KR20190022880A

KR20190022880A - 로딩 및 언로딩 록 내의 압력을 감소시키는 방법 및 관련 펌프 유닛

Info

Publication number: KR20190022880A
Application number: KR1020197003693A
Authority: KR
Inventors: 에릭 만달라즈; 크리스토프 산티
Original assignee: 파이퍼 배큠
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2019-03-06
Also published as: CN109477485B; EP3485168B1; FR3054005B1; TW201804083A; CN109477485A; TWI723186B; WO2018010970A1; KR102404612B1; EP3485168A1; FR3054005A1

Abstract

본 발명은, 1차-진공 펌프(2) 및 펌핑될 가스의 유동 방향에서 상기 1차-진공 펌프(2)의 상류에 배열되는 고-진공 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, 고-진공 펌프(3)의 회전 속도는, 고-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)이, 위쪽 값은 1차-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 6배이며 그리고 아래쪽 값은 1차-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 1.3배인, 범위 이내에 속하도록, 고-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)을 증가시키기 위해, 고-진공 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.

Description

로딩 및 언로딩 록 내의 압력을 감소시키는 방법 및 관련 펌프 유닛

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.

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.

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.

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.

특히, 강력한 펌프 유닛들이, 이러한 목적으로, 특히 록이 개방될 때, 격실 내의 압력이 대기압일 때, 펌핑을 제공하기 위해, 사용된다.

펌프 유닛은 일반적으로, 하나 이상의 1차-진공 펌프(rough-vacuum pump) 및, 루츠 단일-스테이지 진공 펌프와 같은, 하나의 고-진공 펌프를 구비한다. 고-진공 펌프는, 펌핑될 가스의 유동 방향에서 1차-진공 펌프의 상류에 배열된다. 상기 펌프의 1차적 목적은, 낮은 압력에서 펌프 유닛의 총 펌핑 속도를 높이는 것이다.

고-진공 펌프에 의해 생성되는 유량은, 1차-진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 대략 5배일 수 있을 것이다. 록이 개방될 때 존재하는 높은 가스 유동은, 고-진공 펌프의 토출구에서, 4 bar(또는 상대적으로 3 bar)에 도달할 수 있는, 상당한 압력을 생성한다. 이러한 높은 과압은, 고-진공 펌프에 의한 매우 높은 전력 소모, 그리고 1차-진공 펌프의 유입 측의 차단, 1차-진공 펌프 및 고-진공 펌프 양자 모두에 대한 오작동 위험을 야기한다.

이를 방지하기 위해, 공지의 해법이, 1차-진공 펌프의 유입구를 고-진공 펌프의 유입구에 연결하는 덕트를 제공하는 것을 포함한다. 덕트는, 고-진공 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, 고-진공 펌프의 토출구로부터 유입 측으로 잉여 가스 유동을 보내도록, 압력 강하의 시작 시에, 개방된다. 바이패스 밸브는 이어서, 고-진공 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 고-진공 펌프의 역할은, 가스 유동의 "재순환"에 참여하는 것으로 제한된다.

바이패스 밸브는 그에 따라, 잉여 가스 유동을 우회시킴에 의해, 1차-진공 펌프를 보호하도록 돕는다. 이러한 우회는 또한, 고-진공 펌프의 토출 압력이 너무 높아지는 것을 방지함에 의해, 열적으로 고-진공 펌프를 보호하도록 돕는다.

록 내에서의 압력 강하는, 고-진공 펌프의 토출구에서의 압력 강하 및 바이패스 밸브의 폐쇄를 야기하며, 그에 따라 고-진공 펌프가, 일반적으로 대략 200 mbar인, 록 내의 압력으로부터 펌핑될 가스를 압축하기 시작하는 것을 가능하도록 한다.

그러나, 이러한 종래기술 장치는, 어떤 단점들을 가질 수 있을 것이다.

압력 강하가 시작될 때, 펌프 유닛의 초기 총 펌핑 속도는, 펌핑이 단지 1차-진공 펌프에 의해서만 제공되기 때문에, 낮다.

더불어, 록 내의 압력이 수 mbar에 도달할 때까지, 고-진공 펌프에 의해 소모되는 전력은, 높으며 그리고 가스 유동의 우회의 결과로서 상실된다.

다른 문제점은, 바이패스 밸브가, 특히 용적형 고-진공 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.

더불어, 바이패스 밸브의 덕트를 통해 유동하는 가스는, 고-진공 펌프의 압축 때문에, 고온이다. 이러한 재순환된 고온 가스는 또한, 고-진공 펌프를 과열시킬 수 있다.

