KR102444827B1 - 배치 가열 및 냉각 챔버 또는 로드록 - Google Patents

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로버트 브렌트 보팻
폴 이. 퍼간드
벤자민 비. 라이어든
데이비드 블라닉
윌리엄 티. 위버
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Abstract

프로세싱 챔버에서의 웨이퍼 스위칭 사이의 시간을 감소시키도록 복수의 웨이퍼들에 대한 가열 및 냉각을 제공하는 웨이퍼 카세트들 및 사용 방법들이 개시된다. 웨이퍼들은, 가열 및 냉각을 위해 개별적인 웨이퍼들을 이동시킬 수 있는 독립적인 리프트 핀들 상에 지지되거나, 또는 모든 웨이퍼들을 함께 이동시킬 수 있는 웨이퍼 리프트 상에 지지된다.

Description

배치 가열 및 냉각 챔버 또는 로드록{BATCH HEATING AND COOLING CHAMBER OR LOADLOCK}
[0001] 본 개시물의 실시예들은 일반적으로, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시물은 배치 프로세싱을 위해 웨이퍼들을 가열 및 냉각하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
[0002] 반도체 디바이스들을 형성하는 프로세스는 일반적으로, 다수의 챔버들을 포함하는 기판 프로세싱 플랫폼들에서 수행된다. 몇몇 예들에서, 다중-챔버 프로세싱 플랫폼 또는 클러스터 툴의 목적은, 제어된 환경에서 순차적으로 기판에 대해 둘 또는 그 초과의 프로세스들을 수행하는 것이다. 그러나 다른 예들에서, 다중 챔버 프로세싱 플랫폼은 기판들에 대해 단일 프로세싱 단계만을 수행할 수 있으며; 부가적인 챔버들은 플랫폼에 의해 기판들이 프로세싱되는 레이트를 최대화하도록 의도된다. 후자의 경우, 기판들에 대해 수행되는 프로세스는 전형적으로 배치 프로세스이며, 그러한 배치 프로세스에서는, 주어진 챔버에서 비교적 많은 수의 기판들, 예를 들면, 25개 또는 50개의 기판들이 동시에 프로세싱된다. 배치 프로세싱은 특히, 너무 시간-소모적이어서, 경제적으로 실행가능한 방식으로 개별적인 기판들에 대해 수행될 수 없는 프로세스들에 대해, 이를테면 ALD 프로세스들 및 몇몇 화학 기상 증착(CVD) 프로세스들에 대해 유익하다.
[0003] 가요성 아키텍처를 요구하는 ALD 플랫폼은, 다양한 요건들 및 제약들을 갖는 광범위한 어플리케이션들을 갖는다. 플랫폼 요건들은, 웨이퍼 예열, 사후 냉각(post cooling), 예열 및 사후 냉각, 30wph(wafers per hous; 시간 당 웨이퍼들) 내지 270wph의 처리량, 고진공 로드록들, 및 낮은 자격 비용(entitlement cost)으로 기능성을 제공하는데 난제가 될 수 있는 다수의 다른 사양들을 포함한다.
[0004] ALD 배치 프로세싱 플랫폼들은 표준의 능동적인 웨이퍼 냉각 가능 로드록들을 제공한다. 고온 프로세스들(>450℃)은, 프로세스 챔버 서셉터 상에 배치되기에 앞서 웨이퍼 예열로부터 이득을 얻는다. 일반적으로, 실온의 웨이퍼들은 3분만큼의 긴 시간 동안 프로세스 챔버에서 예열된다. 이는 값비싼(valuable) 프로세싱 시간을 요하며, 더 짧은 프로세스들에 비해 시스템 처리량을 상당히 감소시킨다.
[0005] 현재의 ALD 프로세서들은 로드록 내의 단일 웨이퍼들을 가열 및 냉각시키는 다수의 방법들을 갖는다. 그러나, ALD 배치 프로세싱 플랫폼들은 6개의 웨이퍼들 또는 그 초과의 웨이퍼들을 갖는 배치들을 프로세싱할 수 있다. 단일 웨이퍼 로드록 사이클들은 너무 느려서(36초) 15초의 교환 버짓(budget)을 충족시키지 못한다. 따라서, 배치 프로세싱을 위해 웨이퍼들의 배치들을 예열 및 사후-냉각하는 장치 및 방법들이 기술분야에 요구된다.
[0006] 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예들은, 복수의 냉각판들(cold plates)을 지지하는 벽을 포함하는 웨이퍼 카세트들에 관한 것이다. 이 벽은 냉각판들 중 적어도 일부의 전면(front side)에 대한 액세스를 허용한다. 복수의 LED 램프들이 냉각판들의 배면(back side)을 향하여 위치되며, 갭을 형성하기 위해, 인접하는 냉각판의 전면으로부터 이격되어 있는 전면을 갖는다. 복수의 LED 램프들은 인접하는 냉각판의 전면쪽으로 지향된다. 웨이퍼의 주변부를 지지하도록 웨이퍼 리프트가 위치된다.
[0007] 본 개시물의 부가적인 실시예들은, 복수의 냉각판들을 지지하는 벽을 포함하는 웨이퍼 카세트들에 관한 것이다. 이 벽은, 냉각판들의 전면에 인접하여 웨이퍼가 위치될 수 있도록, 냉각판들 중 적어도 일부의 전면에 대한 액세스를 허용한다. 반사기(reflector)가 냉각판들 중 적어도 일부의 배면에 인접한다. 반사기는 적어도 하나의 열 차단부(thermal break)에 의해 냉각판의 배면으로부터 분리된다. 히터가 반사기의 배면에 인접한다. 히터는, 인접하는 냉각판의 전면과 히터의 배면 사이에 갭이 존재하도록, 적어도 하나의 열 차단부에 의해 반사기의 배면으로부터 분리된다. 복수의 리프트 핀들이 냉각판 내에 위치된다.
