KR20010093771A - 캐루셀 웨이퍼 이송 시스템 - Google Patents

캐루셀 웨이퍼 이송 시스템 Download PDF

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KR20010093771A
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KR
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chamber
temperature control
control plate
processor
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KR1020010016562A
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일리야 펠로프
알렉시 고더
유진 간트바그
하워드 그루네스
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조셉 제이. 스위니
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Publication date
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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 제 1 양상에서, 온도 조절판은 기판 캐리지 아래에 위치하며 온도 조절판의 정상면 상하로 기판 캐리지를 상승 및 하강시킴으로써 온도 조절판과 기판 캐리지 사이에 기판을 이송할 수도 있도록 구성된다. 이러한 온도 조절판은 위에 위치하는 기판을 가열 및/또는 냉각시키도록 구성될 수도 있다. 제 2 양상에서, 기판 캐리지는 자기적으로 회전 및/또는 승강시키도록 연결되어, 이에 의해 이동 부품들 사이에서 접촉을 통해 발생하는 입자(그리고, 이로인해 발생하는 포텐셜 챔버 오염)를 감소시킨다. 제 3 양상에서, 기판 캐리지 하부에 위치하는 기판 처리기는 자기적으로 연결 및/또는 자기적으로 부양되어 추가로 입자를 감소시킨다. 제 4 양상에서, 이송 챔버는 챔버의 상부, 기판 캐리지와 기판 처리기 위에 위치하는 온도 조절판을 구비한다.

Description

캐루셀 웨이퍼 이송 시스템{CAROUSEL WAFER TRANSFER SYSTEM}
본 발명은 기판 프로세싱에 관한 것이며 보다 구체적으로 기판을 처리하는 개선된 방법 및 장치에 관한 것이다.
집적 회로의 제작에는 일반적으로 클러스터 툴(cluster tools)을 이용한다. 클러스터 툴은 통상적으로 기판(예를 들면, 반도체 웨이퍼)을 클러스터 툴내로 유입하기 위한 로드 락 챔버(load lock chamber) 및 로드 락 챔버와 다수의 프로세싱 챔버 사이에 기판을 이송하기 위한 중앙 이송 챔버(central transfer chamber) 및 이송 챔버에 설치된 하나 이상의 냉각 챔버(cool down chamber)를 포함한다. 통상적으로, 단일 블레이드 또는 이중 블레이드 로봇은 이송 챔버내에 배치되어 기판을로드 락 챔버, 프로세싱 챔버, 냉각 챔버 사이로 이송한 다음 로드 락 챔버로 복귀시킨다. 전형적인 클러스터 툴, 로봇 및 기판 처리 방법이 본 명세서에서 참고 문헌으로 제시된 미국 특허 제 4,951,601호 및 제 5,292,393호에 개시되어 있다.
클러스터 툴내에 360°회전 및 연장할 수 있는 전형적 기판 처리기 아암이 중앙 이송 챔버 내부에 배치된다. 작동중 기판 처리기는 블레이드를 밀봉가능한 슬릿(예를 들면, 슬릿 밸브)과 정렬시키기 위하여 회전하는데, 이러한 슬릿은 중앙 이송 챔버를 로드 락 챔버(즉, 로드 락 슬릿)로 연결한다. 기판 처리기는 로드 락 슬릿을 통하여 연장되며, 기판을 픽업하여 후퇴시키고 이송 챔버 슬릿(중앙 이송 챔버와 프로세싱 챔버를 연결함)의 전면으로 기판을 배치시키기 위하여 회전하고 프로세싱 챔버내에 기판을 배치하기 위하여 슬릿을 통하여 연장된다. 처리 챔버가 기판의 프로세싱을 끝낸 후, 웨이퍼 처리기는 프로세싱 챔버 슬릿을 통하여 연장되어 기판을 파지하여 후퇴한 다음 냉각 챔버 슬릿의 전면에 기판을 배치하기 위하여 회전한다. 기판 처리기는 냉각 챔버에 기판을 배치하기 위하여 다시 연장된 다음 냉각 챔버로부터 후퇴한다. 기판 냉각이 완료된 후, 기판 처리기는 냉각 챔버 슬릿을 통하여 연장되어 기판을 픽업하고 냉각 챔버 슬릿을 통하여 후퇴하여 기판을 추출하고 기판을 다른 프로세싱 챔버로 기판을 운반하거나 로드 락 챔버로 기판을 복귀시킨다. 기판이 프로세싱되거나 냉각되는 동안, 기판 처리기는 동일한 방식으로 다른 챔버(예를 들면, 로드 락, 프로세싱 또는 냉각 챔버)로부터 다른 기판을 추출한다. 그러므로, 기판 처리기는 회전 및 연장의 복잡한 패턴을 수행하기 때문에, 기계적으로 복잡하고 고가의 기판 처리기가 요구된다. 또한, 각각의 기판 처리기 연장 및 회전은 상당한 작동 공간을 요구하며 신뢰성의 문제점이 발생할 수 있다.
시스템 효율을 개선시키는 한 가지 방법은 동시에 두 개의 기판을 처리할 수 있는 성능을 가진 로봇 아암을 제공하는 것이다. 그러므로, 임의의 장비 제조자는 두 개의 캐리어 블레이드가 로봇 관절부(wrist)(예를 들면 기판 처리기의 관절부에 배치된 모터 및 벨트 구동부재를 경유하여)에서 피봇 포인트에 대하여 회전하는 로봇 아암을 제공한다. 그러므로, (예를 들면 프로세싱되는) 제 1 기판은 하나의 블레이드에 저장되는 동안 다른 블레이드는 (예를 들면 미리 프로세싱된) 제 2 기판을 픽업한다. 캐리어 블레이드는 그때 회전하여 제 1 저장된 기판이 원하는 대로 배치된다. 이 같은 메커니즘은 더 복잡하며 연장가능한 로봇 아암의 단부에 배치된 캐리어 블레이드 구동 부재의 무게를 지지하기 위하여 대형 아암 조립체가 요구된다. 예를 들면, 3 개의 구동 부재가 이 같은 로봇 아암이 결합된 시스템에 대하여 요구되는데, 하나의 구동 부재는 아암을 구동시키며, 또 다른 하나는 아암을 연장하며, 그리고 나머지 하나는 캐리어 블레이드를 회전시킨다. 이 같은 다중 캐리어 로봇에 의하여 제공된 수율에서의 임의의 개발은 장비/제조 비용이 증가되고 중량 및 동력 소모가 증가되고 복잡하게 됨으로써 신뢰성 및 유용성이 감소된다.
또 다른 접근은 통상적인 피봇 포인트에 대하여 동축인 두 개의 로봇 아암에 있다. 각각의 이 같은 로봇 아암은 다른 것과 독립적으로 작동하며 개선된 수율이 이 시스템의 증가된 처리 성능을 통하여 얻을 수 있다. 그러나, 통상적인 축선에대하여 독립적으로 작동되는 두 개의 로봇 아암을 제공하는 것은 간단하지 않다. 그러므로, 다중 구동 부재가 제공되어야 하며 다시 제조/장비 비용 및 복잡성이 증가되며 신뢰도가 감소한다.
다양한 기판에 수행되는 다양한 프로세스는 상이한 프로세싱 시간이 요구될 수 있다. 그러므로, 임의의 기판은 연속하는 프로세싱 챔버가 여전히 또 다른 기판을 처리하고 있기 때문에 프로세싱이 완료된 후 기판들이 연속하는 프로세싱 챔버내로 이동하기 전 짧은 시간동안 챔버에 남아 있다. 이것은 기판 백 로그(substrate back log)를 발생시키며 시스템 수율을 감소시킨다.
여러 프로세싱 시간에 부가하여, 수율에 영향을 미치는 또 다른 요소가 프로세싱에 후속되는 개별적인 기판을 냉각시키기 위한 요구가 있다. 특히, 기판이 각각의 프로세싱 단계가 후속하는 하나 이상의 냉각 챔버로 이송되어야 하는 경우 기판 처리기가 많은 기판을 프로세싱하기 위한 이동의 수가 상당히 증가한다. 부가적으로, 하나 이상의 냉각 챔버의 결합은 프로세싱 챔버가 배치될 수 있는 이송 챔버상의 위치의 수를 감소시킨다. 프로세싱 챔버는 낮은 시스템 수율을 거의 발생하지 않으며 프로세싱된 각각의 웨이퍼의 비용을 증가시킨다.
그러므로, 기판 수율을 증가시키며 바람직하게는 냉각된 기판을 제공하는 개선된 기판 처리 모듈을 위한 방법 및 장치에 대한 요구가 있었다.
본 발명은 미국 특허 출원번호 제 09/332,207호에 설명된 "카루셀 웨이퍼 이송 시스템(Carousel Wafer Transfer System)"을 개량시킨 것이며, 본 발명은 상기 출원의 부분 연속 출원(continuation-in-part)이다. 본 발명의 다양한 실시예는기판 가열 및 냉각 효율을 강화시키며, 기판 처리기의 복잡성을 감소시키며 기판 이송 작동 동안 이동 부분들 사이의 접촉을 감소시키며(예를 들면 관련된 입자 발생을 감소시키는) 기판 처리 장비 신뢰도 개선, 및/또는 기판 수율을 증가시키는 특징을 제공한다.
