KR20180033181A - 처리 챔버로부터 나오는 부식성 배출 가스 스트림을 배기하기 위한 장치 - Google Patents

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클라이브 마커스 로이드 튜나
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인고 스티븐 그라함
마이클 로저 크제르니아크
게리 피터 나이트
다렌 멘니
던칸 마이클 프라이스
데릭 마틴 베이커
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Abstract

반도체 산업에서 다양한 가스 혼합물을 펌핑하는 데에 건식 펌프가 사용된다. 본 발명은 배출 가스가 저감 장치로 유입되기 전에 용해성 부식성 물질이 제거될 수 있도록 하기 위해 건식 펌프와 저감 장치 사이에 배치되는 액체 링 펌프를 제공하며, 여기서 상기 액체 링 펌프로부터 배출되는 작동 유체는 저감 장치로 유입되기 전에 상기 배출 가스로부터 분리된다.

Description

처리 챔버로부터 나오는 부식성 배출 가스 스트림을 배기하기 위한 장치
본 발명은 진공 펌핑 장치 및 저감 시스템을 포함하는 처리 챔버로부터 부식성 배출 가스 스트림을 배기하기 위한 장치에 관한 것이다.
처리 가스를 사용하여 처리 챔버(102) 내의 대상물을 처리하기 위한 것이며, 펌핑 장치(104)를 가지고 처리 챔버로부터 배출 폐가스를 빼내기 위한 것인, 종래 기술의 처리 시스템(100)이 도 13에 도시되어 있다. 처리 챔버(102)에는 도 13에서 일반적으로 도면 부호 108로 표시되는 가스 공급원으로부터 하나 이상의 처리 가스를 받아들이기 위한 적어도 하나의 입구(106)가 구비된다. 챔버(102) 내에서 처리가 수행되는 동안, 챔버에 공급된 처리 가스의 일부만이 소비될 것이고, 그래서 처리 챔버(102)의 출구(110)로부터 배출된 폐가스 스트림은 챔버(102)에 공급된 미사용 처리 가스와 챔버(102) 내에서 수행되는 처리로부터 나온 부산물의 혼합물을 포함하게 된다.
펌핑 시스템(104)은 적어도 하나의 건식 펌프(112)를 포함한다(도 13에는 하나의 펌프가 도시되어 있지만, 챔버(100)에서 수행되는 공정들의 요건 여하에 따라 임의의 적절한 개수로 제공될 수 있다). 각각의 펌프(또는 펌핑 스테이지)(112)는 윤활제가 펌프의 상류로 이동하여 처리 챔버를 오염시키지 못하도록 하는 건식 펌프이다. 또한, 일반적으로, 건식 펌프는 배출 가스와 반응하여 펌프를 손상시키게 되는 부식성 생성물을 형성할 수 있는 실질적인 수분 공급원을 제공하지 않는다. 건식 펌프(112)는 다단식 건식 펌프를 포함할 수 있고, 여기서 각 펌핑 스테이지는 처리 챔버(102)의 펌핑 요건 여하에 따라 루츠형(Roots-type) 또는 노씨형(Northey-type) 펌핑 기구, 터보 분자 펌프, 및/또는 분자 드래그 기구에 의해 제공될 수 있다.
처리 챔버(102) 내에서 수행되는 증착 단계 또는 세정 단계의 여하에 따라, 건식 펌프로부터 배출되는 폐가스 스트림은 반도체 디바이스 제조 시에 전구체로서 사용되는 하나 이상의 실리콘 함유 또는 할로겐 함유 가스를 함유할 수 있다. 이러한 가스의 예에는 불화수소, 사염화탄소, 삼불화 질소, 실란, 디실란, 디클로로실란, 트리클로로실란, 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 실록산(예컨대, 옥타메틸 사이클로테트라실록산: OMCTS), 및 유기 실란이 포함된다. 예를 들어, 실란은 전형적으로 화학 기상 증착(CVD) 공정에서 폴리실리콘 또는 이산화규소 층의 증착에 처리 가스로서 사용된다. 불소 또는 염소를 함유하는 가스는 처리 챔버 세정 단계에서 흔히 사용된다.
통상적인 장치에서, 배출 가스는 건식 펌프(112)로부터 연소기 및/또는 습식 세정기(wet scrubber)를 포함할 수 있는 저감 장치(114)로 운반된다. 연소기는 플라즈마 토치, 또는 내향 연소식 유공형 버너(inwardly fired foraminous burner)와 같은 기타 화염 기반 장치를 포함할 수 있고, 이들은 배출 가스 스트림 내의 가스의 일부를 분해시킨다. 습식 세정기는 배출 가스 스트림이 통과하는 저수탑 또는 액체 링 펌프를 포함할 수 있다. 배출 가스 스트림의 성분은 물과 반응하거나 물에 용해될 수 있다. 처리된 가스(116)는 저감 장치(114)로부터 배출된다.
위에서 설명한 종래 기술의 시스템과 관련해서는 많은 문제점이 있는데, 그 중 일부에 대해서 아래에 설명한다.
불소와 물의 반응 동역학은 온도, pH, 세정액(scrubbing liquid)의 화학적 조성에 좌우된다. 반응 생성물은 또한 이러한 요인들에도 영향을 받는다. 저온 및 고 pH 값에서 상당한 양의 OF2가 발생할 수 있다. OF2는 불소보다 독성이 높기 때문에, 이는 바람직하지 않다. 유의적인 OF2가 형성됨이 없는 낮은 온도에서의 고효율 불소 세정(scrubbing)을 달성하기 위해서는, 세정액에 티오황산염과 같은 화학 물질을 투여해야 하는데, 이로 인해 세정 시스템의 비용과 복잡성이 증가한다.
반도체, 태양전지판, 및 평판 디스플레이의 제조에 사용되는 일부 공정에서, 배출 가스는 혼입된 분말과 고반응성 가스가 포함되어 있는데, 이는 저감 장치를 막을 수 있다.
반도체 공정 건식 펌프는 또한 펌프 내의 미립자 축적에 대처할 수 있고 그리고/또는 그러한 미립자 축적을 없앨 수 있도록 설계되어야 한다. 이러한 문제를 가장 겪기 쉬운 영역은 압력이 가장 높고 간극이 가장 빡빡한 펌프의 배출 또는 LV 단부이다. 이러한 문제들을 다루지 못하면, 예를 들어 빡빡한 축 방향 간극으로의 응축성 물질의 포집, 먼지 섭취(dust ingestion)에 이어지는 빡빡한 축 방향 간극으로의 미립자의 포집, 근접해서 연장되는 틈새들 사이로의 미립자 축적, 및 펌프가 냉각됨에 따른 펌프 고정자의 열 수축으로 인한 재기동 불가능과 같은 소착(seizure)이 일어날 수 있다.
이러한 문제들을 극복하는 데 사용되고 있는 현재의 방법에는 모터 기동 토크를 최대화하기, 먼지 취급 기능을 도입하기, 처리 가스 응축을 억제하기 위해 승온된 또는 최적화된 펌프 배기 온도에서 운전하기가 포함된다. 그러나 새로운 세대의 인버터 구동 펌프는 시동 토크가 낮고 틈새가 더 빡빡한 상태에서 더 빠르게 가동되고 공정 단계들은 더 많은 전구체 가스를 사용하므로, 그러한 조치는 효과가 적다는 것이 입증되고 있다.
모든 건식 진공 펌프는 잠재적인 발화원이다. 펌핑 챔버 안에 일부러 의도한 금속 간 접촉이 없더라도, 회전자 타이밍이 미끄러져 지나게 되어 접촉을 방임하게 될 수 있다. 또한, 펌프를 통과하지 못한 공정 부산물이 쌓이거나 응축되어, 펌프 내부에 접촉을 야기해서 고온 지점들을 유발시킬 수 있다. 극단적인 경우는 펌프가 흔히 일어나는 일이지만 변칙적으로 일어나는 소작의 원인이 될 때이다. 반도체 분야에서는 가연성 혼합물을 펌핑할 수 있는 펌프에 대한 요구가 늘어나고 있다.
전형적으로, 진공 시스템에서, 건식 펌프를 공정 툴에 연결하는 상류 전방 라인은 낮은 압력(일반적으로 60밀리바 미만이지만 특정 처리 가스에 따라 달라짐)을 유지함으로써, 챔버 쪽으로 다시 전달되는 화염에 대해 보호된다. 그러나, 펌프 배출관 안으로 또는 펌프 배출관을 따라 화염이 전달되는 것을 둘러싼 걱정은 남아 있다.
