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KR101271198B1 - 냉각 스테이지가 장착된 반도체 제조장치 및 이를 사용한반도체 제조방법 - Google Patents

냉각 스테이지가 장착된 반도체 제조장치 및 이를 사용한반도체 제조방법 Download PDF

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KR101271198B1
KR101271198B1 KR1020060020977A KR20060020977A KR101271198B1 KR 101271198 B1 KR101271198 B1 KR 101271198B1 KR 1020060020977 A KR1020060020977 A KR 1020060020977A KR 20060020977 A KR20060020977 A KR 20060020977A KR 101271198 B1 KR101271198 B1 KR 101271198B1
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KR
South Korea
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wafer
load lock
cooling stage
lock chamber
small environment
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야마기시 타카유키
와타나베 타케시
Original Assignee
에이에스엠 저펜 가부시기가이샤
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Publication date
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Abstract

(A) 웨이퍼 수납부와 로드 락 챔버(load lock chamber)에 연결되고, 내부에 전송 로봇을 구비하며, 공기 흐름 하에서 상기 웨이퍼 수납부와 상기 로드 락 챔버 간에 웨이퍼를 전송하기 위한 소환경(mini environment)과;
(B) 상기 로드 락 챔버의 접속부 부근에서 상기 소환경의 외부로부터 상기 소환경에 개구, 연결되고, 웨이퍼를 일시적으로 지지하여 상기 소환경으로부터 취해진 공기로 웨이퍼를 냉각할 수 있는 냉각 스테이지를 구비한 웨이퍼 전송장치.
냉각 스테이지, 웨이퍼 전송장치, 반도체 제조장치, 소환경, 로드 락 챔버

Description

냉각 스테이지가 장착된 반도체 제조장치 및 이를 사용한 반도체 제조방법{Semiconductor-manufacturing Apparatus Equipped With Cooling Stage and Semiconductor-manufacturing Method Using Same}
본 발명은 하기에 도면의 부연 설명과 함께 추가로 설명된다. 그러나, 본 발명이 이들 도면에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면들은 설명을 위하여 과도하게 간략화하여 도시되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 냉각 스테이지를 포함하는 CVD 막 형성 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 냉각 스테이지를 포함하는 소환경(mini environment) 주변의 구조 및 소환경 내부의 공기의 흐름을 나타내는 일부 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 냉각 스테이지를 장착할 수 있는 CVD 막 형성 장치의 일례를 나타내는 평면단면 모식도(plan section view)이다.
도 4A는 본 발명의 일 실시예에 따른, 가변 루버(louver)를 갖춘 냉각 스테이지의 구조를 나타내는 평면단면 모식도이다. 도 4B는 상기 냉각 스테이지 장착상태의 측면 모식도이다.
도 5A는 본 발명의 일 실시예에 따른, 고정구(固定溝, retainer groove)를 갖춘 냉각 스테이지의 구조를 나타내는 평면단면 모식도이다. 도 5B는 동일 구조의 배면도이고, 도 5C는 동일 구조의 횡측면 모식도이다(우측의 냉각 스테이지는 고정구가 부착되지 않은 구조를 나타내고 있다).
도 6A는 본 발명의 일 실시예에 따른, 게이트 밸브를 갖춘 냉각 스테이지의 구조를 나타내는 횡측면 모식도이며, 도 6B는 동일 구조의 평면 모식도이다.
도 7A, 7B 및 7C는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 스테이지의 가변 루버의 일례를 나타내는 모식도이며, 도 7A는 가변 루버가 완전히 열린 상태를, 도 7B는 가변 루버가 부분적으로 열린 상태를, 그리고 도 7C는 가변 루버가 완전히 닫힌 상태를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 하나의 웨이퍼를 수납하기 위한 냉각 스테이지를 사용한 웨이퍼 전송 순서를 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 두 개의 웨이퍼를 수납하기 위한 냉각 스테이지를 사용한 웨이퍼 전송 순서를 나타내는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 두 개의 웨이퍼를 수납하기 위한 냉각 스테이지를 갖춘 또 다른 웨이퍼 전송 순서를 나타내는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 냉각 스테이지를 장착할 수 있는 클러스터(cluster) CVD 막 형성 장치를 나타내는 모식 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 웨이퍼의 온도변화를 나타내는 그래프이다.
<부호의 설명>
1: 상부 리프터, 2: 가스 박스, 3: 다용도(utility) 박스,
4: 터치 스크린, 5: 급속 세척 유닛(radical cleaning unit),
6: 매칭 박스(matching box), 7: 반응 챔버,
8: 입출력 로드 락 챔버(I/O load lock chamber),
9: 입출력 챔버 펌프, 10: FOUP 오프너(FOUP opener), 11: FOUP,
12: 소환경(mini environment), 13: 신호 타워(signal tower),
14: 팬 필터 유닛(fan filter unit), 15: 냉각 스테이지,
20: 예비 필터(Pre-filter), 21: 팬, 22: ULPA 필터,
23: 버퍼 플레이트(buffer plate), 24: FE 로봇,
25: 조정가능한 댐퍼(adjustable damper),
40: 배치 플레이트(set plate), 41: 웨이퍼(wafer),
42: 조정가능 루버(adjustable louver),
43: 냉각-스테이지 리테이너 고정판(cooling-stage retainer plate),
50: 고정구(retainer groove), 51: IOC 게이트 밸브(IOC gate valve),
60: 전방 게이트 밸브, 61: 게이트-밸브 개폐용 공기 실린더,
62: 게이트-밸브 개폐용 공기 실린더, 63: 후방 게이트 밸브,
71: 가변 루버 가이드, 72: 가변 루버 고정나사, 73: 가변 루버 고정혈,
110: 로드 락 챔버, 111: 전송실, 112: 진공 로봇
본 발명은 진공 로드 락(vacuum-load-lock) 방식의 반도체 제조장치에 관한 것이며, 웨이퍼를 효율적이고, 연속적으로 처리할 수 있는 매엽식 반도체 장치의 구조 및 운용방법에 관한 것이다.
일반적인 CVD 장치의 반응 챔버 내의 막 형성 온도는 약 400℃이기 때문에, 막 형성 후, 로드 락 챔버의 백필(로드 락 챔버(IOC)를 진공상태로부터 N2를 유입하여 대기압으로 복귀시키는 것) 후의 웨이퍼는 여전히 200℃ 정도의 고온 상태에 있다. 이 때문에, 종래의 장치에서는 고온의 웨이퍼가 웨이퍼 캐리어에 적합한 온도로(100℃ 정도) 냉각될 때까지 로드 락 챔버 내부나 전용 냉각 챔버 등에 웨이퍼를 대기시켜야만 했었다. 이로 인해, 웨이퍼 전송 율속(律速)이 발생하여, 결과적으로 처리량이 감소하였다.
