(57)【要約】  ガスを圧送するためのドラッグポンプ及び該ドラッグポンプを含む真空ポンプのセットが開示される。ドラッグポンプは、ステータ構成要素内で回転し、圧送されるガスをガス入口からガス出口に送るように構成されたロータと、ポンプ内にロータを回転可能に取り付ける磁気軸受とを備え、圧送されるガスに接触するように構成されたロータ及びステータ構成要素の少なくとも一部は、１３０℃を超える温度で動作するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを圧送するドラッグポンプであって、
ステータ構成要素内で回転し、圧送されるガスをガス入口からガス出口に送るように構成されたロータと、
前記ポンプ内で磁気浮上を使用して前記ロータを回転可能に取り付ける磁気軸受と、
を備え、
圧送される前記ガスに接触するように構成された前記ロータ及び前記ステータ構成要素の少なくとも一部は、１３０℃を超える温度で動作できるように構成され、前記ロータは少なくとも部分的に鋼鉄で製造されている、
ことを特徴とするドラッグポンプ。
【請求項２】
圧送される前記ガスに接触するように構成された前記ロータ及び前記ステータ構成要素の前記一部は、１５０℃を超える温度で動作するように構成される、
請求項１に記載のドラッグポンプ。
【請求項３】
前記ロータは、析出硬化されたステンレス鋼で少なくとも部分的に製造される、
請求項１又は２に記載のドラッグポンプ。
【請求項４】
前記ドラッグポンプは、圧送される前記ガスに接触するように構成された前記ロータ及び前記ステータ構成要素が動作中に１３０℃を超える温度に維持されるよう前記ドラッグポンプを加熱するように構成された加熱器を含む、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のドラッグポンプ。
【請求項５】
前記ドラッグポンプが更に、前記ロータ及び前記ステータ構成要素を前記ドラッグポンプの前記モーターを含む領域から熱的に隔離させるように構成された少なくとも１つの断熱部材を備えている、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のドラッグポンプ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの断熱部材は、前記ステータ構成要素と前記ポンプの基部との間の断熱部材、及び駆動シャフトとその上に取り付けられた前記ロータとの間の断熱部材とを含む、
請求項５に記載のドラッグポンプ。
【請求項７】
前記ドラッグポンプは、少なくとも１つのドラッグ段及び少なくとも１つの再生段を含む、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のドラッグポンプ。
【請求項８】
前記再生段のロータは、少なくとも部分的に鋼鉄で形成されている、
請求項７に記載のドラッグポンプ。
【請求項９】
前記少なくとも１つのドラッグ段は、Ｈｏｌｗｅｃｋポンプ段及びＳｉｅｇｂａｈｎポンプ段の内の少なくとも１つを含む、
請求項７又は８に記載のドラッグポンプ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの再生段及び前記少なくとも１つのドラッグ段は、同じ駆動シャフトに取り付けられている、
請求項７ないし９のいずれか１項に記載のドラッグポンプ。
【請求項１１】
直列に配置された少なくとも２つのドラッグ段を備えている、
請求項７ないし１０のいずれか１項に記載のドラッグポンプ。
【請求項１２】
前記ドラッグポンプは、それぞれのガス入力部からガスを受け取るように各々が動作可能な並列配置の少なくとも２つのドラッグ段を含む、
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のドラッグポンプ。
【請求項１３】
前記入力部に隣接するロータブレードを備え、前記ロータブレードは、ガスを前記ポンプ内に押し込むように角度が付けられたブレードを有するターボ分子ポンプ段を含む、
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のドラッグポンプ。
【請求項１４】
前記ドラッグポンプは、入口で０．１〜０．５ｍｂａｒ及び出口で０．５〜３ｍｂａｒで動作するように構成される、
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のドラッグポンプ。
【請求項１５】
前記ドラッグポンプは、８０〜１６０ｍｍの直径のパイプに接続するように構成された入口を含む、
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のドラッグポンプ。
【請求項１６】
前記ドラッグポンプは、３０〜６０ｍｍの直径のパイプに接続するように構成された排気出口を含む、
