KR101028409B1 - 세미 배치 타입 프로세스 모듈 및 이를 구비하는 원자층 증착장치 - Google Patents

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Abstract

다수의 대형 기판을 수용하여 세미 배치 타입(semi-batch type)으로 증착 공정을 수행할 수 있는 프로세스 모듈을 구비하는 원자층 증착장치가 개시된다. 원자층 증착장치용 세미 배치 타입 프로세스 모듈은, 한 장의 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 공간을 제공하는 다수의 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버에 상기 기판을 로딩 및 언로딩 하는 로딩/언로딩 유닛 및 상기 로딩/언로딩 유닛이 수용되는 진공 이송 챔버을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 다수의 프로세스 챔버가 상기 진공 이송 챔버 둘레를 따라 배치되며 상기 로딩/언로딩 유닛이 사방으로 회전하여 상기 기판을 상기 각 프로세스 챔버에 로딩 및 언로딩 하도록 형성된다.
증착, atomic layer deposition, ALD, 서셉터

Description

세미 배치 타입 프로세스 모듈 및 이를 구비하는 원자층 증착장치{SEMI-BATCH TYPE PROCESS MODULE AND ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로, 다수의 대형 기판을 수용하여 증착 공정을 수행할 수 있는 세미 배치 타입의 프로세스 모듈 및 이를 구비하는 원자층 증착장치를 제공하는 것이다.
일반적으로, 반도체 기판이나 글래스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)과, 화학 반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등을 이용한 박막 제조 방법이 사용된다.
여기서, 화학 기상 증착법으로는 상압 화학 기상 증착법(atmospheric pressure CVD, APCVD), 저압 화학 기상 증착법(low pressure CVD, LPCVD), 플라즈마 유기 화학 기상 증착법(plasma enhanced CVD, PECVD)등이 있으며, 이 중에서 저온 증착이 가능하고 박막 형성 속도가 빠른 장점 때문에 플라즈마 유기 화학 기상 증착법이 많이 사용되고 있다.
그러나 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐으로써 미세 패턴의 박막이 요구되었고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지게 되었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 단 원자층 증착 방법(atomic layer deposition, ALD)의 사용이 증대되고 있다.
원자층 증착 방법(ALD)은, 기체 분자들 간의 화학 반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착 방법과 유사하다. 하지만, 통상의 화학 기상 증착(CVD) 방법이 다수의 기체 분자들을 동시에 프로세스 챔버 내로 주입하여 기판의 상방에서 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하나 이와 달리, 원자층 증착 방법은 하나의 기체 물질을 프로세스 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 상부에 물리적으로 흡착된 기체만을 잔류시키고, 이후 다른 기체 물질을 주입함으로써 기판의 상면에서만 발생되는 화학 반응 생성물을 증착시킨다는 점에서 상이하다.
이러한 원자층 증착 방법을 통해 구현되는 박막은 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하며 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 구현하는 것이 가능한 장점을 갖고 있어 현재 널리 각광받고 있다.
기존의 원자층 증착장치는 크게 기판의 로딩/언로딩을 위한 로드락 모듈(load lock module)과 증착 공정이 수행되는 프로세스 모듈(process module) 및 로드락 모듈과 프로세스 모듈 사이에서 기판을 이송하는 트랜스퍼 모듈(transfer module)로 이루어진다. 여기서, 스루풋(throughput)을 향상시키기 위해서 복수 장 의 기판에 대해 동시에 증착 공정이 수행되는 세미 배치 타입(semi-batch type)의 프로세스 모듈이 사용될 수 있다.
그런데 기존의 세미 배치 타입 프로세스 모듈은 기판이 원형 서셉터의 원주 방향을 따라 방사상으로 안착되므로 동시에 처리하고자 하는 기판의 수와 기판의 크기가 증가함에 따라 프로세스 모듈의 크기 역시 급격하게 증가하게 된다.
여기서, 증착장치를 설치할 생산라인의 크기 등의 문제로 인해 프로세스 모듈 및 증착장치의 크기는 실질적으로 제한되므로 동시에 처리할 수 있는 기판의 수와 크기는 실질적으로 제한된다. 또한, 로드락 모듈 및 주변 장치들과의 연결 문제로 인해 증착장치에 구비될 수 있는 프로세스 챔버의 수 역시 2개로 제한된다. 현재는 6장의 기판을 처리할 수 있는 프로세스 챔버가 2개 구비되어 동시에 12장의 기판을 처리할 수 있는 원자층 증착장치가 제시되어 있다.
그러나 기판의 크기가 점차 대형화되고 있으므로 기존의 원자층 증착장치는 기판의 대형화 추세에 신속하게 대응하기가 어려우며, 일정 이상으로 기판의 크기가 대형화되는 경우에는 기존의 세미 배치 타입의 원자층 증착장치를 이용할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 원자층 증착장치의 스루풋을 향상시킬 수 있도록 동시에 처리할 수 있는 기판의 수를 증가시킬 수 있는 구조에 대한 연구도 필요하다 할 것이다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 대형화된 기판을 수용하여 증착 공정을 처리할 수 있는 세미 배치 타입의 프로세스 모듈과 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다수의 기판을 동시에 처리할 수 있는 세미 배치 타입의 프로세스 모듈과 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 다수의 대형 기판을 수용하여 세미 배치 타입(semi-batch type)으로 증착 공정을 수행할 수 있는 원자층 증착장치용 세미 배치 타입 프로세스 모듈은, 한 장의 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 공간을 제공하는 다수의 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버에 상기 기판을 로딩 및 언로딩 하는 로딩/언로딩 유닛 및 상기 로딩/언로딩 유닛이 수용되는 진공 이송 챔버을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 다수의 프로세스 챔버가 상기 진공 이송 챔버 둘레를 따라 배치되며 상기 로딩/언로딩 유닛이 사방으로 회전하여 상기 기판을 상기 각 프로세스 챔버에 로딩 및 언로딩 하도록 형성된다.
