KR20050097381A - 배기 가스 처리 시스템 - Google Patents

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KR20050097381A KR1020040022771A KR20040022771A KR20050097381A KR 20050097381 A KR20050097381 A KR 20050097381A KR 1020040022771 A KR1020040022771 A KR 1020040022771A KR 20040022771 A KR20040022771 A KR 20040022771A KR 20050097381 A KR20050097381 A KR 20050097381A
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조경옥
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Abstract

반도체 소자 제조 공정 중 발생하는 배기 가스를 배출하기 위한 배기 가스 처리 시스템이 개시되어 있다. 상기 배기 가스 처리 시스템은 공정 챔버와 가스 스크러버를 연결되는 주 배기 라인, 상기 주 배기 라인 상에 연결되는 진공 펌프, 상기 공정 챔버와 진공 펌프 사이의 주 배기 라인 상에 구비되는 메인 밸브, 상기 메인 밸브와 상기 진공 챔버 사이의 주 배기 라인 상에 구비되는 컨트롤 밸브 유닛 및 상기 컨트롤 밸브 유닛으로부터 분기되어 상기 가스 스크러버와 연결되는 바이패스 라인을 포함한다. 상기 컨트롤 밸브 유닛은 상기 진공 펌프의 작동이 정지됨과 동시에 1초 이내에 상기 주 배기 라인을 차단한다. 또한 상기 컨트롤 밸브 유닛은 펌핑 작용을 통해 상기 배기 가스를 상기 바이패스 라인을 통해 배출한다.

Description

배기 가스 처리 시스템{System for treating exhaust gas}
본 발명은 반도체 장치를 제조하기 위한 가공 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 제조 공정 중에 발생하는 배기 가스를 외부로 배출하기 위한 배기 가스 처리 시스템에 관한 것이다.
근래에 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체가 널리 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능적인 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이에 따라, 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.
상기 반도체 장치는 일반적으로 막 형성, 패턴 형성, 금속 배선 형성 등을 위한 일련의 단위 공정들을 순차적으로 수행함으로서 제조된다. 상기 단위 공정들의 수행에서는 상기 단위 공정들의 공정 조건에 적합한 제조 장치가 사용된다.
상기 공정들은 반도체 장치의 품질 및 수율 향상을 위해 압력 및 온도 등 공정 분위기의 정밀한 제어가 필수적인 요구 조건으로 대두되고 있다.
일반적으로, 반도체 장치를 제조하기 위한 반도체 기판의 가공 공정들은 다양한 공정 가스들을 사용한다. 대표적으로 여러 가지 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 및 건식식각 공정에서 포스핀(PH3), 실란(SiH4), 디클로로 실란(SiH2Cl2), 암모니아(NH3) 및 산화질소(N2O) 등의 가스를 사용한다. 상기 공정들은 반도체 기판이 공기와 반응하지 않도록 하기 위해 대기압에 비해 매우 낮은 진공 상태에서 수행된다.
상기 공정들이 시작될 때 공정 챔버로 공정 가스들이 투입되면, 상기 공정 챔버의 내부는 일시적으로 압력이 상승된다. 따라서 상승된 상기 압력을 공정 조건으로 유지하기 위해 공정이 진행되는 동안 계속해서 펌프 시스템이 가동되어야 하고, 공정이 진행되는 동안 발생하는 미반응 가스 및 반응 부산물의 배출도 펌프 시스템에 의해 이루어진다.
상기 펌프 시스템은 공정 장치들에 따라 다양한 방식이 있으며, 진공 라인 등에는 다양한 밸브들이 장착되어 공정 조건을 제어한다.
저압을 이용한 화학 기상 증착 장치나 건식 식각 장치에서는 저진공 펌프를이용하여 소정의 공정이 종료된후 상기 공정 챔버 내부에 잔류하는 공정 가스가 배출한다.
도 1은 종형로의 종래 기술에 따른 배기 가스 처리 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 배기 가스 처리 시스템은 공정 챔버(10)와 연결되는 진공 라인(20), 진공 라인(20) 중에 설치되는 메인 밸브(30) 및 진공 라인(20)을 통해 공정 챔버(10)와 연결되는 진공 펌프(40)를 포함한다. 진공 펌프(40)는 베인 펌프(42)와 드라이 펌프(44)를 포함한다.
