在设备内产生和保持真空在工业半导体制造过程中是常见的，因为一些制造步骤必须在真空中执行。
在这些制造步骤中，设备连接到泵抽装置，该泵抽装置降低设备的内部压力直至达到适当的真空。
在实际中，公知的泵抽装置大致包括至少一个主泵和至少一个辅助泵，至少一个主泵放置在真空管线的排出口处，至少一个辅助泵串联地连接在主泵和设备之间的泵抽气体的流动路径中。
第一公知泵抽装置用于需要将设备内的压力降到从大约10-2毫巴至大约10毫巴的压力间隔内的情况。在该情况中，辅助泵通常使用罗茨泵(ROOTS pump)。该罗茨泵连接到主泵的吸入口。这种方案通常用于快速泵抽大容积设备或高加工流。
传统的罗茨泵具有两个平行的转子，两个平行的转子具有限定联锁叶片的豌豆形横向截面。吸入孔和排出孔是径向的，并且垂直于转子的旋转轴线。
然而，如此构造的泵抽装置庞大和笨重，并且是振动和噪声的主要发生器。为了限制这些缺陷，利用长度能够容易地达到几米的导管，工厂移动泵抽单元远离设备。为了保持期望的泵抽性能，这些导管必须是高传导性的。因此，它们是宽的、庞大的，并且它们的内部容积增加到设备的容积上：结果泵抽系统响应差，因为为了实现设备内的内部气压必须泵抽大容积。此外，有时必须使真空管线内的气体保持高温(利用气体的特定化学过程要保持在高达150℃高温的挥发形态)。因此，这些泵抽单元需要昂贵的加热装置，用于将这些大管子保持在高温。
这些缺陷导致难以在洁净室内使用这些公知的泵抽装置。清洁室内的空间非常宝贵，损失如此多的、被庞大装置和导管占据的空间确实是个问题。
人们试图在真空管线的吸入口上，即直接在被泵抽的设备的出口处，放置尺寸较小的例如罗茨泵的辅助泵或小型化的传统螺杆泵。这种构造使得能够减小连接主泵和辅助泵的导管的尺寸。这也相当地减低加热管子的成本。然而，径向入口和出口罗茨泵总产生振动和噪声。此外，放置在被泵抽的设备的出口处，通过把颗粒和粉末送到设备中，它们产生“逆流”污染。
此外，罗茨泵常用于转子的轴线是水平的情形，这种罗茨泵具有非常大的基底面的缺点。
对于压力需要小于10-2毫巴的应用情况，可以使用分子或涡轮分子辅助泵。然而，这种类型的泵不能用于需要加热泵抽装置内的气体的情况和/或较高压力的情况。
工厂一直希望减小它们制造室内的设备的体积和成本，特别是在半导体工业中，清洁室内的空间非常珍贵。化工厂也是一样，并且需要泵抽装置在泵抽流量方面一直更有效。这些新的体积和流量标准使得必须发现新的、体积更小且更低廉的泵抽装置，这些泵抽装置是清洁的并且具有高的泵抽流量。

本发明提出的问题是设计具有高泵抽流量的真空泵，该真空泵可用作辅助泵、体积足够小、噪声输出足够低且足够无污染，从而该真空泵可紧靠设备放置，而不干扰设备的工作。
本发明的真空泵还必须能够泵抽粉末以及设备内产生的其它颗粒。
根据另一方面，本发明提出一种响应性更好的泵抽系统，用于有效地产生和保持设备内的真空。
为了实现这些目标以及其它目标，本发明提出一种真空泵，包括：
外壳，所述外壳限定两个平行的圆柱形腔，所述两个平行的圆柱形腔横向地重叠，所述两个平行的圆柱形腔由圆柱形外周面和端部横向面限定，并具有限定纵向方向的相应的轴线，并且所述端部横向面限定横向方向；
入口通道和出口通道，所述入口通道和出口通道在两个相应的位置处横穿所述外壳，这些位置大致相对，
两个转子，每个转子设置成能够在相应的圆柱形腔内旋转，所述转子具有联锁的互补叶片转子体和转子轴，每个转子的每个叶片具有径向跨度表面，所述径向跨度表面以密封的方式与相应的圆柱形腔的圆柱形外周面协作，所述转子体具有第一和第二横跨表面，第一和第二横跨表面中的每个以密封的方式与相应的腔端部横向面协作，
每个转子体具有围绕纵向轴线的螺旋形扭曲部，所述螺旋形扭曲部在所述第一横跨表面和第二横跨表面之间，
所述入口通道使用入口孔与所述外壳的内部连通，所述入口孔设置在第一端部横向面中，