상기 로딩/언로딩 유닛은, 상기 기판이 안착되는 다수의 이송 암 및 상기 이송 암에 일대일 대응되게 구비되며 상기 프로세스 챔버에 상기 기판을 로딩 및 언로딩 할 수 있도록 상기 이송 암을 힌지 회전시키는 다수의 구동축으로 구성된다. 여기서, 상기 로딩/언로딩 유닛은 상기 프로세스 챔버의 수와 동일한 수의 상기 이송 암 및 상기 구동축이 구비될 수 있다. 또한, 상기 로딩/언로딩 유닛은 상기 다수의 이송 암이 상기 진공 이송 챔버 내부에서 상하로 적층되도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 프로세스 모듈은 동시에 4장의 기판을 증착시킬 수 있도록 상기 진공 이송 챔버의 양측으로 각각 2개씩 4개의 프로세스 챔버가 구비되고, 상기 로딩/언로딩 유닛은 4개의 이송 암 및 구동축이 상기 진공 이송 챔버 내부에서 사각형 형태로 배치되도록 형성될 수 있다. 또는, 상기 프로세스 모듈은 동시에 8장의 기판을 증착시킬 수 있도록 상기 진공 이송 챔버 2개가 일렬로 배치되고, 상기 진공 이송 챔버의 양측으로 각각 4개씩 총 8개의 프로세스 챔버가 구비될 수 있다. 또는, 상기 프로세스 모듈은 동시에 6장의 기판을 증착시킬 수 있도록 상기 진공 이송 챔버의 3방향 둘레를 따라 각각 2개씩 6개의 프로세스 챔버가 구비되고, 상기 로딩/언로딩 유닛은 6개의 이송 암 및 구동축이 상기 진공 이송 챔버 내부에서 사각형 형태로 배치되도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 진공 이송 챔버는 상기 프로세스 챔버의 진공 및 청정도를 유지시키기 위해서 상기 진공 이송 챔버 내부는 상기 프로세스 챔버와 유사한 진공도로 형성된다.
한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 다수의 대형 기판을 수용하여 세미 배치 타입의 원자층 증착장치는, 다수의 기판을 수용하여 증착 공정이 수행되는 프로세스 모듈, 상기 다수의 기판이 저장된 버퍼 유닛을 로딩 및 언로딩 하는 로드락 모듈 및 상기 로드락 모듈과 상기 프로세스 모듈 사이에서 상기 기판을 이송하는 이송 로봇을 구비하는 트랜스퍼 모듈로 구성된다. 여기서, 상기 프로세스 모듈은, 한 장의 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 공간을 제공하는 다수의 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버에 상기 기판을 로딩 및 언로딩 하는 로딩/언로딩 유닛 및 상기 로딩/언로딩 유닛이 수용되는 진공 이송 챔버를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 로딩/언로딩 유닛은, 상기 기판이 안착되는 다수의 이송 암 및 상기 이송 암이 일대일 결합되어 상기 이송 암을 힌지 회전시키며, 상기 이송 암을 상기 각 프로세스 챔버에 출입시키도록 형성된 다수의 구동축로 이루어진다. 특히, 상기 이송 로봇에서 상기 로딩/언로딩 유닛으로 상기 기판을 이송하는 거리가 일정하도록 상기 이송 로봇과 상기 로딩/언로딩 유닛은 상기 진공 이송 챔버의 중앙에서 상기 기판을 서로 이송하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 다수의 이송 암은 상기 진공 이송 챔버 내부에서 상하로 적층되게 형성되며, 회전 시 서로 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 서로 교번적으로 회전하도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 프로세스 모듈은 동시에 8장의 기판을 증착시킬 수 있도록, 2개의 진공 이송 챔버, 상기 진공 이송 챔버의 양측으로 각각 4개씩 구비된 프로세스 챔버 및 상기 각 진공 이송 챔버 내부에 구비되며 상기 각 프로세스 챔버로 상기 기판을 이송하는 4개의 이송 암을 갖는 2개의 로딩/언로딩 유닛로 구성될 수 있다. 그리고 상기 2개의 진공 이송 챔버에 상기 기판을 각각 이송할 수 있도록 상기 로드락 모듈과 상기 트랜스퍼 모듈은 상기 프로세스 모듈의 양측에 각각 구비될 수 있다. 여기서, 상기 로드락 모듈은 상기 프로세스 모듈의 상부 공간을 이용하 여 상기 버퍼 유닛을 이송하도록 형성될 수 있다.
