TW202208748A - 用於監視真空泵之排出的反應副產品沈積的裝置和方法 - Google Patents

用於監視真空泵之排出的反應副產品沈積的裝置和方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202208748A
TW202208748A TW110113368A TW110113368A TW202208748A TW 202208748 A TW202208748 A TW 202208748A TW 110113368 A TW110113368 A TW 110113368A TW 110113368 A TW110113368 A TW 110113368A TW 202208748 A TW202208748 A TW 202208748A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
vacuum pump
flow meter
discharge
thermal flow
monitoring
Prior art date
Application number
TW110113368A
Other languages
English (en)
Inventor
神原尚成
Original Assignee
法商普發真空公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 法商普發真空公司 filed Critical 法商普發真空公司
Publication of TW202208748A publication Critical patent/TW202208748A/zh

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C25/00—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids
    • F04C25/02—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids for producing high vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/28—Safety arrangements; Monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001—Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/584—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling or heating the machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/70—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning
    • F04D29/701—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning especially adapted for elastic fluid pumps
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B13/00—Measuring arrangements characterised by the use of fluids
    • G01B13/02—Measuring arrangements characterised by the use of fluids for measuring length, width or thickness
    • G01B13/06—Measuring arrangements characterised by the use of fluids for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/08—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness for measuring thickness
