KR100781816B1 - 기판 반송 장치 및 이를 이용한 기판 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수 매의 기판들을 연속적으로 공정 챔버로 로딩/언로딩하여 기판 반송 시간을 절약하여 생산성을 향상시킬 수 있는 기판 반송 장치 및 그것을 사용한 기판 처리 시스템에 관한 것이다. 기판 반송 장치는 트랜스퍼 챔버의 가장자리에 서로 이격되어 배치되는 복수의 스핀들; 복수의 스핀들 각각에 회전력을 제공하는 구동부; 복수의 스핀들 각각에 설치되며 스윙 동작에 의해 각자 해당되는 공정 챔버들의 기판 지지대로 기판을 로딩/언로딩하기 위한 복수개의 회전플레이트 암을 포함한다. 이러한 기판 반송 장치를 이용한 기판 처리 시스템은 복수 매의 기판을 동시에 또는 연속적으로 처리하는 과정에서 처리 전/후의 기판 교환을 신속히 수행할 수 있어서 설비의 처리율을 높여서 전체적인 기판의 생산성을 높일 수 있다.
기판, 반송, 챔버

Description

기판 반송 장치 및 이를 이용한 기판 처리 시스템{SUBSTRATE TRANSFER EQUIPMENT AND SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM USING THE SAME}
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 전체 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 시스템의 평면도이다.
도 3은 트랜스퍼 챔버에 설치된 기판 반송 장치의 사시도이다.
도 4a 내지 도 4d는 기판 반송 장치의 제1내지 제4 반송부재들을 각각 보여주는 사시도이다.
도 5a 내지 도 5d는 기판 반송 장치에 의한 기판 교환 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 6은 신축 가능한 회전 플레이트 암을 갖는 반송 부재를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 반송 부재들을 갖는 기판 반송 장치가 채용된 기판 처리 시스템의 변형예를 보여주는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 인덱스 110: 캐리어
200: 로드 락 챔버 300: 냉각 챔버
400: 트랜스퍼 챔버 500, 600: 공정 챔버
700: 플라즈마 소스 800: 기판 반송 장치
본 발명은 기판 반송 장치와 기판 처리 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 복수 매의 기판들을 연속적으로 공정 챔버로 로딩/언로딩하여 기판 반송 시간을 절약하여 생산성을 향상 시킬 수 있는 기판 반송 장치 및 이를 이용한 기판 처리 시스템에 관한 것이다.
최근, 액정 디스플레이 장치, 플라즈마 디스플레이 장치, 반도체 장치들의 제조를 위한 기판 처리 시스템들은 복수 매의 기판을 일관해서 처리할 수 있는 클러스터 시스템이 일반적으로 채용되고 있다.
일반적으로, 클러스터(cluster) 시스템은 반송 로봇(또는 핸들러; handler)과 그 주위에 마련된 복수의 기판 처리 모듈을 포함하는 멀티 챔버형 기판 처리 시스템을 지칭한다.
클러스터 시스템은 반송실(transfer chamber)과 반송실내에 회동이 자유롭게 마련된 반송 로봇을 구비한다. 반송실의 각 변에는 기판의 처리 공정을 수행하기 위한 공정 챔버가 장착된다. 이와 같은 클러스터 시스템은 복수개의 기판을 동시 에 처리하거나 또는 여러 공정을 연속해서 진행 할 수 있도록 함으로 기판 처리량을 높이고 있다. 기판 처리량을 높이기 위한 또 다른 노력으로는 하나의 공정 챔버에서 복수 매의 기판을 동시에 처리하도록 하여 시간당 기판 처리량을 높이도록 하고 있다.
그런데, 공정 챔버가 복수 매의 기판을 동시(또는 연속적으로)에 처리하더라도 공정 챔버에 처리 전후의 기판들이 효율적으로 교환되지 못하는 경우 시간적 손실이 발생하게 된다.
또한, 통상적인 클러스터 시스템은 6각형의 반송실을 구성하는 데 있어서(기본적으로 4개의 공정 챔버와 2개의 로드 락 챔버로 구성되는 경우), 반송실이 차지하는 면적 때문에 시스템전체의 면적은 물론, 제조 라인 내의 시스템배치에 있어서 중시되는 시스템 폭이 필요이상으로 증가되고, 반송실을 진공상태로 유지시키는 데 필요한 진공시스템의 규모가 증가되어 장치비 및 설치비가 증가하게 된다. 또한, 이러한 반송실의 면적은, 설치되는 공정챔버의 개수가 증가함에 따라서 더욱 가중된다.
그럼으로 복수 매의 기판을 처리하는 공정 챔버에서 복수 매의 기판을 동시(또는 연속적으로)에 처리하는 것과 더불어 처리 전후의 기판들을 보다 효율적으로 교환할 수 있는 기판 처리 시스템이 요구되고 있다.
