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KR101143800B1 - 진공 배기 시스템, 기판 처리 장치, 전자 디바이스의 제조 방법, 진공 배기 시스템의 운전 방법 - Google Patents

진공 배기 시스템, 기판 처리 장치, 전자 디바이스의 제조 방법, 진공 배기 시스템의 운전 방법 Download PDF

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KR101143800B1
KR101143800B1 KR1020107011937A KR20107011937A KR101143800B1 KR 101143800 B1 KR101143800 B1 KR 101143800B1 KR 1020107011937 A KR1020107011937 A KR 1020107011937A KR 20107011937 A KR20107011937 A KR 20107011937A KR 101143800 B1 KR101143800 B1 KR 101143800B1
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KR
South Korea
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vacuum exhaust
high pressure
gas
low pressure
temperature
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KR1020107011937A
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다까히로 오까다
가즈또시 아오끼
히사요시 고마이
Original Assignee
캐논 아네르바 가부시키가이샤
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Publication date
Application filed by 캐논 아네르바 가부시키가이샤 filed Critical 캐논 아네르바 가부시키가이샤
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Abstract

냉동기를 갖는 진공 배기 펌프의 복수대가 공통의 압축기에 연결되어 있고, 복수대의 진공 배기 펌프 중 적어도 1대는, 냉동기의 밸브가 동작하는 것에 의해 실린더의 내부가 저압 상태로부터 고압 상태로 이행함으로써, 저압 상태의 가스가 단열 압축되는 공정과, 단열 압축된 가스 중을 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하고 있고, 복수대의 진공 배기 펌프 중 다른 적어도 1대는, 냉동기의 밸브가 동작하는 것에 의해 실린더의 내부가 고압 상태로부터 저압 상태로 이행함으로써, 고압 상태의 가스가 단열 팽창하는 공정과, 단열 팽창한 가스 중을 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하고 있다.

Description

진공 배기 시스템, 기판 처리 장치, 전자 디바이스의 제조 방법, 진공 배기 시스템의 운전 방법{VACUUM EVACUATION SYSTEM, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRONIC DEVICE, AND METHOD FOR OPERATING VACUUM EVACUATION SYSTEM}
본 발명은, 진공 배기 시스템, 기판 처리 장치, 전자 디바이스의 제조 방법 및 진공 배기 시스템의 운전 방법에 관한 것이다.
반도체나 전자 부품 등의 제조 공정에서 사용되는 진공 배기 펌프에서는, 오일 프리이며 또한 초고진공 상태가 얻어지기 때문에, 저온을 이용하는 진공 배기 펌프가 많이 사용되고 있다.
이와 같은 저온을 이용하는 진공 배기 펌프로서는, 초고진공이 실현 가능한 2단의 냉각 스테이지를 갖는 크라이오 펌프, 1단의 냉각 스테이지를 갖는 크라이오 트랩 등이 있다.
이들 저온을 이용하는 진공 배기 펌프의 대부분은, 압축기에서 만들어지는 고압 가스가 단열 팽창할 때 얻어지는 저온을 이용하여 가스를 응축 또는 흡착 배기하는 것이다. 최근, 상술한 양호한 특성 때문에, 저온을 이용하는 진공 배기 시스템이 다용되게 되었다. 그리고 최근에는, 비용이나 소비 에너지의 삭감에서 유리한 공통의 압축기에서 복수의 진공 배기 펌프의 운전을 하는 소위 멀티 운전에 의한 진공 배기 시스템도 이용되게 되었다(특허 문헌 1 등).
특허 문헌 1에는, 복수의 크라이오 펌프를 1대의 압축기에서 운전하는 진공 배기 시스템이 기재되어 있다. 특허 문헌 1에서는, 압축기와 복수의 크라이오 펌프 사이에, 압축기로부터의 헬륨 가스를 분기하고, 분기마다 헬륨 공급압을 조정하는 가스 분배 장치를 개재시켜, 압축기는 복수의 크라이오 펌프가 필요로 하는 최대값 이상의 공급압으로 헬륨을 공급하는 것이 개시되어 있다.
특허 문헌 2에는, 제1 냉각 스테이지의 온도에 기초하여, 냉동기 내에서 고압 상태와 저압 상태가 단위 시간당 반복되는 횟수가 피드백 제어되어, 제1 냉각 스테이지의 온도를 일정 범위로 유지할 수 있는 크라이오 펌프가 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 2에서는, 복수대의 크라이오 펌프를 1대의 압축기에서 동작하는 경우에 있어서, 압축기의 사이클 타임을 제어함으로써, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차를 일정하게 유지하는 발명이 개시되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개평 4-209979호 공보(도 1 등) 특허 문헌 2 : 일본 특개 2004-3792호 공보(도 1, 도 2 등)
그러나, 특허 문헌 1에 기재된 복수의 크라이오 펌프를 1대의 압축기에서 동작하는 경우, 복수의 진공 배기 펌프 중 어느 하나가 필요로 하는 압력의 최대값 이상의 압력의 헬륨을 미리 압축기에서 생성하였다. 고압의 헬륨은, 압축기에 의해 만들어지지만, 저온 스테이지를 갖는 진공 배기 펌프에 대해서는, 그 소비 에너지의 대부분은 고압의 헬륨을 만들기 위해서 사용되고 있다. 따라서, 진공 배기 시스템 전체로서 소비 에너지를 저감시키기 위해서는, 생성하는 고압의 헬륨의 압력 및 생성량을 저감할 필요가 있다.
그러나, 특허 문헌 1에 기재된 발명에서는, 필요 이상의 고압 헬륨을 미리 생성할 필요가 있기 때문에, 에너지 소비의 관점에서 문제가 있었다.
에너지 소비의 문제에 대하여, 도 10을 사용하여 구체적으로 설명한다. 도 10은, 4대의 크라이오 펌프를 1대의 압축기에서 동작시킨 경우의, 압축기와 각 크라이오 펌프를 연결하는 고압 배관 내와 저압 배관 내의 헬륨의 압력차와 소비 전력과의 관계를 나타낸 그래프이다. 여기서, 실험을 통하여 열부하는 일정하게 유지하고 있다.
열부하가 일정한 경우에는, 냉동 능력은, 냉동기의 작동 주파수와, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차와의 곱에 비례한다. 여기서, 냉동기의 작동 주파수란 냉동기 내에서 고압 상태와 저압 상태가 단위 시간당 반복되는 횟수를 말한다. 따라서, 도 10의 경우에는, 냉동 능력을 고려하면, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차가 증대되는 것에 수반하여, 냉동기의 작동 주파수 자체는 감소하게 된다.
여기서, 냉동기의 작동 주파수가 증대되면, 냉동기 자체의 소비 에너지는 증대될지도 모르지만, 냉동기의 소비 에너지는 기껏해야 100W이므로, 4대라도 기껏해야 400W이다. 한편, 도 10에서, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차를1.2㎫로부터 1.6㎫로 증대시키면, 소비 에너지는 약 3500W로부터 약 4900W로 증대되어 있다.
따라서, 동일한 열부하의 대상을, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차를 1.2㎫와 1.6㎫로 하여 크라이오 펌프에서 배기한 것으로 한다. 그렇게 하면, 압력차 1.2㎫로 배기한 경우에는, 압력차 1.6㎫로 배기한 경우보다 적어도 정산하여 1000W 이상 저소비 에너지로 배기할 수 있게 된다.
한편, 재생 운전 시에는, 승온 시의 발열량을 크게 하는 것이 요구된다. 이것은, 진공을 이용하여 프로세스를 행하는 장치의 다운 타임을 짧게 하기 위해서이다. 냉동기는 운전의 방법을 변화시킴으로써, 냉동기에 발열 기능을 갖게 할 수 있다. 재생 운전이란, 발열 기능을 갖게 한 냉동기의 발열 운전에 의해 스테이지 등의 냉각부의 온도를 승온하여, 응축 또는 흡착하고 있는 물질을 기화시켜, 스테이지 등의 냉각부에서 제거하는 운전을 말한다.
그러나, 종래, 재생 운전을 하고 있는 것 이외의 진공 배기 펌프의 진공 배기 운전을 유지하면서, 재생 운전 상태의 진공 배기 펌프를 진공 배기 운전의 상태에 신속하게 이르게 하는 진공 배기 펌프 시스템의 구성이나 운전 방법은 없었다.
특허 문헌 2에 기재된 발명에서는, 복수의 크라이오 펌프의 제1 냉각 스테이지의 온도를 일정 범위로 유지하는 발명이 개시되어 있지만, 그 때에는 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차는 일정하게 유지되어 있었다. 그러나, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차는 일정하게 유지하는 것만으로는, 재생 운전을 하고 있는 것 이외의 진공 배기 펌프의 진공 배기 운전을 유지하면서, 재생 운전의 시간을 단축하는 관점에서 문제가 있었다.
본 발명은, 복수대의 진공 배기 시스템을 갖는 진공 배기 시스템에 있어서, 일부의 진공 배기 펌프는 정상 운전을 유지하면서, 적어도 1대의 진공 배기 펌프는 신속하게 재생 운전을 완료하고, 정상 운전의 상태에 이르게 하는 것이 가능한 기술의 제공을 하나의 목적으로 한다.
