EP2601327A1 - Vakuum-substratbehandlungsanlage mit notkühleinrichtung - Google Patents

Vakuum-substratbehandlungsanlage mit notkühleinrichtung

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Publication number
EP2601327A1
EP2601327A1 EP11757634.8A EP11757634A EP2601327A1 EP 2601327 A1 EP2601327 A1 EP 2601327A1 EP 11757634 A EP11757634 A EP 11757634A EP 2601327 A1 EP2601327 A1 EP 2601327A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coolant
cooling device
coolant pump
substrate treatment
pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11757634.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hubertus Von Der Waydbrink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Von Ardenne GmbH
Original Assignee
Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Von Ardenne Anlagentechnik GmbH filed Critical Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Publication of EP2601327A1 publication Critical patent/EP2601327A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/002—Cooling arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32522—Temperature

Definitions

  • Vacuum substrate treatment plant with emergency cooling device
  • the invention relates to an emergency cooling device, in particular for vacuum systems such as substrate coating systems, and a vacuum system with such Notkühl issued.
  • Coating systems, etching systems, etc. are released in the interior of the system chamber due to the high energy conversion during operation, large amounts of heat. This heat must be continually diverted from the plant chamber to the
  • bearings For example, bearings, gaskets, etc., and to
  • the vacuum system usually comprises at least one coolant circuit, which is conducted inside the plant chamber by an active heat source (generated heat) such as a magnetron, a heater and the like and / or by a passive heat source (system component to be protected, which absorbs radiant heat) such as
  • an active heat source generated heat
  • a passive heat source system component to be protected, which absorbs radiant heat
  • This coolant circuit usually has at least one coolant pump outside the installation chamber, which is driven by a drive device, usually an electric motor, is drivable and the
  • Coolant in the coolant circuit between the heat source in the interior of the plant chamber and a heat sink outside the plant chamber, such as a heat exchanger circulate.
  • An object of the invention is to cool the system components to be cooled even in the case
  • Pressure vessels with dry air (CDA) or nitrogen which are usually part of the system anyway and serve to ventilate the plant chamber, could provide pressure for hours and thus drive energy. From this
  • Cooling device for the coolable system component one connected to the coolable system component
  • Coolant circuit with at least a first
  • Coolant pump includes that through a first
  • Cooling device further comprises an emergency cooling device with a running parallel to the first coolant pump branch of the coolant circuit, in which at least one second coolant pump is arranged, which is drivable by a second drive means, and the second
  • Drive device is operated by compressed gas.
  • Notksselssel also connected to another source of pressurized gas, such as a compressor, and yet could be used advantageously for emergency cooling of the vacuum substrate treatment system, without departing from the spirit.
  • a compressor could for example by an internal combustion engine
  • Coolant circuit which at least a first
  • the proposed emergency cooling device at least a second coolant pump with a suction port and a
  • Pressure port which is drivable by a second drive means comprises, and wherein at the suction port and at the pressure port of the second coolant pump
  • Connecting lines are mounted and arranged so that the second coolant pump parallel to the first
  • Coolant pump can be connected to the coolant circuit and wherein the second drive means is operated by compressed gas.
  • Cooling system water cools, fails or can fail for other reasons, a coolant pump while maintaining the coolant circulation. However, the coolant may heat up improperly.
  • the heat capacity of the heat sink must be chosen so that the resulting increase in temperature of the circulating cooling water can not cause damage.
  • Emergency cooling device taken in itself already suitable to safely operate a coolant circuit of a vacuum substrate treatment plant even in case of power failure, For example, by such emergency cooling device to a
  • Vacuum Substrate Treatment System is provided and connected to the coolant circuit in the manner described.
  • the at least one second coolant pump, the at least one second drive device as well as all connecting and connecting lines for the coolant and the compressed gas and optionally further components of the
  • connection lines have connection ends for releasable connection to a coolant circuit, so that the emergency cooling device as a whole movable as an assembly, i. optionally positionable and transportable.
  • the second drive device is connected by a gas supply line with a compressed gas reservoir.
  • the compressed gas reservoir may be an already existing pressure vessel of a vacuum substrate treatment plant.
  • nitrogen is often available in LPG tanks. Depending on the size of the system, it may be necessary to provide very large gas flows over many hours. In nitrogen LPG tanks such large amounts of gas can be stored.
  • the proposed emergency cooling device is also suitable for use with other cooling devices as a redundant cooling system, of course also in other areas than the thin-film technologies.
  • Other compressed gas sources can be used as an energy source, as has also already been explained in connection with the proposed vacuum substrate treatment plant.
  • the second coolant pump is a double diaphragm pump and the second drive device is a pressure change mechanism integrated into the double diaphragm pump.
  • Double diaphragm pumps are known per se and they are available with electric motors, internal combustion engines or the direct
  • the compressed gas is controlled by an automatic
  • Pressure change mechanism in the form of an air control valve, which switches, as soon as a membrane has reached the end position, through one of two directional openings directed to the right or left air chamber of the pump.
  • the pump has two fluid chambers, two air chambers and two diaphragms. In each chamber pair are the liquid chamber and the
  • the diaphragm chamber is alternately closed and opened.
  • These ball valves arranged in the suction ports and pressure ports of the pump open and close, depending on the direction in which the respective diaphragm moves to fill the one fluid chamber (suction side), the other fluid chamber to empty (pressure side) and at the same time the return of coolant to block.
  • the pressure swing mechanism automatically changes the air pressure to the opposite side to reverse the action of the pump.
  • the second coolant pump has a rotating conveying member, as is the case for example in centrifugal pumps, screw pumps and the like, and the second drive means is an air motor, which may be designed for example as a piston engine or screw motor.
