KR20010025035A

KR20010025035A - 진공배기장치 및 방법

Info

Publication number: KR20010025035A
Application number: KR1020007012893A
Authority: KR
Inventors: 아라이사토시; 우스이가츠아키; 이소자키다카히로
Original assignee: 마에다 시게루; 가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2001-03-26
Also published as: JP2000038999A; EP1081380A1; TW483988B; WO1999060272A1; JP3929185B2; KR100576761B1; EP1081380A4; US6474949B1

Abstract

본 발명은 예를 들어 반도체 제조장치의 진공챔버(공정챔버) 등의 진공배기를 행하는 진공배기장치 및 방법에 관한 것으로, 진공챔버(10)와 진공챔버(10)를 대기압 개구부에 연결하는 배기배관(34)과, 배기배관(34)에 설치된 회전수 가변의 진공펌프(32)와, 진공펌프(32)의 회전수를 제어하는 제어부(42)를 가진다.

Description

진공배기장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR EVACUATION}

도 7은 예를 들어 에칭장치나 화학기상성장장치(CVD) 등의 반도체 제조공정에 사용하는 진공챔버(10)를 배기하기 위한 진공배기경로를 나타내는 것으로, 이 진공챔버(10)에는 진공배기시스템(12)의 진공펌프(14)의 흡기구(14a)가 접속되고, 진공펌프(14)의 토출구(14b)에는 배기배관(16)이 접속되어 있다. 진공펌프(14)는 진공챔버(10)로부터의 공정의 배기가스를 대기압까지 승압하기 위한 것으로, 종래는 오일회전식 펌프가, 현재는 드라이펌프가 주로 사용되고 있다.

진공챔버(10)가 필요로 하는 진공도가 진공펌프(14)의 도달 진공도보다도 높은 경우에는 진공펌프의 상류측에 다시 터보분자 펌프 등의 초고진공펌프가 배치되는 일이 있고, 또 공정의 배기가스의 종류에 따라 그대로 대기로 방출할 수 없는 경우에는 배기배관(16)에 배기가스처리장치가 구비된다.

종래, 이와 같은 종류의 진공배기시스템(12)에 사용되는 진공펌프(14)의 모터(20)로서는 정격회전수로 회전하는 유도모터가 일반적으로 사용되고 있었다. 또 배기배관(16)으로서는 펌프시동시나 대기도입시에 대량의 가스를 원활하게 흘려 진공펌프(14)의 배압이 허용치내에 수습되도록, 예를 들어 배기속도가 2000L/min 정도이면 내경이 40 mm정도의 것을 사용하고 있었다.

통상, 반도체 제조장치용 진공챔버는 청정룸내에 배치되어 있고, 배기배관은 청정룸내를 외부공간까지 긴 거리에 걸쳐 부설되는 경우가 있다. 따라서 배기배관이 굵으면 값비싼 공간을 점유하고, 또 다른 구성기기와의 간섭때문에 배치가 제약되는 등의 문제가 있다. 한편 배기배관을 가늘게 하면 펌프시동시나 대기도입시에 대량의 가스가 흐른 경우에 진공펌프의 배압이 상승하고, 그 결과 과부하가 되어 운전불능에 빠지기 때문에，배관의 직경을 가늘게 하는 데에는 일정한 한계가 있었다.

본 발명은 예를 들어 반도체 제조장치의 진공챔버(공정 챔버) 등의 진공배기를 행하는 진공배기장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태의 진공배기장치를 나타내는 모식도,