진공 펌프(40)가 정상적으로 작동하는 경우에는 메인 밸브(30)가 개방되어 공정 챔버(10) 내의 압력이 일정하게 유지되도록 조절된다. 진공 펌프(40)에 이상이 발생하여 작동이 정지되는 경우에는 메인 밸브(30)가 닫히면서 공정 챔버(10) 내부의 미반응 가스나 배기 가스 등이 외부로 배출되지 못하게 된다.
그러나 메인 밸브(30)는 진공 펌프(40)의 작동이 정지되고 난 후 약 3초 정도가 지난 후에 닫히게 된다. 상기와 같이 진공 펌프(40), 특히 드라이 펌프(44)의 로터(rotor)의 회전이 먼저 멈추게 되므로 공정 챔버(10) 내의 압력이 상승하고 진공 라인(20)의 내벽에 흡착되어 있던 파티클이 역류하게 된다. 따라서 공정 챔버(10) 내부의 웨이퍼에 파티클이 흡착되거나 이상 반응으로 인해 상기 웨이퍼가 데미지를 입게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 상기 공정 챔버 내부의 상기 미반응 가스 및 상기 반응 부산물을 상기 배기 라인을 통하여 외부로 배기하며, 상기 배기 라인 내부의 상기 반응 부산물의 역류를 방지하기 위한 배기 가스 처리 시스템을 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 소자 제조 공정이 수행되는 공정 챔버와 상기 공정을 수행하는 도중에 발생되는 배기 가스를 처리하기 위한 가스 스크러버 시스템 사이를 연결하며, 상기 배기 가스를 배출시키기 위한 주 배기 라인과, 상기 주 배기 라인을 통해 상기 배기 가스가 배출되도록 상기 주 배기 라인에 진공력을 제공하기 위한 진공 펌프와, 상기 주 배기 라인 상에 구비되며, 상기 주 배기 라인을 개폐하기 위한 메인 밸브 및 상기 메인 밸브와 진공 펌프 사이의 주 배기 라인 상에 구비되고, 상기 진공 펌프의 작동 전류를 감지하여 상기 진공 펌프의 이상 발생이 감지되면 상기 주 배기 라인을 차단하는 컨트롤 밸브 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 시스템을 제공한다.
상기 배기 가스 처리 시스템은 상기 컨트롤 밸브 유닛으로부터 분기되어 상기 가스 스크러버와 연결되며, 상기 컨트롤 밸브 유닛이 상기 주 배기 라인을 차단하는 경우 상기 배기 가스를 우회시키기 위한 바이패스 라인을 더 구비한다.
상기 컨트롤 밸브 유닛은 상기 진공 펌프의 이상 감지시 상기 주 배기 라인을 차단하기 위한 컨트롤 밸브 및 상기 컨트롤 밸브 일측에 구비되며, 펌핑 작용에 의해 상기 배기 가스를 상기 바이패스 라인을 통해 배출하기 위한 보조 펌프를 포함한다. 또한 상기 상기 진공 펌프는 부스터 펌프 및 드라이 펌프를 포함하여 구성된다.
상기 컨트롤 밸브 유닛은 1초 이내에 상기 진공 펌프의 이상을 감지하고 상기 주 배기 라인을 차단한다.
상기 메인 밸브는 상기 컨트롤 밸브 유닛에 의해 주 배기 라인이 차단되더라도 개방된 상태를 유지한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템은 상기 컨트롤 밸브 유닛이 상기 진공 펌프의 이상으로 작동 전류가 상승하면서 발생하는 신호를 수용하여 상기 진공 펌프의 작동이 멈추기 전에 상기 주 배기 라인을 차단한다. 또한 상기 컨트롤 밸브 유닛은 자체적인 펌핑 작용으로 상기 바이패스 라인을 통하여 상기 배기 가스를 배출한다. 따라서 상기 진공 펌프가 작동을 멈추더라도 상기 주 배기 라인은 즉시 차단되고 상기 배기 가스는 상기 바이패스 라인을 통해 배출된다. 그러므로 상기 배기 가스의 역류로 인한 파티클 발생이 방지되고 상기 공정 챔버 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기 가스 처리 시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 배기 가스 처리 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 배기 가스 처리 시스템은 크게 주 배기 라인(120), 메인 밸브(130), 진공 펌프(140), 컨트롤 밸브 유닛(170) 및 바이패스 라인(180)을 포함한다.
