KR20050019921A - 가열 챔버의 단열 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 챔버가 제 2 챔버의 주위 온도에 비해 놓은 온도에서 유지되는 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이에서 기판을 이송시킬 수 있는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 상기 기판을 수용하기 위한 통로와 단열 인터페이스를 포함한다. 상기 단열 인터페이스는 제 1 챔버로부터 제 2 챔버까지의 열 전달을 감소시키고 상기 장치와 제 2 챔버 사이의 기판 이송을 가능하게 한다. 상기 단열 인터페이스는 기판이 단열 인터페이스를 통해 이송될 수 있는 크기를 갖는 홀을 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 또는 유리 기판 공정을 제어하기 위해 가열 챔버와 중앙 이송 챔버와 같은 제 2 챔버 사이에서 기판을 이송시킬 수 있는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 제조 공정들의 넓은 어레이에 적용되어, 반도체 또는 평판 디스플레이의 수율을 향상시킨다. 또한, 본 발명은 이러한 제조 공정에 사용된 장비의 수명을 연장시킨다.
통상적으로 반도체 소자는 고도의 자동화 시스템에서 제조된다. 이러한 시스템들 중 대부분은 모놀리식 플랫폼 상에 장착된 중앙 이송 챔버를 포함한다. 중앙 이송 챔버는 반도체 기판들을 이송 챔버의 주변에 위치한 하나 이상의 특정 챔버들 또는 반응기들로 이송시킨다. 특정 챔버들 또는 반응기들은 기판을 처리하는데 필수적인 다양한 특수 에칭, 화학 기상 증착, 확산, 및 어닐링 처리를 수행하는데 사용된다. 이와 유사한 장비는 평판 디스플레이 뿐만 아니라, 커플러, 스플리터, 필터, 어레이 도파관 격자, 브래그 격자, 탭, 감쇠기, 멀티플렉서, 및 디-멀티플렉서와 같은 다양한 광학 부품들을 제조하는데 사용된다. 이러한 공정 중 대부분은 온도가 제어되고 매우 낮은 압력 상태에서 수행된다.
시스템 구조
도 1a는 기판을 처리하는 대표적인 모듈 구조물(10)을 도시한다. 구조물(10)은 로드 락/냉각 챔버(14A 및 14B)에 연결된 중앙 이송 챔버(12)를 포함하며, 로드 락/냉각 챔버(14A 및 14B) 각각은 기판들을 시스템(10), 가열 챔버(102), 및 처리 챔버(40,42,44,46)로 이송시킨다. 중앙 이송 챔버(12), 로드락/냉각 챔버(14A 및 14B), 가열 챔버(102), 및 처리 챔버(40,42,44,46)는 시스템이 표준 대기압보다 현저히 낮은 내부 압력에서 동작할 수 있는 밀폐된 환경을 위해 함께 밀봉된다. 예컨대, 대표적인 압력은 약 10-3 토르이다. 로드 락/냉각 챔버(14A 및 14B)는 기판을 시스템(10) 안으로 이송시키기 위해 외측 상에 로드 도어(16A 및 16B)를 각각 포함하는 밀폐가능한 개구부를 갖는다.
로드 락/냉각 챔버(14A 및 14B) 각각은 기판을 지지하고 냉각시키기 위해 다수의 선반에 끼워진 카세트(17)를 포함한다. 로드 락/냉각 챔버(14)의 카세트(17)는 선반 하나의 높이만큼 카세트(17)를 증분적으로 상승시키고 하강시키기 위한 엘리베이터 어셈블리(도시 안됨)에 장착된다. 로드 챔버(14A)의 로드 도어(16A)가 개방되고 카세트(17) 안의 기판(72)은 선반에 위치한다. 이 때 엘리베이터 어셈블리는 빈 선반이 로드 도어(16A)와 마주하도록 선반 하나의 높이만큼 카세트(17)를 상승시킨다. 또 다른 기판이 상기 선반에 위치하고 카세트(17)의 모든 선반들이 채워질 때까지 상기 과정이 반복된다. 이 때, 로드 도어(16A)는 밀폐되고 챔버(14A)는 시스템(10) 내의 압력까지 진공화된다.
다음에 중앙 이송 챔버(12)에 인접한 로드 락/냉각 챔버(14A)의 내벽에 있는 슬릿 밸브(20A)가 개방된다. 기판들은 중앙 이송 챔버(12)의 로봇(22)에 의해 기판들이 하기 설명한 처리 동작에 필요한 온도까지 가열되는 가열 챔버(102)로 이송된다. 로봇(22)은 마이크로프로세서 제어 시스템(도시 안됨)에 의해 제어된다. 로봇(22)은 로드 락/냉각 챔버(14A)의 카세트(17)로부터 기판을 끌어당기고, 기판을 가열 챔버 카세트(29)의 빈 선반 위로 삽입시키고 끌어당겨져, 가열 챔버(102) 내의 선반에 있는 기판과 분리된다. 통상적으로, 가열 챔버 카세트(29)는 가열 챔버(102) 내의 엘리베이터 어셈블리에 장착된다. 하나의 선반을 로딩한 후에, 가열 챔버 카세트(29)는 또 다른 빈 선반을 제공하기 위해 로봇(22)이 접근할 수 있도록 상승 또는 하강한다. 다음에 로봇(22)은 로드 락/냉각 챔버(14A)의 카세트(17)로부터 또 다른 기판을 찾는다.
