TW202130914A - 渦輪分子真空泵 - Google Patents

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Abstract

渦輪分子真空泵(1)包括：定子(2)；轉子(3)，其建構成在定子(2)中繞著旋轉軸(I-I)旋轉；以及調節閥(13)，其建構成藉由軸向位移朝向或遠離該真空泵(1)的抽吸孔口(6)而修改該真空泵(1)的入口氣導。調節閥(13)面對抽吸孔口(6)的那面(15)具有中空形式。

Description

渦輪分子真空泵
本發明關於渦輪分子真空泵，其尤其用於泵抽製造半導體組件的圍蔽，圍蔽的壓力藉由調節閥來控制。
在圍蔽中產生高真空則須使用渦輪分子型真空泵，其由定子所組成，轉子則在當中驅動成快速旋轉，舉例而言以每分鐘大於九萬轉來旋轉。
渦輪分子真空泵特別採用於半導體組件製程，以維持極潔淨環境中之圍蔽的高真空而盡可能的沒有粒子。事實上，懸浮於大氣中或由圍蔽裡發生之製程所產生的粒子可以妨礙在矽晶圓上之電子電路的生產。因此基本的是將圍蔽中的粒子濃度限制在極低的閾值以保證有良好的生產力。因為製品的幾何精細度持續縮小，這就更加重要。
為了控制這些圍蔽裡的壓力，一般而言利用具有可變氣導的調節閥(稱為「擺錘」(pendulum)閥)，其配置在渦輪分子真空泵的抽吸側。閥的平坦碟片在平行於真空泵入口的平面上位移，因此或多或少覆蓋了真空泵的入口表面。閥的開啟程度有可能變化泵送的流動，因此變化圍蔽中的壓力。然而，閥在其外殼中的移動可以產生摩擦，特別是在密封處，而可能構成了粒子形成來源。
由閥或圍蔽中發生之製程所產生的這些粒子可以被渦輪分子真空泵以高速率旋轉的葉片打到，而非被抽吸且驅動至排放口。粒子然後可以在葉片上彈跳回來並且返回到圍蔽中，它們可以在此汙染在上面生產電子電路的矽晶圓。
已知某些渦輪分子真空泵包括整合式調節閥。於這些裝置，閥可以軸向致動而朝向和遠離泵的抽吸孔口。相較於擺錘閥，這些裝置提供以下優點：將泵送的流動更均勻地排放到圍蔽中、不減少開啟位置的氣導、產生較少粒子。事實上，相較於在擺錘閥外殼中滑動的碟片，整合式閥的摩擦表面有所減少。再者，整合式閥可以面對入口孔口而軸向位移，這形成了篩網，其有可能減少粒子藉由在渦輪分子真空泵的葉片上彈跳而返回到圍蔽中。
本發明的一個目的是提出一種渦輪分子真空泵，其可以改善當中壓力是由調節閥所控制之圍蔽(特別是半導體組件製造圍蔽)中的粒子泵送。
為此，本發明之標的是渦輪分子真空泵，其包括：定子；轉子，其建構成在定子中繞著旋轉軸旋轉；以及調節閥，其建構成藉由軸向位移朝向或遠離該真空泵的抽吸孔口而修改該真空泵的入口氣導；渦輪分子真空泵的特徵在於：調節閥面對抽吸孔口的那面具有中空形式。
調節閥位在面對抽吸孔口的那面具有中空形式，則被真空泵之徑向葉片打到而在調節閥上彈跳的粒子大多重新指向抽吸孔口的中央。這減少了粒子返回到圍蔽中的機率。
再者，渦輪分子真空泵之徑向葉片的位移速率是與到中央的徑向距離成正比。藉由導引彈跳的粒子朝向旋轉軸，則減少了粒子的動能，這減少了多次彈跳的機率。
渦輪分子真空泵可以具有下文界定之一或更多個單獨或組合的特徵。
該面的中空形式舉例而言是圓錐形或下凹的。
根據範例性實施例，該面僅周邊是彎曲或傾斜的。
