KR100774018B1 - 기판운반시스템 및 기판의 청정도 유지 방법 - Google Patents

기판운반시스템 및 기판의 청정도 유지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 기판운반용기는 용기본체와, 이 용기본체의 전방에 마련된 개구부를 밀폐가능하게 덮는 도어를 포함하는 유지용기를 구비한다. 격벽은 유지용기 내에 순환유로를 형성한다. 순환유로는 공기가 기판을 향해 흐르는 유로와, 공기가 팬을 향해 흐르는 유로를 구비한다. 기판유지부는 기판의 주 표면이 공기가 기판을 향해 흐르는 유로에 대략 평행하게 기판을 운반하도록 공기가 기판을 향해 흐르는 유로 내에 배치된다. 공기가 기판을 향해 흐르는 유로 내의 기판유지부의 상류측상에 미립자제거 필터와 가스성불순물포착 필터가 위치된다. 팬을 구동시키는 팬모터가 유지용기 내에 합체되어, 순환유로를 통해 순환하는 기류를 형성한다.

Description

기판운반시스템 및 기판의 청정도 유지 방법{SYSTEM FOR TRANSPORTING SUBSTRATE TRANSPORT CONTAINER, AND METHOD FOR MAINTAINING CLEARNESS OF A SUBSTRATE USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제 1실시형태에 따른 공기정화기를 갖춘 자동화에 적합한 기판운반용기를 나타내는 단면평면도,
도 2는 도 1의 선 A-A에 따른 단면도,
도 3은 본 발명의 제 1실시형태에 따른 자동화에 적합한 기판운반용기를 나타내는 정면도,
도 4는 본 발명의 제 1실시형태에 따른 자동화에 적합한 기판운반용기를 나타내는 저면도,
도 5는 도 1에 도시된 제 1실시형태에 따른 자동화에 적합한 기판운반용기와 웨이퍼 반출입 도어(loading/unloading door)를 자동적으로 개방 및 폐쇄하는 자동도어개폐장치(automatic door opener)와의 연결을 나타내는 개략도,
도 6은 본 발명의 제 2실시형태를 나타내는 단면평면도,
도 7은 도 6의 선 B-B에 따른 단면도,
도 8은 본 발명의 제 2실시형태에서 흡착된 유기물의 양과 보관시간 사이의 관계를 나타내는 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 공기정화기를 각각 갖춘 자동화에 적합한 복수의 기판운반용기에 대한 대기스테이션을 나타내는 개략도,
도 10은 본 발명의 제 4실시형태에 따른 기판운반용기를 나타내는 단면평면도, 및
도 11은 도 10의 선 C-C에 따른 단면도이다.
본 발명은 극도로 높은 청정도의 대기 내에서 물체, 예를 들어 반도체웨이퍼, 포토마스크, 또는 하드디스크를 보관하거나 운반하는데 사용하기 적당한 기판운반용기와, 상기 기판운반용기의 웨이퍼 반출입 도어를 자동적으로 개폐하는 자동도어개폐장치를 조합한 기판운반시스템 또는, 상기 기판운반용기와, 상기 기판운반용기가 복수대 대기할 수 있는 기판운반용기 대기스테이션을 조합한 기판운반시스템 또는, 기판의 청정도 유지 시스템에 관한 것이다.
예를 들어 반도체웨이퍼 제조공장에서 생산된 반도체웨이퍼 또는 포토마스크 등과 같은 기판이 운반 또는 보관되는 중에, 예를 들어 만약 주위공기내에 존재하는 먼지나 가스성불순물의 자국이 반도체웨이퍼 또는 다른 물체에 부착되면, 제품의 수율이 저하된다. 이러한 경향은 집적도가 증가할수록 현저하게 증가된다. 자기디스크분야에 있어서도 자기저항성 헤드의 출현이후 기록밀도가 가속적으로 높아져왔다. 따라서, 먼지 뿐만 아니라 가스성불순물에 대해서도 높은 청정도가 요구되어진다.
