KR100603970B1 - 반도체 공정장비용 기판 이송시스템 - Google Patents

반도체 공정장비용 기판 이송시스템 Download PDF

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로렌 알. 야콥스
마이클 더블유. 할핀
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켄 오닐
데니스 엘. 굿윈
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Abstract

웨이퍼 이송을 용이하게 하는 시스템은 외부 서셉터 섹션(154) 내에 있는 내부 서셉터 섹션(152)으로 이루어진 서셉터 유닛(150)을 포함한다. 상기 서셉터 유닛 아래에 위치한, 수직 방향의 이동 및 회전이 가능한 지지 스파이더(120)는 내부 또는 외부 서셉터 섹션 중 하나와 맞물리는 위치로 회전할 수 있다. 로딩 및 언로딩을 위하여 내부 섹션이 맞물리면, 서셉터 스파이더는 상기 외부 섹션으로부터 상기 내부 섹션을 수직으로 들어올린다. 공정 진행을 위하여 외부 섹션이 맞물리면, 지지 스파이더는 전체 유닛을 승강시킨다. 로봇 팔 엔드 이펙터(200)는 웨이퍼(210)의 외측 가장자리의 하면에만 맞물려, 내부 섹션에 의해서만 지지될 때 상기 내부 섹션 위에 걸쳐지게 되어, 웨이퍼가 상기 로봇 팔과 상기 서셉터 사이에서 앞뒤로 이송 가능하게 한다. 다양한 종류의 엔드 이펙터가 개시되어 있다.

Description

반도체 공정장비용 기판 이송시스템 {Substrate transfer system for semiconductor processing equipment}
[관련출원]
본 출원은 1997년 11월 21일자 출원된 미국특허출원 제08/976,537호의 일부계속출원(Continuation-in-part)이다.
본 발명은 반도체 웨이퍼 공정에서 사용되는 열 반응기에 관한 것으로, 보다 자세하게는 웨이퍼 로딩 및 언로딩 시스템에 관한 것이다.
반도체 기판, 즉 웨이퍼들은 일반적으로 화학증착(CVD) 공정에 의해 처리된다. 반도체 공정의 작업에 관계하는 구성 장비에는 반응 챔버가 포함되는데, 이 챔버는 원하는 온도까지 가열되어 반응가스의 유동 제어를 용이하게 하도록 구성되어 있다. 반응가스는 열 반응에 의해 웨이퍼에 증착될 물질을 함유한다. 종래 기술에서 보통 "서셉터"로 불리는 베이스는 대개 반응 챔버에 마련되어, 화학증착 중에 웨이퍼를 지지한다. 자동화 공정이 용이하도록, 서셉터에 웨이퍼를 올려놓고, 그 다음에 공정 후에는 웨이퍼를 반응기에서 반출하기 위한 로봇 팔이 채용되었다.
서셉터는 지난 10년 동안에 상당히 발전되었다. 즉, 공정 작업시 물리적인 지지만을 할 뿐인 단순한 평평한 플랫폼에서 공정 중에 웨이퍼를 회전시키는 메커 니즘과 서셉터 표면에서 국부적인 온도차를 감지하고 이에 응답하는 발전된 시스템이 마련된 서셉터로 진전되었다. 더욱이, 공정 후에 서셉터에서 웨이퍼의 위치를 이동시키는 수단이 마련되어 로봇 팔이 웨이퍼를 반출하는 것을 도와주었다. 서셉터 디자인에서 이러한 혁신은 반도체의 품질과 균일성 개선에 상당히 기여하였다.
서셉터 표면에서 웨이퍼를 이동하여 반응기에서 반출하기 위해 로봇 팔로 이송하는 수단은 자동화 반도체 공정 시스템에서 여전히 문제점이 남아있다. 종래 기술에서 알려진, 웨이퍼 이송 작업에 대한 한가지 방식은 웨이퍼 지지 핀을 사용하는 것을 포함하는데, 웨이퍼 지지 핀은 서셉터의 구멍을 통해 수직으로 이동하여 공정 후에 웨이퍼가 서셉터에서 효과적으로 떨어지게 한다.
웨이퍼 지지 핀의 사용도 여러 가지 중요한 단점이 있다. 서셉터 구멍 안에 있는 핀은 핀과 서셉터에 의해 나타나는 열 팽창률의 차이는 물론 서셉터의 회전에 의해 마모된다. 이러한 마모는 결국, 공정 환경을 오염시켜서, 공정 처리된 반도체 웨이퍼의 품질을 손상시킬 수 있는 입자를 만들어 낸다. 구멍 내에서의 마모 외에도, 비교적 예리한 핀에서 지지되는 동안에 뜨거운 웨이퍼의 이동으로 인하여 웨이퍼 배면의 손상이 관찰되었다. 일반적인 시스템에서는 지지 핀 사이의 웨이퍼 중앙 섹션 아래로 펼쳐지는 로봇 팔 위의 비교적 큰 패들(paddle)을 이용한다. 그러한 패들이 웨이퍼보다 더 차기 때문에 또한 뜨거운 웨이퍼에 악영향을 미칠 수 있다. 그러한 웨이퍼 손상을 막기 위해 필요한 웨이퍼 냉각 기간이 더 길어져서 반응기의 처리 능력을 줄이는 경향이 있다.
웨이퍼 지지 핀의 사용과 관련한 또 다른 문제는 핀과 서셉터 구멍 사이에 반드시 존재하는 구멍을 통해서 공정가스가 스며드는 것이다. 그 결과 공정가스가 웨이퍼의 배면에 증착될 수도 있다. 더욱이, 서셉터에 있는 구멍으로 인해서 서셉터 및 그 위에서 지지되는 웨이퍼 모두에서 온도의 불균일이 발생하게 된다.
이러한 핀 구조의 웨이퍼 이송 작업을 개선하기 위한 방법이 펄로브(Perlov)의 미국특허 제5,421,893호에 개시되어 있다. 이 발명에서는, 웨이퍼 이송 메커니즘이 서셉터에 매달려 있는 웨이퍼 지지 핀을 채용한다. 이전의 핀들과 달리, 수직 및 회전 구동 메커니즘 모두와 연결된, 자유로이 매달린 핀을 사용하여 회전 중에 서셉터의 구멍에 있는 핀의 마모를 줄이려는 의도이다. 더욱이, 펄로브 특허에 개시된 지지 핀에는 서셉터 상면에 있는 대응 함몰부에 맞는 대형의 절두형 원뿔 헤드가 있어서, 이 헤드는 평평한 지지 표면을 제공하며 공정가스가 웨이퍼 배면으로 스며드는 것을 줄이기 위한 밀봉 수단을 제공한다.
회전 마모 및 배면 증착을 줄여주는 개선에도 불구하고, 펄로브의 발명은 복수의 구멍이 있는 서셉터를 여전히 채용하여, 종래 기술과 같이 온도 불균일을 초래할 가능성이 있다. 이 외에도, 지지 핀이 서셉터 구멍 안에서 수직으로 슬라이드될 때의 마모에 의해 오염 입자가 생성될 가능성이 여전히 있다. 마지막으로 지지 핀 상에서 뜨거운 웨이퍼가 수축함으로써 배면에 스크래치를 초래할 수 있다. 그러므로 공정 처리된 웨이퍼를 서셉터에서 분리하는 수단으로 지지 핀을 사용할 때 내재해 있는 가장 중요한 문제 중 몇 가지를 해결하지 못한다.
웨이퍼 이송에 대한 또 다른 방식이 굿윈 등(Goodwi, et al.)의 미국특허 제5,080,549호에 개시되어 있다. 이 발명은 웨이퍼의 무접촉 픽업을 효과적으로 하기 위해 베르누이 원리(Bernoulli Principle)를 활용하는 웨이퍼 핸들링 시스템에 관한 것이다. 특히, 픽업 원드의 바닥판에 복수의 가스 유출구를 포함하도록 로봇 팔이 개조되었다. 가스 유출구는 웨이퍼 상면에 걸쳐 가스가 외측으로 유동하도록 원드의 중앙부에서 외측으로 방사한다. 가스 유동으로 웨이퍼의 상면과 픽업 원드의 바닥면 사이에 비교적 낮은 압력의 영역이 만들어져, 물리적 접촉 없이 웨이퍼를 픽업할 수 있게 된다. "베르누이형" 원드가 핀 구조의 웨이퍼 이송 메커니즘과 관련된 중요한 단점 모두를 해결하고 또 다른 장점이 있긴 하지만, 이것은 다른 문제를 드러낸다. 적절한 가스 유동을 제공하기 위해 로봇 팔과 픽업 원드 어셈블리가 너무 두꺼워 표준 웨이퍼 공급 카세트에 있는 미처리 웨이퍼들 사이로 들어갈 수 없다. "더러운" 반응기에서 부적합하게 작동하는 경우에는 원드에서의 가스 유동이 웨이퍼 표면에 정착하고 있는 입자의 교란을 초래할 수 있다. 기존 시스템의 문제를 피하고 뜨거운 웨이퍼가 웨이퍼 상에 불리한 온도 영향없이 밑에서부터 픽업되어 높은 처리 능력을 확보할 수 있도록, 서셉터 겸 엔드 이펙터(end effector) 시스템을 마련하는 것이 바람직하다.
그러므로 웨이퍼 지지 핀을 사용하지 않고서 서셉터에서 언로딩하는 것은 물론 표준 카세트로부터 웨이퍼의 로딩을 용이하게 해주어, 반응기 내에서의 입자 오염, 온도의 불균일성 및 뜨거운 웨이퍼 픽업 중의 배면 손상을 줄여주는 메커니즘에 대한 필요성이 존재한다.
[발명의 요약]
본 발명에서 개시되는 웨이퍼 이송을 용이하게 하는 시스템은 별개의 섹션들 로 형성되는 서셉터 유닛을 포함한다. 이들 섹션은 수직 방향 및 회전 방향으로 결합하여 웨이퍼 공정 또는 서셉터 식각 위치에서 일체로 이동한다. 복수의 아암이 있는 스파이더(multi-arm spider) 같은 회전 가능한 지지체는 섹션 중 하나를 회전 가능하게 지지하여, 결국 다른 섹션을 회전가능하게 지지한다. 서셉터 섹션들은 또 서로에 대해 수직 방향으로 이동하여 웨이퍼 로딩/언로딩 위치에서 웨이퍼 핸들링 기구에 협조한다. 이 시스템은 서셉터 섹션을 위한 제2 지지체를 더 포함하여, 두 개의 지지체가 서로에 대해 수직 방향 및 회전 방향으로 이동한다.
서셉터 유닛의 일 형태에서, 내부 섹션과 외부 섹션은 복수의 반경 방향 탭과 홈을 포함하며, 이들 탭과 홈은 서로 연동하여 일체형의 서셉터 유닛을 형성한다. 더욱이, 내부 섹션과 외부 섹션은 가장자리 편심 플렌지(offsetting marginal flanges)와 함께 만들어져 외부 섹션 안에서 내부 섹션을 수직 지지하여, 웨이퍼를 수용하기 위해 실질적으로 판면인 상면부를 만들어낸다. 서셉터 유닛의 일 형태에서 연동 구조체는 이 상면부 밑에 있으며, 상면부 상의 두 섹션 사이의 인터페이스는 원형이다.
