KR20160093241A - 반도체 제조 장치 - Google Patents

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KR20160093241A
KR20160093241A KR1020150013988A KR20150013988A KR20160093241A KR 20160093241 A KR20160093241 A KR 20160093241A KR 1020150013988 A KR1020150013988 A KR 1020150013988A KR 20150013988 A KR20150013988 A KR 20150013988A KR 20160093241 A KR20160093241 A KR 20160093241A
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Abstract

실시 예의 반도체 제조 장치는, 웨이퍼의 표면에 에피텍셜층을 성장하는 에피텍셜 성장부와, 에피택셜 성장부로부터 배출되는 제1 유체를 펌핑하는 펌핑부와, 제1 유체를 수집하는 스크러버 및 제2 유체를 이용하여 벤츄리 효과에 의해 펌핑부의 배기 압력을 감소시키면서 펌핑부에서 펌핑된 제1 유체를 스크러버로 전달하는 제1 압력 조정부를 포함한다.

Description

반도체 제조 장치{Semiconductor manufacturing apparatus}
실시 예는 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 장치의 일 례로서, 반도체 웨이퍼에 단결정의 박막을 성장시키는 에피텍셜 성장 장치가 널리 알려져 있다. 에피텍셜 성장 장치는 고온 상태에서 반도체 웨이퍼를 반응로(reactor)에 반입한 후, 서셉터에 반도체 웨이퍼를 이재하여 반도체 웨이퍼의 표면에 에피텍셜막을 형성할 수 있다.
이때, 에피텍셜 성장 장치에서 사용된 가스 등의 유체를 밖으로 배출하기 위해 펌핑부를 이용한다. 이러한 펌핑부에서 소모되는 전력은 에피텍셜 성장 장치에서 큰 부분을 차지하여 절감될 것이 요구된다.
실시 예는 소모 전력이 절감된 반도체 제조 장치를 제공한다.
실시 예에 의한 반도체 제조 장치는, 웨이퍼의 표면에 에피텍셜층을 성장하는 에피텍셜 성장부; 상기 에피택셜 성장부로부터 배출되는 제1 유체를 펌핑하는 펌핑부; 상기 제1 유체를 수집하는 스크러버; 및 압축된 제2 유체를 이용하여 벤츄리 효과에 의해 상기 펌핑부의 배기 압력을 감소시키면서 상기 펌핑부에서 펌핑된 상기 제1 유체를 상기 스크러버로 전달하는 제1 압력 조정부를 포함할 수 있다.
상기 제1 압력 조정부는 상기 펌핑부의 배출측과 연결되어, 상기 펌핑부에서 펌핑된 상기 제1 유체를 흡입하는 제1 흡입구; 상기 제2 유체를 흡입하는 제2 흡입구; 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 만나는 흡인실; 상기 흡인실의 상기 제1 및 제2 유체가 지나가는 통로를 제공하는 디퓨저; 및 상기 디퓨저로부터 유출되는 상기 제1 및 제2 유체가 배출되는 배기구를 포함할 수 있다.
또는, 상기 제1 압력 조정부는 상기 펌핑부의 배출측과 연결되어, 상기 펌핑부에서 펌핑된 상기 제1 유체가 지나가는 제1 배관; 상기 제2 유체가 지나가는 제2 배관; 상기 제1 배관의 출구와 상기 제2 배관의 출구가 연결되는 연결부; 및 상기 연결부로부터 배출되는 상기 제1 및 제2 유체가 지나가는 제3 배관을 포함할 수 있다.
