CN115803525A - 低温泵 - Google Patents

Abstract

公开一种低温泵，其包括：泵入口；两级制冷机；第一级阵列，所述第一级阵列热耦合到所述两级制冷机的第一级；以及低温面板结构，所述低温面板结构耦合到所述两级制冷机的第二级。所述低温面板结构包括至少三个扁平面板。所述第一级阵列安装在所述泵入口与所述低温面板结构之间，并且包括多个板条，所述多个板条各自被安装成使得所述多个板条中的每一者的最靠近于所述低温面板结构的一侧相对于所述至少三个扁平面板中的对应一者大致对准且纵向偏移。

Description

低温泵

技术领域

本发明的技术涉及低温泵，并且特别是涉及两级低温泵，所述两级低温泵具有在一温度下用于捕获诸如水蒸汽的I类气体的第一级，以及在更低温度下用于捕获诸如氮气的II类气体、并且在一些实施例中用于低温吸附诸如氢气的III类气体的第二级。

背景技术

两级低温泵由低温第二级低温面板阵列形成。其可以在4-25K的范围内操作，并且可以涂覆有诸如生物炭(charcoal)的捕获材料。此低温面板阵列充当主泵送表面并由第一级辐射屏障环绕，所述第一级辐射屏障在诸如40-130K的更高温度范围内操作，并且向更低温度阵列提供辐射屏蔽并通过在诸如水蒸汽的I类气体的气体分子接触所述阵列的地方捕获这些气体分子来屏蔽所述阵列使其免受所述I类气体的影响。

在操作中，当气体通过入口进入泵容器时，至少一些I类气体(诸如水蒸汽)凝结在形成第一级辐射屏障的一部分的正面阵列上。较低沸点的气体通过正面阵列并且进入辐射屏障内的容积中。II类气体(诸如氮气)凝结在第二级阵列上，而在4K下具有可观的蒸汽压力的III类气体(诸如氢气、氦气和氖气)被涂覆第二级低温面板的吸附剂(诸如活性碳、沸石或分子筛)吸附。

以此方式，从腔室进入所述泵的气体被捕获，并且在泵容器内产生真空。低温泵的一个问题在于，在操作期间，随着捕获表面中的气体分子变得达到饱和，其捕获气体分子的能力降低。因此，定期再生低温泵以释放所捕获的气体分子。

存在在设计低温泵时要考虑的若干竞争因素，气体进入泵的高传导性提高泵送速度，然而，有利的是，对第二级低温面板提供一些屏蔽使其免受热辐射的影响以减少低温面板上的热负荷，并且免受I类气体的影响。到达低温面板的I类气体在其上凝结，从而阻止III类气体被低温吸附。此外，一些I类气体(诸如大链碳氢化合物)在再生期间将不离开阵列表面，从而导致在泵的剩余寿命内泵送性能的降低。然而，屏蔽低温面板使其免受气体分子的影响确实导致传导性的降低。

将期望提供一种经改进的两级低温泵。

发明内容

第一方面提供一种低温泵，其包括：泵入口；两级制冷机；第一级阵列，所述第一级阵列热耦合到所述两级制冷机的第一级；以及低温面板结构，所述低温面板结构耦合到所述两级制冷机的第二级；其中所述低温面板结构包括至少三个扁平面板；所述第一级阵列安装在所述泵入口与所述低温面板结构之间，并且包括多个板条(slat)，所述多个板条各自被安装成使得所述多个板条中的每一者的最靠近于所述低温面板结构的一侧相对于所述至少三个扁平面板中的对应一者大致对准且纵向偏移。

