CN104246230A - 用于预热真空泵装置的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于预热真空泵装置的方法，该真空泵装置具有增压泵和在该增压泵下游的前级泵，用于抽空处理室，所述方法包括：将增压泵设定在第一速度处，该第一速度高于增压泵在其处于空转模式时的空转速度；以及至少在从真空泵装置从空转模式被起动时到增压泵达到等于或超过第一预定阈值的温度时的时间段内，将增压泵的出口处的前级压力控制在从0.1毫巴到10毫巴的范围内。还要求保护一种能够执行该方法的设备。

Description

用于预热真空泵装置的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于在真空泵装置进入空转模式之后预热（warm up）该真空泵装置的方法和/或设备。

背景技术

在制造半导体装置时使用的系统除了别的之外典型地包括处理工具、具有增压泵（booster pump）和前级泵（backing pump）的真空泵装置以及消除装置。处理工具典型地包括处理室，半导体晶片在处理室中被处理成预定的结构。真空泵装置连接到处理工具，用于抽空处理室以在处理室中形成真空环境，从而发生各种半导体处理技术。通过真空泵装置从处理室抽出的气体可以导向到消除装置，该消除装置在气体释放到环境之前除掉或分解气体中的有害或有毒成分。

所期望的是，管理和降低在半导体制造工艺期间由真空泵和消除装置消耗的诸如电力、燃料和水的动力利用（utility）。在制造半导体晶片时，由真空泵和消除装置消耗的功率代表由整个系统消耗的总功率的相当大一部分。在半导体产业中已经进行了很多努力来改善真空泵的动力利用消耗的效率，以便降低半导体晶片的制造成本。除了成本节约之外，新的环境法规也会经常对半导体制造商施压，以改善他们的制造工艺的能源效率。

用于改善效率的一个常规方法是当处理工具不需要真空泵装置和消除装置以其正常能力操作时将真空泵装置和消除装置置于空转模式。术语“空转模式”在本文与其他术语可互换使用，诸如在各种产业中经常习惯使用的睡眠模式、绿色模式、休眠、降低能量/低能量模式、主动动力利用控制模式。例如，当半导体晶片正被传递到处理室中或从处理室中传递出时，可将真空泵装置和消除装置置于空转模式，在该模式下它们消耗的资源少于它们处于正常操作模式下时。当处理工具需要真空泵装置和消除装置以其正常能力操作时，能够使它们从空转模式回到其正常操作模式。

常规方法的一个缺点是它常常花费长的时间使真空泵装置和消除装置从空转模式回到其正常操作模式。当真空泵装置处于空转模式时，它会冷却到低温。在真空泵装置能够在正常条件操作下之前，需要将它预热到一定温度，这能够花费长时间。预热花费的时间越长，处理工具设置为空转、等待真空泵装置准备就绪的时间就越长。这转化为生产力损失和产量下降。

因此，所需的是用于使真空泵装置从空转模式快速预热，从而缩短处理系统从空转模式回到正常操作模式所需要的时间的方法。

发明内容

本发明涉及一种用于在真空泵装置进入空转模式之后预热该真空泵装置的方法和/或设备。在本发明的一些实施例中，用于预热具有增压泵和在该增压泵下游的前级泵的用于抽空处理室的真空泵装置的方法包括以下步骤：将增压泵设定在第一速度处，该第一速度高于增压泵在其处于空转模式时的空转速度；以及至少在从真空泵装置从空转模式被起动时到增压泵达到等于或超过第一预定阈值的温度时的时间段内，将增压泵的出口处的前级压力（backing pressure）控制在从0.1毫巴到10毫巴的范围内，其中将需要根据增压泵的尺寸来选择合适的前级压力。

在本发明的一些实施例中，一种设备包括：处理室；增压泵，其入口流体连接到处理室的出口；前级泵，其入口流体连接到增压泵的出口，所述前级泵用于与增压泵一起抽空处理室；以及控制器，其与增压泵和前级泵电联接，该控制器配置为至少在从增压泵和前级泵从空转模式被起动时到增压泵达到等于或超过第一预定阈值的温度时的时间段内，将增压泵的出口处的前级压力控制在从0.1毫巴到10毫巴的范围内。

