JP2004052759A - 真空ポンプシステムとその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空ポンプ装置の仕事量は、入口圧力から出口圧力に至る圧力変化に比例する。入口圧力を真空に維持し、出口圧力を減らして装置の所要電力を減らす事。
【解決手段】真空ポンプシステムは、エンクロージャの出口に接続可能な入り口とガスを排気するための出口とを有する真空ポンプ装置、及びチャンバから成り、このチャンバは、使用時、第一の状態で、真空ポンプ装置によって、ガスがチャンバからポンプの吸気口に汲み出され、また第二の状態で、ポンプの排気口を減圧するために、ガスがポンプの排気口からチャンバに排出できるように、ポンプの吸気口と排気口に選択的に接続可能である。上記システムを制御する方法は、真空ポンプ装置を使用して、ガスをチャンバからポンプの吸気口に汲み出す第一のステップと、ポンプの排気口を減圧するために、ガスがポンプの排気口からチャンバに排出できるようにする第二のステップとからなる。
【選択図】　図１

Description

。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンクロージャからガスを汲み出すための真空ポンプシステムと、その制御方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
真空ポンプシステムは、半導体処理用アセンブリのロード・ロック室、即ち移送室などから、ガスを汲み出するために使用されることがある。このシステムは、かかるエンクロージャの出口に接続可能な入り口（吸気口）と、ガス（通常は大気）を排気するための出口（排気口）とを有する真空ポンプ装置を含めることができる。
【０００３】
例えば、半導体ウェーハの処理は、真空に近い低気圧（簡単のため、以降は真空と称する）で行われる。大気圧下にあるウェーハを真空の処理室に移送するのは、中間室、即ち大気圧から真空まで調節可能なロード・ロック室を用いることによって行われる。ロード・ロック室が大気圧になると、未処理の半導体ウェーハはロード・ロック室中に置かれ、処理済みの半導体ウェーハは、そこから移される。ロード・ロック室が排気されて真空になると、ウェーハは、ロード・ロック室と処理室との間で移送することができる。
【０００４】
ロード・ロック室を大気圧から真空まで迅速に減圧できて半導体処理装置の効率を増加させることが望ましい。ロード・ロック室が排気されて真空になってしまうと、真空ポンプ装置からの大きな流量は、ほとんどあるいは全くなくなり、真空ポンプ装置は、入り口及び出口の圧力を保持している、即ち装置の下流で出口の圧力（の上昇）を抑制している。真空ポンプ装置がこの状態で動作している場合、「極限（最大）」で動作していると呼ばれる。
【０００５】
「極限」で動作している真空ポンプ装置の所要電力を減らすことが望ましい。真空ポンプ装置によってなされる仕事量は、入り口の圧力から出口の圧力に至る圧力変化に比例する。ここで、もし入り口の圧力を真空に維持できれば、出口の圧力を減らして装置の所要電力を減らすことができる。さらに、真空ポンプシステム内のガスが少なければ、それだけシステムの消費電力も少なくなる。
【０００６】
既知の構成では、真空ポンプ装置の出口（排気口）における圧力を減らすために、二次的なポンプ装置の入り口（吸気口）が、極限の状態で動作しているときの装置の出口に接続可能となっていて、これが、次には、真空ポンプ装置の所要電力を減らす。かかる構成は、多くの点で望ましくない。二次的なポンプの電力が更に必要となるし、そのメンテナンスも必要となる。更には、その二次的なポンプの付加的な設置面積を提供することの問題がある。
【０００７】
【問題を解決するための手段及び発明の概要】
本発明の目的は、真空ポンプ装置の所要電力を減らすための改良された解法を提供することである。
【０００８】
本発明は、エンクロージャからガスを汲み出すための真空ポンプシステムを提供する。このシステムは、かかるエンクロージャの出口に接続可能な入り口（吸気口）とガスを排気するための出口（排気口）とを有する真空ポンプ装置、及びチャンバから成り、このチャンバは、使用時に、第一の状態で、真空ポンプ装置によって、ガスがチャンバからポンプの吸気口に汲み出され、また第二の状態で、ポンプの排気口における圧力を減らすために、ガスがポンプの排気口からチャンバに排出できるように、ポンプの吸気口と排気口に選択的に接続可能である。
【０００９】
