用于降低装载室腔内的压力的泵吸系统与方法

摘要

本发明涉及一种旨在连接至用于装载和卸载基材(5)的装载室腔(2)的泵吸系统，它至少包括具有第一最大泵吸速度(S1)的第一初级泵单元(9a、9b)和具有第二最大泵吸速度(S2)的第二初级泵单元(10a、10b)，每个初级泵单元(9a、9b、10a、10b)包括单级罗茨真空泵(15)和初级真空泵(13)，该单级罗茨真空泵(15)串联布置并在被抽出的气体的流动方向上位于初级真空泵(13)的上游，所述第一和第二粗抽泵单元(9a、9b、10a、10b)并行布置并设计为同时对用于装载和卸载基材的装载室腔(2)进行泵吸，其特征在于，所述第一初级泵单元(9a、9b)具有不同于所述第二初级泵单元(10a、10b)的泵吸特性，所述第一和第二初级泵单元(9a、9b、10a、10b)的第一和第二最大泵吸速度间的差值大于500m

说明书

技术领域

本发明涉及一种泵吸(抽气)系统与方法，它用于使基材(衬底)例如平板显示器或光伏基材的装载室(传送室，load lock)内的压力从大气压力降低至保持在低压下的处理室中的用于加载和卸载基材的低压力。

背景技术

在某些制造工艺中，一个重要的步骤包括在处理室中在受控的低压大气中处理基材。为了保持合意的生产量并且避免杂质和污染物的出现，首先将基材周围的大气降低至与处理室连通的装载室中的低压。

为此，所述装载室具有密封的外壳，所述外壳具有第一出入口，所述第一出入口将外壳的内部与处于大气压力下的区域例如洁净室连通，用于加载至少一个基材。该装载室的外壳连接至泵单元，所述泵单元设计为将外壳内的压力降低至类似于处理室内的压力的适当低压，以使基材能被传送至处理室。所述装载室还具有用于在真空处理之后将基材卸载至处理室中的第二出入口。该装载室通常还用来在基材已经在大气压力下处理与卸载之后提升基材的压力。

然而，每次加载基材，都需要在一个相对短的时间段内交替地降低然后升高装载室的外壳内部的压力，以达到所期望的低压。该约束对于更大的基材来说相对更难适应。对于平板显示器和光伏基材的制造—其中装载室的外壳必须足够大以容纳一个或多个平板—来说，尤其是这样的。例如，目前，用于制造平板的装载室的外壳的容量通常为500至1000升，并且偶尔大于5000升，因此需要尽可能快速地完成泵吸。

由于需要将外壳中的压力从高压降低至低压，因此泵吸方案需要在高压和低压下都有效，以便限制达到期望的低压所需的泵吸时间。这个目标 可能难以实现，因为这需要理论上矛盾的真空泵特性。

实际上，当泵吸开始时，真空泵的转子的旋转速度通常暂时地降低，以确保能够吸收由高压泵引起的超压。在超出的压力被排出之后，旋转可以加速直至泵在最高的性能水平下工作。为此低惯性泵是优选的，这是由于低惯性泵有助于减速阶段之后的初始旋转和再加速。低惯性泵通常较小并且具有相当低的容积流率。此外，低惯性泵的泵吸性能有限并且可能无法确保在规定的时间内达到所期望的低压。

此外，在某些情况下，在泵吸期间或之后装载室的外壳与泵之间会注入气流。同样地，基材的表面或外壳的壁会释放难以忽略的除气流量。这些特别是在低压下压缩的额外的气流使得在低压下使用具有高泵吸能力的泵更优选。值得注意的是，这种泵较大。然而，这种大型泵通常具有高惯性，这使得当所述泵在高压与中压下开始泵吸时效率相当低。

发明内容

本发明的一个目的为提出一种以较低的成本至少部分地克服现有技术中的缺陷的、用于降低装载室中的压力的泵吸系统与方法。

为此，本发明涉及一种设计为连接至用于基材的装载室的外壳(腔体)的泵吸系统，所述泵吸系统至少包括具有第一最大泵吸速度的第一粗抽泵(低真空泵)单元和具有第二最大泵吸速度的第二粗抽泵单元，每个粗抽泵单元均包括单级罗茨真空泵和初级真空泵，所述单级罗茨真空泵串联布置并且在被抽出的气体的流动方向上位于该初级真空泵的上游，所述第一和第二粗抽泵单元并行布置并且设计为同时对基材的装载室的外壳进行泵吸，其特征在于，所述第一粗抽泵单元具有不同于所述第二粗抽泵单元的泵吸特性，第一和第二最大泵吸速度之间的差值大于500m³/h。

