KR20050105365A

KR20050105365A - 스크루식 드라이 진공펌프의 냉각장치 및 그 냉각방법

Info

Publication number: KR20050105365A
Application number: KR1020040030472A
Authority: KR
Inventors: 최종호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2005-11-04

Abstract

반응부산물을 제거할 수 있는 스크루식 드라이 진공펌프의 냉각장치 및 그 냉각방법에 대해 개시한다. 개시된 장치 및 방법은 스크루나사를 갖는 로터를 내부에 수용하는 케이싱의 외주면에 설치되어 케이싱을 냉각하기 위하여 냉각수를 출입시키는 케이싱 냉각부를 구비하여, 케이싱의 실제온도가 소정의 기준온도를 초과하면 냉각수를 삼방향 밸브에 의해 더 공급한다.

Description

스크루식 드라이 진공펌프의 냉각장치 및 그 냉각방법{Cooling apparatus of screw type dry vaccum pump and method of cooling the same}

본 발명은 반도체 소자의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 스크루나사를 갖는 로터가 케이싱 내에 배치되고 로터의 회전에 의하여 펌프로부터 기체를 배출하는 스크루식 드라이 진공펌프의 냉각장치 및 그 냉각방법에 관한 것이다.

종래의 스크루식 드라이 진공펌프는 예를 들어, 스크루나사를 구비하는 2개의 로터 사이 및 각각의 로터와 케이싱 사이에 간극이 형성된다. 2개의 로터가 동기적으로 서로 반대방향으로 회전함으로써, 로터상의 스크루나사를 따라 기체가 이송된다. 이와 같은 형식의 펌프는, 예를 들어 반도체 제조장치 등에 있어서 챔버로부터 가스를 배출하는 데 널리 사용되고 있다.

많은 반도체 제조공정은 진공분위기에서 화학기상증착(CVD)장치, 드라이 에칭 장치 또는 스퍼터링 장치 등에서 반응가스를 사용하여 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼를 처리한다. 이러한 웨이퍼의 처리는 반도체 제조장치의 챔버 내에서 행해진다. 어떤 경우에는 이들 공정의 부산물이 고형물질 또는 응고되기 쉬운 성분을 포함한다. 예를 들어, 질화막을 형성하는 공정에서는 NH₄Cl과 같은 공정 부산물이 발생한다.

도 1은 종래의 스크루 드라이 진공펌프를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 1에 의하면, 진공펌프는 원통형의 케이싱(11)과 스크루나사를 가지는 회전식로터(12)를 포함한다. 로터(12)의 외주면과 케이싱(11)의 내면 사이에 작은 간극이 형성되도록 로터(12)가 케이싱(11)내에 수용된다. 로터(12)는 주축(15)에 연결되고, 주축(15)은 배출끝단부상의 고정 부재(13)에 고정되는 베어링(16)에 의하여 지지된다. 주축(15)은 외부 모터(미도시)에 결합되고, 로터(12)는 모터의 작동에 의하여 회전된다. 로터(12)의 회전에 의하여 유입구(17)를 통하여 펌프 안으로 기체가 도입된다. 도입된 기체는 스크루나사의 회전에 따라 배출끝단부쪽으로 이송된 후 유출구(18)로부터 배출된다.

한편, 배출된 반응가스 중에는 고형의 반응부산물(20)이 함유될 수 있다. 예를 들어, 질화막을 형성하는 공정에서는 NH₄Cl이라는 고형의 부산물(20)이 발생한다. 이러한 반응 부산물(20)은 배출끝단부에 축적된다. 스크루식 진공펌프에서는 스크루나사를 가지는 로터(12)가 회전되어 기체를 이송하고, 펌프 내부에 축적되는 고형물질(20)은 스크루나사의 회전에 따라 긁어내어져 배출끝단부쪽으로 이송될 수 있다. 그런데, 로터(12)와 케이싱(11) 사이에 형성된 간극은 케이싱(11) 내의 배출끝단부 근처에서 반응부산물(20)로 채워진다.

도 2는 종래의 스크루식 드라이 펌프에 작동에 따른 모터에 걸리는 전기적인 부하를 나타낸 도면이다.

