專利名稱：用于控制處理室內(nèi)的壓力的設(shè)備及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制處理室內(nèi)壓力的設(shè)備及其操作方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體處理室內(nèi)的壓力一般是通過改變從處理室中由真空泵排出的過程氣體的流量來實(shí)現(xiàn)的。這些真空泵包括一個(gè)有渦輪分子泵的第一泵單元和一個(gè)有前級泵的第二泵單元。
通常第一泵單元的入口以流體連通的方式與半導(dǎo)體處理室的出口相連，第二泵單元的入口也以流體連通的方式連接到第一泵單元的出口和排氣口。
不同的過程氣體分別用于不同的半導(dǎo)體處理方法，每一種氣體流過處理室的流速和處理室內(nèi)壓力之間有預(yù)定的關(guān)系。所以，在半導(dǎo)體處理過程中必須精確地控制處理室內(nèi)的壓力。
為了控制半導(dǎo)體處理室內(nèi)的壓力，提出了多種裝置。其中一種就是在半導(dǎo)體處理室出口和第一泵單元入口之間放置一個(gè)節(jié)流閥。這樣的節(jié)流閥相對較大且造價(jià)不菲，同時(shí)會在處理室內(nèi)造成污染從而導(dǎo)致半導(dǎo)體的產(chǎn)量減少。定期清洗這些閥是很麻煩的，因?yàn)樾枰Ｏ抡麄€(gè)生產(chǎn)線才能打開處理室以便清洗該系統(tǒng)。
另外已經(jīng)提出的是在第一泵單元和第二泵單元之間放置節(jié)流閥。第一泵單元通常有一個(gè)渦輪分子泵，在下游使用節(jié)流閥被認(rèn)為是不理想的，因?yàn)檫@樣泵的背壓會增加這樣的程度，即閥的調(diào)節(jié)會影響到處理室內(nèi)壓力的變動(dòng)，這導(dǎo)致泵超過它的發(fā)熱限制，這會使泵發(fā)生損毀。另外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，只有在閥門完全打開和完全關(guān)閉這兩個(gè)狀態(tài)之間進(jìn)行小范圍調(diào)節(jié)的時(shí)候，節(jié)流閥才能有效地控制處理室內(nèi)壓力，這意味著必須對閥門進(jìn)行精確的操作。理想的做法是設(shè)置流動(dòng)控制單元，比如帶有節(jié)流閥的控制單元放置在第一泵單元和第二泵單元之間，使第一泵單元不會超過它的發(fā)熱限制，而且這是優(yōu)選的，其中在處理室內(nèi)的壓力的較大范圍內(nèi)是有效的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就提供這樣一種操作用于控制處理室內(nèi)的壓力的設(shè)備的方法，該設(shè)備包括第一泵單元和第二泵單元，該第一泵單元的入口與所述處理室的出口流體連通，該第二泵單元的入口經(jīng)由流動(dòng)控制單元與該第一泵元件的出口流體連通，該流動(dòng)控制單元包括具有可變導(dǎo)通性的可變流動(dòng)控制裝置，以便控制在第一泵送單元的出口處的出口流體壓力，該操作方法包括控制第一泵單元的速度以便增加室壓力的范圍，在該范圍內(nèi)在不超過第一泵單元的發(fā)熱限制和馬達(dá)失速極限的情況下該出口流體壓力的控制使得該室壓力改變。
本發(fā)明還提供了一種用于控制處理室內(nèi)的壓力的設(shè)備，該設(shè)備包括第一泵單元和第二泵單元，該第一泵單元的入口與所述處理室的出口流體連通，該第二泵單元的入口經(jīng)由流動(dòng)控制單元與該第一泵元件的出口流體連通，該流動(dòng)控制單元包括可變流動(dòng)控制裝置，該可變流動(dòng)控制裝置具有可變導(dǎo)通性以便控制在第一泵送單元的出口處的出口流體壓力，以及包括用于控制第一泵單元的速度以便增加室壓力的范圍的裝置，在該范圍內(nèi)在不超過第一泵單元的發(fā)熱限制和馬達(dá)失速極限的情況下該出口流體壓力的控制可使得該室壓力變化。
本發(fā)明的其他內(nèi)容由權(quán)利要求所確定。


為了更好的理解本發(fā)明，將參考下列附圖對本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1是控制處理室內(nèi)壓力的設(shè)備的示意圖。
