KR20060122420A - 진공 시스템 - Google Patents

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KR20060122420A
KR20060122420A KR1020050044882A KR20050044882A KR20060122420A KR 20060122420 A KR20060122420 A KR 20060122420A KR 1020050044882 A KR1020050044882 A KR 1020050044882A KR 20050044882 A KR20050044882 A KR 20050044882A KR 20060122420 A KR20060122420 A KR 20060122420A
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exhaust lines
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이두원
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삼성전자주식회사
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Abstract

다수의 공정 챔버와 각각 연결되어 있는 다수의 진공 펌프들을 포함하는 진공 시스템에서, 다수의 공정 챔버와 다수의 진공 펌프들은 각각 주 배기 라인으로 연결되어 있으며, 상기 주 배기 라인 사이는 보조 배기 라인으로 연결되어 있다. 또한, 상기 주 배기 라인 및 보조 배기 라인 중에는 상기 주 및 보조 배기 라인을 개폐하기 위한 메인 밸브 및 보조 밸브들이 각각 구비되어 있다. 이때, 상기 진공 펌프들 중 하나에 동작 이상이 발생될 경우, 상기 이상 발생된 진공 펌프와 연결된 주 배기 라인에 설치된 메인 밸브는 닫히며, 상기 주 배기 라인과 인접한 주 배기 라인 사이를 연결하는 보조 배기 라인에 설치된 선택 밸브가 개방된다. 따라서, 진공 펌프의 이상이 발생하는 경우에도, 공정 챔버 내부로 역압이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

Description

진공 시스템{Vacuum System}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 진공부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 진공부가 다수 개 구비되어 있는 진공 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 진공 시스템의 보조 배기 라인 내부의 기체 분자 유동을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4는 도3에 도시된 보조 배기 라인 내부의 기체 분자 유동을 설명하기 위한 개략적인 확대도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10, 20 : 진공부 100, 200 : 공정 챔버
110, 210 : 진공 펌프 120, 220 : 주 배기 라인
122, 222 : 제1밸브 124, 224 : 제2밸브
126, 226 : 메인 밸브 140, 240 : 스크러버
142, 242 : 게이지 144, 244 : APC
300 : 보조 배기 라인 302 : 선택 밸브
304 : 제어부
본 발명은 진공 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 다수의 공정 챔버와 각각 연결되어 있는 다수의 진공 펌프들을 구비하는 진공 시스템에 관한 것이다.
반도체 장치는 일반적으로 막 형성, 패턴 형성, 금속 배선 형성 등을 위한 일련의 단위 공정들을 순차적으로 수행함으로서 제조된다. 상기 단위 공정들의 수행에서는 상기 단위 공정들의 공정 조건에 적합한 제조 장치가 사용된다. 상기 공정들은 반도체 장치의 품질 및 수율 향상을 위해 압력 및 온도 등 공정 분위기의 정밀한 제어가 필수적인 요구 조건으로 대두되고 있다.
상기 단위 공정들 중 웨이퍼 상에 막을 형성하기 위한 증착 장치를 살펴보면, 공정 챔버로 증착 장치를 공정 가스들이 투입되고, 상기 공정 챔버의 내부는 일시적으로 압력이 상승하게 된다. 상승된 상기 압력을 공정 조건으로 유지하기 위하여 공정이 진행되는 동안 지속적으로 펌프 시스템을 가동한다. 또한, 상기 펌프 시스템을 가동함으로써 공정이 진행되는 동안 발생되는 배기 가스를 배출할 수 있다.
상기 펌프 시스템은 공정 장치들에 따라 다양한 방식이 있으며, 배기 라인 등에서는 다양한 밸브들이 장착되어 공정 조건을 제어한다. 저압을 이용한 화학 기상 증착 장치나 건식 식각 장치에서는 저 진공 펌프를 이용하여 소정의 공정이 수 행하는 동안, 상기 공정 챔버 내부에 잔류하는 공정 가스를 배출한다.