또는, 상기 프로세스 모듈은 동시에 6장의 기판을 증착시킬 수 있도록, 진공 이송 챔버, 상기 진공 이송 챔버에서 상기 트랜스퍼 모듈이 결합되지 않은 3방향 둘레를 따라 각각 2개씩 구비된 프로세스 챔버 및 상기 진공 이송 챔버 내부에 구비되며 상기 각 프로세스 챔버로 상기 기판을 이송하도록 6개의 이송 암을 갖는 로딩/언로딩 유닛으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 첫째, 기판이 한 장씩 수용되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버 다수 개가 구비되므로 기판의 크기에 대해 자유롭게 프로세스 챔버의 크기를 변경시킬 수 있으며 대형 기판에 대해 증착 공정이 가능하다.
또한, 프로세스 챔버의 수를 자유롭게 증가시킬 수 있으므로 동시에 처리할 수 있는 기판의 수를 증가시키고 스루풋을 향상시킬 수 있다.
둘째, 프로세스 챔버가 진공 이송 챔버 둘레를 따라 배치되며, 다수의 이송 암을 갖는 로딩 언로딩 유닛이 둘레로 배치된 프로세스 챔버에 기판을 로딩 및 언로딩 하므로 대형 기판에 맞게 프로세스 챔버의 크기를 증가시킬 수 있으며 프로세스 챔버의 수를 증가시킬 수 있다.
셋째, 진공 이송 챔버가 프로세스 챔버와 유사한 진공도를 유지하므로 기판의 로딩 및 언로딩 시 프로세스 챔버 내부의 진공이 파괴되는 것을 방지할 수 있으며, 프로세스 챔버 내부의 청정도 유지에 효과적이다.
넷째, 프로세스 챔버의 수가 증가하여 프로세스 모듈의 길이가 길어지는 경 우에는 프로세스 모듈 또는 진공 이송 챔버의 상부 공간을 이용하여 버퍼 유닛을 이동시킬 수 있으므로 원자층 증착장치의 공간을 절약할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 원자층 증착장치(100)에 대해 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 원자층 증착장치(100)의 일 예를 설명하기 위한 평면도이고, 도 2는 도 1의 원자층 증착장치(100)에서 로딩/언로딩 유닛(401)의 정면도이고, 도 3은 도 1의 원자층 증착장치(100)의 측면도이다.
도 1을 참조하면, 원자층 증착장치(100)는 크게 기판(10)의 로딩/언로딩을 위한 로드락 모듈(load lock module)(101)과 상기 기판(10)의 이송을 위한 트랜스퍼 모듈(transfer module)(102) 및 상기 기판(10)의 증착 공정이 수행되는 프로세스 모듈(process module)(103)로 이루어진다.
상기 로드락 모듈(101) 또는 EFEM(End Front Equipment Module)은, 상기 원자층 증착장치(100)에 다수의 기판(10)을 로딩하기 위한 구성요소로써 상기 기판(10)의 공급 및 증착이 완료된 기판(10)을 수용/저장하기 위한 버퍼 유닛(111)이 구비된다. 상기 버퍼 유닛(111)은 다수의 기판(10)이 저장되며, 예를 들어, 상기 버퍼 유닛(111)은 다수의 기판(10)이 수용 저장되는 카세트(cassette) 또는 FOUP(front opening unified pods)일 수 있다.
상기 로드락 모듈(101)은 증착 공정을 수행하기 위한 기판(10)이 저장된 버퍼 유닛(111)과 증착 공정이 완료된 기판(10)을 저장하는 버퍼 유닛(111)이 구비될 수 있다. 상기 버퍼 유닛(111)은 상기 프로세스 모듈(103)에서 동시에 수행될 수 있는 기판(10)의 수에 따라 다수의 버퍼 유닛(111)이 구비되며, 예를 들어, 본 실시예에서는 4개의 버퍼 유닛(111)이 구비된다.
상기 트랜스퍼 모듈(102)은 상기 로드락 모듈(101)과 상기 프로세스 모듈(103) 사이에서 상기 기판(10)을 이송한다. 또한, 상기 트랜스퍼 모듈(102)은 상기 기판(10)을 상기 프로세스 모듈(103)로 이송하기 위한 이송 로봇(121)이 구비된다. 예를 들어, 상기 이송 로봇(121)은 승강 이동 할 수 있는 통상의 로봇암 또는 핸들러(handler) 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 이송 로봇(121)은 동시에 4장의 기판(10)을 이송할 수 있도록 4개의 암을 구비할 수 있다.
상기 프로세스 모듈(103)은 프로세스 챔버(130)와 진공 이송 챔버(140) 및 로딩/언로딩 유닛(401)으로 이루어진다.
상기 프로세스 챔버(130)는 상기 기판(10)이 수용되어 증착 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 특히, 상기 프로세스 챔버(130)는 한 장의 기판(10)이 수용되도록 형성되며, 다수의 기판(10)을 동시에 증착할 수 있도록 다수의 프로세스 챔버(130)가 구비된다.
여기서, 본 발명에서 증착 대상이 되는 상기 기판(10)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 본 발명의 대상이 실리콘 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 유리를 포함하는 투명 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다. 그리고 상기 프로세스 챔버(130)의 형상과 크기 역시 상기 기판(10)의 형상과 크기에 따라 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
상기 프로세스 챔버(130)는 상기 진공 이송 챔버(140)의 둘레를 따라 구비되고, 상기 진공 이송 챔버(140)는 상기 다수의 프로세스 챔버(130)에 상기 기판(10)을 로딩 및 언로딩 할 수 있도록 로딩/언로딩 유닛(401)이 구비된다.