유사한 방식으로, 로봇(22)은 가열 챔버 카세트(29)로부터 모든 기판 또는 일부 기판을 4 개의 단일 기판 처리 챔버(40,42,44,46) 중 하나의 챔버로 이송한다. 처리 챔버(40,42,44,46)는 하나 이상의 얇은 층들을 기판 위로 증착하기에 적합하게 되어 있다. 또한 각각의 필름 챔버(40,42,44,46)는 처리 가스를 분리시키기 위해 각각의 내벽(40a,42a,44a,46a)에 슬릿 밸브(41,43,45,47)가 장착되어 있다.
필름 처리의 종료시에, 각각의 고온 기판은 로드 락/냉각 챔버(14A)의 냉각 카세트(17)로 이송되며, 하나의 기판이 각각의 선반 위에 위치하고, 엘리베이터 메커니즘은 각각의 기판에 대해 로봇(22)을 이송시키도록 빈 선반을 제공하기 위해 카세트(17)를 상승 및 하강시킨다.
클러스터 툴과 같은 통상의 모듈 구조물 기반 시스템에 사용된 다양한 챔버와 반응기들이 종래 기술에 개시되어 있다. 예컨대, 왕(Wang) 등의 미국 특허 제4,367,672호는 반도체 기판 상의 필름 층에 홀 또는 트렌치들을 선택적으로 에칭하기 위해 플라즈마를 사용하는 방법을 개시한다. 유사하게, 훼어번(Fairburn) 등의 미국 특허 제5,614,055호는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 및 에칭 반응기를 개시한다. 노왁(Nowak) 등의 미국 특허 제5,865,896호는 유도성 및 용량성 결합 냉각부를 구비한 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 반응기를 개시한다. 앤더슨(Anderson) 등의 미국 특허 제5,108,792호는 반도체 처리용 이중-돔 반응기를 개시한다. 미국 특허 제6,000,227호는 냉각되는 대표적인 중앙 이송 챔버를 개시한다.
다양한 챔버와 진공 시스템들을 상업적으로 이용할 수 있다. 진공 시스템의 대표적인 상용예는 캘리포니아, 산타 클라라에 위치한 AKT, Inc로부터 이용할 수 있는 AKT 처리 시스템이다. 예시적인 처리 챔버는 AKT 1600 PECVD 챔버이고, 예시적인 열 어닐링 챔버는 램프 가열 열 어닐링 챔버와 같은 급속 열 어닐링 챔버이다. 이러한 챔버들은 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드 사에서 이용할 수 있다.
유리 기판 처리와 관련한 특수한 문제점
태양열 전지 및 비디오와 컴퓨터 모니터에 사용하기 위한 플레이트와 같은 디바이스의 제조는 유리 기판을 사용한다. 종종, 박막 트랜지스터가 유리 기판 위로 에칭된다. 이러한 디바이스의 제조는 반도체 소자를 제조하는데 사용된 다수의 동일한 공정 및 챔버를 사용하는 시스템에서 수행된다. 예컨대, 터너(Turner) 등의 미국 특허 제5,512,320호는 유리 기판을 처리하는 대표적인 시스템을 개시한다. 로우(Law) 등의 미국 특허 제5,441,768호와 제5,928,732호는 유리와 같은 기판 상에서의 플라즈마-강화 화학 기상 증착 방법을 개시한다. 터너 등의 미국 특허 제5,607,009호는 유리 기판을 가열시키기 위한 엘리베이터 어셈블리를 구비한 가열 챔버를 개시한다.
유리 기판 공정에 의존하는 제품중 하나는 평판 디스플레이이다. 평판 디스플레이의 제조는 깨끗한 유리 기판에서 시작한다. 트랜지스터들이 필름 증착 및 선택적인 에칭 기술을 사용하여 평판 위에 형성된다. 기판 상의 필름 층들에 대해 연속 증착, 포토리소그래피 및 선택적 에칭을 수행하여 기판 상에 개별 트랜지스터들을 형성한다. 다음에 이러한 트랜지스터들 뿐만 아니라, 금속 상호접속부, 액정 셀 및 기판 상에 형성된 기타 소자들이 평판 디스플레이용 액티브 매트릭스 디스플레이 스크린을 형성하는데 사용된다.
비록 평판 디스플레이가 반도체 소자 제조에 사용되는 것과 동일한 공정을 이용하여 제조되지만, 평판 디스플레이 기판으로서 사용된 유리는 공정 및 시스템 구조에 영향을 미치는 일부 특징에서 반도체 기판과 다르다. 반도체 제조시, 개별 소자들이 웨이퍼 상에 형성되고, 웨이퍼는 다수의 개별 집적 회로를 형성하기 위해 다이싱된다. 따라서, 반도체 웨이퍼 상에 일부 결함이 있는 소자의 발생이 허용되는데, 이는 일단 기판을 개별 집적 회로로 절단한 후 이러한 결함 소자들을 갖는 다이를 단순히 버리면 되기 때문이다. 그러나 반대로, 평판 디스플레이에 있어서, 개별 결함 소자들을 버릴 수 없다. 따라서, 평판 기판 상에 형성된 결함 소자들의 수는 0에 이르러야 한다. 만약 기판이 하나의 기판 상에서 다수의 디스플레이들을 형성할 정도로 충분히 크다면, 평판 기판 상에 형성된 임의의 평판 디스플레이들에 있는 결함은 전체 기판을 사용할 수 없게 한다. 따라서, 평판 디스플레이 제조 시스템의 오차율을 최소화시키는 것이 중요하다.
