ITMI971420A1

ITMI971420A1 - Pompa getter particolarmente adatta per l'uso a monte in prossimita' e coassialmente ad una pompa turbomolecolare

Info

Publication number: ITMI971420A1
Application number: IT97MI001420A
Authority: IT
Inventors: Roberto Giannantonio; Andrea Conte
Original assignee: Getters Spa
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 1998-12-17
Also published as: RU2199027C2; KR20000068123A; CA2263559A1; ITMI971420A0; KR100544591B1; WO1998058173A1; CN1103871C; EP0918934A1; EP0918934B1; IT1292175B1; CN1229456A; DE69814312T2; DE69814312D1; JP2000517031A; US6074171A

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "POMPA GETTER PARTICOLARMENTE ADATTA PER L'USO A MONTE. IN PROSSIMITÀ E COASSIALMENTE AD UNA POMPA TURBOMOLECOLARE "

La presente invenzione riguarda una pompa getter particolarmente adatta ad essere impiegata a monte, in prossimità e coassialmente ad una pompa turbomolecolare.

Le pompe getter sono pompe di tipo statico, cioè non presentano parti in movimento, il cui funzionamento è basato sull'assorbimento chimico di specie gassose reattive come ossigeno, idrogeno, acqua e ossidi di carbonio da parte di.elementi realizzati con materiali getter non evaporabili (noci nel settore come NEG). I principali materiali NEG sono leghe a base di zirconio o titanio.

Le pompe getter per la produzione ed il mantenimento dell'alto vuoto in un ambiente circoscritto lavorano quasi sempre in combinazione con altre pompe; in particolare, la prima fase di pompaggio ad alta pressione è a carico di pompe meccaniche come le pompe rotative o diffusive, mentre per il raggiungimento dell'alto vuoto si possono impiegare pompe getter in combinazione con pompe ioniche, criogeniche o turbomolecolari.

La combinazione delle pompe getter con le turbomolecolari è particolarmente vantaggiosa. Infatti, l'efficienza delle pompe turbomolecolari diminuisce al ridursi del peso molecolare della specie gassosa e quindi presentano scarsa efficienza nei confronti dell'idrogeno, che è uno dei gas che maggiormente contribuisce alla pressione residua nei sistemi evacuati nel campo del medio vuoto ed è il principale gas residuo a pressioni inferiori a circa 10<-9 >hPa. Le pompe getter, d'altra parte, sono particolarmente efficaci nel pompaggio dell'idrogeno, in particolare nel campo di temperature comprese tra temperatura ambiente e circa 300°C. Pertanto una combinazione di pompa getter e pompa turbomolecolare, presentando una somma di differenti comportamenti nei confronti dei gas presenti nell'atmosfera o comunque da eliminare, costituisce una soluzione ottimale del problema di evacuare una camera. In particolare, questa combinazione è vantaggiosa nel caso che la camera da evacuare sia una camera di lavoro usata per operazioni in alto vuoto, come per esempio una camera di una macchina di processo dell'industria dei semiconduttori.

Questi vantaggi sono teoricamente massimizzati quando le due pompe sono montate in serie, con la" pompa getter a monte della turbomolecolare. Tuttavia finora le due pompe non sono mai state abbinate in serie tra loro, ma sempre montate, tramite flange, a due diverse aperture della camera da evacuare, allo scopo di evitare certi problemi ed inconvenienti riconducibili ai seguenti:

- gli elementi getter che costituiscono la pompa sono generalmente realizzati compattando polveri di materiali NEG; la pompa getter è quindi soggetta alla perdita di particelle che potrebbero colpire le palette della pompa turbomolecolare danneggiandole, o causare il grippaggio della pompa interponendosi tra rotore e statore della stessa;

- l'interposizione di una pompa getter tra la camera da evacuare e la pompa turbomolecolare comporta generalmente una riduzione della conduttanza di gas verso quest'ultima;

- quando la pompa getter è in funzione, il materiale getter non evaporabile deve essere mantenuto a temperature di circa 200-300°C; a questo scopo veniva finora riscaldata per irraggiamento dall'interno della pompa con lampade o con resistenze a filamento avvolte su un supporto generalmente ceramico, o dall'esterno con appositi elementi riscaldanti disposti sul corpo della pompa,· in questo modo, era possibile un riscaldamento anche della pompa turbomolecolare che portava a dilatazioni delle palette oltre le tolleranze (peraltro minime) ammissibili per un buon funzionamento della pompa stessa. Aumentare la distanza tra le due pompe o introdurre schermi termici tra di esse per ridurre l'effetto di riscaldamento sulla pompa turbomolecolare comporterebbe d'altra parte una riduzione inaccettabile della conduttanza del flusso di gas.

