KR20020024627A - 로드락 챔버의 공기흐름 조절장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 라핑 펌프와 터보 펌프를 이용하여 로드락 챔버에 진공을 형성하는 로드락 시스템에 있어서, 상기 로드락 챔버와 라핑 펌프를 연결하는 도관 상에 설치되는 전자밸브; 상기 도관 상에서 전자밸브의 상류 및 하류에서 진공압을 검출하도록 각각 설치되는 진공압센서; 및 상기 진공압센서의 입력에 따라 전자밸브의 개도율을 조절하여 급격한 공기흐름을 방지하도록 출력을 발생하는 제어기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 이온주입 장비의 로드락 챔버에 진공을 형성하는 과정에서 웨이퍼상에 파티클의 흡착을 방지하여 공정불량을 감소시키는 효과가 있다.

Description

로드락 챔버의 공기흐름 조절장치 {Air Flow Control Apparatus for Load Lock Chamber}
본 발명은 반도체 소자의 제조공정에 사용되는 장비에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 이온주입 장비의 로드락 챔버에 진공을 형성하는 과정에서 웨이퍼상에 파티클의 흡착을 방지하여 공정불량을 감소시키는 로드락 챔버의 공기흐름 조절장치에 관한 것이다.
통상적으로 이온주입 장비는 불순물을 이온 상태로 만든 후 이를 가속하여 마스크가 형성된 웨이퍼에 조사함으로써 원하는 영역에 적정량의 불순물을 형성하는 설비를 말한다. 이러한 이온주입 장비는 일반적으로 이온 소스(ion source)부, 이온화 반응부, 질량 분석부(mass analyzer), 빔 가속(beam acceleration)부, 빔 포커스부(beam focusing), 빔 주사부(beam scanning) 및 목표물 로딩부(loading)로 구성된다.
이온주입 공정에서는 고진공 환경에서 웨이퍼에 이온주입을 실시하는 것이 절대적으로 필요한 바, 웨이퍼가 고진공 환경인 프로세스 챔버(도시 생략)로 이동되기 위해서는 반드시 로드락 시스템을 거쳐야 한다. 도 1의 블록도로 나타내는 바와 같이 로드락 시스템은 로드락 챔버(11), 라핑 펌프(12), 터보 펌프(13), 라핑 밸브(14) 등을 주요 구성으로 한다.
웨이퍼가 로드락 시스템에 로드되면 먼저 라핑 펌프(12)를 이용하여 대기압 상태를 로드락 챔버(11) 내부를 10E-3 torr 대역까지 펌핑을 실시한 후 터보 펌프(13)를 이용하여 고진공을 유지한다. 이어서 로드락 챔버(11)와 프로세스 챔버 사이에 개재되는 차단밸브(isolation valve)를 개방하고 핸들러(handler)를 이용하여 웨이퍼를 프로세스 챔버로 이동하고 해당 공정을 수행한다.
그런데 웨이퍼가 로드락 챔버(11)에 투입되고 라핑 밸브(14)가 오픈되어 로드락 챔버(11)의 펌핑을 진행할 때 로드락 챔버(11) 내의 공기흐름에 급격한 변화가 발생하여 와류가 형성되므로 로드락 챔버(11) 내부에 존재하는 파티클이 전체로 확산되면서 웨이퍼의 표면에 흡착된다. 웨이퍼의 표면에 흡착된 파티클은 그 상태로 이온주입이 완료된 후 애싱(Ashing)이나 PR 스트립(Strip) 공정을 진행할 때 화학적 오염을 유발할 수 있어 후속 로트에 피해를 초래한다.
또한 순간적인 펌핑압력에 의해 도관(15)에 과도한 압력이 작용하여 유연한 벨로우즈(16)를 파손시키는 경우가 자주 발생한다. 벨로우즈(16)의 파손으로 로드락 챔버(11)의 압력이 세팅 포인트까지 저하되지 않게 되면 공정불량이 발생되는 것은 물론 후속 공정이 진행되지 않는 등 전공정에 영향을 끼친다.
