KR20030046137A - 반도체 소자 제조 장비의 진공 시스템 - Google Patents

반도체 소자 제조 장비의 진공 시스템 Download PDF

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Abstract

반도체 소자 제조 장비의 진공 시스템(vacuum system)을 제공한다. 본 발명의 일 관점에 따른 진공 시스템은, 제1진공 챔버(chamber)와, 제2진공 챔버와, 제1진공 챔버에 연결되는 제1진공 펌프(pump)와, 제2진공 챔버에 연결되는 제2진공 펌프와, 제1진공 펌프 및 제2진공 펌프의 배후에서 취합되게 연결되는 제3진공 펌프와, 제1진공 펌프와 제3진공 펌프 사이의 배관 경로 중에 단속을 위해 설치되는 제1밸브와, 제2진공 펌프와 제3진공 펌프 사이의 배관 경로 중에 단속을 위해 설치되는 제2밸브와, 제1밸브의 구동을 위한 에어(air) 신호를 제공하는 제1에어 라인(line)과, 제2밸브의 구동을 위한 에어 신호를 제공하는 제2에어 라인과, 제1에어 라인 중에 설치되어 에어 신호에 의한 제1밸브의 구동이 지연되도록 유도하는 제1지연 밸브, 및 제2에어 라인 중에 설치되어 에어 신호에 의한 제2밸브의 구동이 지연되도록 유도하는 제2지연 밸브를 포함한다.

Description

반도체 소자 제조 장비의 진공 시스템{Vacuum system in semiconductor device manufacturing equipment}
본 발명은 반도체 소자 제조 장비에 관한 것으로, 특히, 진공계를 형성하기위해 도입되는 진공 시스템(vacuum system)에 관한 것이다.
베리안(varian)사의 E200/500HP 설비 등과 같은 고진공을 요구하는 반도체 소자 제조 장비에는 진공계가 형성될 다수의 진공 챔버(vacuum chamber)들이 설치되고 있다. 이러한 진공 챔버들에 진공계를 형성하기 위해서, 진공 펌프(vacuum pump), 진공 펌프들과 진공 챔버들을 연결시키는 배관 및 이러한 배관에 설치되는 다수의 밸브(valve)들을 포함하여 이루어지는 진공 시스템이 반도체 소자 제조 장비에 설치되어 있다.
이온 주입 장비에서는 빔 효율(beam efficiency)을 제고하기 위해서 매우 높은 진공도를 요구하고 있으며, 이러한 매우 높은 진공도를 형성하기 위해서 진공 시스템은 여러 종류의 진공 펌프들이 채용되고 있다. 채용되는 진공 펌프들은 드라이 펌프(dry pump), 터보 펌프(turbomolecular pump) 및 크라이요 펌프(cryogenic pump)들로 분류될 수 있다.
이러한 펌프들 중에 내 외부적 충격에 가장 취약하고 민감하게 반응하는 펌프로는 터보 펌프를 들 수 있으며, 실질적으로 터보 펌프의 불량(fail)이 잦아 펌프의 관리 또는 전체 진공 시스템의 관리가 어려워지고 있다. 터보 펌프의 불량 현상은 터보 펌프의 동작 구조적인 요인에 기인하는 경우가 많으며, 주로 터보 펌프가 초고속 rpm(예를 들어, 대략 24000 내지 36000rpm)으로 회전하는 중에 진공의 역차압(vacuum back stream)에 의해서 일어나는 경우가 많다.
이러한 진공 역차압은 다수의 진공계를 최소한의 진공 펌프들의 구성으로 형성하는 장비에서 빈번하게 발생할 수 있다. 예를 들어, 하나의 크라이요 펌프와 두개 이상의 터보 펌프를 배관과 밸브들을 조합하여 두 개의 진공 챔버에 순차적으로 또는 동시에 진공계들을 형성할 때, 이러한 진공 역차압이 발생할 수 있다.