도 2는 본 발명의 제 1 실시형태의 진공펌프의 운전방법에 있어서의 회전수의 시간변화를 종래예와 비교하여 나타내는 그래프,

도 3은 본 발명의 제 2 실시형태의 진공펌프의 운전방법에 있어서의 배압과 회전수의 시간변화를 종래예와 비교하여 나타내는 그래프,

도 4는 본 발명의 제 3 실시형태의 진공펌프의 운전방법에 있어서의 배압과 회전수의 시간변화를 종래예와 비교하여 나타내는 그래프,

도 5는 본 발명의 다른 실시형태의 진공배기장치를 나타내는 도,

도 6은 도 5의 실시형태의 진공펌프의 운전방법에 있어서의 배압과 회전수의 시간변화를 나타내는 그래프,

도 7은 종래의 진공배기장치를 나타내는 도이다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 배기시스템의 배기배관의 직경을 가늘게 하여 공간절약을 도모하면서도 과부하 운전을 회피하여 안정된 가동을 행할 수 있는 진공배기장치 및 배기방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재된 발명은, 진공챔버와, 이 진공챔버를 대기압 개구부에 연결하는 배기배관과, 이 배기배관에 설치된 회전수 가변의 진공펌프와, 이 진공펌프의 회전수를 제어하는 제어부를 가지는 것을 특징으로 하는 진공배기장치이다. 이에 의하여 예를 들어 펌프의 기동시 등에서 대량의 가스가 배기되는 경우에도 진공펌프의 배압이 일정치를 넘지 않도록 제어하여 안정된 운전이 가능해진다. 따라서 배기배관으로서 배기능력보다 직경이 가늘은 것을 사용할 수 있어 고가의 청정룸 등의 공간을 유효하게 이용할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명은, 상기 진공펌프의 배기측에는 배압을 검지하는 배압센서가 설치되고, 상기 제어부는 상기 배압센서의 검출출력에 의거하여 상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 진공배기장치이다. 이에 의하여 항상 정확한 배압제어를 행하여 안정된 운전을 행할 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명은, 상기 배압센서의 검출출력이 소정의 목표범위가 되도록 상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 청구항 2에 기재된 진공배기장치이다.

청구항 4에 기재된 발명은, 상기 배압센서의 검출출력이 소정의 목표치를 초과하지 않도록 상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 청구항 2에 기재된 진공배기장치이다.

청구항 5에 기재된 발명은, 상기 배기배관에는 상기 진공펌프에 직렬로 부스터펌프가 설치되고, 상기 제어부는 상기 배압센서의 출력에 의거하여 상기 진공펌프의 배기능력이 부족할 때 상기 부스터펌프를 기동시키는 것을 특징으로 하는 청구항 2에 기재된 진공배기장치이다. 이에 의하여 에너지 절약성을 유지하면서 큰 배기부하에도 대응할 수 있다.

청구항 6에 기재된 발명은, 상기 제어부는 배기의 초기에 있어서 미리 입력된 회전수 변화패턴에 따라 상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 진공배기장치이다. 이에 의하여 간단한 장치구성으로 배압제어를 행하여 안정된 장치의 상승을 행할 수 있다.

청구항 7에 기재된 발명은, 상기 배기배관의 컨덕턴스가 상기 진공펌프의 배기능력과 비교하여 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 진공배기장치이다. 이에 의하여 배관을 위한 스페이스를 작게 하여 고가의 청정룸 등의 공간을 유효하게 이용할 수 있고, 또 배관과 장치의 맞잡음을 용이하게 할 수 있다.

청구항 8에 기재된 발명은, 진공챔버를 배기배관을 거쳐 회전수 가변의 진공펌프에 의해 배기하는 배기방법에 있어서, 상기 진공펌프의 배압을 검출하고, 이 검출치를 기초로 상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 진공배기방법이다.

청구항 9에 기재된 발명은, 상기 배기배관에는 상기 진공펌프에 직렬로 부스터펌프가 설치되고, 상기 제어부는 상기 배압센서의 출력에 의거하여 상기 진공펌프의 배기능력이 부족할 때 상기 부스터펌프를 기동시키는 것을 특징으로 하는 청구항 8에 기재된 진공배기방법이다.

청구항 10에 기재된 발명은, 배기의 초기에 있어서는 미리 입력된 회전수 변화패턴을 따라 상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 청구항 8에 기재된 진공배기방법이다.

청구항 11에 기재된 발명은, 진공챔버를 배기배관을 거쳐 회전수 가변의 진공펌프에 의해 배기하는 배기방법에 있어서, 배기의 초기에 있어서는 미리 입력된 회전수 변화패턴에 따라 상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 진공배기방법이다.

청구항 12에 기재된 발명은, 회전수의 상승속도가 배기에 따르는 배압의 초기피크를 소정치 이하로 억제하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 11에 기재된 진공배기방법이다.

청구항 13에 기재된 발명은, 회전수가 단계적으로 상승하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 11에 기재된 진공배기방법이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 에칭장치나 화학기상성장장치(CVD)와 같은 반도체 제조공정에 사용하는 진공챔버(10)를 진공배기하는 진공배기시스템(30)을 나타내는 것으로, 진공챔버(10)는 진공펌프(32)의 흡기구(32a)에 접속되고, 진공펌프(32)의 토출구(32b)에는 배기배관(34)이 접속되어 있다.

