KR20020047143A - 이중 가스제거/냉각 로드락 클러스터 툴 - Google Patents

Abstract

웨이퍼를 처리하기 위한 클러스터 툴(10)은 고진공 챔버(20)와 유동적으로 상호작용하는 적어도 두 개의 로드락 챔버(18)와 고진공 챔버(20)로부터 각각의 로드락 챔버(18)를 선택적으로 고립시키기 위한 적어도 두 개의 상응하는 슬롯 밸브(22) 사이의 중심에 배치된 내부 고진공 챔버(20)로 형성된다. 각각의 로드락 챔버(18)는 또한 웨이퍼의 가스를 제거위해 안에 방사하기 위한 가열램프 조립체(120)와 그 안에 배치된 웨이퍼를 냉각시키기 위한 냉각 플래튼(82)을 포함한다. 고진공 펌프(78)는 고진공 챔버(20)에 연결되고, 물펌프(64)는 고진공 챔버(20)와 유동적으로 상호작용한다. 슬롯 밸브(22), 플래튼(82), 가열램프 조립체(12), 고진공 펌프(78), 물 펌프(64)의 선택적인 일련의 작동은 각각의 로드락 챔버(18)가 냉각 챔버와 가스제거 챔버로 작동할 수 있게 한다.

Description

이중 가스제거/냉각 로드락 클러스터 툴{DUAL DEGAS/COOL LOADLOCK CLUSTER TOOL}

본 발명의 클러스터 툴을 완전히 만족시키기 위해서, 진공증착 이면의 과학원리의 논의가 유용하다. 일반적으로 만약 두 개의 전극과 그 사이에 있는 틈이 1/10,000 대기압 이하의 매우 낮은 압력이라면, 가스 저항은 두 개의 전극 사이에서 전류가 흐르도록 하고 차단시킬 것이다. 이것을 종래의 기술에서는"글로우 방전(glow discharge)"이라고 한다.

중요하게 글로우 방전 공정이 발생되는 동안 이온화 가스원자는 음극(캐소드)에 끌려 충돌하며, 자유 전자는 양극(애노드)으로 끌려 그 쪽으로 이동하게 된다. 전자질량은 일반적으로 원자에 대해서 무시할 만하며, 전자는 충돌이 일어나는중에 애노드에 실질적으로 영향을 주지 않는다. 그러나 이온화 원자의 질량은 캐소드 재료에 대한 원자 질량에 대해 상대적일 수가 있다. 또한 이온화 원자가 캐소드에 충돌될 때, 충돌힘은 캐소드 물질이 방출되도록 한다. 이러한 현상들은 스퍼터링(sputtering)으로 알려지거나, 글로우 방전이 일어나는 동안 이온충격으로 인해 캐소드로부터 재료가 제거되는 것으로 알려져있다.

캐소드로부터 스퍼터링되는 재료는 주의표면을 코팅한다. 만약 스퍼터링 장치가 특정한 방법으로 설계된다면, 스퍼터링된 재료의 균일하고 양질의 코팅은 기질 위에 증착될 수 있다. 이러한 코팅을 만들기 위한 스퍼터링 재료의 증착은 진공증착 공정으로 언급된다.

반도체 산업에서, 진공처리는 실리콘 웨이퍼를 코팅하는데 사용되고, 이러한 결과를 나타내는 특정한 장치는 상기 산업에서 클러스터 툴로 알려져 있다. 그러나 진공처리를 하기 위해서 실리콘 웨이퍼는 필름이 깨끗하도록 하기 위해 극한 진공상태를 유지할 수 있는 클러스터 툴 내에서 처리되어야 한다. 진공 문제에 뿐만 아니라 모든 수증기 분자는 클러스터 툴 내에서 진공처리의 오염을 막기 위해 웨이퍼로부터 제거되어야 하는데, 수증기는 마무리된 웨이퍼의 품질에 영향을 주는 바람직하지 않은 처리요소이다. 최종적으로 출고되는 웨이퍼는 여러 진공처리를 후에 가열될 수 있고 산화 혹은 부식의 위험을 줄이기 위해 클러스터 툴 내에서 웨이퍼를 냉각시키는 것이 바람직하다.

통상적으로 클러스터 툴은 웨이퍼를 수용하기 위한 로드락 챔버와 웨이퍼를 처리하기 위한 여러개의 진공처리 챔버로 구성된다. 종래의 클러스터 툴에서, 웨이퍼는 25-웨이퍼 카셋트 모듈의 로드락에 삽입된다. 통상적으로 웨이퍼의 전체 카셋트 모듈은 로드락 챔버에 놓이며, 로드락 챔버(카셋트 모듈을 따라)는 높은 진공으로 펌핑된다. 만약 로드락 진공 챔버의 부피가 최소화 된다면, 발생된 진공상태는 클러스터 툴 내의 또 다른 웨이퍼 처리를 위해 충분한 단지"거친(rough)" 진공이 되며, 로드락 챔버에 진공을 발생시키기 위해 필요한 시간은 감소될 것이다. 그러므로 클러스터 툴의 효율은 증가될 것이다.

종래 기술의 클러스터 툴은 통상적으로 웨이퍼의 가스를 없애거나 웨이퍼로부터 혼입된 수증기를 제거하기 위한 전용 가스제거 챔버를 갖는다. 종래의 기술에서 일단 카셋트 모듈이 "거친"에서 중간범위 진공 상태(10^-2torr에서 10^-3torr, 760 torr=1atm)로 되면, 웨이퍼는 몇가지의 진공처리를 거치기 전에 개별의 가스제거를 위해 전용 가스제거 챔버에 놓이게 된다. 전용 가스제거 챔버는 대개 종래 기술의 클러스터 툴의 높은 진공 몸체 내에 놓이게 된다. 원하는 것은 거친 진공 상태 하에서 로드락 챔버에서 웨이퍼의 가스를 제거하는 클러스터 툴이다. 이것은 클러스터 고진공 몸체 내에 전용처리 위치를 필요하기 않게 한다.

