KR20150086833A - 반도체 기판 처리장치 - Google Patents

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Abstract

고압 반도체 기판 처리장치에 관한 것으로, 고압을 유지하는 중앙 챔버, 상기 중앙 챔버의 외면에 다수로 배열 고정되고 투입된 기판의 처리 시 고압의 상태를 유지하는 다수의 처리 챔버, 상기 중앙 챔버의 일측에 기판의 공급 및 배출이 이루어지는 공급 및 배출챔버, 상기 중앙 챔버 및 처리 챔버가 고압의 상태를 유지하도록 가스를 공급하는 가스공급장치를 마련하여 소량으로 기판을 열처리 할 수 있고, 필요에 따라 열처리 공정을 순차적으로 할 수 있으며, 고압에서 열처리가 이루어짐에 따라 열처리 효율을 높일 수 있고, 이중 벽 또는 단일 벽 구조의 챔버에 의해 폭발 위험성이 높은 수소를 사용할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

고압 반도체 기판 처리장치{High Pressure Semiconductor Substrate Processing Apparatus}
본 발명은 고압 반도체 기판 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고압 상태의 챔버 내에서 반도체 기판을 열처리하는 고압 반도체 기판 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조공정이 진행되는 동안에는 반도체 웨이퍼에 다양한 다른 열처리를 행한다. 그 예로서 인터페이스로 효과적인 공정을 달성하기 위하여 산화, 질화, 실리사이드, 이온 주입 및 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)공정이 반도체 웨이퍼에 수행된다.
반도체 소자의 계면 특성을 개선하기 위한 수소 및 중수소 열처리 공정은 일반적으로 400℃ ~ 500℃의 고온에서 수행되는 것으로 알려져 있다.
효과적인 반응을 위한 핵심요인(factor)은 단지 공정온도만 포함하는 것이 아니라 특정가스의 처리시간, 특정가스의 농도 및 특별한 응용 또는 처리에 사용된 가스의 혼합물을 포함하는지 못하는지를 포함한다. 이러한 세 가지 요인은 공정진행의 효율을 결정하는 독립변수로서 일반적으로 고려된다.
예를 들어, 가스농도를 일정하게 유지하는 동안에 공정온도를 증가시킴으로써 처리효율이 나아질 것이다. 유사하게는 동일 온도에서 가스농도를 증가시킴으로써 처리효율이 향상될 수도 있다.
반도체 웨이퍼는 집적회로를 과잉 열에 노출하면 돌이킬 수 없게 되고, 더욱 정확하게는 점진적으로 집적회로의 품질을 저하시킨다는 사실은 주의되어야 한다. 이것은 부분적으로 다양한 캐리어의 확산과 웨이퍼 위에 주입된 이온 때문에 그 비율이 온도에 맞추어 완전히 선형적으로 증가한다.
각각의 집적회로는 전체 제조공정 동안에 총 열적 누출량의 수용가능 한도를 가지며, 이는 관련된 기술에서 회로의 열 이력(thermal budget)에 연관되어 있다.
기술과 장치의 구조가 나노미터 크기에 접근함에 따라 제한된 열 이력 요구량은 공정가스의 더 낮은 처리온도와 더 높은 농도를 요구한다.
그러나 가스농도를 높이고 처리온도를 낮추는 것은 고농도 가스에 의해 초래된 안전성 문제뿐만 아니라 더 낮은 온도에서의 효율성 문제 때문에 그 자체의 제한을 가진다.
온도 및 가스농도의 매개변수를 변환하는 것 없이 처리시간을 증가시킴으로써 비슷한 처리효율이 달성될 수 있을지라도 열 이력 제한의 부분으로서 처리시간과 온도는 함께 고려된다. 즉, 예를 들면 처리시간을 증가시키는 것은 공정온도를 올리는 것과 마찬가지로 장치의 성능에 비슷한 역효과를 낸다.
수소를 함유하는 성형가스(forming gas) 열처리공정에 있는 웨이퍼는 일반적으로 캡슐화 전 또는 다른 패키징 과정에 앞서 다음의 처리공정을 포함하는데, 소결 공정뿐만 아니라 반도체소자의 제조 전 공정 동안 다양한 공정에서 유발된 손상을 보수하는 공정이 광범위하게 행하여진다.
일반적으로 성형가스 열처리공정은 약 2%에서 10%까지의 수소(H2)를 질소(N2)와 같은 나머지 비활성가스와 혼합시킨다. 그러나 최근에 100% 순농도의 수소 및 중수소 열처리가 핫 캐리어(hot carrier) 신뢰도, 트랜지스터 수명, 댕글링 본드(dangling bond) 감소와 같은 소자 특성과 신뢰성을 향상시킨다고 한다.
수명의 개선은 소자의 상호컨덕턴스를 증가시킨다. 부품 기술과 구조는 소위 ˝나노미터 기술˝의 정교함으로 옮겨가는 추세이기 때문에 새로운 고압응용기술은 플루오르(F2), 암모니아(NH3) 및 염소(Cl2)와 같은 다른 가스의 사용을 요구하며, 이러한 다른 가스들은 매우 반응성이거나 유독하다.
