KR20230011697A - 원자층 복합 증착 챔버 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 원자층 증착 공정을 수행할 수 있는 원자층 복합 증착 챔버로서, 전체적으로 링 형상으로 형성되고, 상면에 복수개의 웨이퍼가 상기 링 형상의 중심축을 기준으로 방사상으로 등각 배치될 수 있는 하부 공정 챔버; 상기 하부 공정 챔버와 대응되는 형상으로 형성될 수 있도록 전체적으로 상기 링 형상으로 형성되어 상기 하부 공정 챔버의 상부에 설치되고, 공간적으로 분리되어 상기 하부 공정 챔버에 배치된 상기 웨이퍼들 각각에 독립적으로 증착 공정이 수행될 수 있도록, 공정 공간을 형성하는 복수의 공정 모듈이 상기 중심축을 기준으로 방사상으로 등각 배치되는 상부 공정 챔버; 상기 링 형상으로 형성되는 상기 상부 공정 챔버의 중심부에 설치되고, 상기 복수의 공정 모듈에서 증착 공정이 완료된 웨이퍼 또는 대기 중인 웨이퍼를 보관할 수 있는 커뮤니티 챔버; 상기 커뮤니티 챔버의 하측에 설치되어, 상기 대기 중인 웨이퍼를 상기 복수의 공정 모듈 중 하나의 공정 공간으로 이송시키거나, 상기 복수의 공정 모듈 중 하나의 공정 모듈에서 상기 증착 공정이 완료된 웨이퍼를 상기 커뮤니티 챔버로 이송시킬 수 있는 웨이퍼 이송 로봇; 상기 복수의 공정 모듈 각각의 상기 공정 공간을 개별적으로 개폐시킬 수 있도록, 상기 커뮤니터 챔버와 상기 복수의 공정 모듈 사이에 형성되는 복수의 게이트 밸브를 포함하는 밸브 조립체; 및 상기 복수의 공정 모듈로 공급되는 공정 가스를 제어할 수 있는 제어부; 를 포함할 수 있다.

Description

원자층 복합 증착 챔버{atomic layer deposition chamber}
본 발명은 원자층 복합 증착 챔버로써, 더 상세하게는, 복수개의 웨이퍼에 원자층을 증착시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.
반도체의 박막을 형성하는 방법은 크게 물리적 기상 증착법인 PVD(Physical Vapor Deposition)와, 화학적 기상 증착법인 CVD(Chemical Vapor Deposition), 그리고 원자층 증착법인 ALD(Atomic Layer Deposition)가 있다. 이들 중 원자층 증착법은 원자를 이용해 박막을 형성하는 것으로, 원자층을 한 층씩 쌓아 올릴 수 있어 박막의 얇은 두께와 신뢰성을 동시에 만족시킬 수 있다는 장점이 있다.
점점 고도화되는 반도체 기술에 따라 줄어드는 배선 폭, 집적도 향상 등을 위한 얇은 박막의 증착이 중요하기 때문에, 원자층 증착법(ALD)은, 기존 PVD나 CVD에서 불가능한 극한의 얇은 박막을 형성하는 것이 가능하여 기존의 증착 방법이 사용되는 분야들 중 많은 영역을 대체할 수 있는 방법이다.
그러나, 원자층을 적층하는 방법은 웨이퍼 프로세싱 시, 아무리 많은 반응가스를 공급해도 하나의 원자층만 적층되는 자기 제한적 표면처리 공법으로, 프로세스 회수에 따라 원자층이 적층되는 특성이 있어 박막의 성장 속도가 느리다는 단점이 있다.
