KR101840940B1 - 고온 상압 기상성장장치에 마련되는 챔버 간의 개폐 장치 - Google Patents

고온 상압 기상성장장치에 마련되는 챔버 간의 개폐 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온 상압 기상성장장치에 마련되어 챔버 간의 압력을 조절하는 장치로서, 프로세스 챔버 측면을 일부 개구하여 웨이퍼의 이동통로를 제공하는 제1 슬릿, 상기 웨이퍼의 로딩 또는 언로딩시 상기 제1 슬릿을 개폐하는 제1 슬릿 플레이트, 상기 제1 슬릿 플레이트의 일부분을 개구하는 제2 슬릿, 상기 제2 슬릿을 개폐하는 제2 슬릿 플레이트 및 상기 제1 슬릿 플레이트와 제2 슬릿 플레이트를 상승 또는 하강 구동시켜 상기 제1 슬릿과 제2 슬릿을 개폐하도록 하는 액츄에이터를 포함할 수 있다. 따라서, 웨이퍼를 이송시 슬릿을 오픈하기 전에 챔버 사이의 온도 또는 압력 차이로 인해 급격한 역류가 발생하는 것을 방지할 수 있어 프로세스 챔버 내로 불순물이 침투하는 것을 방지할 수 있다.

Description

고온 상압 기상성장장치에 마련되는 챔버 간의 개폐 장치{Opening and Shutting Apparatus between Chamber in High Temperature and Atmospheric Pressure Vapor Growth Device}
본 발명은 고온 상압 기상성장장치에 마련되는 챔버 간의 개폐 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 웨이퍼를 처리하기 위한 다수개의 챔버 사이에 마련되어 웨이퍼의 이동시 챔버 간의 역압을 방지하는 개폐 장치에 관한 것이다.
웨이퍼와 같은 반도체 소자를 처리하는 공정은 대부분 높은 온도와 상압의 분위기에서 이루어질 수 있도록 밀폐된 챔버가 구비된 고온 상압 기상성장장치에서 이루어지며, 이러한 챔버를 통해 웨이퍼를 처리하는 공정에서 반도체 소자의 수율을 높이기 위해서는 챔버 내부의 오염을 방지하는 것이 중요하다.
도 1은 웨이퍼에 대한 공정을 수행하기 위한 챔버를 나타낸 도면으로, 도 1을 참조하면, 챔버는 고온 상태에서 웨이퍼에 대한 공정이 수행되는 프로세스 챔버(Process chamber, PC)와, 웨이퍼 가공을 위한 웨이퍼를 로드 또는 언로드 하는 로드락 챔버(Load lock chamber, LL)와, 그리고 프로세스 챔버와 로드락 챔버 사이에 배치되어 기판을 이송하는 트랜스퍼 챔버(Transfer chamber, TC) 등으로 이루어질 수 있다. 상기 트랜스퍼 챔버는 웨이퍼를 프로세스 챔버에서 로드락 챔버로 이송시키거나, 로드락 챔버에서 프로세스로 이송시키는 역할을 한다.
프로세스 챔버는 웨이퍼 상에 실리콘막을 증착시키는 에피택셜 공정이 이루어지는 챔버로서, 고온의 분위기에서 각종 가스(H2, TCS, HCl, Dopant)등이 흐르면서 웨이퍼 상에 실리콘막이 증착된다.
각 챔버들 사이에는 기판을 통과시키기 위해 슬릿이 형성되며, 이 슬릿에는 슬릿을 개폐하기 위한 슬릿밸브가 설치되어 웨이퍼가 이송될시 슬릿의 개폐가 이루어진다. 이러한 슬릿밸브는 실질적으로 챔버 간의 통로를 이루는 슬릿을 개폐하는 것으로 슬릿과 동일한 형상 및 개구부보다 큰 크기의 플레이트로 이루어진 밸브 플레이트와, 공압에 의해 작동되며 밸브 플레이트 측에 연결되는 샤프트를 동작시켜서 밸브 플레이트를 승강시키는 엑추에이터 등을 포함하는 형태로 이루어져 있다.
