EP2798223A1 - Adaptateur pour pompes a vide et dispositif de pompage associe - Google Patents

Adaptateur pour pompes a vide et dispositif de pompage associe

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EP2798223A1
EP2798223A1 EP12818501.4A EP12818501A EP2798223A1 EP 2798223 A1 EP2798223 A1 EP 2798223A1 EP 12818501 A EP12818501 A EP 12818501A EP 2798223 A1 EP2798223 A1 EP 2798223A1
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EP
European Patent Office
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outlet
adapter
vacuum pumps
turbomolecular vacuum
cylindrical
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EP12818501.4A
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German (de)
English (en)
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EP2798223B1 (fr
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Thibaut Bourrilhon
Rainer Mathes
Nicolas Varennes
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Pfeiffer Vacuum GmbH
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum GmbH
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Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum GmbH filed Critical Pfeiffer Vacuum GmbH
Publication of EP2798223A1 publication Critical patent/EP2798223A1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/046—Combinations of two or more different types of pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/16—Combinations of two or more pumps ; Producing two or more separate gas flows
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
    • F04D29/601—Mounting; Assembling; Disassembling specially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • the present invention relates to turbomolecular vacuum pumps that are connected to an enclosure to generate a high vacuum.
  • Turbomolecular type vacuum pumps consisting of a pump body receiving a housing and in which a rotor is driven in rapid rotation, for example a rotation at more than thirty thousand revolutions per minute, are generally used.
  • the pump body has a suction port, coaxial with the rotor, which is connected to an outlet of the enclosure.
  • the pump is secured to the fixed structure of the enclosure only and its support is effected by the single zone surrounding the pump suction port and the corresponding outlet of the fixed structure.
  • the pump body comprises a coaxial annular connecting flange surrounding the suction orifice, which is plated and screwed to the fixed structure or to an intermediate connection itself connected to the fixed structure, to secure the vacuum pump to the fixed structure.
  • turbomolecular pumps can absorb large gas flows.
  • 450 mm etching processes require that turbomolecular vacuum pumps be capable of absorbing gas flows of the order of 2000 to 2500 sccm ("Standard Cubic Centimeters per Minute") for pressures in the field. enclosure of the order of 5 to 7 mtorr.
  • the vacuum pumps must have pumping capacities greater than about 6000 1 / s.
  • turbomolecular vacuum pumps can achieve such pumping capabilities.
  • one solution consists in connecting several turbomolecular vacuum pumps in parallel to the same enclosure, so as to sum up the respective pumping capacities.
  • a variable conductance control valve is generally used to regulate the pressure.
  • the control valve is connected between the outlet of the chamber and the suction port of the turbomolecular vacuum pump.
  • the control of the opening more or less large of the valve, allows to regulate the pressure of the chamber according to the gas flows present in the enclosure. It is therefore understood that with several vacuum pumps connected to the enclosure, it becomes difficult to regulate at the same time several control valves, since the control of each can cause a different variation of pressure in the chamber, in particular the does the positioning of the vacuum pump. This additional difficulty also contributes to the inhomogeneity of the pumping speeds in the enclosure.
  • One of the aims of the present invention is to propose an adapter for vacuum pumps and a pumping device which at least partially solve the problems of the state of the art.
  • the subject of the invention is an adapter for vacuum pumps characterized in that it comprises an inlet annular flange intended to be connected to an outlet orifice of an enclosure and an outlet connection comprising at least one two cylindrical output housing, through and forming at least a partial pump body for the housing of a respective turbomolecular vacuum pump, said turbomolecular vacuum pumps being intended to be received in a respective cylindrical outlet housing.
  • the outlet fitting comprises a first series of threaded holes, arranged around each outer opening of said cylindrical output housing and the adapter comprises complementary first fixing screws, the first series of threaded holes and said first screws; complementary fastening means for fastening a pump body of a turbomolecular vacuum pump to the adapter,
  • cylindrical outlet housings have a substantially identical volume and are arranged substantially symmetrically in the outlet connection
  • the portion of the adapter connecting the annular inlet flange and the outlet fitting is frustoconical
  • the internal diameter of the base of the frustoconical portion is substantially equal to the diameter of the circle in which the projections of the diameters of the suction orifices of the turbomolecular vacuum pumps are inscribed; the outlet connection has a central dome protruding between said housings; cylindrical,
  • the adapter comprises a central tubular passage, coaxial with the annular inlet flange, passing through the center of the outlet fitting, between said cylindrical housings,
  • the invention also relates to a pumping device characterized in that it comprises an adapter for vacuum pumps as described above and at least two turbomolecular vacuum pumps housed at least partially in a respective cylindrical outlet housing.
  • the turbomolecular vacuum pumps comprise a respective pump body having a respective coaxial annular flange in which a first and a second coaxial series of through holes are provided, said first series of through holes cooperating with said first series of threaded holes and the first screws; respectively attaching the outlet fitting for attaching the pump body of the turbomolecular vacuum pump to the outlet fitting and said second series of through holes cooperating with a second series of threaded holes formed in the housing and the respective second fixing screws of the outlet coupling for fixing the casing of the turbomolecular vacuum pump to the outlet connection, the connection made by the first fixing screws between the coaxial annular flange and the adapter is stronger that the connection made by the second fixing screws between said coaxial annular flange and the housing,
  • a respective annular clearance is formed in the bottom of the cylindrical outlet housing, between said cylindrical housings and the periphery of the first end of the casing of turbomolecular vacuum pumps,
  • turbomolecular vacuum pumps respectively comprise a turbomolecular stage and a molecular stage and the cylindrical outlet housings are configured to accommodate at least the turbomolecular stage of the turbomolecular vacuum pumps,
  • the pumping device comprises at least two first outlet seals intended to be interposed between the respective bottom of a cylindrical outlet housing and a first end of the casing of the respective turbomolecular vacuum pump,
  • the pumping device comprises at least two second outlet seals intended to be interposed between the coaxial annular flange of the pump body and a second end of the casing of the respective turbomolecular vacuum pump.
  • the pumping device thus makes it possible to associate the individual pumping capacities of the turbomolecular vacuum pumps to obtain a higher resulting pumping capacity.
  • the coaxial annular flange of the present invention is arranged lower on the turbomolecular vacuum pump, at least a portion of the housing being housed in the adapter.
  • connection between the turbomolecular vacuum pump and the adapter is relocated further than around the suction port of the turbomolecular vacuum pump. It is then possible to bring together the various suction orifices of the respective turbomolecular vacuum pumps and to bring them closer to the outlet orifice of the chamber. This limits the thickness of the adapter, which reduces the loss of load of the adapter. In addition, the bringing together of turbomolecular vacuum pumps improves the homogeneity of the pumping at the inlet annular flange.
  • the delocalized connection of the turbomolecular vacuum pump makes it possible to provide an annular clearance in the block of the adapter, coaxial with the cylindrical outlet housing, between the cylindrical outlet housings and the periphery of the suction port of the turbomolecular vacuum pumps.
  • This annular clearance allows to leave a free space to the housing to deform in case of crash of the turbomolecular vacuum pump without transmitting too much effort to the adapter, and therefore to the enclosure.
  • Another advantage is that, by deporting the lower coaxial annular flange, fixing screws can be used for the connection between the coaxial annular flange and the adapter, the dimensioning of which is optimized.
