CN111365213A - 低温泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低温泵，所述低温泵包括：压缩机，所述压缩机提供冷源；至少两个冷凝井，所述冷凝井分别与所述压缩机相连接，并与所述压缩机之间形成闭合循环回路；所述冷凝井分别与机台相连接，使得所述机台中的气体在所述冷凝井中降温，以通过所述冷凝井对所述机台进行抽气。本发明可实现冷凝井的交替再生，提高机台的稼动率，且根据机台的具体情况，可设置不同的冷凝井，在提高机台的稼动率的同时，还可降低成本。

Description

低温泵

技术领域

本发明属于半导体设备领域，涉及一种低温泵。

背景技术

在高真空系统中，低温泵(Cryo pump)是常用的抽真空机具，其是利用低温进行气体的表面冷凝，又称为冷凝泵。低温泵可以获得抽气速率大、极限压力低的清洁真空，被广泛应用于半导体和集成电路的研究和生产，以及分子束研究、真空镀膜设备、真空表面分析仪器、离子注入机和空间模拟装置等方面。

低温泵的抽气原理：利用低温表面来冷凝、吸附和捕集气体，从而达到抽气作用。低温抽气的主要作用是低温冷凝、低温吸附和低温捕集。①低温冷凝：气体分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的气体层上，其平衡压力基本上等于冷凝物的蒸气压。②低温吸附：气体分子以一个单分子层厚(厘米数量级)被吸附到涂在冷板上的吸附剂表面上。吸附的平衡压力比相同温度下的蒸气压力低得多，这样就可能在较高温度下通过低温吸附来进行抽气。③低温捕集：在抽气温度下不能冷凝的气体分子，被不断增长的可冷凝气体层埋葬和吸附。

由于低温泵采用冷头吸附，工作一段时间后，冷头被气体凝结的固体所覆盖，表面温度升高，对气体吸附作用减弱甚至停止，失去抽气作用，因此实际使用时，每过一段时间就需要对泵进行加热，以去除凝结在冷头上的固态气体，即所谓的再生(regeneration)，一般再生时间大约3小时～6小时，其间必需中断生产，尤其在具有多个反应腔的机台中，在低温泵再生时，整台机台都必需停止生产，而不是只停止某个反应腔而已，因而降低了机台的稼动率。

因此有必要提供一种新型的低温泵，以解决低温泵再生时，所造成的机台停机、降低机台稼动率的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温泵，用于解决现有技术中低温泵再生时，机台稼动率降低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低温泵，所述低温泵包括：

压缩机，所述压缩机提供冷源；

至少两个冷凝井，所述冷凝井分别与所述压缩机相连接，并与所述压缩机之间形成闭合循环回路；所述冷凝井分别与机台相连接，使得所述机台中的气体在所述冷凝井中降温，以通过所述冷凝井对所述机台进行抽气。

可选地，所述冷凝井间隔排布，或所述冷凝井之间具有隔热层。

可选地，所述冷凝井包含制冷机，所述制冷机包括GM制冷机、斯特林制冷机及脉管制冷机中的一种或组合。

可选地，所述冷凝井包含一级冷头及二级冷头中的一种或组合，所述一级冷头提供的温度范围包括65K～80K，所述二级冷头提供的温度范围包括10K～14K。

可选地，所述冷凝井包含辐射罩，且所述辐射罩的外表面具有热反射涂层，所述辐射罩的内表面具有热吸收涂层。

可选地，所述冷凝井包含冷板，且所述冷板的内表面具有吸附材料，所述吸附材料包括活性炭及分子筛中的一种或组合。

可选地，所述冷凝井包含温度计，所述温度计包括氢气蒸气压温度计及半导体温度计中的一种或组合。

可选地，所述气体包括水蒸气、碳氢化合物、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氮气、氩气、氢气、氦气及氖气中的一种或组合。

可选地，所述低温泵还包括再生系统，再生方式包括自然再生、气体冲洗再生及电加热再生中的一种或组合。

可选地，所述低温泵还包括控制系统，所述控制系统与所述冷凝井及所述压缩机相连接。

如上所述，本发明的低温泵，包括至少两个冷凝井，冷凝井分别与机台相连接，从而可实现冷凝井的交替再生，提高机台的稼动率，且根据机台的具体情况，可设置不同的冷凝井，在提高机台的稼动率的同时，还可降低成本。

