KR101050275B1 - 반도체 프로세싱 도구 내 챔버 간의 상호 오염 감소 방법 - Google Patents

반도체 프로세싱 도구 내 챔버 간의 상호 오염 감소 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 하나의 특징에 따르면, 이송 챔버, 프로세스 챔버, 및 상기 이송 챔버와 상기 프로세스 챔버 간의 게이트 밸브를 포함하는 반도체 프로세싱 장치에서 작업 대상물(workpieces)을 이송하는 방법이 제공된다. 본 발명의 방법은 상기 이송 챔버 내에서 제 1 압력을 생성하도록 상기 이송 챔버를 진공 펌핑하는 단계 및 상기 프로세스 챔버 내에서 제 2 압력을 생성하도록 상기 프로세스 챔버를 진공 펌핑하는 단계를 포함한다. 비활성 가스가 상기 이송 챔버 내로 유입된 후 상기 프로세스 챔버 내에서 차단된다. 상기 이송 챔버는 펌핑으로부터 격리되지만, 펌핑은 상기 프로세스 챔버로부터 계속된다. 상기 이송 챔버가 펌핑으로부터 격리된 후 게이트 밸브가 개방된다. 그 후, 작업 대상물은 상기 이송 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에서 이송된다. 그에 따라 이송 챔버로부터 프로세싱 챔버로 일정한 흐름 방향이 달성되어, 역확산의 위험이 최소화된다.
이송 챔버, 프로세스 챔버, 게이트 밸브, 반도체 프로세싱 장치, 이송 방법

Description

반도체 프로세싱 도구 내 챔버 간의 상호 오염 감소 방법{REDUCED CROSS-CONTAMINATION BETWEEN CHAMBERS IN A SEMICONDUCTOR PROCESSING TOOL}
본 발명은 반도체 프로세싱 도구에 관한 것으로, 특히 상기 반도체 프로세싱 도구의 챔버 간에 웨이퍼를 이송하는 과정 중에 발생하는 상호 오염을 최소화하는 방법에 관한 것이다.
통상적으로 웨이퍼 또는 기타 다른 작업 대상물(workpieces)에 대한 반도체 프로세싱에 사용되는 복합 장치(cluster tools)는 내부에서 웨이퍼 상에 다양한 프로세스(예를 들어, 증착, 에칭, 도핑, 어닐링, 및 산화)를 수행하는 여러 개의 프로세스 챔버(process chamber)에 둘러싸이는, 중앙 웨이퍼 핸들링 챔버(central wafer handling chamber) 또는 이송 챔버(transfer chamber)를 포함한다. 이송 챔버 내에는 복합 장치 내에서 웨이퍼를 이송하기 위한 로봇이 제공된다. 이송 챔버는 통상적으로 각 프로세스 챔버들과 게이트 밸브에 의하여 격리된다. 게이트 밸브는 로봇이 이송 챔버와 프로세스 챔버 간의 웨이퍼 이송을 허용하도록 개방될 수 있다.
감압 프로세싱을 위하여, 이송 챔버와 프로세스 챔버 간의 웨이퍼 이송이 감압 상태에서 수행되어, 각 웨이퍼의 이송 후 프로세스 챔버를 펌핑 다운시킬 필요 성을 제거하여 웨이퍼의 처리량(throughput)이 증가한다. 웨이퍼의 이송 도중에 챔버 간의 상호 오염(cross-contamination)을 방지하는 것이 중요하다. 가스 상태의(균질) 상호 오염은 하나의 챔버로부터의 가스가 대류 방식 또는 확산 방식으로 다른 챔버로 이송되어, 다른 챔버를 오염시키는 경우 발생한다. 예를 들어, 하나의 프로세스 챔버 내에서 이산화규소막(silicon dioxide film) 또는 실리콘 산화 질화막(silicon oxynitride film)을 성장시키는데 사용되는 산화제(oxidizing species)는 에피택셜 증착(epitaxial deposition)용과 같이 무산소 환경이 요구되는 또 다른 챔버를 오염시킬 수 있다. 또한 웨이퍼의 이송 도중에 미립자(particulates)(비균질)가 발생할 수도 있다.
종래에는 이송 챔버와 프로세스 챔버 사이에 설치된 게이트 밸브를 개방하기 전에 액세스될 양 챔버 사이에 압력차를 생성함으로써, 챔버 간의 가스 흐름을 조절하여 상호 오염을 줄이려는 시도가 행해져 왔다. 이러한 시도는 게이트 밸브가 개방될 때, 압력이 더 높은 챔버의 오염을 방지하기 위하여 압력이 더 높은 챔버에서 압력이 낮은 챔버로 가스가 흐르도록 하기 위한 것이다. 챔버들 간의 압력차를 생성하기 위해 다양한 펌프 시스템이 고안되었다.
상술한 펌프 시스템의 한가지 문제점은 챔버들 간에 압력차를 생성하는 것이 게이트 밸브를 개방할 때 원하는 가스 흐름의 발생을 반드시 보장하는 것이 아니라는 점이다. 그 이유의 일부는 압력차에 의하여 유도되는 가스 흐름이 챔버 내의 절대 압력에 의존하기 때문이다. 또한, 게이트 밸브를 개방하면, 가스가 압력이 (초기의) 더 높은 챔버로 역류 또는 역확산이 발생할 수 있다.
본 발명의 방법은 챔버 간의 게이트 밸브를 개방하면 이송 챔버와 프로세스 챔버 간의 원하는 흐름의 발생을 보장한다.