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이온주입 장비의 로드락 챔버에 진공을 형성하는 과정에서 웨이퍼상에 파티클의 흡착을 방지하여 공정불량을 감소시키는 로드락 챔버의 공기흐름 조절장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 종래의 로드락 시스템을 개략적 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명의 로드락 시스템을 개략적 구성을 나타내는 블록도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
11: 로드락 챔버12: 라핑 펌프
13: 터보 펌프14: 라핑 밸브
15: 도관15: 벨로우즈
21, 25: 진공압센서24: 전자밸브
30: 제어기
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 라핑 펌프와 터보 펌프를 이용하여 로드락 챔버에 진공을 형성하는 로드락 시스템에 있어서, 상기 로드락 챔버와 라핑 펌프를 연결하는 도관 상에 설치되는 전자밸브와, 상기 도관 상에서 전자밸브의 상류 및 하류에서 진공압을 검출하도록 각각 설치되는 진공압센서 및 상기 진공압센서의 입력에 따라 전자밸브의 개도율을 조절하여 급격한 공기흐름을 방지하도록 출력을 발생하는 제어기로 이루어진 로드락 챔버의 공기흐름 조절장치가 제공된다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 도관 상에서 전자밸브의 상류 및 하류를 연통하는 바이패스관이 추가되고, 상기 바이패스관 상에 스프링을 탄성력을 이용한 차압밸브가 추가로 설치되는 구성도 가능하다.
이하, 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하는 바, 도 2는 본 발명의 로드락 시스템을 개략적 구성을 나타내는 블록도가 도시된다.
전술한 바와 같이 고진공을 이용하여 프로세스를 진행하는 설비에서는 웨이퍼를 프로세스 챔버로 이동하기 위한 로드락 챔버(11)가 필요하다. 웨이퍼가 적재된 카세트가 로드락 챔버(11)에 로드되기 위해서는 로드락 챔버(11)가 대기압에 노출되는 것이 필연적이므로 로드락 챔버(11)는 대기압 상태와 진공 상태를 번갈아 유지하는 환경에 놓이게 된다.
이와 같이 잦은 환경변화로 설비내에 존재하는 파티클이 펌핑시 급격한 공기흐름으로 형성되는 와류에 의해 로드락 챔버(11) 내에 흩어지고 카세트에 적재된 웨이퍼도 이에 의한 영향을 받지 않을 수 없으므로 본 발명은 공기의 흐름이 와류 상태로 변하지 않도록 조절하는 것에 의해 목적을 달성한다.
도시하는 바와 같이, 본 발명은 로드락 챔버(11)와 라핑 펌프(12)를 연결하는 도관(15) 상에 전자밸브(24)를 설치하고, 전자밸브(24)의 상하류 측으로 각각진공압센서(21)(25)를 설치하고, 진공압센서(21)(25) 및 전자밸브(24)를 제어기(30)의 입출력 인터페이스에 연결한다.
전자밸브(24)는 엑췌이터를 이용하여 스로틀밸브의 개도를 미세하게 조절 가능한 형식을 사용한다. 전자밸브(24)에 로드락 챔버(11)에 이르는 도관을 다수로 분기하여 로드락 챔버(11)의 여러 지점에서 흡입이 발생하도록 하는 것도 바람직하다. 진공압센서(21)(25)로서 마노미터를 사용하는 경우 전기적 신호를 발생하는 방식을 택한다.
이때 본 발명의 제어기(30)는 진공압센서(21)(25)의 입력차가 소정의 범위 이내로 유지되도록 전자밸브(24)의 개도를 조절한다. 진공압센서(21)(25)의 입력신호에 의한 압력차와 전자밸브(24)의 개도와의 관계는 로드락 챔버(11)의 크기, 배관연결 상태, 라핑 펌프(12) 및 터보 펌프(13)의 용량에 따라 달라질 수 있으므로 실제 설비에서의 실험을 통하여 설정하는 것이 바람직하다.
또한 공압 제어시 설정된 목표치를 수렴하는 과정에서 시스템을 응답성과 안정성을 허용범위로 유지하기 위해서는 진공압센서(21)(25)에서 입력을 받기 위한 샘플링 주기에 대한 검증도 필요하다. 샘플링 주기가 너무 짧으면 안정성이 저하되고 너무 길면 응답성이 저하되는데 이는 로드락 시스템의 설계 단계에서만 설정될 수 없으며 반드시 실착 실험을 거치도록 한다.
