KR102615853B1 - 기판 캐리어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에 설명된 실시예들은 기판 캐리어 시스템에 관한 것이다. 기판 캐리어 시스템은 멀티챔버 처리 시스템 내에서 기판을 이송하기 위한 캐리어를 포함한다. 캐리어는 기판을 수용하기 위해 로드 록 챔버 내에 배치될 수 있고, 기판은 캐리어 상에서 처리 챔버에 이송된다. 처리 챔버에서, 캐리어는 기판과 함께 서셉터 상에 배치된다. 캐리어는 또한 처리 챔버 내에서 기판의 에지의 열 제어를 증강시킬 수 있다. 기판 캐리어 시스템은 처리 챔버 내에서의 기판의 반복가능한 위치지정, 및 로드 록 챔버 및 처리 챔버 내에서의 캐리어의 반복가능한 위치지정을 위한 위치지정 피쳐들을 더 포함한다.

Description

기판 캐리어 시스템
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 반도체 처리에서의 시스템에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 명세서에 제공된 실시예들은 기판 캐리어 시스템에 관한 것이다.
반도체 기판들은 집적 디바이스들 및 마이크로디바이스들의 제조를 포함한 매우 다양한 응용들을 위해 처리된다. 기판들을 처리하는 한가지 방법은 기판의 상부 표면 상에 재료, 예를 들어 유전체 재료 또는 전도체 금속을 퇴적하는 것을 포함한다. 에피택시는, 처리 챔버 내의 기판의 표면 상에 일반적으로 실리콘이나 게르마늄의 얇은 초고순도 층을 성장시키기 위해 이용되는 하나의 퇴적 프로세스이다. 전형적으로, 집적 디바이스들 및 마이크로디바이스들의 제조는 하나 이상의 로드 록 챔버, 하나 이상의 이송 챔버, 및 하나 이상의 처리 챔버를 포함할 수 있는 멀티챔버 처리 시스템 내에서 행해진다. 멀티챔버 처리 시스템 내에서의 기판의 이송은 로봇과 같은 기판 핸들링 요소에 의해 행해질 수 있다. 그러나, 기판 핸들링 요소는 기판의 후면을 손상시켜서, 기판의 후면 상에 스크래치들 또는 결함들을 형성할 수 있다.
그러므로, 기판의 후면에 대한 손상들을 최소화하기 위한 개선된 시스템이 필요하다.
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 기판 캐리어 시스템에 관한 것이다. 일 실시예에서, 기판 캐리어 시스템은 처리 챔버 내에서 서셉터 상에 배치된 캐리어를 포함한다. 캐리어는 최상부면, 최하부면 - 복수의 돌출부가 최하부면 상에 형성됨 - , 외측 표면, 및 내측 표면을 포함하고, 내측 표면은 최상부면에 대해 각진다(angled).
위에서 언급된 본 개시내용의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 첨부 도면들은 예시적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되며, 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 멀티챔버 처리 시스템의 개략적 사시도이다.
도 2는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 로드 록 챔버의 개략적인 사시도이다.
도 3a는 도 2의 로드 록 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 로드 록 챔버의 일부분의 상세도이다.
도 3c는 다른 실시예에 따른 처리 챔버의 일부분의 상세도이다.
도 4는 본 명세서에 설명되는 일 실시예에 따른 캐리어의 하부도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 방법을 요약한 흐름도이다.
도 6a - 도 6g는 도 5의 방법의 부분들을 수행하는 동작에서의 도 2의 로드 록 챔버의 단면도들이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있을 것으로 예상된다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 기판 캐리어 시스템에 관한 것이다. 기판 캐리어 시스템은 멀티챔버 처리 시스템 내에서 기판을 이송하기 위한 캐리어를 포함한다. 캐리어는 기판을 수용하기 위해 로드 록 챔버 내에 배치될 수 있고, 기판은 캐리어 상에서 처리 챔버로 이송된다. 처리 챔버 내에서, 캐리어는 기판과 함께 서셉터 상에 배치된다. 캐리어는 또한 처리 챔버 내에서의 기판의 에지의 열 제어를 증강시킬 수 있다. 기판 캐리어 시스템은 처리 챔버 내에서의 기판의 반복가능한 위치지정(repeatable positioning), 및 로드 록 챔버 및 처리 챔버 내에서의 캐리어의 반복가능한 위치지정을 위한 위치지정 피쳐들(positioning features)을 더 포함한다.
도 1은 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 멀티챔버 처리 시스템(100)의 개략적 사시도이다. 멀티챔버 처리 시스템(100)은 하나 이상의 FOUP(front opening unified pod)(102), 하나 이상의 로드 록 챔버(104), 적어도 하나의 이송 챔버(106), 및 하나 이상의 처리 챔버(108)를 포함할 수 있다. 로봇(110)은 기판들을 로드 록 챔버들(104)로부터 처리 챔버들(108)로 이송하거나 반대로 하기 위해 이송 챔버(106) 내에 배치될 수 있다. 다른 로봇(112)은 기판들을 FOUP들(102)로부터 로드 록 챔버들(104)로 이송하거나 그 반대로 하기 위해 FOUP들(102)과 로드 록 챔버들(104) 사이에 배치될 수 있다. 하나 이상의 처리 챔버(108)는 기판 상의 재료들의 에피택셜 퇴적을 위한 처리 챔버를 포함할 수 있다.
