KR101452336B1 - 배치식 기판처리 시스템 - Google Patents

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KR101452336B1
KR101452336B1 KR1020130044283A KR20130044283A KR101452336B1 KR 101452336 B1 KR101452336 B1 KR 101452336B1 KR 1020130044283 A KR1020130044283 A KR 1020130044283A KR 20130044283 A KR20130044283 A KR 20130044283A KR 101452336 B1 KR101452336 B1 KR 101452336B1
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gas
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gas supply
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이병일
이태완
유한길
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주식회사 테라세미콘
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Abstract

배치식 기판처리 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 배치식 기판처리 시스템은, 기판(40)이 반입되는 기판 반입부(1); 기판(40)을 처리하며, 상하로 적층된 이중 적층 구조를 갖는 배치식 기판처리 장치(9a, 9b); 및 기판 반입부(1)를 통해 반입된 기판(40)을 이중 적층 구조를 갖는 배치식 기판처리 장치(9a, 9b)에 로딩/언로딩을 수행하도록 수직으로 이동하는 기판 이송 로봇(7)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배치식 기판처리 시스템 {BATCH TYPE SYSTEM FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 배치식 기판처리 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판처리 공정이 수행되는 내부공간의 크기를 최소화한 배치식 기판처리 장치를 이중으로 적층하여, 기판처리의 효율성과 생산성을 극대화한 배치식 기판처리 시스템에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위해서는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 상에 필요한 박막을 증착시키는 공정이 필수적으로 진행된다. 박막 증착 공정에는 스퍼터링법(Sputtering), 화학기상 증착법(CVD: Chemical Vapor Deposition), 원자층 증착법(ALD: Atomic Layer Deposition) 등이 주로 사용된다.
스퍼터링법은 플라즈마 상태에서 생성된 아르곤 이온을 타겟의 표면에 충돌시키고, 타겟의 표면으로부터 이탈된 타겟 물질이 기판 상에 박막으로 증착되게 하는 기술이다. 스퍼터링법은 접착성이 우수한 고순도 박막을 형성할 수 있는 장점은 있으나, 고 종횡비(High Aspect Ratio)를 갖는 미세 패턴을 형성하기에는 한계가 있다.
화학기상 증착법은 다양한 가스들을 반응 챔버로 주입시키고, 열, 빛 또는 플라즈마와 같은 고 에너지에 의해 유도된 가스들을 반응가스와 화학 반응시킴으로써 기판 상에 박막을 증착시키는 기술이다. 화학기상 증착법은 신속하게 일어나는 화학 반응을 이용하기 때문에 원자들의 열역학적(Thermodynamic) 안정성을 제어하기 매우 어렵고, 박막의 물리적, 화학적 및 전기적 특성이 저하되는 문제점이 있다.
원자층 증착법은 반응가스인 소스가스와 퍼지가스를 교대로 공급하여 기판 상에 원자층 단위의 박막을 증착하는 기술이다. 원자층 증착법은 단차 피복성(Step Coverage)의 한계를 극복하기 위해 표면 반응을 이용하기 때문에, 고 종횡비를 갖는 미세 패턴 형성에 적절하고, 박막의 전기적 및 물리적 특성이 우수한 장점이 있다.
원자층 증착장치는 챔버 내에 기판을 하나씩 로딩하여 증착 공정을 진행하는 매엽식과 챔버 내에 복수개의 기판을 로딩하여 일괄적으로 증착 공정을 진행하는 배치(Batch)식으로 구별할 수 있다.
도 1은 종래의 배치식 원자층 증착 시스템을 나타내는 측단면도이다.
도 2는 종래의 배치식 원자층 증착 시스템의 기판처리 장치(8)를 나타내는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 배치식 원자층 증착 시스템은 로드 포트(Load Port; 2)를 통해 복수개의 기판(40)을 포함하는 풉(FOUP, Front Opening Unified Pod; 4)이 내부로 반입되어 풉 적재부(FOUP stocker; 3)에 보관될 수 있다. 풉 적재부(3)의 풉 적재대(3a)에 안착되어 보관된 풉(4)은 수직으로 연장된 풉 이송 로봇 레일(5a)을 따라 움직이는 풉 이송 로봇(5)에 의해 FIMS(Front-opening Interface Mechanical Standard) 도어부(6)에 밀착될 수 있다. FIMS 도어부(6)에 밀착된 후 일면이 개방된 풉(4')에서 기판 이송 로봇(7)이 이송 포크(7a)를 사용하여 기판(40)을 언로딩하고, 기판 이송 로봇 레일(7b)을 따라 기판 이송 로봇(7)이 아래로 이동하여 보트(50)의 지지바(55)에 기판(40)을 적층되도록 할 수 있다.
종래의 배치식 원자층 증착 시스템의 기판처리 장치(8)는 기판(40)이 로딩되어 증착 공정이 진행되는 공간인 챔버(11)를 형성하는 공정튜브(10)를 포함할 수 있다. 그리고, 공정튜브(10)의 내부에는 증착 공정에 필요한 가스 공급부(20), 가스 배출부(30) 등과 같은 부품들이 설치될 수 있다. 기판(40)이 적층된 보트(50)는 승강운동 할 수 있으며, 보트(50)의 상승시 공정튜브(10)에 받침부(51)가 밀폐 결합되고, 공정튜브(10)의 내부에 돌출부(53)가 삽입될 수 있다.