[0008] 본 개시물의 추가의 실시예들은, 복수의 냉각판들을 지지하는 벽을 포함하는 웨이퍼 카세트들에 관한 것이다. 이 벽은 냉각판들의 전면에 인접하여 웨이퍼가 위치될 수 있도록, 냉각판들 중 적어도 일부의 전면에 대한 액세스를 허용한다. 갭을 형성하기 위해, 히터의 배면이, 인접하는 냉각판의 전면으로부터 이격되도록, 냉각판의 배면 상에 히터가 있다. 히터와 냉각판 사이에 절연체가 있다.
[0009] 본 개시물의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시물의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시물의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시물의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시물이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 웨이퍼 카세트의 단면도이다.
[0011] 도 2는 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 웨이퍼 카세트의 단면도이다.
[0012] 도 3은 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 웨이퍼 카세트의 단면도이다.
[0013] 도 4는 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 웨이퍼 카세트의 단면도이다.
[0014] 도 5는 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 웨이퍼 카세트의 단면도이다.
[0015] 도 6은 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 웨이퍼 카세트의 사시도이다.
[0016] 도 7은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 웨이퍼 카세트들을 가열 및 냉각시키는 시스템의 개략도를 도시한다.
[0017] 본 개시물의 실시예들은, 웨이퍼들의 배치를 예열 및/또는 사후-냉각(post-cooling)하는 장치 및 방법들에 관한 것이다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "웨이퍼", "기판", 등의 용어들은 교환가능하게 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 웨이퍼는, 예를 들면, 200 mm 또는 300 mm 실리콘 웨이퍼와 같은 강성의 개별(discrete) 기판이다.
[0018] 본 개시물의 실시예들은 웨이퍼들의 배치들을 예열 및 사후 냉각하는 장치를 제공한다. 설명된 실시예들의 대부분은 6개의 웨이퍼의 배치 로드록들에 관한 것이지만, 당업자들은 배치에서 핸들링되는 웨이퍼들의 개수가 6개를 초과하거나 6개 미만일 수 있음을 이해할 것이다. 본 개시물의 실시예들은, 로드록 펌프 다운 동안 예열할 수 있고 그리고 대기에 대한 로드록 배기(vent) 동안 사후-냉각할 수 있는 장치를 제공한다. 이는 시스템의 처리량에 대해 제한된 영향 및 병렬적인 프로세싱을 허용한다. 실시예들은 또한, 그 분야의 기존의 시스템에 대해 쉽게 개장할 수 있다(retrofitable). 이러한 구성들은 ALD에 대한 로드록 디자인에 관하여 논의되지만, 임의의 배치 가열 및/또는 냉각 어플리케이션에 대해 적용가능할 수 있다. 배치 가열은, 컴포넌트들의 비용, 최대 온도, 램프 레이트(ramp rate), 및 가열 엘리먼트들의 적층(stacking)으로 인해 난제로 남겨졌다.
[0019] 본 개시물의 일 양태는, 이중 기능 냉각(cold) 페디스털과 함께 LED 가열을 이용한다. LED 가열 기술은, 카세트 구성 내에 용이하게 적층될 수 있는 초-박형(ultra-thin) 램프 가열 패키지이다. LED 가열 기술은 효율적이고, 즉각적으로 턴 오프될(turned off) 수 있으며, 통상의 저항성 히터에 비해 비교적 빠르게 LED들을 냉각시킬 수 있는 매우 작은 열적 질량(thermal mass)을 갖는다.
[0020] LED 램프 히터들은, LED들에 의해 가열하도록 전환되는 에너지의 40%를 제거할 수 있는 능동적인 냉각으로부터 이득을 얻을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, LED들 및 회로들은, 과도한 열을 제거하기 위해 열 교환기로 작용하는, 물을 냉각시키기 위한 채널들을 갖는 금속 기판의 배면(back)에 직접적으로 조립된다. 열 교환기의 타측(other side)은, 램프들이 오프되는 경우 웨이퍼 냉각 표면이며, 종래의 냉각 플레이트 스탠드오프 범프(standoff bump) 패턴 및 피쳐들을 포함한다.
[0021] 도 1은 LED들 및 냉각(cooling)을 포함하는, 본 개시물의 제 1 양태를 도시한다. 본 개시물의 실시예들은 웨이퍼 카세트에 통합될 수 있거나, 로드록 챔버로 개장할 수 있다. 도 1은 4개의 웨이퍼들(110)을 갖는 카세트(100)를 도시한다. 이는 단지 하나의 가능한 구성을 나타내며, 본 개시물의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 몇몇 실시예들은, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9개의 웨이퍼들 또는 그 초과의 웨이퍼를 지지할 수 있다.
[0022] 카세트(100)는 적어도 하나의 벽(105)을 갖는다. 도 1의 실시예에서, 카세트(100)는 2개의 벽들(105)을 갖는다. 몇몇 실시예들은 2개 초과의 벽들을 갖는다. 벽들(105)은 복수의 냉각판들(130)을 지지하고, 각각의 냉각판(130)은 전면(132) 및 배면(131)을 갖는다. 냉각판들(130)은 도 1에 도시된 바와 같이, 벽들(105)에 직접 연결될 수 있거나, 홀더(holder) 상에 위치될 수 있다. 벽들(105)은 냉각판들(130)의 전면에 대한 액세스를 허용한다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, 액세스를 허용하는 것은, 냉각판(130)의 전면(132)에 인접하여 웨이퍼가 위치될 공간이 충분이 있다는 것을 의미한다.