Altro inconveniente, anche se minore rispetto ai precedenti, era che, utilizzando i suddetti metodi di riscaldamento, era necessario prevedere la presenza di termocoppie in corrispondenza della pompa getter per misurare la temperatura del materiale attivo, per cui dovevano essere risolti problemi non facili di tenuta per il passaggio dei fili all'esterno da un ambiente sotto vuoto.

La presente invenzione si propone di ovviare agli inconvenienti summenzionati mediante una pompa getter montata a monte, in prossimità e coassialmente ad una pompa turbomolecolare, in una struttura di raccordo tra la camera da evacuare e pompa turbomolecolare, tale da ridurre la perdita di particelle, minimizzare la diminuzione di conduttanza e minimizzare il riscaldamento indiretto della pompa turbomolecolare, assicurando in tal modo una migliore efficienza di pompaggio dell'insieme .

Inoltre, la temperatura della pompa getter potrà essere misurata, secondo la presente invenzione, attraverso misurazioni dirette di resistenza, possibili dall'esterno, senza la necessità di termocoppie e di fili passanti attraverso il corpo della pompa, con elevate caratteristiche di riproducibilità .

Questi ed altri scopi, vantaggi e caratteristiche della pompa getter secondo la presente invenzione, come definita nella rivendicazione 1, risulteranno più chiaramente dalla seguente dettagliata descrizione di una sua forma realizzativa preferita, riportata a titolo esemplificativo ma non limitativo con riferimento ai disegni annessi in cui:

la Figura la mostra una vista in sezione dell'involucro o tronchetto in acciaio entro cui va inserita la pompa getter secondo la presente invenzione rappresentata, pure in sezione, in Figura lb in prossimità della struttura di Fig. la:

la Figura 2 mostra una vista in sezione della pompa getter assemblata, corrispondente all'insieme delle due figure la e lb;

la Figura 3 mostra una vista laterale dell'insieme di figura 2, presa dal lato sinistro; e

la Figura 4 mostra una vista dello stesso insieme presa dal lato opposto destro.

Con riferimento alle figure, la pompa getter secondo l'invenzione è costituita da una cartuccia 10 sostanzialmente cilindrica con due anelli metallici 12, 12a paralleli tra loro e posti alle estremità opposte di detto cilindro, coassiali alla pompa e periferici rispetto al corpo della stessa, fissati alla parete interna della cartuccia 10. Ai due anelli 12 sono fissate le estremità opposte del dispositivo getter vero e proprio, formato da un elemento metallico allungato rivestito di materiale getter, preferibilmente sagomato a zig-zag o a serpentina con anse 18 o zone di inversione dell'andamento, in corrispondenza di punti di ancoraggio e di isolamento termico 16 e 16a sugli anelli 12 e 12a. In tal modo, il dispositivo getter 20 viene ad occupare soltanto una zona periferica della cartuccia 10 con una configurazione sostanzialmente a corona circolare in cui gli elementi getter sono disposti tutti in prossimità della parete interna della cartuccia 10, allo scopo di ridurre al minimo la diminuzione di conduttanza o area di passaggio del flusso di gas attraverso di essa. Si noti che, invece di un unico elemento a zig-zag o a serpentina, il dispositivo getter 20 potrebbe essere costituito da una serie di elementi getter uniti tra loro in successione in corrispondenza dei punti di ancoraggio 16, I6a agli anelli 12, 12a. In entrambi i casi, l'unico elemento getter continuo 20 oppure i singoli elementi tra loro collegati in serie che formano il dispositivo getter sono costituiti da una anima metallica filiforme, preferibilmente ma non necessariamente sagomata come una molla a spirale il cui asse coincide con l'andamento risultante dai disegni. Il materiale getter può essere depositato su detta anima metallica filiforme inserendo la stessa all'interno di uno stampo opportuno, versando nello stampo polveri del materiale getter desiderato e facendo avvenire la sinterizzazione delle polveri all'interno dello stampo, per esempio ponendo questo in un forno. I materiali getter che possono essere impiegati sono i più vari, e comprendono generalmente i metalli titanio e zirconio; loro leghe con uno o più elementi scelti tra i metalli di transizione e alluminio; e miscele tra una o più di queste leghe con titanio e/o zirconio; preferito è l'impiego di titanio e leghe titanio-vanadio. Questi ultimi materiali sono da preferire per la facilità di sinterizzazione delle polveri e perchè elementi getter realizzati con l'impiego di questi materiali presentano buone proprietà meccaniche e perdita di particelle praticamente nulla, mantenendo comunque caratteristiche di porosità tali da garantire ottime capacità di assorbimento.