가연성 유체를 희석하기 위한 퍼지 가스의 추가가 연소를 감소시키거나 제거하는 데 효과적일 수 있지만, 고 유량의 퍼지 가스는 가스 비용 및 하류 부문의 처리에 대한 영향으로 인해 반도체 산업에서는 인기가 없다. 배출 가스 저감은 일반적으로 배출물의 연소에 의해 달성된다. 그러나 가스 스트림을 심하게 희석시켜 불연성으로 만들면, 연소를 달성하기가 더 어려워진다.
연소형 저감 시스템은 또한 상류 가연성 혼합물의 잠재적 발화원이기도 한데, 발화원은 지속적으로 존재하지만 화염은 유동에 대해 역행해야 한다.
액체 링 펌프를 정지시킨 때에는, 펌프의 전방 라인 상류에서 발생하는 진공은 서비스 액체 (일반적으로 물)가 전방 라인으로 빨려들어 오지 못하게 감소시켜야 한다. 평판 디스플레이 및 태양전지판 제조와 같은 반도체 및 관련 산업 분야의 많은 펌프 응용 분야에서, 펌프 전방 라인은 펌핑되는 가스의 반응 특성으로 인해 깨끗하고 건조하게 유지된다. 이것을 달성할 수 있는 한 가지 알려진 방법은 전방 라인을 열 수 있는 밸브를 전방 라인에 사용하는 것이다. 그러나 이러한 배치는 전방 라인이 대기의 습기 및 대기로 방출되는 위험한 처리 가스로 잠재적으로 오염되는 위험에 처한다. 대안적으로, 깨끗한 건조 퍼지 가스(예컨대, 질소)를 전방 라인에 주입하여 진공을 완화시킬 수 있지만, 필요한 질소의 양이 꽤 많을 수 있으므로, 시스템 비용이 추가로 증가한다.
아래에서 더 상세히 설명하는 본 발명의 실시예들은 종래 기술과 관련된 문제점들 중 한 가지 이상을 적어도 완화시키고자 하는 것이다.
본 발명은 처리 챔버로부터 배출된 부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치를 제공하는 바, 이 장치는, 처리 챔버로부터 부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 건식 펌핑 장치; 액체 링 펌프로서, 상기 건식 펌프로부터 상기 부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기시키기 위해 배치되며, 그리고 상기 부식성 유체를 당해 액체 링 펌프의 서비스 액체에 용해시킴으로써 상기 가스 스트림 중의 부식성 유체 함량을 적어도 부분적으로 감소시키기 위해 배치된, 액체 링 펌프; 상기 액체 링 펌프로부터 배출되는, 서비스 액체와 잔류 가스 스트림의 혼합물로부터, 잔류 가스 스트림을 분리하기 위한 분리기; 및 상기 분리기로부터 배출되는 분리된 잔류 가스 스트림을 처리하기 위한 저감 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 양태 및/또는 선택적인 양태는 첨부된 청구 범위에서 정의된다.
본 발명을 잘 이해할 수 있도록, 이제부터는 단지 예시로서 제시되는 본 발명의 여러 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 처리 챔버를 비우는 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 공지된 액체 링 펌프를 관통한 반경 방향 단면을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 부식성 배출 가스 스트림을 배기하기 위한 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 부식성 배출 가스 스트림을 배기하는 또 다른 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 위어 장치를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 가연성 배출 가스 스트림을 펌핑하기 위한 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 화염 방지기용 확산기를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 화염 방지기용 확산기를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 가연성 배출 가스 스트림을 펌핑하기 위한 또 다른 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 조합형 건식 및 액체 링 펌프를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 또 다른 조합형 건식 및 액체 링 펌프를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 가연성 배출 가스 스트림을 선택적으로 펌핑하기 위한 또 다른 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 13은 배출 가스 스트림을 펌핑하기 위한 종래 기술의 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 것으로서, 액체 링 펌프를 신속하게 정지시키기 위한 그리고 서비스 액체가 다시 흡입되는 것을 방지하기 위한 또 다른 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 처리 가스를 사용하여 처리 챔버(12) 내의 대상물을 처리하기 위한 시스템(10)과, 처리 챔버로부터 배출된 배출 가스 스트림을 빼내기 위한 펌핑 장치(14)가 도시되어 있다. 처리 챔버(12)에는 도 1에서 일반적으로 도면 부호 18로 표시되는 가스 공급원으로부터 하나 이상의 처리 가스를 받아들이기 위한 적어도 하나의 입구(16)가 구비된다. 처리 챔버(12)는 반도체 또는 평판 디스플레이 장치가 처리되는 챔버일 수 있다.
챔버(12) 내에서 처리가 수행되는 동안, 챔버에 공급된 처리 가스의 일부만이 소비될 것이고, 그래서 처리 챔버(12)의 출구(20)로부터 배출된 폐가스 스트림은 챔버(12)에 공급된 처리 가스와 챔버(12) 내에서 수행되는 처리로부터 나온 부산물의 혼합물을 포함하게 된다.
펌핑 시스템(14)은 적어도 하나의 건식 펌프(22)를 포함한다(도 1에는 하나의 펌프가 도시되어 있지만, 챔버(10)에서 수행되는 공정들의 요건 여하에 따라 임의의 적절한 개수와 조합의 건식 펌프가 제공될 수 있다). 각각의 펌프 또는 펌핑 스테이지(22)는 윤활제가 처리 챔버로 이동하여 처리 챔버를 오염시키지 못하도록 하는 건식이다. 건식 펌프(22)는 다단식 건식 펌프를 포함할 수 있고, 여기서 각 펌핑 스테이지는 처리 챔버(12)에서 수행되는 공정들의 펌핑 요건 여하에 따라 루츠형(Roots-type) 또는 노씨형(Northey-type) 펌핑 기구, 터보 분자 펌프, 및/또는 분자 드래그 기구 중 적어도 하나에 의해 제공될 수 있다.
본 장치(arrangement)에서, 펌프(들)(22), 예를 들어 다단식 건식 펌프들은, 처리 챔버(12)로부터 폐가스 스트림을 빼내고 그 가스 스트림을 그의 배출구(24)로부터 액체 링 펌프(26)로 배출시키도록 배치된다. 이 장치에서, 건식 펌프(22)는 배출 가스 스트림을 전형적으로는 50밀리바 내지 500밀리바 범위인 아기압(sub-atmospheric pressure)으로 배출시킨다. 따라서, 가스 스트림을 대기압으로 배출시킬 필요가 없기 때문에, 건식 펌프(22)의 전력 요구량은 통상적인 사용에 비해 줄어든다. 일반적으로 건식 펌프의 저진공 스테이지는 고진공 스테이지에 비해서 더 많은 전력을 소비하므로, 펌핑 장치(14)는 액체 링 지원 펌프(26) - 이 액체 링 지원 펌프는 폐가스 스트림을 당해 액체 링 지원 펌프(26)로 운반하기 위해 건식 펌프(들)(22)의 배출구(24)에 연결된 제 1 입구(28)를 구비함 - 를 포함한다. 초기 검사 시에는 추가 펌프(액체 링 지원 펌프(26))를 추가하게 되면 본 장치에서 아기압으로 배출시키는 건식 펌프(22)와 관련된 임의의 전력 절감의 이점이 무효로 된다고 생각할 수 있지만, 상기 지원 펌프는 많은 추가적인 이점들을 제공한다.
본 장치에서, 상기 지원 펌프는 종래의 건식 펌프(22)와 저감 장치 사이에 개재되는 액체 링 펌프이다. 액체 링 펌프(26)는 배출 가스 스트림을 저감 장치 내로 유입되기 전에 사전 조절하고, 또한 그 가스 스트림을 대기압으로 압축한다.
그러나, 임의의 상당한 양의 수분을 함유하지 않는 건식 펌프와 달리, 액체 링 펌프는 배출 가스와 상호 작용하는 액체 링을 사용 시에 형성하기 위한 서비스 액체를, 전형적으로는 물을, 함유한다. 따라서, 액체 링 펌프는 펌프의 서비스 액체 내에서의 배출 가스의 반응 또는 용해성에 의해 생성된 부식성 생성물에 대한 저항력이 있는 하나의 이상의 재료로 구성된다. 예를 들어, 배출 가스가 불소를 함유하고 서비스 액체가 물인 경우, 부식성 생성물은 불화수소산을 포함한다. 적절한 액체 링 펌프가 본 출원인의 동시 계류 중인 영국 특허 출원 GB1512897.8호에 개시되어 있다.
