KR100596466B1 - 다중 배열된 진공 챔버를 갖는 플라즈마 반응 챔버를구비한 기판 처리 시스템 - Google Patents

다중 배열된 진공 챔버를 갖는 플라즈마 반응 챔버를구비한 기판 처리 시스템 Download PDF

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Abstract

여기에 기판 처리 시스템이 개시된다. 기판 처리 시스템은 연속된 플라즈마 방전 경로를 공유하는 수평 또는 수직의 다중 프로세스 챔버로 구성된 플라즈마 반응 챔버를 구비한다. 기판 처리 시스템은 적어도 두 개의 기판을 동시에 병렬로 처리할 수 있어 단위 면적당 생산성을 높일 수 있다. 또한 다중 프로세스 챔버가 각종 유틸리티 라인을 공유하도록 구성하여 저비용 고효율의 생산 설비 구축이 가능하다.

Description

다중 배열된 진공 챔버를 갖는 플라즈마 반응 챔버를 구비한 기판 처리 시스템{PLASMA REACTION CHAMBER HAVING MULTI ARRAYED VACUUM CHAMBER AND SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 시스템으로 수직 이중 배열된 플라즈마 반응 챔버를 구비한 예를 보여주는 도면;
도 2는 수직 이중 배열된 플라즈마 반응 챔버를 병렬로 배치하여 구성한 기판 처리 시스템을 보여주는 도면;
도 3은 도 1의 플라즈마 반응 챔버의 사시도;
도 4는 도 3의 A-A 단면도 및 전원 공급 계통을 보여주는 도면;
도 5 내지 도 8은 수직 이중 배열된 플라즈마 반응 챔버의 다양한 변형예들을 보여주는 도면;
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 시스템으로 수평 이중 배열된 플라즈마 반응 챔버를 구비한 예를 보여주는 도면;
도 10은 수평 이중 배열된 플라즈마 반응 챔버를 병렬로 배치하여 구성한 기판 처리 시스템을 보여주는 도면;
도 11은 도 9의 플라즈마 반응 챔버의 사시도;
도 12는 도 11의 A-A 단면도 및 전원 공급 계통을 보여주는 도면;
도 13은 도 11의 플라즈마 반응 챔버의 평면도;
도 14 내지 도 21은 수평 이중 배열된 플라즈마 반응 챔버의 다양한 변형예를 보여주는 도면;
도 22 내지 도 25는 선형 트랙을 구비한 기판 처리 시스템에 수직 이중 배열된 플라즈마 반응 챔버를 구성한 예를 보여주는 도면;
도 26은 클러스터 타입의 기판 처리 시스템에 수직 이중 배열된 플라즈마 반응 챔버를 구성한 예를 보여주는 도면;
도 27 내지 도 33은 본 발명의 기판 처리 시스템에 적용 가능한 이송 로봇들을 보여주는 도면; 그리고
도 34 및 도 35는 공통의 페라이트 코어를 사용하여 두 개 이상의 플라즈마 반응 챔버를 구성하는 예를 보여주는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20: 로드 포트 22: 카세트
30: 이송 챔버 40: 이송 로봇
50: 쿨링 스테이지 100: 플라즈마 반응 챔버
110: 챔버 하우징 120, 121: 페라이트 코어
본 발명은 반도체 웨이퍼 또는 액정표시장치용 글라스 등의 기판 처리를 위한 기판 처리 시스템(substrate processing system)에 관한 것으로, 구체적으로는 다중 배열된 진공 챔버를 갖는 플라즈마 반응 챔버를 구비한 기판 처리 시스템에 관한 것이다.
어느 산업 분야에서와 같이, 반도체 집적회로장치나 액정표시장치를 제조하기 위한 반도체 산업에서도 생산성을 높이기 위해 여러 가지 노력들이 계속되고 있다. 생산성을 높이기 위해서는 기본적으로 생산 설비가 증가되거나 향상되어야 한다. 그러나 단순히 생산 설비를 증가하는 것으로는 공정 설비의 증설 비용뿐만 아니라 클린룸의 공간 설비 또한 증가하게 되어 고비용이 발생되는 문제점을 갖고 있다. 특히, 반도체 제조 공정에서는 단위 면적당 생산성이 최종 재품의 가격에 영향을 미치는 중요한 요인의 하나로 작용한다. 그럼으로 단위 면적당 생산성을 높이기 위한 방법으로 생산 설비의 구성들을 효과적으로 배치하는 기술들이 제공되고 있다.
알려진 바와 같이, 클러스터 시스템은 하나의 이송 챔버(transfer chamber)와 그 주변에 다수의 처리 챔버(process chamber)를 장착한다. 이송 챔버는 회동이 자유로운 이송 로봇(transfer robot)이 장착된다. 클러스터 시스템은 복수의 처리를 일관해서 수행함으로 생산성 향상에 효과적이다. 국내공개특허 특2001-30988호에 개시된 모듈식 기판 처리 시스템은 컨베이어 또는 트랙으로 기판 흐름 경로를 갖게 하고 그 주변에 다수의 처리 챔버 모듈을 배치 구성한다.
국내공개특허 특1998-24626호에는 설비 구성을 적층시켜 구성함으로 바닥면적을 작게 할 수 있는 기판처리시스템이 개시되어 있다. 국내공개특허 특2000-16020호에는 두 개의 처리 챔버가 수직으로 적층된 다층 기판 처리 장치가 개시되어 있다. 국내공개특허 특2003-23644호에는 적층구조의 클러스터가 개시되어 있다. 이와 같이 생산 설비를 효과적으로 배치하여 단위 면적당 생산성을 높일 수 있는 이익을 얻을 수 있다.
