KR101019843B1 - 기밀 모듈 및 상기 기밀 모듈의 배기 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 처리량을 저하시키지 않고, 기판의 주면(主面)에 형성된 패턴이 붕괴되는 것을 방지할 수 있는 기밀 모듈을 제공한다.
기판 처리 시스템의 로드록 모듈(5)은 이송탑재 아암(31)과, 챔버(32)와, 로드록 모듈 배기계(34)를 가지며, 챔버(32) 내에는, 챔버(32) 내에 반입된 웨이퍼(W)의 주면과 대향하도록 판형상 부재(36)가 배치되고, 웨이퍼(W)의 주면의 바로 위에는 웨이퍼(W) 및 판형상 부재(36)에 의해, 챔버(32)의 나머지 부분으로부터 분리된 배기 유로가 구획형성되며, 해당 배기 유로의 단면적은 챔버(32)의 나머지 부분의 단면적보다 작다.
Description
본 발명은 기밀 모듈 및 해당 기밀 모듈의 배기 방법에 관한 것으로, 특히 소정의 처리가 실시되어 주면(主面)에 패턴이 형성된 기판이 반입되는 챔버를 구비한 기밀 모듈에 관한 것이다.
기판으로서의 웨이퍼에 소정의 처리, 예를 들면 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 시스템은, 웨이퍼를 수용하여 플라즈마 처리를 실시하는 프로세스 모듈과, 해당 프로세스 모듈로 웨이퍼를 반입하는 동시에 해당 프로세스 모듈로부터 처리 완료된 웨이퍼를 반출하는 로드록 모듈과, 복수매의 웨이퍼를 수용하는 용기로부터 웨이퍼를 취출하여 로드록 모듈에 주고 받는 로더 모듈을 구비한다.
통상, 기판 처리 시스템의 로드록 모듈은 웨이퍼를 받아들이는 챔버를 갖고, 대기압 하에서 웨이퍼를 받아들이고, 챔버 내를 소정의 압력까지 진공 배기한 후, 프로세스 모듈측의 게이트를 열고, 프로세스 모듈에 웨이퍼를 반입하고, 플라즈마 처리가 종료하면, 프로세스 모듈로부터 처리 완료된 웨이퍼를 반출하고, 프로세스 모듈측의 게이트를 닫고, 챔버 내를 대기압으로 되돌리고, 웨이퍼를 로더 모듈로 반출한다고 하는 기능을 갖는다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제 2006-128578 호 공보
그러나, 상술한 로드록 모듈에서는, 플라즈마 처리가 실시되어 주면에 패턴이 형성된 웨이퍼를 대기압 하에서 받아들인 후, 챔버 내를 진공 배기하면, 웨이퍼의 주면에 형성된 패턴이 붕괴되는 경우가 있다.
패턴 붕괴의 발생 매커니즘으로는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 진공 배기시에 챔버 내의 패턴(P) 사이에 존재하는 기체 분자(m)가 패턴(P)에 충돌하고, 충돌하는 해당 기체 분자(m)의 운동량에 의해 패턴(P)이 붕괴되는 것으로 생각되고 있다.
웨이퍼의 주면에 있어서의 패턴 붕괴의 발생은, 해당 웨이퍼로 제조되는 반도체 디바이스에 있어서 단락 등의 불량을 야기하고, 최종적으로 제조되는 반도체 디바이스의 제품 비율을 저하시킨다.
종래, 이에 대응하여, 로드록 모듈에서는, 진공 배기시의 배기 속도를 저하시키는 것에 의해 챔버 내의 기체 분자의 운동량을 저하시켜서 패턴 붕괴를 방지하고 있지만, 진공 배기시의 배기 속도를 저하시키면, 요구되는 진공도에 달할 때까지 장시간이 필요하기 때문에, 기판 처리 시스템의 처리량이 현저하게 저하된다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 처리량을 저하시키지 않고, 기판의 주면에 형성된 패턴이 붕괴되는 것을 방지할 수 있는 기밀 모듈 및 해당 기밀 모듈의 배기 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 기재된 기밀 모듈은, 소정의 처리가 실시되어 주면에 패턴이 형성된 기판이 반입되는 챔버를 구비하는 기밀 모듈에 있어서, 상기 반입된 기판의 상기 주면에 대향하도록 배치된 판형상 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 기밀 모듈은, 청구항 1에 기재된 기밀 모듈에 있어서, 상기 판형상 부재는 상기 주면과의 간격이 5mm 이하가 되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 기밀 모듈은, 청구항 1 또는 2에 기재된 기밀 모듈에 있어서, 상기 판형상 부재는 망상 구조체 또는 다공성 구조체인 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 기밀 모듈은, 청구항 1 또는 2에 기재된 기밀 모듈에 있어서, 상기 판형상 부재에는 슬릿 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재된 기밀 모듈은, 청구항 1 또는 2에 기재된 기밀 모듈에 있어서, 상기 판형상 부재는 해당 판형상 부재를 관통하는 복수의 구멍을 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항 6에 기재된 기밀 모듈은, 청구항 5에 기재된 기밀 모듈에 있어서, 상기 복수의 구멍은 상기 주면에 대하여 수직 방향으로 형성된 것을 특징으로 한다.
