FR3112171A1

FR3112171A1 - Procédé de contrôle d’une puissance de fonctionnement d’une pompe à vide et pompe à vide

Info

Publication number: FR3112171A1
Application number: FR2010668A
Authority: FR
Inventors: Paul Decorde; Yacine SAIDI
Original assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Current assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2022-01-07
Anticipated expiration: 2040-10-16
Also published as: KR20230085133A; WO2022078738A1; FR3112171B1; TW202223239A

Abstract

Procédé de contrôle d’une puissance de fonctionnement d’une pompe à vide et pompe à vide La présente invention concerne un procédé de contrôle d’une puissance de fonctionnement d’une pompe à vide (2) configurée pour être raccordée à un volume dans lequel on souhaite pomper les gaz caractérisé en ce que le procédé comprend :- une étape (102, 202) de détection d’un lancement d’une mise sous vide dans laquelle on compare l’évolution sur une première durée prédéterminée d’au moins un paramètre parmi les paramètres suivants : - une puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2),- une pression mesurée au niveau d’un refoulement (10) de la pompe à vide (2),avec un premier seuil prédéterminé,et lorsqu’un lancement d’une mise sous vide est détecté,- une étape (103, 203) d’estimation d’un volume à pomper à partir de l’évolution, sur une deuxième durée prédéterminée, d’au moins un paramètre parmi les paramètres suivants : - une puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2),- une pression mesurée au niveau du refoulement (10) de la pompe à vide (2)- une étape (104, 204) de limitation de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2) dans laquelle on limite la puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2) en fonction du volume estimé.

Description

Procédé de contrôle d’une puissance de fonctionnement d’une pompe à vide et pompe à vide

La présente invention concerne une pompe à vide et un procédé de contrôle d’une puissance de fonctionnement d’une pompe à vide, notamment une pompe à vide pouvant comprendre plusieurs étages de pompage en série dans lesquels circule un gaz à pomper entre une aspiration et un refoulement.

Dans certaines applications, par exemple la fabrication de substrats semi-conducteurs ou d’écrans plats, il est nécessaire de pomper un gaz dans une enceinte pouvant avoir un volume important. C’est par exemple le cas de certaines enceintes de sas de chargement et de déchargement (aussi appelé « loadlock » en anglais).

Le sas de chargement/déchargement comporte une première porte mettant 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 et une deuxième porte pour le déchargement du substrat dans une chambre de procédés après mise sous vide. Chaque chargement ou déchargement de substrats nécessite de descendre puis de remonter alternativement la pression dans l’enceinte. De telles variations de pression peuvent également se produire en l’absence de sas de chargement/déchargement lors de la mise sous vide de chambre de procédés chargées de traiter des substrats à partir de la pression atmosphérique.

La puissance moteur consommée par la pompe à vide augmente lorsque la charge de pompage augmente, ce qui est le cas notamment à chaque mise sous vide du sas à pression atmosphérique. Pour éviter que la puissance moteur consommée soit trop importante sur de trop longues durées, par exemple du fait d’un volume important à mettre sous vide, le courant moteur de la pompe à vide peut être bridé à une valeur de puissance maximum. Un bridage de la puissance de la pompe à vide permet d’éviter qu’elle ne disjoncte ou surchauffe.

Cependant, brider la pompe à vide peut entraîner une perte des performances non nécessaire dans d’autres cas, notamment pour la mise sous vide d’enceintes de faible volume car l’augmentation de la puissance est ponctuelle et peut être absorbée sans risques par la pompe à vide.

Afin de surmonter ce problème, on peut adapter la configuration de la pompe à vide en usine, lors de sa fabrication, de manière à brider la puissance de fonctionnement en fonction du volume de l’enceinte à laquelle la pompe à vide est destinée à être raccordée.

Cependant, une telle configuration en usine entraîne des étapes supplémentaires à mettre en œuvre comme le traçage des pompes à vide lors de leur fabrication et impose d’utiliser la pompe à vide ainsi configurée pour une seule et unique catégorie d’applications.

On cherche donc à fournir une solution permettant de surmonter au moins partiellement les inconvénients précités.

A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de contrôle d’une puissance de fonctionnement d’une pompe à vide configurée pour être raccordée à un volume dans lequel on souhaite pomper les gaz, le procédé comprenant :
- une étape de détection d’un lancement d’une mise sous vide dans laquelle on compare l’évolution sur une première durée prédéterminée d’au moins un paramètre parmi les paramètres suivants :
- une puissance de fonctionnement de la pompe à vide,
- une pression mesurée au niveau d’un refoulement de la pompe à vide,
avec un premier seuil prédéterminé,
et lorsqu’un lancement d’une mise sous vide est détecté,
- une étape d’estimation d’un volume à pomper à partir de l’évolution, sur une deuxième durée prédéterminée, d’au moins un paramètre parmi les paramètres suivants :
- une puissance de fonctionnement de la pompe à vide,
- une pression mesurée au niveau du refoulement de la pompe à vide, et
- une étape de limitation de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide dans laquelle on limite la puissance de fonctionnement de la pompe à vide en fonction du volume estimé.

La pompe à vide peut être raccordée directement au volume à pomper ou via une pompe à vide supplémentaire ou via un ensemble de conduit reliant l’aspiration de la pompe à vide au volume à pomper. La pompe à vide supplémentaire correspond à une pompe à vide ayant son propre moteur. La pompe à vide supplémentaire est par exemple une pompe à vide volumétrique de type Roots.

Selon un autre aspect de la présente invention, l’évolution du paramètre correspond à la pente moyenne (ou dérivée moyenne), sur la première ou la deuxième durée prédéterminée, de l’évolution temporelle du paramètre.

