KR20180125428A - 반도체 챔버용 펌프 시스템 - Google Patents

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KR20180125428A KR1020180141038A KR20180141038A KR20180125428A KR 20180125428 A KR20180125428 A KR 20180125428A KR 1020180141038 A KR1020180141038 A KR 1020180141038A KR 20180141038 A KR20180141038 A KR 20180141038A KR 20180125428 A KR20180125428 A KR 20180125428A
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Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정 시 챔버의 내부를 진공으로 조성하거나, 챔버 내의 생성된 가스 등을 배출하거나, 챔버의 내부를 적정한 압력으로 유지하기 위해 사용하는 펌프 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 공정 챔버의 내부 환경 조성을 위한 펌프에 속해 있는 루츠 로터 영역과 스크류 로터 영역 사이를 외부 배관으로 연결하고, 루츠 로터 영역과 스크류 로터 영역 간의 배관에 히터 또는 쿨러, 히터와 쿨러 조합형 등과 같은 가열/냉각 수단을 구비하여 루츠 로터측에서 스크류 로터측으로 이동하는 가스를 가열 또는 냉각시키는 방식의 새로운 펌프 시스템을 구현함으로써, 로터 내부에 파우더 부산물이 쌓이는 것을 막아 로터의 손상을 방지할 수 있는 등 로터의 작동성능 향상 및 내구수명 향상을 도모할 수 있는 한편, 펌프의 루츠 로터 영역과 스크류 로터 영역 사이를 연결하는 가스 통로인 배관의 내부 온도를 모니터링하고, 가스 온도의 상태에 따라 히팅 또는 쿨링 제어를 선택적으로 실시할 수 있는 펌프 시스템을 구현함으로써, 각 챔버 특성에 맞는 최적의 온도로 펌프를 제어할 수 있는 등 경제적으로 설비를 운용할 수 있는 반도체 챔버용 펌프 시스템을 제공한다.
이와 더불어, 본 발명은 펌프의 루츠 로터 영역과 스크류 로터 영역 사이를 연결하는 가스 통로인 배관에 플라즈마 반응을 위한 소형의 플라즈마 장치를 구비하여, 배관 내부를 따라 흐르는 가스를 효율적으로 분해 및 처리할 수 있는 새로운 형태의 반응 부산물 가스 처리 시스템을 구현함으로써, 펌프의 성능 확보 및 수명 연장과 더불어 공정 부산물 가스의 분해 및 처리 효율을 향상시킬 수 있으며, 특히 소구경(Ø18∼Ø25)의 유체이송관에 플라즈마 설비를 적용함에 따라 공정 부산물 가스의 분해 및 처리 효율을 대폭 높일 수 있는 반도체 챔버용 펌프 시스템을 제공한다.

Description

반도체 챔버용 펌프 시스템{Vacuum Pump system for semiconductor chamber}
본 발명은 반도체 챔버용 펌프 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 또는 FPD(Flat Panel Display) 제조 공정 시 챔버의 내부를 진공으로 조성하거나, 챔버 내의 생성된 가스 등을 배출하거나, 챔버의 내부를 적정한 압력으로 유지하기 위해 사용하는 펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판에 확산공정, 산화공정, 사진식각공정, 화학기상증착공정, 금속배선공정 등을 일련의 순서에 의해 반복 실시함으로써, 메모리 소자나 로직 소자 등과 같은 반도체 소자가 만들어진다.
이러한 반도체 제조 공정은 공정 챔버에서 수행되며, 공정 챔버의 내부는 공정조건에 적합한 온도와 압력을 유지해야 하고, 특히 파티클 등에 의한 오염을 방지하기 위하여 진공상태를 지속적으로 유지하면서 공정을 진행해야 한다.
보통 반도체 공정 챔버의 진공펌프 시스템은 성형금형에 의해 성형되는 반도체 부재의 성형과정을 진공상태로 유지시키기 위한 공정 챔버, 상기 공정 챔버로부터 외부공기를 공급하고 챔버 내의 공기를 흡기하여 공정 챔버 내부를 진공상태로 조성하는 진공펌프 등을 포함한다.
그리고, 반도체 제조 공정 중에서 공정 개시를 위해 웨이퍼를 로딩하거나 공정 완료 후에 웨이퍼를 언로딩하는 공정은 로드락 챔버에서 수행되며, 이러한 로드락 챔버는 로드락 챔버용 펌프에 의해 적정한 압력으로 유지되고, 이렇게 적정 압력이 유지된 로드락 챔버 내의 웨이퍼는 적정 압력이 유지되어 있는 공정 챔버로 이동되어 소정의 공정으로 처리된다.
한편, 공정 챔버의 내부를 진공화시키기 위해서 또는 공정 챔버에서 생성된 기체 상태의 물질이나 공정 부산물을 외부로 배출시키기 위해서는 보통 진공 펌프, 예를 들면 드라이 타입의 진공 펌프가 적용된다.
이러한 진공 펌프는 주로 루츠형 로터, 스크류형 로터, 루츠형과 스크류형의 조합 형태 등이 사용된다.
최근의 진공 펌프는 공정 챔버에서의 완벽한 진공 상태 유지 및 요구되는 동력 비용의 절감을 목적으로 하나 이상의 로브(LOBE)가 구비되어 있는 루츠형 로터(ROOTS ROTOR)와 하나 이상의 스크루형 로터(SCREW ROTOR)를 포함하는 구조로 이루어진다.
상기 루츠형 로터는 공정 챔버에 연결되어 공정 챔버에서 발생된 기체 상태의 물질을 포함한 공정 부산물을 흡입 및 압축시키는데 이용되고, 상기 스크루형 로터는 루츠형 로터로부터 흡입되는 기체 및 공정 부산물을 공정 챔버의 외부로 배출시키는데 이용된다.
그리고, 이러한 루츠형 로터나 스크류형 로터는 공정 챔버의 진공 환경과 연계되면서 밀폐된 상태로 작동된다.
그러나, 반도체 제조 공정 시에 챔버의 내부를 진공으로 조성하는 기능, 챔버 내의 생성된 가스 등을 배출하는 기능, 챔버의 내부를 적정한 압력으로 유지하는 기능 등을 수행하는 기존의 펌프 시스템은 다음과 같은 문제가 있다.
첫째, 루츠 로터측에서 스크류 로터측으로 가스 배출 시 루츠 로터를 빠져나오는 시점에서 압축되어 있던 가스가 순간적으로 팽창되면서 온도가 떨어지고 압력이 높아지게 되고, 이로 인해 가스가 고체화되면서 파우더 부산물이 생성된다.
이렇게 생성된 파우더 부산물은 스크류 로터의 내부로 유입되어 로터와 하우징 벽면 간의 미세한 갭, 예를 들면 100∼200㎛ 정도의 갭 사이에 끼임과 더불어 계속 누적 및 고착화되고, 결국 이렇게 누적 및 고착화된 파우더에 의해 스크류가 갈려 나가게 되면서 스크류 손상을 초래하게 되는 등 펌프의 내구수명을 떨어뜨리는 문제가 있다.
