KR20070024113A - 반도체 제조 공정에서 사용되는 진공 시스템 - Google Patents

반도체 제조 공정에서 사용되는 진공 시스템 Download PDF

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주영병
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삼성전자주식회사
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Abstract

반도체 제조 공정에서 사용되는 진공 시스템에 있어서, 상기 진공 시스템은, 반도체 가공 공정이 수행되는 진공 챔버와 연결된 고진공 펌프와, 러핑 배관을 통해 상기 진공 챔버에 연결되며, 상기 러핑 배관으로부터 분기되어 상기 고진공 펌프에 연결된 포라인 배관을 통해 상기 고진공 펌프에 연결된 러핑 펌프와, 상기 포라인 배관에 설치된 포라인 밸브와, 상기 러핑 펌프에 전원을 인가하는 전원 라인과 직접적으로 연결되어 상기 러핑 펌프로의 전원 인가 상태에 따라 상기 포라인 밸브를 개폐 동작을 제어하는 스위칭 기구를 포함할 수 있다. 상기 러핑 펌프의 동작이 중단되는 경우, 상기 스위칭 기구에 의해 포라인 밸브가 차단됨으로써 상기 고진공 펌프의 손상이 방지될 수 있다.

Description

반도체 제조 공정에서 사용되는 진공 시스템 {Vacuum system used in a semiconductor manufacturing process}
도 1은 반도체 제조 공정에서 사용되는 종래의 진공 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 공정에 사용되는 진공 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 진공 시스템 102a, 102b : 챔버
104a, 104b : 고진공 펌프 106 : 러핑 펌프
120 : 러핑 배관 122a, 122b : 포라인 배관
130a, 130b : 게이트 밸브 132 : 러핑 밸브
134a, 134b : 포라인 밸브 136a, 136b : 공압 제어 밸브
140 : 시스템 제어부 150, 156 : 파워 라인
152 : 파워 릴레이 154 : 작동 센서
160a, 160b : 공기압 라인 162a, 162b : 스위칭 기구
170a : 압축 공기 라인 170b : 공기 배기 라인
본 발명은 반도체 제조 공정에서 사용되는 진공 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 장치를 제조하기 위한 공정 설비에 진공을 제공하기 위하여 고진공 펌프와 저진공 펌프를 포함하는 진공 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼에 대하여 증착 공정, 확산 공정, 식각 공정, 이온 주입 공정, 연마 공정 등과 같은 단위 공정들을 반복적, 선택적으로 수행함으로써 제조된다.
상기와 같은 단위 공정들은 외부 공기에 의한 반도체 기판의 오염 및 외부 공기와 반도체 기판의 반응에 의한 불순물 생성 및 불필요한 막질의 형성 등을 방지하기 위해 진공 상태에서 수행되는 것이 일반적이다. 따라서, 상기 단위 공정들을 수행하기 위한 가공 장치들은 챔버의 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 시스템을 포함한다. 예를 들면, 상기 진공 시스템은 증착, 식각, 확산 등과 같은 공정이 수행되는 공정 챔버, 상기 공정 챔버와 인접하여 배치되며 상기 공정을 수행하기 위한 반도체 기판이 대기하는 로드록 챔버, 이온 주입을 위한 엔드 스테이션 챔버, 상기 이온 주입에 사용되는 이온빔을 전달하기 위한 빔 라인 챔버 등과 연결될 수 있다.
일반적으로 고진공 상태를 형성하기 위해서는 진공 형성 초기에 상기 챔버 내부를 저진공 또는 중진공 상태로 형성하기 위한 러핑 펌프(roughing pump) 또는 저진공 펌프와, 저진공 또는 중진공 상태에서 고진공 상태로 형성하기 위한 고진공 펌프가 사용된다. 일반적으로 러핑 펌프로는 드라이 펌프, 로터리 베인 펌프, 피스톤 펌프 등이 사용되며, 고진공 펌프로는 확산 펌프, 터보 분자 펌프, 크라이오 펌프, 이온 펌프, 게터 펌프 등이 사용된다.
