TW554157B - Helium management control system - Google Patents

Description

554157 A7 _____ _B7__ 五、發明說明（f ) 發明背景 若干種真空製程反應室通常被運用到製造上，用以提 供一個需要真空的工作環境，例如是：半導體晶圓製造、 _子福、氣體色譜儀等等。一般而言，這些反應室係 由將一個真空幫浦裝設到該真空製程反應室來達成，該反 應室係處於一種密封的配置。該真空幫浦運轉用來從該真 t氣：彳壬反應室中貫質地移除所有的分子，由此，得以創造 出了一種真空的環境。 真空幫浦的一種型式係爲一種低溫幫浦，例如是：揭 不於美國專利號5，8 6 2，6 7 1中，該專利於1 9 9 9年1月2 6日獲準，並讓渡給本案申請人，並且其全部 被倂入於此作爲參考。低溫幫浦藉由將一個表面冷卻到接 近絕對零度之溫度來從一個真空製程反應室中移除分子。 在這樣的一個溫度之下，所有的氣體之大部份均凝結在被 冷卻的表面上，該表面被稱爲一個低溫陣列 (cryogenic array)，由此從該真空製程反應室中實質地將所有的分子 移除。 一般而言’該等低溫幫浦係運用一種氦氣驅動式致冷 器來以達到幾近接近所需求之絕對零度的溫度。一個壓縮 機被用來將該氦氣冷媒壓縮以及抽取到在低溫幫浦中之該 低溫致冷器’並且一種在該低溫致冷器中的圓柱形容器接 受氦氣，該圓柱形容器被稱爲一種低溫梳狀檔板（cold finger)。一個低溫陣列被安裝到該低溫梳狀檔板並且與其 做熱交換，接著在其中被冷卻。當該氦氣膨脹時，一個排 ___4_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

- I ϋ ϋ n n ϋ ϋ 一 δ，· n n n ϋ ϋ ϋ i_l I 1 Βϋ ί ·1 ϋ n n ϋ ·ϋ ϋ ί I i_i n H ί ί n ϋ ^1 ϋ I A7 554157 _____B7__ 五、發明說明（> ) 出器（displacer)在該低溫梳狀檔板內往復運動，該排出 器由一個排出器驅動馬達所驅動，該馬達使該排出器往復 運動並且調節所使用之氦氣量。當該氦氣在該低溫梳狀檔 板中膨脹時，熱量被排出該低溫陣列之外，其產生所需要 之接近絕對零度的溫度用以凝結在該低溫陣列上之氣體。 可用於該低溫致冷器之氨氣總量來判定冷卻發生的速 率。一個較大量的氦氣供應量減少冷卻所需要之時間，其 係爲達到低溫幫浦能運轉的溫度所需要之時間。該氨氣的 消耗速率也隨著該低溫致冷器之溫度而改變。當該低溫致 冷器變得較冷時，需要一個較大量的氦氣供應量以持續冷 卻過程。在一個用低溫幫浦運作之真空處理反應室中，停 工可能導致實質的經濟損失，其係由於製造時間的損失。 因此，迅速達成之能力以及維持低溫幫浦運轉的溫度是有 助益的。 於美國專利號5，775，109中揭示之一個氨氣分配的 先前技藝之形式，其發明名稱爲“由一個共同的壓縮機所 供給之複數個低溫致冷器之加強型冷卻”，其於1997年1 月2日提出申請並且讓渡給本案申請人，並且全部倂入於 此以作爲參考。此一專利指出：個別地監控複數個低溫幫 浦的每一個之溫度，用以當一個低溫幫浦獲得一個觸發溫 度（triggering temperature)時，控制每一個排出器驅動馬 達的速度。當該等低溫幫浦依據目前的運轉操作而需要有 變動的氦氣總量時，於是調節該驅動馬達的速度可以降低 或者是增加該氨氣的供給。在此一系統中，每一個低溫幫 —_ —_____5____— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) %

-· n ϋ ϋ n n^eJ· ϋ H ·ϋ I I n ϋ I H ·ϋ n n n n ϋ ϋ ·ϋ ϋ I ι ί ι 1_1 ϋ ^1 ίΊ ϋ I I 554157 A7 ___B7_____ 五、發明說明（h ) 浦監控溫度，接著因而控制該驅動馬達的速度。 然而，經常地，一個供給到複數個低溫幫浦之共同的 氨氣供應岐管能夠供給較所有的低溫幫浦所需要的還要多 的氦氣。未被確認之過量氮氣通常未被加以利用，其會增 加冷卻所需的時間，並且會造成一個低溫致冷器之溫度較 所需的還要低之結果，因而造成電力以及其它需要維持該 氦氣冷媒供應量之資源的浪費。 發明槪要 藉由計算該冷媒可利用的量以及計算每一個致冷器的 冷媒需求量，提供有一種用於控制在複數個耗能裝置（ consumer)(例如是致冷器）中的資源（例如是冷媒）分 配方法。來自使用者的要求被累計起來，並且依據所累計 的要求來判定分配到每一個致冷器之冷媒。週期性地，在 固定的時間間隔下，藉由重新計算係藉由重新估計每一個 致冷器目前的需要之方式來重新計算每一位使用者的要求 而重新分配該冷媒的分配量。 在一個例如是一種低溫冷凍系統之系統中，該控制的 方法包括有：一壓縮機組，其具有至少一個壓縮機以及複 數個低溫致冷器，該致冷器由該壓縮機組供應冷媒。藉由 確認每一個致冷器的冷凍要求，而執行由該等壓縮機供給 冷媒到每一個低溫致冷器之管理，並且依據所確認的要求 ，由一個真空網路控制器（vacuum network controller)來 分配供給到該等致冷器之冷媒。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • · I ϋ n n I n n^tfJ« n ·1 ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ I H ϋ n n I I -i-i ϋ n n ϋ n ϋ ϋ ϋ n ϋ ϋ ^1 n _ A7 554157 五、發明說明（¥ ) 該氨氣管理控制系統的一個實施例’該系統用於控制 該氦氣冷媒從一個共同的歧管將適當的氨氣供應量供給到 複數個致冷器。該系統運用複數個感應器來監控並且調節 整體之冷媒供應量，用以依據所有之低溫致冷器的總計之 冷卻負載，而來將一冷媒供應量輸送到每一個低溫致冷器 。對每一個低溫致冷器的冷媒需求係由相對應的該低溫幫 浦所計算得來。該氨氣供應量之整體冷凍能力被分配到每 一個低溫致冷器用以最佳化該冷媒的輸送。適當的氦氣供 應量被分配到每一個低溫幫浦，其係藉由感測過量以及稀 疏的氦氣冷媒，並且因而得以分配該冷媒。假如整體的冷 卻供給超過總體之冷媒需求時，過量的冷媒被引導到該等 可以利用過量氦氣之低溫致冷器。同樣地’假如總體的冷 卻需求超過整體冷卻供給時，供給到一些或者是所有的低 溫致冷器之該冷媒將因此被降低，使得有害的或者是遲緩 的效果被減少。 經由一個氦氣供應歧管，可以從一個以上之壓縮機、 或者是共同的壓縮機組中將該冷媒的供應量輸送到一複數 個低溫致冷器。從包含有該共同的壓縮機組之每一個壓縮 機所供給的冷媒被用來判定該冷媒之供應量。依據來自附 繫到每一個低溫幫浦之感測器的數據所計算之該冷媒總需 求也是根據該低溫致冷器正在運轉之特定操作而被計算， 其中該低溫幫浦包含有該等低溫致冷器。當某些操作較其 它種操作可以消耗更多的冷媒時，對每一個低溫致冷器計 算一個冷媒供應量。一個冷卻功能需要最多氦氣，並且因 _____7 —_—__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

'· n ϋ ϋ n I n n^eJ· n ϋ I I I ϋ ϋ I ϋ ϋ n ϋ n ϋ ϋ n ϋ ϋ n n ί ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ I 554157 A7 ___B7______ 五、發明說明（/ ) 此將可以供應最大的冷媒供應量，該冷媒供應量可以被輸 送而不會干擾到其它的低溫致冷器。一個蓄熱功能（ regeneration function)需要很少量或者是不用冷媒，並且 因此其它的低溫致冷器將不用冷媒。在一個以上的低溫致 冷器之正常操作期間，該氨氣被輸送用以企圖保持該低溫 致冷器處於一種平衡狀態。過量的氨氣可以被輸送到處於 一種冷卻狀態之該等低溫致冷器，或者是假如沒有對過量 氦氣之需求的話，總體之冷媒供應量可以被降低。 種種的參數由該系統所監控用以計算對每一個低溫致 冷器適當的冷媒供給應量。這樣的參數包括有：通過該低 溫致冷器之所計算的冷媒流率、該驅動馬達之速率、該冷 媒之壓力以及該低溫致冷器之溫度。以此種方式，一個適 當的冷媒供應量可以依據累計的冷媒負載以及目前個別的 低溫致冷器之冷卻功能，而從該共同的壓縮機組而被輸送 到複數個低溫致冷器。因此，該氦氣管理控制系統可以減 少來自一個稀少的冷媒供應量之有害的或是遲緩的影響， 並且增加過量對於一個冷媒供應量之效能。 圖示簡單說明 透過本發明之下列較特別的較佳實施例與附圖之說明 ，本發明前述以及其它目的、特性與優點將變得顯明。其 中該等附圖中從所有不同的觀點，相同的參考符號參考到 相同的部件。該等附圖並不須要依照相同比例，取代的是 強調對本發明原則的說明。該等附圖如下： _______8____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · Mi ϋ n el n n^OJ· n I n ϋ I n I I 1 n ϋ n ϋ ϋ I ·1 n n ϋ ϋ ϋ n n ϋ n ϋ n n n - 554157 A7 B7 五、發明說明（b) 圖la係爲一個典型的先前技藝之低溫致冷器的槪赂圖 式說明； 圖lb係顯示一個包括有圖1 a的低溫致冷器之典型的 先前技藝的一個局部切除之視圖， 圖2係顯示一個低溫致冷器系統之主控制器的方塊圖 ’該主控制器被連接到複數個低溫幫浦以及壓縮機； 圖3係顯示氦氣冷媒對時間軸的流率之一個實例； 圖4係顯示氮氣消耗模式之槪略圖，該模式被用來判 定一部低溫致冷器可以消耗氮氣的量； 圖5係顯示資料以及控制流程之方塊圖； 圖6係顯示該系統主控制器之一個上部水平流程圖（ top level flowchart); 圖7係顯示在該主控制器、該等壓縮機以及該等低溫 幫浦之間的資料流之方塊圖； 圖8係顯示在該主控制器之一個狀態圖； 圖9係顯示在每一個需求階段分配方面之一個操作流 程圖， 圖10係顯示未達設定壓例行查驗（underpressure check routine)之一個流程圖； 圖11顯示分配路徑之一個流程圖； 圖12顯示在該低溫幫浦處之該伺服控制器（Slave controller)的一個流程圖； 圖13顯示例行冷卻之一個流程圖； 圖14顯示該壓縮機例行查驗之一個流程圖； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公藿） (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 0

^OJ· ϋ ϋ ϋ ϋ n ϋ I I ϋ -ϋ ϋ n n ϋ n n I n ϋ i_l n n ·ϋ 1· ϋ I I I I 554157 A7 ______B7 . _；_ 五、發明說明（’1 ) \ 圖15顯示在另一個特別的實施例中運用三種控制狀態 的氦氣管理控制之一個流程圖； 圖16a-16c顯示在一個特別的實施例中運用四種控制 狀態或者是模式的氦氣管理控制之一個流程圖；以及 圖17a-17b顯示在一個連接到圖16a-16c中的控制器 之低溫幫浦中的氦氣管理控制之一個流程圖。 i件符號簡單說明 10 低溫幫浦 1 2 控制器（VCN) 1 4a 感測器 14b 感測器 14c 感測器 1 4d 感測器 1 4e 感測器 1 4f 感測器 1 4g 感測器 1 4h 感測器 1 4i 感測器 1 4j 感測器 14k 感測器 1 41 感測器 14m 感測器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公藿） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) n n n n n^OJ· n n —i ϋ n ϋ -ϋ I I n l n «ϋ n ϋ ϋ n n flu ϋ n n ϋ ϋ ϋ ί I i - 554157 A7 五、發明說明（X ) 14η 感測器 16 壓縮機 18 共同歧管 40 排出器驅動器 4 2 十字頭（crosshead)組件 44 兩階段低溫梳狀檔板 46 高壓供給管線 48 低壓排放管線 50 第一階段加熱站 52 第一階段 5 4 加熱站（散熱器） 5 6 第二階段 5 8 溫度感測器元件 60 溫度感測器元件 62 低溫陣列 6 4 杯狀幅射盾（cup-shaped radiation shield) 6 8 開口 70 前方低溫平板陣列 7 2 阻隔片 7 4 幅條狀（spoke-like)平板 100 轉換過程時間間隔（步驟） 1 0 2 步驟 10 4 步驟 10 6 步驟 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -« ^1 ϋ n n n n^eJ· ϋ n ·1 n I —Hi ϋ I n n — ϋ n ϋ n ϋ n ϋ ϋ n n ϋ n ·ϋ ϋ l ϋ · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 554157 A7 B7 五、發明說明 (Ί ) 1 1 0 未達設定壓例行查驗 1 1 2 可用之氨氣修正値 1 1 4 例行分配 1 1 6 箭頭 1 1 8 箭頭 1 2 0 空轉狀態 1 2 2 監控狀態 1 2 4 需求分配狀態 1 2 6 過負載狀態 1 2 8 階層分配狀態 1 3 0 步驟 1 3 2 步驟 1 3 4 步驟 1 3 6 步驟 1 3 8 步驟 1 4 0 未達設定壓例行查驗 1 4 2 例行分配步驟 1 4 4 步驟 1 4 6 步驟 1 4 8 步驟 1 5 0 步驟 1 5 4 步驟 1 5 6 步驟 1 5 8 步驟 _12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -· ϋ I n n ϋ i·— · an n 1 n n· —9 e 線 ----------------------- 554157 A7 __B7 五、發明說明（卜） 16 2 步驟 16 4 步驟 16 6 步驟 16 8 步驟 ~ 17 0 