KR20210095640A

KR20210095640A - 다중 챔버 진공 배기 시스템

Info

Publication number: KR20210095640A
Application number: KR1020217016142A
Authority: KR
Inventors: 니겔 폴 쇼필드; 크리스토퍼 마크 베일리; 마이클 앤드류 갤트리; 앤드류 데이비드 맨
Original assignee: 에드워즈 리미티드
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2021-08-02
Also published as: GB2579360A; US20220010788A1; EP3887681B1; TW202032074A; GB201819351D0; TWI827741B; WO2020109790A1; EP3887681A1; CN113039364B; JP2022509662A; US11933284B2; CN113039364A; JP7429234B2

Abstract

복수의 진공 챔버를 배기하기 위한 진공 배기 시스템이 개시된다. 진공 배기 시스템은: 가스의 분자 유동 영역에서 작동하도록 구성되고 복수의 진공 챔버를 배기하도록 구성된 복수의 저압 진공 펌프; 복수의 저압 진공 펌프를 복수의 진공 챔버와 분리 또는 연결하기 위한 복수의 챔버 밸브; 복수의 저압 진공 펌프의 대응하는 배기부에 각각 연결되는 복수의 분기 채널; 분기 채널의 합류점으로부터 형성되며 복수의 분기 채널과 중간 압력 진공 펌프 사이의 유체 연통 경로를 제공하도록 구성된 메인 채널을 포함한다. 중간 진공 펌프는 메인 채널을 배기하고 가스의 점성 유동 영역에서 작동하도록 구성된다. 중간 압력 진공 펌프보다 높은 압력의 가스의 점성 유동 영역에서 작동하도록 구성된 고압 진공 펌프가 있으며, 고압 진공 펌프는 중간 압력 진공 펌프의 배기부에 연결된다. 또한, 복수의 진공 챔버 중 적어도 일부와 고압 진공 펌프 사이에 유체 연통 경로를 제공하기 위한 복수의 우회 채널이 있고, 복수의 우회 채널은 각각 우회 채널을 개방 또는 폐쇄하도록 구성된 밸브를 포함한다.

Description

다중 챔버 진공 배기 시스템

본 발명의 분야는 반도체 제조에 사용되는 공정 챔버와 같은 다중 챔버로부터 가스를 배기하는 진공 배기 시스템에 관한 것이다.

반도체 제조 공장은 오염 가능성을 줄이기 위해 클린 룸 안에 위치하는 여러 개의 진공 챔버를 갖는다. 그들은 각 챔버 내에서 낮은 안정된 압력이 유지될 것을 요구한다. 이것은 일반적으로 진공 배기 시스템에 의해 수행되고, 진공 배기 시스템은 부스터와 함께 진공 챔버에 부착된 터보분자 펌프와 터보 펌프의 배기구에 부착된 배압 펌프를 포함한다. 배압 펌프와 부스터 펌프는, 클린 룸 내에서의 오염 및 진동을 줄이기 위해 서브팹(subfab)의 클린 룸 외부에 위치할 수 있다.

각 챔버 내의 반도체 공정은, 비워질 가스의 유형과 양이 시간이 지남에 따라 달라지는 비동기적이고, 주기적이며 및 간헐적이다. 공정 가스(반응 생성물 가스)와의 반응에 의해 생성된 가스 및 공정 가스의 잔류물은 진공 배기 시스템에 의해 챔버 외부로 배기된다.

따라서, 이러한 챔버를 위한 배기 시스템은 상이하고 달라지는 양의 가스를 비울 수 있어야 하며, 안정적인 고진공을 생성 및 유지할 수 있어야 한다.

각 챔버 내에서 안정적인 고진공을 여전히 제공하면서 다중 펌프와 관련된 일반 경비(overhead)를 줄이기 위해 다중 반도체 공정 챔버에 걸쳐 펌프를 공유하는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은 복수의 진공 챔버를 배기하기 위한 진공 배기 시스템을 제공하는 것이다.

제1 양태는 복수의 진공 챔버를 배기하기 위한 진공 배기 시스템을 제공한다. 진공 배기 시스템은, 가스의 분자 유동 영역에서 작동하도록 구성되고 상기 복수의 진공 챔버를 배기하도록 구성된 복수의 저압 진공 펌프를 포함한다. 진공 배기 시스템은, 상기 복수의 저압 진공 펌프를 상기 복수의 진공 챔버와 분리 또는 연결하기 위한 복수의 챔버 밸브; 상기 복수의 저압 진공 펌프의 대응하는 배기부에 각각 연결되는 복수의 분기 채널; 상기 분기 채널의 합류점으로부터 형성되며 상기 복수의 분기 채널과 중간 압력 진공 펌프 사이의 유체 연통 경로를 제공하도록 구성된 메인 채널로서, 상기 중간 압력 진공 펌프는 상기 메인 채널을 배기하고 상기 가스의 점성 유동 영역에서 작동하도록 구성되는, 메인 채널; 및 상기 중간 압력 진공 펌프보다 높은 압력의 상기 가스의 점성 유동 영역에서 작동하도록 구성된 고압 진공 펌프로서, 상기 고압 진공 펌프는 상기 중간 압력 진공 펌프의 배기부에 연결되는, 고압 진공 펌프; 상기 복수의 진공 챔버 중 적어도 일부와 고압 진공 펌프 사이에 유체 연통 경로를 제공하기 위한 복수의 우회 채널을 포함하고, 상기 복수의 우회 채널은 각각 상기 우회 채널을 개방 또는 폐쇄하도록 구성된 밸브를 포함한다.