본 발명의 효율적으로 기판을 처리할 수 있는 구조를 가지는 기판 반송 장치 및 이를 이용한 기판 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 반송 시간을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 기판 반송 장치 및 이를 이용한 기판 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 작은 시스템 면적을 가지는 기판 반송 장치 및 이를 이용한 기판 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 구조를 가지는 기판 반송 장치 및 이를 이용한 기판 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공정 챔버의 가동률을 향상시킬 수 있는 구조를 가지는 기판 반송 장치 및 이를 이용한 기판 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 시스템의 면적 및 시스템 폭을 획기적으로 축소할 수 있는 기판 반송 장치 및 이를 이용한 기판 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 불필요한 진공면적을 축소함으로써 장치비 및 설치비를 최소화할 수 있는 기판 반송 장치 및 이를 이용한 기판 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 기판 반송 장치에 관한 것이다. 본 발명의 기판 반송 장치는 트랜스퍼 챔버의 가장자리에 분산 배치되는 반송부재들을 포함하되; 반송부재들은 상기 로드락 챔버를 통해 상기 트랜스퍼 챔버의 대기위치로 제공되는 복수의 기판들을 동시에 인계받아 상기 공정 챔버들에 설치된 각각의 기판 지지대 상부로 분산 이송하고, 상기 기판 지지대들 상부에서 각각 기판들을 인계받아 상기 트랜스퍼 챔버의 대기위치로 기판들을 집중 이송하는 복수의 반송부재를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 반송부재 각각은 회전력을 제공하는 구동부; 상기 구동부에 연결되는 2개의 스핀들; 해당되는 상기 기판 지지대로 기판을 로딩/언로딩하기 위한 복수개의 회전플레이트 암을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 회전 플레이트 암 각각은: 처리 전 기판을 로딩시키기 위한 로딩용 회전 플레이트 암; 및 처리 후 기판을 언로딩 시키기 위한 언로딩용 회전 플레이트 암을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 회전 플레이트 암 각각은 일 측이 개방된 개구부를 갖고, 상면에 기판 가장자리가 놓이는 지지부를 갖는 말편자 형상의 엔드 이펙터(END EFFECTOR)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 반송부재들은 펼쳐지면 상기 회전 플레이트 암들의 엔드 이펙터가 각각의 해당하는 기판 지지대 상부에 위치하게 되며, 접혀지면 상기 회전 플레이트 암들의 엔드 이펙터가 상기 트랜스퍼 챔버의 대기 위치에서 하나의 정렬선에 수직으로 정렬된다.
본 발명은 트랜스퍼 챔버에 설치되어 로드 락 챔버와 복수의 기판을 처리하기 위한 공정 챔버들 사이에서 기판을 반송하는 장치이다. 본 발명의 기판 반송 장치는 트랜스퍼 챔버의 가장자리에 서로 이격되어 배치되는 복수의 스핀들; 상기 복수의 스핀들 각각에 회전력을 제공하는 구동부; 상기 복수의 스핀들 각각에 설치되며 스윙 동작에 의해 각자 해당되는 상기 공정챔버들의 기판 지지대로 기판을 로딩/언로딩하기 위한 복수개의 회전플레이트 암을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 회전 플레이트 암 각각은 일 측이 개방된 개구부를 갖고, 상면에 기판 가장자리가 놓이는 지지부를 갖는 말편자 형상의 엔드 이펙터(END EFFECTOR)를 포함하며, 상기 반송부재들은 상기 회전 플레이트 암들의 엔드 이펙터가 각각의 해당하는 기판 지지대 상부에 위치하도록 스윙하며, 상기 회전 플레이트 암들의 엔드 이펙터가 상기 트랜스퍼 챔버의 대기 위치에서 하나의 정렬선에 수직으로 정렬되도록 스윙한다.
일 실시예에 있어서, 상기 회전 플레이트 암들 각각은 다단 안테나 방식으로 신축가능한 적어도 2개의 신축 플레이트 암들을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 회전 플레이트 암들 각각은 상기 트랜스퍼 챔버의 대기 위치에서 기판 지지대 방향으로 회전된 후 상기 엔드 이펙터가 상기 기판 지지대 상부에 위치되도록 상기 신축 플레이트 암들이 다단 인출된다.
본 발명의 다른 일면은 기판 반송 장치를 이용한 기판 처리 시스템에 관한 것이다. 기판 처리 시스템은: 기판 반송 장치가 설치된 트랜스퍼 챔버; 및 상기 트랜스퍼 챔버의 양측면에 제1,2기판 출입구를 통해 연결되는 그리고 두 개의 기판 지지부가 구비된 제1 및 제2 공정 챔버를 포함하되; 상기 기판 반송 장치는 상기 트랜스퍼 챔버의 가장자리에 서로 이격되어 배치되는 4개의 반송부재들을 포함하며, 상기 반송부재들은 외부로부터 상기 트랜스퍼 챔버의 대기 위치로 제공되는 4장의 기판들을 동시에 인계받아 상기 제1 및 제2 공정 챔버에 설치된 4개의 기판 지지대들 상부로 이송하도록 펼쳐지는 그리고 상기 4개의 기판 지지대들 상부에서 각각 기판들을 인계받아 상기 트랜스퍼 챔버의 대기 위치로 기판들을 이송하도록 접혀진다.
