KR101434686B1 - 진공 펌핑 시스템, 원자층 증착 장치, 챔버 배기 방법 및 원자층 증착 실행 방법 - Google Patents

진공 펌핑 시스템, 원자층 증착 장치, 챔버 배기 방법 및 원자층 증착 실행 방법 Download PDF

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Abstract

진공 펌핑 시스템은 챔버 출구로부터 가스 스트림을 수용하기 위한 1차 포어라인과, 챔버를 배기시키기 위한 제 1 진공 펌프와, 챔버를 배기시키기 위한 제 2 진공 펌프와, 1차 포어라인으로부터 제 1 진공 펌프까지 가스를 전달하기 위한 제 1의 2차 포어라인과, 1차 포어라인으로부터 제 2 진공 펌프까지 가스를 전달하기 위한 제 2의 2차 포어라인과, 제 1 및 제 2의 2차 포어라인 중 선택된 하나를 1차 포어라인에 선택적으로 연결하기 위한 밸브 수단을 포함한다. 진공 펌프의 상태는 사용 동안 모니터링된다. 양 진공 펌프가 정상적으로 작동하고 있는 동안, 밸브 수단은 제 1 반응물 풍부 가스를 1차 포어라인으로부터 제 1의 2차 포어라인 내로 우회시키도록, 그리고 제 2 반응물 풍부 가스를 1차 포어라인으로부터 제 2의 2차 포어라인 내로 우회시키도록 제어되고, 이에 의해 진공 펌프 내에서의 제 1 및 제 2 반응물의 혼합을 억제한다. 그러나, 진공 펌프들 중 하나가 챔버 내에서의 현재 처리 동안 고장날 듯한 상태인 것으로 표시되는 경우, 밸브 수단은 제 1 반응물 풍부 가스와 제 2 반응물 풍부 가스 모두를 다른 진공 펌프로 우회시키도록 제어되고, 이에 의해 챔버 내에서의 한 묶음의 기판의 값비싼 손실을 잠재적으로 방지한다.

Description

진공 펌핑 시스템, 원자층 증착 장치, 챔버 배기 방법 및 원자층 증착 실행 방법{VACUUM PUMPING SYSTEM}
본 발명은 진공 펌핑 시스템에 관한 것으로서, 가스를 처리 챔버로 공급하기 위해 펄스형 가스 공급 시스템(pulsed gas delivery system)이 그 내부에 있는 처리 챔버로부터 가스를 취출하는데 사용되는 장치의 특정 용도에 관한 것이다.
펄스형 가스 공급 시스템은 통상 처리 챔버 내에 위치된 한 묶음의 기판 상에 다층 박막을 형성하는데 사용된다. 기판 상에 박막을 형성하는 하나의 기술이 원자층 증착[atomic layer deposition(ALD)]인데, 이 기술에서 가스상의 반응물 또는 "전구체(precursor)"가 순차적으로 처리 챔버에 공급되어, 일반적으로 원자층 스케일로, 기판 상에 매우 얇은 물질 층을 형성한다.
예로서, ALD 기술을 사용하여 하프늄 산화물(HfO2) 박막과 알루미늄 산화물(Al2O3) 박막의 순차적 증착을 통해 실리콘 웨이퍼 상에 고 유전율 캐패시터가 형성될 수도 있다. HfO2 박막은 테트라키스(에틸메틸아미노) 하프늄(TEMAH)과 같은 하프늄 전구체와, 오존(O3)과 같은 산화제를 처리 챔버에 순차적으로 공급함으로써 형성될 수 있고, Al2O3 박막은 트리메틸 알루미늄(TMA)과 같은 알루미늄 전구체와 O3을 챔버에 순차적으로 공급함으로써 형성될 수 있다.
개략적으로, 처리 챔버에 공급된 제 1 전구체는 처리 챔버 내에서 기판의 표면 상으로 흡수된다. 흡수되지 않은 제 1 전구체는 진공 펌핑 시스템에 의해 처리 챔버로부터 취출되고, 이후에 제 2 전구체가 제 1 전구체와의 반응을 위해 처리 챔버로 공급되어 증착된 물질 층을 형성한다. 증착 챔버에서, 기판 인접 상태는 각 기판에 연속적인 막을 형성하기 위해 가스상 반응을 최소화하고 표면 반응을 최대화하도록 최적화된다. 미반응(non-reacted) 제 2 전구체와 전구체들 간의 반응으로 생긴 부산물은 펌핑 시스템에 의해 처리 챔버로부터 제거된다. 처리 챔버 내에서 형성되는 구조물에 따라서, 이후에 제 1 전구체 또는 제 3 전구체가 처리 챔버에 공급된다.
퍼지 단계는, 예를 들면 각 전구체의 공급 사이에 N2 또는 Ar과 같은 퍼지 가스(purge gas)를 챔버로 공급함으로써, 각 전구체의 공급 사이에 통상적으로 이루어진다. 퍼지 가스 공급의 목적은 챔버에 공급되는 다음 전구체와의 원치않는 반응을 방지하도록 처리 챔버로부터 임의의 잔류 전구체를 제거하는 것이다.
