KR100903521B1 - 기판 처리 방법 - Google Patents

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장경호
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Abstract

본 발명은 하나의 챔버 내에 기판을 처리하는 다수의 반응공간을 형성하고, 반응공간 사이에서 기판을 이송하는 이송유닛을 마련하여 기판의 생산성을 향상시킬 수 있는 화학기상증착 장치와 이를 이용한 기판 처리 시스템 및 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 화학기상증착 장치는 내부에 기판의 처리가 이루어지는 반응공간이 서로 연통되어 적어도 두 개 이상 형성되는 프로세스 챔버와; 상기 각각의 반응공간 하측에 배치되는 적어도 두 개 이상의 기판안착유닛과; 상기 반응공간 중 어느 하나에 인입된 기판을 인접된 반응공간으로 이송시키는 이송유닛을 포함한다.
기판, 듀얼 챔버, 반응공간, 스핀들, 회동암

Description

기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은 화학기상증착 장치와 이를 이용한 기판 처리 시스템 및 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 챔버 내에 기판을 처리하는 다수의 반응공간을 형성하고, 반응공간 사이에서 기판을 이송하는 이송유닛을 마련하여 기판의 생산성을 향상시킬 수 있는 화학기상증착 장치와 이를 이용한 기판 처리 시스템 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위한 공정에서 기판 표면에서 반응기체를 반응시켜서 필요한 재질의 막을 형성하는 공정을 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 "CVD"라 한다) 공정이라 하며, CVD 공정이 진행되는 화학기상증착 장치는 일반적으로 내부에 기판의 처리가 이루어지는 반응공간이 형성되는 챔버와, 상기 반응공간에 구비되어 기판이 안착되는 기판 안착유닛 및 기판에 반응가스를 공급하는 가스공급유닛으로 이루어져서, 한 번의 공정으로 한 장의 기판을 처리하는 것이 일 반적이다.
하지만, 하나의 챔버에서 한 장의 기판을 처리하는 기판 처리 시스템으로는 기판의 처리 생산성을 향상하는데 한계가 있었다. 따라서, 기판 처리 생산성을 향상시키고, 구성 유닛의 최적 작동을 위한 장치 및 방법의 개발이 필요하다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하나의 챔버 내부에 여러 장의 기판을 동시에 처리할 수 있는 반응공간을 다수개 마련하고, 각각의 반응공간들 사이에서 기판을 이송할 수 있는 이송유닛을 마련하여 기판을 효율적으로 이송시키는 동시에 여러 장의 기판을 동시에 처리함에 따라 기판 처리 생산성을 향상시킬 수 있는 화학기상증착 장치와 이를 이용한 기판 처리 시스템 및 기판 처리 방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착 장치는 내부에 기판의 처리가 이루어지는 반응공간이 서로 연통되어 적어도 두 개 이상 형성되는 프로세스 챔버와; 상기 각각의 반응공간 하측에 배치되는 적어도 두 개 이상의 기판안착유닛과; 상기 반응공간 중 어느 하나에 인입된 기판을 인접된 반응공간으로 이송시키는 이송유닛을 포함한다.
이때 상기 프로세스 챔버의 내부에는 상기 반응공간들을 구획하는 하우징이 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 각각의 반응공간 상측에 배치되는 가스공급유닛을 포함하고, 상기 가스공급유닛은 상기 각각의 반응공간 상부에 배치되어 반응가스를 반응공간에 분사하는 적어도 두 개 이상의 가스 분사부와; 상기 프로세스 챔버의 외부에 구 비되어 상기 각각의 가스 분사부에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와; 상기 반응가스 공급부에 연결되어 상기 각각의 가스 분사부로 반응가스가 유동되도록 분기되는 반응가스 공급라인을 포함한다.
이때 상기 가스공급유닛은, 상기 프로세스 챔버의 외부에 구비되어 상기 각각의 가스 분사부에 세정가스를 공급하는 세정가스 공급부와; 상기 세정가스 공급부에 연결되어 상기 각각의 가스 분사부 및 상기 각각의 반응공간 측부로 반응가스가 유동되도록 분기되는 세정가스 공급라인을 포함한다.
그리고, 상기 이송유닛은, 상기 프로세스 챔버의 반응공간들 사이에 구비되는 스핀들과; 상기 스핀들에 연결되어 상기 반응공간들 사이에서 회동되는 회동암과; 상기 스핀들을 회동시키는 회동 구동부를 포함한다.
