TW201435211A

TW201435211A - 低溫泵

Info

Publication number: TW201435211A
Application number: TW103103200A
Authority: TW
Inventors: Kakeru Takahashi
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2014-09-16
Also published as: CN107725319A; JP2014173424A; TWI522533B; US9700812B2; CN107725319B; KR20140109251A; JP6057782B2; US20140250923A1; CN104033355A; KR20160003618A; KR101990520B1

Abstract

本發明提供一種低溫泵，其適於氫氣等非冷凝性氣體的高速排氣。低溫泵(10)具備：低溫板總成(20)，具備在兩表面具有吸附區域(48)之複數個低溫板；放射屏蔽件(30)，形成包圍低溫板總成(20)之氣體接收空間(50)；及放射罩(32)，配設於吸氣口(12)。放射罩(32)具備：主板(52)，配置於在吸氣口(12)與低溫板總成(20)對應之位置；及百葉窗部(54)，配置於在吸氣口(12)與氣體接收空間(50)對應之位置。放射罩(32)亦可不具備百葉窗部(54)。

Description

低溫泵

本發明係有關一種低溫泵。

以往的低溫泵由第1冷卻台冷卻頭和與其連接之第1冷卻台屏蔽件及第1冷卻台擋板、第2冷卻台冷卻頭和與其連接之第2冷卻台低溫板、及安裝於該第2冷卻台低溫板背面之吸附體構成。該低溫泵將氣體冷凝於藉由He冷凍機冷卻之第1冷卻台屏蔽件、第1冷卻台擋板及第2冷卻台低溫板來進行真空排氣。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特開平10-213065號公報

本發明的一態樣的例示性目的之一為提供一種適於氫氣等非冷凝性氣體的高速排氣之低溫泵。

依本發明的一態樣，提供一種低溫泵，其特徵為，具備：低溫板總成，具備在兩表面上具有吸附區域之複數個低溫板；放射屏蔽件，形成包圍前述低溫板總成之氣體接收空間；及放射罩，配設於低溫泵吸氣口，該放射罩具備：主板，配置於在前述低溫泵吸氣口與前述低溫板總成對應之位置；及百葉窗部，配置於在前述低溫泵吸氣口與前述氣體接收空間對應之位置。

依本發明的一態樣，提供一種低溫泵，其特徵為，具備：低溫板總成，具備在兩表面上具有吸附區域之複數個低溫板，及放射罩，配設於低溫泵吸氣口，前述低溫板總成具備與前述放射罩對向之頂板，前述放射罩具備主板，該主板覆蓋前述頂板的投影面積的至少80%，且最多佔前述低溫泵吸氣口的開口面積的1/3。

另外，將本發明構成要件或表現於方向、裝置、系統等之間進行相互替換亦可有效作為本發明的態樣。

依本發明，能夠提供一種適合於氫氣等非冷凝性氣體的高速排氣之低溫泵。

10‧‧‧低溫泵

12‧‧‧吸氣口

20‧‧‧低溫板總成

30‧‧‧放射屏蔽件

32‧‧‧放射罩

44‧‧‧低溫吸著板

48‧‧‧吸附區域

50‧‧‧氣體接收空間

52‧‧‧主板

54‧‧‧百葉窗部

56‧‧‧開放區域

58‧‧‧百葉窗板

第1圖係模式表示本發明的一實施形態之低溫泵的主要部份之剖面圖。

第2圖係模式表示本發明的另一實施形態之低溫泵的主要部份之剖面圖。

第1圖係模式表示本發明的一實施形態之低溫泵10的主要部份之剖面圖。低溫泵10安裝於例如離子植入裝置和濺射裝置等真空腔室中來用於將真空腔室內部的真空度提高至製程中要求之所希望的級別。低溫泵10具有用於接收氣體之吸氣口12。應被排出之氣體從安裝有低溫泵10之真空腔室通過吸氣口12進入到低溫泵10的內部空間14。第1圖表示包含低溫泵10的內部空間14的中心軸A之剖面。

