专利名称：一种用于真空系统的多功能监测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及真空仪器，特别涉及一种用于真空系统的多功能监测仪。
背景技术：
一般来说，真空系统是指由真空泵、真空计、被抽容器及其它元件如真空阀门等，借助于真空管道，按一定要求组合而成，并具有所需抽气功能的抽气装置。它的功能是在一定的时间、空间内获得并保持特定真空环境，确保系统内某项工艺过程或物理过程的实施。真空系统在半导体、机械加工、物理、化学、材料和生物科学等各个研究领域都有着广泛的应用。一些真空系统需要通过残余气体分析装置来对其中的残余气体进行分析，例如通过四极质谱仪对其内残余的三种以上气体进行质谱分析。这对于了解真空系统的状态以及认识真空中各种进程的演化具有参考和指导作用。例如，通过真空系统中的残余气体分析·装置，可以实现对真空内气体的组分变化的实时监控，进一步把握真空系统中各种物理、化学反应的进行程度，有助于于工艺的改进和问题的发现。一些真空系统需要进行检漏。真空检漏是保证真空系统真空度的关键步骤，而真空度又是真空系统的重要指标，真空度不好可能会造成样品表面污染、器件性能下降乃至仪器损坏等各种问题。对于大多数真空系统、容器、器件来说，造成真空度无法进一步提高的最主要因素是漏气。现有的检漏仪包括中国发明专利CN1122834C，名称为“有预真空泵的检漏仪”，其包括作为试样或测试腔接头的进口、检测器和真空泵机构。这种现有的普通检漏仪通常采用磁质谱仪来进行检漏，只能监测一种或两种示漏气体(例如氦气或氢气)，因而用途单一，不能用于其它实验中的残余气体分析和质谱分析。一些真空系统需要对该真空系统内的逸气进行检测。逸气是指真空系统的内部零件自内而外逸出气体的过程。除了漏气，逸气也是真空度上不去的一个主要原因。例如在表面上吸附了气体分子的内部零件，以及真空系统内部存有的在一定温度和气压下蒸发成气体的物质都是常见的逸气源。逸气源可以用残余气体分析的方法加以认定。一些真空系统需要监测样品处理过程，以及储存某些易于受到污染的样品。这些样品在接触大气或其它气体之后可能会发生反应从而受到污染。在储存样品之前和/或之后，这些真空系统将对样品进行处理，例如提纯处理等，此时可能要通过残余气体分析装置监测样品的处理过程从而判断该处理效果是否达到要求。现有技术中还没有兼具对真空系统进行残余气体分析、检漏、逸气检测、样品处理情况监测和样品储存等功能的多功能监测仪器。
实用新型内容因此，本实用新型的目的是提供一种用于真空系统的多功能监测仪，该多功能监测仪兼具对真空系统进行残余气体分析、检漏、逸气检测、样品处理情况监测和样品储存功倉泛。[0009]为了实现上述目的，本实用新型的方案是提供一种用于真空系统的多功能监测仪，包括真空腔和抽真空装置。真空腔适于维持其内部的真空。抽真空装置与真空腔密封连接，并且能够对真空腔的内部抽真空。其中，多功能监测仪还包括适于连接真空系统的监测口，该监测口通过真空阀门密封连接真空腔；残余气体分析装置，该残余气体分析装置包含四级质谱仪，该四极质谱仪密封连接真空腔并且能够监测三种以上的气体；储藏室，该储藏室通过真空阀门密封连接真空腔并且能够储存样品。通过适于连接其它真空系统的监测口和包含四极质谱仪的残余气体分析装置的协同作用，使得该多功能监测仪既能够实现残余气体分析、逸气检测，又能够针对一两种示漏气体进行检漏。另外，再加上储藏室后，使本实用新型还能够实现样品储存和样品处理情况监测，从而大大扩展了本实用新型的多功能监测仪的应用范围。根据本实用新型的一个方案，储藏室包含腔体，与腔体密封连接并且能够让保护气体充入腔体内的充气阀，以及设于腔体侧壁上并适于密封连接其它装置的接口。