CN104667564A - 冷阱 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷阱，其课题在于使具有较大的排气能力的直线型冷阱适用于较窄的设置空间。本发明的冷阱(10)配设于真空容器(12)与用于该真空容器(12)的真空泵之间，冷板(24)配置于从真空容器(12)的排气口(30)至真空泵的吸气口(31)的排气流路(18)。冷板容器(26)具备用于将排气流路(18)连接于真空容器(12)的排气口的入口部、及用于将排气流路(18)连接于真空泵的吸气口(31)的出口部。出口部相对于入口部偏心设置。

Description

冷阱

本申请主张基于2013年12月2日申请的日本专利申请第2013-249352号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种冷阱。

背景技术

冷阱中存在一种配设于真空容器与真空泵之间的被称为直线型的冷阱。在连接真空容器的排气口与真空泵的吸气口的排气流路配置有冷板。真空泵例如为涡轮分子泵。直线型冷阱与涡轮分子泵一同使用时，冷阱主要用于排出水蒸气。

专利文献1：日本特开2009-262083号公报

在直线型冷阱中，按照排气流路方向的厚度大体分为两种类型，一种为薄型冷阱，另一种为厚型冷阱。薄型冷阱采用如挡板或穿孔板等平面型冷板。厚型冷阱采用例如具有沿排气流路方向延伸的表面的例如筒型冷板。

通常，对口径相同的薄型冷阱与厚型冷阱进行比较时，厚型冷阱的冷板的表面积更大。因此，在水蒸气的排气速度方面，厚型冷阱相比于薄型冷阱更有利。并且，在排气流路的传导率方面，厚型冷阱也更有利。薄型冷阱中由于平面型冷板占据排气流路截面积的较广的部分，因此传导率变小。因此，在下游的真空泵(例如涡轮分子泵)的排气速度方面，厚型冷阱相比于薄型冷阱更有利。

薄型冷阱适合于设置空间较窄的情况。例如，有时要求将真空泵相对于真空容器的排气口横向(即垂直于排气流路的方向)偏移而设置。此时，由于真空泵的吸气口凸缘相对于真空容器的排气口凸缘偏心，因此需要在排气口凸缘与吸气口凸缘之间设置用于横向转换位置的转换凸缘。由于将真空容器与真空泵之间的原本较窄的空间分配给转换凸缘及冷阱，因此冷阱的设置空间尤其狭窄。

发明内容

本发明的一种实施方式的示例性的目的之一在于使具有较大的排气能力的直线型冷阱适用于较窄的设置空间。

根据本发明的一种实施方式，提供一种配设于真空容器与用于该真空容器的真空泵之间的冷阱。冷阱具备：冷板，配置于从所述真空容器的排气口至所述真空泵的吸气口的排气流路；及冷板容器，具备用于将所述排气流路连接于所述真空容器的排气口的入口部、及用于将所述排气流路连接于所述真空泵的吸气口的出口部。所述出口部相对于所述入口部偏心设置。

另外，将以上构成要件的任意组合、本发明的构成要件和表现，在方法、装置及系统等之间进行相互替换，也作为本发明的方式而有效。

根据本发明，能够使具有较大的排气能力的直线型冷阱适用于较窄的设置空间。

附图说明

图1是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的真空排气系统的剖视图。

图2是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的冷板容器的图。

图中：10-冷阱，12-真空容器，14-涡轮分子泵，18-排气流路，19-闸阀，24-冷板，26-冷板容器，30-排气口，36-入口凸缘，38-出口凸缘，40-主体部分。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，说明中，对相同要件标注相同符号，并适当省略重复说明。并且，以下所述的结构为例示，对本发明的范围不做任何限定。

图1是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的真空排气系统1的剖视图。真空排气系统1具备：冷阱10、及用于对排气对象容积(例如真空处理装置的真空容器12)进行排气的主真空泵(例如涡轮分子泵14)。主真空泵是用于排气至成为高真空区域的高真空泵。主真空泵设于冷阱10的后段。另外，主真空泵也可以为扩散泵。

