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WO2018010970A1 - Procédé de descente en pression dans un sas de chargement et de déchargement et groupe de pompage associé - Google Patents

Procédé de descente en pression dans un sas de chargement et de déchargement et groupe de pompage associé Download PDF

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WO2018010970A1
WO2018010970A1 PCT/EP2017/066178 EP2017066178W WO2018010970A1 WO 2018010970 A1 WO2018010970 A1 WO 2018010970A1 EP 2017066178 W EP2017066178 W EP 2017066178W WO 2018010970 A1 WO2018010970 A1 WO 2018010970A1
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WO
WIPO (PCT)
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vacuum pump
secondary vacuum
pressure
primary
pumping unit
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2017/066178
Other languages
English (en)
Inventor
Eric MANDALLAZ
Christophe SANTI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pfeiffer Vacuum SAS
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum SAS filed Critical Pfeiffer Vacuum SAS
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Priority to EP17735085.7A priority patent/EP3485168B1/fr
Priority to KR1020197003693A priority patent/KR102404612B1/ko
Publication of WO2018010970A1 publication Critical patent/WO2018010970A1/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F04C25/00—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids
    • F04C25/02—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids for producing high vacuum
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    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
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    • F04C2270/205—Controlled or regulated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/12—Kind or type gaseous, i.e. compressible

Definitions

  • the present invention relates to a method of descent pressure in a lock of loading and unloading (or "load-lock" in English) of a substrate, such as a flat panel display ("or flat panel display” in English) or a photovoltaic substrate, from atmospheric pressure to a low pressure for loading and unloading the substrate into a treatment chamber maintained at low pressure.
  • the present invention also relates to an associated pumping unit for implementing said pressure-lowering method.
  • an important step is to treat a substrate under controlled atmosphere at very low pressure in a process chamber.
  • the atmosphere surrounding the substrate is first lowered at low pressure by a loading lock and unloading communicating with the process chamber.
  • the airlock comprises a sealed chamber, a first door communicates the interior of the chamber with an atmospheric pressure zone, such as a clean room, for loading at least one substrate.
  • the chamber of the lock chamber is connected to a pumping unit enabling the pressure in the chamber to be lowered until a suitable low pressure is obtained similar to that prevailing in the process chamber so that the substrate can be transferred to the process chamber.
  • the airlock further includes a second door for unloading the substrate into the process chamber after being evacuated. This same airlock is generally also used for the rise in pressure of the substrate at the end of its treatment, and its discharge at atmospheric pressure.
  • each loading or unloading of substrates requires to lower and then back up alternately the pressure in the enclosure of the lock, which involves the frequent intervention of the pumping unit.
  • the establishment of the vacuum in the chamber of the lock is not instantaneous and that this is a limit to the overall speed of the manufacturing process. This limit is even more sensitive when the substrates are large.
  • the chamber of the chamber necessarily having the appropriate volume to contain one or more flat screens.
  • the airlock enclosures used for the manufacture of flat screens have large volumes, generally of the order of 500 to 1000 liters, and sometimes exceeding 5000 liters, which must therefore be pumped as quickly as possible.
  • particularly powerful pumping units are used, in particular to ensure the pumping at the opening of the airlock, when the pressure in the chamber is at atmospheric pressure.
  • the pumping unit comprises one or more primary vacuum pumps and a secondary vacuum pump, such as a Roots single-stage vacuum pump.
  • the secondary vacuum pump is arranged upstream of the primary pump in the direction of flow of the gases to be pumped. Its main purpose is to "boost" the overall pumping speed of the low pressure pumping unit.
  • the flow rate generated by the secondary vacuum pump can be of the order of five times the flow rate generated by the primary pump. Because of the strong gas flow at the opening of the airlock, a significant pressure is generated at the discharge of the secondary vacuum pump, up to 4 bar (or 3 bar). This high overpressure causes a very high consumption of the secondary vacuum pump and a clogging at the suction of the primary vacuum pump, constituting a risk of malfunction for both the primary vacuum pump and the secondary vacuum pump.
  • a known solution consists of arranging a pipe connecting the inlet of the primary vacuum pump to the inlet of the secondary vacuum pump.
  • the pipe is equipped with a recirculation valve (or "bypass" in English), calibrated to open when the pressure difference between the suction and discharge of the secondary vacuum pump becomes too high, usually tared for s open for a maximum pressure difference between 50 and 80 mbar.
  • the recirculation valve opens at the beginning of the descent in pressure, to circulate the surplus of the gas flow of the discharge to the suction of the secondary vacuum pump.
  • the recirculation valve closes.
  • the pressure drop is only ensured by the primary vacuum pump, the role of the secondary vacuum pump is then only to participate in the "recirculation" of the gas flow.
  • the recirculation valve thus makes it possible to protect the primary vacuum pump by diverting the surplus gas flow.
  • This recirculation also makes it possible to thermally protect the secondary vacuum pump by preventing its discharge pressure from becoming too great.
  • a pressure in the airlock generally of the order of 200 mbar.
  • This device of the state of the art may, however, have certain disadvantages.
  • the initial overall pumping speed of the pumping unit is low because pumping is only performed by the primary vacuum pump.
  • the recirculation valve operates in a pulsating manner, opening and closing cyclically very quickly, in particular because of the cyclical pump principle of the volumetric secondary vacuum pump. From this may result risks of premature mechanical wear of the recirculation valve and therefore the risk of leakage. Also, the pulsating operation of the recirculation valve may cause unwanted noise.
  • the gases flowing in the recirculation valve pipe are hot, due to the compression of the secondary vacuum pump. These recycled hot gases can also contribute to the heating of the secondary vacuum pump.
  • One of the aims of the present invention is therefore to propose a pressure descent method in a loading and unloading chamber and an associated pumping unit which at least partially solve the problems of the state of the art, in particular by allowing to increase the pumping speed at the start of the pressure drop while reducing the power consumed by the secondary vacuum pump.
  • Another object of the present invention is to protect the primary vacuum pump and the secondary vacuum pump from the risk of damage due to excess gas flow at the opening of the air pressure chamber.
  • Another object of the present invention is to limit the risks of wear of the recirculation valve and the heating of the secondary vacuum pump by the "recycled" hot gases.
  • the subject of the invention is a method of descent in pressure in a chamber for loading and unloading a substrate at atmospheric pressure by a pumping unit comprising a primary vacuum pump and a secondary vacuum pump arranged in upstream of said primary vacuum pump in the direction of flow of the gases to be pumped, characterized in that during the descent in pressure and until the pressure in the loading chamber and unloading reaches a threshold of predefined low pressure, the rotation speed of the secondary vacuum pump is controlled according to an operation parameter of the secondary vacuum pump to increase the flow rate generated by the secondary vacuum pump so that the flow rate generated by the pump secondary vacuum is included in a range whose high value corresponds to six times the flow generated by the primary vacuum pump and the low value to 1, 3 times the flow generated by the primary vacuum pump.
  • the operating parameter of the secondary vacuum pump is a motor parameter of the secondary vacuum pump
  • the speed of rotation of the secondary vacuum pump is started as a function of an operation parameter of the secondary vacuum pump when it is detected that the value of an operation parameter of the secondary vacuum pump exceeds one predefined launch threshold for a first predefined duration
  • the rotation speed of the secondary vacuum pump is checked at a speed of reduced fixed rotation.
  • the invention also relates to a pumping unit comprising a primary vacuum pump and a secondary vacuum pump, said secondary vacuum pump being arranged upstream of said primary vacuum pump in the direction of flow of the gases to be pumped and having a frequency converter, characterized in that the secondary vacuum pump comprises a control unit connected to the frequency converter, configured to control the rotational speed of the secondary vacuum pump as a function of a signal representative of a parameter of operation of the secondary vacuum pump, so that during the descent in pressure and until the pressure in the loading and unloading chamber reaches a preset low pressure threshold, the flow rate generated by the pump the secondary vacuum is increased and included in a range whose high value corresponds to six times the flow generated by the primary vacuum pump and the value b 1, 3 times the flow it is generated by the primary vacuum pump.