제 1 양태에서, 본 발명은 기판 캐리지(미국 특허 출원 제 09/332,207호에 공개된 회전가능한 카루우젤과 같은) 아래 배치되며 기판 캐리지를 온도 조절판의 정상면 상하로 상승 및 하강시킴으로써 기판이 온도 조절판과 기판 캐리지 사이에서 이송될 수 있도록 구성된 온도 조절판을 포함한다.
온도 조절판은 배치된 기판을 가열 및/또는 냉각시키도록 구성될 수 있다.
제 2 양태에서, 기판 캐리지는 자기적으로 결합되어 자기적으로 회전 및/또는 승강시킴으로써, 이동 부분들 사이의 접촉에 의한 입자 발생(그리고 입자 발생에 의한 잠재적 챔버 오염)을 감소시킨다.
제 3 양태에서, 기판 캐리지 아래 배치된 기판 처리기는 둘 다 자기적으로 결합되고 자기적으로 부양되어 추가적인 입자 감소를 제공한다. 자기 부양은 4개의 반지름방향으로 배치되고 수직하게 배치되는 자석 쌍들에 의하여 달성되는 것이 바람직한데, 상기 자석 쌍은 그들 사이의 바람직한 공간을 유지하기 위한 거리 센서를 가진다.
제 4 양태에서, 이송 챔버는 회전가능한 기판 캐리지, 및 챔버의 상부에 배치된 온도 조절판 및 챔버의 하부에 배치된 기판 처리기를 포함한다. 기판 캐리지는 기판 처리기의 블레이드의 아래의 높이(elevation)와 온도 조절판의 기판 지지표면 위의 높이 사이를 상승 및 하강시키도록 적용되어 기판 처리기의 블레이드와 온도 조절판으로, 및 기판 처리기의 블레이드와 온도 조절판으로부터 기판을 배치하고 추출한다.
바람직한 일 실시예에서, 하나의 기판은 프로세싱하기 위한 예비처리(preparation)에서 온도 조절판을 경유하여 가열하거나 가스를 제거하며, 3번째로 프로세싱된 기판은 온도 조절판을 경유하여 냉각된다. 두 개의 개별적인 온도 조절판 또는 단일 판의 상이한 부분이 적용될 수 있다. 본 장치의 장점은 기판 캐리지를 포함하는 챔버가 작동 공간의 작은 체적만을 요구하며 압력을 진공으로 하기위하여 신속히 펌핑될 수 있다는 것이다. 그러므로, 임의의 실시예는 별개의 로드 락 챔버를 적용할 필요가 없다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 바람직한 실시예의 후술하는 상세한 설명, 첨부된 청구범위 및 도면으로부터 더욱 명백하게 될 것이다.
도 1은 바람직한 기판 캐리지와 온도 조절판을 포함하는 챔버의 평면도이다.
도 2a는 연장된 위치의 기판 처리기를 도시하는 도 1의 챔버의 평면도이다.
도 2b는 수축된 위치의 기판 처리기를 도시하는 도 1의 챔버의 평면도이다.
도 3a는 가열하기 위해 구성된 온도 조절판의 측면도이다.
도 3b는 냉각하기 위해 구성된 온도 조절판의 측면도이다.
도 3c는 가열 및 냉각하기 위해 구성된 온도 조절판의 측면도이다.
도 4a는 상승된 위치에서의 자기적으로 연결된 기판 캐리어의 정면도이다.
도 4b는 하강된 위치에서의 자기적으로 연결된 기판 캐리어의 정면도이다.
도 5a는 바람직한 자기적으로 부양되고 자기적으로 연결된 기판 처리기를 포함하는 도 1의 챔버의 정면도이다.
도 5b는 도 5a의 바람직한 자기적으로 부양되고 자기적으로 연결된 기판 처리기를 포함하는 챔버의 측면도이다.
도 6은 위에 기판이 위치할 수도 있는 상승된 온도 조절판과 기판 캐리지를 포함하는 도 1과 유사한 챔버의 평면도이다.
도 7은 도 6의 7-7선을 따라 취한 도 6의 챔버의 측단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11, 111 : 챔버 11a : 챔버의 정상면
11b : 챔버의 바닥면 13 : 기판 캐리지
15, 115 : 온도 조절판 15a : 가열판
15b : 냉각판 15a' : 제 1 기판 위치
15b' : 제 2 기판 위치 17 : 중심 샤프트
19a, 19b, 19c : 브랜치 21a, 21b, : 기판 지지부
23a, 23b, 23c : 기판 시트 24, 71 : 기판 처리기
24a, 73 : 기판 처리기 블레이드 25a, 25b, 25c, 25d : 노치
26 : 절단부 영역 27a, 27b : 슬릿
29 : 프로세싱 챔버 31 : 내열부재
32a, 32b, 32c : 핀 33 : 가스 입구
35 : 불활성 건조 가스 공급원 37 : 가스 출구
39 : 진공 펌프 40 : 유동 제어기
41 : 격리 밸브 43 : 배출 밸브
45 : 냉각 유체 공급원 47 : 구멍
49 : 제 1 벨로우 50 : 외장벽
53 : 내부 자석 지지부 51a, 51b : 내부 자석
55a, 55b : 외부 자석 57, 91 : 모터
57a : 회전 모터부 57b : 선형 모터부
59 : 미끄럼가능한 연결부 61a, 61b, 61c, 61d : 베어링
63 : 고정 구조체 64 : 로터
65 : 제 2 벨로우 67 : 변환부
69,94 : 제어기 75 : 샤프트
77 : 디스크 79a, 79b : 자석
81 : 개구부 82 : 온도 조절판의 정상면
83 : 외부 채널벽 85 : 레일
87 : 브라켓 89a, 89b, 89c, 89d : 외부 자석
91 : 모터 93a, 93b, 93c, 93d : 거리 센서
L : 로드 락
도 1은 바람직한 기판 캐리지(13)와 온도 조절판(15)을 포함하는 챔버(11)의 평면도이다. 기판 조절판(15)에는 중심 샤프트(17)가 고정 연결되어 기판 캐리지(13)의 중심 영역을 통하여 연장되어 있다. 도 4a 및 도 4b를 참조하여 아래에 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 중심 샤프트(17)는 기판 캐리지(13)의 중심 영역과 접촉하지는 않지만 모터(도 4a 및 도 4b의 모터)를 통하여 기판 캐리지(13)에 연결되는 것이 바람직하다. 기판 캐리지(13)는 동일 간격으로 이격된 3개의 브랜치(branches)(19a 내지 19c)를 포함하는데, 이들 브랜치는 기판 캐리지(13)의 중심 영역으로부터 외측으로 방사상으로 연장한다. 브랜치(19a 내지 19c) 각각은 브랜치로부터 외측으로 향하는(즉, 서로 떨어진) 한 쌍의 기판 지지부(21a,21b)를 포함한다. 이들 브랜치(19a 내지 19c)는 바람직하게 동일 피스(piece)의 재료로부터 기계가공되거나, 용접을 포함하여 볼트, 스크류 또는 다른 커넥터를 이용하여 서로 연결된 2이상의 개별 부품들로 이루어질 수도 있어서, 브랜치(19a 내지 19c)는 하나의 유닛으로서 함께 회전 및/또는 승강된다. 브랜치(19a 내지 19c), 기판 지지부(21a)(예컨대, 제 1 브랜치(19a)의 기판 지지부) 및 기판 지지부(21b)(예컨대, 제 2 브랜치(19b)의 기판 지지부)는 에지(edge)에 의해 기판(도시 안함)을 각각 지지하는 복수의 기판 시트(23a 내지 23c)를 형성하도록 구성된다. 아래에 설명하는 바와 같이, 인접 브랜치(예컨대, 브랜치(19a,19b), 브랜치(19a,19c) 또는 브랜치(19b,19c))에 고정된 한 쌍의 기판 지지부(21a,21b) 상에 기판(도시 안함)을 위치시킴으로써, 기판 처리기(24)(도 2a 및 도 2b에 도시)의 기판 처리기 블레이드(24a)에 대해 통로가 유지되어 기판 캐리지(13)와 기판 처리기 블레이드(24a) 사이에 기판이 이송되는 동안 기판이 그 통로를 통과하게 된다.
기판 지지부(21a,21b)는 알루미늄과 같은 세라믹, 석영, 또는 반도체 기판과 호환가능하며 기판과 접촉하는 동안 입자를 발생시키지 않고 기판에 스크래치(scratch)를 발생시키지 않는 임의의 다른 경질 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 기판 지지부(21a,21b)가 브랜치(19a 내지 19c)의 바닥에 부착되어, 기판 캐리지(13)는 온도 조절판의 정상면 아래로 기판 지지부(21a,21b)를 하강시킬 수도 있으며, 또한 기판 처리기 블레이드(24a)의 아래로 기판 지지부(21a,21b)를하강시킬 수 있다. 따라서, 기판 시트(23a 내지 23c)에 의해 지지되는 기판이 온도 조절판(15) 및/또는 기판 처리기 블레이드(24a)로 이송되는 한편, 기판 캐리지(13)의 잔여부(remainder)(즉, 브랜치(19a 내지 19c))는 위에 남아서 온도 조절판 및/또는 기판 처리기 블레이드(24a)의 어느 하나와도 접촉하지 않는다. 도 4a 및 도 4b를 참조하여 기판 지지부(21a,21b)(및 기판 캐리지(13))를 상승 및 하강시키는 바람직한 메카니즘을 아래에서 상세히 설명한다.
