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Hintergrund
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Cryogene
Vakuumpumpen, oder Cryopumpen, die gegenwärtig verfügbar sind, folgen generell einem
gemeinsamen Aufbaukonzept. Eine Niedrigtemperaturanordnung, die
gewöhnlich
in dem Bereich von 4 bis 25 K arbeitet, ist die primäre Pumpoberfläche. Diese
Oberfläche
ist von einem Strahlungsschirm höherer
Temperatur umgeben, der gewöhnlich
in dem Temperaturbereich von 60 bis 130 K betrieben wird, wodurch
eine Strahlungsabschirmung für
die Anordnung niedrigerer Temperatur vorgesehen wird. Der Strahlungsschirm
umfaßt
generell ein Gehäuse,
das mit Ausnahme an einer Stirnanordnung geschlossen ist, die zwischen
der primären Pumpoberfläche und
einer zu evakuierenden Arbeitskammer positioniert ist.
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Im
Betrieb werden Gase mit hohem Siedepunkt, wie Wasserdampf, auf der
Stirnanordnung kondensiert. Gase mit niedrigerem Siedepunkt gehen
durch jene Anordnung hindurch und in das Volumen innerhalb des Strahlungsschirms
und kondensieren auf der Anordnung niedrigerer Temperatur. Eine
mit einem Adsorptionsmittel, wie Aktivkohle oder einem Molekularsieb,
beschichtete Oberfläche, die
bei oder unterhalb der Temperatur der kälteren Anordnung arbeitet,
kann außerdem
in diesem Volumen vorgesehen sein, um die Gase mit sehr niedrigem
Siedepunkt, wie Wasserstoff, zu entfernen. Wenn die Gase auf diese
Weise auf den Pumpoberflächen
kondensiert und/oder adsorbiert werden, wird ein Vakuum in der Arbeitskammer
erzeugt.
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In
Systemen, die durch Kühleinrichtungen mit
geschlossenem Zyklus gekühlt
werden, ist die Kühleinrichtung
typischerweise eine zweistufige Kältemaschine, die einen kalten
Finger hat, welcher sich durch die Rückseite oder die Seite des
Strahlungsschirms erstreckt. Hochdruckheliumkühlmittel wird generell durch
Hochdruckleitungen von einer Kompressoranordnung zu der Cryokühleinrichtung
zugeführt.
Außerdem
wird gewöhnlich
elektrische Leistung zu einem Verdrängerantriebsmotor in der Kühleinrichtung
durch den Kompressor oder eine Steuer- bzw. Regelanordnung zugeführt.
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Das
kalte Ende der zweiten, kältesten
Stufe der Cryokühleinrichtung
befindet sich an der Spitze des kalten Fingers. Die primäre Pumpoberfläche, oder
das Cryofeld, ist mit einer Wärmesenke
an dem kältesten
Ende der zweiten Stufe des kalten Fingers verbunden. Dieses Cryofeld
kann eine einfache Metallplatte oder ein einfacher Metallbecher
oder eine Anordnung von Metalleitflächen sein, die bzw. der um die
Wärmesenke
der zweiten Stufe angeordnet und mit der Wärmesenke der zweiten Stufe
verbunden ist. Dieses Cryofeld der zweiten Stufe trägt auch
das Niedrigtemperaturadsorptionsmittel.
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Der
Strahlungsschirm ist mit einer Wärmesenke,
oder Heizstation, an dem kältesten
Ende der ersten Stufe der Kältemaschine
verbunden. Der Schirm umgibt das Cryofeld der zweiten Stufe in einer
solchen Art und Weise, daß er
es vor Strahlungswärme
schützt.
Die Stirnanordnung wird durch die Wärmesenke der ersten Stufe gekühlt, indem
sie an dem Strahlungsschirm angebracht ist, oder, wie in dem US-Patent
4 356 810 offenbart ist, durch thermische Streben.
