KR20020030091A - 결함없는 고속 열처리를 제공하기 위한 시스템과 방법 - Google Patents

결함없는 고속 열처리를 제공하기 위한 시스템과 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 결함없는 고속 열처리 시스템과 방법에 관한 것으로, 반도체 웨이퍼를 전자장치로 프로세스하기 위해 사용되는 웨이퍼 처리시스템을 포함하고, 본 발명에 따르면, 일단 웨이퍼가 처리되면 리액터 가열면과 웨이퍼 사이의 위치까지 리액터내로 차폐물이 삽입될 수 있으며, 상기 차폐물은 웨이퍼의 온도가 감소되도록 하고, 웨이퍼의 온도가 일단 소정 임계 온도 미만으로 감소되면 로봇이 웨이퍼를 들어 처리챔버로부터 이동시키는 것을 특징으로 한다.

Description

결함없는 고속 열처리를 제공하기 위한 시스템과 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING DEFECT FREE RAPID THERMAL PROCESSING}
반도체 산업에서, 반도체장치, 특히 크기가 작은 반도체장치의 개발 향상을 위해 새로운 처리 및 제조방법이 개발되어왔다. 그러한 처리방법 중 하나가 고속 열처리(RTP; Rapid Thermal Processing) 방법으로, 반도체장치가 처리되는 동안 고온에 노출되는 시간량을 감소시킨다. 상기 고속 열처리방법은 일반적으로 반도체장치의 온도를 상승시키는 단계 및 성공적으로 제조프로세스를 수행하기에 충분히 긴 시간동안 상기 온도에서 상기 장치를 유지하는 단계를 포함한다.
좋지 못하게도, RTP 처리되는 웨이퍼는 슬립 변위(slip dislocation)와 같은 결함을 형성할 가능성이 매우 높다. 대개 고온(예를 들어 ~1000℃)에서 처리하는 동안 일시적인 온도 변동이 발생할 때 슬립이 발생한다. 슬립 변위는 열 또는 기계적 쇼크로 인해 형성되기도 한다. 예를 들어, 웨이퍼가 슬립 변위의 형성에 대한 임계 온도 이상인 경우, 이동가능한 장치로부터의 접촉은 비균일한 방법으로 웨이퍼가 냉각 및/또는 원치않는 진동을 겪게 되도록 할 수 있다.
상기와 같은 이유로, 슬립 변위의 형성을 일으키지 않고서 처리챔버로부터 가열된 웨이퍼를 제거하기 위한 시스템과 방법이 필요하다.
본 발명은 반도체 제조장비에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1A-1B는 각각 본 발명에 따른 웨이퍼 처리시스템의 측면도 및 평면도,
도 2A-2B는 각각 본 발명에 따른 적재소의 측면도 및 평면도,
도 3A는 본 발명에 따른 웨이퍼 처리로봇의 기능적 "엑스선(x-ray)" 도면,
도 3B는 도 3A에 도시된 로봇의 일부의 확대도,
도 3C-3D는 본 발명의 한 실시예에서 로봇의 상부 "엑스선" 도면,
도 4는 본 발명에 따른 엔드이펙터의 한 실시예의 간략화된 평면도,
도 5A는 본 발명의 한 실시예의 간략화된 도면,
도 5B는 본 발명의 한 실시예의 간략화된 도면,
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 발생할 수 있는 웨이퍼 온도 변화의 그래프,
도 7A-7E는 본 발명의 한 실시예에 따른 로드로크내 운반기로부터 리액터까지의 웨이퍼의 이동을 설명하는 도 1A에 도시된 웨이퍼 처리시스템의 측면도,
도 8A는 본 발명의 한 실시예의 간략화된 도면,
도 8B는 본 발명의 한 실시예에 따른 이중 아암 로봇의 간략화된 평면도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예의 간략화된 도면,
도 10은 내부에서의 웨이퍼 지지의 한 실시예에서 본 발명의 리액터의 간략화된 사시 단면도, 및
도 11은 도 1A-1B에 도시된 웨이퍼 처리시스템을 제어하기 위한 제어시스템을 블럭도 형태로 나타낸 도면이다.
