KR20010014648A - 일체형 온도제어형 배기 및 저온트랩 어셈블리 - Google Patents

일체형 온도제어형 배기 및 저온트랩 어셈블리 Download PDF

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KR20010014648A
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Abstract

본 발명은 저온 트랩 기능을 갖는 온도제어형 배기 어셈블리에 관한 것이다. 일실시예에 따른 배기 어셈블리는 여러 지점을 개별적으로 폐쇄-루프 온도제어를 가능케 하는 단일 히터를 구비한다. 다른 실시예의 배기 어셈블리는 간단한 폐쇄-루프 온도제어를 위한 단일 히터를 구비하며 컴팩트한 다중-밸브 단체형 구조로 이루어진다. 저온 트랩은 바람직하지 않는 증착물을 최소화하기 위해 트랩의 입구에서의 온도제어를 위한 히터를 구비한다. 또 다른 실시예의 배기 어셈블리는 다단 저온트랩과 입자 필터를 구비한다. 분리 가능한 요소로서 이 저온 트랩은 흡수된 응축가능 물질의 취급과 처리에 있어 추가적인 안전을 제공하게 된다.

Description

일체형 온도제어형 배기 및 저온트랩 어셈블리{INTEGRATED TEMPERATURE CONTROLLED EXHAUST AND COLD TRAP ASSEMBLY}
본 발명은 반도체 웨이퍼 처리 시스템을 위한 온도제어형 배기 어셈블리에 관한 것으로, 구체적으로 말하면, 저온 트랩(trap)이 가능하면서 온도제어를 하는 일체형 배기 어셈블리에 관한 것이다.
소자(device) 제조를 위한 웨이퍼 처리장비의 개발에 있어, 배기 시스템의 설계는 프로세스 챔버의 설계 만큼 중요한 것이다. 비록 대부분은 아니지만, 반도체 소자 제조에 사용되는 프로세스들 중 많은 것들은 부식성 또는 유독성 화학 프리커서(precusor)를 갖고 있다. 매우 빈번히, 공정 반응의 결과, 유독성에 가까운 부산물이 생성되거나, 또는 프로세스 쳄버 및/또는 배기 어셈블리의 내측표면에 바람직하지 않은 적충물이 생기게 된다. 그러므로, 배기 시스템을 설계할 때는, 이 시스템의구성요소의 유지에 대한 용이성은 물론, 작업자의 안전과 환경적인 관심사항도 고려를 해야 한다.
다양한 화학물질을 포획하기 위해 배기 라인에서 사용될 수 있는 여러 종류의 트랩들을 상업적으로 구입가능하다. 예컨대, 화학적 흡착 기능을 하는 몰리큘러 시이브 트랩(molecular sieve trap) 및 응축가능 물질을 포획하기 위한 저온 트랩이 있다. 오프-쉘프(off-the-shelf) 저온 트랩은 일반적으로 일단(single stage)으로만 되어 있으며, 소정의 공정 요건을 만족시킬 수 있는 충분한 트랩핑 효율을 보이지 않을 수 있다. 기존의 저온 트랩의 성능을 능가하는 프로세스의 일예로는, 사염화티타늄(TiCl4)과 암모니아(NH3) 사이의 반응으로 생성된 질화티타늄(TiN)의 적층이다. 반응물질인 질화티타늄(TiN), 질소(N2) 및 염화수소(HCl) 이외에, 부가(adduct) 암모니아염과 같은 부산물도 생성된다. 알려져 있는 바와 같이, 기존의 일단 저온 트랩은 어떤 작업 및 펌핑 조건하에서는 반응 부산물을 효과적으로 포획할 수 없으며, 그 결과, 설계에 대해 추가적인 조치가 필요하게 된다.
복잡성이라는 다른 문제도 발생하는데, 왜냐하면, TiCl4/NH3로부터 생성된 적층물질의 성질이 온도에 의존하기 때문이다. 그러므로, TiN 막 증착은 바람직하게는 600℃ 이상의 온도에서 자주 생기게 된다. 고온 반응을 사용하는 TiN 증착 챔버를 설계함에 있어서는, 작업자의 안전을 보장하기 위해 외부 챔버벽을 낮은 온도로 유지시키는 것도 필요하다. TiN 막 증착을 위한 이러한 고온 화학 기상 증착 챔버는 함께 양도된 것으로 1998년 12월 14일자로 출원된 미국출원번호 제 09/211.998 호 "고온 화학 기상증착 챔버(High Temperature Chemical Vapor Deposition Chamber)" 에 소개되어 있으며, 본 발명에서 참고로 관련되어 있다. 이 고온 챔버는 챔버 외부가 약 60℃ 로 유지되도록 챔버 본체로 부터 열적으로 절연되어 있는 가열된 라이너(liner) 를 갖고 있다. TiN 막 또는 반응 부산물은 쳄버의 내측표면에도 증착되기 때문에, 신뢰성이 있는 공정을 유지하기 위해서는 챔버를 정기적으로 청소하는 것이 필요하다. 당업계에서 알려져 있는 바와 같이, TiCl4/NH3가 관련된 화학작용에 있어서는, 150℃ ∼ 250℃ 에서 소량의 TiN 막이 생성된다. 이 막은 염소를 사용하는 챔버 청정 공정으로 쉽게 제거될 수 있다. 그러나, 150℃ 이하에서는, 부가염(adduct salt) 파우더 증착물이 형성되는데, 이것은 염소를 사용하는 챔버 청정공정으로도 잘 제거되지 않는다. 따라서, 통상적인 챔버청정과 시스템 관리를 용이하게 하기 위해서는 챔버의 내벽과 배기 어셈블리를 150℃∼250℃ 로 유지하는 것이 매우 필요한 것이다.
그러므로, 당업계에서는 온도제어형 배기 시스템에 대한 요구가 있는 것이다.
본 발명은, 다른 반도체 웨이퍼 처리를 위한 다양한 프로세스 챔버와 함께 사용될 수 있으며 저온 트랩 기능을 갖는 온도제어형 배기 어셈블리에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 배기 어셈블리는 하나 이상의 히터와 온도센서를 갖는 배기 가스용 도관 및 이 도관에 연결되는 저온 트랩을 구비한다. 상기 도관의 온도를 특정 프로세스에 적합한 범위로 유지함으로써, 통상적인 챔버관리의 빈도를 줄일 수 있도록 도관의 내벽에서의 증착물 생성을 제어할 수 있다. 배기 가스가 배기 펌핑 시스템으로 가기 전에 이 배기 가스로부터 응축가능 물질을 흡수하기 위해 수냉식 저온 트랩도 제공할 수 있다. 본 발명은, TiCl4/NH3화학작용를 이용하는 TiN 막 증착을 위한 고온 화학 기상 증착챔버와 함께 사용된다. 이 반응으로부터 생긴 증착물의 성질 및 특성이 온도에 의존하기 때문에, 최적의 프로세스 및 챔버 성능을 얻기 위해서는 챔버 온도를 신중히 제어하는 것이 중요하다. 예컨대, 배기 어셈블리의 온도를 약 150∼250℃ 로 유지시키면 챔버의 관리가 매우 용이하게 되는데, 왜냐하면, 배기 어셈블리의 내측표면에 형성되는 TiN 증착물은 염소 기재 챔버 청정 공정으로 쉽게 제거할 수 있기 때문이다. 또한,염화수소(HCl) 또는 다른 반응 부산물과 같은 응축가능 물질을 배기 가스로부터 흡수시키기 위해 저온 트랩이 제공된다.
본 발명의 일실시예는 배기 어셈블리의 다른 부위들을 가열하기 위해 모두 6개의 외부 히터를 사용하는 다중 히터 구성을 갖는다. 각각의 히터는, 제어기에의한 개별적인 폐쇄-루프 피드백 제어를 가능케 하기 위해, 온도센서를 갖고 있다. 더욱이, 이 실시예는 배기 어셈블리의 일체형 요소로서 일단 다중 루프 코일 저온트랩을 구비한다. 이 저온트랩은 트랩의 입구 근방에 배치되는 하나의 배플 플레이트 및 약 20-25℃ 의 냉각수가 관류하는 다중 루프 냉각코일을 갖고 있다. 배기 가스로부터 응축가능 물질은 상기 배플 플레이트와 냉각코일의 표면에 흡수된다. TiCl4/NH3화학작용를 이용하는 TiN 막 증착 챔버와 함께 사용되는 경우에는, 전체 배기 어셈블리는 150∼200℃ 의 동일한 온도범위로 유지된다. 이러한 특별한 적용이 다양한 온도를 사용함으로써 다중 히터 구성의 이점을 충분히 얻지 못하지만, 이 실시예는 개별적인 다지점 온도제어를 통해 프로세스 제어에 대한 유연성을 제공할 수 있다.
