KR20130040685A - 다중 기판 프로세싱을 위한 세그먼트화된 기판 로딩 - Google Patents

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KR20130040685A
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Abstract

본 발명의 실시예들은 세그먼트 별로 다중 기판 프로세싱 챔버에 로딩 및 언로딩하는 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예는 다중 기판을 프로세싱하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 복수의 세그먼트를 형성하는 복수의 기판 포켓을 가진 기판 지지 트레이와, 상기 기판 지지 트레이의 기판 포켓의 세그먼트에 대해 기판을 픽업하고 내려놓도록 구성된 기판 핸들링 조립체를 포함한다.

Description

다중 기판 프로세싱을 위한 세그먼트화된 기판 로딩{SEGMENTED SUBSTRATE LOADING FOR MULTIPLE SUBSTRATE PROCESSING}
본 발명의 실시예들은 프로세싱중 기판을 핸들링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 다중 기판을 동시에 프로세스하는 프로세싱 챔버, 예를 들어, 발광 다이오드(LEDs), 레이저 다이오드(LDs) 및 전력 전자기기와 같은 디바이스를 제조하기 위한 프로세싱 챔버에 기판을 로딩하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 프로세싱중 소형 기판을 프로세싱할 때, 흔히 복수의 기판들이 기판 캐리어에 로딩된 다음, 기판 캐리어와 함께 프로세싱 챔버로 반입 및 반출된다. 예를 들어, 발광 다이오드(LED)의 제조에 사용되는 사파이어 기판들은 일반적으로 배치(batch) 방식으로 프로세싱되며, 이때 사파이어 기판의 배치가 프로세싱 과정중에 기판 캐리어에 배치되고 전달된다.
그러나, 기판 캐리어의 사용은, 상이한 기판 캐리어가 프로세싱 챔버의 성능에 다르게 영향을 미치기 때문에, 프로세싱 챔버의 재현성에 영향을 미친다. 또한, 기판 캐리어의 사용은 다양한 방식으로 생산성을 제한한다. 첫째로, 기판 캐리어의 크기는 제조 방법과, 프로세싱 시스템의 슬릿 밸브 도어의 크기에 의해 제한된다. 기판 캐리어는 소정의 특성을 얻기 위해 일반적으로 실리콘 카바이드로 제조되기 때문에, 0.5m를 초과하는 직경으로 기판 캐리어를 제조하는 것은 어렵고 비용이 많이 소요된다. 따라서, 챔버들이 보다 많은 기판을 동시에 프로세싱할 수 있을지라도, 프로세싱되는 기판의 수는 사용되는 기판 캐리어의 크기에 의해 제한된다. 둘째로, 기판과 함께 기판 캐리어가 다양한 챔버들, 로딩 스테이션, 로드락 사이로 전달되고 다양한 환경에 노출됨에 따라, 프로세싱 과정중 기판 캐리어가 실질적으로 마모되기 때문에, 제조 비용이 증가하게 된다. 아울러, 기판 캐리어의 사용은 로딩, 언로딩, 랜딩중 기판을 핸들링하기 위한 로봇과 기판 캐리어를 핸들링하기 위한 로봇을 필요로 하며, 따라서, 제조 비용을 또한 증가시키게 된다.
따라서, 다중 기판 프로세싱중 기판을 핸들링하기 위한 장치 및 방법이 요구된다.
본 발명의 실시예들은 다중 기판을 동시에 프로세스하는 프로세싱 챔버에 기판을 로딩하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 세그먼트 별로(segment by segment manner) 프로세싱 챔버에 로딩 및 언로딩하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 다중 기판을 프로세싱하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 프로세싱 공간(volume)을 규정하는 챔버 본체와, 상기 프로세싱 공간에 배치된 기판 지지 트레이를 포함한다. 상기 챔버 본체는 기판이 통과할 수 있도록 하는 제 1 개구를 갖는다. 상기 기판 지지 트레이는 상면에 형성된 복수의 기판 포켓을 갖는다. 각각의 기판 포켓은 그 내부에 기판을 수용한다. 상기 복수의 기판 포켓은 복수의 세그먼트를 형성한다. 상기 장치는 프로세싱 공간에 배치된 기판 핸들링 조립체를 더 포함한다. 상기 기판 핸들링 조립체는 기판 지지 트레이에 대해 상대적으로 이동하고, 상기 기판 핸들링 조립체와 정렬된 로딩 위치에서 상기 기판 포켓의 세그먼트로부터 기판을 픽업하고 기판 포켓 세그먼트에 기판을 내려놓는다. 상기 복수의 세그먼트는 각각 상기 기판 핸들링 조립체와 정렬될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 제 1 프로세싱 챔버를 포함하여 다중 기판을 프로세싱하는 클러스터 툴을 제공한다. 또한, 상기 클러스터 툴은 상기 제 1 프로세싱 챔버의 제 1 개구를 통해 상기 제 1 프로세싱 챔버에 선택적으로 연결되는 전달 챔버와, 상기 제 1 프로세싱 챔버에서 기판을 로딩 및 언로딩하기 위해 상기 전달 챔버에 배치된 기판 전달 로봇을 포함한다. 상기 기판 전달 로봇은 하나 또는 둘 이상의 기판 포켓을 가진 제 1 로봇 블레이드를 포함한다. 상기 제 1 로봇 블레이드의 상기 하나 또는 둘 이상의 기판 포켓은 상기 제 1 프로세싱 챔버의 제 1 기판 지지 트레이 상의 각 세그먼트의 상기 하나 또는 둘 이상의 기판 포켓과 동일한 패턴으로 배열된다.
본 발명의 또 다른 실시예는 다중 기판 프로세싱중 기판을 핸들링하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 외부 기판 전달 로봇으로부터 다중 기판 프로세싱 챔버내의 기판 지지 트레이의 제 1 세그먼트에 하나 또는 둘 이상의 기판을 수용하는 단계를 포함한다. 상기 다중 기판 프로세싱 챔버는 전술한 바와 같은 특징을 갖는다. 또한, 상기 방법은 상기 기판 핸들링 조립체와 상기 기판 지지 트레이의 제 2 세그먼트를 정렬하기 위해 상기 기판 지지 트레이를 회전시키는 단계와, 상기 외부 기판 전달 로봇으로부터 상기 기판 지지 트레이의 상기 제 2 세그먼트에 하나 또는 둘 이상의 기판을 수용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 전술한 특징을 보다 구체적으로 이해할 수 있도록, 그 일부가 첨부도면에 도시된 실시예를 참조하여, 위에서 약술한 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 첨부도면은 오직 본 발명의 전형적인 실시예들을 도시한 것이며, 따라서 그 범주를 한정하는 것으로 이해되어서는 아니되고, 본 발명은 다른 등가의 실시예를 포함할 수 있음을 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기판 프로세싱 챔버를 포함한 클러스터 툴의 평면도이고,
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 전달 로봇과 다중 기판 프로세싱 챔버를 개략적으로 도시한 평면도이며,
도 2b는 기판 전달 위치에서 도 2a의 다중 기판 프로세싱 챔버를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2c는 기판 캐리어가 제거된 상태에서 다중 기판 프로세싱 챔버를 개략적으로 도시한 평면도이며,
도 2d는 세그먼트 스위칭 위치에서 도 2a의 다중 기판 프로세싱 챔버를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 그래빙(grabbing) 조립체를 개략적으로 도시한 사시도이며,
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 트레이의 부분 평면도이고,
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 트레이 캐리어의 부분 단면도이며,
도 4b는 리프팅 핀을 수용하는 도 4a의 기판 지지 트레이의 부분 단면도이고,
도 5a는 소형 기판을 프로세스하기 위해 서브(sub-) 캐리어를 사용하는 기판 캐리어를 개략적으로 도시한 평면도이며,
도 5b는 도 5a의 기판 캐리어의 부분 단면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 2개의 기판을 동시에 전달하도록 구성된 전달 로봇을 가진 기판 프로세싱 시스템을 개략적으로 도시한 평면도이며,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 다중 기판을 동시에 전달하도록 구성된 전달 로봇을 가진 기판 프로세싱 시스템을 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기판 프로세싱 챔버를 포함한 클러스터 툴의 평면도이며,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 기판 프로세싱 챔버를 포함한 클러스터 툴의 평면도이고,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기판 프로세싱을 위한 라이너 클러스터 툴의 평면도이다.
