(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空ポンプシステムであって、
互いに並列に連結されて、入口側でチャンバと夫々連結されている複数の真空ポンプと、
前記真空ポンプの出口側と連結されている出口ラインと、
少なくとも１つの真空ポンプの入口側を前記出口ラインに連結している中間ラインと
を備えており、
前記複数の真空ポンプの出口側は、前記出口ラインと夫々の逆止弁を介して連結されており、
送出時間中、全ての真空ポンプは並列に連結されており、休止時間中、前記複数の真空ポンプの内の少なくとも１つの入口側は、バッキングポンプとして残りの真空ポンプの出口側に連結されていることを特徴とする真空ポンプシステム。
【請求項２】
休止時間中、入口側が残りの真空ポンプの出口側に連結されている真空ポンプは、他の真空ポンプと直列に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプシステム。
【請求項３】
前記チャンバと前記複数の真空ポンプとを夫々連結している複数の連結ラインの各々に、前記連結ラインを開閉するバルブが配置されており、前記中間ラインを開閉する別のバルブが前記中間ラインに配置されており、
前記バルブ及び前記別のバルブは、個々の真空ポンプの並列又は直列の相互連結を制御するために配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空ポンプシステム。
【請求項４】
休止状態で入口側が残りの真空ポンプの出口側に連結されて、特に他の真空ポンプと直列に連結される真空ポンプの少なくとも１つは、他の真空ポンプより小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の真空ポンプシステム。
【請求項５】
チャンバを真空状態にするための方法であって、
複数の真空ポンプの夫々の入口側を前記チャンバに連結して、前記複数の真空ポンプの夫々の出口側を出口ラインに夫々の逆止弁を介して連結することにより、前記複数の真空ポンプを互いに並列に連結し、
前記複数の真空ポンプの少なくとも１つの入口側を前記出口ラインに中間ラインを介して連結し、
送出時間中、全ての真空ポンプを並列に連結し、
休止時間中、前記複数の真空ポンプの内の少なくとも１つの入口側を、バッキングポンプとして残りの真空ポンプの出口側に連結することを特徴とする方法。
【請求項６】
休止時間中、入口側が残りの真空ポンプの出口側に連結されている真空ポンプを、他の真空ポンプと直列に連結することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記チャンバと前記複数の真空ポンプとを夫々連結している複数の連結ラインの各々に、前記連結ラインを開閉するバルブを配置し、
前記中間ラインを開閉する別のバルブを前記中間ラインに配置し、
前記バルブ及び前記別のバルブは、個々の真空ポンプの並列又は直列の相互連結を制御するために配置されることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
休止状態で入口側が残りの真空ポンプの出口側に連結されて、特に他の真空ポンプと直列に連結される真空ポンプの少なくとも１つは、他の真空ポンプより小さいことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバ、特に処理チャンバ又はロックチャンバ内の内容物を排出するための真空ポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
大型のチャンバ内の内容物を定期的に排出するための真空ポンプシステムが先行技術で知られている。図１参照。乾式で圧縮するように作動する真空ポンプがこの目的のために使用されることが多い。一般に、真空ポンプは、ねじポンプ、クローポンプ又は多段ルーツポンプのようなバッキングポンプと、並列に連結されているルーツポンプとの組み合わせから構成されている。大型のポンプシステムでは、複数のポンプ及び複数のルーツポンプが並列に連結されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
典型的には、このようなポンプシステムは、ロックチャンバ、例えばロードロック又はアンロードロックで、例えばコーティングプラントで使用される。このようなプラントでは、大気圧から典型的には約0.1 mbar〜10mbarの移送圧力にまで短時間で、例えば20秒〜120 秒の送出時間でチャンバ内の内容物を送出しなければならない。その後、真空ポンプが入口側で、内容物を排出するチャンバからバルブによって分離されて、一定時間、典型的には送出時間の１〜10倍、吐出圧力動作で作動する。
【０００４】
