專利名稱：低溫泵及真空排氣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)主張基于2011年4月14日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2011-090347號(hào)的優(yōu)先權(quán)。其申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考援用于本說(shuō)明書中。本發(fā)明涉及一種低溫泵及真空排氣方法。
背景技術(shù)：
低溫泵為通過(guò)凝結(jié)或吸附將氣體分子捕捉在被冷卻成超低溫的低溫板上來(lái)進(jìn)行排氣的真空泵。低溫泵一般為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體電路制造工藝等中要求的清潔的真空環(huán)境而使用。專利文獻(xiàn)I中，例如記載有適于離子注入裝置的低溫泵。低溫泵優(yōu)選以較低的消耗電力實(shí)現(xiàn)較高的排氣能力。
專利文獻(xiàn)I :日本特開2009-108744號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這種狀況而完成的，其某一形態(tài)的例示性目的之一在于提供一種有助于降低消耗電力的低溫泵及使用這種低溫泵的真空排氣方法。本發(fā)明的一種形態(tài)的低溫泵，其用于進(jìn)行用來(lái)向目標(biāo)照射射束的射束照射裝置中的射束路徑的真空排氣，其中，該低溫泵具備用于將氣體分子捕捉在表面上的低溫板；用于冷卻所述低溫板的制冷機(jī)；及可從所述射束照射裝置接收表示其運(yùn)行模式的控制信號(hào)，且用于根據(jù)該控制信號(hào)控制所述制冷機(jī)的控制部，所述運(yùn)行模式包括向目標(biāo)照射射束的照射模式與從所述目標(biāo)移開射束或使射束以弱于該照射模式的級(jí)別繼續(xù)存在的空閑模式，所述控制部控制所述制冷機(jī)，以便在所述照射模式及所述空閑模式下所述低溫板被冷卻成保持所述氣體分子的冷卻溫度，所述控制部容許在所述空閑模式期間的至少一部分中將所述冷卻溫度設(shè)為高于所述照射模式的溫度。根據(jù)該形態(tài)，在未必一定要求高速排氣的空閑模式下容許提高低溫板溫度。由于制冷機(jī)的負(fù)載減輕，因此能夠降低消耗電力。本發(fā)明的另一種形態(tài)為真空排氣方法。該方法為使用低溫泵的射束路徑用的真空排氣方法，其中，該方法包括向目標(biāo)照射射束的步驟；及從該目標(biāo)移開射束來(lái)保持射束或以低于照射至該目標(biāo)時(shí)的強(qiáng)度將射束保持在所述路徑上，從而代替向目標(biāo)照射射束的步驟，并且包括在保持所述射束期間的至少一部分中，使所述低溫泵的排氣速度低于將射束照射至目標(biāo)時(shí)的排氣速度的步驟。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠降低低溫泵的消耗電力。


圖I是示意地表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的離子注入裝置及低溫泵的圖。圖2是示意地表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的低溫泵的圖。
圖3是與本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的低溫泵有關(guān)的控制塊圖。圖4是表示用于對(duì)氫氣體進(jìn)行排氣的低溫板的溫度與氫氣體的排氣速度的關(guān)系的圖表。圖5是用于說(shuō)明本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的低溫泵的控制處理的流程圖。圖中1_離子注入裝置，10-低溫泵，12-制冷機(jī)，14-板結(jié)構(gòu)體，16-熱護(hù)罩，22-第I冷卻臺(tái)，23-第I溫度傳感器，24-第2冷卻臺(tái)，25-第2溫度傳感器，26-制冷機(jī)馬達(dá)，100-CP控制器。
具體實(shí)施例方式圖I是示意地表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的離子注入裝置I及低溫泵10的圖。作為用于向目標(biāo)照射射束的射束照射裝置的一例的離子注入裝置1，其包含離子源部2、質(zhì)量分析器3、射束管道部4及端站部5而構(gòu)成。
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離子源部2構(gòu)成為將應(yīng)注入于基板表面上的元素進(jìn)行離子化，且作為離子束引出。質(zhì)量分析器3構(gòu)成為設(shè)在離子源部2的下游且從離子束挑選出所需的離子。射束管道部4被設(shè)在質(zhì)量分析器3的下游，包含對(duì)離子束進(jìn)行整形的透鏡系統(tǒng)及對(duì)基板掃描離子束的掃描系統(tǒng)。端站部5設(shè)在射束管道部4的下游，且包含保持離子注入處理的對(duì)象即成為照射目標(biāo)的基板8的基板夾具(未圖示)及相對(duì)離子束驅(qū)動(dòng)基板8的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等而構(gòu)成。示意地用虛線箭頭表示射束管道部4及端站部5中的射束路徑9。