KR100845919B1 - 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 향상 시킬 수 있는 기판 반송 장치 및 그것을 사용한 기판 처리 시스템에 관한 것이다. 기판 반송 장치는 로드락 챔버와 복수의 기판을 처리하기 위한 공정 챔버 사이에 기판을 반송하는 기판 반송 장치로서 회전력을 제공하는 구동부, 구동부에 연결되는 적어도 하나의 스핀들, 스핀들에 장착되어 회동하는 하나 이상의 회전 플레이트 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 AND METHOD USING THE SAME}
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 기판 처리 시스템의 전체 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 프로세스 모듈로 처리 전후의 기판을 교환하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 기판 반송 장치의 사시도이다.
도 4는 회전 플레이트 암의 앤드 이펙터의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 리프트 핀과 회전 플레이트 암의 비간섭 구조를 보여주는 도면이다.
도 6은 상하 분리 구동 방식의 변형된 구조를 갖는 기판 반송 장치를 보여주는 도면이다.
도 7은 단일 스핀들에서 양측으로 구동되는 회전 플레이트 암들을 갖는 기판 반송 장치에 의한 기판 교환 과정을 보여주는 도면이다.
도 8은 도 7의 기판 반송 장치의 사시도이다.
도 9는 두 개의 구동축에서 분리 구동되는 회전 플레이트 암들을 갖는 기판 반송 장치에 의한 기판 교환 과정을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9의 기판 반송 장치의 사시도이다.
도 11은 동일 정렬선에 회전 플레이트 암들이 정렬되는 방식의 기판 반송 장치에 의한 기판 교환 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 11의 기판 반송 장치의 사시도이다.
도 13은 듀얼 이팩터 타입의 회전 플레이트 암을 갖는 기판 반송 장치에 의한 기판 교환 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 13의 기판 반송 장치의 듀얼 이팩터 타입의 회전 플레이트 암의 평면도이다.
도 15는 복층으로 구성된 프로세스 모듈에서의 기판 교환 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 다단형 기판 반송 장치의 사시도이다.
도 17은 병렬 배치된 두 개의 공정 챔버와 트랜스퍼 챔버를 보여주는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 인덱스 110: 캐리어
200: 로드락 챔버 210: 대기압 반송 로봇
300: 냉각 챔버 400: 트랜스퍼 챔버
500: 공정 챔버 600: 플라즈마 소스
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 동시에 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 처리하더라 도 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 로드락 챔버로 구성되는 경우), 반송실이 차지하는 면적 때문에 시스템전체의 면적은 물론, 제조 라인 내의 시스템배치에 있어서 중시되는 시스템폭이 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 기 판 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: 로드락 챔버와 복수의 기판을 처리하기 위한 공정 챔버 사이에 기판을 반송하는 기판 반송 장치에 있어서: 회전력을 제공하는 구동부; 구동부에 연결되는 적어도 하나의 스핀들; 스핀들에 장착되어 회동하는 하나 이상의 회전 플레이트 암을 포함하고, 회전 플레이트 암은 두 개의 엔드 이펙터를 갖는다.
이 실시예에 있어서, 회전 플레이트 암은 스핀들에 연결되는 T자형 플레이트 암과 플레이트 암의 양단부에 구성되는 두 개의 엔드 이펙터를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 회전 플레이트 암은 ㄱ자형 플레이트 암과 플레이트 암의 일단에 직렬로 연결되어 병렬 배치되는 두 개의 엔드 이펙터를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 회전 플레이트 암은: 처리 전 기판을 로딩 시키기 위한 로딩용 회전 플레이트 암; 및 처리 후 기판을 언로딩 시키기 위한 언로딩용 회전 플레이트 암을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 로딩용 회전 플레이트가 장착되는 제1 스핀들과 언로딩용 회전 플레이트가 장착되는 제2 스핀들을 포함하고, 제1 및 제2 스핀들은 동일 축에 정렬되어 상부와 하부로 배치된다.
