KR20060116324A - 진공 시스템 - Google Patents

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Abstract

공정 챔버로부터 배기 가스를 배출시키고, 공정 챔버 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 시스템에서, 공정 챔버는 배기 라인으로 진공 펌프와 연결되어 있다. 이때, 배기 라인은 상기 공정 챔버 및 진공 펌프로부터 연장된 배관과 연결부에 의해 연결된다. 상기 연결부는 배관과, 배기 라인의 일단으로부터 상기 배관보다 작은 직경을 갖도록 연장되며 상기 배관으로 삽입되는 삽입 부재를 포함한다. 또한, 상기 연결부에는 배가 가스의 누출을 방지하기 위하여 오링을 상기 삽입 부재를 감싸도록 구비한다. 이로 인하여 상기 오링이 배기 가스에 의해 노출되는 부분이 감소되어 상기 오링의 부식 시간을 연장시킬 수 있다.

Description

진공 시스템{Vacuum system}
도 1은 종래의 진공 시스템에서 배기 라인의 연결부를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 진공 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 진공 시스템에서 배기 라인의 연결부를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 배기 라인 및 배관의 나사 결합을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 배기 라인 및 배관의 클램프 결합을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 진공 시스템 200 : 공정 챔버
202 : 진공 펌프 204 : 배기 라인
206 : 배관 208 : 밸브
210 : 가스 스크러버 212, 214 : 압력 게이지
220 : 연결부 222 : 플랜지
224 : 삽입 부재 226 : 그루브
228 : 오링 230 : 나사
240 : 클램프
본 발명은 진공 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 공정 챔버와 진공 펌프를 연결하기 위한 연결부는 갖는 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. 특히, 상기 건식 식각 공정에서는 미세 반도체 패턴을 형성하기 위하여 주로 플라즈마(Plasma)를 이용하고 있다. 상기 공정들은 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 진공 시스템을 가동한다. 또한, 상기 진공 시스템을 가동함으로써 공정이 진행되는 동안 발생되는 미 반응 가스 및 반응 부산물(배기 가스)을 배출할 수 있다.
상기 진공 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 진공 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. 또한, 상기 배기 라인 상에는 상기 공정 챔버의 압력을 제어하기 위한 자동 압력 제어기(Auto Pressure Controller : APC)가 구비될 수 있다.
도 1은 종래의 진공 시스템에서 배기 라인 연결부를 설명하기 위한 개략적인 분해 측면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 배기 라인(100)의 양측 단부는 공정 챔버(도시되지 않음) 및 진공 펌프(도시되지 않음)와 각각 연결된다. 보다 상세하게는, 상기 공정 챔버 또는 진공 펌프로부터 연장되어 형성된 배관(102)이 상기 배기 라인(100)의 단부와 연결된다. 이때, 자세하게 도시되어 있지 않지만 상기 배관(102) 및 배기 라인(100)의 양측 단부에는 각각 플랜지(flange, 104)가 형성되어 있으며, 상기 배관의 플랜지와 상기 배기 라인 일단부의 플랜지를 관통하여 나사 결합시킴으로써 상기 배관 및 배기 라인을 결합시킬 수 있으며, 이와는 다르게, 상기 배관 및 배기 라인의 플랜지를 클램프(clamp)로 결합시킬 수 있다.
상기 배관(102) 및 배기 라인(100)이 연결되는 부분에는 배기 가스의 누출을 방지하기 위하여 오링(O-ring, 106)이 구비된다. 보다 상세하게, 배관(102) 또는 배기 라인(100)의 일단면에 상기 오링(106)이 위치하도록 그루브(groove, 108)가 형성되어 있으며, 상기 배관(102) 및 배기 라인(100)의 일단면이 연결되며, 나사 또는 클램프로 결합된다.
그러나, 상기 오링(106)이 상기 배관(102) 또는 배기 라인(100)의 일단면에 위치하여 배기 가스와 직접 접촉한다. 이는 배기 라인(100)을 통과하는 배기 가스는 주로 중합체(polymer)로써 고무로 형성된 오링(106)을 쉽게 부식시킨다. 또한, 플라즈마 분위기에서 수행되는 건식 식각 공정과 같은 경우, 상기 오링(106)의 구비되어 있는 위치적 특성으로 인하여 상기 플라즈마에 쉽게 노출되어 상기 오링 (106)이 마모된다.
