KR20030010500A - 완충메카니즘을 갖는 반도체 제조장치 및 반도체 웨이퍼의완충방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 제조장치는 로드록챔버와 반응기가 직접 연결되어 구비되며, 로드록챔버 내부에 마련된 이송아암에 의해 반도체 웨이퍼가 로드록챔버로부터 반응기 내부에 마련된 서셉터 상으로 이송된다. 그 장치는 반응기 내부에 대기하고 있는 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 완충메카니즘을 포함한다. 완충메카니즘은 상기 반도체 웨이퍼를 지지하도록 상기 서셉터 주변에 마련되며 수평방향으로 회전하는 적어도 두 개의 지지수단, 상기 지지수단을 수직방향으로 지지하기 위한 샤프트수단, 상기 샤프트수단에 연결되어 상기 지지수단을 회전시키기 위한 회전메카니즘, 및 상기 샤프트수단을 상하로 구동하기 위한 승강메카니즘을 포함한다.
Description
본 발명은 진공 로드록 시스템을 이용하는 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 완충메카니즘을 갖는 반응기를 포함하는 반도체 제조장치 및 반도체 기판을 완충시키는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 진공 로드록 시스템을 이용하는 반도체 제조장치의 챔버는 종래의 반도체 집적회로를 제조하는데 이용되며, 로드록챔버(load-lock chamber), 이송챔버(transferring chamber) 및 이송챔버에 연결된 다수의 반응기(처리챔버)를 포함한다. 각각의 챔버에 자동으로 웨이퍼를 공급하도록 웨이퍼 이송로봇이 이용된다. 진공 로드록 시스템을 이용하는 반도체 제조장치는 다음의 방법으로 작동한다. 우선, 실내로봇(atmospheric robot)은 웨이퍼를 카세트 또는 전면 개구 통일판("FOUP", 예, 탈착가능한 카세트를 포함하는 박스 및 전면 개구부 접촉부)로부터 로드록챔버로 이송한다. 로드록챔버로부터 공기를 배출시킨 후, 웨이퍼는 종래의 다각형 이송챔버 내에 마련된 진공로봇에 의해 각각의 반응기로 이송된다. 반응기 내에서 처리가 완료된 웨이퍼는 진공로봇에 의해 로드록챔버로 이송된다. 끝으로, 로드록챔버의 내부가 대기압까지 회복된 후에, 처리된 웨이퍼가 실내로봇에 의해 카세트 또는 FOUP로 이송된다. 일반적으로 그러한 장치를 "클러스터 툴(cluster tool)"이라 한다.
종래, 클러스터 툴은 단일 웨이퍼 처리식(single-wafer-processing type)과 적치 웨이퍼 처리식(batch wafer-processing type)을 갖는다. 단일 웨이퍼 처리식은 단일 웨이퍼가 각 반응기에 의해 처리되는 방식이다. 적치 웨이퍼 처리식은 다수의 웨이퍼가 단일 반응기에 의해 처리되는 방식이다.
적치 웨이퍼 처리식은 다수의 웨이퍼가 단일 반응기에 의해 처리되기 때문에 생산성이 높다. 적치 처리에서, 웨이퍼 상에 형성된 박막의 두께 및 품질이 불균일하게 나타나는 것이 문제가 된다. 막의 두께 및 품질의 균일성을 개선시키기 위해서는 단일 웨이퍼 처리식 웨이퍼 처리장치를 이용하는 것이 효과적이다.
본 발명이 해결할 수 있는 문제는 다음과 같다. 즉,
종래의 단일 웨이퍼 처리식 처리장치를 이용하여 생산성을 증가시키기 위해서는, 반응기의 수가 증가하고, 풋트프린트(요구되는 장치공간) 및 페이스프린트(장치 전면의 패널 폭)가 증가하며, 비용이 증가된다. 즉 장치는 종래의 다각형 이송룸을 갖기 때문에 그것에 방사형으로 반응기가 부착된다. 또한, 반응기의 수가 증가하기 때문에, 장치 고장 또는 보수로 인하여 작동이 중지될 경우 생산성이 현저하게 떨어진다.
더욱이, 박막 증착 처리에서, 처리시간이 짧고 처리가 연속적으로 수행되는 경우가 자주 있다. 이러한 이유 때문에, 로드록챔버 내부에 대기하고 있는 다음 웨이퍼를 수용하려면, 웨이퍼 이송 메카니즘은 두 개의 아암을 가질 필요가 있다. 두 개의 아암을 가진 웨이퍼 이송 메카니즘을 마련된다면, 이송 메카니즘이 복잡해지고 비용이 증가한다. 또한, 로드록챔버의 용적이 증가하므로 공기를 배출하는데 필요한 시간 및 대기압을 회복하는데 필요한 시간이 길어지고, 이송속도 제한 요인이 증가한다. 그 결과, 생산성이 제한된다.
더욱이, 등각의 다각형 이송챔버를 이용하는 장치에서도, 반응기 내부의 웨이퍼를 내외로 효과적으로 이송할 목적에는, 두 개의 아암을 갖는 웨이퍼 이송메카니즘이 바람직하지만 이송메카니즘이 복잡해지고 비용이 증가한다.
따라서, 본 발명의 목적은 저비용, 작은 풋트프린트 및 작은 페이스프린트를 실현하는 반도체 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 안정한 처리와 높은 생산성을 실현하는 반도체 제조장치를 제공하는 것이다.
