KR200415555Y1 - 웨이퍼 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 웨이퍼가 로딩된 카세트가 위치되는 로드락 챔버와, 진공 배기되고 웨이퍼를 로딩 및 언로딩할 수 있는 로봇암을 구비하는 트랜스퍼 챔버와, 게이트 밸브를 통하여 상기 트랜스퍼 챔버와 연통 가능한 다수의 진공 처리 챔버를 구비한 웨이퍼 처리장치에 있어서, 상기 로봇암은 다관절 로봇암이고, 상기 트랜스퍼 챔버는 평면상에서 볼 때 사각형으로 형성되며, 상기 다수의 진공 처리 챔버는 상기 트랜스퍼 챔버의 2개의 측면에 상호 대향하여 배치된 것을 특징으로 하여, 챔버와 챔버 사이의 기밀유지가 달성됨과 동시에 챔버 간 협착 간결하고도 신뢰성 있는 배치에 의해 장치 소요 공간이 절감되면서 실질적으로 웨이퍼 처리장치의 풋프린트가 줄어들게 되어 반도체 제조 수율을 증대할 수 있도록 하였다.

Description

웨이퍼 처리장치{Apparatus for processing semiconductor wafer}

도 1은 일반적인 웨이퍼 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 구조도,

도 2는 본 고안의 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 구조도,

도 3은 본 고안에 따른 반도체 소자 제조 방법에 따라 실린더형 커패시터의 하부 전극을 형성하는 데 필요한 몰드 산화막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도, 및

도 4는 본 고안의 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치의 구성에 따른 점유 공간과 종래의 예를 비교 설명하기 위한 개략 구조도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 웨이퍼 처리 장치

110: 로드락 챔버 112: 웨이퍼

120: 트랜스퍼 챔버

122: 로봇암 130: 제1 챔버

140: 제2 챔버 150: 제3 챔버.

200: 매엽(枚葉) 반송 부분

본 고안은 다층 배선 구조의 금속 배선을 형성하는 데 사용되는 일체형 인시튜 클러스터 툴 타입의 웨이퍼 처리장치에 관한 것으로서, 일예로 실린더형 커패시터를 형성하는 데 필요한 몰드 산화막 형성에 사용될 수 있는 웨이퍼 처리 장치 및 이를 이용한 효율적인 반도체 소자 제조 프로세스에 관련한 것으로서, 특히 도 2에 도시된 바와 같이, EFEM 등으로 불리는 케이스에서 로봇 사용에 의하여 1매씩 웨이퍼(기판)를 꺼내 트랜스퍼 챔버와 같은 처리 챔버 내에 넣고 처리한 후, 웨이퍼를 1매씩 인출하여 케이스에 수납하는 매엽(枚葉) 반송 부분과 연결되어, 웨이퍼 즉 반도체 기판이 로딩되어 위치되는 로드락 챔버를 병렬형으로 일체로 배치한 클러스터 툴 타입의 웨이퍼 처리장치에 관련한 것이다.

일반적으로 웨이퍼 처리장치(100)는 고집적 반도체 메모리 소자의 실린더(cylinder)형 커패시터를 형성하는 데 필요한 몰드(mold) 산화막 형성에 사용될 수 있으며, 반도체 소자가 고밀도화 및 고집적화됨에 따라 다층 배선 구조의 금속 배선을 가지는 회로 구성이 필수적으로 요구된다. 금속 배선은 전기적인 신호를 전송시키는 역할을 하므로 전기적인 저항이 낮아야 하며, 경제적이고도 신뢰성이 높아야 한다. 이러한 조건들을 충족시킬 수 있는 적합한 금속 배선 물질로서 알루미늄이 널리 사용되고 있다. 이 경우, 하층의 소자와 상층의 알루미늄 배선과의 접속부인 콘택홀, 또는 하층의 알루미늄 배선과 상층의 알루미늄 배선과의 접속부인 비아홀 내부를 금속 물질로 완전히 매립하는 기술이 이들 사이의 전기적 접속을 가능하 게 하기 위하여 매우 중요한 기술로 강조되고 있다.

