KR102404612B1 - Method for reducing pressure in loading and unloading locks and associated pump units - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 1차 진공 펌프(2) 및 펌핑될 가스의 유동 방향에서 상기 1차 진공 펌프(2)의 상류에 배열되는 고진공 펌프(3)를 구비하는 펌프 유닛(1)을 사용하여, 대기압에서 기판을 위한 로드 록 내의 압력을 감소시키는 방법으로서, 압력 강하 도중에 그리고 로드 록 내의 압력이 사전 규정된 저압 임계치에 도달할 때까지, 고진공 펌프(3)의 회전 속도는, 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)이, 상한 값은 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 6배이며 그리고 하한 값은 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 1.3배인, 범위 이내에 속하도록, 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)을 증가시키기 위해, 고진공 펌프(3)의 작동 파라미터의 함수로서 제어되는 것을 특징으로 하는 압력을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 압력을 감소시키는 방법을 구현하기 위한 펌프 유닛에 관한 것이다. The present invention uses a pump unit (1) comprising a primary vacuum pump (2) and a high vacuum pump (3) arranged upstream of said primary vacuum pump (2) in the flow direction of the gas to be pumped, at atmospheric pressure A method of reducing the pressure in a load lock for a substrate in: during a pressure drop and until the pressure in the load lock reaches a predefined low pressure threshold, the rotational speed of the high vacuum pump (3) is so that the flow rate SoR falls within a range where the upper limit is 6 times the flow rate So1 produced by the primary vacuum pump and the lower limit is 1.3 times the flow rate So1 generated by the primary vacuum pump, A method of reducing pressure, characterized in that it is controlled as a function of the operating parameters of the high vacuum pump (3), in order to increase the flow rate (SoR) produced by the high vacuum pump (3). The invention also relates to a pump unit for implementing the method for reducing the pressure.

Description

로딩 및 언로딩 록 내의 압력을 감소시키는 방법 및 관련 펌프 유닛Method for reducing pressure in loading and unloading locks and associated pump units

본 발명은, 평면 패널 디스플레이 또는 광전지 기판과 같은, 기판을 위한 로드 록(load lock) 내의 압력을, 낮은 압력에서 유지되는 프로세스 챔버 내에서 기판을 로딩 및 언로딩하기 위해, 대기압으로부터 낮은 압력으로, 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 압력 감소 방법을 구현하기 위한 관련 펌프 유닛에 관한 것이다. The present invention provides a method for reducing the pressure in a load lock for a substrate, such as a flat panel display or a photovoltaic substrate, from atmospheric pressure to a low pressure for loading and unloading the substrate in a process chamber maintained at the low pressure; how to reduce it. The invention also relates to a related pump unit for implementing said pressure reduction method.

특정 제조 방법에서, 중요한 단계가, 프로세스 챔버 내의 제어된 매우 낮은 압력의 대기 내에서 기판을 처리하는 것을 포함한다. 용인 가능한 처리량을 유지하기 위해 그리고 불순물과 오염물질의 존재를 회피하기 위해, 기판 주변의 대기는 우선, 프로세스 챔버와 소통 상태에 놓이는 로드 록을 사용하여 낮은 압력으로 낮춰진다. In certain manufacturing methods, a critical step involves processing the substrate in a controlled, very low pressure atmosphere within a process chamber. To maintain acceptable throughput and to avoid the presence of impurities and contaminants, the atmosphere surrounding the substrate is first lowered to a low pressure using a load lock placed in communication with the process chamber.

이를 수행하기 위해, 록은, 적어도 하나의 기판을 로딩하기 위한, 클린룸과 같은, 격실 내부를 대기압 하의 구역과 연결하는 제1 도어를 갖는, 밀봉된 격실을 갖는다. 록의 격실은, 기판이 프로세스 챔버로 전달되는 것을 가능하게 하기 위해, 프로세스 챔버 내부의 압력과 유사한 적절한 낮은 압력으로 격실 내의 압력을 감소시키도록 설계되는 펌프 유닛에 연결된다. 록은 또한, 진공화에 뒤따라 프로세스 챔버 내로 기판을 언로딩하기 위한 제2 도어를 갖는다. 이러한 록은 일반적으로, 기판이 대기압에서 처리되고 언로딩된 이후에, 기판의 압력을 높이기 위해 또한 사용된다. To do this, the lock has a sealed compartment with a first door connecting the interior of the compartment, such as a clean room, with a zone under atmospheric pressure, for loading at least one substrate. The compartment of the lock is connected to a pump unit which is designed to reduce the pressure in the compartment to a suitable low pressure similar to the pressure inside the process chamber to enable the substrate to be transferred to the process chamber. The lock also has a second door for unloading the substrate into the process chamber following evacuation. These locks are also generally used to increase the pressure of the substrate after the substrate has been processed and unloaded at atmospheric pressure.

그러나, 기판이 로딩 또는 언로딩될 때 매번, 록의 격실 내부의 압력은, 교호반복적으로 떨어진 다음 상승하게 될 필요가 있으며, 이는, 펌프 유닛의 빈번한 사용을 수반한다. 더불어, 진공은, 록 내에 즉각적으로 생성되지 않으며, 그리고 이는, 제조 프로세스의 전체 속도를 제한한다. 이러한 제한은, 기판이 큰 경우, 더욱 더 민감하다. 이는 특히, 패널 디스플레이들 또는 광전지 기판들의 제조에 대해 사실이며, 여기서 록의 격실은 필연적으로 하나 이상의 평면 패널을 수용하기에 충분하도록 용적이 크다. 예를 들어, 현재, 평면 패널들을 제조하기 위해 사용되는 록들의 격실들은 일반적으로, 대략 500 내지 1000 리터의, 그리고 경우에 따라 5000 리터 초과의 큰 용적을 가지며, 그리고 결과적으로 펌핑이, 가능한 한 신속하게 실행될 필요가 있다.However, each time a substrate is loaded or unloaded, the pressure inside the compartment of the lock needs to alternately fall and then rise, which entails frequent use of the pump unit. In addition, a vacuum is not immediately created within the lock, which limits the overall speed of the manufacturing process. This limitation is even more sensitive when the substrate is large. This is particularly true for the manufacture of panel displays or photovoltaic substrates, where the compartment of the lock is necessarily large enough to accommodate one or more flat panels. For example, at present, the compartments of the locks used for manufacturing flat panels generally have a large volume, on the order of 500 to 1000 liters, and in some cases more than 5000 liters, and as a result pumping is as fast as possible. needs to be implemented.

특히, 강력한 펌프 유닛들이, 이러한 목적으로, 특히 록이 개방될 때, 격실 내의 압력이 대기압일 때, 펌핑을 제공하기 위해, 사용된다. In particular, powerful pump units are used for this purpose, in particular to provide pumping when the lock is opened, when the pressure in the compartment is atmospheric.

펌프 유닛은 일반적으로, 하나 이상의 1차 진공 펌프(rough vacuum pump) 및, 루츠 단일스테이지 진공 펌프와 같은, 하나의 고진공 펌프를 구비한다. 고진공 펌프는, 펌핑될 가스의 유동 방향에서 1차 진공 펌프의 상류에 배열된다. 상기 펌프의 1차적 목적은, 낮은 압력에서 펌프 유닛의 총 펌핑 속도를 높이는 것이다. The pump unit generally includes one or more rough vacuum pumps and one high vacuum pump, such as a Roots single stage vacuum pump. The high vacuum pump is arranged upstream of the primary vacuum pump in the flow direction of the gas to be pumped. The primary purpose of the pump is to increase the total pumping speed of the pump unit at low pressures.

고진공 펌프에 의해 생성되는 유량은, 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 대략 5배일 수 있을 것이다. 록이 개방될 때 존재하는 높은 가스 유동은, 고진공 펌프의 토출구에서, 4 bar(또는 상대적으로 3 bar)에 도달할 수 있는, 상당한 압력을 생성한다. 이러한 높은 과압은, 고진공 펌프에 의한 매우 높은 전력 소모, 그리고 1차 진공 펌프의 유입 측의 차단, 1차 진공 펌프 및 고진공 펌프 양자 모두에 대한 오작동 위험을 야기한다.The flow rate produced by the high vacuum pump may be approximately five times the flow rate produced by the primary vacuum pump. The high gas flow present when the lock is opened creates significant pressures, which can reach 4 bar (or relatively 3 bar) at the outlet of the high vacuum pump. This high overpressure causes a very high power consumption by the high vacuum pump and a blockage of the inlet side of the primary vacuum pump, a risk of malfunctions for both the primary vacuum pump and the high vacuum pump.