請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のドラッグポンプ。
【請求項１７】
前記ドラッグポンプは、少なくとも１つの高真空ターボ分子ポンプ用の補助ポンプとして動作するように構成される、
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のドラッグポンプ。
【請求項１８】
前記ドラッグポンプは、２又は３以上の高真空ターボ分子ポンプ用の補助ポンプとして動作するように構成される、
請求項１７に記載のドラッグポンプ。
【請求項１９】
半導体処理チャンバ内に高真空を提供するポンプのセットであって、
プロセスチャンバを排気する少なくとも１つの高真空ターボ分子ポンプと、
ドラッグポンプと、
を備え、前記ドラッグポンプが、
ステータ構成要素内で回転し且つ圧送されるガスをガス入口からガス出口に送るように構成されたロータと、
前記ポンプ内で磁気浮上を使用して前記ロータを回転可能に取り付ける磁気軸受と、
を含み、
前記ドラッグポンプは、少なくとも１つの第１のパイプを介して前記少なくとも１つのターボ分子ポンプの排気部に接続される、
ことを特徴とするポンプのセット。
【請求項２０】
前記ドラッグポンプは、請求項１７又は１８に記載のドラッグポンプを含む、
請求項１９に記載のポンプのセット。
【請求項２１】
前記ポンプのセットは、前記ドラッグポンプの入口を少なくとも１つの追加のパイプを介して前記真空チャンバとの間で接続又は隔離を選択的に行い、前記ドラッグポンプの前記入口を前記ターボ分子ポンプの前記排気部との間で隔離又は接続を選択的に行うように構成されたバルブ手段を備える、
請求項１９又は２０に記載のポンプのセット。
【請求項２２】
前記ポンプのセットは、第２のパイプによって前記ドラッグポンプの排気部に接続された補助ポンプを更に備え、前記少なくとも１つの第１のパイプは、前記第２のパイプよりよりも短尺であり、前記第２のパイプよりも大きな直径を有する、
請求項１９ないし２１のいずれか１項に記載のポンプのセット。
【請求項２３】
前記少なくとも１つのターボ分子ポンプは、前記ドラッグポンプよりも低い温度で動作するように構成される、
請求項１９ないし２２のいずれか１項に記載のポンプのセット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドラッグポンプの分野に関し、詳細には、ターボ分子ポンプの排気部にて圧力を低減するドラッグポンプの例示的な実施例に関する。本発明はまた、半導体処理チャンバ内で真空を提供する複数の真空ポンプのセットの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ分子ポンプは、半導体製造に必要とされる高真空を提供するのに使用されている。半導体プロセスは、プロセス副生成物が凝縮するのを防ぐためにポンプ及び圧送管路を高温に維持することがますます必要とされている。ガスが圧送システムを通って流れ圧力が増加するにつれて、凝縮物形成のリスクが増大する。
【０００３】
ターボ分子ポンプは、クリーンルーム内で使用するよう、及び高い先端速度で作動するように設計された高価なポンプである。これらのポンプのロータは、潤滑を不要とし振動を低減するために磁気軸受に回転可能に取り付けられ、これによって、ロータは、クリーンルームでの作動に好適なものとなる。しかしながら、ターボ分子ポンプは、高圧では良好に作動しないので、一般に、これらのポンプは、ターボ段の排気部にて圧力を低減させる何らかの形の補助ポンプ段を備える。これらの補助段は、一般に、ターボ分子段の下流側にあって、ポンプ内に一体化されて同じシャフト上に取り付けられたドラッグ段を備える。ポンプはまた、クリーンルームから離れた追加の補助ポンプを有することができる。
【０００４】
ターボ分子ポンプがドラッグポンプ補助段を有する場合、この段のロータは、ターボ分子ロータと一体化されたロータとしてアルミニウムで形成され、ロータは、一体部品で機械加工される。アルミニウムは、高い強度重量比を有するので選択され、このことは、ターボ分子ポンプの高い先端速度の動作に重要である。
【０００５】
補助ポンプは、クリーンルームの動作には適切ではなく、クリーンルームから離れて配置されて、圧送管路又はパイプを介してクリーンルームポンプに接続される。プロセス副生成物の凝縮を回避又は少なくとも低減するために、これらの接続管は、高温に維持する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、ターボ分子ポンプは、一般に、１３０℃を超えると強度の多くを失うアルミニウムから作られている。これによって、ターボポンプの動作は、１３０℃に制限され、これは、ポンプの排気段における凝縮を防止するには十分ではない可能性がある。排気段は、一般に、ドラッグ段、通常はＨｏｌｗｅｃｋ（オルヴェック）型の段である。ターボ段は、１３０℃の凝縮問題を有さないように十分に低い圧力で動作する。しかしながら、ドラッグ段は、場合によってはプロセス副生成物を凝縮する可能性があり、これによって、閉塞が生じる可能性がある。
