KR20070020177A - 진공 펌핑 시스템 - Google Patents

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KR20070020177A
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대런 메니
론 클락 리
로버트 브루스 그랜트
배리 더들레이 브루스터
조앤 레이첼 그린우드
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더 비오씨 그룹 피엘씨
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Abstract

진공 펌핑 시스템은 제논과 같은 제 1 기체를 진공실로 공급하기 위한 제 1 기체 공급부를 포함한다. 펌프는 진공실로부터 유출된 기체를 수용한다. 제 2 기체 공급부는 제 1 기체와 함께 펌핑하기 위한, 질소 또는 헬륨과 같은 퍼지용 기체를 공급한다. 기체 분리기는 펌프에 의해 배출된 펌핑된 기체를 수용하고, 제 1 기체 및 퍼지용 기체를 스트림으로부터 회수한다. 회수된 제 1 기체는 진공실을 통해 재순환되고, 회수된 제 2 기체는 적어도 펌프를 통해 재순환된다.

Description

진공 펌핑 시스템{VACUUM PUMPING SYSTEM}
본 발명은 아르곤 및 제논과 같은 낮은 열전도성의 기체를 펌핑하기에 적합한 진공 펌핑 시스템에 관한 것이다.
극자외선 리소그래피(Extreme Ultra Violet Lithography; EUVL)는 집적회로를 제조하는데 있어 인쇄가능한 모양(feature)의 크기를 축소시키기 위해 11 내지 14nm 범위의 파장을 사용함으로써 현행의 광학적 리소그래피(optical lithography) 기술을 확장시켜 준다. 상기 파장에서는 모든 물질이 흡수성이 강하기 때문에, 이러한 유형의 리소그래피는 진공 하에서 수행되어야 한다.
극자외선(EUV)의 광원은 주석, 리튬 또는 제논의 여기에 기초할 수 있다. 주석 및 리튬과 같은 금속 물질을 사용하면, 이들 물질이 증발하거나 민감한 광학적 구성요소에 침적될 수 있다는 난점이 있다. 제논을 사용하는 경우에는, 전기적 방전에 의한 제논 자극, 또는 강한 레이저 조사에 의해 제논 플라즈마 형태로 빛이 발한다. 극자외선은 제논 투과성이 매우 불량하기 때문에, 진공 펌핑 시스템을 사용하여 플라즈마 주위 영역의 압력을 감소시킬 필요가 있다. 그러나, 종래의 터보 -분자 펌프(turbo-molecular pump)로는 플라즈마 생성에 필요한 제논의 양(1×10-2mbar에서 10slpm까지)을 펌핑하는 것이 불가능하다.
열역학 제 1 법칙으로부터 보면, 기체가 압축되거나 팽창될 때 일이 수행된다. 잘 절연된 시스템에서는, 또는 상기 과정이 너무 빨라서 감지 가능한 열전달이 일어날 만큼 시간이 충분하지 않은 경우에는, 상기 과정을 단열성으로 볼 수 있다. 기체를 압축시킴에 따라, 기체에 일을 하게 되어 기체의 내부 에너지를 증가시키기 때문에 기체의 온도가 올라간다. 팽창의 경우, 단열과정은 그 반대가 되고 온도는 내려간다.
이상 기체의 경우, 일정 압력에서의 비열용량은 Cp = Cv + R로 주어지는 바, 여기서 Cv는 일정 부피에서의 몰 비열용량이고, R은 비기체상수이다. 1원자 기체의 비열용량(또는 몰 열용량)의 비는 γ = Cp/Cv = (5R/2)/(3R/2) = 5/3으로 주어진다.
기계적 진공 펌프 및 펌핑되는 기체는 열역학적으로 닫힌 계로 볼 수 있다. 상기 펌프는 기체 입자를 받아서 이를 압축하고 팽창시키며 대기중으로 배출시킨다. 단열압축을 가정하는 극단적으로 단순한 경우에, 출구에 대한 입구의 용적비는 하기 수학식 1로 주어진다.
Figure 112006020500681-PCT00001
출구 온도 T2는 하기 수학식 2 및 3으로 주어진다.
Figure 112006020500681-PCT00002
Figure 112006020500681-PCT00003
제논은 1원자 분자이고, 낮은 열전도성(이로 인해 양호한 절연체가 됨)과 함께 높은 몰 열용량(γ= 1.667)을 갖는다. 기체의 몰 열용량 및 열전도성은 분자 구조에 관련되어 있다. 제논의 원자량(131.29amu) 및 반지름(108pm)은 아르곤의 것(각각 39.95amu 및 98pm)보다 더 크다. 제논, 아르곤, 헬륨 및 질소의 일부 특성을 비교를 위해 하기 표 1에 나타낸다.
