KR100219406B1 - 화학기상증착설비의 웨이퍼로딩실 공기흐름 안내장치 - Google Patents

화학기상증착설비의 웨이퍼로딩실 공기흐름 안내장치 Download PDF

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Abstract

고청정 상태로 송풍되어 유입되는 공기의 흐름이 웨이퍼가 위차한 보트쪽으로 이루어지도록 공기가 유입되는 부분을 개선시킨 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실의 공기흐름안내장치에 관한 것이다.
본 발명은, 화학기상증착을 위한 반응실에 보트를 통하여 로딩되는 웨이퍼의 청정유지를 위하여 웨이퍼로딩실 내부로 청정 공기류를 제공하기 위한 송풍부에 있어서, 상기 송풍부의 내벽에 공기흐름을 일정방향으로 안내하기 위한 안내수단이 설치되어 이루어진다.
따라서, 저압화학기상증착 설비의 웨이퍼로딩실에서의 기류가 원활히 안내되고 와류가 형성되지 않아서 공기의 풍속이 적정 수준으로 유지되므로, 웨이퍼로딩실내의 파티클 수가 격감되어 웨이퍼의 오염을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 공기흐름 안내장치
제1도의 (a)는 종래의 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 평면도이고,
(b)는 종래의 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 측면도이다.
제2도는 본 발명에 따른 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 공기흐름 안내장치의 실시예를 나타내는 모식도이다.
제3도는 실시예로서 공기가 유입되는 필터에 댐퍼가 설치된 것을 예시한 사시도이다.
제4도는 제3도의 III-III의 부분단면도이다.
제5도는 실시예가 설치된 웨이퍼 로딩실의 댐퍼와 보트의 위치관계를 나타내는 배치도이다.
제6도의 (a)는 실시예가 설치된 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 평면도이고,
(b)는 실시예가 설치된 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 측면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 22 : 웨이퍼 로딩실 12, 28 : 보트(Boat)
14, 24 : 필터 16, 32 : 배출구
18 : 데드포인트(Dead Point) 20 : 반응실
26 : 댐퍼(Damper) 30 : 로봇
본 발명은 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 공기흐름 안내장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저압화학기상증착공정 전 또느 후에 웨이퍼가 위치한 보트쪽으로 고청정 상태의 공기송풍이 이루어지도록 공기 유입 부분을 개선시킨 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 공기흐름 안내장치에 관한 것이다.
통상적으로 롬(ROM), 램(RAM) 및 집적회로(IC) 등을 칩으로 구현하기 위하여 반도체 소재로 제조된 웨이퍼(Wafer)가 이용되고, 웨이퍼는 산화, 확산, 증착, 식각 및 패키지(Package) 등의 과정을 거치며, 이러한 공정들을 거친 후 웨이퍼는 원하는 용량을 갖는 롬 및 램 또는 특정 회로를 내장한 집적회로와 같은 칩으로 완성된다.
전술한 과정에 있어서 웨이퍼 상에 미세 박막을 증착하기 위해서 일반적으로 가장 널리 이용되고 있는 기술이 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition: 이하 'CVD'라 함)이다. 화학기상증착은 상압화학기상증착(APCVD), 저압화학기상증착(LPCVD) 및 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 등으로 더욱 세분될 수 있고, 이 중 저압화학기상증착은 모스(MOS) 집적회로와 각종 트래지스터 및 전하결합소자(CCD: Charge Coupled Device) 등을 제조하기 위하여 많이 이용되고 있다. 특히 저압화학기상증착은 동일 웨이퍼에서나 웨이퍼 간의 두께 및 저항의 균일성이 우수하고, 저온저압공정으로 반응로와 웨이퍼로부터의 자동 도핑의 감소가 가능하며, 많은 양의 웨이퍼를 동시에 처리할 수 있어서 경제적이고, 저온공정이 가능하여 미리 형성된 불순물 분포의 유지가 가능하다.
이러한 이유로 저압화학기상증착이 웨이퍼 상에 질화막 또는 산화막 등을 형성시키기 위하여 이용되고 있으며, 저압화학기상증착이 수행되는 설비는 크게 반응실과 웨이퍼 로딩실로 구분될 수 있다.
반응실은 내부가 특정 온도 및 조건의 분위기로 설정되어서 보트(Boat)에 실려 로딩(Loading)되는 웨이퍼에 박막을 형성시키는 장치이며, 웨이퍼 로딩실은 박막 증차긍ㄹ 위한 웨이퍼를 보트에 실어서 대기 후 반응실로 로딩하거나 공정을 수행하여 박막이 증착된 웨이퍼를 보트에 실어서 로딩한 후 외부 후속 공정설비로 이송시키는 장치이다.