이때 상기 회동암은 일측에 상기 스핀들의 측방으로 연결되는 연결부와, 타측에 기판이 안착되는 안착부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 안착부는 상기 이송유닛에 구비되는 리프트핀의 설치 위치에 간섭되지 않도록 적어도 두 개 이상의 갈래로 분기되어 절곡되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 처리 시스템은 이송 챔버와; 내부에 기판의 처리가 이루어지는 반응공간이 서로 연통되어 적어도 두 개 이상 형성되고, 상기 반응공간들 사이에서 기판을 각각의 반응공간으로 이송시키는 이송유닛이 구비되어 상기 이송 챔버에 연결되는 적어도 두 개 이상의 프로세스 챔버 모듈과; 상기 이송 챔버 내에 구비되고, 다수의 기판을 동시에 이송하기 위한 다수의 기판 핸들링 블레이드가 구 비되는 핸들링 로봇과; 상기 이송 챔버에 연결되는 로드락 챔버를 포함하고, 상기 프로세스 챔버 모듈들은 핸들링 블레이드의 수와 대응되는 개수가 인접배치되어 상기 핸들링 로봇의 동작에 의해 상기 인접배치되는 프로세스 챔버 모듈들에 기판이 동시에 출입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 처리 방법은 비처리 기판을 로드락 챔버로 제공하는 단계와; 프로세스 챔버 모듈에 서로 연통되어 형성된 적어도 두 개 이상의 반응공간에 비처리 기판을 순차적으로 로딩하는 단계와; 프로세스 챔버 모듈에 로딩된 비처리 기판들을 동시에 처리하는 단계와; 프로세스 챔버 모듈에서 처리된 처리 기판들을 순차적으로 로드락 챔버로 회수하는 단계를 포함한다.
이때 상기 비처리 기판을 로딩하는 단계는, 로드락 챔버에 위치된 제 1차 비처리 기판을 프로세스 챔버 모듈의 제 1 반응공간으로 로딩시키는 단계와; 제 1 반응공간에 위치된 제 1차 비처리 기판을 제 2 반응공간으로 이송시키는 단계와; 로드락 챔버에 위치된 제 2차 비처리 기판을 프로세스 챔버 모듈의 제 1 반응공간으로 로딩시키는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 처리 기판을 회수하는 단계는 제 1 반응공간에 위치된 제 2차 처리 기판을 로드락 챔버로 회수하는 단계와; 제 2 반응공간에 위치된 제 1차 처리 기판을 제 1 반응공간으로 이송시키는 단계와; 제 1 반응공간에 위치된 제 1차 처리 기판을 로드락 챔버로 회수하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 비처리 기판을 로드락 챔버로 제공하는 단계와; 한 쌍의 제 1차 비처리 기판을 동시에 인접된 프로세스 챔버 모듈에 형성된 각각의 제 1 반응공간으로 각각 로딩하는 단계와; 프로세스 챔버 모듈의 제 1 반응공간으로 로딩된 제 1차 비처리 기판을 제 2 반응공간으로 이송시키는 단계와; 한 쌍의 제 2차 비처리 기판을 동시에 인접된 프로세스 챔버 모듈에 형성된 제 1 반응공간으로 각각 로딩하는 단계와; 각각의 프로세스 챔버 모듈에 로딩된 제 1차 및 2차 비처리 기판들을 동시에 처리하는 단계와; 제 1 반응공간에 위치된 한 쌍의 제 2차 비처리 기판을 동시에 로드락 챔버로 회수하는 단계와; 제 2 반응공간에 위치된 한 쌍의 제 1차 처리 기판을 각각 제 1 반응공간으로 이송시키는 단계와; 제 1 반응공간에 위치된 한 쌍의 제 1차 처리 기판을 동시에 로드락 챔버로 회수하는 단계를 포함한다.
이때 상기 한 쌍의 제 1차 비처리 기판을 제 1 반응공간으로 각각 로딩하는 단계 및 상기 한 쌍의 제 2차 비처리 기판을 제 1 반응공간으로 각각 로딩하는 단계는, 핸들링 로봇에 지지되는 한 쌍의 제 1차 비처리 기판을 인접된 프로세스 챔버 모듈에 형성된 각각의 제 1 반응공간에 순차적으로 로딩하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 한 쌍의 제 1차 비처리 기판을 제 1 반응공간으로 각각 로딩하는 단계 및 상기 한 쌍의 제 2차 비처리 기판을 제 1 반응공간으로 각각 로딩하는 단계는, 핸들링 로봇으로 한 쌍의 비처리 기판을 지지하는 단계와; 인접된 프로세스 챔버 모듈의 제 1 반응공간에 각각 마련되는 제 1 및 제 2 리프트핀의 대기 높이가 서로 다르도록 각각의 리프트핀을 상승시키는 단계와; 핸들링 로봇에 지지된 비처리 기판 중 상대적으로 높은 위치에서 대기하는 제 1 리프트핀의 상부에 배치 되는 제 1 비처리 기판을 제 1 리프트핀의 상부에 정위치시키는 단계와; 핸들링 로봇을 하강하여 제 1 비처리 기판을 제 1 리프트핀에 안착시키는 단계와; 핸들링 로봇을 수평으로 이동시켜 상대적으로 낮은 위치에 대기하는 제 2 리프트핀의 상부에 배치되는 제 2 비처리 기판을 제 2 리프트핀의 상부에 정위치시키는 단계와; 핸들링 로봇을 하강하여 제 2 비처리 기판을 제 2 리프트핀에 안착시키는 단계와; 핸들링 로봇을 프로세스 챔버 모듈 외부로 인출시키는 단계와; 제 1 및 제 2 리프트핀이 하강하여 제 1 및 제 2 비처리 기판을 각각의 이송유닛에 안착시키는 단계를 포함한다.