상기와 같은 종래의 배치식 원자층 증착 시스템의 기판처리 장치(8)는 약 100개의 기판(40)이 수용될 수 있는 높이의 챔버(11) 공간을 가질 수 있다. 이에 따라, 증착 공정을 수행하기 위해 챔버(11)를 채울 수 있도록 대량의 공정 가스를 공급해야 하므로, 공정 가스 공급에 필요한 시간 소모 및 공정 가스의 낭비가 커지며, 증착 공정 후에 챔버(11) 내부에 존재하는 대량의 공정 가스를 배출하기 위한 시간 소모도 커지는 문제점이 있었다.
또한, 불필요하게 넓은 챔버(11) 내부에서 적층된 약 100개의 기판(40) 모두에 온전하게 원자층 증착을 수행하기에는 소스가스 및 퍼지가스를 제어하기 어려운 문제점이 있었고, 결국 특정한 위치에 배치된 기판(40)에만 원자층 증착이 온전히 수행되는 문제점이 있었다.
위 문제를 해결하기 위해, 원자층 증착이 온전히 수행될 수 있는 특정 위치에만 기판(40)을 배치하고, 원자층 증착이 불완전하게 수행되는 위치에는 더미 기판(41)을 삽입함으로써, 일부(약 25개)의 기판(40)에 원자층 증착을 수행하는 방법이 이용되었으나, 이 방법에 의해서도 공정 가스의 낭비 및 공정 가스를 배출하기 위한 시간 소모가 커지는 문제점을 해결할 수는 없었다.
또한, 챔버(11) 공간을 줄여 상기 문제점을 해소하기 위해, 약 25개의 기판(40)이 수용될 수 있도록 챔버(11)의 높이를 줄이면, 줄어든 높이만큼의 기판처리 장치(9)의 공간을 활용하지 못하여, 배치식 원자층 증착 시스템의 생산성을 향상시키는 데에 큰 도움이 되지 않는 문제점이 있었다.
또한, 기판 반입부(1) 및 기판 이송 로봇(7)이 하나의 기판처리 장치(8)에만 기판(40)을 이송하므로 가동 효율이 낮고, 기판처리 장치(8)에 문제가 발생하여 정지시에는 배치식 원자층 증착 시스템 전체의 가동을 중단해야 하는 문제점이 있었다.
한편, 다시 도 2를 참조하면, 종래의 배치식 원자층 증착 시스템의 기판처리 장치(8)는 기판(40)과 공정튜브(10) 내주면 사이의 거리(d1')가 기판(40)과 가스 공급부(20) 사이의 거리(d2')보다 큰 값(d1'>d2')을 가진다. 즉, 종래의 배치식 원자층 증착장치는 공정튜브(10)의 내부[또는 챔버(11)]에 가스 공급부(20), 가스 배출부(30) 등의 부품이 설치되어 있으므로, 공정튜브(10)의 내부 챔버(11)의 부피가 불필요하게 커지는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 원자층 증착장치는 챔버(11) 내부의 압력을 용이하게 견디기 위한 이상적인 형태로써 종형의 공정튜브(10)를 사용하는 것이 일반적인데, 종형의 챔버(11)의 상부 공간(12)으로 인하여 공정 가스의 공급과 배출에 많은 시간이 소모되고 공정 가스의 낭비를 발생시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 내부공간의 크기를 최적화한 배치식 기판처리 장치를 이중으로 적층하여, 기판처리의 효율성과 생산성을 극대화한 배치식 기판처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판처리 공정이 수행되는 배치식 기판처리 장치의 내부공간의 크기를 최소화하여, 기판처리 공정에 사용되는 기판처리 가스의 사용량을 절감시킴과 동시에 기판처리 가스의 공급 및 배출을 원활하게 하여 기판처리 공정 시간을 획기적으로 감소시킨 배치식 기판처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 기판처리 시스템은, 기판이 반입되는 기판 반입부; 상기 기판을 처리하며, 상하로 적층된 이중 적층 구조를 갖는 배치식 기판처리 장치; 및 상기 기판 반입부를 통해 반입된 상기 기판을 상기 이중 적층 구조를 갖는 배치식 기판처리 장치에 로딩/언로딩을 수행하도록 수직으로 이동하는 기판 이송 로봇을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 내부공간의 크기를 최적화한 배치식 기판처리 장치를 이중으로 적층하여, 기판처리의 효율성과 생산성을 극대화하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기판처리 공정이 수행되는 배치식 기판처리 장치의 내부공간의 크기를 최소화하여, 기판처리 공정에 사용되는 기판처리 가스의 사용량이 절감되므로, 기판처리 공정 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기판처리 공정이 수행되는 배치식 기판처리 장치의 내부공간의 크기를 최소화하여, 기판처리 공정에 사용되는 기판처리 가스의 공급 및 배출을 원활하게 하여 기판처리 공정 시간이 획기적으로 감소되므로, 기판처리 공정의 생산성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 배치식 원자층 증착 시스템을 나타내는 측단면도이다.
