TWI913755B - 風道壓力控制系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種風道壓力控制系統及方法，包括：進氣口、出氣口、運轉風道、旁路風道、變頻式風機、壓力計、第一風門、第二風門、第三風門、第四風門以及控制器，壓力計預設目標壓力值，變頻式風機與製程設備連動，控制器可控制變頻式風機的運轉頻率、第一風門、第二風門及第三風門切換氣體流動的風道、及第四風門調整風道壓力，旁路風道內可無需另外設置風機，在製程設備及變頻式風機運轉、停止及轉換期間，風道內的壓力值均能達到且穩定保持在目標壓力值。

Description

風道壓力控制系統及方法

本發明係有關一種壓力控制系統，且特別係有關一種風道壓力控制系統及方法。

半導體製程中，設備及環境的氣體的潔淨度與壓差的控制是重要的因素。圖1為現有半導體製程之氣體壓力控制系統方塊圖，如圖1所示，現有半導體製程之氣體壓力控制系統1包括進氣口11、出氣口12、運轉風道13及旁路(by pass)風道14，運轉風道13及旁路風道14的兩端分別連通進氣口11及出氣口12，製程設備10及設備風機15設置於運轉風道13，旁路風機16設置於旁路風道14。

現有半導體製程之氣體壓力控制系統1相對外界環境為負壓，製程設備10運轉時，設備風機15轉動將外部氣體由進氣口11導入運轉風道13，氣體通過製程設備10及設備風機15由出氣口12排出，控制設備風機15的轉速可調整或維持風道的負壓值；製程設備10停止時，設備風機15也停止運轉，旁路風機16轉動將外部氣體由進氣口11導入旁路風道14，氣體由出氣口12排出，控制旁路風機16的轉速可穩定風道的負壓值。

然而，在設備風機15對應製程設備10的狀態由運轉轉換為停止或由停止轉換為運轉的期間，現有半導體製程之氣體壓力控制系統1及廠務系統的氣體壓力會明顯變動，間接影響廠務系統的風機與其他共管設備的壓力，而旁路風機16進行穩壓運轉也導致能耗增加。如何解決現有技術中負壓不穩定、能耗增加等種種問題，即為發展本發明之主要目的。

為達成上述目的，本發明提供一種風道壓力控制系統，包括：進氣口、出氣口、運轉風道、旁路風道以及變頻式風機，運轉風道及旁路風道之兩端分別連通進氣口及出氣口，變頻式風機設置於運轉風道內；壓力計，設置於進氣口內且預設一目標壓力值，用以偵測進氣口內氣體之壓力值；第一風門及第二風門，設置於運轉風道內，第一風門位於進氣口及變頻式風機之間，第二風門位於變頻式風機與出氣口之間；第三風門及第四風門，設置於旁路風道內，第三風門位於進氣口及第四風門之間；以及控制器，連接變頻式風機、壓力計、第一風門、第二風門、第三風門及第四風門，用以控制變頻式風機運轉或停止、第一風門、第二風門及第三風門開啟或關閉、及第四風門保持或變化開度，使進氣口內氣體之壓力值達到目標壓力值。

於一實施例，上述目標壓力值介於-1 Pa至-5000 Pa。

於一實施例，上述控制器為可程式邏輯控制器。

於一實施例，當上述控制器控制上述第四風門保持開度時，上述第四風門之開度介於30 %至70 %；當上述控制器控制上述第四風門變化開度時，上述第四風門每秒變化0.1 %至5 %之開度。

為達成上述目的，本發明另提供一種風道壓力控制方法，應用於上述風道壓力控制系統，包括：上述變頻式風機與製程設備連動，當製程設備及上述變頻式風機運轉時，上述控制器控制上述第一風門及上述第二風門開啟、上述第三風門關閉、上述第四風門保持開度、及上述變頻式風機之運轉頻率，使上述進氣口內氣體之壓力值達到上述目標壓力值，上述進氣口外之氣體通過上述進氣口沿上述運轉風道流動至上述出氣口而排出。

於一實施例，當上述製程設備由運轉轉換為停止時，上述控制器控制上述第三風門逐漸開啟及上述變頻式風機降低運轉頻率；至上述第三風門完全開啟，上述控制器控制上述變頻式風機停止、及上述第一風門及上述第二風門關閉。