순농도의 수소(H2) 및 중수소(D2)를 포함하는 성형가스 분위기에서 약 450℃ 이상의 온도 범위에서 일반적으로 열처리가 행해졌으며, 그리고 더 고온일수록 더 좋은 성능을 초래하는 경향이 있다.
그러나 크기가 0.12㎛ 범위에 도달할수록 최초 금속화 후 한계 열 이력은 400℃나 400℃ 이하의 열처리 온도를 요구하고, 이렇게 열처리함으로써 반도체소자 성능에 대한 수소 열처리 영향을 잠재적으로 감소시킨다.
대안으로서 수소 및 중수소의 고압 열처리가 제안되었고, 몇몇 우수한 성능 개선이 보고되었다. 특히, 고유전율(high-K) 게이트 절연막에 있어서 수소 및 중수소의 열처리는 계면전하의 감소, 댕글링 본드(dangling bond) 감소, 상호컨덕턴스의 개선과 같은 확실한 성능 향상을 보여주었다.
이러한 개선은 반도체소자 기술의 다음 세대용 고유전율(high-K) 게이트 절연막을 사용하는 집적회로 소자의 제조공정에 있어서 매우 획기적이다.
고압 기술의 주요 장점 중의 하나는 고압에서 가스농도를 증가시킴으로써 반응률을 효과적으로 상승시킬 수 있다는 것이다. 공정가스의 압력을 증가시킴으로써 공정가스의 밀도는 증가될 것이다.
가스농도는 압력이 증가함에 따라 선형적으로 증가된다. 예를 들어, 100 % 순농도의 수소가 5 기압의 고압 조건에서 처리되면, 반도체 실리콘에 누출된 수소가스의 실제 양은 상압에서 순수 100 % 수소가스의 농도의 5배이다.
부분 압력 조건의 경우, 실리콘 웨이퍼를 수소 농도 20 %, 5 기압에서 공정 처리하면, 실리콘 웨이퍼는 효과적으로 상압에서 100% 순농도의 수소와 같은 값으로 누출된다.
마찬가지로, 수소 농도 20%, 20 기압으로 공정 처리하는 것은 1 기압에서 100% 순농도의 수소가스로 공정 처리하는 결과의 4 배에 이를 것이다.
공정가스의 압력을 증가시키게 되면, 처리온도와 공정시간의 양쪽을 모두 감소시키는 것이 가능하다. 열 이력 한계가 "극단적인 한계 레벨"에 도달하고 부품 기술이 45 nm 범위에 도달한 것처럼, 반도체 제조 기술에서 고압공정은 수많은 열처리의 요구사항에 맞거나 능가하는 유일한 유효 해법이 된다.
고압 공정은 상기 언급한 세 가지 프로세스 매개변수와 비교하여 다음과 같은 이익을 제공할 수 있다(공정시간 감소, 공정온도 감소 및 공정가스의 농도 감소).
(1) 동등하거나 비슷한 공정결과를 획득하기 위하여 공정시간 및 가스농도를 변경하지 않고 압력을 증가시킴으로써 공정온도를 감소시킬 수 있다.
(2) 동등하거나 비슷한 공정결과를 획득하기 위하여 가스 농도를 변경하지 않고 온도의 다른 매개변수를 일정하게 하는 동안에 압력을 증가시킴으로써 공정시간을 현저하게 감소시킬 수 있다.
(3) 동등하거나 비슷한 공정결과를 획득하기 위하여 온도 매개변수를 변경하지 않고 공정 시간을 일정하게 하는 동안에 압력을 증가시킴으로써 가스농도를 감소시킬 수 있다.
반도체 제조에서 고유전율(high-K) 게이트 절연막 열처리, 후-금속화(post-metallization) 소결 열처리 및 성형가스 열처리에 대한 고압의 수소/중수소 공정의 응용은 소자 성능에 확실한 개선을 달성할 수 있다.
고압 열처리, 특히 수소(H2)나 중수소(D2) 분위기에서 반도체소자의 성능이 확연하게 개선된 것을 다소간 인지하였음에도 불구하고, 반도체 제조업계가 생산라인에 이 제조기술을 구현시킬 수 없었다.
주요 장애물의 하나가 기존 열처리 소자, 특히 고압 공정챔버에 관련한 다양한 안전성 문제였다.
공정가스 중 일부는 매우 반응성이 강하고, 가연성이며 유독하고 위험하다. 그리고 이러한 가스가 가압되었을 때에는 가압용기 또는 주위의 보조 서브시스템에서부터의 가스누출의 개연성이 증가하고 위험성은 훨씬 높아진다.
그 예로, 수소/중수소 가스는 가연성이 매우 높아 고농도의 수소/중수소가 대기 중의 산소에 누출되었을 때에는 폭발할 수도 있다. 부가적으로 고농도의 수소/중수소의 작은 분자 크기 때문에 고압인 조건 하에서는 수소/중수소 누출의 개연성은 더 높다. 이것은 반도체 주요 장비 업계에서 고압의 수소/중수소 공정챔버의 더딘 개발을 초래했다.
고압공정 분위기에서는 가연성이며 유독하고 유해한 가스의 사용에서도 동일한 사실을 확인할 수 있었다.
고압공정시스템은 일반적으로 다음의 세 가지 주요 매개변수 또는 서브시스템을 포함한다.
(1) 고압가스 공정 챔버, (2) 유입 고압가스 전달 시스템, (3) 공정 완료 후 고압가스의 처리(배기) 기계장치.
