KR102543798B1 - 박막 증착을 위한 하이브리드 시스템 아키텍처 - Google Patents
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Abstract
처리 시스템이 제공되며, 상기 시스템은, 복수의 처리 윈도우와 그 안에 위치한 연속 트랙을 갖는 진공 인클로저; 상기 진공 인클로저들의 측벽들에 부착된 복수의 처리 챔버- 각각의 처리 챔버는 상기 처리 윈도우 중 하나의 주위에 있음 -; 상기 진공 인클로저의 일 단부에 부착되고 그 안에 위치한 로딩 트랙을 갖는 로드 록; 상기 진공 인클로저로부터 상기 로드 록을 분리하는 적어도 하나의 게이트 밸브; 상기 연속 트랙 및 상기 로딩 트랙 상에서 이동하도록 구성된 복수의 기판 캐리어들; 상기 진공 인클로저 내에 위치한 적어도 하나의 트랙 교환기- 상기 트랙 교환기는 기판 캐리어가 상기 연속 트랙 상에서 연속적으로 이동하는 제1 위치와, 기판 캐리어가 상기 연속 트랙과 상기 로딩 트랙 사이에서 이동하도록 형성되는 제2 위치 사이에서 이동 가능함 -를 포함한다.
Description
본 개시는 일반적으로 기판, 특히 반도체 웨이퍼의 박막 코팅과 같은 기판 처리 분야에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 9월 25일에 출원된 미국 출원 제16/583,165의 CIP(continuation in part)이며, 그 전체 개시 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다. 본 출원은 또한 2018년 12월 18일에 출원된 미국 가출원 제62/781,577호로부터 우선권을 주장하며, 그 전체 개시 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
기판의 진공 처리는 당 업계에 잘 알려져 있으며, 때로는 박막 처리라고도 한다. 일반적으로 박막 처리 시스템은 배치 처리(batch processing), 클러스터 시스템, 및 인라인(in-line) 시스템의 세 가지 아키텍처 중 하나로 분류될 수 있다. 이들 아키텍처 각각의 장점 및 단점은 당 업계에 잘 알려져 있다.
일부 시스템 아키텍처, 특히 반도체 웨이퍼를 사용하여 마이크로 칩을 제조하는 데 사용되는 아키텍처에서, 기판들은 로봇 암에 의해 개별적으로 처리 챔버들로 운반되고 고정 척 또는 서셉터(susceptor)에 배치된다. 반대로, 다른 시스템, 예를 들어 하드 디스크 드라이브 또는 태양 전지 제조에 사용되는 시스템에서, 기판들은 운반 가능한 기판 캐리어들에 위치하면서 운반 및 처리된다.
상이한 유형의 기판들 상에 박막을 형성하는 데 사용될 수 있는, 개선된 시스템 아키텍처에 대한 요구가 당 업계에 존재한다. 더욱이, 높은 처리량과 상업적으로 허용되는 비용으로 박막 코팅을 형성할 수 있는 기계가 당 업계에 필요하다.
본 개시의 일부 측면 및 특징에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해 하기 개시 내용 요약이 포함된다. 이 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니므로 본 발명의 핵심 또는 중요한 요소들을 특별히 식별하거나 본 발명의 범위를 설명하기 위한 것이 아니다. 그것의 유일한 목적은 본 발명의 일부 개념을 아래에 제시된 보다 상세한 설명의 서두로서 단순화된 형태로 제시하는 것이다.
개시된 실시예는 대량 생산에서 그리고 수용 가능한 상업적 비용으로 개선된 박막 코팅을 형성하도록 특별히 설계된 시스템을 제공한다. 상기 개시된 시스템은 MRAM들(Magnetoresistive Random-Access Memory)의 제조와 같이 반도체 웨이퍼들 위에 상이한 조성의 다중 얇은 층을 형성하는 데 특히 유용하다.
MRAM에서 셀 데이터는 자기 저장 요소들에 의해 저장된다. 상기 요소들은 얇은 절연 층으로 분리된 두 개의 강자성 플레이트로 형성된다. 기준 층이라고 하는 상기 두 개의 플레이트 중 하나는 특정 극성으로 설정된 영구 자석인 반면, 다른 플레이트는 자유 플레이트이며, 그 자화는 메모리 비트를 저장하기 위해 외부 필드의 자화와 일치하도록 변경될 수 있다. 이 구성은 자기 터널 접합으로 알려져 있으며, MRAM 비트의 가장 간단한 구조이다. MRAM 메모리 칩은 이러한 “셀(cells)” 그리드로 구성된다. 실제로, 상기 각각의 강자성 플레이트는 하드 드라이브 디스크의 구조와 다소 유사한 상이한 재료 구성의 여러 층의 박막들로 구성된다.
개시된 실시예들은 박막 층들의 고속 증착에 적합한 진공 처리 시스템의 두 가지 중요한 요소, 즉, 진공 시스템의 아키텍처와 웨이퍼 로딩 시스템의 아키텍처를 다룬다. 이 아키텍처들은 둥근 실리콘 웨이퍼들에 자성 물질의 박막들을 스퍼터링하는 것과 관련된 다양한 문제를 해결하도록 설계되었다. 몇 가지 문제에는, 층들에 도달하는 수증기 방지, 입자 오염 방지, 및 웨이퍼 이탈 및 파손 방지가 포함된다.
개시된 실시예들에서 진공 인클로저는 그에 부착된 복수의 처리 챔버를 갖는다. 처리 동안, 캐리어들은 상기 처리 챔버에 의해 처리될 진공 인클로저 내부에서 지속적으로 일제히 움직인다. 로드 록 섹션은 진공 인클로저에 부착되어 있으며, 독립적인 진공 환경을 공유하거나 가질 수 있는, 로딩 측과 언로딩 측이 있을 수 있다. 게이트 밸브들은 상기 진공 인클로저에서 상기 로드 록 섹션을 분리한다. 트랙 교환기들은 상기 진공 인클로저 내에 있다. 상기 트랙 교환기들은, 캐리어들이 상기 진공 인클로저 내부에서 연속적으로 이동하는 제1 위치와, 캐리어들이 상기 진공 인클로저와 상기 로드 록 섹션 사이에서 이동하도록 만들어진 제2 위치 사이에서 이동 가능하다.
일반적인 측면들에 따르면, 처리 시스템이 제공되며, 상기 시스템은, 진공 인클로저; 상기 진공 인클로저들의 측벽들에 부착된 복수의 처리 챔버; 제1 게이트 밸브를 통해 상기 진공 인클로저의 로딩 단부에 결합되고 내부에 운반 트랙들을 갖는 이송 챔버; 제2 게이트 밸브를 통해 상기 이송 챔버에 결합되고, 입구 측에 제3 게이트 밸브를 가지며, 내부에 운반 트랙들을 갖는 로드 록; 상기 로드 록의 측벽에 부착되며, 상기 로드 록 내부에 수직 또는 거의 수직 방향으로 기판을 고정하는 웨이퍼 홀더를 갖는 웨이퍼 홀딩 모듈; 엔드 이펙터(end effector)를 갖는 관절식 로봇 암으로서- 상기 엔드 이펙터는 회전 가능한 손목부를 통해 상기 관절식 로봇 암의 단부에 부착됨 -, 상기 로드 록 외부에 위치하며, FOUP으로부터 수평 방향으로 기판을 제거하고, 기판을 수직 또는 거의 수직 배향으로 회전시키고, 기판을 상기 웨이퍼 홀더에 배치하기 위해 접근 가능한 관절식 로봇 암; 및 상기 운반 트랙들을 따라 이동하고 상기 웨이퍼 홀딩 모듈과 기판들을 교환하는 복수의 기판 캐리어를 포함한다.
상기 시스템은 그 위에 제공된 선형 트랙 섹션을 갖는 턴테이블을 포함할 수 있다. 상기 턴테이블은 언로딩 위치에서 로딩 위치로 또는 하나의 운반 트랙에서 다른 운반 트랙으로 기판 캐리어를 운반하기 위해 회전 가능할 수 있다. 상기 턴테이블은 상기 진공 인클로저 또는 상기 로드 록 내부에 위치할 수 있으며, 전동 휠들을 포함할 수도 있다.
상기 시스템은, 상기 진공 인클로저 내부에 위치한 레이스 트랙 형태의 모노레일; 상기 진공 인클로저 내부에 위치하며 상기 레이스 트랙 형태의 모노레일을 자유롭게 타는 캐리어들과 결합하는 엔드리스 벨트(endless belt); 및 상기 레이스 트랙 형태의 모노레일의 일단에 위치하며 상기 레이스 트랙 형태의 모노레일과 상기 운반 트랙들 사이에서 캐리어들을 운반하는 트랙 교환기를 포함할 수 있다.
