KR20140007027A - 웨이퍼 로더 및 이를 갖는 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20140007027A
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Abstract

본 발명은 기판 로더를 제공한다. 본 발명에 따른 기판 로더는 서셉터 주변에 위치되고, 기판 가장자리를 지지하며, 기판 반송 장치와 기판을 주고받는 업 위치와 기판을 서셉터에 올려놓는 다운 위치로 승강되는 지지부재들; 지지부재들을 동시에 승강시키는 승강부재; 및 지지부재들 내에 각각 위치되고, 서셉터에 올려진 기판을 정위치로 이동시킬 수 있도록 기판을 정렬하는 센터링 부재를 포함한다.

Description

웨이퍼 로더 및 이를 갖는 기판 처리 장치{substrate loader and apparatus for treating substrate}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 서셉터에 기판을 로딩/언로딩 시키기 위하여 사용되는 웨이퍼 로더 및 이를 갖는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 공정에 있어서, 실리콘 웨이퍼는 확산, 사진, 식각, 화학기상증착 및 금속증착 등의 공정을 반복적으로 수행함으로써 반도체 소자로 제조된다.
이러한 반도체 소자 제조 설비에 있어서는, 실질적인 공정이 진행되는 프로세스 챔버(Process chamber) 이외에도 웨이퍼의 이송을 위한 여러 가지 챔버들이 있다. 상기 각 챔버들 사이에서 웨이퍼 이송은 트렌스퍼 로봇에 의해 이루어지며, 트렌스퍼 로봇에 의해 이송된 웨이퍼는 챔버 내에 설치된 기판 스테이지에 놓여진다.
챔버에는 기판을 안정적으로 기판 스테이지에 안착시키기 위한 리프트 핀 어셈블리와, 기판 스테이지에 안착된 기판을 정렬하기 위한 얼라인 장치가 별도로 제공된다. 그러나, 기존 리프트 핀 어셈블리는 실린더를 이용하여 리프트 핀들을 업다운하기 때문에 쳐짐이 발생될 경우 레벨을 맞추기 어려웠고, 얼라인 장치는 각각의 실린더 스피드를 동시에 동기화시키기 어려웠다.
본 발명의 실시예들은 기판의 로딩과 동시에 기판의 얼라인이 가능한 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부공간이 형성된 챔버; 상기 내부공간에 위치하며 기판이 놓이는 서셉터; 상기 챔버 내부로 반입되는 기판을 상기 서셉터에 올려 놓기 위한 기판 로더를 포함하되; 상기 기판 로더는 상기 서셉터 주변에 위치되고, 기판 가장자리를 지지하며, 기판 반송 장치와 기판을 주고받는 업 위치와 기판을 상기 서셉터에 올려놓는 다운 위치로 승강되는 지지부재들; 및 상기 지지부재들을 동시에 승강시키는 승강부재를 포함하는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 승강 부재는 상기 지지부재들 각각이 승강 가능하게 설치되는 수직 볼 스크류들; 상기 수직 볼 스크류들을 회전시키는 구동모터; 및 상기 구동모터로부터 상기 수직 볼 스크류들로 회전력을 전달하는 동력전달수단을 포함할 수 있다.
또한, 상기 동력전달수단은, 상기 구동모터의 회전축에 설치되는 구동 풀리; 상기 수직 볼스크류의 회전축에 설치되는 종동 풀리; 및 상기 구동 풀리와 상기 종동 풀리에 걸쳐지는 타이밍 벨트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지부재는 기판이 안착되는 안착면이 단차지게 형성된 상면을 갖는 원통형상의 리프트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판 로더는 상기 지지부재들 내에 각각 설치되고, 상기 서셉터에 올려진 기판을 정위치로 이동시킬 수 있도록 기판을 정렬하는 센터링 부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센터링 부재는 상기 수직 볼 스크류의 상단에 설치되고, 상기 수직 볼 스크류와 함께 회전될 수 있다.
또한, 상기 지지부재는, 상기 수직 볼 스크류에 연결되어 업다운 되는 원통형상의 리프트를 포함하고, 상기 센터링 부재는 상기 리프트의 내부에 위치되고 상기 수직 볼 스크류와 함께 회전될 수 있다.
또한, 상기 센터링 부재는 상기 지지부재가 업 위치에 있을 때 상기 지지부재 내부에 수납되고, 상기 지지부재가 다운 위치에 있을 때 상기 지지부재로부터 노출될 수 있다.