步驟 17 2 步驟 17 4 步驟 17 6 步驟 17 8 步驟 18 0 步驟 18 2 步驟 18 4 步驟 18 6 步驟 18 8 步驟 19 0 步驟 19 4 步驟 2 0 3 第一階段熱負載 2 0 5 第二階段熱負載 2 0 7 第一階段驅動排出器 2 0 9 第二階段（驅動）排出器 2 11 第一蓄熱器 2 13 第二蓄熱器 2 15a 伺服控制器 2 15b 伺服控制器 _13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線 —# 554157 A7 _B7 五、發明說明（」） 2 15c 伺服控制器 2 1 5d 伺服控制器 2 1 5e 伺服控制器 2 1 5 f 伺服控制器 2 1 5g 伺服控制器 2 1 5h 伺服控制器 2 1 5i 伺服控制器 2 1 5j 伺服控制器 2 15k 伺服控制器 2 151 伺服控制器 2 15m 伺服控制器 2 1 5n 伺服控制器 2 16 排出器驅動馬達 3 0 0 步驟 3 0 1 幫浦 3 0 2 幫浦（步驟） 3 0 3 幫浦（步驟） 3 0 4 幫浦（步驟） 3 0 6 步驟 3 0 8 步驟 3 10 步驟 3 12 虛線 3 14 虛線 3 16 步驟 _14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公笼） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ϋ / -ϋ ί 1 ϋ^OJ· n *ϋ n n ϋ ·ϋ n I n ϋ ϋ n n ϋ ϋ n n n n ϋ ϋ n n n ϋ ϋ ϋ _ 554157 A7 B7 五、發明說明 (>) 3 1 8 步驟 3 2 0 步驟 3 2 2 虛線 3 1 6 步驟 3 1 8 步驟 3 2 0 步驟 3 2 4 未達設定壓動作 (步驟） 3 2 6 未達設定壓動作 (步驟） 3 2 8 未達設定壓動作 (步驟） 3 3 0 步驟 3 3 2 步驟 3 3 4 步驟 3 3 8 步驟 3 4 0 步驟 4 0 0 步驟 4 0 6 步驟 4 0 8 步驟 4 1 0 步驟 4 1 6 步驟 4 1 8 步驟 4 2 0 步驟 4 2 2 步驟 4 3 0 步驟 4 3 2 步驟 _15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -ϋ n n n n^eJ· n ϋ ϋ β— ϋ n β a— ϋ n n ϋ n n ϋ n ϋ I -I I ϋ ϋ n n n ϋ n ϋ 1 · 554157 A7 B7 五、發明說明 (〇 ) 4 3 4 步驟 4 3 6 步驟 4 4 2 步驟 4 4 4 步驟 4 4 6 步驟 4 4 8 步驟 4 5 0 步驟 4 5 2 步驟 4 5 4步 驟 5 0 0 步驟 5 0 2 步驟 5 0 4 步驟 5 0 6 步驟 5 0 8 步驟 5 1 0 步驟 5 1 2 步驟 5 1 4 步驟 5 1 6 步驟 5 1 8 步驟 5 2 0 步驟 5 2 2 步驟 5 2 4 步驟 5 2 6 步驟 5 3 0 步驟 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -· ϋ ϋ ϋ n I i n^OJ· ϋ n I t n n I I ϋ ϋ n n an n n ϋ ϋ n ϋ i_i n ϋ ϋ n ϋ ϋ ί n I - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱） 554157 A7 B7 五、發明說明 (' vV ) 5 3 2 步驟 5 3 4 步驟 5 3 6 步驟 5 3 8 步驟 5 4 0 步驟 5 4 2 步驟 6 1 0 步驟 6 1 2 步驟 6 1 4 步驟 6 1 6 步驟 6 1 8 步驟 6 2 0 步驟 6 2 2 步驟（冷卻查驗） 6 2 4 步驟 6 2 6 步驟 6 3 0 步驟 6 3 2 步驟 6 3 4 步驟 6 3 6 步驟 6 3 8 步驟 6 5 0 步驟 6 5 2 步驟 6 5 4 步驟 6 5 8 步驟 ___\Ί 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I n n I n n 一：OJ· ϋ ϋ ·ϋ ϋ H ϋ nm I ϋ I n n n fli βϋ n n I n I i«i n ϋ ϋ «-1 n ϋ ϋ ϋ βϋ 554157 A7 B7 五、發明說明（〇 6 6 0 步驟 6 6 2 步驟 6 6 4 步驟 6 6 6 步驟 6 6 8 步驟 6 7 0 步驟 6 7 2 步驟 6 7 4 步驟 6 7 6 步驟 6 7 8 步驟 6 8 0 步驟 6 8 2 步驟 6 8 4 步驟 6 8 6 步驟 6 8 8 步驟 較隹實施例詳細說曰q 本發明之若干個較佳實施例的說明如下。 討論該氦氣管理系統之前，對低溫幫浦（幫浦）操作 之s寸are可以證明是有助益的。若干種真空幫浦，例如是： 低溫幫浦以及水幫浦（water pump )被用來將一個真空製 程反應室驅動達到接近零壓力的狀況。在接近零壓力狀況 達到1 0 ^到1 0 拖耳（torr)或是更低之數量級，其係 藉由從該真空製程反應室中實質地移除所有的分子來完成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -· ϋ ·1 n I ϋ n n 如-OJ, n n ϋ n flu ϋ ϋ I ϋ I n n n n ϋ i n n ϋ ϋ n ϋ ϋ I ί ·ϋ n n n ϋ n _ 554157 A7 __B7___ 五、發明說明（ί() 。該等分子係透過在該低溫幫浦中的該低溫致冷器來從該 真空製程反應室中移除。該低溫致冷器的一部份被冷卻到 接近絕對零度，典型上係介於1 Ο K到2 Ο K之間，絕對 零度實質上造成在製程反應室中的所有分子於低溫陣列上 凝結，其中該低溫陣列係由該低溫致冷器所冷卻。該低溫 陣列典型上是一組致冷片（louver)以及阻隔片（baffle) ，該組致冷片與阻隔片在一個小而緊緻的體積內提供一個 表面區域。因此，被凝結的氣體被降低到一個具有低蒸氣 壓之固態，使得一個接近真空之狀態被建立。令外，該低 溫陣列可以包括有：一種吸收劑材料，其用來吸收沒有被 冷凝的分子，該等分子例如是··氫氣、氦氣以及氖氣。該 低溫致冷器由一個冷媒工作流體（refrigerant working fluid )來供給能量以能夠達成將該溫度趨近到絕對零度，該工 作流體例如是氨氣。 低溫幫浦依據其目前的操作與溫度而消耗變動的氨氣 量。一系列幫浦被連接到一具有一個以上的壓縮機之共同 的壓縮機組’用以減少可用的氨氣供應量。該等幫浦之氨 氣消耗量由一個控制器來監控並且調節。藉由監控每一個 幫浦之數種操作參數，一個適量的氦氣供給量被供應到每 一個幫浦。過量的氨氣被重新引導用以有助於該等幫浦能 夠加以利用。稀疏的氦氣被定量用以維持操作並且減少不 利的影響。 在一個典型的低溫幫浦的該致冷器中，該工作流體被 壓縮；壓縮熱由若干個空冷式熱交換器所移除；該流體在 _______19____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 參 訂·丨 •線丨-- 554157 A7 ___._B7_： _ 五、發明說明（·）） 一個回熱式熱父換陣列（regenerative heat exchange matrix )中被進一步冷卻；並且接著該空氣被膨脹用以產生低於 周邊溫度的冷卻。一個低溫幫浦必須在低於2 Ο K溫度之 下能有效率的操作，用以從該真空製程反應室中移除氣體 分子。達到這樣低溫需要使用高效率熱交換器以及一種能 在接近絕對零度下維持氣態之工作流體，例如是：氦氣。 在一個幫浦的該低溫致冷器中的壓縮空氣冷媒之流動 是循環的。在一低溫致冷器的最基本形式中，壓縮空氣源 ，亦即一部壓縮機，係透過一個入口閥而被連接到一個汽 缸的第一端。在一個排氣管線中的一個排氣閥從該第一端 導入到該壓縮機的低壓入口。用一個包括有一個定位於該 汽缸的第二低溫端部之蓄熱器（regenerator)的排出器（ displacer)以及用關閉之該排氣閥與開啓之該入口閥，該 汽缸充滿壓縮空氣。在該入口閥仍然開啓情況下，該排出 器移動到該第一端用以迫使該壓縮空氣通過該蓄熱器到該 第二端，當該空氣通過該蓄熱器時，該空氣同時被冷卻。 當該入口閥被關閉並且該排氣閥被打開時，該氣體膨脹進 入該低壓釋放管線並且進一步冷卻。在該第二端部處的橫 越該汽缸壁的最後的溫度梯度引起熱量從該負載流到在該 汽缸內的氣體。在該排氣閥打開以及該入口閥關閉的情況 下，該排出器接著被移動到該第二端，其將氣體向後排出 通過該蓄熱器，該蓄熱器將熱傳到低溫氣體，因而冷卻該 蓄熱器，接著該循環被完成。在一個典型的幫浦中，該汽 缸被稱爲一個低溫梳狀檔板，並且其具有一第一階段與一 _ ____20 ___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0

一-OJ· I l_i n ·1 n l ϋ fl n «^1 n n n 1 n n n ϋ βϋ i n n I I ·ϋ I n ϋ n I 554157 A7 ____ B7_____ 五、發明'說明（〆） 第二階段。 爲產生低溫運轉狀況下所需的低溫，進入的氣體必須 在膨脹之前被冷卻。該蓄熱器從該進入的氣體中取熱、將 該熱量儲存並且接著將該熱量釋放到該廢流。一個蓄熱器 係爲一種反轉流（reversing-flow)熱交換器，透過該反轉 流熱交換器該氦氣在兩個方向上交替通過。該蓄熱器包含 有：一個大表面積的材料、高比熱以及低熱導性。因而， 該蓄熱器將從該氦氣中接收熱量，假如該氦氣溫度較高的 情況時。假若該氦氣溫度較低的情況下，該蓄熱器將適放 熱量到該氦氣。 圖1顯示該低溫致冷器1 0內部的方塊圖。在圖1 a 的裝置中，氦氣通過一個高壓閥4 6進入到該致冷器的該 低溫梳狀檔板，並且離開通過一個低壓閥4 8。一個排出 器驅動馬達216在該低溫致冷器之該第一階段與第二階 段中，個別地驅動排出器2 0 7以及2 0 9。該第一階段 排出器2 0 7包括有：一個第一蓄熱器2 1 1，而該第二 階段排出器2 0 9包括有：一個第二蓄熱器2 1 3。熱量 從第一階段熱負載2 0 3與第二階段熱負載2 0 5中被抽 取，而第一階段熱負載2 0 3例如是一個低溫幫浦輻射擋 板（cryopump radiation shield)與前方陣歹[](frontal array )，而該第二階段熱負載205例如是一個10K到20 Κ之低溫平板（cryopanel)。 圖1b顯示一個低溫幫浦局部去除的視圖，該低溫幫 浦包括有：一個低溫致冷器。在該圖1b中，該幫浦外罩 ---------lx____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-· H 1 βϋ ϋ 1 a— n^eJff n ϋ ϋ ϋ n a— a— I ϋ I 1 n a— n I n I I I n t n n ϋ ϋ .^1 ϋ n I A7 554157 五、發明說明（]) 被移除用以曝露出一個排出器驅動器4 0以及一個十字頭 (crosshead)組件4 2。該十字頭將該馬達4 0的旋轉運 動轉換成往復運動，用以驅動在該兩階段低溫梳狀檔板4 4內之一個排出器。隨著每一個循環，在壓力作用之下透 過管線4 8而被引導入該低溫梳狀檔板4 4內之氦氣被膨 脹，並且因而，被冷卻用以維持該低溫梳狀檔板4 4處聆 低溫下。接著，由在該排出器珠之一個交換器陣列所加熟 的氦氣透過管線4 8而被排出。 一個第一階段加熱站5 0被裝設在該致冷器的該第〜 階段5 2之低溫端部處。同樣地，散熱器站5 4被裝設到 該第二階段5 6之低溫端部處。合適的溫度感測器元件5 8以及6 0均被裝設到該等加熱站5 0以及5 4之後方礅 〇 該主要的汲取表面（pumping surface)係爲一種低遞 陣列6 2，該低溫陣列6 2被裝設到散熱器（heat sink) 5 4。這種陣列包含有：一複數個圓盤，該等圓盤如同於 美國專利號4，5 5 5，9 0 7中所揭示的一樣，其整_ 被倂入以爲參考。低溫溫度吸收劑係被裝設到該陣列6 2 之保護表面（protected surface)用以吸收無法凝結的氣鳍 〇 一個杯狀幅射盾（cup-shaped radiation shield) 6 4被 裝設到該第一階段加熱站5 0。該低溫梳狀檔板4 4之第 二階段延伸通過在該幅射盾6 4中的一個開口。該幅射厣 6 4環繞該主要的低溫平板陣列到其後方以及其側邊，用 _____22 —_____ ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ {黹來喊讀f面之注意事項再填寫本頁) 0 ^0J§ n ϋ n «I I n ί V mm— ml n n ϋ n n i_i n n n ϋ I n I 1 ϋ ϋ n I - 554157 A7 ___B7___ 五、發明說明（/ ) 以減少該主要的低溫平板陣列被幅射所加熱°該幅射盾6 4之溫度範圍可以從低到如在該散熱器5 4處之4 〇κ 一 直到溫度高到如接近被抽真空的該反應室的該開π 6 8處 位置i1 3 Ο Κ。 一個前方低溫平板陣列7 0當成一個用於該主要的低 溫平板陣列之幅射盾以及一個用於較高沸點（例如是水蒸 氣）之氣體低溫汲取表面。該平板包含有：一個同心致冷 片以及阻隔片7 2之環型陣列，其係由幅條狀（spoke-like )平板7 4所連接。此一低溫平板陣列7 0之構型並不需 要被限定爲圓形、同心元件；然而其應該如此地被配置以 作爲一種幅射加熱盾，以及一個較高的溫度低溫汲取平板 ，當提供一條給較低沸點溫度之氣體到該主要低溫平板的 路徑。 圖2中顯示有一壓縮機組，其被使用來將氦氣冷媒供 給到一系列的幫浦。參照圖2，該共同的壓縮機組1 6包 括有：壓縮機1 6 a到1 6 η，該等壓縮機將氦氣冷媒供給 到一個歧管1 8。該歧管1 8被連接到一系列的幫浦1 0 a 到1 0 η，該等幫浦連接到該等伺服控制器2 1 5 a到2 1 5 η。