도 1(a)은 장치의 평면도,
도 1(b)는 웨이퍼 승강핀과 완충메카니즘의 변경된 장치의 변경된 측면도,
도 2(a)는 처리된 웨이퍼를 완충시키기 위한 제어순서를 도시한 것,
도 2(b)는 반응기의 개략적인 작동 도표를 도시한 것, 및
도 3은 미처리된 웨이퍼를 완충시키기 위한 제어순서를 도시한 것이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 반응기
2 : 로드록챔버
3 : 이송아암
4, 5 : 지지수단
6, 8 : 실린더
7 : 서셉터 구동수단
9, 11 : 회전식 엑츄에이터
10 : 벨로우
12 : 반도체 웨이퍼
13 : 게이트 밸브
14 : 서셉터
15 : 웨이퍼 승강핀
16 : O-링
17 : 샤프트수단
18 : 건조펌프
19 : 샤워해드
20 : 플랩퍼 밸브
전술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 반도체 제조장치는 다음의수단을 포함한다:
실시예에서, 본 발명은, 반응기 내부에 대기하고 있는 반도체 웨이퍼를 수용하기 위하여, (ⅰ) 상기 반응기 내에 마련된 서셉터(susceptor) 주변에 적치되며 수평방향으로 회전하고, 상기 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 적어도 두 개의 지지수단, (ⅱ) 상기 지지수단의 각각을 수직방향으로 지지하기 위한 각각의 하나의 샤프트수단, (ⅲ) 상기 샤프트수단에 연결되어 상기 지지수단 각각을 회전시키기 위한 회전메카니즘, 및 (ⅳ) 상기 샤프트수단 각각을 상하로 이동시키기 위한 승강메카니즘을 포함하는 완충메카니즘(buffering mechanism)을 제공한다.
실시예에서, 각각의 지지수단은 웨이퍼를 지지할 수 있을 만한 어떤 적당한 형상(예, 삼각형, 원형, 사각형 등)이 이용될 수 있지만, 반도체 웨이퍼의 하면(back)과 라인접촉하도록 반도체 웨이퍼의 외주면을 따라서 만곡된 내부 테두리를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 회전메카니즘은 전기적으로 또는 공기압에 의해 작동되는 회전식 엑츄에이터일 수 있다. 완충메카니즘은 벨로우를 더 포함할 수 있으며, 샤프트수단은 벨로우와 함께 마련되며 승강메카니즘과 연결된다. 완충메카니즘은 O-링을 더 포함할 수 있으며, 샤프트수단은 회전메카니즘과 연결되고 O-링에 의해 봉합된다. O-링은 립씰(lip seal) 또는 테플론(Teflon?)과 같은 합성수지 봉합을 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 (A) 상하 구동가능하며, 반도체 웨이퍼를 그 위에 적치하기 위한 서셉터, (B) 반응기의 내부로 연장되고 복귀하는 이송아암 (transferring arm)이 관통하는 게이트밸브, (C) 상기 이송아암의 구동을 방해하지않는 위치에서 상기 서셉터 내에 마련되며, 상기 서셉터의 구동을 독립하여 상하 구동가능하게 하고, 상기 반도체 웨이퍼를 승강시키기 위한 웨이퍼 승강핀, 및 (D) 전술한 완충메카니즘을 포함하는 단일 웨이퍼 처리식 반응기를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 (a) 전술한 상기 반응기, (b) 상기 게이트 밸브를 관통하여 상기 반응기에 연결된 로드록챔버, 및 (c) 상기 반응기와 상기 로드록챔버 사이에서 상기 게이트 밸브를 관통하여 반도체 웨이퍼를 이송시키기 위한 이송아암을 포함하는 반도체 제조장치를 제공한다.