상기 문제를 해결하기 위한 방편으로 전송 로봇을 탑재한 소환경(mini environment) 내부에 냉각 스테이지를 설치하는 것을 생각해 볼 수 있지만, 소환경의 대형화로 인한 풋프린트(footprint)가 증대될 것이다. 또한, 소환경 내부의 웨 이퍼 냉각을 촉진하기 위하여 냉각 팬을 별도로 설치하거나 냉각수를 병용하는 것도 생각해 볼 수 있지만 비용이 많이 발생한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 만들어졌다. 일 실시예에서, 본 발명의 목적은 저 비용, 소 풋프린트, 소 페이스프린트(faceprint), 고 처리량의 어느 하나 또는 그 이상을 실현하는 웨이퍼 전송장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 다른 목적은 공정적으로 안정하고, 고 처리량을 실현하는 웨이퍼 전송장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기와 같은 웨이퍼 전송장치를 구비한 반도체 제조장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기와 같은 반도체 제조장치를 사용하여 반도체를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 목적 중 적어도 하나의 목적을 달성하는, 본 발명에 관한 반도체 제조장치의 일 실시예에 따르면, (A) 웨이퍼 수납부와 로드 락 챔버에 연결되고, 내부에 전송 로봇을 구비하며, 공기 흐름 하에서 상기 웨이퍼 수납부와 상기 로드 락 챔버 간에 웨이퍼를 전송하기 위한 소환경(mini environment)과, (B) 상기 로드 락 챔버의 접속부 부근(바람직하게는 상방)에서 상기 소환경의 외부로부터 상기 소환경에 개구, 연결되고, 웨이퍼를 일시적으로 지지하여 상기 소환경으로부터 취해진 공기로 웨이퍼를 냉각할 수 있는 냉각 스테이지를 구비하고, 상기 전송 로봇에 의 하여 상기 웨이퍼 수납부, 상기 로드 락 챔버 및 상기 냉각 스테이지 간의 웨이퍼 전송이 가능한 웨이퍼 전송장치가 제공된다.
상기의 실시예는 적어도 다음의 실시예를 추가로 포함할 수 있다.
상기 냉각 스테이지는 공기 경로와 공기 경로 내부에서 일시적으로 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 지지체를 갖는 웨이퍼 전송장치;
상기 공기 경로의 입구인 개구부의 반대측의 공기 통로 출구에는 슬릿이 설치되어 있는 웨이퍼 전송장치;
상기 슬릿의 열림은 조작가능한 웨이퍼 전송장치;
상기 공기 통로의 입구인 개구부의 개구 면적은 상기 공기 통로의 출구의 개구 면적보다도 큰 웨이퍼 전송장치;
상기 공기 통로의 입구인 개구부에는 게이트 밸브가 구비되어 있는 웨이퍼 전송장치;
상기 공기 통로의 입구인 개구부 반대측의 공기 통로 출구에는 게이트 밸브가 설치되어 있는 웨이퍼 전송장치;
상기 웨이퍼 지지체는 복수 웨이퍼를 일정 간격으로 서로의 위에 적층될 수 있는 구조를 갖는 웨이퍼 전송장치;
상기 냉각 스테이지는 상기 로드 락 챔버의 연결 위치와 동축 상에 배치되고, 상기 전송 로봇의 수직축의 변화없이 상기 냉각 스테이지와 상기 로드 락 챔버 사이에서 웨이퍼의 전송이 가능한 웨이퍼 전송장치;
상기 소환경은 상기 전송 로봇의 하방에 공기의 유량을 조정하기 위해 개방 정도를 조정가능한 댐퍼(damper)를 구비한 웨이퍼 전송장치;
상기 냉각 스테이지는 추가로 고정부재를 구비하고, 상기 고정부재에 의하여 상기 로드 락 챔버의 상부 면에 지지되어 있는 웨이퍼 전송장치.
상기 어느 하나의 실시예에 의하면, 냉각 챔버는 로드 락 챔버의 상방에 배치되고, 소환경으로부터 공기를 유입할 수 있도록(바람직한 실시예에는 단순히 소환경으로부터의 공기유입을 활성화시킴으로써, 별도의 냉각이 불필요하게 된다) 접속되어 있으므로, 저 비용, 소 풋프린트 및/또는 소 페이스프린트를 달성할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 냉각 챔버는 로드 락 챔버 부근에 배치되고, 전송 로봇은 횡방향의 움직임을 전혀 또는 거의 하지 않고, 냉각 챔버와 로드 락 챔버 사이에서 웨이퍼를 전송할 수 있다. 또한, 냉각 챔버는 웨이퍼 스테이지로서도 기능하고, 웨이퍼 버퍼로서도 사용할 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에 의하면, 고 처리량을 실현할 수 있다.
상기의 모든 실시예는 웨이퍼 전송장치와 관련되어 있으나, 본 발명은 웨이퍼 전송장치에 국한되지 않고, 웨이퍼 전송장치를 사용한 반도체 제조장치도 제공하며, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, (A) 반응 챔버에 연결된 로드 락 챔버, (B) 웨이퍼를 수납하는 웨이퍼 카세트, (C) 상기 웨이퍼 카세트와 상기 로드 락 챔버를 연결하고, 내부에 전송 로봇을 구비한 소환경, (D) 상기 로드 락 챔버 부근(바람직하게는 상방)에 배치되고, 상기 소환경에 개구하여 상기 소환경의 공기를 받아들이는 냉각 스테이지를 구비하고, (E) 상기 전송 로봇에 의하여 상기 웨이퍼 카세트, 상기 로드 락 챔버 및 상기 냉각 스테이지 간의 웨이퍼 전송이 가능한 웨이 퍼 전송장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, (A) 반응 챔버, (B) 상기 반응 챔버에 연결된 전송 챔버, (C) 상기 전송 챔버에 연결된 로드 락 챔버, (D) 상기 로드 락 챔버에 연결된, 상기 어느 하나의 소환경과 상기 냉각 스테이지를 구비한 상기 웨이퍼 전송장치; 및, (E) 상기 웨이퍼 전송장치에 연결된 웨이퍼 수납부를 구비한 반도체 제조장치가 제공된다.
상기 실시예는 적어도 다음의 실시예를 추가로 포함할 수 있다.
상기 전송 챔버는 상기 반응 챔버의 하부에 배치되어 있는 반도체 제조장치;
상기 반응 챔버와 상기 로드 락 챔버는 상기 전송 챔버의 외주에 배치되어 있는 반도체 제조장치.
상기의 웨이퍼 제조장치, 반도체 제조장치에 있어서, 일 실시예의 각 요건은 다른 실시예의 각 요건과 상호 교환 가능하며, 각각의 요건을 조합시킬 수도 있다. 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않으며, 상술한 목적의 하나 이상 또는 그 이외의 목적을 달성할 수 있는 다른 실시예도 포함한다.
본 발명은 웨이퍼 전송장치와 반도체 제조장치에 적용될 수 있는 것처럼, 제조방법에도 적용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 본 발명이 제공하는 반도체 제조방법은, a) 반응 챔버 내에서 막 형성이 종료된 웨이퍼를 로드 락 챔버로 되돌리는 단계; b) 로드 락 챔버를 대기압으로 복구한 후에, 전송 로봇에 의하여 웨이퍼를 로드 락 챔버에서 소환경을 거쳐 냉각 스테이지로 이동시키는 단계; c) 전송 로봇에 의하여 웨이퍼 수납부로부터 소환경을 거쳐 로드 락 챔버로 웨이퍼를 도입하 는 단계; d) 다음 웨이퍼를 로드 락 챔버로부터 반응 챔버까지 웨이퍼 상 막의 형성을 위해서 이동시키는 단계; e) 전송 로봇에 의하여 냉각 스테이지 내의 웨이퍼를 소환경을 거쳐 웨이퍼 수납부로 이동시키는 단계; 및, f) a)~ e) 단계를 순차적으로 후속 웨이퍼에 대하여 반복하는 단계를 포함하는 반도체 제조방법이 제공된다. 상기 단계의 일례는 도 8에 설명되어 있다.
