[發明專利]操作泵系統的方法

有效

• 申請號: 200680009250.5
• 申請日: 2006-01-23
• 公開（公告）號: CN101184921A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: S·H·布魯斯
• 申請（專利權）人: 愛德華茲有限公司
• 主分類號: F04C23/00
• 分類號: F04C23/00;F04B49/06;F04D27/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 原紹輝;劉華聯

本發明涉及操作泵系統的方法。

在半導體器件和平板顯示器制造中以及金屬化處理中通常使用真空處理以便在基底上淀積薄膜。用于將較大處理腔，如負荷鎖緊腔，抽真空到要求的壓力的泵系統通常包括至少一個串聯連接到至少一個前級泵的增壓泵。

增壓泵典型地具有無油泵機構，因為在泵機構中存在任何潤滑油可以造成在其中進行真空處理的潔凈環境的污染。這種“干”的真空泵通常是在泵機構中采用內嚙合轉子的單級或多級的正位移泵。該轉子可以在每一級中具有相同的輪廓型式或者各級在輪廓可以變化。前級泵既可以具有與增壓泵類似的泵機構，也可以具有不同的泵機構。

異步交流電機典型地驅動增壓泵的泵機構。這種電機必須具有一個額定功率，以使泵能夠對泵入口與出口之間的被泵的氣體提供充份的壓縮以及對要求的功率是足夠的泵速度效果。

供給到增壓泵電機的功率的一部分在排氣中產生壓縮熱，特別在中等和高入口壓力水平時，這樣泵體和轉子可能發熱。如果不充分控制產生的壓縮的不均勻壓力，則可能有過熱增壓泵的危險，最終導致潤滑不足、過熱膨脹和卡住，因此對于增壓泵的尺寸和泵速度的標準電機通常這樣來選擇，即在低入口壓力時在正常使用中應該能提供充份的壓縮，但是如果在中等或高入口壓力水平下工作而沒有保護裝置則仍有過熱的危險。

在上述傳統的泵系統中，可能需要在高到中等入口壓力下頻繁和重復地工作。例如，重復地從大氣壓力到壓力將負荷鎖緊腔抽真空以便能夠使位于腔內的基底被傳輸到處理腔，并且繼而暴露到大氣壓力中以便能使處理的基底被卸下并用新的基底置換。由增壓泵產生的氣體壓縮的大小，以及在其入口與出口之間產生的不均勻壓力可以用各種裝置來限制以便控制產生的熱量并限制過熱的危險。如果太過份地限制增壓泵產生的氣體壓縮，則可能不希望地減慢大真空腔的最終抽真空的時間。如果不充份地限制由增壓泵產生的氣體壓縮，而真空腔的最終抽真空時間可以加快，則機械的增壓泵可能過熱。

對于驅動增壓泵的電機，可以在電機與電機的動力源之間設置一個可變頻驅動裝置。這一驅動裝置通過將動力源供給的交流電轉變成直流電來工作，然且將直流電轉換成要求的幅值和頻率的交流電。通過控制供給到電機的電流來控制供給電機的功率，該電流轉而通過調節電機中電壓的頻率和/或幅值來控制。供給電機的電流確定在電機中產生的扭矩的大小，并因此確定能旋轉泵機構的可能的扭矩。電力的頻率確定泵機構的旋轉速度。通過變化電力的頻率，增壓泵可以保持恒定的系統壓力，即使是在氣體負荷可能明顯變化的條件下。

為了防止增壓泵的過載，驅動裝置設定對電力頻率的最大值(f_max)，和對供給電機的電流的最大值(I_max)。此電流限制對電機的持續額功率一般是合適的，并且將限制由泵機構產生的有效扭矩并因而不均勻壓力效果的大小，因而限制產生的排氣熱量。

在快速抽真空循環的開始，希望盡可能快地旋轉泵機構以便最大化抽真空率。由于在循環開始時氣體的高壓力，也就是較高的密度，需要大扭矩以在f_max左右的頻率處旋轉泵機構，并因此要求高的電流，該高的電流通常大于I_max。為保護電機不受損壞，供給到增壓泵的電機的電力頻率被迅速降低到低于f_max的某個水平，導致泵旋轉速度的陡降，盡管限制產生的不均勻壓力。隨著抽真空的進行以及入口壓力的降低，驅動裝置將在一有限的時間向f_max向上斜升頻率以便逐漸增加增壓泵的旋轉速度。盡管這一點保護增壓泵在所有入口壓力時免于過熱，但當降低旋轉速度時此時間間隔可以代表將腔從大氣壓力抽真空到要求的低壓力(“泵降低”時間)需要時間的不希望的延長。

至少本發明的優選實施例的一個目標是尋求解決這些和其它問題。

在第一方面，本發明提供一種泵系統，它包括泵機構；驅動該泵機構的電機；和控制該電機的控制器，其中該控制器設定電機旋轉頻率的最大值(f_max)以及電機中電流的最大值(I_max)，以優化該泵系統的性能，在泵系統的工作過程中調節所述最大值。

該系統最好包括向電機供給可變頻率電力的轉換器，該控制器在泵系統工作過程中調節電力的幅值和頻率。