상기 반도체 제조 장치는 상기 제2 유체를 공급하는 유체 공급부; 및 상기 유체 공급부로부터 공급되는 상기 제2 유체가 상기 제1 압력 조정부로 주입되는 주입 압력을 조정하는 제2 압력 조정부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 압력 조정부는 상기 주입 압력을 5 ㎏/㎠ 내지 10 ㎏/㎠로 조정할 수 있다. 상기 제1 유체는 질소 또는 산소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 유체는 압축된 공기 또는 물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 에피텍셜 성장부는 상기 웨이퍼를 열 처리하는 프로세스 챔버; 상기 웨이퍼를 반송하는 반송 챔버; 상기 웨이퍼를 대기시키며, 상기 제1 유체를 배출하는 로드 락 챔버; 상기 로드 락 챔버에 주입되는 정제 가스의 량을 조절하는 제1 밸브; 및 상기 로드 락 챔버로부터 배출되는 상기 제1 유체의 량을 조절하는 제2 밸브를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 반도체 제조 장치는, 펌핑부의 배출측의 압력을 압력 조정부를 이용하여 감소시킬 수 있어 펌핑부에서 소모되는 전력을 줄일 수 있다.
도 1은 실시 예에 의한 반도체 제조 장치의 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 압력 조정부의 일 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 압력 조정부의 다른 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 실시 예에 의한 반도체 제조 장치(100)의 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 제조 장치(100)는 에피텍셜 성장부(110), 펌핑(pumping)부(120), 스크러버(scrubber)(130) 및 제1 압력 조정부(140)를 포함할 수 있다.
에피텍셜 성장부(110)는 웨이퍼(W)의 표면에 에피텍셜층을 성장하는 역할을 한다. 이를 위해, 에피텍셜 성장부(110)는 프로세스 챔버(process chamber)(또는, 반응 챔버)(111), 반송 챔버(112), 로그 락(load lock) 챔버(113), 제1 밸브(valve)(114, 115) 및 제2 밸브(116, 117)를 포함할 수 있다.
도 1의 경우 프로세스 챔버(111) 및 로드 락 챔버(113) 각각은 2개인 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 프로세스 챔버(111) 및 로드 락 챔버(113) 각각의 개수는 단수 개일 일 수도 있고, 3개 이상일 수도 있다.
프로세스 챔버(111)는 웨이퍼(W)의 표면에 에피텍셜층을 성장하기 위해 각종 프로세서를 수행하는 챔버이다. 예를 들어, 웨이퍼(W)의 표면에 에피텍셜층을 성장하기 위한 열 처리를 수행할 수 있다. 여기서, 웨이퍼(W)는 실리콘 웨이퍼일 수 있으며 예를 들어 300 ㎜ 구경을 가질 수 있지만, 실시 예는 웨이퍼(W)의 재질이나 구경에 국한되지 않는다.
반송 챔버(112)는 웨이퍼(W)를 반송하는 역할을 한다. 로드 락 챔버(113)는 웨이퍼(W)가 대기되는 장소로서, 제1 내지 제3 개폐부(113A, 113B, 113C)와 접속하며, 유체 유입구(113D) 및 유체 배출구(113E)를 포함할 수 있다.
로드 락 챔버(113)는 외부의 카세트(cassette)(미도시)로부터 꺼내진 웨이퍼(W)를 제1 개폐부(113A)를 통해 로드 락 챔버(113)에 있는 웨이퍼 지지대(미도시)에 로딩한다. 또한, 로드 락 챔버(113)는 제2 개폐부(113B)를 통해 반송 챔버(112)와 접속하고, 제3 개폐부(113C)를 통해서도 외부로부터 웨이퍼(W)를 로드 락 챔버(113)에 반출입시킬 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼(W)를 로드 락 챔버(113)로 반입할 때는 제1 개폐부(113A) 또는 제3 개폐부(113C)는 열리고 제2 개폐부(113B)는 닫힐 수 있다. 제2 개폐부(113B)를 닫는 이유는, 웨이퍼(W)가 로드 락 챔버(113)로 반입되거나 반출될 때, 프로세스 챔버(111)로 수분이나 유기물을 포함할 수 있는 공기가 칩입하는 것을 막기 위해서이다.
웨이퍼(W)가 로드 락 챔버(113)로 반입된 후, 제1 및 제3 개폐부(113A, 113C)를 닫고, 유체 배출구(113E)를 통해 제1 유체를 배출시킨다. 예를 들어, 제1 유체는 질소 또는 산소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 제2 밸브(116, 117)는 로드 락 챔버(113)의 유체 배출구(113E)로부터 배출되는 제1 유체의 량을 조절하는 역할을 한다.