附图说明

图1显示为实施例一中的低温泵与机台之间的结构框图。

图2显示为实施例一中的低温泵的结构示意图。

图3显示为实施例二中的低温泵的结构示意图。

元件标号说明

100、110 冷凝井

101、111 一级冷头

102 二级冷头

103、113 辐射罩

104、114 导流板

105 冷板

106 吸附材料

107、117 制冷机

108、118 阀门

109、119 温度计

200、201 压缩机

300、301 控制系统

400、401 再生系统

501 隔热层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1～图2，本发明提供一种低温泵，所述低温泵包括：多个冷凝井100及1个压缩机200，所述冷凝井100的个数可包括N≥2个，如3、4、5等。本实施例中，所述冷凝井100采用2个，但并不局限于此，所述压缩机200用以提供冷源；所述冷凝井100分别与所述压缩机200相连接，并与所述压缩机200之间形成闭合循环回路；所述冷凝井100分别与机台(未图示)相连接，使得所述机台中的气体在所述冷凝井100中降温，以通过所述冷凝井100对所述机台进行抽气。

具体的，所述冷凝井100的结构可相同也可不同，具体个数及结构可根据所述机台中的所述气体种类进行选择，此处不作限制。所述压缩机200所提供的所述冷源可包括液氮、液氦中的一种或组合，所述压缩机200的具体种类此处不作限制。所述冷凝井100分别与所述压缩机200相连接，且所述冷凝井100与所述压缩机200之间形成闭合循环回路，即所述冷源自所述压缩机200进入所述冷凝井100中，在所述冷凝井100中进行膨胀，从而吸附热量，为所述冷凝井100提供低温环境，经膨胀后的所述冷源可返回所述压缩机200，从而形成闭合循环回路，采用该方式不消耗所述冷源、操作简便、易于维修。所述机台中的所述气体在进入具有低温环境的所述冷凝井100中后，在所述冷凝井100中进行低温抽气。所述低温抽气的方式可包括低温冷凝、低温吸附和低温捕集中的一种或组合。

本发明的低温泵包括2个相同结构且分别与所述机台相连接的所述冷凝井100，因此可实现所述冷凝井100的交替再生，提高所述机台的稼动率。

作为该实施例的进一步实施例，所述冷凝井100间隔排布。

具体的，如图2，本实施例中，2个所述冷凝井100间隔排布，从而所述冷凝井100形成相互独立的结构，以避免在进行抽气及后续进行再生时造成干扰。

作为该实施例的进一步实施例，所述冷凝井100包含制冷机107，所述制冷机107包括GM制冷机、斯特林制冷机及脉管制冷机中的一种或组合。

具体的，本实施例中，所述压缩机200提供液氦作为所述冷源，并采用GM制冷机与所述压缩机200进行联合，以提供所述冷源，从而可提供口径大、抽速大的所述低温泵，以适用于大型机台设备。

作为该实施例的进一步实施例，所述冷凝井100包含一级冷头101及二级冷头102中的一种或组合，所述一级冷头提供的温度范围包括65K～80K，所述二级冷头提供的温度范围包括10K～14K。

具体的，根据所述机台中的所述气体的具体种类，所述冷凝井100中可设置不同的冷头，以有效的对所述气体进行抽气。其中，所述一级冷头101提供的温度范围包括65K～80K，从而可使得水蒸气及碳氢化合物冷凝，所述二级冷头102提供的温度范围包括10K～14K，从而可使得二氧化碳、一氧化碳、氧气、氮气及氩气等饱和蒸气压高的气体冷凝。

作为该实施例的进一步实施例，所述冷凝井100包含辐射罩103，且所述辐射罩103的外表面具有热反射涂层，所述辐射罩103的内表面具有热吸收涂层；所述冷凝井100中包含导流板104，所述导流板104可包括人字纹形及百叶窗形中的一种或组合。

具体的，所述辐射罩103与所述一级冷头101相接触，且所述辐射罩103的上表面高于所述二级冷头102的上表面，从而使得所述辐射罩103可包围所述一级冷头101及二级冷头102。所述辐射罩103可采用无氧铜的材质，其用以阻挡热辐射，包括内表面及外表面，所述辐射罩103的外表面具有热反射涂层，所述辐射罩103的内表面具有热吸收涂层，其中，所述热反射涂层包括采用喷涂法制备的具有较高热反射率的镍涂层，以阻挡外来的热辐射，所述热反射涂层的种类，并不局限于此；所述热吸收涂层包括采用黑化处理的具有较高吸收率的黑化涂层，以阻挡热辐射反射到内部，所述黑化涂层的材质此处不作限制。所述冷凝井100中的所述导流板104与所述辐射罩103的开口相连接，从而所述辐射罩103与所述导流板104包围所述一级冷头101及二级冷头102，且所述导流板104由于与所述辐射罩103相接触，从而可提供所述一级冷头101所提供的温度范围，即65K～80K。所述导流板104位于所述低温泵的上端，距离所述机台的腔体最近，所述机台中的所述气体在进入所述低温泵后，所述气体中的水蒸气及碳氢化合物即可在所述导流板104上凝结。