이 중 가장 중요한 것은 통상적으로 공정챔버나 챔버이고, 그리고 상기 공정챔버나 챔버에서는 수소와 같은 활성가스를 가압하여 반도체 웨이퍼를 공정처리하고 있다.
챔버 도어나 덮개는 일반적으로 오링(O링)으로 밀폐되어 있다. 고압 및 고온 조건 하에서 오링의 밀폐를 유지할 수 없다면, 수소와 같은 활성가스는 대기 중으로 누출될 수 있다. 조립체에 있는 다른 연결부위나 재료에 있는 결함 등은 가스누출을 초래할 수 있으며, 잠재적으로 위험상황으로 이어질 수 있다.
고압수소 장치의 또 다른 안전문제는 유입가스 제어 서브시스템 또는 모듈이고, 여기에는 유량계, 유량제어기(MFC) 및 다른 가스 제어 기계장치와 연결되어 있다. 이러한 연결부위는 수소 누출의 모든 잠재적 원인이 되고, 이러한 연결부위에 있는 어떠한 약함이나 결함은 위험한 조건을 야기한다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 '고압가스 열처리를 위한 방법 및 장치'가 개시되어 있다.
하기 특허문헌 1에 따른 고압가스 열처리 장치는 비금속재로 만들어지고, 100% 순농도의 수소, 중수소, 불소, 염소 및 암모니아 중 적어도 하나를 포함하는 첫 번째 가스의 첫 번째 압력을 유지하기 위해 설계된 내부챔버, 금속재로 만들어지고, 상기 내부챔버를 포함하며, 상기 내부챔버의 외부에서 비활성가스를 포함하는 두 번째 가스의 두 번째 가스압력을 유지하기 위해 설계된 외부챔버를 포함한다.
대한민국 특허 등록번호 제10-0766303호(2007년 10월 5일 등록)
그러나 종래기술에 따른 고압가스 열처리 장치는 웨이퍼 보트에 다수의 웨이퍼를 고압 상태에서 열처리할 수 있는 이점은 있으나, 필요에 따라 웨이퍼를 하나씩 열처리 할 수 없고, 열처리 공정 순선에 따라 순차적으로 열처리 할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고압을 유지하는 챔버 내에서 필요에 따라 한 장의 웨이퍼를 열처리 할 수 있는 고압 반도체 기판 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고압을 유지하는 챔버를 일정 간격으로 배열하여 순차적으로 열처리 할 수 있는 고압 반도체 기판 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 중앙 챔버와 중앙 챔버를 중심으로 고압 상태를 교번적으로 변경할 수 있는 고압 반도체 기판 처리장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고압 반도체 기판 처리장치는 중앙 챔버, 상기 중앙 챔버의 외면에 다수로 배열 고정되고 투입된 기판의 열처리 시 고압의 상태를 유지하는 다수의 처리 챔버, 상기 중앙 챔버의 일측에 상기 기판을 공급 또는 배출이 이루어지는 공급 및 배출 챔버, 상기 중앙 챔버 및 처리 챔버가 고압의 상태를 유지하도록 가스를 공급하는 가스공급장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 처리 챔버는 단일 또는 이중 벽 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 단일 벽 구조의 처리 챔버는 금속 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 이중 벽 구조의 처리 챔버는 석영 또는 세라믹으로 이루어진 내벽, 상기 내벽의 외측에 금속 재질로 이루어진 외벽, 상기 내벽과 외벽은 일정 거리만큼 떨어진 내부 공간을 고압으로 유지되는 쉘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 처리 챔버는 대기압 보다 높은 2~20 bar로 고압을 유지되는 것을 특징으로 한다.
상기 처리 챔버는 원형 또는 사각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 처리 챔버는 고압을 유지하면서 기판의 투입 및 배출이 이루어지도록 개폐되는 도어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 도어는 상기 처리 챔버의 전면에 내측으로 이동시키는 유압 실린더, 상기 처리 챔버의 내면에 상기 도어가 하강을 안내하는 안내부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공급 및 배출 챔버의 일측에 고압 또는 대기압 상태가 교번으로 변경되면서 상기 공급 및 배출 챔버에 기판을 공급하는 버퍼링 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공급 및 배출 챔버와 중앙 챔버 사이에는 상기 중앙 챔버에 기판의 투입 또는 배출 시 선택적으로 개폐되는 제1 게이트, 상기 공급 및 배출 챔버와 버퍼링 챔버 사이에는 상기 공급 및 배출 챔버에 기판의 투입 또는 배출 시 선택적으로 개폐되는 제2 게이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고압 반도체 기판 처리장치에 의하면, 소량으로 기판을 열처리 할 수 있고, 필요에 따라 열처리 공정을 순차적으로 할 수 있으며, 고압에서 열처리가 이루어짐에 따라 열처리 효율을 높일 수 있고, 이중 벽 또는 단일 벽 구조의 챔버에 의해 폭발 위험성이 높은 수소를 사용할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한 본 발명에 따른 고압 반도체 기판 처리장치에 의하면, 계면전하의 감소, 댕글링 본드의 감소, 상호 컨덕턴스를 개선할 수 있으며, 처리 챔버 내부의 처리 온도와 공정 시간을 감소시킬 수 있어 열처리에 소요되는 시간을 줄일 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 반도체 기판 처리장치의 평면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 반도체 기판 처리장치의 이중 챔버를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 반도체 기판 처리장치의 단일 챔버를 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 반도체 기판 처리장치의 사각 챔버를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 반도체 기판 처리장치의 원형 챔버를 도시한 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 반도체 기판 처리장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 반도체 기판 처리장치의 평면도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 반도체 기판 처리장치는 중앙 챔버(10), 상기 중앙 챔버(10)의 외면에 다수로 배열 고정되고 투입된 기판의 열처리 시 고압의 상태를 유지하는 다수의 처리 챔버(20), 상기 중앙 챔버(10)의 일측에 상기 기판을 공급 또는 배출이 이루어지는 공급 및 배출챔버(30), 상기 중앙 챔버(10) 및 처리 챔버(20)가 고압의 상태를 유지하도록 가스를 공급하는 가스공급장치(40)를 포함한다.
