爪式泵的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
爪式泵的整機(jī)型式分為立式和臥式兩種。臥式結(jié)構(gòu)以英國(guó)愛(ài)德華公司開(kāi)發(fā)的一級(jí)羅茨轉(zhuǎn)子加上三級(jí)爪形轉(zhuǎn)子的 DP80 型機(jī)械真空泵為代表 ( 見(jiàn)圖 29) 。羅茨轉(zhuǎn)子為高真空吸氣級(jí)，爪形轉(zhuǎn)子為壓縮排氣級(jí)，這樣安排可以在低入口壓力下得到大抽氣速率。其極限壓力可達(dá) 1Pa 以下。
圖29：DP80 型臥式機(jī)械真空泵結(jié)構(gòu)示意圖
這種結(jié)構(gòu)的泵特點(diǎn)是整機(jī)重心低，各級(jí)轉(zhuǎn)子與隔板之間的間隙易于調(diào)整。為了在低壓下獲得較大抽速，泵的羅茨吸氣級(jí)要做得比爪形排氣級(jí)大 50 %。為了避免泵在粗抽期間產(chǎn)生組間“過(guò)壓”，在羅茨及中間爪型級(jí)之間設(shè)有較大的傳輸空間作為壓力緩沖空間。另外還可以安裝級(jí)間過(guò)壓安全閥以保證工作可靠。為了有助于抽除水蒸汽，在泵的排氣級(jí)設(shè)置了氣鎮(zhèn)閥。泵的傳動(dòng)型式與羅茨真空泵相同。
立式結(jié)構(gòu)爪式真空泵是由德國(guó)萊寶公司首先開(kāi)發(fā)制造的。圖 30 為立式結(jié)構(gòu)爪式泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
圖30：立式結(jié)構(gòu)爪式泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
圖 30 所示為四級(jí)爪形轉(zhuǎn)子串聯(lián)結(jié)構(gòu)。泵的轉(zhuǎn)子軸及電機(jī)均為豎直安裝，泵進(jìn)氣口在上面，排氣口在泵下部，泵殼帶有水冷套，以降低泵軸承及軸封處的溫度。第一級(jí)泵腔為吸氣級(jí)，其吸氣容積比后面三級(jí)要大，形成級(jí)間壓縮。四對(duì)轉(zhuǎn)子裝在二根平行軸上，軸由上下兩端軸承支承，電動(dòng)機(jī)倒立安裝，經(jīng)過(guò)渡齒輪將動(dòng)力傳遞到轉(zhuǎn)子軸上，轉(zhuǎn)子軸由一對(duì)同步時(shí)限齒輪帶動(dòng)及調(diào)整和固定轉(zhuǎn)子的相位。
泵腔級(jí)與級(jí)之間有隔板，隔板上有級(jí)間氣體通道。氣體的進(jìn)氣口和排氣口均開(kāi)在隔板端面上，分別由兩個(gè)轉(zhuǎn)子端面定時(shí)開(kāi)閉，具有閥門調(diào)節(jié)作用。當(dāng)泵腔的一部分正在壓縮氣體和排氣時(shí)，另一部分則打開(kāi)入口，吸入氣體。每一級(jí)都是氣體入口在上，出口在下，與臥式泵比較，這種氣流傳輸路線及泵結(jié)構(gòu)是有利于抽除含有灰塵和帶有懸浮微粒的氣體，而且軸向返流小。
當(dāng)泵在某些生成微粒量很大，甚至反應(yīng)生成腐蝕性氣體的生產(chǎn)工藝中使用時(shí) ( 如 PCVD 工藝中多晶硅膜的制備和半導(dǎo)體刻蝕等 ) ，可以通過(guò)向泵內(nèi)引入清洗氣體的辦法解決此類工藝過(guò)程的抽氣問(wèn)題。引入的氣體通常為惰性氣體 ( 例氮?dú)?) 。為了使被抽除氣體中的微粒在泵內(nèi)傳輸過(guò)程中保持懸浮狀態(tài)和防止它們?cè)诒们粌?nèi)沉積，則引入的清洗氣體的速率 Vgas 必須遠(yuǎn)大于微粒的最大自由落體速率 Vterm 。
這樣，引入氣體必須在泵腔內(nèi)的吸入氣體開(kāi)始被壓縮以前進(jìn)入，另外引入的氣體量應(yīng)該足夠大，以使 Vgas 明顯大于 Vterm 。這意味著應(yīng)該在不同級(jí)分別引入氣體，而且氣體的引入流量必須與各級(jí)的壓力比正比，即引入氣體流量應(yīng)逐級(jí)增加。一般清洗氣體入口開(kāi)在各級(jí)泵腔端面的排氣轉(zhuǎn)子一側(cè)，其入口位置應(yīng)能由排氣側(cè)轉(zhuǎn)子控制，即可由排氣側(cè)轉(zhuǎn)子進(jìn)行時(shí)控。這樣可以減少泵內(nèi)部級(jí)間返流，而且也減小了對(duì)吸入側(cè)的影響。
利用上述摻氣原理，爪式泵可在化學(xué)工業(yè)、蒸餾、干燥工藝等生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用。例在某些 CVD 過(guò)程中反應(yīng)出現(xiàn)的易燃易爆氣體可以用這種方法來(lái)抽除。通過(guò)引入惰性氣體 ( 通常為 N2 氣 ) 可以將反應(yīng)氣體的濃度降到可燃性限制值以下。
當(dāng)用爪式泵抽除含化學(xué)溶劑蒸汽或氣體液體混合物時(shí)，可在泵排氣口設(shè)置氣體冷卻冷凝器，被壓縮和加熱的工藝氣體通過(guò)排氣通道進(jìn)入氣體冷卻冷凝器內(nèi)，其中的化學(xué)溶劑或液體被冷凝回收，冷卻后的氣體大部分被排放掉，少量所需要的處于排氣壓力下的冷卻氣體被泵重新回抽入泵腔壓縮級(jí)，而位于泵腔排氣級(jí)側(cè)的冷卻氣體入口在壓縮腔的容積減小過(guò)程開(kāi)始前被打開(kāi)，冷卻氣體連續(xù)流入壓縮腔內(nèi)與先前吸入的工藝氣體混合直至達(dá)到排氣壓力。
只有此過(guò)程完成后，轉(zhuǎn)子才將排氣口打開(kāi)，將混合氣體排到氣體冷卻冷凝器中，進(jìn)行下一次循環(huán)。為防止由于泵腔內(nèi)進(jìn)入冷卻氣體而增加泵抽除的工藝氣體總量，將泵與氣體冷卻冷凝器形成閉循環(huán)的冷卻回路，泵從過(guò)程中將所需要量的冷卻氣體從冷卻冷凝器的末端回抽入壓縮腔。
在以上抽氣過(guò)程中，氣體的壓縮作用主要不是由減小泵腔的容積而是由通入冷卻氣體來(lái)完成的，這樣可保證在某些工藝過(guò)程中產(chǎn)生的液氣混合物或蒸汽在泵的工作條件下被抽除。
德國(guó)萊寶公司對(duì)于半導(dǎo)體制造工藝所用的爪式泵，從工作安全和使用方便考慮配置了工作參量監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)。泵在工作中的所有相關(guān)的參量，如溫度、壓力、氣體流量等均由儀表監(jiān)控并設(shè) CPU 接口，可采用微機(jī)控制。
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