专利名称：真空泵浦系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及泵浦效率的改进，更特别地，本发明涉及具有多个泵的真空泵浦系统的功耗的降低。
背景技术：
真空处理通常用于半导体设备的制造中以将薄膜沉积到衬底上。通常会使用真空泵将加工室排空到非常低的压力，该压力取决于操作的类型，可以低至10-6mbar，并且原料气导入排空的腔室以使希望的材料沉积在位于腔室中的一或多个衬底上。一旦完成沉积，衬底就从腔室中移出并且插入另一个衬底以重复沉积过程。
需要很长的真空泵浦时间来将加工室排空到所需的压力。因此，为了在更换衬底时将腔室中的压力维持在所需水平或所需水平附近，通常需要使用转接室和负载锁定室。负载锁定室由第一窗或通道连接到转接室，第一窗或通道能够可选地打开以允许衬底插入转接室或从转接室中移出。负载锁定室的容量从仅仅几升到用于某些大型平板显示工具的几千升不等。负载锁定室还具有第二窗，第二窗可选地朝大气打开以允许衬底插入负载锁定室并从负载锁定室中移出。在使用中，加工室由加工室真空泵维持在所需真空中。第一窗关闭时，第二窗朝大气打开以允许衬底插入负载锁定室。然后第二窗关闭，并且使用负载锁定真空泵将负载锁定室排空直到负载锁定室中的压力基本上与转接室中的压力相同。然后打开第一窗以允许衬底转移到转接室。然后将转接室排空到处于基本上与加工室相同的压力，于是衬底转移到加工室。
当真空处理已经完成时，处理过的衬底转移回到负载锁定室。第一窗关闭以维持加工室中的真空，并通过允许例如空气或氮气的非活性气体流入负载锁定室来将负载锁定室内的压力升高到大气压。当负载锁定室中的压力为大气压或在大气压附近时，就打开第二窗以允许处理过的衬底被移出。因此，对于负载锁定室而言，需要从大气排空到低或中等程度的真空的重复循环。
负载锁定泵在其真空室中通常是无油的，因为在真空室中出现的任何润滑剂都可能导致执行真空处理所处的清洁环境的污染。此类“干式”真空泵通常是使用咬合转子的多阶段正位移泵。转子可能在每个阶段具有相同类型的型面，或者型面随着阶段的不同而变化。适于用作负载锁定真空泵的此类泵的一个实例是BOC Edwards干式真空泵的“iL”系列之一。
影响到由真空泵抽取的功率的因素包括克服附加损失的功率、压缩所要泵浦的流体的功率和由于马达低效率而造成的功率损失。为了减少压缩泵浦流体所需功率，已经知晓要降低泵排气压力。例如，Ulvac Eco-Shock附加装置提供了用于从真空泵中泵浦排出的气体的附加泵。
在半导体加工厂中，真空处理可能会在多个反应室中同时执行，每个反应室都具有一个相应的负载锁定。为每个负载锁定真空泵提供此类附加装置将会显著地增加成本，并且增大泵浦系统所需的电源数量和泵浦系统的总台面面积。在至少其优选实施例中，本发明试图解决这些问题和其它问题。
发明内容
本发明提供了一种真空泵浦系统，该系统包括多个用于从各自的腔室中泵浦流体的真空泵，用于将从泵排出的流体向用于泵浦所述排出流体的附加泵输送的装置，以及与所述输送装置流体连通的用于可选择地使排出流体远离附加泵分流的装置。
通过将两个或多个真空泵连接到使从泵中排出的流体输送到用于泵浦排出流体的附加泵的公共排出装置，泵出口处的流体压力可以从约1000mbar(大气压)降低到例如在10mbar到100mbar范围内的压力。把泵入口和泵出口之间的压差减少到原来的1/10或更小可以显著地降低用于压缩从腔室泵浦的流体所需的功率，并因此可显著地降低每个真空泵中的功耗。
在真空泵包括用于排空多个负载锁定室的负载锁定泵，泵出口的排出流体的质量流速将基于当前正在从相对较高的压力(例如，在衬底已插入腔室之后)被排空的负载锁定室的数目而变化。因此，泵的排出流体的质量流速以及在附加泵的入口处的压力通常将随着时间而显著地变化。在负载锁定泵的通过量超过附加泵的通过量时，比方说，当四个或更多个负载锁定室同时从相对较高的压力排空时，“过量”的排出流体就远离泵分流出以防止位于附加泵上游的流体压力超过位于附加泵下游的流体压力，并因此避免附加泵的入口段和负载锁定泵的排出段的过载。
