KR20080062220A - 반도체소자 제조용 식각설비의 멀티챔버 시스템 - Google Patents

반도체소자 제조용 식각설비의 멀티챔버 시스템 Download PDF

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KR20080062220A
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Abstract

본 발명은 멀티 챔버 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 시스템은 기판들이 적재된 카세트가 놓여지는 로드포트를 갖는 인덱스; 상기 인덱스와는 게이트밸브를 통해 연결되고, 내부공간이 대기압와 진공압으로 선택적 전환이 가능한 로드락 챔버; 상기 로드락 챔버와는 게이트밸브를 통해 연결되며, 기판 반송에 필요한 반송장치가 구비된 반송챔버가 적어도 2개 이상 직렬로 연결되어 구성되는 반송부; 및 상기 반송챔버와는 게이트밸브를 통해 연결되는 공정챔버를 포함하되; 상기 반송부는 상기 반송챔버들 간의 기판 반송을 위해 기판이 일시적으로 대기하는 2개의 버퍼스테이지가 나란하게 배치된다.
이러한 본 발명의 멀티 챔버 시스템은 설비의 폭을 획기적으로 축소함으로써, 장치비 및 설치비를 최소화할 수 있다. 또한 설비 증설이 용이하고, 기판의 전체 처리시간을 감소시킬 수 있다.

Description

반도체소자 제조용 식각설비의 멀티챔버 시스템 {MULTI-CHAMBER SYSTEM FOR ETCHING EQUIPMENT FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 챔버 시스템을 평면에서 바라본 개략적인 도면이 도시되어 있다.
도 2에는 반송로봇들이 설치된 반송챔버들의 일부를 보여주는 측단면도이다.
도 3은 본 발명에서 10개의 공정챔버가 연결된 변형예를 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110 : 인덱스
120 : 로드락 챔버
130 : 반송부
132a : 제1반송챔버
150 : 공정챔버
본 발명은 설비면적으로 최소화 할 수 있는 그리고 설비 증설이 용이한 반도체소자 제조용 식각설비의 멀티챔버 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 클라스터(cluster) 시스템은 반송 로봇(또는 핸들러;handler)와 그 주위에 마련된 복수의 처리 모듈을 포함하는 멀티 챔버형 장치를 지칭한다. 최근에는, 액정 모니터 장치(LCD), 플라즈마 디스플레이 장치, 반도체 제조 장치 등에 있어서 복수의 처리를 일관해서 실행할 수 있는 클러스터 시스템의 수요가 높아지고 있다.
특히, 플라즈마를 이용한 건식식각공정에서 사용되는 클라스터 시스템은, 플라즈마의 생성을 위하여 고진공환경이 요구되는 다수개의 공정챔버를 구비하고, 저진공상태의 중앙챔버 내에서 상기 다수개의 진공챔버로 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하는 챔버내 반송장치를 구비하는 집중형 멀티챔버 시스템이다.
통상적인 반도체소자 제조용 식각설비의 멀티챔버 시스템은, 중앙에 6각형의 중앙챔버가 설치되고, 상기 중앙챔버의 각진 측면에 각각 공정이 이루어지는 4개의 공정챔버가 연결되어 설치되는 구성이다.
그러나, 이러한 통상적인 집중형 멀티챔버 시스템은, 상술한 바와 같이 6각형의 중앙챔버를 구성하는 데 있어서(기본적으로 4개의 공정챔버와 2개의 로드락챔버로 구성되는 경우), 중앙챔버가 차지하는 면적 때문에 설비전체의 면적은 물론, 제조 라인 내의 설비배치에 있어서 중시되는 설비폭(w)이 필요이상으로 증가되고, 중앙챔버를 진공상태로 유지시키는 데 필요한 진공설비의 규모가 증가되어 장치비 및 설치비가 증가된다.
또한, 이러한 중앙챔버의 면적은, 설치되는 공정챔버의 갯수가 증가 함에 따라서 더욱 가중되는 것이다. 예를 들면 설치되는 동일크기의 공정챔버를 4개에서 6개로 증가시키려면 중앙챔버를 정8각형으로 구성하여야 하고,이 경우 중앙챔버의 면적증가는 더욱 증대된다. 때문에, 필요한 공정챔버의 갯수가 증가하면 상기와 같은 집중형 멀티챔버 시스템을 하나 더 추가하여 설치하게 된다.