In ogni caso, sia con il dispositivo getter 20 formato da un unico elemento continuo con ripiegamenti ad ansa, sia con una molteplicità di elementi distinti in serie tra loro, per esempio a zig-zag, il dispositivo getter 20 presenta due terminali 22 contigui e sullo stesso lato della cartuccia 10, in cui la continuità dell'elemento 20 è interrotta. I due terminali 22 sporgono tra loro paralleli, da un lato della cartuccia 10, per essere inseriti in una scatola di alimentazione 24 nella sede 30 o "tronchetto" di collegamento tra camera da evacuare e pompa turbomolecolare (non rappresentate) che verrà descritto qui di seguito con riferimento alla figura la. Detto tronchetto di collegamento 30 è costituito da un cilindro in acciaio inossidabile avente diametro interno leggermente superiore al diametro esterno della cartuccia 10 e provvisto di due flange 32 e 34 alle estremità con fori passanti, previsti per elementi di fissaggio come viti o bulloni. La scatola 24 è posta ad una distanza tale, dalla flangia 32 attraverso la quale viene introdotta la cartuccia 10, che ad assemblaggio effettuato, i terminali 22 si inseriscano in essa come spinotti in una presa. Dal lato opposto, in corrispondenza della flangia 34, la scatola 24 presenta verso l'esterno una coppia di morsetti 26 cui sono collegati conduttori esterni di alimentazione 28, come si vede meglio in figura 3.

La pompa getter secondo la presente invenzione, utilizzabile in particolare a monte ed in prossimità di pompe turbomolecolari, è provvista di valvole (non rappresentate) sia a monte che a valle della stessa, che permettono di isolare detta pompa dalla camera da evacuare, dalla pompa turbomolecolare o da entrambe, come richiesto talvolta per il trasporto, la sostituzione o la manutenzione della pompa getter.

Per esempio, le valvole a monte e a valle della pompa getter sono entrambe chiuse durante il trasporto o il montaggio della stessa in posizione di lavoro. Può essere utile avere la valvola a monte {verso la camera da evacuare) aperta e chiusa quella verso la pompa turbomolecolare in caso di interventi di manutenzione su quest'ultima o qualora sia sufficiente l'impiego della pompa getter, in particolari fasi lavorative, benché il sistema richieda in generale anche la pompa turmolecolare .

La situazione inversa, con pompa getter isolata dalla camera di lavoro e con valvola aperta verso la pompa turbomolecolare, può invece servire per la rigenerazione della pompa getter. Quest'ultima infatti è particolarmente utile per l'assorbimento di idrogeno, che è un fenomeno di equilibrio; la quantità di idrogeno assorbita da un materiale getter aumenta al diminuire della temperatura e all'aumentare della pressione parziale di idrogeno nell'ambiente circostante. Di conseguenza, innalzando la temperatura di un getter che ha assorbito molto idrogeno, ed operando in condizioni di pompaggio, per esempio in questo caso con l'uso di una pompa turbomolecolare, è possibile far riemettere il gas dal getter, rigenerandolo.

