DE69028796T2

DE69028796T2 - Evakuierungsvorrichtung und Evakuierungsverfahren

Info

Publication number: DE69028796T2
Application number: DE69028796T
Authority: DE
Inventors: Fumio Fujisawa-Shi Kanagawa-Ken Kuriyama; Yukio Fujisawa-Shi Kanagawa-Ken Murai; Katsuya Yokohama-Shi Kanagawa-Ken Okumura; Hiroshi Kohoku-Ku Yokohama-Shi Kanagawa-Ken Sobukawa; Manabu Yokohama-Shi Kanagawa-Ken Tsujimura
Original assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Priority date: 1989-05-09
Filing date: 1990-05-04
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2010-05-05
Also published as: KR900017651A; JP2538796B2; KR0145417B1; US5062271A; JPH02294573A; DE69028796D1; EP0397051B1; EP0397051A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Evakuierungseinrichtung zur Erzeugung eines Vakuums und auch auf ein Evakuierungsverfahren, welches durch den Betrieb einer Evakuierungseinrichtung ausgeführt wird.
Eine typische herkömmliche Turbomolekularpumpe wird zuerst mit Bezug auf Figur 5 erklärt werden.
Eine herkömmliche Turbomolekularpumpe, die allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird, weist folgendes auf: einen Motor 2, eine Motorwelle 3 zur Übertragung der Drehkraft bzw. des Drehmomentes, welches vom Motor 2 abgeleitet wird, einen Rotor 4, der an der Motorwelle 3 befestigt bzw. gesichert ist, eine Vielzahl von Rotorschaufeln 5, die am Rotor 4 befestigt sind, eine Vielzahl von Statorschaufeln 6, die jeweils zwischen einem Paar von benachbarten Rotorschaufeln 5 angeordnet sind, eine Abstandsvorrichtung 7, an der die Statorschaufeln 6 angebracht sind, ein Gehäuse 10, welches mit einem Ansauganschluß 8 und einem Auslaßanschluß 9 versehen ist, und ein Schutznetz 11, um die Rotor- und Statorschaufeln 5 und 6 zu schützen. Im Betrieb wird der Motor 2 angetrieben, um die Rotorschaufeln mit hoher Geschwindigkeit in einer Atmosphäre zu drehen, in der ein ausreichendes Vakuum ist, so daß ein Molekularfluß erreichbar ist, wodurch Gasmoleküle vom Ahsauganschluß 8 angesaugt werden, wobei das Gas mit einem hohen Verdichtungs- bzw. Kompressionsverhältnis komprimiert bzw. verdichtet wird und wobei das Gas zum Auslaßanschluß 9 hinbewegt wird und somit ein hohes bzw. Hoch-Vakuum erzeugt wird.
Die oben beschriebene herkömmliche Turbomolekularpumpe leidet jedoch unter den folgenden Problemen. Es hängt nämlich die Gasausstoßleistung der Pumpe vom Molekulargewicht des Gases ab, welches dadurch entfernt bzw. abgepumpt wird. Wenn ein Gas mit einem niedrigen Molekulargewicht entfernt bzw. abgepumpt werden muß, wird die Gasausstoßleistung beträchtlich abgesenkt. Je niedriger das Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis ist, desto niedriger ist die Gasausstoßleistung. Das Schaufelgeschwindigkeits- bzw. Schaufeldrehzahlverhältnis C als ein Parameter, der das Kompressionsverhältnis darstellt, wird wie folgt dargestellt:

C = V/Vm

(wobei V die Umfangsgeschwindigkeit der Rotorschaufeln ist, und wobei Vm die maximale Wahrscheinlichkeitsgeschwindigkeit von Gasmolekülen ist)
Die maximal mögliche Geschwindigkeit Vm von Gasmolekülen wird wie folgt ausgedrückt.