Selon un autre aspect de la présente invention, l’estimation d’un volume à pomper comprend une première estimation du volume à pomper réalisée à partir de l’évolution du paramètre de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide et une deuxième estimation du volume à pomper réalisée à partir de l’évolution du paramètre de la pression mesurée au niveau du refoulement de la pompe à vide, le volume à pomper étant estimé en priorité à partir du paramètre dont l’évolution est la plus régulière durant la deuxième durée prédéterminée (pente toujours positive ou négative ou nombre de changements de signe de la dérivée le plus faible).

Selon un autre aspect de la présente invention, une alarme est émise lorsque l’écart entre le volume estimé à partir du paramètre de la pression au niveau du refoulement et le volume estimé à partir du paramètre de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide dépasse une valeur prédéterminée.

Selon un autre aspect de la présente invention, l’estimation du volume à pomper à partir de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide comprend l’estimation d’une pente moyenne de décroissance de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide pendant la deuxième durée prédéterminée et la comparaison de cette pente estimée avec des valeurs de pentes de puissance sauvegardées associées à différents volumes à pomper. Lorsque la pompe à vide est disposée en série avec une pompe à vide supplémentaire disposée en amont de la pompe à vide, l’estimation du volume à pomper à partir de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide peut comprendre l’estimation d’une pente moyenne de croissance de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide pendant la deuxième durée prédéterminée et la comparaison de cette pente estimée avec des valeurs de pentes de puissance sauvegardées associées à différents volumes à pomper.

Selon un autre aspect de la présente invention, l’estimation du volume à pomper à partir de la pression mesurée au niveau du refoulement de la pompe à vide comprend l’estimation d’une pente moyenne de décroissance de la pression mesurée au niveau du refoulement de la pompe à vide pendant la deuxième durée prédéterminée et la comparaison de cette pente estimée avec des valeurs de pentes de pression sauvegardées associées à différents volumes à pomper.

Selon un autre aspect de la présente invention, la deuxième durée prédéterminée est comprise entre 3 et 15 secondes, notamment 10 secondes pour une pompe à vide seule.

Selon un autre aspect de la présente invention, la deuxième durée prédéterminée est comprise entre 10 et 100 secondes, notamment 30 secondes, pour une pompe à vide primaire mise en série avec une pompe à vide supplémentaire.

Selon un autre aspect de la présente invention, la première durée prédéterminée est comprise entre 50ms et deux secondes, notamment une seconde.

Selon un autre aspect de la présente invention, le volume à pomper correspond au volume d’une enceinte raccordée à une aspiration de la pompe à vide. Le raccordement peut être réalisé directement ou via une autre pompe à vide.

La présente invention concerne également une pompe à vide configurée pour être raccordée à une enceinte dans laquelle on souhaite pomper les gaz et comprenant un capteur de pression disposé au niveau d’un refoulement de la pompe à vide, ladite pompe à vide comprenant une unité de traitement configurée pour :
- détecter un lancement d’une mise sous vide dans laquelle on compare l’évolution sur une première durée prédéterminée d’au moins un paramètre parmi les paramètres suivants :
- une puissance de fonctionnement de la pompe à vide,
- une pression mesurée au niveau du refoulement de la pompe à vide,
avec un premier seuil prédéterminé,
et lorsqu’un lancement de mise sous vide est détecté,
- estimer un volume à pomper à partir de l’évolution, sur une deuxième durée prédéterminée, d’au moins un paramètre parmi les paramètres suivants :
- une puissance de fonctionnement de la pompe à vide,
- une pression mesurée au niveau du refoulement de la pompe à vide,
- limiter la puissance de fonctionnement de la pompe à vide en fonction du volume estimé.
Plus le volume à pomper estimé est grand et plus la puissance de fonctionnement est limitée de manière à éviter que la pompe surchauffe ou disjoncte.

Selon un autre aspect de la présente invention, la pompe à vide est une pompe à vide primaire multi-étagée.

Selon un autre aspect de la présente invention, la pompe à vide est configurée pour être mise en série avec une pompe à vide supplémentaire, ladite pompe à vide supplémentaire étant disposée en amont de la pompe à vide.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :

représente un schéma d’une pompe à vide raccordée à une enceinte;

représente une vue schématique en perspective de la pompe à vide de la figure 1 ;

représente un organigramme des différentes étapes du procédé de contrôle de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide selon un premier mode de réalisation ;

représente deux courbes c1 et c2 montrant l’évolution au cours du temps de la pression au niveau du refoulement de la pompe à vide lors d’une mise sous vide pour deux volumes différents à pomper ;

représente une courbe estimative d’un volume à pomper en fonction d’une pente moyenne de pression sur une durée prédéterminée, ici 10 secondes déterminée notamment à partir des courbes c1 ou c2 de la figure 4 ;

représente un organigramme des différentes étapes du procédé de contrôle de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide selon un deuxième mode de réalisation ;

représente trois courbes p1, p2, p3 montrant l’évolution au cours du temps de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide lors d’une mise sous vide pour trois volumes différents à pomper ;

représente une courbe estimative d’un volume à pomper en fonction d’une pente moyenne de puissance sur une durée prédéterminée, ici 10 secondes, déterminée notamment à partir des courbes p1, p2 ou p3 de la figure 7 ;

représente un schéma de deux pompes mises en série et raccordées à une enceinte ;

représente trois courbes q1, q2, q3 représentant respectivement la puissance de fonctionnement de la pompe à vide et de la pompe à vide supplémentaire ainsi que la pression au niveau du refoulement de la pompe à vide.

Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.

Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.

La présente invention concerne une pompe à vide et un procédé de contrôle d’une puissance de fonctionnement d’une pompe à vide. La pompe à vide est par exemple une pompe à vide primaire multi-étagée. La figure 1 représente un schéma simplifié d’une installation 1 comprenant une telle pompe à vide 2 de type sèche et une enceinte 3 à laquelle la pompe à vide 2 est raccordée, par exemple via une vanne 4, pour le pompage de l’enceinte 3. Des flux de gaz importants, de l’ordre de plusieurs slm ou plusieurs dizaines de slm, peuvent être introduits dans l’enceinte 3, par exemple de manière cyclique, au cours des étapes dites « de procédé » ou « process » en anglais si l’enceinte 3 est une chambre de procédés. En effet, L’enceinte 3 correspond par exemple à une chambre de procédés pour la fabrication de substrats électroniques qui passe alternativement d’une pression atmosphérique lorsque le substrat est introduit ou retiré de la chambre de procédés à une pression très faible, par exemple inférieure à 10 Pa lors des phases de déposition ou de gravure du substrat. Ces étapes de procédé peuvent précéder et suivre des étapes dites « d’attente » ou « idle » en anglais au cours desquelles les flux de gaz introduits sont faibles ou nuls.

Des flux importants peuvent également être introduits de manière répétitive au cours du temps si l’enceinte 3 est un sas de chargement/déchargement ou « loadloack » en anglais.

La figure 2 présente une vue schématique en perspective et en partie en coupe et en transparence de la pompe à vide 2 de la figure 1.

Dans l’exemple des figures 1 et 2, la pompe à vide 2 comporte un stator 5, un premier arbre 6 et un deuxième arbre 7 sur lesquels sont disposés respectivement un premier rotor 8a et un deuxième rotor 8b. Les rotors 8a et 8b sont configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans le stator 5 pour entraîner un gaz à pomper G depuis une aspiration 9 de la pompe à vide 2 vers un refoulement 10 de la pompe à vide 2. Les rotors 8a et 8b présentent par exemple des lobes de profils identiques, tels que de type « Roots » ou de type « Claw ». Selon un autre exemple, les rotors de pompage peuvent être de type « à vis ».

La pompe à vide 2 comporte au moins un étage de pompage, cinq étages dans le cas de l’exemple de la figure 1 notés respectivement T1, T2, T3, T4 et T5. Chaque étage de pompage comprend une entrée et une sortie respectives. Les étages de pompage successifs sont raccordés en série les uns à la suite des autres par des canaux inter-étages 14 respectifs (visibles sur la figure 2) raccordant la sortie de l’étage de pompage qui précède à l’entrée de l’étage qui suit. Lors de la rotation, le gaz aspiré depuis l’entrée est emprisonné dans le volume engendré par les rotors 8a, 8b, puis est entraîné par les rotors 8a, 8b vers le refoulement 10 (le sens de circulation des gaz est illustré par les flèches G sur les figures 1 et 2). La pompe à vide 2 est notamment dite « sèche » car en fonctionnement, les rotors 8a, 8b tournent à l’intérieur du stator 5 sans aucun contact mécanique entre eux ou avec le stator 5, ce qui permet de ne pas utiliser d’huile dans les étages de pompage T1-T5. Dans cet exemple de réalisation, la pompe à vide 2 de type sèche est une pompe à vide primaire multi-étagée. Une pompe à vide primaire est une pompe à vide volumétrique, qui, à l’aide de deux rotors 8a et 8b, aspire, transfère puis refoule le gaz à pomper à la pression atmosphérique.

L’enceinte 3 définit donc un volume dans lequel on souhaite pomper les gaz. Le raccordement entre cette enceinte 3 et la pompe à vide 2 est fait au niveau de l’aspiration 9 de la pompe à vide 2. La pompe à vide 2 peut également comprendre un capteur de pression 12 disposé par exemple au niveau de son refoulement 10. Les variations de cette pression mesurée au niveau du refoulement 10 peuvent être représentatives des variations de pression à l’intérieur de l’enceinte 3 comprenant le volume à pomper lorsque ces variations sont importantes.

La pompe à vide 2 comprend également une unité de traitement 13 qui peut être connectée au capteur de pression 12 situé au niveau du refoulement 10. L’unité de traitement 13 peut comporter un ou plusieurs contrôleurs ou microcontrôleurs ou processeurs et une mémoire pour exécuter des suites d’instructions de programmes mettant en œuvre différentes fonctions liées à la pompe à vide 2 et notamment les différentes étapes du procédé de contrôle de la puissance maximale de fonctionnement de la pompe à vide 2 qui seront décrites dans la suite de la description.

La figure 3 représente un organigramme des différentes étapes du procédé de contrôle de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide 2 selon un premier mode de réalisation dans lequel la pompe à vide 2 comprend un capteur de pression 12 au niveau de son refoulement 10.

La première étape 101 concerne la mesure d’une pression mesurée par le capteur de pression 12 disposé au niveau du refoulement 10 de la pompe à vide 2. Les mesures de pression sont réalisées à intervalles de temps réguliers, par exemple toutes les 50ms.

La deuxième étape 102 concerne la détection d’un lancement d’une mise sous vide, c’est-à-dire une phase dans laquelle la pression dans l’enceinte 3 est élevée, par exemple une pression proche de la pression atmosphérique et dans laquelle on débute un cycle de pompage pour mettre sous vide et réduire la pression dans l’enceinte 3 jusqu’à une pression prédéterminée.

