CN107110162A - 真空排出系统以及在该真空排出系统中使用的通道切换阀 - Google Patents

Abstract

为了提供一种真空排出系统，所述真空排出系统适合于实现整体真空排出系统的简化和降低成本，并且获得在真空排出系统中使用的通道切换阀。一种真空排出系统，所述真空排出系统从腔室（C）排出气体，并且所述真空排出系统包括：多个分支通道（2），所述多个分支通道（2）用于从所述腔室（C）排出所述气体；主管道线（3），所述主管道线（3）呈所述多个分支通道（2）汇合的形式；通道打开‑关闭阀（4），所述通道打开‑关闭阀（4）配合成与所述多个分支通道（2）中的每个相对应；通道切换阀（6），所述通道切换阀（6）连接所述主通道（3）和多个选择通道（5）并且允许所述多个选择通道（5）中的任一个与所述主通道（3）之间的流动；第一泵（7），所述第一泵（7）充当在所述气体的分子流区域中的气体排出器件；以及第二泵（8），所述第二泵（8）充当在所述气体的粘性流区域中的气体排出器件；并且其特征在于，所述第一泵（7）配合到所述多个分支通道中的任一个并且所述第二泵（8）配合到所述多个选择通道（5）。

Description

真空排出系统以及在该真空排出系统中使用的通道切换阀

技术领域

本发明涉及一种真空排出系统，所述真空排出系统使气体从腔室排出，腔室诸如在半导体生产厂中使用的处理腔室；具体地，本发明涉及一种系统，所述系统被设计成提供用于整体真空排出系统的较简单的结构并且还被设计成降低其成本。

背景技术

在现有技术中，例如在半导体生产厂中使用的、安装在洁净室（clean room）中的腔室是经真空排出的，工艺气体被引导到排空的腔室中并且在相关腔室内执行与工艺气体发生反应的过程。

在所述腔室中与工艺气体发生反应所产生的气体（反应产物气体）以及在所述腔室中的工艺气体的残留物由真空排出系统排出到所述腔室的外部。

图2是替代性的真空排出系统的框图。图2中示出的真空排出系统S2具有包括多个腔室1（1A、1B、...、1n）的结构。例如，在专利参考文献1和专利参考文献2中描述了使气体从多个腔室排出的真空排出系统。

因为，在图2中示出的真空排出系统S2中，使气体从第一腔室1（1A）排出的排出系统的部件与使气体从其它腔室1（1B、...、1n）排出的排出系统的部件相同，所以下面仅仅对使气体从第一腔室1（1A）排出的排出系统进行描述。

图2中示出的真空排出系统S2具有第一通道50A和第二通道50B，第一通道50A和第二通道50B作为使气体从腔室1（1A）排出所通过的通道。

充当用于气体分子流区域的气体排出器件的涡轮分子泵51配合到第一通道50A的上游端部。该第一通道50A在涡轮分子泵51下游的位置处分离为第一分支通道50A-1和第二分支通道50A-2。

组合干式泵（dry pump）52配合到第一分支通道50A-1的下游端部以排出在第一腔室1中与工艺气体发生反应所产生的气体（反应产物气体）以及在第一腔室1中的工艺气体的残留物。

另一方面，组合＜干式泵53配合到第二分支通道50B-2的下游端部以排出用于清洁腔室1的内部的气体。

此外，干式泵54配合到第一通道50A的下游端部，干式泵54当初始使气体从腔室1排出时作为粗抽泵（rough pump）来使用。

所述组合干式泵52、53包括泵体P1（诸如，已知的螺旋泵）和所谓的机械升压泵P2，泵体P1充当在气体的粘性流区域中的气体排出器件，机械升压泵P2充当在泵体P1的排出速率较低的压力区域中提高排出速率的器件。

然而，在如图2中示出的真空排出系统S2中，在对腔室1（1A）进行粗抽期间，配合到第一通道50A和分支通道（第一分支通道50A-1和第二分支通道50-2）的所有阀V1、V2和V3均关闭，并且配合到第二通道50B的阀V4打开，以使得不能够通过第一通道50A排出气体而能够通过第二通道50B排出气体。而且，对腔室1进行粗抽由干式泵54的排出动作通过第二通道50B来执行。