다중 진공 챔버 시스템을 배기하기 위해 요구되는 펌프의 수가, 다수의 챔버와 저압 진공 펌프가 공유 부스터 (중간 압력 진공) 펌프 및 배압 (고압 진공) 펌프 세트의 지원을 받는 경우에, 감소할 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 각 챔버 내 공정의 간헐적 및 비동기적 특성으로 인하여, 챔버 내의 공정 변화로 인한 저압 진공 펌프 중 하나의 배기부에서의 압력 스파이크는 다른 챔버의 저압 펌프 배기부에서의 압력에 영향을 미칠 수 있고, 여기서 배기부들은 공유 부스터 펌프로 이어지는 공유 채널에서 결합된다. 이로 인해 챔버 내 진공 상태가 불안정해질 수 있다. 이것은 챔버가 시스템에 추가되거나 어떤 이유로 배출(vent)되어 대기로부터 펌프-다운(pump down)되는 경우 특별한 문제이다.

이러한 문제는, 고진공 (저압) 및 중간 압력 진공 펌프 양자를 우회하고 챔버가 고압 진공 펌프에 직접 연결될 수 있도록 하는 우회 채널을 제공하는 실시예에 의해 완화되었다. 이와 관련하여, 저압 진공 펌프가 분자 유동 영역에서 작동하고 보다 높은 압력에서 작동할 수 없기 때문에, 챔버가 배기될 때 저압 진공 펌프를 우회하는 것이 알려져 있다. 그러나, 일반적으로 부스터 또는 중간 압력 점성 유동 펌프에 대한 우회 채널이 사용된다. 이러한 펌프가 챔버 간에 공유되는 경우, 이 펌프를 사용하여 대기압에서 챔버를 펌핑하면, 펌프로 이어지는 공유 채널의 압력의 상당한 급등(spike) - 이는, 다수의 챔버로의 저압 펌프의 배기부에서 느껴질 것임 - 을 야기할 것이고, 이 챔버들 내부의 압력이 불안정을 야기할 수 있다. 이를 해결하기 위해, 실시예는 가스 유동을 고압 진공 펌프로 전환하는 우회 채널을 제공한다. 고압 펌프로 들어가는 가스 유동은 중간 압력 펌프로 들어가는 것보다 더 높은 압력에 있고, 따라서, 모든 압력 스파이크는 더 작으며, 더욱이, 메인 채널은 중간 압력 펌프의 존재에 의해 이 압력 스파이크로부터 보호된다.

일부 실시예에서, 상기 중간 압력 진공 펌프의 상기 배기부에 연결된 상기 고압 진공 펌프 및 상기 복수의 우회 채널과 유체 연통하는 상기 고압 진공 펌프는 동일한 고압 진공 펌프이다.

다른 실시예에서, 상기 중간 압력 진공 펌프의 상기 배기부에 연결된 상기 고압 진공 펌프 및 상기 복수의 우회 채널과 유체 연통하는 상기 고압 진공 펌프는 상이한 고압 진공 펌프이다.

고압 진공 펌프에 의해 수행되는 진공 챔버의 거친 펌핑은, 이러한 챔버들이, 가스 유동이 메인 공유 채널을 통해 흘러서 저압 펌프의 출력에서의 압력에 영향을 주는 일 없이, 대기로부터 중간 압력으로 펌프-다운되도록 한다. 경우에 따라, 이 공정에 사용되는 고압 진공 펌프는 중간 압력 진공 펌프에 대한 배압 펌프로 사용되는 것과 동일한 고압 진공 펌프이다. 이것은, 한 번에 하나의 고압 진공 펌프만 작동하는 것을 요구하고 그것이 지속적으로 작동할 수 있게 하는 효율적인 시스템을 제공한다. 다른 실시예에서, 별도의 고압 진공 펌프가 사용될 수 있으며, 이는 공유 시스템에 의해 느껴지는 압력의 변화를 감소시키지만 일반 경비를 증가시키고 작동을 위해 별도의 펌프를 필요로 한다.

일부 실시예에서, 진공 배기 시스템은, 상기 복수의 우회 채널의 합류점으로부터 형성된 메인 우회 채널을 포함하고, 상기 메인 우회 채널 및 상기 복수의 우회 채널은 상기 복수의 진공 챔버와 상기 고압 펌프 사이의 유체 연통 경로를 제공한다.

우회 채널이 동일한 고압 펌프로 향하기 때문에, 채널은 합쳐져서 메인 공유 우회 채널을 형성할 수 있고, 이는 공유 펌프로 이어진다.

일부 실시예에서, 상기 우회 채널은 상기 분기 채널보다 작은 직경을 갖는다.

우회 채널은 진공 챔버가 보다 높은 압력에 있을 때 진공 챔버의 펌핑에 사용되기 때문에, 파이프의 직경은 저압 가스를 펌핑하는데 사용되는 채널의 파이프의 직경보다 작을 수 있다. 이와 관련하여, 우회 채널과 메인 우회 채널 양자는 각각 분기 채널과 메인 채널보다 작은 직경을 갖는다. 우회 채널은 일부 실시예에서 분기 채널보다 10배 이상 더 작을 수 있는 반면, 다른 경우에는 5 배 이상 더 작을 수 있다. 이것은 우회 채널이 비용 효율적인 방식으로 제조되고 형성될 수 있게 한다.

일부 실시예에서, 상기 분기 채널 및 메인 채널은, 펌핑되는 물질의 응축을 감소시키기 위해 상기 채널을 가열하기 위한 가열 회로를 포함한다.

분기 채널과 메인 채널이 공정 가스의 유동에 사용되기 때문에, 가스가 시스템을 통해 흐르면서 채널의 압력이 증가함에 따라 공정 가스의 화학 물질이 응축되는 것을 방지하기 위해, 이러한 채널을 가열하는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 우회 채널을 통해 배기되는 가스는 공정 가스가 아니라, 챔버가 배기된 후에 존재하는 가스이다. 따라서, 이러한 채널을 가열하기 위한 요구 사항은 분기 채널에 대한 요구 사항과 동일하지 않으며, 히터는 생략될 수 있고, 이는 이러한 우회 채널의 비용을 더욱 저감할 수 있다.

일부 실시예에서, 진공 배기 시스템은, 상기 복수의 우회 채널과 상기 복수의 분기 채널 사이에 유체 연통 경로를 제공하기 위한 복수의 추가 채널을 추가로 포함하고, 상기 복수의 추가 채널은 각각 상기 복수의 추가 채널을 개방 또는 폐쇄하기 위한 밸브를 포함한다.

