DE69737315T2

DE69737315T2 - Auslasssystem

Info

Publication number: DE69737315T2
Application number: DE69737315T
Authority: DE
Inventors: Nobuharu Fujisawa-shi Kanagawa-ken Noji; Yasuhiro Ayase-shi Kanagawa-ken Niimura; Hiroaki Kawasaki-shi Ogamino; Hiroshi Yokohama-shi Hattori; Norihiko Fujisawa-shi Nomura; Tetsuro Fujisawa-shi Sugiura; Yuji Kakamigahara-shi Gifu-ken Matsuoka
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2017-05-23
Also published as: EP0811413A2; EP0811413A3; EP1719551A3; KR100504227B1; US6332925B1; KR19980063312A; EP0811413B1; DE69737315D1; EP1719551A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Entlüftungssystem, das beispielsweise zur Entlüftung einer Behandlungskammer einer Vorrichtung zur Halbleiterherstellung verwendet wird.
Ein herkömmliches Entlüftungssystem wird unter Bezugnahme auf 23 erläutert werden. Eine Vakuumkammer 410 ist beispielsweise eine Behandlungskammer einer Vorrichtung zur Halbleiterherstellung zur Durchführung von Aufgaben wie dem Trockenätzen oder eines CVD-Prozesses, und ist mit einer Vakuumpumpe 412 mittels einer Entlüftungs- und Entlüftungsleitung verbunden. Die Vakuumpumpe 412 wird verwendet, um den Druck des Prozessgases bis auf einen atmosphärischen Druck anzuheben, um so die Vakuumkammer 410 zu entlüften, und in der Vergangenheit wurde diese Aufgabe von einer Ölpumpe übernommen, aber in letzter Zeit wurde sie hauptsächlich von einer Trockenpumpe übernommen. Falls der von der Vakuumkammer 410 benötigte Grad des Vakuums höher ist als der von der Pumpe allein erreichbare, wird manchmal eine Vakuumvorrichtung mit höherer Leistung, wie beispielsweise eine Turbomolekularpumpe auf der in Strömungsrichtung aufwärts gelegenen Seite der Trockenpumpe verwendet.
Das Behandlungsgas kann, abhängig von der Art der Behandlung, giftig oder explosiv sein, und darf nicht, ohne behandelt zu werden, in die Umgebung entlassen werden. Aus diesem Grund wird eine Abgasbehandlungsvorrichtung 426 in Strömungsrichtung unterhalb der Vakuumkammer 412 vorgesehen, in der diejenigen gasförmigen Komponenten, die nicht in die Umgebung entlassen werden können, behandelt, indem sie adsorbiert, zersetzt oder absorbiert werden, und nur die entgifteten Gase werden freigesetzt. Die Entlüftungsleitung 414 ist mit Ventilen versehen, um Bereiche zu isolieren, falls nötig.
Die oben beschriebenen, herkömmlichen Anordnungen von Entlüftungssystemen weisen die folgenden gemeinsamen Fehler auf.

1. Falls die Nebenprodukte der Reaktion korrosive Gase enthalten, kann die Vakuumpumpe angegriffen werden, was deren Lebensdauer verringert. Beim Ätzen von Silizium-basierten Vorrichtungen mit einem typischen Prozessgas, welches CF₄ und O₂ enthält, enthält das ausgestossene Gas beispielsweise SiF₄, F₂, CO, CO₂ zusätzlich zu den verbleibenden CF₄ und O₂. Von diesen Gasen wirkt besonders F₂ stark korrosiv (weil während des Prozesses Fluorid-Radikale gebildet werden) auf die Pumpe.
2. Falls das Nebenprodukt der Behandlung ein Gas enthält, welches eine hohe Sublimationstemperatur aufweist, und welches durch die Vakuumpumpe ausgestoßen wird, ist das Ergebnis die Bildung von Ablagerungspartikeln in der Vakuumpumpe, was letztlich zu einem Grund für ihr Funktionsversagen wird. Beim Ätzen von Aluminiumbasierten Vorrichtungen mit einem typischen Prozessgas, welches BCl₃ und CL₂ enthält, muss die Vakuumpumpe zusätzlich zu den verbleibenden BCl₃ und CL₂ ein Reaktionsnebenproduktgas AlCl₃ ausstossen. Dieses Gas, AlCl₃ zersetzt sich aufgrund seines niedrigen Partialdrucks nicht auf der Einlasseite der Pumpe, aber der Partialdruck steigt im unter Druck stehenden Abgas, erzeugt dadurch Ablagerungen innerhalb der Vakuumpumpe und sorgt damit für Leistungsprobleme. Ähnliche Probleme treten beim Betrieb einer CVD-Vorrichtung zur Herstellung von SiN-Schichten, welche Nebenproduktgase wie (NH₄)SiF₆ und NH₄Cl und ähnliche produziert, auf.
3. Feststoffpartikel können aus der Behandlungskammer abgeführt werden, welche direkt in die Vakuumpumpe eintreten und dadurch Probleme im Betrieb verursachen können. Im Falle einer Niederdruck-CVD-Vorrichtung, welche auf einem Tetraethyloxisilan(TEOS)-Prozess zur Herstellung von Si-Schichten basiert, wird ein Behandlungsgas verwendet, das TEOS und O₂ enthält, und es werden verschiedene Arten von Alkoholen und fester SiO₂-Partikel produziert. Die Siliziumoxidpartikel entstehen als Feststoffe in der Reaktion, und rufen eine mechanische Beschädigung der Vakuumpumpe hervor.
4. Wenn das Nebenprodukt ein Gas enthält, das bei hohen Temperaturen reaktiv ist, kann es innerhalb der Pumpe reagieren und dadurch Probleme im Betrieb verursachen. In einer CVD-Vorrichtung zur Herstellung von Wolframschichten, die ein typisches Prozessgas verwendet, das WF₆ und SiH₄ enthält, werden die gasförmigen Nebenprodukte HF und H₂, zusammen mit verbleibenden WF₆ und SiH₄ aus der Behandlungskammer ausgestoßen. Wenn Druck und Temperatur innerhalb der Vakuumpumpe ansteigen, reagieren WF₆ und SiH₄ miteinander und lagern Wolframpartikel ab, welche Probleme beim Betrieb der Pumpe verursachen können.
5. Der Betrieb der herkömmlichen Anlagen ist teuer, weil die Prozessgase ausgestoßen werden, ohne wiederverwendet zu werden. Besonders einige dieser Gase wie SiH4 sind teuer, und obgleich es wünschenswert ist, diese wieder zu verwenden, wurde diese Wiederverwendung in der Vergangenheit nicht durchgeführt. Ebenso werden bei der herkömmlichen Herangehensweise verschiedene Arten von Gasen in einer Fallenvorrichtung gefangen, und es ist aufwändig, die Nebenprodukte zu behandeln, um sie in verschiedene Bestandteile aufzuteilen.
6. Das gesamte umfangreiche Abgas muss in der Abgasbehandlungsvorrichtung behandelt werden, was von vorneherein zu einem groß angelegten Verfahren und großen finanziellen Aufwendungen führt, und die Behandlungsschritte werden komplex und die laufenden Kosten können hoch werden.

Bezüglich der oben aufgeführten Probleme wurden korrosionsresistente Pumpen entwickelt, um mit den im Punkt 1 genannten Problemen umzugehen, und die in Punkt 2 umrissenen Probleme wurden durch Erhöhung der Betriebstemperatur der Vakuumpumpe behandelt; solche Abhilfen beziehen sich jedoch nur auf den Betrieb der Vakuumpumpe, und weil nicht die Probleme des gesamten Systems angesprochen wurden, war der Fortschritt nur minimal. Es wurden keine Überlegungen bezüglich der in den Punkten 5 und 6 umrissenen Probleme angestellt.