이를 해결하기 위해, 하나의 큰 챔버 내부에 다수개의 웨이퍼를 적층한 후 공정가스를 분사하여 한번에 증착 공정을 수행하는 방법이 제안되었으나, 공정가스 분사구와 가까운 쪽의 웨이퍼는 증착 공정이 원활히 수행되지만 공정가스 분사구와 멀리 떨어진 쪽의 웨이퍼는 증착 공정이 충분히 이루어 지지 않아 더욱 많은 양의 공정가스에 노출시켜야 했으며, 이에 따른 퍼지가스의 공급량 또한 증가하는 문제점이 있다. 또한 다수개의 웨이퍼가 하나의 챔버 안에 적층되어 공정이 진행되므로 모두 동일한 공정만이 수행되는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함한 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 복수개의 공정 모듈을 통해 한번에 여러 개의 웨이퍼에 원자층을 적층 할 수 있으며, 각각의 공정 모듈은 격벽을 통해 서로 완전히 분리되어 모두 동일한 증착 공정이 수행되거나 각기 다른 종류의 증착 공정이 수행될 수 있고, 증착 장치 내부에 증착 공정이 완료된 웨이퍼 또는 대기 중인 웨이퍼를 다수 개 배치할 수 있는 원자층 복합 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 원자층 복합 증착 챔버가 제공된다. 상기 원자층 복합 증착 챔버는, 전체적으로 링 형상으로 형성되고, 상면에 복수개의 웨이퍼가 상기 링 형상의 중심축을 기준으로 방사상으로 등각 배치될 수 있는 하부 공정 챔버; 상기 하부 공정 챔버와 대응되는 형상으로 형성될 수 있도록 전체적으로 상기 링 형상으로 형성되어 상기 하부 공정 챔버의 상부에 설치되고, 공간적으로 분리되어 상기 하부 공정 챔버에 배치된 상기 웨이퍼들 각각에 독립적으로 증착 공정이 수행될 수 있도록, 공정 공간을 형성하는 복수의 공정 모듈이 상기 중심축을 기준으로 방사상으로 등각 배치되는 상부 공정 챔버; 상기 링 형상으로 형성되는 상기 상부 공정 챔버의 중심부에 설치되고, 상기 복수의 공정 모듈에서 증착 공정이 완료된 웨이퍼 또는 대기 중인 웨이퍼를 보관할 수 있는 커뮤니티 챔버; 상기 커뮤니티 챔버의 하측에 설치되어, 상기 대기 중인 웨이퍼를 상기 복수의 공정 모듈 중 하나의 공정 공간으로 이송시키거나, 상기 복수의 공정 모듈 중 하나의 공정 모듈에서 상기 증착 공정이 완료된 웨이퍼를 상기 커뮤니티 챔버로 이송시킬 수 있는 웨이퍼 이송 로봇; 상기 복수의 공정 모듈 각각의 상기 공정 공간을 개별적으로 개폐시킬 수 있도록, 상기 커뮤니터 챔버와 상기 복수의 공정 모듈 사이에 형성되는 복수의 게이트 밸브를 포함하는 밸브 조립체; 및 상기 복수의 공정 모듈로 공급되는 공정 가스를 제어할 수 있는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밸브 조립체는, 전체적으로 링 형상으로 형성되어, 상기 커뮤니티 챔버와 상기 복수의 공정 모듈 사이에 형성되는 밸브 프레임; 복수개가 상기 밸브 프레임을 따라 상기 복수의 공정 모듈의 각 입구와 대응되는 위치에 배치되고, 각각 개별적으로 승하강 가능하도록 상기 밸브 프레임에 설치되는 상기 게이트밸브; 및 상기 게이트 밸브가 승하강하는 구동력을 제공할 수 있도록, 상기 밸브 프레임에서 복수의 상기 게이트 밸브가 설치된 위치 마다 설치되는 전자석 모듈;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 게이트 밸브는, 상기 밸브 프레임에서 하강하여 상기 공정 공간을 패쇄 시, 상기 공정 공간의 밀폐력을 확보할 수 있도록, 탄성을 가지는 재질로 형성되어 상기 게이트 밸브의 하면에 길이 방향을 따라 오목하게 형성되는 오림 홈부에 삽입되는 밀폐 부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커뮤니티 챔버는, 전체적으로 원기둥 형상으로 형성되는 챔버 몸체; 상기 챔버 몸체 내부에 복수개가 적층되고, 상기 복수의 공정 모듈에서 증착 공정이 완료된 웨이퍼 또는 대기 중인 웨이퍼가 다수 개 배치될 수 있는 웨이퍼 트레이; 및 장비 프론트 엔드 모듈(EFEM)과 연결되어 상기 웨이퍼를 상기 커뮤니티 챔버로 반입 또는 반출 시킬 수 있도록, 상기 커뮤니티 챔버의 일측면에 형성되는 진공 덕트;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커뮤니티 챔버는, 상기 진공 덕트와 상기 커뮤니티 챔버 사이에 형성되어 상기 장비 프론트 엔드 모듈(EFEM)과 상기 커뮤니티 챔버가 연결될 때, 상기 장비 프론트 엔드 모듈(EFEM)과 상기 커뮤니티 챔버 내부의 진공을 유지하며 입구를 개폐할 수 있는 덕트 밸브;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 웨이퍼 트레이는, 상기 웨이퍼 이송 로봇이 간섭 없이 승하강하여 복수의 층으로 적층된 상기 웨이퍼 트레이에 대기 중인 웨이퍼를 상기 복수의 공정 모듈 중 하나로 이송시키거나, 상기 복수의 공정 모듈 중 하나 에서 증착 공정이 완료된 웨이퍼를 상기 웨이퍼 트레이로 이송시킬 수 있도록 일측에 U자 형태의 로봇 이동 공간이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커뮤니티 챔버는, 상기 상부 공정 챔버 및 상기 하부 공정 챔버와 일체형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커뮤니티 챔버는, 모듈로 형성되어 상기 상부 공정 챔버 및 상기 하부 공정 챔버의 중심부에 탈부착 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 