圖2是一個(gè)在第一泵單元和第二泵單元之間的可變流動(dòng)控制裝置的簡示圖。
圖3是半導(dǎo)體處理過程中處理室內(nèi)壓力和閥門開度的關(guān)系曲線圖。
圖4是現(xiàn)有技術(shù)中入口壓力和排出壓力的關(guān)系曲線圖。
圖5是兩種不同的過程氣體的流速和入口壓力的曲線圖。
圖6是泵的轉(zhuǎn)速的曲線圖。
圖7是第一泵單元入口壓力和排出壓力的曲線圖。
圖8是處理室入口壓力和泵的轉(zhuǎn)速的曲線圖，圖中標(biāo)出了馬達(dá)喘振速度。
圖9是可變流動(dòng)控制裝置中的閥門壓力降和閥門開度的曲線圖。
圖10是第一泵單元的壓縮比和可變流動(dòng)控制裝置中閥門開度的曲線圖。
圖11是可變流動(dòng)控制裝置中的壓力降和閥門開度的曲線圖，圖中示出了工作區(qū)域。
圖12是處理室內(nèi)壓力和閥門開度的曲線圖，圖中示出了可工作區(qū)域。
圖13是可變流動(dòng)控制裝置中的壓力降和閥門開度的曲線圖，圖中示出了工作區(qū)域，并且對現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明進(jìn)行了比較。
圖14是本發(fā)明第一實(shí)施例中的流動(dòng)控制單元。
圖15是本發(fā)明第二實(shí)施例中的流動(dòng)控制單元。
圖16是本發(fā)明的第二實(shí)施例中閥門開度和背壓的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1中所示，半導(dǎo)體處理室10的入口流體連通到一個(gè)上游閥門12，以控制過程氣體引入到處理室中。在半導(dǎo)體產(chǎn)品的處理過程中會用到多種不同的過程氣體。例如氮?dú)猓瑲鍤饣蛘呗葰?。?yīng)當(dāng)理解，這些氣體的分子或原子結(jié)構(gòu)有很大的差異，所以對于在處理室10下游的泵送裝置而言有不同要求，并且處理室也需要不同的壓力。
所述的泵送裝置不僅適用于半導(dǎo)體處理室，也適用于其他類型處理室內(nèi)的壓力控制。
處理室10的出口流體連通到第一泵單元14的入口，如圖所示第一泵單元包括一渦輪分子泵(TMP)，其可以包括渦輪分子泵級、分子拖拽級、霍爾威克(Holweck)級和再生級，以及它們的組合。通過渦輪分子泵的入口進(jìn)入泵中的氣體經(jīng)不同泵級被壓縮，然后被第二泵單元16從出口吸出。在圖1中，第二泵單元是前級泵組合，其優(yōu)選地包括進(jìn)行干燥操作的真空泵，這種真空泵采用一些熟知的機(jī)構(gòu)，比如螺桿泵、再生泵、膜片泵、渦旋泵或者活塞泵。第二泵單元直接向大氣排氣。
設(shè)置有流動(dòng)控制單元18，其用于控制第一泵單元14的出口和第二泵單元16的入口之間的流動(dòng)。所希望的是，使流動(dòng)控制單元18相對地靠近第一泵單元14的排出口，最好盡可能接近，這樣處理室內(nèi)壓力就會對流動(dòng)控制單元有很快的響應(yīng)。以這樣的方式定位該流動(dòng)控制單元意味著其的控制能夠較快地作用于泵的出口壓力。
測壓儀19監(jiān)測處理室壓力。測壓儀把信號傳送到控制單元21，控制單元21將這個(gè)信號與處理室壓力希望值進(jìn)行比較，并向流動(dòng)控制單元18發(fā)出控制信號，以便控制第一泵單元14和第二泵單元16之間的流動(dòng)。所述的控制單元可以是手動(dòng)操作也可以是自動(dòng)操作。
渦輪分子泵(TMP)的轉(zhuǎn)速通常由操作者借助選擇器來選擇，對于每一過程通過使用下列的關(guān)系來進(jìn)行選擇，并且可以由電腦或者操作者通過控制單元借助無源控制或調(diào)節(jié)來保持預(yù)定的轉(zhuǎn)速。