【０００７】
管接続部は、多くの場合、極めて長く、例えば１０ｍであり、相対的に大きな（例えば、１００ｍｍ）直径を有し、クリーンルーム内のターボ分子ポンプをルーツブロワ及びクリーンルームから離れたドライ補助ポンプに接続するために使用される。このパイプ及びルーツブロワ及び補助ポンプの両方は、凝縮を回避するために高温、典型的には１６０℃にまで加熱される。パージガスもまた、ガスストリームを希釈して凝縮問題を低減するために補助ポンプに導入される。
【０００８】
大口径パイプは、購入及び設置のコストが高く、加熱にコストが掛かる。
【０００９】
クリーンルームの動作に好適で、プロセス副生成物の凝縮に耐性があり、極度に高価でないポンプを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の態様は、ガスを圧送するドラッグポンプを提供し、該ドラッグポンプは、ステータ構成要素内で回転するように構成されたロータと、ポンプ内で磁気浮上を使用して上記ロータを回転可能に取り付ける磁気軸受とを備え、圧送される上記ガスに接触するように構成された上記ロータ及びステータ構成要素の少なくとも一部は、１３０℃を超える温度で動作するように構成され、上記ロータは、鋼鉄で少なくとも部分的に製造される。
【００１１】
本発明の発明者は、高真空ポンプのドラッグポンプ段内の凝縮物に関する問題は、この段がターボ分子ポンプから除去され且つ別個のポンプとして構成された場合に対処できることを認識した。これにより、ドラッグポンプは、材料のより優れた選択対象から製造することが可能となり、このため、ドラッグポンプは、より高温の動作に構成することが可能となる。しかしながら、追加のシャフト及びモーターが必要であるので、これを行うことに対する技術的な問題点がある。更に、２つのポンプが効果的に動作するためには、ポンプをこれらの低圧で接続するのに必要な圧送管路は、かなりの直径を有すると共に凝縮を低減するために加熱されることが必要となる。更に、別個のポンプが、別個の補助ポンプについて従来と同様にクリーンルームの外側に位置する場合、これらの圧送管路又はパイプは、かなりの長さを有する必要があり、配管及び加熱のコストが増大することになる。しかしながら、発明者はまた、このようなポンプが効果的であるようにし且つ圧送管路及びこのような管路の加熱に関連するコストを低減するために、ポンプは、ポンプに磁気軸受を設けることによってクリーンルーム作業に好適であるように構成できることを認識した。磁気軸受によって、ポンプは、潤滑なしで低振動で動作することが可能となる。
【００１２】
従って、より高い温度で且つクリーンルーム内での使用に好適な別個のドラッグポンプが設けられ、従って、このポンプは、高真空ターボ分子ポンプの補助ポンプとして理想的である。
【００１３】
一部の実施形態において、圧送される上記ガスに接触するように構成された上記ロータ及びステータ構成要素の一部は、１５０℃を超える温度、好ましくは、１６０℃〜１８０℃の温度で動作するように構成される。
【００１４】
１５０℃より高い温度に、一部の実施形態においては１６０℃〜１８０℃に保つことによって、ポンプは、半導体プロセスガスとより高い圧力で効果的に動作することができ、補助ポンプまでのパイプの直径を低減することができる。
【００１５】
一部の実施形態において、上記ロータは、析出硬化されたステンレス鋼で少なくとも部分的に製造される。一部の実施形態において、ロータの大部分は、鋼鉄で形成される。一部の実施形態において、ステータもまた、析出硬化されたステンレス鋼で製造される。
【００１６】
ロータは、高温で動作することができる鋼鉄で部分的に製造することができ、より高い温度で動作可能なロータを形成するのに特に有効である１つの鋼鉄は、析出硬化鋼である。鋼鉄は、アルミニウムよりも高温に耐性があり、容易に入手可能で、好適な機械特性を有する。鋼の強度重量比特性は、アルミニウムほど良好ではないが、ドラッグポンプは、ターボ分子ポンプよりも高い圧力で動作し、同じシャフト上に取り付けられない場合、ドラッグポンプはより低い回転速度で動作することができ、製造するのに鋼鉄を使用することが可能となる。
【００１７】
一部の実施形態において、上記ポンプは、圧送される上記ガスに接触するように構成されたロータ及びステータ構成要素の少なくとも一部は、動作中に１３０℃を上回る温度に維持されるよう上記ドラッグポンプを加熱するように構成された加熱器を備える。
【００１８】
プロセス副生成物が凝縮しない温度でプロセスガスを維持するために、ステータ及びロータの温度を１３０℃より上方に、好ましくは１５０℃より上方に、一部の実施形態において１６０〜１８０℃に維持するよう、加熱器を設けることができる。これらの温度は、鋼構成要素を脆弱化せず、ドラッグポンプの動作圧力でプロセスガス副生成物を凝縮温度より高温に維持するのに十分である。
