低温泵、低温泵吸留气体量推测装置及其推测方法与流程

本申请主张基于2016年3月22日申请的日本专利申请第2016-057049号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种低温泵、低温泵吸留气体量推测装置以及低温泵吸留气体量推测方法。

背景技术：

低温泵是通过冷凝或吸附将气体分子捕捉于冷却至超低温的低温板从而进行排气的真空泵。低温泵通常是为了实现半导体电路制造工艺等中要求的清洁的真空环境而进行利用。

专利文献1：日本特开平9-14133号公报

由于低温泵是捕集式真空泵，因此，通过低温泵的真空排气运行，气体会蓄积到低温泵。随着气体的蓄积，低温泵的排气速度逐渐下降。因此，为了从低温泵排出已蓄积的气体以使排气速度恢复到初始水平，定期进行低温泵的再生。上一次再生结束之后到进行下一次再生为止的真空排气运行期间又称作再生间隔。由于再生期间无法进行低温泵的真空排气运行，因此希望再生间隔尽可能长。

在低温泵的某一用途中，为了在真空处理工艺中使用而导入的气体占捕捉于低温泵的气体的大部分。通常，对真空处理工艺中导入的气体进行管理并进行计量。由于通过计算可以从气体导入量准确地获取低温泵的吸留气体量，因此据此可以容易地设定再生间隔。

相对于此，在另一用途中，为了去除真空处理工艺中的副产气体(例如，离子注入工艺中产生的较多的氢气)而使用低温泵。副产气体的产生量一般不明确。因此，低温泵的吸留气体量也不明确，很难恰当地设定再生间隔。如上所述，不提倡较短的再生间隔。若再生间隔过长，则低温泵的排气速度会显著下降，可能会频繁出现真空不良现象。

技术实现要素：

本发明是鉴于这种情况而完成的，本发明的一种实施方式的例示性目的之一在于提供有助于恰当地设定低温泵再生间隔的指标。

根据本发明的一种实施方式方式，低温泵具备：低温泵真空容器；真空计，设置于所述低温泵真空容器，以便测量所述低温泵真空容器内的真空度，并输出真空测量信号；以及吸留气体量推测部，其与所述真空计连接，以便从所述真空计接收所述真空测量信号，并且所述吸留气体量推测部具备极限压力确定部和吸留气体量定量化部，所述极限压力确定部根据所述真空测量信号确定所述低温泵真空容器的极限压力，所述吸留气体量定量化部具备使所述极限压力与吸留气体量推测值建立关联的吸留气体量定量化函数，并且将所述极限压力转换成所述吸留气体量推测值。

根据本发明的一种实施方式，低温泵吸留气体量推测装置具备：极限压力确定部，根据表示低温泵真空容器内的真空度的真空测量信号，确定所述低温泵真空容器的极限压力；以及吸留气体量定量化部，具备使所述极限压力与吸留气体量推测值建立关联的吸留气体量定量化函数，并将所述极限压力转换成所述吸留气体量推测值。

根据本发明的一种实施方式，低温泵吸留气体量推测方法具备如下步骤：测量低温泵真空容器内的真空度并生成真空测量信号；根据所述真空测量信号确定所述低温泵真空容器的极限压力；以及使用使所述极限压力与吸留气体量推测值建立关联的吸留气体量定量化函数将所述极限压力转换成所述吸留气体量推测值。

另外，上述构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表现在装置、方法、系统、计算机程序、存储有计算机程序的存储介质等之间的互相置换也作为本发明的实施方式而有效。

