真空排气系统及其监视·控制方法 【技术领域】
本发明涉及一种一般产业用或使用于半导体制造装置的排气泵系统、特别涉及一种由于其故障的预防而实现了长寿命化的真空排气装置。
背景技术
对在一般的产业或半导体制造装置中广泛使用的现有的排气泵系统的问题进行叙述。作为一个例子，对于使用于检压化学气相沉积(CVD)装置的排气泵系统、特别是使用于氮化硅膜(Si3N4膜)的CVD装置的排气系统的问题进行叙述。
过去，由减压CVD法进行的氮化硅膜地成膜，在减压下，作为硅源极使用二氯甲硅烷(SiH2Ci2)气体、作为氮化种的氨(NH3)气体在800℃左右由化学反应在硅(Si)基板上成膜氮化硅膜。该化学反应，在生成氮化硅物的同时、产生作为反应副生成物的氯化氨(NH4Cl)气体及氢气(H2)。氢气是气体，由使用于CVD装置的排气泵系统排气。另外，氯化氨在其生成时，因为反应炉内是800℃左右的高温下及数100Pa或亚数100Pa以下的减压下，因为是气体状。通常，在减压CVD装置上，在CVD装置和排气泵系统之间设置着用于捕集固体的反应副生成物的捕集器。
但是，由于捕集器位置的压力低，由捕集器不可能进行固体的反应副生成物的完全的捕集。因此，未捕集完的氯化氨到达排气泵系统。排气泵系统，由于其动作性能，在其上游侧的压力是0.1Pa左右，在其下游侧的压力是大气压力，在排气泵前后是生成五位数程度的压力差。因此，氯化氨在生成时虽然是气体，但是，由于排气泵中的气体压缩产生的压力上升而排气泵内部开始固化。在开始固化的部分，由于配管的直径变小，排气传导降低，在该固接部分处成为更加促进固化的状况。即，在一部分上局部地开始的固化急剧地进展，最终闭塞配管，或因为固接在旋转部分上而使旋转不能进行，由此，使排气泵系统产生故障。排气泵系统的故障由于特别是由在该一部分引起的致命伤所引起的，排气泵系统的寿命显著地变短。
鉴于上述问题，本发明提供一种可以使产生由减压CAD等产生的反应生成物固化的排气系统的寿命变长、可以提高生产效率的真空排气系统及真空排气系统监视·控制方法。
为了达到上述目的，本发明的第一特征的真空排气系统包括：(a)沿排气方向串联地排列的多个具有监视区域的排气泵系统；(b)分别设置在监视区域的、用于分别独立地检测监视区域中的排气泵系统的状态传感器；(c)与该传感器成对的、分别设置在监视区域的加热器；(d)分别接受来自传感器的数据信号，比较该数据信号与阈值，在来自特定的传感器的数据信号超过阈值时，选择性地只向配置了特定的传感器的监视区域的加热器供给加热用电力的监视·控制装置。
根据本发明的第一特征，在串联地排列的多个监视区域中，安装经常观测排气泵的状态多种类·许多个传感器来构成传感器群。监视·控制装置诊断·分析由传感器群产生的信息，并且内藏着控制加热器的软件。当传感器信息的状态变化超过允许值(阈值)时，监视·控制装置控制加热器，从而可以抑制该部分处的固接·闭塞的进行。
作为传感器可以使用振动测量计或温度测量计等的各种检测器。
本发明的第二特征是涉及以规定一定的排气方向的方式连接多个排气要素的一群的排气系统。即，本发明的第二特征的真空排气系统，至少包括(a)含在多个排气要素的一群中的特定的排气要素；(b)与该特定的排气要素的吸气侧配管连接的第一阀；(c)在该第一阀上连接一方的排气侧配管的分支真空配管；(d)与该分支真空配管的另一方的排气侧配管连接的第二阀；(e)在该第二阀上连接了吸气侧配管的旁路配管；(f)在特定的排气要素的排气侧配管上连接了一方吸气侧配管、在旁路配管的排气侧配管上连接了另一方吸气侧配管的另外的排气要素；(g)与特定的排气要素的吸气侧配管、特定的排气要素的排气侧配管及特定的排气要素的本体中的至少一个连接的传感器；(h)接收来自该传感器的数据信号，比较该数据信号与阈值，当数据信号超过阈值时，将关闭第一阀、打开第二阀的信号分别供给第一及第二阀的监视·控制装置。