在设计低温泵时，期望提供具有显著表面积的低温面板结构以捕获气体分子，并且具有第一级或正面阵列以对低温面板结构提供一些屏蔽使其免受热辐射的影响并且免受通过入口进入泵的一些气体分子的影响。低温泵入口常规上具有圆形横截面，并且低温面板结构通常具有类似的配置，可能由同轴圆筒形成。虽然这种布置具有对称性和与真空腔室出口良好匹配的优点，但是制造和构建可能具有挑战性。提供由扁平面板形成的平面型(平坦的，planar)第二级低温面板阵列和由与至少一些面板对准并相对于其纵向偏移的线性板条形成的第一级阵列提供易于制造且易于组装的布置。此外，具有其中板条与面板大致对准的布置提供对面板的有效且有针对性的屏蔽。此布置还可以提供非常高的氢气泵送速度。

在一些实施例中，所述多个面板中的每一者具有相对于其纵向对准且偏移的对应板条。

在一些实施例中，所述多个板条被安装成相对于所述扁平面板以110°至160°之间的角度朝向所述泵入口延伸。

使板条成角度成使得其朝向泵入口和邻近面板倾斜提供对低温面板结构的有效屏蔽。

在一些实施例中，所述多个板条被安装成使得至少一些所述板条屏蔽所述低温面板结构的相邻扁平面板的一个表面使其免受通过所述泵入口进入所述泵的气体分子的影响。

板条可以被布置成屏蔽相邻面板的表面使其免受来自进入泵的气体分子的直接冲击。所述气体分子可能从另一表面反弹并冲击面板，但是面板被屏蔽而免于成为被冲击的第一个表面。这允许某些类型的气体分子(诸如I类气体分子)在其到达此表面之前被捕获。可能的是，每一面板具有与其纵向对准布置的偏斜板条。或者，可能的是，阵列中的每一面板、除一个端部面板以外具有与其相关联的对应板条。端部面板在面板从靠近于低温面板结构的边缘倾斜所朝向的方向上在端部处。板条为其成角度朝向的邻近面板提供屏蔽，因此在没有后续面板的情况下，可能的是，省除(dispense)这样的板条。

在一些实施例中，所述多个扁平面板的表面包括涂覆有吸附剂材料的经涂覆部分和未涂覆所述吸附剂材料的其他部分。

III类气体在第一或第二级制冷机的温度下不凝结，并且为捕获这些分子，需要吸附剂。在低温泵中，第二级阵列可以涂覆有吸附剂以吸附这些III类气体并捕获II类气体。本发明的发明人认识到，低温泵中的涂覆吸附剂的表面的问题在于，随着时间的推移，其可能变得不太有效，因为气体分子吸附在其上。提供吸附剂材料来捕获III类气体，并且重要的是，这些气体接触这些表面并且被捕获。然而，为了增加再生循环之间的时间，将期望抑制任何其他气体被可能凝结在其他表面上的吸附剂捕获。光致抗蚀剂例如是在低温泵用于抽空半导体加工腔室时可能存在的气体，并且其在冲击时被吸附剂表面吸附，从而减少吸附剂表面在再生之间的寿命。

本发明的发明人认识到，如果第二级低温面板的一些表面未被涂覆，并且如果诸如光致抗蚀剂的气体首先冲击这些表面，则其将在其到达涂覆吸附剂的表面之前凝结在未涂覆表面上，并且因此，涂覆吸附剂的表面的寿命将增加。

因此，通过为泵提供一些未涂覆表面，非III类气体在其冲击这些未涂覆吸附剂的表面时可能凝结，而III类气体将从未涂覆表面反弹，并且在其冲击涂覆吸附剂的表面时被吸附。以此方式，吸附剂表面将主要吸附III类气体，并且这将增加其效力和再生之间的寿命，并且维持大致稳定的泵送速度达更长时间。实际上，通过允许至少一些气体冲击未涂覆的表面，一些气体(诸如光致抗蚀剂)将永远不会到达经涂覆的表面，并且经涂覆的表面将被保护免受这些气体的影响，并且可以几乎专门用于泵送将从未涂覆表面反弹的III类气体，从而增加再生之间的时间，并且提供其泵送速度并不随时间推移而过度降级的泵。