위에서 나타낸 바와 같이, 액체 링 펌프는 저감 장치의 신뢰성 및 성능을 향상시키기 위한 사전 조절 단계를 제공한다. 이와 관련하여, 액체 링 펌프는 가스 스트림으로부터 상당한 양의 분말 및 기타 미립자를 제거하여, 저감 장치의 막힘 빈도수를 줄인다. 게다가, 배출 가스는 액체 링 펌프의 서비스 액체와 반응하거나 그 서비스 액체에 용해될 수 있어서, 저감 장치에 대한 부하를 감소시킨다. 또한, 액체 링 펌프는 전력 요구량을 크게 증가시킴이 없이 건식 펌프(22)의 하류에 배치될 수 있다는 것도 주지해야 한다.
처리 챔버(10) 내에서 수행되는 증착 단계 또는 세정 단계의 여하에 따라, 액체 링 펌프(26)로 유입되는 폐가스 스트림은 반도체 디바이스 제조 시에 전구체로서 사용되는 하나 이상의 실리콘 함유 또는 할로겐 함유 가스를 함유할 수 있다. 이러한 가스의 예에는 불화수소, 사염화탄소, 트리플루오로메탄, 실란, 디실란, 디클로로실란, 트리클로로실란, 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 옥타메틸 사이클로테트라실록산(OMCTS)과 같은 실록산, 및 유기 실란이 포함된다. 예를 들어, 실란은 전형적으로 화학 기상 증착(CVD) 공정에서 폴리실리콘 또는 이산화규소 층의 증착에 처리 가스로서 사용된다. 세정 단계에서 사용되는 불소 또는 염소를 함유하는 가스는 또한 불소 분자 또는 염소 분자를 동반할 수도 있다.
액체 링 펌프(26)의 배출구(30)는 분리기(34)의 입구(32)에 연결된다. 분리기(34)는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 액체 링 펌프(26)로부터 가스 스트림과 함께 배출된 서비스 액체를 분리한다. 분리기는 부식성 생성물을 함유하는 서비스 액체를 폐기 처분을 위해 배출시킬 수 있는 배출구(36) 및 가스 스트림이 통과할 수 있으며 저감 장치(40)에 연결되는 배출구(38)를 포함한다.
저감 장치(40)는 연소 장치 및/또는 습식 세정기를 포함할 수 있다. 연소 장치는 배출 가스 스트림의 바람직하지 않은 성분들을 분해하기 위해 화염 또는 플라즈마 토치를 포함할 수 있다. 습식 세정기는 패킹된 타워 물 세정기와, 세정액으로 관개되며 배출 가스 스트림이 통과되는 패킹 재료로 채워진 칼럼을 포함하는 장치를 포함할 수 있다. 배출 가스 스트림은 세정액과 반응하거나 세정액에 용해될 수 있다.
도 2를 참조하면, 폐가스 스트림은 입구(28)를 통해 액체 링 펌프(26)(여기서, LRP(26)라 칭함)로 유입된다. 제 2 입구(44)는 액체 링 펌프(26) 내에 액체 링(48)이 형성되도록 서비스 액체를 액체 공급원으로부터 운반한다. 이 실시예에서, 서비스 액체는 물이지만, 임의의 다른 수용액도 펌핑되는 배출 가스와 반응성이거나 펌핑되는 배출 가스에 적합한 용매이기만 하다면 사용될 수 있다.
액체 링 펌프(26)는 회전자 축(58)이 하우징(56)의 중심축(60)에 편심되도록 환형 하우징(56) 내에 회전 가능하게 장착된 회전자(54)를 포함한다. 회전자(54)는 이로부터 반경 방향 외측으로 연장되고 회전자(54) 둘레에 동등한 간격으로 배치된 블레이드(62)들을 구비한다(블레이드들이 비등간격으로 배치된 액체 링 펌프도 공지되어 있다). 회전자(54) 회전 시에, 블레이드(62)가 서비스 액체와 맞물려서 그 서비스 액체를 하우징(56) 내부에서 환형 링(48)으로 형성한다.
이것은, 인접한 회전자 블레이드(62)들 사이에 위치한 압축 영역에 존재하는 가스가 액체 링 펌프(26)의 입구 측에서는 회전자 허브로부터 반경 방향 외측으로 이동하는 반면에 상기 펌프의 출구 측에서는 반경 방향 내측으로 회전자 허브를 향해서 이동한다는 것을 의미한다. 이는 펌프를 통과하는 가스에 피스톤 방식의 펌핑 작용이 일어나게 한다.
제 1 입구(28)를 통해 액체 링 펌프(26)로 유입되는 폐가스 스트림은 인접한 블레이드(62)들 사이의 공간(63) 안으로 끌어 당겨진다. 가스 스트림은 피스톤 방식 펌핑 작용에 의해 압축되어 배출구(30)를 통해 배출된다. 액체 링 펌프(26)로부터 배출된 가스 스트림은 처리된 가스를 지배적으로 포함하지만, 액체 링(48)으로부터 나온 일부 서비스 액체도 또한 포함한다. 서비스 액체는 가스 스트림 처리에 의해 생성된 부식성 생성물로 오염되어, 시간이 지남에 따라, 가스 처리에 덜 효과적이게 되거나 부식성이 지나치게 된다. 따라서 액체 링 펌프(26) 내의 서비스 액체를 주기적으로 제거하고 다시 채울 필요가 있다. 서비스 액체를 다시 채우는 속도는 다수의 요인, 예를 들어 배출 가스 스트림의 서비스 액체와의 반응도 또는 용해도 및 서비스 액체의 원하는 온도에 좌우된다. 사용 시에, 액체 링 펌프(26) 내의 서비스 액체의 온도는 시간이 지남에 따라 증가할 것이므로, 서비스 액체의 원하는 온도는 신선한 냉각액이 펌프로 도입되는 속도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 펌프로부터 배출구(96)를 거쳐 배출된 액체는 이어서 부식성 생성물을 제거하기 위해 처리되어, 재사용되거나 단순히 폐기 처분될 수 있다.
