TWI432646B - Vacuum pumped decompression module for semiconductor process - Google Patents

Description

半導體製程用真空泵浦之減壓模組

本發明為半導體製程相關領域，尤其是提供一種無需仰賴其他動力的減壓模組，利用高速流體產生文氏效應所提供的低壓吸附作用，使半導體製程中的真空泵浦達到減輕負荷以降低耗電量的節能效果。

半導體製程一般可分為前工程和後工程。所謂前工程是在製程室(process chamber)的晶片上進行濺鍍薄膜及蝕刻，因此，前工程可以稱為晶片製程；而後工程則是將上述前工程中所製造的半導體晶片與導線架接腳聯接進行封裝。

在上述晶片進行濺鍍薄膜及蝕刻等製程中，經由承載室(Loadlock chamber)將晶片在常壓狀態下轉送進入或傳出製程室。這時，承載室係處於真空狀態。

其後，利用氮氣或氬氣將承載室破真空還原至大氣壓狀態，再將晶片以常壓狀態轉送。這時，設置在承載室和真空泵浦之間的開關閥將真空泵浦和承載室切斷，使真空泵浦處於空轉狀態。

因此，半導體製程的生產線上必須設置承載室和真空泵浦。但實際上真空泵浦對承載室抽真空的作業時間一般僅在50%以下，其餘時間多處於空轉狀態。

基於上述真空泵浦處於空轉狀態的時間高達50%以上。如何通過減少真空泵浦空轉時間以降低耗能，誠有研究開發之必要。

請參閱第1圖所示傳統真空泵浦的作動示意圖。其中，與製程室和承載室相連通的真空設備(10)包括有裝置在機殼(21)內的真空泵浦(20)，該真空泵浦(20)進一步包括有動力源馬達(22)、多階式轉子(R1,R2,R3,R4,R5)、僅容許氣體向外排出的止回閥(28)，以及與上述止回閥(28)串聯，為減少真空泵浦(20)排氣口壓力而安裝的輔助泵浦(30)。

當承載室和真空泵浦(20)間的開關閥(未示)打開後，真空泵浦(20)將對承載室抽真空。此時，輔助泵浦(30)不作用。

當承載室和真空泵浦(20)間的開關閥被切斷後，真空泵浦(20)處於空轉狀態，此時，輔助泵浦(30)啟動作用，以減少真空泵浦(20)的排氣口壓力及負荷。尤其對多階轉子的真空泵浦(20)而言，啟動該輔助泵浦(30)，對距離進氣口(23)最遠而壓縮比最大也最耗電的轉子(R5)，將具有降低負荷節省能源的效果。

但是，傳統技術利用輔助泵浦(30)以减少真空泵浦(20)排氣口壓力及負荷的手段，不可避免地將產生額外的安裝費用，而且必須與排氣管線(25)串聯安裝另一管線(26)，其過程相當複雜並不容易。

雖然與真空泵浦(20)相比，輔助泵浦(30)的負載較小，且對真空泵浦(20)具有降低負荷的節能功效。但其本身仍將耗費電量，因此終究使得整個真空設備的節能效益受到限制。

有鑒於此，本發明之主要目的在提供一種無需仰賴其他動力的減壓模組，僅利用高速流體產生文氏效應所提供的低壓吸附作用，使半導體製程中的真空泵浦達到減輕負荷以降低耗電量的節能效果。

本發明之另一目的在提供一種無需仰賴其他動力的減壓模組，僅利用高速流體產生文氏效應所提供的低壓吸附作用，使半導體製程中真空泵浦空轉時的負荷得以減輕，進而增加真空泵浦的使用壽命。

本發明之再一目的在提供一種減壓模組，能輕易與真空泵浦安裝結合。

為達成上述目的，本發明藉由高速流體產生文氏效應的減壓模組包括：第一歧管，以串聯方式與真空泵浦排氣端相連，而真空泵浦進氣端則與承載室連接；止回閥，安裝於第一歧管，僅容許單向從真空泵浦向外將氣體排出；第二歧管，以止回閥與上述第一歧管分開；真空發生器，安裝於第二歧管，將從外部輸入的氣體在排出的過程中提供減壓效果，以減少上述真空泵浦的排氣口壓力。進一步包括有：流入段，與上述外部輸入氣體的供氣管相連以接收輸入氣體；排出段，與上述流入段直線排列，並與上述第二歧管的排氣管線相連，將輸入氣體排出；歧管段，位在上述流入段和排出段的中間，當輸送氣體以高速自上述流入段流向排出段，該歧管段將形成低壓狀態。