일 실시예에 있어서, 상기 반송부재 각각은 회전력을 제공하는 구동부; 상기 구동부에 연결되는 2개의 스핀들; 해당되는 상기 기판 지지대로 기판을 로딩/언로딩하기 위한 복수개의 회전플레이트 암을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 회전 플레이트 암 각각은 일 측이 개방된 개구부를 갖고, 상면에 기판 가장자리가 놓이는 지지부를 갖는 말편자 형상의 엔드 이펙터(END EFFECTOR)를 포함하며, 상기 반송부재들은 상기 회전 플레이트 암들의 엔드 이펙터가 각각의 해당하는 기판 지지대 상부에 위치하도록 스윙하며, 상기 회전 플레이트 암들의 엔드 이펙터가 상기 트랜스퍼 챔버의 대기 위치에서 하나의 정렬선에 수직으로 정렬되도록 스윙한다.
일 실시예에 있어서, 상기 회전 플레이트 암들 각각은 다단 안테나 방식으로 신축가능한 적어도 2개의 신축 플레이트 암들을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 기판 처리 시스템은 상기 트랜스퍼 챔버의 정면에 제3기판 출입구를 통해 연결되는 로드 락 챔버를 더 포함하고, 상기 로드 락 챔버는 대기압에서 기판을 반송하는 대기압 반송 로봇을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 트랜스퍼 챔버의 정면은 상기 제3기판 출입구 부분이 내측으로 들어가게 함몰된 형상으로 이루어진다.
일 실시예에 있어서, 상기 기판 처리 시스템은 상기 로드 락 챔버에 위치되며, 상기 제3 기판 출입구를 통하여 상기 로드 락 챔버로 배출된 처리 후 기판들을 냉각시키기 위한 냉각 챔버를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 공정 챔버는 플라즈마 처리가 이루어지 플라즈마 챔버이다.
예컨대, 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 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다. 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의하여야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 기판 반송 장치 및 이를 이용한 기판 처리 시스템을 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.
본 발명의 기본적인 의도는 복수 매의 기판 처리 능력을 구비한 기판 처리 시스템에서 보다 효율적인 기판 교환 방식을 제공함으로서 생산성을 높일 수 있도록 하는데 있다. 또한, 효율적인 기판 교환 방식에 기반 하여 보다 많은 매수의 기판을 동시에 처리할 수 있는 기판 처리 시스템을 제공할 수 있도록 하는데 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 전체 구성을 보여 주는 도면이고, 도 2는 도 1의 기판 처리 시스템의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 기판 처리 시스템은 제1 및 제2 공정 챔버(500, 600)와 그 사이에 배치된 트랜스퍼 챔버(400)를 구비한다. 로드 락 챔버(200)의 전방으로는 다수의 캐리어(110)가 장착되는 인덱스(100)가 설치된다. 인덱스(100)는 설비 전방 단부 모듈(equipment front end module, 이하 EFEM)이라고도 하며 때로는 로드 락 챔버를 포괄하여 명칭 된다. 로드 락 챔버(200)에는 필요에 따라 처리 후 기판을 냉각하기 위한 냉각 챔버(300)가 구비될 수 있다.
로드 락 챔버(200)는 대기압에서 동작되는 대기압 반송 로봇(210)이 구비된다. 대기압 반송 로봇(210)은 트랜스퍼 챔버(400)와 인덱스(100) 사이에서 기판 이송을 담당한다. 대기압 반송 로봇(210)은 캐리어(110)와 트랜스퍼 챔버(400) 사이에서 기판(W)을 반송하기 위해 동작한다. 대기압 반송 로봇(210)은 캐리어(210)로부터 일회 동작에 4장의 기판(W)을 반출하여 트랜스퍼 챔버(400)로 반입할 수 있는 4개의 앤드 이팩터를 구비한 더블 암 구조를 갖는 로봇으로 구성된다. 그리고 대기압 반송 로봇(210)은 승강 및 하강이 가능하다. 대기압 반송 로봇(210)은 본 실시예에서 보여주는 더블 암 구조의 방식 이외에도 통상적인 반도체 제조 공정에서 사용되는 다양한 로봇들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 8 장의 기판(W)을 하나의 암으로 핸들링 할 수 있는 블레이드 구조의 암을 구비한 로봇이나, 4개 이상의 암을 구비한 로봇 또는 이들을 혼합적으로 채용한 로봇 등과 같은 다양한 구조의 로봇들이 사용될 수 있다.