다른 실시예는 컴팩트한 일체형 다중 밸브 단체형 어셈블리로 이루어지며, 이 어셈블리는 그의 온도를 제어하는 하나의 히터를 구비하고 있다. 알루미늄으로 된 단일 몸체에 여러 개의 밸브가 장착되며, 이 몸체도 열전기적 히터와 온도센서를 갖추고 있다. 단일 범위에서 온도제어가 이루어지는 경우에는, 상기 단일 히터 구성은 폐쇄 루프 온도제어 작용을 크게 단순화시키게 된다. 특유의 컴팩트한 다중 밸브 단일 몸체 구성으로 인해, 고온 TiN 증착챔버와 함께 사용되는 경우에 약 150-200℃ 로 제어하는 것이 용이하게 된다.
또한, 밸브몸체는 다단 저온트랩과 입자트랩을 포함하는 분리가능한 다단 트랩 어셈블리에의 적용을 위한 진공포트를 제공한다. 저온트랩은 일련의 저온 배플 플레이트를 통한 다단 흡수를 제공한다. 이 배플 플레이트는 서로 편심되어 배열된 구멍을 갖는다. 따라서, 가스분자와 배플 플레이트 사이의 충돌 가능성이 증가하여, HCl 또는 다른 반응 부산물과 같은 응축가능 물질에 대한 트랩핑 효율이 커지게 된다.
다단 트랩이 나머지 배기 어셈블리로부터 쉽게 차단 및 분리될 수 있으므로, 이 실시예는 작업상의 유연성을 추가로 제공하게 된다. 트랩의 입구와 출구에 각각 제공된 두개의 컴팩트한 셧-오프 밸브를 닫음으로써, 흡수된 응축가능 물질은 트랩안에 안전하게 유지될 수 있으며 적절한 처리를 위해 다른 곳까지 운반될 수 있다. 이러한 유연한 온도제어 및 컴팩트한 구성으로 인해, 다양한 프로세스를 위한 어떠한 진공 챔버와의 사용을 위해 용이하게 개장 및 적응될 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 한 이하의 상세한 설명을 통해 본 발명의 교시를 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
이해를 쉽게 하기 위해, 도면에서 동일한 구성요소에 대해서는 같은 참조번호를 부여했다.
도 1a 는 폐쇄-루프 온도제어형 배기 및 저온 트랩 어셈블리에 대한 일실시예를 나타내는 단면도이다.
도 1b 는 폐쇄-루프 온도제어를 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 2 는 일체형 온도제어형 배기 및 다단 저온트랩으로 이루어진 본 발명의 제 2 실시예에 대한 사시도이다.
도 3a 은 도 2 에 도시된 다단 저온트랩의 분해 사시도이다.
도 3b 는 도 2 도시된 다단 저온 트랩의 측면도이다.
도 4a 는 도 3b 에 도시된 제 1 수직 배플 플레이트의 정면도이다.
도 4b 는 도 3b 에 도시된 제 2 수직 배플 플레이트의 정면도이다.
도 5a 는 도 3b 에 도시된 제 1 수평 배플 플레이트의 평면도이다.
도 5b 는 도 3b 에 도시된 제 2 수평 배플 플레이트의 평면도이다.
도 5c 는 도 3b 에 도시된 바닥 필터 플레이트의 평면도이다.
도 6 은 다단 트랩안에 있는 배플 플레이트의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 7a 는 도 3b 의 다단 저온트랩에 사용되는 셧-오프 밸브의 분해도이다.
도 7b 는 도 7a 에 도시된 조립된 셧-오프 밸브의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 배기 어셈블리 105, 125, 155, 165 : 히터
150 : 저온 트랩 156 : 다중-루프 냉각코일
159 : 배플 플레이트 160 : 차단 밸브
197i: 센서 198i: 히터
200 : 배기 어셈블리 205 : 밸브몸체
300 : 저온 트랩 301∼310 : 격실(챔버)
350 : 다단 배플 구조물 360 : 하우징
361, 362 : 수직 배플 플레이트
371∼374 : 수평 플레이트 380 : 입자 필터
391, 392 : 셧-오프 밸브 399 : 냉각코일
700 : 상부 플레이트 727 : 게이트
740 : 하부 플레이트 705, 745 : 개구
도 1a 은, 온도제어형 배기 어셈블리 (100) 에 대한 일 실시예 및 이 배기 어셈블리를 프로세스 챔버(도시 안됨)에 연결시키는데 사용되는 진공적응 요소 (110) 를 나타내는 단면도이다. 이 진공적응 요소 (110) 는 어댑터판 (101), 열절연재 (102), 배기튜브(도관)(103), 밴드 히터 (105), 덮개판 (104), 20-토르(torr) 바라트론(Baratron) (106) 및 리듀서(reducer) (107) 를 구비하고 있다. 상기 환상의 어댑터판 (101) 은 프로세스 챔버(도시 안됨) 의 측면개구 (192) 에 적접 대응하고 있으며, 이 측면개구 (192) 안으로 부분적으로 진입해 있는 배기튜브 (103) 의 외면 둘레에 끼워맞춤되어 있다. 열절연재 (102) 는 프로세스 챔버 외벽 (191) 으로부터 먼 쪽에서 어댑터 (101) 에 인접하여 끼워맞춤되어 있다. 이 열절연재 (102) 는 예컨대 약 150℃ 로 유지되는 가열된 배기 어셈블리 (100) 와 약 60-65℃ 로 유지되는 프로세스 챔버 외벽 (191) 사이에 절연을 제공하게 된다. 배기튜브 (103) 의 외벽의 상당 부분은 스테인레스강 밴드히터 (105) 로 감싸여 있다. 환상 덮개판 (104) 는 절연재 (102) 의 외면, 밴드히터 (105) 및 나머지 배기튜브 (103) 위에 끼워맞춤되어 있다. 다른 실시예에서는, 배기튜브 (103) 와 리듀서 (107) 모두를 가열하기 위해 하나의 가요성 히터(도시 안됨) 를 사용할 수도 있다. 있을 수 있는 작업자에 대한 사고를 방지하기 위해, 실리콘 재료로 만들어진 절연재킷 (109) 이 환상 덮개판 (104) 과 리듀서 (107) 위에 끼워맞춤되어 있다. 리듀서 (107) 는 그의 대경 개구 (117) 에서 배기튜브 (103) 의 단부 (113) (프로세스 챔버으로부터 먼 쪽에 있는 단부) 에 연결되며, 소경 개구 (127) 에서는 배기 어셈블리 (100) 의 다른 구성요소에 연결된다. 배기 어셈블리 (100) 내의 압력을 모니터링하기 위해, 20-토르 바라트론 압력 게이지 (106) 가 리듀서 (107) 의 측벽을 통해 연결되어 있다.
이 실시예에서, 상기 배기 어셈블리 (100) 는, 펌핑 작업을 제어하기 위한 수개의 진공밸브 (120, 140, 160, 170) 이외에, 저온 트랩 (150) 도 갖고 있다. 이렇게 해서, 여러 진공 요소 (예컨대, 배기튜브 (103), 리듀서 (107), 저온 트랩 (150) 및 진공밸브 (120, 160, 170)) 는 집합적으로 배기 어셈블리 (100) 내의 배기가스를 위한 통로 또는 도관을 형성하게 된다. 배기 어셈블리 (100) 에 대한 다지점 온도제어는 배기 어셈블리 (100) 의 여러 위치에 있는 많은 히터에 의해 이루어지게 된다. 이들 가요성 히터는 실리콘 재료로 만들어지며, 각자의 절연 패브릭 재킷 밑에서 배기 어셈블리 (100) 의 외벽 둘레에 배치된다. 이러한 히터/재킷 결합체가 도 1a 에서 참조번호 "125, 145, 155, 165, 175" 로 표시되어 있다. 열전쌍 온도센서 (도 1a 에는 도시 안됨) 도 상기 히터에 제공되어 있으며, 제어기 (193) 를 구비한 제어 콘솔 (199) (도 1b 참조) 을 통한 히터 온도의 폐쇄-루프 피드백 제어를 위해 사용될 수 있다.