도 3은 도 2의 액체 링 펌프(26)와 분리기(34)로 구성된 한 가지 장치를, 이는 불소를 함유하는 배출 가스 스트림을 예를 들어 사전 조절하는 데 사용될 수 있음, 더 상세하게 도시하고 있다. 이 예에서, 배출 가스 스트림은 초기에 입구(28)를 통해 액체 링 펌프(26)로 유입되고, 여기서 배출 가스 스트림은 액체 링 펌프(26) 내의 링(48) 형태의 고온 서비스 액체와 접촉해서 반응하여 불화수소산을 형성한다. 이제 불화수소산을 함유하는, 잔류 기체 스트림과 서비스 액체의 일부가 펌프 배출구(30)로부터 분리기 탱크(34) 내로 분출되고, 여기서 서비스 액체(62)는 탱크의 바닥으로 떨어져서 배출구(38)를 통해 배출된다. 가스/액체 스트림 내의 가스(64)는 습식 세정기(66) 안으로 상향으로 운반된다. 서비스 액체의 고온으로 인해, 분리기(34)로 통과하는 결과적으로 생긴 불화수소산 용액은 상당한 증기압을 가지고, 그 결과, 분리된 가스 스트림이 상당한 농도의 HF를 함유하게 된다. 습식 세정기(66)에는 세정 처리 수(68)가 공급되고, 그 세정 처리 수는 가스 스트림으로부터 잔류 HF의 대부분을 냉각하고 세정하며, 비교적 산성이 없는 가스 스트림은 저감 장치(40)로 운반될 수 있도록 분리기(34)를 빠져나간다. 농축된 산 폐기물(62)은 분리기로부터 적절한 저장 또는 처리 스트림으로 펌핑될 수 있다. 상기 액체(68)는 습식 세정기를 통과한 후에는 출구(70)를 통해 액체 링 펌프(26)로 운반되어, 액체 링(48)을 생성하는 데 사용된다. 폴리싱 액에 동일한 액체를 사용하고 이어서 액체 링 펌프를 사용하면, 물 소비가 절감되고, 액체 링 펌프(26)에서의 배출 가스 스트림의 처리 효과가 현저하게 감소되지 않는다. 이와 관련하여 또한 주지할 점은, 도 2에 도시된 바와 같이, 배출 가스 스트림과 반응하는 데 이용 가능한 액체의 표면적을 증가시키는 발포 영역(130)이 펌프 내에 발생된다는 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 배치의 변형 예를 도시하고 있다. 도 3에서, 2 개의 액체 링 펌프(26, 26')가 건식 펌프로부터 배출 가스를 펌핑하기 위해 연결되고, 이에 의해 가스 스트림의 처리 효율이 증가하고, 또한 선택적으로는 이용 가능한 압축비도 증가한다. 도 3에 도시된 유사한 특징부들에 유사한 도면 부호가 부여된다. 도시된 바와 같은 배출 가스 스트림은 입구(28)를 통해서 제 1 액체 링 펌프(26)로 운반되어, 펌프 내의 서비스 액체에 의해 처리된다. 가스와 액체가 제 1 펌프의 출구(30)를 통해 배출되어 제 2 액체 링 펌프(26')의 입구로 운반되고, 여기서 펌프 내의 서비스 액체에 의해 다시 처리된다. 가스와 액체가 제 2 펌프의 출구(30')를 통해 분리기(34)로 배출된다. 신선한 액체(68)가 습식 세정기(66)를 통과하여 출구(70)를 통해 배출된다. 배출된 출구 액체는 배출 가스 스트림을 처리하기 위해 제 1 및 제 2 액체 링 펌프(26, 26')의 입구(44, 44')로 운반된다. 대안적인 장치에서, 새로운 서비스 액체가 액체 링 펌프(26, 26')들 중 하나 또는 둘 다의 입구(44, 44')를 통해 도입될 수 있다. 도시된 바와 같이, 2 개의 액체 링 펌프(26, 26')가 직렬로 배치되지만, 대안적인 장치에서, 이들은 건식 펌프(22)로부터 나온 배출 가스 스트림을 처리하기 위해 병렬로 배치될 수 있다.
도 3 또는 도 4에 도시된 장치 중 어느 것의 추가적인 정교화 예에서, 도 5의 위어 부분(72)이 건식 펌프(22)와 도 3에 도시된 액체 링 펌프(26) 또는 도 4에 도시된 제 1 액체 링 펌프(26) 사이에 개재된다. 도 3 및 도 4에 도시된 유사한 특징부들에 유사한 도면 부호가 부여된다. 위어 부분(72)에는 분리기(34)의 출구(70)로부터 고온 서비스 액체(74)가 공급된다. 입구 파이프의 내측의 고온 서비스 액체(74)의 하강 벽 또는 커튼은 배출 가스 스트림이 서비스 액체와 혼합되도록 하는 상당히 긴 접촉 영역을 제공하고, 이에 따라 액체 링 펌프 세정기의 효율이 향상된다. 또한, 물 위어는 가스 흐름으로부터 미립자를 제거하여, 액체 링 펌프(26)의 입구가 막힐 가능성을 방지하거나 감소시킬 수 있다.
불소는 일반적으로 사용되는 처리 가스이다. 일반적으로, 비교적 낮은 습식 세정 온도(예컨대, 실온 부근)에서는 이불화산소(OF2)가 발생할 수 있기 때문에, 불소의 습식 세정은 비교적 높은 온도에서 일어나야 한다. 이불화산소는 불소보다 훨씬 더 독성이 높다. 따라서, 불소를 위한 습식 세정기에서 사용되는 액체는 OF2보다는 불화수소산(HF)의 형성을 촉진하기 위해 바람직하게는 60℃보다 높은 온도로 가열되어야 한다. 이전에는 습식 세정기는 산성화된 재순환 액체를 가열할 필요가 없도록 하기 위해 고 유량의 물을 사용하였거나, 그로 인해 폐기물 양은 상당히 많아졌음(그리고 OF2의 농도는 더 낮아졌음), 혹은 값비싼 화학 물질 투여 시스템을 사용했다.
본 장치에서, 액체 링 펌프(26)는 사용 중에 가스 스트림의 압축으로 인해 열을 발생시키고, 이에 의해 서비스 액체를 가열한다. 펌프의 펌핑 효율은 서비스 액체의 증기압에 의해 결정되며 증기압은 서비스 액체의 온도가 상승함에 따라 증가하므로, 액체 링 펌프에서는 비교적 많은 양의 신선하고 차가운 서비스 액체를 펌프로 공급해서 증기압이 비교적 낮게 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 본 장치에서, 액체 링 펌프가 불소를 세정하는 데 사용될 때, 펌프로 공급되는 서비스 액체의 양은 서비스 액체의 온도를 정상 작동 온도 이상으로 증가시킬 수 있도록 의도적으로 제한된다. 이렇게 증가된 온도는 입구에서의 입구 압력의 증가로 인해 바람직하지 않게 보이겠지만, 이 시스템의 액체 링 펌프는 주로 가스를 세정하는 데 사용되며 펌핑을 위해서는 줄어든 범위로 사용된다. 따라서, 서비스 액체의 가열로 인한 펌핑 효율의 어떤 감소보다는 펌프의 개선된 세정 능력이 더 가치가 있다. 또한, 액체 링 펌프(26)의 입구에 존재하는 물 위어가 국부적인 입구 압력을 부분적으로 감소시킬 것이다.
도 1에 도시되고 위에서 설명한 바와 같이, 액체 링 펌핑 기구(26)는 액체 링 펌프(26)를 빠져나가는 잔류 가스 스트림으로부터 서비스 액체를 분리하는 분리기(34)로 배출된다. 후속하여 가스가 저감 장치 또는 장치(40)로 운반된다. 전술한 바와 같이, 분리기(34)는 액체 링 펌핑 기구에 의해 세정된 세정 가스를 계속 습윤시키는 습식 세정 기능을 부가적으로 구비할 수 있다.
처리 챔버로부터 가연성 가스를 펌핑할 때, 예를 들어 회전자가 오정렬되어 서로 접촉하는 경우에는, 금속 간 접촉에 의해 발생된 스파크에 의해 가스가 건식 펌핑 기구(22) 내에서 발화될 수 있다. 건식 펌프(22)의 낮은 압력 상류로 인해, 화염이 상류로 이동하거나 전파되는 경향은 없지만, 대신에 발화 지점의 하류로는 이동하게 된다. 하류의 액체 링 펌프가 화염을 소화시키는 것을 고려할 수 있지만, 화염은 액체 링 펌프의 하류를 통과하여 계속될 수 있다는 사실을 알았다. 반면에, 액체 링 펌핑 기구는 화염을 포함하는 가스 스트림을 펌핑할 수 있지만, 분리기(34)는 그럴 수 없어서 발화하여 많은 손상을 일으킬 수 있다. 분리기(34)가 제공되지 않고 대신에 습식 세정기만이 액체 링의 하류에 배치되는 경우, 습식 세정기도 또한 일반적으로는 화염을 포함하는 가스 스트림을 처리할 수 없기 때문에 유사한 문제가 있을 수 있다.
도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 수력식 화염 방지기(hydraulic flame arrester) 또는 화염 트랩(190)이 화염 통과를 저지하기 위해 액체 링 펌핑 기구(22)의 하류에 마련된다. 화염 방지기의 입구(192)는 액체 링 펌프(26)의 출구(30)에 연결되는 반면, 화염 방지기의 출구(194)는 분리기의 입구(32)에 연결된다. 도시된 바와 같은 화염 방지기(190)는 물(196) 또는 다른 적절한 액체를 담는 대체로 U자형인 통로로 형성된다. 가스 스트림은 입구(192)를 통해 운반되고, 가스 스트림 내의 어떤 화염도 액체(196)를 통과함으로써 소화된다. 따라서, 출구(194)를 통해 배출된 가스에는 실질적으로 화염이 없다. 화염 방지기(190)를 통과하는 가스 스트림의 작용에 의해 입구(192)와 출구(194) 사이의 액위에 있어서 도시된 바와 같은 차이가 야기된다.