이해를 용이하게 하도록, 도면에서 공통된 동일 요소는 가능한 동일한 참조번호를 사용하여 표시하였다. 일 실시예에 개시된 요소들은 특별한 언급없이 다른 실시예들에서도 유리하게 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들은 다중 기판을 프로세스하도록 구성된 프로세싱 챔버에 로딩 및 언로딩하는 장치 및 방법을 제공한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 세그먼트 별로 프로세싱 챔버에 로딩 및 언로딩하는 장치 및 방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 실시예들은 프로세싱 챔버의 내외로 기판 지지 트레이를 반입 및 반출하지 않고 프로세싱 챔버의 내외로 다중 기판을 반입 및 반출하는 장치 및 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기판 프로세싱을 위한 클러스터 툴(100)의 평면도이다. 상기 클러스터 툴(100)은 일반적으로 기판에 대해 다양한 프로세스가 실시될 수 있는 프로세싱 환경을 생성한다. 일 실시예에서, 상기 클러스터 툴(100)은 발광 다이오드(LEDs), 레이저 다이오드(LDs) 및 전력 전자기기와 같은 질화 화합물 반도체 디바이스를 제조하기 위한 것이다. 일반적으로, 상기 클러스터 툴(100)은 당해 클러스터 툴(100)에서 실시되는 다양한 프로세스들을 실행하도록 프로그램된 시스템 컨트롤러(102)를 포함한다.
상기 클러스터 툴(100)은 전달 챔버(112)에 연결된 복수의 프로세싱 챔버(104,106,108,110)를 포함한다. 각 프로세싱 챔버(104,106,108,110)는 다중 기판(126)을 동시에 프로세스하도록 구성되어 있다. 상기 프로세싱 챔버(104,106,108,110)는 서로 다른 기판 프로세싱 용량을 가질 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 챔버(104)는 프로세싱 챔버(106,108,110)가 프로세스할 수 있는 기판 수의 2배를 동시에 프로세스할 수 있다.
또한, 상기 클러스터 툴(100)은 상기 전달 챔버(112)에 연결된 로드락 챔버(116)를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 클러스터 툴(100)은, 예를 들어, 기판 배향, 기판 검사, 가열, 냉각, 탈가스 등과 같은 다양한 프로세싱 기능을 제공하기 위해 상기 전달 챔버(112)에 연결된 하나 또는 둘 이상의 서비스 챔버(124)를 또한 포함한다. 상기 전달 챔버(112)는 전달 공간(152)을 규정한다. 상기 프로세싱 챔버(104,106,108,110), 상기 로드락 챔버(116) 및 선택적으로 상기 서비스 챔버(124) 간에 기판(126)을 전달하기 위한 기판 전달 로봇(114)이 상기 전달 공간(152)에 배치된다. 상기 전달 공간(152)은 각각 슬릿 밸브(144,146,148,150,142)를 통해 상기 프로세싱 챔버(104,106,108,110) 및 상기 로드락 챔버(116)와 선택적으로 유체 소통한다.
상기 클러스터 툴(100)은 하나 또는 둘 이상의 포드 로더(pod loader)(122)와 상기 로드락 챔버(116)를 연결하는 팩토리 인터페이스(factory interface; 118)를 포함한다. 상기 로드락 챔버(116)는 상기 팩토리 인터페이스(118)와 상기 전달 챔버(112) 사이에 제 1 진공 인터페이스를 제공하며, 그러한 제 1 진공 인터페이스는 프로세싱중 진공 상태로 유지될 수 있다. 각 포드 로더(122)는 복수의 기판을 고정하여 전달하기 위한 카세트(128)를 수용하도록 구성되어 있다. 상기 팩토리 인터페이스(118)는 상기 로드락 챔버(116)와 상기 하나 또는 둘 이상의 포드 로더(122) 사이에 기판을 실어나르도록 구성된 FI 로봇(120)을 포함한다.
상기 기판 전달 로봇(114)은 상기 프로세싱 챔버(104,106,108,110), 상기 로드락 챔버(116) 및 상기 서비스 챔버(124) 간에 하나 또는 둘 이상의 기판(126)을 운반하고 그리고 각 챔버에 로딩/언로딩하기 위한 로봇 블레이드(130)를 포함한다.
각 프로세싱 챔버(104,106,108,110)는 기판 지지 트레이(132,134,136,138)를 각각 포함한다. 각 기판 지지 트레이(132,134,136,138)는 프로세싱중 각 프로세싱 챔버(104,106,108,110) 내에서 다중 기판(126)을 지지하도록 구성된다. 프로세싱중, 상기 기판 지지 트레이(132,134,136,138)는 각각의 프로세싱 챔버 내에 유지되며, 프로세싱 챔버들 간에 기판(126)과 함께 이동하지 않는다. 일 실시예에서, 상기 로드락 챔버(116)는 프로세싱 챔버(104,106,108,110) 내의 기판 지지 트레이(132,134,136,138)와 유사한 내장형(stay-in) 기판 지지 트레이(140)를 포함할 수도 있다. 도 1에 도시된 예시적 실시예에서, 상기 기판 지지 트레이(132)는 직경이 6인치인 8개의 기판을 유지하도록 구성되어 있으며, 상기 기판 지지 트레이(134,136,138,140)는 직경이 6인치인 4개의 기판을 유지하도록 구성되어 있다. 직경이 2인치이거나, 4인치이거나, 8인치인 기판들과 같이, 크기가 상이한 기판들을 프로세싱하는 경우, 상이한 기판 지지 트레이가 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 각 프로세싱 챔버(104,106,108,110)는 세그먼트화된 방식으로 상기 기판 전달 로봇(114)에 의해 로딩 또는 언로딩될 수 있다. 상기 기판 전달 로봇(114)은 각 프로세싱 챔버(104,106,108,110)의 세그먼트에 대해 기판(126)들을 전달하거나 그로부터 기판(126)들을 회수하도록 구성되어 있다. 특히, 상기 기판 전달 로봇(114)은 상기 기판 지지 트레이(132,134,136,138)의 세그먼트를 1회 주행으로 로딩 또는 언로딩할 수 있다. 상기 기판 지지 트레이(132,134,136,138)의 각 세그먼트에는 하나 또는 둘 이상의 기판(126)이 있을 수 있다. 각 프로세싱 챔버(104,106,108,110)는 상기 기판 전달 로봇(114)의 다수회 주행으로 로딩 또는 언로딩된다. 하나의 세그먼트를 로딩 및/또는 언로딩한 후, 전체 챔버가 로딩 및/또는 언로딩될 때까지 상기 로딩 및/또는 언로딩을 반복하기 위하여 상기 기판 전달 로봇(114)과 신규 세그먼트를 정렬시키도록 상기 기판 지지 트레이(132,134,136,138)가 이동될 수 있다. 세그먼트화된 로딩을 가능하게 하는 기판 전달 로봇과 프로세싱 챔버의 실시예에 대한 세부사항에 대하여, 이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여 더 상술하기로 한다.
세그먼트화된 로딩은 상기 기판 전달 로봇(114)이 상이한 용량을 가진 프로세싱 챔버들과 호환(compatible)될 수 있도록 한다. 상기 기판 지지 트레이(132,134,136,138)의 각 세그먼트는 상기 기판 전달 로봇(114)에 의해 한번에 전달될 수 있는 복수의 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 실시예에서, 상기 기판 전달 로봇(114)의 로봇 블레이드(130)는 한번에 1개의 기판을 운반하며, 상기 기판 지지 트레이(132,134,136,138)의 각 세그먼트는 1개의 기판을 포함하며, 상기 프로세싱 챔버(104,106,108,110)는 4개 및 8개의 세그먼트로 로딩/언로딩된다. 그러나, 챔버 용량 및 세그먼트 배열은 프로세싱 레시피 및 프로세싱되는 기판의 크기와 같은 다양한 변수에 따라 변형될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 클러스터 툴(100)은 발광 다이오드(LED)를 제조하도록 구성되고, 상기 프로세싱 챔버(104,106,108,110)는 Ⅲ족 질화막을 형성하도록 구성된 금속유기화학기상증착(MOCD) 챔버 및/또는 수소화물 기상에피택시(HVPE) 챔버이다.
