KR100384907B1 - 진공 장치 - Google Patents

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KR100384907B1
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동경 엘렉트론 주식회사
다다히로 오미
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Abstract

본 발명의 진공 장치는 가스 도입구 및 가스 배기구를 구비한 다수의 진공 용기와, 가스 도입구로부터 진공 용기내로 소망의 가스를 도입하기 위한 가스 공급 시스템과, 진공 용기의 내측을 감압으로 유지하기 위한 가스 배기 시스템을 포함하며, 상기 가스 배기 시스템은 다단으로 직렬 접속된 다수의 진공 펌프를 더 포함하고, 최종 단의 진공 펌프의 배기구 압력은 대체로 대기압이며, 최종 단의 진공 펌프는 다수의 그의 전 단의 진공 펌프로부터 가스를 배기시키도록 형성되어 있다.

Description

진공 장치{VACUUM DEVICE}
진공 장치는 반도체 제조 및 액정 표시장치 제조 등의 다양한 산업 분야에서 사용된다. 특히, 반도체 제조 및 액정 표시장치의 제조에서, 필름 성형 및 에칭 등의 처리는 진공 장치내의 저압의 대기에서 수행된다. 진공 장치는 처리 및 측정을 수행할 수 있도록 진공 용기에 진공 상태 또는 저압 상태를 유지하기 위한 진공 펌프를 일반적으로 구비한다.
종래의 진공 펌프는 대략 방출형 및 저장형으로 분류된다. 방출형 펌프는 도입구를 통해 가스를 흡입하고 가스 배기구를 통해 가스를 배기시킨다. 저장형 펌프는 도입구를 통해 가스를 흡입하고 가스를 펌프의 내측에 저장한다. 일반적으로, 저장형 펌프는 고 진공의 영역까지 배기될 수 있지만, 저장될 수 있는 가스의 양은 당연히 제한된다. 따라서, 항상 유동하는 가스에 의한 감압하에서 수행되는 처리에서, 저장형 펌프는 적합하지 않고 방출형 펌프가 실제로 사용된다.
일반적으로, 높은 도달 진공도(ultimate vacuum)를 갖는 방출형 펌프는 배기 속도가 빠르고 허용가능한 배압은 낮다. 1.33x10-4Pa(10-6Torr)의 높은 도달 진공도를 갖는 분자 유동 범위에서 작동하는 진공 펌프의 예는 터보 분자 펌프, 스크류 펌프 및 오일 확산 펌프를 포함한다. 이러한 펌프는 크기에 관계 없이 배기 속도가 빠르고, 허용가능한 배압은 133Pa(1Torr) 또는 그 이하 정도로 매우 낮다. 낮은 도달 진공도를 가지며 대기압과 실질적으로 동일한 배압에서 작동되는 펌프의 예는 루츠(Roots) 펌프, 스크류 펌프, 로타리 펌프 및 다이아프램 펌프를 포함한다. 중간 정도의 도달 진공도를 갖는 펌프의 예는 기계식 부스터 펌프(booster pump) 및 이그제큐터 펌프(executor pump)를 포함한다.
진공 장치에서는, 필요한 가스 압력, 가스 청정도, 가스 유량, 가스 종류, 진공 용기의 체적 등에 따라 최적의 진공 펌프를 사용할 필요가 있다. 일반적으로, 가스 압력이 40Pa(300mTorr) 정도로 높은 경우에는, 대기압과 실질적으로 동일한 배압으로 작동되는 단일 펌프를 사용할 수 있다. 다른 한편, 가스 압력이 낮은 경우에는, 분자 유동 범위에서 작동하는 펌프와 대기압과 동일한 배압에서 작동되는 펌프가 연속적으로 접속된 배기 시스템이 단일 펌프 대신에 사용된다. 가스 유량이 높은 경우에는, 부스터 펌프가 2개의 펌프 사이에 개재되어, 3개의 펌프가 연속적으로 연결되고 가스를 배기시킨다.
반도체 또는 액정 표시장치의 대량 생산 공장에서, 제조에 필요한 처리의 대부분은 감압 상태에서 수행된다. 그러한 경우에, 처리될 다수의 진공 용기는 하나의 장치에 일체로 장착되며, 그에 따라 진공 용기 사이에서 기재를 운반할 수 있는 다수의 클러스터 툴(cluster tool)이 배열된다. 이것은, 대체로 다수의 진공 용기가 일제히 배열되는 것을 의미한다. 종래의 장치에는, 각 진공 용기마다 하나의 독립 배기장치가 제공된다. 진공 용기는 진공 펌프와 일대일의 대응 관계에 있고, 각각의 진공 펌프는 각각의 대응하는 하나의 진공 용기만을 배기시킨다.