반도체와 유리 기판의 공통적인 목적은 가능한 기판을 오염물 소스에 노출시키지 않아야 한다는 것이다. 따라서, 종래 처리 시스템은 여러 챔버들이 함께 밀봉되는 밀폐 환경을 제공한다. 이는 여러 문제점을 유발한다. 예컨대, 통상적인 반도체 또는 유리 기판 처리 스킴에서, 클러스터 툴 시스템 내의 가열 챔버는 기판을 매우 높은 온도에서 처리하는데 사용된다. 그러나, 밀폐된 환경에서 가열 챔버를 중앙 이송 챔버에 연결하는 종래 장치는 가열 챔버가 중앙 이송 챔버에 연결될 때 발생하는 고온 문제들을 적절히 해결하지 못한다.
종래 클러스터 툴 시스템, 또는 중앙 이송 챔버에 연결된 가열 챔버 및/또는 또 다른 고온 처리 챔버를 포함한 기타 모듈 시스템 구조물이 갖는 한 가지 단점은 열에너지가 가열 챔버 또는 고온 처리 챔버로부터 중앙 이송 챔버로 빠른 속도로 흐른다는 것이다. 열 에너지가 이렇게 빠르게 흐르는 이유는 종래 클러스터 툴 시스템 또는 기타 모듈 시스템 구조물에서 가열 챔버 또는 고온 처리 챔버를 중앙 이송 챔버에 연결하는 장치가 머시닝된 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어졌기 때문이다. 알루미늄과 알루미늄 합금은 높은 열 전도 계수를 갖는다. 과도한 열 에너지에 대한 중앙 이송 챔버의 노출은 중앙 이송 챔버의 주위 온도를 상승시킨다. 이러한 온도 상승은 로봇 암과 같은 중앙 이송 챔버 내의 이동 부품에 나쁜 영향을 주며, 상기 이동 부품의 수명을 현저히 단축시킨다.
상기 설명한 바와 같이, 가열 챔버 또는 기타 고온 처리 챔버를 중앙 이송 챔버에 연결시키는데 사용된 종래 장치는 궁극적으로 가열 챔버 또는 기타 고온 처리 챔버를 이송 챔버에 연결시키는 개구부를 통해 상당한 양의 열 에너지를 손실시킨다. 이러한 열 손실은 가열 챔버 또는 기타 고온 처리 챔버 내에 냉각 스폿을 발생시킨다. 이러한 냉각 스폿은 가열 챔버 또는 기타 고온 처리 챔버에서 수행되는 많은 처리들이 전체 기판에 대해 온도가 균일할 것을 필요로하기 때문에 바람직하지 않다. 만약 가열 챔버 또는 기타 고온 처리 챔버의 일 부분이 냉각 스폿을 갖는다면, 기판 온도를 균일하게 유지하는 것이 어렵다.
따라서, 밀폐된 환경에서 두 개의 챔버들을 연결하는 개선된 장치가 필요하다. 특히, 두 개의 챔버들을 연결하고 두 개의 챔버들 간에 전달되는 열의 양을 최소화시키는 장치가 필요하다. 이러한 장치는 유리 기판을 처리하는데 사용되는 클러스터 툴 시스템 또는 기타 모듈 구조물의 밀폐된 환경에서 가열 챔버 또는 기타 고온 처리 챔버를 중앙 이송 챔버에 연결하는데 매우 유용할 것이다.
도 1a는 종래 진공 시스템의 평면도이다.
도 1b는 가열 챔버를 제 2 챔버에 연결하는 종래 장치를 포함한 종래 가열 챔버를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명을 포함한 시스템의 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 인터페이스의 개략적인 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 인터페이스의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 인터페이스의 개략적인 단면도이다.
도 6은 형상화된 리세스의 제 1 실시예의 특징을 갖는 단열 인터페이스의 개략적인 단면도이다.
도 7은 형상화된 리세스의 제 2 실시예의 특징을 갖는 단열 인터페이스의 개략적인 단면도이다.
도 8은 가열 부재와 열 분산 메커니즘을 포함한 본 발명의 장치의 통로에 대한 개략적인 단면도이다.
도 9는 도 8의 개략적인 단면도이다.