운반 또는 보관될때 기판을 수용하는 청정한 장소를 얻기 위해 팬모터, HEPA(고효율 미립자 공기) 필터 및 ULPA(초저 관통 공기) 필터를 갖춘 청정 용기 등이 개발되었다. 예를 들어 반도체 웨이퍼 주변을 국부적으로 세정하기 위한 기술로는, 반도체 웨이퍼를 수용하는 청정 용기 내의 공기가 고순도 질소로 교체되어 청정도를 유지하고 자생 산화막의 생성을 억제하는 방법이 있다.
그러나, HEPA필터 및 ULPA필터를 사용하는 세정용기는 미립의 오염물질은 제거할 수 있지만, 유기성 또는 무기성 가스의 흔적을 제거할 수는 없다. 또한, 만약 운반 또는 보관되는 물체의 세정에 직접적으로 기여하지 않는 부분을 대량의 순환 공기가 통과하거나, 또는 세정용기 내에서 순환공기가 바람직하지 못하게 체류하는 영역이 있다면, 세정용기 내의 효율적인 환기에 대한 개선을 기대하기 어렵다. 결과적으로, 정화된 공기에 의한 오염방지효과는 떨어지게 된다. 세정용기 내의 대기를 고순도의 질소로 교체하는 방법에 의하면 용기 내의 구성 성분 및 반도체웨이퍼 자체로부터 발생된 불순물을 제거하는 것이 불가능하다. 또한, 질소의 사용은 안전면에서 문제가 있다.
또한, 반도체 제조산업에 있어서, 실리콘웨이퍼의 직경이 급속하게 증가되고 있으며, 실리콘웨이퍼상에 형성되는 회로패턴은 더욱 더 작아지며 세밀해지고 있다. 웨이퍼의 직경이 증가함에 따라, 웨이퍼를 운반하는데 사용되는 용기의 크기 및 중량도 증가한다. 결과적으로, 수동조작에 의해 웨이퍼운반용기를 취급하는 것이 어려워지고 있다. 또한, 집적회로가 더욱 더 작아지고 세밀해짐에 따라, 반도체 제조공장에서의 주요 오염원인 사람으로부터 웨이퍼를 격리시키는 것이 필요하다. 즉, 기계를 이용하여 웨이퍼를 운반하고, 운반용기의 도어를 기계적으로 개방 및 폐쇄하는 것이 중요하다.
상기한 문제의 관점에서, 본 발명의 목적은 기판운반용기 내에 수용된 기판이 주위대기에 의해 오염되는 것을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 기판 자체로부터 발생된 오염물질에 의한 기판의 오염을 효과적으로 방지할 수 있는, 공장에서 자동화작동을 가능하게 하는 기판운반용기를 제공하여, 상기 기판운반용기와, 상기 기판운반용기가 복수대 대기할 수 있는 기판운반용기 대기스테이션을 조합한 기판운반시스템 또는, 상기 기판운반용기와, 상기 기판운반용기의 웨이퍼 반출입 도어를 자동적으로 개폐하는 자동도어개폐장치를 조합한 기판운반시스템를 제공하는 것에 있다. 또한, 본원 발명은 상기 기판운반용기를 이용하여 기판의 청정도를 유지할 수 있도록 하는 기판 청정도 유지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 제 1실시형태에 따르면, 용기본체와, 이 용기본체의 전방에 마련된 개구부를 밀폐가능하게 덮는 도어를 포함하는 유지용기를 구비한 기판운반용기가 제공된다. 유지용기 내에 순환유로를 형성하도록 격벽이 제공된다. 순환공기흐름은 공기가 기판을 향해 흐르는 유로와, 공기가 팬을 향해 흐르는 유로를 갖는다. 기판유지부는, 기판의 주 표면이 공기가 기판을 향해 흐르는 유로에 대략 평행하게 기판을 운반하도록 공기가 기판을 향해 흐르는 유로 내에 배치된다. 공기가 기판을 향해 흐르는 유로 내의 기판유지부의 상류측에 미립자제거 필터와 가스성불순물 포착 필터가 위치된다. 팬모터가 유지용기 내에 내장되어, 순환유로를 통해 순환하는 공기흐름을 형성한다.