Figure 112006020500681-PCT00004
상기 수학식 3으로부터 보면, 보통의 진공(0.1mbar) 하에서 조차도 기체의 출구 온도는 상당할 것이다. 통상적으로, 이원자 기체, 또는 더 큰 열전도성 및 더 작은 원자량의 기체는 펌프로부터 배출되기 전에 팽창되면 상당한 온도 하강을 초래할 것이다. 그러나, 제논은 새로 획득한 열에너지를 빼앗기지 않는다.
터보-분자 펌프로 제논을 펌핑하는 데 있어서의 어려움은 주로 펌프의 입구에서 발생한다. 첫 단(stage)은 고정 날개(blade)에 의해 분리되어 있는 회전 날개로 구성된 축류 압축기(axial compressor)를 포함한다. 상기 날개들은 분자 흐름 조건 하에서 작동되고, 회전 날개의 입사(incident)는 분자가 단들을 통해 축방향 아래쪽으로 펌프의 배출 또는 고압 단부까지 공급되도록 설계되어 있다. 터보-분자 펌프의 빠르게 회전하는 날개는 실(chamber)내의 기체 분자를 타격한다. 이러한 충돌로 약간의 운동량이 기체 입자에 전달된다. 이러한 운동량 전달과정은, 분자의 평균 선 속도가 날개 끝의 선 속도보다 작을 경우 더욱 효과적이다. 제논 분자의 경우, 27℃에서의 평균 속도는 318m/s이다. 그러나, 펌프의 평균 날개 지름이 클수록, 날개 끝의 속도가 높아진다. 일반적으로, 보다 무거운 기체에 대해 터보-분자 펌프의 효율이 가장 크므로, 가벼운 기체를 펌핑하기 위해서는 작은 터보-분자 펌프(＜500l/s N2)는 초고속(＞50,000rpm)으로, 보다 큰 펌프(＞1000l/s N2)는 보다 저속(＜30,000rpm)으로 움직이도록 설계된다. 제논 분자는 보다 가벼운 기체에 비해 "무겁기" 때문에, 펌프를 통해 보다 천천히 이동한다. 무거운 제논 분자에 일을 함에 따라, 제논 분자의 내부 에너지가 증가하고 열이 발생한다. 금속 임펠러는 열전도성이 높기 때문에, 상기 열은 임펠러를 통해 빠르게 전도되는 반면 고정부는 차갑게 유지된다. 효과적인 분자 펌핑을 위해, 회전자와 고정자의 틈(clearance)은 대략 수마이크론이어야 한다. 어떤 경우, 고정자와는 달리 회전자의 열팽창은 고장을 야기한다.
어떤 펌프는 또한 고정자 및 회전자 좌(seating) 상의 배출부로부터 "자동 냉각(self-cooling)" 역누출이 되도록 설계된다. 이것은 제논의 경우에는 펌프에 손해를 끼치는데, 이는 이미 뜨거운 기체가 펌프의 후미에서 재순환하여 펌프가 점차적으로 더 뜨거워지기 때문이다. 이것은 열에너지를 붙들고 있는 기체의 절연성질에 의해 더욱 악화된다.
전형적으로, 펌핑 공정은 터보-분자 펌프에서는 제논보다 더 가벼운 퍼지용 기체를 사용하여 개선된다. 평균적으로, 질소(N2) 및 헬륨(He)과 같은 보다 가벼운 기체 분자는 보다 무거운 기체(즉, 제논(Xe))보다 더 빨리 이동한다. 그러므로, 상기 기체들은 실의 벽 또는 터보-분자 펌프의 날개에 대한 충돌율이 더 높으나, 운동량은 더 작다. 기체 분자의 평균 속도(
Figure 112006020500681-PCT00005
)는 하기 수학식 4에서와 같이, 분자의 질량(M) 및 온도(T)에 의존한다.
Figure 112006020500681-PCT00006
예를 들어, 실온에서 헬륨, 질소 및 제논 분자의 평균 속도는 각각 1245m/s, 470m/s 및 215m/s이다. 온도가 높아질수록 평균 속도는 빨라지고, 분자의 질량이 가장 작은 기체의 평균 속도가 가장 클 것이다. 헬륨(k = 0.14W/mK)이 제논(0.00565W/mK)보다 열전도성이 상당히 크기 때문에, 헬륨 분자는 펌프 및 제논 기체로부터 열을 전달하는데 도움을 줄 것이다. 이것은 가벼운 퍼지용 기체의 부재 하에서 가능한 기간보다 훨씬 더 장기간 동안, 신뢰성 있는 펌프작동을 가능하게 하는 수준으로 펌프 내의 온도를 유지시킬 수 있다.
