TWI584872B - Installation of cold trap and cold trap - Google Patents

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TWI584872B
TWI584872B TW102143009A TW102143009A TWI584872B TW I584872 B TWI584872 B TW I584872B TW 102143009 A TW102143009 A TW 102143009A TW 102143009 A TW102143009 A TW 102143009A TW I584872 B TWI584872 B TW I584872B
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Description

冷凝阱及冷凝阱的安裝構造
本發明係有關一種冷凝阱及冷凝阱的安裝構造。
冷凝阱為藉由將氣體凍結在表面而進行捕捉來從環境加以除去之裝置。冷凝阱的用途之一是冷凝阱被設置於主真空泵的跟前。水蒸氣等平衡蒸氣壓較低的氣體被冷凝阱捕捉，而平衡蒸氣壓較高的其他氣體藉由主真空泵排出。
(先前技術文獻)
(專利文獻)
專利文獻1：美國專利第5483803號說明書
本發明的一樣態的例示性目的之一為，提供一種具有較快的排氣速度之冷凝阱及冷凝阱的安裝構造。
依本發明的一樣態，提供一種冷凝阱，其設置於排氣對象容積與用於該容積的真空排氣之真空泵之間，其特徵為具備：用於將前述容積連接到前述真空泵之導管；及被前述導管包圍之冷凝板，前述導管在被排氣側具備入口凸緣，在真空泵側具備出口凸緣，前述出口凸緣在前述導管的延伸方向上與前述入口凸緣隔開間隔而配設，前述入口凸緣的外徑大於前述出口凸緣的外徑。
依本發明的一樣態，提供一種冷凝阱的安裝構造，其特徵為具備：從被排氣側向真空泵側延伸之導管；設置於前述導管的前述被排氣側之入口凸緣；及設置於前述導管的前述真空泵側之出口凸緣，前述入口凸緣的外徑大於前述出口凸緣的外徑。
另外，任意組合以上構成要件或在方法、裝置、系統等之間相互置換本發明的構成要件或表現形式，作為本發明的樣態同樣有效。
依本發明能夠提供一種具有較快的排氣速度之冷凝阱及冷凝阱的安裝構造。
10‧‧‧冷凝阱
12‧‧‧渦輪分子泵
13‧‧‧排氣流路
14‧‧‧入口開口
15‧‧‧出口開口
16‧‧‧真空腔室
18‧‧‧閘閥
20‧‧‧冷凝板
22‧‧‧冷凍機
24‧‧‧導管
26‧‧‧入口凸緣
28‧‧‧出口凸緣
30‧‧‧中心板(徑向內側部份)
32‧‧‧外周板(徑向外側部份)
110‧‧‧冷凝阱
113‧‧‧排氣流路
114‧‧‧入口開口
115‧‧‧出口開口
120‧‧‧冷凝板
124‧‧‧導管
126‧‧‧入口凸緣
128‧‧‧出口凸緣
140‧‧‧凸緣凹部
142‧‧‧主體板(徑向內側部份)
144‧‧‧擴展板(徑向外側部份)
第1圖係本發明的一實施形態之真空排氣系統之模式圖。
第2圖係本發明的另一實施形態之冷凝阱之概略側剖 面圖。
第3圖係概略表示本發明的另一實施形態之冷凝阱之俯視圖。
第1圖為本發明的一實施形態之真空排氣系統之模式圖。該真空排氣系統具備冷凝阱10及用於對排氣對象容積(例如真空處理裝置的真空腔室16)進行排氣之主真空泵(例如渦輪分子泵12)。主真空泵為用於排氣至高真空區域之高真空泵。另外，主真空泵亦可是擴散泵。真空排氣系統除主真空泵以外還可以具備用於進行真空腔室16的粗抽之輔助泵。
渦輪分子泵12經由排氣流路13連接於真空腔室16。冷凝阱10配置於真空腔室16與渦輪分子泵12之間。冷凝阱10為所謂直列式冷凝阱。冷凝阱10例如配置於渦輪分子泵12的鉛直方向的上方。
