KR100411968B1 - 반도체 웨이퍼 처리용 장치 - Google Patents

반도체 웨이퍼 처리용 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 반도체 웨이퍼 처리용 장치는 분배 시스템으로의 접속을 제외하면 완전히 밀폐된 적어도 하나의 처리 챔버를 포함한다. 상기 적어도 하나의 처리 챔버에서, 선택적으로 보트내에 정렬될 수 있는 웨이퍼에 동일한 처리 동작을 수행할 수 있도록 바람직하게는 2개의 리액터와 공통 공급/제거 시스템이 배치된다.

Description

반도체 웨이퍼 처리용 장치{DEVICE FOR PROCESSING SEMICONDUCTOR WAFERS}
상기 종류의 장치는 본 출원인의 이름으로 US-A-5,407,449 호에 공지되어 있다. 이 장치에서, 다수의 처리 챔버가 중앙에 배치된 분배 시스템 또는 로봇 구조 주변에 정렬된다. 이러한 중앙에 배치된 로봇으로부터, 반도체 웨이퍼는 각 처리 챔버내에 위치된 턴테이블상에 전달된다. 일반적으로, 이는 공급부내의 카세트에또는 하나의 처리 챔버의 턴테이블상의 보트에 정렬된 반도체 웨이퍼를 다른 처리 챔버의 턴테이블상에 정렬된 보트로 전달함으로써 이루어진다.
처리 동작은 각 챔버내에서 높은 온도에서 특정 물질을 도핑하고 층들(층들의 일부)을 제거하거나/제거하고 적층하는 것과 같은 처리 동작이 각 처리 챔버내에서 수행된다. 다른 처리 동작을 수행하기 전에 제어된 조건하에서 웨이퍼를 냉각시킬 필요가 있다. 이와 같은 냉각은 상기 처리 챔버내측에서 이루어지지만, 다른 처리 챔버내에서도 동일하게 이루어질 수 있다.
관련 기술 분야에서, 반도체 웨이퍼를 더욱 확장시키는 것, 즉, 더욱 대규모의 집적화가 계속해서 요구되고 있다. 결과적으로, 보트내의 반도체 웨이퍼 열의 가격은 특히, 작은 배치(batch)에서 꾸준히 증가하고 있으며, 특정 처리 동작의 고장과 관련된 비용상의 위험도 따라서 증가하고 있다. 또한, 반도체 웨이퍼 처리용 장치의 용량도 증가될 필요가 있다.
종래 기술의 제안중 하나는 각각 폐쇄되어 있으며 동일한 처리 동작을 각각 수행하는 다른 처리 챔버들을 제공하는 것이다. 이는 반도체 웨이퍼의 특정열이 한 처리 챔버에 공급되어, 여기서, 처리 동작이 수행되고, 동시에 반도체 웨이퍼의 다른 열이 다른 처리 챔버에 공급되어 동일한 처리 동작이 수행된다는 것을 의미한다. 이는 공통 로봇 또는 공통 분배 시스템을 사용할 수 있으며 이 시스템으로부터 공통으로 공급하고 제거하는 것이 가능하기 때문에 초기 절감을 제공한다. 이러한 종류의 시스템은 어떤 경우에는, 주로 처리 챔버내에서 반도체 웨이퍼의 유지 시간이 비교적 긴 경우에는, 정상 기능을 하기도 하지만, 많은 응용에서, 특히 그 내부에 정렬된 로봇이 이러한 분배 시스템의 용량의 측면에 있어서 병목현상(bottleneck)을 일으키는 장애가 된다는 것이 밝혀졌다.
또한, 이러한 종류의 시스템에서의 "대기 위치(waiting position)" 에 처리될 반도체 웨이퍼를 내장시킨 보트를 위치시킴으로써, 이러한 종류의 처리 챔버에 3 개의 위치가 제공되어, 그 결과 최적의 사용 조건이 성취될 수 있다. 이는 3개의 보트가 턴테이블상에 존재한다는 것을 의미한다. 위치의 개수는 더 많아도 무방하다는 것은 이해할 수 있을 것이다.
미국 특허 제 5,464,313 호에는 단일한 선형 동작 시스템에 의해 웨이퍼들을 내장한 보트가 제공되는 2개의 인접한 오븐을 포함하는 스탠드 얼론(stand alone)형 오븐 구조물이 개시되어 있다. 이 구조는 공간 절약형 구조는 아니며, 또한 미국 특허 제 5,407,449 호에 개시된 바와 같은 콤팩트 클러스터 구조에서는 사용될 수 없다.
