のシリアルナンバー等）
・クライオポンプ１０を操作するための各種のコマンド

【0059】

また、表示部１３６に表示可能な圧縮機１２に関する情報としては、例えば以下に挙げるものが例示され、これらに限定されない。
・圧縮機１２に搭載されたセンサによる現在の測定値（例えば、第１圧力センサ５４の測定圧力、第２圧力センサ５５の測定圧力、第１圧力センサ５４と第２圧力センサ５５の測定圧力の差圧など）
・圧縮機１２に搭載された機器の現在の動作状態（高圧流路５２と低圧流路５３の差圧の設定値、圧縮機モータ５７ａのオンオフ状態（すなわち圧縮機１２のオンオフ状態）、圧縮機モータ５７ａの運転周波数、リリーフバルブ６０の開閉状態または開度、圧縮機本体５７を冷却する冷却水の流量など）
・圧縮機１２の運転履歴（圧縮機１２の運転継続時間、アドゾーバの使用時間、圧縮機１２の運転中に発生した圧縮機１２に関するアラーム、圧縮機１２に搭載されたセンサによる過去の測定値、圧縮機１２に搭載された機器の過去の動作状態など）
・圧縮機１２の内部パラメータ
・圧縮機１２に関するその他のパラメータ
・圧縮機１２を操作するための各種のコマンド

【0060】

なお、クライオポンプモニタ１３０は、大容量のストレージなどの記憶部を備えてもよく、または、外部記憶装置に接続可能であってもよい。クライオポンプシステム１００の過去の測定値や動作状態、またはその他の表示可能な情報が、この記憶部または記憶装置に蓄積され、必要に応じてクライオポンプモニタ１３０からアクセス可能とされクライオポンプモニタ１３０に表示されてもよい。

【0061】

また、クライオポンプモニタ１３０は、情報を視覚的に提示するとともに、聴覚的またはその他の手段により提示してもよい。

【0062】

実施の形態に係るクライオポンプシステム１００の監視方法は、クライオポンプモニタ１３０をネットワーク１２０に接続し真空プロセス装置２００の筐体２０６外に配置することを備える。例えば、クライオポンプモニタ１３０は、第４通信線１２４を用いてクライオポンプコントローラ１１０に接続される。これにより、クライオポンプモニタ１３０は、ネットワーク１２０に接続され真空プロセス装置２００の筐体２０６外に配置される。クライオポンプコントローラ１１０が真空プロセス装置２００の筐体２０６内に配置されるため、クライオポンプモニタ１３０とクライオポンプコントローラ１１０との接続をクライオポンプシステム１００の稼働中（すなわち真空プロセス装置２００の稼働中）に行うことは困難でありうる。よって、クライオポンプモニタ１３０の接続作業は、クライオポンプシステム１００の稼働前に行うことが好ましい。

【0063】

クライオポンプシステム１００の監視方法はさらに、ネットワーク１２０を介して伝送されるクライオポンプ１０に関する情報をクライオポンプモニタ１３０に表示することを備える。また、この方法は、ネットワーク１２０を介して伝送される圧縮機１２に関する情報をクライオポンプモニタ１３０に表示することを備えてもよい。これらの表示は、クライオポンプシステム１００の稼働中に行われてもよく、または、クライオポンプシステム１００の稼働停止中に行われてもよい。

【0064】

クライオポンプシステム１００では、上述のように、クライオポンプ１０に関する情報と圧縮機１２に関する情報はすべてクライオポンプコントローラ１１０に集約されることになる。クライオポンプシステム１００内の通信に用いられるネットワーク１２０は、例えばＲＳ－４８５のように、通信データ（クライオポンプ１０（または圧縮機１２）に関する情報を含む）をすべてのノードにブロードキャストするように構成されている。したがって、クライオポンプモニタ１３０をネットワーク１２０（例えばクライオポンプコントローラ１１０）に接続することにより、クライオポンプモニタ１３０は、クライオポンプコントローラ１１０とクライオポンプ１０（または圧縮機１２）との間でネットワーク１２０を介して伝送される通信データを取得（いわば傍受）することができる。こうして、クライオポンプモニタ１３０は、取得した通信データに基づいて、クライオポンプ１０（または圧縮機１２）に関する情報を表示することができる。