이로 인해, 유지용기 내에 순환기류가 생성되고, 순환공기는 미립자제거 필터와 가스성불순물포착 필터를 통해 물리적, 화학적으로 정화된 후 기판유지부로 보내진다. 따라서, 용기가 용기의 내벽 또는 기판에 부착하기 쉬운 미립자를 포함하거나, 또는 용기로부터 발생된 가스와 같은 오염물질원을 포함하는 경우에도, 미립자 또는 가스가 기판유지부 내에 유지된 기판을 오염시키는 것이 방지된다. 또한, 기판유지부의 하류측에 웨이퍼 반출입 도어가 위치되기 때문에, 도어가 개방되거나 폐쇄되었을 때 오염되기 쉬운 용기를 통해 기판이 오염되는 것이 방지된다.
반도체 제조설비와 재료에 대한 국제표준으로서 SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International) 표준이 알려져있다. SEMI표준은 200mm웨이퍼, 300mm웨이퍼 등의 운반용기의 표준인터페이스에 관한 항목을 규정한다. 용기본체의 측면에 개구부를 배치한 구조는 300mm웨이퍼 운반용기로 규정되어 있는 전방-개방 인터페이스(front-opening interface)에 적용된다.
가스성 불순물 포착 필터를 위한 막재료로서는, 예를 들어 이온교환 부직포 및 섬유, 활성 탄소 섬유, 입자 활성 탄소, 파쇄(pulverized) 활성 탄소, 또는 입자 실리콘만을 단독으로 또는 조합한 것도 가능하며, 또는 이러한 물질들을 적층하여 얻어지는 일체형 재료를 사용하는 것도 가능하다. 불화수소산 및 염화수소산 등과 같은 미스트(mist) 안에 존재하는 암모니아 및 기타 이온성 물질들은, 이온교환 부직포 또는 섬유, 및 셀룰로우스(cellulosic) 섬유와 아크릴 섬유 및 리그닌(lignin) 섬유를 탄화하고 활성화함으로써 얻어지는 활성 탄소 섬유에 의해 효율적으로 흡수되어 제거될 수 있다. 방사선 그래프트(graft) 중합 반응에 의해 생성된 이온 교환 부직포 또는 섬유가 사용될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시형태에 따르면, 용기 본체 및 이 용기 본체의 저면에 마련된 개구부를 밀폐가능하게 덮는 도어를 포함하는 유지용기를 구비하는 기판운반용기가 제공된다.
상기 유지용기 내에는 순환 유로를 형성하기 위한 격벽이 제공된다. 상기 순환 유로는 공기가 기판을 향하여 흐르는 유로와 공기가 팬을 향하여 흐르는 유로를 갖는다. 기판 유지부는 공기가 기판을 향하여 흐르는 유로 상에 배치되어, 기판의 주 표면이 공기가 기판을 향해 흐르는 유로와 대략 평행하게 되는 방식으로 기판을 운반한다. 미립자 제거 필터 및 가스성 불순물 포착 필터는 공기가 기판을 향하여 흐르는 유로에서 기판유지부의 상류측에 배치된다. 팬모터가 유지용기 내에 일체화되어 상기 순환 유로를 순환하는 기류를 형성한다.
이러한 기판 운반 용기는 도어가 용기의 저면부에 제공된다는 점에서 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 기판 운반 용기와 상이하다. 이는 SEMI 표준에 따르면 200 mm 보다 크지 않은 직경을 갖는 웨이퍼를 위한 운반 용기의 표준 기계 인터페이스는 용기의 저면부가 개방되고 폐쇄되는 구조를 가지기 때문이다.
본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에 따른 기판 운송 용기에 있어서 상기 도어가 자동 개폐 래치(latch) 기구를 구비할 수도 있다. 이러한 기구를 가진 경우에는 기판 운반 용기가 이에 대하여 기판을 전달하기 위한 장소를 제공하는 전달스테이션(delivery station) 등의 위에 놓였을 때 도어가 자동적으로 열려, 전달작업이 고속으로 수행될 수 있게 된다.
