[发明专利]涡轮分子泵和用于控制处理室中压力的方法及设备

说明书

公开了一种涡轮分子泵以及用于使用这种泵控制处理室中压力的方法和设备。该涡轮分子泵包括：转子，其包括在可旋转轴上的多个叶片；控制马达，其用于驱动可旋转轴；其中控制马达尺寸设计成输出以足够高的恒定速度驱动轴以提供5毫巴的排气压力所需的功率的三倍以上的功率。

技术领域

本发明的领域涉及涡轮分子泵以及用于使用这种涡轮分子泵控制处理室中压力的方法和设备。

背景技术

提供高真空和超高真空的涡轮分子泵是已知的。这些泵是动量传输泵，其中通过旋转转子叶片而赋予进入泵的气体分子动量。该泵包括多个成角度的转子和定子叶片排对，转子叶片排的叶片成角度以将气体分子推向泵的排放端。

由于其提供这些高真空和超高真空的能力，涡轮分子泵常常用于抽空诸如半导体处理室的处理室。已经提出了各种布置来控制这种半导体处理室中的压力。在一种这样的布置中，节流阀设置在半导体处理室的出口和涡轮分子泵的入口之间。这种节流阀具有成本和可靠性问题，并且可能甚至更重要的是可能是室中污染的原因，因为经由阀离开室的颗粒可能撞击阀的表面并反弹回室中。

因此，希望能够省去这种节流阀，并且仍然能够在这种室中提供有效的压力控制。

发明内容

第一方面提供了一种涡轮分子泵，包括：转子，其包括在可旋转轴上的多个叶片；控制马达，其用于驱动所述可旋转轴；其中所述控制马达尺寸设计成输出以足够高的恒定速度驱动所述轴以提供5毫巴的排气压力所需的功率的三倍以上的功率。

涡轮分子泵通过以极高的速度旋转来提供高真空和超高真空。此外，由于它们在较高的排气压力下不能很好地操作，它们常常具有与涡轮分子泵成一体的拖曳级（dragstage），并且这些拖曳级具有显著的惯性和重量。因此，改变这种泵的旋转速度需要非常高的能量，并且对于为这种泵提供足够的旋转速度控制以允许其用于控制室中的压力存在技术偏见。

然而，本发明的发明人认识到，尽管使用涡轮分子泵来控制处理室中的压力由于转子的高转速和惯性而不是容易的，但是如果为涡轮分子泵提供大的控制马达，并且在这方面不仅是稍微大一点的马达，而是比产生必要压差通常所需的马达显著更大的马达，那么这种控制可能是可行的，并且泵将能够足够快地加速和减速，以提供所需的压力控制。在这方面，用于涡轮分子泵的马达的尺寸通常设计成使得排气压力保持在5毫巴或更低，因为高于该值，涡轮分子泵将不能很好地操作。然而，涡轮分子泵通常安装在受限制的空间内，并且马达的尺寸也类似地受到限制。因此，对于增大马达的尺寸，特别是以显著量增大马达的尺寸存在技术偏见。

然而，发明人认识到，如果压力控制由泵提供，则可以省去诸如节流阀的中间元件，并且可以实现这些元件的成本节约并且提供改进的系统，其中避免了由于颗粒在节流阀上的反弹而造成的污染。

应当注意的是，涡轮分子泵中使用的马达的常规尺寸取决于泵及其泵送能力。对于任何特定的泵，工程师将确定提供所需排气压力所需的马达的尺寸，该排气压力通常将低于5毫巴。在这种情况下，提供了这样的马达，该马达是类似尺寸的典型泵的正常操作所需的马达的3倍大，并且在一些情况下是5倍或甚至10倍大，并且以这种方式实现了入口压力的足够精细的控制，而不需要节流阀。在这方面，标准涡轮分子泵和根据本申请的泵的加速功率(短期功率)是最大稳态功率的约1.5倍。例如，3000升/秒的泵通常需要约1千瓦的稳态马达功率。本申请的涡轮分子泵提供了一种马达，其提供了3倍或更多倍于典型涡轮泵的标准连续功率和3倍或更多倍的短期功率。在这方面，该泵提供了3倍于给定入口速度的典型涡轮泵的功率，因此对于3000升/秒的泵，通常具有1千瓦的马达，并且因此，压力控制泵的马达将为4.5千瓦或更大。

在一些实施例中，所述涡轮分子泵包括拖曳级，而在其他实施例中，它不包括拖曳级。