KR20170135576A

KR20170135576A - 진공펌프의 자가진단장치 및 방법

Info

Publication number: KR20170135576A
Application number: KR1020160067714A
Authority: KR
Inventors: 박제우; 이상윤; 이상길
Original assignee: (주)엘오티베큠
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2017-12-08

Abstract

진공펌프의 자가진단장치 및 방법가 개시되어 있다.
이중, 진공펌프의 자가진단장치는, 공정챔버의 제1 배기유로와 연결된 채 상기 웨이퍼 반응챔버 내의 반응가스를 흡기하여 제2 배기유로를 통해 배출하는 진공펌프; 상기 진공펌프의 질소퍼지모드 시, 진공펌프로 질소를 공급하는 질소공급유로; 상기 질소공급유로와 진공펌프 사이를 연결할 때, 상기 질소공급유로와 선택적으로 연결되는 연결유로; 상기 질소공급유로와 상기 제1 배기유로 사이를 연결한 채, 상기 연결유로가 차단된 경우에 한하여 질소가 유입되는 질소분기유로; 상기 질소분기유로의 진공펌프 입구쪽에 설치된 채, 상기 진공펌프의 입구에서 압력을 측정하는 압력 측정부재; 상기 진공펌프의 질소공급유로의 소정 위치에 설치된 채, 상기 진공펌프로 유입되기 직전의 질소유량을 측정하는 유량 측정부재; 및 상기 압력 측정부재 및 유량 측정부재에 의해 산출되는 배기속도값과 기준 배기속도값을 비교하여, 그 비교값에 따라 진공펌프의 성능을 진단하는 진단수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

진공펌프의 자가진단장치 및 방법{Self diagnostic apparatus and methods of the vacuum pump}

본 발명은 반도체 생산공정 등에 적용되는 진공펌프의 자가진단장치 및 자가진단방법에 관한 것이다.

더 상세하게는 진공펌프의 성능변화, 특히 배기속도와 같은 주요한 지표를 별도의 측정설비를 이용하지 않고 펌프가 설치된 상태에서 펌프 자체 내에서 간단한 조작으로 추정할 수 있는, 진공펌프의 자가진단장치 및 방법에 관한 것이다.

최근, 반도체 디바이스의 집적도가 매우 높아짐에 따라, 반도체웨이퍼의 직경 및 액정보드의 크기도 점차 증가되어, 반도체웨이퍼 및 액정보드당 단위 가격이 더욱 높아지고 있다. 이러한 이유로, 제품 수율을 높이기 위하여 제조 공정들을 안정화시킬 필요가 있다. 특히, 건식진공펌프와 같은 제조 공정들에 직접 영향을 끼치는 디바이스들에 대한 안정된 작업들이 중요한 도전 과제로 간주되어 왔다.

반도체 디바이스 제조 시에 사용되는 LP-CVD(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition)와 같은 단일 공정에서 수많은 웨이퍼를 배치(batch)로 처리하는 배치처리장치에 의하면, 건식진공펌프가 처리 시에 갑자기 정지한다면, 수많은 반도체웨이퍼가 손상을 입어 주된 손실을 발생시킬 수 있게 된다.

상술된 상황 하에, 건식진공펌프의 자가-진단을 행하여 사전에 미리 고장에 대한 안전 장치를 마련하여 제품의 손상을 막는 시스템에 대한 요구가 늘고 있는 실정이다. 현재, 이러한 요구를 해결하기 위한 수단으로 다수의 건식 진공펌프가 설치된 반도체 소자 제조 공정 등에서는 전류 값 등 진공펌프 및 기타 장치들에 대한 상태를 나타낼 수 있는 특성 값들을 별도의 중앙 감시 시스템에 제공하여 관리하는 방법 등을 사용하고 있다. 이러한 중앙 감시 시스템 방식의 다수의 건식진공펌프들의 상황을 감시하고 이상 현상이 발생될 경우 이를 통보하는 중심의 기능으로 한정된 경우가 많아 건식진공펌프의 자가 진단을 행하는 기능을 구비하지 못하고 있다.