본 발명의 제 3 실시형태에 따르면, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에 따른 기판 운반 용기와, 이 기판 운반 용기의 웨이퍼 반출입 도어를 자동적으로 개폐하기 위한 자동 도어 개폐장치와의 조합이 제공된다. 상기 자동 도어 개폐장치는, 자동 도어 개폐장치상에 놓였을 때 기판 운송 용기의 2차 전지를 자동적으로 충전하기 위한 충전 단자를 갖는다. 반도체 제조 공정의 자동화가 진전됨에 따라, 팬모터를 구동하기 위한 전원으로서 2차 전지를 충전하는 작업을 자동화하는 것이 필요할 것이다. 일반적으로 기판 운반 용기는 반도체 제조 설비 안으로 혹은 설비 밖으로 웨이퍼를 반출입하는 웨이퍼 반출입 도어를 자동적으로 개폐하기 위한 자동도어개폐장치 상에 위치된다. 기판 운반 용기가 자동 도어 개폐장치상에 놓이면 2차 전지가 자동적으로 충전되므로, 팬모터는 수동 조작의 필요없이 장기간 연속적으로 작동되고 제어될 수 있게 된다.
본 발명의 제 4 실시형태에 따르면, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에 따른 기판운반용기와, 기판운반용기 대기스테이션(standby station)과의 조합이 제공되며, 상기 대기 스테이션은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에 따른 복수의 기판 운반 용기가 대기하며, 또한 각각의 기판 운반 용기가 대기 상태로 놓였을 때 자동적으로 충전을 시작하기 위한 충전 단자를 갖는다. 팬모터를 구동하기 위한 전원으로서의 2차 전지는 그 전지 용량에 한계가 있으므로 팬모터는 수일 이상 작동할 수 없다. 복수의 기판 운반 용기가 소정의 위치에 각각 놓이면 용기상에 장착된 2차 전지가 자동적으로 충전되고 제어되어, 기판이 수동조작의 필요없이 장기간 보관될 수 있게 된다. 상기 대기 스테이션은 기판 보관 설비의 역할도 한다.
본 발명의 제 5 실시형태에 따르면, 기판의 청정도를 유지하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법에 있어서는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에 따른 기판 운반 용기 내의 대기가 건조 공기로 교체된 다음, 깨끗한 공기가 기판 운반 용기를 통하여 순환되어 환기된다. 웨이퍼를 보관하고 있는 동안, 보관 환경 내의 물 및 산소에 의해 웨이퍼상에 자연산화막이 성장하게 된다. 상기 웨이퍼가 기판 운반 용기 내에 놓인 다음에, 용기 내의 공기가 건조 공기로 교체되어 물과 산소의 농도를 극도로 낮은 레벨까지 낮춘다. 결과적으로, 자연산화막의 성장을 억제할 수 있게 된다. 이와 동시에, 입자성 불순물 및 유기물의 흡수를 예방할 수도 있다.
본 발명에 따른 전술한 목적 및 다른 목적과 특징 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 바람직한 실시예들을 통하여 보다 명확하게 될 것이다.
첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태가 아래에 상세하게 설명된다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제 1실시형태에 따른 자동화에 적합한 기판운반용기를 나타낸다. 기판운반용기에 있어서, 복수의 300mm 웨이퍼[처리될 기판; W]가 기판을 운반하거나 보관하는 용기본체의 내측에 배치된 요홈부(groove)형상의 포켓(pocket)내에 수용된다. 기판운반용기는 정육면체형의 용기본체(1)와, 웨이퍼 반출입 도어(2)를 자동적으로 개방 및 폐쇄하는 자동도어개폐장치(후에 설명됨)에 결합되는 웨이퍼 반출입 도어(2)를 구비한다. 웨이퍼 반출입 도어(2)는 용기본체(1)의 측면에 제공된 개구부(1a)를 기계적으로 개방 및 폐쇄할 수 있다. 이 개구부(1a)로부터 이격된 용기본체(1)의 측면에 커버(3)가 위치되어, 아래에 설명될 필터와 팬모터를 삽입 및 빼내기 위한 개구부(1b)를 덮는다. 기판운반용기는 웨이퍼(W)를 운반하는 요홈부형상의 포켓(4), ULPA필터(5), 화학필터(6), 및 팬모터(7)를 더욱 구비한다. 이들 부재는 서로 밀접하게 연결되어 기밀성이 높은 유지용기를 형성한다.
