KR20180051911A - 로드락챔버 및 이를 포함하는 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로드락챔버 및 이를 포함하는 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 대기압 상태의 외부와 공정압 상태의 공정챔버 사이에서 기판을 전달하는 로드락챔버 및 이를 포함하는 기판처리장치에 관한 것이다.
본 발명은, 대기압상태의 외부 및 미리 설정된 공정압상태의 공정챔버(10) 사이에서 기판(S)을 전달하는 로드락챔버(30)로서, 밀폐된 내부공간을 형성하며, 기판도입 또는 기판배출을 위해 개폐되는 한 쌍의 게이트(311, 312)들이 대향하는 한 쌍의 측면부에 형성되는 챔버본체(310)와; 상기 챔버본체(310)에 설치되어 상기 내부공간에 위치된 기판(S)을 지지하는 기판지지부(320)와; 상기 챔버본체(310)에 설치되어 상기 내부공간을 상기 공정압상태에서 대기압상태로 변화시면서 기판(S)을 냉각시키기 위하여 상기 내부공간에 가스를 주입하며, 길이방향이 상기 기판(S)의 반송방향과 평행하게 배치되는 하나 이상의 가스주입부(330)와; 상기 가스주입부(330)에서 분사된 가스를 상기 내부공간에 확산시키기 위한 가스확산수단과; 상기 챔버본체(100)에 설치되어 상기 내부공간의 가스를 배기하는 가스배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로드락챔버(30)를 개시한다.

Description

로드락챔버 및 이를 포함하는 기판처리장치 {Loadlock chamber and substrate processing apparatus having the same}
본 발명은 로드락챔버 및 이를 포함하는 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 대기압 상태의 외부와 공정압 상태의 공정챔버 사이에서 기판을 전달하는 로드락챔버 및 이를 포함하는 기판처리장치에 관한 것이다.
화학기상증착 공정 등을 수행하는 반도체 기판처리장치는 일반적으로, 기판처리공정을 수행하는 복수 개의 프로세스 챔버(Process Chamber)와, 해당 프로세스 챔버로 기판이 진입되기 전에 기판이 프로세스 챔버로 진입할 수 있도록 환경을 조성하는 로드락챔버(Load lock Chamber)와, 프로세스 챔버와 로드락챔버를 연결하며 로드락챔버 내의 기판을 해당 프로세스 챔버로 이송하거나 해당 프로세스 챔버 내의 기판을 로드락챔버로 이송하는 로봇 아암이 설치되는 트랜스퍼 챔버(Transfer Chamber)를 포함한다.
프로세스 챔버는, 일반적으로 고온 및 진공에 가까운 공정압 상태에서 기판처리공정을 진행한다. 이 때 대기압 상태에 있는 기판을 고온 및 공정압 상태인 프로세스 챔버로 진입시키는 과정이 어려움이 있기 때문에, 기판을 해당 프로세스 챔버로 이송하기 전에 프로세스 챔버와 동일한 환경을 조성해 주어야 하는데, 이러한 역할을 담당하는 것이 로드락챔버다. 즉, 로드락챔버는 외부로부터 기판이 프로세스 챔버로 인입되기 전 또는 프로세스 챔버로부터 기판이 외부로 인출되기 전에 프로세스 챔버의 환경 또는 외부의 환경과 실질적으로 동일한 상태로 기판을 수용하는 챔버를 가리킨다.
종래의 기판처리장치의 경우, 프로세스 챔버에서의 병목현상(bottle neck)을 제거하여 생산성을 향상시키기 위하여 프로세스 챔버의 갯수를 늘이는 등의 방법을 통하여 노력을 기울이고 있다. 그러한, 어떠한 방법이 되었든 프로세스 챔버에서의 병목현상이 해소된다면, 그 다음은 로드락챔버의 생산성이 시스템 전체의 병목지점이 된다.
로드락챔버 내에서의 기판 처리에 있어 생산성을 높이기 위해서 챔버의 갯수를 늘이는 방법이 있겠으나, 시스템의 풋프린트(Foot-print)가 증가 하며 제조비용(Material cost)의 증가 대비 활용 효율이 높지 않은 문제점이 있다.
한편, 로드락챔버 내에서의 기판 처리라 함은 단시간에 진행되는 트랜스퍼 챔버로부터의 기판 반입 게이트 열림, 기판 반입, 기판 반입 게이트 닫힘, 벤팅 가스 주입, 대기 반송으로의 기판 반출 게이트 열림, 기판 반출, 기판 반출 게이트 닫힘으로 이어지는 일련의 과정을 말한다.
상기 로드락챔버 내에서의 기판 처리 과정에 의하여 추가로 벤팅 가스로 인한 기판의 온도 하락(냉각)의 효과가 얻어질 수 있다.
로드락챔버의 생산성 향상을 위하여 기판의 냉각 효과를 무시한 채 짧은 시간동안의 펌핑-벤트만을 진행하여 생산성을 증가시키는 극단적인 방법도 있겠으나, 로드락챔버에서 충분한 냉각 효과를 받지 못하고 반출된 기판은 온도 영역대가 높기 때문에 대기 반송 로봇의 핸드부 혹은 FOUP(Front Opening Unified Pod) 내부의 부재(part's)들에 열손상(Thermal damage)를 줄 수 있다는 문제점이 있다.
