Brevet FR3128748A1 — publié le 20230505

Pompe à vide (1) turbomoléculaire destinée à être fluidiquement raccordée à une chambre de procédés (101) d’un équipement (100), la pompe à vide (1) comportant une unité de contrôle (30) configurée pour contrôler un dispositif de chauffage (21) et un dispositif de refroidissement (22) de la pompe à vide (1) et pour communiquer avec une unité de commande (104) de l’équipement (100) pour lancer une étape de nettoyage (201) sur commande de l’équipement (100), ladite étape de nettoyage (201) comprenant une phase de chauffage (202) dans laquelle l’unité de contrôle (30) pilote le dispositif de chauffage pour augmenter la température interne de la pompe à vide (1) pendant une durée de chauffage (Tc) et une phase de refroidissement (203) suivant la phase de chauffage (202), et dans laquelle l’unité de contrôle (30) pilote le dispositif de refroidissement pour abaisser de ladite température pendant une durée de refroidissement (Tr). Figure d’abrégé : figure 1 Pompe à vide turbomoléculaire et procédé de nettoyage associé Domaine technique de l’invention La présente invention concerne une pompe à vide turbomoléculaire et un procédé de nettoyage de ladite pompe à vide. Arrière-plan technique La génération d’un vide poussé dans une enceinte nécessite l'utilisation de pompes à vide turbomoléculaires composées d'un stator dans lequel un rotor est entraîné en rotation rapide, par exemple une rotation à plus de trente mille tours par minute. Dans certains procédés dans lesquels les pompes à vide turbomoléculaires sont utilisées, tels que les procédés de fabrication de semi-conducteurs, LED ou photovoltaïques, une couche de dépôt peut se former dans la pompe à vide. Il est connu de chauffer le stator par une ceinture externe chauffante pour éviter la condensation des produits de réaction dans les pompes. Cependant, les nouvelles générations de procédés produisent de plus en plus de sous-produits condensables. Dans certains cas, le chauffage classique ne suffit plus à éviter la formation de sous-produits et il n’est pas possible d’augmenter davantage la température du stator sans risquer de fragiliser mécaniquement le rotor en aluminium. Des dépôts peuvent alors apparaître sur le stator, le rotor étant peu exposé car sa rotation empêche l’adhésion des dépôts. Si aucune maintenance préventive n’est faite, le dépôt peut s’épaissir et un contact peut se créer entre le rotor et le stator, entrainant un crash immédiat de la pompe du fait de la grande vitesse de rotation du rotor et de son énergie cinétique. Une telle destruction de la pompe à vide dans une fabrication de semi-conducteur peut conduire, en plus de la destruction complète de la pompe, à la destruction du lot de plaquettes en cours de fabrication et une immobilisation de l’équipement de fabrication sur plusieurs jours. Les pertes financières peuvent être considérables. Afin de limiter les risques d’accumulation des dépôts dans ces jeux critiques, une solution peut être de chauffer continuellement le stator de la pompe à vide à des températures supérieures à 150°C. Cependant, il est alors nécessaire de limiter le flux de gaz pompés afin de ne pas surchauffer le rotor et risquer d’abaisser sa résistance mécanique. Ainsi l’augmentation de température implique de limiter le flux de gaz maximum pompé car plus le flux de gaz à pomper est important et plus la pompe à vide s’échauffe. Ces contraintes sur la température de fonctionnement et sur le flux de gaz maximum sont cependant contradictoires avec les attentes de production. On cherche en effet à augmenter le plus possible la température de chauffage pour limiter la formation de dépôt et ainsi augmenter la durée de vie des pompes. Dans le même temps, on cherche à augmenter au maximum les flux de gaz pompés pour augmenter les cadences de production, et en particulier les flux de gaz lourds, tel que l’argon, qui présentent cependant l’inconvénient de provoquer un échauffement encore plus important du rotor du fait des échanges de chaleur par convection très réduits. Par ailleurs, chauffer la pompe à vide continuellement à 150°C peut, pour certains procédés, ne pas être suffisant pour évaporer et évacuer efficacement tous les dépôts. Un des buts de la présente invention est de proposer une pompe à vide turbomoléculaire résolvant au moins partiellement un inconvénient de l’état de la technique. A cet effet, l’invention a pour objet une pompe à vide turbomoléculaire destinée à être fluidiquement raccordée à une chambre de procédés d’un équipement, la pompe à vide comportant un stator et un rotor configuré pour tourner dans le stator caractérisée en ce que la pompe à vide comporte en outre une unité de contrôle configurée pour contrôler un dispositif de chauffage et un dispositif de