이를 방지하기 위해, 공지의 해법이, 1차 진공 펌프의 유입구를 고진공 펌프의 유입구에 연결하는 덕트를 제공하는 것을 포함한다. 덕트는, 고진공 펌프의 유입 측과 토출구 사이의 압력 차가 너무 높을 때 개방되도록 조정되며 그리고 일반적으로 50 내지 80 mbar 사이의 최대 압력 차에서 개방되도록 조정되는, 바이패스 밸브를 갖도록 구성된다. 그에 따라, 바이패스 밸브는, 고진공 펌프의 토출구로부터 유입 측으로 잉여 가스 유동을 보내도록, 압력 강하의 시작 시에, 개방된다. 바이패스 밸브는 이어서, 고진공 펌프의 상류/하류에서 압력 차가 50 또는 80 mbar 미만일 때, 폐쇄된다. 높은 압력에서, 압력 강하는 그에 따라, 단지 1차 진공 펌프에 의해 실행되며, 그리고 고진공 펌프의 역할은, 가스 유동의 "재순환"에 참여하는 것으로 제한된다. To avoid this, a known solution involves providing a duct connecting the inlet of the primary vacuum pump to the inlet of the high vacuum pump. The duct is configured to have a bypass valve that is adjusted to open when the pressure differential between the inlet and outlet of the high vacuum pump is too high and is adjusted to open at a maximum pressure differential of generally between 50 and 80 mbar. Accordingly, the bypass valve is opened at the beginning of the pressure drop to direct the surplus gas flow from the outlet of the high vacuum pump to the inlet side. The bypass valve is then closed when the pressure difference upstream/downstream of the high vacuum pump is less than 50 or 80 mbar. At high pressures, the pressure drop is thus only effected by the primary vacuum pump, and the role of the high vacuum pump is limited to participating in the “recirculation” of the gas flow.

바이패스 밸브는 그에 따라, 잉여 가스 유동을 우회시킴에 의해, 1차 진공 펌프를 보호하도록 돕는다. 이러한 우회는 또한, 고진공 펌프의 토출 압력이 너무 높아지는 것을 방지함에 의해, 열적으로 고진공 펌프를 보호하도록 돕는다. The bypass valve thus helps to protect the primary vacuum pump by bypassing the surplus gas flow. This bypass also helps to thermally protect the high vacuum pump by preventing the discharge pressure of the high vacuum pump from becoming too high.

록 내에서의 압력 강하는, 고진공 펌프의 토출구에서의 압력 강하 및 바이패스 밸브의 폐쇄를 야기하며, 그에 따라 고진공 펌프가, 일반적으로 대략 200 mbar인, 록 내의 압력으로부터 펌핑될 가스를 압축하기 시작하는 것을 가능하도록 한다. The pressure drop in the lock causes a pressure drop at the outlet of the high vacuum pump and the closing of the bypass valve, so that the high vacuum pump starts to compress the gas to be pumped from the pressure in the lock, which is typically around 200 mbar. make it possible to do

그러나, 이러한 종래기술 장치는, 어떤 단점들을 가질 수 있을 것이다.However, such prior art devices may have certain disadvantages.

압력 강하가 시작될 때, 펌프 유닛의 초기 총 펌핑 속도는, 펌핑이 단지 1차 진공 펌프에 의해서만 제공되기 때문에, 낮다.When the pressure drop begins, the initial total pumping speed of the pump unit is low, since pumping is only provided by the primary vacuum pump.

더불어, 록 내의 압력이 수 mbar에 도달할 때까지, 고진공 펌프에 의해 소모되는 전력은, 높으며 그리고 가스 유동의 우회의 결과로서 상실된다. In addition, the power consumed by the high vacuum pump is high and is lost as a result of the bypass of the gas flow, until the pressure in the lock reaches several mbar.

다른 문제점은, 바이패스 밸브가, 특히 용적형 고진공 펌프의 주기적 펌핑 원리의 결과로서, 주기적으로 그리고 매우 빠르게 개방 및 폐쇄되도록, 맥동형으로 작동된다는 사실에 있다. 이는, 바이패스 밸브의 너무 이른 기계적 마모의 위험, 그리고 그에 따른 누출의 위험을 제기할 수 있을 것이다. 더불어, 바이패스 밸브의 맥동형 작동은, 기생 소음(spurious noise)을 야기할 수 있을 것이다.Another problem lies in the fact that the bypass valve is operated pulsatingly, opening and closing periodically and very quickly, in particular as a result of the periodic pumping principle of positive displacement high vacuum pumps. This may pose a risk of premature mechanical wear of the bypass valve, and hence the risk of leakage. In addition, the pulsating actuation of the bypass valve may cause spurious noise.

더불어, 바이패스 밸브의 덕트를 통해 유동하는 가스는, 고진공 펌프의 압축 때문에, 고온이다. 이러한 재순환된 고온 가스는 또한, 고진공 펌프를 과열시킬 수 있다. In addition, the gas flowing through the duct of the bypass valve is hot due to the compression of the high vacuum pump. This recirculated hot gas can also overheat the high vacuum pump.

유럽 공개특허공보 제1746287호European Patent Publication No. 1746287

본 발명의 목적들 중의 하나는, 그에 따라, 특히, 고진공 펌프에 의해 소모되는 전력을 감소시키는 가운데, 압력 강하가 시작될 때 더 높은 펌핑 속도를 가능하게 함에 의해, 적어도 부분적으로 종래기술의 문제점들을 해소하는, 로드 록 내의 압력을 감소시키는 방법 및 관련된 펌프 유닛을 제안하는 것이다. One of the objects of the present invention is, therefore, at least in part to solve the problems of the prior art, by enabling a higher pumping speed when the pressure drop starts, while reducing the power consumed by the high vacuum pump, in particular It is to propose a method for reducing the pressure in a load lock and a related pump unit.

본 발명의 다른 목적은, 록이 대기압에서 개방될 때 존재하는 잉여 가스 유동에 관련되는 손상의 위험으로부터, 1차 진공 펌프 및 고진공 펌프를 보호하는 것이다.Another object of the present invention is to protect primary and high vacuum pumps from the risk of damage associated with the excess gas flow present when the lock is opened at atmospheric pressure.

본 발명의 다른 목적은, 바이패스 밸브의 마모 및 "재순환되는" 고온 가스에 의한 고진공 펌프의 과열의 위험을 제한하는 것이다.Another object of the present invention is to limit the wear of the bypass valve and the risk of overheating of the high vacuum pump by "recirculated" hot gas.

이러한 목적을 위해, 본 발명은, 1차 진공 펌프 및 펌핑될 가스의 유동 방향에서 상기 1차 진공 펌프의 상류에 배열되는 고진공 펌프를 구비하는 펌프 유닛을 사용하여, 대기압에서 기판을 위한 로드 록 내의 압력을 감소시키는 방법으로서, 압력 강하 도중에 그리고 로드 록 내의 압력이 사전 규정된 저압 임계치에 도달할 때까지, 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량이, 상한 값은 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 6배이며 그리고 하한 값은 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 1.3배인 범위 이내에 속하도록, 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량을 증가시키기 위해, 고진공 펌프의 회전 속도는 고진공 펌프의 작동 파라미터의 함수로서 제어되는 것을 특징으로 하는 방법에 관련된다.For this purpose, the present invention uses a pump unit having a primary vacuum pump and a high vacuum pump arranged upstream of said primary vacuum pump in the flow direction of the gas to be pumped, in a load lock for a substrate at atmospheric pressure. A method of reducing pressure, wherein during a pressure drop and until the pressure in the load lock reaches a predefined low pressure threshold, the flow rate produced by the high vacuum pump is set at an upper limit of 6 of the flow rate generated by the primary vacuum pump. The rotational speed of the high vacuum pump is controlled as a function of the operating parameter of the high vacuum pump to increase the flow rate produced by the high vacuum pump such that It relates to a method characterized in that it becomes

개별적으로 또는 조합으로 취해지는, 압력 감소 방법의 하나 이상의 특징에 따르면: According to one or more features of the pressure reduction method, taken individually or in combination:

- 고진공 펌프의 작동 파라미터는, 고진공 펌프의 모터의 파라미터이고,- the operating parameter of the high vacuum pump is a parameter of the motor of the high vacuum pump,

- 고진공 펌프의 회전 속도의 제어는, 고진공 펌프의 작동 파라미터의 값이 제1 사전 결정된 시간 동안 사전 결정된 가동 임계치(trigger threshold)를 통과했다는 것이 검출될 때, 고진공 펌프의 작동 파라미터의 함수로서 시작되며,- control of the rotational speed of the high vacuum pump is initiated as a function of the operating parameter of the high vacuum pump when it is detected that the value of the operating parameter of the high vacuum pump has passed a predetermined trigger threshold for a first predetermined time, and ,

- 고진공 펌프의 작동 파라미터의 값이, 제2 사전 결정된 시간보다 더 긴 시간 동안, 사전 결정된 안전 임계치보다 더 큰 경우, 고진공 펌프의 회전 속도는, 떨어지도록 강제되고,- if the value of the operating parameter of the high vacuum pump is greater than the predetermined safety threshold, for a time longer than the second predetermined time, the rotational speed of the high vacuum pump is forced to drop,

- 고진공 펌프의 작동 파라미터의 값이, 제3 사전 결정된 시간보다 더 긴 시간 동안, 사전 결정된 대기 임계치보다 작은 경우, 고진공 펌프의 회전 속도는, 대기 회전 속도로 설정된다.- when the value of the operating parameter of the high vacuum pump is less than the predetermined standby threshold for a time longer than the third predetermined time, the rotation speed of the high vacuum pump is set to the standby rotation speed.