於一實施例，上述控制器控制上述變頻式風機以每秒0.1 Hz至10 Hz降低運轉頻率至上述第三風門完全開啟。

於一實施例，當上述製程設備及上述變頻式風機停止時，上述控制器控制上述第四風門變化開度，使上述進氣口內氣體之壓力值維持於上述目標壓力值，上述進氣口外之氣體通過上述進氣口沿上述旁路風道流動至上述出氣口而排出。

於一實施例，當上述製程設備由停止轉換為運轉時，上述控制器控制上述第四風門變化開度、上述第一風門及上述第二風門逐漸開啟、上述第三風門逐漸關閉、及上述變頻式風機以初始頻率運轉；至上述第一風門及上述第二風門完全開啟且上述第三風門完全關閉，上述控制器控制上述變頻式風機以追壓模式運轉，使上述進氣口內氣體之壓力達到上述目標壓力值。

於一實施例，上述初始頻率介於25 Hz至60 Hz。

本發明之風道壓力控制系統包括進氣口、運轉風道、旁路風道、出氣口、壓力計、變頻式風機、第一風門、第二風門、第三風門、第四風門以及控制器，於本發明之風道壓力控制方法，壓力計預設目標壓力值，變頻式風機與製程設備連動，控制器可控制變頻式風機的運轉頻率、第一風門、第二風門及第三風門切換氣體流動的風道、及第四風門調整風道壓力，旁路風道內可無需另外設置風機，在製程設備及變頻式風機運轉、停止及轉換期間，風道內的壓力值均能達到且穩定保持在目標壓力值，不僅降低壓力控制的能耗，且使廠務系統風機與其他共管設備的壓力不受本系統內製程設備及變頻式風機轉換運轉/停止狀態的影響。

以下配合圖式及元件符號對本發明的實施方式做更詳細的說明，俾使熟習本發明所屬技術領域中之通常知識者在研讀本說明書後可據以實施本發明。

圖2為本發明一實施例之風道壓力控制系統之方塊圖。如圖2所示，風道壓力控制系統2包括：進氣口21、出氣口22、運轉風道23、旁路風道24、變頻式風機25、壓力計26、第一風門271、第二風門272、第三風門273、第四風門274以及控制器28。運轉風道23及旁路風道24的兩端分別連通進氣口21及出氣口22，壓力計26設置於進氣口21內且預設目標壓力值，用以偵測進氣口21內氣體的壓力值。變頻式風機25、第一風門271及第二風門272設置於運轉風道23內，第一風門271位於進氣口21及變頻式風機25之間，第二風門272位於變頻式風機25與出氣口22之間。第三風門273及第四風門274設置於旁路風道24內，第三風門273位於進氣口21及第四風門274之間。控制器28連接變頻式風機25、壓力計26、第一風門271、第二風門272、第三風門273及第四風門274，用以控制變頻式風機25運轉或停止、第一風門271、第二風門272及第三風門273開啟或關閉、及第四風門274保持或變化開度，使進氣口21內氣體之壓力值達到目標壓力值。

於本實施例，製程設備20設置於運轉風道23內，變頻式風機25與製程設備20連動，壓力計26預設風道的目標壓力值為負壓，目標壓力值例如-1 Pa至-5000 Pa，控制器28可選用可程式邏輯控制器(programmable logic controller, PLC)。第一風門271、第二風門272及第三風門273用於切換氣體流動的風道，第四風門274為比例式風門，用於控制風道壓力。當控制器28控制第四風門274保持開度時，第四風門的開度介於30 %至70 %；當控制器28控制第四風門274變化開度時，第四風門274每秒變化0.1 %至5 %之開度。

基於上述風道壓力控制系統，本發明提供風道壓力控制方法，包括：製程設備運轉狀態之壓力控制、製程設備由運轉狀態轉換至停止狀態之壓力控制、製程設備停止狀態之壓力控制、及製程設備由停止狀態轉換至運轉狀態之壓力控制。

製程設備運轉狀態之壓力控制：當製程設備20及變頻式風機25運轉時，控制器28控制第一風門271及第二風門272開啟、第三風門273關閉、第四風門274保持開度、及變頻式風機25的運轉頻率，使進氣口21內氣體的壓力值達到目標壓力值，由於風道內的壓力相對於外部的壓力為負壓，進氣口21外的氣體通過進氣口21沿運轉風道23流動至出氣口22而排出。進氣口21內氣體的壓力值達到目標壓力值後，控制器28控制變頻式風機25運轉頻率的變化例如但不限於是每秒0.1 Hz至5 Hz，使風道內的壓力值維持在目標壓力值。