가스가 제거된 수증기는 크라이오펌프(cryopump)에 의해 클러스터 툴의 고진공 몸체로부터 제거된다. 크라이오펌프는 통상적으로 금속 평판 어레이에서 매우 낮은 온도를 유지하는 냉동유닛으로 구성된다. 상기 어레이는 챔버와 그 안에 있는 수증기 분자와 상호작용 하도록 배치되며, 물분자는 플레이트와 충돌하고 냉동된다. 이러한 크라이오펌프는 비싸고 유지하기가 어렵다. 원하는 것은 각각의 가스제거 챔버를 위한 전용 크라이오펌프가 필요하지 않은 클러스터 툴이다. 전용의 크라이오펌프를 제거하기 위한 한가지 방법은 웨이퍼가 로드락 챔버의 거친 진공일 때 웨이퍼로부터 수증기 분자를 제거하는 것이다. 이것은 클러스터의 고진공 몸체 근처에 있는 잉여 수증기 양을 감소시킬 것이다. 만약 이것이 이루어질 수 있다면, 진공의 품질과 진공처리 품질이 개선될 수 있다. 또한 클러스터 툴을 위한 원하는 개수의 크라이오펌프는 감소될 것이고, 클러스터 툴을 위한 유지의 필요성을 감소시키고 툴의 전방적인 안정성을 증가시킨다.

종래의 기술에서, 일단 카셋트 모듈로부터 각각의 웨이퍼의 가스가 제거되면, 웨이퍼는 여러개의 진공처리 챔버에 놓이고 여러 진공처리 거치게 된다. 상기 처리가 완료된 후에, 웨이퍼는 냉각을 위한 전용챔버에 배치될 수 있다. 그런다음 상기 웨이퍼는 카셋트 모듈 뒤에 놓이고, 또 다른 웨이퍼는 전술된 처리공정을 시작하기 위해 카셋트로부터 선택된다. 카셋트 모듈의 모든 웨이퍼의 처리 공정이 완료되었을 때, 전체 카셋트 모듈은 로드락 챔버로부터 제거된다.

그러나 상기 구조로 첫 번째 웨이퍼는 최종 웨이퍼 보다 그 처리 공정이 완료된 후에 냉각하는 시간이 더 걸린다. 반대로, 처리될 마지막 웨이퍼는 진공 처리를 거치기 전에 진공 하에서 "건조"하는 시간이 더 많이 걸린다. 이것은 적당한 처리 품질로 웨이퍼가 카셋트 모듈에서 처리를 위해 클러스터 툴로 한번에 하나씩 적재되는 경향을 발생시킬 수 있다. 종래 기술에서는 "첫번째 웨이퍼 효과(first wafer effect)"라고 한다. 원하는 것은 웨이퍼가 처리되는 동안 처리의 각 단계에서 걸리는 시간을 표준화시키고 최종적 웨이퍼 품질의 견고성을 개선시키기 위해냉각 기능과 가스 제거 성능을 갖고 있는 로드락 챔버가 있는 클러스터 툴이다.

미국 특허 5,516,732에 Legal에 의해 "Wafer Processing Machine Vacuum Front End Method and Apparatus"라는 명칭으로 예비가열과 가스제거 기능이 조합된 스테이션이 공지되었다. 그러나 극한 진공상태에서 수증기 분자를 제거하기 위해 챔버와 유동적으로 상호작용하기 위해 배치된 물펌프를 공지하지는 않는다. 왜냐하면 공지된 장치는 "프론트 엔드(front-end) 장치"로 알려져 있고 진공처리를 수행하기 위해 클러스터 툴에 연결되어야 하기 때문이다. 또한 처리 스테이션의 "수하중(water load)"을 최소화하지 않으며, 클로스터 툴을 작동시키기 위해 필요한 사이오펌프의 개수를 최소화시키지 않는다.

미국 특허 5,902,088은 Forborne 등에 의해 "Single Loadlock Chamber With Wafer Cooling Function"이라는 제목으로 냉각 기능을 수행하는 로드락 구조물 내에 장착된 웨이퍼를 수용하기 위한 여러개의 트레이에 대한 장치를 공지한다. 그러나 로드락 구조물은 12~14개의 웨이퍼를 고정하도록 된 크기를 갖으며 본 발명이 극복해야 할 동일은 문제를 나타내는 로드락 챔버의 크기로 진공을 발생시킨다. 또한 Legal 같은 Forborne은 로드락 구조물과 유동적으로 상호 작용하도록 부착된 물펌프를 공지하지 않으며 전반적인 클러스터 툴에 필요한 물펌프의 개수를 최소화하는 것을 공지하지 않는다.

상기 관점에서, 본 발명의 목적은 웨이퍼를 포함하는 로드락 챔버를 위한 진공을 발생시키는 동시에 웨이퍼의 가시를 제거하여 실리콘 웨이퍼의 쓰루풋(thoughput)을 증가시키는 클러스터 툴을 제공하는 것이다. 이것은 전체적인처리시간을 감소시키고 웨이퍼 쓰루풋을 증가시킨다.

본 발명의 또 다른 목적은 분리된 전용된 가스제거 및 냉각 챔버의 필요성을 없애기 위해 로드락 챔버 내에서 가스제거와 냉각단계를 수행하는 클러스터 툴을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 한번에 단일 웨이퍼를 처리할 수 있는 크기로 되어 있는 로드락 챔버를 갖는 클러스터 툴을 제공하여, 진공하에 놓여야 하는 부피를 최소화 하고 "첫번째 웨이퍼 효과"를 제거한다.

본 발명의 또 다른 목적은 두 개의 로드락을 도와주는 단일 고진공 챔버를 갖는 클러스터 툴을 제공하는 것이다. 이러한 구조는 클러스터 툴에 필요한 크라이오펌프의 개수를 최소화하고 클러스터 툴의 안정성을 최대화한다.