[0023] LED 램프들(120)의 배면(121)이 냉각판들(130)의 배면(131)과 접촉하도록, 복수의 LED 램프들(120)이 위치된다. LED 램프들(120)의 전면(122)은 인접하는 냉각판(130)의 전면(132)으로부터 소정 거리(a distance) 이격되어 있으며, 그에 따라 이들 사이에 갭(125)이 형성된다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, "인접하는 냉각판" 이라는 용어는, LED 램프들과 접촉하고 있는 냉각판 이외의 냉각판을 의미한다. 복수의 LED 램프들(120)은 인접하는 냉각판(130)의 전면(132) 쪽으로 광을 지향시키도록 위치되어서, 웨이퍼(110)가 갭(125)에 위치된다면, 웨이퍼(110) 쪽으로 광이 지향될 것이다.
[0024] 몇몇 실시예들의 냉각판들(130)은 냉각판(130)의 본체(133)를 통해 연장하는 적어도 하나의 유체 채널을 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 벽은 냉각판 내의 채널들과 유체 소통하는 복귀 매니폴드 및/또는 공급 매니폴드를 포함한다. 보다 상세히 설명될 것처럼, 이는 냉각판(130)을 냉각시키기 위해 채널들을 통한 유체의 유동을 허용한다. 공급 매니폴드 및/또는 복귀 매니폴드는 벽(105)의 일체형(integral) 부분일 수 있거나 벽에 연결될 수 있다. 냉각판들(130)은 또한 페디스털들로서 지칭된다.
[0025] LED 램프(120) 및 냉각판(130)은 1인치 미만의 결합된 두께를 가지며, 배치 로드록 내에 적층될 수 있다. 몇몇 실시예들은 약 0.5 인치 두께 미만의 결합된 두께를 갖는다. 일반적으로 4 인치 내지 8 인치 높이 범위에 있는 전형적인 램프 모듈에 비해, LED들은 더 적은 공간을 차지한다. LED의 가열 효율은 표준 가열 모듈의 가열 효율보다 더 높으며, LED 광의 파장은 가열 효율을 최대화하도록 선택될 수 있다. LED들은 웨이퍼들에 의해 흡수될 수 있는 임의의 파장으로 광을 방출할 수 있다. 예를 들면, UV, 가시광(visible) 또는 NIR 파장들의 광을 방출하는 LED들이 이용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, LED들은 약 450 nm, 또는 약 400 nm 내지 약 500 nm 범위, 또는 약 300 nm 내지 약 600 nm 범위의 광을 방출한다. 몇몇 실시예들에서, LED들은 약 1000 nm, 또는 약 900 nm 내지 약 1100 nm 범위의 파장을 갖는 근적외선 광(near infrared light)을 방출한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들은 NIR 및 가시 파장들을 이용하는 이중 밴드 가열(dual band heating)을 사용한다. 예를 들면, LED 램프들(120)의 절반은 450 nm의 광을 방출할 수 있으며, 절반은 1000 nm의 광을 방출할 수 있다. 가열 프로세스 동안, NIR LED들은 온도에 따른 기판의 흡수 프로파일에 기초하여, 가시광 LED들과 상이한 시간들에 활성화될 수 있다.
[0026] 몇몇 실시예들의 LED 램프들(120)은 개별적인 LED들의 어레이로 구성된다. 어레이는 가열되는 웨이퍼들의 크기에 따라, 임의의 적합한 크기일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, LED 램프들은 약 200 내지 약 1500개의 범위의 LED들 또는 약 400 내지 약 1300개의 범위의 LED들, 또는 약 600 내지 약 1100개의 범위의 LED들 또는 약 900개의 LED들의 어레이를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, LED 램프들의 어레이는, LED 어레이의 상이한 부분들이 상이한 전력 출력을 가질 수 있도록 구역들 단위로(in zones) 제어될 수 있다.
[0027] 사용시, 웨이퍼들(110)은 카세트(100) 내로 로딩되며, 리프트 핀들(140)에 의해 냉각판(130) 위로 상승된다. 일반적으로, 리프트 핀들(140)은 갭(125)의 적어도 약 50%의 거리만큼, 냉각판(130)의 전면(132)으로부터 떨어져서 웨이퍼(110)를 이동시키기에 충분한 길이를 갖는다. 설명의 목적들을 위해, 도 1은 바닥의 웨이퍼만을 지지하는 리프트 핀들(140)을 도시한다. 그러나, 당업자들은, 리프트 핀들(140)이 웨이퍼들(110) 중 임의의 웨이퍼 또는 전부를 지지할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 웨이퍼(110) 이동의 개별적인 제어를 허용하거나 모든 웨이퍼(110)를 동시에 이동시키도록, 독립적으로 또는 동시에 리프트 핀들(140)이 이동될 수 있다.
[0028] 웨이퍼(110)들은 LED 램프(120)에 가능한 가깝게 위치된다. 일반적으로, 가열 동안, 웨이퍼(110)는 냉각판(130)으로부터 떨어져서, 냉각판(130)과 LED 램프들(120) 사이의 갭(125)의 적어도 50%에 위치된다. 예를 들면, 갭(125)이 약 20 mm가 되도록 LED 램프들(120) 및 냉각판(130)이 위치된다면, 가열동안 웨이퍼(110)는 냉각판(130) 위의 적어도 10 mm로 상승될 것이다. 냉각판(130)과 LED 램프(120) 사이의 갭(125)은 최대(up to) 약 50 mm이다. 몇몇 실시예들에서, 갭(125)은 약 1 내지 약 20 mm의 범위, 또는 약 2 내지 15 mm의 범위이다. 몇몇 실시예들에서, 웨이퍼(110)는 히터로부터, 약 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm 또는 1 mm 미만인 거리로 이동된다.
