FR2984423A1 - Dispositif de pompage et equipement de fabrication d'ecrans plats correspondant - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de pompage de gaz destiné à être raccordé à une enceinte à pomper, comprenant un premier étage de pompage (7) destiné à être connecté à la sortie de l'enceinte à pomper, et au moins un deuxième étage de pompage (17), les étages de pompage (7,17) étant raccordés en série les uns à la suite des autres dans un ordre prédéterminé et étant configurés de sorte que le débit engendré par étage de pompage (7,17) décroisse avec la position de l'étage de pompage (7,17) dans la série, caractérisé en ce que le dispositif de pompage comporte en outre : - un troisième étage de pompage (27) agencé en série à la sortie du dernier deuxième étage de pompage (17 ), et présentant un débit engendré supérieur au débit du dernier deuxième étage de pompage (17 ), et - au moins un quatrième étage de pompage (37) en série avec le troisième étage de pompage (27) présentant un débit engendré inférieur au débit du troisième étage de pompage (27). L'invention concerne également un équipement de fabrication d'écrans plats comportant une chambre de procédé comprenant des moyens d'injection de gaz comprenant du dioxygène et/ou un gaz oxydant tel qu'un halogène, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un tel dispositif de pompage (1) de gaz.

Description

Dispositif de pompage et équipement de fabrication d'écrans plats correspondant La présente invention concerne un dispositif de pompage de gaz d'une enceinte telle qu'une chambre de procédé et plus particulièrement pour l'évacuation des résidus 5 de gaz réactifs des procédés de fabrication par exemple d'écrans plats, tels que des écrans à cristaux liquides. Ces procédés de fabrication comportent différentes étapes dont certaines, telles que celles de gravure nécessitent d'évacuer les gaz toxiques, corrosifs, ou même nocifs pour l'environnement. On utilise pour cela un groupe de pompes à vide par exemple de type sèches, raccordées à des dispositifs de traitement de 10 ces gaz avant rejet dans l'atmosphère. Pour ce faire, les pompes à vide comportent généralement des étages de pompage raccordés en série les uns à la suite des autres avec un débit engendré décroissant avec la position de l'étage de pompage dans la série. De façon connue, le fonctionnement des pompes à vide de type sèches, 15 s'effectue sans aucun contact mécanique entre les rotors et le corps de la pompe, ce qui permet l'absence totale d'huile dans la chambre de compression. Étant donné que le fonctionnement de ces pompes s'effectue sans contact mécanique entre les stators et les rotors à lobes, mais via de très faibles jeux, ces pompes nécessitent un paramétrage particulier, notamment de la température, 20 lorsqu'elles sont utilisées avec des procédés polluants, tels que les procédés de fabrication, notamment d'écrans plats. Toutefois, les corps de pompe, généralement en fonte, peuvent être corrodés sous l'action de ces gaz de procédés de fabrication; il s'agit notamment de gaz au pouvoir fortement oxydant comme les halogènes, on peut citer le dichlore (CLz) ou le difluor 25 ( F2) ainsi que le dioxygène (02). La fabrication d'écrans plats peut générer un volume important de gaz corrosifs à pomper par le groupe de pompes à vide. L'adsorption successive de ces gaz à la surface des matériaux des pompes à vide en fortes concentrations et hautes pressions partielles accélèrent le processus de 30 corrosion. BRT-4112 -2- Une solution connue consiste à diluer les gaz à pomper à l'aide de gaz de purge injecté le long des étages de pompage. Cette solution est notamment décrite dans la demande de brevet EP1990543. Une solution complémentaire consiste à conserver les gaz à une température 5 suffisamment élevée pour maintenir sous forme gazeuse les espèces risquant de se condenser ou risquant d'amorcer des réactions chimiques dans un étage de pompage de la pompe à vide. Dans les pompes, les hautes températures de surfaces sont donc nécessaires pour éviter les dépôts de condensables issus des réactions chimiques de ces procédés semi10 conducteurs. Cependant, ces hautes températures présentent aussi l'inconvénient d'activer la vitesse de corrosion. En effet, les phénomènes d'adsorption des gaz corrosifs sur les surfaces métalliques sont principalement d'ordre chimique. La réactivité ainsi que la diffusion 15 dans le métal des molécules de gaz corrosifs est plus active vers les températures croissantes. L'inconvénient majeur de cette forte corrosion est une dégradation rapide des performances du dispositif de pompage se traduisant notamment par une perte de taux de compression des étages refoulant à la pression atmosphérique, par une augmentation 20 de la pression limite et par une augmentation de la consommation électrique. Afin de surmonter ce problème, une solution de l'état de la technique consiste à utiliser de nouveaux matériaux plus résistants aux corrosions. De tels matériaux sont par exemple des alliages à base de Nickel ou de Chrome. Cependant, ces matériaux plus résistants présentent l'inconvénient d'augmenter 25 sensiblement les prix de revient de fabrication des pompes à vide. Selon une autre solution connue, on dépose par voie électrochimique un dépôt fin de Nickel de l'ordre de quelques microns sur le matériau en fonte à protéger. Toutefois, avec cette solution, le matériau peut présenter une fragilité en cas de contact prolongé avec une pièce en rotation. En effet, le coefficient de friction est 30 généralement défavorable avec une surface nickelée et provoque souvent l'arrachage de -3- ce dépôt de son substrat. L'invention a pour objectif de proposer une alternative permettant d'éviter la corrosion des pompes à vide et d'éviter la formation de condensats, tout en palliant les inconvénients de l'art antérieur. À cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de pompage de gaz destiné à être raccordé à une enceinte à pomper, comprenant un premier étage de pompage destiné à être connecté à la sortie de l'enceinte à pomper, et au moins un deuxième étage de pompage, les étages de pompage étant raccordés en série les uns à la suite des autres dans un ordre prédéterminé et étant configurés de sorte que le débit engendré par étage de pompage décroisse avec la position de l'étage de pompage dans la série, caractérisé en ce que le dispositif de pompage comporte en outre : - un troisième étage de pompage agencé en série à la sortie du dernier deuxième étage de pompage, et présentant un débit engendré supérieur au débit du dernier deuxième étage de pompage, et - au moins un quatrième étage de pompage en série avec le troisième étage de pompage présentant un débit engendré inférieur au débit du troisième étage de pompage. Les premier et deuxième étages de pompage du dispositif de pompage forment ainsi une zone de basse pression et les troisième et quatrième étages de pompage 20 forment une zone de haute pression. Cet agencement permet de réduire de manière significative la vitesse de corrosion sur les pièces métalliques en contact avec les gaz en agissant sur des paramètres tels que la pression partielle des gaz corrosifs, le temps de résidence des espèces réactives et la température de fonctionnement. 25 En effet, le troisième étage de la zone haute pression permet d'obtenir une basse pression en sortie du dernier deuxième étage de la zone basse pression en augmentant localement le débit engendré du troisième étage de pompage. Ainsi, la zone basse pression présente des pressions partielles de gaz condensables faibles et donc peut être régulée à une température réduite. 30 En outre, la zone haute pression présente aussi de faibles pressions partielles de BRT-4112 -4- gaz condensables car fortement dilués par la succession d'injection de gaz de purge. De ce fait, il n'est pas nécessaire de changer la nature des matériaux standards des pompes à vide soumis à l'action de ces gaz ; ceci permet d'éviter l'utilisation de matériaux plus résistants mais onéreux.

