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KR100372500B1 - 탑재형서비스모듈을갖는스퍼터링장치 - Google Patents

탑재형서비스모듈을갖는스퍼터링장치 Download PDF

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KR100372500B1
KR100372500B1 KR1019970703813A KR19970703813A KR100372500B1 KR 100372500 B1 KR100372500 B1 KR 100372500B1 KR 1019970703813 A KR1019970703813 A KR 1019970703813A KR 19970703813 A KR19970703813 A KR 19970703813A KR 100372500 B1 KR100372500 B1 KR 100372500B1
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KR
South Korea
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KR1019970703813A
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English (en)
Inventor
스티븐 헐위트
Original Assignee
도쿄 엘렉트론 가부시키가이샤
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/564—Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases

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Abstract

기판(42)을 스퍼터링하는 시스템(50)이 기술되어 있다. 시스템은 적어도 하나의 프로세스 모듈(20, 22, 24)을 갖는 중앙 하우징(12)을 포함하고, 프로세스 모듈은 중앙 하우징(12)과 유체 연통하여 있으며, 프로세스 모듈은 기판 상에 층을 형성하는 것과 관련하여 사용되는 제1 장치를 포함한다. 게다가, 시스템(50)은 중앙 하우징(12)과 유체 연통하는 적어도 하나의 서비스 모듈(52)을 포함하며, 서비스 모듈(52)은 제1 장치를 대체하기에 적당한 적어도 하나의 대체 장치를 포함한다. 중앙 하우징(12)은 제1 장치를 대체하기 위하여 제1 장치를 프로세스 모듈(20, 22, 24)로부터 서비스 모듈(52)로 운반하고 대체 장치를 서비스 모듈(52)로부터 프로세스 모듈(20, 22, 24)로 운반하는 로봇 요소(40)를 포함한다. 게다가, 서비스 모듈(52)은 사용 전에 대체 장치의 표면 탈가스를 소정 레벨로 감소시키기 위하여 서비스 모듈(52)을 높은 진공 상태로 진공화하는 전용 펌프(60)를 포함한다.
대표 도면 : 제8도

Description

탑재형 서비스 모듈을 갖는 스퍼터링 장치{SPUTTERING APPARATUS HAVING AN ON BOARD SERVICE MODULE}
<발명의 분야>
미국 특허 제4,909,695호의 기재 내용이 본 명세서에서 참조되었다.
본 발명은 기판 상에 박막을 스퍼터링(sputtering)하는 것에 관한 것으로, 특히 높은 진공 하에 설치물(fixture)들을 저장하는 탑재형 서비스 모듈(on board service module)을 갖는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
<발명의 배경>
스퍼터링 공정은 집적 회로(IC)의 제조에 통상적으로 이용된다. 이러한 공정은 실리콘 또는 갈륨 비소 웨이퍼 등의 기판 상에 얇은 금속층을 형성하는 것을 포함한다. 종종, 다수의 기판이 동시에 스퍼터링될 수 있게 하는 스퍼터링 시스템이 이용된다. 이러한 시스템은 스퍼터링 공정을 수행하도록 높은 진공 환경을 각각 제공하는 다수의 프로세스 모듈을 포함한다. 게다가, 각각의 프로세스 모듈은 재료가 제거되어 기판 상에 금속층을 형성하는 데 사용되는 소스 타깃(source target)을 포함한다. 결국, 타깃으로부터의 재료가 사용에 의해 고갈되며, 이는 타깃의 대체를 필요로 하여 타깃에 대한 수명 사이클이 정해지게 한다. 예를 들면, 통상적인 타깃은 타깃이 고갈되기 전에 약 5,000 내지 10,000 개의 기판 상에 1 미크론의 얇은 층을 부착시킬 수 있는 충분한 재료를 포함하며, 따라서 스퍼터링이 정지되고 고갈된 타깃이 대체되는 타깃 수명 사이클 종료 시점이 정해지게 한다. 일반적으로, 이러한 대체는 프로세스 모듈을 대기로 통기시키는 것과, 타깃을 대체할 수 있도록 프로세스 모듈을 수동으로 개방하는 것과, 타깃의 대체시 프로세스 모듈을 폐쇄하고 밀봉하는 것과, 프로세스 모듈을 높은 진공 상태로 진공화하는 것을 수반한다.