    • G01B21/085—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness for measuring thickness using thermal means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6845—Micromachined devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G01F1/698—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters
    • G01F1/6983—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters adapted for burning-off deposits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/123—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with radially or approximately radially from the rotor body extending tooth-like elements, co-operating with recesses in the other rotor, e.g. one tooth
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/126—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with radially from the rotor body extending elements, not necessarily co-operating with corresponding recesses in the other rotor, e.g. lobes, Roots type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2220/00—Application
    • F04C2220/30—Use in a chemical vapor deposition [CVD] process or in a similar process
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/80—Other components
    • F04C2240/81—Sensor, e.g. electronic sensor for control or monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2280/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion
    • F04C2280/02—Preventing solid deposits in pumps, e.g. in vacuum pumps with chemical vapour deposition [CVD] processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/52—Outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/60—Fluid transfer
    • F05D2260/607—Preventing clogging or obstruction of flow paths by dirt, dust, or foreign particles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/301—Pressure
    • F05D2270/3013—Outlet pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/303—Temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/306—Mass flow
    • F05D2270/3061—Mass flow of the working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/335—Output power or torque
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

用於監視真空泵(1; 100)之排出(7)的反應副產品沈積之裝置(200)，其中此裝置包含： 熱流量計(20)，包含第一溫度探針，其在排出(7)處放置於氣體的流動方向中之上游位置；第二溫度探針，放置在下游位置；加熱元件，插入此等溫度探針之間；基板，將此等溫度探針與此加熱元件彼此絕緣；及 處理單元(22)，建構為藉由熱流量計(20)施行測量，以便判定反應副產品沈積於排出(7)處的存在，而作為藉由此熱流量計(20)所測量的流速與藉由此真空泵(1; 100)所泵送之氣體流速的估計值之間的差值之函數。

Description

用於監視真空泵之排出的反應副產品沈積的裝置和方法
本發明有關用於監視真空泵的排出之反應副產品沈積的裝置及方法。本發明亦有關設有所述監視裝置之真空泵。
在真空應用中，尤其是於半導體工業或在薄膜沈積製程中，真空泵輸送諸多類型的氣體及蒸發物質，由於壓力或溫度條件中之變化或化學反應的本質中的變化，氣體及蒸發物質可沈積在真空泵之內表面上。
反應副產品的沈積物可為固體、聚合物或甚至粉塵。這些沈積物傾向於積聚、尤其是在真空泵之高壓區或冷區中。它們減小氣體通道區段，其可降低泵送性能。氣體通道區段的尺寸之減小亦導致壓力中的增加，其可藉由級聯效應提供甚至較大副產品之沈積。
因此，必需安排定期維護以經常清潔真空泵。然而，此維護係與生產率要求不相容。因此尋求監視真空泵中的沈積物之形成以便盡可能多地隔開維護操作之間的間隔。然而，諸多困難之其中一者係於不需停止完全或部分拆卸真空泵的情況下不可能觀察真空泵之內部。再者，於一些應用中，真空泵內部暴露至露天可為危險的。
許多已知之感測器技術允許監視這些沈積物及其在真空泵中的生長。
於渦輪分子真空泵之案例中，一種已知方法在於測量馬達的電流或磁懸浮轉子之位置，以便判定副產品的可能存在。馬達電流或磁懸浮轉子中之位置的變化可提供沈積物之存在的資訊。然而，此策略可為不夠準確，明顯地是因為電流中之增加大致上太晚、僅於崩潰之前數秒或幾分之一秒偵測到，而沒有及時干預的可能性。
因此，本發明之一目的係提出用於監視副產品沈積之裝置及方法，其至少部分地解決上述缺點的其中一者。
為此目的，本發明之主題係用於監視真空泵之排出的反應副產品沈積之裝置，其特徵在於此裝置包含： 熱流量計，包含： 第一溫度探針，在排出處放置於氣體的流動方向中之上游位置； 第二溫度探針，放置在下游位置； 加熱元件，插入溫度探針之間； 基板，將溫度探針與加熱元件彼此絕緣；及 處理單元，建構為藉由熱流量計施行測量，以便判定反應副產品沈積於排出處的存在，而作為藉由熱流量計所測量的流速與藉由真空泵所泵送之氣體流速的估計值之間的差值之函數。
因此，監視裝置允許沈積物於更準確地偵測真空泵排出處及在盡可能早的時刻之存在。
監視裝置可更包含單獨或組合地在下文中敘述的一個以上之特徵。
熱流量計可為MEMS部件。
監視裝置可更包含建構為判定真空泵排出處的壓力之壓力感測器，處理單元建構為基於馬達的功率參數及來自壓力感測器之測量值的資訊來估計所泵送之氣體流速。然後能由僅經由真空泵的可用資訊來獲得所泵送氣體流速之估計值，也就是說，無需存取在真空泵上游導入的氣體之數量及性質的資訊。
真空泵之馬達的功率參數可為電流。
處理單元可建構為與藉著真空泵減壓之製程室連通，以估計所泵送的氣體流速。藉由製程室傳輸至處理單元之資訊可接著允許準確地估計所泵送的氣體流速之值。
本發明的另一主題亦為真空泵，包含： 定子，包含入口孔口及出口孔口； 至少一轉子，配置在定子中，且建構為驅動待於入口孔口與出口孔口之間泵送的氣體； 其特徵在於真空泵更包含如先前所述之監視裝置，所述熱流量計係配置在真空泵內側。
因此，監控裝置允許沈積物於更準確地偵測真空泵排出物中及在盡可能早的時刻之存在，而使得其可能更好地管理維護干預的工作日程。監視可就地施行，也就是說無需拆卸真空泵。測量裝置是非侵入性的。它不會產生產壓力或密封損失。它沒有限制發生故障之可能性的移動零件。
熱流量計例如配置於排出之管道中。
真空泵係例如渦輪分子真空泵。
根據另一範例，真空泵係包含二轉子的粗真空泵，此轉子建構為在至少一泵送級中於相反方向中同步地回轉，以驅動待於入口孔口與出口孔口之間泵送的氣體。
本發明之又另一主題係藉著如如先前所述的監視裝置監視真空泵之排出的反應副產品沈積之方法，其中藉由熱流量計施行測量，以判定反應副產品沈積於排出處的存在，而作為藉由熱流量計所測量的流速與藉由真空泵所泵送之氣體流速的估計值之間的差值之函數。
可對熱流量計的加熱元件供電，以在隔開超過10小時之間隔下施行測量、例如每日測量。藉由熱流量計測量的持續時間可為少於幾分鐘、例如少於兩分鐘、甚至少於一分鐘。顯著地於半導體製造製程中、諸如蝕刻設備中，在渦輪分子真空泵中觀察到之最高沈積速率大致上每週小於1 mm、亦即大約每小時5微米，因此相對低的測量頻率可足以觀察到沈積物之外觀。因為來自加熱元件的熱量之輸入，將測量的持續時間限制為每天數秒藉由熱流量計所施行之測量防止能夠偽造結果，並藉由防止可冷凝物質於流量計之點處的沈積。事實上，在高溫下，沈積物會減少，甚至不存在。
