KR20080020517A - 버퍼 메커니즘을 가진 기판 처리장치 및 기판 이송장치 - Google Patents

버퍼 메커니즘을 가진 기판 처리장치 및 기판 이송장치 Download PDF

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KR20080020517A
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다카유키 야마기시
타미히로 고바야시
아키라 와타나베
구니히로 가네우치
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에이에스엠 저펜 가부시기가이샤
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Abstract

반응 챔버 내의 기판들을 로딩 및 언로딩하기 위한 기판 이송장치는, 직선 방향을 따라 횡(橫)으로 이동 가능한, 말단부를 가진 암(arm); 및 반응 챔버 내의 기판들을 로딩 및 언로딩하기 위한 엔드 이펙터(end-effector)들;을 포함하는데, 상기 엔드 이펙터들은 하부 엔드 이펙터 및 상부 엔드 이펙터를 포함한다. 상기 하부 엔드 이펙터 또는 상기 상부 엔드 이펙터 중 어느 하나는 상기 암의 말단부에서 상기 암에 이동 가능하게 결합되고, 다른 하나는 상기 이동 가능하게 결합된 엔드 이펙터에 고정된다. 상기 고정된 엔드 이펙터는 상기 이동 가능하게 결합된 엔드 이펙터에 고정된다.

Description

버퍼 메커니즘을 가진 기판 처리장치 및 기판 이송장치{Substrate-processing apparatus with buffer mechanism and substrate-transferring apparatus}
본 발명은 진공 로드락(load-lock) 시스템을 이용한 기판 처리장치와, 기판 이송장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 반도체 기판을 버퍼링(buffering)하는 버퍼 메커니즘에 관한 것이다.
일반적으로, 전형적인 반도체 집적 회로를 제조하는데 이용되는, 진공 로드락(load-lock) 시스템을 이용하는 반도체 처리장치의 챔버들은, 로드락 챔버, 이송 챔버 및 상기 이송 챔버에 연결된 다수의 반응기(처리 챔버)들을 포함한다. 각 챔버를 위해, 웨이퍼를 자동으로 공급하기 위한 웨이퍼 이송 로봇이 사용된다. 진공 로드락 시스템을 이용하는 반도체 처리장치는 다음과 같은 방식으로 작동된다: 첫째, 대기압 로봇(atmospheric robot)이 카세트 또는 전면개방통합포드(front opening unified pod)("FOUP", 즉 탈착 가능한 카세트와 전면개방 인터페이스를 가진 박스)로부터 로드락 챔버로 웨이퍼를 이송한다. 상기 로드락 챔버로부터 공기를 배출한 후, 공통의 다각형 형상의 이송 챔버 내에 마련된 진공 로봇에 의해, 상 기 웨이퍼는 각 반응기로 이송된다. 반응기 내의 처리가 끝난 웨이퍼들은 진공 로봇에 의해 로드락 챔버로 이송된다. 최종적으로, 로드락 챔버 내부가 대기압 상태로 복귀된 후, 처리된 웨이퍼들은 대기압 로봇에 의해 카세트 또는 FOUP으로 이송된다. 그런 장치들은 일반적으로 "클러스터 도구(cluster tools)"라고 부른다.
전형적으로, 클러스트 도구는, 단일웨이퍼처리식(single-wafer-processing type)과, 일괄웨이퍼처리식(batch wafer-processing type)을 가진다. 상기 단일웨이퍼처리식은 단일의 웨이퍼가 각 반응기에 의해 처리되는 타입이다. 상기 일괄웨이퍼처리식은 다수의 웨이퍼들이 단일의 반응기에 의해 처리되는 타입이다.
일괄웨이퍼처리식에 있어서, 다수의 웨이퍼들이 단일의 반응기에 의해 처리되기 때문에 생산성이 높다. 일괄 처리에서는, 웨이퍼 상에 형성된 박막의 막 두께 및 막 품질의 불균일해지는 것이 자주 문제가 된다. 막 두께 및 막 품질의 균일성을 향상시키기 위하여, 단일웨이퍼처리식 웨이퍼 처리장치를 사용하는 것이 효율적이다.
본 발명이 해결할 수 있는 문제점은 다음과 같다.
전형적인 단일웨이퍼처리식 처리장치를 이용하여 생산성을 높이기 위해서는, 반응기들의 수량이 증가하고, 풋프린트(footprint)(필요한 장비의 공간)와 페이스프린트(faceprint)(장비 전면부의 패널 폭)가 증가하고, 비용이 상승한다. 이러한 점은 장치가 공통의 다각형 형상의 이송 공간과 상기 이송 공간의 주위를 둘러 부착된 반응기들을 구비하기 때문이다. 또한, 반응기들의 수량의 증가로 인해, 장치의 고장 또는 점검 때문에 작동이 멈추게 되면, 산출량은 상당히 떨어지게 된다.
게다가, 박막 증착 공정에서는, 처리시간이 짧고 처리 공정들이 연속적으로 수행되는 일이 흔하다. 이러한 이유 때문에, 다음 웨이퍼를 로드락 챔버의 내부에서 대기하도록 한다면, 웨이퍼 이송 메커니즘은 이중 암을 가질 필요가 있다. 웨이퍼 이송 메커니즘이 이중 암을 장착한다면, 이송 메커니즘은 복잡하게 되고 비용은 상승한다. 또한, 로드락 챔버의 수용공간이 증가하고, 그러므로 공기를 배출하는데 필요한 시간 및 대기압 상태로 복귀하는데 필요한 시간이 길어지고, 이송 속도를 제한하는 요소들이 증가한다. 결국, 산출량은 제한된다.
게다가, 정상적인 다각형 타입의 이송 챔버를 이용하는 장치에서조차, 웨이퍼를 반응기 내부 및 외부로 효율적으로 이송하기 위해서, 이중 암을 가진 웨이퍼 이송 메커니즘이 더 나을지라도, 이송 메커니즘은 복잡해지고 비용은 증가한다.
따라서, 본 발명의 일 실시양태에서, 적은 비용, 작은 풋프린트 및 작은 페이스프린트를 실현하는 기판 처리장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시양태에서, 안정적인 처리 및 높은 산출량을 실현하는 기판 처리장치를 제공한다.
예를 들면, 본 발명의 일 실시양태에 따르면, 진공 로드락 시스템이 마련된 기판 처리장치는, 로드락 챔버, 상기 로드락 챔버에 인접하게 배치되는 반응 챔버, 및 상기 로드락 챔버의 외부에 배치되는 이송 로봇을 포함하고, 상기 로드락 챔버는, 상기 이송 로봇과 상기 반응 챔버의 사이에서 기판들을 이송하기 위한, 얇은 링크연결된 림부(limb)와 상기 림부에 연결된 다중의 엔드 이펙터(end-effectors)를 구비하는 기판 이송암을 포함한다.
일 실시양태에서, 로드락 챔버는 이웃하게 배치되며 공통된 환경을 공유하는 2개의 구획부를 포함하고, 각 구획부는 기판 이송 암을 구비하고, 게이트 밸브(즉, 2개의 반응 챔버는 2개의 구획부를 가지는 하나의 로드락 챔버에 연결된다)를 통해 상기 반응 챔버에 연결된다.