프로세스 챔버가 높은 고온과 대기압 상태일 경우에, 프로세스 챔버와 트랜스퍼 챔버 사이의 슬릿밸브를 오픈할 경우 트랜스퍼 챔버의 급격한 압력 변동이 일어나게 되고, 트랜스퍼 챔버에서 프로세스 챔버로의 유속의 흐름이 바뀌는 역압이 발생하게 된다. 이 경우에는 프로세스 챔버 쪽으로 불순물이 침투하여 공정 챔버 내부가 오염되면 웨이퍼의 품질이 열화되고, 생산 수율이 감소하게 되는 문제가 발생하게 된다. 따라서, 슬릿밸브의 개폐시 챔버 간의 역압을 방지할 수 있는 개폐 장치가 마련될 필요가 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼를 이송하기 위해 챔버 사이에 마련된 슬릿밸브를 오픈시 챔버 간에 발생하는 역압을 방지하여 프로세스 챔버 내부의 오염을 감소시킬 수 있는 챔버 간 개폐 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예는 고온 상압 기상성장장치에 마련되어 챔버 간의 압력을 조절하는 장치로서, 프로세스 챔버 측면을 일부 개구하여 웨이퍼의 이동통로를 제공하는 제1 슬릿; 상기 웨이퍼의 로딩 또는 언로딩시 상기 제1 슬릿을 개폐하는 제1 슬릿 플레이트; 상기 제1 슬릿 플레이트의 일부분을 개구하는 제2 슬릿; 상기 제2 슬릿을 개폐하는 제2 슬릿 플레이트; 및 상기 제1 슬릿 플레이트와 제2 슬릿 플레이트를 상승 또는 하강 구동시켜 상기 제1 슬릿과 제2 슬릿을 개폐하도록 하는 액츄에이터;를 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 제2 슬릿 플레이트는 상기 제1 슬릿 플레이트가 오픈되기 전에 소정의 시간동안 오픈되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1 슬릿 플레이트와 상기 액츄에이터를 연결하는 제1 지지대와, 상기 제2 슬릿 플레이트와 상기 액츄에이터를 연결하는 제2 지지대를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제2 슬릿 플레이트의 면적은 상기 제1 슬릿 플레이트의 면적에 대비하여 5% 이내로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 액츄에이터는 상기 제1 슬릿 플레이트와 상기 제2 슬릿 플레이트의 구동을 순차적으로 수행할 수 있다.
그리고, 상기 제2 슬릿 플레이트는 상기 제1 슬릿 플레이트가 오픈된 후에는 닫힌 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
실시예는 고온 상압 기상성장을 거쳐 웨이퍼를 제조하는 장치로서, 고온 상태에서 웨이퍼에 대한 공정이 수행되는 프로세스 챔버; 웨이퍼의 가공을 위해 웨이퍼를 로딩 또는 언로딩 하는 로드락 챔버; 및 상기 프로세스 챔버와 로드락 챔버 사이에 배치되어 기판을 이송하는 트랜스퍼 챔버;로 이루어지고, 상기 각각의 챔버 사이에 배치되는 개폐 장치를 포함하며, 상기 개폐 장치는, 프로세스 챔버 측면을 일부 개구하여 웨이퍼의 이동통로를 제공하는 제1 슬릿; 상기 웨이퍼의 로딩 또는 언로딩시 상기 제1 슬릿을 개폐하는 제1 슬릿 플레이트; 상기 제1 슬릿 플레이트의 일부분을 개구하는 제2 슬릿; 상기 제2 슬릿을 개폐하는 제2 슬릿 플레이트; 및 상기 제1 슬릿 플레이트와 제2 슬릿 플레이트를 상승 또는 하강 구동시켜 상기 제1 슬릿과 제2 슬릿을 개폐하도록 하는 액츄에이터;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고온 상압 기상성장장치에 마련되는 챔버 간 개폐 장치는 웨이퍼를 이송시 슬릿 플레이트를 오픈하기 전에 챔버 사이의 온도 또는 압력 차이로 인해 급격한 역류가 발생하는 것을 방지할 수 있어 프로세스 챔버 내로 불순물이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 고온 상압 기상성장장치에 마련되는 챔버 간 개폐 장치는 프로세스 챔버와 트랜스퍼 챔버 간의 정압을 유지할 수 있어 프로세스 내부의 기류를 안정화시키고, 이를 통해 프로세스 챔버 내부의 자연스러운 배기 흐름을 유지할 수 있기 때문에 프로세스 챔버의 배기부에서부터 챔버 내부로 파티클과 같은 불순물이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 웨이퍼 공정에 사용되는 챔버를 나타낸 도면
도 2는 프로세스 챔버의 슬릿 터널을 나타낸 사시도
도 3은 실시예의 고온 상압 기상성장장치에 마련되는 챔버 간 개폐 장치가 닫힌 상태를 나타낸 도면
도 4는 실시예의 고온 상압 기상성장장치에 마련되는 챔버 간 개폐 장치가 열린 상태를 나타낸 도면
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위해 생략될 수 있다.