Bei Betrachtung des Stands der Technik wird die Aufmerksamkeit auf FR-2 523 113 und US-4 551 197 gelenkt. FR-2 523 113 zielt auf ein Verfahren zur Regeneration von Chloroselenen (chloroselenes) und Wasserstoff ab. Gemäß dieses Verfahrens findet die Kondensation von Chloroselenen in einem Temperaturbereich von –15°C bis zu –90°C in Schritten statt, wobei die Anzahl der Schritte mindestens vier beträgt, und wobei die Temperatur bei jedem Schritt konstant gehalten wird, wodurch die Regeneration von Wasserstoff durch die Erstarrung von Chloroselen und Wasserstoffchlorid (hydrogen chlorene) in mindestens drei Schritten mit einer Erstarrungstemperatur zwischen –120°C und –125°C im ersten Schritt, von –150°C und –165°C im zweiten Schritt, während schließlich im dritten Schritt die Erstarrung der genannten Substanzen bei einer Temperatur stattfindet, die überhalb der Verdampfungstemperatur von flüssigem Stickstoff liegt. US-4 551 197 offenbart ein System einer Kältefalle zur Gewinnung und Aufbereitung kondensierbarer gasförmiger Edukte zwischen einer zu entlüftenden Kammer. Eine Vakuumpumpe und eine Kältefalle sind vorgesehen. Somit wird eine fortgesetzte Gewinnung und Aufbereitung durch ein solches System erreicht, welches mehrere Kältefallen und eine Sammelkammer mit einem einzelnen Einlass-/Auslasszugangsrohr aufweisen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Entlüftungssystem bereitzustellen, welches eine lange Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist, und welches die Abgasbehandlungsvorrichtung kleiner und das Gas wiederverwendbar machen kann, sodass die Gesamtkosten der Kapitalinvestition und des Betriebs verringert werden. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Entlüftungssystem vorgesehen, wie es in Anspruch 1 offenbart ist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen offenbart. Demnach wird das Ziel mittels eines Evakuierungs- bzw. Entlüftungssystems erreicht, welches eine Behandlungskammer und eine Vakuumkammer aufweist, welche mit der Behandlungskammer mittels eines Entlüftungsanschlusses zur Entlüftung der Behandlungskammer in Verbindung steht, wobei die Entlüftungsleitung mit nicht weniger als zwei Fallenvorrichtungen versehen ist, die hintereinander angeordnet sind und bei verschiedenen Temperaturen betrieben werden, um verschiedene Bestandteile einzufangen, die in einem aus der Behandlungskammer ausgestoßenen Abgas enthalten sind. Korrosive Gase und abrasive Bestandteile im Abgas werden somit entfernt, bevor sie in die Vakuumpumpe eintreten, um dort Schaden an der Pumpe anzurichten. Die Annahme mindestens zweier verschiedener Temperaturen für die Fallen ermöglicht es, das Abgas, welches eine Mischung von Gaskomponenten aufweist, in einzelne Bestandteile zu trennen, und erleichtert dadurch den darauf folgenden Prozess der Gasbehandlung und die Bewahrung teurer Prozessgase zur Wiederverwendung.
Die kaskadierende Anordnung von Wärmefallen mit fallendem Temperaturgradienten, von in Strömungsrichtung aufwärts gelegenen Fallen zu in Strömungsrichtung abwärts gelegenen Fallen im Entlüftungssystem, ermöglicht es, Feststoffpartikel und diejenigen Gase, die eine hohe Sublimationstemperatur aufweisen, in der ersten Falle zu fangen, während die anderen Komponenten und Reaktionsnebenprodukte in der zweiten und den folgenden, in Strömungsrichtung abwärts gelegenen Fallen gefangen werden können, gemäß ihrer thermodynamischen Merkmale.
Die Fallentemperatur schwankt in Abhängigkeit von dem Zielgas, und sollte niedriger als die Erstarrungstemperatur der Zielbestandteile eingestellt werden. Falls die Temperatur in einem typischen Bereich ist, d.h. nicht unter –60°C, kann das Kühlmedium aus Materialien wie Luft, Wasser, Salzlösung und organischen Kühlmitteln gewählt werden.
Besonders für diejenige Wärmefallen, die auf die zweite Falle folgen, sind die Betriebstemperaturen oft nicht höher als –60°C. In diesen Fällen beinhalten Kühlverfahren eine Heliumkühlvorrichtung (basierend auf der Ausdehnungswärme von Heliumgas), die in Kältepumpen verwendet werden, die typischerweise durch die GM Kühlvorrichtung repräsentiert werden. Noch besser wird eine Pulsröhrenkühlervorrichtung verwendet, um Vibrationen zu minimieren.
Wenn die Fallentemperatur nahe oder über der Verdampfungstemperatur des verflüssigten Gases liegt, ist es zweckdienlich, die latente Wärme der Verdampfung zu verwenden. Besonders flüssiger Stickstoff ist aufgrund seiner Verfügbarkeit und seinen niedrigen Kosten attraktiv. Falls nicht weniger als zwei Niedertemperaturfallen benötigt werden, kann eine Heliumkühleinheit in Verbindung mit einer Flüssigstickstoffeinheit verwendet werden.
Die Fallenleistung schwankt in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur der Niedertemperaturfalle, und daher kann ein Temperatursensor in Verbindung mit einer Heizvorrichtung und einer Steuerung vorgesehen sein, um eine konstante Temperatur in der Falle aufrecht zu erhalten.
Vom Standpunkt der Erleichterung der Behandlung gasförmiger Bestandteile zur Wiederverwendung, sollten die gefangenen Gase im Wesentlichen frei von Verunreinigungen sein, und aus diesem Grund sind fallen de Temperaturen in einer Reihe kaskadierender Fallenanordnungen zu bevorzugen.
Die Betriebstemperaturen der verschiedenen Niedertemperaturfallen sollten um einen vorbestimmten Wert getrennt werden, so sollte beispielsweise im Bereich um –60°C der Unterschied nicht weniger als 40°C betragen, und im Bereich um –200°C sollte er nicht weniger als 20°C betragen. Durch Übernahme eines solchen Schemas ist es möglich, das Gas in präzise Gruppen zu trennen.
Wenn sich das Zielgas nicht verfestigt, außer bei extrem geringen Temperaturen, oder wenn es gewünscht ist, ein bestimmtes Gas einzufangen, ist es effektiv, ein Adsorptionsmittel auf der Oberfläche der Niedertemperaturfalle zu verwenden. Solche Mittel umfassen Zeolithe, aktivierte Holzkohle, Aluminiumoxid, Silicagel und Metalloxide.
Wenn das angesammelte Festmaterial oder das verfestigte Gas ein bestimmtes Level in der Falle erreicht hat, muss die Falle regeneriert werden. Die Notwendigkeit, eine Falle zu ersetzen, kann durch einen Sensor angezeigt werden, beispielsweise durch das Messen eines Differenzdrucks zwischen vorderen und hinteren Bereichen der Falle. Wenn ein Schwellenwert überschritten ist, kann das ein Anzeichen für das Ende der Faltenkapazität sein, sodass die Falle erneuert werden sollte.
Zu Zwecken der Regeneration kann, falls es beispielsweise wegen darin angesammelter Feststoffpartikel schwierig ist, die Falle an Ort und Stelle zu behandeln, eine ganz neue Falle gegen die gebrauchte Falle ausgetauscht werden. Zu diesem Zweck kann die Falle an die Leitung beispielsweise mittels eines Flansches angeschlossen sein, so dass sie einfach aus dem System entnommen werden kann. Zur Abtrennung der Falle, während sie aus dem System entnommen wird, können Verschlussventile oder selbstschliessende Ventile verwendet werden.
Es ist zeitaufwendig, das bei relativ höheren Temperaturen eingefangene Gas bei Raumtemperatur zu gewinnen, und in solchen Fällen ist es gewünscht, eine Heizvorrichtung innerhalb der Falle vorzusehen. Diejenigen Gase, welche bei relativ niedrigeren Temperaturen eingefangen wurden, können bei Raumtemperatur schnell regeneriert werden, und benötigen keine Heizvorrichtung. In solchen Fällen ermöglicht ein Gaseinlassanschluss zum Einlass eines Gases bei Raumtemperatur die Regeneration des Zielgases, und falls das Gas in Reinform explosiv ist, kann ein inertes Gas wie Stickstoff verwendet werden, um das Gas zu verdünnen.
