KR20180038577A - 복수 챔버의 화학 기상 증착 시스템 - Google Patents

복수 챔버의 화학 기상 증착 시스템 Download PDF

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조지 파파소울리오티스
미구엘 살다나
브렛 스노우덴
율리 라스코브스키
마이클 페이시
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비코 인스트루먼츠 인코포레이티드
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Abstract

화학 기상 증착 시스템이 개시된다. 화학 기상 증착 시스템은 고성능 반도체 디바이스의 제조에 필요한 품질을 유지하면서 공정 시간을 줄이기 위해 각각의 반응 챔버 내의 웨이퍼 상의 에피택셜층의 성장에서 독립적으로 작동하는 복수의 반응 챔버를 갖는다.

Description

복수 챔버의 화학 기상 증착 시스템
본 출원은, 2015년 9월 3일자로 출원된 미국 예비 출원 제62/213,950호 및 2016년 4월 1일자로 출원된 미국 예비 출원 제62/317,085호의 이점을 주장하면서, 이는 참고로서 여기에 포함된다.
본 발명은 일반적으로 반도체 제조 기술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 기판 상에 에피택셜 층의 성장에 있어서 독립적으로 구동할 수 있도록 한 복수의 반응 챔버를 갖는 화학 기상 증착 시스템에 관한 것이다.
반도체 제조를 위한 특정 공정들은, 발광 다이오드, 레이저 다이오드, 광 검출기, 전력 전자 및 전계 효과 트랜지스터와 같은 고성능 디바이스의 제조에 사용하기 위한 다층 반도체 구조를 생성하기 위해 에피택셜층을 성장시키는 복잡한 공정을 요구할 수 있다. 이 공정에서, 에피택셜층은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)이라 불리는 일반적인 공정을 통해 성장된다. CVD 공정의 일 예로서, 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)이 불린다. MOCVD에서, 반응 가스는 기판(일반적으로 웨이퍼라고 함)상에 얇은 에피택셜층을 성장시키기 위해 증착될 수 있는 제어된 환경 내의 밀폐된 반응 챔버 내로 도입된다. 이러한 제조 장비의 현재 제품 라인의 예로는 뉴욕 Plainview의 Veeco Instruments Inc.에서 제조된 TurboDiscㄾ, MaxBrightㄾ, MOCVD 시스템의 EPIKㄾ 제품군 및 PROPELㄾ Power GaN MOCVD 시스템이 있다.
에피택셜층 성장 동안, 온도, 압력 및 가스 유속과 같은 다수의 공정 파라미터가 제어되어 에피택셜층에서 원하는 품질을 달성한다. 상이한 재료 및 공정 파라미터를 사용하여 상이한 층을 성장시킨다. 예를 들어, III-V 반도체와 같은 화합물 반도체로 형성된 디바이스는 일반적으로 일련의 별개의 층을 성장시킴으로써 형성된다. 이 공정에서, 웨이퍼는, 상승된 온도에서 웨이퍼가 유지되는 동안 웨이퍼의 표면 위로 유동하고, III족 금속의 공급원으로서 금속 유기 화합물을 일반적으로 포함하고 V족 원소 공급원을 포함하는 가스의 혼합물에 노출된다. 일반적으로, 상기 금속 유기 화합물 및 V 족 공급원은 반응에 크게 관여하지 않는 캐리어 가스, 예를 들어 질소 또는 수소와 혼합된다. III-V 반도체의 한 예로서, 질화 갈륨은 적절한 결정격자 간격을 갖는 기판, 예를 들어 사파이어 또는 실리콘 웨이퍼 상에 유기 갈륨 화합물과 암모니아 간의 반응에 의해 형성될 수 있다. 웨이퍼는, 일반적으로 질화 갈륨 및/또는 관련 화합물의 증착 동안 약 700-1,200 °C의 온도로 유지된다. 또 다른 예로서 III-V 반도체인 인듐인화물(InP)은, 인듐 및 포스파인(phosphine), 또는 알루미늄, 갈륨 및 비소의 반응에 의해 형성될 수 있는 알루미늄 갈륨 비소(AlGa1-xAsx)의 반응에 의해 형성될 수 있으며, 상기 화합물의 반응은, 적절한 기판 상에 반도체층을 형성한다.
일반적으로, III-V 화합물은 일반적인 화학식 InXGaYAlZNAAsBPCSbD로 나타내며, X + Y + Z가 대략 1이고, A + B + C + D가 대략 1이고, X, Y, Z, A, B, C 및 D는 각각은 각각 0과 1 사이일 수 있다. 어떤 경우에 있어서는, 비스무스(bismuth)가 다른 III족 금속의 일부 또는 전부를 대체하여 사용될 수 있다. 적절한 기판은 금속, 반도체 또는 절연 기판일 수 있고 사파이어, 알루미늄 산화물, 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨 비소(GaAs), 인화 인듐(InP), 인듐 비소(InAs), 갈륨 인화물(GaP), 질화 알루미늄(AlN), 이산화규소(SiO2)등을 포함할 수 있다.
다른 유형의 CVD 공정은 전력 전자 디바이스를 형성하기 위해 기판 상에 실리콘 카바이드층을 성장시키는 것을 포함한다. 실리콘 카바이드층은, 캐리어 가스로서의 수소와 함께 반응 종으로 실란 및 탄화수소를 사용하여 성장된다. 웨이퍼는 일반적으로 증착하는 동안 800-2,000 °C 정도의 온도로 유지된다.
CVD 공정 챔버에서, 하나 이상의 반도체 웨이퍼가 일반적으로 웨이퍼 캐리어로 지칭되는 트레이 내에 위치되어, 각 웨이퍼의 상부 표면이 노출됨으로써, 반도체 물질의 증착을 위한 반응 챔버 내의 분위기 하에서 웨이퍼의 상부 표면의 균일한 노출을 제공한다. 웨이퍼 캐리어는 일반적으로 약 100 내지 1,500 rpm 또는 그 이상 크기의 회전 속도로 회전된다. 웨이퍼 캐리어는 일반적으로 흑연과 같은 높은 열전도성 재료로 기계 가공되고, 종종 탄화규소와 같은 재료의 보호층으로 코팅된다. 각각의 웨이퍼 캐리어는 개별 웨이퍼가 내부에 배치될 수 있도록 일련의 원형 오목부 또는 포켓 및 상부면을 갖는다. 관련 기술의 일부 예는 미국특허출원 공개번호 제2007/0186853호 및 제2012/0040097호, 및 미국특허 제6,492,625호; 제6,506,252호; 제6,902,623호; 제8,021,487호; 및 제8,092,599호에 개시되어 있으며, 이들의 개시 내용은 본원에 참고로 포함된다. 다른 웨이퍼 캐리어는 하나의 웨이퍼가 배치되는 단일 포켓을 갖는다.
일부 경우에 있어서, 웨이퍼 캐리어는 반응 챔버 내의 스핀들 상에 지지됨으로써, 웨이퍼의 노출된 표면을 갖는 웨이퍼 캐리어의 상부 표면이 가스 분배 장치를 향해 상방을 향하게 한다. 스핀들이 회전하는 동안, 가스는 웨이퍼 캐리어의 상부 표면 상으로 하방으로 유도되고, 웨이퍼 캐리어의 주변을 향하여 상부 표면을 가로질러 흐른다. 사용된 가스는 웨이퍼 캐리어 아래에 배치된 포트를 통해 반응 챔버로부터 배출될 수 있다. 웨이퍼 캐리어는, 일반적으로 웨이퍼 캐리어의 바닥면 아래에 배치된 가열 소자, 일반적으로는 전기 저항 가열 소자에 의해 원하는 상승 온도로 유지될 수 있다. 이러한 가열 소자는, 웨이퍼 표면의 원하는 온도보다 높은 온도로 유지시키는 한편, 가스 분배 장치는 일반적으로 원하는 반응 온도보다 충분히 낮은 온도로 유지됨으로써, 가스의 조기 반응을 방지한다. 따라서, 열은 가열 소자로부터 웨이퍼 캐리어의 하부 표면으로 전달되고, 웨이퍼 캐리어를 통해 상향으로 하나 이상의 웨이퍼로 이동한다.
경우에 따라, 웨이퍼 캐리어는 스핀들을 필요로 하지 않는 회전 시스템에 의해 지지 및 회전될 수 있다. 이러한 회전 시스템은 미국특허출원 공개번호 제2015/0075431호에 개시되어 있으며, 그 내용은 본원에 참조로 포함된다. 또 다른 경우에 있어서, 웨이퍼 캐리어는 반응 챔버에서 아래로 향하게(역전된) 배치될 수 있고 가스 주입기는 웨이퍼 캐리어 아래에 장착되어 가스 혼합물이 하나 이상의 웨이퍼를 향해 상방을 향하여 유동한다. 이러한 반전된 가스 분사 시스템의 예는 미국특허출원 공개번호 제2004/0060518호 및 제2004/0175939호, 및 미국특허 제8,133,322호에 개시되어 있으며, 그 내용은 본원에 참고로 포함된다.
CVD 공정에서, 웨이퍼는 개별적으로 정렬되어 웨이퍼 캐리어에 로딩되어야 한다. 그런 다음 웨이퍼 캐리어는 반응 챔버 내에 조심스럽게 배치되어야 한다. 화학 반응이 완료되면, 웨이퍼 캐리어를 반응 챔버으로부터 조심스럽게 제거해야 한다. 그 다음, 반응 챔버는 처리를 위해 다른 웨이퍼 캐리어와 함께 로딩되어야 한다. 이러한 웨이퍼 및 웨이퍼 캐리어의 취급은 전체 MOCVD 공정에 상당한 시간을 더해 질 수 있다. 또한, 작업자가 반응 챔버 내에 그의 손을 인입하도록 요구하는 것은, 특히 반응 챔버가 일반적으로 작동하는 고온에서 위험을 초래할 수 있다.
따라서, 본 발명의 출원인은 고성능 반도체 장치의 제조에 요구되는 품질 표준을 유지하면서 처리 시간을 단축시킬 목적으로 일정 정도의 자동화의 필요성을 확인하였다. 또한, 본 발명의 출원인은 처리 시간을 줄이기 위해 다수의 챔버를 갖는 화학 기상 증착 시스템에 대한 필요성을 확인하였다.
본 발명의 실시예들은 품질을 유지하면서 처리 시간을 줄이기 위해 각 반응 챔버 내의 웨이퍼상의 에피택셜층의 성장에서 독립적으로 작동하는 복수의 반응 챔버를 갖는 화학 기상 증착 시스템의 필요성을 충족하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 화학 기상 증착 시스템은, 자동 전단 인터페이스, 제1 로드락, 제2 로드락, 및 진공 트랜스퍼 모듈을 포함한다. 상기 자동 전단 인터페이스는 제1 아웃풋 및 제2 아웃풋을 갖고, 두 개 이상의 공정 트레이를 수용하기 위하여 구비된 공정 트레이 하우징, 두 개 이상의 웨이퍼를 수용하기 위하여 구비된 웨이퍼 카세트, 및 (i) 제1 공정 트레이 상에 제1 웨이퍼의 정렬을 위하여 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이를 상기 얼라이너로, (ii) 제2 공정 트레이 상에 제2 웨이퍼의 정렬을 위하여 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 상기 얼라이너로, (iii) 정렬된 제1 웨이퍼 및 공정 트레이를 제1 아웃풋으로, (iv) 정렬된 제2 웨이퍼 및 공정 트레이를 제2 아웃풋으로 이송할 수 있도록 구비된 인터페이스 로봇암을 구비한다.