한편, 플라즈마 반응 챔버는 반도체 장치 또는 액정 디스플레이 장치의 제조에 중요한 생산 설비의 하나이다. 기판 처리 시스템의 프로세스 챔버로서 플라즈마 반응 챔버는 다수개가 수직, 수평 또는 클러스터 타입으로 병렬 배열된다. 여기서 각각의 플라즈마 반응 챔버들은 각자가 하나의 독립된 구성들을 갖는다. 그럼으로 플라즈마 반응 챔버에 있어서는 공간 면적의 축소나 설비 구성의 감소 효과 및 비용 절감 효과 등을 얻기 어렵다. 만약, 플라즈마 반응 챔버를 두 개 이상 수직 또는 수평으로 병렬 배열할 때 각 구성의 공통적인 부분을 공유할 수 있도록 한다면 공간 면적의 축소나 설비 구성의 감소 효과 및 비용 절감 효과 등을 얻을 수 있을 것이다.
본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 적어도 두 개의 진공 챔버를 다중 배열되도록 일체화하고 공통적인 구성을 공유하도 록 하여 적어도 두 개의 기판을 병렬로 처리할 수 있는 기판 처리 시스템을 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 기판 처리 시스템은: 기판이 적재된 카세트가 놓여지는 적어도 하나의 로드포트; 로드 포트에 연결되고 기판 이송을 위한 이송 로봇을 갖는 이송 챔버; 이송 챔버에 연결되고 두 개의 진공 챔버가 일체로 구성되어 연속된 플라즈마 방전 경로를 공유하는 적어도 하나의 플라즈마 반응 챔버; 및 이송 챔버에 연결되고 기판 냉각을 위한 쿨링 스테이지를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응 챔버는: 하나의 피처리 기판이 놓여지는 제1 서셉터가 마련된 제1 진공 챔버; 다른 하나의 피처리 기판이 놓여지는 제2 서셉터가 마련된 제2 진공 챔버; 제1 및 제2 진공 챔버를 연결하는 적어도 두 개의 중공형의 챔버 브릿지; 제1 및 제2 진공 챔버가 챔버 브릿지에 의해 상호 연결됨으로서 상기 제1 및 제2 진공 챔버와 상기 챔버 브릿지의 내부를 통하여 적어도 하나의 연속된 플라즈마 방전 경로를 형성하며; 플라즈마 방전 경로에 쇄교하도록 제1 및 제2 진공 챔버 또는 챔버 브릿지에 장착되는 복수의 페라이트 코어; 및 상기 페라이트 코어에 권선되어 플라즈마 방전 경로에 유도 기전력을 전달하는 유도 코일을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 진공 챔버는 수직으로 적층 배열되고, 제1 및 제2 진공 챔버 사이에 적어도 두 개의 중공형 챔버 브릿지가 연결된다. 또는 상기 제1 및 제2 진공 챔버는 수평으로 배열되고, 제1 및 제2 진공 챔버 사이에 적어도 두 개의 중공형 챔버 브릿지가 연결된다.
이 실시예에 있어서, 상기 쿨링 스테이지는 플라즈마 반응 챔버의 하단에 배치된다.
이 실시예에 있어서, 상기 이송 챔버는 선형 트랙이 설치되고 상기 이송 로봇은 상기 선형 트랙을 따라 이동한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 기판 처리 시스템은: 기판이 적재된 카세트가 놓여지는 적어도 하나의 로드포트; 로드 포트에 연결되고 기판 이송을 위한 제1 이송 로봇을 갖는 제1 이송 챔버; 제1 이송 챔버에 연결되고 기판 이송을 위한 제2 이송 로봇을 갖는 제2 이송 챔버; 제1 및 제2 이송 로봇 간의 기판 인계를 위하여 제1 및 제2 이송 챔버 사이에 설치되는 버퍼 스테이지; 및 제2 이송 챔버에 연결되고 두 개의 진공 챔버가 일체로 구성되어 연속된 플라즈마 방전 루프를 공유하는 적어도 하나의 플라즈마 반응 챔버를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응 챔버는: 하나의 피처리 기판이 놓여지는 제1 서셉터가 마련된 제1 진공 챔버; 다른 하나의 피처리 기판이 놓여지는 제2 서셉터가 마련된 제2 진공 챔버; 제1 및 제2 진공 챔버를 연결하는 적어도 두 개의 중공형의 챔버 브릿지; 제1 및 제2 진공 챔버가 챔버 브릿지에 의해 상호 연결됨으로서 상기 제1 및 제2 진공 챔버와 상기 챔버 브릿지의 내부를 통하여 적어도 하나의 연속된 플라즈마 방전 경로를 형성하며; 플라즈마 방전 경로에 쇄교하도 록 제1 및 제2 진공 챔버 또는 챔버 브릿지에 장착되는 복수의 페라이트 코어; 및 상기 페라이트 코어에 권선되어 플라즈마 방전 경로에 유도 기전력을 전달하는 유도 코일을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 진공 챔버는 수직으로 적층 배열되고, 제1 및 제2 진공 챔버 사이에 적어도 두 개의 중공형 챔버 브릿지가 연결된다. 또는 상기 제1 및 제2 진공 챔버는 수평으로 배열되고, 제1 및 제2 진공 챔버 사이에 적어도 두 개의 중공형 챔버 브릿지가 연결된다.
이 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 이송 챔버는 각기 선형 트랙이 설치되고 상기 제1 및 제2 이송 로봇은 상기 선형 트랙을 따라 이동한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제2 이송 챔버는 병렬로 배열된 다중 선형 트랙이 서치되고, 각 선형 트랙에 제2 이송 로봇이 장착되는 이동한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제2 이송 챔버는 클러스터 챔버이다.
