CN2921039Y

CN2921039Y - 大型真空设备的快速抽气装置

Info

Publication number: CN2921039Y
Application number: CN 200520045016
Authority: CN
Inventors: 储红缨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2015-09-14

Abstract

本实用新型公开了一种大型真空设备的快速冲洗抽气装置，其包括真空室、预抽泵、真空阀和真空计，该真空设备还包括冲洗真空机组、冲洗气体气源和冲洗气体注入口。本实用新型利用注入非活性气体，冲洗真空设备中的活性气体，并重复进行冲洗抽气，或连续冲洗可以快速降低真空容器中活性气体分压强。本实用新型具有结构简单、抽气时间短、能耗低、生产效率高，并可提高真空产品的质量的特点，还能降低高真空泵的抽速，特别适用于对活性气体敏感的等离子体应用(磁控溅射、离子镀、PCVD等)、各种大型真空炉熔炼炉和热处理炉等应用领域。

Description

大型真空设备的快速抽气装置

技术领域

本实用新型涉及一种大型真空设备的快速抽气装置，特别是一种大型真空镀膜设备和大型真空炉的快速冲洗抽气装置。

背景技术

利用注入非活性气体，冲洗真空设备中的活性气体，并重复进行抽气是快速降低真空容器中活性气体分压强的有效途径。目前，在小型真空设备和排气台(例如日光灯和节能灯排气)等领域中获得了广泛应用。然而，在大型真空设备抽气中，缺少快速冲洗装置所必须的冲洗真空泵，至今未见有成功的先例。

发明内容

本实用新型旨在解决上述问题而提供一种抽气快、能耗低、油蒸汽污染少、活性气体分压强低的真空设备。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：在现有的真空抽气设备中，真空室经真空阀与依次串接的前级泵、真空阀、真空计、分子/增压泵组成的冲洗真空泵机组相连接；真空室还与冲洗气体高纯氩气相连接；高纯氩气向真空室的气体注入口设置在真空室抽气气流的上游、远离抽气口的部位。根据上述技术方案，本实用新型提供一种真空设备的快速冲洗抽气装置，其包括真空室、真空阀、预抽真空泵、真空计，以及具有如下性能的冲洗真空泵机组(下文简称冲洗机组)：

1)在1～几百Pa压强范围内能连续工作，有足够的抽速，例如几十～几百升/秒；

2)在高真空范围有较大的抽速，例如几百～几千升/秒；

3)极限真空优于10^-3Pa；

4)对真空室不产生附加污染，或者附加污染可以忽略。

本实用新型中还包括冲洗气体源(例如Ar、N₂，或其它非活性气体)和冲洗气体的注入口，冲洗气体的注入口要设置在真空室抽气气流的上游，远离抽气口的部位。

根据用户需要，本实用新型提供的冲洗抽气装置可以增加放电除气装置和烘烤除气装置，加速吸附气体的释放。还可以增加分压强监控装置，例如质谱仪、光谱计等，对活性气体分压强进行实时监控。

前文所说的冲洗机组是指能满足前面提及的4项性能的真空泵机组。例如：

第一种冲洗机组可选用下述结构的多重牵引分子/增压泵(即专利号ZL92101300.0所述的真空泵，以及由此发展起来的其它真空泵)+前级泵(通常可用旋片泵和滑阀泵)。多重牵引分子/增压泵由动轮、动密封、转轴和泵壳组成，动轮上至少有一级沿圆周方向的抽气槽构成的抽气单元，抽气槽中有多个动密封，动密封与抽气槽内侧之间留有工作间隙，动密封的两侧分别设有进气口和排气口，相邻动密封之间设有动密封排气口。该抽气槽中有两个以上的拖动面，抽气槽的截面可以是矩形，该抽气槽的开口可以在圆周的侧面上，或者在横截面上。

