TWI546120B - Cold trap - Google Patents

Description

冷阱

本發明係有關一種冷阱。

冷阱中存在一種配設於真空容器與真空泵之間之被稱為內聯型的形式。在連接真空容器排氣口與真空泵吸氣口之排氣流路配置有冷板。真空泵例如係渦輪分子泵。在內聯型冷阱與渦輪分子泵一同使用時，冷阱主要用於排出水蒸氣。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2009-262083號公報

擴大冷阱的面積係用於提高冷阱的排氣速度之一種方法。然而此時，由於排氣流路的一部份被冷板占據，因此排氣流路的剖面積縮小，從而排氣流路的氣導率變小。該種現象在具有如擋板或開孔板等平面冷板之薄型冷阱中尤 其顯著。若排氣流路的氣導率變小，則下游的真空泵(例如渦輪分子泵)的排氣速度降低。亦即，在具有內聯型冷阱之典型的真空排氣系統中，冷阱的排氣速度與真空泵的排氣速度之間存在權衡關係。

本發明的一態樣之例示性的目的之一在於抑制排氣流路的氣導率的下降並提高冷阱的排氣速度。

依本發明之一態樣，提供一種配設於真空容器與用於該真空容器之真空泵之間的冷阱。冷阱具備：冷板；及冷板容器，係在從前述真空容器的排氣口至前述真空泵的吸氣口之排氣流路中包圍前述冷板。前述冷板在前述冷板容器的外部具備擴張部份。前述擴張部份配置於前述真空容器內。

依本發明之一態樣，提供一種配設於真空容器與用於該真空容器之真空泵之間的冷阱。冷阱具備：冷板，係具備冷板基部，配置於從前述真空容器的排氣口至前述真空泵的吸氣口之排氣流路；及冷板容器，係具備入口部，用於將前述排氣流路連接於前述真空容器的排氣口。前述冷板基部具備延長部份，前述延長部份超過前述入口部向前述冷板容器的外部延伸。

另外，在方法、裝置及系統等之間將以上構成要件的任意組合、本發明的構成要件和表現相互替換，來作為本發明之態樣亦有效。

依本發明，能夠抑制排氣流路的氣導率的下降，並且能夠提高冷阱的排氣速度。

1‧‧‧真空排氣系統

10‧‧‧冷阱

12‧‧‧真空容器

14‧‧‧渦輪分子泵

15‧‧‧壁部

18‧‧‧排氣流路

19‧‧‧閘閥

24‧‧‧冷板

26‧‧‧冷板容器

30‧‧‧排氣口

31‧‧‧吸氣口

32‧‧‧冷板基部

33‧‧‧延長部份

34‧‧‧擴張板

46‧‧‧支撐構件

第1圖係概略表示本發明的一實施形態之真空排氣系統之剖面圖。

第2圖係概略表示本發明的一實施形態之冷阱之立體圖。

第3圖係概略表示本發明的一實施形態之冷阱的一部份之組裝圖。

第4圖係概略表示本發明的另一實施形態之真空排氣系統之剖面圖。

以下，參閱附圖對用於實施本發明之形態進行詳細說明。另外，說明中，對相同要件標註相同符號，並適當省略重複說明。並且，以下所述之結構為例示，對本發明的範圍不做任何限定。

第1圖係概略表示本發明的一實施形態之真空排氣系統1之剖面圖。第2圖係概略表示本發明的一實施形態之冷阱10之立體圖。第3圖係概略表示本發明的一實施形態之冷阱10的一部份之組裝圖。

如第1圖所示，真空排氣系統1具備：冷阱10、及用於對排氣對象容積(例如真空處理裝置的真空容器12)進行排氣之主真空泵(例如渦輪分子泵14)。主真空泵係用於排氣至高真空區域之高真空泵。主真空泵設於冷阱10的後段。另外主真空泵可以為擴散泵。

真空排氣系統1除了具備主真空泵以外，還具備用於對真空容器12進行粗抽之輔助泵16。輔助泵16設於主真空泵的後段。輔助泵16例如為乾式真空泵。

渦輪分子泵14經由排氣流路18連接於真空容器12。冷阱10配置於真空容器12與渦輪分子泵14之間。冷阱10係所謂的內聯型冷阱。冷阱10例如配置於渦輪分子泵14的鉛直方向上方。