상기 로딩/언로딩 유닛(401)은 상기 진공 이송 챔버(140) 내에 구비되어 상기 기판(10)이 수평으로 안착되며, 상기 기판(10)을 상기 프로세스 챔버(130)에 이송한다. 여기서, 상기 로딩/언로딩 유닛(401)은 상기 기판(10)이 안착되는 이송 암(410)과 상기 이송 암(410)이 상기 기판(10)을 상기 프로세스 챔버(130)에 이송할 수 있도록 상기 이송 암(410)을 회전시키는 구동축(420)으로 이루어진다. 여기서, 상기 로딩/언로딩 유닛(401)은 하나의 구동축(420)에 하나의 이송 암(410)이 결합되어 구성된다.
상기 이송 암(410)은 상기 기판(10) 한 장이 수평으로 안착될 수 있도록 상기 기판(10)에 대응되는 안착부를 갖고, 상기 구동축(420)에서 소정 길이 연장된 형상을 갖는다. 상기 구동축(420)은 상기 진공 이송 챔버(140) 일측에 고정되어 상기 이송 암(410)이 상기 프로세스 챔버(130)에 출입할 수 있도록 상기 이송 암(410)을 수평으로 스윙 회전시키는 힌지 축이다. 그리고 상기 구동축(420)에 상기 이송 암(410)을 시계방향(clockwise) 또는 반시계방향(counterclockwise)으로 회전시키도록 형성된다.
예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 프로세스 모듈(103)은 상기 진공 이송 챔버(140)의 양측에 2개씩의 프로세스 챔버(130)가 구비되고, 상기 로딩/언로딩 유닛(401)은 4개의 구동축(421, 422, 423, 424) 및 이송 암(411, 412, 413, 414)이 구비된다. 그리고 상기 로딩/언로딩 유닛(401)은 상기 양측의 프로세스 챔버(130)로 상기 기판(10)을 이송하도록 상기 4개의 구동축(421, 422, 423, 424)이 상기 진공 이송 챔버(140) 내부에서 사각형 형태로 배치된다.
한편, 상기 로딩/언로딩 유닛(401)은 상기 4개의 이송 암(411, 412, 413, 414)이 회전 시 서로 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 서로 이웃하는 이송 암(411, 412, 413, 414)이 서로 반대 방향으로 회전하도록 형성되며, 또한, 서로 이웃한 이송 암(411, 412, 413, 414)이 서로 교번적으로 회전하도록 형성된다.
또한, 상기 로딩/언로딩 유닛(401)은 상기 이송 암(410)이 상하로 적층 형성된다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 로딩/언로딩 유닛(401)은 좌우의 4개의 이송 암(411, 412, 413, 414)이 상하로 소정 간격 이격되게 적층 형성된다.
그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 로딩/언로딩 유닛(401)에서 상기 이송 암(410)과 상기 구동축(420)의 수와 위치는 실질적으로 다 양하게 변경될 수 있다.
한편, 상기 이송 로봇(121)이 상기 기판(10)을 이송할 수 있는 거리는 일정하게 정해지므로 상기 이송 로봇(121)과 상기 로딩/언로딩 유닛(401)이 상기 기판(10)을 서로 주고 받는 위치는 일정하게 정해진다. 그리고 이와 같이 상기 로딩/언로딩 유닛(401)은 상기 이송 로봇(121)과 일 위치에서 서로 기판(10)을 주고 받고, 상기 이송된 기판(10)을 상기 각 프로세스 챔버(130)와의 사이에서 이송하기 위해서는 실질적으로 상기 이송 암(410) 및 상기 구동축(420)의 수와 위치가 한정된다고 할 것이다.
상기 프로세스 모듈(103)에서 동시에 처리할 수 있는 기판(10)의 수를 증가시키기 위해서 상기 프로세스 챔버(130)의 수를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, 4개의 이송 암(411, 412, 413, 414)을 갖는 로딩/언로딩 유닛(401)을 구비하는 2개의 진공 이송 챔버(이하, 제1 이송 챔버(141)와 제2 이송 챔버(142)라 한다)가 일렬로 배치되어 형성되며, 상기 각 이송 챔버(141, 142)의 양측으로는 각각 4개의 프로세스 챔버(130)가 결합된다. 즉, 상기 프로세스 모듈(103)은 동시에 8장의 기판(10)에 대해 증착 공정을 수행하게 된다.
그런데, 상기 이송 로봇(121)은 인접한 하나의 이송 챔버(즉, 도 1에서 제2 이송 챔버(142))에는 상기 기판(10)을 이송할 수 있으나, 상기 이송 로봇(121)에서 원거리에 위치한 상기 제1 이송 챔버(141)에 상기 기판(10)을 이송하는 것은 실질적으로 어려움이 많다. 즉, 상기 이송 로봇(121)에서 상기 제1 이송 챔버(141)에 상기 기판(10)을 이송하기 위해서는 상기 이송 로봇(121)의 암이 상기 제2 이송 챔 버(142)를 관통하여 이동하여야 하므로 상기 이송 로봇(121)의 암이 너무 증가하는 문제점이 있다. 또한 상기 이송 로봇(121)이 상기 제1 및 제2 이송 챔버(141, 142) 내부에서 동작하는 동안 파티클이 발생하게 되고 이러한 파티클은 상기 프로세스 챔버(130) 및 상기 진공 이송 챔버(140) 내부의 청정도를 악화시키고 증착 품질을 저하시키게 된다.