도1을 참조하면, 클러스터 공구(cluster tool) 구성을 갖는 종래의 스퍼터링 시스템(10)이 부분 절결 도면으로서 도시되어 있다. 시스템(10)은 내부 중앙 챔버(14)를 갖는 중앙 하우징(12)과, 중앙 챔버(14)를 높은 진공으로 진공화하는 (도시되지 않은) 시스템 펌프를 포함한다. 중앙 챔버(14)는 기판(42)을 수용하기 위한 기판 진입 적재 로크(substrate entry load lock, 16)와, 기판(42)의 제거를 위한 배출 적재 로크(18)를 포함한다. 시스템(10)은 기판의 스퍼터링이 수행되는 다수의 프로세스 모듈도 포함한다. 설명을 위하여, 제1 프로세스 모듈(20), 제2 프로세스 모듈(22) 및 제3 프로세스 모듈(24)이 도1에 도시되어 있다. 제1 프로세스 모듈(20), 제2 프로세스 모듈(22) 및 제3 프로세스 모듈(24)은 중앙 챔버(14)와 유체 연통한다. 게다가, 제1 프로세스 모듈(20), 제2 프로세스 모듈(22) 및 제3 프로세스 모듈(24) 각각은 프로세스 모듈을 높은 진공 상태로 진공화하는 (도시되지 않은) 모듈 펌프와, 프로세스 모듈을 대기로 통기시키는 (도시되지 않은) 통기 밸브를 포함한다. 더욱이, 시스템(10)은 다른 모듈의 추가를 위해 사용될 수 있는 제1 포트(26) 및 제2 포트(28)를 포함한다.
제1 모듈 밸브(30), 제2 모듈 밸브(32), 제3 모듈 밸브(34), 제4 모듈밸브(36) 및 제5 모듈 밸브(38)는 제1 프로세스 모듈(20), 제2 프로세스 모듈(22), 제3 프로세스 모듈(24), 제1 포트(26) 및 제2 포트(28)와 각각 관련된다. 제1 모듈 밸브(30), 제2 모듈 밸브(32) 및 제3 모듈 밸브(34) 각각은 관련된 각각의 프로세스 모듈(20, 22, 24)이 중앙 챔버(14)와 유체 연통할 수 있게 하는 개방 위치에 있을 수 있다. 다르게는, 제1 모듈 밸브(30), 제2 모듈 밸브(32) 및 제3 모듈 밸브(34) 각각은 관련된 각각의 프로세스 모듈(20, 22, 24)을 중앙 챔버(14)로부터 격리하는 역할을 하는 폐쇄 위치에 있을 수 있다.
더욱이, 시스템(10)은 중앙 챔버(14) 내에 위치된 로봇 아암(40)을 포함한다. 로봇 아암(40)은 진입 적재 로크(16)와 배출 적재 로크(18) 사이에서, 그리고 제1 프로세스 모듈과 제2 프로세스 모듈(22)과 제3 프로세스 모듈(24) 사이에서 기판(42)을 요구되는 대로 운반하는 기능을 한다.
여러 종류의 장치, 설치물 및 (도시되지 않은) 관련 부품들이, 기판(42)을 지지하고 기판(42) 상에 적절한 재료의 부착을 보장하는 프로세스 모듈에서 이용된다. 이들은 기판(42)이 스퍼터링될 때 기판(42)을 지지하는 클램프 링 또는 클램프 핑거 조립체로서 공지된 설치물을 포함한다. 다른 설치물은 기판(42)에 인접 위치되어 클램프 링 또는 클램프 핑거 조립체의 부분들을 보호하는 역할을 하는 부착 차폐체를 포함한다. 더구나, 기판 상에의 재료의 각방향 부착을 제어하는 시준기 판(collimator plate)으로서 공지된 설치물도 이용된다. 기판(42) 상의 재료의 적절한 부착을 보장하는 많은 다른 장치, 설치물 및 공구들이 프로세스 모듈에 사용될 수 있음을 알아야 한다. 이들의 구조 및 위치로 인해, 이러한 설치물의 많은부분들은 기판(42)에 매우 근접하여 있다. 이처럼, 타깃으로부터의 나온 재료는 기판(42) 상에 부착되어야 하는데, 그 타깃 재료가 설치물 상에 모여서 그 설치물을 피복하게 되는 것은 바람직하지 않다. 이는 바람직하지 않게 설치물의 작동, 궁극적으로는 스퍼터링 공정에 영향을 미친다. 특히, 설치물이 단지 2,000 내지 3,000 미크론의 재료로 피복된 후에 설치물의 작동이 바람직하지 않게 영향을 받는 것으로 판정되었다. 결과적으로, 설치물이 약 2,000 미크론의 재료로 피복된 후에 각각의 설치물을 대체하는 것이 바람직하다. 이처럼, 각각의 설치물에 대한 수명 사이클은 관련 타깃에 대한 수명 사이클보다 상당히 짧다. 특히, 설치물은 타깃의 1회 대체에 대해 약 5번 대체될 수 있는 것으로 판명되었다.