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Nach
mehreren Tagen oder Wochen des Gebrauchs beginnen die Gase, die
sich auf den Cryofeldern kondensiert haben, und im besonderen die
Gase, welche adsorbiert sind, die Cryopumpe zu sättigen. Es muß dann ein
Regenerationsverfahren folgen, um die Cryopumpe zu erwärmen und
demgemäß die Gase
freizusetzen und die Gase aus dem System zu entfernen. Wenn die
Gase verdampfen, steigt der Druck in der Cryopumpe an, und die Gase werden
durch ein Entspannungsventil entleert bzw. ausgepumpt. Während der
Regeneration wird die Cryopumpe oft mit warmem Stickstoffgas gereinigt. Das
Stickstoffgas beschleunigt die Erwärmung der Cryofelder und dient
außerdem
dazu, Wasser und andere Dämpfe
aus der Cryopumpe zu spülen.
Stickstoff ist das übliche
Reinigungsgas, weil es relativ inert und frei von Wasserdampf erhältlich ist.
Es wird gewöhnlich
aus einer Stickstoffspeicherflasche durch eine Übertragungsleitung und ein
mit der Cryopumpe verbundenes Reinigungsventil zugeführt.
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Nachdem
die Cryopumpe gereinigt worden ist, muß sie vorvakuum- bzw. grobgepumpt
werden, um ein Vakuum um die Cryopumpoberflächen und den kalten Finger
zu erzeugen, welches die Wärmeübertragung
durch Gasleitung vermindert und demgemäß die Cryokühleinrichtung befähigt, auf
normale Betriebstemperaturen zu kühlen. Die Vorvakuum- bzw. Grobpumpe
ist generell eine mechanische Pumpe, die durch eine Fluidleitung
mit einem an der Cryopumpe angebrachten Vorvakuum- bzw. Grobpumpventil
verbunden ist.
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Die
Steuerung bzw. Regelung des Regenerationsverfahrens wird durch Temperatursensoren erleichtert,
die mit den Wärmestationen
des kalten Fingers verbunden sind. Außerdem sind Thermoelementdruckmesser
bei Cryopumpen verwendet worden. Obwohl die Regeneration durch manuelles
Ein- und Ausschalten der Cryokühleinrichtung
und manuelles Steuern des Reinigungs- und Vorvakuum- bzw. Grobpumpventils
gesteuert werden kann, wird in ausgeklügelteren Systemen eine separate
Regenerationssteuer- bzw.
-regeleinrichtung verwendet. Drähte
von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung sind mit jedem der Sensoren,
dem Cryokühleinrichtungsmotor
und den Ventilen, die zu betätigen
sind, verbunden. Eine Cryopumpe, die eine integrale elektronische
Steuer- bzw. Regeleinrichtung hat, wird in dem US-Patent 4 918 930
vorgestellt.
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Das
typische Regenerationsverfahren beansprucht mehrere Stunden, während denen
das Herstellungsverfahren oder ein anderes Verfahren, wofür die Cryopumpe
ein Vakuum erzeugt, stillstehen müssen. Es sind wesentliche Bemühungen unternommen
worden, jene Regenerationszeit zu vermindern.
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Die
EP 250613 A1 beschreibt
eine Cryopumpe mit einem Gehäuse
und einem im Gehäuse
befindlichen zweistufigen Refrigerator als Kältequelle und mit Pumpflächen an
den beiden Kältestufen,
welche mit einer elektrischen Heizung ausgerüstet sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Cryopumpe durch Öffnen eines Reinigungsventils zum
Anwenden einer Gasreinigung auf die Cryopumpe und Erwärmen der
Cryopumpoberfläche
der Cryopumpe auf hohe Temperaturen, die wesentlich über der
der Umgebung sind, um Gase aus der Cryopumpe freizusetzen, regeneriert.
Die Cryopumpe wird dann auf niedrigere Temperaturen, von etwa Umbegungstemperatur,
gekühlt
und auf den niedrigen Temperaturen gehalten, während die Cryopumpe vorvakuum-
bzw. grobgepumpt und ein Vorvakuum- bzw. Grobtest ausgeführt wird.
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Vorzugsweise
werden die Cryopumpoberflächen
durch Heizer geheizt, und ein Vorvakuum- bzw. Grobpumpventil öffnet die
Cryopumpe zu einer Vorvakuum- bzw. Grobpumpe während der Hochtemperaturreinigung.
