Brevet FR3101683A1 — publié le 20210409

Une pompe à vide (1) turbomoléculaire comporte un stator (2), un rotor (3) configuré pour tourner dans le stator (2) autour d’un axe de rotation (I-I) et une vanne de régulation (13) configurée pour modifier la conductance d’entrée de ladite pompe à vide (1) par déplacement axial vers ou à l’écart d’un orifice d’aspiration (6) de ladite pompe à vide (1). La face (15) de la vanne de régulation (13) en regard de l’orifice d’aspiration (6) présente une forme en creux. Figure d’abrégé : Figure 1 Pompe à vide turbomoléculaire La présente invention concerne une pompe à vide turbomoléculaire, en particulier pour le pompage d’une enceinte de fabrication de composants semi-conducteurs dont la pression est contrôlée au moyen d’une vanne de régulation. La génération d’un vide poussé dans une enceinte nécessite l'utilisation de pompes à vide de type turbomoléculaire, composées d'un stator dans lequel un rotor est entraîné en rotation rapide, par exemple une rotation à plus de quatre-vingt- dix mille tours par minute. Les pompes à vide turbomoléculaire sont notamment employées dans les procédés de fabrication de composants semi-conducteurs, pour maintenir un vide poussé dans des enceintes sous environnement très propre, le plus exempt de particules possible. En effet, les particules en suspension dans l’atmosphère ou produites par les procédés ayant lieu dans l’enceinte, peuvent nuire à la réalisation des circuits électroniques sur les plaquettes de silicium. Il est donc indispensable de limiter la concentration en particules à un seuil très bas dans l’enceinte pour garantir une bonne productibilité. Ceci est d’autant plus important que la finesse des géométries des produits fabriqués continue de décroître. Pour contrôler la pression à l’intérieur de ces enceintes, on utilise généralement une vanne de régulation à conductance variable dite « à pendule » (ou « pendulum » en anglais) agencée à l’aspiration de la pompe à vide turbomoléculaire. Le disque plat de la vanne se déplace dans un plan parallèle à l’entrée de la pompe à vide, couvrant ainsi plus ou moins la surface d’entrée de la pompe à vide. Le degré d’ouverture de la vanne permet de faire varier le flux pompé et donc la pression dans l’enceinte. Cependant, les mouvements de la vanne dans son enveloppe peuvent générer des frictions, notamment au niveau des joints d’étanchéité, pouvant constituer des sources de formation de particules. Ces particules générées par la vanne ou par le procédé ayant lieu dans l’enceinte, peuvent être frappées par les pales de la pompe à vide turbomoléculaire tournant à haute vitesse au lieu d’être aspirées et entrainées vers le refoulement. Les particules peuvent alors rebondir sur les pales et retourner dans l’enceinte où elles peuvent contaminer les plaquettes de silicium sur lesquels les circuits électroniques sont réalisés. On connait des pompes à vide turbomoléculaire comportant une vanne de régulation intégrée. Dans ces dispositifs, la vanne peut être actionnée axialement vers et à l’écart de l’orifice d’aspiration de la pompe. Par rapport aux vannes à pendule, ces dispositifs présentent l’avantage d’évacuer le flux pompé de manière plus uniforme dans l’enceinte, de ne pas réduire la conductance en position ouverte et de générer moins de particules. En effet, les surfaces de frottement de la vanne intégrée sont réduites par rapport au disque coulissant dans l’enveloppe d’une vanne à pendule. De plus, la vanne intégrée déplaçable axialement en regard de l’orifice d’entrée forme un écran permettant de réduire le retour des particules dans l’enceinte par rebond sur les pales de la pompe à vide turbomoléculaire. Un des buts de la présente invention est de proposer une pompe à vide turbomoléculaire pouvant améliorer le pompage des particules dans une enceinte où la pression est contrôlée par une vanne de régulation, notamment une enceinte de fabrication de composants semi-conducteurs. A cet effet, l’invention a pour objet une pompe à vide turbomoléculaire comportant un stator, un rotor configuré pour tourner dans le stator autour d’un axe de rotation et une vanne de régulation configurée pour modifier la conductance d’entrée de ladite pompe à vide par déplacement axial vers ou à l’écart d’un orifice d’aspiration de ladite pompe à vide, caractérisée en ce que la face de la vanne de régulation en regard de l’orifice d’aspiration présente une forme en creux. Avec une face de la vanne de régulation située en regard de l’orifice d’aspiration présentant une forme en creux, les particules frappées