기판 캐리지(13)가 온도 조절판(15)의 정상면 아래의 높이로 기판 지지부(21a,21b)를 하상시키는 경우 2개의 기판(도시 안함)을 동시에 지지하도록 온도 조절판(15)이 구성된다. 전체 기판 표면에 걸쳐서 일정한 가열 및 냉각을 달성하기 위해, 온도 조절판(15)은 온도 조절판(15)상에 위치하는 기판과 동일하게 연장하는 것이 바람직하다. 따라서, 기판 지지부(21a,21b)가 온도 조절판(15)의 정상면 아래 높이로 하강하게 하기 위해, 온도 조절판(15)은 기판 지지부(21a,21b)를 수용하도록 위치하는 4개의 노치(notches)(25a 내지 25d)를 포함한다. 온도 조절판(15)은 기판 처리기(24)(도 2a 및 도 2b)가 수용될 수 있는 절단부 영역(cut out region)(26)을 또한 포함한다. 도 2a 및 도 2b를 참조하여 가장 잘 이해할 수 있듯이, 절단부 영역(26)은 기판 처리기(24)가 연장 및 수축하기에 충분한 영역을 제공하도록 구성되어 있다.
챔버(11)는 챔버(11)의 마주하는 측벽상에 위치하는 2개의 밀봉가능한 슬릿(27a,27b)을 구비하는 것이 바람직하다. 제 1 슬릿(27a)은 이송 챔버(11)와 같이 구성된 복수의 이송 챔버(도시 안함) 사이에서 이동하는 기판 처리기(도시 안함)로부터 기판을 수용하도록 배치되며, 제 2 슬릿(27b)은 프로세싱 챔버(29)에 연결되어 있다. 이러한 설명은 공동계류 중인 미국 가특허출원 제 60/187,133 호(2000. 3. 6)에 개시되어 있으며, 전체의 개시는 참조로서 여기에 일체화되어 있다. 도 2a 및 도 2b를 참조하여 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 프로세싱 챔버(29)는 기판 처리기(24)와 마주하는 슬릿(27b)에 연결되어 있어서, 프로세싱 챔버(29) 내부에 기판을 위치시키고 또한 프로세싱 챔버(29)로부터 기판을 끌어내기 위해 기판 처리기 블레이드(24a)가 직선(예컨대, 단일 축선을 따라)으로 이동한다.
도 2a는 연장된 위치의 기판 처리기(24)를 나타내는 도 1의 챔버(11)의 평면도이며, 도 2b는 수축된 위치의 기판 처리기(24)를 나타내는 도 1의 챔버(11)의 평면도이다. 도 2a 및 도 2b의 전형적인 기판 처리기(24)는 인간의 팔과 유사하여 아암(arm)이 수축하는 경우 외향으로 연장하는 엘보우(elbow)(24b)를 가진다. 이러한 연장가능한 아암식 기판 처리기는 종래에 반도체 제조에 채용되었으며, 이들의 구체적인 구성은 배경기술 분야에 널리 공지되어 있다. 따라서, 온도 조절판(15)에 위치하는 노치(26)는 기판 처리기가 수축하는 동안 기판 처리기(24)의 엘보우(24b)를 수용할 수 있는 크기와 형태를 가진다. 기판 처리기(24)는 모(parent) 특허출원 제 09/332,207 호에 개시된 바와 같은 웨이퍼 그리핑 메카니즘(wafer gripping mechanism)(도시 안함)를 포함하는 것이 바람직하며, 이러한 웨이퍼 그리핑 메카니즘은 블레이드(24a)에 의해 지지되는 기판을 안정화시키고 센터링시킨다.
도 3a는 온도 조절판(15)과 동일하게 채용될 수도 있는 가열하기 위해 구성된 온도 조절판(15a)(즉, 가열판(15a))의 측면도이다. 이러한 가열판(15a)은 내부에 내열부재(31)를 구비한다. 또한, 가열판(15a)은 종래의 임의의 가열된 기판 지지부(예컨대, 스테인레스 강 기판 지지부)를 포함할 수도 있는데, 이러한 기판 지지부는 가열 공정을 실행하기에 충분한 온도 범위(전형적으로, 대부분의 어닐링 응용분야에 대해 약 150 내지 600℃)를 가진다. 가열판(15a)(예컨대, 기판 캐리지(13)를 통하여)상에, 또는 선택적으로 가열판(15a)으로부터 연장하는 복수의 핀(pin)(32)(바람직하게 3 내지 6개의 핀, 가장 바람직하게 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이 기판당 3개의 핀(32a 내지 32c)) 상에 기판(예컨대, 반도체 웨이퍼)이 바로 위치할 수도 있어서, 기판의 이면을 따라 가스 유동이 용이하게 되고 기판과 가열판(15a) 사이의 접촉을 감소시킨다(이에 의해 접촉에 의해 발생하는 입자를 감소시킨다). 도 3a의 가열판(15a)은 2개의 기판을 지지하기 위한 2세트의 핀(32a 내지 32c)를 포함한다. 짧은 핀 높이는 가열판(15a)으로부터 가열판상에 위치하는 기판(도시 안함)으로 기판을 용이하게 이송하게 한다. 이러한 핀의 높이는 0.005 내지 0.02 인치인 것이 바람직하다.
가열하는 동안 기판 온도 일정성을 향상시키기 위해, 가열판(15a)의 직경은 가열되는 기판의 직경보다 큰 것이 바람직하다(예컨대, 가열판(15a)의 직경이 가열판(15a)상에 위치하는 각각의 기판의 직경을 대략 초과하는 인치(inch)로 연장할 정도가 바람직하다). 가열판(15a)은 전도(예컨대, 기판이 가열판(15a)과 접촉해 있다면 직접 접촉 전도, 또는 기판이 핀(32a 내지 32c)상에 지지되는 경우에는 가열판(15a)과 기판 사이에 배치되는 질소와 같은 건조 기체를 통한 전도 중 어느 하나의 전도)에 의해 우선 기판을 가열시킨다. 가열하는 동안 기판의 이면을 따라 가스를 유동시킨다면 대류성 가열 구성 요소를 또한 채용할 수도 있다. 그러나, 이러한 기판 이면의 가스 유동으로 기판 이동을 방지시키도록 가열판(15a)이 상승식 에지(elevated edge)(도시 안함) 또는 정전 척(electrostatic chuck)(배경기술에 공지된 바와 같은)을 필요로 할 수도 있다.
챔버를 신속하게 진공화시키고 프로세스 가스 소모를 줄이기 위해 챔버(11)는 작은 체적을 가진다. 도 1에 도시한 바와 같이, 가스 입구(33)는 불활성 건조 가스원(inert dry gas source)(35)을 챔버(11)에 연결시킨다. 이러한 불활성 건조 가스 공급원(35)은 예컨대 희가스(noble gas), 또는 질소 바람직하게는 수 ppm(parts per million)의 O2를 함유하는 100%의 N2, 또는 수 ppm의 O2를 함유하는 N2에 희석된 4%이하의 H2이다. 건조 가스 공급원(35)으로부터 배출되는 가스는 게터(getter) 또는 냉각 트랩(cold trap)(도시 안함)을 통하여 더욱 "건조"해 질 수도 있다. 가스 출구(37)는 챔버(11)를 진공 펌프(39)에 연결시키는데, 이러한 진공 펌프(39)는 작동 중에 챔버(11)로부터 가스를 펌핑(pumping)한다. 따라서, 챔버(11)의 불활성 가스는 입자를 제거하도록 주기적으로 또는 연속적으로 제거될 수 있고, 챔버(11)로부터 가스를 탈착시킬 수 있다.
