RU2099598C1

RU2099598C1 - Method of creation of oil-free vacuum

Info

Publication number: RU2099598C1
Application number: RU95118958A
Authority: RU
Inventors: В.А. Мальцев
Original assignee: Акционерное общество "Нижнетагильский металлургический комбинат"
Priority date: 1995-11-09
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 1997-12-20

Abstract

FIELD: electronic industry; manufacture of clean materials and semiconductor devices of functional electronics. SUBSTANCE: oil-free vacuum is created by means of adsorption pump through cooling it to temperature of liquid nitrogen, sealing up the vacuum chamber and connecting the vacuum chamber inlet with pump inlet. After sealing up the vacuum chamber before connecting its inlet with inlet of pump, air is subjected to dehumidification in vacuum chamber. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электронной промышленности, в частности для получения чистых материалов и изготовления полупроводниковых приборов и приборов функциональной электроники. The invention relates to the field of electronic industry, in particular for the production of pure materials and the manufacture of semiconductor devices and functional electronics devices.

Вакуум является лучшей технологической средой для работы с материалами высокой частоты. Известны два способа создания как низкого, предварительного, так и высокого вакуума в технологических установках и других вакуумных системах (Майссел Л. Глэнг Р. Технология тонких пленок, справочник, М. Сов. радио, 1977). Первый заключается в том, что газ физически удаляется из откачиваемого объема и выбрасывается в атмосферу. Для откачки таким способом, начиная от атмосферного давления до низкого вакуума (0,7 6,5 Па) используются механические насосы с масляным уплотнением. Vacuum is the best technological environment for working with high-frequency materials. Two methods are known for creating both low, preliminary, and high vacuum in technological installations and other vacuum systems (Meissel L. Glang, R. Thin Film Technology, Reference, M. Sov. Radio, 1977). The first is that the gas is physically removed from the pumped volume and released into the atmosphere. For pumping in this way, from atmospheric pressure to low vacuum (0.7 to 6.5 Pa), mechanical pumps with an oil seal are used.

Основные достоинства такого способа малая зависимость скорости откачки от рода откачиваемых газов, высокая скорость откачки и простота проведения процесса. Так, процесс откачки в данном случае состоит из двух операций: герметизация откачиваемого объема (сборка вакуумной системы) и соединение откачиваемого объема с входным патрубком насоса путем открывания клапана. Процесс откачки ведется до достижения требуемой величины вакуума, после чего откачиваемый объем отсекается от насоса (закрывается клапан), либо в течение всего времени проведения технологического процесса в вакуумной камере (прогрев, отжиг, нанесение материала и т.д.). The main advantages of this method are the small dependence of the pumping rate on the type of pumped gases, high pumping speed and ease of process. So, the pumping process in this case consists of two operations: sealing the pumped volume (assembly of the vacuum system) and connecting the pumped volume to the pump inlet by opening the valve. The pumping process is carried out until the required vacuum is reached, after which the pumped-off volume is cut off from the pump (the valve closes), or during the entire process in the vacuum chamber (heating, annealing, applying material, etc.).

Недостатком данного способа является неизбежное при нем попадание в откачиваемый объем паров масла и продуктов его разложения, идущих от насоса с обратным потоком газов. Органические вещества нефтяные масла и продукты их разложения, оседая на обрабатываемых в вакууме материалах и изделиях, ухудшают свойства их поверхностей, снижают качество материалов и выход годных изделий. Для предотвращения попадания органических веществ из насосов в вакуумные камеры на входах механических насосов устанавливают различного типа ловушки. Такие ловушки, несколько снижая скорость откачки (на 20 30%) улавливают до 99% паров масла и продуктов его разложения из обратного газового потока насосов, однако возрастающие требования современных технологических процессов к чистоте вакуума делают недопустимым присутствие в вакуумной камере и малых количеств таких веществ. The disadvantage of this method is inevitable when it gets into the pumped volume of oil vapor and its decomposition products coming from a pump with a reverse gas flow. Organic substances, petroleum oils and their decomposition products, deposited on materials and products processed in a vacuum, worsen the properties of their surfaces, reduce the quality of materials and yield. To prevent the ingress of organic substances from the pumps into the vacuum chambers, various types of traps are installed at the entrances of the mechanical pumps. Such traps, slightly reducing the pumping rate (by 20–30%), trap up to 99% of oil vapor and its decomposition products from the return gas flow of pumps, however, the increasing requirements of modern technological processes for vacuum cleanliness make unacceptable the presence of small amounts of such substances in the vacuum chamber.