상기 각각의 기판 캐리어는 웨이퍼 홀더 및/또는 거의 수직 배향으로 위치한 정전 척(electrostatic chuck)을 포함할 수 있다.
상기 시스템은, 진공 인클로저의 말단 단부에 위치한 턴테이블- 상기 말단 단부는 상기 로딩 단부의 반대편에 위치함 -; 상기 진공 인클로저 내부에 위치한 레이스 트랙 형태의 모노레일; 상기 진공 인클로저 내부에 위치하며 상기 레이스 트랙 형태의 모노레일을 자유롭게 타는 캐리어들과 결합하는 엔드리스 벨트; 상기 레이스 트랙 형태의 모노레일의 일단에 위치하며, 상기 레이스 트랙 형태의 모노레일과 상기 턴테이블 사이에서 캐리어들을 운반하는 트랙 교환기들; 및 상기 말단 단부에서 상기 진공 인클로저에 부착된 적어도 하나의 제2 처리 시스템을 포함할 수 있다. 상기 엔드리스 벨트는 복수의 구동 포크(driving fork)을 포함할 수 있고, 상기 각각의 기판 캐리어는 레이스 트랙 형태의 모노레일과 결합하도록 구성된 자유롭게 회전하는 복수의 휠, 및 상기 구동 포크들과 결합하도록 구성된 구동 핀을 포함할 수 있다. 또한, 상기 턴테이블은 선형 트랙 섹션들 및 전동 휠들을 포함할 수 있으며, 상기 각각의 기판 캐리어는 전동 휠들과 맞물리는 구동 바를 포함한다.
또한, 상기 시스템은, 상기 진공 인클로저의 상기 로딩 단부에 결합된 제2 이송 챔버; 및 상기 제2 이송 챔버에 결합된 제2 로드 록을 포함할 수 있다. 운반 메커니즘은 캐리어들을 상기 제2 로드 록으로부터 상기 로드 록으로, 또는 상기 제2 이송 챔버로부터 상기 이송 챔버로 운반한다. 상기 운반 메커니즘은, 이동 가능한 테이블, 상기 테이블 상에 위치한 직선형 모노레일 섹션, 및 상기 테이블 상에 위치한 곡선형 모노레일 섹션을 포함하는 적어도 하나의 트랙 교환기를 포함할 수 있으며, 그 위에 위치한 선형 트랙 섹션들을 갖는 턴테이블을 더 포함할 수 있다. 상기 시스템은 또한 상기 진공 인클로저 내부에 위치하며, 레이스 트랙 형태의 제1 모노레일 섹션과 2개의 평행하는 선형 모노레일 연장부들을 갖는 제2 모노레일 섹션으로 형성된 모노레일; 상기 제1 모노레일 섹션에 위치한 모티브 요소; 및 상기 제2 모노레일 섹션을 따라 위치한 복수의 전동 휠을 더 포함하며, 상기 트랙 교환기는 상기 제1 모노레일 섹션과 상기 제2 모노레일 섹션 사이에서 캐리어들을 이송한다. 상기 복수의 캐리어 각각은, 베이스; 상기 베이스에 부착되고 상기 제1 모노레일 섹션에 있는 동안 캐리어를 이동시키기 위해 상기 모티브 요소와 결합하도록 구성된 결합 메커니즘; 및 상기 베이스에 부착된 구동 바를 포함할 수 있으며, 상기 구동 바는 상기 제2 모노레일 섹션을 타는 동안 캐리어를 이동시키기 위해 복수의 전동 휠과 맞물리도록 구성된다.
추가적인 측면에 따르면, 복수의 처리 윈도우 및 그 내부에 배치된 연속 트랙을 갖는 진공 인클로저; 상기 진공 인클로저의 측벽들에 부착된 복수의 처리 챔버- 각각의 처리 챔버는 상기 처리 윈도우 중 하나의 주위에 있음 -; 상기 진공 인클로저의 일 단부에 부착되고 그 내부에 로딩 트랙이 위치한 로드 록; 상기 진공 인클로저에서 상기 로드 록을 분리하는 적어도 하나의 게이트 밸브; 상기 연속 트랙 및 상기 로딩 트랙 상에서 이동하도록 구성된 복수의 기판 캐리어; 및 상기 진공 인클로저 내에 위치한 적어도 하나의 트랙 교환기를 포함하며, 상기 트랙 교환기는 기판 캐리어가 상기 연속 트랙 상에서 연속적으로 이동하는 제1 위치와, 기판 캐리어가 상기 연속 트랙과 상기 로딩 트랙 사이에서 이동하도록 형성된 제2 위치 사이에서 이동 가능하다.
추가적인 측면들에서, 제1 측면 및 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면을 갖는 로드 록 섹션; 상기 로드 록 섹션의 제1 측면에 결합된 대기 섹션(atmospheric section); 상기 로드 록 섹션의 제2 측면에 부착되고 그에 부착된 복수의 처리 챔버들을 갖는 진공 섹션; 및 캐리어 수송 메커니즘을 포함하는 기판 처리 시스템이 제공되며, 캐리어 수송 메커니즘은, 레이스 트랙 형태를 갖고 상기 진공 섹션 내에 위치한 제1 모노레일 섹션, 상기 로드 록 섹션 내에 위치하고 상기 대기 섹션과 상기 진공 섹션으로 확장된 2개의 평행하는 선형 모노레일을 갖는 제2 모노레일 섹션, 및 상기 대기 섹션 내에 위치하고, 일 단부가 상기 선형 모노레일들 중 하나의 연장부와 만나고, 타 단부가 상기 선형 모노레일 중 다른 하나의 연장부와 만나는 타 단부를 갖는 곡선 형태의 제3 모노레일 섹션으로 형성된 모노레일; 상기 레이스 트랙에 위치한 모티브 요소; 상기 제2 모노레일 섹션을 따라 위치한 복수의 전동 휠; 상기 제1 모노레일 섹션의 일 단부에 위치한 2개의 트랙 교환기- 상기 각 트랙 교환기는 이동식 테이블, 상기 테이블 상에 위치한 직선 모노레일 섹션, 및 상기 테이블 위에 위치한 곡선 모노레일 섹션을 포함함 -; 및 복수의 휠을 갖는 복수의 캐리어- 상기 복수의 캐리어는 상기 모노레일과 결합하여 캐리어가 상기 모노레일을 타도록 구성됨 -를 포함하는, 기판 처리 시스템이 제공된다.
일 실시예에서, 상기 시스템은 제1 측면, 및 상기 제1 측면 반대편의 제2 측면을 갖는 로드 록 섹션; 상기 로드 록 섹션의 제1 측면에 부착된 대기 섹션; 상기 로드 록 섹션의 제2 측면에 부착되고 그에 부착된 복수의 처리 챔버를 갖는 진공 섹션; 캐리어 운반 메커니즘; 및 복수의 캐리어로 구성되며, 캐리어 운반 메커니즘은, 레이스 트랙 형태를 갖고 상기 진공 섹션 내에 위치한 제1 모노레일 섹션, 상기 로드 록 섹션 내에 위치하고 상기 대기 섹션과 상기 진공 섹션으로 확장된 2개의 평행하는 선형 모노레일을 갖는 제2 모노레일 섹션, 및 상기 대기 섹션 내에 위치하고 일 단부가 상기 선형 모노레일 중 하나의 연장부와 만나고, 타 단부가 상기 선형 모노레일들 중 다른 하나의 연장부와 만나는 곡선 형태의 제3 모노레일 섹션으로 형성된 모노레일; 상기 레이스 트랙에 위치하며 복수의 구동 포크가 부착된 엔드리스 벨트; 상기 대기 섹션에 위치하며 복수의 구동 포크가 부착된 구동 휠; 상기 제2 모노레일 섹션을 따라 위치한 복수의 전동 휠; 및 상기 제1 모노레일 섹션의 일 단부에 위치한 2개의 트랙 교환기- 각각의 트랙 교환기는 이동식 테이블, 상기 테이블 상에 위치한 선형 모노레일 섹션, 및 상기 테이블 상에 위치한 곡선형 모노레일 섹션을 포함함 -;을 포함하며, 상기 각각의 캐리어는, 베이스; 상기 베이스에 부착되고 상기 모노레일과 결합하여 캐리어가 상기 모노레일상에서 자유롭게 승차하도록 구성된 복수의 휠; 상기 베이스에 부착되며, 상기 제2 모노레일 섹션을 타는 동안 캐리어를 이동시키기 위해 복수의 전동 휠과 맞물리도록 구성된 구동 바; 및 상기 베이스에 부착되고 상기 제1 또는 제3 모노레일 섹션에 있는 동안 캐리어를 이동시키기 위해 상기 구동 포크들과 맞물리도록 구성된 구동 핀을 포함하며, 상기 트랙 교환기가 제1 위치에 있을 때, 상기 곡선형 모노레일 섹션은 상기 제1 모노레일 섹션과 정렬되어 캐리어들이 상기 제1 모노레일 섹션을 따라 상기 구동 포크에 의해 연속적으로 이동되도록 하고, 상기 트랙 교환기들이 제2 위치에 있을 때, 상기 선형 모노레일 섹션은 상기 제1 모노레일 섹션을 상기 제2 모노레일 섹션에 연결하여 캐리어들이 상기 로드 록 섹션과 상기 진공 섹션 사이에서 교환되도록 한다.