Le dispositif peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : le troisième étage de pompage est apte à maintenir une pression d'aspiration inférieure ou égale à 10 Torr, soit inférieure ou égale à 1333 Pa ; le dispositif comporte : des premiers moyens d'injection d'un fluide de purge dans le deuxième étage de pompage, de manière à diluer une première fois le gaz à pomper, et des seconds moyens d'injection d'un fluide de purge dans le quatrième étage de pompage, de manière à diluer une deuxième fois le gaz à pomper ; le débit du troisième étage de pompage est de l'ordre de 600 à 800rd/h ; - le troisième étage de pompage présente un volume engendré supérieur au volume engendré du dernier deuxième étage de pompage ; - le troisième étage de pompage présente une vitesse de rotation supérieure à la vitesse de rotation du dernier deuxième étage de pompage ; le deuxième étage de pompage présente un débit engendré de l'ordre de 150m3/h ; le dispositif comporte : une première pompe à vide comprenant le premier étage de pompage, et comprenant un premier moteur et deux arbres rotatifs entraînés par le premier moteur de façon à entraîner en rotation les rotors du premier étage de pompage, et une deuxième pompe à vide comprenant le deuxième étage de pompage, et comprenant un deuxième moteur et deux arbres rotatifs entraînés par le deuxième moteur de façon à entraîner en rotation les rotors du deuxième étage de pompage ; le dispositif comporte : une troisième pompe à vide comprenant le troisième étage de pompage, et comprenant un troisième moteur et deux arbres rotatifs entraînés par le troisième moteur de façon à entraîner en rotation les rotors du troisième étage de pompage, et une quatrième pompe à vide comprenant le quatrième étage de -5- pompage, et comprenant un quatrième moteur et deux arbres rotatifs entraînés par le quatrième moteur de façon à entraîner en rotation les rotors du quatrième étage de pompage ; la première et/ou la troisième pompe à vide est une pompe mono-étagée de type Roots ; la deuxième et/ou la quatrième pompe à vide est une pompe à vide multi-étagée de type Roots ; le premier étage de pompage présente un débit engendré supérieur au débit du troisième étage de pompage ; le dispositif est configuré pour évacuer le gaz d'une chambre de procédé de fabrication d'écrans plats, et le gaz à évacuer comprend du dioxygène et/ou un gaz oxydant tel qu'un halogène. L'invention concerne encore un équipement de fabrication d'écrans plats 15 comprenant des moyens d'injection de gaz comprenant du dioxygène et/ou un gaz oxydant tel qu'un halogène, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de pompage de gaz tel que défini précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description 20 suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente de façon schématique un dispositif de pompage selon l'invention destiné à être connecté à une enceinte à vider, la figure 2 représente de façon schématique les débits engendrés successifs du 25 dispositif de pompage de la figure 1. L'invention s'applique en particulier au pompage de gaz d'une enceinte (non représentée), telle qu'une chambre de procédé de fabrication d'écrans plats, notamment d'écrans à cristaux liquides ou LCD pour l'anglais « Liquid Crystal Display ». 30 BRT-4112 -6- Dans le mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 1, un dispositif d'évacuation 1 comporte : une première zone de pompage basse pression 3a, et une deuxième zone de pompage haute pression 3b.

