KR20140077202A

KR20140077202A - 가스 펌핑 및 처리 장치

Info

Publication number: KR20140077202A
Application number: KR1020147012687A
Authority: KR
Inventors: 줄리앙 팔리송; 아르노 파브르
Original assignee: 아딕슨 배큠 프로덕츠
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2014-06-23
Also published as: KR102048670B1; KR20190090056A; FR2981705A1; EP2769096A1; EP2769096B1; FR2981705B1; TWI610024B; US9599110B2; US20140294609A1; WO2013057272A1; TW201339423A

Abstract

본 발명은, 스테이지 연결 덕트들(24, 25)에 의해 흡입측(11)과 토출측(12) 사이에서 직렬로 차례차례 연결되는 다수의 펌핑 스테이지(6, 7, 8, 9, 10)를 포함하는 고정자(5)를 포함하는, 가스들을 펌핑 및 처리하기 위한 장치에 관한 것으로서, 가스 펌핑 및 처리 장치는:
- 내측 튜브(14) 및 한쪽이 막힌 외측 튜브(15)로서, 튜브들은 하나가 다른 하나의 내부에 삽입되고 세라믹 재료로 이루어지며, 내측 튜브(14)는 펌핑 스테이지(7)의 로터 하우징(19)의 토출측에 연결되고, 외측 튜브는 고정자에 연결되고 고정자에 형성되는 적어도 하나의 스테이지 연결 덕트와 연통되며, 튜브들은 펌핑된 가스들(27)을 위한 경로를 한정하는 것인, 내측 튜브(14) 및 한쪽이 막힌 외측 튜브(15), 및
- 펌핑된 가스들(27)의 경로에서 플라즈마(52)를 발생시키기 위해 고정자(5) 외측에 위치하게 되는 플라즈마 소스(33)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 펌핑 및 처리 장치{GAS PUMPING AND TREATMENT DEVICE}

본 발명은, 반도체 제조에 사용되는 공정 챔버들과 같은, 진공챔버로부터 뽑아낸 가스들의 펌핑 및 처리에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 2개의 연속적인 펌핑 스테이지 사이에서 순환하는 가스들에서 플라즈마를 발생시킬 수 있는, 가스 펌핑 및 처리를 위한 장치에 관한 것이다.

PFC 유형의 온실가스들과 같은, 반도체 산업에서 사용되는 공정 가스들은 일반적으로, 유독성, 부식성 또는 심지어 오존층에 유해하며, 또는 강한 온실 효과를 야기한다. 따라서, 임의의 가스가 대기로 방출되기 이전에 뽑아낸 가스들을 처리함으로써, 비교적 유해하지 않은 가스들만 방출되도록 할 필요가 있다.

지금까지, 공정 가스들은 본질적으로 펌핑 시스템들의 토출측에 위치하게 되는 가스 처리 설비들에서 처리되어 왔다.

이러한 공지의 가스 처리 설비들의 하나의 첫 번째 단점은, 이들이 상당한 양의 배출 흐름을 처리하기 위해 구비해야하는, 큰 용적이다. 이러한 가스 처리 설비들은 따라서 멀리 떨어져 위치하게 되고, 즉 반도체 제조 플랜트에서 더 아래쪽 층에 위치하게 되고, 길고 비싼 덕트에 의해 공정 챔버에 연결된다. 이러한 가스 처리 설비들의 순수 용적은 이들이 공정 챔버들 근처에 위치하게 되는 것을 불가능하게 만든다.

두 번째 단점은, 펌핑 시스템들의 배출 흐름이, 공정 챔버들로부터 뽑아낸 가스들 뿐만 아니라, 공정 챔버들의 배출구와 펌핑 시스템의 배출측 사이의 진공 경로(vacuum sequence) 내부로 도입되는 정화 가스(purge gas)를 또한 포함한다는 것이다. 펌핑 시스템을 보호하기 위해 부가되는 이러한 정화 가스들은, 처리의 효율성을 방해하고, 가스 처리 설비들의 용적의 부가적인 증가를 초래한다.

특허문헌 EP 1 538 656 은, 처리되어야 할 유해한 가스들을 포함하는 펌핑되어야 할 가스들을 분해하는 플라즈마 소스를, 실제로 진공 펌프 내부에, 위치시킴에 의해, 펌핑 시스템의 진공 펌프의 2개의 연속적인 스테이지들 사이의 가스들의 적어도 부분적인 처리를 실행하는 것을 제안한다. 이러한 분해된 기체들은 물 또는 산소와 같은 반응 가스와 진공 펌프 내에서 재결합될 수 있고, 이는 플라즈마에 의해 분해된 가스들의 재구성을 방지하고, 분해된 기체들을 제어된 화학 반응에 따라 덜 유해한 부산물들로 재구성한다.

가스 처리 시스템을 펌핑 유닛 속으로 통합하는 것은, 유해한 가스들이 공정 챔버들에 가능한 한 가깝게 처리될 수 있다는 것을 의미하며, 그리고 이것이 가스 처리 시스템의 크기를 감소시키고 반도체 제조 플랜트의 더 아래쪽 층에 멀리 떨어져 가스 처리 시스템을 위치시켜야 하는 것을 회피하도록 한다는 것을 의미한다.

예를 들어, 플라즈마는 진공 고정자 내부의 스테이지 연결 덕트(inter-stage ducting) 내에서 발생하게 된다. 이러한 배열을 사용하여, 가스 처리 시스템은 펌핑의 효율성에 방해하는 영향을 갖지 않는다.