도 2는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하나 이상의 로드 록 챔버(104) 중 하나의 개략적인 사시도이다. 로드 록 챔버(104)는 챔버 벽에 결합된 정렬 링, 정렬 링에 결합된 하나 이상의 정렬 핀, 복수의 리프트 핀, 및 에어 퍽(air puck)을 포함할 수 있다. 복수의 리프트 핀은 팁을 가질 수 있거나[퍼라스트 팁(perlast tipped)을 가짐], 기판의 후면 측에 스크래치를 남기지 않을 재료로 이루어질 수 있다. 그러나, 그러한 핀들은 예를 들어 에피택시 챔버들과 같은 다수의 처리 챔버들에서는 이용될 수 없는데, 왜냐하면 재료가 처리 챔버 내의 처리 환경을 견딜 수 없기 때문이다. 캐리어 링 또는 플래터와 같은 캐리어는 로드 록 챔버(104) 내의 캐리어 쉘프(carrier shelf) 상에 배치될 수 있다. 캐리어 쉘프는 로드 록 챔버(104)의 저부에 결합될 수 있거나, 로드 록 챔버(104)의 챔버 벽에 이동가능하게 결합될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 캐리어(402)는 원형일 수 있고, 복수의 개구(404)를 포함하는 플래터일 수 있다. 도 2를 다시 참조하면, 기판을 캐리어 상에 배치하기 전에 기판을 로드 록 챔버(104) 내의 캐리어에 정렬하기 위해, 정렬 링 및 정렬 핀들과 같은 정렬 요소들(alignment elements)이 이용될 수 있다. 처리 챔버(108) 내에서 기판이 그 위에 배치된 캐리어를 서셉터에 정렬하는 것과 함께, 정렬 요소들을 사용함으로써, 각각의 기판은 처리 챔버(108) 내에서 동일한 장소 및 배향으로 배치될 것이다. 이것은 에피택셜 퇴적에서 나타나는 기판 내 불균일 및 기판 간 불균일 둘 다의 주된 원인들 중 하나를 해결할 수 있다.
도 3a는 로드 록 챔버(104)의 개략적인 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 로드 록 챔버(104)는 에어 베어링 표면을 갖는 에어 베어링 베이스를 더 포함한다. 동작 동안, 리프트 핀들은 에어 베어링 표면 상에 플로팅한다. 기판이 리프트 핀들 상에 배치될 때, 에어 퍽에 의해 발생되는 공기는 기판을 챔버 벽에 견고하게 결합된 정렬 링 및 정렬 핀들과 같은 정렬 요소들 쪽으로 부드럽게 이동시킨다. 캐리어 쉘프에 대한 캐리어의 위치결정 피쳐들(locating features) 덕분에, 정렬 요소들은 항상 캐리어에 대해 동일한 장소에 맞춰진다(registered). 기판이 캐리어에 정렬되고 나면, 에어 베어링은 로킹되고(locked), 기판을 리프트 핀들로부터 집어들기 위해 리프트 핀들이 낙하하거나, 캐리어 쉘프 및 캐리어가 상승된다.
로드 록 챔버(104)는 기판 핸들링 어셈블리(304)를 하우징하는 인클로저를 정의하는 챔버 바디(302)를 포함한다. 기판 핸들링 어셈블리(304)는 기판 위치지정 어셈블리(306), 및 기판 위치지정 어셈블리(306) 주위에 배치된, 작동되는 정렬 어셈블리(actuated alignment assembly)(308)를 포함한다. 기판 위치지정 어셈블리(306)는 하나 이상의 지지 핀(310)을 포함하고, 각각의 지지 핀은 스크래치 없이 기판의 후면에 접촉하기 위한 소프트 팁(312)을 갖는다. 지지 핀들(310)은 금속, 석영 또는 세라믹과 같은 구조적으로 강한 재료일 수 있고, 팁들(312)은 폴리머 재료, 예를 들어 고무 재료, 또는 PERLAST®[텍사스 휴스턴의 Precision Polymer Engineering으로부터 입수가능한 퍼플루오로엘라스토머 재료(perfluoroelastomer material)]와 같은 다른 엘라스토머 재료일 수 있다.
도 3b는 도 3a의 로드 록 챔버(104)의 상세도이다. 캐리어 및 쉘프의 정렬 피쳐들이 도시되어 있다. 도 3b에서, 정렬 어셈블리(308)는 정렬 부재(314), 정렬 지지체(316), 및 캐리어(318)를 포함한다. 정렬 지지체(316)는 축방향 부분(axial portion)(322), 제1 연장부(320), 및 쉘프(324)를 갖는다. 제1 연장부(320)는 축방향 부분(322)으로부터 방사상 내측으로 연장되고, 정렬 부재(314)에 연결된다. 쉘프(324)는 또한 축방향 부분(322)으로부터 방사상 내측으로 연장되고, 캐리어(318)를 위한 스테이징 장소(staging place)를 제공한다. 캐리어(318) 및 쉘프(324)는 개구(326)를 정의하고, 그 개구를 통해 핀들(310)이 연장되어, 기판 핸들링 및 위치지정을 제공한다. 축방향 부분(322)은 통로(328)를 갖고, 기판은 그 통로를 지나서 로드 록 챔버(104)에 출입할 수 있다. 통로(354)는 또한 통로(328)와 정렬되도록 로드 록 챔버(104)의 제1 벽(356) 내에 형성된다.
기판 위치지정 어셈블리(306)는 또한 핀들(310)을 지지하는 베어링 플레이트(330)를 포함한다. 베어링 플레이트(330)는 평평하거나 만곡될 수 있지만 로드 록 챔버(104) 내에서 기판을 지지하고 조작하기에 적합한 위치로 핀들(310)을 연장하기 위한 표면을 제공하는 구조적으로 강한 부재이다. 베어링 플레이트(330)는 핀들(310)과 동일한 재료 또는 다른 재료일 수 있는 임의의 적합한 재료로 이루어질 수 있다. 베어링 플레이트(330)는 특정 실시예들의 필요에 따라, 석영, 세라믹, 플라스틱, 또는 금속일 수 있다. 일부 경우들에서, 베어링 플레이트는 처리 후에 반도체 웨이퍼들에 의해 발생되는 가스들에 대해 비활성인 재료로 이루어지거나 그러한 재료로 코팅된다. 그러한 재료들은 위에 나열된 재료들을 포함할 수 있다.