각 우회 채널을 대응하는 분기 채널에 연결하는 채널을 갖는 것이 유리할 수 있다. 이와 관련하여, 우회 채널은 고압 진공 펌프에 의해 대기로부터 진공 챔버를 배기하기 위해 사용된다. 진공 챔버가 이 펌프의 작동 압력까지 펌프-다운되면, 우회 채널의 밸브가 폐쇄되고 우회 채널을 분기 채널에 연결하는 채널의 밸브가 개방되며 이는 진공 챔버를 공유 메인 채널에 연결할 것이고, 공유 메인 채널은 고압 진공 펌프의 지원을 받는 중간 진공 펌프에 의해 비워진다. 이 시점에서, 진공 챔버가 그것의 통상의 작동 압력보다 여전히 높은 압력을 유지하기 때문에, 공유 메인 채널에서 작은 압력 스파이크를 볼 수 있다. 그러나, 대기압보다 훨씬 낮은 압력이므로 압력 스파이크는 작을 것이다. 이와 관련하여, 고압 펌프는 10 mbar까지 펌프-다운될 수 있는 반면, 중간 진공 펌프는 1 mbar까지 펌프-다운될 수 있다. 따라서 메인 채널은 연결 채널의 밸브가 개방되면 10 mbar의 압력에서 가스를 받아들일 수 있지만 챔버의 배기 후 대기압에서는 가스를 받아들이지 않는다.

일부 실시예에서, 상기 복수의 분기 채널 중 적어도 일부는 질소 또는 몇몇의 다른 퍼지 가스를 유입시키기 위한 제어가능한 유입구를 포함한다.

앞서 언급한 바와 같이, 이 메인 채널이 많은 상이한 진공 챔버로부터 배기 가스를 받아들임에 따른 메인 채널의 압력 변동을 방지하거나 적어도 감소시키는 것이 중요하고, 압력 변동은 이러한 챔버에 연결된 저압 진공 펌프의 작동에 영향을 미칠 것이다. 그러나, 이러한 챔버 내에서 수행되는 공정들은 비동기식이므로 서로 다른 공정들이 서로 다른 시간에 수행되고, 따라서, 챔버로부터 출력되어 서로 다른 분기 채널을 따라 흘러내리는 가스의 유동 속도는 시간이 지남에 따라 달라질 것이다. 이로 인해 메인 채널의 압력 변동과 원하지 않는 압력 스파이크가 발생한다. 이러한 변동을 줄이는 한 가지 방법은, 질소와 같은 가스의 제어가능한 유동을 분기 채널로 유입시키기 위한 가스 입구를 사용하는 것이고, 이 유동은 변동을 보상하기 위해 제어된다.

일부 실시예에서, 진공 배기 시스템은, 상기 분기 채널에 의한 가스 유동 출력의 변동이 감소시키기 위하여, 상기 분기 채널의 가스 유동에 의존하여 제어된 양의 가스를 유입시키도록 상기 제어가능한 유입구를 제어하도록 구성된 유입구 제어 회로를 포함한다.

질소 투입을 주의깊게 제어함으로써, 공정 챔버의 변화로 인한 분기 채널의 유동률의 변화를 보상할 수 있으며, 분기 채널에서 메인 채널로 출력되는 가스 유동의 변동을 감소시킬 수 있다.

이러한 제어는 다수의 방식으로 수행될 수 있으며, 일부 실시예에서 상기 제어 회로는, 상기 진공 챔버를 배기하는 상기 저압 펌프의 전력 소비를 모니터링하도록 그리고 상기 전력 소비에 의존하여 상기 제어가능한 유입구를 제어하도록 구성된다.

다른 실시예에서, 상기 제어 회로는, 상기 진공 챔버의 전류 프로세스를 나타내는 상기 진공 챔버로부터의 신호를 수신하고 상기 신호에 의존하여 상기 제어가능한 유입구를 제어하도록 구성된다.

저압 펌프의 전력 소비는 펌핑되는 가스의 유동률에 따라 달라지므로, 이는 유동률의 표시로 사용될 수 있으며, 유동률에서의 변화를 위한 보상하기 위해 질소 투입량을 변화시키는데 사용될 수 있다. 대안으로, 현재 공정을 나타내는 진공 챔버로부터의 제어된 신호는 가스의 투입을 조정하기 위해 유동률을 나타내는 입력으로 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 진공 배기 시스템은, 상기 메인 채널 내의 압력을 모니터링하기 위한 압력 센서; 및 상기 압력 센서로부터 신호를 수신하고 상기 압력의 변동을 감소시키기 위한 제어 신호를 생성하도록 구성된 압력 제어 회로를 더 포함한다.

메인 채널 내에서 보다 일정한 압력을 유지하고 저압 펌프의 배기부에서 느낄 수 있는 압력 변동을 줄이는 또 다른 방법은, 메인 채널 내의 압력을 모니터링하는 압력 센서와, 이 압력 센서로부터 신호를 수신하여 변동을 줄이기 위해 제어 신호를 생성하는 압력 제어 회로를 사용하는 것이다. 이러한 제어 신호는 메인 채널의 유량 제한기를 제어하거나, 예를 들어 배압 펌프의 펌핑 속도를 제어할 수 있다. 대안으로 및/또는 추가로, 압력 제어 회로는 상기 압력 센서의 출력에 의존하여 상기 중간 진공 펌프의 펌핑 속도를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하도록 구성된다.

다른 실시예에서, 진공 배기 시스템은, 제어된 양의 가스를 상기 메인 채널로 유입시키기 위한 제어가능한 가스 입구를 더 포함하고, 상기 압력 제어 회로는 상기 제어가능한 가스 입구를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하도록 구성된다. 일부 실시예에서 가스는 질소이다.

