抽空室的制作方法
【專利摘要】公開了一種用于降低由真空泵吸系統(tǒng)產(chǎn)生的非期望的噪聲的方法及設備。真空系統(tǒng)操作以將室中的壓力降低至第一壓力值。然后，系統(tǒng)檢測真空泵系統(tǒng)進口處的壓力即將變?yōu)榈诙^高壓力，且作為響應，真空泵系統(tǒng)中的增壓泵的速度降低到低于泵的額定速度。當真空泵進口處的壓力高于第二壓力時，增壓泵的速度增大至額定速度。因此，增壓泵在泵系統(tǒng)變?yōu)楸┞队谶M口壓力的快速增大之前減慢。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這將噪聲水平降低到更可接受的水平。
【專利說明】抽空室
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于使用真空泵和增壓器來抽空室的方法和設備。
【背景技術】
[0002]例如，在諸如發(fā)電、鋼制造的許多工業(yè)應用中，并且在半導體、太陽能(solar)和平板顯示器(FPD, flat panel display)工業(yè)中使用或需要真空泵。應注意的是，本發(fā)明不限于這些工業(yè)應用中的任一種。然而，為了方便起見，下文參照半導體、太陽能、LED(發(fā)光二極管)和FH)制造工業(yè)(共同地稱為半導體制造)來說明本發(fā)明。當然，技術人員理解，其他處理或應用可同樣地從使用本發(fā)明中受益。
[0003]真空泵大體上設計成在正常使用期間以最佳速度運行。真空泵的效率可通過結(jié)合增壓泵使用泵來改善。參看圖1 (其中示出已知的半導體處理單元I)，增壓泵28設置在真空泵30與由真空泵抽空的室之間，它們一起組成真空泵吸系統(tǒng)。增壓器布置成增大來自室的氣體的流速。通常，增壓器構(gòu)造為單級羅茨鼓風機(roots blower)，且它不顯著地壓縮氣體。增壓器/干式真空泵組合可從室移除相對較大的氣體體積，以將它抽空至中等真空范圍中的壓力水平。
[0004]在半導體制造中，在處理室2中處理襯底，處理室2保持在真空下以使材料能夠沉積到襯底上。在給定的工具上，可存在也保持在真空下的可從傳遞室4接近的許多處理室。取決于處理，襯底通常包括硅晶片或玻璃面板。通常使用氣鎖或負載鎖室10，以將處理室和傳遞室與大氣壓力隔離，且使襯底能夠移動至處理室或從處理室移動，而不會顯著損耗處理室或傳遞室內(nèi)的真空壓力。以此方式，使晶片或玻璃襯底能夠有效地移動到生產(chǎn)工具的主處理室中。
[0005]通常，負載鎖室具有兩個密封門，第一門12用于將負載鎖與大氣壓力下的房間隔離，且第二門14用于將生產(chǎn)工具與負載鎖隔離。在正常使用期間，不可能同時開啟第一門和第二門兩者。開啟第一門使一批襯底能夠置于負載鎖中。此時，負載鎖室處于大氣壓力，且與處理室隔離。然后，第一門閉合以將負載鎖室與房間和處理室隔離。真空泵吸系統(tǒng)20用于在第二門開啟且晶片行進穿過至處理室之前抽空負載鎖室。因此，處理室和處理工具在襯底裝載至工具或從工具抽出期間保持在真空壓力下。另一個工具構(gòu)架可為“直列式(inline)”的，其中襯底穿過入口負載鎖進入系統(tǒng)，然后移動到連接的處理室中，且一旦處理完成，則繼續(xù)進入機器的另一端處的出口負載鎖中。
[0006]抽空負載鎖室花費的時間可為在任何給定時間周期中由工具處理的襯底量方面的限制因素。此外，存在增大在處理工具中處理的襯底尺寸的趨勢，這導致相關聯(lián)的負載鎖室的體積方面的增大。這特別是在晶片尺寸從300mm增大至450mm的太陽能電池板制造(其現(xiàn)在需要大面積太陽能電池板被處理到較大玻璃襯底上)和硅芯片處理中的情況。因此，期望的是增大負載鎖室的抽空速率。
