KR20050097362A - 반도체 챔버의 기밀유지장치 및 기밀유지방법 - Google Patents

반도체 챔버의 기밀유지장치 및 기밀유지방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 챔버의 기밀유지장치 및 기밀유지방법에 관한 것으로, 반도체 소자를 제조하기 위한 개별 공정이 진행되는 챔버의 내부를 밀폐시켜, 챔버 내부로 외부에서 물질이 유입되거나 챔버 내부에서 외부로 물질이 유출되는 것을 안정적으로 차단하여, 반도체 제조를 위한 전체 시스템을 안전하게 운영하고 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 반도체 공정이 진행되는 챔버를 개폐하는 챔버도어, 상기 챔버도어의 가장자리에 다수개로 삽입설치되는 오링, 상기 다수개의 오링 사이의 공간에 형성되는 진공부, 상기 진공부를 진공 상태로 만들어주는 진공발생기, 상기 진공부와 진공발생기를 연결하는 진공라인으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 챔버의 기밀유지장치 및 기밀유지방법 { Sealing Device for semiconductor chamber and method thereof }
본 발명은 반도체 챔버의 기밀유지장치 및 기밀유지방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 소자를 제조하기 위한 개별 공정이 진행되는 챔버에 있어서, 해당 공정이 원활하게 진행될 수 있도록 챔버 내부를 밀폐시키고 챔버로 외부에서 물질이 유입되거나 챔버 내부에서 외부로 물질이 유출되는 것을 차단할 수 있도록 하는 반도체 챔버의 기밀유지장치 및 기밀유지방법에 관한 것이다.
현대 사회에는 라디오, 컴퓨터, 텔레비젼 등의 각종 전자 제품이 매우 다양하게 사용되고 있으며, 상기 전자 제품에는 필수적으로 다이오우드, 트랜지스터, 사이리스터등의 반도체 소자가 포함된다. 위와 같이 현대 사회의 필수품인 반도체 소자는, 산화실리콘(모래)에서 고순도의 실리콘을 추출한 것을 단결정으로 성장시키고 이를 원판 모양으로 잘라서 웨이퍼를 만드는 과정, 상기 웨이퍼의 전체 표면에 막을 형성하고 필요한 부분을 제거하여 일정한 패턴을 형성하는 과정, 형성된 패턴에 따라 불순물 이온을 도핑하고 금속배선을 통하여 최초 설계된 회로를 구현하며 필요한 소자로 만들기 위한 패키지 공정등이 포함된 일련의 웨이퍼 가공 과정을 통하여 제조된다.
위와 같은 반도체 제조 공정 중, 일부 공정은 필요한 장치가 구비된 챔버내에서 진행된다. 가령, 웨이퍼의 특정 부분 물질을 화학 반응을 통해 제거해 내는 식각(etching)공정이나, 화학 반응을 이용하여 웨이퍼상에 박막을 형성하는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)공정, 실리콘 단결정으로 된 웨이퍼의 특정한 영역에 전기전도특성을 부여하기 위하여 불순물을 첨가하는 이온주입공정 등은 모두 챔버내에서 진행된다.
챔버내에서 진행되는 공정의 개략적인 절차는 대체로 유사하여, 챔버도어가 열려 공정 대상의 웨이퍼가 반입되어 챔버내에 구비되는 웨이퍼척에 고정되고 챔버도어가 닫혀서 챔버를 밀폐시키면, 웨이퍼에 해당 공정이 진행되며 이 때 공정에 따라서는 공정가스가 상기 챔버로 유입되어 웨이퍼와 반응하기도 한다. 한편 공정이 완료된 후에는 챔버로부터 공정가스가 배출되고 챔버도어가 열려 웨이퍼가 반출된다. 이 때 반출된 웨이퍼는 후속 공정을 위한 장치로 이송되며 동시에 새로운 웨이퍼가 반입되는 과정이 반복된다.
그런데 반도체 소자는 대단히 정밀한 제품이므로, 제조 공정 중에 부가될 수 있는 미세한 이물질에 의해서도 제품의 성능과 동작에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 각 공정이 진행되는 챔버는 외부 이물질이 유입되지 않도록 적절하게 밀폐되어 있어야 하며, 특히 일부 공정은 진공하에서 이루어지므로 외부의 공기가 챔버 내부로 유입되지 않도록 차단해야 한다. 아울러 공정 중에 사용되는 공정가스를 비롯하여 챔버내에서 사용되는 물질은 인체에 유해한 성분을 포함한 것도 있으므로, 챔버 내부의 물질이 외부로 유출되는 것도 방지해야 한다.
