KR20070082613A - Vacuum apparatus of semiconductor device manufacturing equipment - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 스로틀밸브 유닛에서의 유체 흐름을 설명하기 위한 반도체 제조설비의 개략구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus for explaining a fluid flow in a throttle valve unit according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 스로틀밸브 유닛이 적용되는 클러스터 타입의 반도체 제조설비를 나타낸다.2 shows a cluster type semiconductor manufacturing apparatus to which a throttle valve unit according to the present invention is applied.
도 3은 본 발명에 따른 스로틀밸브 유닛이 적용되는 프로세스 챔버의 진공 장치를 나타낸다.3 shows a vacuum apparatus of a process chamber to which a throttle valve unit according to the present invention is applied.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 스로틀밸브 유닛을 나타낸다.4 shows a throttle valve unit according to a first embodiment of the present invention.
도 5는 상기 도 4에 도시된 스로틀밸브 유닛에 의한 에어 흐름을 도식적으로 나타낸다. FIG. 5 schematically shows the air flow by the throttle valve unit shown in FIG. 4.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 스로틀밸브 유닛을 나타낸다.6 shows a throttle valve unit according to a second embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 스로틀밸브 유닛을 나타낸다.7 shows a throttle valve unit according to a third embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100: 반도체 제조설비 102: 프로세스 챔버100: semiconductor manufacturing equipment 102: process chamber
104: 정렬 챔버 106: 로봇암104: alignment chamber 106: robot arm
108: 트랜스퍼 챔버 110: 슬릿밸브108: transfer chamber 110: slit valve
112: 웨이퍼 카세트 114: 도어112: wafer cassette 114: door
116: 로드락 챔버 118: 챔버 벽116: load lock chamber 118: chamber wall
120: 상부전극 122: 샤워헤드120: upper electrode 122: shower head
124: 버퍼공간 126: 가스분사홀124: buffer space 126: gas injection hole
128: DTCU 130: 돔128: DTCU 130: dome
132: 램프 134: RF 코일132: lamp 134: RF coil
136: 하부전극 138: 정전척136: lower electrode 138: electrostatic chuck
140: 클램프 링 142: 리프트 핀140: clamp ring 142: lift pin
144: 리프트 146: 배기라인144: lift 146: exhaust line
148: 터보 펌프 150: 게이트 밸브148: turbo pump 150: gate valve
152,152-1,152-2: 스로틀밸브 유닛 154: 회전축152,152-1,152-2: throttle valve unit 154: rotation shaft
156: 배기라인 개폐부 158: 에어156: exhaust line opening and closing portion 158: air
160: 배기라인 히팅부 160: exhaust line heating unit
본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기라인의 개폐를 제어하는 스로틀밸브 유닛이 구비된 반도체 제조설비의 진공 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a vacuum apparatus of a semiconductor manufacturing apparatus equipped with a throttle valve unit for controlling the opening and closing of the exhaust line.
일반적으로 반도체 디바이스는 웨이퍼 표면 상부에 절연막 또는 도전막등의 박막을 증착한 뒤, 이를 패터닝하여 다양한 회로 기하구조를 형성함으로써 제조하게 된다. 그리고, 이러한 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 반도체 기판 내부로 3B족(예컨대, B) 또는 5B(예컨대, P 또는 As)족의 불순물 이온을 주입하는 불순물 이온주입 공정, 반도체 기판 상에 물질막을 형성하는 박막 증착(deposition)공정, 반도체 기판 상의 물질막을 소정의 패턴으로 형성하는 식각 공정, 반도체 기판 상부에 층간절연막등을 증착한 후에 일괄적으로 반도체 기판 표면을 연마하여 단차를 없애는 평탄화(CMP:Chemical Mechanical Polishing) 공정을 비롯하여 웨이퍼 또는 챔버의 불순물을 제거 하기 위한 세정 공정등과 같은 여러 단위 공정들이 실시된다. 따라서, 상기와 같은 여러 단위 공정들을 여러 번 반복적으로 실시함으로써 반도체 디바이스를 제조하게 되며, 이러한 단위 공정은 각각의 반도체 제조설비를 통해 이루어진다.In general, a semiconductor device is manufactured by depositing a thin film such as an insulating film or a conductive film on the wafer surface, and then patterning the thin film to form various circuit geometries. In order to manufacture such a semiconductor device, an impurity ion implantation step of implanting impurity ions of Group 3B (eg, B) or 5B (eg, P or As) into a semiconductor substrate, and a thin film to form a material film on the semiconductor substrate Deposition process, Etching process to form material film on semiconductor substrate in predetermined pattern, Planarization (CMP: Chemical Mechanical Polishing) to remove step by polishing surface of semiconductor substrate collectively after depositing interlayer insulating film on top of semiconductor substrate A variety of unit processes are carried out, such as) process and cleaning process to remove impurities from wafer or chamber. Therefore, a semiconductor device is manufactured by repeatedly performing the above-described various unit processes several times, and the unit process is performed through each semiconductor manufacturing facility.
통상의 반도체 제조설비에는 외부로부터 밀폐되어 파티클과 같은 오염물질이 거의 존재하지 않는 진공의 분위기인 프로세스 챔버(process chamber)가 제공된다. 이때, 상기 프로세스 챔버에 웨이퍼가 투입될 때마다 프로세스 챔버 내부를 상압에서 진공압 상태로 펌핑하기 위해서는 불필요한 많은 예비시간이 소요된다. 따라서, 상기 반도체 제조설비에는 상기 프로세스 챔버로 투입되어질 다수개의 웨이퍼가 탑재된 웨이퍼 카세트가 위치되며, 상기 프로세스 챔버 내부와 유사한 진공압 상태를 유지하고 있는 로드락 챔버, 그리고 상기 로드락 챔버로부터 웨이퍼를 인출하여 프 로세스 챔버로 이송시키는 로봇암이 설치된 트랜스퍼 챔버가 더 구비된다. 그리고, 이러한 프로세스 챔버, 로드락 챔버 및 트랜스퍼 챔버로 이루어진 반도체 제조설비는 작업 효율을 향상시키기 위하여, 상기 트랜스퍼 챔버를 중심에 두고 복수개의 로드락 챔버와 프로세스 챔버가 원형모양으로 배치된 클러스터 타입(cluster type)을 이루고 있다.Conventional semiconductor manufacturing facilities are provided with a process chamber which is sealed from the outside and is a vacuum atmosphere in which contaminants such as particles are hardly present. At this time, each time the wafer is introduced into the process chamber, a lot of unnecessary preliminary time is required to pump the process chamber from normal pressure to vacuum pressure. Accordingly, a wafer cassette in which a plurality of wafers to be introduced into the process chamber is mounted is disposed in the semiconductor manufacturing facility, and a load lock chamber maintaining a vacuum pressure similar to that inside the process chamber, and a wafer from the load lock chamber. The transfer chamber is further provided with a robot arm installed to take out and transfer to the process chamber. In addition, the semiconductor manufacturing apparatus including the process chamber, the load lock chamber, and the transfer chamber has a cluster type in which a plurality of load lock chambers and process chambers are arranged in a circular shape with the transfer chamber at the center in order to improve work efficiency. type).