일반적인 진공펌프의 배기속도를 측정하기 위한 방법으로 시험 챔버와 다수의 압력 측정 부재, 유량조절 부재, 데이터 수집 및 계산을 위한 컴퓨터 등으로 구성된 별도의 측정 장치에 진공펌프를 이동 및 설치하여 측정하고 있어 실제 진공펌프가 설치된 현장에서 배기속도 측정이 불가능 한 상태로 사용자에게 실시간으로 배기속도 수준에 대한 정보를 제공하지 못하고 있다.

1. 일본특개평 제2005-9337호 2. 등록특허공보 제10-1299622호

본 발명의 목적은 진공펌프의 배기속도와 같은 주요한 지표를 별도의 측정설비를 이용하지 않고 펌프 자체 내에서 간단한 조작으로 추정할 수 있는 진공펌프의 자가진단장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 진공펌프의 자가진단장치를 이용하는 자가진단방법을 제공함에 있다.

상기한 일 목적에 따라, 공정챔버의 제1 배기유로와 연결된 채 상기 웨이퍼 반응챔버 내의 반응가스를 흡기하여 제2 배기유로를 통해 배출하는 진공펌프; 상기 진공펌프의 질소퍼지모드 시, 진공펌프로 질소를 공급하는 질소공급유로; 상기 질소공급유로와 진공펌프 사이를 연결할 때, 상기 질소공급유로와 선택적으로 연결되는 연결유로; 상기 질소공급유로와 상기 제1 배기유로 사이를 연결한 채, 상기 연결유로가 차단된 경우에 한하여 질소가 유입되는 질소분기유로; 상기 질소분기유로의 진공펌프 입구쪽에 설치된 채, 상기 진공펌프의 입구에서 압력을 측정하는 압력 측정부재; 상기 진공펌프의 질소공급유로의 소정 위치에 설치된 채, 상기 진공펌프로 유입되기 직전의 질소유량을 측정하는 유량 측정부재; 및 상기 압력 측정부재 및 유량 측정부재에 의해 산출되는 배기속도값과 기준 배기속도값을 비교하여, 그 비교값에 따라 진공펌프의 성능을 진단하는 진단수단;을 포함하는 진공펌프 자가진단장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 질소분기유로의 입구측에 설치된 채, 상기 질소분기유로로 유입되는 질소의 양을 조절하기 위한 질소량 조절부재를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 진단수단에 의한 진단결과를 출력하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 질소공급유로, 연결유로 및 질소분기유로의 경계부위에는 밸브가 설치되어, 상기 질소공급유로로 유입되는 질소가 연결유로, 질소 분기유로 중 어느 하나로 흐르게 제어될 수 있다.

상기 일 목적에 따라, 공정챔버의 제1 배기유로와 연결된 채 상기 웨이퍼 반응챔버 내의 반응가스를 흡기하여 제2 배기유로를 통해 배출하는 2개 이상의 진공펌프; 상기 각 진공펌프의 질소퍼지모드 시, 진공펌프로 질소를 공급하는 각 질소공급유로; 상기 각 질소공급유로와 각 진공펌프 사이를 연결할 때, 상기 각 질소공급유로와 선택적으로 연결되는 각 연결유로; 상기 각 질소공급유로와 상기 각 제1 배기유로 사이를 연결한 채, 상기 각 연결유로가 차단된 경우에 한하여 질소가 유입되는 각 질소분기유로; 상기 각 질소분기유로의 각 진공펌프 입구쪽에 설치된 채, 상기 각 진공펌프의 입구에서 압력을 측정하는 각 압력 측정부재; 상기 각 진공펌프의 각 질소공급유로의 소정 위치에 설치된 채, 상기 각 진공펌프로 유입되기 직전의 질소유량을 측정하는 각 유량 측정부재; 및 상기 각 압력 측정부재 및 각 유량 측정부재에 의해 산출되는 각 배기속도값과 기준 배기속도값을 비교하여, 그 비교값에 따라 각 진공펌프의 성능을 진단하는 단일의 진단수단;을 포함하는 진공펌프 자가진단장치가 제공된다.

상기한 다른 목적에 따라, 상기에 기재된 진공펌프 자가진단장치를 이용하는 진공펌프 자가진단방법으로, 상기 진공펌프의 배기속도 측정모드 시, 상기 진공펌프의 입구측 압력 및 진공펌프의 입구측으로 유입되는 질소유량을 실시간으로 측정하여 현재 배기속도값을 산출하고, 이 산출된 현재의 배기속도값과 이미 저장된 기준값을 비교하여, 그 비교값에 따라 진공펌프의 성능을 진단하는 진공펌프 자가진단방법이 제공된다.