대기압과 동일한 배압에서 작동하는 진공 펌프는, 낮은 배압으로 작동하며 동일한 배기 속도를 갖는 펌프에 비해서 로터를 회전시키기 위해 큰 동력을 필요로 하고 휠씬 많은 전력을 소비한다. 또한, 그러한 진공 펌프는 대형이고 무겁다. 종래의 장치에서는, 진공 용기의 수와 동일한 수의 대형의 전력 소비 진공 펌프를 사용하는 것이 필요하다. 그 결과, 전체의 전력 소비 및 장치의 설치 면적이 크고, 제조 비용을 쉽게 낮출 수 없다.
또한, 대기압과 동일 배압에서 작동하는 그러한 진공 펌프는 흡기측에서 낮은 도달 진공도를 가지므로, 일단 불순물 가스가 웨이퍼의 표면이나 진공 용기의 내부 표면에 부착되면 처리 성능이 과도하게 저하된다. 또한, 이러한 펌프는 대형이므로 진공 용기 근방에 배치하기 어렵다. 진공 펌프는 긴 배관으로 연결할 필요가 있다. 이것은 다량의 유동 가스를 필요로 하는 공정에서 처리 속도 또는 처리 효율의 감소를 초래하는 주요 원인이다.
또한, 반도체 제조를 위해 사용되는 진공 용기로부터 배기되는 배기 가스는 석출성의 성분을 함유할 수도 있다. 그 결과, 석출성의 배기 가스의 고체 성분이 배관의 내벽에 부착되고, 진공 장치의 배기 컨덕턴스가 상당히 감소한다.
전술한 문제점을 고려하여, 본 발명의 목적은 소량의 전력을 소비하고 설치 면적이 작으며, 또 불순물 가스가 배기 장치로부터 진공 용기내에 도입되지 않도록 다량의 가스를 유동시킬 수 있는 진공 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 진공 장치가 석출성의 배기 가스를 생성하는 제조 공정에서 사용되는 경우에도 진공 용기안에 불순물 가스가 유입되지 않으며, 배관의 작은 단면적에 기인하는 배기 컨덕턴스의 감소를 방지할 수 있는 진공 장치를 제공하는 것이다.
발명의 요약
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스 도입구 및 가스 배기구를 각각 구비한 다수의 진공 용기와, 가스 도입구를 통해 각각의 진공 용기 안으로 소망의 가스를 도입하기 위한 가스 공급장치와, 각 진공 용기를 저압으로 유지하기 위한 배기 시스템을 포함하는 진공 장치를 제공한다. 진공 장치에서, 배기 시스템은 연속적으로 연결된 다수의 다단 진공 펌프를 구비하고, 최종 단의 진공 펌프의 배기구의 압력은 실질적으로 대기압이며, 최종 단의 진공 펌프는 다수의 진공 용기로부터 가스를 배기하도록 설계되어 있다.
본 발명의 진공 장치에는, 그 전 단의 진공 펌프의 배압을 저압으로 유지하기 위해 다수의 진공 용기를 즉시 배기시키는 공통 보조 펌프가 진공 장치의 대기측에 부가된다. 배압이 대기압인 종래 기술에 비해서, 진공 펌프의 작동 전력이 감소되고, 또한 전력 소비 및 진공 펌프의 크기도 상당히 감소된다. 그에 따라, 전체의 장치의 전력 소비 및 설치 면적을 감소시킬 수 있다. 따라서, 진공 장치를 저렴한 비용으로 제작할 수 있다.
또한, 이전 단의 진공 펌프의 도달 진공도가 개선될 수 있으므로, 불순물 가스가 진공 용기에 진입하는 것을 완벽하게 방지할 수 있다. 또한, 이전 단에서 진공 펌프의 사이즈가 상당히 감소되므로, 진공 펌프를 진공 용기의 주변에 배치할 수 있다. 그 결과로서, 다량의 가스가 저압으로 유동할 수 있고, 처리 속도 및 처리 효율이 상당히 증가될 수 있다.
배기 가스에 함유된 석출성의 배기 가스로부터 고체 생성물을 유효하게 제거하는 제거 유닛을 본 발명의 진공 장치에 추가로 설치할 수 있다. 그러한 제거 유닛에 의해, 진공 장치에 배기 컨덕턴스를 장기간에 걸쳐 소망의 상태로 유지할 수 있다.
본 발명은 진공 장치에 관한 것으로서, 특히 소량의 전력만을 소비하는 진공 펌프를 구비한 소형 진공 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진공 장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기계식 부스터 펌프와 루츠 펌프간의 배기 특성을 도시한 그래프,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 진공 장치의 개략도,
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 진공 장치의 개략도,
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 진공 장치의 개략도,
도 6는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 진공 장치의 개략도,
도 7는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 진공 장치의 개략도,
도 8는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 진공 장치의 개략도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 진공 장치의 실시예를 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.
[실시예 1]
도 1은 반도체 처리 장치에 본 발명의 진공 장치를 적용한 일 실시예를 도시한 것이다.