청구항 7에 기재된 기밀 모듈은, 청구항 5 또는 6에 기재된 기밀 모듈에 있어서, 상기 주면에 대향하도록 배치되고 또한 상기 챔버 내를 배기하는 배기 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 8에 기재된 기밀 모듈은, 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 기밀 모듈에 있어서, 상기 챔버 내에 경원소 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 9에 기재된 기밀 모듈은, 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 기밀 모듈에 있어서, 상기 판형상 부재와 상기 주면을 이간(離間)시키는 이간 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 10에 기재된 기밀 모듈은, 소정의 처리가 실시되어 주면에 패턴이 형성된 기판이 반입되는 챔버를 구비하는 기밀 모듈에 있어서, 상기 반입된 기판의 상기 주면에 대향하는 상기 챔버의 부분을 향해서 해당 기판을 상승시키는 기판 리프트 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 11에 기재된 기밀 모듈의 배기 방법은, 소정의 처리가 실시되어 주면에 패턴이 형성된 기판이 반입되는 챔버를 구비하는 기밀 모듈의 배기 방법에 있어서, 상기 반입된 기판의 상기 주면에 대향하도록 상기 챔버 내에 판형상 부재를 배치하는 배치 단계와, 상기 챔버 내를 배기하는 배기 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항 12에 기재된 기밀 모듈의 배기 방법은, 청구항 11에 기재된 기밀 모듈의 배기 방법에 있어서, 상기 배기 단계에 앞서, 상기 챔버 내를 저진공까지 배기하는 저진공 배기 단계와, 상기 저진공까지 배기된 챔버 내에 경원소 가스를 공급하는 가스 공급 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 13에 기재된 기밀 모듈의 배기 방법은, 소정의 처리가 실시되어 주면에 패턴이 형성된 기판이 반입되는 챔버를 구비하는 기밀 모듈의 배기 방법에 있어서, 상기 반입된 기판의 상기 주면에 대향하는 상기 챔버의 부분을 향해서 해당 기판을 상승시키는 기판 리프트 단계와, 상기 챔버 내를 배기하는 배기 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항 1에 기재된 기밀 모듈 및 청구항 11에 기재된 기밀 모듈의 배기 방법에 의하면, 기판의 주면에 대향하도록 판형상 부재가 배치되기 때문에, 기판의 주면의 바로 위에 기판 및 판형상 부재에 의해 챔버의 나머지 부분으로부터 격리된 배기 유로가 구획형성된다. 해당 배기 유로의 단면적은 챔버의 나머지 부분의 단면적보다도 작으므로, 배기 유로의 컨덕턴스를 챔버의 나머지 부분의 컨덕턴스보다도 작게 할 수 있다. 그 결과, 진공 배기시에 있어서 기판의 주면의 바로 위의 기체 분자, 즉 기판의 주면에 형성된 패턴 사이에 존재하는 기체 분자의 운동량이 저하하므로, 해당 기체 분자의 충돌에 의해 해당 패턴이 붕괴되는 일이 없다. 또한, 챔버 내에 있어서 기판의 주면의 바로 위의 배기 유량은 상대적으로 미량이기 때문에, 상기 배기 유로의 컨덕턴스의 변화는, 챔버 내 전체의 배기류의 컨덕턴스에 영향을 미치지 않는다. 그 결과, 진공 배기시의 배기 시간은 길어지지 않는다. 따라서, 기판 처리 시스템의 처리량을 저하시키는 일 없이, 기판의 주면에 형성된 패턴이 붕괴되는 것을 방지할 수 있다.
청구항 2에 기재된 기밀 모듈에 의하면, 판형상 부재는 기판의 주면과의 간격이 5mm 이하가 되도록 배치되므로, 기판과 판형상 부재에 의해 구획형성되는 배기 유로의 컨덕턴스를 패턴 붕괴를 방지할 수 있는 컨덕턴스로 확실하게 할 수 있으며, 이로써 기판의 주면에 형성된 패턴이 붕괴되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
청구항 3에 기재된 기밀 모듈에 의하면, 판형상 부재는 망상 구조체 또는 다공성 구조체이므로, 기판과 판형상 부재에 의해 구획형성되는 배기 유로의 컨덕턴스가 필요 이상으로 작게 되는 것을 방지할 수 있고, 이로써 챔버 내의 진공 배기를 신속하게 실행할 수 있다.
청구항 4에 기재된 기밀 모듈에 의하면, 판형상 부재에는 슬릿 가공이 실시되어 있으므로, 기판과 판형상 부재에 의해 구획형성되는 배기 유로의 컨덕턴스가 필요 이상으로 작게 되는 것을 방지할 수 있고, 이로써 챔버 내의 진공 배기를 신속하게 실행할 수 있다.
청구항 5에 기재된 기밀 모듈에 의하면, 판형상 부재는 해당 판형상 부재를 관통하는 복수의 구멍을 가지므로, 기판의 주면의 바로 위에 있어서의 기체는 그 일부가 복수의 구멍을 통과하여 배기된다. 따라서, 진공 배기시에 해당 기체의 일부는, 기판의 주면으로부터 판형상 부재를 향해 흐른다. 즉, 주면에 형성된 패턴에 대하여 거의 평행하게 흐른다. 이로써, 일부의 기체 분자의 해당 패턴으로의 충돌을 방지할 수 있고, 이로써 패턴 붕괴를 확실하게 방지할 수 있다.
청구항 6에 기재된 기밀 모듈에 의하면, 판형상 부재를 관통하는 복수의 구멍은 기판의 주면에 대하여 수직 방향으로 형성되므로, 진공 배기시에 해당 복수의 구멍을 통과하는 기체를 확실하게 주면에 형성된 패턴에 대하여 평행하게 흘릴 수 있다.
청구항 7에 기재된 기밀 모듈에 의하면, 챔버 내를 배기하는 배기 장치가 기판의 주면에 대향하도록 배치되므로, 진공 배기시에 해당 복수의 구멍을 통과하는 기체를 더욱 확실하게 주면에 형성된 패턴에 대하여 평행하게 흘릴 수 있다.