충분히 냉각되지 못한 기판을 트랜스퍼하는 동안 열손상(Thermal damage)의 영향을 받은 부재들은 가공 형태가 변형되거나 멜팅(melting)되어 본래 기능을 수행하기 어렵게 되거나 기판 상에 흔적을 묻힘으로써 칩을 제조하는데 파티클(오염물)로 작용하여 반도체 제품의 불량을 야기시킬 수 있는 요인이 될 수 있다.
이러한 이유로 로드락챔버의 생산성 향상 방안은 가열된 기판을 충분히 냉각 혹은 목표 온도까지 냉각 처리할 수 있는 것을 포함한 것이어야 한다.
가열된 기판의 냉각 과정을 포함한 종래의 로드락챔버에서의 기판 처리는 다음과 같다. 프로세스 챔버에서 공정을 마친 기판은 가열된 상태로 로드락챔버에 반입된다. 로드락 내의 슬랏에 놓인 기판은 확산기(디퓨저)를 통하여 주입된 벤트 가스로 냉각 효과를 얻을 수 있고, 일정 시간이 지난 후에 대기 반송 로봇으로 반송되어 로드락챔버를 빠져나간다.
즉, 종래의 로드락챔버는 구조상 벤트 가스만으로 기판의 냉각 효과를 전달하는 구조를 기본으로 한다. 그렇기 때문에 로드락챔버 내의 압력을 진공→대기로 전환한 이후에도 일정 시간동안 계속 가스 분사가 이루어져야 하며, 이는 냉각만을 위한 목적으로 기판의 처리 시간에 포함되는 시간으로 이어진다.
종래의 로드락챔버 내부는 확산기의 위치가 기판의 중앙으로부터 벗어나 한쪽으로 치우쳐 있고, 가스가 분사되어 나오는 입구부가 좁아 가스의 분산 분포 영역이 좁다. 또한 상기의 구조로 인하여 분사되는 가스 입자의 속도가 빠르며, 결과적으로 기판의 온도 그래프를 그려보았을 때 벤트 가스의 분사 입구부와 가장 가까운 영역 주변으로 온도가 가장 낮게 형성되어 있고 확산기에서 가장 먼 기판의 반대편으로는 20도 이상의 온도 차가 있음을 시뮬레이션을 통하여 확인할 수 있다.
즉, 현재의 로드락챔버 구조로는 벤트 가스의 유동이 불균형적이며, 가스로 인한 냉각의 효과가 크지 않고, 냉각과정에서 기판 상의 온도 편차를 발생시켜 열스트레스(Thermal-stress)를 남기는 문제점이 있다.
한편, 반도체기술 분야는 기존의 공냉방식에 수냉 방식을 추가하여 기판과 직접적인 접촉을 통하여 냉각을 보다 빠르게 하도록 설계하거나 또는 공냉 및 수냉 방식의 시퀀스(Sequence)를 변경하여 기판의 스트레스를 최소화하는 개선을 진행한 바 있다.
상술한 반도체 분야에서의 로드락챔버 냉각 방안은 수냉 방식을 추가하는 것으로써 로드락챔버 내부에 냉각판, 기판 척킹/디척킹(Chucking/De-chucking)을 위한 상하(Up/Down) 구동 장치가 추가 구성된다.
이 장치들은 로드락챔버 내부에 구성되어 벤트 가스의 유동(흐름)을 방해하여 벤트 가스의 확산을 방해하거나 혹은 가스의 와류를 생성시켜 파티클(Particle)을 누적시키는 요소가 될 수 있다.
또한, 이러한 추가 구성 장치들로 비용(Cost)이 상승하며 복잡한 장치 구성을 이루는 문제점이 있다. 즉, 로드락챔버 내에 구동 장치가 추가됨으로써 진동 및 파티클 이슈를 유발할 가능성이 있다.
한편, 디스플레이 분야는, 가스포트를 증가시키는 방식으로 기판 냉각기술을 개선하였는데, 이와 같이 가스 포트만 증가시키는 것은 기판의 뒤틀림 개선은 가능하겠으나 냉각 측면에서는 크게 효과적이지 않은 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 로드락챔버에서의 기판 냉각효율을 증가시켜 로드락챔버에서의 기판처리에 소요되는 기판처리시간을 단축시킴으로써, 로드락챔버를 포함하는 기판처리장치의 기판 생산성을 향상시키는 로드락챔버를 제공하는 데 있다.