그러나, 플라즈마가 스테이지 연결 덕트 내에서 너무 가깝게 한정된다는 것이 확인된다. 이러한 한정은 처리되어야 할 분자들의 경로를 제한한다. 우수한 처리 효율성을 달성하기 위해, 이때 플라즈마 소스의 출력을 크게 증가시키도록 할 필요가 있다. 예로서, 전통적인 200mm 산화 에칭 공정에서 CF4 가스의 분해에 관한 90% 정도의 효율성을 달성하기 위해, 3000W 정도의 출력을 갖는 플라즈마 소스가 요구된다. 그것은 상당한 에너지 비용을 초래한다.

더불어, 고출력 플라즈마의 발생에 의해 국부적으로 도달하게 되는 온도는 진공 펌프의 몸체의 과열을 야기할 수 있을 것이다. 이러한 가열은, 고정자의 변형을 야기하거나 최악의 경우 심지어 진공 펌프의 정지를 야기하는 위험을 갖도록, 고정자를 팽창시키도록 야기할 수 있다. 이러한 고정자의 과열은 또한, 펌프 밀봉부재들의 밀봉성을 떨어뜨릴 수 있다.

이러한 단점들 및 다른 단점들을 완화하기 위하여, 본 발명은, 내구성 있게 작동하고 진공펌프의 펌핑 용량을 떨어뜨리지 않는, 2개의 연속적인 펌핑 스테이지 사이에서 순환하는 가스들 상에 플라즈마를 발생시킬 수 있는, 가스들을 펌핑 및 처리하기 위한 장치를 제안한다.

이를 위해, 본 발명의 대상은, 스테이지 연결 덕트들에 의해 흡입측과 토출측 사이에서 직렬로 차례차례 연결되는 다수의 펌핑 스테이지를 포함하는 고정자를 포함하는, 가스 펌핑 및 처리 장치이며, 상기 가스 펌핑 및 처리 장치는:

- 내측 튜브 및 한쪽이 막힌 외측 튜브로서, 튜브들은 하나가 다른 하나의 내부에 삽입되고 세라믹 재료로 이루어지며, 내측 튜브는 펌핑 스테이지의 로터 하우징의 토출측에 연결되고, 외측 튜브는 상기 고정자에 연결되고 상기 고정자에 형성되는 적어도 하나의 스테이지 연결 덕트와 연통되며, 튜브들은 펌핑된 가스들을 위한 경로를 한정하는 것인, 내측 튜브 및 한쪽이 막힌 외측 튜브, 및

- 펌핑된 가스들의 경로에서 플라즈마를 발생시키기 위해 상기 고정자 외측에 위치하게 되는 플라즈마 소스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

개별적으로 또는 조합으로 고려되는, 가스 펌핑 및 처리 장치의 하나 이상의 특징에 따르면:

- 내측 튜브 및 외측 튜브는 동축상에 있고,

- 내측 튜브의 축은 외측 튜브의 축으로부터 벗어나 있으며,

- 내측 튜브는 고정자의 내부에 연결되고 외측 튜브는 고정자의 외부에 연결되고,

- 가스 펌핑 및 처리 장치는 액체 링 펌프(liquid ring pump) 유형의 1차적 진공 펌프를 더 포함하며,

- 가스 처리 수단은 제2 펌핑 스테이지의 로터 하우징의 토출측에 연결되며,

- 펌핑 스테이지들은 가스 펌핑 및 처리 장치의 위쪽 부분에 배열되는 개별적인 유입구를 포함하며 그리고 튜브들은, 외측 튜브가 다음 펌핑 스테이지의 위쪽 유입구를 연결하기 위해 하우징의 양측에 각각 하나씩 형성되는 2개의 스테이지 연결 덕트와 연통되도록, 고정자 아래에 배열되고,

- 내측 튜브의 유입구 단부는 제2 펌핑 스테이지의 하우징으로부터의 배출구와 동일한 높이에 놓이며,

- 내측 튜브의 유입구 단부는 배출구에 제거가능하게 연결되며 외측 튜브의 개구부는 고정자에 제거가능하게 연결되고,

- 내측 튜브의 유입구 단부는 가스 처리 수단의 중간 금속 지지대에 의해 고정자에 연결되며,

- 고정 칼라(fixing collar)가, 유입구 단부 둘레에, 내측 튜브의 재료로 형성되며, 그리고 중간 지지대는 밀봉부재를 수용하는 환형 홈을 갖도록 형성되는 축방향 하우징을 구비하고, 유입구 단부의 고정 칼라는 축방향 하우징 내부로의 삽입에 의해 중간 지지대에 고정되며,

- 중간 지지대는 고정자에 나사결합되고,

- 고정 쇼울더가, 개구부의 가장자리(border)에, 외측 튜브의 재료로 형성되며, 그리고 가스 펌핑 및 처리 장치는 환형 플랜지 및 밀봉부재를 포함하고, 환형 플랜지는 밀봉되는 방식으로 외측 튜브를 고정자에 고정하기 위해 고정 쇼울더와 협력하며,

- 내측 튜브의 및 외측 튜브의 세라믹 재료는 질화 붕소이고,

- 내측 튜브의 및 외측 튜브의 세라믹 재료는 질화 알루미늄이며,

- 플라즈마 소스는 마이크로파 플라즈마 소스이고,

- 진공 펌프는, 펌핑될 가스들이 흐르는 방향으로 플라즈마 소스 하류의 고정자 내부로 반응 가스를 분사하기 위한, 반응 가스 분사 수단을 포함한다.

따라서, 펌핑될 가스들을 위한 파이프들로서 국부적으로 역할을 하는, 가스 처리 수단에 속하는 세라믹 재료로 이루어지는 내측 및 외측 튜브가 존재한다. 세라믹 재료들은 화학적으로 불활성인 그리고 특히 화학적 공격 및 높은 가스 온도들에 대해 강한 장점을 갖는다. 이들은 또한 전기적으로 중성이고 따라서 플라즈마 소스로부터의 파동에 대해 투과성이어서, 이러한 파동이 튜브를 통과하여 가스들 상에 플라즈마를 발생시키는 것을 허용한다. 부가적으로, 세라믹들은 진공에 대해 저항력이 있다. 세라믹으로 이루어진 튜브들은 따라서, 1차적으로 가스 처리 수단을 위해 그리고 2차적으로 진공 펌프 펌핑 기능을 위해 요구되는 모든 특성을 구비한다.