도 1에 개시된 바와 같이 멀티 프로세스 챔버형 웨이퍼 처리 장치는 다수개의 포트(110), 하나 또는 그 이상의 기판을 수용할 수 있는 팩토리 인터페이스(F/I, 120), 상기 팩토리 인터페이스와 연결되는 로드락 챔버(L/L, 130), 상기 로드락 챔버와 연결되는 트랜스퍼 챔버(T/C, 140) 및 상기 트랜스퍼 챔버의 일측에 연결되는 프로세스 챔버(P/C, 150)가 구비될 수 있다.
상기 트랜스퍼 챔버는 중앙에 마련되어 로드락 챔버와 프로세스 챔버 사이에서 기판을 이송하는 로봇이 구비되어 있고, 웨이퍼에 대한 처리를 수행하는 복수개의 프로세스 챔버(P/c, 150)가 병렬로 연결될 수 있다. 그리고, 각 챔버 사이에는 챔버 사이에서 기판이 이동하는 통로 역할을 하는 슬릿이 마련되고, 이를 개폐하기 위한 슬릿 플레이트가 마련될 수 있다. 트랜스퍼 챔버는 슬릿이 밀폐된 후에 펌핑을 통해 진공 상태를 유지한다.
본 발명은 특히 트랜스퍼 챔버(140)와 프로세스 챔버(150) 간의 역류가 발생하지 않도록 트랜스퍼 챔버와 프로세스 챔버 사이에 마련되는 슬릿의 개폐 장치 구조를 변경하는 점에 그 특징이 있다. 그러나, 이 뿐만 아니라 로드락 챔버와 트랜스퍼 챔버 사이에 마련되는 개폐 장치에도 동일하게 적용이 가능하다.
도 2는 여러 개의 챔버 중에서 프로세스 챔버를 나타낸 사시도이다.
도 2를 참조하면, 프로세스 챔버(150)는 원형으로 이루어진 외부 플레이트가 외벽을 이루고 있으며 내부에 웨이퍼가 안착되는 서셉터와, 서셉터의 외주부에 예열링이 배치되고, 프로세스 챔버의 일측에는 가스 도입구(152)가, 타측에는 가스 배출구(155)가 마련될 수 있다.
그리고, 상기 가스 도입구(152)와 가스 배출구(155)의 90도 방향에는 웨이퍼를 프로세스 챔버 내부로 이동시키기 위한 공간을 제공하는 슬릿 터널(154)이 마련될 수 있다. 상기 슬릿 터널(154)은 일측이 프로세스 챔버의 외벽에 결합되고, 타측은 트랜스퍼 챔버의 외벽에 결합될 수 있다.
상기 슬릿 터널(154)은 트랜스퍼 챔버와 프로세스 챔버 사이의 경계에 배치되면서, 기판이 이송되는 통로를 제공하며, 프로세스 챔버를 개구하고 있는 슬릿을 열거나 폐쇄하는 구조물이 구동하는 공간을 제공한다.
상기 슬릿 터널(154)은 내부가 뚫린 직육면체 형상일 수 있으며, 점선 부분에는 기판의 출입을 위해 상기 슬릿을 닫거나 오픈하기 위한 동작을 수행하는 개폐 장치(160)가 마련될 수 있다.
그리고 개폐 장치에는 상기 슬릿을 개폐할 수 있도록 공압에 의해 승강 작동하는 슬릿 플레이트를 포함할 수 있다. 이후의 도면에서는 점선 영역에 배치되면서 슬릿 터널 내부에 형성되는 개폐 장치에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 3과 도 4는 실시예의 프로세스 챔버에 배치된 개폐 장치의 동작 상태를 나타낸 도면이다. 우선 도 3을 참조하여, 개폐 장치의 구성을 살펴본다.
챔버 간 개폐 장치(160)는 프로세스 챔버 측면에 마련된 제1 슬릿을 폐쇄할 수 있도록 슬릿에 끼워질 수 있는 형상으로 제작된 제1 슬릿 플레이트(161), 상기 제1 슬릿 플레이트를 상승 또는 하강시킴으로 인해 개폐 동작을 수행하기 위한 동력을 전달하는 액츄에이터(165), 상기 액츄에이터와 상기 제1 슬릿 플레이트(161)를 연결하는 제1 지지대(164)를 포함할 수 있다.
제1 슬릿 플레이트(161)는 일정한 두께와 폭을 가진 직육면체 형상으로 도시되었으나, 이는 제1 슬릿의 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 제1 슬릿은 웨이퍼의 이동경로가 마련되는 공간으로, 웨이퍼의 직경과 두께보다 큰 형상으로 이루어질 수 있다.
