TWI364495B - Method of operating a pumping system - Google Patents

Description

1364495 九、發明說明： f發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種操作抽取系统的方法。 【先前技術】 半導體器件及平面顯示器之製造 m r*. 乂及 /〇 金程序中， ^ y, 槓4膜。用於將較大處g 至，例如負载鎖定室，抽空至期$ 八主Z月望壓力的抽取系統一般包 個初步幫浦串聯連接的至少一個增壓幫浦。 J幫浦通常具有無油抽取機制’因為抽取機制内存在 的任何潤滑創可導致執行真空處 ,Ε Γ 〜π冰％彡兄的污染。此 類乾式」真空幫浦通常為單一或多幼不a必封上 .± 乂夕級正位移幫浦，其具 有使用位於定子内之交叉式J2. >> , 之父又式轉+的抽取機制。肖子可在各 級中具有相同輪廓類型，或老於f 丨頰主飞有輪廓可隨級而改變。初步幫 浦可具有與增壓幫浦相似之抽取機 饵剌或者一不同抽取機 制0 φ 非同步交流馬達通常驅動增壓幫浦之抽取機制。此類馬 達必須具有一額定值，以便幫浦能夠在幫浦入口與出口間 供應抽取氣體之充分壓縮，並且使得最終抽取速度對於所 需要之負載係足夠的。 供應至增t幫浦之馬達的電源之比例產生排氣中之壓縮 熱，特別係在中間及高入口屋力位準下，使得幫浦主體及 轉子可加熱。若未充分控制壓縮數量及所產生之差壓，則 增壓幫浦有過熱危險，最終導致潤滑故障、過度熱膨服及 卡住。

Il0422.doc H-yj 囚此用於增壓幫、、者+ _ 加以選擇，以…4Γ抽取速度的標準馬達通常係 應充分之㈣Μθ :: 口壓力下的正常使用中供 準下掉作幫ΐ Τ保護構件而在中間及高入口壓力位 盘 幫浦，仍存在過熱危險。為驅動馬達，可在馬達 ==達之電源之間提供變頻驅動單元。此類驅動單元 ^電源供應之交流電源轉換為期望振幅及頻率之交济 # #由&制供應至馬達之電流控制供 之電源’電流依次係藉由調整馬達内之㈣的 ： =以=制。供應至馬達之電流決定馬達内產生之轉矩= t 而決定可用於旋轉抽取機制之轉矩。電源之頻率 定抽取機制之旋轉速度。藉由改變電源之頻率，即使在 :體負載實質上可變化的條件下增壓幫浦也二 系統壓力。 ^ 為了防止增塵幫浦之過載’驅動單元設定針對電源頻率 之最大值（f職）以及針對供應至馬達之電流的最大值 (1_)。此電流限制傳統上適用於馬達之連續額定值，並且 將限制抽取機制所產生之有效轉矩’因此限制最終差壓之 數量’從而限制產生之排氣熱量。 然而’若上述控制不理想且增壓幫浦在過度氣體熱之條 件下操作’增壓幫浦之抽取機制將開始過熱，導致抽取機 制之轉子隨溫度升高而以均勾方式膨脹。但抽取機制之定 子將以非均勾方式膨脹。通常熱排氣產生幫浦排氣側上的 強烈加熱效應，而入口處之冷氣體的持續輸入不會造成此 類加熱。因此，定子之排氣侧加熱並膨脹，使得幫浦之此 II0422.doc 1364495 區域中的熱轉子與熱定子間的運行間隙略微減小。但幫浦 入口側上定子的加熱及膨脹相當小，並且若允許轉子膨脹 繼續，轉子與定子間的運行間隙通常消失並發生接觸，此 通常係在定子之較冷入口喉部周圍的特定狹窄區域内。有 鑒於此，通常使用較複雜及昂貴的熱交換器或其他冷卻機 制來減小幫浦機制之轉子與定子間的此類碰撞之危險。 【發明内容】

不赞明之至少較佳具 -〜口 叩文代Ί六一稷較門 單且低成本之操作真空幫浦的方法，以減小真空幫浦之抽 取機制的轉子與定子間的碰撞之危險。 橈;;第一方面巾’本發明提供-抽取系統，其包含-抽取 機制’-馬達’其用於驢動該抽取機制；#件，立

