CN113975928B - 真空环境下的低温吸附与再生系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种真空环境下的低温吸附与再生系统，该系统包括主腔室、工件台、冷板、再生系统、真空系统和制冷系统；在所述主腔室内设置有所述工件台和所述冷板；所述再生系统设置在所述冷板外围，用于所述冷板的再生；所述真空系统布置在所述主腔室的顶部外侧，用于对所述主腔室抽真空；所述制冷系统布置在所述主腔室的侧面，用于对所述冷板进行低温控制。本发明利用低温表面对气体分子高吸附的特点和可收缩薄膜展开机构提供的封闭环境，实现真空环境下高效率的气体污染控制。

Description

真空环境下的低温吸附与再生系统

技术领域

本发明涉及真空设备技术领域，特别是涉及一种真空环境下的低温吸附与再生系统。

背景技术

目前，在半导体制造行业中，如真空镀膜、刻蚀、EUV光刻等工艺，往往需要真空条件，而现有的真空腔室由于内部材料出气、腔室壁漏气、工作过程释放的气体等情况，能达到的极限真空低于真空抽气机组的极限真空，要想改善这种情况，就需要增加真空设备，如通过增加真空泵数量提高真空抽气机组的抽速，但由于高真空工况下的真空泵需要搭配前级泵以及在腔室内外壁上设置相应的接口等，占据较大的空间，使用不方便。另外，部分特殊工况下的腔室，如EUV光刻的投影腔室，含有对水分子和碳氢化合物非常敏感的反射光学元件，需要针对这些特定气体进行低分压控制，而真空泵无法满足这些需求。

针对现有真空系统存在的问题，本发明提供一种低温吸附与再生系统，通过制冷系统对冷板进行低温控制，相比于真空泵，该系统占用更少的空间，使用灵活方便；针对临界温度高的水分子、碳氢化合物分子，该系统利用冷板的低温吸附原理，能够在更大程度上降低这些气体分子的分压。同时引入薄膜展开系统，保留了冷板上下的主要工作面，提升了低温吸附与再生效率，大幅增加真空腔室的极限真空。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种真空环境下的低温吸附与再生系统，可以为半导体制造工艺中的真空腔室提供高极限真空环境，同时布置的再生系统也提升了低温吸附与再生的效率，降低腔室中气体分子对关键零部件的污染。

本发明所涉及的真空环境下的低温吸附与再生系统，包括主腔室、工件台、冷板、再生系统、真空系统和制冷系统；其中，

所述工件台和所述冷板设置在所述主腔室内；

所述再生系统设置在所述冷板外围，用于所述冷板的再生；

所述真空系统设置在所述主腔室的顶部外侧，用于对所述主腔室抽真空；

所述制冷系统对称设置在所述主腔室的外侧面，用于对所述冷板进行低温控制。

此外，优选地结构，在所述冷板的内部设置有S型管道，在所述冷板的表面设置有温度传感器，所述冷板为偶数个，数量至少为两个，所述冷板在所述工件台的下方沿所述主腔室的中心线对称设置。

此外，优选地结构，所述再生系统包括再生腔室、薄膜展开系统、冷却气体管道、再生加热系统以及气体回收泵；其中，

所述再生腔室的顶部和底部为敞口，所述冷板设置在所述再生腔室的中央位置；

所述薄膜展开系统用于所述冷板再生过程中封闭所述再生腔室；

所述冷却气体管道设置在所述冷板的侧面，用于将所述制冷系统的低温气体通入所述冷板内部；

所述再生加热系统包括热气体管道和电加热丝；

所述气体回收泵设置在所述主腔室的底部外侧，并通过泵管道与所述冷板连通，以回收所述冷板再生过程中的再生气体。

此外，优选地结构，所述薄膜展开系统包括卷轴、电机、薄膜和密封机构；其中，

所述卷轴设置有两个，且对称设置在所述再生腔室一侧，用于收纳封闭所述再生腔室的薄膜；

所述电机用于驱动所述卷轴转动；所述薄膜设置在所述再生腔室的上下表面，所述薄膜包括矩形封闭膜和窄条工作膜；

所述密封机构设置在所述再生腔室的顶部和底部，通过伸缩下压所述薄膜实现对所述冷板的密封。

此外，优选地结构，所述热气体管道和所述冷却气体管道设置在所述冷板的同侧，所述热气体管道用于传输温度较高的气体，在所述主腔室1的外侧通过管道连接到热气体罐；所述电加热丝设置在所述冷板的上下表面。

