CN103597214B - 抽空室 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于降低由真空泵吸系统产生的非期望的噪声的方法及设备。真空系统操作以将室中的压力降低至第一压力值。然后，系统检测真空泵系统进口处的压力即将变为第二较高压力，且作为响应，真空泵系统中的增压泵的速度降低到低于泵的额定速度。当真空泵进口处的压力高于第二压力时，增压泵的速度增大至额定速度。因此，增压泵在泵系统变为暴露于进口压力的快速增大之前减慢。已经发现这将噪声水平降低到更可接受的水平。

Description

抽空室

技术领域

本发明涉及一种用于使用真空泵和增压器来抽空室的方法和设备。

背景技术

例如，在诸如发电、钢制造的许多工业应用中，并且在半导体、太阳能(solar)和平板显示器(FPD, flat panel display)工业中使用或需要真空泵。应注意的是，本发明不限于这些工业应用中的任一种。然而，为了方便起见，下文参照半导体、太阳能、LED(发光二极管)和FPD制造工业(共同地称为半导体制造)来说明本发明。当然，技术人员理解，其他处理或应用可同样地从使用本发明中受益。

真空泵大体上设计成在正常使用期间以最佳速度运行。真空泵的效率可通过结合增压泵使用泵来改善。参看图1(其中示出已知的半导体处理单元1)，增压泵28设置在真空泵30与由真空泵抽空的室之间，它们一起组成真空泵吸系统。增压器布置成增大来自室的气体的流速。通常，增压器构造为单级罗茨鼓风机(roots blower)，且它不显著地压缩气体。增压器/干式真空泵组合可从室移除相对较大的气体体积，以将它抽空至中等真空范围中的压力水平。

在半导体制造中，在处理室2中处理衬底，处理室2保持在真空下以使材料能够沉积到衬底上。在给定的工具上，可存在也保持在真空下的可从传递室4接近的许多处理室。取决于处理，衬底通常包括硅晶片或玻璃面板。通常使用气锁或负载锁室10，以将处理室和传递室与大气压力隔离，且使衬底能够移动至处理室或从处理室移动，而不会显著损耗处理室或传递室内的真空压力。以此方式，使晶片或玻璃衬底能够有效地移动到生产工具的主处理室中。

通常，负载锁室具有两个密封门，第一门12用于将负载锁与大气压力下的房间隔离，且第二门14用于将生产工具与负载锁隔离。在正常使用期间，不可能同时开启第一门和第二门两者。开启第一门使一批衬底能够置于负载锁中。此时，负载锁室处于大气压力，且与处理室隔离。然后，第一门闭合以将负载锁室与房间和处理室隔离。真空泵吸系统20用于在第二门开启且晶片行进穿过至处理室之前抽空负载锁室。因此，处理室和处理工具在衬底装载至工具或从工具抽出期间保持在真空压力下。另一个工具构架可为“直列式(inline)”的，其中衬底穿过入口负载锁进入系统，然后移动到连接的处理室中，且一旦处理完成，则继续进入机器的另一端处的出口负载锁中。

抽空负载锁室花费的时间可为在任何给定时间周期中由工具处理的衬底量方面的限制因素。此外，存在增大在处理工具中处理的衬底尺寸的趋势，这导致相关联的负载锁室的体积方面的增大。这特别是在晶片尺寸从300mm增大至450mm的太阳能电池板制造(其现在需要大面积太阳能电池板被处理到较大玻璃衬底上)和硅芯片处理中的情况。因此，期望的是增大负载锁室的抽空速率。

负载锁室通常具有包括一个或更多真空泵的专用抽空系统20。处理室通常使用不同的抽空系统21。由于在室内的处理装置中使用的化学制品的刺激性或腐蚀性性质和此类化学制品对抽空处理工具的泵的有害影响，故这是合乎要求的。换言之，负载锁泵通常不需要抵抗刺激性化学制品或腐蚀性环境。

从负载锁室10至其真空泵吸系统20的气体流动由阀24控制。当阀闭合时，真空泵抽空负载锁室与泵之间的任何连接管路25直到阀的点。当阀开启时，真空泵暴露于泵吸系统的进口(inlet)处的压力的快速增大。该压力方面的突然增大可为许多数量级，且可在阀开启的几微秒内发生。作为结果，真空泵吸系统经历气体负载方面的快速增大，这可引起增压泵的移动部分的减速，从而在泵以较快速率压缩相对高压气体时引起较高噪声水平。在配备有机械增压泵28(诸如罗茨鼓风机)的抽空系统中，进口压力的突然增大导致增压泵很快地减速且产生极高的噪声水平。