Wenn die regenerierten Gase wieder verwendet werden sollen, kann kein inertes Gas in die Falle eingeleitet werden, und macht es daher erforderlich, das gefangene Gas schrittweise abzulassen. In solchen Fällen ist es nötig, den Kühlprozess der Kühleinheit oder des Flüssiggases schrittweise einzustellen, um die Temperatur der Falle schrittweise zu erhöhen.
Während eines solchen Regenereationsbetriebs muss die Falle vom System entfernt worden sein, oder die Vorder- und Hinterventile der Falle müssen geschlossen sein, was die Vakuumfunktion außer Funktion setzt. Daher sollten, um den Regenerationsprozess ohne Unterbrechung des Entlüftungsvorgangs fortzusetzen, mindestens zwei Gruppen einer parallelen Anordnung von Fallen in das System eingebracht werden, sodass der Entlüftungspfad von einer Fallengruppe zur anderen umgeschaltet werden kann.
Die Fallenvorrichtungen können eine Umschaltvorrichtung zur mechanischen Umschaltung zumindest einer der Fallenvorrichtungen zwischen der Regenerationsleitung und der Entlüftungsleitung aufweisen. In diesem Fall können die Fallenvorrichtungen zwei Fallenbauteile umfassen, die abwechselnd in der Regenerations- und der Entlüftungsleitung platziert werden können, um so ein gleichzeitiges Durchführen des Einfangens und der Regeneration zu ermöglichen. Diese Konstruktion macht es selbst im Langzeitbetrieb unnötig, die Vorrichtung zur Durchführung des Regenerationsprozesses anzuhalten, oder Ersatzfallenbauteile vorzubereiten. Es macht es auch leichter, den ganzen Prozess zu automatisieren, indem eine geeignete Zeitbeurteilungsvorrichtung eingesetzt wird.
Wenn das regenerierte Gas wieder verwendet werden kann, kann es mittels einer Veredelungs- bzw. Raffinationsvorrichtung behandelt werden, bevor es in die Behandlungskammer zurückgeleitet wird. Wenn das regenerierte Gas vor der Ausleitung eine Reinigung benötigt, wird es an eine Behandlungsvorrichtung geschickt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Entlüftungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Zeichnung, die die Konstruktion einer Wärmefalle zeigt.
3 ist ein weiteres Beispiel der Wärmefalle
4 ist eine schematische Darstellung der Vorder- und Hinterfallenanordnung, welche einen Differenzdrucksensor aufweist.
5 ist eine schematische Darstellung einer Parallelanordnung zweier Vorder- und Hinterfallen.
6 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Vorder- und Hinterfallenanordnung, welche eine Gasspeichereinheit aufweist.
7 ist eine schematische Darstellung der anderen Wärmefallenanordnung.
8 ist eine schematische Darstellung einer kaskadenförmigen Anordnung der Wärmefallen in einem Entlüftungssystem.
9 ist ein Graph, der das Prinzip des Einfangens von Nebenprodukten gemäß dem Wärmefallenprinzip zeigt.
10 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, welches Wärme- und reaktive Fallen im Entlüftungssystem kombiniert.
11 ist eine schematische Darstellung einer kugelförmigen reaktiven Fallenanordnung
12 ist eine schematische Darstellung einer dualen parallelen Fallenanordnung.
13 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Entlüftungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Zeichnung, die die Konstruktion einer Wärmefalle zeigt, die in dem Ausführungsbeispiel verwendet wird, das in 13 gezeigt ist.
15 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Konstruktion einer Wärmefalle zeigt, die in 14 gezeigt ist.
16 ist eine schematische Ansicht einer weiteren reaktiven Fallenanordnung im Entlüftungssystem.
17 ist eine perspektivische Ansicht der grundlegenden Strukturbestandteile einer reaktiven Falle.
18A-C sind perspektivische Ansichten der verschiedenen Konfigurationen von Opfermaterialbehältern.
19 ist eine weitere Ausgestaltung der reaktiven Falle, welche einen Filterbereich aufweist.
20A und 20B (17B) sind noch weitere Konfigurationen der reaktiven Falle.
21 ist eine schematische Darstellung noch einer weiteren Kombination von Wärme- und reaktiver Fallen im Entlüftungssystem.
22 ist eine schematische Darstellung einer doppelten parallelen Anordnung reaktiver Fallen in Kombination mit einem Differenzdrucksensor im Entlüftungssystem.
23 ist eine schematische Darstellung des herkömmlichen Entlüftungssystems.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der beiden Arten von Evakuierungs- bzw. Entlüftungssystemen und verschiedene Anordnungen der Fallenvorrichtungen im System mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Neben den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird die folgende Beschreibung auch Ausgestaltungen beschreiben, die nicht von der Erfindung abgedeckt sind, aber dabei helfen, die Umgebung, in welcher die Erfindung verwendet wird, zu verstehen.
1 ist eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des Entlüftungssystems der vorliegenden Erfindung, in welcher eine Vakuumkammer 10 und eine Vakuumpumpe 12 mittels einer Entlüftungsleitung 14 durch Ventile 20, 22 und 24 in einer Reihe mit zwei Fallenvorrichtungen 16, 18 angeordnet sind, die bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden. In Strömungsrichtung unterhalb der Vakuumpumpe 12 befindet sich eine Abgasbehandlungsvorrichtung 26.
Die erste Fallenvorrichtung 16 wird bei einer relativ hohen Temperatur betrieben, und umfasst, wie in 2 gezeigt, eine zylindrische Umhüllung 102, welche einen Kühlmantel 100 aufweist, welcher auf dem äußeren Umfang der Umhüllung 102 angebracht ist, um ein Kühlmittel hindurch fließen zu lassen, und ein Umlenkblech 106, welches spiralförmig um die Mittelachse 104 der Umhüllung 102 ausgeformt ist, um einen Gasdurchlass zu bilden, der sich vom unteren Einlassanschluss 108 zum oberen Auslassanschluss 110 erstreckt. Die Fallenvorrichtung 16 ist aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Metallen, gefertigt, und der obere Deckel ist abnehmbar mit einem Flansch an der Umhüllung 102 befestigt.
Eine zweite Fallenvorrichtung 18 operiert bei einer deutlich geringeren Temperatur, beispielsweise bei nicht mehr als –60°C, und weist eine Konstruktion auf, die ähnlich der ersten Fallenvorrichtung ist, die eine Umhüllung 102 aufweist, welche ein Umlenkblech 106, wie in 3 gezeigt, beinhaltet, aber welches mit einem hohlen Schaft 112 versehen ist, der einen Durchlass 114 zur Durchleitung einer Kühlflüssigkeit wie beispielsweise flüssigem Stickstoff aufweist. In diesem Beispiel ist die Um hüllung zusätzlich zu einem unteren Einlassanschluss 108 und einem oberen Ausgang 110 mit einem Einlassanschluss 116 für ein Regenerationsgasmedium (wie beispielsweise Stickstoff, welches nicht mit dem regenerierten Prozessgas reagieren würde) und einem Auslassanschluss 118 für den Ausfluss regenerierten Gases versehen ist. Eine Heizvorrichtung 182 zur Erleichterung der Regeneration ist auf dem hohlen Schaft 112 vorgesehen.