Vm = (2KT/M)

(wobei M das Molekulargewicht des Gases ist, wobei K die Boltzmann-Konstante ist, und wobei T die absolute Temperatur des Gases ist).
Wie aus diesen Ausdrücken klar wird, ist, je niedriger das Molekulargewicht M des Gases ist, desto höher die maximale mögliche Geschwindigkeit Vm der Gasmoleküle und desto niedriger das schaufelgeschwindigkeitsverhältnis C. Wenn daher ein Gas mit einem niedrigen Molekulargewicht entfernt bzw. abgepumpt werden muß, ist die Gasausstoßleistung niedrig. Wenn die Gasausstoßleistung niedrig ist, können viele Probleme wahrscheinlich im tatsächlichen Betrieb der Turbomolekularpumpe auftreten.
Unter den Problemen, die mit Gasen mit niedrigen Molekulargewichten assoziiert sind, beeinträchtigt die Existenz von Wasserdampf insbesondere die Gasausstoßleistung der Pumpe. In einem System, in dem ein Teil des Systems, welches mit einer Turbomolekularpumpe versehen ist, zur Atmosphäre offen ist und indem Luft in das System fließt, ist der größere Teil des Residual- bzw. Restgases unter einem Vakuum von ungfähr 10&supmin;&sup4; Torr bis 10&supmin;¹&sup0; Torr (10&supmin;&sup4; mmHg bis 10&supmin;¹&sup0; mmHg), welches von der Turbomolekularpumpe erzeugt wird, Wasserdampf. Der residuelle bzw. restliche Wasserdampf besitzt nachteilige Effekte auf den erreichten Vakuumgrad und die Vakuumumgebung.
In einem Fall, der eine Cryo- bzw. Kälte-Vakuumpumpe einsetzt, die einen Heliumkühler und einen Wärmetauscher einsetzt, der sehr niedrige Temperaturen von ungefähr 15ºK bis ungefähr 20ºK vorsieht, werden die Gasausstoßcharakteristiken mit Bezug auf Wasserdampf verbessert, und es ist daher möglich, in einem gewissen Ausmaß die oben beschriebenen Probleme zu überwinden. Jedoch weist eine solche Cryo- bzw. Kälte-Vakuumpumpe die folgenden Probleme auf:
(1) Da ein Kühler für sehr niedrige Temperaturen verwendet wird, wird eine lange Zeit benötigt, um den Kühler zu starten und zu suspendieren bzw. auszuschalten.
(2) Da die Pumpe eine Fang- bzw. Fallen-Pumpe ist, d.h. sie friert bzw. kühlt und fängt die meisten Gasmoleküle, muß sie jedes Mal für eine lange Zeitperiode regeneriert werden, wenn ein vorbestimmter Lastlauf vollendet ist.
(3) Da die Sublimationstemperatur abhängig von der Art der Gasmoleküle differiert, werden verschiedene Arten von Gasmolekülen voneinander getrennt und darauffolgend aus der Pumpe in hohen Konzentrationen ausgestoßen, wenn die Temperatur des Wärmetauschers während eines regenerativen bzw. Regenerationsvorgangs ansteigt, und es ist schwierig, verschiedene Gasarten zu behandeln, die getrennt ausgestoßen werden. Insbesondere werden beim Halbleiter- Herstellprozeß toxische, stark korrosive, explosive und verbrennbare Gase verwendet, wie beispielsweise Monosilan (SiH&sub4;), Wasserstoff-Fluorid (HF), usw., die in inerten Gasen, wie beispielsweise Stickstoff (N&sub2;), Helium (He), usw. gelöst sind, und es ist daher sehr schwierig, mit dem getrennten Ausstoß dieser verschiedenen Gasarten fertig zu werden.
JP 62074075 offenbart eine Evakuierungseinrichtung, die folgendes aufweist: eine Turbomolekularpumpe, einen Wärmetauscher, der an der Ansauganschlußseite der Turbomolekularpumpe vorgesehen ist, um Gasmoleküle gefrierzufangen bzw. durch Einfrieren zu fangen, indem sie von einem Stickstoffkühler gekühlt werden und ein Sperrventil, welches stromaufwärts des Wärmetauschers vorgesehen ist.