둘째, 공정 챔버에 속해 있는 진공 펌프와 달리 로드락 챔버에 속해 있는 펌프의 경우에는 대기를 압축하여 챔버 내에 적정 압력을 유지시켜주는 기능을 하게 되는데, 이러한 로드락 챔버용 펌프에서는 가스 흡입량이 많아 높은 압축열이 발생하게 되고, 이러한 높은 압축열로 인해 로터가 과도하게 팽창되면서 하우징 벽면과의 접촉 간섭이 일어나게 되므로서, 즉 로터의 과도한 팽창으로 인해 회전 시 하우징 벽면에 갈리면서 손상을 입게 되고, 결국 로터의 작동성능 저하 및 내구수명 저하로 이어지는 문제가 있다.
현재의 반도체 제조 공정에서는 각 챔버의 특성에 관계없이 한가지 타입의 펌프 시스템을 적용하고 있는 실정이며, 이로 인해 펌프 이용과 관련한 효율성 측면에서 불리한 점이 있고, 또 각 챔버 특성에 맞게 여러 사양별 펌프 시스템을 적용하여 운용할 경우에도 설비 투자비용과 운용비용 등이 증가하기 때문에 경제적으로 부담이 많은 실정이다.
한편, 반도체, 디스플레이 패널, 태양광 전지 등의 제조를 위한 애싱, 식각, 증착, 세정 및 질화 처리 등의 공정에서 사용되는 가스로는 휘발성 유기 화합물, 산 계열 물질, 악취 유발 물질, 자연 발화 기체, 지구 온난화 유발 물질 등이 있으며, 이러한 가스들은 제조 공정을 거치면서 미반응 가스, 폐가스 등의 공정 부산물로 배출된다.
보통 제조 공정에서 발생하는 미반응 가스, 폐가스 등의 공정 부산물 중에서 HF, 플루오르화물, 염화물 등은 진공 펌프와 배관 내부를 통해 이동하면서 금속 표면 등에 대한 부식을 유발할 뿐만 아니라, 제조 공정에서 사용되는 대부분의 가스들은 환경 오염 물질이기 때문에 대기 중으로 최종 배출되기 전에 반드시 제거되어야 한다.
그리고, 제조 공정에서 발생되는 미세 입자 및 금속 등은 배관과 같이 유체가 이송되는 다양한 이송 경로에 설치된 부품들을 통과하면서 냉각 혹은 압력의 변화 등에 의한 상변이 과정을 거친 후에 분말 형태로 변하게 되고, 이러한 분말은 진공 펌프의 수명을 단축시키는 원인이 된다.
또한, 지구 온난화 현상을 유발하는 온실가스 중 하나인 과불화탄소는 반도체 제조 공정 중 절연체 건식식각(Dry etch)을 위한 공정가스로 사용되고 있으며, 공정 완료 후 챔버에서 100% 소진되지 않은 채 공기 중에 배출되는 과불화탄소는 환경 규제의 대상이 되기 때문에 배출되기 전에 분해시켜서 제거해야 한다.
이와 같은 과불화탄소 등을 포함하는 대부분의 가스들을 처리하기위하여 현재 반도체 분야에서는 연소 및 습식 타입 스크러버(Burn & Wet type scrubber)를 대부분 사용하고 있지만, 이러한 연소 및 습식 타입 스크러버는 과불화탄소 분해를 위해 고온을 사용하는 관계로 또 다른 규제 대상인 NOx를 발생시키는 문제가 있고, 이를 해소하기 위하여 온도를 낮추게 되면 과불화탄소 분해 효율이 떨어지는 단점이 있다.
최근에는 진공 펌프의 전방 혹은 후방에서 플라즈마 반응을 이용하여 공정 부산물 등을 처리하는 진공 펌프 세정방식을 많이 사용하고 있으며, 이러한 플라즈마를 이용하는 방식은 에너지 낭비를 막을 수 있고 진공 펌프로 유입되는 고체성 공정 부산물의 유동성을 향상시켜 진공 펌프 내부에서의 축적량을 감소시킴으로써 진공 펌프의 수명을 연장할 수 있는 등 최근에 많이 사용하고 있는 추세이다.
그러나, 플라즈마 반응 설비 자체가 매우 고가인 단점이 있고, 플라즈마 유지를 위한 전력 소비가 많기 때문에 설치 및 유지 비용이 매우 높은 단점이 있고, 설비의 무게가 200kg 정도로 무겁기 때문에 작업이 어려울 뿐만 아니라 시간이 많이 소요되는 등 작업성 측면에서 불리한 점이 있다.
이러한 플라즈마 반응 설비의 과도한 무게는 예방 정비 및 고장 수리 시 많은 문제점을 유발한다.
즉, 설치 환경 상 사람이 직접 무거운 설비를 들어 올려야 하고, 높은 곳에 설치해야 하므로 작업 상 심각한 사고를 유발할 경우가 많기 때문이다.
특히, 대부분의 플라즈마 반응 설비가 공정 챔버와 진공 펌프 사이를 연결하는 대구경(Ø100mm∼Ø250mm)의 관 주위에 설치되는 관계로 관 중심부를 흐르는 유체의 경우에는 플라즈마 영향을 적게 받는 등 전반적으로 처리 효율이 떨어지는 단점이 있다.
한국 등록특허 10-0151320호 한국 등록특허 10-0624982호 한국 등록특허 10-0497982호 한국 공개특허 10-2013-0024028호 한국 공개특허 10-2012-0073482호 한국 공개특허 10-2015-0057663호
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 공정 챔버, 로드락 챔버 등과 같은 챔버의 내부 환경 조성을 위한 펌프에 속해 있는 루츠 로터 영역과 스크류 로터 영역 사이를 외부 배관으로 연결하고, 루츠 로터 영역과 스크류 로터 영역 간의 배관에 히터 또는 쿨러, 히터와 쿨러 조합형 등과 같은 가열/냉각 수단을 구비하여 루츠 로터측에서 스크류 로터측으로 이동하는 가스를 가열 또는 냉각시키는 방식의 새로운 펌프 시스템을 구현함으로써, 로터 내부에 파우더 부산물이 쌓이는 것을 막아 로터의 손상을 방지할 수 있는 등 로터의 작동성능 향상 및 내구수명 향상을 도모할 수 있는 반도체 챔버용 펌프 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 펌프의 루츠 로터 영역과 스크류 로터 영역 사이를 연결하는 가스 통로인 배관의 내부 온도를 모니터링하고, 가스 온도의 상태에 따라 히팅 또는 쿨링 제어를 선택적으로 실시할 수 있는 펌프 시스템을 구현함으로써, 각 챔버 특성에 맞는 최적의 온도로 펌프를 제어할 수 있는 등 경제적으로 설비를 운용할 수 있는 반도체 챔버용 펌프 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 펌프의 루츠 로터 영역과 스크류 로터 영역 사이를 연결하는 가스 통로인 배관에 플라즈마 반응을 위한 소형의 플라즈마 장치를 구비하여, 배관 내부를 따라 흐르는 가스를 효율적으로 분해 및 처리할 수 있는 새로운 형태의 반응 부산물 가스 처리 시스템을 구현함으로써, 펌프의 성능 확보 및 수명 연장과 더불어 공정 부산물 가스의 분해 및 처리 효율을 향상시킬 수 있으며, 특히 소구경(Ø18∼Ø25)의 유체이송관에 플라즈마 설비를 적용함에 따라 공정 부산물 가스의 분해 및 처리 효율을 대폭 높일 수 있는 반도체 챔버용 펌프 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 반도체 챔버용 펌프 시스템은: 유체의 유입을 위한 입구가 있는 전방 챔버 및 유체의 배출을 위한 출구가 있는 후방 챔버를 가지는 하우징과, 상기 하우징의 전방 챔버에 설치되는 루츠 로터와, 상기 하우징의 후방 챔버에 설치되는 스크류 로터와, 상기 루츠 로터 및 스크류 로터에 관통 결합되어 회전 중심축 역할을 하는 샤프트와, 상기 하우징의 외부 일측에 설치되는 동시에 축을 통해 샤프트와 연결되어 루츠 로터 및 스크류 로터의 작동을 위한 동력을 제공하는 구동 모터를 포함하는 구조로 이루어지는 한편, 상기 루츠 로터가 속해 있는 전방 챔버와 스크류 로터가 속해 있는 후방 챔버 사이에 하우징의 외부에 배치되는 유체이송관을 연결하고, 상기 유체이송관의 둘레에는 제너레이터로부터 전압을 인가받아 플라즈마를 발생시키는 코일을 수회 권취하여, 상기 코일에 전압 인가 시 유체이송관의 내부에 플라즈마 방전이 유도되면서 유체이송관을 통과하는 유체가 분해되도록 할 수 있는 특징이 있다.