본 발명은 웨이퍼가 로딩위치에서 로드되거나 언로드되는 반응기 내에서 반도체 웨이퍼를 완충시키기 위한 방법에도 동일하게 적용될 수 있다. 그 방법은 (ⅰ) 상기 반응기 내에 마련된 서셉터 내에 마련된 웨이퍼 승강핀 상에 제1웨이퍼를 지지시키는 단계, (ⅱ) 상기 서셉터와 상기 웨이퍼 승강핀 상의 상기 제1웨이퍼 사이에 상기 서셉터 주변에 마련된 지지수단을 적치시키는 단계, (ⅲ) 상기 지지수단을 상기 서셉터의 내부방향으로 회전시키는 단계, (ⅳ) 로딩위치보다 더 높은 대기위치에서 상기 제1웨이퍼를 지지하도록 상기 지지수단을 승강시키는 단계, (ⅴ) 상기 제1웨이퍼가 상기 대기위치(stand-by position)에 있는 동안 상기 서셉터 상에 제2웨이퍼를 로딩시키는 단계, 및 (ⅵ) 상기 반응기로부터 상기 제1웨이퍼를 언로딩시키는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 방법은, 서셉터가 초기위치에 있는 동안 이송위치에서 반도체 웨이퍼가 반응기의 내외로 이송되고, 처리위치에서 반도체 웨이퍼가 처리되는 반응기 내에서 처리된 반도체 웨이퍼를 완충시키기 위한 방법을 포함할 수 있다. 그 방법은(A) 처리가 완료된 후에 웨이퍼 승강핀이 상기 웨이퍼 승강핀 상의 처리된 반도체 웨이퍼를 지지하도록 승강되어 있는 동안에 상기 서셉터를 상기 처리위치에서 상기 초기위치로 하강시키는 단계, (B) 상기 서셉터와 상기 웨이퍼 승강핀 상의 상기 반도체 웨이퍼 사이에 상기 서셉터 주변에 마련된 적어도 두 개의 지지수단을 적치시키는 단계, (C) 상기 서셉터의 내부방향으로 상기 지지수단을 회전시키는 단계, (D) 상기 이송위치보다 높은 대기위치에서 상기 반도체 웨이퍼를 지지하도록 상기 지지수단을 승강시키는 단계, (E) 상기 웨이퍼 승강핀을 상기 이송위치보다 낮은 위치로 하강시키는 단계, (F) 이송아암에 의해 미처리된 반도체 웨이퍼를 로드록챔버에서 상기 서셉터 위의 이송위치까지 이송시키는 단계, (G) 상기 이송아암으로부터 분리된 상기 미처리된 반도체 웨이퍼를 지지하도록 상기 웨이퍼 승강핀을 승강시키는 단계, (H) 상기 로드록챔버 내부에서 상기 이송아암을 복귀키는 단계, (I) 상기 미처리된 반도체 웨이퍼를 상기 이송위치 아래로 하강시키도록 상기 웨이퍼 승강핀을 하강시키는 단계, (J) 상기 이송아암을 상기 반응기 내로 연장시키는 단계, (K) 상기 처리된 반도체 웨이퍼를 상기 이송아암 상에 적치하도록 상기 처리된 반도체 웨이퍼를 지지하는 상기 지지수단을 하강시키는 단계, (L) 상기 이송아암을 상기 로드록챔버 내부에서 복귀시키는 단계, (M) 상기 서셉터의 외부방향으로 상기 지지수단을 회전시키는 단계, 및 (N) 상기 미처리된 반도체 웨이퍼가 적치된 상기 서셉터를 상기 처리위치로 승강시키는 단계를 포함한다.
이상은 언로드된 웨이퍼를 완충시키기 위한 것이다. 그러나, 본 발명은 로드된 웨이퍼를 완충시키기 위한 방법에도 동일하게 적용될 수 있다. 실시예에서,반도체 웨이퍼는 로딩위치에서 반응기로 로드되거나 언로드되는 반응기 내에서 완충된다. 그 방법은 (ⅰ) 상기 반응기 내에 마련된 서셉터 상에 적치된 제2웨이퍼 위의 상기 로딩위치에서 제1웨이퍼를 지지하는 단계, (ⅱ) 상기 서셉터와 상기 로딩위치에서의 상기 제1웨이퍼 사이에 상기 서셉터 주변에 마련된 지지수단을 적치하는 단계, (ⅲ) 상기 지지수단을 상기 서셉터의 내부방향으로 회전시키는 단계, (ⅳ) 상기 로딩위치 보다 높은 대기위치에서 상기 제1웨이퍼를 지지하도록 상기 지지수단을 승강시키는 단계, 및 (ⅴ) 상기 반응기로부터 상기 제2웨이퍼를 언로드시키는 단계를 포함한다.
전술한 방법은 서셉터가 초기위치에 있는 동안 이송위치에서 반도체 웨이퍼가 반응기 내외로 이송되며, 처리위치에서 반도체 웨이퍼가 처리되는 반응기 내에서 미처리된 반도체 웨이퍼를 완충시키는 방법을 포함할 수 있으며, 상기 방법은 (A) 처리가 완료된 후에 상기 초기위치에서 처리된 반도체 웨이퍼가 적치된 웨이퍼 승강핀과 함께 상기 서셉터를 하강시키는 단계, (B) 상기 이송아암에 의해 미처리된 반도체 웨이퍼를 로드록챔버로부터 상기 반응기 내로 이송하는 단계, (C) 상기 서셉터와 상기 이송아암 상의 상기 미처리된 반도체 웨이퍼 사이에 적치되며, 상기 서셉터의 내부방향으로 서셉터의 주변에 마련된 지지수단을 회전시키는 단계, (D) 상기 이송위치보다 높은 대기위치에서 상기 미처리된 반도체 웨이퍼를 지지하도록 상기 지지수단을 승강시키는 단계, (E) 상기 이송아암을 상기 로드록챔버로부터 복귀시키는 단계, (F) 상기 이송위치에서 상기 처리된 반도체 웨이퍼를 승강시키도록 상기 웨이퍼 승강핀을 승강시키는 단계, (G) 상기 이송아암을 상기 웨이퍼 승강핀상에 지지된 상기 처리된 반도체 웨이퍼 아래 상기 반응기 내로 연장시키는 단계, (H) 상기 이송아암 상에 상기 처리된 반도체 웨이퍼를 적치하도록 상기 웨이퍼 승강핀을 하강시키는 단계, (I) 상기 이송아암을 상기 로드록챔버로 복귀시키는 단계, (J) 상기 대기위치에서 상기 미처리된 반도체 웨이퍼를 수용하도록 상기 승강핀을 승강시키는 단계, (K) 상기 미처리된 반도체 웨이퍼를 분리시키도록 상기 지지수단을 하강시키는 단계, (L) 상기 서셉터의 외부방향으로 상기 지지수단을 회전시키는 단계, 및 (M) 상기 미처리된 반도체 웨이퍼를 처리하도록 상기 서셉터를 상기 처리위치로 승강시키는 단계를 포함한다.
