KR20080056192A - 반도체 처리용 펌프 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 처리에 사용되는 펌프 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 물질 흐름을 대략 분자압으로부터 대략 대기압으로까지 천이시키도록 된 단일 펌프를 포함할 수 있다.
반도체 처리용 장치, 펌프 장치, 물질 흐름, 분자압, 대기압, 터보 분자 스테이지, 드래그 스테이지, 건조 스테이지
Description
본 발명은 반도체 처리에 사용되는 펌프 장치에 관한 것이다. 상기 펌프 장치는 물질 흐름을 대략 분자압으로부터 대략 대기압으로 천이시키도록 구성된 단일 펌프를 포함할 수 있다.
수많은 다른 종류의 소자의 제작에 반도체 웨이퍼가 사용된다. 예를 들면, 웨이퍼 또는 그 일부를 사용하여 메모리 소자, 마이크로프로세서 유닛 소자 또는 이들 소자의 조합을 제작할 수 있다. 상기 소자들은 매우 작을 수 있어서(예, 약 1 마이크론 정도), 다품목으로 제작되는 경우가 있다. 어떤 경우, 단일 웨이퍼는 그 위에 수백 개의 소자를 가질 수 있다.
웨이퍼에 소자를 제작하기 위해 수많은 개별 공정이 수행된다. 상기 다수 단계는 소자의 종류와 복잡성에 따라 크게 변화될 수 있으나, 전형적인 제작 공정은 초기 기판을 제공하는 처음 단계와 웨이퍼로부터 개별 소자를 추출하고 그것들을 개인용 컴퓨터, 전화기, 휴대 전화기, 또는 기타 전자 장비에 설치하는 최종 단계 사이에 100 내지 300 개별 단계 중 어느 단계를 포함할 수 있다.
반도체 웨이퍼 처리의 단계 중 일부의 단계는 선택된 재료를 에칭 제거하고, 선택된 재료를 증착하고, 실리콘 웨이퍼에 선택적 이온 주입을 행하는 것을 포함할 수 있다. 이들 단계 중 다수는 특정 단계를 위해 특별히 고안된 툴에 의해 수행되지만, 일부 단계는 단일의 툴에 의해 행해질 수도 있다. 이들 단계는 다양한 위치에서 행해질 수 있기 때문에, 웨이퍼는 이동되는 경우가 있을 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼는 이온 주입 툴에 적치된 후 그로부터 취출되고, 카세트에 의해 이송되고, 증착 툴에 적치 후 취출되며, 에칭 툴 등에 적치 후 취출될 수 있다.
전술한 바와 같이, 에칭은 웨이퍼에 행해질 수 있는 처리의 일 형태이다. 웨이퍼는 여러 가지 다른 이유로 상이한 여러 레벨로 다수의 상이한 시간으로 에칭될 수 있다. 예를 들면, 에칭 단계의 일 형태는 웨이퍼의 소정 영역에 감광성 재료를 도포하는 것을 포함한다. 웨이퍼 상의 감광체는 이후 특정 파장 및 패턴을 갖는 광원에 노광될 수 있다. 감광체에 대한 광원의 노광은 그 노출된 영역의 화학적 조성을 변화시켜서, 그 감광체가 "경화"됨으로써 소정 화학 물질을 적용시 그 "경화된" 감광체가 그대로 잔존되게 하거나, 또는 그 감광체가 "연화"됨으로써 소정 화학 물질을 적용시 그 "연화된" 감광체가 제거되도록 할 수 있다. 어느 경우든지, 웨이퍼에는 원하는 감광체 패턴이 남아 있게 된다. 이렇게 유지된 감광체를 마스크로 사용하는 것에 의해, 웨이퍼에 화학 물질을 도포하여 웨이퍼의 노출부를 에칭하거나 제거할 수 있다. 따라서, 실리콘 웨이퍼 내에는 원하는 패턴이 "에칭"될 수 있다.
웨이퍼에 에칭된 소자 및/또는 패턴은 대략 1 마이크론 정도의 크기를 갖는 경우가 많다. 취급 대상의 크기가 매우 작기 때문에, 에칭 처리는 이물질에 특히 민감하다. 예를 들면, 웨이퍼 내에 에칭된 채널에 이물질 분자들이 존재하게 되 면, 그러한 결함의 존재는 소자 또는 소자의 일부가 적절하게 동작하는 것을 방해할 수 있다. 따라서, 이들 결함을 최소화하기 위해, 특히 시스템 내 이물질의 수를 최소화하는 작업을 통해 에칭을 수행하는 방법이 크게 주목받고 있다.
가장 보편적인 에칭 제어 방법은 플라즈마를 이용한 진공 챔버 내에서의 에칭에 의한 것이다. 상기 진공 챔버는 정의상 예컨대 약 10-3 내지 10-1 밀리바아의 저압(예, 분자압)으로 유지된다. 웨이퍼 에칭에 사용되는 플라즈마는 불화탄소 또는 과불화탄소와 같은 소정 개수의 물질의 투입을 포함할 수 있는데, 상기 물질은 플라즈마 내에서 불소와 불소기(fluorine radical)와 같은 미소 부분으로 분해될 수 있다. 이들 미소 부분은 웨이퍼의 노출부에 반응하여 휘발성 반응 생성물의 형성을 통해 웨이퍼의 그 부분을 "에칭 제거"한다. 에칭 대상의 기판에 따라 다른 물질이 사용될 수 있다. 진공하에서의 이러한 처리의 수행은 실질적으로 이물질이 시스템 내로 유입되는 것을 방지하며(제공되는 화학 물질은 통상적으로 단지 시스템 내에 특정되어 도입되는 물질이므로), 분자 밀도가 낮아지므로 반응 속도를 적절히 조절한다.