예컨대, 제1 프로세스 모듈(20) 내에 위치된 설치물에 접근하여 이를 대체하기 위하여, 먼저 제1 모듈 밸브(30)가 폐쇄되어서 제1 프로세스 모듈(20)을 중앙 챔버(14)로부터 격리한다. 그리고 나서, 제1 프로세스 모듈(20)은 대기로 통기되고 수동으로 개방되어 설치물에 접근할 수 있게 한다. 그리고 나서, 설치물이 대체되며, 이때 제1 프로세스 모듈(20)은 수동으로 폐쇄 및 밀봉된다. 그리고 나서, 제1 프로세스 모듈(20)이 높은 진공 상태로 진공화된 후에 제1 모듈 밸브(30)가 개방될 수 있다. 그러나, 이러한 시스템(10)에서의 설치물의 대체를 위해 사용되는 방법은 결점을 갖는다. 결점은 과정을 완료하여 궁극적으로 높은 진공을 성취하기 위하여 상당량의 시간, 즉 8 시간 이상까지 요구된다는 것이다. 결국, 시스템(10)은 상당량의 시간 동안 작동하지 않으며, 따라서 생산성을 상당히 감소시키고 작업 비용을 상당히 증가시킨다. 게다가, 높은 진공을 이루기 위하여 요구되는 시간량은, 표면 탈가스(outgassing)를 소정 레벨로 감소시키기 위한 진공 컨디셔닝(vacuum conditioning)을 미리 받지 않은 새로운 설치물이 사용된다면, 상당히 증가된다. 더욱이, 시스템(10)이 생산에 적합한 것으로서 인정되기 전에 제1 프로세스 모듈(20)을 대기에 노출시키는 것은 박막 성질의 재평가를 종종 요구한다. 부가적으로, 설치물은 타깃이 1회 대체되는 것에 대해 5번 대체될 수 있으므로, 시스템(10)이 작동하지 않는 시간량은 더욱 증가되어서, 생산성이 더욱 감소되고 작업 비용이 더욱 증가된다.
미국 특허 제5065698호는 공급 챔버와 방출 챔버 사이에 직렬로 배열된 다수의 박막 형성 챔버를 갖는 스퍼터링 시스템을 개시하고 있다. 각각의 박막 형성 챔버는, 박막 형성 챔버에 사용되는 부착 차폐 부재가 새 것으로 교환될 수 있는 관련 전용 진공 챔버에 연결된다.
독일 공보 제DE-A-4037580호는 각각의 박막 형성 챔버에 대해 교환 챔버가 다시 마련된 스퍼터링 시스템을 개시하고 있다.
다른 종류의 스퍼터링 시스템은 헐위트(Hurwitt) 등에게 허여되고 본 출원의 양수인인 마테리알 리서치 코포레이션에 양도된 미국 특허 제4,909,695호에 기술되어 있다. 상기 특허는, 기판 진입 및 배출용으로 통상적으로 사용되는 적재 로크를 통해, 피복된 웨이퍼 파지 설치물이 대체될 수 있는 생산 스퍼터링 시스템을 기재하고 있다. 그러나, 이러한 시스템은 프로세스 모듈이 진공 하에서 유지될 수 있게 하지만, 이러한 시스템은 표면 탈가스를 감소시키기 위한 웨이퍼 파지 설치물의 진공 컨디셔닝을 제공하지 않는다. 게다가, 시스템의 구성은 웨이퍼 파지 설치물만이 대체될 수 있는 것이다. 더욱이, 웨이퍼 파지 설치물의 대체는 수동으로 수행되어서, 설치물을 대체하는 데 필요한 시간을 상당히 증가시켜 생산성을 감소시키고 비용을 증가시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 설치물이 프로세스 모듈 내에 설치되기 전에, 프로세스 모듈 내에 사용될 설치물의 진공 컨디셔닝을 제공하는 탑재형 서비스 모듈을 갖는 스퍼터링 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 한 종류 이상의 설치물을 대체할 수 있게 하는 탑재형 서비스 모듈을 갖는 스퍼터링 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 피복된 설치물을 자동 대체할 수 있게 하는 탑재형 서비스 모듈을 갖는 스퍼터링 시스템을 제공하는 것이다. 부가적으로, 본 발명의 목적은 소스 타깃이 대체될 때까지 프로세스 모듈의 통기 및 개방이 필요치 않도록 충분한 개수의 대체 설치물 및 관련 부품들을 제공하는 것이다.
