Brevet FR2810375A1 — publié le 20011221

La présente invention concerne les dispositifs de génération de vide. L'une des utilisations fréquentes des dispositifs de génération de vide est la génération de vide dans une enceinte de traitement de semi-conducteurs. Lors d'un tel traitement, on effectue dépôts de matiere ou des gravures sur une tranche de servi conducteur. Le rendement des dépôts est relativement faible, de sorte que le dispositif de génération de vide aspire une grande partie des matieres que l'on veut déposer sur la tranche de semi-conducteur. Et dispositif de génération de vide aspire les matières qui sont extraites de la tranche de semi-conducteur lors des opérations de gravure. Les dispositifs de génération de vide comprennent au moins une pompe primaire qui refoule les gaz pompés la pression atmosphérique ou à une pression relativement haute. Dans une telle pompe primaire, les gaz pompés tendent à se condenser et à se solidifier sous forme de dépôts lorsque leur température est trop basse, ou lorsque les variations de température sont trop importantes. Ces dépôts perturbent le fonctionnement la pompe et la qualité de la génération de vide, pouvant provoquer des pollutions par rétro-diffusion dans l'enceinte de traitement de servi conducteurs. On cherche à limiter les dépôts solides résultant de la condensation ou de la solidification des gaz en régulant thermiquement la température du corps de pompe de la manière la plus stable possible. Dans les systèmes connus, la régulation thermique du corps de pompe est assurée par un système de contrôle de température de la pompe à vide comprenant au moins un circuit d'échange thermique dans lequel circule un liquide caloporteur et dont au moins une portion de circuit est reliée thermiquement avec la pompe à vide ; des moyens sont prévus pour faire circuler le liquide caloporteur dans le circuit d'échange thermique, et des moyens de commande permettent de faire varier le débit du liquide caloporteur dans le circuit d'échange thermique, modulant ainsi la capacité d'échange thermique du circuit d'échange thermique en fonction d'un signal de commande pour l'adapter au besoin d'échange thermique pour le maintien de la température de la pompe dans une plage de températures appropriée. Les échanges thermiques nécessaires pour la regulation thermique de la pompe conduisent à faire varier fortement débit du liquide caloporteur. Ainsi, la vitesse du liquide caloporteur est variable, et se trouve faible pendant certaines etapes de fonctionnement, et sa température est également variable et se trouve élevee pendant certaines étapes de fonctionnement. Un problème rencontré dans ces systèmes connus contrôle de température est la formation de dépôts dans les canalisations et dans les pièces à refroidir lorsqu'on utilise de l'eau des réseaux courants comme liquide caloporteur. Le calcaire naturellement présent en suspension dans l'eau se solidifie et forme dépôts dans les canalisations et dans les pièces à refroidir, altérant dans un premier temps la qualité des échanges thermiques, et pouvant aller jusqu'à obstruer lesdites canalisations ou pieces. Le problème proposé par la présente invention est de concevoir une nouvelle structure de système de contrôle de température dans les dispositifs de génération de vide, permettant d'assurer régulation thermique efficace tout en évitant les dépôts calcaires mentionnés ci-dessus. L'idee qui est à la base de la présente invention consiste à faire circuler dans le circuit d'échange thermique un liquide caloporteur présentant en permanence une vitesse relativement élevée et une température relativement basse, quelles que soient les étapes de fonctionnement du dispositif de génération de vide, en prévoyant d'autres moyens qu'une variation de vitesse pour assurer la régulation de la température des pompes. Le principe proposé est basé sur une conductance thermique réglable entre le liquide caloporteur et la pompe à vide. on peut ainsi conserver en permanence une circulation de liquide caloporteur à débit maximum et température basse, le débit étant au moins égal au débit nécessaire pour assurer l'échange thermique suffisant dans les conditions extrêmes de fonctionnement de la pompe à vide. