FR2971018A1 - Pompe a vide primaire, installation pour le traitement de substrats et procede de pompage - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une pompe à vide primaire (8) comprenant : - une entrée (7) et une sortie (9), - un clapet anti-retour (13) disposé en amont de la sortie (9) et apte à bloquer le retour du gaz pompé dans la pompe à vide primaire (8), - un stator (11) et au moins un rotor (12a, 12b) tournant dans le stator (11) pour entraîner un gaz à pomper depuis l'entrée (7) jusqu'à la sortie (9), en passant par un volume de refoulement (14c, 14d) de la pompe à vide primaire (8), situé en aval du (des) rotor(s) (12a, 12b) et en amont du clapet anti-retour (13), et - un moyen étanche de variation de volume, pilotable en fonction d'un signal représentatif du fonctionnement en vide limite de la pompe à vide primaire (8), apte à augmenter le volume de refoulement (14c, 14d) sans entrée ni sortie de gaz dans le volume de refoulement (14c, 14d), lorsque la pompe à vide primaire (8) est en fonctionnement de vide limite. L'invention concerne également une installation pour le traitement de substrats et un procédé de pompage des gaz (100) d'une enceinte à l'aide d'une pompe à vide primaire.

Description

Pompe à vide primaire, Installation pour le traitement de substrats et Procédé de pompage La présente invention concerne une pompe à vide primaire capable d'établir et de maintenir un vide approprié dans une enceinte, telle que dans un sas de chargement et de déchargement d'un substrat (ou «load-lock» en anglais). L'invention concerne également une installation pour le traitement de substrats comprenant une enceinte pouvant être mise sous vide au moins au moyen d'une pompe à vide primaire. L'invention concerne aussi un procédé de pompage des gaz d'une enceinte à l'aide d'une pompe à vide primaire. Dans certains procédés de fabrication, une étape importante consiste à traiter un substrat sous atmosphère contrôlée à très basse pression dans une chambre de procédés. Pour maintenir une cadence acceptable et pour éviter la présence de toute impureté et de toute pollution, l'atmosphère environnant le substrat est d'abord descendue à basse pression dans une enceinte de type sas de chargement/déchargement (ou «load lock» en anglais), communiquant avec la chambre de procédés ou avec une chambre de transfert distribuant ensuite le substrat dans une chambre de procédés. L'enceinte est raccordée à un dispositif de pompage permettant d'abaisser la pression jusqu'à atteindre une basse pression appropriée similaire à celle régnant dans la chambre de procédé ou de transfert pour pouvoir transférer le substrat. Chaque chargement ou déchargement de substrat(s) dans l'enceinte nécessite donc d'abaisser la pression dans l'enceinte puis de conserver cette pression basse en attente du transfert du substrat. Pour diminuer la pression dans l'enceinte depuis la pression atmosphérique, le dispositif de pompage pompe d'abord un fort flux de gaz, consommant une puissance électrique importante. L'énergie consommée par le dispositif de pompage décroît ensuite avec la diminution du flux de gaz à pomper dans l'enceinte. A partir d'un niveau bas de pression atteint dans l'enceinte, le flux de gaz à pomper est quasiment nul. En l'absence de nouvelle injection de gaz, la diminution de pression devient alors très lente, quasi-asymptotique et la puissance électrique consommée se stabilise également à une consommation d'énergie résiduelle. La réduction de la consommation électrique des dispositifs de pompage constitue un 30 enjeu économique important.

Un des buts de la présente invention est de proposer une pompe à vide primaire dont la consommation d'énergie est réduite. L'invention vise en outre à abaisser le seuil de pression de vide limite pouvant être obtenu en entrée de la pompe à vide primaire.