도 2는 종래의 배치식 원자층 증착 시스템의 기판처리 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 기판처리 시스템을 나타내는 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 기판처리 장치를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 일부 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 기판처리 장치의 평단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급부 및 가스 배출부의 확대 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부면에 보강리브를 결합한 배치식 기판처리 장치를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터가 외면에 설치된 배치식 기판처리 장치를 나타내는 사시도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 하여 과장되어 표현될 수도 있다.
본 명세서에 있어서, 기판은 반도체 기판, LED, LCD 등의 표시장치에 사용하는 기판, 태양전지 기판 등을 포함하는 의미로 이해될 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 기판처리 공정이란 증착 공정, 바람직하게는 원자층 증착법을 사용한 증착 공정을 의미하나, 이에 한정되는 것은 아니며 화학 기상 증착법을 사용한 증착 공정, 열처리 공정 등을 포함하는 의미로 이해될 수 있다. 다만, 이하에서는 원자층 증착법을 사용한 증착 공정으로 상정하여 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 배치식 장치를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 기판처리 시스템을 나타내는 측단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 기판처리 시스템은 기판 반입부(1: 2, 3, 5, 6), 기판 이송 로봇(7) 및 상하로 적층된 이중 적층 구조를 갖는 배치식 기판처리 장치(9)를 포함한다. 기판 반입부(1) 및 기판 이송 로봇(7)의 구성은 당 업계의 공지된 기술 범주에 속하므로, 이하에서는 주요 구성의 특징 외에 자세한 설명은 생략한다.
기판 반입부(1)는 외부에서 기판(40)이 반입되어 기판 이송 로봇(7)까지 이르는 구성을 통칭한다. 기판 반입부(1)는 로드 포트(load port; 2), 풉 적재부(FOUP stocker; 3), 풉 이송 로봇(5) 및 FIMS 도어부(6)를 포함할 수 있다.
로드 포트(2)에는 복수개의 기판(40)을 포함한 풉(FOUP, Front Opening Unified Pod; 4)이 외부의 풉 컨베이어 시스템(미도시)을 통해 이송되어 안착될 수 있다.
풉 적재부(3)는 로드 포트(2)를 통해 반입된 풉(4)을 기판처리 공정 전에 복수의 풉 적재대(3a)에 안착시켜 대기하는 장소를 제공할 수 있다. 일 예로, 풉 적재부(3) 내에는 14개의 풉(4)이 적재될 수 있다.
풉 이송 로봇(5)은 로드 포트(2)에 안착된 풉(4)을 풉 적재부(3)로 이송하거나, 풉 적재부(3)에 안착된 풉(4)을 FIMS(Front-opening Interface Mechanical Standard) 도어부(6)로 이송할 수 있다. 풉 이송 로봇(5)은 수직으로 연장된 풉 이송 로봇 레일(5a)을 따라 상하운동 또는 회전운동을 할 수 있다.
FIMS 도어부(6)는 풉(4) 내부의 기판(40)을 청정 상태에서 배치식 기판처리 장치(9)로 이송하는 통로를 제공할 수 있다. 풉 이송 로봇(5)에 의해 풉 적재부(3)에서 FIMS 도어부(6)로 이송된 풉(4)은 FIMS 도어부(6)에 밀착되어 밀폐 결합될 수 있다. 이 상태에서 FIMS 도어부(6)와 밀착된 풉(4')의 일면이 개방되고, 개방된 일면을 통해 기판(40)이 기판 이송 로봇(7)에 의해 반출될 수 있다.
기판 이송 로봇(7)은 기판 반입부(1)[즉, FIMS 도어부(6)]를 통해 반입된 기판(40)을 배치식 기판처리 장치(9)에 로딩/언로딩을 수행할 수 있다. 기판 이송 로봇(7)은 수직으로 연장된 기판 이송 로봇 레일(7b)을 따라 상하운동 또는 회전운동을 할 수 있다. 또한, 기판 이송 로봇(7)은 5개의 이송 포크(7a)를 포함하여 한번에 5개의 기판(40)을 배치식 기판처리 장치(9)의 보트(500)에 로딩할 수 있어 공정 시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 배치식 기판처리 시스템은 상하로 적층된 이중 적층 구조를 갖는 배치식 기판처리 장치(9)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상부에 위치하는 배치식 기판처리 장치(9a)와 하부에 위치하는 배치식 기판처리 장치(9b)는 동일한 구성을 가진다.
배치식 기판처리 장치(9)는 후술하는 바와 같이 기판 처리부(100), 가스 공급부(200), 가스 배출부(300), 하우징(400) 및 기판 적재부(500)를 포함할 수 있다. 이하에서는 배치식 기판처리 장치(9)의 구성을 자세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 기판처리 장치(9)를 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 일부 분해 사시도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 기판처리 장치의 평단면도, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급부(200) 및 가스 배출부(300)의 확대 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 배치식 기판처리 장치(9)는 기판 처리부(100) 및 가스 공급부(200)를 포함한다.