【００１９】
一部の実施形態において、上記ドラッグポンプは、ロータ及びステータ構成要素を上記ドラッグポンプのモーターを含む領域から熱的に隔離させるように構成された少なくとも１つの断熱部材を備える。
【００２０】
ロータ及びステータは、このより高い温度で動作するように構成することができるが、モーター並びにシャフトを支持する軸受は、モーター及び軸受の損傷及び耐用期間の減少を避けるために、高い動作温度から保護する必要がある。これを行うために、これらの構成要素間の熱分離を提供するための熱障壁部として１又は２以上の断熱部材を使用することができる。
【００２１】
一部の実施形態において、上記少なくとも１つの断熱部材は、上記ステータ構成要素とポンプの基部との間の断熱部材、及び上記ロータと上記ロータの駆動シャフトとの間の断熱部材を含む。
【００２２】
ステータ構成要素は、ポンプの基部上に取り付けることができ、断熱部材は、これらの２つの構成要素間で使用してこれらの間の熱流を低減することができる。この断熱部材は、幾つかの形態を有することができ、例えば、セラミックガスケットとすることができる。別の熱経路がロータと駆動シャフトとの間にあり、断熱部材は、これらの２つの構成要素間に配置されて、この領域において熱伝導を妨げることができる。
【００２３】
加えて、熱シールドをロータ及びステータ構成要素とポンプのモーター領域との間に配置することができる。
【００２４】
一部の実施形態において、上記ドラッグポンプは、少なくとも１つのドラッグ段及び少なくとも１つの再生段を備える。
【００２５】
ドラッグポンプは、１又は２以上のドラッグ段のみで形成することができるが、一部の実施形態において、ドラッグポンプは、一般にはこのポンプ内の最終段として位置する少なくとも１つの再生段を更に備える。サイドチャネル又は周辺流圧送段と呼ばれることがある再生圧送段は、大部分のドラッグポンプよりも高い圧力で効果的に動作することができ、従って、これをドラッグポンプ内の後段に設けることによって、より高い排気部圧まで動作するドラッグポンプを設けることができる。このより高い排気圧により、下流側補助ポンプの１又は２以上を不要として、真空ポンプセット内のポンプ数を低減することができ、これに応じてポンプのセットの全体コストを低減することができるようにすることが可能となる。更に、排気部段でより高い圧力を提供することによって、このポンプから後続の補助ポンプにガスを伝達するのに必要とされるパイプの断面が小さくなる。後続の補助ポンプは、一般にクリーンルーム内にないのでこのポンプから離れることができることを考慮すると、このようなサイズの地限は、有意なコスト節減とすることができる。
【００２６】
一部の実施形態において、上記再生段のロータは、少なくとも部分的に鋼鉄で形成される。一部の実施形態において、上記ロータの大部分は、鋼鉄で形成される。
【００２７】
再生ポンプは、一般に、高い先端速度で動作するポンプであるので、従来はアルミニウムから作製されている。ドラッグポンプの最終段としての再生段の使用によって、再生ポンプは、より高い排気圧で動作することができるようになる。
【００２８】
ドラッグポンプの１又は２以上のドラッグ段は、幾つかの異なる構成を備えることができるが、一部の実施形態において、ドラッグポンプの１又は２以上のドラッグ段は、１又は２以上のＨｏｌｗｅｃｋポンプ段又は１又は２以上のＳｉｅｇｂａｈｎポンプ段、或いはこれら各々の１又は２以上の組み合せを備える。
【００２９】
一部の実施形態において、上記少なくとも１つの再生段及び上記少なくとも１つのドラッグ段は、同じ駆動シャフト上に取り付けられる。
【００３０】
再生段及びドラッグ段を同じ駆動シャフト上に取り付けることによって、ポンプ段の各々において同じ駆動モーター及び磁気軸受を使用するポンプの簡素で低コストの設計が可能である。
【００３１】
一部の実施形態において、ポンプは、直列に配置された少なくとも２つのドラッグ段を備える。
【００３２】
上述したように、ポンプは、単一のドラッグ段として形成することができるが、多くの実施形態において、ポンプは、直列に配置された２又は３以上のドラッグ段を備え、ポンプ全体にわたって圧力差の増大が可能である。入口を高真空で設けて、従って、ターボ分子ポンプの効果的な補助ポンプとすることができ、更に出口で増大した圧力を有することができるポンプによって、ポンプをより小径のパイプに接続することができ、必要とされる追加の補助ポンプの能力及び／又は数を低減することが可能である。
【００３３】
一部の実施形態において、上記ドラッグポンプは、ガスをそれぞれのガス入力部から受け取るように各々が動作可能な並列配置された少なくとも２つのドラッグ段を備える。
【００３４】