일 실시양태에서, 다중의 엔드 이펙터는, 한번에 2개의 기판을 이송할 수 있고, 상기 반응 챔버로부터 후퇴하지 않으면서 상기 반응 챔버에서 미처리 기판을 언로딩하고 처리 기판을 로딩할 수 있는, 이중의 엔드 이펙터(각각 하나의 기판을 지지함)이다. 상기에서, 상기 이송 암의 단일의 이동에 의해 2개의 기판은 상기 로드락 챔버로부터 상기 반응 챔버로 이송될 수 있고, 그 반대로 이송될 수도 있다. 예를 들면, 단일의 이송 암의 한 번의 전진 및 후퇴 운동에 의해, 미처리 기판은 버퍼링될 수 있고, 반면에 처리 기판은 반출될 수 있다.
일 실시양태에서, 반응 챔버는 처리 기판 또는 미처리 기판을 대기시키기 위한 또는 임시로 지지하기 위한 버퍼 메커니즘을 구비한다. 상기 반응 챔버의 버퍼 메커니즘은 상기 이중의 엔드 이펙터를 가진 이송 암과 함께 작동한다. 단일의 암이 하나의 반응 챔버에 사용되더라도, 다중의 엔드 이펙터를 구비한 단일의 암과 상기 반응 챔버의 버퍼 메커니즘을 이용함으로써, 이중의 암을 사용할 때보다 이송 능력은 더 커질 수 있고, 상기 로드락 챔버의 크기가 작아질 수 있다. 게다가, 산출량은 현저하게 높아질 수 있다.
일 실시양태에서, 다중의 엔드 이펙터는 독립적으로 조정되는 것이 아니다. 예를 들면, 제1엔드 이펙터는 상기 암의 말단부에 이동 가능하게 결합되고, 제2엔드 이펙터는 상기 제1엔드 이펙터에 고정된다. 그러므로, 상기 이송 암의 동작은 단일의 엔드 이펙터를 가진 이송 암과 다르지 않다.
일 실시양태에서, "버퍼링"은, 다른 기판이 상기 반응기 내부로 또는 외부로 이송되는 동안, 반응기 내의 처리 기판 또는 미처리 기판을 일시적으로 정지 또는 지지하는 것을 의미한다. 일 실시양태에서, "엔드 이펙터"는 기판을 지지하기 위한 플랜지이고, 림부에 이동 가능하게 결합된다.
본 발명 및 종래 기술을 능가하여 달성된 장점을 요약하기 위하여, 본 발명 의 특정 목적 및 장점을 상기 기재하였다. 물론, 이러한 모든 목적 또는 장점이 본 발명의 임의의 특정 실시양태에 따라 반드시 달성될 수 있다는 것이 아니라는 것은 이해될 것이다. 따라서, 예를 들어, 당업자는 본원에 교시되거나 제시될 수 있는 다른 목적 또는 장점을 반드시 달성하지 않고도 본원에 교시된 하나의 장점 또는 일군의 장점들을 달성하거나 최적화하는 방식으로 본 발명을 구체화하거나 실행할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 추가 측면들, 특징들 및 장점들은 하기 바람직한 실시양태들의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 실시양태는 적어도 다음의 효과들을 보여줄 수 있다. 이러한 효과들이 모든 실시양태들을 한정하기 위한 것은 아니다.
이중의 엔드 이펙터와 버퍼 메커니즘을 조합하여, 반응기 내부에서 처리된 웨이퍼 또는 미처리된 웨이퍼들은 대기 상태로 유지함으로써, 처리된 웨이퍼 및 미처리된 웨이퍼가 매우 효과적으로 교환될 수 있다. 그렇게 할 때, 반응기 하나당 하나의 이송 암을 가지고 있는 구조에도 불구하고, 이중 암을 가지는 장치보다 더 큰 성능을 가지는 장치가 달성될 수 있다. 따라서, 이송속도를 제한하는 요소들에 의해 발생되는 문제가 해결되고, 안정적인 공정과 매우 높은 산출량을 현실화하는 반도체 처리장치가 실현될 수 있다.
또한, 이중 암을 가지는 전통적인 장치와 비교할 때 로드락 챔버의 부피가 감소될 수 있기 때문에, 적은 비용, 작은 풋프린트 및 작은 페이스프린트를 실현하 는 반도체 처리장치가 제공될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시양태들을 참조하며 하기에 상세하게 설명될 것이다. 그러나 바람직한 실시양태들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다.
1) 반응 챔버 내의 기판들을 로딩 및 언로딩하기 위한 기판 이송장치는, (a) 직선 방향을 따라 횡(橫)으로 이동 가능한, 말단부를 가진 암(arm); 및 (b) 반응 챔버 내의 기판들을 로딩 및 언로딩하기 위한 엔드 이펙터(end-effector)들;을 구비하고, 상기 엔드 이펙터들은 하부 엔드 이펙터 및 상부 엔드 이펙터를 포함하며, 상기 하부 엔드 이펙터 또는 상기 상부 엔드 이펙터 중 어느 하나는 상기 암의 말단부에서 상기 암에 이동 가능하게 결합되고, 상기 하부 엔드 이펙터 또는 상기 상부 엔드 이펙터 중 다른 하나는 상기 이동 가능하게 결합된 엔드 이펙터에 고정되며, 상기 이동 가능하게 결합된 엔드 이펙터는 전측부, 후측부, 우측부, 좌측부를 구비하고, 상기 고정된 엔드 이펙터는 오직 상기 우측부 및 상기 좌측부에서 상기 이동 가능하게 결합된 엔드 이펙터에 고정되는 다중의 부분들을 구비한다.
상기 실시양태는 하기의 실시양태들을 더 포함하는데, 하기의 실시양태들에 한정되는 것은 아니다.
2) 1)에 있어서, 상기 이동 가능하게 결합된 엔드 이펙터는 하부 엔드 이펙터일 수 있고, 상기 고정된 엔드 이펙터는 상부 엔드 이펙터이다.
3) 1) 또는 2)에 있어서, 상기 이동 가능하게 결합된 엔드 이펙터의 전측부 및 후측부는, 상기 이동 가능하게 결합된 엔드 이펙터가 횡으로 이동하는 방향을 대면할 수 있다.
4) 1) 내지 3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 암은 상기 엔드 이펙터들을 일 방향을 따라 횡으로 그리고 직선으로 이동시키도록 구성될 수 있다.
5) 1) 내지 4) 중 어느 하나에 있어서, 상기 암은 관절에 의해 이동 가능하게 상호 결합된 근접 링크부와 말단 링크부를 구비할 수 있고, 상기 엔드 이펙터들은 관절에 의해 상기 말단 링크부에 이동 가능하게 결합된다.
6) 1) 내지 5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 암과 상기 엔드 이펙터들이 후퇴 위치에 있을 때, 상기 장치는 상기 암과 상기 엔드 이펙터들이 배치되는 로드락(load-lock) 챔버를 더 구비할 수 있다.
7) 2)를 참조하며 1) 내지 6) 중 어느 하나에 있어서, 상기 상부 엔드 이펙터는, 상호 평행하게 배치되고, 상기 하부 엔드 이펙터의 우측부 및 좌측부에 각각 고정되는, 2개의 긴 형상의 부분들로 구성될 수 있다.
8) 7)에 있어서, 상기 상부 엔드 이펙터의 각각의 긴 형상의 부분은 2개의 기판 접촉부를 가질 수 있고, 상기 하부 엔드 이펙터는 4개의 기판 접촉부를 가진다.
9) 다른 실시양태에서, 기판 처리장치는, (A) 로드락 챔버; (B) 게이트 밸브(gate valve)를 통하여 상기 로드락 챔버에 연결된 적어도 하나의 반응 챔버; 및 (C) 상기 로드락 챔버 내에 배치된 1) 내지 8) 중 어느 하나의 기판 이송장치;를 구비하고, 상기 반응 챔버 내의 기판들을 로딩 및 언로딩하기 위해 개방되었을 때, 상기 암과 상기 엔드 이펙터들은 상기 게이트 밸브를 통해 상기 반응 챔버로 연장 가능하다.