【0065】

クライオポンプシステム１００の監視方法はさらに、クライオポンプモニタ１３０への操作に従ってクライオポンプシステム１００を制御することを備えてもよい。上述のように、クライオポンプコントローラ１１０は、操作者が操作部１３２を操作することで生成される操作信号を入出力回路１３４（および第４通信線１２４）を介して受信し、操作信号に従ってクライオポンプ１０（または圧縮機１２）を制御することができる。例えば、クライオポンプモニタ１３０を使用して操作者が行えるクライオポンプシステム１００の操作としては、例えば以下に挙げるものが例示され、これらに限定されない。
・クライオポンプ１０のオンオフ
・クライオポンプ１０の再生開始、再生モードの選択
・クライオポンプ１０に搭載された機器の動作（例えば、ラフバルブ２４、パージバルブ２６、ベントバルブ２８の開閉動作、膨張機モータ３０の運転周波数の変更など）
・クライオポンプ１０に搭載されたセンサ、例えば圧力センサ２１の較正（例えば、大気圧調整、ゼロ点調整）
・圧縮機１２のオンオフ

【0066】

本書の冒頭で述べたように、真空プロセス装置２００の稼働中にクライオポンプ１０に関する情報を見ることができれば便利である。そうした情報は、とくに、クライオポンプシステム１００に何らかの異常が起こったとき、異常の原因の特定や正常状態への回復に役立つ。

【0067】

しかしながら、既存のクライオポンプ製品では多くの場合、そうした情報表示ツールが装備されていないため、異常の解析と正常への回復に長時間を要することがある。このような場合、クライオポンプシステム１００は真空プロセス装置２００に接続されているから、クライオポンプシステム１００に関する情報を真空プロセス装置２００から入手しうるかもしれない。ところが、現実には、真空プロセス装置２００はクライオポンプシステム１００に関するあらゆる情報にアクセスすることができるように設計されているわけではないのが普通である。そのため、この方法は、異常の解析と正常への回復に必要な情報を入手できることを必ずしも保証するものではない。また、異常の一因として、真空プロセス装置２００のホストコントローラ２０４とクライオポンプシステム１００との間の通信異常が疑われる場合もありうる。

【0068】

そこで、情報を表示する表示部をクライオポンプ１０に一体的に組み込む案が考えられる。しかしながら、このようにしても、現実には稼働中に情報を見られないことが多い。なぜなら、クライオポンプ１０は真空プロセス装置２００内に収められるので、表示部を設けたとしても、たいていの場合、外から見えない場所に隠れてしまうからである。そのうえ、真空プロセス装置２００で使用される高電圧や高エネルギービームなど危険への接触を避けるという安全上の理由により、真空プロセス装置２００の稼働中、クライオポンプ１０など真空プロセス装置２００の内部構成要素には人が物理的にアクセスしないことが要請される。真空プロセス装置２００の稼働を停止すれば、クライオポンプ１０に近づいて表示部を見られるであろうが、装置の稼働停止は生産性の低下を招くから望ましくない。

【0069】

これに対して、実施の形態によると、クライオポンプモニタ１３０が真空プロセス装置２００の筐体２０６外に配置され、クライオポンプモニタ１３０にクライオポンプ１０（及び／または圧縮機１２）に関する情報が表示される、そのため、操作者は、表示されたクライオポンプ１０（及び／または圧縮機１２）に関する情報を真空プロセス装置２００の稼働中に手元で容易に確認することができる。操作者は、クライオポンプモニタ１３０を見ることで、必要な情報を安全な場所で随時入手することができる。クライオポンプシステム１００に何らかの異常が起こったとき、操作者は、クライオポンプモニタ１３０から入手した情報を利用して、異常の原因の特定や正常状態への回復を迅速に進めることができる。

【0070】

また、実施の形態によると、クライオポンプモニタ１３０は、ホストコントローラ２０４を介することなくネットワーク１２０に接続される。例えば、クライオポンプモニタ１３０は、クライオポンプコントローラ１１０に直接接続されることによってネットワーク１２０に接続される。これにより、ホストコントローラ２０４の異常、またはクライオポンプコントローラ１１０とホストコントローラ２０４間の通信異常が疑われる場合であっても、クライオポンプモニタ１３０は、クライオポンプコントローラ１１０から情報を得て表示することができる。また、クライオポンプモニタ１３０は、ホストコントローラ２０４経由では得られない情報（ホストコントローラ２０４がモニタ対象外としているクライオポンプの情報）もクライオポンプコントローラ１１０から得て表示することができる。