실제로, 처리 챔버에 공급된 전구체 중에서 오직 약 5% 이하만이 증착 처리 동안 소비되고, 따라서 상기 처리 챔버 동안 챔버로부터 취출된 가스에는, 챔버로의 퍼지 가스의 공급 사이에, 교대로 제 1 전구체가 풍부하게 되고, 그 다음에는 제 2 전구체가 풍부하게 될 것이다.
종래의 진공 펌핑 시스템에서, 처리 챔버로부터 취출된 가스는 진공 펌프로 유도되는 공통 포어라인(foreline)에 유입된다. 미반응 전구체들이 진공 펌핑 시스템 내에서 만나게 되는 경우, 전구체의 교차 반응이 발생할 수 있고, 이는 포어라인 및 진공 펌프 내에 고체 물질의 증착과 분말의 축적을 야기할 수 있다. 펌프 내에서 축적된 미립자 및 분말들은 펌프의 로터와 스테이터 요소 사이에 비어 있는 작동 간극(vacant running clearance)을 효과적으로 충전할 수 있고, 이는 펌핑 성능을 악화시키고, 결국 펌프 고장을 야기한다. 펌핑 성능을 유지하기 위해서는 주기적인 펌프 세척 및 교체가 필요하고, 이는 손실이 큰 공정 정지 시간(process downtime)을 초래하며, 제조 비용을 증가시킨다.
ALD 처리 챔버의 하류측에서 미반응 전구체 간의 반응을 방지하기 위해서, 미국 특허 출원 공개 제 US 2004/0107897 호는 처리 챔버로부터의 포어라인이 개별적인 진공 펌프로 각각 유도되는 제 1 및 제 2 배기 라인으로 분기되는 진공 펌핑 시스템에 대해 기술하고 있다. 제 1 배기 제어 밸브는 제 1 배기 라인 내에 설치되고, 제 2 배기 제어 밸브는 제 2 배기 라인 내에 설치된다. 제어 밸브의 개폐는 처리 챔버로의 제 1 및 제 2 전구체의 공급과 관련하여 타이밍되어(timed) 있어서, 제 1 전구체가 처리 챔버에 공급되고 있는 주기 동안에는 제 2 배기 라인이 차단되고, 제 2 전구체가 처리 챔버에 공급되고 있는 주기 동안에는 제 1 배기 라인이 차단된다. 이는 배기 라인 내에서 미반응 전구체들의 혼합되는 양을 감소시키고, 공정 가동 시간 및 작업 처리량(throughput)을 증가시킨다.
종래의 진공 펌핑 시스템과 미국 특허 출원 공개 제 US 2004/0107897 호에 기술된 진공 펌핑 시스템 모두와 관련된 문제는, 처리 챔버 내에서의 처리 동안 진 공 펌프 또는 진공 펌프들 중 하나가 고장나면, 현재 처리 챔버 내에서 처리되고 있는 한 묶음의 기판은 손상될 것이라는 것이다. 제품의 작업 처리량을 증가시키기 위해, 처리 챔버 내에서 동시에 처리되고 있는 기판의 개수는 25 내지 100 또는 그 이상일 수도 있고, 따라서 증착 처리 동안 진공 펌프의 고장은 매우 손실이 클 수도 있다.
본 발명의 적어도 바람직한 실시예의 목적은 이러한 문제의 해결을 도모하는 것이다.
제 1 실시 형태에서, 본 발명은 챔버를 배기(evacuating)시키기 위한 진공 펌핑 시스템을 제공하는데, 상기 시스템은 제 1 진공 펌프와, 제 2 진공 펌프와, 챔버로부터 제 1 진공 펌프까지 가스를 전달하는 제 1 배기 경로와, 챔버로부터 제 2 진공 펌프까지 가스를 전달하는 제 2 배기 경로와, 각 진공 펌프의 상태를 모니터링하기 위한 수단과, 제 1 및 제 2 배기 경로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브 수단과, 진공 펌프의 상태에 따라, (i) 챔버로부터 제 1 배기 경로를 따라 제 1 반응물 풍부 가스 배기물과 챔버로부터 제 2 배기 경로를 따라 제 2 반응물 풍부 가스 배기물을 교대로 전달하도록, 또는 (ⅱ) 공통 배기 경로를 따라서 제 1 반응물 풍부 가스와 제 2 반응물 풍부 가스 모두를 전달하도록 밸브 수단을 제어하기 위한 수단을 구비한다.
본 발명에 따르면, 사용 동안 진공 펌프의 상태가 모니터링된다. 양 진공 펌프가 정상적으로 작동하고 있는 경우, 밸브 수단은 챔버로부터 제 1 배기 라인을 따라서 제 1 반응물 풍부 가스 배기물과 챔버로부터 제 2 배기 라인을 따라서 제 2 반응물 풍부 가스 배기물을 교대로 전달하도록 제어되고, 이에 의해 진공 펌프 내에서의 제 1 및 제 2 반응물의 혼합을 억제하며, 따라서 펌프 내에 바람직하지 않은 고체 물질의 형성을 야기할 수 있는 반응물 간의 모든 교차 반응을 방지한다. 제 1 및 제 2 배기 경로 사이의 스위칭은 챔버에 공급되게 될 가스의 조성 변화 또는 챔버로부터 배출되는 가스의 조성 변화 중 하나에 반응하여 이루어질 수도 있다.