此外，优选地结构，所述矩形封闭膜的长度范围和宽度均为 100mm～500mm，所述窄条工作膜的宽度范围为10mm～50mm，长度范围为 100mm～500mm。

此外，优选地结构，所述冷却气体管道包括冷却气体入口管道和冷却气体出口管道，管道中运输的气体包括液氮、液氦、液氧。

此外，优选地结构，所述气体回收泵包括机械泵、分子泵、低温泵。

此外，优选地结构，所述真空系统包括真空泵、真空计，所述真空泵沿所述主腔室中心线对称设置，所述真空计设置在所述主腔室的内侧壁上。

此外，优选地结构，所述制冷系统包括液态气体罐、液态气体压缩机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)区别于真空泵方案，利用低温表面对气体分子高吸附的特点，将冷板温度降至目标温度以下，实现更好的气体分子吸附与去除效果。

(2)占用空间小，使用灵活方便，维护简单快捷。

(3)利用可收缩的薄膜展开机构提供冷板封闭环境，保留了冷板上下的主要工作面，提升了低温吸附效率，实现真空环境下高效率的气体污染控制。

(4)利用电加热和热气体加热的混合加热方式，使得冷板更快地上升到指定温度以上，提升了冷板再生效率。

本发明作为真空环境下对内部材料、工件台、腔室漏气等多环节的气体污染控制方法，提供一种低温吸附与再生系统，实现高极限真空和低气体分压，可广泛应用于各种背景及需求下的高清洁度、高真空要求系统中对污染气体的控制。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为本发明的真空环境下的低温吸附与再生系统的结构示意图。

图2a为本发明的再生腔室外部结构示意图。

图2b为本发明的再生腔室内部结构示意图。

图3为本发明的薄膜结构示意图。

图4为本发明的冷板结构示意图。

图5为本发明的真空环境下的低温吸附与再生系统的第一实施例结构示意图。

图6为本发明的真空环境下的低温吸附与再生系统的第二实施例结构示意图。其中，

1、主腔室 2、工件台 3、真空系统

4、冷板 5、制冷系统 6、再生系统

7、泵管道 8、气体回收泵 9、热气体罐

10、冷却气体管道 11a、真空计 11b真空泵

12、再生腔室 13、冷却气体入口 14、卷轴

15、电机 16、热气体入口 17、密封机构

18、薄膜 19a、矩形封闭膜 19b、窄条工作膜

20、温度传感器 21、电加热丝 22、热气体管道

23、制热装置。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。然而应当理解，附图与实施例的提供仅为了更好地理解本发明，不应该理解为对本发明的限制。

图1示意性地示出了根据本发明实施例的真空环境下的低温吸附与再生系统的结构。如图1所示，本实施例提供的真空环境下的低温吸附与再生系统，该系统包括主腔室1、工件台2、真空系统3、冷板4、制冷系统5和再生系统6，工作台2和冷板4设置在主腔室1内，再生系统6设置在主腔室内部的冷板4外围，真空系统3设置在主腔室1的顶部外侧，制冷系统5设置在主腔室1的外侧面。

本发明提供的真空环境下的低温吸附与再生系统利用真空系统3通过对主腔室1内部进行预抽真空处理，当设置在主腔室1内侧壁上的真空计11a 测得主腔室1压强到指定范围后，需要对主腔室1低温控制，具体的，对称设置在主腔室1外侧面的制冷系统5通过冷却气体管道10对冷板4进行低温控制，同时，工件台2工作时释放的大量气体分子运动到冷板4表面从而被吸附，冷板4长时间工作后，再生系统6对冷板4进行再生，气体回收泵8 通过泵管道7吸收再生气体。

图2a和图2b示意性地示出了根据本发明实施例的再生腔室结构示意图。如图2a所示，热气体罐9通过热气体管道22和再生系统12内的热气体入口 16相连，用于输送高温气体，制冷系统5通过冷却气体入口13向冷板4供应低温气体，设置在再生腔室12两侧的卷轴14用于收纳薄膜18，在卷轴14的一侧端点处设有用于驱动的电机15。如图2b所示，密封机构17设置在再生腔室12的顶部和底部，通过伸缩下压薄膜18实现冷板4的密封。

图3和图4示意性地示出了根据本发明实施例的薄膜和冷板结构示意图。如图3所示，薄膜18由矩形封闭膜19a和窄条工作膜19b构成，矩形封闭膜 19a和窄条工作膜19b为同种材料。如图4所示，冷板4的表面上设置有多个温度传感器20和电加热丝21，温度传感器20用于测量工作后冷板4的温度，电加热丝21用于在混合加热模式时对再生腔室12加热。

