NL9500225A - Werkwijze voor het regenereren van cryocondensatiepomppanelen in een vacuümkamer, vacuümkamer geschikt voor het uitvoeren van de werkwijze en een inrichting voor het coaten van produkten voorzien van een dergelijke vacuümkamer. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze voor het regenereren van cryocondensatie- pomppanelen in een vacuümkamer, vacuümkamer geschikt voor het uitvoeren van de werkwijze en een inrichting voor het coaten van produkten voorzien van een dergelijke vacuümkamer.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze volgens de aanhef van conclusie 1.

De cryopomptechniek is een in de vacuümtechniek op ruime schaal toegepaste pomptechniek. Een gedetailleerde beschrijving van deze pomptechniek vindt men in diverse handboeken zoals "KRYO-VAKUUMTECHNIK" geschreven door R.A. Haefer en uitgegeven door Springer-Verlag Berlijn. De cryopomptechniek is een schone pomptechniek, d.w.z. de pomp draagt in tegenstelling tot veel andere pomptechnieken niet bij tot het verontreinigingsniveau van het vacuüm. Een ander voordeel van de cryopomptechniek is dat met zeer hoge pompsnelheden kan worden gewerkt mits voldoende grote panelen in het vacuüm kunnen worden geplaatst.

Een nadeel van een cryopomp is dat de pompwerking eindig is. Immers het gas dat uit een vacuümkamer wordt verwijderd condenseert op een cryocondensatiepomppaneel waardoor een temperatuurgradiënt ontstaat over de laag die aangroeit op het cryocondensatiepomppaneel. Na verloop van tijd wordt de temperatuurgradiënt zo hoog dat de pompwerking afneemt en uiteindelijk ophoudt te bestaan. Om deze reden moet men van tijd tot tijd de cryocondensatiepomppanelen regenereren.

Bij een bekend regeneratieproces worden de cryocondensat iepomppanelen opgewarmd waardoor het gepompte gas vrijkomt. Het vrijgekomen gas wordt vervolgens uit het vacuümsysteem verwijderd. Blijft de druk lager dan de atmosferische druk dan zal de hoeveelheid gas afgevoerd moeten worden met een hulppomp of pompgroep die het gas naar atmosferische druk kan transporteren. Soms wordt bij het regenereren de druk hoger dan de atmosferische druk zodat men het overgrote deel van het gas afkomstig van de regeneratie in de buitenlucht kan laten uitstromen.

De relatief hoge druk van condenseerbare gassen tijdens het regeneratieproces werkt adsorptie van condenseerbare gassen op wanden die geen deel uitmaken van de cryo-condensatiepomppanelen en die niet op voldoende hoge temperatuur zijn gebracht in de hand. De wanden van een vacuümkamer die bijvoorbeeld op kamertemperatuur zijn, zullen, wanneer ze worden blootgesteld aan een hoge waterdampdruk sterk worden verontreinigd met water waardoor het pompproces in een later stadium moeizaam zal verlopen.

Een uit de praktijk bekende oplossing voor dit probleem is het aanbrengen van een vacuümafsluiter tussen vacuümkamer en cryopomp die in afgesloten toestand verhindert dat tijdens het opwarmen van de cryopanelen verontreiniging van de vacuümkamer optreedt. Omdat bij deze oplossing de cryopanelen zich buiten de vacuümkamer bevinden kan de pompsnelheid niet groter zijn dan de door de kinetische gastheorie vastgelegde maximale volumetrische gasstroom die de pompopening kan passeren. In de praktijk heeft een dergelijke externe, d.w.z. aan de vacuümkamer gemonteerde cryopomp nauwelijks een hogere pompsnelheid dan een ander pomptype met dezelfde pompopening.

