NL8602632A - Verbeteringen bij cryopompen. - Google Patents

Description

Λ r-/ _ # * *

Verbeteringen bij cryopompen.

De uitvinding heeft betrekking op cryogeneratorpompstelsels en is in het bijzonder, alhoewel niet uitsluitend , gericht op dergelijke cryogeneratorpompstelsels, geschikt om een hoog vacuum te geven bij ionenverstuiving en 5 dergelijke uitrustingen. De uitvinding heeft in het bijzonder betrekking op dergelijke pompstelsels die tenminste twee koel-trappen omvatten, respectievelijk bij cryopanelen werkzaam bij relatief hoge en relatief lage temperaturen.

Cryogeneratorpompen zijn tegenwoordig 10 goed bekend voor het. leveren'van een hoog vacuum in een af gedichte kamer. Dergelijke cryogeneratoren werken door de bestuurde vermindering van de druk van gas, in het algemeen aangevoerd door een geschikte pomp, verschaft onafhankelijk van en fysiek gescheiden van het cryogeneratorlichaam. De gaspomp wordt omvat in een gesloten 15 gascircuit tezamen met de cryogenerator en wordt aangebracht om gas aan te voeren, in het algemeen helium, aan de generator, bij omgevingstemperatuur en bij een druk van typisch 20 bar.

t . De gasdruk, aanwezig bij de cryogenerator, wordt inwendig verkleind op een bestuurde wijze, 20 door twee expansietrappen, respectievelijk binnen het slagvolume van twee zuigers die bewegen binnen samenwerkende cilinders die 3302632 λ -2- in serie verbonden zijn. De expansie wordt bestuurd door indirect dempen van de slaglengte van de cilinders door middel van afgrenzende openingen, in gevoegd in de gasleidingen binnenin de cryo-generator en door gasreservoirs, werkzaam om de gasdruk op te 5 nemen gedurende een gedeelte van elke gasverminderingskringloop.

Een cryopaneel in warmte-uitwisseling met elke gasvexminderingstrap wordt verschaft buiten op het cryo-generatorlichaam en wordt gekoeld door de betuurde vermindering van de gasdruk. Typisch zal het cryopaneel, verbonden met de 10 eerste trap voor het verminderen van de hogere druk, rerken bij een temperatuur van ongeveer 40 - 100' K waarbij het cryopaneel verbonden is met de tweede trap voor het verminderen van de relatief lage druk, die werkt bij een temperatuur van ongeveer 10 K.

De cryopanelen zijn werkzaam als 15 een pomp om de gasdruk in een kamer te verminderen door het verschaffen van het condenseren van gas in de kamer op de gekoelde cryopaneeloppervlakken. In het algemeen water en verontreinigingen zoals vluchtige koelwaterstoffen condenseren op het paneel met hogere temperatuur, waarbij condenseerbare gassen zoals stikstof, 20 zuurstof en argon condeseren op en verzameld worden op het paneel met lagere temperatuur.

In een typische pompiiirichting, zoals getoond in figuur 1 van de begeleidende tekeningen, worden cryopanelen,’ bevestigd op het lichaam van een cryogenerator, 25 geplaatst binnenin een amsloten ruimte die afgedicht is bij een einde naar het cryogeneratorlichaam en die een opening bezit bij het andere einde, geschikt als scheidingsvlak met de te pompen kamer. Een geschikte inlaat met kleppen bij het cryogeneratoreinde van de omsloten ruimte maakt het verbinden met een mechanische 30 of andere pómp voor het voorpompen naar lage druk mogelijk.

De vorm van de cryopanelen in de inrichting van figuur 1 geeft het condenseren van waterdamp en vluchtige verontreinigingen tezamen met bijvoorbeeld kooldioxide 8802632 3* .¾ -3- op het radiaal verlopende buitenpaneel met hoge temperaturen, dat werkt typisch bij een temperatuur binnenin het bereik van 40 - 100 K. Stikstof, zuurstof, argon en andere condenseerbare gassen condenseren op en worden vastgehouden op de buitenzijde 5 van het paneel met lage temperatuur, dat ingevoegd is binnenin het buitenpaneel en dat werkt typisch bij een temperatuur van ongeveer 15 K.