전술된 각각의 특징과 목적은 작동하기에 수비고 좀더 안정적인 클러스터 툴을 갖는 것이다. 또한 제조를 단순히 하고 비용을 줄이는 것이다.

본 발명은 일반적으로 클러스터 도구를 사용하는 것에 관련되며 클러스터 도구를 사용하는 과정에 관련된다. 특히 본 발명은 실리콘 웨이퍼에 코팅을 하기 위한 여러 가지 공정에 사용되는 클러스터 툴에 관련된다. 본 발명은 특히, 하지만 꼭 그렇지만은 않은 코팅공정을 짧게 하기 위해 챔버에 진공을 발생시키는 동시에 웨이퍼를 포함하고 있는 챔버로부터 수증기를 제거하며 클러스터 툴을 통해 웨이퍼의 움직임을 최소화하도록 클러스터 툴을 사용하는 것에 관련된다.

도 1은 명료성을 위해 제거된 툴의 넓은 상측벽 영역에 대한 본 발명의 클러스터 툴에 대한 상측면도;

도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 도시된 도 1의 정면에 대한 횡단면도;

도 3은 가스제거 작동이 이루어지는 동안 도 2의 정면에 있는 고진공 챔버와 단일 로드락 챔버의 횡단면도;

도 4는 고진공 펌프 작동과 슬롯밸브 개방에 대한 도 3과 동일한 도면;

도 5는 냉각이 이루어지는 동안 도 3과 동일한 도면;

* 부호설명 *

10......클러스터 툴12......블록

14......전방영역20......고진공 챔버

22......슬롯 밸브24......전방로더

본 발명을 따라 실리콘 웨이퍼에 진공처리를 수행하는 클러스터 툴은 적어도 두 개의 로드락 챔버와 금속 블럭내에 구비된 고진공 챔버를 포함한다. 로드락 챔버는 블록을 통해 블록 상측 표면으로부터 블록 하측 표면까지 완전히 연장된다. 고진공 챔버는 블록에서 각각의 로드락 챔버와 유동적으로 상호작용한다. 각각의 로드락 챔버를 고진공 챔버, 선호적으로 슬롯 밸브로부터 선택적으로 격리하기 위한 격리수단은 개별의 유동 전달 경로에 놓인다. 개별의 기초(roughing) 펌프는 각각의 로드락 챔버 내에 초기 진공을 발생시키기 위해 각각의 로드락 챔버와 유동적으로 상호작용하도록 연결된다.

본 발명의 클러스터 툴은 또한 고진공 펌프와 물펌프를 포함한다. 고진공 펌프는 고진공 챔버와 유동적으로 상호작용 하는 블록에 장착되었다. 물펌프는 냉동유닛과 크라이오플레이트로 구성된다. 냉동유닛은 블록에 장착되며, 크라이오플레이트는 냉동유닛과 열적으로 상호작용하도록 부착된다. 좀더 특별하게 크라이오플레이트는 블록을 통해 고진공 챔버 안으로 냉동 유닛으로부터 돌출된다.

크라이오플레이트는 로드락 챔버 사이에 있고 개별의 슬롯 밸브의 앞 쪽에 직접 놓이도록 고진공 챔버 내에 배치된다. 로드락 챔버가 고진공 챔버와 유동적으로 상호작용 하도록 놓일 때, 고진공 펌프는 수증기 분자를 로드락 챔버로부터 끌어당긴다. 수증기 분자는 크라이오플레이트와 충돌하며 거기서 냉각된다. 로드락 챔버 사이에서 물펌프와 고진공 펌프의 방향은 로드락 챔버에서 고진공을 발생시키고 유지하는데 필요한 고진공 펌프와 물펌프의 개수를 최소화한다.

로드락챔버는 고진공으로 펌핑되는데 필요한 부피를 최소화하기 위해 단일 웨이퍼를 만족시키는 형상과 크기로 되어 있다. 각각의 로드락 챔버는 상측벽, 하단벽 그리고 측벽으로 포함하며, 평평한 하부 표면에서 종단되는 벨(bell) 영역과 함께 벨 영역으로 융합되는 스템(stem)으로 구성된 플래튼(platen)을 포함한다. 플래튼 스템은 상측벽의 오프닝 내에 미끄럼 배치되고 벨영역이 완전히 로드락 챔버 내에 배치되도록 로드락 챔버 안으로 아랫방향으로 향해 돌출된다.

본 발명의 로드락 챔버는 실리콘 웨이퍼를 고정하기에 적합한 고정수단과 여러개의 가열램프를 포함한다. 상기 고정 수단은 플래튼의 벨영역 주위를 둘러싸는 상측벽으로부터 아랫방향으로 연장된 여러개의 레일을 갖는 트레이로 구성된다. 각각의 레일은 레일로부터 수직으로 돌출된 하단 플랜지와 상단 플랜지를 포함하여, 레일에 대한 역 F 형상을 성립시킨다. 웨이퍼가 상단 플랜지에 놓일 때, 웨이퍼는 벨영역 하단 표면 근처에 즉각적으로 놓인다. 웨이퍼가 하단 플랜지에 놓일 때, 웨이퍼는 플래튼 하단표면으로부터 이격된다.

본 발명의 로드락 챔버는 로드락챔버 위쪽으로 비추도록 하기 위해 로드락 챔버의 하부벽에 장착된 여러개의 가열램프를 포함한다. 웨이퍼가 하단 플랜지에 놓일 때, 웨이퍼는 가열램프로부터 균일한 방사 강도의 초점 평면과 공유된다. 가열램프, 트레이, 플래튼은 냉각과 가스제거 기능을 수행할 수 있는 로드락 챔버를 성립하도록 조합되어, 클러스터 툴에 필요한 로드락 챔버의 개수를 줄인다.