沈積物之厚度可被評估為來自熱流量計的測量之偏差值的函數。
用於監視沈積物之方法可包含初步校準步驟，其中記錄針對真空泵中的預定氣體流速所獲得之來自熱流量計的至少一測量。可在初步校準步驟中收集之諸多資料可更好地解釋熱流量計所測量的值，顯著地是作為泵送氣體流速、泵送氣體物質、沈積物之性質、及沈積物的厚度之函數。
可針對將在連接至真空泵的製程室中進行之配方中所界定的氣體之流速及性質值施行這些測量，顯著地是針對這些配方的特徵步驟。
例如，當監視方法提供於特定期限內施行之測量且已知當時所泵送氣體的氣體流速及性質時，初步校準步驟可記錄藉由用於該特定操作點之氣體流速及性質值的熱流量計所獲得之測量。
於圖面中，完全相同之元件具有相同的參考數字。附圖被簡化以便於理解。
以下實施例是範例。儘管此敘述意指一個以上之實施例，但並不一定意味著每一參考都有關相同的實施例，或此等特徵僅適用於單一實施例。不同實施例之簡單特徵亦可組合或互換以提供其他實施例。
「上游」理解為意味著相對於氣體的流動方向放置在另一元件之前面的元件。於另一方面，「下游」理解為意味著相對於待泵送氣體之循環方向一個接一個放置的元件。
圖1說明用於製造例如平面顯示螢幕或光伏打基板或半導體基板(晶圓)之設備101的範例。
設備101包含連接至真空管線之製程室102，此真空管線包含其本身藉由排出管103配置在粗真空泵100的上游之渦輪分子真空泵1。
同樣於圖1中，其可看出真空管線包含用於監視在真空泵1的排出7處之反應副產品的沈積之裝置200。
監視裝置200包含熱流量計20及處理單元22。
熱流量計20可配置於渦輪分子真空泵1的排出7處、在如將於後面看到之渦輪分子真空泵1本身中、或在如圖1中所表示地連接至渦輪分子真空泵1的出口之排出管103中，或可配置於粗真空泵100的排出處、在粗真空泵100中、或於連接至粗真空泵100之出口的管道中。
在圖1之第一範例中，熱流量計20配置於連接至渦輪分子真空泵1的出口孔口8之排出管103中。
熱流量計20係使用於測量在管道或管件中流動的氣體之流速。熱流量計20的原理係基於經過流體藉由對流來傳播熱量。如眾所周知，熱流量計20包含二個溫度探針：第一溫度探針23放置在排出7處之氣體的流動方向中之上游位置，且第二溫度探針24放置於下游位置(圖2)。
熱流量計20亦包含置於溫度探針23及24之間的加熱元件25，及使溫度探針23及24與加熱元件25彼此絕緣之基板26。加熱元件25例如係加熱電阻器。溫度探針23, 24係例如熱敏電阻器。基板26封裝例如溫度探針23, 24，使它們彼此電絕緣及熱絕緣並保護它們免受可能的氣體侵蝕。
溫度探針23, 24係例如與加熱元件25等距地設置。溫度探針23, 24及加熱元件25可沿著平行於排出管103之軸線的直線對齊，其中配置熱流量計20。
為了藉由熱流量計20施行測量，向加熱至例如100℃之加熱元件25供電，並測量溫度探針23, 24之間的溫差。
當在排氣管103中沒有氣體流動時，藉由加熱元件25所擴散之熱量均勻地分佈環繞加熱元件25(圖2)。溫度探針23, 24允許測量第一溫差，當探針23, 24與加熱元件25等距時，第一溫差為零。
當氣流於排出管103中流動時，熱對流降低藉由放置在上游的第一溫度探針23所測量之溫度，並升高藉由放置於下游的第二溫度探針24所測量之溫度(圖3)。接著觀察溫度探測器23, 24之間的溫差，其大於可在沒有氣流循環之情況下觀察到的溫差。此溫差允許測量由其推導出之氣體流速。
熱流量計20可為由半導體材料所製造的MEMS(微電子機械系統)部件。熱流量計20之尺寸則小於1公分。
處理單元22包含控制器或微控制器或電腦或可程式化邏輯控制器及電腦程式，其建構為實施用於在真空泵1的排出處監視反應副產品之沈積的方法。處理單元22例如是明顯地允許控制真空泵1之轉子的旋轉頻率之真空泵1的控制器。
處理單元22建構為藉由熱流量計20施行測量，以便判定反應副產品沈積於排出7處之存在，而作為藉由此熱流量計20所測量的流速與藉由此真空泵1所泵送之氣體流速的估計值之間的差值之函數。
所泵送氣體流速的估計值可僅由真空泵1可用之資訊獲得，也就是說，無需存取在真空泵1上游導入的氣體之數量及性質的資訊。
為此，根據示範實施例，監視裝置200包含壓力感測器21，其建構為判定於真空泵1(圖1)之排出7處的壓力。
處理單元22接著建構為由真空泵1之馬達16的功率參數上之資訊及由壓力感測器21的測量來估計所泵送之氣體流速。
真空泵1的馬達16之功率參數例如是電流。藉由馬達16所消耗的電流及在真空泵1之排出7處的壓力取決於氣體流速及所泵送氣體之性質。藉由測量排出7處的壓力並獲知藉由馬達16所消耗之電流，其係可能估計可與藉由熱流量計20所測量的值進行比較之泵送氣體流速值。