본 발명의 하나의 특징에 따르면, 이송 챔버, 프로세스 챔버, 및 상기 이송 챔버와 상기 프로세스 챔버 간의 게이트 밸브를 포함하는 반도체 프로세싱 장치에서 작업 대상물(workpieces)을 이송하는 방법이 제공된다. 본 발명의 방법은 이송 챔버와 연결되며, 상기 이송 챔버 내에서 제 1 압력을 생성하기 위한 제 1 펌프를 작동시키는 단계, 및 프로세스 챔버와 연결되며, 상기 프로세스 챔버 내에서 제 2 압력을 생성하기 위한 제 2 펌프를 작동시키는 단계를 포함한다. 비활성 가스(inert gas)가 상기 이송 챔버 내로 유입된다. 상기 제 1 펌프는 상기 이송 챔버와 격리된다. 상기 제 1 펌프가 상기 이송 챔버와 격리되고 상기 제 2 펌프가 계속 작동하는 동안, 상기 게이트 밸브가 개방된다. 그 후, 상기 작업 대상물은 상기 이송 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에서 이송된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 이송 챔버, 프로세스 챔버, 및 상기 이송 챔버와 상기 프로세스 챔버 간의 게이트 밸브를 포함하는 반도체 프로세싱 장치에서 작업 대상물(workpieces)을 이송하는 방법이 제공된다. 본 발명의 방법은 이송 챔버 내에서보다 프로세스 챔버 내에서 더 낮은 압력을 생성하기 위한 진공 펌핑 단계를 포함한다. 비활성 가스가 상기 이송 챔버 내로 유입된다. 비활성 가스가 또한 상기 프로세스 챔버 내로 유입된다. 상기 프로세스 챔버 내로의 비활성 가스의 유입이 중지된다. 비활성 가스가 상기 이송 챔버 내로 계속 유입되는 동안 상기 게 이트 밸브가 개방된다. 그 후, 상기 작업 대상물은 상기 이송 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에서 이송된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반도체 프로세싱 장치 내에서 작업 대상물(workpieces)을 이송하는 방법이 제공된다. 본 발명의 방법은 상기 반도체 프로세싱 장치의 제 1 챔버 내에서 제 1 압력을 생성하기 위해 상기 제 1 챔버를 펌핑하는 단계, 및 상기 반도체 프로세싱 장치의 제 2 챔버 내에서 제 2 압력을 생성하기 위해 상기 제 2 챔버를 펌핑하는 단계를 포함한다. 비활성 가스가 상기 제 1 챔버 내로 유입된다. 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에 위치한 게이트 밸브가 개방된다. 상기 게이트 밸브의 개방 전에 그리고 상기 게이트 밸브가 개방되는 동안, 상기 제 1 챔버의 펌핑이 중지된다. 그 후, 상기 작업 대상물은 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에서 이송된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 이송 챔버, 프로세스 챔버, 및 상기 이송 챔버와 상기 프로세스 챔버 간의 게이트 밸브를 포함하는 반도체 프로세싱 장치에서 작업 대상물(workpieces)을 이송하는 방법이 제공된다. 본 발명의 방법은 이송 챔버 내에서보다 프로세스 챔버 내에서 더 낮은 압력을 생성하기 위한 진공 펌핑 단계를 포함한다. 이송 챔버 내에서보다 프로세스 챔버 내에서 더 낮은 압력을 생성하기 위한 진공 펌핑 단계를 포함한다. 비활성 가스가 또한 상기 프로세스 챔버 내로 유입된다. 적어도 하나의 펌프가 계속 작동하는 동안 상기 게이트 밸브가 개방된다. 상기 게이트 밸브가 개방 상태에 있는 동안, 상기 프로세스 챔버 내로의 비활성 가스의 유입은 계속 중지된다. 그 후, 상기 작업 대상물은 상기 이송 챔버 와 상기 프로세스 챔버 사이에서 이송된다. 비활성 가스가 또한 상기 프로세스 챔버 내로 유입된다. 적어도 하나의 펌프가 계속 작동하는 동안 상기 게이트 밸브가 개방된다. 상기 게이트 밸브가 개방 상태에 있는 동안, 상기 프로세스 챔버 내로의 비활성 가스의 유입은 계속 중지된다. 그 후, 상기 작업 대상물은 상기 이송 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에서 이송된다.
상기 본 발명의 특징 및 기타 다른 특징은 이하의 설명, 첨부된 청구범위 및 도면으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으며, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 프로세싱 장치의 평면도이다.
도 2는 상기 도 1의 웨이퍼 프로세싱 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 게이트 밸브가 개방되거나 폐쇄되는 경우의 프로세싱 장치의 여러 구성 요소의 상태를 예시하는 챠트이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 프로세싱 장치의 작동 프로세스를 예시하는 플로우 챠트이다.