(실시예)
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
I. 수직 이중 배열된 진공 챔버 구조의 플라즈마 반응 챔버를 갖는 기판 처 리 시스템
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 시스템으로 수직 이중 배열된 플라즈마 반응 챔버를 구비한 예를 보여주는 도면이고, 도 2는 수직 이중 배열된 플라즈마 반응 챔버를 병렬로 배치하여 구성한 기판 처리 시스템을 보여주는 도면이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 기판 처리 시스템은 기판이 적재된 카세트(22)가 놓여지는 적어도 하나의 로드포트(20), 로드 포트(20)에 연결되고 기판 이송을 위한 이송 로봇(40, 42)을 갖는 이송 챔버(30), 이송 챔버(30)에 연결되고 두 개의 진공 챔버가 일체로 구성되어 연속된 플라즈마 방전 경로를 공유하는 적어도 하나의 플라즈마 반응 챔버(100) 그리고 이송 챔버(30)에 연결되고 기판 냉각을 위한 쿨링 스테이지(50, 50a)를 포함한다. 도 1에는 플라즈마 반응 챔버(100)를 하나 구성한 예를 보여주고 있으며, 도 2에는 플라즈마 반응 챔버(100)를 병렬로 구성한 예를 보여준다. 그리고 각기 적합하도록 2단의 쿨링 스테이지(50) 또는 4단의 쿨링 스테이지(50a)를 구성한다.
여기서, 플라즈마 반응 챔버(100)는 일체화된 두 개의 진공 챔버가 상하로 수직 병렬로 구성된다. 구체적인 설명을 첨부도면 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
도 3은 도 1의 플라즈마 반응 챔버의 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A 단면도 및 전원 공급 계통을 보여주는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 플라즈마 반응 챔버(100)는 크게 수직 이중 배열된 제1 및 제2 진공 챔버(111, 112)와 제1 및 제2 챔버 브릿지(113, 114)로 구성된다. 제1 및 제2 진공 챔버(111, 112)는 중공의 평형한 사각 박스 형상을 갖고 내부 저면에 하나의 피 처리 기판(141, 143)이 놓여지는 제1 및 제2 서셉터(140, 142)가 각각 마련되어 있다. 제1 및 제2 챔버 브릿지(113, 114)는 중공형으로 제1 및 제2 진공 챔버(111, 112)를 상하로 연결하도록 사이에 마주 대하여 구성된다. 제1 및 제2 진공 챔버(111, 112)와 제1 및 제2 챔버 브릿지(113, 114)는 일체로 형성되어 플라즈마 반응 챔버(100)의 하우징(110)을 형성한다.
하우징(110)의 중심부는 제1 및 제2 진공 챔버(11, 112)와 제1 및 제2 챔버 브릿지(113, 114)에 의해 관통 영역(115)이 형성되며, 또한 제1 및 제2 진공 챔버(111, 112)와 제1 및 제2 챔버 브릿지(113, 114)의 내부를 통하여 연속된 플라즈마 방전 경로(123)가 형성된다.
플라즈마 반응 챔버(100)는 하우징(110)의 외부에서 플라즈마 방전 경로(123)에 쇄교하도록 복수개의 페라이트 코어(120, 121)가 장착된다. 예를 들어, 관통 영역(115)을 공통으로 하여 제1 및 제2 진공 챔버(120, 121)를 감싸도록 페라이트 코어(120, 121)가 장착된다. 페라이트 코어(120, 121)에는 플라즈마 방전 경로(123)가 형성된 하우징(110)의 내부로 유도 기전력을 전달하는 유도 코일(122)이 권선된다. 유도 코일(122)은 페라이트 코어(120, 121)에 공통으로 권선되거나, 각각 권선될 수 있으며 각기 권설될 때 각 권선은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 그리고 플라즈마 방전을 일으키기 위해 하나 이상의 점화 전극(124, 125)이 설치된다.
하우징(110)의 일 측면으로, 즉 제1 및 제2 진공 챔버(111, 112)의 일 측면에는, 피 처리 기판(141, 143)의 입출력을 위해 각기 슬릿 밸브(slit valve)(116, 117)가 상하 병렬로 구성된다.
가스 공급원(미도시)로부터 공급되는 반응 가스는 하우징(110)의 일 측에 설치된 가스 입구(118)를 통하여 입력되며, 다른 일 측에 설치된 가스 출구(119)를 통하여 배출된다. 가스 출구(119)는 배기 시스템(미도시)과 연결된다. 가스 입구(118)와 가스 출구(119)는 가스의 확산과 분포를 고려하여 하우징(100)의 임의의 위치에 하나 이상 적절하게 설치할 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 챔버 브릿지(113, 114)에 각기 하나의 가스 입구(118)와 가스 출구(119)가 설치되어 제1 및 제2 진공 챔버(111, 112)에 공통적으로 사용될 수 있다.
이와 같은 플라즈마 반응 챔버의 전원 공급 계통은 다음과 같이 구성될 수 있다. 도 4를 참조하여, 유도 코일(112)은 제1 임피던스 정합기(130)를 통하여 RF 전력을 공급하는 제1 전원 공급원(131)에 전기적으로 연결된다. 제1 및 제2 서셉터(140, 142)는 제1 및 제2 임피던스 정합기(132, 134)를 통하여 바이어스 전력을 공급하는 제1 및 제2 전원 공급원(133, 135)에 전기적으로 연결된다. 제1 전원 공급원(131)으로부터 RF 전원이 유도 코일(122)로 인가되면, 페라이트 코어(120, 121)에 자기장이 유도되어 플라즈마 방전 경로(123)를 따라 전기장이 유도됨으로서 방전 가스로 유도 기전력이 전달되어 연속된 플라즈마 루프가 발생된다.