調節閥之該面的曲率角舉例而言是在2°和20°之間，例如在5°和10°之間。
調節閥的中空面可以包括粒子捕集器。
定子可以包括位在抽吸孔口那側上的入口環狀凸緣，調節閥則建構成與入口環狀凸緣偕同運作以修改入口氣導，並且入口環狀凸緣用來連接至圍蔽。
入口環狀凸緣的內壁可以具有繞著旋轉軸迴轉的外展形式。
入口環狀凸緣之內壁的外展形式舉例而言是漸縮的。
內壁的傾斜角舉例而言等於曲率角。
內壁的傾斜角舉例而言是在2°和20°之間，例如在5°和10°之間。
入口環狀凸緣可以具有150毫米或350毫米的直徑。
入口環狀凸緣的內壁可以包括粒子捕集器。
渦輪分子真空泵可以包括至少一致動器，其位在定子外並且建構成使調節閥位移。
以下實施例為範例。雖然敘述指稱一或更多個實施例，但未必意謂每個參照係關於相同的實施例，或未必意謂特徵僅適用於單一實施例。不同實施例的單純特徵也可以做組合或交換以提供其他實施例。
圖1和2示範渦輪分子真空泵1的範例性實施例。
渦輪分子真空泵1如本身已知地包括定子2，轉子3則在當中繞著旋轉軸I-I做軸向旋轉而高速旋轉，舉例而言每分鐘旋轉超過三萬轉，舉例而言例如每分鐘超過九萬轉。
渦輪分子真空泵1包括渦輪分子級4和在泵送氣體的循環方向上位於渦輪分子級4之下游的分子級5。泵送的氣體首先流入渦輪分子級4，然後流入分子級5，再經過真空泵1的排放孔口8而排放。
泵送氣體所進入經過之渦輪分子真空泵1的抽吸孔口6位在渦輪分子級4的入口。入口環狀凸緣7舉例而言圈住抽吸孔口6以將真空泵1連接至圍蔽11，例如用來接收在上面製造電子電路之矽晶圓的半導體圍蔽。半導體圍蔽11的基板固持器18則示意地呈現於圖1。
轉子3在此一方面包括一或更多級的徑向葉片9a，其面對渦輪分子級4中之定子2的固定徑向葉片9b而旋轉；另一方面包括侯威克(Holweck)裙10，其面對分子級5中之定子2的螺旋溝槽而旋轉。
轉子3和定子2的徑向葉片9a、9b傾斜以導引泵送的氣體分子至分子級5。
侯威克裙10是由平滑的圓柱體所形成。定子2的螺旋溝槽有可能壓縮且導引泵送的氣體至排放孔口8。
轉子3是由內部馬達12驅動成在定子2中旋轉，該內部馬達12舉例而言配置在侯威克裙10下方。清除氣體可以注射至真空泵1中以清除和冷卻排放口和/或內部馬達12。轉子3是由磁性或機械軸承所側向和軸向地導引。
轉子3舉例而言以鋁材而製成單件(一件式)。定子2舉例而言是由鋁材所製成。
渦輪分子真空泵1進一步包括調節閥13，其建構成藉由軸向位移(亦即平行於轉子3的旋轉軸I-I來位移)朝向或遠離真空泵1的抽吸孔口6而修改真空泵1的入口氣導。
調節閥13具有碟形，其可以關閉真空泵1的抽吸孔口6。調節閥13舉例而言建構成與入口環狀凸緣7偕同運作以修改入口氣導。調節閥13的另一定位範例則以圖2的虛線所示意地呈現。
調節閥13的這架構明顯地有可能使抽吸孔口6帶得盡可能靠近圍蔽11的內部容積。再者，調節閥13可以面對入口孔口6而軸向位移，這形成了篩網，其有可能減少粒子經由在真空泵1的葉片上彈跳而返回至圍蔽11中。
根據範例性實施例，真空泵1進一步包括至少一致動器14，其建構成使調節閥13位移。至少一致動器14舉例而言位在定子2外。
舉例而言，入口環狀凸緣7周圍有幾個平均分布的致動器14，例如二或四對在直徑上相對的致動器14。