본 발명은 또한, 1차 진공 펌프 및 고진공 펌프를 포함하는 펌프 유닛으로서, 상기 고진공 펌프는, 펌핑될 가스의 유동 방향에서 1차 진공 펌프의 상류에 배열되며 그리고 가변 주파수 구동기를 구비하는 것인, 펌프 유닛에 있어서, 상기 고진공 펌프는, 압력 강하 도중에 그리고 로드 록 내의 압력이 사전 규정된 저압 임계치에 도달할 때까지, 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량이, 상한 값은 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 6배이며 그리고 하한 값은 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 1.3배인, 범위 이내에 속하게 증가되도록, 상기 고진공 펌프의 작동 파라미터를 나타내는 신호의 함수로서 상기 고진공 펌프의 회전 속도를 제어하도록 구성되며, 그리고 상기 가변 주파수 구동기에 연결되는, 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛에 관련된다.The present invention also provides a pump unit comprising a primary vacuum pump and a high vacuum pump, wherein the high vacuum pump is arranged upstream of the primary vacuum pump in the flow direction of the gas to be pumped and has a variable frequency driver, A pump unit, wherein the high vacuum pump is configured such that during a pressure drop and until the pressure in the load lock reaches a predefined low pressure threshold, the flow rate generated by the high vacuum pump, the upper limit of which is generated by the primary vacuum pump configured to control the rotational speed of the high vacuum pump as a function of a signal representing an operating parameter of the high vacuum pump such that it increases within a range of 6 times the flow rate and a lower limit value of 1.3 times the flow rate generated by the primary vacuum pump and a control unit connected to the variable frequency driver.

특정 실시예에 따르면, 1차 진공 펌프는, 펌핑 스테이지를 위한 이완 모듈을 포함한다.According to a specific embodiment, the primary vacuum pump comprises a relaxation module for the pumping stage.

고진공 펌프의 작동 파라미터를 나타내는 신호는, 예를 들어, 전류 또는 전력과 같은, 고진공 펌프의 모터의 파라미터이다.A signal indicative of an operating parameter of the high vacuum pump is a parameter of the motor of the high vacuum pump, for example current or power.

하나의 예시적 실시예에 따르면, 펌프 유닛은, 1차 진공 펌프의 유입구와 고진공 펌프의 유입구를 연결하는, 바이패스 덕트를 구비하고, 바이패스 덕트는, 1차 진공 펌프의 흡입 압력이, 100 내지 400 mbar 사이의 사전 결정된 초과값만큼, 고진공 펌프의 흡입 압력을 초과할 때, 개방되도록 설계되는, 토출 모듈을 구비한다.According to one exemplary embodiment, the pump unit has a bypass duct connecting the inlet of the primary vacuum pump and the inlet of the high vacuum pump, wherein the bypass duct has a suction pressure of the primary vacuum pump of 100 and a discharge module, which is designed to open when the suction pressure of the high vacuum pump is exceeded by a predetermined excess value between to 400 mbar.

고진공 펌프는, 루츠 진공 펌프(Roots vacuum pump)이다.The high vacuum pump is a Roots vacuum pump.

고진공 펌프에 의해 생성되는 유량을, 압력 강하 도중에 그리고 로드 록 내의 압력이 사전 결정된 저압 임계치에 도달할 때까지, 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 1.3배보다 더 크며 그리고 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 6배보다 작게 유지하는 것은, 1차 진공 펌프 및 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량들 사이의 비를 최적화한다. 더욱 구체적으로, 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량은, 높은 초기 가스 유동에 적합한 레벨로, 즉 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 6배보다 작게, 유지된다. 동시에, 생성되는 유량은, 가스가 가능한 한 신속하게 압축되는 것을 보장하기 위해, 1차 진공 펌프에 대해, 즉 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 1.3배보다 더 크게, 최적화된다.the flow rate generated by the high vacuum pump is greater than 1.3 times the flow rate generated by the primary vacuum pump during the pressure drop and until the pressure in the load lock reaches a predetermined low pressure threshold and Keeping it less than six times the flow rate generated optimizes the ratio between the flow rates generated by the primary vacuum pump and the high vacuum pump. More specifically, the flow rate produced by the high vacuum pump is maintained at a level suitable for a high initial gas flow, ie less than six times the flow rate produced by the primary vacuum pump. At the same time, the flow rate produced is optimized relative to the primary vacuum pump, ie greater than 1.3 times the flow rate produced by the primary vacuum pump, in order to ensure that the gas is compressed as quickly as possible.

고진공 펌프의 흡입 측과 토출구 사이의 압력 차는 이때, 150 내지 300 mbar 사이의 값 아래에서 유지된다. 고진공 펌프 내의 50 내지 80 mbar 사이의 압력 차에서 개방되도록 조정되는, 종래기술에 따른 장치의 덕트 및 바이패스 밸브는, 이때, 제거될 수 있다. 안전을 위해, 펌프 유닛은, 그럼에도 불구하고, 특히 속도 제어가 적용되고 있는 시간 도중에, 진공 펌프들이 보호되는 것이 가능하도록, 사용되는 유량들 사이의 비의 값 및 기계적 안전 설정치들에 의존하여, 고진공 펌프의 흡입 측과 토출구 사이의 압력 차가 100 내지 400 mbar 사이의 더 높은 값을 초과할 때 개방되도록 설계되는, 토출 모듈을 포함할 수 있을 것이다.The pressure difference between the suction side and the outlet of the high vacuum pump is then maintained below a value between 150 and 300 mbar. The duct and bypass valve of the device according to the prior art, which are adapted to open at a pressure differential between 50 and 80 mbar in the high vacuum pump, can then be removed. For safety, the pump unit nevertheless has a high vacuum, depending on the mechanical safety settings and the value of the ratio between the flow rates used, so that it is possible for the vacuum pumps to be protected, in particular during the time when speed control is being applied. It may include a discharge module, which is designed to open when the pressure difference between the suction side and the discharge port of the pump exceeds a higher value between 100 and 400 mbar.

일단 고진공 펌프의 회전 속도가 제어되고 있으면, 고진공 펌프는, 앞서 종래기술에 따른 록 내의 200 mbar의 압력을 동반하는 경우에 그랬던 것처럼, 더 이상 "단락되지" 않는 대신, 1차 진공 펌프의 실제 제1 펌핑 스테이지로서 사용된다. 고진공 펌프의 작동 특성들은 그에 따라, 고진공 펌프가 대기압으로부터 실질적으로 효과적이도록, 1차 진공 펌프의 용량에 맞춰진다. 이는, 소모되는 전력을 상당히 감소시키며 그리고, 압력 강하의 시작 시부터 펌프 유닛의 총 펌핑 속도를 증가시키고, 그로 인해 록 내에서의 압력 강하 시간을 감소시킨다. 예를 들어, 1000 mbar로부터 20 mbar로의 압력 범위에서, 펌핑 속도는, 종래기술의 장치의 펌핑 속도와 비교하여 20-50%만큼 증가한다. 더불어, 1000 mbar에 가까운 압력과 대략 0.1 mbar의 전달 압력 사이의 500-리터 록의 격실 내에서의 총 압력 강하 시간은, 25초에서 20초로, 즉 약 20% 감소된다. Once the rotational speed of the high vacuum pump is being controlled, the high vacuum pump is no longer "shorted out", as was the case previously with a pressure of 200 mbar in the lock according to the prior art, but instead of the actual control of the primary vacuum pump. 1 Used as a pumping stage. The operating characteristics of the high vacuum pump are thus tailored to the capacity of the primary vacuum pump, such that the high vacuum pump is substantially effective from atmospheric pressure. This significantly reduces the power consumed and increases the total pumping speed of the pump unit from the start of the pressure drop, thereby reducing the pressure drop time in the lock. For example, in the pressure range from 1000 mbar to 20 mbar, the pumping speed increases by 20-50% compared to the pumping speed of prior art devices. In addition, the total pressure drop time in the compartment of a 500-liter lock between a pressure close to 1000 mbar and a delivery pressure of approximately 0.1 mbar is reduced from 25 seconds to 20 seconds, ie about 20%.