피 처리 기판(141, 143)은 반도체 회로를 제조하기 위한 웨이퍼 기판이거나 액정 디스플레이를 제조하기 위한 유리 기판이다. 여기서 플라즈마 처리는 반도체 회로를 제조하기 위한 웨이퍼 기판이 처리나 액정 디스플레이를 제조하기 위한 유리 기판의 처리로서 예를 들어 에칭(etching) 처리나 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition)처리 등이다.
이상과 같은 플라즈마 반응 챔버는 챔버 브릿지의 위치와 페라이트 코어의 결합 구조를 변형하여 다양하게 실시할 수 있다. 도 5 내지 도 8은 수직 이중 배열된 플라즈마 반응 챔버의 다양한 변형예들을 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하여, 일 변형예에 따른 플라즈마 반응 챔버(200)는 상하 수직으로 배열된 제1 및 제2 진공 챔버(211, 212)의 사이에 제1 및 제2 챔버 브릿지(213, 214)가 연결된다. 제1 및 제2 진공 챔버(211, 212)의 일 측면으로 슬릿 밸브(216, 217)가 설치된다. 이 변형예에서 제1 및 제2 챔버 브릿지(213, 214)는 슬릿 밸브(216, 217)가 설치되지 않은 측면에 위치한다. 이와 같이 제1 및 제2 진공 챔버(211, 212)와 제1 및 제2 챔버 브릿지(213, 214)는 일체로 형성되어 플라즈마 반응 챔버(200)의 하우징(210)을 형성한다.
관통 영역(215)을 공통으로 하여 제1 및 제2 챔버 브릿지(213, 214)에 각기 페라이트 코어(220, 221)가 장착되며, 페라이트 코어(220, 221)에는 유도 코일(222)이 권선된다. 미도시 되었으나, 제1 및 제2 진공 챔버(211, 212)의 내부 저면에는 피 처리 기판이 놓여지는 서셉터가 각각 마련된다. 제1 및 제2 진공 챔버(211, 212)의 상부에는 각각 가스 입구(218a)가 설치되며, 슬릿 밸브(216, 217)가 설치된 반대편으로 가스 출구(미도시)가 각각 설치된다. 여기서 전원 공급 계 통은 도 4에서 설명한 구성과 동일하다.
이 변형예는 챔버 브릿지(213, 214)에 페라이트 코어(220, 221)가 결합된 구조를 갖고, 슬릿 밸브(216, 217)는 챔버 브릿지(213, 214)가 연결되지 않은 위치에 구성하였다. 그러나 첨부도면 도 6에 도시된 바와 같이, 플라즈마 반응 챔버(200a)는 슬릿 밸브(216a, 217a)를 챔버 브릿지(213, 214)가 위치한 곳에 구성할 수 있다.
도 7을 참조하여, 또 다른 변형예로 플라즈마 반응 챔버(300)는 수직으로 배열된 제1 및 제2 진공 챔버(311, 312)의 사이에 네 개의 챔버 브릿지(313-1, 313-2, 314-1, 314-2)가 각 모서리에 위치하고 각기 페라이트 코어(320-1, 320-2, 321-1, 321-2)가 결합 장착된다. 제1 및 제2 진공 챔버(311, 312)와 네 개의 챔버 브릿지(313-1, 313-2, 314-1, 314-2)는 일체로 형성되어 플라즈마 반응 챔버(300)의 하우징(310)을 형성한다.
페라이트 코어(320-1, 320-2, 321-1, 321-2)에는 공통으로 또는 각기 직렬/병렬로 유도 코일(322)이 권선된다. 제1 및 제2 진공 챔버(311, 312)는 각기 상부와 일 측면으로 가스 입구/출구(318a, 미도시)가 설치되고, 각기 피 처리 기판이 놓여지는 서셉터(미도시)가 내부에 구성된다. 그리고 플라즈마 방전을 일으키기 위해 하나 이상의 점화 전극(324, 325)이 설치된다. 이와 같은 플라즈마 반응 챔버(300)의 전원 공급 계통은 상술한 다른 실시예들과 동일하다.
도 8을 참조하여, 다른 변형예로 플라즈마 반응 챔버(400)는 수직으로 배열된 제1 및 제2 진공 챔버(411, 412)의 사이에 네 개의 챔버 브릿지(413-1, 미도시, 414-1, 미도시)가 각 면의 중심부에 위치하고 각기 페라이트 코어(420-1, 420-2, 421-1, 421-2)가 결합 장착된다. 제1 및 제2 진공 챔버(411, 412)와 네 개의 챔버 브릿지(413-1, 미도시, 414-1, 미도시)는 일체로 형성되어 플라즈마 반응 챔버(400)의 하우징(410)을 형성한다.
페라이트 코어(420-1, 미도시, 421-1, 미도시)에는 공통으로 또는 각기 직렬/병렬로 유도 코일(미도시)이 권선된다. 제1 및 제2 진공 챔버(411, 412)는 각기 상부와 일 측면으로 가스 입구/출구(418, 미도시)가 설치되고, 각기 피 처리 기판이 놓여지는 서셉터(미도시)가 내부에 구성된다. 그리고 플라즈마 방전을 일으키기 위해 하나 이상의 점화 전극(425)이 설치된다. 이와 같은 플라즈마 반응 챔버(400)의 전원 공급 계통은 상술한 다른 실시예들과 동일하다.
상술한 바와 같이, 수직으로 이중 배열된 진공 챔버를 갖는 플라즈마 반응 챔버들 적어도 하나 이상 이송 챔버에 연결하여 구성함으로서 다수의 공정을 병렬로 진행할 수 있다. 그리고 후술 되는 바와 같이, 이송 챔버에 구성되는 이송 로봇들은 각기 그 구조에 적합한 관절과 좌우 회동 구조와 상하 이동 구조를 갖는다.
