TW202227717A - 低溫泵和用於低溫泵之入口限流器 - Google Patents

低溫泵和用於低溫泵之入口限流器 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種用於限制流入至一低溫泵中之氣體之一流速的限流器及該低溫泵。該限流器經構形以被安裝於該低溫泵之一入口中，該限流器包括：一入口組件，用於提供進入該低溫泵之一氣流路徑；一遮擋板，其經安裝以至少部分阻擋該氣流路徑通過該入口組件；及一中間組件，其將該遮擋板連結至該入口組件，該中間組件包括至少一個孔隙，該至少一個孔隙界定進入該低溫泵之至少一個氣流路徑。該遮擋板經構形以遮擋該氣流路徑通過該入口組件，使得當被安裝於該低溫泵上時，無直接視線路徑通過該入口組件而至該低溫泵內之一低溫板。

Description

低溫泵和用於低溫泵之入口限流器
本發明之領域係關於低溫泵及用於低溫泵之入口限流器。
限流器或節流板可用於限制氣體流入至一低溫泵中以在例如PVD物理氣相沈積程序中限制泵之泵送速度且在處理室中維持一期望壓力。此等限流板通常具有II型及III型氣體透過其進入泵且其大小及數目控制流速或速度之不同幾何形狀之多個孔口。具有孔或孔口之板之一潛在問題係：在黏滯或連續流動期間，孔口具有泵中第二級低溫板之一視線觀看，且此增加輻射熱負載且可引起此等位點處之優先氣體泵送。優先氣體泵送可引起冷凝為「霜」之氣體分子柱自第二級低溫板向上生長至板開口，尤其在高氣體流速期間。隨著柱越來越遠離低溫板，其變得更暖，接收一增加輻射負載，且可開始釋氣，因此升高室中之壓力。歸因於輻射負載及/或較暖氣柱之升高第二級溫度引起II型氣體之蒸汽壓上升且泵/室中之壓力隨之上升。II型氣體係在一低溫泵之第二級低溫板之溫度處冷凝之氣體(諸如氮氣)，而III型氣體在此等溫度處不冷凝且一般由低溫板上之一吸附劑捕捉。
圖1展示根據先前技術之具有一節流或限流板5之一低溫泵之一實例。限流板5橫跨泵之入口坐著且包括氣體透過其流入至泵中之複數個孔口7。孔口之大小根據泵之期望泵送速度選擇。泵係一低溫泵且具有一冷凍機單元15，冷凍機單元15具有連接至泵之內殼之一第一冷凍機換熱站10，泵之內殼與真空容器9之外殼絕緣。其亦具有連接至第二級低溫板12及其他吸附劑低溫板13之一第二級換熱站11。上低溫板12將在低溫板之上表面上經歷霜堆積14且特定堆積在對應於孔口7之位置處形成螺旋。不均勻霜堆積及輻射熱負載之一潛在問題係室內部之壓力恢復需要更長時間且需要更快再生。
期望提供一種其中增加再生之間的時間且其中減少室內部之壓力恢復時間之低溫泵。
一第一態樣提供一種用於限制氣體流入至一低溫泵中之一流速之限流器，該限流器經構形以安裝於該低溫泵之一入口中，該限流器包括：一入口組件，其用於提供進入該低溫泵之一氣流路徑；一遮擋板，其經安裝以至少部分阻擋該氣流路徑通過該入口組件；及一中間組件，其將該遮擋板連結至該入口組件，該中間組件包括至少一個孔隙，該至少一個孔隙界定進入該低溫泵之至少一個氣流路徑；其中該遮擋板經構形以遮擋該氣流路徑通過該入口組件，使得當安裝於該低溫泵上時，無直接視線路徑通過該入口組件而至該低溫泵內之一低溫板。
在一些實施例中，該入口組件位於平行於該遮擋板且自該遮擋板偏移之一平面內，使得當安裝於該低溫泵上時，該入口組件位於該低溫泵之增壓室與該遮擋板之間。
發明者認識到與安裝於一低溫泵之入口上之一習知限流板相關聯之問題且藉由提供具有自一遮擋板軸向位移之一入口組件之兩級限流器來解決此等問題。該遮擋板遮擋該入口組件以防止氣體透過該入口進入該泵以迫使該等氣體圍繞該遮擋板且經由一中間組件透過該入口組件至該氣流路徑。因此，進入該低溫泵之氣體透過該中間組件中之該至少一個孔隙圍繞該遮擋組件轉向且透過該入口組件進入該流動路徑。依此方式，藉由該遮擋元件將該入口之直接視線與該等低溫板隔開，且避免由直接朝向該等低溫板之孔口提供之優先泵送路徑。
