[发明专利]操作泵系统的方法

说明书

本发明涉及操作泵系统的方法。

在半导体器件和平板显示器制造中以及金属化处理中通常使用真空处理以便在基底上淀积薄膜。用于将较大处理腔，如负荷锁紧腔，抽真空到要求的压力的泵系统通常包括至少一个串联连接到至少一个前级泵的增压泵。

增压泵典型地具有无油泵机构，因为在泵机构中存在任何润滑油可以造成在其中进行真空处理的洁净环境的污染。这种“干”的真空泵通常是在泵机构中采用内啮合转子的单级或多级的正位移泵。该转子可以在每一级中具有相同的轮廓型式或者各级在轮廓可以变化。前级泵既可以具有与增压泵类似的泵机构，也可以具有不同的泵机构。

异步交流电机典型地驱动增压泵的泵机构。这种电机必须具有一个额定功率，以使泵能够对泵入口与出口之间的被泵的气体提供充份的压缩以及对要求的功率是足够的泵速度效果。

供给到增压泵电机的功率的一部分在排气中产生压缩热，特别在中等和高入口压力水平时，这样泵体和转子可能发热。如果不充分控制产生的压缩的不均匀压力，则可能有过热增压泵的危险，最终导致润滑不足、过热膨胀和卡住，因此对于增压泵的尺寸和泵速度的标准电机通常这样来选择，即在低入口压力时在正常使用中应该能提供充份的压缩，但是如果在中等或高入口压力水平下工作而没有保护装置则仍有过热的危险。

在上述传统的泵系统中，可能需要在高到中等入口压力下频繁和重复地工作。例如，重复地从大气压力到压力将负荷锁紧腔抽真空以便能够使位于腔内的基底被传输到处理腔，并且继而暴露到大气压力中以便能使处理的基底被卸下并用新的基底置换。由增压泵产生的气体压缩的大小，以及在其入口与出口之间产生的不均匀压力可以用各种装置来限制以便控制产生的热量并限制过热的危险。如果太过份地限制增压泵产生的气体压缩，则可能不希望地减慢大真空腔的最终抽真空的时间。如果不充份地限制由增压泵产生的气体压缩，而真空腔的最终抽真空时间可以加快，则机械的增压泵可能过热。

对于驱动增压泵的电机，可以在电机与电机的动力源之间设置一个可变频驱动装置。这一驱动装置通过将动力源供给的交流电转变成直流电来工作，然且将直流电转换成要求的幅值和频率的交流电。通过控制供给到电机的电流来控制供给电机的功率，该电流转而通过调节电机中电压的频率和/或幅值来控制。供给电机的电流确定在电机中产生的扭矩的大小，并因此确定能旋转泵机构的可能的扭矩。电力的频率确定泵机构的旋转速度。通过变化电力的频率，增压泵可以保持恒定的系统压力，即使是在气体负荷可能明显变化的条件下。

为了防止增压泵的过载，驱动装置设定对电力频率的最大值(f_max)，和对供给电机的电流的最大值(I_max)。此电流限制对电机的持续额功率一般是合适的，并且将限制由泵机构产生的有效扭矩并因而不均匀压力效果的大小，因而限制产生的排气热量。

在快速抽真空循环的开始，希望尽可能快地旋转泵机构以便最大化抽真空率。由于在循环开始时气体的高压力，也就是较高的密度，需要大扭矩以在f_max左右的频率处旋转泵机构，并因此要求高的电流，该高的电流通常大于I_max。为保护电机不受损坏，供给到增压泵的电机的电力频率被迅速降低到低于f_max的某个水平，导致泵旋转速度的陡降，尽管限制产生的不均匀压力。随着抽真空的进行以及入口压力的降低，驱动装置将在一有限的时间向f_max向上斜升频率以便逐渐增加增压泵的旋转速度。尽管这一点保护增压泵在所有入口压力时免于过热，但当降低旋转速度时此时间间隔可以代表将腔从大气压力抽真空到要求的低压力(“泵降低”时间)需要时间的不希望的延长。

至少本发明的优选实施例的一个目标是寻求解决这些和其它问题。

在第一方面，本发明提供一种泵系统，它包括泵机构；驱动该泵机构的电机；和控制该电机的控制器，其中该控制器设定电机旋转频率的最大值(f_max)以及电机中电流的最大值(I_max)，以优化该泵系统的性能，在泵系统的工作过程中调节所述最大值。

该系统最好包括向电机供给可变频率电力的转换器，该控制器在泵系统工作过程中调节电力的幅值和频率。