KR20020015672A - 반도체처리모듈과 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체기판처리를 위한 콤팩트한 단일웨이퍼처리 반도체제조장치는 반도체기판 상에 막을 형성시키는 반응기와 게이트밸브를 통해 반응기와 직접적으로 연통되고 진공상태에서 반도체기판을 대기시키기 위한 부하로크챔버로 구성된 각각의 적어도 두개의 유니트는 모듈화되고 이런 모듈화된 반응기유니트는 AFE(대기전면말단)을 통해 클러스터를 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다. 부하로크챔버의 내부에는, 반도체기판을 반응기내로 이송하는 얇은 링크식 아암을 가지는 기판이송 메카니즘을 제공한다.

Description

반도체처리모듈과 장치{SEMICONDUCTOR PROCESSING MODULE AND APPARATUS}
본 발명은 반응기에 연결된 진공부하로크챔버를 사용한 반도체제조장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 콤팩트하고 프리레이아웃된 단일웨이퍼처리유니트와, 이것의 가스라인 시스템 그리고 반응기의 구조를 포함하는 반도체 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 진공부하로크시스템을 사용한 반도체제조장치의 챔버는 부하로크챔버, 이송챔버 및 이송챔버와 연결된 복수의 반응기(처리챔버)를 가진다. 각 챔버에는 자동으로 기판을 공급하는 기판처리로봇이 사용되고, 기판처리로봇은 다음과 같은 기능을 한다: 먼저, 대기로봇은 카세트 또는 정면개구통일판("FOUP", 예를 들면, 분리가능한 카세트 및 정면개구경계면을 가진 박스)으로부터 부하로크챔버의 내부로 기판을 가져온다. 그리고 나서, 부하로크챔버에의 공기를 진공으로 한 후, 기판은 공통의 다각형 이송챔버 내부에 마련된 진공로봇에 의해 각 반응기로 이송된다. 반응기내에서 처리된 기판은 진공로봇에 의해 부하로크챔버 내부로 이송된다. 마지막으로, 부하로크챔버 내부의 기압이 대기압으로 복귀된 후, 처리된 기판은 대기로봇에 의해 카세트 또는 FOUP에서 반출된다. 이러한 형의 장치는 일반적으로 클러스터 툴(cluster tool)이라 불린다.
종래의 클러스터 툴에는 두 가지 형이 있다. 즉, 단일웨이퍼처리형과 배치식웨이퍼처리형이 있다. 단일웨이퍼처리형에서 각 반응기는 동시에 하나의 웨이퍼를 처리한다. 배치식웨이퍼처리형에서 단일반응기는 동시에 복수의 웨이퍼를 처리한다.
배치식웨이퍼처리장치는 단일반응기 내에서 복수의 기판을 처리하기 때문에 생산력이 높다. 그러나 배치식웨이퍼처리장치에 의해 기판에서 형성된 박막은 두께와 품질 면에서 균일하지 않고 종종 문제를 일으킨다. 막의 두께와 품질 면에서 균일성을 향상시키기 위해서는 단일웨이퍼처리장치를 사용하는 것이 효과적이다.
종래의 단일웨이퍼처리형장치를 사용하여 생산성을 향상시키는 시도를 한다면, 반응기의 수가 증가하고, 풋프린트(장치에 의해 점유되는 지역)와 페이스프린트(장치정면 패널의 폭)가 증가하며, 마찬가지로 비용도 증가한다. 이것은 종래의 단일웨이퍼처리장치가 공통의 다각형 이송챔버를 가지고 있고 반응기가 이송챔버에 모든 방향에서 방사상으로 부착되었기 때문이다. 게다가 다각형 면의 수에 따라 반응기나 설계의 수가 제한된다. 더 나아가, 종래에는 각 반응기가 독립적으로 가스라인과 진공라인을 보유하고, 독립적으로 증착(막 형성)을 수행하였다. 생산성을 향상시키기 위해 반응기의 수를 증가시킨다면, 반응기와 같은 가스라인과 진공펌프가 동일한 수로 요구되기 때문에 진공 요소의 수가 증가된다. 결과적으로 반응기 당 비용은 증가되고 동시에 풋프린트도 증가된다.
더 나아가, 종래의 단일웨이퍼처리 반도체제조장치에 있어서, 반응기는 단일층구조를 가지고 있으며, 동일 챔버내에서 기판의 적치와 처리가 수행된다. 따라서, 처리챔버의 용량은 크고, 반응가스의 양 및 증착과 세척에 요구되는 시간도 따라서 증가한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 웨이퍼가 이송된 후 반응기를 밀봉함으로서 처리챔버의 용량을 감소시키는 방법이 보고되었다(미국 특허 번호5,730,801 또는 일본 특허 번호 8-172037). 이 방법은 일반적으로 배치식처리수직도가니에 사용되는 기술이다. 만일 이 방법을 단일웨이퍼처리반응기에 적용할 경우, 후술하는 문제점이 발생한다: 일반적으로 단일웨이퍼처리반응기 내부의 서셉터에는 기판이 이송할 때 진공로봇의 말단 인자를 출납하는 것이 가능한 것과 같이 기판과 서셉터 사이에 공간을 만들기 위해, 기판을 일시적으로 지지하기 위한 기판승강핀이 관통해 배치되어 있다. 서셉터의 주변에서 밀봉을 수행하기 위해서는 이 관통한 구멍을 채울 필요가 있다. 구멍을 밀봉하기 위해 기판승강핀 자체의 무게를 사용하려는 접근이 있었다. 이것은 플랜지로 된 기판승강핀을 제공하여 구멍을 밀봉할 수 있다.(미국 특허 번호 5,730,801 또는 일본 특허 번호 8-172037). 그러나 이 접근은 매우 불안정하고, 밀봉이 완전하지 않을 때, 예를 들면 핀이 약간의 영향을 받거나, 이송챔버 내부의 압력이 처리챔버 내부의 압력보다 높아지게 되면 리크가 발생할 수 있는 위험이 있다.
이에 더하여, 일본 특허 번호 10-30183에는 처리챔버와 연결된 부하 로크챔버내의 이송메카니즘을 포함하는 회분장치가 기재되어 있고, 이것은 반도체기판을 지지하는 처리유니트가 처리챔버의 내외로 로딩 또는 언로딩하는 것을 특징으로 한다. 상기 구조에 따라, 풋프린트 또는 페이스프린트는 일정한 정도까지 감소될 수 있다. 그러나 풋프린트나 페이스프린트의 감소는 만족할 만하지 못하고, 처리효율과 생산성을 향상시키기 위한 것이나 총계시스템을 간소화하거나 장치의 스케일업이 고려되지 않았다. 상기의 구조는 더 후술할 것이다.
더 나아가 일본 특허 번호 10-154739(또는 미국 특허 번호 5,855,681)에는(a) 부하로크챔버, (b) 이송챔버, (c) 이송챔버에 연결되어 있으며 복수의(실질적으로 2개) 처리영역을 각각 가지고 있는 하나 이상의 반응기, (d) 이송챔버의 내부에 마련된 제1기판처리부재를 포함하는 기판처리장치가 공지되어 있다. 이 장치는 복수의 반응기를 가지지만 부하로크챔버이외에 반응기와 공용된 플랫폼과 같은 이송챔버를 가져야만 한다. 이것은 풋프린트나 페이스 프린트의 감소를 달성될 수 없으며, 처리효율과 생산성을 향상시키기 위한 또는 총계시스템이나 스케일업을 간소화하기위한 고찰이 불충분하다. 상기의 구조는 더 후술할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 저비용, 소형의 풋프린트 및 소형의 페이스프린트를 실행시키는 반도체제조장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 소량생산부터 대량생산까지 범위를 조절할 수 있는 콤팩트하고 프리레이아웃된 반도체제조장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 처음부터 끝까지 안정된 프로세스를 실현하는 반도체제조장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 노동을 감소시키고 저비용을 실현하는 가스라인과 진공라인을 포함하는 가스라인스시템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 처리시 처리챔버의 반응영역이 보존되게 밀봉할 수 있는 반응기의 실링메카니즘을 제공하는 것이다. 여기서 반응영역은 반응챔버의 내부를 구획하여 형성되고 단순한 구조 또는 다른 구조를 이용하는 밀봉을 사용하여 얻어진 효과와 동일하게 얻을 수 있다.