진공펌프(32)로서는 가스통로부에 윤활제를 사용하지 않는, 이른바 드라이펌프가 사용되고, 그 구동용 모터(40)는 예를 들어 인버터(주파수 변환회로)를 사용하는 회전수 제어부(42)를 가지는 직류모터, 특히 무브러시 직류모터가 사용되고 있다. 또 배기배관(34)으로서는 도 7에 나타내는 종래의 배기배관(16)보다도 직경이 가늘은 것, 예를 들어 배기속도가 2000 L/min 정도이면 내경이 10 mm 정도의 것이 사용되고 있다. 배기배관(34)의 내경은 배관의 길이도 고려하여 컨덕턴스가 소정의 값이 되도록 결정한다.

배기배관(34)의 토출구(32b) 근방의 위치에는 배기배관(34) 내부의 압력, 즉 진공펌프(32)의 배압을 항시 검지하는 배압센서(44)가 설치되어 있고, 이 배압센서 (44)로부터의 출력신호는 모터(40)의 회전수 제어부(42)에 입력되도록 되어 있다.

다음으로, 진공펌프(32)의 기동시의 운전방법을 도 2를 참조하여 설명한다. 이 실시형태에 있어서는 진공펌프(32)의 배압이 미리 정해진 규정치(P₀)를 유지하도록 진공펌프(32)의 회전수를 제어한다. 즉, 배압센서(44)의 검출치가 P₀+ α에 도달하면 회전수 제어부(42)가 모터(40)의 회전수를 내리고 배압이 P₀- α보다 밑이 되면 회전수를 올린다. 이 결과 도 2에 파선으로 나타내는 바와 같이 배압은 대략 P₀으로 유지되고, 소요시간은 지연되나 안정된 운전을 계속할 수 있다. 소정시간이 경과하면 배압은 P₀이하로 내려 가고 정상운전으로 이행한다.

상기한 실시형태에서는 배압센서(44)를 사용하여 진공펌프(32)를 피드백제어하였으나, 더욱 간단한 구성의 시퀀스제어를 행하는 실시형태를 도 3을 참조하여 설명한다. 이 실시형태에서는 도 1에 있어서의 배압센서(44)의 정상적인 설치는 불필요하다. 진공펌프(32)의 기동시의 회전수의 시간적인 변화가 제어부(42)에 미리 입력되어 있고, 이것은 도 3에 있어서 종래의 펌프의 시간(T₁)과 비교하여 큰 시간(T₀)에 있어서 정상회전수(N₀)에 도달하는 일정한 완만한 구배의 파선(L₀)으로 표시되고, 그 후는 정상회전수(N₀)를 유지하도록 하고 있다.

이 경우의 배압의 변화는 상기 도면에 있어서 파선(L₂)으로 표시되어 있고, 이것은 회전수의 변화가 실선(L₁)으로, 배압의 변화가 L₃으로 표시되는 종래의 경우와 비교하여 초기의 피크치(P)가 작다. 회전수 변화선(L₀)의 구배(N₀/T₁)는 대상의 진공펌프(32)의 능력, 진공챔버(10)의 용적, 배기배관(34)의 컨덕턴스 등에 따라 미리 실험적으로, 또는 과거의 실험데이터로부터 계산에 의해 피크치(P₀)가 구동모터에 과도한 부하를 주지 않은 한에서 소정의 배기능력을 얻을 수 있는 정도로 정해져 있다.

이 실시형태에서는 배압센서에 의거하는 피드백제어와 같은 복잡한 제어를 행하고 있지 않으므로, 배압센서가 불필요하여 더욱 간단한 구성으로 앞의 실시형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한 진공펌프(32)의 능력, 진공챔버(10)의 용적, 배기배관(34)의 컨덕턴스 등의 조건의 변화에 따라 구배의 설정치를 선택할 수 있게 하여도 좋다. 또한 도 3의 실시형태에 있어서는 모터(40)의 회전수를 직선적으로 상승시키고 있으나, 도 4에 나타내는 바와 같이 단계적으로 증가시키도록 하여도 좋다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태를 나타내는 것으로, 이 실시형태에서는 배기경로의 진공펌프(메인펌프)(32)의 상류측에 부스터펌프(50)가 설치되어 있다. 이들 펌프(32, 50)의 구동용 모터(40, 46)는 모두 인버터를 사용하는 회전수 제어부(42)를 가지는 무브러시 직류모터이다. 배기배관(34)으로서 직경이 가늘은 것을 사용하고 있는 점, 배기배관(34)의 토출구(32b) 근방의 위치에 배압센서(44)가 설치되어 이 출력을 기초로 메인펌프의 회전수를 제어하고 있는 점은 앞의 실시형태와 마찬가지다.

