用于排空腔室并净化从所述腔室抽取的气体的装置和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于排空腔室(14)并用于对从所述腔室(14)抽取的气体清除任何外来物质的装置。所述装置包括干压缩真空泵(15)，该干压缩真空泵(15)具有被连接至待被排空的所述腔室(14)的入口(17)，并且适合与出口(18)处的可变条件无关地使所述入口压力维持在恒定水平。另外设置有中间管线(19)和液环真空泵(20)，中间管线(19)连接至干压缩真空泵(15)的出口(18)，液环真空泵(20)的入口被连接至中间管线(19)。本发明还涉及相应的方法。本发明使得能够可靠且有效地气体清除任何外来物质。
【专利说明】用于排空腔室并净化从所述腔室抽取的气体的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种装置，借助于该装置，能够将腔室排空并且能够从该腔室抽取的 气体清除所夹带的外来物质。该装置包括干压缩真空泵，该干压缩真空泵的入口被连接至 待被排空的腔室。该真空泵适于与出口处的可变条件无关地，特别是与出口处的可变压力 无关地使入口的压力保持恒定。本发明也涉及一种相应的方法。
【背景技术】
[0002] 这种装置例如可用于沉积工艺，诸如CVD (化学气相沉积）工艺。在许多工业部分 中采用CVD工艺以在较低的压力下在不同的衬底上产生涂层。为此，在高温下和/或在等 离子体的帮助下，气态金属化合物被转化成衬底表面上的期望涂层系统。能够实现的相对 高的气体压力允许高生长率，因而在所有的真空涂层技术部门中被广泛使用。所述高生长 率的劣势在于，沉积反应不仅发生在衬底上，而且还发生在涂层设施的所有区域中。这不仅 牵涉到工艺腔室壁体，而且还牵涉到在工艺腔室和废气出口之间的管线和装置。此外，气体 出口和中间产物通常是有毒性和有腐蚀性的，因而，这种CVD设施还总是配备有相应的废 气处理设备。
[0003] 在现代CVD设施中，为了移除工艺腔室中的沉积物，在工艺步骤之间执行蚀刻工 艺，这种蚀刻工艺将工艺腔室中的沉积物转化为易于蒸发的物质。所述物质的典型代表是 氯化铵，氯化铵趋向于进一步沿管线反复积聚在壁体上。这特别牵涉到真空泵和真空泵的 压力侧，因为根据连续性定理，此处体积流量明显减小，因而使得固体物质能够积聚。
[0004] 为了解决由此产生的问题，目前基本上存在两种在工业设施中使用的解决方案策 略。一种策略是在工艺腔室的下游安装冷阱，加热管线通往该冷阱，以便在某一位置堆积可 冷凝的物质。这种方法具有以下劣势，即必须以规律间隔清洁/排空冷阱。另一种策略是 对管线进行强度加热，并且添加大量的惰性气体，以便即使在真空泵的压力侧上也实现足 够的体积流量。这里的劣势在于管线、阀门等的能量消耗以及热和热腐蚀负荷。此外，惰性 气体流对废气净化设备增加负担，废气净化设备通常由废气洗涤器组成。此外，废气洗涤器 极度易受气体入口处的堵塞影响，因为在这里，在高压和低体积流量的情况下，温度显著降 低。
【发明内容】
[0005] 以引言中提及的现有技术作为出发点，本发明的目的在于提供一种装置和一种方 法，通过该装置和方法，能够以有利并可靠的方式净化从腔室抽取的气体。以引言中提及的 现有技术作为出发点，通过独立权利要求的特征实现该目的。有利实施例存在于从属权利 要求中。
[0006] 在许多应用中，非常重要的是，待被排空的腔室（例如，CVD工艺的工艺腔室）中 的压力能够被可靠地维持恒定。因而，该腔室必须被连接至干压缩真空泵，即使在不能够将 泵的出口处的条件可靠地维持恒定时，干压缩真空泵也能够执行该任务。基本上，只有在该 泵包括串联布置的多个工作腔室时，该泵就是适合与出口处的可变条件无关地保持入口压 力恒定。然后，入口和出口通过多个密封间隙彼此分离。能够执行这种任务的泵的实例是 螺杆式真空泵。不适合与出口处的可变条件无关地使入口的压力保持恒定的泵的实例是罗 茨泵。这里，入口和出口通过仅一个密封间隙彼此分离，因此，由于渗漏流，出口处的变化对 入口处的条件有直接影响。因而，罗茨泵通常被用作在包括多个泵的设备中的前置泵。诸 如在FR 1129872和US 3, 956, 072中描述的具有罗茨泵作为前置泵的常规泵设备与本发明 无关。