然而，当结合附图阅读时，将从具体实施例的以下描述最好地理解本发明的结构和操作方法以及其附加的目的和优点。

附图说明

图1图示了根据本发明的一些实施例的系统的示意图，其中除了别的之外处理室、增压泵和前级泵串联连接。

图2A和2B图示了显示根据本发明的一些实施例的用于预热真空泵装置的各种过程的流程图。

图3图示了显示根据本发明的一些实施例的用于预热真空泵装置的过程的流程图。

图4为示出了所公开的方法和/或设备缩短预热真空泵装置所需要的时间的图表。

具体实施方式

本公开涉及一种用于在真空泵装置进入空转模式之后预热该真空泵装置的方法和/或设备。真空泵装置在其简化的构造中具有增压泵和在其下游的前级泵。增压泵的入口连接到处理室的出口，处理室能够为半导体处理工具的一部分或需要内部真空环境以便正确地起作用的任何其他装备。增压泵的出口连接到前级泵的入口，前级泵的出口典型地与消除装置流体连接或者在一些情况下直接与大气环境连接。当真空泵装置被预热时，增压泵的速度升高到并维持在高于增压泵在其处于空转模式时的空转速度的水平。与正常操作模式下或在一些情况由常规方法采用的空转模式下的前级压力相比，增压泵的前级压力（为增压泵的出口处的压力）也升高到并维持在相对高的水平。作为结果，在预热周期期间压缩通过增压泵的气体所需要的功率会增加，因此使得增压泵的温度更快速地升高。因为增压泵典型地比前级泵要花费更长的时间完全预热，因此本公开的方法和/或设备能够缩短将整个真空泵装置从空转模式预热所需要的时间。这转而增加了处理工具的产量。

图1图示了根据本发明的一些实施例的系统10的示意图，其中除了别的之外，处理室12和真空泵装置20串联连接。真空泵装置20将气体从处理室12抽出，并在其内形成真空环境以执行某些处理，诸如沉积、刻蚀、离子注入、外延附生等。气体能够从一个或多个气体源（诸如在此图中由14a和14b标示的气体源）被引入到处理室12中。气体源14a和14b能够分别经由控制阀16a和16b连接到处理室12。将各种气体引入到处理室12中的正时能够通过选择性地开启或关闭控制阀16a和16b来控制。从气体源14a和14b引入到处理室12中的气体的流速能够通过调节控制阀16a和16b的流体传导率来控制。

真空泵装置20包括串联连接的增压泵22和前级泵24。增压泵22的入口连接到处理室12的出口。增压泵22的出口连接到前级泵24的入口。前级泵24的出口可以连接到消除装置（在图中未示出），在该消除装置中处理从前级泵24排放的废气以便降低废气可能对环境的不利影响。在真空泵装置中能够施用传感器（在图中未示出），以收集各种测量的数据，诸如增压泵22和前级泵24的温度、功率消耗、泵速度等。也能够施用传感器以测量增压泵22和/或前级泵24的入口和/或出口处的气体压力。控制器30配置为响应于由传感器收集的数据来控制增压泵22和前级泵24的各种参数。例如，控制器30可以在接收到指示没有即时处理期望在处理室12中执行的信号时将增压泵22和前级泵24置于低动力利用消耗状态，例如空转模式。这样的信号可以由处理室12或者将处理室12直接并入到控制器30中的处理工具来提供。可替换地，这样的信号可以由半导体制造设施的中央控制单元提供给控制器30。

当接收到唤醒信号时，控制器30影响对真空泵装置20的电力供给的增加，并将增压泵22和前级泵24的速度从它们各自的空转速度升高到较高水平。至少在真空泵装置20从空转模式被起动时到增压泵22达到等于或超过预定阈值的温度时的时间段内（这对于使增压泵在正常条件下操作来说是需要的），控制器30控制和升高增压泵22的出口处的前级压力并将该前级压力维持在从0.1毫巴到10毫巴的范围内。本文公开的压力范围高于增压泵22在典型的常规预热过程中的前级压力。

数学上，增压泵22的压缩功率（W）等于其容积排量（V）乘以跨过其的压力差（dP）。假定增压泵22的容积排量为常数，则通过升高前级压力来升高压力差会需要较高的功率以压缩通过增压泵22的气体，因此其结果是产生更多的热。这会引起增压泵22的温度从增压泵22处于空转模式时的温度很快速地达到适于正常泵操作的预定阈值。

在发明的一些实施例中，增压泵22的前级压力能够通过调节前级泵24的速度来控制。前级泵24的速度越慢，增压泵22的前级压力越高。图2A中图示了用于控制增压泵22的前级压力的示例性过程。该过程在步骤200开始。在步骤202，确定真空泵装置20是否已经接收到从空转模式唤醒的信号。如果确定真空泵装置20未接收到这样的信号，则真空泵装置20将仍处于空转模式。如果确定真空泵装置20已经接收到这样的信号，则过程将前进到步骤204，在步骤204，将增压泵22的速度设定在高于其空转速度的第一速度。在步骤206，将前级泵24的速度设定在高于其空转速度的第二速度。要注意的是，尽管步骤204和206在图2A中图示为两个分开的动作，但是增压泵22和前级泵24的速度在本发明的一些实施例中可以同时设定。

