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Hintergrund
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Die
gefährliche
und reaktive Natur von Gasemissionen bei der Ionenimplantation erzeugt
Sicherheits- und Behandlungsherausforderungen. Jedes Werkzeug gibt
kontinuierlich oder intermittierend unterschiedliche Arten und Konzentrationen
flüchtiger
und gefährlicher
Gase ab. Beispielsweise kann Wasserstoff ein Nebenprodukt der Implantation
sein. Während
Wasserstoff allein nicht gefährlich
ist, besteht doch ein mögliches
Risiko einer Zündung.
Mehrere Faktoren können
das Auftreten von Zündungen hervorrufen.
Diese Faktoren umfassen die Anwesenheit eines Oxidationsmittels,
einer speziellen Kombination aus Druck und Temperatur, gewisse Verhältnisse
von Wasserstoff zu Sauerstoff oder eine Zündquelle.
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Kryogene
Vakuumpumpen (Kryopumpen) sind eine Art Sorptionspumpe (capture
pump), die häufig
dazu verwendet werden, Gase aus Prozesskammern zu evakuieren, weil
sie höhere
Wasserstoffpumpgeschwindigkeiten zulassen. Aufgrund der Flüchtigkeit
von Wasserstoff muss große
Sorgfalt angewendet werden, um sicherzustellen, dass während des
normalen Gebrauchs und während
der Wartung von Kryopumpen in Implantieranwendungsfällen sichere
Bedingungen aufrechterhalten werden. Beispielsweise werden kryogepumpte
Gase in der Pumpe zurückgehalten,
solange die Pumpgruppen unter Kryotemperaturen gehalten sind. Wenn
die Kryopumpe erwärmt
wird, werden diese Gase freigegeben. Es ist möglich, dass das Gemisch der
Gase in der Pumpe während
dieses Vorgangs zündet.
Wenn der Wasserstoff aus der Pumpe entweicht, kann er ebenfalls ein
möglicherweise
explosives Gemisch mit Sauerstoff in dem Auslassleitungs-/Krümmersystem
erzeugen, das mit der Kryopumpe verbunden ist.
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Ein übliches
Schema zur Schaffung von Sicherheitsfunktionen in einer Kryopumpe
verwendet ein verteiltes System. In einer typischen Konfiguration
ist eine Kryopumpe mit einem Netzwerkanschluss vernetzt und von
diesem gesteuert, was eine standardisierte Übertragungsverbindung mit dem
Leitregelsystem schafft. Die Steuerung der der Kryopumpe zugehörigen Elektronik
ist voll mit dem Leitegelsystem integriert. Auf diese Weise steuert
das Leitregelsystem die Sicherheitsfunktionen der Kryopumpe und
kann die Kryopumpe im Ansprechen auf eine gefährliche Situation regenerieren
und spülen.
Dieses Merkmal versetzt die Pumpe in einen sicheren Zustand, um
die Risiken eines Brandes zu vermindern. Das Spülen der Pumpe kann Wasserstoffgas
verdünnen,
das in der Pumpe vorhanden ist, wenn der Wasserstoff von der Pumpe
freigegeben und in ein Auslasssystem abgegeben wird.
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Das
oben beschriebene Schema arbeitet so lange gut, wie kein Ausfall
in der Übertragung
oder der Anlage auftritt. Ein solcher Ausfall kann verhindern, dass
das Leitegelsystem die Sicherheitsmerkmale wirksam steuert, die
in die Kryopumpe eingebaut sind. Während eines Stromausfalls könnte beispielsweise
ein Problem mit der Übertragungsverbindung
zwischen der Kryopumpe und dem Leitrechner entstehen. Das Unterbleiben
des Öffnens
des Spülventils
während
eines Stromausfalls kann zur Folge haben, dass in der Pumpe vorhandenes
Wasserstoffgas möglicherweise
zündet.
Im Allgemeinen geben diese Systeme keine umfassende Sicherheitslösung für die möglicherweise
gefährlichen
Situationen an, die in der Pumpe auftreten können.
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Weiterhin
haben einige Kryopumpen ein normalerweise offenes Spülventil,
das nach einem Stromausfall automatisch öffnen kann. Gewöhnlich kann
das Spülventil
von einem Endgerät
durch einen Benutzerbefehl geschlossen werden, der die Betriebsart
der Kryopumpe ändert.
Die Spülventile
können
auch durch Verwendung von Rücksetz-
oder Überbrückungsschaltern
geschlossen werden. Solche Spülventile
können
daher von einem Benutzer oder vom Leitrechner während möglicherweise gefährlicher
oder unsicherer Bedingungen geschlossen werden, beispielsweise wenn
Wasserstoffgas in der Kryopumpe vorhanden ist, und aufgrund seiner Flüchtigkeit
könnte
eine Zündung
die Folge sein.
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US 4,757,689 bezieht sich
auf eine Kryopumpe mit einem Gehäuse,
einer Gaseinlassöffnung, an
die über
ein Ventil eine Kammer angeschlossen werden kann, einer Vakuumpumpe,
einem zweistufigen Kühler
und einer Pumpfläche.
Ein Sensor ist dazu vorgesehen, den Druck im Pumpengehäuse zu überwachen,
und eine Steuereinheit ist dazu vorhanden, den Betrieb der Kryopumpe
zu überwachen
und ihn auf der Grundlage von Signalen zu steuern, die von dem Sensor
geliefert werden.
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Übersicht über die
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren zum Steuern einer Kryopumpe
(104) an, umfassend: Ansprechen auf einen möglicherweise
unsicheren Zustand in der Kryopumpe durch Geschlossenhalten eines
normalerweise offenen Spülventils
(112, 114) über
eine Zeitdauer, und nach Verstreichen der Zeitdauer das Ermöglichen,
dass sich das Spülventil öffnet, um
ein Spülgas
in die Kryopumpe abzugeben.
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Die
vorliegende Erfindung gibt auch einen elektronischen Regler (106)
an, der mit einer Kryopumpe (104) verbunden und so gestaltet
ist, dass er auf einen möglicherweise
unsicheren Zustand in der Kryopumpe anspricht, gekennzeichnet durch
Geschlossenhalten eines normalerweise offenen Spülventils (112, 114)
für eine
Sicherheitszeitdauer, und Richten von Spülgas in die Kryopumpe, wenn
die Sicherheitszeitdauer verstrichen ist, durch Freigabe des Spülventils.
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Die
vorliegende Erfindung gibt weiterhin eine Kryopumpe (104)
an, enthaltend eine Kryopumpkammer (108) mit Pumpflächen (122a–b), ein
normalerweise offenes Spülventil
(112, 114), das mit der Kryopumpe verbunden ist,
und einen elektronischen Regler (106), der mit der Kryopumpe
verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass:
der elektronische
Regler auf einen möglicherweise unsicheren
Zustand in der Kryopumpe anspricht, indem er das Spülventil über eine
Sicherheitszeitdauer geschlossen hält, und wenn der möglicherweise
unsichere Zustand nach Verstreichen der Sicherheitszeitdauer anhält, der
Regler weiterhin anspricht, indem er das Spülventil anweist zu öffnen, um
Spülgas abzugeben.
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Aspekte
der Erfindung geben umfassende ausfallsichere Merkmale für die Verhinderung
von Sicherheitsrisiken an, die aus einem unsicheren Zustand in einer
Kryopumpe erwachsen. Ein unsicherer Zustand kann ein Stromausfall
in der Kryopumpe sein, eine fehlerhafte Temperatursensordiode in
der Kryopumpe oder das Überschreiten
eines Temperaturschwellenwertes durch die Temperatur der Kryopumpe.
Die Erfindung kann ein oder mehrere Spülventile während unsicherer Zustände steuern
und kann jegliche Versuche von anderen Systemen, wie beispielsweise
vom Leitregler, den Betrieb der Kryopumpe unter Verwendung der mit
der Kryopumpe integralen örtlichen
Elektronik zu steuern, außer
Kraft setzen.