排氣流路18係用於使氣體從真空容器12流向渦輪分子泵14的空間。藉此，排氣流路18具有真空容器12一側的入口開口20與渦輪分子泵14一側的出口開口22。應排出之氣體從真空容器12通過入口開口20進入到排氣流路18，再經出口開口22流向渦輪分子泵14。

真空排氣系統1在冷阱10與渦輪分子泵14的吸氣口31之間具備閘閥19。閘閥19在出口開口22的下方與冷阱10相鄰。藉由打開閘閥19能夠使渦輪分子泵14與真空容器12連接，藉由關閉閘閥19能夠將渦輪分子泵14與真空容器12切斷。例如，使冷阱10再生時，閘閥19通常被關閉。

冷阱10具備：冷板24、包圍冷板24的一部份之冷 板容器26、及用於冷卻冷板24之冷凍機28。被冷板容器26包圍之冷板24的一部份配置於排氣流路18，前述排氣流路從真空容器12的排氣口30至渦輪分子泵14的吸氣口31。冷板容器26構成為將真空容器12的排氣口30與閘閥19連接。

冷板24構成為藉由冷凝將氣體捕捉於其表面上。冷板24整體從排氣流路18或真空容器12露出，藉由被冷凍機28冷卻，將排氣流路18或真空容器12的一部份氣體凍結於冷板24的表面來捕捉。

冷板24具備冷板基部32及擴張板34。冷板基部32以包圍排氣流路18的中心軸之方式形成為筒型。擴張板34係配置於冷板容器26的入口部的外部之冷板24的擴張部份，藉此，擴展板34配置於真空容器12內。擴張板34及冷板基部32可分別稱為上部板及下部板。

冷板基部32係冷板24的筒型部份，例如具有圓筒形狀。冷板基部32從入口開口20向出口開口22延伸。如此，冷板24具有與排氣流路18中的流向(亦即軸向)平行而延伸之冷板表面。由於該筒型形狀其中心部是開放的，因此，對排氣流路18的氣導率的影響明顯較小。並且由於筒型形狀在軸向上較長，因此與朝向徑向擴展之平面冷板相比，表面積變大。藉此，筒型的板形狀有助於提高排氣速度。

冷板基部32具備超過冷板容器26的入口部向冷板容器26的外部延伸之延長部份33。延長部份33藉由真空 容器12的排氣口30向真空容器12內延伸。延長部份33與冷板基部32形成為一體，藉此，具有與冷板基部32相同之筒型形狀(例如圓筒形狀)。

在將冷阱10安裝於真空容器12之狀態下，擴張板34沿著包圍真空容器12的排氣口30之真空容器12的壁部15從排氣口30向外延伸。擴張板34設於冷板基部32的外側。擴張板34在冷板容器26的外部從冷板基部32的延長部份33垂直地延伸。擴張板34配置於真空容器12的壁部15的附近，因此容易避免與真空容器12內既有之構成要件發生干擾。

擴張板34在相當於排氣流路18之部位形成有開口部35。擴張板34以冷板基部32的延長部份33的上端沿著開口部35的外周延伸之方式安裝於延長部份33。如第2圖所示，開口部35可以為形成於擴張板34的貫通孔。或者，如第3圖所示，形成開口部35的擴張板34的外周的一部份欠缺亦可以。

如圖所示，大面積的擴張板34在真空容器12的內部展開。擴張板34的真空容器12側(亦即壁部15的相反側)的表面積可以大於冷板基部32的內側的表面積。若如此設計，則與冷板24僅由冷板基部32構成之情況相比，本實施形態能夠得到2倍以上的冷板面積。

擴張板34的平面形狀可以按如下方式設定：擴張板34的外緣的設計上的冷卻溫度達到預定上限溫度(例如130K)以下，和/或擴張板34的外緣藉由擴張板34的撓 曲而不與真空容器12的壁部15接觸。

另外，第2圖中，為了幫助理解本實施形態之冷阱10的結構，將擴張板34表示為半透明。而實際上，擴張板34例如為金屬板，係不透明者。

冷板容器26具備：入口部，用於將排氣流路18連接於真空容器12的排氣口30；及出口部，用於將排氣流路18連接於渦輪分子泵14的吸氣口31。出口部將排氣流路18連接於閘閥19。如此，藉由將閘閥19配置於渦輪分子泵14與冷阱10之間，能夠利用閘閥19切斷在冷阱10的再生中所生成之液化物(例如水)進入到渦輪分子泵14。