在步骤208，确定增压泵22的前级压力是否在从0.1毫巴到10毫巴的预定范围内。如果前级压力未在该预定范围内，则过程前进到步骤210，在步骤210，使前级泵24的速度减小以便使增压泵22的前级压力快速地落入到预定范围内。在本发明的一些实施例中，前级泵24的速度减小一次，且过程等待增压泵22的前级压力移动到预定范围内。在本发明的另一些实施例中，前级泵24的速度经过大量时间间隔逐渐地减小，直到增压泵22的前级压力移动到预定范围内。在本发明的还一些实施例中，前级泵24的第二速度在步骤206设定得足够低，用于使增压泵22的前级压力快速地上升，使得能够一起去掉步骤210。所有这些实施例都在本发明的范围内。

如果确定增压泵22的前级压力在预定范围内，则过程前进到步骤212。在步骤212，确定增压泵22和前级泵24的温度是否等于或超过它们各自的阈值温度。如果是，则真空泵装置20将设定为准备好用于在正常操作模式下抽空处理室12。直到那时，真空泵装置20将保持在预热过程中，等待温度升高到合适水平。要注意的是，增压泵22和前级泵24的预定阈值温度的值可以相同或者可以不相同。之后，过程在步骤214结束。

在本发明的一些实施例中，增压泵22的前级压力能够通过调节泵速度并对比增压泵22的温度和阈值温度来控制，无需直接测量前级压力。图2B图示了示出控制增压泵22的前级压力的示例性过程的流程图，该过程无需直接对前级压力进行测量。图2B中的过程类似于图2A中的过程，不同之处在于不测量增压泵22的前级压力。在步骤248，增压泵22的温被测量度，并与增压泵的阈值温度进行对比。如果测量的温度低于阈值温度，则在步骤250增加前级泵24的速度。步骤248和250周期性地重复直到增压泵22的测量的温度等于或超过阈值温度。之后，过程前进到步骤252，在步骤252，确定前级泵24的温度是否等于或超过前级泵24的阈值温度。如果是，则真空泵装置20将设定为准备好用于在正常操作模式下抽空处理室12。直到那时，真空泵装置20将保持在预热过程中，等待温度升高到合适水平。之后，过程在步骤254结束。

在本发明的另一些实施例中，能够通过在增压泵22的出口处或增压泵22与前级泵24之间的导管中的位置处注入吹扫气体来升高增压泵22的前级压力。如图1所示，可以可选地提供吹扫气体源32和控制阀34。控制阀34可以放置在源32和增压泵22与前级泵24之间的导管之间。控制器30配置为调节控制阀34的传导率，从而控制吹扫气体从源32到出口处或到增压泵22的在其下游的邻近处的流速。这样转而会改变增压泵22的出口处的前级压力。有利的是，选择稳定的且不与流过真空泵装置20的处理气体发生反应的气体作为吹扫气体。吹扫气体的示例包括氮气、氦气或其他惰性气体。

图3示出了根据本发明的一些实施例的用于将真空泵装置20从空转模式预热的过程。图3中图示的过程与图2中的过程类似，期望在后者中通过调节前级泵24的速度来控制和维持增压泵22的前级压力，而在前者中通过在增压泵22的出口处注入吹扫气体来控制和维持增压泵22的前级压力，如步骤300所描述的。在步骤302，确定增压泵22的前级压力是否在预定范围内。如果不是，则控制器30可以增加控制阀34的传导率，以增加吹扫气体的流速，直到增压泵22的前级压力移动到预定范围内。如同图2中的过程，在步骤300，吹扫气体的流速能够经过大量时间间隔逐渐地或者突然地调节到预定水平。如果确定增压泵22的前级压力在预定范围内，则过程将前进到步骤304。

在步骤304，确定增压泵22的温度是否等于或超过预定阈值温度。如果不是，则过程将等待直到增压泵22的温度等于或超过预定阈值温度，然后前进到步骤306，在步骤306，切断吹扫气体流。在步骤308，确定前级泵24的温度是否等于或超过预定阈值温度。如果不是，则过程将等待直到前级泵24的温度等于或超过预定阈值温度，然后过程在步骤310结束。如同图2中的过程，在此增压泵和前级泵的阈值温度可以相同或者可以不相同。