본 발명은, 격납부 또는 다른 처리 챔버로부터 처리 챔버내의 턴테이블상의 웨이퍼 로딩 위치 상의 보트로 웨이퍼를 전달하거나 또는 그 역으로 웨이퍼를 전달하는 중앙 분배 시스템을 가지며, 상기 격납부 또는 다른 처리 챔버 및 상기 중앙 분배 시스템에 대하여 상기 처리 챔버를 완전히 밀폐시키는 것이 가능한 처리 챔버와, 리액터와, 상기 처리 챔버내에 정렬되어 상기 반도체 웨이퍼를 내장한 보트를 상기 턴테이블-상기 턴테이블은 웨이퍼를 내장한 보트를 상기 웨이퍼 로딩 위치로부터 상기 리액터 아래의 위치로 전달하도록 구성됨-로부터 상기 리액터로 전달하거나 또는 그 역으로 전달하기 위한 공급 및 제거 수단을 구비한 반도체 웨이퍼 처리용 장치에 관한 것이다.
본 발명은 가스록 시스템(gaslock system)과, 리액터 및, 리액터로 또는 리액터로부터 반도체 웨이퍼를 전달하는 공급 및 제거 수단을 가진 하나 이상의 처리 챔버를 포함하며, 공급 및 제거 수단이 하나 이상의 처리 챔버내에 정렬되는 반도체 웨이퍼 처리용 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 장치의 개략적 평면도를 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 장치의 일부로서 본 발명에 따른 구조를 통합하여 수정한 변형의 개략적 평면도이다.
도 3은 도 2에 따른 장치의 일부의 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c 는 본 발명에 따른 처리 챔버를 장착하고 분리시키는 방법을 도시한다.
도 5의 (a)~(c) 는 본 발명에 따른 장치의 제1 변형의 동작을 도시한다.
도 6의 (a)~(d) 는 도 5에 따른 변형과 동일한 변형의 다른 가능한 동작을 도시한다.
본 발명의 목적은 문제가 되는 장치가 점유하는 플로어(floor) 면적을 가능한 한 효율적으로 하면서도 분배 시스템을 연장시킬 필요없이 상기 설명된 장치의 처리 용량을 더욱 증가시키는 것이다. 이는 이 장치가 일반적으로 청정실(clean room)에 설치되기 때문에 중요하다.
상기 목적은 상기 설명된 장치의 경우에 청구항 1항의 특징부에 의해 성취된다.
놀랍게도, 일 처리 챔버, 즉, 분배 시스템에 의해 분리되지 않은 한 처리 챔버내에 2개의 리액터를 배치하는 것은 플로어 점유 면적을 실질적으로 확장시키지 않고도 용량을 크게 증가시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다. 또한, 리액터용의 별도의 격납부를 제공할 필요가 없으므로, 비용을 절감할 수 있다. 본 발명의 이론은 선택적으로 미국 특허 US-A-5,407,449 호의 예에 공지된 바와 같은, 다른 처리 스테이션(processing station)과 결합될 수 있다. 본 발명에 따라서, 반도체 웨이퍼를 문제의 처리 챔버의 턴테이블상의 보트에 공급할 때, 바람직하게는, 반도체 웨이퍼의 제1 열은 제1 리액터에 의해 처리되고, 반도체 웨이퍼의 제2 열은 제2 리액터에 의해 처리되며, 이 경우에, 이들 2 개의 리액터내의 처리 동작은 동일하다. 처리 챔버는 미국 특허 제 5,407,449 호에 공지된 턴테이블 구조를 사용하여 장착될 수 있는데, 즉, 보트에 대해 3개의 위치를 갖는 턴테이블을 사용할 수 있다. 이 경우에, 냉각이 중요하다면, 반도체 웨이퍼의 대기 시간의 대부분은 반도체 웨이퍼가 리액터에서 제거되기 전에 경과된다. 이는 한편으로는, 카세트에 대해 4개의 위치를 가진 턴테이블을 제공함으로써 해결될 수 있지만, 다른 경우에서는, 처리 시간이 냉각 시간의 절반 이상 길도록 냉각 시간과 처리 시간 간의 비율이 설정되므로, 냉각된 반도체 웨이퍼를 처리 챔버 외부로 꺼내고 이 웨이퍼들을 처리될 웨이퍼로 교체하기 위한 시간이 충분하기 때문에 이러한 문제는 중요하지 않다.