본 발명의 일 예에서, 서셉터 유닛 아래에 위치한 복수의 아암이 있는 스파이더는 내부 서셉터 섹션 또는 외부 서셉터 섹션의 홈과 맞물리는 위치로 회전할 수 있다. 내부 섹션이 맞물리면 지지체 스파이더는 외부 섹션으로부터 수직 방향으로 내부 섹션을 들어올릴 수 있다. 외부 섹션이 맞물리면 스파이더는 전체 스피이더 유닛을 회전시키는 것은 물론 상승시키거나 하강시킬 수 있다.
웨이퍼 로딩 및 언로딩이 용이하도록 웨이퍼는 로봇 팔에 의해 서셉터 바로 위의 반응 챔버 내의 위치로 수평 이동된다. 웨이퍼에서 온도 불균일성을 최소화하면서 동시에 웨이퍼의 고온 픽업을 허용하는 엔드 이펙터가 채용된다. 이는 웨이퍼의 하면과 맞물려 표준 카셋트 안에 들어가는 엔드 이펙터를 활용하여 성취된다. 본 발명의 일 실시예에서, 웨이퍼는 웨이퍼의 외부 영역과 반경 방향으로만 맞물리는 3개의 핀을 갖는 로봇 팔 위의 포크형(folk-type) 엔드 이펙터의 지지를 받으므로, 웨이퍼의 온도에 아주 최소로 영향을 미치고, 그리고 나서는 주변 지점에서만 영향을 미친다.
내부 서셉터와 섹션에만 맞물리는 스파이더는 내부 섹션을 상승시켜 엔드 이펙터 내에서 보호되는(cradled) 웨이퍼를 접하면 엔드 웨이퍼로부터 웨이퍼를 들어올린다. 그렇지 않으면 내부 섹션이 일정 거리만큼 상승될 수 있으며, 엔드 이펙터는 서셉터 섹션에 웨이퍼를 놓기 위해 하강될 수 있다. 그리고 나면 로봇 팔이 잡아당겨지고, 웨이퍼와 함께 내부 서셉터가 외부 서셉터로 하강되어 외부 서셉터 지지체의 지지를 받는다. 지지 스파이더는 계속 하향 이동하여 웨이퍼가 완전한 서셉터 유닛에 놓여지게 한다. 이에 대한 대안으로, 외부 지지체가 상승되어 서셉터를 스파이더에서 떨어지게 할 수 있다. 내부 섹션에서 분리된 후에 스파이더는 외부 서셉터와 맞물리는 제2 위치로 회전한다. 스파이더처럼 지지체의 적당한 상대 수직 이동으로 서셉터 유닛과 웨이퍼를 공정 위치로 이동시킬 수 있다.
웨이퍼 공정 후에 서셉터는 외부 서셉터 지지체로 하강되어, 스파이더가 다시 내부 서셉터 섹션과 맞물려 회전하도록 하며, 공정 처리된 웨이퍼와 함께 내부 섹션이 상승된다. 공정 처리된 웨이퍼를 효과적으로 분리하기 위하여 로봇 팔은 반응 챔버로 한번 더 수평 이동한다. 엔드 이펙터가 내부 서셉터 섹션과 외부 서셉터 섹션 사이에 위치할 때, 내부 섹션을 개구부가 있는 엔드 이펙터를 통과해 하강시킴으로써 내부 섹션과 엔드 이펙터 사이에 상대 운동이 제공되며, 개구부가 있는 엔드 이펙터는 웨이퍼를 수용하고 나서 챔버로부터 후퇴한다.
웨이퍼가 분리된 후에 스파이더는 내부 섹션을 외부 섹션으로 하강시키고 다시 더 낮게 이동하도록 한번 더 조정되고, 외부 섹션 아래의 한 위치로 회전한다. 그리고 나면 전체 유닛이 식각 처리를 위한 공정 위치 위로 상승될 수 있다. 이는 서셉터 상면은 물론 배면의 에칭을 가능하게 한다.
종래의 웨이퍼 반송 시스템에서 서셉터 유닛에서 웨이퍼를 언로딩하기 위해 사용된 여러 개의 지지 핀 대신에 별도의 수직 방향으로 이동 가능한 내부 서셉터 섹션으로 대치함으로써, 본 발명은 종래의 방법에서 확인된 주요 문제들을 각각 언급한다. 첫째, 내부 섹션 내에서 내부 서셉터 섹션의 이동은 두 개의 섹션이 물리적 접촉 하에 있는 동안에 이동한 수직 거리가 서셉터 섹션의 두께와 똑같기 때문에 마모가 최소화된다. 대조적으로, 지지 핀은 로봇 팔에 닿는데 필요한 완전한 수직 상승을 위해서 서셉터 몸체와 접촉한 상태로 이동한다. 더욱이, 본 발명에서는 서셉터 섹션이 같은 재료로 만들어지기 때문에 내부 서셉터 섹션과 외부 서셉터 섹션 사이의 다른 열 팽창률에 의한 심각한 마모가 없다. 둘째, 내부 섹션에 대한 수직 지지 외에도 반응 가스의 침투에 대한 효과적인 밀봉 및 보다 균일한 열 전달을 제공하는 중첩 플렌지에 의해서 배면 증착 및 온도 불균일성이 최소화된다. 마지막으로 웨이퍼가 이송 및 공정 내내 내부 서셉터 표면에 놓여있기 때문에 뜨거운 웨이퍼 픽업 중에 손상될 가능성이 거의 없다. 그러므로 본 발명은 지지 핀이 중재하는 반송 메커니즘에 내재해 있는 단점을 피하는 동시에 반도체 기판의 자동화 로딩 및 언로딩을 용이하게 해준다.
전술한 포크형 엔드 이펙터는 평탄부로부터 상향 연장하는 3개의 핀 또는 돌출부가 있는 얇고 평탄한 "U"자형 부재의 형태이다. 핀만이 웨이퍼와 맞물려 지므로 "U"자형 부재의 나머지는 웨이퍼의 온도 균일성에 상당한 영향을 받지 않는다. 또 다른 형태에서, 엔드 이펙터는 아마도 반원인 것이 보다 바람직하지만 여전히 약간은 "U"자 형태이다. 이 엔드 이펙터는 석영관이나 다른 적당한 재료로 형성되는데, 로봇 팔과 연결되는 관상형 핸들이나 스템(stem)을 갖는 것이 바람직하다. 3개의 소형 핀 또는 지지 엘리먼트가 관상형 지지체의 상면에 단단히 고정된다. 엘리먼트는 각각 지지체의 각 단부에 위치하고 세 번째 엘리먼트는 곡면부(curved position)와 스템 사이의 연결부(junction)에 있는 지지체의 중간에 위치한다. 바람직하게는 이들 엘리먼트가 계단식 상면을 갖고 웨이퍼가 이들 엘리먼트에 위치하는 것을 도와주는 것이다.
또 다른 방법으로, 엔드 이펙터는 대개 평행으로 이격된 두 개의 관 형태로, 관의 팁에는 웨이퍼 지지 엘리먼트가 있다. 제3 웨이퍼 지지 엘리먼트는 나머지 지지관과 연결되는 단부를 갖는 가로 부재에서 지지된다. 엔드 이펙터 관의 전방부는 웨이퍼 아래로 연장한다. 튜브 팁 상의 지지 엘리먼트는 엔드 이펙터를 지지하는 로봇 팔과 이격된 한쪽 가장자리와 웨이퍼가 맞물리게 한다. 제3 지지 엘리먼트는 나머지 두 개와 이격된 웨이퍼의 반대쪽 가로 부재에 위치한다. 튜브는 서 로 이격되어 중앙에 위치한 웨이퍼 지지체를 올려놓을 수 있다(straddle). 더욱이, 튜브는 서로 충분히 가깝게 이격되어, 펄로브 특허와 관련하여 전술한 세 개의 지지 핀을 활용하는 웨이퍼 반송 장치 사이로 연장될 수 있다. 튜브는 웨이퍼 아래로 연장하지만 웨이퍼에 대한 온도 효과를 최소화하기 위해 웨이퍼와 이격 위치한다. 더욱이, 튜브가 저질량이고 석영으로 만들어지는 것이 바람직하다는 사실은 웨이퍼 온도에 대한 튜브의 효과를 최소화한다.
또 다른 방법에서, 웨이퍼 아래로 연장하는 평평하고 전체적으로 직사각인 패들(paddle)이 채용되며, 이 패들은 핀 지지 시스템과 함께 사용될 것이다. 패들에는 전술한 실시예에서 사용된 엘리먼트보다 큰 세 개의 지지 엘리먼트가 제공된다. 이러한 구성에서는 이들 큰 엘리먼트에 의해 패들과 웨이퍼가 이격되기 때문에 웨이퍼에 대한 패들의 온도 영향이 최소화된다.
나머지 두 개의 구성에서, 웨이퍼 가까이 위치한 디스크를 포함하는 엔드 이펙터가 마련된다. 그러나 질량이 웨이퍼 표면 대부분에 걸쳐 늘어나기 때문에 웨이퍼에 대한 온도 영향이 효과는 비교적 균일하다. 더욱이 그러한 구성에서는 웨이퍼를 균일하게 냉각시키는 장점이 있다.
그러한 형태에서, 엔드 이펙터는 들어올려지는 웨이퍼의 직경보다 약간 더 큰 직경을 갖는 원반형 상부를 갖는다. 세 개의 웨이퍼 지지 엘리먼트가 원반의 하면에서 늘어져있다. 이들 엘리먼트 중 두 개는 원반의 양측에 위치하고 제3 엘리먼트는 엔드 이펙터에 연결시키기 위해 원형 엘리먼트와 지지 스템 사이의 결합부에 있는 두 개의 측면 엘리먼트 사이의 중앙에 위치한다. 측면 엘리먼트들은 충 분히 이격되어 엔드 이펙터가 웨이퍼를 지지하는(straddling) 측면 지지 엘리먼트가 있는 웨이퍼의 상면 위로 수평 이동이 가능하게 한다. 지지 엘리먼트에는 각각 웨이퍼의 저면과 맞물리는 내측 연장하는 풋(foot)이나 레지가 있다. 그러므로 웨이퍼는 가장자리에서 3 위치에서만 지지되어, 이들 위치에서는 웨이퍼의 온도에 최소한의 영향을 미치지만, 전체 웨이퍼는 디스크에 의해 균일한 영향을 받는다. 이 엔드 이펙터는 본 출원에 기재된 투피스 서셉터와 함께 또는 전술한 세 개의 핀이 있는 구성에서처럼, 서셉터 위로 웨이퍼를 들어올리기 위한 다른 구성을 활용하는 원피스 서셉터와 함께 사용될 수도 있다.