并且，離子注入裝置I中附設(shè)有真空排氣系統(tǒng)6。真空排氣系統(tǒng)6為了將離子源部2至端站部5之間保持在所希望的高真空(例如高于KT5Pa的真空)而設(shè)置。真空排氣系統(tǒng)6包含低溫泵10a、10b、10c。例如，低溫泵10a、10b作為射束管道部4的真空腔室的真空排氣用而安裝在射束管道部4的真空腔室壁面的低溫泵安裝用開口上。低溫泵IOc作為端站部5的真空腔室的真空排氣用而安裝在端站部5的真空腔室壁面的低溫泵安裝用開口上。另外，真空排氣系統(tǒng)6可以以射束管道部4及端站部5分別通過(guò)I個(gè)低溫泵10排氣的方式構(gòu)成。并且，真空排氣系統(tǒng)6也可以以射束管道部4及端站部5分別通過(guò)多個(gè)低溫泵10排氣的方式構(gòu)成。低溫泵10a、10b分別通過(guò)閘閥7a、7b安裝于射束管道部4。低溫泵IOc通過(guò)閘閥7c安裝于端站部5。另外，為了方便起見，以下將低溫泵10a、10b、IOc統(tǒng)稱為低溫泵10，將閘閥7a、7b、7c統(tǒng)稱為閘閥7。離子注入裝置I動(dòng)作時(shí)閘閥7被開閥，進(jìn)行基于低溫泵10的排氣。再生低溫泵10時(shí)閘閥7被關(guān)閉。另外，真空排氣系統(tǒng)6還可進(jìn)一步具備用于將離子源部2設(shè)為高真空的渦輪分子泵及干式真空泵。并且，真空排氣系統(tǒng)6也可與低溫泵10并列地設(shè)置用于將射束管道部4及端站部5從大氣壓排氣至低溫泵10的動(dòng)作開始?jí)旱拇殖楸?。射束管道?及端站部5中存在的氣體及被導(dǎo)入的氣體通過(guò)低溫泵10排氣。該被排氣氣體大部分通常為氫氣體。使用低溫泵10的低溫板從射束路徑9排氣包含氫氣體的被排氣氣體。另外，被排氣氣體中可含有摻雜劑氣體或離子注入處理中的副產(chǎn)氣體。離子注入裝置I具備用于控制該裝置的主控制器11。并且，在低溫泵10設(shè)有用于控制低溫泵10的低溫泵控制器(為簡(jiǎn)單起見以下稱為“CP控制器”)100。主控制器11可稱為通過(guò)CP控制器100總括低溫泵10的上位控制器。主控制器11及CP控制器100分別具備執(zhí)行各種運(yùn)算處理的CPU、儲(chǔ)存各種控制程序的ROM、作為用于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)或執(zhí)行程序的作業(yè)區(qū)而加以利用的RAM、輸出輸入接口及存儲(chǔ)器等。主控制器11和CP控制器100連接成
可相互通信。CP控制器100與低溫泵10分開設(shè)置，分別控制多個(gè)低溫泵10。各低溫泵10a、10b、IOc上可分別設(shè)置用于處理與CP控制器100通信的輸出輸入的10模塊50 (參考圖3)。另夕卜，CP控制器100可分別各自設(shè)在各低溫泵10a、10b、10c。圖2是示意地表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的低溫泵10的截面圖。低溫泵10安裝于真空腔室80。真空腔室80例如為射束管道部4或端站部5 (參考圖I)的真空腔室。低溫泵10具備冷卻成第I冷卻溫度級(jí)別的第I低溫板與冷卻成比第I冷卻溫度級(jí)別更低溫的第2冷卻溫度級(jí)別的第2低溫板。在第I低溫板上，在第I冷卻溫度級(jí)別下蒸氣壓較低的氣體通過(guò)凝結(jié)被捕捉并被排氣。例如，蒸氣壓低于基準(zhǔn)蒸氣壓(例如I(T8Pa) 的氣體被排氣。第2低溫板上，在第2冷卻溫度級(jí)別下蒸氣壓較低的氣體通過(guò)凝結(jié)被捕捉并被排氣。為了捕捉由于蒸氣壓較高而即使在第2冷卻溫度級(jí)別下也不凝結(jié)的非凝結(jié)性氣體，在第2低溫板的表面上形成吸附區(qū)域。吸附區(qū)域例如通過(guò)在板表面設(shè)置吸附劑而形成。非凝結(jié)性氣體被吸附在被冷卻成第2冷卻溫度級(jí)別的吸附區(qū)域并被排氣。非凝結(jié)性氣體包含氫氣。圖2中示出的低溫泵10具備制冷機(jī)12、板結(jié)構(gòu)體14、熱護(hù)罩16。制冷機(jī)12通過(guò)吸入工作氣體并使其在內(nèi)部膨脹而吐出的熱循環(huán)產(chǎn)生寒冷。板結(jié)構(gòu)體14包含多個(gè)低溫板，這些板通過(guò)制冷機(jī)12冷卻。在板表面形成用于通過(guò)凝結(jié)或吸附來(lái)捕捉氣體并排氣的超低溫面。低溫板的表面(例如背面)上通常設(shè)置有用于吸附氣體的活性炭等吸附劑。熱護(hù)罩16為了從周圍的輻射熱保護(hù)板結(jié)構(gòu)體14而設(shè)置。低溫泵10為所謂的立式低溫泵。立式低溫泵是指沿?zé)嶙o(hù)罩16的軸向插入制冷機(jī)12而配置的低溫泵。另外，本發(fā)明還能夠同樣應(yīng)用于所謂的臥式低溫泵。臥式低溫泵是指，在與熱護(hù)罩16的軸向交叉的方向(通常為正交方向)插入制冷機(jī)的第2級(jí)冷卻臺(tái)而配置的低溫泵。另外，圖I中示意地示出有臥式低溫泵10。制冷機(jī)12為吉福德-麥克馬洪式制冷機(jī)(所謂GM制冷機(jī))。另外，制冷機(jī)12為2級(jí)式制冷機(jī)，其具有第I級(jí)缸18、第2級(jí)缸20、第I冷卻臺(tái)22、第2冷卻臺(tái)24及制冷機(jī)馬達(dá)26。第I級(jí)缸18和第2級(jí)缸20串聯(lián)連接，分別內(nèi)置有相互連結(jié)的第I級(jí)置換器和第2級(jí)置換器(未圖示)。