A cet effet, l'invention a pour objet une pompe à vide primaire comprenant : une entrée et une sortie, - un clapet anti-retour disposé en amont de la sortie et apte à bloquer le retour du gaz pompé dans la pompe à vide primaire, - un stator et au moins un rotor tournant dans le stator pour entraîner un gaz à pomper depuis l'entrée jusqu'à la sortie, en passant par un volume de refoulement de la pompe à vide primaire situé en aval du (des) rotor(s) et en amont du clapet anti-retour, et un moyen étanche de variation de volume, pilotable en fonction d'un signal représentatif du fonctionnement en vide limite de la pompe à vide primaire, apte à augmenter le volume de refoulement sans entrée ni sortie de gaz dans le volume de refoulement lorsque la pompe à vide primaire est en fonctionnement de vide limite. Au cours du pompage, lorsque la pompe à vide primaire n'est pas en fonctionnement de vide limite, le volume de refoulement est réduit. Puis, lorsque la pompe à vide primaire est en fonctionnement de vide limite, le moyen étanche de variation de volume augmente le volume de refoulement de manière étanche, c'est-à-dire sans mise en communication du volume de refoulement avec une atmosphère extérieure. Cette augmentation de volurne détend le gaz, diminuant la pression du volume de refoulement. La pression du volume de refoulement est abaissée proportionnellement à 25 l'augmentation du volume de refoulement jusqu'à une valeur limite. De même que pour la pression du volume de refoulement, la puissance consommée par la pompe à vide primaire diminue proportionnellement avec l'augmentation du volume de refoulement jusqu'à atteindre une puissance résiduelle quasiment incompressible, due principalement aux frottements des engrenages et des paliers. 30 Egalement, la pression limite en entrée de la pompe à vide en fonctionnement est directement liée à la pression du volume de refoulement. Pour une même consommation d'énergie, plus la pression du volume de refoulement est basse et plus la pression limite en entrée de la pompe à vide diminue. On peut donc réduire la puissance consommée dans les phases de fonctionnement en vide limite de la pompe à vide primaire et/ou réduire la pression limite en entrée de la pompe à vide, sans apport permanent d'énergie comme l'aurait nécessité l'utilisation d'une pompe à vide annexe pour atteindre et maintenir une pression basse en sortie de la pompe à vide primaire. Selon une ou plusieurs caractéristiques de la pompe à vide primaire, prise seule ou en combinaison, le moyen étanche de variation de volume est au moins apte à doubler le volume de refoulement lorsque la pompe à vide primaire est en fonctionnement de vide limite, - le moyen étanche de variation de volume comporte : o une chambre d'extension en communication avec une ouverture du stator en aval du (des) rotor(s) et en amont du clapet anti-retour, et o un élément mobile muni d'un joint frottant, apte à se déplacer de manière étanche dans la chambre d'extension entre une position dite « de haute pression » dans laquelle l'élément mobile obture l'ouverture de la chambre d'extension et une position dite « de vide limite » dans laquelle l'élément mobile est rétracté dans la chambre d'extension, - ledit élément mobile comporte un piston apte à coulisser dans une chambre d'extension présentant une forme complémentaire cylindrique, - le moyen étanche de variation de volume comporte un actionneur apte à déplacer ledit élément mobile entre la position de haute pression et la 25 position de vide limite, ledit actionneur comportant un moyen de rappel élastique sollicitant ledit élément mobile en position rétractée dans la chambre d'extension, le moyen étanche de variation de volume comporte une membrane déformable formant une paroi du stator en aval du (des) rotor(s) et en amont 30 du clapet anti-retour, ladite membrane déformable pouvant être déformée entre une position dite de haute pression dans laquelle la membrane 20 déformable est au repos et une position dite « de vide limite », dans laquelle la déformation de la membrane provoque l'augmentation du volume de refoulement, - le moyen étanche de variation de volume comporte un actionneur apte à déformer la membrane déformable, ledit actionneur comportant un moyen de rappel élastique sollicitant la membrane déformable en position de vide limite, - le signal représentatif du fonctionnement en vide limite de la pompe à vide primaire comporte une information de la puissance consommée par le moteur de la pompe à vide primaire ou une information de la vitesse de rotation de la pompe à vide primaire ou une information de la pression d'entrée de la pompe à vide primaire. L'invention a aussi pour objet une installation pour le traitement de substrats comprenant au moins une chambre de traitement et au moins une enceinte pouvant être mise en communication avec la chambre de traitement pour le transfert de substrats à basse pression, l'enceinte étant apte à être mise sous vide au moins au moyen d'une pompe à vide primaire telle que décrite précédemment. L'invention a encore pour objet un procédé de pompage des gaz d'une enceinte à l'aide de la pompe à vide primaire telle que décrite précédemment, dans lequel le volume de refoulement de la pompe à vide primaire est augmenté lorsque la pompe à vide primaire est en fonctionnement de vide limite.