該等伺服控制器中的每一個控制一個排出器驅動馬達 2 1 6，該驅動馬達2 1驅動一個排出器，該排出器在當 該氦氣膨脹時於該低溫梳狀檔板中往復運動。該排出器驅 動馬達藉由氮氣的供應量而被用來調節該幫浦的冷卻速率 。該真空網路主控制器12 (控制器），或是VNC被連接 到該等伺服控制器中的每一個，.其控制該排出器驅動馬達 ------23^___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一：0, · ϋ I n ·ϋ i^i I i_i I ϋ n n n 1_1 ϋ n n n n ϋ n n an ϋ n n I βϋ I I I · 554157 A7 ___B7_______ 五、發明說明（ >丨） 216以及被用來增加或是減少該氨氣冷媒供應到該幫浦 1 0的量。該等幫鋪1 〇中每~個具有一個以上的感測器 1 4 a到1 4n，該等感測器提供回餽訊號到該控制器1 2 。因此，該控制器1 2調節所有的該等幫鋪1 0，其中該 等幫鋪10藉由接收來自該等感測器14之訊號而被連接 到其，並且其依據來自該等感測器1 4所送來的訊號、與 依據來自從該歧管之可用的氦氣總量來計算每個幫浦10 的氦氣量，其將於下文中更詳細地敘述。 應該被注意到的是，該氦氣管理控制系統結合於一個 低溫幫浦中之用於說明實例的一個低溫致冷器被描述。該 氦氣管理控制系統可以被用來結合驅動數個低溫致冷器之 氦氣供應量。如描述於此的一個低溫幫浦可以是，例如是 :一個水幫浦或者是其它的氦氣驅動式低溫裝置，該水幫 浦由一個單一階段低溫致冷器所冷卻，例如是揭示於美國 專利號5, 887, 438中，該美國專利之發明名稱爲 “低側邊之線性低溫水幫浦”，其全部倂入於此以爲參考 並且讓渡給本案申請人。 依據該幫浦之冷卻運轉來改變發生的氨氣消耗速率。 一個冷卻操作將該幫浦的溫度從一個周邊狀態下降到該低 溫的溫度，並且需要最多的氦氣。一旦低溫的溫度已經被 達成，一個正常的操作模式維持該溫度以及通常是需要氣 氣穩定的流動。一個蓄熱操作（regeneration operation)將 該幫浦加熱用來釋放被累積的、被冷凝的氣體，並且需要 少量或者是不需要氦氣。其它的因素可能影響該氦氣的消 __________ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -·1111111 « — — — — — — I— I I n n I I I I I n I I I ϋ — — —— — — — — — 554157 A7 ___ B7 ___ 五、發明說明（v>) 耗速率。在冷卻期間，該幫浦漸漸地消耗更多的氦氣，當 其變得更冷時，其接近正常的操作溫度。在正常的操作溫 度下，在一個被附繫的真空製程反應室中之真空製程所發 生的活動可能產生熱，其增加該蓄熱負載並且交互地增加 該氦氣消耗速率。 所有的幫浦之氦氣輸送總量可以被用來判定一個冷卻 需求的總量，其中該等幫浦係被連接到該共同的冷媒供應 量。同樣地，該壓縮機或是促成該共同冷媒供應量之該等 壓縮機的冷卻能力可以被用來判定該系統的冷卻能力。如 於上所指出的，每一個幫浦之實際的消耗速率係依據數種 因素而變動。在某一個特別的時間點上，該系統的冷卻能 力可能超過該冷卻負載的總量，其指出系統中過量的氦氣 。同樣地，假如許多的幫浦正經歷過一段高氦氣消耗時’ 該冷卻負載的總量可能超過該冷卻能力，其指出稀少的氦 氣。 藉由監控所有幫浦目前的操作以及總體的冷卻能力， 過量的氦氣可以被確定’並且被轉向到可以利用其之若干 個幫浦。同樣地，稀疏的氮氣可以被適當地分配用以維持 正常的操作，或者是緩合在極端情況之下有害的影響。例 如是，一個冷卻操作可以消耗最大量的氦氣，並且因此’ 用於冷卻所需時間藉由將過量的氦氣轉向到處於冷卻狀態 下的幫浦而可以被降低。處於一種蓄熱操作狀態之下的一 個幫浦需要一點或者是不需要氦氣，並且因此可能導致過 量氦氣的顯現。同樣地’處於正常操作下的幫浦可能開始 ______25___ 中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - I I I I I I I ^ ·11111111 ----------------------- A7 554157 五、發明說明) 提高溫度。爲了維持低溫汲取溫度’氨氣可以從處於冷卻 狀態下之一個幫浦處被轉向’以增加冷卻時間’但是保持 了在已經開始加熱之該幫浦中的溫度’用以容許其持續正 常的運轉。 圖3顯示氨氣分配流率對時間之一個實例。4個幫浦 3 〇 1 - 3 0 4之每一個對一水平時間軸顯示。在一個初 始時間，所有的幫浦等量的消耗。在時間由虛線3 1 0來 顯示，幫浦3 0 3進入一種蓄熱狀態，並且接著變熱。因 此，額外的氦氣可以提供到幫浦3 0 1、3 0 2以及3 0 4。另一種方式爲，該等幫浦3 0 1、3 0 2以及3 0 4 之該驅動馬達速度可能被減少用以降低從該共同的壓縮機 組中汲取的整體氨氣，假使遞增的氮氣將是不具有效率。 由該虛線3 1 2所顯現的時間，該幫浦3 0 3已經完成了 蓄熱增溫（regeneration warmup )，並且進入到一種冷卻 狀態。因此，過量的氨氣從該等幫浦3 0 1、3 0 2以及 3 〇 4中被導引，用以加速幫浦3 0 3的冷卻。由該虛線 3 1 4所顯示的時間，低溫幫浦3 0 3已經完成冷卻，並 且所有的幫浦返回到由該虛線316所示的時間下之一個 相等的消耗速率。 在一個特定溫度與壓力下，由該等低溫幫浦所消耗的 氨氣典型上係依照質流速率單位來表示，該單位例如是單 位分鐘之標準立方呎（SCFM)。其它的單位也可以被用來 表示該質量流率，例如是：公克/每秒。所消耗的氦氣從 該最大與最小的氦氣質量來被判定，該氦氣質量在該低溫 _______2g___ 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # « — — — — — — I— I I n n I n n n I n I I I n — — — — — — — — — A7 554157 ____B7 ___ 五、發明說明（>〇 梳狀檔板中出現，當該排出器以一種循環的方式作往復的 運動。在計算對在一個低溫幫浦中之一個低溫致冷器的氦 氣消耗速率之狀態下’圖4說明該排出器的在該低溫梳狀 檔板4 4內之最大與最小的氦氣質量之位置。一個具有一 個第一階段以及一個第二階段2 0 7以及2 0 9之排出器 於該低溫梳狀檔板4 4之內部個別地作往復運動。當該排 出器由該驅動馬達2 1 5作用下往復運動時，其引起氦氣 的膨脹而冷卻該低溫梳狀檔板4 4。每一個排出器循環也 打開該高壓管線4 6 (供給狀態）以及低壓管線4 8 (排 氣狀態），用以汲取處於非膨脹氦氣以及排出膨脹的氦氣 。所消耗的氦氣總量由下列公式所給定： 流率=(最大質量-最小質量）X驅動馬達之速 度 因此，當該驅動馬達的速度增加時，氨氣的消耗增加1 ’因1 爲增加的排出器循環藉以從該負載中汲取額外的熱° 例如是，假如一個共同的壓縮機組可以輸送8 4 SCFM 的氦氣，該壓縮機組可能供應6個具有1 4 SCFM之氯氣 的致冷器：8 4 / 6 = 1 4。如上所述，由一個幫浦所消 耗之氦氣可以改變。假如該等致冷器其中4個僅消耗1 2 • 5 SCFM的氦氣，接著有12 · 5x4、或者是50 SCFM之來自這些4個致冷器的冷媒負載。因此該壓縮機 可以供給8 4 SCFM，所以有8 4減去5 0或是等於3 4 SCFM用來供應剩餘的兩個致冷器。假如該剩餘的兩個1致 冷器係處於一種冷卻狀態時，其每一個可以被供給34丨 _ 27___^--- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-· I n ϋ n i-i ϋ n 一δ_ · ϋ ϋ ϋ I H 1_1 I I ϋ I I I n «ϋ n ·ϋ ϋ 1 ϋ I ^1 ϋ if n n 1· ϋ ϋ ϋ n I 554157 A7 B7 · 五、發明說明（Λ ) 2，或者是1 7 SCFM之氨氣由於在該系統中過量。在另 一個較佳的實施例中，處於冷卻狀態的致冷器不需要被平 均分配分配該過量的氦氣。 圖5顯示該氦氣管理控制系統的一個實施例之資料流 的方塊圖。參考圖5，在該普通的壓縮機組中之該等壓縮 機中的每一個將最大可用氦氣之指示從每一個壓縮機送出 到該控制器1 2，其容許對氦氣供應總量之計算。該等幫 浦1 0的每一個送出下列之參數到該控制器：一個最低的 氦氣量、一個目前所計算的氦氣消耗速率、一種操作模式 、以及一個指示氦氣缺乏（helium starvation)之氦氣消耗 狀態。該控制器1 2將一個分配的氮氣參數、或是數値送 出到該等指出幫浦可以消耗之最大氨氣速率之幫浦。該最 大氨氣消耗訊號經由該伺服控制器215而被用來調節該 排出器驅動馬達，而該伺服控制器2 1 5被連接到該特別 的低溫致冷器。如上所述的，該排出器驅動馬達的速度調 節該幫浦之氦氣消耗。 圖6顯示一個在氦氣管理控制系統中之控制流程的頂 部水平式（top level)流程圖。在一個定期的時間間隔下 ’該系統轉換（poll)以判定是否該氦氣供應到任何的低 溫幫浦需要被調整。另一種方式，該系統可能被打斷，或 者是事件所驅動。當如在步驟1 〇 〇所示的該轉換過程的 時間間隔（polling interval)終止時，一個查驗動作被執行 以判定是否所有的低溫幫浦如於步驟1 〇 2所描述的正被 正常地運轉。假若所有的幫浦正被正常地操作時，如於步 _ 28 _______ - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公》) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · ϋ H -ϋ n n I n^eJ« I I ϋ 1« n n n I n I ϋ n n n ϋ n ϋ n ·1 I n ϋ ϋ ϋ ϋ I I I «I . 554157 A7 ___ B7__ 五、發明說明（、Λ ) 驟1 0 4所描述的，該系統等待下次的轉換過程的時間間 隔。假如任何的該幫浦或者是該系統並未正常地操作時， 亦即，假如一個以上的幫浦達到消耗容許値的極限時，或 者是假如該系統壓力差値（differential pressure，DP)已 經減低到一個臨界値以下，接著如於步驟1 〇 6所示的， 氦氣管理控制被操作，其將於下文中進一步說明。氦氣管 理控制的兩個實施例被描述於下文中。 圖7顯示介於該真空網路控制器（VNC 12)，或 是主要的控制器、該（等）壓縮機1 6、以及在該等幫浦 1 0 a到1 〇 d處的該等伺服控制器2 1 5 a到2 1 5 d之 間的資料流之方塊圖。該壓縮機送出該供給壓力，並且該 回復壓力（return pressure)到該VNC 1 2。該壓縮機也 送出一個該氦氣的初始値，其可以用一種每分鐘標準立方 尺（SCFM)來供應。在該VNC 1 2中一個未達設定壓例 行查驗1 1 0，在下圖1 0中被進一步描述，計算一個可 用之氦氣修正値1 1 2。該可用之氦氣修正値被周期性地 重新計算以估計：依據目前的消耗量可，可用於分配的氦 氣有多少？上述數値可以依據壓縮機排出量與速度來稍微 地改變所評估的供應量數値，因爲例如是磨耗、裂縫以及 該等幫浦10與壓縮機16的效率。該可用之氯氣修正値1 1 2 被用在一個例行分配 1 1 4 ( distribution routine )， 其將於下文中配合圖11進一步的說明。 如由箭頭1 1 6所示的，此計算過的、被分配的氦氣 數値被送到該等伺服控制器2 1 5 a到2 1 5 d，該等伺服 _________29____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -· n n ϋ n I >1 I. * I n ·ϋ ϋ n i_i ί I ϋ ϋ 1_1 ί ί ϋ n ϋ 1 t— ϋ emi ϋ ϋ ^1 ϋ ϋ ^1 ϋ ^1 _ 554157 A7 __B7_ 五、發明說明（；]) 、 控制器控制該等幫浦1 0 a到1 〇 d中的每一個。該等伺服 控制器判定一個最大的排出器馬達速度，在此一速度下該 排出器馬達可以運轉而不用超過被分配的氦氣數値。在該 等伺服控制器中之一個幫浦速度控制迴圈也可以控制該排 出器馬達速度，而該排出器馬達速度爲該低溫幫浦溫度的 一個函數，並且其亦可以在一個較低的速度運轉該馬達， 然而，其不會超過對應於該被分配的氨氣數値之速度。根 據該溫度，該幫浦速度控制迴圏亦容許假如該幫浦並非由 該VNC 1 2所驅動時，該幫浦以一種無與倫比的模式自 由地消耗氦氣一直到一個預設的（default)分配數値。接 著，該等伺服控制器2 1 5計算一個氦氣消耗數値，該數 値指出實際的氦氣消耗量，其於下文中進一步的描述。如 隨著該總體，可用的氦氣數値，依據如目前的操作條件、磨 耗以及裂開（tear)，該氦氣消耗數値可以不同於所評估 之用於該幫浦的排放數値。該氦氣消耗數値被送回到該 VNC 1 2以用於連續的氦氣分配計算，如以箭頭1 1 8 所顯示的。 圖8顯示該VNC 1 2的一個狀態圖。參照圖6、7 以及8 ’依據該系統的操作，一個暫態（state transition) 可以發生於每一個轉換過程的時間間隔1 〇 〇。在系統作 業開始以及映射（mapping)期間，一個空轉態1 2 0發生 ，並且在啓動該等幫浦1 0與壓縮機1 6之前，執行初始 度數（readings)以及預設値。一個初始尺寸查驗也被執行 用以確定該等壓縮機大小係被適當地設計以符合該等幫浦 ___30__ 中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）~" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -* ϋ n ·-1 n n n em§-^di· n n an n ϋ «ϋ I I ϋ n n n n ϋ n ϋ I ·ϋ n .^1 I n n n n ϋ ί I - 554157 A7 ___B7_ _______ 五、發明說明（) 1 0，而該等幫浦1 0被連接到該歧管。