KR100757142B1 - 웨이퍼 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 처리 시스템내의 작업영역 사이에서 격리가 필요 없는 웨이퍼 처리 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 시스템은 로딩영역, 이송영역, 및 반응기 또는 열처리영역을 포함하고, 영역을 분리하는 격리장치나 게이트밸브가 없는 처리 시스템은 "단일"챔버에 결합된 각 작업영역을 효과적으로 구비하며, 바람직하게는, 단일챔버가 단일 슬릿밸브, 힌지문, 또는 웨이퍼를 로딩영역에서/으로 반출/반입할 수 있도록 로딩영역에 근접하여 배치된 다른 진공 밀폐문을 구비하고, 로딩영역의 문이 닫히면 챔버의 내부압력은 각 작업영역 전체를 통하여 균일하게 유지되는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 처리 시스템{WAFER PROCESSING SYSTEM}
기술분야
본 발명은 반도체 장치 제작, 특히 반도체 웨이퍼 처리용 시스템에 관한 것이다.
관련기술
특정 웨이퍼 처리 시스템은 반도체 웨이퍼를 전자장치로 처리하기 위해 사용된다. 대부분의 웨이퍼 처리 시스템에서, 웨이퍼를 포함하는 운반체(carrier)는 로딩부(loading station)안으로 로딩되고 로드록(loadlock)으로 이송된다. 계속해서, 로봇은 운반체로부터 웨이퍼를 들어올려 반응기(reactor)안으로 웨이퍼를 이동시킨다. 웨이퍼는 처리법에 따라 반응기에서 처리된다. 웨이퍼가 처리되면, 로봇은 웨이퍼를 들어올려 로드록내의 운반체로 다시 이송시킨다. 그 후 운반체는 로드록에서 나와 로딩부로 되돌아간다.
게이트밸브는 웨이퍼가 제 1 압력의 영역에서 다른 제 2 압력의 영역으로 이동하는 다양한 상황에서 일상적으로 사용된다. 일반적으로, 게이트밸브는 웨이퍼 처리 환경에서의 작업영역(operational area)들을 격리하는 장치로서, 작업영역들 내의 내부압력을 변화시킬 수 있다. 또한 게이트밸브는 어떤 웨이퍼 처리공정에서 문제가 될 수 있는 작업영역들 사이의 미립자 오염을 줄인다.
삭제
불행하게도, 처리 시스템에서 게이트밸브를 사용하는 데는 또한 결점이 있다. 예를들어, 게이트밸브는 작동될 때마다 미립자를 발생시키는 다수의 노출된 조인트, 베어링, 힌지 및 이와 유사한 것들을 일반적으로 포함한다. 이 미립자들은 웨이퍼 상에 부착되어 처리작업을 방해하기도 한다. 게다가, 상기 조인트는 윤활액이 빠르게 증발하는 저압 환경에서 윤활이 어려워진다. 또한, 처리 시스템내의 게이트밸브의 위치는 보통 시스템의 크기를 증가시킨다. 일반적으로, 증가된 시스템의 크기는 시스템 제조와 관련된 비용을 증가시킴은 물론 진공상태를 만드는데 필요한 전력과 시간을 증가시킨다.
기술배경으로, 제 EP-A-0 843 343 호 및 EP-A-0 847 076 호가 참고된다. 제 EP-A-0 843 343 호 및 EP-A-0 847 076 호에서의 처리 시스템은 다양한 웨이퍼 처리들을 수행하는 역할을 하며, 다수의 독립된 처리기계 및 셀을 각각 포함한다.
삭제
발명의 요약
본 발명은 처리 시스템내의 작업영역들 사이에 격리가 필요치 않은 웨이퍼 처리 시스템을 제공한다. 본 발명의 시스템은 로딩영역, 이송영역 및 반응기 또는 열처리영역과 같은 작업영역을 포함한다. 유리하게도 상기 영역들을 격리하는 게이트밸브 또는 격리장치가 없기 때문에, 처리 시스템은 "단일"챔버(single chamber)로 조합된 각 작업영역을 효과적으로 구비한다. 바람직하게, 단일챔버는 웨이퍼를 로딩영역에서/으로 반출/반입이 가능하도록 로딩영역에 근접배치된 단일 슬릿밸브, 힌지문, 또는 다른 진공밀폐문을 포함한다. 로딩영역의 문이 닫히면 챔버 내부압력은 각 작업영역 전체에 걸쳐 균일하게 유지될 수 있다.
본 발명의 한 관점에서, 챔버를 포함하는 웨이퍼 처리 장치가 제공된다. 로딩영역, 열처리영역 및 이송영역이 상기 챔버내에 있다. 로딩영역, 이송영역 및 열처리영역은 상기 웨이퍼 처리 영역내의 웨이퍼 처리 작업중에 환경 연통되어 있다.
