CN103228922A

CN103228922A - 真空泵送系统

Info

Publication number: CN103228922A
Application number: CN2011800233275A
Authority: CN
Inventors: M·A·加尔特里; D·A·图雷尔
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd; Edwards Ltd
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: KR20130092967A; EP2569541B1; KR101825237B1; RU2012153250A; RU2562899C2; WO2011141725A3; EP2569541A2; JP5822213B2; CN103228922B; US20130071274A1; GB201007814D0; JP2013534987A; WO2011141725A2

Abstract

本发明涉及一种用于排空真空腔（12）的真空泵送系统（10），该系统包括：真空泵（16）；以及用于将气体输送到真空泵的多个前级管线（22,24），其中，在腔排空的第一低真空阶段，第一前级管线装置（22）可以被连接，用于将气体输送到真空泵，并且在腔排空的第二较高真空阶段，包括所述前级管线中的一个或多个前级管线的第二前级管线装置（22,24）可以被连接，用于将气体输送到真空泵，其中，第二前级管线装置的用于输送流体的总体横截面积大于第一前级管线装置的总体横截面积。

Description

真空泵送系统

技术领域

本发明涉及一种用于排空真空腔的真空泵送系统。

背景技术

很多物品的制造需要使用真空腔。例如，硅晶片的处理发生在高真空中。此外，诸如平板显示装置和太阳能电池的装置需要在真空腔中处理。在这些后面的例子中，真空腔可能需要具有较大的体积来处理较大的物品。通常，作为处理循环的一部分，真空腔中的压力需要在大气压（1bar）和处理压力（例如，0.01mbar）之间循环。为了改善制造速度和效率，期望利用真空泵送系统来增加气体从真空腔排出的速率。

真空泵送系统可以包括真空泵和将真空泵的入口连接到真空腔的前级管线，使得泵能够从腔排出气体。能够排出气体的速率取决于例如泵的压缩和容量以及前级管线的传导性。因此，期望提供具有大的传导性的前级管线，使得其对于排空真空腔提供相对小的阻力。如果前级管线传导性小，则压力下降的速率可以变得很慢，尤其是在低压下。此外，如果传导性过低的话，高真空目标压力可能是难以达到的。使用具有大的横截面或直径的管可以提供大的传导性。然而，大的横截面增加了前级管线的内在体积，并且如果真空泵与腔隔开一些距离，例如在基本泵送系统中，则前级管线的内在体积可能变得较大。如果腔的体积与前级管线的体积差不多，则由于真空腔和前级管线的大的总体积，可能不利地影响泵送时间。因此，将意识到，前级管线的体积需要在排空真空腔之外要排空到期望的压力。

因此，通过提供具有较大泵送速度或压缩的一个或多个真空泵，增加了真空腔能够被排空的速率。然而，这种泵通常较大并且消耗更多的功率。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改善的真空泵送系统。

本发明提供一种用于排空真空腔的真空泵送系统，该系统包括：真空泵；以及用于将气体从所述真空腔输送到所述真空泵的多个前级管线，其中，在腔排空的第一低真空阶段，第一前级管线装置可以被连接，用于将气体输送到所述真空泵，并且在腔排空的第二较高真空（即，较低压力）阶段，包括所述前级管线中的一个或多个前级管线的第二前级管线装置可以被连接，用于将气体输送到所述真空泵，其中，所述第二前级管线装置的用于输送流体的总体横截面积大于所述第一前级管线装置的总体横截面积。

本发明还提供一种排空真空腔的方法，该方法包括：在腔排空的第一较低真空阶段，连接第一前级管线装置，用于将流体输送到真空泵并且通过所述第一前级管线装置从所述真空腔排空气体；并且在腔排空的第二较高真空阶段，连接第二前级管线装置，用于将气体输送到真空泵并且通过所述第二前级管线装置排空气体，其中，所述第二前级管线装置配置成具有的总体横截面积大于所述第一前级管线装置的总体横截面积。