도 1b 에는, 일련의 온도센서 (1971, 1972, ..., 1975) (총괄적으로 센서 (197i) 으로 표시함) 에 연결된 제어 콘솔 (199) 및 관련 히터 (1981, 1982, ..., 1985) (총괄적으로 히터 (198i) 으로 표시함) 가 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 각 히터 (198i) 는 온도조절 스위치 (196i) 를 통해 전원 공급부 (195) 에도 연결되어 있다. 히터 (198i) 및 온도센서 (197i) 는 다음에 설명하는 바와 같이 예컨대 배기 어셈블리 (100) 의 여러 밸브와 진공요소 주위에 배치된다. 도 1b 에서 보는 바와 같이, 모든 히터 (198i) 는 제어 콘솔 (199) 에 직렬로 연결됨으로써 동일한 온도로 유지된다. 이 제어 콘솔 (199) 은 예컨대 Watlow 965 PID 제어기 (193) 및 수개의 조절가능한 온도 인터로크(interlock;194) 갖추고 있다. 현재의 TiN 챔버에의 적용을 위해서는, 전체 배기 어셈블리 (100) 에 대해 단일점 온도제어를 행하는 것이 적합함이 알려져 있다. 예컨대, 수동 밸브 (120) 주위에 배치된 온도센서 (1972) 를 모니터링함으로써 폐쇄-루프 온도제어를 효과적으로 행할 수 있다. 안전 조심을 위해, 다른 센서 (1971, 1973, 1974, 1975) 가 히터 (1981, 1982, 1984, 1985) (도 1a 에 있는 히터 (105, 125, 155, 165) 에 대응함) 에 제공되어 있으며, "과대 온도" 제어를 위해 상기 온도 인터로크 (194) 와 함께 사용된다. 본 발명의 구성에 대한 유연성을 도 1b 의 실시예에서 볼 수 있는데, 히터 (1982) (밸브 (120) 용 히터 (125) 에 대응함) 및 히터 (1983) (밸브 (140) 용 히터 (145) 에 대응함) 에 대한 과대 온도 보호가 하나의 센서 (1973) 로 효과적으로 이루어지게 된다. 이와 같은 "공유된" 보호는 히터 (125) 와 히터 (145) 가 서로 근접해 있기 때문에 가능한 것이다. 제어 콘솔 (199) 에의 연결을 수정함으로써, 히터 (198) 를 다른 전원 공급부 (195) (도시 안됨) 에 개별적으로 연결시켜 상이한 온도 세팅에서 온도제어를 개별적으로 할 수 있다. 히터, 온도센서 및 제어 콘솔 (199) 는 현재의 적용를 위해 주문화되어 있으며, Applied Materials 파트 번호 1410-01304 또는 Nor-Cal 파트 번호 NC-000001-2 를 사용할 수 있다.
TiCl4/NH3화학작용을 이용하는 고온 TiN 증착 챔버와 함께 사용될 때는, 배기 어셈블리 (100) 의 내부를 코팅할 때 생기는 원치 않는 증착물을 줄이기 위해, 저온 트랩 (150) 은 제외하고 배기 어셈블리 (100) 의 온도를 약 150∼200℃ 로 유지시킨다. 따라서, 저온 트랩을 제외한, 배기 어셈블리내에서 배기가스가 통과하는 도관은 약 150∼200℃ 로 유지된다. 이 실시예는, 배기 어셈블리 (100) 의 다른 부분들에 대한 개별적인 온도제어가 필요한 경우에 특히 적합하다. 예컨대, 배기 어셈블리 (100) 를 위한 입구 밸브로서 기능하는 앵글 밸브 (120) 를 가열하기 위해 히터 (125) (도 1b 에서 히터 (1982) 와 같은 것) 를 사용한다. 이 앵글 밸브 (120) 에는 세개의 진공 포트 (121, 122, 123) 가 제공되어 있다. 밸브 (120) 는 입구 포트 (121) 에서 리듀서 (107) 를 통해 프로세스 챔버 (도시 안됨) 에 연결되며, 출구 포트 (122) 에서는 저온 트랩 (150) 과 연결된다. 이 저온 트랩에는 히터 (155) - 예컨대 도 1b 의 히터 (1984) - 가 제공되어 있다. 필요에 따라서는, 적절히 수정을 해서 앵글밸브 (120) 와 저온 트랩 (150) 에 대해 개별적인 온도제어를 행할 수 있다.
앵글 밸브 (120) 측에 있는 진공 포트 (123) 는 수동 밸브 (140) 의 포트 (141) 에 연결된다. 별도의 히터 (145) - 도 1b 의 히터 (1983) 와 같은 것 - 에 설치되는 수동 밸브 (140) 는 포트 (142) 를 통해, 다른 진공 부속품 또는 누출 검출기 또는 잔류 가스 분석기(RGA)와 같은 프로세스 진단장비에 연결될 수 있다.
저온 트랩 (150) 은 그의 입구 (151) 에서 밸브 (120) 에 연결되며, 출구 (152) 에서는 절연 밸브 (160) 에 연결된다. 저온 트랩 (150) 의 상기 입구 (151) 는 히터 (155) 및 이에 부착된 온도센서에 의해 약 150∼200℃ 로 유지된다. 저온 트랩 (150) 은 배플 플레이트 (159) 와 다중-루프 냉각코일 (156) 을 내장하고 있다. 사용되는 프로세스 가스와 화학적으로 양립할 수 있다면 다른 제료도 허용될 수 있지만, 하우징 (150) 과 배플 플레이트 (159) 는 니켈 도금이 된 스테인레스강으로 만들어진다. 배플 플레이트 (159) 는 저온 트랩 (150) 의 입구 (151) 에 가까이 설치되며 또한 스테인레스강 스페이서 (157) 에 의해 저온 트랩 (150) 의 정부(top; 150T) 에 매달려 있다. 상기 스페이서는 배플 플레이트 (159) 에 나사 결합되거나 또는 경납땜된다. 저온 트랩 (150) 의 내부에 있는 냉각코일 (156) 은 저온트랩 (150) 의 바닥 (150B) 에 경납땜된다. 냉각코일 (156) 은 입구 (156i) 와 출구 (156o) 를 갖고 있다. 냉각수와 같은 순환 열전달 유체가 입구 (156i) 를 통해 저온트랩 (150) 안으로 유입되어 출구 (156o) 를 통해 유출된다. 다중-루프 코일 (156) 은 배기 가스로부터 응축가능 물질을 포획하기 위한 넓은 저온 표면영역을 제공하게 된다. 예컨대, TiCl4/NH3기재 TiN 증착 공정으로부터 발생된 응측가능 물질을 포획하기 위해 약 20-25℃ 의 유입수를 사용할 수 있다. 물론, 저온 적용이 요구된다면, 다른 냉각매체도 적절히 사용할 수 있다. 본 실시예는 다중-루프 코일을 사용하고 있지만, 냉각된 금속 스트립 또는 핀(fin) 형 구조와 같은 다른 구성도 가능하다. 중요한 점은, 저온 트랩의 트랩핑 효율을 향상시키기 위해서는 넓은 냉각표면적이 바람직하다는 것이다.
도 1a 에서 보는 바와 같이, 저온 트랩 (150) 주위에서의 온도제어를 위해 외부 히터 (155)(예컨대, 도 1b 에서 히터 (1984)) 도 사용된다. 예컨대, 고온 TiN 증착 챔버와 함께 사용될 때, 외부 히터 (155) 는 트랩 (150) 의 입구 (151) 주위를 가열하게 된다. 약 150℃ 의 온도를 위해 조절된 히터 (155) 및 약 20-25℃ 의 온도를 냉각코일로, 배플 플레이트 (159) 의 온도를 40-70℃ 로 유지시킬 수 있다. 이와 같은 히터 (155) 와 냉각코일 (156) 로 인해, 저온 트랩 (150) 의 실린더형 측면 (150S) 을 따라 온도구배가 생기게 된다. 예컨대, 트랩 (150) 의 정부 (150T) 의 온도는 약 70℃ 이며(이 온도는 중간 거리에서 약 45℃ 로 감소된다), 트랩 (150) 의 바닥 (150B) 의 온도는 약 30℃ 이다. 히터 (155) 는 입구 (151) 와 배플 플레이트 (159) 주위의 증착물을 최소화하는 역할을 한다. 트랩 (150) 의 바닥 (150B) 에서의 온도가 더 낮기 때문에, 응축가능 물질이 바닥에서 먼저 증착되는 경향이 있다. 그러므로, 이 특별한 구성으로, 트랩 (150) 의 입구 (151) 쪽으로 과도한 증착물이 생성되는 것을 최소할 수 있는데, 그렇지 못한 경우 이러한 증착물은 트랩핑 성능을 저하시키게 된다.
배기 가스가 저온 트랩 (150) 의 중심축선을 따라 위치한 입구 (151) 를 통해 이 저온 트랩 (150) 안으로 들어 갈 때, 이 배기 가스는 배플 플레이트 (159) 에 의해 저온 트랩 (150) 의 실린더형 측면 (150S) 을 향해 반경방향 외측으로 유동하게 된다. 대부분의 응축가능한 물질들은 다중-루프 냉각코일 (156) 의 저온 표면상에서 포획되고, 일부의 응축가능한 물질은 배플 플레이트 (159) 상에서 포획된다. 나머지 배기 가스는 출구 (152) 를 통해 저온 트랩 (150) 을 빠져 나가기 전에, 축선방향으로 위치한 튜브형 채널 (158) 을 통해 펌핑된다.