冷板容器26的入口部具備用於將冷板容器26安裝於真空容器12(或者在入口側與冷阱10相鄰之第1要件)之入口凸緣36。冷板容器26的出口部具備用於將冷板容器26安裝於在出口側與冷阱10相鄰之第2要件(亦即閘閥19)之出口凸緣38。入口凸緣36與出口凸緣38均係真空凸緣。入口凸緣36與出口凸緣38的直徑相同。入口凸緣36及出口凸緣38分別配設成與排氣流路18的中心軸同軸。

並且，冷板容器26具備機身部份40。機身部份40係包圍排氣流路18的導管。機身部份40在其延伸方向上具有一定的直徑。沿著徑向與機身部份40的內表面隔著間隙地配置有冷板基部32。冷板基部32沿著機身部份40延伸至出口凸緣38的附近。冷板基部32的延長部份33 沿著徑向與入口凸緣36的內周面隔著間隙而被配置。從而，構成了將冷板24設為內筒且將冷板容器26設為外筒之雙重筒結構。

出口凸緣38在機身部份40的延伸方向(第1圖中上下方向)上與入口凸緣36隔著間隙而被配設。亦即，入口凸緣36與出口凸緣38在軸向上分離，2個凸緣藉由機身部份40相連接。在入口凸緣36形成有入口開口20，在出口凸緣38形成有出口開口22。入口凸緣36安裝於真空容器12的排氣口凸緣13，出口凸緣38安裝於閘閥19的凸緣(未圖示)。

另外，可以在冷阱10與真空容器12之間設置其他要件(例如設置閘閥19)來代替在冷阱10直接安裝真空容器12。此時，入口凸緣36安裝於與冷阱相鄰之相應要件。並且，冷阱10可以直接安裝於渦輪分子泵14來代替經由如閘閥19等相應要件在冷阱10安裝渦輪分子泵14。此時，出口凸緣38安裝於渦輪分子泵14的吸氣口凸緣。

機身部份40在入口凸緣36與出口凸緣38之間具備用於收容冷凍機28之冷凍機殼體42。冷凍機殼體42構成冷板容器26的一部份。在機身部份40的側面形成有用於將冷板24連接於冷凍機28之側面開口，包圍冷凍機28的至少一部份之冷凍機殼體42從側面開口外周部朝向徑向外側延伸。在冷凍機殼體42的末端形成有冷凍機安裝凸緣44，在冷凍機安裝凸緣44安裝有冷凍機28。

冷板24經由剖面為L字狀之支撐構件46安裝於冷凍機28的冷卻台29。在支撐構件46的一側的表面上分別安裝有冷板基部32及擴張板34，在支撐構件46的另一側的表面上安裝有冷卻台29。支撐構件46結構性地將擴張板34支撐於冷板基部32，並且熱連接冷凍機28的冷卻台29與冷板24。如此，支撐構件46構成冷板24的一部份。另外，冷板24可以直接安裝於冷卻台29。冷凍機28例如係吉福德-麥克馬洪式冷凍機(所謂GM冷凍機)。並且冷凍機28係單級式冷凍機。

冷板24與冷板容器26之間沿著徑向形成有間隙48，支撐構件46配設於該間隙48。如第3圖所示，支撐構件46具備：平板部份50，係在冷板基部32與機身部份40的冷凍機28側的部份之間沿著機身部份40在軸向上延伸；及折彎部52，係形成於該平板部份的上端且朝向徑向外側。平板部份50藉由真空容器12的排氣口30向真空容器12內延伸，藉此折彎部52存在於真空容器12內。支撐構件46不與機身部份40接觸。如第2圖及第3圖所示，冷板基部32的與支撐構件46的安裝面可形成為平坦。

擴張板34可藉由複數個構件而被支撐。例如，如第3圖所示，除上述之支撐構件46，還可以設置第2支撐構件47。第2支撐構件47從支撐構件46的平板部份50的一側的邊緣朝向冷板基部32側垂直設置。並且，冷板基部32還可以在其上端具備擴張板安裝部54。擴張板安裝 部54係從冷板基部32的上端朝向徑向外側形成之突出部。