제논은 대기 중에 매우 낮은 농도(약 0.087ppm)로 존재하고, 가격도 매우 비싸다. 그러므로, 제논을 회수해서 재사용하는 것이 매우 바람직하다. 제논의 회수에 이용 가능한 하나의 방법은, 제논을 동결시킬 낮은 온도(극저온)의 트랩을 사용하면서, 응축 불가능한 가벼운 퍼지용 기체를 상기 트랩을 통해 통과시키고 대기 중에 배출시키는 것이다. 상기 트랩이 충분한 양의 제논을 포획하였으면, 제논을 가열하여 기화시킴으로써 재생시켜 별도로 수집할 수 있다.
그러나, 펌핑된 제논 스트림에 퍼지용 기체가 존재하면, 제논의 정제 및 그 후의 재순환이 특히 복잡해지고 비용이 많이 들게 된다. 예를 들어, 실 밖으로 펌핑되는 제논의 유량이 0.4slpm이라 가정하고, 또한 가벼운 퍼지용 기체(질소라 하자)가 3.6slpm의 유량으로 터보-분자 펌프에 첨가된다고 가정하면, 펌프 출력은 질소 90% 및 제논 10%로, 10-3bar(pXe = 10-4bar)에서 4.0slpm이다. 상기 혼합기체가 공급되는 극저온 트랩을, 주위 압력 또는 주위 압력보다 약간 높은 압력의 액체 질소를 냉각제로서 사용하여 작동시키면, 트랩의 작동 온도는 -192℃ 정도로 낮을 수 있다. 상기 온도에서 제논의 증기압력은 약 10-5bar이다. 따라서, 10-3bar에서 트랩을 빠져나가는 응축 불가능한 질소 기체는 10-5bar의 제논을 포획한다(따라서 제논 함량은 1%이다). 따라서, 출구의 스트림은 질소 99%(몰 유량은 여전히 3.6slpm이다) 및 제논 1%로, 유량이 3.6364slpm이다. 상기 스트림에서 제논의 몰 유량은 약 0.0364slpm으로, 이것은 진공실(0.4slpm)로부터 추출된 제논이 9% 이상임을 나타낸다는 것에 주의한다. 이러한 제논의 손실은 트랩이 그렇게 낮은 온도에서 작동될 수 없다면 훨씬 더 높을 것이다. 연속적으로 이러한 9% 이상의 제논의 손실을 허용할 수 있다면, 종래의 설계대로 조작되는 간단한 극저온 트랩이 제논 재순환에 충분하고, 가벼운 퍼지용 기체는 그 내부에 포획되지 않은 제논과 함께 시스템으로부터 폐기물로서 제거된다. 그러나, 극자외선 리소그래피에 제논을 적용시 키는데 있어, 그러한 높은 제논 폐기율은 경제적으로 허용되지 않는다.
본 발명의 목적은 아르곤 및 제논과 같은 낮은 열전도성의 기체를 펌핑하는, 비용면에서 더욱 효과적인 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
제 1 양태에서, 본발명은, 적어도 펌핑될 제 1 기체를 진공실로부터 수용하기 위한 입구를 갖고, 상기 제 1 기체 및 퍼지용 제 2 기체를 포함하는 기체 스트림을 배출시키기 위한 출구를 갖는 제 1 펌프; 상기 제 1 기체와 함께 펌핑될 상기 퍼지용 제 2 기체를 공급하기 위한 공급 수단; 및 상기 기체 스트림을 수용하고, 기체 스트림으로부터 퍼지용 기체를 회수하기 위한 기체 분리 수단을 포함하고, 상기 공급 수단은 회수된 퍼지용 기체를 기체 분리 수단으로부터 수용하도록 배열된 진공 펌핑 시스템을 제공한다.
퍼지용 기체를 대기 중에 배출하여 폐기시키는 것이 아니라 재사용을 위해 퍼지용 기체를 재순환시킴으로써, 분리 수단으로부터 유출된 퍼지용 기체에 잔류하는 임의의 제 1 기체가 손실되지 않고, 시스템 내에 유지된다. 게다가, 퍼지용 기체가 소모되지 않기 때문에, 질소와 같은 다른 기체에 비해 상대적으로 고가이지만 우수한 열전달 특성을 갖는 헬륨과 같은 종을 퍼지용 기체로서 사용할 수 있다.