より高い温度で動作するように動作可能なドラッグポンプを設けることによって、鋼などの材料をガスと接触する構成要素の少なくとも一部に使用することを可能にするために、動作の速度を低減することが必要とすることができる。このような材料は、極めて高い先端速度動作に必要とされる強度重量比を有していない場合があり、このため、このような速度で動作することができるターボ分子ポンプを支持するのに十分なガス流を提供するために、ドラッグ段がそれぞれのガス入力部からガスを受け取るように動作可能な各段と並行に配置される場合に好都合とすることができる。このようにすると、ガス流速を増大させることができ、効果的なポンプを設けることができる。
【００３５】
一部の実施形態において、ドラッグポンプは、入力部に隣接するロータブレードを備え、該ロータブレードは、ガスを上記ポンプ内に押し込むように角度が付けられたブレードを有するターボ分子ポンプ段を備える。
【００３６】
上述したように、十分なガス流を恐らくは低い回転速度で供給し、ガスをポンプに進入させるのに効果的な入口を設けることは、困難とすることができる。ポンプへのガス流を改善する１つの方法は、ターボ分子ポンプの１又は２以上の段をポンプの入力部上に設けることとすることができる。ターボ分子ポンプ段は、ガスをポンプに押し混んでガスストリームを入口で助けるために角度が付けられたブレードを有する。
【００３７】
一般に、単一のターボ分子ポンプ段が存在することができるが、一部の実施形態において、２つ又は３つのターボ分子ポンプ段が存在してもよい。この段のロータは、ポンプの温度で動作するように構成され、少なくとも部分的に鋼鉄で形成することができる。
【００３８】
一部の実施形態において、上記ドラッグポンプは、入口で０．１〜０．５ｍｂａｒ、出口で０．５〜３ｍｂａｒで動作するように構成される。
【００３９】
ドラッグポンプは、ターボ分子ポンプ用の直接補助ポンプとして好適であり、更に大きな直径のパイプを不要にし、補助ポンプ要件を低減し、恐らくは従来のルーツブロワ及び１次ポンプではなく単一の１次ポンプを可能にするのに十分に高い出口圧力を供給するように動作するよう構成される。このようにして、圧送システムの全体コストを低減することができる。
【００４０】
一部の実施形態において、上記ドラッグポンプは、８０〜１６０ｍｍの直径のパイプに接続するように構成された入口を備える。
【００４１】
一部の実施形態において、上記ドラッグポンプは、３０〜６０ｍｍの直径のパイプに接続するように構成された排気部を備える。
【００４２】
上述したように、ターボ分子ポンプにドラッグポンプを接続するパイプは、大きな直径を有することが必要となる場合があり、このため、大きな入口が設けられる。出口の圧力が高くなるほど、小径のパイプ、従って小さい出口が可能である。ドラッグポンプは、クリーンルーム内での動作に好適であるように構成され、また磁気軸受を有するので、大きな直径パイプほど小径パイプよりも有意に短尺とすることができ、この結果、この配置がコスト効果のある配置であるようになる。
【００４３】
一部の実施形態において、上記ドラッグポンプは、少なくとも１つの高真空ターボ分子ポンプ用の補助ポンプとして動作するように構成される。
【００４４】
一部の実施形態において、上記ドラッグポンプは、２又は３以上の高真空ターボ分子ポンプ用の補助ポンプとして動作するように構成される。
【００４５】
ドラッグポンプを別個のポンプとして設けることによって、軸受及びモーターの追加のセットが必要とされる。このための追加コストは、追加の補助ポンプの必要性を低減し、パイプの小形化及び加熱要件の低減を可能にすることによって相殺することができる。ポンプコストを低減する追加の方法は、ドラッグポンプを２又は３以上の高真空ターボ分子ポンプ間で共有することであり、好適な寸法設定及び動作パラメータによって、これを可能にすることができる。
【００４６】
本発明の第２の態様は、半導体処理チャンバ内に高真空を提供するポンプのセットを提供し、ポンプのセットは、プロセスチャンバを排気する少なくとも１つの高真空ターボ分子ポンプとドラッグポンプとを備え、ドラッグポンプが、ステータ構成要素内で回転し且つ圧送されるガスをガス入口からガス出口に送るように構成されたロータと、ポンプ内で磁気浮上を使用して上記ロータを回転可能に取り付ける磁気軸受とを備え、上記ドラッグポンプは、少なくとも１つの第１の導管を介して少なくとも１つのターボ分子ポンプの排気部に接続される。
【００４７】
磁気軸受を使用してロータが取り付けられるようにドラッグポンプを形成することによって、ドラッグポンプは、クリーンルーム内での取り付けに好適なものとなり、従って、ポンプは、ターボ分子ポンプの近くで、ターボ分子ポンプとは別個に配置することができる。これによって、ドラッグポンプをターボ分子ポンプから別個でありながら低圧で効果的な補助ポンプとして使用することができる。これによって、ドラッグポンプは、ターボ分子ポンプと異なる温度異なる回転速度で動作し、異なる材料で形成することができる。