또한, 상기 센터링 부재는 상기 수직 볼 스크류의 상단부에 설치되어 상기 수직 볼 스크류 회전시 축경이 가변되어 기판을 정렬시키는 캠 블록을 포함할 수 있다.
또한, 상기 캠 블록은 상기 수직 볼 스크류 상에 편심 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 서셉터 주변에 위치되고, 기판 가장자리를 지지하며, 기판 반송 장치와 기판을 주고받는 업 위치와 기판을 상기 서셉터에 올려놓는 다운 위치로 승강되는 지지부재들; 상기 지지부재들을 동시에 승강시키는 승강부재; 및 상기 지지부재들 내에 각각 위치되고, 상기 서셉터에 올려진 기판을 정위치로 이동시킬 수 있도록 기판을 정렬하는 센터링 부재를 포함하는 기판 로더가 제공될 수 있다.
또한, 상기 승강 부재는 상기 지지부재들 각각이 승강 가능하게 설치되는 수직 볼 스크류들; 상기 수직 볼 스크류들을 회전시키는 구동모터; 및 상기 구동모터로부터 상기 수직 볼 스크류들로 회전력을 동시에 전달하는 동력전달수단을 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지부재는, 상기 수직 볼 스크류에 연결되어 업다운 되는 원통형상의 리프트를 포함하고, 상기 센터링 부재는 상기 수직 볼 스크류 상단에 설치되어 상기 수직 볼 스크류와 함께 회전되고, 상기 지지부재가 업 위치에 있을 때 상기 지지부재 내부에 수납되고, 상기 지지부재가 다운 위치에 있을 때 상기 지지부재로부터 노출되는 캠 블록을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기판의 로딩과 동시에 기판 정렬이 이루어짐으로써 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 하나의 구동 모터로 기판의 로딩/언로딩과 기판 정렬이 동시에 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면 구성도이다.
도 2는 기판 처리 모듈은 평단면도이다.
도 3은 기판 처리 모듈은의 측단면도이다.
도 4는 도 2에 표시된 P 부분의 확대도이다.
도 5는 기판 처리 모듈의 부분 단면 사시도이다.
도 6은 업 위치에 있는 지지부재들을 보여주는 도면이다.
도 7은 다운 위치에 있는 지지부재들을 보여주는 도면이다.
도 8은 기판의 로딩과 기판의 정렬 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 용어와 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 이용되는 기술 중 본 발명의 사상과 밀접한 관련이 없는 공지의 기술에 관한 자세한 설명은 생략한다.
본 명세서에 기재되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 리프트 핀 어셈블리가 적용된 기판 처리 장치의 일 실시예에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 설비를 개략적으로 보여주는 평면 구성도이다.
기판 처리 설비(1)는 전방에 설비 전방 단부 모듈(equipment front end module,EFEM)이라고 불리는 인덱스 모듈(10)이 배치된다. 인덱스 모듈(10)은 프레임(12)과, 그 일측벽에 기판(w)들이 적재된 2개의 풉(FOUP;2)(일명 캐리어)이 안착되는 그리고 풉(2)의 덮개를 개폐하는 풉 오프너(FOUP opener)라고 불리는 로드 스테이션(14)을 포함한다. 풉(2)은 생산을 위한 일반적인 로트(lot)용 캐리어로써, 물류 자동화 시스템 (예를 들어 OHT, AGV, RGV 등)에 의하여 로드 스테이션(14)에 안착된다.
프레임(12) 내부에는 로드 스테이션(14)에 안착된 풉(2) 및 공정처리부(20) 사이에서 기판(w)을 이송하기 위해 동작할 수 있는 이송로봇(18)이 제공된다. 이 이송로봇(18)은 풉(2)과 공정처리부(20) 사이에서 기판을 이송시킨다. 즉, 이 이송로봇(18)은 로드 스테이션(14)에 놓여진 풉(2)으로부터 기판을 1회 동작에 적어도 1장씩 반출하여 로드락 챔버(22)로 각각 반입시킨다. 인덱스 모듈(10)에 설치되는 이송로봇(18)은 통상적으로 반도체 제조 공정에서 사용되는 다양한 로봇들이 사용될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 공정처리부(20)는 인덱스 모듈(10) 후방에 배치된다. 공정처리부(20)는 2개의 로드락 모듈(loadlock module)(22), 반송 모듈(transfer module)(30), 기판 처리 모듈들(process module)(100) 그리고 기판 반송 장치(substrate transfer apparatus)(50)를 포함한다.
