KR20060117441A - 반도체 제조 장치의 게이트 밸브 - Google Patents

Abstract

반도체 제조 장치의 게이트 밸브에서, 공정챔버와 진공펌프 사이의 연결부위를 개폐시키기 위한 개폐부재가 구비된다. 상기 연결부위를 개폐하기 위해 상기 개폐부재를 동작시키기 위한 구동력을 전달하는 구동축이 구비된다. 상기 구동축을 지지하기 위한 지지부가 구비된다. 상기 지지부는 다수의 홈들을 갖는 플레이트와 상기 홈들 내에서 유동 가능하도록 배치되어 상기 구동축의 측면을 지지하기 위한 유동 부재들을 포함한다. 각각의 홈은 서로 다른 깊이를 갖는 제1 곡면부 및 제2 곡면부가 연속적으로 형성되어 있으며, 상기 제1 곡면부 및 제2 곡면부가 접하는 부위는 상기 유동 부재의 이동이 가능하도록 라운딩 처리되어 있다. 따라서, 상기 각각의 홈에서 이동하는 상기 유동부재들을 이용하여 상기 연결부위를 개폐함에 따라 장기간 사용 시에도 게이트 밸브의 개폐 동작을 수행할 수 있다.

Description

반도체 제조 장치의 게이트 밸브{GATE VALVE FOR A SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS}

도 1은 종래 반도체 제조 장치의 게이트 밸브를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 장치의 게이트 밸브를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 3은 도 2에 도시된 'A'의 확대도이다.

도 4는 도 2의 게이트 밸브를 사용한 박막 증착 장치를 설명하기 위한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 게이트 밸브 110 : 구동부

110a : 실린더 110b : 실린더 축

120 : 구동축 130 : 지지부

130a : 플레이트 130b : 유동부재

132 : 제1 곡면부 134 : 제2 곡면부

140 : 개폐부재 150 : 공정 챔버

155 : 정전 척 160 : 웨이퍼 홀더

170 : 가스 공급 부재 172 : 제1 인젝터

174 : 제2 인젝터 175 : 퍼지 가스 공급관

180 : 진공 펌프 185 : 하우징

187 : 고주파 코일 H : 홈

본 발명은 반도체 제조 장치의 게이트 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 제조를 위한 공정 챔버에 적용되는 게이트 밸브에 관한 것이다.

반도체 제조 장치 중 진공 펌프를 사용하는 반도체 제조 장치의 대부분이 게이트 밸브, 예컨대 벨로우즈(bellows)에 의해 구동되는 밸브를 포함하고 있다. 상기 게이트 밸브는 일정한 공정 반응이 수행되는 공정 챔버와 진공 펌프 사이를 연결하는 도송관의 중간에 위치한다. 이때, 상기 게이트 밸브는 상기 공정 챔버로부터 상기 진공 펌프로 가스가 이송될 때 그 흐름을 개폐하여 제어하는 역할을 한다.

구체적으로, 반도체 제조 장치의 진공 배관 상에 설치되는 상기 게이트 밸브는 반도체 제조를 위한 상기 공정 챔버 내부의 진공조건을 위해 일시적으로 상기 진공 배관을 개폐하는 데 널리 사용되고 있으며, 이러한 상기 게이트 밸브는 스로틀 타입(throttle type)과 슬루스 타입(sluice type)을 혼용하고 있다. 여기서, 상기 슬루스 타입의 게이트 밸브는 상기 진공 배관 내 기체의 흐름에 직각으로 삽입되어 상기 기체의 흐름을 차단한다.

도 1은 종래 반도체 제조 장치의 게이트 밸브를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 게이트 밸브는 공정 챔버(미도시)와 진공 펌프(미도시) 사이를 연결하는 진공 배관(미도시)을 개폐시키기 위한 개폐부재(미도시)와, 상기 개폐부재를 좌, 우로 이동시키기 위한 구동축(12)과, 상기 구동축(12)에 구동력을 제공하기 위한 구동부(미도시)와, 상기 구동축(12)을 지지하기 위한 지지부(14)가 구비된다. 상기 지지부(14)는 홈(H)이 다수 구비된 플레이트(14a)와 각각의 홈(H)에 구비되는 유동부재(14b)들을 갖는다. 상기 각각의 홈(H)은 제1 및 제2 홈(H1, H2)으로 형성되고, 이때 상기 제1 및 제2 홈(H1, H2)은 서로 연속적으로 단차지게 형성된다. 여기서, 상기 각각의 유재부재(14b)는 상기 제1 및 제2 홈(H1, H2)의 상부면을 따라 각각 이동하고, 이에 따라 상기 구동축(12)이 운동하면서 상기 개폐부재는 상기 진공 배관을 개폐시킨다.