refroidissement de la pompe à vide et pour communiquer avec une unité de commande de l’équipement pour lancer une étape de nettoyage sur commande de l’équipement, par exemple en l’absence d’introduction de gaz dans la chambre de procédés ou lorsque les flux de gaz introduits sont faibles, ladite étape de nettoyage comprenant : - une phase de chauffage dans laquelle l’unité de contrôle pilote le dispositif de chauffage pour augmenter la température interne de la pompe à vide pendant une durée de chauffage, et - une phase de refroidissement, par exemple suivant la phase de chauffage, et dans laquelle l’unité de contrôle pilote le dispositif de refroidissement pour abaisser de ladite température pendant une durée de refroidissement. La température interne est celle de surfaces internes du stator de la pompe à vide, dans le chemin d’écoulement des gaz. Il peut y avoir absence d’introduction de gaz dans la chambre de procédés ou introduction de flux faibles hors des phases de procédé, par exemple au cours de phases d’attente ou au cours de phases de maintenance. Ainsi notamment en phase de procédé, la pompe à vide peut être chauffée pour limiter la formation de dépôts d’espèces condensables à des températures de fonctionnement modérées qui ne surchauffent pas la pompe à vide. Il n’y a alors pas de risques de dommages mécaniques du rotor et les performances de pompage sont optimales. En revanche, durant l’étape de nettoyage, il est possible d’augmenter de façon très importante la température interne de la pompe à vide d’une part, car ce chauffage est ponctuel et d’autre part, car le flux de gaz pompé est nul ou faible et ne participe donc pas à l’échauffement du rotor. Cette augmentation du chauffage permet d’atteindre des températures élevées des surfaces internes de la pompe à vide, ce qui permet d’évaporer la plupart des dépôts en quelques minutes. Le refroidissement successif par le dispositif de refroidissement permet ensuite d’abaisser rapidement la température interne dans un délai acceptable en production afin de raccourcir la durée de non-disponibilité de la chambre de procédés. La phase de refroidissement peut faire immédiatement suite à la phase de chauffage. Selon un autre exemple, l’étape de nettoyage peut comporter une phase intermédiaire d’attente à haute température, intercalée entre la phase de chauffage et la phase de refroidissement, au cours de laquelle l’unité de contrôle coupe l’alimentation électrique du dispositif de chauffage pour conserver une température interne élevée un peu plus longtemps sans chauffage ni refroidissement actifs. Selon encore un autre exemple, la phase de refroidissement peut commencer avant la fin de la phase de chauffage afin de minimiser la durée de nettoyage. La durée de recouvrement des phases de chauffage et de refroidissement est par exemple inférieure à 1/10 ème de la durée de nettoyage. La pompe à vide turbomoléculaire peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prises seules ou en combinaison. L’unité de commande de l’équipement peut être configurée pour communiquer à l’unité de contrôle une durée de nettoyage allouée à l’étape de nettoyage, l’unité de contrôle étant configurée pour déterminer la durée de chauffage et la durée de refroidissement de l’étape de nettoyage, compatibles avec la durée de nettoyage allouée. La pompe à vide peut être configurée pour être chauffée en continu à une consigne prédéterminée supérieure à 60°C et inférieure à 100°C, comme par exemple 70°C, en dehors de l’étape de nettoyage. Au cours de la phase de chauffage de l’étape de nettoyage, le dispositif de chauffage peut être piloté pour que la température interne de la pompe à vide dépasse 100°C, telle que 150°C, comme 200°C, voire 250°C. La température d’évaporation des principaux dépôts étant de l’ordre de 150°C, une augmentation de la température interne de la pompe à vide à plus de 150°C permet d’évaporer la plupart des dépôts. A l’issue de la phase de refroidissement de l’étape de nettoyage, la température interne peut être retournée à plus ou moins 5 % de la température de fonctionnement avant la phase de chauffage ou peut être repassée sous un seuil de température de 100°C. L’étape de nettoyage est par exemple inférieure à quarante minutes, par exemple comprise entre quinze et trente minutes. Deux étapes de nettoyage successives peuvent être séparées l’une de l’autre d’au moins vingt-quatre heures, telle qu’au moins une semaine, ou telle qu’au moins un mois. L’unité de contrôle peut être configurée pour commander un ralentissement de la vitesse de rotation nominale du rotor durant la phase de chauffage et pour commander une accélération de la vitesse de rotation du rotor durant la phase de refroidissement, notamment pour revenir à la vitesse de rotation nominale