기판 처리부(100)의 기능은 공정튜브라고 할 수 있다. 기판 처리부(100)는 복수개의 기판(40)이 적층된 기판 적재부(500)가 수용되며, 증착막 형성 공정 등의 기판처리 공정을 수행할 수 있는 챔버공간(110)을 제공한다. 본 발명의 배치식 기판처리 장치(9)는 상하로 적층된 이중 적층 구조를 가지므로 각각의 배치식 기판처리 장치(9a, 9b)는 종래의 배치식 기판처리 장치(8)에 비해 높이가 절반 이하일 수 있다. 따라서 챔버공간(110)도 도 1 및 도 2에 도시된 챔버공간(11)보다 절반 이하의 크기임은 물론이다.
기판 처리부(100)의 재질은 석영(Quartz), 스테인리스 스틸(SUS), 알루미늄(Aluminium), 그라파이트(Graphite), 실리콘 카바이드(Silicon carbide) 또는 산화 알루미늄(Aluminium oxide) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 기판 처리부(100)의 챔버공간(110)에서는 25개의 기판(40)이 처리되는 것이 가장 바람직하지만, 본 발명의 목적이 달성될 수 있는 범위 내에서라면 4개 내지 64개의 기판(40)이 처리될 수도 있다. 4개보다 적은 수의 기판(40)을 기판 처리부(100)에 수용한다면 오히려 생산성 및 효율성이 낮아지는 문제가 있고, 64개보다 많은 수의 기판(40)을 기판 처리부(100)에 수용한다면 종래의 배치식 원자층 증착 시스템과 같이 넓은 챔버(11)를 채용함으로써 발생하는 문제점을 그대로 내포하게 된다. 사용자는 적층된 기판(40)의 상단, 하단, 또는 특정 위치에 소정의 더미 기판(41)을 삽입하여 수율을 향상시킬 수도 있을 것이다.
종래의 배치식 원자층 증착 시스템의 기판처리 장치(8)는 약 100개의 기판(40)이 수용될 수 있는 챔버(11) 공간을 가지나 더미 기판(41)을 제외하면 약 25~30개의 기판(40)이 처리될 수 있다. 결국, 한 개의 기판처리 장치(9)에서 25개의 기판(40)이 처리되는 본 발명의 바람직한 실시예를 고려하면, 상하로 적층된 두 개의 배치식 기판처리 장치(9a, 9b)에서 한번의 기판처리 공정으로 50개의 기판(40)이 처리될 수 있으므로 종래의 배치식 원자층 증착 시스템보다 생산성이 월등히 향상되는 이점이 있다.
다시 말해, 본 발명의 상하로 적층된 이중 적층 구조를 갖는 배치식 기판처리 장치(9)의 총 높이는 종래의 배치식 원자층 증착 시스템의 기판처리 장치(8)의 높이와 실질적으로 동일하므로, 같은 크기를 가지고 동일한 공간을 점유하는데 반해, 본 발명의 배치식 기판처리 장치(9)에서는 더미 기판(41)의 삽입이 없이도 상하부 배치식 기판처리 장치(9a, 9b)의 각각에서 25개의 기판(40)을 처리할 수 있으므로 생산성이 월등히 향상되는 것이다.
또한, 종래보다 절반 이하로 줄어든 챔버(110) 공간에 공급하는 공정 가스의 사용량이 줄어들고, 증착 공정 후에 챔버(110) 내부에 존재하는 공정 가스를 배출하기 위한 시간도 줄어드는 이점이 있다.
또한, 종래보다 반 정도로 줄어든 챔버(110)에서 원자층 증착을 수행하는 소스가스 및 퍼지가스를 제어하기 용이해지므로 기판처리 공정이 완료된 기판(40)의 수율이나 품질이 향상되는 이점이 있다.
가스 공급부(200)는 적어도 하나의 가스 공급 유로(250)가 수용되는 공간(210)을 제공하며, 기판 처리부(100)의 일측 외주면 상에 돌출되도록 형성되어 기판 처리부(100)의 내부공간(110)에 기판처리 가스를 공급할 수 있다. 여기서, 가스 공급 유로(250)는 외부로부터 기판처리 가스를 공급받아 기판 처리부(100)의 내부에 공급할 수 있는 통로로서, 관(管), 중공(中孔) 등의 형태를 가질 수 있으며, 특히 기판처리 가스의 공급량의 세밀한 제어를 위하여 관으로 구성되는 것이 바람직하다. 이하에서는, 3개의 가스 공급관(251)이 가스 공급 유로(250)를 구성하는 것을 상정하여 설명한다.