일반적으로, LED 디바이스는 기판상에 n-GaN(n 도핑된 GaN)층, MQW(다중양자우물(Multi-Quantum Well))층 및 (p 도핑된 AlGaN층 및 p 도핑된 GaN층을 포함하는)p-GaN층을 포함하는 박막을 적층함으로써 형성된다. 모든 층들은 MOCVD로 형성될 수 있다. MOCVD를 이용할 때, 상기 n-GaN층과 MQW층은 p-GaN층을 형성할 때보다 시간이 더 오래 걸린다. 대안적으로, 상기 n-GaN층은 빠른 성장속도를 얻기 위해 HVPE를 이용하여 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 LED 디바이스를 제조할 때 전체 효율을 향상시키기 위한 클러스터 툴에서의 프로세싱 챔버의 배열을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 클러스터 툴(100)은 MOCVD를 이용하여 기판상에 LED 디바이스를 형성하기 위해 기판상에 n-GaN층, MQW층, 및 p-GaN층을 연속적으로 형성하도록 구성되어 있다. 특히, 상기 프로세싱 챔버(106,108,110)의 기판 프로세싱 용량의 2배의 용량을 가진 상기 프로세싱 챔버(104)는 기판(126)상에 n-GaN층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이고, 상기 프로세싱 챔버(106,108)는 기판(126)상에 MQW층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이며, 상기 프로세싱 챔버(110)는 기판(126)상에 p-GaN층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이다. n-GaN 증착 프로세스에 대형 프로세싱 챔버(104)를 배정하고, MQW 증착 프로세스에 2개의 프로세싱 챔버(106,108)를 배정함으로써, 이 배열은 프로세스간 대기 시간을 줄이고 효율을 향상시킨다.
프로세싱중, 카세트(128) 내에서 프로세싱되는 기판(126)들은 상기 포드 로더(122)중 하나내로 먼저 로딩된다. 그 다음, 상기 FI 로봇(120)이 포드 로더(122)로부터 기판(126)들을 픽업하고, 상기 기판(126)들을 로드락 챔버(116) 내의 기판 지지 트레이(140)로 전달한다. 대안적으로, 상기 기판 지지 트레이(140)가 상기 로드락 챔버(116)에 존재하지 않는 경우, 상기 FI 로봇(120)은 상기 카세트(128)를 로드락 챔버(116)로 전달할 수 있다. 상기 기판 지지 트레이(140) 상에 또는 상기 카세트(128)에 기판(126)들을 가진 상기 로드락 챔버(116)는 밀봉되며, 상기 전달 챔버(112)의 분위기에 가까운 분위기로 펌핑업된다. 그 다음, 상기 로드락 챔버(116)와 상기 전달 챔버(112) 사이의 슬릿 밸브(142)가 개방됨으로써, 상기 기판 전달 로봇(114)이 로드락 챔버(116) 내의 기판(126)들을 픽업할 수 있게 된다.
상기 기판 전달 로봇(114)은 로봇 블레이드(130)를 로드락 챔버(116) 속으로 연장하여 그 내부의 기판(126)을 픽업하며, 상기 기판(126)과 함께 상기 로봇 블레이드(130)를 전달 공간(152)으로 회수한다. 그 다음, 상기 프로세싱 챔버(104)내로 기판(126)을 로딩하기 위해, 상기 기판 전달 로봇(114)은 상기 로봇 블레이드(130)를 회전시키고 상기 프로세싱 챔버(104)와 정렬시킨다. 선택적으로, 상기 기판 전달 로봇(114)은, 프로세싱 챔버(104)에 기판(126)을 로딩하기 전에, 정렬, 예열, 세척 또는 검사하기 위해 기판(126)을 서비스 챔버(124)로 먼저 전달할 수 있다.
상기 로봇 블레이드(130)는 슬릿 밸브(144)를 통해 상기 프로세싱 챔버(104)로 연장하며, 상기 슬릿 밸브는, 상기 기판 지지 트레이(132)가 상기 기판 전달 로봇(114)과 하나의 세그먼트를 정렬시키기 위해 회전할 때, 기판(126)을 수용하기 위해 개방된다. 상기 프로세싱 챔버(104)에 하나의 기판이 로딩된다. 상기 기판 전달 로봇(114)은, 프로세싱 챔버(104)가 채워질 때까지, 상기 프로세싱 챔버(104)를 세그먼트 별로 로딩하기 위해, 로드락 챔버(116)로부터의 기판(126) 픽업과 프로세싱 챔버(104)에 대한 기판(126) 로딩을 반복한다.
그 다음, 상기 슬릿 밸브(144)는 폐쇄되고, 상기 기판(126)상에 n-GaN층을 증착하기 위한 프로세스가 프로세싱 챔버(104)에서 실시된다. 상기 프로세싱 챔버(104)에서의 프로세스가 완료된 후, 상기 프로세싱 챔버(104)는 펌핑 아웃되고, 슬릿 밸브(144)는 개방된다. 상기 기판 전달 로봇(114)은 상기 프로세싱 챔버(104)로부터 n-GaN층을 가진 기판(126)을 회수하여, 상기 n-GaN층을 가진 기판(126)을 상기 프로세싱 챔버(106,108)로 세그먼트별로 전달하거나, 또는 도 1에 도시된 구성에서는 하나씩 전달한다.
각 프로세싱 챔버(106,108)가 n-GaN층을 가진 기판(126)들로 로딩된 후, 상기 슬릿 밸브(146,148)는 폐쇄되고, 상기 기판(126)상에 MQW층을 증착하기 위한 프로세스가 각 프로세싱 챔버(106,108)에서 실시된다. 상기 프로세싱 챔버(106,108)에서 MQW층의 증착이 이루어지는 동안, 상기 기판 전달 로봇(114)은 신규 기판(126) 배치(batch)에 대한 프로세싱을 시작하기 위해 상기 프로세싱 챔버(104)에 상기 신규 기판(126) 배치를 리로딩할 수 있다.
상기 프로세싱 챔버(106)에서의 프로세스가 완료된 후, 상기 프로세싱 챔버(106)는 펌핑 아웃되고, 슬릿 밸브(146)는 개방된다. 상기 기판 전달 로봇(114)은 상기 프로세싱 챔버(106)로부터 MQW층을 가진 기판(126)을 회수하여, 상기 MQW층을 가진 기판(126)을 상기 프로세싱 챔버(110)에 세그먼트별로 전달한다.
그 다음, 상기 기판(126)상에 p-GaN층을 증착하기 위한 프로세스가 프로세싱 챔버(110)에서 실시된다. p-GaN층의 증착이 완료된 후, 상기 프로세싱 챔버(110)는 펌핑 아웃되고, 상기 기판 전달 로봇(114)은 상기 로드락 챔버(116)로 p-GaN층을 가진 기판(126)을 전달한다. 선택적으로, 상기 기판(126)들은 로드락 챔버(116)로 돌아가기 전에 냉각 또는 실험을 위해 상기 서비스 챔버(124)로 전달될 수 있다.
그 다음, 상기 기판(126)들은 프로세싱 챔버(108)로부터 p-GaN층의 증착을 위해 프로세싱 챔버(110)로 전달된다. 그 다음, 프로세싱된 기판(126)들은 프로세싱 챔버(110)로부터 로드락 챔버(116)로 전달된다.
상기 FI 로봇(120)은 프로세싱된 기판(126)들을 로드락 챔버(116)로부터 상기 포드 로더(122)로 전달하며, 여기서 상기 프로세싱된 기판(126)들은 추가의 프로세스를 위해 전달되거나 저장될 수 있다.
상기 하나 또는 둘 이상의 프로세싱 챔버를 교환하거나 프로그래밍함으로써 상기 클러스터 툴(100)이 다양한 프로세스를 수행하도록 변형될 수 있음을 주지하여야 한다.
예를 들어, 대안적 실시예에서, 상기 프로세싱 챔버(104,106,108,110)는, 기판상에 n-GaN층을 증착함으로써, LED 디바이스를 위한 GaN 형판을 상기 클러스터 툴(100)이 형성할 수 있도록 배열될 수 있다.
다른 실시예에서, GaN 형판상에 MQW(다중양자우물(Multi-Quantum Well))층, p 도핑된 AlGaN층, 및 p-GaN(p 도핑된 GaN)층을 형성함으로써, 상기 클러스터 툴(100)이 n-GaN 형판상에 LED 디바이스를 형성할 수 있도록, 상기 프로세싱 챔버(104,106,108,110)가 배열될 수 있다.
또 다른 대안적 실시예에서, 상기 프로세싱 챔버(106,108)는 n-GaN층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이고; 상기 프로세싱 챔버(104)는 MQW층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이며; 상기 프로세싱 챔버(110)는 기판(126)상에 p-GaN층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기판 프로세싱 챔버(200)를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 2b는 다중 기판 프로세싱 챔버(200)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)는 세그먼트화된 방식으로 로딩 및 언로딩되도록 구성되어 있다. 상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)는 도 1의 클러스터 툴(100)에서 프로세싱 챔버(104,106,108,110)중 하나를 대신하여 사용될 수 있다.