D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une installation pour le traitement de substrats, la figure 2a est une vue en coupe d'un étage de haute pression d'une pompe à vide primaire selon un premier mode de réalisation présentant un volume de refoulement réduit, - la figure 2b est une vue analogue à la figure 2a, dans laquelle le volume de refoulement est augmenté par rapport au volume de refoulement réduit, la figure 3 est un organigramme des étapes d'un procédé de pompage au moyen d'une pompe à vide primaire, - la figure 4a représente une vue en coupe d'un étage de haute pression d'une pompe à vide primaire selon un deuxième mode de réalisation présentant un volume de refoulement réduit, et - la figure 4b représente une vue analogue à la figure 4a, dans laquelle le volume de refoulement est augmenté par rapport au volume de refoulement réduit. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. 10 On définit par « fonctionnement de vide limite », un état de fonctionnement de la pompe à vide atteint lorsque la pression d'entrée de la pompe à vide a atteint un seuil de pression minimal, l'entrée de la pompe à vide étant close ou raccordée à une enceinte ou une canalisation elle-même close, c'est-à-dire qu'aucun flux de gaz n'est injecté dans 15 l'enceinte ou la canalisation, excepté d'éventuels flux de gaz parasites et négligeables, par exemple dus au flux de dégazage des parois.

La figure 1 représente un exemple d'installation 1 pour le traitement de substrats 2, telle qu'une installation de fabrication de composants serai-conducteurs, d'écrans plats ou 20 de substrats photovoltaïques. L'installation 1 comprend au moins une chambre de traitement 3, telle qu'une chambre de procédés ou une chambre de transfert et au moins une enceinte 4, telle qu'une enceinte de sas de chargement/déchargement (ou « load lock » en anglais), pouvant être mise en communication avec la chambre de traitement 3, par l'intermédiaire d'une porte 5a, 25 pour le transfert des substrats 2 à basse pression. La chambre de traitement 3 est munie de moyens de mise sous vide 6, comportant par exemple une pompe à vide de type turbo-moléculaire 6a raccordée à la chambre de traitement 3 et dont le refoulement est raccordé à un dispositif de pompage primaire 6b. Ces moyens de mise sous vide 6 permettent de maintenir l'atmosphère interne de la 30 chambre de traitement 3 à basse pression, telle qu'à une pression de l'ordre de 0,1 mbar.

Pour éviter la présence de toute impureté et de toute pollution, et pour éviter d'avoir à remonter la pression dans cette chambre de traitement 3 à l'introduction ou la sortie de chaque nouveau substrat 2 (ou lot de substrats) devant être traité, la chambre de traitement 3 est maintenue à basse pression tandis que les substrats 2 sont chargés/déchargés à la pression atmosphérique et mis sous vide par l'enceinte 4 attenante, au moins au moyen d'une pompe à vide primaire 8. La pompe à vide primaire 8, éventuellement associée à une pompe à vide secondaire et/ou à une pompe de type moléculaire, turbomoléculaire ou hybride en amont, permet d'abaisser la pression régnant dans l'enceinte 4 à une valeur satisfaisante pour le transfert du substrat 2 dans la chambre de traitement 3 déjà à basse pression. Pour cela, la pompe à vide primaire 8 comprend une entrée 7 raccordée à l'enceinte 4, par exemple via une canalisation 10a munie d'une vanne d'isolation 10b, comme représenté sur la figure 1, ou au refoulement d'une pompe à vide secondaire ou de type moléculaire, turbomoléculaire ou hybride, elle-même raccordée à l'enceinte 4, via une vanne d'isolation. Le substrat 2 est donc chargé/déchargé de l'enceinte 4 à pression atmosphérique par la porte 5b (voir la double flèche Tb et le substrat en pointillés sur la figure 2). Une fois chargé, il est ensuite mis sous vide dans l'enceinte 4 au moyen de la pompe à vide primaire 8. L'enceinte 4 est ensuite isolée de la pompe à vide primaire 8 par la vanne d'isolation 10b pour transférer le substrat 2 dans la chambre de traitement 3 par la porte 5a (voir la double flèche Ta et le substrat en pointillés sur la figure 2). Inversement pour la remontée en pression : le substrat 2 est transféré de la chambre de traitement 3 vers l'enceinte 4 qui est ensuite remontée à la pression atmosphérique. Alternativement, l'installation 1 comporte un sas de déchargement pour la sortie du substrat 2 à la pression atmosphérique. La pompe à vide primaire 8 peut être mono-étagée ou mufti-étagée (c'est à dire comportant plusieurs étages en série entre l'entrée 7 et la sortie 9). C'est par exemple une pompe à vide primaire de type sèche telle qu'une pompe à vide à lobes rotatifs de type « Roots », une pompe à vide primaire à becs de type « Claw », une pompe à vide primaire à spirale de type « Scroll », une pompe à vide primaire à vis ou à piston.