그러나, 진공 펌프 중 하나가 처리 챔버 내에서의 현재 처리 동안 고장날 듯한 상태인 것으로 표시되는 경우, 밸브 수단은 제 1 반응물 풍부 가스와 제 2 반응물 풍부 가스 모두를 다른 "정상적(healthy)" 진공 펌프로 전달하도록 제어될 수도 있고, 이는 "비정상적(unhealthy)" 펌프를 챔버로부터 격리시켜서, 챔버에서 가스가 제거되는 효율을 유지함으로써 챔버 내에서 한 묶음의 기판의 고비용의 손실을 잠재적으로 방지한다. 진공 펌프 중 하나 또는 양자에 대한 정비 또는 교체는 현재 한 묶음의 기판에 대한 처리를 완료한 후에, 또는 정상적 펌프 내에서 제 1 및 제 2 반응물의 혼합 및 교차 반응으로 인해 정상적 펌프의 성능이 떨어지기 전의 임의의 편리한 시간에 수행될 수 있다.
모니터링 수단은 펌프의 동작 특성을 모니터링하도록 구성될 수도 있는데, 이 특성은 펌프의 폐색 정도를 나타내는 것일 수도 있다. 펌프들 중 하나에 대해 모니터링된 특성에 따라, 예컨대 펌프로부터 취출된 전류가 사전 설정된 양을 초과한다면, 밸브 수단은 제 1 반응물 풍부 가스와 제 2 반응물 풍부 가스 모두를 다른 펌프로 우회하도록 제어될 수도 있다. 모니터링될 수도 있는 다른 동작 특성에는 하기의 것들이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니며:
● 모터 파워
● 펌프 온도
● 배기 압력
● 베어링 진동
상기 동작 특성 또는 그 조합에 있어서의 변화가 펌프 폐색을 표시하는데 사용될 수도 있다.
모니터링 수단은 제 1 및 제 2 진공 펌프 모두의 상태를 모니터링하기 위한 단일 펌프 모니터에 의해 제공된다. 선택적으로, 제 1 펌프 모니터링 수단은 제 1 진공 펌프의 상태를 모니터링하기 위해 제공될 수 있고, 제 2 펌프 모니터링 수단은 제 2 진공 펌프의 상태를 모니터링하기 위해 제공될 수도 있으며, 제어 수단은 제 1 및 제 2 펌프 모니터링 수단으로부터의 입력을 수신하도록 구성된다. 이 경우에, 각 펌프 모니터링 수단은 각각의 진공 펌프에 통합될 수도 있다.
각 펌프 상태에 대한 모니터링은 그 펌프에 의해 챔버로부터 취출될 각각의 반응물이 챔버에 공급되기 전에, 바람직하게는 바로 그 직전에 수행될 수도 있다. 예컨대 모니터링된 것이 제 1 진공 펌프의 상태가 임계 상황을 넘어 악화되어 있음을 나타내는 경우, 밸브 수단은 챔버로부터 제 1 진공 펌프를 격리하도록 제어될 수도 있고, 따라서 챔버로부터 제 2 진공 펌프까지 연장되는 제 2 배기 경로를 따라서 제 1 반응물 풍부 가스가 챔버로부터 취출된다.
바람직한 실시예에서, 배기 경로는 챔버로부터 가스를 수용하기 위한 공통 포어라인을 포함하고, 제 1 배기 경로는 포어라인과 제 1 진공 펌프 사이에서 연장되는 제 1 배기 라인을 포함하며, 제 2 배기 경로는 포어라인과 제 2 진공 펌프 사이에서 연장되는 제 2 배기 라인을 포함한다. 밸브 수단은 제 1 배기 라인 내에 배치된 제 1 배기 제어 밸브와, 제 2 배기 라인 내에 배치된 제 2 배기 제어 밸브를 포함할 수도 있다. 이러한 장치를 사용하여, 제 1 배기 제어 밸브를 개방하고 제 2 배기 제어 밸브를 폐쇄하면 챔버로부터의 가스 배기물이 제 1 배기 라인을 따라서 제 1 진공 펌프로 전달되는 반면에, 제 2 배기 제어 밸브를 개방하고 제 1 배기 제어 밸브를 폐쇄하면 챔버로부터의 가스 배기물은 제 2 배기 라인을 따라서 제 2 진공 펌프로 전달된다. 이 밸브들은 2개의 별개의 게이트 밸브 또는 볼 밸브로 제공될 수도 있으며, 각 밸브는 하나의 입구와 하나의 출구를 갖는다. 선택적으로, 진공 펌핑 시스템의 부품 개수를 줄이기 위해, 밸브 수단은 포어라인과 2개의 배기 라인 사이의 접합부에 배치된 밸브를 포함할 수도 있다. 이러한 밸브는 3방향 볼 밸브, 3방향 게이트 밸브 또는 다른 타입의 3방향 밸브로 제공될 수도 있다.