另外，以下為了更容易理解地表示低溫泵10的構成要件的位置關係，有時使用“軸向”、“放射方向”等用語。軸向表示貫穿吸氣口12之方向(第1圖中為沿一點虛線A之方向)，放射方向表示沿吸氣口12之方向(垂直於一點虛線A之方向)。為方便起見，有時在軸向上相對靠近吸氣口12則稱作“上”，相對遠離則稱作“下”。亦即，有時離低溫泵10的底部相對較遠則稱作“上”，相對較近則稱作“下”。在放射方向上，有時靠近吸氣口12的中心(第1圖中為中心軸A)則稱作“內”，靠近吸氣口12的邊緣則稱作“外”。放射方向也可稱為徑向。另外，該種表達方法與低溫泵10安裝於真空腔室時的配置無關。例如，低溫泵10可將吸氣口12 以沿鉛垂方向朝下方的方式安裝於真空腔室。

低溫泵10具備冷凍機16。冷凍機16例如為吉福德-麥克馬洪式冷凍機(所謂的GM冷凍機)等極低溫冷凍機。冷凍機16為具備第1冷卻台22及第2冷卻台24之二段式冷凍機。冷凍機16構成為將第1冷卻台22冷卻至第1溫度級別，並將第2冷卻台24冷卻至第2溫度級別。第2溫度級別的溫度低於第1溫度級別。例如，第1冷卻台22冷卻至65K~120K左右，以冷卻至80K~100K左右為佳，第2冷卻台24冷卻至10K~20K左右。

第1圖所示之低溫泵10為所謂臥式低溫泵。臥式低溫泵一般係指冷凍機16配設成與低溫泵10的內部空間14的中心軸A交叉(通常為正交)之低溫泵。本發明能夠同樣地應用於所謂的立式低溫泵中。立式低溫泵係指冷凍機沿低溫泵的軸向配設之低溫泵。

低溫泵10具備第1低溫板18及低溫板總成20。第1低溫板18是為了保護低溫板總成20免受來自低溫泵10的外部或低溫泵容器38的輻射熱的影響而設置之低溫板。第1低溫板18具備放射屏蔽件30及放射罩32，且包圍低溫板總成20。第1低溫板18與第1冷卻台22熱連接。藉此，第1低溫板18被冷卻至第1溫度級別。

低溫板總成20設置於低溫泵10的內部空間14的中心部。低溫板總成20具備複數個低溫板及板安裝構件42。低溫板總成20經由板安裝構件42安裝於第2冷卻台24。如此一來，低溫板總成20與第2冷卻台24熱連接。藉此，低溫板總成20被冷卻至第2溫度級別。

低溫板總成20中，在至少一部份的表面上形成有吸附區域48。吸附區域48為了藉由吸附來捕捉非冷凝性氣體(例如氫氣)而設置。吸附區域48例如藉由將吸附劑(例如活性碳)黏結於低溫板表面而形成。並且，低溫板總成20的至少一部份的表面形成有用於藉由冷凝來捕捉冷凝性氣體之冷凝區域。冷凝區域例如為在低溫板表面上缺少吸附劑之區域，露出有低溫板基材表面例如金屬面。因此冷凝區域亦可稱作非吸附區域。因此，低溫板總成20具備在其一部份具有冷凝區域(或者亦稱作非吸附區域)之吸附板或低溫吸著板44。

複數個低溫吸著板44沿著從屏蔽件開口26朝屏蔽件底部34之方向(亦即沿中心軸A)排列。複數個低溫吸著板44為分別與中心軸A垂直延伸之平板(例如圓板)，且相互平行安裝於板安裝構件42。以下為了方便說明，有時將複數個低溫吸著板44中最靠近吸氣口12的低溫吸著板稱作頂板46，將複數個低溫吸著板44中最靠近屏蔽件底部34的低溫吸著板稱作底板47。

低溫板總成20在吸氣口12與屏蔽件底部34之間沿軸向成細長地延伸。與低溫板總成20的軸向的垂直投影的外形尺寸相比，軸向上之低溫板總成20的上端至下端為止的距離更長。例如，與低溫吸著板44的寬度和直徑相比，頂板46與底板47之間的間隔更大。

低溫板總成20的上端與放射罩32(具體為例如頂板 46與後述的主板52)之間的軸向距離在5cm以內，在3cm以內為較佳，並以在1cm以內更佳。該軸向距離可為低溫吸著板44間的距離約0.5~1.5倍。如此低溫板總成20與放射罩32隔著狹窄的間隔而對向。藉由使低溫板總成20接近放射罩32，能夠將複數個低溫吸著板44排列成朝向屏蔽件底部34。由於能夠這樣增大低溫泵10的吸附區域面積，因此低溫泵10非常適合非冷凝性氣體的高速排氣。