가스 입구(33)를 따라 작동가능하게 연결된 유동 제어기(40) 또는 니들 밸브(needle valve)를 통하여 불활성 가스가 챔버(11) 안으로 유동하는 비율을 제어한다. 진공 펌프(39)는 드라이 펌프(dry pump))와 같은 러프 펌프(rough pump)를 포함하는데, 이러한 러프 펌프는 챔버(11)의 신속한 진공을 위해 약 1 내지 50 liters/sec의 펌핑 속도를 가지는 것이 바람직하다. 가스 출구(37)는 공기식 러핑 포트 밸브(pneumatic roughing port valve)와 같은 격리 밸브(isolation valve)(41)를 포함하는데, 이러한 격리 밸브(41)는 챔버로부터의 가스 유동비를 제어하도록 진공 펌프(39)에 작동가능하게 연결된다. 가스 출구(37)는 챔버를 퍼징(purging)하는 동안 이용하기 위한 챔버 배출 밸브(43)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 러프 펌프는 수 밀리토르(milliTorr)이상의 압력으로 챔버를 진공화시킬 수 있기 때문에, 수 밀리토르의 압력 이하로 챔버(11)를 진공시키지 않는 응용분야(예컨대, 기판을 내부에 로딩하기 전에 질소와 같은 비산화 가스로 대기압으로 챔버(11)를 배출하는 경우, 또는 챔버(11)로부터 수 밀리토르이상의 압력을 채용하는 프로세싱 챔버(29)으로 기판을 이송하는 경우)에 대해서는 러프 펌프만을 채용할 수도 있다. 그러나, 수 밀리토르 아래의 압력(러프 펌프만으로 얻어질 수 없는 압력)을 필요로 하는 응용분야에 대해서, 고진공 프로세싱 챔버와 챔버(11) 사이에서((예컨대, 모 특허출원 제 09/332,207 호에 개시된 바와 같이 온도 조절판(15)을 채용하지 않도록 구성된 챔버에서, 또는 추가의 프로세싱 챔버로 그리고 추가의 프로세싱 챔버로부터 기판을 이송하게 하도록 온도 조절판(15a)이 위치하는 챔버에서) 기판을 이송하기 위해 극저온 펌프와 같은 고진공 펌프(도시 안함)도 채용될 수도 있다.
소정의 오염 레벨(예컨대, 10 ppm 미만의 O2가 챔버(11) 내에 남아있다)으로 챔버(11)를 예비 조건화하기 위해, 챔버 배출 가스(43)를 개방시킨 상태에서 건조 가스 공급원(35)으로부터 챔버(11) 안으로 건조 가스를 유동시킴으로써 대기압에서 챔버(11)를 퍼징시킬 수도 있고, 펌프(39)를 통하여 소정의 진공 레벨으로 챔버(11)를 진공화시킴으로써(챔버(11)와 펌프(39) 사이에 연결된 격리 밸브(41)를 개방시킴으로써) 챔버(11)가 단일 진공 퍼징된 후 건조 가스 공급원(35)으로부터의 건조 가스를 가지고 챔버(11)를 다시 충진시킬 수도 있으며, 또는 대기압 또는 단일 진공 퍼징에 의해 달성가능한 레벨을 초과하여 오염 레벨을 보다 감소시키기 위해 소정의 진공 레벨으로 챔버(11)를 반복적으로 진공시킴으로써 챔버(11)를 순환 퍼징시킨 후 건조 가스 공급원(35)으로부터의 건조 가스를 가지고 챔버(11)를 다시 충진시킬 수도 있다.
도 3b는 챔버(11)용 온도 조절판(15)으로서 채용될 수도 있는 기판을 냉각하도록 구성된 온도 조절판(15b)(즉, 냉각판(15b))의 측면도이다. 구체적으로, 프로세싱 챔버(29) 내부에서 기판을 가열한 후 기판을 신속하게 냉각시키도록 작용하기 위해, 기판 캐리지(13)를 통하여 냉각판(15b)상에 기판이 위치하고, 물 또는 냉동제(예컨대, 50%의 탈이온화된 물, 순수한 물의 빙점 이하의 빙점을 가지는 50%의 글리콜 용액(glycol solution))을 냉각판(15b) 내부에 배치된 냉각판(15b)의 채널을 통하여 유동시킨다. 예컨대, 냉각 유체 공급원(45)으로부터 펌프(47)를 통하여 냉각판에 유체를 공급함으로써 알루미늄 냉각판이 약 5 내지 25℃로 냉각될 수도있다.
또한, 냉각판(15b)은 공지된 바와 같은 확산기(diffuser) 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 확산기 구성은 내부에 0.02 내지 0.1 인치 직경의 홀(hole)(도시 안함)을 10,000개까지 구비한다. 이러한 홀은 냉각판(15b)을 통하여 (예컨대, 가스 공급원(35)으로부터) 가스가 유동하게 하며, 냉각판(15b)상에 위치한 기판의 냉각을 향상(기판의 이면을 냉각시킴으로써)시키도록 냉각판(15b)을 냉각시킨다. 가열판(15a)과 같이, 기판 이면의 가스 유동으로 인해 기판이 이동하는 것을 방지하도록 냉각판(15b)은 상승식 에지(도시 안함) 또는 정전 척(종래기술에 공지된 바와 같은)을 필요로 할 수도 있다. 챔버(11)의 벽은 기판 냉각을 보다 향상시키도록 잘 냉각되는 물 또는 냉동제일 수도 있다.
도 3c는 가열 및 냉각 모두를 위해 구성된 온도 조절판(15c)의 평면도이며, 제 1 기판 위치(15a')는 도 3a를 참조하여 상술한 바와 같이 기판 가열을 위해 구성되며, 제 2 기판 위치(15b')는 도 3b를 참조하여 상술한 바와 같이 기판 냉각을 위해 구성된다. 2개의 기판 위치(15a',15b')는 일체형 기판의 부분일 수도 있거나, 바람직하게 2개의 기판 사이가 1인치 이상의 거리로 떨어진 물리적으로 2개로 분리된 판을 포함할 수도 있다.
본 발명의 챔버(11)의 특정 온도 조절판(15a 내지 15c)과 무관하게, 본 발명의 챔버(11)는 비교적 저렴한 구성요소를 포함한다. 이러한 구성요소는 예컨대 회전가능한 기판 캐리지(13)와 기판 처리기(24)(바람직하게, 챔버(11)와 프로세싱 챔버 사이에서 직선을 따라 기판을 이송하는 데에만 적합한 기판 처리기, 즉 선형 기판 처리기)이다. 개별의 가열 및/또는 냉각 모듈까지의 기판 이송 시간에 대한 필요를 제거하기 때문에 가열 및/또는 냉각은 풋프린트(footprint)를 감소시키고 수율(throughput)을 증가시키면서 경제적으로 실행된다. 제어기(C)(도 1)는 여러 챔버 구성요소(예컨대, 온도조절판(15), 유동 제어기(40), 격리 밸브(41), 챔버 배출 밸브(43), 냉각 유체 공급원(45), 가열 부재(31), 기판 처리기(24), 모터(57) 등)와 연결되며, 본 발명의 챔버(11)가 아래에 설명하는 본 발명의 방법을 실행하게 하도록 프로그래밍된다.
도 4a 및 도 4b는 상승 위치와 하강 위치에서의 바람직한 기판 캐리지(13)를 각각 나타내는 전방 단면도이다. 아래에 설명하는 바와 같이, 바람직한 기판 캐리지(13)는 자기적 연결을 채용한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 중심 샤프트(17)는 챔버(11)의 정상면(11a)에서 구멍(aperture)(47)을 통하여 상방으로 연장한다. 제 1 벨로우(bellow)(49)는 챔버(11) 위에 위치한 외장 벽(enclosure wall)(50)까지 구멍(47)을 밀폐시킨다. 외장 벽(50)은 내부 자석 지지부(53)를 둘러싸는데, 이러한 내부 자석 지지부(53)는 기판 캐리지(13)에 고정되어 연결되거나 또는 기판 캐리지(13)와 일체로 형성되어, 내부 자석 지지부(53)와 기판 캐리지(13)는 하나의 유닛으로서 함께 이동한다.
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 복수의 내부 자석(51a 내지 51n)(내부 자석(51a,51b)만 도시함)은 내부 자석 지지부(53)에 연결되며 복수의 외부 자석(55a 내지 55n)(외부 자석(55a,55b)만 도시함)과 이격되어 자기적으로 연결되어 있다. 내부 자석(51a 내지 51n) 및 외부 자석(55a 내지 55n)은 영구 자석이 바람직하며, 외부 자석(55a 내지 55n)이 회전하는 경우 내부 자석(51a 내지 51n)이 회전하며, 외부 자석(55a 내지 55n)이 승강되는 경우, 내부 자석(51a 내지 51n)이 승강(즉, 상승 또는 하강)되기에 충분한 수와 이격된 거리를 가진다. 자석 강동, 내부 자석과 외부 자석을 분리시키는 재료(예컨대, 외장 벽(50)에 대해 이용되는 재료), 회전하는 동안 외부 자석상에 작용되는 토크 등과 같은 인자(factors)에 따라 다른 수의 자석과 다른 간격의 자석을 채용할 수도 있지만, 4개의 내부 자석(51a 내지 51n)과 4개의 외부 자석(55a 내지 55n), 그리고 동일한 자석 간격이 바람직하다.
외부 자석(55a 내지 55n)에는 모터(57)가 연결되며, 이러한 모터(57)는, 중심 샤프트(17)를 따라 수직으로 미끄러지도록 미끄럼가능한 연결부(59)(예컨대, 가이드 레일 연결부(guide rail connection))를 통하여 중심 샤프트에 연결되고, 또한 복수의 베어링(61a 내지 61n)을 통하여 내부 자석 지지부(53)에 연결된다. 아래에 설명하는 바와 같이, 모터(57)는 외부 자석(55a 내지 55n)에 회전 운동을 제공하기 위한(따라서, 내부 자석(51a 내지 51n)과 기판 캐리지(13)에 회전 운동을 제공하는) 회전 모터부(57a)와, 중심 샤프트(17)에 대해 외부 자석(55a 내지 55n)을 변환시키기 위한(따라서, 내부 자석(51a 내지 51n)과 기판 캐리지(13)를 변환시키는) 선형 모터부(57b) 모두를 포함하는 것이 바람직하다. 모터(57)와 중심 샤프트(17) 모두는 지지 구조체(63)(예컨대, 설비 섀시(equipment chassis), 또는 다른 지지 구조체)에 연결되어 있다. 모터(57)와 중심 샤프트(17) 사이에 위치하는 미끄럼가능한 연결부(59)에 의해 발생되는 입자/오염으로부터 챔버(11)를 제 2 벨로우(65)가 밀폐시킨다.