본 발명에 따른 고압 반도체 기판 처리장치는 일정 크기를 갖는 중앙 챔버(10) 및 중앙 챔버(10)의 둘레에 마련되는 처리 챔버(20)를 대기압 보다 높은 고압의 상태를 유지하면서 기판(또는 웨이퍼를 일컬음, 미도시)의 열처리를 하는 것이 주요 특징이다.
즉, 고압 반도체 기판 처리장치는 반도체 기판의 열처리 공정의 조건 중에서 고압을 유지함으로써, 열처리에 따른 압력을 고압으로 유지하여 기판의 열처리 효과를 극대화시키고자 하는 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고압 반도체 기판 처리장치에는 일정 크기를 갖는 중앙 챔버(10)가 마련되고, 중앙 챔버(10)의 둘레에는 다수의 처리 챔버(20)가 장착된다.
중앙 챔버(10)는 처리 챔버(20)와 함께 고압을 유지하는 공간이며, 중앙 챔버(10)에는 다수의 처리 챔버(20)에 기판을 투입 또는 배출시키는 이송 로봇(11)이 설치되어 있다.
이러한 이송 로봇(11)에는 기판을 올려 놓을 수 있는 재치판(12)이 고정되고, 재치판(12)은 기판을 중앙 챔버(10)에서 처리 챔버(20)로 왕복 이송시키는 것이다. 즉, 재치판(12)은 한 장의 기판이 올려진 상태에서 기판을 처리 챔버(20)로 투입시킴은 물론 처리 챔버(20)에서 열처리가 이루어진 기판을 배출시키기 위한 것이다.
아울러 이송 로봇(11)은 공급 및 배출 챔버(30)로부터 기판을 공급받아 처리 챔버(20)로 이동(투입 또는 배출을 포함한다)시키며, 처리 챔버(20)에서 열처리 된 기판을 다시 공급 및 배출 챔버(30)로 이동시켜 배출되게 한다.
또한 이송 로봇(11)은 제자리에서 회전 가능하게 설치되어 있으며, 기판의 이동을 원활하게 이루어지도록 재지판(12)을 길이 가변 되게 설치된다. 이러한 재치판(12)은 처리 챔버(20) 또는 공급 및 배출 챔버(30)에 기판의 이동 거리에 따라 적절한 길이로 길이 가변되는 링크 구조로 이루어질 수 있다.
이는 기판의 이동 거리에 따라 재치판(12)이 자유롭게 이동되도록 하기 위함이다.
처리 챔버(20)는 중앙 챔버(10)를 기준으로 그 외측에 다수개가 장착된다. 이는 다수의 챔버에서 각각 하나씩 열처리를 함으로써, 다수의 기판을 동시에 열처리할 수 있도록 함은 물론 열처리 공정에 따라 순차적으로 열처리를 할 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 하나의 처리 챔버(20)에서는 고온, 고압의 상태에서 열처리를 하고, 다음 챔버에서는 열처리된 기판을 냉각시키는 등의 열처리를 할 수 있도록 한다.
또한 처리 챔버(20)는 열처리 과정 중에 절연막 열처리, 후-금속화 소결 열처리, 성형가스 열처리 등을 각각 또는 순차적으로 할 수도 있다.
처리 챔버(20)에는 기판을 올려 놓을 수 있는 재치판(21)이 마련되어 있으며, 처리 챔버(20)는 가스공급장치(40)와 연결되어 대기압 보다 높은 2~20 bar 정도의 고압 상태를 유지한다.
한편 처리 챔버(20)의 재치판(21)은 중앙 챔버(10)의 이송 로봇(11)에 의해 기판의 이동 시 기판이 안정되게 놓여지도록 승강기(미도시, 엘리베이터)에 의해 승강되게 설치되어 있다.
즉, 처리 챔버(20)의 재치판(21)은 이송 로봇(11)의 재치판(12)에 올려져 있는 기판이 투입될 때 승강기에 의해 그 높이가 낮아진 상태에서 기판을 안정되게 올려지도록 상승된다. 이는 반도체 처리장치에서 통상의 기술이므로, 이에 대한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 반도체 기판 처리장치의 이중 챔버를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 반도체 기판 처리장치의 단일 챔버를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(20)는 고압을 유지하기 위하여 이중 벽 구조 또는 단일 벽 구조로 이루어진다. 본 발명에서 '이중 벽 구조'는 내벽과 외벽이 일정한 간격으로 떨어진 것이고, '단일 벽 구조'는 내벽과 외벽이 맞닿은 상태에서 일체로 이루어진 구조를 일컫는다.
