图1-22为典型的氦气制冷机低温抽气系统示意图。该抽气系统不需要前级泵,仅需要在粗抽过程中开动机械泵进行预抽。它不需要用液氮冷阱来防止低温泵的返流,可在真空室内安装冷阱、水冷障板或室温障板来屏蔽工作过程中的热载荷,但是这些障板会降低系统的总抽速。低温泵可以用氢蒸气压规来监测第二级冷阵的温度。
图1-22氦气制冷机低温泵真空机组
1-压力安全阀;2一高真空阀;3一真空室放气阀;4一电离规;5一热传导规;6-粗抽阀;7—机械泵放气阀;
8—机械泵;9—低温泵预抽阀;10-低温泵冲洗气体阀
低温泵的抽速大,通常用在不能高温烘烤除气的真空系统。从抽气系统结构来看,低温泵系统类似于离子泵系统,为了无油污染粗抽真空,还可以配接吸附泵,但是这种结合并不适用于抽除大量的惰性气体,例如氩气。而且虽然低温板易抽气,但当低温泵需要再生时,会给吸附泵造成困难。由于预抽机械泵只在起始抽气期间使用,所以污染很少,如果使前级泵工作在黏滞流范围,即用机械真空泵粗抽到200Pa,然后再用吸附泵接力抽到1Pa,可进一步减少污染。
因为低温泵对氢气的抽速很小,所以低温泵抽氢气时应与钛升华泵结合。低温泵也可以和其他的超高真空泵,例如离子泵或涡轮分子泵进行组合。
1.3.5.6组合超高真空系统
对于某些有特殊要求的真空系统,如对既要求得到超高真空或无油超高真空环境,又要同时满足粗抽需要及能应付工艺过程中放出来的大量气体的工况的系统,可采用组合式抽气系统。
图1-23为超高真空镀膜机真空系统原理图。抽气系统的主泵为降低系统的溅射离子泉,为提高真空度及抽走膜材蒸发时产生的大量气体,系统配有钛升华泵。该系统的极限真空度可达6.67×10-7Pa。系统采用分子筛吸附泵作为主泵的预抽泵。此外,系统还配有吸附阱机械泵粗抽系统,在压力大于1333Pa时,机械真空泵不易返油,此时可用机械泵直接抽真空室,压力低于1333Pa以后,机械真空泵经吸附阱从旁路抽真空室。
图1-23无油超高真空镀膜机真空系统原理图
1一真空室;2-超高真空闸板阀;3-溅射离子泵;4—钛升华泵;5一超高真空阀;6一放气阀;7一高真空阀;8分子筛吸附泵;9一吸附阱;10—机械真空泵
图1-24所示为一种组合形式的超高真空系统。该系统适合于高纯薄膜制备、钠灯封接炉、钽片炉等设备。系统的主泵为溅射离子泵-钛升华泵组。真空室极限真空可达到5×10-7Pa系统配有分子泵(或油扩散泵)-机械泵组成的机组,该机组用来粗抽和作为主泵的预抽泵。如果系统在工艺过程中释放出大量气体,则预抽系统的主泵最好采用扩散泵。
图1-25所示为典型的分子泵-钛升华泵-机械泵抽气系统。该系统各零部件均按超高真空条件进行清洗后组装。涡轮分子泵、钛升华泵的冷却水压力为0.03MPa,钛升华器可连续调节升华率。系统漏气率小于10-8Pa·L/s,系统预抽真空为1Pa,环境工作温度为20~25℃。
图1-24组合超高真空系统
1一真空室;2超高真空闸阀;3一溅射离子泵-钛升华泵组;4-超高真空闸板阀;5—冷阱；6—油扩散泵;7一前级管道阀;8一超高真空管道阀;9电磁压差阀;10-机械真空泵
图1-25典型分子泵-钛升华泵组合真空系统
1一分子泵;2-冷阱;3一放气阀;4-钛升华泵;5-电离规;6-热传导规;7—粗抽阀;8—机械泵;9—前级阀;10—高真空阀
该系统组装好后,如果各部分都不烘烤除气。开动机械泵预抽真空,当真空达到1Pa时启动涡轮分子泵,系统最终可达到的真空度为10-5Pa。如果对系统烘烤除气,涡轮分子泵烘烤85℃,钛升华泵烘烤350℃,B-A规管(或冷磁控规管)烘烤350℃,烘烤时系统内抽预真空为1Pa。经过彻底烘烤除气(约24h)后,启动涡轮分子泵和钛升华泵一同工作,该系统最终真空度可达到1.510-9Pa。