본 실시예에서는 상기 제1 이송 챔버(141)에 상기 기판(10)을 이송하기 위해서 제2 이송 로봇(122)이 구비된다. 상기 제2 이송 로봇(122)은 상기 제1 이송 챔버(141)의 측부, 즉, 상기 프로세스 모듈(103)을 사이에 두고 상기 이송 로봇(121)과 대향된 위치에 구비된다. 그리고 상기 제2 이송 로봇(122) 외측에는 상기 제2 이송 로봇(122)에서 이송되는 상기 기판(10)을 저장하는 버퍼 유닛(111)이 수용되는 로드락 챔버(110)가 구비된다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 원자층 증착장치(100)는 상기 진공 이송 챔버(140)의 상부 공간을 이용하여 상기 로드락 모듈(101)에서 상기 로드락 챔버(110)로 상기 버퍼 유닛(111)을 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 프로세스 챔버(130) 일측에는 상기 기판(10)으로 박막의 증착을 위한 증착가스를 분사하는 가스 분사부(미도시)가 구비된다. 예를 들어, 상기 가스 분사부는 상기 프로세스 챔버(130)의 일측에 구비되어 상기 수평으로 안착된 기판(10) 측부에서 상기 기판(10)에 대해 평행하게 증착가스를 분사하는 형태를 가질 수 있다. 또는, 상기 프로세스 챔버(130)의 상부에 구비되어 상기 수평으로 안착된 기판(10)에 수직으로 증착가스를 분사하는 형태를 갖는 것도 가능하다. 그리고 상기 가스 분사부는 통상적인 샤워헤드(showerhead)나 노즐, 에어 나이프(air knife) 등의 형태를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 프로세스 챔버(130)는 한 장의 기판(10)이 개별적으로 수용되므로 상기 기판(10)의 크기에 따라 상기 프로세스 챔버(130)의 크기를 자유롭게 증가시킬 수 있으며 대형 기판(10)에 대해서도 세미 배치 타입으로 증착 공정을 수행할 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 프로세스 모듈(103)은 상기 일렬로 배치된 프로세스 챔버(130)가 양측으로 배치되어 형성되므로 상기 프로세스 챔버(130)의 수를 자유롭게 증가시킴으로써, 동시에 증착할 수 있는 기판(10)의 수를 증가시키고 스루풋(throughput)을 향상시키는 데 유리하다.
또한, 원자층 증착 공정은 비교적 높은 정도의 진공 하에서 증착이 이루어지므로 상기 프로세스 챔버(130)는 비교적 높은 진공 환경을 갖는다. 그리고 상기 진공 이송 챔버(140)는 상기 로딩/언로딩 유닛(401)에 의해 상기 기판(10)이 로딩/언로딩 될 때 상기 프로세스 챔버(130) 내부의 진공이 파괴되는 것을 방지하기 위해서 상기 프로세스 챔버(130)와 유사한 진공도를 유지하게 된다. 즉, 상기 각 프로세스 챔버(130)에 상기 기판(10)의 로딩 및 언로딩 시에 진공을 유지하기 위한 장치를 구비하는 것에 비해, 상기 프로세스 챔버(130)와 상기 진공 이송 챔버(140) 사이에서 상기 기판(10)의 이송 시 진공을 유지하는 장치를 구비하는 것이 상기 프로세스 챔버(130) 내부의 진공 및 청정도 유지에 효과적이며, 원자층 증착장치(100)의 구조를 단순화시킬 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 상술한 구성을 갖는 원자층 증착장치(100)의 동작에 대한 일 예 를 설명한다.
우선, 상기 버퍼 유닛(111)에서 기판(10)이 인출되면 상기 트랜스퍼 모듈(102)에서 상기 진공 이송 챔버(140)에 이송된다. 여기서, 상기 프로세스 모듈(103)은 2개의 이송 챔버(141, 142)가 구비되고 상기 진공 이송 챔버(140)의 양측으로 8개의 프로세스 챔버(130)가 구비된다. 그리고 상기 2개의 이송 챔버(141, 142)로 상기 기판(10)을 이송 및 로딩/언로딩 할 수 있도록 상기 프로세스 모듈(103)의 양측에 상기 로드락 모듈(101)과 상기 로드락 챔버(110) 및 상기 트랜스퍼 모듈(102)이 각각 구비된다. 여기서, 상기 트랜스퍼 모듈(102)은 상기 제1 및 제2 이송 챔버(141, 142)의 양측에 결합되도록 구비된다.
상기 제1 및 제2 이송 챔버(141, 142) 내부에는 4개의 이송 암(411, 412, 413, 414)을 갖는 상기 로딩/언로딩 유닛(401)이 각각 구비되며, 상기 이송 로봇(121)과 상기 제2 이송 로봇(122) 역시 동시에 4 장의 기판(10)을 상기 로딩/언로딩 유닛(401)에 이송 가능하도록 4개의 암을 갖는다.