도 2에서와 같이, 이중 벽 구조는 내벽(22)으로부터 외벽(23)이 일정 거리만큼 떨어진 위치에 고정된다. 이에 따라 내벽(22)에 의해 튜브(tube) 즉, 기판의 열처리가 이루어지는 공간이 형성되고, 내벽(22)과 외벽(23)에 의해 쉘(shell) 즉, 고압의 상태를 유지하는 공간이 형성된다.
이들 튜브와 쉘은 가스공급장치(40)에 의해 동일한 압력으로 고압을 유지할 수 있다. 이와 달리 쉘은 튜브에 비하여 보다 낮은 압력의 고압을 유지할 수 있다.
예시적으로, 튜브의 압력이 5bar 인 경우 쉘의 압력은 3~4bar의 고압 상태로 유지된다. 즉, 튜브는 쉘에 비하여 보다 높은 압력을 유지함으로써 열처리가 보다 원활하게 이루어질 수 있는 고압을 유지하기 위함이다.
내벽(22)에 의해 형성된 튜브에는 고압을 유지하기 위하여 수소(H2) 또는 중수소(D2)가 가스공급장치(40)에 의해 고압으로 채워지게 되고, 내벽(22)과 외벽(23) 사이에 형성된 쉘에는 고압을 유지하기 위하여 질소(N2), 플로우르(F2), 암모니아(NH3), 염소(Cl2) 등이 고압으로 채워지게 된다.
튜브에는 수소 또는 중수소의 가연성이면서 유해하고 위험한 활성가스가 채워지며, 쉘에는 질소, 플로우르 등의 비활성 가스가 채워지게 된다. 이에 따라 튜브는 쉘에 함유된 다른 가스에 의해 가압된 외부 압력에 의해 보호된다.
즉, 수소는 폭발의 위험성이 있으므로, 쉘에 채워진 비활성 가스에 의해 폭발의 위험성을 낮추게 된다.
한편 내벽(22)은 석영 또는 세라믹 재질 등의 비금속 재질을 사용하며, 외벽(23)은 스테인리스와 같은 금속 또는 금속성 합금 재질을 사용한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(20)는 단일 벽 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 단일 벽 구조는 내벽(22)과 외벽(23)이 맞닿은 구조로 이루어져 있다.
또한 내벽(22)은 세라믹 재질과 같은 비금속 재질로 이루어지고, 외벽은 스테인리스와 같은 금속 또는 금속성 합금 재질로 이루어진다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 반도체 기판 처리장치의 사각 챔버를 도시한 도면이다.
도 4(a)는 사각 챔버의 평면을 도시한 것이고, 도 4(b)는 사각 챔버의 사시도를 도시한 것이다. 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(20)는 사각 형상으로 이루어져 있으며, 그 내부에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 재치판(21)이 승강 가능하게 설치되어 있다.
아울러 이들 처리 챔버(20)에는 이송 로봇(11)에 의해 기판의 투입 또는 배출 시에 개폐되는 도어(25)가 장착되어 있으며, 처리 챔버(20)와 도어(25) 사이에는 오링과 같은 밀폐부재(미도시)가 고정됨은 물론이다.
즉, 처리 챔버(20)는 고압을 유지해야 되므로, 기밀 상태를 유지하기 위하여 도어(25)와 처리 챔버(20) 사이에는 밀폐부재가 고정된다.
또한 처리 챔버(20) 내면에는 개폐된 도어(25)가 안정되게 이동되도록 안내부(26)가 고정된다. 이러한 안내부(26)는 도어(25)의 양 측면에 각각 고정된다.
도어(25)는 유압 실린더(미도시) 등에 의해 개폐되며, 안내부(26)를 따라 승강되는 구조로 이루어진다. 즉, 처리 챔버(20)는 고압을 유지하고 있으므로, 도어(25)의 개방 시에 강한 힘으로 밀어야 개방되므로, 도어(25)를 개방시키기 위하여 유압 실린더를 사용한다.
한편 유압 실린더의 일측은 도어(25)에 고정되어 있는 아이 플레이트(27)에 회전 가능하게 고정되고, 유압 실린더의 타측은 중앙 챔버(10)의 소정 위치에 회전 가능하게 고정된다.
도어(25)의 개방 시, 유압 실린더는 도어(25)를 처리 챔버(20)의 내측으로 밀어 개방시키며, 이때 도어(25)는 안내부(26)에 접촉된 상태에서 유압 실린더에 의해 하강된다.
도 4(a)에 도시된 바와 같이, 도어(25)는 처리 챔버(20)의 일면에 장착되어 있고, 유압 실린더에 의해 안내부(26) 쪽(화살표 참조)으로 이동되어 개방된다. 즉, 도 4(a)에서와 같이 이점쇄선으로 표시된 도어(25)는 처리 챔버(20)의 내측으로 이동된다.
이렇게 개방된 도어(25)는 안내부(26)에 밀착된 상태에서, 유압 실린더에 의해 도어(25)가 하강된다. 즉, 안내부(26)는 도어(25)가 적정 거리만큼 이동되도록 제한하며, 개방된 도어(25)는 안내부(26)를 따라 하강된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 반도체 기판 처리장치의 원형 챔버를 도시한 도면이다.
