[0001] 本发明涉及一种系统，其由两个真空阀、一个工艺过程室和一个用于加工过程在真空条件下被调节控制的运行的控制和调节单元组成。

[0002] 通常，用于调节体积流量或质量流量且用于基本上气密关闭穿过形成在阀体内的开口的流动路径的真空阀的各不同实施例由现有技术公开了并且尤其被用在IC、半导体或基片生产的领域中的真空室系统内，其必须在保护气氛中发生，如果可能的话在没有污染微粒的情况下。这样的真空室系统尤其是包括至少一个可抽空的真空室，其设置用于保持待处理或制造的半导体元件或基片并且具有至少一个真空室开口，半导体元件或其它基片可被引导穿过它地进出真空室，以及还包括至少一个用于抽空真空室的真空泵。例如在半导体晶圆或液晶基片的生产系统中，高度敏感的半导体或液晶元件依次经过几个过程真空室，位于过程真空室内的元件均通过处理装置被处理。在过程真空室内的处理过程期间内和在室之间输送期间内，高度敏感的半导体元件或基片必须总是处于保护气氛中，尤其在无空气环境中。

[0003] 外围阀被用来打开和关闭气体入口或出口，转移阀被用来打开和关闭真空室的转移开口以便插入和取出零件。

[0004] 半导体零件所穿过的真空阀由于所述应用领域和相关尺寸被称为真空转移阀，也由于其大多呈矩形的开口横截面被称为矩形阀，以及也因为其常见操作模式被称为滑阀、方形滑阀或转移滑阀。

[0005] 外围阀尤其被用来控制或调节在真空室与真空泵或另一真空室之间的气流。外围阀例如就位于在过程真空室或转移室与真空泵、大气或另一过程真空室之间的管道系统内。这样的也称为泵阀的阀的开口横截面通常小于真空转移阀的横截面。外围阀不仅被用来根据应用全开和全闭开口，也被用来通过在全开位置和气密关闭位置之间连续调节开口横截面来控制或调节流动，它们也被称为调节阀。一种用于控制或调节气体流动的可能外围阀是摆阀。

[0006] 在例如由US6,089,537(Olmsted)公开的典型的摆阀中，在第一步骤中，使总体圆形的阀盘从释放开口的位置枢转经过一个总体也为圆形的开口地到达覆盖开口的中间位置。在例如如US6,416,037(Geiser)或US6,056,266(Blecha)所述的滑阀的情况下，阀盘就像开口那样通常是矩形的并且在第一步骤中从释放开口的位置被线性推移到覆盖开口的中间位置。在此中间位置中，摆阀或滑阀的阀盘处于与围绕开口的阀座相对的间隔位置中。在第二步骤中，阀盘与阀座之间距离被缩短，使得阀盘和阀座被均匀相互压紧，并且开口被基本上气密关闭。这种第二运动优选主要在垂直于阀座的方向上发生。例如可以通过布置在被压紧到围绕开口的阀座上的阀盘关闭侧的密封圈获得密封，或者可以通过阀座上的密封圈获得密封，阀盘的密封侧被压紧到阀座上。由于两步关闭过程，阀盘和阀座之间的密封圈几乎不受到任何会损坏密封圈的剪切力，因为阀盘在第二步骤中的运动主要沿垂直于阀座的直线。

[0007] 各种不同的密封装置由现有技术例如US6,629,682B2(Duelli)公开了。适用于真空阀内密封圈的材料例如是也称为FKM的氟化橡胶，尤其是以商品名"Viton"称呼的氟化弹性体以及简写为FFKM的过氟化橡胶。

[0008] 由于上述阀尤其被用在高度敏感的半导体元件的制造中，故尤其因阀作动和作用于阀封闭件件的机械载荷所造成的微粒生成和阀室内的微粒数量必须保持尽量少。微粒生成主要是摩擦例如通过金属对金属接触和磨损造成的。

[0009] 如上所述，真空控制阀被用来设定在处理室内的规定的过处环境。所述调节一般基于提供关于内室压力的信息的压力信号和目标值、即要通过调节达到的目标压力。接着，阀封闭件(阀盘)的位置作为调节的一部分被改变，使得在一定期间内达到目标压力。

[0010] 作为调节的替代方式，真空调节阀也可以利用已知的过程参数例如在规定时间内要在处理室内达到的目标压力被可控操作。为此，例如相关的目标位置被提供给阀盘，该位置也在预定时间被接近。

[0011] 上述两种方法都具有其特有的优缺点。例如处理室内的目标压力可在相对短的时间内利用预定控制系统被设定，但由于一般缺少反馈(如当前压力信息)，只能有所保留地作出关于实际压力的说明。对生产过程的任何不希望的影响例如变化的气体入口或处理室内泄漏始终完全未被检测并且一般导致生产质量下降。