本発明は、また、エンクロージャからガスを汲み出すための真空ポンプシステムを制御する方法を提供するものであり、このシステムは、かかるエンクロージャの出口に接続可能な入り口（吸気口）とガスを排気するための出口（排気口）とを有する真空ポンプ装置、及びポンプの吸気口と排気口に選択的に接続可能であるチャンバから成り、当該方法は、真空ポンプ装置を使用して、ガスをチャンバからポンプの吸気口に汲み出す第一のステップと、ポンプの排気口における圧力を減らすために、ガスがポンプの排気口からチャンバに排出できるようにする第二のステップとからなる。
【００１０】
本発明の他の態様は、添付のクレームに画定されている。
【００１１】
本発明をよく理解できるように、３つの実施形態（これは単に例として与えられたものである）を、添付の図面を参照して説明する。
【００１２】
【発明の実施の態様】
図１を参照するに、エンクロージャ１２からガスを汲み出すための真空ポンプシステム１０が示されており、このシステムは、かかるエンクロージャの出口１８に接続可能な入り口（吸気口）１６とガスを排気するための出口（排気口）２０とを有する真空ポンプ装置１４、及びチャンバ２２から成り、このチャンバは、使用時に、第一の状態で、真空ポンプ装置１４によって、ガスがチャンバ２２からポンプの吸気口１６に汲み出され、また第二の状態で、ポンプの排気口２０における圧力を減らすために、ガスがポンプの排気口２０からチャンバに排出できるように、ポンプの吸気口と排気口に選択的に接続可能となっている。
【００１３】
チャンバ２２の容積は、所定の量だけポンプの排気口２０における圧力（及びシステム内部のガス）を減らすことによって、システムの極限動作時、所定量だけシステムの所要電力を減らすように選択される。
【００１４】
ガスがポンプの排気口から大気に流れるのを許すが、反対方向に流れるのを阻止するために、好ましくは逆止弁である排気バルブ手段２４が、排気口、即ちポンプの出口２０の下流に設けられている。チャンバ２２の入り口２８と、ポンプの吸気口１６、エンクロージャの出口１８との間に、第一のバルブ手段２６が設けられている。このバルブ手段２６は、開いているときは、両方向にガスが流れるのを許容する。チャンバ２２の出口３２と、ポンプの排気口２０との間に、第二のバルブ手段３０が設けられている。このバルブ手段３０は、開いているときは、両方向にガスが流れるのを許容する。
【００１５】
使用時に、ガスは真空ポンプ装置１４によってエンクロージャ１２から汲み出され、エンクロージャ内の圧力が真空に減圧されるまで、バルブ手段２４によって大気中に排出される。システムの第一の状態では、第一のステップが実行される。このステップは、エンクロージャの排気の行われる前または後で生ずる。バルブ手段２６が開かれ、そのため、ガスが真空ポンプ装置によってチャンバ２２からポンプの吸気口１６に汲み出され、システムから排気バルブ２４を介し放出される。チャンバ２２が所定の圧力まで排気されると、バルブ手段２６は閉じられチャンバ内の減少された圧力を保持する。
【００１６】
システムの第二の状態では、第二のステップが実行される。真空ポンプ装置が極限で動作していて、装置の所要電力を減らすことが望まれる場合に、バルブ手段３０が開けられ、ガスがポンプの排気口２０からチャンバに流れるのを許容しポンプの排気口における圧力を減らす。次いで、バルブ手段３０を閉じることができる。この後、真空ポンプ装置は吸気口１６と排気口２０との間の、減圧された圧力の差で動作することができ、それによって真空ポンプ装置の所要電力を減らす。システム内のガスの量も減ることは、理解されるであろう。
【００１７】
真空ポンプ装置１４は単位時間当たり所定容量を排出することができる。それ故、エンクロージャ、チャンバ等の特性によっては、エンクロージャ１２が排気されている時と同時にチャンバ２２を排気することが望ましくない場合がある。しかし、初期の段階では、圧力の急激な変化によって生ずる、エンクロージャ内の擾乱を減らすために、エンクロージャの排気はゆっくりと行われる。この、いわゆるソフトスタートの間は、真空ポンプのどんな余剰な容量も、チャンバ２２を排気して真空ポンプシステム１０の効率を高めるために利用することができる。
【００１８】
第二の実施形態が図２に示されており、その構成は図１に示すものと同様であり、同じ特徴要素には同じ参照番号が与えられている。エンクロージャの通気バルブ４０が示されており、これは、開けられると、エンクロージャ１２内の圧力が大気圧まで上昇するのを許容する。この実施形態では、エンクロージャ１２は半導体処理用アセンブリのためのロード・ロック室である。ブロー・バルブ４２も設けられている。補助バルブ４４は、ロード・ロック室１２を真空ポンプ装置１４から隔離するため、ロード・ロック室と真空ポンプ装置との間に設けられる。
【００１９】