도 2에 의하면, 진공펌프의 작동시간에 커짐에 따라 모터에 걸리는 부하의 량도 커진다. 즉, 진공펌프의 배출끝단부에 고형물질이 축적하여 로터와 케이싱 사이의 간극이 채워지면, 모터에 과부하가 걸리게 된다. 결국, 시간이 더 지남에 따라 모터는 고장(a 시간)을 일으키고 펌프는 정지하게 된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고형의 반응부산물을 완전하게 제거할 수 있는 스크루식 진공펌프를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 고형의 반응부산물을 원전하게 제거할 수 있는 스크루식 진공펌프의 냉각방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 스크루식 진공펌프의 냉각장치는 회전을 통하여 가스를 배출시키는 스크루나사를 갖는 로터를 포함한다. 또한, 상기 로터를 수용하는 케이싱과 상기 케이싱의 외주면에는 상기 케이싱을 냉각하기 위하여 냉각수를 출입시키는 케이싱 냉각부가 설치된다. 상기 케이싱 냉각부와 연결되며 상기 케이싱의 실제온도가 소정의 기준온도를 초과하면 냉각수를 더 공급하는 삼방향 밸브를 포함한다.

상기 케이싱과 상기 삼방향 밸브 사이에 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절계를 더 포함할 수 있다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 스크루식 진공펌프의 냉각방법은 스크루나사를 수용하는 케이싱의 기준온도를 설정한다. 그후, 상기 케이싱을 지지하는 스테이지에 냉각수를 공급하기 위하여 주밸브를 열어 케이싱을 냉각시킨다. 상기 케이싱의 실제온도를 측정한다. 상기 케이싱의 실제온도가 상기 기준온도를 초과하면 삼방향 밸브의 제1 밸브를 열고, 제2 밸브는 닫아 상기 케이싱의 외주면에 설치된 케이싱 냉각부에 냉각수를 더 공급한다.

상기 케이싱의 실제온도가 상기 공정온도보다 낮으면 삼방향 밸브의 제2 밸브를 열고, 상기 제1 밸브를 닫을 수 있다.

상기 제1 밸브에서 상기 케이싱 냉각부로 흘러 들어가는 냉각수를 유량조절계를 이용하여 조절할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 스크루식 진공펌프의 냉각장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 발명에 의한 냉각장치는 크게 진공펌프(100)와 냉각부(200)로 나뉜다.

도 3을 참조하면, 진공펌프(100)는 원통형의 케이싱(101)과 스크루나사를 가지는 회전식로터(103)를 포함한다. 로터(103)의 외주면과 케이싱(101)의 내면 사이에 작은 간극이 형성되도록 로터(103)가 케이싱(101)내에 수용된다. 로터(103)는 주축(107)에 연결되고, 주축(107)은 배출끝단부상의 고정 부재(105)에 고정되는 베어링(109)에 의하여 지지된다. 주축(107)은 외부 모터(미도시)에 결합되고, 로터(103)는 모터의 작동에 의하여 회전된다. 로터(103)의 회전에 의하여 기체 유입구(111)를 통하여 펌프 안으로 기체가 도입된다. 도입된 기체는 스크루나사의 회전에 따라 배출끝단부쪽으로 이송된 후 기체 유출구(113)로부터 배출된다.

냉각부(200)는 펌프(100)를 지지하면서 내부에 냉각수단(미도시)이 형성된 스테이지(205)를 포함한다. 냉각수는 냉각수 유입구(201)로 도입되어 주밸브(203)의 개폐에 따라 스테이지(205)의 냉각수단으로 공급된다. 공급된 냉각수는 냉각수단을 따라 이동한 후, 냉각수 유출구(207)로 배출된다.

케이싱(101)의 외주면에 설치되어 케이싱(101)을 냉각하기 위한 케이싱 냉각부(213)를 구비한다. 케이싱 냉각부(213)으로 공급되는 냉각수는 삼방향 밸브(209)에 의해 조절된다. 케이싱 냉각부(213)과 삼방향 밸브(209) 사이에 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절계(215)를 더 구비할 수 있다. 삼방향 밸브(209)는 케이싱 냉각부(213) 방향으로 향하는 냉각수의 흐름을 개폐하는 제1 밸브(210)와 스테이지(205) 방향으로 향하는 냉각수의 흐름을 개폐하는 제2 밸브(211)를 포함한다. 또한, 삼방향 밸브(209)의 작동은 케이싱(101)의 온도에 따라 제어부(217)에서 조절한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반응부산물의 생성을 억제하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 먼저 스크루나사를 수용하는 케이싱(101)의 기준온도를 설정한다(S10). 여기서, 기준온도는 반응부산물이 고형화하지 않고 기체로 되는 온도이다. 예를 들어, 질화물의 형성으로 인한 반응 부산물인 NH₄Cl은 약 170℃ 정도에서 기화된다. 따라서, NH₄Cl을 기화시키기 위한 케이싱(101)의 기준온도 약 170℃이다. 그후, 진공펌프(100)를 지지하는 스테이지(205) 내의 냉각수단에 냉각수를 공급하기 위하여 주밸브(203)를 열어 진공펌프(100)를 냉각시킨다(S20).