차단 밸브 (160) 은 저온 트랩 (150) 의 출구 (152) 와 교축 밸브 (170) 사이에 연결되어 있다. 이 차단 밸브 (160) 는 배기 및 저온 트랩 어셈블리 (100) 를 펌핑 전방라인 (190) 으로부터 차단시키기 위해 사용될 수 있다. 또한 이 차단 밸브 (160) 는 프로세스 및 펌프-다운 사이클 동안에 적절한 시퀀싱 및 압력제어를 위해 교축 밸브 (170) 와 함께 사용될 수 있다. 또한, 차단 밸브 (160) 와 교축 밸브 (170) 에는 외부 히터 (165, 175) 가 제공되어 있다. 예컨대, 히터 (165) 는 도 1b 에 도시된 히터 (1985) 에 대응한다. 이 실시예에서 사용되는 히터 (175) 는 내장형(built-in) 온도제어기를 구비하고 있으며 콘솔 (199) 에는 연결되어 있지 않다. 저온 트랩 (150) 이 배기 가스로부터 모든 응축가능 물질들을 100% 포획하지 못하기 때문에, 밸브 (160, 170) 안에 원치않는 분말 증착물이 생성되는 것을 막기 위해 히터 (165, 175) 가 필요한 것이다. 또한, 열손실을 최소화하고 안전한 작업환경을 제공하기 위해, 앵글 밸브 (120) 와 배기 어셈블리 (100) 의 여러 클램프 부위 주위에는 히터 재킷 (129, 119a, 119b, 119c, 119d) 이 제공된다.
염소 기재 챔버 청정 프로세스로 각 웨이퍼의 증착 후에 배기 어셈블리 (100) 의 내부에 대한 건식 청정을 효과적으로 행할 수 있지만, 연장된 웨이퍼 처리 기간(예컨대 5000 웨이퍼) 후에 분말 증착물이 형성되는 경향이 있다. 이러한 증착물은 정기적인 관리시에 물 또는 과산화수소를 사용한 청정작업으로 쉽게 제거할 수 있다. 가열된 배기 어셈블리 (100) 를 사용하면 청정작업에 소요되는 시간이 단축되고 또한 챔버 청정 사이의 시간간격이 연장되어, 장비 내용시간(uptime)에 기여를 하게 된다.
일체형 배기 어셈블리(Integrated Exhaust Assembly)
본 발명의 다른 실시예는 도 2 에서 보는 바와 같이 일체형 단일몸체 배기 어셈블리 (200) 로 이루어진다. 이 실시예에서, 단일 밸브몸체 (205) 는 분리가능한 저온 트랩 (300) 에 사용될 수 있도록 여러개의 밸브 (210, 220, 230. 240) 및 진공 포트 (212, 231) 를 갖고 있다. 온도 모니터 및 제어를 위해 밸브몸체 (250) 에는, 리세스 (201) 내에 위치한 단일 카트리지 히터 (도시 안됨) 와 리세스 (202) 내에 위치한 열전쌍 센서 (도시 안됨) 가 제공되어 있다. 이 실시예는 특별하게도 컴팩트한 구성을 갖는데, 그 크기는 도 1a 에 도시된 다중-히터 구성의 거의 1/3 로 감소된다. 단지 하나의 히터와 하나의 온도세서로도 이 새로운 구성은 단지 단일 온도제어가 필요한 경우에 간단한 전기적 제어 및 온도관리 시스템을 제공할 수 있는 것이다. 분리가능한 다단 트랩 (300) 을 통해 프로세스 유연성과 안전성을 추가로 얻을 수 있다. 상기 다단 트랩은, 어셈블리 (200) 으로부터 트랩 (300) 을 분리하기 전에 밸브 (391, 392) 를 닫음으로써, 밸브몸체 (205) 로부터 차단될 수 있다.
네개의 밸브 (210, 220, 230, 240) 가 알루미늄 솔리드 블럭으로 된 밸브몸체 (205) 에 설치되어 있으며, 이 블럭은 그에 장착되는 상기 밸브를 위한 포트와 보어를 갖고 있다. 이들 밸브는, 1) 프로세스 챔버 (도시 안됨) 를 배기 어셈블리(200) 로부터 차단시키기 위한 수조작 밸브 (210); 2) 다른 웨이퍼 처리 시스템 부속물(도시 안됨)에 연결되는 앵글 밸브 (220); 3) 배기 어셈블리 (200) 를 배기펌프라인(도시 안됨)으로부터 차단시키기 위한 공압밸브 (230); 및 4) 진공 튜브(도관)(250) 에 연결되는 배기 펌핑 시스템 (도시 안됨) 과 상기 공압 밸브 (230) 사이에 위치하는 교축 밸브 (240) 를 포함한다. 프로세스와 펌프-다운 사이클 동안에 밸브 작용의 적절한 압력제어 및 시퀀싱을 보장하기 위해, 차단 밸브 (230) 의 작동은 교축 밸브 (240) 와 동기적으로 이루어지게 되는데, 물론 이러한 동기화된 작동은 배기 어셈블리 (200) 의 적절한 작동을 위해 반드시 필요한 것은 아니다. 전술한 실시예와 유사하게, 밸브 (210, 220, 230, 240), 밸브몸체 (205) 및 튜브 (250) 와 같은 여러 구성요소는 함께 배기 어셈블리 (200) 내의 배기가스를 위한 통로 또는 도관을 형성하게 된다.
밸브장착몸체 (205) 의 맨 위에 설치된 직각 밸브 (220) 때문에, 누출 검사 또는 다른 프로세스 진단 목적을 위해 다른 부속물을 배기가스의 유동경로에 연결할 수 있다. 예컨대, 진공 누출 탐지 또는 배기가스의 성분 분석을 위해, 누출 검출기 또는 잔류가스 분석기 (도시 안됨) 를 상기 직각 밸브 (220) 의 측면 포트 (222) 에 연결할 수 있다. 챔버 폐쇄 밸브 (210) 는 프로세스 챔버 (도시 안됨) 에 연결되는 입구 포트 (211) 와, 셧-오프 밸브 (391) 를 통해 다단 트랩 (300) 에 연결되는 출구 포트 (212) 를 갖고 있다.
카트리지 히터 (도시 안됨) 와 열전쌍 온도센서 (도시 안됨) 를 수용하기 위해 두개의 리세스 개구 (201, 202) 가 밸브장착몸체 (205) 에 제공되어 있다. 상기 히터 (도시 안됨) 와 밸브몸체 (205) 사이에 양호한 열접촉이 이루어지도록 상기 개구의 내면을 라이닝하기 위해 열전도성 페이스트가 사용된다. 마찬가지로, 히터와 인접해 있는 제 2 개구 (202) 에는 열전쌍이 삽입되어 있다. 프로세스 챔버의 작동과 배기 어셈블리 (200) 에 대한 전체적인 제어를 위한 제어장치에 히터와 열전쌍 제어기가 도 1b 와 유사한 피드백 회로의 일부로서 연결되어 있다. 단일 밸브몸체 구성으로, 하나의 히터와 열전쌍을 사용할 수 있게 되는데, 이로써,
배기 어셈블리 (200) 를 위한 폐쇄-루프 온도제어 절차가 매우 간단하게 된다. 여러 히터와 열전쌍 센서를 사용하면, 다른 프로세스에 있어 넓은 온도범위에 걸쳐 온도제어를 행할 수 있다. 예컨대, TiCl4/NH3반응을 이용하는 TiN 막 증착의 경우에, 배기 어셈블리 (200) 는 약 150℃ 로 유지된다. 배기 어셈블리 (200) 의 내측면에 증착된 TiN 막은 염소를 이용한 열적 청정 공정으로 쉽게 제거할 수 있다. 그러나, 연장된 웨이퍼 처리 후에는, 백색 분말 증착물이 배기 어셈블리 (200) 의 내면에 쌓이게 된다. 이 분말 증착물은 정기적인 관리중에 물 또는 과산화수소로 쉽게 제거할 수 있다.
다단 저온 트랩(Multi-Stage Cold Trap)
도 3a 와 3b 는 저온 트랩 하우징 (360) 안에 내장된 다단 배플 구조물 (350) 과 저온 트랩 덮개 (368) 를 구비하고 있는 다단 저온 트랩 (300) 을 각각 나타내는 분해 사시도 및 측면도이다. 다단 배플 구조물 (350) 를 구성하는 여러 배플 플레이트와 가스분자 간에 충돌을 증가시킴으로써, 응축가능 부산물의 트랩핑 효율을 향상시킬 수 있다. 도 3a 에 도시되어 있는 바와 같이, 다단 배플 구조물 (350) 에 대한 냉각은 냉각코일 (399) 내의 열전달 매체를 순환시킴으로써 이루어진다. 상기 냉각코일은 배플 구조물 (350) 에 용접된다. 배플 구조물 (350) 은 다수의 스크류 (394) 의 사용으로 두개의 장착판 (396) 에 의해 저온 트랩 덮개 (368) 에 부착된다. 내부로부터 트랩 덮개 (368) 에 대해 진공 시일링을 제공하는 두개의 비톤(viton) O-링 (393) 과 함께 냉각코일 입구 (399i) 와 출구 (399o) 는 트랩 덮개 (368) 에 있는 두 개구 (365) 를 통과하게 된다. 다수의 스크류 (398) 으로 저온 트랩 덮개 (368) 를 하우징 (360) 에 장착함으로써, 다단 배플 구조물 (350) 이 저온 트랩 (300) 안에 고정된다. 이를 위해, 저온 트랩 덮개 (368) 에서 14 개의 클리어런스 구멍 (367) 이 제공되고, 하우징 (360) 의 테두리 (360P) 에는 이에 대응하는 나사 구멍 (366) 이 제공되어 있다. 비톤 O-링 (397) 은 저온 트랩 하우징 (360) 과 저온 트랩 덮개 (368) 사이에 진공 시일링을 제공한다. 따라서, 저온 트랩 (300) 을 쉽게 분리시킬 수 있어 정기적인 관리중에 청정작업이 수월해진다.