이 실시예에 있어서, 한 쌍의 로딩용/언로딩용 회전 플레이트가 장착되는 제1 스핀들과 다른 한 쌍의 언로딩용/언로딩용 회전 플레이트가 장착되는 제2 스핀들을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 적어도 두 개의 서로 다른 스핀들로 회전력을 제공하는 하나 이상의 구동부를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 회전 플레이트 암: 일 측이 개방된 개구부를 갖고, 상면에 기판 가장자리가 놓이는 지지부를 갖는 말편자 형상의 엔드 이펙터(END EFFECTOR)를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 엔드 이펙터는: 기판을 주고받기 위하여 로드락 챔버에 설치된 기판 반송 로봇의 엔드 이펙터가 진입할 수 있도록 형성된 진입 통로를 갖는다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 로드락 챔버와 복수의 기판을 처리하기 위한 공정 챔버 사이에 기판을 반송하는 기판 반송 장치는: 회전력을 제공하는 구동부; 구동부에 연결되는 적어도 하나의 스핀들; 스핀들에 장착되어 회동하는 둘 이상의 회전 플레이트 암을 포함하되, 둘 이상의 회전 플레이트 암은: 일 측으로 회전하는 하나의 회전 플레이트 암과 이와 반대로 다른 일측으로 회전하는 다른 하나의 회전 플레이트 암을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 회전 플레이트 암은: 처리 전 기판을 로딩 시키기 위한 로딩용 회전 플레이트 암; 및 처리 후 기판을 언로딩 시키기 위한 언로딩용 회전 플레이트 암을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 로딩용 회전 플레이트가 장착되는 제1 스핀들과 언로딩용 회전 플레이트가 장착되는 제2 스핀들을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 한 쌍의 로딩용/언로딩용 회전 플레이트가 장착되는 제1 스핀들과 다른 한 쌍의 언로딩용/언로딩용 회전 플레이트가 장착되는 제2 스핀들을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 적어도 두 개의 서로 다른 스핀들로 회전력을 제공하는 하나 이상의 구동부를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 회전 플레이트 암: 일 측이 개방된 개구부를 갖고, 상면에 기판 가장자리가 놓이는 지지부를 갖는 말편자 형상의 엔드 이펙터(END EFFECTOR)를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 엔드 이펙터는: 기판을 주고받기 위하여 로드락 챔버에 설치된 기판 반송 로봇의 엔드 이펙터가 진입할 수 있도록 형성된 진입 통로를 갖는다.
본 발명의 다른 일면은 기판 처리 시스템에 관한 것이다. 기판 처리 시스템은: 적어도 두 개의 기판 지지부를 포함하는 하나 이상의 공정 챔버; 기판 반송 장 치가 설치된 트랜스퍼 챔버; 공정 챔버와 트랜스퍼 챔버 사이에 개설되는 제1 기판 출입구; 트랜스퍼 챔버와 외부 사이에 개설되는 제2 기판 출입구를 포함하고, 기판 반송 장치는: 회전력을 제공하는 구동부; 구동부에 연결되는 적어도 하나의 스핀들; 스핀들에 장착되어 회동하는 하나 이상의 회전 플레이트 암을 포함하고, 회전 플레이트 암은 두 개의 엔드 이펙터를 갖는다.
이 실시예에 있어서, 제2 기판 출입구에 연결되는 로드 락 챔버를 포함하고, 로드 락 챔버는 대기압에서 기판을 반송하는 대기압 반송 로봇을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 제2 기판 출입구를 통하여 배출된 처리 후 기판을 냉각시키기 위한 냉각 챔버를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 공정 챔버는 플라즈마 처리가 이루어지 플라즈마 챔버이다.
이 실시예에 있어서, 공정 챔버는 복층으로 구성된다.
이 실시예에 있어서, 공정 챔버는 병렬로 구성된다.
본 발명의 다른 특징에 따른 기판 처리 시스템은: 적어도 두 개의 기판 지지부를 포함하는 하나 이상의 공정 챔버; 기판 반송 장치가 설치된 트랜스퍼 챔버; 공정 챔버와 트랜스퍼 챔버 사이에 개설되는 제1 기판 출입구; 트랜스퍼 챔버와 외부 사이에 개설되는 제2 기판 출입구를 포함하고, 기판 반송 장치는: 회전력을 제공하는 구동부; 구동부에 연결되는 적어도 하나의 스핀들; 스핀들에 장착되어 회동하는 둘 이상의 회전 플레이트 암을 포함하되, 둘 이상의 회전 플레이트 암은: 일 측으로 회전하는 하나의 회전 플레이트 암과 이와 반대로 다른 일 측으로 회전하는 다른 하나의 회전 플레이트 암을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 제2 기판 출입구에 연결되는 로드 락 챔버를 포함하고, 로드 락 챔버는 대기압에서 기판을 반송하는 대기압 반송 로봇을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 제2 기판 출입구를 통하여 배출된 처리 후 기판을 냉각시키기 위한 냉각 챔버를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 공정 챔버는 플라즈마 처리가 이루어지 플라즈마 챔버이다.