[0029] 웨이퍼들(110)은 냉각판(130)으로부터 떨어져 유지될 수 있고, 로드록 챔버의 펌프 사이클 동안 LED 램프들(120)에 의해 예열되면서 진공 이송들을 대기할 수 있다. 웨이퍼들(110)이 교환될 때, LED 램프들(120)은 턴 오프되며, 열 교환기(160)에 의해 페디스털로부터 열이 제거된다. 일 실시예에서, 열 교환기(160)는 도 6에 도시된 바와 같이, 냉각판들(130)(또는 페디스털들(510)) 내의 채널들(525)을 통해 그리고 카세트(100)의 벽들(105) 내의 채널들을 통해 물(또는 다른 유체)을 유동시킨다. 냉각판의 배면(131)과 LED 램프들(120)의 배면(121) 사이의 접촉은 LED 램프들(120) 및 웨이퍼(110)를 냉각시킨다.
[0030] 프로세싱 후에, 웨이퍼(110)는 카세트(100) 내로 다시 로딩된다. 웨이퍼들(110)은 냉각판(130) 상에 배치되며, 배기 프로세스 동안 냉각된다. 웨이퍼(110)가 팩토리 인터페이스에 의해 일단 교환되면, LED 램프들(120)은 다시 웨이퍼들(110)을 가열하기 시작할 수 있다.
[0031] 몇몇 실시예들에서, 각각의 냉각판(130)은 기판의 직경보다 더 크다. 예를 들면, 300 mm 웨이퍼들에 대한 카세트(100)는 직경이 약 320 mm인 냉각판(130)을 가질 수 있을 것이다. 몇몇 실시예들에서, 냉각판(130)은 약 320 mm의 폭 및 길이를 갖는 정사각형이다.
[0032] 도 1에 도시된 실시예는, 시스템의 본래 처리량에 영향을 미치지 않는 병렬적인 사전- 및 사후- 프로세싱을 제공한다. 부가적으로, 웨이퍼를 가열 및 냉각하는 동안 열 충격이 감소될 수 있다. LED 램프들(120)은, 고온 플레이트 상에 LED 램프들을 직접 배치하지 않고 웨이퍼(110) 온도를 램핑(ramp)할 수 있으며, 웨이퍼는 시스템으로부터 열이 제거됨에 따라 냉각판들(130)을 이용해 냉각(cool down)될 것이다.
[0033] 도 2 내지 4는, 열 차단부들을 이용해 페디스털 냉각 및 저항 가열을 통합하는, 개시물의 다른 양태들을 도시한다. 여기서, 두꺼운 필름 저항 가열 페디스털들 및 냉각 페디스털들은, 2개의 페디스털들 사이의 열 차단부들(240)과 적층된다. 열 차단부들(240)은, 예를 들면, 진공 갭들(235)을 갖는 (도 2에 도시된) 반사기들(250)과 같은 열 차폐부들(heat shields), (도 3에 도시된) 진공배기된(evacuated) 진공 영역들(335), 또는 (도 4에 도시된) 저-열 전도성 재료(440)일 수 있다. 열 차단부는, 로드록에서 냉각 페디스털들에 방사되는(radiate) 히터 에너지의 양을 감소시킨다.
[0034] 도 2 내지 도 4에 도시된 실시예들의 각각은 도 1의 실시예와 유사한 방식으로 동작한다. 도 1과 도 2 내지 4 사이의 주요한 차이점은 히터이다. 도 1의 LED 램프들(120)은 각각, 도 2 내지 4의 저항성 히터들(220, 320, 420)로 대체된다.
[0035] 도 2를 참조하면, 열 차단부들(240)은 히터(220), 반사기(250), 및 냉각판(230) 사이에 분리를 제공한다. 반사기(250)는 적어도 하나의 열 차단부(240)에 의해 냉각판(230)으로부터 이격되며, 냉각판(230)에 인접하여 위치된다. 히터(220)는 적어도 하나의 열 차단부(240)에 의해 반사기(250)로부터 이격되며, 반사기(250)에 인접하여 위치된다. 펌프 다운 동안, 열 차단부들(240)은 히터(220), 반사기(250), 그리고 냉각판(230) 사이의 가스가 카세트(200)로부터 진공배기되도록 허용하여, 컴포넌트들 사이의 압력을 감소시킨다. 대류에 의한 열 전달이 낮은 압력에서 감소되어서, 히터(220)로부터 냉각판(230)에 대해 더 적은 충격이 존재한다. 부가적으로, 반사기(250)는 히터(220)와 냉각판(230) 사이에 다른 배리어를 제공한다. 예를 들면, 분리되는 컴포넌트들의 크기에 따라, 임의의 적합한 수의 열 차단부들(240)이 있을 수 있다.
[0036] 도 3은 적층된 냉각판(330) 및 히터(320)를 절연시키는(insulate) 다른 실시예 및 방법을 도시한다. 여기서, 부분적인 진공을 갖는 진공 영역(335)이 냉각판(330)과 히터(320) 사이에 적절한 갭을 갖고 형성되어, 그러한 2개의 판들 사이의 열 전달을 감소시킨다. 이와 관련하여 사용된 "부분적인 진공"은 대류에 대한 배리어로서 작용하는, 감소된 압력의 영역을 의미한다. 이는 대류가 프로세스에 더 많은 영향을 주는 경우, 더 높은 압력들에서 웨이퍼 가열 및 냉각이 일어나도록 허용할 것이다.
[0037] 도 3에서, 히터(320) 및 냉각판(330)은 엣지들(350) 가까이에서 접촉된 상태로 도시된다. 대류의 영향을 최소화하기 위해, 히터(320) 및 냉각판(330)은 절연체(340)를 사용하여 연결될 수 있다. 예를 들면, 저 전도성 접착제 또는 다른 저 열 전도성 재료(low thermal conductivity material)가 냉각판(330)과 히터(320) 사이에 배치되어서, 유닛들 사이의 열 전달을 방지할 수 있다. 이는 또한, 열 개스킷(thermal gasket)으로서 지칭될 수 있다. 도 4 및 5에 도시된 실시예에서, 히터(420)와 냉각판(430) 사이의 절연체로서 저 열 전도성 재료(440)가 사용된다.