도 3b 는 저온 트랩 (300) 안에 있는 다양한 격실 또는 챔버 (301∼310) 를 나타내는 단면도이다. 이들 격실 (301∼310) 은 일반적으로 네개의 면으로 한정되는데, 이 면은 하우징 (360) 의 내벽 (예컨대, 360TW, 360FW) 또는 "361" 또는 "362" 와 같은 배플 플레이트가 될 수 있다. 저온 트랩 (300) 은 세 부위, 즉 윗 부분(300T), 중간부분(300M) 및 아랫부분(300B) 으로 나뉘어져 있다. 프로세스 챔버에서 나온 배기가스는 입구포트 (351) 를 통해 저온 트랩 (300) 의 윗부분 (300T) 으로 간다. 윗부분 (300T) 은 세개의 격실 (301, 302, 303) 로 되어 있으며, 이들 격실은 두개의 수직 배플 플레이트 (361, 362) 에 의해 분리되어 있다. 제 1 격실 (301) 은 "입구" 격실이라 할 수 있다. 상기 제 1 격실은 트랩 하우징 (360) 의 전방벽 (360FW), 트랩 하우징 (360) 의 윗벽 (360TW), 수직 배플 플레이트 (361) 및 수평 배플 플레이트 (382) 에 의해 한정된다. 저온 트랩 (300) 의 윗부분 (300T) 에서, 하우징 (360) 의 전방벽 (360FW) 은 입구포트 (351) 에서 개구 (351a)(도 3b 에서 점선으로 표시되어 있음) 를 가지며, 이 개구는 저온 트랩 (300) 으로의 입구로서 역할을 한다. 온도를 약 150℃ 로 유지시키기 위해 외부 히터 (395) 가 저온 트랩 (300) 의 입구포트 (351) 외부 둘레에 배치되어 있다. 이렇게 하면, 입구포트 (351) 안에서 원치않는 증착물이 생기는 것을 최소화하는데 도움이 된다.
제 1 수직 배플 플레이트 (361) 는 하우징 (360) 의 윗벽 (360TW) 으로부터 바닥벽 (360BW) 까지 뻗어 있으며, 제 2 배플 플레이트 (362) 는 윗벽 (360TW) 으로 부터 하우징 (360) 길이의 약 1/3 되는 거리 만큼 뻗어 있다. 제 1 수직 플레이트 (361) 는 저온 트랩 (300) 의 "전방" 에서 본 도 4a 에서 보는 바와 같이 형성된 세개의 구멍 (361a, 361b, 361c) 를 갖고 있다. 트랩 (300) 의 입구 해당하는 상기 입구 개구 (351a) 는 제 1 수직 배플 플레이트 (361) 에 있는 세개의 구멍 (361a, 361b, 361c) 에 대한 상대위치를 나타내기 위해 가상선으로 표시되어 있다. 이러한 편심(offset) 구성에서, 어떤 구멍의 면적을 이 구멍을 포함하는 면에 직각인 방향으로 투영시켰을 때 "수직으로 투영된 영역" 은 같은 격실을 한정하는 다른 구멍난 면에 있는 어떠한 구멍과도 겹치거나 교차하지 않도록, 구멍난 각 면의 구멍들의 위치가 결정되게 된다. 다시 말해, 하우징 (360) 의 입구 개구 (351a) 에 대응하는 투영된 영역은 제 1 수직 배플 플레이트 (361) 에 있는 구멍 (361a, 361b, 361c) 중 어떤 것과도 겹치지 않는다. 이러한 "편심" 구성으로 인하여, 챔버 밸브 (210) 로부터 나와서 저온 트랩 (300) 에 들어가는 가스 분자가, 제 1 수직 배플 플레이트 (361) 의 구멍 (361a, 361b, 361c) 를 통해 펌핑되기 전에, 상기 제 1 수직 배플 플레이트 (361) 과 충돌할 가능성이 커지게 된다. 가스 분자가 저온 배플 플레이트 (361) 와 충돌하면, 분자는 운동 에너지를 잃게 되어 배플 플레이트 (361) 의 전방면 (361F) 상에 분자가 포획될 수 있게 된다. 물론, 본 발명에서는 서로 다른 구멍들간에 어느 정도의 겹침은 허용된다.
도 4b 에는, 제 1 수직 배플 플레이트 (361) 의 세 구멍 (361a, 361b, 361c) 으로 부터 편심되도록 각각 배치된 두개의 구멍 (362a, 362b) 을 갖는 제 2 수직 배플 플레이트 (362) 가 도시되어 있다. 제 1 수직 배플 플레이트 (361) 의 세 구멍 (361a, 361b, 361c) 의 "수직으로 투영된 영역" 은 점선으로 표시되어 있다. 본 발명에서 사용되는 배플 플레이트의 구멍의 직경은 약 2 인치(50.8mm) 이다. 이 실시예에서 제시된 치수는 단지 예시적인 목적일 뿐이며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 상태에서 다른 치수도 가능하다. 최적의 트랩핑 효율을 얻기 위해서는, 상기 편심 구성은 각 구멍을 트랩 (300) 안에 위치시키도록 사용되어야 한다.
도 3b 를 다시 참조하면, 저온 트랩 (300) 의 중간부분 (300M) 은 세개의 격실 (304, 305, 306) 로 이루어져 있으며, 이들 격실은 하우징 (360) 의 뒷벽 (360BW), 제 1 수직 배플 플레이트 (361) 및 네개의 수평 플레이트 (371, 372, 373, 374) 중 두개의 서로 다른 조합으로 한정된다.
첫번째 (상부) 수평 플레이트 (371) 및 마지막 (바닥) 수평 플레이트 (374) 는 동일하게 구성되어 있으며, 트랩 어셈블리 하우징 (360) 의 전 폭을 가로질러 뻗어 있다. 제 2 및 제 3 플레이트 (372, 373) 는 하우징 (360) 을 단지 부분적으로만 가로질러 뻗어 있는데, 즉 뒷벽 (360BW) 으로부터 폭의 약 2/3 되는 곳까지 뻗어 있으며, 거기서 제 1 수직 배플 플레이트 (361) 에 경납땜된다. 이들 플레이트들은 서로 나사로 장착할 수 있지만, 경납땜이 저온 트랩 (300) 의 구성요소간에 충분한 열전달을 보장하기 때문에 바람직하다. 수직 배플 플레이트 (361, 362) 와 유사하게, 수평 플레이트 (371-374) 에도, 다음의 인접한 플레이트에 있는 구멍으로 부터 편심되어 있는 구멍들이 제공되어 있다. 도 5a 에는 제 1 수평 배플 플레이트 (371) 의 평면도가 제시되어 있으며, 제 2 수평 배플 플레이트 (372) 의 구멍 (372a) 은 점선으로 표시되어 있다.
다른 격실 (310) 은 수평 플레이트 (381, 382), 제 1 수직 배플 플레이트 (361) 및 하우징 (360) 의 전방벽 (360FW) 으로 한정되어 있다. 상기 격실 (310) 은 "출구" 격실로 생각할 수 있는데, 왜냐하면, 이 격실은 하우징 벽 (360FW) 에 있는 개구 (352a) 를 경유해서 출구 (352) 와 셧-오프 밸브 (392) 를 통해 배기 어셈블리 (100) 에 연결되기 때문이다. 입구 밸브 (391) 를 지나 다단 저온 트랩 (300) 에 들어가는 배기 가스는 출구 (352) 를 통해 저온 트랩 (300) 을 빠져 나가기 전에 여러 격실 (301-310) 을 통과하게 된다.