상기의 목적은 단지 예들에 불과하며 본발명이 속하는 기술분야에 한정되지 않는다. 상기에서 언급한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다음의 실시예를 포함한다.
본 발명의 개시되었거나 개시되지 않은 다른 특징은 본 발명을 예시할 목적이긴 하지만 이에 한정하는 것은 아니며, 바람직한 실시예의 도면을 참조하여 이제부터 개시할 것이다.
도 1(a)는 본 발명에 따른 반도체제조장치의 평면도를, 도 1(b)는 정면도를, 도 1(c)는 측면도를 나타낸다.
도 2(a) 에서 (d)는 본 발명에 따른 반도체제조장치의 동작 시퀀스를 나타낸다.
도 3은 도 1에 나타난 부하로크챔버를 수직방향으로 겹친 2층구조로 실시예의 부분 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 1에 나타난 2개의 모듈을 수평방향으로 선으로 늘어놓은 실시예의 평면도를 나타낸다.
도 5는 서로 인접하게 선으로 배치된 모듈을 배치시킨 실시예를 나타낸다.
도 6은 2대의 반응기로 동시에 증착을 형성하는 반도체제조장치에 사용되는 가스라인 시스템의 실시예를 나타낸다.
도 7은 2대의 반응기로 교호적으로 증착과 세척을 수행하는 반도체제조장치에 사용되는 가스라인 시스템의 실시예를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 반응기유니트의 단면도로, 반도체 기판의 이송시를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 반응기유니트의 단면도로, 반도체 기판의 처리시를 나타낸 것이다.
도 10은 도 9에 나타난 영역을 확대한 것이다.
도 11(a)는 본 발명에 따른 다른 가스라인 시스템을, 도 11(b)는 도 11(a)의 가스박스(111)에 마련된 반응기의 가스공급 시스템을 보여준다.
도 12(a)는 본 발명에 따른 다른 반응기유니트의 단면도를, 도 12(b)는 도 12(a)에 나타난 영역 b를 확대한 것이다.
도 13은 본 발명에 따른 반도체제조장치의 다른 실시예의 부분 측면도를 나타낸다.
도 14는 카세트 또는 FOUP(정면개구통일판) 사이에 웨이퍼를 이송하는 대기로봇과 반응기 내외로 웨이퍼를 로딩/언로딩 하는 다른 대기로봇을 나타낸다.
**도면에 사용된 기호
1: 반응기 2: 게이트밸브
3: 부하로크챔버 4: 기판이송메카니즘
5: 대기로봇 20: 반도체기판
21: 플래퍼밸브 22: 서셉터
23: 기판지지핀
본 발명의 실시예는 상기 목적을 달성하기 위하여, 대기로봇유니트에 연결되는 반도체처리모듈은, (a)나란히 배치된 복수의 단일웨이퍼처리유니트와 (b)상기 복수의 유니트에 대한 공통의 가스공급시스템을 가진다.
상기 각 단일웨이퍼처리유니트는 (i)가스 배출라인내의 압력조절밸브를 갖는 반도체기판 처리용 반응기와 (ii)상기 반도체 기판을 진공상태의 상기 반응기의 내외부로 이송하는 적어도 하나의 부하로크챔버를 가진다.
상기 부하로크챔버는 전단부와 후단부를 가지며, 플래퍼밸브를 통해 상기 대기로봇유니트에 연결된 전단부과 게이트밸브를 통해 상기 반응기에 직접 연결된 후단부를 가진다.
상기 부하로크챔버는 상기 게이트밸브를 통한 직선 이동에 의해 상기 반도체 기판을 상기 반응기의 내외부로 이송하기 위해 하나의 회전샤프트와 링크결합된 아암들을 갖는 진공로봇을 가지며, 상기 각 반응기의 가스유동은 상기 각 반응기에 마련된 상기 압력조절밸브에 의해 조절된다.
이러한 실시예는 예를 들어, 도 1(a)-1(c), 도 2(a)-2(d), 도 6, 도 7 및 도 11에 나타나 있다.
상기에서, 압력조절밸브는 자동압력조절(APC)을 조절할 수 있는 버터플라이밸브일 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 부하로크챔버들은 각 부하로크챔버의 하부를 연결하는 매니폴드를 통해 서로 연통되어 있으며, 진공동작은 하나의 부하로크챔버에 의해 조절될 수 있다. 이 실시예는 예를 들어 도 13에 나타나 있다.
다른 실시예로, 상기 각 단일웨이퍼처리유니트는 2개의 부하로크챔버를 가질 수 있으며, 하나의 챔버는 다른 챔버의 상에 위치하며, 상기 챔버들 중 하나는 상기 반도체 기판을 진공상태의 상기 반응기내로 이송하고 나머지 챔버는 진공상태의 상기 반응기로부터 반도체 기판을 이송시킬 수 있다. 이 실시예는 예를 들어 도 3에 나타나 있다.
상기 모듈의 상기 가스공급시스템은 상기 각 반응기에 가스를 균등하게 공급하기 위한 유동분류기가 마련될 수 있으며, 상기 유동분류기와 상기 반응기 사이에 상기 각 반응기용 가스정지밸브를 더 가질 수 있다. 또한, 상기 가스공급시스템은 상기 각 반응기용 질량유량조절기를 구비할 수 있다. 상기 가스배출스시템에 있어서, 상기 압력조절밸브와 상기 반응기에 각 반응기용 진공배출밸브를 더 가질 수 있다. 상기 가스배출시스템, 즉 단일 가스배출시스템은 상기 각각의 반응기에 공통될 수 있다. 이러한 실시예는 예를 들어 도 6, 도 7 및 도 11에 나타나 있다.
이 실시예에서, 하나의 RF발전기와 상기 RF발전기와 상기 반응기들 중 하나를 전기적으로 연결하는 스위치를 더 가지며, 증착과 세척은 상기 각 반응기에서 교호적으로 실행될 수 있다. 이 실시예는 예를 들어 도 7에 나타나 있다.
이 실시예에서, 상기 반응기는 (a)반도체 기판에 적치되는 서셉터와; (b)상기 서셉터의 하부에 동축적으로 마련되며, 상기 서셉터보다 큰 직경과 외주를 따른 실링면을 갖는 실링판과; (c)상기 서셉터와 상기 실링판을 수직방향으로 이동시키는 승하강장치와; (d)상기 반응기의 천정부에 마련되어 가스를 도입시키는 샤워헤드; 및 (e)상기 샤워헤드에 인접하여 마련되고, 상기 반응기의 내벽을 따라 형성된 원형돌기를 갖는 덕트부재를 가지며, (i)상기 서셉터와 상기 실링판이 상승하여 상기 실링판의 실링면이 상기 덕트부재의 원형돌기와 접촉하는 위치에서, 상기 반응기의 내부는 상기 실링판에 의해 상부반응실과 하부반응실로 구획되고, 상기 하부반응실내에서 상기 서셉터 상의 기판이 처리되며, (ii)상기 서셉터와 상기 실링판이 하강하는 위치에서, 기판은 상기 게이트밸브를 통해 이송될 수 있다. 이 실시예는 예를 들어 도8-10에 나타나 있다.
상기에서, 상기 반응기는 (f)상기 서셉터를 통과하여 상기 서셉터 상의 기판을 지지하는 적어도 세개의 기판승강핀과; (g)상기 기판승강핀을 지지하고, 상기 서셉터와 상기 실링판 사이에 상기 서셉터와 동축적으로 마련되며, 상기 실링판보다 작고 상기 원형돌기의 내경보다 큰 직경을 가지는 디스크; 및 (h)상기 디스크를 배면으로부터 지지하는 상단부와 상기 실링판에 형성된 함몰부에 삽입되는 하단부를 갖는 부유탄성부재를 더 가지며, 상기 실링판이 상기 덕트부재의 상기 원형돌기에 밀봉될 때, 상기 디스크도 상기 원형돌기에 의해 유지되어 부유탄성부재를 상기 실링판의 상기 함몰부내로 되밀며, 상기 기판승강핀은 상기 각 기판승강핀의 선단이 서셉터면과 동등하거나 더 낮은 레벨에 있게 되는 위치까지 하강하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 실링판은 상기 실링판의 실링면과 상기 원형돌기 사이에서의 밀봉을 보장하기 위한 가압탄성부재를 제공할 수 있다. 이 실시예는 예를 들어 도 10에 나타나 있다.