청구항 8에 기재된 기밀 모듈에 의하면, 챔버 내에 경원소 가스를 공급하므로, 챔버 내의 기체를 경원소 가스로 치환할 수 있다. 그 결과, 진공 배기시에 있어서 기판의 주면의 바로 위의 기체 분자, 즉 기판의 주면에 형성된 패턴 사이에 존재하는 기체 분자의 운동량을 저하시킬 수 있고, 이로써 기판의 주면에 형성된 패턴이 붕괴되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
청구항 9에 기재된 기밀 모듈에 의하면, 판형상 부재와 기판의 주면을 이간시키기 때문에, 기판과 판형상 부재에 의해 구획형성되는 배기 유로의 컨덕턴스를 제어할 수 있다. 또한, 진공 배기시에 있어서의 챔버 내의 압력에 따라서 판형상 부재의 이간량을 제어함으로써, 진공 배기시에 있어서의 챔버 내의 압력에 따라 해당 배기 유로의 컨덕턴스를 적절히 제어할 수 있다.
청구항 10에 기재된 기밀 모듈 및 청구항 13에 기재된 기밀 모듈의 배기 방법에 의하면, 기판이 해당 기판의 주면에 대향하는 챔버의 부분을 향해서 상승된다. 이때, 기판의 주면의 바로 위에는 기판 및 챔버의 부분에 의해, 챔버의 나머지 부분으로부터 격리된 배기 유로가 구획형성된다. 해당 배기 유로의 단면적은 챔버의 나머지 부분의 단면적보다도 작으므로, 배기 유로의 컨덕턴스를 챔버의 나머지 부분의 컨덕턴스보다 작게할 수 있다. 이로써, 상술한 청구항 1에 기재된 기밀 모듈 및 청구항 11에 기재된 기밀 모듈의 배기 방법과 동일한 효과를 실현할 수 있다.
청구항 12에 기재된 기밀 모듈의 배기 방법에 의하면, 챔버 내가 저진공까지 배기되고, 챔버 내에 경원소 가스가 공급되므로, 챔버 내의 기체가 경원소 가스로 치환된다. 그 결과, 진공 배기시에 있어서 기판의 주면의 바로 위의 기체 분자, 즉 기판의 주면에 형성된 패턴 사이에 존재하는 기체 분자의 운동량을 저하시킬 수 있고, 이로써 기판의 주면에 형성된 패턴이 붕괴되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
우선, 본 발명의 실시형태에 따른 기밀 모듈을 구비한 기판 처리 시스템에 대해서 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 따른 기밀 모듈을 구비한 기판 처리 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 1에 있어서, 기판 처리 시스템(1)은, 기판으로서의 반도체용 웨이퍼(W)(이하, 간단히「웨이퍼(W)」라 함)에 대하여 낱장마다 성막 처리, 확산 처리, 에칭 처리 등의 각종 플라즈마 처리를 실시하는 프로세스 모듈(2)과, 소정 매수의 웨이퍼(W)를 수용하는 웨이퍼 카세트(3)로부터 웨이퍼(W)를 취출하는 로더 모듈(4)과, 해당 로더 모듈(4) 및 프로세스 모듈(2) 사이에 배치되어, 로더 모듈(4)로부터 프로세스 모듈(2), 혹은 프로세스 모듈(2)로부터 로더 모듈(4)로 웨이퍼(W)를 반송하는 로드록 모듈(5)(기밀 모듈)을 구비한다.
프로세스 모듈(2) 및 로드록 모듈(5)은 게이트 밸브(6)를 거쳐서 접속되고, 로드록 모듈(5) 및 로더 모듈(4)은 게이트 밸브(7)를 거쳐서 접속된다. 또한, 로드록 모듈(5)의 내부 및 로더 모듈(4)의 내부는, 도중에 개폐 가능한 밸브(8)가 배치된 연통관(9)에 의해 연통된다.
프로세스 모듈(2)은, 금속제, 예컨대, 알루미늄 또는 스테인리스강제의 원통형 챔버(10)를 갖고, 해당 챔버(10) 내에, 예를 들어, 지름이 300mm인 웨이퍼(W)를 탑재하는 탑재대로서의 원주 형상의 서셉터(11)가 배치되어 있다.
챔버(10)의 측벽과 서셉터(11) 사이에는, 후술하는 처리 공간(S)의 가스를 챔버(10)의 밖으로 배출하는 유로로서 기능하는 배기로(12)가 형성된다. 이 배기로(12)의 도중에는 환상의 배기 플레이트(13)가 배치되고, 배기로(12)의 배기 플레이트(13)보다 하류의 공간에서 있는 매니폴드(14)는 가변식 나비꼴 밸브인 자동 압력 제어 밸브(Adaptive Pressure Control Valve)(이하,「APC 밸브」라 함; 15)에 연통한다. APC 밸브(15)는 진공 소개용의 배기 펌프인 터보 분자 펌프(이하,「TMP」라 함; 16)에 접속된다. 여기에서, 배기 플레이트(13)는 처리 공간(S)에서 발생한 플라즈마가 매니폴드(14)로 유출하는 것을 방지한다. APC밸브(15)는 챔버(10) 내의 압력 제어를 실행하고, TMP(16)는 챔버(10) 내를 거의 진공 상태가 될 때까지 감압한다.
서셉터(11)에는 고주파 전원(17)이 정합기(18)를 거쳐서 접속되어 있고, 고주파 전원(17)은 고주파 전력을 서셉터(11)에 공급한다. 이로써, 서셉터(11)는 하부 전극으로서 기능한다. 또한, 정합기(18)는 서셉터(11)로부터의 고주파 전력의 반사를 저감해서 해당 고주파 전력의 서셉터(11)로의 공급 효율을 최대로 한다.
서셉터(11)에는, 웨이퍼(W)를 쿨롱 힘 또는 존슨 라벡 힘에 의해 흡착하기 위한 전극판(도시하지 않음)이 배치되어 있다. 이로써, 웨이퍼(W)는 서셉터(11)의 상면에 흡착 유지된다. 또한, 서셉터(11)의 상부에는 실리콘(Si) 등으로 이루어지는 원환 형상의 포커스 링(19)이 배치되고, 해당 포커스 링(19)은 서셉터(11) 및 후술하는 샤워헤드(20) 사이의 처리 공간(S)에서 발생한 플라즈마를 웨이퍼(W)를 향해서 수속시킨다.
