Vokabular für den Pump-down: von up to air bis base pressure

Nach einem Wochenende, an dem die Kammer für einen Targetwechsel geöffnet war, schwingt die Tür zu und der leitende Techniker sagt: "Soft pump it. Don't touch the gate till the turbo's at speed, and if it stalls in the fives, it's wet." Jeder Ausdruck steht für ein Verfahren, und ein Fehler kann einen Tag oder eine Pumpe kosten. Hier ist, was sie bedeuten, in der Reihenfolge, in der ein pump down (Evakuieren) tatsächlich abläuft.

Weg vom Atmosphärendruck

Eine Kammer, die up to air (belüftet) ist, wurde vented, idealerweise mit trockenem Stickstoff statt mit Raumluft, da Stickstoff viel weniger Wasser an den Wänden hinterlässt. Einige Techniker sagen einfach, sie sei "at atmo".

Um sie wieder herunterzufahren, beginnt man mit der roughing pump (Vorvakuumpumpe): der ölabgedichteten mech pump (mechanischen Pumpe), die auf dem Boden brummt, oder, wo Öl unerwünscht ist, einer scroll pump (Scrollpumpe) oder einer anderen dry pump (Trockenläuferpumpe). Rough out bedeutet, die Kammer durch das rough vacuum (Grobvakuum) auf den Punkt zu evakuieren, an dem die Hochvakuumpumpe übernehmen kann.

Die erste Minute ist der heikle Teil. Öffnet man das Vorvakuumventil bei einer großen Kammer vollständig, dehnt sich die Luft so schnell aus, dass sie abkühlt, ihre Feuchtigkeit kondensiert und das Schauglas beschlägt. Das nennt man fogging, und es hinterlässt Wasser und aufgewirbelte Partikel auf allem, was Sie gerade gereinigt haben. Soft pumping vermeidet dies: Man öffnet ein kleines Bypassventil einen Spalt breit, lässt den Druck einige Minuten lang sanft abfallen und öffnet dann die Hauptleitung.

Eine mechanische Pumpe, die zu viele feuchte Kammern geschluckt hat, entwickelt milky oil, das im Schauglas blass und cremig aussieht. Ein Betrieb mit geöffnetem gas ballast (Gasballast) hilft ihr, das Wasser wieder auszustoßen. Ein Ölwechsel behebt das Problem dauerhaft.

Die Übergabe

Der am meisten beachtete Moment in der Abfolge ist der crossover, bei dem das Vorvakuumventil schließt und das Hochvakuumventil öffnet. Wenn der Crossover zu früh erfolgt, erhält die Hochvakuumpumpe einen Gasschwall, den sie nicht bewältigen kann. Evakuiert man zu tief, unter etwa ein Zehntel Millibar, kann das Öl der Vorvakuumpumpe in eine saubere Kammer backstream (zurückströmen).

Über oder unter der Kammer befindet sich der stack: die Hochvakuumpumpe, ihr gate valve (Schieberventil), eine eventuelle Falle und die foreline (Vorvakuumleitung), die zur backing pump (Vorvakuumpumpe) führt. Eine Turbopumpe läuft gegen einen geschlossenen Schieber an, und niemand öffnet diesen Schieber, bis die Steuerung meldet, dass sie at speed ist. Wenn sie ausgeschaltet wird, dauert es viele Minuten, bis sie spin down (herunterfährt). Richtiges Belüften bedeutet ein langsames, kontrolliertes Einlassen von Luft, sobald sie auf etwa halbe Drehzahl ausgelaufen ist. Wenn man bei voller Drehzahl schlagartig Luft einlässt, kann man einen crash a turbo verursachen: ein Rotor voller geschredderter Schaufeln und ein sehr ruhiger Nachmittag im Labor.

Ein kurzes, dickes Rohr ist besser als ein langes, dünnes Rohr: Die conductance (Leitwert) begrenzt, wie viel Gas die Pumpe erreicht, sodass die effective pumping speed (effektive Saugvermögen) an der Kammer immer hinter dem Datenblatt zurückbleibt.

In einem Labor mit einer cryopump (Kryopumpe) am Stack hört man andere Wörter. Eine Kryopumpe pumpt, indem sie Gas an kalten Platten ausfriert, sodass sie sich langsam füllt und einen regen (Regeneration) benötigt: aufwärmen, das eingefangene Gas spülen, wieder abkühlen. "The cryo's due for a regen" bedeutet, dass die Versuche am Nachmittag abgesagt sind.

Das Ablesen der Messgeräte

Kein einzelnes Messgerät deckt den gesamten Bereich ab, daher ist eine Kammer mit zwei oder drei ausgestattet. Vom Atmosphärendruck abwärts misst ein convection gauge (Konvektionsvakuummeter) oder ein einfaches Pirani gauge (Pirani-Vakuummeter), sobald der Druck unter einige Dutzend Millibar fällt, den Druck anhand der Geschwindigkeit, mit der das Gas die Wärme von einem heißen Draht abführt. Unterhalb von etwa einem Tausendstel millibar geht die Aufgabe an ein ionization gauge (Ionisationsvakuummeter) über: ein Bayard-Alpert gauge mit heißem Glühdraht oder ein cold cathode gauge (Kaltkathoden-Vakuummeter) ohne Glühdraht, der durchbrennen könnte. Ein Messgerät, das am Ende seiner Skala feststeckt, ist pegged, und ein am unteren Ende feststeckendes Pirani ist nicht dasselbe wie ein gutes Vakuum.