더욱이, 상기 모듈은 상기 서셉터와 상기 실링판사이의 거리를 조정함으로서 상기 서셉터와 상기 실링판이 상승하여, 상기 실링판이 상기 덕트의 상기 원형돌기를 밀링할 때, 상기 샤워헤드와 상기 서셉터 사이의 거리를 조정하며 서셉터 샤트프와 동축적으로 설치되는 서셉터높이조정판을 더 가질 수 있다.
다른 실시예로, 상기 반응기는 (a)반도체 기판에 적치하는 서셉터와;
(b)상기 서셉터를 수직방향으로 이송시키는 승하강장치와; (c)상기 반응기의 천정부에 마련되어 가스를 도입시키는 샤워헤드와; (d)상기 샤워헤드에 인접하여 마련되고, 상기 반응기의 내벽을 따라 형성된 덕트부재; 및 (e)상기 반응기의 내벽에 상기 덕트부재의 바로 아래에 마련되며, 상기 덕트부재와의 사이에 갭을 형성하고, 상기 서셉터보다 약간 작은 내경을 갖는 원형배플판을 가지며; (i)상기 서셉터가 상승하여 상기 원형배플판과 동등하게 되는 위치에서, 상기 반응기의 내부는 상부반응실과 하부반응실로 구획되며, 하부반응실에서 상기 서셉터 상의 기판이 처리되고, 배출가스는 상기 원형배플판과 상기 덕트부재 사이에 형성된 상기 갭을 통해 상기 상부반응실로부터 방출되고, 실드가스는 상기 서셉터와 상기 원형배플판 사이에 형성된 갭을 통해 상기 하부실로부터 상기 반응챔버내로 제공되며, (ii)상기 서셉터가 하강하는 위치에서 기판을 게이트밸브를 통해 이송된다.
이 실시예는 예를 들어 도 12(a)와 도 12(b)에 나타나 있다. 상기 덕트부재와 상기 배플판은 절연재료로 만들어질 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 상기에서 언급한 적어도 하나의 모듈과, 기판을 각 반응기의 내외부로 이송하는 대기로봇을 갖는 대기로봇유니트를 가지는 반도체처리장치를 제공할 수 있다. 이 실시예는 예를 들어 도 1(a)-도1(c), 도 4 및 도 5에 나타나 있다.
상기에서, 상기 대기로봇유니트는 상기 부하로크챔버에 평행한 슬라이딩 샤프트를 가지며, 상기 샤프트상에서 상기 대기로봇은 상기 각 부하로크챔버의 전방의 위치로 슬라이딩 이동될 수 있다(도4와 도5 참조). 상기에 있어서, 복수의 모듈이 일렬로 나란하게 배치될 수 있고(도4 참조), 또는, 상기 복수의 모듈은 기판을 상기 각 부하로크챔버의 내외부로 이송하는 대기로봇을 가진 공용의 대기로봇유니트를 통하여 대면하도록 배치될 수 있다(도5 참조).
이 실시예에서, 상기 장치는 상기 대기로봇유니트와 로딩포트에 연결되어, 상기 대기로봇과 상기 로딩포트 사이에서 하나 또는 여러 개의 기판을 이송하는 대기이송유니트를 더 가질 수 있다. 도 5에 나타나 있다. 상기에서, 상기 로딩포트는 카세트 및/또는 검사유니트를 가질 수 있다. 상기에서, 상기 장치는 (a)복수의 기판을 집결하여 이송하는 슬롯 및 아암샤프트와; (b)승하강 샤프트; 및 (c)상기 로딩포트와 상기 대기로봇 사이에서 기판을 이송하는 회전샤프트를 가지며, 상기 대기이송유니트는 기판이 상기 대기이송유니트와 상기 대기로봇 사이에 이송된 한편 상기 대기로봇이 상기 슬라이딩 샤프트상에서 슬라이딩 이동하지 않은 위치에까지 복수의 기판을 집결하여 이송시킨다.
본 발명에서, 상기에서 언급한 요소의 다양한 조합이 달성될 수 있으며, 본발명은 이러한 다양한 조합을 포함한다.
본 발명과 선행기술을 능가하는 장점을 요약하기 위하여, 본 발명의 특정의 목적과 장점이 상기와 같이 개시되었다. 물론, 이러한 목적과 장점이 본 발명의 특정 실시예에 따라서 반드시 달성되는 것은 아니라고 이해된다. 그러므로, 예를 들면 당해기술의 당업자는, 본 명세서에 교시되거나 제시된 바와 같이 다른 목적이나 장점을 반드시 달성하지 않더라도 개시된 일군의 장점을 달성하거나 극대화하는 방법으로 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 분야, 특징 및 장점은 후술하는 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로 명확해 질 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 반도체기판 상에 박막을 형성하기 위한 콤팩트한 단일웨이퍼처리 반도체제조장치를 나타낸 것이다. 도 1(a)는 장치의 평면도를, 도 1(b)는 장치의 정면도를, 도 1(c)는 장치의 측면도를 나타낸다. 반도체제조장치는 이하에 설명하는 모듈화된 반응기유니트와 AFE(대기정면말단)유니트 (카세트 또는 FOUP(정면개구통일판)(6) 내의 기판을 부하로크챔버 내에 반입 또는 반출하기 위한 대기로봇을 포함하는 부분), 그리고 카세트 또는 FOUP(6)가 배치된 부하포트유니트를 가진다. 모듈화된 반응기 유니트는 그들에 인접한 연결에 의해 두개의 유니트를 가진다. 각 유니트는 반도체 기판상에 막을 형성시키는 반응기(1), 게이트밸브(2)를 통해 반응기에 직접적으로 연결되고, 진공상태에서 반도체기판을 대기시키기 위한 부하로크챔버(3) 및 부하로크챔버(3) 내부에 마련된 기판이송 메카니즘을 가지고,기판이송 메카니즘은 반응기(1) 내에 반도체기판을 이송하기 위해 얇은 링크식의 하나의 아암샤프트를 가지며, 반응기는 반도체기판을 직선방향으로 이동시킨다. 본 실시예에 있어서 부하로크챔버(3)은 수직방향으로 단층식이다.
아암의 링크 방식에는, 아암 내부에 와이어 또는 타이밍 벨트를 내장하는 방식, 판토그래프 방식 그리고 아암을 직선적으로 움직이게 하기 위한 가이드를 외부에 붙이는 방식 등이 있다. 아암 내부에 와이어 또는 타이밍 벨트를 내장하는 방식은 반도체기판을 표면에 대해서 아암의 크기를 감소시키는 것이 가능하다.
예를 들면, 상기에서 언급한 상기 내장 방식은 회전축에 회동가능으로 연결된 일단인 제1링크와, 핀으로 제1링크의 타단에 회동가능으로 연결된 제2 링크와 그리고 반도체기판을 적치하고 핀으로 제2링크의 타단에 회동가능으로 연결된 블레이드를 가진다. 각 핀 및 회전축은 외이어 또는 타이밍 벨트에 의해 링크되어 회전축의 회전에 의해 블레이드가 직선방향으로 이동한다. 블레이드 내의 아암 샤프트는 단지 회전 샤프트에 의해 직선으로 움직이고 이것을 "하나의 아암 샤프트"라고 한다.
기판이송 메카니즘(4)에 있어서 링크식 아암을 사용하는 것에 의해, 매우 콤팩트한 방법으로 아암을 공급하는 것이 가능해 졌다. 아암의 두께를 감소시키는 것에 의해 데드스페이스가 더 감소된다. 링크형 로봇은 #DVA170ㆍ01.과 같은 일본(http://jel-robot.co.jp), 히로시마, JEL코퍼레이에 유용하다.