일부 실시예에서, 상기 분기 채널은 제어된 제한기를 포함하고, 상기 제한기의 제한은 상기 저압 진공 펌프의 배기부에서 사전 결정된 유동률로 사전 결정된 압력을 제공하도록 설정된다.

일부 실시예에서, 저압 펌프의 배기부에서 느껴지는 압력의 차이 - 이는, 공유 펌프로부터의 그들의 거리에 의한 것 - 를 보상하도록 시도하기 위하여, 저압 펌프에 연결된 분기 채널에서의 조절 가능한 제한기가 사용된다. 이들은 초기 단계에서 특정 제한으로 설정되며, 이 제한은 사전 결정된 유동률에서 사전 결정된 압력을 제공하도록 선택된다.

단일의 중간 압력 진공 펌프 및 단일의 고압 진공 펌프만 있는 경우도 있지만, 일부 실시예에서는, 진공 배기 시스템은 서로 직렬로 배열된 복수의 중간 압력 진공 펌프를 포함한다.

메인 채널의 압력 스파이크는 우회 채널을 사용하여, 가스가 배기되어 보다 높은 압력에 있는 진공 챔버로부터 고압 펌프로 가스를 라우팅(route)하고 저압 및 중간 압력 펌프를 모두 우회함으로써 감소된다. 메인 채널과 우회 채널 출구 사이에 중간 펌프가 존재하면, 이 고압 가스의 펌핑으로 느껴지는 증가된 압력에 대한 완충 역할을 제공하고, 메인 채널에서의 압력 스파이크를 줄이는 데 도움이 된다. 우회 채널 출구와 메인 채널 사이에 다수의, 일부 실시예에서는 2개의, 중간 압력 펌프가 위치하면, 압력 스파이크에 대한 이러한 보호가 향상되고, 다른 챔버의 압력에 거의 영향을 미치지 않으면서 대기로 배출되는 챔버의 펌프-다운이 달성될 수 있다.

일부 실시예에서, 진공 배기 시스템은 밸브 제어 회로를 더 포함하고, 상기 밸브 제어 회로는 상기 밸브의 상태를 제어하도록 구성되며, 상기 밸브 제어 회로는 상기 복수의 진공 챔버 및 관련된 배기 채널의 각각에 대해, 상기 상이한 배기 채널의 상기 챔버 밸브 및 상기 밸브가 동시에 개방되지 않는 것을 보장하도록 구성된다.

밸브 제어 회로는 작동 중에 밸브를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 밸브 제어 회로는, 챔버의 챔버 밸브가 개방될 때, 우회 채널을 분기 채널에 연결하는 채널 및 우회 채널의 밸브가 폐쇄되어 있는지 보장해야 한다. 더욱이, 우회 채널 밸브가 개방된 경우, 우회 채널을 분기 채널에 연결하는 채널의 밸브는 챔버의 밸브와 마찬가지로 폐쇄되어야 한다. 이는, 가스가, 다중의 루트를 거쳐 모두 함께 작동하는 서로 다른 펌프로가 아닌, 루트 중 하나를 통해 특정 펌프로 펌핑되는 것을 보정한다. 따라서, 가스는, 챔버 밸브가 개방되어 우회 채널이 사용되지 않는 저압 펌프에 의해 펌핑될 수 있다. 우회 채널 밸브가 개방된 경우, 챔버는 고압 진공 펌프에 연결되어 있으며, 저압 펌프 또는 중간 압력 펌프 중 어느 것도 챔버에 연결되어서는 안된다.

일부 실시예에서, 상기 밸브 제어 회로는 상기 챔버의 배기를 제어하도록 구성되고, 상기 밸브 제어 회로는: 진공 챔버가 대기로 배출된다는 신호에 응답하여, 대응하는 챔버 밸브를 폐쇄하고 상기 챔버를 상기 메인 채널로부터 분리시키도록; 그리고 상기 진공 챔버가 대기로부터 펌프-다운된다는 신호에 응답하여, 상기 우회 채널의 상기 밸브를 개방하여 상기 챔버가 상기 고압 진공 펌프와 유체 연통하도록 구성된다.

밸브의 제어는 배기 중에 챔버의 분리를 제어할 수 있고 그 후 공유 메인 채널에 대한 압력 변동의 영향을 줄이는 방식으로 대기로부터 펌프-다운되게 할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 밸브 제어 회로는: 상기 진공 챔버가 사전 결정된 중간 압력으로 배기되는 것에 응답하여, 상기 우회 채널 밸브를 폐쇄하고 상기 복수의 추가 채널 중 대응하는 하나에서의 상기 밸브를 개방해서 상기 진공 챔버가 상기 중간 진공 펌프와 유체 연통되게 하는 제어 신호를 보내도록; 그리고 상기 진공 챔버가 보다 낮은 압력에 도달하는 것에 응답하여, 상기 복수의 추가 채널 중 대응하는 하나의 밸브를 폐쇄하고 상기 진공 챔버에서의 상기 밸브를 개방하도록 제어 신호를 보내도록 추가로 구성된다.

본 발명의 실시예는, 첨부된 도면을 참조하여, 지금 더 설명될 것이다:
도 1은 일 실시예에 따른 진공 배기 시스템을 도시하고,
도 2는 추가 실시예에 따른 진공 배기 시스템을 도시한다.

실시예들을 보다 상세하게 논의하기 전에, 먼저 개요가 제공될 것이다.

실시예는, 다수의 반도체 공정 챔버에 걸쳐 공통의 프로세스 펌프를 공유하고 각 공정 챔버에서 안정적인 압력을 달성하는 시스템에 관한 것이다.

시스템의 챔버는 모두 독립적으로 제어될 수 있으므로, 따라서, 그들은 완전한 비동기 공정 주기에 있다. 일 실시예에서 공정 챔버의 수는 24 개 - 툴 당 6개 및 4개의 툴 - 이며, 모두 단일의 저감(abatement) 유닛에 공급하는 단일의 배압 펌프를 공유한다.

주기의 모든 부분의 공정 화학은 주기의 다른 모든 부분과 호환된다.