예를 들면, 각각의 진공 챔버들 각각에는 전용 터보 펌프가 하나 또는 둘이 연결되며, 이러한 터보 펌프들이 취합되는 배후에 하나의 크라이요 펌프가 연결되도록 진공 시스템이 구성될 수 있다. 이때, 제1진공 챔버가 유지 관리 등의 과정을 수행하기 위해서 상압으로 유지되고, 제2진공 챔버가 고 진공 상태인 상태로 유지될 경우를 고려할 수 있다. 이러한 상태를 유지하기 위해서는, 제1진공 챔버에 전용으로 연결된 제1터보 펌프와 크라이요 펌프를 연결하는 진공 경로는 제1밸브에 의해서 닫힌 상태(closed state)이고 제2진공 챔버에 전용으로 연결된 제2터보 펌프 또는 제3터보 펌프와 상기한 크라이요 펌프를 연결하는 진공 경로는 제2밸브에 의해서 열린 상태이어야 한다.
그런데, 제1진공 챔버 내에서 수행되던 유지 관리 과정이 종료되어 제1진공 챔버에 진공계를 형성하고자 하면, 우선적으로 제1밸브를 열고(open), 동시에 제2밸브는 제2진공 챔버 내에 형성된 진공계가 훼손되는 것을 방지하기 위해서 닫혀야 한다. 이러한 제1밸브 및 제2밸브의 구동은 제1밸브 및 제2밸브로의 에어의 인풋 및 아웃풋(air input and output)에 의해서 이루어진다. 이러한 제1밸브 및 제2밸브는 에어의 유입 여부에 따라 즉각적으로 반응하게 되어 있다.
그런데, 이러한 에어의 입출력의 제어는 에어 입 출력 배관에 설치되는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)에 의해서 이루어지므로, 솔레노이드 밸브의 동작 지연에 의해서 어느 정도의 지연 시간(예컨대, 대략 2초 내지 3초 정도)이 발생할 수있다. 이에 따라, 제1밸브가 열리는 순간 제2밸브가 미쳐 완전히 닫히지 못할 수 있다. 이와 같은 제2밸브의 동작 지연은 도 1의 타이밍(timing)도에서 명확하게 설명되고 있다.
이와 같이 되면, 제1진공 챔버로부터 기류가 벤트(vent)되고 있는 상태이므로, 제1밸브가 열리는 순간 대기압의 압력이 미쳐 닫히지 못한 제2밸브를 통해서 백 스트림(back stream)되며 제1진공 챔버내의 대기가 제2터보 펌프 또는 제3터보 펌프를 통해 제2진공 챔버 내로 빠르게 인입될 수 있다. 이와 같이 되면, 제2진공 챔버에 진공계를 형성하고 있던 제2터보 펌프 또는 제3터보 펌프 등에 순간적으로 과중한 부하가 걸리게 되고 또한 크라이요 펌프에도 과중한 부하가 걸리게 된다. 이에 따라, 제2터보 펌프 또는 제3터보 펌프의 속도가 저하되거나 크라이요 펌프의 온도가 올라가 각 각의 펌프들에 심각한 손상을 초래하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 백 스트림 형상이 발생하여 진공 펌프들이 손상을 입는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자 제조 장비의 진공 시스템을 제공하는 데 있다.