한편, 반도체 제조설비에 있어서, 대기중의 오염물질 또는 공정을 진행하는 과정에서 발생된 폴리머를 비롯한 각종 파티클들은 반도체 디바이스의 신뢰성 및 수율에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 따라서, 프로세스 챔버 내부의 진공압 유지를 위한 목적에서 뿐 아니라 청정도를 유지하기 위한 목적으로 프로세스 챔버 내부를 펌핑하게 된다. 통상적으로, 프로세스 챔버를 펌핑하기 위해서는 터보 펌프 및 드라이 펌프등과 같은 펌핑 장치 및 상기 터보 펌프에 의해 펌핑되어진 프로세스 챔버의 에어가 배출되는 배기라인으로 구성된 진공 장치가 적용된다. 그리고, 이러한 진공 장치의 배기라인에는 프로세스 챔버 내부의 압력을 조절하기 위한 중간 밸브로서, 스로틀밸브가 형성된다.Meanwhile, in semiconductor manufacturing facilities, various particles including air pollutants or polymers generated during the process have a great influence on the reliability and yield of semiconductor devices. Therefore, the inside of the process chamber is pumped not only for maintaining the vacuum pressure inside the process chamber but also for maintaining the cleanliness. Typically, in order to pump the process chamber, a vacuum device composed of a pumping device such as a turbo pump and a dry pump, and an exhaust line through which air of the process chamber pumped by the turbo pump is discharged is applied. A throttle valve is formed in the exhaust line of the vacuum device as an intermediate valve for regulating the pressure inside the process chamber.
도 1은 종래 기술에 따른 스로틀밸브가 형성된 배기라인에서의 유체 흐름을 도식적으로 나타낸다.1 schematically shows a fluid flow in an exhaust line in which a throttle valve according to the prior art is formed.
도 1을 참조하면, 프로세스 챔버(10)와 터보 펌프(12) 사이의 배기라인(14)에 스로틀밸브(16)가 형성되어 있다. 상기 도 1에 도시된 스로틀밸브(16)에는 중심축(20)을 기준으로 좌측 또는 우측으로 기울어지는 원판형상의 배기라인 개폐부(18)가 형성되어 있다. 따라서, 상기 배기라인 개폐부(18)의 기울어짐 정도에 따라 배기라인(14)의 개폐정도가 조절된다. 예컨대, 상기 배기라인 개폐부(18)가 수평 방향일 경우에는 배기라인(14)이 완전히 차단된다. 그러나, 상기 배기라인 개폐부(18)가 소정의 각도로 기울어질 경우에는 그 기울어진 정도만큼 배기라인(14)이 개방되어 프로세스 챔버(10)로부터 펌핑되어진 에어(22)가 터보 펌프(12)측으로 흐르게 된다.Referring to FIG. 1, a
따라서, 상기 프로세스 챔버(10)의 압력이 공정시 요구되는 압력에 비해 보다 높을 경우에는 터보 펌프(12)를 이용하여 프로세스 챔버(10)의 에어를 펌핑한다. 상기 프로세스 챔버(10)로부터 펌핑된 에어(22)는 배기라인(14)을 통해 배출되는데, 이러한 에어 흐름에 의해 배기라인(14)상에 형성된 스로틀밸브(16)의 배기라인 개폐부(18)가 소정 각도로 기울어진다. 이때, 상기 배기라인 개폐부(18)의 기울어짐 정도에 따라 배기라인(14)의 개방정도가 제어됨으로써, 상기 프로세스 챔버(10)의 압력이 공정시 요구되는 압력수준으로 유지되는 것이다.Therefore, when the pressure in the
그러나, 종래 기술에는 상기 배기라인(14)상에 스로틀밸브(16)가 장착된 위치상의 문제 및 배기라인 개폐부(18)의 오픈 각도 조절이 어려워 원활한 배기가 이루어지지 못하였다. 즉, 반도체 제조설비의 구조상의 한계로 스로틀밸브(16)는 배기라인(14)상의 꺽임부(참조부호 A) 하단에 주로 설치되었다. 따라서, 상기 프로세스 챔버(10)로부터 일정 유속을 가지고 수평 배기라인을 흐르던 에어(22)가 꺽임부(A)에 부딪치게 되어 그 흐름이 순간적으로 방해를 받게 된다. 그리고, 이처럼 흐름에 방해를 받은 에어(22)는 수직 배기라인쪽으로 굴절되어 흐르게 되는데, 상기 꺽임부(A)에 부딪침으로 인해 유속이 급감되고 흐름 방향 또한 급격히 변경되어 배 기라인(14) 내부에서는 에어 흐름의 균일성이 깨지는 소위 헌팅(hunting) 현상이 발생하게 된다. 이처럼 배기라인(14) 내부에서 헌팅 현상이 발생할 경우 스로틀밸브의 배기라인 개폐부(18)의 동작이 불안정해진다. 즉, 도 1에 도시된 것과 같이, 상기 배기라인 개폐부(18)는 중심축(20)을 기준으로 오른쪽에 위치한 우측 배기라인 개폐부(18b)쪽이 눌려지면서 스로틀밸브(16)가 개방되도록 설계되어 있다. 그러나, 배기라인을 따라 흐르던 에어가 좌측 배기라인 개폐부(18a) 및 우측 배기라인 개폐부(18b)쪽으로 모두 도달하여 유사한 정도의 압력을 가할 경우, 힘의 평형이 이루어져 우측 배기라인 개폐부(18b)측이 기울어질 수 없게 된다. 이처럼 우측 배기라인 개폐부(18b)측이 하부로 내려가지 못할 경우 스로틀밸브(16)가 개방되지 못하게 되고, 이는 결국 배기라인이 차단됨을 의미한다. 또한, 스로틀밸브(16)가 개방되지 못하는 정도까지 이르진 않더라도 스로틀밸브(16)의 개방이 지연될 경우, 원활한 배기가 이루어지지 못하여 프로세스 챔버에 대한 정확하고 정밀한 압력 조절이 어려워진다.However, in the prior art, it is difficult to adjust the opening angle of the exhaust line opening and closing
한편, 상기 프로세스 챔버로부터 펌핑되어진 에어속에는 폴리머등의 다양한 파우더가 함유되어 있다. 이러한 파우더들은 에어 흐름 경로를 따라 스로틀밸브의 배기라인 개폐부(18) 표면에 쌓이게 되는데, 이러한 파우더의 응착으로 인해 배기라인 개폐부의 기계적 동작이 원활히 이루어지지 못하게 된다. 프로세스 챔버를 공정에 적합한 압력으로 조절하기 위해서는 스로틀밸브의 개방 정도가 엄격히 제어되어야 하는데, 이처럼 배기라인 개폐부에 파우더가 응착될 경우, 배기라인 개폐부를 회전시키는 회전장치의 마찰력이 증가되어 배기라인 개폐부가 에어 배기에 필요한 정도로 오픈되지 못하게 된다. 또한, 파우더가 응착된 배기라인 개폐부 표면은 러프해진다. 따라서, 러프한 배기라인 개폐부 표면을 지나는 에어의 흐름이 불안정해져 원활한 배기가 어려워지고, 결과적으로 프로세스 챔버에 대한 정확한 압력 조절에 어려움을 겪게 된다.On the other hand, the air pumped from the process chamber contains various powders such as polymers. These powders are accumulated on the surface of the exhaust line opening and closing
상기한 바와 같이, 배기라인의 에어 흐름이 원활하지 못할 경우 프로세스 챔버에 대한 압력 조절 또한 원활이 이루어지지 못하고, 그로 인해 증착률, 식각률, 클린율등이 불균일해져 반도체 디바이스이 신뢰성 및 생산성 저하를 야기시킨다. 또한, 스로틀밸브의 불안정한 동작으로 인해 프로세스 챔버 내부의 공정가스가 배기라인을 통해 원활히 배출되지 못할 경우, 배기라인 내부에 파티클 다운이 유발된다. 이처럼 배기라인 내부에 파티클이 발생할 경우 세정공정을 실시함으로 인해 PM 주기가 짧아져 설비 가동률이 저하된다. 그리고, 배기라인 내부에 발생된 파티클이 프로세스 챔버 내부로 유입될 경우 반도체 디바이스에 페일을 야기시킬 뿐 아니라 프로세스 설비를 비롯한 공정 설비 전체의 라이프 사이클을 단축시켜 유지보수 비용을 증가시키는등 수많은 문제점이 도출된다. As described above, when the air flow in the exhaust line is not smooth, the pressure on the process chamber is not smoothly, and thus, the deposition rate, the etching rate, and the clean rate are not uniform, which causes the semiconductor device to lose reliability and productivity. . In addition, when the process gas inside the process chamber cannot be smoothly discharged through the exhaust line due to the unstable operation of the throttle valve, particle down is caused in the exhaust line. As such, when particles are generated in the exhaust line, the PM cycle is shortened due to the cleaning process, thereby lowering the facility utilization rate. In addition, when particles generated inside the exhaust line are introduced into the process chamber, not only does it cause a failure in the semiconductor device but also a number of problems such as shortening the life cycle of the entire process equipment including the process equipment and increasing maintenance costs. do.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 유체의 불안정한 흐름인 헌팅 현상을 해소할 수 있도록 하는 반도체 제조설비의 진공 장치를 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the conventional problems as described above is to provide a vacuum device of a semiconductor manufacturing equipment that can solve the hunting phenomenon which is an unstable flow of fluid.