한편, 고진공 펌프는 일반적으로 고진공 밸브(또는 게이트 밸브)를 통해 상기 챔버들과 직접적으로 연결되어 있고, 러핑 펌프는 일반적으로 클린룸의 지하에 배치되어 상기 구성 요소들과 연결되어 있다.
도 1은 반도체 제조 공정에서 사용되는 종래의 진공 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 진공 시스템(10)은 반도체 제조를 위한 챔버들(12a, 12b)과 연결된 직접적으로 연결된 고진공 펌프들(14a, 14b)과, 상기 챔버들(12a, 12b) 및 상기 고진공 펌프들(14a, 14b)과 연결된 러핑 펌프(16)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 이온 주입 공정의 경우, 이온 소스로부터 생성된 이온빔을 전달하기 위한 빔 라인 챔버(12a)와 상기 이온빔을 이용하여 반도체 기판에 대하여 이온 주입 공정을 수행하기 위한 엔드 스테이션 챔버(12b)에는 각각 고진공 펌프로서 사용되는 제1 터보 분자 펌프(14a)와 제2 터보 분자 펌프(14b)가 연결될 수 있으며, 러핑 펌프(16)로서 사용되는 드라이 펌프는 러핑 배관(20)을 통해 상기 챔버들(12a, 12b) 중 하나(예를 들면, 엔드 스테이션 챔버)에 연결되며 포라인(fore line) 배관들(22a, 22b)을 통해 상기 고진공 펌프들(14a, 14b)에 연결된다.
또한, 상기 고진공 펌프들(14a, 14b)과 상기 챔버들(12a, 12b) 사이에는 고진공 밸브들(30a, 30b)이 설치되어 있으며, 상기 러핑 배관(20)에는 러핑 밸브(32)가 설치되어 있고, 상기 포라인 배관들(22a, 22b)에는 포라인 밸브들(34a, 34b)이 설치되어 있다.
한편, 각각의 포라인 밸브들(34a, 34b)은 공기압에 의해 작동되는 에어 밸브이며, 상기 공기압을 제어하기 위한 공압 제어 밸브들(36a, 36b)과 연결되어 있다. 또한, 상기 공압 제어 밸브들(36a, 36b)은 압축 공기 라인과 공기 배기 라인에 연결되어 있다.
상기 공압 제어 밸브들(36a, 36b)의 동작은 시스템 제어부(40)에 의해 이루어지며, 상기 시스템 제어부(40)는 상기 러핑 펌프(16)의 동작 상태를 모니터링하며, 상기 러핑 펌프(16)의 온/오프 명령을 하달한다. 즉, 상기 시스템 제어부(40)는 러핑 펌프(16)의 온 신호 또는 오프 신호를 상기 러핑 펌프(16)와 연결된 전원 라인(50)에 설치된 파워 릴레이(52)로 전송하며, 상기 러핑 펌프(16)의 동작 상태를 상기 러핑 펌프(16)에 설치된 작동 센서(54)를 통해 모니터링한다. 또한, 상기 러핑 펌프(16)의 동작 상태에 따라 상기 공압 제어 밸브들(36a, 36b)의 동작을 제어한다.