화염 방지기(190)를 사용하는 동안, 액체(196)는 가스 스트림과의 접촉에 의해 가열되게 된다. 게다가, 액체(196)는 부식성 용액, 예를 들어 산성 용액을 발생시키는 가스 유동의 성분과 반응하거나 그 성분을 용해시킬 수 있다. 따라서, 최적의 작동 성능을 달성하기 위해 액체(196)의 상태를 관리하는 것이 필요하다. 이와 관련하여, 액체(196)를 통과하는 가스 경로는 체류 시간(가스 스트림이 액체(196)와 접촉하는 시간)을 충분하게 하되, 어떤 화염도 소화될 수 있게 가스 스트림을 충분히 냉각시킬 수 있도록 충분하게 한다. 화염을 습식 세정기의 메인 챔버로 들어가기 전에 소화시켜서, 챔버 내부에 포함된 혼합 가스가 발화하여 폭발이 일어날 가능성을 방지하는 것이 중요하다. 이를 보장하기 위해 고려되어야 할 몇몇 작동 매개 변수는 화염 방지기의 경로 길이, 체류 시간, 및 화염 방지기에서 발생된 가스 거품의 크기이다.
화염 방지기를 관통해서 이동해가는 가스의 기포 크기를 제어하기 위해 확산기가 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 사용될 수 있다. 도 7에서, 화염 방지기는 액체(196)용 용기(206)와, 입구(192)를 통해 화염 방지기로 유입되는 가스 스트림으로부터 작은 기포(208)를 발생시키는 확산기(210)를 포함한다. 작은 기포는 더 큰 표면적 대 부피 비율을 가지므로, 화염 방지기를 통과하는 가스가 더 많이 액체(196)와 접촉하여, 화염이 습식 세정기/분리기 쪽의 하류로 운반될 가능성을 줄인다.
도 8에서, 화염 방지기(190)는 액체(196)용인 대체로 U자형 파이프(212)와, 입구(192)를 통해 화염 방지기로 유입되는 가스 스트림으로부터 작은 기포(208)를 발생시키는 확산기(214)를 포함한다.
또한, 액체(196)의 온도는, 화염 방지기로부터 배출된 가스 스트림이 화염 방지기의 하류의 분리기 또는 습식 세정기의 작동 요건을 달성할 수 있도록 하기에 충분한 온도에 여전히 있게 하는 정도여야 한다. 이 경우, 최적 온도는 화염을 소화시키기에 충분히 낮으며 분리기/습식 세정기에서의 용해도 요건을 충족시키기에 충분히 높은 온도일 것이다. 작동 온도 범위(영역)는 표적으로 삼은 각 전구체 또는 공정 부산물에 대해서 결정될 필요가 있다.
화염 방지기(190) 내의 액체(196)의 상태는 화염 방지기와 액체 연결되는 액체 제어기 또는 액체 관리 시스템(198)에 의해 제어될 수 있다. 액체(196)는 액체 제어기에서 예를 들어 산성 함량이 감소되게 그리고/또는 온도가 제어되게 재조절되어, 화염 방지기로 다시 재순환될 수 있다. 액체(196)는 폐기물 처분 유닛 및 액체 공급원으로부터 공급된 신선한 액체로 배출될 수 있다.
액체 제어기(198)는 추가적으로 액체 링 펌핑 기구(26) 및/또는 분리기(34) 및/또는 하류의 습식 세정기(도시되지 않음)와 액체 연통될 수 있다. 이들 각각의 유닛으로부터 나오는 액체는 서로 격리될 수 있거나, 대안적으로는, 하나의 유닛으로부터 나온 액체가 하나 이상의 다른 유닛에 공통일 수 있다. 예를 들어, 분리기로부터 나올 액체가 먼저 분리기로 넘겨지고, 이어서 화염 방지기로, 그리고 이에 이어 액체 링 펌프로 넘겨지는 것이 유리할 수 있다. 상기 유닛들 각각의 액체 온도는 열교환기로 조절할 수 있다.
도 3에 더 상세히 도시된 바와 같이, 분리기(34)가 통합형 습식 세정기를 포함하지 않는 경우, 이 분리기는 (습식 세정기와 달리) 화염 함유 가스 스트림에 대해 저항력을 갖도록 구성될 수 있기 때문에, 화염 방지기(190)는 분리기의 하류에 배치될 수 있다.
수력식 화염 안정기(190)는 장치에, 액체 링 펌프의 통합 부분으로서, 습식 세정기/배출 분리기의 통합 부분으로서, 조합된 액체 링 펌프와 습식 세정기의 통합 부분으로서, 또는 시스템 내의 별도의 구성요소로서, 통합될 수 있다.
화염 방지기에는 필요한 기능을 수행할 수 있도록 충분한 액체가 유지되어 있어야 한다. 액체의 부피는 증발의 영향으로 인해서, 그리고 잠재적으로는, 챔버가 펌프다운(pump down)되는 동안에 트랩 밖으로 취출되는 결과로 인해서, 혹은 가스 유동이 많은 임의의 다른 경우로 인해서, 시간이 지남에 따라 감소하는 것을 예상할 수 있다. 펌핑 시스템의 배출을 우회 라인(도시되지 않음)으로 전환시켜서 가스 스트림이 화염 방지기를 선택적으로 우회할 수 있게 함으로써 챔버의 펌프다운 효과가 완화될 수 있지만, 이러한 장치는 우회 라인이 선택되는 동안에 잠재적으로 화염이 발생될 수 있기 때문에 바람직하지 않을 수 있다.
화염 방지기 내의 액체(196)의 양은 파이프의 질량 측정 및 기계식 또는 광학식 측정에 의해 모니터될 수 있다. 액체(196)의 사전에 결정된 액위가 화염 방지기에 설정될 수 있고, 그 아래에서는 시스템은 추가 액체를 화염 방지기로 운반하도록 구성된다.
도 9에 도시된 장치에서, 화염 방지기는 밸런스 튜브(200)에 의해 습식 세정기/분리기(34)에 연결된다. 밸런스 튜브의 위치는 사용 시에 습식 세정기/분리기 내의 최소 작동 액위 아래에 있도록 설정된다. 분리기(34) 내의 액체 섬프(204)가 복귀 라인(202)에 의해 액체 링 펌프(26)에 연결된다. 이렇게 해서, 액체 링 펌프(26)로부터 나오는 일정한 양의 액체가 화염 방지기(190)를 통해서, 이어 분리기(34)의 섬프를 통해서, 다시 액체 링 펌프(26)로 순환하게 된다. 액체 링 펌프(26)로 복귀한 액체는 냉각되어, 분리기(34)의 섬프에서 희석된다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펌핑 장치를 도시한다. 도 10에서, 다단식 건식 펌프의 저 진공 배출 스테이지는 액체 링 스테이지로 대체된다. 예시된 본 장치에서, 펌프(76)는 루츠형(및/또는 노씨(클로)형) 펌핑 스테이지(78)들과 액체 링 펌프 스테이지(80)를 포함한다. 본 명세서에서의 고 진공 펌핑 스테이지라는 용어는 저 진공 액체 링 펌핑 스테이지 또는 스테이지들보다 높은 진공도에 있는 스테이지를 가리킨다.
고 진공 펌핑 스테이지(78)에 있어서, 2 개의 회전자가, 베어링(86)에 의해 지지되고 기어 조립체(90)를 통해 모터(88)에 의해 구동되는 각각의 구동 샤프트(82, 84)에 의해, 회전하도록 지지된다. 펌핑 스테이지들의 각각의 축 방향 단부에 헤드 플레이트(92)가 제공된다.
각각의 루츠형 펌핑 스테이지에 있어서, 2 개의 회전자(94, 96)가 각각의 구동 샤프트(82, 84)에 의해 회전하도록 지지되며, 스테이지의 입구로부터 출구로 가스를 펌핑하기 위해 펌핑 챔버(98) 내에서 함께 작동한다. 도시된 바와 같이, 2 개의 액체 링 펌핑 스테이지(160, 162)가 제공되며 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 액체 링 펌핑 스테이지(80)는 각각의 구동 샤프트(82, 84)에 의해 회전하도록 지지 된 회전자(164, 166)들을 포함한다. 회전자(164, 166)는 가스를 각 스테이지의 입구로부터 출구로 펌핑하기 위해 각각의 펌핑 스테이지(168, 170) 내에서 회전한다. 이와 관련하여, 구동 샤프트(82, 84)는 액체 링 펌핑 스테이지들 중 하나와 적어도 하나의 고진공 스테이지에 공통임이 주지되어야 할 것이다.