根据本发明，能够提供有助于恰当地设定低温泵再生间隔的指标。

附图说明

图1是示意地表示一种实施方式所涉及的低温泵及配套设备的图。

图2是示意地表示一种实施方式所涉及的低温泵吸留气体量推测装置的结构的图。

图3表示一种实施方式所涉及的吸留气体量定量化函数。

图4是表示一种实施方式所涉及的低温泵吸留气体量推测方法的流程图。

图5是表示一种实施方式所涉及的获取吸留气体量定量化函数的例示性方法的流程图。

图6表示基于图5的方法的测量结果。

图中：10-低温泵，12-低温泵真空容器，16-真空计，30-进气口，52-闸阀，100-推测装置，102-吸留气体量推测部，106-输入部，108-输出部，110-极限压力确定部，112-吸留气体量定量化部，114-闸阀指令生成部，116-吸留气体量定量化函数，v-真空测量信号，p-极限压力，g-吸留气体量推测值，s-吸留气体量推断开始指令，c-关闭指令。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在以下的说明中，对相同要件标注相同的符号并适当省略重复说明。并且，以下叙述的结构为示例，并不对本发明的范围作任何限定。

图1是示意地表示一种实施方式所涉及的低温泵10及配套设备的图。低温泵10例如安装于离子注入装置或溅射装置等的真空腔室，并用于使真空腔室内部的真空度提高至所希望的处理中要求的水平。

闸阀52设置于低温泵10与真空腔室50之间。构成包括低温泵10、真空腔室50及闸阀52的真空处理装置11。

闸阀52具备闸阀凸缘54、阀板56及阀板容纳部58。阀板56为闸阀52的阀体，闸阀凸缘54具有阀座60。阀板56与阀座60紧贴在一起时，闸阀52处于完全关闭的状态。由于阀板56关闭低温泵10的进气口30，因此从真空腔室50朝向低温泵10的气体流动被切断。如图1中的单点划线所示，在阀板56离开阀座60而容纳于阀板容纳部58的情况下，闸阀52处于完全开放的状态。

图1所示的阀板56位于全开与全关之间的中间位置。如图1所示，阀板56从阀座60稍微分开，在阀板56与阀座60之间形成有闸阀间隙62。闸阀间隙62通过阀板56的移动而可变。

低温泵10具备低温泵真空容器12、低温泵凸缘14及真空计16。而且，低温泵10还具备制冷机20、入口低温板22、放射屏蔽件24及第2低温板单元26。可以将入口低温板22及放射屏蔽件24统称为第1低温板单元。

低温泵真空容器12为容纳制冷机20、入口低温板22、放射屏蔽件24及第2低温板单元26的低温泵10的框体，其构成为保持低温泵10的内部空间28的真空气密。低温泵真空容器12安装于制冷机20的室温部20a。低温泵真空容器12包围放射屏蔽件24及入口低温板22。放射屏蔽件24包围入口低温板22以及第2低温板单元26。

低温泵凸缘14从低温泵真空容器12的前端朝向径向外侧延伸。低温泵凸缘14遍及低温泵真空容器12的前端的整周而设置。在低温泵凸缘14的径向内侧划定有低温泵10的进气口30。低温泵凸缘14安装于闸阀凸缘54，由此，使低温泵10安装于真空腔室50。气体从真空腔室50通过闸阀52及进气口30而进入低温泵10的内部空间28。

真空计16设置在低温泵真空容器12，以便测量低温泵真空容器12内的真空度。真空计16为能够测量10^-5pa的高真空度的电离真空计。真空计16的测定范围例如可以为从1pa(或者10pa)至10^-5pa(或者10^-6pa)。真空计16也可以是三极管式真空计、ba真空计等热阴极电离真空计。

接着，对低温泵10的其他构成要件进行说明。

另外，以下为了更通俗易懂地表示低温泵10的构成要件之间的位置关系，有时使用“轴向”、“径向”等术语。轴向表示通过进气口30的方向(图1中的纵向)，径向表示沿着进气口30的方向(图1中的横向)。为了方面起见，有时将轴向上相对靠近进气口30的一侧称作“上”，相对远离进气口30的一侧称作“下”。即，有时将相对远离低温泵10底部的一侧称作“上”，相对靠近低温泵10底部的一侧称作“下”。关于径向，有时将靠近进气口30的中心的一侧称作“内”，将靠近进气口30的周边的一侧称作“外”。另外，这种表达方式与低温泵10安装于真空腔室50时的配置无关。例如，低温泵10也可以以进气口30沿鉛垂方向朝下的方式安装于真空腔室50。