여기서, 상기 유체이송관에 권취되어 있는 코일의 둘레에는 페라이트 코어가 배치될 수 있다.
그리고, 상기 유체이송관의 외주면 둘레에는 냉각수 유로를 가지는 쿨링 블럭이 설치되고, 상기 쿨링 블럭의 내측에 유체이송관에 권취되어 있는 코일이 배치되거나 또는 코일과 그 주변의 페라이트 코어가 배치될 수 있다.
바람직한 일 실시예로서, 상기 유체이송관에 있는 코일에 전압을 인가하는 수단으로서, 챔버측에 전원을 제공하는 제너레이터를 공용으로 사용함과 더불어 챔버측과 코일측으로 인가되는 전압을 개폐하는 진공 릴레이를 통해 전압이 선택적으로 인가되도록 하는 것이 좋다.
바람직한 다른 실시예로서, 상기 유체이송관으로 리액턴트 가스를 공급하는 수단으로서, 유체이송관에 연결되는 리액턴트 배관을 더 포함할 수 있다.
바람직한 또 다른 실시예로서, 상기 리액턴트 배관의 둘레에는 제너레이터로부터 전압을 인가받아 플라즈마를 발생시키는 리액턴트 배관용 코일을 수회 권취함으로써, 상기 리액턴트 배관용 코일에 전압 인가 시 리액턴트 배관의 내부에 플라즈마 방전이 유도되면서 리액턴트 배관을 통과하는 리액턴트 가스가 분해될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 반도체 챔버용 펌프 시스템은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 펌프의 루츠 로터 영역과 스크류 로터 영역 사이를 연결하는 외부 배관에 히터 또는 쿨러, 히터와 쿨러 조합형 등과 같은 가열/냉각 수단을 설치하여 루츠 로터측에서 스크류 로터측으로 이동하는 가스를 가열 또는 냉각시켜줌으로써, 가열 운전 시 가스의 파우더화를 근본적으로 막아 로터 내부에 파우더 부산물이 쌓이는 것을 막을 수 있으며, 따라서 로터의 손상을 방지할 수 있는 등 로터의 작동성능 및 내구수명을 향상시킬 수 있는 장점이 있고, 냉각 운전 시 가스의 압축열을 낮춰서 로터가 과열되는 것을 방지할 수 있는 등 로터의 작동성능을 확보할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 펌프의 루츠 로터 영역과 스크류 로터 영역 사이를 연결하는 가스 통로인 배관의 내부 온도를 모니터링하여 가스 온도의 상태에 따라 히팅 제어 또는 쿨링 제어를 선택적으로 실시하는 방식을 적용함으로써, 반도체 제조 공정에 사용되는 다양한 챔버들의 각각의 특성에 맞는 최적의 온도로 펌프를 제어할 수 있고, 또 한가지 타입의 펌프로 모든 챔버들을 커버할 수 있는 등 설비 투자비용과 운용비용 등을 절감할 수 있는 장점이 있다.
셋째, 펌프의 루츠 로터 영역과 스크류 로터 영역 사이에 연결 설치되어 있는 배관에 플라즈마 반응을 위한 장치를 설치하여, 배관을 따라 흐르는 가스를 효율적으로 분해 및 제거할 수 있도록 함으로써, NOx 개선 등은 물론 진공 펌프의 성능 확보 및 수명 연장은 물론, 플라즈마 설비의 소형화에 따른 설치 비용 및 유지 비용을 대폭 줄일 수 있는 등 경제적으로 유리하며, 소구경으로 되어 있는 유체이송관에 플라즈마 설비를 적용됨에 따라 공정 부산물 가스의 분해 및 처리 효율을 대폭 높일 수 있는 장점이 있다.
넷째, 가스가 흐르는 유체이송관 내부에 리액턴트 가스(Reactant gas)를 추가로 제공함으로써, 가스 분해 효율을 한층 향상시킬 수 있으며, 리액턴트 가스와 과불화탄소의 완전 반응으로 Burn-Wet(연소 및 습식 타입 스크러버) 장치에서 연소 장치를 없애고 습식 타입의 스크러버만 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 챔버용 펌프 시스템을 나타내는 개략적인 단면도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 챔버용 펌프 시스템을 나타내는 개략적인 단면도
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 챔버용 펌프 시스템을 나타내는 개략적인 단면도 및 사시도
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 챔버용 펌프 시스템을 나타내는 개략적인 단면도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 챔버용 펌프 시스템을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 챔버용 펌프 시스템은 가스유입측 회전체로서의 루츠 로터와 가스배출측 회전체로서의 스크류 로터의 조합 형태를 채택함으로써 단일 스크류 로터 타입을 적용할 때보다 동일 용량 시 사이즈 축소는 물론 전기소모량을 1/2 정도 줄일 수 있고 진공도 또한 향상시킬 수 있으며, 특히 루츠 로터측에서 스크류 로터측으로 보내지는 유체(예를 들면, 가스)를 가열하거나 냉각시켜서 스크류 로터측이 받는 부하, 예를 들면 파우더 소착, 과열 등과 같은 부하를 최소화함으로써 펌프의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.
이때, 상기 가스유입측 회전체는 루츠 로터 외에 다른 형태의 단일 회전체 또는 복수개가 일렬로 정렬된 복수 회전체가 적용될 수 있고, 또한 상기 가스배출측 회전체는 스크류 로터 외에 다른 형태의 단일 회전체 또는 복수개가 일렬로 정렬된 복수 회전체가 조합된 것으로 적용될 수 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위하여 본 발명의 각 한 실시예에서는 가스유입측 회전체를 루츠 로터로 사용하고 가스배출측 회전체를 스크류 로터로 사용한 것으로 설명하기로 한다.