이상의 본 발명은 현재 얻어진 진단값과 표준값을 비교하여 도출해 줌으로써 진공펌프의 성능지표에 따라 대상 진공펌프의 교체여부를 조기에 판단할 수 있어서 웨이퍼 손상을 예방할 수 있다.

또한, 본 발명은 진공펌프의 질소퍼징장치와 연계되어 있어서 사용목적에 따라 진공펌프의 질소퍼징 또는 진공펌프의 상태진단을 선택적으로 시행할 수 있어서 단일 기능만을 하는 기존 장치와 비교하여 작업의 효율성을 향상시킬 수 있고, 경제적인 장점도 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배기속도 측정을 위한 자가진단장치가 구비된 진공펌프의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 진공펌프 일반운전 퍼징모드 시, 질소의 흐름도
도 3은 본 발명에 따른 진공펌프의 배기속도 등 성능 측정 시, 질소의 흐름도

본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 배기속도 측정을 위한 자가진단장치가 구비된 진공펌프의 구성도이다.

도 1에 의하면, 본 발명에 따른 진공펌프 자가진단장치(100)는 진공펌프(110), 질소공급유로(120), 연결유로(130), 질소분기유로(140), 압력측정부재(150), 유량측정부재(160) 및 진단수단(170)을 포함한다.

상기 진공펌프(110)는 공정챔버(1) 내부의 반응가스를 배출하기 위한 제1 배기유로(181)와 연결된 채, 상기 공정챔버(1) 내의 반응가스를 흡기하여 배출하는 역할을 하는 것으로, 이 진공펌프(110)에는 흡기한 반응가스를 배출하기 위한 제2 배기유로(182)를 갖는다.

상기 질소공급유로(120)는 퍼징모드 시(퍼징모드는 후술하기로 한다), 상기 진공펌프(110)로 질소가 유입되도록 하는 유로이다. 여기서, 상기 질소공급유로(120) 상에는 질소유량을 제어하기 위한 질량유량계(MFC:mass flow controller)(121)가 설치될 수 있다.

상기 연결유로(130)는 상기 질소공급유로(120)와 진공펌프(110)의 퍼징포트 사이를 연결하는 유로로서, 상기 진공펌프(110)의 퍼징모드 시, 상기 질소공급유로(120)를 통해 유입되는 질소가 상기 연결유로(130)를 통해 진공펌프(110)로 유도되도록 하는 유로이다.

상기 질소분기유로(140)는 상기 질소공급유로(120)와 제1 배기유로(181) 사이를 연결하는 유로이다. 이 유로는 진공펌프(110)의 성능을 진단할 때 사용되는 유로로서, 상기 연결유로(130)가 차단된 경우에 한하여 질소가 유입된다.

여기서, 상기 질소분기유로(140)의 입구측에는 상기 질소분기유로(140)로 유입되는 질소의 양을 조절하기 위한 질소량 조절부재(190)가 설치될 수 있다.

상기 질소량 조절부재(190)는 하나 또는 다수개로 구성될 수 있다.

다수개로 구성될 경우, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1, 2, 3 질소량 조절부재(191,192,193)를 병렬로 배치하되, 각 질소량 조절부재(191,192,193)의 유량을 달리하여, 필요에 따라 어느 한 질소량 조절부재를 선택할 수 있도록 구성할 수 있다.

여기서, 상기 제1 질소량 조절부재(191)는 제1 차단밸브(191a) 및 제1 오리피스(191b)로 구성되고, 상기 제2 질소량 조절부재(192)는 제2 차단밸브(192a) 및 제2 오리피스(192b)로 구성되며, 상기 제3 질소량 조절부재(193)는 제3 차단밸브(193a) 및 제3 오리피스(193b)로 구성될 수 있다.

상기 각 차단밸브(191a,192a,193a)는 어느 하나가 개방되면 다른 2개의 차단밸브는 닫히게 제어됨으로써 어느 한 질소량 조절부재로만 질소가 통과할 수 있도록 한다.