펌프 또는 저감 유닛이 고장난 경우 시스템이 계속될 수 있도록 중복(redundancy)이 제공될 수 있고, 이는 24개의 챔버 모두를 종료하지 않고 수리 또는 유지 보수될 수 있게 한다. 따라서, 시스템이 부스터 및 배압 펌프의 단일 세트로 작동할 수 있더라도, 다른 펌프가 작동하지 않을 때 작동되는 부스터 및 배압 펌프의 예비 세트가 있을 수 있다.

실시예에서, 배압 펌프 조합은 서브팹(subfab)에 위치하며, 배압 펌프와 및 부스터를 포함하고, 각 공정 챔버는, 일반적으로 서브팹 위 10 내지 20 미터의, 클린 룸에 위치한다.

실시예에서, 각 공정 챔버에는 터보 펌프가 설치되고, 각 터보 펌프는 대기압으로부터 펌프-다운을 허용하는 우회 라인을 갖는다.

일반적으로 각 터보 펌프는 서브팹에 위치한 자체 배압 펌프와 부스터 펌프 조합의 지원을 받는다. 실시예의 제안된 공유 시스템에서, 각각의 터보 펌프 배기 포트는, 서브팹에 위치한 훨씬 더 크고 공통의 공유 배압 펌프 및 부스터 조합에 의해 펌핑되는 공통의 매니폴드에 연결된다.

실시예의 목적은, 공통의 진공 및 저감 장비를 공유하면서 챔버 사이의 간섭을 최소화하거나 적어도 감소시키면서 공정 챔버가 독립적으로 작동할 수 있도록 하는 것이다.

일 실시예에서 펌프-다운은 배압 펌프에 연결된 우회 라인을 통해 발생한다. 터보 우회 라인과 제한기를 통한 펌프-다운이 알려져 있다. 일반적으로 우회 라인은 부스터 또는 중간 압력 펌프에 연결된다. 그러나, 공유 부스터 펌프와 함께, 챔버가 매니폴드(메인 채널)에 직접 연결된다면, 챔버를 펌프-다운하기 위해 우회 밸브를 개방하는 것이 매니폴드로의 순간적으로 높은 가스 유동을 생성할 것이고, 또한 압력 스파이크를 야기할 것이다. 이로 인해 연결된 챔버 각각에서 압력 스파이크가 발생한다. 이들은 웨이퍼를 처리할 가능성이 높으며, 이러한 압력 스파이크는 공정을 방해할 수 있다.

실시예는 우회 라인과 제한기를, 부스터 배기부와 배압 펌프 사이의, 서브팹의 배압 펌프 입구에 연결되는 2차 매니폴드 시스템(공유 우회 채널)에 연결한다. 대안으로, 완전히 별도의 배압 펌프에 연결할 수도 있다. 이것은 작은 직경의 파이프를 사용하여 수행할 수 있다. 더욱이, 공정 가스는 보이지 않을 것이므로 가열할 필요가 없다. 이 2차 매니폴드는 메인 공정 매니폴드보다 높은 압력에서 작동하므로, 압력 스파이크의 영향을 덜 받는다. 추가로, 부스터 펌프는 공정 매니폴드로부터 2차 매니폴드의 압력 스파이크를 분리하는데 도움이 된다. 챔버가 일반적으로 10 mbar인 2차 매니폴드의 그것까지 펌프-다운되면, 그 후 밸브(V1)(도 1 참조)가 폐쇄되고 V2가 개방되어 챔버를 메인 공정 매니폴드에 의해, 일반적으로 1 mbar로, 펌프-다운될 수 있게 한다. 이 최종 펌핑 단계는 매우 작은 가스 유동을 갖고, 따라서, 상당한 압력 스파이크를 생성하지 않는다. 이것이 완료되면, 그 후 메인 터보 펌프 밸브(V3)가 정상적으로 개방될 수 있다.

챔버 사이의 누화(crosstalk)를 감소시키는 또 다른 방법은 매니폴드의 압력 변동을 감소시키는 것이다.

일부 실시예에서 매니폴드가 일정한 속도로 작동하는 단일 펌프에 의해 펌핑된다는 점을 감안할 때, 압력 변동은 하나 이상의 챔버로부터의 유동 변화에 의해 야기될 수 있다. 각 챔버로부터의 유동은 개시되거나 중지되는 공정 또는 공정 동안의 단계 변경으로 인해 달라질 수 있다. 시스템에 미치는 이러한 영향을 줄이기 위하여, 질소 유동이 각 챔버 배압(backing) 라인에 추가되고, 라인에서의 순(net) 유동을 일정한 값으로 유지하도록 조정된다. 예를 들어, 공정이 최대 공정 가스를 유동시킬 때, 추가의 가스 유동이 필요하지 않지만, 공정 유동이 감소하거나 중단되면, 차이를 보완하기 위해 질소 유동이 추가된다.

공정 유동은 공정 툴 자체로부터 직접 결정되거나 또는 터보 펌프의 전력 소비를 모니터링함으로써 결정될 수 있다.

이 시스템에서는 부스터 및 배압 펌프 조합의 단일 세트가 여러 개의 챔버를 펌핑하기 위해 사용된다. 그러나, 유지 보수, 제품 수요 또는 단순히 일부 챔버가 아직 설치되지 않음으로 인해 챔버의 수가 감소한다면, 시스템은 공정 매니폴드 내에서 실질적으로 동일한 압력을 유지해야 한다. 이는, 압력 게이지로 압력을 모니터링하고 이 정보를 사용하여 부스터 펌프의 속도를 제어함으로써 달성될 수 있다. 대안으로, 부스터 입구 또는 출구에서 질소 유동이 추가될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 진공 배기 시스템을 도시한다. 진공 배기 시스템(5)은 복수의 공정 챔버(10)로부터 가스를 배기하도록 구성된다. 이 공정 챔버들은 밸브(V3)를 통해 저압 터보 펌프(12)에 연결된다. 이 터보 펌프들은 분기 채널(14)을 통해 메인 공유 채널(16)로 배기되며, 이는 결국 직렬로 배열된 2개의 부스터 또는 중간 압력 펌프(20, 21)로 이어진다. 부스터 또는 중간 압력 진공 펌프는 더 높은 압력에 의해 또는 배압 펌프(22)의 지원을 받는다. 진공 챔버의 정상 작동 동안, 밸브(V3)는 개방되고 가스는 진공 챔버 (10)로부터 터보분자 펌프(12)를 통해 분기 채널(14)을 따라서 공유 메인 채널(16)을 통과하여 부스터 펌프(20, 21) 및 배압 펌프(22)로 비워지고, 여기에서 그 후 배기된다.