본 발명의 다른 측면들 및 특징들은 이하의 도면을 참조하여 이루어진 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 도면은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 다양한 실시예의 다양한 비 제한적 예를 제공한다는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은, 본 발명의 실시예들을 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 예시하는 역할을 한다. 도면들은 예시적인 실시예들의 주요 특징들을 도식적으로 설명하기 위한 것이다. 도면들은 실제 실시예의 모든 특징이나 묘사된 요소들의 상대적인 치수를 묘사하기 위한 것이 아니며, 축적에 맞게 그려진 것은 아니다.
도 1, 도 1a, 및 도 1b는 이중 모션 캐리어들을 사용하여 박막 코팅들을 형성하기 위한 모듈식 시스템의 실시예들을 도시한다.
도 2a는 이중 모션 기판 캐리어의 일 실시예를 도시하는 한편, 도 2b는 라운드진 기판을 위한 기판 홀더를 도시한다.
도 3a 내지 도 3b는 반도체 웨이퍼들을 처리하도록 구성된 아키텍처의 실시예들을 도시한 한편, 도 3c는 시스템의 일 단부에 처리 모듈을 부착하기 위한 실시예를 도시한다.
도 1, 도 1a, 및 도 1b는 이중 모션 캐리어들을 사용하여 박막 코팅들을 형성하기 위한 모듈식 시스템의 실시예들을 도시한다.
도 2a는 이중 모션 기판 캐리어의 일 실시예를 도시하는 한편, 도 2b는 라운드진 기판을 위한 기판 홀더를 도시한다.
도 3a 내지 도 3b는 반도체 웨이퍼들을 처리하도록 구성된 아키텍처의 실시예들을 도시한 한편, 도 3c는 시스템의 일 단부에 처리 모듈을 부착하기 위한 실시예를 도시한다.
이제, 박막 코팅을 제조하기 위한 본 발명의 시스템 및 그의 웨이퍼 로딩 시스템의 실시예들이 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 상이한 적용들 또는 상이한 이점들을 달성하기 위해 상이한 실시예들 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 달성하고자 하는 결과에 따라, 본 명세서에 개시된 상이한 특징들은 부분적으로 또는 최대한, 단독으로 또는 다른 특징들과 조합하여 활용될 수 있으며, 이점과 요구사항들 및 제약들의 균형을 맞출 수 있다. 따라서, 서로 다른 실시예들을 참조하여 특정 이점들이 강조될 것이지만, 개시된 실시예들에 제한되지는 않는다. 즉, 본 명세서에 개시된 특징들은 그들이 설명된 실시예로 제한되지 않고, 다른 특징들과 “혼합 및 매칭”될 수 있으며 다른 실시예들에 통합될 수 있다.
개시된 실시예들은 박막 층들의 고속 증착에 적합한 진공 처리 시스템의 두 가지 중요한 요소, 즉, 상기 진공 시스템의 아키텍처와 상기 웨이퍼 로딩 시스템의 아키텍처를 다룬다. 하기에 제공된 내용은 상기 진공 처리 시스템의 설명에서 시작하여 상기 로딩 시스템의 설명으로 넘어간다.
개시된 실시예는 제1 캐리어 모션 모드를 사용하여 연속 통과 처리 섹션 내에서 기판의 연속 처리를 가능하게 하는 시스템 아키텍처, 및 상기 제2 캐리어 모션 모드를 사용하여 연속 통과 처리 섹션으로부터 캐리어들을 운반하는 메커니즘을 포함한다. 상기 두 가지 캐리어 모션 모드에서 캐리어는 자유롭게 트랙들을 타지만, 트랙을 타기 위해 캐리어에 적용되는 동력은 캐리어 모션 모드의 각 모드마다 다르다. 상기 연속 통과 처리 섹션 내에서는, 상기 모든 캐리어들이 일제히 이동하지만, 상기 연속 통과 처리 섹션을 빠져나가면, 캐리어들이 독립적으로 이동할 수 있다.
이제 제1 실시예가 도 2a, 도 2b와 함께 도 1을 참조하여 설명될 것이며, 도 2b는 반도체 웨이퍼 처리에 특화되어 있다. 도 1은 시스템의 상부 개략도를 도시한 한편, 도 2a는 캐리어를 도시하며, 도 2b는 캐리어를 위한 교체 기판 홀더를 도시한다.
도 1에서 시스템(100)은 대기 섹션(105), 로드 록 섹션(110), 및 진공 섹션(115)으로 구성된다. 캐리어들은 대기 섹션(105)에서 로딩 및 언로딩되고 로드 록 섹션(110)을 통해 대기 섹션(105)과 진공 섹션(115) 사이에서 이송된다. 기판들은 연속 통과 처리 섹션을 형성하는 진공 섹션(115) 내부에서 처리된다. 이 예에서 4개의 처리 챔버(120A 내지 120D)가 도시되어 있지만, 아래에 추가로 도시되는 바와 같이 임의의 수의 처리 챔버가 제공될 수 있다. 각각의 처리 챔버(120A 내지 120D)는 에칭 챔버, 스퍼터링 챔버, 및 이온 주입 챔버 등일 수 있다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에서 처리 챔버들은 그들 사이에 밸브 게이트들이 없는 공통 진공 분위기에 연결되고 통과 처리를 위해 구성된다. MRAM 제조의 경우, 상기 챔버들은 자성층들을 형성하기 위한, 코발트(Co), 탄탈륨(ta), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 및 코발트-철 붕소(CoFeB)와 같은 합금과 같은, 서로 다른 재료의 타겟들이 있는 마그네트론 스퍼터링 챔버일 수 있다.
모노레일 세그먼트들(125)은 3개의 섹션들(105, 110, 및 115)에 제공되어, 기판 캐리어가 3개의 섹션을 모두 횡단할 수 있다. 상기 모노레일 세그먼트들은 연속 통과 처리 섹션(115) 내부에 레이스 트랙 형태의 모노레일(127)을 형성하고, 로드 록 섹션(110)을 횡단하는 선형 트랙들(128A 및 128B)을 형성하며, 부분적으로 대기 섹션으로 그리고 부분적으로 진공 섹션으로 연장되고, 대기 섹션(105)에서 커브를 갖는 초승달 형태의 회전 트랙(129)을 형성한다. 연속 통과 처리 섹션(115) 내부의 회전 드럼들(131A 및 131B) 위에 엔드리스 벨트(130)가 제공되고, 엔드리스 벨트(130)에는 복수의 모티브 포트들(132)가 부착되어 있다. 복수의 통전 휠(energized wheel)(135)이 선형 트랙 옆에 제공되고, 모티브 포크들(132)을 갖는 회전 휠(137)이 대기 섹션(105)에 제공된다.
연속 통과 처리 섹션(115) 내부에는 2개의 트랙 교환기(140)가 제공되며, 그 확대도가 콜 아웃(callout)에 제공된다. 상기 트랙 교환기는 2개의 트랙 세그먼트, 즉, 곡선 트랙 세그먼트(142), 및 직선 트랙 세그먼트(144)가 제공되는 테이블(141)을 포함한다. 도 1에서 양방향 화살표로 표시된 바와 같이, 상기 트랙 교환기는 두 위치 중 하나로 이동할 수 있다. 한 위치에서 곡선 트랙 세그먼트는 레이스 트랙(127)을 완성하여 진공 섹션 내의 캐리어들이 상기 레이스 트랙을 따라 연속적으로 이동하여 챔버(120A 내지 120D)에 의해 기판들을 연속적으로 처리한다. 상기 진공 챔버 내의 기판들의 처리가 완료되면, 상기 트랙 교환기가 상기 두 번째 위치로 이동하며, 상기 선형 트랙은 선형 트랙(128A 및 128B)과 레이스 트랙(127)의 직선 색선 사이의 연결을 형성하여, 진공 챔버 내부의 캐리어들은 상기 로드 록으로 나가고, 상기 로드 록 내부의 캐리어들은 상기 진공 섹션으로 들어간다.