更なる典型的な用途として、金属の熱処理又は精製のための大型の処理チャンバがある。この場合、典型的な送出時間は２〜30分である。その後、低いガス流を送り出し続けなければならないが、このガス流は、送出時間を実現するために必要なガス流よりかなり小さい。この作動圧力のための典型的な保持時間は送出時間の２〜10倍になる。
【０００５】
このような用途では、真空ポンプシステムは、短い送出時間を実現するためにかなり大型にしなければならない。しかしながら、休止時間中及び／又は保持時間中、ポンプシステムの大きな吸引能力は必要ではない。従って、休止時間中及び／又は保持時間中、ポンプの不必要に高いエネルギー消費を要する。
【０００６】
休止時間中及び／又は保持時間中にポンプシステムの高い電力消費量を削減するために、様々な手法が知られている。
【０００７】
バッキングポンプ及び／又はルーツポンプを備えたポンプシステムの一部を一時的に停止する。この場合、ポンプが冷えて、構成要素の耐用年数に悪影響を及ぼすという不利点がある。更に、ライニング同士がくっつき、ロータを妨害する場合がある。短い休止時間及び／又は保持時間中、ポンプを再度頻繁に加速しなければならず、これは、更なる電力及び非常に大型のモータを必要とする。従って、ポンプを停止することは一般的な方法ではない。
【０００８】
更に、各バッキングポンプの出口側に、追加の小型の補助ポンプが直列に連結されている構成が先行技術で知られている。図３参照。このようなポンプは、例えばエジェクタポンプ又は別のより小型のバッキングポンプであってもよい。送出時間中、バッキングポンプと補助ポンプとの間の余りにも高い圧力を避けるために、断面が適切な切替弁又は逆止弁が通常、補助ポンプと並列に配置されなければならない。このような解決法は、追加のポンプが多数であるため不利である。更に、例えばエジェクタポンプのような非常に小型の補助ポンプは、短い休止時間及び／又は保持時間中に適切な省電力を得るのに十分急速にバッキングポンプの出口圧力を下げることができない。更に補助ポンプは、作動のためのエネルギーを必要とする。
【０００９】
先行技術で知られている別の解決法では、バッキングポンプの出口側に、少数の更なる大型のバッキングポンプが大型の補助ポンプとして配置されてもよい。図２参照。これらのバッキングポンプはパイプラインシステムを介してバッキングポンプと直列に連結されている。この場合も、送出時間中、バッキングポンプと補助ポンプとの間の高い圧力を避けるために、断面が適切な少なくとも１つのバルブが補助ポンプと並列に通常配置されなければならない。この解決法は、追加の購入コスト及び作動コスト並びに補助ポンプに必要なスペースのため不利である。
【００１０】
本発明は、特に休止時間及び保持時間中に電力消費量を減らす改良されたポンプシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、互いに並列に連結されて夫々の入口側でチャンバに夫々連結されている複数の真空ポンプを備えたポンプシステムにより達成される。図４参照。ポンプシステムは、真空ポンプの出口側に連結されている出口ラインを更に備えている。更にポンプシステムは、真空ポンプの少なくとも１つの入口側を出口側に連結する中間ラインを備えている。送出時間中、全ての真空ポンプは並列に連結されており、休止時間及び／又は保持時間中、真空ポンプの少なくとも１つはバッキングポンプとして他の真空ポンプと直列に連結されている。
【００１２】
送出時間中にポンプシステムの全ての真空ポンプが並列に連結されているため、十分な吸引能力が送出処理に利用可能である。真空ポンプシステムは、チャンバへの入口側の連結部分、及び中間ラインの両方に切替手段を更に備えている。このような切替手段は、例えばバルブを有してもよい。従って、休止時間及び／又は保持時間中、真空ポンプの１つはバッキングポンプとして他の真空ポンプと直列に連結され得る。このような構成は、真空ポンプが様々な方法で互いに直列又は並列に連結されるように、切替手段が連結を固定又は解放すべく切替手段を相応して配置することにより実現されている。そのため、真空ポンプの出口圧力が急速に低下し、電力消費量は大幅に減少する。しかしながら、ポンプは、少しの時間も損失することなく次の送出サイクルに使用され得るように作動し続ける。
【００１３】
従って、あるポンプの停止が不必要であるため、ポンプは温まったままであり、完全に作動可能であり続ける。駆動部が頻繁な加速のために構成される必要がなく、追加のポンプを必要としないため、別の利点がもたらされる。本発明に係るポンプシステムのための追加の支出が、比較的小型のパイプライン及び切替手段、例えばバルブとポンプ制御部の変更とのみに制限される。
【００１４】