第I級(jí)置換器及第2級(jí)置換器的內(nèi)部組裝有蓄冷材料。另外，制冷機(jī)12可為除2級(jí)GM制冷機(jī)以外的制冷機(jī)，例如可利用單級(jí)GM制冷機(jī)，也可利用脈沖管制冷機(jī)或蘇爾威制冷機(jī)。制冷機(jī)12包括流路切換機(jī)構(gòu)，所述流路切換機(jī)構(gòu)為了周期性反復(fù)進(jìn)行工作氣體的吸入和吐出而周期性切換工作氣體的流路。流路切換機(jī)構(gòu)例如包括閥部及驅(qū)動(dòng)閥部的驅(qū)動(dòng)部。閥部例如為回轉(zhuǎn)閥，驅(qū)動(dòng)部為用于使回轉(zhuǎn)閥旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)。馬達(dá)例如可以為AC馬達(dá)或DC馬達(dá)。并且，流路切換機(jī)構(gòu)可以為通過(guò)直線馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的直動(dòng)式機(jī)構(gòu)。第I級(jí)缸18的一端設(shè)置有制冷機(jī)馬達(dá)26。制冷機(jī)馬達(dá)26被設(shè)置在形成于第I級(jí)缸18的端部的馬達(dá)用殼體27的內(nèi)部。制冷機(jī)馬達(dá)26以第I級(jí)置換器及第2級(jí)置換器分別能夠在第I級(jí)缸18及第2級(jí)缸20的內(nèi)部往復(fù)移動(dòng)的方式連接于第I級(jí)置換器及第2級(jí)置換器。另外，制冷機(jī)馬達(dá)26以能夠使設(shè)置于馬達(dá)用殼體27內(nèi)部的可動(dòng)閥(未圖示)正反旋轉(zhuǎn)的方式與該閥連接。第I冷卻臺(tái)22被設(shè)置于第I級(jí)缸18的靠第2級(jí)缸20側(cè)的端部即第I級(jí)缸18與第2級(jí)缸20的連結(jié)部。另外，第2冷卻臺(tái)24被設(shè)置于第2級(jí)缸20的末端。第I冷卻臺(tái)22及第2冷卻臺(tái)24例如通過(guò)釬焊分別固定于第I級(jí)缸18及第2級(jí)缸20。制冷機(jī)12經(jīng)設(shè)置于馬達(dá)用殼 體27的外側(cè)的氣體供給口 42及氣體排出口 44而連接于壓縮機(jī)102。制冷機(jī)12使從壓縮機(jī)102供給的高壓工作氣體(例如氦氣等)在內(nèi)部膨脹而在第I冷卻臺(tái)22及第2冷卻臺(tái)24產(chǎn)生寒冷。壓縮機(jī)102回收在制冷機(jī)12中膨脹了的工作氣體并再次加壓而供給至制冷機(jī)12。具體而言，首先從壓縮機(jī)102向制冷機(jī)12供給高壓工作氣體。此時(shí)，制冷機(jī)馬達(dá)26將馬達(dá)用殼體27內(nèi)部的可動(dòng)閥驅(qū)動(dòng)為連通氣體供給口 42和制冷機(jī)12的內(nèi)部空間的狀態(tài)。若制冷機(jī)12的內(nèi)部空間被高壓工作氣體填滿，則通過(guò)制冷機(jī)馬達(dá)26切換可動(dòng)閥而制冷機(jī)12的內(nèi)部空間與氣體排出口 44連通。由此，工作氣體膨脹而被回收至壓縮機(jī)102。第I級(jí)置換器及第2級(jí)置換器分別與可動(dòng)閥的動(dòng)作同步而在第I級(jí)缸18及第2級(jí)缸20內(nèi)部往復(fù)移動(dòng)。通過(guò)反復(fù)這種熱循環(huán)，制冷機(jī)12在第I冷卻臺(tái)22及第2冷卻臺(tái)24上產(chǎn)生寒冷。第2冷卻臺(tái)24被冷卻成低于第I冷卻臺(tái)22的溫度。第2冷卻臺(tái)24例如被冷卻至IOK 20K左右，第I冷卻臺(tái)22例如被冷卻至80K 100K左右。第I冷卻臺(tái)22上安裝有用于測(cè)定第I冷卻臺(tái)22的溫度的第I溫度傳感器23，第2冷卻臺(tái)24上安裝有用于測(cè)定第2冷卻臺(tái)24的溫度的第2溫度傳感器25。在制冷機(jī)12的第I冷卻臺(tái)22上以熱連接的狀態(tài)固定有熱護(hù)罩16，在制冷機(jī)12的第2冷卻臺(tái)24上以熱連接的狀態(tài)固定有板結(jié)構(gòu)體14。因此，熱護(hù)罩16被冷卻成與第I冷卻臺(tái)22相同程度的溫度，板結(jié)構(gòu)體14被冷卻成與第2冷卻臺(tái)24相同程度的溫度。熱護(hù)罩16形成為一端具有開口部31的圓筒狀形狀。開口部31通過(guò)熱護(hù)罩16的筒狀側(cè)面的端部?jī)?nèi)面劃分。另一方面，與熱護(hù)罩16的開口部31的相反一側(cè)即泵底部側(cè)的另一端上形成有閉塞部28。閉塞部28由在熱護(hù)罩16的圓筒狀側(cè)面的泵底部側(cè)端部朝向徑向內(nèi)側(cè)延伸的法蘭部形成。由于圖2所示的低溫泵10為立式低溫泵，因此該法蘭部被安裝于制冷機(jī)12的第I冷卻臺(tái)22上。由此，在熱護(hù)罩16的內(nèi)部形成圓柱狀的內(nèi)部空間30。制冷機(jī)12沿?zé)嶙o(hù)罩16的中心軸向內(nèi)部空間30突出，第2冷卻臺(tái)24呈插入于內(nèi)部空間30的狀態(tài)。另外，當(dāng)為臥式低溫泵時(shí)，閉塞部28通常被完全閉塞。制冷機(jī)12從形成于熱護(hù)罩16的側(cè)面的制冷機(jī)安裝用開口部沿與熱護(hù)罩16的中心軸正交的方向向內(nèi)部空間30突出地配置。