작동하는 동안, 기판 캐리지(13)를 회전시키기 위해 외부 자석(55a 내지 55n) 상에 회전력을 작용시키도록(예컨대, 회전 모터부(57a)의 로터(64)를 통하여) 모터(57)의 회전 모터부(57a)에 전류를 인가한다(예컨대, 종래 기술과 같이 AC 또는 DC 전력을 인가함으로써). 내부 자석(51a 내지 51n) 및 외부 자석(55a 내지 55n) 사이의 자기적 연결로 인해, 적용된 회전력 하에서 외부 자석(55a 내지 55n)이 회전함에 따라 외부 자석(55a 내지 55n)에 연결된 내부 자석(51a 내지 51n)과 기판 캐리지(13)도 회전한다. 베어링(61a 내지 61n)은 내부 자석 지지부(53)가 모터(57)의 고정부에 대해 자유 회전하게 한다. 이결과, 기판 캐리지(13)(내부 자석 지지부(53)에 고정되어 연결된)가 회전하며, 회전 모터부(57a)에 충분한 시간 동안 전류가 인가된다면 기판 캐리지(13)는 360°회전할 수도 있다.
기판 캐리지(13)를 상승 및 하강시키기 위해, 모터(57)의 선형 모터부(57b)는 중심 샤프트(17)에 대해 기판 캐리지(13)를 변환시키도록 채용된다. 예컨대, 상승된 위치(도 4a)로부터, 한 쌍의 기판 지지부(21a,21b)가 온도 조절판(15)의 정상면 아래로 연장하는 하강된 위치(도 4b)로 기판 캐리지(13)를 하강시키기 위해, 모터(57)의 선형 모터부(57b)에 전류가 인가되어 선형 모터부(57b)의 변환부(67)(예컨대, 모터 샤프트)가 연장된다. 변환부(translating portion)(67)가 연장되면서, 고정 구조체(63)와 접촉하기 때문에 모터의 잔여부(57)는 고정 구조체(63)로부터 떨어져 밀리는 한편 중심 샤프트(17)는 고정되어 유지된다. 이러한 방식으로, 모터(57)(변환부(67)를 제외하고)는 미끄럼가능한 연결부(59)를 따라 미끄러져서,온도 조절판(15), 외부 자석(55a 내지 55n), 내부 자석(51a 내지 51n) 및 기판 캐리지(13)(이들 각각은 바로 또는 베어링을 통하여 모터(57)에 연결되어 있다)를 온도 조절판(15)을 향하여 변환시킨다. 이 결과, 기판 캐리지(13)가 하강한다.
하강 위치(도 4b)로부터, 한 쌍의 기판 지지부(21a,21b)가 온도 조절판(15) 위의 정상면 위에 위치하는 상승 위치(도 4a)로 기판 캐리지(13)를 상승시키기 위해, 변환부(67)를 수축시킨다. 이 결과, 모터(57)의 잔여부, 외부 자석(55a 내지 55n), 내부 자석(51a 내지 51n), 그리고 내부 자석(51a 내지 51n)에 연결된 기판 캐리지(13)가 온도 조절판(15)으로부터 떨어지도록 변환된다. 이에 의해, 기판 캐리지(13)가 상승한다(도 4a). 모터(57)에는 제어기(69)(또는 도 1의 제어기(C))가 연결되며, 이러한 제어기(69)는 상술한 기판 캐리지(13)의 상승, 하강 및 회전 기능의 작동/타이밍을 제어하도록 프로그래밍된다.
도 5a 및 도 5b는 각각, 도 2a 및 도 2b의 기판 처리기(24)보다 바람직한, 자기적으로 부양되고 자기적으로 연결되는 기판 처리기(71)를 채용하는 챔버(11)의 정면도 및 측면도이다. 이러한 기판 처리기(71)는 샤프트(75)의 제 1 단부상에 장착되는 블레이드(73)와, 샤프트(75)의 제 2 단부상에 장착되는 디스크(77)를 포함한다. 이러한 디스크(77)는 수직으로 배열되어 방사상으로 배치되는 4개의 자석(79a 내지 79d)(예컨대, 도시한 바와 같이 디스크(77)에 대하여 대략 동일하게 이격되는 4개의 자석)을 지지하도록 구성된다. 자석(79a 내지 79d)은 전자석을 포함하는 것이 바람직하다. 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 샤프트(75)는 이송 챔버(11)의 바닥 벽에 위치하는 길다란 개구부(81)을 통하여 연장되어 있다. 기판처리기(71)가 수축된 위치에 있는 경우 기판 캐리지(13)의 기판 시트(23a 내지 23c) 중 하나 아래로 기판 처리기(71)를 위치시키기에 충분하고, 프로세싱 챔버(29) 내부에 위치하는 기판 지지부(도시 안함) 위로 기판 처리기(71)의 블레이드를 위치시키기에 충분한 거리로, 온도 조절판(15)으로부터 프로세싱 챔버(29)를 향하여 개구부(81)가 연장된다. 따라서, 기판 처리기(21)는 기판 캐리지(13)와 프로세싱 챔버(29) 사이로 기판을 이송할 수도 있다.
외부 채널벽(83)은 채널(11)까지 밀폐되며(또는 일체로 형성될 수도 있다), 개구부(81)와 동일 연장한다. 외부 채널벽(83)은 개구부(81)를 통하여 자기적 연결이 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 디스크(77)가 외부 채널벽(83) 내부에 포함되도록, 그리고 온도 조절판(15)의 정상면(82)과 동일한 높이에 블레이드(73)를 위치시키기에 충분한 거리로 샤프트(75)가 길다란 개구부(81)를 통하여 챔버(11) 안으로 연장하도록 기판 처리기(71)가 배치된다.
외부 채널벽(83)의 길이를 따라 레일(rail)(85)이 연장한다. 이러한 레일(85)에는 4개의 외부 자석(89a 내지 89d)(예컨대, 자석)을 구비하는 브라켓(bracket)(87)이 장착되며, 이러한 브라켓(87)은 모터(91)에 연결되어 모터(91)가 레일(85)을 따라 전방 및 후방으로 브라켓(87)을 구동시킨다. 외부 자석(89a 내지 89d)은 수직으로 배열되며, 외부 채널벽(83)의 외부면에 인접하도록 그리고 내부 자석(79a 내지 79d)에 자기적으로 연결되도록 브라켓(87)의 내부면을 따라 방사상으로 배치된다. 내부/외부 자석 쌍(pair) 사이의 거리를 감지하기 위해 내부/외부 자석 한벌에 인접하여 거리 센서(93a 내지 93d)가 위치한다. 이러한거리 센서(93a 내지 93d), 외부 자석(89a 내지 89d) 및 모터(91)는 제어기(94)(또는 도 1의 제어기(C))에 각각 연결되며, 이러한 제어기(94)는 외부 자석(89a 내지 89d)의 자화 레벨(magnetization level)을 독립적으로 조절하게 되어(예컨대, 각각의 자석(89a 내지 89d)에 공급되는 전류를 조절함으로써), 자석 쌍들 사이에 동일한 간격을 유지하여 레벨 위치에 로봇 블레이드(73)를 유지시킨다.
작동 중에, 기판 캐리지(13)와 프로세싱 챔버(29) 사이에 기판을 이송하기 위해, 기판 캐리지(13)는 기판 처리기(71)의 블레이드(73) 위에 기판(도시 안함)을 위치시킨다. 이후, 기판 캐리지(13)는 블레이드(73)가 기판 시트(23)를 통과할 정도로 하강하여 시트로부터 기판을 상승시킨다. 챔버(11)와 프로세싱 챔버(29)를 분리시키는 슬릿(27b)도 개방된다. 그러므로, 모터(91)에 전류가 인가되어, 내부 자석(79a 내지 79d)과 외부 자석(89a 내지 89d) 사이에 자기적 연결을 유지하는 속도로 레일(85)을 따라 프로세싱 챔버(29)를 향하여 브라켓(87)을 이동시킨다. 브라켓(87)이 레일(85)을 따라 이동함에 따라, 거리 센서(93a 내지 93d)는 내부 자석(79a 내지 79d)과 외부 자석(89a 내지 89d) 사이의 거리를 측정한다. 이들 거리 측정은 외부 자석(89a 내지 89d)의 자화 레벨을 조절하는 제어기(94)에 연속적으로 공급되어 여러 내부 자석 및 외부 자석 한 쌍 사이에 동일한 간격을 유지하게 한다.