PInlet＝f(Q，ω，N)TTMP＝f(Q，ω，PExhaust，PInlet，k)ωStall＝f(PInlet，N)其中ω滿足，PInlet＜PRe quiredTTMP＜TLimitω＜ωStall其中，Q-氣體的質(zhì)量流率ω-TMP的轉(zhuǎn)速N-氣體的分子質(zhì)量K-氣體的熱導(dǎo)率PExhaust-TMP的排出壓力PInlet-TMP的入口壓力PRe quired-用于特定處理過程的TMP入口壓力預(yù)定值ωStall-TMP馬達(dá)的喘振速度TTMP-TMP的耐熱水平TLimit-TMP的發(fā)熱限制圖2給出了形成流動(dòng)控制單元18的一部分的可變流動(dòng)控制裝置20。如圖所示，流動(dòng)控制裝置是置于第一泵單元14和第二泵單元16之間的通道25中的一個(gè)蝶形閥。平板22如圖中箭頭所示的方向受控地繞軸24樞轉(zhuǎn)。閥門關(guān)閉的時(shí)候，平板22平置在垂直于流體從第一泵單元14到第二泵單元16流動(dòng)的平面上，這樣就產(chǎn)生了最大的流動(dòng)阻力。閥門完全閉合的時(shí)候它的導(dǎo)通性最小。當(dāng)平板22平置在平行于流體流動(dòng)的平面上時(shí)，這時(shí)閥門完全打開，此時(shí)流動(dòng)阻力最小。閥門完全打開時(shí)其導(dǎo)通性最大。關(guān)閉該閥門將降低導(dǎo)通性，并且可增加TMP出口處的出口流體壓力(也就是背壓或者排出壓力)。打開該閥門將增大導(dǎo)通性并且降低背壓。
圖3繪制出了對于某種給定的過程氣體以質(zhì)量流率200sccm(標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘)流過給定的渦輪分子泵的情況下，可變流動(dòng)控制裝置20的閥門開度與處理室壓力的關(guān)系。閥門開度用百分比表示，100％表示完全打開，0％表示完全關(guān)閉。圖中所示的部分閥門開度為25％～40％。從完全打開的狀態(tài)時(shí)關(guān)閉閥門，起初不會對處理室壓力有任何影響，直到閥門開度到達(dá)29％左右時(shí)才有影響，這是泵的臨界背壓出現(xiàn)時(shí)的開度。在臨界背壓以上，背壓的變化將影響入口壓力(也就是處理室壓力)的變化。
圖4給出了當(dāng)TMP在正常工況下工作時(shí)對于典型的過程氣體的不同質(zhì)量流率，其中的曲線表示排出壓力和入口壓力或者處理室內(nèi)壓力的關(guān)系。在正常工況下，泵為了獲得最大的泵送效率其轉(zhuǎn)速通常為最大允許轉(zhuǎn)速。從圖4中可以看到，對于不同的質(zhì)量流率，當(dāng)排出壓力低于臨界背壓(由“X”表示)的時(shí)候，入口壓力沒有改變。然而，當(dāng)排出壓力增加時(shí)，將會超過發(fā)熱限制。在低流率下，當(dāng)壓力低于各自的臨界背壓時(shí)，超過發(fā)熱限制。在高流率下，只存在相對小的范圍，其中排出壓力高于臨界背壓但低于泵的發(fā)熱限制的。圖4表明在正常工況下，只有在排出壓力的相對小的范圍上(或者根本在該范圍內(nèi))并且不超過第一泵單元的發(fā)熱限制時(shí)，使用在TMP和背壓泵之間閥門來控制處理室內(nèi)的壓力才是有效的。
圖5給出了當(dāng)泵100％的運(yùn)轉(zhuǎn)或全速工作的半導(dǎo)體處理方法中泵的入口壓力與流過處理室的兩種過程氣體的質(zhì)量流率之間的關(guān)系圖。這些過程氣體是氮?dú)夂蜌鍤狻？梢钥匆姡?dāng)流率增加的時(shí)候，處理室內(nèi)壓力也隨著增加。舉個(gè)例子，氬氣為150sccm時(shí)，處理室壓力約為3mtorr(毫托)，氮?dú)鉃?00sccm時(shí)，該壓力約為8mtorr。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，渦輪分子泵尤其是與分子拖曳泵組合的泵可產(chǎn)生明顯低于滿足圖5中給出的關(guān)系所需的處理室壓力。圖6給出了TMP的轉(zhuǎn)速與入口壓力或者處理室內(nèi)壓力之間的關(guān)系。圖6中的關(guān)系對應(yīng)于氬氣在質(zhì)量流率為150sccm時(shí)要求的處理室內(nèi)壓力為9mtorr，氮?dú)庠?00sccm時(shí)要求處理室內(nèi)壓力為90mtorr。氮?dú)庠?00sccm的流速下，泵100％運(yùn)轉(zhuǎn)可以使處理室壓力達(dá)到約8mtorr。因此，速度可以降低，并且如圖所示在處理室壓力超過預(yù)定值90mtorr之前不止是降低到圖中所示的58％左右，甚至更低。氬氣在150sccm的速度下，58％的速度仍然能夠保證壓力低于預(yù)定值9mtorr。由此可以預(yù)見，降低泵的轉(zhuǎn)速的同時(shí)也能夠保證處理室內(nèi)壓力達(dá)到預(yù)定值。