상기와 같이 오링(106)이 부식 또는 마모되면, 상기 배기 라인(100)을 따라 흐르는 배기 가스가 누출되어 클린룸(clean room)을 오염시키거나 웨이퍼를 오염시키는 등의 문제점들이 발생되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 오링의 부식 및 마모 시간을 연장시키기 위한 진공 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 진공 시스템은, 공정 챔버로부터 미 반응 가스를 포함하는 배기 가스를 배출하고, 상기 공정 챔버 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 펌프와, 상기 공정 챔버 및 진공 펌프를 연결하기 위한 배기 라인과, 상기 공정 챔버, 상기 배기 라인 및 상기 진공 펌프를 각각 연결하기 위한 연결부들과, 상기 연결부들에 각각 구비되며 상기 배기 가스의 누출을 방지하기 위한 오링(O-ring)들을 포함하며, 상기 각각의 연결부는 상기 공정 챔버 또는 진공 펌프로부터 연장된 배관과, 상기 배관과 인접한 배기 라인의 일단으로부터 상기 배관보다 작은 직경을 갖도록 연장하며 상기 배관에 삽입되는 삽입 부재를 포함하며, 상기 오링은 상기 배관과 상기 배기 라인 사이에서 상기 삽입 부재를 감싸도록 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공정 챔버 및 상기 진공 챔버로부터 연장하는 상기 배관들과, 상기 배기 라인의 양측 단부들에는 각각 플랜지(flange)가 형성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 배관 및 배기 라인 단부의 연결이 삽입 방식으로 연결되고, 상기 삽입 부재를 감싸며 오링이 구비되어 배기 가스의 누출을 방지함과 동시에, 상기 배기 가스 또는 플라즈마와 같은 공정 분위기와 상기 오링이 접촉되는 부분이 감소되어 상기 오링의 부식 또는 마모를 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 진공 시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 진공 시스템(20)은, 공정 챔버(200)로부터 배기 가스를 배출하고 상기 공정 챔버(200) 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 펌프(202)와, 상기 진공 펌프(202)와 상기 공정 챔버(200)를 연결하기 위한 배기 라인(204)과, 상기 배기 라인(204) 중에 설치되어 상기 배기 라인(204)을 개폐하기 위한 밸브(208)를 포함한다.
공정 챔버(200)는 종형 확산로 및 건식 식각 장치 등과 같은 공정에 사용되는 것으로, 내부가 저압을 유지한 상태에서 소정의 반도체 소자 제조 공정이 수행된다. 상기 공정 챔버(200)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. 특히, 상기 건식 식간 공정은 통상적으로 플라즈마 분 위기 하에서 수행되어 진다.
상기 공정 가스는 공정 챔버(200) 내에서 서로 혼합되어 공정에 사용된 후 잔류 가스 형태로 남아 외부로 배출되는데 이 가스는 배기 가스이다. 상기 배기 가스는 중합체(polymer)의 형태를 가질 수 있으며, 상기 중합체의 배기 가스는 고무를 쉽게 부식시킨다.
도 3은 도 2에 도시된 진공 시스템에서 배기 라인의 연결부를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 공정 챔버(200)는 상기 배기 가스를 배출하기 위하여 배기 라인(204)과 연결부(220)로 연결되어 있다. 상기 연결부(220)를 살펴보면, 공정 챔버(200) 또는 진공 펌프(202)로부터 연장된 배관(206)과, 배기 라인(204)의 일부에 형성된 삽입 부재(224)를 포함한다.
보다 상세하게 설명하면, 배관(206)은 공정 챔버(200, 또는 진공 펌프)의 일 측에 형성되어 있으며, 배기 라인(204)과 연결될 배관(206)의 일단 및 배기 라인의 일단에는 각각 지름 방향으로 플랜지(222)가 형성되어 있다.
삽입 부재(224)는 상기 배기 라인(204)의 일단으로부터(즉, 배기 라인의 플랜지로부터) 배기 라인(204)의 길이 방향으로 연장되어 형성되어 있다. 또한, 상기 삽입 부재(224)는 상기 배기 라인(204)보다 작은 직경을 가지며, 상기 배관(206)으로 삽입된다. 이때, 상기 배기 라인(204)은 상기 배관(206)과 실질적으로 동일한 직경을 가진다.
이와 마찬가지로, 상기 배기 라인(204)의 타단에 상기 삽입 부재(224)가 형 성되어 있으며, 상기 삽입 부재(224)는 진공 펌프(202, 또는 공정 챔버)로부터 연장된 배관(206)과 연결된다.
상기 삽입 부재(224) 외벽에는 배기 가스의 누출을 방지하기 위한 오링(228)이 위치한다. 보다 상세하게, 상기 삽입 부재(224) 외벽에는 오링(228)을 수용하기 위한 그루브(226)가 형성되어 있으며, 상기 그루브(226)는 배기 라인의 플랜지(222)와 인접한 부분에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 오링(228)은 고무 재질로써 상기 배기 라인(204) 및 배관(206) 사이를 적절하게 밀폐시킬 뿐만 아니라 상기 오링(228)의 위치가 상기 삽입 부재(224) 외부를 감싸고 위치함으로써 배기 가스 또는 플라즈마와 같은 공정 분위기와의 접촉 면적이 적어 오링(228)이 부식되거나 마모되는 시간을 연장시킬 수 있다.