상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)는 프로세싱 공간(204)을 규정하는 챔버 본체(202)를 포함한다. 상기 챔버 본체(202)에는 상기 프로세싱 공간(204)에 대해 기판이 반입 및 반출할 수 있도록 하는 개구(206)가 관통하여 형성되어 있다. 상기 개구(206)는 예를 들어 슬릿 밸브 도어(208)에 의해 선택적으로 폐쇄될 수 있다. 상기 기판 전달 로봇(114)과 같은 로봇이 상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)에 기판(126)을 반입 및 반출하기 위해 사용될 수 있다.
상기 프로세싱 공간(204)에는 프로세싱중 복수의 기판(126)을 지지하기 위한 기판 지지 조립체(210)가 배치된다. 상기 기판 지지 조립체(210)는 회전 프레임(212)과, 상기 회전 프레임(212) 상에 배치된 기판 지지 트레이(214)를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)는 상기 기판 지지 조립체(210) 위에 배치된 샤워헤드 조립체(224)와, 석영 바닥(226) 아래에 배치된 열원(228)을 가진 MOCVD 챔버이다.
상기 회전 프레임(212)은 액츄에이터(218)에 연결된 샤프트(216)를 포함하며, 상기 엑츄에이터는 상기 샤프트(216)를 회전시키고 수직으로 이동시키도록 구성되어 있다. 2개 또는 3개 이상의 핑거(220)가 상기 샤프트(216)로부터 상기 기판 지지 트레이(214)가 위에 안착되어 있는 지지 링(222)까지 연장되어 있다. 상기 핑거(220)들은 일반적으로 슬림하기 때문에, 상기 기판 지지 트레이(214)의 후방면이 아래쪽에 배치된 열원(228)에 노출될 수 있도록 한다.
상기 기판 지지 트레이(214)는 상면(234)에 형성된 복수의 기판 포켓(230)을 가진 얇은 플레이트이다. 각 기판 포켓(230)은 기판(126)을 수용하도록 구성되어 있다. 복수의 기판 포켓(230)이 복수의 세그먼트로 그룹화될 수 있으며, 각 세그먼트의 기판 포켓(230)들은 세그먼트화된 로딩/언로딩이 가능하도록 동일한 패턴으로 배열된다. 일 실시예에서, 각 세그먼트는 하나의 기판 포켓(230)을 포함할 수 있다.
각 기판 포켓(230)은 하나의 기판을 수용하도록 구성된다. 일 실시예에서, 상기 기판 지지 트레이(214)는 원형이며, 샤프트(216)는 중심축(232)을 중심으로 상기 기판 지지 트레이(214)를 회전시킨다. 상기 기판 지지 트레이(214)가 중심축(232)을 중심으로 회전할 때, 모든 기판 포켓(230)이 로딩 위치(236)에 위치될 수 있도록, 상기 기판 포켓(230)들은 상기 기판 지지 트레이(214)의 상면(234)에 배열된다. 상기 기판 포켓(230) 내의 기판(126)들은 기판 지지 트레이(214)가 회전할 때 프로세싱 분위기에 균일하게 노출된다.
일 실시예에서, 상기 기판 포켓(230)들은 하나의 원형 패턴으로 상기 기판 지지 트레이(214)상에 균일하게 분포될 수 있으며, 하나의 기판 포켓(230)이 도 2a에 도시된 바와 같이 로딩 위치(236)에 한번에 정렬될 수 있다. 그러나, 상기 기판(126)들의 직경과 상기 프로세싱 공간(204)의 크기에 따라, 그에 대응하여 상기 기판 포켓(230)들이 배열됨으로써, 처리량을 개선하고 프로세스 균일성을 보장할 수 있다.
상기 기판 지지 트레이(214)는 상기 회전 프레임(212)에 탈착가능하게 배치될 수 있으며, 보수유지를 위해 교환 및 제거될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 기판 지지 트레이(214)는 사파이어 기판을 지지하기 위해 실리콘 카바이드로 제조된다.
일 실시예에서, 상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)는 기판 지지 트레이(214)의 배향을 검출하고, 하나 또는 둘 이상의 기판 포켓(230)을 로딩 위치(236)와 정렬시키도록 구성된 센서 조립체(238)를 포함한다. 상기 센서 조립체(238)는 상기 기판 지지 트레이(214) 상의 표식을 검출하기 위한 광학 센서 또는 이미지 센서일 수 있다.
상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)는 기판 지지 트레이(214) 아래에 배치된 리프트 핀 조립체(240)를 더 포함한다. 상기 리프트 핀 조립체(240)는 리프트 핀 프레임(244)에 부착된 3개 또는 4개 이상의 리프트 핀(242)을 포함한다. 상기 리프트 핀 프레임(244)은 장착 암(252)을 통해 리프트 핀 샤프트(246)에 장착된다. 일 실시예에서, 3개 또는 4개 이상의 핀 홀(250)이 기판 지지 트레이(214)를 관통하여 각 기판 포켓(230)에 형성된다. 상기 핀 홀(250)들은 기판 포켓(230)이 로딩 위치(236)에 있을 때 기판(126)을 로딩 및 언로딩하기 위해 리프트 핀(242)들이 그 내부에 삽입될 수 있도록 한다.
도 2b에 도시된 바와 같이 로딩 위치(236)에서 기판 포켓(230)에 대해 기판(126)을 리프트 핀(242)이 픽업하거나 내려놓을 수 있도록, 상기 리프트 핀 조립체(240)는 로딩 위치(236) 아래에 위치된다. 상기 로봇 블레이드(130)는, 당해 로봇 블레이드(130)가 다중 기판 프로세싱 챔버(200)로 들어갈 때, 리프트 핀(242)을 수용하기 위한 슬롯(256)에 의해 분할된 지지 핑거(254)를 포함한다. 상기 지지 핑거(254)들은 기판(126)을 그 내부에 유지하기 위한 기판 포켓을 형성한다.
상기 리프트 핀 프레임(244)과 상기 기판 지지 트레이(214)중 적어도 하나는 상기 기판 지지 트레이(214)에 리프트 핀(242)이 삽입될 수 있도록 하기 위해 수직으로 움직일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 리프트 핀 조립체(240)는 프로세싱 공간(204)에 고정적으로 배치되며, 상기 기판 지지 트레이(214)의 수직 운동이 상기 기판 지지 트레이(214)에 대한 리프트 핀(242)의 유입 및 유출을 가능하게 한다. 다른 실시예에서, 상기 리프트 핀 샤프트(246)는 상기 기판 지지 트레이(214)에 대해 수직으로 상기 리프트 핀(242)을 움직이도록 구성된 액츄에이터(248)에 연결된다.
상기 로딩 위치(236)가 상기 개구(206) 부근에 위치될 수 있음에 따라, 상기 기판 전달 로봇(114)의 로봇 블레이드(130)와 같은 외부 로봇 블레이드가 로딩 위치(236)에서 기판 포켓(230)의 내외로 하나 또는 둘 이상의 기판(126)을 픽업하거나 내려놓을 수 있다. 각 기판 포켓(230)이 로딩 위치(236)로 회전할 수 있기 때문에, 상기 기판 전달 로봇(114)은 전체 기판 지지 트레이(214)에 접근하기 위해 상기 로딩 위치(236)까지 도달할 수 있는 운동 범위를 갖기만 하면 된다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)가 로봇 범위에 의해 제한된 크기보다 더 큰 크기를 가질 수 있도록 함으로써, 처리량을 증대시킬 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 개구(206)를 통해 기판 지지 트레이(214)를 이동시킬 필요가 없기 때문에, 상기 기판 지지 트레이(214)는 상기 개구(206)의 폭보다 훨씬 더 큰 직경을 가질 수 있으며, 따라서 프로세싱되는 기판(126)의 수를 증대시킬 수 있다.
도 2c는 기판 지지 트레이(214)가 제거된 다중 기판 프로세싱 챔버(200)를 개략적으로 도시한 평면도이다. 상기 리프트 핀 프레임(244)은 3개의 리프트 핀(242)이 연장된 링일 수 있다.
도 2d는 기판 지지체 트레이(214)가 리프트 핀(242) 위에 있는 위치에서 다중 기판 프로세싱 챔버(200)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 이 위치에서, 상기 기판 지지 트레이(214)는 상기 리프트 핀 조립체(240)와 정렬하는 세그먼트를 스위칭하기 위해 상기 중심축(232)을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 상기 기판(126)들은 도 2d에 도시된 위치에서 프로세싱된다.