以下，為明確表示構成要件之間的位置關係，有時使用“軸向”、“徑向”等術語。軸向表示沿排氣流路13之方向(或導管24的延伸方向)，徑向表示與軸向垂直的方向。為方便起見，有時將軸向上離真空腔室16相對較近的稱為“上”，相對較遠的稱為“下”。亦即，有時將離渦輪分子泵12相對較遠的稱為“上”，相對較近的稱為“下”。在徑向上，有時將離排氣流路13的中心較近的稱為“內”，離排氣流路13的周緣較近的稱為“外” 。另外，該種表達方式與冷凝阱10安裝於真空腔室16及渦輪分子泵12時的實際配置無關。例如，冷凝阱10亦可以使出口開口15沿鉛直方向朝上且使入口開口14沿鉛直方向朝下之方式安裝於真空腔室16。
排氣流路13為用於使氣體從真空腔室16流向渦輪分子泵12之空間。因此，排氣流路13具有真空腔室16側的入口開口14與渦輪分子泵12側的出口開口15。應被排出之氣體從真空腔室16通過入口開口14進入到排氣流路13，並經由出口開口15流向渦輪分子泵12。
本實施形態中，入口開口14大於出口開口15。從入口側觀察時，入口開口14包含出口開口15。入口開口14為圓形，出口開口15與入口開口14為同心圓。
為從真空腔室16隔斷冷凝阱10及渦輪分子泵12而設有閘閥18。閘閥18設於真空腔室16的開口部與冷凝阱10之間。閘閥18在入口開口14的上方與冷凝阱10相鄰。藉由打開閘閥18連通真空排氣系統，以便能夠使真空腔室16進行排氣，藉由關閉閘閥18，從真空腔室16隔斷真空排氣系統。例如，當重新啟動冷凝阱10時，通常閘閥18會關閉。
閘閥18可構成為本真空排氣系統的一部份，亦可作為真空處理裝置的一部份而設於真空腔室16的開口部。並且，亦可以不設置閘閥18，此時，冷凝阱10亦可直接安裝於真空腔室16的開口部。如此，可以任意設置閘閥18，因此以下為方便說明，有時將真空腔室和閘閥統稱為 真空腔室。
冷凝阱10具備冷凝板20、以及用於冷卻冷凝板20之冷凍機22。冷凝板20以藉由在其表面冷凝氣體來進行捕捉之方式構成。整個冷凝板20露出在排氣流路13上，藉由被冷凍機22冷卻而將流經排氣流路13之一部份氣體凍結在其表面而進行捕捉。並且，冷凝阱10具備將真空腔室16連接到渦輪分子泵12之導管24。
冷凝板20沿著與排氣流路13中之氣體流通方向(第1圖中為上下方向)垂直的面(第1圖中為左右方向)配置。亦即冷凝板20朝徑向擴展。冷凝板20在氣體流通方向上以佔據與排氣流路13的氣體流通方向垂直的一大半剖面面積之方式設定投影面積。例如，冷凝板20在光學方面，除冷凝板20的外周端與導管24內表面之間的間隙以外，堵塞排氣流路13。
導管24對排氣流路13進行分隔。如上所述，由於冷凝板20配置於排氣流路13，因此冷凝板20被導管24包圍。因此，導管24亦能夠被稱為用於收容冷凝板20之冷凝板殼體。導管24的剖面面積以在其入口側具有大口徑且在出口側具有小口徑的方式隨著導管24的延伸方向變化。入口側的口徑與入口開口14對應，出口側的口徑與出口開口15對應。圖示例中，導管24的剖面面積從入口開口14向出口開口15連續變化。導管24亦可在入口開口14與出口開口15之間具有使其剖面面積不連續產生變化之段差。
導管24具備兩個真空凸緣。導管24在被排氣側具備入口凸緣26，在真空泵側具備出口凸緣28。出口凸緣28在導管24的延伸方向(第1圖中為上下方向)上與入口凸緣26隔開間隔而配設。亦即入口凸緣26與出口凸緣28在軸向上分開，兩個凸緣藉由導管24的筒部27彼此連接。入口凸緣26上形成有入口開口14，出口凸緣28上形成有出口開口15。
入口凸緣26安裝於閘閥18的凸緣(未圖示)上，出口凸緣28安裝於渦輪分子泵12的凸緣(未圖示)上。本實施形態中，閘閥18的公稱直徑大於渦輪分子泵12的入口凸緣的公稱直徑。為了與之對應，冷凝阱10的入口凸緣26的尺寸大於出口凸緣28的尺寸。例如，入口凸緣26的外徑及內徑大於出口凸緣28的外徑及內徑。藉此，入口凸緣26以能夠安裝於真空腔室16或閘閥18之方式構成，出口凸緣28以能夠安裝於渦輪分子泵12之方式構成。