그러나, 고가인 집중형 멀티챔버 시스템을 구입하는 구입비 및 설치비가 과중하게 소요되고, 필요이상으로 설비의 면적이 넓어지므로 설비의 바닥면적(Footprint)이 증가하여 고가의 유지비가 소요되는 청정실을 넓게 차지하게 되고, 공정챔버나 로드락챔버에 부설되는 각종의 공정가스 및 진공관련장치들이 중복되는 등의 문제점이 있었다.
그 뿐만 아니라, 반송 장치는 한번에 하나의 기판만을 반송한다. 예를 들어, 상기 반송 장치는 공정 챔버로부터 기판(작업 완료된 기판)을 반출하여 로드락 챔버(또는 다른 공정 챔버)로 반송하고, 로드락 챔버로부터 다른 기판을 집어 올려 상기 공정 챔버로 반입한다.
이러한 반송 장치의 동작들은 시스템 내의 기판을 처리하는데 필요한 전체 처리 시간을 증가시킨다. 이것은 생산 속도를 저하시키며 완성 제품의 비용을 증가시키는 문제점이 있다.
본 발명은 기판의 반송시간을 최소화시킬 수 있는 새로운 형태의 반도체소자 제조용 식각설비의 멀티챔버 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 양측면에 고정챔버가 연결된 반송챔버를 직렬로 연결되도록 배치함으로써 설비의 면적 및 설비폭을 획기적으로 축소할 수 있는 새로운 형태의 반도체소자 제조용 식각설비의 멀티챔버 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 불필요한 진공면적을 축소함으로써 장치비 및 설치비를 최소화할 수 있는 새로운 형태의 반도체소자 제조용 식각설비의 멀티챔버 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 양측면에 고정챔버가 연결된 반송챔버를 직렬로 연결되도록 배치함으로써 설비 증설이 용이한 새로운 형태의 반도체소자 제조용 식각설비의 멀티챔버 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 반도체소자 제조용 식각설비의 멀티챔버 시스템은 기판들이 적재된 카세트가 놓여지는 로드포트를 갖는 인덱스; 상기 인덱스와는 게이트밸브를 통해 연결되고, 내부공간이 대기압와 진공압으로 선택적 전환이 가능한 로드락 챔버; 상기 로드락 챔버와는 게이트밸브를 통해 연결되며, 기판 반송에 필요한 반송장치가 구비된 반송챔버가 적어도 2개 이상 직렬로 연결되어 구성되는 반송부; 및 상기 반송챔버와는 게이트밸브를 통해 연결되는 공정챔버를 포함하되; 상기 반송부는 상기 반송챔버들 간의 기판 반송을 위해 기판이 일시적으로 대기하는 2개의 버퍼스테이지가 나란하게 배치된다.
본 실시예에 따르면, 상기 버퍼스테이지 각각은 기판이 놓여지는 슬롯이 다 단으로 형성된다.
본 실시예에 따르면, 상기 2개의 버퍼스테이지는 공정을 진행할 기판이 대기하는 제1버퍼스테이지와, 공정을 마친 기판이 대기하는 제2버퍼스테이지를 포함한다.
예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 3을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 챔버 시스템을 평면에서 바라본 개략적인 도면이 도시되어 있다. 도 2에는 반송로봇들이 설치된 반송챔버들의 일부를 보여주는 측단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 멀티 챔버 시스템(100)은 인덱스(110), 로드락챔버(120), 반송부(130) 그리고 반송부(130)에 연결된 6개의 공정챔버(150)들을 포함한다.
인덱스(110)는 멀티 챔버 시스템(100)의 전방에 배치된다. 인덱스(110)는 기판들이 적재된 풉(front open unified pod, FOUP;일명 캐리어)(112)이 안착되는 그 리고 풉(112)의 덮개를 개폐하는 3개의 풉 오프너(이하, 로드 포트라고도 함)(114)와, 대기압에서 동작되는 대기압 반송 로봇(116)을 포함한다. 풉(112)은 생산을 위한 일반적인 로트(lot)용 캐리어로써, 물류 자동화 장치(예를 들어, OHT, AGV, RGV)에 의하여 로드 포트에 안착된다. 인덱스는 최근 300mm 웨이퍼 반송 장치로 많이 사용되는 설비 전방 단부 모듈(equipment front end module, 이하 EFEM) 또는 로드락 챔버라고 불리는 인터페이스이다.