Danach wird die Cryopumpe auf niedrigere Temperaturen gekühlt, während das
Vorvakuum- bzw. Grobpumpventil offengehalten wird und die Gasreinigung
weitergeht. Die Temperatur der Cryopumpoberflächen kann von einer hohen Temperatur von
etwa 330 K auf eine niedrigere Temperatur von etwa der Umgebung
durch Einschalten der Kältemaschine
der Cryopumpe und Vermindern der Wärmezuführung abgesenkt werden. Nachfolgend
wird das Reinigungsventil geschlossen, während die niedrigere Temperatur
aufrechterhalten wird, und das Vorvakuum- bzw. Grobpumpventil wird
offengehalten, um die Cryopumpe auf einen für das Cryopumpen genügend niedrigen
Druck vorvakuum- bzw, grobzupumpen.
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Gemäß weiteren
Aspekten der Erfindung wird die Cryopumpe, wenn sie den Test für das angemessene
Vorvakuum- bzw. Grobpumpen bei den niedrigeren Temperaturen verfehlt,
gleichzeitig gereinigt und vorvakuum- bzw. grobgepumpt. Das System schließt dann
wieder das Reinigungsventil, worauf ein Vorvakuum- bzw. Grobpumpen
und Testen der Cryopumpe folgt. Vorzugsweise geschieht das Reinigen
und Vorvakuum- bzw. Grobpumpen der Cryopumpe nach dem Verfehlen
eines Tests nur bei der niedrigeren Temperatur, wobei die Cryopumpe
eingeschaltet ist.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
vorstehenden und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden
aus der folgenden, spezielleren Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ersichtlich, wie sie in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht
sind, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf die gleichen Teile überall in
den unterschiedlichen Ansichten beziehen. Die Zeichnungen sind nicht
notwendigerweise maßstabsgerecht,
statt dessen ist vielmehr der Schwerpunkt auf die Veranschaulichung
der Prinzipien der Erfindung gelegt.
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1 ist
eine Seitenansicht einer Cryopumpe, welche die vorliegende Erfindung
verkörpert.
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2 ist
eine Querschnittsansicht der Cryopumpe der 1, wobei
das Elektronikmodul und das Gehäuse
entfernt worden sind.
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3 ist
eine Querschnittsansicht der Cryopumpe der 1, die um
90° relativ
zur 1 gedreht ist.
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4 ist
ein Ablaufdiagramm eines typischen Regenerationsverfahrens gemäß dem Stand der
Technik, das in das Elektronikmodul einprogrammiert ist.
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5A und 5B sind
ein Ablaufdiagramm eines Regenerationsverfahrens, welches die vorliegende
Erfindung verkörpert
und in das Elektronikmodul einprogrammiert ist.
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Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Die 1 ist
eine Veranschaulichung einer Cryopumpe, welche die vorliegende Erfindung
verkörpert.
Die Cryopumpe umfaßt
den üblichen
Vakuumbehälter 20,
der einen Flansch 22 zum Anbringen der Pumpe an einem zu
evakuierenden System hat. Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist die Cryopumpe ein Elektronikmodul 24 in
einem Gehäuse 26 an
einem Ende des Behälters 20 auf.
Eine Steuer- bzw. Regelkonsole 28 ist verschwenkbar an
einem Ende des Gehäuses 26 angebracht.
Wie durch gestrichelte Linien 30 gezeigt ist, kann die
Steuer- bzw. Regelkonsole um einen Stift 32 verschwenkt
werden, um eine bequeme Betrachtung vorzusehen. Der Konsolenträger 34 hat
zusätzliche
Löcher 36 an
dem entgegengesetzten Ende desselben, so daß die Steuer- bzw. Regelkonsole
umgedreht werden kann, wenn die Cryopumpe in einer Ausrichtung angebracht
werden soll, die gegenüber
jener umgekehrt ist, welche in 1 gezeigt
ist. Außerdem
ist ein elastomerer Fuß 38 auf
der flachen oberen Oberfläche
des Elektronikgehäuses 26 zum
Abstützen
der Pumpe, wenn sie umgekehrt ist, vorgesehen.
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Wie
in 2 veranschaulicht ist, ist viel von der Cryopumpe
konventionell. In 2 ist das Gehäuse 26 entfernt,
um einen Antriebsmotor 40 und eine Querkopfanordnung 42 freizulegen.