기판 캐리어(150)의 일 실시예가 도 2a에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 캐리어(150)는 베이스(152) 및 기판 홀더(154)를 갖는다. 기판 홀더(154)는 상이한 형상을 가진 여러 기판들의 처리를 가능하게 하기 위해 상기 베이스로부터 분리 가능하다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 홀더(154)는 정사각형 또는 직사각형 기판을 3개 레벨로 보유하는 반면, 도 2b에 도시된 홀더(154')는 반도체 웨이퍼와 같은 라운드진 기판을 보유한다. MRAM 제조에 유리한 일 실시예에서, 홀더(154')는 정전 척(157)을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 홀더(154')는 웨이퍼의 주변부에 결합하는 선택적인 지지 핀(159)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 홀더의 평면은 수평에 대해 각도 θ로 기울어진다. 이 예에서, 상기 각도는 15°이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 베이스(152)는 모노레일(125)에 맞물리고 승차하는 롤러 장치(153)를 포함한다. 이 롤러 장치는 전동식이 아니며, 상기 베이스가 상기 모노레일을 자유롭게 승차할 수 있도록 자유롭게 회전하는 복수의 휠을 포함할 수 있다. 원동력(Motive power)은 구동 바(156)와 결합하는 휠(135) 또는 구동 핀(158)과 결합하는 포크들(132) 중 하나로부터 나온다.
이제 시스템(100)에서 수행되는 일반적인 프로세스의 예가 설명될 것이다. 빈 캐리어가 로딩 스테이션(160)으로 구동되고, 여기서 롤러 장치(153)는 선형 트랙(128A)에 결합하고 전동 휠들(135)은 구동 바(156)에 결합한다. 새로운 기판들은 기판 홀더(154) 상에 로딩된다. 한편, 처리된 기판들은 언로딩 스테이션(161)에 위치한 다른 캐리어로부터 제거될 수 있다. 로딩 및 언로딩이 완료되면, 로딩부(160)의 로드 록의 입구 게이트 밸브(EN)가 개방된다. 선택적으로, 언로딩 섹션(161)의 로드 록의 출구 게이트 밸브들(EN)이 개방된다. 상기 로딩 로드록의 출구 게이트 밸브(EX)는 닫혀 있다. 또한, 상기 언로딩 섹션의 상기 출구 게이트 밸브가 열리면, 그것의 입구 게이트 밸브는 닫힌다. 일부 실시예에서, 상기 2개의 로드 록은 파선 파티션(170)에 의해 예시된 바와 같이 독립적이며, 각각이 서로 독립적으로 진공을 유지할 수 있다. 이러한 경우, 새로운 캐리어가 상기 로딩 로드 록에 로딩되는 동안, 처리된 캐리어는 상기 진공 섹션에서 상기 언로딩 로드 록(161)으로부터 로딩될 수 있다. 입구 및 출구 게이트 밸브들의 구조는 동일하지만, 상기 입구 및 출구 게이트 밸브는 캐리어 이동 방향과 관련하여 식별된다. 즉, 이동 방향이 반전되면, 입구 및 출구 밸브의 지정도 반전될 수 있다.
이 상태에서 전동 휠들(135)이 활성화되어 상기 로딩 스테이션의 캐리어가 상기 각각의 로드 록으로 이송되는 한편, 다른 로드 록 내부의 캐리어는 대기 섹션(105)으로 이동할 수 있고, 및/또는 처리된 캐리어가 상기 언로딩 로드 록으로 이동할 수 있다. 그러나, 이러한 작업들을 동시에 수행해야 하는 것은 아니다. 대안적으로, 로딩은 시간에 따라 개별적으로 수행될 수 있으며, 새 기판들이 있는 캐리어의 입구 밸브만 열리고 상기 로드 록으로 이동하는 한편, 상기 언로딩 섹션의 상기 전동 휠들은 활성화되지 않는다. 즉, 상기 선형 트랙 섹션의 상기 전동 휠은 독립적으로 또는 그룹으로 활성화될 수 있으므로, 상기 전동 휠들의 서브 그룹만 활성화된다. 또한, 로드 록들이 독립적인 경우(즉, 독립적인 전용 펌핑 장치가 있는 경우), 다양한 게이트 밸브에 독립적으로 활성화될 수 있으므로, 로딩 및 언로딩이 동기화될 필요가 없다. 물론, 작업의 효율성을 위해 작업들을 동기화하는 것이 바람직하다.
로드 록들이 공통 진공 분위기를 유지하고 일반적으로 펌핑되는 실시예로서, 예를 들어 파티션(170)이 없을 때, 상기 게이트 밸브들은 동시에 작동한다. 예를 들어, 상기 로딩 로드 록의 게이트 밸브(EN)는 상기 언로딩 로드 록의 EX 게이트 밸브와 함께 작동할 수 있으며, 상기 로딩 로드 록의 EX 게이트 밸브는 상기 언로딩 로드 록의 EN 게이트 밸브와 함께 작동할 수 있다.
캐리어가 상기 로드 록에 들어가면, 상기 입구 게이트 밸브가 닫히고 진공 상태가 된다. 처리된 캐리어가 출구 로드 록에서 추출된 경우, 진공 상태로 펌핑된다. 적절한 진공 수준이 달성되면, 상기 로딩 로드 록의 출구 게이트(EX)가 열리고, 적절한 전동 휠들이 활성화되어 캐리어를 진공 섹션(115)으로 이동시킨다. 이때, 트랙 교환기(140)는 선형 트랙 섹션(144)이 레이스 트랙 모노레일(127)의 직선 섹션과 정렬되는 위치를 취하도록 이동한다. 결과적으로, 캐리어를 진공 섹션으로 이동시키기 위해 상기 휠들에 동력이 공급될 때, 캐리어는 상기 레이스 트랙 회로로 들어가고, 상기 모티브 포크들 중 하나가 구동 핀(158)과 맞물린다. 그 다음, 트랙 교환기(140)는 곡선형 트랙 섹션(142)이 레이스 트랙 모노레일(127)의 직선 섹션과 정렬되는 위치를 취하도록 이동한다. 이 위치에서, 캐리어는 전동 휠들(135)이 아니라, 엔드리스 벨트(130)에 의해 이동한다. 또한, 이 상태에서, 상기 엔드리스 벨트가 회전함에 따라, 캐리어는 상기 처리 섹션을 나갈 준비가 될 때까지 필요한 만큼 많은 회로들로서의 상기 레이스 트랙을 따라 이동한다. 결과적으로, 캐리어상의 기판들은 각각의 챔버(120A 내지 120D)에 의해 필요한 만큼 반복적으로 처리될 수 있다.
처리가 완료되면, 상기 언로딩 섹션의 트랙 교환기(140)는 선형 트랙 섹션(144)이 레이스 트랙 모노레일(127)의 직선형 섹션과 정렬되는 위치를 취하도록 이동한다. 상기 엔드리스 벨트가 계속해서 회전함에 따라, 캐리어는 상기 트랙 교환기로 이동되고 상기 모티브 포크로부터 분리되는 동시에, 구동 바(156)가 전동 휠들(135)과 맞물린다. 그러면, 모터 구동 휠이 활성화되어 캐리어를 상기 레이스 트랙 회로 밖으로 구동할 수 있다.
알 수 있는 바와 같이, 설명된 실시예에서, 캐리어는 레이스 트랙 및 대기 복귀 회로 ARC에서 모티브 포크를 결합하면서, 상기 선형 트랙 위에 전동 휠을 결합하는 두 가지 모티브 모드를 갖는다. 상기 레이스 트랙에서 상기 포크들은 엔드리스 벨트에 부착되는 한편, 대기 복귀 회로에서는 상기 포크들이 구동 휠에 부착된다. 또한, 트랙 교환기는 상기 레이스 트랙에/으로부터 캐리어들을 도입하거나 제거하는 데 사용된다. 한 위치에서 상기 트랙 교환기는 캐리어가 레이스 트랙 주위를 끝없이 주행할 수 있게 하고, 두 번째 위치에서는 캐리어들을 레이스 트랙에/으로부터 도입하거나 제거할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 시스템은 필요한 만큼 많은 처리 챔버를 포함하도록 조정 가능하다. 예는 도 1a에 도시되어 있다. 도 1a에 표시된 예는 도 1에 표시된 것과 유사하며 유사한 요소들은 동일한 참조로 표시된다. 주요 차이점은 이 예의 시스템이 120A 내지 120F의 6개의 처리 챔버들을 포함한다는 것이다. 그렇지 않으면, 모든 요소들이 도 1의 요소들과 동일하여, 이 아키텍처의 다양성을 보여준다.
