[发明专利]冗余泵送系统和利用此泵送系统的泵送方法

说明书

本发明涉及一种冗余真空泵送系统(300)和利用此系统的泵送方法，包括初级罗茨泵(302)、第一泵送子系统(310)和第二泵送子系统(320)，其中该第一泵送子系统(310)和第二泵送子系统(320)被布置为并联泵送由初级罗茨泵(302)排空的气体。该第一泵送子系统(310)包括第一次级罗茨泵(311)和第一正排量泵(312)以及定位于该初级罗茨泵(302)的气体排放出口(302b)和该第一次级罗茨泵(311)的气体抽吸入口(311a)之间的第一阀门(313)，并且该第二泵送子系统(320)包括第二次级罗茨泵(311)和第二正排量泵(312)以及定位于该初级罗茨泵(302)的气体排放出口(302b)和该第二次级罗茨泵(321)的气体抽吸入口(321a)之间的第二阀门(323)。根据本发明，该第一泵送子系统(310)和第二泵送子系统(320)被配置为以相同的流速泵送，而该初级罗茨泵(302)被配置为能够以等于初级泵送子系统(310)的泵送流速加上次级泵送子系统(320)的泵送流速的流速F泵送。

技术领域

本发明涉及真空技术领域。更精确地，本发明关于包含至少一个初级罗茨泵和并联布置的两个泵送子系统的冗余泵送系统。本发明还涉及利用此泵送系统的泵送方法。

背景技术

真空泵送系统是许多工业领域中不可或缺的设备，例如在食品和制药工业的冷冻干燥、蒸馏、包装和结晶工艺中，尤其是在半导体工业。

为了在半导体工业中实现质量总较好的制造工艺，在良好控制的空气下执行制造工艺是至关重要的。利用真空泵，可以排空工艺室，并提供许多工艺所需的清洁、低压环境，以及去除未使用的工艺气体和副产品。半导体设备的制造工艺通常涉及到多层的连续沉积和图案化。这些工艺步骤中的许多步骤需要在工艺室中的真空条件，以防止空气中存在的气体分子的干扰和污染。制造半导体设备的几个工艺步骤通常在工艺室(例如真空炉)中进行，例如在工艺室中通过化学气相沉积或化学气相蚀刻处理晶圆。所有这些工艺都需要较低的背景压力，以避免主要由水蒸气造成的污染，以及在工艺室内供应工艺气体的能力。这种工艺气体必须以精确的流速供应到工艺室中，而这种流速通常是很高的。因此，用于排空并维持半导体工艺室中的预定压力的工艺气体的泵送系统需要能够将工艺室排空至较低的端压力，通常至少为10^-2mbar，并且能够控制高流速，范围为每分钟几万升。为此，通常将罗茨泵(也称为真空增压器)和干式初级抽气泵结合起来。罗茨泵可以控制高流速，而初级抽气泵由于高压缩比，可以达到足够低的端压力。

如今，在半导体工业中，数百甚至数千块晶圆在单个工艺室中同时被处理。因此，在制造工艺期间，泵送系统的故障会导致晶圆损坏，从而造成重大的经济损失。为了防止泵送系统的故障产生这样的后果，众所周知，通常要提供一种冗余泵送系统。冗余系统的目的是确保当维持工艺室中的工艺条件的泵发生故障时，第二个泵可以接替，以防止工艺条件发生太大变化，最终导致晶圆损坏。

现有技术中已知几种冗余泵送系统，尤其是在半导体工业领域。在第一种已知的冗余泵送系统中，示意性地如图1所示，两个泵送子系统被并联布置。这两个子系统中的每一个都包括罗茨泵和正排量泵，作为增压泵的初级抽气泵。对于每个泵送子系统，阀门被定位在连接罗茨泵和工艺室的管道上。泵送子系统被配置为使得每个子系统都能以所需的流速单独排空工艺室。这意味着，在正常操作期间，两个子系统始终在运行，但只有一个阀门打开。如果阀门打开的泵送子系统出现故障，则这个阀门被关闭，另一个泵送子系统的阀门被打开，以便允许第二个子系统接替。

然而，这种冗余系统有几个缺点。当故障发生时，会出现严重的压力波动和工艺室的污染。这通常导致工艺室中的晶圆严重损坏，并造成重大的经济损失。

第二种已知的在半导体工业中使用的冗余泵送系统，如图2所示，包括连接至工艺室的罗茨泵和并联布置的两个正排量泵。这两个正排量泵通过两个阀与罗茨泵分开。在正常操作期间，两个阀门中只有一个阀门是打开的，只有一个正排量泵作为罗茨泵的初级抽气泵。如果这个初级抽气泵发生故障，相应的阀门关闭，另一个阀门打开，允许第二个正排量泵充当罗茨泵的初级抽气泵。