본 발명의 하나의 측면에 따른 진공 배기 시스템은, 냉각 스테이지와,
상기 냉각 스테이지의 하나의 면에 접속된 실린더와,
상기 냉각 스테이지에 접속된 상기 실린더의 하나의 단부면과는 반대측의, 상기 실린더의 축 방향의 다른 단부면에 접속된 판 부재와,
상기 냉각 스테이지, 상기 실린더 및 상기 판 부재로 형성되는 공간과,
상기 판 부재에 설치되어 있는 유로와,
상기 유로를 통하여 상기 실린더의 내부를 고압 상태 및 저압 상태 중 어느 하나의 상태로 하는 밸브와,
상기 공간의 내부를 하나의 공간과 상기 유로와 통하는 다른 공간으로 구획함과 함께, 상기 실린더의 내부에서 축 방향으로 왕복 운동을 하고, 중공의 내부에 통과한 부위의 열 상태를 보존하는 물질이 포함되어 있는 피스톤 형상의 디스플레이서
를 갖는 냉동기를 갖는 진공 배기 펌프를 구비한 진공 배기 시스템으로서,
복수대의 진공 배기 펌프가 공통의 압축기에 연결되어 있고,
상기 복수대의 진공 배기 펌프 중 적어도 1대는,
상기 밸브가 동작하는 것에 의해 상기 실린더의 내부가 상기 저압 상태로부터 상기 고압 상태로 이행함으로써, 상기 저압 상태의 가스가 단열 압축되는 공정과, 상기 단열 압축된 가스 중을 상기 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하고 있고,
상기 복수대의 진공 배기 펌프 중 다른 적어도 1대는,
상기 밸브가 동작하는 것에 의해 상기 실린더의 내부가 상기 고압 상태로부터 상기 저압 상태로 이행함으로써, 상기 고압 상태의 가스가 단열 팽창하는 공정과, 상기 단열 팽창한 가스 중을 상기 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 진공 배기 시스템은, 냉각 스테이지와,
상기 냉각 스테이지의 하나의 면에 접속된 실린더와,
상기 냉각 스테이지에 접속된 상기 실린더의 하나의 단부면과는 반대측의, 상기 실린더의 축 방향의 다른 단부면에 접속된 판 부재와,
상기 냉각 스테이지, 상기 실린더 및 상기 판 부재로 형성되는 공간과,
상기 판 부재에 설치되어 있는 유로와,
상기 유로를 통하여 상기 실린더의 내부를 고압 상태 및 저압 상태 중 어느 하나의 상태로 하는 밸브와,
상기 공간의 내부를 하나의 공간과 상기 유로와 통하는 다른 공간으로 구획함과 함께, 상기 실린더의 내부에서 축 방향으로 왕복 운동을 하고, 중공의 내부에 통과한 부위의 열 상태를 보존하는 물질이 포함되어 있는 피스톤 형상의 디스플레이서
를 구비하는 냉동기를 갖고, 또한 상기 냉각 스테이지의 소정의 위치의 온도를 측정하는 온도 센서를 갖는 진공 배기 펌프의 복수대가 압축기에 연결되고,
상기 압축기로부터 공통의 압력의 고압의 가스가 상기 복수의 냉동기에 공급되는 유로인 고압 배관과,
상기 복수의 냉동기로부터 저압의 가스가 상기 압축기에 환류하는 경로인 저압 배관과,
상기 고압 배관 내와 상기 저압 배관 내와의 가스의 압력차를 구하는 수단을 갖고,
상기 진공 배기 펌프가, 상기 밸브가 동작하는 것에 의해 상기 실린더의 내부가 상기 고압 상태로부터 상기 저압 상태로 이행함으로써, 상기 고압 상태의 가스가 단열 팽창하는 공정과, 상기 단열 팽창한 가스 중을 상기 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하는 제1 동작을 하고 있는 경우에, 상기 진공 배기 펌프는, 상기 온도 센서가 측정한 온도가 소정의 온도 범위보다 높을 때에는, 상기 냉동기 내에서 고압 상태와 저압 상태가 단위 시간당 반복되는 횟수를 증대시키고, 상기 온도 센서가 측정한 온도가 상기 소정의 온도 범위보다 낮을 때에는, 상기 횟수를 감소시키고, 상기 온도 센서가 측정한 온도가 상기 소정의 온도 범위 내일 때에는 상기 횟수를 유지하여 이루어지는 진공 배기 시스템으로서,
상기 복수대의 진공 배기 펌프 중 적어도 1대가,
상기 밸브가 동작하는 것에 의해 상기 실린더의 내부가 상기 저압 상태로부터 상기 고압 상태로 이행함으로써, 상기 저압 상태의 가스가 단열 압축되는 공정과, 상기 단열 압축된 가스 중을 상기 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하는 제2 동작을 하고 있고,
상기 복수대의 진공 배기 펌프 중 다른 적어도 1대가,
상기 제1 동작을 하고 있는 경우에, 상기 제1 동작을 하고 있는 냉동기의 상기 횟수가 소정의 범위 내에 들어가는 범위에서, 상기 압축기에서 생성되는 상기 압력차를 증대하도록 동작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 진공 배기 시스템의 운전 방법은, 냉각 스테이지와,
상기 냉각 스테이지의 하나의 면에 접속된 실린더와,
상기 냉각 스테이지에 접속된 상기 실린더의 하나의 단부면과는 반대측의, 상기 실린더의 축 방향의 다른 단부면에 접속된 판 부재와,
상기 냉각 스테이지, 상기 실린더 및 상기 판 부재로 형성되는 공간과,
상기 판 부재에 설치되어 있는 유로와,
상기 유로를 통하여 상기 실린더의 내부를 고압 상태 및 저압 상태 중 어느 하나의 상태로 하는 밸브와,
상기 공간의 내부를 하나의 공간과 상기 유로와 통하는 다른 공간으로 구획함과 함께, 상기 실린더의 내부에서 축 방향으로 왕복 운동을 하고, 중공의 내부에 통과한 부위의 열 상태를 보존하는 물질이 포함되어 있는 피스톤 형상의 디스플레이서
를 갖는 냉동기를 갖는 진공 배기 펌프를 구비하고,
상기 진공 배기 펌프의 복수대가 공통의 압축기에 연결된 진공 배기 시스템의 운전 방법으로서,
상기 복수대의 진공 배기 펌프 중 적어도 1대의 운전 방법은,
상기 밸브가 동작하는 것에 의해 상기 실린더의 내부가 상기 저압 상태로부터 상기 고압 상태로 이행함으로써, 상기 저압 상태의 가스가 단열 압축되는 공정과, 상기 단열 압축된 가스 중을 상기 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하고 있고,
상기 복수대의 진공 배기 펌프 중 다른 적어도 1대의 운전 방법은,
상기 밸브가 동작하는 것에 의해 상기 실린더의 내부가 상기 고압 상태로부터 상기 저압 상태로 이행함으로써, 상기 고압 상태의 가스가 단열 팽창하는 공정과, 상기 단열 팽창한 가스 중을 상기 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 진공 배기 시스템의 운전 방법은, 냉각 스테이지와,
상기 냉각 스테이지의 하나의 면에 접속된 실린더와,
상기 냉각 스테이지에 접속된 상기 실린더의 하나의 단부면과는 반대측의, 상기 실린더의 축 방향의 다른 단부면에 접속된 판 부재와,
상기 냉각 스테이지, 상기 실린더 및 상기 판 부재로 형성되는 공간과,
상기 판 부재에 설치되어 있는 유로와,
상기 유로를 통하여 상기 실린더의 내부를 고압 상태 및 저압 상태 중 어느 하나의 상태로 하는 밸브와,
상기 공간의 내부를 하나의 공간과 상기 유로와 통하는 다른 공간으로 구획함과 함께, 상기 실린더의 내부에서 축 방향으로 왕복 운동을 하고, 중공의 내부에, 통과한 부위의 열 상태를 보존하는 물질이 포함되어 있는 피스톤 형상의 디스플레이서
를 구비하는 냉동기를 갖고, 또한 상기 냉각 스테이지의 소정의 위치의 온도를 측정하는 온도 센서를 갖는 진공 배기 펌프의 복수대가 압축기에 연결되고,
상기 압축기로부터 공통의 압력의 고압의 가스가 상기 복수의 냉동기에 공급되는 유로인 고압 배관과,
상기 복수의 냉동기로부터 저압의 가스가 상기 압축기에 환류하는 경로인 저압 배관과,
상기 고압 배관 내와 상기 저압 배관 내의 가스의 압력차를 구하는 수단을 갖고,
상기 진공 배기 펌프가, 상기 밸브가 동작하는 것에 의해 상기 실린더의 내부가 상기 고압 상태로부터 상기 저압 상태로 이행함으로써, 상기 고압 상태의 가스가 단열 팽창하는 공정과, 상기 단열 팽창한 가스 중을 상기 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하는 제1 동작을 하고 있는 경우에, 상기 진공 배기 펌프는, 상기 온도 센서가 측정한 온도가 소정의 온도 범위보다 높을 때에는 상기 냉동기 내에서 고압 상태와 저압 상태가 단위 시간당 반복되는 횟수를 증대시키고, 상기 온도 센서가 측정한 온도가 상기 소정의 온도 범위보다 낮을 때에는 상기 횟수를 감소시키고, 상기 온도 센서가 측정한 온도가 상기 소정의 온도 범위 내일 때에는 상기 횟수를 유지하여 이루어지는 진공 배기 시스템의 운전 방법으로서,
상기 복수대의 진공 배기 펌프 중 적어도 1대의 운전 방법이,
상기 밸브가 동작하는 것에 의해 상기 실린더의 내부가 상기 저압 상태로부터 상기 고압 상태로 이행함으로써, 상기 저압 상태의 가스가 단열 압축되는 공정과, 상기 단열 압축된 가스 중을 상기 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하는 제2 동작을 행하는 운전을 하고 있고,
상기 복수대의 진공 배기 펌프 중 다른 적어도 1대의 운전 방법이,
상기 제1 동작을 하고 있는 경우에, 상기 제1 동작을 하고 있는 냉동기의 상기 횟수가 소정의 범위 내에 들어가는 범위에서, 상기 압축기에서 생성되는 상기 압력차를 증대하도록 운전하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 냉각 스테이지를 갖는 복수의 진공 배기 펌프가 압축기에 연결되어 동작하는 진공 배기 시스템에 있어서, 재생 운전하고 있는 진공 배기 수단이 연결되어 있는 것 이외의 진공 배기 펌프에서는 통상의 진공 배기 운전을 행하면서, 기동 운전 및/또는 재생 운전하고 있는 진공 배기 펌프를 통상의 진공 배기 운전의 상태로 신속하게 복귀시킬 수 있다.
혹은, 본 발명에 의해, 냉각 스테이지를 갖는 복수의 진공 배기 펌프가 압축기에 연결되어 동작하는 진공 배기 시스템에 있어서, 적어도 1대가 재생 운전이 이루어지고 있는 경우에 있어서, 재생 운전이 이루어지고 있는 것 이외의 진공 배기 펌프는 진공 배기 운전을 유지하면서, 재생 운전 상태의 진공 배기 펌프를 신속하게 진공 배기 운전의 상태에 이르게 할 수 있다.
본 발명의 그 밖의 특징 및 이점은, 첨부 도면을 참조로 한 이하의 설명에 의해 명백하게 될 것이다. 또한, 첨부 도면에서는, 동일한 혹은 마찬가지의 구성에는, 동일한 참조 번호를 붙인다.
첨부 도면은 명세서에 포함되어, 그 일부를 구성하고, 본 발명의 실시 형태를 나타내며, 그 기술과 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위해서 이용된다.
도 1은 본 실시 형태의 진공 배기 시스템에서 사용하는 진공 배기 펌프의 일례를 도시하는 구성도.
도 2는 제2 냉각 스테이지의 온도 조정 시퀀스를 설명하는 흐름도.
도 3은 복수대의 크라이오 트랩을 1대의 압축기에서 운전하는 진공 배기 시스템의 모식도.
도 4는 크라이오 트랩의 구성을 도시하는 구성도.
도 5는 제1 실시예의 진공 배기 시스템에 관계되는 운전 시퀀스를 설명하는 흐름도.
도 6은 고압 배관 내와 저압 배관 내에 관계되는 압력차의 변화의 방법을 설명하는 도면.
도 7은 기동 운전 시 또는 재생 운전 시의 운전 시퀀스를 설명하는 흐름도.
도 8은 복수대의 크라이오 펌프를 1대의 압축기에서 운전하는 진공 배기 시스템의 모식도.
도 9는 크라이오 펌프 및 크라이오 트랩이 혼재된 진공 배기 시스템을 1대의 압축기에서 운전하는 진공 배기 시스템의 모식도.
도 10은 4대의 크라이오 펌프를 동일 열부하로 동작시킨 경우의, 압력차와 압축기의 소비 에너지와의 관계를 도시하는 도면.
도 11은 크라이오 펌프의 구성을 도시하는 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 진공 배기 시스템을 사용한 기판 처리 장치의 구성예를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 사용하여 제조되는 전자 디바이스를 예시하는 도면.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 우선, 본 실시 형태의 진공 배기 시스템에서 사용하는, 냉각 스테이지를 갖는 진공 배기 펌프에 대하여 설명한다. 진공 배기 펌프의 일례로서의 크라이오 펌프의 원리에 대하여 설명한다.
크라이오 펌프를 이용한 진공 배기 시스템은, 극저온을 발생시키는 냉동기를 탑재한 크라이오 펌프와, 그 냉동기에 압축된 헬륨 등의 가스를 공급하는 압축기를 구비하고 있다. 압축기로부터 고압의 가스를 냉동기에 공급하고, 이 고압의 가스를 냉동기 내의 축냉기에서 미리 냉각하고 나서 팽창실에 충전한 후, 팽창시켜 저온을 발생시켜 주위를 냉각하고, 또한 축냉기를 냉각한 후, 저압으로 된 가스를 압축기로 되돌리는 사이클을 반복한다. 이 냉동 사이클에 의해 얻어지는 극저온에 의해 기체를 응축 또는 흡착시킴으로써 진공 배기를 행하고 있다.
냉동기의 구성은, 예를 들면 일본 특개평 7-35070 공보의 도 9에 도시되어 있다. 도 11은 상기 공보의 도 9에 개시된, 냉동기의 구성을 도시하는 도면이다. 도 11은 펌프 용기 내에 배치되는 냉동기의 실린더의 내부 구조와, 고압측 밸브 및 저압측 밸브를 도시한다. 원통형 실린더(71) 내에 슬라이드 상태로 왕복 운동하는 디스플레이서(72)가 배치된다. 디스플레이서(72)와 실린더(71) 사이에는 링 형상의 시일 부재(73, 74)가 설치된다. 실린더(71)와 디스플레이서(72)의 형상에 대하여, 도면 중 하부의 직경이 작게 되어 있고, 2단 구조로 되어 있다. 실린더(71)의 직경이 큰 쪽의 한쪽의 단부면에는 냉각 스테이지(701)가 접속되어 있다. 또한, 실린더(71)의 직경이 작은 쪽의 단부면에는 냉각 스테이지(702)가 접속되어 있다. 실린더(71)의 직경이 큰 쪽의, 축 방향의 다른 단부면은 판 부재(86)가 접속되어 있다. 디스플레이서(72)의 내부에는, 예를 들면 2개의 축냉기(75, 76)가 설치된다. 축냉기(75, 76)는 기본적으로 가스를 통과시키는 구조를 갖고, 그 구조는 기지이므로 상세한 설명을 생략한다. 디스플레이서(72)의 이동 상태에 따라서, 예를 들면 파선(77)과 같이 가스가 흐른다. 파선(77)으로 나타내어진 가스의 흐름에서는, 흐름이 발생할 가능성이 있는 모든 방향이 화살표로 표시되어 있다. 실제로는, 도면 중, 위로부터 아래, 또는 아래로부터 위로 중 어느 하나의 방향의 흐름이, 작동 조건에 따라서 발생한다. 디스플레이서(72)의 왕복 운동에서, 도 11 중 실린더(71)의 상단으로 이동하였을 때가 상사점의 위치이고, 하단으로 이동하였을 때가 하사점의 위치이다.