par les pales radiales de la pompe à vide rebondissant sur la vanne de régulation sont majoritairement réorientées en direction du centre de l’orifice d’aspiration. Ceci diminue la probabilité que les particules retournent dans l’enceinte. En outre, la vitesse de déplacement des pales radiales de la pompe à vide turbomoléculaire est proportionnelle à la distance radiale au centre. En guidant les particules qui rebondissent vers l'axe de rotation, on diminue l'énergie cinétique des particules, ce qui diminue la probabilité de rebonds multiples. La pompe à vide turbomoléculaire peut présenter une ou plusieurs caractéristiques définies ci-après, prise seule ou en combinaison. La forme en creux de la face est par exemple conique ou concave. Selon un exemple de réalisation, une périphérie seulement de la face est courbée ou inclinée. L’angle de courbure de la face de la vanne de régulation est par exemple compris entre 2° et 20°, tel qu’entre 5° et 10°. La face en creux de la vanne de régulation peut comporter un piège à particules. Le stator peut comporter une bride annulaire d’entrée située du côté de l’orifice d’aspiration avec laquelle la vanne de régulation est configurée pour coopérer pour modifier la conductance d’entrée et qui destinée à être raccordée à une enceinte. La paroi interne de la bride annulaire d’entrée peut présenter une forme évasée, de révolution autour de l’axe de rotation. La forme évasée de la paroi interne de la bride annulaire d’entrée est par exemple tronconique. L’angle d’inclinaison de la paroi interne est par exemple égal à l’angle de courbure. L’angle d’inclinaison de la paroi interne est par exemple compris entre 2° et 20°, tel qu’entre 5° et 10°. La bride annulaire d’entrée peut présenter un diamètre de 150mm ou 350mm. La paroi interne de la bride annulaire d’entrée peut comporter un piège à particules. La pompe à vide turbomoléculaire peut comporter au moins un actionneur situé à l’extérieur du stator et configuré pour déplacer la vanne de régulation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: La figure 1 montre une vue en coupe axiale schématique d’un exemple de réalisation d’une pompe à vide turbomoléculaire. La figure 2 montre une vue similaire de la pompe à vide turbomoléculaire de la figure 1 pour une autre position de la vanne de régulation. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations. Les Figures 1 et 2 illustrent un exemple de réalisation d’une pompe à vide 1 turbomoléculaire. Une pompe à vide 1 turbomoléculaire comporte de façon connue en soi, un stator 2 dans lequel tourne à grande vitesse un rotor 3 en rotation axiale, autour d’un axe de rotation I-I, par exemple une rotation à plus de trente mille tours par minute, comme par exemple à plus de quatre-vingt-dix mille tours par minute. La pompe à vide 1 turbomoléculaire comporte un étage turbomoléculaire 4 et un étage moléculaire 5 situé en aval de l’étage turbomoléculaire 4 dans la direction de circulation des gaz pompés. Les gaz pompés s’écoulent d’abord dans l’étage turbomoléculaire 4, puis dans l’étage moléculaire 5, pour être ensuite évacués par un orifice de refoulement 8 de la pompe à vide 1. L’orifice d’aspiration 6 de la pompe à vide 1 turbomoléculaire par lequel pénètrent les gaz pompés est situé à l’entrée de l’étage turbomoléculaire 4. Une bride annulaire d’entrée 7 entoure par exemple l’orifice d’aspiration 6 pour raccorder la pompe à vide 1 à une enceinte 11, telle qu’une enceinte de semi-conducteurs destinée à recevoir les plaquettes de silicium sur lesquelles des circuits électroniques sont fabriqués. On a schématisé un porte-substrat 18 d’une enceinte 11 de semi-conducteurs sur la figure 1. Le rotor 3 comporte ici d’une part, un ou plusieurs étages de pales radiales 9a qui tournent en regard de pales radiales 9b fixes du stator 2 dans l’étage turbomoléculaire 4 et d’autre part, une jupe Holweck 10 qui tourne en regard de rainures hélicoïdales du stator 2 dans l’étage moléculaire 5. Les pales radiales 9a, 9b du rotor 3 et du stator 2 sont inclinées pour guider les molécules de gaz pompés vers l’étage moléculaire 5. La jupe Holweck 10 est formée par un cylindre lisse. Les rainures hélicoïdales du stator 2 permettent de comprimer et guider les gaz pompés vers l’orifice de refoulement 8. Le rotor 3 est entraîné en rotation dans le stator 2 par un moteur interne 12 par exemple agencé sous la jupe Holweck 10. Un gaz de purge peut être injecté dans la pompe à vide 1 pour purger et refroidir le refoulement et/ou le moteur interne 12. Le rotor 3 est guidé latéralement et axialement