챔버에 공급되는 상이한 반응물이 2개 이상 존재하는 경우, 그리고 3개 이상의 이 반응물들 중에서 임의의 2개의 반응물이 잠재적으로 진공 시스템 내에서 함께 반응하여 고체 물질 또는 분말을 형성할 수 있는 경우, 추가의 배기 라인 및 진공 펌프가 이 반응물들을 진공 펌프 내에서 이격되어 있게 하는데 필요한 포어라인에 연결될 수도 있다. 이 경우에, 추가의 2방향 밸브가 각각의 추가 배기 라인에 배치될 수도 있고, 또는 예컨대 4방향 밸브와 같은 보다 복잡한 단일 밸브가 포어라인과 배기 라인 사이의 접합부에 제공될 수도 있다.
이 펌핑 시스템은 배타적인 것은 아니지만 특히 원자층 증착 처리가 수행되는 챔버의 배기에 적합하고, 따라서 제 2 실시 형태에서, 본 발명은 처리 챔버와, 제 1 반응물을 상기 챔버에 공급하기 위한 제 1 반응물 공급원과, 제 2 반응물을 상기 챔버에 공급하기 위한 제 2 반응물 공급원과, 처리 챔버로부터 가스를 취출하기 위한 상술한 진공 펌핑 시스템을 구비하는 원자층 증착 장치를 제공한다. 챔버로의 반응물 공급 사이에 질소 또는 아르곤과 같은 퍼지 가스를 챔버에 공급하기 위해 퍼지 가스 공급원이 제공될 수도 있다. 이 경우에, 챔버로부터 배출된 가스가 진공 펌프 중 하나로 전달되는 경로를 변경하는 밸브 수단에 대한 제어는 퍼지 가스가 챔버에 공급되는 동안에 이루어질 수도 있다.
제 2 실시 형태에서, 본 발명은 제 1 반응물 및 제 2 반응물이 교대로 공급되는 챔버를 배기시키는 방법을 제공하는데, 이 방법은, 제 1 진공 펌프를 사용하여 챔버에서 연장되는 제 1 배기 경로를 따라 챔버로부터 제 1 반응물 풍부 가스와, 제 2 진공 펌프를 사용하여 챔버에서 연장되는 제 2 배기 경로를 따라 챔버로부터 제 2 반응물 풍부 가스를 교대로 취출하는 단계와, 챔버의 배기 동안 각각의 진공 펌프의 상태를 모니터링하는 단계와, 그 후에 제 1 및 제 2 진공 펌프 중 하나의 모니터링된 상태에 따라서, 제 1 및 제 2 진공 펌프 중 다른 하나를 사용하여 챔버로부터 제 1 반응물 풍부 가스 및 제 2 반응물 풍부 가스 모두를 취출하는 단계를 포함한다.
제 3 실시 형태에서, 본 발명은 원자층 증착을 형성하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 처리 챔버 내에 기판을 배치하는 단계와, 제 1 반응물과 제 2 반응물을 챔버에 교대로 공급하는 단계와, 제 1 진공 펌프를 사용하여 제 1 배기 경로를 따라 챔버로부터 제 1 반응물 풍부 가스 스트림과, 제 2 진공 펌프를 사용하여 제 2 배기 경로를 따라 챔버로부터 제 2 반응물 풍부 가스 스트림을 교대로 제거하는 단계와, 증착 처리 동안 각각의 진공 펌프의 상태를 모니터링하는 단계와, 그 후에 제 1 및 제 2 진공 펌프 중 하나의 모니터링된 상태에 따라서, 제 1 및 제 2 진공 펌프 중 다른 하나를 사용하여 챔버로부터 제 1 반응물 풍부 가스 및 제 2 반응물 풍부 가스 모두를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 시스템 및 장치 실시 형태에 관하여 상술한 특성들은 방법 실시 형태에도 동일하게 적용되며, 그 역도 같다.
도 1은 원자층 증착 장치의 개략도,
도 2는 도 1의 장치의 처리 챔버로의 가스 공급의 시퀀스를 도시하는 도면,
도 3은 처리 챔버의 배기 동안 수행되는 순차적 단계를 도시하는 흐름도.
이제, 본 발명의 바람직한 특성은 첨부 도면을 참조하여 단지 예시의 방법으로 설명될 것이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 장치는 처리 챔버(10) 내에서 동시에 처리될 한 묶음의 기판을 수용하기 위한 처리 챔버(10)를 포함한다. 챔버(10)는 기판의 노출된 표면 상에 물질 층을 형성하는데 사용하기 위한 2개 이상의 상이한 반응물 또는 전구체를 개별적으로 그리고 교대로 수용한다. 도 1에 도시된 예에서, 제 1 반응물 공급원(12)은 제 1 반응물을 챔버(10)에 공급하기 위해 제 1 반응물 공급 라인(14)에 의해 챔버(10)에 연결되어 있고, 제 2 반응물 공급원(16)은 제 2 반응물을 챔버(10)에 공급하기 위해 제 2 반응물 공급 라인(18)에 의해 챔버(10)에 연결되어 있다. 또한, 퍼지 가스 공급원(20)은 챔버(10)로의 반응물의 공급 사이에 질소 또는 아르곤과 같은 퍼지 가스를 챔버(10)에 공급하기 위해 퍼지 가스 공급 라인(22)에 의해 챔버(10)에 연결되어 있다.
