RU2796418C1

RU2796418C1 - Pumping system with reserve and method for pumping using this pumping system

Info

Publication number: RU2796418C1
Application number: RU2022117911A
Authority: RU
Inventors: Поль АЛЕР; Джейхонг КИМ; Жан-Эрик ЛЯРШЕ
Original assignee: Ателье Буш Са
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2023-05-23

Abstract

FIELD: pumping system.

SUBSTANCE: vacuum pumping system (300) with a reserve and a pumping method using this system, containing the main Roots pump (302), the first pumping subsystem (310) and the second pumping subsystem (320), wherein the first pumping subsystem (310) and the second pumping subsystem (320) is provided for parallel pumping of gas pumped out by the main Roots pump (302), the first pumping subsystem (310) containing the first auxiliary Roots pump (311), the first injection pump (312) and the first valve (313) located between the outlet (302b) for gas ejection of the main Roots pump (302) and the inlet (311a) for gas suction of the first auxiliary Roots pump (311), and the second pumping subsystem (320) containing the second auxiliary Roots pump (311), the second injection pump (312) and a second valve (323) located between the main Roots pump (302) gas outlet (302b) and the second auxiliary Roots pump (321) gas inlet (321a).

EFFECT: first pumping subsystem (310) and the second pumping subsystem (320) are configured to pump at the same flow rate, and the main Roots pump (302) is configured to pump at a flow rate F equal to the pumping flow rate of the main pumping subsystem (310) plus the pumping flow rate of the auxiliary pumping subsystem (320).

14 cl, 3 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES

Настоящее изобретение относится к области вакуумной технологии. Точнее говоря, настоящее изобретение относится к насосной системе с резервом, содержащей по меньшей мере один основной насос Рутса и параллельно установленные две насосные подсистемы. Настоящее изобретение относится также к способу перекачивания посредством этой насосной системы. The present invention relates to the field of vacuum technology. More specifically, the present invention relates to a redundant pumping system comprising at least one main Roots pump and two pumping subsystems installed in parallel. The present invention also relates to a method for pumping through this pumping system.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Вакуумные насосные системы являются устройствами, необходимыми во многих областях промышленности, например, в пищевой и фармацевтической промышленности в процессах лиофилизации, дистилляции, упаковки и кристаллизации, и, в частности, также в полупроводниковой промышленности. Vacuum pump systems are indispensable devices in many areas of industry, for example in the food and pharmaceutical industry in the processes of lyophilization, distillation, packaging and crystallization, and in particular also in the semiconductor industry.

Для достижения производственных процессов всегда более высокого качества в полупроводниковой промышленности, существенно, что производственные процессы осуществляются в хорошо управляемых атмосферах. Вакуумные насосы позволяют вакуумировать камеры обработки и обеспечивать чистую среду низкого давления, необходимую для многих процессов, а также удалять неиспользуемый технологический газ и побочные продукты. Процесс производства полупроводниковых устройств часто предусматривает последовательное нанесение и шаблонирование множественных слоев. Многие из этих этапов процесса требуют условия вакуума в камере обработки для предотвращения влияния и загрязнения молекулами газа, присутствующими в воздухе. Несколько этапов процесса производства полупроводниковых устройств обычно осуществляются в камере обработки, например, вакуумной печи, где пластины обрабатываются, например, путем химического осаждения из паровой фазы или химического парового травления. Все эти процессы требуют низкого фонового давления во избежание загрязнения в основном водным паром, а также способности подачи внутрь камеры обработки технологический газ. Этот технологический газ должен подаваться в камеру обработки с точным расходом, обычно высоким. Таким образом, насосные системы для вакуумирования и поддержания заранее определенного давления технологических газов в камерах обработки полупроводников должны быть способны вакуумировать камеру обработки до низкого конечного давления, обычно, по меньшей мере 10^-2 мбар, и справляться с высоким расходом, порядка нескольких десятков тысяч литров в минуту. С этой целью, насос Рутса, также именуемый форвакуумным насосом, и безмасляный откачивающий насос обычно объединяются. Насос Рутса позволяет работать при высоком расходе, и откачивающий насос, благодаря своей высокой степени сжатия, позволяет достичь достаточно низкого конечного давления. To achieve consistently higher quality manufacturing processes in the semiconductor industry, it is essential that manufacturing processes are carried out in well-controlled atmospheres. Vacuum pumps can evacuate process chambers and provide the clean, low pressure environment needed for many processes, as well as remove unused process gas and by-products. The manufacturing process for semiconductor devices often involves the sequential deposition and patterning of multiple layers. Many of these process steps require vacuum conditions in the processing chamber to prevent influence and contamination from gas molecules present in the air. Several steps in the manufacturing process for semiconductor devices are typically carried out in a processing chamber, such as a vacuum furnace, where the wafers are processed, for example, by chemical vapor deposition or chemical vapor etching. All of these processes require a low background pressure to avoid contamination mainly by water vapor, as well as the ability to feed process gas into the treatment chamber. This process gas must be supplied to the treatment chamber at a precise flow rate, usually high. Thus, pumping systems for evacuating and maintaining a predetermined pressure of process gases in semiconductor processing chambers must be able to evacuate the processing chamber to a low final pressure, typically at least 10 ^-2 mbar, and cope with high flow rates, in the order of several tens of thousands of liters. in a minute. For this purpose, a Roots pump, also referred to as a foreline pump, and an oil-free recovery pump are usually combined. The Roots pump allows operation at high flow rates and the suction pump, thanks to its high compression ratio, allows a sufficiently low final pressure to be achieved.

