KR20010052314A - 금속 기지 복합물 로터 및 스테이터를 가지는 터보-분자펌프 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진공 프로세싱 챔버 및 금속 기지 복합물로 구성된 로터 및/또는 스테이터를 가지는 터보-분자 펌프를 포함하는 진공 프로세싱 시스템을 제공한다. 본 발명의 다른 관점은 금속 기지 복합물로 구성된 로터 및/또는 스테이터를 가지는 터보-분자 펌프를 제공하는 것이다. 금속 기지 복합물은 로터 및 스테이터에서 현재 사용되는 알루미늄 합금 보다 더 높은 작동 온도를 견뎌낼 수 있으므로, 금속 기지 복합물로 제작된 로터 베인 및 스테이터 베인은 더 빠른 로터 회전을 가지면서도 더 높은 배기량을 제공한다.
Description
기판은 기판 상에 직접회로 또는 다른 구조를 형성하기 위해 일반적으로 다양한 에치(etch), 화학기상 증착(CVD), 물리기상 증착(PVD), 및 세정 단계를 통하여 처리된다. 이와 같은 단계는 일반적으로 환경적으로 고립된 진공 밀봉된 기판 프로세싱 챔버 내에서 수행된다. 기판 프로세싱 챔버는 일반적으로 측면벽, 바닥, 및 리드(lid)를 가지는 엔클로저(enclosure)를 포함한다. 기판 지지 부재는 정전 척(chuck) 또는 진공 척과 같은 전기적 또는 기계적 수단에 의해 프로세싱 동안 정위치에 기판을 고정하기 위해 챔버내에 설치된다. 슬릿 밸브(slit vavle)는 기판을 프로세싱 챔버 내로 전달하고 기판을 프로세싱 챔버로 부터 제거하기 위해 챔버의 측면벽에 설치된다. 다양한 프로세스 가스는 프로세싱 챔버의 리드를 통과하여 설치된 샤워-헤드 타입(shower-head type) 가스 입구와 같은 가스 입구를 통과하여 기판 프로세싱 챔버 내로 들어간다. 기판 프로세싱 챔버로부터 가스를 배기하기 위하여, 터보-분자 펌프와 같은 진공 펌프가 기판 프로세싱 챔버의 가스 출구에 부착된다.
플라즈마-베이스 에치(plasma-based etch) 및 CVD와 같은 기판 프로세스는 기판의 표면에서의 가스분자와 반응 이온의 반응에 매우 심하게 영향을 받는다. 왜냐하면 반응 가스 및 이온의 농도, 도착 비율, 및 방향성이 에치 비율, 에치 프로파일, 증착율, 증착 프로파일, 스텝 커버리지(step coverage) 및 프로세스 균일성과 같은 프로세스 변수를 결정하기 때문이다, 이와 같은 변수는 일반적으로 플라즈마 에너지 및 기판으로부터 플라즈마의 거리뿐만 아니라 프로세스 가스의 유동 비율 및 챔버 압력에 의해 제어된다. 특히, 플라즈마-베이스 에치 및 CVD 프로세스는 높은 프로세스 가스 유동 비율 및 상대적으로 얕은 진공 레벨을 필요로 한다. 기판 프로세싱 표면을 통과하는 반응물의 유동 비율이 증가함에 따라(즉 진공 펌프의 입력량이 높은 체적을 배기하기 위해 증가한다), 프로세스의 완료에 대한 필요한 시간은 감소한다. 따라서, 프로세싱 챔버의 입력량을 증가시키기 위해서는, 플라즈마-베이스 에치 및 CVD 특히 고밀도 플라즈마(HDP) 프로세스를 사용하는 진공 펌핑 시스템은 높은 입력량 또는 배기량을 가져야한다. 나아가, 챔버의 크기가 대형 기판(즉 300mm 기판)을 수용하기 위해 증가하는 경우, 터보-분자 펌프와 같은 대형 챔버가 사용된 진공 펌프는 이에 상응하는 더 큰 배기량을 제공하여야 한다.