[0007] 液环真空泵经由中间管线连接至干压缩真空泵的出口。出于两种原因，液环真空 泵不适于直接连接至待被排空的腔室。首先，液环真空泵不能够产生低于工作液体的蒸气 压力的真空。然而，在待被排空的腔室中常常需要较低的压力。其次，蒸气分压力能够在吸 入侧的方向上从液环真空泵的工作液体逃逸。这是不可接受的，因为必须能够维持在待被 排空的腔室中的限定条件。
[0008] 本发明基于下列概念。在待被排空的腔室中，大气占绝大多数，其中固体物质溶解 在气体中。为了防止气体在经过根据本发明的装置时，固体物质冷凝和沉淀在泵的元件上， 首先必需维持低的气体压力，其次必需维持高的体积流量，从而气体以足够的速度移动。
[0009] 与该背景相反，根据本发明的干压缩真空泵用于增加压力，但是增加至仍远低于 大气压力的值。因而，在中间管线中，压力足够低，并且速度足够高，所以仍不发生冷凝。冷 凝首次发生在液环真空泵中。然而，在这里，物质能够立即被液环真空泵的工作液体吸收并 运走，从而作为结果，不形成不良沉积物。术语"冷凝"特别包括其中物质从气相直接变成 固相的情形。在根据本发明的装置中，不需要在液环真空泵下游的另外的废气洗涤器。
[0010] 在干压缩真空泵的入口侧处的压力可例如处于lmbar和40mbar之间，优选2mbar 和30mbar之间，更优选5mbar和20mbar之间。中间管线中的压力可例如处于80mbar和 300mbar 之间，优选 lOOmbar 和 150mbar 之前。
[0011] 用于阻碍冷凝的另一可能性包括，在干压缩真空泵的出口处和/或中间管线中馈 进净化气体。在所述区域中馈进净化气体具有以下优势，即，能够利用少量的气体实现体积 流量因此速度的显著增加。用于馈送净化气体的开口可以是适当布置的阀。还能够通过在 轴与壳体之间形成在干压缩真空泵中的并且在任何情况下都必须密封的开口来馈进净化 气体。在该情况下，净化气体能够同时起到干压缩真空泵的阻隔气体的作用。
[0012] 优选地，液环真空泵设有用于工作液体的入口和出口。更加优选地，所述入口和出 口被设计成允许工作液体在泵运行期间流入和流出。为了能够用新鲜的工作液体代替已经 增添有外来物质的工作液体，这是有利的。在该实施例中，泵可被设计成使得液环真空泵的 壳体设有用于流入工作液体的入口开口，并且设有用于流出工作液体的出口开口。其中工 作液体最初通过与气体流相同的出口从泵流出的构造也是可能的。工作液体能够在随后的 管线中与气体流分离。
[0013] 对工作液体的流动存在多种可能性。从液环真空泵排出的液体可被倒掉，并且被 相应量的新鲜液体代替。同样能够构思的是其中从液环真空泵排出的液体被部分或全部馈 送回至泵的循环。也可对压缩的热做准备以借助于安装的热交换器耗散。
[0014] 在所有情况下，仅当工作液体变得充分增添有外来物质时才期望倒掉工作液体。 出于该目的，可设置成借助于传感器确定工作液体的导电性。能够通过导电性推断外来物 质的含量。例如，传感器可被布置在液环真空泵上，或通过其传送工作液体的管线或容器 上。该装置可被设计成仅以取决于外来物质含量的方式以期望的量馈送和排出工作液体。
[0015] 工作液体可以是水。工作液体还能够含有溶剂，该溶剂与气体中所含的外来物质 相配（coordinated)。这种溶剂能够有助于特别有效地净化气体。
[0016] 在气体中，有时可存在酸性或碱性的夹带物质。在该情况下，为了净化气体，有利 的是工作液体相应地为相反的碱性或酸性的。出于该目的，可设置pH传感器，以便确定工 作液体的pH值。此外，可设置控制装置，该控制装置根据来自pH传感器的测量值来调节pH 值。如果仅为了中和工作液体，则这可通过将水添加至工作液体实现。如果要在相应方向 上调节pH值，还可能将酸或碱溶液馈送至工作液体。