On a représenté schématiquement sur l'exemple de la figure 2a, une vue en coupe de l'étage de haute pression d'une pompe à vide primaire 8 multi-étagée de type Roots. La pompe à vide primaire 8 représentée comporte un stator 11 et deux rotors 12a, 12b de profils identiques traversant les étages de la pompe à vide primaire 8 entre un étage de basse pression relié à l'entrée 7 de la pompe à vide primaire 8 et un étage de haute pression relié à la sortie 9 de la pompe à vide primaire 8. La pompe à vide primaire 8 est dite sèche car le fonctionnement s'effectue sans aucun contact mécanique entre les rotors 12a, 12b et le stator 11, ce qui permet l'absence totale d'huile. La pompe à vide primaire 8 comporte un clapet anti-retour 13 disposé en amont de la sortie 9. Le clapet anti-retour 13 comporte un ressort 13a et un couvercle 13b, le ressort 13a sollicitant le couvercle 13b dans un siège 13d du stator 11 pour permettre de façon connue en soi, le passage du gaz pompé dans le sens de circulation allant de l'entrée 7 de la pompe à vide primaire 8 vers la sortie 9 (voir les flèches G sur la figure 2a) et le blocage du retour du flux de gaz pompé ayant passé la sortie 9 dans l'autre sens, c'est-à-dire vers l'intérieur de la pompe à vide 8. Le clapet anti-retour 13 évite ainsi toute remontée de pression, de l'atmosphère vers la sortie 9, notamment lors de l'arrêt de la pompe à vide primaire 8. La pompe à vide primaire 8 est apte à établir une pression de vide primaire en entrée, par exemple inférieure à une pression de l'ordre de 0,1 mbar, avec une pression de sortie 9, à l'aval du clapet anti-retour 13, généralement supérieure ou de l'ordre de la pression atmosphérique (de l'ordre de 1100/1200 mbar). En fonctionnement de la pompe à vide primaire 8, les rotors 12a, 12b tournent à l'intérieur du stator 11 en sens opposé pour entraîner un gaz à pomper (voir les flèches R1 et R2 illustrant la rotation des rotors 12a, 12b sur la figure 2). La rotation des rotors 12a, 12b entraîne le gaz à pomper provenant de l'enceinte 4, en l'emprisonnant dans l'espace libre 14a, 14b compris entre les rotors 12a, 12b et le stator 11, le refoulant d'étage en étage, jusqu'à la sortie 9, en passant par un volume de refoulement 14c (en pointillés sur la figure 2a) de l'étage de haute pression de la pompe à vide primaire 8, situé en aval des rotors 12a, 12b et en amont du clapet anti-retour 13.

Si la pression du volume de refoulement 14c est supérieure à la pression de sortie en aval de clapet anti-retour 13, ce dernier s'ouvre, laissant sortir le gaz. Lorsque la pression du volume de refoulement devient inférieure à la pression de sortie, le clapet anti-retour 13 isole de manière étanche le volume de refoulement 14c par l'action conjuguée de la pression atmosphérique en sortie et du ressort 13a maintenant le couvercle 13b du clapet anti-retour 13 dans le siège 13c. Ainsi, la pression du volume de refoulement 14c est inférieure ou égale à la pression de sortie, c'est-à-dire à la pression atmosphérique. La pompe à vide primaire 8 comporte en outre un moyen étanche de variation de volume, pilotable en fonction d'un signal représentatif du fonctionnement en vide limite de la pompe à vide, apte à augmenter le volume de refoulement 14c sans entrée ni sortie de gaz dans le volurne de refoulement 14c, lorsque la pompe à vide primaire 8 est en fonctionnement de vide limite. Le signal représentatif du fonctionnement en vide limite comporte par exemple une information de la puissance consommée par le moteur de la pompe à vide primaire 8 ou une information de la vitesse de rotation de la pompe à vide primaire 8 ou une information de la pression en entrée 7 de la pompe à vide primaire 8.

Si le signal représentatif du fonctionnement de vide limite surveillé est le courant consommé par le moteur de la pompe à vide primaire 8, alors on surveille la baisse du courant lorsque l'enceinte 4 est en cours de pompage. Lorsque le courant consommé passe en dessous d'un seuil bas de courant prédéfini, par exemple de 4,1 ampères, on a l'indication que la pompe à vide primaire 8 est en fonctionnement de vide limite.

