快速节能的腔抽气的制作方法

专利名称：快速节能的腔抽气的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够在腔(enclosure)中建立并保持合适真空的真空抽气 装置。
背景技术：
在腔中建立真空是在工业方法例如半导体制造、必须在真空中执行的 特定制造步骤中的标准作法。在上述方法中，半导体衬底放置在与真空抽气装置相连的装载室(装 载锁)中，该真空抽气装置使装载室内的压力减小至这样的值，该值适于 接下来将半导体衬底传送到其中已经建立合适的制造真空的工艺室中。很明显，每次装载或卸载衬底时，必须以交替方式降低然后升高装栽 室中的气压，这意味着真空抽气装置的频繁介入。同样明显地，在装载室中建立真空不是瞬时的，这就构成对制造工艺 的整体速度的限制。该限制的严重性与衬底的尺寸成正比例，特别是在平面电视或显示屏 的制造中，装载室必须具有适于容纳一个或多个平面屏幕的容积。例如，目前用于制造平面屏幕的装载室具有约500到1000升的大容积， 因此必须尽可能快地被抽气。目前用于快速抽吸这些大装载室的解决方法是使用配备有大电动机的 大泵。结果，泵和发动机很大、成本高且具有高功耗。实际上，现有:R术的抽气装置通常包括至少一个在真空管的排气端的 主泵和至少一个在真空管的吸气端即在要被抽气的腔的出口处的次泵。主 泵和次泵在蜂皮抽吸气体的流动路径中串联连接，并由两个电动机驱动，这
两个电动机被供电，从而以额定速度旋转。由例如文献US 4，699，570，还已知包括串联连接的且由两个通过电子 控制工具控制的电动机驱动的至少一个主泵和一个次泵的真空抽气装置。 主泵以恒速#1驱动，其电源可以在抽气结束时^皮切断。随着腔中压力的降 低，次泵以有规律地增加的速度被驱动，以降低泵的功耗。发明内容然而，通过上面种类的装置获得的对功耗的改进是不够的，特别是对 大腔的频繁抽气的情况，因此为了使装置可用于大的腔室的抽气，本发明 旨在提出一种进一步降低功耗的方法。为此，本发明提出一种用于降低腔中压力的真空抽气装置，包括至少 一个在出口侧的主泵和一个在入口側的次泵，所述主泵和次泵在抽吸气体 的流动路径中串联连接并分别由第一电动机和第二电动机驱动，所述第一 电动机和第二电动机由电子控制模块控制以修改所述两个电动机的速度， 其特征在于所述电子控制模块包括速度控制工具，所述速度控制工具在降 低所述腔中的压力的工序期间，根据所述次泵的速度变化规律逐渐地增加 所述次泵的速度，并且根据所述主泵的速度变化规律逐渐地降低所迷主泵 的速度。利用这种i殳置，当腔处于大气压力时，在抽气开始时，泵必须实现的 压缩很低，且抽气速度可以通过以高速驱动主泵而按优先序排列 (prioritize)，这样功耗低，并且可以通过使次泵低速运转而进一步降低 功耗。随着压力的降低，次泵可以在其中压缩不消耗功率的压力范围内逐渐 压缩气体，然后次泵可以产生高抽气量(throughput)而不过量消耗功率。 通过逐渐增加次泵的速度而利用该可能性。同时，由于必须产生的压缩很高，主泵开始消耗大量的功率，那么降 低其速度以减少其功耗是有利的，由增加的次泵的参与来保持系统的抽气 量。
对于每个泵可以找到一个最优速度规律，其降低对于每容积、每个泵 抽气量和每个抽气周期的功耗。例如-次泵的速度变化规律包拾隻增第一阶段、在慢增第一阶段后的快增 第二阶段以及在快增第二阶段后的中等增第三阶段。一主泵的速度变化规律包括高速第一阶段、在高速第一阶段后的快降 第二阶段以及在快降第二阶段后的慢降第三阶段。这种设置可以进一步节能。在一个优选实施例中，次泵的快增速第二阶段与主泵的快降速第二阶 段同时发生。为了同时优化抽气速度，优选次泵的速度从最低速度增加到其额定速 度，主泵的速JL^初为其额定速度且在压力降低工序的最后达到降低的速 度。