Eine Beschreibung wird vorgelegt, um den Prozess des Aluminiumätzens unter Verwendung des Entlüftungssystems zu erläutern. Bei einem typischen Prozessgas, welches BCl₃ und Cl₂ enthält, ist das Abgas der Vakuumkammer eine Mischung der Gase BCl₃, Cl₂ und AlCl₃. Die Erstarrungstemperaturen dieser Gase sind wie folgt:
Das Abgas, das die Vakuumkammer 10 verlässt, tritt in die erste Fallenvorrichtung 16 durch die Leitung 14 und das Ventil 20 ein. Die erste Fallenvorrichtung 16 wird mit dem Kühlmedium, wie beispielsweise Wasser, Kühlmittel, Luft oder Salzlösung gekühlt, welches durch den Kühlmantel 100 fließt, und fängt nur AlCl₃ mittels Kondensation ein. Da die Erstarrungstemperatur von AlCl₃ 180°C ist, ist es nicht notwendig, ein Kühlmittel durch den Kühlmantel 100 zu leiten, es ist jedoch wünschenswert, ihn bei einer geringeren Temperatur zu betreiben, um eine höhere Einfangeffizienz zu erreichen.
Da es jedoch nicht erwünscht ist, BCl₃ und Cl₂ einzufangen, muss die Kühltemperatur höher sein als die Taupunkttemperatur bei ihren Partialdrücken innerhalb der Fallenvorrichtung 16. Dementsprechend besteht das Abgas aus der Fallenvorrichtung 16 hauptsächlich aus dem gesam ten BCl₃ und Cl₂, und ist fast frei von AlCl₃. Das Abgas tritt dann in die zweite Fallenvorrichtung 18 durch die Leitung 14 und das Ventil 22 ein. Die zweite Fallenvorrichtung 18 wird mit flüssigem Stickstoff gekühlt, der durch den hohlen Schaft 114 fließt. Das Ergebnis ist, dass BCl₃ und Cl₂ gefrieren und in der zweiten Fallenvorrichtung 18 eingefangen werden. Einige Teile von BCl₃ und Cl₂ strömen durch die Leitung 14 und das Ventil 24, um zur Vakuumpumpe 12 zu gelangen und dort den Druck zu erhöhen, werden in der Abgasbehandlungsvorrichtung 26 behandelt, und das verbleibende Gas wird in die Atmosphäre entlassen. Das Einfangverhältnis wird durch den Flächeninhalt der gekühlten Oberfläche, die Partialdrücke von BCl₃ und Cl₂, und die Abgasgeschwindigkeit und andere Betriebsparameter bestimmt.
Nach einer bestimmte Betriebsperiode beginnt der Regenerationsprozess. Die innenliegenden Oberflächen der ersten Fallenvorrichtung 16 müssen nur mit Wasser gespült werden, und in diesem Fall wird die Verfahrenslinie verschlossen, die Vorder- und Hinterventile der Fallenvorrichtung werden geschlossen, und der obere Deckel des Flanschanschlusses wird abgenommen und mit Wasser gespült.
4 zeigt die Leitungsanordnung in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Fallenvorrichtung 16. Es gibt einen Differenzdrucksensor 120, um die Druckdifferenz zwischen den in Strömungsrichtung aufwärts und den abwärts gelegenen Stellen im Entlüftungspfad zu detektieren. Ebenso sind sowohl Zu- als auch Ableitung mit einem Paar Ventile 122, 124 und 126, 128 versehen, als auch mit Flanschkupplungen 130, 132. Wenn die Menge des eingefangenen AlCl₃ ansteigt, zeigt sich das im Differenzdrucksensor 120 als Druckverlust in der ersten Fallenvorrichtung 16. Wenn ein vorbestimmter Schwellenwert überschritten wird, wird der Regenerationsprozess gestartet. In diesem Fall werden die Ventile 122, 124, 126 und 128 geschlossen und die Flanschkupplungen 130, 132 werden von der Leitung gelöst, um die gesamte Fallenvorrichtung 16 zu entfernen, und diese wird durch ein neue Faltenvorrichtung 16 ersetzt.
Durch Anwendung dieser Technik des Austauschens der gesamten Faltenvorrichtung muss die Prozesslinie nur kurz während des Austauschvorgangs gestoppt werden, man vermeidet dadurch, die Prozesslinie für eine lange Zeit anzuhalten.
Im obigen Beispiel wurde eine überzählige Fallenvorrichtung im Vorhinein vorbereitet, es ist jedoch möglich eine parallele Anordnung der Faltenvorrichtungen vorzusehen, wie in 5 gezeigt, welche mit einem Ventil umgeschaltet werden können. In diesem Fall wird, wenn der Differenzdrucksensor 120 einen hohen Wert anzeigt, der Betrieb durch Umschalten des Entlüftungspfades fortgesetzt, während die Fallenvorrichtung 16 in der isolierten Leitung regeneriert oder ersetzt wird.
Die Regeneration der zweiten Fallenvorrichtung 18 wird durch Verbinden des Auslassanschlusses mit Sammeleinrichtung 180 mit der Leitung durchgeführt, wie in 6 gezeigt. Die Regeneration wird durchgeführt, indem die Ventile 22, 24 geschlossen werden, wie in 1 gezeigt, oder indem die Fallenvorrichtung von der Leitung entfernt wird, wie in 6 gezeigt. Die zweite Fallenvorrichtung 18 ist mit einer Heizvorrichtung 182 versehen, um es zu ermöglichen, das Umlenkblech 106 zu erwärmen, um das eingefangene BCl₃ und Cl₂ zu verdampfen und durch den Auslassanschluss 118 auszustoßen. Weil BCl₃ und Cl₂ noch immer hochrein sind, können sie in der Sammelvorrichtung 180 gesammelt werden, sodass sie direkt für die Behandlung in der Vorrichtung wiederverwendet werden können.
In diesem Fall ist die Regeneration selbst bei Raumtemperatur möglich, weil die Fallentemperatur extrem niedrig ist, dennoch ist die Heizvorrichtung 182 vorgesehen, um den Regenerationsvorgang zu beschleunigen. Anstelle der Heizvorrichtung 182 ist es möglich, ein aufgeheiztes Regenerationsgas, wie beispielsweise ein inertes Gas, durch den Regenerationsgaseinlassanschluss 116 zuzuführen.
Wie oben beschrieben werden durch das Vorsehen der Fallenvorrichtungen 16, 18 in der Vorstufe der Vakuumpumpe 12 ablagerungsträchtige Gase wie AlCl3 aus dem Gasstrom verringert oder entfernt, was Fehlfunktionen durch Ablagerungen in der Trockenpumpe verhindert. Weiterhin werden, weil die in den Fallenvorrichtungen 16, 18 eingefangenen Gase wie BCl₃ und Cl₂ wiederverwendbar sind, die Ressourcen effektiv eingesetzt, und die Betriebskosten werden verringert. Das Volumen des in die Abgasbehandlungsvorrichtung 26 eintretenden Gases wurde reduziert, sodass die Größe der Behandlungsvorrichtung verringert werden kann, was zu einer Verringerung des Kapitaleinsatzes und der Betriebskosten führt.