이하, 배기 라인(204) 및 배관(206)을 결합하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 도 2에 도시된 배기 라인 및 배관의 나사 결합을 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 배기 라인 및 배관의 클램프 결합을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 삽입 부재(224)가 배관(206) 내부로 삽입된 상태로 연결된 배기 라인(204) 및 배관(206)은 나사(230) 또는 클램프(240)로 결합된다.
보다 상세하게는, 나사로 결합하는 경우, 상기 배기 라인(204) 및 배관(206)에 각각 형성된 플랜지(222)를 관통하여 나사 홈(도시되지 않음)이 형성되고, 상기 나사 홈에 나사(230)가 결합되어 상기 배기 라인(204) 및 배관(206)을 결합시킨다. 이와는 다르게, 클램프(240)로 결합하는 경우, 상기 플랜지(222)들을 감싸며 클램프(240)가 위치하여 상기 배기 라인(204) 및 배관(206)을 결합시킨다.
진공 펌프(202) 후단은 가스 스크러버(gas scrubber, 210)와 연결되어 있다. 가스 스크러버(210)는 상기 배기 가스를 처리하기 위한 것으로, 배기 가스 및 미 반응 가스에 포함된 유독 성분을 제거한 후 외부로 상기 가스를 배출한다. 특히 이중 드라이 스크러버는 할로겐 화합물을 주로 사용하는 공정에서 많이 사용된다.
이때, 상기 가스 스크러버(210) 및 진공 펌프(202)는 배기 라인(204)으로 연결되며, 보다 상세하게 상기 배기 라인(204)은 상기 가스 스크러버로부터 연장된 배관(도시되지 않음)과 연결된다. 상기 연결 방법은 상기 공정 챔버(200), 진공 펌프(202) 및 배기 라인(204)을 연결하는 방법과 동일하다. 따라서 상기 배관 및 배기 라인(204)의 구조는 상기 도 2 및 도 3에 도시된 배관(206) 및 배기 라인(204)의 구조와 동일하다.
진공 펌프(202)는 배관(206)의 진공력을 제공하여 상기 공정 챔버(200) 내의 미 반응 가스 및 반응 부산물을 배관(206)을 통해 배출한다. 상기 진공 펌프(200)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(208)는 배기 라인(204) 상에 구비되며, 일반적인 경우 상황에 따라 배기 라인(204)을 개방 및 차단한다. 상세하게 상기 밸브(208)는 에어 밸브(Air Valve)로써, 에어를 공급하거나 또는 차단함으로써 상기 배기 라인(204)을 개폐하고, 상기 배기 라인(204)을 개폐함으로써 상기 공정 챔버(200) 내부의 압력이 공정 압력 상태로 형성된다.
상기 진공 시스템(10)에는 상기와 같은 구성 요소 이외에도 상기 배기 라인(204)의 압력을 확인하기 위한 압력 게이지(Pressure Gage, 212, 214)와, 상기 공정 챔버(200) 내부의 압력을 조절하기 위한 자동 압력 제어기(APC, 도시되지 않음) 등이 더 구비될 수 있다.
상기 압력 게이지(212, 214)로는 바라트론 게이지(Baratron gage, 212)와 피라니 게이지(Pirani gage, 214)가 사용되며, 특히 피라니 게이지(214)는 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(208)와 진공 펌프(202) 사이에서 진공 펌프(202)에 인접하도록 구비되어, 상기 밸브(208)의 개폐 정도를 조절하여 상기 공정 챔버(200) 내부의 압력을 조절한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 배기 라인으로부터 배관 보다 작은 직경을 갖도록 연장된 삽입 부재가 배관으로 삽입되어 배기 라인 및 공정 챔버(또는 진공 펌프)가 연결된다. 이때, 상기 삽입 부재를 감싸며 오링이 구비되어 있어 배기 가스 및 플라즈마와 같은 공정 분위기와 오링의 접촉되는 부분이 감소하여 상기 오링이 부식되거나 마모되는 시간을 연장시킬 수 있다.
따라서, 상기 오링의 마모 또는 부식 시간이 연장됨으로써 자재 비용의 감축 및 설비의 효율성을 향상시킬 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 (2)

  1. 공정 챔버로부터 미 반응 가스를 포함하는 배기 가스를 배출하고, 상기 공정 챔버 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 펌프;
    상기 공정 챔버 및 진공 펌프를 연결하기 위한 배기 라인;
    상기 공정 챔버, 상기 배기 라인 및 상기 진공 펌프를 각각 연결하기 위한 연결부들; 및
    상기 연결부들에 각각 구비되며 상기 배기 가스의 누출을 방지하기 위한 오링(O-ring)들을 포함하며,
    상기 각각의 연결부는 상기 공정 챔버 또는 진공 펌프로부터 연장된 배관과, 상기 배관과 인접한 배기 라인의 일단으로부터 상기 배관보다 작은 직경을 갖도록 연장하며 상기 배관에 삽입되는 삽입 부재를 포함하며, 상기 오링은 상기 배관과 상기 배기 라인 사이에서 상기 삽입 부재를 감싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 진공 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공정 챔버 및 상기 진공 챔버로부터 연장하는 상기 배관들과, 상기 배기 라인의 양측 단부들에는 각각 플랜지(flange)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 시스템.
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