도면에 별도로 예시되어 있지는 않지만, 본 명세서에 개시된 프로세스 단계들은 가스 흐름 밸브, 질량 흐름(mass flow) 컨트롤러, 게이트 밸브 액추에이터, 기판 이송 로봇 등에 전기적으로 연결되는 프로세스 도구 컨트롤러(process tool controller) 내에 프로그램될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 당업자라면 본 명세서에서 기술되는 원하는 프로세스 단계들을 달성하기 위해 소프트웨어 프로그래밍 또는 물리적인 배선(hard wiring)을 구비한 장치가 제공될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
먼저 도 1을 참조하면, 적어도 하나의 프로세서 챔버와 연결되는, 중앙 기판 또는 작업 대상물 핸들링 챔버(이하 이송 챔버(26)라 함)를 포함하는 예시적인 반도체 프로세싱 장치(20)가 예시되어 있다. 도 1은 다수의 프로세스 챔버(30)에 의해 둘러싸인 핸들링 챔버(26)를 도시하고 있다. 예시된 실시예에서, 반도체 프로세싱 장치(20)는 CMOS 게이트 스택 애플리케이션(gate stack application)에서 사용하기에 적합하다. 프로세스 챔버(30)는 불화수소(HF) 증기 세정 챔버(34), 실리콘 질화물 화학 기상 증착(chemical vapor deposition: CVD) 챔버(36), 원자층 증착(atomic layer deposition: ALD) 챔버(38)를 포함한다. 그러나, 도 1에 예시된 반도체 프로세싱 장치(20)는 단지 예시적인 것으로 이해되어야 한다. 대안적인 실시예에서, 상기 반도체 프로세싱 장치(20)는 보다 많거나 적은 수의 프로세스 챔버(30)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 프로세싱 장치(20)는 이송 챔버(26)에 연결된 단 하나의 프로세스 챔버(30)를 포함할 수 있거나, 또는 예시된 바와 같이 3개의 프로세스 챔버(30)보다 많은 수의 챔버를 포함할 수 있다. 또한 반도체 프로세싱 장치(20)는 추가적 형태의 프로세스 또는 기타 다른 형태의 프로세스를 수행하도록 구성될 수 있으며, 2 이상의 프로세스 챔버(30) 내에서 동일한 프로세스를 수행하도록 구성될 수도 있다.
예시된 실시예의 반도체 프로세싱 장치(20)는 모듈방식의 디자인(modular design)을 가지며, 이송 챔버(26)와 프로세스 챔버(30) 간의 편리한 상호 연결을 위한 국제 반도체 장비 및 소재(Semiconductor Equipment and Material International: SEMI) 표준 규격을 만족한다. 각 프로세스 챔버(30)는 게이트 밸브(40)에 의하여 이송 챔버(26)와 격리되어 있다(도 2 참조). 게이트 밸브(40)는 이송 챔버(26) 내에 위치한 작업 대상물 핸들링 로봇(도 2 참조)에 의해 이송 챔버(26)와 프로세스 챔버(30) 간에 반도체 웨이퍼 또는 기타 다른 작업 대상물이 이송될 수 있도록 개방될 수 있다.
예시된 실시예에서, 미립자 오염을 최소화하기 위해, 이송 챔버(26)와 프로세스 챔버(30)는 바람직하게는 그레이 룸 벽(gray room wall)(48)에 의해 정해지는 그레이 룸 내에 위치된다. 제 1 또는 이송 챔버 진공 펌프(50)가 그레이 룸 내부 또는 그레이 룸 벽(48) 반대편에 있는 세정 룸 내에 제공된다. 다른 배치에서는, 세정 룸 또는 그레이 룸이 제공되지 않는다. 예시된 실시예에서, 제 2 또는 프로세스 챔버 진공 펌프(54)가 각 프로세스 챔버(30)용으로 제공된다. 이송 챔버 펌프(50)와 프로세스 챔버 펌프(54)는 양 챔버(26,30) 내의 압력을 조절하기 위하여 전도성 라인(conductance lines: 58)을 통해 이송 챔버(26) 및 프로세스 챔버(30)와 선택적으로 연결된다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 이송 챔버(26)와 프로세스 챔버(30)에 사용하기 위한 더 많거나 더 적은 수의 펌프가 제공될 수 있다. 예를 들어, 하나의 펌프가 다양한 밸브가 설치된 전도성 라인을 통해 2 이상의 챔버에 사용될 수 있거나, 또는 2 이상의 펌프가 하나의 챔버용으로 사용하기 위한 펌프 "뱅 크(bank)"를 포함할 수 있다. 도시되어 있지는 않지만, 각 프로세스 챔버(30)는 세정(purge) 가스와 반응 가스(들)의 소스에 연결되며, 이송 챔버(26)도 또한 세정 가스의 소스(80)(도 2 참조)에 연결되어 있다는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 가스 분배 시스템은 각 프로세스 챔버(30) 및 이송 챔버(26) 내에 세정 가스 주입구(inlet)를 포함한다.
도 1을 계속 참조하면, 적재 로크(load lock) 챔버(62)가 이송 챔버(26)의 전단(front end)에 제공된다. 예시된 실시예는 2개의 적재 로크 챔버(62)를 포함한다. 그러나, 대안적으로 하나의 적재 로크 챔버(62) 또는 2개 이상의 적재 로크 챔버(62)가 제공될 수 있다. 적재 로크 챔버(62)는 게이트 밸브(미도시)에 의해 이송 챔버(26)와 격리된다. 예시된 실시예에서, 적재 플랫폼(68)은 카세트(미도시)로부터 웨이퍼를 적재 로크 챔버(62) 내로 자동으로 적재하거나 또는 카세트 자체를 적재 로크 챔버(62) 내로 적재하기 위해, 적재 로크 챔버(62) 전방에 제공된다. 예시된 실시예의 적재 플랫폼(68)은 2개의 셔틀(72)을 포함하는데, 각 셔틀(72)은 카세트를 2개까지 수용할 수 있다. 바람직하게는, 카세트들은 표준 전방-개방 통합형 용기(Front-Opening Unified Pod: FOUPs)로, 웨이퍼에 대해 밀폐된 환경을 제공한다.