在此，所谓“排气要素”指的是阀或真空配管以外的主泵、辅助泵、或气体冷却器等。因此，所谓“以规定一定的排气方向的方式连接多个排气要素的一群的排气泵系统”指的是例如相互串联地连接机械·增压·泵等的辅助泵、干式泵等的主泵第一级、主泵第二级、主泵第三级、气体冷却器第一级、主泵第四级、气体冷却器第二级、主泵第五级、气体冷却器第三级的真空排气系统。在以规定一定排气方向的方式连接的各排气要素之间也可以插入阀或真空配管等地进行连接，也可以通过真空法兰等直接进行连接。
在本发明的第二特征中，在排气泵系统中设有经常地观测其状态的多种类·多个传感器，还安装着由第一阀/第二阀控制排气路径的旁路配管。传感器群及阀控制用的信号线都与监视·控制装置连接着。监视·控制装置诊断·分析传感器群产生的信息，而且内藏着控制阀的软件。当由传感器信息产生的状态变化超过允许值(阈值)时，监视·控制装置控制第一阀/第二阀，通过旁路配管进行真空排气，因此，可以抑制固接·闭塞的部分对排气系统带来影响。
作为传感器在可以使用振动测量计或温度测量计等的各种检测器方面与第一特征相同。
本发明的第三特征的真空排气系统的监视·控制方法，包括：(a)由具有沿排气方向串联排列的多个监视区域的排气泵系统真空排气反应性的气体及由该反应性的气体产生的反应副生成物的气体的步骤；(b)由分别设置在监视区域上的传感器分别独立地检测监视区域中的排气泵系统中的状态的步骤；(c)分别接收来自传感器的数字信号，比较该数据信号与阈值，在来自特定的传感器的数据信号超过阈值时，选择性地只向配置了特定的传感器的监视区域的加热器供给加热用电力的步骤。
根据本发明的第三特征，在串联排列的多个监视区域中，可以由多种类·多个传感器群诊断·分析排气泵系统的状态，可以抑制特定的监视区域中的对于排气泵系统内部的固接·闭塞的进展。
作为传感器可以使用振动测量计或温度测量计等的各种检测器。
本发明的第四特征的真空排气系统的监视·控制方法，包括：(a)由包括与该特定的排气要素的吸气侧配管连接的第一阀、在该第一阀上连接一方的排气侧配管的分支真空配管、与该分支真空配管的另一方的排气侧配管连接的第二阀、在该第二阀上连接了吸气侧配管的旁路配管、在特定的排气要素的排气侧配管上连接了一方吸气侧配管、在旁路配管的排气侧配管上连接了另一方吸气侧配管的另外的排气要素的排气泵系统真空排气反应性气体及由该反应性气体产生的反应副生成物的气体的步骤；(b)由与特定的排气要素的吸气侧配管、特定的排气要素的排气侧配管及特定的排气要素的本体中的至少一个连接的传感器检测特定的排气要素的状态步骤；(c)接收来自该传感器的数据信号，比较该数据信号与阈值，当数据信号超过阈值时，将关闭第一阀、打开第二阀的信号分别供给于第一及第二阀的步骤。
根据本发明的第四特征，若判断为由于传感器信息，状态变化超过了允许值(阈值)时，则以监视·控制装置控制第一阀/第二阀并通过旁路配管真空排气的方式自动地变更排气路径，可以抑制由特定的排气要素中的固接·闭塞对整体的排气系统产生的影响。
【附图说明】
图1是表示本发明的第一实施例的真空排气系统的概念的构成图。
图2是更加详细地表示本发明的第一实施例的真空排气系统的示意性构成图。
图3是表示本发明的第二实施例的真空排气系统的示意性构成图。
图4是表示本发明的另一实施例的真空排气系统的示意性构成图。
【具体实施方式】
以下，参照附图说明本发明的第一及第二实施例，在以下的图的记载中，在相同或类似的上部分标注相同或类似的符号。但是，附图地示意性的图，应该留意与现实的不同点。
(第一实施例)