도 1b는 6개의 처리 챔버를 갖는 실시예의 외부도를 제공하며, 120A 내지 120C는 이 관점에서 볼 수 있다. 다시, 상기 시스템은 대기 섹션(105), 로드 록(110), 및 상기 처리 챔버가 부착되는 진공 인클로저(163)를 포함하는 진공 섹션(115)의 3개의 섹션으로 구성된다. 도면에서 서비스 액세스 윈도우(166, 167, 168)은 상기 진공 인클로저의 내부를 볼 수 있도록 열려있는 것으로 표시된다. 예를 들어, 회전 드럼들(131A, 131B)은 각각 서비스 액세스 윈도우들(166, 168)에서 볼 수 있다. 레이스 트랙 모노레일(127) 및 엔드리스 벨트(130)의 일부는 서비스 액세스 윈도우(167)를 통해 볼 수 있다.
이 예에서, 챔버(120B)는 개방된 위치로 도시되어 있어, 처리 윈도우(172)를 통해 상기 처리 챔버와 상기 진공 인클로저 내부의 서비스에 쉽게 접근할 수 있다. 특히, 이 예에서, 처리 챔버들(120A 내지 120C)는 회전 가능한 힌지(170)를 통해 진공 인클로저(163)에 부착된다(도 1b에서는 보이지 않지만, 도 1a에서는 도시됨). 챔버(120B)가 힌지상에서 회전함에 따라, 4개의 기판을 갖는 캐리어(150)가 도시된 진공 인클로저(163)의 내부를 노출시킨다.
지금까지 개시된 아키텍처는 대기 섹션(105), 로드 록 섹션(110), 및 복수의 처리 챔버(120)가 부착된 진공 섹션(115)을 갖는 기판 처리 시스템을 제공한다. 캐리어 운반 메커니즘은, 레이스 트랙 형태를 갖고 상기 진공 섹션 내에 위치한 제1 모노레일 섹션(127), 상기 로드 록 섹션 내에 위치하고 상기 대기 섹션 및 상기 진공 섹션으로 확장되는 2개의 평행하는 선형 모노레일(128A, 128B)을 갖는 제2 모노레일 섹션, 및 초승달 모양의 회전 트랙(129) 형태이며, 상기 대기 섹션에 위치하며 일 단부가 상기 선형 모노레일들 중 하나의 연장부와 만나고 타 단부가 상기 선형 모노레일들 중 다른 하나의 연장부와 만나는 제3 곡선형 모노레일 섹션으로 형성된 모노레일, 상기 레이스 트랙에 위치하며 복수의 구동 포크(132)가 부착된 엔드리스 벨트(130), 상기 대기 섹션에 위치하고 복수의 구동 포크(132)가 부착된 구동 휠(137), 상기 제2 모노레일 섹션을 따라 위치한 복수의 전동 휠(135), 및 상기 제1 모노레일 섹션의 일 단부에 위치한 2개의 트랙 교환기(140)- 각각의 트랙 교환기(140)는 이동 가능한 테이블(141), 상기 테이블 상에 위치한 선형 모노레일 섹션(144), 및 상기 테이블 상에 위치한 곡선형 모노레일 섹션(142)을 가짐 -를 포함한다.
복수의 캐리어는 처리될 기판들을 지지하며, 각각의 캐리어는 베이스(152), 상기 베이스에 부착되며 캐리어가 상기 모노레일상에서 자유롭게 승차할 수 있도록 상기 모노레일과 결합하도록 구성된 복수의 자유 회전 휠(153), 상기 베이스에 부착된 구동 바(156)- 상기 구동 바는 상기 제2 모노레일 섹션을 타는 동안 캐리어를 이동시키기 위해 복수의 전동 휠(135)과 맞물리도록 구성됨 -, 및 상기 베이스에 부착되고 상기 구동 포크들(132)과 맞물리도록 구성된 구동 핀(158)을 구비하여 상기 제1 또는 제3 모노레일 섹션에 있는 동안의 캐리어를 이동시킨다.
상기 트랙 교환기가 제1 위치에 있을 때, 상기 곡선형 모노레일 섹션은 상기 제1 모노레일 섹션과 정렬되어 캐리어가 상기 제1 모노레일 섹션을 따라 상기 구동 포크들에 의해 연속적으로 이동하도록 하며, 상기 트랙 교환기가 제2 위치에 있을 때, 상기 선형 모노레일 섹션은 상기 제1 모노레일 섹션을 상기 제2 모노레일 섹션에 연결하여, 캐리어들이 상기 로드 록 섹션과 상기 진공 섹션 사이에서 교환되도록 한다.
개시된 처리 시스템에서 기판들을 처리하는 방법은, 기판들을 캐리어에 로딩하는 단계; 운반 트랙을 통해 캐리어를 로드 록으로 운반하는 단계; 상기 로드 록 내부를 진공 펌핑하는 단계; 상기 운반 트랙상의 캐리어를 복수의 처리 챔버들이 부착된 처리 인클로저로 운반하는 단계; 트랙 교환기를 작동하여 제1 위치를 취함으로써 상기 운반 트랙과 처리 트랙 사이의 연결을 형성하고, 상기 트랙 교환기상에서 캐리어를 이동시킨 후 상기 처리 인클로저 내부의 상기 처리 트랙으로 이동시키는 단계; 상기 트랙 교환기를 작동하여 제2 위치를 취함으로써, 상기 처리 트랙을 상기 처리 트랙으로부터 분리하는 단계; 상기 처리 챔버들이 활성화되면서 프로세싱 트랙 상에서 캐리어를 연속적으로 이동시키는 단계; 및 처리가 완료되면 상기 트랙 교환기를 작동하여 상기 제1 위치를 취하고 상기 처리 트랙에서 상기 운반 트랙으로 캐리어를 운반하는 단계를 포함한다. 캐리어를 연속적으로 이동시키는 단계는, 예를 들어 복수의 캐리어를 엔드리스 벨트에 결합함으로써 복수의 캐리어를 일제히 연속적으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
지금까지 설명한 시스템의 일반적인 아키텍처는 다양한 기판을 처리하는 데 사용될 수 있다. 반면에, 예를 들어 MRAM들을 제조하기 위해 반도체 웨이퍼들을 처리하기 위해서는, 일반적으로 팹(fab)이라고 하는 웨이퍼 제조 시설에서 사용하기 위해 쉽게 조정할 수 있도록 상기 시스템을 재구성하는 것이 바람직하다. 팹에서, 웨이퍼들은 특별히 설계된 카세트들인 FOUP들(Front Opening Universal Pod)로 운반되며, 각 카세트에는 여러 개의 웨이퍼가 들어 있다. 다음의 개시는 FOUP들로부터 본 명세서에 설명된 상기 처리 시스템으로 웨이퍼들을 이송할 수 있는 메커니즘을 제공한다.
도 3a는 반도체 웨이퍼들을 처리하도록 구성된 실시예를 도시한다. 이 실시예는 실리콘 웨이퍼들 상에 MRAM들의 자기 층들(magnetic layers)을 제조하는 데 특히 유용하지만, 표준 라운드진 실리콘 웨이퍼 상에 다른 장치들을 제조하는 데 사용될 수 있다. 이 시점에서, 라운드진 실리콘 웨이퍼들 상에 얇은 층을 제조하는 데 있어 세 가지 잠재적인 어려움과, 개시된 실시예들이 이러한 어려움을 처리하는 방식을 강조하는 것이 적절하다.
제조된 자성층들의 품질은 오염, 특히 수증기에 매우 민감하다. 따라서, 개시된 실시예들은 시스템의 웨이퍼 운반 메커니즘의 어떤 부분도 진공 환경을 벗어나지 않도록 설계된다. 이렇게 하면 캐리어들이 대기 환경에서 오염되지 않는다. 또한, 자성층들을 형성하려면 입자 오염을 유발할 수 있는 스퍼터링이 필요하기 때문에, 상기 시스템 내부에서 웨이퍼는 거의 수직 배향으로 이동하여 입자 오염 가능성을 줄인다. 웨이퍼들이 라운드지고 주변 가장자리에만 고정될 수 있기 때문에, 웨이퍼들이 캐리어로부터 떨어지기 쉬우므로, 상기 시스템 내부에서 수직 배향으로 웨이퍼를 고정하는 것은 위험하다. 따라서, 상기 시스템 내에서, 상기 개시된 실시예들은 웨이퍼들이 서의 수직 배향으로 캐리어들 상에 유지될 것을 요구한다. 개시된 실시예들에서, 거의 수직 배향은 웨이퍼들이 수직으로부터 5 ~ 20도 경사로 유지되는 것을 지칭하며, 이는 오염 가능성을 감소시키면서 또한 웨이퍼가 캐리어에서 떨어질 가능성을 감소시킨다.