通过充气阀的设置，使得对样品的保护更为完善。而接口的设置则在很大程度上扩展了储 藏室的应用范围，使其能够连接其它装置来对样品进行操作。根据本实用新型的一个方案，接口能够密封连接观察窗或真空机械装置。连接观察窗便于实验人员对储藏室内的样品进行观察，连接真空机械装置便于对样品进行各种操作和处理。根据本实用新型的一个方案，监测口通过适配器与各种不同的真空系统进行密封连接。这使得该多动能监测仪对各种不同功用的真空系统进行通用化的监测成为可能。根据本实用新型的一个方案，该多功能监测仪包含可移动支架。特别地，该可移动支架包括用于支持和保护多功能监测仪的框架，能够帮助固定框架的结构的固定板，能够放置物体的平台板和工具盒，以及设于框架底侧并能够使框架移动的滚轮。可移动支架的设置，大大方便了该多功能监测仪的实际应用，便于对摆放在不同位置的真空系统或者对真空系统的不同位置进行监测。根据本实用新型的一个方案，框架由铝型材构成，支撑板、固定板、平台板和工具盒均由铝制成。这有利于减轻仪器的重量，更加便于移动。根据本实用新型的一个方案，滚轮包含具有刹车装置的万向轮。这既能够方便该多功能监测仪进行各种方向的移动，又能通过刹车装置使该监测仪在工作中保持稳定。总之，通过采用以上方案，根据本实用新型的用于真空系统的多功能监测仪能够实现残余气体分析、检漏、逸气检测、样品处理情况监测和样品储存等多种功能，并且结构简单，体积较�。芄灰贫褂梅奖悖鞑考寐矢�。
以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施例，同样的标记表示相同或类似的构件，其中图I是根据本实用新型一实施例的整体结构立体图。图2是根据本实用新型一实施例的部分结构侧视图，该部分结构包括真空腔与部分抽真空装置。图3是根据本实用新型一实施例的部分结构立体图，该部分结构包括真空腔、监测口、残余气体分析装置和部分抽真空装置。图4是根据本实用新型一实施例的储藏室的立体图。图5是根据本实用新型一实施例的可移动支架的立体图。
具体实施方式
本实用新型总体上提供一种用于真空系统的多功能监测仪，包括真空腔I和抽真空装置2。真空腔I适于维持其内部的真空。抽真空装置2与真空腔I密封连接，并且能够对真空腔I的内部抽真空。其中，该多功能监测仪还包括适于连接真空系统的监测口 6，该监测口 6通过真空阀门28密封连接真空腔I ;残余气体分析装置4，该残余气体分析装置4包含四级质谱仪，该四极质谱仪密封连接真空腔I并且能够监测三种以上的气体；储藏室5，该储藏室5通过真空阀门20密封连接真空腔I并且能够储存样品。图I示出了根据本实用新型一实施例的用于真空系统的多功能监测仪的立体图， 其中该监测仪安装在可移动支架上。如图所示，在本实施例中，真空腔I由六根真空管路焊接而成，材料例如为不锈钢，这些管路的外侧端部都设有能够与其它部件进行真空密封连接的真空法兰，例如CF法兰或其他真空刀口法兰，从而使腔体的极限真空可以达到超高真空要求。可以理解的是，其它形式的真空腔I或密封连接方式也是可以想到的，例如通过四个KF法兰或其他真空快卸法兰连接或者通过直接焊接连接其它部件的长方形盒体形式的真空腔I。根据图I中所示的位置，可以将构成该真空腔I的六个法兰命名为上法兰3a、下法兰3b、左法兰3c、右法兰3d、前法兰3e和后法兰3f，这些法兰例如是CF法兰或其他真空刀口法兰。在本实施例中，上法兰3a与残余气体分析装置4密封连接，下法兰3b、右法兰3d和后法兰3f与抽真空装置2密封连接，左法兰3c与监测口 6密封连接，前法兰3e与储藏室5密封连接。当然，真空腔I与设置的其它部件的其它相对位置关系也是可能的，例如左法兰3c连接残余气体分析装置4，后法兰3f连接外接口 6，上法兰3a连接储藏室5，其余法兰与抽真空装置连接2。虽然在本实施例中，由于特别的抽真空装置2的设置，使得该抽真空装置2占用了真空腔I的三个法兰3b、3d、3f，但是占用少于三个法兰或多于三个法兰的进行连接的抽真空装置也是可能的。另外，在本实施例中，虽然外接口 6、残余气体分析装置