본 발명의 방법을 위해, 웨이퍼는 하단 플랜지 위에 있는 로드락 챔버에 배치되며, 초기 진공은 상응하는 기초 펌프에 의해 성립된다. 동시에, 가열램프는 웨이퍼에 열에너지를 방사하도록 작동하여서, 웨이퍼로부터 수증기 분자를 방출하고 웨이퍼의 가스를 제거한다. 그 다음에 기초 로드락 챔버로부터 고립되며, 램프들은 선호적으로 꺼지고, 로드락 챔버는 상응하는 슬롯 밸브를 개방하여 고진공 챔버와 유동적으로 상호작용하도록 정렬된다. 고진공 펌프는 고진공 챔버에서 고진공을 발생시키고 고진공 챔버 안으로 로드락 챔버로부터 잉여 수증기를 끌어들인다.

분자가 고진공 챔버 안으로 끌어들임에 따라, 전술된 바와 같이 분자는 크라이오플레이트에 충돌하며, 크라이오플레이트 위에서 냉동된다. 이러한 방법으로, 실리콘 웨이퍼는 초기에 가스제거가 되며 고진공이 빠르고 쉽게 로드락 챔버에 발생된다. 그로부터 웨이퍼는 종래의 방법으로 여러 제조 처리과정을 겪는다.

본 발명의 신규한 특징은 첨부된 도면과 비슷한 부분에 대한 유사한 특성에 대해서 설명과 함께 잘 이해될 것이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 클러스터 툴이 도시되었고 참조번호(10)로 지정되었다. 클러스터 툴의 구조적 골격은 전방영역(14)과 후방영역(16)을 포함하는 블록(12)으로 구성된다. 전방영역은 전면벽(25)과 전면벽 위에 있는 밸브 유지벽(27)을 포함하며 다소간 평행하게 되어 있다. 한 쌍이 대칭적으로 대향한 전방영역 측벽(13,13)은 개별적으로 비슷한 대향한 후방영역측벽(15,15)으로 융합된다. 후방영역 측벽은 또한 첫 번째 비스듬한 벽(43)과 두 번째 비스듬한 벽(44) 후방 안쪽으로 융합된다. 첫 번째 및 두 번째 비스듬한 벽은 도 1에 도시된 바와 같이 후방영역 후방벽(40)으로 융합된다. 전방영역 측벽, 후방영역 측벽, 첫 번째 및 두 번째 비스듬한 벽, 후방영역 후방벽 모두는 하단벽(62)으로부터 수직하게 돌출된다.

블록의 전방영역은 두 개의 로드락챔버(18,18)를 포함한다. 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 전방영역은 개별의 로드락 챔버와 상호작용하는 고진공 챔버(20)를 포함한다. 각각의 로드락 챔버는 앞으로 설명될 방법으로 밸브 지지벽(27)과 전방벽(25), 측벽(56)에 부착된 슬롯밸브(22,22)를 갖는 고진공 챔버로부터 선택적으로 고립된다. 도 1과 도 2를 참고로, 클러스터 툴은 상단 커버 플레이트(80,80)를 포함하며, 각각의 상측커버 플레이트는 개별의 전방영역 벽 노치(79)와 상측벽 노치(81)에 부착된다.

선호되는 실시예에서, 블록은 알루미늄 합금으로 만들어진다. 그러나 가공할 수 있고(혹은) 이송할 수 있는 다른 형태의 합금이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 사용될 수 있다.

전방로더(loader)(24)는 블록의 전방벽(25)에 부착된다. 전방로더는 전방 벽에서 전방 오프닝(28,28)에 상응하는 한 쌍의 베이도어(bay door)(26,26)를 포함한다. 전방 오프닝은 전방 벽을 통해 로드락 챔버에 접근한다. 모듈(30a)이 대표적인 여러개의 카셋트 모듈 전방로더에 부착된다. 이것은 웨이퍼 카셋트, SMIF(표준 기계 인터페이스 형식, Standard Mechanical Interface Format), FOUP(전방 오프닝만능 포드, Front Opening Universal Pods) 혹은 웨이퍼를 고정하기 위한 방법으로 된 다른 구조물을 개방할 수 있다. 전방로더는 내부 구조(도시 안됨)를 포함하는데, 실리콘 웨이퍼(32)를 종래의 방법으로 카셋트 모듈로부터 베이도어를 거쳐 로드락 챔버로 선택적으로 전송하기 위해 통상적으로 전방로더 로봇을 포함한다. 전술된 형식의 전방로더의 예는 Asyst^®혹은 Brooks Automation^®으로부터 제조된다.

후방영역(16)에서, 여러개의 처리포드(34)는 실리콘 웨이퍼 위에서 연속적인 진공처리를 하기 위해 블록의 하단벽에 부착된다. 후방영역은 또한 블록의 후방벽(40)에 장착된 무선 주파수(RF) 배칭 유닛/파워 서플라이(38)에 전기적으로 연결되는 에칭 스테이션(36)을 포함한다.

첫 번째 후방 크라이오펌프(41)는 후방 비스듬한 벽(43)에 부착되며 두 번째 후방 크라이오펌프(42)는 도 1에 도시된 바와 같이 후방영역 챔버(19)와 상호작용하는 블록의 후방 비스듬한 벽(44)에 부착된다. 첫 번째 및 두 번째 후방 크라이오펌프는 수증기와 가스분자를 제거하고 종래의 방법으로 후방영역 챔버(19)에 고진공을 형성한다.

도 1에 도시된 바와 같이 후방로봇(46)은 후방영역 내에 중심에 놓이고 하단벽(62)에 부착된다. 후반로봇은 밸브 지지벽(27)과 전방영역 측벽(13,13)에 부착되는 로드락 접근 밸브(52,52)를 통해 로드락 챔버에 선택적으로 접근한다. 후방영역은 클러스터 툴의 전방 영역에 있는 로드락 챔버와 후방영역 챔버에 있는 다양한 처리포드 사이에서 웨이퍼를 선택적으로 전송한다. 후방로봇은 또한 완료된 웨이퍼에 필요한 설계를 따라 사용자(도시 안됨)에 의해 프로그램된 미리 정해진 알골리즘을 따라 에칭 스테이션과 진공처리 포드 사이에서 웨이퍼를 전송한다.