此外，在如图2中示出的真空排出系统S2中，当在腔室1（1A）中由与工艺气体发生反应而产生的气体（反应产物气体）和在腔室1中的工艺气体的残留物被排出时，第二通道50B中的阀4和第二分支通道50A-2的阀V3关闭，并且第一通道50A的阀V1和第一分支通道50A-1的阀V2打开，以使得不能够通过第二通道50B以及通过第二分支通道50A-2排出气体而能够通过第一分支通道50A-1排出气体。因此，由涡轮分子泵51和干式泵52的排出动作通过第一通道50A（使用第一分支通道50A-1）来排出腔室1中的气体（反应产物气体和残留工艺气体）。

此外，在如图2中示出的真空排出系统S2中，当用于清洁腔室1（1A）的内部的气体（清洁气体）被排出时，第二通道50B中的阀4和第一分支通道50A-1的阀2关闭，并且第一通道50A的阀1和第二分支通道50A-2的阀3打开，以使得不能够通过第二通道50B以及通过第一分支通道50A-1排出气体而能够通过第二分支通道50A-2排出气体。因此，由干式泵53的排出动作通过第一通道50A（使用第二分支通道50A-2）来排出腔室1中的和涡轮分子泵52中的清洁气体。

然而，因为使用如图2中示出的上面所描述的真空排出系统S2的结构，因为阀V2和V3分别紧接在干式泵52和干式泵53的前面定位，第一通道50A和第二通道52B与排出系统从头到尾共存，如从腔室1到干式泵52、53和54等的排出系统共存，所以存在如下问题：真空排出系统S的整体结构复杂并且因此成本较高。

[专利参考文献]

[专利参考文献1] JP 1-159475 (A)

[专利参考文献2] JP 3564069 (A)。

发明内容

[本发明旨在解决的问题]

本发明（其制作用于解决所述问题）具有如下目的：提供一种合适的真空排出系统，该真空排出系统意在用作整体真空排出系统的较简单的结构并且同样降低其成本。

[解决该问题的方式]

为了实现所述目的，本发明的特征在于，其是使气体从腔室排出的真空排出系统，并且其包括：多个分支通道，多个分支通道用于从所述腔室排出所述气体；主管道线，主管道线呈所述多个分支通道的汇合的形式；通道开-关阀，通道开-关阀配合成与所述多个分支通道中的每个对应；通道切换阀，通道切换阀连接所述主管道线和多个选择通道并允许该多个选择通道中的任一个与所述主管道线之间的流动；第一泵，第一泵充当在所述气体的分子流区域中的气体排出器件；以及第二泵，第二泵充当在所述气体的粘性流区域中的气体排出器件；并且其特征在于，所述第一泵配合到所述多个分支通道中的任一个并且所述第二泵配合到所述多个选择通道。

本发明的特征还优选地在于：其具有第三泵，第三泵充当在所述第二泵的排出速率较低的压力区域中提高排出速率的器件，并且在于，所述第三泵配合到所述多个分支通道中的任一个。

在本发明中，存在三个所述选择通道并且所述选择通道中的每个可以配合到所述第二泵，并且配合到所述选择通道中的任一个的所述第二泵可以在气体从所述腔室被排出时在粗抽期间来使用，并且除了进行粗抽之外，配合到其它两个所述选择通道的所述第二泵可以被用作在立即可用的备用状态中的后备泵。

本发明的特征还可以在于：当所述第三泵配合在所述第一泵附近时，对于所述多个分支通道，用于从所述第一泵到所述第三泵的较短距离的管道长度在直径上可以大于所述多个分支通道的剩余管道。

本发明也是在所述真空排出系统中使用的所述通道切换阀。

[发明效果]

在本发明中，真空排出系统的特定结构使得：如上面所描述的，用于通道的结构是如下的结构，在所述结构中，主通道由多个分支通道汇合而形成，并且该主通道由通道切换阀连接到多个选择通道，并且导致所述多个选择通道中的任一个由所述通道切换阀与主通道连通。由此，由于多个分支通道由汇合管道和通道切换阀被制作成单个通道，并且由于在系统S2中紧接在第二泵（图2中的干式泵52和干式泵53）前面的阀（图2中的阀V2和阀V3）被一体化为单个通道切换阀以使得减少了阀的总数量，所以可以提供一种适当的真空排出系统，所述真空排出系统实现真空排出系统的结构的整体简化，具有降低的成本。