참조부호(101)는 진공 용기를 나타내고, 참조부호(102, 103)는 진공 용기(101)에 제공된 가스 도입구 및 가스 배기구를 각각 나타낸다. 참조부호(104)는 하나의 플랫폼상에 집적된 3개의 진공 용기를 각각 구비한 클러스터 툴을 나타낸다. 참조부호(105)는 진공 용기(101)내의 가스 압력을 제어하기 위한 압력 조절 밸브를 나타낸다. 참조부호(106)는 본 실시예에서 스크류 분자 펌프인 고 진공 펌프를 나타낸다. 참조부호(107)은 각 고 진공 펌프(106)의 배압을 저압으로 유지하기 위한 기계식 부스터 펌프인 저 진공 펌프를 나타낸다. 참조부호(108)는 각 저 진공 펌프(107)의 배압을 유지하기 위한 루츠 펌프인 보조 펌프를 나타낸다. 참조부호(109, 110)는 본 실시예에서 전자기 밸브인 밸브를 나타낸다. 참조부호(111, 112, 113)는 가스 유동시키기 위한 배관을 나타낸다. 배관(113)은 실질적으로 대기압 상태에 있다. 보조 펌프(108)로부터 발생되는 가스는 배관(113)을 통해 가스 처리 장치 안에 도입된다. 이 진공 장치는 33개의 클러스터 툴, 즉 배관(112)에 의해 연결된 99개의 진공 용기를 구비한다. 그러나, 도면을 간략하게 하기 위해, 2개의 클러스터 툴만을 도 1에 도시하였다. 본 실시예에서, 진공 용기는 직경 200mm의 실리콘 기판을 에칭하거나 또는 레지스트 에칭을 위해 사용된다.
직경 200mm의 기판의 고속 및 고성능 에칭에는, 약 400Pa(30mTorr)의 압력에서 최대 유량이 1 atm.L/min(즉, 대기압중에서 환산할 때 1L/min, 이하 동일하게 표시됨)인 가스를 사용한다. 가스는 Ar, CO, C2H6, O2를 포함하며, 그 중에서 Ar이 대부분이다. 고속의 에칭 처리에서는, 6.67Pa(50mTorr)의 압력에서 최대 유량이 1 atm.L/min인 가스를 사용한다. 가스는 O2를 포함한다. 상기 조건을 만족시킬 수 있는 배기 시스템을 구축할 필요가 있다.
고 진공 펌프(106)에 관해서, 배기 유량이 1 atm.L/min인 가스가 유동할 때 도입구 압력을 4.00Pa(30mTorr)로 유지하기 위해서는, 배기 속도가 1,800 L/sec 이상인 스크류 분자 펌프가 필요하다. 따라서, 본 실시예에서는 배기 속도가 2,000 L/sec인 스크류 분자 펌프가 사용된다. 이러한 스크류 분자 펌프에서 배압이 53.55Pa(0.4Torr)를 초과하면, 압축비는 스크류 분자 펌프가 펌프로서 기능을 수행할 수 없을 정도로 대폭 감소된다. 저 진공 펌프(107)에 대해서, 배기 유량이 1 atm.L/min인 가스가 유동할 때 도입구 압력은 53.33Pa(0.4Torr) 보다 낮다. 따라서, 배기 속도는 1,900 L/min 이상, 보다 바람직하게는 2,000 L/min 이상이어야 한다. 이러한 이유로, 본 실시예에서는 배기 속도가 2,000 L/min인 기계식 부스터 펌프를 저 진공 펌프(107)로서 사용한다. 보조 펌프(108)에 있어서는, 전체의 진공 용기에서 동시에 처리가 수행된다면 배기 유량이 1 atm.L/min x 99 = 9 atm.L/min인 가스가 펌프 안으로 흐른다. 기계식 부스터 펌프의 허용가능한 배압은 6.67 x 103(50Torr)이다. 따라서, 보조 펌프(108)의 배기 속도는 1,500L/min 이상일 필요가 있다. 배관(112)의 가스 컨덕턴스를 고려하여, 본 실시예에서는 배기 속도가 2,000 L/min인 루츠 펌프가 사용된다.
종래 기술에 비교하면, 본 실시예의 각 고 진공 펌프의 소비 전력은 종래 기술에서와 동일한 680W이고, 본 실시예의 99개의 진공 펌프의 전체의 소비 전력도 종래 기술에서와 동일한 68kW이다.