Si selon un deuxième exemple, le signal représentatif du fonctionnement de vide limite surveillé est la vitesse de rotation de la pompe à vide primaire 8, par exemple issu du variateur de vitesse, alors on surveille l'augmentation de la vitesse de rotation lorsque l'enceinte 4 est en cours de pompage. Lorsque la vitesse de rotation atteint un seuil de vitesse nominale prédéfini, on a l'indication que la pompe à vide primaire 8 est en fonctionnement de vide limite. Si selon un troisième exemple, le signal représentatif du fonctionnement de vide limite surveillé est la pression en entrée 7 de la pompe à vide primaire 8, alors on surveille cette pression. Lorsque la pression devient inférieure à un seuil de pression prédéfini, par exemple 0,1 mbar, on a l'indication que la pompe à vide primaire 8 est en fonctionnement de vide limite.

La pompe à vide primaire 8 peut comporter une unité de traitement 20 configurée pour surveiller le signal représentatif du fonctionnement de vide limite de la pompe à vide primaire 8. Selon un autre exemple non représenté, la pompe à vide primaire 8 reçoit un signal représentatif du fonctionnement de vide limite provenant de l'installation 1 ou d'une unité centrale commune à plusieurs pompes à vide. Au cours du pompage, lorsque la pompe à vide primaire 8 n'est pas en fonctionnement de vide limite, le volume de refoulement 14c est réduit. Puis, lorsque la pompe à vide primaire 8 est en fonctionnement de vide limite, le moyen étanche de variation de volume augmente le volume de refoulement 14c.

L'augmentation du volume de refoulement 14c est réalisée de manière étanche, c'est-à-dire par modification des parois délimitant le volume de refoulement 14c sans que le volume de refoulement 14c soit en mis en communication avec une atmosphère extérieure. Cette augmentation de volume 14c détend le gaz, diminuant la pression du volurne de refoulement 14c. La pression du volume de refoulement 14c est abaissée proportionnellement à l'augmentation du volume de refoulement 14c jusqu'à une valeur limite. De même que pour la pression du volume de refoulement 14c, la puissance consommée par la pompe à vide primaire 8 diminue proportionnellement avec l'augmentation du volume de refoulement 14c jusqu'à atteindre une puissance résiduelle quasiment incompressible, due principalement aux frottements des engrenages et des paliers. Egalement, la pression limite en entrée 7 de la pompe à vide primaire 8 en fonctionnement est directement liée à la pression du volume de refoulement 14c. Pour une même consommation d'énergie, plus la pression du volume de refoulement 14c est basse et plus la pression limite en entrée 7 de la pompe à vide primaire 8 diminue.

Etant donné que c'est le rapport entre le volume de refoulement 14c réduit et le volume de refoulement 14c augmenté en fonctionnement de vide limite qui est proportionnel à la réduction de la puissance consommée, on prévoit le plus petit volume de refoulement 14c possible pour pouvoir l'augmenter facilement et de manière significative en fonctionnement de vide limite.

On prévoit par exemple que le moyen étanche de variation de volume soit au moins apte à doubler le volume de refoulement 14c lorsque la pompe à vide primaire 8 est en

10 fonctionnement de vide limite. Le volume de refoulement réduit est par exemple de l'ordre de 10 cm 3. Selon un premier mode de réalisation représenté sur les figures 2a et 2b, le moyen étanche de variation de volume comporte une chambre d'extension 15 borgne, en communication avec une ouverture 16 du stator 11, en aval des rotors 12a, 12b et en amont du clapet anti-retour 13, ainsi qu'un élément mobile 17 muni d'un joint frottant 18. L'élément mobile 17 muni du joint frottant 18 permet de délimiter le volume de refoulement 14c avec étanchéité. L'élément mobile 17 peut être déplacé de manière étanche dans la chambre d'extension 15 entre une position dite « de haute pression », dans laquelle l'élément mobile 17 obture l'ouverture 16 de la chambre d'extension 15, le volume de refoulement 14c étant réduit (en pointillés sur la figure 2a) et une position dite « de vide limite », dans laquelle l'élément mobile 17 est rétracté dans la chambre d'extension 15, augmentant le volume de refoulement 14c par rapport au volume de refoulement réduit (en pointillés sur la figure 2b). L'étanchéité est conservée pendant le déplacement de l'élément mobile 171e long des parois internes de la chambre d'extension 15 grâce au joint frottant 18 de sorte que l'augmentation du volume de refoulement 14c est réalisée sans entrée ni sortie de gaz, mais par l'extension des parois de la chambre d'extension 15. Par conséquent, la quantité de gaz reste constante dans le volume de refoulement 14c de sorte que la pression du volume de refoulement diminue. L'élément mobile 17 comporte par exemple un piston apte à coulisser dans une chambre d'extension 15 présentant une forme complémentaire cylindrique, le joint frottant 18 porté par le piston étant alors par exemple torique.

