CN104285064A - 用于调整真空泵布置的操作参数的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于调整真空泵布置的操作参数的方法，包括确定流过真空泵布置的气体的特性；以及基于第一气体的确定的特性来设定真空泵布置的操作参数。控制器可构造成执行根据气体的特性来调整真空泵布置的操作参数的方法。

Description

用于调整真空泵布置的操作参数的方法及设备
技术领域
本发明涉及一种用于调整真空泵布置的操作参数的方法和/或设备，并且更具体地涉及用于基于流过真空泵布置的气体的热特性来自动调整真空泵布置的功率或温度极限的方法和/或设备。
背景技术
用于半导体或其它工业制造过程的系统通常尤其包括处理工具、具有增压泵和前级泵的真空泵布置以及消除装置。在半导体制造应用中，处理工具通常包括处理室，其中半导体晶片处理成预定结构。真空泵布置连接到处理工具上，以用于抽空处理室来在处理室中产生真空环境，以用于各种半导体处理技术进行。由真空泵布置从处理室抽空的气体可引导至消除装置，消除装置在气体释放至环境之前破坏或分解气体的有害或有毒的成分。
许多半导体处理技术与在不同级处将各种气体喷射到处理室中相关联。氢为过程(如，金属有机气相沉积(MOCVD)、等离子增强的化学气相沉积(PECVD)和硅外延)中常用气体中的一种。富氢气体通常呈现出与包括更重气态成分的那些很不同的特性。具有较大比例的氢的气体趋于具有高导热率，而具有较大比例的重气态成分的气体趋于具有更低导热率。当富氢气体通过真空泵泵送时，转子与定子之间的温差趋于比气体含有较大比例的重气态成分时更小。结果，与泵送重气体的真空泵相反，泵送富氢气体的真空泵由于热膨胀引起的转子与定子之间的碰撞而存在更低卡住的风险。
尽管良好控制了泵卡住的风险，但用于半导体制造过程的真空泵通常并不如它们可能的那样强地驱动。除氢之外，其它更重的气体也存在于许多半导体制造过程循环中的各种步骤中。为了适应那些更重的气体，真空泵的功率极限通常保守地设定，以避免由转子与定子之间的碰撞引起的泵卡住。结果，真空泵趋于利用不足。
此外，基于重气体的热特性的真空泵的设定温度极限趋于在真空泵泵送富氢气体时引起频繁的错误跳闸。真空泵的温度大部分总是从泵外壳外侧监测，而真空泵内的临界温度从外侧温度推定。工业惯例在于基于真空泵的外侧温度来保守地设定极限，以避免内部温度超过预定安全水平。由于氢的高导热率，故当真空泵泵送与重气体相反的富氢气体时，真空泵的外侧与内侧之间的温差趋于更小。由于真空泵的内部温度趋于高于外侧的温度，故基于重气体的热特性设定的极限可能对于富氢泵送气体过于保守。当真空泵泵送富氢气体时，可容易地超过此极限，同时存在较小的泵卡住的风险。这导致了错误跳闸或触发误警报。
通常，有可能响应于处理室的状态来调整真空泵的转速。示例可在美国专利第6,739,840号中找到，其针对用于基于由上游处理工具提供的信号来控制真空泵的方法，该信号指示处理室是否处于操作中，以用于减少真空泵的功率消耗的目的。然而，此方法出于来自真空泵的最大抽空性能的目的而并未考虑从处理室抽空的气体的化学特性和其它特性。其也不提供基于由处理工具生成的信号来调整真空泵的功率和/或温度极限的能力。
因此，所需的是一种用于基于当前流过真空泵的气体的热特性来调整真空泵的操作参数的方法和/或设备。
发明内容
本公开内容针对一种用于调整真空泵布置的操作参数的方法，包括：确定流过真空泵布置的第一气体的特性；以及基于第一气体的确定的特性来设定真空泵布置的操作参数。
本公开内容还针对一种设备，包括：具有处理室的处理工具；布置成用于抽空处理室的真空泵；以及构造成响应于代表流过真空泵布置的第一气体的特性的信息来设定真空泵布置的操作参数的控制器。
然而，本发明的构造和操作方法与其附加目的和优点一起将在连同附图阅读时从特定实施例的以下描述中最好地理解。
附图说明
图1示出了根据本发明的一些实施例的处理室、增压泵和前级泵串联连接的系统的示意图。
图2示出了示出根据本发明的一些实施例的用于自动调整增压泵和前级泵的操作参数的方法的流程图。
图3示出了比较根据本发明的一些实施例的处于各种情况下的真空泵的功率消耗曲线的图表。
具体实施方式
本公开内容针对一种用于响应于表现从真空泵布置上游的处理工具抽空的气体的热特性的信号或基于真空泵布置的功率消耗模式对流过真空泵布置的气体的热特性的确定来调整真空泵布置的操作参数的方法和/或设备。真空泵布置的操作参数可响应于由真空泵布置从处理工具接收到的信号来调整，该信号指示从处理工具抽空的气体的化学特性和热特性。没有此信号的情况下，气体的热特性可通过分析功率消耗模式来确定，因为不同的气体在它们流过真空泵布置时生成不同的功率消耗模式。