다른 장치에서는, 고 진공 펌핑 스테이지의 하류에 하나의 액체 링 펌핑 스테이지가 제공될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 액체 링 펌핑 스테이지 그룹(80)이 병렬 또는 직렬로 제공될 수 있다.
사용 시, 도 10에 화살표로 나타낸 바와 같이, 가스가 입구(172)를 통해 펌프로 유입되어, 고 진공 스테이지(1 내지 4)를 통과한다. 후속해서, 가스는 먼저 액체 링 스테이지(160) 안으로, 이어서 액체 링 스테이지(162) 안을 통과하면서 액체 링 스테이지들에 직렬로 유입된다. 가스는 일반적으로 대기압 부근에서 펌프로부터 펌프 출구(174)를 통해 배출된다.
본 장치는 미립자가 혼입되어 있는 가스 스트림을 펌핑하는 데 특히 적합하다. 이는, 선행 기술의 펌프에 있어서는, 미립자의 쌓임에 의해 야기되는 문제들을 특히 겪기 쉬운 저 진공 스테이지 또는 스테이지들이다. 본 발명에서는, 하류 액체 링 펌핑 스테이지(80)들은 예컨대 물 등의 서비스 액체를 밀봉 유체로서 사용하는데, 이는 펌프 표면들이 깨끗하게 세정되고 빡빡한 반경 방향 간극이 요구되지 않는다는 것을 의미한다. 따라서 큰 크기의 입자가 스테이지를 자유롭게 통과할 수 있다. 이는 이러한 유형의 오염 물질을 처리하는 펌프의 배출 스테이지의 능력을 크게 향상시킨다.
일 실시예에서, 액체 링 펌핑 스테이지 또는 스테이지들은 대기압으로 배출하며, 액체 링 스테이지로의 입구에서 약 100밀리바의 지속 가능한 작동 압력을 달성할 수 있다.
액체 링 펌핑 스테이지의 서비스 액체는 가스 스트림 내의 응축물, 미립자, 또는 기타 퇴적물을 세정한다. 서비스 액체는 그 후 유효성을 유지하기 위해 재순환되고 처리/관리되는데, 이는 특정 공정에서의 하류 가스 흐름 저감 장치의 필요성을 없앨 수 있다.
건식 메커니즘과 습식 메커니즘 사이의 압력 경계는 약 100밀리바(유동 없음)에서 생길 수 있는데, 이는 일부 아기압 저감 장치에서 편리하다. 도 11에 도시된 장치는 도 10에 도시된 장치와 유사한 배치로 되어 있는 진공 펌프를 보이고 있는데, 같은 특징들은 같은 도면 부호로 지시될 것이다.
도 11에서, 중간 출구 및 입구(176, 178)가 고 진공 펌프 스테이지(78)(루츠형 및/또는 클로형 스테이지)와 액체 링 펌핑 스테이지(80) 사이에 포함된다. 출구(176)가 하류 고 진공 펌핑 스테이지(78)를 아기압 저감 장치(184)에 연결하고, 중간 입구(178)가 아기압 저감 장치를 액체 링 펌핑 스테이지(80)에 연결한다. 이렇게 해서, 약 100밀리바의 입구 압력이 아기압 저감을 위해 사용되어, 펌프에서 배출되는 가스를 추가로 저감시킬 필요성을 줄이거나 없앨 수 있다. 예를 들어, 장치(184)에서는 연소형 저감 장치나 혹은 플라즈마형 저감 장치 내의 퍼플루오로알칸의 파괴를 달성할 수 있다. 그 다음, 저감 장치(184)에서 배출된 불화수소 또는 기타 할로겐화 부산물은 액체 링 펌프 스테이지(80) 내의 서비스 액체와의 접촉에 의해 가스 스트림으로부터 제거될 수 있다.
게다가, 도 11에서, 구동 샤프트(180, 182)는 회전할 수 있게 베어링(86)에 의해 외팔보형으로 지지된다. 하나의 액체 링 펌핑 스테이지(80)가 구동 샤프트(182)에 의해 구동된다.
반도체 디바이스 및 태양광 디바이스의 제조에 사용되는 공정은, 전형적으로는, 기판 재료에 요구되는 특징적 기능들을 생성하기 위한 다수의 증착 및 에칭 단계로 구성된다. 증착 단계에 사용되는 툴은 증착(예를 들어, CVD에 의한 증착)에 사용되는 처리 챔버를 예컨대 F2, NF3, SF6, 및 불소 원자 및 이온을 발생시키기 위해 발화된 플라즈마와 같은 "세정 가스"로 채우는 주기적인 세정 단계를 일반적으로 갖는다. 챔버 표면에서 증착물을 세정하는 것은 이러한 불소 원자와 이온이다. 증착에 사용되는 화학 물질, 대체로 실란 또는 규소 함유 화합물은, 혼합 시 자발적으로 발화하거나 폭발할 수 있다는 점에서, 앞에서 언급한 "세정 가스"와는 일반적으로 불친화성이다. 이러한 불친화성으로 인해, 그러한 화학 물질들이 툴 배출 스트림 내에 혼합되는 것을 방지하기 위한 안전 수단이 사용되며, 그러한 화학 물질들을 제거하기 위해 사용되는 저감 기술은 증착 가스 및 세정 가스 둘 다를 파괴할 수 있어야 한다.
도 12에 도시된 장치에서, 이 장치는, 배출 가스 스트림이 제 1 공정 단계(에칭 단계일 수 있음) 동안에는 액체 링 펌핑 기구를 통과하지 않고 선택적으로 저감 장치의 연소기로 운반될 수 있고 제 2 공정 단계(세정 단계일 수 있음) 동안에는 액체 링 펌프를 통해 연소기로 운반될 수 있도록 구성된다. 더 상세하게는, 처리 챔버(12)는 건식 펌프(22)에 의해 펌핑되어, 가스를 출구(24)를 통해 배출한다. 출구(24)는 삼방 밸브(222)에 연결되는데, 이 밸브는 가스 스트림을 증착 단계 동안에는, 실란 또는 규소 함유 화합물을 연소시키기 위한 연소기(40) 쪽으로 흐름을 돌리거나, 또는 세정 단계 동안에는, 불소 함유 가스를 세정하기 위한 액체 링 펌프(26) 쪽으로 흐름을 돌린다.
증착 단계 동안, 연소기(40)는 폐가스를 연소시켜서 배출 가스 스트림을 처리한다. 그 다음, 처리된 가스 스트림은 연소기를 빠져나와 일반 공장/제조 설비의 덕트(224)로 들어간다. 매 증착 단계 사이에서 액체 링 펌프(26)를 연속적으로 시작 및 정지시키는 것은 효율적이지 않다. 따라서, 증착 단계 동안, 액체 링 펌프는 여전히 연속적인 세정 수 스트림(226)을 공급 받는데, 이 세정 수 스트림은 삼방 밸브(228)를 거쳐 연소기(40) 안으로 들어간다. 바람직하게는, 저감 장치(40)의 액체 입구가 서비스 액체를 액체 링 펌프(26)로부터 저감 장치(40)의 배출 측으로 운반하고 이 때 상기 저감 장치로부터 배출된 가스 스트림은 서비스 액체를 증발시키기에 충분하며 저감 장치(40)로부터 배출된 가스로부터 열을 제거하기에 충분한 잔류 열을 갖는 것이 좋다.
세정 단계 동안에는, 챔버(12)로부터 나온 배출 가스 스트림은 삼방 밸브(222)에 의해 액체 링 펌프(26)로 보내져서 그 곳에서 세정 수에 의해 세정/처리된다. 그 다음 산성 폐 스트림이 삼방 밸브(228)에 의해 격납 용기(230)로 보내진다.
도시된 바와 같이, 세정 단계 저감 공정 동안 액체 링 펌프(26)로부터 배출된 가스는 모두 설비의 덕트(224)로 운반된다. 대안적으로, 액체 링 펌프(26)로부터 배출된 가스는 폐기 처분 전에 연소시킬 필요가 있을 수 있다. 따라서, 액체 링 펌프(26)는 세정 가스가 제거/처리된 후 공정 툴로부터 나오는 배출 가스를 줄이기 위해 연소기와 직렬로 연결될 수 있다.