本发明还涉及一种设计为连接至用于基材的装载室的外壳的泵吸系统，该泵吸系统包括具有第一最大泵吸速度的至少一个第一初级真空泵和具有第二最大泵吸速度的第二初级真空泵，第一和第二初级真空泵并行配置并且设计为同时对基材的装载室的外壳进行泵吸，其特征在于，所述第 一初级真空泵具有不同于所述第二初级真空泵的泵吸特性，第一和第二最大泵吸速度之间的差值大于500m³/h。

通过利用与具有低惯性的第二初级真空泵吸装置—例如粗抽泵单元或初级真空泵单元平行并且具有高惯性的第一初级真空泵吸装置—例如粗抽泵单元或初级真空泵单元，当泵吸开始时，两个初级真空泵吸装置的转子的旋转减速以使由高压泵吸产生的超压能被吸收。在超出的压力被排出之后，低惯性初级真空泵吸装置能够比高惯性初级真空泵吸装置更快速地进行再加速，以便达到全速。高惯性初级真空泵吸装置的旋转加速度更慢，但是确保了能够在低压下实现足够的容积流率，以便在规定的时间内达到期望的压力。泵吸系统因此得益于每个泵吸装置的优势并且补偿每个泵吸装置的弱点，以便以有限的花费快速达到所期望的压力。

根据一个实施例，第一最大泵吸速度等于或大于2000m³/h，从而提供了“高惯性初级真空泵吸装置”，而第二最大泵吸速度小于2000m³/h，从而提供了“低惯性初级真空泵吸装置”。

例如，第一最大泵吸速度与第二最大泵吸速度之间的差值在500m³/h与3500m³/h之间。因此，泵吸速度之间的差值足够大，确保了在低压下第一初级真空泵吸装置比第二初级真空泵吸装置更高效，而在高压下则相反。

根据一个示例性实施例，所述泵吸系统具有泵吸特性大致相同的至少两个初级真空泵或至少两个粗抽泵单元。

本发明还涉及一种利用上文所描述的泵吸系统来降低装载室的外壳内的压力的方法，其特征在于，同时利用具有第一最大泵吸速度的至少一个第一粗抽泵单元和具有第二最大泵吸速度的第二粗抽泵单元来对基材的装载室的外壳进行泵吸，所述粗抽泵单元并行布置并且具有不同的泵吸特性，所述粗抽泵单元的第一和第二最大泵吸速度之间的差值大于500m³/h。

本发明还涉及一种利用上文所描述的泵吸系统来降低装载室的外壳内的压力的方法，其特征在于，同时利用具有第一最大泵吸速度的至少一个第一初级真空泵和具有第二最大泵吸速度的第二初级真空泵来对基材的装 载室的外壳进行泵吸，所述第一和第二初级真空泵并行布置并且具有不同的泵吸特性，所述初级真空泵的第一和第二最大泵吸速度之间的差值大于500m³/h。

附图说明

本发明的其他特征与优点在参考附图而作为非限制性示例的如下说明中给出，在附图中：

-图1为连接至装载室的外壳的第一示例性泵吸系统的示意图，

-图2为示出了随着压力(曲线A，单位为mbar)变化的第一粗抽泵单元的泵吸速度(单位为m³/h)和随着压力(曲线B，单位为mbar)变化的第二粗抽泵单元的泵吸速度(单位为m³/h)的图，

-图3为示出了对于不同泵吸布置的装载室的外壳中，随着时间(单位为秒)变化的压力下降曲线(单位为mbar)的图，以及

-图4为连接至装载室的外壳的第二示例性泵吸系统的示意图。

在这些图中，相同的元件利用同样的附图标记表示。

具体实施方式

图1示出了连接至装载室的外壳2的第一示例性泵吸系统1。

以已知的方式，装载室的外壳2具有第一出入口4，所述第一出入口4将外壳2的内部与处于大气压力的区域—例如洁净室—连通，用于加载至少一个大型基材5，例如平板显示器或者光伏基材。这种外壳的容量通常在500与5000升之间。外壳2还具有用于在真空处理之后将基材5卸载至处理室7中的第二出入口6，以及用于注入惰性气体的装置8，尤其用以在基材5已被传送之后使外壳2恢复至大气压力。

泵吸系统1具有并行布置并且设计为同时对外壳2泵吸的至少一个第一初级真空泵吸装置和一个第二初级真空泵吸装置。

“初级真空泵吸装置”指的是这样一种容积泵吸装置：在这种容积泵吸装置中，泵吸的气体被吸入、压缩然后排出以达到初级真空，即，达到 10²与10^-1Pa之间的压力。与涡轮分子泵吸装置不同，初级真空泵吸装置可以在大气压力下工作。

初级真空泵吸装置可以是初级真空泵13a、13b、14a、14b(图4)或者粗抽泵单元9a、10a、9b、10b(图1)。

粗抽泵单元9a、10a、9b、10b包括单级罗茨真空泵15和初级真空泵13，单级罗茨真空泵15串联布置并且在被泵吸的气体的流动方向(图1中的箭头G)上位于初级真空泵13的上游。