공정 챔버, 상기 하부 공정 챔버 및 상기 커뮤니티 챔버를 지지하는 지지프레임을 더 포함하고, 상기 지지프레임은, 상기 하부 공정 챔버를 기준으로 승하강할 수 있는 상기 상부 공정 챔버의 승하강 운동을 안내할 수 있도록 상기 상부 공정 프레임의 둘레를 따라 형성되는 가이드 봉;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커뮤니티 챔버는, 상기 공정 모듈로 공급된 상기 공정 가스를 흡기하여 상기 공정 모듈 및 상기 커뮤니티 챔버에 진공을 형성할 때, 흡기되는 상기 공정 가스의 흐름이 상기 커뮤니티 챔버의 상측에서 하측으로 형성될 수 있도록, 상기 커뮤니티 챔버에서 상기 웨이퍼 트레이가 설치되는 위치보다 낮은 위치에 형성되는 진공 포트;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 복수의 공정 모듈에서 동일한 공정이 수행되도록, 모든 상기 복수의 공정 모듈로 동일한 상기 공정 가스를 공급하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 복수의 공정 모듈 각각에서 적어도 두가지 이상의 서로 다른 공정이 수행되도록, 상기 복수의 공정 모듈 각각에 적어도 두가지 이상의 서로 다른 상기 공정 가스를 공급하도록 제어할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따르면, 한번에 복수개의 웨이퍼에 증착 공정을 수행할 수 있고, 복수의 공정 모듈에서 증착 공정이 완료된 웨이퍼 또는 대기 중인 웨이퍼를 보관할 수 있다.
또한, 복수의 공정 모듈 모두에 동일한 공정을 수행하거나, 복수의 공정 모듈 각각에 서로 다른 공정을 수행하도록 제어할 수 있고, 하나의 원자층 증착 장비에서 필요에 따른 다양한 증착 공정을 수행할 수 있으므로, 챔버 내부의 진진공을 깨트리지 않고 원자층 증착 공정에 사용되는 공정가스를 효율적으로 사용하여 전체 공정에 필요한 공정가스의 사용량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 공정 모듈로 공급된 상기 공정 가스를 흡기하여 상기 공정 모듈 및 상기 커뮤니티 챔버에 진공을 형성할 때, 흡기되는 상기 공정가스의 흐름이 상기 커뮤니티 챔버의 상측에서 하측으로 형성되어, 커뮤니티 챔버 내부의 파티클 오염을 방지할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버의 하부 공정 챔버의 상면을 개략적으로 나타낸 저면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버의 상부 공정 챔버의 하면을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버의 밸브 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 조립체와 게이트 밸브의 결합상태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버의 내부 구조을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버의 단면을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버의 웨이퍼 이송 로봇을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버의 후면을 개략적으로 나타낸 배면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버와 장비 프론트 엔드 모듈이 결합된 모습을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버의 커뮤니티 챔버와 상부 공정 챔버의 결합 상태를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)는 하부 공정 챔버(100), 상부 공정 챔버(200), 커뮤니티 챔버(300) 및 지지 프레임(600)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)는, 전체적으로 링 형상으로 형성되는 하부 공정 챔버(100)의 상부에 전체적으로 링 형상으로 형성되는 상부 공정 챔버(200)가 결합될 수 있다. 이어서, 전체적으로 원통 형상으로 형성되는 커뮤니티 챔버(300)가 하부 공정 챔버(100)와 상부 공정 챔버(200)의 중심부에 설치될 수 있다. 또한, 결합된 하부 공정 챔버(100), 상부 공정 챔버(200) 및 커뮤니티 챔버를 지지할 수 있도록 지지 프레임(600)이 결합될 수 있다.
구체적으로, 하부 공정 챔버(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전체적으로 링 형상으로 형성되고, 상면에 복수개의 웨이퍼가 링 형상의 중심축을 기준으로 방사상으로 등각 배치될 수 있다. 복수개의 웨이퍼를 배치할 수 있도록 하부 공정 챔버(100)의 상면에는 기판 배치부(110)가 링 형상의 중심축을 기준으로 방사상으로 등각 배치될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 공정 챔버(200)는 하부 공정 챔버(100)와 대응되는 형상으로 형성될 수 있도록 전체적으로 링 형상으로 형성되어 하부 공정 챔버(100)의 상부에 설치되고, 공간적으로 분리되어 하부 공정 챔버(100)에 배치된 웨이퍼들 각각에 독립적으로 증착 공정이 수행될 수 있도록, 공정 공간을 형성하는 복수의 공정 모듈(210)이 링 형상의 중심축을 기준으로 방사상으로 등각 배치될 수 있다.