[0007]負載鎖室通常具有包括一個或更多真空泵的專用抽空系統(tǒng)20。處理室通常使用不同的抽空系統(tǒng)21。由于在室內(nèi)的處理裝置中使用的化學制品的刺激性或腐蝕性性質(zhì)和此類化學制品對抽空處理工具的泵的有害影響，故這是合乎要求的。換言之，負載鎖泵通常不需要抵抗刺激性化學制品或腐蝕性環(huán)境。
[0008]從負載鎖室10至其真空泵吸系統(tǒng)20的氣體流動由閥24控制。當閥閉合時，真空泵抽空負載鎖室與泵之間的任何連接管路25直到閥的點。當閥開啟時，真空泵暴露于泵吸系統(tǒng)的進口(inlet)處的壓力的快速增大。該壓力方面的突然增大可為許多數(shù)量級，且可在閥開啟的幾微秒內(nèi)發(fā)生。作為結(jié)果，真空泵吸系統(tǒng)經(jīng)歷氣體負載方面的快速增大，這可引起增壓泵的移動部分的減速，從而在泵以較快速率壓縮相對高壓氣體時引起較高噪聲水平。在配備有機械增壓泵28 (諸如羅茨鼓風機)的抽空系統(tǒng)中，進口壓力的突然增大導致增壓泵很快地減速且產(chǎn)生極高的噪聲水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于解決或改善與上文所述的處理和/或真空泵吸系統(tǒng)相關聯(lián)的噪聲產(chǎn)生問題。本質(zhì)上，本發(fā)明提供了一種方法和設備，其中增壓泵在泵系統(tǒng)變?yōu)楸┞队谶M口壓力方面的快速增大之前減慢。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這將由增壓泵產(chǎn)生的噪聲水平降低到更可接受的水平。
[0010]更具體而言，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種降低由真空泵系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲的方法，該真空泵系統(tǒng)操作以抽空室，該方法包括以下步驟:一種降低由真空泵吸系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲的方法，該真空泵吸系統(tǒng)操作以抽空室，該方法包括以下步驟:
以額定速度操作真空泵吸系統(tǒng)以將室壓力降低至第一壓力；確定真空泵吸系統(tǒng)的進口處的壓力即將變?yōu)楦哂诘谝粔毫Φ牡诙毫?；響應于確定步驟，將真空泵吸系統(tǒng)中的增壓泵的速度降低至低于額定速度的第二速度；并且然后當真空泵吸系統(tǒng)的進口處的壓力高于第二壓力時，將增壓泵的速度增大至額定速度。
[0011]又，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種降低由真空泵吸系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲的方法，該真空泵吸系統(tǒng)操作以抽空連接于半導體處理工具的負載鎖室，該方法包括以下步驟:以額定速度操作真空泵吸系統(tǒng)以將負載鎖室壓力保持在第一真空壓力下；啟動閥以將負載鎖室與真空泵吸系統(tǒng)隔離；確定負載鎖室中的壓力已經(jīng)增大到大于第一壓力的第二壓力；將真空泵吸系統(tǒng)中的增壓泵速度減小到低于增壓泵的額定速度的第二速度；并且在負載鎖室和真空泵再連接之后將增壓泵的速度增大至額定速度。
[0012]再，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種抽空室的方法，包括以下步驟:經(jīng)由氣體導管將室連接于真空泵系統(tǒng)；以第一速度操作真空泵系統(tǒng)以將室抽空至第一壓力；確定室中的壓力即將變?yōu)楦哂诘谝粔毫Φ牡诙毫Γ覍⒄婵毡孟到y(tǒng)中的增壓器的速度變?yōu)榈陀诘谝凰俣鹊牡诙俣?；并且一旦真空泵系統(tǒng)的進口處的壓力處于第二壓力，則增大增壓器的速度。