디스플레이서(72)의 상면부에는 연결봉(78)이 결합되고, 연결봉(78)은 실린더(71)의 외부로 연장되어, 크랭크 기구(도시 생략)를 통하여 모터(도시 생략)의 회전 구동축에 결합된다. 연결봉(78)과 실린더(71) 사이에는 시일 부재(79)가 설치된다. 모터가 임의의 방향으로 회전하면, 연결봉(78)은, 크랭크 기구의 작용에 의해 모터의 회전에 따른 왕복 운동(80)을 행한다. 따라서, 연결봉(78)에 결합된 디스플레이서(72)도 연동하여 실린더(71) 내에서 왕복 운동을 행한다. 디스플레이서(72)의 왕복 운동에 의해, 실린더(71) 내에는, 디스플레이서(72)에 의해 구획되는 3개의 공간(구획실) U, L1, L2가 형성된다. 공간 U는, 도 11에서, 실린더(71)의 상측에 형성되는 공간이고, 공간 L1, L2는 실린더(71)의 하측에 형성되는 공간이다.
실린더(71)의 상단부에는 저압 가스실(81)과의 접속을 가능하게 하는 저압측 밸브(82)와, 고압 가스실(83)과의 접속을 가능하게 하는 고압측 밸브(84)가 설치된다. 저압측 밸브(82)의 개폐 동작은 명령 신호(85)에 의해 제어되고, 고압측 밸브(84)의 개폐 동작은 명령 신호(87)에 의해 제어된다.
도 11 중에 도시되는 가스의 흐름(77)에서, 가스가 흐르는 방향은, 전술한 바와 같이 그 때의 조건에 의해 정해지는 하나의 방향이며, 그 조건은, 디스플레이서(72)의 이동 방향과, 저압측 밸브(82)와 고압측 밸브(84)의 개폐 동작의 상태로 주어진다.
냉동기의 기본적인 냉각 사이클을 설명한다.
공정(1) : 디스플레이서(72)가 상사점에 위치할 때에 저압측 밸브(82)만을 열어 공간 L1, L2에 저류된 고압 가스를 팽창시켜, 한랭을 발생시킨다. 이 팽창에 의해 공간 L1, L2의 주위(냉각 스테이지)를 냉각하고, 또한 가스의 이동에 의해 축냉기(75, 76)를 냉각한다.
공정(2) : 상사점으로부터 하사점으로 디스플레이서(72)가 이동하는, 그 동안에 공간 L1, L2에 머물고 있던 저온의 가스도 축냉기(75, 76)를 통과하여 한랭이 축냉기(75, 76)에 축적된다. 디스플레이서(72)가 하사점에 존재할 때에 저압측 밸브(82)를 닫는다.
공정(3) : 고압측 밸브(84)를 열면, 공간 U에 고압 가스가 들어오기 때문에, 원래부터 그곳에 존재한 가스는 단열 압축되지만, 아울러 디스플레이서(72)가 상방으로 이동하므로, 고압 가스는 디스플레이서(72) 내의 축냉기(75, 76)를 통과할 때에 냉각되어, 공간 L1, L2로 이동한다.
공정(4) : 디스플레이서(72)가 상사점에 도달하고, 고압측 밸브(84)가 닫혀진다.
공정(5) : 다음으로 저압측 밸브(82)가 열려진다. 이 공정은, 실제로는 전술한 공정(1)이며, 이렇게 해서 최초의 공정(1)로 되돌아간다.
상기와 같이, 공정(1) 내지 (4)를 반복함으로써 냉각이 행하여진다. 상기의 사이클이 기본적인 냉각 사이클이다. 상기의 기본적인 냉각 사이클에서는, 디스플레이서(72)가 상사점의 위치에 있을 때에 고압측 밸브(84)를 닫고 저압측 밸브(82)를 열고, 디스플레이서(72)가 하사점의 위치에 있을 때에 저압측 밸브(82)를 닫고 고압측 밸브(84)를 열도록, 각 밸브의 개폐 동작이 제어된다. 따라서, 디스플레이서(72)가 상사점 또는 하사점에 도달하였을 때에, 각 밸브의 개폐 타이밍이 제어되어, 가스의 흐름의 방향이 역전된다.
도 1은 본 실시 형태의 진공 배기 시스템에서 사용하는 진공 배기 펌프의 일례를 도시하는 구성도이다. 구체적으로는, 도 1에 도시한 진공 배기 펌프는, 2단의 냉각 스테이지를 갖는 냉동기를 탑재한 크라이오 펌프이다. 도 1에서, 참조 부호 1은 크라이오 펌프 본체, 참조 부호 2는 2단식 냉동기, 참조 부호 3은 압축기, 참조 부호 4는 냉동기 구동 전원, 참조 부호 5는 냉동기 구동 전원(4)에 내장되어 있는 인버터이다.
크라이오 펌프(1)에 설치되어 있는 2단식 냉동기(2)는, 제1 냉각 스테이지(6)와, 제1 냉각 스테이지(6)보다 낮은 온도로 유지되는 제2 냉각 스테이지(7)를 구비하고 있다. 제2 냉각 스테이지(7)에는, 제2 냉각 스테이지(7)에 의해 극저온으로 냉각되는 크라이오 패널(8)이 접속되어 있다. 또한, 제1 냉각 스테이지(6)에는, 제1 냉각 스테이지(6)에 의해 극저온으로 냉각되는 복사 실드(9)가 접속되어 있다. 복사 실드(9)는, 제2 냉각 스테이지(7) 및 크라이오 패널(8)을 둘러싸도록 구성되어 있다. 복사 실드(9)의 상부 개구부에는, 복사 실드(9)를 통하여 제1 냉각 스테이지(6)에 의해 극저온으로 냉각되는 루버(10)가 설치되어 있다. 또한, 복사 실드(9)의 외측을 둘러싸고, 케이싱(11)이 설치되어 있다.
2단식 냉동기(2)의 제1 냉각 스테이지(6)에는, 제1 냉각 스테이지(6)를 가열하기 위한 가열 수단인 전기 히터(12)와, 제1 냉각 스테이지(6)의 온도를 측정하는 온도 센서(제1 온도 센서)(13)가 설치되어 있다. 또한, 제2 냉각 스테이지(7)에는, 제2 냉각 스테이지의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(제2 온도 센서)(14)가 설치되어 있다.
2단식 냉동기(2)는, 고압의 헬륨 등의 가스가 압축기(3)로부터 냉동기(2)에 공급되는 유로인 고압 배관(15a)과, 저압의 헬륨 등의 가스가 냉동기(2)로부터 압축기(3)에 환류하는 유로인 저압 배관(15b)에 의해, 압축기(3)에 접속되어 있다. 압축기(3)에서 압축된 고압의 가스는, 고압 배관(15a)을 통하여 2단식 냉동기(2)에 공급된다. 그리고, 고압의 가스는, 제1 팽창실과 제2 팽창실(모두 도시되어 있지 않음)에서 단열 팽창하여, 제1 냉각 스테이지(6) 및 제2 냉각 스테이지(7)를 냉각한 후, 저압 배관(15b)을 통하여 압축기(3)에 환류된다.
2단식 냉동기(2)는, 냉동기 구동 전원(4)에 접속되어 있다. 2단식 냉동기(2) 내에서는, 압축기(3)로부터 공급된 고압의 가스가 단열 팽창함으로써 저온 상태가 얻어진다. 냉동 능력은 단위 시간 내에 단열 팽창을 반복하는 횟수, 즉 냉동기 내에서 고압 상태와 저압 상태가 단위 시간당 반복되는 횟수에 비례한다. 이후, 이 반복 횟수를 냉동기의 「작동 주파수」라고 기재하기로 한다. 본 실시 형태에서는, 냉동기 구동 전원(4)에 내장되어 있는 인버터(5)에 의해 2단식 냉동기(2)의 작동 주파수가 제어되고 있다.
제1 온도 센서(13) 및 제2 온도 센서(14)는, 각각 제1 온도 설정ㆍ제어기(16) 및 제2 온도 설정ㆍ제어기(17)에 접속되어 있다.
제1 온도 설정ㆍ제어기(16)에는, 제1 냉각 스테이지(6)의 허용 온도 범위가 설정된다. 여기서, 본 명세서를 통하여, 허용 온도 범위란 제1 냉각 스테이지(6)가 유지되어야 할 설정 온도 범위를 말한다. 구체적으로는, 제1 냉각 스테이지(6)는, 소정의 온도 범위, 예를 들면, 50K 내지 120K 정도의 온도 범위 내로 유지되는 것이 요구된다. 제1 냉각 스테이지(6)의 온도가 지나치게 낮으면, 본래, 제1 냉각 스테이지(6)보다 낮은 온도로 유지되어 있는 제2 냉각 스테이지(7)에 의해 응축 배기되어야 할 아르곤, 산소 또는 질소 등의 큰 증기 압력을 갖는 가스가 제1 냉각 스테이지(6)에 응축 배기되게 된다. 한편, 제1 냉각 스테이지(6)의 온도가 지나치게 높으면 제1 냉각 스테이지(6)에서 본래 응축 배기해야 할 가스도 배기할 수 없다. 따라서, 제1 냉각 스테이지(6)는 소정의 온도 범위 내로, 즉 허용 온도 범위 내로 유지되는 것이 요구된다.
도 1에 도시한 진공 배기 펌프에서는, 제1 온도 설정ㆍ제어기(16)는, 제1 온도 센서(13)에 의해 검출된 온도와, 설정된 제1 냉각 스테이지(6)의 허용 온도 범위에 기초하여, 냉동기 구동 전원(4)의 인버터(5)를 제어한다. 즉, 제1 온도 센서(13)의 출력에 기초하여, 제1 냉각 스테이지(6)의 온도를 일정값으로 유지하도록 2단식 냉동기(2)의 작동 주파수가 피드백 제어된다.
또한, 제2 온도 설정ㆍ제어기(17)에는, 제2 냉각 스테이지(7)의 목표 온도 범위가 설정된다. 여기서, 본 명세서를 통하여, 목표 온도 범위란 제2 냉각 스테이지(7)가 유지되는 온도 범위를 말한다. 통상적으로 목표 온도 범위로서는, 가스를 응축 또는 흡착하는 능력을 고려하면 제2 냉각 스테이지(7)의 온도는 어느 정도 낮은 온도가 필요하지만, 한편 에너지 소비를 저감하는 관점에서는, 필요 이상으로 제2 스테이지를 저온으로 할 필요는 없다.
따라서, 목표 온도 범위는, 예를 들면, 10 내지 12K의 온도 범위로 설정한다. 제2 온도 설정ㆍ제어기(17)는, 제2 온도 센서(14)에 의해 검출된 온도와, 설정된 제2 냉각 스테이지(7)의 목표 온도 범위에 기초하여, 가열 제어기(18)에 제어 데이터를 전달한다. 가열 제어기(18)에는, 가열 전원(19)이 접속되어 있고, 또한 가열 전원(19)에는 전기 히터(12)가 접속되어 있다. 가열 제어기(18)는, 제2 온도 설정ㆍ제어기(17)로부터의 제어에 따라서, 가열 전원(19)으로부터 전기 히터(12)에 공급되는 공급 전력의 조정을 행하여, 가열 전원(19)에 접속된 전기 히터(12)의 작동을 제어한다.