본 발명의 또 다른 관점에서, 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 처리되는 웨이퍼를 수용하도록 형성된 제 1 구획을 포함한다. 시스템은 웨이퍼를 이송할 수 있는 이송기구(transport mechanism)를 포함하고, 제 1 구획에 인접하여 배치된 제 2 구획을 또한 포함한다. 제 3 구획은 웨이퍼를 열처리하기 위해 이용되고, 제 2 구획에 인접하여 배치된다. 제 1 구획, 제 2 구획, 제 3 구획은 웨이퍼가 제 3 구획에서 열처리 되는 동안 환경 연통되어 있다.
단일챔버로 효과적으로 서로 조합된 작업영역을 포함하는 처리 시스템은 처리과정동안 발생할 수 있는 압력변화의 가능성을 배제한다. 챔버내 작업영역의 압력이 1기압 이하이므로, 웨이퍼 처리량은 증가한다. 또한, 챔버 공간(chamber volume)이 하나이므로, 시스템 내에 다수의 펌프가 전혀 필요치 않다. 본 발명은 특히 어닐링 및 화학기상증착 처리와 같은 열처리과정에 특별히 유용하다.
본 발명의 다른 사용예, 이점 및 변형은 본 명세서 및 첨부도면을 읽는 이 기술분야에 종사하는 일반 숙련자들에게는 명백히 숙지될 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1A 및 도 1B는 각각 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 시스템의 측면도 및 평면도,
도 2A 및 도 2B는 각각 본 발명에 따른 로딩부의 측면도 및 평면도,
도 3은 도 2A에 도시된 로딩부에 사용되는 바(bar)의 단면도,
도 4A는 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 로봇의 기능적 투시도,
도 4B는 도 4A에 도시된 로봇 일부의 확대도,
도 4C 및 도 4D는 본 발명의 한 실시예에 따른 로봇의 평면 투시도,
도 5는 도 1A 및 도 1B에 도시된 웨이퍼 처리 시스템을 제어하기 위한 제어 시스템의 블럭선도,
도 6A-6E는 도 2A 및 도 2B에 도시된 로딩부 내의 작업대의 이동을 나타낸 도면,
도 7A 및 도 7B는 도 2A 및 도 2B에 도시된 로딩부의 측면도,
도 8A-8F는 웨이퍼가 로드록 내의 운반체에서 반응기로 이동하는 것을 나타낸 도 1A에 도시된 웨이퍼 처리 시스템의 측면도,
도 9는 도 2A 및 도 2B에 도시된 로딩부 내의 작업대의 위치를 탐지하기 위한 센서배치의 기능선도,
도 10A 및 도 10B는 본 발명의 한 실시예에 따른 로딩부 및 로드록의 측면도,
도 11A는 본 발명에 따른 로드록 및 작업대의 사시도,
도 11B는 도 11A에 도시된 로드록 및 작업대의 측단면도,
도 12A 및 도 12B는 각각 본 발명의 처리 시스템의 실시예를 간단히 도시한 평면도 및 측면도,
도 12C는 본 발명의 또 다른 실시예를 간단히 도시한 측면도,
도 13A는 본 발명에 따른 제 1 구획(로딩영역)을 간단히 도시한 부분 측단면도,
도 13B는 도 13A의 제 1 구획의 또 다른 실시예를 간단히 나타낸 도면, 및
도 14, 도 14A 및 도 14B는 본 발명에 따른 냉각부의 실시예를 다양한 관점에서 본 도면.
발명의 상세한 설명
도 1A 및 도 1B는 각각 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 시스템(100)의 측면도 및 평면도를 나타낸다. 시스템(100)은 로딩부(10), 로드록(12), 이송챔버(20), 로봇(21), 반응기(30 및 40), 및 냉각부(60)를 포함한다. 로딩부(10)는 웨이퍼 운반체(13)와 같은 웨이퍼 운반체를 지지하고 로드록(12)까지 이동시키기 위한 작업대(platform)(11A, 11B 및 11C)를 포함한다. 이 실시예에서는 세 개의 작업대가 사용되지만 본 발명은 이에 한정되지는 않는다. 처리량을 증가시키는 추가 작업대가 사용될 수 있다면 두 개의 작업대가 사용될 수 있다. 운반체(13)는 한번에 25개의 웨이퍼를 운반할 수 있는 제거 가능한 웨이퍼 운반체이다. 고정된 웨이퍼 운반체를 포함하는 다른 종류의 웨이퍼 운반체를 또한 사용할 수 있다. 웨이퍼 운반체는 수동으로 또는 자동 안내 수송수단("AGV")을 사용하여 작업대(11A, 11B 및 11C)로 로딩된다.