본 발명의 다른 목적은, 배기라인의 개폐정도를 정밀하게 제어할 수 있도록 하는 반도체 제조설비의 진공 장치를 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a vacuum device of a semiconductor manufacturing facility which can precisely control the opening and closing degree of an exhaust line.
본 발명의 다른 목적은, 프로세스 챔버로부터 펌핑된 에어를 원활히 배기시켜 프로세스 챔버의 압력을 보다 정확하고 정밀하게 조절할 수 있도록 하는 반도체 제조설비의 진공 장치를 제공함에 있다. It is another object of the present invention to provide a vacuum apparatus of a semiconductor manufacturing facility which enables to smoothly exhaust the pumped air from the process chamber to more accurately and accurately control the pressure of the process chamber.
본 발명의 다른 목적은, 배기라인 내부에 파티클 다운이 유발되는 문제점을 해소할 수 있는 반도체 제조설비의 진공 장치를 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a vacuum device of a semiconductor manufacturing facility that can solve the problem that particle down is caused in the exhaust line.
본 발명의 다른 목적은, 공정 설비의 PM 주기를 연장하여 설비 가동률을 보다 향상시킬 수 있는 반도체 제조설비의 진공 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a vacuum apparatus of a semiconductor manufacturing equipment which can further improve the equipment operation rate by extending the PM cycle of the process equipment.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조설비의 진공 장치는, 외부로부터 독립된 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부의 유체를 배기시키는 배기라인; 및 상기 배기라인을 통해 배기되는 유체의 흐름에 따라 개폐 동작되며, 상기 전체 배기라인중 유체의 흐름이 집중되는 방향으로 개폐되도록 설치된 스로틀밸브 유닛을 포함함을 특징으로 한다. Vacuum apparatus of a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention for achieving the above objects, the chamber provides a space independent from the outside; An exhaust line for exhausting the fluid in the chamber; And a throttle valve unit which opens and closes according to the flow of the fluid exhausted through the exhaust line, and is installed to open and close in a direction in which the flow of the fluid is concentrated in the entire exhaust line.
또한, 상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조설비의 진공 장치는, 외부로부터 독립된 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부의 유체를 배기시키는 배기라인; 상기 배기라인을 통해 배기되는 유체의 흐름에 따라 개폐 동작되는 스로틀밸브 유닛; 및 상기 배기라인을 통해 배기되는 유체의 온도를 상승시키는 히팅부를 포함함을 특징으로 한다.In addition, the vacuum apparatus of the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention for achieving the above objects, the chamber for providing a space independent from the outside; An exhaust line for exhausting the fluid in the chamber; A throttle valve unit which is opened and closed according to the flow of the fluid exhausted through the exhaust line; And a heating unit for raising a temperature of the fluid exhausted through the exhaust line.
또한, 상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조설비의 진공 장치는, 외부로부터 독립된 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부의 유체를 배기시키며, 수평 배기라인에서 수직 배기라인으로의 연결부가 완만한 곡선형태로 이루어진 배기라인; 및 상기 배기라인을 통해 배기되는 유체의 흐름에 따라 개폐 동작되는 스로틀밸브 유닛을 포함함을 특징으로 한다. In addition, the vacuum apparatus of the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention for achieving the above objects, the chamber for providing a space independent from the outside; An exhaust line exhausting the fluid in the chamber, the exhaust line having a smooth curve in connection from a horizontal exhaust line to a vertical exhaust line; And a throttle valve unit which is opened and closed according to the flow of the fluid exhausted through the exhaust line.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 카테고리를 벗어나지 않는 범위내에서 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention. The present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be embodied in various other forms without departing from the scope of the present invention, and only the embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete and common knowledge It is provided to fully inform the person of the scope of the invention.
정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 대중화에 따라 반도체 디바이스도 비약적으로 발전하고 있다. 따라서, 그 기능적인 면에 있어서도 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구되고 있다. 또한, 반도체 디바이스의 고집적화 및 대용량화 추세로 인해 반도체 디바이스의 메모리셀을 구성하는 각각의 단위소자의 사이즈 또한 축소되고 있다. 이처럼 단위소자의 사이즈가 축소되어 공정 마진이 감소됨에 따라 반도체 디바이스를 제조하기 위한 단위 공정에 있어서 최상의 정밀성이 요구되고 있다. 따라서, 본 분야에서는 박막 증착공정, 식각 공정등의 여러 단위 공정을 정밀하게 수행하기 위하여 플라즈마를 적극적으로 이용하게 되었다. 그러나, 플라즈마를 반도체 디바이스 제조공정에 이용하고자 하는 경우, 실질적으로 공정이 진행되는 프로세스 챔버를 비롯 하여 공정이 진행되어질 웨이퍼가 대기하고 있는 로드락 챔버 및 웨이퍼가 이송되는 경로인 트랜스퍼 챔버 내부가 일정 수준의 압력분위기로 정밀하게 유지될 것이 요구되고 있다. 또한, 상기와 같은 반도체 디바이스 제조설비에 있어서, 대기중의 오염물질 또는 공정을 진행하는 과정에서 발생된 폴리머를 비롯한 각종 파티클들은 반도체 디바이스의 신뢰성 및 수율에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 따라서, 진공 펌프등의 펌핑 장치를 이용하여 각각의 설비 내부를 펌핑함으로써, 공정시 요구되는 청정도를 유지함과 동시에 공정시 요구되는 압력상태를 최상으로 유지하게 된다. BACKGROUND With the rapid development of the information communication field and the rapid popularization of information media such as computers, semiconductor devices are also rapidly developing. Therefore, it is required to operate at high speed and to have a large storage capacity in terms of its functionality. In addition, due to the trend toward higher integration and higher capacity of semiconductor devices, the size of each unit element constituting a memory cell of the semiconductor device is also reduced. As the size of the unit device is reduced and the process margin is reduced, the highest precision is required in the unit process for manufacturing a semiconductor device. Therefore, in the present field, plasma has been actively used to precisely perform various unit processes such as a thin film deposition process and an etching process. However, when the plasma is to be used in the semiconductor device manufacturing process, a predetermined level is provided in the process chamber in which the process proceeds, the load lock chamber in which the wafer to be processed is waiting, and the transfer chamber in which the wafer is transferred. It is required to be precisely maintained at a pressure atmosphere of. In addition, in the semiconductor device manufacturing facilities as described above, various particles including the pollutants in the air or the polymer generated during the process have a great influence on the reliability and yield of the semiconductor device. Therefore, by pumping the inside of each facility by using a pumping device such as a vacuum pump, it is possible to maintain the cleanliness required in the process and at the same time maintain the pressure state required in the process.