冷凝板20具備中心板30及外周板32。中心板30例如為具有多個金屬製百葉窗板之百葉窗。每個百葉窗板形成為各自具有不同直徑之圓錐形側面的形狀而排列成同心圓形狀。另外，中心板30可以形成為V字形且可以形成為其他形狀，如格子形等。中心板30的外徑小於出口開口15的口徑(亦即出口凸緣28的內徑)。外周板32例如為圓形環狀的平板。另外，外周板32與中心板30相同，亦可形成為任意形狀。
外周板32配設於中心板30的軸向上方。外周板32 的外徑大於出口開口15的口徑。外周板32的內徑相當於中心板30的外徑。因此，從軸向觀察時，能夠觀察到外周板32的中央開口到中心板30的幾乎整個部份。因此，亦能夠將外周板32稱為上部板，中心板30稱為下部板。
中心板30以覆蓋排氣流路13的中心部的至少一部份之方式配設。中心板30的外端遠離導管24的筒部27的內表面。因此，中心板30與導管24的筒部27之間形成有連接入口開口14與出口開口15之環狀空間38。外周板32以覆蓋該環狀空間38的至少一部份之方式配設。外周板32在中心板30的外側向筒部27延伸。如此，冷凝板20能夠被劃分為徑向內側部份與徑向外側部份。
如此，外周板32形成冷凝板20的擴展部份。亦即，藉由設置外周板32使軸向觀察時的冷凝板20的投影面積朝徑向擴大。因此，能夠提高冷凝阱10的排氣速度。
冷凝板20安裝於冷凍機22的冷卻台上。或者，冷凝板20亦可藉由連結冷凍機22的冷卻台與冷凝板20之傳熱構件與冷凍機22的冷卻台熱連接。冷凍機22例如為吉福特-麥克馬洪式冷凍機(所謂GM冷凍機)。並且，冷凍機22為單段式冷凍機。
冷凍機22與冷凝板20的中心板30熱連接。外周板32經由中心板30與冷凍機22熱連接。或者，中心板30與外周板32亦可分別藉由各自的傳熱路徑與冷凍機22熱連接。此時，外周板32亦可不經由中心板30而與冷凍機22連接。
導管24的筒部27的側面形成有用於將冷凝板20連結到冷凍機22之側面開口34。包圍冷凍機22的至少一部份之冷凍機殼36從側面開口34的外周部朝徑向外側延伸。因此，導管24在入口凸緣26與出口凸緣28之間具備用於收容冷凍機22之冷凍機殼36。
利用第1圖所示之真空排氣系統進行之排氣處理中，藉由開放閘閥18並使渦輪分子泵12動作，使真空腔室16進行排氣來將真空度提高至所希望的級別。在使渦輪分子泵12動作之前，亦可藉由粗抽用輔助泵對真空腔室16進行排氣。冷凝阱10被冷卻至能夠捕捉流經排氣流路13之水蒸氣之溫度(例如100K)。通常，渦輪分子泵12排出水蒸氣之速度比較慢，而藉由共同使用冷凝阱10能夠實現較快的排氣速度。
第2圖及第3圖為本發明的另一實施形態之冷凝阱110之概略圖。第2圖表示包括冷凝阱110的中心軸在內之剖面，第3圖表示從上面觀察冷凝阱110之圖。如同第1圖所示之冷凝板10，將第2圖及第3圖所示之冷凝板110組合到渦輪分子泵12，藉此能夠構成用於真空腔室16之真空排氣系統。另外，在以下說明中，為言簡意賅，在第2圖及第3圖所示之冷凝阱110中對於與第1圖所示之冷凝板10相同的構成要件，有時標註相同的符號以適當省略說明。
詳細內容如同後述，冷凝阱110中，冷凝板120的徑向外側部份(例如擴展板144)具有大於導管124的被排氣 側的內徑的外徑。為收容其徑向外側部份，凸緣凹部140形成於入口凸緣126上。
冷凝板120具備主體板142及擴展板144。主體板142具備筒形板146及擋板148。擴展板144、筒形板146及擋板148在軸向上自上而下依次以該順序排列。擴展板144在軸向上位於真空腔室16(參閱第1圖)與主體板142之間。亦能夠將擴展板144、筒形板146及擋板148分別稱為上部板、中間板及下部板。
筒形板146例如具有圓筒形狀，從入口開口114朝出口開口115延伸。筒形板146的上端被入口凸緣126包圍。另一方面，筒形板146的下端位於出口凸緣128的稍上方，且筒形板146的下端與出口凸緣128之間配置有擋板148。構成以筒形板146為內筒且以導管124為外筒之雙重筒構造，筒形板146與導管124之間形成有環狀空間138。筒形板146的軸向中間部份連結著冷凍機122，藉此筒形板146由冷凍機122冷卻。另外，為促進入口開口114到出口開口115的氣體流動，筒形板146的側面亦可形成有開口。