도 13은 본 발명에 따른 반도체제조장치의 다른 실시예의 부분측면도를 나타낸다. 점선 부분은 챔버 내의 진공영역을 나타낸다. 도 13에 나타나 있는 바와같이 이 실시예에서는 두개의 부하로크챔버(131, 132)가 인접한 것처럼 보이지만 각 부하로크챔버(131, 132)는 챔버 하부에 마련된 매니폴드(135)를 통해 상호적으로 연결되어 있고, 실질적으로는 하나의 부하로크챔버를 형성한다. 부하로크챔버(131, 132)의 하부에는 각각의 기판이송 메카니즘을 구동시키기 위한 로터리 액츄에이터(133, 134)가 마련되어 있다. 매니폴드(135)는 진공배기밸브(136) 및 배관을 통해 드라이 펌프(137)에 연결되어 있고 하나의 배기선에 의해 하나의 부하로크챔버가 배기된다.
상기 설명된 실시예에 의해 직경 300mm 기판에 대응하는 부하로크챔버라도 101 이하의 소용량을 실현하는 것이 가능하다. 결과적으로 진공 및 대기압 복귀 시간을 단축하는 것이 가능하다. 더 나아가 반응기 유니트를 모듈화하는 것에 의해 반응기 유니트 내부의 데드스페이스를 최소화하는 것이 가능하고 장치전체의 페이스프린트(7)를 감소시키는 것이 가능하다.
다음으로 본 발명에 따른 반도체제조장치의 동작에 대해 설명한다. 도 2(a)-(d)는 장치의 동작 시퀀스를 나타낸 것이다. 도 2(a)에 있어서 대기로봇(5)은 카세트 또는 FOUP로부터 각 부하로크챔버(3) 내에 플래퍼 밸브(21)를 통해 반도체기판(20)을 반입한다. 반도체 기판의 반입 종료후, 플래퍼 밸브(21)는 폐쇄되고 부하로크챔버(3) 내부의 공기는 배기된다. 도 2(b)에 있어서, 게이트 밸브(2)가 열리고, 얇은 링크식의 아암이 있는 기판이송 메카니즘(4)에 의해 반도체 기판은 반응기(1)의 서셉터(22) 상에 이송된다. 왜냐하면 링크식의 아암을 가지는 기판이송 메카니즘(4)은 부하로크챔버와 반응기와의 사이를 직선방향으로 왕복운동 할 뿐이므로, 기계적인 위치에 의한 조정은 충분하기 때문이다. 도 2(c)에 있어서, 기판지지핀(23)이 서셉터 표면으로부터 돌출한 반도체기판(20)을 지지한다. 기판이송 메카니즘(4)의 아암은 부하로크챔버 내에 수용되고 게이트 밸브(2)는 폐쇄된다. 도 2(d)에 있어서, 서셉터(22)는 상승하고, 반도체기판(20)은 서셉터(22) 표면에 적치된다. 그리고 나서, 반도체기판(20)에의 박막형성 처리가 개시된다. 박막형성 처리가 종료된 후 역으로 도 2(d)→ (c)→ (b)→ (a)의 순으로 동작 시퀀스를 따르는 것에 의해 처리된 반도체기판은 카세트 또는 FOUP로 이송된다.
도 13에서 보여지는 본 발명의 다른 실시예에 의하면 양쪽의 부하로크챔버는 연통해 있기 때문에 동시에 진공배기하는 것이 가능하고, 동일한 타이밍으로 반도체 웨이퍼를 반응기 내에 반송하는 것이 가능하다. 따라서 두 개의 반도체 웨이퍼는 동시에 처리된다.
본 발명에 의하면, 복수의 기판을 동시에 이송할 수 있고, 단일 웨이퍼처리시스템을 사용할 때조차 박막형성처리를 수행할 수 있어서 생산량이 높고, 또 처리도 안정하다.
다음으로 본 발명에 따른 반도체 처리장치의 실시예에 대해 설명한다: 도 3은 두개의 부하로크챔버를 수직방향으로 겹쳐 다층화한 반도체 제조장치를 나타낸다. 도 3에서 보여지는 바와 같이 당해 장치는 반대방향인 2단의 부하로크챔버(30, 36)와 2단인 부하로크챔버(30, 36)에 접속된 하나의 반응기(31)로 이루어진다. 각 부하로크챔버(30, 36) 내에는 기판이송 메카니즘(37, 38)이 각각 배치되어 있다. 하부의 기판이송 메카니즘(37)은 얇은 링 크식의 아암과 기판을 적치 또는 가이드하는 핀(39)이 붙여진 블레이드를 가진다. 하부의 기판이송 메카니즘(37)은 기판을 블레이드에 붙어 있는 핀(39)에 적치해서 하부로부터 반도체기판을 지지하지만 상부의 기판이송 메카니즘(38)은 그것과 달리 반도체 기판을 상부로부터 지지하기 위한 블레이드 및 압력 풋 스위치 돌출부(40)를 가진다. 이 실시예에 있어서, 반응기(31)는 이하에서 상세하게 설명되는 것과 같이, 수직방향으로 이동가능한 서셉터 메카니즘(32) 및 실링면(33)에의 접촉에 의해 좁은 반응 영역(35)을 형성하기 위한 실링판(34)을 가진다.
이 실시예에 의하면 페이스프린트 및 풋프린트를 증가시키지 않고 보다 많은 기판을 처리하는 것이 가능하기 때문에 생산량이 향상된다. 또 2단의 부하로크챔버는 각각 독립적으로 기판이송 메카니즘을 가지기 때문에 하나의 부하로크챔버가 사용 중일 경우에는 보통 또 하나의 부하로크챔버 내에서 반도체기판이 항상 대기상태에 있게 된다. 따라서, 반응기는 기판의 이송시간에 구속되는 것 없이 연속 처리를 행하는 것이 가능하다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 당해 장치는 수평방향으로 선으로 접속된 두개의 모듈을 가진다. AFE는 통상적으로 두개의 모듈이다. 모듈은 두개이상 몇 개라도 접속하는 것이 가능하다.
이 실시예에 의하면 한번에 많은 기판을 처리하는 것이 가능하기 때문에 생산량이 향상된다. 1 장치 당 모듈의 수에 제한이 없이 소량생산부터 대량생산까지 공급하는 것이 가능하지만 특히 모듈의 수가 적은 경우에는 페이스프린트의 수도적어 효과적이다.
도 5는 반도체 제조장치의 다른 실시예를 나타낸 것으로 당해 실시예에 있어서 수평방향으로 선으로 접속된 두개의 모듈은 상호 인접해서 배치되어 있다. AFE는 통상적으로 네개의 모듈이다. 모듈은 두개 이상 몇 개라도 접속하는 것이 가능하다. 당해 실시예에서는 접속 모듈 수에 관계없이 페이스프린트는 일정하다. 또 처리된 반도체 기판을 검사하기 위한 검사장치(50)를 접속하는 것도 가능하다. 이것에 의해 반도체기판의 처리 사이에 검사공정을 넣는 것이 가능하다. 도 5의 장치에 있어서 AFE는 카세트 또는 FOUP에 접속되는 제1AFE 유니트(51)와 각 모듈에 접속되는 제2AFE 유니트(52)를 가진다. 제1AFE 유니트(51) 내부에는 아암 샤프트, 상승 샤프트 및 순환 샤프트를 가지는 25매의 기판 슬롯과 링크식의 아암을 가지는 제1대기로봇(53)이 배치되어 있다. 도 14에 나타나 있는 바와 같이 그 제1대기로봇(53)은 25매의 기판을 수납하는 카세트 또는 FOUP(6)로부터 기판슬롯(172) 내에 기판을 일괄로 25매 거두어 들여 제2AFE 유니트(52) 내부의 제2대기로봇(54)에 기판을 공급하는 것이 가능한 위치에 도달할 때까지 회전 샤프트 주위를 회전한다. 하나의 센서 또는 다수개의 센서들(173)은 각 기판 슬롯에 설치되어 카세트 또는 FOUP(6)("메핑") 내부 기판의 형상 정보를 알 수 있다. 제1AFE 유니트 내부에 복수개의 제1대기로봇(53)이 배치될 수 있다. 제2대기로봇(54)는 슬라이드 샤프트 없이 제1대기로봇(53) 내외로 기판을 주고 받을 수 있다.
도 5에 나타나 있는 실시예에 의하면, 일정한 페이스프린트를 유지하면서 모듈을 프리레이아웃으로 구성하고 한번에 많은 기판을 처리하는 것이 가능해 생산량이 향상된다. 또 제1대기로봇은 슬라이드 샤프트가 없기 때문에 장치 공간 및 비용을 감소시킬 수 있다. 게다가 기판슬롯에 붙어 있는 센서에 의해 맵핑이 용이하게 되고 이송시간을 단축하는 것이 가능하다. 게다가 또 제1대기로봇(53)은 반응기로 가열된 기판을 냉각하는 쿨링 스테이지로 사용될 수 있다.