ポンプシステムのエネルギー消費が減少することにより、通常の摩耗部分、例えばオイル、軸受、密閉部分、駆動部内の電力用電子機器の耐用年数が著しく延びるように、ポンプは比較的冷えた状態で作動する。更に、廃熱の減少に起因するこのエネルギー消費の減少により、設置箇所の空調及びポンプの冷却のためのコストが減少する。動作中に出口の圧力が低下することにより、ポンプ内の蒸気の凝縮も防止されるため、腐食によって生じる損傷が軽減され得る。
【００１５】
少なくとも１つの真空ポンプがバッキングポンプとして直列に連結され得る場合、非常に低い吐出圧力及び／又は作動圧力に達することができる。
【００１６】
従って、いかなる追加のポンプも無しで特定の処理工程が可能になり得る。例えば、漏れ検出は通常低い作動圧力を必要とするので、実際の処理動作前のプラント内の漏れ検出がこのようにして可能になる。本発明により実現される休止時間及び／又は保持時間中、ポンプの大部分の雑音放射が、軽減した負荷で更に低下するので、ポンプシステムの騒音レベルが低下する。
【００１７】
このような群の個々のポンプが故障しても処理が継続され得るので、本発明に係るポンプシステムは高い冗長性を可能にする。従って、全てのポンプは、いかなる補助ポンプも無しで自身のタスクを完了し得る。更に、複数のポンプが、補助ポンプとして使用され得るように組み込まれてもよい。電力消費量の減少、ひいては作動コストの削減に加えて、本発明に係るこのような用途のためのCO2 排出量が削減される。
【００１８】
本発明に係る作動のために、バッキングポンプとして直列に連結される真空ポンプが一定の技術的要件を満たすことが特に好ましい。これらの真空ポンプが、いかなるガス又はオイルの漏れも無く、大幅に減少した出口圧力で確実に作動可能であるように密閉されていることが特に好ましい。休止動作及び／又は保持動作中のバッキングポンプの出口圧力が10mbar〜500 mbarの範囲内であることが特に好ましい。更に、ポンプの温度特性が大幅に減少した出口圧力での作動を確実に可能にすることが特に好ましい。この態様は、隙間の高さ、オイルの粘度及び軸受の潤滑に特に関連する。
【００１９】
更に、非常に速いサイクルでもオイルが激しく拡散しないように、油潤滑しているスペースが作業スペースに対して密閉されていることが特に好ましい。更に、軸の密閉部分が、急速に変わる圧力差により生じる摩耗で早期に損傷しないように好ましくは構成される。この点における１つの可能性として、油潤滑しているスペースと油分離器を備えた作業スペースとの間に補償ラインが使用される。
【００２０】
更なる有利な構成及び変更が以下の図面に示されている。しかしながら、夫々もたらされる特徴は個々の図面又は構成に制限されない。更に正確に言えば、上記の記載の一又は複数の特徴が、更なる変更のために図面の個々の特徴又は複数の特徴と組み合わせられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】先行技術の例に係る実施形態を示す図である。
【図２】先行技術の例に係る実施形態を示す図である。
【図３】先行技術の例に係る実施形態を示す図である。
【図４】本発明に係る例示的な実施形態を示す図である。
【図５】本発明に係る例示的な実施形態を示す図である。
【図６】本発明に係る例示的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、ロックチャンバ10と、並列に連結されているポンプP1〜P5とを備えた真空ポンプシステム1 を示し、ポンプP1〜P5は夫々ロックチャンバ10と入口側で連結されている。更に、真空ポンプシステム1 はバルブV1〜V5を備えており、バルブV1〜V5によって、ポンプP1〜P5のポンプ入口からロックチャンバ10への連結が遮断され得る。図示された真空ポンプシステムは先行技術で知られている。送出時間中、バルブV1〜V5は開いている。ポンプP1〜P5は、送出時間中に多くの電力を消費して最高速度で作動する。ロックチャンバ内の圧力は連続的に減少する。
【００２３】
休止時間中、バルブV1〜V5は閉じており、ポンプP1〜P5は最高速度で作動し、電力消費量は、吐出圧力で作動する場合の電力消費量に本質的に相当して比較的高いままである。ロックチャンバ内の圧力は移送圧力と等しい。
【００２４】
保持時間中、バルブV1〜V5は開いており、ポンプP1〜P5は低い作動圧力で作動する。
【００２５】
図２に示されている真空ポンプシステム2 は先行技術で知られている。真空ポンプシステム2 は、比較的大型の補助ポンプP26 と逆止弁CV21〜CV25とによって拡張されている。
【００２６】
並列に連結されているポンプP21 〜P25 はチャンバ20と連結されている。送出時間中、バルブV21 〜V25 及び逆止弁CV21〜CV25の両方が開いている。追加の補助ポンプP26 の入口圧力は補助ポンプの出口圧力と略等しい。
【００２７】
休止時間中、バルブV21 〜V25 は閉じている。その後、逆止弁CV21〜CV25も閉じる。この動作中、補助ポンプP26 の入口圧力は、補助ポンプP26 の出口圧力より大幅に低い。
