KR100593748B1

KR100593748B1 - 반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브

Info

Publication number: KR100593748B1
Application number: KR1020040086822A
Authority: KR
Inventors: 곽세근
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2006-06-28
Also published as: KR20060037770A

Abstract

본 발명은 일측으로 반도체 제조설비용 저압 배기라인의 역류방지밸브는 공정 챔버 측과 연결되는 입구와 진공 펌프 측과 연결되는 출구가 형성된 밸브 몸체; 상기 밸브 몸체의 상기 입구측에 위치하여 상기 입구를 개폐하는 밸브 플레이트; 상기 밸브 플레이트의 일측면과 상기 밸브 몸체의 상기 출구 측 사이에 양단이 지지되어 상기 밸브 플레이트가 상기 입구측으로 탄성 지지되도록 하는 지지스프링을 구비한 것으로, 이러한 본 발명에 따른 반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브는 반응후 가스가 배기 압력 이상에 의하여 역류하여 공정 챔버로 유입되는 것을 차단하여 오염입자에 의한 공정 챔버 내부의 웨이퍼가 손상되는 것을 방지함으로써 반도체 제조효율을 보다 향상시키는 효과가 있다.

Description

반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브{Backfill preventing valve of low pressure exhaust line for semiconductor manufacturing equipment}

도 1은 일반적인 반도체 제조설비의 개략 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조설비에 마련된 저압배기라인을 도시한 개략 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조설비의 저압배기라인에 설치된 역류방지밸브의 순방향 배기가 이루어지는 상태를 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 제조설비의 저압배기라인에 설치된 역류방지밸브에서 역류가 발생하였을 경우의 동작 상태를 도시한 단면도이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

200...챔버

300...펌프

500...역류방지밸브

530...밸브플레이트

본 발명은 반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공 펌프의 이상으로 반응 후 가스가 반도체 제조설비의 공정 챔버로 역류하는 것을 방지하도록 한 반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자 제조공정 중에서 열공정중의 하나인 확산공정은 확산로인 공정 챔버 내부를 진공에 가까운 저압으로 형성하고, 동시에 챔버 내부로 반응가스를 공급하여 웨이퍼 상에 원하는 박막이 형성되도록 하는 것이다. 그리고 이러한 확산공정에서 공정 챔버 내부의 저압은 통상적으로 진공 펌프에 의하여 이루어진다.

종래의 반도체 제조설비용 저압배기라인의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부(10)와 이 가스 공급부(10)에서 공급된 가스가 유입되어 반응이 수행되는 공정 챔버(20) 그리고 공정 챔버(20)의 내부를 진공에 가까운 저압 상태로 만드는 진공 펌프(30)로 구성되어 있고, 이들 각각은 배관(40)에 의하여 서로 연결되어 있다.

그런데, 진공 펌프(30)의 오버로드 또는 동작 이상에 의하여 배기가 원활하게 이루어지지 않으면 배기중인 반응 후 가스가 역류(또는 "backfill"이라고 함) 되는 경우가 종종 발생한다.

특히 확산로의 경우는 웨이퍼가 배치단위로 가공되게 되는데, 이러한 역류 현상이 발생하면 오염입자들에 의하여 웨이퍼가 한꺼번에 훼손되는 문제점이 발생한다. 이러한 이유로 공정 챔버(20)와 진공 펌프(30) 사이에는 별도의 게이트 밸브 를 설치한다.

그러나 이 게이트 밸브는 전기적인 동작으로 작동하기 때문에 진공 펌프의 이상을 감지하고, 컨트롤러에서 이를 판단하여 동작시키기까지 수초의 시간이 소요된다. 따라서 그 동안 역류한 오염입자들은 이미 웨이퍼의 일부를 훼손시키게 된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 공정 챔버와 진공 펌프 사이의 배관에 순방향 배기와 역류 상태시의 압력 변화와 함께 동작하여 배기되는 가스의 역류가 발생하면 신속하게 배관을 차단할 수 있도록 한 반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브를 제공하기 위한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브는 일측으로 반도체 제조설비의 공정 챔버 측과 연결되는 입구와 진공 펌프 측과 연결되는 출구가 형성된 밸브 몸체; 상기 밸브 몸체의 상기 입구측에 위치하여 상기 입구를 개폐하는 밸브 플레이트; 상기 밸브 플레이트의 일측면과 상기 밸브 몸체의 상기 출구 측 사이에 양단이 지지되어 상기 밸브 플레이트가 상기 입구측으로 탄성 지지되도록 하는 지지스프링을 구비한다.

그리고 바람직하게 상기 밸브 몸체의 외측면에 설치되어 상기 밸브 몸체를 거쳐 배기되는 반응 후 가스가 고체화 되는 것을 방지하는 히터를 구비한다.

또한 바람직하게 상기 밸브 몸체와 상기 진공 펌프 사이에 게이트 밸브가 설 치된다.