如圖所示，擴張板34使用適當的緊固件與支撐構件46、47固定。用樣地，擴張板34使用適當的緊固件與擴張板安裝部54固定。

支撐構件46、47及擴張板安裝部54配置於冷板基部32的外側。藉此，支撐構件46、47及擴張板安裝部54並未設置於排氣流路18內。從支撐構件46、47及擴張板安裝部54不會降低排氣流路18的氣導率的觀點來看，該種結構較有利。

冷板24在支撐構件46、47與擴張板34之間具備導熱層56。同樣地，在擴張板安裝部54與擴張板34之間設置有導熱層56。導熱層56由比支撐構件46、47及擴張板34更柔軟的材料形成。導熱層56可以為例如由銦形成之片狀構件。導熱層56可以由比支撐構件46、47及擴張板34中的任意一個更柔軟的材料形成。該種導熱層可以設置於例如支撐構件46、47與冷板基部32之間等其他的構件之間。藉由使該種導熱層56介於構件之間，能夠改善構件之間的熱接觸。

在如第1圖所示之藉由真空排氣系統1之排氣處理中，藉由開放閘閥19並使渦輪分子泵14工作來對真空容器12進行排氣，從而將真空度提高至所希望之級別。在使渦輪分子泵14作動之前，可藉由粗抽用輔助泵16對真空容器12進行排氣。冷阱10將流經排氣流路18之水蒸 氣冷卻至能夠捕捉之溫度(例如100K)。通常渦輪分子泵14排出水蒸氣之速度較慢，但藉由並用冷阱10，能夠實現較快的排氣速度。

依本實施形態，冷阱10在真空容器12內具有大面積的擴張板34。藉此，無需受限於真空容器12的排氣口30的開口面積，就能夠提供排氣速度得到提高之冷阱10。並且，擴張板34具有相當於真空容器12的排氣口30之開口部35，排氣口30被開放。具體而言，擴張板34僅設置於冷板基部32的外側，而未在冷板基部32的內側設置。藉此，實際上並不會存在因設置擴張板34而使排氣流路18的開口面積減小亦即排氣流路18的氣導率下降之情況。

並且，冷板基部32的延長部份33的上端位於真空容器12的排氣口30的附近，擴張板34從該位置沿著真空容器12的壁部15朝向徑向外側擴展。該種結構亦有助於抑制排氣流路18的氣導率下降。例如，冷板基部32的延長部份33朝向真空容器12的中心部並沿著軸向較長地延伸時，與本實施形態相比，排氣流路18的氣導率下降。

藉此，依本實施形態，不會影響到渦輪分子泵14的排氣速度，就能夠提高冷阱10的排氣速度。藉此，能夠藉由冷阱10來高速排水，並且能夠藉由渦輪分子泵14高速排出其他的氣體(例如氩氣或氮氣等)。從而，能夠提供具有高排氣能力之真空排氣系統1。

本說明書中，為了更容易理解地表示構成要件的位置 關係，有時使用“軸向”、“徑向”等用語。軸向表示沿著排氣流路18的方向(或機身部份40的延伸方向)，徑向表示垂直於軸向之方向。為方便起見，有時將在軸向上離真空容器12相對較近處稱為“上”而相對較遠處稱為“下”。亦即，有時將離渦輪分子泵14相對較遠處稱為“上”而相對較近處稱為“下”。有時將在徑向上接近排氣流路18的中心處稱為“內”而遠離排氣流路18的中心處稱為“外”。另外，該種描述與冷阱10安裝於真空容器12及渦輪分子泵14時的實際配置並無關係。例如，冷阱10可以以出口開口22在鉛直方向上朝上且入口開口20在鉛直方向上朝下之方式安裝於真空容器12亦可以。

以上，依據實施例對本發明進行了說明。本發明並不限定於上述實施形態，可進行複數種設計上的變更，實現各種變形例，並且該等變形例亦屬於本發明的範圍，這對本領域技術人員而言是能夠理解的。

第4圖係概略表示本發明的另一實施形態之真空排氣系統1之剖面圖。在該實施形態中，擴張板34不僅如上述那樣沿著真空容器12的壁部15延伸，而且擴張板34還具備沿著真空容器12的另外1個壁部17延伸之板部份58。該2個壁部15、17相鄰且大致垂直地相交。藉此，板部份58從擴張板34沿著壁部17大致垂直地折彎並朝向上方延伸。若如此設置，則能夠提供具有更大表面積之冷板24。並且，擴張板34的板部份58靠近冷凍機28，藉此有利於製冷。