더불어, 토출 모듈이 종래기술에서의 바이패스 밸브보다 더 높은 압력에서 개방되도록 그리고 1차 진공 펌프 및 고진공 펌프의 유량들 사이의 비가 이때 최적화되도록 주어지면, 고진공 펌프의 토출 압력은, 토출 모듈이 단지 매우 짧은 시간 동안만 개방되도록, 신속하게 떨어진다. 토출 모듈은, 제한된 응력에 종속되며, 그리고 그에 따라 더 느리게 마모되며 그리고 적은 소음을 생성한다. 더불어, 제한된 양의 가스가, 바이패스 덕트를 통해 유동하고, 이는, 고진공 펌프가 고온의 압축된 가스에 의해 과열되는 것을, 방지한다.In addition, given that the discharge module is opened at a higher pressure than the bypass valve in the prior art and the ratio between the flow rates of the primary vacuum pump and the high vacuum pump is optimized at this time, the discharge pressure of the high vacuum pump is It falls off quickly, so that it only opens for a very short time. The ejection module is subject to limited stress and therefore wears out more slowly and produces less noise. In addition, a limited amount of gas flows through the bypass duct, which prevents the high vacuum pump from overheating by the hot compressed gas.

본 발명의 다른 특징들 및 장점들이, 첨부 도면을 참조하는 비제한적인 예로서 제공되는, 이하의 설명에서 제공된다.
- 도 1은 본 발명에 따른 펌프 유닛의 개략도이고,
- 도 2는, x-축이 록의 격실 내의 압력을 (mbar 단위로) 도시하고, 우측의 y-축이 고진공 펌프의 회전 주파수를 (Hz 단위로) 도시하며, 그리고 좌측의 y-축이 고진공 펌프에 의해 소모되는 전력을 (kW 단위로) 도시하는, 도 1의 펌프 유닛에 연결되는 로드 록 내의 압력 강하를 도시하는 그래프이다.
- 도 3은, 우측의 y-축이 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량에 대한 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 비인, 도 2와 유사한 그래프이며, 그리고
- 도 4는, 로드 록의 격실 내의 (mbar 단위의) 압력의 함수로서 압력 강하 도중의, 1차 진공 펌프 단독의, 본 발명에 따른 펌프 유닛의, 그리고 종래기술에 따른 펌프 장치의, 펌핑 속도들을 (m3/h 단위로) 도시하는 그래프이다.Other features and advantages of the invention are provided in the following description, which is provided by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings.
1 is a schematic diagram of a pump unit according to the invention,
Figure 2 shows that the x-axis shows the pressure in the compartment of the lock (in mbar), the y-axis on the right shows the rotational frequency of the high vacuum pump (in Hz), and the y-axis on the left shows the A graph depicting the pressure drop in the load lock connected to the pump unit of FIG. 1 , showing the power consumed (in kW) by the high vacuum pump.
- Figure 3 is a graph similar to Figure 2, wherein the y-axis on the right is the ratio of the flow rate produced by the high vacuum pump to the flow rate produced by the primary vacuum pump, and
4 shows the pumping speed of the primary vacuum pump alone, of the pump unit according to the invention and of the pump arrangement according to the prior art, during the pressure drop as a function of pressure (in mbar) in the compartment of the load lock; It is a graph showing (in units of m 3 /h).

이러한 도면들에서, 동일한 요소들은 동일한 참조 부호들을 사용하여 지시된다.In these drawings, like elements are denoted by like reference numerals.

"대기압"은, 클린룸 작업이 수행되는 공간 내의 압력, 즉, 격실의 외부를 향한 유동 방향을 촉진하기 위한 대략 105 파스칼(1000 mbar) 또는 그보다 약간 더 높은 압력과 같은, 기판의 로드 록 외부의 압력을 의미한다.“Atmospheric pressure” is the pressure within the space where cleanroom operations are being performed, i.e., approximately 105 Pascals (1000 mbar) or slightly higher pressure outside the load lock of the substrate to promote the direction of flow towards the outside of the compartment. means pressure.

"생성되는 유량(또는 생성되는 체적)"은, 분당 회전수에 의해 곱셈되는 진공 펌프의 로터들에 의해 구동되는 체적에 대응하는, 용량을 의미한다.By “flow rate produced (or volume produced)” is meant the capacity, which corresponds to the volume driven by the rotors of the vacuum pump multiplied by the revolutions per minute.

도 1은, 격리 밸브(미도시)를 통해 로드 록의 격실에 연결되도록 설계되는, 예시적 펌프 유닛(1)을 도시한다. 1 shows an exemplary pump unit 1 , which is designed to be connected to the compartment of a load lock via an isolation valve (not shown).

공지의 방식에서, 로드 록은, 평면 패널 디스플레이 또는 광전지 기판과 같은, 적어도 하나의 대형 기판을 로딩하기 위한, 클린룸과 같은, 격실 내부를 대기압의 구역과 연결하는 제1 도어를 갖는, 밀봉된 격실을 구비한다. 그러한 록들은, 일반적으로, 500 내지 5000 리터 사이의 용적을 갖는다.In a known manner, the load lock is a sealed, sealed, having a first door connecting the interior of a compartment, such as a clean room, with a zone of atmospheric pressure, for loading at least one large substrate, such as a flat panel display or a photovoltaic substrate. Have a compartment. Such rocks generally have a volume of between 500 and 5000 liters.

록은 또한, 진공화에 뒤따라 프로세스 챔버 내로 기판을 언로딩하기 위한 제2 도어뿐만 아니라, 특히 기판이 전달된 이후에 대기압을 복원하기 위한, 불활성 기체를 주입하기 위한 장치를 구비한다.The lock also has a second door for unloading the substrate into the process chamber following evacuation, as well as a device for injecting an inert gas, particularly to restore atmospheric pressure after the substrate has been transferred.

펌프 유닛(1)은, 1차 진공 펌프(2) 및, 펌핑될 가스의 유동 방향에서 1차 진공 펌프(2)의 상류에 배열되는, 고진공 펌프(3)를 포함한다.The pump unit 1 comprises a primary vacuum pump 2 and a high vacuum pump 3 , which is arranged upstream of the primary vacuum pump 2 in the flow direction of the gas to be pumped.

1차 진공 펌프(2)는, 예를 들어, 2개 또는 3개의 로브(2-로브, 3-로브)를 갖는 루츠 펌프와 같은, 회전 로브들을 갖는 복수 스테이지 건식 진공 펌프이다. 설명되지 않는 다른 실시예에 따르면, 1차 진공 펌프는, 직렬의 또는 병렬의 여러 개의 펌프를 포함한다. 더불어, 다른 통상적인 펌핑 원리들이, 1차 진공 펌프를 위해 사용될 수 있을 것이다.The primary vacuum pump 2 is a multi-stage dry vacuum pump with rotating lobes, such as, for example, a Roots pump with two or three lobes (2-lobes, 3-lobes). According to another embodiment not described, the primary vacuum pump comprises several pumps in series or in parallel. In addition, other conventional pumping principles may be used for the primary vacuum pump.

도 1에 개략적으로 도시되는 1차 진공 펌프(2)는, 예를 들어, 서로 직결로 연결되는, 5개의 펌핑 스테이지(T1, T2, T3, T4, T5)를 구비하고, 생성되는 유량이 직렬의 펌핑 스테이지의 위치에 따라 감소하며, 그리고 펌핑될 가스가, 유입구(4)와 토출구(5) 사이에서 유동한다. The primary vacuum pump 2 schematically shown in FIG. 1 has, for example, five pumping stages T1 , T2 , T3 , T4 , T5 connected directly to each other, and the resulting flow rate is in series. decreases with the position of the pumping stage, and the gas to be pumped flows between the inlet 4 and the outlet 5 .

일반적으로, 회전형 로브 루츠 진공 펌프는, 펌핑 스테이지들(T1, T2, T3, T4, T5)을 통해 연장되며 그리고 스테이터 내부에서 1차 진공 펌프(2)(미도시)의 모터에 의해 반대 방향으로 회전 구동되는, 2개의 샤프트 상에 지탱되는 동일한 형상의 2개의 로터를 갖는다. 회전 도중에, 흡입된 기체는, 토출되기 이전에, 로터들 및 스테이터 사이의 자유 공간 내에 포획된다. 펌프는, 1차 진공 펌프(2)의 로터들과 스테이터 사이의 기계적 접촉 없이 작동하며, 이는 펌핑 스테이지들(T1, T2, T3, T4, T5) 내에서 오일에 대한 필요성을 완전히 배제한다.In general, the rotary lobe roots vacuum pump extends through the pumping stages T1 , T2 , T3 , T4 , T5 and in the opposite direction by the motor of the primary vacuum pump 2 (not shown) inside the stator. It has two rotors of the same shape supported on two shafts, driven by rotation. During rotation, the sucked gas is trapped in the free space between the rotors and the stator before being discharged. The pump operates without mechanical contact between the stator and the rotors of the primary vacuum pump 2 , which completely eliminates the need for oil in the pumping stages T1 , T2 , T3 , T4 , T5 .

