喷射泵 |
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| 申请号 | CN200680004246.X | 申请日 | 2006-01-12 | 公开(公告)号 | CN101124410B | 公开(公告)日 | 2013-07-24 |
| 申请人 | 爱德华兹有限公司; | 发明人 | G·亨特利; | ||||
| 摘要 | 一种喷射 泵 (100)包括具有气体混合部分(108)和扩散部分(112)的腔室。入口(108)用于将气体射流输送到气体混合部分，并且出口(114)用于将气体射流输送离开扩散部分。为了提供用于泵的 动 力 流体 ，等离子射流流经由 喷嘴 (116)喷射到腔室的气体混合部分(108)内。包含在等离子射流内的反应物质与气体射流的组分反应，以便提供气体射流的同时泵送和去除。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种包括喷射泵和前级泵的泵送配置，其中喷射泵包括具有气体混合部分和扩散部分的腔室、用于将气体射流输送到气体混合部分的入口、用于将气体射流输送离开扩散部分的出口以及用于将等离子射流经由喷嘴喷射到腔室的气体混合部分内以便提供用于泵的动力流体并且分解气体射流组分的气体去除装置，并且其中前级泵具有连接到喷射泵的出口上的入口。 |
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| 说明书全文 | 喷射泵技术领域[0001] 本发明涉及一种喷射泵，并且涉及一种包括喷射泵的泵送配置。 背景技术[0002] 喷射泵是在一定范围的压力下泵送气体的常规技术。在喷射泵内，在相对低压下，将被泵送的气体变得夹带在空气或其它动力流体(motive f1uid)的高速射流(stream)中，并且经由孔口输送到泵的相对高压区域内。 [0003] 参考图1，公知的喷射泵10包括设置成与具有用于接收将被泵送的气体的入口16的抽吸腔室14流体连通的主体12。抽吸腔室14容纳用于接收动力流体射流并且将该射流以高速喷射到抽吸腔室14内的喷嘴18。动力流体的射流在从喷嘴喷射时的速度增加在抽吸腔室14内产生低压或真空，造成气体经由入口16抽吸并夹带在从喷嘴18到泵10的主体12的动力流体的射流内。主体12包括三个主要部分：汇合混合部分20、咽喉部分22和通向泵10的出口26的分散扩散部分24。主体12在混合部分20内与动力流体混合，经过咽喉部分22并且进入扩散部分24，其中混合射流的速度减小，由此增加其压力。这使得泵10以高于从入口16进入泵10的气体的压力将气体从出口26排出，并使得喷射泵10因此能够增强经过其中的气体的压力。 [0004] 喷射泵可以用作泵送多种气体的排出系统的一部分。例如CF4、C2F6、C3F8、NF3以及SF6的PFC气体通常用于半导体制造工业，例如在介电薄膜蚀刻中。在制造过程之后，通常在从处理工具泵送的气体中含有残留的PFC，从而需要在分开的去除工具中处理PFC气体，以便将PFC转变成可以通过传统刮除方式来更加方便处理的一种或多种化合物。这可以显著增加排出系统的成本。 发明内容[0005] 本发明的至少优选实施例的目的在于提供一种可以提供气体射流的泵送和去除的泵送配置。 [0006] 在第一方面，本发明提供一种包括喷射泵和前级泵(backingpump)的泵送配置，其中喷射泵包括具有气体混合部分和扩散部分的腔室、用于将气体射流输送到气体混合部分的入口、用于将气体射流输送离开扩散部分的出口以及用于将等离子射流经由喷嘴喷射到腔室的气体混合部分内以便提供用于泵的动力流体并且分解气体射流组分的气体去除装置，并且其中前级泵具有连接到喷射泵的出口上的入口。 [0007] 进入入口的气体射流因此变得夹带在等离子射流内并经过腔室朝着出口输送。在等离子内的强化状态下，气体射流中的一个或多个组分受到能量电子的撞击，造成这些组分分解成气体射流的反应组分。