Im Hinblick auf die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Evakuierungseinrichtung vorzusehen, die fähig ist, wirksam Gase mit niedrigen Molekulargewichten auszustoßen bzw. abzupumpen, insbesondere Wasserdampf und die leicht regeneriert werden kann, genauso wie sie fähig ist, kontinuierlich zu arbeiten.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzusehen, welches es ermöglicht, solche effektive Ausstoß- und Regenerationsvorgänge zu bewirken.
Zu diesem Ziel sieht die vorliegende Erfindung gemäß eines ihrer Aspekte eine Evakuierungseinrichtung vor, die folgendes aufweist: eine Turbomolekularpumpe mit einem Rotor, der mit einer Vielzahl von Rotorschaufeln versehen ist, und eine Abstandsvorrichtung, die mit einer Vielzahl von Statorschaufeln versehen ist, so daß Gasmoleküle von einem Ansauganschluß eingesaugt werden, komprimiert werden und von einem Auslaßanschluß ausgestoßen werden; einen Wärmetauscher, der an der Ansauganschlußseite der Turbomolekularpumpe vorgesehen ist, um Gasmoleküle durch Gefrieren einzufangen, welche von einem Heliumkühler gekühlt werden; und ein Sperrventil, welches an der stromaufwärts gelegenen Seite des Wärmetauschers vorgesehen ist, wobei ein Erhitzer vorgesehen ist, der in die Kältefalle integriert ist, und der auch benachbart zum Wärmetauscher ist.
Gemäß eines anderen dieser Aspekte sieht die vorliegende Erfindung ein Evakuierungsverfahren für ein Vakuumgefäß vor, welches einen Wärmetauscher besitzt, der zwischen dem Vakuumgefäß und einem Ansauganschluß einer Turbomolekularpumpe angeordnet ist, um Gasmoleküle durch Gefrieren einzufangen, in dem sie durch einen Heliumkühler gekühlt werden, und ein Sperrventil, welches stromaufwärts des Wärmetauschers angeordnet ist, und in einem Ansaugrohr vorgesehen ist, welches sich zwischen dem Vakuumgefäß und dem Ansauganschluß der Turbomolekularpumpe erstreckt, und wobei ein Erhitzer vorgesehen ist, der in der Kältefalle integriert ist, und der auch zum Wärmetauscher benachbart liegt, wobei das Verfahren folgendes aufweist: einen Auslaß- bzw. Ausstoßsschritt, bei dem das Sperrventil geöffnet ist, und bei dem die Turbomolekularpumpe und der Heliumkühler betrieben werden; und einen Regenerationsschritt, bei dem bei geschlossenem Sperrventil die Turbomolekularpumpe betrieben wird und der Wärmetauscher von einem Erhitzer erhitzt wird oder wobei der Betrieb des Heliumkühlers suspendiert bzw. unterbrochen wird, wodurch durch Gefrieren im Wärmetauscher eingefangene Moleküle sublimiert werden.
Gemäß der Evakuierungseinrichtung der vorliegenden Erfindung, wenn ein Evakuierungsvorgang ausgeführt werden soll, wird das Sperrventil, welches an der stromaufwärts gelegenen Seite des Ansauganschlusses vorgesehen ist, ge öffnet und die Oberfläche des Wärmetauschers wird durch den Heliumkühler gekühlt, wodurch es ermöglicht wird, daß die Evakuierung wirksam durch eine Kombination der Evakuierung ausgeführt wird, die von dem Einfangen der Gasmoleküle durch Gefrieren ausgeführt wird und der Evakuierung, die durch die Turbomolekularpumpe ausgeführt wird.
Wenn die Evakuierung nur durch die Turbomolekularpumpe ausgeführt wird, enthält das residuelle bzw. Restgas im Vakuumgefäß eine große Menge von Gasen mit niedrigen Molekulargewichten. Insbesondere wenn das System wiederholt evakuiert und zur Atmosphäre hin geöffnet wird, ist der größere Teil des residuellen bzw. restlichen Gases nach der Evakuierung Wassermoleküle Dementsprechend wird durch Einfangen der Wassermoleküle durch Gefrieren mittels des Wärmetauschers, der in der Ansauganschlußseite der Turbomolekularpumpe angeordnet ist, die Gasausstoßleistung der Pumpe verbessert und es ist daher möglich, ein hohes Vakuum von guter Qualitität zu erzeugen. Ein Gas mit einem niedrigen Molekulargewicht, welches nicht durch Gefrieren eingefangen wird, beispielsweise Wasserstoff, Helium, usw., wird auch durch den Wärmetauscher gekühlt und daher wird die Gastemperatur abgesenkt, was eine Verringerung der Geschwindigkeit der Gasmoleküle zur Folge hat.