Cette détection est réalisée à partir des mesures de pression réalisées lors de l’étape 101.

Cette détection est réalisée en comparant l’évolution sur une première durée prédéterminée de la valeur de la pression mesurée au niveau du refoulement 10 avec un premier seuil prédéterminé.

La première durée prédéterminée est par exemple inférieure à 2s notamment de l’ordre de 1s. Le paramètre utilisé pour caractériser l’évolution correspond par exemple à la pente moyenne ou dérivée (dérivée temporelle) moyenne de l’évolution de la pression au niveau du refoulement 10 (en fonction du temps) durant la première durée prédéterminée.

La figure 4 représente un exemple d’évolution de la pression mesurée par le capteur de pression 12 au niveau du refoulement 10 de la pompe à vide 2 pour deux volumes d’enceinte 3 différents lors d’un lancement d’une mise sous vide.

Le lancement d’une mise sous vide est détecté lors de l’augmentation de la pression. Avant de commencer une mise sous vide, la pression est par exemple d’environ 1000mbar au niveau du refoulement de la pompe à vide 2, puis elle augmente brusquement (en 1s à 2s) à 1800mbar comme représenté sur la figure 4 au temps t0 (les deux courbes c1 et c2 sont superposées durant cette augmentation de pression). L’évolution de la pression est par exemple déterminée par un calcul de dérivée temporelle de la pression mesurée au niveau du refoulement de la pompe à vide 2 sur une durée comprise entre 50ms et 2 secondes, par exemple une seconde, qui servira d’indicateur. Lorsque cette dérivée est positive et supérieure à un premier seuil prédéterminé, par exemple 100mbar/sec, alors un lancement de mise sous vide est détecté.

Le lancement d’une mise sous vide peut être confirmé par une mesure de pression au-dessus d’un seuil prédéterminé, par exemple 1500mbar. Sur la figure 4, la première courbe c1 est associée à un premier volume de 2m³(ou 2000L) et la deuxième courbe c2 est associée à un deuxième volume de 1m³(ou 1000L). La pression à l’instant t0 passe donc d’environ 1000 mbar (100000 Pa) à environ 1800 mbar (180000 Pa) pour les deux courbes c1 et c2. Cette pression décroît ensuite fortement lors des premières secondes puis de plus en plus lentement.

Si, comme dans le présent exemple, la valeur de la pente moyenne est supérieure (en valeur absolue) au premier seuil prédéterminé alors un lancement d’une mise sous vide est détecté. En effet, lorsqu’une mise sous vide est lancée, la pression dans l’enceinte est élevée, par exemple sensiblement égale à la pression atmosphérique et diminue fortement lorsque la mise sous vide est lancée. Cette forte diminution peut être détectée au niveau de la pression mesurée au niveau du refoulement 10 de la pompe à vide 2 puisque la pression au refoulement 10 de la pompe à vide 2 augmente alors fortement du fait de la grande quantité de gaz qui est pompé.

Par ailleurs, le premier seuil prédéterminé peut être ajusté en fonction du type de pompe à vide 2 sur lequel le procédé de contrôle de la puissance de fonctionnement est appliqué.

La troisième étape 103 concerne une estimation d’un volume à pomper à partir de l’évolution, sur une deuxième durée prédéterminée, de la pression mesurée à l’étape 101.

Cette troisième étape 103 est effectuée lorsqu’un lancement d’une mise sous vide est détecté à l’étape 102 et lorsque la valeur maximale de pression mesurée n’augmente plus (dérivée nulle).

La deuxième durée prédéterminée est supérieure à la première durée prédéterminée et est par exemple comprise entre 5s et 15s, notamment 10s comme dans le présent exemple. L’évolution de la pression est par exemple déterminée par la valeur de la pente moyenne (ou dérivée temporelle moyenne) sur la deuxième durée prédéterminée de la courbe représentant la pression au niveau du refoulement 10 en fonction du temps.

La valeur de la pente moyenne de l’évolution de la pression c1, c2 pendant cette deuxième durée prédéterminée à partir de l’instant t1 correspondant à la valeur maximale de pression ou à partir de la détection du lancement d’une mise sous vide (t0+1s par exemple) est alors comparée à des valeurs sauvegardées et associées à différents volumes.

Dans le cas de la figure 4, la courbe c1 présente une pente moyenne f1 de -15mbar/s (-1500 Pa/s) sur les 10 premières secondes à partir de t1 tandis que la courbe c2 présente une pente moyenne f2 de -30mbar/s (-3000 Pa/s) sur les 10 premières secondes à partir de t1. Ces pentes moyennes peuvent alors être comparées à des valeurs de pente moyenne enregistrées dans une base de données. La base de données est par exemple sauvegardée dans une mémoire de l’unité de traitement 13.

Les valeurs de pente moyenne de pression sur 10 secondes et les volumes associés à ces valeurs de pente moyenne peuvent être enregistrées sous la forme d’un tableau ou sous la forme d’une courbe dont l’abscisse et l’ordonnée correspondent respectivement aux valeurs de pente moyenne et aux valeurs de volume ou inversement. Cette courbe est par exemple obtenue par extrapolation à partir de quelques valeurs déterminées. La figure 5 représente un exemple d’une telle courbe. Cette courbe peut être modélisée par une régression linéaire pour fournir une équation linéaire (ici y=66,667x+3000) donnant le volume associé à une pente moyenne de pression.

Ainsi en comparant la valeur de pente déterminée avec les valeurs sauvegardées dans la base de données ou à partir d’une équation de courbe pré-établie, on peut estimer un volume associé à la pente déterminée. Dans l’exemple de la figure 4, la pente moyenne de -15mbar/s (-1500 Pa/s) est associée à un volume de 2m³et la pente moyenne de -30mbar/s (-3000 Pa/s) est associée à un volume de 1m³.