  • each Coolant pump Delivery and two or more second coolant pump to be arranged parallel to each other. It can be for each Coolant pump to be provided its own drive means or a common drive means for all parallel coolant pumps can be used.
  • the first coolant pump is arranged to be arranged and so a havariebenntten stoppage of the first coolant pump due to the then missing
  • the invention is based on
  • FIG. 1 shows an embodiment of an emergency cooling device, which is designed as a transportable assembly
  • FIG. 2 in a schematic representation of a
  • Embodiment of a vacuum substrate treatment plant with a coolant circuit and an emergency cooling device according to FIG. 1 Embodiment of a vacuum substrate treatment plant with a coolant circuit and an emergency cooling device according to FIG. 1, and
  • FIG. 3 in a schematic representation a simplified
  • Embodiment of a vacuum substrate treatment plant with a coolant circuit and an emergency cooling device Embodiment of a vacuum substrate treatment plant with a coolant circuit and an emergency cooling device.
  • an emergency cooling device 25 the exemplary embodiment, which is shown in different views in FIG. 1 and whose integration into an existing coolant circuit 24 of a vacuum substrate treatment plant in FIG. 2 is shown schematically, is an emergency cooling device 25, the
  • Components are arranged on a common base frame 6 and the connecting lines manifold 1 and manifold return 4 are formed for releasable connection to the coolant circuit 24 and their
  • Connecting line gas supply line 8 is formed for releasable connection with a compressed gas reservoir 23, so that this Notkühl sensible 25 can be positioned and arbitrarily
  • the emergency cooling device 25 is connected to the manifold flow 1 and the manifold return 4, the purposes of maintenance by shut-off valves 32 are lockable, parallel to
  • Coolant circuit 24 of the main cooling device of the vacuum substrate treatment system connected. This
  • Coolant circuit 24 extends through one or more system components 16 to be cooled in the interior of the system chamber 15.
  • a first coolant pump 17 with a first Drive device 18 and a check valve 26th In the coolant circuit 24, a first coolant pump 17 with a first Drive device 18 and a check valve 26th
  • the heat sink 19 is in the schematic
  • this heat sink may also be a double wall of the installation chamber 15 or a heat exchanger, via which the heat dissipated by the heat source 16 is delivered to a secondary circuit.
  • the emergency cooling device 25 four drivable by compressed gas double diaphragm pumps 2 are hydraulically connected in parallel.
  • the double-diaphragm pumps 2 combine in each case the function of a second coolant pump 20 and a second drive means 21 driving the second coolant pump 20
  • Differential pressure switch 31 generates a signal which can detect the control device of the vacuum substrate treatment system, not shown here, whether the
  • Double diaphragm pumps 2 work or not. With the connections of the headers 1
  • the emergency cooling device 25 is connected to the coolant circuit 24 of the vacuum substrate treatment system, which extends inside the system chamber 15.
  • the four driven by compressed gas double diaphragm pumps 2 are also pneumatically connected in parallel.
  • the inflow of compressed gas for each double diaphragm pump 2 is separately lockable by a respective pressure gas shut-off valve 27.
  • Each connected between two manifolds 1.4 double diaphragm pumps 2 are the input side through the
  • the shut-off valve 9 is designed here as a three-way shut-off valve and therefore allows the optional connection of one of the two compressed gas reservoir 23.
  • a pressure gauge for example, pressure gauge
  • Pressure switch 29 is arranged, which generates a warning signal when the gas pressure is too low.
  • the compressed gas reservoir 23 for nitrogen (N2) also has two
  • Level of the compressed gas reservoir 23 falls below the minimum level or exceeds the maximum level.
  • the mechanical shut-off valve 10 is over the
  • Trigger line 13 controlled independently.
  • the trigger lines 13 are connected to the flow (solid line) and the
  • Coolant circuit 24 acts on a in the interior of the
  • shut-off valve 10 arranged membrane and this keeps the shut-off valve 10 is closed. Is that sinking?
  • Coolant circuit 24 from because the main cooling device has failed, so causes a force acting on the membrane in the interior of the check valve 10 spring, that
  • Double diaphragm pumps 2 are routed and these begin to work.
  • the electropneumatic shut-off valve 11 switched electrically via the trigger line 14. For this purpose, between the flow and return of the coolant circuit 24 a
  • Coolant circuit 24 causes an electrical
  • pneumatic pressure reservoir which is arranged in the interior of the mechanical shut-off valve 10, kept closed.
  • Pressure reservoir empties and the shut-off valve 11 opens, so that the compressed gas is directed to the double diaphragm pumps 2 and these begin to work.
  • shut-off valves 10 and 11 the emergency cooling device can be switched on and off by the parallel to these two shut-off valves 10, 11 arranged manual shut-off valve 12.
  • the emergency cooling device described has made it possible to access energetically usable resources on vacuum substrate treatment systems which can be used for emergency operation of the cooling device, as well as a detector which can operate without current and which recognizes the standstill of the coolant as being critical from the particular risk situation in vacuum substrate treatment systems and the emergency cooling device starts up.
  • Fig. 3 shows a simple embodiment of a
  • a heat source 16 in the form of a system component to be cooled In a plant chamber 15 of a vacuum substrate treatment plant are a heat source 16 in the form of a system component to be cooled and a heat sink 19 in the form of a cooler through which a belonging to a cooling means coolant circuit 24 extends.
  • the cooling device further includes a
  • Coolant circuit 24 arranged first coolant pump 17, which is driven by a first drive means 18 in the form of an electric motor, extending branch, in which a second coolant pump 20, which is driven by a second drive means 21 in the form of an air motor, is arranged.
