CN104995406A - 泵送系统 - Google Patents

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Abstract

一种真空泵送系统包括用于抽空包围空间的多个真空泵送装置和用于由至少一个第一真空泵送装置抽空的辅助真空室。真空泵送系统具有用于抽空包围空间的第一状态，以及用于节省由系统消耗的功率的第二状态。在第二状态的第一阶段中，第一真空泵送装置布置成抽空至少一个第二真空泵送装置的排气口，并且在第二阶段中，第一泵送装置的排气口布置成由辅助真空室抽空。

Description

泵送系统
技术领域
本发明涉及一种用于抽空(evacuate)室的真空泵送系统。
背景技术
例如，在半导体加工行业或平板显示器的制造中出于各种目的而需要真空。用于生成所需的真空的真空泵送系统可包括一起抽空包围空间(enclosure)的多个泵送装置(arrangement)。具体地但非排他地，在加载互锁(load lock)室的情况中，室压在相对低的真空与相对高的真空之间有规律地循环。在加工循环的一部分期间，当生成相对高的真空时，泵送装置继续操作，但与包围空间隔离开。期望的是减小真空泵送系统在这些和其它环境中的能量消耗。
发明内容
本发明提供了一种真空泵送系统，其包括用于抽空包围空间的多个真空泵送装置和用于由至少一个第一真空泵送装置抽空的辅助真空室，真空泵送系统具有用于抽空包围空间的第一状态和用于节省(conserve)由系统消耗的功率的第二状态，其中在第二状态的第一阶段中，所述至少一个第一真空泵送装置布置成抽空至少一个第二真空泵送装置的排气口(exhaust)，并且在第二阶段中，所述至少一个第一泵送装置的排气口布置成由辅助真空室抽空。
本发明还提供了一种真空泵送系统，其包括用于抽空包围空间的多个真空泵送装置，真空泵送系统具有用于抽空包围空间的第一状态和用于节省由系统消耗的功率的第二状态，其中在第二状态的第一阶段中，至少一个第一真空泵送装置布置成抽空至少一个第二真空泵送装置的排气口，并且在第二阶段中，所述至少一个第一泵送装置的排气口布置成由所述至少一个第二泵送装置的排气口抽空。
本发明的其它优选和/或可选方面在从属权利要求中限定。
附图说明
为使本发明可良好地理解，仅通过示例的方式给出的其一些实施例现在将参考附图来描述，在附图中：
图1示意性地示出了真空泵送系统；
图2示意性地示出了真空泵送系统的真空泵送装置；
图3为用于真空泵送系统的压力对时间的图表；
图4示意性地示出了另一个真空泵送系统；以及
图5示出了图4中所示的真空泵送系统的真空泵送装置。
具体实施方式
参看图1，示出了真空泵送系统10，其包括用于抽空包围空间20的多个真空泵送装置12、14、16、18。在此示例中，真空泵装置各自包括与上游增压泵(booster bump)B1、B2、B3、B4串联的干式泵(dry bump)DP1、DP2、DP3、DP4。干式泵为沿泵送流动路径基本上没有润滑剂的泵。增压泵为具有高泵送容量或气体吞吐量但低压缩比的泵。可使用其它真空泵送装置，尽管增压泵和干式泵的组合特别适于以包围空间的减少的污染来快速地泵空(pump down)包围空间。增压器的入口由管道22连接到包围空间，以便真空泵送装置并联地抽空包围空间。可使用其它构造，但此并联构造适于迅速泵空包围空间，其例如在如果包围空间为加载互锁室且特别地为用于平板显示器系统的大容量加载互锁室的情况下是有用的。
在真空泵送应用中，在抽空包围空间期间，真空泵送系统生成来自室的气体的流，并且压缩该气体来用于典型地在大气压下排气。当包围空间处于目标压力下时，真空泵送系统典型地与包围空间隔离，并且在本领域中，泵在此时被称为在最终处(at ultimate)操作。在最终处，基本上不存在穿过真空泵送系统的流。在本文中描述的实施例中，该真空泵送系统与已知的真空泵送系统相比在最终处操作时消耗减少量的能量。