상기 실시양태는 하기의 실시양태들을 더 포함하는데, 하기의 실시양태들에 한정되는 것은 아니다.
10) 9)에 있어서, 상기 장치는, 상기 로드락 챔버 내의 기판들을 로딩 및 언로딩하기 위해 개방되었을 때, 상기 게이트 밸브를 통해 상기 로드락 챔버로 접근 가능한 대기압 로봇(atmospheric robot)을 더 구비할 수 있다.
11) 9) 또는 10)에 있어서, 상기 반응 챔버는 그 내부에서 기판을 대기 상태로 유지하기 위한 버퍼 메커니즘을 구비할 수 있다.
12) 또다른 실시양태에서, 반응 챔버와 게이트 밸브를 통해 연결된 로드락 챔버 사이에서 기판을 이송하는 방법은, (i) 상기 로드락 챔버 내에서, 미처리 기판을 이송 암의 상부 엔드 이펙터 상에 로딩하는 단계; (ⅱ) 상기 반응 챔버 내에서 처리 기판이 배치되는 서셉터를 하강시키고, 그로 인해 상기 서셉터로부터 상측으로 연장되는 승강 핀들 위에서 상기 처리 기판을 지지하는 단계; (ⅲ) 상기 게이트 밸브가 개방되면, 상기 이송 암을 상기 로드락 챔버로부터 상기 반응 챔버측으로 횡방향으로 연장하고, 이에 의해 상기 승강 핀들 상에 지지된 처리 기판은 상기 이송 암의 상부 엔드 이펙터 및 하부 엔드 이펙터 사이에 위치하며, 상기 미처리 기판은 상기 상부 엔드 이펙터 상에 위치하는 단계; (ⅳ) 상기 반응 챔버 내에 마련된 버퍼 암들을 이용하여 상기 미처리 기판을 지지하며, 그로 인해 상기 버퍼 암들 상에 상기 미처리 기판을 로딩하는 단계; (v) 상기 승강 핀들을 하강시키면서 상기 미처리 기판과 함께 상기 버퍼 암들을 상승시키며, 그로 인해 상기 처리 기판 을 상기 하부 엔드 이펙터 상에 배치시키는 단계; (ⅵ) 상기 이송 암을 상기 반응 챔버로부터 상기 로드락 챔버측으로 후퇴시키고, 상기 게이트 밸브를 폐쇄하는 단계; (ⅶ) 상기 미처리 기판과 함께 상기 버퍼 암들을 하강시키고, 그로 인해 상기 서셉터로부터 상측으로 연장되는 승강 핀들 위에서 상기 미처리 기판을 지지하는 단계; (ⅷ) 상기 서셉터를 상승시키고, 그로 인해 상기 서셉터 상에 상기 미처리 기판을 로딩하는 단계; (ⅸ) 상기 처리 기판을 상기 하부 엔드 이펙터로부터 언로딩하고, 상기 반응 챔버 내에서 상기 미처리 기판을 처리하는 동안, 상기 로드락 챔버 내에서 (i) 단계를 수행하는 단계로서, 이후 (ⅱ) 단계부터 (ⅸ) 단계가 뒤따르는 단계를 포함할 수 있다.
상기 실시양태는 하기의 실시양태들을 더 포함하는데, 하기의 실시양태들에 한정되는 것은 아니다.
13) 12)에 있어서, 상기 이송 암은, 1) 내지 8)의 이송 암들 중 어느 하나로부터 선택될 수 있다.
14) 또다른 실시양태에서, 제1챔버와 제2챔버 사이에서 기판을 이송하는 방법은, (i) 상기 제1챔버 내에서 이송 암의 상부 엔드 이펙터 상에 제1기판을 로딩하는 단계; (ⅱ) 상기 이송 암을 상기 제1챔버로부터 상기 제2챔버 측으로 횡방향으로 연장하고, 그로 인해 상기 제2챔버 내의 제2기판은 상기 이송 암의 상부 엔드 이펙터와 하부 엔드 이펙터 사이에 위치하고, 상기 제1기판이 상기 상부 엔드 이펙터 상에 위치하는 단계; (ⅲ) 상기 상부 엔드 이펙터로부터 상기 제1기판을 언로딩하고, 상기 하부 엔드 이펙터 상에 상기 제2기판을 로딩하는 단계; (ⅳ) 상기 이송 암을 상기 제2챔버로부터 상기 제1챔버 측으로 후퇴시키는 단계; 및 (v) 상기 하부 엔드 이펙터로부터 상기 제2기판을 언로딩하고, 상기 제1챔버 내에서 (i) 단계를 수행하는 단계로서, 이후 (ⅱ) 단계부터 (v) 단계가 뒤따르는 단계;를 포함할 수 있다.
15) 14)에 있어서, 상기 이송 암은, 1) 내지 8)의 이송 암들 중 어느 하나로부터 선택될 수 있다.
16) 13) 또는 14)에 있어서, 상기 제1챔버는 로드락 챔버일 수 있고, 상기 제2챔버는 반응 챔버일 수 있고, 상기 제1기판은 미처리 기판이고, 상기 제2기판은 처리 기판이다.
17) 다른 실시양태에서, 기판 처리장치는, (a) 로드락 챔버; (b) 게이트 밸브를 통하여 상기 로드락 챔버에 연결된 적어도 하나의 반응 챔버; 및 (c) 상기 로드락 챔버와 상기 반응 챔버 사이에서 기판들을 이송하고, 상기 반응 챔버로부터 후퇴하지 않고 상기 반응 챔버 내에서 미처리 기판과 처리 기판을 대기 상태로 유지하기 위한 수단;을 구비할 수 있다.
상기에서, 기판은 반도체 웨이퍼를 포함하는 임의의 타입의 기판일 수 있는데, 반도체 웨이퍼에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 도면들을 참조하면서 하기에 더 설명될 것이다. 그러나, 도면들은 실시양태들을 나타내는 것이고, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 반도체 웨이퍼 상에 박막을 형성하기 위한 웨이퍼 처리장치를 나타내는, 설명적인 평면도이다. 장치는 FOUP(106), 대기 압 로봇(105)이 배치된 미니환경(mini-environment), 로드락(load-lock) 챔버(2) 및 게이트 밸브(13)를 통해 상기 로드락 챔버(2)에 연결된 반응 챔버(1)를 포함한다. 상기 로드락 챔버(2)는 2개의 구획부를 포함하고, 각 구획부는 이중의 엔드 이펙터(end-effector)(31,33)를 가진 이송 암을 구비한다(도 4 및 도 5 참조). 상기 로드락 챔버(2) 및 2개의 반응 챔버(1)들은 모듈 또는 반응기 유닛을 구성한다. 처리장치는 상기 구성에 한정되는 것은 아니고, 미국특허 제6,630,053호에 개시된 내용과 같은 적절한 구성을 가질 수 있으며, 상기 문헌의 개시는 본문 전체로서 본원에 참조문헌으로 포함된다.