본 발명의 목적들 중의 하나는, 그에 따라, 특히, 고-진공 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.

본 발명의 다른 목적은, 록이 대기압에서 개방될 때 존재하는 잉여 가스 유동에 관련되는 손상의 위험으로부터, 1차-진공 펌프 및 고-진공 펌프를 보호하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 바이패스 밸브의 마모 및 "재순환되는" 고온 가스에 의한 고-진공 펌프의 과열의 위험을 제한하는 것이다.

이러한 목적을 위해, 본 발명은, 1차-진공 펌프 및 펌핑될 가스의 유동 방향에서 상기 1차-진공 펌프의 상류에 배열되는 고-진공 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, 고-진공 펌프의 회전 속도는, 고-진공 펌프에 의해 생성되는 유량이, 위쪽 값은 1차-진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 6배이며 그리고 아래쪽 값은 1차-진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 1.3배인, 범위 이내에 속하도록, 고-진공 펌프에 의해 생성되는 유량을 증가시키기 위해, 고-진공 펌프의 작동 파라미터의 함수로서 제어되는 것을 특징으로 하는 방법에 관련된다.

개별적으로 또는 조합으로 취해지는, 압력 감소 방법의 하나 이상의 특징에 따르면:

- 고-진공 펌프의 작동 파라미터는, 고-진공 펌프의 모터의 파라미터이고,

- 고-진공 펌프의 회전 속도의 제어는, 고-진공 펌프의 작동 파라미터의 값이 제1 사전 결정된 시간 동안 사전 결정된 가동 임계치(trigger threshold)를 통과했다는 것이 검출될 때, 고-진공 펌프의 작동 파라미터의 함수로서 시작되며,

- 고-진공 펌프의 작동 파라미터의 값이, 제2 사전 결정된 시간보다 더 긴 시간 동안, 사전 결정된 안전 임계치보다 더 큰 경우, 고-진공 펌프의 회전 속도는, 떨어지도록 강제되고,

- 고-진공 펌프의 작동 파라미터의 값이, 제3 사전 결정된 시간보다 더 긴 시간 동안, 사전 결정된 대기 임계치보다 작은 경우, 고-진공 펌프의 회전 속도는, 대기 회전 속도로 설정된다.

본 발명은 또한, 1차-진공 펌프 및 고-진공 펌프를 포함하는 펌프 유닛으로서, 상기 고-진공 펌프는, 펌핑될 가스의 유동 방향에서 1차-진공 펌프의 상류에 배열되며 그리고 가변-주파수 구동기를 구비하는 것인, 펌프 유닛에 있어서, 상기 고-진공 펌프는, 압력 강하 도중에 그리고 로드 록 내의 압력이 사전 규정된 저압 임계치에 도달할 때까지, 고-진공 펌프에 의해 생성되는 유량이, 위쪽 값은 1차-진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 6배이며 그리고 아래쪽 값은 1차-진공 펌프에 의해 생성되는 유량의 1.3배인, 범위 이내에 속하게 증가되도록, 상기 고-진공 펌프의 작동 파라미터를 나타내는 신호의 함수로서 상기 고-진공 펌프의 회전 속도를 제어하도록 구성되며, 그리고 상기 가변-주파수 구동기에 연결되는, 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛에 관련된다.

특정 실시예에 따르면, 1차-진공 펌프는, 펌핑 스테이지를 위한 이완 모듈을 포함한다.

고-진공 펌프의 작동 파라미터를 나타내는 신호는, 예를 들어, 전류 또는 전력과 같은, 고-진공 펌프의 모터의 파라미터이다.

하나의 예시적 실시예에 따르면, 펌프 유닛은, 1차-진공 펌프의 유입구와 고-진공 펌프의 유입구를 연결하는, 바이패스 덕트를 구비하고, 바이패스 덕트는, 1차-진공 펌프의 흡입 압력이, 100 내지 400 mbar 사이의 사전 결정된 초과값만큼, 고-진공 펌프의 흡입 압력을 초과할 때, 개방되도록 설계되는, 토출 모듈을 구비한다.

고-진공 펌프는, 루츠 진공 펌프(Roots vacuum pump)이다.

고-진공 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 고-진공 펌프에 의해 생성되는 유량들 사이의 비를 최적화한다. 더욱 구체적으로, 고-진공 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.

고-진공 펌프의 흡입 측과 토출구 사이의 압력 차는 이때, 150 내지 300 mbar 사이의 값 아래에서 유지된다. 고-진공 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, 고-진공 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.