상기의 실시예는 냉각 스테이지에 웨이퍼 1개를 수납하고 전송하는 실시예이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 또 다른 실시예에서, 냉각 스테이지는 2개의 웨이퍼를 수납할 수 있는, 상기 어느 하나의 웨이퍼 전송장치를 사용한 반도체 제조방법이며, a) 반응 챔버에서 막 형성이 종료된 제 1 웨이퍼를 로드 락 챔버로 되돌리는 단계; b) 로드 락 챔버가 대기 압력으로 복구된 후에, 전송 로봇에 의하여 제 1 웨이퍼를 로드 락 챔버로부터 소환경을 거쳐 냉각 스테이지까지 이동시키는 단계; c) 전송 로봇으로 제 2 웨이퍼를 웨이퍼 수납부로부터 소환경을 거쳐 로드락 챔버로 도입하는 단계; d) 웨이퍼 상의 막 형성을 위해 제 2 웨이퍼를 로드 락 챔버로부터 반응 챔버로 이동시키는 단계; e) 막 형성이 종료된 제 2 웨이퍼를 반응 챔버에서 로드 락 챔버로 되돌리는 단계; f) 로드 락 챔버가 대기 압력으로 복구된 후에, 전송 로봇에 의하여 제 2 웨이퍼를 로드 락 챔버로부터 소환경을 거쳐 냉각 스테이지까지 이동시키는 단계; g) 이동로봇으로 제 3 웨이퍼를 소환경을 거쳐 로드 락 챔버까지 이동시키는 단계; h) 웨이퍼 상의 막 형성을 위해 제 3 웨이퍼를 로드 락 챔버로부터 반응 챔버로 이동시키는 단계; i) 전송 로봇으로 제 1 웨이퍼를 냉각 스테이지로부터 소환경을 거쳐 웨이퍼 수납부로 이동시키는 단 계; j) e)~ i) 단계를 순차적으로 후속 웨이퍼에 대하여 반복하는 단계를 포함하는 반도체 제조방법이 제공된다. 상기 단계의 일례는 도 9에 설명되어 있다.
상기의 실시예는 냉각 스테이지에 웨이퍼 2개를 수용하여 전송하는 실시예이지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않고, 3개 또는 그 이상의 웨이퍼에 있어서도 동일한 방법으로 실행할 수 있다.
냉각 스테이지를 웨이퍼 스테이지로 사용할 수도 있으며, 또 다른 실시예에서, 냉각 스테이지는 2개의 웨이퍼를 수납할 수 있는, 상기 어느 하나의 웨이퍼 전송장치를 사용한 반도체 제조방법이며, a) 전송 로봇으로 가공되지 않은 웨이퍼를 웨이퍼 수납부로부터 냉각 스테이지로 도입하는 단계; b) 반응 챔버에서 막이 형성된 가공된 웨이퍼를 로드 락 챔버로 되돌리는 단계; c) 로드 락 챔버가 대기 압력으로 복구된 후에 전송 로봇에 의하여, 가공된 웨이퍼를 로드 락 챔버로부터 소환경을 거쳐 냉각 스테이지까지 이동시키는 단계; d) 전송 로봇에 의하여, 가공되지 않은 웨이퍼를 냉각 스테이지에서 소환경을 거쳐 로드 락 챔버까지 이동시키는 단계; e) 가공되지 않은 웨이퍼를 막 형성을 위해 로드 락 챔버로부터 반응 챔버까지 이동시키는 단계; f) 전송 로봇에 의하여, 후속의 가공되지 않은 웨이퍼를 웨이퍼 수납부로부터 냉각 스테이지로 도입하는 단계; g) 전송 로봇에 의하여, 냉각 스테이지 내의 가공된 웨이퍼를 소환경을 거쳐 웨이퍼 수납부로 이동시키는 단계; 및, h) 후속 웨이퍼에 대하여, b) 부터 g)까지의 단계들을 반복하는 단계를 포함하는 반도체 제조방법이 제공된다. 상기 단계의 일례는 도 10에 설명되어 있다.
상기 어느 하나의 제조방법의 일 실시태양에서는, 상기 냉각 스테이지의 웨 이퍼 면 상의 공기 유속은 약 1m/s 또는 그 이상이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 냉각 스테이지를 사용함으로써, 공정적으로 안정하고, 고 처리량을 실현할 수 있다.
상기에 있어서, 일 실시예의 각 요건은 다른 실시예의 각 요건과 상호 교환가능하며, 각각의 요건을 조합시킬 수 있다. 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 상술한 목적의 하나 이상 또는 그 이외의 목적을 달성할 수 있는 다른 실시예도 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이들 도면, 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본원 발명은 상술한 바와 같이 다양한 실시예를 포함하며, CVD 막 형성 장치에 광범위하게 적용할 수 있다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 냉각 스테이지를 포함하는 CVD 막 형성 장치를 나타낸다. 상기 실시예는 진공 로드 락 방식의 반도체 제조장치이며, 전송 챔버와 반응 챔버(7)(일반적으로 전송 챔버는 반응 챔버의 아래에 위치하며, 두 개의 챔버는 함께 반응 챔버로 불린다), 소환경(12), 그리고, 반응 챔버(7)와 소환경(12)을 잇는 로드 락 챔버(8)로 구성되고, 상기 소환경(12)은 전송 로봇(24)(대기 로봇)(참조: 도 3)이 구비되어 있어, 웨이퍼가 전송 로봇(24)과 각각의 챔버 사이에서 전송이 되도록 한다. 또한, 소환경(12)은 FOUP(11)(전방이 열리는 통합 포드(Front Opening Unified Pod); 300mm용 웨이퍼를 수납하는 일반적인 웨이퍼 카세트)와도 연결되어 있어, 전송 로봇(24)에 의하여, 웨이퍼가 FOUP(11)와 로드 락 챔버(8) 간을 이동할 수 있다. 본 실시예에서, 소환경(12)은 FFU(14)(팬 필터 유닛(Fan Filter Unit))를 상부에 갖춘 깨끗한 환경을 의미한다. FOUP(11)는 단순한 웨이퍼 카세트(대상이 되는 웨이퍼의 크기는 300mm에 한정되지 않음)여도 무방하다.
본 구조물의 다른 부분들로서는, FOUP(11)를 개폐하는 FOUP 오프너(10)는 FOUP의 아래에 설치되며, 신호 타워(13)는 FFU(14)의 측면에 위치하여 장치의 상태를 말해준다. 예를 들어, 상기 신호 타워는 비상시(장치고장 시)에 적색 램프가 켜지고, 로트 처리 대기 시에 청색 램프가 켜지며, 로트 처리 완료시에는 황색 램프가 켜지고, 로트 처리 중에는 녹색 램프가 켜지는 식으로 설계될 수 있다. RF 전력을 반응 챔버에 인가함으로써 임피던스를 조정하는 매칭 박스(6)는 반응 챔버(7)의 상부에 위치해 있다. 원거리 플라즈마 챔버인 급속 세정 유닛(5)은 깨끗한 반응 챔버(RC)(7)의 내부에 장치된다. 급속 세정 유닛(5)의 위에는 가스 박스(2)와 다용도 박스(3)가 있다. 또한, 상부 리프터(1)가 구비되어, RC 정비 시에, 샤워헤드를 상부 리프터에 지지시켜, 정비하는 부위에 따라 전방향, 후방향으로 이동할 수 있도록 되어 있다. 또한, CVD 장치 제어용의 터치 스크린(4)가 장치의 전면에 배치되어 있다. 상기는 일례에 지나지 않으며, 본 발명은 상기 구조에 제한되지 않는다.