[0013]換言之，該方法用于以一種方式操作真空泵吸系統(tǒng)，使得增壓泵的速度在泵變?yōu)榻?jīng)歷高氣體負載之前或在泵變?yōu)榻?jīng)歷高氣體負載時減小。作為結(jié)果，由氣體負載方面的突然增大引起的泵的一個或多個轉(zhuǎn)子的任何減速減小或最小化，又發(fā)現(xiàn)這降低了由真空泵產(chǎn)生的噪聲。一旦泵經(jīng)歷相對高的氣體負載，則增壓泵加速或加快至其正常操作速度或額定速度，以使抽空能夠如正常那樣發(fā)生。預期第二壓力可為大氣壓力。當真空泵吸系統(tǒng)操作以抽空負載鎖時，這是很有可能的，負載鎖作用以允許襯底從保持在大氣壓力下的房間進入處理室。[0014]第二速度可小于額定速度的一半，或更優(yōu)選地第二速度為額定速度的20%。因此，增壓泵的速度減小顯著的量。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當增壓泵的速度減小至如下第二速度時噪聲降低方面的良好結(jié)果，該第二速度處于或接近如果增壓泵經(jīng)歷高氣體負載則它將減速到的水平。
[0015]此外，該方法還可包括當室中或泵的進口處的壓力低于第一壓力時在負載鎖循環(huán)的結(jié)束時減小增壓泵的速度的步驟。因此，一旦室已經(jīng)抽空至期望水平，則泵可減速。這有助于降低真空泵的操作成本，以及減少或最小化循環(huán)時間。
[0016]此外，該方法可包括通過或?qū)怏w負載引入增壓泵中，或通過啟動增壓器轉(zhuǎn)子上的制動系統(tǒng)，或通過使用增壓泵馬達，或它們的任何組合來減小增壓泵的速度的步驟。
[0017]速度方面的減小可由許多不同情況觸發(fā)，包括:通過機載系統(tǒng)控制器監(jiān)測泵的運行狀態(tài)(例如，監(jiān)測泵或增壓的功率或電流來評估泵上的負載，且從而評估負載鎖室的狀態(tài)；在接收到來自處理工具的信號時，指出負載鎖循環(huán)完成；并且/或者通過連接到工具中的壓力傳感器上的控制器來確定，一旦在負載鎖室中已經(jīng)達到基礎壓力，則工具將指出速度可減小的信號發(fā)送至泵。
[0018]此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種真空泵吸系統(tǒng)，其布置成連接于室以用于將室抽空至第一真空壓力，真空泵吸系統(tǒng)包括:真空泵和設置在真空泵與室之間的增壓泵；可變速馬達，其用于以額定速度或低于額定速度驅(qū)動增壓器；和增壓泵控制單元，其用于預測增壓泵的進口處的壓力何時將處于大氣壓力，且用于改變增壓泵的轉(zhuǎn)子的速度，所述控制單元構(gòu)造成在進口處的壓力處于大氣壓力之前減小增壓泵轉(zhuǎn)子的速度。
[0019]提供用于改變增壓泵的轉(zhuǎn)子速度的器件可包括制動器件或氣鎮(zhèn)(gas ballast)引入器件中的任一者，氣鎮(zhèn)引入器件用于在增壓泵的進口處以相對高的壓力引入氣體。制動器件可包括馬達，該馬達適用以主動地減慢增壓泵的轉(zhuǎn)子。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]參照附圖作為示例說明本發(fā)明的實施例，在附圖中:
圖1為已知的處理工具和抽空系統(tǒng)的不意圖；
圖2為根據(jù)本發(fā)明的處理工具和抽空系統(tǒng)的示意圖；
圖3為由已知真空泵系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲的圖示；并且 圖4為由根據(jù)本發(fā)明的真空泵系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲的圖示。