상기 제1 로드락은 제어된 환경을 유지할 수 있는 챔버를 포함한다. 상기 제1 로드락은 제1 도어 및 제2 도어를 포함하고, 상기 제1 도어는 상기 자동 전단 인터페이스의 상기 제1 아웃풋과 연통된다. 일 실시예에 있어서, 제1 로드락 챔버는 상기 제1 아웃풋으로부터 상기 제1 도어를 통하여 상기 정렬된 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이를 전달받을 수 있도록 구비된다.
상기 제2 로드락은, 제어된 환경을 유지할 수 있는 챔버를 포함한다. 상기 제2 로드락은 제1 도어 및 제2 도어를 포함하고, 상기 제1 도어는 상기 자동 전단 인터페이스의 상기 제2 아웃풋과 연통된다. 일 실시예에 있어서, 제2 로드락 챔버는 상기 제2 아웃풋으로부터 상기 제2 도어를 통하여 상기 제2 아웃풋으로부터 상기 제2 도어를 통하여 상기 정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 전달받을 수 있도록 구비된다.
진공 트랜스퍼 모듈은 상기 제1 및 제2 로드락 챔버의 상기 제2 도어들과 연결된다. 상기 진공 트랜스퍼 모듈은 상기 정렬된 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이 및 상기 정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 상기 로드락 챔버로부터 상기 진공 트랜스퍼 모듈과 연결된 적어도 하나의 반응 챔버 쌍으로 전달할 수 있도록 듀얼 블레이드의 로봇암을 구비한다. 적어도 하나의 반응 챔버 쌍은 진동 트랜스퍼 모듈과 연통된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 화학 기상 증착 시스템은 제1 아웃풋 및 제2 아웃풋을 갖는 자동 전단 인터페이스를 포함할 수 있다. 상기 자동 전단 인터페이스는 공정 트레이 하우징, 웨이퍼 카세트, 얼라이너, 및 인터페이스 로봇암, 로드락 및 진공 트랜스퍼 모듈을 포함할 수 있다.
상기 공정 트레이 하우징은 두 개 이상의 공정 트레이를 수용하도록 구비될 수 있다. 상기 웨이퍼 카세트는, 두 개 이상의 웨이퍼를 수용할 수 있도록 구비된다. 상기 얼라이너는 상기 제1 공정 트레이 상에 제1 웨이퍼를, 상기 제2 공정 트레이 상에 제2 웨이퍼를, 제1 아웃풋에 상기 정렬된 제1 웨이퍼 및 공정 트레이를, 제2 아웃풋에 상기 정렬된 제2 웨이퍼 및 공정 트레이를 정렬할 수 있도록 구비될 수 있다.
상기 로드락 챔버는, 제어된 환경을 유지할 수 있고, 상기 자동 전단 인터페이스와 연결되고, 상기 제1 아웃풋과 연통된 제1 도어, 상기 제2 아웃풋과 연통된 제2 도어, 상기 제1 도어에 대향하는 제3 도어 및 상기 제2 도어에 대향하는 제4 도어를 구비한다. 상기 로드락 챔버는 상기 제1 아웃풋으로부터 상기 제1 도어를 통하여 상기 정렬된 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이 및 상기 제2 아웃풋으로부터 상기 제2 도어를 통하여 상기 정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 전달받을 수 있도록 구비된다. 상기 로드락 챔버는 적어도 하나의 선반을 구비한다.
진공 트랜스퍼 모듈은, 상기 로드락 챔버의 상기 제3 및 제4 도어와 연결된다. 상기 진공 트랜스퍼 모듈은 상기 정렬된 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이 및 상기 정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 상기 로드락 챔버로부터 상기 진공 트랜스퍼 모듈과 연결된 적어도 하나의 반응 챔버 쌍으로 전달할 수 있도록 듀얼 블레이드의 로봇암을 구비한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 화학 기상 증착 시스템은, 자동 전단 인터페이스, 로드락 챔버 및 진공 트랜스퍼 모듈을 포함한다. 상기 자동 전단 인터페이스는 제1 아웃풋 및 제2 아웃풋을 갖고, 공정 트레이 하우징, 웨이퍼 카세트, 얼라이너, 및 인터페이스 로봇암을 포함한다. 상기 공정 트레이 하우징은, 두 개 이상의 공정 트레이를 수용하기 위하여 구비된다. 상기 웨이퍼 카세트는, 두 개 이상의 웨이퍼를 수용하기 위하여 구비된다. 상기 얼라이너는 제1 공정 트레이 상에 제1 웨이퍼 및 제2 공정 트레이 상에 제2 웨이퍼를 정렬시키기 위하여 구비된다. 인터페이스 로봇암은, (i) 웨이퍼 및 공정 트레이를 상기 얼라이너로, (ii) 정렬된 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이를 상기 제1 아웃풋으로, (iii)정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 제2 아웃풋으로 이송하도록 구비된다.
상기 로드락 챔버는, 제어된 환경을 유지할 수 있고, 상기 자동 전단 인터페이스와 연결되고, 상기 제1 아웃풋 및 상기 제2 아웃풋과 연통된 제1 도어, 제1 아웃풋과 정렬된 제1 챔버, 및 제2 아웃풋에 정렬된 제2 챔버 및 제1 도어에 대향하는 제2 도어를 포함한다. 상기 로드락 챔버는 상기 제1 아웃풋으로부터 상기 정렬된 제1 웨이퍼 및 공정 트레이를, 그리고 상기 제2 아웃풋으로부터 상기 정렬된 제2 웨이퍼 및 공정 트레이를 제1 도어를 경유하여 제1 및 제2 챔버들 각각에 전달받을 수 있도록 구비된다. 상기 로드락 챔버는 적어도 하나의 선반을 구비한다.
진공 트랜스퍼 모듈은 상기 로드락 챔버의 상기 제2 도어들과 연결된다. 상기 진공 트랜스퍼 모듈은 상기 정렬된 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이 및 상기 정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 상기 각 제1 및 제2 챔버로부터 상기 진공 트랜스퍼 모듈과 연결된 적어도 하나의 반응 챔버 쌍으로 전달할 수 있도록 듀얼 블레이드의 로봇암을 구비한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 화학 기상 증착 시스템은, 자동 전단 인터페이스, 로드락 챔버 및 진공 트랜스퍼 모듈을 포함한다. 상기 자동 전단 인터페이스는 제1 아웃풋 및 제2 아웃풋을 구비한다. 상기 제1 아웃풋은 웨이퍼를 수용하는 제1 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용하는 제3 공정 트레이를 병렬로 제공하도록 구비된다. 제2 아웃풋은 웨이퍼를 수용하는 제2 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용하는 제4 공정 트레이를 병렬로 제공하도록 구비된다.
상기 로드락 챔버는, 제어된 환경을 유지할 수 있고, 상기 자동 전단 인터페이스와 연결되고, 제1 챔버, 제2 챔버, 상기 제1 아웃풋과 연통된 제1 도어를 포함하고, 제1 챔버는 상기 제1 아웃풋에 정렬되고, 제2 챔버는 제2 아웃풋에 정렬되며, 제1 도어에 대향하는 제2 도어를 더 포함하고, 상기 로드락 챔버는 상기 제1 아웃풋으로부터 웨이퍼를 수용한 제1 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용한 제3 공정 트레이를, 그리고 상기 제2 아웃풋으로부터 웨이퍼를 수용한 제2 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용한 제4 공정 트레이를 제1 도어를 경유하여 제1 및 제2 챔버들 각각으로 전달받을 수 있도록 구비된다. 상기 로드락 챔버는 적어도 하나의 선반을 구비한다.
진공 트랜스퍼 모듈은 상기 로드락 챔버의 상기 제2 도어들과 연결된다. 상기 진공 트랜스퍼 모듈은 웨이퍼를 수용한 제1 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용한 제2 공정 트레이를 상기 각 제1 및 제2 챔버로부터 상기 진공 트랜스퍼 모듈과 연결된 제1 반응 챔버 쌍으로, 그리고 웨이퍼를 수용한 제3 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용한 제4 공정 트레이를 상기 각 제1 및 제2 챔버로부터 상기 진공 트랜스퍼 모듈과 연결된 제2 반응 챔버 쌍으로 전달할 수 있도록 듀얼 블레이드의 로봇암을 구비한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 화학 기상 증착 시스템은, 전단 인터페이스, 로드락 챔버 및 진공 트랜스퍼 모듈을 포함한다. 상기 전단 인터페이스는 제1 아웃풋 및 제2 아웃풋을 구비한다. 상기 제1 아웃풋은 웨이퍼를 수용하는 제1 공정 트레이, 웨이퍼를 수용하는 제3 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용하는 제5 공정 트레이를 병렬로 제공하도록 구비된다. 상기 제2 아웃풋은 웨이퍼를 수용하는 제2 공정 트레이, 웨이퍼를 수용하는 제4 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용하는 제6 공정 트레이를 병렬로 제공하도록 구비된다.
상기 로드락 챔버는, 제어된 환경을 유지할 수 있고, 상기 전단 인터페이스와 연결되고, 제1 챔버, 제2 챔버, 상기 제1 아웃풋 및 제2 아웃풋과 연통된 제1 도어를 구비한다. 제1 챔버는 제1 아웃풋에 정렬되며, 제2 챔버는 제2 아웃풋에 정렬된다. 제2 도어는 제1 도어에 대향하고, 상기 로드락 챔버는 웨이퍼를 수용하는 제1 공정 트레이, 웨이퍼를 수용하는 제3 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용하는 제5 공정 트레이를 상기 제1 아웃풋으로부터, 웨이퍼를 수용하는 제2 공정 트레이, 웨이퍼를 수용하는 제4 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용하는 제6 공정 트레이를 상기 제2 아웃풋으로부터 상기 제1 도어를 통하여 상기 각 제1 및 제2 챔버로 전달한다. 상기 로드락 챔버는 적어도 하나의 선반을 구비한다.
진공 트랜스퍼 모듈은 상기 로드락 챔버의 상기 제2 도어들과 연결된다. 상기 진공 트랜스퍼 모듈은 웨이퍼를 수용하는 제1 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용하는 제2 공정 트레이를 상기 각 제1 및 제2 챔버로부터 상기 진공 트랜스퍼 모듈과 연결된 제1 반응 챔버 쌍으로, 웨이퍼를 수용하는 제3 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용하는 제4 공정 트레이를 상기 각 제1 및 제2 챔버로부터 상기 진공 트랜스퍼 모듈과 연결된 제2 반응 챔버 쌍으로, 및 웨이퍼를 수용하는 제5 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용하는 제6 공정 트레이를 상기 각 제1 및 제2 챔버로부터 상기 진공 트랜스퍼 모듈과 연결된 제3 반응 챔버 쌍으로, 전달할 수 있도록 듀얼 블레이드의 로봇암을 구비한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 화학 기상 증착 시스템은, 전단 인터페이스, 로드락 챔버, 진공 트랜스퍼 모듈 및 적어도 하나의 반응 챔버 쌍을 포함한다. 상기 전단 인터페이스는 제1 아웃풋 및 제2 아웃풋을 구비한다. 상기 제1 아웃풋은 웨이퍼를 수용한 제1 공정 트레이를 제공하도록 구비된다. 제2 아웃풋은 웨이퍼를 수용한 제2 공정 트레이를 제공하도록 구비된다.