상기의 실시예에서, 냉각 스테이지(15)는 로드 락 챔버(8)의 상방(본 실시예에서는 바로 위에)에 부착되어, 소환경(12)의 공기를 취하여 웨이퍼를 냉각할 수 있도록 되어 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 스테이지를 포함하는 소환경 주변의 구조 및 소환경(M/E)(12) 내부의 공기 흐름을 나타내는 일부 단면 모식도이다. M/E(12)의 상방의 팬 필터 유닛은 시로코 팬(sirocco fan)(21)과 ULPA 필터(22)로 구성되며, 예비 필터(20)를 거쳐 FFU의 상부로부터 공기를 운반할 수 있게 설계되었다. 공기는 ULPA 필터를 통하여 정화되고, 버퍼 플레이트(23)를 통해서 소환경으로 공급된다. 조작가능한 루버(댐퍼)(25)는 공기의 배출과 소환경(12) 내부의 압력 조절을 위해 소환경(12)의 하부에 설치되어 있다. 즉, M/E(12)에서는 위로부터 아래를 향하여 공기가 정상적으로 흐르고 있다.
상기 M/E(12)의 환경은 예를 들어, 하기와 같다.
온도(=상온): 약 25℃(또는, 별도의 온도 조작이 없는 상태)
풍속: 약 0.5 m/s ± 0.1 m/s (일 실시예에서는 약 0.1 m/s 내지 약 1.5 m/s 사이, 바람직하게는 약 0.3 m/s 내지 약 1.0 m/s 사이)
풍량: 약 16 m3/m ± 3 m3/m
압력: 약 4.0 Pa ± 0.8 Pa(일 실시예에서는 약 2 Pa 내지 약 8 Pa 사이(표준 압력))
상기의 범위 중, 특히 풍량은 M/E의 용량에 의하여 달라진다. 또한, 이들 값들은 웨이퍼 냉각 능력을 조정하기 위해, 가변 루버(25)를 이용하여 조절될 수 있다.
상기 실시예에서, 냉각 스테이지(15)는 로드 락 챔버(8)의 상방에 위치해 있 고, 소환경(12)을 향해서 열려있어 소환경 내의 공기가 냉각 스테이지(15) 속으로 운반된다. 소환경 내부의 공기 압력이 외부의 공기 압력보다 높기 때문에, 공기는 냉각 스테이지로 운반될 수 있다(별개의 송풍장치 및 이와 비슷한 장치가 필요하지 않다). 또한, 상기 냉각 스테이지(15)는 웨이퍼를 2개 상하로 수납할 수 있도록 되어 있지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
반응 챔버 내의 웨이퍼 상에 막이 형성된 후에, 웨이퍼는 로드 락 챔버로 되돌아오게 되고, 그 후에 로드 락 챔버는 대기 압력으로 복귀되며 웨이퍼는 FOUP로 돌아온다. 웨이퍼 온도는 로드 락 챔버가 대기 압력으로 복귀된 직후에도 여전히 200℃ 내외이므로, 웨이퍼는 FOUP로 바로 돌아갈 수 없다. 본 실시예에서, 일단 냉각 스테이지(15)에 들어가서 대기하고 있는 동안, 다른 웨이퍼가 FOUP로부터 로드 락 챔버로 전송될 수 있다. 냉각 스테이지를 포함하는 전송 순서는 추후에 설명될 것이다.
하기는 M/E(12)로부터 냉각 스테이지(15)로 들어가는 공기(M/E에 수납된 웨이퍼 위로 지나가는 공기)의 온도와 풍속(냉각 스테이지 환경)의 일례이다.
온도(출구 근처): 약 60℃ ± 10℃(일 실시예에서, 약 40℃와 약 80℃ 사이)
풍속: 약 1.7 m/s ± 0.4 m/s (일 실시예에서, 약 1 m/s와 약 5 m/s 사이)(M/E 내의 풍속의 1.5배 내지 6배 및, 바람직하게는 2배 내지 4배)
출구의 온도는 웨이퍼가 냉각 스테이지 내로 수용되는 시점의 온도에 따라 좌우된다. 일단 웨이퍼가 냉각 스테이지(15) 내로 수납되면, 웨이퍼 표면에 부는 깨끗한 바람에 의해서 웨이퍼의 열을 효율적으로 배제한다.
상기와 같이, 냉각 스테이지를 설치함으로써, 웨이퍼의 처리능력이 향상되고, 처리량이 증가된다. 그 이유는 하기와 같다(본 발명은 이들 이유에 의하여 제한되지 않는다). 일 실시예에서, 예를 들어, 웨이퍼 표면에 공기를 강제적으로 흘림에 따라, 웨이퍼 표면의 열전달을 향상시켜 냉각 시간을 단축하며, 또한, 하기와 같이 전송 율속을 회피할 수 있음을 이유로 들 수 있다. 즉, 막 형성이 끝나 웨이퍼를 직접 FOUP(웨이퍼 카세트)로 되돌리는 것보다, 로드 락 챔버의 바로 위(예를 들면)의 냉각 스테이지에 전송하는 쪽이 시간이 짧게 걸린다. 또한, 일정 시간(60초 정도)이 경과한 후, 냉각 스테이지에 수납된 웨이퍼는 언제든 로봇이 한가할 때 FOUP(카세트)로 되돌릴 수 있으므로 전송율속을 회피할 수 있다. 전송율속 회피단계에 관해서는 후술한다.
다음으로, 일 실시예에 있어서의 냉각 스테이지의 구조에 관하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 4A는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 루버를 갖춘 냉각 스테이지(2개의 웨이퍼 수납이 가능한 타입)의 구조를 나타내는 평면 단면 모식도이다. 도 4B는 상기 냉각 스테이지가 설치된 상태의 측면 모식도이다. 상기 실시예에서, 냉각 스테이지(15)는 로드 락 챔버(8) 위에 냉각 스테이지 고정판(43)을 사용하여 단단히 고정되어 있다. 또한, 소환경(12)의 측벽에 냉각 스테이지(15)의 접속구를 발포 스폰지(EPDM)를 부착하여 밀폐하고 있다. 또한, 냉각 스테이지(15)는 로드 락 챔버의 일직선상 위에 위치할 필요는 없다. 그러나, 로드 락 챔버(8)의 게이트 밸브의 부근에 위치함으로써, 웨이퍼가 로봇의 움직임을 최소화하면서 챔버 간을 이동 할 수 있게 위치되어야 한다. 냉각 스테이지(15)가 로드 락 챔버(8)의 위에 일직선상 위에 위치해 있어, 로드 락 챔버(8)의 게이트 밸브와 냉각 스테이지(15)의 개구(접속구)를 전송 로봇의 회전축(수직축) 방향으로 배열하면, 전송 로봇의 상하 움직임 만으로 로드 락 챔버(8)와 냉각 스테이지(15) 사이에서 웨이퍼를 전송할 수 있으며, 전송 시간을 절감할 수 있어 바람직하다.
냉각 스테이지(15)는 투명하고 열저항력이 있는 플라스틱으로 구성할 수 있다(예를 들어, 열변형온도가 137℃ 내지 142℃ 사이인 폴리카보네이트). 그러나, 재료는 플라스틱에 제한되지 않고, 알루미늄이나 다른 금속들도 냉각 스테이지 제작에 쓰일 수 있다. 냉각 스테이지(15)의 크기는 웨이퍼(41)가 내벽에 접촉함 없이 전입, 전출할 수 있는 크기이면 무방하지만, 내용적은 작은 편이 바람직하다. 예를 들어, 웨이퍼 1 내지 2개 수납용의 냉각 스테이지(15)에서는, 소환경(12)의 접속구(개구부)의 크기는 로드 락 챔버의 게이트 밸브와 비슷하게 조절될 수 있다. 냉각 스테이지(15) 내부의 세트 플레이트(40)는 웨이퍼를 지지하기 위해서 부착되어 있다. 상기 세트 플레이트(40)는 예를 들어, 알루미늄으로(A6061) 구성할 수 있다.