泫馬達供應變頻之電源；控制 ；D _ _ _ 籌件’其用於針對該馬達内 之電^及頻率設定最大值；

件供應指示來自該抽取機制之排氣：、”用於向該控制構 之定子的溫度之資料，#中該批:的'…及該抽取機制 該等接收之資料以在該抽取：構件係配置成用以使用 值之至少一項。 取^統之細作期間調整該等最大 子與定子間的間隙之指示：因::制：件獲得抽取機制之轉 子過熱？丨起的轉子與定子 &制構件可預測由於轉 *、 司之接觸的開私 定子間之碰撞，控制構件 。為防止轉子與 目勤減小民；去+ 值。在最大電流值之此—減小作 馬達内電流之最大 減小供應至馬達之電源的頻率用下，變頻驅動構件自動 、，^有減緩轉子旋轉速度 I I0422.doc 丄 *364495 2:文應，從而減小橫跨抽取機制之差塵。隨著差屢減小， 機狀排氣内產生㈣縮熱亦減小，此依次會減 摄徂由丄 間之碰撞的危險。此可 .係在争乂大、複雜之增屋幫浦 中，並且使柚取系統可在具有最小 ψ t 次"·、熱女全危險的最高 實際效率下得以使用， 彻嫵& . 个便用叩貝的熱交換器或其他冷 部機制以應付可能的熱偏移。 由於轉子溫度首先取決 ffl 、y、徘轧/皿度及流逝之操作時間， 之溫度感測器（其係配置成監看來自抽取機制 之資輸出之信號監看轉子溫度。包含於此信號内 之貝#可隨時間而整合，從 宁叮a , 攸向'r决疋貫際轉子溫度。此決 疋可進-步藉由增壓器入口壓 強。可裎祉^ 里之額外使用而加以增 ㈣第二溫度感測器，其用於供應指示轉子之選 擇邛力的溫度之信號。接著可 算邏輯，以接供M·^ 度應用一適當之計 確估計。’、之選擇部分間的運行間隙之精 作為使用接收之信號以提供抽取機 間隙及/或轉子溫度之指示的替代方子間的 ψ ^ , 戈方案，控制構件可使用信 说本身之大小來調整針對馬達内電流的最大值。 由於在轉子與定子間存 接觸，較佳的係將至少_個（^^差的情況下更可能發生 。^ 而要為兩個或更多）第二溫度 感/則為疋位成靠近抽取機制 ，、則哭可m 取機制之入口喉部。該等第二溫度感 ㈣定位於抽取機制之定子的外部表面上，盆可 使或寻感測器之位置根據需要容易地加以變更。 II0422.doc 丄364495 :=浦入°壓力之測量(其可用於識別最可能發 ρέ 產生的入口塵力區域）可另外㈣料 隙。此間隙估計可藉由監看定 一步捭強，- 皿度之任何突然升高而進 -之摩曰〜=可能係由於間隙消失之第-次開始及該 :熱，從而靖子/定子接觸之開始。替代 或另外N况為，從外部安穿 用於偵測實際轉子/定早技:、 之額外振動感測器可 不得千/疋子接觸之開始。 一項具體實施例中，Μ1& 的單一栌制哭梧徂 曰由接收從溫度感測器輸出之信號 的旱控制咨提供控制構件 流之最大值。另—且體實…：口應而㈣馬達内電 輸出之作耗的裳令’藉由接收從溫度感測器 』出之“虎的第—控制器提供控制 輸出一命令倖脒廿1 丨j呆一控制益 由第-控制二 第二控制器以使用接收之信號藉 一第二方。：疋之一數量調整馬達内電流的最大值。 取系統[含二取::明提供控制抽取系統的方法，該抽 及用於向該馬達供應電源之 < 馬達以 以下步驟：針對〜J 動“’該方法包含 收指示來自亨_ 電流及頻率設定最大值，接 該定子的冑制之排氣的該溫度以及該抽取機制之 ^ '现又之資料’以及使用該等接收之資料以^兮 抽取系統之操 寸伐叹之貝枓u在s玄 與本發明的二㈣該等最大值之至少一項。 發明之方J _彳目關之上㈣料同樣可應用於本 t方去靦點，反之亦然。 【貫施方式】 圊1說明—直* —抽取系統’其用於抽空一封裝10，例如負 110422.doc 1364495 載鎖疋至或其他較大室。系統包含與初步幫浦】*串聯連接 之增塵幫'浦j 2。增壓餐浦12且古Μ丄 塋絮南/、有糟由抽空通道18(較佳的係 :導管!8之形式)連接至封裝1〇的出口2〇之入口】卜藉由導 管24將增塵幫浦12之排氣裝置22連接至初步幫心之入口 26。