이를 위하여, 상기 반도체 챔버용 펌프 시스템은 루츠 로터(15)와 스크류 로터(16)의 수용을 위한 수단으로 원통형의 하우징(14)을 포함한다.
상기 하우징(14)에는 유체의 유입을 위해 공정 챔버 등과 같은 챔버측(미도시)과 연결되는 위한 입구(10)와, 유체의 배출을 위해 대기 또는 후처리 설비(미도시)측으로 연결되는 출구(12)가 구비된다.
이러한 하우징(14)의 내부는 루츠 로터(15)가 배치되는 전방 챔버(11)와 스크류 로터(16)가 배치되는 후방 챔버(13)로 구획되어 있는 구조로 이루어지게 된다.
또한, 상기 반도체 챔버용 펌프 시스템은 하우징(14)의 전방 챔버(11)에 설치되는 루츠 로터(15) 및 하우징(14)의 후방 챔버(13)에 설치되는 스크류 로터(16)를 포함한다.
상기 루츠 로터(15)는 챔버측에서 발생된 기체 상태의 물질을 포함한 공정 부산물을 흡입 및 압축시키는 역할을 하게 되고, 상기 스크류 로터(16)는 루츠 로터(15)에 의해 흡입 및 압축된 기체나 공정 부산물을 챔버 외부로 배출시키는 역할을 하게 된다.
이러한 상기 루츠 로터(15)와 스크류 로터(16)는 공정 챔버에 적용되는 경우 진공을 유지시키기 위해 밀폐된 상태로 작동될 수 있게 된다.
또한, 상기 반도체 챔버용 펌프 시스템은 루츠 로터(15) 및 스크류 로터(16)에 관통 결합되어 회전 중심축 역할을 하는 샤프트(17)는 물론, 상기 하우징(14)의 외부 일측에 설치되는 동시에 축을 통해 샤프트(17)와 연결되어 루츠 로터(15) 및 스크류 로터(16)의 작동을 위한 동력을 제공하는 구동 모터(18)를 포함한다.
상기 샤프트(17)는 한 쌍의 루츠 로터(15) 및 스크류 로터(16)의 중심을 관통하면서 하우징(14)측에 베어링을 매개로 하여 지지되는 구조로 설치되는 한 쌍으로 구성되며, 이러한 한 쌍의 샤프트(17) 중에서 1개의 샤프트(17)는 구동 모터(18)의 축에 연결되고, 다른 1개의 샤프트(17)는 하우징(14)의 일측에 설치되어 있는 기어 박스(31)를 매개로 하여 구동 모터(18)측과 연결되어 있는 샤프트(17)와 연결되므로서, 상기 구동 모터(18)의 작동 시 한 쌍의 루츠 로터(15) 및 스크류 로터(16)가 함께 작동될 수 있게 된다.
여기서, 상기 구동 모터로부터 동력을 제공받아 한 쌍의 루츠 로터 및 스크류 로터가 함께 작동되는 구조는 종래의 루츠 로터 및 스크류 로터를 포함하는 복합식 펌프의 작동 구조와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
즉, 본 발명에서 제공하는 펌프 시스템의 기본적인 작동은 종래의 복합식 펌프와 마찬가지로공정 챔버 등에서 발생한 기체 상태의 물질 및/또는 공정 부산물이 입구를 통해 루츠 로터측으로 흡입되고, 이렇게 흡입된 기체 상태의 물질 및/또는 공정 부산물은 스크류 로터측으로 이동된 후에 각각의 출구를 통해 토출되는 방식으로 이루어질 수 있게 된다.
또한, 상기 반도체 챔버용 펌프 시스템은 루츠 로터(15)가 속해 있는 전방 챔버(11)와 스크류 로터(16)가 속해 있는 후방 챔버(13) 사이에 설치되어, 루츠 로터측 유체를 스크류 로터측으로 이동시켜주는 통로 역할의 유체이송관(19)을 포함한다.
상기 유체이송관(19)은 하우징(14)의 외부에 배치되면서 전방 챔버(11)의 일측, 예를 들면 입구(10)의 맞은편에 위치하는 하측과 후방 챔버(13)의 일측, 예를 들면 후방 챔버 입구단에 위치하는 하측 사이에 연결 설치된다.
선택적으로, 상기 유체이송관(19)은 하우징(14)의 외부가 아닌 내부의 여유공간 및 면적을 활용하여 소정의 배열을 이루면서 전방 챔버(11)과 후방 챔버(13) 사이에 연결될 수도 있다.
이러한 유체이송관(19)은 원형의 관 형태, 사각형의 관 형태 등 다양한 단면을 가지는 형태로 이루어질 수 있으며, 세라믹, 알루미늄, 스테인레스, 철 등의 소재로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 유체이송관(19)의 내부 벽면은 요철면(34)으로 이루어져 있어서, 유체이송관(19)의 내부를 흐르는 유체와의 접촉면적을 넓게 확보할 수 있고, 결국 전열 효과를 한층 높일 수 있게 된다.
특히, 상기 유체이송관(19)에는 유체이송관 내부를 따라 흐르는 유체를 가열할 수 있음은 물론 유체이송관(19)을 가열하여 유체 이송관 자체 온도를 유지할 수 있는 히터(20)가 구비된다.
상기 히터(20)의 일 예로서, 유체이송관(19)의 벽체 내부 또는 벽체 외벽에 설치되는 카트리지 타입의 히터(20a)나 몰드 히터(20b)를 적용할 수 있다.
예를 들면, 상기 유체이송관(19)의 벽체 내부에 홀을 형성하고, 이렇게 형성한 홀 내에 카트리지 타입의 히터를 삽입 설치하거나, 또는 벽체 외벽을 감싸거나 벽체 외벽을 구성하는 몰드 히터를 적용함으로써, 히터 가동 시에 유체이송관(19)의 자체 벽면 온도를 항상 일정하게 유지할 수 있음은 물론, 유체이송관(19)의 벽체를 통해 관 내부로 가해지는 열로 유체를 간접적으로 가열할 수도 있게 된다.
이렇게 히터 열을 이용하여 유체이송관(19)의 표면 온도를 항상 일정하게 유지함으로써, 유체이송관측으로 빼앗기는 열 손실을 줄일 수 있어 유체이송관(19)의 내부를 흐르는 유체의 온도를 컨트롤하는데 유리하고, 또 유체이송관(19)의 내벽에 파우더가 소착되는 것도 부수적으로 막을 수 있는 이점이 있다.
그리고, 상기 유체이송관(19)의 내부에 삽입되는 히터(20)의 경우 부식 방지를 위해 DLC, 도료, 세라믹, AL2O3, TiAlN, ALN, TiN 등으로 코팅 처리될 수 있으며, 또 니켈, 크롬 등으로 도금 처리될 수 있다.
상기 히터(20)의 다른 예로서, 유체이송관(19)의 내부 공간을 따라 설치되는 카트리지 타입의 방열핀 히터, 즉 히터봉 둘레를 따라 다수의 방열핀(38)이 부착되어 있는 형태의 히터를 적용할 수 있다.