제1 온도 설정ㆍ제어기(16)는, 제1 온도 센서(13)에서 검출된 제1 냉각 스테이지(6)의 온도가, 설정된 허용 온도 범위를 유지하도록, 냉동기 구동 전원(4)의 인버터(5)를 제어하여 냉동기(2)의 작동 주파수를 제어한다. 구체적으로는, 검출된 제1 냉각 스테이지(6)의 온도가 허용 온도 범위의 상한 온도보다 높은 경우에는, 냉동기의 작동 주파수를 끌어 올린다. 냉동기의 작동 주파수를 끌어 올리면, 냉각 사이클이 빨라짐으로써 냉각 능력이 높아지고, 그 결과, 제1 냉각 스테이지(6)의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 검출된 제1 냉각 스테이지(6)의 온도가 허용 온도 범위의 하한 온도보다 낮은 경우에는, 냉동기의 작동 주파수를 내린다. 냉동기의 작동 주파수를 내리면, 냉각 사이클이 느려져, 냉각 능력이 저하되고, 그 결과, 제1 냉각 스테이지(6)의 온도가 상승한다.
한편, 제2 온도 설정ㆍ제어기(17)는, 제2 온도 센서(14)에서 검출된 제2 냉각 스테이지(7)의 온도가, 설정된 목표 온도 또는 목표 온도 범위를 유지하도록, 제어 데이터를 가열 제어기(18)에 전달한다. 가열 제어기(18)는, 이 제어 데이터에 기초하여, 가열 전원(19)으로부터의 공급 전력을 제어하고, 이에 의해 전기 히터(12)의 작동을 제어한다. 구체적으로는, 검출된 제2 냉각 스테이지(7)의 온도가, 목표 온도 범위의 최소값보다 낮아졌을 때에 전기 히터(12)의 출력을 내리고, 목표 온도 범위의 최대값보다 높아졌을 때에 전기 히터(12)의 출력을 올린다. 상기 제2 온도 설정ㆍ제어기(17)에 의한 전기 히터(12)의 작동 제어의 일례를 도 2의 흐름도로 설명한다.
또한, 도 2의 흐름도에서, t는 제2 온도 센서(14)에서 검출된 제2 냉각 스테이지(7)의 온도, Tmax는 제2 온도 설정ㆍ제어기(17)에 설정된 제2 냉각 스테이지(7)의 목표 온도 범위의 최대값이다. 또한, Tmin은 제2 온도 설정ㆍ제어기(17)에 설정된 제2 냉각 스테이지(7)의 목표 온도 범위의 최소값이다.
우선, 스텝 S11에서, 크라이오 펌프가 기동하여, 제1 냉각 스테이지(6)의 온도 조절이 개시된다. 그 후, 스텝 S12에서, 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 조절도 개시된다. 제2 온도 센서(14)에서 검출된 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 목표 온도 범위 내인지의 여부가 감시된다.
그리고, 스텝 S13에서, 제2 온도 센서(14)에서 검출된 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 목표 온도 범위의 최대값 Tmax보다 높아진 것이 검지되면(스텝 S13의 '예'), 제2 온도 설정ㆍ제어기(17)로부터 가열 제어기(18)에 제어 신호가 내려진다. 이 제어 신호를 받은 가열 제어기(18)는, 가열 전원(19)으로부터 전기 히터(12)에의 공급 전력을 끌어 올린다. 이에 의해 전기 히터(12)의 출력이 소정의 작동 주파수의 범위 내에서 상승한다(스텝 S14). 제1 냉각 스테이지(6)에의 열부하가 상승하면, 전술한 바와 같이, 제1 온도 설정ㆍ제어기(16)에 의해, 2단식 냉동기(2)의 작동 주파수가 끌어 올려져, 냉동 사이클이 빨라진다. 그 결과, 제2 냉각 스테이지(7)의 냉동 능력이 높아져, 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 강하한다. 그 동안, 제1 냉각 스테이지(6)의 온도는, 상술한 바와 같이 제1 냉각 스테이지의 제1 온도 센서(13)의 온도에 기초하여 2단식 냉동기(2)의 작동 주파수가 피드백 제어되고 있으므로, 허용 온도 범위 내로 유지된다.
전기 히터(12)의 출력은, 제2 온도 센서(14)에서 검출된 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 목표 온도 범위의 최대값 Tmax 이하로 될 때까지, 가열 전원(19)에 의한 공급 전력을 단계적으로 끌어 올릴 수 있다. 이 전기 히터(12)의 가열에 의해, 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 목표 온도 범위의 최대값 Tmax 이하로 된 것이 검지되면(스텝 S13의 '아니오'), 이번에는 이것이 목표 온도 범위의 최소값 Tmin 이상인지의 여부가 판정된다(스텝 S15). 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 목표 온도 범위의 최소값 Tmin 이상인 경우에는 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 목표 온도 범위 내이다. 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 목표 온도 범위 내인 것이 확인되면(스텝 S15의 '아니오'), 처리는 스텝 S13으로 되돌려지고, 이 때의 전기 히터(12)의 출력이 유지됨과 함께, 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 목표 온도 범위 내인지의 여부의 감시가 계속된다.
한편, 제2 온도 센서(14)에서 검출한 제2 냉각 스테이지(7)의 온도가 목표 온도 범위의 최소값 Tmin보다 낮아지면(스텝 S15의 '예'), 제2 온도 설정ㆍ제어기(17)로부터 가열 제어기(18)에 제어 신호가 출력된다. 이 제어 신호를 받은 가열 제어기(18)는, 가열 전원(19)으로부터 전기 히터(12)에의 공급 전력을 내린다(스텝 S16). 이에 의해 전기 히터(12)의 출력이 강하하고, 제1 냉각 스테이지(6)에의 열부하가 강하하면, 전술한 바와 같이, 제1 온도 설정ㆍ제어기(16)에 의해, 2단식 냉동기(2)의 작동 주파수가 내려가, 냉동 사이클이 느려진다. 그 결과, 제2 냉각 스테이지(7)의 냉동 능력이 저하되어, 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 상승한다.
전기 히터(12)의 출력은, 제2 온도 센서(14)에서 검출된 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 목표 온도 범위의 최소값 Tmin 이상으로 될 때까지, 혹은 전기 히터(12)의 출력이 제로로 될 때까지 가열 전원(19)에 의한 공급 전력을 단계적으로 내릴 수 있다. 이 전기 히터(12)의 가열을 약화시킴으로써, 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 목표 온도 범위의 최소값 Tmin 이상으로 된 것이 검지되면(스텝 S15의 '아니오'), 이것이 목표 온도 범위의 최대값 Tmax 이하인지의 여부가 식별된다(스텝 S13). 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 목표 온도 범위의 최대값 Tmax 이하인 경우에는 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 목표 온도 범위 내이다. 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 목표 온도 범위 내인 것이 확인되면, 이 때의 전기 히터(12)의 출력이 유지됨과 함께, 제2 냉각 스테이지(7)의 온도 t가 목표 온도 범위 내인지의 여부의 감시가 계속되게 된다.
상기한 바와 같은 구성을 갖고 있으므로, 그 2단식 냉동기(2)의 작동 주파수가 통상 작동 주파수의 범위 내일 때에는, 제1 냉각 스테이지(6)의 온도가 허용 온도 범위 내에 있고, 또한 제2 냉각 스테이지(7)의 온도가 목표 온도 범위 내에 있는 것을 나타내고 있다. 여기서, 일반적으로 냉동기의 작동 주파수는, 통상 상한과 하한을 갖는다. 냉동기를 구동하는 모터의 회전수에는, 상한은 냉동기를 구동하는 모터의 파워로부터, 하한은 모터가 소요의 토크를 발생하기 위해서는 일정 이상의 회전수인 것이 필요한 것 등으로부터, 모터를 안정적으로 구동할 수 있는 회전수에는 범위가 있다. 모터의 회전수가 상기한 바와 같은 상한 및 하한을 갖는 것으로부터, 냉동기의 작동 주파수도 상한 및 하한을 갖는다. 이 상한과 하한의 범위 내의 냉동기의 작동 주파수를, 본 명세서를 통하여, 「통상 작동 주파수」라고 말한다. 예를 들면, 냉동기의 통상 작동 주파수로서는, 1분간당 20 내지 60회를 들 수 있다. 즉, 2단식 냉동기(2)의 작동 주파수가 통상 작동 주파수의 범위 내에 있다고 하는 것은, 어떠한 변화 예를 들면 열부하량의 변화가 발생하였을 때에, 그것에 따라서 냉동기의 작동 주파수가 피드백 제어되어 정상 운전을 유지할 수 있는 것을 나타내고 있다.
상술한 구성 및 동작의 설명은 2단의 냉각 스테이지를 갖는 배기 수단에 운전에 대한 설명이지만, 1단의 냉각 스테이지를 갖는 진공 배기 펌프의 운전을 이하에 설명한다.
1단의 냉각 스테이지를 갖는 진공 배기 펌프에서는, 도 1에 도시한 2단의 냉각 스테이지를 갖는 진공 배기 펌프에서 필요로 되는 수단 중, 제2 온도 센서(14), 제2 온도 설정ㆍ제어기(17)는 불필요하다. 이 경우에는, 도 1에서 제1 온도 설정ㆍ제어기(16)와 가열 제어기(18)가 결선되어 있다. 도 1에 도시한 제1 냉각 스테이지(6) 및 제2 냉각 스테이지(7)는, 1단의 냉각 스테이지로 되므로, 「냉각 스테이지(6)」로서 이하 설명한다.
제1 온도 설정ㆍ제어기(16)는, 제1 온도 센서(13)에서 검출된 냉각 스테이지(6)의 온도가, 설정된 허용 온도 범위 내에 있는 바와 같이, 냉각 스테이지(6)에 부착된 제1 온도 센서(13)의 출력에 기초하여, 냉동기(2)의 작동 주파수가 피드백 제어된다. 그리고, 1단의 냉각 스테이지(6)의 냉동기의 작동 주파수를 통상 작동 주파수의 하한까지 내려도 제1단의 냉각 스테이지(6)의 온도가 허용 온도 범위의 하한 온도 이상으로 되지 않을 때에는, 제1 온도 설정ㆍ제어기(16)에 입력되는 제1 온도 센서(13)의 온도에 기초하여, 허용 온도 범위 내에 들어갈 때까지 가열 제어기(18)가 가열 전원(19)을 제어한다.
구체적으로는, 제1 냉각 스테이지(6)의 온도가 허용 온도 범위의 상한 온도보다 높은 경우에는, 냉동기(2)의 작동 주파수를 끌어 올려, 냉동 능력을 증대시킨다. 한편, 검출된 냉각 스테이지(6)의 온도가 허용 온도 범위의 하한 온도보다 낮은 경우에는, 냉동기의 작동 주파수를 내려, 냉동 능력을 감소시킨다. 그 결과, 냉각 스테이지(6)의 온도가 상승한다. 그리고, 1단의 냉각 스테이지(6)의 냉동기의 작동 주파수를 통상 작동 주파수의 하한까지 내려도 냉각 스테이지(6)의 온도가 허용 온도 범위의 하한 온도 이상으로 되지 않을 때에는, 제1 온도 설정ㆍ제어기(16)에 입력되는 제1 온도 센서(13)의 온도에 기초하여, 허용 온도 범위 내에 들어갈 때까지 가열 제어기(18)가 가열 전원(19)을 제어한다. 따라서, 냉동기의 작동 주파수가 통상 작동 주파수의 범위 내에 있을 때는, 냉각 스테이지(6)의 온도는 허용 온도 범위 내에 있는 것, 및 어떠한 변화가 발생하였을 때에 그것에 따라서 작동 주파수가 피드백 제어되어 정상 운전을 유지할 수 있는 것을 나타내고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 1단의 냉각 스테이지 또는 2단의 냉각 스테이지를 갖는 진공 배기 펌프를 이용한 경우에는, 그 냉동기의 작동 주파수를 확인하는 것만으로, 또는 그것을 통상 작동 주파수의 범위 내로 유지하도록 제어만 하면, 제1 냉각 스테이지의 온도가 허용 온도 범위 내이고, 제2 냉각 스테이지를 갖는 진공 배기 펌프의 경우에는 제2 냉각 스테이지의 온도가 목표 온도 범위 내에 있게 된다.
따라서, 정상 운전의 유지는, 냉동기의 작동 주파수에만 주목하여 행하면 된다.
