KR101990521B1 - 크라이오펌프 시스템, 크라이오펌프 제어장치, 및 크라이오펌프 재생방법 - Google Patents

Abstract

크라이오펌프의 재생시간을 단축한다.
크라이오펌프 시스템은, 크라이오펌프(10)와, 크라이오펌프(10)로부터 응축물을 배출하는 배출처리로서, 크라이오펌프(10)의 러핑이 실행되는 배출처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 크라이오펌프(10)를 제어하는 재생제어부(102)를 구비한다. 재생제어부(102)는, 크라이오펌프(10)의 러핑 중에 있어서의 크라이오펌프(10) 내의 압력강하율을 연산하는 압력강하율 연산부(114)와, 러핑 중에 있어서의 압력강하율의 축소를 검출하는 압력강하율 감시부(116)를 구비한다.

Description

크라이오펌프 시스템, 크라이오펌프 제어장치, 및 크라이오펌프 재생방법{Cryopump system, controlling apparatus for cryopump, and regeneration method of cryopump}

본 출원은, 2015년 2월 20일에 출원된 일본 특허출원 제2015-031852호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 크라이오펌프 시스템, 크라이오펌프 제어장치, 및 크라이오펌프 재생방법에 관한 것이다.

크라이오펌프는, 극저온으로 냉각된 크라이오패널에 기체분자를 응축 또는 흡착에 의하여 포착하여 배기하는 진공펌프이다. 크라이오펌프는 반도체회로 제조프로세스 등에 요구되는 청정한 진공환경을 실현하기 위하여 일반적으로 이용된다. 크라이오펌프는 이른바 기체저장식의 진공펌프이기 때문에, 포착된 기체를 외부에 정기적으로 배출하는 재생을 필요로 한다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2008-223538호

본 발명의 일 양태의 예시적인 목적 중의 하나는, 크라이오펌프의 재생시간을 단축하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프와, 상기 크라이오펌프로부터 응축물을 배출하는 배출처리로서, 상기 크라이오펌프의 러핑이 실행되는 배출처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 상기 크라이오펌프를 제어하는 재생제어부를 구비하는 크라이오펌프 시스템이 제공된다. 상기 재생제어부는, 상기 크라이오펌프의 러핑 중에 있어서의 상기 크라이오펌프 내의 압력강하율을 연산하는 압력강하율 연산부와, 상기 러핑 중에 있어서의 상기 압력강하율의 축소를 검출하는 압력강하율 감시부를 구비한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프로부터 응축물을 배출하는 배출처리로서, 상기 크라이오펌프의 러핑이 실행되는 배출처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 상기 크라이오펌프를 제어하는 재생제어부를 구비하는 크라이오펌프 제어장치가 제공된다. 상기 재생제어부는, 상기 크라이오펌프의 러핑 중에 있어서의 상기 크라이오펌프 내의 압력강하율을 연산하는 압력강하율 연산부와, 상기 러핑 중에 있어서의 상기 압력강하율의 축소를 검출하는 압력강하율 감시부를 구비한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프로부터 응축물을 배출하는 배출처리로서, 상기 크라이오펌프의 러핑이 실행되는 배출처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 상기 크라이오펌프를 제어하는 단계를 포함하는 크라이오펌프 재생방법이 제공된다. 상기 제어하는 단계는, 상기 크라이오펌프의 러핑 중에 있어서의 상기 크라이오펌프 내의 압력강하율을 연산하는 단계와, 상기 러핑 중에 있어서의 상기 압력강하율의 축소를 검출하는 단계를 포함한다.

다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나, 본 발명의 구성요소나 표현을 장치, 방법, 시스템, 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 프로그램을 격납한 기록매체 등의 사이에서 상호 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 크라이오펌프의 재생시간을 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 시스템을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 제어부의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 재생방법의 주요부를 나타내는 플로차트이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 내의 압력변화를 개략적으로 예시하는 도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에서 설명하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 시스템을 모식적으로 나타내는 도이다. 크라이오펌프 시스템은, 크라이오펌프(10)와, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전 및 재생운전을 제어하는 크라이오펌프 제어부(100)를 구비한다. 크라이오펌프(10)는, 예를 들면 이온주입장치나 스퍼터링장치 등의 진공챔버에 장착되어, 진공챔버 내부의 진공도를 원하는 프로세스에 요구되는 레벨까지 높이기 위하여 사용된다. 크라이오펌프 제어부(100)는, 크라이오펌프(10)에 일체로 마련되어 있어도 되고, 크라이오펌프(10)와는 별체(別體)의 제어장치로서 구성되어 있어도 된다.

크라이오펌프(10)는, 기체를 받아들이기 위한 흡기구(12)를 갖는다. 흡기구(12)는 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)으로의 입구이다. 크라이오펌프(10)가 장착된 진공챔버로부터 흡기구(12)를 통하여, 배기되어야 하는 기체가 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)으로 진입된다.

다만 이하에서는, 크라이오펌프(10)의 구성요소의 위치관계를 알기 쉽게 나타내기 위하여, “축방향”, “직경방향”이라는 용어를 사용하는 경우가 있다. 축방향은 흡기구(12)를 통과하는 방향을 나타내고, 직경방향은 흡기구(12)를 따르는 방향을 나타낸다. 편의상, 축방향에 관하여 흡기구(12)에 상대적으로 가까운 것을 “상”, 상대적으로 먼 것을 “하”라고 부르는 경우가 있다. 즉, 크라이오펌프(10)의 바닥부로부터 상대적으로 먼 것을 “상”, 상대적으로 가까운 것을 “하”라고 부르는 경우가 있다. 직경방향에 관해서는, 흡기구(12)의 중심에 가까운 것을 “내”, 흡기구(12)의 둘레가장자리에 가까운 것을 “외”라고 부르는 경우가 있다. 다만, 이러한 표현은 크라이오펌프(10)가 진공챔버에 장착된 때의 배치와는 관계없다. 예를 들면, 크라이오펌프(10)는 연직방향으로 흡기구(12)를 하향으로 하여 진공챔버에 장착되어도 된다.

크라이오펌프(10)는, 저온크라이오패널(18)과, 고온크라이오패널(19)을 구비한다. 또, 크라이오펌프(10)는, 고온크라이오패널(19) 및 저온크라이오패널(18)을 냉각하는 냉각 시스템을 구비한다. 이 냉각 시스템은, 냉동기(16)와, 압축기(36)를 구비한다.

*냉동기(16)는, 예를 들면 기포드·맥마흔식 냉동기(이른바 GM냉동기) 등의 극저온냉동기이다. 냉동기(16)는, 제1 스테이지(20), 제2 스테이지(21), 제1 실린더(22), 제2 실린더(23), 제1 디스플레이서(24), 및 제2 디스플레이서(25)를 구비하는 2단식의 냉동기이다. 따라서, 냉동기(16)의 고온단(高溫段)은, 제1 스테이지(20), 제1 실린더(22), 및 제1 디스플레이서(24)를 구비한다. 냉동기(16)의 저온단(低溫段)은, 제2 스테이지(21), 제2 실린더(23), 및 제2 디스플레이서(25)를 구비한다.

제1 실린더(22)와 제2 실린더(23)는 직렬로 접속되어 있다. 제1 스테이지(20)는, 제1 실린더(22)와 제2 실린더(23)와의 결합부에 설치되어 있다. 제2 실린더(23)는 제1 스테이지(20)와 제2 스테이지(21)를 연결한다. 제2 스테이지(21)는, 제2 실린더(23)의 말단에 설치되어 있다. 제1 실린더(22) 및 제2 실린더(23) 각각의 내부에는 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)가 냉동기(16)의 길이방향(도 1에 있어서 좌우방향)으로 이동 가능하게 배치되어 마련되어 있다. 제1 디스플레이서(24)와 제2 디스플레이서(25)는 일체로 이동 가능하게 연결되어 있다. 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)에는 각각 제1 축냉기 및 제2 축냉기(도시하지 않음)가 장착되어 있다.