많은 현재의 에칭 처리에 있어서, 다량의 반응물은 웨이퍼를 지나 고속으로, 예컨대 약 수천 리터/초의 속도로 이송된다. 이것은 진공 챔버 내 압력을 저압으로 유지하는 것에 의해 이물질의 수를 최소화하고자 하는 바램에 역행하는 것이다. 결국, 진공 챔버를 통해 에칭 물질을 고속이지만 저압으로 통과시키고자 하는 바램이 결과적으로 도출되고, 따라서 특수 펌프가 요구되는 경우가 발생한다.
현재, 에칭 물질을 저압에서 고속으로 제공하는 펌프로서 서로 구분되고 전적으로 별개이며 비통합적인 두 개의 펌프가 존재한다. 상기 펌프는 여러 대상물 중, 개별 하우징, 개별 컨트롤러, 개별 전기 접속부 및 개별 유체 연결부를 구비하며, 웨이퍼 처리 장비 중의 서로 다른 공간에 서로 멀리 떨어져 위치된다.
일부의 현재 구성에 따르면, 제1 펌프의 유입구가 진공 챔버의 바닥에 볼트 연결되어 그 진공 챔버로부터 저압으로 유동하는 물질을 받아들인다. 이후 제1 펌프는 물질 흐름의 압력을 분자 레벨(유입구에서의 압력)로부터 대략 천이 레벨(유출구에서의 압력)까지 점증시킨다. 이후 물질 흐름은 튜브나 파이프를 통해 제2 펌프로 보내진다. 제2 펌프는 여러 가지 이유로 인해 전형적으로 웨이퍼 처리 장비의 다른 공간에 위치되는데, 그 주요한 이유는 그 크기, 자신이 발생시키는 노이즈량, 및 그 유지보수가 해당된다. 펌프간을 연결하는 유동 통로(예, 튜브)는 최소 길이 3미터, 최대 길이 20미터이고, 통상 5 내지 15미터의 길이를 갖는다. 제2 펌프는 물질 흐름의 압력을 대략 천이 레벨(유입구에서의 압력)로부터 대략 대기압(유출구에서의 압력)까지 점증시킨다. 이후 제2 펌프는 물질 흐름을 배출시킨다.
현재의 듀얼 펌프 구성과 관련하여 몇 가지 단점이 존재한다. 예를 들면, 제2 펌프를 제1 펌프로부터 떨어진 공간에 배치하는 것은 공간의 비효율적 사용을 가져오기도 한다. 또한, 펌프간을 연결하는 긴 튜브를 통해 물질을 유동시키는 것은 효율 손실이 존재한다. 따라서, 다중 펌프의 대안적 배열 및/또는 구성이 요구된다.
이하의 설명에서는 본 발명의 특정 측면과 실시예가 분명해질 것이다. 본 발명은 넓은 의미에서 상기의 측면과 실시예 중 하나 또는 그 이상의 특징을 포함하지 않고도 실시될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 이들 측면과 실시예는 단지 예시적인 것임을 이해하여야 한다.
본원에서 구체화되고 폭넓게 설명되는 일 측면은 반도체 처리에 사용되는 장치에 관한 것일 수 있다.
본 발명의 예시적 일 실시예는 반도체 처리에 사용되는 장치를 포함할 수 있다. 상기 장치는 약 10-1 밀리바아 이하의 유입 압력을 갖는 물질 흐름을 약 100 밀리바아 이상의 유출 압력으로 천이시키도록 구성된 단일 펌프를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 다음의 측면 중 하나 또는 그 이상의 측면을 포함할 수 있다: 단일 펌프는 약 10-3 밀리바아 이하의 유입 압력을 갖는 물질 흐름을 약 100 밀리바아 이상의 유출 압력으로 천이시키도록 구성될 수 있다; 단일 펌프는 물질 흐름을 약 1 바아 이상의 유출 압력으로 천이시키도록 구성될 수 있다; 단일 펌프는 오직 단일의 회전 가능 샤프트를 포함할 수 있다; 단일 샤프트는 단일 수직축으로 이루어질 수 있다; 단일 샤프트는 연속적일 수 있다; 단일 펌프와 결합된 반도체 처리 툴을 더 포함할 수 있다; 물질 흐름의 유속은 약 1000 리터/초 내지 약 10,000 리터/초의 범위일 수 있다; 물질 흐름의 유속은 약 1600 리터/초 내지 약 3000 리터/초의 범위일 수 있다; 단일 펌프는 적어도 하나의 볼 베어링을 포함할 수 있다; 적어도 하나의 볼 베어링은 약 100 밀리바아 이상의 유출 압력을 갖는 물질 흐름을 배출시키는 단일 펌프의 부분과 결합될 수 있다; 단일 펌프는 적어도 하나의 자성 베어링을 포함할 수 있다; 적어도 하나의 자성 베어링은 약 10-2 밀리바아 이하의 유입 압력을 갖는 물질 흐름을 수용하는 단일 펌프의 부분과 결합될 수 있다; 단일 펌프는 오직 하나의 모터를 포함할 수 있다; 단일 펌프는 오직 하나의 베어링 서스펜션 유닛을 포함할 수 있다; 단일 펌프는 적어도 하나의 자성 베어링을 포함할 수 있다; 적어도 하나의 볼 베어링은 약 100 밀리바아 이상의 유출 압력을 갖는 물질 흐름을 배출시키는 단일 펌프의 부분과 결합될 수 있다; 적어도 하나의 자성 베어링은 약 10-2 밀리바아의 유입 압력을 갖는 물질 흐름을 수용하는 단일 펌프의 부분과 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 반도체 처리에 사용되는 장치를 포함할 수 있다. 상기 장치는 물질 흐름을 대략 분자압으로부터 대략 대기압까지 천이시키도록 구성된 단일 펌프를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 반도체 처리에 사용되는 장치를 포함할 수 있다. 상기 장치는 물질을 터보 분자류(turbomolecular flow)로부터 대기류(atmospheric flow)까지 천이시키도록 구성된 단일 펌프를 포함할 수 있다.