이 실시예에 있어서, 공정 챔버는 복층으로 구성된다.
이 실시예에 있어서, 공정 챔버는 병렬로 구성된다.
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 제공되어지는 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 설명한 다. 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 기판 처리 시스템의 전체 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 프로세스 모듈로 처리 전후의 기판을 교환하는 과정을 보여주는 도면이다. 도면을 참조하여, 본 발명의 기판 처리 시스템은 후방에 플라즈마 소스(600)가 설치된 공정 챔버(500)가 구비되고, 그 앞단으로 트랜스퍼 챔버(400)가 설치된다. 기판 처리 시스템의 전방에는 캐리어(100)가 장착되는 인덱스(100)가 구비되며, 인덱스(100)와 트랜스퍼 챔버(400) 사이에는 로드 락 챔버(200)가 구비된다. 인덱스는 설비 전방 단부 모듈(equipment front end module, 이하 EFEM)이라고도 하며 때로는 로드 락 챔버를 포괄하여 명칭 된다. 트랜스퍼 챔버(400)의 상부에는 필요에 따라 처리 후 기판을 냉각하기 위한 냉각 챔버(300)가 구비될 수 있다. 또는 트랜스퍼 챔버(400)가 냉각 처리 기능을 수행하도록 한다면, 별도의 냉각 챔버(300)는 생략될 수도 있을 것이다. 공정 챔버로 진행하는 기판에 대한 예열이 필요한 경우에도 별도의 예열 챔버를 구비하도록 할 수 있으며, 냉각 챔버(300) 또는 트랜스퍼 챔버(400)가 예열 기능을 수행하도록 한다면 별도로 구비치 않을 수도 있다.
로드 락 챔버(200)는 대기압에서 동작되는 대기압 반송 로봇(210)이 구비된 다. 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 두 장의 기판(W)을 반출하여 트랜스퍼 챔버(400)로 반입할 수 있고, 두 장의 처리 전 기판과 두 장의 처리 후 기판을 동시에 교환할 수 있도록 두 개의 앤드 이팩터(212)를 각각 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.
공정 챔버(500)에는 두 개의 기판 지지대(510, 512)가 병렬로 배열되고 기판 반송 장치(600)의 회전 플레이트 암들이 회전하는 경로 상에 배치된다. 공정 챔버(500)는 소정의 플라즈마 처리 공정을 수행하기 위한 진공 챔버로서, 플라즈마 소스(600)가 구비된다. 공정 챔버(500)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 회 로를 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.
도 2에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(500)에는 두 개의 기판 지지대(510, 512)가 병렬로 배열되고 기판 반송 장치(600)의 회전 플레이트 암들이 회전하는 경로 상에 배치된다. 트랜스퍼 챔버(400)와 공정 챔버(500) 사이로 제1 기판 출입구(510)가 개설되어 있으며, 트랜스퍼 챔버(400)와 로드락 챔버(200) 사이로 제2 기판 출입구(410)가 개설되어 있다. 제1 및 제2 기판 출입구(510, 410)들은 각각 슬릿 밸브(미도시)에 의해 개폐 작동된다.
대기압 반송 로봇(210)이 트랜스퍼 챔버(400)에서 처리 전후의 기판을 교환하는 과정은 제1 기판 출입구(510)는 폐쇄되고 제2 기판 출입구(410)가 열린 대기압 상태에서 진행된다. 반면, 기판 반송 장치(600)가 공정 챔버(500)와 트랜스퍼 챔버(400) 사이에서 처리 전후의 기판을 교환하는 과정은 제2 기판 출입구(410)는 폐쇄된 상태로 진공을 유지하는 가운데 제1 기판 출입구(510)를 열고 진공 상태에서 진행된다.