가스 쿠션 부재(332)는 베어링 플레이트(330) 아래에 배치되고, 로드 록 챔버(104)의 제2 벽(334) 상에 배치되거나 제2 벽에 부착될 수 있다. 가스 소스(336)는 가스를 가스 도관(338)을 통해 가스 쿠션 부재(332) 내로 제공하고, 펌핑 포트(340)는 로드 록 챔버(104)로부터 가스를 제거한다. 가스 쿠션 부재(332)를 통한 가스의 유동은 가스 쿠션 부재(332)와 베어링 플레이트(330) 사이에 가스 쿠션을 제공한다.
브레이크 어셈블리(342)는 하나 이상의 브레이크 핀(344), 브레이크 지지체(346), 밀봉 부재(348), 및 브레이크 액추에이터(350)를 포함한다. 브레이크 핀들(344)은 로드 록 챔버(104)의 제2 벽(334)을 통해, 그리고 가스 쿠션 부재(332)를 통해 배치되고, 베어링 플레이트(330)에 접촉하도록 연장될 수 있다. 브레이크 핀들(344)이 베어링 플레이트(330)와 접촉하지 않을 때, 베어링 플레이트(330)는 가스 쿠션 부재(332)에 의해 제공되는 가스 쿠션 상에 플로팅할 수 있고, 따라서 로드 록 챔버(104) 내에서 자유롭게 이동할 수 있다. 브레이크 핀들(344)이 연장되어 베어링 플레이트(330)에 접촉할 때, 베어링 플레이트(330)의 움직임이 중단된다. 브레이크 핀들(344)은 로드 록 챔버(104) 외부에 위치될 수 있는 브레이크 지지체(346)로부터 연장된다. 벽(334) 내의 개구들(352)은 브레이크 핀들(344)을 위한 통로를 제공한다. 밀봉 부재(348)는 개구들(352) 주위에 밀봉을 유지한다. 액추에이터(350)는 브레이크 지지체(346)에 결합되고, 제2 벽(334)에 부착될 수 있다. 액추에이터(350)는 스크류 액추에이터, 서보 액추에이터, 또는 반도체 처리 챔버들을 위해 흔하게 이용되는 다른 타입의 액추에이터일 수 있다.
정렬 어셈블리(308)는 정렬 부재(314)에 결합되거나 정렬 부재의 일체형 부분으로서 형성되는 하나 이상의 정렬 핀(354)을 포함한다. 정렬 핀들(354)은 정렬 부재(314)의 내측 에지(358)로부터 방사상 내측으로 돌출된다. 정렬 부재(314)는 일반적으로 링 형상이고, 링이거나 링의 일부일 수 있다. 일 실시예에서, 정렬 부재(314)는 하프링(half-ring)이다. 정렬 핀들(354) 각각은 정렬 프로세스 동안 핀들(310)의 팁들(312) 상에 배치된 기판에 접촉할 수 있는 정렬 에지(356)를 갖는다. 각각의 정렬 에지(356)는 캐리어(318)에 가장 가까운 제1 단부(360), 및 캐리어(318)로부터 가장 먼 제2 단부(362)를 갖는다. 각각의 정렬 에지(356)는 제1 단부(360)에서보다 제2 단부(362)에서 로드 록 챔버(104)의 중심 축(364)에 더 가깝고, 그에 의해 각각의 정렬 에지(356)는 정렬 핀(354)의 최상부를 향해 안쪽으로 경사진다.
정렬 핀들(354)의 경사진 또는 테이퍼링된 구성은 브레이크 핀들(344)이 후퇴하고 기판 위치지정 어셈블리(306)가 가스 쿠션 상에 플로팅할 때, 팁들(312) 상에 배치된 기판이 올바른 정렬을 이루게 되는 위치로 기판 위치지정 어셈블리(306)를 이동시키기 위한 위치지정 힘을 제공한다. 정렬을 달성하기 위해, 정렬 어셈블리(308)는 기판 위치지정 어셈블리(306)가 가스 쿠션 상에 플로팅하고 있는 동안 팁들(312) 상에 배치된 기판에 맞물리도록 축방향으로[즉, 로드 록 챔버(104)의 축(364)을 따라] 작동될 수 있다. 정렬 어셈블리(308)의 햐향 이동, 및 정렬 핀들(354)과 기판의 경사진 접촉(sloping contact)에 의해 발생되는 측방향 힘(lateral force)은 기판을 정렬시킨다. 다음으로, 브레이크 어셈블리(342)가 배치될 수 있고, 브레이크 핀들(344)이 베어링 플레이트(330)에 접촉하도록 연장되어, 기판이 정렬 위치에서 움직이지 못하게 한다. 정렬 및 기판 위치지정 어셈블리들의 동작은 이하에 더 설명될 것이다.
정렬 어셈블리의 컴포넌트들은 로드 록 챔버 내에서의 동작을 위한 임의의 적절한 재료들로 이루어질 수 있다. 석영, 세라믹, 플라스틱, 또는 금속은 정렬 지지 부재 및 정렬 링에 대해 이용될 수 있다. 정렬 핀들은 기판에 접촉하기에 적합한 임의의 재료로 이루어질 수 있다. 석영, 실리콘, 실리콘 카바이드, 실리콘 질화물, 또는 이들의 혼합물들이 이용될 수 있다. 정렬 핀들은 또한 임의의 편리한 재료로 이루어질 수 있고, 다음으로 기판에 접촉하기에 적합한 재료로 코팅될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 정렬 핀들은 석영 또는 실리콘 질화물로 코팅된 금속 또는 세라믹으로 이루어질 수 있다.
도 3b는 쉘프(324) 상에 배치된 캐리어(318)의 상세도이다. 캐리어(318)는 쉘프(324)의 제2 정렬 피쳐(366)와의 맞물림(mating)을 위한 제1 정렬 피쳐(364)를 갖는다. 정렬 피쳐들(364 및 366)은, 기판이 정렬 어셈블리(308) 및 기판 위치지정 어셈블리(306)의 동작에 의해 정렬될 때, 캐리어(318)가 예측가능한 방식으로 기판에 접촉하게끔 배치될 수 있도록, 로드 록 챔버(104) 내에서의 캐리어(318)의 정렬을 제공한다. 아래에 더 설명되는 바와 같이, 캐리어(318)는 그 위에 놓여진 기판과 함께, 기판의 처리를 위해 처리 챔버 내에 삽입될 수 있다.