한 배열에서는, 퍼지용 기체를 펌프에 직접적으로 공급하도록 공급 수단을 배열한다. 다른 배열에서는, 퍼지용 기체를 진공실에 공급하도록 공급 수단을 배열한다.
예를 들어, 터보-분자 펌프를 제 1 펌프로서 사용하는 경우, 펌핑된 기체를 전형적으로 약 10-3bar의 압력으로 상기 펌프로부터 배출시킨다. 펌프가 상기 압력에서 퍼지용 기체를 복귀시킬 수 있다면, 펌프로부터 유출된 가압된 기체 스트림을 분리기에 공급하고, 여전히 가압되고 회수된 퍼지용 기체는 펌프로 복귀시킬 수 있다. 그렇지 않다면, 펌프로의 복귀를 위해 주위보다 약간 높은 압력으로 퍼지용 기체의 압력을 올리기 위해 보조 펌프(backing pump)가 필요할 것이다. 따라서, 한 배열에서는, 시스템이 상기 언급된 제 1 펌프로부터 기체 스트림을 수용하기 위한 입구, 및 기체 분리 수단으로 기체 스트림을 배출시키기 위한 출구가 있는 제 2 펌프를 포함하고, 다른 배열에서는, 시스템이 기체 분리 수단으로부터 회수된 퍼지용 기체를 수용하기 위한 입구, 및 반송 수단으로 퍼지용 기체를 배출시키기 위한 출구가 있는 제 2 펌프를 포함한다. 전자의 배열은 분리기로부터 유출되고 펌프로 복귀되는 퍼지용 기체 내의 제논의 양이 감소되도록, 배출된 기체 스트림으로부터 제논과 같은 제 1 기체의 분리를 향상시킬 수 있다.
보조 펌프가 퍼지용 기체 내로 어떤 중질의 불순물을 도입시키는 것이 밝혀진다면, 제 1 기체 및 퍼지용 기체에 영향을 미치지 않는, 주위 온도의 카트리지(cartridge)형 기체 정제기와 같은 정제기를 사용할 수 있다.
바람직하게는, 시스템은 분리 수단으로부터 진공실로 제 1 기체를 재순환시키기 위한 수단을 포함한다. 바람직하게는, 재순환 수단은 실로의 제 1 기체의 복귀 전에 제 1 기체를 가압 및/또는 정제하기 위한 수단을 포함한다. 이것은 제논과 같은 비싼 기체가 재사용을 위해 진공실로 재순환되어 복귀될 수 있게 하고, 이로써 현저하게 비용이 절약된다. 본 발명의 이러한 양태는 값비싼 기체 또는 기체들(예를 들어, 극자외선 광원 및 반도체 칩 제조시의 유전체 에칭 용도에서는 제논, 평판 디스플레이 제조에서는 제논/네온 혼합물)의 사용을 요구하는 공정에 대한 적용에 특히 유용하다.
반송 수단은 퍼지용 기체를 펌프로 공급하는 속도를 제어하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 펌프로 복귀되는 퍼지용 기체의 조성(예를 들어, 퍼지용 기체 내의 제 1 기체의 양) 및/또는 펌프의 속도에 따라 공급 속도를 조정하도록 제어 수단을 배열할 수 있다. 펌프로의 퍼지용 기체의 공급 속도를 동력학적으로 조정할 수 있기 때문에 펌핑 동안 펌프 구성요소가 바람직하지 못하게 가열되지 않도록 보장할 수 있다.
바람직하게는, 분리 수단은 예를 들어 제 1 기체는 응축시키고 제 2 기체는 응축시키지 않음으로써 기체 스트림으로부터 제 1 기체를 분리하여 제 1 기체 및 제 2 기체를 회수하기 위한, 하나 이상의 극저온 트랩과 같은 극저온 분리 수단을 포함한다. 대안으로, 분리 수단은 온도 또는 압력 스윙 흡착 시스템(temperature or pressure swing adsorption system), 막 분리 시스템(membrane separation system), 또는 기체 스트림으로부터 제 1 기체를 분리하기 위한 임의의 다른 적합한 기구를 포함할 수도 있다. 제 1 펌프는 진공실에서 약 10-9bar의 압력이 유지될 수 있도록, 바람직하게는 터보-분자 펌프를 포함한다. 제 1 기체는 저 열전도성 기체, 예를 들어 제논 또는 아르곤과 같은 값비싼 기체를 포함할 수도 있다. 제 2 기체는 제 1 기체보다 더 가벼울 수 있고, 헬륨 및 질소 중 하나를 포함할 수 있다.