또한, 제 1 반응공간으로 로딩된 제 1차 비처리 기판을 제 2 반응공간으로 이송시키는 단계는, 제 1차 비처리 기판이 인접된 프로세스 챔버 모듈의 제 1 반응공간에 각각 마련되는 제 1 및 제 2 리프트핀에 안착된 상태에서 상기 제 1 및 제 2 리프트핀을 계속 하강하여 이송유닛이 회동되는 높이보다 낮은 높이까지 하강시키는 단계와; 이송유닛이 회동되어 제 1차 비처리 기판을 제 2 반응공간에 위치시키는 단계와; 인접된 프로세스 챔버 모듈의 제 2 반응공간에 각각 마련되는 제 3 및 제 4 리프트핀을 상승시켜 제 1차 비처리 기판을 제 3 및 제 4 리프트핀에 안착시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 하나의 챔버 내에서 여러 장의 기판을 로딩하여 동시에 처리할 수 있는 장치를 마련함에 따라 장치의 동작 효율성 및 기판 처리 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 챔버 내에 구비되는 각각의 반응공간은 그 상측공간이 하우징에 의해 둘러싸이고, 하우징과 안착 플레이트가 일정한 간격으로 이격됨에 따라 가스 분사부에서 공급되는 반응가스가 하우징과 안착 플레이트의 이격공간으로 고르게 유동되어 기판의 상면에 반응가스가 고르게 공급되고, 가스 분사부와 안착 플레이트 사이의 온도 프로파일이 균일하게 형성되는 효과를 얻을 수 있다. 이에 따라 기판에 박막을 증착시키거나 또는 박막을 식각시키는 공정시 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 하나의 챔버에서 여러 장의 기판을 처리할 수 있기 때문에 다수개의 쌍으로 구비되는 챔버 중 선택되는 어느 하나를 예열 챔버로 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 한 쌍의 챔버를 인접배치하여 하나의 핸들링 로봇으로 한 쌍의 챔버에 각각 기판을 출입시키고, 각각의 챔버 내에서 기판을 서로 다른 반응공간으로 이송시킴에 따라 설비의 동선을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 시스템을 개략적으로 보여주는 구성도이다. 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 기판 처리 시스템은 이송 챔버(100)와; 상기 이송 챔버(100)에 연결되는 적어도 두 개 이상의 프로세스 챔버 모듈(200)과; 상기 이송 챔버(100) 내에 구비되어 기판을 이송시키는 핸들링 로봇(300)과; 상기 이송 챔버(100)에 연결되는 로드락 챔버(400)를 포함한다.
이송 챔버(100)는 기판 처리 시스템의 중심부에 위치하여 상기 로드락 챔버(400) 내부에 대기 중인 기판(W)을 상기 프로세스 챔버(210)에 로딩 또는 언로딩할 수 있도록 이송 공간을 제공한다. 상기 이송 챔버(100)의 외주면의 형상은 사각형, 오각형, 육각형, 팔각형 등을 포함하는 다각형의 형상 또는 원형, 타원형의 형상으로도 제작이 가능하다. 본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 사각형 형상으로 이송 챔버(100)를 제시하였다.
프로세스 챔버 모듈(200)은 기판에 박막을 증착시키거나 또는 박막을 식각시키는 공정이 이루어지는 수단으로서, 내부에 기판(W)의 처리가 이루어지는 반응공간(S11,S12 및 S21,S22)이 적어도 두 개 이상 형성되고, 상기 반응공간(S11,S12 및 S21,S22)들 사이에서 기판을 각각의 반응공간(S11,S12 및 S21,S22)으로 이송시키는 이송유닛(250)이 구비된다. 이러한 프로세스 챔버 모듈(200)은 상기 이송 챔버(100)의 일면에 각각 한 쌍씩 인접배치되도록 적어도 두 개 이상의 프로세스 챔버 모듈(200)이 구비된다. 예를 들어 본 실시예에서는 도면에 도시된 바와 같이 4면을 갖는 이송 챔버(100)의 일면에는 한 쌍의 로드락 챔버(400)가 연결되고, 나머지 3면에는 한 쌍씩의 프로세스 챔버 모듈(200a와 200b, 200c와 200d, 200e와 200f,)이 각각 인접되어 연결된다. 물론 로드락 챔버(400) 및 프로세스 챔버 모듈(200)의 배치 위치 및 개수는 제시된 실시예에 한정되지 않고, 로드락 챔버(400) 및 프로세스 챔버 모듈(200)이 한 쌍씩 인접 배치될 수 있다면 어떠하여도 무방하다.
그리고, 각각의 프로세스 챔버 모듈(200)에는 기판(W)이 출입되는 게이 트(217)가 상기 반응공간(S11,S12 및 S21,S22) 중 어느 하나로 연통되도록 하나씩 마련되는데, 이때 게이트(217)의 위치는 인접되는 프로세스 챔버 모듈(200) 및 이송 챔버(100)와 가까운 위치에 배치되는 반응공간(S11,S21)과 연통되도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 프로세스 챔버 모듈(200)의 상세한 구성에 대한 설명은 도면을 참조하여 후술하도록 한다.