이 콘택홀 또는 비아홀을 매립하기 위하여, 경제적이면서 도전성이 양호한 재료인 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다. 콘택홀 또는 비아홀을 알루미늄으로 매립하는 데 있어서, 보다 우수한 전기적 특성 및 보다 완벽한 매립 특성을 얻기 위하여, 다양한 공정 기술이 개발되고 있으며, 그에 따라 콘택홀 또는 비아홀을 매립하기 위한 공정으로서 CVD 공정, PVD 공정, 열처리 공정, 산화 공정, 에칭 공정 등 여러 가지 공정을 거쳐야 할 필요가 있다. 이와 같이 다양한 공정으로 이루어지는 콘택홀 또는 비아홀 매립 공정을 행하기 위하여 클러스터 툴(cluster tool) 타입의 다양한 웨이퍼 처리장치(100)가 개발되었다.

근래들어 개발된 일체형 클러스터 툴 타입의 웨이퍼 처리장치(100)는 웨이퍼(112) 상의 콘택홀 또는 비아홀 매립 공정을 행하기 위한 전체 공정에 필요한 모든 시설을 갖추고 있지 않다. 따라서 일반적인 웨이퍼 처리장치(100)를 사용하는 경우에는, 상기 콘택홀 또는 비아홀을 매립하기 위한 전체 공정을 행하는 데 있어 클러스터 툴 타입의 웨이퍼 처리장치(100)가 하나의 제한된 공간에 여러 대를 설치해야 하는 바, 웨이퍼 처리장치(100)는 다음과 같은 이유로 인해 설치공간 상의 사공간이 너무 많아 제한된 공간에 많은 웨이퍼 처리장치(100)를 설치하기가 어려워, 그 결과, 반도체 소자의 수율이 낮아지게 되는 단점을 내포하고 있었다.

일반적으로 웨이퍼 처리장치(100)는, EFEM 등으로 불리는 케이스에서 로봇 사용에 의하여 1매씩 웨이퍼 (112, 기판)를 꺼내 트랜스퍼 챔버와 같은 처리 챔버 내에 넣고 처리한 후, 웨이퍼를 1매씩 인출하여 케이스에 수납하는 매엽(枚葉) 반 송 부분(200)과 연결되어, 웨이퍼(112) 즉 반도체 기판이 로딩되어 위치되는 로드락 챔버(110)와, 진공 배기되고 웨이퍼(112)를 로딩 및 언로딩할 수 있는 로봇암(122)을 구비하는 트랜스퍼 챔버(120)와, 게이트 밸브를 통하여 각각 상기 트랜스퍼 챔버(120)와 연통 가능한 복수의 진공 처리 챔버(130, 140, 150)를 구비한다. 상기 복수의 진공 처리 챔버(130, 140, 150)는 일예로, 제1 산화막을 증착하기 위한 제1 챔버(130)와, 상기 제1 산화막을 열처리하기 위한 제2 챔버(140)와, 상기 제1 산화막과는 다른 제2 산화막을 상기 제1 산화막 상에 형성하기 위한 제3 챔버(150), 및 예비 챔버를 포함한다.

그런데, 상기와 같은 종래의 웨이퍼 처리장치(100)의 배치구조에 의하면, 상기 제1 내지 제3 챔버(150), 및 예비 챔버가 상기 평면 상에서 볼 때, 육각형상인 트랜스퍼 챔버(120)의 4 면에 각각 게이트 밸브를 매개로 연통 가능하게 방사상으로 펼쳐진 레이아웃을 가지도록 구성되어 있기 때문에, 웨이퍼 처리장치(100)에 소요되는 필요 공간을 너무 많이 점유함으로써, 각종의 처리장치를 하나의 공간에 구비할 수 없는 단점 때문에, 처리 수율이 저하되는 문제점이 내포되어 있었다.

또한, 상기 로드락 챔버(110) 또한 게이트 밸브 측이 로드락 챔버(110)의 경사부를 매개로 경사진 상태로 배열되어 있어, EFEM 과 같은 반송처리기구에서의 대기 반송용 로봇암(122)에 의해 로드락 챔버(110)로 이송된 후 트랜스퍼 챔버(120) 내의 진공 챔버용 로봇암(122)에 의해 피처리될 웨이퍼(112)를 수수 시, 상기 대기 반송용 로봇암(122)의 이송방향과 상기 진공 챔버용 로봇암(122)이 경사진 이송방 향에서 상호 수수받을 수 밖에 없어 정렬을 위한 시간이 추가로 소요될 뿐만 아니라, 상기한 경사부로 인해 추가적인 설치공간이 소요되는 제1 단점에 부가적인 단점을 내포할 수 밖에 없었다.