도 3a에서, 도 1 내지 도 1b의 요소들과 유사한 요소들은 동일한 번호로 식별된다. 또한, Vac 115로 표시된 연속 통과 처리 섹션은 도 1 내지 도 1b의 것과 유사하다. 그러나, 웨이퍼들을 연속 통과 처리 섹션(115)의 진공 환경으로 로딩하는 장치는 상이하다.
표시된 바와 같이, 연속 통과 처리 섹션(115) 내부에서 웨이퍼들은 거의 수직 배향으로 이동한다. 그러나, 팹의 FOUP들은 웨이퍼들은 수평 배향으로 저장한다. 따라서, 웨이퍼들을 상기 처리 시스템의 진공 환경에 도입하는 것 외에도, 웨이퍼들을 거의 수직 배향으로 회전시켜야 한다. 이러한 목표는 다음과 같이 달성된다.
웨이퍼들은 로봇(312)에 의해 FOUP들(300)로부터 제거되고 FOUP들(300)에 재 보유된다. 개시된 실시예들에서, 로봇(312)은 회전 손목부(316)에 의해 상기 로봇 암에 결합된 엔드 이펙터(314)를 갖는 SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm) 로봇이다. 회전 손목부(316)는 엔드 이펙터(314)가 수평 배향과 수직 배향 사이에서 웨이퍼를 회전시킬 수 있게 한다. 여기서 엔드 이펙터라는 용어는 일반적으로 허용되는 의미, 즉, 공작물, 이 경우 웨이퍼와 상호 작용하는 상기 로봇 암의 마지막 링크로 사용된다. 임의의 종래의 엔드 이펙터가 사용될 수 있지만, 개시된 실시예들에서 엔드 이펙터는 충격적(물리적으로 웨이퍼를 주변 에지에서 잡기) 또는 수렴적(astrictive)(진공 또는 자기/전기 인력과 같은 인력을 사용하여 웨이퍼를 후면에서 고정)일 수 있다.
따라서, 새로운 웨이퍼를 상기 시스템에 로딩하기 위해, 상기 엔드 이펙터는 FOUP(300)에서 웨이퍼를 제거하기 위해 수평 배향을 취한다. SCARA 로봇이 회전하면, 손목부(316)가 회전하여 웨이퍼를 수직 또는 수직에 가까운 위치, 즉, 수직에서 0 내지 20° 기울인다. IN 게이트 밸브가 열리면, 상기 로봇은 상기 로드 록/교환 챔버 LL/EX(305) 내부의 웨이퍼 홀딩 모듈(302)에 웨이퍼를 배치한다. 웨이퍼는 웨이퍼 홀딩 모듈(302)의 웨이퍼 홀더(304) 상에 수직 또는 거의 수직 배향, 즉, 수직으로부터 0 내지 20° 기울어진다. 그 후, 로봇(312)이 후퇴되고 게이트 밸브(IN)가 폐쇄된다. 그런 다음, 로드 록/교환 챔버 LL/EX(305) 내부로 진공을 도입할 수 있다. 진공이 도입되면, 운반 캐리어(150)는 로드 록/교환 챔버 LL/EX(305)의 로딩 위치로 이동하고, 웨이퍼는 웨이퍼 홀더(304)로부터 운반 캐리어(150)로 이송된다.
언급된 바와 같이, 일부 실시예에서 캐리어(150)는 정전 척(157)을 포함하는 기판 홀더(154')를 갖는다. 이러한 실시예들에서, 상기 방법은 웨이퍼의 장치 측면이 웨이퍼 홀더(304)를 향하고, 웨이퍼의 후면이 홀더(304)로부터 멀어지는 배향으로 상기 엔드 이펙터가 웨이퍼를 웨이퍼 홀더(304) 상에 배치하도록 진행한다. 그 다음, 캐리어가 로드 록(305)에 진입할 때, 상기 정전 척이 활성화되어 웨이퍼의 후면에 의해 기판 홀더(154')에 웨이퍼를 척킹한다.
이 실시예에서, 웨이퍼 홀딩 모듈(302)은 제1 위치와 제2 위치, 즉, 확장 위치와 수축 위치 사이에서 수평으로 이동하는 수축 가능한 웨이퍼 홀더(304)를 갖는다. 하나의 위치는 로봇(312)과 웨이퍼들을 교환하기 위해 사용되는 반면, 다른 위치는 캐리어들(150)과 웨이퍼들을 교환하기 위한 것이다. 또한, 하나의 위치는 웨이퍼들을 (새로운 기판들을 로딩하는 경우 로봇으로부터, 또는 처리된 기판들을 언로딩하는 경우 캐리어로부터) 수용하는 위치한 반면, 다른 하나는 웨이퍼들을 (새 기판을 로딩하는 경우 캐리어로, 또는 처리된 기판을 언로딩하는 경우 로봇으로) 발송하는 위치이다.
사용된 특정 아키텍처에 따라, 캐리어(150)는 상이한 위치들로부터 및 상이한 방법들 및 경로들에 의해 로드 록(305) 내부의 로딩 위치로 이동될 수 있다. 도 3a에 도시된 예에서, 캐리어(150)는 턴테이블(322)의 회전에 의해 로딩 위치로 이동한다. 이것은 캐리어(150)를 언로딩 위치에서 로딩 위치로 이동시킨다. 도 3b와 관련하여 설명되는 바와 같이, 다른 예에서, 운반 캐리어(150)는 운반 챔버(TR310)로부터 로드 록/교환 챔버 LL/EX(305)의 로딩 위치로 이동한다. 반대로, 도 3c와 관련하여 설명되는 바와 같이, 다른 예에서, 이송 캐리어(150)를 로딩 위치로 이동시키기 위해 턴테이블이 사용되지 않는다.
턴테이블(322)은 선형 트랙 섹션(321)을 포함하여, 캐리어들이 선형 트랙들(128A, 128B)로부터 턴테이블(322) 상으로 및 턴테이블(322)을 벗어나 이동할 수 있도록 한다. 턴테이블(322)은 또한 선형 트랙 섹션들(321)에서 캐리어들의 선형 운동에 영향을 주기 위해, 휠들(135)과 유사한 전동식 휠들을 가질 수 있다.
이송 캐리어(150)에 새로운 웨이퍼가 로딩된 후, 캐리어(150)는 이송 챔버(310)로 이동되고 게이트 밸브(EN)는 또 다른 로딩 사이클 동안 폐쇄될 수 있다. 게이트 밸브(EN)가 닫힌 후, 게이트 밸브(EN)가 열릴 수 있고 이송 캐리어(150)는 연속 통과 처리 섹션(115)으로 들어간다. 그 후, 웨이퍼의 처리는 개시된 실시예들 중 임의의 것에 대해 전술한 바와 같이 진행되며, 여기서 캐리어는 상기 레이스 트랙 모노레일로 들어가 필요한 만큼 많은 통로들로서의 레이스 트랙 회로 주위로 이동한다.
언로딩은 물론 역 동작이다. 처리된 웨이퍼를 가진 캐리어는 이송 챔버(310)로 들어가고, 그 후 턴테이블(322) 상의 언로딩 위치로 이동하고, 웨이퍼는 웨이퍼 홀더(304) 상에 로딩된다. 그 다음, 빈 캐리어는 새로운 웨이퍼를 수용하기 위해 로딩 위치로 이동한다. 한편, 상기 SCARA 로봇은 웨이퍼 홀더(304)로부터 웨이퍼를 제거하고 FOUP(300)에 배치하는 데 사용된다.
따라서, 웨이퍼 로딩 시스템이 개시되며, 이는 회전하는 손목부를 통해 로봇 암에 결합된 엔드 이펙터를 갖는 로봇 암; 웨이퍼 홀더를 작동시키는 웨이퍼 홀딩 모듈을 갖는 로드 록 챔버; 상기 로드 록 챔버를 경감시키는 이송 챔버; 상기 로드 록 챔버와 상기 이송 챔버 사이에 위치한 게이트 밸브; 상기 로드 록 챔버 및 상기 이송 챔버를 횡단하는 트랙들; 및 상기 트랙들을 타고 상기 웨이퍼 홀더와 상기 웨이퍼들을 교환하도록 구성된 웨이퍼 캐리어를 포함한다. 상기 웨이퍼 로딩 시스템은 또한 턴테이블을 포함할 수 있으며, 상기 턴테이블은 캐리어들을 수용하도록 그 위에 위치한 트랙 섹션들을 갖는다. 상기 턴테이블은 상기 선형 트랙 섹션들 상에서 캐리어를 이동시키기 위한 전동 휠들을 더 포함할 수 있다. 캐리어는 트랙들을 자유롭게 주행하고 전동 휠들에 의해 운반되도록 구성될 수 있다. 캐리어는 정전 척을 더 포함할 수 있다.