此外，流入段和排出段與歧管段交接附近的斷面可設計成較窄的喉部，藉以提升輸送氣體通過的速度。

本發明之特點，可參閱本案圖式及實施例之詳細說明而獲得清楚地瞭解。

請參閱第2圖所示半導體製程抽真空與本發明減壓模組結合後之示意圖，由該方塊圖可知多階式真空泵浦130以管線151及開關閥140與製程室110及承載室120連接，減壓模組200以管線153與真空泵浦130連接。如上所述，該減壓模組200無需仰賴其他動力源，僅利用高速流體產生文氏效應所提供的低壓吸附作用，使真空泵浦130無須另外安裝輔助泵浦，即可降低真空泵浦130的排氣口壓力、負荷及耗電量，藉以達到節能效果。

請參閱第3圖本發明將真空泵浦與減壓模組結合後之構造示意圖、第4圖本發明減壓模組的外觀立體圖，及第5圖本發明減壓模組之真空發生器的外觀立體圖。

減壓模組200包括止回閥220、真空發生器210，及用以相互連接的第一歧管231a、232b，及第二歧管233a、233b。其中，真空發生器210經第二歧管233a、233b與真空泵浦130串聯，經第一歧管231a、232b與止回閥220並聯，藉由引進外部輸入的氣體以減壓降低真空泵浦130的排氣口壓力。

真空發生器210進一步包括相互串聯的流入段211與排出段212，以及由流入段211與排出段212中間位置向外岔出的歧管段213，該流入段211係用以接收外部輸入的氣體；排出段212與第二歧管後段233b相連；歧管段213則與第二歧管前段233a相連。此外，流入段211和排出段212與歧管段213交接附近的斷面可設計成較窄的喉部，藉以提升輸送氣體通過時的速度。當外部輸入的氣體通過喉部加速產生文氏效應形成低壓吸附作用，透過歧管段213、第二歧管前段233a及減壓模組200入口端231與真空泵浦130的排氣端153等通路，將真空泵浦130的排氣口壓力降低。

止回閥220，具有防止排氣向真空泵浦130方向回流的作用，係安裝於第一歧管232a、232b的中間位置，與真空泵浦130呈串聯排列，但與真空發生器210為並聯排列。

減壓模組200與真空泵浦130彼此間可藉由減壓模組200的入口端231與真空泵浦130的排氣端153以接頭231a輕易連接，最後經由減壓模組200的出口端234及接頭234a向外排放。外部氣體則經由進氣端235及接頭235a引進減壓模組200。上述減壓模組200的諸多管線及組件可容置於一箱體240內，使外露於箱體240的部分僅有減壓模組200的入口端231與接頭231a、減壓模組200的出口端234及接頭234a、外部氣體進氣端235及接頭235a等。

請參閱第2圖及第3圖，當開啟安裝在承載室120和真空泵浦130之間的開關閥140，使真空泵浦130以馬達132驅動機殼131內多階式滾子R1,R2,R3,R4,R5作動將進氣端133吸入的空氣，如第6a圖箭頭所示的排放方向，經真空泵浦130排氣端153、減壓模組200入口端231、減壓模組200第一岐管前段232a、止回閥220、第一岐管後段232b及減壓模組200出口端234排放至大氣。在上述真空泵浦130正常運作的過程中，外部氣體並未引進減壓模組200。

眾人皆知，當真空泵浦130處於正常運作的模式下，維持承載室120壓力在一定的標準是非常重要的事。因此，必須維持真空泵浦130排氣口壓力，以避免造成承載室120的紊流狀態。

請參閱第6b圖，當真空泵浦130完成對承載室120的抽真空作業，安裝在承載室120和真空泵浦130之間的開關閥140將關閉使真空泵浦130呈空轉狀態。此時，減壓模組200將承擔降低真空泵浦130排氣口壓力的工作，亦即，將外部氣體由真空發生器210的流入端211引進，並快速通過排出端212及第二岐管後段233b，最後由減壓模組200出口端234排放至大氣。