通过选择其额定抽气量高于主泵的额定抽气量的次泵并且将它们的起 始速度的比率选择为接近于次泵和主泵各自的额定抽气量的比率，来优化 抽气速度。该比率优选从约10到约15。为了在不增加泵的额定抽气量、其尺寸和其体积的前提下增加抽气速 度，优选主泵的速度变化规律包括高速第一阶段，在所述高速第一阶段期 间主泵的速度暂时增至高于其额定速度。例如，所述主泵的高速第一阶段包括速度接近于额定速度的起始期， 随后是速度高于额定速度的超速期。通常来说，将主泵和次泵的速度变化规律选择为减小总功耗。在用于降低腔中的压力的工序的最后，通过提供速度控制工具以使次 泵的速度从其额定速度或更高的速度降低到其最低速度，并提供二级电动 机以以电能的形式恢复次泵的动能，该电能通过电子控制模块被再注入到 第一电动机以驱动主泵，从而根据本发明获得进一步的节能。


本发明其它的目标、特征和优点将通过参考附图给出的对具体实施例的以下描述而显现，在附图中-图1示出本发明的真空抽气装置的一个实施例的一般结构；-图2是示出在本发明的一个实施例中主泵和次泵速度变化的时序图；以及-图3是示出在本发明的第二实施例中主泵和次泵速度变化的图。
具体实施方式
首先考虑图1所示的装置。需要尽快降低腔100内的气体压力，并且消耗尽可能少的功率。 本发明的包括主泵1和次泵2的真空抽气装置用于该目的。次泵2使 其入口 2a与将要被抽气的腔100连接，并排放到主泵1的入口 la中，其 中主泵1排》文在大气压力下。由此，泵1和2在抽吸气体的流动路径中串 联连接。由第一电动机lb驱动主泵l，由第二电动机2b驱动次泵2。 由电子控制模块3控制电动机lb和2b，控制其各自的速度。 电子控制模块3包括速度控制工具，该工具包括适于向第一电动机lb 提供电力的第一控制电源单元lc、适于向第二电动机2b提供电力的第二 控制电源单元2c以及处理器3a，相关联的存储器3b含有用于控制第一和 第二电源单元lc和2c的程序，以修改电动机lb和2b的速度。在存储器3b中存储的程序包含泵速度变化规律，例如如图表3c中曲 线A和B所示的作为压力的函数的速度变化的规律V / P,或者如图表3d 中曲线A和B所示的作为时间的函数的速度变化的规律V /1。在具有变化规律V /1的装置中，为再现如图表3d中曲线A和B所示 的速度变化规律，使用处理器3a的内部时钟作为时间的函数，以及作为程 序中数据的函数，执行该程序。在使用如图表3c所示的作为压力的函数的速度变化规律V/ P的实施 例中，装置还包括至少一个压力传感器100a,该压力传感器100a适于感
应腔IOO中的压力并产生向处理器3a传送的压力信号。然后，该程序可产 生用于泵1和2的作为压力信号的函数的速度变化规律，如图表3c中曲线 A和B所示。使用者事先选择由存储在存储器3b中的程序再现的泵1和2的速度变 化规律A和B，以降低装置消耗的用于驱动泵1和2的总功率，由此在腔 100中建立真空。通过图2和3中的实例，示出了获得这种能量节约的速度变化规律A 和B。在第一实施例中，如图2所示，曲线A和B分别是在腔100处于大气 压力下的起始时间t0和在腔100中已经建立所需真空的最终时间tf之间的 主泵和次泵的速度变化规律。起初，在时间t0,主泵l的速度是其额定速度Vln，且次泵2的速度 是其最小速度V2min。次泵2的速度变化规律B包括慢增第一阶段Bl、在慢增第一阶段Bl 后的快增第二阶段B2以及在快增第二阶段B2后的中等增第三阶段B3。主泵1的速度变化规律包括高速第一阶段A1、在高速第一阶段A1后 的快降第二阶段A2以及在快降第二阶段A2后的慢降第三阶段A3。在最后的时间tf，次泵2的速度等于其额定速度V2n，而主泵1的速 度具有减小的值Vlmin。可以以适当方式有利地选择主泵1和次泵2的结构以及它们的初始速 度Vln和V2min,以最优化抽气量和功率消耗。为此，次泵2可具有比主 泵1的额定抽气量Ql更高的额定抽气量Q2。同时，将初始速度的比率 Vln/V2min选择为接近于次泵2和主泵1各自的额定抽气量的比率 K=Q2/Q1。在比率K在约10至约15之间的情况下，将会获得有效的能量节约。 在图2示出的实施例中，主泵1的速度变化规律A的高速第一阶段 Al是相对恒定速度的阶段，该恒定速度上基本等于主泵1的额定速度Vln。 在图3示出的实施例中，主泵l的速度变化规律A和次泵2的速度变