전술한 구조적 관계 이외에, 본 발명은 이후 설명되는 것과 같은 여러 가지 다른 형태를 포함할 수 있다. 전술한 설명 및 이후의 설명은 모두 단지 예시적인 것임을 이해하여야 한다.
첨부 도면은 본 명세서의 일부에 포함되고 그것을 구성한다. 도면은 본 발명의 실시예들을 예시하며, 설명 부분과 함께 본 발명의 여러 원리를 설명하는데 사용된다.
도 1a는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 개략도이고;
도 1b는 상기 장치의 다른 실시예의 개략도이고;
도 2는 도 1b의 장치의 일부 개략도이고;
도 3은 도 1a의 장치의 일부 개략도이고;
도 4는 도 1a의 장치의 일부 개략도이고;
도 5는 반도체 처리 장비의 단일 공간에 배치된 장치의 다른 실시예의 개략도이고;
도 6은 반도체 처리 도구와 관련된 장치의 다른 실시예의 개략도이고;
도 7은 상기 장치의 다른 실시예의 개략도이고;
도 8a 및 도 8b는 다른 실시예의 상기 장치의 부분 사시도이고;
도 8c 및 도 8d는 도 8a 및 도 8b의 부분의 개략도이고;
도 9는 상기 장치의 다른 실시예의 개략도이다.
이하, 첨부 도면에 그 예를 제시한 본 발명의 몇몇 가능한 실시예들을 상세히 참조한다. 어디든 가능하다면, 도면 및 설명 부분에 사용되는 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 요소를 지시한다.
도 1-9는 반도체 처리에 사용되는 장치의 예시적 실시예들을 도시한다. 상기 장치는 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200), 건조 스테이지(300) 중 하나 또는 그 이상을 갖는 펌프(1)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 펌프(1)는 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 등 3개 요소 모두를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 펌프(1)는 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 중 하나만 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 펌프(1)는 하나의 터보 분자 스테이지(100), 복수의 드래그 스테이지(200) 및 하나의 건조 스테이지(300)를 포함할 수 있다. 몇몇 경우, 펌프(10)는 예컨대, 약 5×10-3 밀리바아의 압력을 갖는 대략적 분자 압력과 약 1600 리터/초 내지 약 2000 리터/초의 범위의 유속을 갖는 물질 흐름을 수용하고 그 물질 흐름을 약 대기압으로 배출시키도록 구성될 수 있다.
또한/대안적으로, 펌프(1)는 약 10-2 밀리바아 이하(예, 10-3 밀리바아)의 유입 압력을 갖는 물질 흐름을 약 100 밀리바아 이상(예, 약 1 바아)의 유출 압력으로 천이시키도록 구성될 수 있고, 및/또는 약 1000 리터/초(예, 약 1600 리터/초) 내지 약 10,000 리터/초(예, 약 3000 리터/초)의 범위의 물질 흐름의 유속을 수용하도록 구성될 수 있다.
터보 분자 스테이지(100)는 물질의 분자가 다른 물질 분자 내가 아닌 터보 분자 스테이지(100)의 적어도 하나의 내벽(101)(도 4 참조)과 충돌하기 더욱 용이하도록 대략 분자 압력인 물질의 터보 분자류를 제공하도록 구성되는 스테이지일 수 있다. 터보 분자 스테이지(100)는 제1 압력의 물질 흐름을 수용하도록(예, 반도체 처리 챔버로부터) 된 유입구(102)와, 물질 흐름을 제2 압력으로 예컨대, 하나 또는 그 이상의 드래그 스테이지(200), 건조 스테이지(300) 또는 대기로 방출시키는 유출구(103)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 터보 분자 스테이지(100)는 유입구(102)를 통과하는 입력류가 에칭 툴로부터 존재할 때, 물질 흐름을 예컨대 약 10-3 밀리바아의 유입 압력으로부터 약 10-1 밀리바아까지 천이시키기 위해 함께 회전하도록 된 블래이드(104)를 포함할 수 있다. 또한/대안적으로, 터보 분자 스테이지(100)는 유입구(102)를 통과하는 입력류가 물리적 기상 증착(PVD)와 같은 에칭 이외의 어플리케이션과 관련된 툴 또는 기타 구조체로부터 존재할 때, 물질 흐름을 예컨대 약 10-8 밀리바아 정도로 낮은 저압의 낮은 유입 압력으로 천이시키기 위해 함께 회전하도록 된 블래이드(104)를 포함할 수 있다. 터보 분자 스테이지(100)는 물질 흐름을 약 1 밀리바아 내지 약 10 밀리바아의 제2 압력으로 천이시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 제2 압력은 약 100 밀리바아 내지 약 1 바아일 수 있다.