[0017] 气体中的一些外来物质能够最好地通过燃烧消除。出于该目的，可设置燃烧装置， 优选地，该燃烧装置被布置在中间管线中。所述燃烧装置可以热燃烧运行，也就是说，通过 天然气提供火焰，例如，使火焰接触气体。还能够是催化燃烧，其中使气体接触由催化材料 组成的加热表面。借助于燃烧，能够使气体中的外来物质变成它们被工作液体吸收的形式。
[0018] 本发明还涉及一种排空腔室并从腔室抽取的气体清除所夹带的外来物质的方法。 在该方法中，通过抽吸将气体抽出腔室。将压力升高至低于大气压力的值，其中使用即使出 口压力变化也适于使入口的压力维持恒定的泵。将气体向前传送至液环真空泵，该液环真 空泵在大气压力下输出气体。在该方法中，被向前传送至液环真空泵的气体的压力和体积 流量被设定成使得不发生外来物质的冷凝。外来物质在液环真空泵中首次发生冷凝，并且 被液环真空泵中的工作液体吸收，并被排出。可通过上文参考根据本发明的装置已经描述 的进一步特征改进该方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 下文将参考附图并基于有利实施例通过实例描述本发明。其中：
[0020] 图1示出根据本发明的装置的实施例。
【具体实施方式】
[0021] CVD工艺的工艺腔室形成待被排空的腔室14。螺杆式真空泵15的入口 17被连接 至该待被排空的腔室14。减压阀16被布置在待被排空的腔室14和螺杆式真空泵15之间 的管线中，借助于该减压阀能够将腔室14中的压力设定成比螺杆式真空泵15的入口 17处 的压力高。在本实例中，在腔室14中主要存在80mbar的压力，而在螺杆式真空泵15的入 口 17处主要存在20mbar的压力。螺杆式真空泵15的任务在于，将入口 17处的压力保持 恒定，即便螺杆式真空泵15的出口 18处的条件是变化的。借助于螺杆式真空泵15,气体被 压缩至约120mbar的压力并且经由出口 18输出。
[0022] 螺杆式真空泵15的出口 18被通往液环真空泵20的中间管线19邻接。液环真空 泵20进一步压缩气体，使得该气体能够经由出口 21以大气压力输出。
[0023] 螺杆式真空泵15与液环真空泵20彼此协作，使得在中间管线19中，气体的压力 足够低，并且体积流量足够高，从而在其中不发生被气体夹带的外来物质的冷凝。作为液环 真空泵20中进一步的压力升高的结果，首次发生冷凝。然后，外来物质立即被液环真空泵 20的工作液体吸收，并且因此不能够沉积在该装置的元件上。
[0024] 在中间管线19中还布置有阀22,通过该阀22,来自环境的空气能够作为净化气体 被导入到中间管线19中。由于在该位置处导入净化气体，小体积的净化气体足以使中间管 线19中的体积流量显著增大。因此，能够借助于净化气体进一步阻碍外来物质的沉积。
[0025] 在运行期间，工作液体富含不断增加量的外来物质。因此，能够在运行期间分别经 由入口 23和出口 24将新的工作液体馈送至液环真空泵20并将旧的工作液体从液环真空 泵排出。这里，经由馈送管线26和返回管线27,在液环真空泵20和储存容器25之间存在 用于工作液体的闭合回路。因此，在运行期间，工作液体连续地交换，由此储存容器25中存 在的材料增添外来物质到更大的程度。
[0026] 借助于传感器28连续地测量储存容器25中的工作液体的导电性。能够从导电性 推断外来物质的含量，从而能够在超过预定阈值时停止使用工作液体。
[0027] 来自传感器28的测量值被馈送至控制单元30。如果超过阈值，则控制单元30促 动阀31，从而从容器25抽取一些不再可用的工作液体。随后，容器25被填充相应量的新鲜 的工作液体。此外，借助于控制单元30促动泵32,借助于该泵32将工作液体馈送至液环真 空阀20。
[0028] 借助于另外的传感器29测量储存容器25中的工作液体的pH值。例如，如果在气 体中夹带有酸性外来物质，则为了净化气体，碱性的工作液体将是有利的。对酸性外来物质 的吸收具有以下效果，即，工作液体的pH值下降，直到在某一点不再确保酸性外来物质的 吸收。这借助于传感器29确定。当传感器29输出相应的测量值时，装置30促动阀33,借 助于该阀33,将另外的碱性溶液馈送至工作液体。通过这种方式，工作液体永久地保持期望 碱性特征。