Selon un exemple de réalisation, la chambre d'extension 15 est réalisée directement dans le stator 11. Selon un autre exemple de réalisation non représenté, la chambre d'extension 15 est un élément distinct raccordé à une ouverture 16 ménagée dans le stator 11. Ainsi, le moyen étanche de variation de volume peut être mis en place sur des pompes à vide standard, sans que celles-ci n'aient à être démontées.

Le moyen étanche de variation de volume comporte un actionneur 19 apte à déplacer l'élément mobile 17 entre la position de haute pression et la position de vide limite (voir les flèches HP et BP sur les figures 2a et 2b). On limite la force nécessaire pour actionner l'élément mobile 17 avec un petit volume de refoulement 14c au plus près des rotors 12a, 12b. L'énergie d'activation de l'actionneur 19 peut être électrique, magnétique, hydraulique 5 ou pneumatique. L'actionneur 19 est par exemple magnétique et comporte un électro-aimant. L'actionneur 19 est par exemple piloté par l'unité de traitement 20 en fonction de la valeur du signal représentatif du fonctionnement de vide limite. L'actionneur 19 peut comporter un moyen de rappel élastique 21, tel qu'un ressort de 10 compression, sollicitant la rétractation de l'élément mobile 17 en position de vide limite. Ainsi, en position de haute pression (figure 4a), l'actionneur 19 est alimenté pour déplacer l'élément mobile 17 dans l'ouverture 16 de la chambre d'extension 15 en comprimant le moyen de rappel élastique 21. Puis en position de vide limite, l'alimentation de l'actionneur 19 est coupée, libérant le moyen de rappel élastique 21, rétractant l'élément mobile 17 dans 15 la chambre d'extension 15. Ainsi, on ne consomme pas d'énergie pour alimenter l'actionneur 19 dans la position de vide limite. Selon un autre mode de réalisation, l'actionneur 19 est bistable entre la position de haute pression et la position de vide limite. L'actionneur 19 peut ainsi rester dans une ou l'autre des positions sans apport d'énergie. Un apport d'énergie est seulement nécessaire 20 pour générer une impulsion permettant à l'actionneur 19 de basculer de la position de haute pression dans la position de vide limite ou vice versa. Selon un exemple de fonctionnement, le procédé de pompage des gaz 100 d'une enceinte 4 à l'aide de la pompe à vide primaire 8 (figure 3) comprend la succession d'étapes suivantes. 25 A l'état initial, la vanne d'isolation 10b est fermée, isolant la pompe à vide primaire 8 en fonctionnement de l'enceinte 4. Dans ce fonctionnement initial, la pompe à vide primaire 8 peut atteindre un fonctionnement de vide limite s'il n'y a pas d'injection de gaz dans la canalisation 10a en aval de la vanne d'isolation 10b. Dans une première étape 101, on surveille un signal représentatif du fonctionnement 30 de vide limite de la pompe à vide primaire 8 et on le compare avec un seuil prédéfini (étape 102).

Tant que le signal représentatif du fonctionnement de vide limite indique que celui-ci n'est pas atteint, le volume de refoulement 14c reste réduit. Plus précisément, l'actionneur 19 maintient l'élément mobile 16 en position de haute pression, obturant l'ouverture 16 de la chambre d'extension 15 (étape 103 sur la figure 3 et figure 2a). Etant donné que le clapet anti-retour 13 ferme la sortie des gaz de manière étanche, le volume de refoulement 14-c est isolé sur lui-même à une pression de l'ordre de la pression de sortie en aval de clapet antiretour 13, c'est-à-dire de l'ordre de 1010 mbar/1200 mbar. La puissance électrique consommée atteint une consommation d'énergie résiduelle, par exemple de l'ordre de 800W.