공정처리부(20)는 중앙에 다각 형상의 반송 모듈(30)이 배치되고, 인덱스 모듈(10)와 반송 챔버(30) 사이에는 공정이 수행될 기판들 또는 공정을 마친 기판들이 놓여지는 버퍼 스테이지(미도시됨)들을 갖는 로드락 모듈(22)이 배치된다. 통상적으로 로드락 모듈(22)은 두 개 이상의 상이한 환경, 예를 들어 대기압 환경과 진공 환경 사이에서 완충 공간 역할을 하며, 공정처리하기 위한 기판(또는 기판 처리 모듈에서 공정처리된 기판)이 일시적으로 대기하게 된다.
또한, 반송 모듈(30)의 각각의 측면에는 2장의 기판에 대해 소정공정을 수행하는 기판 처리 모듈(100)이 배치된다. 기판 처리 모듈(100)은 공정 챔버(101)를 포함하고, 공정 챔버(101)에는 2개의 기판에 대해 공정이 동시에 수행되도록 제1,2서셉터(102a,102b)가 나란히 놓여진다. 제1,2서셉터(102a,102b)는 기판 출입구(104)를 마주보고 나란히 배치된다.
여기서 기판 처리 모듈(100)은 다양한 기판 프로세싱 작동들을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 기판 처리 모듈은 포토 레지스트를 제거하기 위해서 플라즈마를 이용하여 포토 레지스트를 제거하는 애싱(ashing) 챔버일 수 있고, 기판 처리 모듈은 절연막을 증착시키도록 구성된 CVD 챔버일 수 있고, 기판 처리 모듈은 인터커넥트 구조들을 형성하기 위해 절연막에 애퍼쳐(aperture)들이나 개구들을 에치하도록 구성된 에치 챔버일 수 있고, 기판 처리 모듈은 기판을 예열 또는 쿨링하는 챔버일 수 있다.
도 2는 기판 처리 모듈은 평단면도이고, 도 3은 기판 처리 모듈은의 측단면도이다. 도 4는 도 2에 표시된 P 부분의 확대도이다. 도 5는 기판 처리 모듈의 부분 단면 사시도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 기판 처리 모듈(100)은 내부에 기판에 대한 공정처리를 수행하는 프로세스 공간을 제공하는 공정 챔버(101)를 포함한다. 공정 챔버(101)는 두 개의 기판을 동시에 처리할 수 있는 구조를 갖는다. 즉, 공정 챔버(101)의 프로세스 공간에는 제1서셉터(102a)와 제2서셉터(102b)가 나란히 배치된다.
제1서셉터(102a)와 제2서셉터(102b)는 공정 챔버(101)에서 기판을 지지하기 위해 설치된다. 제1서셉터(102a)와 제2서셉터(102b)로는 정전척(electrode chuck)이 사용될 수 있다. 제1서셉터(102a)와 제2서셉터(102b)는 기판의 직경보다 조금 큰 직경을 갖는 원판형상으로 제공되며, 그 상면에는 기판(W)이 놓인다. 선택적으로, 제1서셉터(102a)와 제2서셉터(102b)의 내부에는 히터(heater, 미도시) 및 쿨링(cooling)부재(미도시)가 제공될 수 있다. 히터는 열을 발생하여, 공정처리에 제공되는 기판(W)을 소정온도까지 가열한다. 그리고, 쿨링부재는 공정처리가 완료된 기판(W)을 소정온도로 강제냉각시킨다. 제1서셉터(102a)와 제2서셉터(102b)는 가장자리에 기판 로더(200)의 지지부재(210)의 일부가 위치할 수 있도록 오목한 홈(104)을 제공한다.
공정 챔버(101)에는 프로세스 공간으로 반입되는 기판(W)을 제1,2서셉터에 올려 놓기 위한 기판 로더(200)가 제공된다. 기판 로더(200)는 지지부재(210)들, 승강부재(220) 그리고 센터링 부재(230)를 포함한다.
지지부재(210)들은 제1서셉터(102a)와 제2서셉터(102b) 주변에 소정 간격으로 배치된다. 서셉터 하나에는 4개의 지지부재(210)들이 배치되어 기판 가장자리를 지지한다. 지지부재(210)는 원통형상으로 이루어지며, 지지부재(210)의 상면에는 기판이 안착되는 단차진 안착면(212)을 갖는다. 지지부재(210)들은 기판 반송 장치(50)와 기판을 주고받는 업 위치(도 3 참조)와 기판을 서셉터에 올려놓는 다운 위치(도 7 참조)로 승강된다.