Bovendien kunnen niet-condenseerbare gassen, zoals waterstof, helium en neon gekarakteriseerd door een 10 dampdruk van ongeveer 1 torr bij 15 K, niet condensersi en zij moeten geadsorbeerd worden op een houtskoollaag, die op geschikte wijze verbonden is met het binnenoppervlak van het paneel met lage temperatuur.

Gedurende het verstuiven van ionen 15 en dergelijke binnenin een kamer die geëvacueerd moet worden door een cryogeneratorpomp worden aanzienlijke hoeveelheden waterdamp tezamen met gas en andere moleculen afgegeven, In het algemeen zullen dergelijke hoeveelheden waterdamp, gas en andere moleculen, naast het overbelasten van de cryopomp,een onaanvaardbare mate 20 van condensatie en adsorptie geven op de cryogeneratorpanelen en zullen zij verder de pompcapaciteit en het pomprendement ver- kleinen.

Eerder is voorgesteld, teneinde deze nadelen te verhelpen, een cryogeneratorpompstelsel te laten 25 werken voor ionenverstuiving en dergelijke, door het invoegen van een smoorinrichting tussen de cryopomp en de te pompen kamer en cm de ionenverstuiving uit te voeren met geheel of bij voorkeur gedeeltelijk gesmoorde inrichting. Op deze wijze wordt de pamp-snelheid gedurende het verstuiven verkleind, waardoor het overbe-30 lasten van de pomp vermeden wordt en waardoor de snelheid van het condenseren en het adsorberen op de cryopanelen van de pomp verkleind wordt, terwijl een aanvaardbaar lage druk vastgehouden wordt binnenin de gepompte verstuivingskamer.

88025Ï2

«V

-4-

Echter is bekend dat films, afgegeven op substraten bij hoog vacuum,zeer gevoelig zijn voor de aanwezigheid van waterdamp, die afgegeven wordt in aanzienlijke hoeveelheden gedurende het verstuiven van ionen, en het bestaan van dergelijke 5 waterdamp, in het bijzonder wanneer deze niet verwijderd wordt door de cryopomp, kan aanmerkelijk en onaanvaardbaar de kwaliteit van dergelijke films verminderen.

Voorgesteld is deze moeilijkheid te verhelpen en om de effecten van de waterdamp bij het geven van 10 vacuum neergeslagen films te verminderen door de smoorinrichting te koelen, gewoonlijk door warmte-uitwisseling met de cryopomp, teneinde condensatie van de damp te geven op de inrichting , in het bijzonder wanneer hij geheel gesmoord wordt en hij een relatief groot oppervlaktegebied vertoont. Een dergelijke gekoelde smoor-15 inrichtingsopstelling geeft echter een neerslag op de enigszins verplaatsbare componenten op de-smoorinrichting en kan de werking hiervan aanzienlijk aantasten , alsook het verminderen van de geleidbaarheid hiervan voor gasstroming. Dienovereenkomstig vormt het doel van de onderhavige uitvinding een cryogeen pompstelsel 20 te verschaffen dat deze moeilijkheden beoogt te verminderen.

De onderhavige uitvinding in ruime zin verschaft een cryogeneratorpompstelsel, met tenminste twee cryopanelen, vastgehouden binnenin een omsloten ruimte met een open einde dat geschikt is om bevestigd te worden aan de te pompen 25 kamer en dat een smoorinrichting omvat, werkzaam om de stroom van het gas uit de kamer naar de cryogeneratorpomp te beperken, waarbij een cryopaneel met relatief hoge temperatuur aangebracht wordt binnenin de omsloten ruimte om uit te steken achter het vlak van de smoorinrichting waardoor hij in staat is om water en andere 30 vluchtige dampen, af gegeven in de kamer, te doen condeseren en daardoor de neerslag van dergelijke dampen op de smoorinrichting voorkomt.

Op ideale wijze doet dat gedeelte van het cryopaneel met hoge temperatuur, dat uitsteekt achter de 8602632 ·* Λ -5- de smoorinrichting, op selectieve wijze en nadrukkelijk water en andere vluchtige dampen condenseren.