à l’issue de la phase de refroidissement, par exemple pour revenir à +/-5% de la vitesse de rotation nominale. La vitesse de rotation minimale atteinte à la fin de la phase de chauffage est par exemple inférieure à 20% à la vitesse de rotation nominale. Le ralentissement de la vitesse de rotation pendant la phase de chauffage, permet de privilégier l’utilisation de l’énergie électrique disponible pour le chauffage. Le ralentissement de la vitesse de rotation permet de plus de limiter la contrainte mécanique s’exerçant sur le rotor pendant la phase de chauffage, c’est-à-dire pendant la phase la plus chaude de l’étape de nettoyage. On réduit ainsi les risques de rupture mécanique du rotor qui pourraient être dus à une température trop élevée. Selon un exemple de réalisation, la pompe à vide comporte un capteur de température du rotor et l’unité de contrôle est configurée pour contrôler la vitesse de rotation du rotor en fonction de la température mesurée par le capteur de température durant la phase de chauffage, notamment afin que la contrainte mécanique interne du rotor reste en dessous d’une contrainte maximale associée à la température mesurée. Le dispositif de chauffage comporte par exemple d’une part, un circuit électrique comprenant un élément résistif en contact thermique avec le stator et/ou un élément résistif sans contact thermique avec le stator mais capable d’évacuer la chaleur par rayonnement infra-rouge, dit élément radiatif, l’élément résistif ou radiatif étant inséré dans le chemin de gaz pompés, et d’autre part, un commutateur électriquement raccordé au circuit électrique et pilotable par l’unité de contrôle pour autoriser ou couper l’alimentation électrique des éléments résistif ou radiatif. Le dispositif de refroidissement comporte par exemple d’une part, un circuit fluidique en contact thermique avec le stator configuré pour être parcouru par un fluide de refroidissement et d’autre part, une vanne pilotable par l’unité de contrôle pour autoriser ou couper la circulation du fluide de refroidissement dans le circuit fluidique. Du fait que le stator, et notamment un carter du stator, puisse atteindre des températures élevées à proximité du circuit fluidique du dispositif de refroidissement, on peut prévoir que le circuit fluidique soit configuré pour résister à une pression supérieure à 1bar (1.10 5 Pa), comme supérieure à 3bars (3.10 5 Pa) afin de conserver le fluide de refroidissement sous forme liquide au cours de la phase de chauffage. La pompe à vide peut comporter un circuit fluidique de refroidissement permanent dans lequel un fluide de refroidissement est destiné à circuler en permanence, le circuit fluidique de refroidissement permanent étant agencé dans une embase du stator. Le fluide de refroidissement destiné à circuler dans le circuit fluidique et le cas échéant, dans le circuit fluidique de refroidissement permanent, est par exemple un liquide, comme de l’eau, par exemple à température ambiante. La pompe à vide peut comporter un isolant thermique interposé entre l’embase et un carter du stator susceptible d’être chauffé par le dispositif de chauffage. La vanne pilotable est par exemple une vanne trois voies intercalée entre le circuit fluidique de refroidissement permanent et le circuit fluidique, la vanne pilotable pouvant soit raccorder fluidiquement le circuit fluidique de refroidissement permanent en série avec le circuit fluidique, soit court-circuiter le circuit fluidique. Alternativement, la vanne pilotable est une vanne deux voies, telle qu’une vanne ON/OFF, pouvant être pilotée en fermeture pour couper la circulation du fluide de refroidissement ou en ouverture pour autoriser la circulation du fluide de refroidissement dans le circuit fluidique. Dans ce cas et si la pompe à vide comporte un circuit fluidique de refroidissement permanent, les deux circuits fluidiques peuvent être indépendants l’un de l’autre ou être agencés en parallèle l’un de l’autre, c’est-à-dire avec une même entrée et une même sortie, la vanne pilotable deux voies étant agencée sur la branche du circuit fluidique. L’unité de contrôle peut également être configurée pour commander un contrôleur de flux ou une vanne pilotable d’un dispositif de purge annexe afin d’injecter un gaz de purge dans le chemin des gaz pompés durant l’étape de nettoyage. Des rainures hélicoïdales peuvent être ménagées dans le stator en regard d’une jupe Holweck du rotor. L’invention a aussi pour objet un procédé de nettoyage d’une pompe à vide turbomoléculaire raccordée à une chambre de procédés d’un équipement, caractérisé en ce qu’on lance une étape de nettoyage de ladite pompe à vide sur commande de l’équipement, ladite étape de nettoyage comprenant une phase de chauffage dans laquelle on pilote le dispositif de chauffage