저 진공 펌프에 관해서, 본 실시예에서 기계식 부스터 펌프는 대기압의 1/10의 압력으로 동작하는 반면에, 루츠 펌프와 같은 펌프는 대기압과 동일한 배압으로 동작한다. 배기 속도가 각각 1,000 L/min인 루츠 펌프와 기계식 펌프에 대한 비교를 행한다. 각 루츠 펌프의 소비 전력은 3.7kW인 반면에, 각 기계식 부스터 펌프의 소비 전력은 0.4kW이다. 각 기계식 부스터 펌프와 동일한 배기 속도에도 불구하고, 각 루츠 펌프의 소비 전력은 각 기계식 부스터 펌프의 소비 전력보다 9배 더 높다. 이것은, 각 펌프의 배압이 증가함에 따라 로터를 회전시키기 위해 보다 많은 전력이 필요하기 때문이다. 각 루츠 펌프의 체적은 0.95 x 0.42 x 0.55m3= 0.22 m3이다. 각 기계식 부스터 펌프의 체적은 0.48 x 0.21 x 0.18m3= 0.018 m3이다. 따라서, 각 루츠 펌프의 체적은 각 기계식 부스터 펌프의 체적보다 12배 크다. 각 루츠 펌프의 질량은 223kg인 반면에, 각 기계식 부스터 펌프의 질량은 22kg이다. 각 루츠 펌프의 질량은 각 기계식 부스터 펌프의 질량보다 10배 크다. 따라서, 낮은 배압으로 동작하는 기계식 부스터 펌프는 소형이고 소비 전력이 작다. 또한, 기계식 부스터 펌프는 구조가 단순하며 가격이 저렴하다.
도 2는 기계식 부스터 펌프 및 루츠 펌프의 배기 특성을 도시한 것이다. 참조부호(201)는 배기 속도가 2,000 L/min인 기계식 부스터 펌프의 특성을 나타낸다. 참조부호(202)는 배기 속도가 2,000 L/min인 루츠 펌프의 특성을 나타낸다. 참조부호(203)는 배기 속도가 2,400 L/min인 루츠 펌프의 특성을 나타낸다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 기계식 부스터 펌프는 루츠 펌프의 압력의 1/10보다 낮은 저압 영역에서 동작한다. 분자 펌프의 백 펌프로서, 133.32Pa(1Torr)의 압력에서 높은 배기 속도를 갖는 펌프를 사용할 필요가 있다. 기계식 부스터 펌프에 대해서, 배기 속도는 약 4.00Pa(30mTorr)의 저압 영역에서 유지된다. 각각의 루츠 펌프에 대해서, 배기 속도는 133.32Pa(1Torr) 이하의 압력 영역에서 감소된다. 따라서, 각각의 루츠 펌프에 필요한 배기 속도를 얻기 위해서는 대형의 펌프를 사용할 필요가 있다. 예를 들면, 스크류 분자 펌프의 허용가능한 배압인 53.33Pa(0.4Torr)에서 2,000 L/min의 배기 속도를 얻기 위해서는, 도 2에 도시된 바와 같이 2,400 L/min의 배기 속도를 갖는 루츠 펌프를 사용할 필요가 있다. 배기 속도가 2,000 L/min인 기계식 부스터 펌프와 배기 속도가 2,400 L/min인 루츠 펌프를 비교한 결과, 루츠 펌프는 기계식 부스터 펌프보다 소비 전력이 11배 크고, 체적은 14배 크며, 질량은 12배 더 크다. 99개의 저 진공 펌프에 의하면, 루츠 펌프의 소비 전력은 440 kW인 반면에, 기계식 부스터 펌프의 소비 전력은 40 kW이다.
이 실시예에서, 보조 펌프의 소비 전력이 전체의 전력 소비에 가산된다. 그러나, 다수의 진공 용기가 단 하나의 보조 펌프에 의해 배기되기 때문에, 추가의 소비 전력은 전체 소비 전력에 대해 매우 작은 양 만큼 추가된다. 전체의 진공 펌프의 소비 전력의 합은 종래 기술에서는 68kW + 440kW = 508 kW이지만, 본 실시예에서는 68kW + 40kW + 3.7 kW = 111.7kW이다. 따라서, 소비 전력은 종래 기술의 소비 전력의 22%로 감소된다.
그 다음, 가스가 진공 용기를 통해 흐르지 않는 경우, 배기 시스템으로부터 진공 용기 안으로 유입되는 불순물 가스의 양을 측정한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 루츠 펌프의 도달 압력은 6.00Pa(45mTorr)인 반면에, 기계식 부스터 펌프의 도달 압력은 0.53Pa(4 mTorr)이다. 스크류 분자 펌프의 압축비는 3,000 배(He 가스에 대해서)이다. 배기 시스템으로부터 유입되는 가스만을 고려하면, 진공 용기중의 불순물 가스의 분압은, 루츠 펌프를 백 펌프로서 사용할 경우에는 2.00 x 10-3Pa(1.5 x 10-5Torr)이고, 기계식 부스터 펌프를 백 펌프로서 사용할 경우에는 1.73 x 10-4Pa(1.3 x 10-5Torr)이다. 따라서, 종래 기술에 비해서, 배기 시스템으로부터 진공 용기안에 유입되는 불순물 가스의 양은 약 1/10로 감소될 수 있다.