냉동기(16)는, 제1 실린더(22)의 고온단부에 마련되어 있는 구동기구(17)를 구비한다. 구동기구(17)는, 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)가 각각 제1 실린더(22) 및 제2 실린더(23)의 내부를 왕복이동 가능하도록 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)에 접속되어 있다. 또 구동기구(17)는, 작동기체의 공급과 배출을 주기적으로 반복하도록 작동기체의 유로를 전환하는 유로전환기구를 포함한다. 유로전환기구는 예를 들면 밸브부와 밸브부를 구동하는 구동부를 포함한다. 밸브부는 예를 들면 로터리밸브를 포함하고, 구동부는 로터리밸브를 회전시키기 위한 모터를 포함한다. 모터는, 예를 들면 AC모터 또는 DC모터여도 된다. 또 유로전환기구는 리니어모터에 의하여 구동되는 직동식의 기구여도 된다.

냉동기(16)는 고압도관(34) 및 저압도관(35)을 통하여 압축기(36)에 접속된다. 냉동기(16)는, 압축기(36)로부터 공급되는 고압의 작동기체(예를 들면 헬륨)를 내부에서 팽창시켜 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)에 한랭을 발생시킨다. 압축기(36)는, 냉동기(16)에서 팽창된 작동기체를 회수하여 다시 가압하여 냉동기(16)에 공급한다.

구체적으로는, 먼저 구동기구(17)가 고압도관(34)과 냉동기(16)의 내부공간을 연통시킨다. 압축기(36)로부터 고압도관(34)을 통하여 냉동기(16)에 고압의 작동기체가 공급된다. 냉동기(16)의 내부공간이 고압의 작동기체로 채워지면, 구동기구(17)는 냉동기(16)의 내부공간을 저압도관(35)에 연통시키도록 유로를 전환한다. 이로써 작동기체는 팽창된다. 팽창된 작동기체는 압축기(36)로 회수된다. 이러한 작동기체의 급배(給排)에 동기(同期)하여, 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)가 각각 제1 실린더(22) 및 제2 실린더(23)의 내부를 왕복 이동한다. 이러한 열사이클을 반복함으로써 냉동기(16)는 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)에 한랭(寒冷)을 발생시킨다.

냉동기(16)는, 제1 스테이지(20)를 제1 온도레벨로 냉각하고, 제2 스테이지(21)를 제2 온도레벨로 냉각하도록 구성되어 있다. 제2 온도레벨은 제1 온도레벨보다 저온이다. 예를 들면, 제1 스테이지(20)는 65K~120K 정도, 바람직하게는 80K~100K로 냉각되고, 제2 스테이지(21)는 10K~20K정도로 냉각된다.

도 1은, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심축과, 냉동기(16)의 중심축을 포함하는 단면을 나타낸다. 도 1에 나타나는 크라이오펌프(10)는, 이른바 가로형의 크라이오펌프이다. 가로형의 크라이오펌프란 일반적으로, 냉동기(16)가 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심축에 교차하도록(통상은 직교하도록) 배치되어 마련되어 있는 크라이오펌프이다. 본 발명은 이른바 세로형의 크라이오펌프에도 동일하게 적용할 수 있다. 세로형의 크라이오펌프란, 냉동기가 크라이오펌프의 축방향을 따라 배치되어 마련되어 있는 크라이오펌프이다.

저온크라이오패널(18)은, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심부에 마련되어 있다. 저온크라이오패널(18)은 예를 들면, 복수의 패널부재(26)를 포함한다. 패널부재(26)는 예를 들면, 각각이 원뿔대의 측면의 형상, 말하자면 우산 형상을 갖는다. 각 패널부재(26)에는 통상 활성탄 등의 흡착제(27)가 마련되어 있다. 흡착제(27)는 예를 들면 패널부재(26)의 이면(裏面)에 접착되어 있다. 이와 같이 하여, 저온크라이오패널(18)은, 기체분자를 흡착하기 위한 흡착 영역을 구비한다.

패널부재(26)는 패널장착부재(28)에 장착되어 있다. 패널장착부재(28)는 제2 스테이지(21)에 장착되어 있다. 이와 같이 하여, 저온크라이오패널(18)은, 제2 스테이지(21)에 열적(熱的)으로 접속되어 있다. 따라서, 저온크라이오패널(18)은 제2 온도레벨로 냉각된다.

고온크라이오패널(19)은, 방사실드(30)와 입구크라이오패널(32)을 구비한다. 고온크라이오패널(19)은, 저온크라이오패널(18)을 포위하도록 저온크라이오패널(18)의 외측에 마련되어 있다. 고온크라이오패널(19)은 제1 스테이지(20)에 열적으로 접속되어 있으며, 고온크라이오패널(19)은 제1 온도레벨로 냉각된다.

방사실드(30)는 주로, 크라이오펌프(10)의 하우징(38)으로부터의 복사열로부터 저온크라이오패널(18)을 보호하기 위하여 마련되어 있다. 방사실드(30)는, 하우징(38)과 저온크라이오패널(18)의 사이에 있으며, 저온크라이오패널(18)을 둘러싼다. 방사실드(30)는, 흡기구(12)를 향하여 축방향 상단이 개방되어 있다. 방사실드(30)는, 축방향 하단이 폐쇄된 통형(예를 들면 원통)의 형상을 갖고, 컵 형상으로 형성되어 있다. 방사실드(30)의 측면에는 냉동기(16)의 부착을 위한 구멍이 있으며, 그곳으로부터 제2 스테이지(21)가 방사실드(30) 중에 삽입되어 있다. 그 장착 구멍의 외주부(外周部)에서 방사실드(30)의 외면에 제1 스테이지(20)가 고정되어 있다. 이렇게 하여 방사실드(30)는 제1 스테이지(20)에 열적으로 접속되어 있다.

입구크라이오패널(32)은, 흡기구(12)에 있어서 직경방향을 따라 배치되어 있다. 입구크라이오패널(32)은, 실드개구단(31)에 배치되어 마련되어 있다. 입구크라이오패널(32)은 그 외주부가 실드개구단(31)에 고정되어, 방사실드(30)에 열적으로 접속되어 있다. 입구크라이오패널(32)은, 저온크라이오패널(18)로부터 축방향 상방으로 떨어져 마련되어 있다. 입구크라이오패널(32)은, 예를 들면, 루버구조나 셰브론구조로 형성된다. 입구크라이오패널(32)은, 방사실드(30)의 중심축을 중심으로 하는 동심원 형상으로 형성되어 있어도 되고, 혹은 격자 형상 등 다른 형상으로 형성되어 있어도 된다.

입구크라이오패널(32)은, 흡기구(12)에 들어가는 기체를 배기하기 위하여 마련되어 있다. 입구크라이오패널(32)의 온도에서 응축된 기체(예를 들면 수분)가 그 표면에 포착된다. 또, 입구크라이오패널(32)은, 크라이오펌프(10)의 외부의 열원(예를 들면, 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버 내의 열원)으로부터의 복사열로부터 저온크라이오패널(18)을 보호하기 위하여 마련되어 있다. 복사열뿐만 아니라 기체분자의 진입도 제한된다. 입구크라이오패널(32)은, 흡기구(12)를 통한 내부공간(14)으로의 기체유입을 원하는 양으로 제한하도록 흡기구(12)의 개구면적의 일부를 점유한다.