图4为示出了所公开的方法和/或设备缩短在真空泵装置进入空转模式之后预热该真空泵装置所需要的时间的图表。图的左侧图示了根据常规方法或设备用于预热真空泵装置的时间轴。图的右侧图示了根据本公开的方法或设备用于预热真空泵装置的时间轴。时间轴之间的对比示出了所公开的方法或设备能够比常规方法或设备更加快速地将增压泵和前级泵预热到它们期望的温度，其原因在于在预热过程中增加了增压泵的前级压力。缩短预热周期意味着处理工具能够在真空泵装置被命令从空转模式唤醒之后更加快速地进入操作。对于处理工具来说，这转而转化为更高的产量。

尽管在本文中示出和描述的本发明体现在一个或多个特定示例中，然而并不旨在将其限制到所示出的细节，因为在不脱离本发明的精神且在权利要求的等同物的范围内的情况下，可在其中进行各种修改和结构变化。于是，可以了解的是，应宽泛地理解所附的权利要求，且以与所附权利要求中阐述的本发明的范围一致的方式来理解权利要求。

Claims (16)

1.一种用于预热真空泵装置的方法，所述真空泵装置具有增压泵和在所述增压泵下游的前级泵，用于抽空处理室，所述方法包括：

将所述增压泵设定在第一速度处，所述第一速度高于所述增压泵在其处于空转模式时的空转速度；以及

至少在从所述真空泵装置从所述空转模式被起动时到所述增压泵达到等于或超过第一预定阈值的温度时的时间段内，将所述增压泵的出口处的前级压力控制在从0.1毫巴到10毫巴的范围内。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述控制前级压力包括：调节所述前级泵的速度，所述前级泵的入口连接到所述增压泵的出口。

3.如权利要求2所述的方法，其中，当所述真空泵装置从所述空转模式被起动时，将所述前级泵设定在第二速度处。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述前级泵的所述第二速度降低到预定水平，以便使所述增压泵的前级压力落入到从0.1毫巴到10毫巴的范围内。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述第二速度经过大量时间间隔逐渐地降低到所述预定水平。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述控制前级压力包括：在所述增压泵的出口处注入吹扫气体。

7.如权利要求6所述的方法，其中，以将所述增压泵的前级压力调节到从0.1毫巴到10毫巴的范围内的方式来控制所述吹扫气体的流速。

8.如权利要求1所述的方法，其中，将所述真空泵装置设定为准备好用于在正常操作模式下抽空所述处理室，此时所述增压泵的温度等于或超过所述第一预定阈值，且所述前级泵的温度等于或超过第二预定阈值，其中，所述第一预定阈值和所述第二预定阈值可以相同或者可以不相同。

9.一种设备，包括：

处理室；

增压泵，其入口流体连接到所述处理室的出口；

前级泵，其入口流体连接到所述增压泵的出口，所述前级泵用于与所述增压泵一起抽空所述处理室；以及

控制器，其与所述增压泵和所述前级泵电联接，所述控制器配置为至少在从所述增压泵和所述前级泵从空转模式被起动时到所述增压泵达到等于或超过第一预定阈值的温度时的时间段内，将所述增压泵的出口处的前级压力控制在从0.1毫巴到10毫巴的范围内。

10.如权利要求9所述的设备，其中，所述控制器通过调节所述前级泵的速度来控制所述增压泵的前级压力。

11.如权利要求10所述的设备，其中，当所述真空泵装置从所述空转模式被起动时，所述控制器将所述前级泵设定在预定速度处。

12.如权利要求11所述的设备，其中，所述控制器将所述前级泵的预定速度降低到预定水平，以便使所述增压泵的前级压力落入到从0.1毫巴到10毫巴的范围内。

13.如权利要求12所述的设备，其中，所述控制器使所述预定速度经过大量时间间隔逐渐地降低到所述预定水平。

14.如权利要求9所述的设备，进一步包括流体连接在所述增压泵的出口处的吹扫气体源。

15.如权利要求14所述的设备，其中，所述控制器控制正在所述增压泵的出口处注入的吹扫气体的流速，从而将所述增压泵的前级压力控制在从0.1毫巴到10毫巴的范围内。

16.如权利要求9所述的设备，其中，所述增压泵和所述前级泵被设定为准备好用于在正常操作模式下抽空所述处理室，此时所述增压泵的温度等于或超过所述第一预定阈值，且所述前级泵的温度等于或超过第二预定阈值，其中，所述第一预定阈值和所述第二预定阈值可以相同或者可以不相同。