制冷機(jī)12的第I冷卻臺(tái)22被安裝于熱護(hù)罩16的制冷機(jī)安裝用開口部，制冷機(jī)12的第2冷卻臺(tái)24被配置于內(nèi)部空間30。第2冷卻臺(tái)24上安裝有板結(jié)構(gòu)體14。由此，板結(jié)構(gòu)體14被配置于熱護(hù)罩16的內(nèi)部空間30內(nèi)。板結(jié)構(gòu)體14可通過(guò)適當(dāng)形狀的板安裝部件安裝于第2冷卻臺(tái)24。另外，熱護(hù)罩16的開口部31上設(shè)置有擋板32。擋板32在熱護(hù)罩16的中心軸方向上與板結(jié)構(gòu)體14隔開間隔而設(shè)置。擋板32被安裝于熱護(hù)罩16的開口部31側(cè)的端部，并被冷卻成與熱護(hù)罩16相同程度的溫度。從真空腔室80側(cè)觀察時(shí)，擋板32例如可形成為同心圓狀，或者也可形成為格子狀等其他形狀。另外，擋板32與真空腔室80之間設(shè)置有閘閥7(參考圖I)。
熱護(hù)罩16、擋板32、板結(jié)構(gòu)體14及制冷機(jī)12的第I冷卻臺(tái)22及第2冷卻臺(tái)24被容納于泵殼34的內(nèi)部。泵殼34串聯(lián)連接不同直徑的2個(gè)圓筒來(lái)形成。泵殼34的大徑圓筒側(cè)端部被開放，并且與真空腔室80連接用的法蘭部36向徑向外側(cè)延伸而形成。另外，泵殼34的小徑圓筒側(cè)端部被固定于制冷機(jī)12的馬達(dá)用殼體27。低溫泵10通過(guò)泵殼34的法蘭部36氣密地固 定于真空腔室80的排氣用開口，且形成有與真空腔室80的內(nèi)部空間一體的氣密空間。泵殼34及熱護(hù)罩16均形成為圓筒狀，并配設(shè)于同軸上。由于泵殼34的內(nèi)徑稍微大于熱護(hù)罩16的外徑,因此熱護(hù)罩16在與泵殼34的內(nèi)表面之間保持若干間隔而配置。當(dāng)?shù)蜏乇?0工作時(shí)，首先在其工作前利用其他適當(dāng)?shù)拇殖楸脤⒄婵涨皇?0內(nèi)部粗抽至IPa IOPa左右。之后使低溫泵10工作。通過(guò)制冷機(jī)12的驅(qū)動(dòng)來(lái)冷卻第I冷卻臺(tái)22及第2冷卻臺(tái)24，與它們熱連接的熱護(hù)罩16、擋板32及板結(jié)構(gòu)體14也被冷卻。上述第I低溫板包含熱護(hù)罩16及擋板32，第2低溫板包含板結(jié)構(gòu)體14。被冷卻的擋板32冷卻從真空腔室80朝向低溫泵10內(nèi)部飛來(lái)的氣體分子，使在該冷卻溫度下蒸氣壓充分變低的氣體(例如水分等)凝結(jié)在表面上而排氣。在擋板32的冷卻溫度下蒸氣壓不會(huì)充分變低的氣體通過(guò)擋板32進(jìn)入熱護(hù)罩16內(nèi)部。進(jìn)入的氣體分子中在板結(jié)構(gòu)體14的冷卻溫度下蒸氣壓充分變低的氣體(例如氬氣等)凝結(jié)在板結(jié)構(gòu)體14的表面上而被排氣。在該冷卻溫度下蒸氣壓也不會(huì)充分變低的氣體(例如氫氣等)通過(guò)粘結(jié)于板結(jié)構(gòu)體14的表面上并被已冷卻的吸附劑吸附而被排氣。這樣，低溫泵10能夠使真空腔室80內(nèi)部的真空度達(dá)到所希望的級(jí)別。圖3為與本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的低溫泵10有關(guān)的控制塊圖。關(guān)于多個(gè)低溫泵10中之一示出與本實(shí)施例相關(guān)的構(gòu)成要件，由于其他低溫泵10相同，所以省略圖示。同樣道理，省略關(guān)于壓縮機(jī)102的詳細(xì)說(shuō)明。如上所述，CP控制器100以可通信的方式連接于各低溫泵10的IO模塊50。IO模塊50包括制冷機(jī)逆變器52及信號(hào)處理部54。制冷機(jī)逆變器52調(diào)整從外部電源例如商用電源供給的額定電壓及頻率的電力并供給至制冷機(jī)馬達(dá)26。通過(guò)CP控制器100控制應(yīng)供給至制冷機(jī)馬達(dá)26的電壓及頻率。CP控制器100根據(jù)傳感器輸出信號(hào)確定控制輸出。信號(hào)處理部54將從CP控制器100發(fā)送的控制輸出中繼至制冷機(jī)逆變器52。例如，信號(hào)處理部54將來(lái)自CP控制器100的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成可在制冷機(jī)逆變器52中處理的信號(hào)并發(fā)送至制冷機(jī)逆變器52。控制信號(hào)包括表示制冷機(jī)馬達(dá)26的運(yùn)行頻率的信號(hào)。另外，信號(hào)處理部54將低溫泵10的各種傳感器的輸出中繼至CP控制器100。例如，信號(hào)處理部54將傳感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成可在CP控制器100中處理的信號(hào)并發(fā)送至CP控制器100。IO模塊50的信號(hào)處理部54上連接有包括第I溫度傳感器23及第2溫度傳感器25在內(nèi)的各種傳感器。如上所述，第I溫度傳感器23測(cè)定制冷機(jī)12的第I冷卻臺(tái)22的溫度，第2溫度傳感器25測(cè)定制冷機(jī)12的第2冷卻臺(tái)24的溫度。第I溫度傳感器23及第2溫度傳感器25分別周期性測(cè)定第I冷卻臺(tái)22及第2冷卻臺(tái)24的溫度，并輸出表示測(cè)定溫度的信號(hào)。