진공 펌프의 입력량 또는 배기량을 증가시키고 프로세싱 챔버로부터 가스를 배기 하는데 걸리는 시간을 감소시키기 위하여, 터보-분자 펌프의 펌프크기(즉 물리적 용량 및 크기)는 일반적으로 확대된다. 그러나, 현존하는 시스템에서 이를 만족하는 대형 펌프는 대개 고가이며 챔버의 가스 출구로부터 대형 터보-분자 펌프의 가스 입구까지의 변화를 제공하는데 필요한 파이프 피팅(pipe fittings)은 많은 시간을 소모한다. 나아가, 대형 펌프는 일반적으로 상당한 고가이며 프로세싱 시스템의 더 큰 "풋프린트(footprint)"를 필요로 한다. 더 큰 풋프린트는 매우 귀중한 청정-룸 공간을 차지하며 또한 프로세싱 장비의 재배치를 필요로 한다.
배기 시간을 감소시키고 펌프의 입력량을 증가시키는 또 다른 방법은 터보-분자 펌프의 로터의 회전속도를 증가시키는 것이다. 그러나, 진공 펌프를 통과하는 프로세스 가스의 높은 입력량으로 인해, 반응물의 부산물은 물론 사용되지 않은 반응물도 높은 비율로 프로세싱 챔버로부터 제거되며 진공 펌프내의 구성요소의 표면에 들러붙거나 반응한다. 이로 인해 구성요소는 급격히 가열되며 이는 펌프뿐만 아니라 구성요소의 파괴를 초래한다. 예를 들면, HDP의 적용에 있어, 로터와 같은 펌프의 구성요소는 120℃이상 가열되며, 높은 온도로 인한 응력은 구성요소 및 펌프의 물리적 파괴를 초래한다.
그러므로, 현존하는 터보-분자 펌프와 근사한 크기를 가지면서도 더 큰 배기량을 제공하는 터보-분자 진공 펌프의 필요성이 제기된다. 부가적으로, 현존하는 시스템의 입력량을 개선하기 위해 현존하는 프로세싱 챔버의 개선이 가능한 터보-분자 펌프의 필요성도 제기된다.
본 발명은 일반적으로 반도체 공정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 프로세싱(processing)에 사용되는 진공 프로세싱 챔버를 진공시키기 위한 터보-분자 진공 펌프(turbo-molecular vaccum pump)에 관한 것이다.
도 1은 터보-분자 펌프(10)가 부착된 진공 기판 프로세싱 챔버(100)의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 터보-분자 펌프(10)의 단면도이다.
본 발명은 현존하는 터보-분자 펌프와 근사한 물리적 크기를 가지면서도 더 큰 배기량을 제공하는 터보-분자 진공 펌프를 제공한다. 본 발명은 또한 현존하는 시스템의 입력량을 개선하기 위해 현존하는 프로세싱 챔버의 개선이 가능한 터보-분자 펌프를 제공한다.
본 발명의 다른 관점은 진공 프로세싱 챔버 및 진공 프로세싱 챔버상에 설치된 터보-분자 펌프를 포함하는 진공 프로세싱 시스템을 제공한다. 터보-분자 펌프는 입력포트 및 출력포트를 가지는 케이스, 케이스의 내측 표면 위에 설치된 스테이터, 스테이터 내의 로터, 및 로터와 함께 동축방향으로 연장하는 모터를 포함하며, 여기서 로터/로터 베인 및 스테이터/스테이터 베인은 금속 기지 복합물로 만들어진다. 선택적으로, 단지 로터 및 로터 베인 만이 금속 기지 복합물로 만들어진다.