根據另一示範實施例，處理單元22建構為與藉著真空泵1減壓的製程室102連通，以估計所泵送之氣體流速。製程室102使用界定導入製程室的氣體之持續時間、性質、流速及壓力的配方。這些配方、或這些配方之元素係可藉由製程室102傳輸送至處理單元22的資訊，處理單元22接著可準確地估計所泵送之氣體流速值。藉由製程室102所傳輸的資訊可為數位信號或乾觸點等。
藉由熱流量計20所測量之值與所泵送氣體流速的估計值之間的差異中之變動允許判定管道103(圖4)中的反應副產品之沈積物27的存在。
事實上，於沒有沈積物之情況下，對於一種相同的流量及一種相同性質之氣體，例如藉由壓力測量及所消耗的馬達電流來識別，藉由溫度探針23, 24所測量的溫度之間的差異係相同的。
然而，當沈積物27顯現在排出管103之內部壁面上、且尤其於熱流量計20上時，則觀察所測量溫度中的差異中之變動。沈積在溫度探針23, 24上的沈積層27減少熱量傳送至放在下游之第二溫度探針24(圖4)。藉由第二溫度探針24所測量的溫度關於沒有用於相同氣體之相同流量的沈積物之情況減少(圖3)。因此，對於相同氣體的相同流速，於存在沈積物之情況下，藉由熱流量計20所測量的流速係不同。
例如藉著壓力測量及所消耗之電流值，藉由熱流量計20所測量之流速與所泵送氣體流量的估計值之間的觀察到之差異使得其可能推斷反應副產品的沈積物27之存在。
藉由熱流量計20測量的持續時間可為少於兩分鐘、諸如少於一分鐘。例如藉由熱流量計20以隔開超過10小時之間隔施行測量，例如每日測量。
在渦輪分子真空泵1中、尤其是於半導體製造製程、諸如蝕刻設備中觀察到的最高沈積速率大致上每週小於1 mm、亦即大約每小時5微米，因此相對低之測量頻率可足以觀察到沈積物的外觀。因為來自加熱元件25之熱量的輸入，將測量的持續時間限制為每天數秒藉由熱流量計20所施行之測量防止能夠偽造結果，並藉由防止可冷凝物質於流量計20之點處的沈積。事實上，在高溫下，沈積物會減少，甚至不存在。
其係亦可能評估沈積物27之厚度，此厚度作為藉由熱流量計20所給出的測量之偏差值的函數。藉由熱流量計20所測量之溫度差中的偏差相對於預期值越大，則沈積物27之厚度越大。
監視方法亦可包含初步校準步驟，在此步驟中，來自熱流量計20的至少一測量值係記錄於處理單元22中，此測量值係針對藉由真空泵1所泵送之預定氣體流速而獲得。
例如記錄來自熱流量計20的對於不同氣體流速及／或藉由真空泵1所泵送之不同氣體種類的數種測量。
可針對要在連接至真空泵1之製程室102中執行的配方中所界定之氣體的流速及性質值施行這些測量。
可針對這些配方之特徵步驟施行這些測量。
例如，當監視方法提供於特定期限施行的測量及氣體流速和在已知時刻所泵送之氣體的性質時，初步校準步驟可於特定操作點記錄藉由熱流量計20所獲得之對於氣體的流速值及性質之測量。
這些測量可在排出管103的內部壁面上於存在沈積物27之情況下施行，例如用於沈積物27之數個厚度，以允許將沈積物27的厚度評估為來自熱流量計20之測量的偏差之評定的函數。
這些測量亦可在沒有沈積物之情況下施行，例如於每次維護操作之後，在啟動時，當排出管103沒有沈積物時。然後於監視方法期間所施行的測量可為與這些參考值進行比較。
能在初步校準步驟期間收集之諸多資料可允許更好地解釋藉由熱流量計20所測量的值，顯著地是作為所泵送氣體之流速、所泵送的氣態物質、沈積物之性質、及沈積物的厚度之函數。
由剛剛敘述者可理解，此監視方法及裝置允許更準確地並在盡可能最早的時刻偵測於真空泵1之排出7處之沈積物的存在。
圖5說明第二示範實施例，其中熱流量計20配置於渦輪分子真空泵1內側。
如在此圖面中可更具體地看出，渦輪分子真空泵1包含定子2及配置於定子2中之轉子3，並建構為在氣體的流動方向中驅動待於定子2的入口孔口6與出口孔口8之間所泵送的氣體，此流動方向係藉由圖5中之箭頭所表示。
真空泵1包含渦輪分子級4及在氣體的流動方向中坐落於渦輪分子級4下游之分子級5。所泵送的氣體經過入口孔口6進入，首先通過渦輪分子級4，接著經過分子級5，且接著經過排出7處，以接著經過真空泵1之出口孔口8消散。出口孔口8係連接至粗真空泵。
在渦輪分子級4中，轉子3包含至少二級葉片9，且定子2包含至少一級散熱片10。此等葉片9級及散熱片10級沿著渦輪分子級4中的轉子3之轉軸I-I軸向地彼此跟隨。轉子3包含例如多於四級之葉片9，諸如，例如在四級與八級葉片9之間(於圖1所說明的範例中為六級)。
轉子3之每一級葉片9包含實質上由固定至渦輪分子真空泵1的軸桿12之轉子3的轂部11徑向延伸之傾斜葉片。葉片9均勻地分佈於轂部11的周邊上。