  • the fastening screws can be implemented on a larger diameter than that of the state of the art, which makes it possible to reduce the stress experienced by the fastening screws during a crash.
  • the geometry of the adapter thus optimizes the positioning of turbomolecular vacuum pumps closer to the enclosure, thus minimizing head losses and dead zones.
  • the resulting pumping speed is thus only 8% lower than the theoretical pumping rate.
  • Positioning closer to the enclosure also reduces the size of the pumping device.
  • a very good homogeneity of the pump speeds is thus obtained at the passage section of the annular inlet flange of the adapter, to obtain a good homogeneity of pumping in the enclosure, particularly at the of the substrate in the case of a process chamber enclosure.
  • a maximum pumping speed can be obtained at the outlet orifice of the enclosure, which makes best use of the opening available at the speaker output.
  • FIG. 1 represents a perspective view from above of a pumping device according to a first embodiment
  • FIG. 2 represents a view in perspective and from below of the pumping device of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a perspective view in cross-section of the pumping device of FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 4 is a diagrammatic cross-sectional view of the adapter of the pumping device of FIGS. 1 to 3,
  • FIG. 5 represents a simulation result of the gas flow in a geometry representing a partial sectional view of another example of an adapter and on which are represented the amplitudes and the vectors of the gas velocities pumped in m / s,
  • FIG. 6a is a schematic view showing an exemplary arrangement of two turbomolecular vacuum pumps in an outlet connection
  • FIG. 6b is a schematic view showing an example of an arrangement of three turbomolecular vacuum pumps in an outlet connection
  • FIG. Fig. 6c is a schematic view showing an example of arrangement of four turbomolecular vacuum pumps in an outlet connection
  • Fig. 6d is a schematic view showing an example of an arrangement of five turbomolecular vacuum pumps in an outlet connection
  • FIG. 7 represents a perspective view of a pumping device according to a second embodiment.
  • FIGS 1 to 4 illustrate a first embodiment of a pumping device
  • the pumping device 1 comprises an adapter for vacuum pumps 2 and at least two turbomolecular vacuum pumps 3, three in the example illustrated.
  • the turbomolecular vacuum pumps 3 are identical and comprise respectively in a manner known per se, a fixed part in which rotates a rotor 5 in axial rotation along the axis of rotation I (see the sectional view of FIG. 3). .
  • the turbomolecular vacuum pumps 3 comprise respectively a turbomolecular stage 13 and a molecular stage 14.
  • the fixed part comprises a casing 4 comprising a suction orifice 6 coaxial with the axis of rotation I at a first end, and through which the pumped gases 7 penetrate.
  • the rotor 5 consists of an upstream portion (in the direction of the gas flow) of turbo-type rotor rotor at the turbomolecular stage 13 adapted to rotate in the casing 4 and a downstream section (in the gas flow direction) of HOLWEC type skirt-shaped rotor in the molecular stage 14.
  • the rotor 5 is rotated in the fixed part by an internal motor 10, and is guided laterally by magnetic or mechanical bearings 11 and 12.
  • the pumped gases 7 are then discharged through a delivery port 8 of the vacuum pump ( arrow 9).
  • the adapter 2 is intended to connect and connect the three turbomolecular vacuum pumps 3 to the wall of an enclosure in which a controlled vacuum can be created, such as a chamber for semiconductor manufacturing processes (not shown). .
  • the adapter 2 comprises an annular inlet flange 15 and an outlet connector 16 connected by a portion 17 of the adapter 2 for example frustoconical.
  • the frustoconical portion 17 makes it possible to widen the diameter of the outlet fitting 16 with respect to the diameter of the annular inlet flange 15 to accommodate several turbomolecular vacuum pumps. 3 with a shape limiting the dead zones over a relatively short distance (the frustoconical portion has a thickness of the order of 65 mm in this example with an angle of the order of 45 °).
  • the annular inlet flange 15 is intended to be connected to the wall of the enclosure, around an outlet orifice of the enclosure.
  • the annular inlet flange 15 is coaxial with the outlet orifice of the enclosure (axis A in FIG. 3) and has a tabular shape whose internal diameter corresponds to the diameter of the outlet orifice of the enclosure ( 450 mm in the example).
  • the pumping device 1 further comprises an inlet seal placed in a groove 18 formed in the annular inlet flange 15, the inlet seal being intended to be interposed between the annular flange of 15 and the wall of the enclosure, around the outlet of the enclosure to seal the connection of the enclosure to the adapter 2.
  • the pumping device comprises a ring holder inlet seal around which the inlet annular seal 15 is received.
  • the inlet seal ring is adapted to cooperate with the inner edge of the inlet annular flange and the edge of the outlet orifice between which it is interposed, to maintain and center the annular inlet seal 15 .
  • threaded holes are provided in the wall of the enclosure, distributed around the outlet orifice, while through holes 19 are provided on the annular inlet flange 15 of the adapter 2, and fixing screws 20, such as head screws, are adapted so that their rods pass through the through holes 19 and screw into the associated tapped holes to secure the adapter 2 to the enclosure by pressing the annular flange of 15 against the wall of the enclosure.
  • the outlet fitting 16 comprises at least two cylindrical outlet housings 21 (FIG. 4), three in this example: one for each turbomolecular vacuum pump 3.
  • the cylindrical housings 21 are through, thereby forming a plurality of bypass outlets in the outlet fitting 16 for the pumped gases. These cylindrical outlet housings 21 form an at least partial pump body for the casing 4 of the turbomolecular vacuum pump 3 respectively. They are coaxial with the axis of rotation I of turbomolecular vacuum pumps 3.
  • the cylindrical housings 21 are for example bores formed in an adapter 2 monobloc for example of aluminum material.
  • the through-cylindrical housings 21 have a thickness corresponding to the total length of the casing 4 of the turbomolecular stage 13 (of the order of 138 mm in this example), for accommodating the turbomolecular stage 13 of turbomolecular vacuum pumps 3.
  • the cylindrical housings 21 have a substantially identical volume to receive three same turbomolecular vacuum pumps. Since the through-through cylindrical outlet housings 21 are arranged in bypass in the outlet fitting 16, the individual pumping capacities of the three turbomolecular vacuum pumps 3 combine to obtain a higher resulting pumping capacity.
  • cylindrical housings 21 are arranged substantially symmetrically in the outlet fitting 16.
  • the internal diameter of the base of the frustoconical portion 17 is substantially equal to the diameter of the circle in which the projections of the diameters of the suction orifices 6 of the turbomolecular vacuum pumps 3 are inscribed.
  • FIGS. 1 to 4 illustrate a pumping device 1 comprising three vacuum pumps 3, other embodiments are possible, incorporating two, three, four or five turbomolecular vacuum pumps 3.
  • FIGS. 6a, 6b, 6c and 6d schematically illustrate examples of symmetrical arrangement of the outlet housings 21, for which the outlet connector 16 has a generally cylindrical shape, coaxial with the annular inlet flange 15 and for which the axes of the cylindrical output housing 21 are parallel, the suction ports 6 of turbomolecular vacuum pumps 3 being substantially in the same plane, parallel to the plane containing the inlet port of the enclosure.
  • the internal diameter of the base of the frustoconical portion 17 is substantially equal to the diameter of the circle C in which the diameters of the suction orifices 6 of the turbomolecular vacuum pumps 3 are inscribed.