챔버(10)로의 반응물 및 퍼지 가스의 공급은 각각 공급 라인(14, 18, 22) 내에 배치된 가스 공급 밸브(24, 26, 28)의 개폐에 의해 제어된다. 가스 공급 밸브의 작동은 공급 밸브 제어기(30)에 의해 제어되는데, 이 제어기(30)는 사전 설정된 가스 공급 시퀀스(gas delivery sequence)에 따라 밸브를 개폐하도록 가스 공급 밸브에 제어 신호(32)를 발신한다. 2개의 반응물 가스 및 퍼지 가스와 관련된 전형적인 가스 공급 시퀀스가 도 2에 도시되어 있다. 제 1 선(trace)(40)은 제 1 반응물 가스에 대한 계단형 공급 시퀀스를 나타내고, 제 2 선(42)은 제 2 반응물 가스에 대한 계단형 공급 시퀀스를 나타낸다. 상술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 반응물이 챔버에 교대로 공급되어 챔버(10) 내에 배치된 한 묶음의 기판 상에 물질 층을 형성한다. 챔버(10)로의 각 펄스형 공급의 지속 시간은 챔버(10) 내에서 수행되는 특정 공정에 관해 설정되고, 본 예에서, 챔버(10)로의 제 2 반응물의 각 펄스형 공급의 지속 시간은 제 1 반응물에 대한 것보다 길다. 제 3 선(44)은 퍼지 가스에 대한 계단형 공급 시퀀스를 나타내는데, 이 퍼지 가스는 제 1 및 제 2 반응물 가스의 공급 사이에 챔버(10) 내로 유도되어 다음 반응물 가스의 도입 전에 챔버를 세정한다.
챔버(10)로의 제 1 및 제 2 반응물의 교차 공급을 고려하여, 챔버(10)로부터 취출된 가스는 미반응 제 1 반응물과 반응물 간의 반응으로부터 생긴 부산물을 포함하는 제 1 반응물 풍부 가스와, 미반응 제 2 반응물과 부산물을 포함하는 제 2 반응물 풍부 가스가 교대로 발생하며, 퍼지 가스가 많은 가스는 이 반응물 풍부 가스들 사이에 챔버(10)로부터 취출된다. 각각의 반응물 풍부 가스는 또한 소량의 퍼지 가스, 다른 하나의 반응물 및 다른 오염물들을 포함할 수도 있다.
도 1을 다시 참조하면, 진공 펌핑 시스템은 챔버(10)로부터 가스를 취출하기 위해 챔버(10)의 출구(50)에 연결되어 있다. 펌핑 시스템은 각 배기 경로를 따라 챔버(10)로부터 배출된 가스를 각각 취출하기 위한 제 1 및 제 2 진공 펌프(52, 54)를 구비한다. 본 실시예에서, 진공 펌핑 시스템은 챔버(10)의 출구(50)로부터 연장되는 포어라인(56)과, 각각 포어라인으로부터 각 진공 펌프(52, 54)까지 연장되는 제 1 및 제 2 배기 라인(58, 60)을 구비한다. 제 1 배기 경로는 포어라인(56)과 제 1 배기 라인(58)으로 형성되고, 제 2 배기 경로는 포어라인(56)과 제 2 배기 라인(60)으로 형성된다. 진공 펌프(52, 54)에서 배출된 가스는 대기로 방출되기 전에 처리하기 위해 저감 장치(76)로 전달된다.
펌핑 시스템은 제 1 및 제 2 배기 경로를 선택적으로 개폐하여 챔버(10)에서 취출된 가스가 진공 펌프(52, 54) 중 선택된 쪽으로 전달되게 하는 밸브 수단을 구 비한다. 도시된 실시예에서, 밸브 수단은 포어라인(56)과 배기 라인(58, 60) 사이의 접합부에 배치된 3방향 밸브(62)로 제공된다. 이 밸브(62)는, 챔버(10)에서 취출된 가스가 제 1 배기 경로(56, 58)를 따라 제 1 진공 펌프(52)까지 유동하게 되는 제 1 위치와, 챔버(10)에서 취출된 가스가 제 2 배기 경로(56, 60)를 따라 제 2 진공 펌프(54)까지 유동하게 되는 제 2 위치 사이에서 움직일 수 있다.
밸브(62)의 움직임은 배기 밸브 제어기(64)에 의해 제어된다. 배기 밸브 제어기(64)는, 도시된 바와 같이, 공급 밸브 제어기(30)와 분리될 수도 있거나, 상기 제어기(30)와 일체로 될 수도 있다. 도시된 장치에서, 배기 밸브 제어기(64)는 밸브(24, 26, 28)의 작동 시퀀스를 표시하는 공급 밸브 제어기(30)로부터 신호(66)를 수신하고, 이에 의해 챔버(10)에 현재 공급되고 있는, 및/또는 이제 공급하려고 하는 가스의 종류를 표시한다.