这些组分与添加在等离子射流内的一个或多个反应物质反应，或者与已经存在于等离子射流内的反应物质反应，以便形成相对稳定、低分子重副产品，该副产品可以在随后处理中容易从气体射流中去除。 [0008] 泵送配置最好还包括具有连接到喷射泵的出口上的入口的增压泵。在与例如增压泵和/或前级泵的泵送配置的其它部件组合使用时，喷射泵可减少增压泵所需的泵送阶段的数量，和/或减少前级泵的容量要求。 [0009] 前级泵可以通过液环泵有利地设置。在气体射流被造成与环泵的泵送水接触时，气体射流的任何水溶的组分被冲刷到泵送水内，并且因此在大气压下或附近从泵排出之前从气体射流去除。例如，例如CF4、C2F6、CHF3、C3F8以及C4F8的组分可在喷射泵内转换成CO2和HF，并且在液环泵内吸入溶液。其它实例是可以转换成N2和HF的NF3，以及可以转换成SO2和HF的SF6。 [0010] 液环泵可因此作为湿式洗涤器和气体射流的大气真空喷射阶段来操作，并且不再需要传统的湿式洗涤器，由此减小成本。另外，不同于Roots或Northey泵送机构，包含在气体射流内的任何颗粒或粉末副产品不对于液环泵的泵送机构具有不利影响，并且不需要提供任何吹扫气体到大气泵送阶段。 [0011] 反应物质最好选择成将气体射流的组分转换成不同的化合物。例如气体射流的例如SiH4和/或NH3的一种或多种组分可以转换成比所述组分不太活性的一种或多种化合物。这种气体可存在于喷射泵构造成接收从不同处理工具排出的气体射流的情况或者不同处理气体在不同时刻供应到处理工具的情况。SiH4和NH3气体的转换可防止在气体射流内形成反应气体混合物。例如，SiH4可被处理以便形成SiO2。 [0012] 作为另一实例，反应物质可以选择成通过喷射泵下游设置的洗涤器的液体将气体射流的组分转换成比所述组分不太活性的化合物。例如，虽然F2可在水中溶解，它可与水反应以便形成例如OF2的不可溶解的化合物。在喷射泵内将F2转换成HF可以防止这种化合物的形成。 [0013] 在另一实例中，反应物质可以选择成将气体射流中的一种或多种不溶于水的组分转换成一种或多种水溶性组分。不溶于液体的组分的实例是全氟化合物，例如CF4、C2F6、CHF3、C3F4、NF3以及SF6和碳氢氟化合物。 [0014] 通过提供其中反应物质由反应流体形成以便与气体射流的这种组分随后反应的技术，已经发现可以显著改善造成气体射流内的组分分解所需的能量以及分解的效率。例+ -如，如果水没有预先离子化，由水分解形成的H 和OH 离子能够在环境温度下以及在比所需更低的温度下与气体射流中含有的PFC反应。其它优点在于可以使用例如水蒸气或例如甲+ - 烷或乙醇的燃料的相对便宜和容易得到的流体作为反应物质来产生H 和OH 离子，并且反应可在次大气或大气压力下进行。 [0015] 可以使用两种不同的技术来使用dc等离子炬形成等离子射流。在第一技术中，等离子炬接收反应流体射流。电弧形成在炬电极之间，并且反应流体沿着电弧传送，以便产生含有反应物质的等离子焰。这种焰随后经由喷嘴喷射到腔室内，以便形成用于喷射泵的运动气体并且与气体射流的组分反应。 [0016] 在第二技术中，等离子由不同于反应流体的源气体产生。例如，例如氮或氩的惰性可离子化气体可沿着电弧输送以便产生经由喷嘴喷射到腔室内的等离子焰。反应流体的射流冲击在等离子上，以便在等离子内形成反应物质。反应流体可变得在喷嘴上游夹带在等离子焰内，使得含有反应物质的等离子从喷嘴喷射。作为选择，反应流体和气体射流可经由各自入口分开地输送到腔室内，其中反应流体在腔室的气体混合部分内变得夹带在等离子焰内并由其分解，以便在腔室内形成反应物质，该反应物质随后与气体射流的组分反应。因此，在第二方面，本发明提供一种喷射泵，喷射泵包括具有气体混合部分和扩散部分的腔室、用于将气体射流输送到气体混合部分的第一入口、用于将气体射流输送离开扩散部分的出口、用于接收反应流体的射流的第二入口以及用于经由喷嘴将等离子射流喷射到腔室的气体混合部分以便提供用于泵的动力流体并且其中夹带反应流体射流以便形成与气体射流的组分反应的反应物质的装置。