CN113167277A - 泵送单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泵送单元，其包括：‑粗真空泵；‑罗茨真空泵(3)，该罗茨真空泵包括泵送级(7)，该泵送级具有定子(9)，在该定子内，两个罗茨转子(5)被配置成以相反方向同步旋转，以在入口孔(10)和出口孔(11)之间驱动待泵送的气体；‑管线(13)，该管线将所述出口孔(11)连接至所述粗真空泵(2)的入口(12)，其特征在于，所述出口孔(11)的边缘和所述泵送级(7)中的每个转子(5)之间的最短距离(d)至少小于3厘米。

Description

泵送单元

技术领域

本发明涉及一种具有粗真空泵和罗茨真空泵的泵送单元，所述罗茨真空泵与所述粗真空泵串联安装并且在待泵送的气体的流动方向上位于所述粗真空泵的上游。

背景技术

一些泵送单元用于被称为“粉末”工艺的过程，因为它们涉及产生大量固体副产品的气体。例如，某些制造半导体的方法就是这样。

这些固体化合物会沉积在真空泵的内表面上，并形成团聚体，最终限制用于气体的通道尺寸，从而导致泵送能力的损失。

与真空泵的使用寿命相比，这些粉末的堆积相对较快，从而限制了在没有维护操作的情况下的泵的使用周期。连接两个真空泵的管线特别容易产生沉积物，特别是当其具有高度弯曲的部分时，因此必须经常拆除以进行清洁。然而，由于其在泵之间的受限位置和由于其尺寸较大，在不拆除两个泵中的至少一个的情况下，很难拆除泵间管线，这使得有必要拆除两个泵中的至少一个。

因此，除了频繁维护外，维护也相对耗时且复杂。

发明内容

本发明的目的是提出一种改进的泵送单元，其至少部分地解决现有技术的一个缺陷。

为此，本发明的主题是一种泵送单元，其具有：

-粗真空泵，

-罗茨真空泵，其包括具有定子的泵送级，在该定子内，两个罗茨转子被配置成沿相反方向同步旋转，以在入口孔(输入管口)和出口孔(输出管口)之间驱动待泵送的气体，

-管线，其将所述出口孔连接至粗真空泵的入口(吸入口)。

所述出口孔的边缘和所述泵送级中的各个转子之间的最短距离例如至少小于三厘米。

所述泵送单元可单独或组合地具有下述一个或多个特征。

所述最短距离例如小于2厘米，例如小于1厘米，例如小于0.5厘米，例如大于0.1厘米。

该距离是在运行中当转子依次移动到尽可能靠近出口孔的位置时最短的距离。出口孔与这些转子的轴线总体上等距地定位。因此，所述出口孔与所述两个转子中的每个之间的距离均相同。

因此，罗茨真空泵的出口孔更靠近转子扫过的区域。这样的效果是，当转子旋转时，它们可以扫过堆积在出口孔边缘上的粉末。因此，从出口孔伸出的任何粉末堆积物都可以通过机械效应被自动刮掉，并与泵送气体一起从泵送级被排出。因此，至少粉末堆积物一旦超过出口孔的边缘与转子扫过所限定的区域之间的距离时，转子就可以清洁出口孔的边缘。这种几何结构使得可以通过保持用于输送至粗真空泵的气体和粉末的永久通道而不允许粉末在罗茨真空泵的输送处堆积来减少粉末在泵送级中的堵塞。因此，可以减少罗茨真空泵出口处的泵送能力损失。

出口孔例如具有圆形的形状，其直径小于5厘米，例如在2到5厘米之间。与罗茨真空泵出口孔的总体尺寸相比，具有这种尺寸的出口孔形成了限流。这种限流使得气体一旦离开转子就有可能加速，从而使粉末更容易由被泵送的气体带走。此外，相对于泵送单元的整体性能而言，由被泵送气体流中的这种限流所带来的压降可以忽略不计。