본 발명에서, "완충(buffering)"은 다른 기판이 반응기의 내외로 이송되는 동안 반응기 내의 처리되거나 미처리된 기판을 일시적으로 대기시키는 것(suspending)을 의미한다.
본 발명 및 종래기술 이상으로 달성된 장점을 요약하기 위해서, 본 발명의 어떤 목적 및 장점을 이상에서 설명하였다. 물론, 반드시 그러한 모든 목적이나 장점이 본 발명의 어떤 특별한 실시예에 따라서 달성될 수 있는 것은 아니라는 점이 이해될 것이다. 그러므로, 예를 들어, 당업자는 본 발명이 여기서 제시된 바에 따라서 다른 목적이나 장점을 반드시 달성하지 않은 채 여기서 제시된 바에 따라 하나의 장점 또는 다수의 장점을 달성하거나 최적화하는 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 다른 측면, 특징 및 장점은 다음의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로 명확해질 것이다.
본 발명의 다양한 특징은 바람직한 실시예의 도면을 참조함하여 상세하게 설명될 것이며, 이것은 본 발명을 설명하기 위한 것이지 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 콤팩트한 단일 웨이퍼 처리식 반도체 제조장치를 실시하기 위한 최적은 모드를 나타낸다. 도 1(a)는 그 장치의 평면도이다. 도 1(b)는 그 장치의 측면도이다. 반도체 제조장치를 실시하기 위한 최적의 모드는 반도체 웨이퍼 상에 막을 성장시키기 위한 반응기(1), 게이트 밸브(13)를 관통하여 상기 반응기(1)에 연결되며 진공상태로 대기하고 있는 반도체 웨이퍼(12)를 수용하기 위한 로드록챔버(2), 및 상기 로드록챔버(2) 내부에 마련되며 상기 반도체 웨이퍼(12)를 상기 반응기(1)로 이송하기 위한 하나의 얇은 링크식 아암 샤프트를 갖는 웨이퍼 이송아암(3)을 포함한다.
반응기(1)에는 반도체 웨이퍼가 적치된 서셉터(14) 및 반도체 웨이퍼(12)에 반응가스의 기류를 동일하게 배출하기 위한 샤워플레이트(19)가 마련된다. 플라즈마 증강된 CVD(PECVD)에서, 서셉터(14)와 샤워플레이트(19)는 모두 고주파 전력전극을 포함한다. 서셉터(14)와 샤워플레이트(19) 사이의 거리를 감소시킴으로써 플라즈마 반응영역이 감소될 수 있다.
서셉터(14)의 외주면 내에, 동일한 간격으로 부착된 적어도 세 개의 웨이퍼 승강핀(15)이 서셉터를 수직으로 똑바로 관통한다. 웨이퍼 승강핀(15)은 실린더(6)에 의해 상하로 구동할 수 있다.
서셉터(15)의 외주 주변에, 적어도 한 쌍의 완충메카니즘이 마련된다. 관련된 완충메카니즘은 서셉터(14) 주변에 마련되어 수평 방향으로 회전하며 반도체 웨이퍼(12)를 지지하기 위한 적어도 두 개(예, 2, 3, 또는 4개)의 지지수단(4, 5)을 갖는다. 지지수단의 회전은 동시에 진행되며, 반도체 웨이퍼를 완충할 경우에만 지지수단이 서셉터(14)의 내부방향으로 회전하여 웨이퍼를 지지한다. 지지수단(4, 5)은 2mm에서 5mm 폭의 얇은 플레이트 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 지지수단(4, 5)의 형상은 웨이퍼(12)을 안정하게 지지할 수 있는 한 제한되지 않는다. 웨이퍼와 지지수단의 접촉면적이 클 경우 오염이 일어난다. 이러한 이유 때문에, 지지수단 일부분의 형상은 웨이퍼의 외부측과 접촉하고, 그 일부분이 웨이퍼의 외부측과 라인접촉하도록 외주를 따라 만곡된 형상인 것이 바람직하다. 또한 지지수단(4, 5)으로 이용된 재료에 따라서, 오염을 막기 위해 세라믹 또는 알루미늄이 바람직하다. 각각의 지지수단(4, 5)은 샤프트수단(17)의 상부말단에 연결되어 수직으로 지지된다. 샤프트수단(17)의 하부말단은 회전식 엑츄에이터(9)에 연결되고, 지지수단은 회전식 엑츄에이터에 의해 회전된다. 샤프트수단(17)과 회전식 엑츄에이터(9)는 벨로우(10)에 의해 외부로부터 분리된다. 더욱이, 샤프트수단(17)은 O-링에 의해 봉합되는 것이 바람직하다. 회전식 엑츄에이터(9)는 전기적으로 또는 공기압에 의해 작동될 수 있다. 샤프트수단(17)의 하부말단에 실린더(8)가 동적으로 연결된다. 실린더(8)은 샤프트수단(17)을 상하로 구동할 수 있으며, 이에 의해 지지수단(4, 5)도 마찬가지로 상하로 구동한다. 실린터(8)는 전기적으로 또는 공기압에 의해 작동될 수 있다. 샤프트수단(17)의 직경은 8mm에서 16mm의 범위 내인 것이 바람직하다. 샤프트수단(17)으로 이용된 재료에 따라서, 오염을 막기 위해 세라믹 또는 알루미늄이 바람직하다.