한편, 적어도 하나의 가스 배출 유로(350)가 수용되는 공간(310)을 제공하며, 기판 처리부(100)의 타측 외주면 상[즉, 가스 공급부(200)의 반대편]에 돌출되도록 형성되어 기판 처리부(100)의 내부공간(110)에 유입된 기판처리 가스를 배출할 수 있다. 여기서, 가스 배출 유로(350)는 기판 처리부(100) 내부의 기판처리 가스가 외부로 배출될 수 있는 통로로서, 관(管), 중공(中孔) 등의 형태를 가질 수 있으며, 특히 기판처리 가스의 원활한 배출을 위해 가스 공급관(251)보다 직경이 큰 관으로 구성되는 것이 바람직하다. 한편, 가스 배출관(351)을 구비함이 없이 중공 형태로 가스 배출 유로(350)를 구성하고, 펌프를 가스 배출 유로(350)에 연결하여 기판처리 가스를 펌핑하여 배출시킬 수도 있다. 이하에서는, 하나의 가스 배출관(351)이 가스 배출 유로(350)를 구성하는 것을 상정하여 설명한다.
기판 처리부(100)의 외주면은 가스 공급부(200)의 외주면과 일체로 연결될 수 있다. 또한, 기판 처리부(100)의 외주면은 가스 배출부(300)의 외주면과 일체로 연결될 수 있다. 이를 고려하여, 가스 공급부(200) 및 가스 배출부(300)의 재질은 기판 처리부(100)와 동일한 것이 바람직하다. 기판 처리부(100), 가스 공급부(200) 및 가스 배출부(300)의 외주면끼리의 연결은 기판 처리부(100), 가스 공급부(200) 및 가스 배출부(300)를 각각 별도로 제조한 다음, 이들을 용접 방식 등을 이용하여 결합되게 하는 방법을 통해서 가능하다. 또한, 먼저 소정의 두께를 갖는 기판 처리부(100)를 제조한 다음, 기판 처리부(100)의 외주면 상의 일측 및 타측에 돌출되는 부분을 제외한 나머지 부위를 절삭 가공하여 기판 처리부(100)에 가스 공급부(200) 및 가스 배출부(300)가 일체로 형성되게 하는 방법을 통해서도 가능하다.
본 실시예에 따른 배치식 기판처리 장치(9)는 하우징(Housing)(400)과 기판 적재부(500)를 더 포함할 수 있다. 하우징(400)은 하면이 개방되며, 기판 처리부(100) 및 가스 공급부(200)를 감싸는 형태를 가질 있도록 일측이 돌출된 원통형으로 형성되며, 하우징(400)의 상면측은 배치식 기판처리 장치(9a, 9b)의 상면에 지지 설치될 수 있다. 도 6을 참조하면, 하우징(400)은 기판 처리부(100) 및 가스 공급부(200)의 열적 환경을 조성하는 단열체의 역할을 하기 위해, 기판 처리부(100) 및 가스 공급부(200)의 외주를 감싸도록 일측과 타측이 돌출된 벌크(bulk) 형태 또는 수직 방향으로 일측과 타측이 돌출된 원형고리 형태의 단위체(410)로 이루어질 수 있으며, 하우징(400)의 최외곽면(420)은 SUS, 알루미늄 등으로 마감할 수 있다. 또한, 하우징(400) 내측면에는 절곡부(일 예로, "∪" 또는 "∩" 형상)가 연속적으로 연결되어 형성된 히터(430)를 설치할 수 있다.
기판 적재부(500)는 공지의 엘리베이터 시스템(미도시)에 의하여 승강가능하게 설치되며, 주 받침부(510), 보조 받침부(520) 및 기판 지지부(530)를 포함한다.
주 받침부(510)는 대략 원통형으로 형성되어 배치식 기판처리 장치(9a, 9b)의 바닥 등에 안착될 수 있으며, 상면이 하우징(400)의 하단부측에 결합된 매니폴드(Manifold)(450)에 밀폐 결합된다.
보조 받침부(520)는 대략 원통형으로 형성되어 주 받침부(510)의 상면에 설치되며, 기판 처리부(100)의 내경보다 작은 직경으로 형성되어 기판 처리부(100)의 내부공간(110)에 삽입된다. 보조 받침부(520)는 반도체 제조공정의 균일성 확보를 위하여 기판처리 공정 중에 기판(40)이 회전할 수 있도록 모터(미도시)와 연동되어 회전가능하게 설치될 수 있다. 또한, 보조 받침부(520) 내부에는 공정의 신뢰성 확보를 위하여 기판처리 공정 중에 기판(40)의 하측에서 열을 인가하기 위한 보조히터(미도시)가 설치될 수 있다. 보트(500)에 적재 보관된 기판(40)은 상기 보조히터에 의하여 기판처리 공정 전에 미리 예열될 수 있다.
기판 지지부(530)는 보조 받침부(520)의 테두리부측을 따라 상호 간격을 가지면서 복수개 설치된다. 보조 받침부(520)의 중심측을 향하는 기판 지지부(530)의 내면에는 상호 대응되게 복수의 지지홈이 각각 형성된다. 지지홈에는 기판(40)의 테두리부측이 삽입 지지되며, 이로 인해 기판 이송 로봇(7)에 의해 기판 반입부(1)를 통해 반입되어 이송된 복수의 기판(40)이 상하로 적층된 형태로 보트(500)에 적재 보관된다.