因此，可以将相对低容量和低功率的泵用作从所有真空泵排出流体的泵。这样，可以预料，通过降低真空泵的功率消耗而节省的每年的成本能够补偿提供和运行该附加泵的成本。
优选地，输送装置包括多个第一管道，每个第一管道都用于将来自各自真空泵的排出流体输送到第二管道，第二管道用于从每个第一管道接收所排出的流体并且将排出的流体向附加泵输送。
分流装置最好包括一个阀。该阀包括用于接收排出流体的阀入口、阀出口和允许排出流体在阀入口和阀出口之间的压差超过例如约50mbar的预定值时从阀入口流到阀出口的装置。可优选地，阀最好为球阀的形式，包括一个设置在阀座上的球体，从而阻挡从阀出口到阀入口的流体通道，并且在使用时在阀入口端增压排出流体可使球体从阀座移动开从而允许从阀入口向阀出口形成流体通道。优选地，附加泵具有一个与阀出口流体连通的出口，这样阀出口和泵出口就处于相同的压力下。
优选地，在附加泵的上游，输送装置包括用于将从泵排出的流体分离为向附加泵流动的第一液流和向阀流动的第二液流的装置。
在一个实施例中，分离装置可以包括一个分叉点，以便将从泵排出的流体分成两股液流。在另一个实施例中，分离装置还包括一个三通阀，该三通阀包括一个用于接收从泵排出流体的阀入口，用于向附加泵输送所接收的排出流体的第一阀出口和将所接收的排出流体远离附加泵输出的第二阀出口。可以设置用于可选择地控制三通阀的装置，从而仅从第一阀出口输出接收到的排出流体或从第一阀出口和第二阀出口两者中都输出排出流体。例如，可以设置一个传感器来检测阀入口处排出流体的压力，控制装置被设置成根据来自传感器的输出而控制三通阀。这样，如果阀入口处的压力超过预定水平时，例如，譬如多于三个腔室被从一个相对较高的压力排空时，则第二阀出口被打开。位于第二阀出口下游的排泄阀可以在三通阀出现故障时提供安全作用，从而在压力降至低于预定水平时关闭第二阀出口。
可替换的是，可以设置用于监控真空泵的功耗的装置，控制装置被设置成能根据来自监控装置的输出而控制附加阀。这可以使第二阀出口在泵的功耗增加到超过预定水平时打开，功耗超过预定水平也表示泵正在将许多腔室从相对较高的压力排空，从而排气流速的当前或预期的增加将被输送给附加泵。在另一种方案中，监控装置可能会监控位于腔室和泵之间的阀的打开和关闭。
可优选地，系统包括与所述输送装置流体连通的附加腔室，从而使用附加泵进行泵浦。当一个或多个负载锁定室从相对较高的压力排空时只要这样一个腔室可以降低在通向附加泵的入口处的压力增加，则可以帮助避免附加泵的过载。
排出流体的最小压力可以由真空泵连续泵浦的吹扫气体(purge gas)的数量控制。然而，在未使用吹扫气体时，排出流体可以被抽空至达到附加泵的极限真空，根据于附加泵的性质，可以低于1mbar。因为将排出流体泵浦至低于譬如5mbar可以降低泵浦系统的总效率，所以系统优选包括用于控制附加泵的功耗的装置。然后，功耗就可以按照需要和在需要时降低，从而避免附加泵抽吸出低于譬如5mbar的真空。
下面将参照附图仅以实例的形式描述本发明的优选特征，其中图1显示了真空泵浦系统；和图2显示了BOC Edwards iL600泵的功耗随排气压力的变化。
具体实施方式
参见图1，真空泵浦系统10的一个实施例包括多个(图1中显示了八个，尽管可以提供任意合适数目的泵)真空泵P1到P8，每个泵都经由各自的阀V1到V8连接到各自的腔室C1到C8上。在该实施例中，腔室C1到C8中的每一个都是半导体加工系统的负载锁定室，每个真空泵是负载锁定泵。适于用作负载锁定泵的合适的泵的实例包括BOC Edwards iL70和iL600干式泵。