그리고 나서, 케이싱(101)의 실제온도를 측정한 다음(S30), 이를 기준온도와 비교한다(S40). 만일, 케이싱(101)의 실제온도가 기준온도를 초과하면 삼방향 밸브(200)의 제1 밸브(210)를 열고, 제2 밸브(211)는 닫아 케이싱 냉각부(213)에 냉각수를 공급한다(S50). 케이싱 냉각부(213)에 의해 케이싱(101)을 직접 냉각함으로써, 케이싱(101)의 과열을 막을 수 있다.

만일, 케이싱(101)의 실제온도가 기준온도보다 낮으면, 반응부산물이 생성될 가능성이 크다. 이 경우에는, 케이싱(101)의 실제온도를 상승시킨다. 즉, 삼방향 밸브(209)의 제2 밸브(211)를 열고 제1 밸브(210)를 닫아서 케이싱 냉각부(213)으로의 냉각수 공급을 차단한다(S60). 냉각수의 공급이 차단됨으로써, 케이싱(101)의 실제온도가 상승하여 반응부산물의 기화를 촉진한다.

한편, 제1 밸브(210)에서 케이싱 냉각부(213)로 흘러 들어가는 냉각수의 양은 유량조절계(215)를 이용하여 조절한다(S70). 삼방향 밸브(209)의 작동은 케이싱(101)의 온도를 측정하여, 그에 따른 밸브의 작동을 수행하는 제어부(217)에 의해 조절된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 스크루식 드라이 펌프에 작동에 따른 모터에 걸리는 전기적인 부하를 나타낸 도면이다.

도 5에 따르면, 진공펌프의 작동시간에 커짐에도 모터에 걸리는 부하의 량도 일정하다. 즉, 진공펌프의 배출끝단부에 고형물질이 축적되지 않으므로 모터에 일정한 부하가 걸리게 된다.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

상술한 본 발명에 따른 스크루식 진공펌프 및 그 냉각방법에 의하면, 케이싱의 외주면에 설치된 케이싱 냉각부에 냉각수를 삼방향 밸브를 이용하여 공급 또는 차단함으로써, 케이싱 내부에 고형화되어 잔류하는 반응부산물을 제거할 수 있다.

도 3은 본 발명에 의한 스크루식 진공펌프의 냉각장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 반응부산물의 생성을 억제하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 5는 본 발명예에 의한 스트루식 드라이 펌프에 작동에 따른 모터에 걸리는 전기적인 부하를 나타낸 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

101; 케이싱 103; 회전식로터

105; 고정부재 107; 주축

109; 베어링 201; 냉각수 유입구

205; 스테이지 209; 삼방향밸브

213; 케이싱 냉각부

Claims

회전을 통하여 가스를 배출시키는 스크루나사를 갖는 로터;

상기 로터를 내부에 수용하는 케이싱;

상기 케이싱의 외주면에 설치되어 상기 케이싱을 냉각하기 위하여 냉각수를 출입시키는 케이싱 냉각부; 및

상기 케이싱 냉각부와 연결되며 상기 케이싱의 실제온도가 소정의 기준온도를 초과하면 냉각수를 더 공급하는 삼방향 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크루식 드라이 진공펌프.
제1항에 있어서, 상기 케이싱과 상기 삼방향 밸브 사이에 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크루식 드라이 진공펌프.
스크루나사를 수용하는 케이싱의 기준온도를 설정하는 단계;

상기 케이싱을 지지하는 스테이지에 냉각수를 공급하기 위하여 주밸브를 열어 케이싱을 냉각시키는 단계;

상기 케이싱의 실제온도를 측정하는 단계; 및

상기 케이싱의 실제온도가 상기 기준온도를 초과하면 삼방향 밸브의 제1 밸브를 열고, 제2 밸브는 닫아 상기 케이싱의 외주면에 설치된 케이싱 냉각부에 냉각수를 더 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크루식 드라이 진공펌프의 냉각방법.
제3항에 있어서, 상기 케이싱의 실제온도가 상기 공정온도보다 낮으면 삼방향 밸브의 제2 밸브를 열고, 상기 제1 밸브를 닫는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크루식 진공펌프의 냉각방법.
제3항에 있어서, 상기 제1 밸브에서 상기 케이싱 냉각부로 흘러 들어가는 냉각수를 유량조절계를 이용하여 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크루식 진공펌프의 냉각방법.