  • the axes of the cylindrical outlet housing 19 are inclined relative to the axis of the annular inlet flange 15.
  • the outlet connector 16 comprises a central dome 22, salient between said cylindrical housings 21.
  • the inventors have found that by placing a central dome 22 in the outlet fitting 16, a central dead zone is eliminated in which the pumping speeds are slowed down and could cause either the formation of a local deposit, or reactions between different gases that would not be properly evacuated.
  • the central dome 22 has for example a generally bell-shaped shape, the base diameter of which is tangent to the diameters of the suction orifices 6 of the turbomolecular vacuum pumps 3.
  • the adapter 2 ' in place of the central dome, the adapter 2 'comprises a central tubular passage 23, coaxial with the annular inlet flange 15, and passing through the adapter 2' from one side to the other at the center of the outlet fitting 16 'and between said cylindrical housings 21.
  • the central tubular passage 22 makes it possible, just like the central dome 21, to eliminate a central dead zone in which the pumping speeds were slowed down.
  • the diameter of the central tubular passage 22 is tangent to the diameters of the suction orifices 6 of the turbomolecular vacuum pumps 3.
  • this central tubular passage 22 is particularly useful. in the case of a process chamber chamber to allow the passage of servitudes (heating / cooling means, electrodes, nitrogen ...) which are used for the operation of the substrate holder located in the chamber, for example substantially in line with the outlet of the enclosure.
  • each cylindrical outlet housing 21 has an annular internal abutment 24, in the bottom of the housing 21, against which the first end of the casing 4 of the turbomolecular vacuum pump 3 (suction side) abuts.
  • the turbomolecular vacuum pumps 3 further comprise a respective pump body housing the molecular stage 14.
  • the pump bodies 25 comprise a coaxial annular flange 27 to the axis of rotation I of the rotor 5, in which first and second coaxial series of through holes are provided.
  • the second set of through holes is internal to the first set.
  • the annular coaxial flange 27 is disposed substantially at the height of the interface between the turbomolecular stage 13 and the molecular stage 14, to be connected to the cylindrical outlet housing 21 of the adapter 2.
  • the coaxial annular flange 27 is arranged lower on the turbomolecular vacuum pump 3, after the molecular stage, at the pump body 25, the turbomolecular stage 13 being housed in the adapter 2.
  • the outlet connector 16 comprises a first series of tapped holes (first three series in the example), respectively arranged around the outer openings 28 of the cylindrical outlet housing 21.
  • the adapter 2 also comprises first and second fixing screws 29a,
  • the first fixing screws 29a are adapted so that their rods pass through the first series of through holes of the coaxial annular flange 27 of the turbomolecular vacuum pumps 3 and are screwed into the first series of associated threaded holes of the outlet fitting 16 to join together the pump body 25 of the turbomolecular vacuum pumps 3 to the adapter 2 by pressing the coaxial annular flanges 27 against the wall of the outlet fitting 16.
  • the second fixing screws 29b are adapted so that their rods pass through the second series of through holes of the coaxial annular flange 27 of the turbomolecular vacuum pumps 3 and are screwed into the second series of associated threaded holes formed in the second end of the casing. 4 at the respective outer opening 28 of the cylindrical housings 21 for securing the pump body 25 to the casing 4.
  • first fixing screws 29a are sized to withstand a crash of the turbomolecular vacuum pump 3.
  • the first fixing screws 29a have a larger diameter than the diameter of the head screws of the state of the art, to avoid their shear in case of crash.
  • first fastening screws 29a are implemented on a larger diameter than that of the state of the art, such as 335 mm instead of 310 mm, that is to say that the diameter of the annular flange coaxial 27 has a diameter greater than that of the standard connection flange of the state of the art, which reduces the stress experienced by these fixing screws 29a during a crash.
  • the first fixing screws 29a are thus dimensioned so that the connection between the coaxial annular flange 27 and the adapter 2 is stronger than the connection made by the second fixing screws 29b between said coaxial annular flange 27 and the casing 4.
  • the pumping device 1 further comprises at least two first outlet seals 30 (three in the illustration) and at least two second outlet seals 31 (three in the illustration).
  • Each first outlet seal 30 is interposed between the annular internal abutment 24 of the cylindrical outlet housings 21 and the first end of the casing 4 of the turbomolecular vacuum pumps 3 in a groove formed in the casing 4 (or the cylindrical housing of output 21), for sealing the connection of the turbomolecular vacuum pumps 3 to the adapter 2 around the suction port 6 of the pumps 3.
  • the pumping device comprises an outlet seal ring around which the annular seal outlet 30 is received.
  • the outlet seal ring is adapted to cooperate with the first end of the casing 4 and the inner edge of the cylindrical outlet housing 21 between which it is interposed to maintain and center the annular outlet seal 30.
  • the second outlet seals 31 are interposed between the coaxial annular flange 27 of the pump body 25 and the second end of the casing 4 at the respective outer opening 28 of the cylindrical outlet housings 21.
  • annular clearance 32 coaxial with the cylindrical outlet housing 21, is provided between the annular internal abutment 24 of the cylindrical housings 21 and the periphery of the first end of the casing 4 of the turbomolecular vacuum pumps 3.
  • the annular clearance 32 has, for example, an radial thickness between 3 and 10 mm over an axial length of between 25 and 40 mm.
  • the first outlet seals 30 interposed between the cylindrical housings 21 and the first ends of the housings 4 make it possible to prevent the entry of the pumped gases into the annular clearance 32 and thus the formation of deposits in this space.
  • the turbomolecular vacuum pumps 3 are integral with the adapter 2, partially recessed, and sealingly connected to the enclosure.
  • the lower positioning of the coaxial annular flange 27 makes it possible to bring the different suction orifices 6 of the respective turbomolecular vacuum pumps 3 closer together and to bring them closer to the outlet orifice of the enclosure.
  • the limitation of the thickness of the adapter 2 makes it possible to reduce the pressure drop due to the adapter 2.
  • the bringing together of the suction orifices 6 of the turbomolecular vacuum pumps 3 improves the homogeneity of the pumping at the flange. annular input.
  • FIG. 5 represents a simulation of the flow of gas in a geometry representing an adapter like that of the preceding figures but without a central dome.
  • the pumping speeds are substantially inhomogeneous at the suction ports 6 of the turbomolecular vacuum pumps 3: the speeds fluctuate from one to two times, a very good homogeneity of the pumping speeds is obtained at the passage section of the inlet annular flange 15 of the adapter 2 "'(of the order of 25 m / s everywhere). presenting a central dome, a dead zone (where the velocity of the gases is zero) is visualized between the suction orifices 6.
  • a good homogeneity of pumping can thus be obtained in the enclosure, in particular at the level of the substrate in the case of a chamber of the process chamber.
  • a maximum homogeneous pumping speed can be obtained at the outlet orifice, which makes it possible to make the most of the opening available at the outlet of the enclosure.
  • the optimized geometry of the adapter 2 thus positions the turbomolecular vacuum pumps 3 closer to the chamber, with optimized conductance, thus minimizing the pressure drops and the dead zones.
  • the resulting pumping speed is thus only 8% lower than the theoretical pumping rate.