Extreem hoge pompsnelheden kunnen pas worden bereikt als cryopanelen met een oppervlak dat in zijn totaliteit veel groter is dan de pompopening van een externe pomp in de vacuümkamer worden aangebracht. Echter het gewenste effect dat met de hogere pompsnelheid voor condenseerbare gassen van deze interne pomp wordt beoogd, namelijk een verbetering van de vacuümcondities, wordt dikwijls, vooral als de vacuümkamer niet verwarmd kan worden, niet of slechts ten dele bereikt omdat de desorptie van de vacuümkamer door de regeneratie-procedure op een hoger niveau wordt gebracht. Het verwarmen van de vacuümkamer tot een temperatuur waarbij de adsorptie van gas, dat vrijkomt bij het regeneratieproces, op de vacuüm-kamerwanden verwaarloosbaar is, is in de praktijk dikwijls niet mogelijk of niet gewenst. De redenen hiervoor zijn bijvoorbeeld dat door een snelle opeenvolging van pomp- processen van atmosferische druk naar lage druk de regeneratiefijd te kort is om de vacuümkamer en zijn componenten voldoende op te warmen of dat de opwarming een te hoge temperatuurbelasting van de afdichtmaterialen van de vacuümkamer veroorzaakt of een te grote consumptie van energie.

De uitvinding beoogt een werkwijze voor het regenereren van cryocondensatiepomppanelen waarbij de gassen die tijdens het opwarmen van een cryocondensatiepomppaneel vrijkomen niet het desorptieniveau van de vacuümkamerwanden verhogen, d.w.z. niet neerslaan op de vacuümkamerwanden of -componenten. De werkwijze wordt hiertoe gekenmerkt door de maatregelen volgens conclusie 1.

De voorgestelde werkwijze berust op het gebruik van een laminaire gasstroom die een stromingsweerstand vormt voor gas dat zich in een richting tegenovergesteld aan de richting van de laminaire gasstroom verplaatst. Een barrière tegen het transport van het, van een cryocondensatiepomppaneel vrijkomende gas naar de vacuümkamerwanden wordt gecreëerd door een laminaire gasstroom komend vanuit de vacuümkamer in de richting van het cryocondensatiepomppaneel te dirigeren en daar ter plaatse af te pompen of, indien de druk in de afgeschermde ruimte hoger is dan de atmosferische druk, weg te laten stromen in de atmosfeer.

De mate van afscheiding die met behulp van een laminaire gasstroom kan worden gerealiseerd hangt af van de gasstroom, de druk en de afmetingen van het stromingskanaal. De druk-verhouding van het gas dat tegen de laminaire gasstroom in diffundeert volgt uit:

waarin Q het druk.volume debiet van de laminaire gasstroom 1 de lengte van het stromingskanaal = spleetbreedte A de doorstroomopening van het stromingskanaal = spleethoogte x spleetlengte

Di de diffusiecoëfficiënt.

Aan het creëren van een grote drukverhouding middels een groot druk.volume debiet kleven een aantal bezwaren. Doordat de laminaire gasstroom schoon moet zijn wordt het werken met een hoge gasstroom kostbaar. Daarboven komen de kosten van een pomp met een grote pompsnelheid, nodig om de laminaire gasstroom af te voeren. Een hoge stroomsnelheid in een vacuümkamer heeft als bijkomstig effect dat het in de vacuümkamer aanwezige stof zich kan verplaatsen. Vooral voor vacuüm-processen die worden gebruikt bij de halfgeleiderfabricage en de fabricage van optische en slijtvaste lagen is verplaatsing van stof naar het in het vacuüm te bewerken substraat ongewenst.

De afscheiding dient dus bij voorkeur gerealiseerd te worden middels de afmetingen van het stromingskanaal, d.w.z. door een nauw dan wel een breed stromingskanaal te kiezen.

De werkwijze volgens de uitvinding is bijzonder gunstig doordat geen vacuümdichte afsluiting tussen vacuümkamer en cryopaneel nodig is. Derhalve kan het afschermpaneel dat de nauwe spleet vormt eenvoudig van constructie zijn en kan met een lage stroomsnelheid in de vacuümkamer verontreiniging van de vacuümkamer met gas dat vrijkomt van de cryopanelen worden voorkomen.

In nadere uitwerking van de uitvinding wordt de werkwijze gekenmerkt door de maatregelen van conclusie 2. Hierdoor wordt verhinderd dat de cryocondensatiepomppanelen niet nog verder vervuilen door tijdens de opheffing van het vacuüm in de vacuümkamer stromende atmosferische lucht.