所述出口通道使用出口孔与所述外壳的内部连通，所述出口孔基本上设置在第二端部横向面中，
每个转子通过转子引导装置被保持悬置(overhanging)，前述转子引导装置位于所述转子体的沿泵抽流体的流动方向的下游，所述泵在转子体的上游装备有转子引导装置。
根据本发明，转子的两个主体中的每个具有罗茨横向剖面，并且设计成具有在转子的第一横跨表面和转子的第二横跨表面之间的90°转向螺旋形扭曲部，所述入口孔沿转子的轴线限定的平面的第一侧定位，并且所述出口孔根据转子的轴线限定的平面的第二侧定位。
这种90°转向螺旋形扭曲部在转子的直径之间提供了最好的折中。可实现大约4000m3/h的泵抽流量。
还可设置命令和动力装置来控制转子的旋转速度。然后可根据设备和处理步骤容易地调节泵抽流量和上游压力。
因此形成的单级真空泵具有罗茨泵或螺杆泵的优点，具有高泵抽率。它的特殊设计还赋予它产生更少振动和更小噪声的优点，并且由于更快旋转的选择，它具有小容积大流量。
它的设计还使得能够避免在邻近设备中的逆流颗粒污染，因为被泵抽的颗粒通过入口通道轴向地进入到泵中，并且由于从转子的上游移动部分弹起而不可能返回到设备中。由于在转子的下游低压区域中不存在轴承和润滑产品，因此它的设计还避免逆流污染。
因此该真空泵可紧靠要产生和保持真空的设备放置，并且可正确地实现辅助泵的功能。
此外，在下游没有用于机械地引导转子的元件，使得能够自由选择泵的吸入孔的形状和位置，这特别地确保泵的最佳流量。
为了确保悬置(overhanging)的转子具有满意的机械特性，能够具有高旋转速度，同时没有转子与泵的主体产生接触的风险，有利地，可选择相对短的转子体，即所述转子体的全高与直径之间的比值小于1。
当转子体的全高与直径之间的比值大约为0.6时，可实现好的结果。
根据第一实施例，本发明的泵包括每一个都具有载荷的两个转子体，每个转子体具有横截面，该横截面的轮廓是罗茨泵中常见的剖面。
这种轮廓确保本发明的泵的外部形状因子和要获得的大约4000m3/h的流量之间的最佳折中。
例如，每个转子体可包括两个叶片。
根据第二实施例，每个转子体包括至少三个叶片。一个优点是更好的动态平衡，用于降低噪声和振动。另一个优点是更好的压缩率。
然而，一个缺陷是对于相同的形状因子泵抽率的减小，和更高的加工复杂性。
根据一个有利的实施例，本发明的真空泵可包括用于确保它处于一位置或方位的装置，在前述位置或方位时，转子轴线相对于竖直方向沿小于90°的定向角定向。
作为提醒，在包括具有径向入口和出口的辅助罗茨泵的公知的泵抽装置中，被泵抽的气体中的颗粒容易被捕获在死区。结合真空泵的转子轴线的非水平定向，本发明的真空泵的特殊设计防止颗粒的滞流。
有利地，定向角度可选择成相对于竖直方向小于45°。这样的角度使得能够进一步减小本发明的真空泵的基底面，并且促进颗粒的排出。
实际上，本发明的真空泵的特殊设计使它能够沿竖直轴线使用。形状因子也是最小的。
优选地，本发明的真空泵可包括用于把它保持在一位置的装置，在前述位置处，入口孔高于出口孔。
入口孔相对于出口孔的这种特定位置进一步地减小真空泵内的一些颗粒的潜在的滞流。重力作用实际上增加到气流的作用上，以便朝泵的出口排出颗粒。
根据一个有利的实施例，本发明的真空泵由被选择以耐受高达大约150℃的温度的材料制成。
因此，材料的选择使得本发明的真空泵能够在使真空管线中的特定气体挥发通常需要的温度下使用。这种温度还可通过仔细选择形成泵的泵抽部分和机械部分之间的绝缘部分的材料来实现。
根据本发明的一个实施例，该真空泵包括安装在引导装置之间的驱动轴中的一个上的电机。
根据另一个实施例，该真空泵包括两个同步电机，每个同步电机安装在引导装置之间的相应的驱动轴上。
根据另一方面，本发明还提出一种用于产生和保持设备内的真空的泵抽系统，包括：
主泵，所述主泵具有主吸入口和主排出口；