发明内容

本发明的目的在于解决或改善与上文所述的处理和/或真空泵吸系统相关联的噪声产生问题。本质上，本发明提供了一种方法和设备，其中增压泵在泵系统变为暴露于进口压力方面的快速增大之前减慢。已经发现这将由增压泵产生的噪声水平降低到更可接受的水平。

更具体而言，根据本发明，提供了一种降低由真空泵系统产生的噪声的方法，该真空泵系统操作以抽空室，该方法包括以下步骤：一种降低由真空泵吸系统产生的噪声的方法，该真空泵吸系统操作以抽空室，该方法包括以下步骤：

以额定速度操作真空泵吸系统以将室压力降低至第一压力；确定真空泵吸系统的进口处的压力即将变为高于第一压力的第二压力；响应于确定步骤，将真空泵吸系统中的增压泵的速度降低至低于额定速度的第二速度；并且然后当真空泵吸系统的进口处的压力高于第二压力时，将增压泵的速度增大至额定速度。

又，根据本发明，提供了一种降低由真空泵吸系统产生的噪声的方法，该真空泵吸系统操作以抽空连接于半导体处理工具的负载锁室，该方法包括以下步骤：以额定速度操作真空泵吸系统以将负载锁室压力保持在第一真空压力下；启动阀以将负载锁室与真空泵吸系统隔离；确定负载锁室中的压力已经增大到大于第一压力的第二压力；将真空泵吸系统中的增压泵速度减小到低于增压泵的额定速度的第二速度；并且在负载锁室和真空泵再连接之后将增压泵的速度增大至额定速度。

再，根据本发明，提供了一种抽空室的方法，包括以下步骤：经由气体导管将室连接于真空泵系统；以第一速度操作真空泵系统以将室抽空至第一压力；确定室中的压力即将变为高于第一压力的第二压力，且将真空泵系统中的增压器的速度变为低于第一速度的第二速度；并且一旦真空泵系统的进口处的压力处于第二压力，则增大增压器的速度。

换言之，该方法用于以一种方式操作真空泵吸系统，使得增压泵的速度在泵变为经历高气体负载之前或在泵变为经历高气体负载时减小。作为结果，由气体负载方面的突然增大引起的泵的一个或多个转子的任何减速减小或最小化，又发现这降低了由真空泵产生的噪声。一旦泵经历相对高的气体负载，则增压泵加速或加快至其正常操作速度或额定速度，以使抽空能够如正常那样发生。预期第二压力可为大气压力。当真空泵吸系统操作以抽空负载锁时，这是很有可能的，负载锁作用以允许衬底从保持在大气压力下的房间进入处理室。

第二速度可小于额定速度的一半，或更优选地第二速度为额定速度的20%。因此，增压泵的速度减小显著的量。我们已经发现当增压泵的速度减小至如下第二速度时噪声降低方面的良好结果，该第二速度处于或接近如果增压泵经历高气体负载则它将减速到的水平。

此外，该方法还可包括当室中或泵的进口处的压力低于第一压力时在负载锁循环的结束时减小增压泵的速度的步骤。因此，一旦室已经抽空至期望水平，则泵可减速。这有助于降低真空泵的操作成本，以及减少或最小化循环时间。

此外，该方法可包括通过或将气体负载引入增压泵中，或通过启动增压器转子上的制动系统，或通过使用增压泵马达，或它们的任何组合来减小增压泵的速度的步骤。

速度方面的减小可由许多不同情况触发，包括：通过机载系统控制器监测泵的运行状态(例如，监测泵或增压的功率或电流来评估泵上的负载，且从而评估负载锁室的状态；在接收到来自处理工具的信号时，指出负载锁循环完成；并且/或者通过连接到工具中的压力传感器上的控制器来确定，一旦在负载锁室中已经达到基础压力，则工具将指出速度可减小的信号发送至泵。

此外，根据本发明，提供一种真空泵吸系统，其布置成连接于室以用于将室抽空至第一真空压力，真空泵吸系统包括：真空泵和设置在真空泵与室之间的增压泵；可变速马达，其用于以额定速度或低于额定速度驱动增压器；和增压泵控制单元，其用于预测增压泵的进口处的压力何时将处于大气压力，且用于改变增压泵的转子的速度，所述控制单元构造成在进口处的压力处于大气压力之前减小增压泵转子的速度。