특히, 프로세스 챔버는 각종 단위 공정이 진행되는 메인 챔버로서, 프로세스 챔버 내부 공간을 진공상태로 만들기 위한 다양한 방식의 진공 장치가 사용되고 있다. 즉, 프로세스 챔버 내부로 단위 공정을 위한 공정가스가 투입되면, 프로세스 챔버의 내부의 압력은 일시적으로 상승된다. 따라서, 상승된 압력을 공정 조건으로 유지하기 위해 공정이 진행되는 동안 계속해서 진공 장치가 가동된다. 따라서, 이러한 진공 장치에 의해 프로세스 챔버 내부는 공정시 요구되는 압력을 유지하게 되며, 이와 동시에 프로세스 챔버 내부의 미반응 가스 및 공정이 진행되는 동안 발생된 반응부산물 또한 이러한 진공 장치의 펌핑 동작에 의해 외부로 배출된다. 이러한 진공 장치는 설비특성에 따라 다양한 방식으로 운영되는데, 통상적으로 프로세스 챔버를 고진공화하기 위한 진공 펌프로서, 예컨대 터보 펌프가 사용된다. 터보 펌프의 배기용 블레이드는 보통 27,000rpm 이상으로 회전하면서 챔버 내부의 기압을 진공압 상태로 유지하게 된다. 보다 구체적으로, 상기 프로세스 챔버는 균일한 플라즈마 발생을 위하여 파티클과 같은 오염물질의 유입을 최소화하는 것이 매우 중요하므로, 프로세스 챔버에 웨이퍼를 로딩한 뒤, 터보 펌프를 이용하여 1×10-6Torr정도의 고진공으로 펌핑시킨다. 그리고 나서, 플라즈마 반응을 유도하기 위한 질소(N2) 또는 아르곤(Ar)과 같은 퍼지가스를 공급한 뒤, 약 1×10-3Torr 내지 약 1×10-1Torr 정도의 저진공 상태가 유지되도록 한다. 그리고, 상기 프로세스 챔버와 터보 펌프 사이의 배기라인에는 배기라인의 개방정도를 조절할 수 있는 스로틀밸브가 연결된다. 즉, 상기 스로틀밸브는 상기 프로세스 챔버와 터보 펌프를 분리시키는 게이트 밸브 상단에 구비되어, 상기 프로세스 챔버의 압력이 공정시 요구되는 압력수준으로 유지되도록 배기라인의 개방정도를 조절하는 역할을 한다.In particular, the process chamber is a main chamber through which various unit processes are performed, and various types of vacuum apparatuses are used to vacuum the space inside the process chamber. That is, when a process gas for a unit process is introduced into the process chamber, the pressure inside the process chamber is temporarily raised. Thus, the vacuum device is continuously operated while the process is in progress to maintain the elevated pressure at the process conditions. Therefore, the vacuum device maintains the pressure required for the process by the vacuum device, and at the same time, the unreacted gas in the process chamber and the reaction by-products generated during the process are also externalized by the pumping operation of the vacuum device. To be discharged. Such a vacuum device is operated in various ways depending on the facility characteristics, and a vacuum pump is generally used as a vacuum pump for high vacuuming a process chamber. The exhaust blades of the turbopump typically rotate above 27,000rpm to maintain the atmospheric pressure inside the chamber under vacuum. More specifically, the process chamber is very important to minimize the inflow of contaminants such as particles in order to generate a uniform plasma, so after loading the wafer in the process chamber, using a turbo pump about 1 × 10 -6 Torr Pump to high vacuum. Then, after supplying a purge gas such as nitrogen (N 2 ) or argon (Ar) to induce a plasma reaction, a low vacuum of about 1 × 10 −3 Torr to about 1 × 10 −1 Torr is maintained. Be sure to In addition, a throttle valve may be connected to the exhaust line between the process chamber and the turbo pump to adjust the degree of opening of the exhaust line. That is, the throttle valve is provided at the upper end of the gate valve separating the process chamber and the turbo pump, thereby controlling the opening degree of the exhaust line so that the pressure of the process chamber is maintained at the pressure level required in the process.
본 발명은 상기와 같은 진공 장치중에서, 특히 배기라인의 개방정도를 조절하는 스로틀밸브 유닛에 관한 것이다. 본 발명에서는 스로틀밸브 유닛의 구조를 변경함으로써, 에어의 불균일한 흐름인 헌팅 현상을 최소화하고 배기라인 내부의 파티클 다운을 방지하게 된다. 이처럼 배기라인 내부에서의 파티클 발생을 최소화할 경우, 프로세스 챔버 내부로 역류되는 파티클을 최소화함으로써, 웨이퍼 로스 및 PM 주기 단축등과 같은 종래의 문제점들을 해소할 수 있게 된다. 또한, 스로틀밸브 유닛을 구조를 변경하여 프로세스 챔버에 대한 펌핑 동작이 보다 원활히 이루어질 수 있도록 하여 순조로운 단위 공정을 진행시킴으로써, 결과적으로 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.The present invention relates to a throttle valve unit for controlling the opening degree of the exhaust line, in particular in such a vacuum device. In the present invention, by changing the structure of the throttle valve unit, the hunting phenomenon, which is an uneven flow of air, is minimized, and particle down inside the exhaust line is prevented. When minimizing the particle generation in the exhaust line, it is possible to solve the conventional problems such as wafer loss and PM cycle shortening by minimizing the particles backflow into the process chamber. In addition, by changing the structure of the throttle valve unit so that the pumping operation to the process chamber can be made more smoothly, and proceeds smoothly unit process, it is possible to improve the reliability and productivity of the semiconductor device.
그러면, 하기의 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 스로틀밸브 유닛이 구비된 진공 장치를 구체적으로 살펴보기로 하자. Next, a vacuum apparatus equipped with a throttle valve unit according to the present invention will be described in detail with reference to the following drawings.