【００２８】
図３は、小型の補助ポンプP33, P34を備えた、ロックチャンバ30のための真空ポンプシステム3 の先行技術の構成を示す。例えば、エジェクタポンプが補助ポンプとして選択されてもよい。
【００２９】
送出時間中、バルブV31, V32及び逆止弁CV31, CV32が開いている。補助ポンプP33, P34の入口圧力は、補助ポンプP33, P34の出口圧力と略等しい。
【００３０】
真空ポンプシステム3 の休止時間中、バルブV31, V32は閉じている。
【００３１】
休止時間中、逆止弁CV31, CV32も閉じている。補助ポンプP33, P34の出口圧力は、休止時間中、補助ポンプP33, P34の入口圧力より実質的に高い。
【００３２】
図４〜６は、本発明に係る真空ポンプシステム4 の構成を示す。
【００３３】
図４に示されている真空ポンプシステムは、５つの並列に連結されている真空ポンプP41, P42, P43, P44, P45 を備えている。真空ポンプP41, P42, P43, P44, P45 の入口は真空チャンバ40と連結されている。夫々の真空ポンプP41, P42, P43, P44, P45 の間にバルブV41, V42, V43, V44, V45 が設けられている。ポンプP41, P42, P43, P44, P45 の出口側は、逆止弁CV41, CV42, CV43, CV44, CV45を介して共通の出口41と連結されている。
【００３４】
図４の真空ポンプシステムの例示的な実施形態では、バルブV46 が配置されている連結ライン42で、ポンプP41 はポンプP42, P43, P44, P45と直列に連結され得る。
【００３５】
バッキングポンプ又は補助ポンプとして使用される真空ポンプP41 は一般に、他の真空ポンプより小型に構成され得る。従って、休止動作中及び／又は保持動作中の電力消費量が更に減少する。図４は、送出時間中バルブV41 〜V45 が開いてバルブV46 が閉じている真空ポンプシステムを示す。更に送出時間中、逆止弁CV41〜CV45は開いている。
【００３６】
休止時間中、バルブV41 〜V45 は閉じてバルブV46 は開いている。ポンプシステム内の内容物がポンプP41 によって排出される限り、この動作中、逆止弁CV41も開いている。その後、逆止弁CV41は閉じられる。逆止弁CV42〜CV45は、休止動作中に閉じている。休止状態の電力消費量の減少は、ある例示的な実施形態では最大40％になる。特に、バッキングポンプとしての真空ポンプの上記の直列連結は、軽いガスの供給を向上させるために更に使用され得る。更に、このポンプ連結は、チャンバの圧力又は処理フローを調整するために更に使用され得る。補助ポンプによって、作動圧力の範囲に確実に達することが保証される。そのため、バッキングポンプは非常に大きな速度範囲内で確実に調整され得る。
【００３７】
図５は、ロックチャンバのための最小限の配置を示す。図５の例示的な実施形態では、２つの真空ポンプP51, P52のみを備えている真空ポンプシステム5 が例として選択されている。これらの真空ポンプは、バルブV52 を介して真空チャンバ50と連結されている共通の入口ラインを備えている。真空ポンプP52 の出口のみが逆止弁CV51を介して共通の出口51と連結されている。真空ポンプP51 の出口は共通の出口51と直接連結されている。バルブV51 が配置されてポンプP52 の出口からポンプP51 の入口に延びている追加のライン52を介して、ポンプP51 は、休止時間中に他方のポンプP52 内の内容物を両側から排出することができる。しかしながら、図５の例では、ポンプP51 及びポンプP52 は直列に連結され得ない。
【００３８】
図５と同様に、図６は、処理チャンバのための最小限の構成を示す。保持時間中、ポンプP62, P61の内容物が両側から排出されるように、バルブV61 は開いている。送出時間中、処理チャンバ内の内容物が短時間で排出され得るように、バルブV61 は閉じている。真空ポンプシステム5 及び真空ポンプシステム6 の両方の構成で、更なるポンプがポンプP52, P62と並列に連結されることができ、それに応じて作動され得る。
【００３９】
本明細書に記載されている解決法は、２以上のバッキングポンプとの組み合わせのために実現され得る。ポンプの夫々の数及び大きさは用途に自由に適合され得る。バッキングポンプと直列に連結されているルーツポンプは一般に解決法に影響を及ぼさない。従って、ルーツポンプは例に図示されていない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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