真空排气系统1除了具备主真空泵以外，还具备用于对真空容器12进行粗抽的辅助泵16。辅助泵16设于主真空泵的后段。辅助泵16例如为干式真空泵。

涡轮分子泵14经由排气流路18连接于真空容器12。冷阱10配置于真空容器12与涡轮分子泵14之间。冷阱10为所谓的直线型冷阱。冷阱10例如配置于涡轮分子泵14的铅垂方向上方。

排气流路18为用于使气体从真空容器12流向涡轮分子泵14的空间。因此，排气流路18具有真空容器12一侧的入口开口20、及涡轮分子泵14一侧的出口开口22。应排出的气体从真空容器12通过入口开口20进入到排气流路18，再经出口开口22流向涡轮分子泵14。

真空排气系统1在冷阱10与涡轮分子泵14的吸气口31之间具备闸阀19。闸阀19在出口开口22的下方与冷阱10邻接。通过打开闸阀19能够使涡轮分子泵14与真空容器12连通，通过关闭闸阀19能够将涡轮分子泵14与真空容器12切断。例如，使冷阱10再生时，闸阀19通常被关闭。

冷阱10具备：冷板24、包围冷板24的冷板容器26、及用于冷却冷板24的制冷机28。冷板24配置于排气流路18，所述排气流路从真空容器12的排气口30延伸至涡轮分子泵14的吸气口31。冷板容器26构成为将真空容器12的排气口30与闸阀19连接。

冷板24构成为通过冷凝将气体捕捉到其表面上。冷板24整体露出于排气流路18，通过被制冷机28冷却，将流过排气流路18的一部分气体冻结于冷板24的表面来捕捉。

冷板24以包围排气流路18的中心轴的方式形成为筒型。冷板24具备主体板32及扩张板34。扩张板34在轴向上设于真空容器12的排气口30与主体板32之间。扩张板34及主体板32可分别称为上部板及下部板。

主体板32为冷板24的筒型部分，例如具有圆筒形状。主体板32从入口开口20向出口开口22延伸。因此，冷板24具有与排气流路18中的流向平行延伸的冷板表面。这种筒型形状有利于维持排气流路18的传导率，实现较大的排气速度。

扩张板34为冷板24的朝向内侧延伸的部分。扩张板34以排气流路18的中心部开放的方式从排气流路18的外周部向排气流路18的中心部延伸。扩张板34例如为在中心部具有开口的圆形平板。扩张板34与主体板32同轴地安装于主体板32的上端。通过扩张板34能够提高冷阱10的排气速度。

冷板容器26具备：入口部，用于将排气流路18连接于真空容器12的排气口30；及出口部，用于将排气流路18连接于涡轮分子泵14的吸气口31。出口部将排气流路18连接于闸阀19。如此，通过将闸阀19配置于涡轮分子泵14与冷阱10之间，能够利用闸阀19阻止在冷阱10的再生中所生成的液化物(例如水)进入到涡轮分子泵14。

详情如后所述，冷板容器26的出口部设置成相对于冷板容器26的入口部偏心。本实施方式中，冷板容器26的出口部设置成相对于冷阱10的入口部偏心，以使在冷阱10安装于真空容器12的状态下，出口部的位置相对于真空容器12的排气口30向真空容器12的外周侧偏离。在真空容器12的某一壁面，排气口30位于中心部，在该壁面上从排气口30向外周侧稍微偏离的位置设置有涡轮分子泵14。如此设置，能够避免应配置于真空容器12的中心侧的其他构成要件与涡轮分子泵14发生干扰。

冷板容器26的入口部具备用于将冷板容器26安装于真空容器12(或者在入口侧与冷阱10邻接的第1要件)的入口凸缘36。冷板容器26的出口部具备用于将冷板容器26安装于在出口侧与冷阱10邻接的第2要件(即闸阀19)的出口凸缘38。入口凸缘36与出口凸缘38均为真空凸缘。入口凸缘36与出口凸缘38的直径相同。

并且，冷板容器26具备主体部分40。主体部分40为包围排气流路18的导管。主体部分40在其延伸方向上具有恒定的直径。沿着径向与主体部分40的内表面隔着间隙而配置有主体板32。主体板32沿着主体部分40延伸至出口凸缘38的附近。扩张板34配置成在径向上与入口凸缘36的内周面隔着间隙。