대기압 반송 로봇(116)은 로드포트(114)와 로드락 챔버(120) 사이에서 기판을 반송하기 위해 동작할 수 있는 것이다. 대기압 반송 로봇(116)는 로드 포트(114)에 놓여진 풉(112)으로부터 일회 동작에 한 장의 기판을 반출하여 로드락 챔버(120)의 카세트(122)에 반입할 수 있는 1개의 암 구조를 갖는 로봇으로 구성될 수 있다. 인덱스(110)에 설치되는 대기압 반송 로봇(116)은 본 실시예에서 보여주는 싱글 암 구조의 방식 이외에도 통상적인 반도체 제조 공정에서 사용되는 다양한 로봇들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 두 장의 기판을 하나의 암으로 핸들링 할 수 있는 더블 블레이드 구조의 암을 구비한 로봇이나, 2개 이상의 암을 구비한 로봇 또는 이들을 혼합적으로 채용한 로봇이 사용될 수 있다.
로드락 챔버(120)는 일측이 하나의 게이트밸브(180)에 의해 인덱스(110)에 접속되고, 타측은 다른 하나의 게이트밸브(180)에 의해 반송부(130)의 제1반송챔버(132a)와 접속된다. 로드락 챔버(120)는 제1반송챔버(132a)의 반송로봇(140)이 기판을 로딩 또는 언로딩하는 시기에 제1반송챔버(132a)와 동일한(근접한) 진공분위기를 형성하며, 인덱스(110)로부터 미가공 기판을 공급받거나 이미 가공된 기판 을 인덱스(110)로 반송시키게 될 때에는 대기압 상태로서 전환된다. 즉, 로드락 챔버(120)는 제1반송챔버(132a)의 기압상태가 변화되는 것을 방지시키기 위해 그 자체적으로 진공 상태와 대기압 상태를 교차하면서 압력을 유지하게 되는 특징이 있다. 로드락챔버(120)는 기판들이 임시 대기하는 카세트를 구비한다.
반송부(130)는 기판 반송이 이루어지는 공간으로 복수의 반송챔버들이 직렬로 배치된 구조로 이루어지며, 본 실시예에서는 제1반송챔버(132a)와 제2반송챔버(132b) 그리고 제3반송챔버(132c)가 직렬로 배치된 구조를 예를 들어 설명한다. 반송부(130)는 반송챔버들(132a,132b,132c) 사이에 게이트밸브를 설치하지 않고 제1반송챔버(132a), 제2반송챔버(132b) 그리고 제3반송챔버(132c)를 일체적으로 연결한다. 즉, 반송부(130)는 제1,2,3반송챔버(132a,132b,132c) 전체를 둘러싸는 하나의 큰 챔버로 이루어진다고 볼 수 있다. 이 경우에는 제1,2,3반송챔버(132a,132b,132c) 각각에 진공펌프를 포함하는 배기 시스템을 설치할 필요가 없고, 제1,2,3반송챔버(132a,132b,132c) 중 어느 하나에만 배기 시스템을 설치하면 되기 때문에 비용의 삭감을 도모할 수 있다.
제1반송챔버(132a), 제2반송챔버(132b) 그리고 제3반송챔버(132c) 각각에는 기판 반송에 필요한 반송로봇(140)이 구비되며, 양측면에는 게이트밸브(180)를 통해 2개의 공정챔버(150)가 접속된다. 그리고, 제1반송챔버(132a)와 제2반송챔버(132b) 사이 그리고 제2반송챔버(132b)와 제3반송챔버(132c) 사이에는 반송로봇(140) 간의 기판 인계(주고받음)가 직접 이루어지지 못하기 때문에 기판 패스를 위해 기판이 일시적으로 머무르는 제1,2버퍼스테이지(142,144)가 구비된다.
