KR20140119032A - 진공 펌프용 어댑터 및 관련 펌핑 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공 펌프용 어댑터에 관한 것으로서, 어댑터는 챔버의 출구 오리피스에 커플링되도록 구성되는 환형 입구 플랜지(15)와, 개별 터보분자 진공 펌프(3)의 케이스(4)를 위한 적어도 부분적인 펌프 케이싱을 형성하는 적어도 2개의 원통형 출구 관통 하우징(21)을 포함하는 출구 커플링(16)을 포함하며, 터보분자 진공 펌프(3)는 각각의 원통형 출구 하우징(21) 내에 수용되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 펌핑 장치에 관한 것으로서, 펌핑 장치는 상술된 바와 같은 진공 펌프(2; 2')용 어댑터와, 각각의 원통형 출구 하우징(21) 내에 적어도 부분적으로 수용되는 적어도 2개의 터보분자 진공 펌프(3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

진공 펌프용 어댑터 및 관련 펌핑 장치{ADAPTER FOR VACUUM PUMPS AND ASSOCIATED PUMPING DEVICE}
본 발명은 고진공을 생성하기 위한 챔버에 커플링되는 터보분자 진공 펌프에 관한 것이다.
고진공을 챔버 내부에 생성하기 위해선 고진공을 급속히 생성하여 유지시킬 수 있는 펌프를 사용할 필요가 있다. 케이스를 수용하고 그리고 로터가 내부에서 급속 회전 구동되는, 예컨대 3만 이상의 분당회전수의 속도로 회전 구동되는 펌프 케이싱을 포함하는 터보분자 유형의 진공 펌프가 통상 사용된다.
펌프 케이싱은, 로터와 동축이며 챔버의 출구 오리피스에 커플링되는, 이구 오리피스를 포함한다. 통상적으로, 펌프는 챔버의 단일 고정 구조체에 고정되며, 펌프의 지지체는 펌프의 입구 오리피스를 둘러싸는 단일 구역 및 고정 구조체의 대응 출구 오리피스에 의해 제공된다. 따라서, 펌프 케이싱은 입구 오리피스를 둘러싸는 동축의 환형 커플링 플랜지를 포함하는데, 이 환형 커플링 플랜지는 고정 구조체 또는 중간 커플링에 클램핑되고 나사결합되며, 이 중간 커플링은 진공 펌프를 고정 구조체에 고정시키도록 그 자체가 고정 구조체에 커플링된다.
반도체 제조를 위한 프로세스와 같은 임의의 프로세스에서는 터보분자 진공 펌프가 큰 가스 유동을 흡수할 수 있어야 한다. 예컨대, 450 mm 에칭 프로세스에서 터보분자 진공 펌프는 5 내지 7 mtorr 정도의 챔버 내부의 압력을 위해 2000 내지 2500 sccm("센티미터당 표준 입방 센티미터") 정도의 가스 유동을 흡수할 수 있어야 한다. 이런 유동을 흡수하기 위해서, 진공 펌프는 대략 6000 l/s보다 큰 펌핑 용량을 가져야한다.
현재, 몇몇 터보분자 진공 펌프는 이런 펌핑 용량을 달성할 수 있다. 이를 달성하기 위해, 일 해결책은 개별 펌핑 용량을 합산할 수 있도록 복수의 터보분자 진공 펌프를 서로 평행하게 커플링시키는 것을 포함한다.
그러나, 진공 펌프의 커플링들의 배치 및 컨덕턴스로 인해, 챔버 내부의 가스 속도의 균일성이 상당히 결여될 수 있다. 또한, 가스의 속도는 진공 펌프의 입구 오리피스의 높이에서 대체로 불균일하며, 챔버에 대한 진공 펌프의 복수의 커플링으로 인해 이런 불균일성이 증가된다. 챔버 내부의 우세한 가스의 속도에서 나타나는 결과적인 차이는 프로세스 챔버의 기판의 높이에서 특히 문제가 될 수 있기 때문에, 프로세스 챔버의 제조시에는 표면에서의 압력 및 가스 유동의 매우 균일한 분포가 요구된다.
다른 단점은 챔버 내부의 우세 압력을 조절하는 것이 어렵다는 점이다. 가변적인 컨덕턴스 제어값이 압력을 조절하는데 통상 이용된다. 이 제어값은 챔버의 출구 오리피스와 터보분자 진공 펌프의 입구 오리피스 사이에 커플링된다. 밸브의 개구를 제어함으로써 챔버 내부에 존재하는 가스의 유동에 따라 어느 정도 챔버의 압력을 조절할 수 있다. 따라서, 복수의 진공 펌프가 챔버에 커플링된 상태에서는, 각각의 밸브의 제어로 인해 특히 진공 펌프의 배치에 따라 챔버 내부의 압력이 상이하게 변화될 수 있다는 점을 고려하면, 복수의 제어값을 동시에 제어하는 것이 어렵다는 것을 알 수 있다. 이런 부가적인 어려움은 또한 챔버 내부의 펌핑 속도의 불균일성의 원인이 된다.