因此，构成将冷板24作为内筒且将主体部分40作为外筒的双重筒结构，在冷板24与主体部分40之间形成有环状空间。冷板24的内侧为大部分的排出气体所流过的主通路，该环状空间为排出气体的副通路。如此，排气流路18在径向上分隔成主通路与副通路。

出口凸缘38在主体部分40的延伸方向(图1中上下方向)上与入口凸缘36留有间隙而配设。即，入口凸缘36与出口凸缘38在轴向上分离，2个凸缘通过主体部分40相连接。在入口凸缘36形成有入口开口20，在出口凸缘38形成有出口开口22。入口凸缘36安装于真空容器12的排气口凸缘13，出口凸缘38安装于闸阀19的凸缘(未图示)。

另外，可以在冷阱10与真空容器12之间设置其他要件(例如闸阀19)来代替在冷阱10直接安装真空容器12。此时，入口凸缘36安装于与冷阱邻接的相应要件。并且，冷阱10可以直接安装于涡轮分子泵14来代替经由闸阀19等其他要件在冷阱10安装涡轮分子泵14。此时，出口凸缘38安装于涡轮分子泵14的吸气口凸缘。

冷板24安装于制冷机28的冷却台29。或者，冷板24可以通过连结制冷机28的冷却台29与冷板24的导热部件热连接于制冷机28的冷却台29。制冷机28例如为吉福德-麦克马洪式制冷机(所谓GM制冷机)。并且制冷机28为单级式制冷机。

主体板32热连接于制冷机28。扩张板34经由主体板32热连接于制冷机28。或者，主体板32与扩张板34可以通过单独的导热路径分别热连接于制冷机28。此时，扩张板34可以不经由主体板32而连接于制冷机28。

主体部分40在入口凸缘36与出口凸缘38之间具备用于容纳制冷机28的制冷机壳体42。制冷机壳体42构成冷板容器26的一部分。在主体部分40的侧面形成有用于将冷板24连接于制冷机28的侧面开口，包围制冷机28的至少一部分的制冷机壳体42从侧面开口的外周部朝向径向外侧延伸。在制冷机壳体42的末端形成有制冷机安装凸缘44，在制冷机安装凸缘44安装有制冷机28。

在基于如图1所示的真空排气系统1的排气处理中，通过开放闸阀19并使涡轮分子泵14工作，对真空容器12进行排气，从而将真空度提高至所希望的水平。在使涡轮分子泵14工作之前，可通过粗抽用辅助泵16对真空容器12进行排气。冷阱10冷却至能够捕捉流过排气流路18的水蒸气的温度(例如100K)。通常涡轮泵14排出水蒸气的速度较慢，但通过并用冷阱10，能够实现较快的排气速度。

图2是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的冷板容器26的图。图2为图1的A-A向视图。如图2所示，入口凸缘36在凸缘面具备多个安装用螺栓孔46及真空密封部48。安装用螺栓孔46在入口凸缘36的外周部排列成圆周状。真空密封部48在径向上设于安装用螺栓孔46与主体部分40之间。出口凸缘38也同样地具备安装用螺栓孔46及真空密封部。

图2中，示出了作为入口凸缘36的中心的入口中心50、作为主体部分40的中心的开口中心52、及作为出口凸缘38的中心的出口中心54。主体部分40设置成相对于入口凸缘36偏心。出口凸缘38设置成相对于主体部分40偏心。因此，如图所示，入口中心50、开口中心52、及出口中心54位于各不相同的位置。在本实施方式中，入口中心50、开口中心52、及出口中心54依次沿着制冷机壳体42的轴线(即制冷机28的轴线)直线排列。开口中心52位于入口中心50与出口中心54的连接线上的中间。

如此设置，能够使冷阱10的开口直径设为较大。假设入口中心50(或出口中心54)与开口中心52一致，则冷阱10的开口直径应小于本实施方式。开口直径较大有助于真空排气系统1的排气性能。例如，能够采用大型冷板24。并且，由于排气流路18的传导率较大，因此涡轮分子泵14的排气速度也变大。