다음은 본 발명에 따른 반도체제조장치의 가스라인스시템에 대해 설명한다. 도 6은 본 발명에 따른 모듈에서 반응기용 가스라인스시템의 바람직한 실시예를 보여준다. 본 발명에 따른 모듈에서, 증착은 두개의 반도체기판에서 동시에 일어날 수 있기 때문에 두개의 반응기에 대해 한개의 가스라인과 한개의 배출라인이 마련되는 것이 바람직하다. 도 6에 나타난 반응기용 가스라인은 가스소스(60)와, 가스소스(60)와 연결되어 가스소스(60)로부터 공급된 소스가스를 혼합한 후 두개의 반응기에 균등하게 분배하는 유량분류기(61)와, 분류기(61)와 각 반응기(66, 67) 사이에 각각 연결되어 있는 가스정지밸브(62, 62')를 가지는 하나의 가스라인과, 배출펌프(64)와, 배출펌프(64)와 연결되고 각 반응기(66, 67)에 마련된 APCs(자동적으로 압력조절이 가능한 버터플라이 밸브)(63, 63')와, APC와 각 반응기(66, 67) 사이에 각각 연결된 진공배출밸브(65, 65')를 가지는 하나의 배출라인을 가진다. 분류기(61)는 1차측에 입력된 0~10SML의 가스유량을 2차측에 0~5SML의 동량으로 배출할 수 있는 용량을 가진다. APC 밸브 또는 배출기관밸브는 #252E 또는 #153F 와 같은 일본, 도쿄, MKS JAPAN, INC에 유용하다.
도 6에 나타난 실시예의 작용은 다음에서 설명한다. 진공배출밸브(65, 65')가 열린 다음, 반응기(66, 67)내부의 공기는 진공펌프(64)에 의해 진공으로 되고반도체기판은 로드된다. 가스정지밸브(62, 62')가 열리면 소스가스가 반응기내로 들어온다. 이때, 분류기(61) 및 APC(63, 63')의 조합에 의하여 동일한 양의 소스가스가 각 반응기(66, 67)에 각각 도입된다. RF 발전기(68, 68')에 의해 반응기내의 반도체기판에 고주파전압이 인가되고 막형성 반응이 반응기내에서 동시에 일어난다.
도 6의 실시예에는, 각 반응기는 APC에 의해 압력조절이 행해지고 단일의 펌프를 이용하여 각 반응기내부의 가스는 배출된다. 이러한 독립된 압력조절과 상기에서 언급한 유량분류기를 이용함으로서, 반응기 당 하나의 가스라인을 사용하는 것과 같이 증착이 독립적으로 조절될 수 있고, 처리챔버사이의 개별적인 차이는 대응가능하다. 더욱이, 각 반응기가 하나의 가스정지밸브와 하나의 진공배출밸브를 보유하고 있기 때문에, 단지 하나의 반응기를 사용하여 처리를 수행하는 것이 가능하다. 게다가, 가스라인시스템이 두개의 반응기에 대해 하나의 가스라인과 하나의 배출라인을 가지고 있기 때문에, 노동감소와 저비용이 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 가스라인시스템을 설명한다. 도 11(a)는 다른 실시예에 사용된 가스라인시스템을 보여준다. 이 실시예에서, 두개의 웨이퍼에 증착이 동시에 수행될 수 있기 때문에, 두개의 반응기에 하나의 가스라인과 하나의 배출라인이 마련되는 것이 바람직하다. 가스라인은 가스박스(111)내에 지선으로 들어있다. 가스정지밸브(112)는 각 반응기에 마련되어 있다. 배출라인에 있어서, APC(자동압력조절기)(113)와 진공게이지(도시되어 있지 않지만)는 각 반응기에 마련되고 진공밸브(114)와 드라이펌프(115)는 각 반응기에 공용되어 있다. 도 11(b)은가스박스(111)내에 마련된 반응기 L과 반응기 R을 위한 반응가스시스템을 보여준다. 예를 들어 이 도면은 세 개의 가스유입부를 보여준다. 가스는 매뉴얼정지밸브(171), 가스필터(170), 압력조절기(169), 압력 변환기(168) 및 MFC(질량유속조절기)(168)을 통해 각 반응기에 공급된다.
이 실시예에서, 압력은 각 반응기의 APC(113)에 의해 조절되고 각 반응기내의 가스는 고속펌프밸브(155)와 저속펌프밸브(114)에 마련된 단일펌프(드라이펌프 115)을 이용하여 배출된다. 모노메터(154)와 단일원소스위치(153)는 각 반응기와 APC(113) 사이에 마련된다. 가스공급은 각 반응기의 MFC에 의해 조절된다. APC와 MFC의 조합은 반응기 당 하나의 가스라인을 사용한 것과 같은 방법으로 독립적으로 증착을 조절할 수 있다. 더욱이, 각 반응기가 가스정지밸브(112)를 가지고 있기 때문에, 처리는 단지 하나의 반응기를 사용하여 수행될 수 있고, 노동감소와 저비용이 달성될 수 있다. 더 나아가서, 가스(NF3, Ar)(158)는 RGG(리액턴스를 나타내는 가스발전기)(157)와 RGG OUT 밸브(156)를 통해 가스박스(111)에서 반응기 L와 반응기 R 양쪽으로 공급된다. 매칭박스(152)를 이용하여 고방사성주파발전기(150)에서 발생한 RF와 저방사성주파발전기(151)에서 발생한 RF를 혼합하여 RF파워를 각 반응기에 가한다.
게다가, 도 11은 부하로크챔버와 연결된 가스유속시스템을 나타낸 것으로, 이 시스탬은 가스박스(111)와 연결되어 있다. 도면에서 "IOC" (input-output chamber)는 부하로크챔버이다. 부하로크챔버의 가스유속시스템은 반응기에 사용된가스유속시스템의 구성요소들과 비슷하게 가지고 있다. 즉, 가스는 가스박스(111)로부터 백필밸브(165)를 가지는 유속메터(160)와 이와 평행한 N2펌프밸브(167)를 가지는 질량유속조절기(150)에 제공된다. 부하로크챔버(IOC L과 IOC R)는 저속펌프밸브(165)와 고속펌프밸브(164)를 통하고 드라이펌프를 이용하여 진공으로 된다. 가스유속을 조절하기 위하여, 과압스위치(161), 크리스탈 게이지(162) 및 단일원소스위치(163)가 가스유속시스템에 마련된다.
도 7은 도 6에서 보여준 실시예의 다양성을 나타낸다. 도7에 나타난 실시예는, 전기적인 가스라인시스템은 두개의 반응기에 대해 하나의 RF발전기와 하나의 가스라인 및 두개의 배출가스를 가진다. 도 7에서 보여준 두개의 반응기에 대한 가스라인시스템은 가스소스(60)와, 각 반응기에 대해 각각 마련되고, 가스소스(60)와 각 반응기(66, 67) 사이에 연결된 가스정지밸브(62, 62')를 가지는 하나의 가스라인과 배출펌프(64, 64')와 각 반응기에 대해 각각 마련된 APCs(63, 63')을 가지며, APCs는 각 반응기에 각각 연결된 배출펌프(64, 64') 및 진공배출밸브(65, 65')와 연결되어 있으며, 진공배출밸브는 APC와 각 반응기 사이에 연결되어 있다. 스위칭 수단(71)에 의해 전환된 RF 발전기(70)는 각 반응기와 전기적으로 교호적으로 연결된다.
도 7에 나타난 다양한 작동은 다음에서 설명한다. 진공배출밸브(65, 65')가 열린 후 반응기(66, 67)내부의 공기는 배출펌프(64, 64')에 의해 진공되어진다. 첫째, 증착용으로 사용된 반응기(예를 들면, 66)의 가스정지밸브(62)가 열리고, 소스가스가 반응기(66)내부로 공급된다. 스위칭 수단(71)에 의해 반응기(66)에 연결되게 전환된 RF 발전기(70)에 의해 반응기(66)내부의 반도체 기판에 고주파전압이 인가되고, 막형성 반응이 일어난다. 세척하기 위한 반응기(예를 들어 67)의 RGG OUT 밸브가 열리면, 세척가스가 반응기(67)내부로 공급되고, 에칭반응이 반응기(67)내부에서 일어난다. 도7에 나타난 실시예에서는, 세척과 증착이 각각의 반응기내에서 동시에 수행된다.