또한, 서셉터(11)의 내부에는, 환상의 냉매실(도시하지 않음)이 마련되어 있다. 이 냉매실에는, 소정 온도의 냉매, 예컨대, 냉각수가 순환 공급되어, 해당 냉매의 온도에 의해 서셉터(11)상의 웨이퍼(W)의 처리 온도가 조정된다. 또한, 웨이퍼(W) 및 서셉터(11) 사이에는 헬륨 가스가 공급되고, 해당 헬륨 가스는 웨이퍼(W)의 열을 서셉터(11)로 열전달 한다.
챔버(10)의 천장부에는 원판 형상의 샤워헤드(20)가 배치되어 있다. 샤워헤드(20)에는 고주파 전원(21)이 정합기(22)를 통해 접속되어 있으며, 고주파 전원(21)은 고주파 전력을 샤워헤드(20)로 공급한다. 이로써, 샤워헤드(20)는 상부 전극으로 기능한다. 또한, 정합기(22)의 기능은 정합기(18)의 기능과 같다.
또한, 샤워헤드(20)에는 처리 가스, 예컨대, CF계의 가스 및 다른 종의 가스의 혼합 가스를 공급하는 처리 가스 도입관(23)이 접속되고, 샤워헤드(20)는 처리 가스 도입관(23)으로부터 공급된 처리 가스를 처리 공간(S)에 도입한다.
이 프로세스 모듈(2)의 챔버(10) 내에 있어서의 처리 공간(S)에서는, 고주파 전력이 공급된 서셉터(11) 및 샤워헤드(20)가 처리 공간(S)에 고주파 전력을 인가하고, 처리 공간(S)에 있어 처리 가스로부터 고밀도의 플라즈마를 발생시킨다. 발생된 플라즈마는, 포커스 링(19)에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 수속되어, 예컨대, 웨이퍼(W)의 표면을 물리적 또는 화학적으로 에칭한다.
로더 모듈(4)은, 웨이퍼 카세트(3)를 탑재하는 웨이퍼 카세트 탑재대(24) 및 반송실(25)을 갖는다. 웨이퍼 카세트(3)는 예컨대, 25장의 웨이퍼(W)를 동일 피치로 다단으로 탑재하여 수용한다. 반송실(25)은, 직방체 형상의 상자 형상물이며, 내부에 있어서 웨이퍼(W)를 반송하는 스칼라 형의 반송 아암(26)을 갖는다.
반송 아암(26)은, 굴신 가능하게 구성된 다관절 형상의 반송 아암 팔부(27)와, 해당 반송 아암 팔부(27)의 선단에 부착된 픽(28)을 갖고, 해당 픽(28)은 웨이퍼(W)를 직접적으로 탑재하도록 구성되어 있다. 반송 아암(26)은 선회 가능하게 구성되고, 또한 반송 아암 팔부(27)에 의해 굴곡 가능하기 때문에, 픽(28)에 탑재된 웨이퍼(W)를, 웨이퍼 카세트(3) 및 로드록 모듈(5) 사이에서 자유롭게 반송할 수 있다.
또한, 반송실(25)의 천장부에는 반송실(25) 내로 공기를 유입하는 유입관(29)이 접속되어 있으며, 반송실(25)의 바닥부에는 반송실(25) 내의 공기를 유출하는 유출관(30)이 접속되어 있다. 이 때문에, 반송실(25) 내에서는, 반송실(25)의 천장부에서 유입된 공기가 반송실(25)의 바닥부로부터 유출된다. 따라서, 반송실(25) 내에 유입된 공기는 하강 유동을 형성한다.
로드록 모듈(5)은 굴신 및 선회 가능하게 구성된 이송탑재 아암(31)이 배치된 챔버(32)와, 해당 챔버(32) 내에 퍼지 가스로서의 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스 및 치환 가스로서의 헬륨(He) 가스 등의 경원소 가스를 공급하는 가스 공급계(33)(가스 공급 장치)와, 챔버(32) 내를 진공 배기하는 로드록 모듈 배기계(34)를 갖는다. 여기에서, 이송탑재 아암(31)은 복수의 팔부로 이루어지는 스칼라 형의 반송 아암이며, 그 선단에 부착된 픽(35)을 갖는다. 해당 픽(35)은 웨이퍼(W)를 직접적으로 탑재하도록 구성되어 있다. 또한, 챔버(32) 내에는, 판형상 부재(36)가 배치되어 있다. 해당 판형상 부재(36)는 해당 챔버(32)의 진공 배기 동안, 챔버(32) 내의 한군데에서 웨이퍼(W)를 계속해서 탑재하는 픽(35)과 대향한다. 즉, 판형상 부재(36)는 챔버(32) 내에 반입된 웨이퍼(W)의 주면과 대향하도록 배치되어 있다.
판형상 부재(36)의 크기는 웨이퍼(W)의 크기와 거의 동일하며, 판형상 부재(36)와 웨이퍼(W)의 주면이 대향할 때, 판형상 부재(36)는 웨이퍼(W)의 거의 전면을 덮는다. 이때, 웨이퍼(W)의 주면의 바로 위에는 웨이퍼(W) 및 판형상 부재(36)에 의해, 챔버(32)의 나머지 부분으로부터 격리된 배기 유로가 구획형성된다.
