CN109155232A - 用于半导体腔室的泵系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于半导体腔室的泵系统，所述泵系统用于半导体制造工艺中，从而产生半导体腔室中的真空状态、排出半导体腔室中产生的气体或者将腔室的内部维持于合适的压力。在泵系统中，外部管路连接在包含于泵中的罗茨式转子部段和螺杆式转子部段之间以用于调节工艺腔室的内部环境，而在罗茨式转子部段和螺杆式转子部段之间的管路上设置包括加热器、冷却器或其组合的加热/冷却单元，从而加热或冷却从罗茨式转子流动向螺杆式转子的气体，由此避免转子中粉末副产物的积累和因此造成的转子损坏，从而有助于改进转子的工作性能和耐久性。此外，在泵系统中，监控连接罗茨式转子部段和螺杆式转子部段的流体管路的内部温度，从而可以根据流体管路的内部温度来选择性地进行加热控制或冷却控制，因此能够控制泵以提供适合各个腔室的特性的最佳温度，且由此能够经济地操作泵系统。此外，特别地对于连接罗茨式转子部段和螺杆式转子部段的小直径(18～25mm)流体管路设置用于引发等离子体反应的小规模等离子体单元，从而实现能够有效分解和处理流动通过流体管路的气体的副产物气体处理系统，因此改进副产物气体的分解效率和处理效率并且获得改进的泵的性能和耐久性。

Description

用于半导体腔室的泵系统
技术领域
本发明涉及用于半导体腔室的泵系统，更具体地涉及这样的泵系统：其使用在半导体或平板显示器(FPD)的制造中，用于形成半导体腔室中的真空状态、排出半导体腔室中产生的气体或者将腔室的内部维持于合适压力。
背景技术
正如现有技术中公知的，通过在半导体衬底(例如硅晶片)上重复进行一系列包括扩散、氧化、光刻、化学气相沉积、金属化等的工艺而制造半导体设备，例如存储设备、逻辑设备等。
这些半导体制造工艺在工艺腔室中进行，其中，在制造工艺的中，应当在工艺腔室的内部维持用于工艺条件的合适温度和压力，以及(尤其是)真空状态，从而避免由颗粒等造成的污染。
用于半导体工艺腔室的真空泵系统通常包括工艺腔室和真空泵，所述工艺腔室允许在真空状态下进行半导体构件的形成(其通过形成晶粒而执行)，而所述真空泵从工艺腔室供应的环境空气，并且抽吸工艺腔室中的空气从而使工艺腔室的内部形成真空。
此外，在半导体制造工艺的起始阶段和终止阶段进行的晶片装载和卸载过程在装载锁定腔室中进行，在所述装载锁定腔室中，通过泵维持装载锁定腔室的合适的压力，从而在制造工艺中将装载锁定腔室中的晶片传输至具有合适压力的工艺腔室。
同时，为了对工艺腔室的内部抽真空或排出工艺腔室中产生的气态材料或工艺副产物，通常使用真空泵(例如干式真空泵)。
典型的真空泵可以是罗茨式转子、螺杆式转子及其组合。
近来的真空泵设置有一个或多个具有一个或多个叶片的罗茨式转子和一个或多个螺杆式转子，以便维持工艺腔室中的完全真空状态并且节省工艺腔室中需要的动力成本。
罗茨式转子连接至工艺腔室从而抽吸和压缩工艺腔室中产生的包括气态材料的工艺副产物，而螺杆式转子用于将由罗茨式转子抽吸的气体和工艺副产物从工艺腔室中排出。
罗茨式转子或螺杆式转子与工艺腔室的真空状态相关从而在关闭状态下运转。
在用于在半导体制造工艺过程中对工艺腔室的内部抽真空、排出腔室中产生的气体以及将腔室的内部维持于合适压力的常规泵系统中存在问题。
第一个问题是：在从罗茨式转子向螺杆式转子排出气体的过程中，经压缩的气体在从罗茨式转子排出之时突然膨胀，使得温度降低并且压力增加，并且使气体凝固成粉末副产物。
粉末副产物被引入螺杆式转子从而被捕获且固定地积累在转子及其壳体壁之间的例如100～200μm的细小间隙中，因此可能由于该固定地积累的粉末副产物而损坏螺杆，缩短泵的寿命。
第二个问题为，不同于工艺腔室中所涉及的真空泵，在装载锁定腔室中所涉及的泵具有压缩大气从而维持腔室的合适压力的功能。在这种用于装载锁定腔室的泵中，由于大量引入气体而产生高温圧缩热，这造成转子的过度膨胀以及由此导致的转子与壳体壁的接触干扰。亦即，转子的过度膨胀造成其在旋转过程中磨损和破坏壳体壁，导致转子的工作性能的下降和寿命的缩短。
事实上，目前的半导体制造工艺使用一种类型的泵系统，而无视各个腔室的特性如何。这在泵的利用率方面是不利的。此外，即使当泵系统根据对于各个腔室的特性而言适宜的各种规格而分别工作时，设施成本和操作成本会增加，这在经济上是不利的。
与此同时，在用于制造半导体、显示面板、太阳能面板等的例如灰化、蚀刻、沉积、清洗、硝化等工艺中所使用的气体包括挥发性有机化合物、酸性材料、造成气味的物质、自燃气体、造成全球变暖的物质等。这些气体在制造工艺中作为工艺副产物(例如未反应气体、废气等)而排出。