실시예의 챔버 간 개폐 장치(160)는 제1 슬릿 플레이트(161)의 중심부에 제2 슬릿을 마련하고, 상기 제2 슬릿에 대응되는 제2 슬릿 플레이트(162)를 구비하는 점에 특징이 있다.
제2 슬릿 플레이트(162)는 제1 슬릿 플레이트(161)가 제1 슬릿을 오픈 또는 폐쇄하는 것과 같이, 제1 슬릿 플레이트에 마련된 제2 슬릿을 오픈하거나 폐쇄하는 역할을 하기 위해 마련된다.
실시예는 프로세스 챔버가 고온과 대기압(상압) 상태일 경우에, 프로세스 챔버와 트랜스퍼 챔버 사이에 마련된 제1 슬릿 플레이트를 오픈할 경우 트랜스퍼 챔버의 급격한 압력 변동이 일어나는 것을 방지하고자 도 4에 개시된 바와 같이 상기 제1 슬릿 플레이트를 일정 부분 개구하는 제2 슬릿(166)을 형성하고, 상기 제2 슬릿(166)을 개폐할 수 있는 제2 슬릿 플레이트(162)를 마련하였다.
상기 제2 슬릿 플레이트(162)의 중심에는 제2 지지대(163)가 결합되고, 제2 지지대(163)의 일단이 액츄에이터(165)에 결합될 수 있다. 상기 제2 슬릿 플레이트(162)와 제1 슬릿 플레이트(162)는 동시에 구동하는 것이 아니라 순차적으로 구동이 이루어질 수 있다. 상기 액츄에이터는 상기 제1 슬릿 플레이트와 상기 제2 슬릿 플레이트의 구동을 순차적으로 수행하며, 제1 지지대(164)와 제2 지지대(163)는 엑츄에이터(165) 내부에서 서로 다른 구동 라인에 연결될 수 있다.
상기 제2 슬릿(166)의 면적은 제1 슬릿 플레이트의 면적의 5% 정도로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제2 슬릿(166)은 제1 슬릿 플레이트의 중심부에 형성될 수 있고, 제1 슬릿 플레이트를 오픈하기 전에 제2 슬릿 플레이트를 구동시켜 제2 슬릿을 통해 챔버 간의 압력이 일정해지도록 한다.
상술한 실시예의 구조를 웨이퍼 로딩/언로딩 과정을 통해 설명하면 다음과 같다. 종래와 같이 제2 슬릿이 형성되지 않은 상태에서는 웨이퍼를 프로세스 챔버로 로딩 또는 언로딩할 시 제1 슬릿 플레이트를 개방할 시 프로세스 챔버의 높은 압력으로 인해 트랜스퍼 챔버의 내부 압력이 급격히 변화하여 프로세스 챔버 내의 기류 또한 불안정해지게 된다.
실시예는 제1 슬릿 플레이트에 상대적으로 면적이 작은 개구부인 제2 슬릿을 형성하고 이를 개폐하는 추가적인 제2 슬릿 플레이트를 배치하였다. 웨이퍼의 로딩 또는 언로딩을 위해 프로세스 챔버에 마련된 제1 슬릿을 개방하는 과정을 실시하기 전에, 우선 제2 슬릿 플레이트를 하강 구동시켜 제2 슬릿을 오픈하는 과정을 실시한다.
이 때, 상대적으로 온도와 압력이 높은 챔버로부터 다른 챔버로 제2 슬릿을 통해 기체가 이동하게 되며, 소정의 시간이 흐르면 챔버 간의 압력은 동일하게 된다. 상기 제2 슬릿 플레이트는 상기 제1 슬릿 플레이트가 오픈된 후에는 닫힌 상태를 유지할 수 있으며, 제 2 슬릿은 챔버 내부 기체의 주흐름에 영향을 주지 않는 크기로 형성될 수 있다.
그리고, 웨이퍼의 로딩/언로딩을 위해 프로세스 챔버의 제1 슬릿을 오픈하는 과정을 실시함으로써, 챔버 간의 급격한 압력 변동없이 웨이퍼의 이송을 실시할 수 있다.
실시예와 같은 챔버 간의 개폐 장치가 구비하면, 프로세스 챔버 내부의 기류가 안정화되므로 프로세스 내부로 유입되는 반응 가스의 배기 흐름이 안정적으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 배기부에서 챔버 내부로 파티클과 같은 불순물이 역류하게 되는 현상 또한 방지할 수 있다.