Второй способ создания вакуума заключается в осаждении молекул газа на определенной части внутренней поверхности вакуумной установки без выброса их в атмосферу во время откачки. Для откачки таким образом от атмосферного давления до 0,13 0,33 Па используются адсорбционные насосы. Такие насосы не содержат масла, поэтому с их помощью получается бесмасляный вакуум. Кроме того, адсорбционные насосы, используемые в качестве форвакуумных, лучше стыкуются с гетерно-ионными и магниторазрядными высоковакуумными насосами, которые также не содержат масла, но рабочие поверхности которых чувствительны к органическим загрязнениям. The second way to create a vacuum is to deposit gas molecules on a certain part of the inner surface of the vacuum unit without releasing them into the atmosphere during pumping. For pumping in this way from atmospheric pressure to 0.13 0.33 Pa, adsorption pumps are used. These pumps are oil free, so they are used to create an oil-free vacuum. In addition, adsorption pumps used as fore-vacuum pumps are better compatible with hetero-ion and magneto-discharge high-vacuum pumps, which also do not contain oil, but whose working surfaces are sensitive to organic pollution.

Однако, данный способ откачки имеет серьезный недостаток, заключающийся в том, что используемые для осуществления данного способа адсорбционные насосы быстро ухудшают от цикла к циклу свои основные характеристики быстроту откачки и предельно допустимый вакуум. Связано это с насыщением содержания в этих насосах адсорбента цеолита водяными парами, которые содержатся в атмосфере и в процессе откачки, которая ведется при охлаждении цеолита жидким азотом, адсорбируются цеолитом вместе с другими атмосферными газами. Но основные атмосферные газы азот, кислород, аргон, двуокись углерода легко десорбируются при повышении температуры цеолита даже до 50^oC, при повышении же температуры цеолита до комнатной, эти газы десорбируются практически полностью. Для десорбции же водяных паров необходимо выдерживать цеолит при температуре до 350^oC в течение нескольких часов. Для этого следует либо разобрать адсорбционный насос, либо оборудовать его специальным нагревателем, усложнив соответственно конструкцию. Однако, в любом случае во время регенерации цеолита адсорбционный насос работать не может.However, this pumping method has a serious drawback, namely, that the adsorption pumps used to implement this method quickly worsen their main characteristics from pump to pump, pumping speed and maximum permissible vacuum. This is due to the saturation of the zeolite adsorbent content in these pumps with water vapor, which are contained in the atmosphere and during the pumping process, which is carried out when the zeolite is cooled with liquid nitrogen, are adsorbed by the zeolite together with other atmospheric gases. But the main atmospheric gases nitrogen, oxygen, argon, carbon dioxide are easily desorbed when the zeolite temperature rises even up to 50 ^o C, when the zeolite temperature rises to room temperature, these gases are almost completely desorbed. For the desorption of water vapor, it is necessary to withstand the zeolite at temperatures up to 350 ^o C for several hours. To do this, you should either disassemble the adsorption pump, or equip it with a special heater, complicating the design accordingly. However, in any case, during the regeneration of the zeolite, the adsorption pump cannot work.

Задачей изобретения является усовершенствование способа получения бесмасляного вакуума с помощью адсорбционных насосов, а именно повышение срока службы адсорбционных насосов между регенерациями, содержащегося в них цеолита и сохранения их основных характеристик в течение этого срока за счет сокращения количества попадающих в эти насосы водяных паров. The objective of the invention is to improve the method of producing an oil-free vacuum using adsorption pumps, namely increasing the service life of adsorption pumps between regenerations of the zeolite contained in them and preserving their basic characteristics during this period by reducing the amount of water vapor entering these pumps.

Поставленная задача решается тем, что вводится дополнительная операция сушки воздуха в откачиваемом объеме после сборки вакуумной системы и перед началом собственно откачки, т.е. соединение откачиваемого объема с входом насоса. При нормальных условиях, т.е. температуре воздуха 20^oC и давлении 101 КПа (760 мм рт. ст.), при влажности от 50 до 90% содержание водяных паров составляет от 8,66 до 15,59 г в кубометре воздуха.The problem is solved in that an additional operation of drying air in the pumped-out volume is introduced after the assembly of the vacuum system and before the actual pumping starts, i.e. connection of the pumped volume to the pump inlet. Under normal conditions, i.e. air temperature of 20 ^o C and a pressure of 101 KPa (760 mm Hg), at a humidity of 50 to 90%, the water vapor content is from 8.66 to 15.59 g per cubic meter of air.