여기서 주의할 점은 도 1에 도시된 반도체 제조장치가 하나의 로드록챔버 및 로드록챔버에 직접 연결된 하나의 반응기를 포함할지라도, 본 발명은 이 실시예에 제한되지 않는다는 것이다. 예를 들어, 도 1에 도시된 두 개의 유닛을 수평으로 적치하고 통상 이용되는 로드록챔버를 제조함으로써, 하나의 로드록챔버와 두 개의 반응기를 포함하는 모듈화된 반도체 제조장치에 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 이 점에서, 독립적인 이송 시스템을 이용하면, 두 개의 웨이퍼가 동시에 반응기로 이송될 수 있고 웨이퍼는 두 반응기에서 동시에 처리될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 완충메카니즘은 어떤 적합한 단일 웨이퍼 처리식 반응기를 갖는 모든 반도체 제조장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 완충메카니즘은 로드록챔버와 반응기가 이송챔버를 통해 연결된 어떤 적합한 단일 웨이퍼 처리식 반도체 제조장치(예, 일본 ASM에 의해 제조된 Eagle10™)에도 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 반도체 제조장치의 완충메카니즘이 이용되지 않은 경우의 작동순서가 설명된다. 우선, 실내로봇(도시하지 않음)은 반도체 웨이퍼(12)를 카세트 또는 FOUP(도시하지 않음)으로부터 플랩퍼 밸브(20)을 관통하여 각각의 로드록챔버(2) 내로 이송한다. 웨이퍼의 이송이 완료된 후에, 플랩퍼 밸브(20)가 폐쇄되고, 건조펌프에 의해 로드록챔버(2)로부터 공기가 배출된다. 게이트 밸브(13)가 개방되고, 회전식 엑츄에이터(11)에 의해 얇은 링트식 아암을 갖는 웨이퍼 이송아암(3)이 연장되며, 반도체 웨이퍼(12)가 반응기(1) 내부의 서셉터(14) 상으로 이송된다. 링크식 아암을 포함하는 웨이퍼 이송아암(3)만이 로드록챔버(2)와 반응기(1) 사이에서 직선으로 왕복운동하기 때문에, 기계적 위치조절만이 요구되며복잡한 숙련(teaching)이 요구되지 않는다. 기판 승강핀(15)은 서셉터(14)의 표면상에 돌출되어 반도체 웨이퍼(12)를 지지한다. 웨이퍼 이송아암(3)은 로드록챔버(2) 내부에 적치되고, 게이트 밸브(13)는 폐쇄된다. 서셉터(14)는 서셉터 구동모터(7)에 의해 승강되고, 반도체 웨이퍼(12)는 서셉터(14)의 표면상에 적치된다. 그런 후에, 반도체 웨이퍼(12) 상의 박막 증착처리가 시작한다. 박막 증착처리가 완료된 후에, 처리된 반도체 웨이퍼는 역으로 반대의 운전순서에 따라서 카세트 또는 FOUP로 이송된다.
설명된 바와 같이, 완충메카니즘을 갖지 않는 반도체 제조장치에서, 반응기 당 오직 하나의 이송아암이 존재하기 때문에, 이송속도 결정 요인에 의해 생산성이 제한되는 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위해서, 본 발명이 수행된다.
본 발명에 따른 완충메카니즘을 활용하는 작동순서가 이하에서 상세하게 설명된다. 도 2(a)는 처리된 웨이퍼를 완충시킬 경우 작동순서를 나타낸다. 도 2(b)는 반응기 작동의 개략적인 도표를 나타낸다. 우선, 반도체 웨이퍼 상의 증기 증착이 완료된 후에, 웨이퍼 승강핀(15)이 승강되면서 서셉터(14)가 하강된다(처리 Ⅰ). 게이트 밸브(13)을 개방함으로써, 완충메카니즘의 지지수단(4, 5)은 처리된 웨이퍼를 지탱하면서 승강되고 대기한다(처리 Ⅱ). 웨이퍼 승강핀(15)은 서셉터의 위치까지 하강하고, 이송아암(3)은 로드록챔버(2)로부터 연장되어 미처리된 반도체 웨이퍼를 서셉터 상으로 이송한다(처리 Ⅲ). 웨이퍼 승강핀(15)이 승강하고 미처리된 반도체 웨이퍼를 지탱하는 동안에, 이송아암은 로드록챔버(2) 내부로 복귀된다(처리 Ⅳ). 반도체 웨이퍼 승강핀(15)은 서셉터 위치까지 하강하고, 이송아암은다시 반응기 내부로 연장된다(처리 Ⅴ). 완충메카니즘의 지지수단(4, 5)이 하강하며, 처리된 웨이퍼가 이송아암(3) 상에 적치된 후에, 이송함은 로드록챔버(2) 내로 복귀한다(처리 Ⅵ). 끝으로, 게이트 밸브는 폐쇄되고, 미처리된 반도체 웨이퍼가 적치된 서셉터가 승강한 후 증기 증착이 수행된다(처리 Ⅶ). 이런 후에, 이 작동순서가 반복된다.