В настоящее время, в полупроводниковой промышленности, сотни или даже тысячи пластин одновременно обрабатываются в одной камере обработки. Отказ насосной системы в ходе процесса производства таким образом может приводить к повреждениям пластин и, следовательно, к значительным финансовым потерям. Во избежание таких последствий отказ насосной системы, известна насосная система с резервом, которая обычно обеспечивается. Целью резервной системы является гарантирование, что в случае отказа насоса, поддерживающего условия процесса в камере обработки, второй насос может перенимать его функции для предотвращения слишком важных изменений в условиях процесса и в итоге повреждений пластин. Nowadays, in the semiconductor industry, hundreds or even thousands of wafers are simultaneously processed in a single processing chamber. The failure of the pumping system during the production process in this way can lead to damage to the plates and, consequently, to significant financial losses. In order to avoid such consequences of failure of the pumping system, a redundant pumping system is known, which is usually provided. The purpose of the redundant system is to ensure that in the event of a failure of the pump maintaining the process conditions in the processing chamber, a second pump can take over its functions to prevent too important changes in process conditions and resulting plate damage.

Несколько насосных систем с резервом, в частности, в области полупроводниковой промышленности, известны из уровня техники. В первой известной насосной системе с резервом, схематически проиллюстрированные на фиг. 1, две насосные подсистемы установлены параллельно. Каждый из двух подсистем содержит насос Рутса и нагнетательный насос, в качестве откачивающего насоса для форвакуумного насоса. Для каждой насосной подсистемы клапан располагается на канале, соединяющей насосы Рутса и камеру обработки. Насосные подсистемы выполнены таким образом, что каждая из подсистем может вакуумировать только камеру обработки при желаемом расходе. Это означает, что в ходе нормальной работы, всегда действуют две подсистемы, но открыт только один клапан. В случае отказа насосной подсистемы с открытым клапаном, этот клапан закрывается, и клапан другой насосной подсистемы открывается, чтобы вторая подсистема могла действовать вместо первой. Several pumping systems with a reserve, in particular in the field of the semiconductor industry, are known from the prior art. In the first known redundant pumping system, schematically illustrated in FIG. 1, two pumping subsystems are installed in parallel. Each of the two subsystems contains a Roots pump and a pressure pump, as a back pump for the foreline pump. For each pumping subsystem, a valve is located on the channel connecting the Roots pumps and the treatment chamber. The pumping subsystems are designed in such a way that each of the subsystems can only evacuate the treatment chamber at the desired flow rate. This means that during normal operation, two subsystems are always active, but only one valve is open. In the event of a failure of a pumping subsystem with an open valve, that valve closes and the valve of the other pumping subsystem opens to allow the second subsystem to take over from the first.

Однако такого рода системы с резервом обладают рядом недостатков. Когда происходит отказ, наблюдаются сильные колебания давления и загрязнение камеры обработки. Это обычно приводит к тяжелым повреждениям пластин, присутствующих в камере обработки и к существенным финансовым потерям. However, these types of redundant systems have a number of disadvantages. When a failure occurs, large pressure fluctuations and contamination of the processing chamber are observed. This usually results in severe damage to the plates present in the processing chamber and significant financial losses.

Вторая известная насосная система с резервом, используемая в полупроводниковой промышленности, проиллюстрированная на фиг. 2, содержит насос Рутса, соединенный с камерой обработки, и параллельно установленные два нагнетательных насоса. Эти два нагнетательных насоса отделены от насоса Рутса двумя клапанами. В ходе нормальной работы, открыт только один из двух клапанов, и только один из нагнетательных насосов действует в качестве откачивающего насоса для насоса Рутса. В случае отказа этого откачивающего насоса, соответствующий клапан закрывается, и другой клапан открывается, что позволяет второму нагнетательному насосу действовать в качестве откачивающего насоса для насоса Рутса. The second known standby pumping system used in the semiconductor industry, illustrated in FIG. 2 comprises a Roots pump connected to the treatment chamber and two pressure pumps installed in parallel. These two pressure pumps are separated from the Roots pump by two valves. During normal operation, only one of the two valves is open and only one of the charge pumps acts as a bleed pump for the Roots pump. In the event of failure of this bleed pump, the corresponding valve closes and another valve opens, allowing the second booster pump to act as a bleed pump for the Roots pump.

Эта вторая известная насосная система с резервом улучшенные характеристики по сравнению с вышеупомянутой первой известной насосной системой с резервом в отношении загрязнений при отказе нагнетательного насоса. Однако в случае отказа насос Рутса системы происходят очень серьезные повреждения пластин в камере обработки.This second known reserve pumping system has improved performance compared to the aforementioned first known reserve pumping system against contaminants in the event of a pressure pump failure. However, if the Roots pump system fails, very serious damage to the plates in the processing chamber occurs.