웨이퍼를 서셉터 위로 들어올리는 세 개의 핀 리프터(pin lifter)와 함께 사용하도록 특히 설계된 원반형 엔드 이펙터의 또 다른 형태로, 원형 디스크에는 디스크의 전방 에지로 개구부가 있는 두 개의 이격된 세장 슬롯이 마련된다. 이러한 구성은 이격된 슬롯이 있는 세 개의 연장 슬롯을 만들어 내어 패들이 세 개의 핀에 의해 지지되는 웨이퍼 아래로 이동할 수 있게 한다. 이들 핀 중 두 개는 하나의 슬롯에 수용되고, 제3 핀은 나머지 슬롯에 수용되고 엔드 이펙터 패들의 중앙 영역은 웨이퍼 리프터 핀 사이로 연장한다. 두 개 이상의 웨이퍼 지지 엘리먼트가 웨이퍼를 지지하는 패들의 주변에 위치한다. 그러므로 웨이퍼보다 차가운 패들이 비교적 균일하게 웨이퍼를 냉각시킨다.
또 다른 구성에서, 세 개의 연장 슬롯은 패들 위에서 이격 위치한 이스크와 결합될 수 있다. 이것은 픽업 중에 웨이퍼를 균일하게 냉각시키는 포켓을 형성하는 것이 바람직하다.
변형된 엔드 이펙터도 모두 700°- 1000°같은 비교적 고온에서 웨이퍼를 픽업 가능하게 하면서 웨이퍼에 대한 온도의 심각한 악영향을 초래하지 않는 장점이 있다.
도1은 조립된 전체 시스템을 도시하는 단면도,
도2는 서셉터 유닛, 지지 스파이더 및 엔드 이펙터에 의해 지지되는 웨이퍼를 포함하는 내부 섹션과 외부 섹션을 도시하는 도1의 2선에 의해 표시된 반응 챔버의 확대 단면도,
도3은 반응 챔버 내의 웨이퍼 이송 및 지지 메커니즘을 도시하는 도2의 3-3선에 따른 상면도,
도3a는 엔드 이펙터 위의 바람직한 웨이퍼 지지체의 상세를 도시하는 도3의 3A-3A 선에 따른 단면도,
도4a는 지지 스파이더, 고정 지지 링, 서셉터 섹션, 로봇 팔 및 엔드 이펙터 구성을 도시하는 분해사시도,
도4b는 다른 수직 리프트 구성에 대한 사시도,
도4c는 두 개의 서셉터 섹션 사이 인터페이스의 다른 구성에 대한 분해사시도,
도5는 로봇 팔 엔드 이펙터에서 웨이퍼를 들어올리는 내부 서셉터 섹션이 도시된 웨이퍼 이송 메커니즘을 도시하는 반응 챔버의 단면도,
도6은 내부 섹션이 외부 섹션으로 하강하여 웨이퍼를 지지하는 일체형 서셉 터 유닛을 형성하는 웨이퍼 이송 메커니즘을 도시하는 반응 챔버의 단면도,
도7은 서셉터 유닛이 웨이퍼 공정을 위한 위치로 상승한 웨이퍼 이송 메커니즘을 도시하는 반응 챔버의 단면도,
도8은 세척을 위해 상부 위치로 상승한 서셉터 유닛을 도시하는 단면도,
도9는 레버 겸 수직 정지부를 도시하는 리프트 어셈블리의 측면에서 본 단면도,
도10은 변형 형태의 엔드 이펙터의 평면도,
도10a는 도10의 엔드 이펙터 커넥터의 측면에서 본 부분 확대단면도, 및
도11 내지 도16은 6개의 변형 엔드 이펙터의 평면 및 측면을 도시하는 개략도이다.
[바람직한 실시예의 상세한 설명]
본 발명의 전체 시스템이 도1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은 서셉터 유닛(150)에서 수직 이동하는 서셉터 리프트 어셈블리(100)를 포함한다. 서셉터 유닛은 내부 섹션(152)과 외부 섹션(154)을 포함한다. 서셉터 리프트 어셈블리(100) 내에서 생기는 수직 운동은 마운팅 플레이트(102) 및 도시되지 않은 다른 부품에 부착된 커플링 어셈블리(104)에 의해 구동축(130)과 연결된 마운팅 플레이트(102)로 전달된다. 수직 이동 가능한 구동축은 또한 서셉터 유닛의 회전운동을 가능케 한다. 구동축(130)의 상단부와 결합된 지지 스파이더(120)는 내부 서셉터 섹션(152)과 외부 서셉터 섹션(154) 중에서 둘 중의 하나와 선택적으로 맞물릴 수 있다. 그러므로 지지 스파이더(120)는 서셉터 유닛에 대한 회전 이동은 물론 수직 지지도 제공한다. 로봇 팔 엔드 이펙터(200)는 웨이퍼를 반응 챔버(50)로 로딩하고 반응 챔버(50)에서 언로딩하는데 이용된다. 웨이퍼(210)가 엔드 이펙터에 올려져 있는 상태가 도시되어 있다. 서셉터 유닛(150)과 지지 스파이더(120)는 보다 자세히 후술될 것이다.
전체 시스템은 도1에도 도시된 반도체 반응기 분야에 알려진 많은 수의 구성요소들을 통합한다. 그러한 구성요소로는 석영 챔버의 상부벽(10)과 하부벽(20), 상부 및 하부 복사 가열 램프(30), 로봇 팔 접근 포트(access port)(40)를 포함한다. 이격된 일단의 램프(30)가 석영 챔버 아래에 위치하여 서셉터 유닛(150)을 가열시킨다. 상기 챔버 밑의 램프와 직교 연장하도록 석영 챔버 위에도 일단의 램프들이 위치한다. 공정 중에 램프들은 서셉터 유닛의 온도가 상기 유닛에 장착된 기판의 온도와 실질적으로 같게 유지하도록 제어된다. 반응가스는 가스 인젝터 시스템(90)을 경유하여 반응 챔버(50)로 도입된다. 알려진대로 (도1에 도시된) 수평 챔버 및 축 방향 반응 챔버가 다양한 구성으로 이용될 수 있다. 즉, 예시된 수평 구성은 단지 그러한 챔버의 일반적인 구성을 개략적으로 나타낼 뿐이다.
도2는 반응 챔버(50)를 더 자세하게 도시한다. 이 단면도로부터 서셉터 유닛(150)이 두 섹션, 즉 내부 섹션(152)과 환상의 외부 섹션(154)으로 구성되었다는 것을 알 수 있다. 외부 섹션(154)은 내부 섹션을 둘러싸고 내부 섹션을 위한 수직 지지체의 기능을 제공한다. 이 수직 지지체는 상보 플렌지들을 포함한다. 외부 섹션은 하부의 내측 가장자리를 따라 반경 방향 내측으로 돌출된 지지 플렌지(156)를 제공하는 반면에, 내부 섹션은 상부의 원주 방향 가장자리를 따라 반경 방향 외 측으로 돌출한 대응 내부 섹션 플렌지(158)를 제공한다. 내부 섹션 플렌지(158)는 외부 섹션 플렌지(156)에 걸쳐있다. 도2에 도시된 것처럼 서셉터 유닛이 최하부 위치에 있을 때 서셉터 외부 섹션은 복수의 지지체(160) 위에 놓이게 된다.
구동축(130)은 챔버 바닥에 있는 개구부(132)를 통해 반응 챔버로 들어가고 챔버 벽은 구동축을 에워싸는 슬리브(134)로 이어진다. 구동축의 상단은 반응 챔버 내의 서셉터 유닛 아래에 위치한 지지 스파이더(120)에 연결된다. 스파이더는 복수의 지지 엘리먼트 또는 아암(122)을 가지며, 이들 엘리먼트나 아암(122)은 중앙 허브(124)로부터 외측 방사 형태를 이룬다. 아암(122)의 말단부는 내부 또는 외부 서셉터 섹션의 하면에 있는 오목 시트(126, 127) 안에 끼워지는 지지 포스트 또는 페그(128)에서 종지된다 (이 예시도에서 스파이더는 내부 섹션(152)에 맞물려 있는 것으로 도시되어 있다). 스파이더 아암(122)과 오목 시트(126) 사이의 연결부(articulation)는 서셉터의 효과적인 회전 운동을 가능케 하면서 열 팽창 중에 스파이더와 서셉터의 동심을 유지하는 확실한 결합 수단을 제공한다.
서셉터를 에워싸고 있는 것은 챔버의 바닥벽(20)에 놓인 레그(141)를 갖는 지지 링(140)으로부터 상향 연장하는 페그(161)에 의해 지지되는 온도 보상 링(159)이다. 지지 링(140)은 도4에서 보다 분명하게 볼 수 있으며, 서셉터 지지체(160)가 링(104)에 붙어있는 것을 볼 수 있다. 열전쌍(165)은 온도 보상 링(159) 안에 있는 것으로 도시되어 있는데, 그 영역에서의 링(159)과 서셉터의 온도를 감지한다. 바닥벽(20)은 하부벽(20)과 동일한 구성요소일 수 있다.
도2는 또 웨이퍼(210)를 이송하는 엔드 이펙터(200)와 커넥터(190)에 의해 결합되는 로봇 팔(188)을 개략적으로 도시한다. 로봇 팔은 (좌측에 위치한) 접근 포트(40)로부터 반응 챔버로 들어간다. 도3에 도시된 반응 챔버의 상면도에서는 웨이퍼(210), 로봇 팔 엔드 이펙터(200), 내부 서셉터 섹션(152)과 외부 서셉터 섹션(154) 및 지지 스파이더(120) 사이의 관계에 대한 또 다른 예를 도시한다. 도면에서 알 수 있는 바, 엔드 이펙터(200)는 한쌍의 이격된 지지 아암(202) 위에 웨이퍼를 올려놓는 포크형 단부를 가진다. 지지 아암(202)을 웨이퍼 주변부 아래로 연장하고, 아암들 사이에는 내부 서셉터 섹션(152)을 수용하도록 충분히 큰 개구 영역이 형성되어 있다. 그 결과 내부 서셉터 섹션이 엔드 이펙터의 오픈 아암(202) 사이에서 수직으로 이동할 수 있으므로 미처리된 웨이퍼를 픽업하고 처리된 웨이퍼를 언로딩할 수 있다. 지지 아암의 자유 단부는 오픈 단부를 형성하지만 양쪽 단부들은 폐쇄 단부 영역(201)에 의해 서로 연결된다. 도시된 것처럼 아암들은 폐쇄 단부와 마찬가지로 비교적 폭이 좁고 웨이퍼(210)의 주변부에 인접하게 연장한다. 아암(202)의 후방과 폐쇄 단부(201)는 전체적으로 반원의 내부 가장자리를 가지며, 아암의 자유 단부들은 확산형이다. 지지 아암(202), 오픈 아암(202) 및 아암(202)은 동일한 구성요소일 수 있다.
엔드 이펙터는 비교적 얇아서 표준 카세트 안으로 쉽게 들어가므로 웨이퍼를 카세트에서 반출 또는 교체하기가 편하고, 또 웨이퍼가 서셉터로부터 이동해야 할 때 웨이퍼 아래로 넣을 수 있다.