리액터는 임의의 형태의 리액터를 포함할 수 있지만, 바람직하게는 2개의 처리 오븐을 포함한다. 본 발명에 따른 이론은 3 개 이상의 리액터를 가진 처리 챔버로 확장될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 그러한 경우에, 턴테이블은 3 개의 위치 이상을 갖거나, 턴테이블을 가진 구조는 다르게 설계될 필요가 있다.
명백하게, 미국 특허 5,407,449 호와 같이 상기 설명된 구조에서는, 턴테이블에 더하여, 관련된 보트를 턴테이블로부터 제거하고 이 보트를 리액터에 삽입하며 다시 리액터로부터 보트를 제거하기 위해 각 리액터에 대한 리프팅 수단이 또한구비되어 있다.
본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시예와 관련하여 하기에 더 상세히 설명된다.
도 1에 도시된 장치는 일반적으로 반도체 웨이퍼(semiconductor wafer)라는 표현으로 기술하는, 집적 회로를 포함하는 웨이퍼를 처리하기 위한 것이다. 이러한 반도체 웨이퍼에는 그 표면상에 집적 회로를 형성하기 위해 이후에 웨이퍼를 절단하고 처리하는 것과 같은 다수의 처리가 행해진다.
도 1에 도시된 장치(1)를 사용하는 것은 이러한 종류의 웨이퍼상에서 연속적일 수 있는 3가지의 처리 동작이 수행되도록 한다.
도 1의 평면도에 도시된 공급부(2)내에 있는 복수개의 카세트내로 웨이퍼를 전달하는 것은 일반적이다. 공급부(2)는 이러한 종류의 6개의 카세트가 3가지 다른 레벨에 위치될 수 있는 턴테이블(4)을 포함하고, 이 턴테이블(4)은 전체 18개의 카세트를 포함할 수 있다.
공급 유닛(2)은 웰(3)을 경유하여 매우 낮은 먼지 레벨을 가진 대기가 유지되는 청정실에 연결된다. 카세트(9)는 삽입점(5)을 경유하여 턴테이블(4)상에 위치될 수 있다. 삽입점(5)은 가스록을 포함하는 특정 공급 유닛(도시하지 않음)에 연결될 수 있으며, 그러므로 카세트가 삽입될 때 원하지 않는 가스, 특히 산소가 장치(1)내로 유입되지 않도록 한다.
도 1로부터 명백히 알 수 있듯이, 유닛(2)은 단면이 적어도 부분적으로 정 다각형의 외변을 갖는데, 즉, 도 1의 유닛(2)의 3개의 웰은 그 단면이 정다각형의 일부를 형성한다. 처리부(10, 11, 12)도 마찬가지로 단면이 적어도 부분적으로정다각형의 외변을 갖는다. 유닛(2, 10, 11, 12)은 정다각형의 외변의 측면(7)과 같은 측면 영역에서 다른 유닛에 연결되는 별도의 유닛으로 설계된다.
장치(1)에서, 중앙 유닛은 로봇 유닛을 포함하는 분배 유닛(8)에 의해 형성된다. 이 로봇 유닛(8)은 웨이퍼들(13)을 카세트(9)외부로 꺼내어 처리부(10, 11, 12)에서, 보트와 같은, 웨이퍼용 캐리어내에 이 웨이퍼들을 배치한다. 처리 동작후에, 로봇(8)은 처리된 웨이퍼를 처리부의 보트로부터 다시 제거하고 후속 처리부내에 또는 턴테이블(4)에 의해 특정 위치에 위치된 빈 카세트(9)내에 이들을 배치한다. 처리된 웨이퍼(13)를 가진 카세트(9)는 예를 들면 삽입부(5)와 같은 방식으로 가스록을 가진 별도의 배출부를 포함할 수 있는 배출구(6)를 경유하여 공급부(2)로부터 제거될 수 있다.
각 처리 챔버(10, 11, 12)는 도면의 상부에 위치한 리액터(상세히 도시되지 않음)를 포함한다. 리액터는 반도체 웨이퍼를 포함하는 보트를 턴테이블(33)로부터, 상세히 도시하지 않은 오븐 등의 리액터에 전달하는 리프팅 장치(17)위에 정렬된다.