  • the primary vacuum pump comprises a load shedding module of a pumping stage.
  • the signal representative of an operating parameter of the secondary vacuum pump is for example a parameter of the motor of the secondary vacuum pump, such as the current or the power.
  • the pumping unit comprises a recirculation pipe connecting the inlet of the primary vacuum pump to the inlet of the secondary vacuum pump, the recirculation pipe comprising a discharge module configured to open. as soon as the suction pressure of the primary vacuum pump exceeds the suction pressure of the secondary vacuum pump by a preset overshoot value of between 100 and 400 mbar.
  • the secondary vacuum pump is for example a vacuum pump type ROOTS.
  • the ratio of the flow rates generated between the primary vacuum pump and the secondary vacuum pump is adapted to be optimal. More specifically, a flow rate generated by the secondary vacuum pump is maintained for the strong initial gas flow, that is to say less than six times the flow rate generated by the primary vacuum pump. Simultaneously, an optimized generated flow rate is maintained for the primary vacuum pump, that is to say greater than 1.3 times the flow rate generated by the primary vacuum pump to ensure at the earliest possible compression of the gases.
  • the pressure difference between the suction and the discharge of the secondary vacuum pump then remains below a value between 150 and 300 mbar.
  • the pipe and the recirculation valve of the device of the prior art calibrated to open for a differential pressure of the secondary vacuum pump of between 50 and 80 mbar, can then be eliminated.
  • the pumping unit may however comprise a discharge module configured to open as soon as the pressure difference between the suction and the discharge of the secondary vacuum pump exceeds a higher value, between 100 and 400 mbar. , depending on the value of the flow ratio that is selected and according to the mechanical safety settings, to protect the vacuum pumps including the time that the speed control is effective.
  • the secondary vacuum pump As soon as the rotation speed of the secondary vacuum pump is controlled, the secondary vacuum pump is no longer "short-circuited", as it was above a pressure of 200mbar in the airlock of the airlock. state of the art, but it is used as if it were the real first pumping stage of the primary vacuum pump.
  • the operating characteristics of the secondary vacuum pump are thus adapted to the capacities of the primary vacuum pump so that the Secondary vacuum pump can be effective almost at atmospheric pressure. This results in a significant decrease in the power consumed as well as an increase in the overall pumping speed of the pumping unit at the beginning of the pressure drop, and therefore a reduction in the pressure drop time in the airlock.
  • the pumping speed increases by 20 to 50%, compared to the pumping speed of the devices of the prior art.
  • the overall pressure drop time in the enclosure of a 500-liter airlock between a pressure close to 1000 mbar and a transfer pressure of the order of 0.1 mbar increases from 25 to 20 seconds, ie a reduction of around 20%.
  • the discharge module opens at a higher pressure than the recirculation valve of the state of the art and then the flow ratio between the primary and secondary vacuum pumps is optimized, the The discharge pressure of the secondary vacuum pump decreases rapidly, so that the discharge module is only very shortly open. Being little solicited, the discharge module wears less quickly and is less noisy. In addition, little gas circulates in the recirculation line, which prevents the secondary vacuum pump from overheating by hot compressed gases.
  • FIG. 1 represents a schematic view of a pumping unit according to the invention
  • FIG. 2 is a graph illustrating a pressure drop in a loading and unloading chamber connected to the pumping unit of FIG. 1, with the abscissa being the pressure in the chamber of the airlock (in mbar), on the ordinate right: the rotation frequency of the secondary vacuum pump (in Hz) and on the left ordinate: the power consumed by the secondary vacuum pump (in kW),
  • Figure 3 is a graph similar to Figure 2 with on the right ordinate: the ratio of the generated flow rate of the secondary vacuum pump to the generated flow rate of the primary vacuum pump, and
  • FIG. 4 is a graph illustrating the pumping speeds (in m 3 / h) of a primary vacuum pump alone, the pumping unit according to the invention and a pumping device of the state of the art, during a pressure drop as a function of the pressure in the chamber of the loading and unloading chamber (in mbar).
  • atmospheric pressure is defined as the surrounding pressure outside the loading and unloading chamber of the substrate, such as the pressure prevailing in a room in which the clean room operators operate, that is to say a pressure of the order of 10 5 Pascal (1000 mbar) or slightly higher to favor the direction of flow to the outside of the enclosure.
  • the volume corresponding to the volume driven by the rotors of the vacuum pump multiplied by the number of minute revolutions is defined by "generated flow rate" (or generated volume).
  • FIG. 1 shows an example of a pumping unit 1 intended to be connected to a loading and unloading chamber enclosure (or "load lock” in English) via an isolation valve (not shown).
  • the airlock for loading and unloading includes a sealed chamber, the first door of which communicates the interior of the chamber with a zone under atmospheric pressure, such as a clean room, for charging at least one large volume substrate, such as a flat panel display ("flat panel display” in English) or a photovoltaic substrate.
  • a sealed chamber the first door of which communicates the interior of the chamber with a zone under atmospheric pressure, such as a clean room, for charging at least one large volume substrate, such as a flat panel display ("flat panel display" in English) or a photovoltaic substrate.
  • Such locks have a volume generally between 500 and 5000 liters.
  • the airlock further comprises a second door for the unloading of the substrate in the process chamber after evacuation, and a device for introducing a neutral gas, in particular for the return to atmospheric pressure after treatment of the substrate.
  • the pumping unit 1 comprises a primary vacuum pump 2 and a secondary vacuum pump 3 arranged upstream of the primary vacuum pump 2 in the direction of flow of the gases to be pumped.
  • the primary vacuum pump 2 comprises for example a multi-stage dry vacuum pump with rotary lobes such as Roots type with two or three lobes (bi-lobes, tri-lobes). According to other embodiments not described, the primary vacuum pump comprises several pumps in series or in parallel. Furthermore, other conventional pumping principles can be used for the primary vacuum pump.
  • the primary vacuum pump 2 shown diagrammatically in FIG. 1 comprises, for example, five pumping stages T1, T2, T3, T4, T5 connected in series one after the other with a decreasing flow rate generated with the position of the stage. pumping in the series, and between which circulates a gas to be pumped between an intake inlet 4 and a discharge 5.
  • a rotary lobe vacuum pump “Roots” comprises two rotors of identical profiles, carried by two shafts extending in the pump stages Tl, T2, T3, T4, T5 and driven by a pump motor.
  • primary vacuum 2 (not shown) to rotate inside a stator in opposite directions.
  • the sucked gas is trapped in the free space between the rotors and the stator, then it is repressed.
  • the operation is carried out without any mechanical contact between the rotors and the stator of the primary vacuum pump 2, which allows the total absence of oil in the pump stages T1, T2, T3, T4, T5.
  • the first pump stage T1 of the primary vacuum pump 2 has a generated flow rate Sol of the order of 600 m 3 / h
  • the second pump stage T2 has a generated flow rate So2 of the order of 400 m 3 / h
  • the third pump stage T3 has a generated flow So3 of the order of 200m 3 / h
  • the two last pump stages T4 and T5 have a generated flow So4, So5 of the order of 100m 3 / h.
  • the flow rates generated vary according to the pressure range, these values correspond to the maximum values, constant pumping flow, with a rotation speed of the primary vacuum pump 2 in fixed operation and of the order of 65 Hz.
  • the primary vacuum pump 2 further comprises a nonreturn valve 6 at the outlet of the last pump stage T5, at the outlet 5, to prevent the return of the pumped gases into the primary vacuum pump 2.