따라서 플라즈마는 부분적으로 세라믹 튜브들 내에 수용되며, 따라서 고정자의 주조 부품이 과열되는 것을 방지한다. 가스 처리 수단은 따라서, 플라즈마와 펌핑될 가스 사이의 상호작용이 요구되는 출력에 적합하도록 튜브들의 길이를 조절함에 의해 용이하게 변경되도록 할 수 있다. 튜브들의 길이는, 튜브들 내에서 처리되어야 할 가스의 잔류 시간을 증가시키기에 그리고 따라서 플라즈마의 크기를 증가시키기에 충분할 정도로 긴, 가스 경로를 획득하기 위해 최적화될 수 있다. 구체적으로, 플라즈마 내에서의 가스의 잔류 시간이 더 길수록 이러한 가스들이 플라즈마에 의해 분해될 가능성이 더 커진다. 따라서, 플라즈마 소스의 출력을 증가시킴 없이, 플라즈마의 바람직한 분해 효율성을 보장할 수 있다.

게다가, 펌핑 능력에 관한 영향(impact)이 2가지 주된 이유에 대해 제한된다.

첫째, 플라즈마 발생 구역 내에서의 가스들의 압력이, 예를 들어 1 mbar 미만으로, 매우 낮을 수 있다. 이러한 낮은 압력은, 한편으로, 흡입측에 인접한 제2 펌핑 스테이지의 배출구에 가스 처리 수단을 배치시킴에 의해, 다른 한편으로, 부가적 펌핑 수단을 사용함에 의해, 달성될 수 있다.

둘째, 가스 처리 시스템의 기하학적 형상은 가스들의 경로의 전도성을 단지 매우 약간 제한한다. 표준 진공 펌프와, 즉 내장 가스 처리 수단을 구비하지 않는 펌프와 비교하면, 하나가 다른 하나의 내부에 삽입되는 2개의 튜브의 결과적인 전도성은, 튜브들의 경로의 단부에서 단지 반회전(half turn) 만큼 감소하게 된다. 상대적으로, 튜브들의 길이는 전도성에 단지 매우 작은 영향을 미친다. 가스 처리 수단은 따라서, 가스들의 순환을 늦추기 쉬움에 따라 진공 펌프의 펌핑 능력을 감소시키는, 용적의 불연속 또는 엘보(elbow)를 최소한으로 구비한다.

결과적으로, 플라즈마의 분해 효율성을 보장하기 위해 플라즈마 소스의 출력을 증가시킬 필요가 없고, 진공 펌프의 펌핑 능력이 유지된다. 전통적인 200mm 산화 에칭 공정에서 CF4 가스의 분해에 관한 90% 정도의 효율성을 달성하기 위해, 이때 요구되는 플라즈마 소스의 출력은 2000W 미만이다. 운전 에너지 비용이 따라서 상당히 낮고, 더 이상 고정자 과열에 대한 어떠한 위험이 없다.

가스 펌핑 및 처리 장치의 다른 장점은, 제2 펌핑 스테이지의 배출구에 튜브들을 배열하는 것이, 제1 펌핑 스테이지가 분해된 가스가 없도록 유지될 수 있다는 것을, 의미한다는 것이다. 이때 제1 스테이지는 필터로서 역할을 하여, 펌핑 및 처리 장치의 상류에서 분해된 가스의 공정 챔버로의 후방산란(backscattering)을 방지한다.

부가적으로, 제2 펌핑 스테이지를 떠나는 펌핑될 가스들은, 각 펌핑 스테이지 속으로 도입되는, 매우 적은 정화가스들을 함유한다. 진공 펌프들을 보호하기 위해 부가되는 이러한 정화가스들은, 처리의 효율성을 악화시킬 수 있을 것이다. 제2 펌핑 스테이지의 배출구에 가스 처리 수단을 위치시킴에 의해, 유해한 가스들이, 심지어 이들이 정화가스들 내에 희석되기 이전에, 처리될 수 있다.

나아가, 압력을 감소시킴에 부가하여, 가스 펌핑 및 처리 장치가 액체 링 펌프 유형의 1차적 진공 펌프를 포함할 때, 분해된 가스들은 이들을 수용액과 재결합시킴에 의해 중화된다. 가스 펌핑 및 처리 장치의 분해된 가스들의 중화는 따라서 더욱 더 효과적이며, 그의 크기가 감소하게 된다.

가스 펌핑 및 처리 장치는 또한, 펌프들에 대한 폭넓은 수정의 필요 없이, 기존의 진공 펌프에 쉽게 조립될 수 있다.

본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 장점들이, 첨부되는 도면들을 참조하여, 비제한적인 예로서 제공되는, 뒤따르는 설명으로부터 명백해질 것이다.
- 도 1은 가스 펌핑 및 처리 장치의 구성요소들을 개략적으로 도시한 측면도,
- 도 2는 도 1의 가스 펌핑 및 처리 장치의 구성요소들을 개략적으로 도시한 단면도,
- 도 3은 하나가 다른 하나의 내부에 삽입되는 튜브들의 다른 예를 개략적으로 도시한 단면도,
- 도 4는 가스 펌핑 및 처리 장치의 다른 실시예의 구성요소들을 개략적으로 도시한 단면도,
- 도 5는 도 4의 장치의 점선 내부와 동일한 세부사항을 도시한 확대도,
- 도 6은 도 4의 가스 처리 수단의 중간 지지대를 도시한 단면도,
- 도 7은 도 4의 장치의 가스 처리 수단의 내측 튜브 및 외측 튜브를 도시한 단면도, 및
- 도 8은 부가적 펌핑 수단 및, 부가적 펌핑 수단의 배출구에 연결되는, 구성요소들을 도시한 도면.
이러한 도면들에서, 동일한 요소들은 동일한 참조 부호들을 갖는다. 이해의 편의를 위해, 단지 본 발명을 이해하는데 필요한 그러한 요소들이 도시되었다.

