专利名称：调整泵的速度的装置和方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种利用自动化控制方案调整真空泵的旋转速度的装置和方法。
背景技术：
真空泵是从封闭空间排出气体以便在所述空间内产生低压环境的设备。它通常使用在半导体制造工艺中。例如，在化学气相沉积(CVD)工艺期间，可以使用一个或多个真空泵来排出处理腔室中的气体。作为另一个示例，可以使用真空泵来在接合于处理腔室与外界环境之间的预真空腔室(load lock chamber)中产生低压环境。在半导体制造工艺中以其功能分类的真空泵的示例包括但不限于，升压泵、预真空泵以及前级泵。传统上，通常过度指定真空泵以适应不同应用的许多变量，以便提供性能的一定 保证。半导体制造工厂具有各种管道工程几何形状和制造设备公差。过度指定的真空泵能够容易地适应各种半导体制造工厂中的不同安装要求，并且仍然保证最低性能的一定满意度。虽然过度指定使得真空泵能够适应各种安装要求，但是它在能量消耗方面存在低效率的缺陷。过度指定的真空泵往往以高于最佳水平的旋转速度操作。结果，它往往消耗比可接受性能所需要的能量更多的能量。传统上，为了节约能量，已经尝试在操作期间手动地调节泵的速度。然而，这种方法是粗略的并且不精确的。它可能不能提供真空泵以最佳速度操作所需要的精度水平。此夕卜，手动调节是不一致的并且易出错误。这样会导致不期望的处理变化。
发明内容
本发明涉及一种利用自动化控制方案调整真空泵的旋转速度的装置和方法。在本发明的一些实施例中，所述装置包括真空泵，连接到腔室用于从所述腔室排出气体；传感器，联接到所述腔室用于测量所述腔室中的气体的特性；以及控制器，联接到所述传感器和所述真空泵，用于响应于由所述传感器生成的信号调节所述真空泵的速度，指示所述腔室中的气体的测量特性。在本发明的一些其他实施例中，所述方法包括如下步骤将所述真空泵设定在第一速度；测量所述腔室中的气体的特性；将所测量特性与预定值比较；以及基于所测量特性与预定值之间的比较来调节所述真空泵的速度。然而，当连同附图阅读时，从下面具体实施例的描述，将最佳地理解本发明的构造和操作方法、及其附加目标和优点。
图I示出根据本发明的一些实施例的调整泵的速度的装置的方框图。图2示出表示根据本发明的一些实施例的调整泵的速度的方法的流程图。
具体实施例方式图I示出根据本发明的一些实施例的调整泵的速度的示例性装置100的方框图。装置100包括但不限于气体源102、腔室104、真空泵106、传感器108以及控制器110。腔室104可以是从气体源102接收化学反应物和其他气体的处理腔室。化学反应物通常以气体状态供应到腔室104，并且可以由真空泵106经由连接在它们之间的前级管道105从腔室104排出。真空泵106在腔室104中产生低压或局部真空环境。在本发明的一些实施例中，腔室104是化学反应物可以在半导体晶片上形成薄的涂层的处理腔室。在本发明的一些其他实施例中，腔室104可以是附接有或没有附接气体源的预真空腔室。预真空腔室接合在处理腔室与外界环境之间，用于促进半导体晶片进出处理腔室的运动。在本发明的一些实施例中，由其功能分类的真空泵106可以是升压泵、预真空泵或前级泵。当以其设计分类时，真空泵106可以是罗茨泵、罗茨爪型泵、螺旋泵、旋转叶片 泵、活塞泵、液环泵或涡轮分子泵。传感器108联接到腔室104，用于感测和测量腔室104中的气体的一个或多个特性。例如，传感器108可以是感测和测量腔室104中的气态化学反应物或其他气体的压力的压力计。作为另一个示例，传感器108可以是感测和测量腔室104中的气态化学反应物或其他气体的温度的温度计。在本发明的一些其他实施例中，传感器108可以感测和测量腔室108、前级管道105或真空泵106的振动频率。在本发明的一些其他实施例中，传感器108可以感测和测量通过腔室108、前级管道105或真空泵106的气体的气体流速。应该注意，这里列出的示例不是穷尽的，并且可以理解能够感测和测量腔室104或其他物理部件中的气体的任何其他特性的其他传感器落入本发明的范围内。控制器110联接在传感器108与真空泵106之间，用于控制真空泵106以响应于由传感器108生成的信号调节其旋转速度，指示腔室104中的气态化学反应物或其他气体的一个或多个测量特性。控制器110将测量特性与预定值比较，并且基于该比较调节真空泵106的旋转速度。例如，在传感器108是压力计的情况下，控制器110将腔室104中的气体的测量压力与代表最佳或期望压力水平的预定值比较。当测量压力低于预定值时，控制器110控制真空泵106来降低其旋转速度，直到该速度落入预定值周围的可接受范围内。