웨이퍼(W)가 로더 모듈(4)로부터 프로세스 모듈(2)로 반송되는 경우, 게이트 밸브(7)가 열리면, 이송탑재 아암(31)이 반송실(25) 내의 반송 아암(26)으로부터 웨이퍼(W)를 대기압하에서 수취하고, 게이트 밸브(7)를 닫아 챔버(32) 내를 소정의 압력까지 진공 배기한 후, 게이트 밸브(6)가 열리면, 이송탑재 아암(31)이 프로세스 모듈(2)의 챔버(10) 내로 진입하여, 서셉터(11) 위로 웨이퍼(W)를 탑재한다. 또한, 웨이퍼(W)가 프로세스 모듈(2)로부터 로더 모듈(4)로 반송될 경우, 게이트 밸브(6)가 열리면, 이송탑재 아암(31)이 프로세스 모듈(2)의 챔버(10) 내로 진입하여, 서셉터(11)로부터 웨이퍼(W)를 받아들이고, 게이트 밸브(6)를 닫아 챔버(32) 내를 대기압으로 되돌린 후, 게이트 밸브(7)가 열리면, 이송탑재 아암(31)이 반송실(25) 내의 반송 아암(26)으로 웨이퍼(W)를 인도한다.
또한, 기판 처리 시스템(1)을 구성하는 프로세스 모듈(2), 로더 모듈(4) 및 로드록 모듈(5)의 각 구성요소의 동작은, 기판 처리 시스템(1)이 구비하는 제어 장치로서의 컴퓨터(도시하지 않음)나, 기판 처리 시스템(1)에 접속된 제어 장치로서의 외부 서버(도시하지 않음) 등에 의해 제어된다.
이하, 본 실시형태에 따른 기밀 모듈인 로드록 모듈의 배기 방법에 대해서 설명한다.
도 2는 본 실시형태에 따른 기밀 모듈인 로드록 모듈의 배기 방법으로서의 배기 처리를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 본 배기 처리는 예를 들면, 상기 각종 플라즈마 처리가 실시되어 주면에 패턴이 형성된 웨이퍼(W)를 로더 모듈(4)로부터 프로세스 모듈(2)로 반송할 경우에 있어서, 챔버(32) 내에 해당 웨이퍼(W)를 대기압하에서 받아들인 후에 실행된다.
도 2에 있어서, 우선 로드록 모듈(5)의 이송탑재 아암(31)은 반송실(25) 내의 반송 아암(26)으로부터 웨이퍼(W)를 대기압하에서 수취하고, 웨이퍼(W)를 챔버(32) 내로 반입하여, 챔버(32) 내에서 해당 웨이퍼(W)의 주면을 판형상 부재(36)와 대향시킨다. 그리고, 로드록 모듈 배기계(34)는 챔버(32) 내를 진공 배기한다.
도 3은 로드록 모듈에서의 챔버의 진공 배기에 있어서, 챔버 내의 압력과 배기 시간과의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 3의 그래프에 있어서, 파선(B)은 웨이퍼(W) 및 판형상 부재(36)에 의해 구획형성되는 배기 통로에 있어서의 압력 천이(이동)를 도시하고, 실선(A)은 챔버(32)의 나머지 부분에 있어서의 압력 천이(이동)를 도시한다.
챔버(32)의 나머지 부분의 컨덕턴스는 크기 때문에, 챔버(32)의 나머지 부분에서는 진공 배기의 초기 단계에서 압력이 급격하게 저하하지만, 웨이퍼(W) 및 판형상 부재(36)에 의해 구획형성되는 배기 통로에서는, 해당 배기 통로의 컨덕턴스가 챔버(32)의 나머지 부분의 컨덕턴스보다도 작기 때문에 압력이 서서히 저하한다. 즉, 상기 배기 통로에서는 배기 속도를 저하시킬 수 있고, 해당 배기 통로에 있어서의 기체 분자의 운동량을 저하시킬 수 있다.
본 배기 처리에 의하면, 웨이퍼(W)의 주면에 대향하도록 판형상 부재(36)가 배치되므로, 웨이퍼(W)의 주면의 바로 위에 웨이퍼(W) 및 판형상 부재(36)에 의해 챔버(32)의 나머지 부분으로부터 격리된 배기 유로가 구획형성된다. 해당 배기 유로의 단면적은 챔버(32)의 나머지 부분의 단면적보다도 작으므로, 배기 유로의 컨덕턴스[웨이퍼(W)의 주면의 바로 위에 있어서의 컨덕턴스(이하,「직상 컨덕턴스」라 함)]를 챔버(32)의 나머지 부분의 컨덕턴스보다도 작게 할 수 있다. 그 결과, 진공 배기시에 있어서 웨이퍼(W)의 주면의 바로 위의 기체 분자, 즉 웨이퍼(W)의 주면에 형성된 패턴 사이에 존재하는 기체 분자의 운동량이 저하하므로, 해당 기체 분자의 충돌에 의해 해당 패턴은 붕괴되는 일이 없다. 또한, 챔버(32) 내에 있어서 웨이퍼(W)의 주면의 바로 위의 배기 유량은 상대적으로 미량이기 때문에, 직상 컨덕턴스의 변화는, 챔버(32) 내 전체의 배기류의 컨덕턴스에 영향을 미치게 하지 않는다. 그 결과, 진공 배기시의 배기 시간은 길어지지 않는다. 따라서, 기판 처리 시스템(1)의 처리량을 저하시키는 일 없이, 웨이퍼(W)의 주면에 형성된 패턴이 붕괴되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 패턴 붕괴를 방지하기 위해서는, 직상 컨덕턴스를 판형상 부재(36)를 배치하지 않은 경우의 컨덕턴스와 비교하여 1/10 이하로 하는 것이 바람직하다는 것이 본 발명자에 의해 확인되었다. 구체적으로는, 웨이퍼(W)와 판형상 부재(36)에 의해 구획형성되는 배기 유로에 있어서의 배기류 방향에 따른 길이(도 2 내의 좌우 방향의 길이)를 379mm로 하고, 챔버(32)의 기체의 흐름 방향에 직각인 방향에 따른 길이(도 2 내의 깊이 방향의 길이)를 309mm로 하고, 챔버(32) 내에 반입된 웨이퍼(W)의 주면과 해당 주면에 대향하는 챔버(32)의 천장과의 간격을 15.7mm로 하면, 패턴 붕괴를 방지할 수 있는 컨덕턴스를 실현하기 위해서는, 판형상 부재(36)를 웨이퍼(W)의 주면과의 간격이 5mm 이하가 되도록 배치하는 것이 바람직하다는 것이 확인되었다.