도 3a, 3b 에서 보는 바와 같이, 냉각코일 (399) 은, 하우징 (360) 의 한 측면에서 부터 시작하여 부터 다른 측면까지, 구불구불한 패턴으로 수직 및 수평 배플 플레이트 (361, 362, 371, 372, 373, 374) 에 용접 또는 경납땜되어 있으며, 상기 다른 측면에서도, 구불구불한 유사한 패턴이 배플 플레이트 (361, 362, 371, 372, 373, 374) 를 따라 제공되어 있다. 이러한 구성으로, 냉각수와 같은 열전달 매체가, 도 3b 에서 화살표 "3" 으로 표시된 방향을 따라, 바닥 플레이트 (374) 에 인접한 냉각제 입구 (399i) 로부터 상부 수평 배플 플레이트 (371) 까지 유동할 수 있게 된다. 다음에, 이 열전달 매체는 하우징 (360) 의 상기 다른 측면(도시 안됨)까지 유동해서 출구(도시 안됨)를 통해 유출된다. 이 실시예에서, 냉각코일 (399) 은, 챔버 청정 프로세스에 사용되는 염소와 양립의 필요성 때문에, 니켈 도금된 알루미늄으로 만들어진다. 물론, 양호한 열전도성 및 배기 가스와 청정 프로세스 가스와의 화학적 양립에 대한 요건을 만족한다면, 다른 적절한 재료도 사용할 수 있다. 유입수의 온도를 약 20-25℃ 로 유지하면, 트랩 본체의 온도는 45-70℃ 로 되면서 배플 플레이트의 온도를 20-25℃ 로 유지할 수 있다.
저온 트랩 (300) 의 아랫부분 (300B) 은 세개의 격실 (307, 308, 309) 로 되어 있으며, 이들 격실은 두개의 수직 배플 플레이트 (363, 361) 에 의해 분리되어 있다. 이들 수직 배플 플레이트 (363, 361) 는 윗부분 (300T) 에 있는 플레이트 (362, 361) 에 대해 전술한 것과 유사한 구성을 갖는다. 즉, 배기가스의 분자들은 한 격실로부터 다음 격실로 이동할 때 인접 배플 플레이트와 연속적으로 충돌하게 된다. 이러한 다단 구성으로, 저온 트랩 (300) 은 크기가 2㎛ 인 입자에 대해 95% 에 가까운 트랩핑 효율을 얻게 된다.
본 발명에서 모든 배플 플레이트 (361-363, 371-374) 및 하우징 (360) 은 챔버 청정 프로세스에서 사용되는 염소와 화학적으로 양립할 수 있도록, 니켈 도금된 알루미늄으로 만들어진다. 물론, 특정 프로세스에 따라서는, 저온 트랩에의 적용에 적합한 화학적 양립성 및 열적 특성을 갖고 있으면, 스테인레스강과 같은 다른 재료도 사용가능하다. 그러므로, 이 실시예에서 사용되는 재료는 단지 예시적인 것으로, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 배플 플레이트 (361-363, 371-374) 는 수직 및 수평 방향으로 설치되지만, 이것만이 가능한 것은 아니다. 사실, 트랩 (300) 내의 각 격실 (301-310) 은 하우징 (360) 의 배플 플레이트 또는 내벽의 다른 조합으로도 한정될 수 있다. 예컨대, 격실 (601) 은 도 6 의 단면도에서 보는 바와 같이 세 개의 면만으로 한정될 수 있다. 이들 면중 두개는 각기 하나 이상의 구멍 (611a, 612a) 을 갖는 배플 플레이트 (611, 612) 이며 세번째 면 (613) 은 배플 플레이트 (611) 에 대해 각도 θ를 이루도록 배치될 수 있다. 배플 플레이트 (611) 의 구멍 (611a) 을 통해 상기 격실 (601) 로 들어오는 가스 분자들은 세번째 면 (613) 과 충돌하게 된다. 일부 분자들은 면 (613) 에 흡수되며, 다른 분자들은 흩어져 배플 플레이트 (611) 또는 배플 플레이트 (612) 와 더 충돌하게 된다. 구멍 (612a) 의 위치는 바람직하게는, 분자들이 면 (611, 612, 613) 과 다중 충돌을 한 다음에만 구멍 (612a) 을 통해 빠져나갈 수 있도록, 결정되어야 한다. 그러므로, 본 발명은, 배기가스 분자와 저온 표면 사이에서의 충돌을 최대화시킴은 물론, 분자들이 직접적인 비충돌 경로를 통해 트랩핑 구조물을 통과할 가능성을 최소화시킬 수 있는 다른 구성도 포괄한다;
다시 도 3b 을 참조하면, 배기 가스는 저온 트랩 (300) 의 격실 (309) 을 빠져 나간 후에 입자 필터 (380) 에 들어가게 된다. 이 입자 필터는 수개의 슬롯 (381a, 381b, 381c, 381d) 이 형성되어 있는 하부 필터 플레이트 (381) (이 슬롯에 대해서는 플레이트 (381) 의 평면도인 도 5c 를 참고) 와 상부 솔리드 필터 플레이트 (382) 를 갖고 있다. 입자들은 미세한 스테인레스강 거즈패드(gauze pad)와 같은 필터링 재에 의해 포획된다. 이 필터링재는 하부 및 상부 필터 플레이트 (381, 382) 사이에 배치되며 2㎛ 이상의 직경을 갖는 입자들을 포획하는데 효과적이다. 이 필터링재는 일상적인 관리시에 교체될 수 있다. 일반적으로, 다양한 크기의 입자들을 포획하기 위해 다른 종류의 필터링재를 선택할 수 있다. 입자 필터 (380) 에의 접근은, 저온 트랩 하우징 (360) 의 측면 (360S) 에 있는 접근 포트 (385) 를 통해 이루어진다 (도 3a 참조). 필터 커버 (388) 는 다수의 스크류 (384) 를 통해 접근 포트 (385) 에 장착되며, 필터 커버 (388) 와 저온 트랩 하우징 (360) 사이에 시일링을 제공하기 위해 비톤 O-링 (386) 이 사용된다.
셧-오프 밸브(Shut-Off Valve)
트랩 (300) 을 배기 어셈블리 (200) 으로부터 시일링하기 위해, 주문설계된 두개의 셧-오프 밸브 (391, 392) 가 트랩 (300) 의 입구 (351) 와 출구 (352) 에 제공되어 있다. 이리 하여, 저온 트랩 (300) 을 그안에 포획되어 안전하게 들어있는 부산물과 함께 제거하여 운반할 수 있어, 정기적인 청정작업이 용이해진다. TiN 막 증착 프로세스의 경우에, 반응 생성물중 하나는 염화수소(HCl) 이며, 이는 대기중의 수분과 만나면 하이드로클로릭 산으로 된다. 그러므로, 셧-오프 밸브 (391, 392) 는 관리중에 저온 트랩 (300) 의 안전한 취급을 가능케 해주는 것이다. 또는, 저온 트랩 기능이 필요치 않는 경우에는, 밸브 (391, 392) 를 닫음으로써 저온 트랩 (300) 을 배기 어셈블리 (200) 으로부터 쉽게 차단시킬 수 있다.
셧-오프 밸브 (391) 는 매우 컴팩트한 구성을 갖는데, 두께가 단지 약 0.75 인치(19.1mm) 이다. 이 때문에, 구성에 대한 유연성을 얻을 수 있어 기존의 어떤 챔버에도 쉽게 사용될 수 있다. 현재의 모델은 수동으로 작동되지만, 밸브의 운동을 용이하게 하기 위해, 모터식 액츄에이터 또는 솔레노이드 액츄에이터를 부가하여 전자제어도 쉽게 적응할 수 있다. 도 7a 은 게이트 밸브 구성을 취하고 있는 셧-오프 밸브 (391)(밸브 392 가 이와 동일하다) 의 분해도이며, 도 7b 는 열림 위치에 있는 밸브 (391) 의 단면도이다.
밸브 (391) 는 상부 플레이트 (700), 게이트 (727), 하부 플레이트 (740) 및 핸들 (760) 을 갖고 있다. 두개의 평행한 축 (721, 722) 을 통해 핸들 (760) 에 부착되어 있는 게이트 (727) 는 상부 플레이트 (700) 와 하부 플레이트 (740) 사이에 배치되는 쇄기형 플레이트이다. 화살표 "777" 로 표시된 방향으로 핸들 (760) 과 이에 따라 게이트 (727) 를 슬라이딩시켜 밸브 (391) 를 개폐시킬 수 있다.
도 7a 에서 보는 바와 같이, 상부 플레이트 (700) 는 실질적으로 사각형이며 또한 한 쪽에서는 원호형 단부 (702) 를, 다른 쪽에서는 사각형 단부 (701) 를 갖고 있다. 밸브 (391) 의 입구로서 기능하는 개구 (705) 는 라운드된 단부 (702) 로부터 다소 폄심되어 형성되어 있다. 작은 돌출부 (708) 가 상부 플레이트(700) 의 테두리 주위에 제공되어 있고, 리세스부 (709) 는 상부 플레이트 (700) 의 내측표면 (707) 에 형성되어 있다. 개구 (705) 주위에서, 상기 내측표면 (707) 은 외측표면 (703) 에 대해 경사져 있으며 (도 7b 에서 A-B 로 표시된 길이를 따라), O-링 (798) 을 수용하기 위해 그루브 (708) 가 내측표면 (707) 상의 개구 (705) 둘레에 제공되어 있다.