在制造工艺中产生的工艺副产物(例如未反应气体、废气等)中，HF、氟化物、氯化物等在移动通过真空泵和管道时造成金属表面的腐蚀，并且在制造工艺中使用的大多数气体都是污染物质。因此，应当在最终排入大气之前除去这些气体。
此外，在制造工艺中产生的金属材料、微细颗粒等在穿过例如管道的流动路径的时通过由于冷却和压力差等所导致的相变而形成粉末状材料。该粉末状材料造成真空泵的寿命缩短。
在半导体制造工艺中，使用全氟化碳(一种造成全球变暖现象的温腔室气体)作为用于对绝缘体进行干法蚀刻的工艺气体。由于全氟化碳是污染物，应当在制造工艺完成之后在排出之前将其分解并且除去。
为了处理包括全氟化碳的大部分污染气体，半导体领域中主要使用燃烧湿式洗涤器。然而，燃烧湿式洗涤器的问题在于，由于燃烧湿式洗涤器使用高温热量来分解全氟化碳，所以其也产生NOx，而NOx是另一种污染物质，而当降低温度来解决该问题时，全氟化碳的分解效率会变差。
近来，主要使用这样真空泵清洁方法：在真空泵的前侧或后侧使用等离子体反应来处理工艺副产物。近来，越来越多地使用等离子体处理方法，这是因为等离子体处理方法可以避免能量浪费，并且增加被引入真空泵的固体工艺副产物的流动性，从而减少在真空泵中的工艺副产物的积累，由此延长真空泵的寿命。
然而，该技术的问题还在于，等离子体设备非常昂贵，用于产生等离子体的功率消耗较高，从而安装成本和维护成本极高，并且等离子体设备达到约200kg，使得其安装非常困难并且操作耗时。
等离子体设备的巨大重量在维护和维修方面造成许多问题。
亦即，由于可能需要手动提升沉重的等离子体设备并且将其安装在高处，存在工人受伤的危险。
此外，由于大多数等离子体设备安装在连接工艺腔室和真空泵的大直径(100～250mm)的管路的周围，所以流动通过管路中心的流体更少地受到等离子体的作用，造成处理效率降低。
相关技术的文献
[专利文献]
(专利文献1)韩国专利No.10-0151320；
(专利文献2)韩国专利No.10-0624982；
(专利文献3)韩国专利No.10-0497982；
(专利文献4)韩国专利申请公开No.10-2013-0024028；
(专利文献5)韩国专利申请公开No.10-2012-0073482；
(专利文献6)韩国专利申请公开No.10-2015-0057663
发明内容
技术问题
因此，本发明谨记相关技术中出现的上述问题，并且本发明致力于提供一种用于半导体腔室的泵系统，其中，外部管路连接涉及腔室(包括工艺腔室、装载锁定腔室等)的罗茨式转子部段和螺杆式转子部段之间以用于调节腔室的内部环境，并且在罗茨式转子部段和螺杆式转子部段之间的管路上设置包括加热器、冷却器或其组合的加热/冷却单元从而加热或冷却从罗茨式转子流动向螺杆式转子的气体，由此避免转子中粉末副产物的积累和因此造成的转子损坏，并且有助于改进转子的工作性能和耐久性
本发明的另一个方面是提供一种用于半导体腔室的泵系统，其中监控连接罗茨式转子部段和螺杆式转子部段的流体管路的内部温度，从而可以根据流体管路的内部温度而选择性地进行加热控制或冷却控制，由此控制泵以提供适合各个腔室的特性的最佳温度，且因此经济地操作泵系统。
本发明的另一个方面是提供一种用于半导体腔室的泵系统，其中对于连接罗茨式转子部段和螺杆式转子部段的小直径(18～25mm)流体管路设置用于引发等离子体反应的小规模等离子体单元，从而实现能够有效分解和处理流动通过流体管路的气体的副产物气体处理系统，由此改进副产物气体的分解效率和处理效率并且获得改进的泵的性能和耐久性。
技术方案
因此，本发明提供有特点的用于半导体腔室的泵系统。
在一个实施方案中，用于半导体腔室的泵系统可以包括：壳体，其具有前腔室和后腔室，所述前腔室具有流体入口，所述后腔室具有流体出口；罗茨式转子，其设置于壳体的前腔室；螺杆式转子，其设置于壳体的后腔室；轴构件，其作为旋转轴线而联接通过罗茨式转子和螺杆式转子；以及驱动电机，其设置于壳体外部的一侧，从而沿轴向连接至轴构件，以提供用于驱动罗茨式转子和螺杆式转子的动力。
流体管路可以设置于壳体的外部，从而连接容纳罗茨式转子的前腔室和容纳螺杆式转子的后腔室，其中流体管路设置有加热器、冷却器或其组合，从而加热或冷却流动通过流体管路的流体。
加热器可以为设置在流体管路中或设置在流体管路的壁部分上的套管式散热翅片加热器，并且其中冷却器可以是缠绕流体管路的水冷却管路式冷却器。
流体管路可以设置有一个或多个传感器作为用于监控流体温度的装置，从而允许响应于所监控的温度而选择性地控制加热器或冷却器的运转，其中传感器可以分别设置于流体管路的壁表面和连接至流体管路的后腔室的入口的内部。