Таким образом, целью настоящего изобретения является предложение новой насосной системы с резервом и соответствующего способа перекачивания, благодаря которым условия давления в камере обработки могут поддерживаться постоянными, даже при отказе одного из насосов системы. Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить новую насосную систему с резервом и соответствующий способ перекачивания, позволяющие полностью преодолеть или по меньшей мере значительно уменьшить вышеописанные недостатки известных систем. Thus, the aim of the present invention is to propose a new pumping system with a reserve and a corresponding method of pumping, thanks to which the pressure conditions in the treatment chamber can be maintained constant, even if one of the pumps of the system fails. Thus, the object of the present invention is to propose a new pumping system with a reserve and a corresponding method of pumping, allowing to completely overcome or at least significantly reduce the above-described disadvantages of the known systems.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Согласно настоящему изобретению, эти задачи решаются в частности посредством элементов двух независимых пунктов формулы изобретения. Более преимущественные варианты осуществления следуют из зависимых пунктов формулы изобретения и описания. According to the present invention, these tasks are solved in particular by means of the elements of two independent claims. More advantageous embodiments follow from the dependent claims and the description.

В частности, задачи настоящего изобретения решаются в первом аспекте вакуумной насосной системой с резервом, содержащей основной насос Рутса, имеющий впускное отверстие для всасывания газа, соединенное с камерой обработки и выпускное отверстие для выброса газа, соединенное с первой насосной подсистемой и второй насосной подсистемой, причем первая насосная подсистема и вторая насосная подсистема предусмотрены для параллельного перекачивания газа, откачанного основным насосом Рутса, причем первая насосная подсистема содержит первый вспомогательный насос Рутса, первый нагнетательный насос и первый клапан, расположенный между выпускным отверстием для выброса газа основного насоса Рутса и впускным отверстием для всасывания газа первого вспомогательного насоса Рутса, и вторая насосная подсистема содержит второй вспомогательный насос Рутса, второй нагнетательный насос и второй клапан, расположенный между выпускным отверстием для выброса газа основного насоса Рутса и впускным отверстием для всасывания газа второго вспомогательного насоса Рутса, причем первая насосная подсистема и вторая насосная подсистема выполнены с возможностью перекачивания с одним и тем же расходом, и основной насос Рутса выполнен с возможностью перекачивания с расходом F, равным расходу перекачивания основной насосной подсистемы плюс расход перекачивания вспомогательной насосной подсистемы.In particular, the objects of the present invention are solved in a first aspect by a standby vacuum pumping system comprising a main Roots pump having a gas suction inlet connected to a processing chamber and a gas ejection outlet connected to a first pumping subsystem and a second pumping subsystem, wherein the first pumping subsystem and the second pumping subsystem are provided for parallel pumping of gas pumped out by the main Roots pump, wherein the first pumping subsystem comprises the first auxiliary Roots pump, the first pressure pump and the first valve located between the outlet for gas ejection of the main Roots pump and the inlet for suction gas of the first auxiliary Roots pump, and the second pumping subsystem comprises a second auxiliary Roots pump, a second injection pump and a second valve located between the outlet for gas ejection of the main Roots pump and the inlet for gas suction of the second auxiliary Roots pump, the first pumping subsystem and the second the pumping subsystem is configured to pump at the same flow rate, and the main Roots pump is configured to pump at a flow rate F equal to the pumping flow rate of the main pumping subsystem plus the pumping flow rate of the auxiliary pumping subsystem.

Благодаря такой вакуумной насосной системой с резервом, можно гарантировать, что уровень давления в камере обработки может поддерживаться постоянным даже в случае отказа одного из насосов системы. Это, в частности, позволяет избегать колебаний давления или загрязнений камеры обработки в случае отказа. Поскольку основной насос Рутса способен работать при расходе перекачивания, равном суммарному расходу двух насосных подсистем, основной насос Рутса может, в случае отказа одной из подсистем, сжимать газы, откачанные из камеры обработки, в достаточной степени, чтобы условия перекачивания для все еще действующей подсистемы не изменялись. В случае отказа основного насоса Рутса, газ может перекачиваться только подсистемами. Насосная система с резервом согласно настоящему изобретению позволяет преодолевать недостатки систем, известных из уровня техники. Thanks to this redundant vacuum pumping system, it can be ensured that the pressure level in the treatment chamber can be kept constant even if one of the system's pumps fails. This in particular avoids pressure fluctuations or contamination of the treatment chamber in the event of a failure. Since the main Roots pump is capable of operating at a pumping rate equal to the total flow of the two pumping subsystems, the main Roots pump can, in the event of a failure of one of the subsystems, compress the gases pumped out of the treatment chamber sufficiently so that the pumping conditions for the still operating subsystem are not changed. In the event of failure of the main Roots pump, gas can only be pumped by the subsystems. The redundant pumping system of the present invention overcomes the shortcomings of prior art systems.