定子2之每一級散熱片10包含冠環，傾斜的散熱片由此冠環在實質上徑向方向中延伸，並均勻分佈於此冠環的內周邊上。定子2之一散熱片10級的散熱片係嚙合在轉子3之連續二葉片9級的葉片之間。轉子3的葉片及定子2之散熱片係傾斜，以將所泵送的氣體分子導引至此分子級5。
根據示範實施例，轉子3包含藉由光滑圓柱體所形成之分子級5中的霍爾韋克(Holweck)裙部13，此圓柱體繞著定子2之相反螺旋溝槽迴轉。螺旋溝槽允許所泵送氣體被壓縮並導引至排出7處。
轉子3固定至軸桿12，軸桿12藉著渦輪分子真空泵1的馬達16於定子2中以高軸向轉速驅動旋轉，例如以每分鐘超過兩萬轉之速率旋轉。馬達16係例如係配置在定子2的蓋子之下，定子2本身係配置於轉子3的霍爾韋克裙部13之下。轉子3係藉由磁性或機械軸承18橫側及軸向地導引。真空泵1亦可包含備用滾動軸承19。
熱流量計20係放置在真空泵1內側的排出7處，其對應於亦即此處為霍爾維克裙部13之端部的轉子3之出口與出口孔口8之間所含有的容積，在此點不再有氣體之壓縮，但於此壓力係最高的，且在真空泵1中之沈積的風險係最大。
熱流量計20係例如配置於排出7之管道14中，亦即大致上具有真空耦接件的標準直徑且經過出口孔口8出現之管件。
如在前面的範例中，處理單元22建構為藉由熱流量計20施行測量，以便作為藉由熱流量計20所測量之流速與藉由真空泵1所泵送氣體之流速的估計值之間的差值之函數，判定反應副產品沈積於真空泵1之排出7處的存在。
如先前所述，所泵送氣體流速之估計值可僅由真空泵1可用的資訊獲得，也就是說，無需存取於真空泵1上游所導入之氣體的數量及性質之資訊。
為此，根據一示範實施例，監視裝置200包含建構為判定在真空泵1的排出7處之壓力的壓力感測器21。壓力感測器21例如亦配置於定子2之管道14中。
藉由熱流量計20所測量之流速與所泵送氣體流速的估計值之間觀察到的差異，例如藉著壓力測量及所消耗之電流值使得其可能推斷反應副產品的沈積物27之存在。
因此，監視裝置200允許更準確地並於盡可能最早的時刻偵測真空泵1之排出7中的沈積物之存在，其允許更好地管理維護干預的工作日程。
此監視可就地施行，也就是說不需要拆卸真空泵1。測量裝置係非侵入性的。它不會產生壓力或密封損失。它沒有限制發生故障之可能性的任何移動零件。
圖6說明第三示範實施例，其中熱流量計20係配置於粗真空泵100內側。
如此圖面中所表示，粗真空泵100包含形成至少一泵送級之定子2，諸如在二與十泵送級之間，在此是五泵送級，串聯地安裝於定子2的入口孔口6與出口孔口8之間，且待泵送氣體可在其中循環。
與真空泵100的入口孔口6連通之泵送級係第一泵送級或最低壓力級，且與出口孔口8連通的泵送級係最後泵送級或最高壓力級。
真空泵1更包含配置於定子2中並建構為在泵送級中於相反方向中同步地迴轉之二轉子300，以驅動待在入口孔口6與出口孔口8之間泵送的氣體。轉子300具有例如完全相同輪廓之凸起部、例如具有二凸起部、三凸起部或更多凸起部的「羅茨」型、或「扣爪」型、或基於另一類似之容積式真空泵原理。
在操作中，轉子300係藉由例如配置於真空泵1的一端部、諸如出口孔口8之一側上的馬達所驅動旋轉。
在旋轉期間，由入口孔口6所吸入之氣體係收集於藉由泵送級的轉子300及定子2所創建之容積中，然後被壓縮並驅動至出口及下一級。真空泵100被稱為「乾式」，因為於操作中，轉子300在定子2內側迴轉，於它們之間或與定子2之間沒有機械式接觸，但具有允許在壓縮室中沒有油的非常小之間隙。
於此實施例中，排出7係藉由最後泵送級之轉子300的出口與出口孔口8之間所含有的容積來界定，在此點不再壓縮氣體，但於此壓力係最高且沈積之風險最大。
熱流量計20例如配置在排出7的管道中，也就是說配置於大致上具有標準直徑之真空耦接件的管件中，此真空耦接件將最後泵送級之轉子300的出口鏈接至出口孔口8。
1:真空泵 2:定子 3:轉子 4:渦輪分子級 5:分子級 6:入口孔口 7:排出口 8:出口孔口 9:葉片 10:散熱片 11:轂部 12:軸桿 13:霍爾韋克裙部 14:管道 16:馬達 18:機械軸承 19:滾動軸承 20:熱流量計 21:壓力感測器 22:處理單元 23:溫度探針 24:溫度探針 25:加熱元件 26:基板 27:沈積物 100:粗真空泵 101:設備 102:製程室 103:排出管 200:裝置 300:轉子
本發明之其他目的、特徵及優點將由以下參考附圖所給出之特定實施例的敘述顯現，其中：
[圖1]顯示連接至真空管線之製造設備的製程室之示意圖；
[圖2]顯示配置在圖1的真空管線之排出管中的熱流量計之示意圖，且於其上示意性表示在沒有氣流及沒有沈積物的情況中之熱分佈；
[圖3]顯示與圖2類似的熱流量計於存在氣流之情況中的視圖；
[圖4]顯示與圖3類似之熱流量計於存在氣流及沈積物之情況中的視圖；
[圖5]顯示渦輪分子真空泵之示意性橫截面視圖；
[圖6]顯示真空泵的另一示範實施例之元件的局部示意圖。
1:真空泵