在上述實施形態中，擴張板34從冷板基部32朝向徑向外側延伸。然而，在一實施形態中，為了提高冷阱10的排氣速度，擴張板34可以具備在徑向上朝內之延伸部份。擴張板34的朝內之延伸部份以排氣流路18的中心部被開放之方式從排氣流路18的外周部朝向排氣流路18的中心部延伸亦可以。該延伸部份可以形成為與擴張板34成為一體，亦可以為分開之構件。延伸部份可以為例如在中心部具有開口之圓形平板。延伸部份與冷板基部32同軸地安裝於冷板基部32的上端。

在上述實施形態中，冷板24由筒型的冷板基部32與平面的擴張板34構成，但本發明並不限定於此，冷板24可以設為各種形狀。例如，可以在冷板基部32內設置更多的冷板(例如沿著流向延伸之至少1個平板型板)。或者，冷板基部32可以為如擋板或開孔板等平面冷板，亦可以附加地具備該種平面冷板。擴張板34可以具備肋以外之立體結構。

1‧‧‧真空排氣系統

10‧‧‧冷阱

12‧‧‧真空容器

13‧‧‧排氣口凸緣

14‧‧‧渦輪分子泵

15‧‧‧壁部

16‧‧‧輔助泵

18‧‧‧排氣流路

19‧‧‧閘閥

20‧‧‧入口開口

22‧‧‧出口開口

24‧‧‧冷板

26‧‧‧冷板容器

28‧‧‧冷凍機

29‧‧‧冷卻台

30‧‧‧排氣口

31‧‧‧吸氣口

32‧‧‧冷板基部

33‧‧‧延長部份

34‧‧‧擴張板

35‧‧‧開口部

36‧‧‧入口凸緣

38‧‧‧出口凸緣

40‧‧‧機身部份

42‧‧‧冷凍機殼體

44‧‧‧冷凍機安裝凸緣

46‧‧‧支撐構件

48‧‧‧間隙

Claims (10)

1. 一種冷阱，配設於真空容器與用於該真空容器之真空泵之間，前述冷阱的特徵為，具備：冷板；及冷板容器，係在從前述真空容器的排氣口至前述真空泵的吸氣口之排氣流路中包圍前述冷板，前述冷板在前述冷板容器的外部具備擴張部份，前述擴張部份配置於前述真空容器內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之冷阱，其中，在將前述冷阱安裝於前述真空容器之狀態下，前述擴張部份從前述真空容器的排氣口沿著包圍該排氣口之前述真空容器的壁部朝外延伸。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之冷阱，其中，前述冷板具備冷板基部，前述冷板基部以包圍前述排氣流路的中心軸之方式形成為筒狀，前述擴張部份設於前述冷板基部的外側。
4. 如申請專利範圍第3項所述之冷阱，其中，前述擴張部份經由支撐構件安裝於前述冷板基部。
5. 如申請專利範圍第4項所述之冷阱，其中，前述冷板在前述支撐構件與前述擴張部份之間具備導熱層，前述導熱層由比前述支撐構件和/或前述擴張部份更柔軟的材料形成。
6. 如申請專利範圍第4項所述之冷阱，其中，前述支撐構件配設於前述冷板與前述冷板容器之間的 間隙。
7. 如申請專利範圍第1或2項所述之冷阱，其中，在前述冷阱與前述真空泵的吸氣口之間設有閘閥。
8. 如申請專利範圍第1或2項所述之冷阱，其中，前述真空泵係渦輪分子泵。
9. 一種冷阱，配設於真空容器與用於該真空容器之真空泵之間，前述冷阱的特徵為，具備：冷板，係具備冷板基部，配置於從前述真空容器的排氣口至前述真空泵的吸氣口之排氣流路；及冷板容器，係具備入口部，用於將前述排氣流路連接於前述真空容器的排氣口，前述冷板基部具備延長部份，前述延長部份超過前述入口部向前述冷板容器的外部延伸。
10. 如申請專利範圍第9項所述之冷阱，其中，前述冷板在前述冷板容器的外部具備從前述延長部份垂直延伸之擴張部份。