[0038] 도 2 내지 5에 도시된 실시예들은 기존의(existing) 로드록 챔버로 개장될 수 있거나, 별도의 카세트들일 수 있다. 사용시, 웨이퍼(210, 310, 410)는 웨이퍼 리프트 핀들(260, 360, 460)에 의해 히터(220, 320, 420)에 매우 근접하게 위로 이동된다. 웨이퍼들(210, 310, 410)의 예열은 웨이퍼(210, 310, 410)의 전면과 히터(220, 320, 420)를 접촉시키지 않고 이루어진다. 기존의 웨이퍼들(210, 310, 410)은 시스템을 떠나기 전에, 냉각판(230, 330, 430) 상에 배치된다. 도 1의 실시예와 유사하게, 도 2 내지 5의 실시예들은 다른 프로세스들과 병렬적으로 가열 및 냉각을 제공하며, 그에 따라 예열 및 사후 냉각 프로세스들의 부가에 의해 처리량이 상당히 불리하게 영향을 받지 않는다.
[0039] 도 2 내지 4에 도시된 실시예들은 개별적으로 제어되는 리프트 핀들(260, 360, 460)을 가지며, 이러한 리프트 핀들은 카세트 내에서 임의의 단일 웨이퍼 또는 웨이퍼들의 그룹을 들어올리거나 내릴 수 있다. 리프트 핀들, 및 핀들을 들어올리고 내리기 위한 제어(control)들은 카세트 내의 공간을 차지하며, 몇몇 실시예들은 리프트 핀들을 사용하지 않는다. 도 5에 도시된 바와 같은 몇몇 실시예들에서, 한 번에 모든 웨이퍼들을 이동시키기 위해, 웨이퍼 리프트(470)가 사용된다. 단일한 웨이퍼 리프트(470)의 사용은 개별적인 리프트 핀들보다 더 적은 공간을 차지할 수 있다. 도 5에 도시된 실시예는 리프트 메커니즘을 제외하고, 도 4의 실시예에 대해 모든 면에서 동일하다. 도 4는 독립적인 리프트 핀들이 단일한 웨이퍼를 들어올리도록 허용하고, 도 5는 모든 웨이퍼들을 함께 이동시킬 수 있는 단일 웨이퍼 리프트를 사용한다. 단일 웨이퍼 리프트는 모든 웨이퍼들을 하부 냉각 위치로부터 상승된 가열 위치(도시됨)로 쉽게 이동시킬 수 있다.
[0040] 웨이퍼 리프트는 웨이퍼(410)의 주변부(472)를 지지하도록 위치된다. 웨이퍼 리프트(470)는, 웨이퍼와 안전하게 접촉할 수 있는 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 웨이퍼 리프트(470)는 냉각판(430)에 인접한 위치로부터 히터(420)에 더 가까운 위치로 웨이퍼들을 이동시킬 수 있다. 웨이퍼 리프트는 갭의 적어도 50%의 거리만큼 냉각판들의 전면으로부터 떨어져서 웨이퍼들을 동시에 이동시킬 수 있다.
[0041] 본 개시물의 다른 양태는 이중 고온/저온 유체 페디스털 카세트들에 관한 것이다. 현재의 냉각 페디스털들은, 웨이퍼가 프로세스 온도로부터 냉각됨에 따라 저온 유체와 열을 교환하기 위한 수 채널들(water channels)을 갖도록 디자인된다. 본 발명자들은, 유체가 빠르게 가열되거나 고온(hot) 유체로 간단히 대체됨으로 인해, 페디스털들의 열적 질량이 빠른 가열(heat)을 허용한다는 것을 알아내었다.
[0042] 도 6은 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 페디스털 카세트(500)의 실시예를 도시한다. 도 6에 도시된 카세트(500)는 설명의 목적들을 위해 히터들을 갖지 않는다. 당업자는 카세트(500)가, 다양한 실시예들에 도시된 히터들 중 임의의 히터를 가질 수 있는 것을 이해할 것이다. 카세트(500)는 하나 또는 그 초과의 웨이퍼들(미도시)을 지지할 수 있는 3개의 페디스털들(510)을 갖는 상태로 도시된다. 페디스털들(510)은 공급 매니폴드(520) 및 복귀 매니폴드(530)에 연결되어 이들과 유체 소통한다. 유체 채널들(525)은 페디스털들(510)의 각각을 통하여 연장하며, 공급 매니폴드(520)와 복귀 매니폴드(530) 사이에 유체 연결을 형성한다. 도 6의 최상부 페디스털(510)은 설명의 목적들을 위해 유체 채널들(525)을 도시하기 위해 절반이 절단되어 도시된다. 일반적으로, 유체 채널들(525)은 페디스털들(510)의 본체 내에 둘러싸여 있다(enclosed). 도 6의 페디스털들(510)은 각각 복수의 노치들(540)을 가지며, 노치들(540)은 예를 들면, 페디스털들 상에 웨이퍼들을 위치시키기 위해 로봇에 의해 사용될 수 있다.
[0043] 각각의 페디스털(510)은 임의의 기판을 지지하는 크기로 만들어질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 각각의 페디스털(510)은 300 mm 웨이퍼를 지지하는 크기로 만들어진다. 페디스털들(510)의 개수는 1개로부터 공간에 적합할(fit) 임의의 개수의 범위일 수 있다. 예를 들면, 카세트(500)가 로드록 내에 위치될 수 있을 것이다. 로드록의 크기는 컴포넌트들의 크기 및 페디스털-페디스털 피치에 기초하여, 페디스털들(510)의 최대 개수를 제한할 것이다. 몇몇 실시예들에서, 6의 배수 개의 페디스털들(510), 예를 들면, 12, 18, 또는 24개의 페디스털들이 존재한다.