7 zeigt ein weiteres Beispiel der Niedertemperatur-Fallenvorrichtung, welche auf einer Pulsröhrengefriereinheit 134 basiert, die bei einer Temperatur von nicht mehr als –60°C betrieben werden kann. In dieser Vorrichtung sind ein Regenerator 136 und die Pulsröhre 138 nebeneinander im Schaft 112 vorgesehen, und der Regenerator 136 ist mit einem Kompressor 140 mittels einer Leitung und einem Ventil verbunden. Die Pulsröhre 138 ist mit einem Vorratstank 142 verbunden. Diese Art der Pulsröhrengefriereinheit verwendet den Kompressor 140 um Heliumgas im Allgemeinen zu verdichten, und erreicht den Kühleffekt mittels der Druck-Temperatur- Veränderungen, die die Kompressions- und Ausdehnungszyklen begleiten, um die Temperatur in einen Bereich von –60°C bis –260°C abzusenken. Die Regeneration wird durch die Heizvorrichtung 182 durchgeführt, die auf der Umlenkplatte 106 vorgesehen ist, beispielsweise in Verbindung mit einem inerten Gas, falls dieses notwendig ist, um eine Explosion zu verhindern. Es gibt in dieser Pulsgefriereinheit 134 keinerlei Entspannungsvorrichtung wie es sie in den GM-Gefriereinheiten gibt, und folglich gibt es keinerlei Vibrationen, und es ist möglich, die Vorrichtung 134 auf hohe Temperaturen zu erhitzen, während eine stabile Leistung über einen weiten Bereich an Betriebsbedingungen aufrechterhalten wird. Weiterhin benötigen die GM-Gefriereinheiten jährliche Überholung und Wartung, während der Wartungszeitplan für die Pulsgefriereinheit länger ausgedehnt werden kann.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Entlüftungssystems. Die Leitung 14, die die Vakuumkammer 10 mit der Vakuumpumpe 12 verbindet, ist mit drei Fallenvorrichtungen 30,32 und 34 versehen, die bei entsprechenden Temperaturen betrieben werden, und die in Reihe mittels der Ventile 36, 38, 40, 42 verbunden sind. In Strömungsrichtung unterhalb der Vakuumpumpe 12 befindet sich eine Abgasbehandlungsvorrichtung 26. Von den drei Fallenvorrichtungen sind die erste Fallenvorrichtung 30 und die dritte Fallenvorrichtung 34 Heliumgefriereinheiten 44, und die zweite Fallenvorrichtung 32 ist von einer mit Flüssigstickstoff kühlenden Art, wie sie in 3 gezeigt werden. Die Heliumgefriereinheit 44 nützt den kühlenden Effekt durch die Wärme der Ausdehnung des komprimierten Heliumgases, welches durch einen Kompressor 46 hergestellt wird, und kann über einen weiten Bereich von Kühltemperaturen eingesetzt werden.
Das Verfahren des Ätzens einer Siliziumvorrichtung unter Verwendung des Entlüftungssystems, welches in 8 vorgestellt ist, wird unten beschrieben werden. Die hier verwendeten Prozessgase sind CF₄ und O₂, und das Abgas aus der Vakuumkammer 10 enthält CF₄, O₂, SiF₄, F₂, CO und CO₂.
Die Eigenschaften dieser Gase sind wie folgt:
Daher kann die erste Fallenvorrichtung beispielsweise bei –120°C betrieben werden, um SiF₄ und CO₂ einzufangen, und die zweite Fallenvorrichtung kann bei –197°C betrieben werden, um CF₄ einzufangen, und die dritte Fallenvorrichtung kann bei –240°C betrieben werden, um CO, O₂ und F₂ einzufangen. Weil die verschiedenen Gase durch die speziell angepassten Fallenvorrichtungen eingefangen werden, kann die nachfolgende Gasbehandlung einzeln unter Bedingungen durchgeführt werden, die für jedes Gas geeignet sind.
Beispielsweise ist CF₄ ein Ätzgas, das nach einer Raffinationsbehandlung wiederverwendet werden kann, falls nötig, und F₂, welches ein hochreaktives Gas ist, wird einzeln behandelt, um es harmlos werden zu lassen. Andere harmlose Gase können in die Atmosphäre entlassen werden. Weiterhin kann eine solche Gasbehandlung durchgeführt werden, nachdem man ein ausreichendes Volumen an Gas gesammelt hat, sodass die Prozesseffizienz gesteigert werden kann. Zusätzlich wird, wie oben beschrieben, ein großer Teil des zu behandelnden Gases eingefangen, bevor es die Vakuumpumpe 12 erreicht, sodass im Vergleich mit der herkömmlichen Vorrichtung ein kleinerer Maßstab der Abgasbehandlungseinheit 26 nötig ist, und daher können die Kosten des Kapitaleinsatzes verringert werden.
Das Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass eine Vielzahl von Einfangvorrichtungen, die bei verschiedenen Temperaturen betrieben werden, verwendet werden, um die Bestandteile im Abgas zu trennen. Das Betriebsprinzip wird im Folgenden erklärt werden, mit Bezug auf einen Graph, der in 9 dargestellt ist. Die horizontale Achse des Graphs stellt die Temperatur der Fallenvorrichtung dar, und die vertikale Achse stellt den theoretischen (idealen) Einfangfaktor dar. Um das Verständnis des Prinzips zu erleichtern, basieren die Beispiele auf den Komponentengasen NH₃, SiH₄, und CO, welche im Abgas enthalten sind. Im Graph stellen die drei Linien Einfangfaktoren im Fall von NH₃, SiH₄, und CO-Gasen dar, die jeweils einen Partialdampfdruck von 1 torr (1,333 mbar) aufweisen.
Beispielsweise beträgt der theoretische Einfangfaktor für NH₃ bei einer Fallentemperatur von 160K 93%, und bei 130K beträgt er über 99,99%.
Bei SIH₄ beträgt der theoretische Einfangfaktor bei 130K weniger als 1%, aber bei 70K beträgt er nicht weniger als 99,1%. Bei CO beträgt der theoretische Einfangfaktor bei 70K weniger als 1%, aber bei 40K beträgt er nicht weniger als 99,9%. Daher ist es möglich, wenn das Abgas eine Mischung aus NH₃, SiH₄, und CO enthält, welche jeweils einen theoretischen Partialdruck von 1 torr (1,333 mbar) aufweisen, diese zu trennen, indem man drei Fallenvorrichtungen vorsieht, welche bei 130K, 70K und 40K gehalten werden.
Die obige Erklärung trifft auf einen Fall theoretischer Einfangbedingungen zu (d.h., unendlich große Einfangfläche und unendliche Einfangdauer), in der Praxis jedoch sind Fläche und Dauer endlich, und die praktischen Einfangfaktoren sind reduziert. Eine praktische Lösung ist, die Temperatur der Fallen unter die theoretische Temperatur zu senken, und diese Beispiel basieren ebenfalls auf den Partialdrücken bei 1 torr (1,333 mbar), aber man muss bedenken, dass sich die Kurven nach rechts verschieben, wenn die Partialdrücke höher sind, und dass sich die Kurven nach links verschieben, wenn die Partialdrücke geringer sind als 1 torr (1,333 mbar).
10 zeigt eine weitere Art einer Fallenkonfiguration, die auf einer Kombination thermischer und reaktiver Typen basiert. Die Leitung 14, die die Vakuumkammer 10 und die Vakuumpumpe 12 verbindet, ist mit zwei thermischen Fallenvorrichtungen 50, 52 bei verschiedenen Temperaturen versehen, und ein Gehäuse 54, welches in der Vorstufe der Fallenvorrichtung vorgesehen ist, enthält ein „Opfer"-Material. Das Opfermaterial ist ein spezifisches Material, das eine hohe Reaktivität mit Zielkomponenten im Abgas zeigt, beispielsweise Kohlenstoff oder Metalle in einer Pulverform. Die aus dem Ziel und dem spezifischen Opfermaterial gebildeten Reagenzien weisen im Allgemeinen eine höhere Schmelztemperatur als das Zielmaterial selbst auf, was es möglich macht, es bei einer relativ höheren Temperatur einzufangen, und ermöglicht es dadurch, es auf den Fallenvorrichtungen mit höheren Temperaturbereichen zu be handeln. Die Auswahl des zu verwendenden Opfermaterials hängt vom Zielmaterial und/oder dem allgemeinen Fallendesign ab.
11 zeigt die Konstruktion einer kugelförmigen Falle 70, welche im Pfad der Entlüftungsleitung 14 vorgesehen ist, wobei sie aufweist einen drehbaren Kolben 152 (Fallenbauteil), welcher in einem kugelförmigen Hohlraum 150 angeordnet ist. Der kugelförmige Hohlraum 150 ist rechtwinklig mit einer Regenerationsleitung 154 verbunden, und weist ebenso einen internen Durchlass 156 auf, welcher den selben inneren Durchmesser wie die Entlüftungsleitung 14 aufweist. Während des Falteneinsatzes befindet sich die Fallenvorrichtung 70 in der ersten Position, wobei der innere Durchlass 156 mit der Entlüftungsleitung 14 in Verbindung steht, wie in 11 gezeigt, um ihre Fallenfunktion zu erfüllen, indem ihre innere Oberfläche des kugelförmigen Hohlraums 150 bis zu einer bestimmten Temperatur abgekühlt wird, um eine bestimmte Komponente einzufangen. Zur Vorbereitung auf den Regenerationsbetrieb wird der kugelförmige Kolben um 90 Grad gedreht, um den inneren Durchlass 156 mit der Regenerationsleitung 154 zu verbinden. Die Fallenvorrichtung 70 kann regeneriert werden, indem sie mit einem inerten Gas bei erhöhten Temperaturen geflutet wird.