상기 로드락 챔버는, 제어된 환경을 유지할 수 있고, 상기 전단 인터페이스와 연결되고, 제1 챔버, 제2 챔버, 상기 제1 아웃풋 및 제2 아웃풋과 연통된 제1 도어를 포함하고, 상기 제1 챔버는 상기 제1 아웃풋에 정렬되고, 상기 제2 챔버는 제2 아웃풋에 정렬되며, 제1 도어에 대향하는 제2 도어를 더 포함하고, 상기 로드락 챔버는 상기 제1 아웃풋으로부터 웨이퍼를 수용한 제1 공정 트레이를, 그리고 상기 제2 아웃풋으로부터 웨이퍼를 수용한 제2 공정 트레이를 상기 제1 도어를 경유하여 각 제1 및 제2 챔버로 전달받을 수 있도록 구비된다. 상기 로드락 챔버는 적어도 하나의 선반을 구비한다.
진공 트랜스퍼 모듈은 상기 로드락 챔버의 상기 제2 도어들과 연결된다. 상기 진공 트랜스퍼 모듈은 웨이퍼를 수용하는 제1 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용하는 제2 공정 트레이를 상기 각 제1 및 제2 챔버로부터 처리할 수 있도록 듀얼 블레이드의 로봇암을 구비한다.
적어도 하나의 반응 챔버 쌍은 진공 트랜스퍼 모듈과 연통될 수 있다. 적어도 하나의 반응 챔버는 웨이퍼를 수용하는 제1 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용하는 제2 공정 트레이를 수용할 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 반응 챔버는 금속 유기 화학 기상 증착, 화학 기상 증착, 물리 기상 증착, 플라즈마 증대 물리적 기상 증착, 플라즈마 증개 화학 기상 증착, 원자층 증착, 플라즈마 증대 원자 층 증착 및 원자층 에피택셜로부터 선택된 공정을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 화학 기상 증착 시스템은, 전단 인터페이스, 로드락 챔버, 진공 트랜스퍼 모듈 및 적어도 하나의 반응 챔버 쌍을 포함한다. 상기 전단 인터페이스는 제1 아웃풋 및 제2 아웃풋을 구비한다. 상기 제1 아웃풋은 웨이퍼를 수용하는 제1 공정 트레이를 제공하도록 구비된다. 제2 아웃풋은 웨이퍼를 수용하는 제2 공정 트레이를 제공하도록 구비된다.
상기 로드락 챔버는, 제어된 환경을 유지할 수 있고, 상기 전단 인터페이스와 연결되고, 제1 챔버, 제2 챔버, 상기 제1 아웃풋 및 제2 아웃풋과 연통된 제1 도어를 포함하고, 상기 제1 챔버는 상기 제1 아웃풋에 정렬되고, 상기 제2 챔버는 제2 아웃풋에 정렬되며, 제1 도어에 대향하는 제2 도어를 더 포함하고, 상기 로드락 챔버는 상기 제1 아웃풋으로부터 웨이퍼를 수용하는 제1 공정 트레이를, 그리고 상기 제2 아웃풋으로부터 웨이퍼를 수용하는 제2 공정 트레이를 상기 제1 도어를 경유하여 각 제1 및 제2 챔버 내부로 전달받을 수 있도록 구비된다. 상기 로드락 챔버는 적어도 하나의 선반을 구비한다.
진공 트랜스퍼 모듈은 상기 로드락 챔버의 상기 제2 도어들과 연결된다. 상기 진공 트랜스퍼 모듈은 웨이퍼를 수용하는 제1 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용하는 제2 공정 트레이를 상기 각 제1 및 제2 챔버로부터 처리할 수 있도록 듀얼 블레이드의 로봇암을 구비한다.
적어도 하나의 반응 챔버 쌍은 진공 트랜스퍼 모듈과 연통될 수 있고, 적어도 하나의 반응 챔버는 웨이퍼를 수용하는 제1 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용하는 제2 공정 트레이를 수용할 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 반응 챔버는 적어도 하나의 계측 장비와 함께 제공될 수 있다.
전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 상기 화학 기상 증착 시스템은, 독립적으로 구동하는 한 쌍의 반응 챔버들(두 개의 독립적으로 구동하는 반응 챔버)을 포함한다. 전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 상기 화학 기상 증착 시스템은, 독립적으로 구동하는 두 쌍의 반응 챔버들(네 개의 독립적으로 구동하는 반응 챔버)을 포함한다. 전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 상기 화학 기상 증착 시스템은, 독립적으로 구동하는 세 쌍의 반응 챔버들(여섯 개의 독립적으로 구동하는 반응 챔버)을 포함한다.
전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 적어도 하나의 반응 챔버들은 금속 유기 화학 기상 증착, 화학 기상 증착, 물리 기상 증착, 플라즈마 증대 물리적 기상 증착, 플라즈마 증개 화학 기상 증착, 원자층 증착, 플라즈마 증대 원자 층 증착 및 원자층 에피택셜로부터 선택된 공정을 수행할 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 반응 챔버는 적어도 하나의 계측 장비와 함께 제공될 수 있다.
전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 상기 화학 기상 증착 시스템은, 각각의 반응 챔버 쌍에 인접하게 배치된 소스 전달 어셈블리를 포함한다. 전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서 상기 소스 전달 어셈블리는 각 쌍의 반응 챔버에 대한 적어도 하나의 캐리어 가스, 하나 이상의 반응 가스, 냉각 시스템, 및 배기 시스템을 제공하도록 구비될 수 있다.
전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 상기 로드락은 하나 이상의 챔버를 포함한다. 전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 제1 및/또는 제2 로드락을 포함하는 로드락은 적어도 하나의 선반을 구비함으로써, 로드락을 적어도 두 개의 컴파트먼트들로 분리할 수 있다. 전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 적어도 하나의 컴파트먼트 및/또는 챔버는 독립적으로 제어 가능한 환경의 챔버 또는 컴파트먼트일 수 있다. 전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 적어도 두 개의 컴파트먼트의 제어가능한 환경은 동일하도록 구비될 수 있다. 전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 적어도 두 개의 컴파트먼트의 제어가능한 환경은 음압을 설정할 수 있도록 구비될 수 있다. 전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 적어도 두 개의 컴파트먼트의 제어가능한 환경은 대기압을 설정할 수 있도록 구비될 수 있다. 전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 적어도 두 개의 컴파트먼트의 제어가능한 환경은 불활성 가스 환경을 유지할 수 있도록 구비될 수 있다. 전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 적어도 두 개의 컴파트먼트의 제어가능한 환경은 제어된 습도 환경을 유지할 수 있도록 구비될 수 있다. 전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 적어도 두 개의 컴파트먼트의 제어가능한 환경은 낮은 파티클 함유 환경을 설정할 수 있도록 구비될 수 있다. 전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 적어도 두 개의 컴파트먼트의 제어가능한 환경은 제어된 온도 환경을 유지할 수 있도록 구비될 수 있다.
전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 인터페이스 로봇암은, 제1 웨이퍼, 제1 공정 트레이, 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이 중 적어도 두 개를 동시에 이송할 수 있다. 전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 상기 인터페이스 로봇암은, 상기 정렬된 제1 웨이퍼 및 공정 트레이와 상기 정렬된 제2 웨이퍼 및 공정 트레이를 상기 각 제1 아웃풋 및 제2 아웃풋에 동시에 이송할 수 있다. 전술한 화학 기상 증착 시스템에 있어서, 상기 자동 전단 인터페이스는 두 개의 인터페이스 로봇암을 구비할 수 있으며, 상기 두 개의 인터페이스 로봇암은 상호 독립적이며 동시적으로 구동할 수 있다.
전술한 화학 기상 증착 시스템의 실시예들에 있어서, 진공 트랜스퍼 모듈은 진공 트랜스퍼 모듈의 내부 챔버 및 복수의 반응 챔버 사이의 접근을 선택적으로 제공하도록 구성된 복수의 도어를 포함할 수 있다. 전술한 화학 기상 증착 시스템의 실시예들에 있어서, 진공 트랜스퍼 모듈은 하나 이상의 선반을 포함할 수 있다.
전술한 화학 기상 증착 시스템의 실시예에 있어서, 각각의 공정 트레이는 직경이 6 내지 8 인치인 단일 웨이퍼를 수용하도록 구비될 수 있다. 전술한 화학 기상 증착 시스템의 실시예에 있어서, 각각의 공정 트레이는 직경이 8 내지 10 인치인 단일 웨이퍼를 수용하도록 구비될 수 있다. 전술한 화학 기상 증착 시스템의 실시예에 있어서, 각각의 공정 트레이는 직경이 10 내지 12 인치인 단일 웨이퍼를 수용하도록 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 복수의 반응 챔버 내에 에피택셜층을 성장시키기 위한 복수의 웨이퍼를 준비하는 방법이 개시된다. 일 실시예에 있어서, 상기 방법은,
(i)두 개 이상의 웨이퍼를 수용하기 위하여 구비된 웨이퍼 카세트 및 (ii)두 개 이상의 공정 트레이를 수용하기 위하여 구비된 공정 트레이 하우징를 갖도록 구비된 자동 전단 인터페이스를 제공하고;
상기 공정 트레이 하우징으로부터 제1 공정 트레이 상에 웨이퍼 카세트로부터의 제1 웨이퍼를 얼라이너를 이용하여 정렬하고;
상기 얼라이너로부터 상기 정렬된 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이를 인터페이스 로봇암을 이용하여 로드락 챔버로 이송하고;
상기 공정 트레이 하우징으로부터 제2 공정 트레이 상에 상기 웨이퍼 카세트로부터의 제2 웨이퍼를 상기 얼라이너를 이용하여 정렬하고,
상기 얼라이너로부터 상기 정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 인터페이스 로봇암을 이용하여 상기 로드락 챔버로 이송한다.