當至少一個幫浦 1 0以及一個壓縮機1 6被啓動時，該VNC 1 2轉換到 一個監控狀態 1 2 2 (monitor state )。 在該監控狀態1 2 2中，該等幫浦1 〇由該VNC 1 2在每一個轉換過程時間間隔1 0 0之下被轉換（Ρ〇ί1) ，用以判定是否任何的幫浦10在一個有限的狀態下被操 作，其於下文中被進一步描述。在有限的狀態下操作之一 個幫浦10於（或接近）其最大的容許消耗量下進行消耗 ，並且可以須要更多的氦氣以避免溫度持續昇高。一個轉 換到每一需求狀態之分配1 2 4 (distribution demand state )之發生，其係當DP已經掉到一個臨界値以下時。每一 需求狀態之分配1 2 4試圖重新分配（reallocate)在該系 統中的過量氨氣，用以在極限範圍下提供更多的氨氣到幫 浦1 0，其被更進一步說明於圖9。假如每一需求狀態之 分配.1 2 4不能夠重新分配足夠的氦氣以將該等幫浦1 〇 帶離開極限狀態致使DP仍然很低的情況時，該系統將轉 換到不是一個過負載（overload)狀態1 2 6就是一個階 層分配狀態 1 2 8 ( distribution per hierarchy state)。 在該過負載狀態1 2 6情況下，該VNC 1 2將維持 對每一個幫浦目前的分配，因爲其已經儘可能的將氦氣重 新分配過度消耗的幫浦。例如，假如6個幫浦之中有5個 正充分地運轉但是第6個由於一個有缺點的旁通閥之故而 過度消耗的情況下，重新分配較多的氦氣到該有缺陷的幫 浦將僅是剝奪其它5個運轉的幫浦。相反地，該階層分配 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -· -i-i ϋ ϋ n n i n^eJ· ϋ βϋ n I 1 ϋ I n n n ·ϋ n n n βϋ ϋ ϋ ·1 n ϋ n n ϋ ϋ ϋ - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公* ) 554157 B7 五、發明說明（丨） 狀態1 2 8追求的是一個更積極的方法，並且依據一位使 用者指定的階層（hierarchy)來選擇性地停止幫浦1 〇。 例如，假如一個幫浦係處於冷卻狀態下，其可以有助於終 止冷卻操作以避免與危及其它現在正酬載（preload)著晶 圓的幫浦，以及停工造成晶圓酬載的減少。因此，無論如 何，每一個分配階層容許該VNC實際地終止運轉，使用者 可以不要啓動此一特性。 圖9顯示一個在該需求狀態之分配1 2 4中所執行的 計算結果。參照圖9，該需求狀態之分配，如在步驟1 3 0中所示，被加入。如於步驟1 3 2中所示的，該等幫浦 10與壓縮機16的每一個被轉換以判定該等目前的操作 參數。該供給壓力與回復壓力被接收，並且與連接到該相 同歧管之所有的壓縮機之壓力相同。該等幫浦操作參數包 括有：所計算的目前氦氣消耗値、消耗狀態（是沒問題或 是極限値）、該目前的冷卻模式（“ON”致冷器正在運轉 、溫度控制功能啓動或是以優先手動方式的溫度控制運轉 ，“ COOLDOWN” 致冷器正在運轉以達成一個設定溫度 點，或者是“OFF”致冷器沒有運轉並且沒有消耗氦氣） 、以及需要用來運轉該幫浦的最少的氦氣。例如在一個蓄 熱操作狀態，該冷卻模式指出：目前正由該幫浦運轉的冷 卻操作、在冷卻控制期間被設定到冷卻狀態、當該幫浦由 該VNC所控制時溫度的控制、以及當該幫浦不需要有任伸* 氨氣時顯示“無任何模式（none) ” 。 如在步驟1 3 4所描述的，執行一個察驗以判定從最 ___ 32 —_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) #

一：OJ« n n ϋ ϋ n ϋ ϋ I I n ί n H ϋ n ί n ϋ ϋ I ϋ ϋ ϋ ^1 n I I ^1 -ϋ ϋ I 554157 A7 ___B7___ 五、發明說明（。） 後的再分配到目前爲止是否已經超過一個穩定時間。該穩 定定時器（stabilization timer)指出：判定是否一個先前 重分配有效所給定多少時間，一般而言是一分鐘。如果該 穩定定時器時間還未超過’控制回復到步驟1 3 0以等待 下一個轉換過程的時間間隔。假如該穩定定時器時間已經 超過，或者是該穩定定時器沒有被設定時’接著如在步驟 1 3 6中所描述的，執行一個查驗以判定是否應該進入到 不是該過負載就是該每一個階層分配狀態（DPH) °假如 一個低於設定壓力（underpressure)之狀況存在而該仍然 過度消耗並且在冷卻狀態下之所有的幫浦正處於其最少的 氦氣分配數値狀態下操作時’將進入到過負載或者是DPH 的狀態。假如在步驟1 3 2所獲得的DP係低於一個特定 的設定點臨界値（一般而言爲1 9 Olbs/in2)時，一個低 於設定壓力之狀況存在。如上所述，一個典型的操作DP 係大約爲2 0 0 lbs/in2，對應到個別爲4 0 0與2 0 0 lbs/in2的供給壓力與回復壓力。 當計算過的所有幫浦之氦氣消耗總量較目前的、或者 是最近被計算過的可用之氦氣修正値112(圖7所示） 爲大時，該系統正過度消耗中。在一個特別的實施例中， 當計算過的氦氣總消耗量超過該可用之氦氣修正値112 超過5 %時，該等幫浦正過度地消耗中。 如於步驟1 3 2中所指出的，第三種狀態係記述一種 冷卻模式已經處於其最低的氨氣分配量之所有的幫浦。該 系統將傾向驅動調降處於冷卻狀態中的幫浦之被分配的氦 _ 33____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · I ϋ H ϋ ϋ ϋ «I I n n n I n ϋ ϋ I i ϋ i_l I* ϋ ϋ I I I I n I I I . A7 554157 五、發明說明（、） 氣參數用以容許供應到幫浦的更多氦氣處於溫度控制的狀 態下，一直到該最小的氦氣分配量被達成。當所有的幫浦 已經達到該最小的氦氣分配量時’沒有過量的氦氣被分配 到其它的幫浦。 假如處於冷卻狀態之下的該等幫浦均處於最小的氦氣 情況下，低於預設壓力與過度消耗之查驗爲正値；接著’ 如於步驟1 3 8所顯示的’假如每一個階層分配狀態（ DPH)被建立與啓動時’執行一項查驗。假如DPH被建立 與啓動時，則進入該DPH狀態1 2 8 ’否則進入到過負載 狀態1 2 6。 假如該系統尙不需要轉換到過負載狀態1 2 6或DPH 狀態1 2 8時，則進入到該未達設定壓例行查驗1 4 0以 計算可用之氦氣修正新値，其於下配合圖1 0更進一步描 述。之後，如於步驟1 4 2所揭示的，進入到該例行的分 配（於下文中進一步描述）。該例行的分配對該等幫浦1 0的每一個重新計算一個新的被分配氦氣値。如在步驟1 4 4所顯示的，執行一個查驗以判定是否該系統已經重新 分配足夠的氨氣以容許該狀態轉換到監控狀態1 2 2 °假 如該穩定定時器已經超過並且無任何的正指示一個極限狀 態，則該VNC轉換到該監控狀態1 2 2，因爲無任何的幫 浦失去足夠的氨氣。接下來，如在步驟1 4 6中所描述的 ，執行以一個查驗以判定是否所有的壓縮機或所有的幫浦 已經被關掉。假如存在有不是沒有壓縮機就是沒有幫浦被 打開，該系統轉換到該空轉態1 2 0。最後，如於步驟1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -· «I n H ϋ ϋ n n^eJ· ϋ ϋ ϋ I n I an I 1· βϋ ϋ n n ϋ I ί n ϋ n ϋ ί ϋ I ϋ ϋ ι - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 554157 A7 _B7____ 五、發明說明（h) 4 8所描述的，所計算的最新氦氣分配量數値被送到該等 幫浦1 0。 圖1 0詳細地顯示該未達設定壓例行查驗1 4 0。參 照圖1 0，如於步驟1 5 0中所示的，進入到該未達設定 壓例行查驗1 4 0。如於步驟1 5 2中所示的，執行一個 查驗以判定是否該系統在未達設定壓力的狀況。該查驗可 以包括有：在上述步驟1 3 6期間，讀取一個設定的旗標 (flag)，或者是其可以重新計算DP並且與DP設定點比 較。假如該系統仍然在未達設定壓力的狀況下操作時，如 於步驟1 5 4中所示的，一個流動較正因子（flow correction factor)係以一個預定値（例如是：〇 · 0 1 ) 來減少。接著，如於步驟1 5 8中所示的，該流動較正因 子乘以目前的可用之氨氣修正値1 1 2 (如圖7所示）以 產生一個新的可用之氦氣修正値1 1 2，並且。如於步驟 1 6 2中所示的，以可控制的方式回復到該每一個需求分 配的流程圖。以此種方式，該所計算的可用之氨氣被降低 以容許該例行分配（於下文中進一步描述）來計算該氦氣 的分配量之一個較小的供應量。因此，持續的迭代計算有 將該所計算的可用之氦氣驅動下降的效果，一直到該系統 達到穩定或是直到被轉換到過負載狀態1 2 6或者是DPH 12 8° 假如到該未達設定壓力的狀況不存在時，則如在步驟 1 5 6中所顯示的，執行一個查驗以判定是否該所計算的 對所有的幫浦之氦氣消耗總量大於或是落在該可用之氦氣 ____ 35_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -- - -------- I I I I I--訂· — ----- -線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 554157 A7 _ B7___ 五、發明說明（ 修正値1 1 2的某一臨界値之範圍內。假如所計算的氦氣 消耗總量係落於某一臨界値的範圍內時，則如在步驟1 5 8中所顯示的，該氦氣流與流動較正因子係以〜個預定値 (例如是：0 · 0 1 )的方式遞增，藉以增加該所計算的 可用之氦氣。接著，如在步驟1 5 8中所顯示的，該可用 之氦氣修正値1 1 2被重新計算，並且如在步驟1 6 2中 所顯示的，以可控制的方式回復到例行的DPH。 圖1 1詳細地顯示該例行分配步驟1 4 2 (如圖9所 示）。參照圖1 1，如在步驟1 6 4中所顯示的，進入到 例行的分配。如在步驟1 6 6中所顯示的’以〜種溫度控 制模式下被分配到幫浦之新的氨氣數値被計算。每一幫浦 所指示的計算過之氦氣消耗數値乘以上述步驟1 5 6的 Delta氮氣因子以企圖以溫度控制的方式將更多的氦氣到該 等幫浦。在一個特別的實施例中，該Delta氦氣因子爲1 • 0 8。接著，如在步驟1 6 8中所顯示的’分配到處於 冷卻狀態下之該等幫浦中的可用氦氣被計算。在步驟1 6 6中，分配到所有的幫浦的被計算之該氦氣消耗數値在以 溫度控制的狀態下被加總，並且減去目前可用之氦氣修正 値以產生可用於冷卻的氦氣。因此，所有的以溫度控制之 幫浦將首先被考量到，接著剩餘的量才被分配到處於冷卻 狀態下之幫浦。如在步驟1 7 〇中所顯示的’用於冷卻之 可用氦氣由處於冷卻狀態下之幫浦數目所分配’並且加重 壓來容納相對尺寸大小的該等幫浦’假如目前有不同的尺 寸被附繫到該歧管的情況下。另外’假如該計算過的氦氣 ___36 —---- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱） --------------------訂---------^ —^wi (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 554157 B7 五、發明說明（W) 分配量係小於供應到特定幫浦的最小氮氣分配量時，則該 最小氮氣分配量將被利用。因此，該系統將企圖以溫度控 制的方式來重新分配額外的氦氣到該等幫浦，以減輕在一 個或多個幫浦的極限狀態，該（等）幫浦指出此一狀態。 接著，如在步驟1 7 2中所顯示的’控制回復到該例行的 分配。 圖1 2顯示出一個該幫浦控制流程的最高階層圖。如 上所指出的，該等幫浦以一種或是多種模式運轉：溫度控 制、冷卻與無任何模式（NONE) ’以及兩種狀態：可以 (0K)與極限（LIMIT)。該幫浦也計算該氦氣消耗數値 以傳輸到該VNC。當該VNC有請求時，該幫浦伺服控制 器週期性地送出該資訊，並且接收從該VNC送來的該被分 配的氮氣數値。接著因此，該幫浦速度控制迴圈流程設定 該最大的排出器速度（RPMs)。依據該第一階段由該幫浦 流程所計算的落於該RPM範圍內之溫度，指出該幫浦速度 控制迴圈執行並同時調節排出器馬達速度。在一個特別的 實施例中，該幫浦速度控制迴圈係爲一個封閉迴圈，一種 比例-積分-微分（PID)迴圈。 參考圖1 2，如在步驟1 7 4中所顯示的，進入到在 該幫浦伺服控制器中的該幫浦控制流程迴圈。初始在該 VCN1 2 (主要的）進入，然而，也可以從非同步的方法 ，例如是：一個中斷驅動機構。如在步驟1 7 6中所顯示 的’執行一個查驗以判定是否目前壓縮機供應量數値以及 回復壓力（用來計算DP)爲有效。無效的壓縮機數値的原 ------— 37_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297 ---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · ϋ —.1 ϋ n I a— n^eJ癱 I MM I · I 看 I MB MV I I MW I ( MB I I I Ml I I < 554157 A7 _____ B7 ____ 五、發明說明（6) 因包括有：在該等幫浦、壓縮機與VNC之間通訊的失敗， 換能器失效或者是該壓縮機被關掉。假如該壓縮機數値指 出一個可能的問題時，則進入到該壓縮機例行查驗，如在 步驟1 7 8中所揭示的並且更進一步地於下文中描述。假 如該壓縮機數値出現無效狀況時，則如在步驟1 8 0中所 描述的，執行一個查驗以判定是否該幫浦先前被該壓縮機 例行查驗所關閉。假如該幫浦先前由該壓縮機例行查驗所 關閉時，則如在步驟1 8 2中所描述的，執行一個電力失 效回復以重新開始，並且退出該幫浦控制迴圏（如在步驟 1 9 4中所描述的）。假如該幫浦先前並未被關閉時，則 如在步驟1 8 4中所描述的，目前的用於該幫浦之該等操 作參數被計算。 