공정 모듈(210)은 공정 공간 안에 웨이퍼들이 배치될 수 있도록 하부 공정 챔버(100)의 기판 배치부(110)가 배치되는 위치와 대응되는 위치에 링 형상의 중심축을 기준으로 방사상으로 등각 배치될 수 있다. 이때, 각각의 공정 공간을 구분할 수 있도록 다수개의 격벽(211)이 형성될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 공정 모듈(210)에는, 프리커서 공급관, 퍼지가스 공급관, 및 반응가스 공급관 등 원자층 증착을 위한 다양한 가스 공급관이 연결될 수 있으며, 이들 가스의 공급을 제어할 수 있는 프리커서 제어 밸브, 퍼지가스 제어 밸브, 및 반응가스 제어 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 공정 모듈(210)을 개폐시킬 수 있도록, 커뮤니터 챔버(300)와 복수의 공정 모듈(210) 사이에 밸브 조립체(400)가 결합될 수 있다. 구체적으로, 밸브 조립체(400)는 복수의 공정 모듈(210)을 개별적으로 개폐시킬 수 있도록, 커뮤니터 챔버(300)와 복수의 공정 모듈(210) 사이에 형성되는 복수의 게이트 밸브(420)를 포함할 수 있다.
이러한 하부 공정 챔버(100), 상부 공정 챔버(200), 및 커뮤니티 챔버(300)를 지지할 수 있도록, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)는 지지 프레임(600)을 포함할 수 있다. 지지 프레임(600)은 하부 공정 챔버(100), 상부 공정 챔버(200), 및 커뮤니티 챔버(300)를 지지할 뿐만 아니라 상부 공정 챔버(200)가 승하강 할 수 있도록 가이드 봉(610)을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)의 밸브 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)의 밸브 조립체(400)는, 밸브 프레임(410)에 게이트 밸브(420)가 결합되어 형성될 수 있다.
밸브 프레임(410)은 전체적으로 링 형상으로 형성되어 그 둘레를 따라 게이트 밸브(420)가 결합될 수 있다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 게이트 밸브(420)와 밸브 프레임(410)은 전자석(411)을 이용해 결합되어 전류를 가함에 따라 게이트 밸브(420)가 승하강 함으로써 공정 모듈(210)의 입구를 개폐할 수 있다. 그러나, 본 발명의 게이트 밸브(420)와 밸브 프레임(410)이 결합되는 방식은 이에 한정되지 않으며, 유압이나 공압을 이용하거나 전기 모터를 이용하는 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.
또한, 게이트 밸브(420)는, 공정 모듈(210)과 커뮤니티 챔버(300)의 진공을 확보할 수 있도록, 하면의 적어도 일부분에 게이트 밸브(420)의 길이 방향을 따라 오링 홈부(421)가 형성되며, 오링 홈부(421)에는 오링 씰(430)이 삽입되어 공정 모듈(210)과 커뮤니티 챔버(300)의 진공을 확보할 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 하부 공정 챔버(100)와 상부 공정 챔버(200)가 결합될 때 서로 만나는 접촉면 및, 격벽(211)과 게이트 밸브(420)가 서로 만나는 접촉면 또한 진공을 확보할 수 있도록 상술한 오링 씰(430)이 동일하게 적용되거나 고무 패킹 등의 다른 부재가 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)의 내부 구조을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 7은 그 단면도이다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)의 커뮤니티 챔버(300)는, 챔버 몸체(310), 웨이퍼 트레이(320), 웨이퍼 이송 로봇(330)을 포함할 수 있다. 챔버 몸체(310)는, 전체적으로 원기둥 형상으로 형성되어 내부에 웨이퍼 트레이(320) 및 웨이퍼 이송 로봇(330)을 수용할 수 있다.
웨이퍼 트레이(320)는, 챔버 몸체(310) 내부에 복수개가 적층되며, 공정 모듈(210)에서 증착 공정이 완료된 웨이퍼 또는 대기중인 웨이퍼가 웨이퍼 트레이(320)의 상면에 다수 개 배치될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)의 웨이퍼 트레이(320)의 상면에는 3개의 웨이퍼가 배치될 수 있다.