도 1에 도시되는 가스 펌핑 및 처리 장치(1)는, 진공 펌프(2), 부가적 펌핑 수단(3) 및, 제어된 대기 내에 플라즈마를 형성할 수 있는 파동을 발생시킬 수 있는 플라즈마 소스를 포함하는, 가스 처리 수단(4)을 포함한다.

가스 펌핑 및 처리 장치(1)는, 예를 들어, 반도체 제조 설비의 공정 챔버의 배출구에 연결된다.

진공 펌프(2)는, 다수의 펌핑 스테이지, 본 예에서 5개의 펌핑 스테이지(6, 7, 8, 9, 10) 및 스테이지 연결 덕트들을 포함하는, 일반적으로 주철로 이루어지는 고정자(5)를 포함한다.

펌핑 스테이지들(6, 7, 8, 9, 10)은 개별적으로, 진공 펌프(2)의 위쪽 부분에 배열되는 유입구 및 진공 펌프(2)의 아래쪽 부분에 배열되는 배출구를 구비하는, 중앙 하우징을 포함한다. 펌핑 스테이지들(6, 7, 8, 9, 10)을 위한 하우징들은 스테이지 연결 덕트들에 의해 차례차례 직렬로 유동적으로 연결된다. 스테이지 연결 덕트들은, 진공 펌프(2)의 흡입측(11)과 진공 펌프(2)의 토출측(12) 사이에서, 앞선 펌핑 스테이지의 배출구를 뒤따르는 펌핑 스테이지의 유입구에 연결한다. 흡입측(11)은, 예를 들어, 공정 챔버의 배출구에 연결된다. 토출측(12)은 부가적 펌핑 수단(3)에 연결된다.

내부에서, 진공 펌프(2)는, 하우징 내에서 반대 방향으로 회전하는, 동일한 윤곽의 2개의 로터를 포함한다. 회전 도중에 빨려 들어온 가스는 로터들과 고정자(5) 사이의 빈 공간 내에 포획되고, 이어서 다음 펌핑 스테이지로 전달된다. 로터들은, 펌핑 스테이지들을 통해 연장되며 진공 펌프(2)의 모터(13)에 의해 구동되는, 샤프트들에 의해 지지된다. 펌핑 스테이지들(6, 7, 8, 9, 10)은, 로터 샤프트들이 통과하는, 단일체의 진공 펌프 본체를 형성하기 위해 서로 결합된다. 진공 펌프(2)는, 예를 들어, 2개 또는 3개의 로브들(lobes)을 갖는 "루츠" 펌프라는 이름으로 또는 로브들의 형상에 의존하여 "클로스(Claws)" 라는 이름으로 공지되는, 건조 진공 펌프이다.

도 1 및 도 2의 예시적인 예로부터 확인될 수 있는 바와 같이, 가스 처리 수단(4)은 고정자(5)의 아래에 배열된다.

단면도이자 제2 펌핑 스테이지(7)의 영역에서 고정자(5)를 바라보는 것인 도 2에서 더욱 양호하게 확인될 수 있는 바와 같이, 가스 처리 수단(4)은 세라믹 재료로 이루어지는 내측 튜브(14) 및 세라믹 재료로 이루어지는 한쪽이 막힌 외측 튜브(15)를 포함한다.

세라믹 재료들은 화학적으로 불활성이고 특히 회학적 공격 및 높은 가스 온도에 강한 장점을 갖는다. 이들은 또한 전기적으로 중성이고 따라서 플라즈마 소스의 파동에 대해 투과성이어서, 이러한 파동이 가스들 상에 플라즈마를 발생시키기 위해 튜브들(14, 15)을 통과하는 것을 허용한다. 부가적으로, 세라믹들은 진공에 대해 저항력이 있다. 세라믹으로 이루어진 튜브들은 따라서, 1차적으로 가스 처리 수단(4)을 위해 그리고 2차적으로 진공 펌프(2) 펌핑 기능을 위해 요구되는 모든 특성을 구비한다. 튜브들(14, 15)은, 예를 들어 완전히, 더욱 강한 질화 붕소 또는 질화 알루미늄으로 이루어진다.

내측 튜브(14)는 유입구 단부(16) 및 배출구 단부(17)를 구비하여, 펌핑하기 위한 가스가 통과할 수 있도록 한다. 내측 튜브(14)는, 고정자(5) 내에 형성되는 배출구 덕트(18) 내의 제2 펌핑 스테이지(7)에서 고정자(5)의 두께를 관통한다. 유입구 단부(16)는 [배출구 덕트(18)에 대한 유입구에서] 중앙 하우징(19)의 배출구에 고정된다.

유입구 단부(16)는, 예를 들어, 스테인리스 스틸과 같은 금속으로 이루어지는, 중간 지지대(20)에 의해 고정자에 연결된다. 중간 지지대(20)는, 내측 튜브(14)의 고정 칼라(21) 사이에서 압축되는, 밀봉부재(22)를 수용하는 환형 홈을 갖도록 형성되는 축방향 하우징을 구비하며, 이러한 칼라는 유입구 단부(16) 둘레에 형성된다.

외측 튜브(15) 및 내측 튜브(14)는, 예를 들어, 동축상에 있다. 외측 튜브(15)는 내측 튜브(14)의 배출구 단부(17)를 수용한다.