Der Querkopf wandelt die Drehbewegung des Motors 40 in eine
hin- und hergehende Bewegung zum Antrieb eines Verdrängers innerhalb
des zweistufigen kalten Fingers 44 um. Bei jedem Zyklus
wird Heliumgas, das durch die Leitung 46 in den kalten
Finger unter Druck eingeleitet worden ist, expandiert und demgemäß gekühlt, um
den kalten Finger auf cryogenen Temperaturen zu halten. Das Helium,
welches dann durch eine Wärmeaustauschmatrix
in dem Verdränger
erwärmt
worden ist, wird durch die Leitung 48 ausgelassen.
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Eine
Wärmestation 50 der
ersten Stufe ist an dem kalten Ende der ersten Stufe 52 der
Kältemaschine
angebracht. In entsprechender Weise ist eine Wärmestation 54 an dem
kalten Ende der zweiten Stufe 56 angebracht. Geeignete
Temperatursensorelemente 58 und 60 sind an der
Rückseite
der Wärmestationen 50 und 54 angebracht.
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Die
primäre
Pumpoberfläche
ist eine Cryofeldanordnung 62, die an der Wärmesenke 54 angebracht
ist. Diese Anordnung umfaßt
eine Mehrzahl von Scheiben, wie in dem US-Patent 4 555 907 offenbart
ist. Niedrigtemperaturadsorptionsmittel ist an den geschützten Oberflächen der
Anordnung 62 angebracht, um nichtkondensierbare Gase zu
adsorbieren.
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Ein
becherförmiger
Strahlungsschirm 64 ist an der Wärmestation 50 der
ersten Stufe angebracht. Die zweite Stufe des kalten Fingers erstreckt
sich durch eine Öffnung
in jenem Strahlungsschirm. Dieser Strahlungsschirm 64 umgibt
die primäre
Cryofeldanordnung an der Rückseite
und an den Seiten, um die Erwärmung
der primären
Cryofeldanordnung durch Strahlung zu minimieren. Die Temperatur
des Strahlungsschirms kann im Bereich von so niedrig wie 40 K an
der Wärmesenke 50 bis
so hoch wie 130 K benachbart der Öffnung 68 zu einer
evakuierten Kammer sein.
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Eine
Stirncryofeldanordnung 70 dient sowohl als ein Strahlungsschirm
für die
primäre
Cryofeldanordnung als auch als eine Cryopumpoberfläche für Gase mit
höherer
Siedetemperatur, wie Wasserdampf. Dieses Feld umfaßt eine
kreisförmige
Anordnung von konzentrischen Jalousien und Chevrons 72,
die mittels einer speichenartigen Platte 74 verbunden sind.
Die Konfiguration dieses Cryofelds 70 braucht nicht auf
kreisförmige,
konzentrische Komponenten beschränkt
zu sein; aber es sollte so angeordnet bzw. eingerichtet sein, daß es als
ein Strahlungswärmeschirm
und ein Cryopumpfeld höherer Temperatur
wirkt, während
es einen Weg für
Gase niedrigerer Siedetemperatur zu dem primären Cryofeld vorsieht.
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In 2 ist
eine Heizeranordnung 69 veranschaulicht, die ein Rohr umfaßt, welches
elektrische Heizeinheiten hermetisch verschließt bzw. abdichtet. Die Heizeinheiten
heizen die erste Stufe durch eine Heizerhalterung 71 und
eine zweite Stufe durch eine Heizerhalterung 73.
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Wie
in den 1 und 3 veranschaulicht ist, ist eine
Druckentspannungsventilanordnung 76 mit dem Vakuumbehälter 20 durch
ein Knie 78 verbunden. Die Druckentspannungsventilanordnung 76 umfaßt ein Standardventil 75 für atmosphärische Entspannung,
derart, wie es in dem US-Patent 5 137 050 offenbart ist. Es öffnet, wenn
der Innendruck des Cryopumpengehäuses
1–2 psi
bzw. 0,069–0,138
bar über
Umgebungsdruck ist.