Dans la présente, on entend par « pression » la pression totale à savoir la somme des pressions partielles des gaz. Selon le premier mode de réalisation représenté sur la figure 1, la première zone de pompage basse pression 3a comporte une première pompe à vide P1 et une deuxième 10 pompe à vide P2. La première pompe à vide P1 est chargée d'assurer la vitesse de pompage nécessaire à l'obtention des performances attendues par le procédé, tel qu'un procédé de gravure, à savoir une pression limite de travail pour un flux gazeux donné. À cet effet, la première pompe à vide P1 est connectée à l'enceinte à pomper. 15 La première pompe à vide P1 comprend un premier moteur 5. Cette première pompe à vide P 1 comporte un premier étage de pompage 7 de plus fort débit engendré par rapport aux autres étages de pompage ; ceci afin d'assurer la performance de pompage du procédé. La gamme de débit engendré par le premier étage 7 est par exemple entre 1000 20 m3/h et 7000 m3/h. Selon le mode de réalisation illustré il s'agit d'une pompe à vide mono-étagée de type sèche. Une pompe à vide mono-étagée ne comporte qu'un seul étage de pompage 7 dans lequel circule un gaz à pomper entre une entrée d'admission des gaz et une sortie de refoulement des gaz. 25 Par exemple, il peut s'agir d'une pompe à lobes rotatifs également connue sous le nom de pompes " Roots " avec deux ou trois lobes (bi-lobes, tri-lobes). De façon générale, une pompe à lobes rotatifs " Roots " comprend deux rotors de profils identiques, tournant à l'intérieur d'un stator 9 en sens opposé. Le premier moteur 5 entraîne en rotation deux arbres (non représentés) qui 30 permettent de faire tourner les deux rotors (non visibles sur les figures) du premier étage -7- de pompage 7. Lors de la rotation, le gaz aspiré est emprisonné dans l'espace libre compris entre les rotors et le stator 9, puis il est refoulé. Le fonctionnement s'effectue sans aucun contact mécanique entre les rotors et le stator 9 de la pompe, ce qui permet l'absence 5 totale d'huile dans l'étage de pompage 7. La première pompe à vide P1 présente un orifice d'aspiration des gaz relié par un conduit d'aspiration 11 à l'enceinte à vider (non représentée). La pompe à vide P1 présente encore un orifice de sortie des gaz relié à un conduit 13 de refoulement. On peut prévoir un clapet anti-retour au niveau du conduit 10 de refoulement. La pompe à vide Pl aspire les gaz de l'enceinte à son entrée, et les comprime dans l'étage de pompage 7 pour les refouler à sa sortie dans le conduit de refoulement 13. Par ailleurs, la pompe à vide P1 travaille dans cet exemple de réalisation à une 15 vitesse de l'ordre de 80Hz. La deuxième pompe à vide P2 comprend quant à elle un deuxième moteur 15 et au moins un deuxième étage de pompage 17. La deuxième pompe à vide P2 est selon le mode de réalisation illustré sur la 20 figure 1, une pompe à vide multi-étagée de type sèche, par exemple de type Roots ou Hooke ou Claw ou encore à vis. La deuxième pompe à vide multi-étagée P2 comprend donc plusieurs deuxièmes étages de pompage 17, cinq étages de pompage 171,172,173,174,175 dans cet exemple de réalisation. Comme pour la première pompe à vide P1, les étages de pompage 25 171,172,173,174,175 sont assemblés dans un corps de pompe monobloc (ou stator), par exemple réalisé en fonte. La deuxième pompe à vide P2 comporte également des moyens de contrôle de la température du corps de pompe. Les étages de pompage de la deuxième pompe à vide P2 comportent un stator 19 30 et deux arbres rotatifs (non visibles) pouvant tourner à l'intérieur du stator 19. BRT-4112 -8- Le deuxième moteur 15 entraîne en rotation les deux arbres (non représentés) qui permettent de faire tourner les rotors dans le stator 19 des deuxièmes étages de pompage 17. Par exemple, la vitesse de rotation est de l'ordre de 60Hz. La pompe à vide est dite « sèche » car en fonctionnement, les rotors tournent à 5 l'intérieur du stator 19 de la pompe à vide en sens opposé sans aucun contact entre les rotors et le stator 19, ce qui permet l'absence totale d'huile. Les étages 17 sont agencés en série entre une aspiration et un refoulement de la pompe à vide, selon un ordre prédéterminé. Le gaz à pomper peut circuler dans les étages 17 en série. 10 Chaque étage 171,172,173,174,175 comprend par exemple des premiers moyens d'injection 41 d'un fluide de purge de manière à diluer le gaz à pomper. Le fluide de purge utilisé est par exemple un gaz inerte, tel que de l'azote (N2). Les premiers moyens d'injection 41 de fluide de purge dans la première zone de pompage 3a sont représentés de façon schématique par des flèches sur la figure 1. 15 Le débit de fluide de purge est par exemple de l'ordre de 80-90 slm. L'injection de fluide de purge se fait par exemple de façon continue. Le gaz en sortie de l'enceinte (non représentée) pompé par la première zone de pompage 3a est donc dilué une première fois dans la deuxième pompe à vide P2. Chaque étage 171,172,173,174,175 comprend une entrée et une sortie. Les étages 20 17 successifs sont raccordés en série les uns à la suite des autres, par des canalisations inter-étages respectives raccordant la sortie d'un étage de pompage 17 qui précède à l'entrée de l'étage 17 qui suit. L'étage de pompage 171 dont l'entrée communique avec l'aspiration est aussi nommé « étage d'aspiration ». 25 Le dernier étage de pompage 175 dont la sortie communique avec le refoulement de la deuxième pompe à vide P2 est aussi nommé « étage de refoulement ». Le gaz à pomper peut ainsi être aspiré depuis l'étage d'aspiration 171 vers l'étage de refoulement 175, après avoir successivement traversé trois étages 172,173,174. La deuxième pompe à vide P2 présente un orifice d'aspiration des gaz relié au 30 conduit 13 de refoulement de la première pompe à vide P1. -9- La deuxième pompe à vide P2 présente encore un orifice de sortie des gaz relié à un conduit 21 de refoulement. La deuxième pompe à vide P2 aspire les gaz de l'enceinte à son entrée, et les comprime dans les étages de pompage 17 pour les refouler à sa sortie dans le conduit de 5 refoulement 21. Ce conduit de refoulement 21 de la deuxième pompe à vide P2 communique avec un conduit d'aspiration 23 relié à un orifice d'aspiration de la troisième pompe à vide P3 agencée entre la deuxième pompe à vide P2 et la quatrième pompe à vide P4. La troisième pompe à vide P3 et la quatrième pompe à vide P4 appartiennent à la 10 deuxième zone de pompage haute pression 3b. Dans cet exemple de réalisation, avec une deuxième pompe à vide P2 multiétagée, les deuxièmes étages de pompage 17 sont tels que le débit engendré par étage décroisse avec la position de l'étage de pompage dans la série. On entend par débit engendré, la cylindrée correspondante au volume balayé par 15 les pistons de la pompe multipliée par le nombre de tours minute, selon la formule (1) ci-après : (1) Débit engendré= 60*N*Qo (où N est égal au nombre de tours minutes: tr/min ; et Qo est la cylindrée en m3/tour). Cette valeur de débit engendré s'exprime en mètre cube par heure (m3/h). 20 Plus précisément, l'étage 171 d'aspiration présente par exemple un débit de l'ordre de 150m3/h et ce débit est décroissant dans les étages de pompage 17 jusqu'à atteindre un débit par exemple de l'ordre de 70-80m3/h dans le dernier étage de refoulement 175. Les deuxièmes étages 17 présentent un plus faible débit par rapport au premier 25 étage 7 de pompage. Il peut, à titre d'exemple, y avoir un ratio de l'ordre de 7 à 20 vis-à-vis du premier étage 7 de pompage. La sortie du dernier deuxième étage de pompage 175, ou étage de refoulement, de la première zone de pompage 3a est connectée en série à la deuxième zone de pompage haute pression 3b.Ainsi, la deuxième zone de pompage haute pression 3b est 30 dimensionnée de manière à atteindre une pression maximum de 10 Torr à l'étage de BRT-4112 -10- refoulement de la deuxième pompe à vide P2.Par exemple, la pression de refoulement de la deuxième pompe à vide P2 dans le conduit de refoulement 21, est comprise dans un intervalle de pression allant de 0,24 Torr à 10 Torr, à savoir un intervalle allant de 32 Pa à 1333 Pa.