도시된 예에서, 1차 진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)는 대략 600 m3/h의 생성 유량(So1)을 갖고, 제2 펌핑 스테이지(T2)는 대략 400 m3/h의 생성 유량(So2)을 가지며, 제3 펌핑 스테이지(T3)는 대략 200 m3/h의 생성 유량(So3)을 갖고, 그리고 2개의 마지막 펌핑 스테이지(T4, T5)는, 대략 100 m3/h의 생성 유량(So4, So5)을 갖는다. 생성되는 유량들이 압력 범위의 함수로서 변화하기 때문에, 이러한 값들은, 대략 65 Hz에서 그리고 안정적인 작동 상태에서의 1차 진공 펌프(2)의 회전 속도를 동반하는 그리고 일정한 펌핑 유동을 동반하는, 최대값들에 대응한다. In the example shown, the first pumping stage T1 of the primary vacuum pump 2 has a production flow rate So1 of approximately 600 m 3 /h, and the second pumping stage T2 has approximately 400 m 3 /h has a production flow rate So2 of , the third pumping stage T3 has a production flow rate So3 of approximately 200 m 3 /h, and the two last pumping stages T4 and T5 are approximately 100 m 3 /h It has the production flow rates So4 and So5 of h. Since the flow rates produced vary as a function of the pressure range, these values are maximum values with a constant pumping flow and with the rotational speed of the primary vacuum pump 2 at approximately 65 Hz and in a stable operating condition. respond to

1차 진공 펌프(2)는 또한, 펌핑된 가스가 1차 진공 펌프(2) 내로 역류하는 것을 방지하기 위해, 토출구(5) 근처의, 최종 펌핑 스테이지(T5)의 배출구에, 체크 밸브(6)를 구비한다.The primary vacuum pump 2 also has a check valve 6 at the outlet of the final pumping stage T5, near the discharge port 5, to prevent the pumped gas from flowing back into the primary vacuum pump 2 . ) is provided.

고진공 펌프(3)는, 1차 진공 펌프(2)와 유사하게, 용적형 진공 펌프, 즉, 펌핑될 가스를 흡입하고, 운반한 다음, 토출하기 위해, 피스톤들, 로터들, 블레이드들, 및 밸브들을 사용하는, 진공 펌프이다. The high vacuum pump 3, similar to the primary vacuum pump 2, is a positive displacement vacuum pump, ie for sucking in, conveying and then discharging the gas to be pumped, pistons, rotors, blades, and It is a vacuum pump, using valves.

고진공 펌프(3)는, 예를 들어, 루츠 펌프와 같은 (단지 하나의 펌핑 스테이지를 구비하는) 단일-스테이지 로터-기반 진공 펌프, 또는 클로 펌프(claw pump)와 같은 유사한 펌프이다. The high vacuum pump 3 is, for example, a single-stage rotor-based vacuum pump (with only one pumping stage), such as a Roots pump, or a similar pump, such as a claw pump.

작동 시, 고진공 펌프(3)의 최대 생성 유량(SoR)은, 예를 들어, 최적의 압력 범위에서, 최대 회전 속도(즉 대략 70 Hz)에서, 대략 3000 m3/h이다.In operation, the maximum generated flow rate SoR of the high vacuum pump 3 is, for example, in the optimum pressure range, at the maximum rotational speed (ie approximately 70 Hz), approximately 3000 m 3 /h.

고진공 펌프(3)는, 비동기식 모터와 같은 모터(7), 로터들을 구동하는 모터(7)를 구동하기 위한 가변 주파수 구동기(8), 및 가변 주파수 구동기(8)에 연결되는 제어 유닛(9)을 포함한다. The high vacuum pump 3 comprises a motor 7 , such as an asynchronous motor, a variable frequency driver 8 for driving a motor 7 driving the rotors, and a control unit 9 connected to the variable frequency driver 8 . includes

대기압에서의 로드 록 내에서의 압력 강하 도중에 그리고 록 내의 압력이 사전 결정된 저압 임계치에 도달할 때까지, 제어 유닛(9)은, 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)이, 상한 값은 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 6배이며 그리고 하한 값은 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 1.3배인, 범위 이내에 놓이도록, 생성되는 유량을 증가시키기 위해, 고진공 펌프(3)의 작동 파라미터를 나타내는 신호의 함수로서, 고진공 펌프(3)의 로터들의 회전 속도를 제어하도록 구성된다. During the pressure drop in the load lock at atmospheric pressure and until the pressure in the lock reaches a predetermined low pressure threshold, the control unit 9 controls the flow rate SoR generated by the high vacuum pump, the upper limit of which is the primary To increase the flow rate generated by the vacuum pump, the high vacuum pump ( 3) as a function of a signal representing the operating parameter of the high vacuum pump 3 , configured to control the rotational speed of the rotors of the high vacuum pump 3 .

사전 결정된 저압 임계치는, 예를 들어, 20 mbar이다. 이러한 값 아래에서, 고진공 펌프(3)의 회전 속도는, 최대값으로, 즉 제시된 예에서 70 Hz로, 설정된다.The predetermined low pressure threshold is, for example, 20 mbar. Below this value, the rotational speed of the high vacuum pump 3 is set at a maximum value, ie at 70 Hz in the example presented.

고진공 펌프의 흡입 측과 토출구 사이의 압력 차는 이때, 150 내지 300 mbar 사이의 값 아래에서 유지된다. The pressure difference between the suction side and the outlet of the high vacuum pump is then maintained below a value between 150 and 300 mbar.

작동 파라미터를 나타내는 신호는, 예를 들어, 고진공 펌프의 토출 압력(P1), 또는 고진공 펌프(3)의 모터(7)의 파라미터이다. Signals representing the operating parameters are, for example, the discharge pressure P1 of the high vacuum pump or the parameters of the motor 7 of the high vacuum pump 3 .

이러한 후자의 경우에, 고진공 펌프(3)의 모터(7)의 파라미터는, 소모되는 전력을 나타내는, 전류, 또는 직접적으로 소모되는 전력일 수 있을 것이다. 이러한 신호들은, 모터(7)에 연결되는 가변 주파수 구동기(8)로부터 수신될 수 있을 것이다. 그에 따라, 고진공 펌프(3)의 제어는, 제어가 로드 록으로부터의 정보도 또는 1차 진공 펌프(2)의 유입구(4)에의 압력 센서의 부가도 요구하지 않기 때문에, 자주적이다.In this latter case, the parameter of the motor 7 of the high vacuum pump 3 may be a current, representing the power consumed, or the power consumed directly. These signals may be received from a variable frequency driver 8 connected to the motor 7 . The control of the high vacuum pump 3 is thus autonomous, as the control requires neither information from the load lock nor the addition of a pressure sensor to the inlet 4 of the primary vacuum pump 2 .

고진공 펌프(3)의 작동 파라미터를 나타내는 신호의 함수로서의 고진공 펌프(3)의 로터들의 회전 속도의 제어는, 폐쇄-루프 제어이고: 토출 압력(P1) 또는 모터(7)의 전류 또는 압력이 증가할 때 그리고 생성 유량이 허용된 범위의 상한 값에 도달하거나 또는 그를 초과할 때, 회전 속도는, 느려지거나 감소된다. The control of the rotational speed of the rotors of the high vacuum pump 3 as a function of a signal representing the operating parameter of the high vacuum pump 3 is a closed-loop control: the discharge pressure P1 or the current or pressure of the motor 7 increases The rotational speed is slowed down or reduced when the speed of rotation and when the product flow rate reaches or exceeds the upper limit of the allowed range.

펌프 유닛(1)은 또한, 1차 진공 펌프(2)의 유입구(4)를 고진공 펌프(3)의 유입구(11)에 연결하는, 덕트(10)를 포함한다.The pump unit 1 also comprises a duct 10 , which connects the inlet 4 of the primary vacuum pump 2 to the inlet 11 of the high vacuum pump 3 .

덕트(10)는, 고진공 펌프(3)의 유입 측과 토출구 사이의 압력 차가 100 내지 400 mbar 사이의 사전 결정된 초과값(ΔP)을 초과하면 개방되도록 구성되는, 제어 유닛(9)에 의해 구동되는 밸브(12)와 같은, 토출 모듈을 구비하고, 초과값(ΔP)은, 생성 유량들의 선택된 비에 따라 그리고 기계적 안전 설정값들에 따라, 한정된다. The duct 10 is driven by a control unit 9, which is configured to open when the pressure difference between the inlet side and the outlet of the high vacuum pump 3 exceeds a predetermined excess value ΔP between 100 and 400 mbar With a discharge module, such as valve 12 , an excess value ΔP is defined, depending on a selected ratio of the generated flow rates and according to mechanical safety setpoints.