제1 및 제2 공정 챔버(500, 600)에는 각기 두 개의 기판 지지대(520, 522, 620, 622)가 전단과 후단에 그리고 기판 반송 장치(800)의 회전 플레이트 암들이 회전하는 경로 상에 나누어 배치된다.
제1 및 제2 공정 챔버(500, 600)는 소정의 플라즈마 처리 공정을 수행하기 위한 진공 챔버로서, 플라즈마 소스(700)가 구비된다. 제1 및 제2 공정 챔버(500, 600)는 다양한 기판 프로세싱 작동들을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 포토 레지스트를 제거하기 위해서 플라즈마를 이용하여 포토 레지스트를 제거하는 애싱(ashing) 챔버일 수 있고, 절연막을 증착시키도록 구성된 CVD(Chemical Vapor Deposition) 챔버일 수 있고, 인터커넥트 구조들을 형성하기 위해 절연막에 애퍼쳐(aperture)들이나 개구들을 에치하도록 구성된 에치 챔버일 수 있다. 또는 장벽(barrier) 막을 증착시키도록 구성된 PVD 챔버일 수 있으며, 금속막을 증착시키도록 구성된 PVD 챔버일 수 있다.
본 기판 처리 시스템에서 처리되는 피 처리 기판(W)은 대표적으로 반도체 회로를 제조하기 위한 웨이퍼 기판이거나 액정 디스플레이를 제조하기 위한 유리 기판이다. 본 기판 처리 시스템의 도시된 구성 외에도 집적 회로 또는 칩의 완전한 제조에 요구되는 모든 프로세스를 수행하기 위해 다수의 프로세싱 시스템들이 요구될 수 있다. 그러나 본 발명의 명확한 설명을 위하여 통상적인 구성이나 당업자 수준에서 이해될 수 있는 구성들은 생략하였다.
발명의 기판 처리 시스템은 중앙에 위치하는 트랜스퍼 챔버(400)와 그 양편으로 제1 및 제2 공정 챔버(500, 600)가 배치된다. 제1 및 제2 공정 챔버(500, 600)에는 각각 적어도 두 개의 기판 지지대(520, 522, 620, 622)가 설치되어 있다. 트랜스퍼 모듈(400)에는 기판 반송 장치(800)가 구비된다.
트랜스퍼 챔버(400)와 제1 공정 챔버(500) 사이로 제1 기판 출입구(510)가 개설되어 있으며, 트랜스퍼 챔버(400)와 제2 공정 챔버(600) 사이로 제2 기판 출입구(610)가 개설되어 있다. 그리고 트랜스퍼 챔버(400)와 로드 락 챔버(200) 사이에는 제3 기판 출입구(410)가 개설되어 있다. 제1 내지 제3 기판 출입구(510, 610, 410)들은 각각 슬릿 밸브(미도시)에 의해 개폐 작동된다. 특히, 트랜스퍼 챔버(400)의 정면(402)은 제3기판 출입구(410) 부분이 내측으로 들어가게 함몰된 형상으로 이루어진다. 이러한 구조적인 특징에 의하면 트랜스퍼 챔버(400)의 내부 면적을 줄일 수 있기 때문에 트랜스퍼 챔버(400)를 진공 상태로 유지하는데 필요한 진공시스템의 규모를 줄일 수 있다.
대기압 반송 로봇(210)이 트랜스퍼 챔버(400)에서 처리 전후의 기판을 교환하는 과정은 제1 및 제2 기판 출입구(510, 610)는 폐쇄되고 제3 기판 출입구(410)가 열린 대기압 상태에서 진행된다. 반면, 기판 반송 장치(800)가 제1 및 제2 공정 챔버(500, 600)와 트랜스 챔버(400) 사이에서 처리 전후의 기판을 교환하는 과정은 제3 기판 출입구(410)는 폐쇄된 상태로 진공을 유지하는 가운데 제1 및 제2 기판 출입구(510, 610)를 열고 진공 상태에서 진행된다.
도 3은 트랜스퍼 챔버에 설치된 기판 반송 장치의 사시도이고, 도 4a 내지 도 4d는 기판 반송 장치의 제1내지 제4 반송부재 각각을 보여주는 사시도이다.
도 2 내지 도 4d를 참조하여, 기판 반송 장치(800)는 트랜스퍼 챔버(400)의 가장자리에 분산 배치되는 제1 내지 제4 반송부재(810a, 810b, 810c, 819d)들을 포 함한다.
제1 내지 제4 반송부재(810a, 810b, 810c, 819d)들은 제3기판 출입구(410)를 통해 트랜스퍼 챔버(400)의 대기위치(도 5a 참조)로 제공되는 4장의 기판들을 동시에 인계 받아 제1,2공정 챔버(500,600)에 설치된 각각의 기판 지지대(520, 522, 620, 622) 상부로 분산 이송하고, 기판 지지대(520, 522, 620, 622)들 상부에서 각각 기판들을 인계 받아 트랜스퍼 챔버(400)의 대기위치로 기판들을 집중 이송할 수 있도록 동작된다.