여러 실시예들에 있어서, 상기 방법은,
상기 제1 로드락 챔버 및 제2 로드락 챔버를 밀폐하고 내부 환경을 제어하고, 상기 환경은, 음압 환경을 설정하고, 불활성 가스 환경을 유지하고, 제어된 습도 환경을 유지하고 및 낮은 파티클 함유 환경을 유지함으로써 제어되고;
제1 로드락 및 제2 로드락 상의 각 도어를 개방함으로써, 제1 로드락 챔버 및 제2 로드락 챔버를 상기 진공 트랜스퍼 모듈와 유체적으로 연통하게 하고,
정렬된 제 1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이를 제 1로드락 챔버로부터 진공 트랜스퍼 모듈을 통해 제1 반응 챔버로, 및 정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이로를 제2 로드락 챔버로부터 진공 트랜스퍼 모듈을 통해 제2 반응 챔버로, 듀얼 블레이드 로봇암을 이용하여 동시에 이송하고,
정렬된 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이를 제1 반응 챔버에서, 정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 제2 반응 챔버에서 각각 처리하고,
처리된 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이를 제1 반응 챔버로부터 제1 로드락 챔버로, 처리된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 제2 로드락 챔버로, 이중 블레이 드 로봇망을 이용하여 동시에 이송하는 것을 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 복수의 반응 챔버 내에 에피택셜층을 성장시키기 위한 복수의 웨이퍼를 준비하는 방법이 개시된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은,
(i)두 개 이상의 웨이퍼를 수용하기 위하여 구비된 웨이퍼 카세트 및 (ii)두 개 이상의 공정 트레이를 수용하기 위하여 구비된 공정 트레이 하우징를 갖도록 구비된 자동 전단 인터페이스를 제공하고;
상기 자동 전단 인터페이스와 연통된 진공 트랜스퍼 챔버를 제공하고;
상기 웨이퍼 카세트로부터 웨이퍼 얼라이너로 인터페이스 로봇암을 이용하여 제1 웨이퍼를 이송하고, 웨이퍼 얼라이너는 웨이퍼를 정렬하고;
상기 공정 트레이 하우징으로부터 공정 트레이 얼라이너로 인터페이스 로봇암을 이용하여 제1 공정 트레이를 이송하고, 공정 트레이 얼라이너는 공정 트레이를 정렬하고;
제1 공정 트레이 상에 제1 웨이퍼의 정렬을 위하여 웨이퍼 얼라이너로부터 정렬된 공정 트레이로 정렬된 제1 웨이퍼를 이송하고;
정렬된 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이를 상기 얼라이너로부터 로드락 챔버 내부로 인터페이스 로봇암을 이용하여 이송하고;
상기 웨이퍼 카세트로부터 웨이퍼 얼라이너로 인터페이스 로봇암을 이용하여 제2 웨이퍼를 이송하고, 웨이퍼 얼라이너는 웨이퍼를 정렬하고;
상기 공정 트레이 하우징으로부터 공정 트레이 얼라이너로 인터페이스 로봇암을 이용하여 제2 공정 트레이를 이송하고, 공정 트레이 얼라이너는 공정 트레이를 정렬하고;
제2 공정 트레이 상에 제2 웨이퍼의 정렬을 위하여 웨이퍼 얼라이너로부터 정렬된 공정 트레이로 정렬된 제2 웨이퍼를 이송하고;
정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 상기 얼라이너로부터 로드락 챔버 내부로 인터페이스 로봇암을 이용하여 이송하고;
상기 정렬된 제1 웨이퍼와 제1 공정 트레이를 상기 로드락 챔버로부터 진공 트랜스퍼 모듈을 통하여 제1 반응 챔버 내부로, 상기 정렬된 제2 웨이퍼와 제2 공정 트레이를 상기 로드락 챔버로부터 진공 트랜스퍼 모듈을 통하여 제2 반응 챔버 내부로 듀얼 블레이드 로봇암을 이용하여 동시에 이송하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 복수의 반응 챔버 내에 에피택셜층을 성장시키기 위한 복수의 웨이퍼를 준비하는 방법이 개시된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은,
(i)두 개 이상의 웨이퍼를 수용하기 위하여 구비된 웨이퍼 카세트 및 (ii)두 개 이상의 공정 트레이를 수용하기 위하여 구비된 공정 트레이 하우징를 갖도록 구비된 자동 전단 인터페이스를 제공하고;
상기 자동 전단 인터페이스와 연통된 진공 트랜스퍼 챔버를 제공하고;
상기 웨이퍼 카세트로부터 웨이퍼 얼라이너로 인터페이스 로봇암을 이용하여 제1 웨이퍼를 이송하고, 웨이퍼 얼라이너는 웨이퍼를 정렬하고;
상기 공정 트레이 하우징으로부터 공정 트레이 얼라이너로 인터페이스 로봇암을 이용하여 제1 공정 트레이를 이송하고, 공정 트레이 얼라이너는 공정 트레이를 정렬하고;
제1 공정 트레이 상에 제1 웨이퍼의 정렬을 위하여 웨이퍼 얼라이너로부터 정렬된 공정 트레이로 정렬된 제1 웨이퍼를 이송하고;
정렬된 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이를 상기 얼라이너로부터 로드락 챔버 내부로 인터페이스 로봇암을 이용하여 이송하고;
상기 웨이퍼 카세트로부터 웨이퍼 얼라이너로 인터페이스 로봇암을 이용하여 제2 웨이퍼를 이송하고, 웨이퍼 얼라이너는 웨이퍼를 정렬하고;
상기 공정 트레이 하우징으로부터 공정 트레이 얼라이너로 인터페이스 로봇암을 이용하여 제2 공정 트레이를 이송하고, 공정 트레이 얼라이너는 공정 트레이를 정렬하고;
제2 공정 트레이 상에 제2 웨이퍼의 정렬을 위하여 웨이퍼 얼라이너로부터 정렬된 공정 트레이로 정렬된 제2 웨이퍼를 이송하고;
정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 상기 얼라이너로부터 로드락 챔버 내부로 인터페이스 로봇암을 이용하여 이송한다.
상기 요약은 각각의 도시된 실시예 또는 본 개시의 모든 구현을 설명하기 한 것이 아니다. 다음의 도면들 및 상세한 설명은 이들 실시예들을 보다 구체적으로 예시한다.
본 개시 내용은 첨부된 도면과 관련하여 본 개시의 다양한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 고려하면 더욱 완전하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 여섯 개의 반응 챔버들(세 쌍의 반응 챔버)를 갖는 화학 기상 증착(CVD) 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 네 개의 반응 챔버들(두 쌍의 반응 챔버)를 갖는 화학 기상 증착(CVD) 장치를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 반응 챔버들(한 쌍의 반응 챔버)를 갖는 화학 기상 증착(CVD) 장치를 도시한 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 로드락을 도시한 등축 투영도(isometric view)이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 로드락을 도시한 등축 투영도(isometric view)이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 트레이에 탈착 가능하게 결합되도록 적용된 피팅을 포함하는 스핀들을 구비하는 반응 챔버의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 유전 서포터를 구비하는 반응 챔버의 평면도이다.
본 개시물의 실시예가 다양한 변형 및 대안적인 형태에 적용될 수 있지만, 그 특성은 도면의 예로서 도시되고 상세한 설명 될 것이다. 그러나, 이 설명은 개시된 특정 실시예로 본 발명을 한정하려는 것이 아니라는 것을 이해해야한다. 반대로, 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 바와 같은 개시의 사상 및 범위 내에 있는 모든 수정, 균등 물, 및 대안을 포함하는 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 시스템(100)이 도시된다. 화학 기상 증착 시스템(100)은 복수의 반응 챔버들(102A 내지 102F)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 반응 챔버들(102A 내지 102F)은, 고성능 반도체 디바이스를 제조하기 위하여 필요한 품질 기준을 유지하면서 웨이퍼 공정 시간을 단축시키기 위한 목적으로 각 반응 챔버들(102A 내지 102F) 내에서 웨이퍼 상에 에피택셜층의 성장을 위하여 동시적일 뿐만 아니라 독립적으로 구동할 수 있다. 예를 들면, 화학 기상 증착 시스템(100)의 일 실시예에 있어서, 시스템(100)은 세 쌍의 반응 챔버들(여섯 개의 반응 챔버들(102A 내지 102F))을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 시스템(100)은 또 다른 개수의 반응 챔버들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 시스템(100)은 두 쌍의 반응 챔버들(네 개의 반응 챔버들(102A 내지 102D); 도 2 참조) 또는 한 쌍의 반응 챔버들(두 개의 반응 챔버들(102A 내지 102B), 도 3 참조)을 포함할 수 있다.
일 실시예들에 있어서, 시스템(100)은 모듈화 됨으로써, 짝수 개의 반응 챔버들이 필요에 따라 추가될 수 있다. 각 반응 챔버들(102A 내지 102F)은 상호 격리될 수 있다. 총 개수의 반응 챔버들(102)이 시스템(100) 상에 보다 작게 장착될 경우, 버퍼(104)가 예를 들면 하나 이상의 반응 챔버들(102A/102B)의 위치에 추가될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 버퍼(104)는 복수의 반응 챔버들(102) 및/또는 중심 진공 트랜스퍼 모듈(108)의 압력과 실질적으로 동일한 음압(negative pressure)으로 유지되는 챔버를 포함할 수 있다. 버퍼(104)는 적어도 하나의 공정 트레이가 위치할 수 있는 하나 이상의 페데스탈을 포함할 수 있다. 페데스탈은 냉각 기능을 포함할 수 있다.
실시예들에 있어서, 반응 챔버(102A 내지 102F)는 적어도 하나의 소스 전달 어셈블리(106A 내지 106C)와 구동적으로 연결될 수 있다. 각 소스 전달 어셈블리(106A 내지 106C)은 적어도 하나의 반응 가스, 냉각 시스템 및 배기 시스템을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 복수의 반응 챔버들, 예를 들면 반응 챔버들(102A 내지 102B)은 하나의 소스 전달 어셈블리(106A)에 연결됨으로써, 상기 소스 전달 어셈블리(106A)가, 반응 챔버들(102A 및 102B)에 필요한 적어도 하나의 반응 가스, 냉각 시스템 및 배기 시스템을 제공할 수 있다.
복수의 반응 챔버들(102A 내지 102F)은 진공 트랜스퍼 모듈(108)에 의하여 상호 구동적으로 연결될 수 있다. 상기 진공 트랜스퍼 모듈(108)은 챔버(112)를 정의하는 내부 벽(110)을 포함할 수 있다. 내부 벽(110)은, 진공 트랜스퍼 모듈(108)의 챔버(112) 및 하나 이상의 반응 챔버(102A 내지 102F)의 내부 사이에 통로를 선택적으로 제공할 수 있도록 구비된 복수의 도어(114A 내지 114F)를 포함할 수 있다.
복수의 도어들(114A 내지 114D)은, 상기 챔버(112) 및 적어도 하나의 반응 챔버 쌍들(102A/102B, 102C/102D 및/또는 102E/102F) 사이의 통과가 요구될 때, 예를 들면, 적어도 하나의 반응 챔버 쌍(102A/102B, 102C/102D 및/또는 102E/102F)에 로딩되거나 언로딩될 때 개방될 수 있다. 복수의 도어들(114A 내지 114D)은, 상기 챔버(112) 및 적어도 하나의 반응 챔버 쌍들(102A/102B, 102C/102D 및/또는 102E/102F) 사이의 통과가 더 이상 필요하지 않을 때, 예를 들면, 적어도 하나의 반응 챔버 쌍(102A/102B, 102C/102D 및/또는 102E/102F)에서 화학 반응 공정이 진행 중일 경우 폐쇄되도록 구비될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 복수의 도어들(114A 내지 114F)은 내부 벽(110)을 한정하는 오리피스를 폐쇄할 수 있도록 구비된 슬라이딩 부재 또는 롤링 부재일 수 있다. 진공 트랜스퍼 모듈(108)의 내부 벽(110)은 제1 로드락 통로(116A) 및 제2 로드락 통로(116B)를 더 포함할 수 있고, 진공 트랜스퍼 모듈(108)의 외부로터 챔버(112) 내로의 통로를 제공할 수 있도록 구비된다. 다른 실시예에 있어서, 내부 벽(110)은 복수의 로드락 통로들을 포함함으로써, 진공 트랜스퍼 모듈(108)의 외부로터 챔버(112) 내로의 통로를 제공할 수 있도록 구비된다.
진공 트랜스퍼 모듈(108)은 트랜스퍼 모듈 로봇암(118)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 트랜스퍼 모듈 로봇암(118)은 피벗 가능한 솔더, 제1 암 부분, 피벗 가능한 엘보우, 제2 암 부분, 피벗 가능한 리스트(wrist), 및 적어도 하나의 그립들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 트랜스퍼 모듈 로봇암(118)은 이중 블레이화 됨으로써, 즉, 추가적으로 적어도 하나의 피벗 가능한 솔더, 제2 암 부분, 제2 피벗가능한 암 부분, 제2 피벗 가능한 리스트, 및 적어도 하나의 그립들을 더 포함함을 의미한다. 트랜스퍼 모듈 로봇암(118)은, 챔버(112) 내의 실질적인 중심에 위치하고, 도어들(114A 내지 114F) 및 로드락 통로 도어들(116A 내지 116B) 뿐 만 아니라, 챔버(112) 내로 공정 트레이 및 웨이퍼를 처리할 수 있도록 구비된다.