  • the second coolant pump 20 is replaced by a second Drive device 21 driven, which by a
  • Compressed gas is operable.
  • This pressurized gas is provided by a compressed gas reservoir 23, which is part of the vacuum substrate treatment system and normally for
  • Ventilation of the system chamber 15 is used.
  • Differential pressure switch 22 detects a stoppage of the first coolant pump 17, for example, due to a power failure, and then causes a shut-off valve 9, which is arranged in the gas supply line 8 between compressed gas reservoir 23 and second drive means 21, is opened, so that the second coolant pump 20 with compressed gas is supplied, whereby the coolant is further circulated despite the stoppage of the first coolant pump and thereby the cooling of the heat source 16 is ensured.
  • Heat source e.g., plant component to be cooled
  • Heat sink e.g., heat exchanger, radiator

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Substratbehandlungsanlage, umfassend eine Anlagenkammer mit mindestens einer kühlbaren Anlagenkomponente sowie einer Kühleinrichtung für die kühlbare Anlagenkomponente, die einen mit der kühlbaren Anlagenkomponente verbundenen Kühlmittelkreislauf mit mindestens einer ersten Kühlmittelpumpe umfasst, die durch eine erste Antriebseinrichtung antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung weiterhin eine Notkühleinrichtung mit einem parallel zur ersten Kühlmittelpumpe verlaufenden Zweig des Kühlmittelkreislaufs umfasst, in welchem mindestens eine zweite Kühlmittelpumpe angeordnet ist, die durch eine zweite Antriebseinrichtung antreibbar ist, und die zweite Antriebseinrichtung durch Druckgas betreibbar ist.

Description

Vakuum-Substratbehandlungsanlage mit Notkühleinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Notkühleinrichtung, insbesondere für Vakuumanlagen wie Substratbeschichtungsanlagen, und eine Vakuumanlage mit einer derartigen Notkühleinrichtung.
In Vakuum-Substratbehandlungsanlagen auf dem Gebiet der Dünnschichttechnologien, beispielsweise
Beschichtungsanlagen, Ätzanlagen usw., werden im Innern der Anlagenkammer aufgrund des hohen Energieumsatzes im Betrieb große Wärmemengen freigesetzt. Diese Wärme muss fortwährend aus der Anlagenkammer abgeleitet werden, um die
temperaturempfindlichen Komponenten der Anlage wie
beispielsweise Lager, Dichtungen usw., und die zu
behandelnden Substrate selbst nicht zu beschädigen.
Dazu umfasst die Vakuumanlage üblicherweise mindestens einen Kühlmittelkreislauf, der im Innern der Anlagenkammer durch eine aktive Wärmequelle (erzeugt Wärme) wie beispielsweise ein Magnetron, eine Heizeinrichtung und dergleichen geleitet wird oder/und durch eine passive Wärmequelle (zu schützende Anlagenkomponente, die Strahlungswärme aufnimmt) wie
Lagerbänke einer Transporteinrichtung, Klappenventile, Blenden, Kammerwände zwischen benachbarten Kammern und dergleichen geleitet wird. Dieser Kühlmittelkreislauf weist üblicherweise außerhalb der Anlagenkammer mindestens eine Kühlmittelpumpe auf, die von einer Antriebseinrichtung, meist einem Elektromotor, antreibbar ist und die das
Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf zwischen der Wärmequelle im Innern der Anlagenkammer und einer Wärmesenke außerhalb der Anlagenkammer, beispielsweise einem Wärmetauscher, zirkulieren lässt.
In modernen Vakuum-Substratbehandlungsanlagen der
beschriebenen Art werden durch die darin ablaufenden
Prozessen Temperaturen um die 600°C erreicht. Dabei muss ein thermisch stabiler und hochproduktiver Betrieb gewährleistet werden, was unter anderem bedeutet, dass die Kühlung
kühlungsbedürftiger Anlagenkomponenten unter allen Umständen gesichert werden muss.
Im Falle eines Stromausfalles kommt es zum Stillstand aller bewegten Teile (z.B. Transporteinrichtung für die Substrate, drehbares Rohrmagnetron) und die Zirkulation des Kühlmittels wird unterbrochen. Dies führt dazu, dass die Wärmequellen aufgrund ihrer hohen Temperatur weiter Wärme abgeben, so dass innerhalb weniger Sekunden das Kühlwasser siedet,
Anlagenkomponenten wie Kühlmittelleitungen bersten und die Anlage verheerenden Schaden anrichtet.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Kühlung zu kühlender Anlagenkomponenten auch für den Fall
sicherzustellen, dass der Strom oder/und die elektrisch angetriebenen Pumpen selbst ausfallen. Diese Aufgabe wurde gelöst durch eine Vakuum- Substratbehandlungsanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, eine Notkühleinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 4 sowie eine Verwendung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 11. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen beschrieben.
Gesucht wurde nach einer im Stromausfall verwendbaren, sicher verfügbaren Energiequelle und gefunden, dass
Druckbehälter mit Trockenluft (CDA) oder auch Stickstoff, die üblicherweise ohnehin Bestandteil der Anlage sind und zum Belüften der Anlagenkammer dienen, über Stunden Druck und damit Antriebsenergie liefern könnten. Hieraus
entwickelten sich die hier vorgeschlagenen, nachfolgend näher erläuterten Vorschläge.