II. 수평 이중 배열된 진공 챔버 구조의 플라즈마 반응 챔버를 갖는 기판 처리 시스템
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 시스템으로 수평 이중 배열된 플라즈마 반응 챔버를 구비한 예를 보여주는 도면이고, 도 10은 수평 이중 배열 된 플라즈마 반응 챔버를 병렬로 배치하여 구성한 기판 처리 시스템을 보여주는 도면이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판처리 시스템은 수평으로 이중 배열된 진공 챔버를 갖는 플라즈마 반응 챔버(500)를 구비한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 이송 챔버(30)의 일단에 플라즈마 반응 챔버(500)를 연결하거나, 도 10에 도시된 바와 같이, 선형 트랙(82)과 이에 탑재되는 이송 로봇(70)을 구비한 이송 챔버(80)의 좌우 측면에 각각 플라즈마 반응 챔버(500)을 병렬로 연결할 수 있다. 이때, 플라즈마 반응 챔버(500)의 각 하부에 병렬로 쿨링 스테이지(57)를 배치할 수 있다.
여기서, 플라즈마 반응 챔버(500)는 일체화된 두 개의 진공 챔버가 좌우로 수평 병렬로 구성된다. 구체적인 설명을 첨부도면 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명한다.
도 11은 도 9의 플라즈마 반응 챔버의 사시도이고, 도 12는 도 11의 A-A 단면도 및 전원 공급 계통을 보여주는 도면 그리고 도 13은 도 11의 플라즈마 반응 챔버의 평면도이다.
도면을 참조하여, 플라즈마 반응 챔버(500)는 크게 수평 이중 배열된 제1 및 제2 진공 챔버(511, 512)와 제1 및 제2 챔버 브릿지(513, 514)로 구성된다. 제1 및 제2 진공 챔버(511, 512)는 중공의 평형한 사각 박스 형상을 갖고 내부 저면에 하나의 피 처리 기판(541, 543)이 놓여지는 제1 및 제2 서셉터(540, 542)가 각각 마련되어 있다. 제1 및 제2 챔버 브릿지(513, 514)는 중공형으로 제1 및 제2 진공 챔버(511, 512)를 좌우로 연결하도록 사이에 마주 대하여 구성된다. 제1 및 제2 진공 챔버(511, 512)와 제1 및 제2 챔버 브릿지(513, 514)는 일체로 형성되어 플라즈마 반응 챔버(500)의 하우징(510)을 형성한다.
하우징(510)의 중심부는 제1 및 제2 진공 챔버(511, 512)와 제1 및 제2 챔버 브릿지(513, 514)에 의해 관통 영역(515)이 형성되며, 또한 제1 및 제2 진공 챔버(511, 512)와 제1 및 제2 챔버 브릿지(513, 514)의 내부를 통하여 연속된 플라즈마 방전 경로(523)가 형성된다.
플라즈마 반응 챔버(500)는 하우징(510)의 외부에서 플라즈마 방전 경로(523)에 쇄교하도록 복수개의 페라이트 코어(520, 521)가 장착된다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 관통 영역(115)을 공통으로 하여 제1 및 제2 진공 챔버(520, 521)를 감싸도록 페라이트 코어(520, 521)가 장착된다. 페라이트 코어(520, 521)에는 플라즈마 방전 경로(523)가 형성된 하우징(510)의 내부로 유도 기전력을 전달하는 유도 코일(522)이 권선된다. 유도 코일(522)은 페라이트 코어(520, 521)에 공통으로 권선되거나, 각각 권선될 수 있으며 각기 권설될 때 각 권선은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 그리고 플라즈마 방전을 일으키기 위해 하나 이상의 점화 전극(524, 525)이 설치된다.
하우징(510)의 일 측면으로, 즉 제1 및 제2 진공 챔버(511, 512)의 일 측면에는, 도 12에 도시된 바와 같이, 피 처리 기판(141, 143)의 입출력을 위해 각기 슬릿 밸브(slit valve)(516, 517)가 좌우 병렬로 구성된다. 또는 도면에는 미도시 되었으나, 양 측면으로 각기 두 개의 슬릿 밸브가 전후로 구성되어 피 처리 기판의 입출력이 별도로 이루어지도록 할 수 있다.
가스 공급원(미도시)로부터 공급되는 반응 가스는 하우징(510)의 일 측에 설치된 가스 입구(518)를 통하여 입력되며, 다른 일 측에 설치된 가스 출구(519)를 통하여 배출된다. 가스 출구(519)는 배기 시스템(미도시)과 연결된다. 가스 입구(518)와 가스 출구(519)는 가스의 확산과 분포를 고려하여 하우징(500)의 임의의 위치에 하나 이상 적절하게 설치할 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 챔버 브릿지(513, 514)에 각기 하나의 가스 입구(518)와 가스 출구(519)가 설치되어 제1 및 제2 진공 챔버(511, 512)에 공통적으로 사용될 수 있다.
이와 같은 플라즈마 반응 챔버의 전원 공급 계통은 다음과 같이 구성될 수 있다. 도 12를 참조하여, 유도 코일(512)은 제1 임피던스 정합기(530)를 통하여 RF 전력을 공급하는 제1 전원 공급원(531)에 전기적으로 연결된다. 제1 및 제2 서셉터(540, 542)는 제1 및 제2 임피던스 정합기(532, 534)를 통하여 바이어스 전력을 공급하는 제1 및 제2 전원 공급원(533, 535)에 전기적으로 연결된다. 제1 전원 공급원(531)으로부터 RF 전원이 유도 코일(522)로 인가되면, 페라이트 코어(520, 521)에 자기장이 유도되어 플라즈마 방전 경로(523)를 따라 전기장이 유도됨으로서 방전 가스로 유도 기전력이 전달되어 연속된 플라즈마 루프가 발생된다.