기판 적재부(500)는 승강하면서 기판 처리부(100)의 하단면(下端面) 및 가스 공급부(200)의 하단면에 상단면이 결합된 매니폴드(450)의 하단면에 착탈가능하게 결합될 수 있다. 가스 공급부(200)의 가스 공급 유로(250)를 구성하는 가스 공급관(251)으로부터 연장된 가스 공급 연결관(253)은 매니폴드(450)의 가스 공급 연통공(451)에 삽입되어 연통되고, 가스 배출부(300)의 가스 배출 유로(350)를 구성하는 가스 배출관(351)으로부터 연장된 가스 배출 연결관(353)은 매니폴드(450)의 가스 배출 연통공(455)에 삽입되어 연통된다. 또한, 기판 적재부(500)가 상승하여 매니폴드(450)에 하단면측에 기판 적재부(500)의 주 받침부(510)의 상면이 결합되면, 기판(40)이 기판 처리부(100)의 내부공간(110)에 로딩되며, 기판 처리부(100)는 밀폐될 수 있다. 안정된 실링을 위하여 매니폴드(450)와 기판 적재부(500)의 주 받침부(510) 사이에는 실링부재(미도시)가 개재될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 기판 처리부(100)는 하우징(400)과 동심을 이루며 하우징(400) 내부에 배치되고, 하우징(400)은 일체로 연결된 기판 처리부(100), 가스 공급부(200) 및 가스 배출부(300)를 감싸는 형태로 설치될 수 있다.
가스 공급부(200)의 내부공간(210)에는 가스 공급 유로(250)가 수용될 수 있다. 도 6 및 도 7의 (a)를 참조하면, 가스 공급 유로(250)는 가스 공급부(200)의 길이방향을 따라 형성된 복수의 가스 공급관(251) 및 기판 처리부(100)를 향하여 가스 공급관(251)의 일측에 형성되는 복수의 토출공(252)을 포함한다. 토출공(252)은 각각의 가스 공급관(251)에 각각 복수개 형성된다. 그리고, 가스 공급관(251)로부터 연통된 가스 공급 연결관(253)은 매니폴드(450)에 형성된 가스 공급 연통공(451)에 삽입되어 연통된다.
가스 배출부(300)의 내부공간(310)에는 가스 배출 유로(350)가 수용될 수 있다. 도 6 및 도 7의 (b)를 참조하면, 가스 배출 유로(350)는 가스 배출부(300)의 길이방향을 따라 형성된 가스 배출관(351) 및 기판 처리부(100)를 향하여 가스 배출관(351)의 일측에 형성되는 복수의 배출공(352)을 포함한다. 배출공(352)은 가스 배출관(351)에 복수개 형성된다. 그리고, 가스 배출관(351)로부터 연통된 가스 배출 연결관(353)은 매니폴드(450)에 형성된 가스 배출 연통공(455)에 삽입되어 연통된다.
토출공(252) 및 배출공(352)은, 기판 적재부(500)가 매니폴드(450)에 결합되어, 복수개의 기판(40)이 기판 처리부(100)에 수용되었을 때, 기판처리 가스를 기판(40)으로 균일하게 공급하고, 기판처리 가스를 용이하게 흡입하여 외부로 배출할 수 있도록 기판 지지부(530)에 지지된 상호 인접하는 기판(40)과 기판(40) 사이의 간격에 각각 위치되는 것이 바람직하다.
가스 공급부(200) 및 가스 배출부(300)는 기판 처리부(100)의 외주면으로부터 돌출되게 형성되었으므로, 기판(40)과 기판 처리부(100)의 내주면 사이의 거리(d1)에 비해서 기판(40)과 가스 공급 유로(250) 사이의 거리(d2)가 동등하거나 더 클 수 있다. 즉, 도 2에 도시된, 기판처리 공정이 수행되는 공정튜브(10)의 내부공간(11)에 가스 공급부(20) 또는 가스 배출부(30)를 배치하여 기판(40)과 공정튜브(10) 내주면 사이의 거리(d1')가 기판(40)과 가스 공급부(20) 사이의 거리(d2')보다 큰 값(d1'>d2')을 가지는 종래의 기술과는 달리, 본 발명은 d1≤d2의 조건을 만족시켜, 기판 처리부(100)의 외부에 가스 공급부(200) 또는 가스 배출부(300)를 배치하므로, 기판 처리부(100)의 내부공간(110)의 크기를 기판 적재부(500)가 수용될 수 있는 최소 크기[또는 기판(40)이 수용될 수 있는 최소 크기]로 줄일 수 있다. 따라서, 기판처리 공정이 수행되는 기판 처리부(100) 내부공간(110)의 크기 감소로 인한 기판처리 가스의 사용량 절감 및 이에 따른 기판처리 공정비용 절감의 이점이 있을 뿐만 아니라, 기판처리 가스의 공급 시간 및 배출 시간 감소 및 이에 따른 기판처리 공정의 생산성이 향상되는 이점이 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부면에 보강리브(120, 130)를 결합한 배치식 기판처리 장치(9)를 나타내는 사시도이다.