이후, 유체 유입구(113D)를 통해 로드 락 챔버(113)의 내부로 질소 가스, 수소 가스 또는 아르곤 가스 중 적어도 하나를 유입시킬 수 있다. 이때, 유체 유입구(113D)를 통해 유입되는 가스의 량은 제1 밸브(114, 115)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 정제된 질소 가스(purified N2 gas)를 입력 단자 IN1 및 IN2를 통해 유입하고, 이를 이용하여 로드 락 챔버(113) 내부의 수분이나 이물질을 제거할 수 있다.
이후, 제2 개폐부(113B)가 열려 있는 동안 웨이퍼(W)는 로드 락 챔버(113)로부터 반송 챔버(112)로 반입된다. 이를 위해, 반송 챔버(112)은 반송부(118)를 포함할 수 있다. 반송부(118)는 웨이퍼(W)를 로드 락 챔버(110)의 내부로부터 외부로 또는 로드 락 챔버(113)의 외부로부터 내부로 반송하는 역할을 한다. 또한, 반송부(118)는 웨이퍼(W)를 프로세스 챔버(111)의 내부로부터 외부로 또는 프로세스 챔버(111)의 외부부터 내부로 반송하는 역할을 한다.
한편, 펌핑부(120)는 에피택셜 성장부(110)로부터 배출되는 제1 유체를 펌핑하는 역할을 한다. 이와 같이, 카세트로부터 웨이퍼(W)를 로드 락 챔버(113)로 로딩할 때, 산소 같은 외기를 제어하기 위해 펌핑부(120)는 펌핑 및 통풍 과정을 수행한다.
또한, 스크러버(130)는 제1 유체를 수집하는 역할을 한다. 즉, 스크러버(130)는 부식성 또는 독성 가스를 수집하는 일종의 배기부(또는, 정화 시설)의 역할을 수행할 수 있다.
제1 압력 조정부(140)는 압축된 제2 유체를 이용하여 벤츄리 효과(venturi effect)에 의해 펌핑부(120)의 배기 압력을 감소시키면서 펌핑부(120)에서 펌핑된 제1 유체를 스크러버(130)로 전달하는 역할을 한다. 예를 들어, 압축된 제2 유체는 압축된 공기(CDA:Compressed Dry Air) 또는 물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 압력 조정부(140)의 일 실시 예(140A)의 단면도를 나타낸다.
도 2에 도시된 일 실시 예에 의하면, 제1 압력 조정부(140A)는 제1 흡입구(142), 제2 흡입구(144), 흡인실(146), 디퓨져(diffuser)(148) 및 배기구(149)를 포함할 수 있다.
제1 흡입구(142)는 펌핑부(120)의 배출측(122)과 연결되어, 펌핑부(120)에서 펌핑된 제1 유체가 화살표 방향으로 흡입되는 곳이다. 제2 흡입구(144)는 화살표 방향으로 제2 유체를 흡입하는 곳이다.
흡인실(146)은 제1 흡입구(142)에서 흡입된 제1 유체와 제2 흡입구(144)에서 흡입된 제2 유체가 만나는 곳이다.
디퓨저(148)는 흡인실(146)의 제1 및 제2 유체가 배기구(149)를 향해 화살표 방향으로 지나가는 통로를 제공한다.
배기구(149)는 디퓨저(148)로부터 유출되는 제1 및 제2 유체가 배출되는 곳이다.
벤츄리 효과에 의하면, 배관이 좁은 통로에서는 유체의 압력이 낮고 흐름 속도를 빨라진다. 도 2에 도시된 제1 압력 조정부(140A)의 경우 제2 유체가 벤츄리 효과를 발생시킨다. 따라서, 펌핑부(120)의 배출측(122)의 압력은 벤츄리 효과를 이용한 제1 압력 조정부(140A)로 인해 감소할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 압력 조정부(140)의 다른 실시 예(140B)에 의한 단면도를 나타낸다.