與參閱第1圖進行說明之中心板30相同，擋板148具有百葉窗構造。擋板148以光學地堵塞筒形板146的出口側開口之方式構成。擋板148亦可具有其他任意形狀。擋板148安裝於筒形板146的下端部，藉此擋板148經由筒形板146與冷凍機122熱連接。
藉由在與擴展板144及筒形板146相比更靠排氣流路 113的下游側配置擋板148，主要藉由上游側的擴展板144及筒形板146捕捉氣體。因此，能夠減少堆積在擋板148上之氣體量。這有利於維持擋板148的氣體流動。
與參閱第1圖進行說明之外周板32相同，擴展板144為圓形環狀板。擴展板144可以具有其他任意形狀。擴展板144被入口凸緣126包圍。擴展板144以覆蓋筒形板146與導管124之間的環狀空間138之方式配設。擴展板144的內徑大致等於筒形板146的外徑。主體板142藉由擴展板144朝徑向外側擴展。
擴展板144經由板安裝部150安裝於筒形板146的上端部。板安裝部150例如在筒形板146的上端部沿圓周方向等間隔(例如每隔90°)形成。如第3圖所示，擴展板144藉由緊固螺栓等適當的方法被固定在板安裝部150(第3圖中以虛線表示)。如此，擴展板144經由筒形板146與冷凍機122熱連接。另外，第3圖中，為明確圖示，擴展板144上塗有淺灰色。
入口凸緣126以包圍入口開口114之方式形成。入口凸緣126從導管124的筒部127的上端朝徑向外側延伸。入口凸緣126以遍及導管124的全周之方式設置。入口凸緣126為用於在真空腔室或閘閥上安裝冷凝阱110之真空凸緣。
入口凸緣126以使冷凝阱110適應真空腔室或閘閥之方式構成。例如，入口凸緣126的公稱直徑與真空腔室的開口部或閘閥的公稱直徑一致。或者，安裝入口凸緣126 的開口為方形時，則入口凸緣126具有與該方形的公稱尺寸相同的公稱尺寸。
出口凸緣128以包圍出口開口115之方式形成。出口凸緣128從導管124的筒部127的下端朝徑向外側延伸。出口凸緣128以遍及導管124的全周之方式設置。出口凸緣128為用於將冷凝阱110安裝到渦輪分子泵等主真空泵上之真空凸緣。
出口凸緣128以使冷凝阱110適應主真空泵之方式構成。例如，出口凸緣128的公稱直徑與主真空泵的入口凸緣的公稱直徑一致。
導管124為遍及其延伸方向具有相同口徑之管體。如圖所示，導管124具有長度比其直徑短的短筒形狀。導管124從入口開口114向出口開口115直線延伸。或者，導管124亦可在導管124的延伸方向上延伸得比導管124的直徑更長。導管124亦可從入口開口114向出口開口115屈曲或彎曲地延伸。
入口凸緣126具備內周部份152與外周部份154，內周部份152與外周部份154之間形成有軸向高度差D。內周部份152設置於導管124的筒部127的上端的徑向外側。
外周部份154是為安裝冷凝阱110而設。外周部份154為在內周部份152的徑向外側朝軸向上方突出之凸部。外周部份154與內周部份152相比在軸向上較厚。外周部份154的上端面為用於安裝之接觸面156。將入口凸緣126安裝到真空腔室或閘閥時，接觸面156與真空腔室或 閘閥抵接。外周部份154的下表面與內周部份152的下表面呈同一水平面。
入口凸緣126的高度差D由接觸面156與內周部份152的上表面形成。高度差D形成用於收容擴展板144之凸緣凹部140。凸緣凹部140為用於收容擴展板144的外周部之環狀空間，成為排氣流路113的一部份。凸緣凹部140形成於入口凸緣126的全周。凸緣凹部140與擴展板144之間形成有間隙。因此，擴展板144以不與入口凸緣126接觸之方式被入口凸緣126包圍。
擴展板144不僅在徑向上，在軸向上亦收容於凸緣凹部140中。因此，能夠不干擾閘閥等上方的構件而擴展冷板120。然而，只要不干擾閘閥等上方的構件，擴展板144亦可從凸緣凹部140朝上方突出。