종래의 배치식 기판처리 장치(8)의 공정튜브(10)가 종형인 것과 다르게, 본 발명의 배치식 기판처리 장치(9)의 기판 처리부(100)는 원기둥 형상을 가지며, 상면이 평평할 수 있다. 기판 처리부(100)의 상면을 평평하게 구성하여 기판(40)이 수용될 수 없는 종형 챔버(11)의 상부 공간(12)(도 1 및 도 2 참조)을 배제함으로써 기판 처리부(100)의 내부공간(110)의 크기를 더욱 감소시키는 이점이 있다. 다만, 종래의 종형 챔버(11)에 비해서 내부의 압력을 균등하게 분산시킬 수 없어 발생할 수 있는 내구성의 문제를 해소하기 위해, 본 발명의 배치식 기판처리 장치(9)는 기판 처리부(100)의 상면 상에 복수개의 보강리브(120, 130)를 결합한 것을 특징으로 한다.
보강리브(120, 130)의 재질은 기판 처리부(100)의 재질과 동일하게 채용할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 기판 처리부(100)의 상면을 지지할 수 있는 목적의 범위 내에서 다양한 재질을 채용할 수 있을 것이다.
보강리브(120, 130)는 도 8의 (a)와 같이 복수의 보강리브(121, 122)를 교차하도록 배치하여 기판 처리부(100)의 상면에 결합할 수도 있고, 도 8의 (b)와 같이 복수의 보강리브(131, 132)를 평행하게 배치하여 기판 처리부(100)의 상면에 결합할 수도 있다. 보강리브(120, 130)는 용접 방식 등을 이용하여 기판 처리부(100)의 상면에 결합할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터(150, 160)가 외면에 설치된 배치식 기판처리 장치(9)를 나타내는 사시도이다.
도 9를 참조하면, 도 5에 도시된 바와 같이 하우징(400) 내측면에 히터(430)가 설치되면서, 또는 하우징(400)의 내측면에 히터(430)가 설치됨이 없이, 기판 처리부(100)의 상면 및 외주면에 기판(40)을 가열하기 위한 히터(150, 160)가 설치될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 필요에 의해 가스 공급부(200) 및 가스 배출부(300)의 상면 및 외주면에도 히터를 설치할 수 있을 것이다.
히터(150, 160)는 판형상으로 형성되어 기판 처리부(100)의 내부공간(110)에 열 전달을 효율적으로 할 수 있으며, 그라파이트(Graphite) 또는 카본(Carbon) 복합체 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 또는, 히터(150, 160)는 실리콘 카바이드(Silicon carbide) 또는 몰리브덴 중에서 선택된 어느 하나로 형성되거나, 칸탈(Kanthal)로 형성될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 배치식 기판처리 시스템은 배치식 기판처리 장치(9)를 이중으로 적층함으로써, 동일한 크기의 장치 내에서 기판처리의 생산성을 극대화시킬 수 있으며, 기판처리 가스의 사용량을 절감하여 공정비용을 절약하고, 기판처리 가스의 공급 및 배출 시간을 단축시켜 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 가스 공급 유로(250) 및 가스 배출 유로(350)를 수용하는 가스 공급부(200) 및 가스 배출부(300)를 기판처리 공정이 수행되는 기판 처리부(100)와 분리하여 배치함과 동시에 기판 처리부(100)의 상부를 평평하게 형성함으로써, 기판 처리부(100)의 내부공간(110)의 크기를 최소화하여 상술한 기판처리의 생산성 및 공정의 효율성을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고, 배치식 기판처리 장치(9)의 내부공간(110)의 크기를 최소화함으로써, 원자층 증착을 수행하는 소스가스 및 퍼지가스를 제어하기 용이해지므로 제품의 수율이나 품질이 향상될 수 있다.