在一些實施例中，該入口組件具有定界一孔口之一環形，該孔口界定該氣流路徑。形成一單一孔口之該入口組件之一環形提供橫跨該入口之橫截面積之更均勻流動且有助於抑制霜優先堆積於該等低溫板上之特定位點處。
在一些實施例中，該中間組件包括複數個孔隙。
該中間組件可具有連結該遮擋板及入口組件之圍繞表面運行之一單一孔隙，或其可具有多個孔隙。該等孔隙之大小及/或該等孔隙之數目可經選擇以取決於該低溫泵之要求而將流量限制至期望量。當存在多個孔隙時，選擇孔隙之大小及數目兩者可容許準確控制流速。
在一些實施例中，包括該至少一個孔隙之該中間組件之一表面與該遮擋板成120°至60°之間的一角度。
該中間組件相對於該遮擋板及該入口組件成角度使得該等孔隙不直接朝向該等低溫板係有利的。依此方式，其與該遮擋板之平面成60°至120°之間的一角度且在一些實施例中其實質上垂直於該遮擋板可為有利的。
在一些實施例中，該中間組件包括一圓柱體。
在一些實施例中，該入口組件之一外周邊延伸超過該遮擋板之一外周邊。
該遮擋板及該入口組件之一有利幾何形狀可使該遮擋板不一直延伸至該入口組件之該外周邊，而是比該入口組件之該孔口之外周邊延伸更多。依此方式，該孔口直接由該遮擋板遮擋，但提供使氣體圍繞該遮擋板之邊緣進入該泵且接著通過該中間組件之一路徑。
儘管該遮擋板及該入口組件之幾何形狀可具有諸如矩形、正方形或橢圓形之諸多形式，但在一些實施例中，該遮擋板及該內組件具有一實質上圓形外周邊。
一低溫泵之一圓形橫截面一般有利於更均勻流動。
在一些實施例中，該中間組件之該至少一個孔隙經構形以將進入該低溫泵之流量限制至一預定流速。
該中間組件之該(等)孔隙之大小及/或數目可根據在由該低溫泵抽空之室中執行之程序之期望流速選擇。
一第二態樣提供一種低溫泵，其包括：一泵入口；一冷凍單元；一低溫板，其經構形以由該冷凍單元冷卻；且包括根據一第一態樣之一限流器，該限流器安裝於該低溫泵之一入口中，使得該限流器限制氣體流入至該入口中。
一第三態樣提供一種升級一低溫泵之方法，其包括：移除橫跨該低溫泵之一入口安裝用於限制進入該低溫泵之流量之一節流板；及用根據一第一態樣之一限流器替換該節流板。
進一步特定及較佳態樣闡述於所附獨立及附屬技術方案中。附屬技術方案之特徵可適當且依除技術方案中明確闡述之組合之外的組合與獨立技術方案之特徵組合。
當將一裝置特徵描述為可操作以提供一功能時，應暸解，此包含提供該功能或經調整或經構形以提供該功能之一裝置特徵。
在更詳細討論實施例之前，先提供一概述。
實施例提供利用一間接孔口/開口方案之一節流板、濺射板或一限流器，其經配置以抑制II型氣體或輻射之較佳泵送負面影響第二級霜或低溫板。目標係容許整體II型氣體儲存於第二級低溫板上以增加可儲存之II型氣體量。就此而言，若均勻泵送氣體，則可儲存更多，若一個區域比其他區域更快堆積冷凝氣體，則泵內之氣體分壓將上升。
一實施例之限流器用作一孔口(具有一或多個開口)且容許II型及III型氣體以由孔口之大小及數目控制之一速率或速度進入泵。其經配置使得孔口與泵入口成一角度且不提供至低溫板之直接視線。
低溫泵經構形使得限流器以45K至110K之一溫度操作，即，其連接至兩級冷凍器件之第一級。在實施例中，限流器安裝於由第一級換熱站冷卻之增壓室之內壁上。第二級低溫板在8K至16K之間操作且可具有用於III型氣體泵送之木炭或類似吸附材料。第二級低溫板可或可不經構形以遮擋II型氣體免受用於III型氣體之吸附材料。就此而言，圖4之實施例中之板13可包括由上低溫板12遮擋之經木炭覆蓋之低溫板。
限流器針對II型及III型氣體調節泵之速度以匹配(PVD)程序氣體流速且在真空室內達到一預測壓力。開口或孔口之量應經仔細設計使得泵提供一可預測且一致之泵送速度。當一限流器用於一泵入口中時，在限流器開口下方達到一較高真空，且在室側上達到一較低真空。