在一些实施例中，至少一些所述面板的一个表面涂覆有所述吸附剂，而另一表面未被涂覆。

仅涂覆一个表面提供易于制造的系统。对于诸如其中提供诸如环氧树脂的附着涂层并使吸附剂材料附着到其的一些涂覆技术，通过将涂覆环氧树脂的表面放置成与吸附剂接触来涂覆单个表面比涂覆两个表面的情况进行起来容易得多。

在一些实施例中，所述经涂覆的表面是由所述多个板条中的相邻板条屏蔽的所述表面。

将板条布置成使得经涂覆的表面被板条屏蔽，允许经涂覆的表面和其上的吸附剂被屏蔽免受将首先冲击其他表面并被其他表面捕获的诸如光致抗蚀剂的非III类气体的影响。这提高吸附剂的寿命。平面型几何形状提供用于屏蔽一个表面、同时允许另一表面捕获III类气体的有效系统。

此外，通过使未被第一级阵列如此有效屏蔽的表面无吸附剂，避免或至少抑制其中随着时间的推移泵的一个表面被污染并且以比另一表面高的速率失去吸附性质的情况。这种情况将导致泵的泵送速度随时间推移而变化，这将需要重新校准系统，并且通常是不期望的。

在一些实施例中，所述多个板条大致相互平行布置，并且所述多个扁平面板大致相互平行布置。

其中面板和板条大致相互平行的平面型布置提供易于制造并且流动更可预测的设备。

在一些实施例中，所述多个板条彼此沿相同方向倾斜。在一些实施例中，存在与面板的数量相同数量的板条。

在一些实施例中，面板和板条在泵内彼此等距间隔开。这导致面板与板条之间的流动通道具有大致相同大小，从而允许板条的更均匀流动和吸附。

在一些实施例中，所述多个面板被布置成大致平行于所述泵的纵向轴线延伸。

面板可以大致平行于泵的纵向轴线布置，使得每一面板接收类似量的气体分子，并且一个面板并不过度屏蔽另一面板使其免受进入泵的气体分子的影响。

在一些实施例中，所述多个板条和所述多个面板为大致矩形的。

虽然板条和面板可以具有许多不同形状，但是在一些情况下，它们是矩形的。矩形面板易于制造、安装和涂覆，并且提供有效表面。

在一些实施例中，当在平行于所述扁平面板的方向上通过所述泵入口观察时，所述多个板条被配置成重叠。

当沿着纵向轴线通过泵入口观察时，所述多个板条可以被配置成重叠，并且以此方式，在泵入口与面板之间不存在视线，使得气体分子通常将在冲击低温面板结构的表面之前已经冲击了另一表面。在这方面，大致平行于板条的角度行进的气体分子可以直接冲击面板的一个表面，并且在一些实施例中，其是面板的未涂覆吸收剂的该表面。以此方式，保护所述面板的涂覆吸收剂的侧面免受来自气体分子的直接冲击。

在一些实施例中，所述多个面板全部具有大致相同大小。

在其他实施例中，阵列的任一端部处的板条和面板可以小于朝向中间的板条和面板。在这方面，泵入口具有圆形横截面，并且可能有利的是，朝向泵的中间增加面板的大小，在那里，存在更大直径。然而，具有带有不同大小的面板和板条导致更复杂的制造过程，并且在一些情况下，可能期望使其全部具有相同大小。