并且，有时将围绕轴向的方向称作“周向”。周向为沿进气口30的第2方向，是与径向正交的切线方向。

制冷机20例如为吉福德-麦克马洪式制冷机(所谓的gm制冷机)等超低温制冷机。制冷机20为二级式制冷机。因此，制冷机20除了具备室温部20a以外还具备第1缸体20b、第1冷却台20c、第2缸体20d及第2冷却台20e。

制冷机20构成为，将第1冷却台20c冷却至第1冷却温度，将第2冷却台20e冷却至第2冷却温度。第2冷却温度为比第1冷却温度更低的温度。例如，第1冷却台20c冷却至65k～120k左右，优选冷却至80k～100k，第2冷却台20e冷却至10k～20k左右。

第1缸体20b以及第2缸体20d构成制冷机结构部，所述制冷机结构部将第2冷却台20e结构性地支撑于第1冷却台20c并且将第1冷却台20c结构性地支撑于制冷机20的室温部20a。第1缸体20b以及第2缸体20d沿着径向以同轴方式延伸。第1缸体20b将制冷机20的室温部20a连接于第1冷却台20c，第2缸体20d将第1冷却台20c连接于第2冷却台20e。室温部20a、第1缸体20b、第1冷却台20c、第2缸体20d以及第2冷却台20e依次以直线状排列成一列。

在第1缸体20b及第2缸体20d的内部，以能够往返移动的方式分别配设有第1置换器及第2置换器(未图示)。在第1置换器及第2置换器中分别组装有第1蓄冷器及第2蓄冷器(未图示)。并且，室温部20a具有用于使第1置换器及第2置换器往返移动的驱动机构(未图示)。驱动机构包括流路切换机构，该流路切换机构切换工作气体的流路以便周期性地重复向制冷机20的内部供给工作气体(例如氦)及从制冷机20的内部排出工作气体。

制冷机20连接于工作气体的压缩机(未图示)。制冷机20使通过压缩机加压的工作气体在制冷机20的内部膨胀从而冷却第1冷却台20c以及第2冷却台20e。膨胀的工作气体回收至压缩机并重新被加压。制冷机20通过重复进行包括工作气体的供给和排出及与该工作气体的供给和排出同步的第1置换器及第2置换器的往返移动的热循环，从而产生寒冷。

图示的低温泵10为所谓的卧式低温泵。卧式低温泵通常是指制冷机20配设成其中心轴与放射屏蔽件24的中心轴正交并且第2冷却台20e配置于放射屏蔽件24的中心部的低温泵。

放射屏蔽件24是为了从低温泵真空容器12的辐射热保护第2低温板单元26而设置的。放射屏蔽件24与第1冷却台20c热连接。因此，第1低温板单元被冷却至第1冷却温度。在放射屏蔽件24与低温泵真空容器12之间具有间隙32，放射屏蔽件24并未与低温泵真空容器12接触。

为了从来自低温泵10的外部热源(例如，真空腔室50内的热源)的辐射热保护第2低温板单元26，入口低温板22配设成覆盖放射屏蔽件24的主开口的至少一部分。入口低温板22不仅限制辐射热进入，还限制气体进入内部空间28。入口低温板22经由放射屏蔽件24与第1冷却台20c热连接。在第1冷却温度下冷凝的气体(例如水分)捕捉于入口低温板22的表面。

第2低温板单元26具备多个低温板，这些低温板以包围第2冷却台20e的方式安装在第2冷却台20e。第2低温板单元26未与第1低温板单元接触。第2低温板单元26与第2冷却台20e热连接，第2低温板单元26被冷却至第2冷却温度。