在本发明的第三方面，提供了一种真空腔排空设备，其包括多个前级管线装置，用于将真空泵连接到要排空的真空腔；所述前级管线装置包括多个管道和阀，这些管道和阀配置成在真空腔和真空泵之间形成第一和第二前级管线装置；所述第二前级管线装置的传导性大于所述第一前级管线装置；并且其中，所述设备配置成，在使用中，当真空腔中的压力降低到低于阈值压力时，从第一装置切换到第二装置。

附图说明

为了使得本发明被很好地理解，下面将参考附图以示例的方式来描述本发明的两个实施例，附图中：

图1是第一真空泵送系统和真空腔的示意图；

图2显示了对于四个真空泵送系统的腔压力与经过的时间的图；以及

图3是第二真空泵送系统和真空腔的示意图。

具体实施方式

参考图1，显示了真空泵送系统10，其用于排空真空腔12。真空泵送系统包括真空泵16，诸如罗茨泵、爪式泵或涡旋泵，用于将真空腔12排空到大约1mbar至0.01mbar之间。两个或多个这种泵可以串联或并联设置，并且术语真空泵应该相应地解释。多个前级管线20或管道将真空泵16连接到真空腔12，用于将流体从腔输送到真空泵。第一前级管线装置包括一个或多个前级管线，并且具有用于输送流体的第一总体横截面积。在腔排空的低真空阶段期间，第一前级管线装置可以被连接，用于将气体输送到真空泵。第二前级管线装置包括一个或多个前级管线，并且具有第二总体横截面积。在腔排空的较高真空阶段期间，第二前级管线装置可以被连接，用于将气体输送到真空泵。

第一前级管线装置的总体横截面积被适当地确定，用于以低真空来输送流体。通常，在低真空时，前级管线传导性高，因此，较小的横截面积足以防止对泵送速度的限制。此外，第一前级管线装置的较小的总体横截面积减小真空腔和前级管线装置的总体积。第二前级管线装置的总体横截面积被适当地确定，用于以较高的真空来输送流体。第二前级管线装置的总体横截面积被确定为使得从真空腔排出的速度受到真空泵的泵送速度的限制，而不受到第二前级管线装置的传导性的限制。因此，腔排空的速率可以提高，并且获得较高的真空压力。

在图1所述的示例中，具有两个前级管线22、24。真空泵送系统包括阀26、28、30。主阀26可操作为沿着第一前级管线22或第二前级管线24将真空腔12连接到真空泵送系统10。阀28和30分别在第二前级管线24的上游和下游。在第一前级管线装置中，阀28和30被关闭，使得第二前级管线24与第一前级管线阀22隔离，因此，当主阀26被打开时，流体仅沿着前级管线22输送到泵。在第二前级管线装置中，阀28、30被打开，使得流体沿着第一前级管线22和第二前级管线24输送到真空泵。

如图所示，第一前级管线22的横截面积小于第二前级管线24的横截面积。第一前级管线的横截面积可以在10⁴至10⁵mm²的范围内，第二前级管线的横截面积可以在10⁵至10⁶mm²的范围内。例如，前级管线的横截面可以是圆的，第一前级管线的直径可以是100mm，横截面积大约8000mm²，第二前级管线的直径可以是320mm，横截面积大约80000mm²。前级管线22、24的长度大致相同，因此，第一前级管线的传导性和体积小于第二前级管线的传导性和体积。因此，在第二前级管线装置中，能够仅连接第二前级管线，将气体输送到真空泵。然而，优选的是，在前级管线24之外使用前级管线22，使得气体能够通过两个前级管线输送，以便增加第二前级管线装置的总体横截面积和传导性。

或者，可以采用尺寸差不多的两个前级管线，使得在第一前级管线装置中，单个前级管线将气体输送到真空泵，在第二前级管线装置中，两个前级管线将气体输送到真空泵。

另外，可以设置多个前级管线，在第一前级管线装置中，可以选择第一多个前级管线将气体输送到真空泵，在第二前级管线装置中，可以选择第二多个前级管线将气体输送到真空泵。第二前级管线装置可以包括第一前级管线装置的一个或多个前级管线。