該等操作參數被計算如下：該氦氣消耗參數依據該第 一階段溫度、該第二階段溫度、目前該排出器速度（RPM )、供給壓力與依據該幫浦之排出量的幫浦常數（ Cpumpconst)被計算以判定目前該氦氣的消耗速率： 氦氣消耗=F(T1，T2，RPM，P supply，P return，Cpumpconst) 對應到該氦氣消耗數値之一個新的分配量R P M數値 係使用目前從該VNC送來的所分配的氦氣數値來計算： 分配量R PM=(所分配的氦氣* R PM) /氦氣消 耗量 如上文中所描述的，指出該氦氣消耗數値也被送回到 該VNC以計算該被分配的氮氣新的數値。該幫浦可以（ _____38______ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ I MB MV MV AM I I MM ·1 n 1· n n n n ϋ n n ϋ n ϋ .1 ϋ n I ϋ ϋ .1 ϋ ϋ - 554157 五、發明說明（M;) OK)與極限，以及冷卻、溫度控制與無（NONE)任何模 式之該幫浦操作模式也被計算並且被送到該VNC。 在計算該等幫浦操作參數之後，如在步驟1 8 6中所 描述的，執行一個查驗以判定是否該幫浦係處於一種冷卻 模式。如在步驟1 8 8中所描述的並且於下文中更進一步 描述，假如該幫浦係處於一種冷卻模式時，進入到該例行 的冷卻。如在步驟1 9 0中所描述的，假如該幫浦並未處 於一種冷卻模式時，則其不是處於開啓（ON)狀態（在溫 度控制情況下）就是關閉（off)狀態，並且該最大的 RPM被設定到較小的分配量RPM、此幫浦最大的RPM或 者是一個固定的全域（global) Maxrpm値（一般而言爲1 0 0 rpm，但是並不低於MinRPM値），並且如在步驟1 9 4中所描述的，離開該幫浦控制迴圏。 圖1 3顯示該幫浦例行的冷卻。參照圖1 2與圖1 3 ，如在步驟1 8 8中所描述的，假如該幫浦係處於一種冷 卻模式，控制傳遞到該例行的冷卻。如在步驟4 0 0中所 顯示的，進入該例行的冷卻，並且執行一個查驗以判定是 否該第二階段係小於17° K。假如該溫度小於17° K 時，則執行一個查驗以判定是否該第一階段溫度係落於一 個T 1設定點〇 · 5 ° K範圍內，一般而言爲1 〇 0° K 。該T 1 (第一階段）被設定到正常的預期操作溫度。如 在步驟4 0 6中所揭示的，假如該T 1溫度足夠低，則完 全冷卻，並且如在步驟4 2 2中所顯示的，離開該例行的 冷卻。 ____^ —__- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公沒） --------------------訂------1— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 554157 A7 B7 五、發明說明（、/) 假如該該第二階段溫度並不小於17° K時，則執行 一個查驗以判定是否該第二階段溫度係小於40° K。假 如該該第二階段溫度小於17° K時，或者是假如該第一 階段並不小於在步驟404之設定點內的0·5° K範圍 內，則如在步驟4 0 8所顯示的，執行一個查驗以判定該 分配量RPM是否係大於7 2 rpm。假如該分配量RPM係 大於7 2 rpm，則如在步驟4 1 0所顯示的，其被設定到 7 2 rpm。因此，當該第二階段係小於4 0° K，或者當該 第二階段係小於1 7 ° K，該分配量RPM將被限制到7 2 ，然而該第一階段尙未掉到T 1設定點+ 〇 · 5° K。 如在步驟4 1 0所顯示的，執行一個查驗以判定是否 該所計算的分配量RPM係較MaxRPM還大。假如是的話 ，則如在步驟4 1 8所描述的，目前的RPM被設定到 MaxRPM，並且如在步驟4 2 2所顯示的，離開該例行的 冷卻。假如分配量RPM並不大於MaxRPM，則如在步驟 4 1 6所揭示的，執行一個查驗以判定是其小於MaxRPM 。假如其小於MinRPM，則如在步驟4 2 0所顯示的，被 設定到MinRPM，否則其如在步驟4 2 2所顯示的，被設 定到分配量RPM。接著如在步驟4 2 2所顯示的，離開該 例行冷卻。 現在回到圖1 2，步驟1 7 8顯示該壓縮機例行查驗 。圖1 4顯示詳細地顯示該壓縮機例行查驗。參考圖1 2 與圖1 4，如在步驟4 3 0所顯示的，進入到該壓縮機例 行查驗。該壓縮機例行查驗的主要目的係用來判定是否該 ___ 40____ 請 先 閲 讀 背 意 事 項 再 填 寫 本 頁

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I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公* ) 554157 A7 ___B7 —_ 五、發明說明（d ) 等壓縮機正在運轉’並且假如其不可操作時，關掉該等幫 浦。如在步驟4 3 2所顯不的，供給壓力、回復壓力以及 氦氣分配量之預設値被界定。一般而言，假如該幫浦係處 於冷卻狀態時，這些値的預設値爲：供給壓力=4 〇 〇psi 、回復壓力=2 0 Opsi並且氦氣分配量=最小氦氣分配量 ，假如其係處於溫度控制狀態時，該先前的數値就用於氨 氣分配。 如在步驟4 3 4所揭示的，在透過該幫浦控制流程迴 圈執行一個先前的迭代計算期間，執行〜個查驗以判定是 否進入到該壓縮機例行查驗。一個壓縮查驗觸發一個與該 幫浦例行控制非同步啓動之測試定時器。因此，當該幫浦 在測試間隔期間被監控時，透過該壓縮機例行查驗的多重 迭代計算一般而言將發生。假如該壓縮機例行查驗先前並 未執行時，如在步驟4 3 6所顯不的’執行一個查驗以判 定是否該幫浦馬達在啓動狀態。如果不是如此的話，則如 在步驟4 5 4所揭示的，離開該壓縮機例行查驗。假如該 幫浦馬達在啓動的狀況下，則如在步驟4 3 8所揭示的， 執行一個查驗以判定是否該幫浦係處於〜種儲熱模式。如 果是如此的話，則如在步驟4 5 4所揭示的，離開該壓縮 機例行查驗。 如果該幫浦並不是處於一種儲熱模式下，則如在步驟 4 4 0所顯示的，該目前的操作模式、冷卻或開啓（處於 溫度控制狀態）被記錄下來’並且一個測試定時氣被設定 。如在步驟4 3 4所描述的，透過該壓縮機例行查驗的下 ___—41 ------ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公31 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # ^eJ· β— ·1 ϋ ϋ ϋ n I I 1 n 1 1· H ϋ ϋ ϋ n n -n i— ί ί ί ·1 -I ϋ I ϋ ϋ · A7 554157 五、發明說明（47 ) 述迭代計算將指出該壓縮機例行查驗正在運算’並且如在 步驟4 4 2所顯示的，執行一項查驗以判定是否該測試定 時器已經超出時間。該測試定時器係容許一段預定的時間 透過其來監控該系統正常操作。假如該測試定時器尙未超 出時間，則如在步驟4 5 4所揭示的’等待下次的迭代計 算。假如該測試定時器已經超出時間，則如在步驟4 4 4 所揭示的，執行一個冷卻查驗模式。假如該幫浦並未處於 冷卻模式之下，則如在步驟4 4 8所顯示的’執行一個查 驗以判定是否該第二階段溫度已經昇高超過一個預定的臨 界値。在一個特定的實施例中，該臨界溫度爲2 5 ° K。 假如該幫浦並未被加熱通過該預定的臨界値時’則如在步 驟4 5 0所描述的，該壓縮機被判定啓動並且該幫浦持續 運轉。假如該幫浦並未處於冷卻模式之下’則如在步驟4 4 6中所顯示的，執行一個查驗以透過該定時器的一段時 間判定是否冷卻速率係大於一個預定速率，例如是：每分 鐘1° K。假如冷卻速率並不大於每分鐘1° K，或者是 該第二階段溫度已經昇高超過25° K時，則如在步驟4 5 2所描述的，該壓縮機被判定停止，並且關掉該幫浦。 然後，控制動作傳遞到步驟4 5 4，並且離開該壓縮機例 行查驗一直到下一次的迭代計算。 參照圖8，每一個階層分配狀態1 2 8 ( DPH)也可 以被使用來處理超過正常操作條件之狀態。上述情況可以 由在該真空系統中的過熱負載或是一個幫浦或壓縮機的運 轉降低來引起。該每一個階層分配狀態的主要目的係用來 ______42_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) # · ϋ I ϋ n ·1 ϋ ϋ I n ί ί I ϋ H ϋ n ϋ n n n -I n ϋ n n ϋ ί I I n · 554157 A7 _____ B7_____ 五、發明說明（一） 將氦氣分配到系統上最重要的幫浦，然而節制將氨氣送到 較不重要的幫浦。在某些情況中，一個幫浦應該被完全地 關掉以容許氦氣用到其它的地方。 該系統使用者必須使該每一個階層分配狀態1 2 8 ( DPH)功能正常，並且界定出每一個幫浦相對的重要性。 例如，在一個特定的實施例中，一個濺鍍系統，其包括有 ••雙腔承載室（two load-lock chambers)、一個緩衝反應 室、一個轉移作用室、以及4個以上的連接到該轉移作用 室之製程作用室。一個製程作用室幫浦可以優先接受Level 3，該轉移作用室幫浦爲Level 2，而該緩衝反應室爲 Level 1。一個沒有晶圓的製程反應室可以優先指定爲 Level 4。如果該系統發生造成對氦氣消耗過量需求之故 障情況時，該工具控制器將判定是否任何的製程作用室並 不具有晶圓，藉以將其指定爲Level3或4。一個沒有晶圓 的製程作用室具有一個減少的被分配的氦氣，或者是該幫 浦可能被關掉以容許其它的作用室保持運轉。部份的該階 層系統是容許該系統具有一個軟體衝擊（soft crash)。也 就是說，在一個次級系統中，晶圓將具有時間來完成製程 並且從製程作用室中移出，通過該轉移作用室到該緩衝反 應室，接著當位於該等作用室之後的該等幫浦被關掉時， 回到該雙腔承載室。對此一製程的轉移時間可能需要1到 3分鐘。該每一個階層分配狀態1 2 8 ( DPH)首先將一 次關掉Levd4的幫浦，接著Level 3等等。假如錯誤條件 停止，該等幫浦可以被再度打開。 _____43_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) * · ϋ ϋ n I a— n n^-eJ0 i I ϋ n ϋ 1 ϋ I ·1 1« I ·ϋ n a— I ϋ n 1 n I -ϋ n «I 1 ϋ n ϋ ϋ , 554157 A7 ___B7 _ 五、發明說明（d) 在進入到該DPH狀態之前的消耗係爲不再有任何在系 統上過量的可用之氦氣流，並且因此，該系統超過每一需 求分配狀態1 2 4。一些幫浦可以是合於其氨氣分配量的 方式來操作，然而至少一個幫浦需求更多的氨氣並且沒有 一個是可用的。持續的操作將導致一個以上之幫浦溫度的 昇高。由該DPH狀態1 2 8所加的預定階層的使用將容許 該VNC執行“分類（triage) ”以犧牲其它的幫浦讓該最 重要的幫浦保持冷卻。雖然一般而言3到5種優先階段係 可以用於一個特定實施例，該DPH狀態1 2 8將容許該使 用者界定該優先階段的位階，包括用於每一幫浦的一個階 段。 依據有沒有出現或缺少晶圓的此種問題，該工具主控 制器可以不斷地分配該優先權。該位使用者也可以要求在 一個特定的作用室中維持真空一直到滿足某些條件，例如 冷卻一個很熱的治具。使用者可以預先撰寫程式是否一個 幫浦應該被容許完全地關掉，或者是分配氨氣某一最小量 。幫浦已經給定一個相同的優先位階，接著該VNC將在該 位階處隨意選擇一個幫浦以關閉或者是重新分配氦氣。其 它在相同或較高位階的幫浦可以被要求一直到穩定性達到 爲止。 在幫浦冷卻期間，該VNC也可以進入到一個DPH狀 態。在某些工具中，首先確認一個以上的幫浦開始操作溫 度是令人滿意的。在相對於其它的幫浦的冷卻期間，藉著 運用邏輯以將較高的分配量給予這些幫浦，優先權可以給 _________44 ____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 554157 A7 ___ B7 ___ 五、發明說明（Ο ) 定給這些幫浦。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 該VNC將從該工具主電腦中接收階層任務並且儲存它 們。如果當DPH被啓動的問題發生時，該VNC將運用目 前被指定的優先權來控制這些幫浦。由該工具主機運算之 優先權位階的迭代應該由該VNC所接受，然而DPH係正 操作迅速處理狀態的改變。 在圖1 5中所描述的，在另一個特定的實施例中，該 氨氣管理控制系統運用三種控制模式。此一系統使用一個 壓力差値（DP)以判定控制模式。參照圖1 b與1 5，該 壓力差値係爲該高壓洪給4 6管線與低壓排放4 8管線之 間的差異値。在一個典型的冷凍幫浦中，該高壓供給4 6 管線係大約爲4 0 Opsi，並且低壓排放4 8管線係大約爲 2 0 Opsi。該壓力差値係爲這兩條管線之間的差異値，並 且一般而言爲2 0 Opsi。在極端的狀況中，假如許多的低 溫幫浦正以高速率的方式消耗氦氣時，該壓力差値可以降 低到一個臨界値以下，藉以該冷凍容量開始急劇地降低。 本發明之一個目的爲避免該壓力差異落到該臨界値。 在圖1 5中描述的系統中，所判定的該等控制模式如 下：當該壓力差異係爲1 9 Opsi到2 0 5 psi時，出現一 個正常模式；當該壓力差異低於1 9 0 psi時，出現一個未 達設定壓模式；當該壓力差異高於2 0 5 psi時，出現一個 過壓力模式。應該注意到的是：上述範圍爲估計値，並且 可以交給一個實際的系統以提供相對於該等控制模式之該 壓力差異供選擇的範圍値。 ___45 ___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 554157 五、發明說明（W ) 持續參考圖1 5，一個流程圖顯示該氨氣管理控制系 統的操作，該氦氣管理控制系統使用三種控制模式：正常 模式、過壓力模式以及未達設定壓模式。當該壓力差異値 落到1 9 0 psi與2 0 5 psi之外，或者是正常模式時，該 等排出器驅動馬達將被控制以企圖將該系統帶回到一個正 常模式。該等冷凍幫浦的每一個具有一個溫度設定點。該 冷凍幫浦的溫度設定點係爲一種在正常的冷凍運轉（ cryopumping)溫度期間該排出器驅動馬達將企圖達成的溫 度。