第I溫度傳感器23及第2溫度傳感器25的測(cè)定值每隔預(yù)定時(shí)間就被輸入至CP控制器100，并儲(chǔ)存保持在CP控制器100的預(yù)定存儲(chǔ)區(qū)域中。CP控制器100根據(jù)低溫板的溫度控制制冷機(jī)12。CP控制器100以低溫板的實(shí)際溫度追隨目標(biāo)溫度的方式將運(yùn)行指令提供給制冷機(jī)12。例如，CP控制器100通過(guò)反饋控制對(duì)制冷機(jī)馬達(dá)26的運(yùn)行頻率進(jìn)行控制，以便最小化第I低溫板的目標(biāo)溫度與第I溫度傳感器23的測(cè)定溫度之間的偏差。制冷機(jī)12的熱循環(huán)頻率按照制冷機(jī)馬達(dá)26的運(yùn)行頻率規(guī)定。第I低溫板的目標(biāo)溫度例如按照在真空腔室80中進(jìn)行的工藝作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)定。此時(shí)，制冷機(jī)12的第2冷卻臺(tái)24及板結(jié)構(gòu)體14被冷卻至通過(guò)制冷機(jī)12的標(biāo)準(zhǔn)及來(lái)自外部的熱負(fù)載規(guī)定的溫度。當(dāng)?shù)贗溫度傳感器23的測(cè)定溫度高于目標(biāo)溫度時(shí)，CP控制器100對(duì)IO模塊50輸出指令值，以便增加制冷機(jī)馬達(dá)26的運(yùn)行頻率。與馬達(dá)運(yùn)行頻率的增加聯(lián)動(dòng)，制冷機(jī)12中的熱循環(huán)的頻率也增加，制冷機(jī)12的第I冷卻臺(tái)22朝向目標(biāo)溫度冷卻。相反，當(dāng)?shù)贗溫度傳感器23的測(cè)定溫度低于目標(biāo)溫度時(shí)，制冷機(jī)馬達(dá)26的運(yùn)行頻率減少，制冷機(jī)12的第I冷卻臺(tái)22朝向目標(biāo)溫度升溫。通常，第I冷卻臺(tái)22的目標(biāo)溫度被設(shè)定為恒定值。由此，在施加于低溫泵10的熱負(fù)載增加時(shí)，CP控制器100以增加制冷機(jī)馬達(dá)26的運(yùn)行頻率的方式輸出指令值，在施加于 低溫泵10的熱負(fù)載減少時(shí)，以減少制冷機(jī)馬達(dá)26的運(yùn)行頻率的方式輸出指令值。另外，可適當(dāng)變動(dòng)目標(biāo)溫度，例如依次設(shè)定低溫板的目標(biāo)溫度，以便在排氣對(duì)象容積內(nèi)實(shí)現(xiàn)作為目標(biāo)的氣氛壓力。另外，CP控制器100也可以按使第2低溫板的實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度一致的方式控制制冷機(jī)馬達(dá)26的運(yùn)行頻率。在典型的低溫泵中，熱循環(huán)的頻率始終恒定。設(shè)定為以比較大的頻率運(yùn)行，以便可從常溫快速冷卻至泵動(dòng)作溫度，當(dāng)來(lái)自外部的熱負(fù)載較小時(shí)，通過(guò)由加熱器加熱來(lái)調(diào)整低溫板的溫度。由此，消耗電力變大。而在本實(shí)施方式中，由于按照施加于低溫泵10的熱負(fù)載控制熱循環(huán)頻率，因此能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能性優(yōu)異的低溫泵。并且，無(wú)需一定設(shè)置加熱器這一點(diǎn)也有助于降低消耗電力。然而，離子注入裝置I有多個(gè)運(yùn)行狀態(tài)。以下將這些狀態(tài)稱為運(yùn)行模式。離子注入裝置I的多個(gè)運(yùn)行模式中包含照射模式和空閑模式。照射模式下，離子注入裝置I為了注入離子而對(duì)基板8照射離子束。離子注入裝置I的主控制器11根據(jù)為了處理離子注入而設(shè)定的目標(biāo)離子束強(qiáng)度來(lái)控制離子束?？臻e模式下，離子注入裝置I可通過(guò)彎曲動(dòng)作從照射目標(biāo)例如基板8移開離子束。即，離子注入裝置I可繼續(xù)照射離子束的同時(shí)，朝向基板外進(jìn)行照射。離子束的強(qiáng)度級(jí)別可設(shè)為與照射模式相同的級(jí)別?？臻e模式下，離子束可從目標(biāo)移開而照射至用于射束待避或射束待機(jī)的射束接受部例如碳板。射束接受部可設(shè)在射束管道部4或端站部5，例如還可設(shè)在用于保持基板8的基板夾具或其附近。在空閑模式下，離子注入裝置I可以使離子束以弱于照射模式的級(jí)別繼續(xù)存在于射束路徑9?？臻e模式下，可繼續(xù)照射與照射模式相比降低強(qiáng)度的離子束。在射束路徑9上保持極弱的離子束來(lái)代替完全遮斷離子束。較弱強(qiáng)度的離子束可照射于目標(biāo)，也可從目標(biāo)移開而照射于射束接受部例如碳板。例如照射模式和下一個(gè)照射模式之間的間歇，運(yùn)行模式切換成空閑模式。在將已進(jìn)行離子注入處理的基板8替換成接著處理的新的基板8時(shí)，可選擇空閑模式?？臻e模式下射束路徑9的末端一般不存在基板8，但也可使其存在。由主控制器11擔(dān)負(fù)這種運(yùn)行模式的切換。主控制器11根據(jù)情況切換運(yùn)行模式。主控制器11將表示所選擇的運(yùn)行模式的控制信號(hào)發(fā)送于CP控制器100。