4、抽真空装置2、储藏室5这四个部件分别至少占用了一个法兰与真空腔I并列地进行连接，但是也有可能这四个部件中的其中两个或三个先各自相互密封连接成一个子系统或�？樵偻ü桓稣婵辗ɡ剂诱婵涨籌，例如外接口 6与储藏室5以串接形式连接在真空腔I的一个法兰上。这些都使得该真空腔I与其它部件之间可以具有多种连接形式。图2示出了根据本实用新型一实施例的用于真空系统的多功能监测仪的部分结构侧视图，该部分结构包括真空腔I和抽真空装置2的一部分。抽真空装置2的另一部分，即高真空计15和真空阀门17在图3中示出。结合图2和图3可以看出，本实施例的抽真空装置2由真空泵组8、12，真空计9、15，真空阀门11、13、14、17和将这些构件相互密封连接的真空管路10构成，并且与真空腔I通过CF法兰密封连接。在本实施例中，真空泵组8、12包含前级低真空泵8和高真空泵12，这种抽真空能力不同的两个真空泵相互配合的抽气方式在本领域中是周知的。可以理解的是，本实用新型可以包含任意适合形式的能够将真空腔I内部抽至期望的真空度的真空泵或真空泵组。该前级低真空泵8例如为机械变容泵或者其它适于作为前级泵使用的泵构成，该高真空泵12例如为涡轮分子泵或其它适于作为与前级泵配合使用的高真空泵构成。如图2所示，前级低真空泵8与高真空泵12通过真空管路10以串接方式连接真空腔1，并且它们之间设有用于保护高真空泵12的真空阀门14。高真空泵12在另一端通过例如为闸板阀的真空阀门13与真空腔I的下法兰3b连接，而前级低真空泵8在与高真空泵12串接的一端还通过真空管路10并列连接有真空阀门11和真空计9，其中该真空阀门11在另一侧连接真空腔I的右法兰3d。真空计15通过真空阀门17与真空腔I的后法兰3f密封连接。在本实施例中，真空管路10可以由不锈钢制成，真空阀门13和真空阀门11在两侧的密封连接例如可以通过CF法兰或其他真空刀口法兰(图中较大的法兰)来实现，真空阀门14的两侧、前级低真空泵8与管路10之间、低真空计9与管路10之间的密封连接例如可以通过KF法兰或其他真空快卸法兰(图中较小的法兰)来实现。在本实施例中，真空计9、15用于测量根据本实用新型的多功能监测仪内部的真空度，特别是用于测量在真空泵工作时的真空度。其中低真空计9例如为电阻真空计，主要 用于测量前级低真空泵8工作时的真空度，其能够测量的真空度较低；高真空计15例如为冷阴极真空计，主要用于测量高真空泵12工作时的真空度，其能够测量的真空度较高。本实施例的抽真空装置2有两种工作模式，即抽低真空模式和抽高真空模式,该抽真空装置2在这两种工作模式下的操作和运行方式不同。运行抽低真空模式的操作步骤例如为关闭真空阀门13、14、17，打开真空阀门11 ;开启前级低真空泵8，对真空腔I进行抽真空，直到低真空计显示真空腔I进入低真空。运行抽高真空模式的操作步骤例如为关闭真空阀门13、14、17，打开真空阀门11 ;开启前级低真空泵8，对真空腔I进行抽真空；待低真空计9显示真空度好于一定值例如IOPa时，先后打开真空阀门14、真空阀门13和真空阀门17，然后关闭真空阀门11 ;开启高真空泵12，并保持前级低真空泵8继续运行，直到高真空计15显示真空腔I进入高真空。可以理解，如果在特殊的应用情形下需要对以上步骤的顺序和方式进行一些更改，更改后的步骤也包含在本实用新型内。