본 발명은 거의 결함없는 고속 열처리를 제공하는 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명은 반도체 웨이퍼를 전자장치로 프로세스하기 위해 사용되는 웨이퍼 처리시스템을 포함한다. 일반적으로, 웨이퍼가 들어있는 운반기는 적재소에 적재되고 로드로크(load lock)로 운반된다. 이어서, 로봇은 운반기로부터 웨이퍼를 집어들고 상기 웨이퍼를 (처리챔버로도 알려진) 리액터로 이동한다. 상기 웨이퍼는 공지된 웨이퍼 처리방법에 따라 리액터내에서 처리된다. 본 발명에 따르면, 일단 웨이퍼가 처리되면, 차폐물(shield)이 리액터로 삽입되어 리액터 가열면과 웨이퍼 사이의 위치까지 삽입된다. 일단 삽입되면, 차폐물은 방사된 열에너지가 웨이퍼 표면상에 직접적인 영향을 미치는 것을 막아, 웨이퍼의 온도가 감소되도록 한다. 이중 가열면 리액터에서, 제 2 차폐물은 웨이퍼와 제 2 가열면 사이에 삽입될 수도 있다. 일단 웨이퍼의 온도가 소정 임계 온도 이하로 감소되면, 로봇은 웨이퍼를 들어 처리챔버로부터 웨이퍼를 제거한다.
본 발명의 한 측면에서, 반도체 웨이퍼 처리시스템이 제공된다. 상기 시스템은 처리챔버를 포함하고, 상기 처리챔버는 웨이퍼를 수용하도록 구성된 공동(cavity)을 한정한다. 상기 시스템은 또한 로봇을 포함한다. 상기 로봇은 처리챔버로/로부터 웨이퍼를 이동하도록 작동된다. 차폐 메커니즘은 열원으로부터 웨이퍼를 막도록 동작하도록 제공된다.
본 발명의 다른 측면에서, 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 처리된 웨이퍼에 근접한 웨이퍼 처리챔버로 차폐 메커니즘을 삽입하는 단계를 포함하고, 여기서 차폐 메커니즘은 웨이퍼의 온도를 감소시킨다.
본 발명의 차폐물 이용의 한가지 이점은 직접적인 방사 가열을 막음으로써 웨이퍼의 온도를 임계 슬립 변위 형성온도 미만으로 감소시킨다는 것이다. 상기 온도가 임계 슬립 형성 온도 미만이기 때문에, 상기 로봇은 로봇의 팔 또는 엔드이펙터(end effector)를 가열시킬 필요없이 열 및 기계적 쇼크를 웨이퍼에 일으키지 않고서 웨이퍼를 집어들 수 있다. 열 차폐물은 또한 처리되는 각각의 웨이퍼 사이에서 리액터의 온도를 저하시킬 필요성을 제거한다. 따라서, 처리시간 및 시스템 비용이 감소하는 동시에 웨이퍼 결함이 최소화된다.
본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은 첨부한 도면과 관련하여 설명된 적절한 실시예의 상세한 설명으로부터 좀더 용이하게 명확해질 것이다.
도 1A-1B는 각각 본 발명의 대표적인 환경을 설치한 반도체 웨이퍼 처리시스템(100)의 한 실시예의 측면도 및 평면도를 개략적으로 나타낸다. 대표적인 시스템은 본 명세서에서 참조에 의해 완전히 구체화된 1999년 11월 30일자로 출원된 공동 계류중인 미국 특허출원 제09/451,677호에 전체적으로 개시되어 있다. 본 발명에 따른 웨이퍼 처리시스템(100)은 적재소(10), 로드로크(12), 운송챔버(20), 로봇(21), 리액터(30,40), 및 냉각소(60)를 포함한다. 적재소(10)는 웨이퍼 운반기(13)와 같은 웨이퍼 운반기를 지지하고 로드로크(12)까지 이동시키기 위한 플랫폼(11A,11B,11C)을 갖는다. 이 실시예에서 3개 플랫폼이 사용되는 동안, 본 발명은 그다지 제한되지 않는다. 웨이퍼 처리율을 높이기 위해 추가적인 플랫폼이 사용될 수 있듯이, 2개 플랫폼이 사용될 수도 있다. 운반기(13)는 이동가능한 웨이퍼 운반기이고, 한번에 최대 25개 웨이퍼를 운반할 수 있다. 고정된 웨이퍼 운반기를 포함한 다른 타입의 웨이퍼 운반기 또한 사용될 수 있다. 웨이퍼 운반기는 수동으로 또는 자동안내 운반장치("AGV"; automated guided vehicles)를 이용하여 플랫폼(11A,11B,11C)으로 적재된다. 예로써 플랫폼(11A)상에서 운반기(13)를 이용하여 웨이퍼 운반기를 로드로크(12)로 이동시키는 것을 설명했지만, 플랫폼(11B,11C)을 이용하여 다른 웨이퍼 운반기를 이동하는 것에도 동일한 설명이 적용되낟. 또한, 플랫폼(11A,11B,11C)이 구조적, 기능적으로 동일하기 때문에, 플랫폼(11A)에 대한 임의의 기준 또한 플랫폼(11B,11C)에 적용된다.