為了容易進行低溫泵10的組裝作業，低溫板總成20的上端與放射罩32之間的軸向距離大於一定程度的間隔例如0.5cm為佳。

低溫吸著板44是與中心軸A成垂直延伸之平板(例如圓板)，在其兩表面上形成有吸附區域48。吸附區域48以從吸氣口12看不到之方式形成在成為與上方鄰接之低溫吸著板44的陰影位置。亦即，吸附區域48形成於各低溫吸著板44的上面中心部與整個下面區域。但是，未在頂板46的上面設置吸著區域48。

複數個低溫吸著板44可如圖示般均具有相同形狀，亦可具有不同之形狀(例如不同之直徑)。複數個低溫吸著板44中有的低溫吸著板44可具有與鄰接於其上方之低溫吸著板44相同的形狀，或者更大。其結果，底板47可大於頂板46。底板47的面積可為頂板46的面積約1.5~約5倍。

並且，複數個低溫吸著板44的間隔可如圖示般為恒定，亦可彼此不同。

本申請人在早先提出的低溫泵亦具備適合於非冷凝性氣體的排氣之低溫板總成或複數個低溫吸著板之排列。該種低溫泵例如公開於日本特開2012-237262號公報、美國專利申請公開第2013/0008189號、日本專利申請2012-249001號。該些均藉由參考援用於本申請說明書中。

放射屏蔽件30為了保護低溫板總成20免受來自低溫泵容器38的輻射熱之影響而設置。放射屏蔽件30位於低溫泵容器38與低溫板總成20之間，且包圍低溫板總成20。放射屏蔽件30具備分隔屏蔽件開口26之屏蔽件前端28、與屏蔽件開口26對向之屏蔽件底部34及從屏蔽件前端28向屏蔽件底部34延伸之屏蔽件側部36。屏蔽件開口26位於吸氣口12。放射屏蔽件30具有屏蔽件底部34已封閉之筒形(例如圓筒)的形狀，且形成為杯狀。

屏蔽件側部36中存在用於安裝冷凍機16之孔，冷凍機16的第2冷卻台24從該孔插入於放射屏蔽件30中。在該安裝孔的外周部，第1冷卻台22固定於放射屏蔽件30的外表面。如此放射屏蔽件30與第1冷卻台22熱連接。

另外，放射屏蔽件30可不構成為如圖所示之一體的筒狀，可構成為藉由複數個零件，整體構成為筒狀的形狀。該等複數個零件可相互留有間隔地配設。例如，放射屏蔽件30可沿軸向分割成兩部份。此時，放射屏蔽件30的上部為兩端開放之筒，放射屏蔽件30下部的上端開放，並且在下端具有屏蔽件底部34。

放射屏蔽件30使包圍低溫板總成20之氣體接收空間50形成於吸氣口12與屏蔽件底部34之間。氣體接收空間50為低溫泵10的內部空間14的一部份，且為沿放射方向鄰接於低溫板總成20之區域。氣體接收空間50在軸向上從吸氣口12遍及屏蔽件底部34而包圍各低溫吸著板44的外周。

放射罩32為了保護低溫板總成20免受來自低溫泵10的外部的熱源(例如安裝有低溫泵10的真空腔室內的熱源)的輻射熱的影響而設置於吸氣口12。放射罩32經由罩安裝構件(未圖示)安裝於屏蔽件前端28。如此將放射罩32固定於放射屏蔽件30並與放射屏蔽件30熱連接。

放射罩32具備主板52及百葉窗部54。主板52配置於在吸氣口12與低溫板總成20對應之位置。低溫板總成20位於內部空間14的中心部，因此主板52位於吸氣口12的中心部。百葉窗部54配置於在吸氣口12與氣體接收空間50對應之位置。氣體接收空間50以包圍低溫板總成20之方式位於內部空間14的外周部，因此百葉窗部54位於吸氣口12的外周部。