또한, 냉각 스테이지의 공기 출구는 소환경(12)의 접속구(공기 입구)보다 작게 만들어지는 것이 바람직하다. 이로 인해, 웨이퍼 표면 위의 공기 속도는 효과적으로 개선될 수 있다. 도 4A와 도 4B의 실시예에서, 가변 루버(42)는 각도 조절이 가능하도록 공기 출구에 설치된다. 상기 루버 각도 조절로 풍속의 조정(냉각 속도의 조정)이 가능해진다.
도 7A, 7B 및 7C는 가변 루버를 갖춘 냉각 스테이지(2개의 웨이퍼를 수납 가능한)를 도시한다. 상기 가변 루버(42)는 가변 루버 가이드(71)를 매개로 하여 2개의 가변 루버 나사(72)를 이용하여 냉각 스테이지에 고정되어 있다. 가변 루버 고정혈(73)이 가변 루버(42)에 제공되며, 가변 루버 나사(72)가 가변 루버를 고정 시키기 위해 상기 구멍에 삽입된다. 가변 루버(42)의 가변 루버 고정혈(73)은 가로보다 세로로 길기 때문에, 상기 구멍은 가변 루버의 상하위치를 조절하는데 쓰일 수 있다. 가변 루버(42)와 가변 루버 가이드(71)(또는 냉각 스테이지의 공기 출구면)는 각각 슬릿을 갖는다. 가변 루버를 상하로 움직임으로써, 슬릿의 겹침(overlap)을 조절할 수 있어 루버의 각을 변경할 수 있다. 도 7A는 가변 루버(42)가 완전히 열린 상태, 도 7B는 가변 루버가 부분적으로 열린 상태, 및 도 7C는 가변 루버가 완전히 닫힌 상태를 도시한다.
또한, 가변 루버는 제공되지 않아도 무방하다. 본 발명의 실시예에 따른 도 5A는 고정구를 갖춘 냉각 스테이지(2개의 웨이퍼 수용이 가능한)의 구조를 도시하는 평면 단면 모식도이다. 도 5B는 동일 구조의 배면도(우측의 냉각 스테이지는 고정구를 갖지 않는다)이고, 도 5C는 동일 구조의 측면 모식도이다. 상기 실시예에서, 공기 출구에는 고정구(50)가 2단계로 설치되어 있다. 도 5B는 또한, 로드 락 챔버 상의 게이트 밸브(51)에 대한 위치 관계를 나타낸다.
통상적으로, 접속구(공기 입구)의 개구 면적은 공기 출구의 개구 면적보다 넓다. 그러나, 면적의 비율은 특별히 한정되지 않으며, 웨이퍼 표면상에 공기의 움직임이 있도록 조절되어야 한다. 일 실시예에서, 개구 면적의 비율은 약 2:1 내 지 50:1의 범위에서 조절될 수 있고, 바람직하게는 약 10:1 내지 30:1의 범위이다.
또한, 공기 출구에 게이트 밸브를 장착하는 것도 가능하다. 도 6A는 본 발명의 실시예에 따른 게이트 밸브를 갖춘 냉각 스테이지(2개의 웨이퍼 수납이 가능한)의 구조를 나타내는 횡측면 모식도이고, 도 6B는 동일 구조의 평면 모식도이다. 전방 게이트 밸브(60)와 전방 게이트 밸브를 개폐하는 게이트 밸브 개폐용 공기 실린더(61)는 접속구 측에 구비되고, 후방 게이트 밸브는 공기 출구 측에 설치된다. 게이트 밸브는 평상시에 열린 상태로 사용하지만, 만일 정전 등의 이유로 FFU가 정지될 시에는, 게이트 밸브는 FFU의 정지시에 유입되어 웨이퍼와 접촉할 수 있는 오염된 공기로부터 웨이퍼를 보호하기 위해서 닫힌다.
또한, 냉각 스테이지의 상부 면은 바람직하게는 공기 입구에서 출구 방향을 향하여 경사져 있다. 이로 인해, 공기의 속도가 공기 출구 쪽에 근접할수록 상승하게 된다. 경사각은 웨이퍼의 크기나 입구, 출구의 설정 개구 면적비에 따라 적절히 선택되지만, 일 실시예에서, 경사각은 약 2도 내지 약 20도의 범위, 바람직하게는 약 5도 내지 약 10도의 범위로 조절될 수 있다.
또한, 냉각 스테이지는 1단이어도 무방하며, 2단 이상이어도 무방하다. 냉각 스테이지가 수용하는 웨이퍼의 수는 막 형성 시간에 따라 선택할 수 있다. 즉, 막 형성 시간이 길다면, 냉각 스테이지는 하나만의 웨이퍼를 수납하여야 하지만(막이 형성되는 동안 냉각이 이루어지므로, 냉각 스테이지를 버퍼로서 사용할 필요가 없다), 만일 막 형성 시간이 짧다면, 냉각 스테이지는 2개, 3개 또는 그 이상의 웨이퍼를 수납할 수 있으며, 냉각 스테이지는 버퍼로 사용하는 것이 바람직하다. 즉 , 전동이 율속되지 않는 매수를 적절히 선택할 수 있다. 통상적으로, 냉각 스테이지 내에 수용된 웨이퍼의 숫자는 로드 락 챔버 내의 웨이퍼의 숫자가 증가할수록 증가한다. 또한, 2개 또는 그 이상의 로드 락 챔버에 대하여, 하나의 냉각 스테이지가 구비될 수 있고, 이 경우, 냉각 스테이지는 다수의 웨이퍼를 수용가능한 것이 바람직하다. 또한, 다수의 웨이퍼가 냉각스테이지에 수납되는 경우, 상하에 다수 단으로 배열하는 방법 이외에도 횡으로 나란히 배열하여도 무방하다. 또한, 공기의 부피가 비교적으로 크기 때문에, 냉각 스테이지 안에 수용되는 웨이퍼의 수는 냉각 시간에 그다지 영향을 주지 않는다.
일 실시예에서, 목표 냉각 웨이퍼의 온도를 100℃ 또는 그 미만으로 줄이기 위한 시간은 약 60초가 요구된다(일 실시예에서는, 30초, 50초, 70초, 90초, 120초 또는 그 사이). 이는 2개 수용한 경우에서는 1개당 30초가 되며, 1개 수용한 경우는 1개당 60초가 된다.
또한, 웨이퍼 냉각만이 냉각 스테이지의 유일한 목적이 아니며, 단순히 웨이퍼를 배치하는 웨이퍼 스테이지로서 사용할 수도 있다. 예를 들어, 막 형성 시간이 긴 경우는 냉각 스테이지에 1개의 웨이퍼만 수납되지만(전송의 율속은 발생하지 않는다), 그 경우, 상부 스테이지(냉각 스테이지가 2개의 웨이퍼를 수납할 수 있는 경우)를 웨이퍼 스테이지로 사용할 수 있다. 상기 경우, 로봇이 웨이퍼를 FOUP로부터 로드 락 챔버로 이동시킨 후에, 남는 시간은 다음 웨이퍼를 FOUP로부터 웨이퍼 스테이지로 미리 전송하는데 사용될 수 있다. 상기 방법으로, 로드 락 챔버 내에서의 웨이퍼를 교환하는데 필요한 시간을 단축할 수 있다. 예를 들어, 로봇은 막 형성이 되어있는 웨이퍼를 로드 락 챔버에서 냉각 스테이지로 되돌리고, 바로 위의 웨이퍼 스테이지로부터 미리 배치된 웨이퍼를 취하여 로드 락 챔버에 넣음으로써, 로봇이 웨이퍼를 취하기 위해 FOUP까지 가는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 상기와 같은 '냉각 스테이지'에서 '웨이퍼 스테이지'로의 변환은 소프트웨어로 용이하게 실행할 수 있다.