В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения, первый нагнетательный насос и/или второй нагнетательный насос прямого вытеснения выбираются из группы, состоящей из безмасляного винтового насоса, безмасляного кулачково-зубчатого насоса, спирального насоса и диафрагменного насоса.In preferred embodiments of the present invention, the first positive displacement pump and/or the second positive displacement pump are selected from the group consisting of an oil-free screw pump, an oil-free cam pump, a volute pump, and a diaphragm pump.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, вакуумная насосная система с резервом содержит перепускной канал с третьим клапаном, установленным параллельно основному насосу Рутса. Благодаря перепускному каналу и третьему клапану, можно откачивать газ из камеры обработки, даже если основной насос Рутса становится препятствием перекачивания вследствие отказа. In a further preferred embodiment of the present invention, the reserve vacuum pumping system comprises a bypass with a third valve installed in parallel with the main Roots pump. Thanks to the bypass and the third valve, gas can be pumped out of the treatment chamber even if the main Roots pump becomes a pumping obstacle due to failure.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, первый нагнетательный насос и второй нагнетательный насос соединены с установками обработки отбросных газов, преимущественно газоочистителями. Это позволяет возвращать в оборот технологические газы и обрабатывать побочные продукты, откачанные из камеры обработки. In another preferred embodiment of the present invention, the first booster pump and the second booster pump are connected to waste gas treatment plants, preferably scrubbers. This allows the process gases to be recycled and the by-products pumped out of the processing chamber to be treated.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, расход перекачивания основных насосов Рутса составляет от 5000 л/мин до 100000 л/мин, преимущественно от 10000 л/мин до 70000 л/мин, предпочтительно от 25000 л/мин до 55000 л/мин. Таким образом, вакуумную насосную систему с резервом настоящего изобретения можно реализовать в существующих производственных линий, в особенности в полупроводниковой промышленности. In another preferred embodiment of the present invention, the pumping flow of the main Roots pumps is from 5000 l/min to 100000 l/min, preferably from 10000 l/min to 70000 l/min, preferably from 25000 l/min to 55000 l/min. Thus, the reserve vacuum pumping system of the present invention can be implemented in existing production lines, especially in the semiconductor industry.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, вакуумная насосная система с резервом содержит средство обнаружения отказа для обнаружения отказа любого из основного насоса Рутса, первого вспомогательного насоса Рутса, второго вспомогательного насоса Рутса, первого нагнетательного насоса или второго нагнетательного насоса. Благодаря этому средству обнаружения отказа, можно быстро обнаруживать любой отказ и при необходимости затем переключать клапан. In a further preferred embodiment of the present invention, the redundant vacuum pumping system comprises a failure detection means for detecting a failure of any of the main Roots pump, the first auxiliary Roots pump, the second auxiliary Roots pump, the first booster pump, or the second booster pump. With this failure detection facility, any failure can be quickly detected and the valve can then be switched if necessary.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, средство обнаружения отказа выполнены с возможностью приводить в действие первый клапан, второй клапан и/или третий клапан в случае обнаружения отказа. Это особенно преимущественно, поскольку в случае обнаружения отказа нужный клапан может автоматически приводиться в действие средством обнаружения отказа.In a further preferred embodiment of the present invention, the failure detection means are configured to actuate the first valve, the second valve and/or the third valve in the event of a failure being detected. This is particularly advantageous since, in the event of a failure being detected, the desired valve can be automatically actuated by the failure detection means.

Во втором аспекте, задачи настоящего изобретения решаются способом перекачивания посредством вакуумной насосной системы с резервом согласно настоящему изобретению, причем основной насос Рутса приводится в действие все время при номинальном расходе, равном сумме расхода первой насосной подсистемы и расхода второй насосной подсистемы. Этот способ перекачивания позволяет гарантировать, что даже в случае отказа любого из насосов вакуумной насосной системы с резервом, в камере обработки может поддерживаться постоянный уровень давления и можно избежать повреждений пластины. In a second aspect, the objects of the present invention are solved by the method of pumping by means of a vacuum pumping system with a reserve according to the present invention, and the main Roots pump is driven at all times at a nominal flow equal to the sum of the flow of the first pumping subsystem and the flow of the second pumping subsystem. This pumping method ensures that even in the event of failure of any of the pumps in the standby vacuum pumping system, a constant pressure level can be maintained in the treatment chamber and damage to the plate can be avoided.

В первом предпочтительном варианте осуществления второго аспекта настоящего изобретения, насосная система содержит перепускной канал с третьим клапаном причем третий клапан переключается в открытое положение, при обнаружении отказа основного насоса Рутса средством обнаружения отказа. Благодаря этому газ, который нужно откачивать из камеры обработки, может откачиваться через перепускной канал в случае отказа основного насоса Рутса вакуумной насосной системы с резервом. In a first preferred embodiment of the second aspect of the present invention, the pumping system comprises a bypass with a third valve, wherein the third valve switches to an open position when a failure of the main Roots pump is detected by the failure detection means. This allows the gas to be pumped out of the treatment chamber to be pumped out through the bypass in the event of failure of the main Roots pump of the redundant vacuum pumping system.

В другом предпочтительном варианте осуществления второго аспекта настоящего изобретения, средство обнаружения отказа закрывает первый клапан при обнаружении отказа первого вспомогательного насоса Рутса или первого нагнетательного насоса. Таким образом, первый клапан может автоматически закрываться в случае отказа любого из насосов первой насосной подсистемы. In another preferred embodiment of the second aspect of the present invention, the failure detection means closes the first valve upon detecting a failure of the first auxiliary Roots pump or the first booster pump. Thus, the first valve can automatically close in the event of a failure of any of the pumps of the first pumping subsystem.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления второго аспекта настоящего изобретения, средство обнаружения отказа закрывает второй клапан при обнаружении отказа второго вспомогательного насоса Рутса или второго нагнетательного насоса. Таким образом, второй клапан может автоматически закрываться в случае отказа любого из насосов второй насосной подсистемы. In yet another preferred embodiment of the second aspect of the present invention, the failure detection means closes the second valve upon detecting a failure of the second auxiliary Roots pump or the second booster pump. Thus, the second valve can be automatically closed in the event of failure of any of the pumps of the second pumping subsystem.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Конкретные варианты осуществления и преимущества настоящего изобретения явствуют из прилагаемых чертежей, где: Specific embodiments and advantages of the present invention are apparent from the accompanying drawings, where:

фиг. 1 - схема первой насосной системы с резервом, известной из уровня техники;fig. 1 is a diagram of a first pumping system with a reserve, known from the prior art;

фиг. 2 - схема второй насосной системы с резервом, известной из уровня техники; иfig. 2 is a diagram of a second pumping system with a reserve, known from the prior art; And

фиг. 3 - схема предпочтительного варианта осуществления насосной системы с резервом согласно настоящему изобретению.fig. 3 is a diagram of a preferred embodiment of a redundant pumping system according to the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Фиг. 1 схематически иллюстрирует первую насосную систему 100 с резервом, известную из уровня техники. Известная насосная система 100 с резервом содержит две насосные подсистемы 110 и 120, установленные параллельно для перекачивания из камеры 101 обработки. Как упомянуто выше, насосные системы с резервом обеспечиваются в ситуации, когда нужно быть абсолютно уверенным в том, что уровень давления в камере 101 поддерживается все время в ходе определенных производственных процессов, в особенности в полупроводниковой промышленности.Fig. 1 schematically illustrates a first standby pumping system 100 known in the art. The known redundant pumping system 100 includes two pumping subsystems 110 and 120 installed in parallel for pumping out of the processing chamber 101 . As mentioned above, redundant pumping systems are provided in a situation where it is necessary to be absolutely sure that the pressure level in the chamber 101 is maintained at all times during certain production processes, especially in the semiconductor industry.

Насосная система 100 должна быть выполнена с возможностью не только достижения заранее определенного конечного давления, но и работы при большом расходе F газов. Это особенно важно в случае применения процессов химического парового травления или химического осаждения из паровой фазы. Эти процессы требуют, чтобы технологические газы поступали в камеру 101 с постоянным расходом, эти газы и остатки процессов, должны откачиваться насосной системой 100. Для достижения достаточно низкого конечного давления и обеспечения возможности перекачивания газов с большим расходом, известные насосные системы, обычно используемые в полупроводниковой промышленности, используют комбинацию нагнетательного насоса, преимущественно, безмасляного винтового насоса, и насоса Рутса, известного также как форвакуумный насос. Благодаря безмасляному винтовому насосу с его высокой степенью сжатия, может достигаться низкое конечное давление, тогда так насос Рутса позволяет эффективно обеспечивать очень большой расход газов. The pumping system 100 must be capable of not only reaching a predetermined final pressure, but also of operating at a high flow rate F of gases. This is especially important when using chemical vapor etching or chemical vapor deposition processes. These processes require process gases to enter chamber 101 at a constant flow rate, these gases and process residues must be pumped out by pumping system 100. industries use a combination of a positive displacement pump, preferably an oil-free screw pump, and a Roots pump, also known as a foreline pump. Thanks to the oil-free screw pump with its high compression ratio, low final pressures can be achieved, while the Roots pump allows very high gas flow rates to be efficiently handled.

Согласно фиг. 1, каждая из двух насосных подсистем 110, 120 содержит, таким образом, насос 111, 121 Рутса и безмасляный винтовой насос 112, 122. Как упомянуто выше, две подсистемы установлены параллельно и соединенны с камерой 101 обработки посредством двух клапанов 113, 123. Насосная система 100 является резервной в том смысле, что, в ходе нормальной работы, клапан 113 открыт, и клапан 123 закрыт. Таким образом, расход F газов, откачиваемых из камеры 101 обработки в ходе нормальной работы, обеспечивается только подсистемой 110. Только в случае отказа любого насоса этой подсистемы, клапан 113 закрывается, и клапан 123 открывается, благодаря чему камера 101 вакуумируется только подсистемой 120. According to FIG. 1, each of the two pumping subsystems 110, 120 thus comprises a Roots pump 111, 121 and an oil-free screw pump 112, 122. As mentioned above, the two subsystems are installed in parallel and connected to the treatment chamber 101 via two valves 113, 123. system 100 is redundant in the sense that, during normal operation, valve 113 is open and valve 123 is closed. Thus, the flow rate F of gases pumped out of the processing chamber 101 during normal operation is provided only by the subsystem 110. Only in the event of failure of any pump of this subsystem, the valve 113 closes and the valve 123 opens, due to which the chamber 101 is evacuated only by the subsystem 120.

Однако насосная система с резервом, наподобие системы 100, показанной на фиг. 1, имеет много недостатков. Во-первых, она страдает сильными колебаниями давления, когда система должна переключаться от подсистемы 110 к подсистеме 120. Эти колебания давления приводит к загрязнению в камере 101 обработки, неприемлемому во многих применениях. Кроме того, в течение определенного времени после обнаружения отказа подсистемы 110, давление в камере 101 обработки будет расти, приводя в итоге к повреждению пластины, оставшейся в камере 101. Наконец, поскольку в ходе нормальной работы насосы 121 и 122 подсистемы 120 действуют все время, давление между впускным отверстием насоса Рутса 121 и клапаном 123 остается равным конечному давлению подсистемы 120. Это означает, что, когда клапан 123 внезапно открывается в порядке реакции на обнаружение отказа подсистемы 110, давление в камере обработки изменяется. Такие изменения давление не позволяют гарантировать высококачественные условия процесса в камере обработки.However, a redundant pumping system like system 100 shown in FIG. 1 has many disadvantages. First, it suffers from strong pressure fluctuations when the system must switch from subsystem 110 to subsystem 120. These pressure fluctuations result in fouling in the treatment chamber 101 that is unacceptable in many applications. In addition, for a certain time after a failure of the subsystem 110 is detected, the pressure in the processing chamber 101 will increase, resulting in damage to the plate remaining in the chamber 101. Finally, since during normal operation the pumps 121 and 122 of the subsystem 120 operate all the time, the pressure between the roots pump inlet 121 and the valve 123 remains equal to the final pressure of the subsystem 120. This means that when the valve 123 suddenly opens in response to the detection of a failure of the subsystem 110, the pressure in the treatment chamber changes. Such pressure changes do not guarantee high quality process conditions in the processing chamber.