본 발명은 열이 가열 챔버 또는 또 다른 고온 처리 챔버로부터 중앙 이송 챔버와 같은 제 2 챔버로 전달되는 것을 최소화시키는 방식으로 모듈 구조물 기판 기판 처리에 적합한 밀폐된 환경에서, 가열 챔버 또는 또 다른 고온 처리 챔버를 중앙 이송 챔버에 연결하기 위한 개선된 장치를 제공하는 것은다. 본 발명의 장치는 감소된 열 전도 계수를 가지며 제 2 챔버에 인접한 단열 인터페이스를 포함한다. 이러한 단열 인터페이스는 가열 챔버 또는 기타 고온 처리 챔버로부터 제 2 챔버로 전달되는 열의 양을 감소시킨다. 더욱이, 본 발명의 일부 실시예에서, 단열 인터페이스는 단열 인터페이스와 제 2 챔버 사이의 표면적이 최소화되도록 하나 이상의 리세스들을 포함한다. 또한 이러한 표면적의 감소는 가열 챔버 또는 기타 고온 처리 챔버와 제 2 챔버 간의 열 전달을 최소화시킨다. 따라서, 본 발명의 장치는 로봇 암과 같은 제 2 챔버의 이동 부품의 수명을 연장시킨다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 장치는 제 2 챔버로부터의 열 손실을 방지하기 위한 가열 장치를 포함한다. 수 많은 기판 처리 제어에 있어서, 제 2 챔버의 균일한 온도 유지는 중요한 조건이다. 가열 장치가 포함된 본 발명의 장치는 개구부를 통해 제 2 챔버로 열이 손실되는 것을 방지한다. 또한, 가열 장치가 포함된 본 발명의 장치는 장치를 통과하는 큰 기판 전체의 잠재적인 온도 차이를 낮춘다. 기판 전체에 대한 온도 차이의 감소는 특히, 제 2 챔버 안으로 여러번 통과하는 기판에 필요한 처리 제어시 기판의 스트레스를 잠재적으로 감소시킨다.
본 발명의 일 실시예는 기판이 가열 챔버 또는 기타 고온 처리 챔버와 같은 제 1 챔버와 중앙 이송 챔버와 같은 제 2 챔버 사이에서 이송될 수 있는 장치를 제공한다. 제 1 챔버는 제 2 챔버에서 유지된 온도에 비해 높은 온도에서 유지된다. 상기 장치는: (ⅰ) 기판을 수용하기 위한 통로 및 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로의 열 전달을 감소시키는 단열 인터페이스를 포함한다. 단열 인터페이스는 포트를 제 2 챔버 안으로 인접시키는 인터페이스의 페이스에 홀을 갖는다. 상기 홀은 기판이 인터페이스를 통해 이송되어 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이의 기판 이송을 가능하게 하는 크기를 갖는다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 단열 인터페이스는 알루미늄보다 낮은, 약 1536 Btu inch/(hr)(ft2)(℉)의 열 전도 계수를 갖는 물질로 만들어진다. 또 다른 실시예들에서, 단열 인터페이스는 1200 Btu inch/(hr)(ft2)(℉)보다 낮은 열 전도 계수로 만들어진다. 본 발명의 다른 실시예들에서 단열 인터페이스는 오스테나이트계 강(austenitic steel), 마르텐사이트계 강(martensitic steel), 또는 페라이트계 강(ferritic steel)으로 만들어진다. 본 발명의 일 태양에 있어서, 단열 인터페이스는 스테인리스 강으로 만들어진다. 본 발명의 상기 태양에 따른 일 실시예에 있어서, 단열 인터페이슨느 약 106 Btu inch/(hr)(ft2)(℉)의 열 전도 계수를 갖는 스테인리스 강으로 만들어진다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 단열 인터페이스의 페이스(face)는 페이스가 제 2 챔버의 포트에 인접할 때 밀봉된 공간(volume)이 리세스 내에서 한정되도록 하나 이상의 리세스들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 밀봉된 공간은 빈 채로 남아 있거나 절연 물질로 채워진다. 일반적으로, 밀봉 공간을 채우는 것이 무엇이든 알루미늄보다 낮은 열 전도 계수를 갖는다. 예컨대, 일 실시예에 있어서, 밀봉 공간은 0.18 Btu inch/(hr)(ft2)(℉)의 열 전도도를 갖는 단순한 공기이다. 밀봉 공간을 채우는 것이 무엇이든 알루미늄보다 낮은 열 전도 계수를 갖기 때문에, 밀봉 공간은 여기서 단열 공간으로 부른다.
본 발명에서는 본 발명에 따른 수 많은 상이한 모양의 리세스들이 고려된다. 예컨대, 일 실시예에서, 리세스는 경사져 있다. 다른 실시예들에서, 리세스의 모양은 리세스 단면 모양의 관점에서 설명된다. 이런 실시예들에 따른 일부 리세스들의 단면 모양은 톱니 패턴, 반복 패턴, 곡선 또는 다항 방정식에 의해 선택적으로 한정된다.
본 발명의 선택된 실시예들에서, 기판이 통과하는 통로는 가열 챔버 및/또는 화학 기상(CVD) 챔버와 같은 또 다른 고온 처리 챔버에 근사한 온도에서 통로를 유지시키기 위한 가열 부재를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 가열 부재는 세라믹 베이스를 둘러싼 코일이다. 또한, 일부 실시예들에서, 가열 부재로부터의 열은 반사성 표면과 같은 분산 메커니즘에 의해 분산된다. 바람직한 실시예에 있어서, 이러한 반사성 표면은 포물면 거울이다.
상기 설명한 본 발명의 특징, 장점 및 목적들을 달성하고 상세히 이해될 수 있게, 상기 간단히 요약한 본 발명을 첨부된 도면에 예시된 실시예들을 참조하여 설명한다.
그러나, 첨부된 도면은 단지 본 발명의 일반적일 실시예들을 뿐이고 그렇기 때문에 본 발명의 범위는 상기 실시예들로 제한되지 않으며 동일한 효과를 갖는 다른 실시예들이 본 발명에 포함될 수 있다.