도 1은 종래 반도체 제조 공정이 이루어지는 챔버를 개략적으로 도시한 도면으로, 도면을 참조하여 챔버내의 기밀을 유지하기 위한 종래 기술을 살펴본다.
도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(1)는 챔버도어(10)가 구비되고, 상기 챔버도어(10)는 모터(20)에서 동력을 전달하는 구동축(21)에 연결되며, 또한 상기 챔버도어(10)에는 오링(11)이 삽입설치된다. 상기 챔버도어(10)는 챔버(1)와 일체로 형성되지 않으므로, 챔버(1)내의 기밀을 유지하는데에는 상기 챔버(1)와 챔버도어(10)가 접촉하는 부분에서 이물질이 유입되거나 유출되지 않도록 하는 것이 관건이다.
종래에는, 상기 모터(20)에서 발생되는 기계적인 힘을 구동축(21)을 매개로 챔버도어(10)에 전달함으로써 챔버도어(10)를 챔버(1)에 강하게 밀착시키는 작용과, 챔버(1)와 챔버도어(10)가 접촉하는 부분에서의 오링(11)의 실링(sealing) 작용을 통하여 이물질이 통과할 수 없도록 하였다.
그러나 상기한 종래 기술에 의하면, 오링이나 기계적인 힘만으로는 챔버의 기밀을 유지하는데 한계가 있으며, 또한 오링이나 동력전달수단에 이상이 발생하더라도 이를 감지할 수 있는 방법이 없다. 따라서 챔버의 밀폐상태에 문제가 발생하더라도 이를 직접적으로 확인할 수 없어 그대로 후속 공정이 진행되고 챔버내로 유입된 이물질에 의하여 품질이 저하된 웨이퍼 및 반도체 소자가 제조될 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 발명된 것으로, 챔버와 챔버도어가 접하는 부분에 저압을 형성하여 종래 기술에 비하여 보다 확실하게 챔버의 실링을 유지할 수 있으며, 아울러 상기 저압이 형성된 부분의 압력을 측정함으로써 챔버의 밀폐상태를 확인할 수 있어 동작 중 문제가 발생된 경우에도 바로 조처할 수 있는 반도체 챔버의 기밀유지장치 및 기밀유지방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명 반도체 챔버의 기밀유지장치는, 반도체 공정이 진행되는 챔버를 개폐하는 챔버도어, 상기 챔버도어의 가장자리에 다수개로 삽입설치되는 오링, 상기 다수개의 오링 사이의 공간에 형성되는 진공부, 상기 진공부를 진공 상태로 만들어주는 진공발생기, 상기 진공부와 진공발생기를 연결하는 진공라인으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명 반도체 챔버의 기밀유지방법은, 반도체 공정이 진행되는 챔버와 이를 개폐하는 챔버도어 및 상기 챔버도어의 가장자리에 설치되는 오링을 통하여 상기 챔버와 챔버도어의 접촉되는 부분이 오링으로 밀폐되는 것으로 이루어지는 반도체 챔버의 기밀유지방법에 있어서, 상기 챔버도어에 오링을 추가로 설치하고 다수개의 오링 사이에 형성되는 공간이 진공을 유지하도록 함으로써 챔버 외부에서 유입되거나 챔버 내부에서 유출되는 물질이 진공이 형성되는 공간으로 수집되도록 하여, 상기 챔버로 물질이 유입되거나 챔버에서 물질이 유출되는 것을 차단하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 구성 및 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 작동원리를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 도 1에 도시된 종래 챔버(1)와 마찬가지로 챔버도어(10), 구동축(21), 모터(20)가 구비되며, 이들은 종래와 동일하게 작동된다.
본 발명에 있어서 개선된 부분을 살펴보면, 먼저 종래 챔버(1)와 챔버도어(10)간에 실링을 담당하였던 오링(11,12)이 2개 사용된다는 점이며, 이는 단순히 챔버(1)의 실링을 보강하기 위하여 개수를 증가시킨 것이 아니고 오링(11,12) 사이의 공간을 활용하기 위함이다. 상기 오링(11,12)의 개수는 2개 이상의 다수개를 사용할 수 있으며, 이하에서는 2개의 오링(11,12)이 사용된 경우를 일례로 구체적인 작동 과정을 살펴본다.