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Die
Erfindung enthält
ein Verfahren zum Steuern einer Kryopumpe. Es kann ein unsicherer Zustand
in der Kryopumpe ermittelt werden, und ein Spülgas kann in die Kryopumpe
eingeleitet werden. Außerdem
kann das Hochvakuumventil geschlossen gehalten werden. Die Kryopumpe
kann gespült
werden, indem ein oder mehrere Spülventile (Kryospülventil
oder Auslassspülventil)
angewiesen werden zu öffnen.
Die Kryopumpe kann gespült
werden, indem das Spülventil
veranlasst wird zu öffnen.
Das Auslasssystem kann gespült
werden, indem das Auslassspülventil
veranlasst wird zu öffnen.
Das Spülventil
und das Auslassspülventil
können
normalerweise offene Ventile sein, und sie können bei Freigabe offen gehalten
werden. Das Spülventil
und das Auslassspülventil
können
zyklisch geöffnet
und geschlossen werden. Durch Spülen
der Kryopumpe kann jeglicher Wasserstoff, der in der Pumpe und in der
Auslassleitung vor handen sein kann, verdünnt werden, und die Möglichkeit
einer Verbrennung kann herabgesetzt werden.
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Ein
elektronischer Regler, der mit der Kryopumpe gekoppelt ist, dient
dazu, auf einen unsicheren Zustand anzusprechen, indem eine Sicherheitsspülung eingeleitet
wird, bei der ein oder mehrere Spülventile angewiesen werden
zu öffnen.
Der Regler kann jedes andere System überbrücken, während er eine Sicherheitsspülung ausführt. Die
Spülventile können automatisch
durch den Regler geregelt und durch Aktivieren einer Sperre offen
gehalten werden, die jeden Benutzer oder Leitregler daran hindert,
das Spülsystem
zu schließen.
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Durch
Freigabe der Spülventile
während
einer Sicherheitsspülung
kann Spülgas
in die Kryopumpe und in die Auslassleitung abgegeben werden. Spülgas kann
von dem Spülsystem
in die Kryopumpengruppe der zweiten Stufe gerichtet werden. Die Erfindung
kann sicherstellen, dass die Ventile über eine ausreichende Zeitdauer
offen bleiben, um jegliche Befehle von anderen Systemen unwirksam
zu machen, und durch Verhindern, dass die Sicherheitsspülung abgebrochen
wird. Örtliche
Elektronik kann mit der Pumpe gekoppelt sein, um sicherzustellen, dass
die Spülventile
gesteuert werden können,
selbst wenn die Kryopumpe nicht im Netz ist. Eine Sicherheitsspülung kann
ohne Einleitung eines vollständigen
Regenerierungsprozesses abgeschlossen werden. Nachdem die Sicherheitsspülung abgeschlossen
ist, kann der Benutzer oder das Leitsystem ermitteln, ob eine vollständige Regenerierungsroutine
notwendig ist. Das Ausführen
einer Regenerierung kann jedoch verhindert werden, solange ein Hochvakuumventil
der Kryopumpe offen ist.
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Es
kann ein Zeitverzögerungsmerkmal
eingeschlossen sein. Dieses Merkmal verzögert das Öffnen des Spülventils
für eine
vorbestimmte Zeitdauer. Insbesondere wird das Auslassspülventil
geöffnet, während das
Kryospülventil
geschlossen gehalten wird. Wenn der unsichere Zustand nicht beseitigt
ist, bevor die Verzögerungszeitdauer
verstrichen ist, werden das Kry ospülventil automatisch geöffnet und die
Kryopumpe mit Spülgas
gespült.
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Ein
elektronischer Regler, der integral mit der Kryopumpe gekoppelt
ist, kann dazu eingesetzt werden, auf einen unsicheren Zustand anzusprechen,
indem eine Sicherheitsspülung
im Ansprechen auf einen Stromausfall eingeleitet wird. Unter Verwendung örtlicher
Elektronik, die mit der Kryopumpe gekoppelt ist, kann ein Spülventil über eine
vorbestimmte Zeitdauer geschlossen gehalten werden. Nach dem Verstreichen
der vorbestimmten Zeitdauer kann das Spülventil geöffnet werden, um Spülgas in
die Kryopumpe abzugeben. Ein Dauerstromzuführungsmerkmal kann in den Regler
eingebaut sein, sodass der Regler das Spülventil automatisch geschlossen
hält, jedoch
das Spülventil öffnet, nachdem
die Sicherheitszeitdauer verstrichen ist. Durch Verwendung örtlicher
Elektronik, die mit der Pumpe gekoppelt ist, können ein oder mehr Spülventile
gesteuert werden, selbst wenn die Kryopumpe nicht im Netz ist. Der Regler
kann es beispielsweise dem Auslassspülventil erlauben zu öffnen und
kann das Spülventil
geschlossen halten.
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Der
integrale Regler kann eine Sicherheitsspülung unabhängig vom Leitsystem einleiten.
Der Regler kann jegliche Eingabe vom System außer Kraft setzen, bis die Sicherheitsspülung abgeschlossen
worden ist. Das Spülventil
kann durch Aktivieren einer Sperre automatisch durch den Regler
gesteuert und offen gehalten werden durch Aktivierung einer Sperre,
die verhindert, dass ein Benutzer oder ein Leitregler das Spülventil
schließt.
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Die
Erfindung kann eine Kryopumpe überwachen,
um zu ermitteln, ob ihre Temperatur unterhalb eines Betriebsarbeitspunktes
liegt. Wenn beispielsweise die Kryopumpe auf eine Temperatur kühlt, die unterhalb
eines Betriebsarbeitspunktes liegt, dann kann ein Identifizierer,
wie beispielsweise ein Kennzeichen, gesetzt werden. Der Betriebsarbeitspunkt kann
18K sein.
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Wenn
der Identifizierer gesetzt und ermittelt worden ist, dass die Temperatur über einen
Aufwärmarbeitspunkt
angestiegen ist, können
ein oder mehr Spülventile
angewiesen werden, zu öffnen.
Wenn beispielsweise der Identifizierer gesetzt ist und die Kryopumpe
sich auf eine Temperatur erwärmt,
die einen Aufwärmarbeitspunkt überschreitet,
dann kann eine Sicherheitsspülung
eingeleitet werden, indem ein Spülventil
und/oder ein Auslassspülventil
angewiesen wird/werden zu öffnen.
Der Aufwärmarbeitspunkt
kann 34K sein.
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Die
Sicherheitsspülung
kann es der Pumpe erlauben, sich aus der gefährlichen Situation in kürzest möglicher
Zeit unter Einsatz geringst möglicher Ressourcen
zu erholen. Spülgas
kann direkt in die Kryopumpengruppe der zweiten Stufe geliefert
werden. Das Spülventil
und das Auslassspülventil
können
zyklisch geöffnet
und geschlossen werden, um Spülgasstöße abzugeben.
Die Sicherheitsspülung kann
ausgeführt
werden, ohne in einen vollständigen Regenerierungsprozess
einzutreten.
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Die
Erfindung kann einen Regler enthalten, der auf einen Stromausfall
anspricht. Es kann wenigstens eine Kondensatorzelle vorgesehen sein. Eine
Verzögerungseinrichtung,
die von der wenigstens einen Kondensatorzelle versorgt ist, kann
auf einen Stromausfall ansprechen, indem sie ein Spülventil
anweist, geschlossen zu bleiben. Die Kondensatorzelle kann eine
Energiemenge speichern, die innerhalb einer Entladungszeit abgegeben
wird. Die Entladungszeit ist eine Sicherheitszeit, durch die das Spülventil öffnen muss.
