机械真空泵

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机械油旋转真空泵的最初设计要追溯到17世纪40年代当时,伽利略(Galileo)和托里切利(Torricelli)正在研究有关空气有重量的理论。他们把这种泵称之为鼓风机式泵(blower),在泵室内,偏心叶片旋转把空气从腔中抽走(参见下图)。随着旋转,旋片把腔中它前面的气体压缩,并从腔中扫出;与此同时,在它后面留下了一个低压区。被“推出”的气体从出气阀排出;同时,进气阀打开,使反应室与腔中相通,让反应室内的气体流人泵室。随着叶片旋转,越来越多的气体从腔中抽走,从而降低反应室的压力。

 

泵的主要部分是出气阀的效率。无效率阀门会使大气泄漏进系统,限制了泵最终压力的级别。对于这种泵,通常采用油浸压力阀门来阻止大气回流。

 

 

随着低压化学气相淀积和刻蚀工艺的应用,充油式泵遇到了对手。这些工艺产生了大量的残余物,会很快将油污染。现在,推出型泵已经取代了充油型真空泵。其中油封式(oil sealed)、无油式(oilless)、涡轮式泵(scroll pump)和罗茨式泵(roots pump)(又称罗茨式鼓风机)都是推出型泵。

 

油扩散泵

 

油扩散泵(参见下图)是半导体真空工艺的主流设备。这种泵要求由油机械泵先将反应室压力降至10的负八次托水平。然后,将相同的或另一种机械泵接在出气口的末端,系统通过一个巧妙的动量传递系统使反应室达到高真空。高真空大约在1俨托范围(在实际生产条件下)。饱和蒸气压很低的碳氢油在泵底加热,油蒸气沿蒸气塔升腾。在塔的顶部安装了一排折流板。热油分子沸腾时获得速度和能量,在飞出蒸气塔时遇到折流板改变方向,油分子则沿向下方向飞行。在塔外,它们撞击反应室来的气体分子,把气体分子推到泵的底部,由机械泵抽走。最后,油分子回到加热的油罐油扩散泵有两个难题:一是油分子回流到反应室;二是这种泵不能处理来自反应室的水蒸气。

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因此我们在泵和反应室之间装设冷收集器(cold trap),来解决以上两个难题。冷收集器在设计上与液体喷嘴相似。在收集器中的液体是液氮,它将温度降至-96%℃。在这个温度下,油、污染物和水蒸气分子都被冷凝在收集器内侧,不会增加系统压力。

 

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