본 발명은, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 대기압상태의 외부 및 미리 설정된 공정압상태의 공정챔버(10) 사이에서 기판(S)을 전달하는 로드락챔버(30)로서, 밀폐된 내부공간을 형성하며, 기판도입 또는 기판배출을 위해 개폐되는 한 쌍의 게이트(311, 312)들이 대향하는 한 쌍의 측면부에 형성되는 챔버본체(310)와; 상기 챔버본체(310)에 설치되어 상기 내부공간에 위치된 기판(S)을 지지하는 기판지지부(320)와; 상기 챔버본체(310)에 설치되어 상기 내부공간을 상기 공정압상태에서 대기압상태로 변화시면서 기판(S)을 냉각시키기 위하여 상기 내부공간에 가스를 주입하며, 길이방향이 상기 기판(S)의 반송방향과 평행하게 배치되는 하나 이상의 가스주입부(330)와; 상기 가스주입부(330)에서 분사된 가스를 상기 내부공간에 확산시키기 위한 가스확산수단과; 상기 챔버본체(100)에 설치되어 상기 내부공간의 가스를 배기하는 가스배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로드락챔버(30)를 개시한다.
상기 가스주입부(330)는, 파이프형상으로 이루어져 길이방향 일단에서 외부에 설치된 가스공급부로부터 가스를 공급받아 공급받은 가스를 상기 내부공간으로 분사하는 노즐부(332)를 포함할 수 있다.
상기 노즐부(332)는, 측면의 적어도 일부에 가스분사를 위한 하나 이상의 가스분사홀(334)이 형성될 수 있다.
상기 가스분사홀(334)은, 복수개로 이루어지며, 상기 노즐부(332)의 측면 전체에 균일하게 분포될 수 있다.
상기 로드락챔버(30)는, 한 쌍의 가스주입부(330a, 330b)를 포함하며, 상기 한 쌍의 가스주입부(330a, 330b)는, 상기 챔버본체(310)의 측면부들 중 상기 게이트(311, 312)가 형성되지 않은 나머지 한 쌍의 측면부에 각각 설치될 수 있다.
상기 한 쌍의 가스주입부(330a, 330b)는, 상기 기판(S)의 반송경로를 중심으로 대칭을 이룰 수 있다.
상기 가스확산수단은, 상기 챔버본체(310)의 내측벽에 상기 가스주입부(330)가 위치되는 가스확산공간(D)을 형성하는 요홈부(337)일 수 있다.
상기 요홈부(337)는, 상기 챔버본체(310)의 내측벽과 일체로 형성될 수 있다.
상기 가스확산수단은, 상기 가스주입부(330)로부터 분사된 가스가 기판(S)을 향하도록 상기 챔버본체(310)의 내측벽과 상기 가스주입부(330) 사이에 설치되는 가스확산부재(338)일 수 있다.
본 발명은, 미리 설정된 공정압상태에서 기판(S)에 대한 기판처리를 수행하는 하나 이상의 공정챔버(10)와; 로드락챔버(30)와; 상기 공정챔버(10) 및 상기 로드락챔버(30)를 사이에서 기판(S)을 반송하는 반송챔버(20)를 포함하는 기판처리장치를 개시한다.
상기 기판처리장치는, 상기 로드락챔버(30)로 공급되는 가스의 온도를 조절하기 위한 온도조절부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 온도조절부는, 상기 로드락챔버(30)로 공급되는 가스의 온도를 낮추기 위한 열전소자를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 로드락챔버는, 길이방향이 기판의 반송방향과 평행하게 배치되는 하나 이상의 가스주입부와 가스주입부에서 분사된 가스를 로드락챔버의 내부공간으로 확산시키는 가스확산수단을 구비함으로써, 다량의 가스가 기판 전체에 고르게 분사되며 확산되므로 기판을 전체적으로 고르면서 빠르게 냉각시킬 수 있는 이점이 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 로드락챔버는, 하나 이상의 가스주입부를 포함하고 가스주입부에 형성된 가스분사홀을 넓은 면적에 분포되게 함으로써, 기판을 향해 다량의 가스가 분사될 수 있도록 하여 기판냉각 효율이 향상되는 이점이 있다.
그리고, 본 발명에 따른 로드락챔버는, 가스주입부를 챔버내벽의 요홈부에 의해 형성되는 가스확산공간에 설치함으로써, 기판을 향하지 않는 위치에 형성된 가스분사홀에서 분사되는 가스도 기판을 향하는 방향으로 전달되어 가스가 보다 용이하게 확산될 수 있는 이점이 있으며, 가스주입부를 설치하기 위해 별도로 챔버본체의 볼륨을 확장할 필요가 없어 로드락챔버가 차지하는 공간을 최소화 할 수 있는 이점이 있다.
즉, 본 발명에 따른 로드락챔버는 가스의 유동을 방해하는 복잡한 구조물이나 구동부와 같이 파티클 이슈를 발생시키는 추가 장치 없이, 가스주입부에서 분사되는 가스의 유동을 개선함으로써 적은 비용으로 기판 냉각에 소요되는 공정시간을 단축하여 로드락챔버 내에서의 기판처리 효율을 개선 할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 개념도이다.
도 2는, 도 1의 로드락챔버의 구성 일부를 보여주는 사시도이다.
도 3은, 도 2의 로드락챔버의 Ⅰ-Ⅰ 방향 단면도이다.
도 4a는, 도 3의 로드락챔버의 평면도이다.
도 4b는, 도 4a의 A 부분을 확대하여 보여주는 확대도이다.
