專利名稱：快速節(jié)能的腔抽氣的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能夠在腔(enclosure)中建立并保持合適真空的真空抽氣 裝置。
背景技術：
在腔中建立真空是在工業(yè)方法例如半導體制造、必須在真空中執(zhí)行的 特定制造步驟中的標準作法。在上述方法中，半導體襯底放置在與真空抽氣裝置相連的裝載室(裝 載鎖)中，該真空抽氣裝置使裝載室內(nèi)的壓力減小至這樣的值，該值適于 接下來將半導體襯底傳送到其中已經(jīng)建立合適的制造真空的工藝室中。很明顯，每次裝載或卸載襯底時，必須以交替方式降低然后升高裝栽 室中的氣壓，這意味著真空抽氣裝置的頻繁介入。同樣明顯地，在裝載室中建立真空不是瞬時的，這就構成對制造工藝 的整體速度的限制。該限制的嚴重性與襯底的尺寸成正比例，特別是在平面電視或顯示屏 的制造中，裝載室必須具有適于容納一個或多個平面屏幕的容積。例如，目前用于制造平面屏幕的裝載室具有約500到1000升的大容積， 因此必須盡可能快地被抽氣。目前用于快速抽吸這些大裝載室的解決方法是使用配備有大電動機的 大泵。結果，泵和發(fā)動機很大、成本高且具有高功耗。實際上，現(xiàn)有:R術的抽氣裝置通常包括至少一個在真空管的排氣端的 主泵和至少一個在真空管的吸氣端即在要被抽氣的腔的出口處的次泵。主 泵和次泵在蜂皮抽吸氣體的流動路徑中串聯(lián)連接，并由兩個電動機驅動，這
兩個電動機被供電，從而以額定速度旋轉。由例如文獻US 4，699，570，還已知包括串聯(lián)連接的且由兩個通過電子 控制工具控制的電動機驅動的至少一個主泵和一個次泵的真空抽氣裝置。 主泵以恒速#1驅動，其電源可以在抽氣結束時^皮切斷。隨著腔中壓力的降 低，次泵以有規(guī)律地增加的速度被驅動，以降低泵的功耗。發(fā)明內(nèi)容然而，通過上面種類的裝置獲得的對功耗的改進是不夠的，特別是對 大腔的頻繁抽氣的情況，因此為了使裝置可用于大的腔室的抽氣，本發(fā)明 旨在提出一種進一步降低功耗的方法。為此，本發(fā)明提出一種用于降低腔中壓力的真空抽氣裝置，包括至少 一個在出口側的主泵和一個在入口側的次泵，所述主泵和次泵在抽吸氣體 的流動路徑中串聯(lián)連接并分別由第一電動機和第二電動機驅動，所述第一 電動機和第二電動機由電子控制模塊控制以修改所述兩個電動機的速度， 其特征在于所述電子控制模塊包括速度控制工具，所述速度控制工具在降 低所述腔中的壓力的工序期間，根據(jù)所述次泵的速度變化規(guī)律逐漸地增加 所述次泵的速度，并且根據(jù)所述主泵的速度變化規(guī)律逐漸地降低所迷主泵 的速度。利用這種i殳置，當腔處于大氣壓力時，在抽氣開始時，泵必須實現(xiàn)的 壓縮很低，且抽氣速度可以通過以高速驅動主泵而按優(yōu)先序排列 (prioritize)，這樣功耗低，并且可以通過使次泵低速運轉而進一步降低 功耗。隨著壓力的降低，次泵可以在其中壓縮不消耗功率的壓力范圍內(nèi)逐漸 壓縮氣體，然后次泵可以產(chǎn)生高抽氣量(throughput)而不過量消耗功率。 通過逐漸增加次泵的速度而利用該可能性。同時，由于必須產(chǎn)生的壓縮很高，主泵開始消耗大量的功率，那么降 低其速度以減少其功耗是有利的，由增加的次泵的參與來保持系統(tǒng)的抽氣 量。