  • the positioning closer to the enclosure also allows the size of the pumping device 1 is reduced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

L'invention concerne un adaptateur pour pompes à vide caractérisé en ce qu'il comporte une bride annulaire d'entrée (15) destinée à être raccordée à un orifice de sortie d'une enceinte et un raccord de sortie (16) comportant au moins deux logements cylindriques de sortie (21) traversants et formant un corps de pompe au moins partiel pour le carter (4) d'une pompe à vide turbomoléculaire (3) respective, lesdites pompes à vide turbomoléculaires (3) étant destinées à être reçues dans un logement cylindrique de sortie (21) respectif. L'invention concerne également un dispositif de pompage caractérisé en ce qu'il comporte un adaptateur pour pompes à vide (2) tel que décrit précédemment et au moins deux pompes à vide turbomoléculaires (3) logées au moins partiellement dans un logement cylindrique de sortie (21) respectif.

Description

Adaptateur pour pompes à vide et dispositif de pompage associé
La présente invention concerne les pompes à vide turbomoléculaires que l'on raccorde à une enceinte pour générer un vide poussé.
La génération du vide poussé dans une enceinte nécessite l'utilisation de pompes capables de générer rapidement et de maintenir ce vide poussé. On utilise généralement des pompes à vide de type turbomoléculaire, composées d'un corps de pompe recevant un carter et dans lequel un rotor est entraîné en rotation rapide, par exemple une rotation à plus de trente mille tours par minute.
Le corps de pompe comporte un orifice d'aspiration, coaxial au rotor, que l'on raccorde à un orifice de sortie de l'enceinte. En général, la pompe est solidarisée à la seule structure fixe de l'enceinte et son support s'effectue par la seule zone entourant l'orifice d'aspiration de pompe et l'orifice de sortie correspondant de la structure fixe. Ainsi, le corps de pompe comporte une bride de raccordement, annulaire coaxiale entourant l'orifice d'aspiration, que l'on plaque et l'on visse à la structure fixe ou à un raccord intermédiaire lui-même raccordé à la structure fixe, pour solidariser la pompe à vide à la structure fixe.
Certains procédés, tels que les procédés de fabrication de semi-conducteurs, requièrent que les pompes turbomoléculaires puissent absorber des flux de gaz importants. Par exemple, les procédés de gravure 450 mm nécessitent que les pompes à vide turbomoléculaires soient capables d'absorber des flux de gaz de l'ordre de 2000 à 2500 sccm (« Standard Cubic Centimeters per Minute » en anglais) pour des pressions dans l'enceinte de l'ordre de 5 à 7 mtorr. Pour absorber de tels flux, les pompes à vide doivent présenter des capacités de pompage supérieures à environ 6000 1/s.
Aujourd'hui, peu de pompes à vide turbomoléculaires peuvent atteindre de telles capacités de pompage. Pour les obtenir, une solution consiste à raccorder plusieurs pompes à vide turbomoléculaires en parallèle à une même enceinte, de manière à sommer les capacités de pompage respectives.
On constate cependant une forte inhomogénéité des vitesses de gaz dans l'enceinte, due au positionnement et à la conductance des raccordements des pompes à vide. Les vitesses des gaz sont aussi généralement inhomogènes au niveau de l'orifice d'aspiration des pompes à vide et la multiplication des raccords de pompes à vide à l'enceinte accentue cette inhomogénéité. La disparité résultante observée sur les vitesses des gaz régnant dans l'enceinte peut être particulièrement problématique au niveau du substrat des chambres de procédés dont la fabrication nécessite une distribution très homogène de la pression et des flux de gaz en surface.
Un autre inconvénient est la difficulté constatée pour réguler la pression régnant dans l'enceinte. On utilise généralement une vanne de régulation à conductance variable pour réguler la pression. La vanne de régulation est raccordée entre l'orifice de sortie de l'enceinte et l'orifice d'aspiration de la pompe à vide turbomoléculaire. Le contrôle de l'ouverture, plus ou moins grande de la vanne, permet de réguler la pression de l'enceinte en fonction des flux de gaz présents dans l'enceinte. On comprend dès lors qu'avec plusieurs pompes à vide raccordées à l'enceinte, il devient difficile de réguler à la fois plusieurs vannes de régulation, étant donné que le contrôle de chacune peut entraîner une variation différente de pression dans la chambre, notamment du fait du positionnement de la pompe à vide. Cette difficulté supplémentaire concoure également à l'inhomogénéité des vitesses de pompage dans l'enceinte.
Un des buts de la présente invention est de proposer un adaptateur pour pompes à vide et un dispositif de pompage qui résolvent au moins en partie les problèmes de l'état de la technique.
A cet effet, l'invention a pour objet un adaptateur pour pompes à vide caractérisé en ce qu'il comporte une bride annulaire d'entrée destinée à être raccordée à un orifice de sortie d'une enceinte et un raccord de sortie comportant au moins deux logements cylindriques de sortie, traversants et formant un corps de pompe au moins partiel pour le carter d'une pompe à vide turbomoléculaire respective, lesdites pompes à vide turbomoléculaires étant destinées à être reçues dans un logement cylindrique de sortie respectif.
Selon une ou plusieurs caractéristiques de l'adaptateur, prise seule ou en combinaison,
le raccord de sortie comporte une première série de trous taraudés, agencée autour de chaque ouverture extérieure desdits logements cylindriques de sortie et l'adaptateur comporte des premières vis de fixation complémentaires, la première série de trous taraudés et lesdites premières vis de fixation complémentaires étant destinés à solidariser un corps de pompe d'une pompe à vide turbomoléculaire à l'adaptateur,
les logements cylindriques de sortie présentent un volume sensiblement identique et sont disposés sensiblement symétriquement dans le raccord de sortie,
les axes des logements cylindriques de sortie sont inclinés par rapport à l'axe de la bride annulaire d'entrée,
la portion de l'adaptateur reliant la bride annulaire d'entrée et le raccord de sortie est tronconique,
le diamètre interne de la base de la portion tronconique est sensiblement égal au diamètre du cercle dans lequel s'inscrivent les projections des diamètres des orifices d'aspiration des pompes à vide turbomoléculaires, le raccord de sortie présente un dôme central, saillant entre lesdits logements cylindriques,
l'adaptateur comporte un passage tabulaire central, coaxial à la bride annulaire d'entrée, traversant le centre du raccord de sortie, entre lesdits logements cylindriques,
L'invention a aussi pour objet un dispositif de pompage caractérisé en ce qu'il comporte un adaptateur pour pompes à vide tel que décrit précédemment et au moins deux pompes à vide turbomoléculaires logées au moins partiellement dans un logement cylindrique de sortie respectif.