  • the secondary vacuum pump 3 is, like the primary vacuum pump 2, a volumetric vacuum pump, that is to say a vacuum pump which, with the aid of pistons, rotors, vanes, valves, sucks, transfers and represses the gas to be pumped.
  • the secondary vacuum pump 3 is for example a single-stage vacuum pump (having only a single pumping stage), with rotors such as Roots type or a similar principle, such as Claw type.
  • the maximum generated flow rate SoR of the secondary vacuum pump 3 is, for example, of the order of 3000 m 3 / h at maximum rotation speed (ie around 70 Hz), in the optimum pressure range.
  • the secondary vacuum pump 3 comprises a motor 7, such as an asynchronous motor, a frequency converter 8 for driving the motor 7 driving the rotors and a control unit 9 connected to the frequency converter 8.
  • a motor 7 such as an asynchronous motor
  • a frequency converter 8 for driving the motor 7 driving the rotors
  • a control unit 9 connected to the frequency converter 8.
  • the control unit 9 is configured to control the speed of the rotation of the rotors of the secondary vacuum pump 3 according to a signal representative of an operating parameter of the secondary vacuum pump 3 to increase the flow rate generated so that the flow rate generated by the secondary vacuum pump SoR is included in a range whose high value corresponds to six times the flow rate generated by the primary vacuum pump So and the low value to, 3 times the flow rate generated by the primary vacuum pump So.
  • the preset low pressure threshold is for example 20 mbar. Below this, the rotational speed of the secondary vacuum pump 3 is controlled at its maximum value, that is to say 70 Hz in the present example.
  • the pressure difference between the suction and the discharge of the secondary vacuum pump then remains below a value between 150 and 300 mbar.
  • the signal representative of an operating parameter is, for example, the discharge pressure of the secondary vacuum pump PI or a parameter of the motor 7 of the secondary vacuum pump 3.
  • the parameter of the motor 7 of the secondary vacuum pump 3 may be the current, representative of the power consumed, or directly the power consumed. These signals can be received from the variable speed drive 8 connected to the motor 7.
  • the control of the secondary vacuum pump 3 is autonomous because it does not require any information from the airlock for loading and unloading, nor adding a pressure sensor to intake inlet 4 of the primary vacuum pump 2.
  • Controlling the speed of rotation of the rotors of the secondary vacuum pump 3 according to a signal representative of an operating parameter of the secondary vacuum pump 3 is a closed-loop control: when the discharge pressure PI or the motor current 7 or the power increases and that the generated flow approaches or exceeds the high value of the authorized range, the speed of rotation is slowed down, or even decreased.
  • the pumping unit 1 further comprises a pipe 10 connecting the inlet 4 of the primary vacuum pump 2 to the intake inlet 11 of the secondary vacuum pump 3.
  • the pipe 10 comprises a discharge module, such as a valve 12 or a valve controlled by the treatment unit 9, configured to open as soon as the pressure difference between the suction and the discharge of the secondary vacuum pump 3 exceeds a preset value of ⁇ , between 100 and 400 mbar, the ⁇ overflow value being defined according to the ratio of the flow rates generated and according to the mechanical safety settings.
  • a discharge module such as a valve 12 or a valve controlled by the treatment unit 9 configured to open as soon as the pressure difference between the suction and the discharge of the secondary vacuum pump 3 exceeds a preset value of ⁇ , between 100 and 400 mbar, the ⁇ overflow value being defined according to the ratio of the flow rates generated and according to the mechanical safety settings.
  • the pressure difference of the secondary vacuum pump 3 always remains lower than a pressure of the order of 250 mbar.
  • the discharge module is therefore configured to open as soon as the suction pressure of the primary vacuum pump PI exceeds the suction pressure of the secondary vacuum pump Pasp with a predetermined value of ⁇ , for example at 300 mbar. .
  • the primary vacuum pump 2 is designed to be able to absorb and transfer this strong gas stream with the power consumed the weakest possible.
  • the primary vacuum pump 2 comprises a load shedding module of a pumping stage.
  • the generated flow rate of the secondary vacuum pump SoR is adapted to correspond to the generated flow rate of the primary vacuum pump Sol, that is to say the flow generated by the first pump pump stage T1 of the pump With a primary vacuum 2, the second or the third pump stage T2, T3 can, in turn, limit the overall generated flow rate of the primary vacuum pump 2.
  • the primary vacuum pump 2 to be able to absorb pumping streams from time to time.
  • a pumping pressure PI limited to the opening pressure of the discharge module, that is to say 300 mbar
  • the load shedding module is connected to the output of a pumping stage low pressure, such as the second pump stage T2.
  • the load shedding module comprises for example a channel 13 connecting the output of the low pressure stage (T1 or T2) to the discharge 5 of the primary vacuum pump 2.
  • the channel 13 is provided with a valve 14.
  • the rotation speed of the secondary vacuum pump 3 is at a reduced fixed rotation speed, for example of the order of 30 Hz in order to limit the power consumption.
  • the airlock opens the isolation valve insulating the atmospheric pressure chamber of the pumping unit 1 (tl).
  • the secondary vacuum pump 3 compresses the excess gas from the enclosure, increasing the discharge pressure of the secondary vacuum pump PI and lowering the speed rotation (curve V in FIG. 2).
  • the discharge module of the pipe 10 opens, thus limiting the increase of the discharge pressure of the pump to the pump.
  • secondary vacuum PI The gas flow is absorbed by the first two pump stages T1, T2 of the primary vacuum pump 2, and is then discharged at the outlet of the second pump stage T2, to the discharge 5 of the primary vacuum pump 2 by the module. offloading.
  • the unit treatment 9 can start a pressure descent cycle.
  • the processing unit 9 controls the speed of rotation of the secondary vacuum pump 3 (curve V in FIG. 2) as a function of an operating parameter of the secondary vacuum pump 3, such as the power consumed by the motor 7, (curve P in FIGS. 3), to increase the flow rate generated by the secondary vacuum pump SoR so that the flow rate generated by the secondary vacuum pump SoR remains greater than 1.3 times the flow rate generated by the primary vacuum pump Sol and less than 4, 5 times the flow generated by the primary vacuum pump Sol in the example shown in Figure 3 (curve R).
  • the treatment unit 9 controls the increase in the speed of rotation (curve V in FIG. 2 between t1 and t2), causing the ratio of the flow rates generated from 1 to 3 to be increased to 5. 5.
  • the power consumption then stabilizes around 17kW ( Figure 3). This consumed power is due to maintaining an effective compression at the discharge of the secondary vacuum pump 3 and, mechanically and thermally acceptable, for the primary vacuum pump 2 and the secondary vacuum pump 3.
  • the ratio of the flow rate generated by the secondary vacuum pump SoR to the flow rate generated by the primary vacuum pump Sol remains between 1, 3 and 4, 5.
  • Maintaining the ratio of the flow rates generated below 4, 5 allows the flow generated by the secondary vacuum pump SoR to be admissible by the primary vacuum pump 2. This limits the overconsumption and the secondary vacuum pump 3 still ensures a compression.
  • the pressure difference between the suction and the discharge of the secondary vacuum pump 3 remains below a value of between 50 and 350 mbar.
  • the secondary vacuum pump 3 is no longer "short-circuited" as it was in a device of the state of the art.
  • FIG. 4 shows the pumping speeds during the descent in pressure in an airlock for a pumping group 1 (curve A), for a primary vacuum pump 2 alone (curve B). and for a device of the state of the art comprising a pump primary and secondary vacuum similar to those of the pumping group 1 according to the invention, but having a recirculation valve calibrated at 60 mbar and a rotational speed of the fixed secondary vacuum pump (curve C).