初步幫浦U具有排氣裝置28，其向大氣排出從封裝】〇 抽取之氣體。 雖然所說明之抽取系統包括單—增塵幫浦及單一初步幫 浦，根據封裝之抽取要求’可提供任何數目之增壓幫浦。 若提供複數個增堡幫浦，則將其並聯連接，以便各增屡幫 浦可曝露於相同操作條件m較高數目之增壓幫浦， 可並聯地提供兩個或更多初 初少幫浦。另外，可根據需 第一列增壓幫浦與初步幫浦 ^ 7東庸之間楗供以相同方式並聯連 的一額外列或多列增壓幫浦。 取滅增壓幫浦12包含藉由可變速度馬達32驅動的抽 壓幫浦通常包括基本上為乾式（或無油）之抽取 宜評驅動“包括相同組件，例如軸承及傳動齒輪， ”用於驅動需要潤滑方可有效的抽取機制3〇 範例包括Roots、N(mh ^ 幫'南之 „ /5,ν , (飞爪」）及螺旋幫浦。併入Roots 及/或N〇nhey機制之乾式幫浦 用各拙敌~ m 南、吊為^級正位移幫浦，其使 =㈣U的交叉式轉子。將轉子定位於 在各室内可具有相同類型 /、 P或㈣可隨室而變化。 初步幫滷】4可具有與增塵幫 的妯&地在丨 仰以 取機制或不同 幫浦、N〇_ey、或「爪幫、索十為轉葉資浦、旋轉活塞 ]次爪」幫浦或螺旋幫浦。 lKM22.doc· 1364495 增壓幫浦12之馬達32可為用於驅動增壓幫浦12之抽取機 制30的任何適當馬達。較佳具體實施例中，馬達32包含非 同步交流馬連1於驅動馬達32之控制系統包含用於接收 藉由電源38供應較流電源並將接收之交流電源轉換為用 於馬達32的電源供應之變頻驅動單元36。 驅動單元36包含反相器40及反相器控制器^。眾所周 知’反相器40包含-整流器電流，其用於將交流電源從電 鲁源38轉換至脈衝直流電源，一中間直流電路，其用於將脈 衝直流電源過滤成直流電源，以及一反相器電路，其用於 將直電源轉換為用於驅動馬達3 2之交流電源。 反相器控制器42控制反相器40之操作，以便電源具有期 望振幅及頻率。反相器控制器42根據抽取系統之操作狀態 調整電源之振幅及頻率。當從反相器4〇輸出之電源的頻； 改變時，馬達32之旋轉速度根據頻率變化而改變。因此驅 動單元36能夠在封裝1〇之抽空期間改變增壓幫浦12之速 • 度’以最佳化增壓幫浦！2之性能。 反相器控制器42設定用於驅動單元36之兩個或更多操作 限制的值’特^言之係供應至馬達32(fmax)之電源的最大頻 率以及可供應至馬達32(Imax)的最大電流，如上所述’工 值通常係設定為其適用於馬達32之連續額定值，就是說" 可.不確定地操作馬達而不會到達過載條件的功率。對供應 至馬達之電源設定最大值具有限制可用於抽取機制3〇:= 效轉矩的效應。此依次會限制橫跨增壓幫浦12之差壓，… 而限制增壓幫浦12内產生的熱之數量， < '0422^0, 1364495 反相器㈣H42«看供應至馬達32的電流。供應至馬 達32的f流取決㈣由驅動單元％供應至馬達训交流電 源之頻率及振^值4供應至馬達32之電流超過的情況 下，反相器控制器42控制反相器4〇以減小供應至馬達以 電源的頻率’從而減小低於W之電流以及增壓幫浦12之速 度。 如上所述，反相器控制器42預設用於之值，立 適用於馬達32之連續額定值，即不確^地操作馬達而不會 到達過載條件的功率。為防止抽取機制3〇之轉子的過熱， 其可導致抽取機制3〇之轉子與定子間的碰撞，反相器控制 器42係配置成用以在抽取系統1〇之使用期間調整、值。藉 由在增壓幫浦12之操作期間減小值，使反相器40迅速減 小供應至馬達32之電源的頻率。此依次導致轉子之旋轉速 度降低’從而減小橫跨抽取機制3G之差壓。隨著差壓減小， 來自抽取機制之排氣内產生的壓縮熱亦減小，此依次會減 小轉子溫度1而減小轉子與定子間之碰撞的危險。根據 情況，此外還適合減小fmax。