엔드 이펙터는 웨이퍼와 맞물리기 위해 엔드 이펙터의 상면 위로 연장된 세 개의 핀이나 돌출부를 구비하는 것이 바람직하다. 돌출부(203)는 도3과 도4에서 보는 것처럼 지지 아암 각각의 외측 또는 자유 단부 상에 위치한다. 제3 돌출부(205)는 엔드 이펙터의 폐쇄 단부 상에서 중앙에 위치한다. 세 개의 돌출부 전부가 웨이퍼의 외측 주변부 가까이에서 웨이퍼의 하면과 접할 수 있도록 위치한다. 오로지 세 개의 돌출부만이 공정 챔버로부터 뜨거운 웨이퍼를 반출할 때 웨이퍼의 저면과 접하는 것이 바람직하다. 또한 돌출부는 웨이퍼의 외측 주변부 근처와 접하여 웨이퍼에 대한 엔드 이펙터 및 돌출부의 영향이 최소화되도록 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 핀들이 웨이퍼의 외측 주변부에서 2인치 이내에 있는 것이고, 보다 바람직하게는 1인치 이내에 있는 것이고, 가장 바람직하게는 웨이퍼 주변에서 1/2 인치 이내에 그리고 웨이퍼의 주변부에 있는 소위 배제영역(exclusion zone)내에 또는 그와 가까이 있는 것이다. 배제영역이란 웨이퍼로 만들어질 최종 산물 또는 소자와 관련해서 이용될 수 없는 영역을 말한다.
도3a는 돌출부(203, 205)의 바람직한 형태를 예시하는데, 도면에서 볼 수 있는 것처럼 구멍이 엔드 이펙터를 통해 형성되고, 오목 영역이 구멍의 상단부에서 엔드 이펙터에 형성된다. 돌출부는 엔드 이펙터의 구멍의 주요부 내에서 융합되는 기둥부(203a)와 홈으로 들어가는 헤드(203b)를 갖는 핀의 형태이다. 일반적 형태의 제품에서, 헤드는 약 1/2인치의 반경으로 상면이 둥그렇게 형성된다. 그러나 헤드는 그저 엔드 이펙터의 인접 표면 위로 약 0.010-0.020 인치 돌출할 뿐이다. 엔드 이펙터 자체는 약 0.1 인치의 두께를 갖는다. 핀의 둥그런 상면은 웨이퍼와 접하는 동안에 웨이퍼의 표면이 긁히거나 아니면 손상되는 위험을 최소화시켜 준다. 더욱이, 상면은 웨이퍼가 긁히는 위험을 더 최소화하기 위해 아주 매끄럽게 만들어진다. 엔드 이펙터는 공정 챔버에서 접하게 되는 고온에 견딜 수 있는 석영 이나 다른 적당한 불활성 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 석영 핀은 매끄러워 지도록 불꽃 다듬질(flame polishing)로 처리될 수 있다.
도10과 도10a를 참조하면, 포크형의 엔드 이펙터 또는 패들(300)의 또 다른 형태 및 엔드 이펙터를 로봇 팔(188)에 연결시키는 커넥터(190)가 더욱 자세하게 예시되어 있다. 도면에서 볼 수 있는 것처럼, 패들(300)은 개방 단부를 형성하고 폐쇄 단부 영역(304)에 의해 연결되는 한쌍의 이격된 지지 아암(302)을 가지며, 전체적으로 포크형 또는 "U"자형이다. 아암 각각은 패들의 상면 위로 연장된 핀(303)을 가지며, 제3 핀(305)은 패들의 폐쇄 단부에 있다. 포크형 아암의 끝은 카세트 내의 웨이퍼 아래로 패들을 삽입하는 것이 용이하도록 가장자리가 얇게 경사져 있다. 패들(300)의 내측 가장자리는 반원 형태인 반면에 전방의 가장자리들은 겹쳐진 웨이퍼(260)에서 볼 수 있는 것처럼 약간 확산되어 있다. 패들은 단지 웨이퍼의 외측 영역 아래로 연장하고, 핀은 웨이퍼의 외측 주변부에 인접한 곳에서 웨이퍼와 맞물린다.
각 아암의 후방에는 상향 연장하는 플렌지(307)가 위치하며, 그 목적은 카세트를 핸들링하는 동안에 카세트 슬롯에서 부분적으로 이탈될 수 있는 웨이퍼를 밀기 위한 것이다.
도10은 패들(300)의 후방 연장부에 부착된 커넥터(190)를 도시한다. 도10a는 커넥터의 측면에 대한 부분 단면도이다. 커넥터(190)는 패들의 후방 연장부를 수용하기 위한 공간부(190a)를 포함한다. 비교적 평평한 한쌍의 스프링 엘리먼트(191)가 공간부(190a)에 인접한 상벽과 하벽에 인접하게 위치하여 패들의 후방 연장부에 탄력적으로 맞물린다. 도10의 점선으로 도시된 로봇 아암(188)의 단부에 있는 브래킷(193)은 커넥터(190)의 상향 연장부(207)의 후방과 결합된다. 브래킷(193)과 커넥터(196)는 금속으로 만들어지며, 양자가 냉각 상태에 있도록 냉각제가 로봇 아암(188)의 일측 브랜치를 통과하고 브래킷(193)을 통과하여, 그리고 나서 로봇 팔의 타측 브렌치로 돌아온다. 또한 약간의 냉각 효과가 커넥터와 브래킷이 인접 관계에 있는 한은 패들에 장착된 커넥터(190)로 전달된다. 이는 뜨거운 웨이퍼의 픽업을 용이하게 한다.
내부 서셉터 섹션과 외부 서셉터 섹션의 관계가 도3에 도시되어 있다. 내부 섹션(152)이 환상의 외부 섹션(154)으로 둘러싸인 것으로 도시되어 있다. 내부 섹션과 외부 섹션은 모두 원주 방향으로 이격된 상보형 세그먼트 또는 탭(162)과 홈(164)을 가지며, 내부 섹션에 있는 탭은 외부 섹션에 있는 홈안으로 편안하게 들어가고 그 반대의 경우도 마찬가지다. 그 결과, 두 개의 서셉터 섹션이 합쳐져서 실질적으로 평평한 서셉터 유닛을 형성한다. 두 개의 서셉터 섹션이 함께 같은 평면에 수직으로 배치되면, 서로 연동하는 탭과 홈이 회전 토크의 확실한 전달을 가능하게 하여 서셉터 섹션이 일체로 회전하도록 한다. 외부 서셉터 지지체(160)는 지지 링(140)에서 내측 연장한다. 지지체(160, 161)는 서셉터와 링(159)에 의해 위로부터 가려져 있지만, 보기 쉽도록 실선으로 도시되어 있다.
지지 스파이더(120)가 내부 섹션(152) 아래에 있는데도, 이해를 돕기 위해 제1 위치에서는 실선으로 제2 위치에서는 점선으로 도시되어 있다. 스파이더는 중앙 허브(124)와 복수의 지지 엘리먼트 또는 아암(122)을 포함한다. 도면으로 알 수 있는 것처럼, 스파이더의 회전(이 경우에, 60°)은 아암이 내부 서셉터 탭(162)이나 외부 서셉터 탭(164) 둘 중의 하나와 선택적으로 맞물리게 한다.
도4a의 분해사시도는 웨이퍼 이송 메커니즘의 주요 부품들 간의 수직 관계를 예시하는데 유용하다. 웨이퍼(210)는 로봇 팔 엔드 이펙터(200)의 아암(202)에 의해 웨이퍼 가장자리를 따라 엔드 이펙터(200)에 의해 지지된다. 내부 서셉터 섹션(152)의 탭(162)이 외부 가장자리로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 것으로 도시될 수도 있다. 탭들(162) 사이에는 홈(166)이 있다. 내부 섹션의 하면부에는 지지 스파이더(120)의 축(130)과 허브(124)를 통해 연장하는 열전쌍(129) 팁을 수용하도록 조절된 중앙에 배치된 홈(125)이 있다. 각 탭의 하면부에는 각 스파이더 아암(122)의 말단부 상의 지지 레그(128)를 수용하는 오목 시트(126)가 있다.
환상의 외부 서셉터 섹션(154)의 탭(164)이 내측 가장자리에서 중앙 홀(169)로 반경 방향 내측으로 연장하는 것으로 도시될 수도 있다. 탭(164) 사이에는 홈(168)이 있다. 내부 서셉터 상의 탭과 홈은 외부 서셉터 상의 탭과 홈이 서로 상보적이며, 이에 따라 내부 섹션 탭(162)이 외부 섹션 홈(168) 안으로 들어가고 외부 섹션 탭(164)은 내부 섹션 홈(166) 안으로 들어가 두 개가 서셉터 섹션이 함께 결합하도록 한다. 내부 섹션은 플렌지(156, 158)에 의해 외부 섹션 안에서 수직 지지된다. 내부 섹션 상의 상측 플렌지(158)는 외부 섹션 상의 하측 플렌지(156) 위에 놓여있다. 플렌지가 반경 방향 및 원주 방향 모두로 연장되어 서셉터를 통과하는 빛의 통로가 없다. 또한 결합된 플렌지의 두께가 서셉터 섹션들의 두께와 같아서 전체 서셉터가 웨이퍼가 놓인 영역에서 일정한 두께를 갖게 한 다.
전술한 것처럼 내부 섹션과 외부 섹션 사이의 인터페이스는 내부 섹션(152) 주변부의 형태인데, 즉 원주 방향과 반경 방향으로 연장한다. 인터페이스의 길이를 줄이기 위한 구성이 도4c에 예시되어 있는데, 내부 섹션(252)이 외부 섹션(154)에 있는 대응하는 원형 홈(255) 안에 맞는 원형 상부 영역을 갖고 있는 것으로 도시되어 있다. 내부 섹션(252)의 직경은 도4a의 섹션(152)의 직경과 동일하지만, 섹션(152)의 홈(166)이 변형 내부 섹션(252)의 상부 영역에는 형성되지 않는다. 그러나 홈(266)은 내부 섹션(252)의 하부에 형성된다. 그러므로 홈(266) 위에 있는 섹션(252)의 상부 영역은 결과적으로 섹션(254) 상의 대응 플렌지 위에 맞추어지는 플렌지이다. 즉, 도4c로 알 수 있는 것처럼 중앙 개구부(269)를 에워싸는 외부 섹션(154)의 상부 영역은 완전한 원형이고 외부 섹션(254)의 하부 영역은 외부 섹션(154)의 하부 영역과 같다. 그러므로 섹션(254)은 내부 섹션(252)의 대응 홈(266) 안에 맞추어지는 3개의 내측 연장 탭이나 세그먼트(264)를 포함한다. 마찬가지로 내부 영역의 세그먼트(226)는 외부 섹션의 홈(268) 안에 맞추어진다. 전술한 것처럼 이러한 구성의 장점은 웨이퍼가 도4a의 구성과 같은 반경 방향으로 굴곡이 있는 선보다는 두 개의 서셉터 섹션 사이의 원형의 선과 접한다는 점이다.
지지 스파이더(120)는 구동축(130)의 단부에 위치하면 더 분명하게 보일 수 있다. 열전쌍(129)은 연장하여 허브(124)의 중앙을 통과한다. 복수의 지지 엘리먼트 또는 아암(122)이 허브로부터 반경 방향 외측으로 연장하고, 각 아암은 지지 페그(128)에서 종지한다. 지지 페그는 내부 서셉터 섹션과 외부 서셉터 섹션 각각 에서 오목 시트(126, 127) 안으로 들어가도록 조절된다.