또한, 이상의 설명에서는, 인버터(5), 냉동기 구동 전원(4), 제1 온도 설정ㆍ제어기(16), 제2 온도 설정ㆍ제어기(17), 가열 제어기(18) 및 가열 전원(19)은 개별 기기로서 설명하였다. 그러나, 이들을 1대의 유닛 내에 수납하는 것도 가능하다. 이하의 설명에서는, 이와 같은 기능을 갖는 각 컨트롤러에 의해 각 진공 배기 펌프가 제어되고 있는 것으로서 설명한다. 또는, 각 냉동기가 개개의 컨트롤러에 의해 제어되는 것이 아니고, 전체가 1대의 컨트롤러에 의해 제어되도록 하는 것도 가능하다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 진공 배기 시스템의 구성을 예시하는 설명도이다. 도 3에 도시한 실시 형태는, 복수의 1단의 냉각 스테이지를 갖는 진공 배기 펌프가 1대의 압축기에서 운전되는 경우에 관련되는 것이다.
도 3에서, 참조 부호 3은 압축기, 참조 부호 15a 및 15b는 각각 고압 배관 및 저압 배관이다. 참조 부호 30a 내지 30d는 1단의 냉각 스테이지를 갖는 진공 배기 펌프, 참조 부호 31a 내지 31d는, 진공 배기 펌프(30a 내지 30d)에 대한 컨트롤러이다. 또한, 참조 부호 32 및 33은 각각 고압 배관용 및 저압 배관용의 압력계이다. 참조 부호 34는, 예를 들면 인버터로 이루어지는 주파수 제어부이다. 주파수 제어부(34)는, 압력계(32)로부터의 압력과 압력계(33)로부터의 압력과의 차를 구하여, 압축기(3)의 구동 주파수를 제어하고, 또한, 참조 부호 35는 각 진공 배기 펌프의 컨트롤러(31a 내지 31d)를 통괄 제어하는 컨트롤러이다. 참조 부호 37a 내지 37d는 1단식 냉동기이다. 컨트롤러(35) 및 주파수 제어부(34)는 제어 수단으로서 기능한다.
컨트롤러(31a 내지 31d)는, 도 1에서 설명한 제1 온도 설정ㆍ제어기(16), 냉동기 구동 전원, 인버터, 가열 제어기(18) 및 가열 전원(19)의 기능을 갖는다. 여기서, 참조 부호 30a 내지 30d는 1단의 냉각 스테이지를 갖는 진공 배기 펌프이며, 여기서는 크라이오 트랩을 사용하고 있다.
도 4는 도 3의 진공 배기 펌프의 구성을 도시하는 구성도로서, 도 3의 일점쇄선으로 둘러싸인 진공 배기 펌프(크라이오 트랩)(30a)에 대응하는 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 진공 배기 펌프(30a)는, 냉각 스테이지(406), 냉각 패널(408), 온도 센서(413), 전기 히터(412), 1단식 냉동기(37a), 고압 배관(15a), 저압 배관(15b)을 구비하고 있다. 온도 센서(413), 전기 히터(412)는 컨트롤러(31a)에 접속되고, 고압 배관(15a), 저압 배관(15b)은 압축기(3)에 접속된다.
도 3의 진공 배기 시스템의 제어의 흐름을 도 5의 흐름도의 참조에 의해 설명한다.
각 컨트롤러(31a 내지 31d)는, 각 진공 배기 펌프(크라이오 트랩)(30a 내지 30d)의 1단식 냉동기(37a 내지 37d)의 작동 주파수를 감시하고 있다. 각 컨트롤러(31a 내지 31d)는, 크라이오 트랩의 냉동기(37a 내지 37d)의 작동 주파수를 컨트롤러(35)에 출력한다(스텝 S21). 컨트롤러(35)는, 모든 크라이오 트랩의 냉동기(37a 내지 37d)의 작동 주파수의 데이터를 취득한다(스텝 S22). 그리고, 컨트롤러(35)는, 모든 크라이오 트랩의 냉동기(37a 내지 37d)의 작동 주파수가 냉각기의 통상 작동 주파수의 범위 내에 들어가 있는지를 판단한다(스텝 S23). 그리고, 컨트롤러(35)는, 모든 냉동기의 작동 주파수가 통상 작동 주파수의 범위 내에 들어가 있지 않을 때(스텝 S23의 '아니오')는, 그 취지를 전달하기 위해서 예를 들면 알람 등을 발보한다.
한편, 모든 냉동기의 작동 주파수가 통상 작동 주파수의 범위 내에 있는 경우(스텝 S23의 '예'), 컨트롤러(35)는, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차를 내릴 여지가 있는지의 여부를 판단한다(스텝 S24). 압력차를 내릴 여지가 있는 경우(스텝 S24의 '예'), 컨트롤러(35)는, 압력차를 감소시키고(스텝 S25), 스텝 S22로 되돌아간다. 압력차를 내릴 여지가 없는 경우(스텝 S24의 '아니오'), 컨트롤러(35)는, 다음 회의 냉동기의 작동 주파수의 데이터를 취득한다(스텝 S26).
냉동기(37a 내지 37d)의 냉동 능력은, 냉동기의 작동 주파수와, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차의 곱에 비례한다. 본 실시 형태에서는, 1단의 냉각 스테이지를 갖는 진공 배기 펌프로서는 크라이오 트랩을 사용하고 있다. 그리고, 도 10에 있는 바와 같이 일정한 냉각 능력을, 진공 배기 시스템 전체로서 에너지 소비를 적게 확보하기 위해서는, 냉동기의 작동 주파수를 상승 가능한 범위에서 올려, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차를 가능한 한 작게 하면 된다.
또한, 압축기의 성능으로부터, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차에도 상한과 하한이 있다. 이하의 설명에서는, 상한을 1.8㎫(약 18기압), 하한을 1.1㎫(약 11기압)로 하여 설명한다. 그 때, 중심 압력차는 1.4㎫로 한다.
반복되지만, 진공 배기 시스템 전체로서 에너지 소비를 적게 하기 위해서는, 고압 배관과 저압 배관 내의 가스의 압력차를 가능한 한 작게 하면 된다. 고압 배관과 저압 배관의 압력차를 작게 하면, 냉동기의 작동 주파수를 올리게 된다. 본 실시 형태에서는, 이 규범에 기초하여 고압 배관 내와 저압 배관 내와의 가스의 압력차를 제어한다.
상기의 제어법에 대하여, 도 5 및 도 6을 이용하여 구체적으로 설명한다. 도 6은 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차를 낮게 하는 방법을 설명하기 위한 특성도이다.
본 방법에서는, 0.05㎫씩 고압 배관(15a) 내와 저압 배관 내의 헬륨의 압력차를 냉동기(37a 내지 37d)의 작동 주파수가 통상 작동 주파수의 범위 내인 한 낮추어 간다. 도 6에서, A1 내지 A3은, 고압 배관 내와 저압 배관 내와의 헬륨의 압력차가 1.2Mpa, 1.25㎫ 및 1.30㎫일 때의, 냉동기의 작동 주파수의 최대값을 나타내고 있다. 한편, B1 내지 B3은 A1 내지 A3보다 각각 0.05㎫ 고압 배관 내와 저압 배관 내와의 헬륨의 압력차를 내렸을 때의, 냉동기의 작동 주파수의 최대값을 나타내고 있다.
A1 내지 A3의 3개의 데이터로부터, 최소 제곱법에 의해 3점을 보완한 직선 A를 구한다. 그리고, 외삽하여 0.05㎫ 압력차를 더욱 감소시켜도, 냉동기의 작동 주파수의 최대값이 허용 작동 주파수의 상한, 예를 들면 1분간당 60회를 초과하지 않았는지의 여부를 확인한다.
도 6에서는, 0.05㎫ 차압을 감소시켜도 1분간당 60회를 초과하지 않았다고 판단되므로, 압력차를 0.05㎫ 감소시킨다.
그 후, 제어는 도 5의 흐름도 상의 R점으로 되돌아간다. 0.05㎫ 압력차를 감소시켰을 때에 얻어지는 데이터가 도 6의 B1 내지 B3이다(도 5의 스텝 S22). 그들이, 냉동기의 상용 작동 주파수 내에 있는 것을 확인한다(스텝 S23).
그 후, B1 내지 B3의 냉동기의 작동 주파수의 최대값을 보완하는 직선 B를 구한다. 이 직선 B로부터, 또한 0.05㎫ 고압 배관 내와 저압 배관 내와의 헬륨의 차압차를 0.05㎫ 더욱 감소시키면, 허용 작동 주파수인 1분간당 60회를 초과하게 되는 것을 알 수 있다. 컨트롤러(35)는, 작동 주파수를 낮게 할 여지는 없다고 판단한다(스텝 S24의 '아니오'). 컨트롤러(35)는, 도 6에 도시한 B3의 고압 배관 내와 저압 배관 내의 헬륨의 압력차 및 냉동기의 작동 주파수의 최대값의 조가, 진공 배기 시스템 전체적으로, 그 소비 에너지를 최소한으로 하는 운전 조건이다라고 판정하고, 이 상태에서 다음 회의 냉동기의 작동 주파수의 데이터의 취득의 기회까지 운전을 계속하도록 진공 배기 시스템을 제어한다(스텝 S26).
상기의 실시 형태에서는, 보완 직선을 3점으로부터 구하였지만, 반드시 3점에 한정되는 것은 아니다. 또한, 보간법에 관해서도, 최소 제곱법을 이용하였지만, 이에 한정되는 것이 아니라, 다항식 근사, 대수 근사, 누승 근사 또는 지수 근사 등을 적용할 수 있다.
도 6에 관한 작동 주파수를 통상 작동 주파수 내에 들어가게 하는 방법으로서는, 상기한 방법 이외에 이하에 기재하는 바와 같은 간편한 방법도 있다. 예를 들면, 제어상의 작동 주파수의 상한 또는 하한을, 허용 작동 주파수의 범위보다 소정값만큼 내측의 범위의 수치로 하여 제어한다. 구체적으로 설명하면, 작동 주파수의 상한과 하한이, 각각 1분간당 60회 및 20회인 경우를 상정한다. 허용 작동 주파수의 범위로부터 내측의 범위의 주파수로서 1분간당 3회로 하면, 제어상의 작동 주파수의 상한 및 하한을 각각 1분간당 57 및 23회로서 제어한다. 그리고, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 압력차를 변화시켜 행하고, 제어상의 상한 또는 하한을 1번 초과하자마자 그 이상 고압 배관 내와 저압 배관 내의 헬륨 등의 가스의 압력차를 변화시키는 것을 정지한다.
구체적으로 설명하면 1.25㎫일 때에 냉동기의 작동 주파수의 최대값이 1분간당 50회, 1.20㎫일 때에 냉동기의 작동 주파수의 최대값이 1분간당 54회, 1.15㎫일 때의 냉동기의 작동 주파수의 최대값이 1분간당 58회인 것으로 하면, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 헬륨의 압력차를, 1.15㎫보다 낮게 하는 것을 정지한다. 그리고, 1.15㎫에서 운전을 계속한다.
한편, 저온을 이용하는 진공 배기 펌프를 정상 운전을 할 수 있는 온도까지 온도 강하시키는 것을 의미하는 기동 운전 시, 및 내부의 저온부에 응축 혹은 흡착한 가스를 승온에 의해 기화 방출하여 배기 성능을 회복시키는 것을 의미하는 재생 운전 시에는 고압 배관 내와 저압 배관 내의 헬륨의 압력차를 가능한 한 크게 하는 것이 진공실 내에서 프로세스를 행하는 장치의 다운 타임을 적게 하는 데에 유효하다. 왜냐하면, 기동 운전 시에 필요한 냉각 능력, 및 재생 운전 시에 필요한 승온 능력은 고압 배관 내와 저압 배관 내와의 압력차 및 냉동기의 작동 주파수의 곱에 대략 비례하기 때문이다.
기동 운전이란, 고압의 가스가 단열 팽창하여 발생하는 저온을 이용하여 냉각 스테이지를 냉각하고, 그에 의해 냉각된 부위에 가스를 응축 또는 흡착시켜 가스를 배기하는 진공 배기 펌프가, 내부가 초벌 배기(rough pumping)된 후, 냉동기에 의한 냉각이 개시되어, 진공 배기 펌프로서의 기능을 발휘하는 데에 필요한 온도 상태로까지 냉각되는 운전을 기동 운전이라고 한다. 이 운전 중에는 진공 배기 펌프가 배기 능력을 갖지 않기 때문에, 기동 운전의 시간은 짧을수록 좋다.