로드록(12)안으로 향하는 웨이퍼 운반체 이동의 한 예로 작업대(11A)상의 운반체(13)를 통해 설명되지만, 동일한 예시가 작업대(11B 및 11C)를 사용하는 다른 웨이퍼 운반체의 이동에 적용이 된다. 또한, 작업대(11A, 11B 및 11C)는 구조적, 기능적으로 동일하기 때문에, 작업대(11A)에 대한 임의의 도면부호도 작업대(11B 및 11C)에 적용된다. 로딩부(10)의 측면도 및 평면도를 도시한 도 2A 및 도 2B에서, 작업대(11A)는 베어링(217)을 통해 삼각블럭(207)에 연결된 구동바(209)(driving bar)를 포함한다. 모터(205)는 가요성 커플러(206)를 사용하여 어댑터블럭(219)에 기계적으로 연결된다. 어댑터블럭(219)은 삼각블럭(207)에 고정부착된다. 어댑터블럭(219)을 회전시킴으로써, 모터(205)는 삼각블럭(207)을 회전시키고 이것은 작업대(11A)를 폴(208)을 중심으로 회전시킨다. 폴(208)을 중심으로한 작업대(11A)의 회전은 도 6A 내지 도 6E에 도시된다. 도 6A 내지 도 6C는 화살표 방향(613)으로 위치(610)에서 위치(611)로 회전되는 작업대(11A)의 평면도를 순차적으로 나타낸다. 도 7A는 작업대(11A)가 위치(611)에 있을 때 로딩부(10)의 측면도를 나타낸다. 도 6C 내지 도 6E는 화살표 방향(614)으로 위치(611)에서 위치(612)로 회전하는 작업대(11A)의 평면도를 나타낸다. 도 7B는 작업대(11A)가 위치(612)에 있을 때 로딩부(10)의 측면도를 나타낸다.
도 2B에서, 벨트(202)는 작업대(11A)가 폴(208)을 중심으로 회전할 때 웨이퍼가 삽입(도 6A-6E)되는 웨이퍼 운반체(13)의 개면부(601)가 로봇(21)을 향하도록 고정 중앙풀리(204), 고정 작업대풀리(201) 및 아이들러(203)에 감긴다. 벨트(202)의 인장력은 아이들러(203)를 조정하여 결정된다.
도 9에서, 로딩부(10)내의 작업대(11A)의 위치는 센서(901) 및 플래그 (flag)(905)에 의해 탐지된다. 플래그(905)는 삼각블럭(207)상의 미리 정해진 위치에 부착된다. 플래그(905)가 센서(901)를 지나는 위치는 "홈"위치로 알려진다. 한 실시예에서, 센서(901)의 출력은 선(903)을 통해 모터제어기(902)에 연결된다. 인코더 출력일 수 있는 모터(205)의 출력도 선(904)을 통해서 모터제어기(902)에 연결된다. 플래그(905)가 센서(901)를 지날 때, 센서(901)는 삼각블럭(207)이 홈위치에 있다는 것을 가리키는 "홈 신호"를 모터제어기(902)에 출력한다. 선(904)을 감시함으로, 모터제어기(902)는 홈 신호 수신 후 모터(205)의 회전수를 결정한다. 홈 위치에 대한 작업대(11A)의 위치는 미리 결정되어 있기 때문에, 폴(208)을 중심으로 회전하는 작업대(11A)의 위치는 모터제어기(902)에 의해 탐지된다.
도 7B에 도시된 바와 같이, 캠(212)은 작업대(11A)가 위치(612)에 있을 때 슬롯디스크(213)를 맞문다. 캠(212)은 작업대(11A)에 부착된 구동바(209)에 부착된다. 모터제어기(902)에서 작업대(11A)가 위치(612)에 있다는 것을 가리키면, 피스톤(211)을 상향으로 밀도록 공기 압력이 공압실린더(210)에 제공된다. 결국, 슬롯디스크(213)는 도 2A에 도시된 것처럼 로드록(12)으로 작업대(11A)를 밀어 올리도록 캠(212)을 맞문다. 바(209)는 수직이동시 작업대(11A)의 회전을 막기 위해 도 2A에서 Ⅲ-Ⅲ 단면을 따라, 도 3에 도시된 바와 같은 단면을 갖는다. 작업대(11A)상에 있는 웨이퍼 운반체(13)의 삐걱거림을 피하기 위해, 공압실린더(210)에 제공되는 공기 압력은 고압이 처음에 공급되고 작업대(11A)가 로드록(12)으로 접근함에 따라 점차 감소하도록 조절된다.
작업대(11A, 11B 및 11C)의 위치(612)로의 회전이동은 로딩부(10)가 차지하는 바닥공간을 최소화한다. 도 2B에서 분명히 알 수 있는 것처럼 로딩부(10)는 사용된 작업대의 개수, 도 2B에 도시된 특수한 예에서, 세 개를 수용하는 충분한 영역을 포함한다.