對于每個泵可以找到一個最優(yōu)速度規(guī)律，其降低對于每容積、每個泵 抽氣量和每個抽氣周期的功耗。例如-次泵的速度變化規(guī)律包拾隻增第一階段、在慢增第一階段后的快增 第二階段以及在快增第二階段后的中等增第三階段。一主泵的速度變化規(guī)律包括高速第一階段、在高速第一階段后的快降 第二階段以及在快降第二階段后的慢降第三階段。這種設置可以進一步節(jié)能。在一個優(yōu)選實施例中，次泵的快增速第二階段與主泵的快降速第二階 段同時發(fā)生。為了同時優(yōu)化抽氣速度，優(yōu)選次泵的速度從最低速度增加到其額定速 度，主泵的速JL^初為其額定速度且在壓力降低工序的最后達到降低的速 度。通過選擇其額定抽氣量高于主泵的額定抽氣量的次泵并且將它們的起 始速度的比率選擇為接近于次泵和主泵各自的額定抽氣量的比率，來優(yōu)化 抽氣速度。該比率優(yōu)選從約10到約15。為了在不增加泵的額定抽氣量、其尺寸和其體積的前提下增加抽氣速 度，優(yōu)選主泵的速度變化規(guī)律包括高速第一階段，在所述高速第一階段期 間主泵的速度暫時增至高于其額定速度。例如，所述主泵的高速第一階段包括速度接近于額定速度的起始期， 隨后是速度高于額定速度的超速期。通常來說，將主泵和次泵的速度變化規(guī)律選擇為減小總功耗。在用于降低腔中的壓力的工序的最后，通過提供速度控制工具以使次 泵的速度從其額定速度或更高的速度降低到其最低速度，并提供二級電動 機以以電能的形式恢復次泵的動能，該電能通過電子控制模塊被再注入到 第一電動機以驅動主泵，從而根據(jù)本發(fā)明獲得進一步的節(jié)能。


本發(fā)明其它的目標、特征和優(yōu)點將通過參考附圖給出的對具體實施例的以下描述而顯現(xiàn)，在附圖中-圖1示出本發(fā)明的真空抽氣裝置的一個實施例的一般結構；-圖2是示出在本發(fā)明的一個實施例中主泵和次泵速度變化的時序圖；以及-圖3是示出在本發(fā)明的第二實施例中主泵和次泵速度變化的圖。
具體實施方式
首先考慮圖1所示的裝置。需要盡快降低腔100內(nèi)的氣體壓力，并且消耗盡可能少的功率。 本發(fā)明的包括主泵1和次泵2的真空抽氣裝置用于該目的。次泵2使 其入口 2a與將要被抽氣的腔100連接，并排放到主泵1的入口 la中，其 中主泵1排》文在大氣壓力下。由此，泵1和2在抽吸氣體的流動路徑中串 聯(lián)連接。由第一電動機lb驅動主泵l，由第二電動機2b驅動次泵2。 由電子控制模塊3控制電動機lb和2b，控制其各自的速度。 電子控制模塊3包括速度控制工具，該工具包括適于向第一電動機lb 提供電力的第一控制電源單元lc、適于向第二電動機2b提供電力的第二 控制電源單元2c以及處理器3a，相關聯(lián)的存儲器3b含有用于控制第一和 第二電源單元lc和2c的程序，以修改電動機lb和2b的速度。在存儲器3b中存儲的程序包含泵速度變化規(guī)律，例如如圖表3c中曲 線A和B所示的作為壓力的函數(shù)的速度變化的規(guī)律V / P,或者如圖表3d 中曲線A和B所示的作為時間的函數(shù)的速度變化的規(guī)律V /1。在具有變化規(guī)律V /1的裝置中，為再現(xiàn)如圖表3d中曲線A和B所示 的速度變化規(guī)律，使用處理器3a的內(nèi)部時鐘作為時間的函數(shù)，以及作為程 序中數(shù)據(jù)的函數(shù)，執(zhí)行該程序。在使用如圖表3c所示的作為壓力的函數(shù)的速度變化規(guī)律V/ P的實施 例中，裝置還包括至少一個壓力傳感器100a,該壓力傳感器100a適于感
