(57)【要約】  本発明は、直列に連結され、それぞれプロセッサおよびメモリ３ｂ内に記録されたプログラムによって監視されたそれぞれの電力供給部１ｃ、２ｃによって電力が供給される第１の電気モータ１ｂおよび第２の電気モータ２ｂによって駆動される、少なくとも１つの主ポンプ１および補助ポンプ２を備えた真空ポンプ装置に関する。メモリ３ｂ内に記録されたプログラムは、規則的に小さくなる主ポンプ１の速度変化の法則Ａと、規則的に大きくなる補助ポンプ２の速度変化の法則Ｂを生成して、ポンピング速度を最大限にしながらエネルギー消費を少なくする。
2009501869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンピングした気体の流路内で直列に連結され、それぞれ２つの電気モータ（１ｂ、２ｂ）の速度を変えるように電子制御モジュール（３）によって制御された第１の電気モータ（１ｂ）および第２の電気モータ（２ｂ）によって駆動された、出口側の少なくとも１つの一次ポンプ（１）および入口側の１つの二次ポンプ（２）を備えた、エンクロージャ（１００）内の圧力を小さくする真空ポンプ装置であって、電子制御モジュール（３）が、エンクロージャ（１００）内の圧力を小さくする処理中に、二次ポンプ（２）の速度変化の法則（Ｂ）にしたがって二次ポンプ（２）の速度（Ｖ２）を次第に大きくし、一次ポンプ（１）の速度変化の法則（Ａ）にしたがって一次ポンプ（１）の速度（Ｖ１）を次第に小さくする速度制御手段（１ｃ、２ｃ、３ａ、３ｂ）を備えていることを特徴とする、真空ポンプ装置。
【請求項２】
二次ポンプ（２）の速度変化の法則（Ｂ）が、ゆっくり上昇する第１のステップ（Ｂ１）、続く急速に上昇する第２のステップ（Ｂ２）、その後穏やかに上昇する第３のステップ（Ｂ３）を含み、
一次ポンプ（１）の速度変化の法則（Ａ）が、高速の第１のステップ（Ａ１）、続く急速に降下する第２のステップ（Ａ２）、その後ゆっくり降下する第３のステップ（Ａ３）を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の真空ポンプ装置。
【請求項３】
二次ポンプ（２）の急速に上昇する速度の第２のステップ（Ｂ２）が、一次ポンプ（１）の急速に降下する速度の第２のステップ（Ａ２）と同時であることを特徴とする、請求項２に記載の真空ポンプ装置。
【請求項４】
二次ポンプ（２）の速度が、最小速度（Ｖ２ｍｉｎ）からその公称速度（Ｖ２ｎ）まで大きくなり、一次ポンプ（１）の速度が最初はその公称速度（Ｖ１ｎ）であり、圧力減少処理の最後に、小さな速度（Ｖ１ｍｉｎ）まで到達することを特徴とする、請求項２または３のいずれかに記載の真空ポンプ装置。
【請求項５】
二次ポンプ（２）が、一次ポンプ（１）の公称スループット（Ｑ１）より高い公称スループット（Ｑ２）で選択され、その初期速度比（Ｖ１ｎ／Ｖ２ｍｉｎ）が、二次ポンプ（２）および一次ポンプ（１）のそれぞれの公称スループットの比（Ｋ＝Ｑ２／Ｑ１）に近くなるように選択されることを特徴とする、請求項４に記載の真空ポンプ装置。
【請求項６】
ポンプ（１、２）のスループットの比（Ｋ）が、約１０から約１５までであることを特徴とする、請求項５に記載の真空ポンプ装置。
【請求項７】
一次ポンプ（１）の速度変化の法則（Ａ）が、一次ポンプ（１）の速度が一時的にその公称速度（Ｖ１ｎ）より大きくなる高速の第１のステップ（Ａ１）を含んでいることを特徴とする、請求項２から６のいずれか一項に記載の真空ポンプ装置。
【請求項８】
一次ポンプ（１）の前記高速の第１のステップ（Ａ１）が、公称速度（Ｖ１ｎ）に近い速度の初期期間（Ａ１１）、続く公称速度（Ｖ１ｎ）より高い速度の過速度期間（Ａ１２）を含んでいることを特徴とする、請求項７に記載の真空ポンプ装置。
【請求項９】
一次ポンプ（１）および二次ポンプ（２）の速度変化の法則（Ａ、Ｂ）が、全電力消費を少なくするように選択されていることを特徴とする、請求項２から８のいずれか一項に記載の真空ポンプ装置。
【請求項１０】
速度制御手段が、第１のモータ（１ｂ）に電力を供給するように構成された第１の制御電力供給ユニット（１ｃ）と、
第２のモータ（２ｂ）に電力を供給するように構成された第２の制御電力供給ユニット（２ｃ）と、
電気モータ（１ｂ、２ｂ）の速度を変更するように第１の電力供給ユニット（１ｃ）および第２の電力供給ユニット（２ｃ）を制御するプログラムを含む関連メモリ（３ｂ）を備えたプロセッサ（３ａ）とを備え、