附图说明

[图1]根据本发明的真空排出系统的一个实施例的框图；

[图2]替代性真空排出系统的框图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施例进行了更加详细的描述。

（真空排出系统的简要描述）

图1是根据本发明的真空排出系统的一个实施例的框图。该图中示出的真空排出系统S1具有使气体从多个腔室1（1A、1B、...、1n）排出的系统的结构。

因为，在图2中示出的真空排出系统S2中，使气体从多个腔室（1A、1B、...、1n）的第一腔室1（1A）排出的排出系统的部件与使气体从其它腔室1（1B、...、1n）排出的排出系统的部件相同，所以下面仅仅对使气体从第一腔室1（1A）排出的排出系统进行描述。

图1中示出的真空排出系统S1配备有使气体从第一腔室（1A）排出的排出系统部件，并且如图中示出的，其包括：2个分支通道2（2A、2B），2个分支通道2（2A、2B）使气体从腔室1（1A）排出；主通道3，主通道3呈2个分支通道2的汇合的形式；通道打开-关闭阀4，通道开-关阀4每个配合2个分支通道2中的一个；通道切换阀6，通道切换阀6连接主通道2和3个选择通道5（5A、5B、5C），并且其允许选择通道5中的任何一个与主通道3连通；第一泵7，第一泵7充当在气体的分子流区域中的气体排出器件；第二泵8（8A、8B、8C），第二泵8（8A、8B、8C）充当在气体的粘性流区域中的气体排出器件；以及第三泵9，第三泵9充当在第二泵8的排出速率较低的压力区域中提高排出速率的器件。第三泵9可以被省略。

在图1中示出的真空排出系统S1，第一泵7和第三泵9配合到单个分支通道2（2A）并且一个第二泵8配合到选择通道5（5A、5B、5C）中的每个。

（腔室1（1A、1B、...、1n）的结构）

腔室1（1A）是可以被排空的容器，容器诸如在半导体生产厂等中使用的处理腔室，并且使用工艺气体的特定工艺等在腔室1（1A）中执行。对于其它腔室1（1B、...、1n）也是如此。

（分支通道2（2A、2B）和主通道3的结构）

2个分支通道2（2A、2B）中的每个和主通道3由管道形成，并且特别地，第一泵7和第三泵9所配合到的分支通道2（2A）的结构管道的尺寸（直径）根据位置而变化。

因此，通过如下方式可实现成本降低而同时维持第一泵7的排出能力：使第一泵7和第三泵9所配合到的分支通道2（2A）的大部分主要由小直径管道形成，并且在图1中示出的真空排出系统S1中，还使第三泵9以分支通道2（2A）的总长度配合在第一泵7附近，在从第一泵7到第三泵9的短的长度中的所述分支通道2（2A）由具有低管道阻力的大直径管道形成并且剩余的所述分支通道2（2A）和主通道3除了该长度之外由小直径管道形成。因此，在从第一泵7到第三泵9的短的长度中的管道由具有比多个分支通道2的剩余管道更大的直径的管道形成。

关于2个分支通道2（2A、2B），沿着分支通道2（2A）流动的气体尤其主要是腔室1中所使用的工艺气体的残留物以及在腔室1中由工艺气体发生反应而产生的气体（反应产物气体）。在图1中示出的真空排出系统中，线状加热器卷绕在形成分支通道2（2A）和主通道3的管道的外周界周围，并且如此卷绕的加热器加热这些管道，作为防止此类气体在压力下降时积聚在分支通道2（2A）和主通道3中的器件。

在这种情况下，因为在图1中示出的真空排出系统S1中，如上面所描述的，大部分分支通道2（2A）（也就是说，在分支通道2（2A）的整体长度中，不同于从第一泵7至第三泵9的长度的部分）以及所有主通道3均是由小直径管道形成，所以所使用的线状加热器的数量减少以及因此真空排出系统的整体成本降低。

