KR100588345B1 - 반도체 공정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼가 적층된 카세트(cassette)로부터 웨이퍼를 공급받아 증착, 식각, 및 어닐링(annealing) 중 선택된 공정을 수행하는 반도체 공정장치에 있어서, 외부공기와 차단되는 밀폐공간이 형성되고 상기 웨이퍼가 출입하는 출입구가 형성되는 진공버퍼 챔버, 상기 진공버퍼 챔버의 하나 이상의 측면에 배치되어 상기 증착, 식각, 및 어닐링 중 선택된 하나의 공정을 각각 수행하는 복수개의 프로세스 챔버, 상기 진공버퍼 챔버와 상기 복수개의 프로세스 챔버를 각각 연결하는 복수개의 연결부, 및 상기 진공버퍼 챔버에 회전 가능하게 설치되고 일체형으로 형성되는 로봇 암과 상기 로봇 암의 일 단에 결합되고 상기 웨이퍼를 파지하는 파지부로 이루어져 상기 카세트로부터 이송되는 상기 웨이퍼를 상기 프로세스 챔버로 각각 이송하는 복수개의 이송수단을 포함한다. 이 반도체 공정장치는 다관절의 로봇 암을 사용하지 않으므로 제작비용을 현저하게 줄일 수 있으며 웨이퍼를 이송하는 로봇 암의 동작오차를 줄일 수 있다.

Description

반도체 공정장치 {Semiconductor Processing Apparatus}

도 1은 종래 반도체 공정장치의 평면도를 나타낸 것이고,

도 2는 본 발명 반도체 공정장치의 한 실시예에 따른 평면도를 나타낸 것이고,

도 3은 도 2에 도시된 반도체 공정장치의 사용상태를 나타낸 것이고,

도 4는 본 발명 반도체 공정장치의 다른 실시예에 따른 평면도를 나타낸 것이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 진공버퍼 챔버 12 : 출입구

20 : 프로세스 챔버 22 : 서셉터(suscept0r)

24 : 리프트 핀{lift pin} 30 : 연결부

40 : 카세트 42 : 운반장치

50 : 이송장치 52 : 로봇 암

54 : 파지부 56 : 구동축

본 발명은 반도체 공정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공정오차를 최소화하고 공정효율을 향상시킬 수 있도록 구조가 간단한 복수개의 이송수단을 구비한 반도체 공정장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조에서 사용되는 웨이퍼는 증착, 식각, 열처리 가공된다. 도 1은 위와 같은 작업을 수행하는 종래 반도체 공정장치의 평면도를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래 반도체 공정장치는 진공버퍼 챔버(110), 프로세스 챔버(120), 및 로봇 암(150)으로 구성된다. 진공버퍼 챔버(110)는 외부의 공기와 완전히 차단되는 밀폐공간을 구비하고 있다. 진공버퍼 챔버(110)의 둘레에는 다수의 프로세스 챔버(120)가 설치된다.

프로세스 챔버(120)는 웨이퍼(100)의 증착, 식각, 열처리를 수행한다. 이를 위해 프로세스 챔버(120)에는 발열수단과 진공장치가 구비된다.

진공버퍼 챔버(110)의 내부에는 하나의 로봇 암(150)이 설치된다. 로봇 암(150)은 진공버퍼 챔버(110)로 이송된 웨이퍼(100)를 진공버퍼 챔버(110)의 둘레에 배치된 각각의 프로세스 챔버(120)로 이송한다. 이때 로봇 암(150)은 여러 방향에 배치된 프로세스 챔버(120)에 웨이퍼(100)를 이송시켜야 하므로 다관절의 로봇 암(150)으로 이루어진다.

그런데, 다관절의 로봇 암(150)으로 이루어지는 경우 몇 가지 문제점이 있다.

첫째, 로봇 암(150)의 제조단가가 상승한다.

반도체 장비는 매우 높은 정밀도를 요구하므로 약간의 오차도 허용돼서는 안 된다. 따라서, 하나의 로봇 암(150)이 다양한 동작을 통해 각 프로세스 챔버(120)에 웨이퍼를 이송하기 위해서는 제어신호에 대한 정확한 응답성이 요구된다. 때문에 여러 개의 부품으로 이루어지는 다관절 로봇 암(150)의 제조단가가 높아질 수 밖에 없다.