일 실시예에 있어서, 제1 로드락(120)은 로드락 통로 도어(116A)에서 진공 트랜스퍼 모듈(108)에 구동적으로 연결될 수 있으며, 제2 로드락(130)은 로드락 통로 도어(116B)에서의 진공 트랜스퍼 모듈(108)에 구동적으로 연결될 수 있다. 제1 로드락(120) 및 제2 로드락(130)은, 제1 도어(112, 132), 챔버(124, 134) 및 제2 도어(128, 138)를 각각 포함할 수 있다. 제1 및 제2 로드락들(120, 130)은, 제1 도어(122, 132) 각각을 통하여 챔버들(124, 134) 내부로 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용할 수 있도록 구비된다. 제1 도어(122, 132)는 챔버(124, 134) 내에 제어된 환경을 제공할 수 있도록 폐쇄될 수 있도록 구비된다. 예를 들면, 압력 조절기(미도시)가 챔버(124, 134)와 연결되어, 압력이 밀폐된 환경을 만들 수 있다. 알력 조절기는, 챔버(124, 134) 내의 가스를 배기시켜 대기압에 대하여 음압을 만들 수 있다. 제2 도어들(128, 138)은 진공 트랜스퍼 모듈(108)의 챔버(112) 내로의 통로를 선택적으로 제공하도록 개방됨으로써, 진공 트랜스퍼 모듈(108) 내의 일정 압력을 유지하는 동안 내부 벽(110)의 외부로부터 진공 트랜스퍼 모듈(108) 내로의 통과를 가능하게 한다. 제어된 환경은, 적어도 하나의 대기 압력, 불활성 가스 환경, 제어된 습도 환경, 낮은 파티클 포함 환경, 온도 환경 등을 포함할 수 있다.
유사하게, 제1 및 제2 로드락(120, 130)은, 제2 도어(128, 138)를 통하여 챔버(124, 134) 내부로 공정 트레이 및 웨이퍼를 수용할 수 있도록 구비될 수 있다. 이후, 압력 조절기는 챔버(124, 134)를 가스로 부분적으로 채움으로써, 챔버(124, 134)의 압력을 대기압과 실질적으로 동일하게 할 수 있다. 제1 도어(122, 132)는 이후 개방되어 챔버(124, 134)로부터 통로를 선택적으로 제공함으로써, 진공 트랜스퍼 모듈(108) 내에 일정 압력을 유지하는 동안 진공 트랜스퍼 모듈(108) 내부로부터 내부 벽(11) 밖으로 통로가 구비될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 각 제1 및 제2 로드락들(120, 130)은, 적어도 하나의 선반을 포함함으로써, 제1 및 제2 로드락(120, 130)을 두 개 이상의 컴파트먼트들로 구획할 수 있다. 일 실시예 있어서, 적어도 두 개의 컴파트먼트들의 압력은 독립적으로 조절될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 제1 로드락(120)에서의 하나의 컴파트먼트, 예를 들면, 탑 컴파트먼트 및 제2 로드락(130)에서의 하나의 컴파트먼트, 예를 들면, 탑 컴파트먼트는, 압력 및 환경이 언로딩 및 로딩 공정 동안 동일하게 유지할 수 있도록 조절될 수 있도록 구비된다. 다른 실시예에 있어서, 적어도 두 개의 컴파트먼트 내의 환경은, 적어도 하나의 음압 환경, 대기 환경, 불활성 가스 환경, 제어된 습도 환경, 낮은 파티클 함유 환경, 온도 환경(가열 및/또는 냉각 포함), 등을 포함할 수 있다.
도 4a를 참조하면, 제1 및 제2 로드락(120, 130)을 위한 하나의 구성이 도시된다. 본 실시예에 있어서, 제2 로드락(130)은, 벽(탑 상의 벽부(171) 및 바텀 상의 벽부(172))에 의하여 분리되어 제1 로드락(120)에 인접하게 위치할 수 있다. 파티션(173)은, 제1 로드락(120)을 두 개의 분리된 컴파트먼트 또는 챔버(124A, 124B)로 분리하도록 사용될 수 있다. 파티션(174)은, 제2 로드락(130)을 두 개의 분리된 컴파트먼트 또는 챔버(134A, 134B)로 분리하도록 사용될 수 있다. 실시예들에 있어서, 모든 컴파트먼트들 상에는 분리된 도어들이 구비됨으로써, 각각 챔버들(124A/B, 134A/B)이 독립적으로 통과가능하거나 밀폐될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 두 개 이상의 컴파트먼트내의 압력은 독립적으로 조절될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 두 개 이상의 컴파트먼트 내의 압력은 함께, 예를 들면 챔버(124A 및 124B 또는 134A 및 134B) 조절될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 1 및 제2 로드락(120, 130)을 위한 다른 구성이 도시된다. 본 실시예에 있어서, 제2 로드락(130)은 제1 로드락(120)의 상부에 위치할 수 있다. 파티션(121)은, 제1 로드락(120)을 두 개의 분리된 컴파트먼트 또는 챔버(130A, 130B)로 분리하도록 사용될 수 있다. 파티션(131)은, 제2 로드락(130)을 두 개의 분리된 컴파트먼트 또는 챔버(130A, 130B)로 분리하도록 사용될 수 있다. 실시예들에 있어서, 모든 컴파트먼트들 상에는 분리된 도어들이 구비됨으로써, 각각 챔버들(124A/124B, 134A/134B)이 독립적으로 통과가능하거나 밀폐될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 두 개 이상의 컴파트먼트내의 압력은 독립적으로 조절될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 두 개 이상의 컴파트먼트, 예를 들면 챔버(124A 및 124B 또는 134A 및 134B) 내의 압력은 함께 조절될 수 있다. 컴파트먼트들은 대기 압력, 불활성 가스 환경, 제어된 습도 환경, 낮은 파티클 함유 환경, 온도 환경(가열 및/또는 냉각 포함), 등과 같은 조절된 환경을 구비할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 로드락(120, 130)에 의하여 차지되는 공간에 배치된 단일 로드락일 수 있다. 단일 로드락은 적어도 하나의 선반, 제1 도어(122, 132)와 대응되는 제1 도어(단일 도어 또는 두 개의 개별 도어일 수 있음) 및 제2 도어(128, 138)에 대응되는 제2 도어(단일 도어 또는 개별 도어일 수 있음)를 구비하는 개별 챔버들을 포함할 수 있다. 단일 로드락은, 로드락(120, 130)을 위하여 전술한 것과 유사한 적어도 하나의 압력 조절기를 더 포함할 수 있다. 상기 단일 로드락의 제1 도어 또는 제2 도어의 구동은 로드락(120) 및 로드락(130)의 제1 도어들(122, 132) 및 로드락(120) 및 로드락(130)의 제2 도어들(128, 138)의 구동과 유사할 수 있다. 단일 로드락은, 대기 압력, 불활성 가스 환경, 제어된 습도 환경, 낮은 파티클 함유 환경, 온도 환경(가열 및/또는 냉각 포함), 등과 같은 조절된 환경을 가질 수 있다.
복수의 로드락 챔버 및/또는 컴파트먼트를 갖는 실시예에 있어서, 특정 챔버 및/또는 컴파트먼트는 미처리된 웨이퍼 및 공정 트레이를 수용할 수 있도록 구비되는 한편, 다른 챔버 및/또는 컴파트먼트가 처리된 웨이퍼 및 공정 챔버를 수용하도록 구비되도록 함으로써, 웨이퍼가 특정 챔버 및/또는 컴파트먼트를 통하여 단지 특정 하나의 방향으로 이동할 수 있다.
다른 실시예 있어서, 특정 챔버 및/또는 컴파트먼트는 항상 진공 트랜스퍼 모듈(108)에 개방된 상태로 유지될 수 있음으로써, 버퍼로서 기능할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 버퍼는 중심에 위한 진공 트랜스퍼 모듈(108)의 압력과 실질적으로 동일하게 음압으로 유지될 수 있으며, 적어도 하나의 웨이퍼가 위치할 수 있는 페데스탈을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 페데스탈은 냉각 기능할 구비함으로써, 그 상부에 위치한 기처리 웨이퍼 상에 제어된 냉각 효과를 일으킬 수 있다. 적어도 하나의 버퍼(104)는 자동 전단 인터페이스(140) 또는 수동 전단 인터페이스로 적어도 하나의 로드락(120, 130) 내에 위치할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 각 챔버 또는 로드락 챔버(120, 130)의 컴파트먼트는 정렬된 웨이퍼 및 공정 트레이가 위치할 수 있도록 페데스탈을 구비할 수 있다. 여러 실시예들에 있어서, 페데스탈은 냉각 기능을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 자동 전단 인터페이스(140)는 적어도 하나의 제1 로드락(120) 또는 제2 로드락(130)에 구동 가능하게 연결될 수 있다. 자동 전단 인터페이스(140)는 적어도 하나의 공정 트레이 하우징(142), 적어도 하나의 웨이퍼 카세트(144), 얼라이너(146) 및 적어도 하나의 인터페이스 로봇암(148)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 공정 트레이 하우징(142A)은 화학 기상 증착 공정에서 사용되기 전 적어도 하나의 공정 트레이를 수용할 수 있도록 구비되는 한편, 공정 트레이 하우징(142B)은 화학 기상 증착 공정에서 사용된 후 적어도 하나의 공정 트레이를 수용하도록 구비된다. 공정 트레이 하우징(142)은 필요에 따라 자동 전단 인터페이스(140)로부터 제거되거나 대체될 수 있으며, 예를 들면, 미사용 공정 트레이의 공급을 채우거나, 사용된 공정 트레이를 제거하는 경우에 해당한다.
일 실시예에 있어서, 웨이퍼 카세트(144A)는 화학 기상 증착 공정이 수행되기 전 적어도 하나의 웨이퍼를 수용하며, 반면에, 웨이퍼 카세트(144B)는 화학 기상 증착 공정이 수행된 후, 적어도 하나의 웨이퍼를 수용도록 구비된다. 이와 다르게, 상기 화학 기상 증착 공정 후, 공정 웨이퍼는 최초 웨이퍼 카세트 내로 위치할 수 있다. 웨이퍼 카세트(144)는 필요에 따라 자동 전단 인터페이스(140)로부터 제거되거나 다른 웨이퍼 카세트(144)로 대체될 수 있다.
인터페이스 로봇암(148)은 웨이퍼 카세트(144)로부터 적어도 하나의 웨이퍼를 그립하여 웨이퍼 얼라이너(152) 상에 위치시키도록 구비된다. 일 실시예에 있어서, 웨이퍼는 외직경 상에 노치 또는 평탄부를 포함하여, 상기 웨이퍼 얼라이너(152)가, 노치 또는 평탄부가 특정 위치에 도달할 때까지 웨이퍼를 회전시킬 수 있다. 인터페이스 로봇암(148)은 적어도 하나의 공정 트레이(때때로 웨이퍼 캐리어로 호칭됨)를 공정 트레이 하우징(142)로부터 그립하여 공정 트레이 얼라이이너(152) 상에 위치시킴으로써, 공정 트레이가 적절하게 오리엔팅 되게 한다.