降低該設定點將易於具有增加該排出器驅動馬達的速 度以消耗更多的氦氣與降低該冷凍幫浦的溫度之效果。同 樣地，增加該設定點將容許該低溫致冷器加熱，易於降低 該排出器驅動馬達的速度，並且因而消耗較少的氨氣。該 設定點內部使用於該冷卻幫浦以改變該排出器驅動馬達之 速度以將該低溫梳狀檔板的第一階段之溫度符合該設定點 ，使用葑籣迴圈控制或者是在該低溫幫浦中之其它的電子 控制機構。此外，該設定點與該排出器驅動馬達兩‘者具有 一個超過該馬達速度之操作範圍，並且設定點不可以被進 一步地修改。 較特別的是，如在步驟3 0 0所敘述的，一個轉換過 程的時間間隔超過時間，並且該系統開始另一個查驗循環 。如在步驟3 0 2所顯示的，執行一個查驗以判定是否該 系統目前係處於過壓力模式。假如該系統並不是處於過壓 力模式，則如在步驟3 0 4所揭示的，執行一個查驗以判 定是否該系統係處於未達設定壓模式。假如該系統並不是 ______46____ 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公笼) '" (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 参 訂.丨 -線丨丨丨 554157 A7 _ __B7_ 五、發明說明（〇 處於未達設定壓力模式，則如在步驟3 0 6所描述的，執 行一個查驗以判定是否該壓力差値係大於2 0 5 psi。假如 該壓力差値並不大於2 0 5 psi，則如在步驟3 0 8所顯示 的，執行一個查驗以判定是否該壓力差値係小於1 9 Opsi 。假如該壓力差値並不小於1 9 Opsi，則控制回復到步驟 310—直到該下一個轉換過程的時間間隔超過時間爲止 。如剛剛所述的，該虛線3 1 2槪述正常模式的操作步驟 之順序。如下文中所述的，此一迭代運算一直重複到該壓 力差値落到1 9 0與2 0 5 psi之範圍以外。 圖1 5之系統伺服低溫設定點並且增加下文3 1 4處 之馬達速度，假如該壓力差値大於2 0 5 psi的情況時。該 溫度設定點增加並且該馬達速度在下文3 2 2處減少，假 如該壓力差値掉到1 9 Opsi以下的情況時。在改變之後， 該系統被擺置到一個過壓力或者是未達設定壓力模式一段 時間，在該模式期間，更進一步的改變並不被允許以使該 系統穩定。 在步驟3 0 6，假如該壓力差値大於2 0 5 psi的情況 時，則一個潛在的過壓力狀況正在發生。一個過壓力狀況 指出過量的氨氣在該系統中。一般而言，虛線3 1 4描述 該過壓力修正動作。如在步驟3 1 6所揭示的，爲了利用 該過量氦氣，並非處於冷卻狀態之所有的低溫幫浦之設定 點被減少到2 ° K，並且該等低溫幫浦正在運轉。如在步 驟3 1 8所顯示的，任何處於冷卻狀態之低溫幫浦的驅動 馬達速度以1 5 rpm的速度被增加。該系統模式被設定到 __£7____— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) > · n n ϋ n n n n^eJ· a— I ϋ I ϋ ϋ 9 1 1« -ϋ ϋ n ϋ n ϋ ϋ ϋ ϋ —1 ϋ ϋ n n n ϋ ϋ ϋ ϋ _ 554157 B7 五、發明說明（^) 過壓力模式以指示出：如在步驟3 2 〇中所描述的，有過 量氦氣冷媒容量可以被利用。請注意：有最小的與最大的 驅動速度臨界値於下文中更進一步被描述，其將使該驅動 馬達速度保持在預定的操作範圍內。 持續上文所述，在步驟3 0 8中，假如該壓力差値係 小於1 9 Opsi時，則開始發生一個潛在的未達設定壓力狀 況。一種未達設定壓狀況指出在該系統中缺少氣氣。一般 說來，虛線3 2 2描述所採取來修正一種未達設定壓狀況 之步驟。爲了保存氦氣，如在步驟3 2 4所顯示的’所有 的非處於冷卻狀態的低溫幫浦之設定點被增加2° K。如 在步驟3 2 6所揭示的，處於冷卻狀態的該等低溫幫浦之 驅動馬達速度以1 5 rpm的速度減少。處於一種冷卻狀態 的該等低溫幫浦之速度的減少將易於加長該冷卻時間’但 是將釋放過量氦氣以修正該未達設定壓狀態，並且容許該 等幫浦在正常的低溫幫浦溫度之下操作以持續運轉。接著 ，如在步驟3 2 8所描述的，該系統模式被設定到未達設 定壓狀態以指出一種未達設定壓狀態存在。 持續上文所述，在步驟3 0 4中，假如一種未達設定 壓狀態已經存在時，則如在步驟3 3 0所揭示的，執行一 個查驗以判定是否該未達設定壓模式已經持續1分鐘已上 。假如目前的未達設定壓模式尙未持續超過1分鐘以上時 ，控制回復到步驟310以等待下一個轉換過程的時間間 隔以避免系統扭動（thrashing)。假如目前該未達設定壓 模式已經持續1分鐘已上時，則如在步驟3 3 2所描述的 -------48 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公麓） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t

一-eJ· ϋ ϋ n ϋ n I I I ·-1 n ϋ ϋ n I ϋ ϋ I ϋ n ϋ ϋ n ϋ n βϋ n n ϋ ϋ βϋ I 554157 A7 ______B7___ 五、發明說明（) ，執行一個查驗以判定是否目前該壓力差値DP係小於引 起進入到未達設定壓模式壓力差値。假如先前已經進入到 未達設定壓模式時’則該系統應該正被啓動以提高該壓力 差値，否則需要有更積極的氦氣管理。假如該壓力差値DP 並不小於引起進入到未達設定壓模式的壓力差値之讀數， 則如在步驟3 3 4所揭示的，執行一個查驗以判定是否目 前該未達設定壓模式已經持續1 0分鐘已上。假如不是的 話，控制回復到步驟3 1 0以等待下一個轉換過程的時間 間隔。因此，在追求更積極的氦氣管理之前，該系統容許 其10分鐘內回復到一個正常的壓力差値範圍。 如果該壓力差値持續下降，或者是假如從進入到未達 設定壓模式到過了1 0分鐘，如在步驟3 3 6所揭示的， 該系統離開未達設定壓模式。如下文中進一步描述的，離 開該未達設定壓模式使得進一步的修正操作可以發生在下 一次之轉換過程的時間間隔。接著，控制回復到步驟3 1 0，並且如在步驟3 0 0所揭示的，在下一次之轉換過程 的時間間隔，在步驟3 0 4處之該查驗將指出該系統並非 處於未達設定壓模式下。因此，在步驟3 0 8處之該壓力 差値的查驗將指出該壓力差値仍低於1 9 Opsi，並且如上 文中所描述的，該未達設定壓動作324、326與32 8將再發生。 持續上文所述，在步驟3 0 2中，假如一種過壓力狀 況已經存在時，則如在步驟3 3 8所顯示的，執行一項查 驗以判定是否目前的過壓力模式已經持續超過1〇分鐘。 _ 49___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） <請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) I I I · n n H ϋ H ϋ ϋ ϋ n ϋ n H ϋ ϋ ϋ H ϋ ϋ n n ϋ n . 554157 A7 _ B7___ 五、發明說明（d ) 假如不是的話，控制回復到步驟3 0 8以作該未達設定壓 差値的查驗。假如目前的過壓力模式已經持續超過1 0分 鐘時，則如在步驟3 4 0所描述的，該系統離開過壓力模 式，接著控制回復到步驟3 0 0以等待下一次之轉換過程 的時間間隔。該系統從該過壓力模式下降以觸發該過壓力 修正查驗。在下一次之轉換過程的時間間隔，如在步驟3 0 0所顯示的，因爲過壓力模式不再被設定，在步驟3 0 2之該過壓力模式查驗將控制推進到步驟3 0 6。假如該 壓力差値仍然大於2 0 5 psi時，如上文中所描述的，步驟 3 1 6、3 1 8與3 2 0之該過壓力動作將再度發生。 在另一個特殊實施例中，如於下文更進一步描述的， 在控制器中有4個氯氣管理的控制狀態以及3個模式。簡 言之，該等模式爲：設定、正常與冷卻。設定模式發生在 初始系統設定期間以判定壓縮機與低溫幫浦之間的那一個 被連接到該系統。冷卻模式指出一個以上的低溫幫浦正執 行一個冷卻操作。當該系統已經被啓動並且所有的低溫幫 浦已經完成初始的冷卻時，正常模式發生。 被附繫到該系統之該等低溫幫浦的每一個也有3種被' 傳輸到該控制器之氦氣管理操作模式。一個溫度控制（TC )模式指出：該低溫幫浦正由該控制器所控制。一個冷卻 (CD)模式指出：該低溫幫浦正執行一個冷卻操作。一個 無（none)模式指出：當該驅動馬達正容許以最大速度 運轉時，該幫浦正被容許自由地消耗氦氣。 該氦氣管理控制系統的4種控制狀態一般而言每一種 _____ 50__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公漦） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 一：eJ· ϋ an n ϋ n n I n n n ϋ n n n n ϋ I n el a— n I n I n I n ϋ - A7 554157 ___B7________ 五、發明說明（^ ) 狀態指出對更積極的氦氣管理之需求。該等操作狀態係相 同於前述之實施例中的該等控制模式。一種正常狀態容許 由在該系統中所有的低溫幫浦1 0紊亂之氦氣消耗°當一 個幫浦正在消耗相當於由該控制器所計算的最大消耗時’ 發生一個極限查驗狀態。當一個輸出最小供應量之幫浦在 一個預定的臨界時間之後持續被供給時，發生一個每一需 求態的分配。每一需求分配引起在該系統中過量的氦氣被 分配，或者是假如沒有過量時，對於該每一個低溫幫浦之 最大的氦氣供應量參數被降低。假如所有的幫浦描述氮氣 的極劇需求時，藉由降低氮氣到較不重要的容許加熱之幫 浦，一個階層分配狀態分配氦氣到每一預定的階層之關鍵 性的低溫幫浦。 該等低溫幫浦也具有一個氦氣消耗狀態。一個0K狀 態指出：該低溫幫浦正在消耗小於最大氯氣供應量參數的 9 5 %。一個approaching狀態指出：該低溫幫浦正在 消耗大於最大氦氣供應量參數的9 5 %。一個LIMIT狀態 指出：該低溫幫浦正在消耗等於最大氦氣消耗參數。該氦 氣消耗狀態被用來判定是否一個低溫幫浦正在消耗需要維 低溫幫浦運轉之溫度的最大氦氣量，並且因此，在該臨界 點時溫度上昇。該approaching狀態並非用來判定氦氣 管理控制，而是可以由一位操作者詢問一個資料項。 如圖2中詳細說明的，圖1 6 a到圖1 6 c顯示一個在 該控制器1 2中駭氣管理控制的流程圖。參考圖1 6 a ,如 在步驟6 1 0中所描述的，發生一個初始的步驟與映射（ _ ____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先闉讀背面之注意事項再填寫本頁) -« ϋ ϋ n n >1 n n^eJ« n ϋ ϋ n n n I I ϋ ·1 n ϋ n ϋ n n ϋ ·ϋ n n 1 ϋ ϋ n ϋ ϋ ϋ - 554157 A7 ____B7____ 五、發明說明（4 ) mapping)。該初始的設定與映射判定所有的壓縮機1 6與 被連接到一個共同歧管1 8之低溫幫浦1 0。如於上述中 於步驟6 1 0中所指出的，每一個低溫幫浦送出被儲存於 該控制器中之一個低溫致冷器尺寸大小、一個最小的氦氣 供應量、一個氦氣消耗速率、以及一段冷卻完成時間。該 控制器也從每一個壓縮機接受該可利用的氦氣。假如有不 足夠之可利用氦氣供應量以至少支持供應每一個幫浦最少 的氨氣供應時，操作終結。依據低溫幫浦大小按比例的分 配，計算一個初始的分配，以及一個最大的氦氣消耗訊號 被送到每一個低溫幫浦。該控制器也可以讀取初始設定參 數，該等參數指出一個分配階層（於下文中被進一步描述 )，以及其它的操作參數與預設値。 然後，該控制器開始一個控制迴圈，其接收來自每一 個低溫幫浦的週期性輸入。被接收的參數訊號（指出操作 參數數據）來自該等感測器1 4的每一個，並且如在步驟 6 1 2所顯示的，依據所接收的數據來執行一個查驗以判 定是否該數據有效。控制回復到步驟6 1 2 —直到獲得有 效的讀取。如在步驟6 1 4所揭示的，執行一個查驗以察 看是否每一個需求狀態的分配被啓動。如在於下文中參照 圖1 6 c所描述的，假如一個先前的每一個需求狀態的分 配被觸發之後，該每一個需求狀態的分配可以啓動。 假如該每一個需求狀態的分配並未啓動時，則如在步 驟6 1 6所顯示的，執行一個查驗以判定是否該極限查驗 狀態係爲啓動。假如一個先前的極限查驗爲正値時，該極 一 __ 52 ____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t 554157 A7 - _ B7 五、發明說明（) 限查驗狀可以題_態。假據讎細狀態係爲啓 雲力狀態時’控制回復到歩驟6 2 〇 (於下文中參考圖丄6b 被進一步描述）。假如験極限查驗狀態並未啓動時，則如 &步驟6 1 ’檢驗每-讎溫幫浦目前的消耗 狀悲。封任何f未處於〜種冷卻狀態之幫浦，檢驗對比於 胃低溫_2最__翻之目前的消耗速度以判定是 。另外，該極限狀態可以是該最 力氦氣消耗的取大百分比，例如是：9 5 %，以一種更保 $的方式運轉m ig如該極限狀態已經由—個已上的 低溫幫浦所達成時’控制回復到步驟6 2 〇 (於下文中參 照圖16b更進一步來插遞）。 一假如遼，到該極1¾狀態時，則如在步驟6 2 2中所 顯不的’執行-，查驗以判定是否該等低溫幫浦的任何一 個係處於冷卻狀態。假如無任何的低溫幫浦處於冷卻狀態 時，如在步驟6 2 6中所顯示的，該系統狀態被設定到正 常模式’並且控制回復到歩驟6丄2用來下次控制迴圈的 迭代運算。 假如該等低溫幫浦之任何一個係處於冷卻狀態時，如 在步驟6 2 4中所顯示的，該系統模式被設定到冷卻狀態 。在一個蓄熱過程之後或者是、或者是系統初始起動階段 期間以及將該低溫幫浦在正被加熱之後帶回到正常操作溫 度時，發生一個冷卻操作。一個冷卻狀態比一個正常狀態 消耗更多的氨氣。因此，該系統接著被檢查當處於氦氣分 配狀態時是否有過量氦氣。