應腔IOO中的壓力并產(chǎn)生向處理器3a傳送的壓力信號。然后，該程序可產(chǎn) 生用于泵1和2的作為壓力信號的函數(shù)的速度變化規(guī)律，如圖表3c中曲線 A和B所示。使用者事先選擇由存儲在存儲器3b中的程序再現(xiàn)的泵1和2的速度變 化規(guī)律A和B，以降低裝置消耗的用于驅動泵1和2的總功率，由此在腔 100中建立真空。通過圖2和3中的實例，示出了獲得這種能量節(jié)約的速度變化規(guī)律A 和B。在第一實施例中，如圖2所示，曲線A和B分別是在腔100處于大氣 壓力下的起始時間t0和在腔100中已經(jīng)建立所需真空的最終時間tf之間的 主泵和次泵的速度變化規(guī)律。起初，在時間t0,主泵l的速度是其額定速度Vln，且次泵2的速度 是其最小速度V2min。次泵2的速度變化規(guī)律B包括慢增第一階段Bl、在慢增第一階段Bl 后的快增第二階段B2以及在快增第二階段B2后的中等增第三階段B3。主泵1的速度變化規(guī)律包括高速第一階段A1、在高速第一階段A1后 的快降第二階段A2以及在快降第二階段A2后的慢降第三階段A3。在最后的時間tf，次泵2的速度等于其額定速度V2n，而主泵1的速 度具有減小的值Vlmin。可以以適當方式有利地選擇主泵1和次泵2的結構以及它們的初始速 度Vln和V2min,以最優(yōu)化抽氣量和功率消耗。為此，次泵2可具有比主 泵1的額定抽氣量Ql更高的額定抽氣量Q2。同時，將初始速度的比率 Vln/V2min選擇為接近于次泵2和主泵1各自的額定抽氣量的比率 K=Q2/Q1。在比率K在約10至約15之間的情況下，將會獲得有效的能量節(jié)約。 在圖2示出的實施例中，主泵1的速度變化規(guī)律A的高速第一階段 Al是相對恒定速度的階段，該恒定速度上基本等于主泵1的額定速度Vln。 在圖3示出的實施例中，主泵l的速度變化規(guī)律A和次泵2的速度變
化規(guī)律B從起始時間t0到最終時間tf具有基本上相同的整體形狀。區(qū)別在于，在該圖3的實施例中，主泵1的速度變化規(guī)律A包括高速 第一階段Al，在該階段期間主泵1的速度暫時增加到其額定速度Vln之 上。例如，如圖3圖表中所示，主泵1的高速第一階段Al包括速度接近 于額定速度Vln的起始期All, f^是速度高于額定速度Vln的速度的超 速期A12，在起始期All和超速期A12之間的轉換在具有相對短的持續(xù)時 間的過渡期A13內(nèi)發(fā)生。在超速期A12期間，主泵1的速度可以增加到例如額定速度的l.S倍 或兩倍。在抽氣速度方面得到的改善是顯著的，這使主泵的速度隨后在A3 階段期間能夠迅速降低，這進一步降低了功率消耗。圖2和3示例了這樣的實施例，其中泵速度變化規(guī)律是暫時規(guī)律，即 其給出作為時間的函數(shù)的速度。如果預先知道被抽氣的腔100的容積，這 種速度變化規(guī)律是合適的。在這種情況下，程序產(chǎn)生作為經(jīng)過時間的函數(shù) 的泵1和2的速度變化規(guī)律A和B。