（通道开-关阀4的结构）

配合到2个分支通道2（2A、2B）的两个通道开-关阀4的结构被设计成使得它们基于来自控制装置D的打开-关闭控制信号F1根据特定定时来打开和关闭对应的分支通道2。

例如，当通过分支通道2（2A）排出气体时，为了使得不能够通过分支通道2（2B）排出气体，分支通道2（2B）的通道打开-关闭阀4关闭，从而将分支通道2（2B）设定成关闭状态，这是由于从控制装置D将打开-关闭控制信号F1输出到分支通道2（2B）的通道打开-关闭阀4，并且为了使得能够通过分支通道2（2A）排出气体，分支通道2（2A）的通道打开-关闭阀4打开，从而将分支通道2（2A）设定成打开状态，这是由于从控制装置D将打开-关闭控制信号F1输出到分支通道2（2A）的通道打开-关闭阀4。

另一方面，当通过分支通道2（2B）排出气体时，为了使得不能够通过分支通道2（2A）排出气体，分支通道2（2A）的通道打开-关闭阀4关闭，从而将分支通道2（2A）设定成关闭状态，这是由于从控制装置D将打开-关闭控制信号F1输出到分支通道2（2A）的通道打开-关闭阀4，并且为了使得能够通过分支通道2（2B）排出气体，分支通道2（2B）的通道打开-关闭阀4打开，从而将分支通道2（2B）设定至打开状态，这是由于从控制装置D将打开-关闭控制信号F1输出到分支通道2（2B）的通道打开-关闭阀4。

（选择通道5（5A、5B、5C）的结构）

三个选择通道5（5A、5B、5C）中的每个的上游端部连接到下面所描述的通道切换阀6的出口端口，并且在该出口端口下游它们与来自腔室1（1A、1B、...、1n）的通道切换阀6的选择通道5（5A、5B、5C）合并并连接到第二泵8（8A、8B、8C）的进口端口。

（通道切换阀6的结构）

腔室1（1A、1B、...、1n）中的每个的通道切换阀6的结构如上文所描述的使得：它们具有用于连接到上面所描述的主通道3的下游端部的进口端口以及用于与3个选择通道5（5A、5B、5C）的上游端部中的每个连接的出口端口，并且由通道切换阀6内的切换操作使来自主通道3的流动转向到选择通道5（5A、5B、5C）中的一个中。通道切换阀6内的该切换操作基于来自控制装置D的通道切换信号F2以特定定时来执行。

（第一泵7的结构）

第一泵7的结构具有气体进口端口并且该气体进口端口连接到腔室1的开口，以使得可以通过所述开口和进口端口将气体供给到腔室1中。

此外，第一泵7的结构具有气体排出端口并且该排出端口7B连接到分支通道2（2A）的上游端部，以使得可通过分支通道2（2A）从排出端口朝着下游第三泵9排出气体。

此外，控制器C配合到第一泵7，控制器C作为控制和检测泵的启动、结束和旋转速度以及泵的状态的其他方面的器件。诊断电路或诊断程序被设置在控制器C中，诊断电路或诊断程序从所检测到的泵状态来诊断泵中是否存在任何故障，并且将这些诊断结果R从控制器C发送到控制装置D。

先前已知的涡轮分子泵可被用作这类第一泵7，但并不局限于此。例如，已知一种组合泵，该组合泵具有包括第一排出部分和第二排出部分的多个级的结构，第一排出部分作为在气体的分子流区域中的气体排出器件像涡轮分子泵一样发挥作用，第二排出部件作为在气体的粘性流区域中的气体排出器件像螺旋通道泵一样发挥作用，并且该组合泵可以被用作第一泵7。

（第三泵9的结构）

第三泵9具有如下结构，使得其具有气体进口端口和出口端口，并且因为进口端口和出口端口在第一泵7的下游连接到与第一泵7相同的分支通道2（2A），所以通过分支通道2（2A）从第一泵7供给的气体再次朝着下游主通道3排出。

类似于先前针对第一泵7所描述的那个的控制器C也可以配合到该第三泵9。

已知的机械升压泵也可以被用作该第三泵9。机械升压泵具有如下结构，使得两个环绕摆线（peritrochoidal）转子在壳体中沿相反方向同步地旋转以排出气体，并且这可被用作在第二泵8（8A、8B、8C）的排出速率较低的压力区域中提高排出速率的器件。

（第二泵8（8A、8B、8C）的结构）。

所有第二泵8（8A、8B、8C）具有气体进口端口和出口端口，并且进口端口连接到选择通道5（5A、5B、5C）的下游端部，所以通过所述下游端部和进口端口来供入气体并且如此供入的气体可从出口端口排出。