在很多真空泵送系统中，真空泵可以与真空腔间隔开一些距离，例如，在半导体制造设备中，其中，真空泵可以位于地下室中，并且连接到位于上面楼层上的清洁房间中的真空腔。可能必要的是，前级管线的路径转几次弯，以便将泵连接到腔。每次转弯以及前级管线转弯的角度影响传导性，因为大量的转弯降低传导性。因此，当确定第一和第二前级管线装置的传导性时，考虑转弯的距离和数量。

现在将参考图2中所示的图。该图在y轴示出了单位为mbar的腔压力，x轴是从排空腔开始所经过的时间，单位为秒。

该图示出了160mm、250mm、320mm、和320/100mm前级管线的曲线，其中的最后一个是图1所示的系统的一个示例。所测试的真空腔是1m³，每个前级管线的长度是15m，在真空腔和泵之间具有5个转弯。

对于单个160mm直径的前级管线来说，曲线初始较陡，显示了较低的传导性和低体积的前级管线允许在低真空阶段的增加的腔排空速率。在此方面，160mm的前级管线体积较小，因此，需要被排空的腔和前级管线的总体积降低了。然而，在较高的真空阶段，曲线变浅，因为160mm前级管线的较低的传导性限制了能够从腔排出的气体的量。在此示例中，有限的传导性阻止真空泵送系统将腔排空到0.01mbar的目标压力。相反，曲线在大约0.03mbar处变平。

对于单个250mm直径的前级管线，与160mm的前级管线相比，其曲线初始较浅，因为250mm的前级管线具有较大的体积要排空。然而，由于250mm前级管线的传导性大于160mm前级管线，因此，包括250mm前级管线的真空泵送系统能够在60秒后获得0.01mbar的目标压力。

对于单个320mm前级管线来说，与250mm的前级管线相比，其曲线更浅，因为320mm的前级管线具有更大的体积要排空。然而，由于320mm前级管线的传导性大于250mm前级管线，因此，包括320mm前级管线的真空泵送系统能够在仅48秒后获得0.01mbar的目标压力。

对于根据图1的两级320/100mm直径的前级管线来说，在时间0的抽空开始处，阀26被操作仅沿着100mm前级管线22将气体输送到真空泵。阀28、30被关闭，隔离320mm的前级管线24。因此，在腔排空的低真空阶段期间的第一前级管线装置中，通过较小横截面积的100mm前级管线22，气体从腔较快地排出。当腔达到预先确定的压力（在该示例中是1mbar），或者在预先确定的经过的时间（在该示例中是24小时）之后，系统从第一前级管线装置切换到第二前级管线装置。更具体而言，阀28、30被打开，允许气体沿着前级管线24，因此，气体沿着100mm的前级管线22和320mm的前级管线24从腔12输送到泵10。因此，在腔排空的较高真空（即，较低压力）期间的第二前级管线装置中，气体通过高的总体传导性的前级管线22、24仍然较快地从腔排出。因此，0.01mbar的目标压力在仅42秒之后达到。在一些情况下，真空腔中的处理可能发生在很多（如果不是所有的话，例如24小时的周期）循环中，真空泵送系统10允许显著的整体时间节约。

在泵排空完成并且处理已经发生之后，真空腔被允许返回至大气压，使得处理的物品可以被移除。在允许真空腔返回至大气压之前，阀28、30被关闭，将前级管线24与系统的其余部分隔离开。因此，前级管线24保持在较高的真空。优选的是，在腔抽空的开始处，320mm的前级管线24已经被排空到期望的低压。如果320mm前级管线还没有被排空，初始的抽空将比标准的抽空稍慢，但接下来的抽空将较快。在真空腔的接下来的抽空期间，当系统从第一前级管线装置切换到第二前级管线装置，在处于1mbar范围的压力下的真空腔与处于0.01mbar范围的压力下的预先排空的前级管线24之间产生压力梯度。压力的平衡造成腔压力的快速下降，如图2所示，在图2中，在经过24秒的时间之后，1mbar的压力和0.35mbar的压力之间的曲线几乎是竖直的。