기판의 정렬 및 위치지정이 중요한 경우, 도 3b의 정렬 피쳐들은 처리 챔버 내에 재현될 수 있다. 예를 들어, 처리 챔버들(108)은 기판 지지체가 서셉터를 포함하는 에피택시 챔버들일 수 있다. 서셉터는 캐리어(318)를 정렬하기 위해 도 3b의 정렬 피쳐(366)를 포함할 수 있다. 도 3c는 다른 실시예에 따른 처리 챔버의 일부분의 상세도이다. 처리 챔버는 도 1의 처리 챔버들(108) 중 하나일 수 있다. 캐리어(319)는 그 위에 놓여진 기판(323)과 함께 도시되어 있다. 캐리어(319)는 기판(323)을 손상시키지 않으면서 캐리어(319)와 기판(323) 사이에 최소한의 접촉을 제공하기 위해, 테이퍼링된 기판 지지 표면(325)을 특징으로 한다. 캐리어(319)는 처리를 위해 서셉터(321) 상에 배치된다. 정렬 피쳐들(364 및 366)은 캐리어(319) 및 기판을 처리 챔버 내에서 요구되는 위치 및 배향으로 위치시키기 위해, 캐리어(319) 및 서셉터(321) 내에 형성된다.
캐리어(319)는 서셉터(321) 내의 개구들을 통해 배치되는 핀들을 갖는 리프트 핀 어셈블리(도시되지 않음)를 이용하여 처리 챔버 내에서 조작된다. 그러한 개구가 참조번호 367에 도시되어 있다. 리프트 핀은 개구(367)를 통해 연장되어 기판(323)을 운반하는 캐리어(319)를 서셉터(321) 위로 들어올리고, 그에 의해 로봇 엔드 이펙터가 캐리어(319)에 액세스할 수 있게 된다.
정렬 피쳐들(364 및 366)은 전체 캐리어(318) 및 쉘프(324) 주위의 연속적인 링-유사 구조물일 수 있다. 정렬 피쳐들은 불연속적인 링 유사 구조물, 일련의 범프들, 일련의 길쭉한 범프들, 일련의 리지들 또는 그와 유사한 것일 수 있고, 매칭하는 피쳐들이 캐리어(318) 및 쉘프(324) 내에 형성된다. 일부 실시예들은 하나의 정렬 피쳐를 가질 수 있는 한편, 다른 실시예들은 복수의 정렬 피쳐를 갖는다. 일 실시예에서, 3개의 반구가 캐리어(318)의 표면을 따라 캐리어의 둘레 주위에서 등거리 각도 변위들(equidistant angular displacements)에 형성되는 한편, 쉘프(324)[및 처리 챔버들(108)의 기판 지지체] 내에 3개의 리세스가 그에 매칭하도록 형성된다. 위에서 언급된 범프들 및 리지들은 도 3b에 도시된 것과 같은 원형 프로파일, 또는 삼각형, 원추대(frustroconical), 오벌(oval), 타원, 및 그와 유사한 것과 같은 다른 편리한 프로파일을 가질 수 있다. 불규칙 형상들도 이용될 수 있다.
캐리어는 기판의 직경보다 약 3 내지 4mm 작은 내측 직경을 갖는 캐리어 링일 수 있다. 이것은 캐리어 링과 서셉터 사이에 열 불연속성이 있게 할 것이고, 그 스폿에서 기판 상의 필름 퇴적과 온도를 제어하기가 가장 어려울 것이다.
캐리어는 서셉터와 유사하거나 동일한 속성을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 캐리어는 SiC로 코팅된 실리콘 또는 등가물로 이루어진다. 캐리어는 원 대칭일 수 있다. 원형의 열 불연속성은 잠재적으로 더 나란한 또는 약간의 핀 유사 침입들(a more side to side or a few pin like intrusions)보다 더 극복하기가 쉽다. 동작 동안, 캐리어는 서셉터보다 뜨거워지거나 차가워질 수 있고, 그에 따라 기판의 에지에 영향을 줄 수 있는데, 예컨대 기판의 에지에서의 불균일에 대항(counteract)할 수 있다.
캐리어는 또한 디스크일 수 있다. 도 4는 다른 실시예에 따른 캐리어(400)의 하부도이다. 캐리어(400)는 위치결정 피쳐들, 예컨대 복수의 돌출부(408), 예컨대 캐리어(400)의 최하부면 상에 위치된 3개의 반구를 포함하는 디스크(402)일 수 있다. 로드 록 챔버(104) 내의 캐리어 쉘프의 최상부면 및 서셉터의 최상부면은 캐리어 링의 위치결정 피쳐가 내부에 놓이게 되는 대응하는 피쳐들, 예컨대 1개의 반구형 포켓 및 2개의 그루브를 포함할 수 있다. 캐리어의 최하부면 상의 1개의 돌출부는 반구형 포켓 내에 배치되는 한편, 다른 2개의 돌출부는 그루브들 내에 배치되므로, 캐리어 쉘프 및 서셉터의 최상부면 상의 피쳐들은 열 팽창을 허용한다. 위치결정 피쳐는 또한 캐리어와 서셉터 사이의 열 접촉을 제어하는 데에 있어서 다른 요소로서 작동할 수 있게 된다.