  • the secondary vacuum pump does not improve the overall pumping speed, the lowering pressure being solely provided by the primary vacuum pump.
  • the role of the secondary vacuum pump whose speed of rotation is controlled at a maximum fixed speed is then only to participate in the recirculation of the overconsumer gas flow (curves B and C between tl and ta).
  • the secondary vacuum pump 3 of the pumping unit 1 is used as if it were the real first pumping stage of the primary vacuum pump 2 thanks to the adapted ratio of the generated flow rates SoR and Sol.
  • the secondary vacuum pump 3 is therefore effective almost from atmospheric pressure (curve A in Figure 4 from tl).
  • the efficiency of the secondary vacuum pump of the device of the state of the art catches that of the secondary vacuum pump 3 of the pumping group 1 that around 5 mbar (tb).
  • the overall pumping speed increases by 40% compared to the device of the state of the art.
  • the discharge module since the discharge module is only slightly stressed, the discharge module wears less quickly and is less noisy. Similarly, little gas circulates in the recirculation pipe 10, which prevents the superheating of the secondary vacuum pump 3 by these previously hot compressed gases.
  • the setpoint of the rotation speed of the secondary vacuum pump 3 is set at its maximum value 70 Hz.
  • the discharge pressure of the secondary vacuum pump PI decreases, reducing the power consumed by the secondary vacuum pump (curve P of Figures 2 and 3).
  • the power consumed is of the order of 2 kW.
  • the pumping by the primary and secondary vacuum pumps 2, 3 can be carried out conventionally without adapting the rotation speed of the secondary vacuum pump 3 because the pumping flows and the power consumed are weak.

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Abstract

Procédé de descente en pression dans un sas de chargement et de déchargement d'un substrat à pression atmosphérique par un groupe de pompage (1) comportant une pompe à vide primaire (2) et une pompe à vide secondaire (3) agencée en amont de ladite pompe à vide primaire (2) dans le sens d'écoulement des gaz à pomper. Au cours de la descente en pression jusqu'à ce que la pression dans le sas de chargement et de déchargement atteigne un seuil de basse pression prédéfini, on contrôle la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire (3) en fonction d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire (3) pour augmenter le débit engendré par la pompe à vide secondaire (SoR) de sorte que le débit engendré par la pompe à vide secondaire (SoR) soit compris dans une plage dont la valeur haute correspond à six fois le débit engendré par la pompe à vide primaire (Sol) et la valeur basse à 1, 3 fois le débit engendré par la pompe à vide primaire (Sol). Groupe de pompage pour la mise en oeuvre dudit procédé de descente en pression.

Description

Procédé de descente en pression dans un sas de chargement et de déchargement et groupe de pompage associé
La présente invention concerne un procédé de descente en pression dans un sas de chargement et de déchargement (ou « load-lock » en anglais) d'un substrat, tel qu'un écran plat d'affichage (« ou flat panel display » en anglais) ou un substrat photovoltaïque, depuis une pression atmosphérique vers une basse pression pour le chargement et le déchargement du substrat dans une chambre de traitement maintenue à basse pression. La présente invention concerne également un groupe de pompage associé pour la mise en œuvre dudit procédé de descente en pression.
Dans certains procédés de fabrication, une étape importante consiste à traiter un substrat sous atmosphère contrôlée à très basse pression dans une chambre de procédés. Pour maintenir une cadence acceptable et pour éviter la présence de toute impureté et de toute pollution, l'atmosphère environnant le substrat est d'abord descendu à basse pression par un sas de chargement et de déchargement communiquant avec la chambre de procédés.
Pour cela, le sas comporte une enceinte étanche dont une première porte met en communication l'intérieur de l'enceinte avec une zone sous pression atmosphérique, telle qu'une salle blanche, pour le chargement d'au moins un substrat. L'enceinte du sas est raccordée à un groupe de pompage permettant de descendre la pression dans l'enceinte jusqu'à atteindre une basse pression appropriée similaire à celle régnant dans la chambre de procédés de manière à pouvoir transférer le substrat vers la chambre de procédés. Le sas comporte en outre une deuxième porte pour le déchargement du substrat dans la chambre de procédés après avoir été mis sous vide. Ce même sas est généralement également utilisé pour la remontée en pression du substrat à l'issue de son traitement, et son déchargement à pression atmosphérique.
On comprend cependant que chaque chargement ou déchargement de substrats nécessite de descendre puis de remonter alternativement la pression dans l'enceinte du sas, ce qui implique l'intervention fréquente du groupe de pompage. On comprend également que l'établissement du vide dans l'enceinte du sas n'est pas instantané et que cela constitue une limite à la vitesse globale du processus de fabrication. Cette limite est d'autant plus sensible lorsque les substrats sont de grande dimension. Tel est le cas notamment, pour la fabrication des écrans plats d'affichage ou de substrats photovoltaïques, l'enceinte du sas ayant nécessairement le volume approprié pour contenir un ou plusieurs écrans plats. Par exemple, actuellement, les enceintes des sas utilisées pour la fabrication des écrans plats ont des gros volumes, généralement de l'ordre de 500 à 1000 litres, et dépassant parfois 5000 litres, qu'il faut donc pomper le plus rapidement possible. On utilise pour cela des groupes de pompage particulièrement puissants, notamment pour assurer le pompage à l'ouverture du sas, lorsque la pression dans l'enceinte est à pression atmosphérique.
Généralement, le groupe de pompage comporte une ou plusieurs pompes à vide primaires et une pompe à vide secondaire, telle qu'une pompe à vide monoétagée de type Roots. La pompe à vide secondaire est agencée en amont de la pompe primaire dans le sens d'écoulement des gaz à pomper. Elle a pour principal but de « booster » la vitesse de pompage globale du groupe de pompage à basse pression.
Le débit engendré par la pompe à vide secondaire peut être de l'ordre de cinq fois le débit engendré par la pompe primaire. Du fait du fort flux gazeux à l'ouverture du sas, une importante pression est générée au refoulement de la pompe à vide secondaire, pouvant atteindre jusqu'à 4 bar (ou 3 bar relatifs). Cette forte surpression provoque une consommation très importante de la pompe à vide secondaire et un engorgement à l'aspiration de la pompe à vide primaire, constituant un risque de dysfonctionnement à la fois pour la pompe à vide primaire et pour la pompe à vide secondaire.
Pour éviter cela, une solution connue consiste à agencer une canalisation raccordant l'entrée de la pompe à vide primaire à l'entrée de la pompe à vide secondaire. La canalisation est équipée d'un clapet de recirculation (ou « bypass » en anglais), taré pour s'ouvrir lorsque la différence de pression entre l'aspiration et le refoulement de la pompe à vide secondaire devient trop importante, généralement taré pour s'ouvrir pour une différence de pression maximale comprise entre 50 et 80 mbar. Ainsi, le clapet de recirculation s'ouvre au début de la descente en pression, pour faire circuler le surplus du flux gazeux du refoulement vers l'aspiration de la pompe à vide secondaire. Puis, pour une différence de pression amont/ aval de la pompe à vide secondaire inférieure à 50 ou 80 mbar, le clapet de recirculation se ferme. A haute pression, la descente en pression est donc uniquement assurée par la pompe à vide primaire, le rôle de la pompe à vide secondaire n'est alors plus que de participer à la « recirculation » du flux gazeux.
Le clapet de recirculation permet ainsi de protéger la pompe à vide primaire en dérivant le surplus de flux gazeux. Cette recirculation permet également de protéger thermiquement la pompe à vide secondaire en évitant que sa pression de refoulement ne devienne trop importante.
La baisse de la pression dans le sas engendre ensuite la réduction de pression au refoulement de la pompe à vide secondaire et la fermeture du clapet de recirculation, permettant ainsi à la pompe à vide secondaire de commencer à comprimer les gaz à pomper à partir d'une pression dans le sas généralement de l'ordre de 200 mbar.
