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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb
einer Vakuumpumpe und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf
ein Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe zur Verwendung in einem
Evakuierungssystem für
eine Halbleiterherstellungsvorrichtung.
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Beschreibung verwandter
Technik
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Vakuumpumpen
zur Verwendung in Evakuiersystemen in einer Halbleiterherstellungsvorrichtung
besitzen im allgemeinen keine Drehzahlsteuermittel. Wenn eine solche
Vakuumpumpe daher ihren Betrieb aufnimmt, wird sie darauf folgend
kontinuierlich mit einer konstanten Drehzahl arbeiten, wenn kein
Grund zu ihrem Anhalten vorhanden ist. Selbst wenn eine Vorrichtung,
wie beispielsweise eine Halbleiterherstellungsvorrichtung durch
eine Vakuumpumpe evakuiert wird, so setzt die Vakuumpumpe normalerweise
ihren Betrieb fort, obwohl keine weitere Evakuierung erforderlich
ist. Die Gründe
für den kontinuierlichen
Betrieb der Vakuumpumpe selbst dann, wenn es nicht notwendig ist,
die Halbleiterherstellungsvorrichtung zu evakuieren, sind die folgenden:
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Als
Erstes sei bemerkt, dass dann, wenn die Vakuumpumpe gestoppt wird,
Verunreinigungen, wie beispielsweise Öl in die Halbleiterherstellungsvorrichtung
zurückströmen würde, wobei
diese aber außerordentlich
sauber gehalten werden muss, wobei sich dann eine Verunreinigung
der Halbleiterherstellungsvorrichtung ergibt. Zum Zweiten sei darauf
hingewiesen, dass dann, wenn die Vakuumpumpe einmal gestoppt ist,
eine gewisse Anfahrzeit erforderlich ist, um die Vakuumpumpe wieder
für den
Betrieb zum Evakuieren der Halbleiterherstellungsvorrichtung geeignet
zu machen, was eine Verminderung des Durchsatzes für die Halbleiterherstellungsvorrichtung bedeutet.
Zum Dritten werden bei Verdampfungs- Sprüh- und ZVD-Prozessen sublimierte Substanzen erzeugt,
die aus der Halbleiterherstellungsvorrichtung herausgeführt werden
und beständig
durch die Vakuumpumpe evakuiert werden. Wenn die Vakuumpumpe gestoppt
wird, so würden
diese sublimierten Substanzen in der Vakuumpumpe und den damit verbundenen
Rohrleitungen abgeschieden, was möglicherweise zu einer Verstopfung
der Rohrleitungen führt
oder aber zu einem sich daraus ergebenden Ausfall bei dem Wiederstarten
der Vakuumpumpe.
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Aus
den oben angegebenen Gründen
leidet der konventionelle Prozess des Betriebs der Vakuumpumpe an
den folgenden Nachteilen:
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Da
die Vakuumpumpe stets mit konstanter Drehzahl in Betrieb ist, wird
durch die Vakuumpumpe elektrische Energie verschwendet, da der Betrieb selbst
dann fortgesetzt wird, wenn die Halbleiterherstellungsvorrichtung
nicht mehr evakuiert werden muss. Selbst während einer Zeitzone oder Zeitperiode,
wenn die Halbleiterherstellungsvorrichtung zur Atmosphäre belüftet wird
und nicht evakuiert werden muss, ist es nicht vorzuziehen, den Betrieb
der Vakuumpumpen während
einer solchen Zeitzone oder solchen Zeitperiode zu stoppen.
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DE43
182 14 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe
mit Rotordrehzahlen, die unterhalb der nominellen Drehzahl liegen.
Die Drehzahl des Rotors wird kontinuierlich überwacht. Sobald eine Drehzahl
innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs von Drehzahlen auftritt,
wird eine Zeitstellvorrichtung gestartet. In einem Falle, wo sich
die Drehzahl noch immer innerhalb des vorbestimmten Bereichs von
Drehzahlen nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit befindet, wird die
Drehzahl des Rotors beeinflusst. Dies erfolgt, um Beschädigungen
der Pumpe zu vermeiden, wenn der Betrieb mit Rotordrehzahl unterhalb
der nominellen Drehzahl erfolgt.
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Gemäss der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren nach Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
offenbart.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Betrieb einer Vakuumpumpe vorzusehen, und zwar in einer Art und
Weise, um den verschwenderischen elektrischen Energieverbrauch zu
reduzieren und um auch die Nachteile zu vermeiden, die ansonsten
dadurch hervorgerufen werden, wenn die Vakuumpumpe in ihrem Betrieb gestoppt
wird.