【具體實施方式】
[0021]以下說明為本發(fā)明的一個實施例，且本發(fā)明不限于下文提供的說明。例如，本發(fā)明可應用于不同的工業(yè)應用，且不限于半導體工業(yè)。
[0022]當試圖降低由負載鎖抽空系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲水平時，特別是在處于大氣壓力的負載鎖的快速抽空期間，我們已發(fā)現(xiàn)高噪聲水平是由負載鎖泵系統(tǒng)的減速引起的，且具體而言是由真空泵吸系統(tǒng)中的增壓泵的減速引起的。減速由真空泵系統(tǒng)上的氣體負載的快速增大引起，當負載鎖密封且抽氣開始(負載鎖循環(huán)的開始)時變?yōu)楸┞队谙鄬Ω邏簹怏w(通常處于或接近大氣壓力)的真空泵引起真空泵系統(tǒng)上的氣體負載的快速增大。
[0023]參看圖2，示出根據(jù)本發(fā)明的真空泵吸系統(tǒng)20。真空泵吸系統(tǒng)設計成降低當負載鎖循環(huán)開始時由增壓泵28產(chǎn)生的噪聲。系統(tǒng)20包括上文所述的已知構(gòu)件，且還包括增壓泵控制器50?？刂破鰿連接于增壓泵的驅(qū)動馬達M。馬達M適用以改變泵的轉(zhuǎn)子R的速度?？刂破鰿還連接于一個或多個傳感器50，傳感器50適用以確定泵吸系統(tǒng)進口管路25中的壓力何時即將增大或處于增大的過程中。傳感器可包括負載鎖室10或前管線25中的壓力傳感器，和/或適用以確定閥24何時即將開啟的傳感器。因此，從傳感器中的任一者(或它們的任何組合)獲得的信息可由控制器C使用來控制增壓泵28的馬達速度，且因此控制轉(zhuǎn)子R的速度。
[0024]此外，增壓泵減速可由來自處理工具的適合的信號接收觸發(fā)，或由監(jiān)測真空泵的運行狀態(tài)來尋找特定事件而觸發(fā)。這可包括在負載鎖循環(huán)期間由增壓泵馬達M牽引的低功率，這指出負載鎖室處于低壓(且因此負載鎖循環(huán)完成)，指出增壓器速度可降低以備下一個循環(huán)。
[0025]另一個考慮是在增壓器的操作期間，轉(zhuǎn)子通常朝負載鎖循環(huán)的結(jié)束具有較高慣性和低氣體負載。作為結(jié)果，轉(zhuǎn)子R可花費相對較長時間來充分地減慢。生產(chǎn)環(huán)境通常需要較短的循環(huán)時間，且由過長的負載鎖循環(huán)時間引起的顯著延遲是不可接受的。作為結(jié)果，可能需要通過提供通過器件來改造系統(tǒng)，以人工地降低增壓器轉(zhuǎn)子R的速度。這可以以許多方式來完成，例如，通過在負載鎖室閥已經(jīng)閉合之后將氣體放出引入泵的進口中。額外地或備選地，轉(zhuǎn)子速度可通過使用機械制動器或通過使用馬達M減慢增壓器轉(zhuǎn)子R來降低。然后，可優(yōu)化減速速率以在最大降噪的情況下實現(xiàn)最低循環(huán)時間。
[0026]在半導體制造應用的情況中，當負載鎖泵吸程序開始且增壓泵突然暴露于處于或接近大氣壓力的相對大量氣體時，增壓泵通常在操作速度方面從IOOHz降低至20Hz至40Hz之間。作為結(jié)果，增壓泵上的氣體負載快速增大。在最初的突然減速之后，在負載鎖室中的壓力減小且增壓泵上的氣體負載減小時，增壓器逐漸地加速回其正常操作速度。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，增壓器的快速減速導致噪聲水平從大約70dBA增大至97dBA，而由行進穿過真空泵系統(tǒng)的真空泵的增大的氣體負載產(chǎn)生的噪聲水平方面的增大相比之下是可忽略的。盡管增壓器噪聲的該增大的準確原因此刻還不清楚，但我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種解決方案，該解決方案減小當增壓器暴露于突然的氣體負載時由增壓器產(chǎn)生的噪聲。