핸들링 로봇(300)은 상기 이송 챔버(100)의 대략 중앙지점에 위치하여 로드락 챔버(400)와 프로세스 챔버(210)로 기판(W)을 이송시키는 수단으로서, 지면과 평행한 면 상에서 회전 및 승하강되도록 구비된다. 이때 핸들링 로봇(300)에는 다수의 기판(W)을 동시에 직접 지지하는 다수의 핸들링 블레이드(310)가 구비된다. 상기 핸들링 블레이드(310)의 개수는 한 번의 동작으로 각각의 프로세스 챔버 모듈(200)에 한 장의 기판(W)을 로딩 및 언로딩시킬 수 있도록 인접배치되는 프로세스 챔버 모듈(200)의 개수에 대응되도록 형성하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 두 개의 핸들링 블레이드(310)를 지면과 평행한 동일면 상에서 서로 평행하게 설치하였다.
로드락 챔버(400a,400b)는 상기 이송 챔버(100)의 일면에 형성되어 공정수행을 위해 대기중이거나, 처리가 완료된 기판들을 대기시키는 수단으로서, 이송 챔버(100) 및 프로세스 챔버 모듈(200) 내부의 공기압 상황에 따라 대기압 상태 또는 진공 상태로 변경이 가능하게 설치된다. 이때 로드락 챔버(400)의 개수는 상기 핸들링 블레이드(310)의 개수와 대응되도록 구비되는 것이 바람직하다. 예를 들어 본 실시예에서는 한 쌍의 로드락 챔버(400a,400b)를 구비하였다. 그리고, 로드락 챔 버(400)의 외부에는 로드락 챔버(400)와 연결되어 기판(W)들을 수용하는 저장 랙(500)이 더 구비된다.
도 2는 본 발명에 따른 화학기상증착 장치를 개략적으로 보여주는 단면 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 화학기상증착 장치의 요부를 개략적으로 보여주는 평면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 회동암을 보여주는 사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 화학기상증착 장치, 즉 프로세스 챔버 모듈(200)은 내부에 기판(W)의 처리가 이루어지는 반응공간(S11,S12)이 적어도 두 개 이상 형성되는 프로세스 챔버(210)와; 상기 각각의 반응공간(S11,S12) 상측에 배치는 가스공급유닛(220)과; 상기 각각의 반응공간(S11,S12) 하측에 배치되는 적어도 두 개 이상의 기판안착유닛(240)과; 상기 반응공간(S11,S12) 중 어느 하나의 반응공간(S11)에 인입된 기판(W)을 인접된 반응공간(S12)으로 이송시키는 이송유닛(250)을 포함한다.
프로세스 챔버(210)는 내부에 적어도 두 개 이상의 반응공간(S11,S12)이 서로 연통되도록 마련되는 통 형상으로 제작된다. 이때, 상기 프로세스 챔버(210)의 내부 형상은 그 수평 단면 형상이 일정한 형태에 한정되지 않고, 공정이 진행되는 기판(W)의 형상에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 본 실시예의 프로세스 챔버(210)는 측벽면과 바닥면을 구성하는 하부 몸체부(211)와, 상측면을 구성하는 상부 몸체부(213) 및 상기 하부 몸체부(211)에 수용되고, 프로세스 챔버(210)의 내부에서 상기 반응공간(S11,S12)들을 구획하는 하우징(215)으로 구성된다. 상기 하우징(215)은 상기 가스공급유닛(220) 및 기판안착유닛(240)와 별개로 상기 프로세스 챔버(210)의 반응공간(S11,S12) 상측을 둘러싸도록 마련된다. 바람직하게는, 기판(W)의 처리시 후술되는 안착 플레이트(241)가 상승하여 가스 분사부(221)에 근접되는 경우, 상기 하우징(215)이 안착 플레이트(241)의 가장자리에서 일정한 간격으로 이격되어 가스 분사부(221) 및 안착 플레이트(241)를 둘러싼 상태가 된다. 그래서, 가스 분사부(221)에서 반응가스가 분사될 때 반응가스가 안착 플레이트(241)의 가장자리, 즉 안착 플레이트(241)와 하우징(215) 사이의 이격공간으로 고르게 유동됨에 따라 기판(W)의 상면에 반응가스가 고르게 공급된다. 또한, 기판(W)의 상면에서 반응가스의 유동이 고르게 이루어짐에 따라 가스 분사부(221)와 안착 플레이트(241) 사이의 온도 프로파일이 균일하게 형성된다. 물론 상기 반응공간(S11,S12)들은 상기 하우징(215)이 설치되더라도 후술되는 이송유닛이 동작되는 공간을 확보하도록 연통되는 것이 바람직하다.
그리고, 프로세스 챔버(210)의 측벽면의 일측에는 기판(W)의 인입 및 인출을 위한 게이트(217)가 상기 반응공간(S11,S12)들 중 어느 하나에 연통되도록 마련된다. 그리고, 상기 게이트(217)는 개폐부(미도시)에 의해 개폐된다. 이때, 상기 개폐부로 게이트 밸브 또는 슬릿 밸브를 사용하는 것이 가능하다. 물론 이에 한정되지 않고, 개폐부로 기판(W) 인입후 프로세스 챔버(210) 내부를 진공으로 유지할 수 있는 다양한 형태의 개폐 수단이 사용될 수 있다.