도 3은 도 2의 기판 반송 장치의 사시도이다. 도 3을 참조하여, 기판 반송 장치(600)는 회전력을 제공하는 구동부(640)와 구동부(640)에 연결되는 하나의 스핀들(630) 그리고 스핀들(630)에 장착되는 두 개의 회전 플레이트 암(610)을 구비 한다. 두 개의 회전 플레이트 암(610)은 상단에 장착되는 로딩용 암(620)과 하단에 장착되는 언로딩용 암(622)으로 구성된다. 로딩용 암(620)과 언로딩용 암(622)은 각각 두 장의 기판을 동시에 반송할 수 있다. 로디용 암(620)와 언로딩용 암(622)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 스핀들(630)을 중심으로 S110으로 화살 표시된 것과 같이 회전하며 승강과 하강이 가능하다.
도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 구동부(640)는 회전력을 발생하는 전기 모터와 발생된 회전력을 스핀들(630)로 전달하여 회전 플레이트 암(610)들이 원하는 동작을 수행하도록 하는 기어 어셈블리가 포함된다.
도 4는 회전 플레이트 암의 앤드 이펙터의 구조를 보여주는 사시도이다. 도 4를 참조하여, 회전 플레이트 암(610)은 두 장의 기판(W)을 반송할 수 있도록 두 개의 말편자 형상의 엔드 이펙터(END EFFECTOR)(612)를 갖는다. 두 개의 엔드 이펙터(612)는 T자 형상의 플레이트 암(611)의 양 끝단에 대칭되게 구성된다.
엔드 이펙터(612)는 일 측이 개방된 개구부(613)를 갖고, 상면에 기판 가장자리가 놓이는 지지부(614)를 갖는다. 그리고 엔드 이펙터(612)는 대기압 반송 로봇(210)의 엔드 이팩터(212)가 출입할 수 있도록 형성된 진입 통로(615)를 갖는다. 이러한 구성을 갖는 회전 플레이트 암(610)은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 또 다른 형태로도 변형이 가능할 것이다.
다시, 도 2를 참조하여, 기판 반송 장치(600)에 의한 기판 교환 과정은 다음과 같다. 먼저, 제1 기판 출입구(510)가 폐쇄된 상태에서 트랜스퍼 챔버(400)가 대기압 상태로 전환되며 제2 기판 출입구(410)가 열린다. S100으로 화살 표시된 바와 같이 대기압 반송 로봇(200)의 엔드 이펙터(212)가 제2 기판 출입구(410)로 진입하여 로딩용 암(620)으로 처리 전 기판을 인계한다. 그리고 이와 더불어 대기압 반송 로봇(200)은 언로딩용 암(622)으로부터 전 단계에서 수거된 처리 후 기판을 인수 받아 나온다.
기판 반송 장치(600)와 대기압 반송 로봇(210) 사이에 기판 교환이 완료되면, 제2 기판 출입구(410)가 폐쇄되고 트랜스퍼 챔버(400)는 공정 챔버(500)와 동일한 상태의 진공 상태로 전환된다. 이를 위한 펌핑 시스템은 당연히 본 시스템에 구비되나 편의상 도면의 표시는 생략된다.
진공 상태로 전환이 완료되면, 진공 챔버(500)와 트랜스퍼 챔버(400) 사이에서 기판 교환이 시작된다. 제1 기판 출입구(510)가 열리고 기판 지지대(520, 522)의 리프트 핀이 승강하여 처리된 기판을 지정된 높이까지 올려놓는다. S100으로 화살 표시된 바와 같이, 기판 반송 장치(600)의 로딩용 암(620)과 언로딩용 암(622)은 동시에 90도 회전하여 두 개의 기판 지지대(520, 522) 상부에 정렬된다. 이때, 언로딩용 암(622)으로 리프트 핀에 놓여있던 처리 후 기판이 인계된다.
언로딩용 암(622)은 다시 회전하여 트랜스퍼 챔버(400)의 원래 위치로 복귀한다. 이어 리프트 핀은 더 높이 승강하여 로딩용 암(620)으로부터 처리 전 기판을 인계 받는다. 그리고 로딩용 암(620)은 다시 회전하여 트랜스퍼 챔버(400)의 원래 위치로 복귀한다. 로딩용 암(620)이 제1 기판 출입구(510)를 빠져 나오면 제1 기판 출입구(510)는 폐쇄 된다. 기판 지지대(520, 522)의 리프트 핀들은 하강하여 처리 전 기판을 기판 지지대(520, 522)에 안착 시킨다. 이와 같은 기판 교환 동작들은 기판 교환 시간을 최소화하기 위하여 전후 단계가 간섭되지 않는 범위에서 연속적으로 또는 동시에 진행된다.