限流器或節流板泵主要用於一黏滯或連續流動型態中，諸如在物理氣相沈積PVD程序中。隨著黏滯流到達限流器，具有視線或直接「朝向」泵之第二級低溫板之任何開口/孔口可引起優先氣體泵送。低溫真空泵始終存在輻射熱負載，但適當遮擋可減輕對第二級之影響。大部分低溫泵之第一級具有較高冷凍能力，因此，在限流器處攔截熱負載係有利的。大部分低溫泵之第二級具有較低冷凍能力，且應避免高熱負載及不均勻氣體負載。當容許透過入口開口/孔口之優先氣體泵送時，視線路徑生長「螺旋」，而此等隨時間妨礙泵之效能。因此，抑制氣體黏滯流動以在直達第二級之一線路上透過限流器進入係有利於提高泵送效能。
就此而言，低溫泵係「捕捉」泵，因此，低溫泵送(低於其蒸汽壓)至其表面上之任何氣體將保持陷留，直至低溫板「再生」或變暖以將其釋放至安全閥/粗抽閥。所有低溫泵具有可在泵之壓力下降使期望程序無法進行之前被泵送的有限氣體量。當一特定程序具有II型氣體之一非常高流速時，泵使此等氣體作為霜儲存於第二級板上，且當霜到達限流器或冷凝氣體(霜)變得過暖時，泵將無法按預期操作。再生之間的時間主要係由泵針對II型氣體之最大儲存容量及氣體流速來控制。捕捉對泵使用者而言是非常重要的，因為增加捕捉降低再生之頻率。提供一更均勻的捕捉增加可在冷凝氣體之影響抑制泵的效能達到需要一再生之一程度之前捕捉的氣體量。
實施例之限流器或節流板具有可呈圓形但可呈任何形狀之一頂部或遮擋板。遮擋板可小於入口板且兩者之間存在使兩個板間隔足夠量以容許II型氣體進入低溫泵之一「間隔件」或中間組件。通過間隔件之流動路徑可實質上與泵入口成90°。「間隔件」或中間件分離遮擋板與入口板且提供一路徑來使由遮擋板轉向之氣體在兩個板之間且橫跨入口板之外緣透過入口板中之開口流入至泵中。開口可呈圓形，但其可呈任何形狀。頂部或遮擋板可懸在「間隔件」上以進一步遮擋輻射及非想要氣體免於進入低溫泵。
依此方式構形之一限流器容許減少輻射熱負載且提供整體霜泵送且無視線或優先氣體泵送之缺點。第二級低溫板上之此不均勻氣體負載及輻射減少使第二級低溫板保持更冷且增加氣體捕捉能力。
此限流器經設計使得氣體路由通過中間間隔件中可呈任何形狀之開口/孔口。此配置容許隨機氣體泵送且在第二級低溫板之整個表面區域上實質上均勻提供一整體霜堆積。此整體氣體泵送有利於抑制第二級低溫板上之霜接觸較暖第一級輻射遮擋或限流器。
遮擋板對最大化或至少增加II型氣體霜泵送及輻射減量以容許再生之間的時間更長而言很重要。
圖2展示根據一實施例之一限流器40。在此實施例中，限流器40具有一圓形橫截面且包括經由下表面1A安裝於中間組件3上之一遮擋板1，中間組件3呈圍繞縱向表面具有孔隙3A之一圓柱體之形式。中間組件3安裝於入口組件2上，入口組件2包括用於將限流器40安裝於一低溫泵之內壁上之突起4。
限流器40安裝於低溫泵之入口處且限制進入泵之流量。遮擋板1遮擋低溫泵內之低溫板以阻斷入口至泵之視線觀看，而孔隙3A提供使氣體透過入口組件2中間之一孔口流入至泵中之一路線。此提供橫跨由組件2中之孔口提供之氣流路徑之橫截面之實質上均勻流動。孔隙3A之大小及數目可經選擇以將氣體進入泵之流動限制至以一期望速率維持泵內之壓力所需之一速度。
圖3展示其中移除遮擋板1之自限流器之頂部看向泵之一視圖。此展示具有提供進入泵之氣流路徑之孔口2A之入口組件2。展示中間間隔組件3之上表面。
圖4展示其上安裝限流器之根據一實施例之一低溫泵。限流器亦展示為一側視圖且自上方展示，其中遮擋板1處於適當位置中。
低溫泵具有一冷凍機單元15，其冷卻用於冷卻其上安裝限流器40之外殼之一第一級冷凍機換熱站10及用於冷卻上低溫板12及其他低溫板13之第二級冷凍機換熱站11。此等下低溫板可經塗覆有用於吸附III型氣體之一吸附材料。上板12遮擋下板13免受II型氣體影響，II型氣體冷凝於上板12上。
此圖展示冷凝II型氣體以由經捕捉於低溫板12上之氣體分子所形成之霜14的形式堆積。此繪示如何在限流器處於適當位置中時，存在霜之一均勻堆積，以容許在霜到達限流器之前捕捉明顯更多氣體。具有一更均勻氣流及對應之均勻捕捉及霜堆積容許再生之間的時間增加，在一些實施例中增加高達50%。