인터페이스 로못암(148)은, 적어도 하나의 웨이퍼를 상기 웨이퍼 얼라이너(152)로부터 그립하여, 얼라이너(146) 상에 위치시킨다. 인터페이스 로봇암(148)은 적어도 하나의 공정 트레이를 공정 트레이 얼라이너(152)로부터 그립하여, 얼라이너(146) 상에 위치시킨다. 얼라이너(146)는, 적어도 하나의 공정 트레이 상에 적어도 하나의 웨이퍼를 정렬하는 데 도움을 줄 수 있다.
여러 실시예들에 있어서, 인터페이스 로봇암(148)은, 적어도 얼라인 일부를 수행하는 데 이용될 수 있다. 인터페이스 로봇암(148)은 얼라인된 웨이퍼 및 트레이를 그립하여 자동 전단 인터페이스(140)의 제1 아웃풋(154) 또는 제2 아웃풋(156)을 통하여 제1 및 제2 로드락(120, 130) 내부로 이송한다. 일 실시예에 있어서, 복수의 인터페이스 로봇암(148A, 148B; 도 3에 도시됨)이, 얼라인된 웨이퍼 및 트레이를 그립하여 자동 전단 인터페이스(140)의 제1 및/또는 제2 아웃풋(154, 156)을 통하여 제1 및 제2 로드락(120, 130) 내부로 독립적으로 및/또는 동시에 이송한다. 예를 들면, 전단 인터페이스(140)은 두 개의 인터페이스 로봇암(148)을 포함하고, 하나의 인터페이스 로봇암(148A)은 로드락(120, 140) 내의 제1 챔버 또는 한 세트의 챔버들을 로딩 및 언로딩하고, 제2 인터페이스 로봇암(148B)은 로드락(120, 140) 내의 제2 챔버 또는 한 세트의 챔버들을 로딩 및 언로딩한다.
일 실시예에 있어서, 제1 로드락(120)은 제1 아웃풋(154)에 구동 가능하게 연결되고, 한편 제2 로드락(130)은 제2 아웃풋(156)에 구동 가능하게 연결된다. 제1 및 제2 로드락(120, 130)이 복수의 컴파트먼트들로 구획되는 실시예에 있어서, 각 컴파트먼트들은 각각의 제1 아웃풋(154) 및 제2 아웃풋(156)과 연통되는 분리된 도어를 가질 수 있다. 이에 더하여, 인터페이스 로봇암(148)은 웨이퍼 및 공정 트레이를 그립하여, 제1 또는 제3 로드락(120, 130)으로부터 상기 각각의 제1 및 제2 아웃풋(154, 156)을 통하여 자동 전단 인터페이스(140)로 이송할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 반응 챔버(102)가 도시된다. 반응 챔버(102)는 공정 처리 공간을 정의하며, 여기서, 가스 분배 장치(202)가 상기 처리 공간의 일단에 배열된다. 가스 분배 장치(202)는, 캐리어 가스 및 금속 유기 화합물 및 V족 모델 소스와 같은 반응 가스와 같이, 웨이퍼 처리 공정에서 사용되는 공정 가스를 공급하기 위한 소스(204A 내지 204C)와 연결되고, 이들은 소스 전달 어셈블리(106; 도 1 내지 도 3에 도시됨)와 연결된다. 가스 분배 장치(202)는 여러 가스를 전달 받아, 결합된 공정 가스의 흐름을 유도할 수 있도록 배열된다. 가스 분배 장치(202)는, 이를 통하여 액체를 순환시킬 수 있도록 구비된 냉각 시스템(206)에 연결될 수 있음으로써, 가스 분배 장치(202)의 온도를 특정 온도 유지할 수 있다. 비슷한 냉각용 배열(미도시)이 반응 챔버(102)의 벽을 냉각시키기 위하여 구비될 수 있다.
반응 챔버(102)는, 배기 시스템(208)과 함께 제공된다. 배기 시스템(208)은, 상기 가스 분배 장치(202)로부터 일반적으로 이격된 영역에서 적어도 하나의 포터(미도시)를 통하여 공정 처리 공간으로부터 소비 가스를 제거할 수 있도록 구비된다.
스핀들(210)은, 스핀들(210)이 중심 통로에 대하여 회전할 수 있도록 반응 챔버(102) 내에 배열될 수 있다. 스핀들(210)은 공정 트레이(214)를 착탈 가능하게 결합할 수 있는 피팅을 포함할 수 있다. 가열 소자(216)는 공정 트레이(214) 아래의 반응 챔버(102) 내에 장착될 수 있다. 여러 실시예들에 있어서, 온도 모니터(218)이 제공되어, 반응 챔버(102) 내의 처리 공간의 온도를 모니터링할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 챔버(102)의 다른 예가 도시된다. 본 실시예에 있어서, 턴테이블(222)이 반응 챔버(102)의 냉각 영역 내에 위치한다. 턴테이블(222)의 바텀은 회전을 가능하게 하는 베어링 또는 가이드 휠 시스템을 포함할 수 있다. 중공 실린더일 수 있는 회전식 유전 서포트(224)가 턴테이블(222)의 상에 연결될 수 있다. 공정 트레이(224)는 회전식 유전 서포트(224)의 탑에 위치할 수 있다. 공정 트레이(241)는 회전식 유전 서포트(224)에 기계적으로 부착될 수 있거나, 회전식 유전 서포트(224)의 표면 상에 자유롭게 위치하여 마찰에 의하여 위치를 유지하도록 구비될 수 있다.
웨이퍼 캐리어로도 일컬어 질 수 있는 공정 트레이(214)는 중심 통로에 대하여 대칭적으로 형성된 실질적으로 원형 디스크 형태를 갖는 몸체를 가질 수 있다. 몸체는, 웨이퍼(220)를 유지할 수 있는 적어도 하나의 포켓을 포함할 수 있다. 여러 실시예들에 있어서, 공정 트레이(214)는 하나의 웨이퍼(220)을 유지할 수 있도록 구비된 단일 포켓을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 있어서, 공정 트레이(214)는, 육 인치 및 십이 인치 사이의 직경을 갖는 단일 웨이퍼(220)를 유지할 수 있도록 한다.
단일 기판 공정 트레이(214)는, 여러 가지 공정 이점을 제공할 수 있다. 예를 들면, 단일 기판 공정 트레이(214)는 웨이퍼 전체에 걸쳐 더 우수한 온도 균일도를 제공할 수 있으며, 더 높은 효율 및 반응성 공정 화학물로부터 임계 소자를 우수하게 보호하며, 개선된 가스 효율을 제공하며, 멀티-웨이퍼 공정 트레이보다 더 작은 컨택 포인트를 가능하게 하며, 더 작은 시간이 소요됨에 따라 원하는 회전 속도를 이루며, 멀티-웨이퍼 공정 트레이보다 제조 단가로 이룰 수 있다.
구동 중, 적어도 하나의 공정 트레이 하우징(142) 및 적어도 하나의 웨이퍼 카세트(144)는 자동 전단 인터페이스(140) 상에 로딩된다. 적어도 하나의 공정 트레이 하우징(142A/142B) 및 웨이퍼 카세트(144A/144B)는 여러 위치를 맵핑할 수 있는 유저에 의하여 로딩될 수 있다. 엔드 이펙터를 가질 수 있는 인터페이스 로봇암(148)은 적어도 하나의 웨이퍼(220)를, 예를 들면 웨이퍼 카세트(144A)로부터 웨이퍼 얼라이너(150)으로 이송할 수 있다. 웨이퍼 얼라이너(150)는, 웨이퍼(220)를 정렬하고 일시적으로 수용할 수 있도록 구비된다. 인터페이스 로봇암(148)은 적어도 하나의 공정 트레이(214)를, 예를 들면 공정 트레이 하우징(142A)으로부터 공정 트레이 얼라이너(152)로 추가적으로 이송할 수 있다. 공정 트레이 얼라이너(152)는 공정 트레이(214)를 정렬하고 일실적으로 수용할 수 있도록 구비된다.
인터페이스 로봇암(148)은, 웨이퍼 얼라이너(154)로부터 웨이퍼(220)를 제거하고, 웨이퍼(220)를 얼라이너(146)로 이송할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 얼라이너(146)는 비접촉식 엔드 이펙터 및 공정 트레이 센터링 링(process tray centering ring)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 인터페이스 로봇암(148)은, 웨이퍼(220)를 얼라이너(146) 내에 위치시켜, 비접촉식 엔드 이펙트가 웨이퍼(220)를 인터페이스 로봇암(148)의 엔드 이펙터로부터 제거하여 웨이퍼(220)를 그 위치에 고정한다. 인터페이스 로봇암(148)은 공정 트레이(214)를 공정 트레이 얼라이너(152)로부터 얼라이너(146)로 이송하며, 여기서 센터링 링이 공정 트레이(214)를 웨이퍼에 대하여 정렬한다. 인터페이스 로봇암(148)은 정렬된 공정 트레이(214) 및 웨이퍼(220)를 얼라이너(146)로부터 제1 아웃풋(154)를 통하여 제1 로드락(120)으로 이송한다. 여러 실시예에 있어서, 이러한 공정이 반복되어, 제2 웨이퍼(220)를 제2 공정 트레이(214) 상에 정렬하고, 이후 인터페이스 로봇암(148)을 이용하여 제2 아웃풋(156)을 통하여 제2 로드락(130)으로 전달될 수 있다.
웨이퍼(220) 및 공정 트레이(214)가 제1 및 제2 로드락(120, 130)의 각 챔버(124, 134) 내에 위치하고, 인터페이스 로봇암(150)이 챔버(124, 134)로부터 후퇴하면, 제1 도어(122, 132)는 폐쇄되어, 챔버(124, 134) 내에 격리된 제어가능한 환경, 예를 들면, 압력 환경을 만들 수 있다. 폐쇄된 제1 도어(122, 132) 및 제2 도어(128, 138)와 함께, 압력 조절기는 챔버(124, 134) 내에 가스 일부를 배출함으로써 진공 트랜스퍼 모듈(108) 내의 구동 압력과 실질적으로 동일한 음압을 만든다. 챔버(124, 134) 내의 소정의 압력이 설정되면, 제2 도어(128, 138)가 개방된다. 일 실시예에 있어서, 제1 로드락(120) 및 제2 로드락(130)이 서로 독립적으로 구동한다. 챔버(124, 134)의 환경은 다른 레귤레이터(미도시)에 의하여 조절되어 불활성 환경(예를 들면, 질소 또는 아르곤), 낮은 또는 다른 조절된 습도 등을 가진다.
진공 트랜스퍼 모듈(108) 내의 트랜스퍼 모듈 로봇암(118)은 웨이퍼(220) 및 공정 트레이(214)를 각 제1 및 제2 로드락 챔버(124, 134)로부터 그립하여, 이들을 예를 들면 반응 챔버(102A, 102B)로 이송한다. 일 실시예에 있어서, 트랜스퍼 모듈 로봇암(118)은 듀얼 블레이드를 가짐으로써 투 세트의 웨이퍼(220) 및 공정 트레이(214)를 독립적으로 동시에 이송할 수 있다. 따라서, 도어(114A, 114B)가 개폐됨으로써, 웨이퍼(220) 및 공정 트레이(214)가 공정 챔버들(102A, 102B)로부터 및 내부로 통과할 수 있다.
공정 챔버(102A, 102B) 내에서의 소정의 공정이 처리된 후, 도어(114A, 114B)가 개방되어, 웨이퍼(220) 및 공정 트레이(214)가, 트랜스퍼 모듈 로봇암(118)에 의하여 반응 챔버들로부터 제거되어, 제1 또는 제2 로드락(120, 130)으로 이송될 수 있다.