한 실시예에서, 도 10A에 도시된 로딩부(10A)의 작업대는 로드록(1012)으로 올려지지 않는다. 로딩부(10A)에서, 모터(205A), 가요성 커플러(206A), 어댑터블럭(219A) 및 삼각블럭(207A)은 로딩부(10)에 대응하는 것들과 기능적 및 구조적으로 동일하다(즉,모터(205A)는 모터(205)와 동일, 등등.). 작업대(11A)의 구동바( 209)와 같은 긴 구동바를 갖지 않는 작업대(1010A)를 제외하고, 작업대(1010A)는 작업대(11A)와 동일하다. 로딩부(10)내의 작업대(11A)의 작용과는 반대로, 작업대(1010A)는 로드록(1012)으로 올려지지 않는다. 대신에, 작업대(1010A)는 로드록 (1012)내에 둘러싸일 수 있는 위치("로드록 위치")로 회전된다. 도 10A에서, 로드록 위치는 로드록(1012) 바로 밑에 있다. 작업대(1010A)가 로드록 위치에 있을 때, 로드록(1012)은 도 10B에 보인 바와 같이 작업대(1010A)를 둘러싸도록 하강한다. 이송챔버(1020)내의 로봇(도시되지 않음)은 웨이퍼 운반체(1013)내의 웨이퍼에 접근할 수 있다. 로드록(1012)은 기존의 구조를 사용하여 상승하고 하강한다. 예를 들어, 로드록(1012)이 볼나사로 고정되고 그 후에 모터를 사용하여 볼나사를 돌려 상승한다. 로딩부(10)에서와 마찬가지로, 작업대(1010A)의 회전운동은 로딩부(10A)의 필요한 바닥 공간을 최소화한다.
도 2A에 도시된 바와 같이, 로드록(12)은 이송챔버(20)에 볼트고정되고 또한 힌지(215 및 216)를 통해 폴(208)에 의해 지지된다. 폴(208)은 모터(25)로부터의 진동이 로드록(12)내로 전달되는 것을 방지하도록 힌지(215), 힌지(216) 및 베어링 (218)을 통해 자유롭게 회전한다. 도 11A는 로드록(12)의 사시도를 나타낸다. 도 11A에서, 폴(208) 및 시스템(100)의 다른 구성요소는 명확성을 위해 도시하지 않는다. 로드록(12)은 내부의 시각적 관찰이 가능하도록 측면(1105)에 관찰구(1102)(viewing port)를 포함한다. 관찰구(1102)는 석영과 같은 투명한 재료로 제작된다. 로드록(12)의 부분 측단면도를 도시하는 도 11B에서, 관찰구(1102)는 로드록(12)에 볼트(1103)로 고정된다. 관찰구(1102)와 측면(1105) 사이의 둘레 밀봉수단(1106)(예를 들어, O링 또는 립실(lip seal))은 진공밀봉을 형성하기 위해 제공된다. 이와 유사하게, 로드록(12)은 이송챔버(20)에 볼트(1104)로 고정된다. 로드록(12)과 이송챔버(20) 사이의 둘레 밀봉수단(1107)은 진공밀봉을 형성한다. 작업대(11A)가 로드록(12) 내에서 올려질 때, 작업대(11A)상의 둘레 밀봉수단(214)(도 11B)은 로드록(12)의 바닥 개면부와 접촉한다. 진공을 요구하는 처리과정동안, 밀봉수단(214)이 진공밀봉을 형성하기 위해 로드록(12)에 압착되도록 공압실린더(210)는 작업대(11A)를 로드록(12)내부로 밀어올린다. 또한, 로드록(12)안의 진공은 작업대(11A)를 로드록(12)으로 끌어들여 진공밀봉을 한층 강화시킨다. 본 발명의 상기 특정 실시예에서 보면 로딩부(10)위에 있는 로드록(12)을 수직으로 장착하는 것에 의해 바닥공간을 줄일 수 있다.