类似于先前针对第一泵7所描述的那个的控制器C也可以配合到多个第二泵8（8A、8B、8C）中的每个。

干式泵（诸如其中使用润滑油的已知螺旋泵）可以被用作这些第二泵8，第二泵8充当在气体粘性的区域中排出气体的器件。

（第二泵8（8A、8B、8C）的实施例）

在图1中示出的真空排出系统S1中，存在3个选择通道5，并且选择通道5（5A、5B、5C）中的每个连接到第二泵8（8A、8B、8C）中的一个。配合到一个选择通道5（5A）的第二泵8（8A）当从腔室1对气体进行粗抽时被用作粗抽泵，并且除了在进行粗抽期间，第二泵8（8A）在立即可用备用状态中被用作对于配合到其它两个所述选择通道5（5B、5C）的第二泵8（8B、8C）而言的后备泵。

关于其它两个泵8（8B、8C），不同于处于备用状态中以被用作上面所描述的后备泵的第二泵8（8A），一个第二泵8（8B）被用作用于排出主腔室1中的工艺气体以及由工艺气体发生反应而产生的气体（反应产物气体）的泵。第二泵8（8C）被用作用于排出被用于清洁第一泵7和腔室1的内部的气体（清洁气体）的泵。

（控制装置D的结构）

控制装置D例如包括个人计算机，该个人计算机配备有系统程序和硬件资源以便执行至少下面示出为1至5的功能。

[功能1]

功能1将用于控制泵状态（诸如，启动、停止、旋转速度等）的控制信号输出到第一泵7、第二泵8（8A、8B、8C）、以及第三泵9的控制器C。

[功能2]

功能2将打开-关闭控制信号F1输出到通道打开-关闭阀4以执行打开和关闭。

[功能3]

功能3将通道切换信号F2输出到通道切换阀6以执行如上面所描述的通道切换阀6内的切换。

[功能4]

功能4接收由第一泵7、第二泵8（8A、8B、8C）、以及第三泵9中的每个中的控制器C中的诊断电路和诊断程序得出的诊断结果R（泵是正常的还是不正常的）。

[功能5]

功能5检验由功能4接收到的诊断结果R并且在被诊断为异常的情况下检查泵是否有故障。因此，例如，当第二泵8（8B）被诊断为有故障时，实施将通道切换信号F2（见上面的“功能3”）输出到通道切换阀6的处理以导致选择通道5（5A）与主通道2连通，选择通道5（5A）如上面所描述的与处于备用状态中的第二泵8（8A）配合，并且实施将后备启动信号F3输出到第二泵8（8A）的控制器C的处理以将第二泵8（8A）从其备用状态切换到后备操作状态。类似地，如果第二泵8（8C）被诊断为异常，则情况也将是如此。

所述“后备操作状态”在此意味着第二泵8（8A）被用作代替已经诊断出故障的第二泵8（8B或8C）的后备泵。

（对真空排出系统S1的操作的描述）

在图1中示出的真空排出系统S1中，当在腔室1（1A）上执行粗抽时，分支通道2（2B）的通道打开-关闭阀4打开并且分支通道2（2A）的通道打开-关闭阀4关闭，并且进一步地，由于通道切换阀6中的切换操作，所以选择通道5（5A）与主通道3连通。由于第二泵8（8A）的排出操作，所以腔室1的粗抽通过分支通道2（2B）、主通道3、以及选择通道5（5A）来执行。

此外，在图1中示出的真空排出系统S1中，当由工艺气体在腔室1（1A）中发生反应而产生的气体（反应产物气体）和腔室1中所使用的工艺气体的残留物被排出时，分支通道2（2A）的通道打开-关闭阀4打开，并且分支通道2（2B）的通道打开-关闭阀4关闭，并且进一步地，由于通道切换阀6中的切换操作，选择通道5（5B）与主通道3连通。

此外，由于第一泵7、第三泵9、以及第二泵8（8B）的排出操作，所以腔室1中的气体（反应产物气体和工艺气体的残留物）通过分支通道2（2A）和主通道3被排出。

这时，第一泵7充当在气体的分子流区域中的气体排出器件，并且第二泵8（8A）充当在气体的粘性流区域中的气体排出器件。此外，第三泵9充当在第二泵8的排出速率较低的压力区域中提高排出速率的器件。