[0027]圖3和圖4所示的圖表示出從實驗中獲得的結(jié)果,該實驗是在由Edwards Limited提供的GXS750/4200泵抽空的1000升負載鎖上實施的。如圖3所示，當至處于大氣壓力的負載鎖的閥開啟(點八)時，泵在102Hz下操作。泵的旋轉(zhuǎn)速度在從負載鎖室抽空的氣體的增大的負載下快速地下降，且然后在室抽空至點B處的期望壓力時再次緩慢地增大。在此抽空期間由泵產(chǎn)生的峰噪聲的平均值測得為98.5dBA。
[0028]圖4示出從根據(jù)本發(fā)明操作的泵獲得的結(jié)果。為了一致性，用于獲得圖3所示的線圖的相同的泵和室設備也用于獲得圖4所示的線圖。然而，相反，在將泵與負載鎖室10隔離的閥24開啟且增壓泵28暴露于大氣壓力下的氣體時，增壓泵在降低的轉(zhuǎn)速下操作。在此情況下，示出泵轉(zhuǎn)速在閥開啟時不顯著地降低。一旦閥開啟，則泵的驅(qū)動機構(gòu)將泵的速度增大至抽空室所需的適合的操作速度(在此情況下為100Hz)。
[0029]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當在負載鎖室閥開啟時泵在40Hz和20Hz下操作時，由泵產(chǎn)生的峰噪聲的平均值分別為92.1dBA和90.6dBA。因此，可看到的是，在泵由于其快速地暴露于大氣壓力而在降低的轉(zhuǎn)速下操作時，由泵產(chǎn)生的噪聲極大地降低。這是令人驚訝的效果，這指出了當泵在較大氣體負載下減速時產(chǎn)生了高噪聲水平，且該效果可通過在高氣體負載出現(xiàn)之前使增壓泵轉(zhuǎn)子R顯著地減速來減輕。
[0030]一旦負載鎖抽空程序已經(jīng)完成且負載鎖室被抽空至期望壓力，則增壓泵可在全速下操作(如由線F指出的)。備選地，增壓泵速度可以以受控的方式減小(如由線G指出的)，以便增壓器的速度及時降低以用于下一次負載鎖循環(huán)開始。此外，閥可閉合以將負載鎖與真空泵吸系統(tǒng)隔離，以保持負載鎖室中的真空壓力。
[0031]GXS產(chǎn)品范圍中的泵為變換器(inverter)驅(qū)動泵。這使得有可能改變增壓泵的速度，因此，增壓泵可在閥開啟之前減慢，以便由泵產(chǎn)生的過大的噪聲可減小或消除。在負載鎖循環(huán)開始時(即，當使負載鎖室與真空系統(tǒng)隔離的負載鎖閥開啟時)，增壓器控制器C將泵再加速至正常操作速度。當泵的控制器從處理工具(或負載鎖)接收信號時或當增壓器控制系統(tǒng)檢測到任何增大的負載或進口壓力時，再加速階段開始。
【權利要求】
1.一種降低由真空泵吸系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲的方法，所述真空泵吸系統(tǒng)操作以抽空室，所述方法包括以下步驟: 以額定速度操作所述真空泵吸系統(tǒng)以將室壓力降低至第一壓力； 確定所述真空泵吸系統(tǒng)的進口處的壓力即將變?yōu)楦哂谒龅谝粔毫Φ牡诙毫?；響應于所述確定步驟，將所述真空泵吸系統(tǒng)中的增壓泵的速度降低至低于所述額定速度的第二速度；并且然后 當所述真空泵吸系統(tǒng)的進口處的壓力高于所述第二壓力時，將所述增壓泵的速度增大至所述額定速度。