본 발명의 목적은 적어도 종래 기술의 문제점들 중 일부를 해결할 수 있는 진공 펌프용 어댑터 및 펌핑 장치를 제공하는 것이다.
상술된 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 진공 펌프용 어댑터로서, 챔버의 출구 오리피스에 커플링되도록 구성되는 환형 입구 플랜지와, 개별 터보분자(turbomolecular) 진공 펌프의 케이스를 위한 적어도 부분적인 펌프 케이싱을 형성하는 적어도 2개의 원통형 출구 관통 하우징을 포함하는 출구 커플링을 포함하며, 터보분자 진공 펌프는 각각의 원통형 출구 하우징 내에 수용되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 어댑터를 제공한다.
본 발명의 어댑터의 하나 이상의 특징적인 구성요소에 따르면, 다음 특징들을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다:
- 출구 커플링은 원통형 출구 하우징의 각각의 외부 개구 둘레에 배열되는 제1 시리즈의 나사형 구멍을 포함하고, 어댑터는 제1 추가의 고정 나사를 포함하며, 제1 시리즈의 나사형 구멍 및 제1 추가의 고정 나사는 터보분자 진공 펌프의 펌프 케이싱을 어댑터에 고정시키도록 구성되고,
- 원통형 출구 하우징들은 사실상 동일한 체적을 가지며 출구 커플링 내에 사실상 대칭으로 배열되고,
- 원통형 출구 하우징의 축은 환형 입구 플랜지의 축에 대해 경사져 있고,
- 환형 입구 플랜지와 출구 커플링을 결합시키는 어댑터의 섹션은 절두 원추형이고,
- 절두 원추형 섹션의 기부의 내경은 터보분자 진공 펌프의 입구 오리피스의 투사된 직경에 내접하는 원의 직경과 사실상 동일하고,
- 출구 커플링은 원통형 출구 하우징들 사이에서 돌출되는 중앙 돔을 포함하며,
- 환형 입구 플랜지와 통축이며 원통형 출구 하우징들 사이에서 출구 커플링의 중심을 통과하는 중앙 관형 통로를 더 포함한다.
또한, 본 발명은 펌핑 장치에 관한 것으로서, 펌핑 장치는 상술된 바와 같은 진공 펌프용 어댑터와, 각각의 원통형 출구 하우징 내에 적어도 부분적으로 수용되는 적어도 2개의 터보분자 진공 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 펌핑 장치의 하나 이상의 특징적인 구성요소에 따르면, 다음 특징들을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다:
- 터보분자 진공 펌프는 제1 및 제2 시리즈의 동축 관통 구멍이 내부에 배열되는 개별 동축 환형 플랜지를 포함하는 개별 펌프 케이싱을 포함하고, 제1 시리즈의 관통 구멍은 터보분자 진공 펌프의 펌프 케이싱을 출구 커플링에 고정시키도록 출구 커플링의 제1의 개별 고정 나사 및 제1 시리즈의 나사형 구멍과 상호 작용하며, 제2 시리즈의 관통 구멍은 터보분자 진공 펌프의 케이스를 출구 커플링에 고정시키도록 출구 커플링의 제2의 개별 고정 나사 및 케이스 내에 배열된 제2 시리즈의 나사형 구멍과 상호 작용하고,
- 제1 고정 나사에 의해 생성되는 동축 환형 플랜지와 어댑터 사이의 커플링이 제2 고정 나사에 의해 생성되는 동축 환형 플랜지와 케이스 사이의 커플링보다 더 강하고,
- 개별 환형 갭이 원통형 출구 하우징과 터보분자 진공 펌프의 케이스의 제1 말단부의 주연부 사이에서 원통형 출구 하우징의 기부 내에 배열되고,
- 터보분자 진공 펌프들은 터보분자 스테이지 및 분자 스테이지를 각각 포함하며, 원통형 출구 하우징은 적어도 터보분자 진공 펌프의 터보분자 스테이지를 수용하도록 구성되고,
- 펌핑 장치는 원통형 출구 하우징의 개별 기부와 개별 터보분자 진공 펌프의 케이스의 제1 말단부 사이에 개재되도록 구성되는 적어도 2개의 제1 출구 시일을 더 포함하며,
- 펌핑 장치는 펌프 케이싱의 동축 환형 플랜지와 개별 터보분자 진공 펌프의 케이스의 제2 말단부 사이에 개재되도록 구성되는 적어도 2개의 제2 출구 시일을 더 포함한다.
따라서, 펌핑 장치에 의해 더 높은 최종 펌핑 용량을 달성하도록 터보분자 진공 펌프의 각각의 펌핑 용량을 결합할 수 있다.
종래 기술의 진공 펌프와 달리, 커플링 플랜지가 입구 오리피스의 높이에 배열됨으로써, 본 발명의 동축 환형 플랜지는 터보분자 진공 펌프 상에서 더 낮게 배열되며, 케이스의 적어도 하나의 부품이 어댑터 내에 수용된다.
동축 환형 플랜지의 더 낮은 배치는 여러 이점을 갖는다.