Zunächst wird eine Vakuum-Substratbehandlungsanlage
vorgeschlagen, umfassend eine Anlagenkammer mit mindestens einer kühlbaren Anlagenkomponente sowie einer
Kühleinrichtung für die kühlbare Anlagenkomponente, die einen mit der kühlbaren Anlagenkomponente verbundenen
Kühlmittelkreislauf mit mindestens einer ersten
Kühlmittelpumpe umfasst, die durch eine erste
Antriebseinrichtung antreibbar ist, wobei die
Kühleinrichtung weiterhin eine Notkühleinrichtung mit einem parallel zur ersten Kühlmittelpumpe verlaufenden Zweig des Kühlmittelkreislaufs umfasst, in welchem mindestens eine zweite Kühlmittelpumpe angeordnet ist, die durch eine zweite Antriebseinrichtung antreibbar ist, und die zweite
Antriebseinrichtung durch Druckgas betreibbar ist.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist die zweite
Antriebseinrichtung durch eine Gaszuleitung mit einem zur Belüftung der Vakuum-Substratbehandlungsanlage vorgesehenen Druckgasreservoir der Vakuum-Substratbehandlungsanlage verbunden. Es versteht sich jedoch, dass die
Notkühleinrichtung auch mit einer anderen Druckgasquelle, beispielsweise einem Kompressor, verbunden und dennoch vorteilhaft zur Notkühlung der Vakuum- Substratbehandlungsanlage verwendet werden könnte, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Ein solcher Kompressor könnte beispielsweise durch einen Verbrennungsmotor
angetrieben werden oder durch einen Elektromotor angetrieben werden, der seine Energie von einem Notstromaggregat oder einem anderen elektrischen Energiespeicher bezieht.
Weiterhin wird eine Notkühleinrichtung für einen
Kühlmittelkreislauf, welcher mindestens eine erste
Kühlmittelpumpe und mindestens eine erste
Antriebseinrichtung aufweist, vorgeschlagen, wobei die vorgeschlagene Notkühleinrichtung mindestens eine zweite Kühlmittelpumpe mit einem Sauganschluss und einem
Druckanschluss , die durch eine zweite Antriebseinrichtung antreibbar ist, umfasst, und wobei an dem Sauganschluss und an dem Druckanschluss der zweiten Kühlmittelpumpe
Anschlussleitungen angebracht und so angeordnet sind, dass die zweite Kühlmittelpumpe parallel zur ersten
Kühlmittelpumpe mit dem Kühlmittelkreislauf verbindbar ist und wobei die zweite Antriebseinrichtung durch Druckgas betreibbar ist.
Da bei einem Stromausfall auch die
Primärkühlungseinrichtung, die das zirkulierende
Anlagenkühlwasser kühlt, ausfällt bzw. auch aus anderen Gründen ausfallen kann, kann eine Kühlmittelpumpe zwar die Kühlmittelzirkulation aufrechterhalten. Jedoch kann sich das Kühlmittel unzulässig aufheizen. Die in der Anlage
gespeicherte Wärmemenge muss an eine Wärmesenke abgeführt werden. Das kann im Falle einer doppelwandigen Anlage
(Kühlwasser zirkuliert innerhalb der Doppelwand) die
Wärmekapazität der Behälter sein und das Kühlwasser selbst. Je nach den Gegebenheiten kann es erforderlich sein, die Wärmesenke in Gestalt zusätzlicher Wasserbehälter zu
realisieren. Die Wärmekapazität der Wärmesenke muss so gewählt werden, dass die sich ergebende Temperaturerhöhung des zirkulierenden Kühlwassers nicht zu Schäden führen kann.
Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, ist die
Notkühleinrichtung für sich genommen bereits geeignet, einen Kühlmittelkreislauf einer Vakuum-Substratbehandlungsanlage auch bei Stromausfall sicher weiter betreiben zu können, beispielsweise indem eine solche Notkühleinrichtung an einer
Vakuum-Substratbehandlungsanlage bereitgestellt und mit deren Kühlmittelkreislauf in der beschriebenen Art und Weise verbunden wird. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die mindestens eine zweite Kühlmittelpumpe, die mindestens eine zweite Antriebseinrichtung sowie sämtliche Anschluss- und Verbindungsleitungen für das Kühlmittel und das Druckgas sowie gegebenenfalls weitere Komponenten der
Notkühleinrichtung, auf die nachfolgend noch näher
eingegangen wird, auf einem gemeinsamen Grundgestell angebracht sind und die Anschlussleitungen Anschlussenden zum lösbaren Verbinden mit einem Kühlmittelkreislauf aufweisen, so dass die Notkühleinrichtung insgesamt als Baugruppe bewegbar, d.h. wahlweise positionierbar und transportabel ist.
Dadurch wird es möglich, eine Notkühleinrichtung der beschriebenen Art an einer bestehenden Vakuum- Substratbehandlungsanlage nachzurüsten, um diese
ausfallsicherer zu machen, oder auch, die Notkühleinrichtung bedarfsweise an einer bestimmten Stelle der Vakuum- Substratbehandlungsanlage zu positionieren, wo diese
Notkühleinrichtung gebraucht wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die zweite Antriebseinrichtung durch eine Gaszuleitung mit einem Druckgasreservoir verbunden ist. Wie weiter oben bereits beschrieben wurde, kann es sich bei dem Druckgasreservoir um einen ohnehin vorhandenen Druckbehälter einer Vakuum- Substratbehandlungsanlage handeln. Beispielsweise steht Stickstoff oft in Flüssiggastanks zur Verfügung. Je nach Anlagengröße müssen unter Umständen sehr große Gasflüsse über viele Stunden bereitgestellt werden. In Stickstoff- Flüssiggastanks können derartig große Gasmengen gespeichert werden . Jedoch ist die vorgeschlagene Notkühleinrichtung auch für die Verwendung mit anderen Kühleinrichtungen als redundantes Kühlsystem geeignet, selbstverständlich auch in anderen Bereichen als dem der Dünnschichttechnologien. Auch andere Druckgasquellen können als Energiequelle genutzt werden, wie ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Vakuum-Substratbehandlungsanlage erläutert wurde.