또한, 배기 밸브 제어기(64)는 진공 펌프(52, 54)의 상태를 모니터링하는 펌프 모니터링 시스템(70)으로부터 신호(68)를 수신한다. 도시된 바와 같이, 모니터링 시스템(70)은 진공 펌프(52, 54)와 분리되어, 진공 펌프(52, 54)의 상태를 표시하는 진공 펌프(52, 54)의 펌프 제어기(도시되지 않음)로부터 신호(72)를 수신하도록 구성될 수도 있다. 선택적으로, 각 펌프를 위한 모니터링 시스템은 펌프 제어기 내에 통합될 수도 있는데, 펌프 제어기는 펌프의 상태를 표시하는 신호(72)를 배기 밸브 제어기(64)에 발신한다. 다른 대안예로서, 모니터링 시스템(70)은 배기 밸브 제어기(64)와 통합될 수도 있다.
펌프 제어기로부터 출력된 신호(72)는 펌프의 수많은 동작 특성 중 하나 이 상에 관련된 정보를 포함할 수도 있다. 이 특성들에는 하기의 것들이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니며:
● 펌프 모터에 의해 취출되는 전류;
● 모터 파워;
● 펌프 온도;
● 배기 압력; 및
● 베어링 진동;
상기 동작 특성 또는 그 조합에 있어서의 변화가 펌프 폐색을 표시하는데 사용될 수도 있다. 신호(72) 내에 수용된 정보에 따라, 모니터링 시스템(70)은, (i) 진공 펌프(52, 54)의 상태가, 예컨대 그 임계치 이하에서는 펌프의 미래 작동 수명이 챔버(10) 내에서 수행되고 있는 공정의 지속 시간보다 짧을 수도 있는 임계치까지 또는 그 이하로 떨어졌는지 여부를 결정할 수 있고, 및/또는 (ⅱ) 펌프의 상태가 그 임계치 이하로 떨어질 것 같은 타임 스케일을 예측할 수 있다. 따라서, 모니터링 시스템(70)에서 배기 밸브 제어기(64)로 출력된 신호(68)는 각 펌프(52, 54)에 대해 펌프의 상태가 이 임계치 이상인지 또는 그 이하인지 여부를 표시할 수도 있다. 이 신호들은 연속적으로, 주기적으로, 또는 배기 밸브 제어기(64)로부터 요구가 있는 대로 출력될 수도 있다.
배기 밸브 제어기(64)는 신호(66, 68) 내에 포함된 정보를 사용하여 챔버로의 가스 공급 동안 밸브(62)의 제 1 및 제 2 위치 사이에서의 스위칭을 제어하고, 따라서 챔버(10)에서 취출되고 있는 가스가 취하는 경로를 제어한다. 도 3은 챔 버(10) 내에서 한 묶음의 기판에 대한 처리 동안 수행되는 순차적 단계들의 한 예를 도시하는 흐름도이다. 단계 S1에서, 공급 밸브 제어기(30)는 제 1 반응물이 챔버(10)에 공급되려고 하는 것을 배기 밸브 제어기(64)에 표시한다. 단계 S2에서, 배기 밸브 제어기(64)는, 신호(68)로부터 제 1 진공 펌프(52)가 "정상적"인지 여부, 즉 제 1 진공 펌프(52)의 상태가 임계 레벨 이상인지 여부를 결정한다.
제 1 진공 펌프(52)가 정상적이라고 결정된다면, 그 후에, 단계 S3에서, 배기 밸브 제어기(64)는 단계 S4에서 제 1 반응물이 챔버(10)에 공급되기 전에 제 1 위치로 스위칭하도록 밸브(62)에 신호(74)(도 1에 도시됨)를 출력하고, 따라서 챔버(10)로의 제 1 반응물의 공급 동안 챔버(10)에서 취출된 제 1 반응물 풍부 가스는 제 1 배기 경로(56, 58)를 따라 제 1 진공 펌프(52)까지 유동한다.
반면에, 단계 S2에서 제 1 진공 펌프(52)가 "비정상적"인 것으로 결정된다면, 즉 제 1 진공 펌프(52)의 상태가 임계 레벨이거나 또는 그 이하라면, 그 후에, 단계 S5에서, 배기 밸브 제어기(64)는 단계 S4에서 제 1 반응물이 챔버에 공급되기 전에 제 2 위치로 스위칭하도록 밸브(62)에 신호(74)를 출력하고, 따라서 챔버(10)로의 제 1 반응물의 공급 동안 챔버(10)에서 취출된 제 1 반응물 풍부 가스는 제 2 배기 경로(56, 60)를 따라 제 2 진공 펌프(54)까지 유동한다.
챔버(10)로의 제 1 반응물의 공급에 이어서, 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 단계 S6에서, 챔버(10)에서 미반응 제 1 반응물을 세정하기 위해 퍼지 가스가 챔버(10)에 공급된다. 챔버(10)에 퍼지 가스를 공급하는 동안, 단계 S7에서, 공급 밸브 제어기(30)는 제 2 반응물이 챔버(10)에 공급되려고 하는 것을 배기 밸브 제 어기(64)에 표시한다. 단계 S8에서, 배기 밸브 제어기(64)는 신호(68)로부터 제 2 진공 펌프(54)가 "정상적"인지 여부를 결정한다.
제 2 진공 펌프(54)가 정상적이라고 결정되면, 그 후에, 단계 S9에서, 배기 밸브 제어기(64)는 단계 S10에서 제 2 반응물이 챔버에 공급되기 전에 제 2 위치로 스위칭하도록 밸브(62)에 신호(74)를 출력하고, 따라서 챔버(10)로의 제 2 반응물의 공급 동안 챔버(10)에서 취출된 제 2 반응물 풍부 가스는 제 2 배기 경로(56, 60)를 따라 제 2 진공 펌프(54)까지 유동한다.