또한, 프로세스 챔버(210)에 형성된 반응공간(S11,S12)의 바닥면 또는 측면의 일측에는 프로세스 챔버(210) 내부의 압력을 일정하게 유지하거나, 프로세스 챔버(210) 내부의 미반응 가스 및 불순물을 배기하기 위한 각각의 진공 배기 라인(218) 및 진공 배기 공급부(219)가 연결된다. 이때 각각의 반응공간(S11,S12)에는 진공 배기 라인(218) 및 진공 배기 공급부(219)가 각각 별도로 구비되거나 또는 하나의 진공 배기 공급부(219)에 각각의 반응공간(S11,S12)으로 분기되는 한 쌍의 진공 배기 라인(218)이 구비될 수 있다.
그리고, 프로세스 챔버(210)는 접지 연결되어 프로세스 챔버(210)를 통하여 전류가 흐르지 않도록 구성된다.
가스공급유닛(220)은 상기 각각의 반응공간(S11,S12) 상부에 배치되는 가스 분사부(221)와; 상기 프로세스 챔버(210)의 외부에 구비되어 상기 각각의 가스 분사부(221)에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부(223)와; 상기 반응가스 공급 부(223)에 연결되어 상기 각각의 가스 분사부(221)로 반응가스가 유동되도록 분기되는 반응가스 공급라인(225)을 포함된다. 또한, 상기 프로세스 챔버(210)의 외부에 구비되어 상기 각각의 가스 분사부(221)에 세정가스를 공급하는 세정가스 공급부(227)와; 상기 세정가스 공급부(227)에 연결되어 상기 각각의 가스 분사부(221) 및 상기 각각의 반응공간(S11,S12) 측부로 세정가스가 유동되도록 분기되는 세정가스 공급라인(229)을 포함한다.
상기 가스 분사부(221)는 반응공간(S11,S12) 내부에 반응 가스 및 세정 가스를 공급하고, 플라즈마 형성시 캐소드 또는 애노드 역할을 하는 수단으로서, 예를 들어 종래의 샤워헤드 구조가 적용될 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 가스의 분사 및 캐소드 또는 애노드 역할을 할 수 있다면 다양하게 변경 가능하다. 본 실시예에서는 상기 가스 분사부(221)에 플라즈마 전원을 제공하기 위한 별도의 플라즈마 전원부(230)가 연결된다. 플라즈마 전원부(230)는 플라즈마 전원으로 고주파 전원을 제공한다.
상기 반응가스 공급부(223)는 기판(W)의 처리공정에 사용되는 각종 반응가스를 각각의 반응공간으로 제공하는 수단으로서, 반응가스를 공급할 수 있는 수단이라면 어떠하여도 무방하다.
상기 반응가스 공급라인(225)은 상기 반응가스 공급부(223)와 각각의 가스 분사부(221)가 연통되도록 형성된다면 어떠하여도 무방하나, 바람직하게는 하나의 반응가스 공급부(223)에 연결되는 반응가스 공급라인(225)이 각각의 가스 분사부(221)로 분기되어 형성된다.
상기 세정가스 공급부(227)는 반응공간(S11,S12) 및 후술되는 안착 플레이트(241) 전면 및 후면의 세정공정에 사용되는 각종 세정가스를 각각의 반응공간(S11,S12)으로 제공하는 수단으로서, 세정가스를 공급할 수 있는 수단이라면 어떠하여도 무방하다.
상기 세정가스 공급라인(229)은 상기 세정가스 공급부(227)와 각각의 반응공간(S11,S12)이 연통되도록 형성된다면 어떠하여도 무방하나, 바람직하게는 하나의 세정가스 공급부(227)에 연결되는 세정가스 공급라인(229)이 각각의 가스 분사부(221) 및 반응공간(S11,S12)의 측부, 바람직하게는 안착 플레이트(241)의 측부 방향으로 분기되어 형성된다. 이때 반응공간(S11,S12)의 측부로 분기되는 세정가스 공급라인(229)은 상기 하우징(215)을 통하여 연장될 수 있다.
기판안착유닛(240)은 기판(W)이 안착되는 안착 플레이트(241)와; 상기 안착 플레이트(241)에 구비되어 안착 플레이트(241)를 가열시키는 히팅부(243)와; 상기 안착 플레이트(241)를 상하로 이동시키는 승강 구동부(245)를 포함한다.
상기 안착 플레이트(241)는 기판(W)이 직접 안착되고, 플라즈마 형성시 캐소드 또는 애노드 역할을 하는 수단으로서, 상기 가스 분사부(221)에 대향되어 배치되고, 기판(W)의 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 원형으로 형성된다. 또한 본 실시예에서 상기 안착 플레이트(241)는 접지 연결된다. 물론 이에 한정되지 않고, 안착 플레이트(241)에 고주파 전원을 인가하고, 상기 가스 분사부(221)를 접지 연결시킬 수도 있을 것이다.
상기 히팅부(243)는 상기 안착 플레이트(241)에 안착된 기판(W)을 처리시 상 승되는 온도에 의한 기판(W)의 열손상을 줄이기 위한 수단으로서, 기판(W)의 온도를 상승시킬 수 있다면 어떠한 수단이라도 사용될 수 있다. 예를 들어 전원의 공급에 의해 가열되는 열선과 같은 코어히터 또는 램프히터 등이 사용될 수 있다.