웨이퍼 프로세싱 장치(20)를 작동시키기 위해, 사용자는 프로세스 사양(recipe)을 컨트롤러(미도시)에 입력한다. 프로세스 사양은 프로세스 시퀀스, 프로세스 시간, 프로세스 온도, 압력 및 가스 흐름에 대한 명령을 포함할 수 있다. 예시적인 프로세스에서, 셔틀 중의 하나(72)는 적재 로크 챔버(62) 전방에 카세트를 위치시킨다. 그 후, 적재 로크 챔버(62)는 대기압으로 다시 채워진다. 적재 로크 챔버(62)가 개방되고, 복합 플랫폼 로봇(미도시)이 카세트로부터 웨이퍼를 이송하거나, 또는 카세트 자체를 셔틀(72)로부터 적재 로크 챔버(62)로 이송한다. 그 후, 적재 로크 챔버(62)는 폐쇄되고 진공 상태로 된다.
작동 중인 적재 로크 챔버(62)와 이송 챔버(26) 사이에 있는 게이트 밸브(40)는 이송 챔버(26) 내의 작업 대상물 핸들링 로봇이 카세트에 대한 액세스를 허용하도록 개방된다. 작업 대상물 핸들링 로봇은 적재 로크 챔버(62) 내로 연장되어 적재 로크 챔버(62)로부터 작업 대상물(예를 들어, 웨이퍼)를 제거한다. 그 후, 게이트 밸브(40)가 폐쇄되고, 로봇은 액세스될 프로세스 챔버(30) 쪽으로 웨이퍼를 이동시킨다.
도 2를 참조하면, 이송 챔버(26)와 프로세스 챔버(30) 중 어느 하나 사이에 있는 게이트 밸브(40)를 개방하기 전에, 이송 챔버 펌프(50)와 액세스될 프로세스 챔버(30)의 펌프(54)는 이송 챔버(26) 내에서 보다 프로세스 챔버(30) 내에서 약간낮은 압력을 생성하기 위해 필요에 따라 작동된다. 바람직하게는, 게이트 밸브(40)를 개방하기 전의 프로세스 챔버(30) 내의 압력은 프로세싱 도중의 작동 압력 값보다 약간 낮다. 이러한 방식으로, 이하의 개시 내용으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 프로세스 챔버(30)는 웨이퍼 이송 중에 프로세스 압력에 이르기까지 다시 채워진다. 그러나, 당업자라면 이송 챔버(26)에 비해 프로세스 챔버(30) 내에서 더 낮은 압력이 임의의 원하는 방식으로 제공될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 프로세스 챔버(30)와 이송 챔버(26) 간의 압력차는 게이트 밸브(40)를 개방할 때, 반도체 프로세싱 장치(20) 내에 미립자 오염물질을 발생시킬 수 있는 상당한 세기의 압력파(pressure wave) 발생을 충분히 피할 수 있도록 낮은 것이 바람직하다. 최적 압력차는 반도체 프로세싱 장치(20)의 특정 설계를 포함하여 다수의 여러가지 인자에 좌우된다. 바람직한 압력차는 약 100 mTorr 및 5 Torr 사이의 값이다. 그러나, 통상적으로 감압 상태에서 작업 대상물을 이송하는 경우, 프로세스 챔버(30)와 이송 챔버(26) 간의 압력차는 약 100 mTorr에서 300 mTorr 사이가 유리하다는 것이 밝혀졌다. 좀 더 바람직하게는, 프로세스 챔버(30)와 이송 챔버(26) 간의 압력차가 100 mTorr와 150 mTorr 사이 값이다. 따라서, 예를 들어 게이트 밸브(40)를 개방하기 전의 프로세스 챔버(30)의 압력이 약 200 mTorr이면, 이송 챔버(26) 내의 압력은 약 300 mTorr와 500 mTorr 사이 값이 바람직하며, 약 300 mTorr와 350 mTorr 사이 값이 보다 바람직하다. 또 다른 배치의 경우, 게이트 밸브(40)를 개방하기 전 프로세스 챔버(30)의 압력이 약 1 Torr까지 펌핑되며, 이송 챔버(26)의 압력은 바람직하게는 약 3 Torr로 압력차는 약 2 Torr이다.
액세스될 이송 챔버(26)와 프로세스 챔버(30) 내에 원하는 압력이 생성되면 질소(N2)와 같은 비활성 또는 비반응성 가스(또한 세정 가스 또는 스윕(sweep) 가스로도 알려져 있음)가 가스 라인(84)을 통하여 가스 소스(80)로부터 이송 챔버(26)로 유입된다. 대안적으로는, 챔버들(26,30)이 원하는 압력에 도달하도록 이송 챔버(26)와 프로세스 챔버(30)를 펌핑하는 동안 비활성 가스가 이미 이송 챔버(26) 내로 유입될 수 있는데, 이 경우에는 이송 챔버(26) 내로의 비활성 가스의 유입이 계속될 수 있다. 비활성 가스는 흔히 산소, 습기, 및 미립자를 제거하기 위하여 반도체 프로세스 반응기 내로 유입된다. 그 후, 프로세스 챔버(30)의 펌프(54)가 작동을 계속하는 동안, 이송 챔버(26)와 프로세스 챔버(30) 사이에 있는 게이트 밸브(40)가 개방된다. 바람직하게는 프로세스 챔버(30)에 대한 게이트 밸브(40)가 개방되기 적어도 2초 전, 보다 바람직하게는 적어도 10초 전에 이송 챔버(26) 내로의 비활성 가스의 흐름이 시작되며, 게이트 밸브(40)가 개방된 상태에 있는 동안 이송 챔버(26) 내로의 비활성 가스 흐름이 계속되는 것이 가장 바람직하다.