상기 공정 가스를 배출하기 위한 진공 시스템은, 크게 공정 챔버와 연결되는 배기 라인, 상기 배기 라인 중에 설치되는 메인 밸브 및 상기 배기 라인을 통해 공정 챔버와 연결되는 진공 펌프를 포함한다. 또한, 상기 배기 라인 상에는 상기 공정 챔버의 압력을 제어하기 위한 자동 압력 제어기(Auto Pressure Controller : APC)가 구비될 수 있다.
그러나, 이때, 상기 진공 펌프에 동작 이상이 발생되면, 상기 이상에 의해 압력이 역방향으로 형성되어 상기 배기 라인을 따라 흐르는 배기 가스가 역류하는 경우가 발생된다. 상기 배기 가스에는 오염 물질이 잔류하며, 상기 오염 물질이 상기 공정 챔버 내부로 역류되어 상기 공정 챔버 및 상기 공정 챔버 내에 적재된 웨이퍼들을 오염시키는 원인이 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 진공 펌프에 동작 이상이 발생하는 경우, 공정 챔버로 역압이 형성되는 것을 방지하기 위한 진공 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 진공 시스템은, 다수의 챔버들을 진공 배기시키기 위한 다수의 진공 펌프들과, 상기 챔버들과 상기 진공 펌프들을 각각 연결하기 위한 다수의 주 배기 라인들과, 상기 배기 라인들 중에 각각 설치된 메인 밸브들과, 상기 챔버들과 상기 메인 밸브들 사이에서 상기 주 배기 라인들 사이를 연결하기 위한 보조 배기 라인들과, 상기 보조 배기 라인들 중에 각각 설치된 선택 밸브들을 포함하되, 상기 진공 펌프들 중 하나에 동작 이상이 발생될 경우, 상기 이상 발생된 진공 펌프와 연결된 주 배기 라인에 설치된 메인 밸브는 닫히며, 상기 주 배기 라인과 인접하는 주 배기 라인 사이를 연결하는 보조 배기 라인에 설치된 선택 밸브가 개방된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 챔버들과 상기 주 배기 라인들 사이에서 상기 주 배기 라인들에 각각 설치된 제2밸브들을 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 보조 배기 라인들이 주 배기 라인들 사이를 연결하여 다수의 진공 펌프들 중 하나에 동작 이상이 발생되는 경우, 보조 배기 라인을 따라 다른 진공 펌프로 연결되어 공정 챔버로 배기 가스가 역류되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 진공 시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공부(10)를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 진공부(10)는, 공정 챔버(100)로부터 배기 가스를 배출시키고 상기 공정 챔버 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 펌프(110)와, 상기 진공 펌프(110) 및 공정 챔버(100)를 연결하기 위한 주 배기 라인(120)과, 상기 주 배기 라인(120) 중에 설치되어 상기 주 배기 라인(120)을 개폐하기 위한 메인 밸브(126)와, 상기 진공 펌프(110)와 연결되어 상기 공정 부산물을 중화시키기 위한 스 크러버(140)를 포함한다.
공정 챔버(100)는 공정 가스를 사용하며 낮은 압력에서 공정이 수행되는 공정 챔버로써, 진공 펌프(110)와 연결되어 있다. 상세하게, 공정 가스로 인하여 높아지는 공정 챔버(100) 내부의 압력을 공정 압력으로 유지시키고, 공정이 수행되는 동안 발생되는 배기 가스를 배출시키기 위하여 상기 공정 챔버(100)는 진공 펌프(110)와 연결되어 있다.
진공 펌프(110)는 공정 챔버(100) 내부를 저 진공 또는 중 진공 상태로 형성하기 위한 러핑 펌프(Roughing Pump, 104)와, 저 진공 또는 중 진공 상태에서 고 진공 상태로 형성하기 위한 고 진공 펌프(102)가 사용된다. 일반적으로 러핑 펌프로(104)는 드라이 펌프(Dry Pump), 로터리 베인 펌프(Rotary Vane Pump), 피스톤 펌프(Piston Pump) 등이 사용되며, 고 진공 펌프(102)로는 확산 펌프, 터보 펌프(Turbo Pump), 크라이오 펌프(Cryo Pump), 이온 펌프(Ion Pump), 게터 펌프(Getter Pump) 등이 사용된다.