예를 들면, 상기 러핑 펌프(16)의 동작을 중단시키는 경우, 상기 시스템 제어부(40)는 상기 작동 센서(54)에 의해 러핑 펌프(16)가 중단됨을 확인한 후, 공압 제어 밸브들(36a, 36b)을 동작시켜 포라인 밸브들(34a, 34b)을 닫는다. 그러나, 상기 러핑 펌프(16)의 동작 이후에서 상기 포라인 밸브들(34a, 34b)이 닫히는 순간까 지 일정 시간이 소요되며, 상기와 같은 시간 지체에 의해 고진공 펌프들(14a, 14b)이 손상될 수 있다. 구체적으로, 상기 시간 지체에 의해 포라인 배관들(22a, 22b) 내의 압력이 상승하며, 상기 압력 상승에 의해 고속으로 회전하는 터보 펌프의 블레이드가 파손될 수 있다. 더 나아가, 상기 터보 펌프의 손상에 의해 반도체 제조 장치의 유지 보수에 소요되는 시간이 증가될 수 있으며, 이에 따라 반도체 제조 장치의 가동율이 저하될 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 러핑 펌프의 중단 시점과 포라인 밸브의 차단 시점 사이의 시간차를 최소화할 수 있는 진공 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 공정에 사용되는 진공 시스템은, 반도체 가공 공정이 수행되는 진공 챔버와 연결된 고진공 펌프와, 러핑 배관을 통해 상기 진공 챔버에 연결되며, 상기 러핑 배관으로부터 분기되어 상기 고진공 펌프에 연결된 포라인 배관을 통해 상기 고진공 펌프에 연결된 러핑 펌프와, 상기 포라인 배관에 설치된 포라인 밸브와, 상기 러핑 펌프에 전원을 인가하는 전원 라인과 직접적으로 연결되어 상기 러핑 펌프로의 전원 인가 상태에 따라 상기 포라인 밸브를 개폐 동작을 제어하는 스위칭 기구를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 포라인 밸브는 공기압에 의해 개폐되는 에어 밸브일 수 있으며, 상기 스위칭 기구는 상기 에어 밸브와 연결된 공기압 라인에 설치되어 상기 전 원 인가 상태에 따라 상기 포라인 밸브로 제공되는 공기압을 제어하는 밸브 기구일 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 다르면, 상기 스위칭 기구는 상기 러핑 펌프의 중단을 위한 전원의 차단에 의해 실시간으로 상기 포라인 밸브를 차단하기 이하여 동작하므로, 상기 러핑 펌프의 동작 중단 시점과 상기 포라인 밸브의 차단 시점 사이의 시간차가 최소화될 수 있다. 따라서, 상기 러핑 펌프의 중단에 의한 상기 제2 진공 라인 내부의 압력 상승이 최소화될 수 있으며, 이에 따라 상기 고진공 펌프의 손상이 방지될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있으며, 막(층)이 다른 막(층) 도는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 공정에 사용되는 진공 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
본 실시예는 반도체 제조 공정에서 사용되는 이온 주입 장치를 예를 들어 설 명될 것이다. 그러나, 본 발명 범위는 여기서 설명되는 실시예에 의해 한정되지 않으며, 반도체 제조 공정에서 고진공이 요구되는 다양한 공정 설비들에 적용될 수 있으며, 또한 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들면, 본 실시예에 따른 진공 시스템은 고진공이 요구되는 증착, 식각, 확산 등과 같은 단위 공정들에 직접 또는 간접적으로 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 반도체 제조 공정에서 반도체 기판의 특정 부위에 목적하는 전기적 특성을 부여하기 위하여 불순물을 주입하는 이온 주입 장치는 이온 소스를 포함하는 빔 라인 챔버(102a)와 상기 반도체 기판에 대한 이온 주입이 실시되는 엔드 스테이션 챔버(102b)를 포함할 수 있다. 그러나, 상기 이온 주입 장치는 이 밖에 다른 다양한 부가 장치들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공 시스템(100)은 상기 빔 라인 챔버(102a)와 연결되는 제1 고진공 펌프(104a)와 상기 엔드 스테이션 챔버(102b)와 연결되는 제2 고진공 펌프(104b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 고진공 펌프(104a, 104b)는 제1 고진공 밸브(130a) 및 제2 고진공 밸브(130b)를 통해 상기 빔 라인 챔버(102a)와 엔드 스테이션 챔버(102b)와 각각 연결될 수 있다. 상기 제1 고진공 펌프(104a)와 제2 고진공 펌프(104b)로는 각각 터보 분자 펌프가 사용될 수 있으며, 이 밖에 확산 펌프, 크라이오 펌프, 이온 펌프, 게터 펌프 등이 사용될 수 있다.