크라이오펌프(10)는, 하우징(38)을 구비한다. 하우징(38)은, 크라이오펌프(10)의 내부와 외부를 이격시키기 위한 진공용기이다. 하우징(38)은, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)을 기밀(氣密)하게 유지하도록 구성되어 있다. 하우징(38)은, 고온크라이오패널(19)의 외측에 마련되어 있으며, 고온크라이오패널(19)을 둘러싼다. 또, 하우징(38)은 냉동기(16)를 수용한다. 즉, 하우징(38)은, 고온크라이오패널(19) 및 저온크라이오패널(18)을 수용하는 크라이오펌프 용기이다.

하우징(38)은, 고온크라이오패널(19) 및 냉동기(16)의 저온부에 비접촉되도록, 외부환경 온도의 부위(예를 들면 냉동기(16)의 고온부)에 고정되어 있다. 하우징(38)의 외면은 외부환경에 노출되어 있어, 냉각되어 있는 고온크라이오패널(19)보다 온도가 높다(예를 들면 실온 정도).

또, 하우징(38)은 그 개구단으로부터 직경방향 외측을 향하여 뻗는 흡기구플랜지(56)를 구비한다. 흡기구플랜지(56)는, 크라이오펌프(10)를 진공챔버에 장착하기 위한 플랜지이다. 진공챔버의 개구에는 게이트밸브가 마련되어 있으며(도시하지 않음), 흡기구플랜지(56)는 그 게이트밸브에 장착된다. 그와 같이 하여 입구크라이오패널(32)의 축방향 상방에 게이트밸브가 위치한다. 예를 들면 크라이오펌프(10)를 재생할 때에 게이트밸브는 폐쇄가 되고, 크라이오펌프(10)가 진공챔버를 배기할 때에 개방이 된다.

하우징(38)에는, 벤트밸브(70), 러핑밸브(72), 및 퍼지밸브(74)가 장착되어 있다.

벤트밸브(70)는, 크라이오펌프(10)의 내부에서 외부환경으로 유체를 배출하기 위한 배출라인(80)의 예를 들면 말단에 마련되어 있다. 벤트밸브(70)를 개방함으로써 배출라인(80)의 흐름이 허용되고, 벤트밸브(70)를 폐쇄함으로써 배출라인(80)의 흐름이 차단된다. 배출되는 유체는 기본적으로는 가스이지만, 액체 또는 기액(氣液)의 혼합물이어도 된다. 예를 들면 크라이오펌프(10)에 응축된 가스의 액화물이 배출 유체에 혼재되어 있어도 된다. 벤트밸브(70)가 개방됨으로써, 하우징(38)의 내부에 발생한 양압(陽壓)을 외부로 해방할 수 있다.

러핑밸브(72)는, 러핑펌프(73)에 접속된다. 러핑밸브(72)의 개폐에 의하여, 러핑펌프(73)와 크라이오펌프(10)가 연통 또는 차단된다. 러핑밸브(72)를 개방함으로써 러핑펌프(73)와 하우징(38)이 연통되고, 러핑밸브(72)를 폐쇄함으로써 러핑펌프(73)와 하우징(38)이 차단된다. 러핑밸브(72)를 개방하고 또한 러핑펌프(73)를 동작시킴으로써, 크라이오펌프(10)의 내부를 감압할 수 있다.

러핑펌프(73)는, 크라이오펌프(10)의 진공흡인을 하기 위한 진공펌프이다. 러핑펌프(73)는, 크라이오펌프(10)의 동작압력범위의 저진공영역, 바꾸어 말하면 크라이오펌프(10)의 동작개시 압력인 베이스압 레벨을 크라이오펌프(10)에 제공하기 위한 진공펌프이다. 러핑펌프(73)는, 대기압으로부터 베이스압 레벨까지 하우징(38)을 감압할 수 있다. 베이스압 레벨은, 러핑펌프(73)의 고진공영역에 해당하며, 러핑펌프(73)와 크라이오펌프(10)의 동작압력범위의 중첩되는 부분에 포함된다. 베이스압 레벨은, 예를 들면 1Pa 이상 50Pa 이하(예를 들면 10Pa 정도)의 범위이다.

러핑펌프(73)는 전형적으로는 크라이오펌프(10)와는 다른 진공장치로서 마련되며, 예를 들면 크라이오펌프(10)가 접속되는 진공챔버를 포함하는 진공 시스템의 일부를 구성한다. 크라이오펌프(10)는 진공챔버를 위한 주펌프이며, 러핑펌프(73)는 보조펌프이다.

퍼지밸브(74)는 퍼지가스원(源)(75)을 포함하는 퍼지가스 공급장치에 접속된다. 퍼지밸브(74)의 개폐에 의하여 퍼지가스원(75)과 크라이오펌프(10)가 연통 또는 차단되어, 퍼지가스의 크라이오펌프(10)로의 공급이 제어된다. 퍼지밸브(74)를 개방함으로써, 퍼지가스원(75)으로부터 하우징(38)으로의 퍼지가스 흐름이 허용된다. 퍼지밸브(74)를 폐쇄함으로써, 퍼지가스원(75)으로부터 하우징(38)으로의 퍼지가스 흐름이 차단된다. 퍼지밸브(74)를 개방하여 퍼지가스원(75)으로부터 퍼지가스를 하우징(38)에 도입함으로써, 크라이오펌프(10)의 내부를 승압할 수 있다. 공급된 퍼지가스는, 벤트밸브(70) 또는 러핑밸브(72)를 통하여 크라이오펌프(10)로부터 배출된다.

퍼지가스의 온도는, 본 실시형태에서는 실온으로 조정되어 있지만, 일 실시형태에 있어서는 퍼지가스는, 실온보다 고온으로 가열된 가스, 또는 실온보다 약간 저온의 가스여도 된다. 본 명세서에 있어서 실온은, 10℃~30℃의 범위 또는 15℃~25℃의 범위로부터 선택되는 온도이며, 예를 들면 약 20℃이다. 퍼지가스는 예를 들면 질소가스이다. 퍼지가스는, 건조한 가스여도 된다.

크라이오펌프(10)는, 제1 스테이지(20)의 온도를 측정하기 위한 제1 온도센서(90)와, 제2 스테이지(21)의 온도를 측정하기 위한 제2 온도센서(92)를 구비한다. 제1 온도센서(90)는, 제1 스테이지(20)에 장착되어 있다. 제2 온도센서(92)는, 제2 스테이지(21)에 장착되어 있다. 제1 온도센서(90)는, 제1 스테이지(20)의 온도를 정기적으로 측정하고, 측정온도를 나타내는 신호를 크라이오펌프 제어부(100)로 출력한다. 제1 온도센서(90)는 그 출력을 통신 가능하게 크라이오펌프 제어부(100)에 접속되어 있다. 제2 온도센서(92)에 대해서도 동일하게 구성되어 있다. 제1 온도센서(90) 및 제2 온도센서(92)의 측정온도가 각각 고온크라이오패널(19) 및 저온크라이오패널(18)의 온도로서 크라이오펌프 제어부(100)에 있어서 이용되어도 된다.

또, 하우징(38)의 내부에 압력센서(94)가 마련되어 있다. 압력센서(94)는 예를 들면, 고온크라이오패널(19)의 외측에서 냉동기(16)의 근방에 마련되어 있다. 압력센서(94)는, 하우징(38)의 압력을 정기적으로 측정하고, 측정압력을 나타내는 신호를 크라이오펌프 제어부(100)로 출력한다. 압력센서(94)는 그 출력을 통신 가능하게 크라이오펌프 제어부(100)에 접속되어 있다.

크라이오펌프 제어부(100)는, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전 및 재생운전을 위하여 냉동기(16)를 제어하도록 구성되어 있다. 크라이오펌프 제어부(100)는, 제1 온도센서(90), 제2 온도센서(92), 및 압력센서(94)를 포함하는 각종 센서의 측정결과를 수신하도록 구성되어 있다. 크라이오펌프 제어부(100)는, 그러한 측정결과에 근거하여, 냉동기(16) 및 각종 밸브에 부여하는 제어지령을 연산한다.

