СПОСОБ СОЗДАНИЯ БЕЗМАСЛЯНОГО ВАКУУМА Российский патент 1997 года по МПК F04B37/02 

Изобретение относится к области электронной промышленности, в частности для получения чистых материалов и изготовления полупроводниковых приборов и приборов функциональной электроники.

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.

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.).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Осуществление заявляемого способа поясняется с помощью устройства, представленного чертежом, на котором представлена вакуумная система, позволяющая осуществлять откачку данным способом.

Предлагаемый способ откачки ведется следующим образом.

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.

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.

Заявляемое техническое решение полностью выполняет поставленную задачу и на настоящее время не известно в Российской Федерации и отвечает требованиям критерия "новизна".

Использование: в электронной промышленности, в частности для получения чистых материалов и изготовления полупроводниковых приборов функциональной электроники. Сущность изобретения: безмасляный вакуум создают при помощь адсорбционного насоса путем охлаждения насоса до температуры жидкого азота, герметизации вакуумной камеры и соединения вакуумной камеры с входом насоса. Причем после герметизации вакуумной камеры до соединения ее с входом насоса осуществляется сушка воздуха в вакуумной камере. 1 ил.

Способ создания безмасляного вакуума с помощью адсорбционного насоса, при котором осуществляют операции охлаждения адсорбционного насоса до температуры жидкого азота, герметизация вакуумной камеры и соединение вакуумной камеры с входом насоса, отличающийся тем, что после герметизации вакуумной камеры до соединения ее с входом насоса осуществляется сушка воздуха в вакуумной камере.