在速度變化規(guī)律是壓力函數(shù)的情況下，如圖1中的圖表3c所示，泵可 通過具有與圖2或圖3的規(guī)律A和B相同形狀的速度變化規(guī)律驅動，其中 水平時間軸^皮水平壓力軸代替。如果必須通過同 一抽氣裝置抽吸具有不同 容積的連續(xù)腔100，則該實施例是優(yōu)選的。一旦在腔100中建立了真空，為了開始隨后的抽氣周期，首先必須將 次泵2減慢到最小速度V2min，雖然其是在大于或等于其額定速度V2n的 其最大速度下被驅動。在這個階段期間，次泵2是處于真空下，因此不會 被抽吸氣體顯著減速。次泵2以高速旋轉并具有很高的動能，需要花很長 的時間自然變慢。根據(jù)本發(fā)明，通過以適當方式控制第二電動機2b以使次 泵2減速，并且通過將該電能經(jīng)由電子控制模塊3再次注入笫一電動機lb 中以驅動主泵l，該動能可被恢復成電能形式，并且縮短了減速周期。本發(fā)明應用于具有兩個泵的抽氣裝置，例如干式主泵1和羅茨(Roots ) 型次泵2。
電動機lb和2b可以是例如DC或AC電動機。本發(fā)明可以用于抽氣裝置，其中抽氣管包括與主泵1和次泵2串聯(lián)和 /或并聯(lián)的輔助泵。本發(fā)明并不局限于具體描述的實施例，并且包括對于本領域技術人員 顯而易見的這些實施例的變體和歸納。
權利要求
1.一種用于降低腔(100)中壓力的真空抽氣方法，至少一個在出口側的主泵(1)和一個在入口側的次泵(2)在抽吸氣體的流動路徑中串聯(lián)連接，并分別由第一電動機和第二電動機以相同旋轉方向驅動，所述第一電動機和第二電動機由電子控制模塊控制，以獨立修改所述兩個電動機的速度，其特征在于，在降低所述腔(100)中的壓力期間，包括至少一個步驟，即根據(jù)所述次泵(2)的旋轉速度變化規(guī)律(B)逐漸增加所述次泵(2)的旋轉速度(V2)，同時根據(jù)所述主泵(1)的旋轉速度變化規(guī)律(A)逐漸降低所述主泵(1)的旋轉速度(V1)。
2. 根據(jù)權利要求l的真空抽氣裝置，其特征在于所述次泵(2 )的所述旋轉速度變化規(guī)律(B )包括慢增第一階段(Bl)、 在所述的慢增笫一階段(Bl)后的快增第二階段(B2)以及在所述快增第 二階段(B2)后的中等增第三階段(B3);以及所述主泵(1)的所述旋轉速度變化規(guī)律(A)包括高速第一階段(Al)、 在所述高速第一階段(Al)后的快降第二階段(A2 )以及在所述快降第二 階段(A2)后的慢降第三階段(A3)。
3. 根據(jù)權利要求2的真空抽氣裝置，其特征在于，所述次泵(2)的 快增旋轉速度的所述第二階段(B2)與所迷主泵(1)的快降旋轉速度的 所述第二階段(A2)同時發(fā)生。
4. 根據(jù)權利要求2或3的真空抽氣裝置，其特征在于，所述次泵(2) 的旋轉速度從最小旋轉速度(V2min)增加至其額定旋轉速度(V2n)， 以及所述主泵(1)的旋轉速^始為其額定旋轉速度(Vln)，且在壓力 降低工序的最后達到降低的旋轉速度(Vlmin)。
5. 根據(jù)權利要求4的真空抽氣裝置，其特征在于，所述次泵(2)被 選擇為具有高于所述主泵(1)的額定抽氣量(Ql)的額定抽氣量(Q2 ),并且它們的起始旋轉速度的比率(Vln/V2min)被選擇為接近于所述次泵 (2)和所述主泵(1)的各自的額定抽氣量的比率(K=Q2/Q1)。
6. 根據(jù)權利要求5的真空抽氣裝置，其特征在于，所述主泵和次泵 (1， 2)的各自抽氣量的比率(K)為約10至約15。