상기 대기압 로봇(105)은 횡방향으로 그리고 전후방향으로 이동하여 FOUP(106)과 로드락 챔버(2) 사이에서 기판들을 이송할 수 있다. 또한, 대기압 로봇(105)은 수직으로 이동하여 상부 엔드 이펙터(33) 및 하부 엔드 이펙터(31)의 위치에 위치할 수 있다. 즉, 대기압 로봇(105)은 로드락 챔버(2)의 하부 엔드 이펙터(31)로부터 기판(예컨대, 처리 기판)을 언로딩하여 FOUP(106)으로 이송할 수 있다. 또한, 대기압 로봇(105)은 FOUP(106)으로부터 기판(예컨대, 미처리 기판)을 이송하여 상부 엔드 이펙터(33)로 로딩할 수 있다. 도 3a는 로드락 챔버(2)와 대기압 로봇(105)을 설명하기 위한 평면도이고, 도 3b는 로드락 챔버(2)와 대기압 로봇(105)을 설명하기 위한 측면도이다. 상기 대기압 로봇(105)은 게이트 밸브(104)를 통해서 로드락 챔버(2)와 소환경 사이에서 기판들을 이송할 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에 따른 작동 흐름에서, 대기압 로봇(105)은 하부 엔드 이펙터(31) 상에(즉, 하부 엔드 이펙터(31)의 지지 부재(32)들 위에) 놓여진 처리 기판을 언로 딩하여 FOUP으로 이동시키고, 그 후 대기압 로봇(105)은 FOUP으로부터 미처리 기판을 꺼내어 상부 엔드 이펙터(33)에(즉, 상부 엔드 이펙터(33)의 단부(34) 상에) 로딩한다. 상기 순서는 반대로 될 수도 있다. 상기의 작동 중, 엔드 이펙터들과 암은 움직이지 않고 로드락 챔버(2)에서 머무른다. 별법으로, 대기압 로봇(105)은 수직 방향으로 이동하지 않고, 엔드 이펙터들과 암이 수직 방향으로 이동하여 대기압 로봇은 기판을 엔드 이펙터로 로딩하고 엔드 이펙터로부터 언로딩할 수 있다.
도 2a는 도 1에 도시된 반응기 유닛을 설명하기 위한 평면도이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시양태에 따른, 로드락 챔버 및 반응 챔버를 구비한 모듈의 변형된 단면도이다. 반도체 웨이퍼(12) 상에 막을 형성하기 위한 반응기(1)가 제공되며, 반도체 웨이퍼(12)를 진공 상태에서 대기시키기 위한 로드락 챔버(2)가 제공된다. 여기서, 상기 로드락 챔버(2)는 게이트 밸브(13)를 통해 반응기(1)에 연결되며, 웨이퍼 이송 암(3)은 상기 로드락 챔버(2) 내에 마련된다. 웨이퍼 이송 암은, 반도체 웨이퍼(12)를 반응기(1) 내로 이송하기 위한 하나의 얇은 링크 타입의 암 샤프트를 가진다.
반응기(1) 내에서, 그 위에 반도체 웨이퍼(12)가 배치되는 서셉터(14)와, 반도체 웨이퍼(12)로 반응 가스의 제트를 균일하게 도입하기 위한 샤워 플레이트(미도시)가 제공된다. 플라즈마 강화 CVD(PECVD)에서, 서셉터(14)와 샤워 플레이트 모두는 고주파수 전원 전극들을 구비한다. 서셉터(14)와 샤워 플레이트 사이의 거리를 줄임으로써, 플라즈마 반응 영역은 감소할 수 있다. 반응 챔버 또는 반응기는 PECVD 챔버일 필요는 없으나, CVD, PVD 및 ALD(원자층 증착, atomic layer deposition)을 포함하는 반응 중 임의의 형태를 위한 적절한 챔버가 될 수 있다.
상기 서셉터(14)의 주변 가까이에는, 균등한 간격으로 부착된 적어도 세 개의 웨이퍼 승강 핀(15)들이 수직 방향으로 서셉터를 직각으로 통과한다. 상기 웨이퍼 승강 핀(15)들은 실린더(6)에 의해 상하 방향으로 이동할 수 있다.
상기 서셉터(14)의 둘레 가까이에는, 적어도 한 쌍의 버퍼 메커니즘이 제공된다. 관련된 버퍼 메커니즘은, 반도체 웨이퍼(2)(상부 엔드 이펙터(34) 상에 배치된)를 지지하기 위한, 적어도 2(예컨대, 2,3,4)개의 지지 수단(4,5)들을 구비하며, 서셉터(14)의 둘레에 마련되며, 수평 방향으로 회전한다. 상기 지지 수단들의 회전은 동기화되고, 반도체 웨이퍼를 버퍼링하는 때에만 상기 지지 수단들은 서셉터(14)의 안쪽으로 회전하여 웨이퍼를 지지한다. 상기 지지 수단(4,5)들은, 바람직하게, 그 폭이 2 ㎜ 내지 5 ㎜가 되는 얇은 플레이트 재료를 구비한다. 상기 지지 수단(4,5)들의 형상은 웨이퍼(12)를 안정적으로 지지할 수 있는 한 제한되지 않는다. 지지 수단들과 웨이퍼의 접촉 영역이 크면 오염을 유발한다. 이러한 이유 때문에, 웨이퍼의 배면을 접촉하는 지지 수단(4,5)들의 일부분의 형상은, 상기 일부분이 웨이퍼의 배면과 선접촉하도록, 둘레부를 따라 굴곡이 있는 형상인 것이 바람직하다. 또한, 오염을 피하기 위해 지지 수단(4,5)들로 사용되는 재료로서, 세라믹 또는 알루미늄이 바람직하다. 각각의 지지 수단(4,5)은 샤프트 수단(17)의 상단부에 결합되고, 수직으로 지지된다. 상기 샤프트 수단(17)의 하단부는 승강 액츄에이터(8) 및 회전 액츄에이터(9)에 결합되고, 상기 지지 수단들은 상기 회전 액츄에이터에 의해 회전된다. 상기 샤프트 수단(17), 상기 승강 액츄에이터(8) 및 상기 회전 액츄에이터(9)는 벨로우즈(10)에 의해 외부로부터 격리된다. 게다가, 상기 샤프트 수단(17)은 바람직하게는, 오링(O-ring)(16)에 의해 밀봉(seal)된다. 상기 회전 액츄에이터(9)는 전기적으로 또는 공기압에 의해 작동될 수 있다. 상기 승강 액츄에이터(8)는 동력학적으로 샤프트 수단(17)의 하단부에 연결된다. 승강 액츄에이터(8)는 샤프트 수단(17)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있고, 이로 인해 지지 수단(4,5)들도 상하 방향으로 이동한다. 승강 액츄에이터(8)는 전기적으로 또는 공기압에 의해 작동될 수 있다. 샤프트 수단(17)의 직경은, 바람직하게는, 8 ㎜ 내지 16 ㎜의 범위 내이다. 오염을 피하기 위해 샤프트 수단(17)으로 사용되는 재료로서, 세라믹 또는 알루미늄이 바람직하다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시양태에 따른 버퍼 메커니즘을 나타낸다. 도 6a는 버퍼 메카니즘의 바닥 단부로부터 본 분해 사시도이다. 도 6b는 구동부의 부분적인 단면 사시도이다. 상기 지지 수단은 버퍼 휜(buffer fin)(4)이다. 일 부분(25)은 반응기의 바닥부에 고정된다. 상기 버퍼 휜은, 메인 샤프트(17)의 양쪽에 배치된 슬라이드 샤프트(23)들과 함께 승강 액츄에이터(8)를 사용하여 상하 방향으로 이동하는 메인 샤프트(17)에 부착된다. 상기 메인 샤프트(17)는 벨로우즈(10)에 둘러싸이고 오링(24)으로 밀봉되어서, 메인 샤프트(17)가 반응기 내부에서 회전하면서 상승/하강하더라도 반응기의 내부는 외부로부터 밀봉된다. 상기 메인 샤프트(17)는 회전 액츄에이터(9)를 이용하여 회전한다. 버퍼 휜(4)의 높이는 센서 도그(21)와 광전 센서(22)를 이용하여 제어된다. 일 실시양태에서, 버퍼 휜(4)은 3개의 높이를 가질 수 있다: 고(버퍼 위치), 중(언로딩/로딩 위치) 및 저 (바닥 위치).