전체 도면들 중에서 대응하는 부분들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하였다.
본 발명은 밀폐된 환경에서 두 개의 챔버들을 연결하는 개선된 장치를 제공한다. 상기 개선된 장치는 개선된 인터페이스를 포함함으로써 두 개의 챔버들 간의 열 전달을 최소화시킨다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 개선된 인터페이스는 감소된 열 전도 계수를 갖는 물질로 만들어진다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 인터페이스는 인터페이스와 제 2 챔버 사이의 표면적이 최소가 되도록 하나 이상의 리세스들을 포함한다. 이러한 표면적 최소화는 제 2 챔버로 전달되는 열 에너지의 양을 감소시킨다. 본 발명의 또 다른 실시예들에서, 상기 장치는 제 2 챔버의 개구부 부근에서의 열 손실을 방지하기 위한 가열 장치를 포함한다.
도 1b는 기판이 가열 챔버(102)와 중앙 이송 챔버와 같은 제 2 챔버 사이를 통과하는 홀(56)을 포함한 종래 장치(54)를 갖는 종래 가열 챔버(102)를 개시한다. 가열 챔버(102)와 제 2 챔버 사이의 밀폐된 환경은 상기 장치(54)의 인터페이스(58)를 제 2 챔버의 유사한 인터페이스에 볼트로 결합시키고 밀봉함으로써 유지된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 장치(104)를 포함한 모듈 구조물이 개략적인 평면도로 개시되어 있다. 도 2에는 가열 챔버(102), 챔버(110), 및 장치(104)가 개략적으로 도시되어 있다. 도 2에서 가열 챔버(102)가 개시되었지만, 실제로 본 발명의 장치와 방법은 가열 챔버라기 보다는 다수의 고온 처리 챔버들 중 하나로 사용될 수 있다. 예컨대, 챔버(102)는 화학 기상 증착(CVD) 챔버를 포함한다. 일 실시예에서, 가열 챔버(102)는 기판을 특정 온도까지 가열시키는데 사용되는 임의 형태의 챔버이다. 예컨대, 일부 실시예에서, 가열 챔버(102)는 터너 등의 미국 특허 제5,607,009호에 개시된 것과 같은 유리 기판용으로 설계된 묶음형(batch-type) 가열 챔버이다. 유리 기판은 통상적으로 장방형 모양을 갖기 때문에 이러한 실시예에서 가열 챔버의 평면 크기는 도면에 도시된 원형이라기 보다는 장방형이다. 다른 실시예들에서, 가열 챔버(102)는 실리코 기판용으로 설계된 가열 챔버이다.
본 발명의 일부 구조물에서, 챔버(110)는 반도체 및/또는 유리 기판 처리에 사용되는 중앙 이송 챔버이다. 대표적인 이송 챔버는 터너 등의 미국 특허 제5,512,320호에 개시되어 있다. 챔버(110)는 인터페이스(114)가 구비된 포트(112)를 포함한다. 중앙 이송 챔버(100)는 캘리포니아, 산타 클라라에 위치한 Applied Materials, Inc.에서 제조하고 판매하는 Precision 5000, Endura, Centura, Producer와 Endura SI와 같은 제품에서 볼 수 있다.
장치(104)는 가열 챔버(102)를 챔버(110)에 연결하는데 사용된다. 장치(104)는 통로(120)와 단열 인터페이스(108)로 이루어진다. 인터페이스(114)와 단열 인터페이스(108)는 밀폐된 환경이 가열 챔버(102)와 챔버(110) 사이에서 형성되는 방식으로 함께 볼트로 결합되고 밀봉된다. 이러한 밀폐된 환경은 가열 챔버(102)와 챔버(110)가 진공을 유지할 수 있게 한다.
본 발명의 중요한 장점은 장치(104)와 챔버(110) 사이의 열 전달이 알루미늄 또는 알루미늄 합금보다 낮은 열 전도도를 갖는 물질로 단열 인터페이스를 형성함으로써 감소된다는 것이다. 이러한 구조의 장점은 단열 인터페이스(108)를 개략적으로 도시한 도 3을 참조로 알 수 있다. 단열 인터페이스(108)는 통로(120)와 포트(112)의 인터페이스(114)에 연결된다. 통로(120)는 가열 챔버(102)와 소통할 수 있게 연결되어 있기 때문에, 정상 동작 동안 고온(t1)에 있게 된다. 그리고 인터페이스(114)는 포트(112)와 챔버(110)에 소통가능하게 연결되어 있기 때문에, 다소 낮은 온도(t2)에 있게 된다. (t1)은 (t2)보다 높기 때문에, 열 흐름(q)의 방향은 통로(120)로부터 인터페이스(114)로 향하며 궁극적으로는 포트(112)를 통해 챔버(110)(도 2)로 향한다.