在第2低温板单元26中，在其至少一部分表面形成有吸附区域26a。吸附区域26a是为了通过吸附而捕捉非冷凝性气体(例如氢)而设置的。吸附区域26a形成于在上方相邻的低温板的背阴处，从而无法从进气口30观察到。即，吸附区域26a形成于各个低温板的上表面的中心部和下表面的整个区域。但是，在直接与入口低温板22面对的顶部低温板的上表面并未设置有吸附区域26a。吸附区域26a例如通过将吸附材料(例如活性炭)粘结于低温板表面而形成。

并且，在第2低温板单元26的至少一部分表面上形成有用于通过冷凝而捕捉冷凝性气体的冷凝区域26b。冷凝区域26b例如为低温板表面中的没有吸附材料的区域，因此在冷凝区域26b中露出有低温板基材表面，例如金属面。

以下，对上述结构的低温泵10的动作进行说明。在使低温泵10工作时，首先，在其工作之前利用其它适当的粗抽泵将真空腔室内部粗抽至1pa左右。之后，使低温泵10工作。第1冷却台20c及第2冷却台20e通过制冷机20的驱动而分别冷却至第1冷却温度及第2冷却温度。因此，分别与第1冷却台20c及第2冷却台20e热连接的第1低温板单元及第2低温板单元26也分别冷却至第1冷却温度及第2冷却温度。

入口低温板22冷却从真空腔室向低温泵10飞来的气体。在第1冷却温度下蒸气压充分降低的(例如10^-8pa以下的)气体在入口低温板22的表面冷凝。该气体也可称作第1种气体。第1种气体例如为水蒸气。如此，入口低温板22能够排出第1种气体。在第1冷却温度下蒸气压未充分降低的气体的一部分从进气口30进入到内部空间28。或者，气体的另一部分被入口低温板22反射而未进入内部空间28。

进入到内部空间28的气体被第2低温板单元26冷却。在第2冷却温度下蒸气压充分降低的(例如10^-8pa以下的)气体在第2低温板单元26的表面冷凝。该气体也可称作第2种气体。第2种气体例如为氩气。如此，第2低温板单元26能够排出第2种气体。

在第2冷却温度下蒸气压未充分降低的气体被第2低温板单元26的吸附材料吸附。该气体也可称作第3种气体。第3种气体例如为氢气。如此，第2低温板单元26能够排出第3种气体。因此，低温泵10通过冷凝或者吸附来排出各种气体，从而能够使真空腔室的真空度达到所希望的水平。

图2是示意地表示一种实施方式所涉及的低温泵吸留气体量推测装置(以下还称作推测装置)100的结构的图。这种推测装置通过硬件、软件或者它们的组合来实现。并且，图2中示意地表示了相关真空处理装置11的一部分结构。

推测装置100可以是低温泵10的一部分。例如，推测装置100可以与控制低温泵10的控制装置一体地设置。推测装置100也可以是与低温泵10分体设置的另一装置。例如，推测装置100可以构成为与低温泵控制装置分体设置的运算装置。推测装置100也可以是真空处理装置11的一部分。

推测装置100具备吸留气体量推测部102、存储部104、输入部106以及输出部108。吸留气体量推测部102具备极限压力确定部110、吸留气体量定量化部112及闸阀指令生成部114。极限压力确定部110具备极限压力确定步骤111。吸留气体量定量化部112具备吸留气体量定量化函数116。

真空计16构成为，周期性地测量低温泵真空容器12内的真空度，并输出表示真空度的真空测量信号v。吸留气体量推测部102与真空计16连接，以便从真空机16接收真空测量信号v。

存储部104构成为，存储与吸留气体量推测处理相关的数据。例如，存储部104预先存储吸留气体量定量化函数116和/或用于确定极限压力的待机时间及阈值。

输入部106构成为，接收来自用户或者其他装置的输入。例如，输入部106构成为，接收吸留气体量推断开始指令s。输入部106例如包括用于接收来自用户的输入的鼠标或键盘等输入机构和/或用于与其他装置进行通信的通信机构。