Selon une ou plusieurs caractéristiques du dispositif de pompage, prise seule ou en combinaison :
les pompes à vide turbomoléculaires comportent un corps de pompe respectif comportant une bride annulaire coaxiale respective dans laquelle une première et une deuxième séries coaxiales de trous traversants sont ménagées, ladite première série de trous traversants coopérant avec ladite première série de trous taraudés et les premières vis de fixation respectives du raccord de sortie pour fixer le corps de pompe de la pompe à vide turbomoléculaire au raccord de sortie et ladite deuxième série de trous traversants coopérant avec une deuxième série de trous taraudés ménagés dans le carter et des deuxièmes vis de fixation respectives du raccord de sortie pour fixer le carter de la pompe à vide turbomoléculaire au raccord de sortie, le raccordement réalisé par les premières vis de fixation entre la bride annulaire coaxiale et l'adaptateur est plus résistant que le raccordement réalisé par les deuxièmes vis de fixation entre ladite bride annulaire coaxiale et le carter,
un jeu annulaire respectif est ménagé dans le fond des logements cylindriques de sortie, entre lesdits logements cylindriques et la périphérie de la première extrémité du carter des pompes à vide turbomoléculaires,
les pompes à vide turbomoléculaires comportent respectivement un étage turbomoléculaire et un étage moléculaire et les logements cylindriques de sortie sont configurés pour loger au moins l'étage turbomoléculaire des pompes à vide turbomoléculaires,
le dispositif de pompage comporte au moins deux premiers joints d'étanchéité de sortie destinés à être interposés entre le fond respectif d'un logement cylindrique de sortie et une première extrémité du carter de la pompe à vide turbomoléculaire respective,
le dispositif de pompage comporte au moins deux deuxièmes joints d'étanchéité de sortie destinés à être interposés entre la bride annulaire coaxiale du corps de pompe et une deuxième extrémité du carter de la pompe à vide turbomoléculaire respective.
Le dispositif de pompage permet ainsi d'associer les capacités de pompage individuelles des pompes à vide turbomoléculaires pour obtenir une capacité de pompage résultante supérieure.
A la différence des pompes à vide de l'état de la technique où la bride de raccordement est agencée au niveau de l'orifice d'aspiration, la bride annulaire coaxiale de la présente invention est agencée plus bas sur la pompe à vide turbomoléculaire, une partie au moins du carter étant logé dans l'adaptateur.
Le positionnement plus bas de la bride annulaire coaxiale présente plusieurs avantages. D'abord, le raccordement entre la pompe à vide turbomoléculaire et l'adaptateur est délocalisé plus loin qu'autour de l'orifice d'aspiration de la pompe à vide turbomoléculaire. Il est alors possible de rapprocher entre eux les différents orifices d'aspiration des pompes à vide turbomoléculaires respectives et de rapprocher ces dernières de l'orifice de sortie de l'enceinte. On limite alors l'épaisseur de l'adaptateur, ce qui réduit la perte de charge de l'adaptateur. En outre, le rapprochement entre elles des pompes à vide turbomoléculaires améliore l'homogénéité du pompage au niveau de la bride annulaire d'entrée.
De plus, le raccordement délocalisé de la pompe à vide turbomoléculaire permet de ménager un jeu annulaire dans le bloc de l'adaptateur, coaxial au logement cylindrique de sortie, entre les logements cylindriques de sortie et la périphérie de l'orifice d'aspiration des pompes à vide turbomoléculaires. Ce jeu annulaire permet de laisser un espace libre au carter pour se déformer en cas de crash de la pompe à vide turbomoléculaire sans transmettre trop d'efforts à l'adaptateur, et donc à l'enceinte.
Un autre avantage est que, en déportant la bride annulaire coaxiale plus bas, on peut utiliser des vis de fixation pour le raccordement entre la bride annulaire coaxiale et l'adaptateur dont le dimensionnement est optimisé.
D'une part, on peut utiliser des vis de fixation de plus gros diamètre que le diamètre des vis à tête de l'état de la technique pour éviter leur cisaillement en cas de crash. D'autre part, les vis de fixations peuvent être implémentées sur un diamètre plus grand que celui de l'état de la technique, ce qui permet de diminuer l'effort subit par les vis de fixations lors d'un crash.
La géométrie de l'adaptateur optimise ainsi le positionnement des pompes à vide turbomoléculaires au plus prés de l'enceinte, en diminuant ainsi au maximum les pertes de charge et les zones mortes. La vitesse de pompage résultante est ainsi inférieure seulement de 8% à la vitesse de pompage théorique. Le positionnement au plus prés de l'enceinte permet également de réduire l'encombrement du dispositif de pompage.
En fonctionnement, une très bonne homogénéité des vitesses de pompage est ainsi obtenue au niveau de la section de passage de la bride annulaire d'entrée de l'adaptateur, permettant d'obtenir une bonne homogénéité de pompage dans l'enceinte, notamment au niveau du substrat dans le cas d'une enceinte de chambre de procédé. De plus, une vitesse de pompage maximum peut être obtenue à l'orifice de sortie de l'enceinte, ce qui permet d'exploiter au mieux l'ouverture disponible en sortie d'enceinte.
En outre, avec un seul adaptateur raccordant plusieurs pompes, on dispose d'une section unique à l'orifice de sortie de l'enceinte ralliant toutes les pompes à vide turbomoléculaires, permettant de connecter une seule vanne de régulation, ce qui facilite la régulation dans l'enceinte et réduit les coûts de production et de maintenance.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels:
la figure 1 représente une vue en perspective de dessus d'un dispositif de pompage selon un premier mode de réalisation,
la figure 2 représente une vue en perspective et de dessous du dispositif de pompage de la figure 1,
la figure 3 est une vue en perspective et en coupe transversale du dispositif de pompage des figures 1 et 2,
la figure 4 est une vue schématique en coupe transversale de l'adaptateur du dispositif de pompage des figures 1 à 3,
la figure 5 représente un résultat de simulation du flux de gaz dans une géométrie représentant une vue en coupe partielle d'un autre exemple d'adaptateur et sur laquelle sont représentés les amplitudes et les vecteurs des vitesses de gaz pompés en m/s,
la figure 6a est une vue schématique représentant un exemple de disposition de deux pompes à vide turbomoléculaires dans un raccord de sortie, la figure 6b est une vue schématique représentant un exemple de disposition de trois pompes à vide turbomoléculaires dans un raccord de sortie, la figure 6c est une vue schématique représentant un exemple de disposition de quatre pompes à vide turbomoléculaires dans un raccord de sortie, la figure 6d est une vue schématique représentant un exemple de disposition de cinq pompes à vide turbomoléculaires dans un raccord de sortie, et la figure 7 représente une vue en perspective d'un dispositif de pompage selon un deuxième mode de réalisation.
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
Les figures 1 à 4 illustrent un premier mode de réalisation d'un dispositif de pompage
1.
Le dispositif de pompage 1 comporte un adaptateur pour pompes à vide 2 et au moins deux pompes à vide turbomoléculaires 3, trois dans l'exemple illustré.
Les pompes à vide turbomoléculaire 3 sont identiques et comprennent respectivement de façon connue en soi, une partie fixe dans laquelle tourne à grande vitesse un rotor 5 en rotation axiale selon l'axe de rotation I (voir la vue en coupe de la figure 3).
Dans l'exemple illustratif, les pompes à vide turbomoléculaires 3 comportent respectivement un étage turbomoléculaire 13 et un étage moléculaire 14.
Au niveau de l'étage turbomoléculaire 13, la partie fixe comporte un carter 4 comportant un orifice d'aspiration 6 coaxial à l'axe de rotation I à une première extrémité, et par lequel pénètrent les gaz pompés 7.
Selon un exemple de réalisation, le rotor 5 est constitué d'un tronçon amont (dans le sens de l'écoulement des gaz) de rotor à pales de type turbo au niveau de l'étage turbomoléculaire 13 apte à tourner dans le carter 4 et d'un tronçon aval (dans le sens de l'écoulement des gaz) de rotor en forme de jupe de type HOLWEC dans l'étage moléculaire 14.