再次参考图1，控制单元32通过控制管线（图中以虚线示出）连接到主隔离阀26、上游的副阀28和下游的副阀30。控制单元32可以是适当的编程的计算机或定制的处理单元。控制单元配置成控制阀，以便根据真空腔中的压力或经过的时间来选择第一前级管线装置或第二前级管线装置。如果腔压力具有能够将压力信号输出到控制单元的压力表，则可以使用这种压力表，并且不形成真空泵送系统10的一部分。或者，真空泵送系统10可以包括压力表或传感器34，用于感测压力并且将压力信号输出到控制单元32。例如，可以测量前级管线22中的压力。在没有压力传感器的情况下，可以设置时钟电路，用于在预先确定的经过时间之后将信号输出到处理单元，使得处理单元能够在第一前级管线装置和第二前级管线装置之间切换。例如，经过的时间可以是20至30秒之间，或者是图2中所示的24秒。

在图中所示的示例中，系统从第一前级管线装置变换到第二前级管线装置的预先确定的压力是1mbar，但可以是0.1mbar至10mbar的范围。优选的是，系统在第一低传导性的前级管线装置的梯度开始变浅并且腔排空变慢的点进行切换。

图3中示出了第二真空泵送系统40，并且该真空泵送系统40适于将真空腔排空到10^-3至10^-7mbar的范围的压力。第二真空系统包括真空泵14，诸如涡轮分子泵，其被连接用于将流体通过至少一个前级管线装置从真空腔输送到达真空泵16，如同以上参考图1所述。在此示例中，真空泵16作为涡轮分子泵14的备用泵。由于涡轮分子泵不能够操作在低真空而不造成泵损坏或造成泵停转，因此真空泵16初始被操作以便将腔和涡轮分子泵中的压力降低到涡轮分子泵能够安全地操作的压力。适当的安全的压力可以是1mbar至10^-3mbar的范围。为了将压力降低到适当的安全的压力，利用与参考图1所述的前级管线相似的前级管线将真空泵16连接到真空泵14，为了简便，图1和图2的装置的关于前级管线的完整描述不再重复。尽管简便，在图3中，真空泵14通过主阀18连接到真空腔，该主阀18可以被关闭以便使真空泵14与腔隔离，并且被打开以便允许气体流到真空泵14。管线42将真空泵14的排放口连接到前级管线24。

多个前级管线20将真空泵16连接到腔12，用于将从腔12排出的气体输送到真空泵16。第一前级管线装置包括一个或多个前级管线，并且具有第一总体横截面积。在腔排空（例如，至1mbar的压力）的低真空阶段期间，第一前级管线装置可以被连接，用于将气体输送到真空泵16。即，腔12初始通过前级管线22排空。第二前级管线装置包括一个或多个前级管线，并且具有大于第一横截面积的第二总体横截面积。在腔排空的较高真空阶段（例如，低于1mbar的压力）期间，第二前级管线装置可以被连接，用于将气体输送到真空泵16。即，在排空的第二阶段期间，腔12通过前级管线22和24两者排空。在该示例中，在1mbar以上操作真空泵14是不安全的，因此，真空管线42需要仅连接到前级管线24，因为真空泵送系统在高于泵14的安全操作压力的压力下切换到第二前级管线装置。如果真空泵14的安全操作压力高于切换压力（例如，高于1mbar），则真空管线可以连接到前级管线22和24两者。