종래의 진공 장치에서는, 각 진공 펌프가 대형인 관계로 저 진공 펌프를 진공 용기의 주변에 배치하기가 어려운 경우가 종종 있다. 따라서, 저 진공 펌프와 고 진공 펌프를 연결하기 위해 긴 배관이 필요하다. 이 때문에, 다량의 가스가 흐르는 경우, 고 진공 펌프의 배압은 배관의 가스 컨덕턴스의 영향으로 인해 상승한다. 예를 들면, 배기 유량이 1 atm.L/min인 가스가 흐르는 경우, 배관이 없는 상태의 압력은 53.33Pa(0.4Torr)이다. 그러나, 길이가 10m인 원통형 배관의 경우에는 압력이 11.99Pa(0.84Torr)이다. 고 진공 펌프의 배압을 53.33Pa(0.4Torr) 이하로 유지하기 위해서는, 가스 유량은 1 atm.L/min의 1/4인 0.25 atm.L/min 이어야 한다. 이것은 다량의 가스를 유동시킬 필요가 있는 에칭 또는 플라즈마 CVD 처리에서 처리 속도 및 성능을 감소시키는 주요 원인이다. 한편, 본 실시예에서, 저 진공 펌프는 매우 소형이기 때문에 진공 용기의 주변부에 배치될 수 있다. 저 진공 펌프 및 고 진공 펌프는 가스 유량을 제한하지 않도록 짧은 배관에 의해 연결되어야 한다.
배관(111)으로는 0.55m 길이의 스테인레스 강으로 제조된 가요성 관이 사용된다. 전술한 바와 같이, 배관의 가스 컨덕턴스는 무시할 정도로 크다. 배관(112)에는 내경이 40㎜ 이고 길이는 42㎜ 스테인레스 강의 직선형 관을 사용한다. 이 직경은 특별히 크지 않지만, 최대 가스 유량이 99 atm.L/min인 가스가 유동하는 때에도 배관(112)의 양단부 사이의 압력차는 단지 386.63Pa(2.9Torr) 정도이다. 이러한 압력차는 무시할 수 있다. 따라서, 직경이 큰 배관을 사용할 필요가 없다. 따라서, 배관의 설치비 증가를 방지할 수 있다.
보조 펌프(108) 및 배관(113)은 반도체 제조 공장의 청정 구역의 외부에 배치되는 반면, 기타의 부품은 청정 구역의 내부에 배치된다.
[제 2 실시예]
도 3은 반도체 처리 장치에 적용되는 본 발명의 진공 장치의 제 3 실시예를 도시한 것이다.
참조부호(301)는 진공 용기를, 참조부호(302, 303)는 각각의 진공 용기(301)에 형성된 가스 도입구 및 가스 배기구를 각각 나타낸다. 참조부호(304)는 하나의 플랫폼상에 집적된 3개의 진공 용기를 구비한 클러스터 툴을 나타낸다. 참조부호(305)는 가스 컨덕턴스를 변경하는 것에 의해 진공 용기(301)중의 가스 압력을 조절하기 위한 압력 조절 밸브를 나타낸다. 참조부호(306)는 본 실시예에서 스크류 분자 펌프인 고 진공 펌프를 나타낸다. 참조부호(307)는 고 진공 펌프(306)의 각각의 배압을 저압으로 유지하기 위한 저 진공 펌프를 나타낸다. 저 진공 펌프(307)는 기계식 부스터 펌프이다. 참조부호(308)는 보조 펌프를 나타내며, 본 실시예에서 이것은 루츠 펌프이다. 참조부호(309, 310)는 본 실시예에서는 전자기 밸브인 밸브를 나타낸다. 참조부호(311, 312, 313)는 가스 유동 배관을 나타낸다.
제 1 실시예와의 다른점은, 각각의 저 진공 펌프(307)가 클러스터 툴에서 3개의 진공 용기를 배기시키는 것이다. 이런 방법으로 저 진공 펌프(307)를 공유하는 것에 의해 저 진공 펌프(307)의 수를 1/3로 줄일 수 있고, 제 1 실시예와 비교하여 소비 전력 및 장치 설치 면적을 줄일 수 있다. 따라서, 장치의 제조비용이 감소될 수 있다.
본 실시예에서는 하나의 저 진공 펌프가 3개의 진공 용기를 동시에 배기시키지만, 하나의 저 진공 펌프에 의해 배기될 진공 용기의 수는 3개에 한정되지 않는다.
[제 3 실시예]
도 4는 반도체 처리 장치에 적용될 진공 장치의 제 3 실시예를 도시한 것이다.
참조부호(401a, 401b, 401c)는 진공 용기를, 참조부호(402, 403)는 진공 용기(401)의 가스 도입구 및 가스 배기구를 각각 나타낸다. 참조부호(404)는 하나의 플랫폼상에 집적된 3개의 진공 용기를 구비한 클러스터 툴을 나타낸다. 참조부호(405)는 가스 컨덕턴스를 변경하는 것에 의해 진공 용기(401)중의 가스 압력을 조절하기 위한 압력 조절 밸브를 나타낸다. 참조부호(406)는 본 실시예에서 스크류 분자 펌프인 고 진공 펌프를 나타낸다. 참조부호(407)는 본 실시예에서 기계식 부스터 펌프인 저 진공 펌프를 나타낸다. 참조부호(408)는 보조 펌프를 나타내며, 본 실시예에서 이것은 루츠 펌프이다. 참조부호(409, 410)는 본 실시예에서는 전자기 밸브인 밸브를 나타낸다. 참조부호(411, 412, 413, 414)는 가스 유동 배관을 나타낸다.