主板52位於低溫板總成20的軸向上方，且覆蓋低溫板總成20。主板52與頂板46對向。主板52覆蓋頂板46的軸向垂直投影面積的至少80%或至少90%。主板52亦可覆蓋頂板46的軸向垂直投影面積的整體。如此一來，主板52在吸氣口12形成屏蔽部份。因此，能夠藉由主板52來屏蔽低溫板總成20朝向頂板46之熱輻射。

主板52亦可覆蓋低溫板總成20(例如底板47)的軸向垂直投影面積的一部份。主板52可以覆蓋低溫板總成20(例如底板47)的軸向垂直投影面積的至少20%、至少30%、至少40%或至少50%。例如，當底板47的面積為頂板46的面積的約3.5倍時，頂板46的軸向垂直投影面積的80%相當於底板47的軸向垂直投影面積的約23%。

並且，主板52最多佔吸氣口12的開口面積的1/3，或最多佔1/4。如此一來，在主板52的外側形成佔吸氣口12的開口面積的至少2/3或至少3/4之開放區域56。開放區域56在主板52與放射屏蔽件30的屏蔽件前端28之間形成為環狀。低溫泵10的外部空間藉由開放區域56連接於內部空間14。開放區域56與氣體接收空間50連續。藉此，能夠通過開放區域56將氣體接收到氣體接收空間50。

主板52是沿吸氣口12的橫剖方向亦即放射方向延伸之平板。主板52例如為圓板。典型的低溫泵的百葉窗具備複數個百葉窗板，因此該等的加工及安裝花費很多的費用。然而，依本實施形態，以平板來構成放射罩32的主要部份，從而具有能夠以低成本來製作放射罩32的該種優點。

在開放區域56配置有百葉窗部54。百葉窗部54具備複數個百葉窗板58，該百葉窗板以在與吸氣口12的橫剖方向垂直的高度方向(亦即軸向)上具有第1高度H1之方式與橫剖方向交叉配設。各百葉窗板58是分別形成為直徑不同之圓錐台的側面形狀並排列成同心圓狀之環狀構件。各百葉窗板58向放射方向外側朝向斜下方。亦即，百葉窗板58間的間隙朝向屏蔽件側部36。各百葉窗板58僅以相同角度(例如45度)傾斜。另外，各百葉窗板58亦可與吸氣口12的橫剖方向垂直地交叉配設。百葉窗部54亦可形成為格子狀等其他的形狀。

主板52在與吸氣口12的橫剖方向垂直的高度方向(亦即軸向)上具有第2高度H2。第2高度H2小於第1高度H1。本實施形態中，第2高度H2為主板52的厚度。主板52收納於百葉窗部54中。主板52可以說是沿吸氣口12的橫剖方向橫臥之橫寬的百葉窗板。因此，放射罩32具備：窄百葉窗板，以在高度方向上具有第1高度H1之方式沿橫剖方向交叉配設；及寬百葉窗板，以在高度方向上具有第2高度H2之方式配設。如此局部地使用大型百葉窗板，能夠以少量的零組件有效地在吸氣口12形成屏蔽部份。

放射罩32的高度取決於百葉窗部54的高度，主板52不引起放射罩32的高度增加。因此，能夠與低溫板總成20等周邊的構成要件不干涉地將典型的百葉窗結構替換成放射罩32。

低溫泵容器38為收容第1低溫板18及低溫板總成 20之低溫泵10的筐體。吸氣口12由低溫泵容器38的前端40所分隔。低溫泵容器38為保持內部空間14的真空氣密性所構成的真空容器。

低溫泵10運轉時，如上所述，第1低溫板18(放射屏蔽件30及放射罩32)冷卻至第1溫度級別，低溫板總成20的溫度冷卻至比其更低的第2溫度級別。第1圖中，分別以實線及虛線箭頭來例示從低溫泵10的外部朝向吸氣口12之輻射熱及氫分子。

放射罩32以吸氣口12屏蔽輻射熱。主板52如上述配設成實質上覆蓋低溫板總成20，因此可屏蔽朝向低溫板總成20之輻射熱。百葉窗部54的百葉窗板58亦可屏蔽熱。輻射熱的一部份從百葉窗部54的百葉窗板58間的間隙進入到內部空間14。百葉窗板58間的間隙朝向放射屏蔽件30，因此已進入之輻射熱被放射屏蔽件30所吸收。