다음으로, 상기 로딩/언로딩 유닛(401)은 상기 기판(10)이 안착된 각각의 이송 암(410)이 회전하여 상기 기판(10)을 각각 상기 프로세스 챔버(130)에 이송하여 로딩한다. 상기 프로세스 챔버(130) 내부에서 소정의 증착 공정이 순차적으로 진행되어 상기 기판(10)에 박막이 증착된다.
다음으로, 상기 기판(10)에 박막 증착 공정이 완료되면 상기 로딩/언로딩 유닛(401)이 상기 프로세스 챔버(130)에서 상기 기판(10)을 인출하여 상기 각 이송 로봇(121, 122)으로 이송한다. 여기서, 상기 기판(10)의 언로딩 역시 상기 진공 이송 챔버(140)의 양측에 구비된 이송 로봇(121, 122)에서 상기 로드락 모듈(101)과 상기 로드락 챔버(110)로 각각 이송되어 상기 버퍼 유닛(111)에 저장된다.
여기서, 상기 원자층 증착장치(100)에서 상기 프로세스 챔버(130) 내부는 원자층 증착 공정을 위해 비교적 높은 정도의 진공이 유지되며, 상기 진공 이송 챔버(140) 내부도 상기 프로세스 챔버(130)와 유사한 정도의 진공이 유지된다. 따라서, 상기 로딩/언로딩 유닛(401)에서 상기 프로세스 챔버(130)에 상기 기판(10)을 로딩 및 언로딩할 때는 상기 프로세스 챔버(130)의 진공이 일정하게 유지될 수 있다. 그리고 상기 이송 로봇(121)과 상기 로딩/언로딩 유닛(401)이 서로 상기 기판(10)을 이송하는 동안 상기 진공 이송 챔버(140)의 진공이 일부 파괴될 수 있으나, 상기 프로세스 챔버(130) 내부의 진공과 청정도는 일정하게 유지시킬 수 있다.
한편, 상술한 실시예에서는 로딩/언로딩 유닛(401)이 동시에 4장의 기판(10)을 이송하도록 구비되고, 프로세스 모듈(103)은 2개의 진공 이송 챔버(141, 142)와 8개의 프로세스 챔버(130)로 이루어진 예를 설명하였으나, 하나의 진공 이송 챔버(240) 둘레를 따라 다수의 프로세스 챔버(130)가 구비되되 트랜스퍼 모듈(202)이 결합되지 않은 3개의 둘레에 6개의 프로세스 챔버(130)가 구비되도록 형성될 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 증착장치(200)에 대해 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 4는 원자층 증착장치(200)의 일 예를 설명하기 위한 평면도이고, 도 5는 도 4의 원자층 증착장 치(200)에서 로딩/언로딩 유닛(403)의 정면도이고, 도 6은 도 4의 원자층 증착장치(200)의 측면도이다. 여기서, 이하에서 설명하는 실시예는 상술한 실시예와 실질적으로 동일하고, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 명칭을 사용하며 중복되는 설명은 생략한다. 다만, 도 4 내지 도 6에서 상술한 실시예와 동일한 구성요소는 '200' 대의 도면부호를 사용하여 도시하였다.
도 4를 참조하면, 원자층 증착장치(200)는 로드락 모듈(201)과 상기 기판(10)의 로딩/언로딩을 위한 로드락 모듈(201)과 상기 기판(10)의 이송을 위한 트랜스퍼 모듈(202) 및 상기 기판(10)의 증착 공정이 수행되는 프로세스 모듈(203)로 이루어진다.
상기 로드락 모듈(201)은 4개의 버퍼 유닛(211)이 구비된다.
상기 트랜스퍼 모듈(202)은 상기 로드락 모듈(201)과 상기 프로세스 모듈(203) 사이에서 상기 기판(10)을 이송하고 동시에 6장의 기판(10)을 이송할 수 있는 이송 로봇(221)이 구비된다.
상기 프로세스 모듈(203)은 상기 기판(10)이 수용되는 6개의 프로세스 챔버(230)와 상기 프로세스 챔버(230)에 상기 기판(10)을 각각 이송하고 로딩 및 언로딩하는 로딩/언로딩 유닛(403)이 구비된 진공 이송 챔버(240)로 이루어진다.
상기 프로세스 챔버(230)는 상기 한 장의 기판(10)이 수용되어 증착 공정이 수행되며, 상기 진공 이송 챔버(240)의 둘레를 따라 다수의 프로세스 챔버(230)가 구비된다.
상기 로딩/언로딩 유닛(403)은 상기 기판(10) 한 장이 수평으로 안착될 수 있도록 상기 기판(10)에 대응되는 이송 암(430)과 상기 이송 암(430)에 결합되어 상기 프로세스 챔버(230)에 출입할 수 있도록 상기 이송 암(430)을 수평으로 스윙 회전시키는 구동축(440)으로 이루어진다.