對並非處於一種冷卻模式下的 _ __—_ 53_______ 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # «— — — — — — 1« — — — — — —— — — — — — — — — — — III — — · 554157 B7 五、發明說明（d ) 所有幫浦之氦氣臨界値被計算’並且如在步驟6 8 6中所 揭示的，被加總以判定一個過量氨氣數値。接著’如在步 驟6 8 8中所揭示的，處於冷卻狀態的該等低溫幫浦之一 個暫時的最大氦氣消耗値被計算。假若有複數個低溫幫浦 係處於冷卻狀態時，如於下文中參照圖1 7b所進一步描 述的方程式’依據該每一個低溫幫浦之低溫致冷器的大小 尺寸，該暫時的最大氨氣消耗値被按比例地分配。接著’ 控制回復到步驟612以用於下一個控制迴圈的迭代運算 0 持續上文所述，在步驟6 2 0處，進入到該極限查驗 狀態。參照圖1 6 b，如在步驟6 3 0中所顯示的，執行一 項查驗以判定是否該極限查驗狀態目前係爲啓動狀態。假 如其先前並未於啓動狀態時，如在步驟6 3 2中所顯示的 ，此一時刻被標記爲該目前的極限查驗之初始時間，並且 如在步驟6 3 4中所描述的，該系統被設定爲極限查驗狀 態。假如該極限查驗狀態已經執行中時（指出該系統已經 處於一種極限查驗狀態），則如在步驟636中所揭示的 ，一個時間標記（timestamp)被記錄爲一個執行中的極限 查驗狀態。參照圖1 6a，執行一項查驗以判定是否該目前 的極限查驗已經持續超過一個預定極限查驗臨界値一段時 間。在一個特定的實施例中，如步驟6 3 8中所顯示的， 執行一項查驗以判定是否該目前的極限查驗臨界値已經持 續超過4分鐘。假如該系統處於一個極限查驗狀態尙未超 過4分鐘時，則如步驟6 3 8中所顯示的，離開該極限查 _____54__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------^ i^wi (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 554157 A7 ____B7 五、發明說明（Ο 驗狀態，並且如步驟6 2 2中所描述的，控制被傳遞到該 冷卻查驗。假如該系統處於一個極限查驗狀態已經超過4 分鐘時，則如步驟6 5 0中所揭示的，控制被傳遞到該氦 氣例行重分配（於下文中進一步被描述）。以此種方式， 在進行更積極的氦氣管理之前，該系統被容許校正一個極 限查驗條件4分鐘的臨界値。 持續上文所述，在圖1 6 a、步驟6 1 4與步驟6 3 8 之中，假使如步驟6 5 0中所顯示的，指示出一個氣氣重 新分配時，控制被轉移到該氦氣例行重分配（在圖1 6 c 所顯示的）。現在參照圖1 6 a與圖1 6 c，如步驟6 5 2 中所顯示的，執行一項查驗以判定爲何已經進入到該氦氣 重新分配狀態。假如該氨氣重新分配狀態尙未啓動，則需 要產生一個新的氨氣重新分配計算，因爲一個先前的極限 查驗狀魅本身並未在4分is之內修正。如步驟6 6 2中所 描述的，執行一項查驗以判定是否任何一個幫浦正記述一 個0K的氦氣消耗狀態。假如至少一個幫浦正記述〇κ狀 態（並且非LIMIT狀態）時，使用較不積極的每一需求分 配計算來執行氦氣重新分配。在此一背景中，該等低溫幫 浦的其中一個正在消耗相當於該最大消耗數値之氦氣，並 且溫度將升高除非採取行動。如步驟6 6 4中所描述的， 該系統狀態被設定到每一需求分配，並且該控制器查驗該 群用於每一低溫幫浦之操作參數。該等操作參數包括有： 目前的氦氣消耗、該最大的氦氣消耗、該氮氣消耗狀態（ OK、APPOACHING、或者是LIMIT)，並且低溫幫浦操作 ___ _ _55 ____ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公《 ) ---------1----------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 554157 _____ B7 _______ 五、發明說明（Λ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 模式TC (溫度控制）、CD (冷卻）或者是NONE，以及 冷卻完成時間（如果操作模式爲01)時）。 如步驟6 6 6中所描述的，從用於每一個幫浦的該等 操作參數來計算一個平均的氦氣極限値，該平均的氦氣極 限値指出目前的氦氣消耗量與每一個幫浦所容許的最大消 耗量之間的差異値。如步驟6 6 8中所指出的’該平均的 氦氣極限値（指出在此系統中的過量氦氣）被用來計算每 一個幫浦之一個新的最大消耗數値’其係根據如下方程式 對每一個低溫幫浦： 氦氣極限値=最大的消耗量-目前的消耗量 計算平均極限値： 平均極限値=總和（氨氣極限値）/#低溫幫浦的 氦氣極限値 對每一個低溫幫浦： 氦氣最大的消耗量=目前的消耗量+平均極限値 計算新的系統氦氣最大的消耗總量： 系統氦氣最大的消耗總量=總和（氦氣最大的消耗 量） ____J------ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） A7 554157 _______^____ 五、發明説明（"Ο 對每一個低溫幫浦： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 新的最大消耗量=最大消耗量+ (系統可用之氦氣總量-系統最大總量）/#低溫 幫浦的氦氣極限値 因此，依據來自該共同的歧管與所有的低溫幫浦目前最大 的消耗總量的可用之氦氣總量，過量的氦氣由設定的每一 個低溫幫浦之最大消耗量所分配。如步驟6 7 0中所顯示 的，一個指出重新分配的時間之時間標記被印記。接著如 步驟6 5 8中所顯示的，控制回復到在圖1 6 a中的步驟 6 2 2之該冷卻查驗。 假如每一需求狀態的分配已經啓動，則如步驟6 5 4 中所描述的，一個時間標記被記錄爲一種在執行中的氦氣 重新分配操作。執行一項查驗以判定自從進入到每一需求 狀態的目前分配量是否超過一個預定的重新分配臨界値已 經經過一段時間。在所顯示的此一特定實施例中，該預定 的重新分配臨界値以經是1 0分鐘。假如每一需求狀態的 目前分配量已經實行1 0分鐘時，則如步驟6 5 8中所顯 示的，控制回復到在該冷卻查驗6 2 2 (圖1 6 a)該主要 的控制迴圏。假如該氨氣重分配模式已經實行了至少1 0 分鐘時，則該重分配被假定爲具有有效分配之氯氣，並且 如步驟6 6 0中所描述的，系統狀態被設定爲正常狀態使 得在圖1 6 a中的主要迴圈可以在定時的時間間隔下持續 監控。以此種方式，透過例行的氦氣重新分配的每一迭代 運算提供該重新分配1 〇分鐘以使該系統生效。假如該重 ____57____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 554157 A7 ____B7 _ 五、發明說明（，） 新分配並不足夠積極時，將再度進入到該氮氣重新分配狀 態，並且該氦氣重新分配狀態被重新計算以提供更積極的 氦氣管理一直到該系統達到一個平衡狀態爲止。 假如無任何幫浦在步驟6 6 2處記述一個0K的氦氣 消耗狀態，則所有幫浦已經到達其最大的消耗極限，並且 使用每一階層計算更積極的分配來執行氨氣重新分配。在 此一背景中，無任何的幫浦正記述一個0K狀態，並且因 此，所有的幫浦係在一種limit狀態下，其指出在該系統 中不存在有過量的氦氣。上述所列舉的該等操作參數從每 一低溫幫浦中被讀取，並且被用來判定新的最大氦氣消耗 量與可能地關閉一個以上的低溫幫浦。 如步驟6 7 2中所描述的，該系統狀態被設定到每一 分配階層。如步驟6 7 4中所顯示的，檢查每一幫浦之目 前的操作模式。如步驟6 7 6中所揭示的，執行一項查驗 以判定是否任何幫浦的那一個被發現並未處於溫度控制或 者是冷卻狀態。假如有任何的幫浦被發現並未處於TC (溫 度控制狀態）或者是CD (冷卻狀態）時，則如步驟6 7 8中所描述的，將其擺置到這些狀態的其中一個，接著如 步驟6 8 0中所顯示的，控制回復到步驟6 1 2以等待下 一個控制時間間隔。 假如所有的幫浦係處於溫度控制狀態或者是冷卻狀態 其中一種時，低溫幫浦必須被選擇來加溫或者是減少它們 的冷卻速率。如步驟6 8 2中所顯示的，一個低溫幫浦階 層被讀取以判定那一個低溫幫浦最重要，並且因而，將接 __—— ^ —---- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） Γ 请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 訂---------線—泰 554157 A7 ___B7__— —__ 五、發明說明（Λ ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 收一個足夠的氨氣供應量。該低溫幫浦階層係爲一個優先 的低溫幫浦之特定的網點（site-sPecific)組織’其應該被 維持在低溫幫浦操作溫度。依據發生在連接到每一個低溫 幫浦之真空製程反應室中的活動’該低溫幫浦階層可以被 動態地修改。有關於關鍵性的製程之低溫幫浦，例如是一 個昂貴的半導體酬載（payload) ’典型上將持續被供給氦 氣。如於該階層中明確指明爲較不重要的該等低溫幫浦將 被容許加熱或者是將被減少其冷卻速度。依據該階層，如 步驟6 8 4中所顯示的，對每一個低溫幫浦之一個新的最 大氦氣消耗量數値將被計算。接著，如步驟6 5 8中所顯 示的，控制回復到用於該冷卻查驗之步驟6 2 2。 圖1 7 a到圖1 7 b顯示一個該低溫幫浦操作的流程圖 。參照圖1 7 a，該低溫幫浦控制迴圈在步驟5 0 0處開始 。如步驟5 0 0中所顯示的，從該壓縮機所送來的資訊被 查驗以確保有效性。從該壓縮機所送來的資訊被對照到正 常數値的範圍。假如所送來的資訊係在正常數値範圍之外 時’如步驟5 0 2中所顯示的，進入到該壓縮機查驗狀態 以執行壓縮機的診斷結論。因爲一部壓縮機係由其所供應 的氦氣來冷卻，最大的讀取値可以被指出一個潛在的損壞 狀況’例如是：氦氣的缺乏。該壓縮機例行查驗將判定是 否該等低溫幫浦需要被關掉。假如該低溫幫浦先前已經由 該壓縮機例行查驗所關避閉時，如步驟5 〇 4中所描述的 ’控制回復到步驟5 0 0 —直到該系統指出該低溫幫浦可 以重新開始運轉爲止。假如從該壓縮機所送來的資訊係爲 ----59_______ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 554157 五、發明說明（。1) 有效的時，如步驟5 0 6中所顯示的，該低溫幫浦驗證其 並未被指示由該壓縮機例行查驗所關掉。該壓縮機例行查 驗被用來防止對該壓縮機無氦氣之運轉所引起的損害操作 ，並且也由於一個更有利的問題（例如是：一個探測用的 感測器）避免關掉一部幫浦。.假如該幫浦先前由該壓縮機 例行查驗所關閉時，如步驟5 0 8中所顯示的，一個電力 失效例行回復將被引起來重新啓動該幫浦。 藉著判定該目前的消耗速率與該從該控制器所送來的 最大氦氣消耗値之間的差異値，該低溫幫浦計算一個氦氣 極限値。接著，依據該極限値，該低溫幫浦判定該氦氣的 消耗狀態，並且如步驟5 1 0中所揭示的，也判定該低溫 幫浦目前的操作模式。如步驟5 1 2中所顯示的，該低溫 幫浦接著查驗是否其已經被擺入到一個冷卻狀態。假如該 低溫幫浦並未處於一個冷卻狀態時，如步驟5 1 6中所顯 示的，執行一項查驗以察看是否該幫浦操作狀態係爲 LIMIT。當該幫浦正在消耗相當於來自該控制器所送來的 最大氦氣消耗參數時，一個limit操作狀態發生。假如該 幫浦操作狀態係爲LIMIT狀態時，如上文所描述的，一個 新的最大氦氣消耗參數將被計算並且從該控制器送出。如 步驟5 1 8中所描述的，該低溫幫浦計算並且設定該驅動 馬達的速度以相應於該最大的氦氣消耗參數。另外，每一 個低溫幫浦具有將判定優先順序的一個最小與最大之操作 範圍，假如該計算過的驅動馬達的速度落到該範圍以外時 (請先闓讀背面之注意事項再填寫本頁) · n n ΛΜ0 n n n n · n ϋ n n n I I I i —9 n n n n n n n I n ·1 -I n n n n I» ϋ I- ϋ ϋ · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 554157 A7 __B7 ------ 五、發明說明（ 如步驟5 1 2中所顯示的，假如該幫浦被擺入到一個 冷卻模式時，如步驟5 1 4中所揭示的’引起該幫浦例行 冷卻。圖1 7b顯示一個冷卻操作的流程圖。參照圖1 7b ，如步驟5 2 0中所描述的，執行一項查驗以判定是否該 第二階段的溫度低於1 7。K。假如是的話，則如步驟5 2 2中所顯示的，執行一項查驗以判定是否該第一階段的 溫度係落於設定溫度之0·5。 K內。假如該第一階段的 溫度係落於設定溫度之0 · 5 ° K內時，則如步驟5 2 4 中所顯示的，冷卻完成，並且控制回復到步驟5 0 〇一直 到下一個轉換過程的時間間隔爲止。 假如該第二階段的溫度係高於17° K時’或者是假 如該第一階段的溫度並未落於設定溫度之〇·5° K內時 ，冷卻持續進行並且該低溫幫浦可以從過量的氦氣中受益 。一個氦氣的最大量被計算以分配該過量的氦氣，其係根 據以下的方程式： 系統過量氮氣=總合（所有低溫幫浦的極限値） 最大溫度=目前最大的消耗量+ 系統過量氮氣X (低溫幫浦的大小/總合（ 低溫幫浦的大小）） 因此，依據該等低溫幫浦的大小，上述所計算之該總共的 過量値被按比例地分配在該等低溫幫浦之中，並且如步驟 5 2 6中所揭示的，被加到該目前的最大氦氣消耗量參數 。注意到：當所有的低溫幫浦被分配該過量値的一部份時 ，另一個實施例可以根據一個供選擇的方程式來分配該氦 ________61____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) — — — — — — — — — — — — - I I I I I I I ^ « — 111 — — ! i^wi (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 554157 A7 _ B7______ 五、發明說明（4) 氣，例如是僅對處於冷卻狀態中的低溫幫浦分配過量氨氣 。