이때, 자세하게 도시되어 있지는 않지만, 상기와 같은 진공 펌프(110)는 일반적으로 클린룸(Clean Room) 아래의 유틸리티 존(Utility Zone)에 배치되어 있어, 상기 진공 펌프(110)에 이상(Error)이 발생하는 경우 상기 진공 펌프(100)의 이상을 해결하는데 많은 어려움이 있다.
주 배기 라인(120)은 공정 챔버(100) 및 진공 펌프(110)를 연결한다. 이때, 상기 주 배기 라인(120) 상에는 다수의 진공 펌프(110)들이 구비될 수 있다. 통상적으로 저 진공을 형성하기 위한 러핑 펌프(104)와, 고 진공을 형성하기 위한 고 진공 펌프(102)가 각각 한 개씩 구비된다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 상기 진공 펌프(110)들로 터보 펌프(102) 및 드라이 펌프(104)를 사용한다. 상기 터보 펌프(102)는 고 진공 펌프로써 공정 챔버(100)와 인접하게 위치하며, 상기 드라이 펌프(104)는 저 진공 펌프로써 스크러버(140)와 인접하게 구비된다.
상기 주 배기 라인(120)은, 상기 공정 챔버(100) 및 터보 펌프(102)를 연결하는 제1주 배기 라인(112)과, 상기 터보 펌프(102) 및 드라이 펌프(104)를 연결하는 제2주 배기 라인(114)으로 구성될 수 있다.
메인 밸브(126)는 주 배기 라인(120)을 개폐하기 위하여 제2주 배기 라인(114) 중이 설치된다. 상기 메인 밸브(126)로는 격리 밸브(Isolation Valve) 또는 게이트 밸브(Gate Valve)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 제1주 배기 라인(112) 중에는 상기 공정 챔버(100) 내부의 압력을 조절하기 위한 제1밸브(122)와, 상기 제1주 배기 라인(112)을 개폐하기 위한 제2밸브(124)가 구비된다.
보다 상세하게, 상기 제1밸브(122)는 상기 공정 챔버(100)와 인접하게 구비되고, 상기 제2밸브(124)는 터보 펌프(102)에 인접하게 구비된다. 상기 제1밸브(122)로는 개폐 정도를 조절할 수 있는 스로틀 밸브(Throttle Valve)가 사용될 수 있으며, 제2밸브(124)는 상기 메인 밸브(126)와 동일한 기능을 수행하는 격리 밸브 또는 게이트 밸브가 사용될 수 있다. 특히, 상기 스로틀 밸브는 후술될 자동 압력 제어기(APC, 144)와 연결되어 상기 공정 챔버(100) 내부의 압력을 제어한다.
스크러버(140)는 드라이 펌프(104) 후단에 연결되어 있으며, 상기 진공 펌프(110)를 통해 공정 챔버(100)로부터 배출된 배기 가스를 중화시킨다. 특히, 이중 드라이 스크러버는 할로겐족 화합물을 주로 사용하는 공정에서 많이 사용된다.
상기 진공부(10)에는 상기와 같은 구성 요소 이외에도 상기 주 배기 라인(120)의 압력을 확인하기 위한 압력 게이지(Pressure Gage, 142)와 상기 공정 챔버 내부의 압력을 조절하기 위한 자동 압력 제어기(APC, 114) 등이 더 구비될 수 있다.
압력 게이지(142)는 공정 챔버(100) 및 제1밸브(122) 사이에 구비되며, 상기 주 배기 라인(120) 상에 다수개가 구비될 수 있다.