본 발명자들은 예의 연구한 결과, 기동 운전 시에는 냉동기는 통상의 진공 배기 운전 시보다는 높은 작동 주파수에서, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차가 큰 상태에서 운전하는 것이 바람직하다라고 하는 지견을 얻었다.
여기서, 본 실시 형태에서 이용되는 진공 배기 펌프는 냉각 냉동기가 발생하는 저온의 표면에, 진공실 내의 가스를 응축 또는 흡착하여 배기하는 소위 저장식의 펌프이다. 그 때문에, 저온부의 응축 또는 흡착한 가스가 소정 양 이상으로 되었을 때에, 응축 또는 흡착하고 있는 가스를 기화하여, 응축면 또는 흡착면을 가스가 응축 또는 흡착하고 있지 않은 상태로 되돌리는 것이 요구된다.
재생 운전이란, 고압의 가스가 단열 팽창하여 발생하는 저온을 이용하여 냉각 스테이지를 냉각하고 그에 의해 냉각된 부위에 가스를 응축 또는 흡착시켜 가스를 배기하는 진공 배기 펌프가, 운전의 방법을 변화시킴으로써 발열 기능을 갖게 할 수 있으므로, 그 기능을 이용하여 펌프를 재생시키는 운전을 말한다.
즉, 냉각 스테이지의 온도를 상승시킴으로써 응축 또는 흡착하고 있는 물질을 기화시켜, 스테이지 등의 냉각부로부터 제거하는 것을 말한다.
펌프에 탑재되어 있는 냉동기는, 냉각 스테이지와, 냉각 스테이지의 하나의 면에 접속된 실린더와, 냉각 스테이지의 접속측의 단부면과는 반대측의, 실린더의 축 방향의 다른 단부면에 접속된 판 부재와, 냉각 스테이지, 실린더 및 판 부재로 형성되는 공간을 갖고 있다. 판 부재에는 유로가 설치되어 있고, 유로를 통하여 실린더의 내부를 고압 상태 및 저압 상태 중 어느 하나의 상태로 밸브 조작에 의해 행한다. 공간의 내부에는, 하나의 공간과 유로와 통하는 다른 공간으로 구획하는 피스톤 형상의 디스플레이서가 배치되어 있고, 실린더 내를 축 방향으로 왕복 운전하고 있다. 디스플레이서의 내부는 중공이며, 내부에는 열 상태를 보존하는 물질이 충전되어 있다.
이 구성을 갖는 펌프에서, 실린더 내부가 저압 상태이고, 또한 디스플레이서가 유로가 설치되어 있는 판 부재에 가장 접근하였을 때에, 고압 상태와 실린더 내부가 연결되도록 밸브 조작을 행한다. 이 조작에 의해, 실린더 내부에 이미 있던 저압 상태의 가스가 단열 압축되어, 실린더 내의 디스플레이서의 판 부재와 반대의 공간에서, 단열 압축되는 결과 승온한다. 그 승온된 가스를 디스플레이서 내를 통과시키면, 디스플레이서 내부의 열 상태를 보존하는 물질에, 승온 상태가 보존된다.
디스플레이서가 유로가 설치되어 있는 판 부재로부터 가장 이격되었을 때에, 실린더 내부를 저압 상태를 이어가도록 밸브 조작한다. 이 조작에 의해, 실린더 내의 고압 상태의 가스는 단열 팽창하고 그 온도는 저하된다. 실린더 내의 공간(가스)의 대부분은, 디스플레이서와 유로가 설치되어 있는 판 부재와의 사이에 있기 때문에, 저온의 가스의 대부분은 디스플레이서 내를 통과하지 않고(저온 상태를 보존하지 않고) 찬 상태 그대로 냉동기로부터 방출된다. 즉, 디스플레이서의 내부에 충전되어 있는 열 상태를 보존하는 물질을 가로지르는 저온의 가스의 흐름은 일어나지 않는다. 따라서, 디스플레이서 내부의 열 상태를 보존하는 물질에 보존되어 있는 승온 상태가 보존된다. 또한 저온의 가스에 의해 냉각 스테이지가 냉각되는 일도 없다.
상기의 작용에 의해, 서서히 디스플레이서 내부의 열 상태를 보존하는 물질의 온도가 높아지고, 최종적으로 스테이지 온도가 올라가는 것으로 생각된다. 그 결과, 냉각부에 응축 또는 흡착되어 있는 물질을 기화하여, 스테이지 등의 냉각부로부터 제거할 수 있다.
본 발명자들은 예의 연구한 결과, 이 재생 운전 시의 승온 능력은, 냉동기의 작동 주파수가 높을수록, 또한 그 냉동기에 공급되는 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차가 클수록 크다라고 하는 지견을 얻었다. 재생은, 크라이오 펌프의 통상의 냉각 운전과는 반대의 발열 운전을 행함으로써 단시간에 실현할 수 있다(예를 들면, 일본 특공평 4-195호 공보를 참조). 즉, 냉동기의 실린더 내에서는 디스플레이서라고 불리는 피스톤 형상의 것이, 냉동기의 실린더와 동축으로 왕복 운전하고 있다. 그리고, 디스플레이서의 중심 부분에는 축냉제가 충전되어, 왕복 방향으로의 가스의 빠져 나감이 가능한 구조로 되어 있다. 발열 운전은, 고압 가스 및 저압 가스를 냉동기의 용기 내에의 도입을 담당하고 있는 밸브의 디스플레이서에 대한 열림 및 닫힘의 타이밍을, 냉각 운전을 행하고 있는 경우와 비교하여 180도 위상을 어긋나게 하여 운전함으로써 실현된다.
즉, 디스플레이서는 모터 등의 구동원에 의해 단진동 운동을 하고 있지만, 통상의 냉각 운전에서는 디스플레이서에 대하여 밸브측의 공간이 가장 작을 때에 저압 밸브를 열림으로 하고, 디스플레이서에 대하여 밸브측의 공간이 가장 클 때에 고압 밸브를 열림으로 한다. 그러나, 발열 운전에서는 디스플레이서에 대하여 밸브측의 공간이 가장 작을 때에 고압 밸브를 열림으로 하고, 디스플레이서에 대하여 밸브측의 공간이 가장 클 때에 저압 밸브를 열림으로 한다. 이와 같은 운전을 하면, 제1 스테이지 및 제2 스테이지의 온도가 승온하여, 단시간에 그곳에 응축 또는 흡착하고 있던 가스가 기화하여 응축면 또는 흡착면이 재생된다.
여기서, 도 3을 이용하여 복수의 진공 배기 펌프 중, 통상 운전을 행하는 진공 배기 펌프와, 재생 운전을 행하는 진공 배기 펌프가 있는 경우에 대하여 설명한다. 복수대의 진공 배기 펌프(30a 내지 30d) 중의 적어도 1대가, 재생 운전을 행하고, 밸브가 동작하는 것에 의해 실린더의 내부가 저압 상태로부터 고압 상태로 이행함으로써, 저압 상태의 가스가 단열 압축되는 공정과, 단열 압축된 가스 중을 상기 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하고 있다. 그리고, 복수대의 진공 배기 펌프(30a 내지 30d) 중의 다른 적어도 1대가, 통상 운전을 행하고, 밸브가 동작하는 것에 의해 실린더의 내부가 고압 상태로부터 저압 상태로 이행함으로써, 고압 상태의 가스가 단열 팽창하는 공정과, 단열 팽창한 가스 중을 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하고 있다.
상기의 설명에서는, 원리적인 설명을 하기 위해서 기동 운전과 재생 운전에서는 고압 가스 및 저압 가스의 밸브의 개폐의 타이밍이 디스플레이서에 대하여 180도 어긋나 있는 것으로 설명하였지만, 효율적인 운전을 하기 위해서는 180도보다 어긋나 있던 쪽이 양호할 때도 있다(예를 들면, 일본 특공평 7-35070호 공보를 참조).
냉동기의 작동 주파수가 높을수록 냉동기의 냉각 능력 또는 승온 능력은 높아지므로, 기동 운전 중 또는 재생 운전 중의 진공 배기 펌프는 통상의 운전 시보다도 약간 높은 일정한 작동 주파수에서 냉동기의 운전을 행하는 것으로 한다. 통상 운전 시는 냉동기의 작동 주파수는, 예를 들면 1분간당 20 내지 60회이지만, 예를 들면 1분간당 75회, 일정값으로 운전한다.
이 경우에서도, 본 실시 형태의 진공 배기 펌프에 의해 진공 배기 시스템이 구성되어 있으면, 기동 운전 또는 재생 운전되고 있지 않은 진공 배기 펌프가 연결되어 있는 진공실에서는 통상의 프로세스를 행할 수 있는 상태를 유지하면서, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차를 높게 할 수 있다. 그렇다고 하는 것은, 기동 운전 또는 재생 운전하고 있는 것 이외의 다른 진공 배기 펌프에 관해서는, 작동 주파수가 통상 작동 주파수에 범위 내에 있는 것을 확인하면서, 고압 배관 내와 저압 배관 내의 가스의 압력차를 한계까지 높이면 된다. 이와 같은 조작을 컨트롤러(35)를 통하여 행함으로써, 기동 운전 또는 재생 운전하고 있는 진공 배기 펌프가 연결되어 있지 않은 진공실에서는 통상의 프로세스를 행하면서, 기동 운전 및 재생 운전하고 있는 진공 배기 펌프를 정상 운전의 상태로 신속하게 복귀시킬 수 있다.
본 실시 형태에 따른 기동 운전 또는 재생 운전 시에 대하여, 도 3의 진공 배기 시스템에 관하여 도 7에 도시하는 흐름도에 기초하여 설명한다.
각 진공 배기 펌프(크라이오 트랩)(30a 내지 30d)의 1단식 냉동기(37a 내지 37d)의 작동 주파수를 각 컨트롤러(31a 내지 31d)는 감시하고 있다(스텝 S31). 크라이오 트랩의 냉동기(37a 내지 37d)의 작동 주파수를 컨트롤러(35)에 보낸다(스텝 S32). 컨트롤러(35)는, 기동 운전 또는 재생 운전 중 이외의 모든 크라이오 트랩의 작동 주파수가 냉각기의 통상 작동 주파수의 범위 내에 들어가 있는지를 판단한다(스텝 S33). 그리고, 기동 운전 또는 재생 운전 중 이외의 모든 냉동기의 작동 주파수가 통상 작동 주파수의 범위 내에 들어가 있지 않을 때는(스텝 S33의 '아니오'), 그 취지를 전달하기 위해서 예를 들면 알람 등을 발보한다.
한편, 기동 운전 또는 재생 운전 중 이외의 모든 냉동기의 작동 주파수가 통상 작동 주파수의 범위 내에 있을 때는(스텝 S33의 '예'), 고압 배관(15a) 내와 저압 배관(15b) 내의 가스의 압력차를 높게 할 여지가 있는지의 여부를 컨트롤러(35)가 판단한다(스텝 S34).
기동 운전 또는 재생 운전의 경우에는, 기동 운전 또는 재생 운전을 하고 있는 크라이오 트랩의 작동 주파수는 통상 작동 주파수보다 높은 값, 예를 들면, 1분간당 75회로 유지되어 있다. 이 때, 기동 운전 또는 재생 운전을 하고 있는 크라이오 트랩의 냉각 능력을 높이기 위해서는, 고압 배관(15a) 내와 저압 배관(15b) 내의 가스의 압력차를 높게 하는 것이 바람직하다.
따라서, 예를 들면 고압 배관(15a) 내와 저압 배관(15b) 내의 가스의 압력차를 0.05㎫ 더 올려도 기동 운전 또는 재생 운전 중 이외의 냉동기에 작동 주파수가 통상 작동 주파수 범위 내에 머무르는지를 판단한다. 구체적으로는 고압 배관(15a) 내와 저압 배관(15b) 내의 가스의 압력차를 높게 하면 기동 운전 또는 재생 운전 중 이외의 냉동기의 작동 주파수가 저하되므로, 기동 운전 또는 재생 운전 중 이외의 냉동기의 작동 주파수의 최소값이 하한을 하회하지 않는지를 판단한다. 하회하지 않으면(스텝 S34의 '예'), 고압 배관(15a)과 저압 배관(15b)의 가스의 압력차를 예를 들면 0.05㎫ 증대시킨다(스텝 S35). 그리고, 제어를 R로 되돌린다.