기판을 전달하는 동안, 상기 샤프트(216)는 로딩 위치(236)에 빈 기판 포켓(230)을 위치시키기 위해 상기 기판 지지 트레이(214)를 회전시킨다. 상기 기판 전달 로봇(114)은 다중 기판 프로세싱 챔버(200)로 블레이드(130)를 연장시키고, 상기 로딩 위치(236)에 상기 빈 기판 포켓(230) 위에 기판(126)을 위치시킨다. 상기 리프트 핀(242)은 블레이드(130)의 기판 포켓(258)으로부터 기판을 픽업하기 위해 상기 기판 지지 트레이(214)의 핀 홀(250)과 상기 블레이드(130)의 슬롯(256)을 통해 위로 움직인다. 상기 로봇 블레이드(130)는 기판 없이 회수된다. 그 다음, 상기 리프트 핀(242)은 기판 지지 트레이(214) 아래로 하강하여 상기 로딩 위치(236)에서 기판 포켓(230)에 기판을 내려놓는다.
그 다음, 상기 기판 전달 로봇(114)은 다중 기판 프로세싱 챔버(200)에서의 프로세싱을 위해 신규한 기판을 픽업하기 위해 로드락 챔버 또는 다른 프로세싱 챔버로 되돌아갈 수 있다. 상기 기판 지지 트레이(214)는 상기 로딩 위치(236)와 정렬된 다른 빈 기판 포켓(230)을 갖도록 회전한다. 그 다음, 상기 기판 전달 로봇(114)이 상기 기판 지지 트레이(214)에 기판을 로딩한다. 상기 프로세스는 기판 지지 트레이(214)가 채워질 때까지 반복될 수 있다. 그 다음, 상기 슬릿 밸브 도어(208)는 폐쇄되고, 상기 기판 지지 트레이(214) 상의 기판들은 다중 기판 프로세싱 챔버(200)의 프로세싱 공간(204)의 폐쇄된 분위기에서 프로세싱될 것이다. 프로세싱중, 상기 기판 지지 트레이(214)는 당해 기판 지지 트레이(214) 상의 다중 기판이 상기 프로세싱 분위기에 균일하게 노출되어 균일하게 프로세싱되는 것을 보장하기 위해 일정하게 회전할 수 있다.
상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)에서의 프로세싱이 완료된 후, 상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)는 펌핑 아웃되고, 상기 슬릿 밸브 도어(208)는 개방된다. 상기 기판 지지 트레이(214)는 하나의 기판 포켓(230)을 로딩 위치(236)에 위치시키고 회전을 정지한다. 상기 리프트 핀(242)은 핀 홀(250)을 통과하여 기판을 픽업한다. 그 다음, 상기 기판 전달 로봇(114)은 다중 기판 프로세싱 챔버(200) 속으로 로봇 블레이드(130)를 연장하여 상기 리프트 핀(242) 상의 기판 아래에 위치시킨다. 그 다음, 상기 리프트 핀(242)이 상기 기판 지지 트레이(214) 아래로 회수되어 상기 기판을 로봇 블레이드(130) 상에 내려놓는다. 그 다음, 상기 로봇 블레이드(130)는 기판과 함께 회수되고, 상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)로부터 하나의 기판이 언로딩된다. 상기 언로딩된 기판은 추가의 프로세싱을 위해 로드락 챔버 또는 다른 프로세싱 챔버로 전달될 수 있다. 그 다음, 다른 기판을 언로딩하기 위해, 상기 기판 지지 트레이(214)는 회전하여 기판을 가진 다른 기판 포켓(230)을 로딩 위치와 정렬시킨다. 상기 프로세스는 기판 지지 트레이가 빌때까지 반복된다.
세그먼트화된 로딩을 구현하기 위해, 상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)에서 상기 리프트 핀 조립체(240) 대신 임의의 적당한 기판 핸들링 메커니즘이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)는 상기 기판 포켓(230)으로부터 하나 또는 둘 이상의 기판(126)을 픽업하여 로봇(114)과 같은 외부 기판 핸들러와 기판(126)을 교환하기 위해, 진공 방법, 베르누이 척, 정전 척 또는 에지 그래빙(grabbing)을 이용한 기판 핸들링 메커니즘을 포함할 수 있다.
대안적 실시예에서, 상기 리프트 핀 조립체(240)는 다중 기판 프로세싱 챔버(200)에서 생략될 수 있으며, 상기 기판(126)은 상기 기판 포켓(230)으로부터 기판(126)을 직접 픽업할 수 있는 외부 기판 핸들러에 의해 로딩 및 언로딩될 수 있다. 예를 들어, 리프트 핀 조립체(240) 없이 상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)를 로딩 및 언로딩하기 위해, 에지 그래빙, 진공 방법, 베르누이 척, 정전 척을 이용한 외부 기판 핸들러가 사용될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 그래빙 조립체(300)를 개략적으로 도시한 사시도이다. 상기 기판 그래빙 조립체(300)는 프레임(312)에 부착된 3개 또는 4개 이상의 그래빙 핑거(302)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 프레임(312)은 기판 그래빙 조립체(300) 아래의 영역이 장착에 이용되지 않는 프로세싱 챔버 내에서의 사용을 위해 장착 암(314)을 통해 샤프트(316)에 부착될 수 있다.
각 그래빙 핑거(302)는 프레임(312)으로부터 위로 수직하게 연장될 수 있다. 각 그래빙 핑거(302)의 상단부(318)는 지지면(304)과, 상기 지지면(304)으로부터 상방향 외측으로 연장하는 기판 안내면(306)을 갖는다. 상기 지지면(304)은 에지 영역 부근의 기판의 배면을 지지하도록 구성된다. 상기 지지면(304)은 평면형일 수 있다. 3개 또는 4개 이상의 그래빙 핑거(302)의 지지면(304)이 기판 안착 영역(308)을 형성하며, 여기서 상기 3개 또는 4개 이상의 그래빙 핑거(302)에 의해 기판이 지지된다. 상기 기판 안내면(306)은 상기 기판 안착 영역(308)으로 기판을 안내(directing)하도록 구성된다.
상기 그래빙 핑거(302)는, 기판이 기판 그래빙 조립체(300)와 완전히 결합하였을 때, 각 그래빙 핑거(302)가 대응하는 지지면(304)에서 기판과 접촉하는 방식으로 배열될 수 있다. 상기 안내면(306)은 상방향 외측으로 펼쳐진 경사면일 수 있다. 상기 안내면(306)은 수용되는 기판보다 더 큰 수용 영역(310)을 규정하며, 상기 기판 안착 영역(308)으로 기판을 완만하게 하향 안내한다. 상기 기판 그래빙 조립체(300)는 기판의 중심을 잡고 상기 기판을 기판 포켓과 정렬할 때 특히 유용하다.
도 3b는 상기 그래빙 메커니즘(300)과 함께 사용되는 기판 지지 트레이(330)의 부분 평면도이다. 상기 기판 그래빙 조립체(300)는 기판 지지 트레이(330) 아래에 배치될 수 있으며, 상기 그래빙 핑거(302)는 액츄에이터에 의해 작동되어 상기 기판 지지 트레이(330)에 대해 움직이게 될 수 있다.
상기 기판 지지 트레이(330)는, 당해 기판 지지 트레이(330)의 각 기판 포켓(332)이 각 기판 포켓(332)의 에지(336)에 형성된 3개 또는 4개 이상의 통공(334)을 갖는 것을 제외하고, 상기 기판 지지 트레이(214)와 유사하다. 각 통공(334)은 하나의 기판 그래빙 핑거(302)가 통과할 수 있도록 한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 그래빙 핑거(302)에 의해 규정된 상기 기판 수용 영역(310)은 상기 기판 포켓(332)보다 더 크고, 상기 기판 안착 영역(308)은 상기 기판 포켓(332) 내부에 있다. 따라서, 상기 기판 그래빙 조립체(300)는 기판을 기판 포켓(332)에 내려놓을 때 상기 기판 포켓(332) 내에서 기판이 유지되는 것을 보장한다.