적재소(10)의 측면도 및 평면도를 나타내는 도 2A-2B를 참조하면, 플랫폼(11A)은 베어링(217)에 의해 삼각블럭(207)와 연결된 드라이빙바(driving bar)(209)를 포함한다. 모터(205)는 플렉시블 커플러(206)를 이용하여 어댑터 블럭(219)와 기계적으로 연결된다. 어댑터 블럭(219)은 삼각블럭(207)에 고정 부착된다. 어댑터 블럭(219)을 회전시킴으로써, 모터(205)는 삼각블럭(207)을 회전시킬 수 있고, 삼각블럭은 차례로 기둥(pole)(208)에 대해 플랫폼(11A)을 회전시킨다. 웨이퍼가 통하여 삽입되는 웨이퍼 운반기(13)의 개구부가 플랫폼(11A)이 기둥(208)에 대해 회전함에 따라 로봇(21)(도 1A 참조)을 향해 직면하도록 벨트(202)는 고정 중심 풀리(pulley)(204), 고정 플랫폼 풀리(201), 및유동바퀴(idler)(203)를 통해 감긴다. 벨트(202)상의 장력은 유동바퀴(203)를 조정함으로써 설정된다.
도 2A에 도시된 바와 같이 로드로크(12)는 운송챔버(20)상에 볼트로 조여지고, 또한 힌지(hinge)(215,216)를 통해 기둥(208)에 의해 지지된다. 기둥(208)은 모터(205)로부터의 진동이 로드로크(12)로 전달되는 것을 막기 위해 힌지(215,216) 및 베어링(218)을 통해 자유롭게 회전한다.
본 발명에 따르면, 로봇(21)(도 1A-1B)은 리액터(30,40), 냉각소(60), 및 로드로크(12)와 같은 시스템(100)의 모듈로/모듈로부터 웨이퍼를 운반하기 위해 제공된다. 도 3A는 로봇(21)의 한 실시예의 "엑스선" 도면을 나타낸다. 한 측면에서 로봇(21)의 모든 관련 부분을 나타냄으로써 설명을 간략하게 하기 위해서, 도 3A는 로봇(21)을 기능적으로 나타내고 있고 실제 부분 배치는 도시하지 않았다. 예를 들어, 선형 가이드(405A,405B)의 위치와 관련된 볼 나사(ball screw)(402)의 실제 위치는 도 3C에 도시된 평면도에 도시되어 있다. 본 발명은 도 3A-3C에 도시된 특정 부품, 구조, 및 부품 배치에 제한되지 않는다. 도 3A에 도시된 바와 같이, z축(즉, 세로 이동) 모터(401)는 볼 나사(402)와 기계적으로 연결되고 벨트(451)에 의해 그것을 회전시킨다. 고리(collar)(404)가 볼 나사(402)에 걸려 있고, 그에 의해 드라이브된다. 이 실시예에서, z축 모터(401)는 일본 후쿠오카의 야스카와 일렉트릭("Yaskawa Electric")의 부품번호 SGM-04A314B 타입이고, 볼 나사(402)는 일본 도쿄의 THK 코퍼레이션 리미티드("THK")의 부품번호 DIK2005-6RRG0+625LC5 타입이다. 다른 종래의 볼 나사 및 모터 또한 사용될 수 있다. 지지유닛(452)(예를들어 THK 부품번호 FK15)은 볼 나사(402)를 지지한다. 고리(404)에 걸려있는 세로 드라이버(403)는 볼 나사(402)에 의해 고리(404)를 드라이브하기 위해 z축 모터(401)를 이용하여 위아래로 이동될 수 있다. 세로 드라이버(403)는 웨어링(wear ring)(453)을 향해 미끄러진다. 웨이링은 일반적으로 금속간 접촉을 방지하고 가로 적재를 흡수한다. 한 실시예에서, 웨어링(453)은 부사크+샴반(Busak+Shamban)의 부품번호 GR7300800-T51 타입이다. 로봇(21)은 또한 일본 도쿄의 하모닉 드라이브 시스템즈 인코퍼레이티드(Harmonic Drive Systems Inc.)의 부품번호 SHF-25-100-2UH와 동일한 타입일 수 있는 하모닉 기어(461)를 포함한다.
