KR20060103559A - 진공 시스템 - Google Patents

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KR20060103559A
KR20060103559A KR1020050025289A KR20050025289A KR20060103559A KR 20060103559 A KR20060103559 A KR 20060103559A KR 1020050025289 A KR1020050025289 A KR 1020050025289A KR 20050025289 A KR20050025289 A KR 20050025289A KR 20060103559 A KR20060103559 A KR 20060103559A
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김정남
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Abstract

반도체 제조 장비에서 공정 챔버 내부에 형성된 배기 가스를 배출하기 위한 진공 시스템은, 진공 펌프와, 상기 공정 챔버 및 진공 펌프를 연결하는 배기 라인 중에 구비되어 상기 배기 가스를 통과시키기 위한 하우징과, 상기 하우징 내에서 상기 배기 가스 통과 시간을 지연시키기 위하여 절곡된 유로를 형성하기 위한 다수의 격벽들을 포함한다. 따라서, 상기 배기 가스가 역류하는 경우, 상기 하우징 내부에 있는 배기 가스의 역류 시간을 지연시켜 그 시간동안 진공 펌프의 동작을 차단하거나 밸브를 닫아 배기 라인을 폐쇄시킬 수 있다. 또한, 상기 유로에 필터를 장착하여 배기 가스 역류 시, 상기 배기 가스에 포함된 오염 물질을 여과하도록 한다.

Description

진공 시스템{Vacuum system}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 진공 시스템의 하우징 및 격벽들을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 필터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 필터의 구동을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 진공 시스템 100 : 공정 챔버
102 : 진공 펌프 104 : 배기 라인
106 : 스크러버 108 : 밸브
120 : 하우징 122 : 유입구
124 : 유출구 126 : 제1격벽
128 : 제2격벽 130 : 필터
140 : 결합 부재 142 : 밀폐 부재
150 : 구동부 160 : 제어부
본 발명은 진공 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 공정 챔버 내부의 배기 가스를 배출하고, 상기 공정 챔버 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 시스템에 관한 것이다.
근래에 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체가 널리 보급됨에 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 웨이퍼의 가공 공정들은 다양한 공정 가스들을 사용한다. 대표적으로 여러 가지 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 및 건식 식각 공정에서 포스핀(PH3), 실란(SiH4), 디클로로 실란(SiH2Cl2), 암모니아(NH3) 및 산화질소(N20) 등의 가스를 사용한다. 상기 공 정들은 반도체 웨이퍼가 공기와 반응하지 않도록 하기 위해 대기압에 비해 매우 낮은 진공 상태에서 수행된다.
상기 공정들이 시작될 때 공정 챔버로 공정 가스들이 투입되고, 상기 공정 챔버의 내부는 일시적으로 압력이 상승하게 된다. 상승된 상기 압력을 공정 조건으로 유지하기 위하여 공정이 진행되는 동안 계속해서 펌프 시스템을 가동한다. 또한, 상기 펌프 시스템을 가동함으로써 공정이 진행되는 동안 발생되는 미 반응 가스 및 반응 부산물을 배출할 수 있다.
상기 펌프 시스템은 공정 장치들에 따라 다양한 방식이 있으며, 배기 라인 등에서는 다양한 밸브들이 장착되어 공정 조건을 제어한다. 저압을 이용한 화학 기상 증착 장치나 건식 식각 장치에서는 저 진공 펌프를 이용하여 소정의 공정이 수행하는 동안, 상기 공정 챔버 내부에 잔류하는 공정 가스를 배출한다.
상기 공정 가스를 배출하기 위한 배기 가스 처리 시스템은, 크게 공정 챔버와 연결되는 배기 라인, 상기 배기 라인 중에 설치되는 메인 밸브 및 상기 배기 라인을 통해 공정 챔버와 연결되는 진공 펌프를 포함한다. 상기 배기 라인 상에는 상기 공정 챔버의 압력을 제어하기 위한 자동 압력 제어기(Auto Pressure Controller : APC)가 구비된다.