본 발명의 중요한 특징은 가열 챔버(102)와 챔버(110)(도 2) 사이의 열 전달이 감소되도록 알루미늄보다 낮은 열 전도 계수를 갖는 물질로 단열 인터페이스(108)가 만들어진다는 것이다. 따라서, 단열 인터페이스(108)를 제조하는데 사용될 수 있는 물질은 알루미늄보다 작은 열 전달 계수를 갖는 임의의 머시닝가능한 물질을 포함한다. 일부 실시예에서, 단열 인터페이스(108)를 제조하는데 사용되는 물질은 용융되지 않고 약 625℃ 이상까지의 온도를 견딜수 있다. 다른 실시예들에서, 단열 인터페이스(108)를 제조하는데 사용되는 물질은 용융되지 않고 약 100℃ 내지 약 550℃과 같은 온도를 견딜 수 있다.
상기 물질이 단열 인터페이스(108)를 제조하는데 사용되는 것으로 설명되었지만, 통로(120)도 역시 알루미늄보다 작은 열 전도 계수를 갖는 물질로 제조될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 통로(120)와 단열 인터페이스(108)는 하나의 부품일 수 있다.
본 발명에 사용하기에 적합한 물질의 범위에 대해서는 마크의 기계공학 엔지니어를 위한 표준 핸드북(Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers)의 표 6-11을 참조할 수 있다. 따라서, 단열 인터페이스(108)를 위한 가능한 물질은 백금, 뿐만 아니라 미국 철강 협회(American Iron Steel Institute)가 지정한 (고온처리된) C1020 또는 304(시트)의 강철을 포함하는 철과 크롬의 다양한 합금을 포함한다. 그러나, 바람직한 실시예에서, 단열 인터페이스(108)에 사용된 물질은 공통적으로 스테인리스 강 형태이다.
본 발명의 실시예들에 대한 또 다른 특징을 설명하기 위해 도 4를 참조한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 2에 도시된 4-4' 선을 따라 절취한 단열 인터페이스(108)의 개략도이다. 따라서, 도 4는 (도 2의) 포트(112)의 인터페이스(114) 위에 볼트로 결합된 단열 인터페이스(108)의 페이스(402)를 나타낸다. 페이스(402)는 기판이 단열 인터페이스(108)을 통해 전달될 수 있는 크기를 갖는 단열 인터페이스(108)의 홀(404)을 형성한다. 페이스(402)의 볼트 구멍(406)은 단열 인터페이스(108)를 포트(112)의 인터페이스(114)에 볼트로 결합시키고 밀봉하는데 사용된다.
페이스(402)가 갖는 중요한 특징은 하나 이상의 리세스(408)에 있다. 일반적인 실시예에서, 리세스(408)는 캐버티를 형성하기 위해 페이스(402)의 일부분을 밀링함으로써 만들어진다. 리세스(408)는 페이스(402)가 (도 2의) 포트(112)의 인터페이스(114) 위에 볼트로 결합되고 밀봉될 때 인터페이스(114)와 접촉하는 페이스(402) 위에 표면적의 양을 감소시키는 효과를 가지며, 이로써 가열 챔버(102)로부터 챔버(110)까지 열 흐름의 양(Q)[식 (1)]을 감소시킨다. 3 개의 리세스(408-1,408-2,408-3)가 도 4에 예시된 실시예에 도시되었지만, 단열 인터페이스(108)를 (도 2의) 포트(112)의 인터페이스(114)에 볼트로 결합할 때 밀폐된 환경이 형성될 수 있다는 것을 가정하면 임의 수의 리세수가 페이스(402)에 밀링될 수 있다. 단열 인터페이스(108)가 인터페이스(114)에 볼트로 결합될 때, 밀폐된 공간은 리세스의 벽과 인터페이스(114)의 인접한 부분에 의해 한정된다. 일부 실시예들에서, 밀폐된 공간은 비어 있는 채로 있거나 절연 물질로 채워진다. 일반적으로, 절연 물질 또는 공기든 간에 밀폐된 공간을 채우는 물질은, 약 1536 Btu inch/(hr)(ft2)(℉)인, 알루미늄보다 작은 열 전도 계수를 갖는다. 따라서, 밀폐된 공간은 여기서 단열 공간으로 부른다.
도 5는 도 4에 도시된 수직선 5-5'를 따라 절취한 단열 인터페이스(108) 내의 리세스(408-2 및 408-3)의 단면도를 도시한다. 도 5에 도시된 것처럼, 각각의 리세스(408)는 (도 2의) 인터페이스(114)와 접촉하는 페이스(402)의 표면적을 감소시키며, 이로써 가열 챔버(102)로부터 챔버(110)까지의 열 흐름 양(Q)[식 (1)]을 감소시킨다.
도 4의 수평선 6-6'을 따라 절취한 리세스(408-3)의 단면도인 도 6을 살펴보면, 본 발명의 일부 실시예에서 볼 수 있는 추가의 특징부들이 개시되어 있다. 도 6은 리세스(408-3)의 모양을 강조하였다. 도시되지 않은 일부 실시예들에서, 리세스(408-3)는 경사져 있다. 또 다른 실시예에서, 리세스(408-3)의 단면은 톱니 패턴으로 설명될 수 있는 모양을 갖는다. 이러한 패턴은 도 7에 도시되어 있다. 그러나, 리세스(408)는 반복 패턴, 곡선, 또는 다항 방정식에 의해 결정된 모양 중 임의의 형태를 포함하는 많은 수의 상이한 모양을 가질 수 있으며, 반드시 이들에 한정되는 것은 아니다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에서 볼 수 있는 또 다른 특징부를 도시한다. 도 8은 도 2의 선 8-8'을 따라 절취한 통로(120)의 개략적인 단면도이다. 상세히 도시하기 위해, 도 8에는 단열 인터페이스(108)에 존재하는 (점선의) 홀(404)의 위치를 나타내었다.