또한, 상술한 판형상 부재(36)는, 망상 구조체나 다공성 구조체이여도 좋고, 슬릿 가공이 실시되어 있어도 좋다. 이 경우, 직상 컨덕턴스가 필요 이상으로 작게되는 것을 방지할 수 있고, 이로써 챔버(32) 내의 진공 배기를 신속하게 실행할 수 있다.
또한, 상술한 판형상 부재(36)는 해당 판형상 부재(36)를 관통하는 복수의 구멍(도시하지 않음)을 가져도 좋다. 이 경우, 웨이퍼(W)의 주면의 바로 위에 있어서의 기체는 그 일부가 복수의 구멍을 통과해서 배기되므로, 해당 기체의 일부는 진공 배기시에 기판의 주면으로부터 판형상 부재를 향해서 흐른다. 즉, 주면에 형성된 패턴에 대하여 거의 평행하게 흐른다. 이로써, 복수의 구멍을 통과해서 배기되는 패턴 사이에 존재하는 기체 분자의 해당 패턴에의 충돌을 방지할 수 있고, 이로써 패턴 붕괴를 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 상술한 판형상 부재(39)를 관통하는 복수의 구멍 각각은 해당 판형상 부재(39)에 대향해서 배치되는 웨이퍼(W)의 주면에 대하여 수직 방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 진공 배기시에 해당 복수의 구멍을 통과하는 기체를 확실하게 주면에 형성된 패턴에 대하여 평행하게 흘릴 수 있다.
또한, 챔버(32) 내를 진공 배기하면, 챔버 내에서 파티클이 말려 올라갈 우려가 있고, 이렇게 말려 올라간 파티클이 웨이퍼(W)의 주면으로 날아올 우려가 있지만, 로드록 모듈(5)에서는, 판형상 부재(36)가 웨이퍼(W)의 주면에 대향하도록 배치되기 때문에, 웨이퍼(W)의 주면으로 날아오는 파티클은 판형상 부재(36)에 의해 진로가 차단되어, 웨이퍼(W)의 주면에 도달하는 일이 없다. 따라서, 웨이퍼(W)로부터 제조되는 반도체 디바이스의 제품 비율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 실시형태에 따른 기밀 모듈인 로드록 모듈의 배기 방법으로서의 배기 처리의 변형예를 설명하기 위한 공정도이다.
우선, 로드록 모듈(5)의 이송탑재 아암(31)은, 반송실(25) 내의 반송 아암(26)으로부터 웨이퍼(W)를 대기압하에서 수취하고, 웨이퍼(W)를 챔버(32) 내에 반입하며, 챔버(32) 내에서 해당 웨이퍼(W)의 주면을 판형상 부재(36)와 대향시킨다. 그리고, 로드록 모듈 배기계(34)는 챔버(32) 내를 저진공까지 배기한다[도 4(A)].
다음으로, 가스 공급계(33)는 저진공까지 배기된 챔버(32) 내에 경원소 가스인 헬륨 가스를 공급한다[도 4(B)].
그리고, 로드록 모듈 배기계(34)는 챔버(32) 내를 진공 배기한다[도 4(C)].
본 배기 처리의 변형예에 의하면, 웨이퍼(W)의 주면에 대향하도록 판형상 부재(36)가 배치되므로, 상술한 도 2의 배기 처리와 동일한 효과를 실현할 수 있다. 또한, 저진공까지 배기된 시점에서, 챔버(32) 내에 경원소 가스인 헬륨 가스가 공급되므로, 챔버(32) 내의 기체가 경원소 가스인 헬륨 가스로 치환된다. 그 결과, 진공 배기시에 있어서 웨이퍼(W)의 주면의 바로 위의 기체 분자, 즉 웨이퍼(W)의 주면에 형성된 패턴 사이에 존재하는 기체 분자의 운동량을 더욱 저하시킬 수 있으며, 이로써 웨이퍼(W)의 주면에 형성된 패턴이 붕괴되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 기체 분자의 운동량의 저하를 목적으로 하지 않는 경우, 즉 헬륨 가스로의 치환 전과 동등한 운동량을 유지해도 좋을 경우에는, 배기 속도를 향상시켜도 좋고, 이로써, 기판 처리 시스템(1)의 처리량을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 배기 처리의 변형예에 의하면, 챔버(32) 내의 기체를 경원소 가스인 헬륨 가스로 치환함으로써, 웨이퍼(W)의 주면에 형성된 패턴 사이에 존재하는 기체 분자의 운동량을 저하시킬 수 있으므로, 예컨대, 판형상 부재(36)를 배치하지 않아도, 어느 정도 패턴 붕괴를 방지할 수 있다.
도 5는 본 실시형태에 따른 기밀 모듈인 로드록 모듈의 변형예의 배기 방법으로서의 배기 처리를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 본 배기 처리는 상술한 도 2의 배기 처리와 같은 순서로 실행된다.
도 5에 있어서, 로드록 모듈(37)은, 챔버(32)의 상방에 배치되는 동시에 해당 챔버(32) 내를 배기하는 로드록 모듈 배기계(38)(배기 장치)를 갖고, 챔버(32) 내에는 픽(35)의 웨이퍼 탑재면에 대향하도록 판형상 부재(39)가 배치되어 있으며, 이 판형상 부재(39)는 해당 판형상 부재(39)를 관통하는 복수의 구멍(40)을 갖는다. 로드록 모듈(37)의 이송탑재 아암(31)은 반송실(25) 내의 반송 아암(26)으로부터 웨이퍼(W)를 대기압하에서 수취하고, 웨이퍼(W)를 챔버(32) 내에 반입하며, 챔버(32) 내에서 해당 웨이퍼(W)의 주면을 판형상 부재(39)와 대향시킨다. 그리고, 로드록 모듈 배기계(38)는 챔버(32) 내를 상방으로부터 진공 배기한다.