圖7同圖4那樣給出了排出壓力和入口壓力的關(guān)系，但是圖7中通過調(diào)節(jié)TMP的轉(zhuǎn)速使處理室內(nèi)壓力范圍大于排出壓力的范圍，在該范圍內(nèi)在不超過泵的發(fā)熱限制的情況下排出壓力的變化使得處理室壓力改變。如圖7所示，發(fā)熱限制已經(jīng)提高了，這樣就可以在不超過發(fā)熱限制的情況下調(diào)節(jié)處理室內(nèi)壓力。換句話說，臨界背壓下降到超過發(fā)熱限制時(shí)的排出壓力以下是有利的，在該臨界背壓之上處理室內(nèi)的壓力可影響排出壓力。因此，當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速被限制在某個(gè)預(yù)定值的時(shí)候，這增加了高于臨界背壓和低于超過發(fā)熱限制時(shí)的壓力的壓力范圍，同時(shí)要能夠在給定過程氣體且給定流率的工況下實(shí)現(xiàn)所需的處理室內(nèi)壓力。泵的轉(zhuǎn)速可以限定在90％，或80％，或者是預(yù)定的70％，或者是實(shí)施例中給出的66％。除了前面提到了發(fā)熱限制的問題，另一個(gè)問題是泵的失速問題。后一個(gè)問題在需要處理室內(nèi)壓力相對較高的時(shí)候尤為突出，比如要求壓力高于0.5托。這個(gè)問題的產(chǎn)生是因?yàn)楦叩娜肟趬毫?dǎo)致泵的馬達(dá)失速。然而如圖8所示，降低泵的速度可以緩和這個(gè)問題，同時(shí)又能在馬達(dá)不失速的情況下允許處理室內(nèi)壓力達(dá)到較高的水平。圖8給出了當(dāng)過程氣體是相對較輕的氮?dú)夂拖鄬^重的氬氣時(shí)作為泵的轉(zhuǎn)速和處理室內(nèi)壓力的函數(shù)的TMP的特征。當(dāng)泵工作在每種氣體對應(yīng)的曲線以上區(qū)域時(shí)就會發(fā)生馬達(dá)失速。如圖所示，在馬達(dá)失速前降低泵的轉(zhuǎn)速以便增加處理室內(nèi)壓力是可能的。例如，氮?dú)庠诒玫霓D(zhuǎn)速降低到約87％的時(shí)候處理室內(nèi)壓力是能夠達(dá)到所需的1.25托。氬氣在轉(zhuǎn)速降低到約73％的時(shí)候也可以達(dá)到同樣的所需的1.25托。所以，降低泵的轉(zhuǎn)速可能在不發(fā)生馬達(dá)失速的情況下增加室內(nèi)壓力的可能的上限。
結(jié)合圖7和圖8，可以理解在泵的熱性能和發(fā)生失速極限兩者的限制下，降低泵的轉(zhuǎn)速可增加室壓力在兩個(gè)限制之間的可獲得的范圍。
除了以上問題，還存在的另外一個(gè)問題就是控制排氣壓力的閥門過于靈敏，其的控制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)影響室內(nèi)壓力的改變。圖1中的流動(dòng)控制單元包括一個(gè)曾在前面提到的可變流動(dòng)控制裝置，還包括另一流動(dòng)控制裝置，它可以是下面一個(gè)實(shí)施例中的固定的限流孔，也可以是另一個(gè)實(shí)施例中的第二可變流動(dòng)控制裝置。為了便于理解，前面僅僅描述了僅包括第一可變流動(dòng)控制裝置的流動(dòng)控制單元而省略了另一可變流動(dòng)控制裝置。下面將根據(jù)圖3和圖9-11對另一流動(dòng)控制裝置進(jìn)行描述。
通過控制該可變流動(dòng)控制裝置20可以使流動(dòng)減少(也就是降低流動(dòng)控制單元的導(dǎo)通性)，這增加了第一泵單元14的背壓。增加流動(dòng)控制單元的導(dǎo)通性就降低背壓。但是，流動(dòng)控制單元的導(dǎo)通性和閥門開度不是呈線性關(guān)系的。
圖9給出了對閥門20兩側(cè)的壓力降和閥門開度的關(guān)系曲線。有以下關(guān)系式導(dǎo)通性＝質(zhì)量流率/壓力降。
由以上關(guān)系看出，導(dǎo)通性與壓力降成反比例關(guān)系。閥門開度用100％表示完全打開，0％表示完全關(guān)閉。圖9示出了對于恒定質(zhì)量流率200sccm的關(guān)系。從圖9中可以看出，閥門從100％關(guān)閉到約60％的過程中壓力的下降只有很小的變化。再進(jìn)一步關(guān)閉閥門就可看見壓力降明顯增加，在閥門開度約40％到27％間形成一條陡峭的曲線。