제1 내지 제4 반송부재(810a, 810b, 810c, 810d) 각각은 회전력을 제공하는 구동부(830)와, 구동부(830)에 연결되는 스핀들(820) 그리고 스핀들(820)에 장착되는 2개의 회전플레이트 암(840,850)을 포함한다. 2개의 회전 플레이트 암(840,850)은 로딩용 암(840)과 언로딩 암(850)으로 구분될 수 있다. 이때, 언로딩용 암(850)은 로딩용 암(840) 보다 낮게 배열되는 것이 바람직하다.
일 실시예에서는 도시된 바와 같이, 기판 반송 장치(800)는 전체적으로 4쌍을 이루는 8개의 회전 플레이트 암(840,850)이 구비된다. 회전 플레이트 암(840,850)은 도 5a에서 도시된 바와 같이, 대기압 반송 로봇(210)과의 기판 인수인계를 위해 하나의 정렬선에 수직으로 정렬되는 대기 위치와 분산 배치된 기판 지지대 상부로 펼쳐지는 분산 위치 간의 이동을 위해 회전 및 승강과 하강이 가능하다. 로딩용 암(840)과 언로딩용 암(850)들은 쌍을 이루어 동작한다.
제1 반송부재(810a)는 대기 위치에서 제2 공정 챔버(600)의 기판 지지대(622)로 기판을 로딩/언로딩 하기 위한 2개의 회전플레이트 암(840,850)을 포함 하며, 제2 반송부재(810b)는 대기위치에서 제2 공정 챔버(500)의 기판 지지대(620)로 기판을 로딩/언로딩 하기 위한 2개의 회전플레이트 암(840,850)을 포함한다. 그리고 제3 반송부재(810c)는 대기위치에서 제1 공정 챔버(500)의 기판 지지대(520)로 기판을 로딩/언로딩 하기 위한 2개의 회전플레이트 암(840,850)을 포함하며, 제4 반송부재(810d)는 대기위치에서 제1 공정 챔버(500)의 기판 지지대(522)로 기판을 로딩/언로딩 하기 위한 2개의 회전플레이트 암(840,850)을 포함한다.
한편, 제1 내지 제4 반송부재(810a, 810b, 810c, 810d)의 회전 플레이트 암(840,850)들은 대기 위치에 모였을 때 충돌하지 않도록 서로 다른 높낮이를 갖으며, 이들은 교대적으로 또는 순차적으로 배열될 수 있다.
도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 구동부(830)는 회전력을 발생하는 전기 모터와 발생된 회전력을 스핀들(820)로 전달하여 회전 플레이트 암(840,850)들이 원하는 동작을 각각 수행하도록 하는 기어 어셈블리가 포함된다. 그럼으로 회전 플레이트 암(840,850)들은 스핀들(820)에 장착되어, 도 2 및 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 서로 다른 회전 반경을 갖고 트랜스퍼 챔버(400)를 중심으로 대칭되게 펼쳐지고 접혀지는 동작을 수행한다. 즉, 제1반송부재(810a)와 제4반송부재(810d)는 서로 대칭되게 스윙 동작을 수행하고, 제2반송부재(810b)와 제3반송부재(810c)는 서로 대칭되게 스윙 동작을 수행한다.
도 4a 내지 도 4d에서 보여주는 바와 같이, 제1 내지 제4 반송부재(810a, 810b, 810c, 819d)의 회전 플레이트 암(840,850)들은 일 측이 개방된 개구부(843)를 갖고, 상면에 기판 가장자리가 놓이는 다수의 지지부(844)를 갖는 말편자 형상 의 엔드 이펙터(END EFFECTOR)(842)를 갖는다. 개구부(843)는 기판 지지대에 설치되는 리프트 핀의 출입을 위한 것이다. 그리고 엔드 이펙터(842)는 대기압 반송 로봇(210)의 엔드 이팩터(212)가 출입할 수 있도록 형성된 진입 통로(845)를 갖는다. 이러한 구성을 갖는 회전 플레이트 암(840,850)은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 또 다른 형태로 변형이 가능할 것이다.
본 발명의 기판 처리 시스템에서 기판 반송 장치의 반송부재는 다음과 같은 대안적 실시예들로도 변형 실시할 수 있다.