Lorsque le signal représentatif du fonctionnement de vide limite indique que celui-ci est atteint, l'actionneur 19 pilote l'élément mobile 16 en position de vide limite (flèche BP sur la figure 2a), augmentant le volume de refoulement 14c. L'élément mobile 16 est alors rétracté dans la chambre d'extension 15, ce qui augmente le volume de refoulement 14c par rapport au volume de refoulement réduit (étape 104 sur la figure 3 et figure 2b). La pression du volume de refoulement est alors diminuée proportionnellement, par exemple à 505 mbar pour un volume de refoulement 14c multiplié par deux. De même, la puissance consommée est réduite à environ 400 watts. On voit qu'en augmentant le volume de refoulement 14c, on réduit la puissance consommée par deux dans la phase de fonctionnement en vide limite de la pompe à vide primaire 8 par rapport à la puissance qui aurait été consommée par une pompe à vide primaire à volume de refoulement constant. Puis, après qu'un substrat 2 ait été chargé à pression atmosphérique dans l'enceinte 4, la vanne d'isolation 10b s'ouvre sur l'entrée 7 de la pompe à vide primaire 8. La pression dans l'enceinte 2 et à l'entrée de la pompe à vide primaire 8 devient alors très supérieure à la pression de vide limite en début de pompage et l'élément mobile 16 est piloté en position de haute pression (flèche HP sur la figure 2b). La pompe à vide primaire 8 consomme alors une puissance électrique importante, de l'ordre de 5kW. Pendant cette phase, l'actionneur 19 maintient l'élément mobile 16 en position de haute pression, obturant l'ouverture 16 de la chambre d'extension 15 (étape 103 sur la figure 3 et figure 2a). Puis, lorsque le signal représentatif du fonctionnement de vide limite indique que celui-ci est atteint, comme précédemment, la puissance électrique consommée se stabilise à une consommation d'énergie résiduelle. En l'absence de nouvelle injection de gaz dans l'enceinte 4 ou la canalisation 10a, le volume de refoulement est augmenté (figure 2b). La pression du volume de refoulement et la puissance consommée sont alors réduites proportionnellement. Puis, la vanne d'isolation 10b est fermée pour le transfert du substrat 2 dans la chambre de traitement 3 et la remontée de la pression de l'enceinte 4 avec (ou sans) substrat 2. Dans ce fonctionnement d'attente, s'il n'y a pas d'injection de gaz dans la canalisation 10a en aval de la vanne d'isolation 10b fermée, la pompe à vide primaire 8 en fonctionnement de vide limite peut conserver un volume de refoulement augmenté, réduisant ainsi la consommation électrique jusqu'à un nouveau cycle.

Selon un deuxième mode de réalisation sur les figures 4a et 4b, le moyen étanche de variation de volume comporte une membrane 22, déformable élastiquement, telle qu'en matériau polymère, formant une paroi du stator 11, en aval des rotors 12a, 12b et en amont du clapet anti-retour 13. Comme on peut le voir sur la figure 4a, le moyen étanche de variation de volume peut comporter une chambre d'extension 15 borgne, en communication avec une ouverture 16 du stator 11, en aval des rotors 12a, 12b et en amont du clapet anti-retour 13. La périphérie de la membrane déformable 22 est alors fixée à la chambre d'extension 15, à l'arrière de l'ouverture 16, de manière à délimiter de façon étanche le volume de refoulement 14d.

La membrane déformable 22 peut être déformée entre une position dite « de haute pression » dans laquelle elle est au repos, le volume de refoulement 14d étant réduit (voir les pointillés sur la figure 4a) et une position dite « de vide limite » dans laquelle la déformation de la membrane 22 provoque l'augmentation du volume de refoulement 14d par rapport au volume de refoulement réduit (en pointillés sur la figure 4b).

La variation de volume est réalisée sans entrée ni sortie de gaz dans le volume de refoulement 14d mais par l'élargissement de la membrane élastique 22, délimitant le volume de refoulement 14d. L'étanchéité est plus facile à réaliser dans ce deuxième mode de réalisation. Le moyen étanche de variation de volume comporte par exemple un actionneur 23 30 apte à déformer la membrane 22 entre la position de haute pression et la position de vide limite.

L'actionneur 23 peut comporter un moyen de rappel élastique 24 sollicitant la déformation de la membrane déformable 22 en position de vide limite. Ainsi, comme dans le mode de réalisation précédent, on ne consomme pas d'énergie pour alimenter l'actionneur 23 dans la position de vide limite.