도 12에서, 별도의 습식 세정기 유닛(액체 링 펌프(26))과 연소기(40)가 세정 가스 및 증착 가스를 각각 줄이는 데 사용된다. 프로세스 챔버에서 세정 가스 및 증착 가스 둘 다를 줄이는 데 단지 하나의 저감 유닛이 사용된 경우, 액체 폐기물의 체적은 위에서 설명한 바와 같은 별도의 최적화된 저감 시스템으로 달성할 수 있는 것보다 상당히 더 많다. 따라서, 본 발명의 연소형 장치는 부식성 물질에 의한 공격을 덜 받게 된다. 본 발명의 습식 세정 시스템은 고온의 연소를 발생시키지 않거나 또는 견딜 필요가 없을 것이고, 그래서 내식성 폴리머 및 기타 재료로 쉽게 제조될 있고, 따라서 훨씬 더 높은 농도의 산이 발생될 수 있게 한다.
액체 폐기물의 체적 감소를 향상시키기 위해, 세정 가스가 흐르지 않을 때에 습식 세정기로부터 나오는 폐수 스트림을 연소기의 배기로부터 나오는 잔류 열이 증발시킨다. 이러한 방식으로, 산성의 깨끗하지 않은 물만이 산 배출 또는 격납 설비로 펌핑되므로, 격납 또는 처리를 필요로 하는 액체의 체적이 적어진다.
액체 링 펌프(26)는 부식성 배출 가스 스트림의 처리를 염두에 두고 최적화되었다. 이와 관련하여, 도 1 내지 도 9와 도 12의 액체 링 펌프(26)는 또한, 샤프트가 대체로 수직으로 연장되는 상태에서, 수직 배치 방향으로 설치되게 구성된다. 종래의 액체 링 펌프는 전통적으로 수평으로 장착되어 왔음은 주지이다. 펌프를 수직으로 장착하면 펌프 입구(28)가 회전축에 평행하게 되며, 수직이게 된다. 따라서, 미립자가 실린 가스 스트림이 펌핑 챔버(90) 내로 중단되지 않은 경로를 가지므로, 막힘의 가능성이 최소화된다. 추가적으로 막힐 가망성은 입구 경로를 플러싱하기 위해 액체 링으로부터 가압 하에 바로 운반되는 서비스 액체가 공급되는 특수 설계된 입구 시스템을 사용하여 줄일 수 있다. 예를 들면, 도 5의 위어 장치에 대해 설명한 바와 같다. 액체 링 펌프의 수직 장착은 또한 그가 차지하는 면적(footprint)도 상당히 감소시킨다.
장치의 또 다른 변형 예를 도 2를 참조하면서 도 14에서 보이고 있다. 액체 링 펌프(26)는 가스 입구 및 출구(28, 30)와, 액체 입구 및 출구(44, 96)를 구비한다. 액체 링 펌프(26)는, 제어 밸브(230)가 개방될 때 서비스 액체가 펌프로부터 배출되고 그에 의해 액체 링(48)(도 2 참조)이 붕괴될 수 있도록, 펌핑 챔버(56)와 액체 연통하는 배출구(300)를 추가로 포함한다. 시스템 내에 가스를 유지시키기 위해, 배출구(300)는 액체를 기액 분리기(34)로 배출한다.
액체 링 펌프(26)의 계획된 작동 중지 동안, 액체 링 배출구(300)가 개방되고, 약 5초 내지 15초 후에(이는 서비스 액체가 배출되고 액체 링이 붕괴되는 데 필요한 시간에 좌우됨)에는 펌프 모터(도시되지 않음)로의 전력 공급이 중단된다. 서비스 액체가 펌프로부터 배출되어 액체 링이 붕괴됨에 따라, 액체 링 펌프의 펌핑 속도가 꾸준히 떨어지고, 이에 의해 입구(28)의 전방 라인 상류의 진공이 감소한다. 따라서, 액체 링 펌프(26)의 펌프 모터가 정지된 때, 펌프로부터 나온 서비스 액체는, 전방 라인과 현재 더 높은 압력에 있는 펌핑 챔버(56) 사이의 압력 차에 기인하여, 전방 라인을 따라 뒤로 빨려가지 않는다.
액체를 펌프(26)로부터 분리기(34)로 운반하는 도관과 배출구(300)의 컨덕턴스(conductance)는 전방 라인 내의 진공이 비교적 빨리 파괴되어 펌프가 정지될 수 있도록 액체가 펌프로부터 충분히 빠르게 배출될 수 있게 선택된다. 위에서 나타낸 바와 같이, 상기 컨덕턴스는 밸브(230)가 개방된 후 약 5초 내지 15초 동안은 모터로 보내지는 전력이 차단될 수 있도록 선택되는 것이 바람직하다.
도 14에 도시된 장치는 서비스 액체를 펌프로부터 신속하게 배출함으로써 서비스 액체에 존재하는 부식성 생성물에 의한 펌프의 임의의 잠재적인 부식이 감소되는 부가적인 이점을 갖는다.

Claims (35)

  1. 처리 챔버로부터 배출된 부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치에 있어서,
    처리 챔버로부터 부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 건식 펌핑 장치;
    액체 링 펌프로서, 상기 건식 펌프로부터 상기 부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기시키기 위해 배치되며, 그리고 상기 부식성 유체를 당해 액체 링 펌프의 서비스 액체에 용해시킴으로써 상기 가스 스트림 중의 부식성 유체 함량을 적어도 부분적으로 감소시키기 위해 배치된, 액체 링 펌프;
    상기 액체 링 펌프로부터 배출되는, 서비스 액체와 잔류 가스 스트림의 혼합물로부터, 잔류 가스 스트림을 분리하기 위한 분리기; 및
    상기 분리기로부터 배출되는 분리된 잔류 가스 스트림을 처리하기 위한 저감 장치를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리기가 상기 액체 링 펌프로부터 잔류 가스 스트림과 함께 배출된 서비스 액체를 수집하기 위한 섬프를 포함하고, 상기 섬프는 부식성 생성물을 함유하는 서비스 액체를 폐기물 처분 유닛으로 배출하기 위한 배출 포트에 연결된,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분리기가 당해 분리기 내의 서비스 액체로부터 분리된 잔류 가스 스트림을 당해 분리기로부터 배출되기 전에 세정하기 위한 습식 세정기를 추가로 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 습식 세정기는, 서비스 액체를 당해 습식 세정기로 운반하기 위한 액체 입구와, 서비스 액체를 당해 습식 세정기로부터 상기 액체 링 펌프의 액체 입구로 운반하기 위한 액체 출구를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 습식 세정기의 서비스 액체 입구는 새로운 서비스 액체 공급원에 연결되고, 상기 습식 세정기의 액체 출구는 상기 액체 링 펌프의 서비스 액체 입구에 연결되며, 상기 액체 링 펌프의 서비스 액체 출구는 부식성 생성물을 함유하는 서비스 액체를 처분하기 위한 폐기물 처분 유닛에 연결된,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 액체 링 펌프의 상류의 위어 부분을 포함하고, 상기 위어 부분을 통해서 서비스 액체가 상기 건식 펌프의 배출구로부터 상기 액체 링 펌프로 운반되는 가스 스트림과 접촉할 수 있는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 위어 부분의 액체 입구는, 서비스 액체가 위어 부분 내의 가스와 접촉할 수 있도록 습식 세정기로부터 운반될 수 있게, 습식 세정기의 액체 출구에 연결된,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    사용 시, 상기 액체 링 펌프 내에 형성된 액체 링은 그 액체 링의 원주 주위의 압력차를 가지며, 상기 액체 링 펌프는, 서비스 액체가 상기 위어 부분 내의 가스와 접촉하도록 상기 액체 링 펌프로부터 위어로 운반되게, 액체 링의 충분히 높은 압력 영역에서 상기 위어 부분의 입구에 연결된 액체 출구를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건식 펌프와 상기 저감 장치 사이에 직렬 또는 병렬로 배열된 적어도 2 개의 액체 링 펌프를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액체 링 펌프 내의 서비스 액체의 온도를 제어하기 위해 액체 링 펌프 내로 들어가는 서비스 액체의 유동을 조절하는 서비스 액체 조절기를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 조절기는 상기 액체 링 펌프 내로 들어가는 서비스 액체의 유동을 제한하되, 사용 시에 상기 서비스 액체의 온도가 상기 처리 챔버로부터 배출되는 가스 유동의 성분에 따라 선택된 적어도 사전에 결정된 한계치까지 증가하도록 제한하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 조절기는 상기 액체 링 펌프로 들어가는 수성 서비스 액체의 유동을 제한하되, 사용 시에, 상기 처리 챔버로부터 배출되는 가스 스트림에 함유된 불소가 상기 서비스 액체와의 접촉 시에 상당한 양의 이불화산소를 발생시키지 않도록 상기 서비스 액체의 온도를 적어도 60℃까지 증가하게 제한하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 링 펌프로부터 상기 분리기로 화염이 통과하는 것을 저지하기 위한 것으로서 상기 액체 링 펌프와 상기 분리기 사이에 배치된 화염 방지기를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 화염 방지기는 서비스 액체를 담고 있도록 한 형상으로 형성되고, 상기 잔류 가스 스트림이 상기 액체 링 펌프의 하류로 운반될 때 통과를 제한하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 화염 방지기는 당해 화염 방지기를 통과하는 가스 기포의 표면적 대 부피 비를 증가시켜 상기 액체 링 펌프의 하류에서의 화염 통과를 감소시키는 확산기를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 화염 방지기는, 그 내부의 액위를 감지하고 액위가 사전에 결정된 액위보다 낮으면 신호를 발생시키도록 구성된 액위 센서를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    화염 방지기 안으로 들어오는 액체를 신선한 액체 공급원으로부터 화염 방지기로 운반하고, 가열된 액체 또는 부식성 생성물을 함유하는 액체를 화염 방지기로부터 폐기물 처분 유닛으로 운반함으로써, 상기 화염 방지기 내의 액체의 산도 및/또는 온도를 제어하도록 구성된 액체 제어기를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  18. 