터보-분자 펌프에서 상기 퍼지용 기체를, 예를 들어 제논과 조합하면 제논의 펌핑 동안 펌프의 가열을 감소시킬 수 있다. 이것은 통상의 작동 엔벌로프(operating envelope) 내에서 작동하는 표준 진공 펌프를 시스템에 사용할 수 있도록 해주며, 따라서 통상의 작동 엔벌로프의 한계에서 작동하는 비표준 펌프에 비해 위험을 최소화시킨다. 극저온 트랩은 수용된 제논의 다량의 분획을 동결시키고, 퍼지용 기체로 주로 구성되지만 극저온 트랩의 조작온도에서의 증기압력과 관련된 농도의 제논을 또한 포함하는 유출 기체 스트림을 발생시킴으로써, 펌핑된 기체중의 제논과 퍼지용 기체 성분을 분리하기 위한 상대적으로 단순한 수단을 제공할 수 있다. 분리기로부터 유출된 기체 스트림중의 제논 농도가 펌핑된 기체중의 농도에 비해 상당히 감소되지만, 퍼지용 기체가 펌프로 다시 복귀되어 반복적으로 재사용되는 것이 아니라 폐기된다면, 시스템으로부터 손실된 제논을 대체하는 비용은 상당할 것이다.
제 2 양태에서, 본 발명은, 진공실로 제 1 기체를 공급하기 위한 제 1 기체 공급 수단; 적어도 상기 진공실로부터 제 1 기체를 수용하도록 배열된 펌프; 상기 제 1 기체와 함께 펌핑하기 위한 제 2 기체를 공급하기 위한 제 2 기체 공급 수단; 및 펌프로부터 유출된 기체 스트림을 수용하고, 상기 기체 스트림으로부터 제 1 기체 및 제 2 기체를 회수하고, 회수된 제 1 기체를 제 1 기체 공급 수단으로 유출시켜 적어도 진공실을 통해 재순환시키고, 회수된 제 2 기체를 제 2 기체 공급 수단으로 유출시켜 적어도 펌프를 통해 재순환시키기 위한 기체 분리 수단을 포함하는 진공 펌핑 시스템을 제공한다.
본 발명은 전술한 바와 같은 진공 펌핑 시스템을 포함하는 극자외선 리소그래피 장치, 전술한 바와 같은 진공 펌핑 시스템을 포함하는 반도체 처리 시스템, 및 전술한 바와 같은 진공 펌핑 시스템을 포함하는 평판 디스플레이(plat panel display) 제조 장치로 확장된다.
제 3 양태에서, 본 발명은, 적어도 진공실로부터의 제 1 기체, 및 상기 제 1 기체와 함께 펌핑하기 위한 퍼지용 제 2 기체를 펌프에서 수용하는 단계; 제 1 기체 및 제 2 기체를 포함하는 기체 스트림을 펌프로부터 배출시키는 단계; 기체 스트림으로부터 제 2 기체를 회수하고, 회수된 제 2 기체를 적어도 펌프를 통해 재순환시키는 단계를 포함하는 진공 펌핑 방법을 제공한다.
제 4 양태에서, 본 발명은 적어도 진공실로부터의 제 1 기체, 및 상기 제 1 기체와 함께 펌핑하기 위한 제 2 기체를 펌프에서 수용하는 단계; 펌프로부터 배출된 기체 스트림으로부터 제 1 기체 및 제 2 기체를 회수하는 단계; 회수된 제 1 기체를 적어도 진공실을 통해 재순환시키고, 회수된 제 2 기체를 적어도 펌프를 통해 재순환시키는 단계를 포함하는 진공 펌핑 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 특징을 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 기술할 것이다.
도 1은 진공 펌핑 시스템의 제 1 실시태양을 개략적으로 예시한 것이다.
도 2는 진공 펌핑 시스템의 제 2 실시태양을 개략적으로 예시한 것이다.
도 3은 진공 펌핑 시스템의 제 3 실시태양을 개략적으로 예시한 것이다.