並且，放射罩32允許進入到吸氣口12之氣體分子(例如氫分子等非冷凝性氣體)的一部份通過。氣體分子從百葉窗部54的百葉窗板58間的間隙進入到氣體接收空間50。已進入之氣體分子被放射屏蔽件30反射而朝向低溫板總成20。藉此，氣體分子吸附於低溫板總成20的吸附區域。

低溫泵10如上所述，具有吸附區域48未露出於吸氣口12之設計。例如，在頂板46的上表面未設置有吸附區域48。頂板46的上表面及其其他的露出部份為冷凝區域，不具有吸附非冷凝性氣體之能力。

本實施形態之放射罩32尤其非常適合該種非露出型的低溫板總成20。假若將典型的低溫泵的百葉窗構造應用於低溫泵10，則氣體分子通過百葉窗板間之間隙而射入於非吸附區域(例如頂板46的上表面)。氣體分子被反射而返回到低溫泵10的外部或朝向低溫泵10內的其他位置。與氣體分子相同，輻射熱亦直線地射入於非吸附區域。亦即，儘管已露出之非吸附區域對於氣體的吸附沒有幫助但依舊暴露於輻射熱中。由輻射熱產生之熱負載浪費冷凍機16的冷凍能力。

依本實施形態，代替典型的百葉窗構造而以主板52覆蓋在吸氣口12與低溫板總成20對應之位置。因此，可有效地抑制朝低溫板總成20之多餘的熱負載。並且，主板52只不過阻礙有可能射入於非吸附區域之氣體分子，所以不影響非冷凝性氣體的排氣速度。因此，能夠不減慢非冷凝性氣體的排氣速度而可減輕熱負載。

該種優點在設計成使吸附區域48露出之低溫泵中亦能夠得到。因此，低溫泵10也可在頂板46及其其他露出部份具備吸附區域48。

適合於非冷凝性氣體的高速排氣之低溫板總成20存在沿軸向變長之傾向。這是由於將多數的低溫吸著板44排列於內部空間14來形成大面積的吸附區域。若低溫板總成20沿軸向變長，則低溫板總成20的上部接近於吸氣口12而排列，因此朝向低溫板總成20之熱負載增加。以主板52覆蓋低溫板總成20時，氣體分子難以直接射入於低溫板總成20的上部。然而，大半的氣體分子經由氣體接收空間50(例如以放射屏蔽件30反射)到達低溫板總成20的吸附區域48。亦即，因主板52而引起排氣速度大幅減慢時，在可承受範圍內。因此可認為，使用主板52來減輕熱負載在設計成使吸附區域48露出之低溫泵中同樣有意義。

為確保氣體接收空間50具有足夠的大小，低溫板總成20的至少上部(例如頂板46)在沿軸向觀察時較小。例如，頂板46的軸向垂直投影面積的80%、90%或全部小於吸氣口12的開口面積的1/3。或者，頂板46的軸向垂直投影面積的80%、90%或全部也可以小於吸氣口12的開口面積的1/4。如此一來，能夠以將氣體分子充份收入氣體接收空間50之方式來設定氣體接收空間50的放射方向的寬度(例如低溫吸著板44與放射屏蔽件30之間的距離)。

第2圖係模式表示本發明另一實施形態之低溫泵10之剖面圖。第2圖所示之低溫泵10與第1圖所示之低溫泵10不同，低溫泵10的放射罩32可不具備百葉窗部54。低溫泵10的其他構成亦相同。

位於主板52外側之吸氣口12的區域為以將氣體接收空間50連接於低溫泵10的外部之方式開放之開放區域56。放射罩32包括主板52及用於將該主板安裝於放射屏蔽件30的罩安裝構件(未圖示)。開放區域56是未被放射罩32所覆蓋之吸氣口12的開口面積的非包覆部份，實質上已完全開放。在開放區域56不具有百葉窗部54，以此來增加吸氣口12的電導率。這還會增加非冷凝性氣體的排氣速度。

卸下百葉窗部54可能會增加通過開放區域56之熱負載。然而，第2圖所示之低溫泵10具備主板52，因此能夠藉由主板52來減輕或抵消從開放區域56朝低溫板總成20之熱負載的增加。因此，與使用典型的百葉窗構造時相比，依該實施形態能夠不增加朝低溫板總成20之熱負載即可增加非冷凝性氣體之排氣速度。