次に真空ポンプ装置を制御するためのステップを述べる。極限で動作しているとき、バルブ２６，３０，４０，４４は閉じられ、真空ポンプ装置は減らされた所要電力で動作している。このとき、ロード・ロック室１２内の圧力は真空になっている。ロード・ロック室は、半導体ウェーハが処理され、これを取り出しそして未処理のウェーハを中に入れるようとするときに、バルブ４０を開くことによって大気に通気される。ウェーハがロード・ロック室から取り出されそして（未処理のウェーハが）室内に置かれると、バルブ４０は閉じられ、バルブ４４は開かれて、その結果、ロード・ロック室は真空ポンプ装置１４によって真空に排気されることが可能となる。この排気の間、システムは第一の状態におかれる。第一の状態では、バルブ２６は開かれてチャンバ２２が同時に排気されることを許容する。バルブ４０，４４は、チャンバ２２とロード・ロック室１２が要求されたそれぞれの圧力に達すると、閉じられる。真空ポンプ装置が極限で動作しているときは、ポンプの吸気口と排気口とが結合する危険を減らすために、バルブ２６を閉じるときとバルブ３０を開くときとの間に遅延を設ける。第二の状態の間、バルブ３０は充分な時間開けられ、ポンプの排気口が減圧されるのを許容する。真空ポンプ装置は、汚染を防ぐためのオイル・シールを備えたギア・ボックスを含む。ポンプの排気口の排気中は、ガスがオイル・シールから漏れるには充分な時間が与えられねばならない。ポンプの排気口が減圧されると、すべてのバルブ２６，３０，４０，４４は閉じられ、真空ポンプ装置は極限で動作する。
【００２０】
チャンバ２２は、適切であるように配置されまた構成される。例えば、チャンバは、真空ポンプ装置を囲い込むケーシングの内側でも外側でも配置することができる。チャンバは、例えば、フォアライン（ｆｏｒｅｌｉｎｅ）・ダクトあるいはパイプの周りに、環状（中空）のチャンバの形状で、システムの現存の一部と合体することもできる。この後者の配置では、環状のチャンバは、パイプを囲む二重のスキン（ｓｋｉｎ、外板）で構成される。内側のスキンはフォアラインの一部を形成し、他方、内側と外側との間の容積がチャンバ２２を形成する。他の適当な配置も採用することができる。
【００２１】
図３は、第三の実施形態を示す。この実施形態は、これまでの実施形態と、ポンプの排気口における圧力を減らすために用いられる圧力チャンバが真空ポンプシステムにおいて更なる用途を有するチャンバである点で異なる。これは、圧力チャンバをシステムに組み込むためには、更なるスペースを、ほとんどあるいは全く必要としないことを意味する。図３の実施形態では、問題のチャンバは、排気サイレンサ・チャンバ５０として、付随の、あるいは主要の用途を有するが、代わりに、他のチャンバも用いることもできるであろう。
【００２２】
図３では、これまでの実施形態と同様に、同じ構成要素は同じ参照番号が付けられる。
【００２３】
第三の実施形態では、真空ポンプ装置１４がエンクロージャ１２を真空に排気しているときに、ポンプの排気口は、バルブ５２、排気サイレンサ５０及びバルブ５４を介して排気する。バルブ５４は、ガスが排気サイレンサ・チャンバから大気に流れるのを許すが、反対方向に流れるのを阻止するために、逆止弁であることが望ましい。
【００２４】
真空ポンプ装置１４は、排気サイレンサ・チャンバがシステムの第一の状態で排気されているときに、以下で更に詳細に説明するように、システムの変形例において、ダクト５６またはダクト５８を介して（ガスを）大気に排気する。
【００２５】
使用時に、第一の状態では、バルブ２６は、排気・サイレンサ・チャンバ５０を排気しなければならないときに開かれ、そのため真空ポンプ装置１４によってガスがチャンバ５０からポンプの吸気口１６に汲み出される。バルブ５４は、チャンバ５０の圧力が減らされているときにチャンバ５０に侵入する大気から、ガス（の流出）を制限する。もしバルブ５２が３ポート・バルブであれば、第一の状態で（即ち、チャンバ５０が排気されているときに）、ポンプの排気口２０から流出するガスは、ダクト５６を介し大気中に放出される。このガスの流れは、ガスがエンクロージャから排気されるとき、３ポート・バルブの制御によって制限される。もしバルブ５２が２ポート・バルブであれば、チャンバ５０からのガスは、更なるバルブ６０を含むダクト５８を介し排気される。バルブ６０は、システムの第一の状態の間、開けられガスの流れを許容し、そしてエンクロージャ１２が排気されてガスの流れをサイレンサ・チャンバ５０及び逆止弁５４に迂回させるときに閉じられる。
【００２６】
第三の実施形態では、排気バルブと第二のバルブとは単一のバルブ５２で構成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の真空ポンプシステムを概略的に示す図である。