在另一个实施方案中，用于半导体腔室的泵系统可以包括：壳体，其具有前腔室和后腔室，所述前腔室具有流体入口，所述后腔室具有流体出口；罗茨式转子，其设置于壳体的前腔室；螺杆式转子，其设置于壳体的后腔室；轴构件，其作为旋转轴线而联接通过罗茨式转子和螺杆式转子；以及驱动电机，其设置于壳体外部的一侧，从而沿轴向连接至轴构件，以提供用于驱动罗茨式转子和螺杆式转子的动力，其中流体管路可以设置在壳体的外部，从而连接容纳罗茨式转子的前腔室和容纳螺杆式转子的后腔室，其中流体管路设置有珀耳帖元件，所述珀耳帖元件能够加热或冷却流动通过流体管路的流体。
在另一个实施方案中，用于半导体腔室的泵系统可以包括：壳体，其具有前腔室和后腔室，所述前腔室具有流体入口，所述后腔室具有流体出口；罗茨式转子，其设置于壳体的前腔室；螺杆式转子，其设置于壳体的后腔室；轴构件，其作为旋转轴线而联接通过罗茨式转子和螺杆式转子；以及驱动电机，其设置于壳体外部的一侧，从而沿轴向连接至轴构件，以提供用于驱动罗茨式转子和螺杆式转子的动力，其中流体管路可以设置在壳体的外部，从而连接容纳罗茨式转子的前腔室和容纳螺杆式转子的后腔室，其中流体管路被数圈线圈缠绕，从发电机向线圈供应电压从而在流体管路中造成等离子体放电以分解流动通过流体管路的流体。
缠绕流体管路的线圈可以沿圆周设置有铁氧体芯。
流体管路可以沿圆周设置有具有冷却剂路径的冷却盖板，其中在冷却盖板中设置缠绕流体管路的线圈或所述线圈和与其邻近的铁氧体芯。
优选地，用于向缠绕流体管路的线圈供应电压的装置可以设置有发电机和真空继电器，所述发电机向腔室侧和线圈侧两侧供应电力，所述真空继电器允许在腔室侧和线圈侧之间进行切换并且选择性地供应电压。
优选地，用于向流体管路供应反应剂气体的装置可以进一步设置有反应试剂管路，所述反应试剂管路连接至流体管路。
优选地，线圈可以围绕反应试剂管路缠绕数圈，从发电机向线圈供应电压从而在反应试剂管路中造成等离子体放电，以分解流动通过反应试剂管路的反应剂气体。
有利效果
根据本发明，用于半导体腔室的泵系统具有如下优点。
第一，连接在罗茨式转子部段和螺杆式转子部段之间的外部管路设置有包括加热器、冷却器或其组合的加热/冷却单元从而加热或冷却从罗茨式转子流动向螺杆式转子的气体，因此在加热操作中基本上避免了气体凝固成粉末，从而避免了转子中粉末副产物的积累和因此造成的转子损坏，有助于改进转子的操作性能和耐久性，并且在冷却操作过程中减少了压缩热从而避免转子过热，最终改进转子的工作性能。
第二，监控连接罗茨式转子部段和螺杆式转子部段的流体管路的内部温度，从而可以根据流体管路的内部温度而选择性地进行加热控制或冷却控制，由此控制泵从而提供适合半导体制造工艺中使用的各个腔室的特性的最佳温度，并且用一种类型的泵覆盖所有腔室的操作，从而能够节省设备投资和操作成本。
第三，对于连接罗茨式转子部段和螺杆式转子部段的小直径流体管路设置用于引发等离子体反应的小规模等离子体单元，从而有效地分解和处理流动通过流体管路的气体，由此改进副产物气体(例如NOx)的分解效率和处理效率，并且获得真空泵的改进的性能和耐久性同时减少安装成本和维护成本。
第四，额外向流体管路供应反应剂气体，因此通过反应剂气体和全氟化碳之间的完全反应而进一步改进气体分解效率并且移除燃烧湿式洗涤器中的燃烧单元。
附图说明
图1为显示根据本发明的一个实施方案的用于半导体腔室的泵系统的示意截面视图；
图2为显示根据本发明的另一个实施方案的用于半导体腔室的泵系统的示意截面视图；
图3为显示根据本发明的又一个实施方案的用于半导体腔室的泵系统的示意截面视图；并且
图4为显示根据本发明的再一个实施方案的用于半导体腔室的泵系统的示意截面视图。
具体实施方式
现在将参考附图对本发明进行详细描述。
图1为显示根据本发明的一个实施方案的用于半导体腔室的泵系统的示意截面视图。
如图1所示，用于半导体腔室的泵系统采用这样的转子单元：所述转子单元具有位于气体入口侧的罗茨式转子和位于气体出口侧的螺杆式转子，从而相比于具有单个螺杆式转子的情况，在相同性能下，泵系统具有减小的尺寸、一半的功耗和改进的真空水平。另外，泵系统可以加热或冷却从罗茨式转子流动向螺杆式转子的流体(例如气体)，从而最小化施加至螺杆式转子的负载(例如粉末粘附、过热等)，由此改进泵的总体性能。
在此，气体入口侧的转子可以使用另外类型的单个转子或连续设置多个转子的多转子单元来代替罗茨式转子。此外，气体出口侧的转子可以使用另外类型的单个转子或连续设置多个转子的多转子单元来代替螺杆式转子。
为了帮助理解本发明，在各个实施方案中描述为使用罗茨式转子作为气体入口侧的转子，并且使用螺杆式转子作为气体出口侧的转子。