[0044] 사용시, 유체 소스(미도시)가 공급 매니폴드(520) 및 복귀 매니폴드(530)에 연결된다. 유체 소스는, 제한되는 것은 아니지만, 저온수 저장소 또는 재순환기, 고온수 저장소 또는 재순환기, 가열되는 및/또는 냉각되는 가스 실린더, 또는 물과 상이한 열 용량을 갖는 유체를 제공하는 소스를 포함하는 임의의 적합한 유체 소스일 수 있다. 유체 소스로부터의 유체는 공급 매니폴드(520) 내로 유동하며, 공급 매니폴드(520)에서, 유동은 그 매니폴드 내의 다수의 경로들로 분할된다. 각각의 페디스털(510)에 대해 적어도 하나의 경로가 존재한다. 도 6에 도시된 실시예에서, 각각의 페디스털은 6개의 별도의 유체 채널들(525)을 갖는다. 그러나, 이는 단지 한가지 가능한 구성이며, 본 개시물의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 몇몇 실시예들에서, 각각의 페디스털은 독립적으로, 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16개 또는 그 초과의 유체 채널들(525)을 포함한다.
[0045] 임의의 유체 채널(525)의 길이는 따르는(followed) 경로에 좌우된다. 예를 들면, 공급 매니폴드(520)를 복귀 매니폴드(530)와 연결하는 직선 채널은 페디스털(510)의 주변부 둘레에서 만곡되는 유체 채널보다 더 짧은 길이를 가질 것이다. 도 6에 도시된 실시예는, 대략 동일한 길이를 갖는 3개의 채널들의 세트들을 갖는 6개의 유체 채널들(525)을 갖는다. 채널들(525a)의 양자 모두는 대략 동일한 길이를 가지며, 채널들(525b)의 양자 모두는 대략 동일한 길이를 가지며, 채널들(525c)의 양자 모두는 대략 동일한 길이를 갖는다. 유체 채널들(525)의 각각은 다른 채널들 중 임의의 채널과 상이한 길이를 가질 수 있다.
[0046] 유체 채널들(525)의 직경은, 예를 들면, 채널을 통하는 유량에 영향을 주거나 다수의 채널들을 통하여 유량들의 균형을 맞추도록(balance) 변화될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 페디스털(510) 내의 모든 유체 채널들(525)은 동일한 직경을 갖는다. 하나 또는 그 초과의 실시예에서, 유체 채널들(525)의 각각은, 페디스털(510) 내의 다른 유체 채널들(525) 중 임의의 유체 채널로부터 독립적인 직경을 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 유체 채널(525)의 직경은, 유체 채널(525)의 길이가 증가함에 따라 증가한다. 도 6에서, 예를 들면, 채널들(525a)의 직경은 채널들(525b)의 직경보다 더 클 수 있으며, 채널들(525b)의 직경은 채널들(525c)보다 더 클 수 있다.
[0047] 공급 매니폴드(520)로부터의 유체는 페디스털들(510) 내의 유체 채널들(525)을 통해 복귀 매니폴드(530) 쪽으로 유동한다. 복귀 매니폴드(530)에서, 개별적인 채널들(525) 및 페디스털들(510)로부터의 유체들은 결합되며, 예를 들면, 재순환 시스템 또는 폐기물 라인(waste line)으로 유동한다.
[0048] 현재의 열 교환기 시스템들은, 로드록 내의 알루미늄 페디스털들(510)을 빠르게 냉각 및 가열하는데 사용될 수 있는, 특정 온도에서 유지되는 큰 열적 질량의 유체를 갖는다. 각각의 시스템 내의 유체의 열적 질량은 페디스털들의 열적 질량보다 약 10배 더 크다.
[0049] 도 7은, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 열 교환기 시스템(600)을 도시한다. 2개의 프로세싱 챔버들(680)은 적어도 하나의 로봇(684)을 내부에 갖는 중앙 이송 스테이션(682)에 연결된다. 2개가 도시되어 있지만, 적어도 하나의 로드록(686)이 이송 스테이션(682)의 전방 단부 상에 위치되며, 그러한 적어도 하나의 로드록(686)은 팩토리 인터페이스(FI)의 역할을 하여서, 프로세싱 시스템의 외부로부터 내부로 웨이퍼들의 이송을 허용한다. 로드록들(686)의 각각의 내부에 카세트(500)가 도시되어 있다. 카세트(500)는 설명된 카세트 실시예들 중 임의의 실시예로 대체될 수 있거나, 로드록의 일체형 부분일 수 있다. 로드록의 일체형 부분으로서, 카세트 벽은 로드록 벽과 동일할 것이다.
[0050] 유입구 라인(630)이 가열 시스템(640) 및 냉각 시스템(660)으로부터 로드록(686) 쪽으로 연장한다. 유입구 라인(630)은 각각의 카세트(500)의 공급 매니폴드(520)와 유체 소통한다. 유입구 라인(630)은 또한, 유입구 라인 히터 연결부(631) 및 유입구 라인 냉각기 연결부(632)와 유체 소통한다. 유입구 라인 히터 연결부(631) 및 유입구 라인 냉각기 연결부(632)는, 분리를 허용하는 임의의 적합한 연결 컴포넌트이다. 예를 들면, 유입구 라인 히터 연결부(631) 및/또는 유입구 라인 냉각기 연결부(632)는, 유입구 라인(630)을 격리시키도록 폐쇄될 수 있는 밸브들일 수 있다. 배출구 라인(635)이 각각의 카세트(500) 상의 복귀 매니폴드(530)와 유체 소통한다. 배출구 라인(635)은 또한, 배출구 라인 히터 연결부(636) 및 배출구 라인 냉각기 연결부(637)와 유체 소통한다. 유입구 라인 연결부들과 같이, 배출구 라인 히터 연결부(636) 및 배출구 라인 냉각기 연결부(637)는, 분리를 허용하는 임의의 적합한 컴포넌트일 수 있다. 예를 들면, 배출구 라인 히터 연결부(636) 및/또는 배출구 라인 냉각기 연결부(637)는, 배출구 라인(635)을 격리시키도록 폐쇄될 수 있는 밸브일 수 있다.