In einer konkreten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die zweite Kühlmittelpumpe eine Doppelmembranpumpe ist und die zweite Antriebseinrichtung ein in die Doppelmembranpumpe integrierter Druckwechselmechanismus ist.
Doppelmembranpumpen sind an sich bekannt und es gibt sie mit Elektromotoren, Verbrennungsmotoren oder dem direkten
Antrieb durch ein Druckgas, wobei in die Doppelmembranpumpe ein Druckwechselmechanismus integriert ist, der die beiden Membranen abwechselnd als Saugorgan und als Druckorgan wirken lässt. Derartige Pumpen zählen zur Gruppe der
Verdrängerpumpen und funktionieren folgendermaßen:
Das Druckgas wird durch einen automatischen
Druckwechselmechanismus in Form eines Luftsteuerventils, das umschaltet, sobald eine Membran die Endlage erreicht hat, durch eine von zwei Richtungsöffnungen zur rechten oder linken Luftkammer der Pumpe gelenkt. Die Pumpe hat zwei Flüssigkeitskammern, zwei Luftkammern und zwei Membranen. In jedem Kammerpaar sind die Flüssigkeitskammer und die
Luftkammer durch die flexible Membran getrennt.
Sobald sich Druckgas in der Luftkammer befindet, wird, abhängig vom Schalt zustand des in der Pumpe angeordneten Druckwechselmechanismus, der Luftdruck an der Rückseite der diese Luftkammer begrenzenden Membran wirksam, so dass das Kühlmittel aus der an die Membran grenzenden
Flüssigkeitskammer in das Auslassrohr ( Druckanschluss ) gedrückt wird. Da die beiden Membranen durch eine Verbindungswelle
miteinander verbunden sind, wird gleichzeitig die
gegenüberliegende zweite Membran zur Mitte der Pumpe
gezogen, wodurch dort ein Ansaughub entsteht, der Kühlmittel durch das Einlassrohr ( Sauganschluss ) in die an diese zweite Membran angrenzende Flüssigkeitskammer saugt.
Während eine Membran durch die Druckluft das Produkt
verdrängt, erzeugt die andere Membran einen Unterdruck, indem sie zurückgezogen wird. Dadurch strömt das Kühlmittel in die Flüssigkeitskammer und wird im nächsten Hub
verdrängt .
Durch Kugelventile wird die Membrankammer wechselweise verschlossen und geöffnet. Diese in den Sauganschlüssen und Druckanschlüssen der Pumpe angeordneten Kugelventile öffnen und schließen sich, je nachdem in welcher Richtung sich die jeweilige Membran bewegt, um die eine Flüssigkeitskammer zu füllen (Saugseite), die andere Flüssigkeitskammer zu leeren (Druckseite) und gleichzeitig den Rückfluss von Kühlmittel zu blockieren. Am Ende des Wellenhubs wechselt der Druckwechselmechanismus automatisch den Luftdruck zur entgegengesetzten Seite, um die Wirkungsweise der Pumpe umzukehren.
Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite Kühlmittelpumpe ein rotierendes Förderorgan aufweist, wie dies beispielsweise bei Kreiselpumpen, Schraubenpumpen und dergleichen der Fall ist, und die zweite Antriebseinrichtung ein Luftmotor ist, der beispielsweise als Kolbenmotor oder Schraubenmotor ausgeführt sein kann. Es gibt auch
Druckluftmotoren nach dem Prinzip einer Drehschieberpumpe. An der Notkühleinrichtung können zur Erhöhung der
Förderleistung auch zwei oder mehr zweite Kühlmittelpumpen parallel zueinander angeordnet sein. Dabei kann für jede Kühlmittelpumpe eine eigene Antriebseinrichtung vorgesehen sein oder eine gemeinsame Antriebseinrichtung für alle parallel angeordneten Kühlmittelpumpen verwendet werden.
Weiter kann vorgesehen sein, dass im Kühlmittelkreislauf ein Differenzdrucksensor angeordnet und mit einem in der
Gaszuleitung angeordneten, selbsttätigen Absperrventil verbunden ist. Der Differenzdrucksensor kann dabei
vorteilhaft in dem ersten Zweig des Kühlmittelkreislaufs, in welchem die erste Kühlmittelpumpe angeordnet ist, angeordnet sein und so einen havariebedingten Stillstand der ersten Kühlmittelpumpe aufgrund des dann fehlenden
Druckunterschieds zwischen Vorlauf und Rücklauf detektieren. Dadurch wird das selbsttätige Absperrventil getriggert, welches sodann in Sekundenbruchteilen die Gaszuleitung vom Druckreservoir zu der zweiten Kühlmittelpumpe freigibt, so dass diese zu arbeiten beginnt und damit das Kühlmittel weiter zirkuliert.
Die hier vorgeschlagene Verwendung eines Druckgasreservoirs einer Vakuum-Substratbehandlungsanlage zum Antreiben einer Kühlmittelpumpe der Vakuum-Substratbehandlungsanlage
ermöglicht es, dass im Havariefall bei Stromausfall und dadurch bedingten Stillstand der Kühleinrichtung dennoch eine Notkühlung stattfindet, die katastrophale Sach- und Personenschäden verhindert. Dies kann vorteilhaft durch eine der hier vorgeschlagenen Varianten einer Notkühleinrichtung erfolgen, die
entsprechend mit dem Kühlkreislauf der Vakuum- Substratbehandlungsanlage und deren Druckgasreservoir verbunden wird, so dass die Notkühleinrichtung automatisch die Aufgabe der ausgefallenen elektrischen Kühlmittelpumpe übernimmt .