둘째, 오작동의 발생확률이 높다.

다관절로 이루어지는 로봇 암은 복수개의 관절이 동시 또는 개별적으로 동작하며 이송위치를 결정하므로 제어가 매우 까다롭고, 이를 제어하는 제어프로그램도 매우 복잡하다. 따라서, 충격 등 외부 간섭에 대한 안정성이 떨어져 오차발생의 확률이 높다.

셋째, 기동시간이 느리다.

종래 반도체 공정장치는 다관절의 로봇 암(150)이 관절의 신장/신축 동작과 회전동작을 반복하며 각각의 프로세스 챔버(120)에 웨이퍼를 이송시킨다. 이때 진공버퍼 챔버(110)은 로봇 암(150)이 일 방향으로 완전히 신장되어 회전 운동할 수 있을 정도로 넓지 않다. 때문에 인접한 프로세스 챔버(120)에 웨이퍼를 이송시킬 때에도 로봇 암(150)의 모든 관절이 동작해야만 한다. 따라서, 종래 반도체 공정장치는 이와 같은 로봇 암(150)의 잦은 관절운동으로 인하여 웨이퍼의 이송시간이 더딜 수 밖에 없었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 진공버퍼 챔버에 구조가 간단한 복수개의 이송수단을 설치하여 이송수단의 오차와 제작단가를 줄이고 반도체 공정이 보다 신속하게 이루어지는 반도체 공정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면 웨이퍼가 적층된 카세트(cassette)로부터 웨이퍼를 공급받아 증착, 식각, 및 어닐링(annealing) 중 선택된 공정을 수행하는 반도체 공정장치에 있어서, 외부공기와 차단되는 밀폐공간이 형성되고 상기 웨이퍼가 출입하는 출입구가 형성되는 진공버퍼 챔버, 상기 진공버퍼 챔버의 하나 이상의 측면에 배치되어 상기 증착, 식각, 및 어닐링 중 선택된 하나의 공정을 각각 수행하는 복수개의 프로세스 챔버, 상기 진공버퍼 챔버와 상기 복수개의 프로세스 챔버를 각각 연결하는 복수개의 연결부, 및 상기 진공버퍼 챔버에 회전 가능하게 설치되고 일체형으로 형성되는 로봇 암과 상기 로봇 암의 일 단에 결합되고 상기 웨이퍼를 파지하는 파지부로 이루어져 상기 카세트로부터 이송되는 상기 웨이퍼를 상기 프로세스 챔버로 각각 이송하는 복수개의 이송수단을 포함하는 반도체 공정장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 반도체 공정장치의 한 실시예에 따른 평면도를 나타낸 것이고, 도 3은 도 2에 도시된 반도체 공정장치의 사용상태를 나타낸 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 반도체 공정장치는 진공버퍼 챔버(10)와 프로세스 챔버(20)로 구성된다.

진공버퍼 챔버(10)은 내부에 외부의 공기와 차단되는 공간을 갖는다. 진공버퍼 챔버(10)의 일 측면에는 외부로부터 공급되는 웨이퍼가 출입하는 출입구(12)가 형성된다. 본 실시예에서는 한 번에 복수개의 웨이퍼를 공급받기 위해 진공버퍼 챔버(10)의 전면에 2개의 출입구(12)가 형성된다. 진공버퍼 챔버(10)의 나머지 면에는 연결부(30)가 형성된다. 각 연결부(30)에는 프로세스 챔버(20)가 배치된다. 연결부(30)는 진공버퍼 챔버(10)와 프로세스 챔버(20)의 공간을 연결하는 통로구실을 한다. 각각의 연결부(30)에는 밸브장치와 같은 개폐장치가 구비된다. 따라서 진공버퍼 챔버(10)와 프로세스 챔버(20)는 필요에 따라 개별적으로 소통 및 차단이 가능하다.

진공버퍼 챔버(10)에는 웨이퍼의 이송수단(50)으로써 복수개의 로봇 암(52)이 설치된다. 로봇 암(52)은 관절이 없는 하나의 일체형 몸체로 형성된다. 로봇 암(52)의 일 단에는 구동축(56)이 결합되고 타 단에는 웨이퍼를 파지할 수 있는 형태의 파지부(54)가 결합된다. 로봇 암(52)은 구동축(56)을 중심으로 회전 운동하며 웨이퍼를 진공버퍼 챔버(10)에서 프로세스 챔버(20)로 이송한다. 본 발명에서는 무관절의 로봇 암(52)이 회전 운동만으로도 위와 같은 동작을 용이하게 수행할 수 있도록 로봇 암(52)을 일정각도로 구부렸다.