도 7에 나타난 실시예는, RF발전기(70) 및 가스정지밸브(62. 62')가 전환됨으로서 두개의 반응기에서 번갈아 기판을 내외로 이송되어 세척과 증착이 교호적으로 수행된다. 이에 더하여, 이러한 시스템은 두개의 반응기에 대해 하나의 RF 발전기와 하나의 가스라인을 가지고 있기 때문에, 노동감소와 저비용이 달성될 수 있다.
마지막으로, 본 발명에 따른 반응유니트는 다음에 설명한다. 도 8은 본 발명에 따른 반응유니트의 바람직한 실시예를 보여준다. 반도체 기판을 한 장씩 처리하는 반응기유니트(80)는 반도체기판(93)이 적치되는 서셉터(81)와, 서셉터(81)의 하부에 서셉터와 동축적으로 배치된 실링판(82)과 서셉터(81)와 실링판(82)을 수직방향으로 이동시키는 승강수단(83, 84, 85)과, 반응기(80)의 천정부에 마련되어 가스를 도입시키는 샤워헤드(92)와, 샤워헤드(92)에 근접하여 마련되고 반응기의 내벽을 따라서 원형으로 저면에 실링면(107)을 갖는 덕트부재(86)와, 서셉터(81)와 실링판(82) 사이에 서셉터(81)에 대해 동축적으로 마련된 디스크(89)와, 서셉터(81)를 통과하여 디스크(89)에 의해 지지되는 기판승강핀(87)과, 일단이 디스크(89)와 결합되고 타단이 실링판(82)에 마련된 함몰부와 부착되어 있는 부양탄성부재(88)와, 서셉터(81)를 지지하고 수직방향으로 신장된 서셉터샤프트(95)와, 서셉터(81)를 지지하는 원주모양의 샤프트(97)와, 서셉터샤프트(95)의 하단부에 설치된 서셉터간격조정판과, 원주모양의 샤프트(97)의 하단부에 마련되어 승강수단(83, 84, 85)에 의해 생성된 추력을 원주의 샤프트(97)에 이송하는 슬라이드 테이블(96)과, 슬라이드 테이블(96)과 승강판(84) 사이에 마련되고, 승강수단에 의해 생성된 추력을 슬라이드 테이블(96)에 이송하는 압력탄성부재(94)를 가진다다.
실링판(82)는 서셉터(81)보다 반경이 크며 주변부가 상향되어 있다. 바람직하게는, 이 돌기부에 0-링 실링이 마련되어 있고, 실링판(82)은 덕트부재(86)의 저면의 실링면(107)으로 밀봉된다. 실링판(82) 표면의 함몰부는 실링된 상태에서 부양탄성부재(88)를 취납할 수 있게 마련되어 있다. 부양탄성부재(88)는 바람직하게는 스프링을 가지는 다른 탄성부재를 사용할 수도 있다. 또, 부양탄성부재는 한개 이상 몇 개라도 사용되어 질 수 있는 것이다.
디스크(89)는 얇은 디스크로 형성되어 있으며, 이것의 반경은 서셉터(81)보다 크고 실링판(82)보다는 작다. 실링된 상태에서 당해 디스크(89)는 덕트부재(86)의 실링면(107)과 실링판(82)을 지지한다(도10 참조).
승강수단은 볼스크류(83), 승강판(84) 및 구동수단(85)을 가진다. 구동수단(85)는 바람직하게는 펄스모터이지만, 다른 수단을 사용할 수도 있다. 또, 볼스크류(83)와 구동수단(85)의 조합이외에 공압식실린더를 사용할 수 도 있다.
서셉터샤프트(95)는 원주의 샤프트(97) 내부를 관통한다. 원주의샤프트(97)의 상단부에 근접해서 0-링 실링(90)이 배치된다. 원주의 샤프트(97)의 외부는 벨로즈(98)에 의해 덮혀진다. 서셉터샤프트(95)의 하단은 서셉터간격조정판(91)이 부착되어 있다. 샤워헤드(92)와 반도체기판(93) 사이의 간격과 레벨은 실링판(82)와 독립적으로 조정할 수 있다.
덕트부재(86)는 이하에서 설명하는 처리챔버내의 가스를 배출하는 가스통로(100)와, 증착시 서셉터 표면으로부터 아래부분에 반응가스가 유입되는 것을 방지하기 위해 불활성가스를 유입하는 불활성가스유입구(101)를 가진다. 처리챔버내부의 가스는 가스통로를 통한 후 반응기의 측벽에 설치된 배출구(99)로부터 배출된다. 불활성가스(바람직하게는 아르곤가스)는 불활성가스유입구(101)로부터 처리챔버내로 도입되고, 서셉터 표면에서 아래부분에 유입된 반응가스를 펄스한다.
기판승강핀(87)은 서셉터(81)상에 반도체기판(93)을 지지하기 위해 적어도 세 개는 설치한다. 기판승강핀(87)의 선단에는 스텝(102)이 설치된다. 반도체기판(93)의 원주부는 반도체기판을 지지하기 위해 스텝(102)으로 결합되어 있다(도 10 참조). 바람직하게는, 반도체기판(93)이 에칭되는 스텝(102)의 폭은 3mm이하이다.
압력탄성부재(94)는 바람직하게는 원뿔꼴의 스프링을 갖지만, 다른 스프링부재가 사용될 수 있다.
도 8에 의하면, 반도체기판(93)이 이송될 때, 부양탄성부재(88)는 디스크(89)를 서셉터(81)의 저면에 탄성력으로 압력을 가한다. 이 구조에서, 기판승강핀(87)은 서셉터 표면으로 돌출되고 선단의 스텝(102)으로 반도체기판(93)을수용할 수 있다. 스텝(102)은 반도체기판이 이송될 때 가이드 역할뿐만 아니라 처리시 기판이 슬라이딩을 방지하는 기능을 한다.
도 9는 반도체기판(93)의 처리시에 있어서 각 요소의 위치관계를 나타낸 것이다. 도 10은 도 9의 영역 a를 확대하여 나타낸 것이다. 구동수단(85)는 볼스크류(83)를 회전시킨다. 동시에, 승강판(84)이 상승하고, 압력탄성부재(94)를 통해서 추력이 슬라이드판(96)에 이송된다. 슬라이드판(96)이 상승함에 따라, 원주의 샤프트(97) 및 서셉터샤프트(95)가 상승하고 벨로즈(98)와 수축된다.
바로 실링판(82)의 돌기주변부가 덕트부재(86)의 저면에 있는 실링면(10)에 접촉하여 실링을 형성한다. 이것에 의해, 반응기(10)의 내부는 이송챔버(104)와 처리챔버(103)로 구획된다. 실링판이 밀봉될 때, 디스크(89)의 주변부는 덕트부재(86)의 저부와 실링판(82)의 돌기부보다 내측의 부분에 지지된다. 이것에 의해 디스크(89)와 실링판(82) 사이에 갭이 없어진다. 동시에, 부양탄성부재(82)는 수축되고 실링판(82)의 표면에 마련된 함몰부에 완전히 수납된다.
실링된 상태에서, 기판승강핀(87)의 선단이 서셉터의 표면 레벨과 동일하거나 더 낮은 위치로 하강한다. 그것에 의해 반도체기판(93)은 서셉터(81)의 표면에 적치된다. 샤워헤드(92)와 반도체기판(93) 사이에 좁은 반응영역이 형성된다. 샤워헤드(92)와 반도체기판(93) 사이의 간격은 서셉터 간격 조정판(91)을 상승, 하강, 또는 기울어지게 함으로서 실링판(82)과 독립적으로 조정된다. 조정은 서셉터 간격 조정판(91)과 접촉된 복수의 조정 스크류(106)를 회전함으로서 이루어진다.