如图1所示，本发明的第一实施例的真空排气系统具有：具有沿排气方向串联地排列的多个监视区域Z1、Z2、Z3、……、Zm的排气泵系统2；分别独立地检测监视区域Z1、Z2、Z3、……、Zm中的排气泵系统2的状态的传感器101、102、103、……、104；与该传感器101、102、103、……、104成对，并分别设置在监视区域Z1、Z2、Z3、……、Zm中的加热器201、201、203……、204；分别接收来自传感器101、102、103、……、104的数据信号D1、D2、D3、……、Dm，比较该数据信号D1、D2、D3、……、Dm与阈值，当来自特定的传感器的数据信号DJ超过阈值时，选择性地只向配置了特定的传感器的监视区域的加热器供给加热用电力的监视·控制装置1。加热用电力也可以直接从监视·控制装置供给，或加热器201、201、203……、204分别具有电源装置，也可以如图1所示从监视·控制装置1分别向加热器201、201、203……、204供给必要的加热器控制信号C1、C2、C3、……、Cm，间接地供给所需要的加热用电力。
即，在本发明的第一实施例的真空排气系统中，在排气泵系统2上安装着多种类·多个经常观测其状态的传感器101、102、103、104、……。由多种类·多个构成的传感器101、102、103、104、……群经常地向监视·控制装置1发送排气泵系统2的状态，作为传感器101、102、103、104、……可以是温度计、压力计、流量计、电流·电压计或振动测量计。在监视·控制装置1的内部设有比较接收的数据信号D1、D2、D3、……、Dm与阈值的比较电路(比较器)。与阈值的比较既可以模拟式地实施，也可以以数字电路进行比较。在用数字电路进行比较时，来自传感器101、102、103、104、……群的信息通过设在传感器101、102、103、104、……的输送电路上的A/D转换器，作为数字信号被集中到监视·控制装置1中。或，也可以构成为作为模拟信号发送到监视·控制装置1中，通过内藏于监视·控制装置1中的A/D变换器变成数字信号后输入到比较电路。无论采用哪一种方法，来自传感器101、102、103、104、……群的信息D1、D2、D3、……、Dm都是被收集到监视·控制装置1。在进行更详细的信息D1、D2、D3、……、Dm的诊断·分析时，也可以内藏着中央运算处理电路(CPU)，该CPU由规定的程序控制。这样，监视·控制装置1诊断·分析由传感器101、102、103、104、……群产生的信息D1、D2、D3、……、Dm，并且根据其结果控制加热器201、201、203、204、……阀群。
在图2中，表示氮化硅膜的减压CVD装置的排气泵系统2的一部分。该排气泵系统2从上游侧起沿排气方向串联地连接着辅助泵(机械·增加·泵)21、主泵第一级(图中省略)、主泵第二级(省略图示)、主泵第三级24、气体冷却器第一级25、主泵第四级26、气体冷却器第二级27、主泵第五级(省略图示)、气体冷却器第三级(省略图示)。但是主泵第一级、主泵第二级、主泵第五级、气体冷却器第三级省略了其图示。这些多个排气要素21、24、25、26、27通过真空配管32、……、34、35、37、38、39相互连接。在图2中，也与图1同样，与多个排气要素21、……、24、25、26、27分别对应地定义多个监视区域。而且，与该监视区域对应地配置着分别独立地检测监视区域中的排气泵系统2的状态的传感器111、112、……、121、122、123、124、……、127、128、和与该传感器111、112、……、121、122、123、124、……、127、128成对地分别设置在监视区域中的加热器211、212、……、221、222、223、224、……、227、228、229。在下以，传感器111、112、……、121、122、123、124、……、127、128作为热电偶或半导体温度计等的温度计进行说明。