도 1은 밸브가 닫힐 때의 지연 시간을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 타이밍(timing)도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 소자 제조 장비의 진공 시스템을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 효과를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 타이밍도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>
110, 150: 진공 챔버들,
210, 230, 250: 터보 펌프들(turbomolecular pump),
300: 크라이요(cryogenic pump),410, 450: 단속 밸브,
510, 550: 에어 라인(air line),610, 650: 지연 밸브.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 반도체 소자 제조 장비의 진공 시스템을 제공하고, 상기 진공 시스템은 제1진공 챔버와, 제2진공 챔버와, 상기 제1진공 챔버에 연결되는 제1진공 펌프와, 상기 제2진공 챔버에 연결되는 제2진공 펌프와, 상기 제1진공 펌프 및 제2진공 펌프의 배후에서 취합되게 연결되는 제3진공 펌프와, 상기 제1진공 펌프와 상기 제3진공 펌프 사이의 배관 경로 중에 단속을 위해 설치되는 제1밸브와, 상기 제2진공 펌프와 상기 제3진공 펌프 사이의 배관 경로 중에 단속을 위해 설치되는 제2밸브와, 상기 제1밸브의 구동을 위한 에어 신호를 제공하는 제1에어 라인과, 상기 제2밸브의 구동을 위한 에어 신호를 제공하는 제2에어 라인과, 상기 제1에어 라인 중에 설치되어 상기 에어 신호에 의한 상기 제1밸브의 구동이 지연되도록 유도하는 제1지연 밸브, 및 상기 제2에어 라인 중에 설치되어 상기 에어 신호에 의한 상기 제2밸브의 구동이 지연되도록 유도하는 제2지연 밸브를 포함한다.
상기 제1지연 밸브 및 상기 제2지연 밸브는 상기 에어 라인을 통한 에어의 유입량을 조절한다.
상기 제1지연 밸브 및 상기 제2지연 밸브 각각은 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브 각각의 열리는 동작의 지연을 유도한다.
제1진공 펌프 또는 제2진공 펌프는 터보 펌프(turbo pump)이고, 상기 제3진공 펌프는 크라이요 펌프(cryogenic pump) 또는 확산 펌프(diffusion pump)일 수 있다.
본 발명에 따르면, 진공 시스템에 설치된 밸브들 중의 어느 하나의 닫힘 지연에 의해서 진공 백 스트림이 발생하는 것을 방지하여 고 진공을 위해 설치되는 진공 펌프들이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 소자 제조 장비의 진공 시스템을 설명하기 위해서 개략적으도 도시한 도면이다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 의한 반도체 소자 제조 장비의 진공 시스템은 적어도 둘 이상의 진공 챔버(110, 150)를 구비한다. 이러한 진공 시스템은 베리안사의 E200/500HP 설비 등과 같은 이온 주입 장비 장비에 채용되는 경우를 예로 들 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 제1진공 챔버(110)는 이온 주입 장비의 소오스 챔버(source chamber)일 수 있으며, 제2진공 챔버(150)는 이온 빔이 지나는 경로를 구성하는 빔 라인 챔버(beam line chamber)일 수 있다. 이러한 빔 라인 챔버에는 실질적으로 이온 주입이 수행되는 공정 챔버가 연결될 수 있다.
제1진공 챔버(110)에는 전용 제1터보 펌프(210)가 연결되고, 제1터보 펌프(210)의 배후에는 크라이요 펌프(300)가 연결된다. 이러한 제1터보 펌프(210)와 크라이요 펌프(300)의 사이의 배관 사이에는 제1밸브(410)가 연결되어 제1진공 챔버(110)로부터의 벤트(vent)를 단속한다. 제2진공 챔버(150), 즉, 빔 라인 챔버에는 제2터보 펌프(230) 및 제3터보 펌프(250)가 연결되며, 이러한 제2터보 펌프(230)와 제3터보 펌프(250)는 배후에는 연결 배관에 의해서 크라이요펌프(300)가 연결된다. 이러한 크라이요 펌프(300)와 제1터보 펌프(210)의 사이에는 확산 펌프(diffusion pump:도시되지 않음)가 더 설치될 수 있다.
제2터보 펌프(230)와 제3터보 펌프(250)로부터 연장되는 배관은 상기 제1터보 펌프(210)와 크라이요 펌프(300)의 사이의 배관으로 공통으로 취합되어 크라이요 펌프(300)로 연결된다. 따라서, 제1진공 챔버(110)와 제2진공 챔버(150) 간에 진공계를 형성하거나 형성한 진공계를 제거하거나 하는 작동이 독립적이기 위해서 상기 제1밸브(410)는 상기 배관들이 취합되는 부분 전단의 제1터보 펌프(210) 쪽에 설치되고, 제2터보 펌프(230)와 제3터보 펌프(250)로부터의 벤트를 공통적으로 단속하는 제2밸브(450)가 상기 배관들이 취합되는 부분 전단의 제2터보 펌프(230)와 제3터보 펌프(250) 쪽에 형성된다.