由于单级罗茨真空泵15只能够产生初级真空—即在10²与10^-1Pa之间的压力，因此单级罗茨真空泵15不是涡轮分子真空泵。

粗抽泵单元9a、10a、9b、10b的并行布置结构通过利用真空管路11将粗抽泵单元9a、10a、9b、10b各自的输入端连接至外壳2来进行设置，所述真空管路11包括隔离阀12，所述隔离阀12确保粗抽泵单元9a、10a、9b、10b被隔离，尤其用于增大外壳2内的大气压力。

该装配意味着当压力降低时，来自外壳2的待泵吸的气体同时并且平行流过所有的粗抽泵单元9a、10a、9b、10b。

此外，压力下降期间，真空管路11在外壳2与粗抽泵单元9a、10a、9b、10b各自的输入端之间具有大致相同的传播速率。真空管路11尤其没有软泵吸装置(soft-pumping device)。

在图1中所示的示例中，泵吸系统1具有四个粗抽泵单元9a、10a、9b、10b。

如上文所提出的，粗抽泵单元9a、10a、9b、10b包括初级真空泵13和单级罗茨真空泵15，单级罗茨真空泵15串联布置并且在被抽出的气体的流动方向上位于初级真空泵13的上游。

初级真空泵13例如为多级干式真空泵，即，包括通过级间通道而一个接一个地串联装配并且一个接一个地串联流体连通的多个泵吸级的泵。在初级真空泵13的吸气与相关的排气之间，级间通道连接位于下一个泵吸级的输入端之前的泵吸级的输出端。

初级真空泵13的内部具有外形相同的两个转子，所述两个转子在基座 内部朝着相反的方向旋转。在旋转期间，吸入的气体在排出至下一个泵吸级之前被困在转子与定子之间的自由空间内。转子支承在延伸穿过泵吸级的轴上并且由初级真空泵13的电机驱动。泵吸级刚性连接在一起以形成转子的轴从其中穿过的一体式泵吸部件。初级真空泵13例如为旋转凸轮泵，例如罗茨泵或者类似泵，例如爪型泵。

通常，旋转凸轮罗茨真空泵具有外形相同的两个转子，所述两个转子支承在延伸穿过泵吸级的两个轴上并且由定子内部的电机驱动而朝着相反的方向旋转。在旋转期间，吸入的气体在被排出之前被困在转子与定子之间的自由空间内。泵在初级真空泵的转子与定子之间没有机械接触的情况下工作，这完全避免了泵吸级中对润滑油的需要。

单级罗茨真空泵15与初级真空泵13的不同之处在于：所述单级罗茨真空泵仅具有一个泵吸级，并且在单级罗茨真空泵进行排气时需要使用串联连接的初级真空泵13。类似于初级真空泵13，单级罗茨真空泵是一种容积式真空泵，即，利用转子来吸入、传输然后排出被泵吸的气体的泵。

单级罗茨真空泵15有它自己的电机，该电机设计为驱动唯一的泵吸级中的转子旋转。

因此，为了本发明的目的，不能将多级初级真空泵的泵吸级当成单级罗茨真空泵。

此外，至少一个第一粗抽泵单元和至少一个第二粗抽泵单元9a、10a、9b、10b具有不同的泵吸特性。

在图1中所示出的示例中，两个第一粗抽泵单元9a、9b具有不同于两个第二粗抽泵单元10a、10b的泵吸特性。

泵吸特性通常定义为泵吸速度随压力的分布，如图2中的曲线A和B所示。该分布通常由制造商提供。

第一粗抽泵单元9a具有例如等于或大于2000m³/h的第一最大泵吸速度，从而提供了“高惯性初级真空泵吸装置”，而第二粗抽泵单元10a具有小于2000m³/h的第二最大泵吸速度，从而提供了“低惯性初级真空泵吸装置”。

此外，第一粗抽泵单元9a、9b的第一最大泵吸速度S1与第二粗抽泵单元10a、10b的第二最大泵吸速度S2之间的差值大于500m³/h，例如在500与3500m³/h之间。因此，粗抽泵单元之间的差异足够大，从而在低压下第一粗抽泵单元9a、9b比第二粗抽泵单元10a、10b更高效，而在高压下则相反。