Teneinde te verhinderen dat de tijd die benodigd is voor het regenereren van de cryocondensatiepomppanelen ten koste gaat van de produktietijd van de vacuümkamer wordt de werkwijze bij voorkeur gekenmerkt door de maatregelen van conclusie 3.

Volgens een nadere uitwerking van de uitvinding wordt de werkwijze gekenmerkt door de maatregelen van conclusie 4. Deze maatregelen verhinderen dat bij het initiële vormen van het vacuüm na het koelen van de cryocondensatiepomppanelen deze panelen direkt worden vervuild door een overmatige aangroei van condenseerbare gassen die zich nog in de vacuümkamer bevinden.

Teneinde te bewerkstelligen dat het regeneratieproces zeer snel verloopt en teneinde bovendien te bewerkstelligen dat de afschermpanelen tijdens de regeneratie niet zelf worden bedekt met het condensaat van condenseerbare gassen is het volgens een nadere uitwerking van de uitvinding bijzonder gunstig wanneer de vacuümkamer wordt gekenmerkt door de maatregelen van conclusie 5.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting welke wordt gekenmerkt door de maatregelen van conclusie 6.

Met een aldus uitgevoerde vacuümkamer kan de werkwijze volgens de uitvinding op bijzonder gunstige en economische wijze worden uitgevoerd. De afschermpanelen kunnen betrekkelijk eenvoudig en daardoor weinig kostbaar worden uitgevoerd aangezien hiermee niet een volledige afsluiting van de afgeschermde ruimte ten opzichte van de vacuümkamer behoeft te worden bewerkstelligd. Doordat volgens de werkwijze niet-condenserend gas in de vacuümkamer wordt gebracht onstaat in de nauwe spleten tussen de afschermpanelen en de vacuümkamer en/of de afschermpanelen onderling een laminaire stroom van het niet-condenseerbare gas in de richting van de afgeschermde ruimte. Hierdoor kan het condenseerbare gas dat tijdens het regeneratieproces vrijkomt slechts in zeer kleine hoeveelheden vanuit de afgeschermde ruimte, tegen de laminaire niet-condenserende gasstroom in, naar de vacuümkamer diffunderen.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het coaten van produkten voorzien van een vacuümkamer volgens de uitvinding. Met een aldus uitgevoerde inrichting gaat een minimum aan produktietijd verloren doordat het regeneratieproces van de cryocondensatiepomppanelen kan plaatsvinden terwijl de behandelde produkten worden vervangen door nog niet behandelde produkten. Bovendien vindt de regeneratie op kwalitatief zeer hoogwaardige en afdoende wijze plaats.

Een aantal praktische uitvoeringsvormen van de vacuümkamer volgens de uitvinding is beschreven in de volgconclusies en zal, onder verwijzing naar de tekening, nader worden verduidelijkt.

Figuren 1A-8A tonen alle een vacuümkamer voorzien van cryocondensatiepomppanelen die worden geregenereerd; figuren 1B-8B tonen de in de overeenkomstige figuren 1A-8A weergegeven vacuümkamers waarbij de vacuümkamers zich in de pomp- of produktiesituatie bevinden.