12 zeigt eine Fallenvorrichtung 80 der schaltbaren Art, welche zwei zylindrische Fallenbauteile 160 aufweist. Die Entlüftungs- bzw. Evakuierungsleitung 14 ist mit zwei sich gegenüberliegenden Bereitschaftsleerplätzen 162 versehen, die mittels ihrer eigenen Regenerationsleitung 164 verbunden sind. Wenn eines der zylindrischen Fallenbauteile seine Einfangkapazität erreicht hat, wird dieses Fallenbauteil seitwärts versetzt, um mit einem frischen Fallenbauteil 160 ausgetauscht zu werden. Das gebrauchte Fallenbauteil 160 entlädt seinen Inhalt in die Regenerationsleitung 164 zur Regenerationsvorrichtung. Der Austauschprozess kann nacheinander wiederholt werden, während der Entlüftungsprozess ununterbrochen weitergeführt wird.
13 bis 15 zeigen andere Ausführungsbeispiele der schaltbaren Fallenvorrichtungen, welche umfassen: zwei Regenerationsleitungen 216 nahe bei und parallel zur Entlüftungsleitung 14 der Vakuumpumpe 12 zur Entlüftung der Vakuumkammer, und zwei vorgesehene Fallenbauteile 218 können umgeschaltet werden, indem sie die Entlüftungsleitung 14 und die Regenerationsleitungen 216 linear in einer kreuzenden Richtung oder in der zu den Regenerationsleitungen 216 senkrechten Richtung kreuzen.
Die Fallenvorrichtung der schaltbaren Art besteht aus einem dreidimensionalen rechteckigen Gehäuse 226, welches die Entlüftungsleitung 14 und die Regenerationsleitungen 216, ein Schaftbauteil 228 und einen Luftzylinder 230 überspannt, welcher eine Antriebsvorrichtung zur Hin- und Herbewegung des Schaftbauteils 228 (bezogen auf 15) entlang der Kreuzungsrichtung ist. Das Gehäuse 226 ist in drei Kammern geteilt, eine Fallenkammer 234 in der Mitte und zwei Regenerationskammern 236 an beiden Enden, mit Trennwänden 232, und jede Kammer ist mit einem Rohrabschnitt 239 versehen, welche einen Flansch 238 zur Verbindung mit der Entlüftungsleitung 14 oder den Regenerationsleitungen 216 aufweist.
Jede Regenerationsleitung 216 wird mit einem Regenerationsgas aus einer Regenerationsgasquelle (nicht gezeigt) mittels eines Drei-Wege-Ventils 222 zur Erhitzung und Verdampfung der auf dem Fallenbauteil 218 abgelagerten Produkte in der Regenerationskammer 236 beschickt, und um das verdampfte Gas daraus fortzutragen. In Strömungsrichtung unterhalb der Regenerationskammer 236 ist in der Regenerationsleitung 216 eine Abgasbehandlungsvorrichtung 224 vorgesehen. In der Zeichnung existieren zwei getrennte Abgasbehandlungsvorrichtungen 224, es ist aber möglich, dass sich die beiden Fallenvorrichtungen eine zwischen ihnen aufgeteilte teilen.
Das Schaftbauteil 228 ist mit drei gleichmäßig beabstandeten Trennplatten 240 versehen, und zwischen den Platten befindet sich eine Vielzahl von Prallblechen 242, welche einteilig mit dem Schaftbauteil 228 (z.B. durch Schweißen) hergestellt sind, um die Wärmeleitung zu fördern. Die Trennwände 232 des Gehäuses 226 sind mit einem mittigen Öffnungsbereich 233 versehen, und die Größe dieser Öffnung ist so gewählt, dass die Prallbleche 242 hindurchtreten können, aber nicht die Trennplatten 240. Im Inneren sind die Zwischenräume zwischen den Endtrennplatten 240 und den Endwänden des Gehäuses 226 mit Bälgen 244 versehen (bezogen auf 14), um hermetische Zustände zwischen der Regenerationsleitung 216 und der äußeren Umgebung zu gewährleisten. Diejenigen Bereiche der Trennwände 232, die die Trennplatten 240 berühren, sind mit O-Ringen (nicht gezeigt) versehen, um den hermetischen Zustand zwischen der Fallenkammer 234 und den Regenerationskammern 236 zu gewährleisten. Die Trennplatten 240 bestehen aus einem Material mit hoher thermischer Isolationsfähigkeit, um einen Wärmetransfer zwischen der Fallenkammer 234 und den Regenerationskammern 236 zu verhindern.
Das Schaftbauteil 228, wie in 15A gezeigt, hat die Form eines Zylinders, und besteht aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Metallen, und sein Innenraum ist mittels der mittleren Trennplatte 240 abgedichtet. Wie in 15B gezeigt, ist das Schaftbauteil 228 derart angefertigt, dass eine innere Röhre 246 von beiden Enden bis in die Nähe der mittleren Trennplatte 240 eingeführt wird, sodass ein Wärmeströmungsmittel, welches innerhalb der inneren Röhre 246 fließt, in der Zeichnung am linken Ende zurückgeführt wird, um durch einen Wärmeströmungsmitteldurchlass 248 zwischen dem Schaftbauteil 228 und der inneren Röhre 246 zu fließen.
Der Wärmeströmungsmitteldurchlass 248 kann mit einem Kühlmittel wie beispielsweise flüssigem Stickstoff oder gekühlter Luft oder Wasser beschickt werden, zugeleitet durch einen Kühlmittelversorgungsschlauch 250 und abgeleitet durch einen Ableitungsschlauch, die jeweils mit beiden Enden des Schaftbauteils 228 verbunden sind. Bezüglich der beiden Wärmeströmungsmitteldurchlässe 248 an beiden Enden des Schaftbauteils 228 fließt das Kühlmittel nur durch denjenigen, dessen Prallbleche 242 in der Fallenkammer 234 verbleiben, und die Seite, die in der Regenerierungskammer verbleibt, wird entweder nicht mit dem Kühlmittel versorgt, oder das Heizmittel fließt dort hindurch. In diesem Fall sind die Schläuche 250, 252 mit den Enden verbunden, die durch den Luftzylinder 230 hindurchragen, sodass weniger Platz verbraucht wird, verglichen mit dem Fall des Verbindens mit dem Raum zwischen dem Luftzylinder 230 und dem Gehäuse 226.
Der Kolben des Luftzylinders 230 ist gestaltet, um sich mittels der sich durch das Solenoidventil bewegenden Luft vorwärts oder rückwärts zu bewegen, und dabei Öffnungs- und Schließaktionen gemäß an das Ventil übermittelter magnetischer Signale durchzuführen. Die Steuerung des Ventils wird beispielsweise durch Signale durchgeführt, die von einer Ablaufsteuerung oder einem Relais stammen, sodass die Schaltaktion periodisch oder gemäß Signalen von Drucksensoren durchgeführt werden kann. Andere Sensoren zur Detektierung von Temperaturen und Drücken können verwendet werden, beispielsweise ein Temperatursensor nahe der Prallbleche 242 im Fallenbauteil 218 oder ein Drucksensor 260 an Vorder- und Hinterteil des Fallenbauteils 218 in der Entlüftungsleitung 14.