在一些实施例中，所述吸附剂材料被配置成吸附III类气体，诸如氢气、氦气和氖气。

在一些实施例中，所述吸附剂材料包括涂覆所述经涂覆的表面的分子筛。

在一些实施例中，所述吸附剂材料包括以下中的一者：生物炭、活性碳、沸石或多孔金属表面。

在所附独立权利要求和从属权利要求中阐述其他特别且优选的方面。从属权利要求的特征可以视情况并且按除权利要求中明确阐述的那些组合以外的组合与独立权利要求的特征组合。

在一装置特征被描述为可操作以提供一功能的情况下，将了解，这包括提供所述功能或者被调适或配置成提供所述功能的装置特征。

附图说明

现在将参考附图进一步描述本发明的实施例，在附图中：

图1示出了根据一实施例的平面型低温面板结构；并且

图2示出了正面阵列以及图1的低温面板结构。

具体实施方式

在任何更详细地论述实施例之前，将首先提供概述。

具有包括平行倾斜面板或板条的平面型正面阵列的低温泵允许第二级结构当其也是平面型结构时与正面阵列对准。这可以提供非常高的氢气泵送速度。缺点在于，可能无法像圆形布置的情况那样有效地使用入口的全部面积。

第二级阵列面板伸展跨越泵并与泵的纵向轴线竖直地对准。第一级阵列包括在第二级阵列与泵入口之间的倾斜面板或板条，所述倾斜面板或板条被布置成使得最靠近于第二级阵列的边缘与第二级面板中的对应一者对准。板条倾斜成使得表面朝向泵入口倾斜。在一些实施例中，第二级面板的一侧涂覆有生物炭，并且此侧面被较高温度(大约80K)的正面阵列完全阻挡以免受来自进入泵的气体分子的直接冲击。在正面阵列的温度下凝结的气体将冲击所述阵列并且不进一步继续前进，一些可能冲击第二级阵列的未涂覆生物炭的表面，并且同样将不进一步继续前进。诸如氢气的III类气体将从这些表面反弹，并且将在其冲击涂覆生物炭的表面时被吸附。以此方式，涂覆吸附剂的表面将几乎专门泵送III类气体，而其他表面收集其他气体。

在一些实施例中，当沿着垂直于泵入口的横截面的纵向轴线观察时，正面阵列的板条重叠。重叠量将决定泵送速度以及还有第二级阵列的面板被屏蔽免受来自进入泵入口的气体分子的首先冲击的程度。此泵的实施例有效抽空半导体加工真空腔室，诸如用于植入应用和PVD(物理气相沉积)工艺的那些。

图1和图2示出具有由平面型元件形成的平面型阵列的低温泵的实施例。图1示出具有入口5的泵内的第二级低温面板结构的平行的平面型元件25。未示出第一级正面阵列。第二级的低温面板结构具有彼此等距间隔开布置成一行的平行面板25。存在具有一组倾斜板条的正面阵列(未示出)，板条的下表面与对应面板对准。所述正面阵列从第二级阵列纵向偏移以在一定程度上热隔离这两个阵列并且位于第二级阵列与泵入口5之间。

在一些实施例中，面板25的一侧涂覆有吸附剂，并且另一侧未涂覆吸附剂。正面阵列的倾斜元件保护经涂覆的表面使其免受通过泵入口进入的分子的初始冲击。

图2相对于第二级阵列元件25和泵入口5示意性地示出正面阵列元件12。如可见的，板条12安装在泵入口5与第二级阵列的低温面板结构之间。当从泵入口5观察时，板条倾斜成使得其重叠。板条12与面板25之间的角度θ在110°至160°之间，使得板条朝向相邻面板依斜并且屏蔽面板使其免受进入泵入口的气体分子的影响。在面板12之间存在间隙，所述间隙允许气体分子进入泵。

在一些实施例中，面板25的两个表面都涂覆有吸附剂；而在其他实施例中，面板的一个表面24涂覆有吸附剂，而另一表面22没有。在正面阵列板条12之间行进的分子的唯一直接路径通向低温面板结构的未涂覆表面22，使得通过泵入口进入的分子首先冲击板条12或第二级阵列的未涂覆表面22。因此，任何分子的初始冲击都不是与经涂覆的表面24，并且在第一或第二级制冷机的温度下凝结的分子被捕获在这些表面上。其他III类分子从这些表面朝向经涂覆的表面24反弹，在那里，其在冲击时被吸附剂涂层捕获。以此方式，第二级元件的经涂覆的表面被倾斜的第一级阵列板条12屏蔽以免受进入泵的分子的初始冲击。未在第一级阵列或第二级阵列上凝结的分子将冲击经涂覆的表面22并被吸附剂捕获。