승강 부재(220)는 제1서셉터(102a)에 배치된 지지부재(210)들과 제2서셉터(102b)에 배치된 지지부재(210)들을 동시에 승강시킨다.
승강 부재(220)는 수직 볼 스크류(222)들, 구동모터(223) 그리고 동력 전달 수단을 포함한다. 동력 전달 수단은 구동 모터(223)로부터 수직 볼 스크류(222)들로 회전력을 전달한다. 동력 전달 수단은 구동 풀리(224), 연결 풀리(225), 종동 풀리(226), 제1타이밍 벨트(227) 그리고 구동 타이밍 벨트(228)를 포함한다.
수직 볼 스크류(222)는 공정 챔버의 바닥면으로부터 수직한 방향으로 회전 가능하게 설치되며, 상단에는 지지부재가 승강 가능하게 연결된다. 수직 볼 스크류의 회전축 하단에는 종동 풀리(226)가 설치된다. 제1타이밍 벨트(227)는 2개가 제공되는데, 하나는 제1서셉터(102a)에 배치된 지지부재(210)들에 설치되는 종동 풀리(226)들과 연결 풀리(225)에 걸쳐지고, 다른 하나는 제2서셉터(102b)에 배치된 지지부재(210)들에 설치되는 종동 풀리(226)들과 연결 풀리(225)에 걸쳐진다. 구동 타이밍 벨트(228)는 연결 풀리(225)와 구동 모터(223)의 회전축에 설치된 구동 풀리(224)에 걸쳐진다.
승강 부재(220)의 동작을 살펴보면, 구동 모터(223)의 회전력은 구동 타이밍 벨트(228)를 통해 연결 풀리(225)로 전달되고, 연결 풀리(225)로 전달된 회전력은 연결 풀리(225)에 연결된 2개의 제1타이밍 벨트(227)를 통해 수직 볼스크류(222)로 제공된다. 수직 볼 스크류(222)로 전달된 회전력에 의해 지지부재(210)가 승강하게 된다. 지지부재(210)의 일단에는 수직한 샤프트(229)가 연결되어 있어 지지부재(210)의 승하강을 가이드해준다.
센터링 부재(230)는 서셉터에 올려진 기판을 정위치로 이동시킬 수 있도록 기판을 정렬해준다. 센터링 부재(230)는 지지부재(210)들 내부에 각각 위치된다. 센터링 부재(230)는 수직 볼 스크류(222)의 상단에 설치되고, 수직 볼 스크류(222)와 함께 회전되는 캠블록(232)을 포함한다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 센터링 부재(230)는 지지부재(210)가 업 위치에 있을 때 지지부재(210) 내부에 수납되어 있다가, 지지부재(210)가 다운 위치로 이동되면 지지부재(210)로부터 노출되어 서셉터에 올려지는 기판을 정렬해준다.
센터링 부재(230)는 평면에서 바라보았을 때 캠 형상으로, 수직 볼 스크류(222)의 회전축상에 편심 결합되어, 수직 볼 스크류(220)의 회전시 축경이 가변되면서 기판을 정렬시킨다.
도 8을 참고하여 다시 설명하면, 구동모터(223)의 동작에 의해 볼스크류(222)가 회전하면, 지지부재(210)들이 다운 이동되고, 다운 이동에 의해 기판이 서셉터(102a)에 놓여지는 시점이 되면, 기판(W)은 4개의 캠 블록(232)들에 의해 둘러싸이게 된다. 캠 블록(232)들은 수직 볼 스크류(222)들과 함께 계속 회전하면서 기판(W)의 테두리면과 접하거나 이격되면서 기판의 정렬이 이루어진다. 이와 같이, 캠 블록(232)들의 회전은 기판의 4 방향 테두리면에서 동시에 이루어지게 되어 기판을 정렬시키게 된다.
이와 같은 캠 블록(232)의 회전작동은 지지부재(210)들의 다운 동작과 동시에 진행되는 것으로, 기판의 로딩과 동시에 기판 정렬이 이루어지도록 함으로써, 기판을 로딩한 후, 별도의 얼라인 장치를 이용한 얼라인 공정을 수행하던 종래 기술에 비해 공정 시간을 단축시킬 수 있다. 특히, 하나의 구동 모터만으로도 기판의 로딩/언로딩과 기판 정렬이 동시에 가능하다.