그러나, 상기 펌프의 오버 로드(over road)에 의하여 펌프 파워 트립(pump power trip) 현상이 발생된다. 이때, 상기 펌프는 제 기능을 하지 못하고 공정 챔버로 역압이 형성되고, 상기 역압에 의해 배기 가스가 상기 공정 챔버로 역류하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 역압에 의하여 배기 가스가 공정 챔버 내부로 역류하는 시간을 지연시키기 위한 진공 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 진공 시스템은, 공정 챔버로부터 배기 가스를 배출하고, 상기 공정 챔버 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 펌프와, 상기 공정 챔버 및 상기 진공 펌프를 연결하는 배기 라인 중에 구비되고, 상기 배기 가스의 출입을 위한 유입구 및 유출구를 가지며, 상기 배기 가스를 통과시키기 위한 하우징과, 상기 하우징 내에 배치되어 상기 하우징 내에서의 배기 가스 통과 시간을 지연시키기 위하여 절곡된 유로를 형성하는 다수의 격벽들을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 진공 시스템은 상기 유로 내부에 구비되어 상기 배기 가스에 포함된 오염 물질을 여과하기 위한 필터를 더 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 진공 시스템에 다수의 격벽들로 인하여 절곡된 유로를 포함하는 하우징을 배기 라인 중에 설치함으로써, 상기 유로를 따라 흐르는 배기 가스의 유동 시간이 지연된다. 따라서, 상기 배기 가스가 역류할 경우에도 역류 유동 시간이 지연되어 펌프의 동작을 차단하거나 밸브를 닫아 배기 라인을 폐쇄하여 배기 가스가 공정 챔버 내부로 역류되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예에 따른 진공 시스템에 대해 첨부된 도면을 참 조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 진공 시스템(10)은, 공정 챔버(100)로부터 배기 가스 및 미 반응 가스를 배출하기 위한 진공 펌프(102)와, 상기 펌프(102)와 상기 공정 챔버(100)를 연결하기 위한 배기 라인(104)과, 상기 배기 라인(104) 중에 설치되어 상기 배기 라인(104)을 개폐하기 위한 밸브(108)와, 상기 배기 라인(104) 중에 구비되고 상기 배기 가스가 통과하는 하우징(120)과, 상기 하우징(120) 내에 구비되어 상기 배기 가스 통과 시간을 지연시키기 위한 다수의 격벽(126, 128)들을 포함한다.
공정 챔버(100)는 우선 종형 확산로 및 건식 식각 장치 등과 같이 내부가 저압을 유지한 상태에서 소정의 반도체 소자 제조 공정이 수행된다. 상기 공정 챔버(100)로는 여러 가스 화학 기상 증착 및 건식 식각 공정에서 포스핀(PH3), 실란(SiH4), 디클로로 실란(SiH2Cl2), 암모니아(NH3) 및 산화질소(N20) 등의 공정 가스가 주입된다. 상기 공정 가스는 공정 챔버(100) 내에서 서로 혼합되어 공정에 사용된 후 잔류 가스 형태로 남아 외부로 배출되는데 이 가스는 배기 가스이다.
상기 공정 챔버(100) 내부의 배기 가스는 상기 배기 라인(104)을 통해 외부로 배출된다. 상기 배기 라인(104)은 일단이 공정 챔버(100)와 연결되어 있고, 타단은 가스 스크러버(gas scrubber, 106)와 연결된다. 상기 가스 스크러버(106)는 상기 배기 가스를 처리하기 위한 것으로, 특히 이중 드라이 스크러버는 할로겐족 화합물을 주로 사용하는 공정에서 많이 사용된다.
진공 펌프(102)는 가스 스크러버(106)와 인접한 부위의 배기 라인(104) 상에 설치된다. 상기 진공 펌프(102)는 배기 라인(104)에 진공력을 제공하여 상기 공정 챔버(100) 내의 미 반응 가스 또는 반응 부산물을 배기 라인(104)을 통해 배출한다.