실시예는 바람직하게 웨이퍼와 같이 고온, 대기압(상압)의 환경에서 기상성장을 수행하는 웨이퍼 제조 장치에 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
130: 로드락 챔버
140: 트랜스퍼 챔버
150: 프로세스 챔버
160: 개폐 장치
161: 제1 슬릿 플레이트
162: 제2 슬릿 플레이트
163: 제2 지지대
164: 제1 지지대
165: 액츄에이터
166: 제2 슬릿

Claims (7)

  1. 고온 상압 기상성장장치에 마련되는 챔버 간 개폐장치로서,
    프로세스 챔버 측면을 일부 개구하여 웨이퍼의 이동통로를 제공하는 제1 슬릿;
    상기 웨이퍼의 로딩 또는 언로딩시 상기 제1 슬릿을 개폐하는 제1 슬릿 플레이트;
    상기 제1 슬릿 플레이트의 일부분을 개구하는 제2 슬릿;
    상기 제2 슬릿을 개폐하는 제2 슬릿 플레이트; 및
    상기 제1 슬릿 플레이트와 제2 슬릿 플레이트를 상승 또는 하강 구동시켜 상기 제1 슬릿과 제2 슬릿을 개폐하도록 하는 액츄에이터;
    를 포함하는 고온 상압 기상성장장치에 마련되며,
    상기 제2 슬릿 플레이트는 상기 제1 슬릿 플레이트가 오픈되기 전에 소정의 시간동안 오픈되며, 상기 제1 슬릿 플레이트에 형성된 상기 제2 슬릿을 통해 챔버 사이의 압력이 동일하게 조절되면, 상기 제1 슬릿 플레이트가 오픈되는 챔버 간 개폐장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 슬릿 플레이트와 상기 액츄에이터를 연결하는 제1 지지대와, 상기 제2 슬릿 플레이트와 상기 액츄에이터를 연결하는 제2 지지대를 포함하는 고온 상압 기상성장장치에 마련되는 챔버 간 개폐 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 슬릿 플레이트의 면적은 상기 제1 슬릿 플레이트의 면적에 대비하여 5% 이내로 형성되는 고온 상압 기상성장장치에 마련되는 챔버 간 개폐 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 제1 슬릿 플레이트와 상기 제2 슬릿 플레이트의 구동을 순차적으로 수행하는 고온 상압 기상성장장치에 마련되는 챔버 간 개폐 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 슬릿 플레이트는 상기 제1 슬릿 플레이트가 오픈된 후에는 닫힌 상태를 유지하는 고온 상압 기상성장장치에 마련되는 챔버 간 개폐 장치.
  7. 웨이퍼를 처리하는 고온 상압 기상성장장치로서,
    고온 상태에서 웨이퍼에 대한 공정이 수행되는 프로세스 챔버;
    웨이퍼의 가공을 위해 웨이퍼를 로딩 또는 언로딩 하는 로드락 챔버; 및
    상기 프로세스 챔버와 로드락 챔버 사이에 배치되어 기판을 이송하는 트랜스퍼 챔버;로 이루어지고,
    상기 각각의 챔버 사이에 배치되는 개폐 장치를 포함하며,
    상기 개폐 장치는, 프로세스 챔버 측면을 일부 개구하여 웨이퍼의 이동통로를 제공하는 제1 슬릿;
    상기 웨이퍼의 로딩 또는 언로딩시 상기 제1 슬릿을 개폐하는 제1 슬릿 플레이트;
    상기 제1 슬릿 플레이트의 일부분을 개구하는 제2 슬릿;
    상기 제2 슬릿을 개폐하는 제2 슬릿 플레이트; 및
    상기 제1 슬릿 플레이트와 제2 슬릿 플레이트를 상승 또는 하강 구동시켜 상기 제1 슬릿과 제2 슬릿을 개폐하도록 하는 액츄에이터;
    를 포함하며,
    상기 제2 슬릿 플레이트는 상기 제1 슬릿 플레이트가 오픈되기 전에 소정의 시간동안 오픈되며, 상기 제1 슬릿 플레이트에 형성된 상기 제2 슬릿을 통해 챔버 사이의 압력이 동일하게 조절되면, 상기 제1 슬릿 플레이트가 오픈되는 고온 상압 기상성장장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4713737B2 (ja) 1998-07-03 2011-06-29 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド プラズマ処理用２重スリット弁ドア
KR101132261B1 (ko) 2011-06-14 2012-04-02 (주)선린 불순물 감소를 위한 슬릿밸브의 동작 압력 가변 장치를 구비한 반도체 제조장비
KR101171990B1 (ko) 2011-10-05 2012-08-07 (주)선린 챔버간 역압 방지수단을 구비한 진공 처리장치.
JP5543463B2 (ja) 2008-08-29 2014-07-09 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド スリットバルブ制御

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