圖3說明感測器之配置的一第一範例，其用於監看抽取系 統10之-或多個操作狀態並向控制器43提供用於調整工 值的指示操作狀態之信號。該配置包含_第—溫度感測: 44’其用於監看來自拙取機制3〇之排氣的溫度。此配置中， 透過增壓幫浦12之排氣凸緣將感測器44水平地插入幫浦" 之熱氣流排氣。感測器44向控制器43輸出指示排氣之溫声 的信號。控制器43隨時間整合接收之信號，以提供抽U 110422.doc 1364495 制32之轉子溫度的指示。 胃配置進一#包含至少一個（圖3中顯示兩個，儘管可提 供任何適當數目）黏著於抽取機制3〇之定子的外部表面上 之第一 ’皿度感測器46。由於在定子之較冷入口喉部周圍的 區域内取可能發生轉子與定子間的接觸，第二溫度感測器 46係黏著於㈣域周圍’以便向控制器43輸出指示位於此 區域之定子的溫度之信號。 使用從第一及第二溫度感測器44、46接收之信號，可藉 由控制益43決疋抽取機制32之轉子與定子間之當前間隙的 精確估计。根據此間隙值，可藉由控制器43命令反相器控 制器42’以在㈣幫浦〗2之操作關減小u，從而減小 抽取機制3G之轉子的加熱，並防止定子與轉子間的碰撞。 另外’根據此間隙值’亦可藉由反相器控制器42命令控制 器43，以在㈣幫浦12之操作期間減小^值，從而減小抽 取機制30之轉子的加熱，並防止定子與轉子間的碰撞。 增壓幫浦入口壓力之測量可用於識別最可能發生過度與 壓器熱產生的入口壓力區域。有#於此，如圖3所示，感測 益配置可包括塵力感測器48,其係配置成監看位於抽取機 制30之入口的氣體壓力。 此間隙估計可藉由針對溫度之任何突然升高監看從第二 器46接收之信號而進一步修改，該升高可能係由 H为失之第—次開始及該接觸點之摩擦局部加孰。 者’如圖4所說明，可修改感測㈣置，以+ 之入口喉部的外部表面上之振動感測器5〇,從而伯測轉子/ H0422.doc 13 1^04495 定子接觸之開始。 在圖3及4所說明之範例巾 祀例中’反相器控制器42及控制器43

一起提供一控制構件52，甘M A ，、用於針對該馬達内之電流及頻 率設定最大值，接收指干也& # 1 /、朿自该抽取機制之排氣的溫度以 及該抽取機制之^子溫度的資料，以及使用該等接收之資 料以在抽取系統之操作期間調整該等最大值之至少一項。 在圖5所„兒明之範例中，將自感測器、μ、48輸出之信號 直接饋送至反相器控制器42，其根據藉由該等感測器^看 之參數調整該等最大值之至少一項。此可提供用於調整該 等最大值之一簡化控制構件。 【圖式簡單說明】 現在將參考附圖來說明本發明之較佳特徵，其中 圖1示意性地說明用於抽空一封裝之一抽取系統的一範 例； 圖2示意性地6兒明用於驅動圖1之抽取系統之增壓幫浦的 φ 馬達之驅動系統的範例； 圖3說明用於監看並控制圖1之抽取系統的各種狀態之配 置的第一範例； 圖4說明用於監看圖1之抽取系統的各種狀態之配置的第 二範例；以及 圖5 s兒明用於監看並控制圖1之抽取系統的各種操作狀熊 之配置的第三範例。 【主要元件符號說明】 10 封裝 H0422.doc 14 121364495 14 16 18 20 22 24 26 30 32 36 38 40 42 43 44 46 48 50 52 增壓幫浦 初步幫浦 入口 抽空通道/導管 出口 排氣裝置 導管 入口 抽取機制 馬達 變頻驅動單元 電源 構件/反相器 控制構件/反相器控制器 控制器 構件/第一溫度感測器 構件/第二溫度感測器 壓力感測器 振動感測器 控制構件

Il0422.doc -15

Claims (1)