图1示出了根据本发明的一些实施例的系统10的示意图，其中处理室12和真空泵布置20串联连接。真空泵布置20将气体吸出处理室12，且在其中产生真空环境以执行某些过程，如，沉积、蚀刻、离子注入、外延等。气体可从一个或多个气体源(如，该图中由14a和14b指定的气体源)引入处理室12中。气体源14a和14b可分别经由控制阀16a和16b连接到处理室12上。将各种气体引入处理室中的时机可通过有选择地开启或关闭控制阀16a和16b来控制。从气体源14a和14b引入处理室12中的气体的流速可通过调整控制阀16a和16b的流体传导性来控制。如上文所述，许多半导体处理技术如MOCVD、PECVD和硅外延通常在一个步骤中将富氢气体注入处理室12中，而在其它步骤中注入更重的气体。"富氢"应当理解为气体中的氢成分为摩尔分数的50%或更高，或质量分数的7%或更高。
真空泵布置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的出口上。增压泵22的出口连接到前级泵24的入口上。前级泵24的出口可连接到消除装置(该图中未示出)上，在该处，从前级泵24发出的排出气体被处理，以便减少排出气体可能对环境的有害影响。传感器(图中未示出)可在真空泵布置20中实施，以收集增压泵22和前级泵24的各种测量结果，如温度、功率消耗、泵速等。传感器还可实施为测量增压泵22和/或前级泵24的入口和/或出口处的气体压力。控制器30可实施为响应于信号来调整真空泵布置20的参数，该信号指示从处理室12抽空的气体的化学特性和热特性。该信号可由结合处理室12的处理工具或经由局域网或因特网监测和控制处理工具的远程主机计算机来生成。该信号可指示处理室12中的处理方式的变化，且引起控制器30相应地调整真空泵布置20的参数。此外，设在连接室12和真空泵布置20的前管线上的一个或多个传感器(未示出)可用于确定从室12抽空的气体的性质或特性。
作为备选，控制器30可在真空泵布置20中以控制电路的方式实施，其可分析数据来获得真空泵布置20的功率消耗模式，且根据功率消耗模式来设定真空泵布置20的操作参数。
图2示出了示出根据本发明的一些实施例的用于自动调整真空泵布置20的操作参数的方法的流程图100。图3示出了比较处于各种情况的增压泵22和前级泵24的功率消耗曲线的示例性图表。参看图2和3，首先在步骤102处，增压泵22和前级泵24在适用于泵送富氢的气体的氢操作参数下设定。相比于重气体操作参数，氢操作参数可具有更高功率或温度极限。如上文所述，富氢气体具有高导热率，这导致真空泵的内侧与外侧之间的低温度差，且因此允许真空泵被更强地驱动。
步骤104确定增压泵的功率消耗是否大于第一预定阈值。如果功率消耗低于第一预定阈值，则该过程回到步骤104的开始。如果功率消耗高于第一预定阈值，则该过程进行至步骤106。步骤106确定前级泵的功率消耗是否低于第二预定阈值。如果功率消耗高于第二预定阈值，则该过程回到步骤104的开始。如果功率消耗低于第二预定阈值，则该过程进行至步骤108，在该处，增压泵和前级泵设定成重气体操作参数。
如图3中所示，泵送氢的增压泵的功率消耗曲线由202指定，而泵送空气的增压泵的功率消耗曲线由204指定。泵送氢的前级泵的功率消耗曲线由208指定，而泵送空气的前级泵的功率消耗曲线由206指定。这里，氢和空气分别用作富氢气体和重气体的代表，以用于阐释图2中所示的过程的目的。x轴线代表真空泵布置的入口处的气体压力，真空泵布置由串联连接的增压泵和前级泵构成。y轴线代表增压泵和前级泵的功率消耗。第一预定阈值和第二预定阈值分别由210和212指定的水平线代表。在压力P1下，如果氢泵送穿过增压泵和前级泵，则增压泵的功率消耗将降到低于第一预定阈值210，且氢操作参数将保持不变。然而，如果空气在压力P1下泵送穿过增压泵和前级泵，则增压泵的功率消耗将高于第一预定阈值210，而前级泵的功率消耗将低于第二预定阈值212。因此，增压泵和前级泵将设定成重气体操作参数。
当增压泵和前级泵在步骤108处设定成重气体操作参数之后，过程进行至步骤110，在该处，增压泵的功率消耗与第三预定阈值相比较。如果增压泵的功率消耗高于第三预定阈值，则过程回到步骤110的开始。如果增压泵的功率消耗低于第三预定阈值，则过程进行至步骤112，在该处，增压泵的速度与预定速度阈值相比较。如果增压泵的速度比预定速度阈值更慢，则过程回到步骤110的开始。如果增压泵的速度超过预定阈值，则过程回到步骤102，在该处，增压泵和前级泵针对氢操作参数重置。