또한, 냉각 스테이지는 도 11에 도시한 바와 같이, 일반적인 클러스터 도구 상에 설치될 수 있다. 상기 클러스터 도구는 전송 챔버(111) 주변에 다수의 로드 락 챔버(110)와 다수의 반응 챔버(7)를 갖는다. 진공 로봇(vacuum robot)(112)이 전송 챔버(111) 내부에 구비됨으로써 웨이퍼가 챔버 간에 이동할 수 있게 한다.
또한, 상술한 바와 같이, 일 실시예는 깨끗한 공기가 AFE(atmospheric front end)로부터 M/E(소환경)로 유입되고, 로드 락 챔버의 상방에 설치된 냉각 스테이지를 경유하여 장치 측에 배기하는 경로로 웨이퍼를 냉각하는 구조를 채용하고 있지만, 냉각 스테이지는 로드 락 챔버의 하방에서도 실시 가능하다. 로드 락 챔버의 하방에 냉각 스테이지가 설치되는 경우는 공기 유입 효율은 낮아지겠지만, 장치 전체 및 그의 환경에 따라서 적절한 냉각 스테이지의 위치를 선택할 수 있다. 경우에 따라서는, 로드 락 챔버의 게이트 밸브와 동일한 면에 배치되지 않고, 대향하는 면 또는 인접하는 면에 배치되는 것도 가능하다. 단, 그 경우는 전송효율이 저하될 가능성이 있다.
다음으로, 냉각 스테이지를 사용한 웨이퍼의 전송 순서의 일례를 설명한다.
도 8은 일 실시예에서, 웨이퍼 1개 수납용의 냉각 스테이지를 사용한 웨이퍼 전송 순서를 나타내는 모식도이다. 즉, 하기 단계를 포함하는 반도체 제조방법이다(도면의 번호는 단계의 번호와 대응한다).
a) 반응 챔버(7)에서 막 형성이 된 웨이퍼 W1을 로드 락 챔버(8)로 되돌리는 단계;
b) 상기 로드 락 챔버(8)를 대기압으로 복귀시킨 후에, 전송 로봇(미도시)에 의하여 웨이퍼 W1을 로드 락 챔버(8)로부터 소환경(12)을 거쳐 냉각 스테이지(15)로 이동시키는 단계;
c) 웨이퍼 수납부(11)로부터 후속 웨이퍼 W2를 상기 전송 로봇에 의하여 소환경(12)을 거쳐 로드 락 챔버(8)로 도입하는 단계;
d) 상기 후속 웨이퍼 W2를 로드 락 챔버(8)로부터 반응 챔버(7)로 이동시켜 막을 형성하는 단계;
e) 냉각 스테이지(15) 내의 웨이퍼 W1을 상기 전송 로봇에 의하여 소환경(12)을 거쳐 웨이퍼 수납부(11)로 이동시키는 단계; 및,
f) 단계 a) 내지 단계 e)를 순차적으로 후속 웨이퍼에 대하여 반복하는 단계.
도 9는 다른 실시예에서의 웨이퍼 2개 수납용의 냉각 스테이지를 사용하는 웨이퍼 전송 순서를 나타내는 모식도이다. 즉, 하기 단계를 포함하는 반도체 제조방법이다(도면의 번호는 단계의 번호와 대응한다).
a) 반응 챔버(7)에서 막 형성이 된 웨이퍼 W1을 로드 락 챔버(8)로 되돌리는 단계;
b) 로드 락 챔버(8)를 대기압으로 복귀시킨 후, 전송 로봇(미도시)에 의하여 웨이퍼 W1을 로드 락 챔버(8)로부터 소환경(12)을 거쳐 냉각 스테이지(15)로 이동시키는 단계;
c) 웨이퍼 수납부(11)로부터 웨이퍼 W2를 상기 전송 로봇에 의하여 소환경(12)을 거쳐 로드 락 챔버(8)로 도입하는 단계;
d) 웨이퍼 W2를 로드 락 챔버(8)로부터 반응 챔버(7)로 이동시켜 막을 형성하는 단계;
e) 반응 챔버(7)에서 막 형성이 된 웨이퍼 W2를 로드 락 챔버(8)로 되돌리는 단계;
f) 로드 락 챔버(8)를 대기압으로 복귀시킨 후, 상기 전송 로봇에 의하여 웨이퍼 W2를 로드 락 챔버(8)로부터 소환경(12)을 거쳐 냉각 스테이지(15)로 이동시키는 단계;
g) 웨이퍼 수납부(11)로부터 웨이퍼 W3를 상기 전송 로봇에 의하여 소환경(12)을 거쳐 로드 락 챔버(8)로 도입하는 단계;
h) 웨이퍼 W3을 로드 락 챔버(8)로부터 반응 챔버(7)로 이동시켜 막을 형성하는 단계;
i) 냉각 스테이지(15)의 웨이퍼 W1을 상기 전송 로봇에 의하여 소환경(12)을 거쳐 웨이퍼 수납부(11)로 이동시키는 단계; 및,
j) 단계 e) 내지 단계 i)를 순차적으로 후속 웨이퍼에 대하여 반복하는 단 계.
도 10은 또 다른 실시예에서의 2개 웨이퍼 수납용의 냉각 스테이지를 사용하는 웨이퍼 전송 순서를 도시하는 모식도이다. 즉, 하기 단계를 포함하는 반도체 제조방법이다(도면의 번호는 단계의 번호와 대응한다).
a) 웨이퍼 수납부(11)로부터 전송 로봇(미도시)에 의하여 냉각 스테이지(15)에 미처리 웨이퍼 W2를 도입하는 단계;
b) 반응 챔버(7)에서 막 형성이 된 웨이퍼 W1을 로드 락 챔버(8)로 되돌리는 단계;
c) 로드 락 챔버(8)를 대기압으로 복귀시킨 후, 상기 전송 로봇에 의하여 웨이퍼 W1을 로드 락 챔버(8)로부터 소환경(12)을 거쳐 냉각 스테이지(15)로 이동시키는 단계;
d) 냉각 스테이지(15)로부터 미처리 웨이퍼 W2를 상기 전송 로봇에 의하여 소환경(12)을 거쳐 로드 락 챔버(8)로 이동시키는 단계;
e) 미처리 웨이퍼 W2를 로드 락 챔버(8)로부터 반응 챔버(7)로 이동시켜 막을 형성하는 단계;
f) 웨이퍼 수납부(11)로부터 상기 전송 로봇에 의하여 냉각 스테이지(15)로 후속 미처리 웨이퍼 W3을 도입하는 단계;
g) 냉각 스테이지(15) 내의 처리된 웨이퍼 W1을 상기 전송 로봇에 의하여 소환경(12)을 거쳐 웨이퍼 수납부(11)로 이동시키는 단계; 및,
h) 단계 b) 내지 단계 g)를 순차적으로 후속 웨이퍼에 대하여 반복하는 단계.