本发明所采用的技术方案是：主腔室1处于工作状态时，释气源有内部材料、工件台2和腔室壁，设置在主腔室1顶部外侧的真空系统3对主腔室1 内部进行预抽真空，当设置在主腔室1内侧壁上的真空计11a检测到主腔室1 至指定压强范围内之后，位于主腔室1外侧面的制冷系统5开始工作，向冷板4通入低温液态气体，冷板4通过热交换到达指定温度以下，此时冷板4 处于低温吸附状态，主腔室1中的气体分子大部分吸附到冷板4表面，实现高极限真空。

长时间工作后，冷板4低温吸附的效率随着吸附分子层厚度增加而减少，冷板4表面的温度也随之上升，当冷板4表面设置的温度传感器20检测冷板 4温度到目标范围时，冷板4开始进入再生状态，薄膜展开系统通过电机15 带动卷轴14旋转，矩形封闭膜19a展开至封闭再生腔室12顶部，窄条工作膜19b收纳到两侧的卷轴14上，再生腔室12底部同样设置的薄膜展开系统，封闭再生腔室12底部，设置在再生腔室12底部和顶部的密封机构17通过伸缩下压薄膜18完成再生腔室12密封。制冷系统5停止对冷板4制冷，再生加热系统分别通过热气体管道22和电加热丝21的混合加热模式对再生腔室 12进行加热，气体回收泵8通过泵管道7回收冷板4的再生气体，当温度传感器20检测到冷板4表面温度到达室温后，再生工作完成。

具体的，冷板4的内部设置有S型管道，冷板4为偶数个，设置数量至少为两个，本发明的实施例中的冷板数量为两个，两个冷板4在工件台2的下方沿主腔室1的中心线对称设置。再生系统6包括再生腔室12、薄膜展开系统、冷却气体管道10、再生加热系统以及气体回收泵8；再生腔室12的顶部和底部为敞口，冷板4设置在再生腔室12的中央位置；薄膜展开系统用于冷板4再生过程中封闭再生腔室12；冷却气体管道10设置在冷板4的侧面，用于将制冷系统5的低温气体通入冷板4内部；再生加热系统包括热气体管道22和电加热丝21；气体回收泵8设置在主腔室1的底部外侧，并通过泵管道7与冷板4连通，以回收冷板4再生过程中的再生气体回收。

更加具体的，薄膜展开系统包括卷轴14、电机15、薄膜18、密封机构 17和热气体入口16；卷轴14设置两个，且对称设置在再生腔室12两侧，用于收纳封闭再生腔室12的薄膜18；电机15用于驱动卷轴14转动；所述薄膜 18设置在再生腔室12的上下表面，薄膜18由矩形封闭膜19a和窄条工作膜 19b两部分构成；密封机构17设置在再生腔室12的顶部和底部，通过伸缩下压所述薄膜18实现冷板4密封；热气体入口16设置在卷轴14之间靠近电机 15的位置，和热气体管道22相连，用于输送热气体。

更加具体的，热气体管道22和冷却气体管道10设置在冷板4的同侧，热气体管道22用于通入温度较高的气体，外侧通过管道连接到热气体罐9；电加热丝21设置在冷板4的上下表面。

更加具体的，矩形封闭膜19a和窄条工作膜19b为同种材料，可以是聚酰亚胺材料，矩形封闭膜19a的长度和宽度各自独立地范围为 100mm～500mm，窄条工作膜19b的宽度范围为10mm～50mm，长度为范围 100mm～500mm。

详细的，冷却气体管道10包含冷却气体入口13管道和冷却气体出口管道，管道中运输的气体可以是液氮、液氦、液氧，也可以是其他能够达到冷却目的的气体。

详细的，气体回收泵8可以是机械泵、分子泵、低温泵，也可以是其他替换泵。

详细的，真空系统3包括两个真空泵11b、真空计11a，两个真空泵11b 沿主腔室1中心线对称设置，真空计11a设置在主腔室1的内侧壁上。

详细的，制冷系统5可以是液态气体罐、液态气体压缩机或者其他制冷装置。

下面通过实施例对本发明所涉及的真空环境下的低温吸附与再生系统，进行进一步描述：

第一实施例

图5示意性示出了根据本发明实施例的真空环境下的低温吸附与再生系统的结构，包含主腔室1、工件台2、真空系统3、冷板4、制冷系统5和再生系统6，真空系统3包括两个真空泵11b和真空计11a，制冷系统5为液态气体压缩机，再生系统6包括热气体罐9、气体回收泵8和电加热丝21。

该实施例的工作原理与上述本发明的工作原理完全相同。所述的气体回收泵8通过泵管道7与冷板4相连，所述的电加热丝21铺在冷板4表面，在冷板4再生状态时通过电加热方式给冷板4升温。