Als Nächstes wird der Betrieb der oben beschriebenen Fallenvorrichtungen der schaltbaren Art dargestellt werden. Bezug nehmend auf 14, fließt das Kühlmittel (flüssiger Stickstoff, gekühlte Luft oder Wasser) durch das Fallenbauteil 218 in der Fallenkammer 234 durch den Versorgungsschlauch 250 und den Wärmeströmungsmitteldurchlass 248, sodass die Prallbleche 242 durch das Schaftbauteil 228 gekühlt werden können. Daher scheiden sich bestimmte Komponenten des Behandlungsgases im Abgas, die in Kontakt kommen, ab, und bilden eine Abla gerung auf der Oberfläche des Fallenbauteils. In den Regenerationskammern 236 werden die Temperaturen des Schaftbauteils 228 und der Prallbleche 242 mittels einen Hochtemperaturgases oder eines Regenerationsgases, welche durch den Wärmemittelströmungsdurchlass 248 strömen, erhöht, und die abgeschiedenen Produkte werden wieder verdampft. Das verdampfte Gas wird aus den Regenerationsleitungen 216 ausgestoßen und wird in der Abgasbehandlungsvorrichtung 224 behandelt, um nach einem Entgiftungsschritt freigesetzt oder wieder in Umlauf gebracht oder für die Wiederverwendung gespeichert zu werden.
Nach einer bestimmten Betriebsdauer der Falle, wird der Luftzylinder 230 betätigt, und das Fallenbauteil 218, welches in der Fallenkammer 234 war, wird durch ein anderes Fallenbauteil 218 ersetzt, welches sich in einer der Regenerationskammern 236 befindet, und führt somit jeweils den Einfang- oder den Regenerationsschritt durch. Aufgrund der Wärmeisolation der Trennplatte 240, welche zwischen der Fallenkammer 234 und der Regenerationskammer 236 angeordnet ist, gibt es keinen Verlust an Wärmeenergie, und der Einfang- und Regenerationsprozess können effizient durchgeführt werden. Die Regenerationskammer 236 und der Luftzylinder 230 sind mittels der Bälge 244 hermetisch getrennt, und somit kann ein Abfall der Prozesseffizienz, der durch einen Wärmeaustausch mit der äußeren Umgebung verursacht wird, verhindert werden, sodass die Fallenvorrichtung in einem stabilen Zustand betrieben werden kann, und ebenso kann eine mögliche Verunreinigung durch externe Quellen in die Entlüftungsleitung 14 hinein verhindert werden.
In den obigen Ausführungsbeispielen bewegt sich das Fallenbauteil 218 linear durch das Gehäuse 226 um die Umschaltoperation durchzuführen, es ist jedoch genauso effektiv, das Gehäuse in einer Ringform anzuordnen, sodass die Fallenbauteile in eine Betriebsposition gedreht werden können. Im Falle einer Rotationsanordnung, welche zwei Fallenbauteile aufweist, wäre nur eine Regenerationsleitung ausreichend. Weiterhin ist es in einer solchen Anordnung möglich, nicht weniger als drei Fallenbau teile 218 für eine bestehende Entlüftungsleitung vorzusehen, sodass das Abgas gleichzeitig in zwei Regenerationsleitungen 216 behandelt werden kann. Üblicherweise ist die Regenerationsrate langsamer als die des Einfangens, daher ist diese Art der Rotationsanordnung vorteilhaft.
16 zeigt eine reaktive Fallenvorrichtung 316, welche in der Entlüftungsleitung 314 vorgesehen ist, die die Vakuumkammer 310 mit der Vakuumpumpe 312 mittels Ventile 318, 320 verbindet. Es existiert eine Abgasbehandlungsvorrichtung 322 in Strömungsrichtung unterhalb der Vakuumpumpe 312.
Die reaktive Fallenvorrichtung 316 umfasst, wie in 17 gezeigt, ein zylindrisches Gehäuse 324, welches ein Opfermaterial 326 im Innenraum eines Behälters 328 beinhaltet, eine Deckenplatte 330 mit einem Einlassanschluss 332, und einen Auslassanschluss 334 auf der Außenoberfläche des Gehäuses 324. Der Behälter 328 umfasst, wie in 18A gezeigt, zwei gasdurchlässige Drahtgewebezylinder 336, 338, eine obere Platte 340, und eine Gesamtbodenplatte 342, um den gesamten Boden des Behälters 328 abzudichten.
Das Opfermaterial 326 sollte ebenfalls durchlässig bzw. permeabel sein, und kann als Schüttgut aus Partikeln, Pulver, nadelförmigen Fasern, unregelmäßigen Stücken oder Fasern, oder aus einem gesinterten Material bestehen. Als Material zur Herstellung des Opfermaterials wird eines gewählt, welches eine hohe Reaktivität mit der Zielkomponente im Abgas aufweist, unter Berücksichtigung seiner Stabilität und Leichtigkeit der Herstellung. Diese Komponenten, die Probleme bei der Halbleiterherstellung darstellen, enthalten oft Fluorgas, und in solchen Fällen kann C, Si, S oder eine Mischung davon verwendet werden. Das Material, das für die Konstruktion der Vakuumpumpe, oder andere Materialien, die ähnliche Eigenschaften aufweisen, sind als Opfermaterial ebenfalls nützlich.
Der Einlassanschluss 332 und der Auslassanschluss 334 sind mit ihren eigenen Flanschen 344, 346 zur Verbindung mit der Entlüftungsleitung 314 versehen, und der Innenraum des Behälters 328 steht mit dem Einlassanschluss 332 in Verbindung, welcher mit der Vakuumkammer 310 mittels des Ventils 318 verbunden ist. Der Außenraum des Behälters 328, das heißt der Innenraum des Gehäuses 324, steht mit dem Auslassanschluss 334 in Verbindung, welcher mit der Vakuumpumpe 312 mittels des Ventils 320 verbunden ist. Die Deckplatte 330 des Gehäuses 324 ist von der Fallenvorrichtung 316 abnehmbar, um ein Nachfüllen oder Austauschen des Opfermaterials 326 ebenso zu ermöglichen wie eine Reinigung des Inneren des Gehäuses 324.
18B und 18C zeigen weitere Beispiele der Behälter zur Unterbringung des Opfermaterials. 18B zeigt eine Bauart mit einem kürzeren inneren Drahtgewebezylinder 338 und die unteren Abschnitte 348, 350 sind ebenfalls aus einem Drahtgewebematerial hergestellt, um die Reaktionsfläche des Behälters 328 und seine Reaktionseffizienz zu erhöhen, während gleichzeitig ein übermäßiger Druckverlust verhindert wird. 18C zeigt eine Bauart, bei der der obere Teil des äußeren Zylinders 336 als undurchlässiger Abschnitt 352 ausgeformt ist, und nur der untere Teil ist aus einem Drahtgewebematerial hergestellt, sodass das Gas nur durch den unteren Teil strömen wird. Diese Anordnung ist wirkungsvoll, wenn das Opfermaterial durch die Reaktion mit dem Abgas verschwindet, sodass das im oberen Teil befindliche Opfermaterial nach und nach in den unteren Teil herabgelassen werden kann, um die Reaktion fortzusetzen.
19 zeigt eine weitere Ausgestaltung, in welcher der untere Abschnitt des Gehäuses 324 einen verjüngten Abschnitt 354 aufweist. Dies ist nützlich, wenn eine Fallenreaktion zwischen dem Opfermaterial 326 und dem Abgas Feststoffpartikel erzeugt. Die Partikel können in den verjüngten Abschnitt 354 fallen gelassen werden, um aus dem Ausschleusungsanschluss 356, welcher unten an dem konischen Abschnitt 354 vorgese hen ist, ausgeschleust zu werden. In diesem Fall ist es wünschenswert, das Strömen des Abgases in Richtung der Schwerkraft auszunutzen, und daher ist es vorteilhaft, die Bauart des äußeren Zylinders 336 zu übernehmen, der in 18C gezeigt ist.