提供用于改变增压泵的转子速度的器件可包括制动器件或气镇(gas ballast)引入器件中的任一者，气镇引入器件用于在增压泵的进口处以相对高的压力引入气体。制动器件可包括马达，该马达适用以主动地减慢增压泵的转子。

附图说明

参照附图作为示例说明本发明的实施例，在附图中：

图1为已知的处理工具和抽空系统的示意图；

图2为根据本发明的处理工具和抽空系统的示意图；

图3为由已知真空泵系统产生的噪声的图示；并且

图4为由根据本发明的真空泵系统产生的噪声的图示。

具体实施方式

以下说明为本发明的一个实施例，且本发明不限于下文提供的说明。例如，本发明可应用于不同的工业应用，且不限于半导体工业。

当试图降低由负载锁抽空系统产生的噪声水平时，特别是在处于大气压力的负载锁的快速抽空期间，我们已发现高噪声水平是由负载锁泵系统的减速引起的，且具体而言是由真空泵吸系统中的增压泵的减速引起的。减速由真空泵系统上的气体负载的快速增大引起，当负载锁密封且抽气开始(负载锁循环的开始)时变为暴露于相对高压气体(通常处于或接近大气压力)的真空泵引起真空泵系统上的气体负载的快速增大。

参看图2，示出根据本发明的真空泵吸系统20。真空泵吸系统设计成降低当负载锁循环开始时由增压泵28产生的噪声。系统20包括上文所述的已知构件，且还包括增压泵控制器C。控制器C连接于增压泵的驱动马达M。马达M适用以改变泵的转子R的速度。控制器C还连接于一个或多个传感器50，传感器50适用以确定泵吸系统进口管路25中的压力何时即将增大或处于增大的过程中。传感器可包括负载锁室10或前管线25中的压力传感器，和/或适用以确定阀24何时即将开启的传感器。因此，从传感器中的任一者(或它们的任何组合)获得的信息可由控制器C使用来控制增压泵28的马达速度，且因此控制转子R的速度。

此外，增压泵减速可由来自处理工具的适合的信号接收触发，或由监测真空泵的运行状态来寻找特定事件而触发。这可包括在负载锁循环期间由增压泵马达M牵引的低功率，这指出负载锁室处于低压(且因此负载锁循环完成)，指出增压器速度可降低以备下一个循环。

另一个考虑是在增压器的操作期间，转子通常朝负载锁循环的结束具有较高惯性和低气体负载。作为结果，转子R可花费相对较长时间来充分地减慢。生产环境通常需要较短的循环时间，且由过长的负载锁循环时间引起的显著延迟是不可接受的。作为结果，可能需要通过提供通过器件来改造系统，以人工地降低增压器转子R的速度。这可以以许多方式来完成，例如，通过在负载锁室阀已经闭合之后将气体放出引入泵的进口中。额外地或备选地，转子速度可通过使用机械制动器或通过使用马达M减慢增压器转子R来降低。然后，可优化减速速率以在最大降噪的情况下实现最低循环时间。

在半导体制造应用的情况中，当负载锁泵吸程序开始且增压泵突然暴露于处于或接近大气压力的相对大量气体时，增压泵通常在操作速度方面从100Hz降低至20Hz至40Hz之间。作为结果，增压泵上的气体负载快速增大。在最初的突然减速之后，在负载锁室中的压力减小且增压泵上的气体负载减小时，增压器逐渐地加速回其正常操作速度。我们已经发现，增压器的快速减速导致噪声水平从大约70dBA增大至97dBA，而由行进穿过真空泵系统的真空泵的增大的气体负载产生的噪声水平方面的增大相比之下是可忽略的。尽管增压器噪声的该增大的准确原因此刻还不清楚，但我们已经发现了一种解决方案，该解决方案减小当增压器暴露于突然的气体负载时由增压器产生的噪声。

图3和图4所示的图表示出从实验中获得的结果，该实验是在由Edwards Limited提供的GXS750/4200泵抽空的1000升负载锁上实施的。如图3所示，当至处于大气压力的负载锁的阀开启(点A)时，泵在102Hz下操作。泵的旋转速度在从负载锁室抽空的气体的增大的负载下快速地下降，且然后在室抽空至点B处的期望压力时再次缓慢地增大。在此抽空期间由泵产生的峰噪声的平均值测得为98.5dBA。