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Notkühleinrichtung, die als transportable Baugruppe ausgeführt ist,
Fig. 2 in schematischer Darstellung ein
Ausführungsbeispiel einer Vakuum-Substratbehandlungsanlage mit einem Kühlmittelkreislauf und einer Notkühleinrichtung gemäß Fig. 1, und
Fig. 3 in schematischer Darstellung ein vereinfachtes
Ausführungsbeispiel einer Vakuum-Substratbehandlungsanlage mit einem Kühlmittelkreislauf und einer Notkühleinrichtung.
Bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 in verschiedenen Ansichten dargestellt ist und dessen Einbindung in einen bestehenden Kühlmittelkreislauf 24 einer Vakuum- Substratbehandlungsanlage in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, handelt es sich um eine Notkühleinrichtung 25, deren
Komponenten auf einem gemeinsamen Grundgestell 6 angeordnet sind und deren Anschlussleitungen Sammelleitung Vorlauf 1 und Sammelleitung Rücklauf 4 zur lösbaren Verbindung mit dem Kühlmittelkreislauf 24 ausgebildet sind und deren
Anschlussleitung Gaszuleitung 8 zur lösbaren Verbindung mit einem Druckgasreservoir 23 ausgebildet ist, so dass diese Notkühleinrichtung 25 beliebig positionierbar und
transportabel ist.
Die Notkühleinrichtung 25 wird mit der Sammelleitung Vorlauf 1 und der Sammelleitung Rücklauf 4, die zu Wartungs zwecken durch Absperrventile 32 sperrbar sind, parallel zum
Kühlmittelkreislauf 24 der Hauptkühleinrichtung der Vakuum- Substratbehandlungsanlage geschaltet. Dieser
Kühlmittelkreislauf 24 erstreckt sich durch eine oder mehrere zu kühlende Anlagenkomponenten 16 im Innern der Anlagenkammer 15. In dem Kühlmittelkreislauf 24 ist eine erste Kühlmittelpumpe 17 mit einer ersten Antriebseinrichtung 18 und einem Rückschlagventil 26
angeordnet, die das Kühlmittel über einen Vorlauf
(durchgezogene Linie) und einen Rücklauf (gestrichelte
Linie) zwischen der Wärmequelle 16 und einer Wärmesenke 19 umwälzt. Die Wärmesenke 19 ist in der schematischen
Darstellung von Fig. 2 als Kühler dargestellt.
Selbstverständlich kann diese Wärmesenke auch eine doppelt ausgeführte Wand der Anlagenkammer 15 oder ein Wärmetauscher sein, über den die von der Wärmequelle 16 abgeführte Wärme an einen Sekundärkreislauf abgegeben wird.
In der Notkühleinrichtung 25 sind vier durch Druckgas antreibbare Doppelmembranpumpen 2 hydraulisch parallel zueinander geschaltet. Die Doppelmembranpumpen 2 vereinen in sich jeweils die Funktion einer zweiten Kühlmittelpumpe 20 und einer die zweite Kühlmittelpumpe 20 antreibenden zweiten Antriebseinrichtung 21. Bei Verbindung der
Notkühleinrichtung mit einem Kühlmittelkreislauf 24 sind alle vier Doppelmembranpumpen 2 hydraulisch parallel zu der ersten, elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe 17 und ersten Antriebseinrichtung 18 des Kühlmittelkreislaufs 24 geschaltet und übernehmen eine Auffangfunktion, wenn die erste Kühlmittelpumpe 17 oder/und die erste
Antriebseinrichtung 18 ausfällt. Ein zwischen dem Vorlauf 1 (durchgezogene Linie) und dem Rücklauf 4 (gestrichelte
Linie) der Notkühleinrichtung 25 angeordneter
Differenzdruckschalter 31 erzeugt ein Signal, welches die hier nicht dargestellte Steuereinrichtung der Vakuum- Substratbehandlungsanlage erkennen lässt, ob die
Doppelmembranpumpen 2 arbeiten oder nicht. Mit den Anschlüssen der Sammelleitungen von Vorlauf 1
(durchgezogene Linie) und Rücklauf 4 (gestrichelte Line) wird die Notkühleinrichtung 25 an den Kühlmittelkreislauf 24 der Vakuum-Substratbehandlungsanlage, der sich im Innern der Anlagenkammer 15 erstreckt, angeschlossen. Die vier durch Druckgas antreibbaren Doppelmembranpumpen 2 sind auch pneumatisch parallel zueinander geschaltet. Dabei ist der Zufluss von Druckgas für jede Doppelmembranpumpe 2 separat durch je ein Druckgas-Absperrventil 27 sperrbar. Jeweils zwischen beiden Sammelleitungen 1,4 angeschlossene Doppelmembranpumpen 2 werden eingangsseitig durch die
Gaszuleitung 8 mit Druckgas, beispielsweise Stickstoff oder CDA (Compressed Dried Air = getrocknete Druckluft),
gespeist, welches über die Abgasleitung 7, nachdem das Gas die Doppelmembranpumpen 2 durchlaufen hat, abgeführt wird.