블래이드(104)는 베어링을 사용하여 터보 분자 스테이지(100) 내에 배치될 수 있다. 상기 베이링은 볼 베어링이나 센터 샤프트와 같은 기계적 베어링일 수 있거나, 터보 분자 스테이지(100) 내에서 블래이드(104)를 자기적으로 부양시키도록 된 자성 베어링일 수 있다. 일부 실시예에서, 터보 분자 스테이지(100)는 멀티형 베어링을 구비할 수 있다. 예를 들면, 유입구(102)에 근접한 블래이드(104)는 자성 베어링에 의해 걸려 있을 수 있는(예, 유입구를 통한 물질 흐름의 유속이 약 2000 리터/초 내지 약 300 리터/초의 범위일 때) 반면, 유출구(103)에 근접한 블래이드(104)는 기계적 베어링에 의해 걸려 있을 수 있다. 자성 베어링은 물질 흐름이 고속일 때 바람직할 수 있는데, 이는 자성 베어링이 진동 감쇠에 능동적일 수 있기 때문이다.
도 7 및 도 9의 다른 실시예에서, 블래이드(104)는 샤프트(106) 상에 배치될 수 있다. 유입구(102)에 근접한 샤프트(106)의 상부는 자성 베어링에 의해 걸려 있을 수 있으며, 유출구(103)에 근접한 샤프트(106)의 바닥부는 기계적 베어링에 의해 걸려 있을 수 있다. 그러나, 다양한 여러 실시예에서, 샤프트(106)는 임의의 종류의 임의의 수의 베어링과 그 임의의 조합(예, 2개의 기계적 베어링 및 2개의 자성 베어링)에 의해 걸려 있을 수 있다.
인접 블래이드(104)는 중간 고정자(intervening stator)(105)에 의해 서로 이격될 수 있다. 고정자(105)는 물질 펌핑 과정 중 실질적으로 고정 상태를 유지할 수 있으며, 블래이드(104)를 감싸는 내벽(101)에 고정될 수 있다.
터보 분자 스테이지(100)로 진입하는 분자는 실질적으로 랜덤한 동작을 취할 수 있다. 이들 분자는 회전 블래이드(104)와 충돌하여, 각각의 블래이드(104)를 통과할 때 분자가 블래이드(104)와 거의 유사한 고유 열속도(thermal velocity)를 가짐은 물론, 블래이드(104)와 거의 동일한 속도를 갖도록, 블래이드(104)의 속도를 업고 갈 수 있다. 따라서, 블래이드(104)의 조합으로 압축이 발생하여, 블래이드(104)의 각도 및 블래이드의 상대 속도에 기인하여 상향보다는 하향으로 높은 전 동 확률(transmission probability)을 제공할 수 있다. 스테이셔너리 고정자(105)는 상대 가스 속도와 고정자 간의 조합을 통해 압축을 발생시킴으로써 고정자 블래이드의 각도에 기인하여 상향으로보다는 하향으로 높은 전동 확률을 제공하도록 구성될 수 있다. 상향 및 하향은 펌프의 유출구(103)에 대한 가스의 상대 이동(예, 배출)에 관한 것일 수 있다. 예를 들면, 하향은 펌프의 배출 측 가스 이동(예, 고압 영역 측으로 이동하고 및/또는 압축된다)을 지시하는 한편, 상향은 펌프의 배출측에서 멀어지는 가스 이동(예, 저압 영역으로 이동하고 및/또는 팽창된다)을 지시할 수 있다. 고정자(105)는 고정자(105)와 블래이드(104)에 의해 동일한 펌핑이 제공될 수 있도록 분자의 기준에 대해 상대 속도를 가질 수 있다.
터보 분자 스테이지(100)의 하나 또는 그 이상의 블래이드(104), 중간 고정자(105) 및/또는 기타 부분은 물질의 효과적인 저압 이동을 위해 구성될 수 있다. 터보 분자 스테이지(100)는 펌프 하류의 흐름 및 크기 등에 의존하여 통상 약 10-1 밀리바아 내지 약 10-8 밀리 바아(10-7 밀리바아)의 범위의 유입 압력과 약 0.1 밀리바아 내지 약 1 밀리바아 이하의 대응하는 유출 압력으로 작동한다.
블래이드(104) 및 고정자(105)를 갖는 터보 분자 스테이지(100) 및 그 다양한 성분의 예시적인 구성에 대한 추가의 상세는 본 명세서에 그 전체가 참고로 포함되는 미국 특허 제 6,109,864 호 및 제 6,778,969 호에 기재되어 있다.
펌프(1)는 도 2에 그 예가 도시되어 있는 드래그 스테이지(200)를 포함할 수 있다. 드래그 스테이지(200)는 제1 압력의 물질 흐름을 (예, 반도체 처리 챔버 또 는 터보 분자 스테이지(100)의 유출구(103)로부터) 수용하도록 된 유입구(204)와 예컨대, 터보 분자 스테이지(100), 건조 스테이지(300) 또는 대기 중 하나 또는 그 이상으로 제2 압력의 물질 흐름을 배출시키는 유출구(205)를 포함할 수 있다. 제2 압력은 펌프(1)의 궁극적 배출 압력에 의존할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서 펌프(1)는 대기압으로 배기시키지 않을 수 있어서 터보 분자 스테이지(100)와 드래그 스테이지(200)만 사용될 수 있다.