전술한 바와 같이, MOCVD 및 HVPE 챔버와 같은 일부 프로세싱 챔버에서, 프로세싱중 기판 지지 트레이(214)와 기판을 가열하기 위해, 하나 또는 둘 이상의 가열 요소가 기판 지지 트레이의 위 및/또는 아래에 위치될 수 있다. 상기 기판 지지 트레이 아래로부터 기판 지지 트레이를 가열하기 위해 가열 램프 또는 다른 가열 요소가 사용된 경우, 프로세싱되는 기판을 직접 가열하지 않도록 하기 위해, 각 핀 홀에 캡이 사용될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각 기판 포켓(408)의 통공(404)을 덮기 위한 커버 캡(402)을 가진 기판 지지 트레이(400)의 부분 측단면도이다. 상기 기판 지지 트레이(214)의 핀 홀(250) 및 상기 기판 지지 트레이(330)의 통공(334)과 유사하게, 상기 통공(404)은 리프트 핀 또는 그래빙 핑거(406)가 통과할 수 있도록 구성된다. 상기 리프트 핀 또는 그래빙 핑거(406)가 통공(404)을 통해 리프팅되었을 때, 상기 커버 캡(402)은 기판 교환을 위해 상기 기판 지지 트레이(400)로부터 멀리 리프팅된다. 프로세싱중, 상기 커버 캡(402)은 상기 통공(404)에 끼워져, 당해 통공(404)에 의해 노출된 영역에서 기판(126)이 직접 가열되지 않도록 한다. 일 실시예에서, 상기 커버 캡(402)은 두께가 t1인 당해 커버 캡(402)의 열적 특성이 두께가 t2인 기판 지지 트레이(400)와 유사하도록 제조될 수 있다.
전술한 기판 지지 트레이(214,330,400)는 4인치, 6인치, 8인치 또는 그보다 더 큰 기판과 같이 상대적으로 대형인 기판을 프로세싱하는 프로세싱 챔버에서 사용하도록 설계될 수 있으나, 본 발명의 실시예들에 따른 기판 지지 트레이는 반대로 소형 기판 프로세싱과 호환가능하도록 변형될 수 있다.
일 실시예에서, 소형 기판들이 서브 캐리어에 의해 전달될 수 있다. 도 5a는 소형 기판(506)을 프로세스하기 위해 서브 캐리어(504)를 가진 기판 지지 트레이(500)를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 5b는 상기 기판 지지 트레이(500)의 부분 단면도이다. 각 서브 캐리어(504)는 복수의 소형 기판(506)을 지지하여 고정하도록 구성되어 있다. 상기 서브 캐리어(504)는 기판 지지 트레이(500)에 형성된 기판 포켓(502)에 결합(fit)된다. 프로세싱중, 상기 서브 캐리어(504)는 소형 기판(506)들과 함께 전달된다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 트레이와 로봇 블레이드들은 다양한 크기의 기판을 프로세스하기 위해 변화될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 세그먼트화된 로딩/언로딩은 다양한 기판 전달 로봇을 이용하여 구현될 수 있다. 도 1 및 도 2a에 도시된 일 실시예에서, 상기 전달 챔버(112)의 기판 전달 로봇(114)은 하나의 기판을 핸들링하기 위한 하나의 로봇 블레이드(130)를 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 기판 전달 로봇(114)은 한번에 1개의 기판을 각각 운반하기 위한 다중 로봇 블레이드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판 전달 로봇(114)은 2개의 수직 높이에 위치된 2개의 로봇 블레이드(130)를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 기판 전달 로봇(114)에서, 제 2 로봇 블레이드(260)(점선으로 도시됨)가 로봇 블레이드(130)와 함께 사용될 수 있다. 로봇 블레이드(130,260)의 기판 포켓들은, 기판 전달 로봇(114)이 1회 주행으로 기판 지지 트레이의 세그먼트를 언로딩 및 로딩할 수 있도록, 동일한 배열을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 로봇 블레이드(130,260)는, 리프트 핀(242)들이 서로 영향을 주지 않고 로봇 블레이드(130,260)에 접근할 수 있도록, 엇갈린 방식으로 다중 기판 프로세싱 챔버(200)로 진입할 수 있다.
작동중, 하나의 로봇 블레이드(130 또는 260)가 로딩하고자 하는 하나 또는 둘 이상의 기판을 다중 기판 프로세싱 챔버(200)로 운반하는 반면, 다른 블레이드는 빈 상태로 유지된다. 일반적으로, 상기 프로세싱 챔버로 진입하는 로봇 블레이드가 먼저 빈 상태로 유지됨으로써, 상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)가 로딩 전에 언로딩될 수 있다. 도 2b의 실시예에서, 상부의 로봇 블레이드(260)가 작동 전에 빈 상태로 유지되고, 하부의 로봇 블레이드(130)는 로딩하고자 하는 하나 또는 둘 이상의 기판을 유지한다. 상기 다중 기판 프로세싱 챔버(200)는 로딩 위치(236)에 기판 지지 트레이(214)의 하나의 세그먼트를 가지며, 상기 리프트 핀(242)은 언로딩하고자 하는 상기 하나 또는 둘 이상의 기판(126)을 리프팅업한다. 상기 빈 로봇 블레이드(260)는 상기 리프트 핀(242)이 하강할 때 상기 리프트 핀(242)으로부터 기판을 픽업한다. 그 다음, 상기 하부의 로봇 블레이드(130)는 로딩 위치(236)를 향하여 이동한다. 상기 리프트 핀(242)이 상승하여 상기 하부의 로봇 블레이드(130) 상의 기판을 픽업함으로써 상기 세그먼트의 로딩이 완성된다.
대안적으로, 상기 기판 전달 로봇(114)은 한번에 2개 또는 3개 이상의 기판을 운반하도록 구성된 하나의 로봇 블레이드를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 2개의 기판을 동시에 전달하도록 된 기판 전달 로봇(602)을 가진 기판 프로세싱 시스템(600)을 개략적으로 도시한 평면도이다. 상기 기판 프로세싱 시스템(600)은 전달 공간(606)을 가진 전달 챔버(604)를 포함할 수 있다. 상기 기판 전달 로봇(602)은 상기 전달 공간(606)에 배치된다.
상기 기판 전달 로봇(602)은 그 위에 2개의 기판을 지지하기 위한 2개의 기판 포켓(610)을 가진 로봇 블레이드(608)를 포함한다. 상기 기판 전달 로봇(602)은 기판을 픽업하거나 내려놓기 위해 개구(616,618)를 통해 전달 챔버(604)의 전달 공간(606)으로부터 상기 전달 챔버(604)에 부착된 프로세싱 챔버(612,614)로 상기 로봇 블레이드(608)를 연장시키도록 작동한다. 상기 로봇 블레이드(608) 상의 기판 포켓(610)은 프로세싱 챔버(612,614)에서 리프트 핀(620,622)의 배열과 일치하도록 배열된다.
상기 프로세싱 챔버(612,614)는, 각 프로세싱 챔버(612,614)가 로봇 블레이드(608)와 동일한 기판 포켓 배열을 가진 세그먼트를 포함하는 한도 내에서, 다른 구성 및 용량을 가질 수 있다. 상기 프로세싱 챔버(612,614)는 로봇 블레이드(608)와 일치하는 리프트 핀을 포함한다. 상기 프로세싱 챔버(612,614)는 각각 기판 지지 트레이(628,630)를 포함할 수 있다. 상기 기판 지지 트레이(628,630)는 기판 포켓(624,626)을 포함할 수 있다. 상기 기판 포켓(624,626)은 다중 세그먼트로 그룹화될 수 있으며, 각 세그먼트는 로봇 블레이드의 기판 포켓(610)의 패턴과 일치하는 패턴으로 형성된 기판 포켓(624,626)을 포함한다. 도 6에 도시된 실시예에서, 상기 기판 포켓(610)은 나란하게 배열된다. 상기 기판 지지 트레이(628)는 선(632,634)으로 분할된 4개의 세그먼트를 포함할 수 있다. 상기 기판 지지 트레이(630)는 선(636)에 의해 형성된 2개의 세그먼트를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 3개의 기판을 동시에 전달하도록 된 기판 전달 로봇(702)을 가진 기판 프로세싱 시스템(700)을 개략적으로 도시한 평면도이다. 상기 전달 로봇(702)은 3개의 기판 포켓(706)을 포함하는 로봇 블레이드(704)를 갖는다. 상기 기판 포켓(706)은 프로세싱 챔버(708)의 기판 지지 트레이(710)의 세그먼트(714) 내의 기판 포켓(712)과 동일한 패턴으로 배열된다.
상기 기판 지지 트레이와 로봇 블레이드는 다중 기판 핸들링을 가능하게 하도록 하기 위해 다른 구성을 가질 수 있음을 유의하여야 한다. 상기 기판 전달 로봇 상의 로봇 블레이드는 프로세싱되는 기판의 크기에 따라 교환될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 다양한 프로세스 필요조건을 위한 세그먼트화된 로딩 기능을 가진 다양한 구성의 클러스터 툴을 포함한다. 도 8-10은 본원 발명의 실시예에 따른 몇 가지 예시적인 클러스터 툴을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 툴(800)의 평면도이다. 상기 클러스터 툴(800)은, HVPE 챔버(810)가 프로세싱 챔버(110) 대신 전달 챔버(112)에 연결되고, 팩토리 인터페이스(118) 대신 로딩 스테이션(818)이 로드락 챔버(116)에 연결된 것을 제외하고, 도 1의 클러스터 툴(100)과 유사하다.