도 5a 및 도 5b는 리프트 핀과 회전 플레이트 암의 비 간섭 구조를 보여주는 도면이다. 도면을 참조하여, 기판 지지대(520, 522)의 세 개의 리프트 핀(523, 524)은 엔드 이펙터(612)의 회전 반경의 외곽에 위치한다. 그럼으로 승강된 상태에서 회전 플레이트 암(610)의 엔드 이펙터(612)와 상호 간섭되지 않는 구조를 갖는다. 그러나 기판을 지지하기 위하여 적어도 하나의 리프트 핀(524)은 굴곡되어 연장된 구조를 갖고, 전체적으로 세 개의 리프트 핀(523, 524)의 끝단은 기판의 내부 영역에서 삼각형 배치 구조를 갖는다. 기판 지지대(520, 522)는 굴곡된 연장 구조의 리프트 핀(524)을 수납하기 위한 기다란 홀(525)을 갖는다.
이처럼, 본 발명의 기판 처리 시스템은 두 장의 기판을 동시에 처리하기 위하여 공정 챔버(500)에 두 개의 기판 지지대(520, 522)를 병렬로 배열한다. 이러한 구조에서 빠른 기판 교환을 가능하게 하는 기판 반송 장치(600)가 제공됨으로서 두 장의 기판을 동시에 처리하고 빠르게 기판을 교환할 수 있게 된다.
본 발명의 기판 처리 시스템은 다음과 같은 대안적 실시예들로도 변형 실시할 수 있다.
도 6은 상하 분리 구동 방식의 변형된 구조를 갖는 기판 반송 장치를 보여주는 도면이다. 도면을 참조하여, 기판 반송 장치(600a)는 로딩용 암(620)과 언로딩용 암(622)이 각기 분리되어 장착되는 상부와 하부로 독립된 스핀들(630a, 630b)과 이를 구동하는 상부와 하부로 분리 설치된 구동부(640a, 640b)를 구비할 수 있다. 여기서, 두 개의 상부 및 하부의 스핀들(630a, 630b)은 동일한 축 상에 정렬되도록 하는 것이 바람직하다.
도 7은 단일 스핀들에서 양측으로 구동되는 회전 플레이트 암들을 갖는 기판 반송 장치에 의한 기판 교환 과정을 보여주는 도면이고, 도 8은 도 7의 기판 반송 장치의 사시도이다. 도면을 참조하여, 기판 반송 장치(600b)는 단일 스핀들(630)에서 양측으로 회전 구동되는 네 개의 회전 플레이트 암(610a)을 구비한다. 상단에 장착되는 두 개는 로딩용 암(620a, 620b)이고 하단에 장착되는 두 개는 언로딩용 암(622a, 622b)이다. 이러한 분리된 회전 플레이트 암(610)은 도 7에 S120으로 화살표시된 바와 같이, 양측으로 양분되어 회전 구동된다.
도 9는 두 개의 구동축에서 분리 구동되는 회전 플레이트 암들을 갖는 기판 반송 장치에 의한 기판 교환 과정을 보여주는 도면이고, 도 10은 도 9의 기판 반송 장치의 사시도이다. 도면을 참조하여, 또 다른 변형의 기판 반송 장치(600c)는 네 개의 호전 플레이트 암(610a)을 구비한다. 그리고 독립된 두 개의 스핀들(630a, 630b)이 트랜스퍼 챔버의 중심에서 공정 챔버(500)에 가깝게 설치된다. 각각의 스핀들(630a, 630b)에는 양측으로 분할되어 회전 구동되는 로딩용 암(620a, 620b)과 언로딩용 암(622a, 622b)이 장착된다.
도 11은 동일 정렬선에 회전 플레이트 암들이 정렬되는 방식의 기판 반송 장치에 의한 기판 교환 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 도 11의 기판 반송 장치의 사시도이다. 도면을 참조하여, 기판 반송 장치(600d)는 네 개의 회전 플레이트 암(610b)이 동일한 정렬선에 정렬된다. 그럼으로 로드락 챔버(200)의 대기압 반송 로봇(200)과 기판 교환은 동일 정렬선에서 이루어진다.
