真空ポンプシステム

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

先行技術の例に係る実施形態を示す図である。

先行技術の例に係る実施形態を示す図である。

先行技術の例に係る実施形態を示す図である。

本発明に係る例示的な実施形態を示す図である。

本発明に係る例示的な実施形態を示す図である。

本発明に係る例示的な実施形態を示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。