在第三方面，本发明提供一种包括如上所述的喷射泵的泵送配置。 [0017] 为了改善泵的操作效率，可以设置成形从喷嘴喷射的等离子射流的装置。例如，可以产生磁场来调整从喷嘴喷射的等离子射流，而与经过腔室的气体射流的压力无关。压力感测器可设置在喷射泵的上游或下游，以便为成形装置提供指示气体射流的压力的信号，其中成形装置构造成使用接收的信号来调节磁场的尺寸和/或强度。 [0019] 现在参考附图描述本发明的优选特征，附图中： [0020] 图1示意表示公知喷射泵； [0021] 图2示意表示按照本发明的喷射泵的实例； [0022] 图3更加详细地表示图2的泵的等离子发生器的一个实施例； [0023] 图4更加详细地表示图2的泵的等离子发生器的另一实施例； [0024] 图5示意表示从图2的泵的喷嘴喷射的等离子射流； [0025] 图6示意表示按照本发明的喷射泵的另一实例；以及 [0026] 图7表示包括图2或图6的喷射泵的泵送配置。 具体实施方式[0027] 参考图2，喷射泵100的第一实例包括与具有用于接收被泵送气体射流的入口106的抽吸腔室104流体连通设置的主体102。主体102包括具有三个主要部分的腔室，即靠近抽吸腔室104设置的汇合混合部分108、咽喉部分110和分散的扩散部分112。出口114将泵送气体射流输送离开喷射泵100的扩散部分112。 [0028] 喷嘴116位于抽吸腔室104内，以便将动力流体射流喷射到混合部分108内，使得在使用中，经由入口106进入喷射泵100的气体射流变得夹带在动力流体内，经过咽喉部分110并且进入扩散部分112，其中混合气体射流的速度减小，由此增加其压力。 [0029] 在图2所示的喷射泵100内，动力流体射流是从喷嘴116喷射的等离子射流的形式，以便将其它射流的一种或多种组分转换成一种或多种其它组分。 [0030] 定位在喷嘴116上游的等离子发生器118形式的装置形成从喷嘴116喷射的等离子。在优选实例中，等离子发生器118包括dc等离子炬。图3更加详细地表示用于等离子炬118的一个配置的构造。等离子炬118包括具有端壁122的细长管状电子发射器120。在炬118的使用过程中，水冷却剂124经由电子发射器120的孔126输送。 [0031] 电子发射器120的孔126与形成在围绕电子发射器120的端壁122的启动电极129内的喷嘴128对准，并且大致与泵100的喷嘴116的开130同轴。启动电极129安装在围绕电子发射器120的绝缘块132内。形成在块132内的孔134将例如氮或氩的等离子源气体136的射流输送到位于电子发射器120的端壁122和启动电极129之间的空腔138内。 [0032] 在等离子炬118的操作中，导引电弧首先在电子发射器120和驱动电极129之间产生。电孤通过通常由与用于炬的电源相关的发生器提供的高频、高电压信号产生。此信号在空腔138内流动的源气体内形成火花放电。因此在电子发射器120和启动电极129之间形成的导引电弧将经过喷嘴128的源气体离子化，以便形成从喷嘴128的尖端的离子化源气体的高动能等离子焰。焰从等离子炬118的喷嘴128朝着泵10的喷嘴116经过，从而提供用于等离子炬118并限定等离子区域142的阳极。喷嘴116具有用于接收反应流体的射流146的流体入口144。在使用中，反应流体通过焰分解，以便在等离子区域142内形成反应物质。这些反应物质因此在等离子焰中从喷嘴116的孔口130喷射。 [0033] 图4表示用于产生等离子射流的可选择配置。在此配置中，反应流体146的射流直接输送到等离子炬118。如图4所示，反应流体射流输送到电子发射器120的孔口126。反应流体射流从电子发射器120的端部到空腔138，其中它通过由源气体136产生的等离子焰离子化，以便形成含有反应物质的等离子射流，并且从喷嘴128喷射到等离子区域142。 在此配置中，水冷却剂124在围绕电子发射器120的外套150内输送。 [0034] 返回图2，因此通过等离子发射器118产生的等离子射流从喷嘴116喷射到泵100的汇合混合部分108。