Ainsi, la première zone de pompage 3a travaille avec une différence de pression entre l'aspiration (conduit 11) et le refoulement (conduit 21), inférieure ou égale à 10 Ton. C'est donc une zone basse pression du dispositif de pompage 1. Cette basse pression qui doit être au maximum de 10 TOIT au refoulement de la pompe à vide P2 est nécessaire afin de maintenir les pressions partielles de gaz corrosifs faibles. Ceci permet de diminuer l'attaque corrosive par ces gaz et d'éviter la formation de condensats, en restant au-dessus du couple pression/température de formation de condensats et cela sans avoir à augmenter la température. La température de la deuxième pompe à vide P2 peut être ainsi maintenue à plus 15 faible température que dans les solutions connues de l'art antérieur. En effet, en comparaison avec des solutions de l'art antérieur, le corps de pompe de chaque étage 17 de la deuxième pompe à vide P2 est contrôlé à 60°C et non plus à 120°C. De plus, dans la première zone de pompage 3a dite zone à basse pression, 20 l'injection du fluide de purge dans les différents étages 17 permet de réduire un peu plus la pression partielle des gaz actifs, de réduire les temps de résidences des espèces grâce à l'augmentation progressive de débit gazeux massique. Le fonctionnement à basse pression combiné à une dilution permet aussi de réduire les pressions partielles de vapeurs saturantes des gaz condensables provenant du 25 procédé de gravure. Par ailleurs, en ce qui concerne la deuxième zone de pompage haute pression 3b, elle est agencée en série à la sortie du dernier deuxième étage de pompage 175, ou étage de refoulement, de la première zone de pompage 3a.

La deuxième zone de pompage 3b est à titre d'exemple dimensionnée de manière à atteindre une pression maximum de 10 Torr pour un flux gazeux maximal total de 105slm incluant le flux gazeux de procédé et le flux gazeux de dilution par gaz inerte injecté dans la première zone de pompage 3a à basse pression.

Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 1, cette deuxième zone de pompage 3b présente : une troisième pompe à vide P3 agencée en série avec la deuxième pompe à vide P2, et plus particulièrement à la sortie du dernier deuxième étage de pompage 175, et une quatrième pompe à vide P4 agencée en série avec la troisième pompe à vide P3. 10 La troisième pompe à vide P3 comporte un troisième moteur 25 et un troisième étage de pompage 27. Il s'agit donc d'un étage de pompage 27 intermédiaire agencé en aval du dernier deuxième étage de pompage 175 de la première zone de pompage 3a, et en amont de la quatrième pompe à vide P4. Les termes « amont » et « aval » sont ici 15 utilisés selon le sens d'écoulement du gaz à pomper. De façon similaire à la première pompe à vide P 1 , cette troisième pompe à vide P3 peut être une pompe à vide mono-étagée de type sèche. Cette troisième pompe à vide P3 comporte donc un troisième moteur 25 et un seul étage de pompage 27 dans lequel circule un gaz à pomper en sortie de la deuxième 20 pompe à vide P2 entre une entrée d'admission des gaz et une sortie de refoulement des gaz. Par exemple, il peut s'agir d'une pompe à lobes rotatifs également connue sous le nom de pompe « Roots » avec deux ou trois lobes (bi-lobes, tri-lobes) comprenant deux rotors de profils identiques, tournant à l'intérieur d'un stator 29 en sens opposé sans 25 aucun contact mécanique entre les rotors et le stator 29 de la pompe. Le troisième moteur 25 entraîne en rotation deux arbres (non représentés) qui permettent de faire tourner les deux rotors (non visibles sur les figures) du troisième étage de pompage 7. La troisième pompe à vide P3 présente un orifice d'aspiration des gaz relié par le 30 conduit d'aspiration 23 au conduit de refoulement 21 de la deuxième pompe à vide P2. BRT-4112 -12- La troisième pompe à vide P3 présente encore un orifice de sortie des gaz relié à un conduit 31 de refoulement. Ce conduit de refoulement 31 est en communication avec la quatrième pompe à vide P4.

La troisième pompe à vide P3 présente un débit supérieur au débit du dernier étage de pompage de la deuxième pompe à vide P2. À titre d'exemple, la troisième pompe à vide P3 présente un débit de l'ordre de 600 à 800m3/h. Il s'agit d'une pompe à vide de fort débit engendré mais de débit inférieur à la première pompe à vide Pl.

La troisième pompe à vide P3 est donc surdimensionnée pour un débit engendré plus important par rapport à la deuxième pompe à vide P2. Par exemple, en fonctionnement, la troisième pompe à vide P3 qui présente une pression d'aspiration de l'ordre de 10 Torr est capable d'absorber un flux gazeux total à pomper de l'ordre de 105 slm (pour standard Liter per minute en anglais).

Plus précisément, la troisième pompe à vide P3 est apte à maintenir une pression d'aspiration inférieure ou égale à 10 Torr et est apte à absorber le flux de fluide de purge injecté dans les deuxièmes étages de pompage 17. Le débit engendré de l'ordre de 800m3/h permet de tenir cette pression de l'ordre de 10 Ton sans échauffements de la troisième pompe à vide P3.

Cette configuration de la troisième pompe à vide P3 permet de maintenir une pression basse au refoulement de la première zone de pompage 3a qui doit être au maximum de 10 TOIT. En effet, en augmentant le débit engendré au refoulement de la première zone de pompage 3a, on diminue la pression à ce refoulement.

Afin d'augmenter le débit à l'aspiration de la deuxième zone 3b haute pression, on peut selon une première variante augmenter le volume engendré, c'est-à-dire le débit massique de gaz pompé. Pour ce faire, on augmente le volume engendré du troisième étage 27 par rapport au volume du dernier deuxième étage 175 qui le précède. Cette variante est illustrée de façon schématique par la figure 2. -13- Selon une deuxième variante, le débit engendré peut être augmenté en augmentant la vitesse de rotation du troisième étage 27 par rapport à la vitesse de rotation du dernier deuxième étage 175 qui le précède. Selon cette deuxième variante, le troisième étage 27 est un étage indépendant, c'est-à-dire qu'il ne fait pas partie d'une série d'étages, qu'il s'agit d'une pompe P3 mono-étagée (figure 1). En ce qui concerne la quatrième pompe à vide P4 disposée en série avec la troisième pompe à vide P3, elle présente un orifice d'aspiration des gaz relié au conduit 31 de refoulement de la troisième pompe à vide P3.

Bien sûr, cette quatrième pompe à vide P4 comporte aussi un orifice de sortie des gaz relié par un conduit 33 de refoulement vers le refoulement général des gaz, par exemple vers un système de traitement des gaz à pression atmosphérique. La quatrième pompe à vide P4 permet de comprimer les gaz contre la pression atmosphérique.

Cette quatrième pompe à vide P4 comprend un quatrième moteur 35 et au moins un quatrième étage de pompage 37. De façon similaire à la deuxième pompe à vide P2, la quatrième pompe à vide P4 est selon le mode de réalisation illustré sur la figure 1, une pompe à vide multiétagée de type sèche par exemple de type Roots ou Hooke ou Claw ou encore à vis.

Cette quatrième pompe à vide P4 comprend donc plusieurs quatrièmes étages de pompage 37, cinq étages de pompage 371,372,373,374,375 dans cet exemple de réalisation. Les étages de pompage 371,372,373,374,375 sont assemblés dans un corps de pompe monobloc (ou stator), par exemple réalisé en fonte. La quatrième pompe à vide P4 comporte également des moyens de contrôle de la température du corps de pompe.