依本實施形態，入口凸緣126的內徑大於出口凸緣128的內徑。因此，冷凝阱110的入口側的開口徑大於出口側的開口徑。藉此，藉由在被排氣側設置較大的開口面積，使得氣體(例如水蒸氣)容易從排氣對象容積進入排氣流路113。因此，能夠加快冷凝阱110的(例如水的)排氣速度。
依本實施形態，冷凝板120藉由設置擴展板144而得以擴展。藉此，有助於排氣速度之有效面積(亦即軸向上觀察時的投影面積)被擴大。因此，能夠提高利用冷凝阱110進行之(例如水的)排氣速度。並且，由於擴展板144朝徑向外側擴展，因此與朝徑向內側擴展時相比，能夠進 一步擴大板面積。將擴展板144配置在入口開口114亦有助於排氣速度的提高。
藉由增設擴展部份，水的排氣速度得以增強，因此，即使使用小口徑的主真空泵亦可能可滿足所要求的排氣速度。然而，通常在現有的真空排氣系統中，類似閘閥、冷凝阱、主真空泵等構成要件的口徑均相同。依本實施形態，入口凸緣126具有大尺寸，出口凸緣128具有小尺寸。因此，實際上能夠在大口徑的真空腔室開口或閘閥上適用小口徑的主真空泵。主真空泵的小型化有利於降低真空系統的成本。
以上，依據實施例對本發明進行了說明。本發明並不限於上述實施形態而能夠進行各種設計變更，且有各種變形例，並且該種變形例同樣屬於本發明的範圍之內的事實係本領域技術人員所認同者。
一實施形態中，冷凝板具備徑向內側部份及徑向外側部份，前述徑向外側部份在前述延伸方向上可以配設於前述徑向內側部份與前述容積之間。以此，能夠將冷凝板的徑向外側部份配置於排氣對象容積的附近。前述徑向外側部份可以具有大於前述導管的前述真空泵側的內徑的外徑。前述徑向外側部份具有大於前述導管的前述被排氣側的內徑的外徑，前述入口凸緣上可以形成有用於收容前述徑向外側部份之凹部。以此，能夠大大擴展冷凝板的徑向外側部份。
110‧‧‧冷凝阱
113‧‧‧排氣流路
114‧‧‧入口開口
115‧‧‧出口開口
120‧‧‧冷凝板
122‧‧‧冷凍機
124‧‧‧導管
126‧‧‧入口凸緣
127‧‧‧筒部
128‧‧‧出口凸緣
140‧‧‧凸緣凹部
142‧‧‧主體板
144‧‧‧擴展板
146‧‧‧筒形板
148‧‧‧擋板
150‧‧‧板安裝部
152‧‧‧內周部份
154‧‧‧外周部份
156‧‧‧接觸面
D‧‧‧高度差

Claims (5)

  1. 一種冷凝阱，是設置於排氣對象容積與用於該容積的真空排氣之真空泵之間的冷凝阱，其特徵為具備：在前述容積側具有入口開口且在前述真空泵具有出口開口，用於將前述容積連接到前述真空泵之導管；及被前述導管包圍之冷凝板，前述導管在被排氣側具備入口凸緣，在真空泵側具備出口凸緣，前述出口凸緣在前述導管的延伸方向上與前述入口凸緣隔開間隔而配設，前述入口凸緣的外徑大於前述出口凸緣的外徑，前述入口凸緣的內徑大於前述出口凸緣的內徑，從入口側觀察時，前述入口開口係包含前述出口開口。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之冷凝阱，其中，前述冷凝板具備徑向內側部份與徑向外側部份，前述徑向外側部份在前述延伸方向上配設於前述徑向內側部份與前述容積之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之冷凝阱，其中，前述徑向外側部份具有大於前述導管的前述真空泵側的內徑的外徑。
  4. 如申請專利範圍第2或3項所述之冷凝阱，其中，前述徑向外側部份具有大於前述導管的前述被排氣側的內徑的外徑，前述入口凸緣上形成有用於收容前述徑向外側部份之 凹部。
  5. 一種冷凝阱的安裝構造，其特徵為具備：在被排氣側具有入口開口且在真空泵具有出口開口，從前述被排氣側向前述真空泵側延伸之導管；設置於前述導管的前述被排氣側之入口凸緣；及設置於前述導管的前述真空泵側之出口凸緣，前述入口凸緣的外徑大於前述出口凸緣的外徑，前述入口凸緣的內徑大於前述出口凸緣的內徑，從入口側觀察時，前述入口開口係包含前述出口開口。
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