Ce dispositif de l'état de la technique peut cependant présenter certains inconvénients. Au démarrage de la descente en pression, la vitesse de pompage globale initiale du groupe de pompage est faible car le pompage est uniquement assuré par la pompe à vide primaire.
En outre, jusqu'à ce que la pression dans le sas atteigne quelques mbar, la puissance consommée par la pompe à vide secondaire est importante et perdue du fait de la recirculation du flux gazeux.
Un autre problème réside dans le fait que le clapet de recirculation fonctionne de manière pulsatoire, s'ouvrant et se refermant cycliquement très rapidement notamment du fait du principe de pompage cyclique de la pompe à vide secondaire volumétrique. De cela peuvent résulter des risques d'usure mécanique prématurée du clapet de recirculation et donc des risques de fuites. Egalement, le fonctionnement pulsatoire du clapet de recirculation peut être à l'origine de bruits parasites.
Par ailleurs, les gaz qui circulent dans la canalisation du clapet de recirculation sont chauds, du fait de la compression de la pompe à vide secondaire. Ces gaz chauds recyclés peuvent également contribuer au réchauffement de la pompe à vide secondaire.
Un des buts de la présente invention est donc de proposer un procédé de descente en pression dans un sas de chargement et de déchargement et un groupe de pompage associé qui résolvent au moins en partie les problèmes de l'état de la technique, en permettant notamment d'augmenter la vitesse de pompage au démarrage de la descente en pression tout en réduisant la puissance consommée par la pompe à vide secondaire.
Un autre but de la présente invention est de protéger la pompe à vide primaire et la pompe à vide secondaire des risques d'endommagement liés au surplus de flux gazeux à l'ouverture du sas à pression atmosphérique.
Un autre but de la présente invention est de limiter les risques d'usure du clapet de recirculation et le réchauffement de la pompe à vide secondaire par les gaz chauds « recyclés ».
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de descente en pression dans un sas de chargement et de déchargement d'un substrat à pression atmosphérique par un groupe de pompage comportant une pompe à vide primaire et une pompe à vide secondaire agencée en amont de ladite pompe à vide primaire dans le sens d'écoulement des gaz à pomper, caractérisé en ce qu'au cours de la descente en pression et jusqu'à ce que la pression dans le sas de chargement et de déchargement atteigne un seuil de basse pression prédéfini, on contrôle la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire en fonction d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire pour augmenter le débit engendré par la pompe à vide secondaire de sorte que le débit engendré par la pompe à vide secondaire soit compris dans une plage dont la valeur haute correspond à six fois le débit engendré par la pompe à vide primaire et la valeur basse à 1 , 3 fois le débit engendré par la pompe à vide primaire.
Selon une ou plusieurs caractéristiques du procédé de descente en pression, prise seule ou en combinaison,
le paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire est un paramètre du moteur de la pompe à vide secondaire,
on commence à contrôler la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire en fonction d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire lorsque l'on détecte que la valeur d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire dépasse un seuil de lancement prédéfini pendant une première durée prédéfinie,
si la valeur d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire est supérieure à un seuil de sécurité prédéfini au-delà d'une deuxième durée prédéterminée, on force la diminution de la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire,
si la valeur d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire est inférieure à un seuil d'attente prédéfini au-delà d'une troisième durée prédéterminée, on contrôle la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire à une vitesse de rotation fixe réduite.
L'invention a aussi pour objet un groupe de pompage comportant une pompe à vide primaire et une pompe à vide secondaire, ladite pompe à vide secondaire étant agencée en amont de ladite pompe à vide primaire dans le sens d'écoulement des gaz à pomper et comportant un variateur de fréquence, caractérisé en ce que la pompe à vide secondaire comporte une unité de contrôle reliée au variateur de fréquence, configuré pour contrôler la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire en fonction d'un signal représentatif d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire, de sorte qu'au cours de la descente en pression et jusqu'à ce que la pression dans le sas de chargement et de déchargement atteigne un seuil de basse pression prédéfini, le débit engendré par la pompe à vide secondaire soit augmenté et compris dans une plage dont la valeur haute correspond à six fois le débit engendré par la pompe à vide primaire et la valeur b 1 ,3 fois le débit engendré par la pompe à vide primaire.
Selon un exemple de réalisation particulier, la pompe à vide primaire comporte un module de délestage d'un étage de pompage. Le signal représentatif d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire est par exemple un paramètre du moteur de la pompe à vide secondaire, tel que le courant ou la puissance.
Selon un exemple de réalisation, le groupe de pompage comporte une canalisation de recirculation raccordant l'entrée de la pompe à vide primaire à l'entrée de la pompe à vide secondaire, la canalisation de recirculation comportant un module de décharge configuré pour s'ouvrir dès que la pression d'aspiration de la pompe à vide primaire dépasse la pression d'aspiration de la pompe à vide secondaire d'une valeur de dépassement prédéfinie comprise entre 100 et 400 mbar.
La pompe à vide secondaire est par exemple une pompe à vide de type ROOTS.
En maintenant le débit engendré par la pompe à vide secondaire supérieur à 1, 3 fois le débit engendré par la pompe à vide primaire et inférieur à six fois le débit engendré par la pompe à vide primaire au cours de la descente en pression et jusqu'à ce que la pression dans le sas de chargement et de déchargement atteigne un seuil de basse pression prédéfini, on adapte le rapport des débits engendrés entre la pompe à vide primaire et la pompe à vide secondaire pour qu'il soit optimal. Plus précisément, on maintient un débit engendré par la pompe à vide secondaire admissible pour le fort flux gazeux initial, c'est-à-dire inférieur à six fois le débit engendré par la pompe à vide primaire. Simultanément, on maintient un débit engendré optimisé pour la pompe à vide primaire, c'est-à- dire supérieur à 1, 3 fois le débit engendré par la pompe à vide primaire pour assurer au plus tôt, une compression des gaz.
La différence de pression entre l'aspiration et le refoulement de la pompe à vide secondaire reste alors inférieure à une valeur comprise entre 150 et 300 mbar. La canalisation et le clapet de recirculation du dispositif de l'art antérieur, taré pour s'ouvrir pour un différentiel de pression de la pompe à vide secondaire compris entre 50 et 80 mbar, peuvent alors être supprimés. Par sécurité, le groupe de pompage peut toutefois comporter un module de décharge configuré pour s'ouvrir dès que la différence de pression entre l'aspiration et le refoulement de la pompe à vide secondaire dépasse une valeur plus élevée, comprise entre 100 et 400 mbar, selon la valeur du rapport des débits qui est retenue et selon les réglages de sécurité mécanique, permettant de protéger les pompes à vide notamment le temps que le contrôle de vitesse soit effectif.
Dès que la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire est contrôlée, la pompe à vide secondaire n'est plus « court-circuitée », comme elle l'était au-dessus d'une pression de 200mbar dans le sas de l'état de la technique, mais elle est utilisée comme si elle était le véritable premier étage de pompage de la pompe à vide primaire. Les caractéristiques de fonctionnement de la pompe à vide secondaire sont ainsi adaptées aux capacités de la pompe à vide primaire de sorte que la pompe à vide secondaire peut être efficace quasiment dès la pression atmosphérique. De cela résulte une baisse importante de la puissance consommée ainsi qu'une augmentation de la vitesse de pompage globale du groupe de pompage au début de la descente en pression, et donc, une réduction du temps de descente en pression dans le sas. Par exemple, dans la gamme de pression allant de 1000 mbar à 20mbar, la vitesse de pompage augmente de 20 à 50%, comparée à la vitesse de pompage des dispositifs de l'art antérieur. De même, le temps global de descente en pression dans l'enceinte d'un sas de 500 litres entre une pression voisine de 1000 mbar à une pression de transfert de l'ordre de 0,1 mbar passe de 25 à 20 secondes, soit une réduction de l'ordre de 20%.