输出部108构成为，输出与吸留气体量推测处理相关的数据，并且包括显示器或打印机等输出机构。例如，输出部108构成为，输出吸留气体量推测值g。输出部108也可以构成为，输出根据吸留气体量推测值g来运算出的值。

存储部104、输入部106以及输出部108分别与吸留气体量推测部102以能够通信的方式连接。由此，吸留气体量推测部102能够根据需要从存储部104读取数据和/或将数据存储于存储部104。并且，吸留气体量推测部102能够从输入部106接收数据的输入和/或将数据输出到输出部108。

极限压力确定部110构成为，按照规定的极限压力确定步骤111来确定低温泵真空容器12的极限压力p。极限压力确定步骤111包括如下步骤：在关闭闸阀52之后待机规定时间；在待机规定时间之后测量低温泵真空容器12内的真空度并生成真空测量信号v；根据真空测量信号v来确定低温泵真空容器12的极限压力p。待机时间例如设定为与获取吸留气体量定量化函数116时使用的待机时间相同的时间。极限压力确定部110构成为，向吸留气体量定量化部112输出所确定的极限压力p。

如上所述，极限压力p的确定是根据真空测量信号v进行的。例如，极限压力确定部110在闸阀52被关闭的期间从真空测量信号v运算出低温泵真空容器12内的压力及其下降速度。极限压力确定部110判断运算出的压力下降速度是否低于阈值，并在压力下降速度低于阈值的情况下，将低温泵真空容器12内的压力确定为极限压力p。

换言之，极限压力确定部110在低温泵10的排气运行期间且在闸阀52被关闭的期间执行压力下降速度测试。在此，压力下降速度测试是指如下处理：若从判定开始时刻的压力开始的压力上升梯度未超过阈值，则判定为合格，若压力上升梯度超过阈值，则判定为不合格。极限压力确定部110对低温泵真空容器12内的压力执行压力下降速度测试，并且在合格的情况下，将此刻的压力确定为极限压力p。

吸留气体量定量化部112构成为，参考吸留气体量定量化函数116将极限压力p转换成吸留气体量推测值g。吸留气体量定量化部112构成为，向输出部108输出吸留气体量推测值g。

吸留气体量定量化部112可以具备运算出吸留气体量推测值g相对于低温泵10的吸留气体容量的比率的比率运算部118。吸留气体容量可以是低温泵10的规格上的最大吸留气体量(例如，氢气的最大吸留气体量)。此时，输出部108可以输出吸留气体量推测值g相对于低温泵10的吸留气体容量的比率。使用比率具有如下有点：容易直观地了解低温泵10中蓄积了多少气体。

闸阀指令生成部114构成为，接收吸留气体量推断开始指令s后向闸阀52输出关闭指令。闸阀52与吸留气体量推测部102连接，以便从吸留气体量推测部102接收由闸阀指令生成部114生成的关闭指令c。闸阀52构成为，按照关闭指令c对进气口30进行关闭。

并且，闸阀指令生成部114可以构成为，在吸留气体量推测处理结束时生成闸阀52的开放指令。闸阀52可以构成为，按照开放指令开放进气口30。

图3表示一种实施方式所涉及的吸留气体量定量化函数116。吸留气体量定量化函数116构成为，使极限压力p与吸留气体量推测值g建立关联。吸留气体量定量化函数116例如为用于从极限压力p运算出吸留气体量推测值g的查找表或者逼近函数。

如图3所例示，在将吸留气体量推测值g设为纵轴，将极限压力p以对数形式设为横轴时，吸留气体量定量化函数116描绘出缓慢单调递增的图表。极限压力p越高(即变坏)，吸留气体量推测值g越大。