각 분기 채널은 유량 제한기(34)를 가지며, 유량 제한기는 분기 채널들이 동일한 방식으로 작동할 때 서로 다른 진공 챔버로부터 출력되는 균일한 압력을 제공하도록 제어가능하다. 따라서, 배열 단계 또는 초기화 단계 동안, 표준 가스 유동이 터보분자 펌프(12)를 통해 진공 챔버로부터 배기되고, 유량 제한기는 터보 펌프의 배기 출력에서 측정된 압력이 사전 결정된 값이 되도록 설정된다. 이는 저압 펌프와 공유 부스터 펌프 사이의 거리 차이로 인한 저압 펌프의 배기부에서 느껴지는 압력 차이를 보상하는데 도움이 된다. 이와 관련하여, 많은 챔버가 부스터 및 배압 펌프의 한 세트를 공유하는 경우, 저압 펌프와 부스터 및 배압 펌프 사이의 거리가 상당히 다를 수 있고, 따라서, 이러한 차이를 보상하기 위한 유량 제한기를 사용하면 보다 균일한 시스템을 제공할 수 있다.

비록 메인 공유 채널(16)과, 부스터(20, 21) 및 백업 펌프(22)의 단일 세트가 하드웨어의 효율성으로 이어지지만, 이러한 설정에는 어려움이 있으며, 특히 비동기식으로 작동하는 많은 진공 챔버가 공유 채널(16)에 연결되는 경우, 이 채널 내에서 느껴지는 압력에 변동이 있을 것이며, 이들은 터보분자 펌프의 배기부에서의 압력에 영향을 미칠 것이고, 이러한 방식으로, 진공 챔버(10)의 압력에 피드백 할 것이다. 이러한 압력 변동을 줄이기 위하여 다양한 장치가 제공된다. 이들 중 하나는, 진공 챔버(10)를 배압 펌프(22)와 연결하는 우회 채널(42)을 포함한다. 이 우회 채널(42)은 밸브(V1)을 가지며, 진공 챔버 (10)의 압력이 아마도 대기로 배출된 후 높을 때 그리고 이 챔버를 더 낮은 압력으로 펌프-다운해야 할 때, 밸브(V3 및 V2)가 폐쇄되고 밸브(V1)가 개방될 것이며, 고압 배압 펌프(22)는 그 후, 우회 채널(42)을 통해 배압 펌프의 작동 압력까지 챔버(10)를 초기에 펌프-다운하는데 사용될 것이고, 작동 압력은 본 실시예에서 대략 10 mbar정도이다.

유동률을 수정하기 위해 우회 채널(42) 상에 유량 제한기(43)가 있을 수 있다. 진공 챔버(10)의 압력이 배압 펌프(22)의 작동 압력에 도달하거나 근접하면, 밸브(V1)가 폐쇄되고 우회 채널(42)을 분기 채널(14)에 연결하기 위한 연결 채널(44)의 밸브(V2)가 개방될 수 있으며, 이 때, 진공 챔버는 부스터 펌프(20, 21)에 연결된다. 부스터 펌프(20, 21)는 약 1 mbar인 그것의 작동 압력까지 챔버를 배기할 수 있다. 이 시점에서, 밸브(V2)가 폐쇄되고 밸브(V3)가 개방될 수 있으며, 터보분자 펌프가 진공 챔버의 작동을 위한 고진공을 생성하기 위해 사용될 수 있다.

비록 진공 챔버(10)가, 진공 챔버의 압력이 표준 작동 압력보다 높을 때, 공유 채널(16)을 통해 부스터 펌프(20, 21)에 연결되지만, 이는 대기압(본 실시예에서 대략 1 mbar 정도)보다 상당히 낮으며 공유 메인 채널 (16)에서 훨씬 감소된 압력 스파이크를 생성한다. 더욱이, 공유 우회 채널(46) 배출구와 메인 채널(16) 사이에 두 개의 부스터 펌프(20, 21)가 존재하면, 메인 채널(16)에서 느껴지는 어느 압력 스파이크도 보다 감소시키는 완충 역할을 한다.

우회 채널은 상대적으로 높은 압력에서만 작동하기 때문에, 분기 채널보다 훨씬 작은 직경을 가질 수 있으며, 더욱이, 챔버가 배출되었을 때만 그들이 가스를 펌핑하고 공정 가스는 펌핑하지 않기 때문에, 그들은 분기 채널에 의해 요구되는 가열이 필요하지 않다. 따라서, 이러한 추가의 우회 채널을 제공하는 것은 상대적으로 비용 효율적이다.

각각의 우회 채널(42)이 공유 우회 채널(46)로 결합되어, 본 실시예에서, 배압 펌프(22)로 이어진다는 점에 유의해야 한다. 다른 실시예에 있어서, 대기로부터 진공 챔버를 펌핑하기 위한 별도의 배압 펌프(미도시)가 있을 수 있다. 우회 채널을 펌핑하기 위한 별도의 배압 펌프가 있는 경우, 일반적으로 단일의 부스터 펌프만이 메인 배기 시스템에 사용될 것이다. 그 이유는, 우회 채널의 출구와 메인 채널 사이에 향상된 분리를 제공하는 직렬의 다수의 부스터 펌프의 장점이 더 이상 느껴지지 않기 때문이다.