化规律B从起始时间t0到最终时间tf具有基本上相同的整体形状。区别在于，在该图3的实施例中，主泵1的速度变化规律A包括高速 第一阶段Al，在该阶段期间主泵1的速度暂时增加到其额定速度Vln之 上。例如，如图3图表中所示，主泵1的高速第一阶段Al包括速度接近 于额定速度Vln的起始期All, f^是速度高于额定速度Vln的速度的超 速期A12，在起始期All和超速期A12之间的转换在具有相对短的持续时 间的过渡期A13内发生。在超速期A12期间，主泵1的速度可以增加到例如额定速度的l.S倍 或两倍。在抽气速度方面得到的改善是显著的，这使主泵的速度随后在A3 阶段期间能够迅速降低，这进一步降低了功率消耗。图2和3示例了这样的实施例，其中泵速度变化规律是暂时规律，即 其给出作为时间的函数的速度。如果预先知道被抽气的腔100的容积，这 种速度变化规律是合适的。在这种情况下，程序产生作为经过时间的函数 的泵1和2的速度变化规律A和B。在速度变化规律是压力函数的情况下，如图1中的图表3c所示，泵可 通过具有与图2或图3的规律A和B相同形状的速度变化规律驱动，其中 水平时间轴^皮水平压力轴代替。如果必须通过同 一抽气装置抽吸具有不同 容积的连续腔100，则该实施例是优选的。一旦在腔100中建立了真空，为了开始随后的抽气周期，首先必须将 次泵2减慢到最小速度V2min，虽然其是在大于或等于其额定速度V2n的 其最大速度下被驱动。在这个阶段期间，次泵2是处于真空下，因此不会 被抽吸气体显著减速。次泵2以高速旋转并具有很高的动能，需要花很长 的时间自然变慢。根据本发明，通过以适当方式控制第二电动机2b以使次 泵2减速，并且通过将该电能经由电子控制模块3再次注入笫一电动机lb 中以驱动主泵l，该动能可被恢复成电能形式，并且缩短了减速周期。本发明应用于具有两个泵的抽气装置，例如干式主泵1和罗茨(Roots ) 型次泵2。
电动机lb和2b可以是例如DC或AC电动机。本发明可以用于抽气装置，其中抽气管包括与主泵1和次泵2串联和 /或并联的辅助泵。本发明并不局限于具体描述的实施例，并且包括对于本领域技术人员 显而易见的这些实施例的变体和归纳。
权利要求
1.一种用于降低腔(100)中压力的真空抽气方法，至少一个在出口侧的主泵(1)和一个在入口侧的次泵(2)在抽吸气体的流动路径中串联连接，并分别由第一电动机和第二电动机以相同旋转方向驱动，所述第一电动机和第二电动机由电子控制模块控制，以独立修改所述两个电动机的速度，其特征在于，在降低所述腔(100)中的压力期间，包括至少一个步骤，即根据所述次泵(2)的旋转速度变化规律(B)逐渐增加所述次泵(2)的旋转速度(V2)，同时根据所述主泵(1)的旋转速度变化规律(A)逐渐降低所述主泵(1)的旋转速度(V1)。
2. 根据权利要求l的真空抽气装置，其特征在于所述次泵(2 )的所述旋转速度变化规律(B )包括慢增第一阶段(Bl)、 在所述的慢增笫一阶段(Bl)后的快增第二阶段(B2)以及在所述快增第 二阶段(B2)后的中等增第三阶段(B3);以及所述主泵(1)的所述旋转速度变化规律(A)包括高速第一阶段(Al)、 在所述高速第一阶段(Al)后的快降第二阶段(A2 )以及在所述快降第二 阶段(A2)后的慢降第三阶段(A3)。
3. 根据权利要求2的真空抽气装置，其特征在于，所述次泵(2)的 快增旋转速度的所述第二阶段(B2)与所迷主泵(1)的快降旋转速度的 所述第二阶段(A2)同时发生。