상기에 설명된 바와 같이, 냉각 스테이지를 사용함으로써 웨이퍼 처리능력이 향상되고, 처리량이 증대된다. 그 이유(본 발명은 하기의 이유로 인하여 제한되지 않는다)는 일 실시예에 있어서, 우선, 웨이퍼 표면에 공기를 강제적으로 흐르게 함으로써 웨이퍼 표면의 열 전달을 향상시켜 냉각시간 자체를 단축할 수 있으며, 또한, 하기와 같이 전송 율속을 회피할 수 있음을 이유로 들 수 있다. 즉, 막이 형성된 웨이퍼를 직접 FOUP(웨이퍼 카세트)에 되돌리는 것보다도 로드 락 챔버 바로 위(예를 들어)의 냉각 스테이지에 전송하는 편이 시간이 단축된다. 또한, 냉각 스테이지에 수납된 웨이퍼는 일정 시간(예를 들어, 60초) 경과 후, 로봇이 사용되지 않는 시간에 FOUP(카세트)로 되돌려질 수 있으므로, 전송 율속을 회피할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 의하여 웨이퍼를 냉각하는 실시예(도 5A, 5B에 도시된 냉각 스테이지를 사용한 예)를 설명한다.
도 12는 상기 실시예에서의 웨이퍼 온도 변화를 나타내는 그래프이다. 그래프의 온도는 냉각 스테이지 내의 세트 플레이트 부근에 부착된 TC(thermocouple)를 이용하여 측정되었다. 웨이퍼가 전송되어 세트 플레이트 위에 배치되면, 웨이퍼 표면과 TC가 접촉하여 웨이퍼의 온도를 측정할 수 있도록 된다. 또한, 상기 그래프는 '48:11.0'(시간, 분:초)부터 시작된다. 이는 데이터 로거(logger) 상에 기록된 시간이며, 절대치로서의 의미는 없다(상대적인 시간 축).
M/E 환경:
온도(=상온): 약 25℃
풍속: 약 0.5 m/s
풍량: 약 16m3/m
압력: 약 4.0 Pa
냉각 스테이지 환경:
온도(출구 근처): 약 60℃
풍속: 약 1.7 m/s
그래프에 나타난 바와 같이, 웨이퍼를 냉각 스테이지에 배치한 순간에, 세트 플레이트 부근의 TC 온도가 상승하여 200℃를 넘었다. 그 후에, 약 60초 내에 온도는 100℃ 또는 그 이하로 떨어졌고 웨이퍼는 냉각 스테이지 외부로 전송되었다. 그 후, 후속 처리된 웨이퍼가 세트 플레이트 부근의 TC에 근접하여, 그 영향으로 온도가 약간 상승하였으며(50분 17초 시점), 상기 웨이퍼를 냉각 스테이지에 배치한 순간에 세트 플레이트 부근의 TC 온도가 상승하여 200℃를 넘었다. 그 후, 약 60초 내에 온도는 100℃ 이하로 떨어졌으며, 냉각 스테이지 외부로 전송되었다. 또한, 그래프 내의 '도입(put)'은 웨이퍼가 물리적으로 세트 플레이트 위에 배치되어 TC와 접촉한 시점을 나타내고, '회수(get)'는 웨이퍼가 물리적으로 세트 플레이 트에서 제거되어 TC와 분리된 시점을 나타낸다. 그리하여, 각각의 웨이퍼 냉각 곡선은 '최대(max)' 온도와 '회수(get)' 온도의 사이에 해당된다.
이상과 같이, 상기 실시예에 의하면 웨이퍼를 효율적으로 냉각하여 전입, 전출할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 적어도 한 실시예에 의하면, 저 비용, 소 풋프린트, 소 페이스프린트, 고 처리량의 장치 및 방법을 달성할 수 있으며, 또한, 공정적으로 안정하고, 높은 처리량을 실현하는 반도체 제조장치를 달성할 수 있다.
본 발명은 소환경과 냉각 스테이지를 구비한 웨이퍼 전송장치에 관한 것이다. 종래 고온의 웨이퍼를 로드 락 챔버 또는 전용 냉각 챔버에서 냉각시키는 데에 비하여, 본 발명의 웨이퍼 전송장치는 로드 락 챔버 상부에 위치한 냉각 스테이지에서, 소환경으로부터 취해진 공기를 이용하여 웨이퍼를 냉각시키므로, 비용이 적게 들며, 처리량을 높일 수 있어 반도체 제조장치에 널리 이용된다.

Claims (22)

  1. (A) 외부 웨이퍼 수납부와 연결되기 위한 제 1 벽을 포함하고, 외부 로드 락 챔버(load lock chamber)와 연결되기 위한 제 2 벽을 포함하는 벽들(walls)에 의해 한정되는 소환경(mini environment); 및
    (B) 상기 로드 락 챔버의 접속부 부근에서 상기 소환경의 외부로부터 상기 소환경의 상기 제 2 벽에 연결되고, 상기 소환경으로 개구되어 있는 말단 및 상기 말단의 반대 쪽에 상기 소환경의 외부로 개구되어 있는 또 다른 말단을 가진 냉각 스테이지를 포함하되,
    상기 소환경은, 공기 흐름 하에서 상기 웨이퍼 수납부와 상기 로드 락 챔버 간에 웨이퍼를 전송하기 위하여 소환경 내부에 제공되는 전송 로봇과; 내부로 공기를 취하기 위하여 상기 소환경의 상부에 제공되는 팬 필터; 및 공기의 유량을 조절하기 위해 상기 전송 로봇의 하방에 제공되고, 개방정도가 조절가능한 댐퍼(damper)를 구비하고,
    상기 냉각 스테이지는, 웨이퍼를 상기 소환경 외부에서 일시적으로 지지하고, 상기 말단 및 또 다른 말단을 거쳐 냉각 스테이지를 통과하여 상기 소환경으로부터 소환경 외부로의 일방향으로 공기가 흐르도록 유도하여 상기 소환경으로부터 취해진 공기로 상기 웨이퍼를 냉각하며,
    상기 전송 로봇에 의하여 상기 웨이퍼 수납부, 상기 로드 락 챔버 및 상기 냉각 스테이지 간의 웨이퍼 전송이 가능한 웨이퍼 전송장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각 스테이지는 상기 로드 락 챔버 상부에 위치하는 웨이퍼 전송장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각 스테이지는 공기 통로와, 상기 공기 통로 내에서 웨이퍼를 일시적으로 지지하는 웨이퍼 지지체를 갖는 웨이퍼 전송장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 공기 통로의 입구인 개구부 반대측의 공기 통로 출구에 슬릿이 설치되어 있는 웨이퍼 전송장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 슬릿의 개방정도가 조정 가능한 웨이퍼 전송장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 공기 통로의 입구인 개구부의 개구면적은 상기 공기 통로의 출구의 개구면적보다도 큰 웨이퍼 전송장치.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 공기 통로의 입구인 개구부에는 게이트 밸브가 구비되어 있는 웨이퍼 전송장치.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 공기 통로의 입구인 개구부 반대측의 공기 통로 출구에는 게이트 밸브가 구비되어 있는 웨이퍼 전송장치.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지체는, 다수의 웨이퍼가 일정 간격으로 서로의 위에 적층되도록 하는 구조를 갖는 웨이퍼 전송장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각 스테이지는 상기 로드 락 챔버의 연결 위치와 동축 상에 배치되어, 상기 전송 로봇의 수직축의 변화없이 상기 냉각 스테이지와 상기 로드 락 챔버의 사이에서 웨이퍼의 전송이 가능한 웨이퍼 전송장치.
  11. 삭제
  12. 제 3항에 있어서,
    상기 냉각 스테이지는 추가로 고정부재를 구비하고, 상기 고정부재에 의하여 상기 로드 락 챔버의 상부 면에 지지되어 있는 웨이퍼 전송장치.