도 13은 듀얼 이팩터 타입의 회전 플레이트 암을 갖는 기판 반송 장치에 의한 기판 교환 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 14는 도 13의 기판 반송 장치의 듀얼 이팩터 타입의 회전 플레이트 암의 평면도이다. 도면을 참조하여, 공정 챔버(500)에는 네 개의 기판 지지대(520a, 520b, 522a, 522b)가 정방형으로 배열되어 있다. 그리고 기판 반송 장치(600e)는 하나의 회전 플레이트 암(610c)에 두 개의 엔드 이팩터(612a, 612b)가 구비된다. 두 개의 스핀들(630)이 트랜스퍼 챔버(400)의 양측벽 모서리 부분에 설치되고, 각각의 스핀들(630)에는 두 개의 회전 플레이트 암(610c)(로딩용과 언로딩용)이 장착된다. 그럼으로 네 장의 처리 전 기판을 동시에 트랜스퍼 챔버(400)에서 공정 챔버(500)로 로딩하고, 네 장의 처리된 기판을 공정 챔버(500)에서 트랜스퍼 챔버(400)로 언로딩 할 수 있다.
두 개의 엔드 이펙터(612a, 612b)는 연결 브리지(616)에 병렬로 구성되고 ㄱ자형 플레이트 암(611)에 의해 스핀들에 장착된다. 두 개의 엔드 이펙터(612a, 612b)는 각각 일 측이 개방된 개구부(613)를 갖고, 상면에 기판 가장자리가 놓이는 지지부(614)를 갖는다. 그리고 엔드 이펙터(612)는 대기압 반송 로봇(210)의 엔드 이팩터(212)가 출입할 수 있도록 형성된 진입 통로(615)를 갖는다. 이러한 구성을 갖는 회전 플레이트 암(610c)은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 또 다른 형태로도 변형이 가능할 것이다.
도 7 내지 도 14를 참조하여 설명된 다양한 변형들의 기판 반송 장치를 사용한 기판 처리 시스템에서는 공정 챔버에 설치되는 다수의 기판 지지대는 회전 플레 이트 암의 회전이 양측으로 나누어 동작함으로서 리프트 핀과 간섭이 발생되지 않는다. 그럼으로 다수의 기판 지지대는 통상적인 세 개의 리프트 핀을 갖는 구조로 사용이 가능하다.
도 15는 복층으로 구성된 프로세스 모듈에서의 기판 교환 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도면을 참조하여, 기판 처리 시스템은 두 개의 공정 챔버(500a, 500b)와 두 개의 트랜스퍼 챔버(400a, 400b)를 복층으로 구성할 수 있다. 각각의 트랜스퍼 챔버(400a, 400b)에는 상술한 바와 같은 여러 형태의 기판 반송 장치 중 어느 하나가 설치될 수 있다. 그리고 상부와 하부의 트랜스퍼 챔버(400a, 400b)는 실질적으로 하나의 트랜스퍼 챔버로 구성하고 하나의 기판 반송 장치가 승하강 하면서 상부 공정 챔버(500a)와 하부 공정 챔버(600b)의 기판 반송을 모두 감당할 수 있도록 할 수 있을 것이다.
또는 도 16에 도시된 바와 같이, 기판 반송 장치(600e)를 두 개의 스핀들(630a, 630b)과 구동부(640a, 640b)를 구비하고 상단에 네 개의 회전 플레이트 암(610d)을 하단에 네 개의 회전 플레이트 암(610e)을 각기 나누어 설치할 수 있다. 이외에도 상술한 여러 형태의 기판 반송 장치 중 어느 하나가 설치될 수 있다.
도 17은 병렬 배치된 두 개의 공정 챔버와 트랜스퍼 챔버를 보여주는 도면이다. 도 17을 참조하여, 기판 처리 시스템은 두 개의 공정 챔버(500a, 500b)와 트랜스퍼 챔버(400a, 400b)를 단층으로 병렬 배열할 수 있다. 그리고 로드락 챔버(220)에 구성되는 대기압 반송 로봇(210)은 트랙(220)을 따라서 좌우로 이동하면 서 두 개의 트랜스퍼 챔버(400a, 400b)와 기판 교환을 수행할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 기판 처리 시스템은 다수의 공정 챔버와 트랜스퍼 챔버를 복층 및 병렬 배치 구조를 갖도록 확장 실시할 수 있다.