도 5a는, 도 2의 로드락챔버의 Ⅱ-Ⅱ 방향 단면도이다.
도 5b는, 도 5a의 B 부분을 확대하여 보여주는 확대도이다.
도 6은, 도 2의 로드락챔버의 구성 일부를 보여주는 사시도이다.
도 7은, 도 2의 구성 일부를 보여주는 사시도이다.
도 8은, 도 4a에 도시된 로드락챔버에서의 가스유동의 시뮬레이션을보여주는 도면이다.
도 9은, 종래 및 본 발명의 실시예, 즉 도 4a에 도시된 로드락챔버에서의 기판냉각에 관한 시간-온도 그래프이다.
이하 본 발명에 따른 로드락챔버 및 이를 포함하는 기판처리장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 미리 설정된 공정압상태에서 기판(S)에 대한 기판처리를 수행하는 하나 이상의 공정챔버(10)와; 외부로부터 기판(S)이 공정챔버(10)로 인입되기 전 또는 공정챔버(10)로부터 기판(S)이 외부로 인출되기 전에 공정챔버(10)의 환경 또는 외부의 환경과 실질적으로 동일한 환경을 조성하는 로드락챔버(30)와, 공정챔버(10) 및 로드락챔버(30)를 사이에서 기판(S)을 반송하는 반송챔버(20)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판처리장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 공정을 수행하는 복수개의 개별챔버(11,12)로 된 공정챔버(10)와, 복수의 개별 챔버(11,12)로 이루어진 공정챔버(10)를 공통으로 연결하는 반송챔버(20)를 포함하여 클러스터(cluster) 타입으로 구성 수 있으나, 이는 하나의 실시예일뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 반송챔버(20)와 각 개별챔버(11,12) 사이에는 제어부(미도시)의 제어에 의해 개폐 동작되는 게이트 밸브가 마련된 게이트(G)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 반송챔버(20)는, 로드락챔버(30)로부터 기판(S)을 인출하여 요구되는 소정 위치로 이송시키도록 하는 기판 이송 로봇(21)이 구비될 수 있다.
상기 공정챔버(10)는, 플라즈마 반응 또는 화학기상방법을 이용한 식각 공정 또는 증착 공정과 같은 각종 공정이 진행되는 곳으로, 공정이 진행되기 전에 예비 동작으로 진공 펌프(미도시)에 의한 펌핑에 의해 진공 상태를 갖도록 설정한 후, 실제 공정이 수행될 경우 진공압을 조절하기 위한 압력조절밸브를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 공정챔버(10)는, 기판처리가 이루어지는 밀폐된 처리공간을 형성하는 챔버본체(미도시)와, 기판(S)을 지지하는 기판지지부(미도시)와, 공정가스를 분사하는 공정가스 분사부(미도시)와, 공정챔버(10)의 온도를 제어하는 가열재킷(미도시)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 공정챔버(10)는, 복수의 개별챔버(11, 12)를 포함하여 기판 증착, 기판 식각 등의 기판처리가 이루어지는 기판처리공간을 복수개 구비할 수 있다.
상기 복수의 개별챔버(11, 12)는, 나란히 배치되어 반송챔버(20)와 연결되는 복수개의 기판처리공간이 나란히 붙어서 배치 될 수 있다.
여기서, 상기 공정챔버(10)는, 복수개의 기판 처리 공간을 구현하기 위하여 복수개의 개별 챔버(11,12)로서 이루어질 수 있지만, 하나의 챔버 내에 각각 독립된 2개의 기판 처리 공간을 가질 수 있으며, 이와 달리, 하나의 공정챔버(10)가 하나의 기판(S)을 처리하도록 구성될 수도 있음은 물론이다.
상기 반송챔버(20)는, 로드락챔버(30)와 공정 챔버(10) 사이에 위치하여 공정챔버(10)의 각 기판처리공간으로 기판(S)을 이송하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 반송챔버(20)는, 기판(S)이 통과되는 복수개의 게이트가 형성되며, 로드락챔버(30)와 공정챔버(10) 사이에서 기판(S)이 이송되는 공간을 형성하는 챔버본체를 포함할 수 있다.
상기 반송챔버(20)는, 기판 처리를 위하여 로드락챔버(30)로부터 이송되는 기판(S)을 공정챔버(10)의 각 개별챔버(11,12)로 이송하며, 반대로 기판 처리가 완료되어 공정챔버(10)의 각 개별챔버(11,12)로부터 이송되어 오는 기판(S)을 로드락챔버(30)로 이송할 수 있다.
구체적으로, 상기 반송챔버(20)반송챔버(20)는, 로드락챔버(30)로부터 기판(S)을 인출하여 요구되는 소정 위치로 이송시키고, 공정챔버(10)로부터 기판(S)을 인출하여 로드락챔버(30)로 이송시키는 기판이송로봇(21)이 구비될 수 있다.