웨이퍼(220) 및 공정 트레이(214)가, 제1 및 제2 로드락(120, 130)의 각 챔버(124, 134) 내에 있고, 트랜스퍼 모듈 로봇암(118)이 상기 챔버(124, 134)로부터 후퇴하면, 제2 도어(128, 138)는 폐쇄되어, 챔버(124, 134) 내에 격리된 제어가능한 환경, 예를 들면, 압력 환경을 만들 수 있다. 폐쇄된 제1 도어(122, 132) 및 제2 도어(128, 138)와 함께, 압력 조절기는 챔버(124, 134) 내의 압력을 동일하게 하여, 대기압과 실질적으로 동일하게 한다. 챔버(124, 134) 내의 소정의 압력이 설정되면, 제1 도어(122, 132)가 개방되고, 웨이퍼(220) 및 공정 트레이(214)가 제거될 수 있다.
웨이퍼(220)는 인터페이스 로봇암(148)에 의하여 기처리 웨이퍼 카세트(144B)로 이송되거나, 웨이퍼(220)는 최초의 웨이퍼 카세트(114A)로 이송될 수 있다. 공정 트레이(214)는 인터페이스 로봇암(148)에 의하여 공정 트레이 하우징(142B 또는 142A)으로 이송될 수 있다.
화학 기상 증착 시스템(100)의 MOCVD를 위한 적어도 하나의 반응 챔버들(102A 내지 120F)은 다른 형태의 공정 챔버로 교체될 수 있다. 에피택셜 반응 측면에서, 적어도 하나의 반응 챔버들(102A 내지 120F)은 적색, 오렌지색, 및 황색(ROY) 발광 다이오드(예를 들면, 갈륨 비소, 갈륨 비소 포스파이드, 알루미늄 갈륨 인듐 포스파이드, 및 알루미늄 갈륨 비소 기반의 소자)를 에피택셜하게 성장시키기 위한 CVD 반응기, 플라즈마 증대 CVD 반응기(PECVD), 분자빔 에피택셜(MBE) 증착 챔버, 우너자층 증착(ALD) 반응기, 저압 CVD 반응기(LPCVD), 물리 기상 증착(PVD) 반응기, 플라즈마 증대 PVD (PEPVD) 챔버, 열적 어닐링기, 도핑 챔버, 플라즈마 증대 ALD 반응기(PEAKD), 플라즈마 증대 ALE 반응기(PEALE), 고밀도 플라즈마증대 화학 기상 증착(HDPECVD), 원자층 에피택셜(ALE) 챔버, 또는 식각 챔버일 수 있다. 다른 타입의 반응 챔버가 이용됨에 따라 화학 기상 증착 시스템(100)의 효율 및 생산성을 증대시킬 수 있다.
각각의 적어도 하나의 반응 챔버 쌍(102A/102B, 102C/102D 및/또는 102E/102F), 로드락(120, 130), 진공 트랜스퍼 챔버(108) 및/또는 자동 전단 인터페이스/수동 전단 인터페이스(140)는 챔버의 내측 또는 외측, 예를 들면, 적어도 하나의 반응 챔버들(102A 내지 102F)의 뷰포터에 장착된 계측 장비를 구비할 수 있다. 계측 장비의 예로는 인시튜 고온계/반사계, 멀티 포인트 고온계, 편향계 및/또는 반사계, 인시튜 고온계/편향계/반사계, 엘립소미터, 포토루미네센스 분광계, 전기루미네선스 분광계, 표면 음파 발생기, 카메라, 필름 두께를 측정하는 센서, 저항/도핑 센서, 웨이퍼 레벨에서의 전기 특성, 및 입자, 균열, 슬립, 에피택셜 성장 결함 등과 같은 표면 결함을 측정할 수 있다. 이러한 계측 장비는, 예를 들어 LED 에피택셜 프로세스 동안 LED 파장을 테스트하는 데 사용될 수 있다.
전술한 에피택셜 웨이퍼 처리 챔버에 더하여, 적어도 하나의 반응 챔버 (102A 내지 102F)는 웨이퍼 세정 처리 챔버 또는 웨이퍼 전세정(pre-cleaning) 또는 웨이퍼 세정 챔버로 대체될 수 있다. 웨이퍼 전세정 또는 웨이퍼 세정 챔버는, 화학 기상 증착 시스템 (100)의 반응 챔버들(102A 내지 102F)에서 에피택셜 증착 공정을 수행하기 전, 본래의 산화물(예를 들어, 실리콘 산화물), 이온성, 금속성, 유기(예를 들어, 탄소), 그리스 및 다른 불순물(예를 들어, 실리콘, 사파이어, 실리콘 탄화물)을 웨이퍼(220) 표면으로부터 제거할 수 있다. 전세정 챔버는 화학 기상 증착 시스템 (100)의 반응 챔버들(102A 내지 102F) 중 하나를 대체할 수 있거나 자동 전단 인터페이스/장비 프론트 엔드 모듈/수동 전단 인터페이스(140)와 통신 할 수 있다.
세정 공정 중, 웨이퍼는, 웨이퍼 카세트(144)로부터 제거되고, 전세정 챔버(102)로 이송될 수 있다. 염소 가스(Cl2), 염화수소(HCl), 삼플루오르화질소(NF3) 또는 보다 바람직하게 불화 수소(HF)와 같은 세정 가스가 수소(H2), 질소 (N2), 헬륨 또는 아르곤과 같은 불활성 캐리어 가스로 희석되어, 공정 세정 가스를 형성한다. 공정 세정 가스는 전세정 챔버 내로 도입되어, 세정될 웨이퍼(220)의 표면과 접촉하도록 한다. 식각액 화학물은 웨이퍼(220)의 표면상의 고유 산화물 및 다른 불순물과 반응하여 사불화규소(SiF4) 및 수증기와 같은 휘발성 부산물을 형성한다. 부산물은 임의의 잔류하는 공정 세정 가스와 함께 전세정 챔버(102A 내지 102F)로부터 배출될 수 있다. 세정 공정은 공정 세정 가스를 약 20 내지 500 °C 범위의 온도로 가열함으로써 구현될 수 있다. 세정 공정 온도를 조정하기 위해 히터를 사전세정 챔버에 배치할 수 있다. 세정 후, 세정된 웨이퍼(220)는 에피택셜 성장 공정을 위한 그 순서를 기다리기 위해 세정된 웨이퍼 카세트(114)로 이동되거나, 에피 택셜 성장 공정을 위해 화학 기상 증착 시스템(100)의 반응 챔버 (102)로 이송될 수 있다.
본 시스템의 다른 구성 요소는 공정 트레이 클리닝 챔버일 수 있다. 에피택셜 성장 공정 중에, 에피택셜 반응 물질(예를 들어, AlGaN, GaN, Mg 등) 및 다른 물질이 공정 트레이(214)(웨이퍼 캐리어라고도 함) 상에 증착 될 수 있다. 새로운 웨이퍼(220)가 새로운 차수의 에피택셜 성장 공정을 위해 공정 트레이(214) 상에 로딩될 때 이들 물질이 제거되지 않으면, 화학 기상 증착 시스템(100)의 수율 및 성능을 감소시킬 더 큰 가능성이 있다. 여러 가지의 경우에, 공정 시스템에 부착된 웨이퍼 캐리어 세정 공정 챔버는, 세정된 공정 트레이(214)가 공정 트레이 세정 시스템이 위치되는 제어된 환경(팹)으로 수동적 또는 기계적으로 가져갈 필요가 없기 때문에 전체 에피택셜 공정을 가속화할 것이다. 웨이퍼 캐리어 세정 챔버는, 예를 들면 공정 트레이 하우징(142A)를 대신하거나 또는 추가하여 자동 전단 인터페이스/장비 전단 엔드 모듈/수동 전단 인터페이스(140)에 부착 될 수 있다.
에피택셜 공정 후, 처리된 웨이퍼(220)는 일반적으로 공정 트레이(214) 상에 위치되고, 처리된 웨이퍼(220)는 수동으로 제거되거나 인터페이스 로봇암(148)에 의해 제거될 수 있고, 웨이퍼 카세트(114)에 적재 될 수 있다. 웨이퍼 카세트(114)는 최종 반도체 디바이스로 추가적으로 처리를 위하여 팹 내로 이송될 수 있다. 일단 에피택셜 처리된 웨이퍼(220)가 공정 트레이(214)로부터 제거되면, 공정 트레이 (214)는 웨이퍼 캐리어 세정 공정 챔버(142)로 이동할 수 있다. 하나 이상의 공정 트레이(214)가 웨이퍼 캐리어 세정 공정 챔버(142) 내에 위치한다. 챔버(142A)가 하나 이상의 공정 트레이(214)로 로딩되면, 챔버(142A)에 진공이 가해지고, 챔버 내부는 약 400-1,800 °C 범위의 온도로 가열되고, 건조 가스, 예를 들어 염화수소, 염소 가스, 수소, 질소 또는 이들의 혼합물이 챔버로 도입되어 공정 트레이 (214)로부터 에피택셜 물질을 식각한다. 공정 트레이(214)로부터 에피택셜 물질이 제거되면, 화학 기상 증착 시스템 (100)에서 연속적으로 사용하기 위한 캐리어 하우징(142B)으로 위치하거나 또는 자동 전단 인터페이스(140)로 되돌아가서 웨이퍼 얼라이너 상에 장착됨으로써, 새로운 웨이퍼 (220)가 그 위에 배치되어 화학 증착 시스템 (100)에서의 에피텍셜 성장을 위하여 위치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 웨이퍼 캐리어 공정 세정 챔버는 자동 전단 인터페이스/장비 전단 모듈/수동 전단 인터페이스에 부착되는 대신에 화학 기상 증착 시스템(100)의 반응 챔버들(102A 내지 102F) 중 하나를 대체할 수 있다. 산 세정액(예를 들어, 황산, 시트르산, 플루오르화 수소산, 염산) 또는 다른 유형의 세정 유체(예를 들어, 과산화수소, 암모니아 / 암모니아 등) 및 고온에서의 상기 혼합물을 사용하여 공정 트레이를 세정하는 다른 유형의 방법이 잘 알려져 있다.
화학 기상 증착 시스템(100)의 다른 실시예에 있어서, 추가적인 측면/면이 챔버(108)에 부가됨으로써, 에피택셜 웨이퍼 처리 챔버 및/또는 웨이퍼 세정 처리 챔버 및/또는 웨이퍼 캐리어 세정 처리 챔버가 될 수 있다.
일부 예들에 있어서, 자동 전단 인터페이스(140)는 수동 전단 인터페이스로 대체될 수있다. 이 경우, 웨이퍼 (220)는 공정 트레이(214) 상에 수동으로 로딩되거나 언로딩된다. 수동 전단 인터페이스는 입자를 제거하기 위한 적절한 필터를 갖는 하향 유동 유닛을 갖는 캐비닛일 수 있다. 캐비닛은 로드락(120, 130)과 연통되고, 리프트 시스템을 사용하여 웨이퍼(220)로 로딩된 공정 트레이(214)를 각각의 로드락(120, 130)의 도어(122, 132)를 통하여 각 로드락(120, 130) 내의 페데스탈 상에 위치시킨다. 이후, 진공 트랜스퍼 모듈(108) 내의 이송 모듈 로봇암(118)은 웨이퍼들(220)로 로딩된 공정 트레이들(214)을 픽업하여 이들을 반응 챔버들 (102A 내지 102F)에 로딩할 수 있다. 로드락(120, 130)의 도어(122, 128, 132, 138)는, 로드록(120/130)이 처리될 웨이퍼 (220)로 로딩되는지 또는 처리된 웨이퍼(220)를 언로딩 하는지에 따라 개폐될 수 있다. 웨이퍼 (220) 및 처리 트레이 (214) 저장이 수동 전단 인터페이스 내에 제공될 수 있고, 수동 또는 로봇 카트가, 화학 기상 증착 시스템 (100) 내에서 웨이퍼(220) 및/또는 공정 트레이(214)를 다양한 도구로 이동시키기 위해 사용될 수 있다.