상기 진공 펌프(102)는 부스터 펌프(Booster pump)와 드라이 펌프(Dry pump)로 구성된다. 드라이 펌프는 오일 및 물을 사용하는 습식 펌프와 달리 펌프 내에 오일의 공급 없이 구동되는 진공 펌프로서 오일 미스트(Oil mist)가 발생하지 않는다. 따라서, 드라이 펌프는 배기 가스로 인한 오염 발생이 없고, 반도체 소자 제공 공정과 같은 쾌적한 환경을 요하는 곳에서 사용하기 적합한 펌프이다. 또한, 드라이 펌프는 마찰이 동반되지 않으므로 보다 폭넓은 압력 범위를 요하는 진공 성형 장비에도 유용하게 사용할 수 있다. 부스터 펌프는 드라이 펌프의 부족한 마력을 보충하여 진공 펌프의 진공력을 높인다.
밸브(108)는 배기 라인(104) 상에 구비되며, 일반적인 경우, 상황에 따라 배기 라인(104)을 개방 및 차단한다. 상세하게 상기 밸브(108)는 에어 밸브로써, 에어를 공급하거나 또는 차단함으로써 상기 배기 라인(104)을 개폐하고, 상기 배기 라인(104)을 개폐함으로써 상기 공정 챔버(100) 내부의 압력이 공정 압력 상태로 형성된다.
도 2는 도 1에 도시된 진공 시스템의 하우징 및 다수의 격벽들을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 하우징(120)은 상기 배기 라인(104) 중에 설치되도록 상기 배기 라인(104)과 유사한 형상을 갖는다. 즉, 원통 형상이며 상기 배기 라인(104)과 클램프(clamp)와 같은 결합 부재(140)로 결합된다. 이때, 상기 하우징(120)과 배기 라인(104)이 결합되는 부분에는 상기 배기 가스가 유출되지 않도록 오링(O-ring)과 같은 밀폐 부재(142)가 구비될 수 있다.
또한, 도시된 바와 같이 상기 하우징(120)의 상부 즉, 공정 챔버(100)와 인접한 일면에는 상기 배기 가스가 유입되도록 일부가 개방되어 유입구(122)가 형성되어 있고, 상기 하우징(120)의 하부 즉, 진공 펌프(102)와 인접한 타면에는 상기 배기 가스가 유출되도록 일부가 개방되어 유출구(124)가 형성되어 있다.
이때, 상기 하우징(120)의 형성된 유입구(122) 및 유출구(124)는 일직선상에 위치하지 않고 서로 대각선으로 위치한다. 이는 배기 가스의 유동 거리를 더 증가시키기 위함이고, 상기 배기 가스의 유동 거리가 증가됨에 따라 상기 배기 가스가 역류하는 경우에도 마찬가지로 역류되는 유동 거리를 증가시킬 수 있다.
상기 하우징(120) 내부에는 유로가 형성되어 있다. 자세하게 설명하면, 상기 하우징(120)의 상부 및 하부 면으로부터 수직된 방향으로 다수의 격벽들이 연장되어 구비된다. 본 실시예에서는 상기 격벽을 두 개 구비하여 상기 유로가 2회 절곡되도록 형성하고 있다.
도시된 바와 같이 제1격벽(126)은 상기 하우징(120)의 상면에서부터 연장되어 상기 하우징(120)의 하면과 소정 거리 이격되어 구비되며, 제2격벽(128)은 상기 하우징(120)의 하면에서부터 연장되어 상기 하우징(120)의 상면과 소정 거리 이격되어 구비된다. 따라서, 상기 제1 및 제2격벽(128)과 하우징(120) 내벽으로 유로가 한정된다. 이로 인하여 상기 유로를 따라 유동하는 배기 가스의 이동 경로가 증가하게 된다.