プログラムが、ポンプ（１、２）の速度変化の法則（Ａ、Ｂ）を含んでいることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の真空ポンプ装置。
【請求項１１】
エンクロージャ（１００）内の圧力を感知し、プロセッサ（３ａ）に送信される圧力信号を生成する少なくとも１つの圧力センサ（１００ａ）を備えた真空ポンプ装置であって、
プログラムが、圧力信号の関数としてポンプ（１、２）の速度変化の法則（Ａ、Ｂ）を生成することを特徴とする、請求項１０に記載の真空ポンプ装置。
【請求項１２】
プログラムが、経過時間の関数としてポンプ（１、２）の速度変化の法則（Ａ、Ｂ）を生成することを特徴とする、請求項１０に記載の真空ポンプ装置。
【請求項１３】
エンクロージャ内の圧力を低下させる処理の最後に、速度制御手段が二次ポンプ（２）の速度をその公称速度（Ｖ２ｎ）以上からその最小速度（Ｖ２ｍｉｎ）まで小さくし、二次電気モータ（２ｂ）が二次ポンプ（２）の運動エネルギーを電気エネルギーの形で回復させ、電気エネルギーは一次ポンプ（１）を駆動するように第１の電気モータ（１ｂ）内に電子制御モジュール（３）を介して再び注入されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の真空ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンクロージャ内の適当な真空を確立および維持することが可能である真空ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンクロージャ内で真空を確立することは、真空内で行わなければならない半導体製造、特定の製造ステップなどの工業的処理における標準的な実施である。
【０００３】
このような処理では、半導体基板は、弁までの装填チャンバ内部の圧力を十分に小さくして、その後適当な製造真空が中で確立された処理チャンバ内に半導体基板を運ぶ真空ポンプ装置に連結された装填チャンバ（ロードロック）内に配置されている。
【０００４】
明らかに、基板が装填されるまたは取り外されるたびに、交互に装填チャンバ内の気体圧力を下げ、その後上昇させなければならず、これは真空ポンプ装置の頻繁な干渉を示している。
【０００５】
同様に明らかに、装填チャンバ内での真空の確立は瞬時ではなく、これにより製造処理の全速度に関する限界が構成される。
【０００６】
この限界の重要性は、特に平らなテレビまたは表示画面の製造の際に、基板の寸法に直接比例しており、装填チャンバは１つまたは複数の平らな画面を含むのに適当な容積を必ず有する。
【０００７】
例えば、現時点において平らな画面の製造に使用される装填チャンバは約５００から１０００リットルの大きな容積を有し、したがって、できるだけ早くポンピングしなければならない。
【０００８】
これらの大きな装填チャンバを急速にポンピングするのに現在使用されている解決法は、大型モータを備えている大型ポンプを使用することである。その結果、ポンプおよびモータは大きく費用がかかり、高い電力消費を有する。
【０００９】
実際、従来技術のポンプ装置は普通、真空ラインの排出端部に少なくとも１つの一次ポンプと、真空ラインの吸引端部、すなわちポンピングされるエンクロージャからの出口に少なくとも１つの二次ポンプを備えている。一次ポンプおよび二次ポンプは、ポンピングした気体の流路内に直列に連結されており、公称速度で回転するように電力が供給された２つの電気モータによって駆動される。
【００１０】
直列に連結されており、電子制御手段によって制御された２つの電気モータによって駆動された少なくとも１つの一次ポンプおよび少なくとも１つの二次ポンプを備えた真空ポンプ装置はまた、例えば米国特許第４，６９９，５７０号により知られている。一次ポンプは一定の速度で駆動され、その電力供給はポンピングの最後に遮断することができる。二次ポンプは、ポンプの電力消費を少なくするように、エンクロージャ内の圧力が小さくなるにつれて規則的に大きくなる速度で駆動される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記種類の装置によって達成される電力消費の改善はそれにも拘わらず、特に大型エンクロージャの頻繁のポンピングには不十分である。
【００１２】