하지만, 상기 제1 및 제2 홈(H1, H2)들의 단차진 경사각이 급경사로 형성되어 있으므로, 상기 각각의 유동부재(14b)들이 상기 각각의 제1 및 제2 홈(H1, H2)들 사이를 용이하게 이동하지 못하는 현상이 발생한다. 그리하여, 상기 진공 배관의 개폐 상태를 불량하게 만듦으로써 공정 불량을 발생시키는 문제가 있다. 또한, 상기 게이트 밸브를 장기간 사용 시 상기 홈들 사이에 끼는 이물질들로 인해 상기와 같은 개폐 불량이 발생할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 진공 배관의 개폐 불량을 방지하기 위해 상기 유동부재들이 상기 제1 및 제2 홈(H1, H2)들 사이를 용이하게 유동할 수 있도록 상기 게이트 밸브의 구조를 개선할 필요가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 장기간 사용 시에도 개폐불량을 최소화할 수 있는 개선된 구조를 갖는 반도체 제조 장치의 게이트 밸브를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 장치의 게이트 밸브는 공정 챔버에 진공압을 제공하기 위한 진공 펌프와 상기 공정 챔버와의 연결부위를 개폐시키기 위한 개폐부재와, 상기 연결부위를 개폐하기 위해 상기 개폐부재를 동작시키기 위한 구동력을 전달하는 구동축과, 다수의 홈들을 갖는 플레이트와 상기 홈들 내에서 유동 가능하도록 배치되어 상기 구동축의 측면을 지지하기 위한 유동 부재들을 포함하며 각각의 홈은 서로 다른 깊이를 갖는 제1곡면부와 제2곡면부를 갖고 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부는 연속적으로 형성되어 있으며 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부가 접하는 부위는 상기 유동 부재가 상기 제1곡면부 및 제2곡면부 사이에서 이동이 가능하도록 라운딩 처리된 지지부를 포함한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 각각의 홈들 내에서 이동하는 상기 유동부재들을 이용하여 상기 연결부위를 개폐함에 따라 장기간 사용시에도 게이트 밸브의 개폐동작을 수행할 수 있으므로, 상기 공정챔버의 리크 발생을 방지하여 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하 게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 장치의 게이트 밸브를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 'A'의 확대도이고, 도 4는 도 2의 게이트 밸브를 사용한 박막 증착 장치를 설명하기 위한 단면도이다.

도 2 및 3을 참조하면, 반도체 제조 장치에 설치되는 게이트 밸브(100)는 공정 챔버(150)와 진공 펌프(180) 사이에 설치되는 개폐부재(140)와, 상기 개폐부재(140)를 운동시키기 위한 구동축(120)과, 상기 구동축(120)을 지지하기 위한 지지부(130)와, 상기 구동축(120)을 구동시키기 위한 구동부(110)를 포함한다.

상기 게이트 밸브(100)는 일정한 공정 반응이 수행되는 공정 챔버(150)와 진공 펌프(180) 사이를 연결하는 진공배관(미도시) 상에 설치될 수 있고, 반도체 제조를 위한 상기 공정 챔버(150) 내부의 진공조건을 위해 상기 진공배관 내부를 개폐하는데 널리 사용된다. 이때, 상기 게이트 밸브(100)는 상기 진공배관 내의 기체의 흐름을 개폐함으로써 상기 기체의 흐름을 제어한다. 이와 같이, 반도체 제조 장치 중 상기 진공 펌프(180)를 사용하는 반도체 제조 장치의 대부분이 상기 게이트 밸브(100)를 포함하고 있다. 즉, 박막 증착 공정, 화학 기상 증착(CVD) 공정, 플라즈마 식각공정 등의 단위공정이 수행되는 챔버와 상기 진공 펌프(180) 사이에 위치하여 상기 챔버에 인가되는 진공압을 개폐하는 역할을 한다.