再次参看图1，真空泵送系统具有用于抽空包围空间的第一状态，以及用于节省由系统例如在最终处操作时所消耗的功率的第二状态。在第一状态下，特别是在加载互锁室或其它类似包围空间的情况下，期望的是迅速地将室抽空至目标压力，因为抽空所需的时间影响循环时间，并且最终影响产品(如平板显示器)的真空加工的制造效率。在第二功率节省状态中，真空系统在最终处操作。在第二状态中，系统减小在真空泵送装置的排气口处的压力，从而减小压力，特别是在其中压力比典型地最大且功率消耗最大的排气级处。排气压力上的减小会减小操作真空泵所需的能量。
在功率节省状态的第一阶段中，真空泵送装置12中的第一个布置成抽空第二真空泵送装置14、16、18的排气口25、26、28。在功率节省状态的第二阶段中，真空泵送装置12的排气口30由辅助真空室24抽空。在图1中所示的示例中，辅助真空室先前已由真空泵送装置12(且具体地，干式泵DP1)抽空。
在其它示例中，可存在多个第一真空泵送装置，它们在功率节省状态的第一阶段中布置成抽空多个第二真空泵送装置的排气口，并且在第二阶段中，第一真空泵送装置的排气口布置成由辅助真空室抽空。单个辅助真空室在图1中示出，其与真空泵送装置12相关联，然而一个以上辅助真空泵送室可使用，并且与相应的真空泵送装置相关联。
真空泵送装置12、14、16、18各自包括排气级和至少一个较低压力级，并且优选地多个较低压力级。各个装置的各种级均可由分离的泵形成，尽管在所示的示例中，各个装置均包括上游增压泵B1、B2、B3、B4和下游多级干式泵DP1、DP2、DP3、DP4。泵送装置12在图2中更详细地示出。装置12包括泵送级32、34、36、38。级32为连接成用于从干式泵DP1的入口40接收流体的最低压力级。级34、36为逐渐地更高压力的级，并且级38为排气级。根据需要可存在任何数目的级。级通常从入口40到排气口30在扫过容积(swept volume)或泵送室尺寸上减小，尽管在其它示例中，级的容积可保持恒定。例如，干式泵可包括根部或爪泵送机构，其具有设置在各个级的定子室中的转子，尽管可使用其它类型的泵送机构或机构的组合。真空泵送装置14、16、18在构造上类似于如上文所描述的装置12，并且因此不需要再次描述。
参看图1和2两者，在功率节省状态的第一阶段中，真空泵送装置14、16、18的排气口25、26、28布置成由真空泵送装置12的较低压力级32、34、36抽空。如所示，排气口由最低压力级32抽空。如下文更详细地描述，通过至最低压力级32的连接来抽空排气口25、26、28产生了排气压力上的最大减小，然而，功率消耗上的实质减小可通过将排气口连接到中等压力级34、36上来将排气口减小至相对高压力来实现。
如图1和2中所示，真空泵送装置12的最低压力级32由第二流动路径42、44、46连接到第二真空泵送装置的相应的排气口25、26、28上。流动路径是初始地相连的(coterminous)，并且然后分离地分叉至排气口中的每一个。第二流动路径包括阀组件48，用于允许在功率节省状态的第一阶段中从排气口至干式泵DP1的入口40的气体流，且在第二阶段或系统的第一状态中抵抗流动。在备选装置中，阀可与流动路径42、44、46中的每一个相关联。
具体参看图2，干式泵DP1的入口40由第一流动路径50连接到辅助真空室24上，用于选择性地抽空室。如在抽空排气口25、26、28时的情况那样，流动路径50可如所示的那样连接在入口40之间，或可连接到干式泵DP1的较高压力中间级34、36上。一个以上的辅助室可用来提供所需的辅助容积。
在所示的示例中，流动路径50包括流限制物(restriction)52，用于限制沿第一流动路径从辅助真空室至入口40的流。流限制物可包括减小尺寸的孔，用于减小流动路径的传导性(conductance)。尽管阀可用来替换流限制物，但流限制物目前是优选的，因为其构造更简单且不需要用于开启和闭合阀的控制件(control)。另外，流限制物充分地降低了辅助室抽空的速率，其可在包围空间抽空期间发生，而不会显著地影响包围空间抽空的速率。如下文更详细地解释，如果使用阀，则其在泵排气口的抽空期间闭合，并且在抽空辅助室时打开。