Die Verzögerungseinrichtung kann
ein mit der Kryopumpe gekoppeltes Spülventil steuern und das Spülventil
freigeben, wenn die Entladungszeit verstrichen ist. Die in der Zelle
gespeicherte Energiemenge kann als ein Ausfallsicherungszeitgabemechanismus
verwendet werden. Die Kondensatorzelle braucht nur ausreichend Energie zu
haben, um das Spülventil über zwei
Minuten geschlossen zu halten. Wenn die in der Zelle gespeicherte
Energie abgegeben ist, kann das Spülventil automatisch öffnen. Die
Kondensatorzelle kann ein elektrochemischer Kondensator sein.
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Es
kann ein System und ein Verfahren zum Erregen eines Mechanismus
eingeschlossen sein. In wenigstens einer Kondensatorzelle kann eine
Energiemenge gespeichert sein, die innerhalb einer Entladungszeit
abgegeben wird. Die Entladungszeit ist eine Sicherheitszeit, über die
der Mechanismus aberregt sein muss. Mit der gespeicherten Energie
kann das System auf einen Stromausfall ansprechen, indem es den
Mechanismus mit der gespeicherten Energie erregt. Der Mechanismus
kann einen ersten und einen zweiten Zustand enthalten. Der erste
Zustand kann ein aberregter Zustand für möglicherweise gefährliche
Situationen sein. Der zweite Zustand kann ein erregter Zustand für normalen
Betrieb sein. Der Mechanismus kann beispielsweise ein normalerweise
offenes Ventil sein, wobei der erste Zustand der normalerweise offene
(ohne Stromversorgung) und der zweite Zustand der geschlossene (mit
Stromversorgung) ist.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung enthält ein System und ein Verfahren
zum Überwachen
von Temperatursensoren, beispielsweise Temperatursensordioden, die
mit einer Kryopumpe gekoppelt sind. Wenn eine oder mehrere der Temperatursensordioden
nicht richtig arbeitet, kann ein Spülventil geöffnet werden, um ein Spülgas in
die Kryopumpe einzuleiten.
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Die
Erfindung kann ein Wiederanfahrsystem und -verfahren nach Stromausfall
enthalten. Wenn der Strom in einer Kryopumpe ausfällt, kann
das System ansprechen, indem es die Spülventile anweist zu öffnen. Insbesondere
kann nach jedem Stromausfall das System auf die wiederhergestellte
Stromversorgung ansprechen, indem es ermittelt, ob sich die Kryopumpe
auf einen Wiederanfahr-Temperaturarbeitspunkt erwärmt hat.
Der Wiederanfahr-Temperaturarbeitspunkt kann 34K sein. Wenn sich
die Kryopumpe über
den Wiederanfahr-Temperaturarbeitspunkt erwärmt hat, kann eine Sicherheitsspülung eingeleitet werden.
Die Erfindung kann sicherstellen, dass die Sicherheitsspülung nicht
abgebrochen werden kann. In gewissen Ausführungsformen der Erfindung
kann die Wiederanfahrroutine für
Stromausfall nicht ausgeschaltet werden.
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Der
Betriebszustand der Kryopumpe im Augenblick eines Stromausfalls
kann ermittelt werden. Wenn der Betriebszustand angibt, dass sich
die Kryopumpe in einem Regenerierungsprozess befand, als der Stromausfall
auftrat, kann die Regenerierung eingeleitet werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorangehenden und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
gehen aus der folgenden detaillierteren Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung hervor, wie sie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt
sind, in denen gleiche Bezugszeichen sich in den unterschiedlichen
Ansichten auf die gleichen Teile beziehen. Die Zeichnungen sind
nicht notwendigerweise maßstabsgerecht,
vielmehr können
Hervorhebungen bei der Darstellung der Prinzipien der Erfindung
gemacht sein.
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1 ist
ein Schema eines Kryovakuumsystems gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Darstellung einer Kryopumpe nach 1.
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3 ist
eine Querschnittsansicht einer Kryopumpe.
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4A–B sind
Blockschaltbilder eines Kryopumpenregelsystems.
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5 ist
ein Flussdiagramm, das eine Stromausfall-Wiederanfahrroutine zeigt.
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6 ist
ein Flussdiagramm, das einen Vorgang zeigt, mit dem ermittelt wird,
dass die Temperatur einer Kryopumpe einen Temperaturschwellenwert überschreitet.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Es
folgt eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.
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Kryovakuumsystem
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1 ist
ein Diagramm eines Kryovakuumsystems 100 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Kryovakuumsystem 100 ist mit
einer Ionenimplantationsprozesskammer 102 zum Evakuieren von Gasen
aus der Ionenimplantationsprozesskammer 102 gekoppelt.
Das Kryovakuumsystem 100 enthält wenigstens eine Kryovakuumpumpe
(Kryopumpe) 104 und gewöhnlich
wenigstens einen (nicht gezeigten) Kompressor zum Zuführen komprimierten
Gases in die Kryopumpe 104. Das Kryovakuumsystem 100 kann
auch Vorpumpen 122, Wasserpumpen, Turbopumpen, Kühler, Ventile 112, 114, 116 und
Messgeräte
enthalten. Zusammen wirken diese Komponenten zum Erzeugen einer
Kryokühlung
eines breiteren Systems, beispielsweise als Werkzeug für die Halbleiterbearbeitung.
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Das
Werkzeug kann ein Werkzeug-Leitregelsystem 106 enthalten,
das ein gewisses Niveau an Steuerung über die Systeme mit dem Werkzeug
ergibt, wie beispielsweise das Kryovakuumsystem 100. Das
Werkzeug kann die Prozesskammer 102 zur Ausführung zahlreicher
Halbleiterherstellungsprozesse verwenden, wie beispielsweise die
Ionenimplantation, das Wafer-Ätzen,
chemische oder Plasmadampfabscheidung, Oxidation, Sinterung und
Anlassen. Diese Prozesse werden häufig in gesonderten Kammern
ausgeführt,
von denen jede eine Kryopumpe 104 eines Kryovakuumsystems 100 enthalten kann.
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2 ist
ein Diagramm einer Kryopumpe von 1. Die Kryopumpe 104 enthält eine
Kryopumpkammer 108, die an der Wand der Prozesskammer 102 an
einem Flansch 110 montiert sein kann. Die Kryopumpkammer 101 kann ähnlich derjenigen
sein, die im US-Patent 4,555,907 beschrieben ist. Die Kryopumpe 104 kann
Gase aus der Prozesskammer 102 entfernen, indem ein Hochvakuum
erzeugt und die Gasmoleküle
an Kryopaneelen niedriger Temperatur innerhalb der Kryopumpe 104 eingefroren
werden.
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Die
Kryopumpe 104 kann eine oder mehrere Stufen enthalten.
Beispielsweise enthält
eine zweistufige Pumpe eine Erststufenanordnung und eine Zweitstufenanordnung,
die durch einen Kryokühler gekühlt werden.
Wie in 3 gezeigt, hat eine erste Stufe 122a Kryopaneele,
die sich von einer Strahlungsabschirmung 138 zur Kondensation
höher siedender
Gase darauf, wie beispielsweise Wasserdampf, erstrecken. Eine zweite
Stufe 122b kann Kryopaneele zum Kondensieren niedrig siedender
Gase darauf enthalten. Die Kryopaneele der zweiten Stufe können ein
Absorptionsmittel, wie beispielsweise Aktivkohle, enthalten, um
sehr niedrig siedende Gase, wie beispielsweise Wasserstoff, zu absorbieren. Temperatursensordioden 146a, 146b dienen
der Ermittlung der Temperatur der ersten und zweiten Stufen 122a, 122b der
Kryopumpe 104. Ein zweistufiger Verdränger in der Kryopumpe 104 ist
von einem Motor 124 angetrieben, der in dem Gehäuse der
Kryopumpe 104 enthalten ist.