  13. 반응 챔버에 연결된 로드 락 챔버와;
    웨이퍼를 수납하는 웨이퍼 카세트와;
    상기 웨이퍼 카세트와 외부로 연결되기 위한 제 1벽 및 상기 로드 락 챔버와 외부로 연결되기 위한 제 2벽을 포함하는 벽들(walls)에 의해 한정되는 소환경; 및
    상기 로드 락 챔버 부근에서 상기 소환경의 외부로부터 상기 소환경의 제 2벽에 연결되고, 상기 소환경으로 개구되어 있는 말단 및 상기 말단의 반대쪽에 상기 소환경의 외부로 개구되어 있는 또 다른 말단을 가진 냉각 스테이지를 포함하되,
    상기 소환경은, 소환경 내부에 제공되는 전송 로봇과; 내부로 공기를 취하기 위하여 상기 소환경의 상부에 제공되는 팬 필터; 및 상기 전송 로봇의 하방에 제공되는, 공기의 유량을 조절하기 위해 개방정도를 조정가능한 댐퍼(damper)를 구비하고,
    상기 냉각 스테이지는, 웨이퍼를 상기 소환경 외부에서 일시적으로 지지하고, 상기 말단 및 또 다른 말단을 거쳐 냉각 스테이지를 통과하여 상기 소환경으로부터 소환경 외부로의 일방향으로 공기가 흐르도록 유도하여 상기 소환경으로부터 취해진 공기로 상기 웨이퍼를 냉각하며,
    상기 전송 로봇에 의하여 상기 웨이퍼 카세트, 상기 로드 락 챔버 및 상기 냉각 스테이지 간의 웨이퍼 전송이 가능한 웨이퍼 전송장치.
  14. 반응 챔버와;
    상기 반응 챔버에 연결된 전송 챔버와;
    상기 전송 챔버에 연결된 로드 락 챔버와;
    상기 로드 락 챔버에 연결된, 제 1항 기재의 소환경과 냉각 스테이지를 구비한 웨이퍼 전송장치; 및
    상기 웨이퍼 전송장치에 연결된 웨이퍼 수납부를 구비한 반도체 제조장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 전송 챔버는 상기 반응 챔버의 하부에 배치되어 있는 반도체 제조장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 반응 챔버와 상기 로드 락 챔버는 상기 전송 챔버의 외주에 배치되어 있는 반도체 제조장치.
  17. 제 1항의 웨이퍼 전송장치를 사용하는 반도체 제조방법에 있어서,
    a) 반응 챔버에서 막 형성이 된 웨이퍼를 로드 락 챔버로 되돌리는 단계와;
    b) 상기 로드 락 챔버를 대기압으로 복귀시킨 후에, 전송 로봇에 의하여 상기 웨이퍼를 로드 락 챔버로부터 소환경을 거쳐 냉각 스테이지로 이동시키는 단계와;
    c) 웨이퍼 수납부로부터 후속 웨이퍼를 상기 전송 로봇에 의하여 소환경을 거쳐 로드 락 챔버로 도입하는 단계와;
    d) 상기 후속 웨이퍼를 로드 락 챔버로부터 반응 챔버로 이동시켜 막을 형성하는 단계와;
    e) 냉각 스테이지 내의 상기 웨이퍼를 상기 전송 로봇에 의하여 소환경을 거쳐 웨이퍼 수납부로 이동시키는 단계; 및
    f) 단계 a) 내지 단계 e)를 순차적으로 후속 웨이퍼에 대하여 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 냉각 스테이지의 웨이퍼 표면 상에 흐르는 공기의 유속은 1 m/s 내지 5 m/s 인 반도체 제조방법.
  19. 제 1항의 웨이퍼 전송장치를 사용하며, 냉각 스테이지 내에 2개의 웨이퍼를 수용가능한 반도체 제조방법에 있어서,
    a) 반응 챔버에서 막 형성이 된 제 1 웨이퍼를 로드 락 챔버로 되돌리는 단계와;
    b) 상기 로드 락 챔버를 대기압으로 복귀시킨 후, 전송 로봇에 의하여 상기 제 1 웨이퍼를 로드 락 챔버로부터 소환경을 거쳐 상기 냉각 스테이지로 이동시키는 단계와;
    c) 웨이퍼 수납부로부터 제 2 웨이퍼를 상기 전송 로봇에 의하여 소환경을 거쳐 로드 락 챔버로 도입하는 단계와;
    d) 상기 제 2 웨이퍼를 상기 로드 락 챔버로부터 상기 반응 챔버로 이동시켜 막을 형성하는 단계와;
    e) 반응 챔버에서 막 형성이 된 상기 제 2 웨이퍼를 상기 로드 락 챔버로 되돌리는 단계와;
    f) 상기 로드 락 챔버를 대기압으로 복귀시킨 후, 상기 전송 로봇에 의하여 상기 제 2 웨이퍼를 상기 로드 락 챔버로부터 상기 소환경을 거쳐 상기 냉각 스테이지로 이동시키는 단계와;
    g) 상기 웨이퍼 수납부로부터 제 3 웨이퍼를 상기 전송 로봇에 의하여 상기 소환경을 거쳐 상기 로드 락 챔버로 도입하는 단계와;
    h) 상기 제 3 웨이퍼를 상기 로드 락 챔버로부터 상기 반응 챔버로 이동시켜 막을 형성하는 단계와;
    i) 상기 냉각 스테이지의 상기 제 1 웨이퍼를 상기 전송 로봇에 의하여 상기 소환경을 거쳐 상기 웨이퍼 수납부로 이동시키는 단계; 및,
    j) 단계 e) 내지 단계 i)를 순차적으로 후속 웨이퍼에 대하여 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 냉각 스테이지의 웨이퍼 표면 상에 흐르는 공기의 유속은 1 m/s 내지 5 m/s 인 반도체 제조방법.
  21. 제 1항의 웨이퍼 전송장치를 사용하며, 냉각 스테이지 내에 2개의 웨이퍼를 수용가능한 반도체 제조방법에 있어서,
    a) 웨이퍼 수납부로부터 전송 로봇에 의하여 상기 냉각 스테이지에 미처리 웨이퍼를 도입하는 단계와;
    b) 반응 챔버에서 막 형성이 된 웨이퍼를 로드 락 챔버로 되돌리는 단계와;
    c) 상기 로드 락 챔버를 대기압으로 복귀시킨 후, 상기 전송 로봇에 의하여 상기 처리된 웨이퍼를 상기 로드 락 챔버로부터 소환경을 거쳐 상기 냉각 스테이지로 이동시키는 단계와;
    d) 상기 냉각 스테이지로부터 미처리 웨이퍼를 상기 전송 로봇에 의하여 상기 소환경을 거쳐 상기 로드 락 챔버로 이동시키는 단계와;
    e) 상기 미처리 웨이퍼를 상기 로드 락 챔버로부터 상기 반응 챔버로 이동시켜 막을 형성하는 단계와;
    f) 상기 웨이퍼 수납부로부터 상기 전송 로봇에 의하여 상기 냉각 스테이지로 후속 미처리 웨이퍼를 도입하는 단계와;
    g) 상기 냉각 스테이지 내의 처리된 웨이퍼를 상기 전송 로봇에 의하여 상기 소환경을 거쳐 상기 웨이퍼 수납부로 이동시키는 단계; 및,
    h) 단계 b) 내지 단계 g)를 순차적으로 후속 웨이퍼에 대하여 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 냉각 스테이지의 웨이퍼 표면 상에 흐르는 공기의 유속은 1 m/s 내지 5 m/s 인 반도체 제조방법.
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