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, un dispositif de génération de vide selon l'invention comprend au moins une pompe à vide et un système de contrôle de température de la pompe à vide, le système de contrôle de température ayant au moins ûn circuit d'échange thermique dans lequel circule un liquide caloporteur et dont au moins une première portion de circuit est reliée thermiquement avec le corps de pompe de la pompe à vide, avec moyens de circulation pour faire circuler le liquide caloporteur dans le circuit d'échange thermique, avec des moyens de commande pour commander la capacité d'échange thermique du circuit 'échange thermique en fonction d'un signal de commande ; selon l'invention - des moyens de conduction thermique à conductance thermique réglable par les moyens de commande relient thermiquement la première portion de circuit au corps de pompe, - les moyens de commande sont adaptés pour faire varier la conductance thermique des moyens de conduction thermique de façon à maintenir la température du corps de pompe voisinage d'une température de consigne prédéterminée, -,les moyens de circulation, pour faire circuler le liquide caloporteur, sont adaptés pour faire circuler en permanence le liquide caloporteur dans le circuit d'échange thermique selon un débit moins égal au débit nécessaire pour assurer l'échange thermique suffisant dans les conditions extrêmes de fonctionnement de la pompe à vide. Selon une première application, le circuit d'échange thermique est adapté pour échauffer la pompe vide. On utilise alors le dispositif dans les zones du dispositif de génération de vide dans lesquelles il est nécessaire de chauffer la ligne de vide pour éviter les dépôts solides. Selon une seconde application, le circuit d'échange thermique est adapté pour refroidir la pompe à vide. Le dispositif est alors utilisé dans les zones de dispositif de génération de vide dans lesquelles le pompage produit un échauffement excessif. Une combinaison des deux applications peut être prévue, permettant tantôt de chauffer, tantôt de refroidir une même zone du dispositif de génération de vide. Selon un mode de réalisation avantageux, moyens de conduction thermique à conductance thermique réglable peuvent comprendre - au moins une chambre de réglage, interposée entre première portion de circuit et le corps de pompe, - une source de liquide de liaison thermique, raccordée à la chambre réglage, et adaptée pour alimenter la chambre réglage avec un liquide de liaison thermique selon une quantité réglable de façon à régler la surface d'échange thermique occupée par le liquide liaison thermique entre la première portion de circuit et le corps de pompe. Dans ce cas, la source de liquide de liaison thermique peut comprendre une canalisation de passage de liquide de liaison thermique une réserve de liquide de liaison thermique, et des moyens de réglage de liquide pour provoquer le passage du liquide de liaison thermique entre la chambre de réglage et la réserve de liquide liaison thermique. Les moyens de réglage de liquide peuvent comprendre un piston disposé dans la réserve de liquide de liaison thermique et sollicite par un actionneur piloté par un organe de commande en fonction d'un signal de consigne de température et en fonction de signaux de température mesurée de pompe provenant de capteurs de température associés au corps de pompe. Selon une réalisation pratique, la chambre de réglage peut être une cavité réalisée dans le corps de pompe, parcourue par une canalisation d'échange formant ladite première portion de circuit, et obturée par des moyens d'obturation la rendant étanche à l'atmosphère, la canalisation d'échange ayant au moins une portion ascendante entre deux niveaux extrêmes distincts définissant les niveaux extrêmes de réglage du liquide de liaison thermique. De préférence, pour faciliter la réalisation, la chambre de réglage peut comporter deux extrémités opposées et peut être traversée par la canalisation d'échange entre un orifice inférieur et un orifice supérieur. La chambre de réglage peut être obturée son ou ses extrémités par un ou plusieurs bouchons étanches ou par des sertissages autour de la canalisation d'échange. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles la figure 1 est un schéma de principe illustrant un dispositif de génération de vide selon un mode de réalisation de la présente invention ; la figure 2 est un schéma de principe illustrant le détail des moyens de conduction thermique à conductance thermique réglable selon un mode de réalisation de la présente invention ; la figure 3 illustre schématiquement, en coupe, un corps pompe à vide avec un système de refroidissement selon deux modes de réalisation de la présente invention ; et la figure 4 est une coupe transversale d'une chambre de réglage selon un mode de réalisation particulier de l'invention. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, un dispositif de génération de vide selon l'invention comprend au moins une pompe à vide 100 et un système de contrôle de température pour contrôler la température de la pompe à vide 100. La pompe à vide 100 comprend un corps de pompe 1 ayant une entrée d'aspiration 3 raccordée directement ou indirectement à une enceinte à vide 4, par exemple une enceinte de procédés pour le traitement de tranches de semi-conducteur. La pompe à vide 100 refoule par une sortie 5 à une pression plus élevée, par exemple à la pression atmosphérique. Le système de contrôle de température 2 comprend un circuit d'échange thermique 6 dans lequel circule un liquide caloporteur tel que de l'eau, de l'huile, du glycol, par exemple. Dans la réalisation illustrée sur la figure 1, le circuit d'échange thermique 6 comprend une canalisation extérieure 7 raccordée à au moins une première portion de circuit 8 et à au moins une seconde portion de circuit 9. La première portion de circuit 8 est reliée thermiquement avec le corps de pompe 1 de la pompe à vide 100. La seconde portion de circuit 9 est reliée thermiquement avec une source thermique 10. Des moyens de circulation tels qu'une pompe de circulation 11 sont prévus pour faire circuler le liquide caloporteur dans le circuit d'échange thermique 6. Des moyens de commande permettent de commander la capacité d'échange thermique du circuit d'échange thermique 6 en fonction d'un signal de commande Selon l'invention, la variation de capacité d'échange thermique du circuit d'échange thermique 6 est réalisée interposant des moyens de conduction thermique à conductance thermique réglable à l'interface entre la première portion circuit 8 et le corps de pompe 1 de la pompe à vide 100. On peut prévoir par exemple une pluralité de premières portions de circuit 8, et des moyens de conduction thermique a conductance thermique réglable reliant thermiquement le corps de pompe 1 à chaque première portion de circuit telle que la première . portion 8. En considérant plus spécialement les figures 1 et 2, dans ce mode de realisation les moyens de conduction thermique à conductance thermique réglable comprennent au moins une chambre de réglage 12, interposée entre la première portion de circuit 8 et corps de pompe . Une source de liquide de liaison thermique 13 est raccordée à la chambre de réglage 12 et est adaptée pour alimenter la chambre de réglage 12 avec un liquide de liaison thermique tel que l' l'huile ou le glycol, par exemple, selon quantité réglable. Dans la chambre de réglage 12, la première portion circuit 8, par exemple sous forme d'une canalisation d'échange tubulaire rectiligne, est au contact du liquide de liaison thermique 15 selon une portion de sa surface latérale, le liquide de liaison thermique 15 étant lui-même au contact d'une portion la surface périphérique de la chambre de réglage 12 constituée par le corps de pompe 1. Le liquide de liaison thermique assure ainsi la liaison thermique entre le corps de pompe 1 et le liquide caloporteur contenu dans la canalisation d'échange 14 du circuit d'échange thermique 6. La source de liquide de liaison thermique 13 est adaptée pour alimenter la chambre de réglage 12 en liquide de liaison thermique 15 selon une quantité réglable, de façon à régler la surface d'échange thermique occupée par le liquide de liaison thermique 15 entre la première portion de circuit 8 et le corps de pompe 1. Dans la réalisation illustrée sur la figure 2, la source de liquide de liaison thermique 13 comprend une canalisation passage de liquide de liaison thermique 16, une réserve de liquide de liaison thermique 17 et des moyens de réglage de liquide pour provoquer le passage du liquide de liaison thermique 15 dans deux sens de passage entre la chambre de réglage 12 et la réserve de liquide de liaison thermique 17. Les moyens de réglage de liquide comprennent un piston disposé dans la réserve de liquide de liaison thermique 17 et sollicité par un actionneur 19 piloté par un organe de commande (figures 1 et 2). L'organe de commande est par exemple un circuit électrique permettant de commander l'actionneur 19 en fonction d'un signal consigne de température et en fonction de signaux de température mesurée de pompe provenant de capteurs de température 21 associés au corps de pompe 1. Ainsi, en fonctionnement, à réception des signaux de commande, l'actionneur 19 déplace le piston 18, modifiant ainsi la quantité de liquide de liaison thermique 15 contenue dans la chambre de réglage 12, ce qui modifie le niveau supérieur 22 du liquide de liaison thermique 15 et ainsi la surface d'échange thermique occupée par le liquide de liaison thermique 15 entre le corps de pompe 1 et la canalisation d'échange 14 de la première portion de circuit 8 dans laquelle circule de liquide caloporteur. Ainsi, 'organe de commande 20, l'actionneur 19, le piston 18, la réserve de liquide de liaison thermique 17, la canalisation de passage de liquide de liaison thermique 16, la chambre de réglage 12 et liquide de liaison thermique 15 constituent des moyens de commande