여기서 지적하고자 하는 점은, 도 1에 도시된 반도체 처리장치가 하나의 로드락 챔버(2개의 구획부를 가진)와 로드락 챔버에 직접 연결된 2개의 반응기를 구비한다 하더라도, 본 발명은 이러한 실시양태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 단일의 구획부를 가진 로드락 챔버와 단일의 반응기가 연결될 수 있다. 그러나, 도 1에 도시된 두 유닛들을 평행하게 배열하고 로드락 챔버를 공통으로 사용하고 독립적인 이송 시스템을 사용함으로써, 두 개의 웨이퍼는 동시적으로 반응기들에 이송될 수 있고 웨이퍼들은 동시적으로 두 개의 반응기 내에서 처리될 수 있다. 또한, 일 실시양태의 버퍼 메커니즘은, 임의의 적절한 단일웨이퍼처리식(single-wafer-processing type) 반응기를 가진 모든 반도체 처리장치들에 적용될 수 있다. 예를 들면, 버퍼 메커니즘은, 하나의 로드락 챔버와 하나의 반응기가 이송 챔버를 통해 연결된, 임의의 적절한 단일웨이퍼처리식 반도체 처리장치(예컨대, 재팬 에이에스엠에서 제조된 Eagle 10™)에 적용될 수도 있다.
도 2b에 도시된 반도체 처리장치의 버퍼 메커니즘이 사용되지 않는 경우의 작동 흐름을 기술한다. 우선, 대기압 로봇은 플래퍼(flapper) 밸브(20)를 통해 카세트 또는 FOUP으로부터 각각의 로드락 챔버(2)로 반도체 웨이퍼(12)를 이송한다. 웨이퍼의 도입이 완료되면 상기 플래퍼 밸브(20)는 닫히고, 건식 펌프(미도시)에 의해 로드락 챔버(2)로부터 공기가 배출된다. 게이트 밸브(13)가 열리고, 얇은 링크 타입의 암을 가진 웨이퍼 이송 암(3)은 회전 액츄에이터(11)에 의해 연장되고, 반도체 웨이퍼(12)는 반응기(1) 내부의 서셉터(14) 상으로 이송된다. 링크 타입의 암을 구비한 웨이퍼 이송 암(3)은 이동 가능하게 말단부(18)의 위치에서 엔드 이펙터(31)에 결합되기 때문에, 엔드 이펙터들은 로드락 챔버(2)와 반응기(1) 사이에서 직선 방향으로 왕복 운동할 수 있다. 이러한 구성은 오직 기계적인 위치 조정을 필요로 한다. 기판 승강 핀(15)은 서셉터(14)의 표면으로부터 돌출하여 반도체 웨이퍼(12)를 지지한다. 웨이퍼 이송 암(3)은 로드락 챔버(2) 내부에 위치하고, 게이트 밸브(13)는 닫힌다. 서셉터(14)는 서셉터 구동 모터(7)에 의해 상승하고, 반도체 웨이퍼(12)는 서셉터(14)의 표면 상에 놓여진다. 그 후, 반도체 웨이퍼(12) 상에서 박막 증착 처리가 시작된다. 박막 증착 처리가 완료된 후 처리된 반도체 웨이퍼는, 이번에는 작동 흐름의 순서를 거꾸로 따라가면서, 카세트 또는 FOUP로 이송된다. 상기 암(3)은, 액츄에이터에 연결되도록 구성된 근접단부를 가지고, 횡방향 운동의 다축을 가지면서 횡방향으로 이동할 수 있는 임의의 타입이 될 수 있다. 상기 암(3)은, 바람직하게, 횡방향 운동의 세 개의 자유도를 가지므로, 암(3)(엔드 이펙터에 이동 가능하게 연결된)의 말단부(18)는 직선 방향으로 이동할 수 있다(예컨대, 로드락 챔버(2)와 반응 챔버(1) 사이에서).
기재된 바와 같이, 버퍼 메커니즘을 가지지 못한 반도체 처리장치에서, 반응기당 오직 하나의 이송 암이 존재하므로, 이송속도를 결정하는 요인에 의해 산출량이 제한되는 문제점이 있었다. 반응기의 버퍼 메커니즘은, 미국특허 제6,860,711호에 기재된 바와 같이 이러한 문제점을 해결할 수 있으며, 상기 문헌의 개시는 본문 전체로서 본원에 참조문헌으로 포함된다. 본 발명의 일 실시양태에서, 다중의 엔드 이펙터들을 이송 암과 조합함으로써, 미국특허 제6,860,711호와 비교할 때, 산출량은 현저하게 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시양태에 따른 엔드 이펙터들을 설명하기 위한 측면도이다(하부 엔드 이펙터(31)는 투명하게 그려지고, 상부 엔드 이펙터(33)와 하부 엔드 이펙터(31)는 겹친다). 도 5는 본 발명의 일 실시양태에 따른 엔드 이펙터들의 개략적인 사시도이다. 엔드 이펙터들은 하부 엔드 이펙터(31)와 상부 엔드 이펙터(33)를 구비하며, 하부 엔드 이펙터(31)의 근접단부는 도 1에 도시된 바와 같이, 이송 암에 이동가능하게 결합된다. 여기에는 횡방향 운동의 3축이 마련된다. 엔드 이펙터들은 도 5의 화살표(35,36)들에 의해 지시되는 방향으로 이동한다. 일 방향(35)은 반응기를 향하는 방향이고, 일 방향(36)은 로드락 챔버를 향하는 방향이다. 도 5에서, 기판(12',12")은, 설명을 위해, 투명 플레이트로 도시된다. 하부 엔드 이펙터(31)에는, 처리 기판(12")의 둘레부를 지지하기 위한 4개의 지지 부재(32)들이 제공된다. 상부 엔드 이펙터(33)는 하부 엔드 이펙터(31)의 우측과 좌측에 배치된 2개의 측면 부재들로 이루어져서, 상부 엔드 이펙터는 버퍼 휜과 대기압 로봇을 이용하여 로딩 및 언로딩되는 기판들과 접촉하지 않는다. 상부 엔드 이펙터(33)의 각 측면 부재는 미처리 기판(12')의 둘레부에 대응하는 단부(34)들을 가진다.