干式泵DP1的排气口30由第三流动路径54连接到辅助真空室24上。第三流动路径包括在辅助真空室24与干式泵DP1的排气口30之间的阀组件56。阀组件56布置成在功率节省状态的第二阶段期间允许从排气口至辅助室的气体流，并且当在真空泵送系统的第一状态下抽空包围空间时防止气体流。在此方面，在包围空间抽空期间，气体从干式泵DP1典型地在大气压下泵送，并且排放来用于弃置或处理。在没有阀组件的情况下，辅助室的压力将与在大气压下的排气口平衡。还优选地的是，辅助室在系统的使用之前抽空，并且然后隔离，直到需要至少在第一循环中改善功率节省。阀组件56允许辅助室的隔离。
四个单向阀58、60、62、64位于真空泵送装置的排气口30、25、26、28的下游。单向阀在包围空间抽空期间在系统10的第一状态期间允许气体流动，以便从包围空间抽出的气体可排出至大气或用于处理。当排气口由干式泵DP1或辅助真空室24抽空时，阀在功率节省状态期间防止在相反方向上的气体流动。
控制件66通过控制线来操作地连接到阀组件48、56上，并且布置成控制阀组件打开和闭合的时间。
现在将参考图1、2和3来描述系统10的使用。图3为图表，示出了时间之上的压力，对于包围空间的压力70、辅助室的压力72、干式泵DP2、DP3、DP4的排气口的压力74、以及干式泵DP1的排气口的压力76。
系统10可用来抽空包围空间20，例如，真空加工系统的加载互锁室。在此类加工系统中，未加工的产品载入抽空至目标压力的加载互锁室中。未加工的产品传递至目标压力下的加工室。在加工之后，加工的产品传递至该或另一个加载互锁室，其然后排放至大气来用于除去加工的产品。加载互锁室因此在大气压与目标压力之间循环。当此类加载互锁室保持在目标压力下时，系统10能够节省功率的消耗。系统10不限于在加载互锁室中使用，并且可用于其它应用。
具体参看图3，包围空间压力70从大气压减小至目标压力T，例如在大约10-2至1mbar之间。在开始抽空包围空间20之前，辅助真空室24抽空至预定压力P，其在目标压力与大气压之间。优选地，辅助室抽空至0.01到500mbar之间的压力，并且更优选地至大约100mbar。选择的预定压力取决于室的容积和如下文更详细地描述的真空泵送装置的排气级的容积。
在开始处，阀组件48和56由控制件66闭合，并且真空泵送装置12、14、16、18操作来抽空包围空间。抽空优选地为迅速的，尽管在初始时期内可存在‘慢启动’，以避免在包围空间中生成显著的湍流。如图表中所示，取决于其初始压力，辅助真空室24的压力72可在短持续时间内增大，同时其低于在干式泵1的入口40处的压力，并且然后随后在压力上减小。限制物52限制气体从辅助室流至入口，并且因此不会过度地影响最终包围空间压力。如果包围空间抽空至大约1mbar，则然后限制物可构造成将辅助室抽空至大约100mbar。
如上文所指出，辅助室(和/或干式泵DP2、DP3、DP4的排气口)可连接到干式泵DP1的中间压力级上。以此方式，辅助室并未直接地连接到入口40上，并且即使没有限制物也可抽空至低于入口的压力。例如，辅助室可连接到干式泵的级36上，干式泵的级36在正常使用期间自身抽空至大约100mbar。
当已在包围空间中达到目标压力T时，阀组件48打开且干式泵DP1的入口40抽空干式泵DP2、DP3、DP4的排气口25、26、28。入口40处的压力上的任何增大都由增压泵B1来与包围空间隔离开。在备选方案中，阀可用来隔离包围空间。
阀组件48由控制件66控制。阀组件的打开可在开始室抽空之后的预定时间发生或响应于感测到已达到目标压力的压力传感器而发生。在优选示例中，阀组件的打开由控制件控制，控制件响应于干式泵中的一个或多个的驱动件(drive)的电流。在此后一方面中，至驱动件的供应电压通常是恒定的，并且因此消耗的功率与电流成比例。当泵送在低真空压力下开始时，电流是高的，并且随着时间在包围空间压力接近目标压力且存在较少的待泵送气体时逐渐减小。电流相对于时间曲线的斜率在开始之后短时间地为较大的，并且朝目标压力减小。因此，在本示例中，触发阀组件48的打开的电流-时间曲线上的点选择为其中电流的改变的速率仍为大的位置，因为此点比其中改变的速率为小的点更容易识别。由于在触发点处目标压力并未已达到，故在触发点与打开阀组件之间引入了延迟，以确保在阀打开之前已达到目标压力。