7:排出口
8:出口孔口
16:馬達
20:熱流量計
21:壓力感測器
22:處理單元
100:粗真空泵
101:設備
102:製程室
103:排出管
200:裝置

Claims (14)

  1. 一種用於監視真空泵(1; 100)之排出(7)的反應副產品沈積之裝置(200)，其特徵在於該裝置包含： 熱流量計(20)，包含： 第一溫度探針(23)，在該排出(7)處放置於該等氣體的流動方向中之上游位置； 第二溫度探針(24)，放置在下游位置； 加熱元件(25)，插入該等溫度探針(23, 24)之間； 基板(26)，將該等溫度探針(23, 24)與該加熱元件(25)彼此絕緣；及 處理單元(22)，建構為藉由該熱流量計(20)施行測量，以便判定反應副產品沈積於該排出(7)處的存在，而作為藉由該熱流量計(20)所測量的流速與藉由該真空泵(1; 100)所泵送之氣體流速的估計值之間的差值之函數。
  2. 如請求項1之監視裝置(200)，其中該熱流量計(20)係MEMS部件。
  3. 如請求項1至2中的一項之監視裝置(200)，其中該監視裝置更包含壓力感測器(21)，該壓力感測器(21)建構為判定於該真空泵(1; 100)的排出(7)處之壓力，該處理單元(22)建構為基於該馬達(16)的功率參數及該壓力感測器(21)之測量值的資訊來估計所泵送之氣體流速。
  4. 如請求項3之監視裝置(200)，其中該真空泵(1; 100)的馬達(16)之功率參數係電流。
  5. 如請求項1或2之監視裝置(200)，其中該處理單元(22)建構為與藉著該真空泵(1)所減壓的製程室(102)連通，以估計該泵送之氣體流速。
  6. 一種真空泵(1; 100)，包含： 定子(2)，包含入口孔口(6)及出口孔口(8)； 至少一轉子(3; 300)，配置在該定子(2)中，且建構為驅動待於該入口孔口(6)與該出口孔口(8)之間泵送的氣體； 其特徵在於該真空泵(1; 100)更包含根據請求項1至5中之一項的監視裝置(200)，該熱流量計(20)係配置在該真空泵(1)內側。
  7. 如請求項6之真空泵(1; 100)，其中該熱流量計(20)配置於該排出(7)的管道(14)中。
  8. 如請求項6及7的一項之真空泵(1)，其中該真空泵(1)係渦輪分子真空泵。
  9. 如請求項6及7的一項之真空泵(100)，其中該真空泵(100)係包含二轉子(300)的粗真空泵，該等轉子(300)建構為在至少一泵送級中於相反方向中同步地回轉，以驅動待於該入口孔口(6)與該出口孔口(8)之間泵送的氣體。
  10. 一種藉著如請求項1至5中之一項的監視裝置(200)監視真空泵(1; 100)之排出(7)的反應副產品沈積之方法，其中藉由該熱流量計(20)施行測量，以判定反應副產品沈積於該排出(7)處的存在，而作為藉由該熱流量計(20)所測量的流速與藉由該真空泵(1; 100)所泵送之氣體流速的估計值之間的差值之函數。
  11. 如請求項10的用於監視沈積之方法，其中對該熱流量計(20)的加熱元件(25)供電，以在隔開超過10小時之間隔下施行測量、例如每日測量。
  12. 如請求項10及11的一項之用於監視沈積的方法，其中藉由該熱流量計(20)之測量的持續時間係小於兩分鐘、例如小於一分鐘。
  13. 如請求項10或11的用於監視沈積之方法，其中將沈積厚度評估為來自該熱流量計(20)的測量之偏差值的函數。
  14. 如請求項10或11的用於監視沈積之方法，其中該方法包含初步校準步驟，其中記錄針對真空泵(1; 100)中的預定氣體流速所獲得之來自該熱流量計(20)的至少一測量。
TW110113368A 2020-05-11 2021-04-14 用於監視真空泵之排出的反應副產品沈積的裝置和方法 TW202208748A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2004606A FR3109965B1 (fr) 2020-05-11 2020-05-11 Dispositif et procédé de surveillance d’un dépôt de sous-produits de réaction au refoulement d’une pompe à vide
FR2004606 2020-05-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202208748A true TW202208748A (zh) 2022-03-01

Family

ID=71784264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110113368A TW202208748A (zh) 2020-05-11 2021-04-14 用於監視真空泵之排出的反應副產品沈積的裝置和方法

