Voordelen van cryopompen in coating- en halfgeleiderprocessen 17 september 2020

Voor het deponeren van hoogwaardige dunne films voor optische markten, zoals antireflectie- en filtercoatings, is een hoge vacuümdruk van 10-3 mbar tot 10-7 mbar essentieel. Hetzelfde geldt voor metaalafzetting, waaronder aluminium en koper, wat vereist is in de halfgeleidersector. Hoewel er een paar verschillende pompen zijn die deze druk kunnen bereiken, delen we waarom het gebruik van cryopompen u zal helpen om voorop te blijven lopen in uw sector.

Op het eerste gezicht zijn er verschillende pomptypes die deze druk kunnen bereiken, namelijk: 

• Cryopompen 
• Diffusiepompen 
• Turbomoleculaire pomp

Net als bij elke hoogvacuümpomp is ook hier een geschikte voorvacuümpomp nodig.

Diffusiepompen bieden pompsnelheden tot 50.000 l/s, veroorzaken olieverontreiniging en zijn over het algemeen niet geschikt voor de hoogwaardige folies die door de optische en halfgeleidersector worden gevraagd. U kunt baffles toevoegen, maar deze kunnen de werkelijke pompsnelheid met wel 50 procent verlagen. Bovendien hebben diffusiepompen relatief hoge bedrijfskosten op het gebied van stroom en koelwater. Naast de voorvacuümpomp zijn een extra kleinere houdpomp en omloopleiding nodig om de diffusiepomp te onderhouden wanneer het systeem aanvankelijk uit de atmosfeer wordt geëvacueerd.

Terwijl turbomoleculaire pompen olievrij zijn, bedraagt de maximale pompsnelheid ongeveer 3000 l/s, wat doorgaans te laag is voor processen met een hoge doorvoer. Bovendien zijn deze pompen slecht in het verpompen van waterdamp en lichte gassen, wat cruciaal is voor veel coatingtoepassingen. 

De lichtere gassen, zoals waterstof, zouden niet condenseren bij 20K. Daarom wordt er een houtskoolcoating aangebracht op deze soorten om ze te 'cryo-absorberen'. Dit maakt opnieuw hogere pompsnelheden voor deze gassen mogelijk in vergelijking met een turbomoleculaire pomp. Deze gassen zullen uiteindelijk de tweede trap verzadigen, wat resulteert in een stijging van de einddruk.

De pomp moet vervolgens worden geregenereerd door de trappen te verwarmen terwijl de vrijgekomen gassoorten worden weggepompt met een kleine voorvacuümpomp – een olievrije pomp zoals een scroll wordt aanbevolen. Dit voorkomt verontreiniging van de cryopanelen van de pomp. Regeneratie duurt gewoonlijk 2 uur en kan worden opgenomen als onderdeel van het routineonderhoud. Een cryopomp kan aan al deze eisen voldoen. Zoals de naam al doet vermoeden, werkt de pomp volgens het koelprincipe. Helium-4 wordt gecomprimeerd en geëxpandeerd om extreem lage temperaturen te bereiken, wat resulteert in condensatie van gasvormige soorten. De cryopomp is geclassificeerd als een insluitingspomp. Onderstaand schema toont een typisch cryopompsysteem:

Er zijn twee verschillende temperaturen, die worden bereikt door de compressie van hoogzuiver helium-4. De eerste trap vangt waterdamp op en biedt een extreem goede pompsnelheid, waardoor films van hoge kwaliteit worden geproduceerd. De afpomptijd van een hoogvacuümsysteem is sterk afhankelijk van de ontgassing van geabsorbeerde watermoleculen, dus deze hoge pompfase zal deze cruciale tijdsbehoefte verminderen.

De tijd tussen de regeneraties wordt uiteraard beïnvloed door de gasbelasting, maar bedraagt gewoonlijk 7-10 dagen, afhankelijk van de procesdruk.

Cryopompen hebben vier belangrijke voordelen voor dunnefilmtoepassingen in vergelijking met diffusie- en turbopompen, namelijk:

• Geen risico op olieverontreiniging
• Totale pompsnelheid tot 60.000 l/s
• Lage bedrijfskosten 
• Hoge pompsnelheid voor waterdamp en lichte gassen.

Hebt u nog andere vragen? Het Leybold-team staat altijd klaar om uw vragen over vacuümpompen en cryotechnologie te beantwoorden. Neem contact met ons op voor antwoorden op uw brandende vragen of ontdek oplossingen op maat voor uw vacuümbehoeften.