管线可以是直的。因此，可以限制粉末在管线中的堆积，然后这些粉末由被泵送的气体以及通过重力带走。

根据第一示例，出口孔位于进入泵送级中的管线的上游管的末端。通过使管线在定子中延伸，进入定子中的上游管可以以简单的方式使出口孔更靠近转子。

上游管可从泵送级的出口容座伸出(突出)。出口容座使其能够形成贮存器，用于贮存通过转子旋转从出口孔排出的部分粉末。因此，一些粉末会堆积在出口容座的死区，而不会堵塞罗茨真空泵的出口孔，同时另一部分粉末则随被泵送的气体进入管线。

此外，一旦出口容座装满，从出口容座伸出的堆积粉末同样可以被转子扫过，并由被泵送的气体送入管线。

根据一个示例性实施例，泵送单元还具有冷却回路，该冷却回路被配置为例如通过循环的冷却剂(例如室温水)来至少部分地冷却管线的上游管。具体而言，使上游管的温度降低(例如几十摄氏度)以保持在100℃到250℃之间、例如为200℃的最大温度以下可能是有利的，从而避免粉末的任何可能的聚合，所述粉末可能在管线的上游管、下游部分或粗真空泵上结块、堆积并硬化。

所述冷却回路例如具有围绕上游管的基部的夹套，该夹套的入口和出口允许冷却剂流过由夹套和上游管形成的双层壁。

入口例如位于冷却回路的入口管的端部，出口位于冷却回路的出口管的端部，入口管和出口管突出到双层壁的空间内。入口管和出口管从底部垂直伸出，与上游管平行。入口管和出口管例如在双层壁的空间内沿直径方向相对。出口管的长度可以大于入口管的长度。这种布置使其能确保双层壁中的加注量最小，并使冷却剂均匀地扫过夹套的高度。

根据另一示例性实施例，冷却回路具有线圈，该线圈环绕上游管的基部并穿过所述底部，以便将线圈的入口和出口连接到外部冷却回路。

至少所述出口容座的底部可以是可拆卸的。因此，无需移除真空泵即可从泵送级提取粉末。

根据一个示例性实施例，所述出口容座一方面具有形成在泵送级的定子中的周向部分，另一方面具有紧固至管线的上游管上的底部。

当泵送单元具有配置成支撑罗茨真空泵的框架时，管线还可具有可从上游管拆下(分离)的下游部分。可拆下的下游部分允许在不需要拆卸管线的上游管的情况下拆卸下游部分。上游管可以保持在原位，固定在泵送级的定子上，罗茨真空泵由框架支撑。然后可以从外部清洁上游管或出口容座的内部，例如借助瓶刷。因此，管线的部分拆卸允许更容易、更快地进行维护，而无需拆卸泵。

管线的下游部分可具有波纹管。

根据第二示例性实施例，泵送级的出口孔设置在泵送级的定子中。

例如，出口孔形成在定子的具有细长横截面的平坦部分中。

根据另一实例，定子具有折返(折入，转向)壁，出口孔设置在所述折返壁内。折返壁可由升起(凸起)的平坦壁形成，升起部分遵循转子路径的形状。因此，可以在更大程度上减少出口孔与由泵送级内的转子的扫掠所界定的区域之间的最短距离。