但是，应该注意的是，若是捕捉排气泵系统2的状态变化的传感器，则传感器111、112、……、121、122、123、124、……、127、128不限定于温度计。监视·控制装置1分别接收来自传感器111、112、……、121、122、123、124、……、127、128的数据信号，比较该数据信号与阈值，当来自特定的传感器的数据信号超过阈值时，只选择性地向配置了特定的传感器的监视区域的加热器供给加热用电力使其动作。因此，传感器111、112、……、121、122、123、124、……、127、128与监视控制装置1由配线311、312、……、321、322、323、324、……、327、328相互连接着。另外，传感器111、112、……、121、122、123、124、……、127、128与监视·控制装置1由配线相互连接着。但在图2中只表示了其中的与加热器323、324、325连接的配线423、424、425。
在将二氯甲硅烷(SiH2Cl2)与氨(NH3)作为源气体使用的氮化硅膜的减压CVD方法中，作为结果，生成作为反应副生成物的氯化氨(NH4Cl)的气体。通常，在氮化硅膜的减压CVD装置中，在排气泵系统2与CVD反应炉(室)之间插入用于捕集那些未反应的源气体(反应性气体)及由于源气体的反应产生的反应副生成物(NH4Cl)的捕集器。捕集器由于压力低不能完全地捕集反应副生成物。未捕集完的反应副生成物到达排气泵系统2。在多个排气要素21、……、24、25、26、27构成的排气系统2中，由于气体的压缩，压力从0.1Pa左右增加到大气压。反应副生成物按照状态图中的升华曲线，在低压下以气体状态存在，但是在更高压化下开始固化。在泵内部反复进行气体的压缩，压力从数100Pa变化到大气压，因此排气中的气体状反应副生成物随着压力上升而在排气泵系统2的内部开始固化。当在排气泵系统2的配管内开始固化时，配管内径或气体冷却器25、27、内的容量减小，排气传导降低。在反应副生成物的固化·吸附部分中，压力进一步增加，其结果，温度开始上升。
在监视·控制装置1内设定着排气泵系统2的多个监视区域每一个中的温度上升允许上升到多少℃的阈值(允许值)。阈值根据依据使CVD装置的开始状态及现在之前所积蓄着的排气泵系统2的运转状态的管理信息决定。在第一实施例中，将温度上升的阈值设定为“从初始状态上升10℃”。当温度上升到达阈值时，监视·控制装置1只向安装在排气泵系统2的多个监视区域中的加热器211、212、213、……、221、222、223、224、……、227、228、229、……内的对应的监视区域的加热器供给电力，只选择性的使其对应的监视区域的温度上升。
例如，在上游的气体冷却器第一级25的吸气侧配管35中产生由反应副生成物的固接引起的闭塞，引起温度上升(如上所述，气体冷却器全部有三级)。这时，使气体冷却器第一级25的吸气侧配管35的加热器223、排气侧配管38的加热器225及气体冷却器第一级25的外壁部分的加热器224上升到180℃。加热器223、225、224的设定温度是使氯化氨升华的温度。因此，由其它的材料的CVD装置生成的反应副生成物由于具有不同的性质，关于其它的材料的CVD装置需要设定与其副生成物对应的温度。通过提高加热器223、225、224的温度，气体冷却器第一级25中的反应副生成物的固接不进一步发展。
通过继续进行导体制造工序，其它的监视区域中的固接·闭塞进展，因此，排气泵系统2的状态产生变化。与上述处理相同，监视·控制装置1，在其排气泵系统2的状态变化超过新的闭塞监视区域设定的阈值的时刻，将加热器211、212、213、……、221、222、223、224、……、229、……内的对应的部位的加热器上升到180℃。接着，通过反复进行同样的处理(动作)可以使反应副生成物的固化·吸附分散。