例如，如图2中的曲线A所示，对于大约0.35mbar(毫巴)(或者35Pa)的压力，两个第一粗抽泵单元9a、9b的第一最大泵吸速度S1大约为2600m³/h。

对于大约0.5mbar(或者50Pa)的对应压力，两个第二粗抽泵单元10a、10b的第二最大泵吸速度S2大约为1700m³/h。

由于第一粗抽泵单元9a、9b的大的泵吸能力，所述粗抽泵单元更大，并且具有比第二粗抽泵单元10a、10b大的惯性。

通过以这样的方式使用与两个第二低惯性粗抽泵单元10a、10b平行的两个第一高惯性粗抽泵单元9a、9b，四个单级罗茨真空泵15的转子的旋转减速，以确保吸收由高压泵吸产生的超压。当超出的压力被排出之后，两个第二低惯性粗抽泵单元10a、10b的单级罗茨真空泵15能够比两个第一高惯性粗抽泵单元的单级罗茨真空泵15更快速地进行再加速，以便达到全速。第一高惯性粗抽泵单元9a、9b的两个单级罗茨真空泵15的旋转加速度较慢，但确实能够在低压下实现足够的容积流率，以便在规定的时间内达到期望的压力。泵吸系统1因此得益于每个泵吸装置的优势并且补偿每个泵吸装置的弱点，以便以有限的花费快速达到所期望的压力。

下文讨论图3中的示出了用于不同泵吸装置的1000升的装载室内的压力随着时间降低的曲线。在该示例中，需要在23.5秒内从大气压力(大约1000mbar)达到0.025mbar的压力。该约束由图3中的点O来表示。

曲线C表示对于具有相同的泵吸特性并且并行装配的两个第一高惯性粗抽泵单元9a而言的压力随着时间的降低。0.025mbar的压力在大约24秒内达到。

曲线D表示对于具有不同的泵吸特性(分别具有高惯性和低惯性)并 且并行装配的第一粗抽泵单元9a和第二粗抽泵单元10b而言的压力随着时间的降低。0.025mbar的期望压力在23秒内达到，这在规定的时间范围内。

曲线E表示对于具有相同的泵吸特性并且并行装配的两个第二低惯性粗抽泵单元10a而言的压力随着时间的降低。基于这种布置，0.025mbar的期望压力在27秒内达到。

曲线F表示对于具有相同的泵吸特性并且并行装配的三个第一高惯性粗抽泵单元9a而言的压力随着时间的降低。0.025mbar的压力在大约16秒内达到。

曲线G表示对于具有相同的泵吸特性并且并行装配的三个第二低惯性粗抽泵单元10a而言的压力随着时间的降低。0.025mbar的期望压力在大约18秒内达到。

因此，当粗抽泵单元具有相同的泵吸特性时，需要三组并行的装配以在23.5秒的规定时间内达到0.025mbar的期望压力(曲线F和G)。

相反，当粗抽泵单元9a、10a具有不同的泵吸特性时，适当地选择以组合高惯性与低惯性粗抽泵单元(曲线D)，可以在规定的时间内达到期望的压力。

实际上，当泵吸在高压下开始时，在由于吸收超压气体所引起的转子的旋转速度的减速之后的再加速对于第一高惯性粗抽泵单元更慢。因此，第一高惯性粗抽泵单元在高压与中压下比第二低惯性粗抽泵单元更低效，但是相反在低压下确保了更好的泵吸速度。相反，第二低惯性粗抽泵单元在高压下确保了更高的泵吸速度，但是在低压下提供了低性能。

图4示出了连接至用于基材5的装载室的外壳2的另一个示例性泵吸系统1'。

泵吸系统1'具有至少一个第一初级真空泵13a、13b和第二初级真空泵14a、14b，所述第一初级真空泵13a、13b具有第一最大泵吸速度，所述第二初级真空泵14a、14b具有第二最大泵吸速度。

如上文所述，初级真空泵13a、13b、14a、14b可以为多级干式真空泵，即，包括通过级间通道而一个接一个地串联装配并且一个接一个地串 联流体连通的多个泵吸级的泵。转子支承在延伸穿过泵吸级的轴上，并且由初级真空泵13a、13b、14a、14b的电机驱动。泵吸级刚性连接在一起以形成转子的轴从其中穿过的一体式泵吸部件。初级真空泵13a、13b、14a、14b例如为旋转凸轮泵，例如罗茨泵或者类似泵，例如爪型泵。所述泵可以只产生初级真空，即，在10²与10^-1Pa之间的低压力。

第一和第二初级真空泵13a、13b、14a、14b并行布置并且设计为同时对基材的装载室的外壳2泵吸。

至少一个第一初级真空泵和一个第二初级真空泵具有不同的泵吸特性。

在图4中所示出的示例中，两个第一初级真空泵13a、13b具有不同于两个第二初级真空泵14a、14b的泵吸特性。

第一初级真空泵13a、13b具有例如等于或大于2000m³/h的第一最大泵吸速度，而第二初级真空泵14a、14b具有例如小于2000m³/h的第二最大泵吸速度。

此外，第一初级真空泵13a、13b的第一最大泵吸速度与第二初级真空泵14a、14b的第二最大泵吸速度之间的差值大于500m³/h，例如在500与3500m³/h之间。