[发明专利]快速节能的腔抽气

说明书

技术领域

本发明涉及能够在腔(enclosure)中建立并保持合适真空的真空抽气装置。

背景技术

在腔中建立真空是在工业方法例如半导体制造、必须在真空中执行的特定制造步骤中的标准作法。

在上述方法中，半导体衬底放置在与真空抽气装置相连的装载室(装载锁)中，该真空抽气装置使装载室内的压力减小至这样的值，该值适于接下来将半导体衬底传送到其中已经建立合适的制造真空的工艺室中。

很明显，每次装载或卸载衬底时，必须以交替方式降低然后升高装载室中的气压，这意味着真空抽气装置的频繁介入。

同样明显地，在装载室中建立真空不是瞬时的，这就构成对制造工艺的整体速度的限制。

该限制的严重性与衬底的尺寸成正比例，特别是在平面电视或显示屏的制造中，装载室必须具有适于容纳一个或多个平面屏幕的容积。

例如，目前用于制造平面屏幕的装载室具有约500到1000升的大容积，因此必须尽可能快地被抽气。

目前用于快速抽吸这些大装载室的解决方法是使用配备有大电动机的大泵。结果，泵和发动机很大、成本高且具有高功耗。

实际上，现有技术的抽气装置通常包括至少一个在真空管的排气端的主泵和至少一个在真空管的吸气端即在要被抽气的腔的出口处的次泵。主泵和次泵在被抽吸气体的流动路径中串联连接，并由两个电动机驱动，这两个电动机被供电，从而以额定速度旋转。

由例如文献US4,699,570，还已知包括串联连接的且由两个通过电子控制工具控制的电动机驱动的至少一个主泵和一个次泵的真空抽气装置。主泵以恒速被驱动，其电源可以在抽气结束时被切断。随着腔中压力的降低，次泵以有规律地增加的速度被驱动，以降低泵的功耗。

发明内容

然而，通过上面种类的装置获得的对功耗的改进是不够的，特别是对大腔的频繁抽气的情况，因此为了使装置可用于大的腔室的抽气，本发明旨在提出一种进一步降低功耗的方法。

为此，本发明提出一种用于降低腔中压力的真空抽气装置，包括至少一个在出口侧的主泵和一个在入口侧的次泵，所述主泵和次泵在抽吸气体的流动路径中串联连接并分别由第一电动机和第二电动机驱动，所述第一电动机和第二电动机由电子控制模块控制以修改所述两个电动机的速度，其特征在于所述电子控制模块包括速度控制工具，所述速度控制工具在降低所述腔中的压力的工序期间，根据所述次泵的速度变化规律逐渐地增加所述次泵的速度，并且根据所述主泵的速度变化规律逐渐地降低所述主泵的速度。

利用这种设置，当腔处于大气压力时，在抽气开始时，泵必须实现的压缩很低，且抽气速度可以通过以高速驱动主泵而按优先序排列(prioritize)，这样功耗低，并且可以通过使次泵低速运转而进一步降低功耗。

随着压力的降低，次泵可以在其中压缩不消耗功率的压力范围内逐渐压缩气体，然后次泵可以产生高抽气量(throughput)而不过量消耗功率。通过逐渐增加次泵的速度而利用该可能性。

同时，由于必须产生的压缩很高，主泵开始消耗大量的功率，那么降低其速度以减少其功耗是有利的，由增加的次泵的参与来保持系统的抽气量。

对于每个泵可以找到一个最优速度规律，其降低对于每容积、每个泵抽气量和每个抽气周期的功耗。

例如：

-次泵的速度变化规律包括慢增第一阶段、在慢增第一阶段后的快增第二阶段以及在快增第二阶段后的中等增第三阶段。

-主泵的速度变化规律包括高速第一阶段、在高速第一阶段后的快降第二阶段以及在快降第二阶段后的慢降第三阶段。

这种设置可以进一步节能。

在一个优选实施例中，次泵的快增速第二阶段与主泵的快降速第二阶段同时发生。

为了同时优化抽气速度，优选次泵的速度从最低速度增加到其额定速度，主泵的速度起初为其额定速度且在压力降低工序的最后达到降低的速度。

通过选择其额定抽气量高于主泵的额定抽气量的次泵并且将它们的起始速度的比率选择为接近于次泵和主泵各自的额定抽气量的比率，来优化抽气速度。该比率优选从约10到约15。

为了在不增加泵的额定抽气量、其尺寸和其体积的前提下增加抽气速度，优选主泵的速度变化规律包括高速第一阶段，在所述高速第一阶段期间主泵的速度暂时增至高于其额定速度。

例如，所述主泵的高速第一阶段包括速度接近于额定速度的起始期，随后是速度高于额定速度的超速期。

通常来说，将主泵和次泵的速度变化规律选择为减小总功耗。