为此，用于半导体腔室的泵系统包括圆柱形壳体14作为用于容纳罗茨式转子15和螺杆式转子16的装置。
壳体14具有流体入口10和流体出口12，所述流体入口10用于流体流入，并且连接至腔室(未显示)(例如工艺腔室)侧，所述流体出口12用于流体流出，并且连接至大气或后处理单元(未显示)侧。
壳体14的内部分成前腔室11和后腔室13，在所述前腔室11中设置罗茨式转子15，而在所述后腔室13中设置螺杆式转子16。
此外，泵系统包括罗茨式转子15和螺杆式转子16，所述罗茨式转子15容纳在壳体14的前腔室11中，所述螺杆式转子16容纳在壳体14的后腔室13中。
罗茨式转子15用于抽吸和压缩腔室侧产生的包含气态物质的工艺副产物，而螺杆式转子16用于排出由罗茨式转子15抽吸和压缩的气体或工艺副产物。
当应用于工艺腔室时，罗茨式转子15和螺杆式转子16可以在关闭状态下操作从而维持真空状态。
此外，泵系统包括轴构件17和驱动电机18，所述轴构件17作为旋转轴线而联接通过罗茨式转子15和螺杆式转子16，所述驱动电机18设置在壳体14外部的一侧从而沿轴向连接至轴构件17，以提供用于驱动罗茨式转子15和螺杆式转子16的动力。
轴构件17可以由一对第一和第二轴构件组成，其中第一和第二轴构件17借助于轴承沿中心分别穿过两对罗茨式转子15和螺杆式转子16而联接至壳体14的侧部，使得第一轴构件17联接至驱动电机18的轴线并且第二轴构件17借助于在壳体14的一侧的齿轮箱31而间接连接至第一轴构件17，由此在驱动电机18的工作期间允许两对罗茨式转子15和螺杆式转子16同时工作。
在此，成对的罗茨式转子和螺杆式转子利用来自驱动电机的动力而共同工作的构造与组合了罗茨式转子和螺杆式转子的常规组合式泵的构造相同，因此将省略其详细说明。
亦即，如同常规的组合式泵，本发明的泵系统基本上以如下方式工作：罗茨式转子通过流体入口抽吸从工艺腔室等产生的气态物质和/或工艺副产物，且这些气态物质和/或工艺副产物被传递至螺杆式转子并且通过流体出口而排出。
此外，泵系统包括流体管路19，所述流体管路19设置在包含罗茨式转子15的前腔室11和包含螺杆式转子16的后腔室13之间，从而通过流体管路19而从罗茨式转子侧向螺杆式转子传递流体。
流体管路19设置至壳体14的外部，从而连接前腔室11的一侧(例如与流体入口10相对的下侧)和后腔室13的一侧(例如在后腔室的入口侧处的下侧)。
作为选择，流体管路19可以在壳体14的内部空间中(而非在壳体14的外部)以预定式样连接在前腔室11和后腔室13之间。
流体管路19可以具有各种截面形状，例如圆形、矩形等，并且可以由陶瓷、铝、不锈钢、铁等组成。
流体管路19的内壁可以具有不规则表面34，从而增加与流动通过流体管路19的流体的接触面积，这进一步改进传热效果。
特别地，流体管路19设置有加热器20从而加热流动通过流体管路19的流体，并且加热流体管路19从而维持流体管路本身的温度。
加热器20可以是设置至流体管路19的壁部分的内部或外部的套管式加热器20a或热线圈模制橡胶加热器20b。
例如，套管式加热器可以插入流体管路19的壁部分的孔中，或者热线圈模制橡胶加热器可以围绕壁部分或者由壁部分本身形成。因此，在加热器的工作过程中，流体管路19的壁部分的温度可以保持恒定，并且可以借助于通过壁部分施加至流体管路内部的热量而间接加热流动通过流体管路的流体。
可以使用来自加热器的热量使流体管路19的表面温度持续维持恒定，从而可以减少经由流体管路的热损失，这有利于控制流动通过流体管路的流体的温度，并且还避免粉末附着至流体管路19的内壁。
插入流体管路19中的加热器20可以涂布有DLC、油漆、陶瓷、Al2O3、TiAlN、AlN、TiN等，并且可以镀镍、铬等，以用于防腐蚀处理。
在另一个实施方案中，加热器20可以是套管式散热翅片加热器，即具有多个附接在加热棒周围的散热翅片38的加热器。
散热翅片加热器可以用于加热流动通过流体管路的流体(气体)从而基本上控制流体的温度。
特别地，散热翅片加热器可以通过附接至加热棒的散热翅片而更好地保证与流体的接触面积，因此有助于改进传热效果。
优选地，流体管路19的内部温度被设定成约50℃至250℃，从而利用加热器20来加热流体。
因此，对于用于产生工艺腔室中的真空状态的真空泵而言，在从罗茨式转子向螺杆式转子排出流体的过程中，经压缩流体在从罗茨式转子排出之时突然膨胀使得温度降低，而根据所述实施方案，流体在流动通过流体管路19的过程中被加热，使得紧接着温度降低之前温度升高，由此使由于流体温度降低而产生的粉末副产物最少化，并且最终避免粉末副产物附着至螺杆式转子侧。
此外，流体管路19设置有冷却器21以冷却流动通过流体泵19的流体。