작동
시스템의 작동은 도5 내지 도8을 참조하면 보다 분명하게 이해할 수 있다. 첫째, 미처리 웨이퍼를 반응 챔버로 로딩시키기 위해서 로봇 팔(190)이 미처리 웨이퍼나 기판(210)을 엔드 이펙터(200)가 지지하는 상태에서 접근 포트(40)를 거쳐 챔버로 들어간다. 엔드 이펙터와 웨이퍼는 서셉터 유닛(150) 바로 위에 위치한다. 그 후 내부 서셉터 섹션(152)이 지지 스파이더(120)에 의해 상승한다. 내부 서셉터 섹션은 엔드 이펙터의 개방된 아암들 사이를 수직 통과하여 도5에 도시된 것처럼 엔드 이펙터에서 웨이퍼(210)를 들어올린다. 내부 서셉터 섹션(152)에서 가장 높은 이 위치를 "로딩/언로딩-식각" 위치로 부를 수 있다. 이 위치에서 로봇 팔이 챔버에서 후퇴한다. 그리고 나면 내부 섹션(152)과 웨이퍼는 내부 섹션이 외부 섹션(154)에 안착될 때까지 하강한다. 내부 섹션과 외부 섹션에 있는 플렌지는 각각 상호작용하여 내부 섹션이 외부 섹션내에서 지지되게 한다. 두 개의 서셉터 섹션이 함께 만날 때 형성되는 서셉터 유닛은 지지 링(140)에 붙은 외부 서셉터 지지체(160)의 지지를 받는다. 도6에서 도시된 것처럼 서셉터 유닛은 웨이퍼 공정 위치보다 약간 아래에 있다.
다음으로 웨이퍼를 공정 처리하기 위해서, 지지 스파이더는 외부 서셉터 섹션과 맞물려 회전하여 전체 서셉터 유닛(150)을 웨이퍼와 함께 상승된 공정 위치로 올라갈 수 있어야 한다. 구체적으로, 스파이더(120)가 가장 아래의 "분리/회전" 위치로 하향 이동하면 스파이더 아암의 단부에 있는 지지 페그(128)는 내부 서셉터 섹션의 하면에 있는 오목 시트로부터 완전히 분리된다. 그리고 나서 스파이더(120)는 지지 페그(128)가 현재 외부 서셉터 섹션의 하면부에 있는 오목 시트 바로 밑에 위치해 있는 제2 위치로 자유로이 회전한다. 스파이더는 상승할 때 도 6에 도시된 외부 섹션과 맞물려서 서셉터 유닛(150)이 상승하도록 한다. 웨이퍼가 화학 증착을 위한 최적의 "공정" 위치에 있을 때, 즉 웨이퍼의 하면이 도7에 도시된 것처럼 온도 보상 링(159)의 상면과 거의 같은 평면에 있을 때, 지지 스파이더는 상향 이동을 정지한다. 공정 중에 지지 스파이더는 서셉터 유닛과 웨이퍼가 회전하게 하여 보다 균일한 증착을 용이하게 한다.
공정 처리된 웨이퍼(210)를 반응 챔버에서 언로딩하기 위해 스파이더(120)는 하강한다. 서셉터 유닛과 웨이퍼는 외부 서셉터 섹션(154)이 외부 서셉터 지지체(160)에 놓여질 때까지 하향 이동한다. 한번 더 스파이더(120)는 "분리/회전" 위치로 계속 하강하여 서셉터 유닛으로부터 분리된다. 그리고 나서 스파이더는 다시 제1 위치로 회전하며, 제1 위치에서는 스파이더 아암에 있는 지지 페그가 내부 서셉터 섹션(152) 상의 오목 시트 바로 밑으로 다시 정렬된다. 이제는 스파이더가 상승하여 웨이퍼와 함께 내부 서셉터를 외부 서셉터 지지체(160)에 올려져 있는 외부 서셉터 섹션으로부터 들어올린다. 내부 섹션과 웨이퍼는 가장 높은 로딩/언로딩 식각 위치로 상승되는데, 이 위치는 로봇 팔 엔드 이펙터가 상승된 내부 서셉터 섹션과 하부의 외부 서셉터 섹션 사이에서 반응 챔버로 들어갈 수 있을 만큼 충분히 높다. 엔드 이펙터의 아암은 스파이더 위에 걸쳐진다(straddle). 결과적으로, 스파이더가 내려갈 때 내부 서셉터 섹션은 엔드 이펙터의 포크형 아암 사 이로 하향 이동한다. 내부 섹션이 계속 하향함에 따라 실질적으로 내부 섹션에 놓여 있던 웨이퍼가 엔드 이펙터의 포크형 아암 위에 놓여지게 된다. 그리고 나서 로봇 팔은 공정 처리된 웨이퍼와 함께 후퇴한다.
마지막으로, 화학적 에칭에 의한 서셉터 유닛의 세척이 도8에 예시된 가장 높은 로딩/언로딩 에칭 수직 정지부에서 공정 주기 사이에 수행될 수 있다. 선행 기술에서 알려진 염화수소와 같은 가스가 에칭에 사용될 수도 있다. 상승된 위치가 서셉터 유닛의 상면과 하면의 세척을 용이하게 한다.
서셉터를 승강시키는데 여러 메커니즘이 사용될 수도 있다. 도1과 도9에 도시된 리프트 어셈블리(100)는 회전 가능하게 핀(107)에 장착된 레버(108)를 포함한다. 레버(108)를 회전시키기 위해 레버의 일 단부에 부착된 액츄에이터(actuator)를 작동시킬 수 있으며, 그리고 나서 마운팅 플레이트(102)에 연결된 부재(109)를 상하 이동시킨다. 레버의 수직 이동을 제어하기 위한 세 개의 조정 가능한 정지부가 있다. 이들 정지부는 지지 스파이더의 세 개의 수직 위치(하부 위치(108a), 분리/회전 위치; 중간 위치 (108b), 공정 위치; 상부 위치(108c), 로딩/언로딩 식각 위치)와 대응한다. 하부 위치 정지부(110)를 조정하여 하부 위치를 조정할 수 있다. (두 위치에서 보이는) 중간의 공정 위치 정지부(112)는 공압 액츄에이터(113)의 작동에 의해 맞물리거나 분리될 수 있다. 정지부가 112a로 도시된 실선 위치로 후퇴하면 레버는 이 중간 위치에서 정지하지 않고 상부 정지부와 하부 정지부 사이를 자유로이 이동한다. 반대로, 정지부(112)가 112b로 도시된 가상 위치로 이동할 때 레버는 중간 위치(108b)에서 정지한다. 상부의 로딩/언로딩 식각 위치(108c)는 정지부(114)의 조정에 의해 제어가능하다. 구동축을 수직 이동시키기 위한 승강 메커니즘(100) 외에도 축(130)을 회전시키기 위한 적당한 구동장치가 제공된다.
본 발명이 예시를 목적으로 상세히 기재되긴 하였지만 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신 및 범위를 이탈하지 않고서 당해 기술의 숙련자에 의해 변형이 이루어질 수 있다. 예를 들면 서셉터의 일 부분이 웨이퍼를 로딩 또는 언로딩하기 위해 상승할 때, 서셉터 섹션 보다는 엔드 이펙터를 수직으로 이동함으로써 웨이퍼를 엔드 이펙터와 서셉터 사이에서 이송하기 위한 수직 이동이 제공될 수 있다. 즉 서셉터가 웨이퍼를 수용하도록 상승하였을 때, 이펙터의 단부가 웨이퍼를 서셉터 섹션으로 이송하기 위해 하강할 수 있다. 마찬가지로 웨이퍼를 서셉터로부터 언로딩해야 하고 엔드 이펙터를 웨이퍼 아래로 삽입시킬 때 서셉터 섹션에서 웨이퍼를 들어올리기 위해 엔드 이펙터가 상승될 수 있다.
마찬가지로, 공정 위치에 있는 시스템에서도, 스파이더를 서셉터 유닛과 상대적으로 회전시키는 것이 요구되는 상대 수직 이동도 스파이더 보다는 외부 지지체(160)를 수직으로 이동함으로써 제공될 수 있다. 즉, 스파이더가 여전히 내부 섹션에 맞물려 있는 상태에서 서셉터가 도6과 비교되는 분리/회전 위치로 내려가면, 지지체(160)는 약간 올라가서 서셉터 유닛을 스파이더로부터 이격하게 하고, 스파이더를 내부 섹션과 맞물리도록 이동할 수 있는 위치로 회전하게 한다. 대안으로, 별개의 액츄에이터는 지지체(160)를 통하기 보다는 외부 섹션에 바로 연결될 수 있다.
도4b에 개략적으로 도시된 또 다른 구성에서, 스파이더(120)는 내내 외부 섹션과 접촉한 채로 있을 수 있고, 스파이더(120)와 동심으로 회전할 수 있는 별도의 액츄에이터 스파이더(220)가 웨이퍼를 로딩 및 언로딩 하도록 내부 섹션을 승강시키기 위해 스파이더(120)에 상대적으로 수직 이동할 수 있다. 이러한 구성에서 지지체(160)는 필요하지 않으며, 스파이더를 60°로 정렬하고 분리/회전 위치를 마련할 필요도 없어지게 된다.
내부 서셉터 섹션과 외부 서셉터 섹션 사이에 별도의 연결을 형성하기 위해 다양한 구성을 활용할 수 있다는 것도 이해해야 한다. 즉, 도4a와 도4c에 도시된 로브형(lobed)이나 세그먼트형과는 다른 구성을 이용할 수도 있고, 그러한 구성도 본 발명의 범위 내에 있게 된다.
투피스 서셉터와 포크형 엔드 이펙터의 주 장점 중의 하나는 웨이퍼가 약 700-1000℃ 범위의 온도 상승 시에도 언로딩할 수 있다는 것이다. 이는 웨이퍼의 하면과 접촉하는 엔드 이펙터가 있는 공정 챔버를 통한 처리 능력의 증가를 가능케 한다. 이제까지 그러한 뜨거운 웨이퍼의 픽업은, 가스유동에 의한 압력강하를 통해 실질적으로 웨이퍼에 접촉하지 않고 웨이퍼를 들어올리는 효과를 갖는 전술한 베르누이 원드 시스템을 가지고서만 얻을 수 있었다.
패들이 웨이퍼를 지지하는 핀들 사이에서 웨이퍼의 중앙 부분 아래로 연장되는 종래의 시스템은 일반적으로 500-800℃의 온도 범위에서만 웨이퍼를 들어올릴 수 있었다. 이에 대한 개연적인 이유는, 웨이퍼가 더 높은 온도에서 핀으로 들어올려지면 웨이퍼의 중앙 부분이 냉각될 때 일시적으로 휘어지거나 약간 이동하는 경향이 있다는 것이다. 그러므로 지지 핀이 이 영역에 있다면 핀에 대해 웨이퍼가 이동하는 경향이 있어서 웨이퍼 표면에 스크래치나 손상을 입힐 수 있다. 더욱이, 엔드 이펙터가 핀으로부터 웨이퍼를 이송시키기 위해 웨이퍼의 중앙 부분 아래에 있을 때, 특히 패들이 웨이퍼보다 더 차갑기 때문에 웨이퍼가 냉각될 때 패들에 대해서 웨이퍼가 다시 이동하는 경향이 있을 수 있다. 이러한 이유로 웨이퍼를 이송시키는 그러한 시스템은 일반적으로 전술한 저온에서 실시된다.