Dort, wo das Druckgas über die Gaszuleitung 8 an die
Notkühleinrichtung herangeführt wird, ermöglicht das Drei- Wege-Absperrventil 9 ein Abtrennen der gesamten
Notkühleinrichtung von zwei alternativen Gas Zuführungen 8 für zwei verschiedene Druckgasquellen 23, beispielsweise zwei zur Anlage gehörende Drucktanks für Stickstoff (N2) und CDA. Das Absperrventil 9 ist hier als Drei-Wege- Absperrventil ausgeführt und ermöglicht daher das wahlweise Zuschalten eines der beiden Druckgasreservoirs 23. In den Zuleitungen der beiden Druckgasreservoirs 23 sind weiterhin je ein Druckmesser (z.B. Manometer) 28 sowie je ein
Druckschalter 29 angeordnet, welcher bei einem zu geringen Gasdruck ein Warnsignal erzeugt. Das Druckgasreservoir 23 für Stickstoff (N2) weist darüber hinaus zwei
Füllstandssensoren 30 für den minimalen und maximalen
Füllstand auf, die ein Warnsignal erzeugen, wenn der
Füllstand des Druckgasreservoirs 23 den minimalen Füllstand unterschreitet oder den maximalen Füllstand überschreitet.
Daran schließen sich drei in parallelen Zweigen der
Rohrleitung angeordnete Absperrventile 10, 11, 12 an, von denen jedes für sich und unabhängig von den jeweils anderen beiden Absperrventilen den Gasfluss wahlweise ermöglichen oder sperren kann. Das mechanische Absperrventil 10 wird über die
Triggerleitung 13 autark angesteuert. Die Triggerleitungen 13 sind mit dem Vorlauf (durchgezogene Linie) und dem
Rücklauf (gestrichelte Linie) des Kühlmittelkreislaufs 24 verbunden und führen das Kühlmittel mit dem jeweils
anliegenden Druck an das mechanische Absperrventil 10 heran. Der im laufenden Betrieb der Hauptkühleinrichtung anliegende Differenzdruck zwischen Vorlauf und Rücklauf des
Kühlmittelkreislaufs 24 wirkt auf eine im Innern des
mechanischen Absperrventils 10 angeordnete Membran und diese hält das Absperrventil 10 geschlossen. Sinkt der
Differenzdruck zwischen Vorlauf und Rücklauf des
Kühlmittelkreislaufs 24 ab, weil die Hauptkühleinrichtung ausgefallen ist, so bewirkt eine auf die Membran im Innern des Absperrventils 10 einwirkende Feder, dass das
Absperrventil 10 öffnet, so dass das Druckgas zu den
Doppelmembranpumpen 2 geleitet wird und diese zu arbeiten beginnen .
Das elektropneumatische Absperrventil 11 hingegen über die Triggerleitung 14 elektrisch geschaltet. Dazu ist zwischen Vorlauf und Rücklauf des Kühlmittelkreislaufs 24 ein
elektrischer Differenzdruckschalter 22 geschaltet, dessen Signalausgang mit dem Absperrventil 11 verbunden ist. Der im laufenden Betrieb der Hauptkühleinrichtung anliegende
Differenzdruck zwischen Vorlauf und Rücklauf des
Kühlmittelkreislaufs 24 bewirkt, dass ein elektrisches
Signal anliegt. Solange dieses elektrische Signal am
Absperrventil 11 anliegt, wird dieses durch ein
pneumatisches Druckreservoir, das im Innern des mechanischen Absperrventils 10 angeordnet ist, geschlossen gehalten.
Sinkt der Differenzdruck zwischen Vorlauf und Rücklauf des Kühlmittelkreislaufs 24 ab, weil die Hauptkühleinrichtung ausgefallen ist, so liegt kein elektrisches Signal vom
Differenzdruckschalter 22 an, das pneumatische
Druckreservoir leert sich und das Absperrventil 11 öffnet, so dass das Druckgas zu den Doppelmembranpumpen 2 geleitet wird und diese zu arbeiten beginnen.
Zusätzlich zu den beiden automatisch arbeitenden
Absperrventilen 10 und 11 kann die Notkühleinrichtung auch durch das parallel zu diesen beiden Absperrventilen 10, 11 angeordnete manuelle Absperrventil 12 ein- und ausgeschaltet werden .
Durch die beschriebene Notkühleinrichtung ist aus der besonderen Risikosituation bei Vakuum- Substratbehandlungsanlagen ein Zugriff auf energetisch nutzbare Ressourcen an Vakuum-Substratbehandlungsanlagen gefunden worden, die sich zum Notbetrieb der Kühleinrichtung einsetzen lassen, sowie auch ein stromlos arbeitsfähiger Detektor, der den Stillstand des Kühlmittels als kritisch erkennt und die Notkühleinrichtung in Betrieb nimmt .
Fig. 3 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel einer
Kühleinrichtung mit einer Notkühleinrichtung an einer
Vakuum-Substratbehandlungsanläge .
In einer Anlagenkammer 15 einer Vakuum- Substratbehandlungsanlage befinden sich eine Wärmequelle 16 in Form einer zu kühlenden Anlagenkomponente sowie eine Wärmesenke 19 in Form eines Kühlers, durch die ein zu einer Kühleinrichtung gehörender Kühlmittelkreislauf 24 verläuft. Zu der Kühleinrichtung gehört weiterhin eine
Notkühleinrichtung 25, welche einen parallel zu der im
Kühlmittelkreislauf 24 angeordneten ersten Kühlmittelpumpe 17, die durch eine erste Antriebseinrichtung 18 in Form eines Elektromotors angetrieben wird, verlaufenden Zweig bildet, in welchem eine zweite Kühlmittelpumpe 20, die durch eine zweite Antriebseinrichtung 21 in Form eines Luftmotors angetrieben wird, angeordnet ist.