캐리어(400)는 또한 서셉터일 수 있다. 그러한 실시예에서, 2개의 별개의 컴포넌트로서 도시된 도 3c의 컴포넌트들(319 및 321)은 개구(367)를 갖지 않는 1개의 컴포넌트일 것이다. 캐리어(400)가 서셉터인 경우, 처리 챔버 내에서 캐리어(400)를 지지하기 위해, 캐리어(400)의 최하부면 내에 복수의 리세스(406)가 제공될 수 있다. 리세스들(406)은 본 기술분야에 공지된 것과 같은 트리포드 스타일의 서셉터 지지체(tripod-style susceptor support)의 암들에 맞물릴 수 있거나, 리세스들(406)은 임의의 편리한 서셉터 지지체에 맞물리기 위한 형상을 가질 수 있다. 캐리어(400)가 서셉터인 경우, 그리고 (트리포드 스타일의 지지체를 가진 경우에서와 같이) 서셉터 지지체가 충분한 클리어런스(clearance)을 갖는 경우에는, 로봇 엔드 이펙터에 의한 캐리어(400)에의 액세스를 제공하기 위해 처리 챔버 내에 리프트 핀 어셈블리가 필요하지 않다. 서셉터 지지체는 리프트 핀 어셈블리처럼 기능하여, 로봇 엔드 이펙터가 캐리어(400) 아래로 연장되는 동안에는 캐리어(400)를 처리 챔버 내의 이송 위치로 상승시키고, 처리 챔버로부터 꺼내서 로드 록 챔버 내로 이송하기 위해, 캐리어(400)를 기판과 함께 로봇 엔드 이펙터 상으로 하강시킬 수 있다. 캐리어(400) 상의 위치결정 피쳐들(408)은 위에서 설명된 바와 같이, 로드 록 챔버 내에서 쉘프(324) 상의 캐리어(400)의 정렬을 보존하는 역할을 한다. 서셉터이기도 한 캐리어는 열 처리 챔버 내에서 서셉터 재료들로서 유용한 재료들, 예컨대 실리콘 카바이드, 석영, 및 그와 유사한 것으로 이루어지거나 코팅될 수 있다. 서셉터 캐리어는 실리콘 카바이드로 코팅된 실리콘으로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 캐리어(318) 또는 캐리어(319)는 캐리어 링이다. 도 3c의 캐리어(319)는 최상부면(327), 최하부면(329), 외측 표면(331), 및 내측 표면(325)을 포함할 수 있다. 내측 표면(325)은 기판의 최상부면(333) 또는 캐리어 링의 최상부면(327)에 대하여 각질 수 있다. 기판은 로드 록 챔버(104) 내의 캐리어 링 상에 배치될 수 있고, 기판의 에지만이 캐리어 링의 내측 표면과 접촉한다. 캐리어 링의 각진 내측 표면은 기판이 회전하고 있는 동작 동안 기판을 고정한다.
동작 동안, 캐리어(318 또는 319)는 로봇이 캐리어를 세팅한 다음 로봇 암 또는 엔드 이펙터를 철수시키는 것을 허용하는 쉘프(324) 또는 다른 구조물 상에서 로드 록 챔버(104) 내에 배치된다(또는 이전 처리로부터 거기에 남겨질 수 있음). 다음으로, 기판은 로봇(112)에 의해 로드 록 챔버에 도입되고, 캐리어 위에 있는 이송 평면 상의 리프트 핀들 상에 배치된다. 또 다시, 캐리어는 개방 중심부(링 형상) 또는 핀 홀들을 갖는다. 다음으로, 기판은 위에서 설명된 방법을 이용하여 캐리어에 정렬되고, 리프트 핀들은 캐리어 상에 기판을 배치하도록 하강된다. 캐리어는 각진 내측 표면을 포함할 수 있고, 기판의 최하부 에지만이 내측 표면과 접촉한다. 다음으로, 로봇(110)은 기판이 그 위에 배치되어 있는 캐리어를 집어들고 로드 록 챔버 밖으로 철수시킨다. 이러한 방식으로, 기판은 로봇(110)과 접촉하지 않고, 그에 의해 이송 동안 기판을 손상시킬 위험성을 제거한다. 로봇(110)은 캐리어 및 기판을 처리 챔버들(108) 중 하나의 처리 챔버 내에, 리프트 핀들 상에 배치한다. 캐리어의 후면은 리프트 핀들과 접촉한다. 리프트 핀들은 기판이 그 위에 배치되어 있는 캐리어를 서셉터 상에 배치하도록 하강된다. 캐리어는 처리 동안 서셉터의 일부로서 기능한다. 프로세스의 끝에서, 예컨대 에피택셜 층 퇴적 이후에, 기판이 그 위에 배치된 캐리어는 리프트 핀들에 의해 상승되고, 로봇(110)에 의해 집어올려진다. 로봇(110)은 캐리어 및 기판을 로드 록 챔버 내에 캐리어 쉘프 상에서 배치한다. 리프트 핀들은 캐리어로부터 기판을 들어올리도록 상승되고, 로봇(112)은 기판을 리프트 핀들로부터 로드 록 챔버 밖으로 이동시킨다.
도 5는 다른 실시예에 따른 방법(500)을 도시하는 흐름도이다. 방법(500)은 반도체 기판을 핸들링하는 방법이다. 도 6a - 도 6g는 도 5의 방법의 부분들을 수행하는 동작에서의 도 2의 로드 록 챔버의 단면도들이고, 도 5의 관련 동작들의 설명과 함께 설명될 것이다.
블록(502)에서, 기판은 로드 록 챔버 내의 기판 위치지정 어셈블리 상에 배치된다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 기판(602)은 로드 록 챔버(604) 내에 배치된다. 기판(602)은 로드 록 챔버(604)의 제1 벽(608) 내의 개구(도 6a에서는 보이지 않음)를 통해 로봇 엔드 이펙터(606)에 의해 운반된다. 기판을 로드 록 챔버(604)로부터 처리 챔버로 이동시키기 위한 이송 로봇에 의한 액세스를 위해, 제1 벽(608)에 개구(611)가 도시되어 있고, 이는 아래에 더 설명될 것이다. 기판(602)은 로봇 엔드 이펙터(606)에 의해, 핀들(610), 베어링 플레이트(614), 및 가스 쿠션 부재(616)를 포함하는 기판 위치지정 어셈블리(613)의 일부인 복수의 기판 지지 핀(610) 위에 위치된다. 기판 지지 핀들(610)은 위에서 설명된 바와 같이 기판(602)을 손상시키지 않고서 기판(602)과 직접 접촉하는 소프트 팁들(612)을 갖는다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 기판(602)은 핀들(610)의 팁들(612) 상에 배치되고, 로봇 엔드 이펙터(606)는 로봇 엔드 이펙터(606)의 이동 및 핀들(610)의 이동의 임의의 조합을 통해 기판(602)의 맞물림을 해제한다. 핀들(610)은 가스 쿠션 부재(616)의 동작에 의해 로봇 엔드 이펙터(606)로부터 기판(602)의 맞물림을 해제하는 것을 돕도록 이동할 수 있다. 로봇 엔드 이펙터(606)는 로드 록 챔버(604)로부터 철수된다.