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Nach
mehreren Tagen oder Wochen des Gebrauchs beginnen die Gase, die
sich auf den Kryopaneelen kondensiert haben, und insbesondere die Gase,
die absorbiert wurden, die Kryopumpe zu sättigen. Das resultierende Gasgemisch
ist nicht notwendigerweise gefährlich,
solange es auf den Kryopaneelen eingefroren bleiben. Eine Erwärmung der Anordnungen,
die aus einem Stromausfall, einer Belüftung der Kryopumpe 104 oder
Vakuumstörfällen resultieren,
können
jedoch einen möglicherweise
unsicheren Zustand in der Kryopumpe 104 oder in einer Auslassleitung 118 erzeugen,
die mit der Kryopumpe 104 verbunden ist. Während der
Aufwärmung
wird aller Wasserstoff in der Kryopumpe 104 schnell freigegeben
und in die Auslassleitung 118 ausgelassen, und es entsteht
die Möglichkeit
einer schnellen Verbrennung des Wasserstoffs, wenn ein gewisses
Gasgemisch und eine Zündquelle
vorhanden sind. Um die Gase in der Kryopumpe 104 und in
der Auslassleitung 118 zu verdünnen, wird die Kryopumpe 104 mit
Spülgas
gespült,
wie in 2 gezeigt.
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Während der
Regenerierung wird die Kryopumpe 104 mit Spülgas gespült. Das
Spülgas
erwärmt
die Kryopaneele sehr schnell und dient auch zur Ausspülung von
Wasser und anderen Dämpfen aus
der Kryopumpe. Es kann dazu verwendet werden, jeglichen Wasserstoff
zu verdünnen,
der in der Kryopumpe 104 freigegeben worden ist. Gewöhnlich wird
Stickstoff als Spülgas
verwendet, weil er relativ inert und frei von Wasserdampf verfügbar ist.
Durch Richten des Stickstoffs in die Kryopumpe 104 dicht an
der Zweitstufenanordnung 122b minimiert der in die Kryopumpe 104 einströmende Stickstoff
die Bewegung von Wasserdampf aus der Erststufenanordnung 122a zurück in die
Zweitstufenanordnung 122b. Nach dem Spülen der Kryopumpe kann sie
durch eine Vorpumpe 122 vorgepumpt werden, um einen Unterdruck
um die Kryopumpflächen
und kalten Finger zu erzeugen. Dieser Vorgang vermindert einen Wärmeübergang
durch Gasleitung und ermöglicht
es der Kryopumpe, auf normale Betriebstemperaturen abzukühlen. Spülgas wird
der Kryopumpkammer 108 durch ein Spülventil 112 zugeführt, das
mit der Kryopumpe 104 gekoppelt ist. Spülgas wird durch ein Auslassspülventil 114 auch
in die Auslassleitung 118 eingeleitet.
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Eine
Spülgasquelle 126 ist
mit der Kryopumpkammer 108 über eine Leitung 128,
einen Verbinder 130, eine Leitung 132, das Spülventil 112 und eine
Leitung 136 verbunden. Wenn das Spülventil 112 geöffnet ist,
wird die Kryopumpe mit Spülgas
von der Spülgasquelle 126 gespült. Das
Spülventil 112 kann
ein Elektromagnetventil sein, das elektrisch betrieben wird und
zwei Zustände
hat, vollständig
offen und vollständig
ge schlossen. Das Ventil 112 kann eine Drahtspule verwenden,
die, wenn sie durch einen elektrischen Strom erregt wird, das Ventil öffnet oder
schließt.
Wenn der Stromfluss endet, kehrt das Ventil 112 automatisch
in seinen nicht erregten Zustand zurück. Das Ventil 112 kann
entweder ein normalerweise offenes oder ein normalerweise geschlossenes
Elektromagnetventil sein. In gewissen Beispielen der Erfindung,
wie weiter unten in größerem Detail
erläutert
wird, ist es vorteilhaft, wenn es ein normalerweise offenes Ventil
ist. Wenn es erregt wird, würde
das Ventil 112 geschlossen, wenn jedoch ein Alarmzustand
ermittelt wird, dann würde
der Strom durch einen Regler 120 ausgeschaltet, der mit der
Kryopumpe 104 verbunden ist, und das normalerweise offene
Ventil würde öffnen, um
das Spülgas
in die Kryopumpe 104 einzuleiten. Das Ventil 112 bleibt beispielsweise
für eine
Zeitdauer in Abhängigkeit
von einem Stromausfall geschlossen und öffnet nach Verstreichen dieser
Zeitdauer.
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Das
Spülventil 112 kann
auch Sperren in Hardware und/oder Software enthalten. Hardwaresperren
sind typischerweise elektrische oder mechanische Vorrichtungen,
die in ihrem Betrieb ausfallsicher sind. Softwaresperren werden
häufig
dazu verwendet, einen Vorgang abzubrechen, bevor eine Hardwaresperre
aktiviert wird.
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Die
Spülgasquelle 126 ist
auch mit der Auslassleitung 118 verbunden, die mit der
Kryopumpe 104 gekoppelt ist. Die Auslassleitung 118 ist
mit der Spülgasquelle 126 über eine
Leitung 134 und ein Auslassspülventil 114 verbunden.
Die Auslassleitung 118 kann ein Auslassventil 140 in
einem Gehäuse enthalten,
das mit der Kryopumpe 104 über eine Leitung 142 und
eine Leitung 144 gekoppelt ist. Das Auslassventil 140 ist
mit der Spülgasquelle 126 über eine
Leitung 128, einen Verbinder 130, die Leitung 134,
das Auslassspülventil 114 und
eine Abgabeleitung 148 verbunden, wie im US-Patent Nr.
5,906,102 beschrieben. Im Allgemeinen lässt das Auslassventil 140 die
von der Kryopumpkammer 108 freigegebenen Gase in die Auslassleitung 118 ab.
Aus der Auslassleitung 118 werden die Gase in einen Auslasshauptkrümmer bewegt,
wo sie über
ein Beseitigungssystem behandelt werden, das nasse oder trockene Wäscher, trockene
Pumpen und Filter enthalten kann, die dazu verwendet werden können, Abgase zu
behandeln und zu entfernen.
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Das
Auslassspülventil 114 kann
ein Elektromagnetventil sein, das öffnet, um Spülgas aus
der Spülgasquelle 126 in
die Auslassleitung 118 abzugeben. Während eines unsicheren Zustandes
kann das Auslassspülventil 114 das
Spülgas
in die Auslassleitung 118 abgeben. Wenn das Auslassspülventil 114 ein
Elektromagnetventil ist, dann ist es ähnlich dem, das unter Bezugnahme
auf das Kryospülventil 112 oben
beschriebenen worden ist. Das Auslassspülventil 114 kann ebenfalls
eine Sperre enthalten. Anders als das Kryospülventil 112 sind jedoch
vorzugsweise keine Aktivierungsverzögerungen vorhanden, die das Öffnen des
Auslassspülventils 114 im
Ansprechen auf einen unsicheren Zustand negativ beeinflussen.
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Kryopumpenregelsystem
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Ein
Kryopumpenregelsystem 120 ist in den 4A–B gezeigt.
Das Regelsystem 120 ist mit dem Leitregler 106 vernetzt.
Ein Netzregler 152 kann eine Übertragungsschnittstelle mit
dem Leitregelsystem 106 bilden. Auf diese Weise steuert
das Leitregelsystem 106 die Kryopumpe 104 während des
normalen Betriebs. Während
unsicherer Situationen begrenzt das Regelsystem 120 jedoch
die Steuerung aller anderen Systeme durch Überspringen jeglicher Befehle von
solchen Systemen. Außerdem
kann das Regelsystem 120 den Benutzer dagegen sperren,
die Spülventile 112, 114 und
das Hochvakuumventil 116 manuell zu steuern.
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Das
Regelsystem 120 enthält
einen Prozessor 154, der den Betrieb der Kryopumpe 104 steuert. Der
Prozessor 154 speichert Systemparameter, wie beispielsweise
Temperatur, Druck, Rege nerierungszeiten, Ventilpositionen und Betriebszustand
der Kryopumpe 104. Der Prozessor 154 ermittelt,
ob in der Kryopumpe 104 unsichere oder sichere Zustände herrschen.