[0051] 팩토리 인터페이스(FI) 이송 동안, 가열 시스템(640)은 미리결정된 온도(예를 들면, 최대 300℃)로 페디스털들(510)을 가열하기 위해 고온 유체를 사용한다. 기저 압력(base pressure) 및 이송 압력으로의 펌프 다운동안, 웨이퍼들은 시스템을 통하여 흐르는 고온 유체에 의해, 페디스털들(510) 상에서 가열될 것이다. 진공 이송들 동안, 마지막 웨이퍼가 프로세스 챔버로 이송되거나 로드록(686)으로부터 제거될 때까지, 페디스털들(510)은 고온으로 남아 있을 것이다.
[0052] 가열 유체(heating fluid)를 제공하기 위해, 가열 시스템(640)은 카세트들(500)의 각각에 대한 유입구 매니폴드(520)에 연결된다. 가열 유체의 유동은 가열 시스템(640)을 떠나서(leave), 개방된 밸브(641)를 통해 유입구 매니폴드(520)로 통과한다. 페디스털들(510)을 통해 배출구 매니폴드(530)로 통과한 후, 유체는 개방된 밸브(642)를 통해 가열 시스템(640)으로 다시 유동한다. 이러한 사이클 동안, 바이패스 루프(644)를 통한 유체의 유동을 방지하기 위해 바이패스 밸브(643)가 폐쇄된다.
[0053] 혼합을 방지하기 위해, 냉각 시스템(660)은 격리될 수 있다. 밸브(661) 및 밸브(662)는 냉각 시스템(660)의 내부 및 외부로의 유동을 중단시키기 위해 턴 오프된다. 냉각기 바이패스 루프(664)가 유입구 라인 냉각기 연결부(632) 및 배출구 라인 냉각기 연결부(637)와 유체 소통한다. 냉각기 바이패스 루프(664)는, 냉각 동작들의 준비로 냉각 시스템(660) 내의 유체가 바이패스 루프(664)를 통해 계속 순환할 수 있도록 개방될 수 있는 냉각기 바이패스 밸브(663)를 포함할 수 있다.
[0054] 유사하게, 혼합을 방지하기 위해, 가열 시스템(640)은 격리될 수 있다. 히터 바이패스 루프에 대한 밸브는 유입구 라인 히터 연결부 및 배출구 라인 히터 연결부와 유체 소통하며, 히터 바이패스 루프는 유입구 라인과 배출구 라인 사이에서 유체가 유동하도록 허용하는 바이패스 밸브를 포함한다.
[0055] 모든 웨이퍼들이 페디스털들(510)로부터 일단 제거되었다면, 냉각 시스템(660)이 인게이징될(engaged) 수 있다. 냉각 시스템(660)을 인게이징시키고 가열 시스템(640)과의 혼합을 방지하기 위해, 가열 시스템은 격리될 수 있다. 히터 바이패스 루프(644)는 유입구 라인 히터 연결부(631) 및 배출구 라인 히터 연결부(636)와 유체 소통한다. 히터 바이패스 루프(644)는 또한, 히터 바이패스 밸브(643)를 가지며, 그에 따라 유체가 히터 라인들에서 순환하도록 허용한다. 가열 시스템(640)을 격리시키기 위해, 밸브(641) 및 밸브(642)가 폐쇄되고, 바이패스 밸브(643)가 개방되어서, 가열 유체가 바이패스 루프(644)를 통해 순환하도록 허용한다. 바이패스 루프(664)를 통한 추가 유동을 방지하기 위해, 냉각 시스템(660) 상의 바이패스 밸브(663)는 폐쇄될 수 있다. 밸브(661) 및 밸브(662)가 개방되어서, 냉각 시스템(660)으로부터 유입구 매니폴드(520)를 향해 그리고 카세트(500) 내의 페디스털들(510)을 통하여 유체의 유동을 허용한다. 이 시점에서, 고온 유체 시스템은 페디스털들(510)로부터 멀리 우회될(diverted) 수 있으며, 냉각 시스템(660) 내의 유체는 페디스털들(510)의 외부로 고온 유체를 밀어내어서(push), 웨이퍼들을 갖는 페디스털들(510)을 미리결정된 온도로 급속하게 냉각시킬 것이다.
[0056] 냉각 온도가 일단 충족되면, 웨이퍼들은 냉각판들로부터 들어올려질 수 있다. 웨이퍼들이 일단 냉각되면, 냉각 시스템(660)은 카세트들(500)로부터 멀리 우회될 것이며, 가열 시스템(640)이 다시 페디스털들(510)을 가열할 수 있도록 밸브들이 변화될 것이다.
[0057] 도 7에 도시된 구성은 병렬적인 사전- 및 사후- 프로세싱을 제공하며, 이는 시스템의 본래 디자인된 처리량에 영향을 미치지 않는다. 웨이퍼를 가열 및 냉각하는 동안의 열 충격이 감소될 것인데, 이는 웨이퍼들이 베이스 페디스털 재료들로 가열 및 냉각되기 때문이다. 본 개시물의 실시예들은, 다른 개념들에 비해 처리량을 향상시킬 최소 로드록 부피 디자인을 허용한다. 도 7의 구성은 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 예시적인 가열/냉각 순환 시스템을 도시한다. 가열/냉각 순환 시스템은 설명된 웨이퍼 카세트들 중 임의의 웨이퍼 카세트와 사용될 수 있다.