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An
der anderen Seite des Motors und des Elektronikgehäuses 26 befindet
sich, wie in 3 veranschaulicht ist, ein elektrisch
betätigtes
Vorvakuum- bzw. Grobpumpventil 86, welches das Innere der Cryopumpenkammer
durch ein Knie 90 mit einer Vorvakuum- bzw. Grobpumpe 88 verbindet.
Ein Reinigungsgasrohr 82 erstreckt sich durch das Knie 90 und
ist an dem Knie 90 angebracht, welches Reinigungsgas aus
einer Reinigungsgasquelle 84 durch ein elektrisch betätigtes Reinigungsventil 80 abgibt. Das
Reinigungsgas ist typischerweise warmer Stickstoff bei 60 psi bzw.
4,14 bar, und er wird durch das Rohr 82 in den Bereich
der zweiten Stufe innerhalb des Strahlungsschirms 64 geblasen,
um die Regeneration zu unterstützen.
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Der
Kältemaschinenmotor 40,
die Cryopumpenheizeranordnung 69, das Reinigungsventil 80 und
das Vorvakuum- bzw. Grobpumpventil 86 werden alle durch
das Elektronikmodul gesteuert bzw. geregelt. Außerdem überwacht das Modul die durch die
Temperatursensoren 58 und 60 detektierte Temperatur
und den durch einen Drucksensor (nicht gezeigt) abgefühlten Druck.
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Ein
konventionelles vollständiges
Regenerationsverfahren ist in 4 veranschaulicht.
Die cryogene Kältemaschine
wird bei 100 ausgeschaltet, und das Reinigungsventil 80 wird
bei 102 geöffnet,
um die Cryopumpe zu erwärmen
und zu reinigen. Außerdem können die
Heizer bei 104 eingeschaltet werden, um den Erwärmungsprozeß zu unterstützen.
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Wenn
die zweite Stufe einmal eine hohe Temperatur von etwa 310 K erreicht,
bleibt das System während
einer bei 110 vorein gestellten Zeit, wie 60–90 Minuten,
bei 108 in einer ausgedehnten Reinigung. Das Reinigungsventil
wird bei 112 geschlossen, und das Grobvakuum- bzw. Grobpumpventil wird
dann bei 114 geöffnet.
Die Cryopumpe wird dann auf einen gewissen voreingestellten Basisdruck,
wie 75 oder 100 Mikron vorvakuum- bzw. grobgepumpt. Während des
Vorvakuum- bzw. Grobpumpprozesses wird der Druck in einem Vorvakuum- bzw.
Grobtest bei 116 überwacht,
um sicherzustellen, daß die
Cryopumpe zum Vorvakuum- bzw.
Grobpumpen auf den Basisdruck genügend sauber ist. Überschüssige kondensierbare
Substanzen bzw. Gase auf den Cryopumpoberflächen verlangsamen den Vorvakuum-
bzw. Grobpumpprozeß,
und das Mißlingen,
den Basisdruck innerhalb einer vorbestimmten Zeit zu erreichen,
ist eine Indikation, daß die
Cryopumpe nicht genügend
frei von kondensierbaren Substanzen bzw. Gasen ist. Eher als dann
während der
vollen Zeit zu warten, die für
das Erreichen des Basisdrucks zugeteilt ist, wird die Rate des Druckabfalls überwacht,
und wenn jene Rate nicht bei 2% pro Minute liegt, wird ein Vorvakuum-
bzw. Grobtestversagen sogar vor der für die Verminderung auf den Basisdruck
zugeteilten Zeit angezeigt. In dem Fall eines Vorvakuum- bzw. Grobversagens
wird das Reinigungsventil bei 118 wieder geöffnet, um
das System wieder zu reinigen, und das System läuft zurück zu der ausgedehnten Reinigung
bei 108 und 110. Nach jenem Wiederreinigungszyklus
wird das Reinigungsventil bei 112 wieder geschlossen, und
das Vorvakuum- bzw. Grobventil wird bei 114 geöffnet, um
mit dem Vorvakuum- bzw. Grobpumpen und dem Vorvakuum- bzw. Grobtest
fortzufahren. Es ist eine Anzahl von Zyklen, typischerweise 20,
voreingestellt, um die Anzahl der Wiederreinigungszyklen zu beschränken, bevor
das System abbricht und einen Fehler signalisiert.