进一步地，在图1中示出的真空排出系统S1中，当腔室1（1A）和第一泵7中的清洁气体被排出时，分支通道2（2A）的通道打开-关闭阀4打开，并且其它分支通道2（2B）的通道打开-关闭阀4关闭，并且也由于通道切换阀6中的切换操作，所以选择通道5（5C）与主通道3连通。结果是，由于第二泵8（8C）的排出操作，所以腔室1中的和第一泵7中的清洁气体通过分支通道2（2A）、主通道3、以及选择通道5（5C）来排出。

采用真空排出系统S1的该实施例，系统结构使得：如上面所描述的，2个分支通道2（2A、2B）合并以形成主通道3，并且由于该主通道3和三个选择通道5（5A、5B、5C）连接到通道切换阀6，所以三个选择通道5（5A、5B、5C）中的一个可由该通道切换阀6与主通道3连接。因此，由于2个分支通道2（2A、2B）在汇合通道3中被结合，并且由于紧接在第二泵（图2中的干式泵52和干式泵53）前面的现有技术阀（图2中的阀2和阀3）被组合在单个通道切换阀6中，并因此存在阀数量减少和阀成本降低，所以真空排出系统的整体结构得到简化并且成本得到降低。

所述发明不受上面所描述的实施例的限制，并且对于本领域的技术人员而言，本发明的技术概念内的多种变化是可能的。

在所述实施例中，关于两个分支通道2和三个选择通道5进行了描述，但本发明也可以应用到如下结构，所述结构也可以是存在3个或更多个分支通道2的结构和/或存在3个或更多个选择通道5的结构。

[图例]

1（1A、1B、...、1n） 腔室

2（2A、2B） 分支通道

3 主通道

4 通道打开-关闭阀

5（5A、5B、5C） 选择通道

6 通道切换阀

7 第一泵

8（8A、8B、8C） 第二泵

9 第三泵

50A 第一通道

50A-1 第一分支通道

50A-2 第二分支通道

50B 第二通道

51 涡轮分子泵

52、53、54 组合干式泵

C 控制器

D 控制装置

P1 泵体

P2 机械升压泵

S1 真空排出系统（本发明）

S2 替代性真空排出系统

V1、V2、V3、V4 阀。

Claims (5)

1.一种真空排出系统，其特征在于，其是使气体从腔室排出的真空排出系统，所述真空排出系统包括：

多个分支通道，所述多个分支通道用于从所述腔室排出所述气体，

主通道，所述主通道由所述多个分支通道汇合而形成，

通道打开-关闭阀，所述通道打开-关闭阀对应地配合到所述多个分支通道中的每个，

所述主通道连接到多个选择通道……

第一泵，所述第一泵充当在所述气体的分子流区域中的气体排出器件，

第二泵，所述第二泵充当在所述气体的粘性流区域中的气体排出器件，

并且在于，所述第一泵配合到所述多个分支通道中的任一个，

并且所述第二泵配合到所述多个选择通道。

2.根据权利要求1所述的真空排出系统，其特征在于，其配备有：

第三泵，所述第三泵充当在所述第二泵的排出速率较低的压力区域中提高所述排出速率的器件，

并且所述第三泵配合到所述多个分支通道中的任一个。

3.根据权利要求1和权利要求2所述的真空排出系统，其特征在于，

存在三个所述选择通道，并且所述选择通道中的每个配合到所述第二泵中的一个，而且，配合到所述选择通道中的一个的所述第二泵被用于当气体被排出时对所述腔室进行粗抽，并且在于，除了进行粗抽，要不然就被保持在立即可用的备用状态中以被用作用于其它2个所述第二泵的后备泵，其它2个所述第二泵配合到其它2个所述选择通道。

4.根据权利要求2所述的真空排出系统，其特征在于，所述第三泵配合在所述第一泵附近，并且在所述多个分支通道中，从所述第一泵到所述第三泵的短的长度中的所述管道具有与所述多个分支通道中的剩余管道相比更大的直径。

5.一种根据权利要求1、2或3中的任一项所述的通道切换阀，其特征在于，其被使用在所述真空排出系统中。