图4示出从根据本发明操作的泵获得的结果。为了一致性，用于获得图3所示的线图的相同的泵和室设备也用于获得图4所示的线图。然而，相反，在将泵与负载锁室10隔离的阀24开启且增压泵28暴露于大气压力下的气体时，增压泵在降低的转速下操作。在此情况下，示出泵转速在阀开启时不显著地降低。一旦阀开启，则泵的驱动机构将泵的速度增大至抽空室所需的适合的操作速度(在此情况下为100Hz)。

已经发现，当在负载锁室阀开启时泵在40Hz和20Hz下操作时，由泵产生的峰噪声的平均值分别为92.1dBA和90.6dBA。因此，可看到的是，在泵由于其快速地暴露于大气压力而在降低的转速下操作时，由泵产生的噪声极大地降低。这是令人惊讶的效果，这指出了当泵在较大气体负载下减速时产生了高噪声水平，且该效果可通过在高气体负载出现之前使增压泵转子R显著地减速来减轻。

一旦负载锁抽空程序已经完成且负载锁室被抽空至期望压力，则增压泵可在全速下操作(如由线F指出的)。备选地，增压泵速度可以以受控的方式减小(如由线G指出的)，以便增压器的速度及时降低以用于下一次负载锁循环开始。此外，阀可闭合以将负载锁与真空泵吸系统隔离，以保持负载锁室中的真空压力。

GXS产品范围中的泵为变换器(inverter)驱动泵。这使得有可能改变增压泵的速度，因此，增压泵可在阀开启之前减慢，以便由泵产生的过大的噪声可减小或消除。在负载锁循环开始时(即，当使负载锁室与真空系统隔离的负载锁阀开启时)，增压器控制器C将泵再加速至正常操作速度。当泵的控制器从处理工具(或负载锁)接收信号时或当增压器控制系统检测到任何增大的负载或进口压力时，再加速阶段开始。

Claims (12)

1.一种降低由真空泵吸系统产生的噪声的方法，所述真空泵吸系统操作以抽空室，所述方法包括以下步骤：

以额定速度操作所述真空泵吸系统以将室压力降低至第一真空压力；

确定步骤：确定所述真空泵吸系统的进口处的压力即将变为高于所述第一真空压力的第二压力；

响应于所述确定步骤，将所述真空泵吸系统中的增压泵的速度降低至低于所述额定速度的第二速度；并且然后

当所述真空泵吸系统的进口处的压力高于所述第二压力时，将所述增压泵的速度增大至所述额定速度。

2.一种降低由真空泵吸系统产生的噪声的方法，所述真空泵吸系统操作以抽空连接于半导体处理工具的负载锁室，所述方法包括以下步骤：

以额定速度操作所述真空泵吸系统以将负载锁室压力保持在第一真空压力下；

启动阀以将所述负载锁室与所述真空泵吸系统隔离；

确定所述负载锁室中的压力已经增大到大于所述第一真空压力的第二压力；

将所述真空泵吸系统中的增压泵速度减小到低于所述增压泵的额定速度的第二速度；并且

在所述负载锁室和真空泵再连接之后将所述增压泵的速度增大至所述额定速度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二压力为大气压力。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二速度小于所述额定速度的一半。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二速度为所述额定速度的20%。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括当所述室中或所述真空泵吸系统的进口处的压力低于所述第一真空压力时减小所述增压泵的速度的步骤。

7.一种抽空室的方法，包括以下步骤：

经由气体导管将所述室连接于真空泵系统；

以第一速度操作所述真空泵系统以将所述室抽空至第一真空压力；

确定所述室中的压力即将变为高于所述第一真空压力的第二压力，且将所述真空泵系统中的增压泵的速度变为低于所述第一速度的第二速度；并且

一旦所述真空泵系统的进口处的压力处于第二压力，则增大所述增压泵的速度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二压力为大气压力。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二速度小于所述第一速度的一半。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二速度为所述第一速度的20%。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括当所述室中或所述真空泵系统的进口处的压力低于所述第一真空压力时减小所述真空泵系统的速度的步骤。

12.根据权利要求1或2或7所述的方法，其特征在于，还包括通过或将气体负载引入所述增压泵中，或通过启动所述增压泵转子上的制动系统，或通过使用增压泵马达，或它们的任何组合来降低所述增压泵的速度的步骤。