진공 용기(401a, 401b)는 폴리실리콘의 플라즈마 CVD 장치이며, 비교적 고압, 예컨대 53.33Pa(400 mTorr)에서 처리 작업을 수행한다. 진공 용기(401c)는 폴리실리콘의 에칭 장치이며, 저압, 예컨대 4.00Pa(30mTorr)에서 처리 작업을 수행한다. 제 1 실시예와의 차이점은, 2개의 진공 용기(401a, 401b)가 클러스터 툴에서 고 진공 펌프에 연결되지 않고, 저 진공 펌프에 의해 직접 배기되는 것이다. 처리 작업이 비교적 고압, 예컨대 53.33Pa(400 mTorr)에서 수행되기 때문에, 저 진공 영역에서 고 배기 성능이 필요치 않다. 처리 작업이 비교적 고압에서 수행되는 경우, 고 진공 펌프가 장착되지 않으며, 그것에 의해 소비 전력, 장치의 설치 면적 및 전체의 비용이 감소된다.
[제 4실시예]
도 5는 반도체 가공 장치에 적용되는 본 발명의 진공 장치의 제 4 실시예를 도시한 것이다.
도 5에는 제 1 실시예와의 차이점만이 도시되어 있다. 참조부호(501)는 병렬로 접속되고 배기 속도가 각각 2,000 L/min인 2개의 루츠 펌프로 구성된 보조 펌프를 나타낸다. 참조부호(502, 503, 504)는 밸브를 나타내며, 본 실시예에서 특히 (502)는 전동 밸브이고, (503, 504)는 수동 밸브이다. 참조부호(505, 506)는 가스 유동 배관을 나타낸다. 배관(506)은 실질적으로 대기압하에 있다.
전술한 실시예에서는, 하나의 보조 펌프가 다수의 진공 용기를 배기시킨다. 그것에 의해, 보조 펌프가 고장나면 전체의 진공 용기가 동시에 사용 불가능하게 된다. 한편, 본 실시예에서, 밸브(503, 504)는 보통 개방되어 있고, 2개의 보조 펌프가 동시에 가스를 배기시킨다. 보조 펌프(501)중 하나가 고장나면, 고장난 보조 펌프(501)를 가로질러 배치된 밸브(503, 504)가 폐쇄되고, 고장난 펌프(501)는 새것으로 교환되거나 수리된다. 교환 또는 수리작업 동안에, 가스는 2개의 보조 펌프(501)중 다른 하나에 의해 배기된다. 이런 방법으로, 진공 장치 자체가 적절히 동작할 수 있다.
[제 5 실시예]
도 6은 반도체 처리 장치에 적용되는 본 발명의 진공 장치의 제 5 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예의 진공 장치는 제 2 실시예의 진공 장치와 동일하지만, 진공 용기 각각을 대기압으로부터 감압으로 배기시키기 위해 거친 배기 시스템(roughing exhaust system)이 사용된 점이 다르다. 이하에서는 변경된 측면만을 설명할 것이다.
참조부호(601)는 거친 펌프(roughing pump)를 나타낸다. 본 실시예에서 이러한 거친 펌프(601)는 배기 속도가 360L/min인 스크롤 펌프이다. 거친 펌프(601)의 소비 전력은 0.45kW 정도로 작다. 또한, 거친 펌프(601)는 소형이다. 도달 진공도는 1.33Pa(10mTorr)이다. 참조부호(602, 603)는 밸브를 나타내며, 본 실시예에서는 전동 밸브이다. 참조부호(604)는 배관을 나타내며, 이것은 본 실시예에서 직경이 9.525cm(3/8 인치)인 스테인레스 강 관이다. 참조부호(605)는 실질적으로 대기압 상태의 배관을 나타낸다.
진공 용기의 보수를 행할 때, 진공 용기 내부의 공기를 빼낼 필요가 있다. 진공 용기를 다시 배기시킬 때, 다량의 공기가 배기 시스템에 유입되고 저 진공 펌프의 배압이 상승하여, 다른 진공 용기에 악영향을 미친다. 본 실시예에서, 이러한 문제는 거친 배기 시스템을 추가로 사용하는 것에 의해 해결된다.