另一方面，当测量压力高于预定值时，控制器110控制真空泵106来增加其旋转速度，直到该速度落入预定值周围的可接受范围内。在本发明的一些实施例中，泵的速度的下降量设定为大于泵的速度的增加量。例如，下降量可以设定为增加量的大约5倍。这样，能量消耗的向下调节可以比向上调节更快地发生。在本发明的一些实施例中，测量特性可以是腔室104、前级管道105或真空泵106的振动频率，并且预定值可以是在避免真空泵106、前级管道105和腔室104中的共振的某种条件下的最佳或期望振动频率。在这种情况下，取代测量腔室104的振动频率或者除了测量腔室104的振动频率以外，可以连接传感器108来测量前级管道105或真空泵106的振动频率。可以寻找振动频率和泵的速度之间的相关性，来基于测量的振动频率与预定值之间的比较增加或降低泵的速度。该比较可以通过控制器110将指示来自传感器108的测量值的信号与预定值进行比较来实施。真空泵106的速度可以基于该比较来调节，直到振动频率落入可接受范围内。传统上，在预真空腔室的抽气操作期间，通常过度指定真空泵以便使预真空腔室中的压力快速地成为目标水平。然而，这种方法存在高功耗的缺陷，并且可能导致相当高水平的灰尘残留在腔室中。在本发明的一些实施例中，可以使用装置100来管理预真空腔室的抽气时间，以便以泵的最低或较低功耗实现预真空腔室中的最佳或期望灰尘水平。例如，腔室104可以是在将半导体晶片装载到腔室中时具有预先设定用于其抽气操作的目标压力水平的预真空腔室。在第一抽气周期中，测量真空泵106使腔室104中的压力水平下降到目标水平所花费的时间。在抽气操作结束时或抽气操作期间，也测量腔室104中的灰尘水平。然后在下一个周期中以预定值向上或向下调节泵的速度。再次测量真空泵106使腔室104中的压力成为目标水平的周期中所花费的时间和腔室中的灰尘水平。分析那些测量值来导出泵的速度与灰尘水平之间的相关性。然后重复处理直到达到最佳或期望操作目标。结果，这样能够以真空泵106的最低或较低功耗产生最佳或期望的灰尘水平。 在本发明的一些实施例中，传感器108和控制器110可以是两个分离的设备。在本发明的一些实施例中，传感器108和控制器110可以结合为单个设备。在本发明的一些实施例中，控制器110可以构建在真空泵106上作为单件设备。在本发明的一些实施例中，传感器的数量可以大于1，并且控制器的数量也可以大于I。在本发明的一些实施例中，装置100可以具有并联或者串联作为顺序级动作的多于I个的真空泵。在这种情况下，传感器108和控制器110的设计可能需要变更来适应真空泵布置。可以理解，鉴于本发明这种变更可以由本领域的技术人员容易地实施，而不需要过度的实验。图2示出表示根据本发明实施例的调整泵的速度的方法的流程图200。处理流程在步骤202开始。也参考图1，在步骤204，将真空泵106打开到全速。在步骤206，将从气体源102到腔室104的气流设定到期望的处理条件。在步骤208，处理等待直到腔室104中的气体的压力稳定。在步骤210，将腔室104中的气体的测量压力与代表最佳或期望压力水平的预定值比较。如果测量压力低于预定值，那么在步骤212使泵的速度以预定下降量降低。如果测量压力高于预定值，那么在步骤214使泵的速度以预定增加量增加。然后，在步骤216处理等待，直到腔室104中的气体的压力稳定。在步骤218，再次将腔室104中的气体的测量压力与预定值比较。如果测量压力仍然高于预定值，那么在步骤214再次使泵的速度以预定增加量增加并且重复步骤216。如果测量压力低于预定值，那么在步骤220存储泵的速度，并且在步骤222处理结束。可以理解如图2所示的处理流程可以在控制器110中作为控制逻辑实施。在本发明的一些实施例中，可以使用如图2所示的处理流程来调节预真空泵的旋转速度。在本发明的一些实施例中，如图2所示的处理流程可以以很少的变更使用来避免真空泵106、前级管道105和腔室104中的不期望振动。例如，在处理流程中使用的测量压力可以改变为真空泵106、前级管道105或腔室104的测量振动频率。可以理解这种变更是相当技术性的，并且不会从本发明的范围和精神偏离。本发明的一个优点是通过能够以最佳速度操作真空泵的所公开的装置和方法来实现能量的节约。它维持了在设计可能稍微过度指定以便适应不同铸造厂中的各种管道工程几何形状的真空泵方面的简单性，同时使得真空泵能够消耗比它们否则会消耗的更少的能量。与传统的手动方法相比，自动化的泵速度调整装置和方法能够更快速地且以精确得多的方式达到最佳速度。这还消除了由于在压力条件下手动地调节泵速度而导致的人工误差的可能性。上述说明提供了许多不同的实施例或者用于实施本发明的不同特征的实施例。描述部件和处理的特定实施例来帮助阐明本发明。当然，这些仅是实施例并不旨在限制在权利要求中描述的本发明。虽然本文将本发明例示和描述为以一个或多个特定示例实施，但是并不旨在限制为示出的细节，因为在不脱离本发明的精神的情况下并且在权利要求的等同物的范围和领 域内，可以在其中作出各种变更和结构改变。因而，宽泛地并且以与本发明的范围一致的方式解释所附权利要求是恰当的，本发明的范围如所附权利要求中阐述。