本発明は、大型チャンバのポンピングに適用可能である装置を示すために、さらに電力消費を少なくする手段を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的のため、本発明は、ポンピングした気体の流路内で直列に連結され、それぞれ２つの電気モータの速度を変えるように電子制御モジュールによって制御された第１の電気モータおよび第２の電気モータによって駆動された、出口側の少なくとも１つの一次ポンプおよび入口側の１つの二次ポンプを備えた、エンクロージャ内の圧力を小さくする真空ポンプ装置であって、電子制御モジュールは、エンクロージャ内の圧力を小さくする処理中に、二次ポンプの速度変化の法則にしたがって二次ポンプの速度を次第に大きくし、一次ポンプの速度変化の法則にしたがって一次ポンプの速度を次第に小さくする速度制御手段を備えていることを特徴とする装置を提案している。
【００１４】
この種類の配置で、エンクロージャはポンピングの開始の際に大気圧である場合に、ポンプが到達しなければならない圧縮は低く、ポンピング速度は一次ポンプを高速で駆動することによって優先させることができ、電力消費は低く、電力消費は二次ポンプを低速で運転させることによってさらに少なくすることができる。
【００１５】
圧力が小さくなると、二次ポンプは圧縮が電力を消費しない圧力区域において気体を次第に圧縮することができ、二次ポンプはその後、過剰な電力消費なしで高いスループットを発生させることができる。この可能性は、二次ポンプの速度を次第に大きくすることによって利用される。
【００１６】
同時に、作り出さなければならない圧縮は高いので、一次ポンプは大量の電力を消費し始め、その後、その電力消費を少なくするようにその速度を小さくすることは有益であり、システムのスループットは二次ポンプの大きな関与によって維持される。
【００１７】
各容積、各ポンプスループット、および各ポンピング期間において電力消費を少なくする各ポンプに対して最適速度の法則を見つけることが可能である。
【００１８】
例えば、二次ポンプの速度変化の法則は、ゆっくり上昇する第１のステップ、続く急速に上昇する第２のステップ、その後穏やかに上昇する第３のステップを含んでおり、一次ポンプの速度変化の法則は、高速の第１のステップ、続く急速に降下する第２のステップ、その後ゆっくり降下する第３のステップを含んでいる。
【００１９】
この種類の配置により、省電力が増加する。
【００２０】
有利な一実施形態では、二次ポンプの急速に上昇する速度の第２のステップは、一次ポンプの急速に降下する速度の第２のステップと同時である。
【００２１】
同時にポンピング速度を最適化するため、二次ポンプの速度が最小速度からその公称速度まで大きくなり、一次ポンプの速度は最初その公称速度であり、圧力減少処理の最後に、小さい速度に到達することが有利である。
【００２２】
ポンピング速度は、一次ポンプの公称スループットより高い公称スループットを備えた二次ポンプを選択することによって最適化され、その初期速度比は、二次ポンプおよび一次ポンプのそれぞれの公称スループット比に近くなるように選択される。この比は有利には、約１０から約１５である。
【００２３】
ポンプの公称スループット、したがってその寸法およびその容積を大きくすることなくポンピング速度を大きくするために、一次ポンプの速度変化の法則は、一次ポンプの速度が一時的にその公称速度より大きくなる高速の第１のステップを含んでいることが有利である。
【００２４】
例えば、一次ポンプの前記高速の第１のステップは、公称速度に近い速度の初期期間に続き、公称速度より高い速度の過速度期間を含んでいる。
【００２５】
一般的に、一次および二次ポンプの速度変化の法則は、全電力消費を少なくするように選択される。
【００２６】
さらなる省電力は、エンクロージャ内の圧力を低下させる処理の最後に、その公称速度以上からその最小速度まで二次ポンプの速度を小さくする速度制御手段と、二次ポンプの運動エネルギーを電気エネルギーの形で回復させる二次電気モータとを提供することによって、本発明により得ることができ、電気エネルギーは一次ポンプを駆動するように、第１の電気モータ内に電子制御モジュールを介して再び注入することができる。
【００２７】
本発明の他の目的、特性および利点は、添付の図面を参照して、特定の実施形態の以下の説明から明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１に示す装置を最初に考える。