En outre, étant donné que le module de décharge s'ouvre à une pression plus haute que le clapet de recirculation de l'état de la technique et qu'ensuite le rapport des débits entre les pompes à vide primaire et secondaire est optimisé, la pression de refoulement de la pompe à vide secondaire diminue rapidement de sorte que le module de décharge n'est que très peu de temps ouvert. Etant peu sollicité, le module de décharge s'use moins vite et est moins bruyant. En outre, peu de gaz circule dans la canalisation de recirculation, ce qui évite la surchauffe de la pompe à vide secondaire par les gaz comprimés chauds.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels:
la figure 1 représente une vue schématique d'un groupe de pompage selon l'invention,
la figure 2 est un graphique illustrant une descente en pression dans un sas de chargement et de déchargement raccordé au groupe de pompage de la figure 1 , avec en abscisse : la pression dans l'enceinte du sas (en mbar), sur l'ordonnée de droite : la fréquence de rotation de la pompe à vide secondaire (en Hz) et sur l'ordonnée de gauche : la puissance consommée par la pompe à vide secondaire (en kW), la figure 3 est un graphique analogue à la figure 2 avec sur l'ordonnée de droite : le rapport du débit engendré de la pompe à vide secondaire sur le débit engendré de la pompe à vide primaire, et
la figure 4 est un graphique illustrant les vitesses de pompage (en m3/h) d'une pompe à vide primaire seule, du groupe de pompage selon l'invention et d'un dispositif de pompage de l'état de la technique, au cours d'une descente en pression en fonction de la pression dans l'enceinte du sas de chargement et de déchargement (en mbar).
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. On définit par « pression atmosphérique », la pression environnante à l'extérieur du sas de chargement et de déchargement du substrat, telle que la pression régnant dans une salle dans laquelle évoluent les opérateurs de salle blanche, c'est-à-dire une pression de l'ordre de 105 Pascal (1000 mbar) ou légèrement supérieure pour privilégier le sens du flux vers l'extérieur de l'enceinte.
On définit par « débit engendré » (ou volume engendré), la cylindrée correspondante au volume entraîné par les rotors de la pompe à vide multipliée par le nombre de tours minute.
La figure 1 représente un exemple de groupe de pompage 1 destiné à être raccordé à une enceinte de sas de chargement et de déchargement (ou « load lock » en anglais) via une vanne d'isolation (non représentée).
De façon connue en soi, le sas de chargement et de déchargement comporte une enceinte étanche dont une première porte met en communication l'intérieur de l'enceinte avec une zone sous pression atmosphérique, telle qu'une salle blanche, pour le chargement d'au moins un substrat de grand volume, tel qu'un écran plat d'affichage (« flat panel display » en anglais) ou un substrat photovoltaïque. De tels sas présentent un volume généralement compris entre 500 et 5000 litres.
Le sas comporte en outre une deuxième porte pour le déchargement du substrat dans la chambre de procédés après mise sous vide, ainsi qu'un dispositif d'introduction d'un gaz neutre, notamment pour le retour à la pression atmosphérique après traitement du substrat.
Le groupe de pompage 1 comporte une pompe à vide primaire 2 et une pompe à vide secondaire 3 agencée en amont de la pompe à vide primaire 2 dans le sens d'écoulement des gaz à pomper.
La pompe à vide primaire 2 comporte par exemple une pompe à vide sèche multiétagée, à lobes rotatifs tels que de type Roots avec deux ou trois lobes (bi -lobes, tri -lobes). Selon d'autres modes de réalisation non décrits, la pompe à vide primaire comporte plusieurs pompes en série ou en parallèle. Par ailleurs, d'autres principes de pompage classiques peuvent être utilisés pour la pompe à vide primaire.
La pompe à vide primaire 2 schématisée sur la figure 1 comporte par exemple cinq étages de pompage Tl, T2, T3, T4, T5, raccordés en série les uns à la suite des autres avec un débit engendré décroissant avec la position de l'étage de pompage dans la série, et entre lesquels circule un gaz à pomper entre une entrée d'admission 4 et un refoulement 5.
De façon générale, une pompe à vide à lobes rotatifs " Roots " comprend deux rotors de profils identiques, portés par deux arbres s'étendant dans les étages de pompage Tl, T2, T3, T4, T5 et entraînés par un moteur de la pompe à vide primaire 2 (non représenté) pour tourner à l'intérieur d'un stator en sens opposé. Lors de la rotation, le gaz aspiré est emprisonné dans l'espace libre compris entre les rotors et le stator, puis il est refoulé. Le fonctionnement s'effectue sans aucun contact mécanique entre les rotors et le stator de la pompe à vide primaire 2, ce qui permet l'absence totale d'huile dans les étages de pompage Tl, T2, T3, T4, T5.
Dans l'exemple illustré, le premier étage de pompage Tl de la pompe à vide primaire 2 présente un débit engendré Sol de l'ordre de 600m3/h, le deuxième étage de pompage T2 présente un débit engendré So2 de l'ordre de 400m3/h, le troisième étage de pompage T3 présente un débit engendré So3 de l'ordre de 200m3/h et les deux derniers étage de pompage T4 et T5 présentent un débit engendré So4, So5 de l'ordre de 100m3/h. Les débits engendrés variant en fonction de la gamme de pression, ces valeurs correspondent aux valeurs maximales, à flux de pompage constant, avec une vitesse de rotation de la pompe à vide primaire 2 en fonctionnement fixe et de l'ordre de 65Hz.
La pompe à vide primaire 2 comporte en outre un clapet anti-retour 6 en sortie du dernier étage de pompage T5, au niveau du refoulement 5, pour éviter le retour des gaz pompés dans la pompe à vide primaire 2.
La pompe à vide secondaire 3 est, comme la pompe à vide primaire 2, une pompe à vide volumétrique, c'est-à-dire une pompe à vide qui, à l'aide de pistons, rotors, palettes, soupapes, aspire, transfère puis refoule le gaz à pomper.
La pompe à vide secondaire 3 est par exemple une pompe à vide monoétagée (ne présentant qu'un unique étage de pompage), à rotors tel que de type Roots ou d'un principe similaire, tel que de type Claw.
En fonctionnement, le débit engendré SoR maximal de la pompe à vide secondaire 3 est par exemple de l'ordre de 3000m3/h à vitesse de rotation maximale (soit à environ 70Hz), dans la gamme de pression optimale.
La pompe à vide secondaire 3 comporte un moteur 7, tel qu'un moteur asynchrone, un variateur de fréquence 8 pour piloter le moteur 7 entraînant les rotors et une unité de contrôle 9 reliée au variateur de fréquence 8.
Au cours de la descente en pression dans le sas de chargement et de déchargement à pression atmosphérique et jusqu'à ce que la pression dans le sas atteigne un seuil de basse pression prédéfini, l'unité de contrôle 9 est configurée pour contrôler la vitesse de rotation des rotors de la pompe à vide secondaire 3 en fonction d'un signal représentatif d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire 3 pour augmenter le débit engendré de sorte que le débit engendré par la pompe à vide secondaire SoR soit compris dans une plage dont la valeur haute correspond à six fois le débit engendré par la pompe à vide primaire So et la valeur basse à , 3 fois le débit engendré par la pompe à vide primaire So . Le seuil de basse pression prédéfini est par exemple 20 mbar. En deçà, la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire 3 est commandée à sa valeur maximale, c'est-à-dire 70Hz dans le présent exemple.