예를 들면, 진공배기운전에 있어서는, 크라이오펌프 제어부(100)는, 스테이지온도(예를 들면 제1 스테이지온도)가 목표의 냉각온도에 추종하도록 냉동기(16)를 제어한다. 제1 스테이지(20)의 목표온도는 통상, 일정값으로 설정된다. 제1 스테이지(20)의 목표온도는 예를 들면, 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버에서 행해지는 프로세스에 따라 사양으로서 정해진다. 또, 크라이오펌프 제어부(100)는, 크라이오펌프(10)의 재생을 위하여 하우징(38)으로부터의 배기와 하우징(38)으로의 퍼지가스의 공급을 제어하도록 구성되어 있다. 크라이오펌프 제어부(100)는, 벤트밸브(70), 러핑밸브(72), 및 퍼지밸브(74)의 개폐를 재생 중에 제어한다.

상기의 구성의 크라이오펌프(10)에 의한 동작을 이하에 설명한다. 크라이오펌프(10)의 작동 시에는, 먼저 그 작동 전에 러핑밸브(72)를 통하여 러핑펌프(73)로 크라이오펌프(10)의 내부를 동작개시 압력(예를 들면 1Pa내지 10Pa 정도)까지 러핑한다. 그 후 크라이오펌프(10)를 작동시킨다. 크라이오펌프 제어부(100)에 의한 제어하에서, 냉동기(16)의 구동에 의하여 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)가 냉각되고, 이들에 열적으로 접속되어 있는 고온크라이오패널(19), 저온크라이오패널(18)도 냉각된다.

입구크라이오패널(32)은, 진공챔버로부터 크라이오펌프(10) 내부를 향하여 날아오는 기체분자를 냉각하고, 그 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮아지는 기체(예를 들면 수분 등)를 표면에 응축시켜 배기한다. 입구크라이오패널(32)의 냉각온도에서는 증기압이 충분히 낮아지지 않는 기체는 입구크라이오패널(32)을 통과하여 방사실드(30) 내부로 진입된다. 진입된 기체분자 중 저온크라이오패널(18)의 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮아지는 기체는, 그 표면에 응축되어 배기된다. 그 냉각온도에서도 증기압이 충분히 낮아지지 않는 기체(예를 들면 수소 등)는, 저온크라이오패널(18)의 표면에 접착되어 냉각되어 있는 흡착제(27)에 의하여 흡착되어 배기된다. 이와 같이 하여 크라이오펌프(10)가 장착되어 있는 진공챔버의 진공도를 원하는 레벨에 도달시킬 수 있다.

배기운전이 계속됨으로써 크라이오펌프(10)에는 기체가 축적되어 간다. 축적된 기체를 외부로 배출하기 위하여, 크라이오펌프(10)의 재생이 행해진다. 크라이오펌프 제어부(100)는, 소정의 재생개시 조건이 충족되는지 여부를 판정하여, 당해 조건이 충족된 경우에는 재생을 개시한다. 당해 조건이 충족되지 않은 경우에는, 크라이오펌프 제어부(100)는 재생을 개시하지 않고, 진공배기운전을 계속한다. 재생개시 조건은 예를 들면, 진공배기운전이 개시된 후 소정시간이 경과한 것을 포함해도 된다.

도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 제어부(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다. 이러한 제어장치는, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 그들의 조합에 의하여 실현된다. 또, 도 2에 있어서는, 관련된 크라이오펌프(10)의 일부의 구성을 개략적으로 나타낸다.

크라이오펌프 제어부(100)는, 재생제어부(102), 기억부(104), 입력부(106), 및 출력부(108)를 구비한다.

재생제어부(102)는, 승온처리, 배출처리, 및 쿨다운처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 크라이오펌프(10)를 제어하도록 구성되어 있다. 재생 시퀀스는 예를 들면, 크라이오펌프(10)의 풀재생을 제공한다. 풀재생에 있어서는, 고온크라이오패널(19) 및 저온크라이오패널(18)을 포함하는 모든 크라이오패널이 재생된다. 다만, 재생제어부(102)는, 부분재생을 나타내는 재생 시퀀스에 따라 크라이오펌프(10)를 제어해도 된다.

기억부(104)는, 크라이오펌프(10)의 제어에 관련된 정보를 기억하도록 구성되어 있다. 입력부(106)는, 유저 또는 다른 장치로부터의 입력을 받아들이도록 구성되어 있다. 입력부(106)는 예를 들면, 유저로부터의 입력을 받아들이기 위한 마우스나 키보드 등의 입력수단, 및/또는, 다른 장치와의 통신을 하기 위한 통신수단을 포함한다. 출력부(108)는, 크라이오펌프(10)의 제어에 관련된 정보를 출력하도록 구성되어, 디스플레이나 프린터 등의 출력수단을 포함한다. 기억부(104), 입력부(106), 및 출력부(108)는 각각 재생제어부(102)와 통신 가능하게 접속되어 있다.

재생제어부(102)는, 밸브제어부(110), 압력감시부(112), 압력강하율 연산부(114), 압력강하율 감시부(116), 및 상전이(相轉移) 추정부(118)를 구비한다. 밸브제어부(110)는, 벤트밸브(70), 러핑밸브(72), 및/또는, 퍼지밸브(74)를 재생 시퀀스에 따라 개폐하도록 구성되어 있다. 밸브제어부(110)는, 입력에 근거하여 벤트밸브(70), 러핑밸브(72), 및/또는, 퍼지밸브(74)의 개방타이밍 및 폐쇄타이밍을 결정한다. 압력감시부(112), 압력강하율 연산부(114), 압력강하율 감시부(116), 및 상전이 추정부(118)에 대해서는 후술한다.

승온처리는, 크라이오펌프(10)의 저온크라이오패널(18) 및/또는 고온크라이오패널(19)을 극저온도 Tb로부터 재생온도 Ta로 가열하는 재생의 제1 공정이다. 극저온도 Tb는, 크라이오펌프(10)의 표준운전온도이며, 고온크라이오패널(19)의 운전온도 Tb1과 저온크라이오패널(18)의 운전온도 Tb2를 포함한다. 상술과 같이 고온크라이오패널(19)의 운전온도 Tb1은 예를 들면 65K~120K의 범위로부터 선택되고, 저온크라이오패널(18)의 운전온도 Tb2는 예를 들면 10K~20K의 범위로부터 선택된다.

재생온도 Ta는, 승온처리에 있어서의 크라이오패널 목표온도이며, 크라이오펌프(10)에 축적된 응축물의 융점 또는 그것보다 높은 온도이다. 응축물은 예를 들면 물을 포함하고, 그 경우 재생온도 Ta는 273K 이상이다. 재생온도 Ta는, 실온 또는 그것보다 높은 온도여도 된다. 재생온도 Ta는, 크라이오펌프(10)의 내열온도 또는 그것보다 낮은 온도여도 된다. 크라이오펌프(10)의 내열온도는 예를 들면 320K~340K 정도(예를 들면 약 330K)여도 된다.

재생제어부(102)는, 재생 시퀀스에 있어서 정해진 목표온도로 저온크라이오패널(18) 및/또는 고온크라이오패널(19)의 온도를 조정하도록 크라이오펌프(10)를 제어하도록 구성되어 있다. 재생제어부(102)는, 저온크라이오패널(18) 및/또는 고온크라이오패널(19)의 온도로서 제1 온도센서(90) 및/또는 제2 온도센서(92)의 측정온도를 사용한다.