종래 기술에 의한 챔버(1)에 있어서는, 가령 오링(11,12)이나 모터(20) 등에 이상이 발생되어 챔버(1)와 챔버도어(10)가 접촉되는 부분의 실링이 약화되고 미세한 틈이 생기는 경우에는, 이러한 틈을 경유하여 챔버(1) 외부의 물질이 유입되거나 챔버(1) 내부의 물질이 유출될 수 있다. 그러나 본 발명에 의하면 상기 오링(11,12) 사이의 공간에 진공이거나 극히 낮은 압력의 저압 상태가 유지되는 진공부(30)를 형성한다. 위와 같이 진공부(30)가 형성되면, 외부에서 유입되거나 외부로 유출되는 물질이 진공부(30)와의 압력차이로 인하여 진공부(30)로 수집될 수 있으므로 챔버(1) 내부의 기밀이 보장되는 것이다. 상기 진공부(30)를 진공 상태로 만들어주기 위해서는 별도의 진공발생기(60)가 사용되며, 상기 진공부(30)와 진공발생기(60)는 진공라인(40)으로 연결되어 상기 진공발생기(60)가 작동되면 진공부(30)의 유체가 진공라인(40)을 따라 이동하면서 진공부(30)에는 저압 상태가 형성된다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
상기 진공부(30)는 이물질이 수집되는 장소이므로, 이물질이 효과적으로 수집되어 보다 안정적으로 챔버(1)의 기밀이 유지되기 위해서는 진공부(30)의 공간이 확장되는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 가령, 상기 2개의 오링(11,12) 사이 공간에 홈(15)을 형성하거나 상기 2개의 오링(11,12)이 삽입되는 부분만을 돌출시키는 등의 방법을 고려할 수 있으며, 도 3(a)에는 전자의 방법이 구현되어 있다.
도 3(b)를 참조하면, 진공라인(40) 상에 압력게이지(50)가 설치되어 진공부(30)의 압력을 감지한다. 진공부(30)의 압력은, 진공부(30)가 저압 상태를 유지하여 이물질의 유입이나 유출을 차단하도록 적절하게 동작되는지 여부를 판단하는 기준이 될 수 있고, 또한 오링(11,12)이나 챔버(1)와 챔버도어(10)간의 접촉부에 문제가 발생하는 경우 진공부(30)의 압력에 영향을 미치므로 오링(11,12) 등에 이상이 발생했는지 여부를 판단하는 기준이 될 수 있다.
따라서 진공부(30)의 압력을 측정하여 최초 세팅되어 설정된 압력을 초과하는 것으로 감지된 경우에는 챔버(1)의 밀폐상태에 이상이 있는 것으로 외부에 표시하여 시스템 운영자에게 알리고 필요한 조처를 취하도록 할 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면 챔버(1)의 밀폐상태를 직접적으로 감지할 수 있는 수단이 구비되며, 이를 통하여 문제가 발생되는 경우 즉각적으로 대응할 수 있다.
상기 진공부(30)를 저압 상태로 만들기 위해 사용되는 진공발생기(60)는 다양한 방법으로 구현될 수 있으며, 일례로 도 3(c)와 같이 베르누이 정리를 응용하거나 또는 도 3 (d)와 같이 진공펌프(62)를 사용할 수 있다.
일반적으로 베르누이 정리(Bernoulli's theorem)란 개방시스템에 적용되는 열역학 제1법칙에서 유도되는 원리이다. 즉, 열역학 제1법칙에 의하면, 에너지는 위치에너지, 운동에너지, 내부에너지 등 다양한 형태로 존재하지만 각각의 에너지 총합은 항상 일정하게 유지된다. 이를 유체의 출입이 이루어지는 개방시스템에 적용하면, 내부에너지와 유체의 유동에 따른 압력부피일(PV work)의 합인 엔탈피(P), 운동에너지(½ρv²), 위치에너지(ρΩ)의 합이 일정하게 유지되는 베르누이의 정리가 유도된다. 따라서 만약 위치의 차이가 없어서 위치에너지를 무시할 수 있다면 엔탈피와 운동에너지의 합이 일정하게 유지되므로, 유속이 증가하여 운동에너지가 증가하면 엔탈피가 감소해야 하므로 압력이 감소되고, 이와 반대로 유속이 감소하면 압력이 증가된다.