도 6 및 도 7은 신축 가능한 회전 플레이트 암을 갖는 반송 부재(810a')가 채용된 예를 보여주는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 회전 플레이트 암(840')은 다단 안테나 방식으로 신축가능한 제1 내지 제3 신축 플레이트 암(841-1,841-2,841-3)들로 이루어진다. 제1신축 플레이트 암(841-1)은 스핀들(820)에 연결되는 부분이고, 제2신축 플레이트 암(841-2)은 제1신축 플레이트 암(841-1)으로부터 신축되는 부분이며, 제3신축 플레이트 암(841-3)은 제2신축 플레이트 암(841-2)으로부터 신축되는 부분으로 끝단에는 엔드 이펙터(842)가 연결된다.
상술한 구조를 갖는 기판 반송 장치(800)의 반송부재(810'a)들은 도 7에서와 같이, 회전 플레이트 암(840')들 각각은 트랜스퍼 챔버(800a)의 대기 위치에서 각각의 해당 기판 지지대(522,520,622,620)들 방향으로 회전된 후 엔드 이펙터(842)가 기판 지지대 상부에 위치되도록 신축 플레이트 암(841-1,841-2,841-3)들이 다단 인출된다. 즉, 반송부재(810'a)들은 회전 반경을 줄이기 위해 신축 플레이트 암(841-1,841-2,841-3)들이 접혀진 상태에서 회전된 후, 엔드 이펙터(842)를 기판 지지대에 위치시키기 위해 신장되는 것이다.
이와 같은 신축 가능한 구조는 도 7에 도시된 바와 같이, 기판 반송 장치(800)의 반송부재(810'a) 각각의 회전 반경을 축소시킬 수 있고, 이는 전체적으로 트랜스퍼 챔버의 면적을 줄일 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 기판 반송 장치에 의한 기판 교환 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
먼저, 도 5a를 참조하여, S10으로 화살 표시된 바와 같이, 제1 및 제2 기판 출입구(510, 610)가 폐쇄된 상태에서 제3 기판 출입구(410)가 열리면 기판 반송 장치(800)로 처리 전 기판이 인계된다. 기판 인계가 완료되면, 제3 기판 출입구(410)는 폐쇄되고 트랜스퍼 챔버(400)는 제1 및 제2 공정 챔버(500, 600)의 내부와 동일한 진공 상태로 전환된다. 이를 위한 펌핑 시스템은 당연히 본 시스템에 구비되나 편의상 도면의 표시는 생략된다.
이어, 다수의 기판 지지대(520, 522, 620, 622)의 리프트 핀(미도시됨)들이 승강하면서 처리된 기판이 지정된 높이 까지 승강된다. 이 동작과 더불어 제1 및 제2 기판 출입구(510, 610)가 열린다. 이때, 승강되는 리프트 핀들의 높이는 해당되는 반송부재들의 기판 인계 위치에 따라 달라진다. 그럼으로 회전 플레이트 암(840,850)의 로딩 언로딩을 위한 회전 동작에서 리프트 핀들과 상호간 간섭이 발생되지 않는다.
계속해서, 도 5b에 S20으로 화살 표시된 바와 같이, 기판 반송 장치(800)의 제1내지 제4반송부재(810a-810d)의 회전 플레이트 암(840,850)들이 대기 위치에서 각각의 해당 기판 지지대 상부로 회전하여 펼쳐진다. 이때, 처리 후 기판들은 리프트 핀에서 제1내지 제4반송부재(840a-840d)의 언로딩용 암(850)으로 인계된다. 처리 후 기판이 인계되면 연속하여, 도 5c에 S30으로 화살 표시된 바와 같이, 언로딩용 암(850)은 다시 트랜스퍼 챔버(400)의 처음 위치인 대기 위치인 중앙부근으로 복귀한다. 그리고, 리프트 핀들은 다시 승강하여 로딩용 암(840)들로부터 처리 전 기판을 인계 받는다.
그리고 도 5d에 화살표 S40으로 도시된 바와 같이, 로딩용 암(840)들도 트랜스퍼 챔버(400)의 처음 위치인 대기 위치로 복귀한다. 이와 더불어, 제1 및 제2 기판 출입구(510, 610)는 다시 폐쇄된다. 그리고, 리프트 핀들은 하강하여 기판 지지대(520, 522, 620, 622)에 처리 전 기판을 안착 시킨다.
트랜스퍼 챔버(400)는 대기압 상태로 전환되고, 제3 기판 출입구(410)가 열린다. 로드 락 챔버(200)의 대기압 반송 로봇(210)은, 도 5d에 S50으로 화살 표시된 바와 같이, 언로딩 암(850)으로부터 처리 후 기판을 인계 받아 트랜스퍼 챔버(400)로부터 나오게 된다.
이와 같은 S10 ~ S50까지의 일련의 기판 교환 단계들은 기판 교환 시간을 최소화하기 위하여 전후 단계가 간섭되지 않는 범위에서 연속적으로 또는 동시에 진행된다. 그리고 S10의 단계와 S60의 단계는 반복되는 기판 교환 과정에서 동시에 진행되는 것이라는 것을 알 수 있다. 즉, 트랜스 챔버(400)와 로드 락 챔버(200) 사이에서 기판 교환 과정은 앞 단계에서 언로딩된 처리 후 기판과 앞으로 로딩될 처리 전 기판이 동시에 교환되는 것이다.