La quatrième pompe à vide P4 comporte un stator 39 et deux arbres rotatifs (non visibles) pouvant tourner à l'intérieur du stator 39 en sens opposé et sans aucun contact entre les rotors et le stator 39. Le quatrième moteur 35 entraîne en rotation les deux arbres (non représentés) qui permettent de faire tourner les rotors (non visibles sur les figures) de l'ensemble des quatrièmes étages 37. BRT-4112 -14- Les étages 37 sont agencés en série entre une aspiration et un refoulement de la pompe à vide. Le gaz à pomper peut circuler dans les étages 37 en série. Chaque étage 371,372,373,374,375 comprend une entrée et une sortie. Les étages 37 successifs sont raccordés en série les uns à la suite des autres, par des canalisations 5 inter-étages respectives raccordant la sortie de l'étage de pompage 37 qui précède à l'entrée de l'étage 37 qui suit. L'étage de pompage 371 dont l'entrée communique avec l'aspiration est aussi nommé « étage d'aspiration », et l'étage de pompage 375 dont la sortie communique avec le refoulement de la quatrième pompe à vide P4 est aussi nommé « étage de 10 refoulement ». Le gaz à pomper peut ainsi être aspiré depuis l'étage d'aspiration 371 vers l'étage de refoulement 375, après avoir successivement traversé trois étages 372,373,374. La quatrième pompe à vide P4 aspire à son entrée les gaz en sortie de la troisième pompe à vide P3, et les comprime dans les étages de pompage 37 pour les 15 refouler à sa sortie dans le conduit de refoulement 33. Dans cet exemple de réalisation, le premier étage de la quatrième pompe à vide P4 présente un débit engendré de l'ordre de 150m3/h. De façon similaire à la deuxième pompe à vide P2, ce débit décroit dans les étages successifs 37 pour atteindre par exemple 70-80 m3/h dans le dernier étage 37s de refoulement. 20 Ce débit est inférieur à celui de la troisième pompe à vide P3. Le ratio est par exemple de l'ordre de 7 à 20 vis-à-vis du troisième étage de pompage 27. Par ailleurs, la quatrième pompe à vide P4 travaille dans cet exemple de réalisation à une vitesse de l'ordre de 60Hz. Chaque étage 371,372,373,374,375 peut comprendre des seconds moyens 25 d'injection 43 d'un fluide de purge de manière à diluer le gaz à pomper. Le fluide de purge utilisé est par exemple un gaz inerte, tel que de l'azote (N2). Les seconds moyens d'injection 43 de fluide de purge dans la deuxième zone de pompage 3b sont représentés de façon schématique par des flèches sur la figure 1. Le gaz à pomper par la deuxième zone de pompage 3b est de nouveau dilué dans 30 la quatrième pompe P4 à l'aide d'un fluide de purge. -15- L'ensemble des étages 27,37 de la deuxième zone de pompage 3b à haute pression est donc dimensionné de manière à pouvoir absorber en continu le flux gazeux provenant de la première zone de pompage 3a basse pression. Les quatrièmes étages 37 sont en outre dimensionnés de manière à absorber également le flux gazeux de dilution injecté dans les étages 37 haute pression. Au niveau de la deuxième zone de pompage 3b, le gaz est donc fortement dilué. Ainsi, bien que les valeurs de pressions partielles des gaz corrosifs augmentent au fur et à mesure que l'on se rapproche du dernier étage de refoulement comprimant contre la pression atmosphérique, la fraction molaire des gaz corrosifs diminue continuellement. Les temps de résidence et coefficient d'accommodation des gaz corrosifs sont un peu plus réduits en raison des forts débits gazeux massiques induits par l'ajout progressif de fluide de purge, tel qu'un gaz inerte comme l'azote (N2). En outre, le taux de dilution important dans la deuxième zone de pompage 3b permet un fonctionnement de la deuxième zone de pompage 3b à basse température 15 sans risquer la formation de condensats. D'autre part, ce fort taux de dilution limite la diffusion des espèces corrosives vers les surfaces métalliques. La deuxième zone de pompage 3b forme par opposition à la première zone de pompage 3a, une zone haute pression du dispositif de pompage 1. 20 L'ensemble des étages de la zone haute pression 3b est dimensionné de manière à pouvoir évacuer des flux gazeux importants à haute pression. Cette nouvelle configuration d'étagement constituée d'une zone basse pression et d'une zone haute pression en série a pour effet que la zone de transition est constituée 25 par un étage 27 de fort débit inséré entre deux étages 17,37 de plus petit débit engendré. Cet étage intermédiaire 27 est dédié au maintien à basse pression de la première zone de pompage 3a. En ré-augmentant le débit au niveau de la troisième pompe à vide P3, avant de le diminuer de nouveau au niveau de la quatrième pompe à vide P4, la deuxième pompe à 30 vide P2 peut fonctionner à basse pression et à basse température. BRT-4112 -16- En effet, comme dit précédemment la deuxième pompe à vide P2 peut travailler à une pression inférieure à 10 Torr jusqu'au refoulement. La première zone de pompage 3a présente une différence de pression entre l'aspiration (conduit 11) et le refoulement (conduit 21) inférieure ou égale à 10 Torr.