이러한 방열핀 히터는 유체이송관(19)의 내부를 따라 흐르는 유체(가스)를 가열하여 유체의 온도를 실질적으로 제어하는 역할을 할 수 있게 된다.
특히, 상기 방열핀 히터의 경우 히터봉에 있는 다수의 방열핀을 통해 유체와의 접촉면적을 보다 많이 확보할 수 있게 되고, 따라서 전열 효과의 향상을 기대할 수 있게 된다.
이와 같은 상기 히터(20)의 가동을 이용하여 유체를 가열하기 위한 유체이송관(19)의 내부 온도는 50∼250℃ 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
따라서, 공정 챔버 내의 진공을 조성하기 위한 진공 펌프의 경우, 루츠 로터측에서 스크류 로터측으로 유체 배출 시 루츠 로터를 빠져나오는 시점에서 압축되어 있던 유체가 순간적으로 팽창되면서 온도가 떨어지게 되는데, 이때 온도가 떨어지기 직전에 유체가 유체이송관(19)을 거치면서 가열되어 온도가 올라가게 되므로서, 유체 온도 저하로 인한 파우더 부산물의 발생을 최소화시킬 수 있게 되고, 결국 스크류 로터측에 파우더 부산물이 고착화되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
그리고, 상기 유체이송관(19)에는 유체이송관 내부를 따라 흐르는 유체를 냉각시킬 수 있는 쿨러(21)가 구비된다.
이때의 쿨러(21)는 유체이송관(19)의 외부 둘레에 감겨지는 수냉식 배관 타입의 쿨러를 적용할 수 있다.
예를 들면, 상기 유체이송관(19)의 외벽 둘레에 냉각수가 흐르는 파이프를 나선식으로 수회 감은 다음에 파이프 내에 냉각수를 순환시켜줌으로써, 쿨러 가동 시에, 즉 냉각수 순환 시에 유체이송관(19)의 벽체를 통해 관 내부로 가해지는 냉기로 유체를 냉각할 수 있게 된다.
이러한 수냉식 배관 타입의 쿨러(21)에는 밸브(37)를 설치하여 냉각수 공급을 선택적으로 단속하는 것이 바람직하다.
상기 쿨러(21)의 다른 예로서, 상기 유체이송관(19)의 외벽면에 냉각수가 흐를 수 있는 홈 구조의 유로(35)를 형성함과 더불어 상기 유로(35)를 마감하는 블럭(36)을 설치하고, 상기 유로(35)에 냉각수를 순환시키는 방식으로 유체이송관(19)의 벽체 둘레의 온도를 떨어뜨리고, 이러한 온도저하를 이용하여 관 내부를 흐르는 유체(가스)를 냉각시킬 수 있게 된다.
이때, 상기 쿨러(21)에 사용되는 냉각수는 펌프 시스템에서 챔버 등의 냉각을 위한 용도로 사용되는 냉각수를 활용하는 것이 바람직하다.
이와 같은 상기 쿨러(21)의 가동을 이용한 유체이송관(19)의 내부 온도는 50∼250℃ 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
따라서, 로드락 챔버의 내부를 적정 압력으로 유지시키기 위한 로드락 챔버용 펌프의 경우, 루츠 로터측에서 스크류 로터측으로 유체 배출 시 루츠 로터를 빠져나온 고온의 유체가 유체이송관(19)을 거치면서 냉각되어 온도가 내려가게 되므로서, 유체 온도 상승으로 인한 스크류 로터의 과열을 방지할 수 있게 된다.
여기서, 상기 유체이송관(19)에 구비되는 히터(20)와 쿨러(21)의 경우, 각 챔버의 특성에 따라 히터(20)나 쿨러(21)가 각각 단독으로 적용될 수 있거나, 히터(20)와 쿨러(21)가 함께 적용될 수 있다.
바람직한 실시예로서, 본 발명에서는 유체이송관(19)의 내부를 따라 흐르는 유체를 효율적으로 가열 및/또는 냉각시키는 방식을 제공한다.
이를 위하여, 상기 유체이송관(19)의 내부에는 카트리지 타입의 히터(20a)가 배치되는 한편, 유체이송관(19)의 외벽면에는 파이프 홈(40), 예를 들면 지그재그 형상으로 파여 있는 파이프 홈(40)이 형성됨과 더불어 이렇게 형성되는 파이프 홈(40)에는 냉각수가 공급되는 냉각수 파이프(41)가 삽입 설치되고, 냉각수 파이프(41)가 설치되어 있는 유체이송관(19)의 외벽면에는 러버 히터(20b)가 설치된다.
여기서, 상기 냉각수 파이프(41)와 러버 히터(20b)는 유체이송관(19)의 적어도 1면 이상에 설치될 수 있게 된다.
이에 따라, 유체이송관(19)의 내부를 따라 흐르는 유체를 가열하는 경우에는 관 내부에 있는 히터(20a)와 외벽에 있는 러버 히터(20b)를 작동시켜 유체를 가열할 수 있게 되고, 유체를 냉각하는 경우에는 히터 작동을 중단함과 더불어 냉각수 파이프(41)를 통해 냉각수를 공급함으로써 유체를 냉각시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는 루츠 로터(15) 및 스크류 로터(16) 등을 포함하는 펌프, 예를 들면 진공 펌프 내의 유체 온도를 모니터링하여 펌프 상황에 맞게 유체 온도를 적절히 제어할 수 있는 수단을 제공한다.
이를 위하여, 상기 유체이송관(19)에는 유체의 온도 검출을 위한 수단으로 적어도 1개 이상의 센서(22)가 구비되며, 이러한 센서(22)는 유체이송관(19)의 벽면 1곳과 유체이송관(19)과 연결되는 후방 챔버(13)의 입구단 1곳에 각각 설치될 수 있게 된다.
즉, 온도 감지를 위한 2개의 센서(22a,22b)를 구비하여, 그 중에서 1개의 센서(22a)는 유체이송관(19)의 벽면에 설치할 수 있고, 다른 1개의 센서(22b)는 유체이송관(19) 내부에서 후방 챔버(13)의 입구단에 근접한 위치에 설치할 수 있다.
이에 따라, 상기 센서(22a,22b)로부터 검출한 유체 온도와 유체이송관(19)의 온도는 제어부(미도시)로 입력되고, 제어부에서는 입력된 온도를 모니터링함과 더불어 이때의 입력된 온도를 기반으로 하여 히터(20)와 쿨러(21)의 작동을 적절히 선택한 후에 이를 출력 제어하게 되므로서, 공정 챔버, 로드락 챔버 등의 각 챔버 특성이나 운전 조건 등에 맞게 펌프 내부를 흐르는 유체 온도를 포함하여 펌프 내의 전반적인 온도를 적절히 제어할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 챔버용 펌프 시스템을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 챔버용 펌프 시스템은 위의 일 실시예와 마찬가지로 하우징(14), 루츠 로터(15), 스크류 로터(16), 샤프트(17) 및 구동 모터(18), 유체이송관(19) 등을 포함하며, 이들의 결합관계는 위의 일 실시예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
특히, 여기서는 유체이송관(19)의 내부를 흐르는 유체 등을 가열 또는 냉각시킬 수 있는 수단으로 펠티어 기구(23)를 보여준다.