상기 기판이송로봇(21)은, 반송챔버(20)에 마련되며, 복수의 게이트를 통해 각 공정챔버(10)와 반송챔버(20)간에 기판(S)을 이송하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 기판이송로봇(21)은, 로드락챔버(30)로부터 이송되는 기판(S)을 게이트 모듈(G)을 통하여 각 개별챔버(11,12)로 이송시키며, 게이트 모듈(G)을 통해 공정챔버(10)의 각 개별챔버(11,12)로부터 이송되어 오는 기판(S)을 로드락챔버(30)로 이송한다.
상기 반송챔버(20)는, 항상 진공에 가까운 공정압상태를 유지할 수 있다.
다만, 상기 공정챔버(10)에서 반송챔버(20)로 또는 반송챔버(20)에서 공정챔버(10)로 기판(S) 이송 시에 공정 챔버(10) 내부의 파티클이 반송챔버(20)로 인입되는 것을 최소화하기 위하여 반송챔버(20)의 내부 압력은 공정챔버(10)의 압력보다 상대적으로 높은 상태(저진공)로 형성될 수 있다.
상기 로드락챔버(30)(load lock chamber)는, 반송챔버(20) 내의 환경 조건에 근접한 환경 조건을 접할 수 있도록 하고, 반송챔버(20) 내의 환경 조건이 외부로부터 영향을 받지 않도록 차단하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
즉, 상기 로드락챔버(30)는, 진공에 가까운 공정압상태에서 대기압상태로, 또는 대기압상태에서 공정압상태로 변화 가능하다.
또한 상기 로드락챔버(30)는, 대기압 상태의 외부, 예로서, 기판보관용기(미도시)에 연결된 로더부(미도시)로부터 기판(S)을 제공받을 수 있다.
상기 로드락챔버(30)의 일면은 로더부와 연결되어 있으며 다른 일면은 게이트 모듈(G)를 통하여 반송챔버(20)와 결합될 수 있다.
예로서, 상기 로더부(미도시) 및 게이트모듈(G)는 로드락챔버(30)를 중심으로 대향되도록 배치될 수 있다.
상기 로더부(미도시)를 통해 기판(S)이 대기 상태에서 기판 보관용기(FOUP)로부터 이송되어 온 후에는 로드락챔버(30)의 내부는 반송챔버(20)와 마찬가지의 진공에 가까운 공정압상태로 변화된다.
또한 상기 공정챔버(10)에서 처리된 기판(S)이 반송챔버(20)를 거쳐 로드락챔버(30)로 이송되어 오면, 로더부(미도시)를 거쳐서 외부의 기판 보관 용기(FOUP)로 기판(S)이 이송되기 위하여 로드락챔버(30) 내부가 대기압상태로 변화된다.
일 실시예에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 로드락챔버(30)는, 밀폐된 내부공간을 형성하며, 기판도입 또는 기판배출을 위해 개폐되는 한 쌍의 게이트(311, 312)들이 대향하는 한 쌍의 측면부에 형성되는 챔버본체(310)와; 챔버본체(310)에 설치되어 내부공간에 위치된 기판(S)을 지지하는 기판지지부(320)와; 챔버본체(310)에 설치되어 내부공간을 공정압상태에서 대기압상태로 변화시면서 기판(S)을 냉각시키기 위하여 내부공간에 가스를 주입하며, 길이방향이 기판(S)의 반송방향과 평행하게 배치되는 하나 이상의 가스주입부(330)와; 가스주입부(330)에서 분사된 가스를 내부공간에 확산시키기 위한 가스확산수단과; 챔버본체(100)에 설치되어 내부공간의 가스를 배기하는 가스배기부를 포함할 수 있다.
상기 챔버본체(310)는, 밀폐된 내부공간을 형성하며, 기판도입 또는 기판배출을 위해 개폐되는 한 쌍의 게이트(311, 312)들이 기판(S)의 반송방향을 따라서 형성되는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 챔버본체(310)는, 평면형상이 직사각형으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 챔버본체(310)는, 복수의 공정챔버(10)에 대응되어 복수의 독립적인 기판처리영역을 형성하거나 또는 하나의 기판처리영역에서 복수의 기판(S)들을 처리하도록 구성될 수 있다.
상기 한 쌍의 게이트(311, 312)는, 게이트밸브에 의하여 개폐되는 게이트모듈(G)로서, 로더부와 결합되는 제1게이트(311) 및 반송챔버(20)와 결합되는 제2게이트(312)를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 게이트(311, 312)는, 챔버본체(310)에서의 기판(S)의 반송방향에 따라서 서로 대향되도록 챔버본체(310)의 대향하는 한 쌍의 측면부에 각각 설치될 수 있다.
상기 한 쌍의 게이트(311, 312)는, 챔버본체(310)가 독립된 복수의 기판처리영역으로 이루어지는 경우, 기판처리영역에 대응되어 복수로 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 기판지지부(320)는, 상기 챔버본체(310)에 설치되어 상기 내부공간에 위치된 기판(S)을 지지하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 기판지지부(320)는, 챔버본체(310)가 독립된 복수의 기판처리영역으로 이루어지는 경우, 기판처리영역에 대응되어 복수로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 기판지지부(320)는, 도 3 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 하나의 기판처리영역에서 상하로 이격되어 적층된 복수의 기판(S)을 지지하도록 구성될 수도 있다.