게이트 밸브(40)가 개방됨에 따라, 바람직하게는 이송 챔버의 펌프(50)가 이송 챔버(26)와 격리된다. 펌프(50)는 개방과 동시에 격리될 수 있다. 보다 바람직하게는, 이송 챔버의 펌프(50)가 이송 챔버(26)와 격리된 후 적어도 1초 후에 게이트 밸브(40)가 개방되며, 가장 바람직하게는 이송 챔버 펌프(50)가 격리된 후 약 2초 내지 5초 사이에 게이트 밸브(40)가 개방된다. 이송 챔버의 펌프(50)의 격리는, 예를 들어, 이송 챔버(26)와 이송 챔버의 펌프(50) 사이에 있는 전도성 라인(58)의 밸브(88)를 폐쇄하고, 펌프(50)를 턴오프시키고, 펌프(50)의 속도를 줄이며, 흡입구를 다른 통로로 전환시킴으로써 달성될 수 있다.
이송 챔버(26)와 프로세스 챔버(30) 사이의 게이트 밸브(40)를 개방할 때 프로세스 챔버(30) 내에서 비활성 가스가 유입되지 않는 것이 바람직하다. 통상적으로 프로세스 챔버(30)의 반응물 가스 및 부산물 가스는 프로세스 챔버(30) 내의 프로세싱이 중지된 후 비활성 가스로 세정된다. 따라서, 만일 비활성 가스가 프로세스 챔버(30) 내로 유입되면, 게이트 밸브(40)가 개방될 때 비활성 가스의 유입이 확실하게 중지되어야 한다. 바람직하게는, 프로세스 챔버(30) 내로의 비활성 가스의 유입이 중지된 후에 게이트 밸브(40)가 개방된다. 보다 바람직하게는, 프로세스 챔버(30) 내로의 비활성 가스의 유입이 중지된 후 적어도 1초 후에 게이트 밸브(40)가 개방되는 것이며, 가장 바람직하게는 프로세스 챔버(30) 내로 비활성 가스의 유입이 중지된 후 2초 내지 10초 사이에 게이트 밸브(40)가 개방된다. 프로세스 챔버(30)에 대한 비활성 가스 주입구의 개방에 의해 비활성 가스가 프로세스 챔버(30)로 직접 제공되지 않는 반면, 이하에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 게이트 밸브(40)가 개방될 때 비활성 가스가 이송 챔버(26)로부터의 유입에 의해 간접적으로 프로세스 챔버(30)로 제공된다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
바람직한 실시예에 따르면, 양 챔버(26,30) 사이의 게이트 밸브(40)를 개방할 때 이송 챔버(26)에서 프로세스 챔버(30)로 일정한 대류 흐름이 생성된다. 그 후, 로봇(46)이 프로세스 챔버(30) 내로 웨이퍼를 이송하며, 게이트 밸브(40)가 폐쇄된다. 단순히 압력차를 생성하기보다는, 도 3에 도시된 세정과 펌프 상태가 게이트 밸브(40)를 개방할 때 이송 챔버(26)로부터 프로세스 챔버(30)로 일정한 비활성 가스의 흐름을 생성시킨다. 따라서, 프로세스 챔버(30) 내의 오염 물질에 의한 이송 챔버(26)의 오염 가능성이 최소화된다. 챔버(26,30) 간의 가스 흐름의 속도는 이송 챔버(26)와 비활성 가스 소스(80) 사이의 가스 라인(84) 내에 위치된 질량 흐름 컨트롤러(mass flow controller)를 작동시킴으로써 원하는 대로 조정될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에 있어서, 이송 챔버(26)와 각 프로세스 챔버(30) 사이의 게이트 밸브(40)의 이송 챔버(26) 측에서 비활성 가스 장막(inert gas curtain)이 발생된다. 바람직하게는, 비활성 가스 장막은 게이트 밸브(40)의 둘레 벽(perimeter wall)을 따라, 프로세스 챔버(30) 쪽 방향으로 향하는 가스 제트(gas jet: 미도시)에 의해 발생되어 둘레 벽에서 비활성 가스 경계층 두께를 감소시킨다. 그 결과, (프로세스 챔버(30)로부터의 임의의 오염 물질과 함께) 이송 챔버(26) 내로의 비활성 가스의 역류가 줄어든다. 이송 챔버(26)로부터 프로세스 챔버(30)로 유입되는 비활성 가스의 양(amount)도 대체로 오염에 악영향을 미치지 않고 줄어들 수 있다.
프로세스 챔버(30) 내에서 웨이퍼의 프로세싱이 종료되면, 프로세스 챔버(30)에서 웨이퍼를 제거하기 위해 게이트 밸브(40)의 개방 전에 상술한 방법이 반복된다. 따라서, 이송 챔버(26) 내보다 프로세스 챔버(30) 내에서 약간 낮은 압력을 생성하기 위해, 필요에 따라서 이송 챔버의 펌프(50)와 액세스될 프로세스 챔버(30)의 펌프(54)가 다시 작동된다. 하나의 실시예에서, 게이트 밸브(40)를 개방하기 전에 프로세스 챔버(30) 내의 압력이 이송 챔버(26) 내의 압력보다 더 낮은 값을 갖도록 능동적으로 조절된다. 따라서, 비활성 가스가 이송 챔버(26) 내로는 직접 유입되지만, 프로세스 챔버(30) 내로는 게이트 밸브(40)를 통해 간접적으로만 유입된다. 이송 챔버(26)와 액세스될 프로세스 챔버(30)에 원하는 압력이 형성되면, 비활성 가스가 이송 챔버(26) 내로 계속 유입된다. 그 후, 프로세스 챔버(30)의 펌프(54)가 작동을 계속하는 동안, 이송 챔버(26)와 프로세스 챔버(30) 사이의 게이트 밸브(40)가 개방된다. 바람직하게는, 게이트 밸브(40)가 개방될 때, 이송 챔버의 펌프(50)가 이송 챔버(26)와 격리되어, 프로세스 챔버(30) 내로 비활성 가 스가 유입되지 않는다. 그러나, 프로세스 챔버(30)의 펌프(54)는 작동을 계속하여, 비활성 가스는 이송 챔버(26) 내로 계속 유입된다. 로봇(46)은 웨이퍼를 프로세스 챔버(30)로부터 이송하며, 게이트 밸브(40)는 폐쇄된다. 그 후, 웨이퍼는 원하는 바에 따라 또 다른 프로세스 챔버(30), 냉각 스테이션(미도시), 또는 카세트로 다시 이송될 수 있다.