臨界背壓就發(fā)生在圖9中相對陡峭的曲線部分，在該部分中排出壓力變化相對較快。因此如前面圖3中所述，在臨界背壓之上閥門開度的變化就會使處理室內(nèi)壓力發(fā)生很快的變化。閥門開度僅僅變化大約2％就能使處理室內(nèi)壓力從0.02托變化到0.2托。因此應(yīng)當(dāng)理解，閥門開度的變化即使相對較小也能使室內(nèi)的壓力發(fā)生較大的變化，這也就意味著必須精確地控制閥門。不同的泵有著不同的臨界背壓。
圖10給出了可變流動(dòng)控制裝置的閥門開度和第一泵單元14的壓縮比之間的關(guān)系。第一泵單元14的壓縮比等于第一泵單元出口處的壓力或者背壓(圖9)除以在第一泵單元的入口處的壓力(即圖3中的室壓力)?？梢钥吹剑瑥耐耆蜷_狀態(tài)關(guān)閉閥門可以使壓縮比緩慢地增大，直到閥門開度達(dá)到29％時(shí)形成臨界背壓。圖10中的平緩曲線部分由圖9中的曲線決定。從臨界背壓關(guān)閉閥門就會使第一泵單元14的入口壓力產(chǎn)生急劇增大，由此使得壓縮比就急劇減小。圖中的該曲線部分由圖3和圖9共同決定。泵在工作時(shí)閥門不能完全關(guān)閉，這樣會損壞泵。如圖所示，閥門的臨界開度發(fā)生在第一泵單元14的臨界背壓處。
圖11中的陰影區(qū)域是室壓力的有效調(diào)節(jié)范圍。為達(dá)到該室壓力的有效調(diào)節(jié)范圍，對任一氣體和給定流率，流動(dòng)控制單元18必須可以在泵的臨界背壓之上在有效調(diào)節(jié)范圍內(nèi)改變壓力降。在圖中出現(xiàn)閥門臨界開度的陡峭曲線部分處可實(shí)現(xiàn)壓力降數(shù)值的該范圍，并且因此可變流動(dòng)控制裝置的控制的有效調(diào)節(jié)范圍在27％到29％的閥門開度之間。
下面的實(shí)施例將進(jìn)一步說明增加可變流動(dòng)控制裝置20的有效調(diào)節(jié)范圍可以有效地使得室內(nèi)壓力改變。這是通過降低流動(dòng)控制單元18的總導(dǎo)通性來實(shí)現(xiàn)的，以便有效調(diào)節(jié)范圍處于閥門壓力降曲線的較平緩的部分。可以通過給流動(dòng)控制單元增加一個(gè)預(yù)定導(dǎo)通性或者可變導(dǎo)通性的流動(dòng)控制裝置來降低總的導(dǎo)通性。如圖13中所示，由于增加了1.6托(也就是降低了導(dǎo)通性)，曲線B就往上移動(dòng)了，這樣閥門完全打開時(shí)就已經(jīng)處于它的有效調(diào)節(jié)范圍，這時(shí)只要關(guān)閉閥門就會影響室壓力的變化。這和曲線A不同，曲線A表示省去了另一可變流動(dòng)控制裝置的流動(dòng)控制單元，在閥門開度達(dá)到大約29％，曲線進(jìn)入較為陡峭的部分之前，不能達(dá)到有效調(diào)節(jié)范圍。
應(yīng)當(dāng)理解，曲線B的閥門開度范圍從100％到40％(見以標(biāo)記B表示的箭頭)的變化都可以影響室壓力的變動(dòng)，所以可變流動(dòng)控制裝置的控制的靈敏度低于曲線A(見以標(biāo)記A表示的箭頭)的情況。
優(yōu)選的是，另一流動(dòng)控制裝置的導(dǎo)通性設(shè)計(jì)成當(dāng)可變流動(dòng)控制裝置完全打開的的時(shí)候，使第一泵單元盡可能接近臨界背壓并且優(yōu)選為處于臨界背壓。借助這種結(jié)構(gòu)，從完全打開的狀態(tài)下該可變流動(dòng)控制裝置的任何關(guān)閉就可以影響室內(nèi)壓力的變動(dòng)。
如圖14所示，另一流動(dòng)控制裝置采用一個(gè)固定的限流孔26來降低流動(dòng)控制單元18的導(dǎo)通性。該可變流動(dòng)控制裝置即蝶形閥20平行于限流孔26，且沿徑向位于限流孔26的內(nèi)側(cè)。圖14和圖2相比較，應(yīng)當(dāng)理解圖14中的蝶形閥完全打開時(shí)與圖2的情況相比具有較大的流動(dòng)阻力。限流孔26的大小根據(jù)第一泵單元14的特性來選定，特別是臨界背壓這個(gè)參數(shù)。換句話說，選定另一流動(dòng)控制裝置的導(dǎo)通性使得該可變流動(dòng)控制裝置能在圖13中的平緩段曲線上有效地控制室內(nèi)壓力。優(yōu)選的是，該另一流動(dòng)控制裝置的導(dǎo)通性如此選定，即，能使在流動(dòng)控制裝置完全打開時(shí)，關(guān)閉閥門能影響室內(nèi)壓力的變動(dòng)。