상기 가스주입부(330)는, 챔버본체(310)에 설치되어 내부공간을 공정압상태에서 대기압상태로 변화시면서 기판(S)을 냉각시키기 위하여 내부공간에 가스를 주입하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 내부공간은, 챔버본체(310)가 독립된 복수의 기판처리영역으로 이루어지는 경우, 기판처리영역에 대응되어 복수로 형성될 수 있다.
상기 가스배기부(미도시)는, 챔버본체(100)에 설치되어 내부공간을 대기압상태에서 공정압상태로 변화시키기 위하여 내부공간에 가스를 배기하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
한편, 상기 가스주입부(330)가 분사하는 가스는, 로드락챔버(30)의 압력을 진공에 가까운 공정압에서 대기압상태로 변화시키기 위한 벤팅가스로, 예를들어, 질소가스일 수 있다.
상기 벤팅가스는, 로드락챔버(30)의 내부공간의 압력변화를 목적으로 하나 이와 함께 공정챔버(10)에서 도입되어 가열된 기판(S)이 그대로 배출되는 경우 발생할 수 있는 부재들의 열손상(thermal damage) 등을 방지하기 위하여 기판(S)을 미리 설정된 온도 까지 냉각시키는 목적도 갖는다.
종래의 경우, 로드락챔버(30) 내에서의 가스의 유동이 불균일하게 형성되어 공정압에서 대기압으로의 벤팅과정을 마친 후에도 기판(S)의 냉각이 충분히 이루어 지지 않아 기판(S)의 냉각을 위한 오버벤팅 시간이 추가로 소요되고, 120℃ 내외로 냉각된 기판(S)의 경우에도 위치에 따른 온도편차가 30℃에 이르는 문제점이 있다.
이에 본 발명에 따른 로드락챔버(30)의 가스주입부(330)는, 로드락챔버(30) 내에서의 가스유동을 개선하여 로드락챔버(30)에서의 기판처리시간을 단축하고 기판(S)의 위치에 따른 온도편차를 최소화 하기 위하여, 길이방향이 기판(S)의 반송방향과 평행하게 배치되는 하나 이상의 가스주입부(330)와, 가스주입부(330)에서 분사된 가스를 상기 내부공간에 확산시키기 위한 가스확산수단을 포함할 수 있다.
상기 가스주입부(330)는, 길이방향이 기판(S)의 반송방향과 평행하게 배치되어 내부공간으로 가스를 분사하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
일 실시예에서, 상기 가스주입부(330)는, 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 파이프형상으로 이루어져 길이방향 일단에서 외부에 설치된 가스공급부로부터 가스를 공급받아 상기 내부공간으로 분사하는 노즐부(332)와, 가스공급부와 연결되어 노즐부(332)에 가스를 공급하는 공급배관(336)과, 상기 노즐부(332)의 길이방향 양 끝단에 결합되는 캡부재(331, 335)를 포함할 수 있다.
상기 노즐부(332)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 파이프형상으로 이루어져 길이방향 일단에서 외부에 설치된 가스공급부로부터 가스를 공급받아 공급받은 가스를 상기 내부공간으로 분사하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 노즐부(332)는, 편의상 길이방향에 수직한 단면이 원형인 경우를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 노즐부(332)는, 길이방향 일단에 구비된 캡부재(335)와 결합된 공급배관(336)을 통해 가스공급부로부터 가스를 공급받을 수 있다.
상기 노즐부(332)는, 측면의 적어도 일부에 공급받은 가스의 분사를 위한 하나 이상의 가스분사홀(334)이 형성될 수 있다.
상기 가스분사홀(334)는, 복수개로 이루어지며, 노즐부(332)의 측면 전체에 균일하게 분포되거나 또는 측면의 일부에만 분포될 수 있다.
상기 가스분사홀(334)는, 공정조건에 따라 다양한 형상 및 크기로 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 가스확산수단은, 노즐부(332)에서 분사된 가스를 상기 내부공간에 확산시키는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 가스확산수단은, 가스를 효율적으로 확산시키기 위하여 노즐부(332)에 근접하게 위치됨이 바람직하다. 즉, 상기 가스확산수단은, 노즐부(332)가 설치되는 위치에 구비될 수 있다.
예로서, 상기 가스확산수단은, 도 3 내지 도 5b에 도시된 바와 같이, 챔버본체(310)의 내측에 가스확산공간(D)을 형성하는 요홈부(337)를 포함할 수 있다.
상기 요홈부(337)은, 챔버본체(310)의 내측벽과 일체로 형성될 수 있다.
상기 요홈부(337)는, 가스주입부(330)의 형상, 크기, 가공비용 및 가스확산효과 등을 고려하여 다양한 형상 및 크기로 형성될 수 있다.
이때, 상기 노즐부(332)는, 요홈부(337)와는 이격된 상태로 챔버본체(310)의 내측벽에 형성된 가스확산공간(D)에 위치될 수 있다.