Dementsprechend steigt das Schaufelgeschwindigkeitsverhältnis C und die Gasausstoßleistung der Turbomolekularpumpe wird verbessert. Somit ist es möglich, die mit der herkömmlichen Turbomolekularpumpe assoziierten Probleme zu eliminieren, d.h. die schlechtere Leistung zum Ausstoß bzw. Abpumpen von Gasen mit niedrigen Molekulargewichten, insbesondere von Wasserdampf.
Nachdem der Gasausstoßbetrieb für eine vorbestimmte Zeitperiode ausgeführt worden ist, ist es nötig, einen regenerativen bzw. Regenerationsvorgang auszuführen, in dem Wasserdampf, der im Wärmetauscher durch Gefrieren eingefangen wurde, sublimiert und dadurch gelöst wird. Ein solcher Regenerationsvorgang kann durch Verringern des Druckes, um den Wärmetauscher auf ein Niveau bewirkt werden, welches niedriger als der gesättigte Dampfdruck der durch Gefrieren eingefangenen Moleküle ist, wobei das Sperrventil geschlossen ist. Bei diesem Regenerationsvorgang wird der Betrieb des Heliumkühlers suspendiert bzw. unterbrochen, um zu gestatten, daß die Temperatur des Wärmetauschers ansteigt. Alternativ kann ein Erhitzer eingesetzt werden, um die Temperatur des Wärmetauschers anzuheben. Da die Turbomolekularpumpe kontinuierlich betrieben wird, auch während des Regenerationsvorgangs, kann die Regeneration positiv ausgeführt werden.
Anders als die Evakuierung, die allein durch eine Cryo- bzw. Kälte-Vakuumpumpe ausgeführt wird, wird der Evakuierungsprozeß in der vorliegenden Erfindung mittels eines Heliumkühlers in Kombination mit einer Turbomolekularpumpe ausgeführt, und ein Ausstoß- bzw. Auslaßbetrieb kann daher kontinuierlich für eine beträchtlich lange Zeitperiode ausgeführt werden. Zusätzlich ist es möglich, eine Regeneration innerhalb einer kurzen Zeitperiode zu bewirken, wie oben erwähnt.
Dieser Regenerationsbetrieb kann durch die Verwendung der Sperrventil-Abschnittszeit (cut-off time) während des normalen Betriebs einer Turbomolekularpumpe ausgeführt werden, und zwar beispielsweise bei einem Halbleiter- Herstellungsprozeß, und dies macht es möglich, die Evakuierungseinrichtung kontinuierlich zu betreiben, ohne eine spezielle Zeit zur Regeneration zu erfordern.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Begleitzeichnungen offensichtlich, in denen die Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und bei denen die Figuren folgendes darstellen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht, die eine Evakuierungseinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers
Fig. 3(a) und (b) vergrößerte Schnittansichten einer Anbringungs- bzw. Befestigungskonstruktion eines Wärmetauschers und eines Heliumkühler;
Fig. 4 ein Graph bzw. eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Temperatur und dem gesättigten Dampfdruck zeigt; und
Fig. 5 eine Schnittansicht einer herkömmlichen Turbomolekularpumpe.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung in keiner Weise durch dieses Ausführungsbeispiel eingeschränkt.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschrieben werden.