또한, 각 오리피스(191b,192b,193b)는 유체 통과량을 달리함으로써 필요에 따라 질소분기유로(140)로의 질소유량을 조절할 수 있도록 구성된다. 이는 질소유량을 달리함에 따른 압력 및 배기속도값의 변화량을 측정할 수 있다.

한편, 상기 질소공급유로(120), 연결유로(130) 및 질소분기유로(140)의 경계부위에는 밸브(101)가 설치되어, 상기 질소공급유로(120)로 유입되는 질소가 연결유로(130), 질소 분기유로(140) 중 어느 하나로 흐르게 제어될 수 있다.

상기 압력측정부재(150)는 상기 질소분기유로(140)의 진공펌프(110) 입구쪽에 설치된 채, 상기 진공펌프(110) 입구에 대한 압력을 측정하는 것이고, 상기 유량측정부재(160)는 상기 질소공급유로(120)의 소정 위치에 설치된 채, 상기 진공펌프(110)로 유입되는 질소유량을 측정하는 것이다.

상기 진단수단(170)은 상기 압력측정부재(150) 및 유량측정부재(160)에 의해 측정된 값들로부터 배기속도값(S=Q/P, S:속도, Q:유량, P:압력)을 산출하거나 상기 산출된 값과 미리 지정된 표준 배기속도값을 비교하여, 그 비교값에 따라 상기 진공펌프(110)의 성능을 진단하는 역할을 하는 일종의 연산 및 제어부이다.

이 진단부재(170)는 상기 산출된 배기속도값과 표준 배기속도값을 비교하여, 산출된 배기속도값이 표준 배기속도값 보다 작거나 통계적으로 일정 관리 수준을 벗어닐 경우, 진공펌프(110)의 성능이 저하되었거나 또는 교체가 필요하다고 판단하며, 이 판단결과는 디스플레이부(102)에 출력될 수 있다. 이와는 다르게 알람수단을 통해 유저에게 알려주는 기능도 적용될 수 있다.

한편, 진공펌프 자가진단장치(100)는 진공펌프(110)가 2개 이상 설치될 수 있고, 이에 따라, 질소공급유로(120), 연결유로(130), 질소분기유로(140), 압력측정부재(150), 유량측정부재(160)도 각 진공펌프에 개별적으로 설치되게 구성될 수 있다. 이 경우, 진단수단(170)은 하나만 설치하여, 상기 각 압력측정부재(150) 및 각 유량측정부재(160)에 의해 산출되는 배기속도값과 기준 배기속도값을 비교하여, 그 비교값에 따라 진공펌프의 성능을 각각 진단하는 구성도 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 작용을 설명한다.

먼저, 진공펌프(110)의 일반적인 운전을 위한 질소퍼징모드시에는, 상기 질소공급유로(120)를 통해 유입된 질소는 밸브(101)에 의해 연결유로(130)가 개방되어 상기 진공펌프(110)로 유입되어 진공펌프 내부를 질소퍼징한 이후, 공정챔버(1)에서 진공펌프(110)로 유입되는 공정가스와 함께 제2 배기유로(182)를 통해 외부로 배출된다.

다음, 진공펌프(110)의 배기속도 측정을 위한 자가진단모드시에는, 공정챔버(1)와 진공펌프(110) 사이의 공정가스 유입이 차단된 상태에서 상기 질소공급유로(120)를 통해 유입된 질소는 밸브(101)에 의해 질소분기유로(140)가 개방되어 제1 배기유로(181)를 통해 진공펌프(110)로 유입된다.

이 과정에서, 상기 질소분기유로(140)의 진공펌프(110) 입구쪽에 설치되는 압력측정부재(150) 및 진공펌프의 질소공급유로의 소정 위치에 설치된 유량측정부재(160)에 의해 질소의 압력(P) 및 유량(Q)이 측정되고, 이 측정된 압력 및 유량은 진단수단(170)에 포함된 연산 절치에 의해 현재의 배기속도값(S)으로 계산되며, 이 계산된 배기속도값은 이미 저장되어 있던 표준 배기속도값과 비교하여, 그 비교값에 따라 진공펌프(110)의 성능을 판단 또는 진단하게 된다.

