KR20050013016A

KR20050013016A - 로터의 세정이 가능한 드라이 펌프

Info

Publication number: KR20050013016A
Application number: KR1020030051838A
Authority: KR
Inventors: 이근영
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-07-26
Filing date: 2003-07-26
Publication date: 2005-02-02

Abstract

로터(rotor)의 세정이 가능한 드라이 펌프(dry pump)를 제시한다. 본 발명의 일 관점은, 로터들의 회전으로 가스의 압축 배출함으로써 진공을 구현하는 드라이 펌프에서, 로터의 회전을 위해 설치된 회전축 내를 관통하여 로터의 표면까지 관통 연결되고 로터의 표면에 세정액을 분사하는 분사홀을 포함하는 세정액 공급 경로를 구성하는 바를 제시한다.

Description

로터의 세정이 가능한 드라이 펌프{Dry pump capable of cleaning rotors}

본 발명은 진공 형성을 위한 진공 펌프(vacuum pump)에 관한 것으로, 특히, 드라인 펌프에서 로터(rotor)를 드라이 펌프의 분해 과정을 수반하지 않고서도 세정할 수 있는 장치에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하는 과정에 사용되는 화학 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 장비와 같이 고진공을 요구하는 챔버 장비에서는, 공정 챔버 내에 진공을 형성하기 위해서 여러 종류의 진공 펌프가 이용되고 있다. 특히, 드라이 펌프(또는 루트(root) 펌프)는 10^-3토르(torr) 정도까지의 진공도를 얻는 데 유효하게 이용되고 있다.

이러한 드라이 펌프는 루트(root) 형태 또는/및 크로(craw) 형태의 로터(rotor) 쌍으로 구현되는 스테이지(stage)들을 여러 스테이지 구비하여, 각각의 스테이지들을 순차적으로 가스가 지남에 따라, 로터들의 회전에 의해서 가스가 압축되어 진공을 구현하고 있다. 이때, 여러 스테이지들을 순차적으로 구비하는 것은 여러 단계의 가스 압축으로 압축률을 높이기 위해서 이다. 따라서, 이러한 가스의 압축률을 높이기 위해서 각각 단계의 로터들은 다양한 형태의 루트 또는 크로 형태로 구현되고 있다.

또한, 다양한 형태의 로터들로 구현되는 여러 스테이지들을 구비하는 것은, 드라이 펌프가 상대적으로 고 진공 영역과 저 진공 영역에서 모두 효과적으로 작동하기 위해서 이다. 예를 들어, 크로 형태의 로터들은 고 진공을 구현하는 데 효율적이며, 루트 형태의 로터들은 저 진공 영역에 효과적이다. 따라서, 이러한 각각의 로터들로 구현되는 스테이지들을 여러 개 조합함으로써, 드라이 펌프가 저 진공 영역으로부터 고 진공까지 효율적으로 구현할 수 있게 된다.

실질적으로, 각각의 스테이지들을 통과하는 가스는 루트 형태의 로터들 및 크로 형태의 로터들의 회전에 의해 압축되게 되고, 스테이지들을 통과할수록 스테이지의 부피가 작아지기 때문에 최종 단계에서는 높은 압축비의 가스를 얻게 된다.

그런데, 이와 같은 드라이 펌프가 단순한 챔버 장비의 챔버에 진공을 구현하는 데 이용될 경우는 큰 문제가 없을 수 있으나, 챔버 장비의 챔버에서 부산물(by-product)이 상대적으로 많이 발생하는 챔버 장비에 이용될 때는 부산물에 의한 드라이 펌프의 손상이 발생할 수 있다.

예를 들어, 물리적 기상 증착(PVD: Physical Vapor Deposition) 장비에 드라이 펌프가 이용될 경우에는, PVD 공정에서의 부산물 발생이 없어, 드라이 펌프에의 손상이 고려될 수 없다. 따라서, 드라이 펌프의 수명은 실질적으로 반영구적이게 된다. 반면에, 최근 반도체 제조 공정에 크게 이용되고 있는 CVD 장비에 드라이 펌프가 이용될 경우, CVD 공정에 필수적으로 수반되는 부산물에 의해서 드라이 펌프의 손상 또는 불량이 심각하게 발생하게 된다.