Pour une même application, selon une solution de l'art antérieur prévoyant une seule unité de pompage ou pompe similaire à la première zone de pompage 3a, cette différence de pression était de l'ordre de 760 Ton. C'est l'agencement de la troisième pompe à vide P3 de débit plus important, entre la deuxième pompe à vide P2 et la quatrième pompe à vide P4, qui permet à la 10 deuxième pompe à vide P2 de travailler à basse pression inférieure ou égale à 10 Ton. En particulier, l'étage intermédiaire 27 de plus fort débit par rapport aux deuxièmes 17 et troisièmes 37 étages de pompage est configuré pour le maintien d'une pression maximale de 10Torr pour un débit de flux de gazeux de l'ordre de 105slm dans le cas d'un procédé de gravure sur semi-conducteurs où la quantité de gaz actif peut 15 représenter jusqu'à 12s1m. Avec un tel agencement, l'inventeur a constaté notamment un facteur de diminution de la pression de près de 10 par exemple dans le deuxième étage de la deuxième pompe à vide P2, par rapport à une solution de l'art antérieur utilisant une unique unité de pompage.

20 La comparaison se fait ici par rapport au deuxième étage de la deuxième pompe à vide P2 car l'inventeur a constaté que la corrosion par les gaz commence de manière effective dans ce deuxième étage. En particulier, la première zone de pompage 3a fonctionnant à basse pression présente l'avantage de réduire sensiblement la pression partielle des gaz corrosifs.

25 À titre d'exemple, en ce qui concerne le dioxygène (02), pour un débit donné, sa pression partielle est par exemple inférieure à 1 TOIT dans les cinq étages de pompage 17 de la deuxième pompe à vide P2 selon l'agencement défini précédemment. Au contraire, pour une solution de l'art antérieur avec un même débit le dioxygène présente une pression partielle pouvant atteindre 100 TOIT dans les étages 30 d'une unité de pompage similaire à la première zone de pompage 3a mais utilisée seule. -17- En particulier, l'inventeur a constaté par exemple dans le deuxième étage de la deuxième pompe à vide P2, un facteur de diminution de la pression partielle du dioxygène de près de 10 par rapport à une solution de l'art antérieur utilisant deux pompes à vide en parallèle, et un facteur de près de 17 par rapport à une solution utilisant une seule unité de pompage. Par ailleurs, comme dit précédemment, en comparaison avec des solutions de l'art antérieur, le corps de pompe de la deuxième pompe à vide P2 est contrôlé à 60°C et non plus à 120°C. En effet, la faible différence de pression maintenue entre l'aspiration (conduit 10 11) et le refoulement (conduit 21) de la première zone de pompage 3a induit une faible puissance électrique consommée et donc une température de fonctionnement plus basse par rapport à des solutions connues de l'art antérieur. En faisant chuter les pressions partielles des gaz dans les étages de pompage 17 de la deuxième pompe à vide P2, et en faisant chuter la température, le taux de 15 corrosion des gaz est diminué. On évite ainsi une usure prématurée de la deuxième pompe à vide P2. En effet, la faible pression moyenne dans les étages de la première zone de pompage 3a permet de réduire fortement la corrosion en diminuant notamment les temps de résidence des espèces corrosives, la capacité d'accommodation et d'adsorption 20 de ces gaz. La faible pression partielle de gaz ainsi qu'un faible coefficient d'accommodation des gaz permet de limiter fortement la formation d'une monocouche de gaz qui est le point de démarrage de la corrosion sur la surface métallique.

25 On a décrit ci-dessus un dispositif de pompage 1 comportant quatre pompes à vide P1 à P4 en série. Le dispositif de pompage 1 peut suivant les contraintes apportées par les concentrations en gaz corrosifs être réduit à trois pompes à vide, ou deux pompes à vide, voire à une seule pompe à vide multi-étagée, mais présentant deux zones distinctes 30 « basse pression » et « haute pression », remplissant les fonctions décrites BRT-4112 -18- précédemment. Dans tous les cas, la première zone de pompage basse pression 3a et la deuxième zone de pompage haute pression 3b sont telles que : la première zone de pompage 3a comprenne un premier étage de pompage 7 destiné à être connecté à la sortie de l'enceinte à pomper, et au moins un deuxième étage de pompage 17, les étages de pompage 7,17 étant raccordés en série les uns à la suite des autres dans un ordre prédéterminé et tel que le débit engendré par étage de pompage décroisse avec la position de l'étage de pompage dans la série, et que la deuxième zone de pompage 3b soit agencée en série à la sortie du dernier deuxième étage de pompage 17 de la première zone de pompage 3a et comprenne un troisième étage de pompage 27 présentant un débit engendré supérieur au débit du dernier deuxième étage de pompage 17, et au moins un quatrième étage de pompage 37 en série avec le troisième étage 27, les étages de pompage 27,37 étant raccordés en série les uns à la suite des autres dans un ordre prédéterminé et tel que le débit engendré par étage de pompage décroisse avec la position de l'étage de pompage dans la série. Selon cette variante, un étage intermédiaire 27 est agencé en série entre un étage de pompage 17 de la zone « basse pression » et un étage de pompage 37 de la zone « haute pression ». Cet étage intermédiaire 27 est dimensionné avec un débit engendré 20 plus important que l'étage de pompage 17 amont appartenant à la zone dite « basse pression » et que l'étage de pompage 37 aval appartenant à la zone dite « haute pression », de façon à diminuer les pressions partielles des gaz dans les étages de pompage de la première zone de pompage 3a, et ainsi diminuer le taux de corrosion. Il s'agit donc d'un étage intermédiaire de fort débit engendré mis en série avec un 25 étage de plus faible débit engendré appartenant à la zone « basse pression » et avec un étage de plus faible débit engendré appartenant à la zone dite « haute pression ». On comprend donc que l'agencement en série des pompes à vide avec une troisième pompe à vide P3 dimensionnée pour un débit engendré plus important par 30 rapport aux pompes à vide P2 en amont et P4 en aval, permet de réduire le taux de -19- corrosion des gaz à pomper dans les étages de pompage, et évite ainsi une usure prématurée des pompes à vide. En particulier, la faible pression maintenue dans les étages de la première zone de pompage 3a, le fort taux de dilution et la relative basse température de 5 fonctionnement de la deuxième zone de pompage 3b, permettent de réduire les temps de séjours des gaz sans impacter sur la nature des matériaux des pompes à vide Pl à P4 du dispositif de pompage. Les pompes à vide peuvent donc comprendre des matériaux standards ; il n'est pas nécessaire de prévoir des matériaux résistants à la corrosion de façon performante.