<발명의 요약>
기판 상에 층을 형성하는 동안에 부착 공정을 거치는 제1 장치를 내부에서 갖는 프로세스 챔버를 구비하여 층을 형성하는 다수의 프로세스 모듈과, 프로세스 모듈 내의 제1 장치를 대체하기에 적당한 적어도 하나의 대체 장치를 가지며 대체 장치의 탈가스를 소정 레벨로 감소시키기에 적당한 진공에서 유지되는 서비스 모듈과, 서비스 모듈을 프로세스 모듈로부터 격리하는 밸브와, 서비스 모듈 및 프로세스 모듈의 진공 상태를 제공하는 진공화 수단과, 제1 장치를 진공 하에 대체하기 위하여 제1 장치를 프로세스 모듈로부터 서비스 모듈로 운반하고 대체 장치를 서비스 모듈로부터 프로세스 모듈로 운반하도록 된 요소를 포함하여, 기판 상에 층을형성하는 클러스터 공구 시스템에 있어서, 상기 시스템은 각각의 프로세스 모듈 및 서비스 모듈에 제거 가능하게 부착된 중앙 하우징을 구비하고, 밸브는 서비스 모듈을 중앙 하우징 및 각각의 프로세스 모듈로부터 격리하며, 진공화 수단은 각각의 프로세스 모듈, 서비스 모듈 및 중앙 하우징을 진공 상태로 진공화하기 위한 것으로서 밸브가 개방된 때 각각의 프로세스 모듈, 서비스 모듈 및 중앙 하우징을 진공화하는 것은 진공을 유지하기에 충분하며, 운반 요소는 중앙 하우징 내에 위치된 단일 로봇 요소이고, 로봇 요소는 제1 장치를 진공 하에 대체하기 위하여 제1 장치를 선택된 프로세스 모듈로부터 서비스 모듈로 운반하고 대체 장치를 서비스 모듈로부터 선택된 프로세스 모듈로 운반하도록 되어 있어, 단일 서비스 모듈이 제공되는 것을 특징으로 하는 클러스터 공구 시스템이다.
<도면의 간단한 설명>
도1은 종래 기술의 스퍼터링 시스템의 평면도이다.
도2는 본 발명에 따른 서비스 모듈을 갖는 기판 스퍼터링용 시스템의 평면도이다.
도3은 시스템의 선반(shelf) 상에 배치될 피복된 설치물을 도시하는, 도2의 단면선 3-3을 따른 본 발명의 부분 단면도이다.
도4는 시스템의 선반 상에 배치된 피복된 설치물을 도시하는, 도2의 단면선 3-3을 따른 본 발명의 부분 단면도이다.
도5는 시스템의 선반으로부터 제거된 대체 설치물을 도시하는, 도2의 단면선 3-3을 따른 본 발명의 부분 단면도이다.
도6A는 로봇 아암에 의해 조립되도록 된 설치물 링 및 장착 기부의 사시도이다.
도6B는 링 및 장착 기부의 부분 단면도이다.
도6C는 장착 기부에 고정된 링을 도시하는 부분 단면 측면도이다.
도7은 중앙 챔버 내에 위치된 랙(rack)을 도시하는 본 발명의 다른 실시예이다.
도8은 서비스 모듈이 프로세스 모듈에 직접 연결된 본 발명의 다른 실시예이다.
<발명의 상세한 설명>
본 발명은 도2 내지 도8을 참조하여 설명되며, 도면에서 동일 요소는 동일 참조 부호로 도시된다. 도1의 요소들도 또한 참조됨을 유의해야 한다. 도2 및 도3을 참조하면, 본 발명에 따른 서비스 모듈(52)을 갖는 스퍼터링 시스템(50)이 도시되어 있다. 도3은 도2의 단면선 3-3을 따른, 중앙 하우징(12), 중앙 챔버(14), 로봇 아암(40), 제1 포트(28), 제4 모듈 밸브(36) 및 서비스 모듈(52)의 부분 단면도이다. 서비스 모듈(52)은 제4 모듈 밸브(36) 또는 제5 모듈 밸브(38)에 연결되도록 되어 있다. 도3에서, 서비스 모듈(52)은 개방 위치에서 도시된 제4 모듈 밸브(36)에 연결된 것으로 도시되어 있다. 이하의 설명은 서비스 모듈(52)이 제5 모듈(38)에 연결된 구성에도 동일하게 적용될 수 있음을 알아야 한다. 게다가, 로봇 아암(40)은 제1 포트(26) 및 제2 포트(28)와 정렬된다. 이러한 점은 제4 모듈 밸브(36)가 개방 위치에 있을 때 로봇 아암(40)이 제1 포트(26)를 통해 수평으로 연장될 수 있게 한다.