圖14給出了具有固定導(dǎo)通性的另一流動(dòng)控制裝置的一種可能的形式。但是在某些情況下其他形式的另一流動(dòng)控制裝置可能更合適。例如，限流板或者球形閥。第一泵單元14和第二泵單元16之間流動(dòng)通道的橫截面可以根據(jù)限流的需要來確定。另一流動(dòng)控制裝置優(yōu)選為在可變流動(dòng)控制裝置的上游或者下游與之串聯(lián)。
圖15中給出了另一種流動(dòng)控制單元的布置方式，其中兩個(gè)可變流動(dòng)控制裝置串聯(lián)在一起。可變流動(dòng)控制裝置包括第一蝶形閥28，所示的另一流動(dòng)控制裝置包括第二蝶形閥30。第一蝶形閥28對室內(nèi)壓力進(jìn)行微調(diào)，第二蝶形閥30進(jìn)行粗調(diào)。
圖16是圖15中流動(dòng)控制單元18的工作圖。圖16中，示出了第一蝶形閥28的開度和閥門上游壓力或者第一泵單元14背壓的關(guān)系。對于圖中的每一條曲線，第二蝶形閥的閥門開度和導(dǎo)通性是固定的。因此可如此地選擇第二蝶形閥的導(dǎo)通性以便使可變流動(dòng)控制裝置能在該曲線平緩部分有效地控制室壓力，且可優(yōu)選地選擇導(dǎo)通性以便當(dāng)可變流動(dòng)控制裝置完全打開的時(shí)候，閥門的關(guān)閉能影響室壓力的變動(dòng)。沿任一條曲線，第一蝶形閥開度的改變能控制背壓，從而控制室壓力。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是這種流動(dòng)控制裝置適于與具有不同臨界背壓的多個(gè)不同泵中的任何一個(gè)泵一起工作。根據(jù)第一泵單元14的特性來選擇第二蝶形閥的導(dǎo)通性，并且在工作中通過調(diào)節(jié)第一蝶形閥來控制該室壓力。
本發(fā)明所涉及的一種處理室內(nèi)壓力控制設(shè)備和操作方法已經(jīng)在鋁蝕工具上實(shí)現(xiàn)，并且已經(jīng)和那些通常使用節(jié)流閥的常規(guī)系統(tǒng)做了性能上的比較。用于比較的工具是200毫米的LAM TCP9600SE標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立金屬腐蝕工具。在8個(gè)月的試驗(yàn)期中半導(dǎo)體薄片的質(zhì)量有很大的改善。
首先，和常用的系統(tǒng)相比，沉積在薄片上的直徑大于0.2(m)的顆粒顯著地減少了(38％)。顆粒污染的減少又直接使得每一層金屬板的缺陷數(shù)量減少。這種大顆粒的污染會影響薄片的幾何結(jié)構(gòu)從而導(dǎo)致短路或者相似的問題。和常用設(shè)備相比缺陷數(shù)量大約減少了30％。
由于缺陷數(shù)量減少了，因此整體的產(chǎn)量就提高了。與常規(guī)設(shè)備相比，五層金屬器件的總體產(chǎn)量約提高了1.5％。
此外，由于處理室內(nèi)沉積顆粒的減少使得平均停機(jī)維修周期變長了。換句話說，由于不用頻繁地清潔系統(tǒng)使得系統(tǒng)的工作時(shí)間增加了，這又間接地提高了產(chǎn)量。
最后，相比常規(guī)設(shè)備，蝕溝的幾何分辨率提高了，也就是進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種操作用于控制處理室(10)內(nèi)的壓力的設(shè)備的方法，該設(shè)備包括第一泵單元(14)和第二泵單元(16)，該第一泵單元的入口與所述處理室的出口流體連通，該第二泵單元的入口經(jīng)由流動(dòng)控制單元(18)與該第一泵元件的出口流體連通，該流動(dòng)控制單元包括具有可變導(dǎo)通性的可變流動(dòng)控制裝置(20，28)，以便控制在第一泵送單元的出口處的出口流體壓力，該操作方法包括控制第一泵單元的速度以便增加室壓力的范圍，在該范圍內(nèi)在不超過第一泵單元的發(fā)熱限制和馬達(dá)失速極限的情況下該出口流體壓力的控制使得該室壓力改變。