진공 용기에서 공기가 배기될 때, 대응하는 고 진공 펌프가 정지하고 대응하는 밸브(602, 603)는 폐쇄 상태에 있게 된다. 진공 용기를 다시 배기시키면, 밸브(603)가 폐쇄된 상태로 밸브(602)가 개방된다. 그 다음, 공기는 거친 펌프(601)에 의해 배관(604)을 통하여 방출된다. 그 후, 진공 용기의 내부 압력이 2,666 내지 7,999Pa(10Torr 이상) 정도까지 감소되는 지점에서, 밸브(602)는 폐쇄되고, 밸브(603)는 개방된다. 그 후에, 고 진공 펌프가 기동하고 통상의 운전 상태로 복귀한다.
본 실시예에서, 2개 이상의 진공 용기를 클러스터 툴에서 동시에 사용하지 않으므로, 처리 작업을 수행하지 않는 진공 용기의 밸브(603)를 폐쇄하고 또 거친 펌프(601)를 고 진공 펌프의 백 펌프로서 사용하는 것에 의해, 제 2 실시예에 비해서 가스의 유입을 완벽하게 방지할 수 있다. 따라서, 청정도를 향상시킬 수 있다.
본 실시예는 거친 배기 시스템을 제 2 실시예의 진공 장치에 부가함으로써 달성되지만, 거친 배기 시스템을 전술한 실시예중 어느 하나에 부가하는 것에 의해 동일한 효과가 달성될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 본 실시예에서 배관(604)은 고 진공 펌프의 배기측에 접속되지만, 이 배관(604)을 진공 용기에 직접 접속하거나 또는 저 진공 펌프의 배기측에 접속하는 것도 가능하다.
[제 6 실시예]
도 7은 반도체 처리 장치에 적용되는 본 발명의 진공 장치의 제 6 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예의 진공 장치는 제 2 실시예의 진공 장치와 동일하지만, 각 진공 용기를 대기압으로부터 감압으로 배기하기 위한 거친 배기 통로가 본 실시예의 진공 장치에 부가되어 있는 점이 다르다. 하기에서는 변경된 측면만을 설명한다.
참조부호(701, 702)는 밸브를 나타내며, 본 실시예에서 밸브(701, 702)는 전동 밸브이다. 참조부호(703)는 배관을 나타내며, 본 실시예에서 이것은 직경이 3.175mm(1/8 인치)인 스테인레스 강 관이다.
진공 용기를 대기에 개방시키는 경우, 대응 고 진공 펌프는 정지하고 대응 밸브(701, 702)는 폐쇄 상태에 있게 된다. 진공 용기를 다시 배기시키는 경우, 밸브(702)가 폐쇄된 상태로 밸브(701)가 개방된다. 그 다음, 공기는 저 진공 펌프에 의해 배관(703)을 통하여 방출된다. 배관(703)은 내경이 작고 가스 컨덕턴스가 작기 때문에, 저 진공 펌프 내로 흐르는 가스의 유량은 저 진공 펌프의 배압의 상승을 억제시키도록 제한된다. 그 후, 진공 용기의 내부 압력이 2,666 내지 7,999Pa(10Torr 이상)의 정도로 감소되는 지점에서, 밸브(701)는 폐쇄되고 밸브(702)는 개방된다. 그 후, 고 진공 펌프가 동기되고 통상의 운전 상태로 복귀한다.
본 실시예에서, 거친 배기 통로가 제 2 실시예와 동일한 구조의 진공 장치에 부가된다. 그러나, 거친 배기 통로를 제 1 내지 제 4 실시예의 진공 장치중 어느 하나에 부가하는 것에 의해 동일한 효과를 얻을 수 있다는 것에 주목하여야 한다.
[제 7 실시예]
도 8은 반도체 처리 장치에 적용되는 본 발명의 진공 장치의 제 7 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예의 진공 장치는 제 2 실시예의 진공 장치와 동일하지만, 가스의 일부를 제거하기 위한 가스 제거 유닛과 진공 용기 사이의 배관을 가열하기 위한 가열 유닛이 사용되는 부분이 다르다.
도 8에서, 참조부호(801, 802)는 가열기를 각각 구비한 밸브를 나타낸다. 참조부호(803, 804)는 가열기를 각각 구비한 배관을 나타낸다. 이들 배관(803, 804)은 고무 히터(809)로 피복되어 있으므로, 진공 장치를 사용할 때 90 ℃ 이상으로 일정하게 유지된다. 참조부호(805, 806)는 통상의 배관을 나타낸다. 참조부호(807)는 수냉식 트랩을 나타낸다. 참조부호(808)는 도 3에 도시된 제 2 실시예의 보조 펌프(308)와 동일한 보조 펌프를 나타낸다.