웨이퍼 이송 로봇(330)은, 커뮤니티 챔버(300)의 하측에 설치되어, 대기중인 웨이퍼를 복수의 공정 모듈(210) 중 하나의 공정 공간으로 이송시키거나, 공정 모듈(210)에서 증착 공정이 완료된 웨이퍼를 커뮤니티 챔버(300)의 웨이퍼 트레이(320)로 이송시킬 수 있다. 이때, 웨이퍼 이송 로봇(300)은 웨이퍼를 집어 올리거나 떠받칠 수 있는 이송 헤드부(331)를 포함하여 웨이퍼를 원하는 위치로 이송시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 이송 로봇(330)의 이송 헤드부(331)는, 커뮤니티 챔버(300)의 중심에 위치할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 트레이(320)는, 웨이퍼 이송 로봇(330)이 간섭 없이 승하강하여 복수의 층으로 적층된 웨이퍼 트레이(320)에 대기 중인 웨이퍼를 복수의 공정 모듈(210) 중 어느 하나로 이송시키거나 복수의 공정 모듈(210)중 어느 하나에서 증착 공정이 완료된 웨이퍼를 웨이퍼 트레이(320)로 이송시킬 수 있도록 일측에 U자 형태의 로봇 이동 공간이 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)의 웨이퍼 이송 로봇을 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)의 웨이퍼 이송 로봇(330)은 이송 헤드부(331) 및 이송 승하강부(332)를 포함할 수 있다.
이송 헤드부(331)는, 슬라이딩 가이드가 형성되어 웨이퍼의 하면을 떠받쳐 들어올린 후 슬라이딩시켜 이송하거나, 일측 단부에 집게 형상의 엔드 이펙터(End effector)가 형성되어 웨이퍼를 직접 이송하는 방법 등 다양한 방법으로 웨이퍼를 이송할 수 있다. 또한 웨이퍼 이송 로봇(330)은 이송 승하강부(332)에 의해 승하강 가능하여 복수의 층으로 적층된 웨이퍼 트레이(320)에 대기 중인 웨이퍼를 복수의 공정 모듈(210) 중 하나로 이송시키거나, 복수의 공정 모듈(210) 중 하나에서 증착 공정이 완료된 웨이퍼를 웨이퍼 트레이(320)로 이송시킬 수 있다. 따라서 원자층 복합 증착 챔버(1000)가 포함하고 있는 공정 모듈(210)의 개수보다 많은 수의 웨이퍼를 커뮤니티 챔버(300)에 보관하여 한번에 많은 수의 웨이퍼에 증착 공정을 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)의 후면을 나타내는 배면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)의 커뮤니티 챔버(300)는 공정 모듈(210) 내부 또는 커뮤니티 챔버(300) 내부의 공정 가스를 흡기할 수 있도록 진공 포트(360)를 포함할 수 있다.
이때 진공 포트(360)는, 공정 모듈(210) 또는 커뮤니티 챔버(300) 내부의 공정 가스를 흡기하여 진공을 형성할 때, 흡기되는 공정 가스의 흐름이 커뮤니티 챔버의 상측에서 하측으로 형성될 수 있도록, 커뮤니티 챔버(300)에서 웨이퍼 트레이(320)가 설치되는 위치보다 낮은 위치에 형성될 수 있다. 이를 통해, 커뮤니티 챔버(300) 내부의 잔여 공정 가스로 의한 웨이퍼의 오염을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)가 외부의 장비 프론트 엔드 모듈(500)과 결합되는 형태를 나타낸 사시도이다. 도 1 및 도 10에 개시된 바와 같이, 커뮤니티 챔버(300)는, 장비 프론트 엔드 모듈(500)과 결합하여 웨이퍼 이송 로봇(330)이 웨이퍼를 커뮤니티 챔버(300)의 외부로부터 내부로 또는 커뮤니티 챔버(300)의 내부로부터 외부로 이송할 수 있도록 일측면에 형성되는 진공 덕트(340)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 커뮤니티 챔버(300)는, 진공 덕트(340)를 통해 커뮤니티 챔버(300)와 장비 프론트 엔드 모듈(500)이 결합될 때 커뮤니티 챔버(300)와 장비 프론트 엔드 모듈(500) 내부의 진공을 유지하며 입구를 개폐할 수 있도록 덕트 밸브(350)를 포함할 수 있다. 이때, 장비 프론트 엔드 모듈(500)의 덕트 밸브(350) 또한 밸브 프레임(410)과 유사하게 진공을 유지하는 홈부 및 씰링이 적용될 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 장비 프론트 엔드 모듈(500)은, 웨이퍼를 커뮤니티 챔버(300) 내부로 이송할 때, 커뮤니티 챔버(300) 내부의 진공을 깨트리지 않으며 이송할 수 있도록, 진공 덕트(340)와 장비 프론트 엔드 모듈(500) 사이에 중간 단계의 진공을 형성할 수 있는 로드락 챔버를 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)의 커뮤니티 챔버(300)는 상부 공정 챔버(200)와 일체형으로 형성되어, 진공을 확보하기 위한 추가적인 진공 씰링 없이 공정을 진행할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000)는 제어부(700)를 포함할 수 있다. 제어부(700)는, 복수의 공정 모듈(210) 모두에 동일한 공정이 수행되도록 상기 복수의 공정 모듈(210)로 동일한 상기 공정 가스를 공급하도록 제어할 수 있다.