도 2는 본 발명에 따른 스로틀밸브 유닛이 적용되는 클러스터 타입의 반도체 제조설비(100)를 나타낸다. 그리고, 도 3은 상기 도 2에 도시되어 있는 반도체 제조설비중 프로세스 챔버(102)의 구조를 나타낸다. 2 shows a cluster type
먼저, 도 2를 참조하면, 클러스터 타입의 반도체 제조설비(100)는 크게, 웨이퍼(W)에 대한 박막 증착 공정 또는 식각 공정등과 같은 단위 공정이 수행되는 복수개의 프로세스 챔버(process chamber: 102), 상기 복수개의 프로세스 챔버(102)에서 단위 공정이 수행되는 웨이퍼(W)의 플랫존(flat zone)을 일방향으로 정렬하는 정렬 챔버(align chamber:104), 상기 정렬 챔버(104)에서 상기 복수개의 프로세스 챔버(102)측으로 웨이퍼(W)를 이송시키는 로봇암(106)이 형성된 트랜스퍼 챔버(transfer chamber:108), 상기 트랜스퍼 챔버(108)와 연통되어 있으며, 상기 로봇암(106) 진입시 오픈되는 슬릿밸브(slit valve:110)가 일측에 형성되어 있고, 다수개의 웨이퍼(W)가 탑재된 웨이퍼 카세트(112)가 유출입되는 도어(door:114)가 구비된 복수개의 로드락 챔버(load-lock chamber:116)로 이루어져 있다.First, referring to FIG. 2, a cluster type
상기 도 2에 도시된 반도체 디바이스 제조설비에 있어서, 상기 프로세스 챔버(102)는 반도체 디바이스 제조를 위한 여러 단위 공정이 수행되는 밀폐된 공간이다. 예컨대, 상기 프로세스 챔버(102)는 상기 웨이퍼(W) 상에 물리기상증착(physical vapor deposition) 방법 또는 화학기상증착(chemical vapor deposition)방법을 통해 소정의 두께의 박막을 형성하는 증착공정, 또는 상기 웨이퍼(W) 상에 형성된 포토레지스트와 같은 마스크막을 통해 노출된 웨이퍼(W) 상의 물질막을 제거하는 식각 공정이 수행될 수 있다. 또한, 상기와 같은 식각 공정을 완료한 후에 포토레지스트를 산화시켜 제거하는 에싱 공정이 수행되기도 한다. In the semiconductor device manufacturing facility illustrated in FIG. 2, the
한편, 이러한 박막 증착 공정, 식각 공정 및 에싱 공정을 실시함에 있어서, 상기 프로세스 챔버(102)을 공정시 요구되는 압력으로 유지시키고 파티클과 같은 오염물질의 유입을 최소화하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 터보 펌프등의 진공 장치를 이용하여 상기 프로세스 챔버(102)를 펌핑하게 된다. Meanwhile, in performing the thin film deposition process, the etching process, and the ashing process, it is very important to keep the
도 3은 상기 도 2에 도시되어 있는 반도체 제조설비에 구비된 여러 프로세스 챔버중의 하나로서, 예컨대 DPS 플라즈마 식각 공정을 위한 프로세스 챔버의 구조를 나타낸다.FIG. 3 is one of several process chambers included in the semiconductor manufacturing apparatus illustrated in FIG. 2, and illustrates a structure of a process chamber for, for example, a DPS plasma etching process.
도 3을 참조하면, 웨이퍼 상에 형성된 피가공막을 전기적 특성을 가지는 패턴으로 식각하기 위한 식각 공정이 진행되는 프로세스 챔버(102)가 제공된다. 그리고, 상기 프로세스 챔버(102)는 일정 두께의 챔버 벽(118)으로 이루어진 상부 챔버 및 하부 챔버로 구성된다. Referring to FIG. 3, a
먼저, 상기 프로세스 챔버(102)의 상부 챔버에는 RF 파워가 인가되는 상부전극(120) 및 샤워헤드(122)가 형성되어 있다. 상기 RF 파워는 약 60MHz 이상의 고주파로서, 이러한 고주파수를 인가함으로써, 프로세스 챔버(102) 내부에 주입된 가스를 플라즈마화시킬 수 있게 되고, 10mT 이하의 저압조건하에서도 플라즈마에 의한 식각 공정이 가능하도록 하여 디자인룰 감소에 대응할 수 있도록 한다. 그리고, 상기 샤워헤드(122)에는 가스공급관을 통해 공급되는 가스를 그 내부에 일시적으로 저장시키는 버퍼공간(124)이 마련되어 있으며, 상기 버퍼공간(124)에 일시적으로 저장된 가스를 프로세스 챔버 내부로 분사시키기 위한 복수개의 가스분사홀(126)이 형성되어 있다.First, the
또한, 상기 상부 챔버에는 RF 파워와 연결되어 RF 에너지가 공급되며, 프로세스 챔버 내부의 온도를 약 80℃의 적정온도로 유지시켜주는 보조 챔버로서 기능하는 DTCU(Dome Temp Control Unit:128)가 설치된다. 그리고, 상부 챔버의 천정을 커버하는 형성하는 돔(130)이 설치되어 있다. 그리고, 상기 돔(130)의 상측에는 프로세스 챔버(102)의 내부를 소정의 온도 조건으로 유지시키기 위한 다수개의 램프(132) 및 RF 코일(134)이 구비되어 있다. 또한, 도면상으로 도시되지는 않았으나, 상기 돔(130)의 천정에는 식각 종료 시점을 검출하도록 하는 식각 종말점 감지부가 형성되어 있다.In addition, the upper chamber is connected to the RF power is supplied with RF energy, DTCU (Dome Temp Control Unit: 128) is installed as a secondary chamber to maintain the temperature inside the process chamber at an appropriate temperature of about 80 ℃ . And the
한편, 상기 프로세스 챔버(102)의 하부 챔버에는 RF 파워가 인가되는 하부전극(136) 및 웨이퍼가 안착되는 정전척(138)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 하부전극(136)에 인가되는 RF 파워의 주파수는 약 2MHz로서, 웨이퍼 측으로 플라즈마 이온들을 유인하게 된다. 그리고, 상기 정전척(138)의 에지부에는 클램프 링(140)이 설치되어 있는데, 이러한 클램프 링(140)은 상기 척(138)에 안착된 웨이퍼의 에지부위를 에워싸는 환형으로 이루어져 있다. 이러한 클램프 링(140)에 의해 정전척(138) 상부에 안착된 웨이퍼는 소정의 위치에 고정될 수 있으며, 플라즈마 환경 영역을 웨이퍼의 외측 부위까지 확대시켜 웨이퍼 전체 영역이 플라즈마 작용을 받을 수 있도록 한다. 그리고, 웨이퍼를 상하 방향으로 수직운동시키기 위한 리프트 핀 (142)을 포함한 리프트(144)가 형성되어 있다. 상기 리프트(144)는 구동수단을 이용하여 상기 리프트 핀(142)을 승하강시키며, 이러한 리프트 핀(142)의 승하강에 의해 웨이퍼의 수직 운동이 이루어지게 된다.Meanwhile, a
그리고, 상기 프로세스 챔버(102)에는 프로세스 챔버(102) 내부를 펌핑하기 위한 진공 장치로서, 배기라인(146)을 통해 터보 펌프(148)가 연결되어 있다. 그리고, 상기 프로세스 챔버(102)와 터보 펌프(148) 사이의 배기라인(146)에는 상기 프로세스 챔버(102)와 터보 펌프(148)를 분리하는 게이트 밸브(150) 및 상기 배기라인(146)의 개방정도를 조절할 수 있도록 하는 스로틀밸브 유닛(152)이 형성되어 있다. 그리고, 도면상에 도시되지는 않았으나, 상기 터보 펌프(148)에는 드라이 펌프(도시되지 않음)가 연결되어 있다. 상기 드라이 펌프는 터보 펌프(148)와 함께 플라즈마 식각 공정이 진행되는 프로세스 챔버(102) 내부의 공정 가스를 배출시키기 위한 기능을 수행하는 펌프로서, 상기 드라이 펌프 자체에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 오일 시스템(도시되지 않음) 및 프로세스 쿨링 워터를 공급하는 워터 플로우 라인(도시되지 않음)이 구비된다. 또한, 상기 드라이 펌프는 일반적으로 프로세스 챔버 및 버퍼 기능의 트랜스퍼 챔버의 압력을 진공상태로 유지하는 기능을 수행하기 위하여 항시 펌핑기능을 유지하고 있다. In addition, a