如图3中所示，第三预定阈值由214指定的水平线代表。该图中存在两个区域，在该处，增压泵的功率消耗低于第三预定阈值，即，压力低于P2的区域220和压力高于P3的区域222。如果增压泵在区域220中，则其速度将超过预定速度阈值，且因此将安全地将增压泵和前级泵重置回氢操作参数。然而，如果增压泵处于区域222中，则由于泵的入口处的高压，其速度将比预定速度阈值更慢。在此情况下，将泵重置到氢操作参数不安全，因为它们将过强地驱动泵，因此有其超过安全极限的风险。
公开的方法能够基于从真空泵布置收集的数据来调整真空泵布置的参数。如果确定富氢气体通过真空泵布置泵送，则氢操作参数将用于比使用重气体操作参数时更强地驱动真空泵布置。这使真空泵布置能够在更高能力下操作，而没有真空泵布置超过其功率或温度极限的风险。
作为备选，真空泵布置的操作参数可响应于信号来调整，该信号指示从处理室抽空至真空泵布置的气体的化学特性和热特性。如图1中所示，控制器30可构造成响应于此信号调整操作参数。控制器30可实施为真空泵布置20的独立装置或整体部分。在本发明的一些实施例中，信号可由结合处理室12的处理工具来生成。在本发明的一些其它实施例中，信号可经由局域网或因特网由远程地监测和控制处理工具和真空泵布置两者的主机计算机来生成。另外，信号可由设在室与真空泵布置之间的前管线中的一个或多个传感器来生成。
在一些半导体制造过程中，真空泵布置用于在各种步骤中泵送富氢气体和重气体两者。通常，如果真空泵布置根据氢气流设计，则真空泵布置的尺寸将需要很大，以避免在其泵送重气体时泵卡住。不同于常规设计，公开的方法和设备使真空泵布置能够响应于流过布置的气体的热特性来调整或自动调整其功率或温度极限。因此，其使真空泵布置能够制造成更小尺寸，而不会在其泵送富氢气体时有损其泵送能力或在其泵送重气体时有卡住风险。
除使用功率消耗与入口气体压力之间的关系来确定流过真空泵布置的气体的热特性之外，其它关系也可用于进行确定。例如，功率消耗与泵速之间的关系可用于确定流过真空泵布置的气体的热特性。作为另一个示例，功率消耗与泵温度之间的关系可用于确定流过真空泵布置的气体的热特性。将理解的是，基于其关系来设定真空泵布置的操作参数可通过应用图2中所示的过程来实现，其具有解决那些关系中的不同曲线模式的某些改变。断定这些改变在本公开内容的范围内。
尽管本发明在本文中示为和描述为体现在一个或多个特定示例中，但不期望限于所示的细节，因为其中可制作出各种改型和结构变化，而不脱离本发明的精神，且在权利要求的等同物的范围内。因此，适合的是所附权利要求广泛地且以与所附权利要求中阐明的本发明的范围一致的方式理解。

Claims (29)

1. 一种调整真空泵布置的操作参数的方法，包括：
确定流过所述真空泵布置的第一气体的特性；以及
基于所述第一气体的确定的特性来设定所述真空泵布置的操作参数。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述第一气体的特性包括所述真空泵布置接收表现所述特性的信号的步骤。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信号从所述真空泵布置上游的处理工具提供。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信号由将处理工具连接到其下游的所述真空泵布置上的前管线中的传感器生成。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述传感器构造成进行所述第一气体的导热率的直接或间接测量。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述第一气体的特性包括：
在所述真空泵布置泵送所述第一气体穿过其中时监测所述真空泵布置的性质；以及
基于所述监测的性质来确定所述第一气体的特性。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述性质为功率消耗模式。
8. 根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法，其特征在于，所述真空泵布置包括以一种方式串联连接到处理室上的增压泵和前级泵，该方式使得所述增压泵在所述处理室的下游且在所述前级泵的上游。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述第一气体的特性包括确定给定时刻的所述增压泵的功率消耗是否高于第一预定阈值。