서비스 모듈(52)은 모듈 챔버(56)를 가지며 챔버(56)를 높은 진공 상태로 진공화할 수 있도록 구성된 모듈 하우징(54)을 포함한다. 제4 모듈 밸브(36)가 개방 위치에 있을 때 모듈 챔버(56)는 중앙 챔버(14)와 유체 연통된다. 다르게는, 모듈 챔버(56)는 제4 모듈 밸브(36)가 폐쇄 위치에 있을 때 중앙 챔버(14)로부터 격리된다. 중앙 하우징(12)은 제4 모듈 밸브(36)가 개방 위치에 있을 때 중앙 챔버(14) 및 모듈 챔버(56)를 진공화하는 기능을 하는 시스템 펌프(58)도 포함한다. 다르게는, 서비스 모듈(52)은 모듈 하우징(54)에 부착되고 모듈 챔버(56)와 유체 연통하는 전용 펌프(60)를 포함한다. 제4 모듈 밸브(36)를 폐쇄 위치로 배치하여서 모듈 챔버(56)를 중앙 챔버(14)로부터 격리할 때, 전용 펌프(60)는 모듈 챔버(56)를 높은 진공 상태로 진공화하는 역할을 한다.
모듈 챔버(56)는 수직으로 적층되어 서로로부터 이격된 다수의 수평 선반(shelf)을 갖는 랙(rack, 62)을 포함한다. 단지 예시적인 것으로서, 제1 선반(72), 제2 선반(74), 제3 선반(76) 및 제4 선반(78)이 도3에 도시되어 있다. 제1 선반(72), 제2 선반(74), 제3 선반(76) 및 제4 선반(78) 각각은 제1 프로세스 모듈(20), 제2 프로세스 모듈(22) 또는 제3 프로세스 모듈(24)의 어느 것에 사용되는 대체 설치물을 유지하고 저장하기에 적합하다. 다르게는, 제1 선반(72), 제2 선반(74), 제3 선반(76) 및 제4 선반(78) 각각은 하나 이상의 대체 설치물을 유지하는 치수로 되어 있다.
기판(42)을 지지하고 기판(42) 상에서의 재료의 적절한 부착을 보장하도록다양한 종류의 장치, 설치물 및 관련 부품이 프로세스 모듈에 이용된다. 이들은 기판(42)이 스퍼터링될 때 기판(42)을 지지하는 역할을 하는 클램프 링 또는 클램프 핑거 조립체로서 공지된 설치물을 포함한다. 다른 설치물은 기판(42)이 인접 위치되어 클램프 링 또는 클램프 핑거 조립체의 부분들을 보호하는 역할을 하는 부착 차폐물을 포함한다. 더구나, 기판(42) 상에의 재료의 각방향 부착을 제어하는 시준기 판으로서 공지된 설치물도 이용된다. 기판(42) 상에의 재료의 적절한 부착을 보장하는 많은 다른 종류의 장치, 설치물 및 공구들이 프로세스 모듈에 사용될 수 있음을 알아야 한다. 이들의 구조 및 위치로 인해, 이러한 설치물의 많은 부분들은 기판(42)에 매우 근접하여 있다. 이처럼, 기판(42) 상에 부착되도록 의도된 타깃으로부터의 재료는 바람직하지 않게도 설치물 상에 수집되어서, 설치물이 타깃 재료로 피복된다. 이것은 바람직하지 않게도 설치물의 작동, 궁극적으로는 스퍼터링 공정에 영향을 미친다. 특히, 설치물이 단지 2,000 내지 3,000 미크론의 재료로 피복된 후에 설치물의 작동이 바람직하지 않게 영향을 받는 것으로 알려졌다. 결과적으로, 설치물이 약 2,000 미크론의 재료로 피복된 후에 각각의 설치물을 대체하는 것이 바람직하다. 양호한 실시예에서, 제1 선반(72), 제2 선반(74), 제3 선반(76) 및 제4 선반(78)은 이러한 대체 설치물 및 기타의 것을 취급 및 저장할 수 있도록 되어 있다.
본 발명에 따르면, 타깃 재료로 피복된 대응하는 설치물을 대체하는 대체 설치물은 랙(62) 상의 선택된 선반 위에 배치된다. 도3에서, 제1 선반(72) 및 제2 선반(74) 각각은 선택된 프로세스 모듈로부터 로봇 아암(40)에 의해 제거되는 피복된 설치물에 대응하는 대체 설치물(80)을 포함한다.
게다가, 제3 선반(76) 및 제4 선반(78)은 선택된 프로세스 모듈로부터 제거되는 피복된 설치물을 선반 위에 놓을 수 있도록 비어 있다. 양호한 실시예에서, 랙(62)은 충분한 개수의 선반 및 대체 설치물, 즉 저장 용량을 포함하여, 각각의 타깃의 각각의 수명 사이클 중에 소정 개수의 설치물을 대체할 수 있게 한다. 예에 의하면, 이는 각각의 타깃의 각각의 수명 사이클 중에 피복된 설치물을 대략 5번 대체할 수 있도록 충분한 개수의 선반 및 설치물을 포함한다. 더구나, 랙(62)은 모듈 챔버(56) 내에서 하방으로 그리고 모듈 하우징(54)에 부착된 밀봉 요소(68)를 통해 서비스 모듈(52) 외부로 연장되는 수직 구동축(66)을 포함한다. 밀봉 요소(68)는 높은 진공을 유지하기 위하여 충분한 밀봉을 제공하는 역할을 한다.