공정 챔버(110)는 우선 종형 확산로 및 건식 식각 장치 등과 같이 내부가 저압을 유지한 상태에서 소정의 반도체 소자 제조 공정이 진행된다. 공정 챔버(110)로는 여러 가지 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 및 건식식각 공정에서 포스핀(PH3), 실란(SiH4), 디클로로 실란(SiH2Cl2), 암모니아(NH 3) 및 산화질소(N2O) 등의 공정 가스가 주입된다. 상기 공정 가스는 공정 챔버(110) 내에서 서로 혼합되어 공정에 사용된 후 잔류 가스 형태로 남아 외부로 배출되는데 이 가스가 배기 가스이다.
공정 챔버(110)의 내부에는 압력 스위치(112)가 구비된다. 압력 스위치(112)는 공정 챔버(110) 내부의 대기압 및 과압(over pressure)을 조절한다.
주 배기 라인(120)은 일단은 공정 챔버(110)와 연결되고 타단은 가스 스크러버(190)와 연결된다. 가스 스크러버(190)는 상기 배기 가스를 처리하기 위한 것으로, 특히 이중 드라이 스크러버는 할로겐족 화합물을 주로 사용하는 공정에서 많이 사용된다. 공정 챔버(110)의 배기 가스는 주 배기 라인(120)을 통해 외부로 배출된다.
진공 펌프(140)는 가스 스크러버(190)와 인접한 부위의 주 배기 라인(120) 상에 설치된다. 진공 펌프(140)는 주 배기 라인(120)에 진공력을 제공하여 주 배기 라인(120)을 통해 배기 가스를 배출한다. 진공 펌프(140)는 부스터 펌프(142)와 드라이 펌프(144)로 구성된다. 드라이 펌프(144)는 오일 및 물을 사용하는 습식 펌프와 달리 펌프 내에 오일의 공급없이 구동되는 진공펌프로서 오일미스트가 발생되지 않는다. 따라서 드라이 펌프(142)는 배기가스로 인한 오염발생이 없고, 반도체 소자 제조 공정과 같은 쾌적한 환경을 요하는 곳에서 사용하기 적합한 펌프이다. 또한 드라이 펌프(142)는 마찰이 동반되지 않으므로 보다 폭넓은 압력범위를 요하는 진공성형 장비에서도 유용하게 사용할 수 있다. 부스터 펌프(142)는 드라이 펌프(144)의 부족한 마력을 보충하여 진공 펌프(140)의 진공력을 높인다.
제1 피라니 게이지(pirani gauge, 122) 및 바라트론 센서(baratron sensor, 124)는 공정 챔버(110)와 인접한 부위의 주 배기 라인(120) 상에 각각 차례로 설치된다. 제1 피라니 게이지(122)는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)를 이용하여 진공도를 측정하기 위한 진공 게이지이다. 제1 피라니 게이지(122)는 기체의 열전도율이 저압하에서는 거의 진공도(잔류기체의 압력)에 비례하는 것을 이용한 것이다. 바라트론 센서(124)는 주 배기 라인(120)의 내부 압력을 측정한다.
메인 밸브(130)는 주 배기 라인(120)의 중앙 부위에 위치하고, 일반적인 경우 상황에 따라 주 배기 라인(120)을 개방 및 차단한다. 메인 밸브(130)는 에어의 공급하거나 또는 차단함으로써 개폐된다. 또한 메인 밸브(130)는 진공 펌프(140)를 이용하여 공정 챔버(110)를 빠르게 진공 상태로 만들 때 사용된다.
서브 밸브(132)는 메인 밸브(130)의 앞쪽 부위의 주 배기 라인(120)으로부터 분기되어 메인 밸브(130)의 뒤쪽 부위의 주 배기 라인(120)과 다시 연통되는 서브 라인 상에 위치한다. 상기 서브 라인의 직경은 주 배기 라인(120)의 직경보다 작은 것이 바람직하다. 서브 밸브(132)는 진공 펌프(140)를 이용하여 공정 챔버(110)를 서서히 진공 상태로 만들 때 사용된다.