圖5展示自限流器下方觀看之一視圖，其展示用於將限流器安裝於低溫泵之內殼上的低溫凸座或支腳4。圖5亦展示透過入口組件2中之孔口2A觀看的遮擋板。可看出，遮擋板1完全遮擋孔口2A以阻斷泵之內部與外部之間的直接視線路徑。
實施例之限流器40經調適以被安裝於一低溫泵之入口內，在一些實施例中，被安裝於泵殼之內壁上。在實施例中，一低溫泵可升級如下：移除任何既有節流板且在入口中放置一實施例之一限流器40，使得進入泵之氣流圍繞遮擋板經由中間組件轉向至入口組件中之孔口，藉此提供橫跨泵入口之橫截面的均勻氣流。
儘管本文中已參考附圖詳細揭示本發明之繪示性實施例，但應暸解，本發明不限於精確實施例且熟習技術者可在不背離由隨附申請專利範圍及其等效物界定之本發明之範疇之情況下對其進行各種改變及修改。
1:遮擋板 1A:下表面 2:入口組件 2A:孔口 3:中間組件 3A:孔隙 4:突起/冷溫凸座或支腳 5:限流板 7:孔口 9:真空容器 10:第一級冷凍機換熱站 11:第二級冷凍機換熱站 12:第二級冷溫板/上低溫板 13:吸附劑冷溫板/下板 14:霜 14A:霜螺旋 15:冷凍機單元 40:限流器
現將參考附圖進一步描述本發明之實施例，其中：
圖1展示根據先前技術之一低溫泵及限流板；
圖2展示根據一實施例之一限流器；
圖3展示其中移除遮擋板之限流器之一俯視圖；
圖4展示根據一實施例之限流器及包括限流器之一低溫泵之一俯視圖；及
圖5展示根據一實施例之自泵內部朝向限流器之入口之一視圖。
1:遮擋板
2:入口組件
3:中間組件
5:限流板
9:真空容器
10:第一級冷凍機換熱站
11:第二級冷凍機換熱站
12:第二級冷溫板/上低溫板
13:吸附劑冷溫板/下板
14:霜
15:冷凍機單元

Claims (12)

  1. 一種用於限制氣體流入至一低溫泵中之一流速之限流器，該限流器經構形以被安裝於該低溫泵之一入口中，該限流器包括： 一入口組件，用於提供進入該低溫泵之一氣流路徑； 一遮擋板，其經安裝以至少部分阻擋該氣流路徑通過該入口組件；及 一中間組件，其將該遮擋板連結至該入口組件，該中間組件包括至少一個孔隙，該至少一個孔隙界定進入該低溫泵之至少一個氣流路徑；其中 該遮擋板經構形以遮擋該氣流路徑通過該入口組件，使得當被安裝於該低溫泵上時，無直接視線路徑通過該入口組件而至該低溫泵內之一低溫板。
  2. 如請求項1之限流器，其中該入口組件具有定界一孔口之一環形，該孔口界定該氣流路徑。
  3. 如請求項1或2之限流器，其中該中間組件包括複數個孔隙。
  4. 如前述請求項中任一項之限流器，其中包括該至少一個孔隙之該中間組件之一表面與該遮擋板成120°至60°之間之一角度。
  5. 如請求項4之限流器，其中包括該至少一個孔隙之該中間組件之該表面係實質上垂直於該遮擋板。
  6. 如前述請求項中任一項之限流器，其中該中間組件包括一圓柱體。
  7. 如前述請求項中任一項之限流器，其中該入口組件之一外周邊延伸超過該遮擋板之一外周邊。
  8. 如請求項7之限流器，其中該遮擋板之一外周邊延伸超過該入口組件之該孔口之一周邊。
  9. 如前述請求項中任一項之限流器，其中該遮擋板及該內組件具有一實質上圓形外周邊。
  10. 如前述請求項中任一項之限流器，其中該中間組件之該至少一個孔隙經構形以將流入該低溫泵之流動限制至一預定流速。
  11. 一種低溫泵，其包括： 一泵入口； 一冷凍單元； 一低溫板，其經構形以由該冷凍單元冷卻；及 如前述請求項中任一項之限流器，該限流器係安裝於該低溫泵之一入口中，使得該限流器限制進入該入口之一氣流。
  12. 一種升級一低溫泵之方法，其包括： 移除橫跨該低溫泵之一入口之經安裝用於限制流入該低溫泵之流動之一節流板；及 用如前述請求項中任一項之限流器來替換該節流板。
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