Figur 1 zeigt ein Vakuumgefäß 21 und eine Evakuierungseinrichtung, um es zu evakuieren. Ein Ansaugrohr 22 erstreckt sich zwischen dem Vakuumgefäß 21 und einem Ansauganschluß einer Turbomolekularpumpe 26. Ein Wärmetauscher 25 ist im Ansaugrohr 22 auf der Ansauganschlußseite einer Turbomolekularpumpe 26 vorgesehen. Die Oberfläche des Wärmetauschers 25, die in Kontakt mit einem kalten Teil bzw. Kopf 31 eines einstufigen GM (Gifford-McMahon)- Zyklus-Heliumkühlers 24 ist, kann auf eine Temperatur von -100ºC bis -200ºC abgekühlt werden. Ein Sperrventil 23 ist stromaufwärts des Wärmetauschers 25 innerhalb des Ansaugrohrs 22 angeordnet. Eine Vor- bzw. Grobpumpe 30 ist mit einem Auslaßrohr 29 mit der Auslaßanschlußseite der Turbomolekularpumpe 26 verbunden. Eine Kompressoreinheit 27 liefert umlaufend komprimiertes bzw. verdichtetes He humgas an den Heliumkühler 24 durch ein Heliumgasrohr 28.
Der Heliumkühler 24 ist nicht ein zweistufiger GM-Zyklus- Heliumkühler, wie er in einer gewöhnlichen Cryo- bzw.
Kälte-Vakuumpumpe eingesetzt wird, sondern ein kleinbemessener einstufiger GM-Zyklus-Heliumkühler. Der Grund für dieses ist es, daß der Wärmetauscher auf eine Temperatur von -100ºC bis -200ºC abgekühlt wird, und zwar zum Zwecke des selektiven Einfangens von Wassermolekülen durch Gefrieren, die nicht effektiv von der Turbomolekularpumpe ausgestoßen werden können.
Da der Wärmetauscher 25 einen Ausstoß- bzw. Auslaßwiderstand für die Turbomolekularpumpe 26 bildet, muß die Konfiguration des Wärmetauschers 25 konstruiert bzw. ausgelegt werden, indem man den Fluß von Gasmolekülen betrachtet, die durch Gefrieren eingefangen werden sollen. Figur 2 zeigt im Detail ein Beispiel des Wärmetauschers
Der Wärmetauscher 25 weist eine Vielzahl von zylindrischen Wärmeübertragungsglieder 25a auf, die konzentrisch angeordnet sind und miteinander mittels einer Vielzahl von radialen Wärmeübertragungsplatten 25b verbunden sind. Die Wäremübertragungsglieder 25a und die Wärmeübertragungsplatten 25b sind parallel zu den Flüssen der Gasmoleküle angeordnet, die vom Ansauganschluß angesaugt werden, wodurch der Flußwiderstand minimiert wird.
Die Figuren 3(a) und 3(b) zeigen eine Anbringungs- bzw. Befestigungskonstruktion des Wärmetauschers 25 und des Heliumkühlers 24. In Figur 3(a) ist der Heliumkühler 24 horizontal angeordnet und ist an einem Flansch 33 des Ansaugrohrgehäuses 34 durch eine Dichtung 35 angebracht. Das äußere Ende des kalten Teils bzw. Kopfes 31 des Hehumkühlers 24, welcher horizontal angeordnet ist, ist am Wärmetauscher 25 durch Schrauben 36 befestigt. In Figur 3(b) ist der Heliumkühler 24 vertikal angeordnet und ist am Gehäuse 34 durch einen L-förmigen Flansch 31' angebracht. Der kalte Teil bzw. Kopf 31, der vertikal angeordnet ist, ist am Wärmetauscher 25 durch eine relativ lange Wärmeübertragungsplatte 37 angebracht.
Der Betrieb der in Figur 1 gezeigten Evakuierungseinrichtung wird als nächstes erklärt werden. Um den Ausstoß- bzw. Auslaßbetrieb auszuführen, wird das Sperrventil 23 geöffnet und die Kompressoreinheit 27 wird betrieben, um komprimiertes Heliumgas an den Heliumkühler 24 zu liefern. Zusätzlich wird die Turbomolekularpumpe 26 betrieben, um ein Gas durch das Ansaugrohr 22 anzusaugen. Folglich wird in dem Gas enthaltener Wasserdampf vom Wärmetauscher 25 durch Gefrieren eingefangen. Als eine Folge nimmt der Gasausstoßwirkungsgrad zu und es ist möglich, ein hohes Vakuum von guter Qualität zu erhalten.
Die Oberflächentemperatur des oben beschriebenen Wärmetauschers 25 muß eingestellt werden, indem dem Vakuumgrad im Ausstoß- bzw. Auslaßsystem und den Bestandteilen eines Gases Rechnung getragen wird, welches auszustoßen ist.