상술된 바와 같은 목적을 구현하고자 이루어지는 본 고안은;

EFEM 등으로 불리는 케이스에서 로봇 사용에 의하여 1매씩 웨이퍼 (112, 기판)를 꺼내 트랜스퍼 챔버와 같은 처리 챔버 내에 넣고 처리한 후, 웨이퍼를 1매씩 인출하여 케이스에 수납하는 매엽(枚葉) 반송 부분과 연결되어, 웨이퍼와 같은 반도체 기판이 로딩되어 위치되는 로드락 챔버와, 진공 배기되고 웨이퍼를 로딩 및 언로딩할 수 있는 로봇암을 구비하는 트랜스퍼 챔버와, 게이트 밸브를 통하여 상기 트랜스퍼 챔버와 연통 가능한 다수의 진공 처리 챔버를 구비한 웨이퍼 처리장치에 있어서,

상기 로봇암은 다관절 로봇암이고,

상기 트랜스퍼 챔버는 평면상에서 볼 때 다각형으로 형성되며,

상기 로드락 챔버는 상기 트랜스퍼 챔버의 다수의 진공 처리 챔버가 배치되는 방향과 경사배열없이 직교하여 일체로 병렬 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 진공 처리 챔버는 상기 트랜스퍼 챔버의 측면에 상호 대향하여 배치됨이 바람직하다.

다음에, 본 고안의 바람직한 실시예들에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 고안의 실시예에 따른 웨이퍼 처리장치의 요부 구성을 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 1을 참조하면, 웨이퍼 처리장치(100)는, EFEM 등으로 불리는 케이스에서 로봇 사용에 의하여 1매씩 웨이퍼 (112, 기판)를 꺼내 트랜스퍼 챔버와 같은 처리 챔버 내에 넣고 처리한 후, 웨이퍼를 1매씩 인출하여 케이스에 수납하는 매엽(枚葉) 반송 부분(200)과 연결되어, 웨이퍼(112) 즉 반도체 기판이 로딩되어 위치되는 로드락 챔버(110)와, 상기 로드락 챔버(110)에 연결되어 있는 트랜스퍼 챔버(120)와, 게이트 밸브를 통하여 각각 상기 트랜스퍼 챔버(120)와 연통 가능한 복수의 진공 처리 챔버(130, 140, 150)(vacuum processing chamber)(130, 140, 150)를 구비하고 있다.

상기 로봇암(122)은 다관절 로봇암(122)으로 구성되어 있다.

또, 상기 로드락 챔버(110)는 상기 트랜스퍼 챔버(120)의 다수의 진공 처리 챔버(130, 140, 150)가 배치되는 방향과 경사배열없이 직교하여 일체로 배치되어 있다.

또한, 상기 트랜스퍼 챔버(120)는 평면상에서 볼 때 다각형, 특히 사각형으로 형성되며, 상기 다수의 진공 처리 챔버(130, 140, 150)는 상기 트랜스퍼 챔버(120)의 측면에 상호 대향하여 배치되어 있다.

또, 상기 트랜스퍼 챔버(120)는 진공 배기가 가능하며, 상기 웨이퍼(112)를 로딩 및 언로딩할 수 있는 로봇암(122)을 구비하고 있다.

또한, 상기 복수의 진공 처리 챔버(130, 140, 150)는 제1 산화막을 증착하기 위한 제1 챔버(130)와, 상기 제1 산화막을 열처리하기 위한 제2 챔버(140)와, 상기 제1 산화막과는 다른 제2 산화막을 상기 제1 산화막 위에 형성하기 위한 제3 챔버(150)를 포함하고 있다.

또, 상기 제1 챔버(130)에서는 하부 전극 증착 전 세정 공정시 사용되는 식각액에 의한 식각율이 비교적 큰 제1 산화막, 예를 들면 BPSG (borophosphosilicate glass)막 또는 PSG (phosphosilicate glass)막을 형성하고, 상기 제2 챔버(140)에서는 상기 제1 산화막을 리플로우에 의하여 치밀화시키 기 위한 열처리 공정을 행할 수 있다.

예를 들면, 상기 제2 챔버(140)는 RTA (rapid thermal anneal) 챔버를 구성할 수 있다. 상기 제3 챔버(150)는 상기 제1 산화막에 비하여 상기 식각액에 대한 식각율이 상대적으로 작은 제2 산화막, 예를 들면 PE-TEOS (plasma-enhanced tetraethylorthosilicate glass)막을 형성하기 위한 챔버로 사용된다.