辅助泵，所述辅助泵具有辅助吸入口和辅助排出口，所述辅助吸入口通过入口导管连接到设备出口，所述辅助排出口通过中间导管连接到所述主吸入口，并且其中：
所述辅助泵是如上所限定的类型的单级泵，
所述辅助泵紧靠所述设备定位，
所述主泵远离所述设备。
优选地，所述辅助吸入口对面设备的出口设置，并且所述入口导管将辅助吸入口直接连接到所述设备的出口。然后，所述入口导管可以非常短，或者甚至不存在。
非常有利地，根据本发明设计的单级真空泵具有能够紧靠设备定位的优点。因此，导管比传统技术的泵抽装置中的少。更少的导管意味着清洁室内更少的空间损失和泵的更小的容积，因此，泵抽系统具有更快的响应。
根据一个有利的实施例，本发明的泵抽系统包括命令和动力装置，用于控制辅助泵的速度。
该命令和动力装置控制辅助泵以便在速度范围内调节它的速度，从而能够通过排出压力来优化吸入压力的控制。
根据第一变化例，泵抽系统还包括阀，所述阀放置在辅助泵的排出口处，所述命令和动力装置用于控制阀的开度。
根据第二变化例，泵抽系统包括阀，所述阀放置在辅助泵的排出口处，所述命令和动力装置对所述辅助泵的速度和/或对所述阀的开度起作用，以便调节设备内的压力。
附图说明
通过参考附图，根据以下特定实施例的说明，本发明的其它目的、特点和优点将变得明显。
图1是根据本发明的一个实施例的泵的旋转轴线的平面内的纵向剖面前视图；
图2是图1的泵的前视图，其中包括沿旋转轴线的平面的部分纵向剖面；
图3是根据图1的C-C平面的横向剖面俯视图；
图4是图1中的泵的俯视图；
图5是显示根据本发明的一个实施例的一对横向剖面罗茨转子的立体图；
图6是图5中的一对转子的前视图；和
图7是根据本发明的一个实施例的泵抽系统的总体框图。

参考图1，其显示根据本发明的一个实施例的真空泵。该泵包括泵体，所述泵体分为两个主要部分。第一主要部分包括该发明的泵的机械驱动元件19。第二主要部分包括外壳1，该外壳1紧密地包围构成泵的泵抽部分22的元件。
第一主要部分包括彼此平行的第一驱动轴21a和第二驱动轴21b。两个驱动轴21a和21b被轴承29a、29b、29c和29d支撑。电机转子30固定在第二驱动轴21b上，位于轴承29c和29d之间，并且在电机定子31内转动，电机定子31固定在泵体内，位于所述轴承29c和29d之间。电导体20给电机定子31提供电力，用于驱动第二驱动轴21b旋转。
第一驱动轴21a限定第一轴线I-I，并且第二驱动轴21b限定第二轴线II-II。
驱动齿轮32套接在第二驱动轴21b上，并且与从动齿轮33联锁。从动齿轮33套接在第一驱动轴21a上。
第二主要部分包括外壳1，该外壳1限定两个平行的圆柱形腔2a和2b，两个平行的圆柱形腔2a和2b以轴线I-I和II-II为中心，并横向地重叠。这些平行的圆柱形腔2a和2b由圆柱形外周面3a和3b和端部横向面10和12限定。
入口通道4适于连接到必须产生真空的设备，以使得流体能够进入本发明的泵中。
入口通道4通过入口孔9与外壳1的内部连通，该入口孔9大体上设置在第一端部横向面10内。
两个平行的转子A和B中的每个被设置成能够在相应的圆柱形腔2a和2b内绕相应的轴线I-I或II-II旋转。每个转子分别具有转子体和下游同轴轴。转子体6a和6b由第一共面横跨表面7a和7b和第二共面横跨表面8a和8b轴向限定。每个转子A和B通过它的下游同轴轴62a或62b分别被固定以悬置(overhang)，所述下游同轴轴62a或62b在第一主要部分的第一驱动轴21a或第二驱动轴21b的端部处。因此，转子通过引导装置(轴承29a-29d)被保持悬置，引导装置(轴承29a-29d)在泵抽的流体流动的方向上位于转子体的下游。在转子体6a和6b的上游的低气压区域没有引导装置。
引导装置29a-29d例如可以是滑动轴承、或磁性轴承、或气体轴承。