하부 플레이트 (740) 에도 개구 (745) 가 제공되어 있는데, 이 개구는 밸브 (391) 의 출구로서 기능한다. 하부 플레이트 (740) 의 내측표면 (747) 은 돌출부 (749) 를 갖고 있으며, 이 돌출부 역시 하부 플레이트의 외측표면 (743) 에 대해 경사져 있다 (도 7b 에서 C-D 로 표시된 길이를 따라). O-링 (798) 을 수용하기 위해 O-링 그루브 (748) 가 내측표면 (747) 의 돌출부 (749) 상의 개구 (745) 둘레에 제공되어 있다.
밸브 (391) 가 조립되면, 상부 플레이트 (700) 의 리세스부 (709) 는 하부 플레이트 (740) 의 돌출부 (749) 와 결합하여, 상부 및 하부 플레이트 (700, 740) 사이에 공간부 (755) 가 형성되게 된다 (도 7b 참조). 측면에서 보면 (도 7b), 이 공간부 (755) 는 A-B 와 C-D 사이에서 테이퍼형 단면을 가지며, 공간부 (755) 의 나머지 부위는 사각형 단면을 갖는다. 상기 공간부 (755) 는 게이트 (727) 와 축 (721, 722) 을 수용하기에 충분히 커서, 이 게이트와 축은 화살표 "777" 로 표시된 방향으로 상부 플레이트 (700) 와 하부 플레이트 (740) 사이에서 자유롭게 슬라이딩할 수 있다. 개구 (705, 745) 사이에서 게이트 (727) 를 움직여 밸브 (391) 를 닫으면, 그루브 (708, 748) 안에 위치한 두개의 0-링 (798) 이 게이트 (727) 에 대한 상부 플레이트 (700) 및 하부 플레이트 (740) 를 위한 시일링을 제공하게 된다. 상부 플레이트 (700) 의 돌출부 (708) 는 상부 플레이트 (700) 와 하부 플레이트 (740) 사이의 시일링을 위한 O-링 (774) 을 수용하기 위한 다른 그루브 (776) 를 갖고 있다. 상부 및 하부 플레이트 (700, 740) 는, 상부 플레이트 (700) 에 있는 클리어런스 구멍 (786) 과 하부 플레이트 (740) 에 있는 나사구멍 (785) 에 끼워지는 다수의 스크류 (797) 에 의해 서로 결합된다.
도 7a 에서 보는 바와 같이, 게이트 (727) 는 두개의 실린더형 축 (721, 722) 에 있는 단부 (723, 724) 에 나사결합으로 장착된다. 축 (721, 722) 의 타단부 (725, 726) 는 상부 플레이트 (700) 의 돌출부 (708) 에 위치한 두개의 구멍 (715, 716) 에 끼워지게 된다. 두개의 스크류 (795) 가 핸들 (760) 에 있는 두개의 클리어런스 구멍 (765) 에 에 끼워져 축 (721, 722) 의 단부 (725, 726) 에 나사결합된다. 따라서, 핸들 (760) 은 게이트 (727) 에 부착되고, 게이트 (727) 는 화살표 "777" 방향으로 밸브 (391) 의 공간부 (755) 안에서 움직일 수 있게 된다. 게이트 (727) 는 쇄기형으로 핸들 (760) 쪽으로 테이퍼져 있다 (도 7b 참고). 게이트 (727) 의 테이퍼는 상부 플레이트 (700) 와 하부 플레이트 (740) 의 경사부 (A-B, C-D 로 표시되어 있음) 와 대응하며 O-링 (798) 에 대한 효과적인 시일링을 보장해준다. 이러한 쇄기형 시일링면 구성은 게이트 밸브 (391) 의 중요한 특징이다. 게이트 (727) 와 O-링 (798) 사이에 마찰이 감소되므로, 밸브 (391) 는 그렇지 않는 경우 보다 더욱 작은 힘으로도 개폐될 수 있으며, O-링 (798) 이 게이트 (727) 에 대해 시일링될 때 이 O-링에 대한 마모도 줄어든다.
도 7b 에는, 클램프 (791) 에 의해 위치고정된 두개의 KF 플랜지 (790, 794) 에 결합되어 있는 조립된 밸브 (391) 가 도시되어 있다. 상부 플레이트 (700) 의 외면 (703) 에 있는 개구 (705) 둘레에는 O-링 그루브 (706) 가 제공되어 있다. 이 O-링 그루브 (796) 는 KF 형 플랜지와 같은 플랜지 (790) 에 대해 시일링한다. 이 플랜지는 배기 어셈블리 (200) 의 밸브 몸체 (200) 에 용접된다. 유사하게, 하부 플레이트 (740) 의 외면 (743) 에 있는 그루브 (746) 때문에, O-링 (796) 이 플랜지 (794) 에 대해 시일링한다. 본 실시예에서, KF 플랜지 (790) 는 배기 어셈블리 (200) 의 밸브 몸체 (200) 에 용접되며, 다른 KF 플랜지 (794) 는 저온 트랩 하우징 (360) 에 용접되며, 저온 트랩 (300) 의 입구 (351) 를 구성한다. 밸브 몸체 (205) 와 저온 트랩 (300) 의 출구 사이에 다른 밸브 (392) 를 연결하기 위해 유사한 구성이 사용된다. 이들 KF 플랜지 (790, 794) 각각은 두개의 플랜지 클램프 (791) 에 의해 밸브 (391) 에 고정된다. 도 7a 에는, 윙너트(wing-nut) 고정구 (792) 와 나사 스터드 (704) 에 의해 상부 플레이트 (700) 의 외면 (703) 에 부착되어 있는 두개의 플랜지 클램프 (791) 가 도시되어 있다. 스크류 (793) 가 클리어런스 구멍 (788) 을 통해 상부 플레이트 (700) 의 외면 (703) 에 있는 대응 나사구멍 (787) 에 결합되면, 상기 플랜지 클램프 (791) 는 KF 플랜지 (790) 를 위치고정시키게 된다. 스크류 (793) 을 제거하고 고정구 (792) 를 풀면, 클램프 (791) 는 KF 플랜지 (790) 으로부터 자유롭게 회전할 수 있어, 밸브 (391, 392) 및 저온 트랩 (300) 은 셀프-컨테인드 시일드 유닛(self-contained sealed unit)으로서 배기 어셈블리 (200) 로부터 분리될 수 잇다.
챔버 청정 프로세스에 사용되는 염소에 대한 저항성을 얻기 위해 이 실시예의 밸브 (391) 는 니켈 도금된 알루미늄으로 만들어지며, 모든 O-링은 비톤으로 만들어진다. 물론, 특정 프로세스에 사용되는 화학물질 및 온도와 양립할 수 있다면, 다른 재료도 사용할 수 있다 (예컨대 밸브용 스테인레스강).
도 7b 에 나타난 개방위치에서, 게이트 (727) 는 밸브 (391) 의 라운드된 단부 (702) 쪽으로 위치하여 개구 (705, 745) 를 방해하지 않기 때문에, 가스가 밸브 (391) 를 통과할 수 있게 된다. 축 (721, 722) 은 상부 플레이트 (700) 와 하부 플레이트 (740) 사이에 위치한다. 핸들 (760) 을 잡아 당겨 밸브 (391) 를 닫으면, 축 (721, 722) 은 상부 플레이트 (700) 의 개구 (715, 716) 를 통과하고, 핀 (도시 안됨) 을 축 (721, 722) 의 구멍 (775) (하나가 도 7b 에 도시되어 있음) 끼우면 밸브 (391) 는 그의 폐쇄위치에서 유지되게 된다. 밸브 (391, 392) 모두를 닫으면, 저온 트랩 (300) 은 배기 어셈블리 (200) 의 KF 플랜지 (790) 으로부터 차단 및 분리되어 청정작업을 위해 안전하게 제거될 수 있게 된다.
저온 트랩의 작용
작동중에 배기 가스는 입구 (351) 를 통해 저온 트랩 (300) 의 격실 (301) 로 들어가게 된다. 일부 가스의 분자는 수직 배플 플레이트 (361) 의 전방면 (361F) 에 충돌할 때 흡수된다. 이어서, 가스는 제 1 수직 배플 플레이트 (361) 의 구멍 (361a, 361b, 361c) 을 통해 펌핑되어 인접한 격실 (302) 에 들어가게 된다. 제 1 및 제 2 수직 배플 플레이트 (361, 362) 의 편심 구멍 구성으로 인해, 인접한 격실 (302) 에 들어가는 대부분의 가스의 분자들은 제 2 수직 배플 플레이트 (362) 의 전방면 (362F) 에 충돌함으로써, 응축가능 분자들이 추가로 흡수되게 된다. 한 격실로부터 다음 격실로 배기 가스가 펌핑되므로, 분자와 배플플레이트의 저온 표면 사이의 충돌이 있을 때 추가적인 흡수가 일어나게 된다. 이러한 다단 충돌 프로세스는 종래의 일단 구성에 비해 저온 트랩 (300) 의 흡수효율을 현저히 향상시킬 수 있는 것이다. 결국, 배기가스 흐름내의 입자들은 저온 트랩 (300) 을 빠져 나가기 전에 격실 (310) 에 있는 입자 트랩 (380) 에 포획되게 된다.