이것은 웨이퍼가 서셉터의 비교적 큰 내부 섹션에 의해 상승하고 나서 서셉터 내부 섹션이 웨이퍼에서 하강하는 동안 서셉터의 외측 주변부와 맞물리는 패들로 이송되는 본 발명의 시스템과 대조적이다. 서셉터의 중앙 섹션이 웨이퍼와 동일한 온도에 있고 서셉터의 내부 섹션이 웨이퍼의 면적에 대해 비교적 크기 때문에, 웨이퍼가 상승하는 동안에 내부 섹션에 대해 웨이퍼가 이동하는 경향이 없다. 내부 섹션이 후퇴하고 웨이퍼의 외측 주변부에 인접한 곳에서 웨이퍼와 맞물려 있는 패들 상의 세 개의 핀에 의해 지지된 후에는 웨이퍼가 구부려져 냉각될 때 손상될 수도 있는 웨이퍼의 중앙 부분과 접촉해 있는 것이 아무 것도 없다. 더욱이, 웨이퍼와 엔드 이펙터 상의 핀 사이에 상대 운동이 있다면 웨이퍼 표면의 손상은 웨이퍼 상의 배제 영역에 또는 그 가까이 있을 것이다. 결론적으로 상기 시스템은 약 900℃의 뜨거운 웨이퍼를 이송하여 시스템의 생산성을 늘리는데 효과적이었다.
서셉터의 내부 섹션과 외부 섹션은 서셉터의 상면과 비교적 가깝게 맞물린다. 그럼에도 불구하고 두 섹션 사이의 접선에서 서셉터와 기판이 접촉하지 않는 약간의 라인 공간이 있다. 상기 라인을 따라 결정학적 슬립이나 증착 두께의 불균 일을 생성할 수 있는 그 라인 영역에서의 온도 불연속이 생기지 않도록 하기 위해 세섭터의 온도와 웨이퍼의 온도는 증착 공정 중에 동일하게 유지된다. 이는 도1에 도시된 챔버벽 위, 아래의 복사 열원이 제공하는 열을 적절히 제어함으로써 이루어진다. 적절한 가열 시스템의 상세한 설명은 미국특허 제4,836,138호에 개시되어 있으며, 이것을 본 명세서에 반영하기로 한다.
도11 내지 도15에는 고온 상태에서의 웨이퍼 픽업을 가능하게 하면서 웨이퍼 상의 불균일한 온도 영향을 최소화하는 공통의 특징을 공유하는 엔드 이펙터의 다섯 가지 추가 변형례가 예시되어있다. 도11a와 도11b는 실질적으로 반원형이거나 또는 U자형의 전방부(402)를 갖는 엔드 이펙터를 예시한다. 엔드 이펙터는 중앙에서 전방부(402)와 연결되고 또 적절한 방식으로 로봇 팔에 연결되도록 조정된 브래킷(406)에 연결된 스템(404)에 의해 캔틸레버형으로 지지된다. 스템(404)은 물론 전방부(402)는 바람직하게는 고온에 견디고 엔드 이펙터의 지지를 받는 웨이퍼(260)를 오염시키지 않는 석영 또는 다른 적당한 재료로 만들어진다. 볼 수 있는 것처럼 지지 엘리먼트(403)는 아크형 부분(402) 팁의 상면에 위치하고 제3 엘리먼트(403)는 스템(404)과의 교차점에서 전방부(402)의 상면에 위치한다. 지지 엘리먼트(403) 각각은 아래로 연장하여 웨이퍼와 맞물려 지지하도록 위치하고 지지할 수 있는 크기를 갖는 반경 방향의 내부 측면 상의 노치 또는 계단(403a)을 포함한다. 더욱이, 엘리먼트(403)의 상부 영역은 엔드 이펙터 상에서 웨이퍼의 자리를 결정한다. 도10에 예시된 구성에서 엔드 이펙터(402)는 세 개의 주변부에서만 웨이퍼와 접촉하고, 전방부(402)의 웨이퍼와의 이격 거리는 물론 전방부(402)의 형태 가 웨이퍼에 대한 온도 영향을 최소화시킨다. 웨이퍼가 올려져 있는 표면이 도11c에 나타난 것처럼 반경 방향 내측으로 약간 하향 경사진 것이 바람직하다. 예시를 위하여 도11c에서는 경사도가 과장되어 있다. 엔드 이펙터(402)는 전술한 투피스 서셉터와 함께 그리고 본 명세서에서 참고하고 있는 전술한 펄로브 특허에 개시된 3핀 웨이퍼 승강 시스템과 함께 사용될 수 있다.
도12a와 12b는 바람직하게 얇은 석영관을 이용하는 또 다른 엔드 이펙터의 구성을 예시한다. 이들 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 한쌍의 튜브(502)가 실질적으로 평행하게 연장하고, 그 후방 단부는 로봇 팔과 연결되도록 조절된 컴포넌트(506)와 결합된다. 아암(502)도 아암(502)을 지지하여 이들 아암의 전방부(502a)가 캔틸레버 식으로 연장되도록 하는 가로 부재(504)에 의해 결합된다. 지지 핀(503)은 각 아암 부분(502a)의 자유 단부 상에 위치한다. 비슷한 지지 핀(503)은 가로 부재(504) 상에서 중앙에 위치한다. 엘리먼트(503)는 도11의 엘리먼트(403)와 비슷한데, 도12에서 볼 수 있는 것처럼 웨이퍼(260)의 하부 측면과 맞물리기 위한 표면을 형성하는 계단(503a)을 갖는다. 도면에서 볼 수 있는 것처럼, 바람직한 3점 지지 구성이 제공되며, 핀 두 개는 웨이퍼의 전방 에지에 위치하고, 세 번째 핀은 중앙에 가로 부재 상에 위치한다.
전방부(502)의 간격은 전술한 스파이더 지지체가 제공하는 것처럼 아암들이 중앙 지지체에 걸쳐질 수 있고, 이격된 세 지지체 사이에서 맞물릴 수 있을 정도라야 한다. 더욱이, 두 개의 포크형 패들도 전술한 펄로브 특허에서 기재된 형태의 세 개의 리프터 핀 사이에서 맞추어질 것이다. 그러한 핀은 패들과의 관계를 예시 하는 도12a에서 510으로 개략적으로 도시되어있다. 포크부(502a)가 웨이퍼 아래로 연장하는 동안에는 웨이퍼와 이격해 있고, 실질적으로 대부분에 복사열을 투과시키는 얇은 석영관으로 형성되어 있기 때문에 웨이퍼에 심각한 열적 영향을 미치지 않는다.
도13a와 도13b는 웨이퍼를 서셉터 위로 상승시키기 위한 3핀 형식의 시스템과 함께 사용하도록 구성된 패들형 엔드 이펙터를 개시한다. 패들은 로봇 팔에 연결되도록 조정된 브래킷(606)의 지지를 받는 후방 단부를 갖는 전체적으로 사각인 플레이트(602)를 포함한다. 두 개의 웨이퍼 지지 엘리먼트(603)는 플레이트(602) 전방 모서리 상에 위치하고 제3 엘리먼트는 플레이트 중앙에 위치하여 웨이퍼의 후방 에지와 상호작용한다. 도13a와 도13b에 도시된 것처럼 세 개의 핀은 웨이퍼(260)에 대하여 3점 지지를 제공하도록 위치한다. 핀(603)은 도11과 도12의 구성에서 사용된 핀보다 더 커서 웨이퍼를 플레이트(602) 위로 이격시킨다. 핀이 웨이퍼를 패들에서 적어도 약 2㎜ 위에 위치하는 것이 바람직하고, 적어도 약 5mm 위에 위치시키는 것이 더 바람직하다. 그렇게 하여, 웨이퍼는 주변부에서 단지 3점에서만 맞물리고, 패들의 몸체는 웨이퍼 아래로 이격하여, 패들이 중앙 부분에만 위치하는데도 불구하고 웨이퍼에 대한 불균일한 온도 영향을 최소화한다. 패들은 리프터 핀(610) 사이에 끼워질 수 있는 크기이다.
도14와 도15는 도11 내지 도13의 엔드 이펙터에 대한 대안적 방법을 이용하는데, 온도 균일성을 유지하기 위해 웨이퍼에 대하여 최소한의 열적 영향을 미치는 엔드 이펙터를 채용하는 경우보다 도14와 도15의 구성은 열적 영향이 더 크다. 그 러나 열적 영향이 비교적 균일하기 때문에 불리한 온도 불균일이 최소화된다.
도14a와 도14b의 구성은 지지되는 웨이퍼(260)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖는 전체적으로 원형인 대형 패들 전방부(702)를 예시한다. 원형부는 로봇 팔과 결합될 브래킷(706)에 연결된 전체적으로 사각인 스템(704)에 의해 캔틸레버 식으로 지지된다. 패들은 슬롯(708) 사이에 중앙 섹션(702a)을 갖는 세 개의 포크형 패들을 형성하는 이격된 한쌍의 연장 슬롯(708)과 한쌍의 측방 포크부(702b)를 포함한다. 슬롯(708)은 전술한 펄로브 특허에서 개시된 형태의, 웨이퍼 승강 시스템에서 개략적으로 도시된 세 개의 리프터 핀(710)이 적절한 방향에 있는 핀과 함께 슬롯에 끼워질 수 있도록 위치한다. 즉, 리프터 핀(710) 중 두 개는 슬롯 중 하나로 들어가고, 나머지 핀(710)은 다른 슬롯으로 들어간다. 곡선형의 한쌍의 웨이퍼 지지 핀이나 엘리먼트(703)는 두 개의 측방 포크부(702b)의 외측 주변부에 위치한다. 지지 엘리먼트(703)는 웨이퍼(260)를 올려놓는 약간 경사진 계단(703b)을 포함하며, 반면에 엘리먼트(703b)의 상부 영역은 웨이퍼의 수평 위치를 한정한다. 대안으로, 세 개의 핀은 도11의 구성에서 도시된 것과 비슷한 방법으로 위치할 수도 있다. 즉, 핀은 도11에서만큼 작고, 3점 지지를 제공하도록 이격될 수 있다. 패들은 고온에 견딜 수 있는 석영, 실리콘 카바이드나 다른 적당한 재료로 만들어질 수 있다. 심지어 슬롯(708)과 함께 패들이 웨이퍼(260) 면적의 약 80% 이상 연장하기 때문에 패들은 웨이퍼에 대하여 거의 균일한 열적 영향을 미친다.