De tekeningen zijn alle van zeer schematische aard en tonen schematisch een vacuümkamer 1 die wordt begrensd door wanden 2 waarvan er ten minste één kan worden geopend doordat deze is uitgevoerd als een deur of als luik. Bovendien is de vacuümkamer voorzien van ten minste één aansluiting 3 voor een hoogvacuümpomp 4. Daarbij bevat de vacuümkamer cryocondensatiepomppanelen 5 die in de weergegeven uitvoerings-voorbeelden buisvormig zijn uitgevoerd zodat daar doorheen vloeistof of gas kan worden geleid ter regeling van de temperatuur van de cryocondensatiepomppanelen 5. Alle weergegeven uitvoeringsvormen zijn bovendien voorzien van afschermpanelen 6 die in een eerste stand de cryocondensatiepomppanelen 5 in vrije verbinding stellen met de vacuümkamer en in een tweede stand de cryocondensatiepomppanelen 5 onderbrengen in een ten opzichte van de vacuümkamer afgeschermde ruimte 7. De B-figuren tonen de afschermpanelen 6 telkens in de eerste stand, dat wil zeggen de stand waarin de cryocondensatiepomppanelen 5 als pomp werkzaam kunnen zijn en derhalve in vrije verbinding staan met de vacuümkamer 1, terwijl de A-figuren de afschermpanelen 6 telkens in de tweede stand tonen, dat wil zeggen in een stand waarin de cryocondensatiepomppanelen 5 worden geregenereerd. Op de afgeschermde ruimte 7 is een leiding 8 aangesloten waarin zich een vacuümpomp 9 bevindt die is ingericht voor het creëren van een onderdruk in de afgeschermde ruimte 7 ten opzichte van de vacuümkamer 1. Bovendien bevindt zich in de leiding 8 een klep 10 die is geopend tijdens het regereneren van de cryocondensatiepomppanelen 5 en is gesloten wanneer de vacuüm kamer 1 in bedrijf is. Bovendien is de vacuümkamer 1 telkens voorzien van middelen 11, 12, 13 voor het brengen van een niet-condenserend gas in de vacuümkamer 1 wanneer de cryo-condensatiepomppanelen 5 worden geregenereerd. Deze middelen 11, 12, 13 kunnen bijvoorbeeld zijn uitgevoerd als een leiding 12 die is voorzien van een klep 13, welke leiding 12 enerzijds is aangesloten op de vacuümkamer 1 en anderzijds op een bron 11 van een niet-condenserend gas, bijvoorbeeld stikstof. Zodra het regeneratieproces start wordt de klep 13 geopend zodat de vacuümkamer 1 zich vult met stikstof, welke stikstof, als gevolg van de onderdruk die in de afgeschermde ruimte 7 heerst, via de spleten 14 tussen de vacuümkamerwanden 2 en de afschermpanelen 6 en/of de afscherm-panelen 6 onderling naar de afgeschermde ruimte 7 stroomt.

Door de stroming van het niet-condenserende gas naar de afgeschermde ruimte 7 wordt stroming van condenseerbare gassen, die vrijkomen van de cryocondensatiepomppanelen 5 als gevolg van het regeneratieproces, naar de vacuümkamer 1 verhinderd.

De in de figuren 1-8 weergegeven uitvoeringsvoorbeelden onderscheiden zich slechts door de uitvoering van de afscherm-panelen 6 en de daarmee samenhangende plaatsing van de cryo-condensatiepomppanelen 5.

Figuren IA en 1B tonen een uitvoeringsvorm waarbij het afschermpaneel 6 is uitgevoerd als een verschuifbaar opgestelde hoekvormige plaat 6. De plaat is bij de randen die moeten aansluiten op de vacuümkamerwanden 2 voorzien van een randverbreding 6B waardoor de breedte van de spleet 14 waarlangs het niet-condenseerbare gas G moet passeren wordt vergroot, hetgeen een gunstige invloed heeft op de afscherming van de in de afgeschermde ruimte 7 vrijkomende condenseerbare gassen C.

Figuren 2A en 2B tonen een afschermpaneel 6 dat voor de cryocondensatiepomppanelen 5 is opgesteld en dat aan de uiteinden scharnierbaar is verbonden met twee afsluitstukken 6A die in een eerste in figuur 2B weergegeven stand de cryocondensat iepomppanelen 5 in vrije verbinding stellen met de vacuümkamer 1 en in een tweede, in figuur 2A weergegeven stand de cryocondensatiepomppanelen 5 onderbrengen in een afgeschermde ruimte 7. Figuren 3A, 3B; 4A, 4B; 5A, 5B tonen constructieve variaties op de in de figuren IA, 1B; 2A, 2B weergegeven uitvoeringsvarianten en behoeven geen verdere toelichting.