【００４８】
一部の実施形態において、ドラッグポンプは、上記の段落で説明したように第１の態様によるドラッグポンプを備える。
【００４９】
一部の実施形態において、ポンプのセットは、ドラッグポンプの入口を少なくとも１つの追加のパイプを介して真空チャンバとの間で接続又は隔離を選択的に行い、ドラッグポンプの入口をターボ分子ポンプの排気部との間で隔離又は接続を選択的に行うように構成されたバルブ手段を備える。
【００５０】
ドラッグポンプを別個のポンプとして有することによって、ドラッグポンプは、ターボ分子ポンプと別個に動作することができる。従って、適切な導管及びバルブを使用して、ドラッグポンプを用いて、真空チャンバを直接排気し、補助ポンプとして接続されたドラッグポンプでより高い真空に排気するためにターボ分子ポンプをチャンバに接続する前に初期真空を提供することができる。このようにして、クリーンルーム内での動作に好適で、ポンプが従来の組み合せ式のターボ分子及びドラッグポンプである場合よりも高い圧力からチャンバを排気することができる圧送セットが提供される。
【００５１】
一部の実施形態において、ポンプのセットは、第２のパイプによって上記ドラッグポンプの排気部に接続された補助ポンプを更に備え、少なくとも１つの第１のパイプは、第２のパイプよりよりも短尺であり、第２のパイプよりも大きな直径を有する。
【００５２】
従って、上述したように、ドラッグポンプは、出力されたガスの圧力を増大させるので、ドラッグポンプを追加の補助ポンプに接続するパイプは、ドラッグポンプをターボ分子ポンプに接続するパイプよりも小さい直径とすることができる。更に、ドラッグポンプは、クリーンルーム内で動作するように構成されるので、このパイプは、大きな直径ポンプよりも短尺とすることができ、その結果、コストが節減される。
【００５３】
添付の独立請求項及び従属請求項には、更なる特定の態様及び好ましい態様が記載される。従属請求項の特徴は、必要に応じて、及び特許請求項の範囲に明示的に記載されるもの以外の組み合せで、独立請求項の特徴と組み合せることができる。
【００５４】
装置の特徴が、ある機能を提供するように動作可能であると説明される場合、これは、その機能を提供する装置の特徴、又はその機能を提供するように適合又は構成された装置の特徴を含むと理解されるであろう。
【００５５】
ここで、添付図面を参照して本発明の実施形態を更に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】１つの実施形態によるドラッグポンプを示す図である。
【図２Ａ】従来技術による高真空半導体プロセスチャンバを排気するための真空ポンプのセットを示す図である。
【図２Ｂ】１つの実施形態による高真空半導体プロセス室を排気するための真空ポンプのセットを示す図である。
【図３】別の実施形態による真空ポンプのセットを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
実施形態についてより詳細に検討する前に、最初に概要を説明する。
【００５８】
実施形態は、凝縮可能な生成物を含有するプロセスガスストリームの圧送を可能にするために真空ポンプのシステム内で使用されるドラッグポンプを提供する。これは、凝縮を回避するのに十分に高い温度まで異なるポンプを加熱することによって達成される。再生排気段を有する新しい高温ドラッグポンプは、ターボポンプを補助するために使用される。新しいポンプは、より高い温度及び応力に耐えるために鋼鉄構造部を有するロータを使用することができる。
【００５９】
実施形態はまた、真空を半導体処理システムの真空チャンバ内で生成及び維持する際に使用される別個のドラッグポンプ及びターボ分子ポンプを備えるポンプのセットを提供する。
【００６０】
実施形態において、ターボポンプは、一体化されたドラッグ段なしで使用される。このターボポンプは、最大１３０℃の温度まで動作することができ、凝縮の問題を生じない。この温度を超えると、アルミニウムは強度を失う。新しいデザインの第２のポンプは、ターボポンプに近接して取り付けられ、一部の実施形態においてドラッグ段及び再生段を有する。このポンプは、より高い動作温度、典型的には１５０℃〜１８０℃に耐えるように鋼鉄セクションで製造されたロータを有する。
【００６１】
ポンプを高温時に効果的に動作することを可能にするために、モーター及び軸受構成要素への熱流を低減する熱障壁部を配置することができる。１つの断熱部材は、ロータの上部フランジから駆動スピンドルまでの熱流を制限するために駆動スピンドルの頂部に配置することができる。第２の断熱部材は、高温ポンプステーター及び低温の基部と駆動コラムとの間に配置することができる。熱シールドは、ロータから中央駆動コラムへの熱伝達を低減するために使用することができる。
【００６２】