상기 승강 구동부(245)는 상기 안착 플레이트(241)를 반응공간(S11,S12) 내부에서 기판(W)을 안착시키는 위치 및 기판(W)의 처리가 이루어지는 반응위치로 이동시키기 위하여 승강시키는 수단으로서, 상기 안착 플레이트(241)를 승강시킬 수 있는 수단이라면 어떠하여도 무방하다. 예를 들어 실린더가 사용될 수 있다.
그리고, 상기 기판안착유닛(240)은 상기 안착 플레이트(241)를 관통하여 입설되는 복수개의 리프트핀(247)과, 상기 리프트핀(247)을 일체로 승강시키는 리프트핀 승강수단(249)을 더 포함한다.
상기 리프트핀(247)은 후술되는 회동암(253)과의 간섭을 피하고, 기판(W)의 안정적인 안착을 위하여 3개가 120도 간격으로 입설되는 것이 바람직하고, 상기 리프트핀 승강수단(249)은 실린더 등이 사용될 수 있다.
상기 이송유닛(250)은 상기 프로세스 챔버(210)의 내부에 구성되는 수단으로서, 정확하게는 상기 프로세스 챔버(210)의 반응공간(S11,S12)들 사이에 구비되는 스핀들(251)과; 상기 스핀들(251)에 연결되어 상기 반응공간(S11,S12)들 사이에서 회동되는 회동암(253)과; 상기 스핀들(251)을 회동시키는 회동 구동부(255)를 포함한다.
상기 스핀들(251)은 상기 회동 구동부(255)에서 발생되는 회동 동력에 의해 상기 회동암(253)에 회동시키는 수단으로서, 인접되는 반응공간(S11,S12)들 사이 공간에 구비되는 것이 바람직하다.
상기 회동암(253)은 도 4에 도시된 바와 같이 일측에 상기 스핀들(251)의 측방으로 연결되는 연결부(253a)와, 타측에 기판(W)이 안착되는 안착부(253b)가 형성된다.
상기 연결부(253a)는 상기 회동암(253)에 연결되도록 길게 형성되고, 상기 안착부(253b)는 상기 기판안착유닛(240)에 구비되는 리프트핀(247)의 설치 위치에 간섭되지 않도록 적어도 두 개 이상의 갈래로 분기된 상태에서 절곡되어 형성된다. 본 실시예에서는 연결부에서 연장되는 안착부(253b)가 대략 "T"자 형상이 되도록 분기하였고, 각각의 단부는 리프트핀(247)에 간섭되지 않도록 절곡하였다. 그리고, 상기 안착부(253b)에는 기판(W)의 크기에 대응되는 크기의 안착홈(253c)이 형성된다. 물론 상기 회동암(253)은 상기 스핀들(251)에 의해 회동되면서 기판(W)을 각각의 반응공간(S11,S12)으로 이송할 수 있는 다양한 방식으로 변경되어 실시될 수 있을 것이다.
상기 회동 구동부(255)는 상기 스핀들(251)에 회동력을 제공하는 수단으로서, 상기 스핀들(251)을 회동시키는 동력을 제공할 수 있다면 어떠한 수단이 사용되어도 무방하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 기판 처리 시스템을 이용하여 기판을 처리하는 방법을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5a 내지 도 5k는 본 발명에 따른 기판 처리 시스템의 작동 상태를 보여주 는 단면 개념도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 먼저, 전술된 이송 챔버(100), 로드락 챔버(400) 및 상기 이송 챔버(100)의 각 면에 한 쌍씩 인접배치되는 적어도 두 개 이상의 프로세스 챔버(210)를 포함하는 기판 처리 시스템을 마련한다.
그리고, 저장 랙(500)에 수용되는 비처리 기판들을 로드락 챔버(400)에 인입하여 로드락 챔버(400)에 다수의 비처리 기판들을 대기시킨다. 그런 다음, 필요시 로드락 챔버(400)를 기판(W)의 처리 공정에 필요한 고진공 상태로 형성한다.
그리고, 이송 챔버(100)에 구비된 핸들링 로봇(300)의 핸들링 블레이드(310)를 이용하여 로드락 챔버(400)에 대기중인 한 쌍의 제 1차 비처리 기판(W11,W12)을 척킹한 다음 인접된 프로세스 챔버(210)에 형성된 제 1 반응공간(S11,S21)으로 동시에 각각 로딩시킨다.
제 1차 비처리 기판(W11,W12)을 각각의 제 1 반응공간(S11,S21)으로 로딩시키는 단계를 보다 상세하게 설명하자면, 먼저, 제 1 차 비처리 기판(W11,W12)을 로딩하기 위하여 이송유닛(250)의 회동암(253)을 각각의 제 1 반응공간(S11,S21)에 정위치 시키고 대기한다. 그런 다음, 도 5a에 도시된 바와 같이 인접된 프로세스 챔버(210)의 제 1 반응공간(S11,S21)에 각각 마련되는 제 1 및 제 2 리프트핀(2471,2472)의 대기 높이가 도면에 표시된 간격(D)만큼 격차를 갖도록 각각의 리프트핀(2471,2472)을 상승시키고, 한 쌍의 제 1차 비처리 기판(W11,W12)을 제 1 및 제 2 리프트핀(2471,2472) 상부로 인입시킨다. 그리고, 핸들링 로봇(300)의 핸들링 블레이드(310)를 수평면 상에서 좌우로 이동시켜 핸들링 블레이드(310)에 지지된 제 1차 비처리 기판(W11,W12) 중 상대적으로 높은 위치에서 대기하는 제 1 리프트핀(2471)의 상부에 배치되는 제 1 비처리 기판(W11)을 제 1 리프트핀(2471)의 상부에 정위치 시킨다.