可以理解的是，本实用新型的抽真空装置2可以是任意适于对真空腔I进行抽真空的装置，该装置可以与该真空腔I以任意合适的方式连接并设置在相对于该真空腔I的任意合适的位置处，并且该装置可以以任意合适的方式运行。图3示出了根据本实用新型一实施例的部分结构立体图，该部分结构包括真空腔I、残余气体分析装置4、监测口 6和部分抽真空装置(即高真空计15和真空阀门17)。在本实施例中，残余气体分析装置4通过真空腔I的上法兰3a与真空腔I密封连接，该残余气体分析装置4可以是四极质谱仪，该四极质谱仪可以监测三种以上的气体，因而能够完成多种任务，包括基于对特定示漏气体进行监测的检漏，和对分子蒸发源蒸发出的多种气体进行监测和分析的残余气体分析等。除四极质谱仪外，其它能够监测到三种以上气体的残余气体分析装置4也是可能的。在本实施例中，监测口 6通过真空阀门28连接到真空腔I的左法兰3c，连接方式例如是CF法兰连接。监测口 6上例如设有CF法兰，其可以以CF法兰的密封连接方式直接与其它真空系统上型号对应的CF法兰密封连接，从而对该真空系统进行监测；也可以通过适配器与其它真空系统上型号不对应的CF法兰或KF法兰密封连接，从而对各种不同的真空系统进行各种目的的监测，以实现功能的多样性。[0034]在本实施例中，高真空计15通过真空阀门17连接到真空腔I的后法兰3f，连接方式例如是CF法兰连接。虽然在本实施例中，真空腔I直接连接了高真空计15，但是高真空计15及其连接的真空阀门17也可以设置在其它任意适合的位置上以监测高真空泵的运行情况，例如设置在高真空计15与真空腔I之间的管路上。图4示出了根据本实用新型的一实施例的储藏室5的立体图。如图所示，储藏室5包括大致呈圆柱形的小腔体18，该小腔体18通过真空阀门20与真空腔I的前法兰3e密封连接。在本实施例中，小腔体18侧壁上还设置有充气阀19和若干接口 16。充气阀19可用于给抽真空后的小腔体18内部充入保护气体，例如氮气或惰性气体，从而保护储存在其内的样品不受污染。接口 16可以用于连接真空机械装置，例如真空机械手等，用以操纵样品，或者也可以连接其它结构，例如连接密封的观察窗以观察储存的样品。该接口的连接方式例如为CF法兰连接方式。图5示出了根据本实用新型一实施例的可移动支架7的立体图。如图所示，可移动支架7包括框架21，固定板22、23、24，平台板25，工具盒26和滚轮27。框架21为该可移动支架的主体部分，主要用于支撑和保护该多功能监测仪本体。在本实施例中,框架21可以由15根铝型材连接成一个大致的长方体，其中12根铝型材基本构成该长方体的12条棱，另外3根铝型材构成连接在该框架21本体上并支撑该平台板25的支架，连接方式可以是任意合适的连接方式，例如螺钉连接、铆接、焊接等。其中固定板22、23固定在该框架21的左侧竖直梁上，固定板24固定在该框架21的下侧梁上，固定方式可以是螺钉连接、铆钉连接、焊接等。固定板22、23主要用于帮助固定该框架21的结构，并且可选地还能够止挡该监测仪本体防止其滑移，或者用于保护监测仪本体不受使用场所例如实验室内硬物的撞击，或者还可以用于附着标牌、表格等以记录和标示有关信息和数据；固定板24还可以用于支撑抽真空装置2的前级低真空泵8。工具盒26设置在框架21的下侧梁上，并且与该固定板24并列设置，可以用来放置工具。平台板25固定在自框架21右侧的两根竖直梁延伸出的横梁上，可以用来放置工具或其它物体，或者还可以用来作为桌板便于实验人员进行书写。在本实施例中，固定板22、23、24，平台板25，工具盒26可以由铝制成，或者也可以由其它任意合适的材料制成。如图所示，框架21的四根竖直梁底部附近分别设有一个滚轮27，该滚轮的设置实现了框架的可移动，进而实现了该多功能监测仪的移动。