본 배기 처리에 의하면, 웨이퍼(W)의 주면에 대향하도록 판형상 부재(39)가 배치되므로, 상술한 도 2의 배기 처리와 동일한 효과를 실현할 수 있다. 또한, 판형상 부재(39)는 해당 판형상 부재(39)를 관통하는 복수의 구멍(40)을 갖고 있으며, 챔버(32) 내의 기체는 상방으로부터 진공 배기되므로, 웨이퍼(W)의 주면의 바로 위에 있어서의 기체는 그 대부분이 복수의 구멍(40)을 통과하여 배기된다. 그 결과, 진공 배기시에 있어서 웨이퍼(W)의 주면의 바로 위에 있어서의 기체의 흐름 방향을 해당 주면에 형성된 패턴에 대하여 대략 평행 방향으로 할 수 있다. 이로써, 패턴 사이에 존재하는 기체 분자의 해당 패턴으로의 충돌을 방지할 수 있고, 이로써 패턴이 붕괴되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 상술한 판형상 부재(39)를 관통하는 복수의 구멍(40) 각각은 해당 판형상 부재(39)에 대향해서 배치되는 웨이퍼(W)의 주면에 대하여 수직 방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 진공 배기시에 있어서 웨이퍼(W)의 주면의 바로 위에 있는 기체의 흐름 방향을 확실하게 해당 주면에 형성된 패턴에 대하여 평행 방향으로 할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)의 주면에 대하여 수직 방향으로 형성된 복수의 구멍(40)을 갖는 판형상 부재가 챔버(32) 내의 공간을 횡단하도록 배치되어, 해당 판형상 부재가 챔버(32) 내의 공간을 2개의 공간으로 분할하도록 챔버(32)의 상방에 배치되어도 좋다. 이 경우에 있어서도, 진공 배기시에 있어서 2개의 공간으로 분할된 챔버(32) 내의 공간에 있어서의 하방의 공간, 즉 웨이퍼(W)가 반입되는 공간에 있어서의 모든 기체의 흐름 방향을 웨이퍼(W)의 주면에 형성된 패턴에 대하여 대략 평행 방향으로 할 수 있다.
또한, 도 5의 배기 처리에서는, 로드록 모듈 배기계(38)가 챔버(32)의 상방에 배치되었지만, 챔버(32) 내에 반입된 웨이퍼(W)의 주면이 상방을 향하지 않는, 예컨대 하방을 향하고 있을 때는, 웨이퍼(W)의 주면에 대향하도록, 즉 챔버(32)의 하방으로 로드록 모듈 배기계(38)를 배치한다. 이로써, 상술한 도 5의 배기 처리와 동일한 효과를 실현할 수 있다.
또한, 상술한 각 배기 처리를 실행하는 로드록 모듈(5, 37)은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 판형상 부재(36, 39)와 웨이퍼(W)의 주면을 이간시키는 이간 장치(도시하지 않음)를 구비해도 좋다. 이 경우, 해당 이간 장치는 진공 배기시에 있어서의 챔버(32) 내의 압력에 따라 판형상 부재(36, 39)와 웨이퍼(W)의 주면의 이간량을 제어한다. 이로써, 진공 배기시에 있어서의 챔버(32) 내의 압력에 따라 직상 컨덕턴스를 적절히 제어할 수 있다. 구체적으로는, 챔버(32) 내의 압력이 저하하는 만큼 판형상 부재(36, 39)와 웨이퍼(W)의 주면을 이간시킨다. 이로써, 웨이퍼(W)와 판형상 부재(36, 39)에 의해 구획형성되는 배기 통로의 컨덕턴스를 서서히 크게 할 수 있고, 이로써 챔버(32) 내의 진공 배기를 신속하게 실행할 수 있다.
또한, 로드록 모듈(5, 37)에서는 챔버(32) 내에, 선단에 픽(42)이 부착된 이송탑재 아암(41)을 배치해도 좋다. 픽(42)은 해당 픽(42)에 탑재된 웨이퍼(W)를 상승시키는 복수의 리프트 핀(43)(기판 리프트 장치)을 갖는다. 로드록 모듈의 이송탑재 아암(41)은, 반송실(25) 내의 반송 아암(26)으로부터 웨이퍼(W)를 대기압하에서 수취하고, 이송탑재 아암(41)이 웨이퍼(W)를 챔버(32) 내에 반입한 후, 픽(42)의 복수의 리프트 핀(43)은 웨이퍼(W)를 해당 웨이퍼(W)의 주면에 대향하는 챔버(32)의 부분, 즉 챔버(32)의 천장을 향해서 상승시킨다. 이때, 웨이퍼(W)의 주면의 바로 위에는 웨이퍼(W) 및 챔버(32)의 천장에 의해, 챔버(32)의 나머지 부분으로부터 격리된 배기 유로가 구획형성된다. 해당 배기 유로의 단면적은 챔버(32)의 나머지 부분의 단면적보다도 작으므로, 직상 컨덕턴스를 작게 할 수 있으며, 이로써 상술한 도 2의 배기 처리와 동일한 효과를 실현할 수 있다.