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Wenn
das System einmal den Vorvakuum- bzw. Grobtest durch Erreichen des
Basisdrucks in der zugeteilten Zeit durchlaufen hat, wird das Vorvakuum-
bzw. Grobventil bei 119 geschlossen. Der Druck wird dann
in einem Anstiegsraten-Test bei 120 überwacht. Wenn der Druck zu
schnell ansteigt, ist das eine Indikation dafür, daß ein signifikantes Niveau
von kondensierbaren Substanzen bzw. Gasen auf den Cryopumpoberflächen fortfährt zu verdampfen
oder daß ein
Leck in dem System vorhanden ist. Wenn das System den Anstiegsraten-Test
verfehlt, läuft
es durch Öffnen
des Vorvakuum- bzw. Grobpumpventils bei 114 zurück. Das
System wird typischerweise so voreingestellt, daß es 10 oder sogar bis zu 40
Rückläufe des
Vorvakuum- bzw. Grobpumpschritts ermöglicht.
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Wenn
das System einmal den Anstiegsraten-Test bei 120 durchlaufen
hat, werden die Heizer bei 122 ausgeschaltet, und die cryogene
Kältemaschine
wird bei 123 eingeschaltet.
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Aufgrund
des fortgesetzten inneren Ausgasens steigt der Cryopumpeninnendruck
selbst dann an, wenn die Cryopumpe fortfährt, herabzukühlen. Jener
Druck verlangsamt das Wiederkühlen
und kann hoch genug ansteigen, um das Wiederkühlen der Cryopumpe zu verhindern.
Um diese Zunahme im Druck aufgrund des Ausgasens zu verhindern, wird
das Vorvakuum- bzw. Grobpumpventil 84 zwischen Grenzen
nahe dem Basisdruck zyklisch betätigt.
Solange die Temperatur der zweiten Stufe bei 124 oberhalb
von 100 K bleibt, wird der Druck bei 126 kontrolliert,
um zu bestimmen, ob er bis auf eine gewisse voreingestellte Grenze,
wie 10 Mikron, über den
Basisvorvakuumpump- bzw. über
den Basisgrobpumpdruck angestiegen ist. Wenn der Druck bis zu jener
Grenze zunimmt, wird das Vorvakuum- bzw. Grobpumpventil bei 128 geöffnet, um
das Cryopumpengehäuse
auf den Basisdruck zurückzupumpen. Dieses
hält den
Druck auf einem akzeptablen Niveau und sorgt außerdem weiter für die Konditionierung des
Adsorptionsmittels durch Entfernen von zusätzlichem Gas.
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Wenn
die Temperatur der zweiten Stufe einmal unter 100 K abfällt, wird
das Vorvakuumpump- bzw. Grobpumpventil geschlossen gehalten, um
jede beschädigende
Rückströmung von
der Vorvakuum- bzw. Grobpumpe auszuschließen, und das Herabkühlen wird
bei 130 vollendet.
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Es
sind verschiedene Modifizierungen des grundsätzlichen Regenerationsverfahrens
in Abhängigkeit
von der Anwendung benutzt worden. Zum Beispiel ist das Erwärmen der
Cryopumpoberflächen auf
höhere
Temperaturen von 330 K unter Umständen benutzt worden, in denen
die kondensierbaren Substanzen bzw. Gase nicht bis zu den höheren Temperaturen
verdampfen. Temperaturen, die viel größer als 330 K sind, sind unerwünscht wegen
einer Wirkung auf Epoxy, das in einer konventionellen Cryopumpe
benutzt wird. Das Öffnen
des Vorvakuum- bzw. Grobventils während des Reinigungsverfahrens ist
außerdem
in beschränkten
Anwendungen vorgeschlagen worden.
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Ein
neuartiges Regenerationsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in den 5A und 5B veranschaulicht.
Wie vorher wird die cryogene Kältemaschine
bei 100 ausgeschaltet, das Reinigungsventil wird bei 102 geöffnet, und
die Heizer werden bei 104 eingeschaltet. In dieser Ausführungsform
erhitzt sich die Cryopumpoberfläche
während
einer eingestellten Zeitdauer, wie vier Minuten, bei 150,
bevor das Vorvakuumpump- bzw.