图4是表示一种实施方式所涉及的低温泵吸留气体量推测方法的流程图。推测装置100可以在低温泵10的运行期间执行该处理。

首先，吸留气体量推测部102判定有无吸留气体量推断开始指令s输入(s10)。若没有吸留气体量推断开始指令s输入(s10的否)，则不执行本方法。若有吸留气体量推断开始指令s输入(s10的是)，则关闭闸阀52(s12)。如上所述，闸阀指令生成部114生成关闭指令c，并且根据该指令关闭闸阀52。

极限压力确定部110执行极限压力确定步骤111(s14)。极限压力确定部110在关闭闸阀52之后待机一定时间，并在待机一定时间之后周期性地测量低温泵真空容器12内的真空度，并生成与测量结果相对应的真空测量信号v(s15)。极限压力确定部110根据真空测量信号v进行压力下降速度测试。极限压力确定部110周期性地重复进行压力下降速度测试直到合格为止，并将合格时的压力确定为极限压力p。

另外，在即使重复进行了规定次数的压力下降速度测试仍为不合格的情况下，极限压力确定部110可以中断极限压力确定步骤111。此时，吸留气体量推测部102可以中止吸留气体量推测处理，并将该内容输出至输出部108。

吸留气体量定量化部112运算出低温泵10的吸留气体量推测值g(s16)。吸留气体量定量化部112使用吸留气体量定量化函数116将极限压力p转换成吸留气体量推测值g。

输出部108输出吸留气体量推测值g(s18)。吸留气体量推测值g显示于显示器等。闸阀指令生成部114生成开放指令，并根据该开放指令开放闸阀52。如此，结束吸留气体量推测处理。

如此，根据本实施方式，作为有助于恰当地设定低温泵再生间隔的指标，能够对低温泵10的吸留气体量进行定量化后进行输出。

图5是表示一种实施方式所涉及的获取吸留气体量定量化函数116的例示性方法的流程图。该方法在上述低温泵吸留气体量推测方法之前进行，从而准备吸留气体量定量化函数116。

首先，将低温泵10安装在试验用真空腔室(s20)。并且，将真空计16设置于低温泵10。真空计16也可以设置于真空腔室。

将规定量的气体(例如，10sccm左右的氢气)导入到真空腔室(s22)。对导入的气体进行计量，并且在达到规定量时，停止气体的导入(s24)。

停止气体的导入之后，待机规定时间(例如15分左右)(s26)，待机之后用真空计16测量低温泵10内的压力(s28)。待机时间设定为导入的气体量被捕捉于低温泵10所需的足够时间。使测量出的压力与累积的导入气体量建立关联(s30)。

重复进行这种气体导入及压力测量直至达到规定的总计导入气体量(s32的否)。若达到了规定的总计导入气体量(s32的是)，则结束测量。

图6例示了基于图5的方法的测量结果120。横轴表示累积的导入气体量，纵轴以对数形式表示极限压力p。导入气体的期间的压力略大于10^-3pa。在待机时间中，导入气体被低温泵10捕捉，压力会大幅下降。在测量开始时，压力下降至10^-6pa左右。棱形的标记表示测量出的极限压力。测量过后再次导入气体。该操作重复进行多次。随着气体量的增加，极限压力也会慢慢上升。

图3所例示的吸留气体量定量化函数116相当于将测量结果120的纵轴与横轴互换的数据。

以上，根据实施方式对本发明进行了说明。本发明并不限定于上述实施方式，可以进行各种设计变更，可以存在各种变形例，并且这种变形例也属于本发明的范围，这对本领域技术人员来说是可以理解的。

低温泵10也可以不具备真空计16。真空计16可以设置在真空处理装置11中的任意部位。真空计16可以设置于真空腔室50。真空计16可以测量真空腔室50内的真空，并输出真空测量信号v。吸留气体量推测部102可以连接于真空计16，以便从真空计16接收真空测量信号v。

本发明的吸留气体量推测方法不仅可以适用于氢气等第3种气体，也可以适用于氩气等第2种气体。