La quatrième étape 104 concerne l’application d’une puissance de fonctionnement maximale en fonction du volume estimé à l’étape 103. En effet, pour éviter une surchauffe ou que la pompe à vide 2 ne disjoncte, il peut être nécessaire de limiter la puissance de fonctionnement de la pompe à vide 2. Plus le volume dans l’enceinte 3 est important (et donc le temps de pompage important) et plus la puissance de la pompe à vide 2 doit être réduite. Ainsi, dans le cas de la figure 4, lorsque le volume à pomper estimé est de 1m³, la puissance maximale peut être fixée à 4000 W et lorsque le volume à pomper estimé est de 2m³, la puissance maximale peut être fixée à 3500 W . Les valeurs des puissances maximales en fonction du volume à pomper peuvent être sauvegardées dans une base de données sous forme d’un tableau ou d’une courbe par exemple. La puissance maximale de fonctionnement est ainsi limitée en fonction du volume à pomper de sorte que plus le volume est important, plus la puissance de fonctionnement est réduite.

Les bases de données et courbes décrites aux étapes 103 et 104 peuvent être sauvegardées dans la mémoire de l’unité de traitement 13 ou dans une mémoire externe à l’unité de traitement 13 à laquelle l’unité de traitement 13 est connectée.

Ainsi, la surveillance de l’évolution de la pression au niveau du refoulement 10 de la pompe à vide 2 permet de pouvoir détecter le lancement d’une mise sous vide et d’estimer le volume à pomper lors de la mise sous vide et permet de déterminer une puissance maximale de la pompe à vide 2 à appliquer pour limiter le risque de dysfonctionnement de la pompe à vide 2 lors de la mise sous vide.

La figure 6 représente un organigramme des différentes étapes du procédé de contrôle de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide 2 selon un deuxième mode de réalisation. Dans ce deuxième mode de réalisation, le capteur de pression 12 au niveau du refoulement 10 n’est pas nécessaire.

La première étape 201 concerne la détermination d’une puissance de fonctionnement ou charge de fonctionnement de la pompe à vide 2. Cette détermination est par exemple réalisée par une unité de traitement 13 de la pompe à vide 2 telle que l’unité de traitement 13 décrite précédemment et peut être réalisée par la mesure d’un paramètre représentatif de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide 2 comme le courant moteur. La puissance de fonctionnement dépend de la quantité de gaz à pomper et donc de la pression dans l’enceinte 3.

La deuxième étape 202 concerne la détection d’un lancement d’une mise sous vide, c’est-à-dire une phase dans laquelle la pression dans l’enceinte 3 est élevée, par exemple une pression proche de la pression atmosphérique et dans laquelle on débute un cycle de pompage pour mettre sous vide et réduire la pression dans l’enceinte 3 jusqu’à une pression prédéterminée.

La figure 7 représente un exemple de courbes représentatives notées p1, p2 et p3 de l’évolution de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide 2 pour trois volumes d’enceinte 3 différents lors d’un lancement d’une mise sous vide.

La première courbe p1 est associée à un premier volume de 1000L (1m³), la deuxième courbe p2 est associée à un deuxième volume de 200L (0,2m³) et la troisième courbe p3 est associée à un troisième volume de 20L (0,02m³).

La variation de la puissance de fonctionnement est fonction de la pression dans l’enceinte 3 comprenant le volume à pomper. Il est ainsi possible comme pour la pression au niveau du refoulement 10 de détecter le lancement d’une mise sous vide lorsque la puissance de fonctionnement varie au-delà d’un premier seuil prédéterminé.

On détecte un lancement d’une mise sous vide lorsque l’augmentation de la puissance dépasse un seuil prédéterminé pendant une première durée prédéterminée comprise entre 50ms et 2s, par exemple 1s. Pour cela, on détermine par exemple la dérivée temporelle sur cette première durée prédéterminée et on la compare à un seuil prédéterminé, par exemple 300W/s. Dans le cas de la figure 7, la puissance avant le lancement de la mise sous vide est d’environ 800W et passe rapidement (moins de 2s) à une valeur supérieure à 4000W (environ 5800W pour la courbe p1 et environ 4500W pour les courbes p2 et p3) pour les différentes courbes de sorte que la dérivée temporelle sur 1s dépasse le premier seuil prédéterminé et qu’un lancement d’une mise sous vide est donc détecté. Cette détection d’une mise sous vide peut être confirmée par une valeur de puissance dépassant les 4000W.

Comme pour le premier mode de réalisation avec la pression, la valeur de la pente moyenne (ou dérivée temporelle moyenne) de l’évolution de la puissance pendant la première durée prédéterminée, ici 1s, est comparée à la valeur du premier seuil prédéterminé par exemple 300W/s. Si la pente moyenne de l’évolution de la puissance de fonctionnement durant la première durée prédéterminée, ici 1s, est supérieure à ce seuil prédéterminé alors un lancement d’une mise sous vide est détecté. Ce premier seuil prédéterminé peut être ajusté en fonction du type de pompe à vide 2 sur lequel le procédé de contrôle de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide 2 est appliqué.

La troisième étape 203 concerne une estimation d’un volume à pomper à partir de l’évolution, sur une deuxième durée prédéterminée, de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide 2.

Cette troisième étape 203 est effectuée lorsqu’un lancement d’une mise sous vide est détecté à l’étape 202 et que la puissance passe par une valeur maximale (dérivée nulle).