드래그 스테이지(200)는 두 개 이상의 동축 중공 실린더(201, 202)를 포함할 수 있다. 각 실린더(201, 202)는 다중 원통부, 예컨대 두 개 이상의 서로 인접한 원통부(예, 한 원통부는 유입구(204)에 인접한 반면, 다른 원통부는 유출구(205)에 인접할 수 있으며, 양 원통부는 실질적으로 동일한 크기 및/또는 구성을 갖는다)로 구성될 수 있다. 이러한 원통부는 예컨대, 드래그 스테이지(200)의 상이한 부분을 압력에 따라 다른 효율도로 동작시키도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실린더(201, 202)는 상대 실린더(201, 202)에 대면하는 표면 상에 헬리컬 나사산(203)을 구비할 수 있다. 예를 들면, 도 2는 외부 실린더(201)의 내면 상의 나사산(203)을 개략적으로 도시한다. 작동시, 하나 또는 그 이상의 실린더(201, 202)는 예컨대 20,000 rpm 또는 그 이상까지의 비교적 고속으로 회전될 수 있다. 저압에서, 분자들은 회전하는 헬리컬 나사산(203)의 표면을 타격함으로써 분자에 속도 성분이 제공되고 분자의 운동 방향이 분자의 타격면과 동일한 운동 방향이 되도록 할 수 있다. 분자들은 이 방식으로 드래그 스테이지(200)를 통과되고 그 유입 압력보다 고압으로 드래그 스테이지(200)를 빠져나간 다. 헬리컬 나사산(203)은 그 압력에 따라 실린더(202)와는 예컨대 약 0.1mm 내지 약 0.5mm 정도의 비교적 좁은 간극을 가질 수 있다. 이러한 좁은 간극은 펌프의 유입구 측으로보다 유출구 측으로 분자가 이동할 확률을 크게 할 수 있다.
드래그 스테이지(200)는 펌프 하류의 흐름 및 크기 등에 의존하여 통상 약 10-1 밀리바아 내지 약 10-7 밀리 바아(10-6 밀리바아)의 범위의 유입 압력과 약 10 밀리바아 내지 약 1 밀리바아 이하의 대응하는 유출 압력으로 작동한다. 실린더(201, 202) 중 적어도 일부에서 드래그 스테이지(200)의 헬리컬 나선부(203) 및/또는 기타 부분(예, 유출구(205)에 근접 배치된 부분)이 물질을 고압으로 효율적으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 드래그 스테이지(200) 및 그 다양한 성분의 예시적인 구성에 대한 추가의 상세는 본 명세서에 그 전체가 참고로 포함되는 미국 특허 제 5,772,395 호에 기재되어 있다.
드래그 스테이지(200)는 도 9에 도시된 바와 같은 대안적 구성을 가질 수 있다. 드래그 스테이지(200)는 헬리컬 나사산(203)을 갖는 복수의 고정 실린더(201)와 복수의 회전 실린더(202)를 포함할 수 있다. 회전 실린더들(202)은 연결될 수 있으며, 실질적으로 동일한 회전 속도로 회전될 수 있으며, 및/또는 블래이드(104)와 동일한 샤프트(106) 상에 배치될 수 있다. 각각의 고정 실린더(201)와 그 각각의 고정 실린더에 대면하는 회전 실린더(202)의 표면은 별도의 드래그 스테이지를 구성할 수 있다. 일부 드래그 스테이지(200)는 반경 방향 외측을 향하고 또한 실질적으로 편평한 회전 실린더(202)의 반경 방향 내측 표면을 향하는 헬리컬 나선 부(203)를 갖는 고정 실린더(201)의 표면을 포함할 수 있다. 일부 드래그 스테이지(200)는 그 반대의 구성을 가질 수 있다. 각각의 고정 실린더(201)는 그 반경 방향 외측 표면 및/또는 반경 방향 내측 표면에 헬리컬 나사산(203)을 가질 수 있다. 각각의 회전 실린더(202)는 그 반경 방향 외측 표면 및/또는 반경 방향 내측 표면에 헬리컬 나사산(203)을 갖는 고정 실린더(201)의 표면을 향할 수 있다.
각각의 드래그 스테이지(200)는 다른 드래그 스테이지(200)와 유동 교류될 수 있다. 각 드래그 스테이지(200)는 다른 드래그 스테이지(200)로부터 반경 방향 내측 또는 외측으로 배치될 수 있다. 각 드래그 스테이지(200)는 다른 구성을 가질 수 있다. 예를 들면, 각 드래그 스테이지(200)의 헬리컬 나사산(203)은 다른 드래그 스테이지(200)의 헬리컬 나사산(203)과는 길이가 다를 수 있다. 드래그 스테이지(200)는 터보 분자 스테이지(100)로부터 반경 방향 외측으로 배치될 수 있다. 각 드래그 스테이지(200)는 물질이 드래그 스테이지(200)를 통해 유동되는 동안 물질의 압력을 증가시키고, 물질이 최종 드래그 스테이지(200)에 의해 건조 스테이지(300)로, 예컨대 대략 대기압 또는 대기압 유동으로 배출될 때까지 물질을 반경 방향으로 보다 외측의 드래그 스테이지(200)로 배출시키도록 구성될 수 있다.