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Erfindungsgemäß sieht
ein Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe zur Verwendung in einem
Evakuierungssystem für
eine Halbleiterherstellungsvorrichtung die folgenden Schritte vor.
Verminderung der Drehzahl der Vakuumpumpe auf eine Lehrlaufdrehzahl
ansprechend auf ein Signal von der zu evakuierenden Halbleiterherstellungsvorrichtung, wodurch
der elektrische Energieverbrauch durch die Vakuumpumpe abgesenkt
wird.
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Die
Vakuumpumpe kann durch einen Gleichstrommotor betätigt werden.
Die Lehrlaufdrehzahl der Vakuumpumpe kann einstellbar sein.
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Erfindungsgemäß weist
ein Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe zur Verwendung in einem
Evakuierungssystem für
eine Halbleiterherstellungsvorrichtung die folgenden Schritte auf:
Betrieb der Vakuumpumpe mit einer stetigen Drehzahl zum Evakuieren
der Halbleiterherstellungsvorrichtung, und Reduzieren der Drehzahl
der Vakuumpumpe auf eine Lehrlaufdrehzahl ansprechend auf ein Signal, welches
eine Anzeige bildet für
einen Betriebszustand der Halbleiterherstellungsvorrichtung, wo
keine Notwendigkeit für
die Evakuierung besteht, wodurch der elektrische Energieverbrauch
der Vakuumpumpe reduziert wird.
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Während einer
Zeitperiode oder Zeitzone, in der die Halbleiterherstellungsvorrichtung
nicht evakuiert werden braucht, ist die Drehzahl der Vakuumpumpe
auf der Lehrlaufdrehzahl. Daher wird der elektrische Energieverbrauch
durch die Vakuumpumpe in der Zeitzone abgesenkt. Da fernerhin die
Vakuumpumpe kontinuierlich die Halbleiterherstellungsvorrichtung
mit der Lehrlaufdrehzahl selbst während dieser Zeitzone evakuiert,
wird verhindert, dass Öl
und andere Verunreinigungen zurück
zur Halbleiterherstellungsvorrichtung fließen und der Durchsatz der Halbleiterherstellungsvorrichtung
wird daran gehindert, sich in unerwünschter Weise abzusenken, da die
Vakuumpumpe nicht in einen vollen Stoppzustand gebracht wird, wobei
ferner die Vakuumpumpe und die Leitungen, die damit verbunden sind,
daran gehindert werden, dass sie verstopft werden, und zwar durch
sublimierte Substanzen, die ansonsten in der Vakuumpumpe von den
Rohrleitungen abgeschieden werden würden, wird die Vakuumpumpe gänzlich gestoppt
werden.
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Wenn
die Vakuumpumpe durch den Gleichstrommotor betätigt wird, kann die Drehzahl
der Vakuumpumpe leicht gesteuert werden, und zwar einfach durch
Verändern
der an dem Gleichstrommotor angelegten Gleichspannung. Wenn ferner
die Lehrlaufdrehzahl der Vakuumpumpe einstellbar ist, dann kann
die Lehrlaufdrehzahl für
eine gute Balance für den
elektrischen Energieverbrauch und verschiedenen Problemen, die dann
auftreten, wenn die Vakuumpumpe völlig gestoppt würde, ausgewählt werden, und
zwar da der Benutzer der Halbleiterherstellungsvorrichtung die Lehrlaufdrehzahl
auf einen Sollwert einstellen kann.
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Die
obigen sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigen, und zwar in beispielhafter Weise.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist ein Blockdiagramm
eines Vakuumpumpenbetriebssystems zur Durchführung eines Verfahrens zum
Betrieb einer Vakuumpumpe gemäß der Erfindung;
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2A ist eine graphische Darstellung,
die zeigt, wie sich die Größe des elektrischen
Energieverbrauchs durch eine Vakuumpumpe ver ändert, die durch ein konventionelles
Verfahren betrieben wird; und
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2B ist eine graphische Darstellung,
die darstellt, wie sich die Größe des elektrischen
Energieverbrauchs einer Vakuumpumpe verändert, die durch ein Verfahren
gemäß der Erfindung
betrieben wird.