그리고, 여기에 공정을 위한 SiH4, N2O, CO2및 O2와 같은 가스들을 반응실로 공급하기 위한 공조설비와, 웨이퍼 로딩실로 공정이 수행되기 전, 그리고 공정이 수행된 후 보트에 실린 웨이퍼가 파티클(Particle)과 같은 불순물에 오염되지 않도록 청정한 상태의 공기를 송풍하고 배기하기 위한 공조설비가 부가적으로 구성되어 있다.
수직형 저압화학기상증착 설비의 경우에 일반적으로 반응실 하부에 웨이퍼 로딩실이 구성되어 있고, 반응실에는 증착을 위한 가스를 주입하도록 구성되어 있으며, 웨이퍼 로딩실에는 웨이퍼가 파티클과 같은 불순물에 오염되는 것을 방지하도록 샤워(Shower)시키기 위한 청정한 공기를 공급 및 배출하도록 구성되어 있다.
이러한 수직형 저압화학기상증착 설비의 웨이퍼 로딩실의 평면도가 제1도의 (a)이며, 측면도가 제1도의 (b)이다.
웨이퍼 로딩실(10)의 내부에는 로트(Lot) 단위별로 캐리어(Carrier)에 실려서 이송된 웨이퍼를 보트(12)로 옮기거나 보트의 웨이퍼를 후속 설비로 이송하기 위하여 캐리어로 옮기기 위한 로봇(Robot, 도시되지 않음)이 배치되어 있고, 여러 장의 웨이퍼를 한꺼번에 반응실 내부로 로딩하여 증착시키도록 승하강 동작을 하는 보트(12)가 배치되어 있으며, 일벽에는 외부에 설치된 공기송풍공장치(도시되지 않음)의 송풍용 팬(도시되지 않음)의 회전에 의하여 유입되는 공기를 필터링하기 위한 필터(14)가 구성되어 있고, 그 반대쪽 벽에는 다수 개의 배출구(16)가 내부 공기를 외부에 설치된 공기배출공조장치(도시되지 않음)로 배출하도록 형성되어 있다.
제1도의 (a) 및 (b)와 같이 구성된 종래의 수직형 저압화학기상증착 설비에서는 공기가 고청정도를 가지고 팬의 회전에 의하여 웨이퍼 로딩실(10) 내부로 약 0.2~0.4m/s 정도의 풍속으로 공급되어야 한다. 이러한 조건에 의하여 웨이퍼 상의 불순물이 효과적으로 제거될 수 있다.
그러나, 제1도의 (a) 및 (b)와 같이 제작되는 종래의 수직형 저압화학기상증착 설비의 웨이퍼 로딩실(10)에서 내부용량에 비하여 필터(14)의 면적이 작고, 설계상 유입되는 공기가 보트(12)에 바로 맞닿도록 위치가 정해져 있지 않다. 그러므로, 필터(14)를 통하여 유입되는 공기가 보트(12)의 웨이퍼로 바로 진행되지 않고, 제1도의 (a)에 나타난 화살표와 같이 기류가 형성된다. 그러므로 로봇과 같은 다른 부분에 존재하는 파티를 이 기류에 실려서 웨이퍼를 오염시킬 수 있다.
특히 배기를 위한 배출구(16)의 위치가 적절하게 설정되어 있지 않아서 보트(12) 부근에서 와류가 형성되며, 이러한 와류에 의하여 원활한 불순물의 배출이 저하됨으로써 종래에는 웨이퍼 로딩실 내부의 파티클 정도를 측정하면 웨이퍼를 오염시킬 수 있는 단위면적당 약 100~300 개 정도의 파티클이 측정되는 문제점이 있었다.
그리고, 와류는 필터(14)를 통하여 유입되는 공기의 진행에도 영향을 미친다. 즉 웨이퍼 상의 불순물 제거에 가장 큰 영향력을 갖는 보트(12)가 위치한 쪽에 공기의 풍속에 의하여 약 0~0.2m/s 정도로 격감되는 데드포인트(Dead Point)(18)가 형성되어 데드포인트(18)를 통과하여 유입되는 공기가 웨이퍼 및 보트의 청정도에 전혀 영향을 미치지 못하는 문제점이 있었다.