도 2-5에 블록의 전방영역이 전방 영역 내의 중심에 가로질러 배치된 고진공 챔버(20)가 도시되었다. 전술된 바와 같이, 고진공 챔버는 로드락 챔버 사이에 있으며 또한 각각의 로드락 챔버와 상호작용한다.

전술된 바와 같이, 슬롯밸브(58)는 각각의 로드락 챔버를 고진공 챔버로부터 선택적으로 고립시키기 위해 고진공 챔버와 각각의 로드락 챔버 사이에 장착된다. 각각의 슬롯 밸브는 블록의 상단벽(56)의 리세스(55,55) 내에 장착된 밸브몸체(54)를 포함한다.

밸브몸체는 밸브 몸체에 미끄럼 배열되고 밸브스템이 블록을 통해 아랫방향으로 고진공 챔버 안으로 돌출된 연장된 위치를 갖는 밸브스템(58)을 포함한다. 밸브스템(58)은 또한 밸브스템이 밸브 몸체에 의해 둘러쌓여지는 수축된 위치를 갖는다.

각각의 슬롯 밸브에 대해서, 밸브 시트(60)는 밸브스템과 대향한 블록의 하단벽(62)의 내부표면 안으로 가공된다. 도 2-5에 잘 도시된 바와 같이, 밸브스템(58)이 밸브몸체 내의 수축위치에 있을 때, 전달경로는 고진공 챔버에 상응하는 로드락 챔버 사이에 존재할 것이다. 밸브스템이 연장된 위치에 있을 때, 밸브스템은 밸브시트(60)에 안착될 것이며, 상응하는 로드락 챔버는 고진공 챔버로부터 고립될 것이다.

냉동유닛(68)과 크라이오플레이트(70)를 포함하는 물펌프(64)는 블록의 상단벽(56)에 부착된다. 냉동유닛은 그로부터 위쪽으로 연장된다. 크라이오플레이트는 냉동유닛과 열적으로 상호작용하고 그로부터 아랫방향으로 상단벽을 통해 고진공 챔버 안으로 연장된다.

냉동유닛은 냉동 유닛으로부터 연장된 크라이오플레이트 냉각라인(72)을 포함하고 크라이오플레이트 내에 내부적으로 순환된다. 크라이오플레이트 냉각라인은 냉각제(도시 안됨)를 크라이오플레이트 표면위에 원하는 온도를 유지하기 위해서 냉동 유닛으로부터 크라이오플레이트를 통해 다시 냉각유닛으로 순환시킨다. 선호되는 실시예에서, 크라이오플레이트는 약 100 켈빈(T=100°K)으로 유지된다. 만약 크라이오플레이트가 원하는 저온을 유지할 수 있다면 열교환기와 크라이오플레이트에 대한 다른 구조가 구상이 가능하다.

크라이오플레이트의 편평면(76)은 설명할 목적으로 각각의 로드락 챔버의 슬롯밸브 오프닝(74) 앞에 직접 놓였다. 이러한 구조로 단일 물펌프는 여러개의 로드락 챔버를 감당할 수 있다.

고진공 펌프(78)(도 2-5에 도시)는 종래의 기술로 고진공을 발생시키기 위한 고진공 챔버와 상호적용하도록 부착된다. 일단 상응하는 슬롯밸브가 개방되면, 로드락 챔버는 고진공 챔버(20)와 상호작용할 것이며, 고진공은 상응하는 로드락 챔버에 발생될 것이다.

선호되는 실시예에서, 고진공 펌프는 10^-4에서 10^-8torr의 범위에서 진공을 발생시키기 위한 자석 부양 베어링이다. 펌프의 예시적인 형태는 Varian^®에서 제작된다.

도 2-5에서, 본 발명의 로드락 챔버 플래튼(82)을 포함한다. 상기 플래튼은 하단 벨영역(86)으로 융합되는 플래튼 스템(83)으로 구성된다. 프래튼 스템은 상단 커버 플레이트에 있는 오프닝(85)에 미끄럼 배열되고 수직을 향한다. 이러한 방식으로 된 플래튼 스템으로 플레튼의 벨영역은 로드락 챔버내에 배치될 것이며, 벨영역 하단면(86)은 로드락 챔버 내에 수평을 향할 것이다.

미리 정해진 플래튼 온도를 유지하기 위해서, 플래튼 냉각 시스템(92)은 플래튼 스템에 연결된다. 특히 플래튼 냉각 공급라인(94)은 플래튼 냉각 시스템에 부착된다. 공급라인은 플래튼 스템 내부로 연장되고 플래튼 냉각 복귀라인(96)으로 융합된다. 이러한 구조로 냉각제는 플래튼을 통해 플래튼 냉각 시스템으로부터 순환되고 플래튼을 냉각시키기 위해서 플래튼 냉각 시스템으로 되돌아간다.

플래튼 가스 공급라인(98)은 또한 플래튼 스템 내에 내부적으로 연장된다. 플래틴 가스 공급라인은 플래튼 가스공급(100)으로부터 연장되고 플래튼의 하단표면에서 종단된다. 플래튼 가스라인 유동 조절밸브(102)는 가스공급으로부터 로드락 챔버를 선택적으로 고립시키고 그로부터 가스 유동을 제어하기 위해 플래튼 가스라인에 부착된다. 이러한 구조는 하기 설명될 웨이퍼를 냉각시키기 위해서 로드락 챔버와 플래튼 가스공급 사이에 선택적으로 유동 전달 경로가 설립되도록 한다.

벨로우(bellow)(88)는 상단 커버 플레이트 외부면(90)에 장착되고, 또한 플래튼 스템(83)에 주변을 둘러싸는 관계로 부착된다. 벨로우는 플래튼이 위아래로 미끄러져 움직일 수 있도록 하며, 동시에 로드락 챔버 내에 완전 진공을 유지한다.