Die Oberflächentemperatur des Wärmetauschers 25 muß beispielsweise für ein Einfangen von Wassermolekülen durch Gefrieren auf -90ºC oder geringer eingestellt werden, wenn der Druck innerhalb des Vakuumgefäßes 21 10&supmin;&sup4; Torr ist, und auf -130ºC oder niedriger, wenn der Druck des Vakuumgefäßes 10&supmin;&sup8; Torr ist. Die Oberflächentemperatur hängt jedoch auch von der Konfiguration des Auslaßrohrsystems der Einrichtung und der Auslaß- bzw. Ausstoßgeschwindigkeit ab. Dies ist aufgrund der Beziehung zwischen der Oberflächentemperatur des Wärmetauschers und dem gesättigten Dampfdruck der Wassermoleküle Die Beziehung dazwischen wird durch ein Graph in Figur 4 gezeigt, der die Kurve des gesättigen Dampfdruckes von Wasserdampf zeigt, wobei die Temperatur (ºC) entlang der Abszissen- Achse aufgezeichnet ist, und wobei der gesättigte Dampf druck (Torr) entlang der Ordinaten-Achse aufgezeichnet ist.
Anfänglich werden Gasmoleküle (Wasserstoff, Helium, usw.) mit niedrigen Molekulargewichten außer Wasserdampf nicht durch Gefrieren eingefangen, jedoch wird die Gastemperatur durch Kollision oder Kontakt dieser Gasmoleküle mit dem Wärmetauscher 25 abgesenkt, so daß das Schaufelgeschwindigkeitsverhältnis ansteigt und somit die Gasausstoßleistung verbessert wird.
Als nächstes wird, um den Wärmetauscher zu regenerieren, indem Gasmoleküle durch Gefrieren eingefangen sind, das Sperrventil 23 geschlossen, um das Hereinfließen von Gasmolekülen aus dem Vakuumgefäß 21 abzuriegeln und in diesem Zustand wird der Druck im Ansaugrohr 22 durch die Evakuierungswirkung der Turbomolekularpumpe 26 abgesenkt, wodurch es ermöglicht wird, daß die durch Gefrieren eingefangenen Moleküle sublimiert werden, d.h. eine Regeneration auf der Basis der Beziehung zwischen dem Druck innerhalb des Ansaugrohrs und dem gesättigten Dampfdruck.
Es sei beispielsweise angenommen, daß die Temperatur im Ansaugrohr 22 -120ºC ist, und daß der Wasserdampfdruck im Ansaugrohr vor dem Schließen des Sperrventils 23 6 x 10&supmin;&sup6; Torr ist (Punkt A in Figur 4). Wenn in diesem Zustand das Sperrventil 23 geschlossen wird und der Ausstoßvorgang fortgesetzt wird, würde der Wasserdampfdruck im Ansaugrohr 22 auf ungefähr 1 x 10&supmin;&sup8; Torr verringert werden (Punkt B in Figur 4). Somit wird der im Wärmetauscher 25 durch Gefrieren eingefangene Wasserdampf sublimiert und durch die Wirkung der Turbomolekularpumpe 26 ausgestoßen bzw. abgesaugt, um einen regenerativen Betrieb vorzusehen.
Ein solcher regenerativer Betrieb erfordert nicht, daß der Kühler 24 zwischen dem Kühlbetriebszustand und dem Abtau-Betriebszustand umgeschaltet wird, wie es bei der herkömmlichen Turbomolekularpumpe erforderlich ist. Somit ist es möglich, die Turbomolekularpumpe auf kontinuierlicher Basis zu betreiben. Tatsächlich wird die Regeneration ausgeführt, indem der Heliumkühler 24 suspendiert bzw. abgeschaltet wird, um es dem Wärmetauscher 25 zu gestatten, an Temperatur zuzunehmen, oder alternativ durch Anheben der Temperatur des Wärmetauschers 25 durch den Erhitzer 32. Es ist auch möglich, die Regenerierung durch Suspendieren bzw. Abschalten der Turbomolekularpumpe 26 und Betreiben des Erhitzers 32 auszuführen, wobei alleine die Grob- bzw. Vor-Pumpe 30 betrieben wird.
Durch diese Anordnungen der Erfindung konnten die folgenden vorteilhaften Effekte erreicht werden.
(1) Die Ausstoßgeschwindigkeit wird vergrößert.
(2) Die Ausstoßgeschwindigkeit von Gasen mit niedrigen Molekulargewichten, insbesondere Wassermolekülen, wird wesentlich vergrößert.
(3) Der Ausstoßbetrieb kann kontinuierlich für eine lange Zeitperiode ausgeführt werden.
(4) Die zur Regeneration erforderliche Zeit ist kurz.
(5) Die Konfiguration und die Heizfläche des Wärmetauschers kann auf der Basis der Inhalte eines Gases, welches auszustoßen bzw. abzupumpen ist, und der Ausstoßzeit ausgewählt werden.