Country Status (6)

Country Link
JP (1) JP2023525086A (zh)
CN (1) CN115516208A (zh)
DE (1) DE112021002719T5 (zh)
FR (1) FR3109965B1 (zh)
TW (1) TW202208748A (zh)
WO (1) WO2021228490A1 (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030010091A1 (en) * 2001-07-10 2003-01-16 Mitchell Bradley Dale System and method for detecting occlusions in a semiconductor manufacturing device
JP2011107063A (ja) * 2009-11-20 2011-06-02 Kyocera Corp 粒子状物質検出装置、および検出システム
JP6517668B2 (ja) * 2014-11-14 2019-05-22 メムス アクチェンゲゼルシャフトＭｅｍｓ Ａｇ ガスの品質に関する特定の量を決定するための方法および測定装置
JP6729317B2 (ja) * 2016-11-15 2020-07-22 株式会社島津製作所 ポンプ状態推定装置およびターボ分子ポンプ

Also Published As

Publication number Publication date
CN115516208A (zh) 2022-12-23
JP2023525086A (ja) 2023-06-14
FR3109965A1 (fr) 2021-11-12
WO2021228490A1 (en) 2021-11-18
DE112021002719T5 (de) 2023-03-23
FR3109965B1 (fr) 2022-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5363910B2 (ja) 真空ポンプ
JP3967245B2 (ja) 回転機の寿命予測方法及び回転機を有する製造装置
KR101758211B1 (ko) 진공 펌프의 회전자의 회전의 고장을 예측하기 위한 방법, 및 연관된 펌핑 디바이스
EP1754888B1 (fr) Ligne de vide et procédé de surveillance d'une telle ligne
KR102106657B1 (ko) 고정측 부재 및 진공 펌프
WO2020136823A1 (ja) 異常診断装置および異常診断方法
JP2004117253A (ja) 製造装置及び回転機の寿命予測方法
CN113631817B (zh) 泵监视装置、真空泵以及记录介质
US11162499B2 (en) Vacuum pump system
JP5276679B2 (ja) 成膜装置
TW202208748A (zh) 用於監視真空泵之排出的反應副產品沈積的裝置和方法
CN112347631A (zh) 一种压气机各级转静子热态径向变形量及其间隙确定方法
JP6110231B2 (ja) 真空ポンプシステム、真空ポンプの異常予兆の報知方法
GB2408801A (en) Detection of seal leak using differential pressure measurement
EP4095390A1 (en) Vacuum pump and stator column
JP6391171B2 (ja) 半導体製造システムおよびその運転方法
JP6353257B2 (ja) 排気口部品、および真空ポンプ
US20230152179A1 (en) Fault detection system for vacuum pump
KR20200092187A (ko) 진공 펌프 시스템, 진공 펌프 모니터링 방법 및 반도체 소자의 제조방법
JP3941147B2 (ja) 真空排気装置及びそのメンテナンス方法
JP6313249B2 (ja) 処理システムの運転方法
JP2020176525A (ja) ポンプ監視装置および真空ポンプ
JP4661378B2 (ja) ターボ分子ポンプ
CN116798917A (zh) 一种半导体设备
FR3111958A3 (fr) Dispositif, procédé de surveillance de dépôts et pompe à vide