pour augmenter la température interne de la pompe à vide pendant une durée de chauffage et une phase de refroidissement, par exemple suivant la phase de chauffage, dans laquelle on pilote le dispositif de refroidissement pour abaisser ladite température pendant une durée de refroidissement. Le procédé de nettoyage peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prises seules ou en combinaison. On peut déterminer la durée de chauffage et la durée de refroidissement de l’étape de nettoyage, compatibles avec une durée de nettoyage allouée communiquée par l’équipement. En dehors de l’étape de nettoyage, la pompe à vide peut être chauffée en continu à une consigne prédéterminée supérieure à 60°C et inférieure à 100°C, comme par exemple 70°C. Au cours de la phase de chauffage, la température interne de la pompe à vide peut dépasser 100°C, telle que 150°C, comme 200°C, voire 250°C. A l’issue de la phase de refroidissement, la température interne peut être retournée à plus ou moins 5 % de la température de fonctionnement avant la phase de chauffage ou peut être repassée sous un seuil de température de 100°C. L’étape de nettoyage est par exemple inférieure à quarante minutes, par exemple comprise entre quinze et trente minutes. Deux étapes de nettoyage successives peuvent être séparées l’une de l’autre d’au moins vingt-quatre heures, telle qu’au moins une semaine, ou telle qu’au moins un mois. Un ralentissement de la vitesse de rotation nominale du rotor peut être commandé durant la phase de chauffage. Une accélération de la vitesse de rotation du rotor peut être commandée durant la phase de refroidissement. Brève description des figures D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l’invention, mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : La est une vue schématique d’un équipement de fabrication raccordé à une pompe à vide turbomoléculaire, elle-même raccordée à un pompage primaire. La montre une vue en coupe axiale de la pompe à vide turbomoléculaire de la . La montre un schéma fonctionnel d’éléments de la . La montre un graphique de la température interne (°C) de la pompe à vide en fonction du temps. La est une vue agrandie d’une étape de nettoyage du graphique de la . On a aussi représenté sur cette figure les courbes de pilotage du dispositif de chauffage (triangles) et du dispositif de refroidissement (ronds) en fonction du temps. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Pompe à vide (1) turbomoléculaire destinée à être fluidiquement raccordée à une chambre de procédés (101) d’un équipement (100), la pompe à vide (1) comportant un stator (2) et un rotor (3) configuré pour tourner dans le stator (2) caractérisée en ce que la pompe à vide (1) comporte en outre une unité de contrôle (30) configurée pour contrôler un dispositif de chauffage (21) et un dispositif de refroidissement (22) de la pompe à vide (1) et pour communiquer avec une unité de commande (104) de l’équipement (100) pour lancer une étape de nettoyage (201) sur commande de l’équipement (100), ladite étape de nettoyage (201) comprenant : - une phase de chauffage (202) dans laquelle l’unité de contrôle (30) pilote le dispositif de chauffage pour augmenter la température interne de la pompe à vide (1) pendant une durée de chauffage (Tc), et - une phase de refroidissement (203), dans laquelle l’unité de contrôle (30) pilote le dispositif de refroidissement pour abaisser de ladite température pendant une durée de refroidissement (Tr). Pompe à vide (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’unité de commande (104) de l’équipement (100) est configurée pour communiquer à l’unité de contrôle (30) une durée de nettoyage allouée à l’étape de nettoyage (201), l’unité de contrôle (30) étant configurée pour déterminer la durée de chauffage (Tc) et la durée de refroidissement (Tr) de l’étape de nettoyage (201), compatibles avec la durée de nettoyage allouée. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est configurée pour être chauffée en continu à une consigne prédéterminée supérieure à 60°C et inférieure à 100°C, comme par exemple 70°C, en dehors de l’étape de nettoyage (201). Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’au cours de la phase de chauffage (202) de l’étape de nettoyage (201), le dispositif de chauffage (21) est piloté pour que la température interne de la pompe à vide (1) dépasse 100°C, telle que 150°C, comme 200°C, voire 250°C. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’unité de contrôle (30) est configurée pour commander un ralentissement de la vitesse de rotation nominale du rotor (3) durant la phase de chauffage (202) et pour commander une accélération de la vitesse de rotation du rotor (3) durant la phase de refroidissement (203). Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage (21) comporte d’une part, un circuit électrique (29) comprenant un élément résistif (23) et/ou un élément radiatif, inséré dans le chemin de gaz pompés et d’autre part, un commutateur (28) électriquement raccordé au circuit électrique (29) et pilotable par l’unité de contrôle (30) pour autoriser ou couper l’alimentation électrique des éléments résistif (23) ou radiatif. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de refroidissement (22) comporte d’une part, un circuit fluidique (24) en contact thermique avec le stator (2) configuré pour être parcouru par un fluide de refroidissement et d’autre part, une vanne (25) pilotable par l’unité de contrôle (30) pour autoriser ou couper la circulation du fluide de refroidissement dans le circuit fluidique (24). Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte un circuit fluidique de refroidissement permanent (26) dans lequel un fluide de refroidissement est destiné à circuler en permanence, le circuit fluidique de refroidissement permanent (26) étant agencé dans une embase (27) du stator (2). Pompe à vide (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’elle comporte un isolant thermique (32) interposé entre l’embase (27) et un carter (7) du stator (2) susceptible d’être chauffé par le dispositif de chauffage (21). Pompe à vide (1) selon la revendication 7 et selon l’une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que la vanne (25) pilotable est une vanne trois voies intercalée entre le circuit fluidique de refroidissement permanent (26) et le circuit fluidique (24), la vanne (25) pilotable pouvant soit raccorder fluidiquement le circuit fluidique de refroidissement permanent (26) en série avec le circuit fluidique (24), soit court-circuiter le circuit fluidique (24). Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’unité de contrôle (30) est configurée pour commander un contrôleur de flux ou une vanne pilotable d’un dispositif de purge annexe afin d’injecter un gaz de purge dans le chemin des gaz pompés durant l’étape de nettoyage (201). Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que des rainures hélicoïdales (14) sont ménagées dans le stator (2) en regard d’une jupe Holweck (13) du rotor (3). Procédé de nettoyage (200) d’une pompe à vide (1) turbomoléculaire raccordée à une chambre de procédés (101) d’un équipement (100), caractérisé en ce qu’on lance une étape de nettoyage (201) de ladite pompe à vide (1) sur commande de l’équipement (100), ladite étape de nettoyage (201) comprenant une phase de chauffage (202) dans laquelle on pilote le dispositif de chauffage (21) pour augmenter la température interne de la pompe à vide (1) pendant une durée de chauffage (Tc) et une phase de refroidissement (203), dans laquelle on pilote le dispositif de refroidissement (22) pour abaisser ladite température pendant une durée de refroidissement (Tr). Procédé de nettoyage (200) selon la revendication 13, caractérisé en ce qu’on détermine la durée de chauffage (Tc) et la durée de refroidissement (Tr) de l’étape de nettoyage (201), compatibles avec une durée de nettoyage allouée communiquée par l’équipement (100). Procédé de nettoyage (200) selon l’une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que, en dehors de l’étape de nettoyage (201), la pompe à vide (1) est chauffée en continu à une consigne prédéterminée supérieure à 60°C et inférieure à 100°C, comme par exemple 70°C. Procédé de nettoyage (200) selon l’une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce qu’au cours de la phase de chauffage (202) de l’étape de nettoyage (201), la pompe à vide (1) est chauffée pour dépasser 100°C, telle que 150°C, comme 200°C, voire 250°C. Procédé de nettoyage (200) selon l’une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce qu’à l’issue de la phase de refroidissement (203) de l’étape de nettoyage (201), la température interne est retournée à plus ou moins 5 % de la température de fonctionnement avant la phase de chauffage (202) ou est repassée sous un seuil de température de 100°C. Procédé de nettoyage selon l’une des revendications 13 à 17, caractérisé en ce qu’on commande un ralentissement de la vitesse de rotation nominale du rotor (3) durant la phase de chauffage (202) et une accélération de la vitesse de rotation du rotor (3) durant la phase de refroidissement (203). Procédé de nettoyage selon l’une des revendications 13 à 18, caractérisé en ce que l’étape de nettoyage (201) est inférieure à quarante minutes, par exemple comprise entre quinze et trente minutes. Procédé de nettoyage selon l’une des revendications 13 à 19, caractérisé en ce que deux étapes de nettoyage (201) successives sont séparées l’une de l’autre d’au moins vingt-quatre heures, telle qu’au moins une semaine, ou telle qu’au moins un mois.