이하에 본 실시형태의 진공배기장치의 제어방법의 예를 도 6을 참조하면서 설명한다. 이 실시형태에서는 안정된 배기를 행하고, 또한 모터(40, 46)에 과도한 부하를 주지 않도록 배압의 목표범위를 하한치(P₁)와 상한치(P₂)의 사이로 하여 제어를 행한다.

먼저, 배기공정을 개시할 때는 먼저 설명한 바와 같이 다량의 배기가 이루어져 배압이 상승하기 쉽기 때문에 메인펌프(32)만을 최저 회전수로 운전하도록 지령하여 기동한다(단계 1). 이에 따라 배압이 배기대상인 진공채널(10)의 용적이나 초기압력과 메인펌프(32)의 최저 회전수에 있어서의 배기능력으로 결정되는 초기피크치에 도달하기(단계 2)까지 배압이 상승하고, 여기서 배압은 저하하기 시작한다. 배압이 하한치(P₁) 이하로 내려갈 때까지 그 최저 회전수 그대로 배기를 행한다(단계 3).

배압이 하한치(P₁)이하로 저하하면, 소정의 피치로 메인펌프(32)의 회전수를 상승시켜 가고(단계 4, 4'), 배압이 하한치(P₁)를 초과하여 목표범위에 들어가면 메인펌프(32)를 그 회전수로 유지한다(단계5, 5'). 이와 같이 하여 진공챔버(10)의 용적과 메인펌프(32)의 배기능력이 균형을 이루고 있는 경우에는 메인펌프(32)의 회전수를 제어하면서 배압을 하한치(P₁)의 전후로 조정하여 안정되게 운전을 계속할 수 있다.

여기서 진공챔버(10)에서의 가스생성량이 많아져 진공챔버(10)의 용적과 메인펌프(32)의 배기능력과의 사이에 언밸런스가 생긴 경우에는 메인펌프(32)의 회전수를 올리도록 지령하여도 따르지 않게 되거나, 또는 배압이 상승하지 않게 되기도 한다. 이 경우에는 예를 들어 타이머 등에 의하여 배압이 계속적으로 하한치(P₁) 이하인 것을 검지하여 부스터펌프(50)를 정격회전수로 운전하도록 지령하여 기동한다(단계 6). 이에 의하여 진공챔버(10)의 배기부하가 비교적 크고, 메인펌프(32)와 부스터펌프(50)의 배기능력을 합친 것에 균형을 이루고 있는 경우에는 안정되게 운전을 계속할 수 있다(단계 7).

만약, 메인펌프(32)와 부스터펌프(50)를 정격회전수로 운전하면 배압이 P₂를 초과하여 상승하는 경우에는 부스터펌프(50)의 운전을 정지하고 메인펌프(32)의 단독운전모드로 되돌아간다(단계 8). 즉, 부스터펌프(50)는 배압에 따라 온-오프제어한다.

또한 상기한 실시형태에 있어서, 부스터펌프(50)에도 회전수 가변의 형식을 사용하고, 앞의 메인펌프(32)의 경우와 마찬가지로 제어하여, 배압을 하한치(P₁)의 전후로 조정하면서 운전하도록 하여도 좋다. 또 부스터펌프(50)를 정격으로 운전하면서 메인펌프(32)의 회전수를 제어하는 운전을 행하여도 좋다. 또 메인펌프 (32)의 최저 정격회전수가 더욱 낮은 경우에는 도 2 내지 도 4에 나타내는 바와 같은 초기단계제어를 행하여도 좋음은 물론이다.