도 5는 원형 챔버를 도시한 것으로, 도 5(a)는 원형 챔버의 평면도이고, 도 5(b)는 원형 챔버의 사시도이다. 이는 도 4와 동일하게 도어(25)의 개폐를 도시한 것이며, 도 4와 동일하므로 이에 대한 중복 설명을 생략하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공급 및 배출 챔버(30)는 열처리를 하고자 하는 기판을 공급 또는 열처리가 이루어진 기판을 배출하는 것이다. 이러한 공급 및 배출 챔버(30)에는 기판을 이동시키고자 하는 기판 재치부(31)가 설치되어 있다.
기판 재치부(31)는 버퍼링 챔버(50)에 적재된 기판을 하나씩 이동시킨다. 이러한 공급 및 배출 챔버(30)는 가스공급장치(40)에 의해 고압 또는 대기압 상태로 전환된다. 이를 위해 중앙 챔버(10)와 공급 및 배출 챔버(30) 사이에는 기판의 이동 시 개폐되는 제1 게이트(35)가 마련된다.
제1 게이트(35)는 기판 재치부(31)에서 이송 로봇(11)의 재치판(12)으로 기판을 이송시킬 때 개방되고, 기판을 이송시키지 않을 경우에는 닫힌 상태를 유지하게 된다.
이때 제1 게이트(35)가 개방될 때 공급 및 배출 챔버(30)는 중앙 챔버(10)와 동일한 압력의 고압 상태이어야 한다.
또한 공급 및 배출 챔버(30)의 일측에는 열처리를 하고자 하는 기판을 공급하는 버퍼링 챔버(50)가 마련된다. 버퍼링 챔버(50)는 그 내부에 반송 로봇(51), 노치 정렬장치(52) 및 로드 포트(53)를 포함하고 있다.
버퍼링 챔버(50)에는 반송 로봇(51)이 설치되며, 반송 로봇(51)은 엘리베이터에 의해 기밀을 유지하면서 승강 가능하게 설치되고, 도시하지 않은 리니어 액추에이터에 의해 좌우 방향으로 왕복 이동된다.
또 노치 정렬장치(52)는 기판의 위치를 보정하는 장치로써, 기판의 결정 방향이나 위치 맞춤 등을 기판의 노치로 파악하고, 그 파악된 정보를 바탕으로 기판의 위치를 보정한다. 또한 노치 정렬장치(52) 대신에 도시하지 않은 오리엔테이션 플랫(Orientation Flat) 정렬장치가 설치되어도 무방하며, 버퍼링 챔버(50)의 상부에는 클린 에어를 공급하는 도시하지 않은 클린 유닛이 마련된다.
로드 포트(53)는 이송 로봇(51)에 의해 열처리가 완료된 기판이 적재되는 공간으로, 로드 포트(53) 내부에는 반송된 기판을 적재하는 포드(54)가 장착되어 있다.
또한 공급 및 배출 챔버(30)와 버퍼링 챔버(50) 사이에는 공급 및 배출 챔버(30)로 기판의 투입 또는 배출이 이루어지도록 개폐되는 제2 게이트(55)가 설치되어 있다.
이러한 제2 게이트(55)는 버퍼링 챔버(50)에서 공급 및 배출 챔버(30)로 기판의 이동 시 개폐됨은 물론 공급 및 배출 챔버(30)에서 버퍼링 챔버(50)로 기판의 이동 시 개폐된다.
아울러 제2 게이트(55)는 제1 게이트(35)와 같이 공급 및 배출 챔버(30)를 고압 상태로 유지하도록 한다. 즉, 공급 및 배출 챔버(30)는 중앙 챔버(10)와 동일한 고압을 유지하기 위하여 제1 게이트(35) 및 제2 게이트(55)가 닫힌 상태에서 가스공급장치(40)에 의해 동일한 압력의 고압으로 전환되고, 이 상태에서 중앙 챔버(10)로 기판을 이동시키고자 하는 경우 제1 게이트(35)가 개방되어 기판을 이동시키게 된다. 이때 제2 게이트(55)는 닫힌 상태를 유지하여야 함은 물론이다.
또한 버퍼링 챔버(50)에서 공급 및 배출 챔버(30)로 기판을 이동시키고자 하는 경우, 제1 게이트(35)는 중앙 챔버(10)가 고압을 유지하도록 닫힌 상태에서 제2 게이트(55)가 개방된다.
이에 반송 로봇(51)에 의해 기판이 공급 및 배출 챔버(30)로 이동되며, 이때 공급 및 배출 챔버(30)는 대기압 상태로 전횐된다.
즉, 공급 및 배출 챔버(30)는 제2 게이트(55)가 개방되면 대기압 상태로 전환되고, 제2 게이트(55)가 닫힌 상태이면 중앙 챔버(10) 및 처리 챔버(20)와 동일한 압력의 고압 상태로 전환된다.
다음 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 반도체 기판 처리장치의 결합관계를 상세하게 설명한다.