첫째, 터보분자 진공 펌프와 어댑터 사이의 커플링은 터보분자 진공 펌프의 입구 오리피스 둘레에서보다 더 이격된 지점으로 이전된다. 또한, 각각의 터보분자 진공 펌프의 다양한 입구 오리피스들이 서로 더 근접하게 되고 그리고 터보분자 진공 펌프가 챔버의 출구 오리피스에 더 근접할 수 있다. 어댑터의 두께가 동시에 제한됨으로써, 어댑터의 압력 손실이 감소된다. 또한, 터보분자 진공 펌프들의 상대적인 근접으로 인해 환형 입구 플랜지의 높이에서의 펌핑의 균일성이 향상된다.
또한, 터보분자 진공 펌프의 보다 이격된 커플링으로 인해 원통형 입구 하우징과 터보분자 진공 펌프의 입구 오리피스의 주연부 사이에 원통형 입구 하우징에 대해 동축인 어댑터의 블록 내의 환형 갭을 제공할 수 있다. 이런 환형 갭은 터보분자 진공 펌프의 충돌(crash)의 경우 과도한 부하를 어댑터에 전달하지 않음으로써 과도한 부하를 챔버에 전달하지 않고 케이스가 변형될 수 있게 하는 자유 공간을 제공할 수 있다.
추가적인 이점은 동축 환형 플랜지를 더 낮은 위치로 이전시킴으로써 동축 환형 플랜지와 어댑터 사이의 커플링을 위해 고정 나사를 이용할 수 있으며, 이런 고정 나사의 치수화가 최적화된다.
한편, 충돌의 경우 고정 나사의 전단을 방지하도록 종래 기술의 소켓 헤드 나사의 직경보다 큰 직경을 갖는 고정 나사를 이용할 수 있다. 다른 한편으로는, 고정 나사는 종래 기술의 직경보다 큰 직경을 갖도록 실시될 수 있는데, 이런 큰 직경으로 인해 충돌 중에 고정 나사가 받는 하중을 감소시킬 수 있다.
따라서, 어댑터의 기하학적 구조는 터보분자 진공 펌프를 챔버에 가능한 한 근접하게 최적으로 위치설정시킴으로써, 압력 손실과 데드존(dead zone)을 최대로 감소시킨다. 따라서, 최종 펌핑 속도는 이론적인 펌핑 속도보다 단지 8%만 작다. 또한, 터보분자 진공 펌프를 챔버에 가능한 한 근접하게 위치설정시킴으로써, 펌핑 장치의 물리적 크기를 감소시킬 수 있다.
작동시, 매우 양호한 펌핑 속도의 균일성이 어댑터의 환형 입구 플랜지의 단면의 높이에서 달성됨으로써, 양호한 펌핑 균일성이 특히 프로세스 챔버의 임의의 챔버의 경우 기판의 높이에서 챔버 내부에 달성될 수 있다.
또한, 최대 펌핑 속도가 챔버의 출구 오리피스에서 달성됨으로써, 챔버의 출구에 있는 이용가능한 개구를 최적으로 활용할 수가 있다.
또한, 복수의 터보분자 진공 펌프에 커플링된 단일 어댑터에 의해, 터보분자 진공 펌프 모두를 함께 결합시키는 챔버의 출구 오리피스에서 단일 단면이 이용가능함으로써, 단일 제어 밸브의 연결이 가능하여 챔버 내부에서의 조절이 용이해지며 제조 및 유지보수 비용이 감소된다.
도 1은 제1 실시예에 따른 펌핑 장치의 상면 사시도이다.
도 2는 도 1의 펌핑 장치의 하면 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 펌핑 장치의 단면 사시도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 펌핑 장치의 어댑터의 단면 개략도이다.
도 5는 어댑터의 다른 예의 부분 단면을 나타내는 기하학적 구조에서의 가스 유동의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면으로서, 펌핑된 가스의 진폭 및 벡터를 속도 m/s로 나타낸 도면이다.
도 6a는 출구 커플링 내의 2개의 터보분자 진공 펌프의 예시적인 배치를 도시하는 개략도이다.
도 6b는 출구 커플링 내의 3개의 터보분자 진공 펌프의 예시적인 배치를 도시하는 개략도이다.
도 6c는 출구 커플링 내의 4개의 터보분자 진공 펌프의 예시적인 배치를 도시하는 개략도이다.
도 6d는 출구 커플링 내의 5개의 터보분자 진공 펌프의 예시적인 배치를 도시하는 개략도이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 펌핑 장치의 사시도이다.
도면에서, 동일한 구성요소들은 동일한 도면부호로 표시된다.
도 1 내지 도 4는 펌핑 장치(1)의 제1 실시예를 도시한다.
펌핑 장치(1)는 진공 펌프(2)용 어댑터 및 적어도 2개의 터보분자 진공 펌프(3)를 포함하는데, 도시된 예에는 3개의 3개의 터보분자 진공 펌프가 존재한다.
터보분자 진공 펌프들(3)은 동일하며, 그 자체가 공지되어 있는 바와 같이, 로터(5)가 내부에서 회전 축(I)(도 3의 단면도 참조)의 축방향으로 고속으로 회전되는 고정부를 각각 포함한다.