플라즈마 CVD 장치 또는 플라즈마 에칭 장치에서, 진공 용기중에서 처리한 후에 발생되는 배기 가스에 석출성의 부산물이 다량으로 함유되어 있다. 이러한 부산물은 진공 용기내의 기체 성분 및 배기 가스에 함유되어 있다. 부산물이 배관을 통해 냉각됨에 따라, 그 부산물은 고체 성분으로 변화되고, 배관의 내벽에 부착될 수도 있다. 그러한 부착 물질은 진공 펌프의 배기 성능을 감소시키고 장치 자체의 고장을 일으킨다. 또한, 그러한 부착 물질은 각 배관의 단면적을 감소시키므로, 배기 컨덕턴스를 감소시킨다. 따라서, 석출성의 부산물의 부착을 방지하기에 적합한 대책을 마련하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 부착의 원인인 기상 성분을 제거하기 위한 수냉식 트랩(807)을 사용한다. 또한, 수냉식 내관(807)까지 이어진 배관을 부착을 일으키지 않을 정도 까지의 온도로 가열하는 것에 의해, 수냉식 트랩(807)까지 이어진 배관의 내벽에 부산물이 부착되는 것을 방지한다.
본 실시예에서 배기 가스중의 석출성 성분을 제거하기 위해 수냉식트랩(807)이 사용되지만, 다른 적절한 장치를 사용할 수도 있다. 또한, 배기 통로에서 배기 가스와 접촉하는 부분을 90 ℃ 이상으로 가열할 수 있다면, 가열 수단으로서 세라믹 히터와 같은 어떠한 유형의 히터라도 사용할 수가 있다. 따라서, 본 실시예에 사용될 수 있는 가열 유닛은 본 실시예의 고무 히터에 한정되지 않는다.
본 실시예는 제 2 실시예의 진공 장치의 변형예이지만, 상기 실시예중 어느 하나에 동일한 수정을 가하는 것에 의해 동일한 효과를 얻을 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전력 소비가 작고 설치 면적을 적게 차지하는 진공 장치를 달성할 수 있다. 진공 장치에서는, 배기 시스템으로부터 진공 용기내로 불순물 가스가 도입되지 않으며, 다량의 가스가 진공 장치를 통해 흐를 수 있다.
또한, 배기 가스중에 함유된 석출성의 부산물을 제거하기 위한 제거 유닛에 의해, 본 발명의 진공 장치의 배기 컨덕턴스를 장기간에 걸쳐 소망의 상태로 유지할 수 있다.

Claims (9)

  1. 가스 도입구 및 배기구를 구비한 다수의 진공 용기와, 상기 가스 도입구를 통해 상기 각각의 진공 용기 안으로 소망의 가스를 도입하기 위한 가스 공급 시스템과, 상기 각각의 진공 용기를 저압으로 유지하기 위한 배기 시스템을 포함하는 진공 장치에 있어서,
    상기 배기 시스템은 직렬로 접속된 다수의 다단 진공 펌프를 구비하고,
    최종 단의 진공 펌프의 배기구 압력은 대기압이며,
    최종단의 진공 펌프는 상기 다수의 진공 용기로부터 가스를 배기하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    진공 장치.
  2. 가스 도입구 및 배기구를 구비한 다수의 진공 용기와, 상기 가스 도입구를 통해 상기 각각의 진공 용기 안으로 소망의 가스를 도입하기 위한 가스 공급 시스템과, 상기 각각의 진공 용기를 저압으로 유지하기 위한 배기 시스템을 포함하는 진공 장치에 있어서,
    상기 배기 시스템은 상기 진공 용기의 각각의 대응 배기구에 각기 접속된 초기 단의 진공 펌프와, 상기 초기 단의 진공 펌프의 하류측에 접속된 중간 단의 진공 펌프와, 상기 중간 단의 진공 펌프의 하류측에 접속된 최종 단의 진공 펌프를 구비하고,
    상기 최종 단의 진공 펌프의 배기 압력은 대기압이고,
    상기 최종 단의 진공 펌프는 상기 다수의 중간 단의 진공 펌프로부터 가스를 배기시키도록 구성된 것을 특징으로 하는
    진공 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 중간 단의 진공 펌프중 적어도 하나는 상기 다수의 초기 단의 진공 펌프로부터 가스를 배기시키도록 구성되어 있는
    진공 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상기 진공 용기를 배기시키기 위해, 상기 진공 용기의 배기구 또는 상기 진공 용기의 각 대응 배기구에 접속된 각 진공 펌프의 하류측에 거친 진공 펌프가 접속되어 있고,
    상기 거친 진공 펌프의 배기구의 압력은 대기압인
    진공 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 최종 단의 진공 펌프가 병렬로 설치되어 있는
    진공 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스의 일부를 제거하는 가스 제거 수단이 각 최종 단의 진공 펌프와 그의 전 단의 진공 펌프의 사이에 배치되는
    진공 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각 진공 용기와 가스 제거 수단의 사이의 가스 배기 통로에서 가스 접촉부를 90 ℃이상으로 가열하는 가열 수단을 더 포함하는
    진공 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최종 단의 진공 펌프의 도입구 도달 압력은 6.67 x 103Pa(50Torr)이하인
    진공 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 최종 단의 진공 펌프의 도입구 도달 압력은 6.67 x 103Pa(50Torr)이하인
    진공 장치.
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