각각의 로드락 챔버는 로드락 챔버의 벤팅(venting)를 위한 챔버가스 공급(103)을 포함한다. 챔버가스 공급라인(105)은 챔버 가스공급에 부착되고 챔버가스공급과 로드락 챔버 사이에 유동전달 경로를 제공하기 위해 로드락 챔버의 내부벽(108)에서 종단된다. 챔버 가스 공급라인(105)의 벤트밸브(107)는 선택적으로 로드락 챔버로부터 챔버가스 공급을 고립시킨다.

선호되는 실시예에서, 아르곤이나 질소 같은 가스가 챔버가스공급 뿐만 아니라 플래튼 가스 공급을 위한 작동가스로 사용된다. 그러나 다른 가스들은 플래튼 가스공급의 냉각기능을 수행하기 위해 사용될 수 있으며 전술된 바와 같이 챔버가스공급의 벤팅 기능을 수행하기 위해 사용될 수 있다.

도 2에서 각각의 로드락 챔버는 초기"거친"(약 10^-2에서 10^-3torr) 진공을 성립시키기 위해 개별의 초기펌프(104)를 포함한다. 초기펌프는 전방영역 측벽으로 연장되고 전방영역 측벽의 내부면(108)에서 종단되는 거친 펌프라인(106)을 통해 로드락 챔버와 유동적으로 상호작용하도록 연결된다. 초기펌프 밸프(110)는 로드락 챔버로부터 초기펌프를 선택적으로 고립시키기 위해 초기 펌프라인에 놓인다.

각각의 로드락 챔버는 전용 초기펌프를 포함한다. 그러나 두 개의 로드락 챔버는 본 명세서의 전술된 작동 부분 설명에서 거친 진공 상태에서 동시에 절대로 펌핑되지 않는다. 또한 초기펌프라인(106)은 오직 하나의 초기펌프가 복수개의 로드락 챔버에 대해 사용될 수 있도록 여러개의 로드락 챔버에 순환될 수 있다.

하단 커버 플레이트(112)는 한 쌍의 대향한 하단벽 니치(niche)(118)에서 블록의 하단벽(62)에 부착된다. 하단 커버 플레이트는 아래쪽(114)과 상측(116)을 포함하고 로드락 챔버 내에 마주대하고 있는 상측면을 갖는 하단벽 니치에 부착된다. 하단 커버 플레이트 아래에, 가열램프 조립체(12)는 블록에 부착된다.

가열램프 조립체는 U자형 반사체의 상측으로 마주하는 가장자리 단부에 있는 한 쌍의 대향한 장착표면(128,128) 뿐만 아니라, 하단 둘러싸는 표면(126), 상단 반사체 표면(124)을 갖는 U자형 같이 생긴 반사체(122)로 구성된다. 장착 브라켓(130)은 도 2-5에 도시된 개별의 장착표면에 부착된다. 장착 브라켓은 하단 커버 플레이트의 하단측(116)과 하단벽에 고정된다.

여러개의 상단 가열램프(131)와 여러개의 하단 가열램프(132)는 상단 반사체 표면(124)에 부착되고 하단 커버 플레이트 쪽으로 열에너지를 방출한다. 여러개의 상단 및 하단 가열램프는 복수개의 하단 원주 바깥쪽에 있는 복수개의 상단 원주를 갖는 중앙 원주에 배열된다. 램프강도, 각 램프 사이의 거리, 각 램프와 하단 커버 플레이트 사이의 거리는 비추는 동안에 로드락 챔버 내에서 균일한 방사 강도를 갖는 평면을 만들기 위해 조절된다. 하단 커버 플레이트는 로드락 챔버 안에 가열 램프 방사의 자유 경로를 만드는 수정같은 재료로 만들어진다.

본 발명의 클러스터 툴은 또한 로드락 챔버내에서 웨이퍼를 정밀하게 배치하기 위한 상단 커버 플레이트에 부착되는 트레이(134)를 포함한다. 상기 트레이는 벨영역(84)과 둘러쌓는 관계를 갖고 아랫방향으로 연장되도록 상단 커버 플레이트에 장착된 여러개의 레일(136,136)로 구성된다. 각각의 레일은 역 F 형상을 갖도록 레일에서 수직으로 돌출된 하단 플랜지(140)와 상단 플랜지(138)를 포함한다. 역 F형상은 각각의 레일에 대한 하단 플랜지 수평면(144)과 상단 플랜지 수평면(142)을 형성한다.

상기 트레이 레일(136)은 트레이의 상단 플랜지(138)가 벨영역 하단표면(86) 아래에 직접 놓이도록 로드락 챔버 안쪽으로 아래를 향해 연장된다. 하단 플랜지(140)는 하단 커버 플레이트(112)의 상측(114) 위에 직접적으로 배치된다. 웨이퍼가 상단 플랜지 수평면(142)에 놓일 때 , 웨이퍼는 벨영역 하단표면(86) 근처에 즉시 놓일 것이다. 웨이퍼(32)가 하단 플랜지 수평면(144)에 놓일 때, 웨이퍼는 하단 커버 플레이트 위에 즉시 놓일 것이다. 플랜지는 전술된 가열램프로부터 균일한 방사 강도를 갖는 평면과 함께 존재하도록 웨이퍼를 정렬시킨다. 또한 웨이퍼는 균일한 방법으로 가열될 것이다(실제로 가스가 제거됨).

클러스터 툴을 작동하기 위해서, 정면로더(24)는 웨이퍼(32)를 카세트 모듈(30)로부터 처리를 하기 위해 로드락 챔버(18,18) 중 하나(SMIF 혹은 FOUP)로 전송한다. 초기에 웨이퍼는 도 3에 도시된 바와 같이 하단 플랜지 수평면(144)에 놓이도록 로드락 챔버 내의 트레이(134)에 놓인다. 로드락 챔버를 위한 관련된 슬롯 밸브(22)는 닫치고 초기펌프(104)는 정지된다. 그 다음에 초기펌프 밸브(110)는 열리고 초기펌프는 챔버 진공 게이지(146)에 표시되는 바와 같이 10^-2에서 10^-3torr 정도의 초기진공을 발생시키기 위해 작동된다.