또한 바람직하게 상기 밸브 플레이트의 일측면에는 상기 밸브 플레이트의 개폐 동작을 안내하는 안내로드가 연장되어 설치되고, 상기 출구 측에는 상기 안내로드가 관통하여 슬라이딩 동작하도록 하며 가스 유통구가 형성된 스토퍼가 설치된다.

또한 바람직하게 상기 밸브 몸체의 상기 입구측 중 상기 밸브 플레이트와 접하는 부분에는 오링이 설치된다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 다른 반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브는 반도체 제조설비중 열공정에 사용되는 확산로, 또는 저압화학기상증착(LPCVD)에 사용되는 산화로, 플라즈마 화학기상증착 장치 또는 플라즈마 식각장치 등의 챔버 등이 채용될 수 있다. 이하에서는 편의상 이들 확산로와 산화로 챔버 등을 챔버로 통일하여 지칭하는 것으로 한다.

본 발명의 역류방지밸브를 가진 반도체 제조설비용 저압배기라인의 구성은 도 2에 도시된 바와 같이 반응가스를 공급하는 가스 공급부(100)와 이 가스 공급부(100)에서 공급된 가스가 유입되어 반응이 수행되는 공정 챔버(200)를 구비한다. 그리고 공정 챔버(200)의 내부를 진공에 가까운 저압 상태로 형성시키는 진공 펌프(300)를 구비한다.

그리고 이들 가스 공급부(100)와 공정 챔버(200) 그리고 진공 펌프(300)는 배관(400)에 의하여 서로 연결되어 있다. 또한 진공 펌프(300)와 공정 챔버(200) 사이에는 도면에 도시하지 않았지만 별도의 게이트 밸브가 설치될 수 있다. 이 게이트 밸브는 본 발명에서는 선택적인 것이다.

한편, 공정 챔버(200)와 진공 펌프(300) 사이에는 역류방지밸브(500)가 설치된다. 이 역류방지밸브(500)는 유체의 흐름과 함께 동작하게 되는데, 만약 진공 펌프(300)가 설정된 압력값으로 동작하지 않으면 즉시 배관(400)을 차단하여 반응 후 가스가 공정 챔버(200) 내부로 역류하는 것을 차단하는 기능을 한다.

이 역류방지밸브(500)의 구성은 도 3에 도시된 바와 같이 배관(400) 상에서 일측으로는 반도체 제조설비의 공정 챔버(200) 측과 연결되는 입구(511)를 구비하고, 타측으로는 진공 펌프(300)측과 연결되는 출구(512)가 형성된 밸브 몸체(510)를 구비한다.

그리고 밸브 몸체(510)의 내부에 설치되어 밸브 몸체(510)의 입구(511)를 개폐하는 밸브 플레이트(530)를 구비한다. 이 밸브 플레이트(530)는 원판형태로 형성되며, 입구(511)보다 큰 직경을 가지도록 되어 있다. 그리고 입구(511)의 밸브 플레이트(530)와 접하는 위치에는 오링(520)이 설치되어 밸브 플레이트(530)가 입구(511)에 접하였을 경우 밀폐가 가능하게 되어 있다.

또한 밸브 플레이트(530)의 출구(512) 측으로 향한 면에는 밸브 플레이트(530)의 개폐 동작을 안내하는 안내로드(540)가 연장 형성되어 있다. 이 안내로드(540)는 끝단이 측방으로 연장되어 있다.

계속해서 밸브 몸체(510)의 출구(512) 측에는 안내로드(540)가 관통하는 스 토퍼(560)가 설치되어 있다. 이 스토퍼(560)는 안내로드(540)의 관통과 안내로드(540)의 동작을 제한하도록 중앙에 관통홀(561)이 형성되어 있고, 이 관통홀(561)의 주변으로 다수의 가스 유통로(562)가 형성되어 있다.

그리고 밸브 플레이트(530)의 출구(512)측으로 향한 면과 밸브 몸체(510)의 출구(512) 측 사이에는 양단이 각각 밸브 플레이트(530)와 스토퍼(560) 측에 지지된 지지스프링(550)이 설치된다. 이 지지스프링(550)은 배기되는 압력에 따라 밸브 몸체(510)의 입구(511)를 닫는 기능을 한다.

즉 배기되는 압력이 지지스프링(550)의 탄성력보다 낮으면 즉시 밸브 플레이트(530)를 밸브 몸체(510)의 입구(511)로 복원시켜 밸브 몸체(510)의 입구(511)가 닫히도록 하는 기능을 한다. 이는 압력변화와 동시에 거의 실시간으로 이루어진다. 여기서 지지스프링(550)의 탄성력은 배기되는 압력인 진공 펌프(300)의 정상적인 펌핑 압력 미만으로 설정되는 것이 바람직하다.