일 실시양태에서, 상기 단부의 높이는 약 2 ㎜(±50%)일 수 있고, 상기 지지 부재(32)의 높이는 2.3 ㎜(±50%)일 수 있다. 일 실시양태에서, 상부 엔드 이펙터(33)와 하부 엔드 이펙터(31) 사이의 거리(상기 상부 기판과 하부 기판 사이의 거리로 정의된)는 13 ㎜(±50%)일 수 있다(도 4에서 상기 거리는 12.1 ㎜). 상기 거리는 버퍼 휜과 대기압 로봇을 포함하는 장치의 구성에 따라 조정될 수 있다. 상기 상부 엔드 이펙터의 긴 형상의 측면 부재(33)들은, 버퍼 휜들이 횡방향으로 기판의 둘레부 측으로 접근하여 기판을 들어 올리고 버퍼링할 수 있는 형상으로 되어 있다. 일 실시양태에서, 버퍼 휜들에 의해 기판을 지지하기 위한 틈새는 10 ㎜(±50%)일 수 있다(도 4에서 상기 틈새는 10.2 ㎜이다). 게다가, 상부 엔드 이펙터의 2개의 긴 형상의 부재(33)들은 이동 방향에 대하여 하부 엔드 이펙터(31)의 우측 및 좌측에 위치하고, 2개의 긴 형상의 부재(33)들은 서로 떨어져 있으므로 기판이 상부 엔드 이펙터 및 하부 엔드 이펙터의 사이에 삽입될 수 있고 하부 엔드 이펙터(31) 위에 로딩될 수 있다. 일 실시양태에서, 2개의 긴 형상의 부재(33)들의 거리는 기판의 외곽 직경보다 다소 크다(그러나, 엔드 이펙터는 게이트 밸브를 통해 통과하기 위하여 게이트 밸브의 폭보다 작아야 한다). 하부 엔드 이펙터(31)는, 엔드 이펙터(31)가 승강 핀들의 운동을 간섭하지 못하게 되는 구조를 갖는다. 상기에서, 처리 기판은 승강 핀들을 이용하여 하부 엔드 이펙터(31) 상에 로딩되고, 반면에 미처리 기판은 버퍼 휜들을 이용하여 상부 엔드 이펙터(33)로부터 언로딩된다. 엔드 이펙터들은 전체적인 구조에 따라 적어도 상기 기능들을 달성하도록 설계된다.
일 실시양태에서, 상부 엔드 이펙터는 알루미늄 세라믹 또는 표면 아노다이징처리된 알루미늄으로 제작될 수 있다. 일 실시양태에서, 하부 엔드 이펙터는 알루미늄 세라믹으로 제작될 수 있다. 일 실시양태에서, 지지 부재들은 Serazol™(폴리벤지미다졸 수지)(polybenzimidazole resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin), 또는 Peek™ 폴리머, 표면 아노다이징처리된 알루미늄 등으로 제작될 수 있다.
도 4 및 도 5에서, 하부 엔드 이펙터(31)는 이동 가능하게 암에 결합된다. 그러나, 다른 실시양태에서, 상부 엔드 이펙터는 이동 가능하게 암에 결합되고, 하부 엔드 이펙터는 상부 엔드 이펙터에 고정된다. 예를 들면, 도 4 및 도 5의 상부 엔드 이펙터와 비교하여, 하부 엔드 이펙터는 L-형상의 단면을 가지나, 단부는 기판의 둘레부를 지지하기 위한 내부의 돌출부 상에 형성된다. 게다가, 지지 부재들은 상부 엔드 이펙터의 상면 상에 배치된다.
도 4 및 도 5에서, 상부 엔드 이펙터(33)의 2개의 긴 형상의 부재(33)들은 하부 엔드 이펙터(31)의 우측 및 좌측에 각각 배치된다. 그러나, 다른 실시양태에서, 3개, 4개 이상의 서로 분리된 부재들이 하부 엔드 이펙터의 외곽 둘레부에 또는 그 근처에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 버퍼 메커니즘을 유용하게 하는 작동 흐름은 하기에 상세히 기술된다. 도 7은 본 발명의 일 실시양태에서 미처리된 웨이퍼 및 처리된 웨이퍼를 버퍼링할 때의 작동 흐름을 보여준다. 도 8은 일 실시양태에서 반응기의 작동의 개략적인 다이어그램을 보여준다(예컨대, 에이에스엠 재팬에 의해 제작된, 웨이퍼 버퍼 메커니즘을 가진 Dragon™ 반응 챔버). 우선, 미처리 기판이 로드락 챔버에서 이송 암의 상부 엔드 이펙터 상에 로딩된다(공정 1). 반응 챔버 내에서 처리 기판이 놓여 있는 서셉터는 하강하고, 그로 인해 처리 기판은 서셉터로부터 상측으로 연장되는 승강 핀에 의해 지지된다(처음에는 반응 챔버 내에 처리 기판은 없다)(공정 2). 게이트 밸브가 열리고, 이송 암은 로드락 챔버로부터 반응 챔버측으로 횡방향으로 연장되고, 이에 의해 승강 핀들 상에 지지된 처리 기판은 이송 암의 상부 엔드 이펙터 및 하부 엔드 이펙터 사이에 위치하는데, 여기서 미처리 기판은 상부 엔드 이펙터 상에 위치한다(공정 3). 언로딩/로딩 위치에서 버퍼 암들은 횡방향으로 그리고 미처리 기판측으로 회전하고, 미처리 기판은 반응 챔버에 마련된 버퍼 암들을 이용하여 지지하며, 그로 인해 미처리 기판을 버퍼 암들 상에 로딩한다(공정 4). 승강 핀들을 하강시키면서 버퍼 암들은 미처리 기판과 함께 버퍼 위치까지 상승되며, 그로 인해 처리 기판을 하부 엔드 이펙터 상에 위치시킨다(공정 5). 이송 암은 반응 챔버로부터 로드락 챔버측으로 복귀된다(공정 6). 그 후 게이트 밸브는 닫힌다(공정 7). 버퍼 암들은 미처리 기판과 함께 바닥 위치까지 하강하고, 이로 인해 미처리 기판은 서셉터로부터 상측으로 연장되는 승강 핀들에 의해 지지된다(공정 8). 버퍼 암들은 미처리 기판으로부터 멀어져서 초기 위치로, 횡방향으로 회전한다(공정 9). 서셉터는 상승하고 승강 핀들은 후퇴하며, 이로 인해 미처리 기판은 서셉터 상에 로딩된다(공정 10). 공정 10 이후, 증착법과 같은 처리법이 시작될 수 있다. 로드락 챔버 내의 처리 기판은 하부 엔드 이펙터로부터 언로딩되고, 반응 챔버 내에서 미처리 기판을 처리하는 동안, 로드락 챔버 내에서는 공정 1이 수행된다. 이후 공정 2 내지 공정 10이 이어진다.
도 7에 도시된 바와 같이, 이 실시양태에서, 로드락 챔버의 관점에서 엔드 이펙터 상의 미처리 기판과 처리 기판을 교체하는데 걸리는 시간은 7.7초이다(공정 1의 시작부터 공정 7의 끝까지). 이러한 점은 산출량에 있어서 상당한 향상이다. 미국특허 제6,860,711호에서, 버퍼 메커니즘이 이용된다 하더라도, 로드락 챔버의 관점에서 엔드 이펙터 상의 미처리 기판과 처리 기판을 교체하는데 걸리는 시간은 20초이다. 본 실시양태에 이용된 흐름은 상당히 효율적이다.
버퍼 메커니즘은 수직 방향 및 횡방향으로 이동할 수 있고 기판을 버퍼링할 수 있는 임의의 적절한 버퍼 메커니즘일 수 있다. 일 실시양태에서, 버퍼 메커니즘은 상부 엔드 이펙터 상에 기판을 버퍼링하고, 반면에 승강 핀들은 하부 엔드 이펙터 상에 기판을 버퍼링한다.