Claims

1. Evakuierungsvorrichtung die folgendes aufweist:

eine Turbomolekularpumpe (26) mit einem Rotor der mit einer Vielzahl von Rotorschaufeln und mit einer Abstandsvorrichtung die mit einer Vielzahl von Statorschaufeln versehen ist derart, daß von einem Ansauganschluß angesaugte Gasmoleküle zusammengedrückt und von einem Auslaßanschluß abgegeben werden;

ein Wärmetauscher (25) vorgesehen an der Ansauganschlußseite der Turbomolekularpumpe (26), um Gasmoleküle durch Kühlung mittels eines Heliumkühlers (24) zu kühlen und durch Gefrieren auszuscheiden; ein stromaufwärts gegenüber dem Wärmetauscher (25) vorgesehenes Sperrventil (23), wobei eine Heizvorrichtung (32) vorgesehen ist, die in die Kältefalle integriert ist und die auch benachbart zum Wärmetauscher (25) vorgesehen ist.

2. Evakuierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ansauganschluß der Turbomolekularpumpe (26) mit einem durch ein Ansaugrohr (22) zu evakuierenden Vakuumgefäß (21) verbunden ist, wobei der Wärmetauscher (25) in dem Ansaugrohr (22) angeordnet ist.

3. Evakuierungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Sperrventil (23) in dem Ansaugrohr (22) auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Wärmetauschers (25) angeordnet ist.

4. Evakuierungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Heliumkühler (24) horizontal oder vertikal auf einem Gehäuse des Ansaugrohrs (22) getragen wird, und wobei der Wärmetauscher (25) mit dem entfernt gelegenen Ende eines kalten Teils oder Kopfes (31) des Heliumkühlers (24) verbunden ist.

5. Evakuierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei der Wärmetauscher (25) eine Vielzahl von zylindrischen Wärmeübertragungsgliedern (25a) aufweist, und zwar konzentrisch angeordnet und miteinander verbunden mittels einer Vielzahl von radialen Wärmeübertragungsplatten (25b), wobei die Wärmeübertragungsglieder (25a) und die Wärmeübertragungsplatten (25b) parallel zu einer Strömung aus Gasmolekülen angeordnet sind, die von dem Ansauganschluß (22) eingesaugt werden.

6. Evakuierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei der Heliumkühler (24) ein einstufiger GM(Gifford-McManon)-Zyklus-Heliumkühlers ist.

7. Evakuierungsverfahren für ein Vakuumgefäß (21) welches einen Wärmetauscher (25) aufweist, der zwischen dem Vakuumgefäß (21) und einem Ansauganschluß (22) einer Turbomolekularpumpe (26) angeordnet ist, um Gasmolekühle gekühlt durch einen Heliumkühler (24) in einer Kältefalle einzufangen, und wobei ein Sperrventil (23) stromaufwärts gegenüber dem Wärmetauscher (25) angeordnet ist und ferner mit einem Ansaugrohr (22), das sich zwischen dem Vakuumgefäß (21) und dem Ansauganschluß (22) der Turbomolekularpumpe (26) erstreckt, und wobei ferner ein Erhitzer (32) vorgesehen ist, der in die Kältefalle integriert ist und ebenfalls benachbart zum Wärmetauscher (25) angeordnet ist, wobei das Verfahren folgendes aufweist:

einen Ausstoßschritt bei dem das Sperrventil (23) geöffnet ist und wobei in diesem Zustand die Turbomolekularpumpe (26) und der Heliumkühler (24) betrieben werden;

und einen Regenerationsschritt in dem bei geschlossenen Sperrventil (23) die Turbomolekularpumpe (26) betrieben wird und der Wärmetauscher (25) erhitzt ist, wobei der Erhitzer oder der Heliumkühler (24) suspendiert sind, wodurch im Wärmetauscher (25) Moleküle sublimiert gefriergefangen werden.

8. Evakuierungsverfahren nach Anspruch 7, wobei eine Vor- oder Grobpumpe (30) auf der Auslaß- oder Ausstoßseite der Turbomolekularpumpe (26) vorgesehen ist, und wobei die Turbomolekularpumpe (26) suspendiert und der Wärmetauscher (24) durch den Erhitzer erhitzt wird, wobei die Vorpumpe (30) in dem Regenerationsschritt betrieben wird.