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Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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Wie
in 1 gezeigt, besitzt
ein Vakuumpumpenbetriebssystem zur Durchführung eines Verfahrens zum
Betrieb einer Vakuumpumpe gemäß der Erfindung
eine Vakuumkammer 11, die evakuiert werden soll, wie beispielsweise
die Vakuumkammer einer Vakuumverdampfungsvorrichtung, einer Sprüh- oder
Sputtering-Vorrichtung oder einer Ionenimplantiervorrichtung. Die
Vakuumkammer 11 ist durch ein Ventil 12 mit einer
Vakuumleitung 13 verbunden, die mit einer Vakuumpumpe 14 in
Verbindung steht. Die Vakuumpumpe 14 besitzt einen Gleichstrommotor 15 zum
Betrieb der Vakuumpumpe 14 zum Zwecke der Evakuierung der
Vakuumkammer 11. Da die Drehzahl des Gleichstrommotors 15 linear
variabel oder veränderbar
ist, und zwar abhängig
von der Größe der an
den Gleichstrommotor 15 angelegten Gleichspannung, kann
die Drehzahl des Gleichstrommotors 15 stark dadurch verändert werden,
dass man die an den Gleichstrommotor 15 angelegte Gleichspannung verändert.
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Die
zu evakuierende Vakuumkammer 11 ist mit einer Drehzahländerungssignalausgabeeinheit 17 assoziiert.
Wenn in einem bestimmten Zeitbereich oder einer Zeitzone die Vakuumkammer 11 nicht
evakuiert werden muss und wenn diese Zeitzone erreicht ist, dann
spricht die Drehzahländerungssignalausgabeeinheit 17 auf
einen Betriebszustand der Vakuumkammer 11 an und gibt ein
Signal ab, und zwar zum Absenken der Drehzahl der Vakuumpumpe 14,
wobei dieses Signal an die Vakuumpumpe 14 geliefert wird. Wenn
daher die Vakuumkammer 11 zur Atmosphäre belüftet wird und nicht mehr evakuiert
werden muss, so gibt Drehzahländerungssignalausgabeeinheit 17 ein
Signal ab, welches eine Anzeige für eine Lehrlaufdrehzahl der
Vakuumpumpe 14 darstellt, und zwar ansprechend auf den
Betriebszustand der Vakuumkammer 11. Ansprechend auf das
von der Drehzahländerungssignalausgabeeinheit 17 gelieferte
Signal wird die an den Gleichstrommotor 15 angelegte Spannung
verändert,
um die Drehzahl der Vakuumpumpe 14 auf die Lehrlaufdrehzahl
zu ändern.
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2A zeigt die Art und Weise,
in der die Größe des elektrischen
Energieverbrauchs durch die Vakuumpumpe betrieben durch ein konventionelles Verfahren
sich verändert.
Gemäß dem in 2A veranschaulichten konventionellen
Verfahren bleibt nach dem Starten der Vakuumpumpe der elektrische Energieverbrauch
durch die Vakuumpumpe zeitlich konstant. Der elektrische Energieverbrauch
durch die Vakuumpumpe verbleibt deshalb konstant, weil die Vakuumpumpe
mit einer konstanten Drehzahl betrieben wird, und zwar selbst während einer
Zeitzone oder eines Zeitbereichs, in dem die Vakuumkammer nicht
durch die Vakuumpumpe evakuiert werden muss.
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2B zeigt die Art und Weise,
in der die Größe des elektrischen
Energieverbrauchs durch die Vakuumpumpe 14 betrieben durch
das Verfahren gemäß der Erfindung,
sich verändert.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung
arbeitet die Vakuumpumpe 14, nachdem der Betrieb der Vakuumpumpe 14 gestartet
wurde, in einem Stetigzustand mit einer stetigen Drehzahl zum Evakuieren
der Vakuumkammer 11 und der elektrische Energieverbrauch
durch die Vakuumpumpe 14 bleibt in dem Stetigzustand wie
bei dem konventionellen Verfahren konstant. Wenn die Drehzahländerungssignalausgabeeinheit 17 zu
einer Zeit t1 an die Vakuumpumpe 14 ein Signal ausgibt, welches
eine Anzeige für
eine Lehrlaufdrehzahl darstellt, so wird die an den Gleichstrommotor
angelegte Spannung abgesenkt, um die Drehzahl der Vakuumpumpe 14 auf
die Lehrlaufdrehzahl abzusenken. Daher wird der elektrische Energieverbrauch
durch die Vakuumpumpe 14 reduziert.
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Zu
einer Zeit t2, wenn die Vakuumkammer 11 wiederum evakuiert
werden muss, gibt die Drehzahländerungssignalausgabeeinheit 17 ein
Signal ab, wel ches eine Anzeige für die Stetigdrehzahl ist, und zwar
erfolgt die Abgabe an die Vakuumpumpe 14 ansprechend auf
den Betriebszustand der Vakuumkammer 11. Die an den Gleichstrommotor 15 angelegte Spannung
wird nunmehr auf einen Stetigpegel erhöht, was die Drehzahl der Vakuumpumpe 14 auf
die Stetigdrehzahl anhebt. Auf diese Weise wird der elektrische
Energieverbrauch durch die Vakuumpumpe 14 auf den Stetigpegel
oder das Stetigniveau erhöht.