도 1을 참조하면, 실(102)의 진공 펌핑을 위한 시스템(100)은 실(102)을 펌핑하기 위한 터보-분자 펌프(104)를 포함한다. 펌프(104)는 실(102)의 출구(110)로부터 펌프(104)로 기체를 반송하기 위한 도관(108)에 연결된 입구(106)를 갖는다. 실(102)은 반도체 산업에서 다양한 공정을 수행하는 데에 사용되는 다수의 다른 유형의 실 중 임의의 것일 수 있다. 본 실시예에서, 실(102)은 극자외선(EUV) 리소그래피용 극자외선을 발생시키는 진공실이다. 상기 목적을 위해, 실(102)은 기체 또는 액체 상태의 제논 스트림을 수용하기 위한 입구(112)를 갖고, 상기 실(102) 내에서 전기적 방전에 의한 제논의 자극, 또는 강한 레이저 조사에 의해, 상기 제논 스트림으로부터 극자외선이 제논 플라즈마 형태로 발생한다. 대안으로, 실(102)은 반도체 칩 제조를 위해 유전체 에칭 공정을 수행하는 실이거나, 또는 평판 디스플레이를 제조하는 실일 수 있다. 상기 대안의 경우, 입구(112)는 기체상의 제논, 또는 네온과 같은 또 다른 값비싼 기체와 제논의 혼합물의 스트림을 수용할 것이다.
도 1을 다시 보면, 펌핑된 제논에 의한 펌프의 가열 때문에 발생되는 펌프의 손상 없이, 표준 터보-분자 펌프(104)를 사용하여 실로부터 제논을 펌핑할 수 있도록 하기 위해, 헬륨 또는 질소와 같은 제논보다 가벼운 퍼지용 기체를 도관(114)을 통해 펌프(104)로 공급하여 제논과 함께 펌핑한다. 이렇게 하여, 전형적으로 약 10-3bar의 압력으로 출구(116)를 통해 펌프(104)로부터 배출된 기체 스트림은, 실(102)로부터 수용된 제논, 퍼지용 기체, 및 오염물, 예를 들어 실(102)에 존재하는 영구 기체(예: 아르곤) 및 실 내에서 극자외선을 생성하는 동안 발생한 임의의 잔해를 포함한다.
제논의 비용이 높기 때문에, 실(102)로부터 유출된 제논을 재사용을 위해 실(102)로 다시 재순환시킨다. 본 실시예에서, 펌프(104)로부터 배출된 기체 스트림으로부터 제논을 회수하기 위해, 시스템(100)은 펌프(104)로부터 배출된 기체 스트림을 수용하기 위한 입구(120)를 갖는 극저온 기체 분리기 또는 트랩(118)을 포함한다. 주위 압력 또는 주위 압력보다 약간 높은 압력의 액체 질소를 냉각제로서 사용하여 트랩(118)을 작동시켜 트랩의 작동온도를 -192℃ 정도로 낮춘다. 트랩(118)으로 주입되는 제논은 전형적으로 약 10-3bar의 압력이므로, 극저온 트랩(118) 내의 극저온은 기체 스트림 내에 함유된 제논을 동결시키고, 가벼운 퍼지용 기체는 트랩(118)을 통과하게 한다. 트랩(118)이 충분한 양의 제논을 포획하였으면, 제논을 가열하여 기화시킴으로써 재생시킨다. 이렇게 회수한 기체상 제논을 트랩(118)의 제 1 출구(122)로부터 유출시키고, 도관(124)를 통해 제논 재생 시스템(126)에 공급하고, 상기 제논 재생 시스템으로 제논을 정제하고 가압한 후, 제논을 기체 또 는 액체 형태로 도관(128)을 통해 실 입구(112)로 복귀시킨다.
트랩(118)은 제 2 출구(130)를 갖고, 이 출구를 통해 응축되지 않은 퍼지용 기체가 트랩(118)을 빠져나간다. 이렇게 하여, 트랩(118)으로 주입되는 기체 스트림으로부터 회수된 퍼지용 기체는 미량(약 1%)의 제논을 여전히 함유할 것이기 때문에, 펌핑 시스템(100)은 단순히 대기 중으로 퍼지용 기체를 배출시키기보다는, 퍼지용 기체를 재사용을 위해 펌프(104)를 통해 재순환시킨다. 도 1에 도시된 바와 같이, 퍼지용 기체를 펌프(104)에 공급하는 도관(114)은 트랩(118)의 출구(130)와 연결되어 있다. 트랩(118)으로부터 유출되는 퍼지용 기체 역시 약 10-3bar의 압력일 것이므로, 트랩 출구(130)와 펌프(104) 사이에 보조 펌프(132)를 선택적으로 제공하여 퍼지용 기체의 압력을 예를 들어 펌프(104)의 복귀를 위해 주위보다 약간 높도록 상승시킬 수 있다. 보조 펌프(132)로부터 배출된 퍼지용 기체를 정제하기 위해, 펌프(104)로 재유입시키기 전에, 보조 펌프(132)의 하류에 정제기(134)를 제공할 수 있다.