绝热壁100使第一主要部分与第二主要部分分隔开。这样，能够加热包含泵抽气体的第二主要部分，以便防止泵抽气体沉积到泵抽元件上，同时在装备有转子保持和驱动装置的第一主要部分中保持较低温度。
电机，例如由转子30和定子31构成的电机，可以直接安装到驱动轴21a或21b上，或在两个引导装置29a和29b或29c和29d之间。与电机在齿轮后面安装在轴的端部处相比，这使得能够增加泵的紧凑性。
然而，如果必须使用更大或更高动力的电机，如果成对引导装置29a和29b或29c和29d之间的空间不够，那么刚才提及的方案使之成为可能。
因此，本发明的真空泵可以利用两个同步电机操作，每个同步电机在引导装置之间安装在一个相应的驱动轴上21a或21b上。这使得在给定的形状因子内能够具有更大的动力。
参考图2，在图2中，相同的主要元件用与图1相同的标记表示。
出口通道5穿过外壳1，并且定位成入口通道4和出口通道5在两个相应的大致相对的位置处穿过外壳1。
出口通道5通过出口孔11与外壳1的内部连通，该出口孔11设置在第二端部横向面12内。
可以容易地看到，在本发明的泵中，流体的入口和出口轴向地延伸。
然而，在该图中可以看到，入口孔9和出口孔11在保持轴向定向的同时彼此相对偏移：入口孔9被截平面中断，同时出口孔11在该截平面的前方。
图3是沿图1的C-C平面的剖视图。相同的主要元件用与图1和图2相同的标记表示。
该图显示两个转子A和B。转子A包括转子体6a，转子体6a具有两个相对的叶片60a和61a。转子B包括转子体6b，转子体6b具有两个相对的叶片60b和61b。转子体6a和6b中的每个设置成能够在相应的圆柱形腔2a和2b内旋转。每个转子体6a和6b的每个叶片60a、61a、60b、61b具有相应的径向范围表面25a或26a和25b或26b，在对应的转子A和B的旋转路径的一部分中，径向范围表面25a或26a和25b或26b以密封的方式与相应的圆柱形腔2a和2b的圆柱形外周面3a或3b协作。
转子体6a和6b的横向截面的轮廓与传统的罗茨剖面的轮廓相似。
图4是本发明的泵的俯视图。相同的主要元件用与图1、图2和图3相同的标记表示。图5和图6显示一对转子体6a和6b，分别为立体图和俯视图。
在这些附图中，每个转子体6a和6b具有在第一横向范围表面7a或7b和第二横向范围表面8a或8b之间的、围绕相应的纵向轴线I-I或II-II的螺旋形扭曲部，转子的该螺旋形扭曲沿相反的方向。
罗茨转子的轮廓的这种螺旋形扭曲使得能够在垂直于轴线的壁上具有吸入和排出孔，因此能够轴向泵抽。
图4也显示入口通道和出口通道内的偏移。
在图1-7所示的实施例中，两个转子体中的每个设计成具有在第一和第二横向范围表面之间的90°转向螺旋形扭曲部。入口孔9沿转子体6a和6b的轴线I-I和II-II所限定的平面的第一侧定位，出口孔沿转子体6a和6b的轴线I-I和II-II所限定的平面的第二侧定位。
这些附图中显示的转子体6a和6b相对地短，它们的轴向高度H小于或等于它们的总直径D。
H/D比值小于1，有利地，H/D比值大约为0.6。
在所描述的实施例中，由转子30和定子31形成的电机定位在轴承29c和29d之间的第二驱动轴上，这增加了泵的紧凑性。
现在将说明本发明的泵的操作。
定子31经电导体20供电。这导致第二驱动轴21b旋转，第二驱动轴21b经由齿轮32和33驱动第一驱动轴21a旋转。然后，机械地连接到驱动轴21a和21b的转子A和B彼此以相反的方向被完全旋转地驱动。
待泵抽的流体通过入口孔9连续地进入本发明的泵中，并且充满转子体6a和6b之间的容积。
通过总是自身转动，转子体6a和6b将充满流体的所述容积向出口孔11移动。在移动的部分过程中，充满流体的容积与入口孔9和出口孔11均隔离开。然后，充满流体的容积与出口孔连通，流体被排出。对后面的容积连续地泵抽。