본 발명에 따라, 로봇(21)은 반응기(30 및 40), 냉각부(60) 및 로드록(12)과 같은 시스템(100)의 모듈로부터 및 모듈로 웨이퍼를 이송하기 위해 제공된다. 도 4A는 로봇(21)의 한 실시예의 투시도를 도시한다. 한 도면에 로봇(21)의 모든 관련 부품을 나타냄으로써 도면의 명확성을 향상시키기 위해, 도 4A는 로봇(21)의 기능적 대표도이고 실제 부품 배치를 묘사하지는 않는다. 예를 들어, 선형 가이드(405A 및 405B)의 위치에 대한 볼나사(402)의 실질적 위치는 도 4C에 도시된 평면도에 도시된다. 물론, 본 발명이 도 4A로부터 도 4C까지 도시된 특정 부품,구조 및 부품 배치에 한정되지는 않는다. 도 4A에 도시된 바와 같이, z축(즉 수직이동) 모터(401)는 기계적 결합을 통해 벨트(451)를 거쳐 볼나사(402)를 회전시킨다. 칼라(404)(collar)는 볼나사(402)에 의하여 구동되어진다. 상기 실시예에서, 볼나사(402)는 일본(전화번호 81-3-5434-0300) 도쿄 THK 주식회사("THK")의 부품번호 DIK2005-6RRG0+625LC5 종류이고, z축 모터(401)는 일본(전화번호 81-93-645-8800) 후쿠오카 야스카와 전자("Yaskawa Electric")의 부품번호 SGM-04A314B 종류이다. 다른 기존의 볼나사 및 모터 또한 사용될 수 있다. 지지부재(452)(예를 들어, THK 부품번호 FK15)는 볼나사(402)를 지지한다. 칼라(404)상에 놓인 수직 구동부(403)는 칼라(404)를 볼나사(402)를 통해 구동하도록 z축 모터(401)를 사용하여 상하로 이동시킬 수 있다. 수직구동부(403)는 마모링(453)에 대해 미끄럼운동을 한다. 일반적으로, 마모링은 금속간 접촉을 방지하고 횡하중을 흡수한다. 한 실시예에서, 마모링(453)은 부삭+삼반(Busak+Shamban)("Busak+Shamban")(인터넷 웹사이트 "www.busakshamban.com")의 부품번호 GR7300800-T51종류이다. 로봇(21)은 또한 일본(전화번호 81-3-5471-7800) 도쿄 하모닉 드라이브 시스템 주식회사(Harmonic Drive Systems Inc.)의 부품번호 SHF25-100-2UH 와 같은 종류일 수 있는 하모닉기어(461)를 포함한다.
도 4A에 도시된 점선 Ⅳ-Ⅳ으로 정의된 로봇(21)의 일부를 확대 도시한 도 4B에서, 밀봉수단(418)은 진공밀봉을 형성하도록 수직구동부(403) 및 회전구동부 (415)를 둘러싼다. 밀봉수단(418)은 진공밀봉되는 가동부분(moving part)과 함께 신축되지 않는 어떤 종류의 밀봉수단일 수 있다. 예를 들어, 밀봉수단(418)은 O 링, 립실, 또는 티실(t-seal)(벨로즈와 반대되는)일 수 있다. 한 실시예에서, 밀봉수단(418)은 부삭+삼반의 부품번호 TVM300800-T01S, TVM200350-T01S 종류이다. 종래기술에서, 벨로즈는 수직구동부(403)와 같은 가동부분 주위에 진공밀봉을 형성하도록 웨이퍼 처리 로봇에 사용되어왔다. 벨로즈는 가동부분과 함께 신축되기 때문에, 긴 이동범위를 갖는 가동부분과 함께 사용될 때 보다 크게 만들어질 필요가 있다. 이것이 200mm이상의 이동범위를 갖는 반도체 처리 로봇에서는 벨로즈가 비실용적이 되게 한다. 로봇(21)의 한 실시예에서, 벨로즈 대신 밀봉수단(418)을 사용하면 수직구동부(403)가 350mm까지 상승 가능하게 된다. 그러므로, 로봇(21)은 다중 수직 적층 모듈에 접근할 수 있다. 수직구동부(403)가 상하 운동을 할 때 밀봉수단(418)을 제 위치에 유지시키기 위해, 수직구동부(403)는 선형가이드(405A(도 4A 및 도 4C) 및 405B(도 4C))(예를 들어 THK 부품번호 HSR25LBUUC0FS+520LF-Ⅱ)를 사용하여 안정된 상태가 되게 한다.
도 4A에서, 웨이퍼를 들어올리고 배치시키기 위해 석영과 같은 내열재로 만들어진 말단 작동체(end-effector)(406)를 포함한다. 말단 작동체(406)는 다양한 말단 작동체를 수용하는 연결블럭(407)에 부착 고정된다. 블럭(407)은 암(408)상에 부착되고 축(410)에 대해 회전한다. 암(408)은 축(411)에 대해 회전하고 암(409)상에 부착된다. 도 4D에 도시된 바와 같이, 풀리(455-458) 및 벨트(459-460)를 포함하는 기존의 벨트 및 풀리 장치는 암(408), 암(409) 및 블럭(407)(풀리(458)에 결합되는)을 서로 기계적으로 결합시킨다. 블럭(407)에 부착된 말단 작동체(406)는 신장모터(413)(도 4A)(예를 들어, 야스카와 전자 부품번호 SGM-02AW12)를 사용하여 풀리(455)를 회전시켜 수직선을 따라 신축될 수 있다. 암(409), 암(408), 블럭(407) 및 말단 작동체(406)로 구성되는 전체 암 어셈블리는 벨트(454)를 통해 회전 구동체(415)를 회전시키도록 회전모터(414)(도 4A)(예를 들어 야스카와 전자 부품번호 SGM-02AW12)를 사용하여 축(412)에 대해 회전시킬 수 있다. 도 4C는 로봇(21)의 한 실시예에서, z축 모터(402), 선형 가이드(405A 및 405B), 신장모터(413), 회전모터(414) 및 볼나사(402)의 배치를 보여주는 평면도이다.