재생제어부(102)는, 저온크라이오패널(18) 및/또는 고온크라이오패널(19)의 온도를 목표온도로 제어하도록 크라이오펌프(10)에 마련된 적어도 1개의 열원을 제어한다. 예를 들면, 재생제어부(102)는, 승온처리에 있어서 하우징(38)에 퍼지가스를 공급하도록 퍼지밸브(74)를 개방해도 된다. 또, 재생제어부(102)는, 하우징(38)으로의 퍼지가스의 공급을 정지하도록 퍼지밸브(74)를 폐쇄해도 된다. 이와 같이 하여, 승온처리에 있어서 저온크라이오패널(18) 및/또는 고온크라이오패널(19)을 가열하기 위한 제1 열원으로서 퍼지가스가 사용되어도 된다.

저온크라이오패널(18) 및/또는 고온크라이오패널(19)을 가열하기 위하여, 퍼지가스와는 상이한 제2 열원이 사용되어도 된다. 예를 들면, 재생제어부(102)는, 냉동기(16)의 승온운전을 제어해도 된다. 냉동기(16)는, 구동기구(17)가 냉각운전과는 역방향으로 동작할 때 작동기체에 단열압축이 발생하도록 구성되어 있다. 이렇게 하여 얻어지는 압축열로 냉동기(16)는 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)를 가열한다. 이와 같은 가열은 냉동기(16)의 역전승온이라고도 불린다. 고온크라이오패널(19) 및 저온크라이오패널(18)은 각각 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(21)를 열원으로 하여 가열된다. 혹은, 냉동기(16)에 설치된 히터가 열원으로서 사용되어도 된다. 이 경우, 재생제어부(102)는, 냉동기(16)의 운전으로부터 독립하여 히터를 제어할 수 있다.

승온처리에 있어서, 제1 및 제2 열원의 일방이 단독으로 사용되거나, 또는 양방이 동시에 사용되어도 된다. 배출처리에 있어서도 마찬가지로, 제1 및 제2 열원의 일방이 단독으로 사용되거나, 또는 양방이 동시에 사용되어도 된다. 재생제어부(102)는, 제1 열원과 제2 열원을 전환하거나, 또는 제1 열원과 제2 열원을 병용하여, 저온크라이오패널(18) 및/또는 고온크라이오패널(19)의 온도를 목표온도로 제어해도 된다.

재생제어부(102)는, 크라이오패널 온도의 측정값이 목표온도에 도달했는지 여부를 판정한다. 재생제어부(102)는, 목표온도에 도달할 때까지는 승온을 계속하여, 목표온도에 도달한 경우에는 승온처리를 종료한다. 재생제어부(102)는, 목표온도에 도달한 후 소정기간, 승온처리를 계속해도 된다. 이 때 퍼지가스의 공급이 계속되어도 된다. 승온처리가 종료되면, 재생제어부(102)는, 배출처리를 개시한다.

승온처리에 있어서, 저온크라이오패널(18) 및/또는 고온크라이오패널(19) 상의 응축물 및/또는 흡착물이 크라이오펌프(10)로부터 배출되어도 된다. 밸브제어부(110)는, 하우징(38)으로부터 응축물 및/또는 흡착물을 배출하기 위하여, 벤트밸브(70) 및/또는 러핑밸브(72)를 개방하여, 그 후 적시에 폐쇄해도 된다.

배출처리는, 크라이오펌프(10)로부터 응축물 및/또는 흡착물을 배출하는 재생의 제2 공정이다. 극저온도 Tb에 있어서 응축물 및/또는 흡착물은 저온크라이오패널(18) 및/또는 고온크라이오패널(19) 상에 있다. 극저온도 Tb로부터 재생온도 Ta로 가열되는 과정에 있어서 응축물 및/또는 흡착물은 용해되어 최종적으로 기화된다. 재생제어부(102)는, 재생온도 Ta 또는 다른 목표온도로의 저온크라이오패널(18) 및/또는 고온크라이오패널(19)의 온도 조절을 배출처리에 있어서 계속한다.

크라이오패널 표면으로부터 재기화된 기체는 크라이오펌프(10)의 외부로 배출된다. 재기화된 기체는 예를 들면 배출라인(80)을 통하여, 또는 러핑펌프(73)를 사용하여, 외부로 배출된다. 재기화된 기체는, 필요에 따라 도입되는 퍼지가스와 함께 크라이오펌프(10)로부터 배출된다.

배출처리는, 러프 앤드 퍼지를 포함해도 된다. 러프 앤드 퍼지란, 하우징(38)의 러핑과 퍼지가스의 공급을 교대로 행하는 공정이다. 러프 앤드 퍼지에 있어서는, 러핑과 퍼지의 조합이 1회 또는 복수회 실행된다. 통상, 러프 앤드 퍼지에 있어서 재생제어부(102)는, 러핑과 퍼지를 선택적으로 실행한다. 즉, 러핑(또는 퍼지)이 행해지고 있을 때에 퍼지(또는 러핑)는 정지되어 있다. 대안으로서, 러프 앤드 퍼지에 있어서, 러핑 및 퍼지의 일방이 연속하여 행해지는 동안에 러핑 및 퍼지의 타방이 간헐적으로 행해져도 된다. 이것도, 러핑과 퍼지가스의 공급이 교대로 행해지고 있다고 간주된다. 러핑 및 퍼지의 개시 및 종료는, 하우징(38)의 압력 및/또는 압력강하율에 근거하여 행해져도 되고, 혹은 경과시간에 근거해도 된다.

재생제어부(102)는, 배출완료 조건이 충족될 때까지 배출처리를 속행한다. 배출완료 조건은, 크라이오펌프(10) 내의 압력, 예를 들면 압력센서(94)의 측정압력에 근거한다. 예를 들면, 재생제어부(102)는, 하우징(38) 내의 측정압력이 소정의 임계값을 넘고 있는 동안은, 응축물이 크라이오펌프(10)에 잔존한다고 판정한다. 따라서, 크라이오펌프(10)는 배출처리를 계속한다. 재생제어부(102)는, 하우징(38) 내의 측정압력이 임계값을 하회하는 경우에, 응축물의 배출이 완료되었다고 판정한다. 이 경우, 재생제어부(102)는, 배출처리를 종료하고 쿨다운처리를 개시한다.

재생제어부(102)는, 이른바 빌드업 테스트를 실행해도 된다. 크라이오펌프 재생에 있어서의 빌드업 테스트는, 판정개시 시점의 압력으로부터의 압력상승 구배가 임계값을 넘지 않는 경우에, 크라이오펌프(10)로부터 응축물이 배출되었다고 판정하는 처리이다. 이것은, RoR(Rate-of-Rise)법이라고도 불린다. 따라서, 재생제어부(102)는, 베이스압 레벨에 있어서의 단위시간당 압력상승량이 임계값을 하회하는 경우에 배출처리를 종료해도 된다.

압력감시부(112)는, 압력센서(94)의 측정압력을 사용하여, 크라이오펌프(10) 내(즉 하우징(38) 내)의 압력을 감시하도록 구성되어 있다. 압력감시부(112)는, 크라이오펌프(10) 내의 압력이 어느 압력영역에 있는지 여부를 판정해도 된다. 이 압력영역은, 크라이오펌프의 동작개시 압력보다 높은 압력영역이어도 된다. 압력감시부(112)는, 크라이오펌프(10) 내의 압력을 압력 임계값과 비교하여, 압력이 임계값보다 높은지 여부를 판정해도 된다. 이 압력 임계값은, 크라이오펌프의 동작개시 압력 또는 그것보다 높은 압력이어도 된다. 압력 임계값은, 베이스압 레벨보다 고압이며, 예를 들면 50Pa 내지 500Pa, 바람직하게는 100Pa 내지 200Pa의 범위로부터 선택되어도 된다. 이 압력영역을 준(準)베이스압 레벨이라고 부르는 경우도 있다. 따라서, 압력감시부(112)는, 크라이오펌프(10) 내의 압력이 베이스압 레벨에 있는지 여부를 판정하거나, 또는 크라이오펌프(10) 내의 압력이 준베이스압 레벨에 있는지 여부를 판정해도 된다. 압력감시부(112)는, 크라이오펌프(10) 내의 압력 및/또는 판정결과를 기억부(104)에 보존하거나 및/또는 출력부(108)로 출력해도 된다.