상기 압력 게이지(142)로는 바라트론 게이지(Baratron Gage)와 피라니 게이지(Pirani Gage)가 사용될 수 있으며, 특히, 피라니 게이지는 휘트스톤 브리지(Wheatston Bridge)를 이용하여 진공도를 측정하기 위한 진공 게이지이며, 기체의 열전도율이 저압 하에서는 거의 진공도(잔류 기체의 압력)에 비례하는 것을 이용한 것이다.
자동 압력 제어기(144)는 고 진공 펌프(즉, 터보 펌프, 102)에 인접하도록 구비되어, 상기 설명되어진 바와 같이 상기 제1밸브(122)의 개폐 정도를 조절하여 상기 공정 챔버(100) 내부의 압력을 조절한다.
상기와 같은 구성 요소를 포함하는 진공부(10)는 클린룸 내에 다수 개가 구비될 수 있다.
다수의 진공부(10)들은 다수의 공정 챔버(100)들과 각각 연결되어 있다. 이 때, 전술한 바와 같이 진공 펌프(100)들은 상기 클린룸 아래의 유틸리티 존에 배치되어 상기 진공 펌프(110) 이상 시, 상기 이상을 해결하기 위하여 많은 어려움을 가지고 있다.
이하, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 진공 시스템을 설명하기로 한다.
도 2은 도 1에 도시된 진공부가 다수 개 구비되어 있는 진공 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
본 실시예에서는 두 개의 진공부(10, 20)를 구비하는 진공 시스템을 사용하고 있지만, 본 발명에서는 상기 진공부의 개수를 한정하지는 않는다.
제1 및 제2진공부(10, 20)는 진공 펌프(110, 210), 주 배기 라인(112, 114, 212, 214) 및 밸브들(122, 124, 126, 222, 224, 226)을 각각 포함하며, 상기 구성 요소에 관한 상세한 설명은 도 1에 도시된 진공부(10)에 관련하여 설명한 것과 유사하여 생략하기로 한다.
보조 배기 라인(300)은 진공 시스템의 제2주 배기 라인들(114, 214) 사이를 연결한다. 보다 상세하게는, 상기 보조 배기 라인(300)은 제1진공부(10)의 고 진공 펌프(터보 펌프, 102) 및 메인 밸브(126) 사이의 제2주 배기 라인(114)과, 제2진공부(10)의 고 진공 펌프(202) 및 메인 밸브(226) 사이의 제2주 배기 라인(214)을 연결한다.
또한, 상기 보조 배기 라인(300) 중에는 상기 보조 배기 라인(300)을 개폐하기 위한 선택 밸브(302)가 구비되며, 선택 밸브(302)는 진공 시스템의 메인 및 제2밸브와 동일한 기능을 수행하는 격리 밸브 또는 게이트 밸브일 수 있다.
선택 밸브(302)는 상기 진공 시스템의 저 진공 펌프들(즉, 드라이 펌프, 104, 204)의 펌핑력에 따라 상기 선택 밸브(302)의 개폐를 제어하기 위한 제어부(304)와 연결되어 있다. 이때, 상기 제어부(304)는 제1 및 제2진공부(10, 20)의 메인 밸브들(126, 226)과 각각 연결되어 있다.
상세하게 설명하면, 제어부(304)에서는 진공 시스템의 드라이 펌프들(104, 204)과 각각 연결되어 상기 드라이 펌프(104, 204)의 펌핑력을 지속적으로 확인한다. 이때, 상기 진공 시스템의 진공 펌프(110,210) 중 하나에 에러가 발생하면, 예를 들어 상기 제1진공부(10)의 드라이 펌프(104)에 에러가 발생하면, 상기 제어부(3304)는 제1진공부(10)의 메인 밸브(126)를 폐쇄하는 제어 신호를 발생시킴과 동시에, 상기 선택 밸브(302)를 개방시키는 제어 신호를 발생시킨다.