펌프(1)는 도 3에 도시된 바와 같이 건조 스테이지(300)를 포함할 수 있다. 건조 스테이지(300)는 물질의 분자가 펌프의 적어도 하나의 내부 벽(305)보다 오히려 서로 충돌하기 쉽도록 물질의 천이류(transition flow) 및/또는 점성류(viscous flow)를 제공하도록 된 펌프일 수 있다. 건조 스테이지(300)는 (예, 터보 분자 스테이지(100) 또는 드래그 스테이지(200)의 유출구로부터) 제1 압력의 물질 흐름을 수용하는 유입구(301)와 제2 압력(예, 약 대기압)으로 물질을 배출시키는 유출구(302)를 포함할 수 있다. 도 3에 그 예가 도시된 일 예시적 종류의 건조 펌프(300)는 중간 고정자(304)와 고압으로 작동하는데 적합하도록 통상 터보 분자 펌프와는 다른 형태의 회전 블래이드(303)를 포함할 수 있다. 블래이드(303)와 고정자(304)는 물질 흐름을 약 1 밀리바아 내지 약 10 밀리바아 이하의 유입 압력(예, 약 0.1 밀리바아의 저압)으로부터 약 100 밀리바아 내지 약 1 바아(예, 대기압)로 천이시키도록 구성될 수 있다. 블래이드(303)는 베어링(예, 볼 베어링, 실린더 샤프트 및 자성 베어링 중 하나 또는 그 이상)을 사용하여 건조 스테이지(300)에 배치될 수 있다. 고정자(304)는 블래이드(303)를 둘러싸는 원통형 하우징에 고정될 수 있다. 블래이드(303)와 고정자(304)는 물질이 유출구(302)를 통해 건조 스테이지(300)를 빠져나가기 전에 건조 스테이지(300)가 유입구(301)를 통해 그 건조 스테이지(300) 내로 통과되는 물질의 압력 증가를 야기할 수 있다는 점에서 터보 분자 스테이지(100)와 관련하여 전술한 블래이드(103)와 고정자(104)와 거의 유사하게 동작할 수 있다. 건조 스테이지 및 그 다양한 성분의 예는 본 명세서에 참고로 그 전체가 기술된 미국 특허 제 6,244,841 호, 제 6,705,830 호, 제 6,709,226 호, 제 6,755,611 호 B1에 개시되어 있다. 건조 스테이지의 다른 적절한 예는 본원에 참고로 그 전체가 기술된 미국 특허 제 6,129,534 호, 제 6,200,116 호, 제 6,379,135 호, 제 6,672,855 호에 개시되어 있다.
건조 스테이지(300)는 예컨대 도 8a,8b,8c,8d,9에 도시된 바와 같은 대안적 구성을 가질 수 있다. 대안적 구성에서, 건조 스테이지(300)는 재생 회전자(350) 와 재생 고정자(370)를 포함할 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 재생 회전자(350)는 재생 회전자(350)의 표면으로부터 연장하는 거의 원형인 복수의 돌출부(351)를 포함할 수 있다. 돌출부(351)는 그로부터 연장하는 복수의 블래이드(352)를 포함할 수 있다. 도 8d에 돌출부(351)와 블래이드(352)의 단면이 도시되어 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 재생 고정자(370)는 그 사이에 복수의 채널(372)을 형성하는 복수의 돌출부(371)를 포함할 수 있다. 인접 채널(372)은 중간 채널(373)을 통해 연결될 수 있다. 돌출부(371)와 채널(372)의 단면은 도 8d에 도시되어 있다. 각 채널(372)은 제1 부분(372a)과 제2 부분(372b)을 포함할 수 있다. 제1 부분(372a)은 물질의 유동을 방지하도록 예컨대, 돌출부(351)의 폭보다 다소 넓게 형성될 수 있다. 따라서, 작동시, 소정의 물질은 제2 부분(372b) 내에 거의 저장된다. 제2 부분(372b)은 물질 흐름의 수용을 위해 예컨대 원형 또는 타원형의 적절한 단면 형상을 가질 수 있다.
도 8c 및 도 9에 도시된 바와 같이, 각 블래이드(352)는 돌출부(351)가 제1 부분(372a)에 배치되고 또한 블래이드(352)가 제2 부분(372b) 내로 연장하도록 채널(372) 중 하나에 배치될 수 있다. 블래이드(352)와 채널(372)의 각 세트는 중간 채널(373)과 동일하거나 그렇지 않을 수 있는 대응하는 유입구(391) 및 유출구(392)를 포함할 수 있다.