Figuren 6A en 6B tonen een uitvoering waarbij de cryocondensat iepomppanelen 5 buisvormig zijn uitgevoerd en zich bij voorkeur in een hoek van de vacuümkamer 1 bevinden. De afschermpanelen 6 hebben een cirkelsegmentvormige doorsnede binnen het concave deel waarvan de buisvormige cryocondensat iepomppanelen 5 zich bevinden. In de eerste stand die is weergegeven in figuur 6B zijn de cirkelsegmentvormige afschermpanelen 6 met het concave deel naar de vacuümkamer 1 gericht, terwijl in de tweede stand, die is weergegeven in figuur 6A, het convexe deel van de afschermpanelen 6 naar de vacuümkamer 1 is gericht. Aldus wordt bewerkstelligd dat tijdens het normale productieproces in de vacuümkamer 1 de toegang vanuit de vacuümkamer 1 naar het cryocondensatiepomp-paneel 5 volledig vrij is. Het spreekt voor zich dat de vorm van het afschermpaneel 6 en de manier waarop het afscherm-paneel 6 wordt verplaatst van geval tot geval kan variëren. Zo kan de verplaatsing van de cirkelsegmentvormige afscherm-panelen 6 bijvoorbeeld door rotatie of door translatie plaatsvinden .

In figuren 7A, 7B is in de af te schermen ruimte tevens voorzien in stationaire panelen 15 die zich bevinden tussen de vacuümkamerwanden 2 en de cryocondensatiepomppanelen 5. De stationaire panelen 15 kunnen zijn voorzien van verwarmingselementen, die zijn ingericht voor het tijdens het regeneratieproces verhitten van de stationaire panelen 15. Bij voorkeur is het afschermpaneel 6 bij de in de figuren 7A en 7B weergegeven uitvoeringsvormen eveneens voorzien van verwarmingselementen, die zijn ingericht voor het tijdens het regeneratieproces verhitten van de afschermpanelen 6. Aldus wordt bewerkstelligd dat alle wanden 6, 15 van de afgeschermde ruimte 7 tijdens het regenereren op eenvoudige wijze kunnen worden verwarmd. Dit heeft het voordeel dat de condenseerbare gassen die vrijkomen tijdens het regeneratieproces niet op deze wanden 6, 15 zullen neerslaan, zodat nadat het regeneratieproces is afgerond en de wanden 6, 15 weer in vrije verbinding worden gesteld met de overige delen van de vacuümkamer 1, geen daarop gecondenseerde gassen in de vacuümkamer 1 kunnen belanden.

Figuren 8A en 8B tonen nog een uitvoeringsvorm waarbij de afschermpanelen 6 zijn uitgevoerd in de vorm van jalouzieën.

Het is duidelijk dat de uitvinding niet is beperkt tot de weergegeven uitvoeringsvoorbeelden maar dat diverse wijzigingen binnen het raam van de uitvinding mogelijk zijn.

Zo kunnen bijvoorbeeld de stationaire panelen 15 die zijn voorzien van verwarmingselementen zoals weergegeven in de figuren 7A, 7B tevens worden toegepast bij de overige uitvoeringsvoorbeelden. Ook de afschermpanelen 6 voorzien van verwarmingselementen die zijn beschreven onder verwijzing naar figuren 7A en 7B kunnen bij de overige uitvoeringsvoorbeelden worden toegepast.

Claims (13)

1. Werkwijze voor het regenereren van cryocondensatiepomp-panelen (5) welke zijn opgesteld in een vacuümkamer (1), waarbij de cryocondensatiepomppanelen (5) ten behoeve van de regeneratie worden opgewarmd, met het kenmerk, dat de cryocondensat iepomppanelen (5), alvorens deze worden opgewarmd, worden afgeschermd van de vacuümkamer (1) door afschermpanelen (6), waarbij in de afgeschermde ruimte (7) waarin de cryo-condensatiepomppanelen (5) zich bevinden een onderdruk wordt gecreëerd ten opzichte van de vacuümkamer (1), en waarbij in de vacuümkamer (1) een niet-condenserend gas (G) wordt gebracht, zodat niet-condenserend gas (G) vanuit de vacuümkamer (1) via nauwe spleten (14), welke worden gevormd tussen de afschermpanelen (6) en de vacuümkamerwanden (2) en/of de afschermpanelen (6) onderling, in de afgeschermde ruimte (7) stroomt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de afgeschermde ruimte (7) wordt gevormd alvorens niet-condenserend gas (G) in de vacuümkamer (1) wordt gebracht en het vacuüm in de vacuümkamer (1) wordt opgeheven.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de regeneratie van de cryocondensatiepomppanelen (5) plaatsvindt terwijl de vacuümkamer (1) is geopend voor het daarin uitvoeren van handelingen, zoals bijvoorbeeld het uitwisselen van, in de vacuümkamer(1) behandelde produkten met in de vacuümkamer (1) te behandelen produkten.