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 시스템폭을 획기적으로 축소함으로써 장치비 및 설치비를 최소화할 수 있다.

Claims (28)

  1. 로드락 챔버(200)와 복수의 기판을 처리하기 위한 공정 챔버(500) 사이에 기판을 반송하는 기판 반송 장치(600)에 있어서:
    회전력을 제공하는 구동부(640);
    상기 구동부에 연결되는 적어도 하나의 스핀들(630); 및
    상기 스핀들에 장착되어 회동하는 하나 이상의 회전 플레이트 암(610)을 포함하고,
    상기 회전 플레이트 암은 두 개의 엔드 이펙터를 갖되, 상기 두 개의 엔드 이펙터는:
    기판을 주고받기 위하여 상기 로드락 챔버에 설치된 기판 반송 로봇(210)의 엔드 이펙터(212)가 진입할 수 있도록 형성된 진입 통로(615)를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 반송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전 플레이트 암은
    상기 스핀들에 연결되고 양단부에 상기 두 개의 엔드 이펙터(612)가 구성되는 T자형 플레이트 암(611)을 포함하는 기판 반송 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전 플레이트 암은
    상기 두 개의 엔드 이펙터(612a, 612b)가 일단에 직렬로 연결되어 병렬 배치되는 ㄱ자형 플레이트 암(611)을 포함하는 기판 반송 장치.
  4. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 플레이트 암은
    처리 전 기판을 로딩 시키기 위한 로딩용 회전 플레이트 암(620); 및
    처리 후 기판을 언로딩 시키기 위한 언로딩용 회전 플레이트 암(622)을 포함하는 기판 반송 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스핀들은
    상기 로딩용 회전 플레이트 암이 장착되는 제1 스핀들(630b)과
    상기 언로딩용 회전 플레이트 암이 장착되는 제2 스핀들(630a)을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 스핀들은 동일 축에 정렬되어 상부와 하부로 배치되는 구조를 갖는 기판 반송 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 스핀들은
    상기 한 쌍의 로딩용/언로딩용 회전 플레이트가 장착되는 제1 스핀들(630a)과
    다른 한 쌍의 언로딩용/언로딩용 회전 플레이트가 장착되는 제2 스핀들(630b)을 포함하는 기판 반송 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는
    적어도 두 개의 서로 다른 스핀들로 회전력을 제공하는 하나 이상의 구동부를 포함하는 기판 반송 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터는
    일 측이 개방된 개구부(613)를 갖고 기판 가장자리가 놓이는 지지부(614)를 포함하는 기판 반송 장치.
  9. 삭제
  10. 로드락 챔버(200)와 복수의 기판을 처리하기 위한 공정 챔버(500) 사이에 기판을 반송하는 기판 반송 장치(600b, 600c, 600d)에 있어서:
    회전력을 제공하는 구동부(640);
    상기 구동부에 연결되는 적어도 하나의 스핀들; 및
    상기 스핀들에 장착되어 회동하며, 기판을 주고받기 위하여 상기 로드락 챔버에 설치된 기판 반송 로봇(210)의 엔드 이펙터(212)가 진입할 수 있도록 형성된 진입 통로(615)를 갖는 엔드 이펙터를 구비하는 둘 이상의 회전 플레이트 암(610)을 포함하되,
    상기 둘 이상의 회전 플레이트 암은 일 측으로 회전하는 하나의 회전 플레이트 암과 다른 일 측으로 회전하는 다른 하나의 회전 플레이트 암을 포함하는 기판 반송 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 회전 플레이트 암은
    처리 전 기판을 로딩 시키기 위한 로딩용 회전 플레이트 암(620a, 620b); 및
    처리 후 기판을 언로딩 시키기 위한 언로딩용 회전 플레이트 암(622a, 622b)을 포함하는 기판 반송 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스핀들은
    상기 로딩용 회전 플레이트가 장착되는 제1 스핀들(630b)과
    상기 언로딩용 회전 플레이트가 장착되는 제2 스핀들(630a)을 포함하는 기판 반송 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 스핀들은
    한 쌍의 로딩용/언로딩용 회전 플레이트가 장착되는 제1 스핀들(630b)과
    다른 한 쌍의 언로딩용/언로딩용 회전 플레이트가 장착되는 제2 스핀들(630a)을 포함하는 기판 반송 장치.