Vorzugsweise ist das Regelsystem 120 integral mit der Kryopumpe
vereinigt, wie im US-Patent Nr. 4,918,930 beschrieben, das hier
durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit eingeschlossen wird.
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Der
Aufbau des Reglers 120 kann auf ein Komponentenrahmenwerk
gegründet
werden, das ein oder mehrere Module enthält. In der speziellen Ausführungsform,
die in den 4A–B gezeigt sind, sind zwei
Module dargestellt, ein Kryopumpenregelmodul 180 und ein
Autospülregelmodul 150.
Obgleich der Regler 120 als nur ein Modul ausgeführt werden
kann, kann es doch erwünscht
sein, das Regelsystem in Komponenten 180, 150 zu
unterteilen, die mit mehreren unterschiedlichen Anwendungen integriert
sein können.
Durch Verwendung eines Komponentenmodells zur Erstellung des Regelsystems 120 ist
jedes Modul 180, 150 somit nicht an ein spezielles
Produkt gebunden, sondern kann bei mehreren Produkten anwendbar
sein. Dieses erlaubt es, jede Komponente individuell mit irgendeinem
der nachfolgenden Modelle oder mit irgendwelchen Reglern anderer
Systemtypen zu integrieren.
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Das
Regelsystem 120 ist für
die Überwachung
und Steuerung der Spülventile 112, 114 und des
Hochvakuumventils 116 verantwortlich, wenn ein unsicherer
Zustand festgestellt wird. Wenn beispielsweise das Regelsystem 120 einen
unsicheren Zustand in der Kryopumpe ermittelt, kann das Regelsystem 120 sicherstellen,
dass die Spülventile 112, 114 und
das Hochvakuumventil 116 entweder geöffnet oder geschlossen werden.
Das Regelsystem 120 verwendet das Autospülsteuermodul 150 zur
Ausführung
dieser Aufgabe. Die Hochvakuumventilsteuerung ist ähnlich der
im US-Patent Nr. 6,327,863 beschriebenen, das hier durch Bezugnahme
in seiner Gesamtheit eingeschlossen wird.
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Das
Steuermodul 180 enthält
einen Wechselstromversorgungseingang 182, der mit einem Spannungsregler 156 gekoppelt
ist.
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Der
Spannungsregler 156 gibt 24 Volt Wechselspannung ab für die Stromversorgung
der Kryopumpe 104, die das integrierte Autospülsteuermodul 150,
die Ventile 112, 114, 116 und zusätzliche
Systemkomponenten enthält.
Der Spannungsregler 156 ist mit einem Stromversorgungsfreigabesteuerer 184 gekoppelt,
der die Spannung an das integrierte Autospülsteuermodul 150 liefert.
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Das
Autospülsteuermodul 150 enthält einen isolierten
Spannungsregler 186, der mit der Versorgungsspannungsquelle 184 von
24 Volt gekoppelt ist. Der Spannungsregler 186 wandelt
die 24 Volt von der Versorgungsquelle 184 in 12 Volt Gleichspannung um,
die dann zur Versorgung der Ventile 112, 114, 116 über Steuerausgangsknoten 190, 194, 196 zugeführt werden
kann.
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Die
Spülventile 112, 114 sind
normalerweise offene Ventile, und während normalen Betriebs der Kryopumpe
sind Relais 158, 168 erregt, um sicherzustellen,
dass die Spülventile 112, 114 geschlossen bleiben.
Ein Spülventiltreiber
(Leistungsverstärker) 198 ist
normalerweise erregt, um das Spülventil 112 während des
normalen Betriebs der Kryopumpe 104 geschlossen zu halten.
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Das
Hochvakuumventil 116 ist ein normalerweise geschlossenes
Ventil. Das Autospülsteuermodul 150 stellt
sicher, dass das Hochvakuumventil 116 geschlossen ist,
um die Kryopumpe 104 von der Prozesskammer 102 zu
isolieren. Ein Relais 164 wird erregt, um den Zustand des
Hochvakuumventils 116 zu steuern. Innerhalb des Hochvakuumventils 116 können Positionssensoren
angeordnet sein, die ermitteln können,
ob die Position des Hochvakuumventils 116 die offene oder
geschlossene Position ist. Die Position des Hochvakuumventils 116 wird
durch einen Stellantrieb 206 bestimmt (z.B. ein pneumatischer Stelltrieb
oder ein Elektromagnet). Eine Positionsrückkopplung 202, 204 des
Hochvakuumventils 116 wird an einen Eingangsknoten 208 dem
Prozessor 154 zugeführt.
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Ein
Erwärmungsalarmindikator 166 ist
im Autospülsteuermodul 150 enthalten.
Der Erwärmungsalarmindikator
kann eine Status-Leuchtdiode sein,
die angibt, ob sich die Kryopumpe über einen Temperaturschwellenwert
erwärmt
hat. Das Erwärmungsalarmrelais 162 steuert über den
Steuerausgang 192 den Alarmindikator 166.
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Strom
vom Spannungsregler 186 fließt durch einen Statusindikator 188 für verfügbare Spannung, der
eine Status-Leuchtdiode
ist, die anzeigt, ob vom Spannungsregler 186 Spannung zugeführt wird.
Bei einem Spannungsausfall zeigt der Statusindikator 188 gewöhnlich an,
dass vom Spannungsregler 186 keine Spannung zugeführt wird.
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung liefert bei einem Spannungsabfall eine Ausfall-Stromversorgung,
die elektrochemische Kondensatoren 170 verwendet, Spannung
an das Autospülsteuermodul 150.
Eine Ladeschaltung 172 dient der Aufladung der elektrochemischen
Kondensatoren 170, wenn Spannung verfügbar ist. Die Ladeschaltung 172 lädt die Kondensatoren 170 durch
Aufbringen einer Serie von Stromimpulsen auf die Kondensatoren 170.
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Kryospülverzögerung
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Während des
Spannungsausfalls öffnet
das normalerweise offene Auslassspülventil 114, um die Pumpe
zu spülen,
während
das Kryospülventil 112 über eine
Sicherheitszeitdauer geschlossen gehalten wird. Dieses ist erwünscht, um
das Öffnen
des Kryospülventils 112 zu
verzögern,
weil die unverzögerte Einleitung
einer Sicherheitsspülung
der Kryopumpe 104 zu einem unnötigen Verlust an wertvoller
Zeit und Ressourcen führen
kann. Das Spülen
der Kryopumpe 104 zerstört
den Unterdruck in der Kryopumpe und bewirkt eine Freigabe von Gasen,
die dann eine Regenerierung erforderlich machen können, und
dieses wird nach Möglichkeit
vermieden. Die Verzögerung
des Öffnens
des Spülventils
um eine Zeitdauer ermöglicht
einen Rückhalt an
Energie und ein Wiederanfahren durch den Regler 120 ohne
Unterbrechung des Betriebs der Kryopumpe mit einer Spülung.
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Die
Kondensatoren 170 werden zum Betrieb des Spülventils 112 verwendet,
das durch Erregung des Relais 158 und des Spülventiltreibers 198 für eine Sicherheitszeitdauer
geschlossen wird. Eine Zeitverzögerungssteuerschaltung 168 dient
der Ermittlung, wann die Sicherheitszeitdauer nach einem Stromausfall
verstrichen ist. In diesem Beispiel arbeitet die Zeitverzögerungsschaltung 168 mit
5 Volt und ist daher an einen 5 Volt Gleichspannungsregler 200 angeschlossen,
der Spannung von dem isolierten 12 Volt Gleichspannungsregler 186 erhält. Der
Spannungsregler 200 kann eine Zener-Diode sein.