附图说明

通过阅读本发明的特定但非限制性的实施例的以下描述和附图，进一步的优点和特征将变得显而易见，其中：

[图1]示出了根据第一示例性实施例的泵送单元的示意图。

[图2]示出了罗茨真空泵的横截面图和图1中的泵送单元的管线图。

[图3]示出了图2中的管线和罗茨真空泵的元件的截面图。

[图4]示出了图3的元件的细节部分的放大视图。

[图5]示出了固定在出口容座底部的图2中泵送单元的管线的透视图。

[图6]示出了类似于图5的用于泵送单元的第二示例性实施例的视图。

[图7]是类似于图6的视图，使用虚线示出冷却回路的夹套。

[图8]是图6中的元件的翻转视图。

[图9]示出类似于图1的用于泵送单元的第三示例性实施例的视图。

[图10]示出用于泵送单元的第四示例性实施例的罗茨真空泵的横截面和泵送单元的管线的截面示意图。

[图11]示出类似于图10的用于泵送单元的第五示例性实施例的视图。

[图12]示出类似于图10的用于泵送单元的第六示例性实施例的视图。

[图13]示出根据第六示例性实施例的泵送单元的罗茨真空泵的定子的示意性透视图。

在这些附图中，相同的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

以下实施例是示例。尽管描述涉及一个或多个实施例，但这并不必然表示每个标记涉及同一实施例，或者特征仅应用于一个实施例。为了提供进一步的实施例，还可以组合或交换不同实施例的简单特征。

粗真空泵是一种容积式真空泵，其配置为使用两个转子，用于在大气压下吸入、传输并随后输送待泵送的气体。转子由两个轴承载，所述两个轴由粗真空泵的马达驱动而旋转。

罗茨真空泵(也被称为“罗茨鼓风机”)是一种容积式真空泵，其配置为使用罗茨转子，用于吸入、传输并随后输送待泵送的气体。罗茨真空泵安装在粗真空泵的上游，并与粗真空泵串联。转子由两个轴承载，所述两个轴由罗茨真空泵的马达驱动而旋转。

术语“上游”应被理解为指相对于气体循环方向放置在另一个元件前面的元件。相比之下，术语“下游”应被理解为意味着相对于待泵送的气体的循环方向放置在另一个元件之后的元件。

图1示出旨在连接至工艺室以用于泵送气体的泵送单元1(被泵送的气体的流动方向如图1中的箭头所示)。它可以是在其中在硅片上进行沉积和蚀刻处理以制造微电子器件的腔室。

泵送单元1具有粗真空泵2和罗茨真空泵3。

粗真空泵2例如是“罗茨”或“爪”型、螺旋或螺杆型或基于其它类似容积式真空泵原理的多级真空泵。粗真空泵2的输出压力为大气压。

罗茨真空泵3与粗真空泵2串联安装，并沿被泵送的气体的流动方向安装在该粗真空泵的上游。罗茨真空泵3例如位于泵送单元1的框架4中的粗真空泵2的在空间上的上游。

罗茨真空泵3与粗真空泵2类似，是一种容积式真空泵，它使用由马达6驱动而旋转的转子5来吸入、传输并随后输送待泵送的气体。

从图2中剖面图中可以更清楚地看到，罗茨真空泵3包括具有定子9的泵送级7，在该定子内两个罗茨转子5成角度地偏移，并且配置成沿相反的方向同步旋转，以便在泵送级7的入口孔10和出口孔11之间驱动待泵送的气体。定子9界定了泵送级7的接收转子5的容腔。它一般由铸铁制成。

在旋转过程中，从入口孔10吸入的气体被捕获在由转子5和定子9形成的空间中，然后被转子5带向出口孔11(转子5的旋转方向如图2中的箭头所示)。

罗茨真空泵3被称为“干式”，因为在运行期间，转子5在定子9内旋转，而与定子9没有任何机械接触，这使得泵送级7中可不使用油(润滑油)。

罗茨真空泵3可具有与泵送级7串联且在其上游的附加泵送级。由此两个泵送级的转子5被罗茨真空泵3的同一马达6同时驱动而旋转。

出口孔11是泵送级7的孔，被泵送气体通过该孔排出。它通过泵送单元1的管线13连接到粗真空泵2的入口12，管线13例如至少部分由不锈钢制成。

出口孔11的边缘和泵送级7中的每个转子5之间的最短距离例如至少小于3厘米，例如小于2厘米，例如小于1厘米，例如小于0.5厘米，例如大于0.1厘米(图4)。

当转子5在运行中依次移动到尽可能靠近出口孔11的位置时，距离d最短。出口孔11总体上布置为与多个转子5的轴线等距。因此，两个转子5中的每个均和出口孔11之间的距离d相同。