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de cryocondensatiepomppanelen (5) pas weer in ongestoorde vrije verbinding met de vacuümkamer (1) worden gesteld nadat deze weer is afgesloten en in hoofdzaak vacuüm is gepompt.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de afschermpanelen (6) tijdens het regeneratieproces worden verwarmd.

6. Vacuümkamer voorzien van ten minste één aansluiting (3) voor een hoogvacuümpomp (4) en van cryocondensatiepomppanelen (5) welke zijn opgesteld in de vacuümkamer (1), gekenmerkt door afschermpanelen (6) die in een eerste stand de cryo-condensatiepomppanelen (5) in vrije verbinding stellen met de vacuümkamer (1) en in een tweede stand de cryocondensatie-panelen (5) onderbrengen in een, ten opzichte van de vacuümkamer (1) afgeschermde ruimte (7), waarbij pompmiddefen (9) zijn voorzien voor het in de afgeschermde ruimte (7) creëren van een onderdruk ten opzichte van de vacuümkamer (1), en waarbij middelen (11, 12, 13) zijn voorzien voor het brengen van een niet-condenserend gas in de vacuümkamer (1).

7. Vacuümkamer volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de afschermpanelen (6) aan de randen (6B) die in de tweede stand de afgeschermde ruimte (7) afschermen zodanig zijn uitgevoerd dat tussen de afschermpanelen (6) en de vacuümkamerwanden (2) en/of tussen de afschermpanelen (6) onderling gevormde nauwe spleten (14) een kleine spleethoogte en een grote spleet-breedte hebben, zodat nauwelijks of geen gas (C) , dat vrijkomt door de regeneratie van de cryocondensatiepomppanelen (5), vanuit de afgeschermde ruimte (7) via de spleet (14), tegen de stromingsrichting van door de spleet (14) stromend niet-condenseerbaar gas (G) in, naar de vacuümkamer (1) kan diffunderen.

8. Vacuümkamer volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de cryocondensatiepanelen (5) buisvormig zijn uitgevoerd, door welke buizen een koelmedium kan stromen, waarbij de afschermpanelen (6) een cirkelsegmentvormige doorsnede hebben, binnen het concave deel waarvan de buisvormige cryocondensatiepanelen (5) zich bevinden, waarbij de cirkelsegmentvormige afschermpanelen (6) in de eerste stand daarvan met het concave deel naar de vacuümkamer (1) zijn gericht en in de tweede stand met het convexe deel naar de vacuümkamer (1) zijn gericht.

9. Vacuümkamer volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de afschermpanelen (6) scharnierbaar of verschuifbaar opgestelde, hoekvormige platen zijn.

10. Vacuümkamer volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de afschermpanelen (6) jalouzievormig zijn uitgevoerd.

11. Vacuümkamer volgens één van de conclusies 6-10, met het kenmerk, dat de afschermpanelen (6) zijn voorzien van verwarmingselementen, die zijn ingericht voor het tijdens het regeneratieproces verhitten van de afschermpanelen (6).

12. Vacuümkamer volgens één van de conclusies 6-11, met het kenmerk, dat tevens stationaire panelen (15) tussen de vacuüm-kamerwanden (2) en de cryocondensatiepomppanelen (5) zijn opgesteld, welke stationaire panelen (15) zijn voorzien van verwarmingselementen, die zijn ingericht voor het tijdens het regeneratieproces verhitten van de stationaire panelen (15).

13. Inrichting voor het coaten van produkten voorzien van een vacuümkamer volgens één van de conclusies 6-12.