冷却器21可以是围绕流体管路19的水冷管路式冷却器。
例如，水冷管路式冷却器可以围绕流体管路19数圈，且冷却水循环通过所述水冷管路式冷却器，因此在冷却器的工作过程中，即在冷却水的循环过程中，可以借助于通过壁部分施加至流体泵19内部的寒冷使流体冷却。
水冷管路式冷却器21可以优选为设置有阀37从而选择性地中断冷却水的供应。
在另一个实施方案中，冷却器21可以具有这样的构造：其中在流体管路19的壁部分的外表面中形成槽式流动路径35，冷却水可以通过所述槽式流动路径35流动；并且设置盖板36从而覆盖流动路径35，从而在冷却水循环通过流动路径35的过程中，流体管路19的壁部分的温度降低，由此使得流动通过流体管路的流体(气体)可以得到冷却。
在此，待循环通过冷却器21的冷却水可以优选为使用用于冷却泵系统中的腔室等的冷却水。
通过冷却器21的工作获得的流体管路19的内部温度可以优选为设定成约50℃至250℃。
因此，对于用于装载锁定腔室以维持装载锁定腔室内的合适压力的泵而言，在从罗茨式转子向螺杆式转子排出流体的过程中，来自罗茨式转子的高温流体在流动通过流体管路19的同时被冷却至低温，因此避免了由于流体温度升高所造成的螺杆式转子过热。
根据各个腔室的特性，加热器20或冷却器21可以单独或组合地设置在流体管路19中。
在优选的实施方案中，本发明提供用于有效加热和/或冷却流动通过流体管路19的流体的方法。
为此，套管式加热器20a设置在流体管路19中，例如在流体管路19的壁部分的外表面上形成具有之字形式样的管路凹槽40，冷却水管路41(冷却水通过所述冷却水管路而供应)插入管路凹槽40中，并且在流体管路19的壁部分的外表面上设置热线圈模制橡胶加热器20b。
在此，冷却水管路41和热线圈模制橡胶加热器20b可以设置在流体管路19的一个或多个表面上。
因此，当加热流动通过流体管路19的流体时，流体管路中的加热器20a和流体管路的壁部分的外表面上的热线圈模制橡胶加热器20b可以工作从而加热流体，而当冷却流体时，加热器可以停用并且可以通过冷却水管路41来供应冷却水从而冷却流体。
与此同时，本发明提供用于监控包括罗茨式转子15、螺杆式转子16等的泵(例如真空泵)中的流体温度，并且响应于泵的状态而合适地控制温度的装置。
为此，流体管路19可以设置有一个或多个传感器22作为用于检测流体温度的装置，其中，传感器22可以分别安装至流体管路19的壁表面和连接至流体管路19的后腔室13的入口端。
例如，可以设置两个传感器22a和22b，使得传感器22a设置在流体管路19的壁表面上，并且另一个传感器22b靠近后腔室13的入口端而设置在流体管路19中。
因此，通过传感器22a和22b检测的流体温度和流体管路19的温度被输入至控制器(未显示)，所述控制器监控输入温度并且响应于输入温度而选择性地操作加热器20和冷却器，由此根据各个腔室(例如工艺腔室、装载锁定腔室等)的特性、泵的工作条件等而合适地控制泵内部的整体温度(包括流动通过泵的流体的温度)。
图2为显示根据本发明的另一个实施方案的用于半导体腔室的泵系统的示意性截面视图。
如图2所示，如同前一个实施方案，泵系统包括壳体14、罗茨式转子15、螺杆式转子16、轴构件17、驱动电机18和流体管路19，并且其间的连接关系与前一个实施方案相同，因此将省略其详细说明。
特别地，设置珀耳帖元件23作为用于加热或冷却流动通过流体管路19的流体的装置。
具体地，流体管路19从外部设置至壳体14，从而连接容纳罗茨式转子15的前腔室11和容纳螺杆式转子16的后腔室13，并且珀耳帖元件23安装至流体管路19从而进行加热操作或冷却操作。
珀耳帖元件23可以通过紧固结构或联接结构而支撑在例如流体管路19的底部、顶部和侧部中的一个或多个位置。
珀耳帖元件23可以设置有具有冷却水路径的冷却盖板39，用于冷却半导体装置中的腔室等的冷却水可以循环通过所述冷却水路径。
珀耳帖元件23是能够利用直流电而自由进行冷却、加热或温度控制操作的半导体元件。在直流电的供应过程中，珀耳帖元件23进行如下操作。
1)在元件的相对表面之间造成温度差。
2)所述元件充当热泵，其通过在低温侧吸热并且在高温侧散热从而从热电元件的低温侧向高温侧传热。
3)所述元件通过电流极性的变化而改变热泵送的方向和量，从而改变泵送的热量的量，由此协助冷却、加热或温度控制操作。
因此，可以通过珀耳帖元件23的极性的适当变化来加热或冷却流动通过流体管路19的流体的温度，由此使粉末副产物的产生最少化并且避免螺杆式转子过热。
图3为显示根据本发明的又一个实施方案的用于半导体腔室的泵系统的示意截面视图，其中包括细节立体视图。