Фиг. 2 схематически иллюстрирует вторую насосную систему 200 с резервом, известную из уровня техники. Система 200 отличается от системы 100 тем, что каждая из двух насосных подсистем 210, 220 содержит только нагнетательный насос 212, 222, например, безмасляный винтовой насос. Чтобы работать с высоким расходом F газа, система 200 содержит насос 202 Рутса, “взаимный” к обеим подсистемам 210 и 220. В ходе нормальной работы, клапан 213 открыт, и клапан 223 закрыт. Таким образом, полный расход F газа обеспечивается только насосом 202 Рутса и безмасляным винтовым насосом 212. В случае отказа безмасляного винтового насоса 212, клапан 213 закрывается, и клапан 223 открывается, благодаря чему, газ может откачиваться с расходом F комбинацией насоса 202 Рутса и безмасляного винтового насоса 222. Fig. 2 schematically illustrates a second redundant pumping system 200 known in the art. System 200 differs from system 100 in that each of the two pumping subsystems 210, 220 contains only a pressure pump 212, 222, such as an oil-free screw pump. In order to operate at a high gas flow F, system 200 includes a Roots pump 202 "reciprocal" to both subsystems 210 and 220. During normal operation, valve 213 is open and valve 223 is closed. Thus, the full flow F of the gas is provided only by the Roots pump 202 and the oil-free screw pump 212. screw pump 222.

Хотя система 200 с резервом, по сравнению с системой 100 с резервом, обладает улучшенными характеристиками в отношении способности поддерживать постоянное давление в камере 201 обработки в случае отказа безмасляного винтового насоса 212, ее основной недостаток состоит в том, что отказ насоса 202 Рутса приводит к неприемлемому и постоянному росту давления в камере 201 обработки. Although the redundant system 200 has improved performance over the redundant system 100 in terms of the ability to maintain a constant pressure in the treatment chamber 201 in the event of a failure of the oil-free PCP 212, its main disadvantage is that failure of the Roots pump 202 results in an unacceptable and a constant increase in pressure in the treatment chamber 201 .

фиг. 3 схематически иллюстрирует насосную систему 300 с резервом согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Насосная система 300 содержит основной насос 302 Рутса, соединенный с камерой 301 обработки, и две насосные подсистемы 310 и 320, каждая из которых содержит вспомогательный насос 311 Рутса, соответственно 321, и нагнетательной насос 312, соответственно 322 прямого вытеснения, например, безмасляные винтовые насосы. В ходе нормальной работы, клапан 313 и клапан 323 всегда открыты, половина расхода F газа, откачанного из камеры 301 обработки, перекачивается подсистемой 310, и другая половина перекачивается подсистемой 320. Для правильного осуществления этого изобретения существенно, чтобы основной насос 302 Рутса мог работать на скорости перекачивания, равной суммарной скорости перекачивания подсистем 310 и 320. Другими словами, в ходе нормальной работы, основной насос 302 Рутса не участвует в перекачивающем действии, и давление P1 на его впускном отверстии 302a равно давлению P2 на его выпускном отверстии 302b, т.е. степень сжатия основного насоса 302 Рутса при нормальной работе равна 1. Этого можно добиться с помощью основного насоса Рутса, скорость перекачивания которого может адаптироваться или с помощью основного насоса Рутса, максимальная скорость перекачивания которого равна скорости перекачивания подсистем 310 и 320.fig. 3 schematically illustrates a redundant pumping system 300 according to a preferred embodiment of the present invention. The pumping system 300 includes a main Roots pump 302 connected to the treatment chamber 301 and two pumping subsystems 310 and 320, each of which contains an auxiliary Roots pump 311, respectively 321, and a positive displacement pump 312, respectively 322, for example, oil-free screw pumps. . During normal operation, valve 313 and valve 323 are always open, half of the flow rate F of gas evacuated from treatment chamber 301 is pumped by subsystem 310, and the other half is pumped by subsystem 320. It is essential to the correct implementation of this invention that the main Roots pump 302 can operate on pumping speed equal to the combined pumping speed of subsystems 310 and 320. In other words, during normal operation, the main roots pump 302 does not participate in the pumping action, and the pressure P1 at its inlet 302a is equal to the pressure P2 at its outlet 302b, i.e. . the compression ratio of the main roots pump 302 during normal operation is 1. This can be achieved with the main roots pump, the pumping speed of which can be adapted, or with the main roots pump, the maximum pumping speed of which is equal to the pumping speed of the subsystems 310 and 320.