즉, 상기 루츠 로터(15)가 속해 있는 전방 챔버(11)와 스크류 로터(16)가 속해 있는 후방 챔버(13) 사이에는 하우징(14)의 외부에 배치되는 유체이송관(19)이 연결되고, 이렇게 연결되는 유체이송관(19)에는 가열 또는 냉각이 가능한 펠티어 기구(23)가 설치된다.
이때의 펠티어 기구(23)는 유체이송관(19)의 일측, 예를 들면 저면부나 상면부, 또는 양쪽 측면부 중에서 적어도 한 곳 이상에 체결 등의 결합구조에 의해 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
그리고, 상기 펠티어 기구(23)에는 냉각수 유로를 가지는 쿨링블럭(39)이 구비될 수 있으며, 이때의 쿨링블럭(39)의 냉각수 유로를 따라 순환하는 냉각수는 반도체 설비에서 챔버 등의 냉각을 위한 용도로 사용되는 냉각수를 활용할 수 있다.
이러한 펠티어 기구(23)는 직류 전류로 냉각ㆍ가열 및 온도 제어를 자유롭게 할 수 있는 반도체 소자로서, 이러한 펠티어 기구(23)는 직류 전류가 흐를 때 다음과 같은 기능을 발휘하게 된다.
1) 소자 양면에 온도차가 발생한다.
2) 온도가 낮은 쪽에서 열을 흡수하고, 온도가 높은 쪽에서 열을 방출하여, 열전소자의 저온 방면에서 고온 방면으로 열을 밀어올리는 열 펌프의 역할을 한다.
3) 전류의 극성을 바꾸면 열 펌핑 방향 및 전류량이 바뀌기 때문에 펌핑되는 열량을 변화시킬 수 있으며, 이로 인해 냉각ㆍ가열 및 온도 제어가 용이한 이점이 있다.
따라서, 상기 펠티어 기구(23)의 극성을 적절히 바꾸어가면서 유체이송관(19)의 내부를 흐르는 유체의 온도를 가열 또는 냉각시킬 수 있게 되며, 결국 파우더 부산물의 발생을 최소화시킬 수 있고, 또 스크류 로터의 과열을 방지할 수 있다.
첨부한 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 챔버용 펌프 시스템을 나타내는 개략적인 단면도 및 사시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 챔버용 펌프 시스템은 위의 일 실시예 및 다른 실시예와 마찬가지로 하우징(14), 루츠 로터(15), 스크류 로터(16), 샤프트(17) 및 구동 모터(18), 유체이송관(19) 등을 포함하며, 이들의 결합관계는 위의 일 실시예 및 다른 실시예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
특히, 여기서는 유체이송관(19)의 내부를 흐르는 유체, 예를 들면 반도체 제조 공정에서 발생되는 미반응 가스, 폐가스 등과 같은 공정 부산물을 효과적으로 처리할 수 있는 배기유체 처리 수단을 보여준다.
이러한 배기유체 처리 수단은 루츠 로터(15)측과 스크류 로터(16)측 사이를 연결하는 유체이송관(19)에 플라즈마 발생을 위한 코일을 감아서 세정 가스 또는 배기 유체를 분해하는 기능을 수행하도록 함으로써, 소구경의 배관을 이용하여 플라즈마 반응을 통한 세정 가스 또는 배기 유체 분해 및 처리를 실현할 수 있는 등 플라즈마 장치의 소형화를 구현할 수 있고, 펌프 내에 분말이 쌓이는 것을 방지할 수 있는 등 배기 유체 처리 효율을 높일 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위하여, 반도체 제조 설비에서 각종 제조 공정의 수행을 위한 공정 챔버와 상기 공정 챔버의 내부를 진공상태로 유지시켜주는 역할을 하는 진공 펌프가 마련되며, 이때의 진공 펌프 가동 시 공정 챔버 내의 배기 유체, 예를 들면 미반응 가스, 폐가스 등과 같은 각종 공정 부산물 가스는 진공 펌프의 루츠 로터(15)측으로 진행될 수 있게 된다.
그리고, 상기 공정 챔버측으로 전원을 제공하기 위한 제너레이터(24)와 공정 가스나 세정 가스를 공급하기 위한 가스 박스(미도시)가 마련된다.
이러한 공정 챔버, 진공 펌프, 가스 박스 등 간의 연계적인 가동 방식, 공정의 진행, 가스의 공급 및 배출 등은 종래와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
여기서, 상기 제너레이터(24)의 경우, 공정 챔버측으로 전원을 제공하는 역할은 물론 후술하는 유체이송관(19)에 있는 코일(25)에 전압을 인가하는 역할도 할 수 있게 된다.
즉, 상기 제너레이터(24)는 공정 챔버측 전원 제공용 및 코일(25)측 전압 인가용의 공용으로 사용될 수 있게 된다.
이와 같은 제너레이터(24)의 공용 사용과 연계하여 공정 챔버측과 코일측으로 인가되는 전압을 선택적으로 개폐하는 진공 릴레이(미도시)가 마련되고, 이때의 진공 릴레이에 의해 진공 챔버측과 코일측에 전압이 선택적으로 공급될 수 있게 된다.
여기서, 상기 진공 릴레이는 공정 진행 메인 설비에서 제공하는 시그널에 의해 동작될 수 있게 된다.
이렇게 공정 챔버측과 코일측에 전원을 제공하는 수단을 각각 구비하지 않고, 하나의 제너레이터(24)를 이용하여 공정 챔버측과 코일(25)측에 전원을 제공함으로써, 구조적인 측면이나 비용적인 측면, 그리고 운용적인 측면에서 유리한 점이 있다.
물론, 상기 제너레이터(24)의 경우 위와 같이 하나를 공용으로 사용할 수 있지만, 공정 챔버측에 전원을 제공하는 제너레이터와 코일측에 전원을 제공하는 제너레이터를 각각 운용할 수도 있다.
특히, 상기 진공 펌프의 루츠 로터(15)가 속해 있는 전방 챔버(11)와 스크류 로터(16)가 속해 있는 후방 챔버(13)를 연결하는 유체이송관(19)은 세정 가스 분해를 위해 플라즈마 반응이 이루어지는 배관으로 사용될 수 있게 된다.
예를 들면, 펌프 가동 시 펌프측으로 유입되는 세정 가스는 유체이송관(19)을 경유하여 진행하게 되고, 이렇게 진행되는 세정 가스 중 플라즈마 발생이 일어나는 유체이송관(19)을 지나는 동안에 플라즈마 반응에 의해 분해 처리될 수 있게 되고, 이렇게 분해된 가스가 펌프측에 증착되어 있는 분말, 예를 들면 SiO2 파우더와 반응하게 되며, 결국 펌프 세정이 이루어질 수 있게 된다.
여기서, 위의 플라즈마 반응이 일반 대기압 하의 조건이 아닌 진공펌프 내의 진공 조건에서 일어나기 때문에 전력소모를 줄일 수 있는 이점이 있다.