이에 따라, 상기 진공 펌프(102)의 이상으로 인하여 역압이 형성되어 상기 배기 가스가 역류하는 경우, 상기 역류되는 경로를 증가시켜 역류되는 시간 또한 지연된다. 시간이 지연되는 동안 상기 진공 펌프(102)의 작동을 차단하거나 상기 밸브(108)로 상기 배기 라인(104)을 폐쇄함으로써 상기 배기 가스가 공정 챔버(100) 내부로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
상기 유로에는 상기 배기 가스에 포함된 오염 물질을 여과시키기 위한 필터(130)가 구비될 수 있다. 이하, 필터(130)에 관하여 설명하기로 한다.
도 3은 도 2에 도시된 필터를 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 필터의 구동을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 필터(130)는 상기 유로 내부에 구비되고, 상기 유로의 단면과 유사한 형상을 갖는다. 상세하게는, 상기 필터(130)의 크기가 상기 유로의 단면의 크기보다 작게 형성하여 상기 유로 내부에서 상기 필터(130)가 회전이 가능하도록 한다.
상기 필터(130)가 회전하기 위하여 상기 필터(130)의 일부가 상기 제1 및 제2격벽(126, 128) 또는 하우징(120)의 일부와 결합되어 있다. 예를 들어 설명하면, 자세하게 도시되어 있지는 않지만, 상기 필터(130)를 관통하여 상기 결합 봉(132) 이 상기 필터(130)와 연결되어 있으며, 상기 결합 봉(132)의 일 측은 상기 제1격벽(126)과 결합되어 있으며, 상기 결합 봉(132)의 타 측은 하우징(120)의 내측벽과 결합되어 있다.
상기와 같은 방법으로 결합된 필터(130)는 상기 유로의 단면과 수직 또는 수평 상태로 위치하도록 회전이 가능하다. 이때, 상기 필터(130)를 회전시키기 위하여 구동력을 제공하기 위한 구동부(150)를 더 구비할 수 있으며, 상기 구동부(150)로는 모터 등이 사용될 수 있다.
상기 구동부(150)는 상기 구동부(150)의 구동력을 제어하기 위한 제어부(160)와 연결될 수 있다. 상기 제어부(160)는 진공 펌프(102)와 연결되어 있어 상기 진공 펌프(102)의 펌핑력을 지속적으로 확인한다. 이때, 상기 진공 펌프(102)의 펌핑 수행 능력이 기 설정된 펌핑력보다 떨어지면, 상기 제어부(160)에서는 상기 구동부(150)를 제어하여 상기 필터(130)를 유로의 단면과 수평 하게 위치하도록 한다. 이미 설명되어진 바와 같이 상기 배기 가스 내부에 포함된 오염 물질은 상기 공정 챔버(100)로 인입되지 않고 상기 필터(130)를 통과하는 동안 여과되어 진다.
자세하게 설명하면, 보통 상태에서는 즉, 배기 가스가 공정 챔버(100)로부터 진공 펌프(102)로 플로우되는 동안에는 상기 유로와 수직인 상태로 위치하여 상기 배기 가스가 외부로 배출되도록 한다. 한편, 상기 진공 펌프(102)의 이상으로 인하여 역압에 형성되어 배기 가스가 상기 진공 펌프(102)로부터 공정 챔버(100)로 플로우되면, 상기 필터(130)는 상기 유로와 수평인 상태로 위치하여 상기 배기 가스에 포함된 오염 물질을 여과하여 상기 공정 챔버(100) 내부로 오염 물질이 인입되 는 것을 방지한다.