如图3所示，如同之前的实施方案，泵系统包括壳体14、罗茨式转子15、螺杆式转子16、轴构件17、驱动电机18和流体管路19，并且其间的连接关系与之前的实施方案相同，因此将省略其详细说明。
特别地，设置用于处理废流体的装置以有效处理流动通过流体管路19的流体，例如半导体制造工艺中产生的工艺副产物，例如未反应气体、废气等。
废流体处理装置构造成使小规模等离子体单元(例如等离子体线圈)缠绕连接罗茨式转子侧和螺杆式转子侧的小直径流体管路19，从而通过等离子体反应来有效清洁地分解和处理清洁气体或废流体，由此获得小尺寸等离子体单元并且例如通过避免泵中粉末的积累来改进废流体的分解效率和处理效率。
为此而设置工艺腔室和真空泵，所述工艺腔室用于在半导体制造装置中进行制造过程，而所述真空泵用于维持工艺腔室内部的真空状态。在真空泵的工作过程中，工艺腔室中的废流体(例如包括未反应气体、废气等的各种工艺副产物)传递向真空泵的罗茨式转子15。
此外，设置发电机24和气体箱(未显示)，所述发电机24用于向工艺腔室供应电力，所述气体箱用于供应工艺气体或清洁气体。
由于相关操作方法，工艺程序，工艺腔室、真空腔室、气体箱之间的气体供应和气体排出等与常规技术相同，因此将省略其详细说明。
在此，发电机24可以用于向工艺腔室供应电力并且向缠绕流体管路19的线圈25施加电压。
亦即，发电机24可以同时用于向工艺腔室供应电力并且向线圈25施加电压。
在共同使用发电机24的情况下，设置真空继电器(未显示)，以在工艺腔室和线圈之间选择性地切换电压的施加，从而可以选择性地向工艺腔室和线圈施加电压。
在此，真空继电器可以响应于来自工艺进行主单元的信号而工作。
通过使用单个发电机24向工艺腔室和线圈25供应电力而不是使用分别的单元向工艺腔室和线圈供应电力，这在结构方面、经济方面和操作方面都是有利的。
当然，发电机24可以由两个发电机单元组成从而向工艺腔室和线圈分别供应电力，而不是由单个公共发电机组成。
特别地，连接容纳罗茨式转子15的前腔室11和容纳螺杆式转子16的后腔室13的流体管路19可以用作其中发生等离子体反应以分解清洗气体的管路。
例如，在泵的工作过程中被引入向泵侧的清洁气体在流动通过流体管路19的同时可以通过等离子体反应而被分解和处理，经分解气体与附接至泵侧的粉末(例如SiO2粉末)反应从而清洁泵。
在此，所述构造有利于降低功耗，这是因为等离子体反应在真空泵的真空状态下进行而不是在大气条件下进行。
特别地，螺旋线圈25缠绕流体管路19数圈从而通过由发电机24施加的电压而产生等离子体。当被施加电压时，线圈25用于在流体管路19中造成等离子体放电，从而利用等离子体放电而分解流动通过流体管路19的清洁气体。
例如，在真空泵的清洁过程中(其中，从气体箱供应清洁气体，例如Ar气体、NF3气体等)，在Ar气体、NF3气体流动通过流体管路19的同时，气体通过等离子体放电而分解成Ar气体、N2气体和F2气体(在此，Ar气体用于改进等离子体效率)，并且经分解的气体流动向螺杆式转子16并且与螺杆式转子16中的剩余SiO2粉末反应从而产生SiF4气体、NxO气体和N2气体。之后，排出产生的气体从而除去在螺杆式转子16中积累的SiO2粉末。
在此，除了Ar气体和NF3气体之外，清洁气体可以包括CxFy型气体(例如CF4、C2F6、C3F8等)、F2气体等。
当在真空泵中等离子体管路应用于流体管路19时，发生的等离子体反应足以到达流体管路的芯部以及外部，因此进一步改进废流体的分解效率。
由于连接增压泵和干式泵的管路的直径通常为约50mm至60mm，为了向这样的管路设置等离子体单元，难以使等离子体单元更小并且难以在泵中保证用于等离子体单元的安装空间。因此，为了应用等离子体单元，存在的问题是泵的整体尺寸应当设计得更大。
此外，当围绕50～60mm直径的管路设置用于产生等离子体反应的线圈并且引发等离子体反应时，在管路的芯部不能有效产生等离子体，从而造成等离子体产生效率降低。
为了解决这些问题，根据本发明，线圈被设置于相对小直径的管路，使得等离子体反应围绕小尺寸管路进行，由此获得小尺寸等离子体单元同时改进等离子体产生效率。
此外，可以围绕线圈25(所述线圈25缠绕流体管路19)设置具有半圆截面形状的铁氧体芯26。
这种围绕线圈25的铁氧体芯26的布置用于避免线圈侧磁场泄漏至外部，从而进一步改进等离子体产生效率。
同时，在由缠绕流体管路19的线圈25所导致的等离子体反应的过程中产生了热量。可以使用这种产生的热量来加热流动通过流体管路19的流体，这有利于有效地加热流体以限制粉末的产生而无需另外的加热单元。
与此同时，在等离子体的产生过程中，为了避免流体管路19过热，围绕流体管路19的圆周而设置具有冷却水路径27的冷却盖板30，而线圈25设置在冷却盖板30的内部，例如设置在冷却盖板的内周上形成的凹槽部分的内部。