半導体プロセスチャンバ用真空装置内で使用される場合、長尺パイプは、このポンプをドライ補助ポンプに接続する。このような従来の補助ポンプシステムで使用されているルーツブロワは、新しいドラッグ／再生ポンプの排気圧がブースタを必要としないほど十分に高いので、不要である。パイプは、従来使用されているパイプと比較すると、１００ｍｍの直径とは対照的に相対的に小径、例えば、４０〜５０ｍｍの直径とすることができる。これによって、コスト及び加熱電力が節減される。
【００６３】
このポンプは、低流量での用途において２又は３以上のターボポンプを補助するのに使用することができる。
【００６４】
ターボポンプは、ドラッグ段がないことに起因して、よりコンパクトにすることができる。
【００６５】
オンツールブースタ又はドラッグポンプは、半導体処理において使用されるターボポンプと同様の磁気軸受システムを有する磁気浮上機械である。
【００６６】
ロータ構造は、高張力鋼構成要素によるものである。典型的な設計では、排気時に様々なＳｉｅｇｂａｈｎ又はＨｏｌｗｅｃｋドラッグ段及び１又は２以上の再生段を支持するためにシリンダが使用されることになる。シリンダ自体は、中央駆動シャフトに接続される頂部フランジ上で支持されている。頂部フランジは、二重入口Ｓｉｅｇｂａｈｎディスクを提供するのに使用することができる。
【００６７】
１又は２以上の鋼製ターボ段を入口に追加して、低圧時に速度を増大させてガス進入の助けとすることができるが、一般的には、別個のターボポンプが使用され、余分な入口ターボ段が不要となると考えられる。
【００６８】
典型的なポンプにおいて、先端速度は、アルミニウムと比較すると鋼の低い強度重量比に起因してアルミニウム製ポンプの場合よりも遅くなる。これに対処するために、入口ドラッグ段は、図１に示すように２つのＳｉｅｇｂａｈｎ段など、２又は３以上の並行段とすることができる。これにより、追加のＳｉｅｇｂａｈｎ又はＨｏｌｗｅｃｋ段が続くことになる。最後に、典型的には２つの段からなる再生セクションが設けられる。
【００６９】
図１は、１つの実施形態によるドラッグポンプを示す。ドラッグポンプは、ターボ分子ポンプから出力されたガスを進入させる入口６を有する。ガスは、２つの並行Ｓｉｅｇｂａｈｎ段８に流入する。Ｓｉｅｇｂａｈｎ段８は、ディスクの周りに配置された螺旋状経路と、これらの螺旋状経路に沿ってガスを押し進めるロータ３１とを備える。この実施形態において、２つのセットの螺旋状経路がロータより上方及び下方にあり、ロータの回転によって、ガスは螺旋状経路の各々に沿って押し込められるという点において、２つの並行Ｓｉｅｇｂａｈｎ段がある。従って、ガスは、上下に２つの入力部１０、１２に入力され、ステータ２０及び２２の螺旋状経路は、回転するロータ３１によってガスが押し込められる経路を成す。
【００７０】
ガスは、その後、Ｈｏｌｗｅｃｋ段である後続の段に入る。Ｈｏｌｗｅｃｋ段は、螺旋状の経路をステータ構成要素３０上に有し、ガスは、ロータ３２の垂直部分により、これらの経路に沿って段３４の出口に向って且つポンプの再生段内に送られる。
【００７１】
再生段３７への入口はこれらの段の側壁上にあって、図示されていない。ロータ３１、３２から延びるブレード３６の回転によって、ガスは、外側再生段の円形通路の周りに送られ、内側再生段に入り、その後排気部を通って流出する。
【００７２】
駆動シャフト５４は、ロータを取り付け、それ自体が動作中に磁気浮上するように磁気軸受５６上に取り付けられ、油潤滑が不要であり、振動はほとんど生じない。
【００７３】
ポンプを加熱する加熱器５８があり、これによって、圧送ガスに接触するステータ及びロータ構成要素に熱が供給され、ステータ及びロータ構成要素は、プロセス副生成物の凝縮を回避するか又は少なくとも低減するように１３０℃よりも大きい温度に維持される。熱障壁部５０、５２が、それぞれポンプの基部とステータとの間に及び駆動シャフトとロータとの間にある。これらは、駆動シャフト及び他のモーター構成要素をロータ及びステータの温度未満の温度に維持するのを助ける。駆動シャフト及びモーターをステータ及びロータから保護する熱シールド５３もある。
【００７４】
この実施形態において、Ｈｏｌｗｅｃｋ段は単一の段であり、一部の実施形態において、Ｈｏｌｗｅｃｋ段は、２つの螺旋状のステータ構成要素があり、２つの螺旋状のステータ構成要素を通ってガスがロータの回転によって導かれるように垂直のロータシリンダの両側の複数の段、恐らくは２つの段とすることができる。冷却部５５は、磁気軸受組立体５６に設けられている。
【００７５】
図２は、製造プラント内の半導体チャンバを排気するポンプのセット内のこのポンプの配置を示す。図２ａは、従来技術のポンプのセットを示し、ドラッグポンプは、ターボ分子ポンプ６０と一体であり、このポンプのより低い動作温度で動作し、副生成物の凝縮を回避するために低い排気部圧を有する。ポンプのこのセットは、低圧ガスをクリーンルームから離れて位置するブースタールーツブロワポンプ６４及びドライ１次ポンプ６６の方に排気するために長くて幅広の直径のパイプ６２を有する。