CP控制器100可從離子注入裝置I接收表示其運(yùn)行模式的控制信號(hào)，根據(jù)該控制信號(hào)控制低溫泵10。CP控制器100為了控制低溫板溫度，根據(jù)表示運(yùn)行模式的控制信號(hào)控制制冷機(jī)12。離子注入裝置I用的低溫泵10如上所述主要對(duì)氫氣體進(jìn)行排氣。為了提高離子注入裝置I的離子注入處理的生產(chǎn)率，要求一種能夠?qū)錃怏w進(jìn)行高速排氣的低溫泵10。圖4是表示一實(shí)驗(yàn)例中的用于對(duì)氫氣體進(jìn)行排氣的低溫板的溫度與氫氣體的排氣速度的圖表。溫度值不于圖4右側(cè)的縱軸。左側(cè)的縱軸表不氫氣體的排氣速度。橫軸表示時(shí)間。如以下詳細(xì)敘述，本申請(qǐng)發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了用于對(duì)氫氣體進(jìn)行排氣的低溫板及冷卻臺(tái)的溫度增加量與氫氣體的排氣速度的降低量之間存在一定關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)例中使用比較小型的低溫板結(jié)構(gòu)體，并確認(rèn)到以2K單位階段性地提高第2冷卻臺(tái)24的設(shè)定溫度時(shí)的氫氣體排氣速度的變動(dòng)。第2冷卻臺(tái)24的目標(biāo)溫度的初始值為12K，以后依次提高為14K、16K、18K、20K、22K。臺(tái)溫度T2的測(cè)定值與其聯(lián)動(dòng)而階段性地上 升。 以下說(shuō)明中為了方便起見，將處于各目標(biāo)溫度XK中的期間稱為XK期間。即，本實(shí)驗(yàn)例從12K期間開始，并依次繼續(xù)14K期間、16K期間、18K期間、20K期間、22K期間。另外，如圖4所示，各期間的長(zhǎng)度按期間有所不同，但不會(huì)因此而左右本實(shí)驗(yàn)例的結(jié)果及分析。圖4中，除了臺(tái)溫度T2的測(cè)定值，還示出本實(shí)驗(yàn)例中使用的第2低溫板的末端部分(即，遠(yuǎn)離臺(tái)的比較高溫的部位)的測(cè)定溫度。板末端部分的溫度也與臺(tái)溫度相同地階段性地變高。但是，由于低溫板的末端部分遠(yuǎn)離冷卻臺(tái)，因此變得稍微高于冷卻臺(tái)的溫度。本實(shí)驗(yàn)例中，該板溫度測(cè)定值與臺(tái)溫度T2相比僅高約1.5K。另外，圖4所示的溫度測(cè)定值中發(fā)現(xiàn)微小的(最大為約0. 2K左右的)振動(dòng)，但這種程度的變動(dòng)實(shí)際上在可視作恒定溫度的范圍內(nèi)。以經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，可估計(jì)板的末端部分的溫度在小型的低溫板結(jié)構(gòu)體中比臺(tái)溫度變高約1K，在大型的低溫板結(jié)構(gòu)體中變高約2K。在被假設(shè)成以離子注入裝置為用途的低溫泵的最大低溫板結(jié)構(gòu)體中，其末端部分的溫度還有可能比臺(tái)溫度高約3K。如從圖4可知，從12K期間至16K期間，即使臺(tái)溫度上升，氫氣體排氣速度也維持成當(dāng)初的高級(jí)別(例如約1500L/S左右)。低溫板的高溫部位的溫度(圖4中的板溫度)在16K期間最大為17. 5K左右。由此可以說(shuō)為了對(duì)氫氣體進(jìn)行高速排氣，優(yōu)選將低溫板的高溫部位的溫度抑制在約17. 5K以下。就臺(tái)溫度而言，本實(shí)驗(yàn)例中為了對(duì)氫氣體進(jìn)行高速排出，優(yōu)選抑制在約16K以下。在18K期間，氫氣體排氣速度降低至約1400L/S左右，與16K期間相比稍微下降。有時(shí)該排氣速度在實(shí)用方面足夠充分，但追求離子注入裝置I的高生產(chǎn)率的方面有可能未必一定充分。18K期間中低溫板末端的高溫部位的溫度為約19. 5K。若過(guò)渡至20K期間，則排氣速度進(jìn)一步大幅降低至約1000乃至llOOL/s。20K期間的低溫板的高溫部位的溫度為約21.5K。22K期間中，由于狀態(tài)不穩(wěn)定，因此停止了實(shí)驗(yàn)?？梢哉J(rèn)為這是因?yàn)樵诘蜏匕宓闹辽俑邷夭课怀隽丝晌奖３謿錃怏w的溫度范圍。由此，從因溫度引起的排氣速度的變化這一觀點(diǎn)來(lái)看，能夠?qū)⒗鋮s臺(tái)溫度區(qū)分為3個(gè)溫度區(qū)域。第I溫度區(qū)域?yàn)槌浞直ＷC高速的排氣速度的低溫的溫度區(qū)域。圖4的實(shí)驗(yàn)例中，12K、14K、16K包含于該溫度區(qū)域?？烧J(rèn)為18K也包含于該溫度區(qū)域。第2溫度區(qū)域?yàn)槟軌蛘J(rèn)為實(shí)用上無(wú)法排氣的高溫的溫度區(qū)域。發(fā)生捕捉于板表面的氣體的再氣化。圖4的實(shí)驗(yàn)例中22K包含于該溫度區(qū)域。第3溫度區(qū)域?yàn)檫@些第I及第2溫度區(qū)域的中間的溫度區(qū)域。該溫度區(qū)域中，雖然無(wú)法提供最高級(jí)別的排氣速度，但能夠穩(wěn)定地保持捕捉在低溫板表面上的氣體分子。即，雖然在低溫板表面重新吸附氣體分子的能力有限，但能夠繼續(xù)保持已吸附的氣體分子。圖4的實(shí)驗(yàn)例中20K包含于該溫度區(qū)域。還能夠認(rèn)為18K也包含于該溫度區(qū)域。