製程設備由運轉狀態轉換至停止狀態之壓力控制：當製程設備20由運轉轉換為停止時，控制器28控制第三風門273逐漸開啟及變頻式風機25降低運轉頻率；至第三風門完全開啟273，控制器28控制變頻式風機25停止、及第一風門271及第二風門272關閉。第三風門273由關閉至完全開啟的期間，控制器28控制變頻式風機25以每秒0.1 Hz至10 Hz降低運轉頻率。

製程設備停止狀態之壓力控制：當製程設備20及變頻式風機25停止時，第一風門271及第二風門272關閉，第三風門273開啟，控制器28控制第四風門274變化開度，使進氣口21內氣體的壓力值維持於目標壓力值，進氣口21外的氣體通過進氣口21沿旁路風道24流動至出氣口22而排出。

製程設備由停止狀態轉換至運轉狀態之壓力控制：當製程設備20由停止轉換為運轉時，控制器28控制第四風門274變化開度、第一風門271及第二風門272逐漸開啟、第三風門273逐漸關閉、及變頻式風機25以初始頻率運轉；至第一風門271及第二風門272完全開啟且第三風門273完全關閉，控制器28控制變頻式風機以追壓模式運轉，使進氣口內氣體之壓力值達到目標壓力值。變頻式風機25運轉的初始頻率例如但不限於是25 Hz至60 Hz。

值得說明的是，本發明所指壓力計測量風道內的氣體壓力值達到目標壓力值係壓力計實測壓力值與目標壓力值的差值在可容許範圍，例如實測壓力值與目標壓力值的差值為目標壓力值的0 %至30 %以內，例如：0 %至20 %、0 %至10%、0 %至5 %。

本發明之風道壓力控制系統及方法可控制的風道流量例如1 m ³/h(Cubic Meter Per Hour, CMH)至20000 m ³/h，可應用於製程設備尾氣管路系統及半導體廠房管路系統。將本發明之風道壓力控制系統及方法實際用於控制目標壓力值負壓800 Pa的風道，控制結果如圖3所示。

圖3中，左側縱軸標示風道負壓值，右側縱軸標示變頻式風機的運轉頻率，橫軸標示測量時間。於測量期間，變頻式風機的運轉頻率介於0 Hz至 50 Hz，經過3次運轉/停止的轉換過程，風道負壓值保持在-800 Pa ± 30 Pa以內。在初始狀態時，變頻式風機預啟動以初始頻率運轉，風道的壓力無明顯變化；製程設備由停止轉換為運轉時，旁路風道的第三風門關閉，運轉風道的第一風門及第二風門開啟，因變頻式風機以追壓模式運轉，風道的壓力瞬間降低；製程設備運轉期間，控制變頻式風機的運轉頻率調整風道壓力；製程設備由運轉轉換為停止時，旁路風道的第三風門開啟，運轉風道的第一風門及第二風門關閉，變頻式風機停止，調整第四風門的開度使風道的壓力維持在目標壓力值。由控制結果可知，本發明之風道壓力控制系統及方法在製程設備及變頻式風機轉換運轉/停止期間可保持風道壓力穩定，在停止狀態時，無需在旁路風道設置風機，風道壓力仍可維持在目標壓力值，從而廠務系統的風機與其他共管設備的壓力不會受本系統內製程設備及變頻式風機轉換運轉/停止狀態的影響。

綜上所述，本發明之風道壓力控制系統包括進氣口、運轉風道、旁路風道、出氣口、壓力計、變頻式風機、第一風門、第二風門、第三風門、第四風門以及控制器，於本發明之風道壓力控制方法，壓力計預設目標壓力值，變頻式風機與製程設備連動，控制器可控制變頻式風機的運轉頻率、第一風門、第二風門及第三風門切換氣體流動的風道、及第四風門調整風道壓力，旁路風道內可無需另外設置風機，在製程設備及變頻式風機運轉、停止及轉換期間，風道內的壓力值均能達到且穩定保持在目標壓力值，不僅降低壓力控制的能耗，且使廠務系統風機與其他共管設備的壓力不受本系統內製程設備及變頻式風機轉換運轉/停止狀態的影響。