如图3的图表中所示，在干式泵DP2、DP3、DP4的排气口处的压力74在抽空开始时最初以相对快的速率减小，且然后随着时间逐渐减慢。功率消耗上的减少与排气压力上的减小并非成比例的，并且相比于减小至低得多的压力，在排气压力从大气压的初始减小之上可实现更大的节省。因此，在本示例中，阀组件56在排气口25、26、28在时间‘Tacv’处在压力仍在相对迅速地减小时打开。在时间Tacv处，干式泵DP2、DP3、DP4的驱动件的电流相对迅速地减小，并且因此，控制件66容易响应于电流上的变化来用于打开阀组件56。
当阀组件56打开时，在干式泵DP1的排气口30处的压力76与辅助真空室的压力平衡，从而减小了排气口处的压力且减少了功率消耗。排气压力上的减小取决于辅助真空室的容积和平衡之前的压力，连同排气级的容积一起。因此，辅助真空室的容积和压力选择成实现排气压力上的所需减小，而没有过度地影响包围空间抽空。例如，如果排气级中的所需压力减小为从1000mbar到200mbar，并且排气级的容积为‘x’m3，则辅助真空室可具有‘10x’m3的容积和120mbar的压力。还应当考虑的是，排气级的容积包括排气口与阀组件(其也必须抽空)56之间的管道，并且因此，阀组件56位于排气口附近或尽可能接近排气口。
当包围空间已在目标压力T下保持了所需的时间时，其被排放来将其压力增大至大气压。然后，参考图3来阐释的循环再次开始。
系统10的功率消耗上的减少取决于如上文所阐述的多个因素，如，排气口30、25、26、28处的压力下降和系统在最终处操作的时间。然而，通过实验已显示出了大约10%到20%的节省。
现在将参考图4来描述另一个真空泵送系统80。相同的参考标号将用于与系统10共有的系统80的方面，并且那些共有的方面的阐释将省略以避免重复。
参看图4，真空泵送系统80具有功率节省状态的第一阶段，其类似于系统10的第一阶段，并且其中一个或多个第一真空泵送装置布置成抽空一个或多个第二真空泵送装置的排气口。在图4中，真空泵送装置12的干式泵DP1布置成抽空真空泵送装置14、16、18的排气口25、26、28。然而，系统80并不包括辅助真空泵送室，并且替代地，辅助真空容积由第二真空泵送装置的排气口提供。因此，在功率节省状态的第二阶段中，第一泵送装置中的一个或多个的排气口布置成由第二泵送装置中的一个或多个的排气口抽空。在图4中，干式泵DP1的排气口30布置成由干式泵DP2、DP3、DP4的排气口25、26、28抽空。
如参考图5所描述，真空泵送装置各自包括排气级38和至少一个较低压力级32、34、36，并且第二真空泵送装置14、16、18的排气口25、26、28由该或各个第一真空泵送装置的较低压力级32、34、36中的一个抽空。在图4和5中，单个第一真空泵送装置12布置成抽空第二真空泵送装置的排气口。第一真空泵送装置12的最低压力级32或入口40由第一流动路径42、44、46连接到第二真空泵送装置的排气口上，并且第二泵送装置的排气口由第二流动路径82连接到第一真空泵送装置12的排气口30上。第一流动路径包括第一阀组件48，以用于允许在功率节省状态的第一阶段中沿第一流动路径的气体流动，并且用于在第二阶段中抵抗气体流动。第二流动路径包括第二阀组件56，以用于在功率节省状态的第二阶段中允许沿第二流动路径82的气体流动，并且用于在第一阶段中抵抗气体流动。
在使用中，功率节省状态的第一阶段类似于系统10的，并且不需要再次描述。在第二阶段中，第一真空泵送装置12的排气级通过打开阀组件56来连接到第二真空泵送装置14、16、18的先前抽空的排气级上。当阀组件56打开时，第一真空泵和第二真空泵的排气级中的压力平衡，并且功率消耗减少。阀组件48在此阶段处关闭，否则干式泵DP1的入口40将连接到干式泵的排气口上。
系统80并不节省功率至与系统10相同的程度，但在构造上更简单且更低成本。

Claims (15)

1.一种真空泵送系统，其包括用于抽空包围空间的多个真空泵送装置和用于由至少一个第一真空泵送装置来抽空的辅助真空室，所述真空泵送系统具有用于抽空所述包围空间的第一状态和用于节省由所述系统消耗的功率的第二状态，其中在所述第二状态的第一阶段中，所述至少一个第一真空泵送装置布置成抽空至少一个第二真空泵送装置的排气口，并且在第二阶段中，所述至少一个第一泵送装置的所述排气口布置成由所述辅助真空室抽空。