2.一種降低由真空泵吸系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲的方法，所述真空泵吸系統(tǒng)操作以抽空連接于半導體處理工具的負載鎖室，所述方法包括以下步驟: 以額定速度操作所述真空泵吸系統(tǒng)以將負載鎖室壓力保持在第一真空壓力下； 啟動閥以將所述負載鎖室與所述真空泵吸系統(tǒng)隔離； 確定所述負載鎖室中的壓力已經(jīng)增大到大于所述第一壓力的第二壓力； 將所述真空泵吸系統(tǒng)中的增壓泵速度減小到低于所述增壓泵的額定速度的第二速度；并且 在所述負載鎖室和真空泵再連接之后將所述增壓泵的速度增大至所述額定速度。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二壓力為大氣壓力。
4.根據(jù)權利要求1或2·所述的方法，其特征在于，所述第二速度小于所述額定速度的一半。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二速度為所述額定速度的20%。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，還包括當所述室中或所述泵的進口處的壓力低于所述第一壓力時減小所述增壓泵的速度的步驟。
7.一種抽空室的方法，包括以下步驟: 經(jīng)由氣體導管將所述室連接于真空泵系統(tǒng)； 以第一速度操作所述真空泵系統(tǒng)以將所述室抽空至第一壓力； 確定所述室中的壓力即將變?yōu)楦哂谒龅谝粔毫Φ牡诙毫Γ覍⑺稣婵毡孟到y(tǒng)中的增壓器的速度變?yōu)榈陀谒龅谝凰俣鹊牡诙俣?；并? 一旦所述真空泵系統(tǒng)的進口處的壓力處于第二壓力，則增大所述增壓器的速度。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二壓力為大氣壓力。
9.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二速度小于所述額定速度的一半，或其中所述第二速度為所述額定速度的20%。
10.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，還包括當所述室中或所述泵的進口處的壓力低于所述第一壓力時減小所述真空泵的速度的步驟。
11.根據(jù)權利要求1或2或7所述的方法，其特征在于，還包括通過使用或?qū)怏w負載引入所述增壓泵中，或通過啟動所述增壓器轉(zhuǎn)子上的制動系統(tǒng)，或通過使用增壓泵馬達，或它們的任何組合來降低所述增壓泵的速度的步驟。
12.—種真空泵吸系統(tǒng)，其布置成連接于室以用于將所述室抽空至第一真空壓力，所述真空泵吸系統(tǒng)包括: 真空泵和設置在所述真空泵與室之間的增壓泵；可變速馬達，其用于以額定速度或低于額定速度驅(qū)動所述增壓器；和增壓泵控制單元，其用于預測所述增壓泵的進口處的壓力何時將處于大氣壓力，且用于改變所述增壓泵的轉(zhuǎn)子的速度，所述控制單元構(gòu)造成在所述進口處的壓力處于大氣壓力之前減小所述增壓泵轉(zhuǎn)子的速度。
13.根據(jù)權利要求12所述的真空泵吸系統(tǒng)，其特征在于，提供用于改變所述增壓泵的轉(zhuǎn)子的速度的器件包括制動器件或氣鎮(zhèn)引入器件中的任一者，所述氣鎮(zhèn)引入器件用于在所述增壓泵的進口處以相對高的壓力引入氣體。
14.根據(jù)權利要求13所述的真空泵吸系統(tǒng)，其特征在于，所述制動器件包括馬達，所述馬達適用以主動地減 慢所述增壓泵的轉(zhuǎn)子。
【文檔編號】F04D27/00GK103597214SQ201280029528
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年5月31日 優(yōu)先權日:2011年6月16日
【發(fā)明者】P.J.斯蒂芬斯, M.G.湯普森 申請人:愛德華茲有限公司