Существующие устройства для сушки воздуха позволяют получать воздух с точкой росы -40^oC, что соответствует содержанию водяных паров не более 0,18 г/м³. Таким образом, образом количество водяных паров, поступающих из откачиваемого объема в адсорбционный насос при откачке, снижается в 48 86 раз в каждом цикле откачки. Соответственно, увеличивается количество циклов откачки между регенерациями цеолита в насосе.Existing devices for air drying allow you to get air with a dew point of -40 ^o C, which corresponds to a water vapor content of not more than 0.18 g / m ³ . Thus, in this way, the amount of water vapor coming from the pumped volume into the adsorption pump during pumping is reduced by 48 86 times in each pumping cycle. Accordingly, the number of pumping cycles between zeolite regenerations in the pump increases.

Осуществление заявляемого способа поясняется с помощью устройства, представленного чертежом, на котором представлена вакуумная система, позволяющая осуществлять откачку данным способом. The implementation of the proposed method is illustrated using the device represented by the drawing, which shows a vacuum system that allows pumping in this way.

Предлагаемый способ откачки ведется следующим образом. The proposed pumping method is as follows.

Адсорбционный насос охлаждается жидким азотом до -196^oC. Собирается вакуумная система, т.е. герметизируется откачиваемый объем вакуумная камера 1. После герметизации вакуумной камеры 1 открываются клапаны 3 и 4, обеспечивающие сообщение вакуумной камеры 1 с устройством для сушки воздуха 5. Процесс сушки ведется при температуре 40-60^oC (RU, патент 2030198, кл. B 01 D 53/02, 1995) до достижения требуемой влажности воздуха, после чего клапаны 3 и 4 закрываются и открывается клапан 2, соединяющий камеру 1 с вакуумным адсорбционным насосом, по достижении требуемого давления или окончания технологического процесса клапан 2 закрывается. По окончании технологических процессов в камере открывается натекатель 6 и в камеру напускается воздух до атмосферного давления.The adsorption pump is cooled by liquid nitrogen to -196 ^o C. The vacuum system is collected, i.e. the evacuated volume is sealed, the vacuum chamber 1. After sealing the vacuum chamber 1, the valves 3 and 4 are opened, providing communication of the vacuum chamber 1 with the device for drying air 5. The drying process is carried out at a temperature of 40-60 ^o C (RU, patent 2030198, class B 01 D 53/02, 1995) until the required humidity is reached, after which the valves 3 and 4 are closed and the valve 2 opens, connecting the chamber 1 to the vacuum adsorption pump, when the required pressure is reached or the process is completed, valve 2 closes. At the end of the technological processes, the leakage 6 opens in the chamber and air is let into the chamber to atmospheric pressure.

В качестве устройства для сушки воздуха 5 используется любое известное устройство для сушки воздуха, содержащее в качестве влагопоглотителя силикагель или дешевые марки цеолита в количестве, обеспечивающим сушку данного объема воздуха до содержания водяных паров не выше допустимого. Устройство соединяется с камерой через клапаны вакуумплотными соединениями, обеспечивающими отсутствие контакта с атмосферой. При этом абсорбент - влагопоглотитель размещается в патроне, обеспечивающим его легкую замену, осуществляемую после процесса сушки воздуха в камере при закрытых клапанах 3 и 4. As a device for drying air 5, any known device for drying air is used that contains silica gel or cheap zeolite grades in a quantity that provides drying of this volume of air to a water vapor content of not higher than the permissible level. The device is connected to the camera through valves with vacuum-tight connections, ensuring no contact with the atmosphere. In this case, the absorbent - desiccant is placed in the cartridge, ensuring its easy replacement, carried out after the drying process of the air in the chamber with closed valves 3 and 4.

Заявляемое техническое решение полностью выполняет поставленную задачу и на настоящее время не известно в Российской Федерации и отвечает требованиям критерия "новизна". The claimed technical solution fully fulfills the task and is currently not known in the Russian Federation and meets the requirements of the criterion of "novelty."

Claims

A method of creating an oil-free vacuum using an adsorption pump, in which the operation of cooling the adsorption pump to a temperature of liquid nitrogen, sealing the vacuum chamber and connecting the vacuum chamber to the pump inlet, characterized in that after sealing the vacuum chamber to connect it to the pump inlet, air is dried in vacuum chamber.