【0071】

さらに、実施の形態によると、クライオポンプモニタ１３０は、クライオポンプシステム１００を操作するための操作部１３２を備える。そのため、真空プロセス装置２００のホストコントローラ２０４を介してクライオポンプシステム１００を作動させることとは別に、クライオポンプモニタ１３０から必要な操作をクライオポンプシステム１００に行うことができる。

【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】

上述の実施の形態では、圧縮機１２とクライオポンプモニタ１３０がそれぞれ個別の通信ケーブル（第３通信線１２３と第４通信線１２４）でクライオポンプコントローラ１１０に接続されている。ある実施の形態では、第３通信線１２３と第４通信線１２４が端部で分岐した１本の通信ケーブルにまとめられ、この１本の通信ケーブルを用いて圧縮機１２とクライオポンプモニタ１３０がクライオポンプコントローラ１１０に接続されてもよい。

【0074】

クライオポンプモニタ１３０をクライオポンプコントローラ１１０に直接接続することに代えて、クライオポンプモニタ１３０は、圧縮機１２に有線で接続されることによりネットワーク１２０に接続され真空プロセス装置２００の筐体２０６外に配置されてもよい。この場合、クライオポンプモニタ１３０の接続作業は、クライオポンプシステム１００の稼働前に行われてもよく、または、クライオポンプシステム１００の稼働中に行われてもよい。また、クライオポンプモニタ１３０は、ネットワーク１２０上のその他のノード（例えばクライオポンプ１０）に接続されることによりネットワーク１２０に接続され、真空プロセス装置２００の筐体２０６外に配置されてもよい。

【0075】

クライオポンプモニタ１３０は、圧縮機１２に一体的に搭載されてもよい。例えば、圧縮機１２に設けられた操作パネル６２がクライオポンプモニタ１３０として動作するように構成されてもよい。

【0076】

クライオポンプモニタ１３０は、少なくとも一部の表示機能（及び／または操作機能）の有効と無効を切替可能とされてもよい。例えば、クライオポンプ１０の内部パラメータの表示など一部の表示機能がクライオポンプモニタ１３０の初期状態では使用不能とされるように例えばパスワード等によりロックされてもよい。クライオポンプモニタ１３０は、このロックを解除することによりこの表示機能を使用可能としてもよい。

【0077】

クライオポンプモニタ１３０のネットワーク１２０への接続は無線化されてもよい。例えば、圧縮機１２がクライオポンプコントローラ１１０に有線で接続され、クライオポンプモニタ１３０と圧縮機１２が無線接続されてもよい。クライオポンプモニタ１３０と圧縮機１２はともに真空プロセス装置２００の外に配置され、また互いに近接して配置されるから、無線通信のための搬送波が相互に良好に伝わりやすい。あるいは、可能とされる場合には、クライオポンプコントローラ１１０とクライオポンプモニタ１３０が無線接続されてもよい。

【0078】

上述の実施の形態では、クライオポンプモニタ１３０は、操作部１３２を有し、これによりクライオポンプシステム１００の操作機能を有する。しかし、ある実施の形態では、クライオポンプモニタ１３０は、操作機能を有さずに、表示機能のみを有してもよい。

【0079】

クライオポンプシステム１００に設けられる少なくとも１つのクライオポンプ１０は、コールドトラップであってもよい。典型的に、コールドトラップは、単段式の極低温冷凍機により冷却され、例えばターボ分子ポンプなどの高真空ポンプの入口に配置され、主として水蒸気をコールドトラップ表面に凝縮して排気するものである。クライオポンプモニタ１３０は、コールドトラップに関する情報を表示してもよい。

【符号の説明】

【0080】

１０ クライオポンプ、 １２ 圧縮機、 １００ クライオポンプシステム、 １１０ クライオポンプコントローラ、 １２０ ネットワーク、 １３０ クライオポンプモニタ、 １３２ 操作部、 １３６ 表示部、 ２００ 真空プロセス装置、 ２０４ ホストコントローラ、 ２０６ 筐体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】