10. 根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其特征在于，确定所述第一气体的特性包括：如果所述给定时刻的所述增压泵的功率消耗高于所述第一预定阈值，则确定所述给定时刻的所述前级泵的功率消耗是否低于预定第二阈值。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，确定所述第一气体的特性包括：如果在所述给定时刻所述前级泵的功率消耗低于所述第二预定阈值且所述增压泵的功率消耗高于所述第一预定阈值，则将所述第一气体指定为重气体。
12. 根据权利要求10或权利要求11所述的方法，其特征在于，如果在所述给定时刻所述前级泵的功率消耗低于所述第二预定阈值且所述增压泵的功率消耗高于所述第一预定阈值，则所述操作参数根据所述重气体的特性设定为重气体操作参数。
13. 根据权利要求10、权利要求11或权利要求12中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述第一气体的特性包括：如果在所述给定时刻所述前级泵的功率消耗高于所述第二预定阈值且所述增压泵的功率消耗高于所述第一预定阈值，则将所述第一气体指定为富氢气体。
14. 根据权利要求10至权利要求11中任一项所述的方法，其特征在于，如果在所述给定时刻所述前级泵的功率消耗高于所述第二预定阈值，且所述增压泵的功率消耗高于所述第一预定阈值，则所述操作参数根据所述富氢气体的特性设定成氢操作参数。
15. 根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其特征在于，所述氢操作参数具有的针对所述真空泵布置的功率极限高于所述重气体操作参数的功率极限。
16. 根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其特征在于，所述氢操作参数具有的针对所述真空泵布置的温度极限高于所述重气体操作参数的温度极限。
17. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，确定所述第一气体的特性包括：确定所述增压泵的功率消耗是否低于第三预定阈值。
18. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，确定所述第一气体的特性包括：如果所述增压泵的功率消耗低于所述第三预定阈值，则确定所述增压泵是否超过预定速度阈值。
19. 根据权利要求17或权利要求18中任一项所述的方法，其特征在于，如果所述增压泵超过所述预定速度阈值且所述增压泵的功率消耗低于所述第三预定阈值，则所述操作参数根据所述富氢气体的特性设定为氢操作参数。
20. 根据权利要求7至权利要求19中任一项所述的方法，其特征在于，所述功率消耗模式包括所述真空泵布置的功率消耗与所述真空泵布置的入口压力之间的关系。
21. 根据权利要求7至权利要求19中任一项所述的方法，其特征在于，所述功率消耗模式包括所述真空泵布置的功率消耗与所述真空泵布置的泵速之间的关系。
22. 根据权利要求7至权利要求19中任一项所述的方法，其特征在于，所述功率消耗模式包括所述真空泵布置的功率消耗与所述真空泵布置的温度之间的关系。
23. 一种设备，包括：
具有处理室的处理工具；
布置成用于抽空所述处理室的真空泵布置；以及
控制器，其构造成响应于代表流过所述真空泵布置的第一气体的特性的信息来设定所述真空泵布置的操作参数。
24. 根据权利要求23所述的设备，其特征在于，所述信息为由所述处理工具生成的信号的形式。
25. 根据权利要求24所述的设备，其特征在于，所述信号由将处理工具连接到其下游的所述真空泵布置上的前管线中的传感器生成。
26. 根据权利要求25所述的设备，其特征在于，所述传感器构造成进行所述第一气体的导热率的直接或间接测量。
27. 根据权利要求23所述的设备，其特征在于，所述信息为所述真空泵布置的监测性质的形式。
28. 根据权利要求27所述的设备，其特征在于，所述监测性质包括功率消耗模式。
29. 根据权利要求28所述的设备，其特征在于，所述真空泵布置包括以一种方式串联连接到处理室上的增压泵和前级泵，该方式使得所述增压泵在所述处理室的下游且在所述前级泵的上游。
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