이는 로봇(8)과 마주보는 보트가 놓인 위치로부터 시작해서 이 보트가 유닛(2)의 관련된 카세트(9) 또는 연속하는 처리 챔버들중의 하나로부터 도달하는 웨이퍼로 채워지는 것을 의미한다. 문제의 보트가 채워진후에, 테이블(33)은 한 위치에서 회전되고, 문제의 보트는 리프팅 수단(17)과 결합하여 오븐내에 위치되는 것이 가능하다. 오븐내에서 처리된 후에, 문제의 보트는 테이블(33)상의 후면에 위치되고 내부에 위치된 반도체 웨이퍼를 냉각시키기 위해 다른 위치로 전달된다. 동시에, 반도체 웨이퍼를 내장한 후속 보트가 리액터로 옮겨진다. 연속적인 회전후에, 적어도 부분적으로 냉각된 반도체 웨이퍼를 포함하는 보트는 로봇(8)앞에 위치되어서 유닛(2)내의 카세트에 또는 후속 처리 챔버의 보트에 언로딩(unloading)될 수 있다.
본 발명은 이러한 종류의 장치를 사용하여 처리 시간을 최적화하는 것, 즉, 사용가능한 주어진 플로어 영역상에서 대량의 웨이퍼에 동일한 처리를 할 수 있도록 하는 것을 목표로 한다. 또한, 본 발명은 동일한 분배 시스템, 즉, 로봇을 포함한 구조와, 동일한 삽입 시스템을 사용할 수 있다는 점에서 이점이 있다. 본 발명의 제안은 도 2에 도시되어 있다. 이 도면에서, 본 발명에 따른 장치는 전체가 21 로 표시되어 있으며 삽입구와 배출구는 25로 표시되어 있다. 웨이퍼(13)를 포함하는 카세트(9)는 장치로 삽입되고 무균실의 격벽은 23으로 표시된다. 도 1에 따른 테이블(4)과 비교되는 테이블은 24로 표시되며, 이 테이블을 경유하여 카세트는 도 1에서처럼 로봇(8)이 있는 맞은편의 가스록 시스템(18)에 위치된다. 도 2에서는, 2개의 처리부(29, 30) 만이 도시되고, 처리부(29)는 개략적으로만 도시된다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 그 이상의 처리부가 존재할 수도 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이 형태를 적용함으로써, 상당히 다수의 처리부를 사용하는 것이 가능하다.
처리 챔버(30)의 디자인이 이제 도 3을 참조로 설명된다. 이 도면으로부터 종래 기술과 대조적으로 2 개의 리액터(31, 32)가 제공되는 것을 알 수 있다. 또한, 개략적으로만 도시된 2개의 리프팅 장치(34, 35)가 제공된다. 이 챔버에는 종래의 기술에서처럼 보트를 수납하기 위해 3개의 위치만을 갖는 공통 턴테이블(33)이 공급된다.
보트(A, B, C)내에 웨이퍼를 수납하는 방법은 도 4a 내지 도 4c 에 도시되어 있으며, 테이블(33)의 회전 방향은 화살표로 표시되어 있다.
냉각 시간이 처리시에 비교적 중요한 역할을 한다면, 보트를 수납하기 위한 4개의 위치를 가진 턴테이블을 제공할 수도 있다. 이 경우에, 도 4a 내지 도 4c 에서와 같은 일련의 처리 동작은 수정될 것이다.
관련 기술 분야의 당업자라면 다양한 리액터를 동작시키기 위한 많은 변형, 특히 보트내에 정렬된 반도체 웨이퍼의 공급 및 제거를 위한 많은 변형이 가능한것을 이해할 수 있을 것이다.
오븐(31, 32)내에서 동일한 처리 동작을 수행하는 것이 바람직하지만, 이 오븐들에서 다른 동작을 수행하는 것도 충분히 고려할 만하다.
오븐(32)과 같은 리액터와 관련 리프팅 장치(35)를 단순히 부가함으로써 장치의 영역을 실제로 확장시키지 않으며, 또한 비용을 증가시키는 기술적으로 복잡한 측정을 요하지 않고, 처리 챔버의 용량을 크게 증가시키는 것이 가능하다.