La différence de pression entre l'aspiration et le refoulement de la pompe à vide secondaire reste alors inférieure à une valeur comprise entre 150 et 300 mbar.
Le signal représentatif d'un paramètre de fonctionnement est par exemple la pression de refoulement de la pompe à vide secondaire PI ou un paramètre du moteur 7 de la pompe à vide secondaire 3.
Dans ce dernier cas, le paramètre du moteur 7 de la pompe à vide secondaire 3 peut être le courant, représentatif de la puissance consommée, ou directement la puissance consommée. Ces signaux peuvent être reçus du variateur de vitesse 8 raccordé au moteur 7. Ainsi, le contrôle de la pompe à vide secondaire 3 est autonome car il ne nécessite ni information provenant du sas de chargement et de déchargement, ni ajout de capteur de pression à l'entrée d'admission 4 de la pompe à vide primaire 2.
Le contrôle de la vitesse de rotation des rotors de la pompe à vide secondaire 3 en fonction d'un signal représentatif d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire 3 est un asservissement en boucle fermée : lorsque la pression de refoulement PI ou le courant moteur 7 ou la puissance augmente et que le débit engendré approche ou dépasse la valeur haute de la plage autorisée, la vitesse de rotation est ralentie, voire diminuée.
Le groupe de pompage 1 comporte en outre une canalisation 10 raccordant l'entrée 4 de la pompe à vide primaire 2 à l'entrée d'admission 11 de la pompe à vide secondaire 3.
La canalisation 10 comporte un module de décharge, tel qu'un clapet 12 ou une vanne pilotée par l'unité de traitement 9, configuré(e) pour s'ouvrir dès que la différence de pression entre l'aspiration et le refoulement de la pompe à vide secondaire 3 dépasse une valeur de dépassement ΔΡ prédéfinie, comprise entre 100 et 400 mbar, la valeur de dépassement ΔΡ étant définie selon le ratio des débits engendrés retenu et selon les réglages de sécurité mécanique.
Par exemple, pour un rapport des débits engendrés maximum de l'ordre de 4, 5, la différence de pression de la pompe à vide secondaire 3 reste toujours inférieure à une pression de l'ordre de 250 mbar. Le module de décharge est donc configuré pour s'ouvrir dès que la pression d'aspiration de la pompe à vide primaire PI dépasse la pression d'aspiration de la pompe à vide secondaire Pasp d'une valeur de dépassement ΔΡ prédéfinie par exemple à 300mbar.
Par ailleurs, pour absorber le fort flux de gaz initial provenant de la mise sous vide du sas à pression atmosphérique, on prévoit que la pompe à vide primaire 2 soit conçue pour être capable d'absorber et transférer ce fort flux gazeux avec la puissance consommée la plus faible possible. Pour cela, par exemple, la pompe à vide primaire 2 comporte un module de délestage d'un étage de pompage.
En effet, bien que le débit engendré de la pompe à vide secondaire SoR soit adapté pour correspondre au débit engendré de la pompe à vide primaire Sol , c'est-à-dire au débit engendré par le premier étage de pompage Tl de la pompe à vide primaire 2, le deuxième ou le troisième étage de pompage T2, T3 peuvent à leur tour, limiter le débit engendré global de la pompe à vide primaire 2. Ainsi, pour que la pompe à vide primaire 2 puisse absorber ponctuellement des flux de pompage importants correspondant dans cet exemple à une pression d'aspiration PI limitée à la pression d'ouverture du module de décharge, c'est-à-dire 300 mbar, le module de délestage est raccordé à la sortie d'un étage de pompage basse pression, tel que le deuxième étage de pompage T2.
Le module de délestage comporte par exemple un canal 13 raccordant la sortie de l'étage basse pression (Tl ou T2) au refoulement 5 de la pompe à vide primaire 2. Le canal 13 est pourvu d'un clapet 14.
On se réfère maintenant aux graphiques des figures 2, 3 et 4, illustrant un exemple de descente en pression dans un sas de chargement et de déchargement de 500 litres.
A l'état initial, la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire 3 est à une vitesse de rotation fixe réduite, par exemple de l'ordre de 30Hz afin de limiter la consommation électrique.
Puis, après le chargement d'un substrat à pression atmosphérique dans l'enceinte du sas de chargement et de déchargement, le sas ouvre la vanne d'isolation isolant l'enceinte à pression atmosphérique du groupe de pompage 1 (tl).
Pendant un laps de temps relativement court, de l'ordre de quelques secondes, la pompe à vide secondaire 3 comprime le surplus de gaz provenant de l'enceinte, faisant augmenter la pression de refoulement de la pompe à vide secondaire PI et baisser la vitesse de rotation (courbe V sur la figure 2).
Dès que la différence de pression entre l'aspiration et le refoulement de la pompe à vide secondaire 3 dépasse 300 mbar, le module de décharge de la canalisation 10 s'ouvre, limitant alors l'augmentation de la pression de refoulement de la pompe à vide secondaire PI . Le flux de gaz est absorbé par les deux premiers étages de pompage Tl, T2 de la pompe à vide primaire 2, puis est évacué en sortie du deuxième étage de pompage T2, vers le refoulement 5 de la pompe à vide primaire 2 par le module de délestage.
Lorsqu'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire 3, tel que la puissance consommée par la pompe à vide secondaire 3 (courbe P sur la figure 2), dépasse un seuil de lancement prédéfini pendant une première durée prédéfinie, l'unité de traitement 9 peut démarrer un cycle de descente en pression. L'unité de traitement 9 contrôle alors la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire 3 (courbe V sur la figure 2) en fonction d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire 3, tel que la puissance consommée par le moteur 7, (courbe P sur les figures 2 et 3), pour augmenter le débit engendré par la pompe à vide secondaire SoR de sorte que le débit engendré par la pompe à vide secondaire SoR reste supérieur à 1, 3 fois le débit engendré par la pompe à vide primaire Sol et inférieur à 4, 5 fois le débit engendré par la pompe à vide primaire Sol dans l'exemple représenté sur la figure 3 (courbe R).
Etant donné que la puissance consommée par la pompe à vide secondaire 3 augmente, mais que le débit engendré par la pompe à vide secondaire SoR reste inférieur à 4, 5 fois le débit engendré par la pompe à vide primaire Sol , l'unité de traitement 9 commande l'augmentation de la vitesse de rotation (courbe V sur la figure 2 entre tl et t2), provoquant l'augmentation du rapport des débits engendrés de 1, 3 jusqu'à 4, 5. La puissance consommée se stabilise alors autour de 17kW (figure 3). Cette puissance consommée est due au maintien d'une compression efficace au refoulement de la pompe à vide secondaire 3 et, acceptable mécaniquement ainsi que thermiquement, pour la pompe à vide primaire 2 et la pompe à vide secondaire 3.
En outre, on peut prévoir par sécurité, un plafond pour la puissance consommée par la pompe à vide secondaire 3. Si la valeur du paramètre moteur 7 de la pompe à vide secondaire 3 est supérieure un seuil de sécurité prédéfini au-delà d'une deuxième durée prédéterminée, on force la diminution de la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire 3. Cette précaution s'applique plus particulièrement dans le cas de sas de gros volumes, par exemple supérieurs à 100m3, pour lesquels les groupes de pompage ont été dimensionnés pour de petits volumes de l'ordre de 2m3 à 20m3. On se prémunit ainsi d'une surchauffe thermique de la pompe à vide secondaire 3.
On constate qu'entre la pression atmosphérique (tl) et le seuil de basse pression prédéfini, telle que 20 mbar (t2), le rapport du débit engendré par la pompe à vide secondaire SoR sur le débit engendré par la pompe à vide primaire Sol reste compris entre 1, 3 et 4, 5.