因此，罗茨真空泵3的出口孔11更靠近转子5扫过的区域。这样的效果是，当转子5旋转时，它们可以扫过堆积在出口孔11边缘上的粉末。因此，从出口孔11突出的任何粉末堆积物都可以通过机械效应被自动刮掉，并与被泵送气体一起从泵送级7被排出。因此，至少在粉末堆积物一旦超过出口孔11的边缘与由转子5的扫掠界定的区域之间的距离d时，转子5就可以清洁出口孔11的边缘。这种几何结构使得可以通过保持输送至粗真空泵2的气体和粉末的永久通道而不允许粉末在罗茨真空泵3的输送处堆积来减少由粉末在泵送级7中引起的堵塞。因此，可以减少罗茨真空泵3的泵送级7的出口处的泵送能力损失。

出口孔11(其边缘)具有例如圆形的形状，其直径D小于5厘米，例如在2到5厘米之间。与罗茨真空泵出口孔的总体尺寸相比，具有这种尺寸的出口孔11形成了限流部。这种限流部使得气体一旦离开转子5就有可能加速，从而使粉末更容易由被泵送的气体带走。此外，相对于泵送单元1的整体性能而言，由被泵送气体流中的这种限流所带来的压降可以忽略不计。

根据图2至图5所示的第一示例性实施例，出口孔11位于进入泵送级7的管线13的上游管14的末端。

上游管14可从泵送级7的出口容座15伸出。上游管14例如是从出口容座15的底部16垂直延伸的直筒。上游管14的测量值例如在70到100mm之间。

出口容座15使得可以形成贮存器，用于贮存通过转子5的旋转而从出口孔11排出的一些粉末。因此，一些粉末会堆积在出口容座15的死区，而不会堵塞罗茨真空泵3的出口孔11，而另一部分粉末则随被泵送的气体进入管线13。

堆积在出口容座15中的粉末不会影响罗茨真空泵3的泵送性能。

此外，一旦出口容座15装满，从出口容座15突出的堆积粉末同样可以被转子5扫过，并由被泵送的气体送入管线13。

至少出口容座15的底部16例如是可拆卸的，使得能容易地从容座15中清空粉末以进行可能的清洁。因此，可以从泵送级7中提取粉末，而无需拆卸真空泵2、3。

在图2和图3的示例性实施例中，出口容座15一方面包括形成在泵送级7的定子9中的周向部分17，另一方面包括固定在管线13的上游管14上的底部16。周向部分17例如具有锥形或柱形的整体形状。

可以在周向部分17和底部16之间布置密封件。可在底部16中形成环形槽18以容纳密封件。

底部16可通过穿过底部16的环形法兰中的孔19的第一常规紧固装置、例如插入定子9中的螺栓紧固到周向部分17(图5)。

可以理解，进入定子9中的上游管14使得出口孔11可以更靠近转子5。通过管线13的延伸，以及在这种情况下，通过将底部16紧固到上游管14—该底部16具有与泵送级7的定子9配合的紧固装置，可以容易地实现出口孔11的靠近。

图6、7和8示出了一种实施例变型。

在该变型中，泵送单元1还具有冷却回路30，该冷却回路配置成至少部分地冷却管线13的上游管14。具体而言，它可以有利地使上游管14的温度降低—例如降低几十摄氏度，以保持低于在100℃到250℃之间、例如200℃的最大温度，从而避免粉末的任何聚合，其可能在管线13的上游管14、下游部分或粗真空泵2上结块、堆积并硬化。

冷却回路30例如具有围绕上游管14的基部的夹套31(图6和7)。夹套31例如具有与上游管14同轴的柱形形状。夹套31从出口容座15的底部16延伸到小于上游管14高度的高度，例如延伸到大于四分之三的高度，例如在距离出口孔11一到两厘米的距离处，从而不影响转子5的旋转。夹套31的高度例如在60-80mm之间。