도 4A에서, RTP와 같은 고온처리과정 중에 냉매가 냉각채널(417)(도 4B에 도시)을 통해 흘러 로봇(21)을 냉각할 수 있도록 유입구(416)가 제공되어진다. 물, 알콜 및 냉각가스를 포함하여 기존의 어떤 냉매도 사용될 수 있다. 로봇(21)에서 내부냉각 및 내열 말단 작동체를 사용하여 로봇(21)이 반응기 또는 웨이퍼가 냉각되기까지 기다릴 필요없이 반응기 내외로 웨이퍼를 운반할 수 있어 시스템(100)의 처리시간을 단축시킬 수 있다.
도 8A 내지 도 8F는 로드록(12)내부의 운반체(13)로부터 웨이퍼(22)가 반응기(30(또는40))로 이동하는 것을 나타낸 시스템(100)의 측면도를 도시한다. 운반체(13)가 로드록(12)내부로 들어오게 되면, 이송챔버(20)내에 있는 로봇(21)은 회전하고 로드록을 향해 하강한다(도 8A). 로봇(21)은 웨이퍼 운반체(13)로부터 웨이퍼(22)를 들어올리기 위해 말단 작동체(406)(end-effector)를 신장시킨다(도 8B). 이후 로봇(21)은 수축하고(도 8C), 반응기(30)(또는 처리챔버)쪽으로 회전하며(도 8D), 반응기와 나란하게 웨이퍼(22)의 위치를 상승시켜(도 8E), 게이트밸브(31)를 통해 반응기(30)내부에 웨이퍼(22)를 배치시킨다(도 8F). 그 후 로봇(21)은 수축하고, 계속해서 게이트밸브(31)는 웨이퍼(22)처리를 시작하기 위해 닫힌다.
도 1A에서, 반응기(30 및 40)는 상기 특정 실시예에서 급속 열처리("RTP") 반응기이다. 그러나, 본 발명은 특정 형태의 반응기에 국한되지 않고, 물리기상증착, 에칭, 화학기상증착 및 회분화(ashing)에 사용되는 것과 같은 어떠한 반도체 처리 반응기도 사용가능하다. 반응기(30 및 40)는 또한 여기에서 참고로 완전히 편입된 1999년 11월 30일에 "저항성 가열 단 웨이퍼로(Resistively Heated Single Wafer Furnace)"라는 명칭으로 출원된 미국 특허 제 09/451,494호,현재 미국특허 제 6,303,906호에서 주로 사용된 종류일 수 있다. 반응기(30 및 40)는 바닥공간을 줄이기 위해 수직배치된다. 반응기(30 및 40)는 이송챔버(20)상에 볼트로 고정되고 지지프레임(32)에 의해 다시 지지받게 된다. 처리 가스, 냉매 및 전기 접속은 인터페이스(33)를 사용하여 반응기(30 및 40)의 후면을 통해 공급되어진다.
도 1A에 도시된 펌프(50)는 진공을 요하는 처리에서 사용하기 위해 제공된다. 반응기(30 및 40)의 결합체적이 로드록(12), 냉각부(60) 및 이송챔버(20)의 결합체적보다 상당히 작은 경우, 시스템(100) 전체 체적(즉, 로드록(12), 냉각부(60), 이송챔버(20), 반응기(30) 및 반응기(40))을 진공상태로 만들기 위해 공기를 빼내는데 단일펌프(50)(single pump)가 사용될 수 있다. 반면에, 펌프(50)와 같은 추가 펌프는 반응기(30 및 40)의 공기를 각각 빼내는데 사용될 수 있다. 상기 특정 실시예에서, 로드록(12), 냉각부(60) 및 이송챔버(20)의 결합체적이 약 150리터인 반면, 반응기(30 및 40)의 총 체적이 약 2리터이므로 단일펌프(50)로서 충분하다. 다시 말해서, 시스템(100)의 총 체적과 비교해볼 때 반응기(30 및 40)의 결합체적은 무의미할 정도이기 때문에, 반응기(30 및 40)는 시스템(100)내의 압력에 대하여 중요한 영향을 미치지 못한다. 그러므로, 반응기(30 및 40)내의 압력을 제어하는데 개별 펌프가 필요하지 않다.