특히, 상기 유체이송관(19)의 둘레에는 제너레이터(24)로부터 전압을 인가받아 플라즈마를 발생시키는 나선형의 코일(25)이 수회 권취되며, 이러한 코일(25)에 전압 인가 시 유체이송관(19)의 내부에 플라즈마 방전이 유도되면서 유체이송관(19)을 통과하는 세정 가스가 분해될 수 있게 된다.
일 예로서, 진공 펌프 세정 공정 시, 가스 박스로부터 Ar 가스와 NF3 가스 등의 세정 가스가 공급되는 상황에서, 상기 유체이송관(19)의 내부에 Ar 가스와 NF3 가스가 흐르는 경우, 이들 가스가 플라즈마 방전을 통해 Ar 가스와 N2 가스와 F2 가스로 분해되고(이때 Ar 가스는 플라즈마 효율을 높이는 용도로 사용된다), 이렇게 분해된 가스가 스크류 로터(16)측으로 진행된 후에 스크류 로터(16) 내에 잔존하고 있던 SiO2 파우더와 반응하게 되며, 최종적으로 SiF4 가스와 NxO 가스, N2 가스로 배출되므로서, 스크류 로터(16) 내에 증착되어 있는 SiO2 파우더가 제거될 수 있게 된다.
여기서, 상기 세정 가스로는 Ar 가스와 NF3 가스 이외에도 CF4, C2F6, C3F8 등의 CxFy 계열 및 F2 가스 등을 사용할 수 있게 된다.
이렇게 진공 펌프에 구비되는 유체이송관(19)에 플라즈마 배관을 적용하는 경우 배관 내의 외곽부는 물론 중심부 까지 플라즈마 반응이 충분히 일어날 수 있게 되고, 결국 배기 유체 분해 효율을 한층 향상시킬 수 있게 된다.
보통 부스터 펌프와 드라이 펌프 사이를 연결하는 배관의 경우 보통 직경이 50∼60mm 정도이므로 이러한 크기의 관에 플라즈마 장치를 갖추기 위해서는 플라즈마 장치의 소형화에 어려움이 있고, 또 펌프 내부에 그만큼의 공간을 확보하는데에도 어려움이 있으며, 결국 플라즈마 장치의 적용을 위해서는 펌프 전체 사이즈를 크게 설계해야 하는 불리한 점이 있다.
또한, 50∼60mm 정도의 직경을 가지는 관의 주위에 코일을 설치하고 플라즈마 반응을 일으키는 경우 관 심부에서는 플라즈마 생성이 활발하게 일어나지 않게 되고, 결국 플라즈마 반응 효율이 떨어질 수 밖에 없게 된다.
이러한 점을 감안하여 본 발명에서는 진공 펌프측에 구비한 상대적으로 적은 직경의 유체이송관에 코일을 설치하여 플라즈마 반응이 일어나도록 함으로써, 플라즈마 장치를 소형화할 수 있을 뿐만 아니라 플라즈마 반응 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 유체이송관(19)에 권취되어 있는 코일(25)의 주변에는 반원 단면의 관 형태로 이루어진 페라이트 코어(26)가 배치될 수 있게 된다.
이렇게 코일(25)의 주변에 페라이트 코어(26)가 배치되므로서, 코일측 자기장이 외부로 빠져나가는 것을 막을 수 있게 되고, 결국 플라즈마 반응 효율을 한층 높일 수 있게 된다.
이와 더불어, 상기 유체이송관(19)에 감겨 있는 코일(25)을 이용한 플라즈마 반응 시에 열이 발생하게 되는데, 이렇게 발생하는 열을 활용하여 유체이송관(19)의 내부를 흐르는 유체를 가열할 수 있게 되고, 이에 따라 별도의 히팅수단 없이도 파우더 생성을 억제하기 위해 유체를 효과적으로 가열할 수 있는 이점을 얻을 수 있게 된다.
한편, 플라즈마 발생에 따른 유체이송관(19)의 과열 방지를 위한 구조로서, 상기 유체이송관(19)의 외주면 둘레에는 외부로부터 냉각수를 공급받는 냉각수 유로(27)를 가지는 쿨링 블럭(30)이 설치되고, 이렇게 설치되는 쿨링 블럭(30)의 내측, 예를 들면 블럭 내주면에 형성되어 있는 홈 부분의 내측에 코일(25) 등이 배치될 수 있게 된다.
예를 들면, 상기 유체이송관(19)에 권취되어 있는 코일(25)의 외주 둘레에 링 모양의 쿨링 블럭(30)이 감싸듯이 설치될 수 있게 된다.
이때, 상기 쿨링 블럭(30)의 내측으로는 코일(25)만 배치되거나, 또는 코일(25)과 이 코일(25) 바깥쪽에 위치되는 페라이트 코어(26)가 함께 배치될 수 있게 된다.
이러한 쿨링 블럭(30)은 다단으로 적층되는 구조로 설치될 수 있으며, 이렇게 설치되는 쿨링 블럭(30)에는 각 블럭의 두께를 수직으로 관통하는 냉각수 유로(27)가 서로 연통되는 구조로 연결될 수 있게 된다.
첨부한 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 챔버용 펌프 시스템을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 여기서는 공정 챔버에서 배출되는 배기 유체를 100% 분해하는 용도로 사용하는 예를 보여주며, 아래에서는 공정 챔버에서 배출되는 배기 유체를 분해하는 용도로 설명하겠지만, 이외에도 세정 가스를 분해 및 처리하는 용도로도 사용할 수 있음은 물론이다.
이를 위하여, 외부 둘레에 코일(25)이 감겨져 있는 유체이송관(19)이 구비되며, 이에 따라 코일(25)에 전압 인가 시 유체이송관(19)의 내부에 플라즈마 방전이 유도되면서 유체이송관(19)을 통과하는 배기 유체에 대해 플라즈마 반응을 통한 분해가 이루어질 수 있게 된다.
그리고, 상기 유체이송관(19)으로 리액턴트 가스를 공급하는 수단으로서, 유체이송관(19)에 연결되는 리액턴트 배관(32)이 마련된다.
이에 따라, 외부의 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 리액턴트 가스가 리액턴트 배관(32)을 통해 유체이송관(19)으로 들어갈 수 있게 되므로서, 배기 유체에 대한 분해가 촉진될 수 있게 된다.
이때의 배기 유체를 분해하는 리액턴트 가스로는 아르곤, 메탄, 암모니아, H2O, O2 등이 사용될 수 있게 된다.
여기서, 상기 아르곤 가스는 플라즈마 내 이온화를 통해 전자를 생성하고 이렇게 생성된 전자는 배기 유체, 예를 들면 과불화탄소와 충돌해 가스를 분해할 수 있게 된다.
또한, 상기 기화된 수증기는 플라즈마 내에서 전자와 충돌로 H2O→OH+H 반응식과 같은 라디칼을 형성하고, 수산화기(OH)는 산소(O)보다 강한 산화제로 과불화탄소와 반응해 불소(F)를 형성하며, 과불화탄소에서 분해된 불소는 수소와 반응하여 불화수소(HF)를 형성하고 기상으로 배출된다.