초기 펌프가 로드락 챔버의 초기진공을 성립함에 따라, 웨이퍼는 가열램프 조립체(120)에 의해 실질적으로 가스가 제거된다. 이것을 하기 위해서, 상단 복수개 및 하단 복수개의 램프는 작동되며 열에너지를 하단 커버 플레이트를 통해 웨이퍼로 직접 전달한다. 웨이퍼가 가열됨에 따라 웨이퍼의 혼입된 물분자(148)는 로드락 챔버 안으로 방출되어서 웨이퍼는 가스가 제거된다. 웨이퍼의 가스제거는 처리 시간을 줄이고 클러스터 툴의 용량을 증가시키기 위해서 로드락 챔버의 초기 거친진공을 동시에 만들기 위해 이루어진다.

일간 초기진공이 로드락 챔버에 발생되면, 초기 펌프 밸브는 닫히고 초기펌프는 정지된다. 인접한 고진동 챔버(20)는 상응하는 슬롯 밸브(22)를 열어서 웨이퍼를 포함하는 로드락 챔버와 상호 작용하도록 놓인다.

도 4에서 슬롯 밸브가 열림에 따라 고진동 펌프(선호적으로 연속적으로 작동됨)는 로드락 챔버로부터 슬롯 밸브 오프닝을 통해 남아 있는 가스 및 물 분자를 끌어들인다. 물분자가 슬롯밸브 오프닝으로부터 고진공 챔버 안으로 끌어당겨짐에 따라, 슬롯 밸브 오프닝(74)의 전방에 직접 놓인 물펌프(연속적으로 작동할 수 있음)의 크라이오플레이트 표면(76) 위에 직접적으로 충격을 가한다. 물분자가 크라이오플fp이트와 접촉함에 따라, 크라이오플레이트가 고진공 상태의 빙점 혹은 그 이하의 온도에서 유지되기 때문에 그 위를 냉각한다. 웨이퍼가 로드락 챔버에 있는 동안 웨이퍼로부터 수증기 분자를 제거하는 것은 블록의 후방영역에서 크라이오플레이트(41,42)에 대한"물하중"을 줄이고 본 발명의 작동 관점 중의 하나이다.

웨이퍼가 전술된 바와 같이 로드락 챔버에서 처리된 후에, 로드락 접근 밸브(52)는 열리고 후방 로봇(46)은 로드락 챔버로부터 블록의 후방영역(16)에서 진공처리 포드로 웨이퍼를 전송한다. 전술된 바와 같이, 첫 번째 및 두 번째 후방크라이오펌프는 후방영역에서 고진공을 발생시킨다. 후방영역이 로드락 챔버의 것과 비슷한 고진공 상태에 있기 때문에, 웨이퍼는 로드락 챔버로부터 후방영역으로 전송됨에 따라 고진공 상태로 남아있게 된다. 그런다음 웨이퍼는 완료된 웨이퍼에 대한 설계요건에 기초를 둔 미리 정해진 알골리즘을 따라 처리포드의 부분 혹은 전체에 전송될 수 있다.

웨이퍼가 마지막 제조 과정을 거친 후에, 후방로봇은 처리된 웨이퍼를 진공처리 스테이션으로부터 트레이(134)의 상단 플랜지 표면(142)에 놓는다. 플래튼 가스 공급 시스템(100)으로부터 나오는 가스는 플래튼 스템을 통해 이송되고 웨이퍼 위의 하단 벨영역(84)으로부터 빠져나와 웨이퍼를 냉각시킨다. 비슷하게, 벤트밸브(107)는 열리고 1atm(P=1atm)으로 로드락 압력을 상승시키기 위해 챔버 가스 공급으로부터 나온 가스는 로드락 챔버로 벤팅된다. 로드락 챔버 부티가 최소화되기 때문에, 챔버를 벤팅하기 위해 적은 양의 가스가 필요하고, 웨이퍼는 냉각되며 종래 시스템보다 하중이 빨리 저하된다.

일단 웨이퍼가 냉각되면, 전방 로더(24)는 냉각된 웨이퍼를 로드락 챔버로부터 제거하고 카셋트 모듈, SMIF장치 혹은 FOUP에 완료된 웨이퍼를 대치시킨다.

자세히 공지된 특정한 클러스터 툴이 전술된 이점을 제공하고 목적을 완전히 얻을 수 있으며, 현재 선호되는 실시예는 본 발명을 단순히 설명하고자 함이다. 첨부된 청구항에 정의된 사항 외에는 제한되지 않는다.

Claims (20)

1. 진공 증착 처리가 수행될 수 있는 장치는,

   상단표면 및 하단 표면을 포함하는 블록;

   상기 블록을 통해 상기 상단 표면으로부터 상기 하단 표면을 통해 연장된 적어도 두 개의 로드락 챔버;

   각각의 로드락 챔버와 상호작용하는 상기 블록의 고진공 챔버;