예를 들어, 대략 4.5의 최대 생성 유량들의 비에 대해, 고진공 펌프(3)의 압력 차는, 항상 대략 250 mbar의 압력 아래로 유지된다. 토출 모듈은 그에 따라, 1차 진공 펌프의 흡입 압력(P1)이, 사전 결정된 초과값(ΔP) 만큼, 예를 들어 300 mbar 만큼, 고진공 펌프의 흡입 압력(Pasp)을 초과하면, 개방되도록 구성된다.For example, for a ratio of maximum product flow rates of approximately 4.5, the pressure differential of the high vacuum pump 3 is always kept below a pressure of approximately 250 mbar. The discharge module is thus configured to open when the suction pressure P1 of the primary vacuum pump exceeds the suction pressure Pasp of the high vacuum pump by a predetermined excess value ΔP, for example by 300 mbar .

더불어, 대기압에서 록의 진공화로부터 야기되는 높은 초기 가스 유동을 흡수하기 위해, 1차 진공 펌프(2)는, 가능한 한 적은 전력을 소모하는 가운데, 이러한 높은 가스 유동을 흡수하고 운반하도록 설계된다. 이를 수행하기 위해, 1차 진공 펌프(2)는, 예를 들어, 펌핑 스테이지를 위한 이완 모듈을 포함한다. In addition, in order to absorb the high initial gas flow resulting from the evacuation of the lock at atmospheric pressure, the primary vacuum pump 2 is designed to absorb and transport this high gas flow, while consuming as little power as possible. To do this, the primary vacuum pump 2 comprises, for example, a relaxation module for the pumping stage.

실제로, 비록 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)이, 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)에, 즉 1차 진공 펌프(2)의 제1 펌핑 스테이지(T1)에 의해 생성되는 유량에 상응하도록 조절되지만, 제2 또는 제 3 펌핑 스테이지(T2, T3)는 차례로, 1차 진공 펌프(2)에 의해 생성되는 총 유량을 제한한다. 그에 따라, 이러한 예에서, 토출 모듈의 개방 압력으로, 즉 300 mbar로, 제한되는 흡입 압력(P1)에 대응하도록, 1차 진공 펌프(2)가 상당히 산발적인 펌프 유동들을 흡수하는 것을 가능하도록 하기 위해, 이완 모듈은, 제2 펌핑 스테이지(T2)와 같은 저압 펌핑 스테이지의 배출구에 연결된다. Indeed, although the flow rate SoR produced by the high vacuum pump is the same as the flow rate So1 produced by the primary vacuum pump, ie the flow rate produced by the first pumping stage T1 of the primary vacuum pump 2 . , but the second or third pumping stage T2 , T3 in turn limits the total flow produced by the primary vacuum pump 2 . Thus, in this example, to enable the primary vacuum pump 2 to absorb fairly sporadic pump flows, so as to correspond to the limited suction pressure P1 at the opening pressure of the discharge module, ie to 300 mbar. For this purpose, the relaxation module is connected to the outlet of a low pressure pumping stage, such as the second pumping stage T2.

이완 모듈은, 예를 들어, 저압 스테이지(T1 또는 T2)의 배출구를 1차 진공 펌프(2)의 토출구(5)에 연결하는, 채널(13)을 구비한다. 채널(13)은, 밸브(14)와 함께 제공된다.The relaxation module has a channel 13 , for example connecting the outlet of the low pressure stage T1 or T2 to the outlet 5 of the primary vacuum pump 2 . A channel 13 is provided with a valve 14 .

500-리터 로드 록 내에서의 예시적인 압력 강하를 도시하는, 도 2, 도 3, 및 도 4의 그래프들이, 이하에서 논의된다. The graphs of FIGS. 2 , 3 , and 4 , illustrating exemplary pressure drop within a 500-liter load lock, are discussed below.

초기 상태에서, 고진공 펌프(3)의 회전 속도는, 전기 소모를 제한하도록 하기 위해, 대기 회전 속도, 예를 들어 대략 30 Hz, 이다.In the initial state, the rotational speed of the high vacuum pump 3 is an atmospheric rotational speed, for example, approximately 30 Hz, in order to limit electricity consumption.

로드 록의 격실 내로 대기압에서 기판을 로딩한 이후에, 록은, 펌프 유닛(1)으로부터 대기압의 격실을 격리하는, 격리 밸브를 개방한다(t1). After loading the substrate at atmospheric pressure into the compartment of the load lock, the lock opens the isolation valve, which isolates the compartment at atmospheric pressure from the pump unit 1 ( t1 ).

비교적 짧은 기간의 시간, 대략 몇 초의 시간 동안, 고진공 펌프(3)는, 고진공 펌프의 토출 압력(P1)을 증가시키도록 그리고 회전 속도(도 2에서 곡선 V)를 감소시키도록, 격실로부터 나오는 잉여 가스를 압축한다. For a relatively short period of time, approximately a few seconds, the high vacuum pump 3 causes the surplus emerging from the compartment to increase the discharge pressure P1 of the high vacuum pump and decrease the rotational speed (curve V in FIG. 2 ). compress the gas.

일단 고진공 펌프(3)의 유입 측과 토출구 사이의 압력 차가 300 mbar를 초과하면, 덕트(10)의 토출 모듈은 개방되고, 그로 인해 고진공 펌프의 토출 압력(P1)의 증가를 제한한다. 가스 유동은, 1차 진공 펌프(2)의 처음 2개의 펌핑 스테이지(T1, T2)에 의해 흡수된 다음, 제2 펌핑 스테이지(T2)로부터 이완 모듈에 의해 1차 진공 펌프(2)의 토출구(5)를 향해 배출된다.Once the pressure difference between the inlet side and the outlet of the high vacuum pump 3 exceeds 300 mbar, the discharge module of the duct 10 is opened, thereby limiting the increase in the discharge pressure P1 of the high vacuum pump. The gas flow is absorbed by the first two pumping stages T1, T2 of the primary vacuum pump 2, and then from the second pumping stage T2 by a relaxation module to the outlet of the primary vacuum pump 2 ( 5) is discharged toward

고진공 펌프(3)에 의해 소모되는 전력(도 2에서 곡선 P)과 같은, 고진공 펌프(3)의 작동 파라미터가, 사전 결정된 제1 시간 동안 사전 결정된 가동 임계치를 초과할 때, 제어 유닛(9)은, 압력 강하 사이클을 가동할 수 있다. 제어 유닛(9)은 이어서, 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)이, 도 3에 도시된 예(곡선 R)에서, 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 1.3배 초과로 그리고 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 4.5배 미만으로 유지되도록, 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)을 증가시키기 위해, 모터(7)에 의해 소모되는 전력(도 2 및 도 3에서 곡선 P)과 같은, 고진공 펌프(3)의 작동 파라미터의 함수로서, 고진공 펌프(3)의 회전 속도(도 2에서 곡선 V)를 제어한다. When an operating parameter of the high vacuum pump 3 , such as the power consumed by the high vacuum pump 3 (curve P in FIG. 2 ), exceeds a predetermined operating threshold for a first predetermined time, the control unit 9 . can trigger a pressure drop cycle. The control unit 9 then determines that the flow rate SoR produced by the high vacuum pump, in the example shown in FIG. 3 (curve R), is greater than 1.3 times the flow rate So1 produced by the primary vacuum pump and The power consumed by the motor 7 ( FIGS. 2 and 3 ) to increase the flow rate SoR generated by the high vacuum pump so as to remain below 4.5 times the flow rate So1 generated by the primary vacuum pump. Controls the rotational speed of the high vacuum pump 3 (curve V in FIG. 2 ) as a function of the operating parameters of the high vacuum pump 3 , such as curve P in FIG. 2 .