Die Einheiten hängen davon ab, in wessen Labor Sie stehen. Eine US-Fabrik spricht in Torr, ein europäisches Labor in Millibar, eine Ofenwerkstatt in microns und das Kalibrierzertifikat in pascals. Niemand liest den Exponenten vollständig vor. "Low sixes" bedeutet ein paar Mal zehn hoch minus sechs. "Stuck in the fives" bedeutet, dass der Pump-down eine ganze Größenordnung zu früh ins Stocken geraten ist.

Wenn es ins Stocken gerät

Jede intakte Kammer hat eine pump-down curve (Pumpkurve), und die Leute, die sie bedienen, kennen sie auswendig: so viele Minuten bis zum Crossover, so viele Stunden bis zur base pressure (Enddruck). Wenn die Kurve früh abflacht, ist der erste Verdächtige Wasser. Eine Kammer, die an einem feuchten Tag offen gelassen wurde, ist wet: Ihre Wände geben langsam adsorbiertes Wasser ab und der Druck sinkt nur schleppend. Diese langsame Freisetzung von Gas aus Wänden und Materialien ist das outgassing (Ausgasen), und in einem sauberen, dichten System bestimmt es die Untergrenze.

Das Heilmittel für eine feuchte Kammer ist Zeit oder Hitze. Bei einem bake-out (Ausheizen) wird die Kammer in Heizbänder gewickelt und unter Pumpen für einen Tag oder länger heiß gehalten, wodurch die base pressure um ein bis drei Größenordnungen sinkt. Das Heilmittel für eine schmutzige Kammer ist Reinigung, und der klassische Übeltäter ist ein fingerprint (Fingerabdruck): Eine Berührung mit bloßen Händen auf einer vakuumseitigen Oberfläche gast wochenlang aus. Handschuhe sind keine bloße Empfehlung.

Dann gibt es noch den Stillstand, der genau wie ein Leck aussieht und keines ist. Ein virtual leak (virtuelles Leck) ist Gas, das in einem Sackloch unter einer Schraube oder zwischen zwei flach aufeinandergepressten Oberflächen eingeschlossen ist und langsam von innen austritt. Keine noch so große Menge an Helium, die außen aufgesprüht wird, wird es finden. Das ist der Grund, warum Vakuumschrauben entlüftet sind und warum dieser Ausdruck alte Hasen zusammenzucken lässt.

Um ein echtes von einem virtuellen Leck zu unterscheiden, isolieren Sie die Kammer und führen Sie einen rate of rise (Druckanstiegstest) durch. Ausgasen oder ein virtuelles Leck ergibt eine Kurve, die sich neigt und abflacht. Ein echtes Leck steigt in einer geraden Linie an, und eine Kammer, die ein solches aufweist, wird kein hold vacuum (Vakuum halten), bis jemand es findet.

Die Lecksuche

Wenn die gerade Linie auftaucht, wird jemand angewiesen, ein chase a leak (Leck zu suchen). Ein gross leak (Grobleck) kündigt sich früh an: Die Kammer erreicht nie den Crossover und die Vorvakuumpumpe gurgelt. Kleinere Lecks erfordern einen helium leak detector (Helium-Lecksucher), ein auf ein einziges Gas abgestimmtes Massenspektrometer, das an die Vorvakuumleitung angeschlossen ist.

Die Methode ist der helium spray test (Helium-Sprühtest): ein kurzer Heliumstoß an einer Verbindung nach der anderen, beginnend oben, da Helium aufsteigt. Sprüht man zu viel, kommt es zum hang-up, bei dem Helium das System durchtränkt und das Signal hoch hält, sodass die nächste Verbindung nicht von der vorherigen unterschieden werden kann. "Easy on the helium" ist das Erste, was ein Neuling hört. Für ein schnelles Ja oder Nein an einem Flansch gibt es das bagging: Wickeln Sie ihn in eine Plastiktüte voller Helium und prüfen Sie, ob etwas durchdringt.

Die meisten Lecks befinden sich an den Verbindungen. Ein KF flange (Kleinflansch) dichtet mit einer Klammer und einem O-ring ab, sodass ein einziges Haar über der Dichtung ausreicht. Ein CF flange (CF-Flansch) dichtet Metall auf Metall ab, wobei eine knife edge (Schneidkante) in eine copper gasket (Kupferdichtung) beißt, und diese Dichtungen sind für den Einmalgebrauch bestimmt. Wenn man eine wiederverwendet, um ein paar Dollar zu sparen, wird aus einem Pump-down am Montag eine Lecksuche am Dienstag.

Um zu sehen, was sich tatsächlich darin befindet, befragen Sie den RGA (Restgasanalysator). Ein hoher Peak bei Masse 18 bedeutet Wasser. Peaks bei 28 und 32 in einem Verhältnis von etwa vier zu eins bedeuten Luft, und die Heliumflasche kommt zum Einsatz.

Fünf Wörter, die Sie zuerst lernen sollten

• Crossover: die Übergabe vom Vorvakuum an das Hochvakuum und der Moment, den alle beobachten.
• At speed: die Turbopumpe ist bereit und der Schieber kann geöffnet werden. Nicht vorher.
• Wet: Wasser an den Wänden, der übliche Grund, warum sich ein Pump-down hinzieht.
• Virtual leak: eingeschlossenes Gas, das sich wie ein Leck verhält und auf Helium nicht reagiert.
• Rate of rise: der Test, der ein Leck vom Ausgasen unterscheidet.

Mit diesen fünf Begriffen hört der Satz "it crossed fine but it's stuck in the fives, probably wet, give it a bake" auf, nur Rauschen zu sein, und wird zu einem Plan für den Rest des Tages.