   상기 블록에 장착된 적어도 두 개의 고립밸브로 구성되는데, 각각의 상기 밸브는 상기 고진공 챔버로부터 각각의 로드락 챔버를 선택적으로 고립시키기 위해서 상기 고진공 챔버가 개별의 로드락 챔버와 서로 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 블록에 부착된 적어도 하나의 초기펌프로 구성되며, 상기 초기펌프는 상기 로드락 챔버와 유동적으로 상호작용하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 로드락 챔버와 상응하는 상기 고립밸브가 열릴 때 각각의 로드락 챔버에 선택적으로 고진공을 발생시키기 위해 상기 고진공 챔버와 상호작용하는 상기 블록에 장착되는 고진공 펌프로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 블록에 연결된 냉동유닛으로 구성되는데, 상기 냉동 유닛은 상기 고진공 챔버 안으로 돌출된 크라이오플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 각각의 로드락 챔버는 출구를 포함하고, 각각의 출구는 서로 인접하며, 상기 크라이오플레이트는 각각의 출구로부터 등거리로 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 크라이오플레이트는 적어도 두 개의 대향한 크라이오플레이트 표면을 포함하는데, 각각의 크라이오플레이트는 개별의 고립밸브의 전방에 직접적으로 상기 고진공 챔버에 배치되고, 상기 크라이오플레이트는 상기 로드락 챔버에 상응하는 상기 고립밸브가 열릴 때 잉여의 물분자를 끌어 당기기 위해 개별의 로드락 챔버와 함께 가시경로의 관계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 로드락 챔버와 열적으로 상호작용하는 가열램프 조립체를 포함하는데, 상기 가열램프 조립체는

   상기 블록에 장착된 곡선 반사체;

   상기 로드락 챔버로부터 상단 이격부분을 갖는 상기 반사체에 장착되고 상기 로드락 챔버 안으로 비추기 위한 방향으로 된 상단 복수개의 가열램프;

   상기 로드락 챔버로부터 하단 이격부를 갖고 상기 로드락 챔버 안으로 비추기 위한 방향으로 된 하단 복수개의 가열램프로 구성되는데, 상기 상단 이격부와 상기 하단 이격부는 균일한 방출 강도를 갖는 평면을 만들기 위해 조절되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 클러스터 툴은,

   상단벽, 하단벽, 복수개의 측벽으로 형성되고 단일 웨이퍼를 감당할 수 있는 크기로 된 로드락 챔버를 포함하는 블록;

   상기 로드락 챔버 내에 배치된 평면을 갖고 상기 블록에 장착된 플래튼;

   상기 로드락 챔버 안으로 돌출되고 상기 블록에 장착되며 상기 평면에 근접한 상기 챔버에서 웨이퍼를 지지하기 위한 고정수단을 포함하는 트레이;

   상기 블록에 장착되고 상기 웨이퍼로 직접 방사되도록 배열된 복수개의 가열램프로 구성되는 것을 특징으로 하는 툴.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 로드락 챔버에 초기 진공을 발생시키기 위해 상기 로드락 챔버와 유동적으로 상호작용 하는 상기 블록에 부착된 초기펌프로 구성되는 것을 특징으로 하는 툴.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 로드락 챔버에 인접한 상기 블록의 고진공 챔버;

    상기 고진공 챔버와 상기 로드락 챔버 사이의 상호작용을 제어하기 위한 상기 블록에 장착된 슬롯 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 툴.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 고진공 챔버와 유동적으로 상호작용하는 상기 블록에 연결된 고진공 펌프로 구성되는 것을 특징으로 하는 툴.
12. 제 8 항에 있어서, 상기 트레이는 상기 플래튼과 둘러쌓는 관계를 갖는 상기 블록에 부착된 복수개의 수직 레일로 구성되며, 각각의 레인은 안쪽으로 돌출된 하단 플랜지와 상단 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 툴.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 상단 플랜지는 상기 평면에 근접한 상단 위치를 형성하고 상기 하단 플랜지는 상기 상단 플랜지 아래에 하단 위치를 형성하는 것을 특징으로 하는 툴.
14. 제 10 항에 있어서,

    상기 블록에 연결된 냉동 유닛;

    상기 냉동 유닛에 열적으로 상호작용 하는 상기 블록에 연결된 크라이오플레이트로 구성되는데, 상기 크라이오플레이트는 상기 고진공 챔버 안으로 연장되는 것을 특징으로 하는 툴.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 크라이오플레이트는 적어도 두 개의 대향한 크라이오플레이트 표면을 포함하고 각각의 크라이오플레이트는 개별의 슬롯 밸브 전방에 직접적으로 상기 고진공 챔버에 배치되는 것을 특징으로 하는 툴.
16. 고진공 챔버와 선택적으로 상호적용하는 로드락 챔버 내에 있는 실리콘 웨이퍼를 처리하는 방법에서, 상기 로드락 챔버와 상기 고진공 챔버는 클러스터 툴 블록에 형성되고, 상기 방법은,

    A. 상기 로드락 챔버 내에 실리콘 웨이퍼를 놓고,

    B. 상기 로드락 챔버와 선택적으로 상호작용하는 상기 블록에 장착된 상기 초기펌프와 함께 상기 로드락 챔버에서 초기진공을 발생시키고,

    C. 상기 B 단계와 동시에 발생하는 상기 로드락 챔버의 가스를 제거하며,

    D. 상기 초기펌프로부터 상기 로드락 챔버로를 고립시키고;

    E. 상기 로드락 챔버로부터 상기 고진공 챔버 안으로 잉여의 비활성 가스를 끌어 당기는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    F. D 단계와 동시에 상기 로드락 챔버로부터 잉여의 수증기 분자를 제거하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제 16 항에 있어서, 상기 C 단계는 상기 블록에 장착된 여러개의 가열램프로 이루어지고, 상기 단계는

    G. 상기 로드락 챔버의 상기 웨이퍼 쪽으로 균일한 방사표면을 직접 전달하기 위한 상기 가열램프의 방향을 정하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 16 항에 있어서, 단계 E는 슬롯 밸브와 고진공 펌프와 함께 이루어지는데, 상기 단계는,

    H. 상기 고진공 챔버와 상호작용하는 상기 고진공 펌프를 배열하고,

    I. 상기 로드락 팸버와 상호작용하는 상기 고진공 챔버를 배치시키기 위해 상기 슬롯 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제 19 항에 있어서,

    J. 상기 웨이퍼에 미리 정해진 일련의 처리공정을 수행하고,

    K. 상기 처리공정 중 적어도 하나를 완료한 후에, 상기 웨이퍼를 상기 로드락 챔버에 배치하고,

    L. 상기 로드락 챔버에 상기 웨이퍼를 냉각시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.