일단 고-진공 펌프의 회전 속도가 제어되고 있으면, 고-진공 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. 고-진공 펌프의 작동 특성들은 그에 따라, 고-진공 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.

더불어, 토출 모듈이 종래기술에서의 바이패스 밸브보다 더 높은 압력에서 개방되도록 그리고 1차-진공 펌프 및 고-진공 펌프의 유량들 사이의 비가 이때 최적화되도록 주어지면, 고-진공 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, 고-진공 펌프가 고온의 압축된 가스에 의해 과열되는 것을, 방지한다.

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 고-진공 펌프의 회전 주파수를 (Hz 단위로) 도시하며, 그리고 좌측의 y-축이 고-진공 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 고-진공 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.

이러한 도면들에서, 동일한 요소들은 동일한 참조 부호들을 사용하여 지시된다.

"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.

"생성되는 유량(또는 생성되는 체적)"은, 분당 회전수에 의해 곱셈되는 진공 펌프의 로터들에 의해 구동되는 체적에 대응하는, 용량을 의미한다.

도 1은, 격리 밸브(미도시)를 통해 로드 록의 격실에 연결되도록 설계되는, 예시적 펌프 유닛(1)을 도시한다.

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.

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.

펌프 유닛(1)은, 1차-진공 펌프(2) 및, 펌핑될 가스의 유동 방향에서 1차-진공 펌프(2)의 상류에 배열되는, 고-진공 펌프(3)를 포함한다.

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.

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.

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.

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.

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.

고-진공 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.

고-진공 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.

작동 시, 고-진공 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.

고-진공 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.

대기압에서의 로드 록 내에서의 압력 강하 도중에 그리고 록 내의 압력이 사전 결정된 저압 임계치에 도달할 때까지, 제어 유닛(9)은, 고-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)이, 위쪽 값은 1차-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 6배이며 그리고 아래쪽 값은 1차-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 1.3배인, 범위 이내에 놓이도록, 생성되는 유량을 증가시키기 위해, 고-진공 펌프(3)의 작동 파라미터를 나타내는 신호의 함수로서, 고-진공 펌프(3)의 로터들의 회전 속도를 제어하도록 구성된다.

사전 결정된 저압 임계치는, 예를 들어, 20 mbar이다. 이러한 값 아래에서, 고-진공 펌프(3)의 회전 속도는, 최대값으로, 즉 제시된 예에서 70 Hz로, 설정된다.

고-진공 펌프의 흡입 측과 토출구 사이의 압력 차는 이때, 150 내지 300 mbar 사이의 값 아래에서 유지된다.

작동 파라미터를 나타내는 신호는, 예를 들어, 고-진공 펌프의 토출 압력(P1), 또는 고-진공 펌프(3)의 모터(7)의 파라미터이다.

이러한 후자의 경우에, 고-진공 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, 고-진공 펌프(3)의 제어는, 제어가 로드 록으로부터의 정보도 또는 1차-진공 펌프(2)의 유입구(4)에의 압력 센서의 부가도 요구하지 않기 때문에, 자주적이다.

고-진공 펌프(3)의 작동 파라미터를 나타내는 신호의 함수로서의 고-진공 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 위쪽 값에 도달하거나 또는 그를 초과할 때, 회전 속도는, 느려지거나 감소된다.

펌프 유닛(1)은 또한, 1차-진공 펌프(2)의 유입구(4)를 고-진공 펌프(3)의 유입구(11)에 연결하는, 덕트(10)를 포함한다.

덕트(10)는, 고-진공 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.

예를 들어, 대략 4.5의 최대 생성 유량들의 비에 대해, 고-진공 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, 고-진공 펌프의 흡입 압력(Pasp)을 초과하면, 개방되도록 구성된다.

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.

실제로, 비록 고-진공 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.

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.

500-리터 로드 록 내에서의 예시적인 압력 강하를 도시하는, 도 2, 도 3, 및 도 4의 그래프들이, 이하에서 논의된다.

초기 상태에서, 고-진공 펌프(3)의 회전 속도는, 전기 소모를 제한하도록 하기 위해, 대기 회전 속도, 예를 들어 대략 30 Hz, 이다.

로드 록의 격실 내로 대기압에서 기판을 로딩한 이후에, 록은, 펌프 유닛(1)으로부터 대기압의 격실을 격리하는, 격리 밸브를 개방한다(t1).