权利要求
1.一种调整泵的速度的装置，包括 真空泵，连接到腔室，用于从所述腔室排出气体； 传感器，联接到所述腔室，用于测量所述腔室中的气体的特性；以及控制器，联接到所述传感器以及所述真空泵，用于响应于由所述传感器生成的信号调节所述真空泵的速度，从而指示所述腔室中的气体的测量特性。
2.如权利要求I所述的装置，其中所述传感器是压力计。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述特性是所述腔室中的气体的压力。
4.如权利要求3所述的装置，其中当由所述信号指示的所述气体的测量压力低于预定值时，所述控制器降低所述真空泵的速度。
5.如权利要求4所述的装置，其中当由所述信号指示的所述气体的测量压力高于所述 预定值时，所述控制器增加所述真空泵的速度。
6.如权利要求5所述的装置，其中泵的速度的下降量大于泵的速度的增加量。
7.如权利要求6所述的装置，其中泵的速度的下降量是泵的速度的增加量的大约5倍。
8.如权利要求I所述的装置，其中所述腔室是预真空腔室。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述特性包括使所述腔室中的压力成为目标水平所花费的时间。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述特性包括所述腔室中的灰尘水平。
11.如权利要求10所述的装置，其中分析所述时间和所述灰尘水平之间的相关性，以调节所述真空泵的速度。
12.如权利要求I所述的装置，其中所述传感器包括振动传感器，其测量所述腔室、所述真空泵或者将所述腔室连接到所述真空泵的前级管道的振动频率。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述控制器降低或增加所述真空泵的速度，直到所述振动频率落入预定范围内。
14.如权利要求I所述的装置，其中所述真空泵是升压泵或预真空泵。
15.一种调整连接到腔室的真空泵的速度的方法，包括 将所述真空泵设定在第一速度； 测量所述腔室中的气体的特性； 将所测量特性与预定值比较；以及 基于所测量特性与预定值之间的比较调节所述真空泵的速度。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述特性是所述腔室中的气体的压力。
17.如权利要求16所述的方法，其中调节步骤包括当测量的气体压力低于所述预定值时降低所述真空泵的速度。
18.如权利要求17所述的方法，其中调节步骤包括当测量的气体压力高于所述预定值时增加所述真空泵的速度。
19.如权利要求18所述的方法，其中泵的速度的下降量大于泵的速度的增加量。
20.如权利要求19所述的方法，其中泵的速度的下降量是泵的速度的增加量的大约5倍。
21.如权利要求15所述的方法，在调节步骤之前，还包括等待所述真空泵的速度稳定。
22.如权利要求15所述的方法，其中所述特性包括所述腔室的振动频率。
23.如权利要求22所述的方法，其中调节步骤包括降低或增加所述真空泵的速度直到所述腔室的振动频率落入预定范围内。
24.如权利要求15所述的方法，其中所述特性包括使所述腔室中的压力成为目标水平所花费的时间。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述特性包括所述腔室中的灰尘水平。
26.如权利要求25所述的方法，其中该方法还包括分析所述时间和所述灰尘水平之间的相关性以调节所述真空泵的速度。
全文摘要
公开了一种利用自动化方法将泵的速度调整到最佳或期望速度的装置。所述装置包括连接到腔室用于从所述腔室排出气体的真空泵。传感器测量一个或多个特性，例如所述腔室中的气体的压力。将所测量的特性与预定值比较。真空泵的速度基于所述比较来调节，直到它落入期望范围内。
文档编号F04B49/00GK102753827SQ201180009783
公开日2012年10月24日 申请日期2011年1月25日 优先权日2010年2月16日
发明者G.R.谢利, J.R.施瓦布, M.K.罗梅奥 申请人:爱德华兹有限公司