본 명세서에 기술된 방법은 이송 챔버(26)와 프로세스 챔버(30)들 중 어느 한 챔버 사이의 게이트 밸브(40) 중 하나의 밸브가 개방될 때마다 수행될 수 있다. 이송 챔버(26)와 각 프로세스 챔버들(30) 사이의 게이트 밸브(40)가 개방될 때 이송 챔버(26)에서 프로세스 챔버(30)로의 일정한 비활성 가스의 흐름을 생성함으로써, 프로세스 챔버(30)에서 이송 챔버(26)로의 오염 물질의 역류 및 역확산이 최소화될 수 있다. 그 결과, 어느 한 프로세스 챔버(30) 내에 존재하는 반응물이나 반응 생성물이 이송 챔버(26) 내로 유입되는 것이 방지되는데, 만일 반응물이나 반응 생성물이 이송 챔버(26) 내로 유입되는 경우, 반응물이나 반응 생성물은 후속적으로 다른 프로세스 챔버(30)를 오염시키거나, 그렇지 않으면 이송 챔버(26) 내의 물질과 바람직하지 않은 반응을 하여 예를 들어 부식(corrosion)을 일으킬 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 게이트 밸브(40)의 개방 및 폐쇄에 따른 이송 챔버와 프로세스 챔버의 펌프 및 세정 상태를 요약한 것이다. 도 4에 예시된 바와 같이, 게이트 밸브(40)가 폐쇄되어 있는 동안 (그리고 통상적으로 프로세스 챔버(30) 내에서 프로세싱이 행해지고 있는 동안), 이송 챔버(26)에 비해 프로세스 챔버(30) 내에 낮은 압력이 존재하도록 하는 조건이 형성된다(단계 100). 이렇게 하면 게이트 밸브가 개방될 때 프로세스 챔버(30) 쪽으로 초기의 가스 흐름을 보장한다. 기판 또는 작업 대상물의 이송이 필요한 경우, 먼저 이송 챔버 펌프 및 프로세스 챔버 세정을 턴오프시키도록 제어가 프로그램된다(단계 110). 도 3에 표시된 바와 같이, 바람직하게는 이송 챔버 세정 및 프로세스 챔버 펌프는 온(on) 상태를 유지한다. 게이트 밸브을 개방할 때 교란 흐름(turbulent flow)을 피하도록 시스템을 안정화시키기에 충분한 시간이 경과하는 것이 바람직하다. 그 후 게이트 밸브가 개방된다(단계 120). 아무런 펌핑 동작 없이 이송 챔버 내로 세정 가스의 유입이 계속되고, 진공 펌프가 프로세스 챔버를 통해 가스 흡입을 계속하는 동안 세정 가스가 프로세스 챔버에 대해 계속 오프(off) 상태에 있으므로, 세정 가스는 이송 챔버에서 프로세스 챔버 쪽으로 일정한 흐름 방향을 갖는다. 이러한 일정한 흐름 방향은 프로세스 챔버에서 이송 챔버 쪽으로 동질적인 오염물질이나 이질적인 오염물질 또는 잔류 반응물이 역확산되는 위험을 최소화시킨다.
그 후, 작업 대상물은 프로세스 챔버와 이송 챔버 사이에서 이송된다(단계 130). 예를 들어, 프로세싱된 웨이퍼가 프로세스 챔버로부터 제거될 수 있으며, 새로운 웨이퍼가 교환되어 프로세스 챔버 내에 위치될 수 있다. 다른 게이트 밸브가 개방될 필요가 없도록 새로운 웨이퍼가 이러한 교환을 위해 미리 이송 챔버 내에 존재하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이송 챔버는 새로운 웨이퍼를 위한 수용 영역(staging area) 및 프로세스된 웨이퍼를 위한 냉각 스테이션을 포함할 수 있다. 다른 배치에서, 스테이션의 필요성을 없애기 위하여 하나의 로봇 상에 다중 로봇, 다중 종료 실행기(multiful end effectors), 또는 다중 위치(multiple spots)가 제 공될 수 있다. 또 다른 배치에서는 웨이퍼의 교환을 수행하기 위하여 웨이퍼용 버퍼 로크 또는 적재 로크가 제공될 수 있다.
본 발명의 소정 목적 및 장점이 종래의 기술에 비해 달성되는 본 발명 및 장점을 기술하기 위해 기술되었음을 이해하여야 한다. 물론 상술한 모든 목적과 장점이 본 발명의 특정한 실시예에 따라서만 달성될 필요는 없다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들면 당업자는 본 명세서에 개시되거나 암시된 바와 같은 기타 다른 목적 또는 장점을 반드시 달성하지 않으면서도 본 명세서에 개시된 바와 같이 하나의 장점 또는 한 그룹의 장점을 달성하거나 최적화하는 방식으로 본 발명이 구현되거나 실시될 수 있음을 인식할 수 있다.