第二实施例

图6示意性示出了根据本发明实施例的真空环境下的低温吸附与再生系统的结构，即包括主腔室1、工件台2、真空系统3、冷板4、制冷系统5、再生系统6，真空系统3包括真空泵11b和真空计11a，制冷系统5为低温的液态气体罐，再生系统6包括制热装置23、气体回收泵8和电加热丝21。

该实施例的工作原理与第一实施例相比，再生系统6用制热装置23与电加热丝21作为加热方式，冷板4处于吸附状态时，制冷系统5工作，相反，冷板4处于再生状态时，制热装置23作为热气体源，通过管道与冷板4相连来加热冷板4，安装结构更少，占用空间少，使用方便灵活。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的真空环境下的低温吸附与再生系统，区别于现有的真空泵方案，本发明利用低温表面对气体分子高吸附的特点，将冷板温度降至目标温度以下，实现更好的气体分子吸附与去除效果。

(2)本发明提供的真空环境下的低温吸附与再生系统，占用空间小，使用灵活方便，维护简单快捷。

(3)本发明提供的真空环境下的低温吸附与再生系统，利用可收缩的薄膜展开机构提供冷板封闭环境，保留了冷板上下的主要工作面，提升了低温吸附效率，实现真空环境下高效率的气体污染控制。

(4)本发明提供的真空环境下的低温吸附与再生系统，利用电加热和热气体加热的混合加热方式，使得冷板更快地上升到指定温度以上，提升了冷板再生效率。

以上结合附图对本发明优选实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域普通技术人员在本发明启示下，不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种真空环境下的低温吸附与再生系统，其特征在于：包括主腔室、工件台、冷板、再生系统、真空系统和制冷系统；其中，

所述工件台和所述冷板设置在所述主腔室内；

所述再生系统设置在所述冷板外围，用于所述冷板的再生；

所述真空系统设置在所述主腔室的顶部外侧，用于对所述主腔室抽真空；

所述制冷系统对称设置在所述主腔室的外侧面，用于对所述冷板进行低温控制，

所述再生系统包括再生腔室、薄膜展开系统、冷却气体管道、再生加热系统以及气体回收泵；其中，

所述再生腔室的顶部和底部为敞口，所述冷板设置在所述再生腔室的中央位置；

所述薄膜展开系统用于所述冷板再生过程中封闭所述再生腔室；

所述冷却气体管道设置在所述冷板的侧面，用于将所述制冷系统的低温气体通入所述冷板内部；

所述再生加热系统包括热气体管道和电加热丝；

所述气体回收泵设置在所述主腔室的底部外侧，并通过泵管道与所述冷板连通，以回收所述冷板再生过程中的再生气体，

所述薄膜展开系统包括卷轴、电机、薄膜和密封机构；其中，

所述卷轴设置有两个，且对称设置在所述再生腔室一侧，用于收纳封闭所述再生腔室的薄膜；

所述电机用于驱动所述卷轴转动；所述薄膜设置在所述再生腔室的上下表面，所述薄膜包括矩形封闭膜和窄条工作膜；

所述密封机构设置在所述再生腔室的顶部和底部，通过伸缩下压所述薄膜实现对所述冷板的密封。

2.如权利要求1所述的真空环境下的低温吸附与再生系统，其特征在于，

在所述冷板的内部设置有S型管道，在所述冷板的表面设置有温度传感器，所述冷板为偶数个，数量至少为两个，所述冷板在所述工件台的下方沿所述主腔室的中心线对称设置。

3.如权利要求1所述的一种真空环境下的低温吸附与再生系统，其特征在于，所述热气体管道和所述冷却气体管道设置在所述冷板的同侧，所述热气体管道用于传输温度较高的气体，在所述主腔室1的外侧通过管道连接到热气体罐；所述电加热丝设置在所述冷板的上下表面。

4.如权利要求1所述的一种真空环境下的低温吸附与再生系统，其特征在于，所述矩形封闭膜的长度范围和宽度范围均为100mm～500mm，所述窄条工作膜的宽度范围为10mm～50mm，长度范围为100mm～500mm。

5.如权利要求1所述的一种真空环境下的低温吸附与再生系统，其特征在于，所述冷却气体管道包括冷却气体入口管道和冷却气体出口管道，管道中运输的气体包括液氮、液氦、液氧。

6.如权利要求1所述的一种真空环境下的低温吸附与再生系统，其特征在于，所述气体回收泵包括机械泵、分子泵、低温泵。

7.如权利要求1所述的一种真空环境下的低温吸附与再生系统，其特征在于，所述真空系统包括真空泵、真空计，所述真空泵沿所述主腔室中心线对称设置，所述真空计设置在所述主腔室内侧壁上。

8.如权利要求1所述的一种真空环境下的低温吸附与再生系统，其特征在于，所述制冷系统包括液态气体罐、液态气体压缩机。

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