운반 캐리어를 언로딩 위치로부터 로딩 위치로 이동시키기 위해, 운반 캐리어는 언로딩 위치로부터 연속 통과 처리 섹션(115)으로 간단이 이동될 수 있으며, 엔드리스 벨트(130)를 사용하여, 캐리어가 상기 레이스 트랙 주위로 이동되어 상기 로딩 스테이션으로 나갈 수 있다. 그러나, 개시된 실시예들에서, 이러한 운반 프로세스는 예를 들어 턴테이블(322)을 사용함으로써 회피된다. 도 3a의 실시예에서 턴테이블(322)은 로드 록 챔버 내부에 위치된다. 그러나, 턴테이블(322)은 아래에 설명된 바와 같이, 시스템의 다른 챔버들 내에 위치하거나, 또는 완전히 제거될 수 있다.
도 3b는 반도체 웨이퍼들을 처리하도록 구성된 다른 실시예를 도시한다. 도 3b의 실시예는 턴테이블(322)이 로드 록 챔버 및 이송 챔버 외부에 위치한다는 점을 제외하고는, 도 3a의 실시예와 유사하다. 이 예에서, 상기 턴테이블은 이송 챔버(310)와 처리 섹션(115) 사이, 즉, 상기 이송 챔버와 상기 레이스 트랙 섹션 사이에 위치한다. 다른 실시예(미도시)에서는, 턴테이블(322)은 이송 챔버(TR310) 내에 위치할 수 있다.
따라서, 상기 웨이퍼 로딩 시스템은 그 위에 선형 트랙 섹션들을 갖는 턴테이블을 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 처리 챔버는 그 위에 선형 트랙 섹션들을 갖는 턴테이블을 더 포함할 수 있다. 또 다른 대안으로, 그 위에 선형 트랙 섹션을 갖는 턴테이블이, 상기 처리 챔버와 상기 웨이퍼 로딩 시스템 사이에 위치할 수 있다.
지금까지 설명된 임의의 실시예들은 다른 처리 챔버들 및/또는 시스템들에 결합될 수 있다. 이러한 예 중 하나가 도 3c에 제공된다. 명확성을 위해, 도 3c의 예시는 상기 로딩 섹션의 일부를 생략하지만, 본 명세서에서 상세히 설명된 임의의 실시예들에서 설명된 임의의 로딩 섹션은 기판들을 상기 시스템에 로딩하기 위해 사용될 수 있다.
턴테이블(323)은 로딩 측의 반대쪽 단부 측에서 상기 레이스 트랙 너머에 위치한다. 턴테이블(323)은 상기 레이스 트랙으로부터 운반 캐리어들을 수용하고, 캐리어들을 부착된 처리 챔버 또는 처리 시스템(예를 들어, 종래의 메인 프레임 처리 시스템)으로 운반하도록 구성된다. 도 3c의 예시에서, 요소들(326) 중 임의의 것은 이러한 처리 챔버 또는 처리 시스템, 예를 들어 메인 프레임을 나타낼 수 있다. 캐리어들(150)은 반대쪽의 트랙 교환기들(140) 장치와 유사하게 트랙 교환기들(140A) 장치를 사용하여, 레이스 트랙 모노레일(127)로부터 턴테이블(323)로 이송될 수 있다. 턴테이블(323)은 캐리어들을 수용하기 위한 선형 트랙 섹션들(321)을 포함하고, 선형 트랙 섹션들(321)상에서 캐리어들을 이동시키기 위한 전동 휠들(135)도 포함할 수 있다.
또한, 도 3c에는 개시된 실시예 중 임의의 것에 사용될 수 있고 단순히 턴테이블이라고도 지칭될 수 있는, 턴테이블의 상이한 구조가 도시되어 있다. 구체적으로, 턴테이블(327)은 스포크들(329)을 갖는 허브(328)와 같은 구조들이다. 선형 트랙 섹션(331)은 각 스포크(329)의 단부에 부착된다. 각각의 선형 트랙 섹션(331)은 트랙들(128)의 연속을 형성하도록 끼워진다.
도 3a 내지 3c의 실시예들에서, 캐리어들을 언로딩 측에서 로딩 측으로 이동시키기 위한 턴테이블과 함께 별도의 로딩 및 언로딩 장치들이 도시되어 있다. 그러나, 이것은 필수 사항이 아니며, 대신 단일 장치를 사용하여 로딩 및 언로딩할 수 있다. 상기 처리 순서가 충분한 시간을 남겨두는 상황에서, 단일 로딩/언로딩 장치는 처리 웨이퍼를 언로딩한 다음 새로운 웨이퍼를 로딩하는 데 사용할 수 있다. 도 3d에 예시가 제공된다. 로드 록(305)이 비워진 후, 게이트 밸브(EN)가 개방되고 이송 챔버(310)에서 대기중인 처리된 웨이퍼를 갖는 캐리어(150)가 로드 록(305)으로 이동될 수 있다. 처리된 웨이퍼는 캐리어(150)로부터 웨이퍼 홀더(304)로 이동한다. 그 후, 캐리어는 이송 챔버(310)로 복귀될 수 있고 게이트 밸브(EN)는 폐쇄된다. 로드 록은 대기압이 되고 IN 게이트 밸브가 열리면 로봇(312)은 처리된 웨이퍼를 홀더(304)로부터 제거하고, 홀더(304)에 새로운 웨이퍼를 놓을 수 있다. 그런 다음 IN 게이트 밸브가 닫히고 로드 록(305)에 진공이 도입된다. 그 다음, 게이트 밸브(EN)가 개방되고 캐리어(150)가 로드 록으로 다시 이동하고, 웨이퍼 홀더(304)로부터 새로운 웨이퍼를 로딩한다. 캐리어는 이송 챔버로 돌아가고 게이트 밸브(EN)이 닫힌다. 그 후, 게이트 밸브(EX)가 개방되고, 캐리어는 트랙 교환기(140)를 통해 레이스 트랙 모노레일(127) 상으로 이송될 수 있다.
본 명세서에 설명된 프로세스 및 기술들은 본질적으로 임의의 특정 장치와 관련되지 않으며, 임의의 적절한 구성 요소들의 조합에 의해 구현될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 다양한 유형의 범용 장치들이 본 명세서에 설명된 교시들에 따라 사용될 수 있다. 본 발명은 모든 측면에서 제한적이기보다는 예시적인 것으로 의도된 특정 실시예들과 관련하여 설명되었다. 당업자는 많은 상이한 조합들이 본 발명을 실시하는 데 적합하다는 점을 이해할 것이다.
더욱이, 본 발명의 다른 구현들은 본 명세서에 개시된 발명의 명세서 및 실시를 고려함으로써 당업자에게 명백할 것이다. 설명된 실시예들의 다양한 측면들 및/또는 구성요소들은 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 발명의 명세서 및 실시예들은 단지 예시적인 것으로 간주되며, 본 발명의 진정한 범위 및 의미는 다음의 청구범위에 의해 표시된다.
Claims (21)
- 기판 처리 시스템으로서,
복수의 처리 윈도우 및 그 내부에 위치한 연속 트랙을 갖는 진공 인클로저;
상기 진공 인클로저의 측벽에 부착된 복수의 처리 챔버- 각각의 처리 챔버는 상기 처리 윈도우 중 하나의 주위에 있음 -;
상기 진공 인클로저의 일 단부에 부착되고 내부에 로딩 트랙이 있는 로드 록;
상기 로드 록을 상기 진공 인클로저로부터 분리하는 적어도 하나의 게이트 밸브;
상기 연속 트랙 및 상기 로딩 트랙 상에서 이동하도록 구성된 복수의 기판 캐리어;
상기 진공 인클로저 내에 위치한 적어도 하나의 트랙 교환기- 상기 트랙 교환기는, 기판 캐리어들이 상기 연속 트랙 상에서 연속적으로 이동하도록 형성된 제1 위치와, 기판 캐리어들이 상기 연속 트랙과 상기 로딩 트랙 사이에서 이동하도록 형성된 제2 위치 사이에서 이동 가능함 -;
상기 진공 인클로저 내부에 위치한 엔드리스 벨트; 및
상기 로드 록 내부에 위치한 복수의 전동 휠을 포함하며,
상기 기판 캐리어들은 상기 연속 트랙 상에서 이동할 때 상기 엔드리스 벨트와 맞물리고, 상기 로딩 트랙 상에서 이동할 때 상기 전동 휠과 맞물리며,
상기 엔드리스 벨트는 복수의 구동 포크를 포함하고,
상기 각각의 기판 캐리어는,
상기 연속 트랙 및 상기 로딩 트랙과 맞물리도록 구성된 자유롭게 회전하는 복수의 휠;
상기 전동 휠들과 맞물리도록 구성된 구동 바; 및
상기 구동 포크와 맞물리도록 구성된 구동 핀을 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 진공 인클로저 반대편의 상기 로드 록에 부착된 대기 섹션을 더 포함하고,
상기 대기 섹션은,
반환 트랙; 및
복수의 구동 포크가 부착된 구동 휠을 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 연속 트랙은 레이스트랙 모노레일을 포함하고, 상기 로딩 트랙은 직선 모노레일을 포함하는, 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 트랙 교환기는, 베이스, 상기 베이스 상에 위치한 곡선형 모노레일 섹션, 및 상기 베이스 상에 위치한 직선형 모노레일 섹션을 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 각각의 처리 챔버는 회전 힌지를 통해 진공 인클로저에 부착되는, 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 처리 챔버 중 적어도 하나는 셔터를 갖는 스퍼터링 소스를 포함하는, 시스템.