압력강하율 연산부(114)는, 크라이오펌프(10)의 러핑 중에 있어서의 크라이오펌프(10) 내의 압력강하율을 연산하도록 구성되어 있다. 압력강하율 연산부(114)는, 러핑밸브(72)가 개방되어 있는 동안, 압력센서(94)의 측정압력으로부터 압력강하율을 정기적으로 연산한다. 압력강하율은, 러핑에 의한 단위시간당 압력저하량이다. 압력강하율 연산부(114)는, 압력센서(94)의 측정압력으로부터 압력강하율의 로그(예를 들면 상용로그)를 연산해도 된다. 압력강하율 연산부(114)는, 연산한 압력강하율을 압력강하율 감시부(116)로 출력한다. 압력강하율 연산부(114)는, 압력강하율을 기억부(104)에 보존하거나 및/또는 출력부(108)로 출력해도 된다.

압력강하율 감시부(116)는, 크라이오펌프(10)의 러핑 중에 있어서의 압력강하율을 감시하도록 구성되어 있다. 압력강하율 감시부(116)는, 어느 1회의 러핑 중에 있어서의 압력강하율의 축소를 검출한다. 압력강하율 감시부(116)는, 압력강하율을 압력강하율 임계값과 비교하여, 압력강하율이 임계값보다 높은지 여부를 판정해도 된다. 압력강하율 임계값은, 당해 1회의 러핑의 개시 시에 있어서의 압력강하율 또는 그것보다 약간 작은 값이어도 된다.

압력강하율 감시부(116)는, 압력강하율이 압력강하율 임계값을 하회할 때, 압력강하율의 축소를 검출한다. 예를 들면, 압력강하율 감시부(116)는, 어느 1회의 러핑 중에 압력강하율이 압력강하율 임계값을 처음으로 하회할 때, 압력강하율의 축소를 검출해도 된다. 혹은, 압력강하율 감시부(116)는, 압력강하율이 압력강하율 임계값을 소정시간에 걸쳐 하회할 때, 압력강하율의 축소를 검출해도 된다. 압력강하율 감시부(116)는, 검출결과를 상전이 추정부(118)로 출력한다. 압력강하율 감시부(116)는, 검출결과를 기억부(104)에 보존하거나 및/또는 출력부(108)로 출력해도 된다. 압력강하율 감시부(116)는, 압력감시부(112)에 의하여 압력센서(94)의 측정압력이 소정의 압력영역에 있다고 판정되는 경우에 한하여, 러핑 중에 있어서의 압력강하율의 축소를 검출해도 된다.

압력강하율 감시부(116)는, 어느 1회의 러핑 중에 있어서의 제1 압력강하율 영역으로부터 제2 압력강하율 영역으로의 압력강하율의 천이를 검출해도 된다. 제1 압력강하율 영역은, 당해 1회의 러핑의 개시 시에 있어서의 압력강하율을 포함하는 압력강하율의 범위여도 된다. 제2 압력강하율 영역은, 제1 압력강하율 영역보다 작은 압력강하율의 범위여도 된다. 압력강하율 감시부(116)는, 압력강하율의 천이를 압력강하율의 축소로서 검출해도 된다.

상전이 추정부(118)는, 크라이오펌프(10)로부터 배출되어야 하는 응축물의 상전이를 추정하도록 구성되어 있다. 상전이 추정부(118)는, 크라이오펌프(10)의 러핑 중에 있어서의 압력강하율의 축소가 검출된 경우에, 응축물의 액상(液相)으로부터 고상(固相)으로의 변화(즉 응축물의 동결)를 추정한다. 상전이 추정부(118)는, 추정결과를 기억부(104)에 보존하거나 및/또는 출력부(108)로 출력해도 된다.

밸브제어부(110)는, 검출된 압력강하율의 축소에 응답하여, 러핑밸브(72)를 일시적으로 폐쇄하거나, 및/또는 퍼지밸브(74)를 일시적으로 개방한다. 밸브제어부(110)는, 러핑밸브(72)를 일시적으로 폐쇄하고 또는 퍼지밸브(74)를 일시적으로 개방해도 된다. 밸브제어부(110)는, 압력감시부(112)에 의하여 압력센서(94)의 측정압력이 소정의 압력영역에 있다고 판정되는 경우에, 검출된 압력강하율의 축소에 응답하여, 러핑밸브(72)를 일시적으로 폐쇄하거나, 및/또는 퍼지밸브(74)를 일시적으로 개방해도 된다.

기억부(104)는, 재생 시퀀스를 정의하기 위한 재생파라미터를 기억한다. 재생파라미터는, 실험적으로 또는 경험적으로 미리 정해져, 입력부(106)로부터 입력된다. 재생파라미터는, 크라이오패널 목표온도, 배출완료 조건, 압력 임계값, 압력변화율 임계값을 포함한다. 크라이오패널 목표온도는, 재생온도 Ta 및 극저온도 Tb를 포함한다. 재생온도 Ta 및 극저온도 Tb는 각각, 어느 단일의 온도로서 설정되어도 되고, 소정의 온도대로서 설정되어도 된다.

쿨다운처리는, 크라이오펌프(10)를 극저온도 Tb로 재냉각하는 재생의 최종공정이다. 극저온도 Tb는 쿨다운처리에 있어서의 크라이오패널 목표온도이다. 배출완료 조건이 충족되는 경우에, 배출처리가 완료되고 쿨다운처리가 개시된다. 냉동기(16)의 냉각운전이 개시된다. 재생제어부(102)는, 목표온도에 도달할 때까지는 쿨다운처리를 계속하고, 목표온도에 도달한 경우에는 쿨다운처리를 종료한다. 이렇게 하여 재생처리는 완료된다. 크라이오펌프(10)의 진공배기운전이 재개된다. 재생제어부(102)는, 진공배기운전에 있어서 저온크라이오패널(18) 또는 고온크라이오패널(19)의 온도를 목표온도로 유지하는 냉동기(16)의 온도조절운전을 실행하도록 구성되어 있어도 된다.

도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 재생방법의 주요부를 나타내는 플로차트이다. 도 4는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프(10) 내의 압력변화를 개략적으로 예시하는 도이다. 도 3및 도 4에는 풀재생에 있어서의 배출처리가 나타나 있다. 도 4의 세로축은 압력을 나타내고, 가로축은 시간을 나타낸다.

상술과 같이, 재생제어부(102)는, 승온처리에 이어서 배출처리를 실행한다. 밸브제어부(110)는, 승온처리의 완료를 검출하고, 퍼지밸브(74)를 폐쇄함과 함께 러핑밸브(72)를 개방한다(S10). 이렇게 하여 하우징(38)의 러핑이 개시된다(도 4의 시각 ta). 다만 벤트밸브(70)는 이후의 처리에 있어서 폐쇄되어 있다.

압력감시부(112)는, 러핑 중의 압력센서(94)의 측정압력 P를 취득한다(S12). 압력감시부(112)는, 측정압력 P가 압력 임계값(Pt) 이상인지 여부를 판정한다(S14). 압력 임계값(Pt)은, 베이스압 레벨 또는 준베이스압 레벨로부터 선택된다.

측정압력 P가 압력 임계값(Pt) 이상인 경우에는(S14의 Y), 압력강하율 연산부(114)는, 압력센서(94)의 측정압력 P로부터 압력강하율 R을 연산한다(S16). 압력강하율 감시부(116)는, 러핑마다 압력강하율 임계값(Rt)을 정해도 된다. 예를 들면, 압력강하율 감시부(116)는, 러핑개시 직후에 연산되는 초기 압력강하율(Ra)에 근거하여 압력강하율 임계값(Rt)을 연산해도 된다. 초기 압력강하율(Ra)은 도 4에 예시된다. 혹은, 압력강하율 감시부(116)는, 미리 정해진 압력강하율 임계값(Rt)을 사용해도 된다.