도시된 예에서, 터보분자 진공 펌프(3)는 터보분자 스테이지(13) 및 분자 스테이지(14)를 각각 포함한다.
터보분자 스테이지(13)의 높이에서, 고정부는, 제1 말단부에서 회전 축(I)과 동축이며 펑핑된 가스(7)과 통과하는, 입구 오리피스(6)를 포함하는 케이스(4)를 포함한다.
도시된 실시예에 따르면, 로터(5)는 케이스(4) 내부에서 회전될 수 있는 터보분자 스테이지(13)의 높이에 있는 터보형 블레이드 로터의 (가스 유동 방향으로의)상류 섹션과, 분자 스테이지(14)의 홀웨크형(HOLWECK type)의 스커트 형태인 로터의 (가스 유동 방향으로의)하류 섹션을 포함한다.
로터(5)는 내부 모터(10)에 의해 고정부 내에서 회전 구동되며, 자기 베어링 또는 기계식 베어링에 의해 측방향으로 안내된다. 또한, 펌핑된 가스(7)는 배출 오리피스(8)를 통해 진공 펌프로부터 (화살표 9 방향으로)배출된다.
어댑터(2)는 (도시 안 된)반도체 제조 프로세스를 위한 챔버와 같은 챔버의 벽에 3개의 터보분자 진공 펌프(3)를 커플링 및 고정시키도록 구성되는데, 챔버의 벽 내부에는 제어가능한 진공이 형성될 수도 있다.
이를 위해, 어댑터(2)는 환형 입구 플랜지(15)와, 예컨대 절두 원추형인 어댑터(2)의 섹션(17)에 의해 연결되는 출구 커플링(16)을 포함한다. 절두 원추형 섹션(17)은 출구 커플링(16)의 직경이 환형 입구 플랜지(15)의 직경에 비해 확대될 수 있게 하는데(절두 원추형 섹션은 65mm 정도의 두께를 가지며, 이 예에서는 45° 정도의 각도를 가짐), 그 이유는 데드존을 비교적 단거리에 걸쳐 제한하는 형상부를 갖는 복수의 터보분자 진공 펌프(3)를 출구 커플링(16)이 수용할 수 있도록 하기 위해서이다.
환형 입구 플랜지(15)는 챔버의 출구 오리피스 둘레에서 챔버의 벽에 커플링되도록 구성된다. 환형 입구 플랜지(15)는 챔버의 출구 오리피스와 동축이며(도 3의 축 A 참조), 챔버의 출구 오리피스의 직경(이 예에서는 450 mm)에 상응하는 내경을 갖는 관형상부를 포함한다. 펌핑 장치(1)는 또한 환형 입구 플랜지(15) 내부에 배열된 목부(18) 내에 위치되는 입구 시일을 포함하며, 입구 시일은 챔버의 커플링을 어댑터(2)에 대해 밀봉시키기 위해 챔버의 출구 오리피스 둘레에서 환형 입구 플랜지(15)와 챔버의 벽 사이에 개재되도록 구성된다. 일 변형예에 따르면, 펌핑 장치는 환형 입구 시일(15)이 둘레에 수용되는 입구 시일 캐리어 링을 포함한다. 입구 시일 캐리어 링은, 환형 입구 시일(15)을 지지하고 그리고 환형 입구 시일(15)의 중심을 결정하기 위해, 입구 시일 캐리어 링이 사이에 개재되는 환형 입구 플랜지의 내부 에지 및 출구 오리피스의 에지와 상호 작용할 수 있다.
적용가능한 기준에 따르면, 출구 오리피스 둘레에 분포된 나사형 구멍은 챔버의 벽에 제공되지만, 관통 구멍(19)은 어댑터(2)의 환형 입구 플랜지(15)에 제공되며, 환형 입구 플랜지(15)를 챔버의 벽에 대해 클램핑함으로써 어댑터(2)를 챔버에 고정시키도록 소켓 헤드 나사와 같은 고정 나사(20)가 고정 나사의 섕크가 관통 구멍(19)을 통과하여 관련된 나사형 구멍에 나사결합되는 방식으로 맞춰진다.
출구 커플링(16)은 적어도 2개의 원통형 출구 하우징(21)(도 4 참조)을 포함하는데, 이 예에서는 각각의 터보분자 진공 펌프(3)를 위한 3개의 출구 하우징이 존재한다.
원통형 출구 하우징(21)은 관통 하우징으로서, 펌핑된 가스를 위해 출구 커플링(16) 내에 복수의 바이패스 출구를 형성한다. 원통형 출구 하우징(21)은 각각의 터보분자 진공 펌프(3)의 케이스(4)를 위한 적어도 부분적인 펌프 케이싱을 형성한다. 원통형 출구 하우징은 터보분자 진공 펌프(3)의 회전 축(I)과 동축이다.
예컨대, 원통형 출구 하우징(21)은 예컨대 알루미늄 재료로 제조된 일체주조 어댑터(2) 내에 배열된 보어이다.
도 3의 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 원통형 관통 하우징(21)은 터보분자 진공 펌프(3)의 터보분자 스테이지(13)를 수용하도록 터보분자 스테이지(13)의 케이스(4)의 총 길이(이 예에선 138 mm 정도)에 상응하는 두께를 갖는다.