이상과 같은 플라즈마 반응 챔버는 챔버 브릿지의 위치와 페라이트 코어의 결합 구조를 변형하여 다양하게 실시할 수 있다. 도 14 내지 도 21은 플라즈마 반응 챔버의 다양한 변형예를 보여주는 도면이다.
도 14를 참조하여, 일 변형예에 따른 플라즈마 반응 챔버(600)는 좌우 수평 으로 배열된 제1 및 제2 진공 챔버(611, 612)의 사이에 제1 및 제2 챔버 브릿지(613, 614)가 연결된다. 제1 및 제2 진공 챔버(611, 612)의 이웃하지 않은 면에 슬릿 밸브(616, 617)가 설치된다. 이와 같이 제1 및 제2 진공 챔버(611, 612)와 제1 및 제2 챔버 브릿지(613, 614)는 일체로 형성되어 플라즈마 반응 챔버(600)의 하우징(610)을 형성한다.
관통 영역(615)을 공통으로 하여 제1 및 제2 챔버 브릿지(613, 614)에 각기 페라이트 코어(620, 621)가 장착되며, 페라이트 코어(620, 621)에는 유도 코일(622)이 권선된다. 제1 및 제2 진공 챔버(611, 612)의 내부 저면에는 피 처리 기판(641, 643)이 놓여지는 제1 및 제2 서셉터(640, 642)가 마련된다.
제1 및 제2 진공 챔버(611, 612)의 상부에는 각각 가스 입구(618a, 618b)가 설치되며, 슬릿 밸브(616, 617)가 설치된 반대편인 관통 영역(615)으로 가스 출구(619)가 공통으로 설치된다. 유도 코일(622)은 제1 임피던스 정합기(630)를 통해 RF 전력을 공급하는 제1 전원 공급원(631)에 연결된다. 제1 및 제2 서셉터(640, 641)는 각기 제2 및 제3 임피던스 정합기(632, 634)를 통하여 바이어스 전력을 공급하는 제2 및 제3 전원(633, 635)에 전기적으로 연결된다. 그리고 플라즈마 방전을 일으키기 위해 하나 이상의 점화 전극(624, 625)이 설치된다.
이 변형예는 챔버 브릿지(613, 614)에 페라이트 코어(620, 621)가 결합된 구조를 갖고, 슬릿 밸브(616, 617)는 챔버 브릿지(613, 614)가 연결되지 않은 위치에 구성하였다. 그러나 첨부도면 도 15에 도시된 바와 같이, 플라즈마 반응 챔버(600a)는 슬릿 밸브(616a, 617a)를 챔버 브릿지(213, 214)에 접하는 어느 일면 에 위치하도록 할 수 있다.
도 16은 좌우 배열된 진공 챔버에 상하로 챔버 브릿지를 구성한 변형예의 사시도 및 단면도이다. 도면을 참조하여, 또 다른 변형예에 따른 플라즈마 반응 챔버(700)는 좌우로 배열된 제1 및 제2 진공 챔버(711, 712)와 그 사이에 제1 및 제2 챔버 브릿지(713, 714)가 상하로 이중 배열된다. 제1 및 제2 챔버 브릿지(713, 714)에는 각기 페라이트 코어(720, 721)가 결합되며 유도 코일(미도시)이 공통으로 또는 각기 직렬/병렬로 권선된다.
제1 및 제2 진공 챔버(711, 712)의 같은 방향의 일면으로 슬릿 밸브(716, 717)가 설치되고, 내부 저면에는 피 처리 기판(미도시)이 놓여지는 서셉터(미도시)가 구성된다. 제1 및 제2 진공 챔버(711, 712)의 상부에는 각기 가스 입구(718a, 718b)설치되고, 후면으로 가스 출구(미도시)가 설치된다. 플라즈마 방전을 일으키기 위해 하나 이상의 점화 전극(724, 725)이 설치된다. 이와 같은 플라즈마 반응 챔버(700)의 전원 공급 계통은 상술한 다른 실시예들과 동일하다.
도 17을 참조하여, 이 변형예의 플라즈마 반응 챔버(800)는 좌우로 배열된 제1 및 제2 진공 챔버(811, 812)와 그 사이에 네 개의 챔버 브릿지(813-1, 미도시, 814-1, 814-2)가 네 모퉁이에 위치하여 연결된다. 이와 같이 제1 및 제2 진공 챔버(811, 812)와 네 개의 챔버 브릿지(813-1, 미도시, 814-1, 814-2)가 일체로 형성되어 플라즈마 반응 챔버(800)의 하우징(810)을 형성한다. 네 개의 챔버 브릿지(813-1, 미도시, 814-1, 814-2)에는 각기 페라이트 코어(820-1, 820-2, 821-1, 미도시)가 결합되며 유도 코일(미도시)이 공통으로 또는 각기 직렬/병렬로 권선 된다.
제1 및 제2 진공 챔버(811, 812)의 전면으로 각기 슬릿 밸브(816, 817)가 설치되고, 상부와 후면에는 각기 가스 입구/출구(818a, 818b, 미도시)가 설치된다. 그리고 제1 및 제2 진공 챔버(811, 812)의 내부 저면에는 피 처리 기판이 놓여지는 서셉터(미도시)가 각각 설치된다. 플라즈마 방전을 일으키기 위해 하나 이상의 점화 전극(824, 825)이 설치된다. 그리고 전원 공급 계통은 상술한 실시예들과 동일하다. 이 변형예의 플라즈마 반응 챔버(800)는 적어도 2개의 연속된 플라즈마 방전 루프가 형성된다.