도 3은 미치리된 웨이퍼를 완충시킬 경우 작동순서를 나타낸다. 우선, 반도체 웨이퍼(12)의 증기 증착이 완료된 후에, 웨이퍼 승강핀(15)이 하강하면서 서셉터(14)가 하강된다(처리 Ⅰ'). 게이트 밸브(13)가 개방되고, 미처리된 반도체 웨이퍼(12)는 이송아암(3)에 의해 반응기(1) 내로 이송되며, 완충메카니즘의 지지수단(4, 5)은 서셉터(14)의 내부방향으로 회전한다(처리 Ⅱ'). 완충메카니즘의 지지수단(4, 5)은 미처리된 반도체 웨이퍼를 지탱하면서 승강하고 대기하며, 이송아암은 로드록챔버 내로 복귀된다(처리 Ⅲ'). 웨이퍼 승강핀(15)이 승강되고, 이송아암은 다시 반응기 내부로 연장된다(처리 Ⅳ'). 웨이퍼 승강핀(15)이 하강하고, 이송아암은 처리된 반도체 웨이퍼를 수용하며 로드록챔버(2) 내부로 복귀한다(처리 Ⅴ'). 웨이퍼 승강핀이 승강하고, 게이트 밸브가 폐쇄되며, 완충메카니즘의 지지수단(4, 5)은 하강하고, 웨이퍼 승강핀은 미처리된 반도체 웨이퍼를 수용하며, 완충메카니즘의 지지수단(4, 5)은 서셉터의 외부방향으로 회전한다(처리 Ⅵ'). 끝으로, 서셉터(14)가 승강하고, 반도체 웨이퍼의 증기 증착이 수행된다(처리 Ⅶ'). 이런 후에, 이 작동 순서가 반복된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 다음의 실시예를 포함한다;
반도체 제조장치는 반응기 내부에 대기하고 있는 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 완충메카니즘을 포함하는 단일 웨이퍼 처리식 반응기를 포함한다. 완충메카니즘은 서셉터 주변에 마련되어 반도체 웨이퍼를 지지하고 수평 방향으로 회전하는 적어도 두 개의 지지수단, 상기 지지수단 각각을 수직방향으로 지지하기 위한 샤프트수단, 상기 샤프트수단과 연결되어 상기 지지수단 각각을 회전시키기 위한 회전메카니즘, 및 상기 샤프트수단 각각을 상하로 구동하기 위한 승강수단을 포함한다.
상기 완충메카니즘을 이용하여 처리된 반도체 웨이퍼를 완충시키는 방법은 (Ⅰ) 처리가 끝난 후에 웨이퍼 승강핀이 승강하면서 서셉터가 하강하는 단계, (Ⅱ)상기 반도체 웨이퍼의 하부표면과 상기 서셉터 사이에 적치된 상기 완충메카니즘의 지지수단이 상기 서셉터 내부로 회전하고, 상기 반도체 웨이퍼를 지지하기 위해 대기하도록 상향 이동하는 단계, (Ⅲ) 상기 웨이퍼 승강핀이 상기 서셉터의 위치까지 하강하고 이송아암이 미처리된 반도체 웨이퍼를 로드록챔버로부터 상기 서셉터까지 이송하는 단계, (Ⅳ) 상기 웨이퍼 핀이 승강하고 상기 미처리된 반도체 웨이퍼를 지탱하는 동안 상기 이송아암이 상기 로드록챔버 내부로 복귀하는 단계, (Ⅴ) 상기 웨이퍼 승강핀이 다시 상기 서셉터의 위치까지 하강하고 상기 이송아암이 상기 반응기 내에 삽입되는 단계, (Ⅵ) 상기 완충메카니즘의 상기 지지수단이 하강하고 상기 처리된 웨이퍼가 상기 이송아암에 적치되며 상기 로드록챔버 내부로 복귀하는 단계, 및 (Ⅶ) 상기 완충메카니즘의 상기 지지수단이 상기 서셉터의 외부로 회전하고 미처리된 반도체 웨이퍼가 적치된 상기 서셉터가 승강하는 단계를 포함한다.
상기 완충메카니즘을 이용하여 미처리된 반도체 웨이퍼를 완충시키는 방법은(ⅰ) 처리가 끝난 후에 웨이퍼 승강핀이 하강하면서 상기 서셉터가 하강하는 단계, (ⅱ) 상기 이송아암이 미처리된 반도체 웨이퍼를 상기 로드록챔버로부터 상기 반응기 내로 이송하고, 상기 미처리된 반도체 웨이퍼의 하부표면과 상기 서셉터 사이에 적치된 상기 완충메카니즘의 상기 지지수단이 상기 서셉터의 내부로 회전하는 단계, (ⅲ) 상기 완충메카니즘의 상기 지지수단이 대기하고 있는 상기 미처리된 반도체 웨이퍼를 수용하도록 승강할 경우 상기 이송아암이 상기 로드록챔버 내부로 동시에 복귀하는 단계, (ⅳ) 상기 웨이퍼 승강핀이 승강하고 상기 이송아암이 상기 반응기 내부로 다시 삽입되는 단계, (ⅴ) 상기 웨이퍼 승강핀이 하강하고 처리된 반도체 웨이퍼가 상기 이송아암 상에 적치되며 상기 이송아암이 상기 로드록챔버로 복귀하는 단계, (ⅵ) 상기 웨이퍼 승강핀이 다시 승강하고, 상기 완충메카니즘의 상기 지지수단이 하강하며, 상기 웨이퍼 승강핀이 상기 미처리된 웨이퍼를 수용하고, 상기 완충메카니즘의 상기 지지수단이 상기 서셉터의 외부로 회전하는 단계, 및 (ⅶ) 상기 서셉터가 승강하고 상기 미처리된 반도체 웨이퍼가 처리되는 단계를 포함한다.