압력강하율 감시부(116)는, 압력강하율 R이 압력강하율 임계값(Rt)을 하회하는지 여부를 판정한다(S18). 압력강하율 R이 압력강하율 임계값(Rt) 이상인 경우에는(S18의 N), 밸브제어부(110)는, 하우징(38)의 러핑을 계속한다(S10). 측정압력 P 및 압력강하율 R의 감시가 반복된다. 도 4에 나타나는 바와 같이, 시각 ta＋Δt, ta＋2Δt, ta＋3Δt,…에 있어서 측정압력 P 및 압력강하율 R이 정기적으로 감시된다.

한편, 압력강하율 R이 압력강하율 임계값(Rt)을 하회하는 경우에는(S18의 Y), 밸브제어부(110)는, 러핑밸브(72)를 폐쇄함과 함께 퍼지밸브(74)를 개방한다(S20). 도 4에 나타나는 시각 tb에 있어서 압력강하율 R이 압력강하율 임계값(Rt)보다 작아진다. 이렇게 하여, 러핑이 종료되고 퍼지가 개시된다.

밸브제어부(110)는, 측정압력 P가 소정압(예를 들면 대기압)까지 승압되었을 때, 또는 퍼지개시부터 소정시간 후에, 퍼지를 종료한다(도 4의 시각 tc). 즉, 밸브제어부(110)는, 퍼지밸브(74)를 다시 폐쇄함과 함께 러핑밸브(72)를 다시 개방한다(S10). 그렇게 하여 측정압력 P 및 압력강하율 R의 감시가 다시 반복된다. 이와 같이 하여, 재생제어부(102)는, 측정압력 P 및 압력강하율 R을 감시하면서 러프 앤드 퍼지를 실행한다.

측정압력 P가 압력 임계값(Pt)을 하회하는 경우에는(S14의 N), 재생제어부(102)는, 러프 앤드 퍼지를 종료한다(도 4의 시각 td). 이 경우, 재생제어부(102)는, 러프 앤드 퍼지의 종료에 이어서, 배출완료 조건이 충족되는지 여부를 판정해도 된다. 혹은, 재생제어부(102)는, 배출처리를 즉시 종료하고, 쿨다운처리를 개시해도 된다.

러프 앤드 퍼지에 있어서의 러핑에는 물의 기화를 촉진시킨다는 이점이 있다. 물이 감압 환경에서 대량으로 증발되기 때문이다. 그러나, 증발열은 물을 냉각시키므로, 그 적어도 일부가 다시 동결하여 얼음이 된다. 그러면, 증발량은 줄어든다. 따라서, 퍼지가스가 도입된다. 퍼지가스에 의하여 얼음이 가열되어 다시 물로 되돌아온다. 이와 같이 하여, 러핑과 퍼지를 반복함으로써, 물이 크라이오펌프(10)로부터 배출된다.

따라서, 효율적으로 물을 배출하려면 재동결을 방지하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 예를 들면, 물에서 얼음으로 변화하는 타이밍에 퍼지를 개시하는 것이 바람직하다. 그러나, 전형적인 재생 시퀀스에 있어서 그것은 어렵다. 재동결의 타이밍을 알 방법이 없기 때문이다. 단지 압력을 감시하는 것만으로는 재동결의 타이밍을 특정할 수 없다. 왜냐하면, 재동결이 발생하는 압력값은, 크라이오펌프(10)에 축적된 물의 양이나 러핑펌프(73)의 배기능력 등 다양한 요인에 의하여 현저하게 변동되기 때문이다.

이것에 대하여, 본 실시형태에 의하면, 압력강하율 R이 감시된다. 본 발명자는, 증발열에 의한 응축물의 동결이 압력강하율 R의 축소를 초래하는 것을 발견했다. 도 4에 나타나는 바와 같이, 러핑개시 시의 초기 압력강하율(Ra)에 비하여, 그 러핑 중에 있어서의 압력강하율 R은 점차 저하된다. 특히, 로그 그래프에서 압력을 플롯하면, 압력 프로파일에 꺾인 점이 명확하게 나타난다. 이러한 압력강하율 R의 천이를 검출함으로써, 응축물의 재동결 타이밍을 파악할 수 있다.

따라서, 본 실시형태에 의하면, 응축물의 액상으로부터 고상으로의 상전이의 발생을 추정할 수 있다. 단순한 압력감시에 비하여 로버스트(robust)한 상전이 타이밍의 추정방법을 제공할 수 있다.

또, 재생제어부(102)는, 추정된 상전이의 타이밍을 재생 시퀀스에 있어서의 다음의 이벤트를 실행하는 트리거로서 사용할 수 있다. 예를 들면, 상술과 같이, 재생제어부(102)는, 검출된 재동결 타이밍을 트리거로 하여 러핑을 중단한다. 또, 재생제어부(102)는, 검출된 재동결 타이밍을 트리거로 하여 퍼지를 개시한다. 재동결없이 러핑에서 퍼지로 이행함으로써, 효율적으로 응축물을 기화시킬 수 있다. 따라서, 재생시간을 단축할 수 있다.

이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 설명했다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 설계변경이 가능하며, 다양한 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다.

재생제어부(102)는, 검출된 압력강하율의 축소에 응답하여, 러핑밸브(72)를 일시적으로 폐쇄함과 함께, 퍼지밸브(74)의 폐쇄를 계속해도 된다. 이 경우, 재생제어부(102)는, 러핑밸브(72)를 일시적으로 폐쇄함과 함께, 다른 열원(예를 들면, 냉동기(16) 및/또는 히터 등)으로부터 크라이오패널로의 입열(入熱)을 증가시키도록 당해 열원을 제어해도 된다. 혹은, 재생제어부(102)는, 단지, 러핑밸브(72)를 일시적으로 폐쇄해도 된다. 이로써, 크라이오패널이 자연스럽게 승온되어도 된다. 따라서, 크라이오펌프(10)에는 퍼지밸브(74) 및 퍼지가스원이 마련되어 있지 않아도 된다.

재생제어부(102)는, 검출된 압력강하율의 축소에 응답하여, 퍼지밸브(74)를 일시적으로 개방함과 함께, 다른 열원(예를 들면, 냉동기(16) 및/또는 히터 등)을 제어해도 된다. 이와 같이 하여, 복수의 열원에 의하여 크라이오패널이 가열되어도 된다.

퍼지밸브(74)를 통한 가스유입량이 러핑밸브(72)를 통한 가스유출량보다 많으면, 재생제어부(102)는, 검출된 압력강하율의 축소에 응답하여, 퍼지밸브(74)를 일시적으로 개방함과 함께, 러핑밸브(72)의 개방을 계속해도 된다.