전술한 문제점을 해결하기 위해서는 근본적으로 필터(14)의 면적 및 위치 등을 개선시켜야 한다. 그러나, 반도체 제조설비는 고가로서 이미 셋업(Set-up)이 완료된 설비를 구조변경하고 교체시키기에는 심각한 정도의 비용부담이 발생되어 쉽게 구조변경하고 교체시키기에는 심각한 정도의 비용부담이 발생되어 쉽게 교체시키기 어려운 문제점이 있었다. 그리고 설비의 레이아웃(Lay-out) 변경은 각 설비간 구조적 역학상 변경시키기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 내부에 위치한 보트에 실린 웨이퍼가 다른 부분에서 발생될 수 있는 불순물에 오염되지 않도록 하기 위한 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 공기흐름 안내장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 내부에 위치한 보트에 실린 웨이퍼가 송풍되는 청정한 공기로 바로 샤워되어 웨이퍼상의 불순물을 효과적으로 제거하기 위한 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 공기흐름 안내장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 실내에서의 기류를 안내하여 와류가 발생되지 않고, 유입되는 공기가 부분별로 정상적인 풍속으로 흐르도록 안내하기 위한 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 공기흐름 안내장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 공기흐름 안내장치는, 화학기상증착을 위한 반응실에 보트에 장착되어 로딩되는 웨이퍼의 청정유지를 위하여 웨이퍼 로딩실 내부로 청정 공기류를 제공하기 위한 송풍부와, 상기 송풍부의 반대측에 상기 청정 공기류이 배출되는 배출구를 구비하는 화학기상증착설비에 있어서, 상기 청정 공기류의 일부를 상기 보트에 장착된 웨이퍼 방향으로 직접 안내하기 위한 복수 개의 댐퍼가 상기 청정 공기류를 걸러서 실내로 공급하는 필터에 설치되어 이루어지며, 상기 필터의 상기 보트 쪽 일부영역에 부분적으로 설치됨이 바람직하다.
상기 복수 개의 댐퍼는 상기 필터의 상기 보트에 근접된 일부영역에 설치되어서 상기 보트를 포함하는 외접하는 방향을 지향하도록 설치됨이 바람직하며, 각각의 댐퍼는 일정비율의 서로 다른 지향방향을 갖도록 함이 바람직하다. 그리고, 상기 댐퍼는 상기 필터의 변부로 갈수록 길어지도록 구성하여 청정공기의 와류발생을 억제하도록 함이 바람직하다.
그러면, 기류가 안내되어 공기의 흐름이 원활해지고, 화학기상증착을 전훙하여 보트에 실린 웨이퍼는 웨이퍼 로딩실 내의 다른 부분의 파티클과 같은 불순물에 영향을 받지 않게 되어서 웨이퍼가 위치하는 보트 부분의 청정도가 개선될 수 있다.
또한, 청정항 상태의 공기에 의한 기류가 필터로부터 바로 웨이퍼로 공급되어 웨이퍼를 샤워시키도록 형성되어서 웨이퍼 상의 불순물이 기류에 의하여 제거되므로, 웨이퍼의 불순물 오염도를 격감시킬 수 있고, 그에 따라 웨이퍼의 수율이 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도를 참조하면, 본 발명의 실시예는 반응실(20) 하부에 위치한 웨이퍼 로딩실(22)의 필터(24)에 댐퍼(26)를 여러 개 설치하고, 댐퍼(26)는 필터(24)를 통과하는 일부 공기흐름을 보트(28) 쪽으로 안내하도록 구성되어 있다.
제2도에서의 필터(24)에 설치되는 댐퍼(26)들은 제3도와 같이 대표적인 결합방법 중 하나인 볼트(Bolt)결합을 예시하였으나 최소한의 불순물이 발생되지 않는 결합방법을 이용하여 결합시킨다. 그리고, 댐퍼(26)는 필터(24)의 보트(28)가 위치한 쪽의 일부 면적에 대하여 여러 개 설치되어 있다.
그리고, 각 댐퍼(26)들은 보트쪽으로 기류가 안내될 수 있도록 제4도와 같이 그 길이와 안내각을 임의로 가변제작하여 결합되어 있다. 즉 보트에 대한 안내각은 θ1＞θ2＞θ3＞θ4＞θ5가 되도록 구성되어 있으며, 길이는 이와 반대로 보트쪽에 가까운 댐퍼(26)일수록 길이를 상대저긍로 길게하여 구성되어 있다. 예를 들면 θ1을 40°로 하고, θ2는 30°, θ3는 25°, θ4는 20°, θ5는 15°로 제작하여 기류가 안내되도록 구성할 수 있다. 이와 같이 구성됨으로써 유입되는 고청정 상태의 공기속도가 일정하게 유지될 수 있다. 그리고, 안내각의 설정범위는 댐퍼(26)의 지향 방향이 제5도와 같이 기류를 로봇(30)에 비껴서 정확히 보트(28)로 안내할 수 있는 범위 내에서 가변될 수 있고, 바람직하기로는 양 끝 댐퍼(26)의 지향 방향을 보트(28)의 원주에 외접하도록 설정함이 가장 적절하다.