每个负载锁定泵P1到P8的输出都连接到各自的管道20上。管道20将从负载锁定泵排出的流体向包括管道32和34的公共排出管30输送。分叉点N5具有一个用于接收所有从负载锁定泵排出的流体的入口40、用于向排气泵Pexhaust的入口50输出该排出流体的第一出口42和用于向排泄阀60的入口62输出该排出流体的第二出口44。排气泵可能是干式泵，例如BOC Edwards iL70泵。排气泵具有一个经由管道54和56与排泄阀60的出口64连接的出口52。在使用中，负载锁定室C1到C8通过负载锁定泵P1到P8而被维持在通常在10-2到10-3mbar范围内的低压。从负载锁定泵排出的流体被输送到排气泵，排气泵又将流体排放到大气中。如图1中所示，一种轻的吹扫气体，例如氮气，可以向每个负载锁定泵供应，例如供应量为4slpm，这样，在此类吹扫气体的存在下，从负载锁定泵排出及随后输送到排气泵的流体将为至少32slpm。在这样的流速下，排气泵能够将负载锁定泵出口处的压力降低至小于100mbar，通常降低到约12mbar或更低。参见图2，将负载锁定泵的排气压力从1000mbar(大气压力)降低到约12mbar可以显著地降低该泵的功耗。例如，以60Hz在约5mbar排气压力下操作的单个BOC Edwards iL600N泵的平均节能预计约为0.6kW，这会在一年中提供大约$300的节省费用。对于图1中所示包括例如五个iL70泵和三个iL600泵的八个泵的系统而言，预计每年节省的费用会超过$1000。
在使用中，每个负载锁定室C1到C8都将周期性地加压回到大气压力，例如，通过使用诸如空气或氮气的非活性气体。例如，针对负载锁定室C1的这一增压而言，首先，阀V1关闭以将负载锁定泵P1与腔室C1分离。然后向腔室C1供气以使腔室恢复至大气压，从而将已加工的衬底从腔室中移开并且插入一个新的衬底以进行后续处理。然后打开阀V1以使腔室C1由负载锁定泵P1排空。
尽管腔室被排空了，但是从泵P1排出的质量流速将出现增长，这将增大排气泵Pexhaust的入口50处的排出流体的压力。只要在排气泵的入口50处的压力不超过排气泵的出口52处的压力，排气泵就能够有效地泵浦排出流体。然而，由于在与负载锁定室连接的每个加工室(未显示)中进行的处理长短不同，可能会有一个以上的负载锁定室同时被排空。通过提供与排气泵的入口50流体连通的排泄阀60，就能够避免从负载锁定泵P1到P8的流体流速由于过高而导致排气泵过载的情形。例如，如果排泄阀60的入口62和出口64之间的压差变得大于诸如50mbar，增压的排出流体将导致阀60的球体66离开阀座68，从而使排出的流体旁通排气泵50并释放到大气中。一旦压差回落至50mbar以下，阀60关闭，并且所有的排出流体再次经由排气泵排出。
排出流体的最小压力由真空泵连续泵浦的吹扫气体的数量控制。然而，在未使用吹扫气体时，排出流体可以被抽空至排气泵的极限真空，它可以低于1mbar。由于将排出流体泵浦低于譬如5mbar会降低泵浦系统的总效率，所以可以设置一个控制系统以控制排气泵的功耗。然后，功耗就可以按照需要和在需要时降低以防止排气泵抽吸出低于比如说5mbar的真空。
如图1所示，在负载锁定泵P1到P8的下游可以设置一个附加的腔室70以便用排气泵进行泵浦。当一个或多个负载锁定室C1到C8被排空时，只要这样一个腔室70可以减少在排气泵入口处的压力增加，就可以帮助避免排气泵入口段和负载锁定泵排出段的过载。
应该理解，上文所述描述了本发明的一个实施例，毫无疑问，本领域技术人员可以不脱离由所附权利要求限定的本发明的实质范围内而给出其它实施例。
例如，代替排泄阀60或者除了排泄阀60之外，还可以在分叉点N5处设置一个三通阀。可以按照要求控制该阀引导流体向和/或离开排气泵以避免排气泵的过载。例如，可以设置一个传感器以检测入口40处的排出流体压力。根据传感器的输出，如果在入口40处的压力超过一预定水平时，例如，譬如多于三个负载锁定室被同时排空的压力时，控制该阀引导流体通过出口44，即，远离排气泵而排出。可替换的是，可以监控负载锁定泵的功耗，并且在泵的功耗超过预定水平时控制三通阀打开第二出口44，其中，功耗超过预定水平也表示泵正在将许多腔室从一相对较高的压力排空，从而排气流速的当前或预期的增大将被输送给排气泵。在另一种方案中，可以通过监控阀V1到V8的状态来控制三通阀。位于出口44下游的排泄阀60可以在三通阀出现故障时提供安全作用，从而在入口40处的压力降至低于预定水平时关闭第二出口44。