반면에, 단계 S8에서 제 2 진공 펌프(54)가 "비정상적"인 것으로 결정된다면, 그 후에, 단계 S11에서, 배기 밸브 제어기(64)는 단계 S10에서 제 2 반응물이 챔버에 공급되기 전에 제 1 위치로 스위칭하도록 밸브(62)에 신호(74)를 출력하고, 따라서 챔버(10)로의 제 2 반응물의 공급 동안 챔버(10)에서 취출된 제 2 반응물 풍부 가스는 제 1 배기 경로(56, 58)를 따라 제 1 진공 펌프(52)까지 유동한다.
챔버(10)로의 제 2 반응물의 공급에 이어서, 그리고 또한 도 2에 도시된 바와 같이, 단계 S12에서, 챔버(10)에서 미반응 제 2 반응물을 세정하기 위해 퍼지 가스가 챔버(10)에 다시 공급된다. 챔버(10)로의 퍼지 가스의 공급 동안, 시퀀스는 단계 S1으로 복귀하고, 챔버 내에서의 처리가 종료될 때까지, 또는 양 진공 펌프가 비정상적인 것으로 결정될 때까지 단계 S1 내지 단계 S12가 반복된다.
상기의 관점에서, 양 진공 펌프(52, 54)가 정상적인 동안, 밸브(62)는 제 1 배기 경로(56, 58)를 따라서 제 1 반응물 풍부 가스와, 제 2 배기 경로(56, 60)를 따라서 제 2 반응물 풍부 가스를 교대로 전달하도록 제어되고, 이에 의해 진공 펌 프(52, 54) 내에서의 제 1 및 제 2 반응물의 혼합이 억제되며, 따라서 펌프(52, 54) 내에 바람직하지 않은 고체 물질의 형성을 초래할 수 있는 반응물 간의 임의의 교차 반응을 방지한다.
그러나, 진공 펌프(52, 54) 중 하나가 처리 챔버 내에서의 현재 처리 동안 고장날 것 같은 상태인 것으로 표시되는 경우, 밸브(62)는 제 1 반응물 풍부 가스와 제 2 반응물 풍부 가스 모두를 다른 정상적인 진공 펌프로 전달하도록 제어될 수도 있고, 이는 비정상적인 펌프를 챔버(10)로부터 격리시켜서, 챔버 내에서 한 묶음의 기판의 고비용의 손실을 잠재적으로 방지한다. 이것은 정상적인 펌프 내에서의 제 1 및 제 2 반응물의 혼합 및 교차 반응으로 인해 정상적인 펌프의 상태 악화를 가속시킬 수 있기 때문에, 경고 또는 다른 표시 장치가 진공 펌프(52, 54) 중 하나 또는 양자의 정비 및/또는 교체를 (필요한 대로) 수행하도록 증착 시스템의 오퍼레이터에 제공될 수 있다. 필요한 정비 및/또는 교체는 현재의 기판에 대한 처리를 완료한 후에, 또는 정상적 펌프의 성능이 떨어지기 전 임의의 편리한 시간에 수행될 수 있다.

Claims (19)

  1. 챔버를 배기시키기 위한 진공 펌핑 시스템에 있어서,
    제 1 진공 펌프와, 제 2 진공 펌프와, 상기 챔버로부터 상기 제 1 진공 펌프까지 가스를 전달하는 제 1 배기 경로와, 상기 챔버로부터 상기 제 2 진공 펌프까지 가스를 전달하는 제 2 배기 경로와, 각 진공 펌프의 상태를 모니터링하기 위한 수단과, 상기 제 1 및 제 2 배기 경로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브 수단과, 상기 진공 펌프의 상태에 따라, (i) 상기 챔버로부터 상기 제 1 배기 경로를 따라 제 1 반응물 풍부 가스 배기물과, 상기 챔버로부터 상기 제 2 배기 경로를 따라 제 2 반응물 풍부 가스 배기물을 교대로 전달하도록, 또는 (ⅱ) 공통 배기 경로를 따라 제 1 반응물 풍부 가스와 제 2 반응물 풍부 가스 모두를 전달하도록 상기 밸브 수단을 제어하기 위한 수단을 구비하며,
    상기 모니터링 수단은 상기 제 1 진공 펌프의 상태를 모니터링하기 위한 제 1 펌프 모니터링 수단과, 상기 제 2 진공 펌프의 상태를 모니터링하기 위한 제 2 펌프 모니터링 수단을 포함하는
    진공 펌핑 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 진공 펌프의 상태와, 상기 챔버에 공급되거나 또는 상기 챔버로부터 배출되는 가스의 조성의 변화에 반응하여 상기 밸브 수단을 제어하도록 구성되는
    진공 펌핑 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 모니터링 수단은 각 진공 펌프의 동작 특성을 모니터링하도록 구성되는
    진공 펌핑 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 동작 특성은 상기 진공 펌프의 모터에 의해 취출되는 전류, 모터 파워, 펌프 온도, 상기 진공 펌프로부터의 가스 배출물의 압력, 상기 진공 펌프의 베어링의 진동 중 하나를 포함하는
    진공 펌핑 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    각 펌프 모니터링 수단은 각각의 진공 펌프와 통합되어 있는
    진공 펌핑 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 경로들은 상기 챔버로부터 가스를 수용하기 위한 공통 포어라인(a common foreline)을 포함하며, 상기 제 1 배기 경로는 상기 포어라인과 상기 제 1 진공 펌프 사이에서 연장되는 제 1 배기 라인을 구비하며, 상기 제 2 배기 경로는 상기 포어라인과 상기 제 2 진공 펌프 사이에서 연장되는 제 2 배기 라인을 구비하는
    진공 펌핑 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 밸브 수단은 상기 포어라인과 상기 배기 라인 사이의 접합부에 배치된 밸브를 포함하는
    진공 펌핑 시스템.