致動器14位在定子2外並且調節閥13可以軸向位移，則明顯地有可能限制可以是粒子形成來源的摩擦現象。調節閥13也容易拆除以供維修。
調節閥13位在面對抽吸孔口6的那面15具有中空形式。
該面15的中空形式舉例而言是下凹的，亦即在整個該面15上彎曲而中空的頂點與旋轉軸I-I重合。
根據另一範例，該面15的中空形式是圓錐形。
根據另一範例，該面15僅周邊是彎曲或傾斜的，例如漸縮的，以形成具有中空形式的面15，該面15的中央舉例而言是平坦的。
調節閥13位在面對抽吸孔口6的那面15具有中空形式，則被真空泵1之徑向葉片9a打到而在調節閥13上彈跳的粒子16大多重新指向抽吸孔口6的中央。這減少了粒子16返回到圍蔽11裡的機率。
再者，渦輪分子真空泵1之徑向葉片9a的位移速率是與到中央的徑向距離成正比。藉由將彈跳的粒子16導引朝向旋轉軸I-I而減少了粒子16的動能，這減少了多次彈跳的機率。
調節閥13之該面15的曲率角α(其由與中空之頂點相切的平面和通過該面15之此頂點與邊緣的直線之間所形成)舉例而言是在2°和20°之間，例如在5°和10°之間(圖1)。曲率角α的此數值有可能將打到調節閥13之該面15的粒子16導引朝向在典型半導體圍蔽11幾何型態中之真空泵1的抽吸孔口6。
根據範例性實施例，入口環狀凸緣7的內壁17具有繞著旋轉軸I-I迴轉的外展形式，例如漸縮的。漏斗形式的內壁17將打到它的粒子16導引朝向調節閥13的該面15，該面15本身則導引粒子彈跳朝向渦輪分子真空泵1的抽吸孔口6。
漸縮內壁17的傾斜角γ有利而言等於曲率角α。它舉例而言是在2°和20°之間，例如在5°和10°之間。傾斜角γ的這些數值有可能將打到內壁17的粒子16導引朝向在典型半導體圍蔽11幾何型態中之調節閥13的該面15。
舉例而言也針對入口環狀凸緣7的直徑D而將它設為150毫米或350毫米。渦輪分子真空泵1的直徑因此具有大致相同於用來接收在上面製造電子電路之矽晶圓的半導體圍蔽11。這有可能透過圍蔽和真空泵之間的連接而限制泵送能力損失，並且使圍蔽11中的泵送均勻。
根據範例性實施例，調節閥13的中空面15包括粒子捕集器19。粒子因此可以被粒子捕集器19吸附，或者與粒子捕集器19接觸有可能可以顯著減少其動能。
粒子捕集器19舉例而言包括黏著性披覆，其至少部分覆蓋調節閥13的本體，該本體舉例而言由金屬材料(例如鋁)所製成。中空形式遂由調節閥13的本體所界定，黏著性披覆則遵循本體的形式。
根據另一範例，粒子捕集器19包括多孔性陶瓷。在此情形，中空形式是由多孔性陶瓷和/或調節閥13的本體所界定。
可以針對入口環狀凸緣7的內壁17而使它包括粒子捕集器19。
如前，粒子捕集器19舉例而言包括黏著性披覆，其至少部分覆蓋入口環狀凸緣7的本體。內壁17的外展形式遂由入口環狀凸緣7的本體所界定，黏著性披覆則遵循本體的形式。
根據另一範例，粒子捕集器19包括多孔性陶瓷。在此情形，外展形式是由多孔性陶瓷和/或內壁17的本體所界定。
1:渦輪分子真空泵 2:定子 3:轉子 4:渦輪分子級 5:分子級 6:抽吸孔口 7:入口環狀凸緣 8:排放孔口 9a,9b:徑向葉片 10:侯威克裙 11:圍蔽 12:內部馬達 13:調節閥 14:致動器 15:面對抽吸孔口的那面 16:粒子 17:內壁 18:基板固持器 19:粒子捕集器 D:直徑 I-I:旋轉軸 α:曲率角 γ:傾斜角