Le rotor 5 est entraîné en rotation dans la partie fixe par un moteur interne 10, et est guidé latéralement par des paliers magnétiques ou mécaniques 11 et 12. Les gaz pompés 7 sont ensuite évacués par un orifice de refoulement 8 de la pompe à vide (flèche 9).
L'adaptateur 2 est destiné à raccorder et solidariser les trois pompes à vide turbomoléculaires 3 à la paroi d'une enceinte dans laquelle un vide contrôlé peut être créé, telle qu'une chambre de procédés de fabrication de semi-conducteurs (non représentée).
Pour cela, l'adaptateur 2 comporte une bride annulaire d'entrée 15 et un raccord de sortie 16 reliés par une portion 17 de l'adaptateur 2 par exemple tronconique. La portion tronconique 17 permet d'élargir le diamètre du raccord de sortie 16 par rapport au diamètre de la bride annulaire d'entrée 15 pour accueillir plusieurs pompes à vide turbomoléculaires 3 avec une forme limitant les zones mortes sur une distance relativement courte (la portion tronconique présente une épaisseur de l'ordre de 65 mm dans cet exemple avec un angle de l'ordre de 45°).
La bride annulaire d'entrée 15 est destinée à être raccordée à la paroi de l'enceinte, autour d'un orifice de sortie de l'enceinte. La bride annulaire d'entrée 15 est coaxiale à l'orifice de sortie de l'enceinte (axe A sur la figure 3) et présente une forme tabulaire dont le diamètre interne correspond au diamètre de l'orifice de sortie de l'enceinte (450 mm dans l'exemple). Le dispositif de pompage 1 comporte en outre un joint d'étanchéité d'entrée placé dans une gorge 18 ménagée dans la bride annulaire d'entrée 15, le joint d'étanchéité d'entrée étant destiné à être interposé entre la bride annulaire d'entrée 15 et la paroi de l'enceinte, autour de l'orifice de sortie de l'enceinte pour étanchéifier le raccordement de l'enceinte à l'adaptateur 2. Selon une variante de réalisation, le dispositif de pompage comporte un anneau porte-joint d'entrée autour duquel le joint annulaire d'entrée 15 est reçu. L'anneau porte-joint d'entrée est apte à coopérer avec le bord interne de la bride annulaire d'entrée et le bord de l'orifice de sortie entre lesquels il est interposé, pour maintenir et centrer le joint annulaire d'entrée 15.
Conformément aux normes en vigueur, des trous taraudés sont prévus dans la paroi de l'enceinte, répartis autour de l'orifice de sortie, tandis que des trous traversants 19 sont prévus sur la bride annulaire d'entrée 15 de l'adaptateur 2, et des vis de fixation 20, telles que des vis à têtes, sont adaptées de façon que leurs tiges traversent les trous traversants 19 et se vissent dans les trous taraudés associés pour solidariser l'adaptateur 2 à l'enceinte en plaquant la bride annulaire d'entrée 15 contre la paroi de l'enceinte.
Le raccord de sortie 16 comporte au moins deux logements cylindriques de sortie 21 (figure 4), trois dans cet exemple : un pour chaque pompe à vide turbomoléculaire 3.
Les logements cylindriques 21 sont traversants, formant ainsi plusieurs sorties en dérivation dans le raccord de sortie 16 pour les gaz pompés. Ces logements cylindriques de sortie 21 forment un corps de pompe au moins partiel pour le carter 4 de la pompe à vide turbomoléculaire 3 respective. Ils sont coaxiaux à l'axe de rotation I des pompes à vide turbomoléculaires 3.
Les logements cylindriques 21 sont par exemple des alésages ménagés dans un adaptateur 2 monobloc par exemple en matériau aluminium. Comme on peut le voir sur le mode de réalisation de la figure 3, les logements cylindriques traversants 21 présentent une épaisseur correspondant à la longueur totale du carter 4 de l'étage turbomoléculaire 13 (de l'ordre de 138 mm dans cet exemple), pour loger l'étage turbomoléculaire 13 des pompes à vide turbomoléculaires 3.
Les logements cylindriques 21 présentent un volume sensiblement identique pour recevoir trois mêmes pompes à vide turbomoléculaires. Etant donné que les logements cylindriques traversants de sortie 21 sont agencés en dérivation dans le raccord de sortie 16, les capacités de pompage individuelles des trois pompes à vide turbomoléculaires 3 s'associent pour obtenir une capacité de pompage résultante supérieure.
En outre, les logements cylindriques 21 sont disposés sensiblement symétriquement dans le raccord de sortie 16.
Le diamètre interne de la base de la portion tronconique 17 est sensiblement égal au diamètre du cercle dans lequel s'inscrivent les projections des diamètres des orifices d'aspiration 6 des pompes à vide turbomoléculaires 3.
Bien que les figures 1 à 4 illustrent un dispositif de pompage 1 comportant trois pompes à vide 3, d'autres réalisations sont possibles, intégrant deux, trois, quatre ou cinq pompes à vide turbomoléculaires 3.
On a illustré de manière schématique sur les figures 6a, 6b, 6c et 6d des exemples de disposition symétriques des logements de sortie 21, pour lesquelles le raccord de sortie 16 présente une forme générale cylindrique, coaxiale à la bride annulaire d'entrée 15 et pour lesquels les axes des logements cylindriques de sortie 21 sont parallèles, les orifices d'aspiration 6 des pompes à vide turbomoléculaires 3 étant sensiblement dans le même plan, parallèle au plan contenant l'orifice d'entrée de l'enceinte. Dans ces exemples, le diamètre interne de la base de la portion tronconique 17 est sensiblement égal au diamètre du cercle C dans lequel s'inscrivent les diamètres des orifices d'aspiration 6 des pompes à vide turbomoléculaires 3.
Pour réduire l'encombrement et comme représenté dans le premier exemple de réalisation des figures 1 à 4, les axes des logements cylindriques de sortie 19 sont inclinés par rapport à l'axe de la bride annulaire d'entrée 15.
Dans le cas où l'adaptateur 2 comporte trois ou plus, de logements cylindriques de sortie 21, on peut prévoir que le raccord de sortie 16 comporte un dôme central 22, saillant entre lesdits logements cylindriques 21. En effet, les inventeurs ont constaté qu'en disposant un dôme central 22 dans le raccord de sortie 16, on supprime une zone morte centrale dans laquelle les vitesses de pompage étaient ralenties et pouvaient entraîner soit la formation d'un dépôt local, soit des réactions entre différents gaz qui ne seraient pas correctement évacués.
Le dôme central 22 présente par exemple une forme générale en cloche dont le diamètre de base est tangent aux diamètres des orifices d'aspiration 6 des pompes à vide turbomoléculaires 3. En agençant un dôme central 22, on supprime la zone morte centrale en guidant les gaz vers l'une ou l'autre des pompes à vide turbomoléculaires 3.
Selon une variante de réalisation représenté en figure 7, à la place du dôme central, l'adaptateur 2' comporte un passage tabulaire central 23, coaxial à la bride annulaire d'entrée 15, et traversant l'adaptateur 2' de part en part : au centre du raccord de sortie 16' et entre lesdits logements cylindriques 21.