가열식 배기 어셈블리 (100, 200) 에 대한 두 실시예를 TiCl4/NH3를 이용하는 TiN 증착 챔버에서의 사용과 관련하여 설명했지만, 상기 실시예들은 일반적으로 다양한 프로세스 챔버에도 적용될 수 있다. 사실, 증착물을 형성시키거나 또는 응축가능 물질을 함유하는 배기가스를 발생시키는 어떠한 프로세스도 본 발명으로부터 이점을 얻을 수 있는 것이다. 적절한 온도제어를 통해, 증착물 또는 응축가능 물질의 대부분을 저온 트랩 (150, 300) 에 포획시킬 수 있으며, 배기 어셈블리 (100, 200) 의 다른 부분에서 이러한 증착물을 최소화할 수 있다. 이는, 부식성과 유독성이 매우 강한 가스가 종종 발생하는 엣칭, 증착 또는 임플랜트와 같은 반도체 제조공정에 있어 특히 유익한 것이다. 온도제어형 배기 어셈블리를 사용한면 진공 시스템 구성요소의 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라, 통상적인 관리도 매우 쉬어지고 안전한 작업환경도 얻을 수 있다.
본 발명의 교시를 담은 여러 실시예를 상세히 설명하였지만, 당업자들은 본 발명의 교시내에서 다른 여러 변형예를 생각해낼 수 있을 것이다. ,
이상과 같은 본 발명에 따르면, 개별적인 다지점 온도제어를 통해 프로세스 제어에 대한 유연성을 얻을 수 있다. 또한, 컴팩트한 다중 밸브 단일 몸체 구성으로, 고온 TiN 증착챔버와 함께 사용되는 경우에 약 150∼200℃ 로 제어하는 것이 용이하게 된다. 그리고, 배플 플레이트는 서로 편심되어 배열된 구멍을 가지므로, 가스분자와 배플 플레이트 사이의 충돌 가능성이 증가하여 HCl 또는 다른 반응 부산물과 같은 응축가능 물질에 대한 트랩핑 효율이 커지게 된다.
또한, 배기 어셈블리에 대한 일 실시예에 의하면, 다단 트랩이 나머지 배기 어셈블리로부터 쉽게 차단 및 분리될 수 있으므로, 작업상의 유연성을 추가로 얻을 수 있다. 트랩의 입구와 출구에 각각 제공된 두개의 컴팩트한 셧-오프 밸브를 닫음으로써, 흡수된 응축가능 물질은 트랩안에 안전하게 유지될 수 있으며 적절한 처리를 위해 다른 곳까지 운반될 수 있다. 이러한 유연한 온도제어 및 컴팩트한 구성으로 인해, 다양한 프로세스를 위한 어떠한 진공 챔버와의 사용을 위해 용이하게 개장 및 적응될 수 있다.

Claims (19)

  1. 하나 이상의 히터 및 이에 부착되는 온도센서를 갖는 배기가스용 도관과,
    상기 도관에 연결되며, 제 1 온도까지 가열되는 입구와 제 2 온도까지 냉각되는 표면을 갖는 저온 트랩을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리챔버용 배기 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배기 어셈블리는 다수의 히터와, 이들 히터들의 온도를 규정된 온도로 유지하기 위해 폐쇄-루프 제어장치에 연결되는 온도센서들을 갖는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 저온 트랩은 저온 트랩의 입구 둘레에 배치되는 히터 및 온도센서를 더 포함하며, 상기 히터와 온도센서는 상기 입구의 온도를 약 150∼200℃ 로 유지시키기 위해 폐쇄-루프 제어장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 도관의 온도는 약 150∼200℃ 로 유지되는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 저온 트랩은 서로 연결된 다수의 챔버와, 챔버의 하나 이상의 벽과 접촉하는 냉각코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 저온 트랩은, 입구 개구, 출구 개구 그리고 이들 입구 개구와 출구 개구 사이에 배치되는 다단 흡수 구조물을 갖는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 다단 흡수 구조물은 다수의 격실을 형성하기 위해 상기 하우징의 내부에 배치되는 다수의 배플 플레이트를 포함하며,
    상기 각 격실은 다수의 면으로 한정되며, 제 1 면은 하나 이상의 제 1 구멍을, 제 2 면은 하나 이상의 제 2 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 격실을 한정하는 면의 각 구멍은 그 격실을 한정하는 다른 면의 각 구멍으로 부터 편심되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 저온 트랩은 상기 입구 개구에서 하우징에 연결되는 제 1 밸브 및 출구 개구에서 하우징에 연결되는 제 2 밸브를 더 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 밸브가 닫히면 상기 저온 트랩은 배기 어셈블리의 도관으로부터 차단될 수 있으며,
    차단된 저온트랩 및 제 1, 2 밸브는 상기 도관으로부터 분리될 수 있는 단체형의 시일링된 결합체를 이루는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리.
  10. 단체형 밸브몸체 및 이 밸브몸체에 연결되는 다단 트랩 어셈블리를 포함하며, 상기 다단 트랩 어셈블리는 이 트랩 어셈블리와 상기 단체형 밸브몸체 사이에 배치되는 차단밸브를 하나 이상 갖는 것을 특징으로 하는, 반도체 웨이퍼 처리 시스템용 배기 어셈블리.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 단체형 밸브몸체에 배치되는 히터 및 온도센서와,
    배기가스용 도관을 규정된 온도로 유지시키기 위해 상기 히터와 온도센서에 연결되는 폐쇄-루프 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 다단 트랩 어셈블리는 제 1, 2 개구를 갖는 하우징, 다단 저온 트랩 및 입자 트랩을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리.
  13. 제 11 항 또는 12 항에 있어서, 상기 다단 트랩 어셈블리의 입구 포트 둘레에 외부 히터가 제공되는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리
  14. 단체형 밸브몸체 및 이 밸브몸체에 연결되는 다단 트랩 어셈블리를 포함하며,
    상기 다단 트랩 어셈블리는 이 트랩 어셈블리와 상기 단체형 밸브몸체 사이에 배치되는 하나 이상의 차단 밸브, 제 1, 2 개구를 갖는 하우징, 다단 저온 트랩 및 입자 트랩을 포함하며,
    상기 다단 저온 트랩은 규정된 온도로 냉각되는 다수의 배플 플레이트를 더 포함하고, 이들 배플 플레이트는 상기 하우징 내에서 다수의 격실을 한정하며,
    상기 제 1 하우징 개구는 제 1 격실에 대한 입구가 되며, 제 2 하우징 개구는 제 2 격실에 대한 출구가 되며,
    나머지 격실 각각은 두개의 배플 플레이트에 형성된 구멍들을 통해 서로 인접하는 둘 이상의 격실에 연결되는 것을 특징으로 하는, 반도체 웨이퍼 처리 시스템용 배기 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 다수의 배플 플레이트는 이들 배플 플레이트와 물리적 접촉을 하는 냉각코일에 의해 규정된 온도로 냉각되며, 이 규정된 온도는 상기 냉각코일을 관류하는 열전달 매체에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리.
  16. 제 14 항에 있어서, 서로 인접하는 격실을 한정하는 배플 플레이트의 각 구멍은 서로 편심되어 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리.
  17. 제 10 항 또는 14 항에 있어서, 상기 다단 트랩 어셈블리와 절연 밸브는 시일링된 단일 결합체로서 상기 단체형 밸브몸체로부터 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 각 격실은 세개의 면으로 형성되며, 이들 면중 두면은 하나 이상의 구멍을 갖는 배플 플레이트이며, 나머지 면은 상기 두면 중 어느 하나와 각을 이루어 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 차단 밸브는,
    외면에 대해 경사져 있는 내면과 제 1 개구를 갖는 제 1 플레이트와.
    외면에 대해 경사져 있는 내면과 제 2 개구를 갖는 제 2 플레이트와.
    상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이에 배치되는 쇄기형 게이트를 포함하는 컴팩트한 게이트 밸브로 구성되며,
    상기 쇄기형 게이트는 상기 제 1 개구를 제 2 개구로부터 격리시키기 위해 제 1 플레이트의 내면과 제 2 플레이트의 내면 모두에 대해 시일링 접촉하면서 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 어셈블리.
KR1020000015989A 1999-03-29 2000-03-29 일체형 온도제어형 배기 및 저온트랩 어셈블리 KR100706582B1 (ko)

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US09/281,998 1999-03-29
US09/281,998 US6206971B1 (en) 1999-03-29 1999-03-29 Integrated temperature controlled exhaust and cold trap assembly

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