In een uitvoeringsvoorbeeld van . de uitvinding dat de voorkeur heeft omvat de smoorinrichting meerdere 5 met tussenruimte aangebrachte langwerpige rechthoekige bladen, die zich evenwijdig uitstrekken over de opening van de te pompen kamer en de omsloten ruimte van de cryogeneratorpomp. De bladen worden aangebracht om te roteren tussen een eerste positie waarbij de bladen onderling verbonden zijn in een gemeenschappelijk vlak 10 teneinde het smoren te geven en een tweede positie waarbij de bladen met tussenruimte aangebracht zijn in evenwijdige vlakken teneinde een geleidbaarheid voor een grote stroom te verschaffen.

De bladen kunnen gedraaid worden naar een tussenpositie teneinde elke gekozen mate van vereist smoren te geven.

15 Op geschikte wijze is de smoor inrichting thermisch geïsoleerd van de cryopanelen om te verzekeren dat hij werkt bij een temperatuur boven die van het uitgestrekte cryopaneel met hoge temperatuur en hij verhindert het selectief neerslaan van waterdamp. Op geschikte wijze wordt de smoor-20 inrichting aangebracht om te werken nagenoeg bij omgevingstemperatuur door vastgemaakt te worden aan de omsloten ruimte van de cryopomp door draagorganen met grote warmtegeleiding, welke de warmte geleiden naar de inrichting om te compenseren voor de warmte verloren aan de cryopanelen.

25 Een uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding zal nu in het bijzonder beschreven worden bij wijze van voorbeeld onder verwijzing naar de begeleidende tekeningen.waarin figuur! een aanzicht is van een doorsnede van een bekend cryogeen-pcmpstelsel dat cryopanelen omvat voor het pompen van een kamer, 30 geschikt voor ionenverstuiving, en waarin figuur 2 een aanzicht is van een doorsnede van een cryogeen-pompstelsel volgens de onderhavige uitvinding en omvattende een aangrenzende smoorinrichting en een uitgestrekt cryopaneel voor het selectief verminderen van 6502532 -6- van het condenseren van water en andere damp of de inrichting.

Onder verwijzing eerst naar figuur 1 toont deze een bekende cryogenerator, geschikt om een lage druk te geven in een kamer, bijvoorbeeld een kamer omvattende uitrusting 5 voor ionenverstuiving of dergelijke.

De cryogenerator omvat een lichaams-gedeelte 2 met ingangen en uitgangen, respectievelijk voor het opnemen en voor het ontladen van helium onder hoge druk uit een aparte compressor (niet getoond), verschaft onafhankelijk van 10 de cryogenerator.

Een omsloten ruimte 4 wordt vastgemaakt aan het lichaam 2, welke een gedeelte vormt van de pomp-omhulling en die een bovenste flenseinde 6 bezit, geschikt om afdichtend vastgemaakt te worden, bijvoorbeeld door middel van 15 o-ringen, aan de te pompen kamer. Aangebracht binnenin de omsloten ruimte en vastgemaakt voor het uitwisselen van warmte aan de trap van de cryogenerator met hoge temperatuur bevindt zich een cryopaneel 8 met hogere temperatuur in de vorm van een cilinder · met een open einde aangrenzend aan de flensopening verschaft in 20 de omsloten ruimte 4. Ingevoegd binnenin het paneel met hoge temperatuur en bestemd voor de warmteuitwisseling met de trap van de cryogenerator met lage temperatuur bevindt zich een cryopaneel.

10 met lage 'temperatuur dat in verbinding staat via één baan met de te pompen kamer door middel van jaloezieën 12 voor smoren, verschaft 25 bij het open einde van het cryopaneel 8.

Eveneens verschaft in de omsloten ruimte 4 en aangrenzend aan het cryogeneratorlichaam 2 bevindt zich een opening (niet getoond) die het mogelijk maakt dat de ruimte binnenin de omsloten ruimte verbonden wordt met een mechanische 30 of andere pomp voor het voorpompen van het vacuumstelsel.