서비스 모듈(52)은 구동축(66)을, 이에 따라 제1 선반(72), 제2 선반(74), 제3 선반(76) 및 제4 선반을 수직으로 이동시키도록 구동축(66)에 부착된 승강기 구동 기구(70)도 포함한다. 이는 제1 선반(72), 제2 선반(74), 제3 선반(76) 및 제4 선반(78) 각각을 제1 포트(26) 및 로봇 아암(40)과 요구되는 대로 정렬시킬 수 있게 한다. 이처럼, 제4 모듈 밸브(36)가 개방 위치에 있을 때, 로봇 아암(40)은 제1 포트(26)와 정렬된 소정의 선반에 접근하도록, 제1 포트(26)를 통해 그리고 모듈 챔버(56) 내부 및 외부로 바람직하게 수평으로 연장될 수 있다. 다르게는, 서비스 모듈(52)은 제5 모듈 밸브(38)에 연결될 수도 있어서, 제1 선반(72), 제2 선반(74), 제3 선반(76) 및 제4 선반(78) 각각을 제2 포트(28) 및 로봇 아암(40)과정렬시킬 수 있게 한다는 것을 알아야 한다. 따라서, 제5 모듈 밸브(38)가 개방 위치에 있을 때, 로봇 아암(40)은 제2 포트(28)와 정렬된 소정의 선반에 접근하도록 제2 포트(28)를 통해 그리고 모듈 챔버(56) 내부 및 외부로 요구되는 대로 수평으로 연장될 수 있다. 더욱이, 설치물을 서비스 모듈 내부 및 외부로 운반하도록 (도시되지 않은) 다른 로봇 아암이 로봇 아암(40) 대신에 또는 이에 추가되어 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다.
서비스 모듈(52)의 작동이 제1 프로세스 모듈(20), 제2 선반(74), 제3 선반(76) 및 도3 내지 도5를 참조하여 설명될 것이지만, 이하의 설명은 제2 프로세스 모듈(22), 제3 프로세스 모듈(24), 제1 선반(72) 및 제4 선반(78)에 동일하게 적용될 수 있음을 알아야 한다. 사용시, 제1 프로세스 모듈(20), 제2 프로세스 모듈(22) 및 제3 프로세스 모듈(24)은 (도시되지 않은) 관련 모듈 펌프에 의해 높은 진공 하에서 유지된다. 더욱이, 중앙 챔버(14) 및 모듈 챔버(56)는 시스템 펌프(58) 및 전용 펌프(60)에 의해 각각 높은 진공 하에서 유지되며, 제4 모듈 밸브(36)는 개방 위치에 있다. 피복된 설치물을 제3 선반(76) 상에 위치시키기 위하여, 랙(62)은 구동 기구(70)에 의해 수직으로 이동하여 제3 선반(76)을 제1 포트(26) 및 로봇 아암(40)과 정렬시키도록 한다. 그리고 나서, 로봇 아암(40)은 피복된 설치물(64)을 제1 프로세스 모듈(20)로부터 제거하고 피복된 설치물(64)을 제1 포트(26)에 인접하게 운반하도록 작동된다(도3). 그리고 나서, 로봇 아암(40)은 제1 포트(26)를 통해 모듈 챔버(56) 내로 연장되며, 모듈 챔버 내에서 피복된 설치물(64)은 랙(62)의 제3 선반(76) 상에 배치된다. 그리고 나서, 로봇 아암(40)은 중앙 챔버(14) 내로 다시 후퇴하도록 작동된다(도4). 그리고 나서, 랙(62)은 제2 선반(74)을 제1 포트(26) 및 로봇 아암(40)과 정렬시키기 위하여 수직으로 이동된다. 그리고 나서, 로봇 아암(40)은 설치물(80)을 제2 선반(74)으로부터 제거하도록 제1 포트(26)를 통해 모듈 챔버(56) 내로 이동하도록 작동된다. 그리고 나서, 로봇 아암(40)은 대체 설치물(80)을 모듈 챔버(56) 외부로 제1 포트(26)를 통해 운반한다(도5). 그리고 나서, 대체 설치물(80)은 로봇 아암(40)에 의해 제1 프로세스 모듈(20)로 운반된다. 그리고 나서, 이러한 과정은 제1 프로세스 모듈(20) 내에서 대체될 각각의 설치물에 대해 반복된다. 결국, 본 발명은 피복된 설치물의 자동 대체를 제공하여서, 생산성을 상당히 증가시키고 작업 비용을 상당히 감소시킨다.