본 발명은 적어도 다음과 같은 효과를 나타낼 수 있다:
본 발명에 따른 완충메카니즘에 의해서, 반응기 내부에 대기하고 있는 처리되거나 미처리된 웨이퍼를 수용함으로써, 로드록챔버 내부의 처리된 웨이퍼와 미처리된 웨이퍼는 교체될 수 있다. 그렇게 하면, 반응기 당 하나의 이송아암을 같는 구성에도 불구하고 두 개의 아암을 갖는 것과 동일한 능력을 갖는 장치가 달성될수 있다. 결론적으로, 이송속도 제한 요인에 기인한 문제가 해결되고 안정한 처리와 높은 생산성을 실현하는 반도체 제조장치가 실현될 수 있다.
또한, 두 개의 아암을 갖는 종래의 장치와 비교할 경우 로드록챔버의 용적이 감소될 수 있기 때문에, 저비용, 작은 풋트프린트 및 작은 페이스프린트를 실현하는 반도체 제조장비가 마련될 수 있다.
본 발명의 사상에서 벗어남 없이 수많은 다양한 변형이 만들어질 수 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 그러므로, 본 발명의 형상은 오직 설명적인 것이며 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니라는 점이 명확하게 이해될 것이다.
Claims (13)
- 반응기 내부에 대기하고 있는 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 완충메카니즘에 있어서,상기 반응기 내에 마련된 서셉터 주변에 적치되며 수평방향으로 회전하고, 상기 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 적어도 두 개의 지지수단;각각의 지지수단을 수직방향으로 지지하기 위한 각각의 하나의 샤프트수단;상기 샤프트수단에 연결된 각각의 지지수단을 회전시키기 위한 회전메카니즘; 및각각의 샤프트수단을 상하로 이동시키는 승강메카니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 완충메카니즘.
- 제1항에 있어서,각각의 지지수단은 상기 반도체 웨이퍼의 하면과 라인접촉하도록 상기 반도체 웨이퍼의 외주면을 따라 만곡된 내부 가장자리부를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 완충메카니즘.
- 제1항에 있어서,상기 회전메카니즘은 전기적으로 또는 공기압에 의해 작동되는 회전식 엑츄에이터인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 완충메카니즘.
- 제1항에 있어서,상기 승강메카니즘은 전기적으로 또는 공기압에 의해 작동되는 실린더메카니즘인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 완충메카니즘.
- 제1항에 있어서,벨로우를 더 포함하며, 상기 샤프트는 상기 벨로우와 함께 마련되고 상기 승강메카니즘에 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 완충메카니즘.
- 제1항에 있어서,O-링을 더 포함하며, 상기 샤프트는 상기 회전메카니즘에 연결되고 상기 O-링에 의해 봉합되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 완충메카니즘.
- 제6항에 있어서,상기 O-링은 합성수지 봉합을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 완충메카니즘.
- 단일 웨이퍼 처리 반응기에 있어서,상하로 구동 가능하며, 반도체 웨이퍼를 그 위에 적치하기 위한 서셉터;상기 반응기의 내부로 연장되고 복귀되는 이송아암이 관통하는 게이트밸브;상기 이송아암의 구동을 방해하지 않는 위치에서 상기 서셉터 내에 마련되며, 상기 서셉터의 구동을 개별적으로 상하 구동가능하게 하고, 상기 반도체 웨이퍼를 승강시키기 위한 승강핀; 및제1항의 상기 완충메카니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 웨이퍼 처리 반응기.
- 반도체 제조장치에 있어서,제1항의 상기 반응기;상기 게이트밸브를 관통하여 상기 반응기에 연결된 로드록챔버; 및상기 게이트밸브를 관통하여 상기 반응기와 상기 로드록챔버 사이에서 반도체 웨이퍼를 이송하기 위한 이송아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- 로딩위치에서 반응기로 로드되거나 언로드되는 반도체 웨이퍼를 완충시키는 방법에 있어서,상기 반응기 내에 마련된 서셉터 내에 마련된 웨이퍼 승강핀 상에 제1웨이퍼를 지지시키는 단계;상기 서셉터 주변에 마련된 지지수단을 상기 서셉터와 상기 웨이퍼 승강핀상의 상기 제1웨이퍼 사이에 적치시키는 단계;상기 지지수단을 상기 서셉터의 내부방향으로 회전시키는 단계;상기 로딩위치보다 높은 대기위치에서 상기 제1웨이퍼를 지지하도록 상기 지지수단을 승강시키는 단계;상기 제1웨이퍼가 상기 대기위치에 있는 동안 상기 서셉터 상에 제2웨이퍼를 로딩시키는 단계;상기 제1웨이퍼가 하강하도록 상기 웨이퍼 승강핀을 하강시키는 단계; 및상기 반응기로부터 상기 제1웨이퍼를 언로딩시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 완충방법.