예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 프로세스 모듈(203)은 상기 진공 이송 챔버(240)의 둘레를 따라 2개씩 총 6개의 프로세스 챔버(230)가 구비되고, 상기 로딩/언로딩 유닛(403)은 6개의 구동축(441, 442, 443, 444, 445, 446) 및 이송 암(431, 432, 433, 434, 435, 436)이 구비된다. 그리고 상기 로딩/언로딩 유닛(403)은 상기 양측의 프로세스 챔버(230)로 상기 기판(10)을 이송하도록 4개의 구동축(441, 442, 443, 444) 및 4개의 이송 암(431, 432, 433, 434)이 상기 진공 이송 챔버(240) 내부에서 정사각형 형태로 배치된다. 그리고, 나머지 2개의 구동축(445, 446)과 2개의 이송 암(435, 436)은 상기 상부의 프로세스 챔버(230)에 상기 기판(10)을 이송할 수 있도록 구비되며, 일 예로 상기 2개의 프로세스 챔버(230) 사이에 구비될 수 있다.
한편, 상기 로딩/언로딩 유닛(403)은 상기 6개의 이송 암(431, 432, 433, 434, 435, 436)이 회전 시 서로 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 서로 이웃하는 이송 암(431, 432, 433, 434, 435, 436)이 서로 반대 방향으로 회전하도록 형성되어, 서로 이웃한 이송 암(431, 432, 433, 434, 435, 436)이 서로 교번적으로 회전하게 된다.
또한, 상기 로딩/언로딩 유닛(403)은 상기 이송 암(430)이 상하로 적층 형성된다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 로딩/언로딩 유닛(403)은 상기 6개의 이송 암(431, 432, 433, 434, 435, 436)이 상하로 소정 간격 이격되게 적층 형성된다.
그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 로딩/언로딩 유닛(403)에서 상기 이송 암(430)과 상기 구동축(440)의 수와 위치는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
여기서, 상기 로딩/언로딩 유닛(403)은 상기 진공 이송 챔버(240)의 중앙 부분에서 상기 이송 로봇(221)과 상기 기판(10)을 서로 주고 받으며, 상기 진공 이송 챔버(240) 중앙과 상기 프로세스 챔버(230) 사이에서 상기 기판(10)을 이송하도록 형성된다.
한편, 상술한 실시예와는 달리, 상기 원자층 증착장치(200)는 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 로드락 모듈(201)과 상기 트랜스퍼 모듈(202)이 상기 프로세스 모듈(203)의 일측에 구비되므로 상기 프로세스 모듈(203)을 통과하여 상기 버퍼 유닛(211)을 이동시킬 수 필요가 없다.
이하에서는 상술한 구성을 갖는 원자층 증착장치(200)의 동작에 대한 일 예를 설명한다.
우선, 상기 버퍼 유닛(211)에서 기판(10)이 인출되면 상기 트랜스퍼 모듈(202)에서 상기 진공 이송 챔버(240)에 이송된다. 여기서, 상기 프로세스 모듈(203)은 하나의 진공 이송 챔버(240)와 상기 진공 이송 챔버(240)에서 상기 트랜스퍼 모듈(202)에 결합되지 않은 나머지 3 방향 둘레를 따라 각각 2개씩 총 6개의 프로세스 챔버(230)가 구비된다.
여기서, 상기 로딩/언로딩 유닛(403)은 6개의 이송 암(431, 432, 433, 434, 435, 436)을 가지고, 상기 이송 로봇(221) 역시 상기 로딩/언로딩 유닛(403)에 동시에 6장의 기판(10)을 이송할 수 있도록 6개의 암을 갖는다.
다음으로, 상기 로딩/언로딩 유닛(403)은 상기 기판(10)이 안착된 각각의 이송 암(430)이 회전하여 상기 기판(10)을 각각 상기 프로세스 챔버(230)에 이송하여 로딩한다. 상기 프로세스 챔버(230) 내부에서 소정의 증착 공정이 순차적으로 진행되어 상기 기판(10)에 박막이 증착된다.