특히, 가스 배출단에 인근하는 최종 스테이지를 구성하는 로터 쌍 표면에 부산물이 파우더(powder)로 침적하여, 드라이 펌프에 손상 또는 불량을 발생하게 된다. 드라이 펌프의 루트, 즉, 로터들은 작동 중에 냉각수 등에 의해서 냉각되게 되는 데, 펌핑(pumping)되는 가스가 각 스테이지를 지날수록 로터를 구성하는 루트에 정체하는 시간이 길어져, 가스가 정체하면서 가스에 함유된 부산물은 냉각수에 의해 냉각된 로터를 구성하는 루트 표면에 파우더로 침적되게 된다. 따라서, 배출단에 인근하는 로터에 특히 이러한 부산물에 의한 파우더 발생이 심각하게 된다.

이와 같이 로터 표면에 부산물이 파우더로 침적되면, 로터와 로터 사이의 표면 마찰력이 증가되고, 이에 따라, 로터를 회전시키는 회전축에 더 큰 부하가 걸리게 된다. 즉, 드라이 펌프의 회전을 위한 파워(power)가 더 크게 요구된다. 드라인 펌프의 파워가 일정 수준 이상 증가하면, 드라이 펌프에 손상이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해서 드라이 펌프에는 인터락(interlock)dl 설치되는 데, 이러한 인터락의 가동으로 드라이 펌프의 가동이 중단된다.

이에 따라, 진공을 필요로 하는 진행 중인 공정에 심각한 공정 불량이 발생하게 된다. 예를 들어, 진공 펌핑이 중단되면, 배출되던 가스가 공정 챔버로 역류하여 챔버 내로 유입되고, 이에 따라, 챔버 내에 장입된 웨이퍼에 파티클(particle) 및 증착 두께 변동을 일으키게 된다. 또한, 이와 같이 드라이 펌프가 가동 중단되면, 드라이 펌프를 분해하여 불량 원인, 즉, 파우더를 제거하는 작업이 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 로터에 침적되는 파우더들을 효과적으로 제거할 수 있는 장치를 구비하는 드라이 펌프를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 드라이 펌프에 구비되는 스테이지부의 구성을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 드라이 펌프에 구비되는 스테이지부를 구성하는 로터 및 회전축의 구성을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 드라이 펌프에 구비되는 스테이지부를 구성하는 로터 및 회전축에 구성되는 세정액 공급 경로를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 로터들의 회전으로 가스의 압축 배출함으로써 진공을 구현하는 드라이 펌프에서, 인입되는 가스를 압축 배출하기 위해서 회전하는 로터(rotor)와, 상기 로터를 회전시키기 위해서 상기 로터에 연결되는 회전축, 및 상기 회전축 내를 관통하여 상기 로터의 표면까지 관통 연결되고 상기 로터의 표면에 세정액을 분사하는 분사홀을 포함하는 세정액 공급 경로를 포함하도록 드라이 펌프를 구성하는 바를 제시한다.

여기서, 상기 세정액 공급 경로는 상기 로터의 표면에 다수 개의 상기 분사홀을 구현하는 것일 수 있다.

또한, 상기 로터는 상호 대향되어 상호 간에 반대 방향으로 회전하는 한 쌍으로 도입되고, 상기 분사홀은 상기 로터의 쌍으로 대향되는 표면에 형성된 것일 수 있다.

상기 세정액은 상기 로터의 회전 시에 상기 로터의 온도 범위에서 증발되는 순수일 수 있다.

상기 회전축에 순차적으로 연결된 다수 개의 서로 다른 형태의 로터들을 더 포함하고, 상기 분사홀이 표면에 형성된 로터는 상기 가스가 배출되는 쪽에 최근하는 위치에 설치된 것일 수 있다.

상기 드라이 펌프를 사용하는 세정 방법은 상기 인입되는 가스로서 질소 가스를 공급하는 단계, 및 상기 분사홀로 세정액을 분사하여 상기 로터의 온도에 의해서 상기 분사된 세정액을 증발시키며 상기 로터 표면을 세정하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.