시스템(100)은 트랩(118)으로부터 유출된 퍼지용 기체에 잔류하는 어떤 제논이라도 소실되지 않고 시스템(100)에 유지되도록 보장할 뿐 아니라, 질소와 같은 다른 기체에 비해 상대적으로 매우 비싸지만 우수한 열전달 특성을 갖는 지닌 헬륨과 같은 종을 퍼지용 기체로서 사용할 수 있도록 한다.
상기 실시예에서는, 트랩(118)으로 유입되는 기체 스트림으로부터 제논을 분리하기 위해 극저온 기체 분리기 또는 트랩(118)을 사용하였지만, 임의의 다른 적 합한 형태의 기체 분리 시스템, 예를 들어 온도 또는 압력 스윙 흡착 시스템, 또는 막 분리 시스템을 사용할 수도 있다.
도 2는 진공 펌핑 시스템(200)의 제 2 실시태양을 예시한 것이다. 보조 펌프(132) 및 정제기(134)를 제 1 실시태양에서와 같이 트랩(118)의 하류가 아니라 터보-분자 펌프(104)의 하류에 배열한 것을 제외하고는, 제 2 실시태양은 제 1 실시태양과 유사하다. 결과적으로, 정제기(134)로부터 배출된 기체 스트림은 주위 압력 또는 주위보다 약간 높은 압력으로 트랩(118)에 주입된다. 이것은 실(102)로의 재순환을 위해 기체 스트림으로부터 제논을 더 많이 회수할 수 있도록 하여, 펌프(104)로 재순환된 퍼지용 기체는 더 낮은 수준의 제논을 함유하게 된다.
도 3은 진공 펌핑 시스템(300)의 제 3 실시태양을 예시한 것이다. 도관(114)이 퍼지용 기체를 펌프(104)에 직접적으로 공급하는 것이 아니라 진공실(102)에 공급하여, 펌프(104)가 펌핑을 위한 제논 및 퍼지용 기체 둘다를 실(102)로부터 수용하게 된다는 것을 제외하고는, 제 3 실시태양 역시 제 1 실시태양과 유사하다. 결과적으로, 상기 펌핑 시스템(300)은 제논 및 퍼지용 기체 둘다를 진공실(102) 및 펌프(104) 둘다를 통해 재순환시킨다.
요약하면, 진공 펌핑 시스템은 제논과 같은 제 1 기체를 진공실로 공급하기 위한 제 1 기체 공급부를 포함한다. 펌프는 진공실로부터 유출된 기체를 수용한다. 제 2 기체 공급부는 제 1 기체와 함께 펌핑하기 위한, 질소 또는 헬륨과 같은 퍼지용 기체를 공급한다. 기체 분리기는 펌프에 의해 배출된 펌핑된 기체를 수용하고, 제 1 기체 및 퍼지용 기체를 스트림으로부터 회수한다. 회수된 제 1 기체는 진공실을 통해 재순환되고, 회수된 제 2 기체는 적어도 펌프를 통해 재순환된다.

Claims (34)

  1. 적어도 펌핑될 제 1 기체를 진공실로부터 수용하기 위한 입구를 갖고, 상기 제 1 기체 및 퍼지용 제 2 기체를 포함하는 기체 스트림을 배출시키기 위한 출구를 갖는 제 1 펌프;
    상기 제 1 기체와 함께 펌핑될 상기 퍼지용 제 2 기체를 공급하기 위한 공급 수단; 및
    상기 기체 스트림을 수용하고, 기체 스트림으로부터 퍼지용 기체를 회수하기 위한 기체 분리 수단
    을 포함하고, 상기 공급 수단은 회수된 퍼지용 기체를 기체 분리 수단으로부터 수용하도록 배열된 진공 펌핑 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    공급 수단이 펌프에 퍼지용 기체를 직접적으로 공급하도록 배열된 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    공급 수단이 진공실에 퍼지용 기체를 공급하도록 배열된 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 펌프로부터 기체 스트림을 수용하기 위한 입구, 및 기체 스트림을 기체 분리 수단으로 배출시키기 위한 출구를 갖는 제 2 펌프를 포함하는 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    회수된 퍼지용 기체를 수용하기 위한 입구, 및 회수된 퍼지용 기체를 반송 수단으로 배출시키기 위한 출구를 갖는 제 2 펌프를 포함하는 시스템.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    제 2 펌프로부터의 기체 배출물을 정제하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    분리 수단으로부터 진공실로 제 1 기체를 재순환시키기 위한 제 1 기체 재순환 수단을 포함하는 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    재순환 수단이, 수용된 제 1 기체를 정제하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    재순환 수단이, 수용된 제 1 기체를 가압하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    분리 수단이, 기체 스트림으로부터 제 1 기체를 극저온으로 분리하여 제 1 기체 및 제 2 기체 둘다를 회수하기 위한 극저온 분리 수단을 포함하는 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    극저온 분리 수단이 제 2 기체는 응축시키지 않고 제 1 기체를 응축시키도록 배열된 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 펌프가 터보-분자 펌프(turbo-molecular pump)를 포함하는 시스템.