금속 기지 복합물은 금속 기지 및 강화 첨가물을 포함한다. 바람직하게, 금속 기지는 알루미늄을 포함하며, 강화 첨가물은 탄화규소 휘스커, 붕소 금속의 섬유질, 탄소의 섬유질, 규산염 알루미늄의 섬유질, 산화 알루미늄의 섬유질, 산화 알루미늄 입자, 탄화 붕소 입자, 실리콘 헥사보라이드 입자 및 탄화 규소 입자로 구성된 집단으로부터 선택된 첨가물을 포함한다. 바람직하게는, 터보-분자 펌프의 로터 및 스테이터는 금속 기지 복합물로 만들어진다.
상기 언급된 본 발명의 특성, 장점, 및 목적을 첨부된 도면에서 도시된 실시예를 참고로 하면 더욱더 자세히 이해할 수 있으며 이를 간단히 요약할 수 있다.
그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 단지 하나의 실시예에 불과하며 따라서 본 발명의 영역을 한정하지 않으며 다른 등가의 실시예를 모두 포함한다.
본 발명은 금속 기지 복합물(metal matrix composite)로 구성된 로터 및/또는 스테이터(stator)를 가지는 터보-분자 펌프를 제공한다. 금속 기지 복합물은 로터와 스테이터에 현재 사용되는 알루미늄 합금보다 더 높은 작동온도를 견딜 수 있기 때문에, 금속 기지 복합물로 만들어진 로터 베인(vanes) 및 스테이터 베인은 더 빠른 로터 회전을 가지면서 더 높은 배기량을 제공한다.
도 1은 챔버에 부착된 터보-분자 펌프(10)를 가지는 진공 기판 프로세싱 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 챔버(100)는 기판(150)이 에칭, 증착, 세정, 냉각, 및/또는 다른 전-프로세싱 및 후-프로세싱 단계를 거치는 고립된 환경을 제공한다. 기판 프로세싱 챔버(100)는 일반적으로 측면벽(104), 바닥(106), 및 리드(108)를 가지는 엔클로져를 포함한다. 바닥(106) 위에 설치된 기판 지지 부재(110)는 프로세싱 동안 정위치에 기판(150)을 고정한다. 기판 지지 부재(110)는 일반적으로 진공척 또는 정전기적척을 포함한다. 슬릿 밸브(112)는 기판(150) 프로세싱 챔버 내로의 전달 및 기판 프로세싱 챔버(100)로부터의 제거를 위해 챔버의 측면벽(104)에 설치된다. 다양한 프로세스 가스는 프로세싱 챔버(100)의 리드(108)를 통과하여 설치된 샤워-헤드 타입 가스 입구와 같은 가스 입구(120)를 통과하여 기판 프로세싱 챔버 내로 들어간다. 기판 프로세싱 챔버로부터 가스를 배기 하기 위하여, 터보-분자 펌프(10)와 같은 진공 펌프가 기판 프로세싱 챔버의 가스 출구(130)에 부착된다.
도 2는 본 발명의 터보-분자 펌프(10)의 단면도이다. 터보-분자 펌프(10)는 일반적으로 원통형의 케이스(72), 케이스(72)의 하부에 인접한 바닥(74), 케이스(72)내에서 동축방향으로 설치된 로터(40), 로터(40)내에서 동축방향으로 설치된 모터(20), 및 케이스(72)로부터 방사형으로 내측방향으로 연장된 스테이터(30)를 포함한다. 케이스(72)는 터보-분자 펌프(10)의 지지 구조물을 제공하며 케이스(72)의 상부를 통과하여 설치된 입구포트(12)를 포함한다. 출구포트(14)는 바닥(74)을 통과하여 설치되며 가스의 재충전과 처리를 위한 다양한 호스 및 탱크에 부착된다. 모터(20)는 중심축에 대해 로터를 회전시키는 전기적/기계적 모터이다.