본 발명에 따르면, 드라이 펌프의 분해 과정을 수행하지 않고서도 로터에 침적되는 파우더를 효과적으로 제거할 수 있어, 드라이 펌프의 손상 또는 불량을 효과적으로 방지할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다

본 발명의 실시예에서는 드라이 펌프의 가스 압축을 위해 구비된 스테이지를 구성하는 로터 표면에 세정액, 예컨대, 순수(deionized water)를 분사하는 분사홀(ejecting hole)을 구비하고, 이러한 분사홀을 통해 세정액을 분사하여 로터 표면에 침적되는 파우더를 용해 세정시키는 바를 제시한다. 이때, 분사홀을 통해 분사되는 세정액은 드라이 펌프 가동 시의 로터의 온도 범위에서 증발될 수 있는 세정액을 이용함으로써, 분사된 세정액이 자연적으로 증발되어 기상(gas phase)으로 압축되어 배출되는 가스, 예컨대, 퍼지(purge) 가스와 함께 배출되도록 유도할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 드라이 펌프는 인입되는 가스를 압축 배출하기 위한 로터들(110, 120, 130, 140, 150)의 쌍들을 구비한다. 각각의 로터들(110, 120, 130, 140, 150)의 쌍은 각각의 가스 압축 스테이지들을 구성한다. 즉, 제1스테이지는 제1로터(110) 쌍으로 구성되고, 제5스테이지는 제5로터(150)의 쌍으로 구성된다. 이러한 로터들(110, 120, 130, 140, 150)은 회전축(200)들의 회전에 의해 고속으로 회전하여, 이러한 로터들(110, 120, 130, 140, 150)을 감싸는 하우징(housing: 도시되지 않음)에 인입되는 가스를 압축하여 다음 스테이지로 이송하는 역할을 한다.

제1스테이지로 가스는 인입되고 제5스테이지를 통과한 고 압축률로 압축된 가스는 배출되게 된다. 이에 따라, 제1스테이지 단에 연결되는 챔버에는 고 진공이 형성되게 된다.

일반적으로 로터들(110, 120, 130, 140, 150)은 각각의 스테이지들 별로 서로 다른 형태로 구성되는 데, 이는 드라이 펌프가 저 진공 영역으로부터 고 진공 영역에 이르기까지 효과적으로 진공을 구현하기 위해서 이다. 이러한 로터들(110, 120, 130, 140, 150) 각각의 형태는 도 1에 제시된 바와 같이 루트 형태 또는 크로 형태로 구현된다.

앞서 설명한 바와 같이, 진공 챔버에서 이루어지는 공정에서 발생되는 부산물은 인입되는 가스에 함유되어 이러한 로터들(110, 120, 130, 140, 150)과 접촉되게 된다. 이때, 로터들(110, 120, 130, 140, 150)에는 이러한 부산물이 냉각되어 파우더로 흡착 또는 침적될 수 있다. 이러한 파우더는 서로 반대 방향으로 회전하는 쌍의 로터들(110, 120, 130, 140, 150) 간에 마찰력을 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다.

따라서, 이러한 파우더를 제거하기 위해서, 로터들, 특히, 제5스테이지의 제5로터(150)의 표면에 세정액을 분사할 수 있는 분사홀(330)을 도 2에 제시된 바와 같이 구비한다. 분사홀(330)은 제5로터(150)에 특히 필수적으로 설치되는 것이 바람직하다. 이는, 인입되는 가스가 각각의 스테이지들을 거치며 압축되는 과정에서, 마지막 스테이지인 제5스테이지에 머무르는 시간이 가장 크기 때문이다. 따라서, 제5스테이지에서 부산물이 파우더로 제5로터(150)의 표면에 흡착될 가능성이 가장 크게 된다. 그럼에도 불구하고, 도 2에 제시된 바와 같은 세정액을 분사하기 위한 분사홀(330) 등은 다른 제1 내지 제4로터(110, 120, 130, 140)에도 구비될 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제5로터(150)의 표면에는 다수의 분사홀(330)들이 미세하게 형성되는 데, 이러한 분사홀(330)로 세정액을 공급하기 위한 세정액 공급 경로(310, 320)가 회전축(200)으로부터 제5로터(150)를 관통하여 도 3에 제시된 바와 같이 구비된다. 만일, 다른 로터들(110, 120, 130, 140)에도 세정액이 공급되기 위해서는 이러한 세정액 공급 경로(310, 320)가 연장되어 설치될 수 있다.

세정액은 회전축(200)을 관통하는 제1세정액 공급 경로(310)로 인입 또는 유입되고, 제1세정액 공급 경로(310)에 연결되고 제5로터(150)의 몸체 내에 관통하여 형성된 제2세정액 공급 경로(330)로 흘러 들게 된다. 제2세정액 공급 경로(330)의 끝 단은 제5로터(150)의 표면, 특히, 쌍으로 도입된 제5로터(150)의 서로 마주보는 표면에 형성된 분사홀(330)에 다다르게 된다.