例如，冷却盖板30可以覆盖缠绕流体管路19的线圈25。
在此，在冷却盖板30的内部可以设置线圈25或线圈25和覆盖线圈25的铁氧体芯26。
冷却盖板30可以具有多盖板结构，其中单元盖板设置成使得单元盖板的各个冷却水路径27彼此连通。
图4为显示根据本发明的又一个实施方案的用于半导体腔室的泵系统的示意性截面视图。
图4显示了从工艺腔室排出的废流体得到完全分解的情况。虽然所述实施方案描述了从工艺腔室排出的废流体的分解，但是所述实施方案也可以应用于对清洁气体的分解和处理。
为此，被线圈25所围绕的流体管路19设置成在至线圈25的电压的施加的过程中，在流体管路19中引发等离子体放电，从而造成流动通过流体管路19的废流体通过等离子体反应而分解。
作为向流体管路19供应反应气体的装置，反应剂管路32设置为连接至流体管路19。
因此，由于从外部气体源(未显示)供应的反应气体可以通过反应试剂管路32而供应至流体管路19，因而可以加速废流体的分解。
用于分解废气的反应剂气体可以包括氩气、甲烷、氨气、H2O、O2等。
在此，氩气帮助形成等离子体状态从而产生电子，电子可以与废气(例如全氟化碳)碰撞并且使其分解。
此外，电子与水蒸汽的碰撞引发反应H2O→OH+H，其中作为比氧(O)更强的氧化剂的OH与全氟化碳反应产生氟(F)，并且由全氟化碳分解的氟与氢反应从而产生氟化氢，氟化氢以蒸汽状态排出。
此外，线圈33可以缠绕反应试剂管路32数圈，使得当从发电机24向线圈33施加电压时，该线圈产生等离子体状态。
因此，当施加电压时，线圈33在反应试剂管路32中引发等离子体放电，从而帮助分解流动通过反应试剂管路32的反应气体。因此，反应气体以预先通过等离子体反应而实现的分解状态供应至流体管路19，从而进一步改进废气的分解效率。
例如，在CF4气体作为工艺副产物气体而从工艺腔室中排出的情况下，CF4气体在流动通过流体管路19的同时通过等离子体反应而分解成C和F2，与此同时，蒸汽相H2O在流动通过反应试剂管路40的同时通过等离子体反应而分解成OH和O。
然后，在流体管路19中，C、F2、OH和O彼此反应从而产生HF气体和CO2气体，所述HF气体和CO2气体最终从泵的出口排出。排出的HF气体和CO2气体流动通过在真空泵的出口侧的具有燃烧器和水淋浴器的气体洗涤器(未显示)，使得气态HF在穿过水淋浴器的过程中溶解在水中并且以废水形式排出。
酸性废水分离地中和成对人类无害的中性水并且排出。因此，作为环境管制物质的氟(F)被完全除去。
通过实现允许反应剂气体和全氟化碳之间完全反应的装置，而不需要燃烧设备。因此，可以利用不具有燃烧器的湿式洗涤器代替设置在真空泵的后侧(后方出口管线侧)的作为后处理设备的常规燃烧湿式洗涤器，这在规模方面或操作方面是有利的。
特别地，由于在反应试剂管路40或流体管路19中在真空腔室的真空状态而非大气条件下引发等离子体放电，所以存在低功耗的优点。
如上所述，本发明提供一种新型泵系统，其中连接泵中的罗茨式转子部段和螺杆式转子部段的外部管路设置有具有加热器、冷却器或其组合的加热/冷却单元，从而可以避免转子中的粉末副产物的积累和因此造成的转子的损坏，并且可以监控流动通过管路的流体的温度从而根据各个腔室的特性而控制泵以具有合适温度。
此外，本发明提供一种新型反应副产物气体处理单元，其中，围绕真空泵的外部管路设置等离子体单元，从而有效地分解和处理流动通过外部管路的流体，由此进一步改进工艺副产物气体的分解效率和处理效率。
[附图标记的说明]
10：入口
11：前腔室
12：出口
13：后腔室
14：壳体
15：罗茨式转子
16：螺杆式转子
17：轴构件
18：驱动电机
19：流体管路
20：加热器
21：冷却器
22、22a、22b：传感器
23：珀耳帖元件
24：发电机
25：线圈
26：铁氧体芯
27：冷却水路径
30：冷却盖板
31：齿轮箱
32：反应试剂管路
33：反应试剂管路的线圈
34：不规则表面
35：路径
36：盖板
37：阀
38：散热翅片
39：冷却盖板
40：管路凹槽
41：冷却水管路。

Claims (14)

1.一种用于半导体腔室的泵系统，所述泵系统包括：
壳体(14)，其具有前腔室(11)和后腔室(13)，所述前腔室(11)具有流体入口(10)，所述后腔室(13)具有流体出口(12)；
流体入口侧转子，其设置于壳体(14)的前腔室(11)；
流体出口侧转子，其设置于壳体(14)的后腔室(13)
轴构件(17)，其作为旋转轴线而联接通过流体入口侧转子和流体出口侧转子；以及