도15a, 도15b, 도15c는 들어올릴 웨이퍼(260)보다 약간 큰 직경을 갖는 원형의 전방 디스크(802)를 포함하는 엔드 이펙터를 도시한다. 디스크(802)는 디스크 의 후면과 결합된 전체적으로 사각 형태의 스템(804)에 의해 캔틸레버 식으로 지지된다. 도15b와 도15c에서 도시된 바와 같이, 한쌍의지지 엘리먼트(803)가 패들(802)의 양측면 상의 하면에 매달려 있다. 제3지지 엘리먼트(803)는 디스크(802)의 후방 중앙에 위치한다. 각 엘리먼트(803)는 수직 부분(803a)과 반경 방향 내측으로 연장하는 레지 또는 다리부(803b)를 포함하여 도15b에서 볼 수 있는 것처럼 웨이퍼(260)의 주변 영역에 대한 지지체를 형성한다. 도15a와 도15c에는 웨이퍼가 도시되지 않았다.
도15의 엔드 이펙터는 본 발명에서 개시된 형식의 서셉터 웨이퍼 승강 시스템이나 전술한 3 리프터 핀형의 서셉터 웨이퍼 승강 시스템과 함께 사용하면 유용하다. 디스크(802)는 웨이퍼에 대한 열적 영향을 갖도록 되어있다. 그렇지만 디스크가 웨이퍼의 전체 상면에 걸쳐 연장하기 때문에 열적 영향은 실질적으로 균일하다. 웨이퍼와 맞물리는 내측 연장 다리부(803b)는 최소의 열적 영향을 갖는 단지 3점 지지를 제공한다.
도11 내지 도15의 엔드 이펙터의 일부 구성은 수정 가능하다는 것을 이해할 수 있다. 예를 들면 도15의 구성에서 지지 엘리먼트는 도11 내지 도13에 사용된 엘리먼트와 일치하게, 원주 방향으로 더 작게 만들어질 수 있다. 더욱이, 원하는 특성 및 효과에 따라 다양한 재료를 이용할 수 있다.
사용할 때 웨이퍼(260)는 도15b에 도시된 것처럼 이송될 수 있다. 웨이퍼를 이송하기 위해 패들은 웨이퍼 리프터 위로 이동하고 약간의 상대 수직 이동으로 웨이퍼를 리프터로 이송시킬 수 있다. 그리고 나서 패들은 후퇴한다. 리프터로부터 패들로 이송하기 위해 반대의 과정을 거칠 수 있다.
또한 당해 기술자는 도14와 도16의 개념을 결합시켜 포켓으로 웨이퍼를 수용하는 엔드 이펙터를 구성할 수 있다. 이러한 구성은 하부 슬롯이 있는 패들(702)과 계단형 웨이퍼 지지 엘리먼트(903)에 의해 결합되는 상부 디스크(802)를 갖는 것으로 도16에 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 구조는 웨이퍼 픽업 중에 최소한의 휨으로 웨이퍼를 양 측에서 실질적으로 균일하게 냉각시킬 수 있다.

Claims (110)

  1. 함께 결합하여 기판을 지지하는 서셉터 유닛을 형성하는 제1 섹션과 제2 섹션을 갖는 서셉터로서, 상기 제1 섹션이 상기 제2 섹션을 에워싸는 전체적으로 환상 형태이고, 상기 섹션들이 서로 회전 가능하게 결합하는 맞물림부들을 갖는 상기 서셉터; 및
    상기 제1 섹션을 지지하는 제1 위치와 상기 제2 섹션을 지지하며 상기 섹션들에 대해 회전되는 제2 위치를 갖는 제1 서셉터 지지체를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    기판의 로딩 및 언로딩이 용이하도록, 상기 섹션들이 회전 가능하게 결합하고 서로에 대해 수직 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 섹션들이 수직 방향으로 결합하여 상기 제1 섹션이 상기 제2 섹션을 지지하고 상기 섹션들이 서로에 대해 수직 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 섹션이 상기 제2 섹션을 수직 지지하도록 구성되고, 상기 섹션들이 상기 지지체가 상기 제1 섹션에 맞물리고 상기 지지체와 상기 섹션들이 회전 가능하게 결합하여 상기 지지체의 회전으로 서셉터 유닛을 회전시키는 기판 공정 위치를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 서셉터 섹션들은 상기 지지체가 상기 제2 섹션과 맞물리는 로딩/언로딩 위치를 가지며, 상기 기판을 상기 제2 섹션으로 그리고 상기 기판을 상기 제2 섹션으로부터 이송하여 상기 제2 섹션이 기판 이송장치와 상호 작용하도록 상기 섹션들이 수직 방향으로 상대 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 지지체가 상기 제2 섹션을 지지할 때 상기 제1 서셉터 섹션을 지지하기 위한 제2 서셉터 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 지지체들이 서로에 대해 수직으로 상대 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터 유닛이 상기 지지체가 상기 서셉터 유닛을 상기 제1 서셉터 섹션과 맞물리고 나서 상기 제2 섹션을 지지하는 공정 위치를 가지고,
    상기 지지체가 수직 이동하여 상기 공정 위치에서 상기 공정 위치 위로 이격된 식각 위치로 이동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 섹션들이 상기 제1 섹션이 상기 제2 섹션을 수직 지지할 수 있게 하는 맞물림부들을 포함하고, 상기 맞물림부들에 의해 상기 섹션들이 회전 가능하게 결합하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 섹션들이 서로에 대해 수직 방향으로 상대 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    기판을 지지하기 위한 포크형 단부를 가지는 기구를 포함하며,
    상기 제2 서셉터 섹션은 상기 포크형 기구와 상기 제2 서셉터 섹션 사이의 상대 수직 이동 중에 상기 포크형 단부 사이로 들어가는 크기인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 섹션이 전체적으로 환상 형태이고 환상 형태의 내부 가장자리에서 내측으로 연장된 원주 방향으로 이격된 복수의 세그먼트를 포함하고, 상기 제2 섹션이 상기 제1 섹션의 세그먼트 사이에 맞추어지도록 외측으로 연장된 원주 방향으로 이격된 복수의 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 세그먼트들이 상기 제1 섹션이 상기 제2 섹션을 수직 지지할 수 있게 하는, 서로 맞물리는 플렌지 면부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 섹션이 전체적으로 환상이고, 동심으로 배치된 원형의 홈을 포함하며, 상기 제2 섹션은 상기 홈에 맞추어지는 원형의 외측 상부 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 섹션은 상기 홈 아래에 위치한 플렌지부들을 포함하며, 상기 제2 섹션은 상기 제1 섹션 상의 플렌지부들 위로 연장된 원주 방향의 플렌지들을 포함하며, 상기 제1 섹션이 상기 제2 섹션을 지지하도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 섹션들이 회전 가능하게 결합하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  19. 삭제
  20. 외부 서셉터 섹션과 상기 서셉터 섹션 내에 위치하는 내부 중앙 위치 서셉터 섹션을 포함하며,
    상기 섹션들이 함께 결합하여 서셉터 유닛을 형성하는 맞물림부들과 기판을 수용하기 위해 실질적으로 하나의 표면을 형성하는 동일 평면의 상면을 포함하고,
    상기 맞물림부들이 상기 섹션들 사이에 수직으로 상대 이동을 가능하게 하면서 상기 섹션들을 회전 가능하게 결합시키며,
    상기 섹션들이 상기 상면 위에 원형의 인터페이스를 가지며 상기 인터페이스 아래에서 상기 섹션들 상에 서로 맞물리는 플렌지부들을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
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  25. 기판 공정 챔버,
    상기 챔버 내에서 기판을 수평 지지하고, 중앙 내부 섹션과 상기 내부 섹션을 지지하기 위해 상기 내부 섹션을 에워싼 환상 섹션을 포함하며, 상기 섹션들이 기판을 수용하기 위한 상면이 있는 서셉터 유닛을 형성하기 위해 서로 결합하는 서셉터, 및
    공정 위치에서 상기 서셉터를 지지하고, 상기 섹션들 사이에 수직 방향의 상대 이동을 발생시켜 상기 제2 섹션이 상기 로봇 기구와 상기 중앙 서셉터 섹션으로 그리고 상기 로봇 기구와 상기 중앙 서셉터 섹션으로부터 기판을 이송시키는 기판 로딩 및 언로딩 위치에 있게 하는, 상기 서셉터 섹션들을 위한 하나 이상의 지지체를 포함하며,
    상기 지지체는 상기 환상 섹션을 지지하고 회전시키기 위한 복수의 아암이 있는 지지체 및 상기 중앙 섹션을 상승시키기 위한 제2 지지체를 포함하여 상기 로봇 기구로부터 상기 중앙 섹션으로의 이송을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치
  26. 삭제
  27. 제25항에 있어서,
    상기 제2 지지체가 제1 지지체와 동심으로 배치되고 있지만 상기 제1 지지체에 대해 회전 가능하게 분리된 복수의 아암을 갖는 지지체인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  28. 기판을 챔버 내의 서셉터로부터 로딩 및 언로딩하는 방법에 있어서,
    외부 서셉터 섹션과 함께 중앙 서셉터 섹션을 지지하면서 외부 지지체로 상기 외부 서셉터 섹션을 지지하는 단계,
    상기 내부 섹션이 이동 지지체 상의 상기 외부 섹션 위로 이격되도록 상기 중앙 서셉터 섹션과 상기 외부 서셉터 섹션 사이에 상대 수직 이동을 제공하는 단계,
    기구를 이용하여 기판을 상기 중앙 서셉터 섹션 위에서 이격된 위치로 이동시키는 단계,
    상기 기판의 일부가 상기 중앙 섹션과 중첩하는 상태로 상기 기판을 상기 중앙 섹션으로 이동시키기 위해 상기 중앙 섹션과 상기 기구 사이에 상대 수직 이동을 제공하는 단계,
    상기 서셉터 위로부터 로봇 팔을 후퇴하는 단계,
    상기 중앙 섹션이 상기 기판을 지지하기 위한 서셉터 유닛을 형성하는 외부 서셉터 섹션 안으로 들어가 지지될 수 있도록 상기 서셉터 섹션들 사이에 상대 수직 이동을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 챔버 내의 서셉터로부터 로딩 및 언로딩하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 이동 지지체가 상기 중앙 서셉터 섹션에서 분리될 때까지 상기 이동 지지체를 더 하강시키는 단계,
    상기 이동 지지체가 상기 외부 서셉터 섹션 아래에 오는 위치로 상기 이동 지지체를 회전시키는 단계,
    상기 이동 지지체를 상기 외부 서셉터 섹션과 맞물리도록 상승시키고, 상기 서셉터 유닛을 상기 외부 지지체에서 상기 공정 위치로 들어올리는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 챔버 내의 서셉터로부터 로딩 및 언로딩하는 방법.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 서셉터 유닛이 상기 외부 지지체 위에만 올려지도록 상기 서셉터 유닛을 하강시키는 단계,
    상기 이동 지지체가 상기 내부 서셉터 섹션 아래의 위치에 오도록 상기 이동 지지체를 더 하강시켜 회전시키는 단계,
    상기 기판을 상기 서셉터 섹션 위로 들어올리기 위해 상기 내부 서셉터 섹션을 상승시키는 단계,
    상기 로봇 팔 엔드 이펙터를 상기 서셉터 섹션들 사이의 평면에서 수평 이동시키는 단계,
    상기 기판을 상기 기구로 이송하기 위해 상기 내부 서셉터 섹션과 상기 기구 사이에 상대 수직 이동을 제공하는 단계, 및
    상기 기판을 상기 서셉터 위에서 분리시키기 위해 상기 엔드 이펙터를 수평 후퇴시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 챔버 내의 서셉터로부터 로딩 및 언로딩하는 방법.