Основополагающую идею настоящего изобретения можно лучше объяснить на конкретном примере осуществления. В этом примере, предположим, что расход F газа, который требуется откачать из камеры обработки, равен 20000 л/мин. Как упомянуто выше, насосная система 300 с резервом, отвечающая изобретению, выполнен так, что основной насос 302 Рутса может работать со скоростью перекачивания, равной F и таким образом, что каждая подсистема 310 и 320 имеет скорость перекачивания, равную F/2, в этом примере равную 10000 л/мин. Поскольку расходы на входе и выходе существующего основного насоса 302 Рутса равны, степень сжатия основного насоса 302 Рутса в ходе нормальной работы K_normal равна 1. The underlying idea of the present invention can be better explained with a specific embodiment. In this example, let's assume that the flow rate F of the gas to be pumped out of the treatment chamber is 20,000 l/min. As mentioned above, the redundant pumping system 300 of the invention is designed such that the main Roots pump 302 can operate at a pumping rate of F and such that each subsystem 310 and 320 has a pumping rate of F/2, in this example equal to 10000 l/min. Since the flow rates at the inlet and outlet of the existing main roots pump 302 are equal, the compression ratio of the main roots pump 302 during normal operation, K _normal, is 1.

это означает, что в ходе нормальной работы, характеристики насосной системы 300 в отношении скорости перекачивания и конечного давления такие же, как если бы основной насос 302 Рутса отсутствовал, был отключен или был неисправен (при условии, что он не представляет препятствия для вакуумирования). В ходе нормальной работы, конечное давление полной системы 300 задается конечным давлением каждой из подсистем 310, соответственно 320, деленным на K₀, степенью сжатия при нулевом расходе и при давлении на его выпускном отверстии. Обычно, подсистемы 310, соответственно, 320, имеют конечное давление порядка 0,1 мбар. Основные насосы Рутса имеют в этом диапазоне давления степень сжатия K₀ порядка 50. Поэтому конечное давление всей системы 300 составляет порядка 2*10^-4 мбар. this means that during normal operation, pumping system 300 performance in terms of pumping speed and final pressure is the same as if the main Roots pump 302 was not present, turned off, or failed (assuming it does not present an obstruction to vacuuming). During normal operation, the final pressure of the complete system 300 is given by the final pressure of each of the subsystems 310, respectively 320, divided by K ₀ , the compression ratio at zero flow and at its outlet pressure. Typically, subsystems 310, respectively 320, have a final pressure of the order of 0.1 mbar. The main Roots pumps have a compression ratio K ₀ of the order of 50 in this pressure range. Therefore, the final pressure of the entire system 300 is of the order of 2*10 ^-4 mbar.

В случае отказа подсистемы 320, клапан 323 будет закрываться, и полный расход F будет обеспечиваться комбинацией основного насоса 302 Рутса и подсистемы 310. Поскольку расход подсистемы 310 фиксирован и равен F/2, основной насос 302 Рутса должен сжимать газ, откачанный из камеры обработки с коэффициентом 2. Это происходит автоматически, как только расход за пределами основных насосов 302 Рутса падает от F до F/2 вследствие отказа подсистемы 320. Естественно, давление P3 на впускном отверстии подсистемы 311a становится два раза выше, чем в ходе нормальной работы, но поскольку основной насос 302 Рутса теперь участвует в перекачивающем действии путем сжатия газа, откачанного из камеры 301 обработки, с коэффициентом 2, отказ подсистемы 320 не влияет на конечное давление, а также скорость перекачивания, и давление в камере обработки может поддерживаться постоянным даже в этом случае. In the event of failure of subsystem 320, valve 323 will close and the full flow F will be provided by the combination of main Roots pump 302 and subsystem 310. Since the flow of subsystem 310 is fixed at F/2, main Roots pump 302 must by a factor of 2. This happens automatically as soon as the flow outside the main Roots pumps 302 drops from F to F/2 due to a failure of the subsystem 320. Naturally, the pressure P3 at the inlet of the subsystem 311a becomes twice as high as during normal operation, but since the main roots pump 302 now participates in the pumping action by compressing the gas pumped out of the treatment chamber 301 by a factor of 2, the failure of the subsystem 320 does not affect the final pressure as well as the pumping speed, and the pressure in the treatment chamber can be kept constant even in this case.

Кроме того, как упомянуто выше, отказ основного насоса 302 Рутса, вовсе не влияет на характеристики системы 300 при условии, что две подсистемы 310 и 320 работают нормально. Поскольку чрезвычайно маловероятно, что основной насос 302 Рутса и одна из подсистем 310 или 320 одновременно выйдут из строя, насосная система 300 с резервом согласно настоящему изобретению позволяет преодолевать недостатки систем с резервом, известную из уровня техники. In addition, as mentioned above, the failure of the main Roots pump 302 does not affect the performance of the system 300 at all, provided that the two subsystems 310 and 320 are operating normally. Because it is extremely unlikely that the main Roots pump 302 and one of the subsystems 310 or 320 will fail at the same time, the redundant pumping system 300 of the present invention overcomes the disadvantages of prior art redundant systems.

Кроме того, в насосной системе 300 можно дополнительно обеспечить перепускной канал 303 с клапаном 304. Дополнительный перепускной канал 303 позволяет вакуумировать камеру 301 обработки с помощью двух подсистем 310 и 320 и поддерживать постоянное давление в камере 301, даже если основной насос 302 Рутса становится сопротивлением перекачиванию вследствие отказа. В таком случае, поток F отклоняется перепускным каналом 304 и направляться в двух подсистемах 310 и 320. In addition, a bypass 303 with valve 304 can be optionally provided in the pumping system 300. The additional bypass 303 allows the treatment chamber 301 to be evacuated by the two subsystems 310 and 320 and to maintain a constant pressure in the chamber 301 even if the main Roots pump 302 becomes pumping resistance. due to refusal. In such a case, flow F is diverted by bypass 304 and directed in two subsystems 310 and 320.