비교적 짧은 기간의 시간, 대략 몇 초의 시간 동안, 고-진공 펌프(3)는, 고-진공 펌프의 토출 압력(P1)을 증가시키도록 그리고 회전 속도(도 2에서 곡선 V)를 감소시키도록, 격실로부터 나오는 잉여 가스를 압축한다.

일단 고-진공 펌프(3)의 유입 측과 토출구 사이의 압력 차가 300 mbar를 초과하면, 덕트(10)의 토출 모듈은 개방되고, 그로 인해 고-진공 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.

고-진공 펌프(3)에 의해 소모되는 전력(도 2에서 곡선 P)과 같은, 고-진공 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, 고-진공 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, 고-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)을 증가시키기 위해, 모터(7)에 의해 소모되는 전력(도 2 및 도 3에서 곡선 P)과 같은, 고-진공 펌프(3)의 작동 파라미터의 함수로서, 고-진공 펌프(3)의 회전 속도(도 2에서 곡선 V)를 제어한다.

고-진공 펌프(3)에 의해 소모되는 전력이 증가하지만, 고-진공 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 고-진공 펌프(3)에 대해 열적으로 그리고 기계적으로 용인 가능한, 고-진공 펌프(3)의 토출구에서의 효율적인 압축을 유지하기 위해, 요구된다.

더불어, 고-진공 펌프(3)에 의해 소모되는 전력에 대한 상한이, 안전 목적을 위해, 설정될 수 있을 것이다. 고-진공 펌프의 모터(7)의 파라미터의 값이, 제2 사전 결정된 시간보다 더 긴 시간 동안, 사전 결정된 안전 임계치보다 더 큰 경우, 고-진공 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, 고-진공 펌프(3)의 과열을, 방지한다.

대기압(t1)과, 20 mbar(t2)과 같은, 사전 결정된 저압 임계치 사이에서, 1차-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)에 대한 고-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)의 비는, 1.3 내지 4.5 사이에서 유지된다.

생성 유량들의 비를 4.5 아래로 유지하는 것은, 고-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)이 1차-진공 펌프(2)에 대해 허용 가능한 것을, 보장한다. 이는, 과소모를 제한하며, 그리고 고-진공 펌프(3)는, 무관하게 압축을 제공한다. 고-진공 펌프의 흡입 측과 토출구 사이의 압력 차는 이때, 150 내지 350 mbar 사이의 값 아래에서 유지된다.

고-진공 펌프(3)는, 종래기술에 따른 장치에서와 같이, 더 이상 "단락되지" 않는다.

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 고-진공 펌프를 구비하지만 60 mbar로 조정된 바이패스 밸브 및 고정된 회전 속도의 고-진공 펌프를 동반하는, 종래기술에 따른 장치(곡선 C)에 대한, 펌핑 속도들을 도시한다.

종래기술에 따른 장치에서, 고-진공 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, 고-진공 펌프의 역할은, 이때, 과소모에 의해 가스 유동을 우회시키도록 돕는 것으로 제한된다(t1과 ta 사이에서 곡선 B 및 곡선 C).

역으로, 본 발명에 따른 펌프 유닛(1)의 고-진공 펌프(3)는, 생성 유량들(SoR 및 So1)의 조절된 비 덕분에, 1차-진공 펌프(2)의 실제 제1 펌핑 스테이지로서 사용된다. 고-진공 펌프(3)는 그에 따라, 실질적으로 대기압으로부터 효율적이다(도 4에서 t1으로부터의 곡선 A). 종래기술에 따른 장치의 고-진공 펌프의 효율은 단지, 대략 5 mbar(tb)에서, 펌프 유닛(1)의 고-진공 펌프(3)의 효율을 따라잡는다.

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.

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, 고-진공 펌프(3)가 앞서 압축된 고온의 가스에 의해 과열되는 것을, 방지한다.

록 내의 압력이 사전 결정된 저압 임계치(도 4에서 곡선 B 상의 t2)에 도달할 때, 고-진공 펌프(3)의 회전 속도의 설정점은, 최대값 70 Hz로 설정된다. 고-진공 펌프의 토출 압력(P1)은, 고-진공 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 고-진공 펌프(3)에 의한 펌핑은, 통상적으로, 펌핑 유동 및 소모되는 전력이 매우 낮기 때문에, 고-진공 펌프(3)의 회전 속도를 맞추지 않고, 수행될 수 있다.

(t3 너머의) 매우 낮은 압력에서, 예를 들어, 기판의 운반을 위해 프로세스 챔버로 개방되도록 록이 대기하고 있을 때, 고-진공 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, 고-진공 펌프(3)의 회전 속도는, 전기 소모를 제한하도록 하기 위해, 70 Hz의 최대 속도보다 작은, 대기 회전 속도로 설정될 수 있다.