분사홀(330)로 분사되는 세정액, 예컨대, 순수는 제5로터(150) 표면에 흡착된 파우더 등을 용해하여 세정 시키게 된다. 이러한 세정 작용을 수행하는 세정액은 제5로터(150) 자체 온도에 의해서 증발되어 압축되는 가스와 함께 자연스럽게 배출되게 된다. 따라서, 세정액으로는 이러한 제5로터(150)의 온도 범위에서 증발될 수 있을 정도의 증발점을 가지는 용액을 이용하는 것이 바람직하다. 실질적으로, 드라이 펌프의 가동 시에 냉각수에 의한 냉각에도 불구하고 제5로터(150)는 대략 150℃ 정도의 온도까지 승온된다. 따라서, 세정액으로는 이러한 온도에서 충분히 증발되는 순수가 이용될 수 있다. 물론, 다른 세정 용액도 사용 가능하다.

한편, 이와 같이 세정액을 분사홀(330)을 통해 분사하며 세정할 때, 이러한 드라이 펌프의 스테이지부들에 인입되어 압축 배출되는 가스는 일반적인 퍼지(purge) 가스, 예컨대, 질소 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 질소 퍼지 가스의 이용은 유독성 부식성 가스를 이러한 스테이지부들로부터 제거하는 데 유용하다. 또한, 드라이 펌프의 손상을 방지하고, 압축 속도를 유지하는 데 유용하다. 그리고, 회전축(200)의 실링(sealing)을 보호하는 데 유용하다. 그리고, 가스 인입단에 연결되는 챔버(도시되지 않음)로의 가스 역 확산을 방지하는 데 유용하다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

상술한 본 발명에 따르면, 드라이 펌프의 로터에 파우더 발생 정도를 효과적으로 줄이거나 이러한 발생을 방지할 수 있다. 로터에 흡착 또는 침적된 파우더를 세정액, 즉, 순수의 분사로 용해시켜 질소 가스와 함께 배출시킴으로써, 로터의 세정을 효과적으로 수행할 수 있다.

이에 따라, 로터에의 파우더의 흡착에 따른 드라이 펌프의 가동 중단 또는 손상을 방지할 수 있다. 그러므로, 드라이 펌프의 사용 주기를 연장할 수 있고, 드라이 펌프의 불량 동작에 따른 웨이퍼 손실을 크게 줄일 수 있다.

특히, 부산물의 발생이 상대적으로 많은 CVD 장치에 드라이 펌프가 이용될 때, 드라이 펌프의 손상 또는 공정 불량을 효과적으로 방지할 수 있다.

Claims

인입되는 가스를 압축 배출하기 위해서 회전하는 로터(rotor);

상기 로터를 회전시키기 위해서 상기 로터에 연결되는 회전축; 및

상기 회전축 내를 관통하여 상기 로터의 표면까지 관통 연결되고 상기 로터의 표면에 세정액을 분사하는 분사홀을 포함하는 세정액 공급 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 펌프.
제1항에 있어서,

상기 세정액 공급 경로는 상기 로터의 표면에 다수 개의 상기 분사홀을 구현하는 것을 특징으로 하는 드라이 펌프.
제1항에 있어서,

상기 로터는 상호 대향되어 상호 간에 반대 방향으로 회전하는 한 쌍으로 도입되고,

상기 분사홀은 상기 로터의 쌍으로 대향되는 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 드라이 펌프.
제1항에 있어서,

상기 세정액은 상기 로터의 회전 시에 상기 로터의 온도 범위에서 증발되는 순수인 것을 특징으로 하는 드라이 펌프.
제1항에 있어서,

상기 회전축에 순차적으로 연결된 다수 개의 서로 다른 형태의 로터들을 더 포함하고,

상기 분사홀이 표면에 형성된 로터는 상기 가스가 배출되는 쪽에 최근하는 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 드라이 펌프.
인입되는 가스를 압축 배출하기 위해서 회전하는 로터(rotor),

상기 로터를 회전시키기 위해서 상기 로터에 연결되는 회전축, 및

상기 회전축 내를 관통하여 상기 로터의 표면까지 관통 연결되어 상기 로터의 표면에 상기 세정액 공급 경로로 공급되는 세정액을 분사하는 분사홀을 포함하는 세정액 공급 경로를 포함하는 드라이 펌프에

상기 인입되는 가스로서 질소 가스를 공급하는 단계; 및

상기 분사홀로 세정액을 분사하여 상기 로터의 온도에 의해서 상기 분사된 세정액을 증발시키며 상기 로터 표면을 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 펌프를 세정하는 방법.