过去，反应副生成物开始固接的部分处的固化急剧地进展，成为使泵产生故障的致命伤。但是，若采用本发明，可以抑制闭塞开始部分处的进一步的固接，可以使反应副生成物分散到其它的监视区域。因此，可以延长CVD装置的寿命。
(第二实施例)
在第一实施例中，说明了由特定的监视区域Z1、Z2、Z3……、Zm的加热抑制发生在排气泵系统中的一部分的监视区域的反应副生成物的固接的方法，但是也可以用其它的方法。
图3表示与图2同样地从上游侧起沿排气方向串联地连接着辅助泵(机械·增压·泵)21、主泵第一级(图中省略)、主泵第二级(省略图示)、主泵第三级24、气体冷却器第一级25、主泵第四级26、气体冷却器第二级27、主泵第五级(省略图示)、气体冷却器第三级(省略图示)的排气泵系统2的一部分。即主泵第一级、主泵第二级、主泵第五级、气体冷却器第三级省略了其图示。这些多个排气要素21、24、25、26、27通过真空配管32、……、34、35、37、38、39以规定一定的排气方向地被连接。在该排气泵系统2中，作为特定的排气要素25注目于气体冷却器1第一级进行说明。该气体冷却器1第一级(特定的排气要素)25的吸气侧配管37上连接着第一阀50。在该第一阀50上连接着分支真空配管35的一方的排气侧配管。在该分支真空配管35的另一方的排气侧配管上连接着第二阀51。在该第二阀51上连接着旁路配管36的吸气侧配管。在气体冷却器1第一级25的排气侧配管38上连接着作为其它的排气要素26的主泵第四级的一方的吸气侧配管。主泵第四级(其它的排气要素)26的另一方的吸气侧配管与旁路配管36的排气侧配管连接着。
在此，在气体冷却器第一级25的吸气侧配管37、气体冷却器1第一级25的本体及气体冷却器第一级25的排气侧配管38上分别设置传感器122、123、124。与第一实施例同样，在第二实施例中，将传感器设定为温度计进行说明。监视·控制装置1接收来自这些传感器122、123、124的数据信号，比较该数据信号与阈值，当数据信号超过阈值时，将关闭第一阀50、打开第二阀51的信号分别供给第一阀50及第二阀51。因此，传感器122、123、124与监视·控制装置1由配线322、323、324相互连接。另外，第一阀50及第二阀51分别由配线450、451与监视·控制装置1相互连接着。为了由来自监视·控制装置1的电气信号开闭第一阀50及第二阀51，第一阀50及第二阀51可以是电磁阀、或空气压力作动的气动阀。在是气动阀时，只要由与第一阀50及第二阀51连接的气动配管系统控制分别供给到第一阀50及第二阀51的空气压力即可。即，通过由来自监视·控制装置1的电气信号驱动控制该气动配管系统的电磁阀等，可以控制第一阀50及第二阀51的开闭。
这样，即使使用设置了旁路配管36的方法，也可以使排气泵系统2长寿命化。在未引起闭塞的初始状态中，第一阀50是开状态，第二阀51是闭状态。即，气体通过冷却器第一级25。在氮化硅膜中，大都是上游侧的冷却器第一级25闭塞。当由闭塞引起的温度上升超过阈值时，监视·控制装置1关闭第一阀50，同时打开第二阀51。排气通过旁路配管36流到主泵第四级26。即，若是在过去，当产生冷却器第一级25的闭塞时，需要交换整个排气泵系统2，但是使用旁路配管36可以进行不引起闭塞的部分处的运转，因此可以使排气泵2长寿命化。
另外，对于冷却器1第一级25以外的其它的排气要素、即辅助泵(机械·增压·泵)21、主泵第一级(图中省略)、主泵第二级(省略图示)、主泵第三级24、主泵第四级26、气体冷却器第二级27、主泵第五级(省略图示)、气体冷却器第三级(省略图示)等也同样，当然最好是具有用于转换为旁管、传感器、旁路配管的自动阀。
(其它的实施例)
如上所述，本发明由第一及第二实施例进行记载，但是形成该公开的一部分的论述及附图不应该理解为是限定该发明的东西。所属技术领域的人员可以从该公开得知各种各样的实施方式的变型例、替代实施方式、实施例及运用技术。