기판을 이송하는 방법은 반도체 제조 외의 임의의 적절한 응용에 적용될 수 있다. 기판들은 제1챔버와 제2챔버의 사이에서 이송될 수 있다. 기판은 임의의 타입의 기판이 될 수 있다. 일 실시양태에서, 제1기판이 제1챔버에서 이송 암의 상부 엔드 이펙터 상에 로딩된다(공정 (i)). 이송 암은 제1챔버로부터 제2챔버측으로 횡방향으로 연장되고, 이에 의해 제2챔버 내의 제2기판은 이송 암의 상부 엔드 이펙터 및 하부 엔드 이펙터 사이에 위치하는데, 여기서 제1기판은 상부 엔드 이펙터 상에 위치한다(공정 (ⅱ)). 제1기판은 상부 엔드 이펙터로부터 언로딩되고, 제2기판을 하부 엔드 이펙터 상에 로딩시킨다(공정 (ⅲ)). 이송 암은 제2챔버로부터 제1챔버측으로 복귀된다(공정 (ⅳ)). 제2기판은 하부 엔드 이펙터로부터 언로딩되고, 제1챔버 내에서 공정 (i)이 수행된다(공정 (v)). 이후 공정 (ⅱ) 내지 공정 (v)가 이어진다.
본 발명의 적어도 하나의 실시양태는 적어도 다음의 효과들을 보여줄 수 있다. 이러한 효과들이 모든 실시양태들을 한정하기 위한 것은 아니다.
이중의 엔드 이펙터와 버퍼 메커니즘을 조합하여, 반응기 내부에서 처리된 웨이퍼 또는 미처리된 웨이퍼들은 대기 상태로 유지함으로써, 처리된 웨이퍼 및 미처리된 웨이퍼가 매우 효과적으로 교환될 수 있다. 그렇게 할 때, 반응기 하나당 하나의 이송 암을 가지고 있는 구조에도 불구하고, 이중 암을 가지는 장치보다 더 큰 성능을 가지는 장치가 달성될 수 있다. 따라서, 이송속도를 제한하는 요소들에 의해 발생되는 문제가 해결되고, 안정적인 공정과 매우 높은 산출량을 현실화하는 반도체 처리장치가 실현될 수 있다.
또한, 이중 암을 가지는 전통적인 장치와 비교할 때 로드락 챔버의 부피가 감소될 수 있기 때문에, 적은 비용, 작은 풋프린트 및 작은 페이스프린트를 실현하는 반도체 처리장치가 제공될 수 있다.
본원의 개시에 조건 및/또는 구조가 특정되지 않은 경우, 당업자는 본원의 개시를 고려하여 통상적인 실험에 따라, 이러한 조건 및/또는 구조를 용이하게 제공할 수 있다.
당해 기술분야의 통상의 기술자는, 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않은 많은 다양한 변형례들이 만들어질 수 있다는 사실을 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명의 형태들은 단지 예시적인 것에 지나지 않고, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니라는 것이 명백히 이해되어야 한다.
본 발명의 여러 특징들은, 본 발명을 예시하지만 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시양태들의 도면을 참조하며 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른, FOUP, 미니환경(mini-environment) 및 반응기 유닛을 포함한 장치를 설명하기 위한 평면도.
도 2a는 도 1에 도시된 반응기 유닛을 설명하기 위한 평면도.
도 2b는 본 발명의 일 실시양태에 따른 상기 반응기 유닛의 변형된 측면도로서, 웨이퍼 승강 핀들과 버퍼 메커니즘이 나타날 수 있도록 변형된다.
도 3a는 도 1에 도시된 로드락 챔버와 대기압 로봇을 설명하기 위한 평면도.
도 3b는 도 1에 도시된 로드락 챔버와 대기압 로봇을 설명하기 위한 측면도.
도 4는 본 발명의 일 실시양태에 따른 엔드 이펙터들을 설명하기 위한 측면도.
도 5는 본 발명의 일 실시양태에 따른 엔드 이펙터들의 개략적인 사시도.
도 6a는 본 발명의 일 실시양태에 따른 버퍼 메커니즘의 바닥 단부로부터 본 분해 사시도.
도 6b는 본 발명의 일 실시양태에 따른 구동부의 부분적인 단면 사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시양태에서 미처리 웨이퍼 및 처리 웨이퍼를 버퍼링할 때의 작동 흐름을 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시양태에서 반응기의 작동의 개략적인 다이어그램.
상기 도면들에 사용된 부재번호는 다음과 같다. 1은 반응기, 2는 로드락 챔 버, 3은 이송 암, 4는 지지 수단, 5는 지지 수단, 6은 실린더, 7은 서셉터 구동 모터, 8은 승강 액츄에이터, 9는 회전 액츄에이터, 10: 벨로우즈, 11은 회전 액츄에이터, 12는 반도체 웨이퍼, 13은 게이트 밸브, 14는 서셉터, 15는 웨이퍼 승강 핀, 16은 오링, 17인 메인 샤프트, 20은 플래퍼(flapper) 밸브, 21은 센서 도그, 22는 광전 센서, 23은 슬라이드 샤프트, 24는 오링 시일(seal), 25는 반응기 바닥부에 부착되는 부분, 31은 하부 엔드 이펙터, 32는 지지 부재, 33은 상부 엔드 이펙터, 34는 단부, 35는 이동 방향, 36은 후퇴 방향, 104는 게이트 밸브, 105는 대기압 로봇, 106은 FOUP 또는 카세트이다.

Claims (20)

  1. 반응 챔버 내의 기판들을 로딩 및 언로딩하기 위한 기판 이송장치에 있어서,
    직선 방향을 따라 횡(橫)으로 이동 가능한, 말단부를 가진 암(arm); 및
    반응 챔버 내의 기판들을 로딩 및 언로딩하기 위한 엔드 이펙터(end-effector)들;을 구비하고,
    상기 엔드 이펙터들은 하부 엔드 이펙터 및 상부 엔드 이펙터를 포함하고,
    상기 하부 엔드 이펙터 또는 상기 상부 엔드 이펙터 중 어느 하나는 상기 암의 말단부에서 상기 암에 이동 가능하게 결합되고, 상기 하부 엔드 이펙터 또는 상기 상부 엔드 이펙터 중 다른 하나는 상기 이동 가능하게 결합된 엔드 이펙터에 고정되며,
    상기 이동 가능하게 결합된 엔드 이펙터는 전측부, 후측부, 우측부, 좌측부를 구비하고, 상기 고정된 엔드 이펙터는 오직 상기 우측부 및 상기 좌측부에서 상기 이동 가능하게 결합된 엔드 이펙터에 고정되는 다중의 부분들을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 이송장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동 가능하게 결합된 엔드 이펙터는 하부 엔드 이펙터이고,
    상기 고정된 엔드 이펙터는 상부 엔드 이펙터인 것을 특징으로 하는 기판 이송장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동 가능하게 결합된 엔드 이펙터의 전측부 및 후측부는, 상기 이동 가능하게 결합된 엔드 이펙터가 횡으로 이동하는 방향을 대면하는 것을 특징으로 하는 기판 이송장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 암은 상기 엔드 이펙터들을 일 방향을 따라 횡으로 그리고 직선으로 이동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 이송장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 암은 관절에 의해 이동 가능하게 상호 결합된 근접 링크부와 말단 링크부를 구비하고,
    상기 엔드 이펙터들은 관절에 의해 상기 말단 링크부에 이동 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 기판 이송장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 암과 상기 엔드 이펙터들이 후퇴 위치에 있을 때, 상기 암과 상기 엔드 이펙터들이 배치되는 로드락(load-lock) 챔버를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 이송장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 상부 엔드 이펙터는, 상호 평행하게 배치되고, 상기 하부 엔드 이펙터의 우측부 및 좌측부에 각각 고정되는, 2개의 긴 형상의 부분들로 구성된 것을 특징으로 하는 기판 이송장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상부 엔드 이펙터의 각각의 긴 형상의 부분은 2개의 기판 접촉부를 가지고, 상기 하부 엔드 이펙터는 4개의 기판 접촉부를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 이송장치.