따라서, 상기 프로세스 챔버(102) 내부로 단위 공정을 위한 공정가스가 투입되면, 프로세스 챔버(102)의 내부의 압력은 일시적으로 상승된다. 따라서, 상승된 압력을 공정 조건으로 유지하기 위해 공정이 진행되는 동안 계속해서 터보 펌프(148)가 가동된다. 따라서, 이러한 터보 펌프(148)의 펌핑 작용에 의해 프로세스 챔버(102) 내부는 공정시 요구되는 압력을 유지하게 된다. 또한, 공정이 진행되는 동안 발생되는 미반응 가스 및 반응부산물 또한 이러한 터보 펌프(148)의 펌핑 작용에 의해 외부로 배출된다.Therefore, when a process gas for a unit process is introduced into the
상기와 같은 프로세스 챔버 구성에 있어서, 상기 스로틀밸브 유닛(152)은 본 발명의 핵심구성요소로서, 종래 기술에 따른 스로틀밸브로 인해 야기되는 여러 문제점들을 해소할 수 있도록 한다. 즉, 본 발명에서는 상기 스로틀밸브 유닛(152)의 구조를 개선함으로써, 프로세스 챔버(102)의 압력을 보다 정밀하게 제어할 수 있도록 함은 물론 스로틀밸브 유닛을 비롯한 전체 진공 장치의 라이프 타임을 연장시켜 설비 가동율을 증가시키는등의 우수한 효과를 얻을 수 있도록 한다.In the process chamber configuration as described above, the
그러면, 하기의 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 스로틀밸브 유닛의 여러 실시예들을 구체적으로 살펴보기로 하자. Then, various embodiments of the throttle valve unit according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 7.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 스로틀밸브 유닛을 나타낸다. 그리고, 도 5는 상기 도 4에 도시된 스로틀밸브 유닛에 의한 에어 흐름을 나타낸다.4 shows a throttle valve unit according to a first embodiment of the present invention. And, Figure 5 shows the air flow by the throttle valve unit shown in FIG.
먼저, 도 4를 참조하면, 프로세스 챔버(102)와 터보 펌프(148) 사이를 연결하는 배기라인(146)상에 본 발명에 따른 스로틀밸브 유닛(152)이 형성되어 있다. 본 발명의 제1실시예에서는 배기라인(146)의 개방 정도를 제어하는 배기라인 개폐부(156)를 유체 흐름에 따라 보다 용이하게 오픈될 수 있도록 설치 각도를 변경한 것이 특징이다. 즉, 종래에는 배기라인 개폐부의 회전축을 중심으로 좌측 및 우측 배기라인 개폐부로 에어가 도달되었다. 그러다 보니, 좌측 및 우측 배기라인 개폐부로 동일 또는 유사한 유압이 전달되어 좌측 및 우측 배기라인 개폐부를 누르는 유압간의 힘의 균형이 이루어졌다. 그 결과, 배기라인 개폐부가 반시계방향(또는 시계방향일 수 있음)으로 신속하게 회전되지 못하여 에어 배기가 원활히 이루어지지 못하게 되고, 그로 인해 프로세스 챔버에 대한 압력 조절에 어려움을 겪었다. 또한, 에어의 원활한 배기가 방해될 경우, 배기라인 개폐부 상부에 파우더 응착이 심화될 뿐 아니라 유속 감소 또는 에어 정체로 인해 배기라인 내부에 파티클 다운이 유발되는등의 문제점이 야기되었다.First, referring to FIG. 4, a
따라서, 본 발명에서는 이러한 종래의 문제점을 해소하고자, 스로틀밸브의 배기라인 개폐부(156)의 오픈 동작이 에어 흐름에 보다 신속하고 민감하게 이루어질 수 있도록 스로틀밸브 유닛(152)을 변경하였다. 일반적으로, 강력한 흡입력을 발생시키는 터보 펌프(148)를 이용하여 상기 프로세스 챔버(102)의 에어를 펌핑할 경우, 상기 펌핑되어진 에어(158)는 일정 유속을 가지고 배기라인(146)을 흐르게 된다. 그리고, 일정 유속을 가지고 직선 배기라인 내부를 흐르던 에어(158)는 구부러진 형태의 배기라인 꺽임부(참조부호 B)을 통과하면서 참조부호 C로 나타낸 것과 같이, 관성에 의해 도면상 우측 배기라인 영역으로 치우쳐 흐르게 된다. 이에 비하여, 도면상 좌측 배기라인 영역은 에어 흐름상 사각지대가 되는 것이다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 에어 흐름 특성에 따라 배기라인의 우측 영역이 보다 신속하고 용이하게 오픈될 수 있도록 스로틀밸브의 배기라인 개폐부를 구현한 것이다. 즉, 도 4에 도시된 것과 같이, 에어 흐름이 집중되는 배기라인의 우측 방향을 개방시키는 우측 배기라인 개폐부(156b)가 에어 배기시 신속하고 용이하게 오픈될 수 있도록, 배기라인 개폐부(156)를 회전시키는 회전축(154)의 방향을 종래 대비 90도 각도로 회전 이동시킨 것이 특징이다. Accordingly, in the present invention, in order to solve such a conventional problem, the
하기 도 5에는 상기 스로틀밸브 유닛(152)에 의한 에어 흐름이 도식적으로 나타나 있다. In FIG. 5, air flow by the
도 5를 참조하면, 프로세스 챔버(102)로부터 펌핑되어 수평 배기라인(146)을 따라 흐르던 에어(158)는 배기라인 꺽임부(B)를 통과하면서 관성에 의해 수직 배기라인(146)의 우측 영역으로 집중되어 흐르게 된다. 그리고, 상기 수직 배기라인(146)의 오른쪽 영역으로 집중되어 흐르는 에어(158)의 압력에 의해 회전축(154)을 중심으로 우측 배기라인 개폐부(156b)가 눌려지고 좌측 배기라인 개폐부(156a)는 들어올려지게 된다. 그 결과, 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 배기라인 개폐부(156)는 시계방향으로 90도 회전(156`)하여 배기라인(146)을 충분히 개방시키게 된다. 그리고, 상기 에어(158)는 개방된 배기라인(146)을 통해 터보 펌프측으로 이동하여, 외부로 배출되어진다.Referring to FIG. 5, the
상기한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에서는 에어 흐름의 특성을 고려하여 배기라인의 우측 영역이 신속하고 용이하게 오픈될 수 있도록 스로틀밸브 유닛을 구현함으로써, 원활한 배기가 이루어질 수 있도록 한다. 그 결과, 프로세스 챔버에 대한 정밀한 압력 조절이 보다 신속하게 이루어져 프로세스 챔버 내에서의 단위 공정을 성공적으로 수행할 수 있게 된다. 또한, 배기라인에서의 에어 배기 속도가 향상되어 스로틀밸브 및 배기라인의 오염 또한 최소화할 수 있게 된다.As described above, the first embodiment of the present invention implements a throttle valve unit so that the right area of the exhaust line can be opened quickly and easily in consideration of the characteristics of the air flow, thereby enabling smooth exhaust. As a result, precise pressure regulation on the process chamber can be made more quickly, and the unit process in the process chamber can be successfully performed. In addition, the air exhaust rate in the exhaust line is improved to minimize the contamination of the throttle valve and the exhaust line.
