渦輪分子泵——深冷水氣阱組合泵的考核和應用

　　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、離子束工藝設備等方面廣泛使用，但磁懸分子泵在國內至今還是空白。事實(shí)上，并不是所有應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(jià)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(shí)間更快和能耗大大降低的結果。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約80%，年節電30－40 萬(wàn)度/臺，並消除了產(chǎn)品膜層色澤泛黃現象,事實(shí)證明了清潔的真空。該分子增圧泵在0.1--10Pa 時(shí)能保持相當高的抽速,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�，F將上述的兩款組合抽氣設備分別介紹如下：

　　真空對人類(lèi)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(lái)說(shuō)，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(lèi)的三大成就是電子計算機、核能和航天器，但實(shí)際上它們都離不開(kāi)真空。例如：計算機所需的半導體集成電路。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(guò)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(lái)愈高。在世界范圍內清潔真空抽氣設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(zhù)眼于無(wú)油清潔真空。目前磁懸浮渦輪分子泵在國內尚屬空白，上海三井研制的磁懸浮渦輪分子泵尚處于樣機調試、考核階段，離開(kāi)應用尚有一段距離。機械軸承分子泵在集成電路以外的應用還是十分廣寬的。

　　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(jiǎn)稱(chēng)為水氣），因此清潔真空除無(wú)油外還須無(wú)水氣。低溫冷凝泵有抽水氣的能力強，能提供無(wú)油無(wú)水的清潔真空，保證產(chǎn)品質(zhì)量，因此應用廣泛。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(wèn)題，因此考慮把它們二者組合起來(lái)取長(cháng)補短試制渦輪分子泵—深冷水氣阱組合泵。在沒(méi)計深冷水氣阱時(shí)，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(wú)油無(wú)水的清潔真空，而且能達到抽氣時(shí)間大大縮短，極限真空度提高的要求。在連續生產(chǎn)過(guò)程中，快速達到進(jìn)料室要求的真空度，去除由大氣導入進(jìn)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)與大氣導入水氣的化學(xué)反應，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(jiàn)圖1。

圖 1. 118°K 深冷水氣阱

　　利用現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(shí)使用的注水系統,改裝成抽水氣能力測試臺。測試臺的照片見(jiàn)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)元低溫真空設備有限公司提供。目前,國內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有使用分子泵的生產(chǎn)設備提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量服務(wù)。

圖 2 .抽水氣能力測試臺照片。左后方為試驗用-155°C 深冷機組

　　深冷水汽阱抽水汽能力測試臺的布置示意圖見(jiàn)圖3。從圖3 可知，深冷水氣阱和分子泵處于插板閥之下，真空容器暴露大氣時(shí)，深冷水氣阱仍在真空中，這樣的布置適用于連續生產(chǎn)綫的進(jìn)、岀料室（裝料鎖）。在組合泵右上方設置了注水裝置,通過(guò)一塊厚橡皮,由針筒注入定量的水。