한편, 밸브 몸체(510)의 외측면에는 밸브 몸체(510)를 거쳐 배기되는 반응 후 가스가 고체화 되는 것을 방지하는 히터(570)가 설치된다.

이 히터(570)는 배기되는 가스가 밸브 몸체(510) 내부에서 고체화 되어 파우더 형태로 밸브 몸체(510) 내부에 응착되는 것을 방지하기 위한 것인데, 예를 들어 설명한다면 암모니아 클로라이드의 경우는 80℃ 이하에서 고체 결정으로 변한다. 그러나 150℃ 이상에서는 기체상태를 유지한다. 그리고 그 외 기타 반응 후 가스들도 특정온도 이하에서 고체화되는 경향이 있다. 따라서 이러한 반응 후 가스가 밸브 몸체(510)의 내부에서 고체화 되어 잔류하는 것을 히터(570)가 방지하게 된다.

이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브(500)의 작용상태에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 역류방지밸브(500)의 열린 상태는 도 3에 도시된 바와 같이 정상적인 진공 압력으로 진공 펌프(300)가 동작하게 되면 배기 압력에 의하여 밸브 플레이트(530)가 밸브 몸체(510)의 입구(511)를 개방하게 된다. 그러면 반응 후 가스는 밸브 몸체(510)의 입구(511)를 거쳐 출구(512) 측으로 배기되게 된다.

이때 밸브 플레이트(530)의 동작은 배기 압력이 밸브 플레이트(530) 표면에 작용하여 스프링이 수축하게 되고, 동시에 밸브 플레이트(530)의 안내로드(540)는 스토퍼(560)의 관통홀(561)을 따라 안내된다. 그리고 밸브 몸체(510)를 거치게 되는 반응후 가스는 히터(570)에 의하여 가열되어 밸브 몸체(510) 내부에 고체화 되지 않고 기체상태가 유지된 상태에서 외부로 배기되게 된다.

한편, 진공 펌프(300)에 이상이 발생하거나 기타 다른 장애 요소들에 의하여 설정된 압력이상으로 배기 압력이 높아질 경우 도 4에 도시된 바와 같이 공정 챔버(200) 측이 상대적으로 저압 상태가 이루어져 반응 후 가스의 역류가 발생한다. 그러나 이때 압력상태가 변하게 되면 지지스프링(550)은 이와 동시에 복원 동작하여 밸브 플레이트(530)가 밸브 몸체(510)의 입구(511)측으로 복원하도록 하여 밸브 몸체(510)의 입구(511)가 밸브 플레이트(530)에 의하여 닫히게 된다.

이에 따라 즉시 반응후 가스의 역류가 차단되게 되어 반응후 가스의 공정 챔버(200) 유입이 방지되게 된다. 그리고 게이트 밸브가 설치된 경우에는 게이트 밸브가 추가적으로 동작하여 배관(400)을 차단하게 됨으로써 반응 후 가스의 역류가 방지되게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 실시예 외에 각각의 구성요소들을 일부 변형하여 다르게 실시할 수 있을 것이다. 그러나 이들 실시예의 기본 구성요소가 본 발명의 필수구성요소들을 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브는 반응후 가스가 배기 압력 이상에 의하여 역류하여 공정 챔버로 유입되는 것을 압력 변화와 동시에 차단하여 오염입자에 의한 공정 챔버 내부의 웨이퍼가 손상되는 것을 방지함으로써 반도체 제조효율을 보다 향상시키는 효과가 있다.

Claims

일측으로 반도체 제조설비의 공정 챔버 측과 연결되는 입구와 진공 펌프 측과 연결되는 출구가 형성된 밸브 몸체;

상기 밸브 몸체의 상기 입구측에 위치하여 상기 입구를 개폐하는 밸브 플레이트;

상기 밸브 플레이트의 일측면과 상기 밸브 몸체의 상기 출구 측 사이에 양단이 지지되어 상기 밸브 플레이트가 상기 입구측으로 탄성 지지되도록 하는 지지스프링을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브.
제 1항에 있어서, 상기 밸브 몸체의 외측면에 설치되어 상기 밸브 몸체를 거쳐 배기되는 반응 후 가스가 고체화 되는 것을 방지하는 히터를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브.
제 1항에 있어서, 상기 밸브 몸체와 상기 진공 펌프 사이에 게이트 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브.
제 1항에 있어서, 상기 밸브 플레이트의 일측면에는 상기 밸브 플레이트의 개폐 동작을 안내하는 안내로드가 연장되어 설치되고, 상기 출구 측에는 상기 안내 로드가 관통하여 슬라이딩 동작하도록 하며 가스 유통구가 형성된 스토퍼가 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브.
제 1항에 있어서, 상기 밸브 몸체의 상기 입구측 중 상기 밸브 플레이트와 접하는 부분에는 오링이 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비용 저압배기라인의 역류방지밸브.