  14. 제10 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동부는
    적어도 두 개의 서로 다른 스핀들로 회전력을 제공하는 하나 이상의 구동부를 포함하는 기판 반송 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터는
    일 측이 개방된 개구부(613)를 갖고 기판 가장자리가 놓이는 지지부(614)를 갖는 말편자 형상을 갖는 기판 반송 장치.
  16. 삭제
  17. 적어도 두 개의 기판 지지부(520, 522)를 포함하는 하나 이상의 공정 챔버(500);
    기판 반송 장치가 설치된 트랜스퍼 챔버(400);
    상기 공정 챔버와 상기 트랜스퍼 챔버 사이에 개설되는 제1 기판 출입구(510);
    상기 트랜스퍼 챔버(400)와 외부 사이에 개설되는 제2 기판 출입구(410)를 포함하고,
    상기 기판 반송 장치는:
    회전력을 제공하는 구동부(640);
    상기 구동부에 연결되는 적어도 하나의 스핀들(630); 및
    상기 스핀들에 장착되어 회동하는 하나 이상의 회전 플레이트 암(610)을 포함하고,
    상기 회전 플레이트 암은 두 개의 엔드 이펙터를 갖되, 상기 두 개의 엔드 이펙터는:
    기판을 주고받기 위하여 외부에 설치된 기판 반송 로봇(210)의 엔드 이펙터(212)가 진입할 수 있도록 형성된 진입 통로(615)를 갖는 기판 처리 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 기판 출입구에 연결되는 로드 락 챔버(200)를 포함하고,
    상기 기판 반송 로봇은 상기 로드 락 챔버 설치되어 대기압에서 기판을 반송하는 대기압 반송 로봇인 기판 처리 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제2 기판 출입구를 통하여 배출된 처리 후 기판을 냉각시키기 위한 냉각 챔버를 포함하는 기판 처리 시스템.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 공정 챔버는
    플라즈마 처리가 이루어지 플라즈마 챔버인 기판 처리 시스템.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 공정 챔버는
    복층으로 구성되는 두 개 이상의 공정 챔버(500a, 500b)를 포함하는 기판 처리 시스템.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 병렬로 구성되는 두 개 이상의 공정 챔버(500a, 500b)를 포함하는 기판 처리 시스템.
  23. 적어도 두 개의 기판 지지부(520, 522)를 포함하는 하나 이상의 공정 챔버(500);
    기판 반송 장치(600b, 600c, 600d)가 설치된 트랜스퍼 챔버(400);
    상기 공정 챔버와 상기 트랜스퍼 챔버 사이에 개설되는 제1 기판 출입구(510);
    기판 반송 로봇(210)이 구비된 로드락 챔버(200);
    상기 트랜스퍼 챔버와 상기 로드락 챔버 사이에 개설되는 제2 기판 출입구(410)를 포함하고,
    상기 기판 반송 장치는:
    회전력을 제공하는 구동부(640);
    상기 구동부에 연결되는 적어도 하나의 스핀들; 및
    상기 스핀들에 장착되어 회동하며, 상기 로드락 챔버에 구비된 기판 반송 로봇(210)의 엔드 이펙터(212)가 진입할 수 있도록 형성된 진입 통로(615)를 갖는 엔드 이펙터를 구비하는 둘 이상의 회전 플레이트 암(610)을 포함하되,
    상기 둘 이상의 회전 플레이트 암은 일 측으로 회전하는 하나의 회전 플레이트 암과 다른 일 측으로 회전하는 다른 하나의 회전 플레이트 암을 포함하는 기판 처리 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 로드락 챔버의 기판 반송 로봇은 대기압에서 기판을 반송하는 대기압 반송 로봇인 기판 처리 시스템.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 제2 기판 출입구를 통하여 배출된 처리 후 기판을 냉각시키기 위한 냉각 챔버를 포함하는 기판 처리 시스템.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 플라즈마 처리가 이루어지 플라즈마 챔버인 기판 처리 시스템.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 공정 챔버는
    복층으로 구성되는 두 개 이상의 공정 챔버(500a, 500b)를 포함하는 기판 처리 시스템.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 병렬로 구성되는 두 개 이상의 공정 챔버(500a, 500b)를 포함하는 기판 처리 시스템.
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