바이 패스 라인(180)은 메인 밸브(130)와 진공 펌프(140) 사이에 위치한 주 배기 라인(120)으로부터 분기되어 진공 펌프(140)와 가스 스크러버(190) 사이에 위치한 주 배기 라인(120)과 다시 연통되도록 구비된다. 바이 패스 라인(180)은 진공 펌프(140)의 이상으로 인하여 주 배기 라인(120)을 통하여 상기 배기 가스를 배출할 수 없을 경우에 사용된다.
컨트롤 밸브 유닛(170)은 주 배기 라인(120)으로부터 바이 패스 라인(180)이 분기되는 부위에 구비된다. 컨트롤 밸브 유닛(170)은 컨트롤 밸브(172) 및 보조 펌프(174)를 포함한다. 컨트롤 밸브(172)는 진공 펌프(140)와 전기적으로 연결된다. 진공 펌프(140)에 이상이 발생하게 되면 작동 전류(current)가 높아지다가 결국 진공 펌프(140)가 작동을 멈추게 된다. 컨트롤 밸브(172)는 진공 펌프(140)의 작동 전류를 감지하여 상기 작동 전류가 일정 기준 이상으로 상승하면 진공 펌프(140)가 작동을 멈추기 전에 주 배기 라인(120)을 차단한다. 컨트롤 밸브(172)는 주 배기 라인(120)을 차단함과 동시에 바이 패스 라인(180)을 개방한다. 컨트롤 밸브(172)가 진공 펌프(140)의 이상 신호를 감지하고 상기 이상 신호에 따라 주 배기 라인(120)을 차단하는데 걸리는 시간은 1초 이내이다.
컨트롤 밸브 유닛(170)의 보조 펌프(174)는 주 배기 라인(120)을 차단함으로써 주 배기 라인(120)을 통해 배출되던 배기 가스가 역류하는 것을 방지하기 위해 펌핑 기능을 한다. 따라서 보조 펌프(174)는 펌핑 작용을 통해 주 배기 라인(120)을 통해 배출되지 못하는 상기 배기 가스를 바이패스 라인(180)을 통해 외부로 배출한다.
한편 도시되지는 않았지만 진공 펌프(140)는 제어부(미도시)와 연결되며, 상기 제어부는 진공 펌프(140)의 작동 전류가 급격하게 상승하는 진공 펌프(140)의 이상 신호를 감지하면 공정 챔버(110)로 공급되는 공정 가스의 공급을 차단한다.
압력 조절 장치(160)는 메인 밸브(130)와 컨트롤 밸브 유닛(170) 사이의 주 배기 라인(120) 상에 위치한다. 압력 조절 장치(160)는 공정 챔버(110)의 공정 압력을 자동으로 조절한다.
제2 피라니 게이지(126)는 컨트롤 밸브 유닛(170)과 진공 펌프(140) 사이의 주 배기 라인(126) 상에 구비된다. 제2 피라니 게이지(126)는 제1 피라니 게이지(122)와 마찬가지로 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)를 이용하여 진공도를 측정하기 위한 진공 게이지이다.
상기 배기 가스 처리 장치의 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.
우선 공정 챔버(110) 내에서 상기 공정 가스를 주입하여 소정의 공정을 진행한다. 상기 공정 중 발생하는 반응 부산물이나 잔류 가스 등의 배기 가스가 발생한다. 진공 펌프(140)가 제공하는 진공력에 의해 상기 배기 가스는 주 배기 라인(120)을 통해 배출된다. 상기 배기 가스는 가스 스크러버(190)를 지나 외부로 배출된다. 즉 진공 펌프(140)가 정상적으로 작동하는 경우, 상기 배기 가스는 제1 배기 경로(200)를 통해 배출된다. 이때 컨트롤 밸브 유닛(170)은 주 배기 라인(120)을 개방하고 바이 패스 라인(180)을 차단한 상태이다.
진공 펌프(140)를 장기간 사용하면 진공 펌프(140)에 이상이 생기고, 이에 따라 작동을 멈추는 경우가 발생한다. 진공 펌프(140)에 이상이 발생하면 진공 펌프(140)의 작동 전류가 상승한다. 컨트롤 밸브 유닛(170)은 진공 펌프(140)의 작동 전류를 감지하여 진공 펌프(140)의 작동 전류가 일정 기준 이상으로 상승하면 진공 펌프(140)의 작동이 정지되기 전에 컨트롤 밸브 유닛(170)을 이용하여 주 배기 라인(120)을 차단한다. 컨트롤 밸브 유닛(170)이 진공 펌프(140)의 작동 전류 이상을 감지하고 주 배기 라인(120)을 차단하는데 걸리는 시간은 1초 이내이다.