그런 다음, 도 5b에 도시된 바와 같이 핸들링 블레이드(310)를 하강하여 제 1차 비처리 기판(W11,W12) 중 제 1 비처리 기판(W11)을 제 1 리프트핀(2471)에 안착시킨다.
그리고, 핸들링 블레이드(310)를 수평으로 이동시켜 상대적으로 낮은 위치에 대기하는 제 2 리프트핀(2472)의 상부에 배치되는 제 1차 비처리 기판(W11,W12) 중 제 2 비처리 기판(W12)을 제 2 리프트핀(2472)의 상부에 정위치 시킨다.
그런 다음, 도 5c에 도시된 바와 같이 핸들링 블레이드(310)를 하강하여 제 2 비처리 기판(W12)을 제 2 리프트핀(2472)에 안착시킨다.
이렇게 제 1차 비처리 기판(W11,W12) 한 쌍이 모두 제 1 및 제 2 리프트핀(2471,2472)에 안착시킨 다음, 도 5d에 도시된 바와 같이 핸들링 블레이드(310)를 프로세스 챔버(210) 외부로 인출시킨다.
그리고, 도 5e에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 리프트핀(2471,2472)을 하강시켜 제 1 및 제 2 비처리 기판(W11,W12)을 각각의 회동암(253)에 형성된 안착홈(253c)에 안착시킨다.
이렇게 제 1 및 제 2 비처리 기판(W11,W12)이 각각의 회동암(253)에 안정적으로 안착되었다면, 도 5f에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 리프트핀(2471,2472) 을 계속 하강시켜 회동암(253)이 회동되는 높이보다 낮은 높이까지 하강시킨다. 바람직하게는 제 1 및 제 2 리프트핀(2471,2472)을 계속 하강시켜 각각의 안착 플레이트(241)에 안착되도록 한다.
그리고, 도 5g에 도시된 바와 같이 이송유닛(250), 즉 회동암(253)을 동일한 높이에서 회동시켜 한 쌍의 제 1차 비처리 기판(W11,W12)을 각각의 제 2 반응공간(S12,S22)에 위치시킨다.
그런 다음, 도 5h에 도시된 바와 같이 인접된 프로세스 챔버(210)의 제 2 반응공간(S12,S22)에 각각 마련되는 제 3 및 제 4 리프트핀(2473,2474)을 상승시켜 제 1차 비처리 기판(W11,W12)을 제 3 및 제 4 리프트핀(2473,2474)에 각각 안착시킨다.
이렇게 제 1차 비처리 기판(W11,W12)이 제 3 및 제 4 리프트핀(2473,2474)에 각각 안착되었다면, 도 5i에 도시된 바와 같이 회동암(253)을 회동시켜 회동암(253)이 제 1 반응공간(S11,S21)과 제 2 반응공간(S12,S22) 사이에 위치되도록 한다. 이때 회동암(253)은 각각의 제 2 반응공간(S12,S22)에 입설된 제 3 및 제 4 리프트핀(2473,2474)에 간섭받지 않도록 안착부(253b)의 형상에 의해 제 3 및 제 4 리프트핀(2473,2474)을 회피하면서 회동된다.
그런 다음, 도 5j에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 리프트핀(2471,2472)을 상승시킨다. 이때 제 1 및 제 2 리프트핀(2471,2472)의 상승 높이는 도 5a에 도시된 바와 같이 서로 대기되는 높이가 다르도록 각각의 제 1 및 제 2 리프트핀(2471,2472)을 상승시킨다.
그리고, 도 5k에 도시된 바와 같이 제 1 반응공간(S11,S21)에서는 제 2차 비처리 기판(W21,W22)을 인입시켜 도 5a 및 도 5d의 과정이 순차적으로 이루어져서 제 1 및 제 2 리프트핀(2471,2472)에 제 2차 비처리 기판(W21,W22)이 안착된다.
이렇게 한 쌍의 프로세스 챔버(210)에 형성된 각각의 제 1 반응공간(S11,S21) 및 제 2 반응공간(S12,S22)에 한 쌍의 제 1차 비처리 기판(W11,W12) 및 제 2 차 비처리 기판(W)이 배치되었다면, 각각의 반응공간(S11,S12,S21,S22)에 마련된 안착 플레이트(241)를 상승시켜 비처리 기판(W11,W12,W21,W22)을 안착 플레이트(241) 상면에 안착시키는 동시에, 계속적인 상승을 하여 비처리 기판(W11,W12,W21,W22)이 반응위치까지 상승되도록 한다.