도 18 및 도 19를 참조하여, 또 다른 변형예의 플라즈마 반응 챔버(900)는 좌우로 배열된 제1 및 제2 진공 챔버(911, 912)와 그 사이에 세 개의 챔버 브릿지(913-1, 913-2, 913-3)가 연결된다. 이와 같이 제1 및 제2 진공 챔버(911, 912)와 세 개의 챔버 브릿지(913-1, 913-2, 913-3)가 일체로 형성되어 플라즈마 반응 챔버(900)의 하우징(910)을 형성한다. 세 개의 챔버 브릿지(913-1, 913-2, 913-3)에는 각기 페라이트 코어(920, 921, 923)가 공통된 관통 영역(919-1, 919-2)을 통해 결합되며 유도 코일(922)이 공통으로 또는 각기 직렬/병렬로 권선된다.
제1 및 제2 진공 챔버(911, 912)의 전면으로 각기 슬릿 밸브(916, 917)가 설치되고, 상부와 후면에는 각기 가스 입구/출구(918a, 918b, 919a, 919b)가 설치된다. 제1 및 제2 진공 챔버(911, 912)의 내부 저면에는 피 처리 기판(941, 943)이 놓여지는 제1 및 제2 서셉터(940, 942)가 각각 설치된다. 플라즈마 방전을 일으키기 위해 하나 이상의 점화 전극(924, 925)이 설치된다. 그리고 전원 공급 계통은 상술한 실시예들과 동일하다. 이 변형예의 플라즈마 반응 챔버(800)는 적어도 2개의 연속된 플라즈마 방전 루프(924)가 형성된다.
도 20 및 도 21을 참조하여, 다른 변형예의 플라즈마 반응 챔버(900a)는 좌우로 배열된 제1 및 제2 진공 챔버(911, 912)와 그 사이에 전후/상하로 네 개의 챔버 브릿지(913-1, 913-2, 913-3a, 913b)가 연결된다. 이와 같이 제1 및 제2 진공 챔버(911, 912)와 네 개의 챔버 브릿지(913-1, 913-2, 913-3a, 913-3b)가 일체로 형성되어 플라즈마 반응 챔버(900a)의 하우징(910a)을 형성한다. 네 개의 챔버 브릿지(913-1, 913-2, 913-3a, 913b)에는 각기 페라이트 코어(920, 921, 923a, 923b)가 공통된 관통 영역(919-1, 919-2, 919-3)을 통해 결합되며 유도 코일(922)이 공통으로 또는 각기 직렬/병렬로 권선된다.
제1 및 제2 진공 챔버(911, 912)의 전면으로 각기 슬릿 밸브(916, 917)가 설치되고, 상부와 후면에는 각기 가스 입구/출구(918a, 918b, 919a, 919b)가 설치된다. 도면에는 미도시 되었으나 제1 및 제2 진공 챔버(911, 912)의 내부 저면에는 피 처리 기판이 놓여지는 제1 및 제2 서셉터가 각각 설치된다. 플라즈마 방전을 일으키기 위해 하나 이상의 점화 전극(924, 925)이 설치된다. 그리고 전원 공급 계통은 상술한 실시예들과 동일하다. 이 변형예의 플라즈마 반응 챔버(900a)는 적어도 2개의 연속된 플라즈마 방전 루프가 형성된다.
상술한 바와 같이, 수평으로 이중 배열된 진공 챔버를 갖는 플라즈마 반응 챔버들 적어도 하나 이상 이송 챔버에 연결하여 구성함으로서 다수의 공정을 병렬로 진행할 수 있다. 그리고 후술 되는 바와 같이, 이송 챔버에 구성되는 이송 로 봇들은 각기 그 구조에 적합한 관절과 좌우 회동 구조와 상하 이동 구조를 갖는다.
III. 다양한 형태의 기판 처리 시스템과 이송 로봇의 응용
도 22 내지 도 25는 선형 트랙을 구비한 기판 처리 시스템에 수직 이중 배열된 플라즈마 반응 챔버를 구성한 예를 보여주는 도면이고, 도 26은 클러스터 타입의 기판 처리 시스템에 수직 이중 배열된 플라즈마 반응 챔버를 구성한 예를 보여주는 도면이다. 그리고 도 27 내지 도 33은 본 발명의 기판 처리 시스템에 적용 가능한 이송 로봇들을 보여주는 도면이다.
도 22 내지 도 24에을 참조하여, 본 발명의 기판 처리 시스템은 분리된 제1 및 제2 이송 챔버(32, 34)를 구비하고 그 중간에 버퍼 스테이지(52)를 구비할 수 있다. 제1 및 제2 이송 챔버(32, 34)는 각각 선형 트랙(33, 35, 36a, 36b)을 구비하고 적합한 이송 로봇들(44, 46, 47a, 47b)이 탑재된다. 도 25에 도시된 바와 같이, T 타입의 이송 챔버(37)를 구비하고 그 주변에 버퍼 스테이지(54)와 플라즈마 반응 챔버(100)를 구비할 수 있다. 도 26을 참조하여, 이송 로봇(49)이 탭재된 클러스터 타입의 이송 챔버(39) 주변에 다수개의 플라즈마 반응 챔버(100)를 연결하여 구성할 수도 있다.
이와 같이 구성되는 기판 처리 시스템은 첨부도면 도 27 내지 도 33에 도시된 바와 같이, 이송 챔버에 구성되는 이송 로봇들을 각기 그 구조에 적합한 관절과 좌우 회동 구조와 상하 이동 구조를 갖는 이송 로봇을 채용한다.
이상과 같은 수직 또는 수평으로 이중 배열된 진공 챔버 구조를 갖는 플라즈마 반응 챔버는 도 34 및 도 35에 도시된 바와 같이 확장 될 수 있다.
도 34를 참조하여, 수직으로 이중 배열된 진공 챔버를 갖는 플라즈마 반응 챔버(1000, 1100)는 관통 영역(1110)이 공통되도록 수평으로 병렬로 배열하고 이 곳에 공통으로 페라이트 코어(1200, 1210)를 장착할 수 있다. 이와 같이 하여 복수개의 진공 챔버에 설치된 각 슬릿 밸브(1020, 1030, 1120, 1130)가 상하 좌우로 병렬 배열되도록 할 수 있다.