  9. 로드락 챔버;
    게이트 밸브(gate valve)를 통하여 상기 로드락 챔버에 연결된 적어도 하나의 반응 챔버; 및
    상기 로드락 챔버 내에 배치된 제1항의 기판 이송장치;를 포함하고,
    상기 반응 챔버 내의 기판들을 로딩 및 언로딩하기 위해 개방되었을 때, 상기 암과 상기 엔드 이펙터들은 상기 게이트 밸브를 통해 상기 반응 챔버로 연장 가능한 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 로드락 챔버 내의 기판들을 로딩 및 언로딩하기 위해 개방되었을 때, 상기 게이트 밸브를 통해 상기 로드락 챔버로 접근 가능한 대기압 로봇(atmospheric robot)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 그 내부에서 기판을 대기 상태로 유지하기 위한 버퍼 메커니즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  12. 반응 챔버와 게이트 밸브를 통해 연결된 로드락 챔버 사이에서 기판을 이송하는 방법에 있어서,
    (i) 상기 로드락 챔버 내에서, 미처리 기판(unprocessed substrate)을 이송 암의 상부 엔드 이펙터 상에 로딩하는 단계;
    (ⅱ) 상기 반응 챔버 내에서 처리 기판(processed substrate)이 배치되는 서셉터를 하강시키고, 그로 인해 상기 서셉터로부터 상측으로 연장되는 승강 핀들 위에서 상기 처리 기판을 지지하는 단계;
    (ⅲ) 상기 게이트 밸브가 개방되면, 상기 이송 암을 상기 로드락 챔버로부터 상기 반응 챔버측으로 횡방향으로 연장하고, 이에 의해 상기 승강 핀들 상에 지지된 상기 처리 기판은 상기 이송 암의 상부 엔드 이펙터 및 하부 엔드 이펙터 사이에 위치하며, 상기 미처리 기판은 상기 상부 엔드 이펙터 상에 위치하는 단계;
    (ⅳ) 상기 반응 챔버 내에 마련된 버퍼 암들을 이용하여 상기 미처리 기판을 지지하며, 그로 인해 상기 버퍼 암들 상에 상기 미처리 기판을 로딩하는 단계;
    (v) 상기 승강 핀들을 하강시키면서 상기 미처리 기판과 함께 상기 버퍼 암들을 상승시키며, 그로 인해 상기 처리 기판을 상기 하부 엔드 이펙터 상에 배치시키는 단계;
    (ⅵ) 상기 이송 암을 상기 반응 챔버로부터 상기 로드락 챔버측으로 후퇴시키고, 상기 게이트 밸브를 폐쇄하는 단계;
    (ⅶ) 상기 미처리 기판과 함께 상기 버퍼 암들을 하강시키고, 그로 인해 상기 서셉터로부터 상측으로 연장되는 승강 핀들 위에서 상기 미처리 기판을 지지하는 단계;
    (ⅷ) 상기 서셉터를 상승시키고, 그로 인해 상기 서셉터 상에 상기 미처리 기판을 로딩하는 단계;
    (ⅸ) 상기 처리 기판을 상기 하부 엔드 이펙터로부터 언로딩하고, 상기 반응 챔버 내에서 상기 미처리 기판을 처리하는 동안, 상기 로드락 챔버 내에서 (i) 단계를 수행하는 단계로서, 이후 (ⅱ) 단계부터 (ⅸ) 단계가 뒤따르는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이송 암은,
    액츄에이터와 연결되어 횡방향 운동의 다중의 축들을 가지고 횡방향으로 이동하도록 구성된, 말단부를 가진 암; 및
    상기 하부 엔드 이펙터 및 상기 상부 엔드 이펙터를 포함하고,
    상기 하부 엔드 이펙터는 상기 암의 말단부에서 상기 암에 이동 가능하게 결합되고, 상기 상부 엔드 이펙터는 상기 하부 엔드 이펙터에 고정되며,
    상기 하부 엔드 이펙터는 횡으로 이동하는 방향에 대하여 전측부, 후측부, 우측부, 좌측부를 구비하고, 상기 상부 엔드 이펙터는 오직 상기 우측부 및 상기 좌측부에서 상기 하부 엔드 이펙터에 고정되는 다중의 부분들을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 암은 상기 엔드 이펙터들을 일 방향을 따라 횡으로 그리고 직선으로 이동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 암은 관절에 의해 이동 가능하게 상호 결합된 근접 링크부와 말단 링크부를 구비하고,
    상기 엔드 이펙터들은 관절에 의해 상기 말단 링크부에 이동 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 상부 엔드 이펙터는, 상호 평행하게 배치되고, 상기 하부 엔드 이펙터 의 우측부 및 좌측부에 각각 고정되는, 2개의 긴 형상의 부분들로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 상부 엔드 이펙터의 각각의 긴 형상의 부분은 2개의 기판 접촉부를 가지고, 상기 하부 엔드 이펙터는 4개의 기판 접촉부를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 이송장치.
  18. 제1챔버와 제2챔버 사이에서 기판을 이송하는 방법에 있어서,
    (i) 상기 제1챔버 내에서 이송 암의 상부 엔드 이펙터 상에 제1기판을 로딩하는 단계;
    (ⅱ) 상기 이송 암을 상기 제1챔버로부터 상기 제2챔버 측으로 횡방향으로 연장하고, 그로 인해 상기 제2챔버 내의 제2기판은 상기 이송 암의 상부 엔드 이펙터와 하부 엔드 이펙터 사이에 위치하고, 상기 제1기판은 상기 상부 엔드 이펙터 상에 위치하는 단계;
    (ⅲ) 상기 상부 엔드 이펙터로부터 상기 제1기판을 언로딩하고, 상기 하부 엔드 이펙터 상에 상기 제2기판을 로딩하는 단계;
    (ⅳ) 상기 이송 암을 상기 제2챔버로부터 상기 제1챔버 측으로 후퇴시키는 단계; 및
    (v) 상기 하부 엔드 이펙터로부터 상기 제2기판을 언로딩하고, 상기 제1챔버 내에서 (i) 단계를 수행하는 단계로서, 이후 (ⅱ) 단계부터 (v) 단계가 뒤따르는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 이송 암은,
    액츄에이터와 연결되어 횡방향 운동의 다중의 축들을 가지고 횡방향으로 이동하도록 구성된, 말단부를 가진 암; 및
    상기 하부 엔드 이펙터 및 상기 상부 엔드 이펙터를 포함하고,
    상기 하부 엔드 이펙터는 상기 암의 말단부에서 상기 암에 이동 가능하게 결합되고, 상기 상부 엔드 이펙터는 상기 하부 엔드 이펙터에 고정되며,
    상기 하부 엔드 이펙터는 횡으로 이동하는 방향에 대하여 전측부, 후측부, 우측부, 좌측부를 구비하고, 상기 상부 엔드 이펙터는 오직 상기 우측부 및 상기 좌측부에서 상기 하부 엔드 이펙터에 고정되는 다중의 부분들을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 로드락 챔버;
    게이트 밸브를 통하여 상기 로드락 챔버에 연결된 적어도 하나의 반응 챔버; 및
    상기 로드락 챔버와 상기 반응 챔버 사이에서 기판들을 이송하고, 상기 반응 챔버로부터 후퇴하지 않고 상기 반응 챔버 내에서 미처리 기판과 처리 기판을 대기 상태로 유지하기 위한 수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
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