下表证实本发明的单级真空泵相对于传统的单级罗茨泵的一些品质特性。该表比较了本发明的泵(I)相对于具有相同额定流量的传统的罗茨泵(R)的关于速度、尺寸、容积、重量和功率方面的性能。

可以看到，对于期望的流量，本发明的泵体积更小，具有更高的旋转速度，并且它的电机消耗更少的功率。
与具有相同流量的传统的罗茨泵相比，本发明的泵的设计(高旋转速度、竖直位置、叶片安装原理、优化的叶片外形、材料的选择)使得它能够使泵的容积减小4倍，它的重量减小3倍，它的功率消耗减小约2倍。
此外，本发明的泵可在大范围的流量内有效地工作，例如通过改变它的旋转速度，在从1000m3/h到大于4,000m3/h的范围内变化，并且以低能耗工作。
在图1、2、3和4描述的实施例中，转子体6a和6b具有90°转向螺旋形扭曲部。然而，在不脱离本发明的保护范围的情况下，也可以选择具有不同角度值的螺旋形扭曲部，相应地加长转子。
半圈扭曲(half-turn twist)使得它能够形成第二中间流体通道腔，并且将构成第二泵抽级。因此，最终的泵将是两级。
图7显示本发明的泵抽系统。该系统由设备13构成，在设备13中希望具有适当的真空。
设备13的出口13a通过入口导管16连接到辅助泵15的辅助吸入口15a。辅助泵15是具有两个螺旋形扭曲部转子A和B(图1)的前述类型的泵。
辅助泵15具有排出口15b，该排出口15b通过中间导管17连接到主泵14的吸入口14a。主泵14的排出口14b使得本发明的系统能够在大气压下进行排放。
有利地，辅助吸入口15a设置成在设备的出口13a的对面，并且吸入导管16将辅助吸入口15a直接连接到设备的出口13a。因此，吸入导管16尽可能短，并且如果辅助泵15直接连接到设备13，吸入导管16可以不存在。因此，避免了泵的额外的体积，同样也避免了导管造成的传输损失。因此，进一步减小了辅助泵15的尺寸。
另一方面，主泵14从设备移开，例如在制造车间的外面，同时通过相对长的中间导管17连接到辅助泵15，限制了制造车间内的泵抽系统的形状因子，并且避免设备13受到振动、噪声或其它障碍的干扰。
由于在10-3毫巴至10毫巴下工作的辅助泵的作用，被传送到排出口的气体的气体压力是处理室的直接出口处的压力的10至100倍，因此这能够减小传送过程气体到主泵的导管的直径，并且因此减少连接成本。
另一个结果是，颗粒捕获器可以是较小尺寸，并且放置在辅助泵的下游，而不是放置在腔室出口处，因此防止处理室中的颗粒逆流现象。
设备13和辅助泵15之间的中间导管的去除减少了连接成本，因此减少电消耗。
维护和清洗也方便。
泵的转子A和B的旋转速度可以通过命令和动力装置18控制，命令和动力装置18给本发明的辅助泵15的电机(30-31，图1)提供电力。由于辅助泵15在紧靠设备13的位置处，因此辅助泵15在其排出口处的速度变化或压力变化快速影响设备。
因此，可通过辅助泵15来设计控制设备13内实施的处理过程。
例如，命令和动力装置18可对辅助泵15的速度起作用，以便调节设备13内的压力。
一个缺陷是泵的惯性。
作为替代或补充，可提供阀40，阀40放置在辅助泵15的排出口处。然后，命令和动力装置18控制阀40的开度，从而改变排出压力。改变排出压力导致泵的压缩比变化，因此导致吸入压力变化，而吸入压力本身是设备13内的压力。因此，例如，命令和动力装置18可控制阀40的开度，以便调节设备13内的压力。
这两个系统也可以组合，泵的旋转速度和排出阀。如果这样，命令和动力装置18控制辅助泵15以便在一定速度范围内调节它的速度，从而能够通过排出压力来优化吸入压力的控制，并且命令和动力装置18控制排出阀40的开度，以便通过排出压力来控制吸入压力。文献EP-1,475,535教导了如何控制辅助泵进行上述操作。
在所有的情况中，可以省略辅助泵和设备之间的调节阀、设备13内的产生紊流和颗粒的阀。