한편, 상기 도 5에는 수평 상태의 배기라인 개폐부(156)가 시계방향으로 90도 각도로 회전한 경우(156`)를 나타낸다. 이는 배기라인(146)을 통과하는 에어 (146)의 양이 많아 스로틀밸브 유닛(152)이 완전히 개방된 상태를 나타내는 것이다. 따라서, 프로세스 챔버로부터 펌핑되어진 에어의 양이 달라지게 되면 상기 배기라인(146)을 흐르는 에어의 양이 달라지게 되고, 그로 인해 상기 배기라인 개폐부(156)의 회전 각도 또한 0~90도 범위에서 디테일하게 제어될 것이다. 5 illustrates a case where the exhaust line opening and
또한, 상기 제1실시예에서는 배기라인 개폐부(156)의 회전축(154)을 종래 대비 90도 각도로 회전시킨 상태를 보여주고 있다. 그러나, 이는 최상의 에어 배기 조건을 조성할 수 있도록 하는 하나의 베스트 모델에 불과한 것으로서, 반도체 제조설비 환경에 따라 상기 배기라인 개폐부(156)의 회전축은 종래 대비 1~90도 범위 내에서 자유롭게 변경시킬 수 있을 것이다. 보다 구체적으로, 에어 배기시 회전축을 중심으로 우측 배기라인 개폐부가 눌려지는 경우에는, 배기라인 개폐부(156)의 회전축(154)을 시계방향으로 1~90도 범위내에서 회전 변경시킨다. 그리고, 에어 배기시 회전축을 중심으로 좌측 배기라인 개폐부가 눌려지는 경우에는 배기라인 개폐부(156)의 회전축(154)을 반시계방향으로 1~90도 범위내에서 회전 변경시킨다.In addition, in the first embodiment, the
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 스로틀밸브 유닛(152-1)을 나타낸다.6 shows a throttle valve unit 152-1 according to a second embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 스로틀밸브 유닛(152-1)은 프로세스 챔버(102)와 터보 펌프(148)를 연결하는 배기라인(146)을 히팅하기 위한 배기라인 히팅부(160)가 구비된 것이 특징이다. 따라서, 상기 프로세스 챔버(102)로부터 에어 펌핑시 상기 배기라인 히팅부(160)를 이용하여 에어(158)가 통과하는 배기라인(146)을 히팅한다. As shown in FIG. 6, the throttle valve unit 152-1 according to the second embodiment of the present invention exhausts gas for heating the
통상적으로, 단위 공정이 진행되는 프로세스 챔버(102)는 고온인데 비하여, 상기 프로세스 챔버(102)에 연결된 배기라인(146)은 온도는 상대적으로 저온으로서, 급격한 온도 차이를 나타낸다. 따라서, 고온의 프로세스 챔버(102) 내부에서는 운동성이 활발했던 에어 입자들이 저온의 배기라인(146)을 통과하는 과정에서 운동성이 약해져 에어 유속이 느려지게 된다. 이처럼 에어 유속이 느려질 경우, 에어 정체로 인해 배기라인 내부에 파티클이 유발될 뿐 아니라, 원활한 배기가 이루어지지 못하여 프로세스 챔버에 대한 압력 조절 또한 차질을 빚게 된다. In general, the
따라서, 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하고자, 에어 배기시 배기라인을 히팅할 수 있는 배기라인 히팅부(160)을 형성한 것이다. 본 발명에서와 같이 배기라인(146)에 배기라인 히팅부(160)를 구비하여 에어(158)가 흐르는 배기라인(146)을 히팅하게 되면, 배기라인(146)을 통과하는 에어(158) 분자들의 운동성이 활발해진다. 그 결과, 상기 고온의 프로세스 챔버(102)로부터 펌핑된 에어가 활발한 운동성을 유지한 상태로 배기라인(146)을 통과하게 되어 에어 배기 속도가 향상된다. 그리고, 배기라인(146)을 통과하는 에어 흐름 속도가 향상됨으로써 프로세스 챔버(102)의 압력을 신속하고 정확하게 조절할 수 있게 된다. 또한, 에어의 배기 속도가 빨라짐으로 인하여 배기라인(146) 내부에서의 에어 정체 및 그로 인한 파티클 다운등의 문제를 해소할 수 있게 된다. 이때, 상기 배기라인 히팅부(160)는, 예컨대 배기라인(146)을 휘감는 코일형태로 형성할 수 있다. 그리고, 이러한 배기라인 히팅부(160)를 이용하여 에어 배기시 배기라인(146)의 온도를 70℃ 이상으로, 보다 바람직하게는 70~150℃로 히팅한다. 그리고, 상기 배기라인 히팅부(160)를 이용하여 배기라인(146)을 히팅함에 있어서, 에어가 배기됨과 동시에 배기라인(146)이 히 팅되도록 하거나, 에어 배기에 앞서 미리 배기라인(146)을 히팅시킨다. Therefore, in order to solve the conventional problems as described above, the exhaust
그리고, 제2실시예에서와 같이 프로세스 챔버(102)와 터보 펌프(148)를 연결하는 배기라인(146)을 히팅할 수 있는 배기라인 히팅부(160)를 구비함과 동시에 상기 제1실시예에서와 같이 형태로 스로틀밸브의 배기라인 개폐부(156)를 형성할 경우, 배기라인(146)에서의 에어 배기 효율을 보다 향상시킬 수 있게 된다.As in the second embodiment, an exhaust
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 스로틀밸브 유닛을 나타낸다.7 shows a throttle valve unit according to a third embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 스로틀밸브 유닛(152-2)은 프로세스 챔버(102)와 터보 펌프(148) 사이를 연결하는 배기라인에 구비된 꺽임부의 꺽임각도를 최대한 완화시킨 것이 특징이다. 즉, 참조부호 D로 나타낸 것과 같이, 수평 배기라인과 수직 배기라인을 연결하는 배기라인 꺽임부를 완만한 곡선형태로 형성한다.As shown in FIG. 7, the angle of bending of the bent portion of the throttle valve unit 152-2 according to the third embodiment of the present invention is provided in the exhaust line connecting the
종래에는 수평 배기라인과 수직 배기라인을 연결하는 꺽임부가 직각형태로 이루어져 있었다. 따라서, 일정 유속을 가지고 수평 배기라인을 통과한 에어가 직각형태의 꺽임부에 부딪쳐 유체 흐름이 분산되고, 그로 인해 헌팅 현상이 발생하고 유속 또한 감소되었다. 이처럼 에어의 유속이 감소될 경우, 프로세스 챔버 내부의 에어 펌핑 효율에 악영향을 미치게 되어 공정시 요구되는 수준으로 압력을 조절하는 것이 어려워진다. 또한, 유속 감소로 인해 스로틀밸브 배기라인 개폐부 상부에 보다 많은 파우더가 응착됨은 물론 배기라인 내부에도 파티클이 형성되는 문제점이 있었다.Conventionally, a bent portion connecting a horizontal exhaust line and a vertical exhaust line has a right angle. Therefore, the air passing through the horizontal exhaust line at a constant flow rate hits a rectangular bent portion, and the fluid flow is dispersed, thereby causing hunting and reducing the flow rate. This reduced air flow rate adversely affects the air pumping efficiency inside the process chamber, making it difficult to control the pressure to the level required in the process. In addition, due to the decrease in flow rate, more powder adheres to the upper part of the throttle valve exhaust line opening and closing part, and there is a problem that particles are formed in the exhaust line.