1364495 、申清專利範圍： 一種抽取车鉼，並 嗲抽媲Ά 3 #取機制；_馬達，其用於驅動 。玄抽取機制；構件，| ^ ,« ^ ^ "於向遠馬達供應一變頻之電源； 控制構件，其用於針 ,,. f。玄馬達内之一電流及頻率設定最 大值；以及構件，苴用於A —〜 ^ /、用於向该控制構件供應指示來自該 抽取機制之排氣的該、、θ庠 咖·度以及该抽取機制之該定子的一 溫度^料’其中該控制構件係配置成用以使用該等接 資料以在Θ抽取系統之操作期間調整該等最大值之 至少一項》 2. 月长項1之β'統，其中該控制構件係配置成用以在該抽 取系統之#作期間調整藉由該驅動才冓件供應至該馬達之 該電源的振幅及頻率。 3. 如請求項1之系統，其中該資料供應構件包含一第一溫度 感測器’其用於供應指示來自該抽取機制之排氣的該溫 度之一信號，以及一第二溫度感測器，其用於供應指示 該定子之一選定部分的該溫度之一信號。 4. 如請求項3之系統，其中將該第一溫度感測器定位成靠近 該抽取機制之一排氣裝置。 5. 如請求項3之系統，其中該控制構件係配置成用以至少根 據從該第一溫度感測器接收之該信號隨時間的變更調整 該等最大值之至少一項。 6. 如請求項3之系統’其中將該第二溫度感測器定位於該抽 取機制的該定子之外部表面上。 7. 如請求項6之系統，其中將該第二溫度感測器定位成靠近 H0422.doc 該抽取機制之一入口。 8.如6青求項3之系統，其中該控制構件係配置成用以至少根 據k该第二溫度感測器接收之該信號隨時間的該變更調 整該等最大值之至少一項。 如β求項3之系統’其包含複數個該等第二溫度感測器， 各第一溫度感測器係定位於該抽取機制的該定子之該外 部表面上的不同位置處。 1 〇·如吻求項3之系統，其中一振動感測器係配置成用以供應 才曰不4抽取機制之振動的一信號，且其中該控制構件係 配置成用以使用從該振動感測器接收之該信號以調整至 少一項該等最大值。 2 °月求項J之系統，其中該控制構件係配置成用以依據該 等監看之溫度間的—預定關係調整該等最大值之至少— 項。 °月求項]之系統’其包含—壓力感測器，該壓力感測器 1 士、應扣不進入泫抽取機制之氣體之壓力的一信號， 且其中該控制構件係配置成用以使用從該壓力感測器接 收之該信號以調整該等最大值之至少一項。 月求項]之糸統，其中該控制構件包含用於設定該等最 2之H制器’以及用於接收該等資料並指示該 一控制器以作出回應而調整該等最大值之至少一項的 一第二控制器。 14. 種控制一抽取系統之方法 制、用於驅動該抽取機制之 ，該抽取系統包含一抽取機 一馬達以及用於向該馬達供 I!0422.doc 1364495 應電源之一變頻驅動單元，該方法包令 6 M F步驟：針對 該馬達内之一電流及頻率設定最大值， ,,^ 设收私不來自該 抽取機制之排氣的該溫度以及該抽取播 y嗎刺之該定子的一 溫度之資料，以及使用該等接收之資 卄μ在该抽取系統 之細作期間調整該等最大值之至少一項。 1 5.如請求項】4之方法，其中在該抽 死之刼作期間調整 供愿至該馬達之一電源的該振幅及頻率。 16·:請求項15之方法’其中根據指示來自該抽取機制之排 “該溫度以及該定子之-選^部分的該溫度之已接收 ^ 5虎調整該等最大值之至少一項。 請求項之方法，其中根據指示來自該抽取機制之排 ㈣心度之該信號隨時間的該變更調整該等最大值之 至少—項。 I月，項1 6之方法，其中從位於該抽取機制的該定子之 。玄外部表面上的—感測器獲得指示該定子之該溫度的該 信號。 〗9·::月求項]8之方法，其中至少根據從該感測器接收之該 k號隨時間的該變更調整該等最大值之至少一項。 2 0 ·如請求項14 $古^ , 八^ 方法’其中在該抽取系統之使用期間使用 曰丁忒抽取機制之振動的—信號調整該等最大值之至少 一項。 2 ].如請求項】4 體的該壓力 之方法’其中使用指示進入該抽取系統之氣 之—信號調整該等最大值之至少一項。 il0422.doc