[0012] 不同于该控制系统，调节处理室内压力更耗时。一般由测量当前室压的压力传感器产生的反馈信号被记录下来并且以自然延迟被处理。基于此的调节因此以相应延迟进行并导致相应晚些的目标压力设定。但是，压力的调节能够可靠设定它，即便伴随变化的气体入口或处理室内压力波动。由于有关于决定性内室压力的更可靠的过程安全性，在大多数情况下优选阀调节。

[0013] 另外，现代的处理周期不仅需要规定具体目标压力，也要求经过预定压力曲线、即在这样周期内的期望的室内压力临时变化。例如在用于真空室内基片的处理段期间内，不同的涂覆或准备步骤需要不同的压力。每个步骤应该在特定压力下进行。

[0014] 可以针对这样的过程明确规定特定压力曲线。例如伴随在不同压力水平或压力点的降低压力进行这样的过程周期的步骤。故对于这样的过程周期的调节，不仅重要的是在一定时间后要达到一定室压，还重要的是相应调节室内压力的全程或在全程期间内提供不同的压力。

[0015] 已知用于提供这样的压力曲线的做法基于当前存在于该室内的压力(实际压力)和要获得的目标压力追随调节做法。例如该压力被确定用于抽空该室并且与目标压力相比较。如果所存在的偏差使得目标压力小于实际压力，则设于该室出口侧的阀被打开以减小室内压力。该阀被连接至例如真空泵。

[0016] 伴随此调节，实际压力一般经常降低到低于目标压力，室内压力因此一开始大于目标压力，接着小于目标压力。当出现此状态时，关闭阀以防止负压力进一步增大。接着最好一直等到室压已返至目标压力水平。接着，可以开始处理过程。

[0017] 由于实际压力的所述(多次)水平化，故根据现有技术的所述调节需要可观的时间来提供期望的过程条件。

[0084] 图1示意性示出根据本发明的用于在真空条件下处理物体5如半导体晶圆的真空系统1的结构。该结构具有真空体积10(真空处理室)、第一真空阀20和第二真空阀30。入口管线11将处理室10连通至第一真空阀20，出口管线12将处理室10连通至第二真空阀30。

[0085] 在此实施例中，第一真空阀20作为(上游)通风阀来设置且在阀20打开时提供流体进入该室10的入流质量或体积。真空阀20被设计为调节阀且因此允许可控设定开口横截面和进而设定流过阀20的单位时间流量。该流体可以例如是过程气体、前驱气体或用来冲扫室10的(惰性)气体。流体源可以作为罐来提供后配设有质量流量控制器(MFC)。

[0086] 在此实施例中，第二真空阀30作为(下游)抽空阀设置且在阀30打开时提供流体自该室的流出质量或体积。真空阀30也设计为调节阀且因此也允许可控设定打开横截面和进而设定流过阀30的单位时间流量。除了连接至体积10外，第二真空阀30还优选连接至真空泵且因此保证泵送流体流出体积10。

[0087] 相比于更简单的“开/关”阀，真空调节阀带来各自流动量可以通过这种阀被很精确设定的优点。这与本发明结合可提供进一步改善的内室压力调节。

[0088] 真空系统1也具有压力传感器40。压力传感器40被如此连接至真空体积10，即，真空体积10内的当前实际压力可以通过传感器40来确定。

[0089] 真空系统1也具有调节和控制单元50。调节和控制单元50被连接至压力传感器40、第一真空阀20和第二真空阀30。

[0090] 与压力传感器40的连接优选是单向的，即，调节和控制单元50接收由压力传感器40提供的压力信息。另一方面，与这两个阀20、30的连接可以是单向或双向的，即，阀20、30接收用于一方面控制和改变阀开口的信号，另一方面所述连接点可被设计成调节和控制单元50从各自阀接收信息、尤其是关于打开状态的信息。

[0091] 根据本发明，调节和控制单元被设计成基于真空体积的预定目标压力调节实际压力。预定目标压力限定负压力范围和正压力范围。实际压力的调节尤其涉及用于处理过程的真空体积内压力的调节或控制。调节和控制单元50为此具有相应设计的调节功能。调节功能可以尤其作为算法或计算机实施方法来实现。

[0092] 如此调节实际压力，用压力传感器连续记录下实际压力并且基于所记录的实际压力和预定目标压力确定负压力或正压力为第一压力差。负压力或正压力被确定，尤其通过将当前测定实际压力与针对相关处理步骤或时刻所规定的目标压力相比较。

[0093] 第一或第二真空阀接着被打开以改变真空体积内的压力，使得第一压力差减小。例如如果正压力被测定，则抽空阀30被打开。第一压力差、尤其是其减小被进一步监视。