Alternativement et comme précédemment, l'actionneur 23 peut être bistable entre la position de haute pression et la position de vide limite. Ainsi, l'actionneur 23 ne nécessite qu'une impulsion d'énergie pour basculer de la position de haute pression dans la position de vide limite ou vice-versa. On comprend donc que dans les phases de fonctionnement en vide limite de la pompe à vide primaire 8, et en particulier lorsque la pompe à vide primaire 8 est isolée de l'enceinte 4 à mettre sous vide, la puissance consommée peut être réduite. De même, la pression limite en entrée de la pompe à vide primaire 8 peut être réduite en fonctionnement de vide limite et sans apport continue d'énergie comme l'aurait nécessité l'utilisation d'une pompe à vide annexe pour atteindre et maintenir une pression basse en sortie de la pompe à vide primaire 8.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Pompe à vide primaire (8) comprenant : - une entrée (7) et une sortie (9), - un clapet anti-retour (13) disposé en amont de la sortie (9) et apte à bloquer le retour du gaz pompé dans la pompe à vide primaire (8), - un stator (11) et au moins un rotor (12a, 12b) tournant dans le stator (11) pour entraîner un gaz à pomper depuis l'entrée (7) jusqu'à la sortie (9), en passant par un volume de refoulement (14c, 14d) de la pompe à vide primaire (8) situé en aval du (des) rotor(s) (12a, 12b) et en amont du clapet anti-retour (13), et - un moyen étanche de variation de volume, pilotable en fonction d'un signal représentatif du fonctionnement en vide limite de la pompe à vide primaire (8), apte à augmenter le volume de refoulement (14c, 14d) sans entrée ni sortie de gaz dans le volume de refoulement (14c, 14d) lorsque la pompe à vide primaire (8) est en fonctionnement de vide limite.
2. 2. Pompe à vide selon la revendication 1, dans laquelle le moyen étanche de variation de volume est au moins apte à doubler le volume de refoulement (14c, 14d) lorsque la pompe à vide primaire (8) est en fonctionnement de vide limite.
3. 3. Pompe à vide selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle le moyen étanche de variation de volume comporte : - une chambre d'extension (15) en communication avec une ouverture (16) du stator (11) en aval du (des) rotor(s) (12a, 12b) et en amont du clapet and-retour (13), et un élément mobile (17) muni d'un joint frottant (18), apte à se déplacer de manière étanche dans la chambre d'extension (15) entre une position dite « de haute pression» dans laquelle l'élément mobile (17) obture l'ouverture (16) de la chambre d'extension (15) et une position dite « de vide limite » dans laquelle l'élément mobile (17) est rétracté dans la chambre d'extension (15).
4. 4. Pompe à vide selon la revendication 3, dans laquelle ledit élément mobile (17) comporte un piston apte à coulisser dans une chambre d'extension (15) présentant une forme complémentaire cylindrique.
5. 5. Pompe à vide selon l'une des revendications 3 ou 4, dans laquelle le moyen étanche de variation de volume comporte un actionneur (19) apte à déplacer ledit élément mobile (17) entre la position de haute pression et la position de vide limite, ledit actionneur (19) comportant un moyen de rappel élastique (21) sollicitant ledit élément mobile (17) en position rétractée dans la chambre d'extension (15).
6. 6. Pompe à vide selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle le moyen étanche de variation de volume comporte une membrane déformable (22) formant une paroi du stator (11) en aval du (des) rotor(s) (12a, 12b) et en amont du clapet antiretour (13), ladite membrane déformable (22) pouvant être déformée entre une position dite de haute pression dans laquelle la membrane déformable (22) est au repos et une position dite « de vide limite », dans laquelle la déformation de la membrane (22) provoque l'augmentation du volume de refoulement (14d).
7. 7. Pompe à vide selon la revendication 6, dans laquelle le moyen étanche de variation de volume comporte un actionneur (23) apte à déformer la membrane déformable (22), ledit actionneur (23) comportant un moyen de rappel élastique (24) sollicitant la membrane déformable (22) en position de vide limite.
8. 8. Pompe à vide selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le signal représentatif du fonctionnement en vide limite comporte une information de la puissance consommée par le moteur de la pompe à vide primaire (8) ou une information de la vitesse de rotation de la pompe à vide primaire (8) ou une information de la pression d'entrée de la pompe à vide primaire (8).
9. 9. Installation pour le traitement de substrats comprenant au moins une chambre de traitement (3) et au moins une enceinte (4) pouvant être mise en communication avec la chambre de traitement (3) pour le transfert de substrats (2) à basse pression, l'enceinte (4) étant apte à être mise sous vide au moins au moyen d'une pompe à vide primaire (8) selon l'une des revendications précédentes.
10. 10. Procédé de pompage des gaz (100) d'une enceinte à l'aide d'une pompe à vide primaire selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le volume de refoulement de la pompe à vide primaire est augmenté lorsque la pompe à vide primaire est en fonctionnement de vide limite.