도 3에서 볼 수 있는 다른 실시예에 따르면, 내측 튜브(14')의 축이 외측 튜브(15')의 축으로부터 벗어나 있다. 내측 튜브(14')의 벽은 따라서 외측 튜브(15')의 벽에 국부적으로 더 가깝다. 플라즈마 소스(33)는 2개의 튜브들이 서로 더 가깝게 위치하는 이러한 영역 근처에 파동을 발생시키도록 설계된다. 따라서, 파동들이 통과해야만 하는 가스의 두께가 더 작기 때문에, 내측 튜브(14) 내부로의 파동들의 관통이 촉진되어, 그러나 가스들을 위한 보어 섹션(bore section) 제한하지 않고 따라서 전도성을 제한하지 않고, 내측 튜브(14') 내부에 플라즈마(52)가 더욱 쉽게 형성되도록 한다.

외측 튜브(15)는, 고정자의 외측에, 고정자(5)에 밀봉된 방식으로 연결되는 단일 개구부(23)를 구비한다. 개구부(23)는 중앙 하우징(19)의 양측에 하나씩 형성되는, 다음 펌핑 스테이지의 위쪽 유입구(26)에 연결되는, 2개의 스테이지 연결 덕트(24, 25)의 유입구들과 연통된다.

튜브들(14, 15)은 고정자(5)의 외측에 부분적으로 펌핑된 가스들(27)을 위한 경로를 한정한다.

더욱 구체적으로, 펌핑될 가스들을 위한 경로(27)는 내측 튜브(14)의 배출구 단부(17)에, 내측 튜브(14)와 외측 튜브(15) 사이에, 그리고, 펌핑된 가스들의 유동 방향에서 내측 튜브(14)의 유입구 단부(16)의 연결부 하류의, 내측 튜브(14)와 배출구 덕트(18) 사이에 형성된다(도 2의 화살표 참조). 가스들의 경로(27)는 또한 스테이지 연결 덕트들(24, 25)의 유입구들과 연통된다.

외측 튜브(15)의 밀봉된 연결은, 예를 들어, 고정자(5)에 장치(1)의 환형 플랜지(28)를 조립함에 의해 달성되고, 환형 플랜지(28)는 고정자(5)에 외측 튜브(15)를 고정하도록 하기 위해, 개구부(23)의 가장자리 둘레에서, 외측 튜브(15)의 재료로 형성되는 고정 쇼울더(29)를 유지한다. 나아가, 가스 펌핑 및 처리 장치(1)는, 고정 쇼울더(29) 및, 밀봉된 방식으로 고정자(5)에 외측 튜브(15)를 고정하기 위해 고정 쇼울더(29)와 협력하는, 환형 플랜지(28) 사이에, 예를 들어 고정자(5)에 형성되는 홈 내에, 배열되는 밀봉부재(30)를 포함한다.

도 4 및 도 5에 도시된 일 실시예에 따르면, 내측 튜브(14)의 유입구 단부(16)는, 유입구 단부가 로터들과 접촉하지 않도록 하기 위해, 로터들을 수용하기 위한 중앙 하우징(19)의 배출구와 동일 높이로 놓이도록 배출구 덕트(18)의 유입구에 연결된다.

더불어, 본 실시예에서, 내측 튜브(14)의 유입구 단부(16)는 중간 지지대(31)에 제거가능하게 고정된다. 부가적으로, 중간 지지대(31)는 고정자(5)에 제거가능하게 고정된다. 이는, 조립 과정 도중에 그리고 이들이 교체될 필요가 있는 경우에, 내측 튜브(14) 및 외측 튜브(15)를 조립하고 교체하기 더 쉽게 만든다.

예를 들어, 유입구 단부(16)의 고정 칼라(21)는 중간 지지대(31)에, 중간 지지대의 축방향 하우징(31a) 내부로의 삽입에 의해, 고정되어, 환형 홈(31b) 내에 수용되는 밀봉부재(32)를 압축한다. 중간 지지대(31)는 고정자(5)의 나사가공된 배출구 덕트(18: tapped outlet duct) 내부로 나사결합되도록 하기 위한 나사산(31c)을 구비한다. 중간 지지대(31)와 고정자(5) 사이의 밀봉은 테플론을 사용하는 전통적인 방식으로 달성될 수 있다(도 5 및 도 6 참조).

내측 튜브 및 외측 튜브는 도 6에 더욱 구체적으로 도시되어 있다.

튜브들(14, 15)의 직경들은, 로터 하우징(19)으로부터의 배출구의 치수와 관련하여 가능한 한 크게 설계되는, 내측 튜브(14)의 내경(d1)에 상대적으로 결정된다. 내측 튜브(14)와 외측 튜브(15) 사이의 경로(27)의 단면은 적어도 내측 튜브(14)의 내경(d1)과 동일하다.

내측 튜브(14)의 내경은 예를 들어 1cm 와 2cm 사이이다. 바람직하게, 내측 튜브(14)의 내경은 1.5cm 정도이다. 두께는 예를 들어 0.5cm 정도이다. 칼라(21)를 형성하는 튜브(14)의 부가적인 두께는, 예를 들어, 1cm 의 길이에 걸쳐 0.14cm 정도이다. 내측 튜브(14)의 길이(L1)는, 예를 들어, 10cm 와 30 cm 사이이다.

외측 튜브(15)의 내경은 예를 들어 3cm 와 5cm 사이이다. 바람직하게, 외측 튜브(15)의 내경은 4.1cm 정도이다. 두께는 예를 들어 0.5cm 정도이다. 쇼울더를 형성하는 튜브의 부가적인 두께는, 예를 들어, 0.55cm 의 길이에 걸쳐 0.5cm 정도이다. 외측 튜브(15)의 길이(L2)는, 예를 들어, 10cm 와 30 cm 사이이다.