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，使得第一泵單元(14)的速度限制在預(yù)定水平，該預(yù)定水平使得可實(shí)現(xiàn)所需的室壓力，并且增加出口流體壓力在臨界壓力之上和在超過第一泵單元的發(fā)熱極限的壓力之下的范圍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征為，降低第一泵單元(14)的速度，從而在第一泵單元不發(fā)生失速的情況下使得出口流體壓力能增加到便于實(shí)現(xiàn)較高的室壓力。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征為，PInlet＝f(Q，ω，N)TTMP＝f(Q，ω，PExhaust，PInlet，k)ωStall＝f(PInlet，N)其中ω滿足，PInlet＜PRe quiredTTMP＜TLimitω＜ωStall這里Q-氣體的質(zhì)量流率ω-TMP的轉(zhuǎn)速N-氣體的分子質(zhì)量K-氣體的熱導(dǎo)率PExhaust-TMP的排出壓力PInlet-TMP的入口壓力PRe quired-用于特定處理過程的TMP入口壓力預(yù)定值ωStall-TMP馬達(dá)的失速速度TTMP-TMP的耐熱水平TLimit-TMP的發(fā)熱限制
5.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征為，減少該流動(dòng)控制單元(18)的導(dǎo)通性，以便使得該可變流動(dòng)控制裝置(20，28)的控制對于所述處理室(10)內(nèi)的壓力改變具有影響的有效操作范圍增加。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征為，該流動(dòng)控制單元(18)包括另一可變流動(dòng)控制裝置(26，30)，并且該方法包括減少該另一流動(dòng)控制裝置的導(dǎo)通性，以便使得該可變流動(dòng)控制裝置的控制對于所述處理室內(nèi)的壓力改變具有影響的有效操作范圍增加。
7.一種用于控制處理室(10)內(nèi)的壓力的設(shè)備，該設(shè)備包括第一泵單元(14)和第二泵單元(16)，該第一泵單元的入口與所述處理室的出口流體連通，該第二泵單元的入口經(jīng)由流動(dòng)控制單元(18)與該第一泵元件的出口流體連通，該流動(dòng)控制單元包括可變流動(dòng)控制裝置(20，28)，該可變流動(dòng)控制裝置具有可變導(dǎo)通性以便控制在第一泵送單元的出口處的出口流體壓力，以及包括用于控制第一泵單元的速度以便增加室壓力的范圍的裝置，在該范圍內(nèi)在不超過第一泵單元的發(fā)熱限制和馬達(dá)失速極限的情況下該出口流體壓力的控制可使得該室壓力變化。
8.一種如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征為，該流動(dòng)控制單元包括用于降低該流動(dòng)控制單元的總導(dǎo)通性的另一流動(dòng)控制裝置(26，30)，由此使得該可變流動(dòng)控制裝置的控制對于所述處理室內(nèi)的壓力改變具有影響的有效操作范圍增加。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征為，該另一流動(dòng)控制裝置(26，30)的導(dǎo)通性如此選定，即，使得當(dāng)可變流動(dòng)控制裝置(20，28)處于完全打開時(shí)，第一泵單元(14)的背壓相對接近或者高于臨界背壓。
10.如權(quán)利要求8或9所述的設(shè)備，其特征為，該可變流動(dòng)控制裝置(28)和另一流動(dòng)控制裝置(30)在流動(dòng)控制單元(18)中串聯(lián)。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征為，該可變流動(dòng)控制裝置在另一流動(dòng)控制裝置的下游。