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  70. 함께 결합하여 기판을 지지하는 서셉터 유닛을 형성하는 제1 섹션과 제2 섹션을 갖는 서셉터로서, 상기 제1 섹션이 상기 제2 섹션을 에워싸는 전체적으로 환상 형태이고, 상기 섹션들이 서로 회전 가능하게 결합하는 맞물림부들을 갖는 상기 서셉터; 및
    상기 제1 섹션을 지지하는 제1 위치와 상기 제2 섹션을 지지하고 상기 섹션들에 대해 회전되는 제2 위치를 갖는 제1 서셉터 지지체를 가지며,
    상기 지지체는 상기 제1 위치에서 상기 제1 섹션 상의 복수의 세그먼트와 맞물리고 상기 제2 위치에서 상기 제2 섹션 상의 복수의 세그먼트와 맞물리는 복수의 아암을 갖는 스파이더의 형태인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  71. 함께 결합하여 기판을 지지하기 위한 서셉터 유닛을 형성하는 제1 섹션과 제2 섹션을 갖는 서셉터로서, 상기 제1 섹션이 상기 제2 섹션을 에워싸는 전체적으로 환상 형태이고, 상기 섹션들이 서로 회전 가능하게 결합하는 맞물림부들을 갖는 상기 서셉터; 및
    상기 제1 섹션을 지지하는 제1 위치 및 상기 제2 섹션을 지지하지만 상기 제1 섹션을 지지하지 않고 상기 제1 위치에 대하여 회전되는 제2 위치를 가진 제1 서셉터 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 공정 장치.
  72. 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치에 있어서,
    투피스 지지 유닛의 내부 섹션으로 또는 상기 내부 섹션으로부터 얇고 평평한 기판을 이송시키기 위한 포크형 엔드 이펙터를 포함하며,
    상기 엔드 이펙터는 폐쇄 단부에 의해 결합되고 개구 단부를 형성하는 이격된 한쌍의 지지 아암을 포함하며,
    상기 아암은 상기 내부 섹션에 걸쳐져 상기 엔드 이펙터와 상기 내부 섹션 사이에 상대 수직 이동을 허용하기에 충분할 만큼 이격되어 있으며,
    상기 아암이 상기 기판의 최대 측면부 사이의 거리 미만으로 이격되어, 상기 내부 섹션과 상기 포크형 기구의 상대 수직 이동으로 상기 기판을 상기 내부 섹션과 상기 지지 아암 사이로 이송시키며,
    상기 포크형 기구는 상기 기판의 상기 외측 영역의 상기 하면과 맞물리도록 형성된 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치.
  73. 제72항에 있어서,
    상기 포크형 기구는 상기 아암 각각의 팁 근처에 그리고 상기 폐쇄 단부 위에 상향 연장된 돌출부를 가지며,
    상기 돌출부는 이격되어 상기 기판의 외측 가장자리와 가까운 곳에서 상기 기판과 맞물리는 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치.
  74. 제73항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 포크형 기구의 상기 상면 위로, 상기 기판이 상기 엔드 이펙터에 의해 지지될 때 상기 돌출부만이 상기 기판과 맞물리기에 충분한 양만큼 연장하는 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치.
  75. 제73항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 기판의 가장자리 사이에 있는 상기 기판 상의 환상 영역에서 상기 기판의 하면과 맞물리도록 위치하고, 상기 가장자리로부터 반경 방향 내측으로 2 인치 미만 떨어져 위치하지만 1 인치 미만인 것이 바람직하고, 0.5 인치 미만이 더욱 바람직한 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치.
  76. 제73항에 있어서,
    상기 돌출부는 둥글고 매끄럽게 마무리된 상면을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치.
  77. 제73항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 지지 아암의 상면 위로 약 0.010-0.080 인치 연장하는 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치.
  78. 제73항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 기판과의 접촉을 최소화하도록 경사진, 상기 기판과 맞물리는 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치.
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  82. 챔버 내에서의 기판 이송 방법에 있어서,
    기판을 외부 섹션 위에 이격된 지지 구조체 위에 위치시키기 위하여 기판과 상기 외부 서셉터 섹션 사이에 상대 수직 이동을 제공하는 단계,
    상기 기판 아래로 그리고 상기 외부 섹션 위로 이격된, 상기 지지 구조체에 걸치기에 충분히 이격된 지지 아암을 갖는, 포크형 엔드 이펙터를 삽입하는 단계, 및
    상기 기판의 외측 가장자리에 인접한 곳에서만 상기 기판하고 맞물리는 복수의 엔드 이펙터 돌출부로 상기 기판이 이송되도록, 상기 지지 구조체와 상기 엔드 이펙터 사이에 상대 수직 이동을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버 내에서의 기판 이송 방법.
  83. 제82항에 있어서,
    상기 기판이 600℃ 이상의 온도에 있는 동안에 상기 기판이 상기 엔드 이펙터로 이송되는 것을 특징으로 하는 챔버 내에서의 기판 이송 방법.
  84. 제82항에 있어서,
    상기 기판이 700℃ 이상의 온도에 있는 동안에 상기 기판이 상기 엔드 이펙터로 이송되는 것을 특징으로 하는 챔버 내에서의 기판 이송 방법.
  85. 제82항에 있어서,
    상기 기판이 800℃ 이상의 온도에 있는 동안에 상기 기판이 상기 엔드 이펙터로 이송되는 것을 특징으로 하는 챔버 내에서의 기판 이송 방법.
  86. 제82항에 있어서,
    상기 기판이 900℃ 이상의 온도에 있는 동안에 상기 기판이 상기 엔드 이펙터로 이송되는 것을 특징으로 하는 챔버 내에서의 기판 이송 방법.
  87. 얇고 평평한 기판을 서셉터로 이송시키는 방법에 있어서,
    일 단부에서 결합되는 이격된 한쌍의 지지 아암과 개구 단부를 형성하는 자유 단부를 가지며, 상기 아암이 기판의 외측 가장자리에 인접한 곳에서 상기 기판의 하면과 맞물리는, 엔드 이펙터 상에서 기판이 지지되는 상태에서 서셉터 위 챔버로 상기 포크형 이펙터를 삽입하는 단계,
    상기 기판을 상기 엔드 이펙터로부터 수직 분리시키는 단계,
    상기 챔버로부터 상기 엔드 이펙터를 후퇴시키는 단계, 및
    상기 기판을 상기 서셉터로 이송시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 얇고 평평한 기판을 서셉터로 이송시키는 방법.
  88. 제87항에 있어서,
    기판을 공정처리하는 단계는,
    상기 서셉터의 적어도 한 주변부에서 상기 기판을 수직 분리하는 단계,
    상기 기판의 상기 외측 가장자리에 인접한 곳에서 상기 기판 아래로 그러나 기판과 이격되게 상기 엔드 이펙터를 삽입하는 단계, 및
    상기 엔드 이펙터가 상기 기판의 외측 가장자리에 인접한 곳에서 상기 기판의 하면과 맞물려 상기 기판을 지지하도록 상기 기판과 상기 엔드 이펙터 사이에 상대 수직 이동을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 얇고 평평한 기판을 서셉터로 이송시키는 방법.
  89. 삭제
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  92. 얇고 평평한 기판의 공정 방법에 있어서,
    공정 챔버에서, 내부 섹션과 이를 에워싼 환상 섹션을 가지며, 그 상면에서 이들 섹션 사이에 결합 라인을 갖는 서셉터 상에 기판의 위치를 정하는 단계, 및
    기판에 층을 증착하는 동안에 상기 기판과 상기 서셉터의 온도를 거의 동일하게 유지하여 상기 라인에서 상기 기판에 결정학적 슬립이 발생하지 않고, 상기 라인에 있는 상기 층과 상기 라인에 인접한 상기 기판의 영역이 두께에 있어서 실질적으로 차이가 없도록 상기 서셉터와 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 얇고 평평한 기판의 공정 방법.
  93. 제92항에 있어서,
    상기 가열 단계가 상기 기판 위에 이격된 열원으로부터 상기 기판과 상기 서셉터를 가열하고, 상기 기판 아래에 이격된 열원으로부터 상기 기판과 상기 서셉터를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 얇고 평평한 기판의 공정 방법.
  94. 제93항에 있어서,
    상기 서셉터와 상기 기판은 상기 서셉터의 상하에 이격된 석영 상부벽과 석영 하부벽을 갖는 챔버 내에 위치하며, 상기 가열 단계가 상기 상부벽 위에 위치한 열원과 상기 하부벽 아래에 위치한 열원에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 얇고 평평한 기판의 공정 방법.
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  104. 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치에 있어서,
    로봇 팔에 장착되며, 이송시킬 기판과 전체적으로 평행 연장하는 지지체를 포함하는 엔드 이펙터, 및
    이격 위치에서 상기 기판의 주변부와 맞물리고 상기 기판과 가까이 그리고 실질적으로 평행 이격된 기판을 지지하도록 구성된 상기 기판에 부착된 복수의 지지 엘리먼트를 포함하며,
    상기 지지체는 상기 기판 면적의 적어도 약 80%의 기판에 인접한 영역을 가져서 상기 지지체에 의해 초래되는 상기 기판에 대한 열적 영향을 실질적으로 균일하게 하는 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치.
  105. 제104항에 있어서,
    상기 지지체는 전체적으로 원형의 디스크이고, 상기 지지 엘리먼트들은 상기 디스크의 주변부에 부착되며, 상기 디스크는 상기 디스크의 전방 단부로 개방되며 후방으로 연장하는 하나 이상의 슬롯을 가지며, 상기 하나 이상의 슬롯은 상기 엔드 이펙터와의 사이에서 기판 이송이 용이하도록 서셉터 위의 기판을 들어올리기 위한 리프터 핀을 수용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치.
  106. 제105항에 있어서,
    상기 하나 이상의 슬롯은 상기 디스크를 중앙 포크부와 한쌍의 측방 포크부로 나누는 한쌍의 이격 슬롯을 포함하고, 상기 슬롯은 일 슬롯에서는 한쌍의 리프터 핀을 수용하고 다른 슬롯에서는 제3 핀을 수용하도록 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치.
  107. 제105항에 있어서,
    기판 위로 충분하게 이격되도록 상기 슬롯 디스크 위에서 지지되는 상부 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치.
  108. 제107항에 있어서,
    상기 상부 디스크는 상기 지지 엘리먼트의 상단부에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치.
  109. 제104항에 있어서,
    상기 지지체는 실질적으로 원형인 디스크를 포함하며,
    상기 지지 엘리먼트들은 상기 디스크의 하부 주변부에 부착되며 상기 디스크 아래에 이격되어 기판의 주변부를 수용하도록 조정된 내측 연장 레지를 포함하며, 이로써 기판이 상기 디스크의 아래로 연장되어 약간 이격되는 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치.
  110. 제109항에 있어서,
    상기 디스크의 직경이 상기 엔드 이펙터에 의해 지지될 기판의 직경보다 약간 큰 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템에서의 기판 지지 및 핸들링 장치.
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