메인 채널에서 압력 변동의 변화를 감소시킬 수 있는 또 다른 방법은, 각 분기 채널에서의 가스 투입(50)의 사용으로 달성될 수 있다. 이와 관련하여, 분기 채널에서의 가스 유동률은 공정 챔버(10)의 공정 변동에 따라 달라진다. 이러한 변동을 보상하기 위해, 제어가능한 제한기 또는 밸브(50)를 갖춘 가스 유입구가 제어된 양의 가스를 유입시키기 위해 사용될 수 있다. 제어된 양은, 상대적으로 일정한 가스 유동이 공유 채널(16)로 출력되도록 공정 유동에서의 변화를 보상하도록 설정된다. 유입되는 가스는 일반적으로, 상대적으로 반응성이 없고 시스템으로부터 배출될 수 있는 가스이며, 본 실시예에서 질소가 사용된다. 가스의 유입은, 현재 공정이 수행되고 있음을 나타내는 챔버로부터의 신호 또는 그것의 현재 전력 소비를 나타내는 터보분자 펌프로부터의 신호에 응답하여 제어될 수 있다. 이와 관련하여, 터보분자 펌프의 전력 소비는 유동률에 따라 달라지므로 현재 전력 소비는 현재 유동률을 나타낸다.

도 2는, 도 1의 것과 유사한 배기 시스템을 도시하지만, 오로지 단일의 부스터 펌프(20)만을 갖는다. 이 실시예에서는, 메인 채널(16)에서의 압력 변동을 감소시키기 위한 추가 장치가 있다. 이들은 공유 채널(16)에 가스, 본 실시예에서는 질소를 유입시키기 위한 가스 유입구(60)를 포함한다. 이 유입구는, 공유 채널(16)의 압력을 측정하는 압력 센서(62)로부터 신호를 수신하는 제어 회로(70)에 의해 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 공유 채널 내의 압력은 압력 센서(62)로부터의 판독에 응답하여 비교적 일정한 값으로 능동적으로 유지될 수 있다.

공유 채널(16)에 가스를 첨가하는 것에 대안으로 및/또는 추가로, 압력은 공유 채널 내의 제어가능한 유량 제한기(도시되지 않음) 및/또는 부스터 펌프(20)의 속도 제어 및/또는 속도 배압 펌프(22)로 제어될 수 있다.

압력 센서로부터 신호를 수신하고 부스터 및 배압 펌프를 제어하는 제어 회로(70)가 도시된다. 제어 회로는 또한 밸브(V1, V2 및 V3), 유량 제한기(34) 및 가변 입구(50)를 제어할 수 있다. 이는 공정 챔버로부터의, 및/또는 터보분자 펌프(12)로부터 그들의 전력 소비를 나타내는, 및/또는 압력 센서(36)로부터의 신호를 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 분기 채널(14)은 분기 채널의 압력을 결정하는 데 사용되는 압력 센서(35)를 가질 수 있으며, 터보분자 펌프(12)로부터 보다 균일한 유동을 제공하기 위해 유량 제한기(34)의 제한량을 설정하는 데 사용될 수 있다.

실시예는 공유 부스터 및 배압 펌프를 사용하여 다중 챔버를 펌핑하기 위한 배기 시스템을 제공하고자 하며, 여기에서, 진공 챔버 자체에서의 압력 변동을 유발할 수 있는 공유 메인 채널의 압력 변동이 감소된다. 이러한 압력 변동은 공유 메인 채널을 통해 흐르는 배기 챔버로부터 보다 높은 압력 가스를 피하기 위해 우회 채널을 사용함으로써, 및/또는 챔버에 의해 출력되는 유동의 변동을 보상하기 위한 분기 채널의 가스 입구로, 및/또는 각 분기 채널에 대해 균일한 유동을 유지하기 위한 분기 채널에서의 제어가능한 유량 제한기를 사용하여, 및/또는 메인 채널의 압력 센서와, 메인 채널의 안정적인 압력을 유지하기 위해 가스 투입 및/또는 유량 제한기 및/또는 펌핑 속도를 제어하기 위한 제어 회로를 사용하여 줄일 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에서 상세히 개시되었지만, 본 발명은 본 실시예에 제한되지 않으며, 다양한 변경 및 수정은, 부수된 청구 범위 및 그들의 균등물에 의해 정의된 바와 같은, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 통상의 기술자에 의해 그 안에서 이루어질 수 있음이 이해된다.

5 진공 배기 시스템
10 진공 챔버
12 터보분자 펌프
14 분기 채널
16 메인 채널
20, 21 부스터 펌프
22 배압 펌프
34 가변 유량 제한기
36 압력 센서
42 우회 채널
46 공유 우회 채널
50 제어가능한 분기 채널 가스 입구
60 제어가능한 메인 채널 가스 입구
62 압력 센서
70 제어 회로