第二种冲洗机组可以采用下述结构的双重牵引分子/增压泵(即专利号ZL87101116.6所述的真空泵，以及由此发展起来的其它真空泵)+前级泵(通常可用旋片泵和滑阀泵)。双重牵引分子/增压泵由动轮、静叶轮、动密封、转轴和泵壳、进气口和排气口组成，动轮固定在转轴上，静叶轮和动密封固定在泵壳上。该动轮、静叶轮构成的叶轮组合中至少有一级由若干两个拖动面的抽气槽组成的基本抽气单元，该基本抽气单元包括：

a.两只平圆盘构成的动轮，两圆盘中至少有一只盘在靠近转轴处设有气孔，构成气体通道，该圆盘外侧设动密封；

b.静叶轮由若干条螺旋状叶片及固定装置组成，静叶轮安装在二动轮中间，静叶轮上二相邻叶片与二侧的动轮之间的空间构成一条具有二个拖动面的抽气槽，动轮与静叶轮之间在径向与轴向留有工作间隙，径向间隙兼作气体通道；

c.动密封安装在设有气孔的动轮的外侧，动密封与动轮之间在径向和轴向留有工作间隙，径向间隙兼作气体通道。

有益效果：

与现有技术相比，本实用新型有如下主要优点：

1.由于冲洗机组兼有中、高真空两种泵的性能，在大型真空设备中可同时取代高真空泵和中真空泵，简化结构；

2.冲洗机组的高真空抽速可以降低至传统真空设备高真空泵的1/2；

3.若冲洗机组的高真空抽速不降低，则可缩短抽气时间约50％，提高生产效率；

4.抽气能耗大幅度降低，与扩散泵抽气***相比，能耗降低80％以上，与分子泵***相比，能耗降低50％；

附图说明

图1为本实用新型第一实施例磁控溅射镀膜设备冲洗抽气装置示意图。

图2为本实用新型第二实施例真空熔炼炉的冲洗抽气装置示意图

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参阅图1，本实用新型第一实施例的真空设备由真空镀膜室1、真空阀2、双重牵引分子/增压泵3、真空阀4和5、真空计6、7和8、放电除气电极9、放电电源10、高纯氩气11、预抽泵12、前级泵13、分压强计14、基片15、磁控靶16、磁控放电电源17、加热器18、加热器电源19和保护气体20(N₂，或干燥气体等组成)组成。

放电除气电极9、基片15、磁控靶16和电加热器18位于镀膜室1内，真空阀2和4、真空计6、分压强计14、放电电源10、高纯氩气11、磁控放电电源17和加热器电源19分别与镀膜室1连接，预抽泵12与真空阀4连接，双重牵引分子/增压泵3的进气口经真空阀2与镀膜室1连接，分子/增压泵3的排气口与真空计8和真空阀5连接，前级真空泵13经真空阀5与分子/增压泵3连接。

本实用新型的磁控溅射镀膜设备的冲洗机组采用前文中的双重牵引分子/增压泵(例如中国专利ZL87101116.6所述的真空泵)3+前级泵13(旋片泵)。

本实施例镀膜过程简述如下：

a.开启镀膜室1，将基片15放入镀膜室1；

b.关闭镀膜室1和真空阀2，打开真空阀4，启动预抽泵12，对镀膜室1进行抽气；

c.打开真空阀5，启动前级真空泵13和分子/增压泵3，让冲洗机组(双重牵引分子/增压泵3+前级泵13)处于待命状态；

d.镀膜室1压强降至150Pa时，关闭真空阀4和预抽泵12，打开真空阀2，镀膜室1切换成冲洗机组抽气；

e.合上放电电源10和加热器电源19，对镀膜室1和基片15进行除气；

f.镀膜室1的压强达到1Pa时，关闭真空阀2，由高纯氩气11注入150Pa的高纯氩气，镀膜室1继续进行除气1-2分钟；

g.然后打开真空阀2，镀膜室1再次由冲洗机组抽气至1Pa；

h.重复步骤f、g，多次(通常为2-3次)；

i.镀膜室中活性气体分压降至10^-2Pa时，关闭除气放电电源10和加热电源19，由高纯氩气11向镀膜室1注入高纯氩气；

j.镀膜室1中活性气体分压达到磁控溅射镀膜强要求(通常为10^-3-10^-4Pa)后，对基片15进行磁控溅射镀膜；

k.基片15镀膜完成后，依次关闭磁控放电电源17、高纯氩气11、真空阀2、分子/增压泵3、真空阀5和前级泵13；

l.镀膜室1注入保护气体20至大气压，开启镀膜室1，取出已镀膜的基片，结束镀膜周期。

参阅图2，本实用新型的第二实施例的冲洗抽气装置为真空熔炼炉。该装置由真空熔炼室1’、坩埚2’、放电除气电极3’、放电电源4’、分压强计5’、真空计6’和7’、双重牵引分子/增压泵8’、预抽泵9’、前级泵10’、真空阀11’、12’和13’、冲洗气体气源14’、模腔15’和保护气体(N₂，或干燥空气等)16’组成。