12.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征為，該可變流動(dòng)控制裝置在另一流動(dòng)控制裝置的上游。
13.如權(quán)利要求8或者9所述的一種設(shè)備，其特征為，該可變流動(dòng)控制裝置(20，28)和另一流動(dòng)控制裝置(26，30)并聯(lián)。
14.如權(quán)利要求7到13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，該另一流動(dòng)控制裝置(30)具有可根據(jù)多個(gè)不同的第一泵單元(14)中的任何一個(gè)的臨界背壓來選擇的可變的導(dǎo)通性。
15.如權(quán)利要求14中所述的設(shè)備，其特征為，該另一流動(dòng)控制裝置(30)是第二可變流動(dòng)控制裝置。
16.如權(quán)利要求10中所述的設(shè)備，其特征為，該第二流動(dòng)控制裝置(30)是蝶形閥。
17.如權(quán)利要求7到16中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，該可變流動(dòng)控制裝置(20，28)是蝶形閥。
18.如權(quán)利要求8到15或17中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，該另一流動(dòng)控制裝置(26)是在第一泵單元和第二泵單元之間的限流通道。
19.如權(quán)利要求8到15或17中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，該另一流動(dòng)控制裝置(26)是限流板或固定限流孔。
20.如權(quán)利要求8到15或17中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，該另一流動(dòng)控制裝置(26)是球形閥或擺動(dòng)閥。
21.如權(quán)利要求8到20中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，從該可變流動(dòng)控制裝置(20，28)在大致完全打開的情況下該有效操作范圍影響所述處理室(10)內(nèi)的壓力的變化。
22.如權(quán)利要求7到21中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，第一泵單元(14)包括渦輪分子泵，第二泵單元(16)包括前級泵。
23.如權(quán)利要求7到22所述的任一種設(shè)備，其特征為，第一泵單元(14)或/和第二泵單元(16)包括兩個(gè)泵串聯(lián)。
24.如權(quán)利要求7到23中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，該流動(dòng)控制單元(18)相對靠近第一泵單元(14)的排出口，這樣室壓力能快速響應(yīng)于該流動(dòng)控制單元的控制。
25.如權(quán)利要求7到24中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，控制速度的裝置是在選定的、預(yù)定的、或恒定速度下調(diào)節(jié)速度的靜態(tài)調(diào)節(jié)器。
全文摘要
一種操作用于控制處理室(10)內(nèi)的壓力的設(shè)備的方法，該設(shè)備包括第一泵單元(14)和第二泵單元(16)，該第一泵單元的入口與所述處理室的出口流體連通，該第二泵單元的入口經(jīng)由流動(dòng)控制單元(18)與該第一泵元件的出口流體連通，該流動(dòng)控制單元包括具有可變導(dǎo)通性的可變流動(dòng)控制裝置(20，28)，以便控制在第一泵送單元的出口處的出口流體壓力，該操作方法包括控制第一泵單元的速度以便增加室壓力的范圍，在該范圍內(nèi)在不超過第一泵單元的發(fā)熱限制和馬達(dá)失速極限的情況下該出口流體壓力的控制使得該室壓力改變。
文檔編號F04C23/00GK1662746SQ03814272
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月20日
發(fā)明者M·E·托爾納 申請人:英國氧氣集團(tuán)有限公司