只要冷卻臺(tái)的溫度限制在第I溫度區(qū)域內(nèi)，則排氣速度就會(huì)維持成高級(jí)別，另一方面若超過(guò)該溫度區(qū)域，則排氣速度就會(huì)下降。第I溫度區(qū)域?yàn)榭筛咚倥艢獾臏囟确秶?。在該可高速排氣的溫度范圍?nèi)，每溫度增加量的排氣速度下降量實(shí)際上不存在或充分小，而在超出該溫度范圍的溫度下每溫度增加量的排氣速度下降量顯著。但是，若為不過(guò)度超出第I溫度區(qū)域的第3溫度區(qū)域，則可穩(wěn)定地保持附著于低溫板的氣體。但是，估計(jì)通過(guò)離子注入裝置I的空閑模式下的離子束而產(chǎn)生于低溫泵10的熱負(fù) 載充分弱時(shí)，可停止低溫泵10的運(yùn)行。這樣能夠減少系統(tǒng)的消耗電力。但是，一般雖然說(shuō)是空閑模式，但只要存在射束，則在低溫泵中發(fā)生一定程度的熱負(fù)載。由此，為了抑制由這樣的熱負(fù)載引起的低溫板溫度的上升，且避免從低溫板放出捕捉到的氫氣，優(yōu)選在空閑模式下也繼續(xù)低溫泵10的運(yùn)行。從離子注入裝置I的生產(chǎn)率觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選在照射模式下通過(guò)低溫泵10以充分的排氣速度對(duì)氫氣體進(jìn)行排氣，而另一方面，空閑模式下未必一定要求那種程度的高速排氣。低溫泵10的排氣速度與消耗電力相關(guān)聯(lián)，越是高速排氣越消耗電力。因此，在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，低溫泵10在離子注入裝置I的空閑模式期間的至少一部分中，使排氣速度例如氫氣體的排氣速度低于照射模式時(shí)的排氣速度。因此，一實(shí)施例所涉及的低溫泵10的控制方法中，CP控制器100減小制冷機(jī)12的制冷能力或制冷輸出。—實(shí)施例中，不論在照射模式及空閑模式中的任意一個(gè)模式下，CP控制器100都以低溫板被冷卻至保持捕捉到的氣體分子的冷卻溫度以下的方式控制制冷機(jī)12。低溫板具備可吸附氫氣體的吸附劑，CP控制器100以低溫板被冷卻至在吸附劑中保持氫氣體的溫度范圍的方式控制制冷機(jī)12。CP控制器100在其冷卻溫度范圍內(nèi)，容許在空閑模式期間的至少一部分中將低溫板冷卻溫度設(shè)為高于照射模式。圖5是用于說(shuō)明本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的低溫泵10的控制處理的流程圖。CP控制器100判別安裝有低溫泵10的離子注入裝置I的運(yùn)行模式，根據(jù)其運(yùn)行模式切換第2冷卻臺(tái)24的目標(biāo)溫度。該處理在低溫泵10的運(yùn)行中反復(fù)執(zhí)行。如圖5所示，CP控制器100判別低溫泵10的安裝端的裝置例如離子注入裝置I的運(yùn)行模式(SlO)。CP控制器100根據(jù)從離子注入裝置I的主控制器11接收的控制信號(hào)至少判別離子注入裝置I是處于上述照射模式還是處于空閑模式。CP控制器100按照所判別的運(yùn)行模式切換第2低溫板的冷卻溫度例如第2冷卻臺(tái)24的目標(biāo)溫度(S12)。當(dāng)運(yùn)行模式與上一個(gè)處理相同時(shí)，持續(xù)其目標(biāo)溫度。通過(guò)該目標(biāo)溫度設(shè)定結(jié)束本處理。CP控制器100根據(jù)其目標(biāo)溫度控制低溫泵10。具體而言，例如如上述調(diào)整制冷機(jī)12的運(yùn)行頻率。在該目標(biāo)溫度設(shè)定中，CP控制器100例如將第2低溫板的冷卻溫度，具體而言例如將第2冷卻臺(tái)24的目標(biāo)溫度設(shè)定為從在低溫板上的吸附劑中保持氫氣體的溫度范圍選擇的溫度，優(yōu)選設(shè)定為該氫氣保持溫度范圍的上限值。該上限值例如為上述第3溫度區(qū)域的最大溫度。第3溫度區(qū)域?yàn)?7K以上且不到20K，優(yōu)選為18K以上且不到20K。由此，CP控制器100在空閑模式下將第2冷卻臺(tái)24的目標(biāo)溫度例如設(shè)定為20K。為了省電優(yōu)選將目標(biāo)溫度盡量設(shè)定為高溫。另一方面，CP控制器100在照射模式下將第2冷卻臺(tái)24的目標(biāo)溫度設(shè)定為上述第I溫度區(qū)域或可高速排氣的溫度范圍，例如從IOK以上且不到17K的溫度范圍選擇的目標(biāo)溫度。優(yōu)選CP控制器100設(shè)定為從IOK以上且不到15K的溫度范圍選擇的目標(biāo)溫度。通過(guò)這樣的溫度切換，在空閑模式下能夠?qū)⒌?冷卻臺(tái)24的溫度升溫至高于照射模式時(shí)的溫度，例如17K以上且不到20K。這是因?yàn)橹评錂C(jī)12的運(yùn)行頻率通過(guò)提高目標(biāo)溫度而變小。這樣，與通過(guò)照射模式及空閑模式而冷卻成共同的低溫時(shí)相比更能夠減小消耗電力。