원통형 출구 하우징(21)은 3개의 동일한 터보분자 진공 펌프를 수용하도록 사실상 동일한 체적을 갖는다. 원통형 관통 출구 하우징(21)이 출구 커플링(16) 내에 바이패스의 형태로 배열되는 경우라면, 3개의 터보분자 진공 펌프(3)의 각각의 펌핑 용량은 더 큰 최종 펌핑 용량을 달성하도록 결합된다.
또한, 원통형 출구 하우징(21)은 출구 커플링(16) 내에 사실상 대칭으로 배열된다.
절두 원추형 섹션(17)의 기부의 내경은 터보분자 진공 펌프(3)의 입구 오리피스(6)의 투사된 직경에 내접하는 원의 직경과 사실상 동일하다.
도 1 내지 도 4는 3개의 터보분자 진공 펌프(3)를 포함하는 펌핑 장치(1)를 도시하고 있지만, 2개, 3개, 4개 또는 5개의 터보분자 진공 펌프(3)를 포함하는 다른 실시예도 가능하다.
도 6a, 6b, 6c 및 6d에는 출구 하우징(21)의 대칭적인 배열이 개략적으로 도시되어 있는데, 출구 커플링(16)은 대체로 원통 형상이며 환형 입구 플랜지(15)와 동축이고, 원통형 출구 하우징들(21)의 축들은 평행하며, 터보분자 진공 펌프(3)의 입구 오리피스(6)는 챔버의 입구 오리피스를 포함하는 평면에 평행한 동일한 평면에 사실상 존재한다. 이 예에서, 절두 원추형 섹션(17)의 기부의 내경은 터보분자 진공 펌프(3)의 입구 오리피스(6)의 투사된 직경에 내접하는 원(C)의 직경과 사실상 동일하다.
물리적 크기를 감소시키기 위해, 도 1 내지 도 4에 도시된 예시적인 제1 실시예에 도시된 바와 같이, 원통형 출구 하우징들(21)의 축들은 환형 입구 플랜지(15)의 축에 대해 경사져 있다.
어댑터(2)가 3개 이상의 원통형 출구 하우징(21)을 포함하는 경우, 출구 커플링(16)은 원통형 출구 하우징들(21) 사이에서 돌출되는 중앙 돔(22)을 포함할 수 있다. 실제로, 중앙 돔(22)을 출구 커플링(16) 내에 배열함으로써, 펌핑 속도가 감속되고 그리고 국부적인 디포짓(deposit)을 형성하거나 정확히 배출될 수 없는 상이한 가스들 사이의 반응을 야기할 수 있었던 중앙 데드존이 방지된다는 점을 발명자들이 밝혀냈다.
예컨대, 중앙 돔(22)은 대체로 벨 형상을 갖는데, 벨의 기부 직경은 터보분자 진공 펌프(3)의 내부 오리피스(6)의 직경에 접한다. 중앙 돔(22)의 배열은 터보분자 진공 펌프들(3) 중 하나 또는 다른 하나를 향해 가스를 안내함으로써 중앙 데드존을 방지한다.
도 7에 도시된 변형예에 따르면, 어댑터(2')는 중앙 돔 대신에 중앙 관형 통로(23)를 포함하는데, 중앙 관형 통로는 환형 입구 플랜지(15)와 통축이며 출구 커플링(16')의 중심에서 그리고 원통형 출구 하우징들(21) 사이에서 일단부에서 타단부까지 어댑터(2')를 관통한다.
중앙 관형 통로(22)는 중앙 돔(21)과 마찬가지로 펌핑 속도가 감속되는 중앙 데드존을 방지할 수 있다. 중앙 관형 통로(22)의 직경은 터보분자 진공 펌프(3)의 입구 오리피스(6)의 직경에 접한다. 데드존을 방지하는 것 외에도, 중앙 관형 통로(22)는 양 측부가 밀봉되는 경우에는, 프로세스 챔버의 임의의 챔버가 챔버 내부에 위치된 기판 캐리어의 작동을 위해 이용되는 서비스(가열/냉각 수단, 전극, 질소 ...)의 통로를 허용하도록 예컨대 챔버의 출구 오리피스와 사실상 수직 정렬되는 경우에 특히 유용하다.
또한, 각각의 원통형 출구 하우징(21)은 원통형 출구 하우징(21)의 기부에 환형 내부 정지부(24)를 포함하는데, 터보분자 진공 펌프(3)의 케이스(4)의 (입구측)제1 말단부가 환형 내부 정지부와 접하게 된다.
또한, 터보분자 진공 펌프(3)는 분자 스테이지(14)를 수용하는 개별 펌프 케이싱(25)을 포함한다.
펌프 케이싱(25)은 로터의 회전 축(I)과 동축인 환형 플랜지(27)를 포함하는데, 이 환형 플랜지에는 제1 및 제2 시리즈의 동축 관통 구멍이 배열된다. 제2 시리즈의 관통 구멍은 제1 시리지의 관통 구멍에 비해 내부에 존재한다. 동축 환형 플랜지(27)는 어댑터(2)의 원통형 출구 하우징(21)에 연결될 수 있도록 터보분자 스테이지(13)와 분자 스테이지(14) 사이의 인터페이스와 사실상 같은 높이에 배열된다.