이러한 제1밸브(410) 및 제2밸브(450)는 에어 라인들(air lines:510, 550)에 의해서 제공되는 에어의 압력에 의해서 각각 독립적으로 작동되는 솔레노이드 밸브일 수 있다. 이때, 이러한 제1밸브(410) 및 제2밸브(450)의 작동, 실질적으로 이러한 제1밸브(410) 또는 제2밸브(450)가 열리거나 닫혀 펌핑(pumping) 속도를 느리게 유도하는 지연 밸브들(610, 650)이 에어 라인들(510, 550) 각각에 설치된다.
느린 펌핑을 유도하기 위한 지연 밸브(610, 650)들은 제1밸브(410)의 열리는 시간을 지연시켜 제2밸브(450)가 채 닫히기 전에 제1밸브(410)를 통한 진공 역차압으로 제2밸브(450)쪽으로 백 스트림되는 현상을 방지하는 방지할 수 있다. 이에 따라, 제2터보 펌프(230) 또는 제3터보 펌프(250) 등에 백 스트림 현상에 의해서 과부하가 걸리는 것을 방지하여 이와 같은 터보 펌프들이 손상되는 것을 방지할 수있다.
즉, 제1진공 챔버(110)가 유지 관리 등의 과정을 수행하기 위해서 상압으로 유지되고, 제2진공 챔버(150)가 고 진공 상태인 상태로 유지될 경우에, 제1진공 챔버(110) 내에서 수행되던 유지 관리 과정이 종료되어 제1진공 챔버(110)에 진공계를 다시 형성하고자 하면, 우선적으로 제1밸브(410)를 열고, 동시에 제2밸브(450)는 제2진공 챔버(150) 내에 형성된 진공계가 훼손되는 것을 방지하기 위해서 닫혀야 한다. 그러나, 이러한 제1밸브(410) 및 제2밸브(450) 중 어느 하나의 구동이 밸브 특성 또는 이상에 의해서 지연되면, 예를 들어, 제2밸브(450)의 구동을 위한 에어의 입 출력을 제어하기 위해서 에어 라인(550)에 설치된 솔레노이드 밸브(도시되지 않음)의 동작이 지연되면, 제1밸브(410)가 열리는 순간 제2밸브(450)가 미쳐 완전히 닫히지 못할 수 있다. 이와 같은 제2밸브(450)의 동작 지연은 도 1의 타이밍도에서 명확하게 설명되고 있다.
이와 같이 되면, 제1진공 챔버(110)로부터 기류가 벤트되고 있는 상태이므로, 제1밸브가 열리는 순간 대기압의 압력이 미쳐 닫히지 못한 제2밸브(450)를 통해서 백 스트림되며 제1진공 챔버(110)내의 대기가 제2터보 펌프(230) 또는 제3터보 펌프(250)를 통해 제2진공 챔버(150) 내로 빠르게 인입될 수 있다. 이와 같이 되면, 제2진공 챔버(150)에 진공계를 형성하고 있던 제2터보 펌프(230) 또는 제3터보 펌프(250) 등에 순간적으로 과중한 부하가 걸리게 되고 또한 크라이요 펌프(300)에도 과중한 부하가 걸리게 된다. 이에 따라, 제2터보 펌프(210) 또는 제3터보 펌프(250)의 속도가 저하되거나 크라이요 펌프(300)의 온도가 올라가 각각의 펌프들에 심각한 손상을 초래하게 된다.