도 5 및 도 6은 2개의 리액터(31, 32)가 제공되는, 본 발명에 따른 장치의 변형을 도식적으로 나타낸다. 종래에 도시된 설계와는 대조적으로, 턴테이블(33)은 4개의 위치를 가지며, 화살표는 다양한 보트의 이동이 어떻게 실행되는지를 도식적으로 나타낸다. 상기 설명은 도 4a 내지 도 4c 를 참조로 한다.
상기 설명된 본 발명은 언급된 변형으로 제한되는 것은 아니며, 관련 기술 분야의 당업자라면 첨부된 청구항의 범위내에서 용이하게 실행할 수 있는 설계를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (10)

  1. 격납부 또는 다른 처리 챔버로부터 처리 챔버내의 턴테이블(33)상의 웨이퍼 로딩 위치 상의 보트로 웨이퍼를 전달하거나 또는 그 역으로 웨이퍼를 전달하는 중앙 분배 시스템(18)을 가지며, 상기 격납부 또는 다른 처리 챔버 및 상기 중앙 분배 시스템에 대하여 상기 처리 챔버를 완전히 밀폐시키는 것이 가능한 처리 챔버(24,29,30)와, 리액터(31)와, 상기 처리 챔버(30)내에 정렬되어 상기 반도체 웨이퍼를 내장한 보트를 상기 턴테이블-상기 턴테이블은 웨이퍼를 내장한 보트를 상기 웨이퍼 로딩 위치로부터 상기 리액터 아래의 위치로 전달하도록 구성됨-로부터 상기 리액터로 전달하거나 또는 그 역으로 전달하기 위한 공급 및 제거 수단(34)을 구비한 반도체 웨이퍼(13)를 처리하는 장치에 있어서,
    상기 처리 챔버(30)내에 정렬된 적어도 제2의 리액터를 포함하고, 상기 턴테이블은 웨이퍼를 내장한 보트를 상기 웨이퍼 로딩 위치로부터 상기 제2 리액터 아래의 위치로 전달하도록 구성되며, 상기 제2 리액터에는 상기 턴테이블로부터 상기 제2 리액터로 반도체 웨이퍼를 내장한 보트를 전달하거나 또는 그 역으로 반도체 웨이퍼를 내장한 보트를 전달하는 제2 공급 및 제거 수단(35)이 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 처리용 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리액터들은 동일한 처리를 수행하도록 설계된 것인 반도체 웨이퍼 처리용 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리액터들은 오븐을 포함하는 것인 반도체 웨이퍼 처리용 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 턴테이블(33)은 한편으로 상기 중앙 분배 시스템(18)으로부터 카세트내의 반도체 웨이퍼를 수납하여 그 수납된 상기 반도체 웨이퍼를 상기 중앙 분배 시스템(18)으로 전달하고, 다른 한편으로 보트내의 웨이퍼를 상기 중앙 분배 시스템(18)으로 전달하며 각각의 리액터의 삽입 수단(34, 35)으로부터 상기 웨이퍼를 수납하는 것인 반도체 웨이퍼 처리용 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 턴테이블은 그위에 반도체 웨이퍼 및/또는 카세트를 수납하기 위한 3개의 위치를 갖는 것인 반도체 웨이퍼 처리용 장치.
  6. 제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 에어록 시스템에 의해 연결될 수 있는 적어도 2개의 처리 챔버(29, 30)를 포함하는 것인 반도체 웨이퍼 처리용 장치.
  7. 제6항에 있어서, 각 처리 챔버는 적어도 2개의 리액터를 포함하는 것인 반도체 웨이퍼 처리용 장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 턴테이블은 한편으로 상기 중앙 분배 시스템(18)으로부터 카세트내의 반도체 웨이퍼를 수납하여 그 수납된 상기 반도체 웨이퍼를 상기 중앙 분배 시스템(18)으로 전달하고, 다른 한편으로 보트내의 웨이퍼를 상기 중앙 분배 시스템(18)으로 전달하며 각각의 리액터의 삽입 수단(34, 35)으로부터 상기 웨이퍼를 수납하는 것인 반도체 웨이퍼 처리용 장치.
  9. 제3항에 있어서, 에어록 시스템에 의해 연결될 수 있는 적어도 2개의 처리 챔버(29, 30)를 포함하는 것인 반도체 웨이퍼 처리용 장치.
  10. 제4항에 있어서, 에어록 시스템에 의해 연결될 수 있는 적어도 2개의 처리 챔버(29, 30)를 포함하는 것인 반도체 웨이퍼 처리용 장치.
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