上述實施例僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項專業之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾、組合與改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有此項專業知識者，在未脫離本發明所揭示之精神與技術原理下所完成之一切等效修飾、組合或改變，仍應由本發明之申請專利範圍所涵蓋。

1:現有半導體製程之氣體壓力控制系統 2:風道壓力控制系統 10,20:製程設備 11,21:進氣口 12,22:出氣口 13,23:運轉風道 14,24:旁路風道 15:設備風機 16:旁路風機 25:變頻式風機 26:壓力計 28:控制器 271:第一風門 272:第二風門 273:第三風門 274:第四風門

[圖1]為現有半導體製程之氣體系統方塊圖； [圖2]為本發明一實施例之風道壓力控制系統之方塊圖；以及 [圖3]為本發明一實施例之風道壓力控制方法之控制結果圖。

2:風道壓力控制系統

20:製程設備

21:進氣口

22:出氣口

23:運轉風道

24:旁路風道

25:變頻式風機

26:壓力計

28:控制器

271:第一風門

272:第二風門

273:第三風門

274:第四風門

Claims (10)

1. 一種風道壓力控制系統，包括： 一進氣口、一出氣口、一運轉風道、一旁路風道以及一變頻式風機，該運轉風道及該旁路風道之兩端分別連通該進氣口及該出氣口，該變頻式風機設置於該運轉風道內； 一壓力計，設置於該進氣口內且預設一目標壓力值，用以偵測該進氣口內氣體之壓力值； 一第一風門及一第二風門，設置於該運轉風道內，該第一風門位於該進氣口及該變頻式風機之間，該第二風門位於該變頻式風機與該出氣口之間； 一第三風門及一第四風門，設置於該旁路風道內，該第三風門位於該進氣口及該第四風門之間；以及 一控制器，連接該變頻式風機、該壓力計、該第一風門、該第二風門、該第三風門及該第四風門，用以控制該變頻式風機運轉或停止、該第一風門、該第二風門及該第三風門開啟或關閉、及該第四風門保持或變化開度，使該進氣口內氣體之壓力值達到該目標壓力值。
2. 如請求項1所述風道壓力控制系統，其中該目標壓力值介於-1 Pa至-5000 Pa。
3. 如請求項1所述風道壓力控制系統，其中該控制器為可程式邏輯控制器。
4. 如請求項1所述風道壓力控制系統，當該控制器控制該第四風門保持開度時，該第四風門之開度介於30 %至70 %；當該控制器控制該第四風門變化開度時，該第四風門每秒變化0.1 %至5 %之開度。
5. 一種風道壓力控制方法，應用於請求項1至4任一項所述風道壓力控制系統，包括：該變頻式風機與一製程設備連動，當該製程設備及該變頻式風機運轉時，該控制器控制該第一風門及該第二風門開啟、該第三風門關閉、該第四風門保持開度、及該變頻式風機之運轉頻率，使該進氣口內氣體之壓力值達到該目標壓力值，該進氣口外之氣體通過該進氣口沿該運轉風道流動至該出氣口而排出。
6. 如請求項5所述風道壓力控制方法，當該製程設備由運轉轉換為停止時，該控制器控制該第三風門逐漸開啟及該變頻式風機降低運轉頻率；至該第三風門完全開啟，該控制器控制該變頻式風機停止、及該第一風門及該第二風門關閉。
7. 如請求項6所述風道壓力控制方法，其中該控制器控制該變頻式風機以每秒0.1 Hz至10 Hz降低運轉頻率至該第三風門完全開啟。
8. 如請求項6所述風道壓力控制方法，當該製程設備及該變頻式風機停止時，該控制器控制該第四風門變化開度，使該進氣口內氣體之壓力值維持於該目標壓力值，該進氣口外之氣體通過該進氣口沿該旁路風道流動至該出氣口而排出。
9. 如請求項8所述風道壓力控制方法，當該製程設備由停止轉換為運轉時，該控制器控制該第四風門變化開度、該第一風門及該第二風門逐漸開啟、該第三風門逐漸關閉、及該變頻式風機以初始頻率運轉；至該第一風門及該第二風門完全開啟且該第三風門完全關閉，該控制器控制該變頻式風機以追壓模式運轉，使該進氣口內氣體之壓力達到該目標壓力值。
10. 如請求項9所述風道壓力控制方法，其中該初始頻率介於25 Hz至60 Hz。