전술한 제2도 내지 제5도와 같은 구성에 의하여 제6도의 (a) 및 (b)와 같은 필터(24)로부터 배출구(32)로의 기류가 형성된다.
따라서, 저압화학기상증착을 수행시키기 위ㅎ나 웨이퍼나 저압화학기상증착 공정을 수행한 웨이퍼가 보트에 실린 상태에서 각 웨이퍼 상의 불순물을 제거하여 공기에 실어서 배출하도록 공기가 공기송풍공조장치로부터 필터(24)를 통하여 유입되면, 댐퍼(26)에 의하여 안내되지 않은 공기는 로봇(20)과 같은 부분 등에 존재하는 불순물을 실어서 배출구(32)를 통하여 배출시키고, 댐퍼(26)에 의하여 안내되는 공기는 안내된 기류에 따라 보트(28)를 거쳐서 배출구(32)를 통하여 배출된다. 따라서 필터(24)를 통하여 고청정 상태의 공기가 바로 안내되므로 보트(28) 또는 웨이퍼에 존재하는 불순물이 여기에 실려서 배출되어 제거된다.
그리고, 제6도의 (a)에 나타난 것과 같이 유속을 감소시키는 와류가 형성되지 않으므로 팬의 회전에 의하여 송풍되는 공기의 풍속이 0.2~0.4m/s 정도로 유지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 안내수단이 설치된 웨이퍼 로딩실에 대하여 통상 사용되고 있는 파티클측정장비의 하나인 메트-원 파티클 카운터 2100(Met-One Particle Counter 2100) 기종으로 약 0.1㎛ 이상 직경의 파티클을 대상으로 측정을 실시하여 본 바, 표1과 같은 결과가 나왔다.
[표1] 파티클 측정 결과
전술한 표1에서 알 수 있듯이 개선전 상당한 수로 측정되던 파티클이 모든 위치에 대하여 평균적으로 0~2 개 정도의 수준으로 격감되어 측정된다.
즉, 본 발명의 실시예에 따라 댐퍼(26)에 의하여 공기의 기류가 보트(28)로 안내됨으로써 다른 부분의 파티클이 보트(28)의 웨이퍼를 오염시키지 않고 바로 배출구(32)로 배출되며, 웨이퍼 상의 불순물도 공기에 실려 효과적으로 제거되어 배출된다.
따라서, 저압화학기상증착 설비의 웨이퍼 로딩실에서의 기류가 송풍부로부터 웨이퍼 방향으로 원활히 안내되어 공기가 불순물을 실어서 배출되고 와류가 형성되지 않아서 공기의 풍속이 적정 수준으로 유지되므로, 실내의 파티클 수가 표1과 같이 격감되어 웨이퍼의 오염이 발생되지 않고 그에 따라 수율이 극대화되는 효과가 있다.
그리고, 기존의 셋업된 설비에 손쉽게 이용될 수 있으므로 설치 및 적용이 용이한 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (6)

  1. 화학기상증착을 위한 반응실에 보트에 장착되어 로딩되는 웨이퍼의 청정유지를 위하여 웨이퍼 로딩실 내부로 청정 공기류를 제공하기 위한 송풍부와, 상기 송풍부의 반대측에 상기 청정 공기류가 배출되는 배출구를 구비하는 화학기상증착설비에 있어서,
    상기 청정 공기류의 일부를 상기 보트에 장착된 웨이퍼 방향으로 직접 안내하기 위한 복수 개의 댐퍼가 상기 청정 공기류를 걸러서 실내로 공급하는 필터에 설치되어 이루어짐을 특징으로 하는 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 공기흐름 안내장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 댐퍼는 실내로 송풍되는 공기를 필터링하여 유입시키도록 구성된 상기 필터의 일부분에 설치됨을 특징으로 하는 상기 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 공기흐름 안내장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 댐퍼는 상기 필터의 상기 보트 쪽 일부영역에 부분적으로 설치됨을 특징으로 하는 상기 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 공기흐름 안내장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 댐퍼 중 양단의 각 댐퍼는 각각 상기 보트에 외접하는 방향으로 지향되고, 다른 댐퍼는 이를 기준으로 일정비율로 조절된 서로 상이한 지향방향을 갖도록 구성됨을 특징으로 하는 상기 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 공기흐름 안내장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수 개의 댐퍼는 각각 길이가 다르게 구성됨을 특징으로 하는 상기 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 공기흐름 안내장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수 개의 댐퍼는 필터의 변부로 가면서 길이가 길어지도록하여 공기류의 방향성을 증가시킴으로써 공기 와류 형성이 억제되도록 한 것을 특징으로 하는 상기 화학기상증착설비의 웨이퍼 로딩실 공기흐름 안내장치.
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