Le passage tubulaire central 22 permet, tout comme le dôme central 21, de supprimer une zone morte centrale dans laquelle les vitesses de pompage étaient ralenties. Le diamètre du passage tubulaire central 22 est tangent aux diamètres des orifices d'aspiration 6 des pompes à vide turbomoléculaires 3. En plus de supprimer une zone morte, une fois étanchéifié de part et d'autre, ce passage tubulaire central 22 est particulièrement utile dans le cas d'une enceinte de chambre de procédés pour permettre le passage des servitudes (moyens de chauffage/refroidissement, électrodes, azote. . .) qui sont utilisées pour le fonctionnement du porte-substrat situé dans l'enceinte, par exemple sensiblement à l'aplomb de l'orifice de sortie de l'enceinte.
Par ailleurs, chaque logement cylindrique de sortie 21 présente une butée interne annulaire 24, dans le fond du logement 21, contre laquelle la première extrémité du carter 4 de la pompe à vide turbomoléculaire 3 (côté aspiration) vient en butée.
Les pompes à vide turbomoléculaires 3 comportent en outre un corps de pompe 25 respectif logeant l'étage moléculaire 14.
Les corps de pompe 25 comportent une bride annulaire coaxiale 27 à l'axe de rotation I du rotor 5, dans laquelle une première et une deuxième séries coaxiales de trous traversants sont ménagées. La deuxième série de trous traversant est interne à la première série. La bride annulaire coaxiale 27 est disposée sensiblement à hauteur de l'interface entre l'étage turbomoléculaire 13 et l'étage moléculaire 14, pour se raccorder au logement cylindrique de sortie 21 de l'adaptateur 2.
A la différence des pompes à vide de l'état de la technique où la bride de raccordement est agencée au niveau de l'orifice d'aspiration, la bride annulaire coaxiale 27 est agencée plus bas sur la pompe à vide turbomoléculaire 3, après l'étage moléculaire, au niveau du corps de pompe 25, l'étage turbomoléculaire 13 étant logé dans l'adaptateur 2.
Le raccord de sortie 16 comporte une première série de trous taraudés (trois premières séries dans l'exemple), agencées respectivement autour des ouvertures extérieures 28 des logements cylindriques de sortie 21.
L'adaptateur 2 comporte également des premières et deuxièmes vis de fixation 29a,
29b complémentaires, telles que des vis à tête.
Les premières vis de fixation 29a sont adaptées de façon que leurs tiges traversent la première série de trous traversants de la bride annulaire coaxiale 27 des pompes à vide turbomoléculaires 3 et se vissent dans la première série de trous taraudés associés du raccord de sortie 16 pour solidariser le corps de pompe 25 des pompes à vide turbomoléculaires 3 à l'adaptateur 2 en plaquant les brides annulaires coaxiales 27 contre la paroi du raccord de sortie 16.
Les deuxièmes vis de fixation 29b sont adaptées de façon que leurs tiges traversent la deuxième série de trous traversants de la bride annulaire coaxiale 27 des pompes à vide turbomoléculaires 3 et se vissent dans la deuxième série de trous taraudés associés ménagés dans la deuxième extrémité du carter 4 au niveau de l'ouverture extérieure 28 respective des logements cylindriques 21 pour solidariser le corps de pompe 25 au carter 4.
On prévoit en outre que les premières vis de fixation 29a soient dimensionnées pour supporter un crash de la pompe à vide turbomoléculaire 3.
Pour cela, les premières vis de fixation 29a présentent un plus gros diamètre que le diamètre des vis à tête de l'état de la technique, pour éviter leur cisaillement en cas de crash.
En outre, les premières vis de fixations 29a sont implémentées sur un diamètre plus grand que celui de l'état de la technique, tels que 335 mm au lieu de 310 mm, c'est-à-dire que le diamètre de la bride annulaire coaxiale 27 présente un diamètre plus grand que celui de la bride de raccordement normée de l'état de la technique, ce qui permet de diminuer l'effort subit par ces vis de fixations 29a lors d'un crash. Les premières vis de fixation 29a sont ainsi dimensionnées de manière que le raccordement entre la bride annulaire coaxiale 27 et l'adaptateur 2 soit plus résistant que le raccordement réalisé par les deuxièmes vis de fixation 29b entre ladite bride annulaire coaxiale 27 et le carter 4.
Le dispositif de pompage 1 comporte en outre au moins deux premiers joints d'étanchéité de sortie 30 (trois dans l'illustration) et au moins deux deuxièmes joints d'étanchéité de sortie 31 (trois dans l'illustration).
Chaque premier joint d'étanchéité de sortie 30 est interposé entre la butée interne annulaire 24 des logements cylindriques de sortie 21 et la première extrémité du carter 4 des pompes à vide turbomoléculaire 3 dans une gorge ménagée dans le carter 4 (ou le logement cylindrique de sortie 21), pour étanchéifier le raccordement des pompes à vide turbomoléculaires 3 à l'adaptateur 2 autour de l'orifice d'aspiration 6 des pompes 3. Selon une variante de réalisation, le dispositif de pompage comporte un anneau porte-joint de sortie autour duquel le joint annulaire de sortie 30 est reçu. L'anneau porte-joint de sortie est apte à coopérer avec la première extrémité du carter 4 et le bord interne du logement cylindrique de sortie 21 entre lesquels il est interposé pour maintenir et centrer le joint annulaire de sortie 30.
Les deuxièmes joints d'étanchéité de sortie 31 sont interposés entre la bride annulaire coaxiale 27 du corps de pompe 25 et la deuxième extrémité du carter 4 au niveau de l'ouverture extérieure 28 respective des logements cylindriques de sortie 21.
Un jeu annulaire 32, coaxial au logement cylindrique de sortie 21, est ménagé entre la butée interne annulaire 24 des logements cylindriques 21 et la périphérie de la première extrémité du carter 4 des pompes à vide turbomoléculaires 3. Le jeu annulaire 32 présente par exemple une épaisseur radiale comprise entre 3 et 10 mm sur une longueur axiale comprise entre 25 et 40 mm.
Les premiers joints d'étanchéité de sortie 30 interposés entre les logements cylindriques 21 et les premières extrémités des carters 4 permettent d'éviter l'entrée des gaz pompés dans le jeu annulaire 32 et donc la formation de dépôts dans cet espace.
En cas de déséquilibre accidentelle du rotor 5 lancé à pleine vitesse, celui-ci peut venir frapper violemment le logement cylindrique de sortie 21 en lui imprimant une force de déplacement transversale ou radiale, et peut frotter fortement sur la paroi du logement cylindrique 21 en lui imprimant un couple de rotation coaxial. Du fait de la grande énergie accumulée dans le rotor 5 en rotation rapide, les contraintes mécaniques appliquées par le rotor 5 sur le carter 4 sont très élevées. Le jeu annulaire 32 permet de laisser un espace libre au carter 4 qui peut alors également entrer en rotation par cisaillement des deuxièmes vis de fixation 29b moins résistantes que les premières vis de fixations 29a, et se déformer dans le logement cylindrique de sortie 21. Les deuxièmes joints d'étanchéité de sortie 31 interposés entre les brides annulaires coaxiales 27 des corps de pompe 25 et la deuxième extrémité du carter 4, permettent de contenir les éventuels débris résultants de ce crash dans les pompes à vide 3. Ainsi, en cas de crash de la pompe à vide turbomoléculaire 3, la transmission des efforts à l'enceinte est limitée.