도 3B는 로봇(21)의 상부의 확대도이고, 진공 밀폐를 형성하기 위해 세로 드라이버(403) 및 회전 드라이버(415)를 둘러싸고 있는 시일부(418)를 나타낸다. 시일부(418)는 팽창하지 않는 임의의 타입의 시일부가 될 수 있고, 진공 밀봉되는 이동부와 함께 압축될 수 있다. 예를 들어, 시일부(418)는 오링(o-ring), 입술형 시일부, 또는 (벨로즈(bellows)에 반대되는 바와 같은) t-시일부가 될 수 있다. 한 실시예에서, 시일부(418)는 부사크+샴반(www.busakshamban.com)의 부품번호 TVM300800-T01S, TVM200350-T01S 타입이다. 벨로즈는 세로 드라이버(403)와 같은 이동부 주위에 진공 밀봉을 형성하기 위해 웨이퍼 처리 로봇(21)과 함께 사용될 수도 있다. 벨로즈가 이동부와 함께 팽창하고 압축하기 때문에, 긴 이동범위를 갖는 이동부와 함께 사용되는 경우 벨로즈는 반드시 더 커져야 한다. 이것은 작은 공간때문에 200㎜ 이상의 이동범위를 갖는 반도체 처리 로봇에 대해 벨로즈가 비실용적이 되도록 한다. 로봇(21)의 한 실시예에서, 벨로즈대신 시일부(418)의 사용은 세로 드라이버(403)가 최대 350㎜까지 상승하도록 한다. 따라서, 로봇(21)은 예를 들어 2개의 수직으로 스택된 리액터와 같은 복수의 수직 장착된 모듈을 액세스할 수 있다. 세로 드라이버(403)가 위아래로 움직임에 따라서 적소에 시일부(418)를 유지하기 위해서, 세로 드라이버(403)는 선형 가이드(405A)(도 3A,3C) 및 선형 가이드(405B)(도 3C)(예를 들어 THK 부품번호 HSR25LBUUC0FS+520LF-Ⅱ)를 이용하여 고정된다.
도 3A를 다시 참조하면, 로봇(21)은 웨이퍼를 들고 놓기 위해 석영과 같은 열 저항물질로 만들어진 엔드이펙터(406)를 포함한다. 엔드이펙터(406)는 부착블럭(407)에 고정적으로 부착되고, 상기 블럭은 복수의 엔드이펙터를 수용할 수 있다. 블럭(407)은 아암(408)에 부착되고, 축(410)에 대해 회전한다. 아암(408)은 축(411)에 대해 회전하고, 아암(409)에 부착된다. 블럭(407)에 부착되는 엔드이펙터(406)는 장력모터(413)(예를 들어 야스카와 일렉트릭 부품번호 SGM-02AW12)를 이용하여 풀리(455)를 회전시킴으로써 직선을 따라 연장 또는 철수할 수 있다. 아암(409), 아암(408), 블럭(407), 및 엔드이펙터(406)로 구성된 전체 아암 어셈블리는 벨트(454)에 의해 회전 드라이버(415)를 회전시키기 위해 회전모터(414)(예를 들어 야스카와 일렉트릭 부품번호 SGM-02AW12)를 이용하여 축(412)에 대해 회전될 수 있다.
도 3C는 로봇(21)의 한 실시예에서 z축 모터(402), 선형 가이드(405A,405B), 장력모터(413), 회전모터(414), 및 볼 나사(402)의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 3D는 풀리(455,456,457,458) 및 벨트(459,460)를 포함한 종래의 벨트 및 풀리 배치를 설명하기 위해 일반적으로 결합되는 배치에서 분리된 아암(408,409)을 나타낸다. 상기 벨트 및 풀리 배치는 함께 블럭(407)(도 3A), 아암(408), 및 아암(409)의 비례 회전 이동을 발생시키기 위한 수단의 한 예를 제공한다.
도 4에서, 엔드이펙터(406)의 한 실시예에는 로봇 아암(408)의 말단에 부착된 것으로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 로봇 아암(408)은 이어서 웨이퍼(22)를 들고/들거나 배치하기 위해 엔드이펙터(406)를 리액터(30 또는 40)로 몰아갈 수 있다. 웨이퍼(22)를 보유 및 운송하기 위해서, 엔드이펙터(406)는 임의의 수, 대개 하나 이상, 적절하게 2개의 프롱(420)을 가질 수 있다. 프롱(420)은 엔드이펙터(406)가 리액터(30 또는 40)로 들어감에 따라서 프롱(420)이 그 안에 배치된 웨이퍼 지지체(422)와 접촉하지 않도록 크기가 정해지고 서로 간격을 두고 떨어져 있다. 엔드이펙터(406)의 각각의 프롱(420)은 적어도 하나의 웨이퍼 접촉점(424)을 갖는다. 대개, 엔드이펙터(406)는 전체적으로 적어도 3개의 접촉점(424)을 갖는다. 접촉점(424)은 웨이퍼(22)와 접촉점(424) 사이에 소정 접촉영역을 제공하기 위해 최소 표면영역으로 설계된다. 웨이퍼(22)와 접촉점(424)이 서로 다른 온도를 가질 수도 있기 때문에, 접촉영역이 매우 큰 경우에는 열 쇼크를 일으킬 수도 있다. 만일 접촉영역이 너무 작다면, 접촉점은 높은 압력점을 일으킬 수도 있고, 높은 압력점은 웨이퍼내에 기계적 스트레스를 일으킬 수 있다. 한 실시예에서, 접촉점(424)과 웨이퍼(22) 사이의 전체 접촉영역은 약 350㎟, 적절하게는 약 300㎟이 될 수 있다.