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Beim
Verfahren zur Steuerung der Vakuumpumpe 14 gemäß der Erfindung
wird die Vakuumpumpe 14 in einem Lehrlaufzustand betrieben,
und zwar während
einer Zeitzone oder eines Zeitbereichs, in dem die Vakuumkammer 11 nicht
evakuiert werden muss und somit wird der elektrische Energieverbrauch
durch die Vakuumpumpe 14 in dem Lehrlaufzustand reduziert.
Wenn die Drehzahl der Vakuumpumpe 14 in der Lehrlaufbetriebsart
einstellbar ist, kann die Drehzahl der Vakuumpumpe 14 im
Lehrlaufzustand eingestellt werden, und zwar abhängig von den Charakteristika
der Vakuumkammer, die evakuiert werden soll, und zwar derart, dass
die Vakuumpumpe 14 eine minimale Evakuierkapazität oder -fähigkeit
vorsehen kann, die in dem Lehrlaufzustand erforderlich ist.
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Da
die Vakuumpumpe die Halbleiterherstellungsvorrichtung kontinuierlich
evakuiert, und zwar bei der Lehrlaufdrehzahl selbst während einer
Zeitzone oder eines Zeitbereichs, in dem die Halbleiterherstellungsvorrichtung
nicht evakuiert werden braucht, werden Öl und andere Verunreinigungen
daran gehindert zurück
zu der Halbleiterherstellungsvorrichtung zu strömen, und es wird verhindert,
dass der Durchsatz der Halbleiterherstellungsvorrichtung in unerwünschter
Weise abgesenkt wird, da die Vakuumpumpe nicht zu einem vollen Stillstand
gebracht wird, und ferner werden dabei die Vakuumpumpe und die Rohrleitungen,
die damit verbunden sind, daran gehindert, sich zu verstopfen, und
zwar durch sublimierte Substanzen, die andernfalls in der Vakuumpumpe
von den Rohrleitungen abgeschieden würden, wenn die Vakuumpumpe
vollständig
gestoppt würde.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
der Gleichstrommotor 15 zur Betätigung der Vakuumpumpe 14 verwendet
und die Drehzahl des Gleichstrommotors 15 wird dadurch
verändert,
dass man die Größe der an
den Gleichstrommotor 15 angelegten Gleichspannung verändert. Es
kann jedoch auch ein Wechselstrominduktionsmotor mit einem eingebauten
Inverter zur Betätigung
der Vakuumpumpe 14 verwendet werden, und die Drehzahl des Wechselstrominduktionsmotors
kann verändert
werden.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
die Drehzahl der Vakuumpumpe 14 ansprechend auf den Betriebszustand
der Vakuumkammer 11, die durch die Vakuumpumpe 14 evakuiert
werden soll, auf die Lehrlaufdrehzahl umgeschaltet. Der Betreiber
der zu evakuierenden Vakuumkammer 11 der Vakuumpumpe 14 kann
auch die Drehzahl der Vakuumpumpe 14 manuell auf die Lehrlaufdrehzahl
umschalten.
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Da
der elektrische Energieverbrauch durch die Vakuumpumpe gemäß der Erfindung
reduziert werden kann, kann die Vakuumpumpe mit einer verringerten
elektrischen Energiemenge betrieben werden. Wenn die Drehzahl der
Vakuumpumpe auf die Lehrlaufdrehzahl abgesenkt wird, und zwar ansprechend
auf den Betriebs- oder Arbeitszustand der Vakuumkammer, die durch
die Vakuumpumpe evakuiert werden soll, kann die Drehzahl automatisch
auf die Lehrlaufdrehzahl geschaltet werden, und zwar ohne manuelle
Intervention aus Gründen
der Energieeinsparung. Wenn ferner die Drehzahl der Vakuumpumpe
in veränderbarer
Weise unter Verwendung des Gleichstrommotors gesteuert wird, ist
die gesamte mechanische Anordnung relativ einfach, da ein externer
Inverter oder Umwandler und ein mechanisches Drehzahlsteuergetriebesystem
nicht erforderlich sind.
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Obwohl
ein bestimmtes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt und im einzelnen beschrieben wurde, erkennt
man, dass verschiedene Abwandlungen und Modifikationen vorgenommen werden
können,
ohne den Rahmen der 16548 beigefügten
Ansprüche
zu verlassen.