作為一例，在4臺(tái)低溫泵10的同時(shí)運(yùn)行下，與第2冷卻臺(tái)24的目標(biāo)溫度為15K時(shí)相比，目標(biāo)溫度為18K時(shí)消耗電力從約10. 2kff降至約9kW降低約12%。這樣，能夠通過(guò)減小空閑模式期間的消耗電力來(lái)減少真空排氣系統(tǒng)的總電力消耗。并且，通過(guò)將第2冷卻臺(tái)24升溫至17K以上且不到20K，預(yù)測(cè)低溫板末端的高溫部位的溫度當(dāng)為小型低溫板結(jié)構(gòu)體時(shí)成為約18K以上且不到21K，當(dāng)為大型低溫板結(jié)構(gòu)體時(shí)成為約19K以上且不到22K。若為這樣的溫度級(jí)別，則從圖4所示的實(shí)驗(yàn)例可知能夠?qū)⒏街臍錃怏w穩(wěn)定地保持在低溫板上。以上，根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明。本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該可以理解可進(jìn)行各種設(shè)計(jì)變更并能實(shí)現(xiàn)各種變形例，并且這樣的變形例也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。上述實(shí)施例中，離子注入裝置I中的運(yùn)行模式的切換時(shí)刻與基于CP控制器100的目標(biāo)溫度的切換時(shí)刻可以未必一定完全一致。CP控制器100例如可以在空閑模式期間的至少一部分中使目標(biāo)溫度比照射模式時(shí)更高。為了在離子注入裝置I中，在從空閑模式還原至照射模式之前冷卻低溫板，CP控制器100可使目標(biāo)溫度在還原到照射模式之前恢復(fù)原樣。CP控制器100可通過(guò)變更第I冷卻臺(tái)22的目標(biāo)溫度設(shè)定來(lái)代替變更第2冷卻臺(tái)24的目標(biāo)溫度設(shè)定。由于2個(gè)冷卻臺(tái)的溫度聯(lián)動(dòng)，因此還可通過(guò)變更第I冷卻臺(tái)22的目標(biāo)溫度來(lái)調(diào)整第2冷卻臺(tái)24的溫度。CP控制器100可按照運(yùn)行模式直接變更制冷機(jī)12的運(yùn)行頻率的設(shè)定來(lái)代替變更溫度設(shè)定。例如，與空閑模式對(duì)應(yīng)的制冷機(jī)12的運(yùn)行頻率可預(yù)先作為固定值而規(guī)定，CP控制器100可在空閑模式下以其固定運(yùn)行頻率控制制冷機(jī)12。或者，也可按多個(gè)運(yùn)行模式規(guī)定不同的運(yùn)行頻率范圍。上述實(shí)施例以離子注入裝置為例子進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明的應(yīng)用不限于離子注入裝置，可在用于向目標(biāo)照射射束的射束照射裝置中應(yīng)用。例如，一實(shí)施例所涉及的低溫泵可為用于進(jìn)行向患部照射粒子束來(lái)治療的粒子束治療裝置中的射束路徑的真空排氣的低溫栗。
權(quán)利要求
1.一種低溫泵，其用于進(jìn)行用來(lái)向目標(biāo)照射射束的射束照射裝置中的射束路徑的真空排氣，其特征在于，該低溫泵具備 用于將氣體分子捕捉在表面上的低溫板； 用于冷卻所述低溫板的制冷機(jī)；及 能夠從所述射束照射裝置接收表示其運(yùn)行模式的控制信號(hào)，且用于根據(jù)該控制信號(hào)控制所述制冷機(jī)的控制部， 所述運(yùn)行模式包括向目標(biāo)照射射束的照射模式與從所述目標(biāo)移開射束或使射束以弱于該照射模式的級(jí)別繼續(xù)存在的空閑模式， 所述控制部控制所述制冷機(jī)，以便在所述照射模式及所述空閑模式下所述低溫板被冷卻成保持所述氣體分子的冷卻溫度，所述控制部容許在所述空閑模式期間的至少一部分中 將所述冷卻溫度設(shè)為高于所述照射模式的溫度。
2.如權(quán)利要求I所述的低溫泵，其特征在于， 所述控制部控制所述制冷機(jī)，以便在所述空閑模式期間的至少一部分中，為了冷卻所述低溫板而將熱連接于該低溫板的所述制冷機(jī)的冷卻臺(tái)冷卻至17K以上且不到20K。
3.一種真空排氣方法，使用低溫泵對(duì)射束路徑進(jìn)行真空排氣，其特征在于，該方法包括 向目標(biāo)照射射束的步驟；及 從該目標(biāo)移開射束來(lái)保持射束或以低于照射至該目標(biāo)時(shí)的強(qiáng)度將射束保持在所述路徑上，從而代替向目標(biāo)照射射束的步驟， 并且包括在保持所述射束期間的至少一部分中，使所述低溫泵的排氣速度低于將射束照射至目標(biāo)時(shí)的排氣速度的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種有助于降低消耗電力的低溫泵及使用這種低溫泵的真空排氣方法。低溫泵(10)具備用于冷卻低溫板的制冷機(jī)、及可從離子注入裝置(1)接收表示其運(yùn)行模式的控制信號(hào)且用于根據(jù)該控制信號(hào)控制制冷機(jī)的CP控制器(100)。運(yùn)行模式包括向目標(biāo)照射射束的照射模式與從目標(biāo)移開射束或使射束以弱于該照射模式的級(jí)別繼續(xù)存在的空閑模式。CP控制器(100)控制制冷機(jī)，以便在照射模式及空閑模式下將低溫板冷卻成保持氣體分子的冷卻溫度，所述控制器在空閑模式期間的至少一部分中容許將冷卻溫度設(shè)為高于照射模式的溫度。
文檔編號(hào)F04B37/08GK102734124SQ20121010807
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者福田獎(jiǎng) 申請(qǐng)人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社