물론 전자밸브(24)의 개도 조절 대신, 또는 개도 조절과 더불어 라핑 펌프(12) 및 터보 펌프(13)의 회전수를 제어하는 것도 가능하다. 이는 보다 복잡한 제어 알고리즘을 요하여 설비비 및 유지비가 증가되는 반면 공기 유동을 최대한층류화하는데 있어 효과적일 수도 있다. 그러나 시스템을 단순화하는 것이 안정성을 추구하는 측면에서 유리하다.
작용에 있어서, 제어기(30)는 진공압센서(21)(25)의 입력을 일정 주기마다 체크하고 설정치 이상으로 벌어졌다고 판단하는 순간 전자밸브(24)의 개도를 약간 닫는다. 전자밸브(24)의 개도가 축소되면 공기의 유동저항이 증가하여 유속이 저하되므로 로드락 챔버(11) 내에서 와류를 발생하지 않는다. 물론 개도가 지나치게 낮아지면 다시 진공압센서(21)(25) 간의 압력차가 커지므로 다시 전자밸브(24)에 역신호를 출력하여 개도를 확장해야 한다. 개도가 작을수록 로드락 챔버(11)의 와류를 방지하는 측면에서는 유리하지만 해당 공정에 요하는 시간이 증가되고 결국 생산성 저하라는 새로운 문제가 초래될 수 있기 때문이다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 도관(15) 상에서 전자밸브(24)의 상류 및 하류를 연통하는 바이패스관이 추가되고, 상기 바이패스관 상에 스프링을 탄성력을 이용한 차압밸브가 추가로 설치되는 구성도 가능하다.
도시에는 생략되었으나 이는 비상시를 대비하는 방안으로서 전자밸브(24)의 고장, 라핑 펌프(12) 및 터보 펌프(13)의 회전수 변동 또는 기타의 원인으로 개도의 조절이 불충분하여 전자밸브(24) 상하류의 압력차가 순간적으로 커지면 바이패스관에서 차압밸브가 개방되어 압력차를 감소시키도록 보조적인 기능을 수행한다. 그런데 기구적 구성의 차압밸브가 전자적 제어시스템과 병용되면 제어기(30)의 알고리즘이 보다 정교해야 하는 점에 주의한다.
이와 같이 하여 본 발명의 로드락 시스템은 로드락 챔버(11) 내의 진공화 과정에서 급격한 압력변화를 유발하지 않게 되어 와류에 의한 웨이퍼의 오염과 충격에 의한 벨로우즈(16)의 파손을 방지할 수 있다.
한편 반도체 제조공정 중 반도체 표면의 안정화 등을 위하여 웨이퍼(Wafer) 표면에 실리케이트 유리(Silicate Glass)를 증착시키기 위한 플라즈마 CVD 장비의 경우에도 내부에 웨이퍼 안착을 위한 서셉터를 구비하는 프로세스 챔버는 물론 그에 인접하게 웨이퍼를 이동시킴과 동시에 프로세스 챔버 내의 진공상태를 유지시켜 주도록 로드락 챔버가 설치된다.
그러므로 본 발명은 이와 같이 CVD 공정은 물론 식각공정 등 로드락 챔버가 사용되는 다른 공정에도 적용하는 것이 가능하다.
이상의 구성 및 작용에 따르면 본 발명은 이온주입 장비의 로드락 챔버에 진공을 형성하는 과정에서 웨이퍼상에 파티클의 흡착을 방지하여 공정불량을 감소시키는 효과가 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 라핑 펌프와 터보 펌프를 이용하여 로드락 챔버에 진공을 형성하는 로드락 시스템에 있어서:
    상기 로드락 챔버와 라핑 펌프를 연결하는 도관 상에 설치되는 전자밸브;
    상기 도관 상에서 전자밸브의 상류 및 하류에서 진공압을 검출하도록 각각 설치되는 진공압센서; 및
    상기 진공압센서의 입력에 따라 전자밸브의 개도율을 조절하여 급격한 공기흐름을 방지하도록 출력을 발생하는 제어기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 로드락 챔버의 공기흐름 조절장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는
    진공압센서의 입력차가 소정의 범위 이내로 유지되도록 전자밸브의 개도를 조절하는 것을 특징으로 하는 로드락 챔버의 공기흐름 조절장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관 상에서 전자밸브의 상류 및 하류를 연통하는 바이패스관이 추가되고, 상기 바이패스관 상에 스프링을 탄성력을 이용한 차압밸브가 추가로 설치되는것을 특징으로 하는 로드락 챔버의 공기흐름 조절장치.
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