웨이퍼(22)가 반응기(30(또는 40))내에서 잘 알려진 방법으로 처리된 후, 게이트 밸브(31)는 로봇(21)이 웨이퍼(22)를 냉각부(60)로 이동시키도록 개방된다(도 1A). 새롭게 처리되어진 웨이퍼가 200℃ 이상의 온도를 갖고 일반적인 웨이퍼 운반체를 녹이거나 손상시킬 수 있어, 냉각부(60)는 로드록(12)내의 웨이퍼 운반체로 다시 위치시키기 전에 웨이퍼를 냉각하기 위해 제공된다. 상기 실시예에서, 냉각부(60)는 시스템(100)이 차지하는 바닥공간을 최소화하도록 로드록(12)위에 수직으로 배치된다. 냉각부(60)은 한번에 다수의 웨이퍼들을 지지하기 위해 액체 냉각되는 선반(61)을 포함한다. 도 1A에는 두 개의 선반이 도시되지만, 처리량을 증가시키기에 적합하다면 선반수가 다르게 사용될 수 있다.
계속해서, 웨이퍼(22)는 냉각부(60)에서 들어올려지고 로봇(21)을 사용하여 운반체(13)내의 원래 슬롯에 재배치된다. 작업대(11A)는 로드록(12)으로부터 하강하고 회전하여 위치를 벗어남으로써 다른 작업대가 다음 웨이퍼 운반체를 로드록(12)으로 이동시키도록 한다.
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도 5는 시스템(100)에 사용되는 제어시스템(530)의 블럭선도를 도시한다. 컴퓨터(501)는 입/출력("I/O") 제어기(521)에 이더넷 링크(502)(ethernet link)를 사용하여 제어기(520)와 통신한다. I/O 제어기(521)는 (a)로봇, 온도, 압력 및 모터 제어기(예를 들어, 도 9에 도시된 모터 제어기(902))와의 통신을 위한 직렬포트(522), (b)센서와 같은 디지털 I/O 선을 제어하는 디지털 I/O(523), (c)질량유량 제어기 및 스로틀밸브와 같은 아날로그 신호 작동 장치를 제어하는 아날로그 I/O(524) 및 (d)인터록선과 같은 신호선의 연속성을 만들거나 차단시키기 위한 중계보드(525)를 포함하는 다양한 I/O보드를 수용할 수 있다. 일본(전화번호:001-81-42-341-3115) 도쿄 코다리아 187-0004 텐진-초 1-171 쿄요 전자산업 주식회사의,제어기(520)를 형성하는 구성품이 상업적으로 사용가능하다. 제어 시스템(530)은 시스템(100)의 다양한 구성품을 구동하고 감시하기 위해 기존의 제어 소프트웨어를 사용한다. 시스템(100)은 또한 텍사스 오스틴 국제 기계 주식회사(인터넷 웹사이트 "www.ni.com")의 제품과 같은 기존의 어떤 하드웨어 및 소프트웨어도 사용할 수 있다.
도 12A 및 도 12B는 각각 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 시스템의 또 다른 실시예인 측면도 및 평면도를 각각 도시한다. 시스템(300)은 로딩부(310), 제 1 구획 또는 로딩영역(312), 제 2 구획 또는 이송영역(314), 제 3 구획 또는 열처리영역(316), 및 냉각부(318)를 포함한다. 로딩부(310)는 웨이퍼 운반체(320)와 같은 웨이퍼 운반체를 지지하고 이동시키며 로딩영역(312)안으로 향하는 작업대(311A, 311B 및 311C)를 구비한다. 시스템(300)의 유사한 구성품의 구조 및 기능은 하기 설명을 제외하고 시스템(100)에 대응되는 것과 동일하다.
도 12A에서, 제 1 구획 또는 로딩영역(312)은 제 2 구획 또는 이송영역 (314)상에 장착될 수 있다. 도 13A에서, 제 1 구획(312)의 부분 측단면도가 도시된다. 작업대(311A)가 로딩영역(312)내부로 상승할 때, 작업대(311A)상의 둘러싸는 밀봉수단(322)은 로딩영역(312)의 바닥 개면부에 접촉한다. 진공상태가 요구되는 과정동안, 공압실린더는 작업대(311A)를 로딩영역(312)접촉부로 밀어올려, 밀봉수단(322)은 진공밀봉을 형성하도록 제 1 구획(312)의 바깥면에 압착된다. 또한, 시스템(300) 내의 진공은 진공밀봉을 한층 더 강화시키기 위해 작업대(311A)를 끌어들인다. 선택적으로, 웨이퍼 운반체는 로딩영역(312)측면에서 로딩영역(312)으로 로드될 수 있다. 도 13B에서, 작업대(311A)는 측면문(324)으로 대체될 수 있다. 문(324)은 슬릿밸브, 힌지문, 또는 기존의 게이트밸브와 같이 진공상태에서 실행되는 처리에서 적합한 밀봉수단을 제공할 수 있는 어떠한 문도 포함시킬 수 있다. 도 12A의 실시예에서, 작업대(311A)(또는 선택적으로 문(324))는 시스템(300)에서 사용되는 유일한 격리장치이다.