- 기판 처리 시스템으로서,
제1 측면, 및 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면을 갖는 로드 록 섹션;
상기 로드 록 섹션의 제1 측면에 결합된 대기 섹션;
상기 로드 록 섹션의 제2 측면에 부착되고 복수의 처리 챔버가 부착된 진공 섹션;
캐리어 수송 메커니즘으로서,
ⅰ. 레이스트랙 형태이고 상기 진공 섹션 내에 위치한 제1 모노레일 섹션, 상기 로드 록 섹션 내에 위치하고 상기 대기 섹션 및 상기 진공 섹션으로 확장된 2개의 평행하는 선형 모노레일을 갖는 제2 모노레일 섹션, 및 상기 대기 섹션 내에 위치하고 상기 선형 모노레일들 중 하나의 연장부와 만나는 일 단부와 상기 선형 모노레일 중 다른 하나의 연장부와 만나는 타 단부를 갖는 곡선 형태의 제3 모노레일 섹션으로 형성된 모노레일,
ⅱ. 상기 레이스트랙에 위치한 모티브 요소,
ⅲ. 상기 제2 모노레일 섹션을 따라 위치한 복수의 전동 휠,
ⅳ. 상기 제1 모노레일 섹션의 일 단부에 위치한 2개의 트랙 교환기- 각각의 트랙 교환기는, 이동식 테이블, 상기 테이블 위에 위치한 직선형 모노레일 섹션, 및 상기 테이블 위에 위치한 곡선형 모노레일 섹션을 포함함 -를 포함하는 캐리어 수송 메커니즘; 및
복수의 휠을 갖고, 캐리어가 상기 모노레일 상에 탑승하도록 상기 모노레일과 맞물리도록 구성된 복수의 캐리어를 포함하는, 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 복수의 캐리어 각각은, 베이스에 부착된 구동 바- 상기 구동 바는 상기 제2 모노레일 섹션을 타는 동안 캐리어를 이동시키기 위해 복수의 전동 휠과 맞물리도록 구성됨 -를 포함하는, 시스템.
- 제8항에 있어서,
상기 복수의 캐리어 각각은, 상기 제1 모노레일 섹션에 있는 동안 캐리어를 이동시키기 위해 상기 베이스에 부착되고 상기 모티브 요소와 맞물리도록 구성된 결합 메커니즘을 더 포함하는, 시스템.
- 제9항에 있어서,
상기 트랙 교환기가 제1 위치에 있을 때, 상기 곡선형 모노레일 섹션은 상기 제1 모노레일 섹션과 정렬되어 캐리어들이 상기 제1 모노레일 섹션을 따라 연속적으로 이동하게 하고,
상기 트랙 교환기가 제2 위치에 있을 때 상기 직선형 모노레일 섹션은 상기 로드 록 섹션과 상기 진공 섹션 사이에서 캐리어들이 교환되도록 상기 제1 모노레일 섹션을 상기 제2 모노레일 섹션에 연결하는, 시스템.
- 제9항에 있어서,
상기 대기 섹션은 언로딩 섹션 및 로딩 섹션을 포함하고, 상기 언로딩 섹션으로부터 상기 로딩 섹션으로 캐리어들을 이송하는 교환기를 더 포함하는, 시스템.
- 제11항에 있어서,
상기 교환기는 구동 휠을 포함하는, 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 모티브 요소는, 상기 레이스트랙에 위치하고 복수의 구동 포크가 부착된 엔드리스 벨트를 포함하는, 시스템.
- 기판 처리 시스템으로서,
제1 측면 및 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면을 갖는 로드 록 섹션;
상기 로드 록 섹션의 제1 측면에 부착된 대기 섹션;
상기 로드 록 섹션의 제2 측면에 부착되고 복수의 처리 챔버가 부착된 진공 섹션;
캐리어 수송 메커니즘으로서,
ⅰ. 레이스트랙 형태이고 상기 진공 섹션 내에 위치한 제1 모노레일 섹션, 상기 로드 록 섹션 내에 위치하고 상기 대기 섹션과 상기 진공 섹션으로 확장되는 2개의 평행한 선형 모노레일을 갖는 제2 모노레일 섹션, 및 상기 대기 섹션 내에 위치하고, 상기 선형 모노레일 중 하나의 연장부와 만나는 일 단부와 상기 선형 모노레일 중 다른 하나의 연장부와 만나는 타 단부를 갖는 곡선 형태의 제3 모노레일 섹션으로 형성된 모노레일,
ⅱ. 상기 레이스트랙에 위치하며 복수의 구동 포크가 부착된 엔드리스 벨트,
ⅲ. 상기 대기 섹션 내에 위치하며 복수의 구동 포크가 부착된 구동 휠,
ⅳ. 상기 제2 모노레일 섹션을 따라 위치한 복수의 전동 휠,
ⅴ. 제1 모노레일 섹션의 일 단부에 위치한 2개의 트랙 교환기- 각각의 트랙 교환기는 이동식 테이블, 상기 테이블 상에 위치한 직선형 모노레일 섹션, 및 상기 테이블 상에 위치한 곡선형 모노레일 섹션을 포함함 -를 포함하는 캐리어 수송 메커니즘;
각각이 베이스를 갖는 복수의 캐리어, 상기 베이스에 부착되고 상기 모노레일 상에서 상기 캐리어가 자유롭게 탑승할 수 있도록 상기 모노레일과 맞물리는 복수의 바퀴, 상기 베이스에 부착되고 상기 제2 모노레일 섹션에 탑승한 상태에서 상기 캐리어를 이동시키기 위해 상기 복수의 전동 휠과 맞물리도록 구성된 구동 바, 및 상기 베이스에 부착되고 상기 제1 또는 제3 모노레일 섹션에 있는 동안 캐리어를 이동시키기 위해 상기 구동 포크와 맞물리도록 구성된 구동 핀을 포함하며,
상기 트랙 교환기가 제1 위치에 있을 때, 상기 곡선형 모노레일 섹션은 상기 제1 모노레일 섹션과 정렬되어 캐리어들이 상기 제1 모노레일 섹션을 따라 상기 구동 포크에 의해 연속적으로 이동하게 하고,
상기 트랙 교환기가 제2 위치에 있을 때, 상기 곡선형 모노레일 섹션은 상기 제1 모노레일 섹션을 상기 제2 모노레일 섹션에 연결하여 캐리어들이 상기 로드 록 섹션과 상기 진공 섹션 사이에서 교환되도록 하는, 시스템.
- 제14항에 있어서,
상기 각각의 기판 캐리어는 상기 베이스에 제거 가능하게 부착된 기판 홀더를 포함하는, 시스템.
- 제14항에 있어서,
상기 복수의 처리 챔버 각각은 셔터를 포함하는, 시스템.
- 제14항에 있어서,
상기 로드 록 섹션은, 서로 독립적인 진공 환경을 갖는 로딩 로드 록 및 언로딩 로드 록을 포함하는, 시스템.
- 제14항에 있어서,
상기 복수의 처리 챔버 중 적어도 하나는 셔터를 갖는 스퍼터링 소스를 포함하는, 시스템.
- 제14항에 있어서,
상기 복수의 처리 챔버는, 상기 복수의 처리 챔버 사이에 밸브 게이트 없이 공통 진공 분위기에 연결되는, 시스템.
- 제14항에 있어서,
상기 대기 섹션은, 로딩 섹션 및 언로딩 섹션을 포함하는, 시스템.
- 제14항에 있어서,
상기 로드 록 섹션은, 공통 진공 분위기를 유지하고 동시에 작동하는 게이트 밸브를 갖는 로딩 로드 록 및 언로딩 로드 록을 포함하는, 시스템.
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GRNT | Written decision to grant |