도 5A에 도시된 실시예에서, 로봇(21)은 차폐 메커니즘(600)을 포함할 수도 있고, 이는 적어도 하나의 열 차폐물(602)(도 9)을 포함한다. 선택적으로, 일부 예에서, 차폐 메커니즘(600)은 하나 이상의 열 차폐물, 예를 들어 추가 열 차폐물(604)을 포함한다. 열 차폐물(602,604)이 구조적, 기능적으로 동일하기 때문에, 표시되지 않는 한 열 차폐물(602)에 대한 임의의 기준 또한 열 차폐물(604)에 적용된다. 차폐 메커니즘(600)은 웨이퍼(22)의 제거에 앞서 한 시간주기동안 리액터내에서 웨이퍼(22)를 차폐하기 위해 엔드이펙터(406)와 관련하여 사용될 수 있다. 웨이퍼(22)의 상부 및 하부를 본질적으로 덮기 위해 차폐물(602,604)을 이용하는 것은 엔드이펙터(406)에 의해 접촉되기전에 웨이퍼의 온도를 감소시킴으로써 웨이퍼(22)에서 발생하는 슬립 변위에 대한 전위를 실질적으로 감소시킬 수 있다. 열 차폐물(602,604)은 석영, 적절하게는 불투명 석영, 또는 유사한 물질로 만들어질 수 있고, 이들 물질은 예를 들어 리액터(30)의 내벽으로부터 방사된 열로부터 적당한 장벽을 제공할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 그래프(700)는 (t=0에서) 웨이퍼가 리액터내에 배치된 후 웨이퍼의 온도가 처리온도(702)에 도달할 때까지 시간(tr)동안 증가하는 것을 나타낸다. 웨이퍼는 적당한 시간주기(tp)동안 처리된다. 본 발명에 따르면, 시간(tr+tp)후, 열 차폐물(602,604)은 시간(704)에 리액터에 들어가고, 엔드이펙터(406)를 동반할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 차폐물(602,604)은 웨이퍼를 차단하거나 그 위에 섀도우를 만든다. 차폐물은 웨이퍼의 온도를 하락시킨다. 웨이퍼의 온도가 임계 온도(708) 미만으로 하락한 후, 대개 시간(Δt) 후, 엔드이펙터(406)는 (만일 아직 삽입되지 않았다면) 리액터로 삽입될 수 있고, 웨이퍼를 안전하게 들어 리액터로부터 이동시킬 수 있다. 상기한 임계온도는 웨이퍼의 물리적 특성 및 지지체 기하학 구조에 따라 변할 수도 있다. 예를 들어, 가장자리 지지링(도 10 참조)를 이용하여 RTP 리액터에서 지지되는 일반적으로 300㎜ 웨이퍼의 결함없는 처리를 위한 균일한 온도는 약 1150℃ 내지 약 1400℃의 범위에 있을 수 있다. 동일한 방법으로 지지되는 일반적으로 200㎜ 웨이퍼에서, 온도 범위는 약 1250℃ 내지 약 1400℃가 된다.
도 7A-7E는 본 발명에 따라 로드로크(12) 내부에 있는 운반기(13)로부터 리액터(30 또는 40)로 웨이퍼(22)를 이동하는 한 실시예를 설명하는 시스템(100)의 간략화된 측면도를 나타낸다. 일단 운반기(13)가 로드로크(12)내에 있게 되면, 운송챔버(20)내에서 로봇(21)은 엔드이펙터(406) 및 열 차폐물(602,604)을 회전시키고, 이들 구성요소를 로드로크(12)를 향해 내린다(도 7A). 이 실시예에서, 로봇(21)이 웨이퍼 운반기(13)로부터 웨이퍼(22)를 들기 위해 엔드이펙터(406)를 연장하는 동안(도 7B), 열 차폐물(602,604)은 운송챔버(20)내에 남아있는다. 선택적으로, 만일 공간이 허락된다면, 차폐물(602,604)은 엔드이펙터(406)와 함께 운반기(13)에 들어가도록 구성될 수 있다. 로봇(21)은 그 후 웨이퍼(22)와 함께 철수한다(도 7C). 로봇은 리액터(30)를 향해 웨이퍼(22) 및 열 차폐물(602,604)을 회전시키고(도 7D), 웨이퍼(22)를 리액터(30)와 같은 선상으로 위치 상승시킨다(도 7E).