고진공 펌프(3)에 의해 소모되는 전력이 증가하지만, 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)이 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 4.5배 미만으로 유지되는 것으로 주어지면, 제어 유닛(9)은, 회전 속도(도 2에서 t1과 t2 사이에서의 곡선 V)의 증가를 명령하여, 생성되는 유량들 사이의 비가 1.3에서 4.5로 증가하도록 야기한다. 소모되는 전력은 이어서, 대략 17 kW에서 안정화된다(도 3). 이러한 소모 전력은, 1차 진공 펌프(2) 및 고진공 펌프(3)에 대해 열적으로 그리고 기계적으로 용인 가능한, 고진공 펌프(3)의 토출구에서의 효율적인 압축을 유지하기 위해, 요구된다. Given that the power consumed by the high vacuum pump 3 increases, but the flow rate SoR generated by the high vacuum pump remains less than 4.5 times the flow rate So1 generated by the primary vacuum pump, the control unit (9) commands an increase in the rotational speed (curve V between t1 and t2 in Fig. 2), causing the ratio between the generated flow rates to increase from 1.3 to 4.5. The power consumed is then stabilized at approximately 17 kW ( FIG. 3 ). This power consumption is required in order to maintain efficient compression at the outlet of the high vacuum pump 3 which is thermally and mechanically acceptable for the primary vacuum pump 2 and the high vacuum pump 3 .

더불어, 고진공 펌프(3)에 의해 소모되는 전력에 대한 상한이, 안전 목적을 위해, 설정될 수 있을 것이다. 고진공 펌프의 모터(7)의 파라미터의 값이, 제2 사전 결정된 시간보다 더 긴 시간 동안, 사전 결정된 안전 임계치보다 더 큰 경우, 고진공 펌프(3)의 회전 속도는, 떨어지도록 강제된다. 이러한 예방책은, 더욱 구체적으로, 그를 위한 펌프 유닛들이 대략 2m3 내지 20m3의 작은 체적들로 치수결정되는 것인, 대용적 록들에, 예를 들어, 100m3를 초과하는 록들에, 적용된다. 이는, 고진공 펌프(3)의 과열을, 방지한다.In addition, an upper limit on the power consumed by the high vacuum pump 3 may be set, for safety purposes. When the value of the parameter of the motor 7 of the high vacuum pump is greater than the predetermined safety threshold, for a time longer than the second predetermined time, the rotational speed of the high vacuum pump 3 is forced to drop. This precaution applies more particularly to large-scale locks, for example locks exceeding 100 m 3 , for which pump units are sized with small volumes of approximately 2 m 3 to 20 m 3 . This prevents overheating of the high vacuum pump 3 .

대기압(t1)과, 20 mbar(t2)과 같은, 사전 결정된 저압 임계치 사이에서, 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)에 대한 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)의 비는, 1.3 내지 4.5 사이에서 유지된다.Between atmospheric pressure (t1) and a predetermined low pressure threshold, such as 20 mbar (t2), the ratio of the flow rate generated by the high vacuum pump (SoR) to the flow rate (So1) generated by the primary vacuum pump is 1.3 between 4.5 and 4.5.

생성 유량들의 비를 4.5 아래로 유지하는 것은, 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)이 1차 진공 펌프(2)에 대해 허용 가능한 것을, 보장한다. 이는, 과소모를 제한하며, 그리고 고진공 펌프(3)는, 무관하게 압축을 제공한다. 고진공 펌프의 흡입 측과 토출구 사이의 압력 차는 이때, 150 내지 350 mbar 사이의 값 아래에서 유지된다. Keeping the ratio of the generated flow rates below 4.5 ensures that the flow rate SoR generated by the high vacuum pump is acceptable for the primary vacuum pump 2 . This limits under-consumption, and the high vacuum pump 3 provides compression regardless. The pressure difference between the suction side and the outlet of the high vacuum pump is then maintained below a value between 150 and 350 mbar.

고진공 펌프(3)는, 종래기술에 따른 장치에서와 같이, 더 이상 "단락되지" 않는다.The high vacuum pump 3 is no longer "shorted out", as in the device according to the prior art.

비교로서, 도 4는, 록 내에서의 압력 강하 도중의, 펌프 유닛(1)(곡선 A)에 대한, 단독으로 1차 진공 펌프(2)(곡선 B)에 대한, 그리고, 본 발명에 따른 펌프 유닛(1) 내의 것들과 유사한 1차 진공 펌프 및 고진공 펌프를 구비하지만 60 mbar로 조정된 바이패스 밸브 및 고정된 회전 속도의 고진공 펌프를 동반하는, 종래기술에 따른 장치(곡선 C)에 대한, 펌핑 속도들을 도시한다.As a comparison, FIG. 4 shows for the pump unit 1 (curve A), alone for the primary vacuum pump 2 (curve B), and according to the invention, during the pressure drop in the lock. For a device according to the prior art (curve C) having a primary vacuum pump and a high vacuum pump similar to those in the pump unit 1 but accompanied by a bypass valve adjusted to 60 mbar and a high vacuum pump at a fixed rotational speed , showing the pumping speeds.

종래기술에 따른 장치에서, 고진공 펌프는, 200 mbar 내지 대기압 사이에서 총 펌핑 속도를 개선하지 않으며, 압력 강하는, 독점적으로 1차 진공 펌프에 의해서만 제공된다. 그의 회전 속도가 고정된 최대 속도로 설정되는, 고진공 펌프의 역할은, 이때, 과소모에 의해 가스 유동을 우회시키도록 돕는 것으로 제한된다(t1과 ta 사이에서 곡선 B 및 곡선 C). In the device according to the prior art, the high vacuum pump does not improve the overall pumping speed between 200 mbar and atmospheric pressure, and the pressure drop is provided exclusively by the primary vacuum pump. The role of the high vacuum pump, whose rotational speed is set to a fixed maximum speed, is then limited to helping divert the gas flow by over-consumption (curve B and curve C between t1 and ta).

역으로, 본 발명에 따른 펌프 유닛(1)의 고진공 펌프(3)는, 생성 유량들(SoR 및 So1)의 조절된 비 덕분에, 1차 진공 펌프(2)의 실제 제1 펌핑 스테이지로서 사용된다. 고진공 펌프(3)는 그에 따라, 실질적으로 대기압으로부터 효율적이다(도 4에서 t1으로부터의 곡선 A). 종래기술에 따른 장치의 고진공 펌프의 효율은 단지, 대략 5 mbar(tb)에서, 펌프 유닛(1)의 고진공 펌프(3)의 효율을 따라잡는다.Conversely, the high vacuum pump 3 of the pump unit 1 according to the invention serves as the actual first pumping stage of the primary vacuum pump 2 , thanks to the adjusted ratio of the product flow rates SoR and So1 . do. The high vacuum pump 3 is thus efficient from substantially atmospheric pressure (curve A from t1 in FIG. 4 ). The efficiency of the high vacuum pump of the device according to the prior art overtakes that of the high vacuum pump 3 of the pump unit 1 only at approximately 5 mbar (tb).

이는, 펌프 유닛(1)에 의해 소모되는 전력을 상당히 감소시키며 그리고, 압력 강하의 시작 시부터 총 펌핑 속도를 증가시키고, 그로 인해 록 내에서의 압력 강하 시간을 감소시킨다. 예에서, 200 mbar에서, 총 펌핑 속도는, 종래기술에 따른 장치와 비교하여 40%만큼 증가한다.This significantly reduces the power consumed by the pump unit 1 and increases the total pumping speed from the start of the pressure drop, thereby reducing the pressure drop time in the lock. In the example, at 200 mbar, the total pumping speed increases by 40% compared to the device according to the prior art.

더불어, 토출 모듈이 크게 응력을 받지 않기 때문에, 토출 모듈은, 더욱 느리게 마모되며 그리고 덜 시끄럽다. 더불어, 제한된 양의 가스가, 바이패스 덕트(10)를 통해 유동하고, 이는, 고진공 펌프(3)가 앞서 압축된 고온의 가스에 의해 과열되는 것을, 방지한다.In addition, since the ejection module is not heavily stressed, the ejection module wears out more slowly and is less noisy. In addition, a limited amount of gas flows through the bypass duct 10 , which prevents the high vacuum pump 3 from overheating by the hot gas previously compressed.

록 내의 압력이 사전 결정된 저압 임계치(도 4에서 곡선 B 상의 t2)에 도달할 때, 고진공 펌프(3)의 회전 속도의 설정점은, 최대값 70 Hz로 설정된다. 고진공 펌프의 토출 압력(P1)은, 고진공 펌프에 의해 소모되는 전력을 감소시키도록, 떨어진다(도 2 및 도 3에서 곡선 P). 록 내에서의 이러한 낮은 압력값들에서, 소모되는 전력은 대략 2 kW이다. 록 내에서의 이러한 사전 결정된 낮은 압력 아래에서, 1차 진공 펌프(2) 및 고진공 펌프(3)에 의한 펌핑은, 통상적으로, 펌핑 유동 및 소모되는 전력이 매우 낮기 때문에, 고진공 펌프(3)의 회전 속도를 맞추지 않고, 수행될 수 있다.When the pressure in the lock reaches a predetermined low pressure threshold (t2 on curve B in FIG. 4 ), the set point of the rotational speed of the high vacuum pump 3 is set to a maximum value of 70 Hz. The discharge pressure P1 of the high vacuum pump drops (curve P in FIGS. 2 and 3) to reduce the power consumed by the high vacuum pump. At these low pressure values in the lock, the power dissipated is approximately 2 kW. Below this predetermined low pressure in the lock, the pumping by the primary vacuum pump 2 and the high vacuum pump 3 is usually performed by the high vacuum pump 3 because the pumping flow and the power consumed are very low. It can be performed without matching the rotation speed.