한편, 상기 실시예는 2개의 서셉터를 구비한 기판 처리 모듈에서 기판의 로딩 및 기판의 정렬이 수행되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 1개의 서셉터를 구비한 기판 처리 모듈에도 제공될 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 정전척이 제공되는 것으로 설명하였으나, 척은 기판을 진공흡착하는 진공척(vacuum chuck)이 제공될 수 있다.
101: 공정 챔버 200 : 기판 로더
210 : 지지부재 220 : 승강부재
230 : 센터링 부재

Claims (13)

  1. 기판 처리 장치에 있어서:
    내부공간이 형성된 챔버;
    상기 내부공간에 위치하며 기판이 놓이는 서셉터;
    상기 챔버 내부로 반입되는 기판을 상기 서셉터에 올려 놓기 위한 기판 로더를 포함하되;
    상기 기판 로더는
    상기 서셉터 주변에 위치되고, 기판 가장자리를 지지하며, 기판 반송 장치와 기판을 주고받는 업 위치와 기판을 상기 서셉터에 올려놓는 다운 위치로 승강되는 지지부재들; 및
    상기 지지부재들을 동시에 승강시키는 승강부재를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 승강 부재는
    상기 지지부재들 각각이 승강 가능하게 설치되는 수직 볼 스크류들;
    상기 수직 볼 스크류들을 회전시키는 구동모터; 및
    상기 구동모터로부터 상기 수직 볼 스크류들로 회전력을 전달하는 동력전달수단을 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 동력전달수단은,
    상기 구동모터의 회전축에 설치되는 구동 풀리;
    상기 수직 볼스크류의 회전축에 설치되는 종동 풀리; 및
    상기 구동 풀리와 상기 종동 풀리에 걸쳐지는 타이밍 벨트를 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는
    기판이 안착되는 안착면이 단차지게 형성된 상면을 갖는 원통형상의 리프트를 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 기판 로더는
    상기 지지부재들 내에 각각 설치되고, 상기 서셉터에 올려진 기판을 정위치로 이동시킬 수 있도록 기판을 정렬하는 센터링 부재를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 센터링 부재는
    상기 수직 볼 스크류의 상단에 설치되고, 상기 수직 볼 스크류와 함께 회전되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서:
    상기 지지부재는,
    상기 수직 볼 스크류에 연결되어 업다운 되는 원통형상의 리프트를 포함하고,
    상기 센터링 부재는
    상기 리프트의 내부에 위치되고 상기 수직 볼 스크류와 함께 회전되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 센터링 부재는
    상기 지지부재가 업 위치에 있을 때 상기 지지부재 내부에 수납되고,
    상기 지지부재가 다운 위치에 있을 때 상기 지지부재로부터 노출되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 센터링 부재는
    상기 수직 볼 스크류의 상단부에 설치되어 상기 수직 볼 스크류 회전시 축경이 가변되어 기판을 정렬시키는 캠 블록을 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서:
    상기 캠 블록은 상기 수직 볼 스크류 상에 편심 결합되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 서셉터에 기판을 로딩시키기 위한 기판 로더에 있어서:
    상기 서셉터 주변에 위치되고, 기판 가장자리를 지지하며, 기판 반송 장치와 기판을 주고받는 업 위치와 기판을 상기 서셉터에 올려놓는 다운 위치로 승강되는 지지부재들;
    상기 지지부재들을 동시에 승강시키는 승강부재; 및
    상기 지지부재들 내에 각각 위치되고, 상기 서셉터에 올려진 기판을 정위치로 이동시킬 수 있도록 기판을 정렬하는 센터링 부재를 포함하는 기판 로더.
  12. 제11항에 있어서:
    상기 승강 부재는
    상기 지지부재들 각각이 승강 가능하게 설치되는 수직 볼 스크류들;
    상기 수직 볼 스크류들을 회전시키는 구동모터; 및
    상기 구동모터로부터 상기 수직 볼 스크류들로 회전력을 동시에 전달하는 동력전달수단을 포함하는 기판 로더.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 지지부재는,
    상기 수직 볼 스크류에 연결되어 업다운 되는 원통형상의 리프트를 포함하고,
    상기 센터링 부재는
    상기 수직 볼 스크류 상단에 설치되어 상기 수직 볼 스크류와 함께 회전되고, 상기 지지부재가 업 위치에 있을 때 상기 지지부재 내부에 수납되고, 상기 지지부재가 다운 위치에 있을 때 상기 지지부재로부터 노출되는 캠 블록을 포함하는 기판 로더.
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