상기 개폐부재(140)는 상기 공정 챔버(150)에 진공압을 제공하기 위한 상기 진공 펌프(180)와 상기 공정 챔버(150)와의 연결부위를 개폐한다. 이에, 상기 연결부위는 상기 공정 챔버(150)와 진공 펌프(180)를 연결하는 상기 진공배관 상에 위 치할 수 있다. 여기서, 상기 연결부위는 상기 공정 챔버(150)의 진공압의 유실(leakage)를 방지하기 위한 다양한 형태로 형성될 수 있고, 본 실시예에 의하면 상기 연결부위는 통상 오링(O-ring)의 형태로 형성된다. 따라서, 상기 개폐부재(140)는 상기 연결부위에 밀착될 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 본 실시예에 의하면 상기 개폐부재(140)는 상기 연결부위가 오링의 형상을 가지므로, 상기 개폐부재(140)는 상기 오링에 밀착될 수 있는 형상을 가질 수 있다. 여기서, 상기 개폐부재(140)는 상기 연결부위에 밀착됨으로써 상기 진공 펌프(180)와 상기 공정 챔버(150)를 연결하는 상기 진공배관을 차단한다. 그리하여, 상기 공정 챔버(150)와 상기 진공 펌프(180)가 차단된 상태가 됨으로써 상기 공정 챔버(150) 내부를 밀폐시키게 된다. 이에 반해, 상기 연결부위에 밀착된 상기 개폐부재(140)를 상기 연결부위로부터 탈착시키면, 상기 공정 챔버(150)와 상기 진공 펌프(180)를 연결하는 상기 진공배관이 도통하게 된다. 이에, 상기 공정 챔버(150)와 상기 진공 펌프(180)는 연결된 상태가 된다.

상기 구동축(120)은 상기 개폐부재(140)와 연결된다. 이에, 상기 구동축(120)은 상기 연결부위가 상기 개폐부재(140)에 의해 개폐되도록 상기 개폐부재(140)를 동작시킨다. 이때, 상기 구동축(120)에 의해 동작하는 상기 개폐부재(140)는 상기 연결부위에 밀착 또는 탈착됨으로써 상기 연결부위를 개폐시킨다. 여기서, 상기 구동축(120)은 상기 개폐부재(140)를 상기 연결부위에 밀착 또는 탈착시키기 위해 상기 개폐부재(140)를 슬라이딩 동작시킨다.

상기 구동축(120)을 지지하기 위한 지지부(130)가 구비된다. 상기 지지부 (130)는 다수의 홈(H)들을 갖는 플레이트(130a)와, 상기 홈(H)들 내에서 유동 가능하도록 배치되어 상기 구동축(120)의 측면을 지지하기 위한 유동 부재(130b)들을 포함한다. 여기서, 각각의 홈(H)은 서로 다른 깊이를 갖는 제1곡면부(132)와 제2곡면부(134)를 갖고, 상기 제1곡면부(132) 및 상기 제2곡면부(134)는 연속적으로 형성되어 있으며, 상기 제1곡면부(132) 및 상기 제2곡면부(134)가 접하는 부위(R)는 상기 유동 부재(130b)가 상기 제1곡면부(132) 및 제2곡면부(134) 사이에서 이동이 가능하도록 라운딩 처리된다. 이에, 상기 각각의 홈(H)은 상기 제1 및 제2 곡면부(132, 134)가 서로 연속적으로 단차지게 형성된다.

구체적으로, 상기 유동부재(130b)들은 상기 구동축(120)의 측면과 직접 접촉하여 상기 구동축(120)을 지지한다. 이때, 상기 플레이트(130a)는 상기 각각의 유동부재(130b)들을 상기 각각의 홈(H)들에 수용하여 상기 유동부재(130b)들과 함께 상기 구동축(120)을 지지한다. 상기 각각의 유동부재(130b)들은 상기 각각의 홈(H)들에 형성된 제1 및 제2 곡면부(132, 134)의 표면을 따라 이동할 수 있는 다양한 형상으로 형성될 수 있고, 본 실시예에 의하면, 상기 각각의 유동부재(130b)들은 상기 구동축(120)의 이동에 따라 상기 제1 및 제2 곡면부(132, 134)의 표면 상에서 이동할 수 있는 볼 또는 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 각 유동부재(130b)들은 상기 구동축(120)이 좌, 우로 운동할 때, 상기 구동축(120)의 운동과 연동하여 상기 제1 및 제2 곡면부(132, 134)의 상부면을 따라 이동한다. 이때, 상기 유동부재(130b)들의 이동에 의해 상기 개폐부재(140)는 슬라이딩 동작을 수행하여 상기 진공 배관에 위치한 상기 연결부위를 개폐한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 곡면부(132, 134)가 접하는 부위(R)는 종래와 달리 라운딩 처리됨으로써, 상기 각각의 유동 부재(130b)들은 상기 제1 및 제2 곡면부(132, 134)의 표면을 따라 용이하게 이동할 수 있다. 따라서, 상기 게이트 밸브(100)를 장기간 사용하는 경우에도 상기 제1 및 제2 곡면부(132, 134)의 표면 상에서 이동하는 상기 유동 부재(130b)들을 작동 불량을 방지할 수 있으므로, 상기 연결 부위의 개폐 불량을 방지할 수 있다.