20A zeigt eine weitere Bauart einer reaktiven Fallenvorrichtung in der ein zylindrisches Gehäuse 360 eine durchlässige Opfermaterialplatte 362 enthält. Die Opfermaterialplatte 362 kann aus laminierten Drahtgewebeschichten oder durch das Sintern von Pulvern, Partikeln oder nadelförmigen Fasern oder als mit Löchern ausgeformte Platte hergestellt werden, um jeder Anwendung zu genügen. 20B zeigt eine weitere Bauart in welcher die Gasströmungsfreiräume 364 zwischen durchlässigen oder undurchlässigen Opfermaterialplatten 362 vorgesehen sind, und diese Anordnung ist besonders geeignet, wenn es schwierig ist, die durchlässige Opfermaterialplatte herzustellen.
21 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Entlüftungssystems in welcher thermische Fallenvorrichtung 370, 372 an einer in Strömungsrichtung unterhalb gelegenen Stelle des Systems, das in 16 dargestellt ist, vorgesehen sind. Diese Anordnung wird verwendet, um verbleibende Komponenten aus dem Abgas zu entfernen, welches nicht mit dem Opfermaterial reagiert hat und/oder um ihre Reaktionsprodukte zu entfernen, sodass sie eingefangen werden können, bevor sie die Vakuumpumpe 312 erreichen. In diesem Beispiel sind zwei Fallenvorrichtungen gezeigt, die bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden, und diese Anordnung ist geeignet, um gasförmige Bestandteile getrennt einzufangen und zu regenerieren, die verschiedene Erstarrungstemperaturen aufweisen.
22 zeigt ein weiteres Entlüftungssystem, in welchem zwei Gruppen reaktiver Fallenvorrichtungen 316, die eigene Ventile 318, 320 aufweisen, vorgesehen sind, um das Austauschen der Fallenvorrichtungen oder des Opfermaterials zu erleichtern, ohne die Entlüftungsreihe zu stoppen.
In diesem Beispiel ist ebenfalls ein Differenzdrucksensor 374 Stellen vor und nach der Fallenvorrichtung 316 vorgesehen ist, sodass die Verlustrate im Opfermaterial oder der Grad der Blockierung in der Reihe aus dem Signal des Differenzdrucksensors 374 abgeschätzt werden kann.

Claims

Ein Entlüftungssystem, das Folgendes aufweist: eine Behandlungskammer (10), eine Vakuumpumpe (12) und eine Entlüftungsleitung (14), die mit der Behandlungskammer und der Vakuumpumpe in Verbindung steht, um die Behandlungskammer zu entlüften bzw. zu evakuieren, wobei die Entlüftungsleitung (14) mit einer ersten Fallenvorrichtung (16) und einer zweiten Fallenvorrichtung (18) versehen ist, die in Serie in einer Richtung von der Behandlungskammer zu der Vakuumpumpe angeordnet sind, wobei die erste Fallenvorrichtung (16), die mit einer höheren Temperatur arbeitet, und die zweite Fallenvorrichtung (18), die mit einer niedrigeren Temperatur arbeitet, beide kooperieren zum Einfangen von Komponenten, die in einem Abgas enthalten sind, das aus der Behandlungskammer ausgegeben wird, wobei wenigstens die erste Fallenvorrichtung (16) und/oder die zweite Fallenvorrichtung (18) durch Verdampfungswärme von verflüssigtem Gas gekühlt wird, wobei wenigstens entweder die erste oder zweite Fallenvorrichtung (16, 18) einen Einlassanschluss besitzt zum Einführen eines Regenerationsgases und einen Auslassanschluss zum Freigeben des Regenerationsgases, wobei der Einlassanschluss und der Auslassanschluss sich von einem Eintrittsanschluss (108) und einem Austrittsanschluss (110), die mit der Entlüftungsleitung (14) verbunden sind, unterscheiden.
System nach Anspruch 1, wobei die Behandlungskammer (10) eine Halbleiterbehandlungskammer ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Tieftemperaturfallenvorrichtung (18) mit einer Heliumkühleinheit gekühlt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die erste Fallenvorrichtung (16) oder die zweite Fallenvorrichtung (18) mit einer Impulsrohrkühleinheit (134) gekühlt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die erste Fallenvorrichtung (16) oder die zweite Fallenvorrichtung (18) durch flüssigen Stickstoff gekühlt wird.
System nach Anspruch 1, wobei wenigstens entweder die erste und/oder die zweite Fallenvorrichtung (16, 18) abnehmbar über einer Koppelung (130, 132) an der Entlüftungsleitung befestigt ist.
System nach Anspruch 1, wobei wenigstens entweder die erste und/oder die zweite Fallenvorrichtung (16, 18) mit einer Heizvorrichtung (182) versehen ist.
System nach Anspruch 1, wobei wenigstens entweder die erste und/oder die zweite Fallenvorrichtung (16, 18) einen Einlassanschluss aufweist, um ein Regenerationsgas einzulassen.
System nach Anspruch 1, wobei wenigstens die erste und/oder zweite Fallenvorrichtung (16, 18) einen Auslassanschluss zum Freilassen eines regenerierten Gases besitzt.
System nach Anspruch 1, wobei wenigstens die erste und/oder die zweite Fallenvorrichtung (16, 18) zwei oder mehr Falleneinheiten aufweist, die in einer parallelen Anordnung angeordnet sind, die selektiv mit der Entlüftungsleitung (14) verbunden werden können.
System nach Anspruch 1, wobei wenigstens die erste und/oder die zweite Fallenvorrichtung (16, 18) mit einem Differenzdrucksensor (120) versehen ist.
System nach Anspruch 1, wobei wenigstens die erste und/oder die zweite Fallenvorrichtung (16, 18) mit einer Wiederaufbereitungsleitung versehen ist, zum Zurückführen eines regenerierten Gases zu einer Behandlungskammer.
System nach Anspruch 1, wobei wenigstens die erste und/oder die zweite Fallenvorrichtung (16, 18) mit einer Leitung versehen ist zum Liefern eines regenerierten Gases zu einer Entgiftungsvorrichtung.
System nach Anspruch 1, wobei wenigstens entweder die erste und/oder die zweite Fallenvorrichtung (16, 18) mit einer Leitung versehen ist zum Liefern eines regenerierten Gases zu einem Tieftemperaturtank, der bei einer Temperatur in der Nähe einer Temperatur von entweder der ersten und/oder der zweiten Fallenvorrichtung gehalten wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Entlüftungsleitung (14) zwei oder mehr Durchlässe (114) aufweist, die in einer parallelen Anordnung angeordnet sind, und zwar in einer solchen Art und Weise, dass sie selektiv verbindbar sind.
System nach Anspruch 1, das ferner eine Regenerationsleitung (154) aufweist zum Regenieren wenigstens entweder der ersten und/oder der zweiten Fallenvorrichtung (16, 18), wobei die entweder erste und/oder die zweite Fallenvorrichtung so angeordnet ist, dass sie zwischen der Entlüftungsleitung und der Regenerationsleitung (154) schaltbar bzw. bewegbar ist.
System nach Anspruch 16, wobei die Regenerationsleitung (154) benachbart zu der Entlüftungsleitung (14) angeordnet ist, und wobei entweder die erste und/oder die zweite Fallenvorrichtung (16, 18) eine Schaltvorrichtung aufweist zum mechanischen Schalten von entweder der ersten und/oder der zweiten Fallenvorrichtung zwischen der Regenerationsleitung und der Entlüftungsleitung.
System nach Anspruch 16, wobei die entweder erste und/oder zweite Fallenvorrichtung (16, 18) zwei Fallenglieder (160) aufweist, die abwechselnd in die Regenerationsleitung (154) und die Entlüftungsleitung (14) platziert werden.
System nach Anspruch 16, das ferner eine Steuervorrichtung aufweist zum automatischen Betreiben der Schaltvorrichtung durch direktes oder indirektes Schätzen bzw. Ermitteln der Menge von Komponenten, die in der Fallenvorrichtung eingefangen sind.
System nach Anspruch 1, wobei die Vakuumpumpe eine Trockenpumpe ist, die kein Schmiermittel in einem Auslassdurchlass innerhalb der Vakuumpumpe verwendet.