Grobpumpventil bei 152 geöffnet wird. Das System wird bei 154 sowohl
gereinigt als auch vorvakuum- bzw. grobgepumpt, während eine
hohe Temperatur, von vorzugsweise etwa 330 K, abgelesen und aufrechterhalten
wird. Dieses Warmreinigen/Vorvakuum- bzw. Grobpumpen wird während einer
voreingestellten Zeit von z.B. 60–90 Minuten bei 156 fortgesetzt.
Anders als bei früheren
Regenerationsverfahren erfordert das vorliegende Verfahren ein Kühlreinigen/Vorvakuum-
bzw. Grobpumpen bei 158. Während dieses Kühlreinigens/Vorvakuum-
bzw. Grobpumpens ist die cryogene Kältemaschine eingeschaltet,
und es wird dem System ermöglicht,
zu kühlen.
Die Heizer verhindern, daß die
Temperatur der Cryopumpoberflächen
unter einen eingestellten Punkt, vorzugsweise etwa Umgebungstemperatur
oder 295 K, abfällt.
Das Kühlreinigen/Vorvakuum-
bzw. Grobpumpen dauert während
eines voreingestellten Betrags an Zeit, wie 15 Minuten, bei 160.
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Das
Reinigungsventil wird dann bei 162 geschlossen, und das
System führt
ein Vorvakuum- bzw. Grobpumpen nach dem voreingestellten Basisdruck
aus, wobei die Temperatur auf etwa 295 K unter Verwendung der Kältemaschine
und der Heizer gehalten wird. Der konventionelle Vorvakuum- bzw. Grobtest
wird bei 164 ausgeführt,
wobei beim Versagen das Vorvakuum- bzw. Grobpumpventil bei 166 geschlossen
wird. Das Reinigungsventil wird dann bei 168 geöffnet, und
anders als in früheren
Verfahren wird das Vorvakuum- bzw. Grobpumpenventil bei 170 für ein gleichzeitiges
Reinigen und Vorvakuum- bzw. Grobpumpen während des Zurücklaufens
geöffnet.
Vorzugsweise geschieht das Wiederreinigen/Vorvakuum- bzw. Grobpumpen
bei etwa Umgebungstemperatur bei 158. Das System kann ein
Wiederreinigen/Vorvakuum- bzw.
Grobpumpen bis zu einer voreingestellten Anzahl von Zyklen, vorzugsweise
etwa 10, durchführen.
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Wenn
das System schließlich
den Vorvakuum- bzw. Grobtest bei 164 passiert, wird das
Vorvakuum- bzw. Grobpumpventil bei 172 geschlossen, und
das System wird hinsichtlich der Anstiegsrate bei 174 getestet,
und zwar noch bei etwa 295 K. Wie vorher wird, wenn das System den
Anstiegsraten-Test verfehlt, das Vorvakuum- bzw. Grobpumpventil
bei 176 geöffnet,
und der Vorvakuum- bzw. Grobtest wird wiederholt. Das Reinigungsventil
wird während
dieses erneuten Vorvakuum- bzw. Grobpumpens geschlossen gelassen,
weil das Aktivkohleadsorptionsmittel genügend Stickstoff adsorbiert,
um die Erreichung einer akzeptablen Anstiegsrate zu verhindern. Ein
Zurücklaufen
von dem Vorvakuum- bzw. Grobtest geschieht bis zu einer voreingestellten
Anzahl von Zyklen, vorzugsweise etwa 40.
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Wenn
das System einmal den Anstiegsraten-Test passiert hat, werden die
Heizer bei 178 abgeschaltet, und das System beginnt herabzukühlen. Wie
vorher wird der Druck innerhalb einer voreingestellten Grenze von
dem Basisdruck bei 124, 126 und 128 durch Öffnen des
Vorvakuum- bzw. Grobpumpventils aufrechterhalten, wie es erforderlich
ist, bis die Temperatur der zwei ten Stufe eine voreingestellte Temperatur,
wie 100 K, erreicht. Das Herabkühlen
ist bei 130 vollendet.