승강판(84)이 더 상승하고 압력탄성부재(94)는 바람직하게는 1mm - 3mm로 프레스되고, 실링판(82)의 실링이 더 확실해진다. 실링판(82)의 주변부는 탄성력에 의해 덕트부재(86)의 실링면(107)에 압력을 준다. 이것에 의해 실링력이 적절히 달성된다. 어느 정도로 압력탄성부재(94)가 변위되었는지를 관찰함으로서, 확실한 실링이 이루어졌는지 확인할 수 있다.
실링판(82)의 최종압력이 달성된 후, 처리챔버(103)내부의 가스는 덕트부재(86)의 가스통로를 통해서 배출구(99)로부터 외부로 진공배기시킨다. 동시에, 아르곤 가스는 불활성가스유입구(101)로부터 도입된다. 반응가스는 샤워헤드(92)로부터 도입되고 처리가 시작된다.
본 발명의 상기 실시예에 의한 반응기 유니트는 반응챔버의 크기를 감소시키고 증착 및 세척시간을 감소시킬 수 있다. 또, 기판승강핀의 관통홀의 실링이 요구되지 않는다. 게다가, 본 실시예는 단일 실링 구조를 제공하고, 이로 인해 확실한 실링이 이루어질 수 있다.
본 발명에 의한 반응기 유니트의 다른 실시예는 도 12(A)와 (B)에 나타나 있다.
다른 실시예에 의한 반응기 유니트는 반도체기판을 적치하는 서셉터(120)와, 서셉터를 수직방향으로 이동시키는 승강수단(121)과, 반응기의 천정부에 가스를 도입하기 위해 마련된 샤워헤드(122), 샤워헤드(122)에 인접하고 반응기의 내벽면을 따라 원형으로 마련된 덕트부재(123)와, 덕트부재(123)와 동축이고 덕트부재의 저면에 막이 형성될 때 서셉터의 외주면을 따른 작은 갭(126)을 형성하는 원형의 배플판(124)을 가진다. 반응가스는 배플판(124)과 덕트부재(123)의 사이에 형성된갭(125)을 통해 배출된다. 불활성 가스( 바람직하게는 Ar 또는 He)는 배플판(124)과 서셉터(120)의 사이에 형성된 갭(126)을 통해 저부에서 상부로 유동한다. 불활성 가스가 펄스됨에 따라 반응가스나 플라즈마(PE-CVD의 경우)가 서셉터의 아래로 침입하는 것을 방지한다. 배플판(124)과 덕트부재(123)는 바람직하게는 절연체로 형성되며, 불필요한 증착이 방지된다.
다른 실시예는 상기의 바람직한 실시예와 비교하여 반응영역을 감소시킬 수 있다.
여기에서, 본 발명과 유사한 종래의 기술을 설명하고, 양자의 차이점을 고찰한다. 첫째, 일본특허 10-30183호(이하, 종래기술 1이라 함)와 본원 발명의 차이점을 설명한다. 종래기술 1에는 본원발명과 유사한 회분처리장치가 기재되어 있다. 부하로크챔버내의 이송 메카니즘은, 직선상에서 아암을 회전운동시켜 반도체기판을 지지하는 지지유니트를 처리챔버내에 반입과 반출하는 것을 특징으로 한다.
종래기술 1에 기재된 아암을 회전시키기 위한 실시예에는, 반도체기판이 아암의 회전축을 중심한 아크의 인출로 처리챔버내로 이송된다. 반면에, 본 발명에 따른 반도체제조장치는 반도체기판이 직선상으로 이송된다.
또한, 종래기술 1에 기재된 아암을 직선상으로 이동시키기 위한 실시예에는, 반도체 기판이 슬라이드축에 의해 이송된다. 반면, 본 발명에 따른 기판이송 메카니즘은 반도체기판이 아암축에 의해 이송된다.
또한, 종래기술 1의 반응기유니트는 클러스터를 형성하지 않은 반면, 본 발명의 반도체제조장치의 반응기유니트는 모듈화되고 AFEs를 통해 클러스터를 형성할수 있다는 것이다.
이상의 관점에서, 본원 발명과 비교한 종래기술 1은 장치스페이스 및 데드스페이스가 크다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명에 의하면, 직경이 300mm인 반도체기판에 대응하는 부하로크챔버에 10L이하의 소용량을 실현할 수 있을 것이다.
둘째, 일본특허 10-154739 (이하, 종래기술 2이라 함)와 본원 발명의 차이점을 설명한다. 종래기술 2에는, (a)부하로크챔버, (b)이동챔버, (c)이송챔버와 연결되어 복수(실질적으로는 2개)의 처리영역을 각각에 정의하는 하나이상의 챔버, 및 (d)이동챔버의 내부에 마련된 제1기판지지부재를 가지는 기판처리장치를 기재하고 있다. 제1기판지지부재는 부하로트챔버와 하나이상의 반응기 사이에 다수의 반도체기판(실질적으로는 2개)을 동시에 이송하는 실질적으로 동일평면상의 복수의 기판처리블래드를 가지고 있다. 반응가스는 하나이상의 가스소스로부터 반응기의 내부의 각 처리영역(실질적으로 2개)에 분배한다. 각 처리영역(실질적으로 2개)의 가스는 단일의 펌프를 사용하여 반응기의 외부에 배출한다.
우선, 종래기술 2에 기재된 기판처리장치는 이송챔버와 이동챔버의 내부에 마련된 기판처리블래드를 가진다. 반면, 본 발명에 의한 반도체제조장치는 이송챔버를 가지고 있지 않으며, 반응기와 부하로크챔버가 직접적으로 연결되어 있다.
또한, 종래기술 2에 기재된 기판처리장치는 동일챔버내에 실질적으로 동일평면에 마련된 복수의 기판처리블래드를 가진다. 반면, 본 발명에 의한 반도체제조장치는 각 부하로크챔버내에 독립적으로 마련된 기판이동 메카니즘을 가진다.
게다가, 종래기술 2에 기재된 기판처리장치는 반응기와 부하로크챔버를 가진 유니트가 모듈화되지 않은 반면, 본 발명에 의한 반도체제조장치는 반응기와 부하로크챔버를 가진 유니트가 적어도 두개의 유니트에 인접하여 연결되기 위해 모듈화되어 있다.
게다가 또, 종래기술 2에 기재된 기판처리장치는 가스유동을 단순히 T형의 조인트로 분할되는 반면, 본 발명에 의한 반도체제조장치는 1차측에 입력된 0~10SLM의 가스의 유동을 2차측에 동량으로 분리할 수 있는 유동분류기가 가스유동의 분리에 사용된다. 또한, 종래기술 2에 기재된 기판처리장치는 하나의 반응기내부에 두개의 처리영역을 가지고, 반응기내부에 있는 처리영역의 배출구를 집결한 후 단일 펌프를 이용하여 가스를 배출된다. 반면에, 본 발명에 의한 반도체제조장치는 반응기내부에 있는 각 처리영역이 독립적이며 APC등을 사용하여 각 반응기의 압력조절을 하고 단일 펌프를 이용하여 각 반응기내부의 가스를 배출한다.
이와 같은 독립된 압력 조절과 가스유동을 동일하게 분배하는 상기에 언급된 가스분류기를 이용함으로써, 각 반응기에 가스라인을 사용하는 경우와 마찬가지로 증착이 독립적으로 조절될 수 있다. 더욱이, 본 발명에 의한 반도체제조장치은 각 반응기에 가스정지밸브 및 진공배출밸브를 가진다. 두개의 반응기에 하나의 가스라인이 형성되어도, 하나의 반응기만으로 처리가 가능하다.
상기에서 설명한 바와 같이, 종래기술 1과 2에 기재된 반도체제조장치와 본원 발명에 따른 반도체제조장치는 그 장치의 구성과 효과가 다르다.
당해 기술의 당업자는 본 발명의 정신에서 벗어나지 않으면서 다양한 변형 실시가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 실시예들은 오로지예시를 위한 것으로 본 발명의 범위를 한정하려는 의도가 없다는 것을 분명하게 이해해야 한다.
이에 의해, 저비용, 소형의 풋프린트 및 소형의 페이스프린트를 실행되고, 소량생산부터 대량생산까지 범위를 조절할 수 있는 콤팩트하고 프리레이아웃된 반도체제조장치와, 노동을 감소시키고 저비용을 실현하는 가스라인과 진공라인을 포함하는 가스라인스시템을 얻을 수 있다.