예컨대, 제어부(700)는, 먼저 커뮤니티 챔버(300)와 모든 복수의 공정 모듈(210)에 동등한 수준의 진공 분위기를 형성한 후, 웨이퍼 이송 로봇(330)이 커뮤니티 챔버(300)에 적층되어 대기 중인 웨이퍼를 각각의 공정 모듈(210)로 이송하여 증착 공정을 준비할 수 있다. 이어서, 제어부(700)는 각각의 공정 모듈(210)로 어느 한 종류의 반응 가스를 동시에 공급하여 웨이퍼에 제 1 막을 증착한 뒤 각각의 공정 모듈(210)로 퍼지 가스를 동시에 공급하여 각각의 공정 모듈에 반응 가스의 잔여물이 남지 않도록 공정 공간을 퍼지하고, 이후, 퍼지된 각각의 공정 모듈(210)로 동일한 반응 가스 또는 다른 종류의 반응 가스를 동시에 공급하여 제 1 막 상에 제 2 막이 증착되도록 제어할 수 있다. 이러한 반응 가스를 공급하고 퍼지하는 공정 단계를 소정 횟수 반복하여 웨이퍼 상에 복수개의 박막을 증착할 수 있다. 웨이퍼의 증착이 완료된 후, 웨이퍼 이송 로봇(330)이 각 공정 모듈(210)로부터 웨이퍼를 반출하여 커뮤니티 챔버(300)에 적층시키도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(700)는, 복수의 공정 모듈(210) 각각에 서로 다른 공정이 수행되도록 상기 복수의 공정 모듈 각각에 상기 공정 가스를 공급하도록 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부(700)는, 먼저 상술한 예시와 동일하게 증착 공정을 준비할 수 있다. 이어서, 제어부(700)는 각각의 공정 모듈(210)로 적어도 두가지 이상의 서로 다른 반응 가스를 동시에 공급하여 웨이퍼에 제 1 막을 증착한 뒤 각각의 공정 모듈(210)로 퍼지 가스를 동시에 공급하여 각각의 공정 모듈에 반응 가스의 잔여물이 남지 않도록 공정 공간을 퍼지하고, 이후, 퍼지된 각각의 공정 모듈(210)로 동일한 반응 가스 또는 다른 종류의 반응 가스를 동시에 공급하여 제 1 막 상에 제 2 막이 증착되도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(700)는 이러한 반응 가스를 공급하고 퍼지하는 공정 단계를 소정 횟수 반복함에 따라 웨이퍼 상에 복수개의 박막을 증착한 후, 웨이퍼 이송 로봇(330)이 각 공정 모듈(210)로부터 웨이퍼를 반출하여 커뮤니티 챔버(300)에 적층시키도록 제어할 수 있다.
상술한 예시의 제어부(700) 통해 모든 웨이퍼의 증착 공정이 완료되면, 진공 덕트(340)를 통해 커뮤니티 챔버(300)와 장비 프론트 엔드 모듈(500)을 연결하여 진공을 깨트리지 않으면서 증착 공정이 완료된 웨이퍼를 커뮤니티 챔버의 외부로 반출할 수 있다.
이에 따라, 각각의 공정 모듈(210)에서 독립적으로 증착 공정이 수행되기 위해 밸브 조립체(400)의 게이트 밸브(420) 또한 제어부(700)에 의해서 모두 동시에 승하강되거나, 독립적으로 승하강될 수 있으며, 이러한 게이트 밸브(420)는 전자석부(411)에 전류를 가해 제어하여 승하강되므로 간단한 구조로 제어될 수 있다. 그러나, 제어부(700)는 이에 한정되지 않고, 상부 공정 챔버(200)의 승하강, 덕트 밸브(350)의 개폐 등 본 발명의 원자층 복합 증착 챔버(1000)를 통해 증착 공정을 수행하기 위한 다양한 구성요소들을 제어할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(2000)의 커뮤니티 챔버(300)와 상부 공정 챔버(200)의 결합 상태를 나타내는 사시도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 커뮤니티 챔버(300)는 모듈로 형성되어 상부 공정 챔버(200) 및 하부 공정 챔버(100)의 중심부에 탈부착 가능할 수 있다. 이때, 커뮤니티 챔버(300)와 공정 모듈(210)을 서로 연결하기 위한 챔버 결합 홈부(311)가 형성될 수 있다. 챔버 결합 홈부(311)는 공정 모듈(210)의 개수와 동일한 개수만큼 형성되며, 각각의 공정 모듈(210)의 입구와 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 제어부(700)는, 상술한 예시의 제어부(700) 통해 모든 웨이퍼의 증착 공정이 완료되면, 증착 공정이 완료된 웨이퍼들이 적층된 커뮤니티 챔버(300)의 진공 분위기를 해제한 후 상부 공정 챔버(200)에서 분리하고, 대기 중인 웨이퍼들이 적층된 새로운 커뮤니티 챔버(300)를 장착하여 증착 공정을 이어 나갈 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(1000) 및 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 복합 증착 챔버(2000)에 따르면, 한번에 복수개의 웨이퍼에 증착 공정을 수행할 수 있고, 복수의 공정 모듈(210)에서 증착 공정이 완료된 웨이퍼 또는 대기 중인 웨이퍼를 보관할 수 있어, 높은 생산성을 가진 원자층 증착 장치를 제공한다.
