冷泵(Cryopump)是种通过低温表面冷凝和吸附气体来获得真空的真空泵,又称冷凝泵或低温泵。冷泵具有洁净无污染(无油)、效率高、抽速大(对所有气体)、可靠性好、极限真空度高的特点。广泛应用于半导体集成电路制造工艺中的蒸发、溅射、 离子注入、分子束外廷等工艺,同时也广泛应用于真空镀膜设备、电真空器件、高能粒子加速器、受控热核反应、表面分析仪器和材料科学等领城。
冷泵的冷源一般为低温制冷机或低温液体,通常冷泵分为闭路循环气氦制冷机冷泵和注入式液氦冷泵两种类型。闭路循环气氦制冷机冷泵的优点是不消耗氦气、易于维修、操作简单,采用气氦作为制冷机的制冷介质。一级冷板的温度范图为50- 100K,其作用是冷凝水蒸气和预冷其他气体,并为后级更冷的冷板提供防辐射屏蔽;二级冷板的温度范图为10- 20K,其作用是冷凝穿过导流板的气体。二级冷板的内表面涂有活性炭,少量不能被冷板冷凝的剩余气体会被活性炭吸附,活性炭的比表而积范围为500~2500平方/克,在低温下对He、Ne和H2有很强的吸附能力。冷板采用表面镜面抛光的无氧铜材料,以减小辐射系数。泵的预抽压力为1Pa。图8-250 所示为制冷机型冷泵的结构。
注入式液氦冷泵的主要零部件包括泵体、液氦容器和连接挡板的液氮腔体等。液氦容器外壁采用双层保温壁,两层之间抽成真空,以减少液氦消耗。当泵被抽到10(-6)Pa时,灌入液氮和液氦,气体凝结在温度为4.2K的冷凝板上;经过预抽,氦气和氢气的分压可达到10(-12)Pa的数量级,泵的极限压力能够达到10(-11)Pa以下。
美国很早就开始了冷泵的研究,其最新的冷泵产品广泛采用了变频技术,已初步实现了智能化和网络化,如美国CTI公司生产的On-Boad系列、On-Boad IS系列和Cyro-Torr系列。另外,日本的爱发科(ULVAC)公司和德国的莱宝(Leybold)公司的相关产品的水平也较高。相比较而言,国内的冷泵研究和制造水平较为落后,与国外先进技术差距较大。由于集成电路工艺要求的不断增高,扩散泵等非清洁真空泵已逐渐被淘汰,从而为高洁净的冷泵提供了越来越大的市场空间。