【図２】第二の真空ポンプシステムを概略的に示す図である。
【図３】第三の真空ポンプシステムを概略的に示す図である。

Claims (12)

1. エンクロージャ（１２）からガスを汲み出すための真空ポンプシステム（１０，３６，４６）であって、このシステムは、かかるエンクロージャの出口（１８）に接続可能な入り口（吸気口）（１６）とガスを排気するための出口（排気口）（２０）とを有する真空ポンプ装置（１４）、及びチャンバ（２２，５０）から成り、このチャンバは、使用に際し、第一の状態で、真空ポンプ装置（１４）によって、ガスがチャンバ（２２）からポンプの吸気口に汲み出され、また第二の状態で、ポンプの排気口（２０）における圧力を減らすために、ガスがポンプの排気口（２０）からチャンバに排出できるように、ポンプの吸気口と排気口に選択的に接続可能である、真空ポンプシステム。
2. 前記チャンバ（２２，５０）は、第一のバルブ手段（２６）と第二のバルブ手段（３０，５２）によって、それぞれ、ポンプの吸気口と排気口に選択的に接続可能であり、第一の状態での使用の間は、第一のバルブ手段が開けられており、第二の状態での使用の間は、第二のバルブ手段が開けられていることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記真空ポンプ装置（１４）は、第二の状態での使用の間は、ガスの流出防止用の排気バルブ手段（５２）を介して排気することを特徴とする、請求項１または２に記載のシステム。
4. 第二のバルブ手段と排気バルブ手段とは単一のバルブ（５２）で構成されることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
5. 前記チャンバ（５０）はポンプの排気口（２０）における圧力を減らす第一の用途を有し、また真空ポンプシステム（４６）において更なる用途を有することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のシステム。
6. 前記更なる用途は、排気サイレンサとしての用途であることを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
7. 前記チャンバは環状であって、システムのダクトの一部分の周囲に形成されることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載のシステム。
8. 前記チャンバ（２２，５０）の容積は、所定の量だけポンプの排気口（２０）における圧力を減らすことによって、システムの極限動作時、所定量だけシステムの所要電力を減らすように選択されることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載のシステム。
9. エンクロージャ（１２）からガスを汲み出すための真空ポンプシステム（２２，５０）を制御する方法であって、このシステムは、かかるエンクロージャの出口（１８）に接続可能な吸気口（１６）とガスを排気するための排気口（２０）とを有する真空ポンプ装置（１４）、及びポンプの吸気口と排気口に選択的に接続可能であるチャンバ（２２，５０）から成り、前記方法は、真空ポンプ装置（１４）を使用して、ガスをチャンバ（２２）からポンプの吸気口に汲み出す第一のステップと、ポンプの排気口（２０）における圧力を減らすために、ガスがポンプの排気口（２０）からチャンバに排出できるようにする第二のステップとからなる方法。
10. 前記システムは、前記第一のステップの間開かれている第一のバルブ手段（２６）と、第二のステップの間開かれている第二のバルブ手段（３０，５２）とを有することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記第一のステップの間は、真空ポンプ装置（１４）を使用して、ガスをチャンバ（２２，５０）から汲み出し、排気バルブ手段（５２）を介し排気し、前記第二のステップの間は、前記排気バルブ手段は、その下流からのガス流がチャンバに侵入するのを防いで、ポンプの排気口におけるガスがチャンバに排気されるのを許容することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第一のステップは、エンクロージャ（１２）の初期の排気段階の間に実行されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。

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