도 3은 본 고안에 따른 반도체 소자 제조 방법에 따라 실린더형 커패시터의 하부 전극을 형성하는 데 필요한 몰드 산화막(30)을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도로서 본 고안의 실시 형태의 일예로서 제시한 것이다. 도 3을 참조하면, 먼저 반도체 기판(10)상에 층간절연막(20)과, 상기 반도체 기판(10)의 활성 영역(도시하지 않음)에 전기적으로 연결되는 매몰 콘택(buried contact) 형태의 도전성 플러그(25)를 형성한다. 그 후, 상기 층간절연막(20) 및 플러그(25) 위에 몰드 산화막(30) 형성에 필요한 다층 구조의 산화막을 형성한다. 상기 다층 구조의 산화막을 형성하기 위하여, 먼저 도 1을 참조하여 설명한 웨이퍼 처리장치(100)의 제1 챔버(130) 내에서 제1 산화막(32)을 형성한다. 상기 제1 산화막(32)은 후속의 하부 전극 증착 전 세정 공정시 사용되는 식각액에 의한 식각율이 비교적 큰 물질로 이루어지며, 예를 들면 BPSG막 또는 PSG막으로 이루어진다. 그 후, 상기 제2 챔버(140) 내에서 상기 제1 산화막(32)을 RTA 방법으로 열처리하여 상기 제1 산화막(32)을 리플로우 및 치밀화시킨다.

그 후, 상기 제3 챔버(150) 내에서 상기 제1 산화막(32) 위에 제2 산 화막(34)을 형성한다. 상기 제2 산화막(34)은 상기 제1 산화막(32)에 비하여 상기 식각액에 대한 식각율이 상대적으로 작은 물질로 이루어지며, 예를 들면 상기 제2 산화막(34)은 PE-TEOS막으로 이루어진다. 그 후, 상기 제2 산화막(34) 및 제1 산화막(32)을 패터닝하여 상기 플러그(25)를 노출시키는 홀(40)을 한정하는 몰드 산화막(30)을 형성한다.

상기 실시예에서는 몰드 산화막(30)을 형성하기 위하여 도 2를 참조하여 설명한 본 고안에 따른 웨이퍼 처리장치를 사용하는 것으로 설명하였으나, 이를 위하여 적절히 응용하는 것은 당업자이면 잘 알 수 있을 것이다.

한편, 본 고안의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 처리장치는, 본 고안의 주된 특징인 로드락 챔버(110)의 일체형 병렬 구조를 채택함은 물론이고, 다수의 진공 챔버를 분기 접속함에 있어서 접속되는 예비 챔버를 위시한 제1, 제2 또는 제3 챔버는 평면 상 마름모꼴 형상의 트랜스퍼 챔버(120)의 양측면에 대향하여 완만한 경사로 접속되면, 피접속 챔버(130, 140, 150, 160)는 게이트 밸브(115)를 매개로 하여 챔버와 챔버 사이의 기밀유지가 달성됨과 동시에 챔버 간 협착 배치에 의해 도 4에 도시된 종래의 예와 제2 실시예가 비교되어 예시된 바와 같이 장치 소요 공간(W1) 등이 절감되는 등의 효과를 창출하게 되는 것이다.

본 고안의 웨이퍼 처리장치를 이용하여 다수의 진공 챔버를 마름모꼴을 위시한 다각형상의 트랜스퍼 챔버(120)의 양측면에 대향하여 접속되면, 챔버 간의 간결하고도 신뢰성 있는 협착 배치에 의해 장치 소요 공간(W1) 등이 절감되면서 실질적으로 웨이퍼 처리장치의 풋프린트가 줄어들게 되어 반도체 제조 수율을 증대할 수 있는 등의 뛰어난 효과가 있는 것이다.

본 고안은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (2)

1. 웨이퍼가 로딩되어 위치되는 로드락 챔버와, 진공 배기되고 웨이퍼를 로딩 및 언로딩할 수 있는 로봇암을 구비하는 트랜스퍼 챔버와, 게이트 밸브를 통하여 상기 트랜스퍼 챔버와 연통 가능한 다수의 진공 처리 챔버를 구비한 웨이퍼 처리장치에 있어서,

   상기 로봇암은 다관절 로봇암이고,

   상기 트랜스퍼 챔버는 평면상에서 볼 때 다각형으로 형성되며,

   상기 로드락 챔버는 상기 트랜스퍼 챔버의 다수의 진공 처리 챔버가 배치되는 방향과 경사배열 없이 직교하여 일체로 병렬 배치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다수의 진공 처리 챔버는 상기 트랜스퍼 챔버의 측면에 상호 대향하여 배치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.

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