虽然本文中已经参考附图详细公开了本发明的说明性实施例，但是应理解，本发明并不限于所述精确实施例，并且本领域技术人员可以在不背离如由所附权利要求书及其等效内容限定的本发明的范围的情况下在本文中实现各种改变和修改。

附图标记

5 泵入口

12 板条

22 面板的未涂覆表面

24 面板的经涂覆表面

25 第二级阵列面板

Claims (16)

1.一种低温泵，其包括：

泵入口；

两级制冷机；

第一级阵列，所述第一级阵列热耦合到所述两级制冷机的第一级；以及

低温面板结构，所述低温面板结构耦合到所述两级制冷机的第二级；其中

所述低温面板结构包括至少三个扁平面板；

所述第一级阵列安装在所述泵入口与所述低温面板结构之间，并且包括多个板条，所述多个板条各自被安装成使得所述多个板条中的每一者的最靠近于所述低温面板结构的一侧相对于所述至少三个扁平面板中的对应一者大致对准且纵向偏移。

2.根据权利要求1所述的低温泵，其中所述多个板条被安装成相对于所述扁平面板以110°和160°之间的角度朝向所述泵入口延伸。

3.根据权利要求1或2所述的低温泵，其中所述多个板条被安装成使得至少一些所述板条屏蔽所述低温面板结构的相邻扁平面板的一个表面使其免受通过所述泵入口进入所述泵的气体分子的影响。

4.根据任一前述权利要求所述的低温泵，其中所述多个扁平面板的表面包括涂覆有吸附剂材料的经涂覆部分和未涂覆所述吸附剂材料的其他部分。

5.根据权利要求4所述的低温泵，其中至少一些所述面板的一个表面涂覆有所述吸附剂，而另一表面未被涂覆。

6.根据在从属于权利要求3时的权利要求5所述的低温泵，所述经涂覆表面是由所述多个板条中的相邻板条屏蔽的所述表面。

7.根据任一前述权利要求所述的低温泵，其中所述多个板条大致相互平行布置，并且所述多个扁平面板大致相互平行布置。

8.根据任一前述权利要求所述的低温泵，其中所述多个面板被布置成大致平行于所述泵的纵向轴线延伸。

9.根据任一前述权利要求所述的低温泵，其中所述多个板条和所述多个面板为大致矩形的。

10.根据任一前述权利要求所述的低温泵，其中当在平行于所述扁平面板的方向上通过所述泵入口观察时，所述多个板条被配置成重叠。

11.根据任一前述权利要求所述的低温泵，其中所述多个面板全部具有大致相同的大小。

12.根据任一前述权利要求所述的低温泵，其中所述多个板条全部具有大致相同的大小。

13.根据权利要求1至10中的任何一项权利要求所述的低温泵，其中所述面板或板条阵列的任一边缘处的所述面板和所述板条小于朝向中间的面板和板条。

14.根据权利要求4至6或在从属于权利要求4时的权利要求7至13中的任何一项权利要求所述的低温泵，其中所述吸附剂材料被配置成吸附III类气体，诸如氢气、氦气和氖气。

15.根据权利要求4至6、14或在从属于权利要求4时的权利要求7至13中的任何一项权利要求所述的低温泵，其中所述吸附剂材料包括涂覆所述经涂覆表面的分子筛。

16.根据权利要求4至6、14或在从属于权利要求4时的权利要求7至13中的任何一项权利要求所述的低温泵，其中所述吸附剂材料包括以下中的一者：生物炭、活性碳、沸石或多孔金属表面。

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