또한 도 35에 도시된바와 같이, 수평으로 이중 배열된 진공 챔버를 갖는 플라즈마 반응 챔버(2000, 2100)의 경우에도 관통된 영역(2110)이 공통되도록 수직으로 병렬 배열하고 이곳에 공통으로 페라이트 코어(2200, 2210)를 장착할 수 있다. 이와 같이 하여 복수개의 진공 챔버에 설치된 각 슬릿 밸브(2020, 2030, 2120, 2130)가 상하 좌우로 병렬 배열되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 기판 처리 시스템은 적어도 두 개의 진공 챔 버를 다중으로 배열하여 일체로 구성하여 적어도 두 개의 기판을 동시에 병렬로 처리할 수 있어 단위 면적당 생산성을 높일 수 있다. 또한 적어도 두 개의 진공 챔버가 각종 유틸리티 라인을 공유하도록 구성할 수 있어서 상대적으로 저비용 고효율의 생산 설비 구축이 가능하다.

Claims (13)

  1. 기판이 적재된 카세트가 놓여지는 적어도 하나의 로드포트;
    로드 포트에 연결되고 기판 이송을 위한 이송 로봇을 갖는 이송 챔버;
    이송 챔버에 연결되고 두 개의 진공 챔버가 일체로 구성되어 연속된 플라즈마 방전 경로를 공유하는 적어도 하나의 플라즈마 반응 챔버; 및
    이송 챔버에 연결되고 기판 냉각을 위한 쿨링 스테이지를 포함하고,
    상기 플라즈마 반응 챔버는:
    하나의 피처리 기판이 놓여지는 제1 서셉터가 마련된 제1 진공 챔버;
    다른 하나의 피처리 기판이 놓여지는 제2 서셉터가 마련된 제2 진공 챔버;
    제1 및 제2 진공 챔버를 연결하는 적어도 두 개의 중공형의 챔버 브릿지;
    제1 및 제2 진공 챔버가 챔버 브릿지에 의해 상호 연결됨으로서 상기 제1 및 제2 진공 챔버와 상기 챔버 브릿지의 내부를 통하여 적어도 하나의 연속된 플라즈마 방전 경로를 형성하며;
    플라즈마 방전 경로에 쇄교하도록 제1 및 제2 진공 챔버 또는 챔버 브릿지에 장착되는 복수의 페라이트 코어; 및
    상기 페라이트 코어에 권선되어 플라즈마 방전 경로에 유도 기전력을 전달하는 유도 코일을 포함하는 기판 처리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 진공 챔버는 수직으로 적층 배열되고, 제1 및 제2 진공 챔버 사이에 적어도 두 개의 중공형 챔버 브릿지가 연결된 기판 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 진공 챔버는 수평으로 배열되고, 제1 및 제2 진공 챔버 사이에 적어도 두 개의 중공형 챔버 브릿지가 연결된 기판 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 쿨링 스테이지는 플라즈마 반응 챔버의 하단에 배치되는 기판 처리 시스템.
  6. 삭제
  7. 기판이 적재된 카세트가 놓여지는 적어도 하나의 로드포트;
    로드 포트에 연결되고 기판 이송을 위한 제1 이송 로봇을 갖는 제1 이송 챔버;
    제1 이송 챔버에 연결되고 기판 이송을 위한 제2 이송 로봇을 갖는 제2 이송 챔버;
    제1 및 제2 이송 로봇 간의 기판 인계를 위하여 제1 및 제2 이송 챔버 사이에 설치되는 버퍼 스테이지; 및
    제2 이송 챔버에 연결되고 두 개의 진공 챔버가 일체로 구성되어 연속된 플라즈마 방전 루프를 공유하는 적어도 하나의 플라즈마 반응 챔버를 포함하고,
    상기 플라즈마 반응 챔버는:
    하나의 피처리 기판이 놓여지는 제1 서셉터가 마련된 제1 진공 챔버;
    다른 하나의 피처리 기판이 놓여지는 제2 서셉터가 마련된 제2 진공 챔버;
    제1 및 제2 진공 챔버를 연결하는 적어도 두 개의 중공형의 챔버 브릿지;
    제1 및 제2 진공 챔버가 챔버 브릿지에 의해 상호 연결됨으로서 상기 제1 및 제2 진공 챔버와 상기 챔버 브릿지의 내부를 통하여 적어도 하나의 연속된 플라즈마 방전 경로를 형성하며;
    플라즈마 방전 경로에 쇄교하도록 제1 및 제2 진공 챔버 또는 챔버 브릿지에 장착되는 복수의 페라이트 코어; 및
    상기 페라이트 코어에 권선되어 플라즈마 방전 경로에 유도 기전력을 전달하는 유도 코일을 포함하는 기판 처리 시스템.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 진공 챔버는 수직으로 적층 배열되고, 제1 및 제2 진공 챔버 사이에 적어도 두 개의 중공형 챔버 브릿지가 연결된 기판 처리 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 진공 챔버는 수평으로 배열되고, 제1 및 제2 진공 챔버 사이에 적어도 두 개의 중공형 챔버 브릿지가 연결된 기판 처리 시스템.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 이송 챔버는 각기 선형 트랙이 설치되고 상기 제1 및 제2 이송 로봇은 상기 선형 트랙을 따라 이동하는 기판 처리 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 이송 챔버는 병렬로 배열된 다중 선형 트랙이 서치되고, 각 선형 트랙에 제2 이송 로봇이 장착되는 이동하는 기판 처리 시스템.
  13. 제7항에 있어서, 상기 제2 이송 챔버는 클러스터 챔버인 기판 처리 시스템.
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