그리고, 상기 리액턴트 배관(32)의 둘레에는 제너레이터(24)로부터 전압을 인가받아 플라즈마를 발생시키는 리액턴트 배관용 코일(33)이 수회 권취될 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 리액턴트 배관용 코일(33)에 전압 인가 시 리액턴트 배관(32)의 내부에 플라즈마 방전이 유도되면서 리액턴트 배관(32)을 통과하는 리액턴트 가스가 분해될 수 있게 되고, 결국 리액턴트 가스에 플라즈마를 걸어서 미리 분해된 상태로 유체이송관(19)으로 공급되므로 배기 유체에 대한 분해 반응 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.
예를 들면, 공정 챔버에서 공정 부산물 가스로 CF4 가스가 배출되어 진공 펌프 내의 유체이송관(19)으로 유입된 후에 플라즈마 반응을 거쳐 C와 F2로 분해되고, 이와 동시에 리액턴트 배관(40)으로는 수증기 상태의 H2O가 유입되면서 플라즈마 반응을 거쳐 OH와 O로 분해된다.
계속해서, 상기 유체이송관(19) 내에서는 C, F2, OH, O가 반응함으로써, 최종 펌프 배출측을 통해서는 HF 가스, CO2 가스가 배출되고, 이렇게 배출되는 HF 가스, CO2 가스는 진공 펌프 배기측에 설치되어 있는 버너와 워터 샤워를 가지는 가스 스크러버(미도시)를 거치게 되며, 그 결과 가스 상태로 배출된 HF는 워터 샤워를 거치면서 물에 녹아 폐수가 된다.
해당 산 폐수는 별도의 중화 작업을 거쳐 인체에 무해한 중성수로 배출되어서 해당 환경 규제 물질인 F(플루오린)는 완전히 제거된다.
이렇게 리액턴트 가스와 과불화 탄소의 완전 반응이 이루어질 수 있도록 하는 장치를 구현함으로써, 연소 장치의 필요성을 완전히 배제할 수 있고, 이에 따라 진공 펌프의 후단측으로(후단 배기라인측으로) 설치되는 후처리 장치인 스크러버로서, 기존 연소 및 습식 타입의 스크러버를 대신하여 연소 장치가 없는 습식 타입의 스크러버로 대체 사용할 수 있는 등 규모면이나 운용면에서 유리한 점이 있다.
특히, 상기 리액턴트 배관(40)이나 유체이송관(19)의 내부에 플라즈마 방전 유도 시 일반 대기압 하의 조건이 아닌 진공 펌프 내의 진공 조건에서 플라즈마 방전을 일으키기 때문에 전력소모를 줄일 수 있는 이점이 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 펌프의 루츠 로터 영역과 스크류 로터 영역 사이에 연결되어 있는 외부 배관에 히터, 쿨러, 히터와 쿨러 조합형 등과 같은 가열/냉각 수단을 구비한 새로운 펌프 시스템을 구현함으로써, 로터 내부에 파우더 부산물이 쌓이는 것을 막아 로터의 손상을 방지할 수 있고, 배관의 내부를 흐르는 유체의 온도를 모니터링하여 각 챔버 특성에 맞는 최적의 온도로 펌프를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 진공 펌프의 외부 배관에 플라즈마 반응을 위한 수단을 구비하여, 진공 펌프 외부 배관을 따라 흐르는 유체를 효율적으로 분해 및 제거하는 방식의 새로운 반응 부산물 가스 처리 수단을 구현함으로써, 공정 부산물 가스의 분해 및 처리 효율을 대폭 높일 수 있다.
10 : 입구
11 : 전방 챔버
12 : 출구
13 : 후방 챔버
14 : 하우징
15 : 루츠 로터
16 : 스크류 로터
17 : 샤프트
18 : 구동 모터
19 : 유체이송관
20 : 히터
21 : 쿨러
22,22a,22b : 센서
23 : 펠티어 기구
24 : 제너레이터
25 : 코일
26 : 페라이트 코어
27 : 냉각수 유로
30 : 쿨링 블럭
31 : 기어 박스
32 : 리액턴트 배관
33 : 리액턴트 배관용 코일
34 : 요철면
35 : 유로
36 : 블럭
37 : 밸브
38 : 방열핀
39 : 쿨링 블럭
40 : 파이프 홈
41 : 냉각수 파이프

Claims (6)

  1. 유체의 유입을 위한 입구(10)가 있는 전방 챔버(11) 및 유체의 배출을 위한 출구(12)가 있는 후방 챔버(13)를 가지는 하우징(14);
    상기 하우징(14)의 전방 챔버(11)에 설치되는 가스유입측 회전체;
    상기 하우징(14)의 후방 챔버(13)에 설치되는 가스배출측 회전체;
    상기 가스유입측 회전체 및 가스배출측 회전체에 관통 결합되어 회전 중심축 역할을 하는 샤프트(17);
    상기 하우징(14)의 외부 일측에 설치되는 동시에 축을 통해 샤프트(17)와 연결되어 가스유입측 회전체 및 가스배출측 회전체의 작동을 위한 동력을 제공하는 구동 모터(18);
    를 포함하며, 상기 가스유입측 회전체가 속해 있는 전방 챔버(11)와 가스배출측 회전체가 속해 있는 후방 챔버(13) 사이에 유체이송관(19)을 연결하고, 상기 유체이송관(19)의 둘레에는 제너레이터(24)로부터 전압을 인가받아 플라즈마를 발생시키는 코일(25)을 수회 권취하여, 상기 코일(25)에 전압 인가 시 유체이송관(19)의 내부에 플라즈마 방전이 유도되면서 유체이송관(19)을 통과하는 유체가 분해될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 챔버용 펌프 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체이송관(19)에 권취되어 있는 코일(25)의 둘레에는 페라이트 코어(26)가 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 챔버용 펌프 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체이송관(19)의 외주면 둘레에는 냉각수 유로(27)를 가지는 쿨링 블럭(30)이 설치되고, 상기 쿨링 블럭(30)의 내측에 유체이송관(19)에 권취되어 있는 코일(25)이 배치되거나 또는 코일(25)과 그 주변의 페라이트 코어(26)가 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 챔버용 펌프 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체이송관(19)에 있는 코일(25)에 전압을 인가하는 수단으로서, 챔버측에 전원을 제공하는 제너레이터(24)를 공용으로 사용하며, 챔버측과 코일측으로 인가되는 전압을 개폐하는 진공 릴레이를 통해 전압이 선택적으로 인가되도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 챔버용 펌프 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체이송관(19)으로 리액턴트 가스를 공급하는 수단으로서, 유체이송관(19)에 연결되는 리액턴트 배관(32)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 챔버용 펌프 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 리액턴트 배관(32)의 둘레에는 제너레이터(24)로부터 전압을 인가받아 플라즈마를 발생시키는 리액턴트 배관용 코일(33)이 수회 권취되어, 상기 리액턴트 배관용 코일(33)에 전압 인가 시 리액턴트 배관(32)의 내부에 플라즈마 방전이 유도되면서 리액턴트 배관(32)을 통과하는 리액턴트 가스가 분해될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 챔버용 펌프 시스템.
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