【００２９】
エンクロージャ１００内の気体圧力をできるだけ迅速に小さくし、できるだけ少ない電力を消費することが必要である。
【００３０】
一次ポンプ１および二次ポンプ２を備えた本発明の真空ポンプ装置が、この目的で使用される。二次ポンプ２は、ポンピングされるエンクロージャ１００に連結されたその入口２ａを有し、大気圧で排出する一次ポンプ１の入口１ａ内に排出する。したがって、ポンプ１および２はポンピングした気体の流路内で直列に連結されている。
【００３１】
一次ポンプ１は第１の電気モータ１ｂによって駆動され、二次ポンプ２は第２の電気モータ２ｂによって駆動される。
【００３２】
電気モータ１ｂおよび２ｂは、それぞれの速度を制御する電子制御モジュール３によって制御される。
【００３３】
電子制御モジュール３は、第１のモータ１ｂに電力を供給するように構成された第１の制御電力供給ユニット１ｃ、第２のモータ２ｂに電力を供給するように構成された第２の制御電力供給ユニット２ｃ、および電気モータ１ｂおよび２ｂの速度を変更するように第１および第２の電力供給ユニット１ｃおよび２ｃを制御するプログラムを含む関連メモリ３ｂを備えたプロセッサ３ａを含む速度制御手段を備えている。
【００３４】
メモリ３ｂ内に記憶されたプログラムは、ポンピング速度変化の法則、例えば図表３ｃ内の曲線ＡおよびＢに示すような圧力の関数としての速度変化の法則Ｖ／Ｐ、または図表３ｄ内の曲線ＡおよびＢに示すような時間の関数としての速度変化の法則Ｖ／ｔを含んでいる。
【００３５】
変化の法則Ｖ／ｔを有する装置では、図表３ｄの曲線ＡおよびＢに示すような速度変化の法則を再現するために、プログラムはプロセッサ３ａの内部クロックを使用した時間の関数、およびプログラムのデータの関数として実行される。
【００３６】
図表３ｃに示すような圧力の関数として速度変化の法則Ｖ／Ｐを使用する一実施形態では、装置はさらに、エンクロージャ１００内の圧力を感知し、プロセッサ３ａに送信される圧力信号を生成するように構成された少なくとも１つの圧力センサ１００ａを備えている。プログラムはその後、図表３ｃの曲線ＡおよびＢに示すように、圧力信号の関数としてポンプ１および２に対して速度変化の法則を生成することができる。
【００３７】
メモリ３ｂに記憶されたプログラムによって再現されるポンプ１および２の速度変化の法則ＡおよびＢは、ポンプ１および２を駆動する装置が消費する全電力を削減し、それによってエンクロージャ１００内に真空を確立するために、使用者によって前もって選択される。
【００３８】
この種類の省電力を達成する速度変化の法則ＡおよびＢは、図２および３に例として示されている。
【００３９】
図２に示す第１の実施形態では、曲線Ａは一次ポンプに対する速度変化の法則であり、曲線Ｂは、エンクロージャ１００が大気圧である初期時間ｔ０と所要の真空がエンクロージャ１００内に確立された最終時間ｔｆの間の二次ポンプに対する速度変化の法則である。
【００４０】
最初、時間ｔ０では、一次ポンプ１の速度はその公称速度Ｖ１ｎであり、二次ポンプ２の速度はその最小速度Ｖ２ｍｉｎである。
【００４１】
二次ポンプ２に対する速度変化の法則Ｂは、ゆっくり上昇する第１のステップＢ１、続く急速に上昇する第２のステップＢ２、その後穏やかに上昇する第３のステップＢ３を含んでいる。
【００４２】
一次ポンプの速度変化の法則Ａは、高速の第１のステップＡ１、続く急速に降下する第２のステップＡ２、その後ゆっくり降下する第３のステップＡ３を含んでいる。
【００４３】
最終時間ｔｆでは、二次ポンプ２の速度はその公称速度Ｖ２ｎであり、一次ポンプ１の速度は小さな値Ｖ１ｍｉｎを有する。
【００４４】
一次ポンプ１および二次ポンプ２の構造、およびその初期速度Ｖ１ｎおよびＶ２ｍｉｎは有利には、スループットおよび電力消費を最適化する適当な方法で選択することができる。この目的のために、二次ポンプ２は一次ポンプ１の公称スループットＱ１より高い公称スループットＱ２を有することができる。同時に、初期速度の比Ｖ１ｎ／Ｖ２ｍｉｎは、二次ポンプ２および一次ポンプ１のそれぞれの公称スループットの比Ｋ＝Ｑ２／Ｑ１に近くなるように選択される。
【００４５】
充分な省電力は約１０から約１５の比Ｋで達成することができる。
【００４６】
図２に示す実施形態では、一次ポンプ１の速度変化の法則Ａの高速の第１のステップＡ１は、一次ポンプ１の公称速度Ｖ１ｎとほぼ同じである比較的一定の速度のステップである。