본 발명의 고압 반도체 기판 처리장치는 중앙 챔버(10)의 둘레에 다수의 처리 챔버(20)를 설치한다. 중앙 챔버(10)에는 처리 챔버(20)로의 기판을 이동시키는 이송 로봇(11)를 회전 및 승강 가능하게 설치한다. 이때 이송 로봇(11)의 회전 및 승강 동작 시 중앙 챔버(10)는 고압을 유지할 수 있도록 기밀을 유지함은 물론이다.
아울러 이송 로봇(11)에는 기판을 처리 챔버(20)로 이동시키기 위한 재치판(12)을 고정한다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(20)는 기판을 열처리 하는 공간으로, 사각 챔버 또는 원형 챔버로 이루어진다. 중앙 챔버(10) 및 처리 챔버(20)는 가스공급장치(40)에 의해 대기압 보다 높은 고압 상태 즉, 2~20 bar의 기압을 유지한다.
아울러 공급 및 배출 챔버(30) 또한 가스공급장치(40)에 의해 고압의 상태를 유지하며, 공급 및 배출 챔버(30)는 제2 게이트(55)의 개방에 따라 고압 또는 대기압 상태로 전환된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(20) 내부에는 기판을 올려 놓을 수 있는 재치판(21)을 회전 및 승강 가능하게 설치하고, 이 또한 이송 로봇(11)과 같이 기밀을 유지함은 물론이다.
처리 챔버(20)는 이중 벽 구조로 이루어지거나 단일 벽 구조로 이루어진다. 이중 벽 구조는 내측에 내벽(22)을 형성하고, 외벽(23)은 내벽(23)으로부터 일정 거리만큼 떨어진 위치에 형성한다.
내벽(22)에 의해 형성되는 튜브 및 내벽(22)과 외벽(23) 사이에 형성되는 쉘은 동일한 압력을 유지하거나 쉘은 튜브에 비하여 보다 낮은 압력을 유지한다.
아울러 내벽(22)은 석영 또는 세라믹 등과 같은 비금속 재질로 이루어지고, 외벽(23)은 스레인리스 등과 같은 금속 재질로 이루어진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 단일 벽 구조로 이루어지는 챔버(20)의 내벽(22)은 세라믹과 같은 비금속 재질로 이루어지고, 외벽(23)을 스테인리스 등과 같은 금속 재질로 이루어진다.
도 1, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 챔버(20)에는 기판의 투입 또는 배출 시 개폐되는 도어(25)를 설치한다. 챔버(20)의 내측면에는 도어(25)의 승강 시 도어(25)의 이동을 안내하는 안내부(26)를 고정한다. 이러한 안내부(26)는 대략 'ㄱ'자 형상으로 이루어진다.
또한 도어(25)의 전면에는 유압 실린더(미도시)와 결합되는 아이 플레이트(27)를 고정한다. 유압 실린더는 중앙 챔버(10)에 마련되며, 유압 실린더의 양단은 각각 회전 가능하게 결합한다.
또 중앙 챔버(10) 일측에는 열처리를 하고자 하는 기판을 이동시키는 공급 및 배출 챔버(30)를 형성하며, 공급 및 배출 챔버(30) 내부에는 기판을 이동시키는 기판 재치부(31)를 설치한다. 이와 함께 중앙 챔버(10)와 공급 및 배출 챔버(30) 사이에는 기판의 이동 시 개폐되는 제1 게이트(35)를 설치한다.
가스공급장치(40)는 중앙 챔버(10), 처리 챔버(20), 공급 및 배출 챔버(30)를 고압으로 유지되게 하는 것으로, 가스공급장치(40)는 도시하지 않은 배관으로 챔버(10, 20, 30)와 연결한다.
공급 및 배출 챔버(30)의 일측에는 열처리를 하고자 하는 기판을 공급하기 위한 버퍼링 챔버(50)를 마련한다.
버퍼링 챔버(50)에는 공급 및 배출 챔버(30)에 기판의 공급 또는 배출시키는 반송 로봇(51)을 설치하며, 열처리 하고자 하는 기판의 위치를 정렬하는 노치 정렬장치(52)를 설치하고, 열처리가 완료된 기판을 저장하는 로드 포트(53)를 형성한다.
이러한 로드 포트(53)에는 기판을 안정되게 올려놓을 수 있는 포드(54)를 설치하며, 공급 및 배출 챔버(30)와 버퍼링 챔버(50) 사이에는 기판의 공급 및 배출 시 개폐되는 제2 게이트(55)를 설치한다.
다음 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 반도체 기판 처리장치의 작동방법을 상세하게 설명한다.
본 발명의 고압 반도체 기판 처리장치는 가스공급장치(40)에 의해 중앙 챔버(10), 처리 챔버(20) 및 공급 및 배출 챔버(30)를 대기압 보다 높은 2~20 bar의 고압으로 유지시킨다.
이와 같이 버퍼링 챔버(50)를 제외한 각 챔버(10, 20, 30)는 동일 또는 유사한 고압의 상태를 유지하게 된다.
열처리를 하고자 하는 기판은 노치 정렬장치(52)에서 위치를 정렬한 다음 반송 로봇(51)에 의해 공급 및 배출 챔버(30)로 공급된다.
이에 제2 게이트(55)는 개방되어 반송 로봇(51)에 의해 공급 및 배출 챔버(30)의 기판 재치부(31)로 기판이 이동되며, 이때 제1 게이트(35)는 닫힌 상태를 유지하게 된다.