또한, 제어기(94)는 모터(91)가 레일(85)을 따라 브라켓(87)을 이동시키는 속도를 조절하여, 브라켓(87)이 너무 빨리 이동하는 것을 거리 센서(93a 내지 93d)가 감지한다면 내부 자석 및 외부 자석 쌍들 사이에 충분한 자기적 연결이 유지되도록 속도를 감소시킨다. 프로세싱 챔버(29) 내부에 위치하는 기판 지지부(도시 안함)상에 블레이드(73)가 위치할 정도록 기판 처리기(71)가 충분한 거리를 이동한 후에, 모터(91)에 전류가 차단된다. 복수의 상승핀(lift pin) 또는 웨이퍼 상승 후프(wafer lift hoop)와 같은 기판 리프팅 메카니즘(substrate lifting mechanism)(도시 안함)은 기판으로부터 승강되어, 블레이드(73)로부터 기판을 상승시킨다. 이후, 모터(91)에 전류가 인가되어 기판 캐리지(13)를 향하여 후방으로 브라켓(87)을 이동하게 한다. 블레이드(73)가 공 슬릿(cleared slit)(27b)을 구비하는 경우, 슬릿(27b)이 밀폐되어 프로세싱이 프로세싱 챔버(29) 내부에서 시작된다. 프로세싱 챔버(29) 내부의 프로세싱이 완료될 때까지 기판 처리기(71)는 슬릿(27b) 바로 옆 위치에 유지된다.
프로세싱 챔버(29) 내부의 프로세싱이 완료된 후에, 기판 처리기(71)는 상술한 방식으로 전방으로 이동하여 프로세싱 챔버(29)로부터 기판을 추출한다. 기판 처리기(71)가 프로세싱 챔버(29) 내부에 있는 동안, 기판 캐리지(13)는 기판 처리기의 블레이드(73)의 높이 아래 위치로 하강한다. 이후, 기판 처리기(71)는 수축하여 기판 캐리지(13) 위로의 위치 안으로 기판을 운반한다. 기판 캐리지(13)가 승강하여 기판 처리기의 블레이드(73)로부터 기판을 상승시키고, 동시에 기판 처리기의 블레이드(73)로부터 온도 조절판(15)상에 위치한 임의의 기판을 상승시킨다. 기판 캐리지(13)가 회전하여 프로세싱 챔버(29)("제 1" 처리된 기판)로부터 온도 조절판(15) 위의 위치까지 회수된 기판을 운반하며, 온도 조절판(15)으로부터 상승되는 기판들 중 하나를 기판 처리기(71) 위의 위치 안으로 운반한다. 이후, 기판캐리지(13)는 하강하여 기판 캐리지(13)로부터 온도 조절판(15)으로, 그리고 기판 처리기(71)로 기판을 이송한다.
이후, 상술한 바와 같이 프로세싱 챔버(29) 안으로 제 2 기판이 로딩(loading)되며, 온도 조절판(15)의 구성에 따라 제 1 처리된 기판은 온도 조절판(15) 상에서의 냉각, 온도 조절판(15)에 의한 가열(예컨대, 어닐링 단계와 같이) 또는 전단 로더 로봇(front-end loader robot)(도시 안함)에 의해 온도 조절판(15)으로부터 바로 추출 중 하나로 실행된다. 전단 로더 로봇은 온도 조절판(15)의 제 1 측상에 새로운 "제 3" 기판을 위치시키고 온도 조절판(15)의 제 2 측으로부터 제 1 처리된 기판을 추출한다. 기판 가열, 냉각 및 프로세싱의 시퀀스(sequence)는 제조 프로세스가 실행되는 필요조건에 따라 변경된다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 예컨대, 기판은 프로세싱 챔버(29) 안으로 들어가기 전에 온도 조절판(15)을 통하여 탈가스화, 및/또는 프로세싱 챔버(29) 내부에서 프로세싱된 후 냉각, 어닐링 또는 어닐링 되어 냉각될 수도 있다.
여기에 설명한 본 발명의 기판 처리 장치의 추가의 장점은 여러 구성 요소(온도 조절판(15), 기판 캐리지(13), 기판 처리기(24), 자기적으로 부양되고 자기적으로 연결되는 기판 처리기(71) 등)가 챔버(11)의 한면(예컨대, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같은 바닥면(11b))에만 직접 또는 간접 어느 한 방법으로 각각 연결되어 있다는 것임을 주지한다. 따라서, 챔버(11)를 진공 또는 배출시키는 동안 챔버(11)의 벽이 편향되어 있기 때문에(예컨대, 챔버(11)의 내부 환경과 외부 환경 사이의 커다란 압력차의 발생 또는 제거로 인해), 모든 기판 처리 및/또는 지지하는 구성 요소가 이러한 편향에 의해 동일한 영향을 받으면서 기판 이송에는 영향이 없다.
도 6은 기판 캐리지(13)와, 복수의 프로세싱 챔버(29a 내지 29c)에 연결된 온도 조절판(115)을 포함하는 챔버(111)를 나타내는 평면도이며, 도 7은 도 6의 7-7선을 따라 취한 도 6의 챔버의 측단면도이다. 챔버(111)의 구성 요소는 도 1 내지 도 5a에 도시되어 설명된 구성 요소와 거의 동일하다. 따라서, 도 1 내지 도 5a와 상이한 양상만을 도 6 및 도 7을 참조하여 설명할 것이다. 구체적으로, 도 6 및 도 7의 챔버(111)에서 온도 조절판(115)은 기판 캐리지(13) 위에 위치하지만, e도 7에 도시한 바와 같이 하부 챔버벽(11b)에 의해 지지된다. 이러한 실시예에서는 기판 캐리지(13) 아래에 온도 조절판(15)이 없다. 따라서, 기판 처리기(24)는 자유롭게 회전할 수도 있다. 이러한 구성은 온도 조절판(15)이 기판 캐리지(13) 아래에 위치하는 도 1 내지 도 5a의 구성과는 상이하다. 따라서, 복수의 챔버(예컨대, 로드 락(loadlock)(L), 프로세싱 챔버(29a 내지 29c))는 본 발명의 챔버(111)의 각 측면으로 연결될 수도 있으며, 온도 조절판(15)이 다른 곳에서는 액세스(access)를 차단하기 때문에 기판 처리기(24)가 하나의 챔버에만 작용할 수 있는 도 1의 실시예와는 반대로, 기판 처리기(24)를 통하여 챔버 사이에 복수의 기판이 이송될 수도 있다.
온도 조절판(115)은 챔버의 바닥면(11b)에 의해 지지부(201) 상에 지지되며, 지지부(201)로부터 기판 캐리지(13) 상에 지지되는 웨이퍼의 위치를 중첩시키는 위치로 연장하고, 마주하는 쌍의 브랜치(19a 내지 19c)와 기판 시트(23a 내지 23c)를형성하는 기판 지지부(21a,21b) 사이의 통로(P)보다 작은 크기(예컨대, 보다 작은 직경)을 가진다. 노치(125a 내지 1125c)는 온도 조절판 내에 형성될 수도 있어서, 기판 지지부(21a,21b)의 일부분은 노치를 통과할 수도 있다(예컨대, 노치(125a,125b)는 도 6에 도시한 바와 같이, 기판 지지부의 내향으로 연장하는 부분들의 형상을 반영할 수도 있다).
작동 중에, 기판은 온도 조절판(115)의 정상면상에 위치하도록 이동되어야 한다. 이렇게 이동하기 위해, 공(empty) 기판 시트(23a 내지 23c)가 온도 조절판(115) 아래에 위치할 때 까지 기판 캐리지(13)가 먼저 회전한다. 이후, 기판 캐리지(13)는 온도 조절판(115)의 높이 이상으로 승강하며, 온도 조절판(115)은 기판 캐리지(13)의 공 슬롯을 통과한다.
기판 캐리지(13)가 온도 조절판(115) 위에 위치한 후에, 기판 캐리지(13)는 온도 조절판(115) 위로 기판을 위치시키도록 회전하고, 온도 조절판(115) 아래 높이로 하강한다. 기판 캐리지(13)는 마주하는 브랜치(19a 내지 19c)와 브랜치(19a 내지 19c)에 연결된 기판 지지부를 하강시키고 온도 조절판(115)의 한쪽을 따라 하강하여, 마주하는 기판 지지부상에 위치하는 기판은 온도 조절판(115)으로 이송되며 기판 캐리지(13)는 온도 조절판(115) 아래에 다시 위치한다. 이후, 기판 캐리지(13) 및 기판 처리기(24)가 챔버(111) 주위 및/또는 프로세싱 챔버(29a 내지 29c)과 로드 락(L) 사이에 다른 기판을 이송할 수 있다. 온도 조절판(115)이 온도 조절판(115)상에 위치한 기판을 가열 또는 냉각시킨 후, 공 기판 시트가 온도 조절판(115)으로부터 기판을 상승시키도록 기판 캐리지(13)가 승강한다. 기판캐리지(13)는 온도 조절판(115) 위로 공 기판 시트(23a 내지 23c)를 위치시키도록 회전한 후 온도 조절판(115)을 통과하여 하강한다.