그런 다음, 각각의 가스 분사부(221)에서 반응가스를 비처리 기판(W11,W12,W21,W22)에 분사하면서 가스 분사부(221)와 안착 플레이트(241) 사이에 플라즈마를 형성함에 따라 각각의 반응공간에서 소정의 처리공정을 동시에 진행한다. 이렇게 비처리 기판(W11,W12,W21,W22)의 처리가 동시에 완료되면, 완료된 기판(W)은 전술된 비처리 기판(W)의 로딩과정을 역순으로 진행하면서 프로세스 챔버(210)에서 언로딩시킨다. 그리고, 언로딩된 처리 기판(W)은 로드락 챔버(400)로 회수되고, 로드락 챔버(400)의 내부를 대기압 상태로 변경하고, 로드락 챔버(400)에 회수된 처리 기판(W)을 저장 랙(500)에 저장한다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범 위 내에서 본 발명을 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 시스템을 개략적으로 보여주는 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 화학기상증착 장치를 개략적으로 보여주는 단면 개념도이고,
도 3은 본 발명에 따른 화학기상증착 장치의 요부를 개략적으로 보여주는 평면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 회동암을 보여주는 사시도이며,
도 5a 내지 도 5k는 본 발명에 따른 기판 처리 시스템의 작동 상태를 보여주는 단면 개념도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 이송챔버 200: 프로세스 챔버 모듈
210: 프로세스 챔버 220: 가스공급유닛
221: 가스 분사부 240: 기판안착유닛
241: 안착 플레이트 250: 이송유닛
251: 스핀들 253: 회동암

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  12. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    비처리 기판을 로드락 챔버로 제공하는 단계와;
    한 쌍의 제 1차 비처리 기판을 동시에 인접된 프로세스 챔버 모듈에 형성된 각각의 제 1 반응공간으로 각각 로딩하는 단계와;
    프로세스 챔버 모듈의 제 1 반응공간으로 로딩된 제 1차 비처리 기판을 제 2 반응공간으로 이송시키는 단계와;
    한 쌍의 제 2차 비처리 기판을 동시에 인접된 프로세스 챔버 모듈에 형성된 제 1 반응공간으로 각각 로딩하는 단계와;
    각각의 프로세스 챔버 모듈에 로딩된 제 1차 및 2차 비처리 기판들을 동시에 처리하는 단계와;
    제 1 반응공간에 위치된 한 쌍의 제 2차 비처리 기판을 동시에 로드락 챔버로 회수하는 단계와;
    제 2 반응공간에 위치된 한 쌍의 제 1차 처리 기판을 각각 제 1 반응공간으로 이송시키는 단계와;
    제 1 반응공간에 위치된 한 쌍의 제 1차 처리 기판을 동시에 로드락 챔버로 회수하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 한 쌍의 제 1차 비처리 기판을 제 1 반응공간으로 각각 로딩하는 단계 및 상기 한 쌍의 제 2차 비처리 기판을 제 1 반응공간으로 각각 로딩하는 단계는,
    핸들링 로봇에 지지되는 한 쌍의 제 1차 비처리 기판을 인접된 프로세스 챔버 모듈에 형성된 각각의 제 1 반응공간에 순차적으로 로딩하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 한 쌍의 제 1차 비처리 기판을 제 1 반응공간으로 각각 로딩하는 단계 및 상기 한 쌍의 제 2차 비처리 기판을 제 1 반응공간으로 각각 로딩하는 단계는,
    핸들링 로봇으로 한 쌍의 비처리 기판을 지지하는 단계와;
    인접된 프로세스 챔버 모듈의 제 1 반응공간에 각각 마련되는 제 1 및 제 2 리프트핀의 대기 높이가 서로 다르도록 각각의 리프트핀을 상승시키는 단계와;
    핸들링 로봇에 지지된 비처리 기판 중 상대적으로 높은 위치에서 대기하는 제 1 리프트핀의 상부에 배치되는 제 1 비처리 기판을 제 1 리프트핀의 상부에 정위치시키는 단계와;
    핸들링 로봇을 하강하여 제 1 비처리 기판을 제 1 리프트핀에 안착시키는 단계와;
    핸들링 로봇을 수평으로 이동시켜 상대적으로 낮은 위치에 대기하는 제 2 리프트핀의 상부에 배치되는 제 2 비처리 기판을 제 2 리프트핀의 상부에 정위치시키 는 단계와;
    핸들링 로봇을 하강하여 제 2 비처리 기판을 제 2 리프트핀에 안착시키는 단계와;
    핸들링 로봇을 프로세스 챔버 모듈 외부로 인출시키는 단계와;
    제 1 및 제 2 리프트핀이 하강하여 제 1 및 제 2 비처리 기판을 각각의 이송유닛에 안착시키는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    제 1 반응공간으로 로딩된 제 1차 비처리 기판을 제 2 반응공간으로 이송시키는 단계는,
    제 1차 비처리 기판이 인접된 프로세스 챔버 모듈의 제 1 반응공간에 각각 마련되는 제 1 및 제 2 리프트핀에 안착된 상태에서 상기 제 1 및 제 2 리프트핀을 계속 하강하여 이송유닛이 회동되는 높이보다 낮은 높이까지 하강시키는 단계와;
    이송유닛이 회동되어 제 1차 비처리 기판을 제 2 반응공간에 위치시키는 단계와;
    인접된 프로세스 챔버 모듈의 제 2 반응공간에 각각 마련되는 제 3 및 제 4 리프트핀을 상승시켜 제 1차 비처리 기판을 제 3 및 제 4 리프트핀에 안착시키는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
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