종래 기술의 진공 펌프와는 달리, 커플링 플랜지는 입구 오리피스의 높이에 배열되고, 동축 환형 플랜지(27)는 터보분자 진공 펌프(3) 상에 더 낮게 배열되며, 분자 스테이지 후방의 펌프 케이싱(25)의 높이에 터보분자 스테이지(13)가 어댑터(2) 내에 수용된다.
출구 커플링(16)은 원통형 출구 하우징(21)의 외부 개구(28) 둘레에 각각 배열되는 제1 시리즈의 나사형 구멍(이 예에서는 3개의 제1 시리즈의 나사형 구멍이 존재함)을 포함한다.
유사하게, 어댑터(2)는 소켓 헤드 나사와 같은 제1 및 제2 상보적 고정 나사(29a, 29b)를 포함한다.
제1 고정 나사(29a)는, 동축 환형 플랜지(27)를 출구 커플링(16)의 벽에 대해 클램핑함으로써 터보분자 진공 펌프(3)의 펌프 케이싱(25)을 어댑터(2)에 고정시키도록 제1 고정 나사의 섕크가 터보분자 진공 펌프(3)의 동축 환형 플랜지(27) 내의 제1 시리즈의 관통 구멍을 통과하여 출구 커플링(16) 내의 제1 시리즈의 관련 나사형 구멍에 나사결합되는 방식으로, 맞춰진다.
제2 고정 나사(29b)는, 펌프 케이싱(25)을 케이스(4)에 고정시키도록 제2 고정 나사의 섕크가 터보분자 진공 펌프(3)의 동축 환형 플랜지(27) 내의 제2 시리즈의 관통 구멍을 통과하여 원통형 출구 하우징(21) 내의 각각의 외부 개구(28)의 높이에서 케이스(40)의 제2 말단부에 배열된 제2 시리즈의 관련 나사형 구멍에 나사결합되는 방식으로, 맞춰진다.
또한, 제1 고정 나사(29a)는 터보분자 진공 펌프(3)의 충돌을 견딜 수 있도록 치수가 결정된다.
이를 위해, 제1 고정 나사(29a)는 충돌의 경우 제1 고정 나사의 전단(shearing)을 방지하도록 종래 기술의 소캣 헤드 나사의 직경보다 큰 직경을 갖는다.
또한, 제1 고정 나사(29a)는 310 mm 대신에 335 mm와 같이 종래 기술의 직경보다 큰 직경으로 실시되는데, 즉 동축 환형 플랜지(27)의 직경은 종래 기술의 표준화된 커플링 플랜지의 직경보다 큰 직경을 갖는다는 것인데, 이런 큰 직경으로 인해 충돌 중에 제1 고정 나사(29a)가 받는 하중을 감소시킬 수 있다.
따라서, 제1 고정 나사(29a)는 동축 환형 플랜지(27)와 어댑터(2) 사이의 커플링이 제2 고정 나사(29b)에 의해 동축 환형 플랜지(27)와 케이스(4) 사이에 생성된 커플링보다 더 강하도록 치수가 결정된다.
또한, 펌핑 장치(1)는 적어도 2개의 제1 출구 시일(30)(도시된 예에서는 3개) 및 적어도 2개의 제2 출구 시일(31)(도시된 예에서는 3개)을 포함한다.
각각의 제1 출구 시일(30)은 터보분자 진공 펌프(3)의 커플링을 터보분자 진공 펌프(3)의 입구 오리피스(6) 둘레에 밀봉시키기 위해 케이스(4)[또는 원통형 출구 하우징(21)]에 배열된 목부 내에서 원통형 출구 하우징(21)을 위한 환형 내부 정지부(24)와 터보분자 진공 펌프(3)의 케이스(4)의 제1 말단부 사이에 개재된다. 일 변형예에 따르면, 펌핑 장치는 환형 출구 시일(30)이 둘레에 수용되는 출구 시일 캐리어 링을 포함한다. 출구 시일 캐리어 링은, 환형 출구 시일(30)을 지지하고 그리고 환형 입구 시일(15)의 중심을 결정하기 위해, 출구 시일 캐리어 링이 사이에 개재되는 케이스(4)의 제1 말단부 및 원통형 출구 하우징(21)의 내부 에지와 상호 작용할 수 있다.
제2 출구 시일(31)은 원통형 출구 하우징(21)의 각각의 외부 개구(28)의 높이에서 펌프 케이싱(25)의 동축 환형 플랜지(27)와 케이스(4)의 제2 말단부 사이에 개재된다.
원통형 출구 하우징(21)과 동축인 환형 갭(32)이 원통형 출구 하우징(21)의 환형 내부 정지부(24)와 터보분자 진공 펌프(3)의 케이스(4)의 제1 말단부의 주연부 사이에 배열된다. 예컨대, 환형 갭(32)은 25 mm 내지 40 mm 범위의 축방향 길이에 걸쳐 3 mm 내지 10 mm 범위의 반경방향 두께를 갖는다.