또한, 본 발명이 소정의 바람직한 실시예 및 예시의 맥락에서 개시되었지만, 당업자라면 본 발명이 구체적으로 개시된 실시예를 넘어서서 기타 다른 대안적인 실시예 및/또는 본 발명의 사용 및 자명한 변형예 및 이들의 균등물까지도 포함한다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 대안적인 실시예에서, 프로세싱 장치(20)는 이송 챔버(26)에 연결된 오직 하나의 프로세스 챔버(30) 또는 임의의 적절한 수의 프로세스 챔버(30)로 구비할 수 있다. 또한, 본 발명 실시예들의 구체적인 특징과 양상에 대한 다양한 결합 및 부결합이 이루어질 수 있으며, 이들 결합 및 부결합도 여전히 본 발명의 범위에 속한다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 일부의 경우, 챔버들(26,30) 사이의 게이트 밸브(40)를 개방하기 전에 이송 챔버의 펌프(50)를 격리하고, 프로세스 챔버(30)로 비활성 가스의 유입을 중지하지 않는 것이 바람 직할 수도 있다. 또 다른 경우, 챔버들(26,30) 사이의 게이트 밸브(40)를 개방하기 전에 프로세스 챔버(30)로의 비활성 가스 유입을 중지하고, 이송 챔버의 펌프(50)를 격리시키지 않는 것이 바람직할 수도 있다. 따라서, 본 명세서에 기술된 본 발명의 범위는 전술한 특정 실시예에 의해 제한되도록 의도된 것이 아니며, 첨부되는 청구범위의 정당한 해석에 의해서만 제한된다.

Claims (25)

  1. 이송 챔버, 프로세스 챔버, 및 상기 이송 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이의 게이트 밸브를 포함하는 반도체 프로세싱 장치에서 작업 대상물(workpieces)을 이송하는 방법에 있어서,
    상기 이송 챔버와 연결되며, 상기 이송 챔버 내에서 제 1 압력을 생성하기 위한 제 1 펌프를 작동시키는 단계;
    상기 프로세스 챔버와 연결되며, 상기 프로세스 챔버 내에서 제 2 압력을 생성하기 위한 제 2 펌프를 작동시키는 단계;
    상기 이송 챔버 내로 비활성 가스를 유입시키는 단계;
    상기 프로세스 챔버 내로 비활성 가스를 유입시키는 단계;
    상기 제 1 펌프를 상기 이송 챔버와 격리시키는 단계;
    상기 프로세스 챔버 내로 비활성 가스의 유입을 턴오프시키는 단계;
    상기 제 1 펌프가 상기 이송 챔버와 격리되고, 상기 제 2 펌프가 계속 작동하며, 상기 프로세스 챔버 내로 상기 비활성 가스의 유입이 오프 상태에 있고, 상기 비활성 가스가 상기 이송 챔버 내로 계속 유입되는 동안, 상기 게이트 밸브를 개방하는 단계; 및
    상기 작업 대상물을 상기 개방된 게이트 밸브를 통해 상기 이송 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에서 이송하는 단계
    를 포함하는 작업 대상물 이송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 압력이 상기 제 1 압력보다 낮은 작업 대상물 이송 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 밸브는 상기 제 1 펌프의 격리 후 2초 내지 5초 사이에 개방되는 작업 대상물 이송 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 펌프를 격리하는 단계는 상기 제 1 펌프를 상기 이송 챔버에 연결하는 가스 라인(gas line) 내의 밸브를 폐쇄하는 단계를 포함하는 작업 대상물 이송 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 펌프를 격리하는 단계는 상기 게이트 밸브를 개방함과 동시에 또는 상기 게이트 밸브를 개방한 후에 상기 제 1 펌프를 차단하는 단계(shutting off)를 포함하는 작업 대상물 이송 방법.
  7. 이송 챔버, 프로세스 챔버, 및 상기 이송 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이의 게이트 밸브를 포함하는 반도체 프로세싱 장치에서 작업 대상물을 이송하는 방법에 있어서,
    상기 이송 챔버 내에서보다 상기 프로세스 챔버 내에서 더 낮은 압력을 생성하기 위해, 제 1 펌프를 통해 상기 이송 챔버를 진공 펌핑하고 상기 제 2 펌프를 통해 상기 프로세스 챔버를 진공 펌핑 단계;
    상기 이송 챔버 내로 비활성 가스를 유입시키는 단계;
    상기 프로세스 챔버 내로 비활성 가스를 유입시키는 단계;
    상기 프로세스 챔버 내로의 비활성 가스의 유입을 중지하는 단계;
    상기 제 1 펌프의 진공 펌핑 속도를 줄이는 단계;
    상기 이송 챔버 내로 비활성 가스가 계속 유입되는 동안 프로세스 챔버 내로의 비활성 가스의 유입을 중지한 후 및 상기 제 1 펌프의 상기 진공 펌핑 속도를 줄인 후 상기 게이트 밸브를 개방하는 단계; 및
    상기 작업 대상물을 상기 이송 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에서 이송하는 단계
    를 포함하는 작업 대상물 이송 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 게이트 밸브는 상기 프로세스 챔버 내로의 비활성 가스의 유입이 중지된 후 2초 내지 10초 사이에 개방되는 작업 대상물 이송 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 비활성 가스 유입은 상기 게이트 밸브를 개방하기 적어도 10초 전에 상기 이송 챔버 내에서 시작되는 작업 대상물 이송 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 작업 대상물 이송 방법은 상기 게이트 밸브가 개방 상태에 있는 동안 상기 프로세스 챔버를 계속 진공 펌핑하는 단계를 추가로 포함하는 작업 대상물 이송 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 펌프의 진공 펌핑 속도를 줄이는 단계는 상기 게이트 밸브가 개방 상태에 있는 동안 상기 이송 챔버를 상기 진공 펌핑으로부터 격리하는 단계를 포함하는 작업 대상물 이송 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 작업 대상물 이송 방법은 상기 이송 챔버에 이웃한 상기 게이트 밸브의 소정 측면에 비활성 가스 장막(inert gas curtain)을 발생시키는 단계를 추가로 포함하는 작업 대상물 이송 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 비활성 가스 장막은 상기 게이트 밸브의 둘레벽(perimeter wall)을 따라 상기 프로세스 챔버 쪽 방향으로 향하는 비활성 가스 제트(inert gas jet)에 의해 발생되는 작업 대상물 이송 방법.