10 Cet agencement particulier permet donc de protéger des fortes concentrations en gaz corrosifs tous les étages de compression du dispositif de pompage utilisant des matériaux standards. En outre, une telle solution permet d'augmenter la durée de vie des pompes à vide devant fonctionner pour des procédés de gravure sur semi-conducteurs.

15 BRT-4112

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de pompage de gaz destiné à être raccordé à une enceinte à pomper, comprenant un premier étage de pompage (7) destiné à être connecté à la sortie de l'enceinte à pomper, et au moins un deuxième étage de pompage (17), les premier et deuxième étages de pompage (7,17) étant raccordés en série les uns à la suite des autres dans un ordre prédéterminé et étant configurés de sorte que le débit engendré par étage de pompage (7,17) décroisse avec la position de l'étage de pompage (7,17) dans la série, caractérisé en ce que le dispositif de pompage comporte en outre : - un troisième étage de pompage (27) agencé en série à la sortie du dernier deuxième étage de pompage (175), et présentant un débit engendré supérieur au débit du dernier deuxième étage de pompage (175), et - au moins un quatrième étage de pompage (37) en série avec le troisième étage de pompage (27) présentant un débit engendré inférieur au débit du troisième étage de pompage (27).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième étage de pompage (27) est apte à maintenir une pression d'aspiration inférieure ou égale à 10 Torr.
3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte : - des premiers moyens d'injection (41) d'un fluide de purge dans le deuxième étage de pompage (17), de manière à diluer une première fois le gaz à pomper, et - des seconds moyens d'injection (43) d'un fluide de purge dans le quatrième étage de pompage (37), de manière à diluer une deuxième fois le gaz à pomper.
4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le débit du troisième étage de pompage (27) est de l'ordre de 600 à 800m3/h.
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le troisième étage de pompage (27) présente un volume engendré supérieur au volume-21- engendré du dernier deuxième étage de pompage (175).
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le troisième étage de pompage (27) présente une vitesse de rotation supérieure à la vitesse de rotation du dernier deuxième étage de pompage (175).
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième étage de pompage (17) présente un débit engendré de l'ordre de 150m3/h.
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte : - une première pompe à vide (fi) comprenant le premier étage de pompage (7), et comprenant un premier moteur (5) et deux arbres rotatifs entraînés par le premier moteur (5) de façon à entraîner en rotation les rotors du premier étage de pompage (7), et - une deuxième pompe à vide (P2) comprenant le deuxième étage de pompage (17), et comprenant un deuxième moteur (15) et deux arbres rotatifs entraînés par le deuxième moteur (15) de façon à entraîner en rotation les rotors du deuxième étage de pompage (17).
9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte : - une troisième pompe à vide (P2) comprenant le troisième étage de pompage (27), et comprenant un troisième moteur (25) et deux arbres rotatifs entraînés par le troisième moteur (25) de façon à entraîner en rotation les rotors du troisième étage de pompage (27), et - une quatrième pompe à vide (PI) comprenant le quatrième étage de pompage (37), et comprenant un quatrième moteur (35) et deux arbres rotatifs entraînés par le quatrième moteur (35) de façon à entraîner en rotation les rotors du quatrième étage de pompage (37).
10. 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la première BRT-4112-22- (P1) et/ou la troisième (P3) pompe à vide est une pompe mono-étagée de type Roots.
11. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la deuxième (P2) et/ou la quatrième (P4) pompe à vide est une pompe à vide multi- étagée de type Roots.
12. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier étage de pompage (7) présente un débit engendré supérieur au débit du troisième étage de pompage (27).
13. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, configuré pour évacuer le gaz d'une chambre de procédé de fabrication d'écrans plats, caractérisé en ce que le gaz à évacuer comprend du dioxygène et/ou un gaz oxydant tel qu'un halogène.
14. 14. Équipement de fabrication d'écrans plats comportant une chambre de procédé comprenant des moyens d'injection de gaz comprenant du dioxygène et/ou un gaz oxydant tel qu'un halogène, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de pompage (1) de gaz conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.