請參閱第5圖所示的真空發生器210，具有將外部輸入的氣體在排出的過程中減壓來降低真空泵浦130排氣口壓力的效果；包括有：流入段211，與上述外部輸入氣體的供氣管235相連以接收輸入氣體；排出段212，與上述流入段211直線排列，並與第二歧管後段233b相連，將輸入氣體排出；歧管段213，位在上述流入段211和排出段212的中間，當輸送氣體以高速自上述流入段211流向排出段212，該歧管段213將形成低壓狀態。此外，流入段211、排出段212與歧管段213交接附近的斷面係刻意設為較窄的喉部，藉以提升輸送氣體通過的速度。

從而，當外部氣體因真空發生器210的文氏管效應，提高了真空發生器210歧管段213的低壓程度。透過歧第二歧管前段233a、減壓模組200入口端231及真空泵浦130排氣端153，令真空泵浦130排氣口壓力自1013mbar減至100mbar以下。

據此，包括距離真空泵浦130進氣口133最遠，距離真空泵浦130排氣口153最近，擔負最大壓縮比也最耗能的滾子R5，甚至其他滾子R1,R2,R3,R4的負荷都會降低，使真空泵浦130空轉時的耗電量大幅降低。

本發明之技術內容及技術特點巳揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之揭示而作各種不背離本案發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

110．．．製程室

120．．．承載室

130．．．真空泵浦

140．．．開關閥

131．．．真空泵浦機殼

132．．．真空泵浦馬達

133．．．真空泵浦進氣端

153．．．真空泵浦排氣端

R1-R5．．．真空泵浦滾子

200．．．減壓模組

231、231a．．．減壓模組入口端及接頭

234、234a．．．減壓模組出口端及接頭

232a、232b．．．第一岐管

220．．．止回閥

233a、233b．．．第二岐管

235、235a．．．外部氣體進氣端及接頭

210．．．真空發生器

211．．．流入段

212．．．排出段

213．．．歧管段

第1圖係傳統真空泵浦的作動示意圖；

第2圖係半導體製程抽真空與本發明減壓模組結合後之方塊示意圖；

第3圖係本發明將真空泵浦與減壓模組結合後之構造示意圖；

第4圖係本發明減壓模組的外觀立體圖；

第5圖係本發明減壓模組之真空發生器的外觀立體；

第6a圖係本發明減壓模組在真空泵浦運轉狀態下的排氣動線示意圖；及

第6b圖係本發明減壓模組在真空泵浦空轉狀態下的排氣動線示意圖。

130．．．真空泵浦

131．．．真空泵浦機殼

132．．．真空泵浦馬達

133．．．真空泵浦進氣端

153．．．真空泵浦排氣端

R1-R5．．．真空泵浦滾子

200．．．減壓模組

231、231a．．．減壓模組入口端及接頭

234、234a．．．減壓模組出口端及接頭

232a、232b．．．第一岐管

220．．．止回閥

233a、233b．．．第二岐管

235、235a．．．外部氣體進氣端及接頭

210．．．真空發生器

211．．．流入段

212．．．排出段

213．．．歧管段

Claims (3)

1. 一種半導體製程用真空泵浦之減壓模組，包括有：第一歧管，以串聯方式與真空泵浦排氣端相連，而真空泵浦進氣端則與承載室連接；止回閥，安裝於第一歧管，僅容許單向從真空泵浦向外將氣體排出；第二歧管，以止回閥與上述第一歧管分開；真空發生器，安裝於第二歧管，將外部輸入氣體快速通過該真空發生器以產生減壓吸附作用來降低上述真空泵浦的排氣口壓力。
2. 如申請專利範圍第1項所述半導體製程用真空泵浦之減壓模組，其中，真空發生器進一步包括有：流入段，與上述外部輸入氣體的供氣管相連以接收輸入氣體；排出段，與上述流入段直線排列，並與上述第二歧管後段相連，將輸入氣體排出；歧管段，位在上述流入段和排出段的中間，當輸送氣體自上述流入段高速流向排出段，該歧管段將形成低壓狀態。
3. 如申請專利範圍第2項所述半導體製程用真空泵浦之減壓模組，其中，流入段、排出段與歧管段交接附近的斷面設為較窄的喉部，藉以提升輸送氣體通過的速度。