par des paliers magnétiques ou mécaniques. Le rotor 3 est réalisé d’une seule pièce (monobloc), par exemple en matériau aluminium. Le stator 2 est par exemple en matériau aluminium. La pompe à vide 1 turbomoléculaire comporte en outre une vanne de régulation 13 configurée pour modifier la conductance d’entrée de la pompe à vide 1 par déplacement axial, c’est dire parallèlement à l’axe de rotation I-I du rotor 3, vers ou à l’écart de l’orifice d’aspiration 6 de la pompe à vide 1. La vanne de régulation 13 présente une forme de disque pouvant obstruer l’orifice d’aspiration 6 de la pompe à vide 1. La vanne de régulation 13 est par exemple configurée pour coopérer avec la bride annulaire d’entrée 7 pour modifier la conductance d’entrée. Un exemple d’un autre positionnement de la vanne de régulation 13 est représenté en pointillés de manière schématique sur la Figure 2. Cette configuration de la vanne de régulation 13 permet notamment de rapprocher l’orifice d’aspiration 6 au plus près du volume interne de l’enceinte 11. De plus, la vanne de régulation 13 déplaçable axialement en regard de l’orifice d’entrée 6 forme un écran permettant de réduire le retour des particules dans l’enceinte 11 par rebond sur les pales de la pompe à vide 1. Selon un exemple de réalisation, la pompe à vide 1 comporte en outre au moins un actionneur 14 configuré pour déplacer la vanne de régulation 13. Le au moins un actionneur 14 est par exemple situé à l’extérieur du stator 2. Il y a par exemple plusieurs actionneurs 14 régulièrement répartis autour de la bride annulaire d’entrée 7, tel que deux ou quatre actionneurs 14 diamétralement opposés deux par deux. Les actionneurs 14 situés à l’extérieur du stator 2 et la vanne de régulation 13 se déplaçant axialement permettent notamment de limiter les phénomènes de friction pouvant être à l’origine de la formation de particules. La vanne de régulation 13 est en outre facile à démonter pour maintenance. La face 15 de la vanne de régulation 13 située en regard de l’orifice d’aspiration 6 présente une forme en creux. La forme en creux de la face 15 est par exemple concave, c’est-à-dire courbée sur toute la face 15 avec le sommet du creux coïncidant avec l’axe de rotation I-I. Selon un autre exemple, la forme en creux de la face 15 est conique. Selon un autre exemple, une périphérie seulement de la face 15 est courbée ou inclinée, telle que tronconique, pour former une face 15 présentant une forme en creux, le centre de la face 15 étant par exemple plan. Avec une face 15 de la vanne de régulation 13 située en regard de l’orifice d’aspiration 6 présentant une forme en creux, les particules 16 frappées par les pales radiales 9a de la pompe à vide 1 rebondissant sur la vanne de régulation 13 sont majoritairement réorientées en direction du centre de l’orifice d’aspiration 6. Ceci diminue la probabilité que les particules 16 retournent dans l’enceinte 11. En outre, la vitesse de déplacement des pales radiales 9a de la pompe à vide 1 turbomoléculaire est proportionnelle à la distance radiale au centre. En guidant les particules 16 qui rebondissent vers l'axe de rotation I-I, on diminue l'énergie cinétique des particules 16, ce qui diminue la probabilité de rebonds multiples. L’angle de courbure α de la face 15 de la vanne de régulation 13, formé entre un plan tangent au sommet du creux et une droite passant par ce sommet et un bord de la face 15, est par exemple compris entre 2° et 20°, tel qu’entre 5° et 10° (Figure 1). Cette valeur de l’angle de courbure α permet de guider les particules 16 frappant la face 15 de la vanne de régulation 13 vers l’orifice d’aspiration 6 de la pompe à vide 1 dans une géométrie typique d’enceinte 11 de semi-conducteurs. Selon un exemple de réalisation, une paroi interne 17 de la bride annulaire d’entrée 7 présente une forme évasée, de révolution autour de l’axe de rotation I-I, telle que tronconique. La paroi interne 17 en entonnoir guide les particules 16 qui la tapent vers la face 15 de la vanne de régulation 13, elle-même guidant le rebond des particules vers l’orifice d’aspiration 6 de la pompe à vide 1 turbomoléculaire. L’angle d’inclinaison γ de la paroi interne 17 tronconique est avantageusement égal à l’angle de courbure α. Il est par exemple compris entre 2° et 20°, tel qu’entre 5° et 10°. Ces valeurs de l’angle d’inclinaison γ permettent de guider les particules 16 frappant la paroi interne 17 vers la face 15 de la vanne de régulation 13 dans une géométrie typique d’enceinte 11 de semi-conducteurs. On prévoit par exemple en outre que le diamètre D de