따라서, 상기 제1진공부(10)에 연결된 공정 챔버(100)의 배기 가스는 제1진공부(10)의 제1주 배기 라인(112), 보조 배기 라인(300) 및 제2진공부(20)의 제2주 배기 라인(214)을 따라 제2진공부(20)의 저 진공 펌프(204)에 의해 외부로 배출될 수 있다. 이로 인하여 상기 제1진공부(10)의 드라이 펌프(204)에 에러가 발생되더라도, 상기 제1진공부(10)과 연결되어 있는 공정 챔버(100)로 역압이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 상기 보조 배기 라인(300) 내부의 기체 유동에 대하여 간단하게 살펴보면, 상기 기체 유동은 변이 유동(Transitional Flow)이다.
도 3은 도 2에 도시된 진공 시스템의 보조 배기 라인 내부의 기체 분자 유동을 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 4는 도3에 도시된 보조 배기 라인 내부 의 기체 분자 유동을 설명하기 위한 개략적인 확대도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기체 유동에는 크게 점섬 유동, 변이 유동 및 분자 유동이 있으며, 보다 상세하게는, 점성 유동(Viscous Flow)은 50Torr 내지 200milliTorr의 압력 하에서 분자들이 저압으로 일정하게 운동을 하며, 이때, 다수의 분자들이 역흐름(Back Stream)되지 않아 규칙적으로 흐르며 소용돌이가 없다. 변이 유동(Transitional Flow)은 200 내지 3milliTorr의 압력 하에서 일부 분자가 역흐름 하지만 분자들의 평균 자유 이동거리가 보조 배기 라인 내경보다 작아 대부분의 흐름이 펌프 쪽으로 이동할 정도의 분자 밀도를 가져 역흐름되지 않는다. 분자 운동(Molecular Flow)은 3milliTorr이하의 압력 하에서 분자들의 평균 자유 이동 거리가 보조 배기 라인 내경보다 길어 분자들이 임의의 운동을 하여 역흐름이 발생한다.
이처럼 보조 배기 라인(300) 내부에서는 기체가 변이 유동을 하기 때문에 상기 보조 배기 라인(300)을 저 진공 펌프(즉, 드라이 펌프, 104, 204) 및 메인 밸브 (126, 226)사이의 제2주 배기 라인(114, 214)에 구비시켜 상기 기체 분자의 대부분이 저 진공 펌프(104, 204) 쪽으로 이동할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 주 배기 라인들 사이에 보조 배기 라인들이 구비되어 다수의 진공 펌프 중 하나에 에러가 발생되는 경우에 다른 진공 펌프로 상기 에러가 발생된 진공 펌프와 연결된 공정 챔버 내부를 진공 상태로 유지시킬 수 있다. 따라서, 상기 공정 챔버 내부로 역압이 형성되 는 것을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 다수의 챔버들을 진공 배기시키기 위한 다수의 진공 펌프들;
    상기 챔버들과 상기 진공 펌프들을 각각 연결하기 위한 다수의 주 배기 라인들;
    상기 배기 라인들 중에 각각 설치된 메인 밸브들;
    상기 챔버들과 상기 메인 밸브들 사이에서 상기 주 배기 라인들 사이를 연결하기 위한 보조 배기 라인들; 및
    상기 보조 배기 라인들 중에 각각 설치된 선택 밸브들을 포함하되,
    상기 진공 펌프들 중 하나에 동작 이상이 발생될 경우, 상기 이상 발생된 진공 펌프와 연결된 주 배기 라인에 설치된 메인 밸브는 닫히며, 상기 주 배기 라인과 인접하는 주 배기 라인 사이를 연결하는 보조 배기 라인에 설치된 선택 밸브가 개방되는 것을 특징으로 하는 진공 시스템.
  2. 상기 제1항에 있어서, 상기 챔버들과 상기 주 배기 라인들 사이에서 상기 주 배기 라인들에 각각 설치된 제2밸브들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2밸브들과 상기 주 배기 라인들 사이에서 상기 주 배기 라인들에 각각 설치된 제2진공 펌프들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진 공 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2밸브는 격리 밸브(isolation valve)이며, 상기 챔버들과 상기 제2밸브들 사이에서 상기 주 배기 라인들에 각각 설치된 스로틀 밸브(throttle valve)들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 시스템.
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