이러한 백 스트림 현상을 방지하기 위해서, 본 발명의 실시예에서는 에어 라인(510, 550) 중에 지연 밸브(610, 650)를 각각 설치한다. 이러한 지연 밸브(610, 650)들은 펌핑이 일정시간 늦게 지연되도록 유도한다. 예를 들어, 제1밸브(410)를 열고 이와 동시에 제2밸브(450)를 닫는 동작을 구동시키기 위해서 밸브들(410, 450)을 작동시키며, 이러한 밸브들(410, 450)의 구동을 위한 에어가 에어 라인(510, 550)을 통해서 주입된다. 그런데, 에어 라인(510, 550)들의 중간에 설치된 지연 밸브(610, 650)들 의해서 에어 라인(510, 550)을 통해 인풋 또는 아웃풋의 에어 신호는 일정 시간 지연되어 제1밸브(410) 또는/ 및 제2밸브(450)에 전달된다. 따라서, 제2밸브(450)가 이상에 의해서 대략 2-3초 정도 지연되어 닫히더라도, 제1밸브(410)가 4-5초 정도 지연되어 열리므로 백 스트림 현상이 발생하는 것이 방지될 수 있다.
지연 밸브(610, 650)의 밸브 손잡이를 돌려 에어 라인(610, 650)으로 유입되는 에어의 유입량을 조절함으로써, 상기한 바와 같은 밸브 열림의 지연 시간을 조절할 수 있다. 따라서, 이러한 지연 밸브(610, 650)는 유량을 조절하는 밸브일 수 있다. 이때, 제1밸브(410) 또는/ 및 제2밸브(450)가 열리는 작용은 에어의 공급 시(즉, 에어의 인풋 신호 시)에 이루어지는 것이 상기한 지연 시간을 인위적으로 인가하는 데 바람직하다. 이와 같이 지연 시간을 인위적으로 조절한 밸브들(410, 450) 동작은 도 3의 타이밍도에 예시된 바와 같다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
상술한 본 발명에 따르면, 밸브들 중의 어느 하나의 닫힘 지연에 의해서 진공 백 스트림이 발생하여 진공 펌프들, 특히, 터보 펌프 또는 크라이요 펌프 등에 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 터보 펌프 또는 크라이요 펌프 등의 사용 수명을 연장하는 것을 기대할 수 있고, 특히, 크라이요 펌프의 온도 증가에 의한 전체 반도체 소자 제조 장비의 가동 중단이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (4)

  1. 제1진공 챔버;
    제2진공 챔버;
    상기 제1진공 챔버에 연결되는 제1진공 펌프;
    상기 제2진공 챔버에 연결되는 제2진공 펌프;
    상기 제1진공 펌프 및 제2진공 펌프의 배후에서 취합되게 연결되는 제3진공 펌프;
    상기 제1진공 펌프와 상기 제3진공 펌프 사이의 배관 경로 중에 단속을 위해 설치되는 제1밸브;
    상기 제2진공 펌프와 상기 제3진공 펌프 사이의 배관 경로 중에 단속을 위해설치되는 제2밸브;
    상기 제1밸브의 구동을 위한 에어 신호를 제공하는 제1에어 라인;
    상기 제2밸브의 구동을 위한 에어 신호를 제공하는 제2에어 라인;
    상기 제1에어 라인 중에 설치되어 상기 에어 신호에 의한 상기 제1밸브의 구동이 지연되도록 유도하는 제1지연 밸브; 및
    상기 제2에어 라인 중에 설치되어 상기 에어 신호에 의한 상기 제2밸브의 구동이 지연되도록 유도하는 제2지연 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장비의 진공 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1지연 밸브 및 상기 제2지연 밸브는 상기 에어 라인을 통한 에어의 유입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장비의 진공 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    제1지연 밸브 및 상기 제2지연 밸브 각각은 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브 각각의 열리는 동작의 지연을 유도하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장비의 진공 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    제1진공 펌프 또는 제2진공 펌프는 터보 펌프(turbo pump)이고
    상기 제3진공 펌프는 크라이요 펌프(cryogenic pump) 또는 확산 펌프(diffusion pump)인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장비의 진공 시스템.
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