그리고, 기판 이송 로봇(7)이 두개의 배치식 기판처리 장치(9a, 9b)에 기판(40)을 이송하므로 가동 효율이 좋고, 어느 하나의 배치식 기판처리 장치(9a, 9b)에 문제가 발생하여 정지시에는 다른 하나의 배치식 기판처리 장치(9a, 9b)를 가동하여 시스템 전체의 가동을 중단하지 않아도 되는 이점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
1: 기판 반입부
2: 로드 포트(load port)
3: 풉 적재부(FOUP stocker)
4, 4': 풉(FOUP)
5: 풉 이송 로봇
6: FIMS 도어부
7: 기판 이송 로봇
8, 9: 배치식 기판처리 장치
40: 기판
100: 기판 처리부
110: 기판 처리부 내부공간
120, 130: 보강리브
150, 160: 히터
200: 가스 공급부
250: 가스 공급 유로
251: 가스 공급관
252: 토출공
300: 가스 배출부
350: 가스 배출 유로
351: 가스 배출관
352: 배출공
400: 하우징
450: 매니폴드
500: 기판 적재부
d1: 기판과 기판 처리부의 내주면 사이의 거리
d2: 기판과 가스 공급 유로 사이의 거리

Claims (19)

  1. 기판이 반입되는 기판 반입부;
    상기 기판을 처리하며, 상하로 적층된 이중 적층 구조를 갖는 배치식 기판처리 장치; 및
    상기 기판 반입부를 통해 반입된 상기 기판을 상기 이중 적층 구조를 갖는 배치식 기판처리 장치에 로딩/언로딩을 수행하도록 수직으로 이동하는 기판 이송 로봇
    을 포함하고,
    상기 배치식 기판처리 장치는,
    기판 적재부에 적층된 복수개의 기판을 수용하여 처리하는 기판 처리부 - 상기 기판 처리부의 하면은 개방됨 - ;
    상기 기판 처리부의 일측 외주면 상에 형성되고, 기판처리 가스가 흐르는 적어도 하나의 가스 공급 유로를 수용하여 상기 기판 처리부에 기판처리 가스를 공급하는 가스 공급부; 및
    상기 복수개의 기판을 상기 기판 처리부에 로딩시키며 승강가능하게 설치된 상기 기판 적재부
    를 포함하고,
    상기 기판 적재부는 승강하면서 상기 기판 처리부의 하단면(下端面) 및 상기 가스 공급부의 하단면에 상단면(上端面)이 결합된 매니폴드의 하단면에 착탈가능하게 결합되고,
    상기 기판 적재부가 상기 매니폴드의 하단면에 결합되면 상기 기판이 상기 기판 처리부에 로딩되는 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 반입부는,
    로드 포트(load port);
    상기 로드 포트를 통해 반입된 풉(FOUP)을 보관하는 풉 적재부(FOUP stocker);
    상기 로드 포트에서 상기 풉 적재부로 풉을 이송하거나, 상기 풉 적재부에서 FIMS 도어부로 풉을 이송하는 풉 이송 로봇; 및
    상기 풉으로부터 상기 기판을 상기 기판 이송 로봇에 반출하는 통로를 제공하는 FIMS 도어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판 이송 로봇은 5개의 상기 기판을 이송할 수 있는 5개의 이송 포크를 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 배치식 기판처리 장치는 4개 내지 64개의 상기 기판을 처리할 수 있는 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    기판과 상기 기판 처리부의 내주면 사이의 거리가 d1, 기판과 상기 가스 공급 유로 사이의 거리가 d2일 때, d1≤d2인 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리부의 타측 외주면 상에 형성되고, 기판처리 가스가 흐르는 적어도 하나의 가스 배출 유로를 수용하여 상기 기판 처리부에 공급된 기판처리 가스를 배출하는 가스 배출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판 처리부의 상기 외주면은 상기 가스 공급부의 외주면과 일체로 연결되고,
    상기 기판 처리부의 상기 외주면은 상기 가스 배출부의 외주면과 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 가스 공급 유로는 상기 가스 공급부의 길이방향을 따라 형성된 복수의 가스 공급관 및 상기 기판 처리부를 향하여 상기 가스 공급관의 일측에 형성되는 복수의 토출공을 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  9. 제8항에 있어서
    상기 가스 배출 유로는 상기 가스 배출부의 길이방향을 따라 형성된 가스 배출관 및 상기 기판 처리부를 향하여 상기 가스 배출관의 일측에 형성되는 복수의 배출공을 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  10. 제1항에 있어서
    상기 기판 처리부는 원기둥 형상을 가지며, 상면이 평평한 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판 처리부의 상면 상에 복수개의 보강리브를 결합한 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 보강리브를 교차하도록 배치하거나, 평행하게 배치하여 상기 기판 처리부의 상면 상에 결합한 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리부의 외주면 및 상면에 히터가 설치된 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 히터는 판형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리부 및 상기 가스 공급부를 감싸는 형태로 하면이 개방된 하우징이 설치되는 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  16. 삭제
  17. 제9항에 있어서,
    상기 토출공 및 상기 배출공은, 상기 복수개의 기판이 적층된 상기 기판 적재부가 상기 기판 처리부에 수용되었을 때, 상기 기판 적재부에 지지된 상호 인접하는 상기 기판과 기판 사이의 간격에 각각 위치되는 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리부는 석영(Quartz), 스테인리스 스틸(SUS), 알루미늄(Aluminium), 그라파이트(Graphite), 실리콘 카바이드(Silicon carbide) 또는 산화 알루미늄(Aluminium oxide) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 히터는 그라파이트(Graphite), 카본(Carbon) 복합체, 실리콘 카바이드(Silicon carbide), 몰리브덴 또는 칸탈(Kanthal) 중 적어도 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 배치식 기판처리 시스템.
KR1020130044283A 2013-04-22 2013-04-22 배치식 기판처리 시스템 KR101452336B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20040046042A (ko) * 2002-11-26 2004-06-05 (주) 윈테크 원자층 증착 방식을 수행하기 위한 종형열처리 장치의보트 및 프로세스튜브 구조
JP2010510167A (ja) * 2006-11-22 2010-04-02 エス．オー．アイ．テック シリコン オン インシュレータ テクノロジーズ Ｉｉｉ−ｖ族半導体材料の大量製造装置
JP2012074618A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Tokyo Electron Ltd 縦型熱処理装置

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