또한, 커뮤니티 챔버(300)와 공정 모듈(210)의 진공을 깨트리지 않으면서 복수의 공정 모듈(210) 모두에 동일한 공정을 수행하거나, 복수의 공정 모듈(210) 각각에 서로 다른 공정을 수행하도록 제어할 수 있어 하나의 원자층 증착 장치에서 필요에 따라 다양한 증착 공정을 동시에 수행할 수 있으므로, 공정 가스를 효율적으로 사용하여 전체 공정에 필요한 공정 가스의 사용량을 줄일 수 있으며, 공정 시간이 절감되는 효과가 있다.
또한, 공정 모듈(210)로 공급된 공정 가스를 흡기하여 공정 모듈(210) 및 커뮤니티 챔버(300)에 진공을 형성할 때, 흡기되는 공정 가스의 흐름이 상기 커뮤니티 챔버(300)의 상측에서 하측으로 형성되어, 커뮤니티 챔버(300) 내부에 적층되어 있는 웨이퍼들이 잔여 파티클에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1000, 2000: 원자층 복합 증착 챔버
100: 하부 공정 챔버
110: 기판 배치부
200: 상부 공정 챔버
210: 공정 모듈
211: 격벽
220: 돌출부
300: 커뮤니티 챔버
310: 챔버 몸체
320: 웨이퍼 트레이
321: 로봇 이동 공간
330: 웨이퍼 이송 로봇
331: 이송 헤드부
332: 이송 승하강부
340: 진공 덕트:
350: 덕트 밸브
360: 진공 포트
400: 밸브 조립체
410: 밸브 프레임
411: 전자석부
420: 게이트 밸브
421: 오링 홈부
430: 오링 씰
500: 장비 프론트 엔드 모듈
600: 지지 프레임
610: 가이드 봉
700: 제어부

Claims (12)

  1. 전체적으로 링 형상으로 형성되고, 상면에 복수개의 웨이퍼가 상기 링 형상의 중심축을 기준으로 방사상으로 등각 배치될 수 있는 하부 공정 챔버;
    상기 하부 공정 챔버와 대응되는 형상으로 형성될 수 있도록 전체적으로 상기 링 형상으로 형성되어 상기 하부 공정 챔버의 상부에 설치되고, 공간적으로 분리되어 상기 하부 공정 챔버에 배치된 상기 복수의 웨이퍼들 각각에 독립적으로 증착 공정이 수행될 수 있도록, 공정 공간을 형성하는 복수의 공정 모듈이 상기 중심축을 기준으로 방사상으로 등각 배치되는 상부 공정 챔버;
    상기 링 형상으로 형성되는 상기 상부 공정 챔버의 중심부에 설치되고, 상기 복수의 공정 모듈에서 증착 공정이 완료된 웨이퍼 또는 대기 중인 웨이퍼를 보관할 수 있는 커뮤니티 챔버;
    상기 커뮤니티 챔버의 하측에 설치되어, 상기 대기 중인 웨이퍼를 상기 복수의 공정 모듈 중 하나의 공정 공간으로 이송시키거나, 상기 복수의 공정 모듈 중 하나의 공정 모듈에서 상기 증착 공정이 완료된 웨이퍼를 상기 커뮤니티 챔버로 이송시킬 수 있는 웨이퍼 이송 로봇;
    상기 복수의 공정 모듈 각각의 상기 공정 공간을 개별적으로 개폐시킬 수 있도록, 상기 커뮤니티 챔버와 상기 복수의 공정 모듈 사이에 형성되는 복수의 게이트 밸브를 포함하는 밸브 조립체; 및
    상기 복수의 공정 모듈로 공급되는 공정 가스를 제어할 수 있는 제어부;
    를 포함하는, 원자층 복합 증착 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 조립체는,
    전체적으로 링 형상으로 형성되어, 상기 커뮤니티 챔버와 상기 복수의 공정 모듈 사이에 형성되는 밸브 프레임;
    복수개가 상기 밸브 프레임을 따라 상기 복수의 공정 모듈의 각 입구와 대응되는 위치에 배치되고, 각각 개별적으로 승하강 가능하도록 상기 밸브 프레임에 설치되는 상기 게이트 밸브; 및
    상기 게이트 밸브가 승하강하는 구동력을 제공할 수 있도록, 상기 밸브 프레임에서 복수의 상기 게이트 밸브가 설치된 위치 마다 설치되는 전자석 모듈;
    을 포함하는, 원자층 복합 증착 챔버.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트 밸브는,