2. 根据权利要求1所述的真空泵送系统，其中，所述多个真空泵送装置包括单个第一真空泵送装置和多个第二真空泵送装置，并且在所述第一阶段中，所述第一真空泵送装置布置成抽空所述第二真空泵送装置的所述排气口，并且在所述第二阶段中，所述第一真空泵送装置的所述排气口布置成由所述辅助真空室抽空。
3. 根据权利要求1或2所述的真空泵送系统，其中，所述真空泵送装置各自包括排气级和至少一个较低压力级，并且所述第二真空泵送装置的所述排气口布置成由所述或各个第一真空泵送装置的所述至少一个较低压力级来抽空。
4. 根据权利要求3所述的真空泵送系统，其中，所述或各个第一真空泵送装置的所述至少一个较低压力级由第一流动路径连接到所述辅助真空室上，包括流限制物，以用于限制从所述辅助真空室沿所述第一流动路径到所述至少一个较低压力级的流动。
5. 根据权利要求3或4所述的真空泵送系统，其中，所述或各个第一真空泵送装置的所述至少一个较低压力级由第二流动路径连接到所述第二真空泵送装置的所述排气口上，并且所述第二流动路径包括阀组件，用于在所述第二状态的所述第一阶段中允许从所述排气口至所述第一真空泵送装置的所述至少一个较低压力级的流动，并且在所述第二阶段中抵抗流动。
6. 根据权利要求3至5中任一项所述的真空泵送系统，其中，所述或各个第一真空泵送装置的所述排气口由第三流动路径连接到所述辅助真空室上，并且所述第三流动路径包括阀组件，以用于在所述第二状态的所述第二阶段中允许气体的流动，并且在所述第一状态中抵抗流动。
7. 一种真空泵送系统，包括用于抽空包围空间的多个真空泵送装置，所述真空泵送系统具有用于抽空所述包围空间的第一状态和用于节省由所述系统消耗的功率的第二状态，其中在所述第二状态的第一阶段中，至少一个第一真空泵送装置布置成抽空至少一个第二真空泵送装置的排气口，并且在第二阶段中，所述至少一个第一泵送装置的所述排气口布置成由所述至少一个第二泵送装置的所述排气口抽空。
8. 根据权利要求7所述的真空泵送系统，其中，所述多个真空泵送装置包括单个第一真空泵送装置和多个第二真空泵送装置，并且在所述第一阶段中，所述第一真空泵送装置布置成抽空所述第二真空泵送装置的所述排气口，并且在所述第二阶段中，所述第一真空泵送装置的所述排气口布置成由所述第二真空泵送装置的所述排气口抽空。
9. 根据权利要求7或8所述的真空泵送系统，其中，所述真空泵送装置各自包括排气级和至少一个较低压力级，并且所述第二真空泵送装置的所述排气口由所述或各个第一真空泵送装置的所述至少一个较低压力级抽空。
10. 根据权利要求9所述的真空泵送系统，其中，所述或各个第一真空泵送装置的所述至少一个较低压力级由第一流动路径连接到所述第二真空泵送装置的所述排气口上，并且所述第二泵送装置的所述排气口由第二流动路径连接到所述或各个第一真空泵送装置的所述排气口上。
11. 根据权利要求10所述的真空泵送系统，其中，所述第一流动路径包括第一阀组件，用于在所述第一阶段中允许沿所述第一流动路径的气体流动，并且在所述第二阶段中抵抗气体流动。
12. 根据权利要求10或11所述的真空泵送系统，其中，所述第二流动路径包括第二阀组件，用于在所述第二阶段中允许沿所述第二流动路径的气体流动，并且在所述第一阶段中抵抗气体流动。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的真空泵送系统，其中，所述第二状态大致在所述包围空间的目标压力下实施。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的真空泵送系统，其中，所述真空泵送装置各自包括串联连接的多级干式泵和上游增压泵。
15. 根据前述权利要求中任一项所述的真空泵送系统，其中，所述真空泵送装置构造成彼此并联，以用于抽空所述包围空间。
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