鑒於所附圖式，從以下舉例而絕非限制的敘述將顯露本發明的其他特徵和優點。
[圖1]顯示渦輪分子真空泵之範例性實施例的示意軸向截面圖。
[圖2]顯示圖1之渦輪分子真空泵的類似圖，其中調節閥在另一位置。
於這些圖，相同的元件帶有相同的元件代號。
1:渦輪分子真空泵
2:定子
3:轉子
4:渦輪分子級
5:分子級
6:抽吸孔口
7:入口環狀凸緣
8:排放孔口
9a,9b:徑向葉片
10:侯威克裙
11:圍蔽
12:內部馬達
13:調節閥
14:致動器
15:面對抽吸孔口的那面
16:粒子
17:內壁
18:基板固持器
19:粒子捕集器
D:直徑
I-I:旋轉軸
α:曲率角
γ:傾斜角

Claims (14)

  1. 一種渦輪分子真空泵(1)，其包括： 定子(2)， 轉子(3)，其建構成在該定子(2)中繞著旋轉軸(I-I)旋轉， 調節閥(13)，其建構成藉由軸向位移朝向或遠離該真空泵(1)的抽吸孔口(6)而修改該真空泵(1)的入口氣導， 該渦輪分子真空泵(1)的特徵在於：該調節閥(13)面對該抽吸孔口(6)的那面(15)具有中空形式。
  2. 根據請求項1的渦輪分子真空泵(1)，其中該面(15)的該中空形式是圓錐形。
  3. 根據請求項1的渦輪分子真空泵(1)，其中該面(15)的該中空形式是下凹的。
  4. 根據請求項1的渦輪分子真空泵(1)，其中該面(15)僅周邊是彎曲或傾斜的。
  5. 根據請求項1至4中任一項的渦輪分子真空泵(1)，其中該調節閥(13)之該面(15)的曲率角(α)是在2°和20°之間，例如在5°和10°之間。
  6. 根據請求項1至4中任一項的渦輪分子真空泵(1)，其中該調節閥(13)的該中空面(15)包括粒子捕集器(19)。
  7. 根據請求項1至4中任一項的渦輪分子真空泵(1)，其中該定子(2)包括位在該抽吸孔口(6)那側上的入口環狀凸緣(7)，該調節閥(13)建構成與該入口環狀凸緣(7)偕同運作以修改該入口氣導，並且該入口環狀凸緣(7)用來連接至圍蔽(11)。
  8. 根據請求項7的渦輪分子真空泵(1)，其中該入口環狀凸緣(7)的內壁(17)具有繞著該旋轉軸(I-I)迴轉的外展形式。
  9. 根據請求項8的渦輪分子真空泵(1)，其中該入口環狀凸緣(7)之該內壁(17)的該外展形式是漸縮的。
  10. 根據請求項8的渦輪分子真空泵(1)，其中該內壁(17)的傾斜角(γ)等於曲率角(α)。
  11. 根據請求項8的渦輪分子真空泵(1)，其中該內壁(17)的傾斜角(γ)是在2°和20°之間，例如在5°和10°之間。
  12. 根據請求項8的渦輪分子真空泵(1)，其中該入口環狀凸緣(7)具有150毫米或350毫米的直徑(D)。
  13. 根據請求項8的渦輪分子真空泵(1)，其中該入口環狀凸緣(7)的該內壁(17)包括粒子捕集器(19)。
  14. 根據請求項1至4中任一項的渦輪分子真空泵(1)，其中其包括至少一致動器(14)，該致動器(14)位在該定子(2)外並且建構成使該調節閥(13)位移。
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