당업자는 본 발명이 전술한 임의의 개별적인 실시예에 도시된 것보다 적은 특징을 포함 할 수 있음을 인식할 것이다. 여기에 기술된 실시 예는 본 발명의 다양한 특징이 결합될 수 있는 방식의 지나친 설명을 의미하지는 않는다. 따라서, 실시예들은 특징들의 상호 배타적인 조합이 아니다; 오히려, 본 발명은 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 상이한 개별적인 실시예로부터 선택된 상이한 개별적인 특징의 조합을 포함할 수 있다. 게다가, 일 실시예와 관련하여 설명된 구성 소자는 달리 언급되지 않는 한 그러한 실시예에 있어서 기술되지 않더라도 다른 실시예에 있어서 구현될 수 있다.
또한, 명세서에서 "일 실시예", "실시예" 또는 "일부 실시예"는 실시예와 관련하여 기술된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 교시의 적어도 하나의 실시 예에 포함됨을 의미한다. 명세서의 다양한 곳에서 "일 실시예에 있어서" 라는 문구가 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.
상기 문서의 참조에 의한 임의적인 편집은, 본 명세서의 명시적인 개시에 위배되는 주제가 편입되지 않도록 제한된다. 상기 문서의 참조에 의한 임의의 포함은 문서에 포함된 청구항이 본 명세서에서 참조로 포함되지 않도록 추가적으로 제한된다. 상기 문서의 참조에 의한 임의의 편입은, 본 명세서에 명시적으로 포함되지 않는 한, 문서에 제공된 임의의 정의가 참조로서 편입되지 않도록, 더욱 제한된다.
청구범위를 해석할 목적으로 미국 연방법 35조 112항 6항 청구 수단에 특정 용어 "수단" 또는 "단계"가 기재되어 있지 않는 한, 적용되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 제1 아웃풋 및 제2 아웃풋을 갖고,
    두 개 이상의 공정 트레이를 수용하기 위하여 구비된 공정 트레이 하 우징;
    두 개 이상의 웨이퍼를 수용하기 위하여 구비된 웨이퍼 카세트;
    제1 공정 트레이 상에 제1 웨이퍼 및 제2 공정 트레이 상에 제2 웨이퍼를 정렬시키기 위하여 구비된 얼라이너; 및
    웨이퍼 및 공정 트레이를 상기 얼라이너로, 정렬된 제1 웨이퍼; 및
    제1 공정 트레이를 상기 제1 아웃풋으로, 정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 제2 아웃풋으로 이송하도록 구비된 인터페이스 로봇암;
    을 구비하는 자동 전단 인터페이스;
    제어된 환경을 유지할 수 있고, 상기 자동 전단 인터페이스와 연결되고, 상기 제1 아웃풋과 연통된 제1 도어, 상기 제2 아웃풋과 연통된 제2 도어, 상기 제1 도어에 대향하는 제3 도어 및 상기 제2 도어에 대향하는 제4 도어를 구비하는 로드락 챔버; (상기 로드락 챔버는 상기 제1 아웃풋으로부터 상기 제1 도어를 통하여 상기 정렬된 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이를 그리고 상기 제2 아웃풋으로부터 상기 제2 도어를 통하여 상기 정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 전달받을 수 있도록 구비되고, 상기 로드락 챔버는 적어도 하나의 선반을 구비하고)
    상기 로드락 챔버의 상기 제3 및 제4 도어와 연결되며, 상기 정렬된 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이 및 상기 정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 상기 로드락 챔버로부터 상기 진공 트랜스퍼 모듈과 연결된 적어도 하나의 반응 챔버 쌍으로 전달할 수 있도록 듀얼 블레이드의 로봇암을 갖는 진공 트랜스퍼 모듈을 포함하는 화학 기상 증착 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 반응 챔버는 금속 유기 화학 기상 증착, 화학 기상 증착, 물리 기상 증착, 플라즈마 증대 물리 기상 증착, 플라즈마 증대 화학 기상 증착, 원자층 증착, 플라즈마 증대 원자층 증착 및 원자층 에피택셜로부터 선택된 공정을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 시스템.
  3. 전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 적어도 하나의 반응 챔버는 적어도 하나의 계측 장비와 함께 제공되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 시스템.
  4. 전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 시스템은, 한 쌍, 두 쌍, 또는 세 쌍의 반응 챔버들을 포함하고, 각 반응 챔버들은 독립적으로 구동하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 시스템.
  5. 전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 반응 챔버 쌍 각각에 인접하게 배치된 소스 전달 어셈블리를 더 포함하며, 상기 소스 전달 어셈블리는 각 쌍의 반응 챔버에 대한 적어도 하나의 캐리어 가스, 하나 이상의 반응 가스, 냉각 시스템, 및 배기 시스템을 제공하도록 구비된 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 시스템.
  6. 전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 로드락은 하나 이상의 챔버를 포함하고 각 챔버는 하나 이상의 독립적으로 제어가능한 환경의 컴파트먼트를 선택적으로 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 시스템.
  7. 전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 자동 전단 인터페이스는 두 개의 인터페이스 로봇암을 포함하고, 상기 두 개의 인터페이스 로봇암은 상호 독립적으로 동시에 구동할 수 있는 구비된 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 시스템.
  8. 전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 로드락 챔버 및/또는 적어도 하나의 컴파트먼트의 제어 가능한 환경은, 음압 환경을 설정하고, 대기압 환경을 유지하고, 불활성 가스 환경을 유지하고, 제어된 습도 환경을 유지하고, 낮은 파티클 함유 환경을 유지하거나 제어된 온도 환경을 유지할 수 있도록 독립적으로 구비된 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 시스템.
  9. 복수의 반응 챔버 내에 에피택셜 층을 성장시키기 위한 복수의 웨이퍼를 준비하는 방법으로, 상기 방법은,
    (i)두 개 이상의 웨이퍼를 수용하기 위하여 구비된 웨이퍼 카세트 및 (ii)두 개 이상의 공정 트레이를 수용하기 위하여 구비된 공정 트레이 하우징를 갖도록 구비된 자동 전단 인터페이스를 제공하는 단계;
    적어도 하나의 챔버를 포함하고, 각 챔버는 하나 이상의 독립적으로 제어가능한 환경의 컴파트먼트를 선택적으로 갖는 로드락 챔버를 제공하는 단계; (상기 로드락 챔버 및 상기 선택적 컴파트먼트의 환경은, 음압 환경을 설정하고, 대기압 환경을 유지하고, 불활성 가스 환경을 유지하고, 제어된 습도 환경을 유지하고 및 낮은 파티클 함유 환경을 유지하는 것 중 적어도 하나에 의하여 제어되고)
    상기 공정 트레이 하우징으로부터의 제1 공정 트레이 상에, 상기 웨이퍼 카세트로부터의 제1 웨이퍼를 얼라이너를 이용하여 정렬하는 단계;
    상기 얼라이너로부터 상기 정렬된 제1 웨이퍼 및 제1 공정 트레이를 인터페이스 로봇암을 이용하여 로드락 챔버로 이송하는 단계;
    상기 공정 트레이 하우징으로부터의 제2 공정 트레이 상에, 상기 웨이퍼 카세트로부터의 제2 웨이퍼를 상기 얼라이너를 이용하여 정렬하는 단계; 및
    상기 얼라이너로부터 상기 정렬된 제2 웨이퍼 및 제2 공정 트레이를 인터페이스 로봇암을 이용하여 상기 로드락 챔버로 이송하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 로드락의 적어도 하나의 도어를 개방함으로써, 상기 로드락 챔버를 진공 트랜스퍼 모듈과 유체 연결시키도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 얼라인된 제1 웨이퍼와 제1 공정 트레이 및 얼라인된 제2 웨이퍼와 제2 공정 트레이를 듀얼 블레이드 로봇암을 사용하여 상기 로드락 챔버로부터 상기 진공 트랜스퍼 모듈을 통해 제1 반응 챔버 쌍 내부로 동시에 이송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 얼라이너를 통하여 상기 공정 트레이 하우징으로부터의 제3 처리 트레이 상에 상기 웨이퍼 카세트로부터의 제3 웨이퍼를 정렬하는 단계;
    상기 얼라이너로부터 상기 정렬된 제3 웨이퍼 및 제3 공정 트레이를 상기 인터페이스 로봇암을 이용하여 상기 로드락 챔버로 이송하는 단계;
    상기 얼라이너를 이용하여 상기 공정 트레이 하우징으로부터의 제4 공정 트레이 상에 상기 웨이퍼 카세트로부터의 제4 웨이퍼를 정렬하는 단계; 및
    상기 얼라이너로부터 상기 정렬된 제4 웨이퍼 및 제4 공정 트레이를 상기 인터페이스 로봇암을 이용하여 상기 로드락 챔버로 이송하는 단계: 및
    상기 정렬된 제3 웨이퍼와 제3 공정 트레이 및 상기 정렬된 제4 웨이퍼와 제4 공정 트레이를 듀얼 블레이드 로봇암을 사용하여 상기 로드락 챔버로부터 상기 진공 트랜스퍼 모듈을 통해 제2 반응 챔버 쌍으로 동시에 이송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 얼라이너를 통하여 상기 공정 트레이 하우징으로부터 제5 처리 트레이 상에 상기 웨이퍼 카세트로부터의 제5 웨이퍼를 정렬하는 단계;
    상기 얼라이너로부터 상기 정렬된 제5 웨이퍼 및 제5 공정 트레이를 상기 인터페이스 로봇암을 이용하여 상기 로드락 챔버로 이송하는 단계;
    상기 얼라이너를 이용하여 상기 공정 트레이 하우징으로부터 제6 공정 트레이 상에 상기 웨이퍼 카세트로부터의 제6 웨이퍼를 정렬하는 단계; 및
    상기 얼라이너로부터 상기 정렬된 제6 웨이퍼 및 제6 공정 트레이를 상기 인터페이스 로봇암을 이용하여 상기 로드락 챔버로 이송하는 단계: 및
    상기 정렬된 제5 웨이퍼와 제5 공정 트레이 및 상기 얼라인된 제6 웨이퍼와 제6 공정 트레이를 듀얼 블레이드 로봇암을 사용하여 상기 로드락 챔버로부터 상기 진공 트랜스퍼 모듈을 통해 제3 반응 챔버 쌍으로 동시에 이송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항, 제12항 및 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 얼라인된 웨이퍼 및 공정 트레이를 각 반응 챔버에서 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 듀얼 블레이드 로봇을 이용하여 상기 처리된 웨이퍼 및 공정 트레이를 상기 각 반응 챔버 쌍의 각각의 챔버로부터 상기 진공 트랜스퍼 모듈을 통하여 상기 로드락 챔버 내부로 동시에 이송하는 것을 특징으로 하는 방법.
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