원통형 출구 하우징(21)과 케이스(4)의 제1 말단부들 사이에 개재된 제1 출구 시일(30)은 펌핑된 가스가 환형 갭(32)에 진입하는 것을 방지함으로써 환형 갭 내부에 디포짓이 형성되는 것을 방지한다.
로터가 전속력으로 작동될 때 로터(5)의 우연한 불균형이 유발되는 경우, 로터가 원통형 출구 하우징(21)에 격렬하게 충돌됨으로써 원통형 출구 하우징에 횡방향 또는 반경방향 변위력을 인가할 수 있으며, 원통형 출구 하우징(21)의 벽에 대해 심하게 러빙됨으로써 원통형 출구 하우징에 동축 회전 토크를 인가할 수 있다. 로터가 급속히 회전됨에 따라 로터(5)에 축적되는 상당한 에너지의 결과로서, 로터(5)에 의해 케이스(4)에 인가되는 기계적 하중은 매우 크다. 환형 갭(32)은, 제1 고정 나사(29a)보다 덜 강한 제2 고정 나사(29b)의 전단의 결과로서 유사하게 회전될 수 있고 그리고 원통형 출구 하우징(21) 내에서 변형될 수 있는, 케이스(4)를 위한 자유 공간을 제공할 수 있다. 펌프 케이싱(25)의 동축 환형 플랜지(27)와 케이스(4)의 제2 말단부 사이에 개재된 제2 출구 시일(31)은 충돌로 인해 생성된 임의의 잔해들이 터보분자 진공 펌프(3) 내에 수용될 수 있게 한다. 따라서, 챔버로의 하중의 전달이 터보분자 진공 펌프(3)의 충돌의 경우에 제한된다.
터보분자 진공 펌프가 원통형 출구 하우징(21) 내에 설치되면, 터보분자 진공 펌프(3)는 부분적으로 만입된 상태로 어댑터(2)에 견고하게 부착되고 그리고 챔버에 밀봉식으로 커플링된다. 동축 환형 플랜지(27)를 더 낮게 위치설정함으로써 각각의 터보분자 진공 펌프(3)의 다양한 입구 오리피스들(6)이 서로 더 근접하게 되고 그리고 터보분자 진공 펌프가 챔버의 출구 오리피스에 더 근접하게 된다. 어댑터(2)의 두께를 제한함으로써 어댑터(2)로 인한 압력의 손실이 감소된다. 터보분자 진공 펌프(3)의 입구 오리피스들(6)을 서로 더 근접되게 함으로써 환형 입구 플랜지의 높이에서 펌핑의 균일성이 향상된다.
도 5는 이전 도면들에 도시된 어댑터와 유사하지만 중앙 돔이 없는 어댑터를 나타내는 기하학적 구조에서의 가스 유동의 시뮬레이션을 도시한다.
도 5의 시뮬레이션으로부터 알 수 있는 바와 같이, 펌핑 동안 그리고 펌핑 속도가 터보분자 진공 펌프(3)의 입구 오리피스(6)의 높이에서 사실상 불균일하더라도, 펌핑 속도는 2번까지 변동되며, (모든 곳에서 25 m/s 정도인)매우 양호한 펌핑 속도의 균일성이 어댑터(2''')의 환형 입구 플랜지(15)의 단면 높이에서 달성된다. 도 5에 도시된 어댑터는 중앙 돔이 없기 때문에, (가스 속도가 0인)데드존이 입구 오리피스들(6) 사이에 나타날 수 있다.
따라서, 양호한 펌핑 균일성이 프로세스 챔버의 임의의 챔버인 경우 챔버 내부에서, 특히 기판의 높이에서 달성될 수 있다. 또한, 어댑터(2)의 기하학적 구조로 인해 균일한 최대 펌핑 속도가 출구 오리피스에서 달성됨으로써 챔버의 출구에 있는 이용가능한 개구를 충분히 활용할 수가 있다.
따라서, 어댑터(2)의 최적화된 기하학적 구조는 컨덕턴스가 최적화된 상태로 터보분자 진공 펌프(3)를 챔버에 가능한 한 근접하게 위치설정시킴으로써, 압력 손실과 데드존을 최대로 감소시킨다. 따라서, 최종 펌핑 속도는 이론적인 펌핑 속도보다 단지 8%만 작다. 또한, 터보분자 진공 펌프를 챔버에 가능한 한 근접하게 위치설정시킴으로써, 펌핑 장치(1)의 물리적 크기를 감소시킬 수 있다.
또한, 복수의 터보분자 진공 펌프(3)에 커플링된 단일 어댑터(2)에 의해, 터보분자 진공 펌프(3) 모두를 함께 결합시키는 챔버의 출구 오리피스에서 단일 단면이 이용가능함으로써, 단일 제어 밸브의 연결이 가능하여 챔버 내부에서의 조절이 용이해지며 제조 및 유지보수 비용이 감소된다.