总之，真空泵系统包括多个真空泵，每个真空泵都用于从各自的负载锁定室泵浦流体。为降低泵出口处的流体压力，从而降低泵的功耗，从泵中排出的流体被输送到一个泵浦所有排出流体的附加泵中。为防止附加泵在多个腔室同时被排空时过载，排泄阀可选择地远离附加泵中分流一些排出流体。
权利要求1.一个真空泵浦系统，该系统包括多个用于从各自的腔室中泵浦流体的真空泵，用于将从泵排出的流体向用于泵浦所述排出流体的附加泵输送的装置，其特征在于，与所述输送装置流体连通的并且用于可选择地远离附加泵而分流排出流体的装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该输送装置包括多个第一管道，每个第一管道用于从各自的真空泵向第二管道输送排出的流体，其中第二管道用于接收从每个第一管道中排出的流体并将排出的流体向附加泵输送。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，分流装置包括阀。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，该阀包括用于接收排出流体的阀入口、阀出口和在该阀入口和阀出口之间的压差超过预定值时允许排出流体从阀入口向阀出口流动的装置。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，阀包括设置在阀座上的球体，从而阻挡从阀出口到阀入口的流体通道，并且在使用时在阀入口端增压排出流体可使球体从阀座移动开从而允许从阀入口向阀出口形成流体通道。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，该附加泵具有与阀出口流体连通的出口。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该输送装置包括位于附加泵下游的分离装置，该分离装置用于将从泵排出的流体分成向附加泵流动的第一液流和向分流装置流动的第二液流。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述分离装置包括一个三通阀，该三通阀包括用于接收从泵排放的流体的阀入口，用于向附加泵输出所接收的排出流体的第一阀出口和将接收的排出流体远离附加泵输出的第二阀出口。
9.根据权利要求8所述的系统，包括用于可选择地控制三通阀仅从第一阀出口输出所接收的排出流体或从第一阀出口和第二阀出口两者中都输出排出流体的控制装置。
10.根据权利要求9所述的系统，包括用于检测阀入口处排出流体压力的传感器，所述控制装置被设置成能根据传感器的输出而控制三通阀。
11.根据权利要求9所述的系统，包括用于监控真空泵的功耗的装置，所述控制装置被设置成能根据来自监控装置的输出来控制三通阀。
12.根据权利要求1所述的系统，包括与所述输送装置流体连通的附加腔室，该附加腔室使用所述附加泵进行泵浦。
13.根据权利要求1所述的系统，包括用于控制附加泵的功耗的控制装置。
14.根据权利要求1所述的系统，其中真空泵包括多个负载锁定泵，每个负载锁定泵都用于排空各自的负载锁定室。
专利摘要一种真空泵浦系统，包括多个真空泵(P1到P8)，每个真空泵都用于从各自的负载锁定室(C1到C8)泵浦流体。为了降低泵出口处的流体压力并因此降低泵的功耗，从泵中排出的流体被输送到附加泵(P
文档编号H01L21/02GK2767710SQ200420014200
公开日2006年3月29日 申请日期2004年10月14日 优先权日2003年10月14日
发明者D·G·M·萨维德格, P·诺尔斯, A·L·普维斯, N·P·肖菲尔德, D·王 申请人:英国氧气集团有限公司