[0029] 如果被夹带在气体中的外来物质是碱性的，则使用传感器29、控制装置30和阀33 的程序就完全相反。
[0030] 最后，燃烧装置34布置在中间管线19中。如果仅在燃烧之后才能够被液环真空 泵20的工作液体吸收的外来物质夹带在气体中，则激活燃烧装置。
【权利要求】
1. 一种用于排空腔室（14)并用于对从所述腔室（14)抽取的气体清除所夹带的外来物 质的装置，所述装置具有以下部件： a. 干压缩真空泵（15)，所述干压缩真空泵（15)的入口（17)连接至待被排空的所述腔 室（14)，并且所述干压缩真空泵（15)适合与出口（18)处的可变条件无关地使入口压力保 持恒定； b. 中间管线（19)，所述中间管线（19)连接至所述干压缩真空泵（15)的出口（18); c. 液环真空泵（20)，所述液环真空泵（20)的入口连接至所述中间管线（19)。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述干压缩真空泵（15)被设计成在所述 入口（ 17)侧处产生在lmbar和40mbar之间，优选在2mbar和30mbar之间，更优选在5mbar 和20mbar之间的压力。
3. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述干压缩真空泵（15)被设计成在 所述中间管线（19)中产生在80mbar和300mbar之间，优选在100mg和150mbar之间的压 力。
4. 根据权利要求1至3中的一项所述的装置，其特征在于，用于供应净化气体的开口 (22)设置在所述干压缩真空泵（18)的出口（18)处和/或在所述中间管线（19)中。
5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述开口是在所述干压缩真空泵（15)的 轴和壳体之间存在的间隙。
6. 根据权利要求1至5中的一项所述的装置，其特征在于，所述液环真空泵（20)设有 用于工作液体的入口（23)和出口（24)，所述入口和出口允许所述工作液体在所述泵（20) 运行期间流入和流出。
7. 根据权利要求1至6中的一项所述的装置，其特征在于，设置传感器（28)用以确定 工作液体的导电性。
8. 根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，设置控制装置（30)，所述控制装置 (30)根据所述工作液体中的外来物质的浓度来调节所述工作液体的流入和流出。
9. 根据权利要求1至8中的一项所述的装置，其特征在于，所述液环真空泵（20)的工 作液体含有溶剂，所述溶剂与所述气体中包含的所述外来物质相配。
10. 根据权利要求1至9中的一项所述的装置，其特征在于，设置pH传感器（29)，用以 确定工作液体的pH值。
11. 根据权利要求10所述的装置，其特征在于，设置控制装置（30)，所述控制装置（30) 被设计成根据来自所述pH传感器的测量值来调节所述工作液体的pH值。
12. 根据权利要求1至12中的一项所述的装置，其特征在于，在所述中间管线（19)中 布置燃烧装置（34)。
13. -种用于排空腔室（14)并用于对从所述腔室抽取的气体清除所夹带的外来物质 的方法，所述方法具有以下步骤： a. 将所述气体从所述腔室（14)抽出； b. 将压力增加至比大气压力低的值，其中使用泵（15)，所述泵（15)适于即使出口压力 是可变的也使入口压力保持恒定； c. 将所述气体向前引导至液环真空泵（20)，所述液环真空泵（20)以大气压力输出所 述气体。
【文档编号】F04C23/00GK104066989SQ201280061800
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2011年12月14日
【发明者】海纳·克斯特斯, 乌韦·戈特施利希 申请人:斯特林工业咨询有限公司