외측 튜브(15)의 길이(L2)는, 예를 들어, 27cm 정도의 내측 튜브(14)의 길이(L1)에 대해 24cm 정도이며, 펌핑된 가스들의 경로를 위한 내측 튜브(14)의 배출구 단부(17)와 외측 튜브(15)의 단부 사이의 길이는 1.2cm 정도이다.

이때, 이는, 펌핑 효율을 감소시키지 않도록 하는데 그리고 큰 용적의 불연속을 생성하지 않도록 하거나 플라즈마 소스의 출력의 증가를 요구하지 않도록 하기에, 충분할 정도로 넓은, 최적화된 가스 경로(27)를 유지한다.

조립체에서, 내측 튜브(14)는 중간 지지대(21) 내부로 삽입되고, 이러한 조립체는 고정자(5)에 나사결합된다. 이어서, 외측 튜브(15)가 내측 튜브(14) 둘레로 통과하고, 외측 튜브는 고정자(5)에 고정된다.

도 2의 도면으로 돌아가서, 플라즈마 소스(33)가, 외측 튜브(15)와 내측 튜브(14) 사이에 부분적으로, 펌핑된 가스들의 경로 (27) 내에 플라즈마(52)를 발생시키기 위해, 외측 튜브(15) 근처의, 고정자(5)의 외측에 위치하게 된다.

플라즈마 소스는, 예를 들어, 마이크로파 유형의 플라즈마 소스(33)이다. 마이크로파 플라즈마 소스는, 예를 들어, 마그네트론 유형의 발생기 및, 플라즈마를 발생시키기 위해 필요한 전력을 공급하기 위해 발생기로부터 내측 튜브(14) 및 외측 튜브(15)로 파동을 이송하기 위한, 도파관을 포함한다. 도파관은 접지 지속성을 보장하도록 하기 위해 금속 구성요소에 의해 고정자(5)에 연결된다. 접지 지속성은, 플라즈마가 도파관의 외측으로 퍼진다는 것을, 의미한다. 도파관은 외측 튜브(15) 둘레에 배열된다.

플라즈마 소스(33)는 또한, 예를 들어, 전기적 신호를 사용하여, 플라즈마(52)가 발생기의 스위치 연결에 뒤따라 정확하게 시동되었는지를 표시하도록 할 수 있는, 플라즈마 시동을 관찰하는 수단을 포함할 수 있을 것이다.

또한 플라즈마 소스(33)는, 장치(1)에 의해 실행된 가스 펌핑 및 처리 방법의 정확한 작동을 감시하기 위해 분해된 가스들을 확인하고 정량화할 수 있는, 플라즈마 분석 수단을 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 한 쪽이 막힌 도관(53)이 고정자(5) 내에 형성된다(도 5). 도관(53)의 막힌 단부는, 플라즈마의 빛이 고정자의 외측에서 분설될 수 있도록 빛을 통과시킬 수 있는, 포트홀(54: porthole)을 구비한다.

에너지 소비를 더욱 더 감소시키기 위해, 플라즈마 소스의 발생기는 맥동하게 될 수 있다. 전력은 이때 주기적으로 인가되고, 주기를 조절하여 소모되는 평균 전력을 감소시키도록 할 수 있다.

플라즈마는, 복잡한 분자들을 더 작은 성분들로 부수기 위하여, 펌핑된 가스들 내의 구성요소들 중 적어도 일부가 분해되도록 하는 것을 허용한다. 분해를 위해 표적이 되는 분자들은, 예를 들어, 퍼플루오로카본 화합물들(PFCs), 할로겐들 또는 산성 가스들(HCl, BCl₃, 등)일 수 있다.

플라즈마를 사용하는 가스들의 처리는, 플라즈마를 사용하는 가스들의 분해를, 플라즈마에 의해 분해된 가스들이 재구성되는 것을 방지하며 그리고 분해된 가스들을 제어된 화학 반응에서 덜 유해한 부산물로 재구성하는 산소 또는 수증기와 같은, 반응 가스의 주입과 조합함에 의해 개선될 수 있다.

그렇게 하기 위해, 진공 펌프(2)는, 가스들이 흐르는 방향에서 플라즈마 소스(33)의 하류에, 진공 펌프(2) 내부로 반응 가스를 주입하기 위한 반응 가스 주입 수단을 포함할 수 있을 것이다. 반응 가스 주입 수단은, 예를 들어, 반응 가스의 외부 소스에 연결되고 가스들의 경로(27)와 연통되는, 2개의 반응 가스 덕트(34)로 형성된다.

유익하게, 부가적 펌핑 수단(3)은 액체 링 펌프 유형(35)의 1차적 진공 펌프를 포함한다. 따라서, 부가적 펌핑 수단(3)은, 제2 펌핑 스테이지(7)에서 압력을 감소시키도록 하기 위해 그리고 또한 분해된 가스를 수용액과 재결합함에 의해 분해된 가스를 중화시키도록 하기 위해, 사용된다.

액체 링 펌프의 작동을 나타내는 개요 다이어그램이 도 8에 제공된다. 액체 링 펌프(35)는 일반적으로, 자체의 축이, 액체 수용액(38)을, 예를 들어 물을 수용하는 챔버(37)의 중심에 대해 벗어나 있는, 터빈(36)을 포함한다.

유입 포트(39)에서 받아들인 가스들은 흡입 구역(40)에서 챔버(37)로 들어간다. 터빈(36)의 편심 때문에, 액체(38)는 가스들이 들어가는 구역(40)에 진공을 생성하기 위해 외측으로 이동하게 된다. 가스는 이어서 압축 구역(41)을 향해 터빈에 의해 구동된다. 실제로 발생하는 것은, 터빈(36)의 편심이 이 구역에서 액체에 의해 가스에 작용하게 되는 압축을 야기하는 것이다.