Claims

1차-진공 펌프(2) 및 펌핑될 가스의 유동 방향에서 상기 1차-진공 펌프(2)의 상류에 배열되는 고-진공 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, 상기 고-진공 펌프(3)의 회전 속도는, 상기 고-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)이, 위쪽 값은 상기 1차-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 6배이며 그리고 아래쪽 값은 상기 1차-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 1.3배인, 범위 이내에서 유지되도록, 상기 고-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(SoR)을 증가시키기 위해, 상기 고-진공 펌프(3)의 작동 파라미터의 함수로서 제어되는 것을 특징으로 하는 압력을 감소시키는 방법.

제 1항에 있어서,
상기 고-진공 펌프(3)의 작동 파라미터는, 상기 고-진공 펌프(3)의 모터(7)의 파라미터인 것을 특징으로 하는 압력을 감소시키는 방법.

제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 고-진공 펌프(3)의 회전 속도의 제어는, 상기 고-진공 펌프(3)의 작동 파라미터의 값이 제1 사전 결정된 시간 동안 사전 결정된 가동 임계치를 통과했다는 것이 검출될 때, 상기 고-진공 펌프의 작동 파라미터의 함수로서 시작되는 것을 특징으로 하는 압력을 감소시키는 방법.

제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고-진공 펌프(3)의 작동 파라미터의 값이, 제2 사전 결정된 시간보다 더 긴 시간 동안, 사전 결정된 안전 임계치보다 더 큰 경우, 상기 고-진공 펌프(3)의 회전 속도는, 떨어지도록 강제되는 것을 특징으로 하는 압력을 감소시키는 방법.

제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고-진공 펌프(3)의 작동 파라미터의 값이, 제3 사전 결정된 시간보다 더 긴 시간 동안, 사전 결정된 대기 임계치보다 작은 경우, 상기 고-진공 펌프(3)의 회전 속도는, 대기 회전 속도로 설정되는 것을 특징으로 하는 압력을 감소시키는 방법.

1차-진공 펌프(2) 및 고-진공 펌프(3)를 포함하는 펌프 유닛으로서, 상기 고-진공 펌프(3)는, 펌핑될 가스의 유동 방향에서 상기 1차-진공 펌프(2)의 상류에 배열되며 그리고 가변-주파수 구동기(8)를 구비하는 것인, 펌프 유닛에 있어서,
상기 고-진공 펌프(3)는, 압력 강하 도중에 그리고 로드 록 내의 압력이 사전 규정된 저압 임계치에 도달할 때까지, 상기 고-진공 펌프(3)에 의해 생성되는 유량(SoR)이, 위쪽 값은 상기 1차-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 6배이며 그리고 아래쪽 값은 상기 1차-진공 펌프에 의해 생성되는 유량(So1)의 1.3배인, 범위 이내에 속하게 증가되도록, 상기 고-진공 펌프(3)의 작동 파라미터를 나타내는 신호의 함수로서 상기 고-진공 펌프(3)의 회전 속도를 제어하도록 구성되며, 그리고 상기 가변-주파수 구동기(8)에 연결되는, 제어 유닛(9)을 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.

제 6항에 있어서,
상기 1차-진공 펌프(2)는, 펌핑 스테이지(T1, T2)를 위한 이완 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.

제 6항 또는 제 7항에 있어서,
상기 고-진공 펌프(3)의 작동 파라미터를 나타내는 상기 신호는, 상기 고-진공 펌프(3)의 모터(7)의 파라미터인 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.

제 8항에 있어서,
상기 고-진공 펌프(3)의 상기 모터(7)의 상기 파라미터는, 전류인 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.

제 8항에 있어서,
상기 고-진공 펌프(3)의 상기 모터(7)의 상기 파라미터는, 전력인 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.

제 6항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펌프 유닛은, 상기 1차-진공 펌프(2)의 유입구(4)와 상기 고-진공 펌프(3)의 유입구(11)를 연결하는, 바이패스 덕트(10)를 구비하고, 상기 바이패스 덕트(10)는, 상기 1차-진공 펌프의 흡입 압력(P1)이, 100 내지 400 mbar 사이의 사전 결정된 초과값(ΔP)만큼, 상기 고-진공 펌프의 흡입 압력(Pasp)을 초과할 때, 개방되도록 설계되는, 토출 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.

제 6항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고-진공 펌프(3)는, 루츠 진공 펌프인 것을 특징으로 하는 펌프 유닛.