다음으로, 상기 기판(10)에 박막 증착 공정이 완료되면 상기 로딩/언로딩 유닛(403)이 상기 프로세스 챔버(230)에서 상기 기판(10)을 인출하여 상기 이송 로봇(221)으로 이송한다. 그리고 상기 트랜스퍼 모듈(202)에서 상기 이송 로봇(221)이 상기 로드락 모듈(201)로 상기 기판(10)을 이송하고 상기 로드락 모듈(201)로 이송된 기판(10)은어 상기 버퍼 유닛(211)에 저장된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치를 설명하기 위한 평면도;
도 2는 도 1의 원자층 증착장치에서 로딩/언로딩 유닛의 일 예를 설명하기 위한 정면도;
도 3은 도 1의 원자층 증착장치의 측면도;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 증착장치를 설명하기 위한 평면도;
도 5는 도 4의 원자층 증착장치에서 로딩/언로딩 유닛의 일 예를 설명하기 위한 정면도;
도 6은 도 4의 원자층 증착장치의 측면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 기판 100, 200: 원자층 증착장치
101, 201: 로드락 모듈 102, 202: 트랜스퍼 모듈
103, 203: 프로세스 모듈 110: 로드락 챔버
111, 211: 버퍼 유닛 121, 122, 221: 이송 로봇
130, 230: 프로세스 챔버
140, 141, 142, 240: 진공 이송 챔버 401, 403: 로딩/언로딩 유닛
410, 411, 412, 413, 414, 430, 431, 432, 433, 434, 435, 436: 이송 암
420, 421, 422, 423, 424, 440, 441, 442, 443, 444, 445, 446: 구동축

Claims (14)

  1. 원자층 증착장치의 프로세스 모듈에 있어서,
    진공 이송 챔버;
    각각 한 장의 기판이 수용되어 증착공정이 수행되는 공간을 제공하고, 상기 진공 이송 챔버의 둘레를 따라 구비되되, 상기 진공 이송 챔버의 각 모서리마다 각각 2개씩 병렬로 구비되는 다수의 프로세스 챔버; 및
    상기 진공 이송 챔버 내부에 구비되어 상기 각 프로세스 챔버에 각각 상기 기판을 이송하여 로딩 및 언로딩하는 다수의 이송 암을 포함하는 다수의 로딩/언로딩 유닛;
    을 포함하고,
    상기 이송암은 상기 각 프로세스 챔버와 일대일 대응되도록 구비되어 상기 진공 이송 챔버 내부에서 상하로 적층 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 세미 배치 타입 프로세스 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로딩/언로딩 유닛은,
    상기 이송 암에 일대일 대응되게 구비되며 상기 프로세스 챔버에 상기 기판을 로딩 및 언로딩 할 수 있도록 상기 이송 암을 힌지 회전시키는 다수의 구동축을 포함하고,
    상기 프로세스 챔버의 수와 동일한 수의 상기 이송 암 및 상기 구동축이 구비되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 세미 배치 타입 프로세스 모듈.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진공 이송 챔버의 양측으로 각각 2개씩 4개의 프로세스 챔버가 구비되고,
    상기 로딩/언로딩 유닛은 4개의 이송 암 및 구동축이 상기 진공 이송 챔버 내부에서 사각형 형태로 배치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 세미 배치 타입 프로세스 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 진공 이송 챔버 2개가 일렬로 배치되고, 상기 진공 이송 챔버의 양측으로 각각 4개씩 총 8개의 프로세스 챔버가 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 세미 배치 타입 프로세스 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 진공 이송 챔버의 3방향 둘레를 따라 각각 2개씩 6개의 프로세스 챔버가 구비되고,
    상기 로딩/언로딩 유닛은 6개의 이송 암 및 구동축이 상기 진공 이송 챔버 내부에서 사각형 형태로 배치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 세미 배치 타입 프로세스 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 진공 이송 챔버 내부는 상기 프로세스 챔버와 유사한 진공도로 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 세미 배치 타입 프로세스 모듈.
  8. 다수의 기판을 수용하여 증착 공정이 수행되는 프로세스 모듈;
    상기 다수의 기판이 저장된 버퍼 유닛을 로딩 및 언로딩 하는 로드락 모듈; 및
    상기 로드락 모듈과 상기 프로세스 모듈 사이에서 상기 기판을 이송하는 이송 로봇을 구비하는 트랜스퍼 모듈;
    을 포함하고,
    상기 프로세스 모듈은,
    진공 이송 챔버;
    각각 한 장의 기판이 수용되어 증착공정이 수행되는 공간을 제공하고, 상기 진공 이송 챔버의 둘레를 따라 구비되되, 상기 진공 이송 챔버의 각 모서리마다 각각 2개씩 병렬로 구비되는 다수의 프로세스 챔버; 및
    상기 진공 이송 챔버 내부에 구비되어 상기 각 프로세스 챔버에 각각 상기 기판을 이송하여 로딩 및 언로딩하는 다수의 이송 암을 포함하는 다수의 로딩/언로딩 유닛;
    을 포함하고,
    상기 이송암은 상기 각 프로세스 챔버와 일대일 대응되도록 구비되어 상기 진공 이송 챔버 내부에서 상하로 적층 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 로딩/언로딩 유닛은 상기 이송 암이 일대일 결합되어 상기 이송 암을 힌지 회전시키며, 상기 이송 암을 상기 각 프로세스 챔버에 출입시키도록 형성된 다수의 구동축을 포함하고,
    상기 이송 로봇에서 상기 로딩/언로딩 유닛으로 상기 기판을 이송하는 거리가 일정하도록 상기 이송 로봇과 상기 로딩/언로딩 유닛은 상기 진공 이송 챔버의 중앙에서 상기 기판을 서로 이송하도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다수의 이송 암은 상기 진공 이송 챔버 내부에서 상하로 적층되게 형성되며, 회전 시 서로 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 서로 교번적으로 회전하도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 2개의 진공 이송 챔버에 상기 기판을 각각 이송할 수 있도록 상기 로드락 모듈과 상기 트랜스퍼 모듈은 상기 프로세스 모듈의 양측에 각각 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 로드락 모듈은 상기 프로세스 모듈의 상부 공간을 이용하여 상기 버퍼 유닛을 이송하도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 프로세스 모듈은,
    진공 이송 챔버;
    상기 진공 이송 챔버에서 상기 트랜스퍼 모듈이 결합되지 않은 3방향 둘레를 따라 각각 2개씩 구비된 프로세스 챔버; 및
    상기 진공 이송 챔버 내부에 구비되며 상기 각 프로세스 챔버로 상기 기판을 이송하도록 6개의 이송 암을 갖는 로딩/언로딩 유닛;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
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