제1버퍼스테이지(142)는 공정을 진행할 기판들이 대기하는 장소로 사용되고, 제2버퍼스테이지(144)는 공정을 마친 기판들이 대기하기 장소로 사용된다. 제1,2버퍼스테이지(142,144) 각각은 2장의 기판이 수납될 수 있는 슬롯(146)을 갖는다. 예를 들어, 제3반송챔버(132c)에 연결된 2개의 공정챔버(150)에서 공정이 진행되고 있는 경우, 제1버퍼스테이지(142)에는 2장의 기판이 대기하게 되며, 공정챔버(150)들에서 공정을 마친 기판들은 제2버퍼스테이지(144)에 수납된 후, 곧바로 제1버퍼스테이지(142)에서 대기중인 기판들이 공정챔버(150) 각각으로 로딩되기 때문에, 기판의 로딩/언로딩 과정에서 발생되는 로스트 타임을 최소화시킬 수 있는 것이다.
도 3은 10개의 공정챔버를 구현하기 위해 5개의 반송챔버들이 직렬로 연결된 반송부를 갖는 멀티 챔버 시스템을 보여주는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상술한 구조의 멀티 챔버 시스템(100)은 필요에 따라 모듈 단위로 공정챔버(150)들을 용이하게 증설 할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 멀티 챔버 시스템은 도 3에서와 같이, 반송챔버(132d,132e)를 추가 연결하고, 추가로 연결된 반송챔버(132d,132e)의 양측에 공정챔버(150)를 연결 배치하는 것으로 공정챔버의 증설이 이루어진다. 따라서, 기존의 중앙 집중형 멀티챔버 시스템에 비해 공정챔버의 증설이 용이하다. 특히, 본 발명의 멀티 챔버 시스템(100)은 기존의 중앙 집중형 시스템과 비교하면, 설비의 폭을 최소화할 수 있게 된다. 따라서, 설비면적은 통상적인 멀티챔버 시스템과 비교하여 월등하게 축소될 뿐만 아니라, 설비를 더욱 콤팩트(compact)하게 구성할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 공정 챔버(150)들은 인터커넥트 구조들을 형성하기 위해 절연막에 애퍼쳐(aperture)들이나 개구들을 에치하도록 구성된 식치 챔버로 설명하였으나, 그 외에도 다양한 기판 프로세싱 작동들을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버는 절연막을 증착시키도록 구성된 CVD 챔버일 수 있고; 공정 챔버는 장벽(barrier) 막을 증착시키도록 구성된 PVD 챔버일 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 멀티 챔버 시스템의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
이와 같은 본 발명은 설비 폭을 획기적으로 축소할 수 있다. 또한, 본 발명은 설비 증설이 용이하다. 또한 본 발명은 불필요한 진공면적을 축소함으로써 장치비 및 설치비를 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명은 작업완료된 기판과 작업대기중인 기판의 교환 동작이 연속적으로 이루어짐으로써 기판의 전체 처리시간을 감소시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 반도체소자 제조용 식각설비의 멀티챔버 시스템에 있어서:
    기판들이 적재된 카세트가 놓여지는 로드포트를 갖는 인덱스;
    상기 인덱스와는 게이트밸브를 통해 연결되고, 내부공간이 대기압와 진공압으로 선택적 전환이 가능한 로드락 챔버;
    상기 로드락 챔버와는 게이트밸브를 통해 연결되며, 기판 반송에 필요한 반송장치가 구비된 반송챔버가 적어도 2개 이상 직렬로 연결되어 구성되는 반송부; 및
    상기 반송챔버와는 게이트밸브를 통해 연결되는 공정챔버를 포함하되;
    상기 반송부는 상기 반송챔버들 간의 기판 반송을 위해 기판이 일시적으로 대기하는 2개의 버퍼스테이지가 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 식각설비의 멀티챔버 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼스테이지 각각은 기판이 놓여지는 슬롯이 다단으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 식각설비의 멀티챔버 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 버퍼스테이지는 공정을 진행할 기판이 대기하는 제1버퍼스테이지 와, 공정을 마친 기판이 대기하는 제2버퍼스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 식각설비의 멀티챔버 시스템.
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