온도 조절판(115)은 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 상술한 바와 같은 가열 또는 냉각 구성 요소와 함께 구성될 수도 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 온도 조절판(115)은 임의의 챔버(111)의 측벽에 연결될 수도 있거나, 챔버의 상부면(11a)으로부터 하방으로 또는 챔버(111)의 바닥면(11b)으로부터 상방으로 연장할 수도 있는 지지부(201)를 통하여 연결될 수도 있다. 온도 조절판(115), 기판 캐리지(13) 및 기판 처리기(24,)가 챔버(11)의 한면(예컨대, 도 6에 도시한 바와 같은 바닥면(11b))에만 직접 또는 간접 중 어느 한 방식으로 각각 연결되는 경우, 챔버를 진공화 또는 배출하는 동안 챔버(11)의 벽을 편향시키는 경우(예컨대, 챔버(11)의 내부 환경과 외부 환경 사이에 커다란 압력차가 발생하거나 제거됨으로 인해), 이러한 편향에 의해 모든 기판 처리 및/또는 지지 구성 요소가 동일하게 영향을 받는 동안 기판 이송은 영향을 받지 않는다.
상술한 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예만을 개시하였지만, 본 발명의 범위 내에 속하는 앞서 개시된 장치 및 방법의 변경은 당업자에게 용이하게 명확할 것이다. 예컨대, 기판을 가열하는 다른 방법이 채용될 수도 있으며, 이러한 방법은, 기판 캐리지(13)에 의해 지지되는 기판, 또는 온도 조절판(15)상에 위치하는 기판의 가열을 돕기 위해 챔버(11)의 정상면을 따라 위치하는 가열 램프를 채용한다. 여러 챔버 구성 요소의 특정 형상, 이들 사이의 연결, 온도 조절판(15) 및/또는 기판 캐리지(13)에 의해 지지되는 기판의 수는 챔버(11)에 연결되는 프로세싱 챔버(29)의 수에 따라 변경될 수 있다. 승강식 온도 조절판을 구비하는 실시예는 하나 이상의 온도 조절판을 구비할 수도 있으며, 각각의 온도 조절판은 상이한 높이에 위치할 수도 있다.
자기적으로 연결된 기판 캐리지와, 자기적으로 연결되고 자기적으로 부양되는 기판 핸들러가 바람직하지만, 자기적으로 연결되거나 자기적으로 부양되지 않는 기판 캐리지 및 기판 처리기를 채용할 수도 있다. 결국, 본 발명은, 바람직하게 직선을 따라 기판을 이송하도록만 되어 있는 기판 처리기(선형 기판 처리기)와 함께 채용될 수도 있는 것이 바람직하지만, 다른 유형의 기판 처리기를 채용할 수도 있다. 사실상, 자기적으로 연결되고 자기적으로 부양되는 본 발명의 기판 처리기는, 기판 처리기와, 여러 프로세싱 또는 로드 락 챔버 사이에 기판을 이송하도록 기판 처리기를 필요로 하는 모 특허출원 제 09/332,207 호에 개시된 바와 같은 이송 챔버 내부에 채용될 수도 있다. 본 발명의 자기적으로 연결된 기판 캐리지는, 온도 조절판과 같이, 모 특허출원 제 09/332,207 호에 개시된 것과 같은 다른 이송 챔버 내에 채용될 수도 있다. 이송 챔버 내부에 포함되는 가열 메카니즘 및/또는 냉각 메카니즘을 통하여 기판을 가열 또는 냉각시키는 개념은 다른 챔버 내부에 채용될 수도 있으며, 여기에 설명된 특정 챔버에 한정되지 않는다.
본 발명의 지시 포드 도어 오프너(indexing pod door opener)는 개별의 전단 로봇에 대한 필요성을 제거할 수도 있다. 포드 도어 오프너에는 진공 펌프/배출 가능성이 제공되어 포드 도어가 로드 락으로서 작동할 수도 있는 것이 바람직하다. 기판 캐리지 챔버의 로봇은 포드 도어 오프너로부터 바로 웨이퍼를 추출할 수도 있다. 로봇이 프로세싱 챔버로부터 웨이퍼를 로드/언로드(load/unload)할 수 있을 정도로 챔버가 구성되기 때문에 기판 캐리지 챔버의 로봇 스트로크는 길게 연장할 필요가 없으며, 하나 이상의 프로세싱 챔버로부터의 로딩/언로딩은 포드 도어 오프너로부터 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하는 것과 동일한 스트로크를 필요로 한다. 또한, 수직으로 지시할 수도 있어서, 포드 내부에 포함되는 웨이퍼를 액세스가능하도록 포드 도어를 수직으로 이동시키기 위한 포드 도어 수용부(pod door receiver)에 대한 필요성을 제거하며, 로딩/언로딩 로봇을 수직으로 지시하게 할 필요성을 제거한다. 결국, 본 발명에 따라 구성된 다수의 챔버는 관통 채널을 통하여 연결될 수도 있으며, 대기에 노출되지 않는 이송 챔버 및/또는 단계식 진공 시스템을 생성하게 할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예와 관련하여 본 발명을 개시하였지만, 다른 실시예가 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 정신과 권리범위 내에 해당할 수도 있음을 인지해야 한다.
본 발명에 따라, 기판 가열 및 냉각 효율을 강화시키며, 기판 처리기의 복잡성을 감소시키며 기판을 이송시키는 동안 이동 부분들 사이의 접촉을 감소시키며(예를 들면 관련된 입자 발생을 감소시키며), 기판 처리 장비 신뢰도 개선, 및/또는 기판 수율 증가시킨다.

Claims (35)

  1. 이송 챔버로서,
    제 1 밀봉가능한 슬릿과,
    진공 프로세싱 챔버에 연결하도록 되어 있는 제 2 밀봉가능한 슬릿과,
    상기 제 2 밀봉가능한 슬릿을 통하여 기판을 이송시키도록 되어 있는 기판 처리기와, 그리고
    상기 이송 챔버 내부에 포함된 기판의 온도를 조절하도록 되어 있는 온도 조절 메카니즘을 포함하는 이송 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 조절 메카니즘은 하나 이상의 기판을 지지하도록 되어 있는 온도 조절판을 포함하며,
    하나 이상의 기판 저장 부재를 구비하며, 상기 온도 조절판상에 하나 이상의 기판을 위치시키도록 되어 있는 이동가능한 기판 캐리지를 더 포함하는 이송 챔버.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 기판 캐리지는 복수의 기판 저장 부재를 포함하는 이송 챔버.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 기판 캐리지는 회전하도록 되어 있으며 상기 온도 조절판의 레벨 상하로 승강하도록 되어 있는 이송 챔버.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 기판 캐리지의 아래에 배치되며, 기판을 유지하도록 되어 있는 블레이드를 구비하는 기판 처리기를 더 포함하는 이송 챔버.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 기판 캐리지는 상기 기판 처리기 블레이드상에 하나 이상의 기판을 위치시키도록 되어 있는 이송 챔버.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 기판 처리기는 선형 기판 처리기인 이송 챔버.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 온도 조절판은 공동(cavity)을 포함하며, 상기 선형 웨이퍼 처리기는 적어도 부분적으로 상기 공동 내부에 배치되는 이송 챔버.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 기판 저장 부재 각각은, 상기 기판 처리기 블레이드보다 폭이 넓은 통로를 사이에 구비하는 한 쌍의 마주하는 웨이퍼 지지부를 포함하는 이송 챔버.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 챔버는 제 1 레벨에 위치하는 슬릿을 포함하며,
    상기 온도 조절판의 정상면과 블레이드는 상기 제 1 레벨에 위치하며,
    상기 기판 캐리지는 회전하도록 되어 있으며 상기 제 1 레벨 상하로 승강하도록 되어 있고,
    상기 기판 저장 부재는, 상기 기판 처리기보다 폭이 넓은 통로를 사이에 구비하는 한 쌍의 마주하는 웨이퍼 지지부를 각각 포함하는 이송 챔버.
  11. 제 2 항에 있어서, 상기 온도 조절판, 상기 기판 캐리지 및 상기 기판 처리기는 상기 챔버의 제 1 벽에 연결되어 있는 이송 챔버.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 조절 메카니즘은 2개의 기판을 지지하도록 되어 있는 온도 조절판을 포함하며,
    3개의 기판 저장 위치를 구비하며, 상기 온도 조절판 정상면의 상하로 승강하도록 되어 있는 회전가능한 기판 캐리지와,
    기판을 지지하도록 되어 있는 기판 지지부를 구비하는 기판 캐리지의 아래에 배치되는 선형 기판 처리기를 더 포함하며,
    상기 기판 캐리지 및 상기 기판 지지부는 상기 기판 캐리지를 하강시킴으로써 상기 온도 조절판 및 상기 기판 지지부에 기판을 이송시키도록 되어 있어서, 상기 기판 캐리지가 하강하는 동안 상기 기판 지지부가 상기 제 2 밀봉가능한 슬릿을 통하여 이동할 수 있는 이송 챔버.