블록(504)에서, 기판은 정렬 어셈블리와 맞물린다. 정렬 어셈블리는 로드 록 챔버의 일부이다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 정렬 어셈블리(618)는 핀들(610)의 팁들(612) 상에 놓여있는 기판(602)에 맞물리도록 로드 록 챔버(604) 내에 제공된다. 정렬 어셈블리(618)는 정렬 부재(620), 정렬 지지체(622), 및 캐리어(624)를 포함한다. 정렬 부재(620)는 복수의 정렬 핀(626)을 포함한다. 정렬 부재(620), 정렬 지지체(622), 및 캐리어(624)는 위에서 설명된 것과 같을 수 있다. 정렬 어셈블리(618)는 정렬 액추에이터(628)를 포함하고, 위치지정기(positioner)(630)는 로드 록 챔버(604) 내의 제2 벽(634) 내의 제1 개구(632)를 통해 배치된다. 제1 개구(632)는 제1 개구(632) 주위에서 편리한 o링 구성들을 이용하여 밀봉될 수 있다. 정렬 액추에이터(628)는 위치지정기(630)를 선형으로 이동시켜서, 정렬 어셈블리(618)를 로드 록 챔버(604)의 축(636)을 따라 이동시키기 위해 필요한 대로 위치지정기(630)를 연장 및 수축시킨다.
다른 실시예에서, 위치지정기(630)는 자기 위치지정기일 수 있고, 액추에이터(628)는 자기 액추에이터일 수 있으며, 그에 의해 위치지정기(630) 및 액추에이터(628)가 자기적으로만 결합되고 물리적으로는 직접 결합되지 않게 된다. 그러한 실시예에서, 위치지정기(630)는 챔버 바디의 벽 내의 개구를 통해 배치되지 않을 수 있다. 그러한 실시예에서, 자기 액추에이터는 자석을 갖고, 위치지정기는 액추에이터 내의 자석에 자기 결합되는 자석을 갖는다. 자기 액추에이터가 이동할 때, 위치지정기 내의 자석은 액추에이터에의 자기 결합을 유지하고, 액추에이터와 함께 이동한다. 그러한 실시예에서, 자기 액추에이터는 챔버 바디의 측면에 위치될 수 있고, 위치지정기(630)를 축 방향으로 이동시키기 위해 외부 자석을 챔버 바디의 측면을 따라 축 방향으로 이동시킬 수 있다.
정렬 어셈블리(618)의 이동은 정렬 핀들(626)이 정렬 어셈블리(618)의 정렬 위치에서 기판(602)과 접촉하게 한다. 블록(506)에서, 정렬 어셈블리가 기판을 정렬하도록, 기판에 대한 무마찰 지지체(frictionless support)가 제공된다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 로드 록 챔버(604)는 복수의 브레이크 핀(640), 브레이크 지지체(642), 밀봉 부재(644), 및 브레이크 액추에이터(646)를 포함하는 브레이크 어셈블리(638)를 갖는다. 위에서 설명된 바와 같이, 브레이크 핀들(640)은 로드 록 챔버(604)의 제2 벽(634) 내의 복수의 제2 개구(643)를 통해, 그리고 가스 쿠션 부재(616)를 통해 배치되고, 베어링 플레이트(614)에 접촉하도록 연장될 수 있다. 브레이크 어셈블리(638)의 특징들 및 동작은 위에서 설명된 것과 같다. 가스 쿠션 부재(616)의 동작에 의해, 기판(602)에 대해 무마찰 지지체가 제공된다. 가스 소스(648)는 제3 개구(650)를 통해 가스 쿠션 부재(616)에 유체 결합된다. 가스는 가스 쿠션 부재(616)와 베어링 플레이트(614) 사이에서 가스 쿠션 부재(616)를 빠져나가서, 기판(602)을 마찰없이 지지하기 위한 가스 쿠션을 제공한다. 가스는 제2 벽(634) 내의 제4 개구(652)를 통해 로드 록을 빠져나간다. 제2 벽(634) 내에 개구로서 도시되어 있지만, 가스 퍼지 또는 출구는 로드 록 챔버(604)의 임의의 벽 내의 임의의 편리한 개구에 의해 제공될 수 있다.
정렬 핀들(626)은 가스 쿠션 부재(616)의 동작에 의해 무마찰 지지체 상에 놓여있는 기판(602)에 접촉한다. 정렬 핀들(626)의 경사 에지는 가스 쿠션 부재(616), 및 화살표(617)에 의해 도시된 정렬 어셈블리(618)의 축방향 이동 및 힘을 화살표들(621)에 의해 다양하게 도시된 기판 위치지정 어셈블리(613) 상의 측방향 힘으로 변환한다. 기판 위치지정 어셈블리(613)는 인가되는 측방향 힘들을 동등하게 하도록 측방향으로 이동되고, 따라서 기판(602)을 정렬시킨다. 다음으로, 브레이크 액추에이터(646)가 동작되어, 브레이크 핀들(640)을 베어링 플레이트(614)에 맞물리도록 연장시키고, 그에 의해, 기판 위치지정 어셈블리(613)가 정렬 위치에서 움직이지 못하게 한다. 도 6e는 기판 위치지정 어셈블리(613)를 움직이지 못하게 하도록 배치된 브레이크 어셈블리(638)를 도시한다.