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Durch
Vorvakuum- bzw. Grobpumpen während
der Reinigungsvorgänge
werden die kondensierbaren Substanzen bzw. Gase auf den Cryopumpoberflächen effizienter
von jenen Oberflächen
abgegeben, und bei der Verwendung von Heizern ist die Wärmeenergie,
die typischerweise durch das Reinigungsgas zur Verfügung gestellt
wird, nicht für
das Heizen der Cryopumpoberflächen
erforderlich. Bei abgedrosselter Strömung durch das Reinigungsventil wird
ein konstanter Durchsatz, vorzugsweise von etwa 2 scfm bzw. 0,94
Normal l/s unabhängig
vom stromabwärtigen
Druck erhalten. Demgemäß zieht das
Vorvakuum- bzw. Grobpumpen während
der Reinigung keine übermäßige Menge
an Reinigungsgas durch das System.
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Hohe
Temperaturen des Reinigens/Vorvakuum- bzw. Grobpumpens, die vorzugsweise
größer als 310
K und am bevorzugtesten etwa 330 K sind, unterstützen die Entfernung von schwierigem
Material, wie Photoresist oder dessen Nebenprodukte, das bzw. die
in Ionenimplantationssystemen zu finden ist bzw. sind. In früheren Regenerationsverfahren
wurde gefunden, daß die
Verwendung von nur hohen Temperaturen beim Vorvakuum- bzw. Grobpumpen
in der ausgedehnten Reinigung in schwierigen Umgebungen, wie Ionenimplantationseinrichtungen,
zum Mißlingen
führt,
den Vorvakuum- bzw. Grobtest in einer voreingestellten Anzahl von
Zyklen zu passieren. Durch Kühlen
der Cryopumpoberflächen
auf etwa Umgebungstemperatur während
des Vorvakuum- bzw. Grobtests, fahren kondensierbare Substanzen, wie
Wasser bzw. kondensierbare Gase fort, verdampft zu werden, und sie
werden aus dem System entfernt, aber schwierigere Materialien, wie
Photoresist von dem Ionenimplantationsprozeß, können auf den Cryopumpfeldern
zurückgehalten
werden, wenn sie nicht bereits während
des Hochtemperaturreinigens/Vorvakuum- bzw. Grobpumpens entfernt
worden sind. Die Temperatur während
des Vorvakuum- bzw.
Grobpumptests und des Anstiegsraten-Tests sind so gewählt worden,
daß sie
im Bereich von 290 K bis 300 K sind, um das Aus gasen von Materialien, wie
Photoresistnebenprodukten, zu vermindern und trotzdem noch eine
fortgesetzte Verdampfung von Wasser zu ermöglichen. Die gewählte spezielle
Temperatur basiert auf relativen Betrachtungen des Niveaus der Sauberkeit
bzw. Reinheit, die mit der Regeneration erhalten wird, und der Zeit,
die für
die Regeneration erforderlich ist. Mit den oben angegebenen spezifischen
Parametern ist die Regenerationszeit in einem Ionenimplantationssystem
von über acht
Stunden bei manueller Intervention auf weniger als vier Stunden
bei automatischem Betrieb vermindert worden.
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Obwohl
diese Erfindung speziell mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen
derselben gezeigt und beschrieben worden ist, versteht es sich für den Fachmann,
daß verschiedene Änderungen
in der Form und in den Details darin ausgeführt werden können, ohne
den Geist und Bereich der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist, zu verlassen. Zum Beispiel können Temperaturen unterschiedlich
hohen und niedrigeren Niveaus und andere Parameter in Abhängigkeit
von den Gasen und Materialien, die cryogepumpt werden, und von den
Systemerfordernissen gewählt
werden. Während
des Herabkühlens
von der hohen Temperatur auf Umgebungstemperatur könnte das
System ohne das Reinigen vorvakuum- bzw. grobgepumpt werden, aber
mit wesentlicher fortgesetzter Verdampfung bei den hohen bis mäßigen Temperaturen
erleichtert das Reinigen die Entfernung der verdampften Gase. Die
Erfindung kann auch auf einstufige Cryopumpsysteme, wie Wasserpumpen,
angewandt werden.