이와 같이 하여 최종적으로 도달하는 진공 배기 시스템의 운전 상태(스텝 S36)는, 기동 운전 또는 재생 운전 중 이외의 모든 크라이오 트랩의 작동 주파수를 통상 작동 주파수 범위 내로 유지하면서, 즉 정상 운전 상태로 유지하면서, 고압 배관(15a)과 저압 배관(15b)의 가스의 압력차가 도달할 수 있는 압력차의 최대 근방에 있는 운전 상태이다. 그 결과, 다른 크라이오 트랩을 정상 운전의 상태로 유지하면서 또한 신속하게, 기동 운전 또는 재생 운전 상태의 크라이오 트랩을 정상 운전의 상태로 할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태인 복수의 2단의 냉각 스테이지를 갖는 진공 배기 펌프를 1대의 압축기에서 운전하는 경우에 대하여, 도 8에 기초하여 설명한다. 여기서, 2단의 냉각 스테이지를 갖는 진공 배기 펌프로서는, 크라이오 펌프를 사용하고 있다.
도 8에서, 참조 부호 1a 내지 1e는 크라이오 펌프, 참조 부호 2a 내지 2e는 냉동기, 참조 부호 3은 압축기, 참조 부호 15a 및 15b는 각각 고압 배관 및 저압 배관, 참조 부호 36a 내지 36e는 크라이오 펌프(1a 내지 1e)의 컨트롤러이다. 또한, 참조 부호 32 및 33은 각각 고압 배관용 및 저압 배관용의 압력계, 참조 부호 34는 압력계(32)로부터의 압력과 압력계(33)로부터의 압력과의 차를 구하여, 압축기(3)의 구동 주파수를 제어하는 주파수 제어부이다. 또한, 참조 부호 35는 각 크라이오 펌프의 컨트롤러(36a 내지 36e)를 통괄 제어하는 컨트롤러이다.
제2 실시 형태의 제어법은, 도 5 및 도 6에 기재한 것과 마찬가지이다. 단 상이한 것은, 크라이오 펌프가 정상 작동 주파수의 범위 내에 있다고 하는 것이, 제1 냉각 스테이지의 온도가 허용 온도 범위 내에 있고, 또한 제2 냉각 스테이지의 온도가 목표 온도 범위 내에 있는 것을 나타내고 있는 점이 상이하다.
본 실시 형태에서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로 도 7에 도시한 제어를 함으로써, 기동 운전 또는 재생 운전하고 있지 않은 크라이오 펌프가 연결되어 있는 진공실에서는 통상의 프로세스를 행하면서, 기동 운전 및 재생 운전하고 있는 크라이오 펌프를 통상 운전의 상태로 신속하게 복귀시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태인 2단의 냉각 스테이지 갖는 진공 배기 펌프 및 1단 스테이지를 갖는 진공 배기 펌프가 혼재된 진공 배기 시스템을 1대의 압축기에서 운전하는 경우에 대하여, 도 9에 기초하여 설명한다.
여기서, 2단의 냉각 스테이지를 갖는 진공 배기 수단으로서는 크라이오 펌프, 1단의 냉각 스테이지를 갖는 진공 배기 수단으로서는 크라이오 트랩을 사용하고 있다.
도 9에서, 참조 부호 1a 내지 1c는 크라이오 펌프, 참조 부호 2a 내지 2c는 크라이오 펌프의 2단식 냉동기, 참조 부호 3은 압축기, 참조 부호 15a 및 15b는 각각 고압 배관 및 저압 배관, 참조 부호 30a 및 30b는 크라이오 트랩이다. 또한, 참조 부호 31a 및 31b는 크라이오 트랩의 컨트롤러, 참조 부호 32 및 33은 각각 고압 배관용 및 저압 배관용의 압력계이다. 참조 부호 34는 압력계(32)로부터의 압력과 압력계(33)로부터의 압력과의 차를 구하여, 압축기(3)의 구동 주파수를 제어하는 주파수 제어부, 참조 부호 36a 내지 36c는 크라이오 펌프(1a 내지 1c)의 컨트롤러이다. 또한, 참조 부호 35는 크라이오 펌프(1a 내지 1c)의 컨트롤러(36a 내지 36c) 및 크라이오 트랩(37a 및 37b)의 컨트롤러(36a, 36b)를 통괄 제어하는 컨트롤러이다.
제3 실시 형태의 제어법은, 도 5 및 도 6에 기재한 것과 마찬가지이다. 단 상이한 것은, 냉동기의 작동 주파수가, 상용 작동 주파수의 범위 내에 있다고 하는 것이, 2단 스테이지를 갖는 크라이오 펌프에 대해서는 제1단 스테이지의 온도가 허용 온도 범위 내에 있고 또한 제2 스테이지의 온도가 목표 온도 범위 내에 있는 것이며, 1단 스테이지를 갖는 크라이오 트랩에 관해서는 제1단 스테이지의 온도가 허용 온도 범위 내에 있는 것을 나타내고 있는 점이 상이하다.
본 실시 형태에서도, 제1 및 제2 실시 형태와 마찬가지로, 기동 운전 또는 재생 운전하고 있지 않은 진공 배기 펌프가 연결되어 있는 진공실에서는 통상의 프로세스를 행하면서, 기동 운전 및 재생 운전하고 있는 진공 배기 펌프를 정상 운전의 상태로 신속하게 복귀시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 진공 배기 시스템을 사용한 기판 처리 장치(1200)를 도시한다. 본 기판 처리 장치는, 액정 패널에 소스 및 드레인 전극을 작성하는 클러스터형 스퍼터링 장치이다. 여기서, 참조 부호 1201은 본 장치의 중심에 위치하여, 각 기판 처리실간에서 기판의 주고받음을 행하는 기판 반송실이다. 중심부에 도시하지 않은 기판 반송 로봇이 배치되고, 각 기판 처리실간에서 기판의 주고받음을 행한다. 참조 부호 1202 및 1203은 로드 로크실, 참조 부호 1204는 기판 가열실, 참조 부호 1205는 제1 Ti 성막실, 참조 부호 1206은 Al 성막실 및 참조 부호 1207은 제2 Ti 성막실이다. 기판 반송실(1201)과 각 기판 처리실간의 사이에는 게이트 밸브(1208)가 배치되어 있다. 또한, 제1 Ti 성막실(1205), Al 성막실(1206), 제2 Ti 성막실(1207)에는, 각각의 타깃(1209a, 1209b 및 1209c)이 기판에 대향하도록 배치되어 있다.
도 13의 참조에 의해, 기판 처리 장치(1200)를 사용하여 제조되는 전자 디바이스로서, 예를 들면 액정 표시 장치에 채용되어 있는 보텀 게이트형의 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이후 TFT라고 약기함)의 소스 및 드레인 전극의 제조에 대하여 설명한다. 여기서, 참조 부호 1301은 유리 기판, 참조 부호 1302는 절연층으로 예를 들면 질화 실리콘막, 참조 부호 1303은 비정질 Si로 이루어지는 반도체층, 참조 부호 1304는 소스 전극 및 드레인 전극, 참조 부호 1305는 게이트 전극, 참조 부호 1306은 예를 들면 실리콘 질화막으로 이루어지는 보호층 및 참조 부호 1307은 예를 들면 투명 전도막인 산화 인듐 주석(Indium Tin Oxide, 이후 ITO로 약기함)이다. 또한, 본 실시예의 TFT에서는, 소스 전극 및 드레인 전극(1304)은 Ti/Al/Ti의 3층 구조로 되어 있어, 양호한 반도체층(1303)과의 밀착성을 확보할 수 있음과 함께 Al의 반도체층(1303)인 비결정 Si에의 확산을 방지할 수 있다.
상기의 3층으로 이루어지는 소스 및 드레인 전극을 제작하는, 본 발명에 따른 진공 배기 시스템을 사용하는 기판 처리 장치(1200)의 배기 시스템을, 도 12를 사용하여 설명한다. 기판 가열실(1204), 제1 Ti 성막실(1205), Al 성막실(1206), 제2 Ti 성막실(1207) 및 기판 반송실(1201)에는 각각에 크라이오 펌프(1210a 내지 1210e)가 부착되어 있다. 크라이오 펌프는, 종형의 크라이오 펌프(점선으로 나타냄)가 각 기판 처리실의 하측에 게이트 밸브(도시 생략)를 통하여 부착되어 있다. 그리고, 각 크라이오 펌프는 각각을 제어하는 컨트롤러(1211)에 연결되어 있다. 그리고, 각 컨트롤러(1211)는 전체를 제어하는 통괄 컨트롤러(1212)에 연결되어 있다. 여기서, 컨트롤러(1211a 내지 1211e)는 도 8에서의 컨트롤러(36a 내지 36e)에, 통괄 컨트롤러(1212)는 도 8의 컨트롤러(35)에 상당한다. 각 크라이오 펌프(1210)의 상태는 각 크라이오 펌프를 감시하고 있는 컨트롤러(1211a 내지 1211e)를 통하여 전체를 제어하는 통괄 컨트롤러(1212)에 입력되고 있다. 압축기(1214)로부터는, 고압 배관 및 저압 배관(1216)에서 각 크라이오 펌프(1210)에 He 가스가 공급 및 환류가 행하여지고 있다. 그리고, 압축기를 구동하는 주파수 제어부(1213)에는 He 고압 배관과 He 저압 배관 사이의 차압이 차압계(1215)에서 측정되어 입력되어 있다. 도 12에서는, He의 공급 및 회수는 서로 다른 배관에서 행하여지지만 간략화를 위해서 1개로 나타내고 있다.
상기한 바와 같은 구성을 진공 배기 시스템이 가짐으로써, 복수의 처리실에 배설된 복수의 크라이오 펌프를 통상의 운전 시에는, 압축기로부터의 고압 He와 저압 He의 차압을 필요 최소한으로 함으로써 통상 운전 시의 소비 에너지를 작게 할 수 있다.
한편, 예를 들면 제1 Ti 성막실 또는 제2 Ti 성막실 중 어느 하나가 기동 운전 또는 재생 운전 중이라도, 다른 기판 처리실에서는 통상의 기판 처리를 계속하면서, 기동 운전 또는 재생 운전을 행하고 있는 처리실에서는, 기동 운전 또는 재생 운전을 단시간에 종료하고, 통상의 기판 처리로 신속하게 복귀할 수 있다.
도 12에 도시한 기판 처리 장치를 사용하여, Ti/Ai/Ti의 3층 구조의 소스 전극 및 드레인 전극을 제작하기 위해서는, 우선 도 13에서 유리 기판(1301) 상에 반도체층(1303) 이하가 제작되어 있는 기판을 복수매 수납한 카세트를, 로드 로크실(1202 또는 1203)과 기판 반송실(1201)을 구획하는 게이트 밸브(1208)가 닫혀진 상태에서, 로드 로크실(1202 또는 1203)의 내부를 대기압의 상태로 되돌리고, 로드 로크실(1202 또는 1203) 내에 재치한다. 다음으로, 로드 로크실(1202 또는 1203) 내를 드라이 펌프 등의 저진공용의 배기 펌프로 배기한다. 로드 로크실(1202 또는 1203) 내가 소정에 진공도까지 배기되면, 기판 반송실(1201)과 로드 로크실(1202 또는 1203) 사이의 게이트 밸브(1208)를 연다. 그리고, 기판 반송실(1201)의 중심부에 배치되어 있는 기판 반송 로봇의 팔이 기판이 있는 위치까지 회전ㆍ신장해 와서 기판을 픽업한다. 기판을 픽업한 기판 반송 로봇은 팔을 수축하고, 기판 반송실(1201)의 중심에서 회전하여 그 팔의 방향을 기판 가열실(1204)로 향하게 한다. 그 후에, 기판 반송실(1201)과 로드 로크실(1202 또는 1203) 사이의 상기 게이트 밸브가 닫혀진다. 다음으로, 기판 반송실(1201)과 기판 가열실(1204) 사이의 게이트 밸브(1208)가 열리고, 기판 반송 로봇에 의해 기판이 기판 가열실(1204) 내로 반입된다. 기판을 기판 가열실(1204) 내의 기판 지지 기구에 재치하면, 기판 반송 로봇의 팔은 수축되고, 그 후에 기판 반송실(1201)과 기판 가열실(1204) 사이의 게이트 밸브(1208)가 닫혀진다. 기판 가열실(1204) 내에서는 예를 들면 할로겐 램프 등의 가열 수단에 의해 기판이 120 내지 150℃로 가열 유지된다. 가열 처리된 기판은, 상술한 바와 마찬가지의 조작에 의해 기판 반송 로봇에 의해 다음의 제1 Ti 성막실(1205)로 이송되고, 다음의 기판이 로드 로크실(1202 또는 1203) 내의 카세트로부터, 기판 반송실(1201)을 경유하여 기판 가열실(1204)로 이송된다. 이와 같이 하여, 카세트 내의 기판 및 각 실의 처리 완료된 기판은, 로드 로크실(1202 또는 1203)로부터, 기판 가열실(1204), 제1 Ti 성막실(1205), Al 성막실(1206), 제2 Ti 성막실(1207)로 순서대로 보내어지고, 제3층(Ti막)의 성막이 종료된 기판은, 로드 로크실(1202 또는 1203)의 카세트의 미수납 선반으로 되돌려진다. 카세트 내의 기판이 모두 처리되면, 처리 기판이 수납되어 있는 카세트는 로드 로크실(1202 또는 1203)로부터 취출된다. 그리고, 새로운 기판을 수납한 카세트가 로드 로크실(1202 또는 1203)에 수납되어, 마찬가지의 수순으로 처리가 반복된다.