언로딩 된 처리 후 기판은 대기압 반송 로봇(210)에 의해 냉각 챔버(300)로 이동되어 냉각 처리 된 후에 카세트(110)에 적재된다. 이 실시예에서, 냉각 챔버(300)를 별도로 구비하였으나, 트랜스퍼 챔버(400)가 냉각 처리 기능을 수행하도록 한다면, 별도의 냉각 챔버(300)는 생략될 수도 있을 것이다. 또 다른 대안으로는 제1 또는 제2 공정 챔버(500 or 600) 중 어느 하나를 냉각 챔버로 구성할 수 있다. 예를 들어, 제1 공정 챔버(500)를 플라즈마 챔버로 구성하고, 제2 공정 챔버(600)를 냉각 챔버로 구성할 수 있다. 이러한 구성을 갖도록 하는 경우에는 제1 공정 챔버(500)에서 기판에 대한 플라즈마 처리를 수행하고, 처리 후 기판을 기판 반송 장치(800)가 제1 공정 챔버(500)에서 제2 공정 챔버(600)로 반송하여 냉각하도록 한다. 그리고 냉각이 완료된 기판을 제2 공정 챔버(600)에서 로드 락 챔버(200)로 반송하도록 동작할 수 있을 것이다.
이처럼, 본 발명의 기판 처리 시스템은 다수의 기판을 동시에 처리하기 위하여 제1 및 제2 공정 챔버(500, 600)를 병렬로 배열하고 그리고 트랜스퍼 챔버(400)가 두 개의 제1 및 제2 공정 챔버(500, 600) 사이에 위치한다. 이러한 구조에서 빠른 기판 교환을 가능하게 하는 기판 반송 장치(800)가 제공됨으로서 많은 수의 기판을 동시에 처리하고 빠르게 기판을 교환할 수 있게 된다. 이 실시예에서는 각기 두 장의 기판을 동시에 모두 총 4장의 기판을 한 번의 공정 진행에서 동시에 처리하고 교환 할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 기판 처리 시스템은 상술한 실시예에서 공정 챔버를 단층으로 구성한 예만을 설명하였으나, 다수의 공정 챔버와 트랜스퍼 챔버를 복층으로 구성할 수 있다. 복층 구조에서, 트랜스퍼 챔버에 구비되는 기판 반송 장치는 각기 독립적으로 구동되도록 하거나 또는 동시에 구동 되도록 할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 기판 반송 장치 및 이를 이용한 기판 처리 시스템은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 복수 매의 기판을 동시에 또는 연속적으로 처리하는 기판 처리 시스템에서 처리 전/후의 기판 교환을 신속히 수행할 수 있어서 시스템의 처리율을 높여서 전체적인 기판의 생산성을 높일 수 있다. 또한, 기판의 로딩과 언로딩을 동시에 수행하는 기판 반송 장치가 제공됨으로서 복수 매의 기판 처리를 위한 공정 챔버의 구현이 매우 용이하다. 또한, 본 발명은 기판의 반송 시간을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명은 시스템의 면적 및 시스템 폭을 획기적으로 축소함으로써 장치비 및 설치비를 최소화할 수 있다.

Claims (17)

  1. 로드 락 챔버와 복수의 기판을 처리하기 위한 공정 챔버들 사이에 위치하는 트랜스퍼 챔버에서 기판을 반송하는 장치에 있어서:
    상기 트랜스퍼 챔버의 가장자리에 분산 배치되는 반송부재들을 포함하되;
    상기 반송부재들은 상기 로드락 챔버를 통해 상기 트랜스퍼 챔버의 대기위치로 제공되는 복수의 기판들을 동시에 인계받아 상기 공정 챔버들에 설치된 각각의 기판 지지대 상부로 분산 이송하고, 상기 기판 지지대들 상부에서 각각 기판들을 인계받아 상기 트랜스퍼 챔버의 대기위치로 기판들을 집중 이송하는 복수의 반송부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 반송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반송부재 각각은
    회전력을 제공하는 구동부;
    상기 구동부에 연결되는 2개의 스핀들;
    해당되는 상기 기판 지지대로 기판을 로딩/언로딩하기 위한 복수개의 회전플레이트 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 기판 반송 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회전 플레이트 암 각각은:
    처리 전 기판을 로딩시키기 위한 로딩용 회전 플레이트 암; 및
    처리 후 기판을 언로딩 시키기 위한 언로딩용 회전 플레이트 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 반송 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 회전 플레이트 암 각각은
    일 측이 개방된 개구부를 갖고, 상면에 기판 가장자리가 놓이는 지지부를 갖는 말편자 형상의 엔드 이펙터(END EFFECTOR)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 반송 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반송부재들은
    펼쳐지면 상기 회전 플레이트 암들의 엔드 이펙터가 각각의 해당하는 기판 지지대 상부에 위치하게 되며, 접혀지면 상기 회전 플레이트 암들의 엔드 이펙터가 상기 트랜스퍼 챔버의 대기 위치에서 하나의 정렬선에 수직으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 기판 반송 장치.