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Das
Autospülsteuermodul 150 verzögert das Spülen der
Kryopumpe 104 um eine Sicherheitszeitdauer, und wenn nach
Ablauf dieser Zeitdauer die Stromversorgung nicht wieder aufgenommen
ist, dann wird dem Spülventil 112 erlaubt
zu öffnen. Wenn
jedoch der unsichere Zustand sich innerhalb einer Zeit, die kürzer als
die Sicherheitszeitdauer ist, in einen sicheren Zustand ändert, leitet
das Steuermodul 120 eine Ausfall-Wiederanfahrroutine ein und kehrt zum
normalen Betrieb zurück,
als wenn nichts geschehen wäre.
Beispielsweise wird ein sicherer Zustand ermittelt, wenn die Spannung
am System wieder hergestellt ist oder wenn ermittelt wird, dass ein
anderes System, wie beispielsweise der Leitregler 106,
in geeigneter Weise auf den unsicheren Zustand ansprach. Durch Verwendung
einer Verzögerung
des Spülventils 112 und
durch Verhindern des Ansprechens auf den unsicheren Zustand, wenn
der unsichere Zustand korrigiert wird, kann das Autospülsteuermodul 150 die
unnötige
Vergeudung von Spül- und
Wiederanfahrzeit und Ressourcen demotivieren. Wenn die Sicherheitszeitdauer
abläuft
und der unsichere Zustand noch immer herrscht, wird eine Sicherheitsspülung eingeleitet,
das Spülventil 112 darf öffnen, und
Spülgas
belüftet
sofort die Pumpe 104. Gemäß einem Aspekt der Erfindung
hält selbst
dann, wenn während
der Sicherheitsspülung
die Stromversorgung wieder hergestellt wird, das Spülen über eine
Spülzeit
an, wie beispielsweise fünf
Minuten, wodurch jede gegenteilige Eingabe von einem Benutzer oder
einem Leitegelprozessor außer
Kraft gesetzt wird.
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Frühere Systeme
haben auf einen Stromausfall durch Einleiten eines Regenerierungsprozesses
geantwortet. Wenn die Stromversorgung wieder hergestellt war, konnte
jedoch das Spülen
angehalten worden sein. Als Folge sind schädliche Gase möglicherweise
freigegeben worden, was die Pumpe in einen brennfähigen Zustand
versetzt haben konnte. Wie oben erläutert, fährt das vorliegende System
mit einem sicheren Spülen
fort, selbst wenn die Stromversorgung wieder aufgenommen ist, und vermindert
daher die Gefahr eines Brandes.
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Ausfallsicherungsventilfreigabe-
und Zeitsteuermechanismen
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung sind Ausfallsicherungsventilfreigabe- und Zeitsteuermechanismen
eingebaut. Das Steuersystem 120 enthält einen Sicherungszeitsteuermechanismus
als eine Schutzvorrichtung, die sicherstellt, dass das Spülventil 112 offen
ist, wenn die vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist. Wenn beispielsweise
die Zeitsteuerschaltung 168 es dem Spülventil 112 nicht
erlaubt, nach Verstreichen der vorbestimmten Zeitdauer zu öffnen, werden
Sicherungsstromquellen, wie beispielsweise die elektrochemischen
Kondensatoren 170, dazu verwendet, einen ausfallsicheren
Spülventilfreigabemechanismus
zu schaffen.
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Die
in den elektrochemischen Kondensatoren 170 gespeicherte
Energie verbraucht sich bei einem Stromausfall mit einer vorhersehbaren
Geschwindigkeit (RC-Zeitkonstante). In den Kondensatoren 170 ist
eine begrenzte Energiemenge gespeichert, um das Spülventil 112 über eine
Sicherheitszeitdauer geschlossen zu halten. Wenn das Ventil 112 beispielsweise
ein normalerweise offenes Ventil ist, kann die in den Kondensatoren 170 gespeicherte Energie
den elektrischen Spülventiltreiber 198 freigeben
und das Relais 158 erregen, um das Spülven til 112 über den
Stromausfall hinweg geschlossen zu halten. Wenn die in den Kondensatoren 170 gespeicherte
Energie verbraucht ist, wird der Treiber 198 gesperrt und öffnet das
Ventil 112 automatisch. Mit dieser Technik kann somit die
Kryopumpe gespült werden,
und die Folgen des unsicheren Zustandes können entschärft werden, selbst wenn in
der Zeitgeberschaltung 168 ein Fehler auftreten sollte.
Beispielsweise kann die Zeitverzögerungsschaltung 168 das Öffnen des
Spülventils
nach zwei Minuten erlauben, und die Energie von den elektrochemischen Kondensatoren 170 kann
unzureichend sein, um das Spülventil
nach drei Minuten offen zu halten.
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Es
können
zusätzliche
Ausfallsicherungstechniken realisiert werden, die zu dieser Technik passen.
Beispielsweise kann der Zeitgeber 168 auch eine Schaltung
enthalten, die die Spannung der Kondensatoren 170 schnell
abbaut. Eine solche Schaltung kann helfen sicherzustellen, dass
die Kondensatoren 170 das Spülventil 112 nicht
länger
als eine Sicherungszeitdauer von beispielsweise drei Minuten erregen.
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Ein
Status-Lichtindikator 174 ist ebenfalls im Autospülsteuermodul 150 enthalten.
Der Status-Lichtindikator 174 kann eine Status-Leuchtdiode sein,
die den Stromversorgungs- und Wiederaufladestatus der elektrochemischen
Kondensatoren 170 anzeigt.
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Gesteuertes
Laden der Kondensatoren
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Die
Ladeschaltung 172 dient dazu, die elektrochemischen Kondensatoren 170 zu
laden, wenn Spannung verfügbar
ist. Unter manchen Umständen kann
es nützlich
sein, die Ladeschaltung 172 vorsätzlich daran zu hindern, die
Kondensatoren 170 schnell zu laden, auch wenn die Kondensatoren 170 innerhalb
von Sekunden voll geladen werden dürfen. Wenn beispielsweise den
Kondensatoren 170 ermöglicht
wird, sich normal aufzuladen, und sie schnell und in intermittierenden
Zyklen bei Spannungsausfall- und Wiederanfahrvorgängen geladen würden, dann
besteht die Möglichkeit,
dass das Spülventil
niemals in die Lage versetzt würde
zu öffnen, selbst
wenn die Kryopumpe sich in einen unsicheren Zustand aufgewärmt hat.
Speziell immer dann, wenn die Stromversorgung wieder aufgenommen
würde, wäre es den
Kondensatoren 170 möglich,
sich voll aufzuladen. Um diese Situation zu vermeiden, kann die
Ladeschaltung 172 die Kondensatoren 170 sehr langsam
aufladen, indem eine Serie kontrollierter Stromimpulse an die Kondensatoren 170 angelegt wird.
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Wiederaufnahme
der Stromversorgung
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Frühere Stromversorgungs-Wiederaufnahmeschemata
konnten durch einen Benutzer oder durch ein Leitsystem ausgeschaltet
werden, und sie erforderten häufig
einen übermäßigen Einsatz
an Ressourcen und Abschaltzeit für
die Pumpe. Wenn die Stromversorgung im Vakuumsystem wieder aufgenommen
wird, konnte ein Benutzer wählen,
die Stromversorgungs-Wiederherstellungsroutine
abzubrechen. Wenn Zündquellen
vorhanden sind, konnte jedoch das Ausschalten der Stromversorgungswiederaufnahme
zu einer möglicherweise
gefährlichen Situation
im Pumpengefäß und in
den Auslasssystemen führen.
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Die
Wiederaufnahme enthält
typischerweise drei unterschiedliche mögliche Systemantworten auf die
wieder aufgenommene Stromversorgung. Ein solches bekanntes Stromversorgungs-Wiederaufnahmesystem
ist im US-Patent Nr. 6,510,697 beschrieben. Dieses bekannte System
enthält
eine Stromversorgungs-Wiederaufnahmeroutine,
die optional ist und daher jederzeit ausgeschaltet werden kann.