이에 따라 공급 및 배출 챔버(30)는 대기압 상태로 전환된 상태에서 기판이 이동된다. 이러한 기판 재치부(31)에 기판의 이동이 완료된 이후 제2 게이트(55)가 닫히게 되고, 제1 게이트(35) 및 제2 게이트(55)가 닫힌 상태에서 가스공급장치(40)에 의해 고압으로 전환된다.
이렇게 공급 및 배출 챔버(30)가 고압으로 전환된 다음 제1 게이트(35)가 개방된다. 이에 기판 재치부(31)에 있는 기판은 중앙 챔버(10)의 이송 로봇(11)에 의해 중앙 챔버(10)로 이동된다.
이어서 중앙 챔버(10)의 이송 로봇(11)은 처리 챔버(20)로 기판을 이동시키게 되며, 이때 이송 로봇(11)은 설정된 처리 챔버(20) 중 어느 하나의 처리 챔버(20)로 기판을 이동시키게 된다.
이때 각 처리 챔버(20)에 있는 도어(25)는 유압 실린더(미도시)에 의해 개방되며, 중앙 챔버(10) 및 처리 챔버(20)는 동일한 압력을 유지하며, 도어(25)가 닫힘에 따라 처리 챔버(20) 내부에서 기판을 열처리 하게 된다.
한편 이송 로봇(11)은 설정된 공정 순서에 따라 기판을 처리 챔버(20)로 순차적으로 이동시킬 수도 있다. 이는 열처리 공정을 절연막 열처리, 후-금속화(post-metallization) 소결 열처리 및 성형가스 열처리 공정 등으로 구분하여 열처리 할 수 있다.
처리 챔버(20)에서 열처리가 완료된 기판은 이송 로봇(11)에 의해 배출되고, 공급 및 배출 챔버(30)로 배출된 기판은 반송 로봇(51)에 의해 로드 포트(53)의 포드(54)로 이동된다.
이때 제1 게이트(35)는 닫힌 상태로 유지되어 중앙 챔버(10) 및 처리 챔버(20)를 고압으로 유지되게 하며, 제2 게이트(55)는 개방된다. 이에 따라 공급 및 배출 챔버(30)는 대기압 상태로 전환된다.
이와 같이 기판의 이동 및 열처리 시 중앙 챔버(10) 및 처리 챔버(20)는 지속적으로 고압 상태를 유지하며, 공급 및 배출 챔버(30)는 제2 게이트(55)의 개방 여부에 따라 고압 또는 대기압 상태로 전환된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10: 중앙 챔버 11: 이송 로봇
12: 재치판 20: 처리 챔버
21: 재치판 22: 내벽
23: 외벽 25: 도어
26: 안내부 27: 아이 플레이트
30: 공급 및 배출 챔버 31: 기판 재치부
35: 제1 게이트 40: 가스공급장치
50: 버퍼링 챔버 51: 반송 로봇
52: 노치 정렬장치 53: 로드 포트
54: 포드 55: 제2 게이트

Claims (10)

  1. 중앙 챔버,
    상기 중앙 챔버의 외면에 다수로 배열 고정되고 투입된 기판의 열처리 시 고압의 상태를 유지하는 다수의 처리 챔버,
    상기 중앙 챔버의 일측에 상기 기판을 공급 또는 배출이 이루어지는 공급 및 배출 챔버,
    상기 중앙 챔버 및 처리 챔버가 고압의 상태를 유지하도록 가스를 공급하는 가스공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 반도체 기판 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 챔버는 단일 또는 이중 벽 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 고압 반도체 기판 처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단일 벽 구조의 처리 챔버는 금속 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 고압 반도체 기판 처리장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 이중 벽 구조의 처리 챔버는 석영 또는 세라믹으로 이루어진 내벽,
    상기 내벽의 외측에 금속 재질로 이루어진 외벽,
    상기 내벽과 외벽은 일정 거리만큼 떨어진 내부 공간을 고압으로 유지되는 쉘을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 반도체 기판 처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 처리 챔버는 대기압 보다 높은 2~20 bar로 고압을 유지되는 것을 특징으로 하는 고압 반도체 기판 처리장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 처리 챔버는 원형 또는 사각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고압 반도체 기판 처리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 처리 챔버는 고압을 유지하면서 기판의 투입 및 배출이 이루어지도록 개폐되는 도어를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 반도체 기판 처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도어는 상기 처리 챔버의 전면에 내측으로 이동시키는 유압 실린더,
    상기 처리 챔버의 내면에 상기 도어가 하강을 안내하는 안내부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 반도체 기판 처리장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 공급 및 배출 챔버의 일측에 고압 또는 대기압 상태가 교번으로 변경되면서 상기 공급 및 배출 챔버에 기판을 공급하는 버퍼링 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 반도체 기판 처리장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공급 및 배출 챔버와 중앙 챔버 사이에는 상기 중앙 챔버에 기판의 투입 또는 배출 시 선택적으로 개폐되는 제1 게이트,
    상기 공급 및 배출 챔버와 버퍼링 챔버 사이에는 상기 공급 및 배출 챔버에 기판의 투입 또는 배출 시 선택적으로 개폐되는 제2 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 반도체 기판 처리장치.
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