이 실시형태에 있어서는 무엇인가의 이유로 배관시스템에 누출이 생겨 배압이 상승하는 경우에는 메인펌프(32)와 부스터펌프(50)를 동시에 가동하여 무의미한 배기동작을 계속하는 사태를 방지할 수 있다. 또 펌프의 배압이 소정치를 초과하는 일이 없기 때문에 배압이 과도하게 상승하는 것에 기인하는 펌프온도의 상승을 억제할 수 있어 펌프를 안정되게 운전할 수 있다.

또 마찬가지의 이유에 의해 펌프의 케이싱에 물 등의 냉각용 매체를 유통시키는 재킷을 형성하여 케이싱을 직접 냉각하는 구성을 채용할 필요가 없고, 종래부터 행하여지고 있는 매니폴드형 쿨러에 의한 부분냉각방식 그대로 대응이 가능하다. 또 직접냉각방식을 사용하지 않으므로, 펌프내부 온도를 과도하게 냉각하는 일이 없고, 반응생성물이 나오기 쉬운 공정에도 채용가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 펌프의 기동시 등에서 대량의 가스가 배기되는 경우도 진공펌프의 배압이 일정치를 초과하지 않도록 제어하고, 또부스터펌프를 부가함으로써 운전과정에서 배기부하가 증가하였을 때에만 이것을 기동하여 운전하여, 에너지 절약을 유지하면서 안정된 배기동작을 행할 수 있다. 따라서 배기배관의 직경을 가늘게 하여도 과부하 운전을 회피하여 안정된 가동을 행할 수 있고, 또 배기배관으로서 배기능력보다 직경이 가늘은 것을 사용함으로써 고가의 청정룸 등의 공간을 유효하게 이용하는 것도 가능하게 된다.

본 발명은 예를 들어 반도체 제조공정에 있어서 사용되는 에칭장치나 화학기상성장장치(CVD) 등의 처리장치의 진공챔버(공정챔버) 등의 진공배기를 행하는 진공배기장치 및 방법으로서 유용하다.

Claims

진공챔버와,

상기 진공챔버를 대기압 개구부에 연결하는 배기배관과,

상기 배기배관에 설치된 회전수 가변의 진공펌프와,

상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 제어부를 가지는 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
제 1항에 있어서,

상기 진공펌프의 배기측에는 배압을 검지하는 배압센서가 설치되고, 상기 제어부는 상기 배압센서의 검출출력에 의거하여 상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
제 2항에 있어서,

상기 배압센서의 검출출력이 소정의 목표범위가 되도록 상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
제 2항에 있어서,

상기 배압센서의 검출출력이 소정의 목표치를 초과하지 않도록 상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
제 2항에 있어서,

상기 배기배관에는 상기 진공펌프에 직렬로 부스터펌프가 설치되고, 상기 제어부는 상기 배압센서의 출력에 의거하여 상기 진공펌프의 배기능력이 부족할 때 상기 부스터펌프를 기동시키는 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
제 1항에 있어서,

상기 제어부는 배기의 초기에 있어서, 미리 입력된 회전수 변화패턴에 따라 상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
제 1항에 있어서,

상기 배기배관의 컨덕턴스가 상기 진공펌프의 배기능력과 비교하여 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
진공챔버를 배기배관을 거쳐 회전수 가변의 진공펌프에 의해 배기하는 배기방법에 있어서,

상기 진공펌프의 배압을 검출하고, 이 검출치를 기초로 상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 진공배기방법.
제 8항에 있어서,

상기 배기배관에는 상기 진공펌프에 직렬로 부스터펌프가 설치되고, 상기 제어부는 상기 배압센서의 출력에 의거하여 상기 진공펌프의 배기능력이 부족할 때 상기 부스터펌프를 기동시키는 것을 특징으로 하는 진공배기방법.
제 8항에 있어서,

배기의 초기에 있어서는 미리 입력된 회전수 변화패턴를 따라 상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 진공배기방법.
진공챔버를 배기배관을 거쳐 회전수 가변의 진공펌프에 의해 배기하는 배기방법에 있어서,

배기의 초기에 있어서는 미리 입력된 회전수 변화패턴에 따라 상기 진공펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 진공배기방법.
제 11항에 있어서,

회전수의 상승속도가 배기에 따르는 배압의 초기피크를 소정치 이하로 억제하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 진공배기방법.
제 11항에 있어서,

회전수가 단계적으로 상승하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 진공배기방법.