이러한 경우, 본 발명은, 도 4b 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 노즐부(332)를 가스확산공간(D)에 위치시킴으로써, 노즐부(332)의 가스분사공(334) 중 기판(S)을 향하지 않는 가스분사공(334)에서 분사된 가스 또한 기판(S)을 향하는 방향으로 전달되도록 하여 가스를 보다 용이하게 확산시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 챔버본체(310)의 내측벽에 요홈부(337)을 형성하여 노즐부(332) 설치를 위한 추가공간을 형성하므로, 상기 노즐부(332)를 설치하기 위해 별도로 챔버본체(310)의 볼륨을 확장할 필요가 없어 로드락챔버가 차지하는 공간을 최소화 할 수 있는 이점이 있다.
다른 예로서, 상기 가스확산수단은, 도 7에 도시된 바와 같이, 가스주입부(330)로부터 분사된 가스가 기판(S)을 향하도록 챔버본체(310)의 내측벽과 가스주입부(330) 사이에 설치되는 가스확산부재(338)일 수 있다.
상기 가스확산부재(338)는, 챔버본체(310)의 내측벽과 노즐부(332) 사이에 설치되어 노즐부(332)의 가스분사홀(334) 중 기판(S)을 향하지 않는 가스분사홀(334)에서 분사된 가스가 기판(S)을 향하도록 하는 구성으로 다양한 형상이 가능하다.
이때, 상기 가스확산부재(338)는, 노즐부(332)에서 분사된 가스를 내부공간으로 확산시키는 기능뿐만 아니라, 노즐부(332)의 가스분사홀(334) 중 기판(S)을 향하지 않는 가스분사홀(334)에서 분사된 가스가 기판(S)을 향하도록 가이드 하는 기능 또한 수행할 수 있다.
상기 가스확산부재(338)은, 챔버본체(310)의 내측벽과 노즐부(332) 사이에 설치될 수 있다면 노즐부(332) 또는 챔버본체(310)의 내벽 등 다양한 부재와 결합될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 가스확산부재(338)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(S)을 향하지 않는 가스분사홀(334)에서 분사된 가스가 기판(S)을 향해 확산되도록 노즐부(332)를 향하는 면이 오목하게 형성될 수 있다.
이때, 상기 가스확산부재(338)은, 가스확산이 보다 잘 이루어지도록 표면에 요철이 형성될 수 있다.
예로서, 상기 요철은, 딤플(dimple)과 같은 요홈으로 이루어질 수 있다.
상기 가스확산부재(338)는, 로드락챔버(30)에서의 공정환경에 따라 금속, 세라믹 등 다양한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 가스확산수단은, 챔버본체(310)의 내측에 가스확산공간(D)을 형성하는 요홈부(337)와 가스확산부재(338338)을 모두 포함하여 구성될 수 있음은 물론이다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 로드락챔버(30)를 자세히 설명한다.
여기서, 상기 로드락챔버(30)는, 한 쌍의 가스주입부(330a, 330b)를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 가스주입부(330a, 330b)는, 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(S)의 어느 일측에 편중되도록 가스가 분사되는 것을 방지하기 위하여 기판(S)의 반송경로를 기준으로 대칭을 이루도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 가스주입부(330a, 330b)는, 챔버본체(310)에 형성된 한 쌍의 게이트(311, 312)의 설치위치를 고려하여, 기판(S)의 반송방향과 교차되는 방향으로 배치됨이 바람직하다.
예로서, 상기 한 쌍의 가스주입부(330a, 330b)는, 배치방향이 기판(S) 반송방향과 수직을 이루도록 챔버본체(310)의 측면부들 중 게이트(311, 312)가 형성되지 않은 나머지 한 쌍의 측면부에 각각 설치될 수 있다.
본 발명은, 한 쌍의 가스주입부(330a, 330b)를 포함함으로써, 하나의 가스주입부를 구비하는 경우에 대비하여 다량의 가스를 내부공간에 분사할 수 있으며, 한 쌍 이상의 가스주입부(330a, 330b)가 기판(S)의 반송경로를 기준으로 대칭이 되도록 배치함으로써, 가스주입부(330)에서 분사되는 가스가 기판(S)의 특정 부분으로 편중되지 않도록 가스의 흐름(유동)을 개선 할 수 있는 이점이 있다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여, 상술한 실시예에 따른 로드락챔버(30)에서의 가스유동개선효과를 자세히 설명한다.
도 8는, 도 4a에 도시된 로드락챔버(30)에서의 가스유동을 보여주는 시뮬레이션으로 기판(S)의 반송경로를 기준으로 양측에 한 쌍의 가스주입부(330a, 330b)가 설치됨에 따라 가스가 기판(S)에 대해 고르게 확산됨을 알 수 있다.
상기 시뮬레이션 결과에 따르면, 종래의 로드락챔버(30)의 경우 미리 설정된 온도 까지 기판(S)을 냉각한 후 기판(S)의 위치에 따른 온도편차가 30℃에 이르는 반면, 본 발명에 따른 로드락챔버(30)의 경우 미리 설정된 온도 까지 기판(S)을 냉각한 후 기판(S)의 위치에 따른 온도편차가 5℃ 내외로 감소됨이 확인되었다.