챔버(110)와 같은 대표적인 중앙 이송 챔버는 기판이 (도 2의) 챔버들(110 및 102) 간에 교환될 때 포트(112)에서 개방되는 슬릿 밸브(도시 안됨)를 포함한다. 슬릿 밸브가 개방될 때, 장치(104)의 홀(404)을 통해 많은 양의 열 손실이 발생한다. 이는 장치(104)의 통로(120) 내에 냉각 스폿을 형성한다. 이러한 냉각 스폿을 완화시키기 위해, 본 발명의 일부 실시예들은 가열 부재를 포함한다. 이러한 가열 부재는 가열 챔버(102)의 온도에 근접한 온도로 장치(104)를 유지시킨다. 예컨대, 만약 가열 챔버(102)가 250℃ 내지 625℃ 사이의 온도에서 유지된다면, 가열 부재는 특정 모듈 구조물에서 수행되는 공정에 따라, 약 40℃ 내지 550℃ 사이의 온도에서 장치(104)를 유지시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 가열 부재는 약 50℃ 내지 약 500℃ 사이의 온도에서 장치(104)를 유지시킬 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 가열 부재는 약 70℃ 내지 약 300℃ 사이의 온도에서 장치(104)를 유지시킬 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 챔버(102)는 550℃만큼이나 높은 온도에서 동작하고 가열 부재는 챔버(102)로부터의 열 손실을 감소시키는 온도에서 동작한다. 어떤 경우에든, 가열 부재는 본 명세서에서 명백히 언급하지 않은 범위의 온도에서 장치(104)를 유지시킬 수 있고 이러한 온도는 반도체 또는 유리 처리 제어를 용이하게 하는 온도 범위에 있는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
도 8에 도시된 가열 부재(802)는 본 발명에 따른 대표적인 가열 부재이다. 일반적으로, 가열 부재(802)는 처리중인 기판에 손상을 주는 미립자 물질을 발생시키지 않고 적절한 온도까지 장치(104)를 가열시킬 수 있는 임의의 가열 부재이다. 예컨대, 가열 부재는 세라믹 베이스 둘레를 감싼 텅스텐 코일일 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열 부재(802)는 금속으로 주조된다. 이러한 실시예들의 예는 와트로(Watlow) 주조 또는 인터퍼런스 피트(interference fit)(IFC) 제품 라인이다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 가열 분산 메커니즘은 가열 부재(802)에 의해 발생한 열을 분산시키는데 사용된다. 통상적으로, 가열 분산 메커니즘은 반사성 표면이다. 일 실시예에서, 반사성 표면은 포물면 거울이다. 도 8은 가열 부재(802)로부터 발생한 열을 반사시키는데 사용되는 포물면 거울(804)을 도시한다.
도 9는 두 개의 가열 부재(802)를 도시하는 도 8의 선 9-9'를 따라 절취한 개략적인 단면도이다. 실제로, 본 발명에 따른 장치(104)는 임의 수의 가열 부재(802)를 가질 수 있고 도 9에서 두 개의 가열 부재(802)가 도시된 것은 단순히 예시적일 뿐이다. 또한 도 9는 포물면 거울(804)이 가열 부재(802)로부터 열을 어떻게 분산시키는지를 단면도로 도시한다. 따라서, 본 발명의 장치(104)는 가열 챔버 또는 기타 고온 처리 챔버로부터 열 흡수를 방지할 수 있기 때문에 유리하다. 그 결과, 장치(104)는 가열 챔버 또는 기타 고온 처리 챔버의 온도 균일성을 증진시킨다.
유리 기판과 실리콘 기판과 관련하여 설명이 되었지만, 본 발명은 유리 기판이나 실리콘 기판으로 제한되는 것은 아니다. 게다가, 본 발명의 장치와 방법은 유리 판넬, 석영, 실리카, 용융 실리카, 실리콘과 도핑된 실리콘, 갈륨 비화물, 뿐만 아니라 모듈 구조물 기반 시스템에 의해 처리될 수 있는 어떠한 타입의 기판도 포함하는 기판에 사용될 수 있으며, 반드시 상기 언급한 기판에 한정되는 것은 아니다. 실제로, 본 발명의 방법은 임의의 Ⅲ-Ⅳ 반도체로 이루어진 기판에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 장치와 방법에 따라 처리된 기판은 원형, 장방형, 또는 임의의 다른 적절한 모양일 수 있다. 특히, 일부 실시예들에서, 본 발명에 의해 처리된 기판은 400 ㎠ 보다 큰 면적을 갖는 원형이 아닌 기판이다. 예시적인 기판은, 반드시 이들에 제한되는 것은 아니지만, 예컨대 약 370 mm × 470 mm 또는 이보다 큰 크기의 평판 디스플레이 제조에 사용된 장방형 또는 정사각형 기판을 포함한다. 1 m × 1.5 m 만큼 큰 장방형 크기를 갖는 기판도 역시 고려될 수 있다.