Die zweite Kühlmittelpumpe 20 wird durch eine zweite Antriebseinrichtung 21 angetrieben, welche durch ein
Druckgas betreibbar ist. Dieses Druckgas wird bereitgestellt durch ein Druckgasreservoir 23, das Bestandteil der Vakuum- Substratbehandlungsanlage ist und normalerweise zur
Belüftung der Anlagenkammer 15 dient.
Der im Kühlmittelkreislauf 24 angeordnete
Differenzdruckschalter 22 erkennt einen Stillstand der ersten Kühlmittelpumpe 17, beispielsweise aufgrund eines Stromausfalls, und bewirkt daraufhin, dass ein Absperrventil 9, das in der Gaszuleitung 8 zwischen Druckgasreservoir 23 und zweiter Antriebseinrichtung 21 angeordnet ist, geöffnet wird, so dass die zweite Kühlmittelpumpe 20 mit Druckgas versorgt wird, wodurch das Kühlmittel trotz des Stillstands der ersten Kühlmittelpumpe weiter umgewälzt wird und dadurch die Kühlung der Wärmequelle 16 sichergestellt ist.
Bezugszeichenliste Sammelleitung Vorlauf
Membranpumpen
Pulsationsdämpfer
Sammelleitung Rücklauf
Entlüftungsventil
Grundgestell
Abgasanschluss
Gaszuleitung
Absperrventil
Mechanisches Absperrventil
Elektrisches Absperrventil
Manuelles Absperrventil
Triggerleitung für 10
Triggerleitung für 11
Anlagenkammer
Wärmequelle (z.B. zu kühlende Anlagenkomponente) erste Kühlmittelpumpe
erste Antriebseinrichtung
Wärmesenke (z.B. Wärmetauscher, Kühler)
zweite Kühlmittelpumpe
zweite Antriebseinrichtung Differenzdruckschalter
Druckgasreservoir
Kühlmittelkreislauf
Notkühleinrichtung
Rückschlagventil
Absperrventil
Druckmesser
Druckschalter
Füllstandssensor
DifferenzdruckSchalter
Absperrventil

Claims

Vakuum-Substratbehandlungsanlage, umfassend eine Anlagenkammer mit mindestens einer kühlbaren
Anlagenkomponente sowie einer Kühleinrichtung für die kühlbare Anlagenkomponente, die einen mit der
kühlbaren Anlagenkomponente verbundenen
Kühlmittelkreislauf mit mindestens einer ersten
Kühlmittelpumpe umfasst, die durch eine erste
Antriebseinrichtung antreibbar ist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung weiterhin eine Notkühleinrichtung mit einem parallel zur ersten Kühlmittelpumpe verlaufenden Zweig des
Kühlmittelkreislaufs umfasst, in welchem mindestens eine zweite Kühlmittelpumpe angeordnet ist, die durch eine zweite Antriebseinrichtung antreibbar ist, und die zweite Antriebseinrichtung durch Druckgas betreibbar ist.
Vakuum-Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite
Antriebseinrichtung durch eine Gaszuleitung mit einem zur Belüftung der Vakuum-Substratbehandlungsanlage vorgesehenen Druckgasreservoir der Vakuum- Substratbehandlungsanlage verbunden ist.
3. Vakuum-Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Notkühleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10 ausgebildet ist.
4. Notkühleinrichtung für einen Kühlmittelkreislauf, welcher mindestens eine erste Kühlmittelpumpe und mindestens eine erste Antriebseinrichtung aufweist, die Notkühleinrichtung umfassend mindestens eine zweite Kühlmittelpumpe mit einem Sauganschluss und einem Druckanschluss , die durch eine zweite
Antriebseinrichtung antreibbar ist, wobei an dem Sauganschluss und an dem Druckanschluss der zweiten Kühlmittelpumpe Anschlussleitungen angebracht und so angeordnet sind, dass die zweite Kühlmittelpumpe parallel zur ersten Kühlmittelpumpe mit dem
Kühlmittelkreislauf verbindbar ist und wobei die zweite Antriebseinrichtung durch Druckgas betreibbar ist .
5. Notkühleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die zweite Antriebseinrichtung durch eine Gaszuleitung mit einem Druckgasreservoir verbunden ist.
6. Notkühleinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlmittelpumpe eine Doppelmembranpumpe ist und die zweite
Antriebseinrichtung ein in die Doppelmembranpumpe integrierter Druckwechselmechanismus ist.
7. Notkühleinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlmittelpumpe ein rotierendes Förderorgan aufweist und die zweite
Antriebseinrichtung ein Luftmotor ist.
8. Notkühleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei zweite Kühlmittelpumpen parallel zueinander angeordnet sind
9. Notkühleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlmittelkreislauf ein Differenzdrucksensor angeordnet und mit einem in der Gaszuleitung angeordneten, selbsttätigen
Absperrventil verbunden ist.
10. Notkühleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Kühlmittelpumpe, die mindestens eine zweite Antriebseinrichtung sowie sämtliche Anschluss- und Verbindungsleitungen für das Kühlmittel und das Druckgas auf einem gemeinsamen Grundgestell
angebracht sind und die Anschlussleitungen
Anschlussenden zum lösbaren Verbinden mit einem Kühlmittelkreislauf aufweisen, so dass die
Notkühleinrichtung als Baugruppe bewegbar ist.
11. Verwendung eines Druckgasreservoirs einer Vakuum- Substratbehandlungsanlage zum Antreiben einer
Kühlmittelpumpe der Vakuum-Substratbehandlungsanlage
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