작동시, 블래이드(352)는 채널(372)에 대해 회전될 수 있다. 물질은 유입구(391)를 통해 채널(372)의 제2 부분(372b)으로 유입될 수 있다. 블래이드(352) 는 블래이드(352)의 회전과 동일한 방향으로, 예컨대 가스가 채널(372)에 구속된 채로 모멘텀을 획득하고 회전하는 블래이드(352)로 접선 방향으로 이동하는 결과로서 얻어지는 거의 타원형 및/또는 나선형 패턴으로, 물질이 유동되도록 할 수 있다. 이후 물질은 유출구(392)를 통해 채널(372)의 제2 부분(372b)을 빠져나갈 수 있다. 이후 물질은 다른 블래이드(352) 및 채널(372)의 조합으로 보내지거나, 펌프(1)로부터 배출될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 건조 스테이지(300)는 복수의 블래이드(352) 및 채널(372)의 조합을 가질 수 있다. 각 블래이드(352)-채널(372) 조합은 다른 블래이드(352)-채널(372) 조합으로부터 반경 방향 내측 및/또는 외측으로 배치될 수 있다. 회전자(350)는 블래이드(104) 및 실린더(202)와 동일한 샤프트(106) 상에 배치될 수 있다. 블래이드(352)-채널(372) 조합은 외측의 조합으로부터 반향 방향 내측에 배치된 조합으로 물질을 배출시킨다. 최내측의 조합은 물질을 펌프(1)로부터 예컨대 대기중으로 배출시킬 수 있다.
도 4A 및 도 4B에 도시된 바와 같이, 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 중 하나 또는 그 이상은 단일 하우징(10) 내에 배치된다. 펌프(1)가 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 중 두 개 이상을 포함하면, 스테이지 간 경계는 외견상 식별되지 않을 수 있다(즉, 육안으로 장치 외부를 관찰시 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200), 건조 스테이지(300) 간의 경계를 식별할 수 없을 수 있다). 펌프는 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지 및 건조 스테이지(300)의 블래이드, 실린 더 또는 기타 성분의 세트를 회전시키는 단일 구동 모터를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 펌프(1)는 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및/또는 건조 스테이지(300) 중 하나 또는 그 이상의 스테이지에서 하나 또는 그 이상의 성분을 구동시키도록 된 하나 또는 그 이상의 모터를 구비할 수 있다.
터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 중 하나 또는 그 이상의 스테이지는 실질적으로 천이부를 갖지 않고 서로 연결될 수 있다. 예를 들면, 터보 분자 스테이지(100)의 유출구(103)는 드래그 스테이지(200)의 유입구(102)와 실질적으로 동일할 수 있다. 다른 예에서, 드래그 스테이지(200)의 유출구(205)는 건조 스테이지(300)의 유입구(301)와 실질적으로 동일할 수 있다. 또 다른 예에서, 터보 분자 스테이지(100)의 유출구(103)는 건조 스테이지(300)의 유입구(301)와 실질적으로 동일할 수 있다.
펌프(1)의 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 중 하나 또는 그 이상의 스테이지는 예컨대 도 5에 도시된 바와 같이 반도체 처리 장비의 단일 공간(3) 내에 배치될 수 있다. 펌프(1)의 일 장점은 종래의 펌프에 비해 보다 컴팩트할 수 있어서 공간 절약을 가져오고 펌프의 수 및/또는 예컨대 반도체 제조 공정과 같은 특정 공정을 위한 성분의 수를 줄일 수 있다.
도 6의 예에 도시된 바와 같이, 펌프(10)의 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 중 하나 또는 그 이상의 스테이지는 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 중 하나 또는 그 이상의 스테이지 각각을 제어하는 공통 컨트롤러(90)를 구비할 수 있다. 공통 컨트롤러(90)는 컨트롤러 접속부(91)에 의해 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 중 하나 또는 그 이상의 스테이지에 연결될 수 있다. 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 중 하나 또는 그 이상의 스테이지는 반도체 처리용 툴(2)과 결합될 수 있다.
일부 예에서, 유선 접속 방식보다는 무선 링크에 의해 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 중 하나 또는 그 이상의 스테이지와 공통 컨트롤러(90) 간의 통신이 이루어질 수 있다.
펌프(1)의 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 중 하나 또는 그 이상의 스테이지는 공통 연결부를 공유할 수 있다. 예를 들면, 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 중 하나 또는 그 이상의 스테이지는 공통 파워 연결부를 공유할 수 있다. 파워 연결부는 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및/또는 건조 스테이지(300)와 결합된 하나 또는 그 이상의 모터에 전력을 공급하기 위해 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 중 하나 또는 그 이상의 스테이지에 전력을 공급할 수 있다. 이 연결은 펌프(1)의 터보 분자 스테이지(100), 드래그 스테이지(200) 및 건조 스테이지(300) 중 하나 또는 그 이상의 스테이지로 파워를 공급하기 전에 파워의 조절을 위해 원격 컨트롤러(90)를 통해 제공될 수도 있다. 여러 실시예에서, 펌프(1)는 소정의 적절한 연결부, 예컨대, 질소 연결부, 급수부 및/또는 건조 공기 연결부를 포함할 수 있다.
본 발명은 여러 가지 장점을 가질 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 물질 흐 름을 특정 범위로 천이시키도록 된 다중 펌프에 비해 우수한 효율로 작동될 수 있다. 다른 예에서, 다중 펌프 사용시 존재하는 전도력 손실을 예컨대, 물질 흐름 통로 길이 단축으로, 최소화하거나 및/또는 제거할 수 있다. 다른 예에서, 본 발명은 다중 펌프이 비해 소요 공간이 적고, 필요 에너지가 적으며, 공간 및 전력 소비에 높은 가치가 부여되는 산업에 중요한 장점을 가질 수 있다. 또 다른 예에서, 장치로부터의 배출이 약 100 밀리바아보다 크거나 동일하기 때문에, 소정의 부-기압 누출이 내측으로 존재할 때 장치를 이중으로 봉쇄하는 것을 필요로 하지 않을 수 있다.