坩埚2’、放电除气电极3’、模腔15’位于熔炼室1’内，放电电源4’、分压强计5’、真空计6’、真空阀11’～12’、冲洗气体气源14’和保护气体(N₂，或干燥空气等)16’分别与熔炼室1’连接，真空阀12’还与预抽泵9’连接，分子/增压泵8’的进气口与真空阀11’连接，排气口与真空计7’和真空阀13’连接，前级真空泵10’与真空阀13’连接。分子/增压泵8’和前级真空泵10’组成冲洗机组。

本实用新型的冲洗机组采用前文中的多重牵引分子/增压泵8’(例如中国专利ZL92101300.0所述的真空泵)和前级泵10’组成冲洗机组，取代传统真空熔炼炉的油扩散泵+罗茨泵。

本实施例的熔炼过程简述如下：

a.开启熔炼室1’，将炉料放入坩埚2’，关闭熔炼室1’；

b.关闭真空阀11’，开启真空阀13’，启动冲洗机组，处于待命状态；

c.开启真空阀12’，启动预抽泵9’；

d.熔炼室1’压强降至多重牵引分子/增压泵8’的最高工作压强以下(通常为150Pa)时，关闭真空阀12’和预抽泵9’，打开真空阀11’，熔炼室1’切换成冲洗机组抽气；

e.合上放电电源4’，对熔炼室进行放电除气；

f.熔炼室1’达到较低的压强(通常为10Pa)时，关闭高真空阀11’，由冲洗气体源14’注入冲洗气体(Ar)至较高的压强(例如150Pa)，熔炼室1’继续进行放电除气1-2分钟；

g.打开真空阀11’，熔炼室再次由冲洗机组抽气，并调节冲洗气体(Ar)流量，使熔炼室1’维持在较高的冲洗压强，例如50Pa，进行连续冲洗，并继续进行放电除气；

h.当熔炼室1’的活性气体分压强降到预熔要求(通常为1Pa)时，炉料开始预熔，并用分压强计5’对熔炼室1’的活性气体分压强进行实时监控；

i.当熔炼室1’的活性气体分压强超过预熔要求时，应暂停预熔，直到分压强降到预熔要求时，再继续进行预熔。由于多重牵引分子/增压泵8’的抽气流量大，通常预熔过程可一次完成，不需要分次进行；

j.预熔结束后，冲洗抽气继续进行若干时间(通常为2-3分钟)，当熔炼室1’的活性气体分压为较低值(例如为10^-1Pa)时，关闭放电电源4’，停止放电除气；

k.当熔炼室1’的活性气体的分压强降到熔炼要求(通常为10^-2Pa)时，关闭真空阀11’，停止冲洗机组，熔炼室1’注入高纯氩气(通常为10⁴Pa)，按传统工艺进行熔炼；

该真空熔炼炉的熔炼室与冲洗机组之间还可以增设与真空兼容的除尘器，例如静电除尘器，可以大幅度减少熔炼过程中的粉尘，延长分子/增压泵的维护周期。

应用领域

本实用新型大型真空设备的快速抽气装置主要用于要求活性气体分压强低，但对真空度要求不高的各种应用领域，例如：各种等离子体应用(磁控溅射、离子镀、PCVD等)、真空熔炼炉和热处理炉等。

Claims

1.一种大型真空设备的快速抽气装置，其中包括真空室(1)、真空阀(4)、预抽泵(12)、真空计(6)、(7)，其特征在于：

1)该快速抽气装置的真空室(1)经真空阀(2)与依次串接的前级泵(13)、真空阀(5)真空计(8)、分子/增压泵(3)组成的冲洗真空泵机组相连接；

2)该快速抽气装置的真空室(1)与冲洗气体高纯氩气(11)相连接；

3)高纯氩气(11)向真空室(1)的气体注入口设置在真空室(1)抽气气流的上游、远离抽气口的部位。

2.根据权利要求1所述的快速抽气装置，其特征在于：该装置真空室(1)安装分压强计(14)，在快速抽气过程中，分压强计(14)对真空室(1)的活性气体分压强进行实时监控。