일반적으로 필터(130)는 부식을 방지하기 위하여 내/외부가 코팅 처리된 프레임에 오염 물질을 포집할 수 있도록 처리된 여과재를 구비한다. 상기 여과재의 전/방에 코팅 처리된 그물망이 상기 프레임에 결합되도록 설치되며, 상기 그물망은 공기의 흐름을 원활하게 하는 기능을 한다. 또한, 에폭시 수지나 우레탄 수지로 이루어진 밀봉재가 상기 여과재 또는 그물 망이 프레임과 접하는 밀착하는 부분에 공기의 누설을 방지하기 위해 구비된다.
상기 필터(130)의 종류에는 입자성 오염 물질에 의한 오염 방지를 목적으로 한 프리 필터(pre-filter), 미디엄 필터(medium filter), 헤파 필터(high efficiency particulate air : HEPA filter) 및 울파 필터(ultra low penetrating air : ULPA filter) 등이 있으며, 화학적 오염 물질에 의한 오염 방지를 목적으로 하는 화학 필터(chemical filter)가 있다.
본 발명에서는 비교적 큰 입자성 오염 물질을 포집하기 위하여 프리 필터 또는 미디엄 필터를 사용할 수 있다.
상기 진공 시스템(10)에는 상기와 같은 구성 요소 이외에도 상기 배기 라인(104)의 압력을 확인하기 위한 압력 게이지와, 상기 공정 챔버(100) 내부의 압력을 조절하기 위한 자동 압력 제어기 등이 더 구비될 수 있다.
상기 압력 게이지로는 바라트론 게이지(Baratron gage)와 피라니 게이지(Pirani gage)가 사용되며, 특히 피라니 게이지는 휘트스톤 브리지(Wheatston bridge)를 이용하여 진공도를 측정하기 위한 진공 게이지이며, 기체의 열전도율이 저압 하에서는 거의 진공도(잔류 기체의 압력)에 비례하는 것을 이용한 것이다.
자동 압력 제어기는 상기 밸브(108)와 진공 펌프(102) 사이에서 진공 펌프(102)에 인접하도록 구비되어, 상기 밸브(108)의 개폐 정도를 조절하여 상기 공정 챔버(100) 내부의 압력을 조절한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 진공 시스템에 다수의 격벽들로 인하여 절곡을 갖는 유로를 포함하는 하우징을 배기 라인 중에 구비한다. 따라서, 상기 유로를 따라 흐르는 배기 가스의 유동 시간이 지연되고, 이와 마찬가지로 상기 배기 가스가 역류하는 경우에도, 역류되는 시간이 지연된다. 따라서 상기 지연된 시간동안 상기 펌프의 동작을 차단하거나 밸브를 닫아 배기 라인을 폐쇄하여 배기 가스의 역류를 방지할 수 있다.
또한, 상기 유로에는 필터가 장착되고, 상기 필터는 상기 배기 가스가 역류하면 상기 유로와 수직된 방향으로 위치하여 상기 배기 가스에 포함된 오염 물질을 여과시킨다. 이로 인하여 상기 배기 가스가 공정 챔버 내부로 역류하더라도 오염 물질로 인한 공정 챔버 내부 오염을 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.

Claims (3)

  1. 공정 챔버로부터 배기 가스를 배출하고, 상기 공정 챔버 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 펌프;
    상기 공정 챔버 및 상기 진공 펌프를 연결하는 배기 라인 중에 구비되고, 상기 배기 가스의 출입을 위한 유입구 및 유출구를 가지며, 상기 배기 가스를 통과시키기 위한 하우징; 및
    상기 하우징 내에 배치되어 상기 하우징 내에서의 배기 가스 통과 시간을 지연시키기 위하여 절곡된 유로를 형성하는 다수의 격벽들을 포함하는 진공 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유로 내부에 구비되어 상기 배기 가스에 포함된 오염 물질을 여과하기 위한 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 필터가 상기 유로 단면에 대하여 수직 또는 수평으로 위치되도록 상기 필터를 회전시키기 위하여 상기 필터와 연결된 구동부와, 상기 진공 펌핑력의 변화에 따라 상기 구동부의 동작을 제어하기 위한 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 시스템.
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