(t3 너머의) 매우 낮은 압력에서, 예를 들어, 기판의 운반을 위해 프로세스 챔버로 개방되도록 록이 대기하고 있을 때, 고진공 펌프(3)의 모터의 파라미터의 값이, 제2 사전 결정된 시간보다 더 긴 시간 동안 제2 사전 결정된 임계치보다, 예를 들어 수 분 동안 2 kW보다, 더 작은 경우, 고진공 펌프(3)의 회전 속도는, 전기 소모를 제한하도록 하기 위해, 70 Hz의 최대 속도보다 작은, 대기 회전 속도로 설정될 수 있다.At a very low pressure (beyond t3), for example, when the lock is waiting to be opened to the process chamber for transport of the substrate, the value of the parameter of the motor of the high vacuum pump 3 is higher than the second predetermined time. If less than the second predetermined threshold for a longer period of time, for example less than 2 kW for several minutes, the rotational speed of the high vacuum pump 3 is, in order to limit the electricity consumption, less than a maximum speed of 70 Hz. , can be set to standby rotation speed.

Claims (12)

1차 진공 펌프 및 펌핑될 가스의 유동 방향에서 상기 1차 진공 펌프의 상류에 배열되는 고진공 펌프를 구비한 펌프 유닛을 사용하여, 대기압에서 기판을 위한 로드 록 내의 압력을 감소시키는 방법으로서,
압력 강하 도중에 그리고 로드 록 내의 압력이 사전 규정된 저압 임계치에 도달할 때까지, 상기 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량이, 상한 값은 상기 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 6배이며 그리고 하한 값은 상기 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 1.3배인 범위 이내에서 유지되도록, 상기 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량을 증가시키기 위해, 상기 고진공 펌프의 회전 속도는 상기 고진공 펌프의 작동 파라미터에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 로드 록 내의 압력을 감소시키는 방법. A method of reducing the pressure in a load lock for a substrate at atmospheric pressure using a pump unit having a primary vacuum pump and a high vacuum pump arranged upstream of the primary vacuum pump in a flow direction of a gas to be pumped, the method comprising:
During the pressure drop and until the pressure in the load lock reaches a predefined low pressure threshold, the flow rate generated by the high vacuum pump, the upper limit value of which is 6 times the flow rate generated by the primary vacuum pump, and the lower limit value In order to increase the flow rate generated by the high vacuum pump, the rotation speed of the high vacuum pump is controlled according to the operating parameters of the high vacuum pump so that A method of reducing the pressure in the load lock, characterized in that. 제 1항에 있어서,
상기 고진공 펌프의 작동 파라미터는, 상기 고진공 펌프의 모터의 파라미터인 것을 특징으로 하는 로드 록 내의 압력을 감소시키는 방법.The method of claim 1,
and the operating parameter of the high vacuum pump is a parameter of a motor of the high vacuum pump. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 고진공 펌프의 회전 속도의 제어는, 상기 고진공 펌프의 작동 파라미터의 값이 제1 사전 결정된 시간 동안 사전 결정된 가동 임계치를 통과했다는 것이 검출될 때, 상기 고진공 펌프의 작동 파라미터에 따라 시작되는 것을 특징으로 하는 로드 록 내의 압력을 감소시키는 방법.3. The method of claim 1 or 2,
The control of the rotational speed of the high vacuum pump is started according to the operating parameter of the high vacuum pump when it is detected that the value of the operating parameter of the high vacuum pump has passed a predetermined operating threshold for a first predetermined time. How to reduce the pressure in the load lock. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 고진공 펌프의 작동 파라미터의 값이, 제2 사전 결정된 시간보다 더 긴 시간 동안, 사전 결정된 안전 임계치보다 더 큰 경우, 상기 고진공 펌프의 회전 속도는, 떨어지도록 강제되는 것을 특징으로 하는 로드 록 내의 압력을 감소시키는 방법.3. The method of claim 1 or 2,
the rotational speed of the high vacuum pump is forced to drop when the value of the operating parameter of the high vacuum pump is greater than a predetermined safety threshold for a time longer than a second predetermined time how to reduce it. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 고진공 펌프의 작동 파라미터의 값이, 제3 사전 결정된 시간보다 더 긴 시간 동안, 사전 결정된 대기 임계치보다 작은 경우, 상기 고진공 펌프의 회전 속도는, 대기 회전 속도로 설정되는 것을 특징으로 하는 로드 록 내의 압력을 감소시키는 방법.3. The method of claim 1 or 2,
and the rotation speed of the high vacuum pump is set to the standby rotation speed when the value of the operating parameter of the high vacuum pump is less than a predetermined standby threshold for a time longer than a third predetermined time. How to reduce the pressure. 1차 진공 펌프 및 고진공 펌프를 포함하는 펌프 유닛으로서, 상기 고진공 펌프는, 펌핑될 가스의 유동 방향에서 상기 1차 진공 펌프의 상류에 배열되고 가변 주파수 구동기를 구비하는 것인, 펌프 유닛에 있어서,
상기 고진공 펌프는, 상기 가변 주파수 구동기에 연결되는 제어 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은, 압력 강하 도중에 그리고 로드 록 내의 압력이 사전 규정된 저압 임계치에 도달할 때까지, 상기 고진공 펌프에 의해 생성되는 유량이, 상한 값은 상기 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 6배이며 그리고 하한 값은 상기 1차 진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 1.3배인 범위 이내에 속하게 증가되도록, 상기 고진공 펌프의 작동 파라미터를 나타내는 신호에 따라 상기 고진공 펌프의 회전 속도를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.A pump unit comprising a primary vacuum pump and a high vacuum pump, the high vacuum pump being arranged upstream of the primary vacuum pump in a flow direction of a gas to be pumped and having a variable frequency driver,
The high vacuum pump comprises a control unit coupled to the variable frequency actuator, wherein the control unit generates by the high vacuum pump during a pressure drop and until the pressure in the load lock reaches a predefined low pressure threshold. the operating parameters of the high vacuum pump such that the flow rate is increased within a range where the upper limit value is 6 times the flow rate generated by the primary vacuum pump and the lower limit value is 1.3 times the flow rate generated by the primary vacuum pump Pump unit, characterized in that configured to control the rotation speed of the high vacuum pump according to the signal indicated. 제 6항에 있어서,
상기 1차 진공 펌프는, 가스의 유동을 상기 1차 진공 펌프의 펌핑 스테이지로부터 상기 1차 진공 펌프의 토출구로 배출하는 이완 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.7. The method of claim 6,
The primary vacuum pump comprises a relaxation module for discharging a flow of gas from a pumping stage of the primary vacuum pump to a discharge port of the primary vacuum pump. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
상기 고진공 펌프의 작동 파라미터를 나타내는 상기 신호는, 상기 고진공 펌프의 모터의 파라미터인 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.8. The method according to claim 6 or 7,
The signal representing the operating parameter of the high vacuum pump is a parameter of a motor of the high vacuum pump. 제 8항에 있어서,
상기 고진공 펌프의 상기 모터의 상기 파라미터는, 전류인 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.9. The method of claim 8,
The pump unit, characterized in that the parameter of the motor of the high vacuum pump is a current. 제 8항에 있어서,
상기 고진공 펌프의 상기 모터의 상기 파라미터는, 전력인 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.9. The method of claim 8,
The parameter of the motor of the high vacuum pump is electric power. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
상기 펌프 유닛은, 상기 1차 진공 펌프의 유입구와 상기 고진공 펌프의 유입구를 연결하는 바이패스 덕트를 구비하고, 상기 바이패스 덕트는 토출 모듈을 구비하고, 상기 토출 모듈은, 상기 1차 진공 펌프의 흡입 압력이 100 내지 400 mbar 사이의 사전 결정된 초과값만큼 상기 고진공 펌프의 흡입 압력을 초과할 때, 개방되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.8. The method according to claim 6 or 7,
The pump unit includes a bypass duct connecting the inlet of the primary vacuum pump and the inlet of the high vacuum pump, the bypass duct includes a discharge module, and the discharge module includes: A pump unit, characterized in that it is designed to open when the suction pressure exceeds the suction pressure of the high vacuum pump by a predetermined excess value between 100 and 400 mbar. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
상기 고진공 펌프는, 루츠 진공 펌프인 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.8. The method according to claim 6 or 7,
The high vacuum pump is a pump unit, characterized in that it is a Roots vacuum pump.
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