10 크라이오펌프
18 저온크라이오패널
19 고온크라이오패널
38 하우징
72 러핑밸브
74 퍼지밸브
94 압력센서
100 크라이오펌프 제어부
102 재생제어부
110 밸브제어부
112 압력감시부
114 압력강하율 연산부
116 압력강하율 감시부
118 상전이 추정부

Claims (8)

1. 크라이오펌프 시스템으로서,
   크라이오패널과, 상기 크라이오패널을 수용하는 크라이오펌프 용기와, 상기 크라이오펌프 용기 내의 압력을 측정하는 압력센서를 구비하는 크라이오펌프와,
   상기 크라이오펌프로부터 물을 포함하는 응축물을 배출하는 배출처리로서, 상기 크라이오펌프를 극저온도에서 상기 응축물의 융점 또는 그보다 높은 온도로 가열하는 승온처리와, 상기 크라이오펌프의 러핑과 퍼지가스의 공급을 교대로 행하는 러프 앤드 퍼지가 실행되는 배출처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 상기 크라이오펌프를 제어하는 재생제어부를 구비하고,
   상기 재생제어부는,
   상기 압력센서의 측정압력이 크라이오펌프의 동작개시 압력으로서 1Pa 이상 50Pa 이하의 범위로부터 선택되는 베이스압보다 고압인 50Pa 내지 500Pa의 범위로부터 선택되는 압력 임계값 이상인지 여부를 판정하는 압력감시부를 구비하며,
   상기 측정압력이 상기 압력 임계값을 하회하는 경우에, 상기 러프 앤드 퍼지를 종료하고,
   상기 측정압력이 상기 압력 임계값 이상인 경우에, 상기 크라이오펌프의 러핑 중에 있어서의 상기 크라이오펌프 내의 압력강하율을 연산하는 압력강하율 연산부와,
   상기 러핑 중에 있어서의 상기 압력강하율의 축소를 검출하는 압력강하율 감시부를 구비하고,
   상기 러핑 중에 있어서의 상기 압력강하율의 축소가 검출된 경우에, 상기 응축물의 액상으로부터 고상으로의 상전이가 발생하였다고 추정하여, 상기 러핑을 중단 또는 퍼지를 개시하며,
   상기 측정압력이 상기 압력 임계값을 하회하는 경우에, 상기 러프 앤드 퍼지를 종료한 후, 상기 러프 앤드 퍼지에 이어서,
   상기 베이스압까지 크라이오펌프 용기를 러핑하고, 상기 베이스압에서의 단위시간당 압력상승량이 임계값을 하회하는 경우에, 배출처리를 종료하고, 상기 크라이오펌프를 재냉각하는 쿨다운처리를 개시하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 크라이오펌프 용기에 마련된 러핑밸브로서, 개방될 때에 상기 크라이오펌프 용기를 러핑펌프에 접속하고, 폐쇄될 때에 상기 러핑펌프를 상기 크라이오펌프 용기로부터 차단하는 러핑밸브와,
   상기 크라이오펌프 용기에 마련된 퍼지밸브로서, 개방될 때에 상기 크라이오펌프 용기를 퍼지가스원에 접속하고, 폐쇄될 때에 상기 퍼지가스원을 상기 크라이오펌프 용기로부터 차단하는 퍼지밸브를 구비하고,
   상기 재생제어부는, 검출된 상기 압력강하율의 축소에 응답하여, 상기 러핑밸브를 일시적으로 폐쇄하고, 및/또는 상기 퍼지밸브를 일시적으로 개방하는 밸브제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 밸브제어부는, 검출된 상기 압력강하율의 축소에 응답하여, 상기 러핑밸브를 일시적으로 폐쇄하고, 또한 상기 퍼지밸브를 일시적으로 개방하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 시스템.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 압력강하율 연산부는, 상기 크라이오펌프의 러핑 중에 있어서의 상기 압력센서의 측정압력으로부터 상기 압력강하율을 연산하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 밸브제어부는, 상기 압력센서의 측정압력이 상기 압력 임계값 이상인 경우에, 검출된 상기 압력강하율의 축소에 응답하여, 상기 러핑밸브를 일시적으로 폐쇄하고, 및/또는 상기 퍼지밸브를 일시적으로 개방하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 시스템.
7. 크라이오패널과, 상기 크라이오패널을 수용하는 크라이오펌프 용기와, 상기 크라이오펌프 용기 내의 압력을 측정하는 압력센서를 구비하는 크라이오펌프의 제어장치로서,
   상기 크라이오펌프로부터 물을 포함하는 응축물을 배출하는 배출처리로서, 상기 크라이오펌를 극저온도에서 상기 응축물의 융점 또는 그보다 높은 온도로 가열하는 승온처리와, 상기 크라이오펌프의 러핑과 퍼지가스의 공급을 교대로 행하는 러프 앤드 퍼지가 실행되는 배출처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 상기 크라이오펌프를 제어하는 재생제어부를 구비하고,
   상기 재생제어부는,
   상기 압력센서의 측정압력이 크라이오펌프의 동작개시 압력으로서 1Pa 이상 50Pa 이하의 범위로부터 선택되는 베이스압보다 고압인 50Pa 내지 500Pa의 범위로부터 선택되는 압력 임계값 이상인지 여부를 판정하는 압력감시부를 구비하며,
   상기 측정압력이 상기 압력 임계값을 하회하는 경우에, 상기 러프 앤드 퍼지를 종료하고,
   상기 측정압력이 상기 압력 임계값 이상인 경우에, 상기 크라이오펌프의 러핑 중에 있어서의 상기 크라이오펌프 내의 압력강하율을 연산하는 압력강하율 연산부와,
   상기 러핑 중에 있어서의 상기 압력강하율의 축소를 검출하는 압력강하율 감시부를 구비하고,
   상기 러핑 중에 있어서의 상기 압력강하율의 축소가 검출된 경우에, 상기 응축물의 액상으로부터 고상으로의 상전이가 발생하였다고 추정하여, 상기 러핑을 중단 또는 퍼지를 개시하며,
   상기 측정압력이 상기 압력 임계값을 하회하는 경우에, 상기 러프 앤드 퍼지를 종료한 후, 상기 러프 앤드 퍼지에 이어서,
   상기 베이스압까지 크라이오펌프 용기를 러핑하고, 상기 베이스압에서의 단위시간당 압력상승량이 임계값을 하회하는 경우에, 배출처리를 종료하고, 상기 크라이오펌프를 재냉각하는 쿨다운처리를 개시하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 제어장치.
8. 크라이오펌프 재생방법으로서,
   크라이오펌프로부터 물을 포함하는 응축물을 배출하는 배출처리로서, 상기 크라이오펌프를 극저온도에서 상기 응축물의 융점 또는 그보다 높은 온도로 가열하는 승온처리와, 상기 크라이오펌프의 러핑과 퍼지가스의 공급을 교대로 행하는 러프 앤드 퍼지가 실행되는 배출처리를 포함하는 재생 시퀀스에 따라 상기 크라이오펌프를 제어하는 단계를 포함하고,
   상기 제어하는 단계는,
   상기 크라이오펌프 내의 압력을 측정한 측정압력이 크라이오펌프의 동작개시 압력으로서 1Pa 이상 50Pa 이하의 범위로부터 선택되는 베이스압보다 고압인 50Pa 내지 500Pa의 범위로부터 선택되는 압력 임계값 이상인지 여부를 판정하는 단계와,
   상기 측정압력이 상기 압력 임계값을 하회하는 경우에, 상기 러프 앤드 퍼지를 종료하는 단계와,
   상기 측정압력이 상기 압력 임계값 이상인 경우에, 상기 크라이오펌프의 러핑 중에 있어서의 상기 크라이오펌프 내의 압력강하율을 연산하는 단계와,
   상기 러핑 중에 있어서의 상기 압력강하율의 축소를 검출하는 단계를 포함하고,
   상기 러핑 중에 있어서의 상기 압력강하율의 축소가 검출된 경우에, 상기 응축물의 액상으로부터 고상으로의 상전이가 발생하였다고 추정하여, 상기 러핑을 중단 또는 퍼지를 개시하며,
   상기 측정압력이 상기 압력 임계값을 하회하는 경우에, 상기 러프 앤드 퍼지를 종료한 후, 상기 러프 앤드 퍼지에 이어서,
   상기 베이스압까지 크라이오펌프 용기를 러핑하고, 상기 베이스압에서의 단위시간당 압력상승량이 임계값을 하회하는 경우에, 배출처리를 종료하고, 상기 크라이오펌프를 재냉각하는 쿨다운처리를 개시하는 것을 특징으로 하는 방법.

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