Кроме того, предпочтительно соединять выпускное отверстие для выброса газа обоих нагнетательных насосов 312 и 322 с по меньшей мере одной установкой обработки отработанных газов, преимущественно газоочистителями. In addition, it is preferable to connect the gas discharge outlet of both pressure pumps 312 and 322 to at least one exhaust gas treatment unit, preferably scrubbers.

Наконец, следует указать, что выше изложен один подходящий неограничительный вариант осуществления. Специалисты в данной области техники могут предложить модификации раскрытого неограничительного варианта осуществления, не выходящие за рамки его сущности и объема. Таким образом, описанный неограничительный вариант осуществления следует считать лишь иллюстрацией некоторых из более заметных признаков и применений. Другие полезные результаты можно получить путем применения неограничительных вариантов осуществления другим способом или их изменения способами, известными специалистами в данной области техники.Finally, it should be pointed out that one suitable non-limiting embodiment has been set forth above. Those skilled in the art may suggest modifications to the disclosed non-limiting embodiment without departing from its spirit and scope. Thus, the non-limiting embodiment described should be considered merely illustrative of some of the more prominent features and uses. Other useful results can be obtained by applying the non-limiting embodiments in a different way or modifying them in ways known to those skilled in the art.

Claims

1. Vacuum pumping system (300) with a reserve, containing the main Roots pump (302), having an inlet (302a) for gas suction, made with the possibility of connection with the processing chamber (301), and an outlet (302b) for gas emission, connected to the first pumping subsystem (310) and the second pumping subsystem (320),

moreover, the first pumping subsystem (310) and the second pumping subsystem (320) are provided for parallel pumping of gas pumped out by the main Roots pump (302),

the first pumping subsystem (310) containing the first auxiliary pump (311) Roots, the first injection pump (312) and the first valve (313) located between the outlet (302b) for gas ejection of the main pump (302) Roots and the inlet (311a ) for sucking the gas of the first auxiliary pump (311) Roots, and the second pumping subsystem (320) containing the second auxiliary pump (311) Roots, the second pressure pump (322) and the second valve (323) located between the outlet (302b) for main Roots pump (302) gas outlet and an inlet (321a) for gas suction of the second Roots auxiliary pump (321),

characterized in that

the first pump subsystem (310) and the second pump subsystem (320) are configured to pump at the same flow rate, and

the main Roots pump (302) is configured to pump at a flow rate F equal to the pumping flow rate of the main pumping subsystem (310) plus the pumping flow rate of the auxiliary pumping subsystem (320).

2. The redundant vacuum pumping system (300) of claim 1, wherein the first positive displacement pump (312) and/or the second positive displacement pump (322) is an oil-free screw pump.

3. The redundant vacuum pumping system (300) of claim 1, wherein the first pressure pump (312) and/or the second pressure pump (322) is an oil-free cam gear pump.

4. The redundant vacuum pumping system (300) of claim 1, wherein the first pressure pump (312) and/or the second pressure pump (322) is a volute pump.

5. The redundant vacuum pumping system (300) of claim 1, wherein the first pressure pump (312) and/or the second pressure pump (322) is a diaphragm pump.

6. Vacuum pumping system (300) with a reserve according to any of the previous paragraphs, containing a bypass channel (303), where the third valve (304) is installed in parallel with the main Roots pump (302).

7. Vacuum pumping system (300) with a reserve according to any one of the previous claims, in which the first pressure pump (312) and the second pressure pump (322) are connected to waste gas treatment plants, preferably scrubbers.

8. Vacuum pumping system (300) with a reserve according to any one of the previous claims, in which the pumping flow of the main pumps (302) Roots is from 5000 to 100000 l/min, preferably from 10000 to 70000 l/min, preferably from 25000 to 55000 l /min

9. Vacuum pumping system (300) with a reserve according to any of the previous paragraphs, containing a failure detection means for detecting a failure of any of the main pump (302) Roots, the first auxiliary pump (311) Roots, the second auxiliary pump (321) Roots, the first pressure pump (312) or second pressure pump (322).

10. The redundant vacuum pump system (300) of claim 9, wherein the failure detection means are configured to actuate the first valve (313), the second valve (323), and/or the third valve (304) in the event of a failure being detected.

11. The method of pumping by means of a vacuum pumping system (300) with a reserve according to any of the previous paragraphs, characterized in that the main Roots pump (302) is driven all the time at a nominal flow rate equal to the sum of the flow rate of the first pumping subsystem (310) and the flow rate of the second pumping subsystem (320).

12. The pumping method according to claim 11, in which the pumping system (300) contains a bypass channel (303) with a third valve (304), and the third valve (304) switches to the open position when a failure of the main Roots pump (311) is detected by the detection means failure.

13. The pumping method according to claim 11 or 12, wherein the failure detection means closes the first valve (313) upon detecting a failure of the first auxiliary Roots pump (311) or the first booster pump (312).

14. The pumping method according to claim 11 or 12, wherein the failure detection means closes the second valve (313) upon detecting a failure of the second auxiliary Roots pump (311) or the second booster pump (312).