상기 클러스터 툴(800)은 MOCVD 프로세스를 수행하도록 구성된 프로세싱 챔버(104,106,108)와 HVPE 챔버(810)를 포함한다. 각 챔버(104,106,108,810)는 전달 챔버(112)에 배치된 기판 전달 로봇(114)에 의해 세그먼트화되어 로딩될 수 있다.
상기 HVPE 챔버(810)와 프로세싱 챔버(106,108)는 동일한 기판 프로세싱 용량을 가질 수 있는 반면, 상기 프로세싱 챔버(104)는 상기 챔버(810,106,108)가 프로세스할 수 있는 기판 수의 2배를 프로세스할 수 있다. 상기 HVPE 챔버(810)는 MOCVD 증착으로부터 성장 속도를 증대시키기 위해 HVPE 프로세스를 이용함으로써 상기 클러스터 툴의 효율을 증대시킨다. 상기 HVPE 챔버(810)는 금속 질화물 디바이스에 n-GaN층을 형성하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 클러스터 툴(800)은 LED 디바이스를 형성하도록 구성된다. 상기 HVPE 챔버(810)는 LED 디바이스의 n-GaN층을 형성하도록 구성되고, 상기 프로세싱 챔버(106,108)는 MQW층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이며, 상기 프로세싱 챔버(104)는 p-GaN층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 클러스터 툴(900)의 평면도이다.
상기 클러스터 툴(900)은, 서비스 챔버(124) 대신 전달 챔버(112)에 제 5 프로세싱 챔버(924)가 연결되고, 5개의 모든 프로세싱 챔버(106,108,110,904,924)가 동일한 기판 프로세싱 용량을 가지며, 팩토리 인터페이스(118) 대신 로딩 스테이션(818)이 로드락 챔버(116)에 연결된 것을 제외하고, 도 1의 클러스터 툴(100)과 유사하다.
일 실시예에서, 5개의 모든 프로세싱 챔버(106,108,110,904,924)는 MOCVD 챔버이다. 상기 클러스터 툴(900)은 LED 디바이스를 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 프로세싱 챔버(110,108)는 LED 디바이스의 n-GaN층을 형성하도록 구성되고; 상기 프로세싱 챔버(106,904)는 MQW층을 형성하도록 구성되며; 상기 프로세싱 챔버(924)는 p-GaN층을 형성하도록 구성된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기판 프로세싱을 위한 선형 클러스터 툴(1000)의 평면도이다.
상기 클러스터 툴(1000)은 복수의 전달 챔버(1004a,1004b,1004c)와 그들 사이에 연결된 프로세싱 챔버(1006a,1006b)를 가진 2개의 팩토리 인터페이스(1002a,1002b)를 포함한다. 프로세싱중, 프로세싱되는 기판은 팩토리 인터페이스(1002a)로부터 클러스터 툴(1000)로 진입하고, 전달 챔버(1004a,1004b,1004c)를 통과하여 프로세싱 챔버(1006a,1006b)에서 순차적으로 프로세싱된 다음, 상기 팩토리 인터페이스(1002b)로부터 상기 클러스터 툴(1000)을 빠져나오게 된다. 상기 프로세싱 챔버(1006a,1006b)는 전달 챔버(1004a,1004b,1004c)의 기판 전달 로봇(1008a,1008b,1008c)에 의해 세그먼트화되어 로딩/언로딩될 수 있다.
상기 클러스터 툴(1000)의 각 프로세싱 챔버(1006a,1006b)는 2개의 전달 챔버에 연결된다. 이 구성은, 상기 2개의 전달 챔버의 2개의 기판 전달 로봇에 의해 로딩과 언로딩이 동시에 실시될 수 있기 때문에, 로딩 및 언로딩 효율을 더 증대시킬 수 있다. 상기 프로세싱 챔버(1006a,1006b)는 상기 2개의 로봇을 위한 2개의 로딩 위치와 2개의 리프트 핀 조립체를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 세그먼트화된 로딩 장치는 상기 클러스터 툴(100,800,900,1000)과 같은 클러스터 툴에 몇 가지 장점과 개선을 제공한다.
하나의 장점은 다중 기판 프로세싱 챔버의 재현성을 개선하는 것이다. 세그먼트화된 로딩은 기판 지지 트레이가 프로세싱 챔버 내의 영구적인 구조가 될 수 있도록 하기 때문에, 상기 프로세싱 챔버 내의 프로세싱 분위기의 안정성이 개선되고, 성능 재현성도 개선된다.
세그먼트화된 로딩 장치의 다른 장점은 프로세싱중 기판을 가진 기판 지지 트레이의 전달을 피하는 것이다. 기판 지지 트레이내에서 기판을 전달하는 경우, 기판 지지 트레이가 기판과 함께 다양한 프로세싱 챔버를 이동하기 때문에, 일반적으로, 상기 기판 지지 트레이는 클러스터 툴의 다양한 프로세싱 챔버에 대해 동시에 적합하도록 설계된다. 따라서, 기판 지지 트레이의 디자인은 다양한 챔버에 부합하도록 절충될 수 있다. 세그먼트화된 로딩 장치에서, 각 기판 지지 트레이는 대응하는 프로세싱 챔버에 유지되며, 특정 프로세싱 챔버에 가장 적합한 개별적인 디자인을 가질 수 있다. 아울러, 기판 지지 트레이 내에서 기판을 전달하는 경우, 기판 지지 트레이의 제조 공차에 의해 로딩할 때마다 프로세스 편차가 유도될 수 있다. 세그먼트화된 로딩 장치는 상기 기판 지지 트레이에 의해 유발되는 로딩간의 프로세스 편차를 없앤다.
다른 장점은 생산성을 증대시키는 것이다. 기판을 가진 기판 지지 트레이를 전달하지 않고 세그먼트화된 로딩/언로딩을 통합함으로써, 기판 지지 트레이의 크기 또는 슬릿 밸브 개구의 크기 또는 기판 전달 로봇의 운동 범위에 의해 챔버의 크기가 더 이상 제한되지 않기 때문에, 보다 큰 프로세싱 챔버를 사용할 수 있다. 대형 프로세싱 챔버는 더 많은 수의 기판을 프로세스 하기 때문에, 클러스터 툴의 전체 생산성이 증대된다.
또한, 세그먼트화된 로딩의 이용은 클러스터 툴이 상이한 크기 또는 기판 프로세싱 용량을 가진 챔버들을 포함할 수 있도록 한다. 클러스터 툴은 장시간의 프로세스를 위한 대형 프로세싱 챔버를 사용할 수 있고, 단시간의 프로세스를 위한 소형 프로세싱 챔버를 사용할 수 있으므로, 효율과 비용면에서 클러스터 툴을 최적화한다.
또한, 클러스터 툴에서 세그먼트화된 로딩의 이용은 프로세싱중 기판과 함께 이동하는 기판 지지 트레이의 제조 및 유지 비용을 피함으로써 비용을 저감한다. 아울러, 세그먼트화된 로딩의 이용은 기판을 핸들링하기 위한 로봇만을 사용하고 기판 지지 트레이를 핸들링하기 위한 로봇을 생략함으로써 기판 핸들링 시스템을 단순화하고, 그에 따라 운영비를 더 저감한다.
아울러, 세그먼트화된 로딩은 작동중 챔버에서 챔버로 이동하는 기판 지지 트레이에 의해 유발되는 프로세싱 챔버간의 교차 오염을 또한 저감한다.
LED 제조와 관련하여 전술하였으나, 본 발명의 다른 실시예들은 다중 기판 프로세스가 이루어지는 임의의 프로세스에도 적합하다. 또한, 본 발명의 실시예들은 독립식 다중 기판 프로세싱 챔버의 로딩 및 언로딩에도 적합하다.