한편, 진공버퍼 챔버(10)에 설치된 복수개의 로봇 암(52)이 각각 회전 운동을 하면 서로 간섭될 수 있다. 따라서 본 발명은 각 로봇 암(52)의 설치 높이를 다르게 하여 회전 운동에 따른 간섭이 발생하지 않도록 하였다.

프로세스 챔버(20)은 웨이퍼의 증착, 식각, 열처리, 어닐링(annealing)를 수 행한다. 이를 위해 프로세스 챔버(20)에는 발열수단(도시되지 않음)이 구비되며, 외부에 마련된 진공장치(도시되지 않음)와 연결된다. 그리고 프로세스 챔버(20)에는 서셉터(22)와 리프트 핀(24)이 설치된다. 서셉터(22)는 발열수단의 열을 웨이퍼에 전달하고, 리프트 핀(24)은 상하 운동하며 파지부(54)에 파지된 웨이퍼를 서셉터(22)로 안착시키는 구실을 한다.

다음에서는 위와 같이 구성된 본 발명의 동작상태를 설명하겠다.

도 3에 도시된 바와 같이 카세트(40)에는 다수의 웨이퍼(100)가 장착되며, 장착된 웨이퍼(100)는 운반장치(42)에 의해 진공버퍼 챔버(10)로 이송된다. 운반장치(42)는 카세트(40)에서 진공버퍼 챔버(10)의 출입구(12)까지 왕복 운동하며 진공버퍼 챔버(10)에 웨이퍼(100)를 공급한다. 이때 진공버퍼 챔버(10)는 내부에 먼지 등의 이물질이 잔류하지 않도록 진공상태로 유지된다. 진공버퍼 챔버(10)의 진공상태는 프로세스 챔버(20)와 마찬가지로 외부에 마련된 진공장치(도시되지 않음)에 의해 유지된다.

진공버퍼 챔버(10)에 공급된 웨이퍼(100)는 로봇 암(52)의 끝 단에 결합된 파지부(54)에 파지된다. 웨이퍼(100)를 파지한 로봇 암(52)은 구동축(56)을 중심으로 회전하여 웨이퍼(100)를 프로세스 챔버(20)로 옮겨 놓는다.

프로세스 챔버(20)에 웨이퍼(100)가 이송되면 리프트 핀(24)이 상승하여 웨이퍼(100)를 약간 들어올린다. 그러면 웨이퍼(100)가 파지부(54)에서 분리되고, 로봇 암(52)은 역 회전하여 프로세스 챔버(20)을 빠져나간다. 그 다음 웨이퍼(100)를 지지하고 있는 리프트 핀(24)은 하강하여 웨이퍼(100)를 서셉터(52)에 얹어 놓고, 연결부(30)의 개폐장치는 진공버퍼 챔버(10)와 프로세스 챔버(20)를 격리시킬 수 있도록 닫힌다.

프로세스 챔버(20)의 발열수단은 웨이퍼(100)의 증착, 식각, 어닐링 공정이 안정적으로 이루어질 수 있도록 프로세스 챔버(20)를 일정한 온도로 유지시킨다. 프로세스 챔버(20)에서 웨이퍼(100)의 가공공정이 진행되면 외부에 마련된 진공장치가 작동하여 공정 중 발생한 잔류가스를 흡입하여 외부로 배기시킨다.

위 공정이 완료되면 연결부(30)의 개폐장치는 진공버퍼 챔버(10)와 프로세스 챔버(20)가 다시 소통될 수 있도록 열리고, 리프트 핀(24)이 웨이퍼(100)를 상방으로 상승시킨다. 그러면 로봇 암(52)이 다시 회전하여 프로세스 챔버(20)의 웨이퍼(100)를 파지하고 다시 역 회전하여 웨이퍼(100)를 진공버퍼 챔버(10)로 이송시킨다. 이송된 웨이퍼(100)는 진공버퍼 챔버(10)에 구비된 냉각장치(도시되지 않음) 또는 상온에서 서서히 냉각된다.