다음으로, 도 9는, 본 발명에 따른 로드락챔버(30)에서의 시간에 따른 기판(S) 냉각곡선을 보여주는 그래프이다.
도 9에서, L1은, 종래의 로드락챔버(30)에서의 기판(S) 냉각곡선이며, L2는, 본 발명에 따른 로드락챔버(30)에서의 냉각곡선을 의미한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 공정챔버(10)에서 로드락챔버(30)로 도입된 기판(S)의 온도를 미리 설정된 온도(예를 들어, 128℃)까지 냉각시키는데 L1은 25s가 소요되고, L2는 17s가 소요됨을 확인 할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 로드락챔버(30)는, 종래보다 8s의 시간을 단축할 수 있고 이를 통해 전체공정의 효율이 향상될 수 있다.
도 8 및 도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 로드락챔버(30)에서의 결과를 나타내나 본 발명의 범위에 포함되는 다른 실시예에 따른 로드락챔버(30)에서도 동종의 효과를 얻을 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명에 따른 로드락챔버(30)를 포함하는 기판처리장치는, 노즐부(332)로 공급되는 가스의 온도를 조절하기 위한 온도조절부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 온도조절부는, 로드락챔버(30)로 공급되는 가스의 온도를 낮추기 위한 열전소자를 포함할 수 있다.
상기 기판처리장치는, 온도조절부를 통하여 노즐부(332)에서 분사되는 가스의 온도를 낮춤으로써 기판(S)에 대한 냉각효율을 보다 향상시킬 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10: 공정챔버 20: 트랜스퍼챔버
30: 로드락챔버

Claims (11)

  1. 대기압상태의 외부 및 미리 설정된 공정압상태의 공정챔버(10) 사이에서 기판(S)을 전달하는 로드락챔버(30)로서,
    밀폐된 내부공간을 형성하며, 기판도입 또는 기판배출을 위해 개폐되는 한 쌍의 게이트(311, 312)들이 대향하는 한 쌍의 측면부에 형성되는 챔버본체(310)와;
    상기 챔버본체(310)에 설치되어 상기 내부공간에 위치된 기판(S)을 지지하는 기판지지부(320)와;
    상기 챔버본체(310)에 설치되어 상기 내부공간을 상기 공정압상태에서 대기압상태로 변화시면서 기판(S)을 냉각시키기 위하여 상기 내부공간에 가스를 주입하며, 길이방향이 상기 기판(S)의 반송방향과 평행하게 배치되는 하나 이상의 가스주입부(330)와;
    상기 가스주입부(330)에서 분사된 가스를 상기 내부공간에 확산시키기 위한 가스확산수단과;
    상기 챔버본체(100)에 설치되어 상기 내부공간의 가스를 배기하는 가스배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로드락챔버(30).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스주입부(330)는,
    파이프형상으로 이루어져 길이방향 일단에서 외부에 설치된 가스공급부로부터 가스를 공급받아 공급받은 가스를 상기 내부공간으로 분사하는 노즐부(332)를 포함하며,
    상기 노즐부(332)는, 측면의 적어도 일부에 가스분사를 위한 하나 이상의 가스분사홀(334)이 형성되는 것을 특징으로 하는 로드락챔버(30).
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가스분사홀(334)은, 복수개로 이루어지며, 상기 노즐부(332)의 측면 전체에 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 로드락챔버(30).
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 로드락챔버(30)는, 한 쌍의 가스주입부(330a, 330b)를 포함하며,
    상기 한 쌍의 가스주입부(330a, 330b)는,
    상기 챔버본체(310)의 측면부들 중 상기 게이트(311, 312)가 형성되지 않은 나머지 한 쌍의 측면부에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 로드락챔버(30).
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 한 쌍의 가스주입부(330a, 330b)는, 상기 기판(S)의 반송경로를 중심으로 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 로드락챔버(30).
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스확산수단은, 상기 챔버본체(310)의 내측벽에 상기 가스주입부(330)가 위치되는 가스확산공간(D)을 형성하는 요홈부(337)인 것을 특징으로 하는 로드락챔버(30).
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 요홈부(337)는, 상기 챔버본체(310)의 내측벽과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 로드락챔버(30).
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스확산수단은, 상기 가스주입부(330)로부터 분사된 가스가 기판(S)을 향하도록 상기 챔버본체(310)의 내측벽과 상기 가스주입부(330) 사이에 설치되는 가스확산부재(338)인 것을 특징으로 하는 로드락챔버(30).
  9. 미리 설정된 공정압상태에서 기판(S)에 대한 기판처리를 수행하는 하나 이상의 공정챔버(10)와;
    청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 하나에 따른 로드락챔버(30)와;
    상기 공정챔버(10) 및 상기 로드락챔버(30)를 사이에서 기판(S)을 반송하는 반송챔버(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 로드락챔버(30)로 공급되는 가스의 온도를 조절하기 위한 온도조절부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 온도조절부는, 상기 로드락챔버(30)로 공급되는 가스의 온도를 낮추기 위한 열전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
KR1020160148849A 2016-11-09 2016-11-09 로드락챔버 및 이를 포함하는 기판처리장치 KR102135409B1 (ko)

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