图3的装置可以如同以上参考图1和图2所述地修改和调整。

Claims

1.一种用于排空真空腔的真空泵送系统，所述系统包括：真空泵；以及用于将气体输送到所述真空泵的多个前级管线，其中，在腔排空的第一低真空阶段，第一前级管线装置可以被连接，用于将气体输送到所述真空泵，并且在腔排空的第二较高真空阶段，包括所述前级管线中的一个或多个前级管线的第二前级管线装置可以被连接，用于将气体输送到所述真空泵，其中，所述第二前级管线装置的用于输送流体的总体横截面积大于所述第一前级管线装置的总体横截面积。

2.如权利要求1所述的真空泵送系统，其中，在腔排空的所述较低真空阶段期间，所述第二前级管线装置中的至少一个所述前级管线与所述第一前级管线装置隔离。

3.如权利要求1或2所述的真空泵送系统，其中，所述第二前级管线装置包括所述第一前级管线装置的一个或多个所述前级管线。

4.如权利要求3所述的真空泵送系统，其中，所述第二前级管线装置包括所述多个前级管线。

5.如前述权利要求中任一项所述的真空泵送系统，其中，所述第一前级管线装置包括第一前级管线，所述第二前级管线装置包括所述第一前级管线和第二前级管线。

6.如权利要求5所述的真空泵送系统，其中，所述第一前级管线具有第一横截面积，该第一横截面积小于所述第二前级管线的横截面积。

7.如权利要求6所述的真空泵送系统，其中，所述第一前级管线的横截面积在10⁴至10⁵mm²的范围内，所述第二前级管线的横截面积在10⁵至10⁶mm²的范围内。

8.如以上权利要求中任一项所述的真空泵送系统，其中，所述真空泵送系统包括控制单元，所述控制单元配置成：在腔排空的所述第一较低真空阶段期间，选择所述第一前级管线装置用于将气体输送到所述真空泵，并且当所述压力降低到低于预先确定的压力或者从腔排空开始经过预先确定的时间时，选择所述第二前级管线装置用于将气体输送到所述真空泵。

9.如权利要求8所述的真空泵送系统，其中，所述预先确定的压力在0.1mbar至10mbar的范围内。

10.如权利要求8或9所述的真空泵送系统，其中，所述控制单元操作地连接到至少一个阀，该至少一个阀根据从所述控制单元接收到的控制信号来控制通过所述第一前级管线装置或第二前级管线装置的气体流量。

11.如权利要求10所述的真空泵送系统，所述真空泵送系统包括在所述第二前级管线上游的第一阀和在所述第二前级管线下游的第二阀，用于使所述第二前级管线与所述真空泵送系统隔离。

12.如权利要求8至11中任一项所述的真空泵送系统，其中，所述控制单元操作地连接到压力传感器用于从该压力传感器接收压力信号，该压力传感器用于感测所述真空泵送系统中的压力，其中，所述控制单元配置成当所述压力信号指示所述系统中的压力降低到低于预先确定的量时输出控制信号。

13.如以上权利要求中任一项所述的真空泵送系统，其中，所述第一前级管线装置的体积比所述真空腔的体积低至少一个量级，所述第二前级管线装置的体积与所述真空腔的体积是相同量级或大于所述真空腔的体积。

14.如以上权利要求中任一项所述的真空泵送系统，其中，所述第二前级管线装置的总体横截面积被确定为使得排空的速度受到所述真空泵的泵送速度的限制，而不受到所述第二前级管线装置的传导性的限制。

15.如以上权利要求中任一项所述的真空泵送系统，其中，所述真空泵由所述前级管线装置中的一个或两个连接，并且所述前级管线装置中的一个或两个连接到第二真空泵，该第二真空泵连接到所述真空腔。

16.一种排空真空腔的方法，所述方法包括：在腔排空的第一较低真空阶段，连接第一前级管线装置，用于将流体输送到真空泵并且通过所述第一前级管线装置来排空气体；并且在腔排空的第二较高真空阶段，连接第二前级管线装置，用于将气体输送到真空泵并且通过所述第二前级管线装置排空气体，其中，所述第二前级管线装置的横截面积大于所述第一前级管线装置的总体横截面积。