夹套31具有入口32和出口33，从而允许冷却剂流过由夹套31和上游管14形成的双层壁的空间(图7)。冷却剂例如是室温下的水。

根据一个示例性实施例，入口32位于伸入双层壁空间内的冷却回路30的入口管34的端部，出口33位于伸入双层壁空间内的冷却回路30的出口管35的端部。入口管34和出口管35例如是直筒。它们从底部16垂直伸出，与上游管14平行。例如，入口管34和出口管35在双层壁的空间内在直径方向上相对。

此外，出口管35的长度可以大于入口管34的长度。例如，出口管35的长度是入口管长度的四倍以上。例如，入口管34的尺寸为1cm，出口管35的尺寸为6cm，直径相同并且例如为6mm。换句话说，在夹套31中，出口33高于入口32。这种布置可确保双层壁中的加注量最小，并使冷却剂均匀地扫过夹套31的高度。

入口管34和出口管35穿过底部16，并带有冷却回路30的接头36，所述接头位于定子9的外侧，并用于将冷却回路30连接到外部冷却回路(图8)。

根据另一示例性实施例，冷却回路具有线圈，该线圈环绕上游管14(未示出)的基部并穿过所述底部16，以将该线圈的入口和出口连接到外部冷却回路。

尽管图1至图8显示了具有两个弯曲部分的管线13，但也可以设想提供不具有弯曲部而是笔直的管线26，如图9所示。直管线26垂直地设置在两个真空泵2、3之间。通过这种方式，可以限制粉末在管线26中的堆积，这些粉末随后由被泵送的气体以及通过重力带走。

也可以设置直径小于管线13、21的直径的出口孔11。优选在气体流动方向上保持恒定或增大的管线直径，以避免形成容易接收粉末沉积的边缘。

根据图10所示的示例性实施例，框架4被配置为支撑罗茨真空泵5。此外，管线21的下游部分20可以从上游管14拆卸。该下游部分20具有例如两个紧固装置22，这些紧固装置设计用于以可拆除的方式、例如使用螺栓将下游部分20紧固到出口容座15的底部16。

可拆卸的下游部分20允许在不需要拆除管线21的上游管14的情况下拆卸下游部分20。上游管14可以保持在原位，固定在泵送级7的定子9上，罗茨真空泵3由框架4支撑。然后可以从外部清洁上游管14或出口容座15的内部，例如借助瓶刷。因此，管线21的部分拆卸允许更容易、更快地进行维护，而无需拆卸泵2、3。

下游部分20还可以具有波纹管23，以使泵2、3之间的连接更容易。

也可以不设置出口容座。然后，出口孔11直接设置在泵送级7的定子24中(图11)。

在这种情况下，管线27例如一方面包括形成在泵送级7的铸铁中的部分，另一方面包括将铸铁连接到粗真空泵2的入口12的管，该管是或不是弯曲的并且例如由不锈钢制成。

出口孔11例如形成在具有细长横截面的定子24的底部的平坦部分中。

根据图12和13所示的另一个示例性实施例，泵送级7的定子25有一个折返壁28，所述出口孔11设置在该折返壁中。

该折返壁28例如由相对于定子的底部升起的平坦壁形成，升起部分遵循例如转子5的路径形状，即，例如为转子5的八字形横截面。

因此，折返壁28使得能使出口孔11更靠近转子5。因此，出口孔11和由泵送级7中的转子5的扫掠所界定的区域之间的最短距离d可以减小到更大的程度。

Claims (19)

1.一种泵送单元(1)，其具有：

-粗真空泵(2)，

-罗茨真空泵(3)，其包括具有定子(9；24；25)的泵送级(7)，在所述定子内，两个罗茨转子(5)被配置成沿相反方向同步旋转，以便在入口孔(10)和出口孔(11)之间驱动待泵送的气体，