Le maintien du rapport des débits engendrés inférieur à 4, 5 permet que le débit engendré par la pompe à vide secondaire SoR soit admissible par la pompe à vide primaire 2. On limite ainsi la surconsommation et la pompe à vide secondaire 3 assure tout de même une compression. La différence de pression entre l'aspiration et le refoulement de la pompe à vide secondaire 3 reste alors inférieure à une valeur comprise entre 50 et 350 mbar.
La pompe à vide secondaire 3 n'est plus « court-circuitée », comme elle l'était dans un dispositif de l'état de la technique.
A titre de comparaison, on a représenté sur la figure 4, les vitesses de pompage en cours de la descente en pression dans un sas pour un groupe de pompage 1 (courbe A), pour une pompe à vide primaire 2 seule (courbe B) et pour un dispositif de l'état de la technique comportant une pompe à vide primaire et secondaire similaires à celles du groupe de pompage 1 selon l'invention, mais comportant un clapet de recirculation taré à 60 mbar et une vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire fixe (courbe C).
On voit que pour le dispositif de l'état de la technique, entre 200mbar et la pression atmosphérique, la pompe à vide secondaire n'améliore pas la vitesse de pompage globale, la descente en pression étant uniquement assurée par la pompe à vide primaire. Le rôle de la pompe à vide secondaire dont la vitesse de rotation est piloté à une vitesse fixe maximale n'est alors que de participer à la recirculation du flux gazeux en surconsommant (courbes B et C entre tl et ta).
La pompe à vide secondaire 3 du groupe de pompage 1 selon l'invention est au contraire, utilisée comme si elle était le véritable premier étage de pompage de la pompe à vide primaire 2 grâce au rapport adapté des débits engendrés SoR et Sol . La pompe à vide secondaire 3 est donc efficace quasiment dès la pression atmosphérique (courbe A sur la figure 4 à partir de tl). L'efficacité de la pompe à vide secondaire du dispositif de l'état de la technique rattrape celle de la pompe à vide secondaire 3 du groupe de pompage 1 qu'autour de 5 mbar (tb).
De cela résulte une baisse importante de la puissance consommée par le groupe de pompage
1 ainsi qu'une augmentation de sa vitesse de pompage globale au début de la descente en pression, et donc, une réduction du temps de descente en pression dans le sas. Dans l'exemple, à 200 mbar, la vitesse de pompage globale augmente de 40% par rapport au dispositif de l'état de la technique.
En outre, le module de décharge n'étant que peu sollicité, le module de décharge s'use moins vite et est moins bruyant. De même, peu de gaz circule dans la canalisation de recirculation 10, ce qui évite la surchauffe de la pompe à vide secondaire 3 par ces gaz préalablement comprimés chauds.
Puis, lorsque la pression dans le sas atteint le seuil de basse pression prédéfini, (t2 sur la courbe B de la figure 4), la consigne de la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire 3 est fixée à sa valeur maximale 70Hz. La pression de refoulement de la pompe à vide secondaire PI diminue, réduisant la puissance consommée par la pompe à vide secondaire (courbe P des figures 2 et 3). A ces faibles valeurs de pression dans le sas, la puissance consommée est de l'ordre de 2 kW. En deçà de cette basse pression prédéfinie dans le sas, le pompage par les pompes à vide primaires et secondaires 2, 3 peut être réalisé classiquement sans adapter la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire 3 car les flux de pompage et la puissance consommée sont faibles.
A très basse pression (au-delà de t3), par exemple dans l'attente de l'ouverture du sas vers la chambre de procédés pour le transfert du substrat, si la valeur du paramètre moteur de la pompe à vide secondaire 3 reste inférieure un deuxième seuil prédéfini au-delà d'une deuxième durée prédéterminée, par exemple 2 kW pendant quelques minutes, on peut contrôler la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire 3 à une vitesse de rotation fixe réduite (dite de « standby » en anglais), inférieure à la vitesse maximale 70Hz, de manière à limiter la consommation électrique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de descente en pression dans un sas de chargement et de déchargement d'un substrat à pression atmosphérique par un groupe de pompage (1) comportant une pompe à vide primaire (2) et une pompe à vide secondaire (3) agencée en amont de ladite pompe à vide primaire (2) dans le sens d'écoulement des gaz à pomper, caractérisé en ce qu'au cours de la descente en pression jusqu'à ce que la pression dans le sas de chargement et de déchargement atteigne un seuil de basse pression prédéfini, on contrôle la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire (3) en fonction d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire (3) pour augmenter le débit engendré par la pompe à vide secondaire (SoR) de sorte que le débit engendré par la pompe à vide secondaire (SoR) reste compris dans une plage dont la valeur haute correspond à six fois le débit engendré par la pompe à vide primaire (Sol) et la valeur basse à 1, 3 fois le débit engendré par la pompe à vide primaire (Sol).
2. Procédé de descente en pression selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire (3) est un paramètre du moteur (7) de la pompe à vide secondaire (3).
3. Procédé de descente en pression selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on commence à contrôler la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire (3) en fonction d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire (3) lorsque l'on détecte que la valeur d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire (3) dépasse un seuil de lancement prédéfini pendant une première durée prédéfinie.
4. Procédé de descente en pression selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que si la valeur d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire (3) est supérieure à un seuil de sécurité prédéfini au-delà d'une deuxième durée prédéterminée, on force la diminution de la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire (3).
5. Procédé de descente en pression selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que si la valeur d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire (3) est inférieure à un seuil d'attente prédéfini au-delà d'une troisième durée prédéterminée, on contrôle la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire (3) à une vitesse de rotation fixe réduite.
6. Groupe de pompage comportant une pompe à vide primaire (2) et une pompe à vide secondaire (3), ladite pompe à vide secondaire (3) étant agencée en amont de ladite pompe à vide primaire (2) dans le sens d'écoulement des gaz à pomper et comportant un variateur de fréquence (8), caractérisé en ce que la pompe à vide secondaire (3) comporte une unité de contrôle (9) reliée au variateur de fréquence (8), configuré pour contrôler la vitesse de rotation de la pompe à vide secondaire (3) en fonction d'un signal représentatif d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire (3), de sorte qu'au cours de la descente en pression jusqu'à ce que la pression dans le sas de chargement et de déchargement atteigne un seuil de basse pression prédéfini, le débit engendré par la pompe à vide secondaire (SoR) soit augmenté et compris dans une plage dont la valeur haute correspond à six fois le débit engendré par la pompe à vide primaire (Sol) et la valeur basse, à 1, 3 fois le débit engendré par la pompe à vide primaire (Sol).
7. Groupe de pompage selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pompe à vide primaire (2) comporte un module de délestage d'un étage de pompage (Tl, T2).
8. Groupe de pompage selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le signal représentatif d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à vide secondaire (3) est un paramètre du moteur (7) de la pompe à vide secondaire (3).
9. Groupe de pompage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le paramètre du moteur (7) de la pompe à vide secondaire (3) est le courant.
10. Groupe de pompage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le paramètre du moteur (7) de la pompe à vide secondaire (3) est la puissance.
11. Groupe de pompage selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte une canalisation de recirculation (10) raccordant l'entrée d'admission (4) de la pompe à vide primaire (2) à l'entrée (11) de la pompe à vide secondaire (3), la canalisation de recirculation (10) comportant un module de décharge configuré pour s'ouvrir dès que la pression d'aspiration de la pompe à vide primaire (PI) dépasse la pression d'aspiration de la pompe à vide secondaire (Pasp) d'une valeur de dépassement (ΔΡ) prédéfinie comprise entre 100 et 400 mbar.
12. Groupe de pompage selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que la pompe à vide secondaire (3) est une pompe à vide de type ROOTS.
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