La deuxième durée prédéterminée est supérieure à la première durée prédéterminée et est par exemple comprise entre 5s et 15s, notamment 10s dans le cas présent.

La valeur de la pente moyenne de l’évolution temporelle de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide 2 pendant cette deuxième durée prédéterminée à partir du temps t1 correspondant au maximum de puissance (dérivée nulle) (dans le cas de la figure 7, cet instant t1 est sensiblement le même pour les trois courbes p1, p2 et p3) est alors comparée à des valeurs sauvegardées et associées à différents volumes.

Dans le cas de la figure 7, la première courbe p1 présente un pente moyenne de -27W/s sur les 10 premières secondes à partir de t1, la deuxième courbe p2 présente une pente moyenne de -53W/s sur les 10 premières secondes à partir de t1 et la courbe p3 présente un pente moyenne de -350W/s. Ces pentes moyennes peuvent alors être comparées à des valeurs de pente moyenne enregistrées dans une base de données.

Les valeurs de pente moyenne de puissance de fonctionnement sur 10 secondes et les volumes associés à ces valeurs de pente moyenne peuvent être enregistrées sous la forme d’un tableau ou sous la forme d’une courbe dont l’abscisse et l’ordonnée correspondent respectivement aux valeurs de pente moyenne et aux valeurs de puissance ou inversement. Cette courbe est par exemple obtenue par extrapolation à partir de quelques valeurs déterminées. La figure 8 représente un exemple d’une telle courbe notée g avec la pente de puissance en watts/sec en ordonnée et le volume en litres en abscisse. Cette courbe présente une décroissance sensiblement hyperbolique et peut être approximée par deux régressions linéaires associées à deux portions de courbe, une première droite g1 associée aux volumes inférieurs à 50L et une deuxième droite g2 associée aux volumes supérieurs ou égaux à 50L.

Ainsi en comparant la valeur de pente moyenne de puissance déterminée avec les valeurs sauvegardées dans la base de données ou à partir d’une ou plusieurs courbes de correspondance prédéfinies, on peut estimer un volume associé à la pente moyenne de puissance déterminée pendant la deuxième durée prédéterminée. Dans l’exemple de la figure 7, la pente moyenne de -27W/s est associée à un volume de 1000L, la pente moyenne de -53W/s est associée à un volume de 200L et la pente de -350W/s est associée à un volume de 20L.

La quatrième étape 204 concerne l’application d’une puissance de fonctionnement maximale en fonction du volume estimé à l’étape 203. En effet, pour éviter une surchauffe ou que la pompe à vide 2 ne disjoncte, il peut être nécessaire de limiter la puissance de la pompe à vide 2. Plus le volume dans l’enceinte 3 est important (et donc le temps de pompage important lors de la mise sous vide) et plus la puissance de la pompe à vide 2 doit être réduite. Ainsi, dans le cas de la figure 7, lorsque le volume à pomper estimé est de 1000L (1m³), la puissance maximale est fixée à 3500 W, lorsque le volume à pomper estimé est de 200L (0,2m³), la puissance maximale est fixée à 4000 W et lorsque le volume à pomper estimé est de 20L (0,02m³), il n’y a pas de limite de puissance. Les valeurs de puissance de fonctionnement maximale et les volumes estimés associés sont par exemple sauvegardés dans une base de données. Les bases de données et courbes décrites aux étapes 203 et 204 peuvent être sauvegardées dans la mémoire de l’unité de traitement 13 ou dans une mémoire externe à l’unité de traitement 13 à laquelle l’unité de traitement 13 est connectée.

Les différentes étapes du procédé décrit à partir de la figure 6 peuvent être mises en œuvre par une unité de traitement 13 de la pompe à vide 2 telle que l’unité de traitement 13 décrite précédemment.

Par ailleurs, selon un troisième mode de réalisation, il est également possible de réaliser à la fois une estimation de volume basée sur la pression décrite précédemment à partir de la figure 3 et une estimation de volume basée sur la puissance décrite précédemment à partir de la figure 6 et ainsi de déterminer une puissance maximale de fonctionnement à partir de ces deux paramètres.

Les évolutions de la pression et de la puissance de fonctionnement sur la première durée prédéterminée, par exemple une seconde, peuvent être utilisées pour détecter le lancement d’une mise sous vide. La mesure de pression est par exemple utilisée de manière prioritaire pour la détection et la puissance peut être utilisée comme confirmation. En cas de résultat différent entre la pression et la puissance, une alarme peut être émise, par exemple un signal sonore et/ou visuel. Il est également possible de définir comme paramètre prioritaire, celui dont l’évolution est la plus régulière, c’est-à-dire le paramètre pour lequel le nombre de changements de signe de la dérivée associée à son évolution est le plus faible (courbe toujours croissante par exemple) sur la première durée prédéterminée.

Les évolutions de la pression et de la puissance de fonctionnement sur la deuxième durée prédéterminée, par exemple dix secondes, peuvent ensuite être utilisées chacune pour estimer de manière indépendante le volume de gaz à pomper.

Les deux volumes estimés peuvent être comparés.

Si la différence entre les deux volumes estimés est inférieure à un seuil prédéterminé (le seuil prédéterminé peut correspondre à un pourcentage du volume estimé), le volume estimé peut correspondre à la valeur moyenne des deux volumes estimés ou le volume estimé par l’une des méthodes peut être retenu de manière prioritaire, par exemple le volume obtenu par le paramètre dont l’évolution est la plus régulière, c’est à dire dont la dérivée présente le moins de changement de signe (toujours croissante ou toujours décroissante sur la deuxième durée prédéterminée par exemple). La puissance maximale à utiliser durant le pompage est alors déterminée à partir d’une base de données ou d’une courbe de correspondance comme décrit précédemment.