정렬 어셈블리(618)는 위치지정기(630) 상의 순 측방향 힘(net lateral force)을 검출하는 측방향 힘 검출기(633)를 포함할 수 있다. 정렬 어셈블리(618)가 기판(602)을 정렬시키도록 이동함에 따라, 기판(602) 및 기판 위치지정 어셈블리(613)의 관성은 정렬 어셈블리(618) 상에 측방향 반작용 힘을 생성할 수 있고, 이는 기판(602)이 정렬 위치에 아직 도달하지 않았음을 나타낸다. 액추에이터(628)는 측방향 힘 검출기(633)에 의해 검출되는 정렬 어셈블리(618) 상의 순 측방향 힘이 평형에 가까워지도록 기판(602)이 정렬 핀들(626)에 충분히 접촉할 때까지, 기판(602)을 정렬 위치를 향해 이동시키기 위해, 정렬 어셈블리(618)를 기판 위치지정 어셈블리(613)를 향해 계속하여 이동시키도록 제어될 수 있다. 그 때, 측방향 힘 검출기(633)는 정렬 어셈블리(618)가 이동을 중단할 때 임펄스를 등록할 수 있고, 따라서 정렬 어셈블리(618)는 기판(602)이 정렬된 위치에 도달했음을 등록할 수 있고, 정렬 액추에이터(628)는 위치지정기(630)를 이동시키는 것을 중단할 수 있고, 다음으로, 브레이크 핀들(640)이 적용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 힘 검출기(633)는 위치지정기(630)에 적용되는 압전 응력 표시기(piezoelectric strain indicator)일 수 있다. 다르게는, 정렬 어셈블리(618)의 정지 위치는 챔버 및 기판의 알려진 기하형상으로부터 계산될 수 있다.
블록(508)에서, 기판 캐리어는 기판과 맞물린다. 기판 캐리어는 기판과, 캐리어 외의 임의의 기판 핸들링 장비 사이의 직접적인 접촉 없이, 처리 챔버 내에서의 기판의 조작을 가능하게 할 것이다. 기판 핸들링 장비와의 모든 접촉은 캐리어에 의해 흡수된다. 도 6e에 도시된 바와 같이, 정렬 액추에이터(628)는 정렬 어셈블리(618)를 기판 이송 위치로 이동시키기 위해 위치지정기(630)를 연장한다. 따라서, 정렬 액추에이터(628)는 기판 정렬 위치와 기판 이송 위치 사이에서 정렬 어셈블리(618)를 이동시킨다. 캐리어(624)는 기판(602)에 맞물리고, 그에 의해 기판(602)을 팁들(612)로부터 맞물림 해제한다. 기판(602)은 위의 정렬 동작들(504 및 506)에서의 정렬 어셈블리(618)의 동작에 의해 캐리어(624)에 정확하게 정렬된다.
블록(510)에서, 이송 로봇은 캐리어와 맞물린다. 도 6f에 도시된 바와 같이, 이송 로봇(654)은 제1 벽(608) 내의 개구(611)를 통해 로드 록 챔버(604)에 진입한다. 이송 로봇(654)은 도 1의 이송 챔버(106) 내에 배치된 로봇(110)일 수 있다. 이송 로봇(654)은 정렬 지지체(622) 내의 개구(615)를 통해, 그리고 개구(611)를 통해, 로드 록 챔버(604)로의 방해없는 진입을 제공하기 위한, 참조번호 656에서 팬텀으로 도시된 진입 구성에서, 로드 록 챔버(604)에 들어간다. 캐리어(624)에 맞물리기 위한 위치에 도달하면, 이송 로봇(654)은 맞물림 위치로 이동하고, 이송 로봇(654)의 엔드 이펙터(658)가 캐리어(624)에 맞물려서, 캐리어(624)를 정렬 지지체(622)로부터 분리한다.
블록(512)에서, 캐리어 및 기판은 로드 록 챔버로부터 제거되고, 처리 챔버 내에 투입된다. 캐리어(624) 및 기판(602)을 지니는 이송 로봇(654)은 도 6g에 도시된 바와 같이 로드 록 챔버(604)를 빠져나간다. 다음으로, 이송 로봇(654)은 처리 챔버(도시되지 않음)에 진입하고, 도 3c 및 도 4에 관련하여 위에서 설명된 정렬 피쳐들 및/또는 지지 피쳐들에 맞물리는 방식으로 캐리어(624)를 투입한다. 기판 위치지정 어셈블리(613)는 요구되는 경우 임의의 편리한 홈잉 메커니즘을 통해, 기판 및 캐리어의 퇴장에 후속하여 홈 위치로 갈 수 있다. 도 6g에서, 홈 위치로 복귀한 기판 위치지정 어셈블리(613)가 도시되어 있고, 브레이크 핀들(640)은 기판 위치지정 어셈블리(613)가 홈 위치에서 움직이지 못하게 하기 위한 배치 위치에 도시되어 있다.
상술한 것은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 추가의 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 만들어질 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (19)

  1. 로드 록 챔버로서,
    인클로저를 정의하는 챔버 바디;
    상기 인클로저 내에 배치되는 기판 위치지정 어셈블리(substrate positioning assembly) - 상기 기판 위치지정 어셈블리는 가스 쿠션 부재를 포함함 - ;
    상기 기판 위치지정 어셈블리 주위에서 상기 인클로저 내에 배치되는, 작동되는 기판 정렬 어셈블리(actuated substrate alignment assembly); 및
    상기 기판 위치지정 어셈블리에 맞물리도록 위치되는 브레이크 어셈블리 - 상기 브레이크 어셈블리는:
    상기 챔버 바디의 벽 내의 복수의 개구를 통해 배치되고 브레이크 지지체에 결합되는 복수의 브레이크 핀; 및
    상기 브레이크 지지체에 결합된 액추에이터를 포함함 -
    를 포함하는 로드 록 챔버.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판 위치지정 어셈블리는 베어링 플레이트, 상기 베어링 플레이트에 결합되는 복수의 지지 핀 - 각각의 지지 핀은 소프트 팁을 가짐 - , 및 상기 베어링 플레이트를 지지하도록 위치되는 가스 쿠션 부재를 포함하는, 로드 록 챔버.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판 정렬 어셈블리는 정렬 지지체, 및 상기 정렬 지지체에 연결되는 정렬 부재를 포함하는, 로드 록 챔버.