- 서셉터가 초기위치에 있는 동안 이송위치에서 반도체 웨이퍼가 상기 반응기의 내외로 이송되며, 처리위치에서 반도체 웨이퍼가 처리되는 반응기에서 처리된 반도체 웨이퍼를 완충시키는 방법에 있어서,처리가 완료된 후에 웨이퍼 승강핀이 상기 웨이퍼 승강핀 상에 처리된 반도체 웨이퍼를 지지하도록 승강되어 있는 동안 상기 서셉터를 상기 처리위치에서 상기 초기위치로 하강시키는 단계;상기 서셉터 주변에 마련된 적어도 두 개의 지지수단을 상기 서셉터와 상기 웨이퍼 승강핀 상의 반도체 웨이퍼 사이에 적치시키는 단계;상기 지지수단을 상기 서셉터의 내부방향으로 회전시키는 단계;상기 이송위치보다 높은 대기위치에서 상기 반도체 웨이퍼를 지지하도록 상기 지지수단을 승강시키는 단계;상기 웨이퍼 승강핀을 상기 이송위치보다 낮은 위치까지 하강시키는 단계;이송아암에 의해 미처리된 반도체 웨이퍼를 로드록챔버에서 상기 서셉터 상의 이송위치까지 이송시키는 단계;상기 이송아암으로부터 분리된 상기 미처리된 반도체 웨이퍼를 지지하도록 상기 웨이퍼 승강핀을 승강시키는 단계;상기 이송아암을 상기 로드록챔버 내부로 복귀시키는 단계;상기 미처리된 반도체 웨이퍼가 상기 이송위치 아래로 하강하도록 상기 웨이퍼 승강핀을 하강시키는 단계;상기 이송아암을 상기 반응기 내로 연장시키는 단계;상기 처리된 반도체 웨이퍼를 상기 이송아암 상에 적치하도록 상기 처리된 반도체 웨이퍼를 지지하는 상기 지지수단을 하강시키는 단계;상기 이송아암을 상기 로드록챔버 내부로 복귀시키는 단계;상기 지지수단을 상기 서셉터의 외부방향으로 회전시키는 단계; 및상기 미처리된 반도체 웨이퍼가 적치된 상기 서셉터를 상기 처리위치까지 승강시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리된 반도체 웨이퍼의 완충방법.
- 웨이퍼가 로딩위치에서 반응기에 로드되거나 언로드되는 반응기에서 반도체 웨이퍼를 완충시키는 방법에 있어서,상기 반응기 내에 마련된 서셉터 상에 적치된 제2웨이퍼 위의 상기 로딩위치에서 제1웨이퍼를 지지하는 단계;상기 서셉터 주변에 마련된 지지수단을 상기 서셉터와 상기 로딩위치에서의 상기 제1웨이퍼 사이에 적치시키는 단계;상기 지지수단을 상기 서셉터의 내부방향으로 회전시키는 단계;상기 로딩위치보다 높은 대기위치에서 상기 제1웨이퍼를 지지하도록 상기 지지수단을 승강시키는 단계; 및상기 반응기로부터 상기 제2웨이퍼를 언로딩시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 완충방법.
- 서셉터가 초기위치에 있는 동안 이송위치에서 반도체 웨이퍼가 상기 반응기의 내외로 이송되며, 처리위치에서 반도체 웨이퍼가 처리되는 반응기 내에서 미처리된 반도체 웨이퍼를 완충시키는 방법에 있어서,처리가 완료된 후에 상기 초기위치에서 웨이퍼 승강핀과 함께 서셉터를 하강시켜 처리된 반도체 웨이퍼가 적치되는 단계;상기 이송위치에서 상기 이송아암에 의해 미처리된 반도체 웨이퍼를 로드록챔버에서 상기 반응기로 이송시키는 단계;상기 서셉터와 상기 이송아암 상의 미처리된 반도체 웨이퍼 사이에 적치되며, 서셉터 주변에 마련된 지지수단을 상기 서셉터의 내부방향으로 회전시키는 단계;상기 이송위치보다 높은 대기위치에서 상기 미처리된 반도체 웨이퍼를 지지하도록 상기 지지수단을 승강시키는 단계;상기 이송아암을 상기 로드록챔버 내부로 복귀시는 단계;상기 이송위치에서 상기 처리된 반도체 웨이퍼를 승강시키도록 상기 웨이퍼 승강핀을 승강시키는 단계;상기 이송아암을 상기 웨이퍼 승강핀 상에 지지된 상기 처리된 반도체 웨이퍼 아래의 반응기 내로 연장시키는 단계;상기 처리된 반도체 웨이퍼를 상기 이송아암 상에 적치하도록 상기 웨이퍼 승강핀을 하강시키는 단계;상기 이송아암을 상기 로드록챔버로 복귀시키는 단계;상기 대기위치에서 상기 미처리된 반도체 웨이퍼를 수용하도록 상기 웨이퍼 승강핀을 승강시키는 단계;상기 미처리된 반도체 웨이퍼를 분리하도록 상기 지지수단을 하강시키는 단계;상기 지지수단을 상기 서셉터의 외부방향으로 회전시키는 단계; 및상기 미처리된 반도체 웨이퍼를 처리하도록 상기 서셉터를 상기 처리위치까지 승강시키는 것을 특징으로 하는 미처리된 반도체 웨이퍼의 완충방법.
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