Si leur différence est supérieure au seuil prédéterminé, une alarme peut être émise, par exemple un signal sonore et/ou visuel et le volume retenu peut correspondre au plus grand volume estimé de manière à limiter le risque de surchauffe en cas de pompage prolongé.

Ainsi, l’utilisation de deux paramètres distincts, la pression et la puissance, pour la détection d’un lancement d’une mise sous vide et l’estimation d’un volume à pomper permet d’obtenir une confirmation et donc d’améliorer la fiabilité de la détection et de l’estimation du volume à pomper pour choisir de manière encore plus fiable la puissance de fonctionnement maximale.

Selon un autre mode de réalisation représenté sur la figure 9, l’installation 1 comprend une pompe à vide 2 primaire, c’est-à-dire dont le refoulement débouche sur de l’air à pression atmosphérique, et une pompe à vide supplémentaire 2’ disposée en série et en amont de la pompe à vide 2. Les positions « amont » et « aval » sont définies ici par rapport au sens d’aspiration du gaz par les pompes à vide 2 et 2’. Ainsi, l’aspiration 9’ de la pompe à vide supplémentaire 2’ est connectée à un orifice de l’enceinte 3 et le refoulement 10’ de la pompe à vide supplémentaire 2’ est connectée à l’aspiration 9 de la pompe à vide 2. Comme dans le mode de réalisation précédent, un capteur de pression 12 peut être disposé au niveau du refoulement 10 de la pompe à vide 2. La pompe à vide supplémentaire 2’ est une pompe à vide comprenant son propre moteur, par exemple une pompe à vide volumétrique de type roots.

La figure 10 représente trois courbes notées q1, q2 et q3 correspondant respectivement à l’évolution au cours du temps de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide 2, de l’évolution au cours du temps de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide supplémentaire 2’ et de l’évolution au cours du temps de la pression au niveau du refoulement 10 de la pompe à vide 2. La pression au niveau du refoulement 10 de la pompe à vide 2 est par exemple donnée par le capteur 12. Sur la figure 10, l’instant t0 correspond au lancement d’une mise sous vide. On peut observer qu’à partir de l’instant t0, la puissance de fonctionnement de la pompe à vide 2 augmente fortement (courbe q1) jusqu’à un temps t2 à partir duquel la puissance de fonctionnement de la pompe à vide 2 diminue. La puissance de fonctionnement de la pompe à vide supplémentaire 2’ reste faible jusqu’au temps t2 puis augmente fortement. Ainsi, entre les temps t0 et t2, c’est principalement la pompe à vide 2 qui contribue à la mise sous vide et à partir du temps t2, la contribution de la pompe à vide 2 diminue au profit de la pompe à vide supplémentaire. Le temps t2 correspond au moment où une certaine pression est atteinte dans l’enceinte 3. On observe également que la pression au niveau du refoulement 10 de la pompe à vide 2 augmente fortement sur une courte durée après l’instant t0 puis diminue de manière régulière.

Comme dans le mode de réalisation précédent, les pentes moyennes sur des durées prédéfinies associées aux évolutions temporelles de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide 2 et de la pression au niveau du refoulement de la pompe à vide 2 peuvent permettre d’une part de détecter un lancement d’une mise sous vide et d’autre part d’estimer le volume à pomper. Le lancement d’une mise sous vide est par exemple détecté lorsque la pente de l’évolution de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide 2 sur une première durée prédéterminée, par exemple une durée comprise entre 100 ms et 2 secondes, est supérieure à un seuil prédéterminé. Alternativement ou en complément, le lancement d’une mise sous vide peut être détecté lorsque la pente de l’évolution de la pression au niveau du refoulement 10 de la pompe à vide 2 sur la première durée prédéterminée est supérieure (en valeur absolue) à un autre seuil prédéterminé.

L’estimation du volume à pomper est par exemple réalisée en comparant la pente de l’évolution de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide 2 sur une deuxième durée prédéterminée, par exemple une durée comprise entre 10s et 100s, notamment 30s, avec des valeurs de pentes sauvegardées dans une base de données.

Alternativement ou en complément, l’estimation du volume à pomper peut être réalisé en comparant la pente de l’évolution de la pression au niveau du refoulement 10 de la pompe à vide 2 sur la deuxième durée prédéterminée avec des valeurs de pentes sauvegardées dans une base de données. La base de données comprend également des valeurs de volume à pomper associées à ces valeurs de pentes (de la courbe de pression ou de la courbe de puissance de fonctionnement). La base de données est par exemple sauvegardée dans une mémoire de l’unité de traitement 13. Dans l’exemple de la figure 10, la pente p1 associée à la courbe q1 peut être utilisée pour déterminer un volume à pomper et la pente p3 de la courbe q3 peut également être utilisée pour déterminer le volume à pomper. Dans l’exemple de la figure 10, la courbe q3 associée à la pression au refoulement 10 sera utilisée en priorité du fait que ses variations sont bien plus faibles durant la deuxième durée prédéterminée. Ainsi, le procédé de contrôle de puissance d’une pompe à vide peut également être utilisé pour une pompe primaire mise en série avec une autre pompe disposée en amont, entre l’enceinte comprenant le volume à pomper et la pompe à vide 2 primaire.