본 발명의 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예들이 그 기본적 범위를 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 그 범위는 하기된 청구항에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 프로세싱 공간을 규정하며, 기판이 통과할 수 있도록 하는 제 1 개구를 가진 챔버 본체;
    상기 프로세싱 공간에 배치되고, 상면에 형성된 복수의 기판 포켓을 가진 기판 지지 트레이로서, 각각의 기판 포켓은 그 내부에 기판을 수용하고, 상기 복수의 기판 포켓은 복수의 세그먼트를 형성하는, 기판 지지 트레이; 및
    상기 프로세싱 공간에 배치되는 기판 핸들링 조립체로서, 상기 기판 핸들링 조립체는 상기 기판 지지 트레이에 대해 상대적으로 이동하여 당해 기판 핸들링 조립체와 정렬된 로딩 위치에서 상기 기판 포켓의 세그먼트로부터 기판을 픽업하고 기판 포켓 세그먼트에 기판을 내려놓으며, 상기 복수의 세그먼트는 각각 당해 기판 핸들링 조립체와 정렬될 수 있는, 기판 핸들링 조립체;를 포함하는,
    다중 기판 프로세싱 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 핸들링 조립체는 핸들링되는 기판의 에지를 그래빙하도록 구성된 진공 척, 베르누이 척, 정전기 척 또는 3개 또는 4개 이상의 그래빙 핑거중 하나를 포함하는,
    다중 기판 프로세싱 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 핸들링 조립체는 상기 챔버 본체의 제 1 개구에 인접하여 상기 기판 지지 트레이 아래에 배치된 3개 또는 4개 이상의 리프트 핀을 포함하고, 각 기판 포켓은 상기 3개 또는 4개 이상의 리프트 핀이 삽입되도록 상기 기판 지지 트레이를 관통하여 형성된 3개 또는 4개 이상의 핀 홀을 가진,
    다중 기판 프로세싱 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 세그먼트는 하나 또는 둘 이상의 기판 포켓을 갖고, 상기 기판 포켓들은 각 세그먼트에 동일한 패턴으로 배열된,
    다중 기판 프로세싱 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 기판 지지 트레이는 각 기판 포켓내에 3개 또는 4개 이상의 커버 캡을 갖고, 각 커버 캡은 대응하는 핀 홀에 탈착가능하게 배치된,
    다중 기판 프로세싱 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 제 1 프로세싱 챔버;
    상기 제 1 프로세싱 챔버의 제 1 개구를 통해 상기 제 1 프로세싱 챔버에 선택적으로 연결된 전달 챔버; 및
    상기 제 1 프로세싱 챔버에 기판을 로딩 및 언로딩하기 위해 상기 전달 챔버에 배치된 기판 전달 로봇;을 포함하고,
    상기 기판 전달 로봇은 하나 또는 둘 이상의 기판 포켓을 가진 제 1 로봇 블레이드를 포함하며, 상기 제 1 로봇 블레이드의 상기 하나 또는 둘 이상의 기판 포켓은 상기 제 1 프로세싱 챔버의 제 1 기판 지지 트레이 상의 각 세그먼트의 상기 하나 또는 둘 이상의 기판 포켓과 동일한 패턴으로 배열된,
    다중 기판 프로세싱용 클러스터 툴.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전달 챔버에 연결된 제 2 프로세싱 챔버를 더 포함하고, 상기 제 2 프로세싱 챔버는 다중 세그먼트를 형성하는 복수의 기판을 가진 제 2 기판 지지 트레이를 포함하며, 상기 제 2 기판 지지 트레이의 각 세그먼트의 기판 포켓은 상기 제 1 로봇 블레이드 상의 기판 포켓과 동일한 패턴으로 배열된,
    다중 기판 프로세싱용 클러스터 툴.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 기판 전달 로봇은 상기 제 1 로봇 블레이드의 상기 하나 또는 둘 이상의 기판 포켓과 동일한 패턴으로 배열된 하나 또는 둘 이상의 기판 포켓을 가진 제 2 로봇 블레이드를 더 포함하며, 상기 제 1 로봇 블레이드와 상기 제 2 로봇 블레이드는 제 1 또는 제 2 기판 지지 트레이 상의 세그먼트와 독립적으로 정렬될 수 있는,
    다중 기판 프로세싱용 클러스터 툴.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 전달 챔버에 연결된 제 3 프로세싱 챔버로서, 다중 세그먼트를 형성하고 복수의 기판을 가진 제 3 기판 지지 트레이를 포함하며, 상기 제 3 기판 지지 트레이의 각 세그먼트의 기판 포켓은 상기 제 1 로봇 블레이드 상의 기판 포켓과 동일한 패턴으로 배열된, 제 3 프로세싱 챔버; 및
    상기 전달 챔버에 연결된 제 4 프로세싱 챔버로서, 다중 세그먼트를 형성하고 복수의 기판을 가진 제 4 기판 지지 트레이를 포함하며, 상기 제 4 기판 지지 트레이의 각 세그먼트의 기판 포켓은 상기 제 1 로봇 블레이드 상의 기판 포켓과 동일한 패턴으로 배열된, 제 4 프로세싱 챔버;를 더 포함하는,
    다중 기판 프로세싱용 클러스터 툴.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 지지 트레이 상의 기판 포켓의 수는 상기 제 2 기판 지지 트레이, 제 3 기판 지지 트레이, 및 제 4 기판 지지 트레이 상의 기판 포켓의 수의 2배인,
    다중 기판 프로세싱용 클러스터 툴.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세싱 챔버는 n-GaN(n-도핑된 GaN)층을 형성하도록 구성된 MOCVD(금속유기화학기상증착) 챔버이고;
    상기 제 2 프로세싱 챔버는 MQW(다중양자우물)층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이며;
    상기 제 3 프로세싱 챔버는 MQW(다중양자우물)층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이고; 및
    상기 제 4 프로세싱 챔버는 p-GaN(p-도핑된 GaN)층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버인,
    다중 기판 프로세싱용 클러스터 툴.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세싱 챔버는 MQW층을 형성하도록 구성된 MOCVD(금속유기화학기상증착) 챔버이고;
    상기 제 2 프로세싱 챔버는 n-GaN층을 형성하도록 구성된 HVPE(수소화물 기상에피택시) 챔버이며;
    상기 제 3 프로세싱 챔버는 p-GaN층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이고; 및
    상기 제 4 프로세싱 챔버는 p-GaN층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버인,
    다중 기판 프로세싱용 클러스터 툴.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 전달 챔버에 연결된 제 5 프로세싱 챔버를 더 포함하고, 상기 제 5 프로세싱 챔버는 다중 세그먼트를 형성하는 복수의 기판을 가진 제 5 기판 지지 트레이를 포함하며, 상기 제 5 기판 지지 트레이의 각 세그먼트의 기판 포켓은 상기 제 1 로봇 블레이드 상의 기판 포켓과 동일한 패턴으로 배열되고,
    상기 제 1 프로세싱 챔버는 n-GaN층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이며;
    상기 제 2 프로세싱 챔버는 n-GaN층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이고;
    상기 제 3 프로세싱 챔버는 MQW층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이며;
    상기 제 4 프로세싱 챔버는 MQW층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버이고; 및
    상기 제 5 프로세싱 챔버는 p-GaN층을 형성하도록 구성된 MOCVD 챔버인,
    다중 기판 프로세싱용 클러스터 툴.
  14. 기판 전달 로봇을 이용하여 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 프로세싱 챔버에서 기판을 핸들링 하는 방법으로서,
    기판 전달 로봇으로부터 프로세싱 챔버의 기판 지지 트레이의 제 1 세그먼트에 하나 또는 둘 이상의 기판을 수용하는 단계;
    상기 프로세싱 챔버의 기판 핸들링 조립체와 상기 기판 지지 트레이의 제 2 세그먼트를 정렬하기 위해 상기 기판 지지 트레이를 회전시키는 단계; 및
    상기 기판 전달 로봇으로부터 상기 기판 지지 트레이의 상기 제 2 세그먼트에 하나 또는 둘 이상의 기판을 수용하는 단계;를 포함하는,
    기판 핸들링 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판 지지 트레이의 제 1 세그먼트에 하나 또는 둘 이상의 기판을 수용하는 단계는,
    상기 기판 핸들링 조립체와 상기 1 세그먼트를 정렬하기 위해 상기 기판 지지 트레이를 회전시키는 단계;
    상기 제 1 세그먼트의 기판 포켓을 관통하여 형성된 핀 홀을 통해 상기 기판 핸들링 조립체로부터 3개 또는 4개 이상의 리프트 핀을 삽입하는 단계;
    상기 기판 전달 로봇으로부터 상기 하나 또는 둘 이상의 기판을 상기 3개 또는 4개 이상의 리프트 핀 상에 수용하는 단계; 및
    상기 기판 지지 트레이로부터 상기 3개 또는 4개 이상의 리프트 핀을 제거하여, 상기 기판 지지 트레이의 제 1 세그먼트의 기판 포켓에 상기 하나 또는 둘 이상의 기판을 내려놓는 단계;를 포함하는,
    기판 핸들링 방법.
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