la bride annulaire d’entrée 7 soit de 150mm ou 350mm. La pompe à vide 1 turbomoléculaire présente ainsi sensiblement le même diamètre que celui d’une enceinte 11 de semi-conducteurs destinée à recevoir les plaquettes de silicium sur lesquelles des circuits électroniques sont fabriqués. Cela permet de limiter les pertes de capacité de pompage du fait des raccords entre l’enceinte et la pompe à vide et d’homogénéiser le pompage dans l’enceinte 11. Selon un exemple de réalisation, la face 15 en creux de la vanne de régulation 13 comporte un piège à particules 19. Les particules peuvent ainsi être adsorbées par le piège à particules 19 ou le contact avec le piège à particules 19 peut permettre de diminuer leur énergie cinétique de manière significative. Le piège à particules 19 comporte par exemple un revêtement adhésif recouvrant au moins partiellement un corps de la vanne de régulation 13 par exemple en matériau métallique, tel qu’en aluminium. La forme en creux est alors définie par le corps de la vanne de régulation 13, le revêtement adhésif épousant la forme du corps. Selon un autre exemple, le piège à particules 19 comporte une céramique poreuse. Dans ce cas, la forme en creux est définie par la céramique poreuse et/ou le corps de la vanne de régulation 13. On peut prévoir que la paroi interne 17 de la bride annulaire d’entrée 7 comporte un piège à particules 19. Comme précédemment, le piège à particules 19 comporte par exemple un revêtement adhésif recouvrant au moins partiellement un corps de la bride annulaire d’entrée 7. La forme évasée de la paroi interne 17 est alors définie par le corps de la bride annulaire d’entrée 7, le revêtement adhésif épousant la forme du corps. Selon un autre exemple, le piège à particules 19 comporte une céramique poreuse. Dans ce cas, la forme évasée est définie par la céramique poreuse et/ou le corps de la paroi interne 17. Pompe à vide (1) turbomoléculaire comportant : - un stator (2), - un rotor (3) configuré pour tourner dans le stator (2) autour d’un axe de rotation (I-I), - une vanne de régulation (13) configurée pour modifier la conductance d’entrée de ladite pompe à vide (1) par déplacement axial vers ou à l’écart d’un orifice d’aspiration (6) de ladite pompe à vide (1), caractérisée en ce que la face (15) de la vanne de régulation (13) en regard de l’orifice d’aspiration (6) présente une forme en creux. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que la forme en creux de la face (15) est conique. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que la forme en creux de la face (15) est concave. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’une périphérie seulement de la face (15) est courbée ou inclinée. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’angle de courbure (α) de la face (15) de la vanne de régulation (13) est compris entre 2° et 20°, tel qu’entre 5° et 10°. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la face (15) en creux de la vanne de régulation (13) comporte un piège à particules (19). Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le stator (2) comporte une bride annulaire d’entrée (7) située du côté de l’orifice d’aspiration (6) avec laquelle la vanne de régulation (13) est configurée pour coopérer pour modifier la conductance d’entrée et qui destinée à être raccordée à une enceinte (11). Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon la revendication 7, caractérisée en ce que la paroi interne (17) de la bride annulaire d’entrée (7) présente une forme évasée, de révolution autour de l’axe de rotation (I-I). Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon la revendication 8, caractérisée en ce que la forme évasée de la paroi interne (17) de la bride annulaire d’entrée (7) est tronconique. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que l’angle d’inclinaison (γ) de la paroi interne (17) est égal à l’angle de courbure (α). Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que l’angle d’inclinaison (γ) de la paroi interne (17) est compris entre 2° et 20°, tel qu’entre 5° et 10°. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications 8 à 11, caractérisée en ce que la bride annulaire d’entrée (7) présente un diamètre (D) de 150mm ou 350mm. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications 8 à 12, caractérisée en ce que la paroi interne (17) de la bride annulaire d’entrée (7) comporte un piège à particules (19). Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un actionneur (14) situé à l’extérieur du stator (2) et configuré pour déplacer la vanne de régulation (13).