저진공 펌프로서 사용되는 러핑 펌프(106)는 러핑 배관(120)을 통해 엔드 스테이션 챔버(102b)와 연결되어 있다. 구체적으로, 상기 러핑 배관(120)은 상기 러핑 펌프(106)로부터 엔드 스테이션 챔버(102b)까지 연장되며, 상기 러핑 배관(120) 에는 러핑 밸브(132)가 설치되어 있다. 상기 러핑 펌프(106)로는 드라이 펌프가 사용될 수 있으며, 이 밖에 로터리 베인 펌프 또는 피스톤 펌프가 사용될 수 있다.
또한, 상기 러핑 펌프(106)는 제1 및 제2 고진공 펌프(104a, 104b)의 배기단과 각각 연결되어 있다. 구체적으로, 상기 러핑 배관(120)으로부터 분기된 제1 포라인 배관(122a) 및 제2 포라인 배관(122b)은 각각 제1 고진공 펌프(104a)의 배기단과 제2 고진공 펌프(104b)의 배기단에 각각 연결되어 있다.
상기 러핑 펌프(106)에는 3상 교류 전원이 연결되며, 시스템 제어부(140)에 의해 동작 상태가 제어될 수 있다. 예를 들면, 상기 러핑 펌프(106)에는 208V의 3상 교류 전원이 인가될 수 있다. 상기 시스템 제어부(140)는 파워 릴레이(152)를 통해 상기 러핑 펌프(106)로의 전원 인가 상태를 제어할 수 있으며, 러핑 펌프(106)의 동작 상태는 러핑 펌프(106)에 장착된 작동 센서(154)에 의해 시스템 제어부(140)로 전송될 수 있다.
한편, 상기 제1 포라인 배관(122a)과 제2 포라인 배관(122b)에는 각각 제1 포라인 밸브(134a)와 제2 포라인 밸브(134b)가 설치될 수 있다. 상기 제1 포라인 밸브(134a)와 제2 포라인 밸브(134b)로는 공기압에 의해 작동되는 에어 밸브가 각각 사용될 수 있으며, 공기압 라인(160a, 160b)을 통해 압축 공기 라인(170a) 또는 공기 배기 라인(170b)과 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 포라인 밸브(134a)는 제1 공기압 라인(160a)을 통해 공기압을 제어하기 위한 제1 공압 제어 밸브(136a)와 연결되어 있으며, 제2 포라인 밸브(134b)는 제2 공기압 라인(160b)을 통해 제2 공압 제어 밸브(136b)와 연결되어 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 상기 제1 공압 제어 밸브(136a)와 제2 공압 제어 밸브(136b)는 상기 압축 공기 라인(170a) 및 공기 배기 라인(170b)과 연결되어 있다.
상기 제1 공기압 라인(160a) 및 제2 공기압 라인(160b)에는 각각 제1 스위칭 기구(162a)와 제2 스위칭 기구(162b)가 설치되어 있다. 상기 제1 스위칭 기구(162a)와 제2 스위칭 기구(162b)는 상기 러핑 펌프(106)의 파워 라인(150)과 전기적으로 연결되며, 러핑 펌프(106)와 함께 동작한다. 즉, 상기 제1 스위칭 기구(162a)와 제2 스위칭 기구(162b)는 상기 파워 릴레이(152)와 러핑 펌프(106) 사이의 파워 라인(150)으로부터 분기된 파워 라인(156)에 병렬로 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 스위칭 기구로(162a, 162b)는 장기 통전형 솔레노이드 밸브가 사용될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 포라인 밸브(134a, 134b)에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 포라인 밸브(134a, 134b)가 솔레노이드 밸브인 경우, 상기 제1 및 제2 스위칭 기구(162a, 162b)로는 파워 릴레이가 사용될 수도 있다.
한편, 상기 시스템 제어부(140)는 상기 작동 센서(154)를 이용하여 상기 러핑 펌프(106)의 동작 상태를 모니터링하며, 상기 모니터링 결과에 따라 상기 제1 및 제2 공압 제어 밸브(136a, 136b)들의 동작을 제어한다.