그러나, 본 발명의 제3실시예에서와 같이, 수평 배기라인과 수직 배기라인을 연결하는 배기라인 꺽임부(D)를 완만한 곡선형태로 형성하게 되면, 일정 유속을 가지고 수평 배기라인을 통과한 에어가 곡선형태의 완만한 꺽임부(D)를 따라 자연스럽게 수직 배기라인쪽으로 흐르게 된다. 따라서, 에어 흐름의 급격한 방향 전환으로 인한 헌팅 및 이로 인한 유속 감소를 최소화할 수 있게 되어 프로세스 챔버의 압력 조절이 원활히 이루어진다. 또한, 에어의 배기 속도가 향상되어 배기라인 내에서의 에어 정체 현상이 해소됨으로써 배기라인 내부에서의 파티클 다운 문제 및 스로틀밸브의 배기라인 개폐부(156)에 파우더가 응착되는 문제점을 해소할 수 있게 된다.However, as in the third embodiment of the present invention, when the exhaust line bent portion (D) connecting the horizontal exhaust line and the vertical exhaust line is formed in a gentle curve, it passes through the horizontal exhaust line with a constant flow rate. Air naturally flows along the curved, gentle bend (D) toward the vertical exhaust line. Therefore, the hunting due to the abrupt change of the air flow and the resulting flow rate reduction can be minimized, so that the pressure in the process chamber is smoothly controlled. In addition, the exhaust speed of the air is improved to solve the problem of air congestion in the exhaust line, thereby eliminating the problem of particle down in the exhaust line and the problem of powder adhering to the exhaust line opening and closing
그리고, 상기한 제3실시예에서와 같이 수평 배기라인과 수직 배기라인을 연결하는 배기라인 꺽임부(D)를 완만한 곡선형태로 형성함과 동시에 상기 제1실시예에서와 같이 상기 제1실시예에서와 같은 형태로 스로틀밸브의 배기라인 개폐부(156)를 형성할 경우, 배기라인(146)에서의 에어 배기 효율을 보다 향상시킬 수 있게 된다.As in the above-described third embodiment, the exhaust line bent portion (D) connecting the horizontal exhaust line and the vertical exhaust line is formed in a gentle curve shape and the first embodiment as in the first embodiment. When the exhaust line opening and
또한, 상기한 제3실시예에서와 같이 수평 배기라인과 수직 배기라인을 연결하는 배기라인 꺽임부(D)를 완만한 곡선형태로 형성함과 동시에 상기 제1실시예에서와 같은 형태로 스로틀밸브의 배기라인 개폐부(156)를 형성하고, 제2실시예에서와 같이 프로세스 챔버(102)와 터보 펌프(148) 사이의 배기 라인(146)을 히팅할 수 있는 배기라인 히팅부(160)를 형성할 경우, 배기라인(146)에서의 에어 배기 효율을 한층 더 향상시킬 수 있게 된다.In addition, as in the above-described third embodiment, the exhaust line bent portion (D) connecting the horizontal exhaust line and the vertical exhaust line is formed in a gentle curve, and at the same time, the throttle valve has the same shape as in the first embodiment. Exhaust line opening and
또한, 구체적인 도면으로 나타내지는 않았으나, 프로세스 챔버와 터보 펌프 사이를 연결하는 배기라인을 일직선으로 형성할 경우, 배기라인에서의 에어 배기 효율은 상기 제1실시예, 제2실시예 또는 제3실시예를 통해 설명되어진 스로틀밸브 유닛을 적용한 경우에 비해 월등히 우수할 것으로 예상된다.In addition, although not shown in the specific drawings, when the exhaust line connecting the process chamber and the turbo pump is formed in a straight line, the air exhaust efficiency in the exhaust line is the first embodiment, the second embodiment or the third embodiment It is expected to be significantly superior to the case of applying the throttle valve unit described through.
이상, 상기에서는 본 발명에 따른 진공 장치에 구비된 스로틀밸브 유닛을 설명함에 있어서, 프로세스 챔버에 대한 에어 펌핑 동작을 중심으로 제1실시예, 제2실시예 및 제3실시예를 설명하였다. 그러나, 본 발명에 따른 스로틀밸브 유닛은 상기한 프로세스 챔버 이외에 로드락 챔버 또는 트랜스퍼 챔버등과 같이 일정 수준의 압력 조절을 필요로 하는 모든 반도체 제조설비에 얼마든지 적용가능하다. In the above, in the description of the throttle valve unit provided in the vacuum apparatus according to the present invention, the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment have been described based on the air pumping operation for the process chamber. However, the throttle valve unit according to the present invention can be applied to any semiconductor manufacturing equipment that requires a certain level of pressure control, such as a load lock chamber or a transfer chamber, in addition to the process chamber described above.
상기한 바와 같이 본 발명에서는, 에어 흐름이 집중되는 방향으로 배기라인이 개폐되도록 스로틀밸브 유닛을 형성하거나, 에어가 통과하는 배기라인을 히팅할 수 있는 히팅부를 형성하거나, 수평 배기라인과 수직 배기라인을 연결하는 배기라인 꺽임부를 완만한 곡선형태로 형성한다. 그 결과, 배기라인에서의 에어 배기 효율이 향상되어 프로세스 챔버의 압력 조절이 보다 용이해진다.As described above, in the present invention, the throttle valve unit is formed to open and close the exhaust line in the direction in which the air flow is concentrated, or a heating unit capable of heating the exhaust line through which the air passes, or the horizontal exhaust line and the vertical exhaust line. Exhaust line bent to connect the form a smooth curve. As a result, the efficiency of air exhaust in the exhaust line is improved, making it easier to control the pressure in the process chamber.
그리고, 원활한 에어 흐름으로 인해 스로틀밸브의 배기라인 개폐부 상부에 파우더가 응착되거나 배기라인 내부에 파티클이 발생되는 문제점을 해소하여 공정 설비의 라이프 타임 및 PM 주기를 연장시킴으로써 설비 가동률을 보다 향상시킬 수 있게 된다. In addition, the smooth air flow eliminates the problem of powder adhering to the upper part of the exhaust line opening and closing part of the throttle valve or generating particles inside the exhaust line, thereby improving the facility operation rate by extending the life time and PM cycle of the process equipment. do.
또한, 프로세스 챔버에 대해 신속하고 정밀한 압력 조절이 가능해 짐으로써, 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성 향상을 기대할 수 있게 된다. In addition, it is possible to quickly and precisely adjust the pressure on the process chamber, thereby increasing the reliability and productivity of the semiconductor device.
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