如图5所示，在等离子射流152进入混合部分108时，等离子射流152夹带气体射流154并与其混合，将定向动能提供给经过限制部110的总气体射流。等离子射流152内的反应物质可与气体射流154的一种或多种组分反应，以便形成不同的化合物。+ - 例如，在反应流体是例如水蒸气的H 和OH 离子源并且气体射流包括例如CF4的全氟化合+ - 物，通过等离子发射器产生的等离子在等离子区域142内将水蒸气分解成H 和OH 离子： [0035] H2O→H++OH- [0037] CF4+2OH-+2H+→CO2+4HF [0038] 用于在处理工具中进行介电蚀刻的典型的气体混合物可包括不同比例的气体+ -CHF3、C3F8、C4F8以及气体的全氟化物和碳氢氟气体，而H 和OH 离子与气体射流的这些组分的化学反应的细节将不同，总体形式如上所述。 [0039] 作为另一实例，在反应流体是例如水蒸气的H+和OH-离子源并且气体射流包含NF3+ -的情况下，NF3变得在等离子中分解，以便形成与H 和OH 反应以便形成N2和HF的N2F4。 [0040] 4NF3→N2+4F2+N2F4 [0041] N2F4+2H++2OH-→N2+4HF+O2 [0042] 在等离子射流/气体射流混合物经过主体102的咽喉部分110并进入扩散部分112时，混合射流的速度降低，由此通常与106处的入口压力相比，将其压力增加大约100mbar。 [0043] 如图5所示，装置160可设置用来产生磁场以便调节等离子射流152的形状，从而改善操作效率。喷射泵的汇合和分散壁通常成形为在特定压力下提供最佳效率，并且通过与压力无关地调节等离子射流152的形状，可以在压力范围上使得效率最佳化。装置160可通过永磁体、电磁体、载流线圈、超导磁通或其它用于产生磁场的适当装置来设置。 [0044] 图6表示喷射泵100’的第二实例，其中等离子射流用作泵100’的动力流体。在此实例中，不是如所述实例那样将反应流体输送到喷嘴116上游的泵，在此第二实例中，反应流体从位于喷嘴116下游的第二入口170输送到泵100’。在此第二实例中，等离子发生器118类似于图3所示，只不过不需要入口144。类似于从入口106进入泵100’的气体射流，由于抽吸腔室104内的减小压力，反应流体从入口170抽吸。反应流体在混合腔室108内变得夹带在等离子射流内，其中反应流体分解成反应物质，以便与从入口106进入泵100’的气体射流的一种或多种组分反应。 [0045] 图7表示包括喷射泵100(或喷射泵100’)以便排空封闭件的泵送配置。喷射泵100位于一个或多个高容量次级或增压泵200(虽然可以设置任何适当的数量，图7示出一个)的下游，增压泵200各自具有连接到喷射泵100的入口上的出口以及连接到各自封闭件250上的入口。 [0046] 每个次级泵200可包括多级干式泵，其中每个泵送级通过Roots或Northey或螺旋泵或者球式和插口式泵送机构来提供。作为选择，根据各自封闭件250的泵送要求，一个或多个次级泵200可包括涡轮分子泵和/或分子分子拖曳机构或者再生机构(具有周向和侧壁的泵送机构)。 [0047] 次级200从封闭件250抽吸气体射流并且将泵送的气体射流以通常从50-150mba r范围的次大气压排出到喷射泵100。喷射泵100接收泵送的气体射流，将气体射流的一种或多种组分转换成其它组分，并且根据从次级泵220排出的气体压力，在大约150-250mbar的压力下排出泵送气体射流。 [0048] 在图7所示的配置中，前级泵300具有连接到喷射泵100的排出部上的入口，前级泵300泵送从喷射泵100排出的气体射流，并且将气体射流排出到大气。在前级泵300通过液环泵设置的情况下，在气体经过液环泵时，溶解在液环泵的泵送液体内的气体射流的任何组分(通常是水或其它水性溶液)被冲刷到泵送液体内。因此，液环泵作为湿式洗涤器和用于泵送配置的大气真空泵送级来操作。 |
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