  13. 제 1 항 내지 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 기체가 제논 또는 아르곤과 같은 낮은 열전도성의 기체를 포함하는 시스템.
  14. 제 1 항 내지 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    퍼지용 기체가 제 1 기체보다 더 가벼운 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    퍼지용 기체가 헬륨 및 질소 중 하나를 포함하는 시스템.
  16. 진공실로 제 1 기체를 공급하기 위한 제 1 기체 공급 수단;
    적어도 상기 진공실로부터 제 1 기체를 수용하도록 배열된 펌프;
    상기 제 1 기체와 함께 펌핑하기 위한 제 2 기체를 공급하기 위한 제 2 기체 공급 수단; 및
    펌프로부터 유출된 기체 스트림을 수용하고, 상기 기체 스트림으로부터 제 1 기체 및 제 2 기체를 회수하고, 회수된 제 1 기체를 제 1 기체 공급 수단으로 유출시켜 적어도 진공실을 통해 재순환시키고, 회수된 제 2 기체를 제 2 기체 공급 수단으로 유출시켜 적어도 펌프를 통해 재순환시키기 위한 기체 분리 수단
    을 포함하는 진공 펌핑 시스템.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 진공 펌핑 시스템을 포함하는 극자외선 리소그래피(extreme ultra violet lithography) 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 진공 펌핑 시스템을 포함하는 반도체 처리 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 진공 펌핑 시스템을 포함하는 평판 디스플레이(flat panel display) 제조 장치.
  20. 적어도 진공실로부터의 제 1 기체, 및 상기 제 1 기체와 함께 펌핑하기 위한 퍼지용 제 2 기체를 펌프에서 수용하는 단계;
    제 1 기체 및 제 2 기체를 포함하는 기체 스트림을 펌프로부터 배출시키는 단계;
    기체 스트림으로부터 제 2 기체를 회수하고, 회수된 제 2 기체를 적어도 펌프를 통해 재순환시키는 단계
    를 포함하는 진공 펌핑 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    제 2 기체를 진공실 및 펌프 둘다를 통해 재순환시키는 방법.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    펌프로부터 배출된 기체 스트림의 압력을, 기체 스트림으로부터 제 2 기체를 회수하기 전에 증가시키는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    가압된 기체 스트림을, 이로부터 제 2 기체를 회수하기 전에 정제하는 방법.
  24. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    회수된 제 2 기체의 압력을 그의 재순환 전에 증가시키는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    가압되고 회수된 제 2 기체를 그의 재순환 전에 정제하는 방법.
  26. 제 20 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 기체를 기체 스트림으로부터 회수하고 진공실로 재순환시키는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    회수된 제 1 기체를 진공실로의 복귀 전에 정제하는 방법.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,
    회수된 제 1 기체를 진공실로의 복귀 전에 가압하는 방법.
  29. 제 20 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 기체를 기체 스트림으로부터 극저온으로 분리하여, 제 1 기체 및 제 2 기체를 회수하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    제 2 기체는 응축시키지 않고 제 1 기체를 응축시켜 제 1 기체와 제 2 기체를 분리하는 방법.
  31. 제 20 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 기체가 제논 또는 아르곤과 같은 낮은 열전도성의 기체를 포함하는 방법.
  32. 제 20 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 기체가 제 1 기체보다 더 가벼운 방법.
  33. 제 20 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 기체가 헬륨 및 질소 중 하나를 포함하는 방법.
  34. 적어도 진공실로부터의 제 1 기체, 및 상기 제 1 기체와 함께 펌핑하기 위한 제 2 기체를 펌프에서 수용하는 단계;
    펌프로부터 배출된 기체 스트림으로부터 제 1 기체 및 제 2 기체를 회수하는 단계;
    회수된 제 1 기체를 적어도 진공실을 통해 재순환시키고, 회수된 제 2 기체를 적어도 펌프를 통해 재순환시키는 단계
    를 포함하는 진공 펌핑 방법.
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Effective date: 20140423

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20130131

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