【００４７】
図３に示す実施形態では、一次ポンプ１の速度変化の法則Ａ、および二次ポンプ２の速度変化の法則Ｂは、初期時間ｔ０から最終時間ｔｆまでほぼ同じ全体の形状を有する。
【００４８】
違いは、この図３の実施形態では、一次ポンプ１の速度変化の法則Ａが、一次ポンプ１の速度がその公称速度Ｖ１ｎより一時的に大きくなる高速の第１のステップＡ１を含んでいることである。
【００４９】
例えば、図３に示すように、一次ポンプ１の高速の第１のステップＡ１は、公称速度Ｖ１ｎに近い速度の初期期間Ａ１１、続く公称速度Ｖ１ｎより高い速度の過速度期間Ａ１２を含んでおり、初期期間Ａ１１と過速度期間Ａ１２の間の移行は、比較的短い持続期間の移行期間Ａ１３にわたって起こる。
【００５０】
過速度期間Ａ１２中に、一次ポンプ１の速度は例えば、公称速度の１．５倍から２倍までの速度に上昇することができる。ポンピング速度の点で達成される改善は明らかであり、これにより、電力消費をさらに小さくするステップＡ３中に一次ポンプの速度のその後の急速な減少が可能になる。
【００５１】
図２および３は、ポンピング速度変化の法則は一時的な法則である、すなわち、時間の関数として速度を与える実施形態を示している。この種類の速度変化の法則は、ポンピングされるエンクロージャ１００の容積が予め知られている場合に適切である可能性がある。この場合、プログラムは、経過時間の機能としてポンプ１および２の速度変化の法則ＡおよびＢを生成する。
【００５２】
圧力の関数としての速度変化の法則の場合、図１の図表３ｃに示すようにポンプは図２または図３の法則ＡおよびＢと同じ形状を有する速度変化の法則で駆動することができ、水平時間軸は水平圧力軸と置き換えることができる。この実施形態は、異なる容積を有する連続したエンクロージャ１００を同じポンプ装置によってポンピングしなければならない場合に好ましい。
【００５３】
真空がエンクロージャ１００内で確立されると、その後のポンピングサイクルを開始させるために、最初に二次ポンプ２を最小速度Ｖ２ｍｉｎまで遅くする必要があるが、その公称速度Ｖ２ｎより大きいまたはこれと同じであるその最大速度で駆動される。このステップ中に、二次ポンプ２は真空状態にあり、したがってポンピングした気体によってはっきりとは制動されない。二次ポンプ２は高速で回転しており、高い動的エネルギーを有し、自然にゆっくりになるためには極めて長い時間がかかるだろう。本発明によると、動的エネルギーは電気エネルギーの形で回復させることができ、第２のポンプ２を制動させる適当な方法で第２の電気モータ２ｂを制御し、一次ポンプ１を駆動するように第１の電気モータ１ｂ内に電子制御モジュール３を介してこの電気エネルギーを再び注入することによって、減速期間を短くすることができる。
【００５４】
本発明は、２つのポンプ、例えば乾式一次ポンプ１、およびルーツタイプ二次ポンプ２を備えたポンプ装置に適用される。
【００５５】
モータ１ｂおよび２ｂは例えば、ＤＣまたはＡＣモータであってもよい。
【００５６】
本発明は、ポンピングラインが一次ポンプ１および二次ポンプ２と直列および／または並列な補助ポンプを備えているポンプ装置に適用することができる。
【００５７】
本発明は明示的に記載した実施形態に限るものではなく、当業者に自明であるその変更形態および一般形態を含む。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の真空ポンプ装置の一実施形態の一般的構造を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態の一次および二次ポンプ速度の変化を示すタイミング図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の一次および二次ポンプ速度の変化を示す図である。
【図１】
2009501869.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009501869.tif 000005
【国際調査報告】
2009501869.tif 000006
2009501869.tif 000007
2009501869.tif 000008
2009501869.tif 000009
2009501869.tif 000010
2009501869.tif 000011