由于使用时，该多功能监测仪可能需要在同一使用场所内先后对多个仪器进行监测，因此滚轮的设置大大方便了监测仪的安装，提高了工作效率。在本实施例中，滚轮27可以是具有刹车的万向轮，从而既方便了进行任意方向上的滚动，又有利于在使用中保持系统位置的稳定。以下对根据本实用新型实施例的用于真空系统的多功能监测仪的使用方式进行示例性的描述I.残余气体分析以分子蒸发源真空系统为例，为了对该真空系统进行残余气体分析，在准备阶段，通过监测口 6以例如CF法兰方式密封连接分子蒸发源系统，使该蒸发源能够处于高真空的状态中。进行残余气体分析时，首先打开真空阀门28、11 ;再按照抽高真空模式运行抽真空装置2，直到高真空计15显示真空腔I已进入高真空；然后打开残余气体分析装置4，对真空气体成份进行分析并存储数据；进一步地，给蒸发源灯丝加电流以达到加热的目的并逐步加大电流，在加电流过程中实时观测和存储质谱仪数据，对蒸发源灯丝及其他部件在加热下放气情况进行分析；进一步地，当灯丝加热到一定温度以后，蒸发源中的分子和杂质会蒸发出来，残余气体分析装置可以确定蒸发出杂质和分子的温度。通过使用本实用新型的多功能监测仪可以对蒸发源受热过程中的放气情况进行分析，并确定蒸发出杂质和分子的条件。2.检漏假设需要对另一台相同的根据本实用新型实施例的多功能监测仪(该监测仪也属于真空系统)的高真空泵12的后端进行检漏。在准备阶段，首先使监测口 6通过适配器与另一台监测仪的高真空泵12的后端以例如KF法兰方式连接。可以理解的是，对于其它类型的真空系统进行检漏时，可以根据其连接法兰的不同选择不同的适配器。使该多功能监 测仪运行至抽高真空模式后，残余气体分析装置4既可以工作在质谱模式分析其他真空系统的后端气体成分，又可以工作在检漏模式用固定气体如氦气或氢气等对其他真空系统进行检漏。进一步地，整个多功能监测仪移动方便且体积小巧，便于在空间狭小的区域进行操作。3.逸气检测根据本实用新型实施例的多功能监测仪对其它真空系统进行逸气检测的使用方法与检漏基本相同，区别在于不需要施加示漏气体，只需直接连接到其它真空系统，通过监测其内部的气体成份就能对逸气的情况做出判断。4.样品储存根据本实用新型一实施例的多功能监测仪能够独立进行样品储存，因此需要关闭真空阀门28。当然，可以想到的是，在通过监测口连接到其它已抽至符合要求的真空的真空系统时，真空阀门28也可以是保持打开的。进行储存时，首先打开真空阀门20 ;再按照抽闻真空|旲式运行抽真空装置2,直到闻真空计15显不真空腔I已进入闻真空；将样品送入储藏室5的小腔体18内，该小腔体18内部可以设有适于放置样品的样品架，则可将样品送至该样品架上；关闭真空阀门20。其实，在进行样品储存时，如果真空系统内一直保持运行在抽高真空模式下，可以不用关闭真空阀门20，此时小腔体18同样达到高真空的真空度。而在整体系统不工作时或真空腔I的真空度较低时，可以将真空阀门20关闭，让小腔体18独立保持一个较好的真空度，在小腔体18中储藏真空样品可以保持样品不受大气氛围污染。另外，如果样品只是不能在具有大气中存在的氧化或还原性气氛中存放，还可以通过充气阀19向小腔体18充入保护气体如高纯氮气或高纯氩气，同样可以达到储藏、保护样品的作用。进一步地，在冲入保护气体的过程中，可以将充入气体用真空泵抽走再继续充气，反复此过程可以提高保护气体在小腔体18中的纯度，达到更理想的保护作用。5.样品处理情况监测将根据本实用新型一实施例的多功能监测仪通过监测口 6密封连接一个样品处理真空系统，使真空腔I与被处理的样品气体连通；将该多功能监测仪运行在抽高真空模式；在该样品处理真空系统对该样品进行处理(例如提纯处理)时，利用残余气体分析装置4监测样品的处理过程并判断处理是否达到要求。