作为该实施例的进一步实施例，所述冷凝井100包含冷板105，且所述冷板105的内表面具有吸附材料106，所述吸附材料106包括活性炭及分子筛中的一种或组合。

具体的，所述冷板105可采用无氧铜的材质，所述冷板105与所述二级冷头102相连接，从而可提供所述二级冷头102所提供的温度范围，即10K～14K。所述冷板105的形貌可包括多层堆叠的伞状，但并不局限于此。所述冷板105的外表面可用于冷凝排除如二氧化碳、一氧化碳、氧气、氮气及氩气等饱和蒸气压高的气体，所述冷板105的内表面设置所述吸附材料106，可进一步的吸附如氢气、氦气及氖气等不能被所述冷板105冷凝的气体。

作为该实施例的进一步实施例，所述冷凝井100包含温度计109，所述温度计109包括氢气蒸气压温度计及半导体温度计中的一种或组合，以便于工作人员了解所述低温泵中的温度状态，判断是否需要进行所述低温泵的再生。

作为该实施例的进一步实施例，所述机台中的所述气体包括水蒸气、碳氢化合物、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氮气、氩气、氢气、氦气及氖气中的一种或组合。

具体的，所述机台可包括半导体和集成电路生产中的设备，但并不局限于此。在半导体设备中，通常会含有水蒸气、碳氢化合物、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氮气、氩气、氢气、氦气及氖气中的一种或组合，因此采用所述低温泵可有效去除所述气体。

作为该实施例的进一步实施例，所述低温泵还包括再生系统400，再生的方式包括自然再生、气体冲洗再生及电加热再生中的一种或组合。

具体的，由于所述低温泵采用所述一级冷头101及二级冷头102进行吸附，工作一段时间后，所述一级冷头101及二级冷头102被所述气体凝结的固体所覆盖，表面温度升高，对所述气体的吸附作用减弱甚至停止，失去抽气作用，因此每过一段时间就需要对所述冷凝井100进行加热再生，以去除凝结在所述一级冷头101及二级冷头102上的固态气体。如在半导体制程中，通常每个月需对所述低温泵进行2次～4次的再生。所述冷凝井100的再生方式可采用自然再生、气体冲洗再生及电加热再生中的一种或组合，其中，自然再生需消耗较多时间，实际生产中可采用气体冲洗再生或电加热再生中的一种或组合。其中，气体冲洗再生即利用冲入所述冷凝井100中的处于室温或加热的干燥气体(如氮气、氩气等)，对所述冷凝井100进行加热，以实现热交换，该方式速度快，且不会对所述冷凝井100造成损伤；而采用电加热再生，可通过加热电路对所述冷板105进行直接加热，该方式较为复杂，且加热温度需要密切控制，以避免对所述冷凝井100造成损伤，具体可根据需要进行选择。本实施例中，采用气体冲洗再生，即在所述冷凝井100的壳体上留有再生气体进气阀及出气阀，再生开始时，所述冷凝井100内的温度约20K，可先关闭冷凝井100与所述机台相连接的阀门108，开启所述再生系统400，进行再生，并通过所述温度计109监测所述冷凝井100的温度，以进行控制。当温度高于20K后，氦气、氖气及氢气首先从所述吸附材料106上逸出；当温度在77K～100K的范围内时，氮气、氧气、氩气等凝结气体融化、沸腾并逸出，以完成再生。本实施例中，由于包含2个所述冷凝井100，因此当1个所述冷凝井100需要再生时，所述机台可使用另1个所述冷凝井100，以继续生产，从而实现替换，且所述冷凝井100可使用同一所述再生系统400，以节约设备占地面积及成本。

作为该实施例的进一步实施例，所述低温泵还包括控制系统300，所述控制系统300与所述冷凝井100及所述压缩机200相连接。

具体的，本实施例中，所述冷凝井100使用同一所述控制系统300，以节约设备占地面积及成本，所述控制系统300还与所述再生系统400相连接，从而实现所述低温泵的自动化控制。所述控制系统300可包括显示屏及输入键，以便于工作人员操作。