1 : 펌핑 장치 2 : 어댑터
3 : 터보분자 진공 펌프 4 : 케이스
6 : 입구 오리피스 13 : 터보분자 스테이지
14 : 분자 스테이지 15 : 환형 입구 플랜지
16 : 출구 커플링 21 : 원통형 출구 하우징
25 : 펌프 케이싱 27 : 동축 환형 플랜지

Claims (15)

  1. 진공 펌프용 어댑터로서,
    챔버의 출구 오리피스에 커플링되도록 구성되는 환형 입구 플랜지(15)와,
    개별 터보분자 진공 펌프(3)의 케이스(4)를 위한 적어도 부분적인 펌프 케이싱을 형성하는 적어도 2개의 원통형 출구 관통 하우징(21)을 포함하는 출구 커플링(16)을 포함하며,
    상기 터보분자 진공 펌프(3)는 각각의 원통형 출구 하우징(21) 내에 수용되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출구 커플링(16)은 상기 원통형 출구 하우징(21)의 각각의 외부 개구(28) 둘레에 배열되는 제1 시리즈의 나사형 구멍을 포함하고, 어댑터(2; 2')는 제1 추가의 고정 나사(29a)를 포함하며, 상기 제1 시리즈의 나사형 구멍 및 제1 추가의 고정 나사(29a)는 터보분자 진공 펌프(3)의 펌프 케이싱(25)을 어댑터(2; 2')에 고정시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원통형 출구 하우징들(21)은 사실상 동일한 체적을 가지며 출구 커플링(16) 내에 사실상 대칭으로 배열되는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원통형 출구 하우징(21)의 축(I)은 환형 입구 플랜지(15)의 축(A)에 대해 경사져 있는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형 입구 플랜지(15)와 출구 커플링(16)을 결합시키는 어댑터(2)의 섹션(17)은 절두 원추형인 것을 특징으로 하는 어댑터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 절두 원추형 섹션(17)의 기부의 내경은 터보분자 진공 펌프(3)의 입구 오리피스(6)의 투사된 직경에 내접하는 원의 직경과 사실상 동일한 것을 특징으로 하는 어댑터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출구 커플링(16)은 원통형 출구 하우징들(21) 사이에서 돌출되는 중앙 돔(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형 입구 플랜지(15)와 통축이며 원통형 출구 하우징들(21) 사이에서 출구 커플링(16)의 중심을 통과하는 중앙 관형 통로(22)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 어댑터.
  9. 펌핑 장치로서,
    제1항 내지 제8항에 중 어느 한 항에 따른 진공 펌프(2; 2')용 어댑터와,
    각각의 원통형 출구 하우징(21) 내에 적어도 부분적으로 수용되는 적어도 2개의 터보분자 진공 펌프(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 펌핑 장치.
  10. 제9항에 있어서, 제2항에 따른 진공 펌프(2; 2')용 어댑터를 포함하고,
    상기 터보분자 진공 펌프(3)는 제1 및 제2 시리즈의 동축 관통 구멍이 내부에 배열되는 개별 동축 환형 플랜지를 포함하는 개별 펌프 케이싱(25)을 포함하고,
    상기 제1 시리즈의 관통 구멍은 터보분자 진공 펌프(3)의 펌프 케이싱(25)을 출구 커플링(16)에 고정시키도록 출구 커플링(16)의 제1의 개별 고정 나사(29a) 및 제1 시리즈의 나사형 구멍과 상호 작용하며,
    상기 제2 시리즈의 관통 구멍은 터보분자 진공 펌프(3)의 케이스(4)를 출구 커플링(16)에 고정시키도록 출구 커플링(16)의 제2의 개별 고정 나사(29b) 및 케이스(4) 내에 배열된 제2 시리즈의 나사형 구멍과 상호 작용하는 것을 특징으로 하는 펌핑 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 고정 나사(29a)에 의해 생성되는 동축 환형 플랜지(27)와 어댑터(2; 2') 사이의 커플링이 제2 고정 나사(29b)에 의해 생성되는 동축 환형 플랜지(27)와 케이스(4) 사이의 커플링보다 더 강한 것을 특징으로 하는 펌핑 장치.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 개별 환형 갭(32)이 상기 원통형 출구 하우징(21)과 터보분자 진공 펌프(3)의 케이스(4)의 제1 말단부의 주연부 사이에서 원통형 출구 하우징(21)의 기부 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 펌핑 장치.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터보분자 진공 펌프들(3)은 터보분자 스테이지(13) 및 분자 스테이지(14)를 각각 포함하며, 상기 원통형 출구 하우징(21)은 적어도 터보분자 진공 펌프(3)의 터보분자 스테이지(13)를 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 펌핑 장치.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원통형 출구 하우징(21)의 개별 기부와 개별 터보분자 진공 펌프(3)의 케이스(4)의 제1 말단부 사이에 개재되도록 구성되는 적어도 2개의 제1 출구 시일(30)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펌핑 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 펌프 케이싱(25)의 동축 환형 플랜지(27)와 개별 터보분자 진공 펌프(3)의 케이스(4)의 제2 말단부 사이에 개재되도록 구성되는 적어도 2개의 제2 출구 시일(31)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펌핑 장치.
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