-管线(13；21；26；27)，其将所述出口孔(11)连接至粗真空泵(2)的入口(12)，

其特征在于，所述出口孔(11)的边缘和所述泵送级(7)中的每个转子(5)之间的最短距离(d)至少小于3厘米。

2.根据权利要求1所述的泵送单元(1)，其特征在于，所述最短距离(d)小于2厘米，例如小于1厘米，例如小于0.5厘米，例如大于0.1cm。

3.根据前述权利要求中任一项所述的泵送单元(1)，其特征在于，所述出口孔(11)具有圆形形状，其直径(D)小于5厘米，例如在2厘米到5厘米之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的泵送单元(1)，其特征在于，所述出口孔(11)位于进入泵送级(7)中的管线(13)的上游管(14)的端部。

5.一种泵送单元(1)，其具有：

-粗真空泵(2)，

-罗茨真空泵(3)，其包括具有定子(9)的泵送级(7)，在所述定子内，两个罗茨转子(5)被配置成沿相反方向同步旋转，以便在入口孔(10)和出口孔(11)之间驱动待泵送的气体，

-管线(13；21；26)，其将所述出口孔(11)连接至粗真空泵(2)的入口(12)，

其特征在于，所述出口孔(11)位于进入泵送级(7)中的管线(13；21；26)的上游管(14)的端部。

6.根据权利要求4或5所述的泵送单元(1)，其特征在于，所述上游管(14)从所述泵送级(7)的出口容座(15)伸出。

7.根据权利要求4至6之一所述的泵送单元(1)，其特征在于，其具有冷却回路(30)，所述冷却回路被配置成至少部分地冷却所述管线(13)的上游管(14)。

8.根据前一权利要求所述的泵送单元(1)，其特征在于，所述冷却回路(30)具有围绕所述管线(13)的上游管(14)的基部的夹套(31)，所述夹套(31)的入口(32)和出口(33)允许冷却剂流过由所述夹套(31)和所述上游管(14)形成的双层壁的空间。

9.根据前一权利要求所述的泵送单元(1)，其特征在于，所述入口(32)位于所述冷却回路(30)的入口管(34)的端部，所述出口(33)位于所述冷却回路(30)的出口管(33)的端部，所述入口管(34)和所述出口管(33)伸入到所述双层壁的空间内。

10.根据前一权利要求所述的泵送单元(1)，其特征在于，所述出口管(33)的长度大于所述入口管(34)的长度。

11.根据权利要求6或7-10中任一项并且结合权利要求6所述的泵送单元(1)，其特征在于，至少出口容座(15)的底部(16)是可拆卸的。

12.根据权利要求6或7-11中任一项并且结合权利要求6所述的泵送单元(1)，其特征在于，所述出口容座(15)一方面包括形成在所述泵送级(7)的定子(9)中的周向部分(17)，另一方面包括紧固至所述管线(13；21；26)的上游管(14)上的底部(16)。

13.根据权利要求4至12之一所述的泵送单元(1)，其具有配置成支撑罗茨真空泵(3)的框架(6)，其特征在于，所述管线(21)具有可从所述上游管(14)拆下的下游部分(20)。

14.根据前一权利要求所述的泵送单元(1)，其特征在于，所述下游部分(20)具有波纹管(23)。

15.根据权利要求1-3之一所述的泵送单元(1)，其特征在于，所述泵送级(7)的出口孔(11)设置在所述泵送级(7)的定子(24；25)内。

16.根据前一权利要求所述的泵送单元(1)，其特征在于，所述出口孔(11)形成在所述定子(24)的具有细长横截面的平坦部分中。

17.根据权利要求14所述的泵送单元(1)，其特征在于，所述定子(25)具有折返壁(28)，所述出口孔(11)设置在所述折返壁中。

18.根据前一权利要求所述的泵送单元(1)，其特征在于，所述折返壁(28)由升起的平坦壁形成，升起部分遵循转子(5)的路径的形状。

19.根据前述权利要求之一所述的泵送单元(1)，其特征在于，所述管线(26)是直的。

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