  6. 트랜스퍼 챔버에 설치되어 로드 락 챔버와 복수의 기판을 처리하기 위한 공정 챔버들 사이에서 기판을 반송하는 장치에 있어서:
    상기 트랜스퍼 챔버의 가장자리에 서로 이격되어 배치되는 복수의 스핀들;
    상기 복수의 스핀들 각각에 회전력을 제공하는 구동부;
    상기 복수의 스핀들 각각에 설치되며 스윙 동작에 의해 각자 해당되는 상기 공정챔버들의 기판 지지대로 기판을 로딩/언로딩하기 위한 복수개의 회전플레이트 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 반송 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회전 플레이트 암 각각은
    일 측이 개방된 개구부를 갖고, 상면에 기판 가장자리가 놓이는 지지부를 갖는 말편자 형상의 엔드 이펙터(END EFFECTOR)를 포함하며,
    상기 반송부재들은
    상기 회전 플레이트 암들의 엔드 이펙터가 각각의 해당하는 기판 지지대 상부에 위치하도록 스윙하며, 상기 회전 플레이트 암들의 엔드 이펙터가 상기 트랜스퍼 챔버의 대기 위치에서 하나의 정렬선에 수직으로 정렬되도록 스윙하는 것을 특징으로 하는 기판 반송 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 회전 플레이트 암들 각각은 다단 안테나 방식으로 신축가능한 적어도 2개의 신축 플레이트 암들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 반송 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회전 플레이트 암들 각각은 상기 트랜스퍼 챔버의 대기 위치에서 기판 지지대 방향으로 회전된 후 상기 엔드 이펙터가 상기 기판 지지대 상부에 위치되도록 상기 신축 플레이트 암들이 다단 인출되는 것을 특징으로 하는 기판 반송 장치.
  10. 기판 처리 시스템에 있어서:
    기판 반송 장치가 설치된 트랜스퍼 챔버; 및
    상기 트랜스퍼 챔버의 양측면에 제1,2기판 출입구를 통해 연결되는 그리고 두 개의 기판 지지부가 구비된 제1 및 제2 공정 챔버를 포함하되;
    상기 기판 반송 장치는
    상기 트랜스퍼 챔버의 가장자리에 서로 이격되어 배치되는 4개의 반송부재들을 포함하며,
    상기 반송부재들은 외부로부터 상기 트랜스퍼 챔버의 대기 위치로 제공되는 4장의 기판들을 동시에 인계받아 상기 제1 및 제2 공정 챔버에 설치된 4개의 기판 지지대들 상부로 이송하도록 펼쳐지는 그리고 상기 4개의 기판 지지대들 상부에서 각각 기판들을 인계받아 상기 트랜스퍼 챔버의 대기 위치로 기판들을 이송하도록 접혀지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반송부재 각각은
    회전력을 제공하는 구동부;
    상기 구동부에 연결되는 2개의 스핀들;
    해당되는 상기 기판 지지대로 기판을 로딩/언로딩하기 위한 복수개의 회전플레이트 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 회전 플레이트 암 각각은
    일 측이 개방된 개구부를 갖고, 상면에 기판 가장자리가 놓이는 지지부를 갖는 말편자 형상의 엔드 이펙터(END EFFECTOR)를 포함하며,
    상기 반송부재들은
    상기 회전 플레이트 암들의 엔드 이펙터가 각각의 해당하는 기판 지지대 상부에 위치하도록 스윙하며, 상기 회전 플레이트 암들의 엔드 이펙터가 상기 트랜스퍼 챔버의 대기 위치에서 하나의 정렬선에 수직으로 정렬되도록 스윙하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 회전 플레이트 암들 각각은 다단 안테나 방식으로 신축가능한 적어도 2개의 신축 플레이트 암들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 처리 시스템은
    상기 트랜스퍼 챔버의 정면에 제3기판 출입구를 통해 연결되는 로드 락 챔버를 더 포함하고, 상기 로드 락 챔버는 대기압에서 기판을 반송하는 대기압 반송 로봇을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 트랜스퍼 챔버의 정면은 상기 제3기판 출입구 부분이 내측으로 들어가게 함몰된 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 기판 처리 시스템은
    상기 로드 락 챔버에 위치되며, 상기 제3 기판 출입구를 통하여 상기 로드 락 챔버로 배출된 처리 후 기판들을 냉각시키기 위한 냉각 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 공정 챔버는 플라즈마 처리가 이루어지 플라즈마 챔버인 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
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