도 8을 참조하여 잘 설명한 바와 같이, 로봇(21)(도시되지 않음)은 웨이퍼(22)를 웨이퍼 홀더(410)위로 배치하기 위해 엔드이펙터(406)를 리액터(30)로 연장한다(도 9 참조). 일부 실시예에서, 처리전 리액터(30)로의 웨이퍼(22)의 초기 삽입은 웨이퍼(22)위 또는 인접한 위치의 차폐물(602,604)없이 수행될 수도 있다. 따라서, 후술되는 바와 같이, 차폐물(602,604)은 웨이퍼의 삽입동안 운송챔버(20)내에 남아있도록 구성될 수 있다.
그 후, 로봇(21) 및 차폐물(602,604)은 (만일 삽입되었다면) 리액터(30)로부터 철수하고, 이어서 웨이퍼(22)의 처리가 시작될 수 있다. 웨이퍼(22)가 리액터(30)내에서 공지된 방법으로 처리된 후, 로봇(21) 및 차폐물(602,604)은 리액터(30)로 재삽입된다. 도 8A의 설명으로부터 잘 알 수 있는 바와 같이, 차폐물(602)이 웨이퍼(22)의 상부에 인접 배치되는 동안, 차폐물(604)은 웨이퍼(22)의 하부에 인접 배치된다. 각각의 차폐물(602,604)이 방사열로부터 웨이퍼(22)를 차단하여, 리액터(30)내에 있는 동안 웨이퍼(22)가 소정 임계온도 미만의 온도까지 냉각되도록 한다.
도 9에 도시된 대안적인 실시예에서, 리액터(30)는 단일 표면 가열장치가 될 수도 있다. 이러한 대안적인 실시예에서, 단일 열 차폐물(602)만이 리액터(30)의 단일 표면으로부터 방사되는 에너지를 막기 위해 사용된다. 어느 한쪽의 실시예에서, 일단 웨이퍼(22)가 임계온도 미만으로 냉각되면, 로봇(21)은 엔드이펙터(406)가 웨이퍼(22)를 들도록 한다. 엔드이펙터(406) 및 열 차폐물(602,604)은 그 후 웨이퍼(22)를 운송챔버(20)로 이동하기 위해 함께 철수된다.
한 실시예에서, 차폐 메커니즘(600)의 확장 및/또는 철수는 엔드이펙터(406)와 유사한 방법으로 실현된다. 예를 들어, 간략화된 도 5A에 도시된 바와 같이, 차폐 메커니즘(600)은 아암(610)과 연결될 수도 있다. 벨트 및 풀리 설비, 기어박스, 및/또는 체인 및 톱니바퀴 설비를 포함할 수 있는 종래의 기계적 드라이브시스템(613)은 아암(610,608) 및 블럭(606)을 함께 기계적으로 연결한다. 도 5B에 도시된 바와 같이, 엔드이펙터(406) 및 차폐물(602,604)은 블럭(606)과 이동가능하게 연결되고, 예를 들어 모터(611)(예를 들어 야스카와 일렉트릭 부품번호 SGM-02AW12)를 이용하여 기계적 드라이브시스템(613)을 회전시킴으로써 직선(615)을 따라 연장 또는 철수될 수 있다.
한 실시예에서, 엔드이펙터(406) 및 차폐 메커니즘(600)은 서로 독립적으로 연장 및 철수되도록 구성될 수 있다. 이러한 방법에서, 엔드이펙터(406)가 로드로크(12) 또는 리액터(30)로 이동될 수 있는 동안, 차폐 메커니즘(600)은 여전히 (운송챔버내에) 남아있고, 그 반대가 될 수도 있다. 한 실시예에서, 엔드이펙터(406) 및 차폐 메커니즘(600)의 독립적인 이동은 도 8B에 도시된 것과 같이 이중 아암 로봇(601)을 이용하여 실현될 수 있다. 이중 아암 로봇(603)의 제 1 아암이 차폐 메커니즘(600)을 지지할 수 있는 동안, 제 2 로봇 아암(605)은 엔드이펙터(406)를 운반할 수 있다. 본 발명에서 사용하기에 적당한 상업적으로 입수가능한 이중 아암 로봇이 미국 캘리포니아주 밀피타스의 러즈 오토메이션사(Rorze Automation, Inc.)에 의해 제조된 모델번호 RR701이다. 단일 아암 실시예 또는 이중 아암 실시예 중 어느 한쪽에서, 로봇 아암은 회전 모터(예를 들어 야스카와 일렉트릭 부품번호SGM-02AW12)를 이용하여 축에 대해 회전할 수 있다. 다른 실시예에서, (도 7A-7E) 엔드이펙터(406) 및 열 차폐 메커니즘(600)은 엔드이펙터(406)가 열 차폐 메커니즘(600)과 함께 또는 차폐 메커니즘 없이 연장될 수 있도록 망원경 설비로 배치될 수 있다.