또한 처리시 처리챔버의 반응영역이 보존되게 실링할 수 있는 반응기의 실링메카니즘을 얻을 수 있다.

Claims (24)

  1. 대기로봇유니트에 연결되는 반도체처리모듈에 있어서,
    나란히 배치된 복수의 단일웨이퍼처리유니트와 상기 복수의 유니트에 대한 공통의 가스공급시스템을 포함하며,
    상기 각 단일웨이퍼처리유니트는 가스 배출라인내의 압력조절밸브를 갖는 반도체기판 처리용 반응기와 상기 반도체 기판을 진공상태의 상기 반응기의 내외부로 이송하는 적어도 하나의 부하로크챔버를 가지며,
    상기 부하로크챔버는 플래퍼밸브를 통해 상기 대기로봇유니트에 연결된 전단부과 게이트밸브를 통해 상기 반응기에 직접 연결된 후단부를 가지고, 상기 게이트밸브를 통한 직선 이동에 의해 상기 반도체 기판을 상기 반응기의 내외부로 이송하기 위해 하나의 회전샤프트와 링크결합된 아암들을 갖는 진공로봇을 포함하며,
    상기 각 반응기의 가스유동은 상기 각 반응기에 마련된 상기 압력조절밸브에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력조절밸브는 자동압력조절식(APC) 버터플라이 밸브인 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부하로크챔버들은 각 부하로크챔버의 하부를 연결하는 매니폴드를 통해 서로 연통되어 있으며, 진공동작은 하나의 부하로크챔버에 의해 조절되는 것을 특징으로 반도체처리모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    2개의 단일웨이퍼처리유니트로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각 단일웨이퍼처리유니트는 2개의 부하로크챔버를 가지며, 하나의 챔버는 다른 챔버의 상에 위치하며, 상기 챔버들 중 하나는 상기 반도체 기판을 진공상태의 상기 반응기내로 이송하고 나머지 챔버는 진공상태의 상기 반응기로부터 반도체 기판을 이송하는 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스공급시스템에는 상기 각 반응기에 가스를 균등하게 공급하기 위한 유동분류기가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유동분류기와 상기 반응기 사이에 상기 각 반응기용 가스정지밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 압력조절밸브와 상기 반응기 사이에 상기 각 반응기용 진공배출밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가스공급시스템은 상기 각 반응기용 질량유량조절기를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가스배출시스템은 상기 각 반응기에 공용인 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    하나의 RF발전기와 상기 RF발전기와 상기 반응기들 중 하나를 전기적으로 연결하는 스위치를 더 포함하며, 증착과 세척은 상기 각 반응기에서 교호적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 반응기는
    반도체 기판에 적치되는 서셉터와;
    상기 서셉터의 하부에 동축적으로 마련되며, 상기 서셉터보다 큰 직경과 외주를 따른 실링면을 갖는 실링판과;
    상기 서셉터와 상기 실링판을 수직방향으로 이동시키는 승하강장치와;
    상기 반응기의 천정부에 마련되어 가스를 도입시키는 샤워헤드; 및
    상기 샤워헤드에 인접하여 마련되고, 상기 반응기의 내벽을 따라 형성된 원형돌기를 갖는 덕트부재를 포함하며,
    (a)상기 서셉터와 상기 실링판이 상승하여 상기 실링판의 실링면이 상기 덕트부재의 원형돌기와 접촉하는 위치에서, 상기 반응기의 내부는 상기 실링판에 의해 상부반응실과 하부반응실로 구획되고, 상기 하부반응실내에서 상기 서셉터 상의 기판이 처리되며, (b)상기 서셉터와 상기 실링판이 하강하는 위치에서, 기판은 상기 게이트밸브를 통해 이송하는 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 반응기는
    상기 서셉터를 통과하여 상기 서셉터 상의 기판을 지지하는 적어도 세개의 기판승강핀과;
    상기 기판승강핀을 지지하고, 상기 서셉터와 상기 실링판 사이에 상기 서셉터와 동축적으로 마련되며, 상기 실링판보다 작고 상기 원형돌기의 내경보다 큰 직경을 가지는 디스크; 및
    상기 디스크를 배면으로부터 지지하는 상단부와 상기 실링판에 형성된 함몰부에 삽입되는 하단부를 갖는 부유탄성부재를 더 포함하며,
    상기 실링판이 상기 덕트부재의 상기 원형돌기에 밀봉될 때, 상기 디스크도 상기 원형돌기에 의해 유지되어 부유탄성부재를 상기 실링판의 상기 함몰부내로 되밀며, 상기 기판승강핀은 상기 각 기판승강핀의 선단이 서셉터면과 동등하거나 더 낮은 레벨에 있게 되는 위치까지 하강하는 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 실링판은 상기 실링판의 실링면과 상기 원형돌기 사이에서의 밀봉을 보장하기 위한 가압탄성부재를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 서셉터와 상기 실링판사이의 거리를 조정함으로서 상기 서셉터와 상기 실링판이 상승하여, 상기 실링판이 상기 덕트의 상기 원형돌기를 밀링할 때, 상기 샤워헤드와 상기 서셉터 사이의 거리를 조정하며 서셉터 샤트프와 동축적으로 설치되는 서셉터높이조정판을 더 포함하며, 이에 의한 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 반응기는
    반도체 기판에 적치하는 서셉터와;
    상기 서셉터를 수직방향으로 이송시키는 승하강 장치와;
    상기 반응기의 천정부에 마련되어 가스를 도입시키는 샤워헤드와;
    상기 샤워헤드에 인접하여 마련되고, 상기 반응기의 내벽을 따라 형성된 덕트부재; 및
    상기 반응기의 내벽에 상기 덕트부재의 바로 아래에 마련되며, 상기 덕트부재와의 사이에 갭을 형성하고, 상기 서셉터보다 약간 작은 내경을 갖는 원형배플판을 포함하며;
    (a)상기 서셉터가 상승하여 상기 원형배플판과 동등하게 되는 위치에서, 상기 반응기의 내부는 상부반응실과 하부반응실로 구획되며, 하부반응실에서 상기 서셉터 상의 기판이 처리되고, 배출가스는 상기 원형배플판과 상기 덕트부재 사이에 형성된 상기 갭을 통해 상기 상부반응실로부터 방출되고, 실드가스는 상기 서셉터와 상기 원형배플판 사이에 형성된 갭을 통해 상기 하부실로부터 상기 반응챔버내로 제공되며, (b)상기 서셉터가 하강하는 위치에서 기판을 게이트밸브를 통해 이송되는 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 덕트부재와 상기 배플판은 절연재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 반도체처리모듈.
  18. 제1항에 따른 적어도 하나의 모듈과, 기판을 각 반응기의 내외부로 이송하는 대기로봇을 갖는 대기로봇유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체처리장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 대기로봇유니트는 상기 부하로크챔버에 평행한 슬라이딩 샤프트를 가지며, 상기 샤프트상에서 상기 대기로봇은 상기 각 부하로크챔버의 전방의 위치로 슬라이딩 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체처리장치.
  20. 제18항에 있어서,
    복수의 모듈이 일렬로 나란하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체처리장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 모듈은 기판을 상기 각 부하로크챔버의 내외부로 이송하는 대기로봇을 가진 공용의 대기로봇유니트를 통하여 대면하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체처리장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 대기로봇유니트와 로딩포트에 연결되어, 상기 대기로봇과 상기 로딩포트 사이에서 하나 또는 여러 개의 기판을 이송하는 대기이송유니트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체처리장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 로딩포트는 카세트 및/또는 검사유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체처리장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 대기이송유니트는
    복수의 기판을 집결하여 이송하는 슬롯 및 아암샤프트와;
    승하강 샤프트; 및
    상기 로딩포트와 상기 대기로봇 사이에서 기판을 이송하는 회전샤프트를 포함하며,
    상기 대기이송유니트는 기판이 상기 대기이송유니트와 상기 대기로봇 사이에 이송된 한편 상기 대기로봇이 상기 슬라이딩 샤프트상에서 슬라이딩 이동하지 않은 위치에까지 복수의 기판을 집결하여 이송시키는 것을 특징으로 하는 반도체처리장치.
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