상기 구동부(110)는 상기 연결 부위를 개폐시키는 상기 개폐부재(140)를 동작시키기 위해 상기 각 유동부재(130b)들이 상기 각 제1 및 제2 곡면부(132, 134)들에서 이동하도록 상기 구동축(120)에 구동력을 제공한다. 상기 구동부(110)는 상기 구동축(120)에 구동력을 제공할 수 있는 다양한 부재로 구성될 수 있고, 본 실시예에 의하면, 상기 구동부(110)는 에어(air)를 이용하여 상기 구동축(120)을 직선 왕복 운동시키기 위한 공압 실린더(110a)를 포함한다. 여기서, 상기 실린더(110a)의 실린더 축(110b)은 상기 구동축(120)과 연결된다. 이때, 상기 실린더 축(110b)의 구동에 따라 상기 구동축(120)은 좌, 우로 왕복 운동하고, 상기 구동축(120)의 운동에 의해 상기 개폐부재(140)가 동작한다. 상기 개폐부재(140)의 동작에 의해 상기 연결부위는 개폐 동작이 수행된다. 여기서, 상기 구동축(120)의 운동에 연동하여 상기 각 유동부재(130b)들도 상기 각 제1 및 제2 곡면부(132, 134)들의 표면을 따라 이동하게 된다.

이와 같이, 종래 상기 제1 및 제2 곡면부(132, 134)가 급경사로 형성됨으로써 상기 제1 및 제2 곡면부(132, 134)를 이동하는 상기 유동부재(130b)들의 동작 불량을 초래하여 상기 개폐부재(140)에 의한 상기 연결부위의 개폐 상태가 원활하게 수행되지 못한 경우와는 달리, 본 실시예에 의하면, 상기 각 제1 및 제2 곡면부(132, 134)들이 접하는 부위(R)를 라운딩 처리하여 경사각을 완만하게 형성함으로써, 상기 게이트 밸브(100)를 장기간 사용 시에도 상기 구동축(120)의 동작에 유동하여 상기 각 유동부재(130b)들은 상기 제1 및 제2 곡면부(132, 134)의 표면을 따라 용이하게 이동할 수 있다. 그리하여, 상기 게이트 밸브(100)를 장기간 사용 시에도 상기 유동부재(130b)들의 동작 불량을 최소화함으로써 상기 게이트 밸브(100)의 수명 단축을 방지할 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 게이트 밸브(100)를 사용한 박막 증착 장치는 내부에 플라즈마 반응이 일어나는 공정 챔버(150)와, 상기 공정 챔버(150) 내부에 설치되어 웨이퍼(W)를 지지하는 웨이퍼 홀더(160)와, 상기 공정 챔버(150)의 내벽으로부터 상기 웨이퍼(W)의 상부를 향하여 설치되며, 상기 웨이퍼(W)의 주변부에 비하여 상기 웨이퍼(W)의 중앙부로 더 많은 가스를 공급하기 위한 가스 공급 부재(170)와, 상기 공정 챔버(150)에 진공압을 제공하기 위한 진공 펌프(180)와, 상기 공정 챔버(150) 및 진공 펌프(180)를 연결하는 진공 라인 상에 설치되어 상기 진공 라인을 개폐시키는 게이트 밸브(100)를 포함한다.

상기 공정 챔버(150)의 상부는 돔 구조의 하우징(185) 형태로 형성되며, 상기 하우징(185)의 외측에는 고주파(RF) 코일(187)이 배치된다. 상기 고주파(RF) 코일(187)은 상기 공정 챔버(150) 내부로 고주파를 인가한다.

상기 공정 챔버(150) 내부 중앙에는 웨이퍼 홀더(160)가 배치되고, 상기 웨 이퍼 홀더(160) 상에는 정전 척(155)이 설치된다. 상기 정전 척(155) 상에는 웨이퍼(W)가 안착된다. 상기 웨이퍼 홀더(160)에는 상기 고주파(RF) 코일(187)로부터 공급되는 전압과 동일한 주파수의 바이어스 전압이 공급된다. 이 때, 약 13.56MHz 정도의 주파수를 갖는 전압이 인가된다.

