渦輪分子泵——深冷水氣阱組合泵的考核和應(yīng)用

2009-11-24 郭盤林上海三井真空設(shè)備有限公司

　　在發(fā)達國家,由于清潔真空能提高、保證高新技術(shù)產(chǎn)品的質(zhì)量、創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益，磁懸浮渦輪分子泵、低溫冷凝泵和它們的前級干泵早已產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，巳在大規(guī)模集成電路芯片制造、高級光學(xué)鍍膜、電子束、離子束工藝設(shè)備等方面廣泛使用，但磁懸分子泵在國內(nèi)至今還是空白。事實上，并不是所有應(yīng)用中都需要像集成電路芯片生產(chǎn)那樣嚴格的清潔真空。

　　而且上述三種泵價格不菲,對一般的清潔真空要求，可用機械軸承渦輪分子泵－深冷水氣阱組合泵，它是一款適用于超高、高真空段的組合泵。另一款由深圳摩爾真空公司的分子增圧泵－深冷水氣泵組合抽氣機組, 該分子增壓泵經(jīng)中科院近代物理研究所測試和應(yīng)用證明能提供十分清潔的中真空和高真空。今年五月，該抽氣機組在上海三井生產(chǎn)的真空爐上作了取代油擴散泵-羅茨泵抽氣機組的試驗。取得了抽氣時間更快和能耗大大降低的結(jié)果。隨后，又在深圳振恒昌公司的大型鍍膜機上作了鍍膜試驗,取得了抽氣能耗每爐節(jié)約80%，年節(jié)電30－40 萬度/臺，並消除了產(chǎn)品膜層色澤泛黃現(xiàn)象,事實證明了清潔的真空。該分子增圧泵在0.1--10Pa 時能保持相當(dāng)高的抽速,很適合濺射鍍膜機使用，它是一款適用于大型高、中真空段的組合抽氣機組。現(xiàn)將上述的兩款組合抽氣設(shè)備分別介紹如下：

(一)清潔真空環(huán)境的必要性和渦輪分子組合泵

　　真空對人類的主要貢獻為：提供了最清潔和最少受外界干擾的試驗環(huán)境，對工業(yè)生產(chǎn)來說，則可以制造性能最優(yōu)越、甚至自然界前所未有的材料。二十世紀人類的三大成就是電子計算機、核能和航天器，但實際上它們都離不開真空。例如：計算機所需的半導(dǎo)體集成電路。就需要在真空中熔制和提純硅晶體，以后的濺射鍍膜，干法刻蝕和離子注入等，也都是真空工藝。由于集成電路的生產(chǎn)過程中要求嚴格的清潔真空，其他高新技術(shù)產(chǎn)品對真空清潔度的要求也愈來愈高。在世界范圍內(nèi)清潔真空抽氣設(shè)備如磁懸浮渦輪分子泵、低溫冷凝泵和干泵等迅速發(fā)展，目標都著眼于無油清潔真空。目前磁懸浮渦輪分子泵在國內(nèi)尚屬空白，上海三井研制的磁懸浮渦輪分子泵尚處于樣機調(diào)試、考核階段，離開應(yīng)用尚有一段距離。機械軸承分子泵在集成電路以外的應(yīng)用還是十分廣寬的。

　　研究表明，在真空度低于10^-6乇的環(huán)境下，殘余氣體成分中95%以上是水蒸氣（簡稱為水氣），因此清潔真空除無油外還須無水氣。低溫冷凝泵有抽水氣的能力強，能提供無油無水的清潔真空，保證產(chǎn)品質(zhì)量，因此應(yīng)用廣泛。但它是一臺吸附泵，需要再生而且不適用于抽走有毒、腐蝕性氣體，抽惰性氣體的能力也差。渦輪分子泵，運行穩(wěn)定、可靠,不需要再生，能抽走有毒、腐蝕性氣體，惰性氣體抽速也好，但尚有抽水氣能力不強的問題，因此考慮把它們二者組合起來取長補短試制渦輪分子泵—深冷水氣阱組合泵。在沒計深冷水氣阱時，關(guān)鍵是選擇制冷溫度，在118.5°K的低溫下,水的平衡蒸氣壓是10^-12 mb, 水氣冷凝在阱上,其它氣體仍由分子泵抽走。在水氣量不是很大的情況下,由于冰的昇華很少需要再生。

　　這樣的設(shè)計能充分發(fā)揮分子泵和深冷水氣阱各自的優(yōu)越性能，不但能獲得無油無水的清潔真空，而且能達到抽氣時間大大縮短，極限真空度提高的要求。在連續(xù)生產(chǎn)過程中，快速達到進料室要求的真空度，去除由大氣導(dǎo)入進料室的水氣，避免工作氣體(其中有CF4,BCl3，HBr 等有毒、腐蝕性氣體)與大氣導(dǎo)入水氣的化學(xué)反應(yīng)，對提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量都是極為有利的。深冷水氣阱由三井公司設(shè)計，用真空釬焊工藝制成，具有氣阻小、深冷效果好的特色，深冷水氣阱的照片見圖1。

圖 1. 118°K 深冷水氣阱

　　利用現(xiàn)有的真空儀表和低溫泵測試臺中的F160 機械軸承渦輪分子泵加上深冷水氣阱,配置測試時使用的注水系統(tǒng),改裝成抽水氣能力測試臺。測試臺的照片見圖 2。臺的左后方是制冷溫度達-155°C 的試驗用冷凍機，由上海協(xié)元低溫真空設(shè)備有限公司提供。目前,國內(nèi)機械軸承分子泵的使用很廣泛，大量的分子泵在運行中，上述深冷阱也可為現(xiàn)有使用分子泵的生產(chǎn)設(shè)備提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量服務(wù)。