새로 처리된 웨이퍼가 200℃ 또는 그 이상의 온도를 가질 수도 있고 일반적인 웨이퍼 운반기를 녹이거나 손상시킬 수 있기 때문에, 로드로크(12)내 웨이퍼 운반기로 다시 웨이퍼를 배치하기 전에 냉각하기 위해 냉각소(60)(도 1A)가 제공된다. 이 실시예에서, 냉각소(60)는 시스템(100)에 의해 점유된 바닥 공간영역을 최소화하기 위해 로드로크(12)위에 수직으로 장착된다. 냉각소(60)는 동시에 복수의 웨이퍼를 지지하기 위해서 액정 냉각될 수도 있는 선반(61)을 포함한다. 도 1A에 2개의 선반이 도시되었지만, 물론 적절하다면 처리율을 증가시키기 위해 다른 갯수의 선반이 사용될 수 있다. 이어서, 소정 시간후와 같이 적절하게 냉각된 경우, 웨이퍼(22)는 로봇(21)을 이용하여 냉각소(60)로부터 들려져 플랫폼(11A)상의 운반기(13)내 그 최초 슬롯으로 재배치된다. 플랫폼(11A)은 로드로크(12)로부터 내려지고, 다른 플랫폼이 다음 웨이퍼 운반기를 로드로크(12)로 이동하도록 하기 위해 위치 밖으로 회전한다. 시일부는 로드로크(12)와 운송챔버(20) 사이에 제공될 수도 있고, 진공 밀봉을 형성한다. 플랫폼(11A)이 로드로크(12)내 위에 있는 경우, 플랫폼(11A)상의 시일부는 로드로크(12)의 바닥 개구부와 접촉한다. 진공상태를 필요로 하는 처리동안, 공기 실린더는 진공 밀봉을 형성하기 위해 시일부가 로드로크(12)에 대해 압축되도록 로드로크(12)로 플랫폼(11A)을 밀어낸다. 또한, 로드로크(12)내 진공은 플랫폼(11A)을 로드로크(12)로 빨아들여 진공 밀봉을 더욱 향상시킨다.
도 10은 리액터(30)의 한 실시예의 간략화된 사시도이고, 웨이퍼 지지체(910)를 나타내기 위해 리액터의 일부가 절단되어 도시되어 있다. 열 차폐물이 웨이퍼 지지 구조체(910)에 부딪히지 않고서 리액터(30)로 삽입될 수 있다는 것을 보장하기 위해, 웨이퍼 지지 구조체(910)는 리액터(30)의 내벽상에 형성되거나 장착될 수 있다. 용접, 기계적 조임, 추(tongue) 및 홈 등과 같은 웨이퍼 지지체(910)를 장착하기 위해 종래의 제조방법이 사용된다. 웨이퍼 지지체(910)는 개구 중심부(912)를 포함하고, 입술모양 가장자리부(914)를 갖는다. 입술모양 가장자리부(914)는 처리동안 (양으로 도시된) 웨이퍼(22)의 가장자리 단부(917)에 접촉하고 그를 지지하도록 크기가 정해진다. 웨이퍼 지지체(910)의 두께는 일반적으로 웨이퍼(22)보다 크지만, 차폐 메커니즘(600) 또는 웨이퍼 지지체(910)와 접촉하는 엔드이펙터없이 리액터(30)가 엔드이펙터(406) 및 차폐 메커니즘(600)(도 5A)의 삽입을 수용하기 위한 공간을 갖는다는 것을 보장할 정도로 충분히 얇다.
도 11은 시스템(100)에서 사용되는 제어시스템(530)의 블럭도를 나타낸다. 컴퓨터(501)는 이서네트(ethernet) 링크(502)를 이용하여 제어기(520)와 통신하여 입출력("I/O") 제어기(521)까지 통신한다. I/O 제어기(521)는 다음을 포함하는 복수의 I/O 보드를 수용할 수 있다:(a)로봇, 온도, 압력, 및 모터 제어기와 통신하기 위한 직렬포트(522); (b)센서와 같은 디지털 I/O선을 제어하기 위한 디지털 I/O(523); (c)대량 흐름 제어기 및 조절판 밸브와 같은 아날로그 활성화장치를 제어하기 위한 아날로그 I/O(524); 및 (d)인터로크선과 같은 신호선의 연속성을 이루거나 파괴하기 위한 계전판(525). 제어기(520)를 구성하기 위한 구성요소는 일본 도쿄 고다이라 텐진-초 1-171의 고요 일렉트로닉스 인더스트리즈(Koyo Electronics Industries Co., Ltd.)에서 상업적으로 입수가능하다. 제어시스템(530)은 여러 시스템 구성요소(100)를 활성화하고 모니터하기 위해 종래의 제어소프트웨어를 이용한다. 시스템(100)은 또한 미국 텍사스주 오스틴의 내셔널 인스트러먼츠 코퍼레이션(National Instruments Corporation)으로부터 입수가능한 것과 같은 임의의 종래 제어 하드웨어 및 소프트웨어를 이용할 수도 있다.