나아가, 분해된 가스들을 액체(38)와 반응하도록 야기하는 것은 산 화합물이, 예를 들어, 불화 칼슘 또는 불화 나트륨, 또는 염화 칼슘 또는 염화 나트륨 과 같은, 염을 형성하도록 염기와 반응하도록 야기할 수 있으며, 이러한 반응은 산성 가스를 염의 형태로 중화시킬 수 있도록 한다.

가스들은 마지막으로, 압축된 가스들이 배출 포트(43)로 방출되는, 방출 구역(42)에 도달한다. 액체의 일부가 또한 가스들과 함께 방출되며, 이는 이상성(二相性) 유체(가스+액체)가 배출 포트(43)에서 방출된다는 것을 의미한다.

액체 링 펌프(35)의 1차적 진공 펌프는 액체(38)와 가스들 사이의 교환을 증가시키기 위해 그리고 그에 따라 방법의 전체 효율성을 증가시키기 위해, 여러 펌핑 스테이지를 포함한다.

액체 링 펌프(35)로부터의 배출구에서, 물과 가스의 혼합물은 분리기 탱크(44:separator tank)로 보내진다. 일단 가스상 및 액상이 분리되면, 액체의 일부는, 물 소모를 감소시키기 위해, 액체 링 펌프(35) 내부에서 재순환된다.

분리기 탱크(44)로부터의 배출구에서, 가스상은, 아직 포획되지 않는 유독성 가스의 소량의 잔류물(residual traces)을 씻어 내는, 최종 세정기 요소(45: scrubber element)로 전달된다. 이러한 세정기 요소(45)를 떠나는, 세정된 가스는 현탁액에서 임의의 물 분자들을 포획하도록 의도되는 박무 제거기(46: mist eliminator)로 도입된다.

가스 펌핑 및 처리 장치(1)는, 예를 들어 통신 버스(48)에 의해,

- 부가적 펌핑 수단(3)을 제어하기 위한, 부가적 펌핑수단(3)의 제어 수단(49)에,

- 예를 들어 플라즈마를 분석하는 수단 및 플라즈마 소스를 관찰하기 위해 플라즈마의 시동을 관찰하는 수단을 포함하는, 플라즈마 소스 관찰 수단(50), 및

제2 펌핑 스테이지(7)의 중앙 하우징에서 및 또는 진공 펌프(2)의 토출측(12)에서 펌핑될, 및/또는, 펌핑된 가스들을 확인하고 및/또는 정량화하기 위해, 부가적 펌핑 수단을 떠나는, 가스들에 대한 관찰 수단

에 연결되는, 컴퓨터와 같은 처리 유닛(47)을 포함한다.

처리 유닛(47)은 또한 반도체 제조 설비에 연결될 수 있고, 장치(1)는 반도체 제조 설비로부터의 가스들을 펌핑하고 처리한다. 따라서, 설비는, 공정 챔버로 보내지며 가스 펌핑 및 처리 장치의 흡입측에서 받아들여질, 가스들의 특성 및/또는 양에 대해 장치(1)로 정보를 제공한다. 처리 유닛(47)은 이때, 예를 들어, 이러한 정보에 근거하여 플라즈마 소스의 출력을 조정할 수도 있을 것이다.

또한, 처리 유닛(47)을 최종 세정기 요소(45)와 접속시킴에 의해, 물의 소모를 감소시키기 위하여 그러한 요소를 위해 필요한 물의 양을 조절할 수 있다.

작동 중에, 공정 챔버로부터 펌핑하기 위한 가스들은 진공 펌프(2) 내부로 끌려 들어가게 된다. 가스들이 제2 펌핑 챔버(7)를 빠져 나올 때, 가스들은 내측 튜브(14)를 통과하고, 이어서 스테이지 연결 덕트들(24, 25)을 향해 다시 나오도록 내측 튜브를 떠나 2개의 튜브(14, 15) 사이를 통과한다. 도파관에 의해 보내지는 파동들은 세라믹 튜브들(14, 15)을 관통하고 진공 하에서 플라즈마(52)를 발생시킨다. 가스들은, 일단 이들이 분해되면, 반응 가스에 의해 중화된 이후에 스테이지 연결 덕트들(24, 25)에서, 이어서 진공 펌프 외부(2)에서 액체 링 펌프(35)에 의해, 제거된다. 중화된 가스들은 이어서 세정된다.

플라즈마는 따라서 적어도 부분적으로 세라믹 튜브들(14, 15)에서 진공 펌프(2)의 고정자(5)로부터 멀리 떨어져 위치하게 된다. 튜브들(14, 15)의 길이는, 튜브들(14, 15) 내에서 처리될 가스들의 잔류 시간을 증가시키기에 충분할 정도로 긴, 가스 경로를 획득하도록 최적화될 수 있고, 따라서 플라즈마의 크기를 최적화할 수 있다. 이때, 플라즈마 소스의 출력을 증가시켜야 함 없이, 플라즈마의 바람직한 분해 효율성을 보장할 수 있다.

나아가, 진공 펌프의 펌핑 능력에 대한 영향은, 한편으로 플라즈마 발생 구역에서의 가스들의 압력이 1 mbar 미만임에 따라, 제한된다. 이러한 낮은 압력은, 첫째로 진공 펌프의 흡입측 근처의 제2 펌핑 스테이지의 배출구에 가스 처리 수단을 위치시킴에 의해, 그리고 둘째로 부가적 펌핑 수단에 의해, 달성된다.