이에 따라, 큰 부속장치를 별도로 설치하지 않으면서도 진공펌프가 설치되어 있는 현장 상태에서 간단하게 진공펌프(110)의 성능을 감지할 수 있으므로, 진공펌프(110)의 현재상태를 진단할 수 있고, 그에 따른 진공펌프(110)의 교환시기 등을 추정할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 진공펌프 자가진단장치 110 : 진공펌프
120 : 질소공급유로 130 : 연결유로
140 : 질소분기유로 150 : 압력측정부재
160 : 유량측정부재 170 : 계산 및 진단수단
181 : 제1 배기유로 182 : 제2 배기유로
190 : 질소량 조절부재

Claims

공정챔버의 제1 배기유로와 연결된 채 상기 웨이퍼 반응챔버 내의 반응가스를 흡기하여 제2 배기유로를 통해 배출하는 진공펌프;
상기 진공펌프의 질소퍼지모드 시, 진공펌프로 질소를 공급하는 질소공급유로;
상기 질소공급유로와 진공펌프 사이를 연결할 때, 상기 질소공급유로와 선택적으로 연결되는 연결유로;
상기 질소공급유로와 상기 제1 배기유로 사이를 연결한 채, 상기 연결유로가 차단된 경우에 한하여 질소가 유입되는 질소분기유로;
상기 질소분기유로의 진공펌프 입구쪽에 설치된 채, 상기 진공펌프의 입구에서 압력을 측정하는 압력 측정부재;
상기 진공펌프의 질소공급유로의 소정 위치에 설치된 채, 상기 진공펌프로 유입되기 직전의 질소유량을 측정하는 유량 측정부재; 및
상기 압력 측정부재 및 유량 측정부재에 의해 산출되는 배기속도값과 기준 배기속도값을 비교하여, 그 비교값에 따라 진공펌프의 성능을 진단하는 진단수단;
을 포함하는 진공펌프 자가진단장치.
청구항 1에 있어서,
상기 질소분기유로의 입구측에 설치된 채, 상기 질소분기유로로 유입되는 질소의 양을 조절하기 위한 질소량 조절부재를 더 포함하는 진공펌프 자가진단장치.
청구항 1에 있어서,
상기 진단수단에 의한 진단결과를 출력하는 디스플레이부를 더 포함하는 진공펌프 자가진단장치.
청구항 1에 있어서,
상기 질소공급유로, 연결유로 및 질소분기유로의 경계부위에는 밸브가 설치되어, 상기 질소공급유로로 유입되는 질소가 연결유로, 질소 분기유로 중 어느 하나로 흐르게 제어되는, 진공펌프 자가진단장치.
공정챔버의 제1 배기유로와 연결된 채 상기 웨이퍼 반응챔버 내의 반응가스를 흡기하여 제2 배기유로를 통해 배출하는 2개 이상의 진공펌프;
상기 각 진공펌프의 질소퍼지모드 시, 진공펌프로 질소를 공급하는 각 질소공급유로;
상기 각 질소공급유로와 각 진공펌프 사이를 연결할 때, 상기 각 질소공급유로와 선택적으로 연결되는 각 연결유로;
상기 각 질소공급유로와 상기 각 제1 배기유로 사이를 연결한 채, 상기 각 연결유로가 차단된 경우에 한하여 질소가 유입되는 각 질소분기유로;
상기 각 질소분기유로의 각 진공펌프 입구쪽에 설치된 채, 상기 각 진공펌프의 입구에서 압력을 측정하는 각 압력 측정부재;
상기 각 진공펌프의 각 질소공급유로의 소정 위치에 설치된 채, 상기 각 진공펌프로 유입되기 직전의 질소유량을 측정하는 각 유량 측정부재; 및
상기 각 압력 측정부재 및 각 유량 측정부재에 의해 산출되는 각 배기속도값과 기준 배기속도값을 비교하여, 그 비교값에 따라 각 진공펌프의 성능을 진단하는 단일의 진단수단;
을 포함하는 진공펌프 자가진단장치.
청구항 1에 기재된 진공펌프 자가진단장치를 이용하는 진공펌프 자가진단방법으로,
상기 진공펌프의 배기속도 측정모드 시, 상기 진공펌프의 입구측 압력 및 진공펌프의 입구측으로 유입되는 질소유량을 실시간으로 측정하여 현재 배기속도값을 산출하고, 이 산출된 현재의 배기속도값과 이미 저장된 기준값을 비교하여, 그 비교값에 따라 진공펌프의 성능을 진단하는 진공펌프 자가진단방법.