Eine erste mögliche
Antwort der drei ist keine Antwort. Weil die Stromversorgungs-Wiederaufnahmeroutine
optional ist, könnte
der Benutzer die Stromversorgungswiederaufnahme insgesamt ausschalten,
und das System würde
ganz einfach nicht auf die Wiederherstellung der Stromversorgung
reagieren. Wenn der Stromversorgungs-Wiederaufnahmemodus eingeschaltet ist
und die Temperatur der Pumpe unterhalb eines gewissen Schwellenwertes liegt,
enthält eine
zweite Antwort das Einleiten eines Abkühlens der Pumpe. Dieses tritt
typischerweise auf, wenn die Pumpe unter einem programmierten Schwellenwert,
wie beispielsweise 35K, ist. Beim Abkühlen wird der Kühler eingeschaltet
und die Pumpe wird automatisch gekühlt. Wenn die Pumpe innerhalb von
30 Minuten nicht unter 20K abkühlt,
wird ein Alarm oder Kennzeichen gesetzt. Eine dritte mögliche Antwort
umfasst typischerweise das Eintreten in einen vollständigen Regenerierungszyklus,
wenn die Pumpe zu warm ist, wenn beispielsweise die Temperatur über 35K
ansteigt.
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Ein
solcher Regenerierungszyklus enthält mehrere Phasen, wie das
Spülen,
Erhitzen und Vorpumpen. Gewöhnlich
werden auch mehrere Tests ausgeführt,
wie beispielsweise ein Spültest,
ein Drucktest und ein Leerheitstest. Diese Tests helfen bei der
Ermittlung, ob das System eine vorangehende Phase des Regenerierungszyklus
wiederholen muss. In Abhängigkeit
von der Menge auf den Kryopaneelen kondensierter oder absorbierter
Gase kann das System typischerweise eine Phase oder sogar den gesamten
Zyklus ein bis sechs Mal wiederholen, bevor die Pumpe als sicher
oder regeneriert angesehen wird.
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Da
Halbleiterherstellungsprozesse üblicherweise
in gesonderten Kammern ausgeführt
werden (von denen jede eine Kryopumpe eines Kryovakuumsystems enthalten
kann), kann die Abschaltzeit, während
der eine oder mehrere dieser Pumpen eine oder mehrere Regenerierungszyklen
durchmachen muss, zu einem langen, umständlichen und teuren Prozess führen. In
der dynamischen Globalumgebung heutiger Zeit kann die kritische
Natur der Genauigkeit und Geschwindigkeit für die Halbleiterindustrie den
Unterschied zwischen Erfolg und Misserfolg eines neuen Produktes
oder sogar eines Unternehmens bedeuten. Für viele Halbleiterhersteller,
bei denen typischerweise der Großteil der Produktkosten vor
der Herstellungsphase festliegt, führt diese Abschaltzeit zu einem
Verlust an Produktentwicklungszeit, der das Unternehmen teuer zu
stehen kommen kann.
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Die
Stromversorgungs-Wiederaufnahmeroutine der vorliegenden Erfindung
kann das Risiko von Sicherheitsmängeln
in kürzest
möglicher
Zeit vermindern, wobei der geringste Aufwand an Ressourcen verwendet
wird. Jede unsichere Situation kann durch Einleiten einer Sicherheitsspülung angesprochen werden,
wodurch die Ansammlung korrosiver oder gefährlicher Gase oder Flüssigkeiten
verhindert wird, die die Folge eines Stromausfalls, einer Regenerierung
oder einer Kryopumpenfehlfunktion sein kann. Gemäß einem Aspekt der Erfindung
verhindert die Sicherheitsspülung
der vorliegenden Stromversorgungs-Wiederaufnahmeroutine die Entwicklung
eines brennbaren Gasgemischs in der Pumpe 104 und im Auslasssystem 118 unter
Verwendung des geringsten Aufwandes an Ressourcen und indem die Pumpe 104 für die kürzest mögliche Zeit
aus ihrem normalen Betrieb genommen wird. Um dieses zu erreichen,
können
die Spülventile 112, 114 nur
für eine Zeitdauer
von beispielsweise fünf
Minuten gepulst werden, um sicherzustellen, dass die Pumpe 104 und das
Auslasssystem 118 sicher sind. Bei einer weiteren Ausführungsform
wird das Spülgas
direkt den Kryopaneelen der zweiten Stufe zugeführt, und Spülgasstöße können zur Anordnung der zweiten
Stufe und zur Auslassleitung geleitet werden. Nach Abschluss der
Sicherheitsspülung
muss der Stromversorgungs-Wiederaufnahmeroutine nicht notwendigerweise
eine vollständige
Regenerierungsroutine folgen. Diese Option ist der Entscheidung
des Leitsystems oder des Benutzers überlassen. Die Sicherheitsspülung versetzt
die Pumpe 104 in einen sicheren Betriebszustand und erlaubt
es der Pumpe, in den normalen Betrieb zurückzukehren, um die Abschaltzeit
zu verkürzen.
Wie weiter unten in größerem Detail
erläutert,
kann aus Sicherheitsgründen das
Sicherheitsspülen
der vorliegenden Stromversorgungs-Wiederherstellungsroutine nicht
abgebrochen und nicht ausgeschaltet werden. Das Sicherheitsspülen kann
als eine eingebaute, ausfallsichere Antwort durch das System ausgeführt werden.
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5 ist
ein Flussdiagramm, das eine Stromversorgungswiederaufnahmeroutine 500 gemäß einem
Aspekt der Erfindung be schreibt. Wenn die Stromversorgung wieder
aufgenommen wird, ermittelt das Kryopumpenregelsystem 120 die
Temperatur der Kryopumpe 104 im Schritt 510 durch
Erfassung einer Temperatur von den Temperatursensordioden der Kryopumpe 104.
Wenn eine oder mehrere der Temperaturdioden bei 520 nicht
richtig arbeitet, leitet das System 120 bei 600 eine
Sicherheitsspülung
ein.
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Wenn
die Dioden arbeiten, ermittelt bei 530 das System 120,
ob die Temperatur der Kryopumpe 104 niedriger als ein vorbestimmter
Schwellenwert von beispielsweise 35K ist. Wenn die Temperatur der Pumpe
nicht niedriger als dieser Grenzwert ist, dann wird beim Schritt 600 die
Sicherheitsspülung
eingeleitet. Nachdem die Sicherheitsspülung abgeschlossen ist, kann
bei 580 das Leitsystem oder der Benutzer die Steuerung
der Kryopumpe 104 übernehmen.
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Wenn
die Temperatur der Kryopumpe 104 weniger als 35K ist, ermittelt
das System 120 den Betriebszustand der Kryopumpe 104 zum
Zeitpunkt des Stromausfalls. Beispielsweise ermittelt das System 120 im
Schritt 540, ob die Kryopumpe 104 zum Zeitpunkt
des Stromausfalls eingeschaltet war. Wenn die Pumpe 104 zum
Zeitpunkt des Stromausfalls nicht eingeschaltet war, dann ist es
im Schritt 580 dem Leitegelsystem 106 oder dem
Benutzer erlaubt, die Kryopumpe 104 zu steuern.
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Wenn
die Kryopumpe 104 eingeschaltet war, dann ermittelt bei 550 der
Prozess, ob die Pumpe im Vorgang der Regenerierung war, als die
Stromversorgung ausfiel. Wenn der Stromversorgungsausfall einen
Regenerierungsprozess in der Kryopumpe 104 unterbrach,
dann ermittelt beim Schritt 590 das System 120,
ob es den Regenerierungsprozess dort beenden kann, wo die Kryopumpe 104 zurückgelassen wurde.
Bei 580 ist es dem Leitsystem oder dem Benutzer erlaubt,
die Steuerung der Kryopumpe 104 aufzunehmen. Wenn sich
die Kryopumpe 104 nicht in Regenerierung befand, prüft das System 120 im Schritt 560,
ob die Temperatur der Kryopumpe 104 niedriger als 25K ist.