实施例二

如图3，本实施例相较于实施例一，根据机台的具体情况，选用了不同结构的冷凝井，在提高机台的稼动率的同时，可降低成本。

具体的，所述低温泵包括：压缩机201，所述压缩机201提供冷源；多个冷凝井，所述冷凝井的个数可包括N≥2个，如3、4、5等。本实施例中，所述冷凝井采用2个，但并不局限于此，2个所述冷凝井即冷凝井100及110，所述冷凝井100及110分别与所述压缩机201相连接，并与所述压缩机201之间形成闭合循环回路；所述冷凝井100及110分别与机台相连接，使得所述机台(未图示)中的气体在所述冷凝井100及110中降温，以通过所述冷凝井100及110对所述机台进行抽气。

具体的，所述冷凝井采用不同结构，所述冷凝井100的结构同实施例一，但并不局限于此，所述冷凝井110相对于所述冷凝井100进行了结构上的改变，以适应所述机台的需求，如当所述机台中含有大量水蒸气时，可采用所述冷凝井100，进行抽气，但并不局限于此，可根据所述机台的具体情况，灵活变换所述冷凝井的结构。本实施例中，所述冷凝井110包括一级冷头111、辐射罩113、导流板114、制冷机117、阀门118及温度计119，其种类、数量及结构均可参阅所述冷凝井100，此处不再赘述。

作为该实施例的进一步实施例，所述冷凝井100及110之间具有隔热层501。

具体的，在所述冷凝井100及110之间添加所述隔热层501，可进一步缩小所述低温泵所占用的空间，同时避免包括在进行抽气及再生的过程，所述冷凝井100及110之间的干扰。所述隔热层501可选用真空层或其他隔热材料，此处不作限制。

作为该实施例的进一步实施例，所述低温泵还包括再生系统401，再生方式包括自然再生、气体冲洗再生及电加热再生中一种或组合。

具体的，本实施例中，所述冷凝井100及110采用不同的再生方式，如根据所述冷凝井100所凝结的所述气体的种类，所述冷凝井100的再生采用所述气体冲洗再生及电加热再生中的一种，而所述冷凝井110，由于只具有所述一级冷头111，因此只凝结了水蒸气及碳氢化合物，可通过自然再生，实现降低成本的目的。当然所述冷凝井100及110所采用的再生方式，并不局限于此，具体可根据所述冷凝井凝结的气体的种类进行设置，此处不作限制。

作为该实施例的进一步实施例，所述低温泵还包括控制系统301，所述控制系统301与所述冷凝井100及110、所述压缩机201相连接。

具体的，本实施例中，所述冷凝井100及110使用同一所述控制系统301，以节约设备占地面积及成本，所述控制系统301还与所述再生系统401相连接，从而实现所述低温泵的自动化控制。所述控制系统301可包括显示屏及输入键，以便于工作人员操作。

综上所述，本发明的低温泵，包括至少两个冷凝井，冷凝井分别与机台相连接，从而可实现冷凝井的交替再生，提高机台的稼动率，且根据机台的具体情况，可设置不同的冷凝井，在提高机台的稼动率的同时，还可降低成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种低温泵，其特征在于，所述低温泵包括：

压缩机，所述压缩机提供冷源；

至少两个冷凝井，所述冷凝井分别与所述压缩机相连接，并与所述压缩机之间形成闭合循环回路；所述冷凝井分别与机台相连接，使得所述机台中的气体在所述冷凝井中降温，以通过所述冷凝井对所述机台进行抽气。

2.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于：所述冷凝井间隔排布，或所述冷凝井之间具有隔热层。

3.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于：所述冷凝井包含制冷机，所述制冷机包括GM制冷机、斯特林制冷机及脉管制冷机中的一种或组合。

4.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于：所述冷凝井包含一级冷头及二级冷头中的一种或组合，所述一级冷头提供的温度范围包括65K～80K，所述二级冷头提供的温度范围包括10K～14K。

5.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于：所述冷凝井包含辐射罩，且所述辐射罩的外表面具有热反射涂层，所述辐射罩的内表面具有热吸收涂层。

6.根根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于：所述冷凝井包含冷板，且所述冷板的内表面具有吸附材料，所述吸附材料包括活性炭及分子筛中的一种或组合。

7.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于：所述冷凝井包含温度计，所述温度计包括氢气蒸气压温度计及半导体温度计中的一种或组合。

8.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于：所述气体包括水蒸气、碳氢化合物、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氮气、氩气、氢气、氦气及氖气中的一种或组合。

9.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于：所述低温泵还包括再生系统，再生方式包括自然再生、气体冲洗再生及电加热再生中的一种或组合。

10.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于：所述低温泵还包括控制系统，所述控制系统与所述冷凝井及所述压缩机相连接。

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