[0058] 전술한 내용은 본 개시물의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시물의 다른 그리고 추가의 실시예들이 본 개시물의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 본 개시물의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 웨이퍼 카세트로서:
    복수의 냉각판들을 지지하는 벽 ― 상기 벽은 상기 냉각판들 중 적어도 일부의 전면(front side)에 대한 액세스를 허용함 ―;
    상기 냉각판들의 배면(back side)을 향하여 위치되며, 갭을 형성하기 위해, 인접하는 냉각판의 전면으로부터 이격되어 있는 전면을 갖는 복수의 LED 램프들 ― 상기 복수의 LED 램프들은 상기 인접하는 냉각판의 전면을 향하여 지향됨 ―; 및
    주변부에서 복수의 웨이퍼들을 지지하도록 위치되는 웨이퍼 리프트 ― 상기 웨이퍼 리프트는 갭들 내에서 상기 복수의 웨이퍼들을 이동시킬 수 있음 ―를 포함하는
    웨이퍼 카세트.
  2. 웨이퍼 카세트로서:
    복수의 냉각판들을 지지하는 벽 ― 상기 벽은 상기 냉각판들의 전면에 인접하여 웨이퍼가 위치될 수 있도록, 상기 냉각판들 중 적어도 일부의 전면에 대한 액세스를 허용함 ―;
    상기 냉각판들 중 적어도 일부의 배면에 인접한 반사기 ― 상기 반사기는 적어도 하나의 열 차단부(thermal break)에 의해 냉각판의 배면으로부터 분리됨 ―;
    상기 반사기의 배면에 인접한 히터 ― 상기 히터는 인접하는 냉각판의 전면과 상기 히터의 배면 사이에 갭이 존재하도록, 적어도 하나의 열 차단부에 의해 상기 반사기의 배면으로부터 분리됨 ―; 및
    상기 냉각판 내에 위치되는 복수의 리프트 핀들을 포함하는
    웨이퍼 카세트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 냉각판들 중 각각의 냉각판은 상기 냉각판의 본체를 통하는 적어도 하나의 유체 채널을 포함하는
    웨이퍼 카세트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 벽은 상기 냉각판의 상기 본체 내의 유체 채널들과 유체 소통하는 공급 매니폴드를 포함하는
    웨이퍼 카세트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 벽은 상기 냉각판의 상기 본체 내의 상기 유체 채널들과 유체 소통하는 복귀 매니폴드를 더 포함하는
    웨이퍼 카세트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 램프들은 450 nm의 파장의 광을 방출하는
    웨이퍼 카세트.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    웨이퍼 리프트는 상기 갭의 적어도 50%의 거리만큼 상기 냉각판들의 전면으로부터 떨어져 복수의 웨이퍼들을 이동시키는
    웨이퍼 카세트.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각판의 전면과 상기 히터의 배면 사이의 상기 갭은 2 mm 내지 50 mm의 범위인
    웨이퍼 카세트.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 히터는 저항성 히터인
    웨이퍼 카세트.
  10. 웨이퍼 카세트로서:
    복수의 냉각판들을 지지하는 벽 ― 상기 벽은 상기 냉각판들의 전면에 인접하여 웨이퍼가 위치될 수 있도록, 상기 냉각판들 중 적어도 일부의 전면에 대한 액세스를 허용함 ―;
    냉각판의 배면 상에 있는 히터 ― 상기 히터의 배면은, 갭을 형성하기 위해, 인접하는 냉각판의 전면으로부터 이격되어 있음 ―; 및
    상기 히터와 상기 냉각판 사이의 절연체를 포함하는
    웨이퍼 카세트.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 절연체는 부분적인 진공을 포함하고, 상기 히터의 엣지는 상기 냉각판의 엣지와 접촉하는
    웨이퍼 카세트.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 절연체는, 상기 히터와 상기 냉각판이 접촉하지 않도록, 상기 히터와 상기 냉각판 사이에 위치되는 저 열 전도성 재료를 포함하는
    웨이퍼 카세트.
  13. 제 10 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 벽은 상기 냉각판의 본체 내의 적어도 하나의 유체 채널과 유체 소통하는 공급 매니폴드를 포함하는
    웨이퍼 카세트.
  14. 제 10 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 벽은 상기 냉각판의 본체 내의 유체 채널들과 유체 소통하는 복귀 매니폴드를 더 포함하는
    웨이퍼 카세트.
  15. 시스템으로서:
    제 5 항의 상기 웨이퍼 카세트를 포함하는 적어도 하나의 로드록 챔버;
    상기 공급 매니폴드, 유입구 라인 히터 연결부 및 유입구 라인 냉각기 연결부와 유체 소통하는 유입구 라인;
    상기 복귀 매니폴드, 배출구 라인 히터 연결부 및 배출구 라인 냉각기 연결부와 유체 소통하는 배출구 라인;
    상기 유입구 라인 히터 연결부 및 상기 배출구 라인 히터 연결부와 유체 소통하는 히터 바이패스 루프 ― 상기 히터 바이패스 루프는 상기 유입구 라인과 상기 배출구 라인 사이에서 유체가 유동하도록 허용하는 바이패스 밸브를 포함함 ―; 및
    상기 유입구 라인 냉각기 연결부 및 상기 배출구 라인 냉각기 연결부와 유체 소통하는 냉각기 바이패스 루프를 포함하며,
    상기 냉각기 바이패스 루프는 상기 유입구 라인과 상기 배출구 라인 사이에서 유체가 유동하도록 허용하는 냉각기 바이패스 밸브를 포함하는
    시스템.
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