도 3에 도시된 다른 실시 예에 의하면, 제1 압력 조정부(140B)는 제1 배관(141), 제2 배관(143), 연결부(145) 및 제3 배관(147)을 포함할 수 있다.
제1 배관(141)은 펌핑부(120)의 배출측(122)과 연결되어, 펌핑부(120)에서 펌핑된 제1 유체가 화살표 방향(AR1)으로 유입되어 지나가는 관일 수 있다.
제2 배관(143)은 화살표 방향(AR2)으로 유입된 제2 유체가 지나가는 관일 수 있다.
연결부(145)는 제1 배관(141)의 출구와 제2 배관(143)의 출구가 연결되는 부분이다.
제3 배관(147)은 연결부(145)로부터 화살표 방향(AR3)으로 배출되는 제1 및 제2 유체가 지나가는 관일 수 있다.
화살표 방향(AR2)으로 제2 유체가 제2 배관(143)을 통해 유입될 경우, 제1 배관(141)에서 연결부(145) 바로 이전 부분('A'로 표기함)이 진공 상태가 되어, 펌핑부(120)의 배출측(122)에 압력(PO)이 감소될 수 있다.
한편, 다시 도 1을 참조하면, 반도체 제조 장치(100)는 유체 공급부(150) 및 제2 압력 조정부(160)를 더 포함할 수 있다.
유체 공급부(150)는 제2 유체를 공급하는 역할을 한다. 제2 압력 조정부(160)는 유체 공급부(150)로부터 공급되는 제2 유체가 제1 압력 조정부(140)로 주입되는 압력(이하, '주입 압력'이라 함)을 조정하는 역할을 한다. 만일, 제2 유체의 주입 압력이 증가하면, 제1 압력 조정부(140, 140A, 140B)의 흡입력이 높아져서 펌핑부(120)의 배출측(122)의 압력(PO)이 감소할 수 있다. 그러나, 제2 유체의 주입 압력을 최대한 증가시켜도 펌핑부(120)의 인입측(121)의 압력(PI)이 배출측(122)의 압력(PO)보다 높아지지는 않는다.
예를 들어, 제2 압력 조정부(160)에서 조정되는 주입 압력이 5 ㎏/㎠보다 낮으면 펌핑부(120)의 배출측(122)의 압력(PO)의 감소량이 미약하거나 없을 수 있다.따라서, 제2 압력 조정부(160)는 제2 유체의 주입 압력을 5 ㎏/㎠ 내지 10 ㎏/㎠ 예를 들어, 7 ㎏/㎠로 조정할 수 있다.
도 1에 도시된 반도체 제조 장치(100)가 제1 압력 조정부(140)를 포함하지 않을 경우, 펌핑부(140)의 한 대당 전력 소모량은 3.0 ㎾h로서, 이 부하의 70% 이상이 펌핑부(140)에 내장된 회전자(rotor)의 부하에서 기인한다. 스크러버(130)는 -10 ㎜H2O의 음압을 발생시키며, 이러한 음압으로는 펌핑부(140)에 내장된 회전자의 부하가 증가 된다. 이와 같이, 제1 압력 조정부(140)가 없을 경우, 펌핑부(140)의 부하는 평균 3.0㎾h일 수 있다.
일반적으로 펌핑부(140)의 전력 소모량(P)은 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, So는 역압이 없을 때 진공 상태의 펌핑부(140)의 펌핑 속도 즉, 유체의 유량(㎥/s)을 나타내고, ηmech는 펌핑부(140)의 기계적 효율을 나타내며, 진공 펌핑이 경우 대략 0.85일 수 있다. 또한, Δp는 펌핑부(140)의 인입측(121) 압력(PI)과 배출측(122) 압력(PO) 간의 차로서 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, 인입측(121)의 압력(PI)은 10 torr이하일 수 있다.