도 3(c)를 참조하면, 일측 끝단이 진공부(30)에 연결되는 진공라인(40)의 반대측은 고속의 유체가 통과하는 관(61)에 연결된다. 베르누이의 정리에 따라 고속의 유체가 통과하면 압력이 감소되므로 상기 고속의 유체가 통과하는 관(61)은 저압 상태가 되어, 진공부(30)의 유체가 진공라인(40)을 상기 관으로(61) 이동하면서 최종적으로는 진공부(30)에 저압 상태가 형성되는 것이다.
한편 도 3(d)에 도시된 것과 같이, 진공 상태를 만들기 위해서 단순히 진공펌프(62)를 사용할 수도 있으며, 이외에도 다양한 방법을 사용하여 진공부(30)를 형성할 수 있다.
이상 본 발명의 반도체 챔버의 기밀유지장치에 대한 기술사상을 예시도면에 의거하여 살펴보았지만, 본 발명은 특정한 장치에 한정되지 않고, 특정 장비와 장비를 개폐하는 도어가 접촉되는 부분에 진공이 형성되도록 함으로서 장비내의 기밀을 유지할 수 있는 일반적인 방법에 관한 기술사상으로서 확장되어, 해당 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양하게 변형하거나 모방하여 사용할 수 있음은 자명하다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명 반도체 챔버의 기밀유지장치 및 기밀유지방법에 의하면, 반도체 소자를 제조하기 위한 개별 공정이 진행되는 챔버를 완전하게 밀폐시켜 챔버 내부를 순수한 상태로 유지하고 챔버 내부의 물질이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있으며, 아울러 챔버의 밀폐상태를 파악하여 외부에 표시할 수 있으므로 문제가 발생하더라도 즉각적으로 조처할 수 있으므로, 시스템을 안전하게 운영하고 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 반도체 제조 공정이 이루어지는 챔버를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 작동원리를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
♧도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♧
1 -- 챔버 10 -- 챔버도어
11,12 -- 오링 20 -- 모터
21 -- 구동축 30 -- 진공부
40 -- 진공라인 50 -- 압력게이지
60 -- 진공발생기 61 -- 고속의 유체가 통과하는 관
62 -- 진공펌프

Claims (7)

  1. 반도체 공정이 진행되는 챔버를 개폐하는 챔버도어, 상기 챔버도어의 가장자리에 다수개로 삽입설치되는 오링, 상기 다수개의 오링 사이의 공간에 형성되는 진공부, 상기 진공부를 진공 상태로 만들어주는 진공발생기, 상기 진공부와 진공발생기를 연결하는 진공라인으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 챔버의 기밀유지장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다수개의 오링 사이 공간에 홈을 형성하거나 상기 다수개의 오링이 삽입되는 부분만을 돌출시킴으로써 상기 진공부의 공간을 확장시킨 것을 특징으로 하는 반도체 챔버의 기밀유지장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 진공라인에는 상기 진공부의 압력을 감지할 수 있도록 압력게이지가 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 챔버의 기밀유지장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공발생기는 베르누이 정리가 적용되어 고속의 유체가 통과하는 관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 챔버의 기밀유지장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공발생기는 진공펌프인 것을 특징으로 하는 반도체 챔버의 기밀유지장치.
  6. 반도체 공정이 진행되는 챔버와 이를 개폐하는 챔버도어 및 상기 챔버도어의 가장자리에 설치되는 오링을 통하여 상기 챔버와 챔버도어의 접촉되는 부분이 오링으로 밀폐되는 것으로 이루어지는 반도체 챔버의 기밀유지방법에 있어서,
    상기 챔버도어에 오링을 추가로 설치하고 다수개의 오링 사이에 형성되는 공간이 진공을 유지하도록 함으로써 챔버 외부에서 유입되거나 챔버 내부에서 유출되는 물질이 진공이 형성되는 공간으로 수집되도록 하여, 상기 챔버로 물질이 유입되거나 챔버에서 물질이 유출되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 반도체 챔버의 기밀유지방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 진공이 유지되는 공간의 압력을 측정하여 설정된 압력을 초과하는 것으로 감지된 경우에는 이를 외부에 경고하는 것을 특징으로 하는 반도체 챔버의 기밀유지방법.
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