Une fois montées dans les logements cylindriques de sortie 21, les pompes à vide turbomoléculaires 3 sont solidaires de l'adaptateur 2, en partie encastrées, et raccordées de manière étanche à l'enceinte. Le positionnement plus bas de la bride annulaire coaxiale 27 permet de rapprocher entre eux les différents orifices d'aspiration 6 des pompes à vide turbomoléculaires 3 respectives et de rapprocher ces dernières de l'orifice de sortie de l'enceinte. La limitation de l'épaisseur de l'adaptateur 2 permet de réduire la perte de charge due à l'adaptateur 2. Le rapprochement des orifices d'aspiration 6 des pompes à vide turbomoléculaires 3 améliore l'homogénéité du pompage au niveau de la bride annulaire d'entrée.
La figure 5 représente une simulation du flux de gaz dans une géométrie représentant un adaptateur comme celui des figures précédentes mais sans dôme central.
Au cours du pompage, comme on peut le voir sur la simulation de la figure 5, bien que les vitesses de pompage soient sensiblement inhomogènes au niveau des orifices d'aspiration 6 des pompes à vide turbomoléculaire 3 : les vitesses fluctuent du simple au double, une très bonne homogénéité des vitesses de pompage est obtenue au niveau de la section de passage de la bride annulaire d'entrée 15 de l'adaptateur 2"' (de l'ordre de 25 m/s partout). L'adaptateur modélisé ne présentant de dôme central, on visualise une zone morte (où la vitesse des gaz est nulle) entre les orifices d'aspiration 6.
Une bonne homogénéité de pompage peut donc être obtenue dans l'enceinte, notamment au niveau du substrat dans le cas d'une enceinte de chambre de procédé. De plus, grâce à la géométrie de l'adaptateur 2, une vitesse de pompage homogène maximum peut être obtenue à l'orifice de sortie, ce qui permet d'exploiter au maximum l'ouverture disponible en sortie d'enceinte.
La géométrie optimisée de l'adaptateur 2 positionne ainsi les pompes à vide turbomoléculaires 3 au plus prés de l'enceinte, avec une conductance optimisée, diminuant ainsi au maximum les pertes de charge et les zones mortes. La vitesse de pompage résultante est ainsi inférieure seulement de 8% à la vitesse de pompage théorique. Le positionnement au plus prés de l'enceinte permet également que l'encombrement du dispositif de pompage 1 soit réduit.
En outre, avec un seul adaptateur 2 raccordant plusieurs pompes 3, on dispose d'une section unique à l'orifice de sortie de l'enceinte ralliant toutes les pompes à vide turbomoléculaires 3, permettant de connecter une seule vanne de régulation, ce qui facilite la régulation dans l'enceinte et réduit les coûts de production et de maintenance.

Claims

REVENDICATIONS
1. Adaptateur pour pompes à vide caractérisé en ce qu'il comporte une bride annulaire d'entrée (15) destinée à être raccordée à un orifice de sortie d'une enceinte et un raccord de sortie (16) comportant au moins deux logements cylindriques de sortie (21) traversants et formant un corps de pompe au moins partiel pour le carter (4) d'une pompe à vide turbomoléculaire (3) respective, lesdites pompes à vide turbomoléculaires (3) étant destinées à être reçues dans un logement cylindrique de sortie (21) respectif.
2. Adaptateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le raccord de sortie (16) comporte une première série de trous taraudés, agencée autour de chaque ouverture extérieure (28) desdits logements cylindriques de sortie (21), et en ce que l'adaptateur (2 ; 2') comporte des premières vis de fixation complémentaires (29a), ladite première série de trous taraudés et lesdites premières vis de fixation complémentaires (29a) étant destinées à solidariser un corps de pompe (25) d'une pompe à vide turbomoléculaire (3) à l'adaptateur (2 ; 2').
3. Adaptateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les logements cylindriques de sortie (21) présentent un volume sensiblement identique et sont disposés sensiblement symétriquement dans le raccord de sortie (16).
4. Adaptateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les axes (I) des logements cylindriques de sortie (21) sont inclinés par rapport à l'axe (A) de la bride annulaire d'entrée (15).
5. Adaptateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la portion (17) de l'adaptateur (2) reliant la bride annulaire d'entrée (15) et le raccord de sortie (16) est troncomque.
6. Adaptateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le diamètre interne de la base de la portion troncomque (17) est sensiblement égal au diamètre du cercle dans lequel s'inscrivent les projections des diamètres des orifices d'aspiration (6) des pompes a vide turbomoléculaires (3).
7. Adaptateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le raccord de sortie (16) présente un dôme central (22), saillant entre lesdits logements cylindriques (21).
8. Adaptateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un passage tabulaire central (22), coaxial à la bride annulaire d'entrée (15), traversant le centre du raccord de sortie (16), entre lesdits logements cylindriques (21).
9. Dispositif de pompage caractérisé en ce qu'il comporte un adaptateur pour pompes à vide (2 ; 2') selon l'une des revendications précédentes et au moins deux pompes à vide turbomoléculaires (3) logées au moins partiellement dans un logement cylindrique de sortie (21) respectif.
10. Dispositif de pompage selon la revendication 9, comportant un adaptateur pour pompes à vide (2 ; 2') selon la revendication 2, caractérisé en ce que les pompes à vide turbomoléculaires (3) comportent un corps de pompe (25) respectif comportant une bride annulaire coaxiale (27) respective dans laquelle une première et une deuxième séries coaxiales de trous traversants sont ménagées, ladite première série de trous traversants coopérant avec ladite première série de trous taraudés et les premières vis de fixations (29a) respectives du raccord de sortie (16) pour fixer le corps de pompe (25) de la pompe à vide turbomoléculaire (3) au raccord de sortie (16) et ladite deuxième série de trous traversants coopérant avec une deuxième série de trous taraudés ménagés dans le carter (4) et des deuxièmes vis de fixation (29b) respectives du raccord de sortie (16) pour fixer le carter (4) de la pompe à vide turbomoléculaire (3) au raccord de sortie (16).
11. Dispositif de pompage selon la revendication 10, caractérisé en ce que le raccordement réalisé par les premières vis de fixation (29a) entre la bride annulaire coaxiale
(27) et l'adaptateur (2 ; 2') est plus résistant que le raccordement réalisé par les deuxièmes vis de fixation (29b) entre ladite bride annulaire coaxiale (27) et le carter (4) .
12. Dispositif de pompage selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'un jeu annulaire (32) respectif est ménagé dans le fond des logements cylindriques de sortie (21), entre lesdits logements cylindriques (21) et la périphérie de la première extrémité du carter (4) des pompes à vide turbomoléculaires (3).
13. Dispositif de pompage selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que les pompes à vide turbomoléculaires (3) comportent respectivement un étage turbomoléculaire (13) et un étage moléculaire (14) et en ce que les logements cylindriques de sortie (21) sont configurés pour loger au moins l'étage turbomoléculaire (13) des pompes à vide turbomoléculaires (3).
14. Dispositif de pompage selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux premiers joints d'étanchéité de sortie (30) destinés à être interposés entre le fond respectif d'un logement cylindrique de sortie (21) et une première extrémité du carter (4) de la pompe à vide turbomoléculaire (3) respective.
15. Dispositif de pompage selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux deuxièmes joints d'étanchéité de sortie (31) destinés à être interposés entre la bride annulaire coaxiale (27) du corps de pompe (25) et une deuxième extrémité du carter (4) de la pompe à vide turbomoléculaire (3) respective.
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