以上，依實施例對本發明進行了說明。本領域技術人員應可理解本發明不限定於上述實施形態，能夠進行各種設計上的變更，並存在有各種變形例，而如此的變形例亦在本發明的範圍內。

上述實施形態中，頂板46或底板47等低溫吸著板44具有平板狀的構造。然而，低溫吸著板44亦可具有立體構造。例如，頂板46可具有朝向吸氣口12或主板52突出而延伸之部份。同樣地，底板47可具有朝向屏蔽件底部34突出而延伸之部份。也可在該種延伸部份的表面上形成吸附區域。

上述實施形態中，主板52具有平板狀的構造。然而，主板52亦可具有立體構造。例如，主板52可具有沿吸氣口12的橫剖方向交叉之傾斜面。例如，在主板52的外周可安裝有百葉窗板58。

並且，主板52可不為單一的平板構件。主板52可分割成複數個板部份。或者，主板52也可具有開口或狹縫。

10‧‧‧低溫泵

12‧‧‧吸氣口

14‧‧‧內部空間

16‧‧‧冷凍機

18‧‧‧第1低溫板

20‧‧‧低溫板總成

22‧‧‧第1冷卻台

24‧‧‧第2冷卻台

26‧‧‧屏蔽件開口

28‧‧‧屏蔽件前端

30‧‧‧放射屏蔽件

32‧‧‧放射罩

34‧‧‧屏蔽件底部

36‧‧‧屏蔽件側部

38‧‧‧低溫泵容器

40‧‧‧低溫泵容器的前端

42‧‧‧板安裝構件

44‧‧‧低溫吸著板

46‧‧‧頂板

47‧‧‧底板

48‧‧‧吸附區域

50‧‧‧氣體接收空間

52‧‧‧主板

54‧‧‧百葉窗部

56‧‧‧開放區域

58‧‧‧百葉窗板

A‧‧‧中心軸

H1‧‧‧第1高度

H2‧‧‧第2高度

Claims

一種低溫泵，其特徵為，具備：低溫板總成，具備在兩表面上具有吸附區域之複數個低溫板；放射屏蔽件，形成包圍前述低溫板總成之氣體接收空間；及放射罩，配設於低溫泵吸氣口，且具備：主板，配置於在前述低溫泵吸氣口與前述低溫板總成對應之位置；及百葉窗部，配置於在前述低溫泵吸氣口與前述氣體接收空間對應之位置。
如申請專利範圍第1項記載之低溫泵，其中，前述百葉窗部具備複數個百葉窗板，該百葉窗板以在與前述低溫泵吸氣口的橫剖方向垂直的高度方向上具有第1高度之方式與前述橫剖方向交叉配設，前述主板在前述高度方向上具有小於前述第1高度的第2高度。
如申請專利範圍第1或2項記載之低溫泵，其中，前述低溫板總成具備與前述主板對向之頂板，前述主板覆蓋前述頂板的投影面積的至少80%，且最多佔前述低溫泵吸氣口的開口面積的1/3。
如申請專利範圍第1~3項中任一項記載之低溫泵，其中，前述主板為沿前述低溫泵吸氣口的橫剖方向延伸之平板。
如申請專利範圍第1~4項中任一項記載之低溫泵，其中，前述低溫板總成與前述主板之間的距離在5cm以內。
一種低溫泵，其特徵為，具備：低溫板總成，具備在兩表面上具有吸附區域之複數個低溫板，及放射罩，配設於低溫泵吸氣口，前述低溫板總成具備與前述放射罩對向之頂板，前述放射罩具備主板，該主板覆蓋前述頂板的投影面積的至少80%，且最多佔前述低溫泵吸氣口的開口面積的1/3。
如申請專利範圍第6項記載之低溫泵，其中，前述低溫泵還具備放射屏蔽件，該放射屏蔽件形成包圍前述低溫板總成之氣體接收空間，開放前述主板的外側區域使前述氣體接收空間與前述低溫泵的外部連接。
如申請專利範圍第6或7項記載之低溫泵，其中，前述主板為沿著前述低溫泵吸氣口的橫剖方向延伸之平板。