둘째, 가스 처리 시스템의 기하학적 형태는 가스들의 경로의 전도성을 단지 매우 약간 제한한다. 표준 진공 펌프와, 즉 가스 처리 수단을 내장하지 않은 펌프와 비교하면, 하나가 다른 하나의 내부에 삽입되는 2개의 튜브의 결과적인 전도성은, 튜브들(14, 15)의 경로의 단부에서 단지 반회전 만큼 감소하게 된다. 상대적으로, 튜브들의 길이는 전도성에 단지 매우 작은 영향을 미친다. 가스 처리 수단은 따라서, 가스들의 순환을 늦추기 쉬움에 따라 진공 펌프(2)의 펌핑 능력을 감소시키는, 용적의 불연속 또는 엘보를 최소한으로 구비한다.

전통적인 200mm 산화 에칭 공정에서 CF4 가스의 분해에 관한 90% 정도의 효율성을 달성하기 위해, 이때 요구되는 플라즈마 소스의 출력은 2000W 미만이다. 운전 에너지 비용이 따라서 상당히 낮고, 더 이상 고정자 과열에 대한 어떠한 위험도 없다.

가스 펌핑 및 처리 장치(1)는 따라서, 진공 펌프(2)의 고정자의 어떠한 과열도 없이, 진공 펌프(2)의 펌핑 능력을 떨어뜨리지 않고, 동시에 에너지 요구를 제한하는 가운데, 통합될 수 있다.

Claims

스테이지 연결 덕트들(24, 25)에 의해 흡입측(11)과 토출측(12) 사이에서 직렬로 차례차례 연결되는 다수의 펌핑 스테이지(6, 7, 8, 9, 10)를 포함하는 고정자(5)를 포함하는, 가스 펌핑 및 처리 장치로서,
- 내측 튜브(14) 및 한쪽이 막힌 외측 튜브(15)로서, 튜브들은 하나가 다른 하나의 내부에 삽입되고 세라믹 재료로 이루어지며, 내측 튜브(14)는 펌핑 스테이지(7)의 로터 하우징(19)의 토출측에 연결되고, 외측 튜브(15)는 상기 고정자에 연결되고 상기 고정자에 형성되는 적어도 하나의 스테이지 연결 덕트와 연통되며, 튜브들은 펌핑된 가스들을 위한 경로(27)를 한정하는 것인, 내측 튜브 및 한쪽이 막힌 외측 튜브, 및
- 펌핑된 가스들의 경로(27)에서 플라즈마(52)를 발생시키기 위해 상기 고정자(5) 외측에 위치하게 되는 플라즈마 소스(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 내측 튜브(14) 및 상기 외측 튜브(15)는 동축상에 있는 것인 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 내측 튜브(14')의 축은 상기 외측 튜브(15')의 축으로부터 벗어나 있는 것인 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내측 튜브(14)는 상기 고정자의 내부에 연결되고 상기 외측 튜브(15)는 상기 고정자의 외부에 연결되는 것인 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 펌핑 및 처리 장치는 액체 링 펌프 유형의 1차적 진공 펌프(35)를 더 포함하는 것인 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
가스 처리 수단이 제2 펌핑 스테이지(7)의 로터 하우징의 토출측에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펌핑 스테이지들(6, 7, 8, 9, 10)은 상기 가스 펌핑 및 처리 장치의 위쪽 부분에 배열되는 개별적인 유입구를 포함하며,
상기 튜브들은, 상기 외측 튜브(15)가 다음 펌핑 스테이지의 위쪽 유입구(26)를 연결하기 위해 하우징(19)의 양측에 각각 하나씩 형성되는 2개의 스테이지 연결 덕트(24, 25)와 연통되도록, 상기 고정자(5) 아래에 배열되는 것인 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내측 튜브(14)의 유입구 단부(16)는 상기 제2 펌핑 스테이지(7)의 하우징(19)으로부터의 배출구(18)와 동일한 높이에 놓이는 것인 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 8항에 있어서,
상기 내측 튜브(14)의 상기 유입구 단부(16)는 배출구(18)에 제거가능하게 연결되며, 상기 외측 튜브(15)의 개구부(23)는 상기 고정자(5)에 제거가능하게 연결되는 것인 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 9항에 있어서,
상기 내측 튜브(14)의 상기 유입구 단부(16)는
상기 가스 처리 수단(4)의 중간 금속 지지대(20; 31)에 의해 상기 고정자(5)에 연결되는 것인 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 10항에 있어서,
고정 칼라(21)가, 상기 유입구 단부(16) 둘레에, 상기 내측 튜브(14)의 재료로 형성되며, 그리고
상기 중간 지지대(31)는 밀봉부재(32)를 수용하는 환형 홈을 갖도록 형성되는 축방향 하우징을 구비하고, 상기 유입구 단부(16)의 상기 고정 칼라(21)는 상기 축방향 하우징 내부로의 삽입에 의해 상기 중간 지지대(31)에 고정되는 것인, 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 10항 또는 제11항에 있어서,
상기 중간 지지대(31)는 상기 고정자(5)에 나사결합되는 것인 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
고정 쇼울더(29)가, 상기 개구부(23)의 가장자리에, 상기 외측 튜브(15)의 재료로 형성되며,
상기 가스 펌핑 및 처리 장치(1)는 환형 플랜지(28) 및 밀봉부재(30)를 포함하고, 상기 환형 플랜지(28)는 밀봉되는 방식으로 상기 외측 튜브(15)를 상기 고정자(5)에 고정하기 위해 상기 고정 쇼울더(29)와 협력하는 것인 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내측 튜브(14) 및 외측 튜브(15)의 세라믹 재료는 질화 붕소인 것인 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내측 튜브(14) 및 외측 튜브(15)의 세라믹 재료는 질화 알루미늄인 것인 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 소스는 마이크로파 플라즈마 소스인 것인 가스 펌핑 및 처리 장치.
제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 진공 펌프(2)는, 펌핑될 가스들이 흐르는 방향으로 상기 플라즈마 소스(33) 하류의 상기 고정자 내부로 반응 가스를 분사하기 위한, 반응 가스 분사 수단을 포함하는 것인 가스 펌핑 및 처리 장치.