【００７６】
図２ｂは、実施形態によるドラッグポンプ６１を含む異なる配置を示す。この配置において、ドラッグポンプ段及び１又は２以上の再生段の両方を含むドラッグポンプ６１は、ターボ分子ポンプ６０ａまでの別個のポンプとして構成されている。ドラッグポンプ６１は、磁気軸受を伴って構成され、このため、クリーンルーム内に位置することができ、従って、ドラッグポンプ６１とターボ分子ポンプとの間にはより短尺のパイプが必要である。更に、ドラッグポンプ６１は、別個のポンプであるので、ターボ分子ポンプ６０ａと異なる材料の構成することができ、ドラッグポンプ６１は、より高い温度、従って、より高い圧力で動作することができる。従って、ドラッグポンプによって出力された排気ガスは、従来技術のターボ／ドラッグポンプによって出力された排気ガスよりも有意に高い温度及び圧力である。従って、加熱必要量がより少ないより小径のパイプを使用して、このポンプを追加の補助ポンプに接続することができる。更に、別個のドラッグポンプの出力部での高圧力化のために、従来システム内で使用されていたルーツブロワポンプは、不要とすることができる。
【００７７】
従って、ドラッグ段には追加のモーター及び磁気軸受が必要であるのでドラッグ段を別個のポンプとして設けるためにコスト増となることが考えられ得るが、ドラッグ段によって、動作の高温化、従って、高圧力化が可能であり、従って、低熱必要量化に伴う接続管の小径化が可能である。更に、一部の実施形態において、ドラッグ段は、従来の補助ポンプシステムのルーツブロワポンプなどの補助ポンプの１又は２以上を不要とすることを可能にすることができる。
【００７８】
図３は、追加の実施形態についてポンプのセットを示す。この実施形態において、真空チャンバ９０を排気するように構成されたターボ分子ポンプ６０ａがある。ドラッグポンプ６１もあり、ドラッグポンプ６１は、導管及びバルブ８０を介してターボ分子ポンプ６０ａの排気部に、及び、追加の導管及びバルブ８０を介して真空チャンバ９０に接続されている。真空チャンバ９０とターボ分子ポンプ６０ａとの間にバルブ８０がある。
【００７９】
バルブは、ドラッグポンプが真空チャンバに接続されるように設定することができ、ターボ分子ポンプは、ドラッグポンプから分離されている。バルブは、チャンバはドラッグポンプとの直結から分離されるがターボ分子ポンプと接続され、ターボ分子ポンプ排気部は、ドラッグポンプによって補助されるようにドラッグポンプに接続されるように設定することもできる。
【００８０】
実質的に、ドラッグポンプ６１をターボ分子ポンプ６０ａから別個であるポンプとして設けることによって、ドラッグポンプは、ターボ分子ポンプから独立してチャンバを排気するために使用することができる。従って、ドラッグポンプは、ターボポンプが単独で作用する場合よりも高い圧力である場合にチャンバを排気するために使用することができる。チャンバ圧が特定の値に降下した場合、バルブを切り替えることができ、ドラッグポンプ６１によって補助されたターボポンプ６０ａは、より高い真空を生成及び維持するために使用することができる。
【００８１】
ドラッグポンプが、ターボポンプと異なる材料及び高温化に強い材料で作製することができるが、ポンプのセットの実施形態において、ドラッグポンプは、ターボポンプに同様の材料で形成することができる。
【００８２】
本発明の例示的な実施形態は、添付図面を参照しながら本明細書において詳細に開示してきたが、本発明は、この厳密な実施形態に限定されず、当業者であれば、特許請求の範囲及び均等物によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更及び修正を実施形態において行うことができる点は理解される。
【符号の説明】
【００８３】
６  入口
８  並行Ｓｉｅｇｂａｈｎ段
１０、１２  並行Ｓｉｅｇｂａｈｎ段へのガス入口
２０、２２  Ｓｉｅｇｂａｈｎ段ステータ
３０  Ｈｏｌｗｅｃｋ段ステータ
３１  ロータのＳｉｅｇｂａｈｎ部分
３２  ロータのＨｏｌｗｅｃｋ段部分
３４  Ｈｏｌｗｅｃｋ段からのガス出口
３６  再生段のロータブレード
３７  再生段
５０、５２  断熱部材
５３  熱シールド
５４  ロータ駆動シャフト
５５  冷却部
５６  磁気軸受組立体
６０  組み合せターボ分子ドラッグポンプ
６０ａ  ターボ分子ポンプ、
６１  ドラッグ／再生ポンプ
６２  接続管
６４  ルーツブロワポンプ
６６  ドライ１次ポンプ
８０  バルブ
９０  真空チャンバ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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