로터(40)는 중앙 실린더로부터 방사형으로 바깥쪽으로 연장되는 모터(20)부를 수용하는 다수의 로터 베인(46)을 포함한다. 로터 베인(46)은 로터(40)의 높이를 따라 축방향 간격 또는 높이로 배열된다. 스테이터(30)는 케이스(72)로부터 방사형으로 내측으로 연장하는 다수의 스테이터 베인(36)을 포함한다. 스테이터 베인(36)은 로터 베인(46)과 번갈아서 축방향 높이로 배열되며, 다수의 스페이서 링(spacer ring;38)은 로터 베인(46)이 스테이터 베인(36)사이를 자유롭게 회전하도록 스테이터 베인(36)의 높이를 다르게 분리시킨다. 바람직하게는, 로터(40)는 케이스와 함께 부앙상태 및 스테이터 베인(36) 사이의 간격을 유지하도록 자석 베어링에 의해 부양된다. 선택적으로, 로터는 기계적 베어링에 의해 부양된다. 로터 베인(46) 및 스테이터 베인(36)은 입구포트(12)에서 출구포트(14)까지 가스를 펌프 하도록 구체화되어 있으며 로터 베인(46)이 스테이터 베인(36) 사이를 회전하는 경우 진공 프로세싱 챔버로의 역 유동을 방지하도록 되어있다. 바람직하게는, 로터 베인(46) 및 스테이터 베인(36)은 높은 배기량 및 터보-분자 펌프에 대한 최고 작동 온도를 제공하기 위해 금속 기지 복합물을 포함한다.
본 발명에 의해 고려된 금속 기지 복합물은 일반적으로 알루미늄 또는 마그네슘과 같은 기지 금속과 세라믹과 같은 첨가물의 합성물을 포함한다. 금속과 세라믹의 합성은 일반적으로 탄성계수 및 금속의 팽창 계수를 증가시킨다. 예를 들면, 탄화규소 휘스커(silicon carbide whisker)와 같은 섬유질 재료는 기지 금속의 기계적 강도를 증가시킨다. 따라서, 금속 기지 복합물로 만들어진 로터 베인 및 스테이터 베인은 일반적인 알루미늄 합금과 비교하여 볼 때 우수한 기계적 강도로 인해 높은 작동 온도에서도 견뎌낸다. 금속 기지 복합물에서 사용하는 다른 첨가물은 붕소 금소, 탄소, 규산염 알루미늄(aluminum silicate), 및 산화 알루미늄의 섬유질, 탄화붕소, 실리콘 헥사보라이드(silicon hexaboride) 및 탄화규소를 포함한다. 알루미늄 합금과 비슷한 특성이나 기계적 강도가 개선된 특성을 나타내는 어떤 특징적인 금속 기지 복합물은 중앙에 SiC입자를 가지고 주위에 알루미늄이 채워진 탄화규소(SiC) 복합물이다.
작동 중에, 기판(150)은 슬릿밸브(112)를 통과하여 챔버(100)내로 전달되며 기판 지지 부재(110)위에 위치한다. 기판 지지 부재(110)는 프로세싱 동안 기판을 지지한다. 프로세싱을 개시하기 위해, 슬릿밸브(112)는 챔버(100)내의 밀봉된 환경을 제공하기 위해 밀폐되며, 챔버(100)는 요구되는 진공 레벨로 터보-분자 펌프(10)에 의해 진공 상태가 된다. 프로세싱 가스는 이때 가스입구(120)를 통과하여 챔버(100)내로 주입되며 플라즈마는 CVD 프로세스를 증가시키기 위해 챔버(100내에서 점화된다. CVD 프로세스가 계속됨에 따라, 터보-분자 펌프(10)는 프로세싱 동안 프로세스 챔버내(10)의 적절한 압력을 유지하기 위하여 프로세싱 가스와 반응적 부산물을 계속 펌프 한다. 본 발명에 의해 금속 기지 복합물로 만들어진 로터 베인 및 스테이터 베인을 가지는 터보-분자 펌프는 로터 속도 및 펌프의 상응하는 필요한 더 높은 작동 온도를 증가시킴으로서 더 높은 배기량을 제공한다. 본 발명의 터보-분자 펌프는 프로세스 시간을 감소시키고 입력량을 증가시키기 위한 더 높은 프로세스 가스의 유동 비율을 허용한다. 프로세싱 후에, 기판(150)은 챔버(100)의 밖으로 전달되고, 다른 기판이 프로세스 되도록 챔버 내로 전달된다.