  13. 진공 프로세싱 챔버에 기판을 이송시키는 방법으로서,
    이송 챔버 내부에 상기 기판을 위치시키는 단계와,
    상기 기판이 온도 조절 메카니즘을 통하여 상기 이송 챔버 내부에 위치하는동안 상기 기판의 온도를 조절하는 단계와, 그리고
    상기 이송 챔버로부터, 상기 이송 챔버 내부에 위치하는 기판 처리기를 통하여 진공 프로세싱 챔버에 기판을 이송시키는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 기판의 온도를 조절하는 단계는 온도 조절판상에 상기 기판을 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 제 2 기판이 상기 진공 프로세싱 챔버 내부에 프로세싱되고 있는 동안 하나 이상의 제 1 기판을 저장하여 상기 제 1 기판의 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 진공 프로세싱 툴로서,
    하나 이상의 진공 프로세싱 챔버와,
    밀봉가능한 이송 챔버로서, 진공과 대기압 사이에서 펌핑하여 배출시키도록 되어 있으며, 기판 처리기 위의 평면에서 작동하는 회전가능한 기판 저장 부재를 포함하고, 상기 기판 저장 부재와 상기 기판 처리기는, 상기 기판 저장 부재와 상기 기판 처리기 사이의 상대 운동으로 상기 기판 처리기와 상기 기판 저장 부재 사이에 기판을 이송시키도록 되어 있는 밀봉가능한 이송 챔버와,
    상기 밀봉가능한 이송 챔버 내부에 포함되는 기판 처리기와, 그리고
    제어기로서, 상기 밀봉가능한 이송 챔버에 연결되며, 상기 진공 프로세싱 툴내부 또는 외부로 기판을 로딩할 때마다, 진공과 대기압 사이에서 상기 밀봉가능한 이송 챔버를 펌핑하여 배출시키도록 프로그래밍되어 있는 제어기를 포함하는 진공 프로세싱 툴.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 기판 처리기는 기판을 지지하기 위한 블레이드를 포함하는 진공 프로세싱 툴.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 기판 저장 부재와 상기 기판 처리기 모두는 상기 밀봉가능한 이송 챔버의 제 1 벽에 의해 지지되어, 상기 제 1 벽이 편향되면 상기 기판 저장 부재와 상기 기판 처리기 모두가 이동하는 진공 프로세싱 툴.
  19. 제 18 항에 있어서, 위에 기판을 지지하게 되어 있는 온도 조절판을 더 포함하며,
    상기 기판 저장 부재와 상기 온도 조절판은, 상기 기판 저장 부재와 상기 온도 조절판 사이의 상대 운동으로 상기 기판 저장 부재와 상기 온도 조절판 사이에 기판을 이송하도록 되어 있으며,
    상기 온도 조절판은 상기 밀봉가능한 이송 챔버의 제 1 벽에 의해 지지되어 있는 진공 프로세싱 툴.
  20. 수평으로 인접한 2개의 저장 위치를 구비하는 회전가능한 기판 캐리지상의로드 락/이송 챔버 내부에 기판을 위치시키는 단계와,
    원하는 진공 레벨까지 상기 로드 락/이송 챔버를 펌핑시키는 단계와,
    상기 로드 락/이송 챔버 내부에 포함되는 기판 처리기 위에 저장 위치를 위치시키는 단계와 상기 기판 처리기에 대해 상기 기판 캐리지의 높이를 변화시키는 단계를 통하여, 상기 기판 처리기에 기판을 이송시키는 단계와,
    상기 로드 락/이송 챔버를 진공 프로세싱 챔버에 연결시키는 밀봉가능한 슬릿을 개방시키는 단계와, 그리고
    상기 로드 락/이송 챔버 내부에 포함되는 상기 기판 처리기를 경유하여 상기 밀봉가능한 슬릿을 통하여 진공 프로세싱 챔버 안으로 기판을 이송시키는 단계를 포함하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 기판을 이송시키는 단계는 상기 로드 락/이송 챔버로부터 직선을 따라 상기 프로세싱 챔버로 기판을 이송시키는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 로드 락/이송 챔버 내부에 기판을 위치시키는 단계는 상기 로드 락/이송 챔버 내부에 2개의 기판을 위치시키는 단계를 포함하며,
    상기 진공 프로세싱 챔버 내부에서 상기 2개의 기판 중 하나의 기판을 프로세싱하는 동안 상기 로드 락/이송 챔버 내부에 상기 2개의 기판 중 다른 하나의 기판을 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
  23. 주요 부분과, 외측으로 연장하는 보다 작은 부분을 가지는 밀봉가능한 챔버와, 그리고
    상기 밀봉가능한 챔버 내부에 포함되는 회전가능한 기판 캐리지를 포함하며,
    상기 회전가능한 기판 캐리지는,
    상기 밀봉가능한 챔버의 주요 부분 내부에 위치하는 하나 이상의 기판 저장 위치와,
    상기 회전가능한 기판 캐리지의 중심 영역으로부터 상기 밀봉가능한 챔버의 외측으로 연장하는 부분 안으로 연장하는 내부 자석 지지부와,
    상기 밀봉가능한 챔버의 외측으로 연장하는 부분에 포함되어 있는 상기 내부 자석 지지부에 부착되는 하나 이상의 내부 자석과,
    상기 밀봉가능한 챔버의 외측으로 연장하는 부분의 외부에 위치하며, 상기 하나 이상의 내부 자석에 자기적으로 연결되어 있는 하나 이상의 외부 자석과, 그리고
    상기 하나 이상의 외부 자석에 연결되며, 상기 회전가능한 기판 캐리지를 회전시키도록 상기 밀봉가능한 챔버의 외측으로 연장하는 부분에 대하여 상기 외부 자석을 회전시키도록 되어 있는 모터를 포함하는 이송 챔버.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 모터는, 상기 회전가능한 기판 지지부를 상승 및 하강시키도록 상기 외부 자석을 상승 및 하강시키게 되어 있는 이송 챔버.
  25. 챔버를 포함하는 이송 챔버로서,
    상기 챔버는,
    상기 챔버의 상부에 위치하며, 기판 지지면을 구비하는 온도 조절판과,
    상기 챔버의 하부에 위치하며, 기판 지지 블레이드를 구비하는 기판 처리기와, 그리고
    상기 온도 조절판의 기판 지지면 위의 높이와, 상기 기판 처리기의 기판 지지 블레이드 아래의 높이 사이에서 상승 및 하강하도록 되어 있는 회전가능한 기판 캐리지를 포함하는 이송 챔버.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 온도 조절판은 상기 온도 조절판 위에 위치하는 기판을 가열시키도록 되어 있는 이송 챔버.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 온도 조절판은 상기 온도 조절판 위에 위치하는 기판을 냉각시키도록 되어 있는 이송 챔버.
  28. 제 25 항에 있어서, 상기 회전가능한 기판 캐리지는 복수의 기판 시트를 포함하며,
    상기 기판 시트에는 상기 기판 처리기 블레이드와 상기 온도 조절판이 통과할 수 있는 통로가 각각 형성되어 있는 이송 챔버.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 온도 조절판의 내부에는 상기 기판 지지부가 통과할 수 있는 복수의 노치가 형성되어 있는 이송 챔버.
  30. 제 25 항에 있어서, 상기 온도 조절판, 상기 기판 처리기 및 상기 회전가능한 기판 캐리지는 상기 챔버의 공통면에 각각 연결되어 있는 이송 챔버.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 챔버의 공통면은 상기 챔버의 바닥면인 이송 챔버.
  32. 이송 챔버를 포함하는 프로세싱 시스템으로서,
    상기 이송 챔버는 챔버를 포함하며,
    상기 챔버는,
    상기 챔버의 상부에 위치하며, 기판 지지면을 구비하는 온도 조절판과,
    상기 챔버의 하부에 위치하며, 기판 지지 블레이드를 구비하는 기판 처리기와,
    상기 온도 조절판의 기판 지지면 위의 높이와, 상기 기판 처리기의 기판 지지 블레이드의 아래 높이 사이에서 상승 및 하강하도록 되어 있는 회전가능한 기판 캐리지와, 그리고
    하나 이상의 프로세싱 챔버로서, 상기 기판 처리기가 상기 하나 이상의 프로세싱 챔버 사이에 기판을 이송할 수 있을 정도로 상기 이송 챔버에 연결되어 있는하나 이상의 프로세싱 챔버를 포함하는 프로세싱 시스템.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 이송 챔버에 연결되는 로드 락을 더 포함하는 프로세싱 시스템.
  34. 이송 챔버 내부의 회전가능한 기판 캐리지상에 기판을 위치시키는 단계와,
    상기 회전가능한 기판 캐리지를 온도 조절판 위의 높이까지 승강시키는 단계와,
    상기 온도 조절판과 한줄로 상기 기판을 위치시키도록 상기 회전가능한 기판 캐리지를 회전시키는 단계와,
    상기 온도 조절판상에 상기 기판을 위치시키도록 상기 회전가능한 기판 캐리지를 하강시키는 단계와, 그리고
    상기 온도 조절판과 접촉을 통하여 상기 기판의 온도를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 온도 조절판으로부터 상기 기판을 상승시키도록 상기 회전가능한 기판 지지부를 승강시키는 단계와,
    상기 온도 조절판으로부터 상기 기판을 제거하도록 상기 온도 조절판을 회전시키는 단계를 더 포함하는 방법.
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