본 발명은 여러 가지 문제점들을 극복할 수 있다. 예를 들면, 종래의 머신의 각 스테이지를 위한 각각의 펌프는 별도로 제공될 수 있다. 제공시, 이들 펌프 각각의 챔버 내 압력은 대기압일 수 있다. 챔버의 작동을 위해 각 챔버 내 압력은 적절한 작동 압력으로 감압될 수 있다. 하나의 옵션으로는 대형 모터를 사용하여 회전자를 초기 구동시키는 것이지만, 이러한 옵션은 회전자를 과열시킬 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 다른 옵션으로는 챔버 내 압력의 강하를 위해 적어도 다른 펌프[예, 락 로드 펌프(lock load pump)]를 초기에 사용하는 것이다. 각 펌프의 챔버 내 유입 압력이 약 100 밀리바아 미만(예, 약 10 밀리바아 미만)이면, 펌프는 지원 없이 동작될 수 있다. 펌프의 여러 스테이지들을 단일 펌프로 통합하는 것에 의해, 예컨대 펌프가 이미 대기압으로 감압되어 전적으로 지원없이 시동 및 동작될 수 있다면, 추가의 펌프에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 다른 경우로서, 펌프가 대기압 이하의 압력으로 감압되면, 종래 머신에 있어서 각 스테이지 마다 하나의 펌프를 요하는 것에 반해, 하나의 추가 펌프만이 필요할 수 있다.
다른 예에서, 종래의 터보 분자 펌프, 종래의 드래그 펌프 및 종래의 건조 펌프 사이의 크기 불일치는 단일 펌프로의 조합을 방해하는 요인이었다. 예를 들면, 종래의 터보 분자 펌프, 종래의 드래그 펌프 및 종래의 건조 펌프의 샤프트는 그 크기에 큰 편차가 존재하였다. 예컨대 도 8a,8b,8c,8d에 도시된 건조 스테이지의 건조 펌프에 행해진 개량은 보다 컴팩트한 크기의 건조 스테이지를 가져왔으며, 이 건조 스테이지는 터보 분자 스테이지 및/또는 드래그 스테이지와 보다 쉽게 결합할 수 있도록 구성될 수 있다.
본원에서 설명된 구조에 다양한 변경 및 변형이 가능함은 당업자에게 분명할 것이다. 본 발명은 명세서에 설명되고 도면에 도시된 주제에 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 오히려, 본 발명은 변경 및 변형을 포함하도록 의도된 것이다.
Claims (20)
- 반도체 처리용 장치에 있어서,약 10-1 밀리바아 이하의 유입 압력을 갖는 물질 흐름을 약 100 밀리바아 이상의 유출 압력으로 천이시키도록 구성된 단일 펌프를 포함하는반도체 처리용 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 단일 펌프는 약 10-3 밀리바아 이하의 유입 압력을 갖는 물질 흐름을 약 100 밀리바아 이상의 유출 압력으로 천이시키도록 구성된반도체 처리용 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 단일 펌프는 물질 흐름을 약 1 바아 이상의 유출 압력으로 천이시키도록 구성된반도체 처리용 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 단일 펌프는 오직 단일의 회전 가능 샤프트만을 포함하는반도체 처리용 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 단일 샤프트는 본질적으로 단일 수직축으로 이루어진반도체 처리용 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 단일 샤프트는 연속적인반도체 처리용 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 단일 펌프와 결합된 반도체 처리 툴을 더 포함하는반도체 처리용 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 물질 흐름의 유속은 약 1000 리터/초 내지 약 10,000 리터/초의 범위인반도체 처리용 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 물질 흐름의 유속은 약 1600 리터/초 내지 약 3000 리터/초의 범위인반도체 처리용 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 단일 펌프는 적어도 하나의 볼 베어링을 포함하는반도체 처리용 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 적어도 하나의 볼 베어링은 약 100 밀리바아 이상의 유출 압력을 갖는 물질 흐름을 배출시키는 단일 펌프의 부분과 결합되는반도체 처리용 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 단일 펌프는 적어도 하나의 자성 베어링을 포함하는반도체 처리용 장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 적어도 하나의 자성 베어링은 약 10-2 밀리바아 이하의 유입 압력을 갖는 물질 흐름을 수용하는 단일 펌프의 부분과 결합되는반도체 처리용 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 단일 펌프는 오직 하나의 모터만을 포함하는반도체 처리용 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 단일 펌프는 오직 하나의 베어링 서스펜션 유닛만을 포함하는반도체 처리용 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 단일 펌프는 적어도 하나의 자성 베어링을 포함하는반도체 처리용 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 적어도 하나의 볼 베어링은 약 100 밀리바아 이상의 유출 압력을 갖는 물질 흐름을 배출시키는 단일 펌프의 부분과 결합되는반도체 처리용 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 적어도 하나의 자성 베어링은 약 10-2 밀리바아 이하의 유입 압력을 갖는 물질 흐름을 수용하는 단일 펌프의 부분과 결합되는반도체 처리용 장치.
- 반도체 처리용 장치에 있어서,물질 흐름을 대략 분자압으로부터 대략 대기압으로 천이시키도록 구성된 단일 펌프를 포함하는반도체 처리용 장치.
- 반도체 처리용 장치에 있어서,물질을 터보 분자류(turbomolecular flow)로부터 대기류(atmospheric flow)로 천이시키도록 구성된 단일 펌프를 포함하는반도체 처리용 장치.
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