除此之外，该样品还可以就在该多功能监测仪的小腔体18内进行处理，例如通过小腔体18上的接口 16连接其它样品处理装置，用该样品处理装置来对储存在其内的样品进行处理，同时通过残余气体分析装置4监测样品处理情况。虽然以上对本实用新型的实施例的结构、特征和使用方法进行了详细的描述，但是这些描述并不意图限制本实用新型。任何本领域普通技术人员经过阅读这些描述在本实 用新型的精神下对本实用新型进行显而易见的改进和变更都是可能的，并且这些改进和变更都落入本实用新型的保护范围内。本实用新型的保护范围仅由所附权利要求书确定。
权利要求1.一种用于真空系统的多功能监测仪，包括真空腔(I)和抽真空装置(2)，该真空腔(I)适于维持内部的真空，该抽真空装置(2)与该真空腔(I)密封连接并且能够对该真空腔(I)内部进行抽真空，其特征是，该多功能监测仪还包括适于连接该真空系统的监测口(6)，该监测口(6)通过真空阀门(28)密封连接该真空腔(I);残余气体分析装置(4)，该残余气体分析装置(4)包含四级质谱仪，该四极质谱仪密封连接该真空腔(I)并且能够监测三种以上的气体；储藏室(5)，该储藏室通过真空阀门(20)密封连接该真空腔(I)并且能够储存样品。
2.根据权利要求I所述的多功能监测仪，其特征是，该储藏室(5)包含腔体(18)，与该腔体(18)密封连接并且能够让保护气体充入该腔体(18)内的充气阀(19)，以及设于该腔体(18)侧壁上并适于密封连接其它装置的接口(16)。
3.根据权利要求2所述的多功能监测仪，其特征是，该接口(16)能够密封连接观察窗或真空机械装置。
4.根据权利要求I所述的多功能监测仪，其特征是，该监测口(6)通过适配器与各种不同的该真空系统进行密封连接。
5.根据权利要求I所述的多功能监测仪，其特征是，该多功能监测仪包含可移动支架⑵。
6.根据权利要求5所述的多功能监测仪，其特征是，该可移动支架包括用于支持和保护该多功能监测仪的框架(21)，能够帮助固定该框架(21)的结构的固定板(22、23、24)，能够放置物体的平台板(25)和工具盒(26)，以及设于该框架(21)底侧并能够使该框架(21)移动的滚轮(27)。
7.根据权利要求6所述的多功能监测仪，其特征是，该框架(21)由铝型材构成，该支撑板(24)、固定板(22、23)、平台板(25)和工具盒(26)均由铝制成。
8.根据权利要求6所述的多功能监测仪，其特征是，该滚轮(27)包含具有刹车装置的万向轮。
专利摘要本实用新型提供一种用于真空系统的多功能监测仪，包括真空腔(1)和抽真空装置(2)。真空腔(1)适于维持内部的真空，抽真空装置(2)与真空腔(1)密封连接并且能够对真空腔(1)内部进行抽真空。其中，该多功能监测仪还包括适于连接真空系统的监测口(6)，该监测口(6)通过真空阀门(28)密封连接真空腔(1)；残余气体分析装置(4)，该残余气体分析装置(4)包含四级质谱仪，该四极质谱仪密封连接真空腔(1)并且能够监测三种以上的气体；储藏室(5)，该储藏室通过真空阀门(20)密封连接真空腔(1)并且能够储存样品。本实用新型具有功能多样，结构简单，体积较小，能够移动，各部件利用率高的特点。
文档编号G01N33/00GK202693563SQ20122032748
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者闫凌昊, 郇庆, 武荣庭, 高鸿钧 申请人:中国科学院物理研究所
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