La surveillance de paramètres de fonctionnement d’une pompe à vide 2 tels que la puissance de fonctionnement de la pompe à vide ou la pression au niveau du refoulement 10 de la pompe à vide 2 permettent ainsi de détecter un lancement d’une mise sous vide et d’estimer le volume à pomper, par exemple le volume d’une enceinte 3 destinée à la fabrication de « wafers » et ainsi de pouvoir adapter la puissance maximale de fonctionnement de la pompe à vide 2 pendant la mise sous vide sans risquer que la pompe à vide 2 surchauffe ou disjoncte. Cela permet d’éviter une configuration manuelle en usine en fonction de l’application à laquelle la pompe à vide 2 est dédiée et de devoir connaître, lors de la fabrication de la pompe à vide 2, le volume de l’enceinte 3 à laquelle la pompe à vide 2 va être raccordée.

La présente invention concerne également une pompe à vide 2 comprenant une unité de traitement 13 configurée pour réaliser les étapes du procédé de contrôle de la puissance de fonctionnement selon l’un des modes de réalisation présenté précédemment.

Claims

Procédé de contrôle d’une puissance de fonctionnement d’une pompe à vide (2) configurée pour être raccordée à un volume dans lequel on souhaite pomper les gaz caractérisé en ce que le procédé comprend :
- une étape (102, 202) de détection d’un lancement d’une mise sous vide dans laquelle on compare l’évolution sur une première durée prédéterminée d’au moins un paramètre parmi les paramètres suivants :
- une puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2),
- une pression mesurée au niveau d’un refoulement (10) de la pompe à vide (2),
avec un premier seuil prédéterminé,
et lorsqu’un lancement d’une mise sous vide est détecté,
- une étape (103, 203) d’estimation d’un volume à pomper à partir de l’évolution, sur une deuxième durée prédéterminée, d’au moins un paramètre parmi les paramètres suivants :
- une puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2),
- une pression mesurée au niveau du refoulement (10) de la pompe à vide (2), et
- une étape (104, 204) de limitation de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2) dans laquelle on limite la puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2) en fonction du volume estimé.
Procédé de contrôle selon la revendication 1 dans lequel l’évolution du paramètre correspond à la pente moyenne, sur la première ou la deuxième durée prédéterminée, de l‘évolution temporelle du paramètre.
Procédé de contrôle selon la revendication 1 ou 2 dans lequel l’estimation d’un volume à pomper comprend une première estimation (203) du volume à pomper réalisée à partir de l’évolution du paramètre de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2) et une deuxième estimation (103) du volume à pomper réalisée à partir de l’évolution du paramètre de la pression mesurée au niveau du refoulement (10) de la pompe à vide (2), le volume à pomper étant estimé en priorité à partir du paramètre dont l’évolution est la plus régulière durant la deuxième durée prédéterminée.
Procédé de contrôle selon la revendication précédente dans lequel une alarme est émise lorsque l’écart entre le volume estimé à partir du paramètre de la pression au niveau du refoulement (10) et le volume estimé à partir du paramètre de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2) dépasse une valeur prédéterminée.
Procédé de contrôle selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’estimation du volume à pomper à partir de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2) comprend l’estimation d’une pente moyenne de décroissance de la puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2) pendant la deuxième durée prédéterminée et la comparaison de cette pente estimée avec des valeurs de pentes de puissance sauvegardées associées à différents volumes à pomper.
Procédé de contrôle selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’estimation du volume à pomper à partir de la pression mesurée au niveau du refoulement (10) de la pompe à vide (2) comprend l’estimation d’une pente moyenne de décroissance de la pression mesurée au niveau du refoulement (10) de la pompe à vide (2) pendant la deuxième durée prédéterminée et la comparaison de cette pente estimée avec des valeurs de pentes de pression sauvegardées associées à différents volumes à pomper.
Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel la deuxième durée prédéterminée est comprise entre 3 et 15 secondes, notamment 10 secondes pour une pompe à vide (2) seule.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 6 dans lequel la deuxième durée prédéterminée est comprise entre 10 et 100 secondes, notamment 30 secondes, pour une pompe à vide (2) primaire mise en série avec une pompe à vide supplémentaire (2’).
Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel la première durée prédéterminée est comprise entre 50ms et deux secondes, notamment une seconde.
Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le volume à pomper correspond au volume d’une enceinte (3) raccordée à une aspiration (9) de la pompe à vide (2).
Pompe à vide (2) configurée pour être raccordée à une enceinte (3) dans laquelle on souhaite pomper les gaz et comprenant un capteur de pression (12) disposé au niveau d’un refoulement (10) de la pompe à vide (2), ladite pompe à vide (2) comprenant une unité de traitement (13) configurée pour :
- détecter (102, 202) un lancement d’une mise sous vide dans laquelle on compare l’évolution sur une première durée prédéterminée d’au moins un paramètre parmi les paramètres suivants :
- une puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2),
- une pression mesurée au niveau du refoulement (10) de la pompe à vide (2),
avec un premier seuil prédéterminé,
et lorsqu’un lancement de mise sous vide est détecté,
- estimer (103, 203) un volume à pomper à partir de l’évolution, sur une deuxième durée prédéterminée, d’au moins un paramètre parmi les paramètres suivants :
- une puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2),
- une pression mesurée au niveau du refoulement (10) de la pompe à vide (2),
- limiter (104, 204) la puissance de fonctionnement de la pompe à vide (2) en fonction du volume estimé.
Pompe à vide (2) selon la revendication précédente dans laquelle la pompe à vide (2) est une pompe à vide (2) primaire multi-étagée.
Pompe à vide (2) selon la revendication 11 ou 12 configurée pour être mise en série avec une pompe à vide supplémentaire, ladite pompe à vide supplémentaire étant disposée en amont de la pompe à vide.