Wenn die Temperatur höher
als 25K ist, wird bei 600 eine Sicherheitsspülung eingeleitet.
Nach dem Abschluss der Sicherheitsspülung ist es bei 580 dem
Leitsystem oder dem Benutzer erlaubt, die Steuerung der Kryopumpe 104 zu übernehmen.
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Wenn
die Temperatur der Kryopumpe 104 niedriger als 25K ist
und die Pumpe 104 bei 470 auf eine Temperatur
unter 18K abkühlen
kann, dann ist die Pumpe 104 kalt genug, um eingeschaltet
zu werden. Bei 580 ist es dem Leitsystem oder dem Benutzer
erlaubt, die Steuerung der Kryopumpe 104 zu übernehmen.
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Wenn
die Pumpe 104 nicht auf eine Temperatur unter 18K abgekühlt werden
kann, dann ist sie nicht kalt genug, um eingeschaltet zu werden.
Bei 580 ist es dem Leitsystem oder dem Benutzer erlaubt,
die Steuerung der Kryopumpe 104 im Schritt 440 zu übernehmen.
Das System 104 kann ein Kennzeichen setzen, das anzeigt,
dass die Pumpe überprüft werden
muss, und diese Mitteilung kann dem Leitregler 106 übermittelt
werden.
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Unsichere
Zustände
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist ein unsicherer Zustand ein solcher, bei
dem eine mögliche
Gefahr für
die Kryopumpe 104 vorhanden sein kann. Beispielsweise wird
ein unsicherer Zustand identifiziert, wenn ein Stromausfall im Kryovakuumsystem 100 auftritt,
eine Temperatur der Kryopumpe eine Schwellentemperatur überschreitet
oder eine Temperaturdiode in der Kryopumpe fehlerhaft ist. Allgemein,
wenn ein unsicherer Zustand vom System 120 ermittelt wird,
dann wird das Hochvakuumventil 116 geschlossen, und die
Kryopumpe 104 und die Auslassleitung 118 werden über eine
Zeitdauer von beispielsweise fünf
Minuten gespült.
Während
dieser Zeit können
die Spülventile 112, 114 zyklisch
geöffnet und
geschlossen werden. Auch die Ventile 112, 114, 116 können nicht
vom Leitregler 116 gesteuert werden. Nachdem das Sicherheitsspülen abgeschlossen ist
und der unsichere Zustand korrigiert ist, kann der Leitregler 106 die
Steuerung der Kryopumpe 104 übernehmen.
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Überschreiten
einer Schwellentemperatur
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In 6 ist
ein Flussdiagramm, das einen Vorgang zum Ermitteln zeigt, dass die
Temperatur einer Kryopumpe eine Schwellentemperatur überschreitet.
Gemäß diesem
Aspekt der Erfindung ermittelt das System 120 im Schritt 630,
ob sich die Kryopumpentemperatur unter einem Betriebsarbeitspunkt von
beispielsweise 18K befindet. Beim Schritt 640 setzt das
System 120 ein Kennzeichen, das anzeigt, dass die Kryopumpe
unter den Betriebsarbeitspunkt gegangen ist. Beim Schritt 650 ermittelt
das System 120, dass die Temperatur der Kryopumpe über einen Erwärmungsarbeitspunkt
von beispielsweise 35K angestiegen ist. Wenn sich die Kryopumpe 104 auf
eine Temperatur erwärmt,
die höher
als dieser Parameter ist, ist es den Spülventilen 112, 114 gestattet,
sich bei 680 zu öffnen,
und das Hochvakuumventil 116 wird geschlossen, wie im Schritt 660 beschrieben.
Während
dieser Zeit ist im Schritt 670 der Leitregler 106 nicht
in der Lage, die Ventile 112, 114, 116 zu
steuern. Diese Sicherheitsspülung
hält über eine
gewisse Zeitdauer, beispielsweise fünf Minuten, im Schritt 680 an.
Nachdem die fünf
Minuten verstrichen sind, nimmt beim Schritt 690 der Leitregler 106 die
Steuerung der Ventile 112, 114, 116 wieder
auf.
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Fehlerhafte
Temperaturdiode
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Wie
in 3 gezeigt, enthält die Kryopumpe 104 eine
oder mehrere Temperatursensordioden 146a, 146b.
Wenn eine der Temperatursensordioden 146a, 146b nicht
richtig funktioniert, besteht die Möglichkeit, dass die Kryopumpe 104 bei
einer unsicheren Temperatur arbeitet, die nicht erfassbar ist, sodass
ein Unfall auftreten kann. Das vorliegende System verwendet örtliche
Elektronik 120 für
die Ermittlung, ob die Diode richtig arbeitet.
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Frühere Lösungen richteten
sich darauf, ob das Leitsystem eine Information über die Temperatur der Kryopumpe
empfangen hat. Wenn der Leitregler nicht in der Lage ist, die Temperatur
der Pumpe zu ermitteln, leitet der Leitregler typischerweise einen
vollständigen
Regenerierungszyklus ein. Das Einleiten einer vollständigen Regenerierung
der Kryopumpe auf der Grundlage dieses Ansatzes kann jedoch zu einer
unnötigen
Vergeudung wertvoller Zeit und Ressourcen führen, weil die Unfähigkeit,
einen Temperaturmesswert zu erhalten, die Folge mehrerer anderer Fehler
sein kann, wie beispielsweise ein Übertragungsfehler oder ein
Ausfall von Einrichtungen, die zu einer fehlerhaften Diode keine
Beziehung haben. Im Allgemeinen hat das Leitsystem keine Technik zum
Ermitteln des Betriebsstatus der Temperatursensordiode. Vielmehr
initiiert der Leitregler einfach eine vollständige Regenerierung der Kryopumpe
im Ansprechen auf den Empfangsausfall von Nachrichten über die
Temperatur der Kryopumpe.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung besteht eine unsichere Situation, wenn eine der Temperatursensordioden 146a, 146b nicht
richtig arbeitet. Die Erfindung verwendet örtliche Elektronik 120,
um den Betriebszustand der Diode zu erfassen, und die örtliche
Elektronik 120 kann dementsprechend ansprechen. Auf diese
Weise kann eine Lösung
außerhalb
des Netzes realisiert werden, die speziell eine fehlerhafte Temperatursensordiode
ermitteln kann. Die Fähigkeit
zu ermitteln, dass eine Temperatursensordiode nicht richtig arbeitet,
kann zu einer gesteigerten Zuverlässigkeit und zur Vermeidung
unnötiger
Regenerierungen, vergeudeter Zeit und Kosten von Ressourcen führen.
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Der
Fachmann erkennt, dass Verfahren bei der Integration automatisierter
Kryopumpensicherheitsspülung
und Auslassleitungssicherheitsspülung in
einem Rechnerprogrammprodukt ausgebildet sein können, das ein in einem Rechner
verwendbares Medium enthält.
Beispielsweise kann ein solches in einem Rechner verwendbares Medium
jede Vorrichtung sein, das darin gespeicherte, von einem Rechner
lesbare Programmcodesegmente hat. Das von einem Rechner lesbare
Medium kann auch ein Kommunikations- oder Übertragungsmedium enthalten, wie
beispielsweise einen Bus oder eine Übertragungsverbindung, entweder
optisch, verdrahtet, drahtlos mit darauf transportierten Programmcodesegmenten
als digitale oder analoge Datensignale.
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Für den Fachmann
ist weiterhin ersichtlich, dass "Kryopumpe" wie hier verwendet,
in breitem Sinne verstanden werden kann und jede Kryo-Sorptionspumpe
oder Komponenten davon umfassen kann, die in bekannter oder später entwickelter
Art mit einem Ionenimplantiersystem direkt oder indirekt verbunden
oder verbindbar ist.