1 Bij gebruik van de cryogenerator zal het cryopaneel 8 werken bij een temperatuur van 40 - 100 K en zal werkzaam zijn om waterdamp samen met vluchtige koolwater- §602632 -7- stoffen en dergelijke condenseerbare verontreinigingen tezamen met kooldioxide indien aanwezig te doen condenseren. Cryopaneel 10 zal werken bij een temperatuur van ongeveer 12 K en zal werkzaam zijn om stikstof en zuurstof tezamen met andere condenseerbare 5 gassen te doen condenseren op het radiaal verlopende buitenoppervlak. Het cryopaneel 10 zal eveneens niet-condenseerbare gassen adsorberen op een houtskoollaag, verschaft op het radiaal verlopende hinnen-oppervlak hiervan teneinde binnenin de pompkamers een druk in de orde van 10 torr te verschaffen waarbij de jaloezieën 12 open 10 staan.

Onder verwijzing naar figuur 2 van de tekeningen, waarin soortgelijke delen dezelfde cijfers hébben, wordt een veranderbare smoorinrichting, aangegeven in het algemeen met 18, aangebracht tussen de vaste jaloezieën 12 met lage-temperatuur 15 aangrenzend aan de omsluitingsopening 4 en de te pompen kamer .

Zoals hiervoor beschreven wordt de te pompen kamer aangëbracht in aansluiting op en vastgemaakt aan de flens bij het open einde van de omsloten ruimte 4.

De smoorinrichting 18 is werkzaam 20 om de gasstroom-weerstand tussen de kamer en de cryopanelen 8 en 10 van de cryopomp te vergroten en daardoor de belasting op de pomp gedurende de ionen-verstuiving of dergelijke, plaatsvindende binnenin de kamer, te verkleinen.

In dit uitvoeringsvoorbeeld van de 25 uitvinding heeft de smoorinrichting de vorm van evenwijdige met tussenruimte aangebrachte langwerpige rechthoekige bladen 20, geschikt om gedraaid te worden in overeenstemming met elkaar rond evenwijdige assen. De bladen kunnen draaien tussen een eerste horizontale stand waarin zij samenvallen in een enkel vlak dat 30 de cryopanelen 8 en 10 nagenoeg afsluit van de kamer en een tweede verticale positie waarin zij een minimale weerstand geven voor de gasstroom en voor het pompen. De kleppen kunnen gedraaid worden naar elke tussenstand teneinde elke gekozen weerstand voor de gas- 8802332 -8- stroom te geven.

De bladen 20 worden gemonteerd op een gestel 22 dat een ringvormige ruimte laat tussen de inrichting en de omsloten ruimte 4, teneinde het mogelijk te maken dat een 5 relatief lage pompsnelheid bereikt wordt met de klep 18 in de geheel gesmoorde stand en bij het in uitvoering zijnde verstuiven van ionen.

Teneinde te voorkomen dat waterdamp tezamen met gassen en andere moleculen condenseren op de 10 klep 18 en in het bijzonder op de bladen 20 en de draaimonturen hiervan en de ermee verbonden werkverbindingen wordt de klep volgens één aspect van de onderhavige uitvinding vastgemaakt aan de omsloten ruimte door een draagspinstelsel met grote warmte-geleiding. Het spinstelsel,dat bestaat uit meerdere radiale steu-15 nen 24 van metaal met tussenruimte is werkzaam om de bladen 20 zoveel mogelijk ongeveer op omgevingstemperatuur te houden door warmte te geleiden vanaf de omsloten ruimte 4 teneinde te compenseren voor warmteverlies naar de jaloezieën 12 met lage temperatuur.

Teneinde een aanvaardbaar hoge water-20 dampcondensatiesnelheid te behouden bij de cryopomp terwijl de smoor-klep 18 nagenoeg gesloten is strekt het cryopaneel 8 zich uit achter de jaloezieën 12 teneinde uit te steken axiaal achter klep 18 naar een positie nagenoeg in één vlak gelegen met het vlak van de opening in de omsloten ruimte 4. Waterdamp, af gegeven in de kamer 25 gedurende het verstuiven en dergelijke zal dienovereenkomstig op selectieve wijze condenseren op de uitgestrekte oppervlakken van het cryopaneel 8. In deze inrichting blijft de smoorklep 18 dienovereenkomstig relatief vrij van gecondenseerde waterdamp en andere neerslagen, waardoor het pomprendement van de smoorjaloezieën 30 en de cryogeneratorpomp gehandhaafd wordt.