전술한 수학식 1로부터 알 수 있듯이, 전력 소모량은 Δp에 비례함을 알 수 있다. 이를 고려하여, 실시 예에 의한 반도체 제조 장치(100)의 경우 인입측(121) 압력(PI)이 고정된 상태에서 제1 압력 조정부(140, 140A, 140B)를 이용하여 펌핑부(120)의 배출측(122) 압력(PO)을 감소시킨다. 그러므로, 전술한 수학식 1의 Δp가 감소하여 전력 소모량이 줄어들 수 있다. 예를 들어, 펌핑부(120)의 전력 소모량은 0.9 ㎾h까지 감소할 수 있다.
도 1의 경우 이해를 돕기 위해, 하나의 펌핑부(120)만이 도시되어 있으나, 실시 예에 의한 반도체 제조 장치(100)는 복수 개의 펌핑부(120)를 포함할 수 있다. 이 경우, 복수의 펌핑부(120) 각각에 대해 제1 압력 조정부(140, 140A, 140B)가 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 실시 예에 의한 반도체 제조 장치(100)의 경우, 불활성 가스를 사용하는 에피텍셜 성장부(110)로부터 배출되는 제1 유체를 펌핑하는 펌핑부(120)의 배기 효율을 벤츄리 효과에 의해 증대시킴으로써, 펌핑부(120)의 부하를 줄여 펌핑부(120)에서 소모되는 전력을 줄일 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 반도체 제조 장치 110: 에피텍셜 성장부
111: 프로세서 챔버 112: 반송 챔버
113: 로드 락 챔버 113A, 113B, 113C: 개폐부
113D: 유체 유입구 113E: 유체 배출구
114, 115: 제1 밸브 116, 117: 제2 밸브
118: 반송부 120: 펌핑부
121: 펌핑부의 인입측 122: 펌핑부의 배출측
130: 스크러버 140, 140A, 140B: 제1 압력 조정부
141: 제1 배관 142: 제1 흡입구
143: 제2 배관 144: 제2 흡입구
145: 연결부 146: 흡인실
147: 제3 배관 148: 디퓨져
149: 배기구 150: 유체 공급부
160: 제2 압력 조정부

Claims (6)

  1. 웨이퍼의 표면에 에피텍셜층을 성장하는 에피텍셜 성장부;
    상기 에피택셜 성장부로부터 배출되는 제1 유체를 펌핑하는 펌핑부;
    상기 제1 유체를 수집하는 스크러버; 및
    제2 유체를 이용하여 벤츄리 효과에 의해 상기 펌핑부의 배기 압력을 감소시키면서 상기 펌핑부에서 펌핑된 상기 제1 유체를 상기 스크러버로 전달하는 제1 압력 조정부를 포함하는 반도체 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 압력 조정부는
    상기 펌핑부의 배출측과 연결되어, 상기 펌핑부에서 펌핑된 상기 제1 유체를 흡입하는 제1 흡입구;
    상기 제2 유체를 흡입하는 제2 흡입구;
    상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 만나는 흡인실;
    상기 흡인실의 상기 제1 및 제2 유체가 지나가는 통로를 제공하는 디퓨저; 및
    상기 디퓨저로부터 유출되는 상기 제1 및 제2 유체가 배출되는 배기구를 포함하는 반도체 제조 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 반도체 제조 장치는
    상기 제2 유체를 공급하는 유체 공급부; 및
    상기 유체 공급부로부터 공급되는 상기 제2 유체가 상기 제1 압력 조정부로 주입되는 주입 압력을 조정하는 제2 압력 조정부를 더 포함하는 반도체 제조 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 제2 압력 조정부는 상기 주입 압력을 5 ㎏/㎠ 내지 10 ㎏/㎠로 조정하는 반도체 제조 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 제1 유체는 질소 또는 산소 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 제조 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 제2 유체는 압축된 공기 또는 물 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 제조 장치.
KR1020150013988A 2015-01-29 2015-01-29 반도체 제조 장치 KR20160093241A (ko)

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