  4. 제3항에 있어서, 상기 정렬 지지체는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 축방향 부분(axial portion), 상기 정렬 부재를 상기 정렬 지지체에 연결하는 상기 제1 단부로부터의 연장부, 및 상기 제2 단부로부터 연장되는 쉘프(shelf)를 포함하는, 로드 록 챔버.
  5. 제4항에 있어서, 상기 쉘프 상에 제거가능하게 배치되는 캐리어를 더 포함하는 로드 록 챔버.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판 정렬 어셈블리는 정렬 지지체, 상기 정렬 지지체에 연결되는 정렬 부재, 상기 정렬 지지체에 결합되는 위치지정기 및 상기 위치지정기에 결합되는 액추에이터를 포함하는, 로드 록 챔버.
  7. 제6항에 있어서, 상기 위치지정기는 상기 챔버 바디의 벽 내의 개구를 통해 배치되는, 로드 록 챔버.
  8. 제6항에 있어서, 상기 정렬 부재는 링의 적어도 일부분이고, 상기 정렬 부재의 내측 반경에 배치되는 복수의 정렬 핀을 포함하는, 로드 록 챔버.
  9. 제8항에 있어서, 각각의 정렬 핀은 경사진 내측 에지를 갖는, 로드 록 챔버.
  10. 제1항에 있어서, 상기 브레이크 어셈블리는 상기 벽 내의 상기 복수의 개구 주위에 배치된 밀봉 부재를 더 포함하는, 로드 록 챔버.
  11. 삭제
  12. 제5항에 있어서, 상기 캐리어 및 상기 쉘프는 매칭하는 정렬 피쳐들(matching alignment features)을 갖는, 로드 록 챔버.
  13. 삭제
  14. 로드 록 챔버로서,
    인클로저를 정의하는 챔버 바디;
    상기 인클로저 내에 배치되는 기판 위치지정 어셈블리 - 상기 기판 위치지정 어셈블리는 가스 쿠션 부재를 포함함 - ;
    상기 기판 위치지정 어셈블리 주위에서 상기 인클로저 내에 배치되는, 작동되는 기판 정렬 어셈블리 - 상기 기판 정렬 어셈블리는,
    정렬 지지체, 및
    상기 정렬 지지체에 연결되는 정렬 부재를 포함하고, 상기 정렬 부재는 내측 반경, 및 상기 내측 반경에 배치되는 복수의 정렬 핀을 가짐 - ; 및
    상기 기판 위치지정 어셈블리에 맞물리도록 위치되는 브레이크 어셈블리 - 상기 브레이크 어셈블리는,
    상기 챔버 바디의 벽 내의 복수의 개구를 통해 배치되고 브레이크 지지체에 결합되는 복수의 브레이크 핀;
    상기 브레이크 지지체에 결합되는 액추에이터, 및
    상기 복수의 개구 주위에 배치되는 밀봉 부재를 포함함 -
    를 포함하는 로드 록 챔버.
  15. 제14항에 있어서, 상기 기판 위치지정 어셈블리는 베어링 플레이트, 상기 베어링 플레이트에 결합되는 복수의 지지 핀 - 상기 지지 핀들 각각은 소프트 팁을 가짐 - , 및 상기 베어링 플레이트를 지지하도록 위치되는 가스 쿠션 부재를 포함하는, 로드 록 챔버.
  16. 제14항에 있어서, 상기 정렬 어셈블리는 기판 정렬 위치와 기판 이송 위치 사이에서 이동하도록 작동되는, 로드 록 챔버.
  17. 제14항에 있어서, 상기 기판 정렬 어셈블리는,
    상기 정렬 지지체에 결합되는 위치지정기;
    상기 위치지정기에 결합되는 선형 액추에이터; 및
    상기 위치지정기에 결합되는 측방향 힘 검출기(lateral force detector)
    를 더 포함하는, 로드 록 챔버.
  18. 로드 록 챔버로서,
    인클로저를 정의하는 챔버 바디;
    상기 인클로저 내에 배치되는 기판 위치지정 어셈블리 - 상기 기판 위치지정 어셈블리는 소프트 팁들을 갖는 복수의 지지 핀, 상기 복수의 핀에 결합되는 베어링 플레이트, 및 상기 베어링 플레이트를 지지하도록 위치되는 가스 쿠션을 포함함 - ;
    상기 기판 위치지정 어셈블리 주위에서 상기 인클로저 내에 배치되는, 작동되는 기판 정렬 어셈블리 - 상기 기판 정렬 어셈블리는,
    축방향 부분, 상기 축방향 부분의 제1 단부에 있는 제1 연장부, 및 상기 축방향 부분의 제2 단부에 있는 쉘프를 갖는 정렬 지지체,
    상기 제1 연장부에 의해 상기 정렬 지지체에 연결되는 정렬 부재 - 상기 정렬 부재는 내측 반경, 및 상기 내측 반경에 배치되는 복수의 정렬 핀을 갖고, 각각의 정렬 핀은 경사진 내측 에지를 가짐 - ,
    상기 정렬 지지체에 결합되는 위치지정기, 및
    상기 위치지정기에 결합되는 액추에이터를 포함함 - ; 및
    상기 기판 위치지정 어셈블리에 맞물리도록 위치되는 브레이크 어셈블리 - 상기 브레이크 어셈블리는 상기 챔버 바디의 벽 내의 복수의 개구를 통해 배치되고 브레이크 지지체에 결합되는 복수의 브레이크 핀, 상기 브레이크 지지체에 결합되는 액추에이터, 및 상기 복수의 개구 주위에 배치되는 밀봉 부재를 포함함 -
    를 포함하는, 로드 록 챔버.
  19. 제18항에 있어서, 상기 쉘프 상에 제거가능하게 배치되는 캐리어를 더 포함하는, 로드 록 챔버.
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