例如，也可以做成在使用于已经叙述的第二实施例的说明中的图3的旁路配管36侧再配置其它的排气要素的构造。图4涉及本发明的第二实施例的变型例，是在图3的旁路配管36侧再配置预备气体冷却器28的构造。即，如图4所示，在气体冷却器第一级25的吸气侧配管37上连接着第一阀50，在该第一阀50上连接着分支真空配管35的一方的排气侧配管。在该分支真空配管35另一方的排气侧配管上连接着第二阀51。在该第二阀51上通过旁路配管41连接着预备气体冷却器28的吸气侧配管。在预备气体冷却器28的排气侧通过旁路配管42连接着第四阀53。在气体冷却器第一级25排气侧配管38上连接着第三阀52，通过该第三阀52连接着主泵第四级的一方的吸气侧配管。在第四阀53的排气侧连接着旁路配管43，该旁路配管43连接在主泵第四级26的另一方的吸气侧配管上。
与图3同样，在气体冷却器第一级25的吸气侧配管37、气体冷却器第一级25的本体及气体冷却器第一级25的排气侧配管38上设有传感器122、123、124。与第一实施例同样，即使在第二实施例中，传感器也作为温度计进行说明。监视·控制装置1接收来自这些传感器122、123、124的数据信号，比较该数据信号与阈值，当数据信号超过阈值时，将关闭第一阀50及第三阀52、打开第二阀51及第四阀53的信号分别供给第一阀50、第二阀51、第三阀52、第四阀53。因此，传感器122、123、124与监视·控制装置1由配线322、323、324相互连接。另外，第一阀50、第二阀51、第三阀52及第四阀53分别由配线450、451、452、453与监视·控制装置1相互连接着。为了由来自监视·控制装置1的电气信号开闭第一阀50、第二阀51、第三阀52及第四阀53，第一阀50、第二阀51、第三阀52及第四阀53可以是电磁阀、或空气压力作动的气动阀，这与图3的情况相同。
如图4所示，通过在旁路配管41与42之间设置预备气体冷却器28，在气体冷却器第一级25产生闭塞式，可以以使用预备气体冷却器28的方式转换排气路径。而且，在切换为使用预备气体冷却器28的排气路径后，打开设在气体冷却器第一级25的吸气侧配管37及排气侧配管38的部分上的真空法兰盘(图示中省略)，分解扫除产生了闭塞的气体冷却器第一级25。若将真空法兰盘的两侧或一侧做成为波纹管，则分解作业变容易。在完成了分解扫除后，在吸气侧配管37及排气侧配管38的真空法兰盘(图中省略)部分将气体冷却器第一级25插入排气路径。这样，若下一次在预备气体冷却器28侧产生闭塞，则只要将与上述相反地打开第一阀50及第三阀52、关闭第二阀51及第四阀53的信号从监视·控制装置1分别发送到第一阀50、第二阀51、第三阀52及第四阀53即可。因此，虽然省略了图示，在预备气体冷却器28上也配置着传感器。即，只要以对称的构造构成气体冷却器第一级25与预备气体冷却器28即可。
这样，若将气体冷却器第一级25与预备冷却器气体28构成为对称构造，在一方产生了闭塞时，切换为另一方，可以分解扫除产生了闭塞的气体冷却器。因此，在运转着排气泵系统2的状态下可以解除闭塞，可以使排气泵系统2更加长寿命化。
另外，对于冷却器1第一级25以外的其它的排气要素、即辅助泵(机械·增压·泵)21、主泵第一级(图中省略)、主泵第二级(省略图示)、主泵第三级24、主泵第四级26、气体冷却器第二级27、主泵第五级(省略图示)、气体冷却器第三级(省略图示)等当然也可以同样地做成为对称构造。
这样，本发明当然包括在此为记载的各种各样的实施方式及其变换例等。因此，本发明的技术范围是从上述中的说明只由妥当的专利权利要求所涉及的发明特定事项决定的。
根据本发明，可以使产生由于减压CVD等产生反应副生成物固化的排气泵系统的寿命长时间化。可以提高生产效率。