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화염 방지기는, 상기 액체 링 펌프, 상기 분리기, 및/또는 상기 액체 링 펌프의 상류의 물 위어 중 하나로부터의 액체 출구로부터 서비스 액체를 받도록 배치된 액체 입구를 구비하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    분리기 탱크의 섬프와 화염 방지기 사이의 액체 연통을 허용하도록 연결된 것으로서, 액체가 상기 섬프로부터 상기 화염 방지기로 통과함으로써 화염 방지기 내의 액위가 사전에 결정된 액위 아래로 떨어지는 것을 방지할 수 있도록 한, 밸런스 튜브를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건식 펌핑 장치는 구동 샤프트에 의해 고정자에 대해 회전하도록 지지된 회전자를 구비한 적어도 하나의 건식 펌핑 스테이지를 포함하고, 상기 액체 링 펌프는 상기 구동 샤프트에 의해 고정자 내에서 회전하도록 지지된 회전자를 포함하는 액체 링 펌핑 스테이지를 포함하며, 상기 적어도 하나의 건식 펌핑 스테이지의 출구는 상기 액체 링 펌핑 스테이지의 입구에 연결된,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 건식 펌핑 스테이지는 각각의 구동 샤프트에 의해 고정자 내에서 회전하도록 지지되는 2 개의 협동하는 회전자를 포함하고, 상기 액체 링 펌프는 상기 구동 샤프트들 중 제 1 구동 샤프트에 의해 제 1 고정자 내에서 회전하도록 지지된 제 1 회전자를 포함하는 제 1 액체 링 펌핑 스테이지와, 상기 구동 샤프트들 중 제 2 구동 샤프트에 의해 제 2 고정자 내에서 회전하도록 지지된 제 2 회전자를 포함하는 제 2 액체 링 펌핑 스테이지를 포함하며, 상기 적어도 하나의 건식 펌핑 스테이지는 가스를 상기 적어도 하나의 건식 펌핑 스테이지로부터 상기 액체 링 펌프로 펌핑하기 위해 상기 액체 링 펌프의 입구에 연결된 출구를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 액체 링 펌핑 스테이지는 상기 적어도 하나의 건식 펌핑 스테이지의 출구에 연결된 입구와, 가스를 상기 적어도 하나의 건식 펌핑 스테이지, 상기 제 1 액체 링 펌핑 스테이지, 및 상기 제 2 액체 링 펌핑 스테이지를 통해 직렬로 펌핑하기 위해 상기 제 2 액체 링 펌핑 스테이지의 입구에 연결된 출구를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 건식 펌핑 스테이지의 출구는, 가스가 상기 적어도 하나의 건식 펌핑 스테이지로부터 상기 제 1 및 제 2 액체 링 펌핑 스테이지에 병렬로 펌핑될 수 있도록 상기 제 1 및 제 2 액체 링 펌핑 스테이지의 각각의 입구에 연결된,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  24. 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 건식 펌핑 스테이지 및 상기 액체 링 펌프를 수용하는 펌프 하우징을 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  25. 제 20 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 건식 펌핑 스테이지의 출구는 아기압 저감 장치(sub-atmospheric abatement apparatus)의 입구에 연결되고, 상기 아기압 저감 장치의 출구는 상기 액체 링 펌프의 입구에 연결되어, 가스가 먼저 상기 적어도 하나의 건식 펌핑 스테이지를 통해 펌핑되고 이어서 아기압 저감 장치에서 처리된 다음에 액체 링 펌프에 의해 펌핑될 수 있도록 한,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    배출 가스 스트림이 제 1 단계 동안에 처리 챔버로부터 배출될 때에는 상기 액체 링 펌프를 통과하지 않고 상기 건식 펌핑 장치로부터 저감 장치의 연소기로 선택적으로 운반될 수 있도록 구성되고, 그리고 배출 가스 스트림이 제 2 처리 단계 동안에 처리 챔버로부터 배출될 때에는 상기 액체 링 펌프를 통해 상기 연소기로 운반되도록 구성된,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 단계는 증착 처리 단계이고, 상기 제 2 단계는 처리 챔버 세정 처리 단계인,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 증착 단계 동안 상기 처리 챔버로부터 나오는 배출 가스 스트림이 실리콘 또는 실란을 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  29. 제 27 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 챔버 세정 단계 동안 상기 처리 챔버로부터 나오는 배출 가스 스트림이 불소 원자 또는 이온을 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  30. 제 26 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스를 상기 건식 펌핑 장치로부터 상기 저감 장치나 혹은 상기 액체 링 펌프에 선택적으로 운반하기 위해 상기 건식 펌핑 장치의 출구와 그리고 상기 저감 장치 및 상기 액체 링 펌프의 각각의 입구에 연결된 제 1 밸브를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  31. 제 26 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    서비스 액체를 상기 액체 링 펌프로부터 상기 저감 장치나 혹은 산 폐기물 처분 유닛으로 선택적으로 운반하기 위해 상기 액체 링 펌프의 액체 출구와 상기 저감 장치의 액체 입구와 산 폐기물 처분 유닛에 연결된 제 2 밸브를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 저감 장치의 상기 액체 입구는, 상기 서비스 액체를 상기 액체 링 펌프로부터, 상기 서비스 액체를 증발시키기에 충분한 잔류 열을 갖는 상기 저감 장치의 배출 측의 위치로, 운반하도록 위치된,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 링 펌프는, 고정자 내의 가스를 펌핑하기 위해 회전자를 구동시키도록 연결되며 실질적으로 수직 배향을 이루는 구동 샤프트와, 배출 가스 스트림 내의 어떠한 미립자도 중력 방향으로 펌프 안에 운반되도록, 실질적으로 하향 방향으로 운반되는 가스를 받아들이도록 구성된 가스 입구를 포함하는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  34. 제 1 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 링 펌프는, 당해 액체 링 펌프의 펌핑 챔버와 연통하는 배출구와, 사용 중에 당해 액체 링 펌프의 펌핑 챔버 내에 발생된 액체 링이 붕괴되도록 상기 펌핑 챔버로부터의 서비스 액체의 유동을 허용할 수 있게 작동 가능한 밸브를 포함하고, 상기 액체 링이 붕괴되면 상기 펌프의 펌핑 속도가 감소됨으로써 상기 펌프의 전방 라인 상류의 압력이 증가하게 되는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 밸브는 상기 액체 링 펌프의 펌핑 챔버를 상기 분리기 탱크에 연결하는 도관에 위치하고, 이에 따라 상기 밸브가 개방될 때 서비스 액체가 상기 액체 링 펌프로부터 분리기로 배출되어, 펌프로부터 서비스 액체와 함께 운반되는 임의의 부식성 가스가 처리를 위해 서비스 액체로부터 분리될 수 있게 되는,
    부식성 유체를 포함하는 가스 스트림을 배기하기 위한 장치.
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