도 4는 본 발명 반도체 공정장치의 다른 실시예에 따른 평면도를 나타낸 것이다. 하나의 진공버퍼 챔버(10)에 여러 개의 프로세스 챔버(20)를 설치하여 복수개의 웨이퍼(100)를 가공하다 보면, 진공버퍼 챔버(10)의 일부분이 오염되거나 일부 로봇 암(52)이 고장 날 수 있다. 그런데 종래에는 하나의 진공버퍼 챔버(10)를 공통으로 사용하였기 때문에 이러한 고장이 발생하면 장치의 모든 동작을 중지하고 수리해야만 했다. 본 실시예는 바로 이러한 문제점을 해소하고자 하는 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이 진공버퍼 챔버(10)에는 차단 막(60)이 설치된다. 차단 막(60)은 2개의 출입구(12) 사이에 설치되어 진공버퍼 챔버(10)를 양분한다. 차단 막(60)은 제어신호에 따라 개폐 동작한다.

본 실시예에 따른 차단 막(60)의 동작순서는 다음과 같다.

웨이퍼(100)의 가공이 이루어지는 도중 출입구(12), 프로세스 챔버(20), 이송수단(30) 등에서 고장이 발생하면, 제어부가 이를 감지하고 차단 막(60)을 구동시켜 진공버퍼 챔버(10)을 폐쇄한다. 그리고 제어부는 진공버퍼 챔버(10)의 어느 쪽(차단 막 기준)에서 고장이 발생했는지 판단하여 고장이 발생된 쪽의 프로세스 챔버(20), 이송수단(50)을 정지시킨다. 고장이 발생된 부분의 동작이 모두 정지되면 해당 부분을 수리한다. 이때, 진공버퍼 챔버(10)의 다른 쪽은 정상적으로 가동된다. 따라서, 본 실시예는 종래와 달리 고장이 발생해도 장치가 완전히 정지되지 않으므로 작업효율을 높일 수 있다.

본 발명의 반도체 공정 장치는 진공버퍼 챔버에 복수의 이동수단이 구비되므로 독립된 다수의 프로세스 챔버에서 증착, 식각, 및 열처리 공정이 독자적으로 수행될 수 있으며, 공정 간의 간섭을 없애 공정의 신뢰성을 향상시키고 공정시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 발명은 진공버퍼 챔버를 2개 또는 복수로 구획할 수 있으므로 가공공정 중에 혹 문제가 발생하면 문제가 발생된 진공버퍼 챔버의 일 측 공간을 격리시키고 타 측 공간을 계속 사용할 수 있다. 따라서 본 발명은 문제발생에 따른 임시대응이 용이하다.

이상에서 반도체 공정장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (7)

1. 웨이퍼가 적층된 카세트(cassette)로부터 웨이퍼를 공급받아 증착, 식각, 및 어닐링(annealing) 중 선택된 공정을 수행하는 반도체 공정장치에 있어서,

   외부공기와 차단되는 밀폐공간이 형성되고 상기 웨이퍼가 출입하는 출입구가 형성되는 진공버퍼 챔버,

   상기 진공버퍼 챔버의 하나 이상의 측면에 배치되어 상기 증착, 식각, 및 어닐링 중 선택된 하나의 공정을 각각 수행하는 복수개의 프로세스 챔버,

   상기 진공버퍼 챔버와 상기 복수개의 프로세스 챔버를 각각 연결하는 복수개의 연결부, 및

   상기 진공버퍼 챔버에 회전 가능하게 설치되고 일체형으로 형성되는 로봇 암과 상기 로봇 암의 일 단에 결합되고 상기 웨이퍼를 파지하는 파지부로 이루어져 상기 카세트로부터 이송되는 상기 웨이퍼를 상기 프로세스 챔버로 각각 이송하는 복수개의 이송수단을 포함하는 반도체 공정장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 연결부는 개폐장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 가공장치
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 로봇 암은 수평면에서 구부러진 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 반도 체 공정장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 복수개의 로봇 암은 상호 간섭되지 않도록 각기 다른 높이로 설치되어 회전 운동하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정장치.
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 진공버퍼 챔버에는 내부공간을 양분하는 차단 막이 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 차단 막은 개폐가 가능한 것을 특징으로 하는 반도체 공정장치.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 출입구는 상기 차단 막을 기준으로 나누어진 상기 진공버퍼 챔버의 양 편에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정장치.

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