상기 공정 챔버(150)의 일측에는 상기 공정 챔버(150)의 내부에 소정의 압력을 조성하기 위한 진공 펌프(180)가 배치되고, 상기 진공 펌프(180)에 인접하여 상기 공정 챔버(150) 내부로 퍼지 가스(purge gas)를 공급하는 퍼지 가스 공급관(175)이 설치된다. 이 경우, 상기 진공 펌프(180)는 상기 공정 챔버(150) 내에서 수행되는 공정에 따라 선택적으로 이용된다.

상기 가스 공급 부재(170)는 상기 공정 챔버(150)의 내벽으로부터 상기 웨이퍼(W)의 주변부에 인접하게 연장되는 제1 인젝터(172)와 상기 공정 챔버(150)의 내벽으로부터 상기 웨이퍼(W)의 중앙부에 인접하게 연장되는 제2 인젝터(174)를 포함한다. 상기 제1 인젝터(172) 및 제2 인젝터(174)는 튜브의 구조로 형성된다. 상기 제1 인젝터(172) 및 제2 인젝터(174)는 상기 웨이퍼(W) 상에 증착되는 박막의 종류에 따라 다른 종류의 가스를 상기 공정 챔버(150) 내부에 공급하지만, 함께 동일한 가스를 공급할 수도 있다.

상기 게이트 밸브(100)는 상기 공정 챔버(150) 및 진공 펌프(180)를 연결하는 상기 진공 라인(미도시) 상에 배치되며, 반도체 제조 공정에 따라 상기 공정 챔버(150)에 제공되는 진공압을 조절하기 위해 상기 진공 라인을 개폐시킨다. 상기 게이트 밸브(100)는 상기 웨이퍼(W) 상에 형성하고자 하는 박막의 종류 및 공정 조 건에 따라 상기 공정 챔버(150)를 적절한 진공압으로 형성하기 위해 상기 진공 라인을 적절하게 개폐시킨다.

이와 같이, 반도체 제조 공정을 수행하는 상기 공정 챔버(150)가 공정 조건에 적절하도록, 상기 게이트 밸브(100)의 개폐 동작에 의해 상기 공정 챔버(150)에 진공압이 적절하게 형성되고 상기 가스 공급 부재(170)에 의해 상기 공정 챔버(150)에 소스 가스들이 공급되면, 고주파(RF) 코일(187) 및 정전 척(140)으로 고주파 전압이 공급되어 상기 공정 챔버(150) 내부에는 상기 소스 가스들의 플라즈마가 생성된다. 상기 소스 가스의 플라즈마로부터 웨이퍼(W) 상에는 요구되는 박막이 형성된다.

상기와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 홈들에 구비된 상기 유동부재들을 이용하여 상기 공정 챔버와 상기 진공 펌프와의 연결부위를 개폐함에 따라 장기간 사용 시에도 상기 게이트 밸브에 결함을 발생시키지 않고 개폐동작을 수행할 수 있다.

따라서, 상기 게이트 밸브의 개폐 동작을 장기간 수행하더라도 상기 공정 챔버 및 진공 펌프 사이의 연결부위를 완전 밀폐할 수 있으므로 상기 공정 챔버의 리크 발생을 방지할 수 있다. 이에, 제품 및 설비의 로스 또한 최소화할 수 있다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 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 챔버에 진공압을 제공하기 위한 진공 펌프와 상기 공정 챔버와의 연결부위를 개폐시키기 위한 개폐부재;

   상기 연결부위를 개폐하기 위해 상기 개폐부재를 동작시키기 위한 구동력을 전달하는 구동축; 및

   다수의 홈들을 갖는 플레이트와, 상기 홈들 내에서 유동 가능하도록 배치되어 상기 구동축의 측면을 지지하기 위한 유동 부재들을 포함하며, 각각의 홈은 서로 다른 깊이를 갖는 제1곡면부와 제2곡면부를 갖고, 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부는 연속적으로 형성되어 있으며, 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부가 접하는 부위는 상기 유동 부재가 상기 제1곡면부 및 제2곡면부 사이에서 이동이 가능하도록 라운딩 처리된 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 게이트 밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 구동력을 제공하기 위한 구동부를 더 포함하며, 상기 구동부는 공압 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 게이트 밸브.
3. 제1항에 있어서, 상기 유동부재들은 볼 또는 원기둥 형상을 각각 갖고, 상기 유동부재들은 상기 구동축의 이동에 따라 상기 제1곡면부 및 제2곡면부의 표면 상 에서 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 게이트 밸브.

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