도 12A 및 도 12B에서, 운반체(320)로부터 제 3 구획 또는 처리영역(316)까지의 웨이퍼(326)이동이 도시된다. 상기 실시예에서, 운반체(320)가 로딩영역(312)내에 있고 작업대(311A)(또는 문(324))가 밀봉되면, 이송영역(314)내의 로봇(328)은 웨이퍼 운반체(320)로부터 웨이퍼(326)를 들어올리기 위해 로딩영역(312)를 향해서 회전하고 하강한다. 그 후 로봇(328)은 수축하고 제 3 영역(316)을 향해 회전하며 웨이퍼(326)를 처리영역(316)에 배치시킨다. 그 후 로봇(328)은 웨이퍼(326)의 처리가 시작되도록 수축한다. 상기 실시예에서, 로봇(328)이 웨이퍼(326)를 로딩영역(312)에서 이송영역(314)을 통해 처리영역(316)으로 이동시킬 때, 로봇(328)은 어떠한 게이트 밸브 또는 격리 장치(isolation device)도 통과할 필요가 없다. 로딩영역(312), 이송영역(314) 및 처리영역(316)은 작업영역 사이에 격리 장치를 갖지 않는 "단일"챔버를 효과적으로 형성한다. 이러한 방법으로, 단일챔버의 결합체적은 시스템(300)의 총 체적을 진공상태로 변화시켜 공기를 빼내는데 이용되는 단일펌프를 사용하여 서비스제공될 수 있다.
웨이퍼(326)가 처리영역(316)안에서 잘 알려진 방법으로 처리된 후, 새롭게 처리된 웨이퍼는 200℃ 이상의 온도를 가지며 일반적인 웨이퍼 운반체를 녹이거나 손상시킬 수 있다. 냉각부(318)는 웨이퍼를 웨이퍼 운반체(320)내로 위치시키기 전에 웨이퍼 냉각을 위해 제공된다. 도 12B의 실시예에서, 냉각부(318)는 시스템(300)이 차지하는 바닥공간이 최소가 되도록 로딩영역(312)위에 수직으로 배치된다. 도 12C는 제 2 구획(314)(이송영역)과 제 3 구획(316)(처리 영역) 사이의 냉각부(318)의 또 다른 위치를 도시한다.
도 14, 도 14A 및 도 14B는 냉각부(318)의 실시예를 도시한다. 냉각부(318)는 다수의 웨이퍼를 동시에 지지하도록 액체냉각될 수 있는 선반(332)을 포함한다.
본 발명의 상기 상세한 설명은 설명을 목적으로 제공되며 제한적이지 않다. 본 발명은 하기 청구범위에 따른다.

Claims (14)

  1. 웨이퍼 처리장치에 있어서,
    로딩영역(312), 열처리영역(316) 및 이송영역(314)을 포함하는 밀폐챔버를 구비하고,
    상기 열처리영역(316)은 처리챔버를 포함하며,
    상기 이송영역(314)은 상기 로딩영역(312)으로부터 웨이퍼를 상기 처리챔버로 직접적으로 이동가능한 이송기구를 포함하고,
    상기 로딩영역(312), 상기 이송영역(314) 및 상기 열처리영역(316)은 상기 웨이퍼 열처리영역(316)에서 웨이퍼 처리작업을 수행하는 동안 환경 연통되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 로딩영역(312)에 대해 수직으로 배치되고,
    상기 로딩영역(312), 상기 이송영역(314) 및 상기 열처리영역(316)과 환경 연통되는 웨이퍼 냉각용 냉각부(318)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이송영역(314)과 상기 처리영역(316) 사이에 배치되고,
    상기 로딩영역(312), 상기 이송영역(314) 및 상기 열처리영역(316)과 환경 연통되는 웨이퍼 냉각용 냉각부(318)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리영역(316)은 급속 열처리 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이송영역(314)은 웨이퍼를 상기 로딩영역(312)에서 상기 열처리영역(316)으로 이동시킬 수 있는 이송기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 로딩영역(312)에 접근할 수 있게 하는 문(324)을 포함하고, 상기 문(324)은 슬릿밸브, 힌지문 및 게이트밸브로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  7. 웨이퍼 처리방법에 있어서,
    로딩영역(312), 이송영역(314), 그리고 처리챔버를 포함하는 열처리영역(316)을 갖는 챔버를 제공하는 단계,
    상기 웨이퍼 카세트로부터 웨이퍼를 상기 처리챔버로 직접적으로 이송하는 단계, 및
    상기 로딩영역(312), 상기 이송영역(314) 및 상기 열처리영역(316)이 환경 연통되는 동안 상기 열처리영역(316)에서 웨이퍼를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 로딩영역(312), 상기 이송영역(314) 및 상기 열처리영역(316)과 환경연통되는 웨이퍼 냉각용 냉각부(318)에서 상기 웨이퍼를 냉각하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 열처리영역(316)은 급속 열처리 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 이송영역(314)은 상기 웨이퍼를 상기 로딩영역(312)에서 상기 열처리영역(316)으로 이송시킬 수 있는 이송기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리방법.
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