여기서, 제1 Ti 성막실(1205) 및 제2 Ti 성막실(1207)의 Ti 성막은 0.2 내지0.4Pa의 저압에서, 50㎚ 정도의 두께의 막이 형성된다. 또한, Al 성막실(1206)에서 행하여지는 Al 성막도 마찬가지로 0.2 내지 0.4Pa의 저압에서, 200 내지 300㎚의 막 두께의 막이 형성된다. 또한, 각각 상술한 각 기판 처리실의 도달 압력으로서는, 기판 반송실(1201), 제1 Ti 성막실(1205), 제2 Ti 성막실(1207) 및 Al 성막실(1206)에서는, 10-3㎩대, 5×10-5㎩의 고진공이 각각 기판 처리실간 상호간에서의 오염을 방지하기 위해서 필요하다. 또한, 기판 가열실(1204)도 상술한 다른 기판 처리실과 마찬가지로, 처리실간 상호간에서의 오염을 방지하는 관점에서 가열 처리 중에는 고진공으로 유지하는 것이 바람직하고, 따라서 고진공을 실현할 수 있는 크라이오 펌프를 채용하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 경우는 할로겐 펌프 등의 가열 수단으로부터 입열에 의해 크라이오 펌프의 배기 특성을 유지할 수 없게 된다고 하는 문제가 있다. 이 문제는, 기판 가열실(1204)과 크라이오 펌프(1210a) 사이에 부착되는 게이트 밸브(도시 생략)의 상류측에 반사판을 배치함으로써, 본 문제의 폐해를 억제할 수 있다.
그 후에, 기판 처리 장치(1200)로부터 취출된 기판에 레지스트로 소스 전극 및 드레인 전극의 형태로 마스크를 형성하고, 그 후 드라이 에칭 장치에서 이방성 에칭한다. 그 후에, 보호막(1306)을 CVD법 또는 스퍼터링법에 의해 형성하여, 도 13의 TFT를 얻는다.
본 실시예는, 액정 표시 장치의 소스 및 드레인 전극의 제작에 관하여 설명하였지만, 전혀 이것에 한정되는 것은 아니다. 복수의 냉동기를 운전할 필요가 있는, 클러스터형의 기판 처리 장치 또는 인라인형의 기판 처리 장치에 적용 가능한 것은 물론이다.
또한, 본 발명의 진공 배기 시스템을 사용하여 제조되는 것이 적합한 디바이스에 관해서도, 상술한 액정 표시 장치에 한하지 않고, 다층을 진공 일관으로 처리 할 필요가 있는 MRAM(Magnetic Random Access Memory, 이후 상기한 바와 같이 약기함), 하드디스크용의 헤드 및 DRAM(Dynamic Random Access Memory, 이후 상기한 바와 같이 약기함) 등을 들 수 있다. 그리고, 본 명세서 및 특허 청구 범위에서 전자 디바이스라고 하는 경우에는, 전자 기술을 이용한 표시 장치, MRAM, 하드디스크의 헤드 및 DRAM 등이 포함되는 전자 장치 일반을 가리키는 것으로 한다.
본 발명은, 냉각 스테이지를 갖는 복수의 진공 배기 펌프가 압축기에 연결되어 동작하는 진공 배기 시스템 및 그 운전 방법에 적용되며, 특히 크라이오 펌프, 크라이오 트랩, 또는 크라이오 펌프와 크라이오 트랩을 갖는 진공 배기 시스템에 이용할 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 제한되는 것이 아니라, 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고, 다양한 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 공개하기 위해서, 이하의 청구항을 첨부한다.
본원은, 2008년 9월 30일에 제출된 일본 특허 출원 2008-253917과, 2008년 9월 30일에 제출된 일본 특허 출원 2008-253918을 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 그 기재 내용 모두를 여기에 원용한다.

Claims (9)

  1. 냉각 스테이지와,
    상기 냉각 스테이지의 하나의 면에 접속된 실린더와,
    상기 냉각 스테이지에 접속된 상기 실린더의 하나의 단부면과는 반대측의, 상기 실린더의 축 방향의 다른 단부면에 접속된 판 부재와,
    상기 냉각 스테이지, 상기 실린더 및 상기 판 부재로 형성되는 공간과,
    상기 판 부재에 설치되어 있는 유로와,
    상기 유로를 통하여 상기 실린더의 내부를 고압 상태 및 저압 상태 중 어느 하나의 상태로 하는 밸브와,
    상기 공간의 내부를 하나의 공간과 상기 유로와 통하는 다른 공간으로 구획함과 함께, 상기 실린더의 내부에서 축 방향으로 왕복 운동을 하고, 중공의 내부에 통과한 부위의 열 상태를 보존하는 물질이 포함되어 있는 피스톤 형상의 디스플레이서
    를 구비하는 냉동기를 갖고, 또한 상기 냉각 스테이지의 소정의 위치의 온도를 측정하는 온도 센서를 갖는 진공 배기 펌프의 복수대가 압축기에 연결되고,
    상기 압축기로부터 공통의 압력의 고압의 가스가 상기 복수의 냉동기에 공급되는 유로인 고압 배관과,
    상기 복수의 냉동기로부터 저압의 가스가 상기 압축기에 환류하는 경로인 저압 배관과,
    상기 고압 배관 내와 상기 저압 배관 내와의 가스의 압력차를 구하는 수단을 갖고,
    상기 진공 배기 펌프가, 상기 밸브가 동작하는 것에 의해 상기 실린더의 내부가 상기 고압 상태로부터 상기 저압 상태로 이행함으로써, 상기 고압 상태의 가스가 단열 팽창하는 공정과, 상기 단열 팽창한 가스 중을 상기 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하는 제1 동작을 하고 있는 경우에, 상기 진공 배기 펌프는, 상기 온도 센서가 측정한 온도가 소정의 온도 범위보다 높을 때에는, 상기 냉동기 내에서 고압 상태와 저압 상태가 단위 시간당 반복되는 횟수를 증대시키고, 상기 온도 센서가 측정한 온도가 상기 소정의 온도 범위보다 낮을 때에는, 상기 횟수를 감소시키고, 상기 온도 센서가 측정한 온도가 상기 소정의 온도 범위 내일 때는 상기 횟수를 유지하여 이루어지는 진공 배기 시스템으로서,
    상기 복수대의 진공 배기 펌프 중 적어도 1대가,
    상기 밸브가 동작하는 것에 의해 상기 실린더의 내부가 상기 저압 상태로부터 상기 고압 상태로 이행함으로써, 상기 저압 상태의 가스가 단열 압축되는 공정과, 상기 단열 압축된 가스 중을 상기 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하는 제2 동작을 하고 있고,
    상기 복수대의 진공 배기 펌프 중 다른 적어도 1대가,
    상기 제1 동작을 하고 있는 경우에, 상기 제1 동작을 하고 있는 냉동기의 상기 횟수가 소정의 범위 내에 들어가는 범위에서, 상기 압축기에서 생성되는 상기 압력차를 증대하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 진공 배기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 동작을 하고 있는 상기 진공 배기 펌프는,
    상기 진공 배기 펌프 내에서 고압 상태와 저압 상태가 단위 시간 내에 반복되는 횟수가 상기 제1 동작을 행하는 진공 배기 운전 시보다 높은 값으로 운전되고 있는 것을 특징으로 하는 진공 배기 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 진공 배기 펌프 내에서 고압 상태와 저압 상태가 단위 시간 내에 반복되는 횟수가 일정값인 것을 특징으로 하는 진공 배기 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 일정값은, 상기 냉동기의 작동 주파수의 최대값인 것을 특징으로 하는 진공 배기 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 진공 배기 펌프는, 크라이오 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 배기 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 진공 배기 펌프는, 크라이오 트랩을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 배기 시스템.
  7. 제1항에 기재된 진공 배기 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 기재된 기판 처리 장치에서 처리되는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  9. 냉각 스테이지와,
    상기 냉각 스테이지의 하나의 면에 접속된 실린더와,
    상기 냉각 스테이지에 접속된 상기 실린더의 하나의 단부면과는 반대측의, 상기 실린더의 축 방향의 다른 단부면에 접속된 판 부재와,
    상기 냉각 스테이지, 상기 실린더 및 상기 판 부재로 형성되는 공간과,
    상기 판 부재에 설치되어 있는 유로와,
    상기 유로를 통하여 상기 실린더의 내부를 고압 상태 및 저압 상태 중 어느 하나의 상태로 하는 밸브와,
    상기 공간의 내부를 하나의 공간과 상기 유로와 통하는 다른 공간으로 구획함과 함께, 상기 실린더의 내부에서 축 방향으로 왕복 운동을 하고, 중공의 내부에, 통과한 부위의 열 상태를 보존하는 물질이 포함되어 있는 피스톤 형상의 디스플레이서
    를 구비하는 냉동기를 갖고, 또한 상기 냉각 스테이지의 소정의 위치의 온도를 측정하는 온도 센서를 갖는 진공 배기 펌프의 복수대가 압축기에 연결되고,
    상기 압축기로부터 공통의 압력의 고압의 가스가 상기 복수의 냉동기에 공급되는 유로인 고압 배관과,
    상기 복수의 냉동기로부터 저압의 가스가 상기 압축기에 환류하는 경로인 저압 배관과,
    상기 고압 배관 내와 상기 저압 배관 내의 가스의 압력차를 구하는 수단을 갖고,
    상기 진공 배기 펌프가, 상기 밸브가 동작하는 것에 의해 상기 실린더의 내부가 상기 고압 상태로부터 상기 저압 상태로 이행함으로써, 상기 고압 상태의 가스가 단열 팽창하는 공정과, 상기 단열 팽창한 가스 중을 상기 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하는 제1 동작을 하고 있는 경우에, 상기 진공 배기 펌프는, 상기 온도 센서가 측정한 온도가 소정의 온도 범위보다 높을 때에는 상기 냉동기 내에서 고압 상태와 저압 상태가 단위 시간당 반복되는 횟수를 증대시키고, 상기 온도 센서가 측정한 온도가 상기 소정의 온도 범위보다 낮을 때에는 상기 횟수를 감소시키고, 상기 온도 센서가 측정한 온도가 상기 소정의 온도 범위 내일 때는 상기 횟수를 유지하여 이루어지는 진공 배기 시스템의 운전 방법으로서,
    상기 복수대의 진공 배기 펌프 중 적어도 1대의 운전 방법이,
    상기 밸브가 동작하는 것에 의해 상기 실린더의 내부가 상기 저압 상태로부터 상기 고압 상태로 이행함으로써, 상기 저압 상태의 가스가 단열 압축되는 공정과, 상기 단열 압축된 가스 중을 상기 디스플레이서가 통과하는 공정을 포함하는 동작을 반복하는 운전을 하는 제2 동작을 행하는 운전을 하고 있고,
    상기 복수대의 진공 배기 펌프 중 다른 적어도 1대의 운전 방법이,
    상기 제1 동작을 하고 있는 경우에, 상기 제1 동작을 하고 있는 냉동기의 상기 횟수가 소정의 범위 내에 들어가는 범위에서, 상기 압축기에서 생성되는 상기 압력차를 증대하도록 운전하고 있는 것을 특징으로 하는 진공 배기 시스템의 운전 방법.
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