4. 根据权利要求2或3的真空抽气装置，其特征在于，所述次泵(2) 的旋转速度从最小旋转速度(V2min)增加至其额定旋转速度(V2n)， 以及所述主泵(1)的旋转速^始为其额定旋转速度(Vln)，且在压力 降低工序的最后达到降低的旋转速度(Vlmin)。
5. 根据权利要求4的真空抽气装置，其特征在于，所述次泵(2)被 选择为具有高于所述主泵(1)的额定抽气量(Ql)的额定抽气量(Q2 ),并且它们的起始旋转速度的比率(Vln/V2min)被选择为接近于所述次泵 (2)和所述主泵(1)的各自的额定抽气量的比率(K=Q2/Q1)。
6. 根据权利要求5的真空抽气装置，其特征在于，所述主泵和次泵 (1， 2)的各自抽气量的比率(K)为约10至约15。
7. 根据权利要求2至6中任何一项的真空抽气装置，其特征在于， 所述主泵(1)的旋转速度变化规律(A )包括高旋转速度第一阶段(Al)， 在所述高旋转速度第一阶段(Al)期间所述主泵(1)的旋转速度暂时增 加到高于其额定旋转速度(Vln)。
8. 根据权利要求7的真空抽气装置，其特征在于，所述主泵(l)的 所述高旋转速度第一阶段(Al)包括旋转速度接近于所述额定旋转速度(Vln)的起始期(All)以及其后的旋转速度高于所述额定速度(Vln) 的超速期(A12 )。
9. 根据权利要求2至8中任何一项的真空抽气装置，其特征在于， 选择所述主泵(1)和所述次泵(2)的所述旋转速度变化规律(A， B)以 降寸氐总功耗。
10. 根据权利要求1至9中任何一项的真空抽气装置，其特征在于， 所述电子控制模块包括适于向所述第一电动机(lb)供应电力的第一控制电源单元(lc)， 适于向所述第二电动机(2b)供应电力的第二控制电源单元(2c)， 具有相关联的存储器(3b)的处理器(3a)，所述存储器(3b)包含用于控制所述第一电源单元(lc)和所述第二电源单元(2c)以修改所述电动机(lb， 2b)的速度的程序，所述程序包含所述泵(1， 2)的旋转速度变化规律(A， B)。
11. 根据权利要求10的真空抽气装置，其特征在于 包括至少一个压力传感器(100a)，其用于感应所述腔(100)中的压力并产生向所述处理器(3a)传送的压力信号，所述程序产生所述泵(1， 2)的作为所述压力信号的函数的所述旋转 速度变化规律(A， B)。
12，根据权利要求10的真空抽气装置，其特征在于，所述程序产生 所述泵(l， 2)的作为经过时间的函数的所述旋转速度变化规律(A， B)。 13.根据权利要求1至12中任何一项的真空抽气装置，其特征在于， 在降低所述腔中压力的工序的最后，所^J4度控制工具将所述次泵(2)的 旋转速度从其额定旋转速度(V2n)或更高的速度降低至其最低旋转速度 (V2min)，且所述第二电动机(2b)以电能的形式恢复所述次泵(2)的 动能，所述电能通过所述电子控制模块(3 )重新注入到所述第一电动机(lb ) 中以驱动所述主泵(1)。
全文摘要
本发明涉及一种真空抽气装置，包括串联连接的至少一个主泵(1)和一个辅泵(2)，所述主泵(1)和辅泵(2)分别由第一电动机(1b)和第二电动机(2b)驱动，所述第一电动机(1b)和第二电动机(2b)由各自的电源(1c，2c)供电，所述电源(1c，2c)由处理器和在存储器(3b)中记录的程序监控。在所述存储器(3b)中记录的所述程序产生所述主泵(1)的有规律地降低的速度变化规律(A)以及所述辅泵(2)的有规律地增加的速度变化规律(B)，以在最大化抽气速度的同时降低能量消耗。
文档编号F04B37/14GK101213370SQ200680023407
公开日2008年7月2日 申请日期2006年7月19日 优先权日2005年7月20日
发明者J-L·里瓦尔 申请人:阿尔卡特朗讯公司