컨트롤 밸브 유닛(170)은 주 배기 라인(130)을 차단함과 동시에 바이패스 라인(180)을 개방한다. 그리고 컨트롤 밸브 유닛(170)은 자체적인 펌핑 작용으로 상기 배기 가스를 바이패스 라인(180)을 통해 배출한다. 즉 진공 펌프(140)의 작동이 정지되는 경우, 상기 배기 가스는 제2 배기 경로(210)를 따라 외부로 배출된다.
따라서 진공 펌프(140)의 작동 불량에 따른 상기 배기 가스의 역류 및 파티클 발생을 방지한다.
이때 메인 밸브(130)는 컨트롤 밸브 유닛(170)에 의해 주 배기 라인(120)이 차단되더라도 주 배기 라인(120) 내에 존재하는 배기 가스가 바이패스 라인(180)을 통하여 배출될 수 있도록 개방된 상태를 유지한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기 가스 처리 시스템은 컨트롤 밸브 유닛을 이용하여 진공 펌프의 이상을 빠르게 감지하여 주 배기 라인을 차단한다. 또한 상기 배기 가스 처리 시스템은 상기 주 배기 라인을 차단으로 인한 상기 컨트롤 밸브 유닛의 펌핑 작용으로 바이패스 라인을 통하여 배기 가스를 배출할 수 있다. 따라서 상기 진공 펌프의 작동 중단으로 인한 상기 배기 가스의 역류를 차단할 수 있고, 이에 따라 공정 챔버의 압력 상승 및 상기 배기 가스의 역류에 따른 파티클 발생을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 배기 가스 처리 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 배기 가스 처리 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 공정 챔버 112 : 압력 스위치
120 : 주 배기 라인 122 : 제1 피라니 게이지
124 : 바라트론 센서 126 : 제2 피라니 게이지
130 : 메인 밸브 132 : 서브 밸브
140 : 펌프 142 : 부스터 펌프
144 : 드라이 펌프 160 : 압력 조절 장치
170 : 컨트롤 밸브 유닛 172 : 컨트롤 밸브
174 : 보조 펌프 180 : 바이패스 라인
190 : 가스 스크러버 200 : 제1 배기 경로
210 : 제2 배기 경로

Claims (6)

  1. 반도체 소자 제조 공정이 수행되는 공정 챔버와 상기 공정을 수행하는 도중에 발생되는 배기 가스를 처리하기 위한 가스 스크러버 시스템 사이를 연결하며, 상기 배기 가스를 배출시키기 위한 주 배기 라인;
    상기 주 배기 라인을 통해 상기 배기 가스가 배출되도록 상기 주 배기 라인에 진공력을 제공하기 위한 진공 펌프;
    상기 주 배기 라인 상에 구비되며, 상기 주 배기 라인을 개폐하기 위한 메인 밸브; 및
    상기 메인 밸브와 진공 펌프 사이의 주 배기 라인 상에 구비되고, 상기 진공 펌프의 작동 전류를 감지하여 상기 진공 펌프의 이상 발생이 감지되면 상기 주 배기 라인을 차단하는 컨트롤 밸브 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤 밸브 유닛으로부터 분기되어 상기 가스 스크러버와 연결되며, 상기 컨트롤 밸브 유닛이 상기 주 배기 라인을 차단하는 경우 상기 배기 가스를 우회시키기 위한 바이패스 라인을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 컨트롤 밸브 유닛은, 상기 진공 펌프의 이상 감지시 상기 주 배기 라인을 차단하기 위한 컨트롤 밸브; 및
    상기 컨트롤 밸브 일측에 구비되며, 펌핑 작용에 의해 상기 배기 가스를 상기 바이패스 라인을 통해 배출하기 위한 보조 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 진공 펌프는 부스터 펌프 및 드라이 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤 밸브 유닛이 상기 진공 펌프의 이상을 감지하고 상기 주 배기 라인을 차단하는데 걸리는 시간은 1초 이내인 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 메인 밸브는 상기 컨트롤 밸브 유닛에 의해 주 배기 라인이 차단되더라도 개방된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 시스템.
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