根据本实施方式，冷阱10的出口部相对于冷阱10的入口部偏心设置。即，入口凸缘36相对于出口凸缘38偏心设置。由此，冷阱10本身作为横向位置的转换凸缘发挥功能。因此，能够将冷阱10设置于真空容器12与涡轮分子泵14之间，而不是如以往那样在单独的转换凸缘及真空容器(或真空泵)之间组装平面型的薄型冷阱。冷阱10具有在流动方向上较厚的筒型冷板24。这种冷阱10的排气速度及传导率优异，因此能够使具有较大排气能力的直线型冷阱10适用于较窄的设置空间。

例如，使用与本实施方式所涉及的冷阱相同口径的冷阱10来代替某一口径(例如8英寸)的薄型冷阱与转换凸缘的组合时，在传导率相同的情况下能够得到大约2倍的冷板面积。

本说明书中，为了更容易理解构成要件的位置关系，有时使用“轴向”、“径向”等术语。轴向表示沿着排气流路18的方向(或主体部分40的延伸方向)，径向表示垂直于轴向的方向。为方便起见，有时将在轴向上离真空容器12相对较近处称为“上”，而将相对较远处称为“下”。也就是说，有时将离涡轮分子泵14相对较远处称为“上”，而将相对较近处称为“下”。有时将在径向上接近排气流路18中心处称为“内”，而将远离排气流路18中心处称为“外”。另外，这种描述与冷阱10安装于真空容器12及涡轮分子泵14时的实际配置并无关系。例如，冷阱10也可以以出口开口22在铅垂方向上朝上且入口开口20在铅垂方向上朝下的方式安装于真空容器12。

以上，基于实施例对本发明进行了说明。本发明并不限定于上述实施方式，可进行各种设计上的变更，实现各种变形例，并且这些变形例也属于本发明的范围，这对本领域技术人员而言是能够理解的。

在上述实施方式中，冷板24由主体板32与扩张板34构成，但本发明并不限定于此，冷板24可以设为各种形状。例如，可以在主体板32内设置其他冷板(例如，沿着流动方向延伸的至少1个平板型板)。并且，冷板24不限定为圆筒，也可以为多角柱。或者，冷板24也可以具备如挡板或穿孔板等平面型冷板。

Claims (7)

1.一种冷阱，配设于真空容器与用于该真空容器的真空泵之间，所述冷阱的特征在于，具备：

冷板，配置于从所述真空容器的排气口至所述真空泵的吸气口的排气流路；及

冷板容器，具备用于将所述排气流路连接于所述真空容器的排气口的入口部、及用于将所述排气流路连接于所述真空泵的吸气口的出口部，

所述出口部相对于所述入口部偏心设置。

2.根据权利要求1所述的冷阱，其特征在于，

所述冷板以包围所述排气流路的中心轴的方式形成为筒型。

3.根据权利要求1或2所述的冷阱，其特征在于，

所述冷板具备延伸部分，所述延伸部分以所述排气流路的中心部被开放的方式从所述排气流路的外周部向所述排气流路的中心部延伸。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的冷阱，其特征在于，

所述出口部将所述排气流路连接于闸阀，所述闸阀配设于所述冷阱与所述真空泵的吸气口之间。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的冷阱，其特征在于，

所述真空泵为涡轮分子泵。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的冷阱，其特征在于，

所述出口部相对于所述入口部偏心设置，以使在所述冷阱安装于所述真空容器的状态下，所述出口部的位置相对于所述真空容器的排气口向所述真空容器的外周侧偏离。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的冷阱，其特征在于，

所述入口部具备入口凸缘，所述入口凸缘用于将所述冷板容器安装于所述真空容器或与所述冷阱邻接的第1要件，

所述出口部具备出口凸缘，所述出口凸缘用于将所述冷板容器安装于所述真空泵或与所述冷阱邻接的第2要件，

所述冷板容器具备主体部分，所述主体部分连接所述入口凸缘与所述出口凸缘，

所述主体部分相对于所述入口凸缘偏心设置，所述出口凸缘相对于所述主体部分偏心设置。