본 명세서에서 인용된 모든 문헌들은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함되며 상기 언급한 각각의 공보 또는 특허가 그 전체가 참조로 포함되도록 상세하고 개별적으로 지명된 것과 같은 동일한 범위에서 모든 목적을 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에 대한 상기 설명은 예시적이고 설명을 위한 것이다. 이러한 실시예들은 개시된 것처럼 한정적인 형태로 본 발명을 제한하거나 배제하기 위한 것이 아니다. 상기 설명의 관점에서 많은 변형과 수정들이 이루어질 수 있다. 단지 상기 실시예들은 본 발명의 원리와 적용 분야를 가장 잘 설명하기 위해 선택되었을 뿐이며, 당업자는 특정예에 적합하게 다양하게 변화된 형태로 본 발명과 실시예들을 활용할 수 있다. 본 발명의 범위는 하기 청구항들과 이들의 등가물에 의해 한정된다.
Claims (21)
- 제 1 챔버가 제 2 챔버 내에서 유지되는 온도에 비해 높은 고온에서 유지되고 상기 제 2 챔버가 포트를 포함하는, 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에서 기판을 이송시키는 장치로서,상기 기판을 수용하기 위한 통로; 및상기 제 1 챔버로부터 상기 제 2 챔버까지의 열 전달을 감소시키고, 상기 장치와 상기 제 2 챔버 사이에서 상기 기판의 이송을 가능하게 하며, 경계부가 배치된 페이스(face)를 갖는 단열 인터페이스를 포함하며,상기 경계부는 상기 기판이 상기 단열 인터페이스를 통해 이송될 수 있는 크기를 갖는 상기 단열 인터페이스의 홀을 형성하게 하는 기판 이송 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 챔버는 가열 챔버 또는 고온 처리 챔버이고 상기 제 2 챔버는 이송 챔버인 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단열 인터페이스는 알루미늄보다 낮은 열 전도 계수를 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 단열 인터페이스는 1536 Btu inch/(hr)(ft2)(℉)보다 작은 열 전도 계수를 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 단열 인터페이스는 스테인리스 강으로 만들어진 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 단열 인터페이스는 약 106 Btu inch/(hr)(ft2)(℉)의 열 전도 계수를 갖는 스테인리스 강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 페이스는 상기 페이스가 상기 포트에 인접할 때, 단열 공간을 형성하는 리세스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 단열 공간은 1200 Btu inch/(hr)(ft2)(℉)보다 작은 열 전도 계수를 갖는 성분으로 채워진 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 성분은 공기 또는 단열 물질인 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 리세스는 경사진 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 리세스의 단면은 톱니 패턴, 반복 패턴, 곡선, 및 다항 방정식(polynomial equation)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 모양에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 고온은 약 250℃ 내지 약 625℃ 사이의 범위인 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 통로는 상기 고온에 근사한 온도에서 상기 장치를 유지시키기 위한 가열 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 13 항에 있어서, 상기 가열 부재는 금속 모양의 가열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 13 항에 있어서, 상기 가열 부재는 세라믹 베이스를 감싼 코일인 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 13 항에 있어서, 상기 통로는 상기 가열 부재에 의해 형성된 열을 분산시키기 위한 열 분산 메커니즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 13 항에 있어서, 상기 열 분산 메커니즘은 반사성 표면인 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 열 분산 메커니즘은 포물면 거울인 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 반도체 기판 또는 유리 기판인 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
- 제 1 챔버가 제 2 챔버 내에서 유지되는 온도에 비해 높은 고온에서 유지되고 상기 제 2 챔버가 포트를 포함하는, 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에서 기판을 이송시키는 장치로서,상기 기판을 수용하기 위한 통로; 및상기 제 1 챔버로부터 상기 제 2 챔버까지의 열 전달을 감소시키고, 상기 장치와 상기 제 2 챔버 사이에서 상기 기판의 이송을 가능하게 하며, 경계부가 배치된 페이스를 갖는 스테인리스 강 인터페이스를 포함하며,상기 경계부는 상기 기판이 상기 스테인리스 강 인터페이스를 통해 이송될 수 있는 크기를 갖는 상기 스테인리스 강 인터페이스의 홀을 형성하게 하는 기판 이송 장치.
- 제 1 챔버가 제 2 챔버의 주위 온도에 비해 높은 고온에서 유지되고 상기 제 2 챔버가 포트를 포함하는, 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에서 기판을 이송시키는 장치로서,상기 고온에 근사한 온도에서 상기 장치를 유지시키기 위한 가열 부재를 포함하는, 상기 기판을 수용하기 위한 통로; 및상기 제 1 챔버로부터 상기 제 2 챔버까지의 열 전달을 감소시키고, 상기 장치와 상기 제 2 챔버 사이에서 상기 기판의 이송을 가능하게 하며, 경계부가 배치된 페이스를 갖는 인터페이스를 포함하며,상기 경계부는 상기 기판이 상기 인터페이스를 통해 이송될 수 있는 크기를 갖는 상기 인터페이스의 홀을 형성하게 하는 기판 이송 장치.
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| US6284006B1 (en) | 1999-11-15 | 2001-09-04 | Fsi International, Inc. | Processing apparatus for microelectronic devices in which polymeric bellows are used to help accomplish substrate transport inside of the apparatus |
-
2002
- 2002-07-24 KR KR1020057001257A patent/KR100751627B1/ko active IP Right Grant
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