qui sont adaptés pour faire varier la conductance thermique des moyens de conduction thermique entre le corps de pompe et la première portion de circuit 8, de façon à maintenir la température du corps de pompe 1 au voisinage d'une température de consigne prédéterminée. Ainsi, on choisit avantageusement des moyens de circulation tels que la pompe de circulation 11 qui soient adaptés pour faire circuler le liquide caloporteur en permanence dans le circuit d'échange thermique 6 selon un débit permanent au moins égal au débit nécessaire pour assurer l'échange thermique suffisant dans les conditions extrêmes de fonctionnement de la pompe à vide 100. Dans ces conditions extrêmes de fonctionnement, la pompe à vide 100 a en effet besoin d'un échange thermique maximum, et cet échange thermique maximum est assuré, au débit permanent choisi du liquide caloporteur, lorsque la chambre de réglage 12 est pleine liquide de liaison thermique 15. On notera que le débit permanent peut être avantageusement un débit constant. La figure 3 illustre deux modes de réalisation de chambre réglage 12 dans un corps de pompe 1. Dans l'un et l'autre des modes de réalisation, la chambre de réglage 12 est une cavité réalisée directement dans le corps pompe 1, parcourue par une canalisation d'échange 14 dont la section extérieure est inférieure à la section transversale de la chambre de réglage 12. Ainsi, la cavité constituant la chambre de réglage 12 est parcourue par la canalisation d'échange 14 formant ladite première portion de circuit 8 dans laquelle circule le liquide caloporteur. La chambre de réglage 12 est obturée par des moyens d'obturation qui la rendent étanche vis à vis de l'atmosphère extérieure, tout en laissant passer la canalisation d'échange 14. Pour permettre un réglage efficace de la conductance thermique par modification du niveau du liquide de liaison thermique, la canalisation d'échange 14 comporte dans la chambre de réglage 12 au moins une portion ascendante 23 entre deux niveaux extrêmes 24 et 25 distincts qui définissent les niveaux extrêmes de réglage du niveau 22 du liquide de liaison thermique dans chambre de réglage 12. Par exemple, la chambre de réglage 12 est ouverte selon deux extrémités opposées, à savoir une extrémité inférieure 24 une extrémité supérieure 25, et est traversée par la canalisation d'échange 14. Dans le mode de réalisation illustré sur la partie gauche de la figure 3, chacune des extrémités inférieure 24 et supérieure 25 est obturée par un bouchon étanche respectif 26 et 27. La canalisation de passage de liquide de liaison thermique 16 communique avec la chambre de réglage 12 au voisinage de son extrémité inférieure 24. Dans le mode de réalisation illustré sur la partie droite de la figure 3, la chambre de réglage 112 communique avec la canalisation de passage de liquide de liaison thermique 116 au voisinage de son extrémité inférieure 124, et est obturée selon son extrémité inférieure 124 et son extrémité supérieure 125 par des sertissages respectifs 126 et 127 autour de canalisation d'echange 114. Dans la réalisation illustrée sur la figure 3, la pompe à vide 100 comprend, dans le corps de pompe 1, par exemple en fonte, deux chambres de pompage 28 et 29 recevant chacune un rotor entraîné par un arbre tels que les arbres 30 et 31. Dans le corps de pompe 1, les chambres réglage 12 et peuvent par exemple être orientées selon une direction sensiblement verticale. Dans cette même réalisation, les parois la chambre de réglage 12 ou 112 sont lisses, ainsi que la face extérieure de la canalisation d'échange 14 ou 114. Dans le mode de réalisation illustré en coupe transversale la figure 4, pour augmenter la surface d'échange, la paroi périphérique de la chambre de réglage 12 constituée par le corps de pompe 1 comprend des ailettes radiales telles que 'ailette 32. De même, la surface extérieure de la canalisation d'échange 14 comprend des ailettes radiales telles que l'ailette 33. La structure du système de contrôle de température 2 selon l'invention permet de maximiser la vitesse de circulation du liquide caloporteur, tout en minimisant ainsi sa température, de sorte que sont minimisés les risques d'apparition dépôts dans le circuit d'échange thermique 6. Simultanément, les moyens de conduction thermique à conductance thermique réglable permettent d'obtenir une régulation efficace de la température de la pompe à vide 1, avec des moyens peu onéreux et efficaces. On notera que l'actionneur 19, la réserve de liquide de liaison thermique 17 et son piston 18, ainsi que l'organe de commande peuvent être déplacés à l'écart des chambres de réglage 12 112, et peuvent donc être positionnés en tout emplacement approprié, par exemple dans des zones non utilisées autour du corps de pompe 1, permettant de réduire le volume général du dispositif de génération de vide. sertissage dans les zones d'extrémité 124 et 125 de la chambre réglage 112 peut être effectué dudgeonnage ou expansion radiale de la canalisation d'échange dans le logement constituant la chambre de réglage 112. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, elle en inclut les diverses variantes et généralisations qui sont à la portée de l'homme du métier. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de génération de vide, comprenant au moins une pompe à vide (100) et un système de contrôle de température (2) de la pompe à vide ( ), le système de contrôle de température (2) ayant au moins un circuit d'échange thermique (6) dans lequel circule un liquide caloporteur et dont au moins une première portion de circuit est reliée thermiquement avec le corps de pompe (1) de la pompe ' vide (100), avec des moyens de circulation (11) pour faire circuler le liquide caloporteur dans le circuit d'échange thermique , et avec des moyens de commande pour commander la capacité d'échange thermique du circuit d'échange thermique (6) en fonction d'un signal de commande, caractérisé en ce que - des moyens de conduction thermique (12, 13, 15) à conductance thermique réglable par les moyens de commande (20) relient thermiquement la premiere portion de circuit (8) au corps de pompe (1), - les moyens de commande (20) sont adaptés pour faire varier la conductance thermique moyens de conduction thermique (12, 13, 15) de façon à maintenir la température du corps de pompe (1) au voisinage d'une température de consigne prédéterminée, - les moyens de circulation (11), pour faire circuler le liquide caloporteur, sont adaptés pour faire circuler en permanence le liquide caloporteur dans le circuit d'échange thermique (6) selon un débit au moins égal débit nécessaire pour assurer l'échange thermique suffisant dans les conditions extrêmes de fonctionnement de la pompe à vide ( ). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'échange thermique (6) est adapté pour échauffer la pompe à vide (100). 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit d'échange thermique (6) est adapté pour refroidir la pompe à vide (100). 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de conduction thermique à conductance thermique réglable comprennent - au moins une chambre de réglage (12), interposée entre la première portion de circuit (8) et le corps de pompe (1), - une source de liquide de liaison thermique (13), raccordee à la chambre de reglage (12), et adaptée pour alimenter la chambre de réglage (12) avec un liquide de liaison thermique (15) selon une quantité réglable de façon à régler la surface d'échange thermique occupée par liquide de liaison thermique (15) entre la première portion de circuit (8) et le corps de pompe (1). 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérise en ce que la source de liquide de liaison thermique (13) comprend une canalisation de passage de liquide de liaison thermique ( , une réserve de liquide de liaison thermique (17), et des moyens de réglage de liquide (18, 19) pour provoquer le passage du liquide de liaison thermique (15) entre la chambre de réglage (12 et la réserve de liquide de liaison thermique (17). 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de réglage de liquide comprennent un piston (18) disposé dans la réserve de liquide de liaison thermique (17) et sollicité par un actionneur (19) piloté par un organe de commande (20) en fonction d'un signal de consigne de température et en fonction de signaux de température mesurée de pompe provenant de capteurs de température (21) associés au corps de pompe (1). 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la chambre de réglage (12) est une cavité réalisée dans le corps de pompe (1), parcourue par une canalisation d'échange (14) formant ladite première portion de circuit (8), et obturée par des moyens d'obturation (26, 27) la rendant étanche à l'atmosphère, la canalisation d'échange (14) ayant au moins une portion ascendante (23) entre deux niveaux extrêmes distincts (24, 25) définissant les niveaux extrêmes de réglage du liquide de liaison thermique (15). 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la chambre de réglage (12) comporte deux extrémités opposées (24, 25) et est traversée par la canalisation d'échange (14). 9 - Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la chambre de réglage (12) est obturée à son ou ses extrémités (24, 25) par un ou plusieurs bouchons étanches (26, 27). 10 - Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la chambre de réglage (112) est obturée par des sertissages (126, 127) autour de la canalisation d'échange (114).