Claims

복수의 진공 챔버를 배기하기 위한 진공 배기 시스템으로서,
가스의 분자 유동 영역에서 작동하도록 구성되고 상기 복수의 진공 챔버를 배기하도록 구성된 복수의 저압 진공 펌프;
상기 복수의 저압 진공 펌프를 상기 복수의 진공 챔버와 분리 또는 연결하기 위한 복수의 챔버 밸브;
상기 복수의 저압 진공 펌프의 대응하는 배기부에 각각 연결되는 복수의 분기 채널;
상기 분기 채널의 합류점으로부터 형성되며 상기 복수의 분기 채널과 중간 압력 진공 펌프 사이의 유체 연통 경로를 제공하도록 구성된 메인 채널로서, 상기 중간 압력 진공 펌프는 상기 메인 채널을 배기하고 상기 가스의 점성 유동 영역에서 작동하도록 구성되는, 상기 메인 채널;
상기 중간 압력 진공 펌프보다 높은 압력의 상기 가스의 점성 유동 영역에서 작동하도록 구성된 고압 진공 펌프로서, 상기 고압 진공 펌프는 상기 중간 압력 진공 펌프의 배기부에 연결되는, 상기 고압 진공 펌프;
상기 복수의 진공 챔버 중 적어도 일부와 고압 진공 펌프 사이에 유체 연통 경로를 제공하기 위한 복수의 우회 채널을 포함하고,
상기 복수의 우회 채널은 각각 상기 우회 채널을 개방 또는 폐쇄하도록 구성된 밸브를 포함하는
진공 배기 시스템.
제1항에 있어서,
상기 중간 압력 진공 펌프의 배기부에 연결된 상기 고압 진공 펌프 및 상기 복수의 우회 채널과 유체 연통하는 상기 고압 진공 펌프는 동일한 고압 진공 펌프인
진공 배기 시스템.
제1항에 있어서,
상기 중간 압력 진공 펌프의 배기부에 연결된 상기 고압 진공 펌프 및 상기 복수의 우회 채널과 유체 연통하는 상기 고압 진공 펌프는 상이한 고압 진공 펌프인
진공 배기 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 우회 채널의 합류점으로부터 형성된 메인 우회 채널을 포함하고,
상기 메인 우회 채널 및 상기 복수의 우회 채널은 상기 복수의 진공 챔버와 상기 고압 진공 펌프 사이의 유체 연통 경로를 제공하는
진공 배기 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 우회 채널은 상기 분기 채널보다 작은 직경을 갖는
진공 배기 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분기 채널 및 메인 채널은, 펌핑되는 물질의 응축을 감소시키기 위해 상기 채널을 가열하기 위한 가열 회로를 포함하는
진공 배기 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 우회 채널과 상기 복수의 분기 채널 사이에 유체 연통 경로를 제공하기 위한 복수의 추가 채널을 포함하고,
상기 복수의 추가 채널은 각각 상기 복수의 추가 채널을 개방 또는 폐쇄하기 위한 밸브를 포함하는
진공 배기 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 분기 채널 중 적어도 일부는 가스를 유입시키기 위한 제어가능한 유입구를 포함하는
진공 배기 시스템.
제8항에 있어서,
상기 분기 채널에서의 가스 유동에 의존하여 제어되는 양의 가스를 유입시키기 위해 상기 제어가능한 유입구를 제어하도록 구성된 유입구 제어 회로를 포함하며, 이로써, 상기 분기 채널에 의해 출력되는 상기 가스 유동의 변동이 감소되는
진공 배기 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제어 회로는, 상기 진공 챔버를 배기하는 상기 저압 진공 펌프의 전력 소비를 모니터링하고 상기 전력 소비에 의존하여 상기 제어가능한 유입구를 제어하도록 구성되는
진공 배기 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제어 회로는, 상기 진공 챔버 내의 전류 프로세스(current process)를 나타내는 상기 진공 챔버로부터의 신호를 수신하고 상기 신호에 의존하여 상기 제어가능한 유입구를 제어하도록 구성되는
진공 배기 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메인 채널 내의 압력을 모니터링하기 위한 압력 센서; 및
상기 압력 센서로부터 신호를 수신하고 상기 압력의 변동을 감소시키기 위한 제어 신호를 생성하도록 구성된 압력 제어 회로를 더 포함하는
진공 배기 시스템.
제12항에 있어서,
상기 압력 제어 회로는, 상기 압력 센서의 출력에 의존하여 상기 중간 압력 진공 펌프의 펌핑 속도를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하도록 구성되는
진공 배기 시스템.
제12항 또는 제13항에 있어서,
제어된 양의 가스를 상기 메인 채널 내로 유입시키기 위한 제어가능한 가스 입구를 더 포함하고, 상기 압력 제어 회로는 상기 제어가능한 가스 입구를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하도록 구성되는
진공 배기 시스템.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 압력 진공 펌프는 서로 직렬로 배열된 복수의 중간 압력 진공 펌프를 포함하는
진공 배기 시스템.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분기 채널은 제어된 제한기를 포함하고,
상기 제한기의 제한은, 상기 저압 진공 펌프의 배기부에서 사전 결정된 유량으로 사전 결정된 압력을 제공하도록 설정되는
진공 배기 시스템.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
밸브 제어 회로를 더 포함하고,
상기 밸브 제어 회로는 상기 밸브의 상태를 제어하도록 구성되고,
상기 밸브 제어 회로는, 상기 복수의 진공 챔버, 분기 채널, 우회 채널 및 추가 채널의 각각에 대해, 상기 챔버 밸브 및 상이한 상기 채널에서의 밸브가 동시에 개방되지 않는 것을 보장하도록 구성되는
진공 배기 시스템.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 제어 회로는 상기 챔버의 배기를 제어하도록 구성되고,
상기 밸브 제어 회로는:
진공 챔버가 대기로 배출(vent)된다는 신호에 응답하여, 대응하는 챔버 밸브를 폐쇄하고 상기 챔버를 상기 메인 채널로부터 분리시키도록, 그리고
상기 진공 챔버가 대기로부터 펌프-다운(pumped down)된다는 신호에 응답하여, 상기 우회 채널에서 상기 밸브를 개방 - 이로써, 상기 챔버가 상기 고압 진공 펌프와 유체 연통함 - 하도록 구성되는
진공 배기 시스템.
제7항에 종속될 때 제18항에 있어서,
상기 밸브 제어 회로는
상기 진공 챔버가 사전 결정된 중간 압력으로 배기되는 것에 응답하여, 상기 우회 채널 밸브를 폐쇄하고 상기 복수의 추가 채널 중 대응하는 하나에서의 상기 밸브를 개방해서 상기 진공 챔버가 상기 중간 압력 진공 펌프와 유체 연통되게 하는 제어 신호를 보내도록, 그리고
상기 진공 챔버가 보다 낮은 압력에 도달하는 것에 응답하여, 상기 복수의 추가 채널 중 상기 대응하는 하나의 밸브를 폐쇄하고 상기 진공 챔버에서의 상기 밸브를 개방하도록 제어 신호를 보내도록 추가로 구성되는
진공 배기 시스템.