驱动电机(18)，其设置于壳体(14)外部的一侧，从而沿轴向连接至轴构件(17)，以提供用于驱动流体入口侧转子和流体出口侧转子的动力，其中，流体管路(19)连接在容纳流体入口侧转子的前腔室(11)和容纳流体出口侧转子的后腔室(13)之间，其中，流体管路(19)设置有加热器(20)、冷却器(21)或加热器(20)和冷却器(21)的组合，从而加热或冷却流动通过流体管路(19)的流体。
2.根据权利要求1所述的泵系统，其中，加热器(20)包括设置在流体管路中或设置在流体管路(19)的壁部分上的套管式加热器或热线圈模制橡胶加热器。
3.根据权利要求2所述的泵系统，其中，设置在流体管路(19)中的加热器(20)涂布有DLC、油漆、陶瓷、Al2O3、TiAlN、AlN、TiN等，或者加热器镀镍、铬等，以用于防腐蚀处理。
4.根据权利要求1所述的泵系统，其中，套管式加热器(20a)设置在流体管路(19)中，冷却水管路(41)设置于流体管路(19)的外壁部分上的管路凹槽(40)的内部，而热线圈模制橡胶加热器(20b)设置在流体管路(19)的外壁部分上，其中，设置冷却水管路(41)以加热或冷却流动通过流体管路(19)的流体。
5.根据权利要求1所述的泵系统，其中，冷却器(21)包括缠绕流体管路(19)的水冷却管路式冷却器。
6.根据权利要求1所述的泵系统，其中，流体管路(19)设置有一个或多个传感器(22)作为用于监控流体温度的装置，从而允许响应于所监控的温度而选择性地控制加热器(20)或冷却器(21)的操作。
7.根据权利要求6所述的泵系统，其中，传感器(22)分别设置于流体管路(19)的壁表面和连接至流体管路(19)的后腔室(13)的入口的内部。
8.一种用于半导体腔室的泵系统，所述泵系统包括：
壳体(14)，其具有前腔室(11)和后腔室(13)，所述前腔室(11)具有流体入口(10)，所述后腔室(13)具有流体出口(12)；
流体入口侧转子，其设置于壳体(14)的前腔室(11)；
流体出口侧转子，其设置于壳体(14)的后腔室(13)
轴构件(17)，其作为旋转轴线而联接通过流体入口侧转子和流体出口侧转子；以及
驱动电机(18)，其设置于壳体(14)外部的一侧，从而沿轴向连接至轴构件(17)，以提供用于驱动流体入口侧转子和流体出口侧转子的动力，其中，流体管路(19)连接在容纳流体入口侧转子的前腔室(11)和容纳流体出口侧转子的后腔室(13)之间，其中，流体管路(19)设置有珀耳帖元件(23)，所述珀耳帖元件(23)能够加热或冷却流动通过流体管路(19)的流体。
9.一种用于半导体腔室的泵系统，所述泵系统包括：
壳体(14)，其具有前腔室(11)和后腔室(13)，所述前腔室(11)具有流体入口(10)，所述后腔室(13)具有流体出口(12)；
流体入口侧转子，其设置于壳体(14)的前腔室(11)；
流体出口侧转子，其设置于壳体(14)的后腔室(13)
轴构件(17)，其作为旋转轴线联接通过流体入口侧转子和流体出口侧转子；以及
驱动电机(18)，其设置于壳体(14)外部的一侧，从而沿轴向连接至轴构件(17)，以提供用于驱动流体入口侧转子和流体出口侧转子的动力，其中，流体管路(19)连接在容纳流体入口侧转子的前腔室(11)和容纳流体出口侧转子的后腔室(13)之间，其中，流体管路(19)被数圈线圈(25)缠绕，从发电机(24)向线圈供应电压，从而在流体管路(19)中造成等离子体放电以分解流动通过流体管路(19)的流体。
10.根据权利要求9所述的泵系统，其中，缠绕流体管路(19)的线圈(25)沿圆周设置有铁氧体芯(26)。
11.根据权利要求9所述的泵系统，其中，流体管路(19)沿圆周设置有具有冷却剂路径(27)的冷却盖板(30)，其中，在所述冷却盖板(30)中设置围绕流体管路(19)的线圈(25)或线圈(25)和与其邻近的铁氧体芯(26)。
12.根据权利要求9所述的泵系统，其中，用于向缠绕流体管路(19)的线圈(25)供应电压的装置设置有发电机(24)和真空继电器，所述发电机(24)向腔室侧和线圈侧供应电力，所述真空继电器允许在腔室侧和线圈侧之间进行切换并且选择性地供应电压。
13.根据权利要求9所述的泵系统，其中，用于向流体管路(19)供应反应剂气体的装置进一步设置有反应试剂管路(32)，所述反应试剂管路(32)连接至流体管路(19)。
14.根据权利要求9所述的泵系统，其中，线圈(33)缠绕反应试剂管路(32)数圈，从发电机(24)向线圈供应电压从而在反应试剂管路(32)中造成等离子体放电，以分解流动通过反应试剂管路(32)的反应剂气体。
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