비록 기판 증착 프로세스가 CVD 챔버에 대하여 기술되었지만, 본 발명의 장점은 다른 진공 프로세싱 챔버 및 터보-분자 펌프를 응용하는 진공 프로세싱 시스템에 대하여도 동등하게 실현할 수 있다.
전술한 내용이 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것 이지만, 본 발명의 다른 실시예는 본 발명의 범주에서 벗어남이 없이 발명될 수 있으며 본 발명의 범주는 이하에서 기술되는 청구범위에 의해 결정된다.
Claims (15)
- (a) 진공 프로세싱 챔버, 및(b) 상기 진공 프로세싱 챔버 내에 설치된 터보-분자 펌프를 포함하며,상기 터보-분자 펌프가(ⅰ) 입력포트 및 출력포트를 가지는 케이스,(ⅱ) 상기 케이스의 내측 표면으로부터 방사내향으로 연장하는 다수의 스테이터 베인을 가지는 스테이터,(ⅲ) 상기 스테이터 베인과 함께 번갈아 배열되도록 설치되며, 금속 기지 복합물을 포함하는 다수의 로터 베인을 가지는 로터, 및(ⅳ) 상기 로터와 동축방향으로 설치된 모터를 포함하는 진공 프로세싱 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진공 프로세싱 챔버가 화학기상 증착 챔버인 진공 프로세싱 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진공 프로세싱 챔버가 에치 챔버인 진공 프로세싱 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스테이터 베인이 금속 기지 복합물을 포함하는 진공 프로세싱 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 금속 기지 복합물이 금속 기지 및 강화 첨가물을 포함하는 진공 프로세싱 시스템.
- 제 5 항에 있어서, 상기 금속 기지가 알루미늄인 진공 프로세싱 시스템.
- 제 6 항에 있어서, 상기 강화 첨가물이 탄화규소 휘스커, 붕소 금속의 섬유질, 탄소의 섬유질, 규산염 알루미늄의 섬유질, 산화 알루미늄의 섬유질, 산화 알루미늄 입자, 탄화 붕소 입자, 실리콘 헥사보라이드 입자 및 탄화규소 입자로 구성된 집단으로부터 선택된 첨가물을 포함하는 진공 프로세싱 시스템.
- 프로세싱 챔버로부터 가스를 빼내기 위한 장치에 있어서,(a) 금속 기지 복합물로 구성된 다수의 로터 베인을 가지는 터보-분자 펌프를 포함하는 장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 터보-분자 펌프가 금속 기지 복합물로 구성된 로터를 가지는 장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 터보-분자 펌프가 금속 기지 복합물로 구성된 다수의 스테이터 베인을 가지는 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 터보-분자 펌프가 금속 기지 복합물로 구성된 스테이터를 가지는 장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 금속 기지 복합물이 금속 기지 및 강화 첨가물을 포함하는 장치.
- 제 12 항에 있어서, 상기 금속 기지가 알루미늄인 장치.
- 제 12 항에 있어서, 상기 강화 첨가물이 탄화규소 휘스커, 붕소 금속의 섬유질, 탄소의 섬유질, 규산염 알루미늄의 섬유질, 산화 알루미늄의 섬유질, 산화 알루미늄 입자, 탄화 붕소 입자, 실리콘 헥사보라이드 입자 및 탄화규소 입자로 구성된 집단으로부터 선택된 첨가물을 포함하는 장치.
- (a) 진공 프로세싱 챔버, 및(b) 금속 기지 복합물로 구성된 다수의 로터 베인을 가지는 터보-분자 펌프를 포함하는 진공 프로세싱 시스템.
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