Tuttavia, le pompe turbomolecolari possono subire danni da sovrariscaldamanto se vengono fatte lavorare in pressione troppo elevata di gas, come potrebbe verificarsi durante la rigenerazione della pompa getter. Per evitare questo inconveniente, è possibile far avvenire un riscaldamento lento dell'elemento (o degli elementi) getter, in maniera tale che l'aumento della pressione di idrogeno sia a sua volta lenta e tale che, considerando la velocità di pompaggio della pompa turbomolecolare, su quest'ultima non si raggiungano mai pressioni critiche. In alternativa, è possibile ridurre la conduttanza tra la pompa getter e la turbomolecolare, agendo sulla valvola posta tra le due pompe.

Si noti che, come detto in precedenza, la perdita di particelle da parte del materiale getter depositato sull'elemento 20 è molto limitata in funzione del fatto che il prodotto ha subito una sinterizzazione in forno ad alta temperatura. Pertanto, a differenza di quanto era permesso dalle pompe getter della tecnica nota, è possibile disporre in serie la pompa getter e la pompa turbomolecolare .

Inoltre, per quanto riguarda la misura indiretta della temperatura attraverso la misurazione diretta della resistenza del filamento interno all'elemento 20, si fa notare che, poiché il filamento interno di supporto del materiale getter, e la stessa polvere getter depositata su di esso sono ottenuti tramite processi controllati ad elevata riproducibilità, si ottiene una curva R-T adeguata con una tolleranza particolarmente buona. Pertanto risulta possibile non utilizzare termocoppie per risalire ai valori di temperatura del dispositivo getter .

Infine, essendo la pompa getter riscaldata per passaggio diretto di corrente in serie, l'assorbimento di calore da parte della pompa turbomolecolare risulta minimo essendo dovuto soltanto ad irraggiamento in un ambiente sotto vuoto da parte degli elementi getter, che è molto inferiore all'irraggiamento da parte di una lampada .

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Pompa getter comprendente un dispositivo getter non evaporabile (20) costituito da un elemento metallico filiforme allungato e sagomato a serpentina o a zig-zag su cui è depositato per sinterizzazione materiale getter non evaporabile poroso, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo getter (20) occupa una zona periferica, a corona circolare, di una cartuccia cilindrica (10) montata coassialmente all'interno di una struttura cilindrica o tronchetto (30) di acciaio fissato tra una camera di lavoro da evacuare ed una pompa turbomolecolare, detto dispositivo getter (20) essendo riscaldato per alimentazione diretta di corrente elettrica a detto elemento metallico filiforme .
2. Pompa getter secondo la rivendicazione 1, in cui detto dispositivo getter (20) è costituito da un unico elemento continuo che si sviluppa tra due punti terminali (22) contigui, con anse (18, 18a) o ripiegamenti a zig-zag formando una superficie sostanzialmente cilindrica in prossimità della superficie interna di detta cartuccia (10) e coassiale con questa.
3. Pompa getter secondo la rivendicazione 1, in cui detto dispositivo getter (20) è costituito da una successione di segmenti disposti a zig-zag con inizio e termine in due punti contigui (22), formando una superficie sostanzialmente cilindrica in prossimità della parete interna di detta cartuccia (10), essendo uniti l'uno all'altro in zone di ripiegatura (18, 18a).
4. Pompa getter secondo una delle rivendicazioni 2 o 3, in cui dette anse o punti di ripiegatura (18, 18a) sono fissati alternativamente da lati opposti mediante mezzi di fissaggio (16, 16a) su rispettive flange o anelli (12, 12a) montati, tra loro paralleli, in prossimità delle basi opposte di detta cartuccia (10), all'interno di questa e mantenuti ad una distanza fissa mediante tiranti (14).
5. Pompa getter secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detti punti terminali (22) sono tra loro distinti e separati da una breve distanza su uno stesso lato della cartuccia (10), costituiti da due spinotti paralleli.
6. Pompa getter secondo la rivendicazione 5, in cui detto tronchetto cilindrico (30) presenta nel suo interno una scatola di alimentazione (24) con presa per l'inserimento di detti spinotti (22) a cartuccia (10) assemblata all ' interno del tronchetto stesso, provvista di morsetti (26) per il fissaggio di conduttori elettrici collegati con un'alimentazione esterna.
7. Pompa getter secondo la rivendicazione 1, comprendente valvole di isolamento a monte verso detta camera di lavoro da evacuare ed a valle, verso detta pompa turbomolecolare.