Men zal begrijpen, dat, terwijl de onderhavige uitvinding beschreven is onder verwijzing naar een smoorinrichting van het type met een blad, hij eveneens toegepast 8802632 -9- kan worden op smoorinrichtingen van andere bekende vormen. Men zal eveneens begrijpen, dat, terwijl.de smoorinrichting beschreven is terwijl hij gehouden wordt op kamertemperatuur door een draag-inrichting met kleine warmtegeleiding naar de cryopompomsluiting, 5 andere werkwijzen voor het ongeveer op omgevingstemperatuur houden van de inrichting, bijvoorbeeld door een draaginrichting met kleine warmtegeleiding naar de cryopanelen, eveneens aangewend kunnen worden.

8602632

Claims (15)

1. Cryogeneratorpompstelsel, gekenmerkt door tenminste twee cryopanelen, vastgehouden binnenin een omsloten ruimte met een open einde, dat is geschikt is om j bevestigd te worden aan de te pompen kamer en dat een smoor- ' 5 inrichting omvat, werkzaam om de stroom van het gas uit de kamer naar de cryogeneratorpomp te beperken, waarbij een cryopaneel ‘ met relatief hoog temperatuur aangebracht wordt binnenin de om sloten ruimte om uit te steken achter het vlak van de smoor-inrichting waardoor hij in staat is om water en andere vluchtige 10 dampen, afgegeven in de kamer, te doen condenseren en daardoor de eerslag van dergelijke dampen op de smoorinrichting voorkomt. t

2. Cryogeneratorpompstelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het cryopaneel met lagere temperatuur ingevoegd is binnenin een cryopaneel met hogere tem- ; 15 peratuur, met tussenruimte aangebracht vanaf de omsluiting.

3. Cryogeneratorpompstelsel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het cryopaneel met hogere temperatuur onmiddellijk aangrenzend aan de omsloten ruimte zich uitstrekt achter de smoorinrichting.

4. Cryogeneratorstelsel volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het cryopaneel met hogere temperatuur zich uitstrekt nagenoeg naar de opening in de ’ omsloten ruimte, welke in verbinding staat met de de pompen kamer,

5. Cryogeneratorpompstelsel 25 volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het 8602632 -11- cryopaneël met hogere temperatuur en de omsloten ruimte nagenoeg cilindrisch van vorm zijn.

6. Cryogeneratorpompstelsel volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de smoor- 5 inrichting met tussenruimte aangebracht wordt vanaf de omsloten ruimte door een baan met grote thermische geleiding.

7. Cryogeneratorpompstelsel volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de smoorinrichting gemonteerd wordt op de omsloten ruimte door een draaginrichting 10 met grote thermische geleiding.

8. Cyrogeneratorpompstelsel volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de smoorinrichting gedragen wordt door een spinstelsel, gemonteerd op de omsloten ruimte.

9. Cryogeneratorpompstelsel 15 volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de smoorinrichting met tussenruimte aangebrachte evenwijdige langwerpige bladen omvat, geschikt om in overeenstemming met elkaar te draaien rond evenwijdige assen.

10. Cryogeneratorpompstelsel 20 volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de bladen nagenoeg rechthoekig zijn.

11. Cryogeneratorpompstelsel volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de smoorinrichting aangebracht wordt tussen de open en de omsloten 25 ruimte, welke in verbinding staat met de te pompen kamer, en meerdere smoorjaloezieën.

12. Crygeneratorpompstelsel volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de smoorjaloezieën gekoeld worden door een cryopaneel van hogere temperatuur.

13. Cryogeneratorpompstelsel volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de smoorjaloezieën in direct thermisch contact staan met het cryopaneel van hogere temperatuur. 8802632 -12- Λ.-.

14. Cryogeneratorstelsel zoals getoond en ingericht, om te werken nagenoeg zoals hiervoor beschreven is, onder verwijzing naar figuur 2 van de begeleidende tekeningen.

15. Vacuumstelsel dat een cryo- generatorpompstelsel volgens één van de voorgaande conclusies omvat. -o-o-o-o-o- 8502632