서비스 모듈(52) 내에 저장된 대체 설치물 모두가 사용된 때, 새로운 대체 저장물을 설치하고 피복된 설치물을 서비스 모듈(52)로부터 제거하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 이는 제4 모듈 밸브(36)를 폐쇄 위치에 위치시켜서 모듈 챔버(56)를 중앙 챔버(14)로부터 격리시킴으로써 성취된다. 그리고 나서, 서비스 모듈(52)은 통기되고 개방되어, 피복된 설치물이 제거되고 새로운 대체 설치물이 랙(62)의 선택된 선반 상에 설치될 수 있게 한다. 그리고 나서, 서비스 모듈(52)은 폐쇄되고 밀봉되어, 모듈 챔버(56)가 전용 펌프(60)에 의해 진공화될 수 있다. 그리고 나서, 모듈 챔버(56)는 표면 탈가스를 소정 레벨로 감소시키도록 대체 설치물을 미리 조건을 조절하기 위하여 충분한 시간 주기 동안 진공화된다. 이는 대체 설치물이 요구되는 대로 프로세스 모듈(20)에서의 사용을 위해 용이하게 입수될 수있게 하여서, 생산성을 상당히 증가시키고 비용을 상당히 감소시킨다. 다르게는, 제4 모듈 밸브(36)는 모듈 챔버(56)가 시스템 펌프(58)에 의해 진공화될 수 있도록 개방 위치에 위치될 수 있다. 모듈 챔버(56) 내의 진공이 중앙 챔버(14)의 진공과 대략 동일하게 된 때, 제4 모듈 밸브(36)는 이때 개방 위치에 배치된다.
로봇 아암(40)은 그 운동 성능이 비교적 간단한 운동으로 제한되도록 설계될 수 있다. 이처럼, 설치물은 설치물을 로봇 아암(40)에 의해 제1 프로세스 모듈(20), 제2 프로세스 모듈(22) 및 제3 프로세스 모듈(24) 내에 정확히 배치 및 고정할 수 있도록 로봇 아암(40)의 운동 성능에 적합하게 된 것이 바람직하다. 도6A를 참조하면, 기판(87)을 고정하는 설치물 링(82) 및 장착 기부(84)가 도시되어 있다. 설치물 링(82) 및 장착 기부(84) 각각은 기판(87)에 대해 적당한 접근을 제공하는 크기로 된 개구(85)를 포함한다. 링(82)은 원형 구멍부(88) 및 슬롯 구멍부(90)를 각각 갖는 다수의 열쇠 구멍 형태의 구멍(86)을 포함한다. 장착 기부(84)는 장착 기부(84) 위에서 연장되는 직립 지주부(94)에 의해 장착 기부(84)에 각각 연결된 대응하는 다수의 버튼 요소(button element, 92)를 포함한다. 각각의 버튼 요소(92)는 대응하는 원형 구멍부(88) 내로 삽입되지만 슬롯 구멍부(90) 내로는 삽입되지 않는 크기로 되어 있다. 각각의 지주부(94)는 대응 슬롯 구멍부(90) 내에 삽입되어 측방향으로 이동될 수 있는 크기로 되어 있다.
사용시, 기판(87)은 링(82)과 장착 기부(84) 사이에 위치된다. 게다가, 링(82)은 각각의 버튼 요소(92)가 대응 원형 구멍부(88)와 정렬되도록 로봇 아암(40)에 의해 장착 기부(84) 위에 위치된다. 버튼 요소(92)들 중 하나와링(82)의 단면의 부분 단면도인 도6B를 참조하면, 기판(87) 및 장착 기부(84)가 도시되어 있다. 도6B에서, 기판(87)은 링(82)과 장착 기부(84) 사이에 위치된다. 링(82)은 장착 링(84)의 버튼 요소(92)들 각각이 대응 원형 구멍부(88)를 통해 연장되도록 기판(87) 상으로 하강된다. 그리고 나서, 도6C를 참조하면, 로봇 아암(40)(도2)은 각각의 지주부(94)가 대응 슬롯 구멍부(90) 내로 측방향으로 삽입되도록 링(82)을 수평으로 이동시킨다. 이 위치에서, 링(82)은 각각의 버튼 요소(92)에 의해 장착 기부(84)로부터 제거되지 않게 되어서, 기판(87)을 링(82)과 장착 기부(84) 사이에서 고정한다. 양호한 실시예에서, 로봇 아암(40)은 기판을 운반하는 단부 작동체(end effector)와, 다양한 설치물을 파지하는 어댑터(adapter)를 포함한다.