본 발명은 기밀 모듈인 로드록 모듈에 적용되었지만, 적용 가능한 기밀 모듈은 이에 한정되지 않고, 패턴이 형성된 웨이퍼가 반입되는 챔버를 갖는 모듈이나 장치이면 본 발명은 적용 가능하다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 기판이 반도체용 웨이퍼이었지만, 기판은 이에 한정되지 않고, 예컨대, LCD(Liquld Crystal Display)나 FPD(Flat Panel Display) 등의 유리 기판이어도 좋다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 기밀 모듈을 구비한 기판 처리 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도,
도 2는 본 실시형태에 따른 기밀 모듈인 로드록 모듈의 배기 방법으로서의 배기 처리를 설명하기 위한 도면,
도 3은 로드록 모듈에 있어서 챔버의 진공 배기에 있어서의, 챔버 내의 압력과 배기 시간과의 관계를 도시하는 그래프,
도 4는 본 실시형태에 따른 기밀 모듈인 로드록 모듈의 배기 방법으로서의 배기 처리의 변형예를 설명하기 위한 공정도,
도 5는 본 실시형태에 따른 기밀 모듈인 로드록 모듈의 변형예의 배기 방법으로서의 배기 처리를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 실시형태에 따른 기밀 모듈인 로드록 모듈이 이간 장치를 구비했을 경우를 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 실시형태에 따른 기밀 모듈인 로드록 모듈의 변형예를 설명하기 위한 도면,
도 8은 진공 배기시에 있어서의 기판의 주면에 형성된 패턴 붕괴를 설명하기 위한 도면.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
m: 기체 분자 P: 패턴
S: 처리 공간 W: 웨이퍼
1: 기판 처리 시스템 5, 37: 로드록 모듈
31, 41: 이송탑재 아암 32: 챔버
33: 가스 공급계
34, 38: 로드록 모듈 배기계 36, 39: 판형상 부재
40: 구멍 43: 리프트 핀
Claims (17)
- 소정의 처리가 실시되어 주면(主面)에 패턴이 형성된 기판이 반입되는 챔버를 구비하는 기밀 모듈에 있어서,상기 반입된 기판의 상기 주면에 대향하도록, 상기 반입된 기판과 상기 챔버의 천장 사이에 배치된 판형상 부재를 구비하고,상기 기판과 상기 판형상 부재 사이에, 상기 챔버의 나머지 부분으로부터 격리된 배기 유로가 구획형성되는 것을 특징으로 하는기밀 모듈.
- 제 1 항에 있어서,상기 판형상 부재는 상기 주면과의 간격이 5mm 이하가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는기밀 모듈.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 판형상 부재는 망상 구조체 또는 다공성 구조체인 것을 특징으로 하는기밀 모듈.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 판형상 부재에는 슬릿 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는기밀 모듈.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 판형상 부재는 상기 판형상 부재를 관통하는 복수의 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는기밀 모듈.
- 제 5 항에 있어서,상기 복수의 구멍은 상기 주면에 대하여 수직 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는기밀 모듈.
- 제 5 항에 있어서,상기 주면에 대향하도록 배치되고, 또한 상기 챔버 내를 배기하는 배기 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는기밀 모듈.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 챔버 내에 경원소 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는기밀 모듈.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 판형상 부재와 상기 주면을 이간(離間)시키는 이간 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는기밀 모듈.
- 소정의 처리가 실시되어 주면에 패턴이 형성된 기판이 반입되는 챔버를 구비하는 기밀 모듈에 있어서,반입된 상기 기판을 탑재하는 이송탑재 아암을 포함하고,상기 이송탑재 아암은, 탑재된 상기 기판을 상기 기판의 상기 주면에 대향하는 상기 챔버의 부분을 향해서 상승시키는 기판 리프트 장치를 구비하며,상기 기판과 상기 챔버의 부분 사이에, 상기 챔버의 나머지 부분으로부터 격리된 배기 유로가 구획형성되는 것을 특징으로 하는기밀 모듈.
- 소정의 처리가 실시되어 주면에 패턴이 형성된 기판이 반입되는 챔버를 구비하는 기밀 모듈의 배기 방법에 있어서,상기 반입된 기판의 상기 주면에 대향하도록 상기 챔버 내에 판형상 부재를 배치하는 배치 단계와,상기 챔버 내를 배기하는 배기 단계를 갖고,상기 기판과 상기 판형상 부재 사이에, 상기 챔버의 나머지 부분으로부터 격리된 배기 유로가 구획형성되는 것을 특징으로 하는기밀 모듈의 배기 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 배기 단계에 앞서, 상기 챔버 내를 저진공까지 배기하는 저진공 배기 단계와,상기 저진공까지 배기된 챔버 내에 경원소 가스를 공급하는 가스 공급 단계를 갖는 것을 특징으로 하는기밀 모듈의 배기 방법.
- 소정의 처리가 실시되어 주면에 패턴이 형성된 기판이 반입되는 챔버를 구비하는 기밀 모듈의 배기 방법에 있어서,상기 반입된 기판의 상기 주면에 대향하는 상기 챔버의 부분을 향해서 상기 기판을 상승시키는 기판 리프트 단계와,상기 챔버 내를 배기하는 배기 단계를 갖고,상기 기밀 모듈은 반입된 상기 기판을 탑재하는 이송탑재 아암을 포함하며,상기 이송탑재 아암은, 탑재된 상기 기판을 상기 기판의 상기 주면에 대향하는 상기 챔버의 부분을 향해서 상승시키는 기판 리프트 장치를 구비하고,상기 기판과 상기 챔버의 부분 사이에, 상기 챔버의 나머지 부분으로부터 격리된 배기 유로가 구획형성되는 것을 특징으로 하는기밀 모듈의 배기 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 챔버의 부분은 상기 챔버의 천장부인 것을 특징으로 하는기밀 모듈.
- 제 13 항에 있어서,상기 챔버의 부분은 상기 챔버의 천장부인 것을 특징으로 하는기밀 모듈의 배기 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 기판 리프트 장치는 복수의 리프트 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는기밀 모듈.
- 제 13 항에 있어서,상기 기판 리프트 장치는 복수의 리프트 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는기밀 모듈의 배기 방법.
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