[0094] 结果，确定与第一压力差相反的、尤其就负压力或正压力而言相反的第二压力差。在本发明的上下文内，相反的压力差也可以被理解为压力曲线的一部分，该部分的方向(曲线梯度)不同于压力曲线的另一部分的方向。

[0095] 另一个真空阀、尤其是第二或第一真空阀于是被附加打开以改变真空体积内的压力，使得第二压力差减小。如果例如负压力被测定为第二压力差，则通风阀20可以除了抽空阀30外还被打开以减小负压力。

[0096] 图2a和图2b均示出在根据现有技术的真空室中的实际压力的经调节的压力曲线。一方面，调节阀已经设置在那里以满足泵浦和排风周期的需求。但是，仅用于泵浦周期的负曲线(图2a)或用于排空周期的正曲线(图2b)可以用前面已知的布置来实现。就此而言，负曲线应该被理解为压力曲线61，其梯度(方向)可以改变但总是保持为负。相同情况适用于带有压力曲线62的正梯度的正曲线。

[0097] 图3a和图3b均示出根据本发明的真空腔内实际压力的经调节的压力曲线。

[0098] 通过联合启动上述的第一真空阀和第二真空阀，负和正的目标曲线部段可在每个周期中产生。各自压力曲线63、64不再纯为负或正，但均可以具有带有负梯度的曲线部段聚合带有正梯度的曲线部段。这样的压力曲线例如允许真空体积的可控微粒管理和可控清洁。例如作为腔室抽空的一部分(压力曲线的负梯度)，过多的不希望有的微粒可通过面上通风(压力曲线的正梯度)被冲走。这可能导致如图3a所示的压力曲线。

[0099] 本发明真空系统的调节的进一步优点是高出和低于预定目标曲线(目标压力或目标压力曲线)可被快速许多地补偿。这可以通过借助附加打开第二阀主动抵制压力差来实现。这种正压力或负压力的主动补偿导致更快速过程周期和更短的周期时间。

[0100] 图4示出真空阀70的一个实施例。真空阀70在此被设计成调节角阀70。这样的调节角阀70可以尤其作为根据图1的系统的第一和/或第二真空阀20、30来提供。但应该理解的是，所示的调节角阀70仅代表真空阀的一个特定实施例，替代的真空阀类型也可以或替代地设置在根据本发明的真空系统中。

[0101] 角阀70具有阀体71，其具有第一连接点72和第二连接点73。连接点72、73基本上彼此正交。第一连接点72对应地限定第一轴线72'，第二连接点73限定第二轴线73'，其中这些轴线72'、73'也相应地彼此正交。轴线交点位于阀体71内。

[0102] 两处连接点72、73限定用于介质或流体(如过程气体)的流动路径。流动路径延伸穿过连通两个连接点72、73的流动腔75。流动路径可以通过阀70被截断或开通。

[0103] 阀具有驱动单元80。尤其是，驱动单元80具有可控的电动机，其驱动轴在结构上通过传动机构(齿轮)被连接到阀70的阀封闭件77(阀盘)。驱动单元80在所示实施例中具有带有螺杆的主轴驱动件和导向件，该导向件与螺杆相互作用且可以通过螺杆的转动沿轴线72'移动。导向件被接合至阀盘77。

[0104] 活动的阀盘77布置在阀体71内。阀盘77具有带有周向布置的密封材料78的密封面，借此能在接触到阀体侧上的阀座76时提供流动路径的气密截断。阀盘77可以例如被制成活塞状。密封材料例如可以具有由氟化聚合物制成的O形圈或硫化密封。

[0105] 阀70也具有波纹套79。波纹套79在一方面连接至阀盘77并在另一方面连接至阀70的阀体部。波纹套79可设计为金属波纹管或手风琴风箱。波纹套79提供驱动单元的至少部分(如螺杆)与流动室75的气氛隔离。这可以防止在驱动侧产生的微粒进入流动室75。

[0106] 阀70也具有用于控制阀盘77位移的调节和控制单元51。调节和控制单元51被连接至电动机以便控制它。调节和控制单元51也可以提供真空系统的调节和控制单元50。

[0107] 调节和控制单元51因此可以具有与真空阀70一体的集成式设计，即，调节和控制单元由阀提供并带有阀，并且要用调节和控制单元来致动或读取的其它系统部件、尤其是压力传感器和另一真空阀被连接至该阀或其调节和控制单元。

[0108] 在所示实施例中，真空阀70进一步包括套筒81，其在套筒壁内具有套筒凹面82。但是，本发明也涉及不具有这种套筒81的替代实施例。

[0109] 应该理解的是，所示的图仅示意性表示可能实施例。根据本发明，各种不同做法也可以相互组合并与现有技术的用于真空过程的压力调节或控制的方法和装置组合。