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

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。

说明书

技术领域

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

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

在干压缩真空泵的入口侧处的压力可例如处于1mbar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100mbar和 150mbar之前。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明

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：

图1示出根据本发明的装置的实施例。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。