상술한 바와 같은 진공 시스템(100)의 동작 관계를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1 및 제2 게이트 밸브(130a, 130b)와 제1 및 제2 포라인 밸브(134a, 134b)가 차단되고, 러핑 밸브(132)가 개방된 상태에서, 러핑 펌프(103)의 동작에 의해 빔 라인 챔버(102a)와 엔드 스테이션 챔버(102b)의 내부가 저진공 상태로 형성된다.
이어서, 러핑 펌프(106)가 차단되고, 상기 제1 및 제2 게이트 밸브(130a, 130b)와 제1 및 제2 포라인 밸브(134a, 134b)가 개방된 상태에서 제1 및 제2 고진공 펌프(104a, 104b) 및 러핑 펌프(106)가 동작됨에 따라 빔 라인 챔버(102a) 및 엔드 스테이션 챔버(102b)의 내부가 고진공 상태로 형성된다.
한편, 상기와 같이 제1 및 제2 고진공 펌프들(104a, 104b)이 동작하고 있는 상태에서, 러핑 펌프(106)의 동작을 중단시키는 경우 러핑 펌프(106)로의 전원 인가가 중단됨과 거의 동시에 제1 및 제2 스위칭 기구(162a, 162b)가 동작하며, 상기 제1 및 제2 스위칭 기구(162a, 162b)의 동작에 의해 제1 및 제2 포라인 밸브들(134a, 134b)이 차단된다.
따라서, 제1 및 제2 포라인 밸브들(134a, 134b)과 제1 및 제2 고진공 펌프들(104a, 104b) 사이의 제1 및 제2 포라인 배관들(122a, 122b) 내부의 압력이 일정하게 유지될 수 있으며, 이에 따라, 상기 제1 및 제2 고진공 펌프들(104a, 104b)의 손상을 방지할 수 있다. 예를 들면, 고속으로 회전하는 터보 분자 펌프들의 블레이드 파손이 방지될 수 있다. 즉, 상기 러핑 펌프(106)의 동작 상태를 시스템 제어부(140)가 인식한 후, 상기 제1 및 제2 고진공 펌프들(104a, 104b)의 동작을 무리없이 중단시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 러핑 펌프의 작동 중단과 동시에 스위칭 기구가 동작하며, 상기 스위칭 기구의 동작에 의해 포라인 밸브가 차단된다. 따라서, 고진공 펌프와 포라인 밸브 사이의 압력이 진공압이 일정하게 유지될 수 있으며, 이에 따라 고진공 펌프의 손상이 방지될 수 있다.
상기에서는 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 (2)

  1. 반도체 가공 공정이 수행되는 진공 챔버와 연결된 고진공 펌프;
    러핑 배관을 통해 상기 진공 챔버에 연결되며, 상기 러핑 배관으로부터 분기되어 상기 고진공 펌프에 연결된 포라인 배관을 통해 상기 고진공 펌프에 연결된 러핑 펌프;
    상기 포라인 배관에 설치된 포라인 밸브; 및
    상기 러핑 펌프에 전원을 인가하는 전원 라인과 직접적으로 연결되어 상기 러핑 펌프로의 전원 인가 상태에 따라 상기 포라인 밸브를 개폐 동작을 제어하는 스위칭 기구를 포함하는 반도체 제조 공정에서 사용되는 진공 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 포라인 밸브는 공기압에 의해 개폐되는 에어 밸브이며, 상기 스위칭 기구는 상기 포라인 밸브와 연결된 공기압 라인에 설치되어 상기 전원 인가 상태에 따라 상기 포라인 밸브로 제공되는 공기압을 제어하는 밸브 기구인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정에서 사용되는 진공 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100962547B1 (ko) * 2009-02-05 2010-06-14 최한기 역류 방지 시스템
CN113741571A (zh) * 2021-09-09 2021-12-03 北京卫星环境工程研究所 一种覆盖常压到高真空的压力控制系统

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