도7을 참조하면, 본 발명에 따른 스퍼터링 시스템(100)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서, 랙(62)은 중앙 챔버(56) 내에 위치된다. 랙(62)의 수직 이동을 수용하기 위하여, 중앙 챔버(56)는 연장된 상부(102)와 연장된 바닥부(104)를 포함하며, 중앙 챔버 내에서 랙(62)은 제1 선반(72), 제2 선반(74), 제3 선반(76) 및 제4 선반(78) 각각이 로봇 아암(40)과 요구되는 대로 개별적으로 정렬될 수 있도록 이동한다. 도8을 참조하면, 본 발명에 따른 스퍼터링 시스템(106)에 대한 다른 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서, 서비스 모듈(52)은 제6 모듈 밸브(108)에 의해 제1 프로세스 모듈, 제2 프로세스 모듈 또는 제3 프로세스 모듈(24) 중 어느 것에 직접 연결된다. 도8에서, 서비스 모듈(52)은 제1 프로세스 모듈(20)에 직접 연결된 것으로 도시되어 있다. 본 실시예에서 설치물을 운반하기 위하여, 로봇 아암(40) 또는 전용 설치물 취급 기구가 채용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 설치물은 진입 적재 로크를 통해 프로세스 모듈 내로 직접 도입될 수 있다. 이는 저장 용량에 관하여 제한함이 없이 무한적인 설치물 대체를 가능하게 한다.

Claims (5)

  1. 기판 상에 층을 형성하는 클러스터 공구 시스템(50, 100)이며,
    상기 클러스터 공구 시스템(50, 100)은,
    기판 상에 층을 형성하는 동안에 부착 공정을 거치는 제1 장치를 갖는 프로세스 챔버를 구비하고 층을 형성하는 다수의 프로세스 모듈(20, 22, 24)과,
    프로세스 모듈(20, 22, 24) 내의 제1 장치를 대체하기에 적당한 적어도 하나의 대체 장치(80)를 가지며 대체 장치(80)의 탈가스를 소정 레벨로 감소시키기에 적당한 진공에서 유지되는 서비스 모듈(52)과,
    서비스 모듈(52)을 프로세스 모듈(20, 22, 24)로부터 격리하는 밸브(32, 34, 36)와,
    서비스 모듈(52) 및 프로세스 모듈(20, 22, 24)의 진공 상태를 제공하는 진공화 수단(58)과,
    제1 장치를 진공 하에 대체하기 위하여 제1 장치를 프로세스 모듈(20, 22, 24)로부터 서비스 모듈(52)로 운반하고 대체 장치(80)를 서비스 모듈(52)로부터 프로세스 모듈(20, 22, 24)로 운반하도록 된 요소(40)를 포함하고,
    각각의 프로세스 모듈(20, 22, 24) 및 서비스 모듈(52)에 제거 가능하게 부착된 중앙 하우징(14)을 구비하고,
    밸브(32, 34, 36)는 서비스 모듈(52)을 중앙 하우징(14) 및 각각의 프로세스 모듈(20, 22, 24)로부터 격리하고,
    진공화 수단(58)은 각각의 프로세스 모듈(20, 22, 24), 서비스 모듈(52) 및 중앙 하우징(14)을 진공 상태로 진공화하고, 밸브(32, 34, 36)가 개방된 때 각각의 프로세스 모듈(20, 22, 24), 서비스 모듈(52) 및 중앙 하우징(14)을 진공화하는 것은 진공을 충분히 유지하도록 되어 있고,
    운반 요소는 중앙 하우징(14) 내에 위치된 단일 로봇 요소(40)이고, 로봇 요소(40)는 제1 장치를 진공 하에 대체하기 위하여 제1 장치를 소정 프로세스 모듈(20, 22, 24)로부터 서비스 모듈(52)로 운반하고 대체 장치(80)를 서비스 모듈(52)로부터 소정 프로세스 모듈(20, 22, 24)로 운반하며,
    단일 서비스 모듈(52)이 제공되는 것을 특징으로 하는 클러스터 공구 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 대체 장치(80)를 서비스 모듈(52) 내에 저장하는 저장 요소(62)와, 로봇 요소(40)가 제1 장치를 저장 요소(62) 내에 배치시키고 진공 하에서 대체 장치(80)를 저장 요소(62)로부터 소정 프로세스 모듈(20, 22, 24)로 운반하도록 저장 요소(62)를 서비스 모듈(52) 내에서 이동시키는 구동 기구(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 공구 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 대체 장치(80)를 저장하고 제1 장치를 수용하는 적어도 하나의 선반(72 내지 78)을 갖는 랙(62)을 구비하는 저장 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 공구 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 선반(72 내지 78)을 로봇 요소(40)와 정렬될 수 있도록 이동시키는 구동 기구(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 공구 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 서비스 모듈은 서비스 모듈(52)을 탈가스에 적당한 진공 레벨로 진공화하는 펌프(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 공구 시스템.
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