  9. 원자층 증착 장치에 있어서,
    처리 챔버와,
    제 1 반응물을 상기 처리 챔버에 공급하기 위한 제 1 반응물 공급원과,
    제 2 반응물을 상기 처리 챔버에 공급하기 위한 제 2 반응물 공급원과,
    상기 처리 챔버로부터 가스를 취출하기 위한 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 진공 펌핑 시스템을 구비하는
    원자층 증착 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 원자층 증착 장치는, 상기 챔버로의 상기 반응물들의 공급 사이에, 상기 챔버에 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 공급원을 포함하는
    원자층 증착 장치.
  11. 제 1 반응물과 제 2 반응물이 교대로 공급되는 챔버를 배기시키는 방법에 있어서,
    제 1 진공 펌프를 사용하여 상기 챔버에서 연장되는 제 1 배기 경로를 따라 상기 챔버로부터 제 1 반응물 풍부 가스와, 제 2 진공 펌프를 사용하여 상기 챔버에서 연장되는 제 2 배기 경로를 따라 상기 챔버로부터 제 2 반응물 풍부 가스를 교대로 취출하는 단계와,
    상기 챔버의 배기 동안 상기 진공 펌프의 각각의 상태를 모니터링하는 단계와,
    상기 제 1 및 제 2 진공 펌프 중 하나의 모니터링된 상태에 따라서, 그 후에, 상기 제 1 및 제 2 진공 펌프 중 다른 하나를 사용하여 상기 챔버로부터 상기 제 1 반응물 풍부 가스와 상기 제 2 반응물 풍부 가스 모두를 취출하는 단계를 포함하는
    챔버 배기 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    각 진공 펌프의 동작 특성이 모니터링되는
    챔버 배기 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 동작 특성은 상기 진공 펌프의 모터에 의해 취출되는 전류, 모터 파워, 펌프 온도, 상기 진공 펌프로부터의 가스 배출물의 압력, 상기 진공 펌프의 베어링의 진동 중 하나를 포함하는
    챔버 배기 방법.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 진공 펌프의 상태는 상기 챔버에 상기 제 1 반응물이 공급되기 전에 모니터링되고, 상기 제 2 진공 펌프의 상태는 상기 챔버에 상기 제 2 반응물이 공급되기 전에 모니터링되는
    챔버 배기 방법.
  15. 원자층 증착을 실행하는 방법에 있어서,
    처리 챔버 내에 기판을 배치하는 단계와,
    제 1 반응물과 제 2 반응물을 상기 처리 챔버에 교대로 공급하는 단계와,
    제 1 진공 펌프를 사용하여 상기 처리 챔버로부터 제 1 배기 경로를 따라 제 1 반응물 풍부 가스 스트림과, 제 2 진공 펌프를 사용하여 상기 처리 챔버로부터 제 2 배기 경로를 따라 제 2 반응물 풍부 가스 스트림을 교대로 제거하는 단계와,
    상기 증착 처리 동안 상기 진공 펌프의 각각의 상태를 모니터링하는 단계와,
    상기 제 1 및 제 2 진공 펌프 중 하나의 모니터링된 상태에 따라서, 그 후에, 상기 제 1 및 제 2 진공 펌프 중 다른 하나를 사용하여 상기 처리 챔버로부터 상기 제 1 반응물 풍부 가스와 상기 제 2 반응물 풍부 가스 모두를 제거하는 단계를 포함하는
    원자층 증착 실행 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 처리 챔버로의 상기 반응물의 공급 사이에 상기 처리 챔버에 퍼지 가스를 공급하는
    원자층 증착 실행 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    각 진공 펌프의 동작 특성이 모니터링되는
    원자층 증착 실행 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 동작 특성은 상기 진공 펌프의 모터에 의해 취출되는 전류, 모터 파워, 펌프 온도, 상기 진공 펌프로부터의 가스 배출물의 압력, 상기 진공 펌프의 베어링의 진동 중 하나를 포함하는
    원자층 증착 실행 방법.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 진공 펌프의 상태는 상기 처리 챔버에 상기 제 1 반응물이 공급되기 전에 모니터링되고, 상기 제 2 진공 펌프의 상태는 상기 처리 챔버에 상기 제 2 반응물이 공급되기 전에 모니터링되는
    원자층 증착 실행 방법.
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