一個暫時的驅動馬達速度被計算以相應於該新的暫時最 大的氦氣消耗量參數，其亦被顯示於步驟5 2 6 ° 接著，類似上述步驟5 1 8，該最新計算過的驅動馬 達速度與最小及最大的驅動馬達速度比較。如步驟5 3 0 中所揭示的，執行一項查驗以判定是否該第二階段的溫度 係高於4 0° K。假如該第二階段的溫度係爲4 0° K或 者是更高時，如步驟5 3 0中所顯示的，執行一項查驗以 判定是否該新的暫時之驅動馬達速度係大於該最大的rPm ，通常爲1 4 4rpm。假如該暫時之驅動馬達速度係大於 該最大的rpm時，則如步驟5 3 2中所揭示的，該驅動馬 達速度被設定到該最大的rpm。如步驟5 3 6中所檢驗的 ，假如該暫時之驅動馬達速度並未大於該最大的rpm時’ 則如步驟5 3 8中所描述的，該驅動馬達速度被設定爲該 暫時之驅動馬達速度。假如該暫時之驅動馬達速度係小於 該最小的rpm時，則如步驟5 4 0中所描述的，該驅動馬 達速度被設定爲該最小之驅動馬達速度。 假如該第二階段溫度係小於40° K時，則如步驟5 3 4中所顯示的，執行一項查驗以判定是否該暫時之驅動 馬達速度係大於7 2 rpm。假如該暫時之驅動馬達速度並 未大於7 2 rpm時，則如上述步驟5 3 6中所描述的，該 驅動馬達速度被設定爲最低的暫時之驅動馬達速度或者是 最小的rpm。假如該暫時之驅動馬達速度係大於7 2 rpm 時，則如步驟5 4 2中所.顯示的，該驅動馬達速度被設定 _____§2_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Λ—9 i i mmmM a·— eamw i 一-°4· ·1_ 1« ial ϋ ϋ ϋ I β - -I — — — — — — — — — — — — — — — I — — — I* 554157 A7 _ B7 ___ 五、發明說明（U ) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲7 2 rpm。以此種方式，該驅動馬達將易於在該暫時之 驅動馬達速度或者是在該最大的速度運轉一直到該第二階 段冷卻到40° K爲止，並且接著將易於在該暫時之驅動 馬達速度或者是在7 2 rpm —直到冷卻完成爲止。 熟此技藝之人士應該很容易地體會到界定該操作之程 式以及於此處所界定之方法可以傳送到一個以許多型式存 在之氦氣管理控制系統，其包含有（但未被限定）：a ) 被永久地儲存於非可抹寫式儲存媒體例如是R 〇Μ裝置的 資訊、b )可修改地儲存在可抹寫式儲存媒體例如是軟碟 、磁帶、C D s、RAM裝置以及其它磁性與光學媒體之 資訊、或者是c )透過例如是使用基頻傳輸訊號或寬頻傳 輸訊號技術之通訊媒介來傳輸到電腦的資訊，例如是在一 個電子網路（如Internet或者是Modem)。該等操作與方 法可以在來自記憶體的一軟體可執行物件之中由一個處理 器或者是一組嵌入於載波的指令來全部或者是部份地實施 。另外地，該等操作與方法可以被全部與部份地實施，其 使用硬體元件，例如是：特殊應用積體電路（ASICs)、 狀態機（state machine)、控制器或者是其它的硬體元件 或裝置，或者是硬體與軟體元件之結合。 當該用於控制氦氣分配之系統與方法參照其實施例已 經被特別地顯示與描述時，其熟此技藝之人士將瞭解到在 形式上與細節上可以作出數種改變而不會偏離由申請專利 範圍所包含之本發明的範疇。因此，本發明並不打算（除 了由下述申請專利範圍之外）被限制住。 ___^ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公藿）

Claims (1)

1. 554157 §88 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 6、 如申請專利範圍第1項之方法，其更包含有：判 定一個致冷器狀態與模式，該狀態與模式指示一個致冷器 對冷媒之需求，其中，對該冷媒分配量的重新分配包括有 :依據該致冷器狀態與模式來計算。 7、 如申請專利範圍第1項之方法，其中，根據預先 判定之一組標準與臨界値而出現對在該等主要與伺服控制j 器中的計算以及重新計算。 8、 如申請專利範圍第1項之方法，其中，對需求的 計算與重新計算更包含有：感測該致冷器至少一個操作參 數。 9、 如申請專利範圍第8項之機器，其中，該等操作 參數包括有：從包括有溫度、供給壓力、回復壓力、速度 與被分配的氦氣之群組中所選擇的參數。 1 0、如申請專利範圍第1項之方法，其中，該需求 係指示冷媒對時間的消耗速率。 1 1、如申請專利範圍第1項之方法，其中，對分配 量之計算更進一步包含有：感測至少一個該致冷器之操作 參數。 1 2、如申請專利範圍第1 1項之方法，其中，至少 一個操作參數係爲一種壓力差値（DP)。 1 3、如申請專利範圍第1項之方法，其中，該等致 冷器具有變動的消耗速率。 1 4、如申請專利範圍第1項之方法，其中，該冷媒 的分配量更進一步包含有：一個最大的消耗速率。 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) "~ A8B8C8D8 554157 六、申請專利範圍 1 5、如申請專利範圍第5項之方法，其更包含有： 估計對該冷媒的需求與該冷媒的可利用性，以及依據該估 計的結果判定該主要控制器狀態。 1 6、如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，一個 監控狀態指示出對所有的致冷器有足夠的冷媒分配量。 1 7、如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，每一 需求態之分配指示出至少一個致冷器具有不夠的冷媒分配 量。 1 8、如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，一個 過負載狀態指示出至少該等致冷器的其中一個具有不夠的 冷媒分配量，以及一個總量已經達到有效的供給。 1 9、如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，每一 階層分配狀態指示出選擇性地將該冷媒依據預定的順序轉 離開致冷器。 2 0、如申請專利範圍第1項之方法，其中，重新分 配更包含有：依據預定的標準之遞增的控制參數。 2 1、如申請專利範圍第1項之方法，其中，計算該 冷媒的可用量更包含有：計算依據該冷媒的量與總量需求 之間的一個平衡點。 2 2、如申請專利範圍第1項之方法，其中，該等致 冷器被包含於低溫幫浦中。 2 3、如申請專利範圍第2 2項之方法，其中，該等 低溫幫浦之中的每一個具有一第一階段與一第二階段，以 及計算該需求更包含有：讀取該第一階段與該第二階段之 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

   554157 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 溫度’並且依據溫度來計算。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 4、如帽專卿醜i項之施，其中，該系統 係爲一種流體供給系統。 2 5、如帽專利範圍第i項之施，其中，該冷媒 係爲氯氣。 2 6、如申請專利範圍第丄項之方法，其中，該冷媒 從一個共同歧管被分配。 2 7、如申請專利範圍第1項之方法，其中，計算與 重新計算該冷媒的可用量更包含有：在一個主要控制器/中 曰十算’而s亥主要控制器係與該等致冷器的每一個相連接。 2 8、如申請專利範圍第4項之方法，其中，該伺服 控制器係爲一個低溫幫浦控制器。 2 9、一種用於在複數個致冷器中控制冷媒分配之系 統，其係包括有： 一複數個致冷器，其適於消耗冷媒； 一複數個伺服控制器，其每一個控制一個致冷器的冷 媒消耗，該伺服控制器可操作的方式來計算該致冷器的冷 媒需求；以及 一個主要控制器，其與該等伺服控制器的每一個相連 接，該主要控制器可操作的方式來計算該冷媒的可用量， 接著進一步可操作的接受來自該等致冷器的每一個之需求 ，並且依據總量來計算對每一個致冷器之冷媒分配量。 3 0、如申請專利範圍第2 9項之系統，其中’該主 要控制器係可操作來重新計算該冷媒的分配量’並且依據 _ 4_____ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐） 554157 A8B8C8D8 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 被重新計算之該冷媒可用量進一步可操作來重新計算該冷 媒的分配量。 3 1 '如申請專利範圍第3 0項之系統，其更包含有 :一個主要控制器狀態，其指示出對該冷媒的需求以及該 冷媒的可利用性，其中，計算與重新計算該冷媒的分配量 包括有：依據該主要控制器狀態來計算。 3 2、如申請專利範圍第3 0項之系統，其更包含有 :一個致冷器狀態與模式指示出該致冷器之冷媒需求，其 中，計算與重新計算該冷媒之分配量包括有：依據該致冷 器狀態與模式來計算。 3 3、如申請專利範圍第3 0項之系統，其中，根據 一組預定的標準與臨界値出現在該主要以及伺服控制器中 之計算與重新計算。 3 4、如申請專利範圍第2 9項之系統，其中，該等 伺服控制器係依據至少該致冷器的一個操作參數進一步可 操作來計算該致冷器的冷媒需求。 3 5、如申請專利範圍第3 4項之系統，其中，該等 操作參數包括有：從溫度、供給壓力、速度與被分配的氨 氣組中所選擇的參數。 3 6、如申請專利範圍第2 9項之系統，其中，該需 求指示出冷媒對時間的消耗速率。 3 7、如申請專利範圍第3 0項之系統，其中，該主 要控制器係依據該致冷器的至少一個操作參數更進一步可 操作來計算與重新計算該分配量。 5 八度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297 ; ' 554157 B8 C8 D8 K、申請專利範園 3 8、如申請專利範圍第3 7項之系統，其中，至少 一個操作參數係爲一種壓力差値（DP)。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 3 9、如申請專利範圍第2 9項之系統，其中，該等 致冷器具有可變的消耗速率。 4 0、如申請專利範圍第2 9項之系統，其中，該分 配量更包含有：一個最大的消耗速率。 4 1、如申請專利範圍第3 1項之系統，其中，一個 監控狀態指示出該冷媒對所有之該等致冷器有足夠的分配 量。 4 2、如申請專利範圍第3 1項之系統，其中，每一 需求狀態的分配係指示出至少一種冷媒具有不足夠的分配 量。 4 3、如申請專利範圍第3 1項之系統，其中，一種 過負載狀態指示出該等致冷器之中的至少一個具有不足夠 的冷媒分配。 4 4、如申請專利範圍第3 1項之系統，其中，一種 每一階層分配狀態指示出選擇性地根據一個預定的順序將 該冷媒轉離開該等致冷器。 4 5、如申請專利範圍第3 1項之系統，其中，該主 要的控制器係進一步依據一個設定短點可操作來計算該主 要的控制器狀態，該設定點對應到在該冷媒量與總需求之 間的平衡。 4 6、如申請專利範圍第2 9項之系統，其中，該等 致冷器被包括於低溫幫浦。 _____6 ___ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公营） A8B8C8D8 554157 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 4 7、如申請專利範圍第4 6項之系統，其中，該等 低溫幫浦中的每一個具有一個第一階段與一個第二階段， 以及計算該需求更包含有：讀取該第一階段與該第二階段 之溫度，以及依據該溫度來計算。 4 8、如申請專利範圍第2 9項之系統，其中，該系 統係一種流體供應系統。 4 9、如申請專利範圍第2 9項之系統，其中，該冷 媒爲氦氣。 5 0、如申請專利範圍第2 9項之系統，其中，該冷 媒從一個共同的歧管中被分配。 5 1、一種產生具有用於在複數個致冷器中控制冷媒 分配的電腦程式碼之電腦程式產品，其包括有： 用於判定該冷媒可用量之電腦程式碼； 用於判定複數個致冷器之每一個對該冷媒需求之電腦 程式碼； 用於累積該等致冷器需求之電腦程式碼； 用於依據該冷媒可利用性、該總量與該等致冷器的個 別需要來判定對每一個致冷器之該冷媒的分配量之電腦程 式碼；以及 用於藉由重新判定該冷媒的分配量來依時間重新分配 該冷媒的分配量需求之電腦程式碼。 5 2、一種將氦氣分送到複數個連接到一個共同冷媒 源之低溫致冷器的方法，其包括有： 感測至少一個指示有每一個低溫致冷器之操作狀態的 7 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公梦) — " A8B8C8D8 554157 六、申請專利範圍 操作參數； 在一個控制器中，依據該至少一個參數與氦氣供應量 來計算一個指示冷媒的分配量之分配量訊號，而該分配量 訊號被計算以響應一個計算過的氦氣消耗量；以及 控制一個連接到每一個低溫致冷器之驅動馬達用以根 據該分配量訊號調整由該低溫致冷器所消耗的氨氣。 5 3、如申請專利範圍第5 2項之方法，其中，依據 一個控制迴圈，感測、計算與控制重現在固定的、預定的 時間間隔狀況下。 5 4、如申請專利範圍第5 2項之方法，其中，該分 配量訊號對應到單位質量流率。 5 5、一種控制一系統之方法，其包括有： 一個壓縮機組，其包括有至少一個壓縮機； 一複數個低溫致冷器，其從該壓縮機組中被供應的冷 媒之方法包含有： 確認每一個致冷器的冷卻需求；以及 從一個控制器，依據所確認的需求分配供給到該等致 冷器之冷媒的供給。 5 6、如申請專利範圍第5 5項之方法，其中，確認 該等需求更包含有：確認該等低溫致冷器的每一個之消耗 〇 5 7、如申請專利範圍第5 6項之方法，其中，分配 方式更包含有：藉由控制該驅動馬達的速度依據臨界溫度 來分配。 8 _ 尺度適用中國國家標準(CNS)A4规格(210 X 297X楚^ ~ (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 、1T··