7. 根據(jù)權利要求2至6中任何一項的真空抽氣裝置，其特征在于， 所述主泵(1)的旋轉速度變化規(guī)律(A )包括高旋轉速度第一階段(Al)， 在所述高旋轉速度第一階段(Al)期間所述主泵(1)的旋轉速度暫時增 加到高于其額定旋轉速度(Vln)。
8. 根據(jù)權利要求7的真空抽氣裝置，其特征在于，所述主泵(l)的 所述高旋轉速度第一階段(Al)包括旋轉速度接近于所述額定旋轉速度(Vln)的起始期(All)以及其后的旋轉速度高于所述額定速度(Vln) 的超速期(A12 )。
9. 根據(jù)權利要求2至8中任何一項的真空抽氣裝置，其特征在于， 選擇所述主泵(1)和所述次泵(2)的所述旋轉速度變化規(guī)律(A， B)以 降寸氐總功耗。
10. 根據(jù)權利要求1至9中任何一項的真空抽氣裝置，其特征在于， 所述電子控制模塊包括適于向所述第一電動機(lb)供應電力的第一控制電源單元(lc)， 適于向所述第二電動機(2b)供應電力的第二控制電源單元(2c)， 具有相關聯(lián)的存儲器(3b)的處理器(3a)，所述存儲器(3b)包含用于控制所述第一電源單元(lc)和所述第二電源單元(2c)以修改所述電動機(lb， 2b)的速度的程序，所述程序包含所述泵(1， 2)的旋轉速度變化規(guī)律(A， B)。
11. 根據(jù)權利要求10的真空抽氣裝置，其特征在于 包括至少一個壓力傳感器(100a)，其用于感應所述腔(100)中的壓力并產(chǎn)生向所述處理器(3a)傳送的壓力信號，所述程序產(chǎn)生所述泵(1， 2)的作為所述壓力信號的函數(shù)的所述旋轉 速度變化規(guī)律(A， B)。
12，根據(jù)權利要求10的真空抽氣裝置，其特征在于，所述程序產(chǎn)生 所述泵(l， 2)的作為經(jīng)過時間的函數(shù)的所述旋轉速度變化規(guī)律(A， B)。 13.根據(jù)權利要求1至12中任何一項的真空抽氣裝置，其特征在于， 在降低所述腔中壓力的工序的最后，所^J4度控制工具將所述次泵(2)的 旋轉速度從其額定旋轉速度(V2n)或更高的速度降低至其最低旋轉速度 (V2min)，且所述第二電動機(2b)以電能的形式恢復所述次泵(2)的 動能，所述電能通過所述電子控制模塊(3 )重新注入到所述第一電動機(lb ) 中以驅動所述主泵(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種真空抽氣裝置，包括串聯(lián)連接的至少一個主泵(1)和一個輔泵(2)，所述主泵(1)和輔泵(2)分別由第一電動機(1b)和第二電動機(2b)驅動，所述第一電動機(1b)和第二電動機(2b)由各自的電源(1c，2c)供電，所述電源(1c，2c)由處理器和在存儲器(3b)中記錄的程序監(jiān)控。在所述存儲器(3b)中記錄的所述程序產(chǎn)生所述主泵(1)的有規(guī)律地降低的速度變化規(guī)律(A)以及所述輔泵(2)的有規(guī)律地增加的速度變化規(guī)律(B)，以在最大化抽氣速度的同時降低能量消耗。
文檔編號F04B37/14GK101213370SQ200680023407
公開日2008年7月2日 申請日期2006年7月19日 優(yōu)先權日2005年7月20日
發(fā)明者J-L·里瓦爾 申請人:阿爾卡特朗訊公司