  14. 반도체 프로세싱 장치 내에서 작업 대상물(workpieces)을 이송하는 방법에 있어서,
    상기 반도체 프로세싱 장치의 제 1 챔버 내에서 제 1 압력을 생성하기 위해 상기 제 1 챔버를 펌핑하는 단계;
    상기 반도체 프로세싱 장치의 제 2 챔버 내에서 제 2 압력을 생성하기 위해 상기 제 2 챔버를 펌핑하는 단계;
    상기 제 1 챔버 및 상기 제 2 챔버 내로 비활성 가스를 유입시키는 단계;
    상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에 위치한 게이트 밸브를 개방하는 단계;
    상기 게이트 밸브의 개방 전에는 상기 제 1 챔버의 펌핑을 중지하고 또한 상기 제 2 챔버 내로 상기 비활성 가스의 유입을 중지하며, 상기 게이트 밸브가 개방되는 동안은 상기 제 1 챔버의 펌핑을 오프 상태로 유지하고 또한 상기 제 2 챔버 내로의 상기 비활성 가스의 유입을 오프 상태로 유지하는 단계; 및
    상기 작업 대상물을 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에서 이송하는 단계
    를 포함하는 작업 대상물 이송 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 압력이 상기 제 2 압력보다 높은 작업 대상물 이송 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 압력은 상기 작업 대상물을 프로세싱하는 동안 상기 제 2 챔버 내 의 작동 압력보다 낮은 작업 대상물 이송 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 게이트 밸브를 개방하기 직전에 상기 제 2 챔버 내로 비활성 가스가 유입되지 않는 작업 대상물 이송 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 작업 대상물 이송 방법은 상기 제 1 챔버에 이웃한 상기 게이트 밸브의 소정 측면에 비활성 가스 장막(inert gas curtain)을 발생시키는 단계를 추가로 포함하는 작업 대상물 이송 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 비활성 가스 장막은 상기 게이트 밸브의 둘레벽(perimeter wall)을 따라 상기 제 2 챔버 쪽 방향으로 향하는 비활성 가스 제트(inert gas jet)에 의해 발생되는 작업 대상물 이송 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버가 이송 챔버인 작업 대상물 이송 방법.
  21. 이송 챔버, 프로세스 챔버, 및 상기 이송 챔버와 상기 프로세스 챔버 간의 게이트 밸브를 포함하는 반도체 프로세싱 장치에서 작업 대상물(workpieces)을 이송하는 방법에 있어서,
    상기 이송 챔버 내에서보다 상기 프로세스 챔버 내에서 더 낮은 압력을 생성하기 위해 상기 프로세스 챔버 및 상기 이송 챔버를 진공 펌핑 단계;
    상기 이송 챔버 내로 비활성 가스를 유입시키는 단계;
    상기 프로세스 챔버 내로 비활성 가스를 유입시키는 단계;
    상기 게이트 밸브를 개방하기 전에 상기 이송 챔버의 진공 펌핑을 중지하는 단계;
    상기 프로세스 챔버를 계속 펌핑하는 동안 상기 게이트 밸브를 개방하는 단계;
    상기 게이트 밸브가 개방 상태에 있는 동안, 상기 프로세스 챔버 내로의 비활성 가스의 유입 및 상기 이송 챔버의 진공 펌핑을 계속 오프 상태로 유지하는 단계; 및
    상기 작업 대상물을 상기 개방된 게이트 밸브를 통해 상기 이송 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에서 이송하는 단계
    를 포함하는 작업 대상물 이송 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 반도체 프로세싱 장치는 상기 이송 챔버에 연결되는 적어도 2개의 프로세스 챔버를 포함하는 작업 대상물 이송 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 게이트 밸브를 개방하기 직전의 상기 프로세스 챔버 내의 압력이 상기 이송 챔버 내의 압력보다 낮은 100 mTorr 내지 5 Torr 사이의 값을 갖는 작업 대상물 이송 방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 게이트 밸브를 개방하기 직전의 상기 프로세스 챔버 내의 압력이 상기 이송 챔버 내의 압력보다 낮은 100 mTorr 내지 300 mTorr 사이의 값을 갖는 작업 대상물 이송 방법.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버 내로의 비활성 가스의 유입을 계속 오프 상태로 유지하는 단계가 상기 게이트 밸브를 개방하기 적어도 1초 전에 상기 프로세스 챔버 내로 상기 비활성 가스의 유입을 중지하는 단계를 포함하는 작업 대상물 이송 방법.
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