적절한 실시예를 설명했지만, 당업자는 본 발명의 정신 및 범주에서 벗어나지 않고서 형태 및 세부사항이 변경될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명은 다음의 청구의 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (20)

  1. 반도체 웨이퍼 처리시스템에 있어서,
    내부에 웨이퍼를 수용하도록 구성된 공동(cavity)을 한정하는 처리챔버;
    상기 처리챔버로/로부터 웨이퍼를 이동시키도록 동작하는 로봇; 및
    열원으로부터 상기 웨이퍼를 차폐하도록 동작하는 차폐 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 처리시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리챔버는 고속 열처리기(RTP; rapid thermal processor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 처리시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열원은 저항성 가열소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 처리시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐 메커니즘은 제 1 및 제 2 차폐물을 포함하고, 상기 제 1 차폐물은 상기 웨이퍼의 상부에 인접하여 배치되도록 동작하며, 상기 제 2 차폐물은 상기 웨이퍼의 하부에 인접하여 배치되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼처리시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐 메커니즘은 석영으로 구성된 그룹으로부터 얻어진 열 차폐물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 처리시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 로봇은 엔드이펙터(end effector)를 포함하고, 상기 차폐 메커니즘은 상기 엔드이펙터와 동시에 상기 처리챔버로 연장되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 처리시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 로봇은 엔드이펙터를 포함하고, 상기 차폐 메커니즘은 상기 엔드이펙터와 동시에 상기 처리챔버로부터 철수되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 처리시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐 메커니즘은 상기 웨이퍼의 표면에 인접하여 배치될 수 있는 단일 차폐물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 처리시스템.
  9. 리액터로부터 반도체 웨이퍼를 삽입 및/또는 제거하기 위한 시스템에 있어서,
    웨이퍼를 들고 놓도록 동작하는 엔드이펙터; 및
    상기 웨이퍼의 온도를 감소시키기 위해 상기 엔드이펙터를 이용하여 상기 웨이퍼를 열원으로부터 차단하도록 동작하는 차폐 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 리액터로부터 반도체 웨이퍼를 삽입 및/또는 제거하는 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 차폐 메커니즘은 상기 웨이퍼의 상면을 차단하도록 동작하는 제 1 차폐물 및 상기 웨이퍼의 하면을 차단하도록 동작하는 제 2 차폐물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리액터로부터 반도체 웨이퍼를 삽입 및/또는 제거하는 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 차폐 메커니즘은 상기 엔드이펙터와 동시에 상기 처리챔버로부터 철수하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 리액터로부터 반도체 웨이퍼를 삽입 및/또는 제거하는 시스템.
  12. 반도체 웨이퍼 처리방법에 있어서,
    처리된 웨이퍼에 인접하게 웨이퍼 처리챔버 내부로 차폐 메커니즘을 삽입하는 단계를 포함하고,
    상기 차폐 메커니즘은 상기 웨이퍼의 온도가 감소되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 처리방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 처리챔버로부터 상기 웨이퍼를 들고 제거하기 위해 엔드이펙터를 상기 웨이퍼 처리챔버로 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 처리방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 차폐 메커니즘은 제 1 열원의 영향을 받는 상기 웨이퍼의 일부에 인접하여 배치가능한 제 1 차폐물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 처리방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 차폐 메커니즘은 제 2 열원의 영향을 받는 상기 웨이퍼의 일부에 인접하여 배치가능한 제 2 차폐물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 처리방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 엔드이펙터 및 상기 차폐 메커니즘을 상기 처리챔버로부터 철수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 처리방법.
  17. 웨이퍼 처리시스템내에서 반도체 웨이퍼를 처리하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 열 차폐물을 상기 처리된 반도체 웨이퍼에 인접하게 리액터 내부로 도입함으로써 처리된 반도체 웨이퍼의 온도를 감소시키는 단계; 및
    그 후, 제거수단을 이용하여 상기 리액터로부터 상기 처리된 반도체 웨이퍼를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리시스템내 반도체 웨이퍼의 처리방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열 차폐물은 상기 리액터내 열원과 상기 웨이퍼의 표면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리시스템내 반도체 웨이퍼의 처리방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제거수단은 엔드이펙터를 갖는 로봇 아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리시스템내 반도체 웨이퍼의 처리방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열 차폐물은 제 1 및 제 2 열 차폐물을 포함하고, 상기제 1 열 차폐물은 상기 웨이퍼의 제 1 표면에 인접 배치되며, 상기 제 2 열 차폐물은 상기 웨이퍼의 제 2 표면에 인접 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리시스템내 반도체 웨이퍼의 처리방법.
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