    상기 밸브 프레임에서 하강하여 상기 공정 공간을 패쇄 시, 상기 공정 공간의 밀폐력을 확보할 수 있도록, 탄성을 가지는 재질로 형성되어 상기 게이트 밸브의 하면에 길이 방향을 따라 오목하게 형성되는 오림 홈부에 삽입되는 밀폐 부재;
    를 포함하는, 원자층 복합 증착 챔버.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 커뮤니티 챔버는,
    전체적으로 원기둥 형상으로 형성되는 챔버 몸체;
    상기 챔버 몸체 내부에 복수개가 적층되고, 상기 복수의 공정 모듈에서 증착 공정이 완료된 웨이퍼 또는 대기 중인 웨이퍼가 다수 개 배치될 수 있는 웨이퍼 트레이; 및
    장비 프론트 엔드 모듈(EFEM)과 연결되어 상기 웨이퍼를 상기 커뮤니티 챔버로 반입 또는 반출시킬 수 있도록, 상기 커뮤니티 챔버의 일측면에 형성되는 진공 덕트;
    를 포함하는, 원자층 복합 증착 챔버.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 커뮤니티 챔버는,
    상기 진공 덕트와 상기 커뮤니티 챔버 사이에 형성되어 상기 장비 프론트 엔드 모듈(EFEM)과 상기 커뮤니티 챔버가 연결될 때, 상기 장비 프론트 엔드 모듈(EFEM)과 상기 커뮤니티 챔버 내부의 진공을 유지하며 입구를 개폐할 수 있는 덕트 밸브;
    를 포함하는, 원자층 복합 증착 챔버.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 트레이는,
    상기 웨이퍼 이송 로봇이 간섭 없이 승하강하여 복수의 층으로 적층된 상기 웨이퍼 트레이에 대기 중인 웨이퍼를 상기 복수의 공정 모듈 중 하나로 이송시키거나, 상기 복수의 공정 모듈 중 하나 에서 증착 공정이 완료된 웨이퍼를 상기 웨이퍼 트레이로 이송시킬 수 있도록 일측에 U자 형태의 로봇 이동 공간이 형성되는, 원자층 복합 증착 챔버.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 커뮤니티 챔버는,
    상기 상부 공정 챔버 및 상기 하부 공정 챔버와 일체형으로 형성되는, 원자층 복합 공정 챔버.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 커뮤니티 챔버는,
    모듈로 형성되어 상기 상부 공정 챔버 및 상기 하부 공정 챔버의 중심부에 탈부착 가능한, 원자층 복합 증착 챔버.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 공정 챔버, 상기 하부 공정 챔버 및 상기 커뮤니티 챔버를 지지하는 지지프레임을 더 포함하고,
    상기 지지프레임은,
    상기 하부 공정 챔버를 기준으로 승하강할 수 있는 상기 상부 공정 챔버의 승하강 운동을 안내할 수 있도록 상기 상부 공정 프레임의 둘레를 따라 형성되는 가이드 봉;
    을 포함하는, 원자층 복합 증착 챔버.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 커뮤니티 챔버는,
    상기 공정 모듈로 공급된 상기 공정 가스를 흡기하여 상기 공정 모듈 및 상기 커뮤니티 챔버에 진공을 형성할 때, 흡기되는 상기 공정 가스의 흐름이 상기 커뮤니티 챔버의 상측에서 하측으로 형성될 수 있도록, 상기 커뮤니티 챔버에서 상기 웨이퍼 트레이가 설치되는 위치보다 낮은 위치에 형성되는 진공 포트;
    를 포함하는, 원자층 복합 증착 챔버.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 공정 모듈에서 동일한 공정이 수행되도록, 모든 상기 복수의 공정 모듈로 동일한 상기 공정 가스를 공급하도록 제어하는, 원자층 복합 증착 챔버.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 공정 모듈 각각에서 적어도 두가지 이상의 서로 다른 공정이 수행되도록, 상기 복수의 공정 모듈 각각에 적어도 두가지 이상의 서로 다른 상기 공정 가스를 공급하도록 제어하는, 원자층 복합 증착 챔버.
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