웨이퍼 반출입 도어(2)는 기계에 의해 개방 및 폐쇄될 수도 있다. 이를 위해, 자동도어개폐장치에 대해 고정밀도로 위치결정을 수행하도록 자동도어개폐장치(32, 도 5참조)의 운동전달(kinematic) 연결핀(8)과 맞물리는 V형상의 요홈부(9, 도 4참조)가 용기본체(1)의 저면에 마련된다. 웨이퍼 반출입 도어(2)가 자동도어개폐장치(32)에 의해 자동적으로 개방 및 폐쇄될 수 있도록, 자동도어개폐장치의 위치결정핀 수용부(10, 도 3참조)와, 도어개폐장치의 래치키(latch key)가 삽입되어 웨이퍼 반출입 도어(2)를 개폐시키는 열쇠구멍(11)이 웨이퍼 반출입 도어(2)에 마련된다. 또한, 기판운반용기는 OHT(오버헤드 호이스트운반) 또는 AGV(자동안내차량)와 같은 운반장치에 의해 운반될 수 있도록, 로봇 핸들링 플랜지(12)를 구비한다. V형상의 요홈부(9), 위치결정핀 수용부(10), 열쇠구멍(11), 로봇 핸들링 플랜지(12), 및 자동화 인터페이스와 관련된 다른 요소들은 SEMI 표준(E1.9, E47.1, E57, E62)에 적합하도록 설계된다.
용기본체(1)의 내측은 요홈부형상의 포켓(4)과 일체인 한 쌍의(좌우) 격벽(4a, 4b)에 의해 중앙의 중앙챔버(13a)와, 이 중앙챔버(13a)의 양측면상의 한 쌍의 측면챔버(13b)로 분할된다. 격벽(4a, 4b)은 각 갭(gap)을 가로질러 웨이퍼 반출입 도어(2)와, 커버(3) 사이에 서로 면하도록 배치된다. 요홈부형상의 포켓(4)은 격벽(4a, 4b)의 내부표면상에 일체적으로 마련된다. 요홈부형상의 포켓(4)의 각각은 웨이퍼(W)와 맞물리도록 웨이퍼 반출입 도어(2)를 향해 넓어지는 테이퍼부(tapered portion)를 구비한다. 격벽(4a, 4b)과 일체인 요홈부형상의 포켓(4)은 포켓내의 웨이퍼(W)와 맞물린 다음에는, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 용기(1)내에 위치되어 고정된다.
주로 미립자를 제거하는 미립자제거 필터, 예를 들면 ULPA 필터(5)와 불순물가스를 제거하는 가스성 불순물 포착필터(trapping filter), 예를 들면 화학필터(6)는, 공기가 커버(3)로부터 웨이퍼 반출입 도어(2)를 향해 통과할 수 있도록, 유지용기의 커버(3)측상의 중앙챔버(13a)와 연통하는 필터용기(13c)내에 위치된다. 한편, 팬모터(7)는 화학필터(6)의 상류측상에 설치되어, 웨이퍼 반출입 도어(2)를 향해 공기를 보낸다.
웨이퍼 반출입 도어(2)의 양단부는 원만하게 안쪽으로 만곡되고, 삼각형의 정류판(14)은 화살표로 도시된 바와 같이 공기흐름을 원만하게 안내하도록 웨이퍼 반출입 도어(2)의 중심에 마련된다. 추가적으로, 웨이퍼 반출입 도어(2)에는 웨이퍼(W)의 변위를 방지하는 고정부재(15)가 제공된다. 유사하게, 커버(3)의 내부표면이 안쪽으로 만곡되고, 삼각형의 정류판(16)이 커버(3)의 중심에 마련된다. 또한, 복수의 웨이퍼(W)에 청정한 공기를 균일하게 공급하는 정류판(17)이 필터용기(13c)의 청정한 공기출구 개구부에 인접한 두 지점에서 유지용기 내측에 설치된다.
유지용기의 요홈부형상의 포켓(4)내에 25개의 웨이퍼(W)가 수용될 때, 각 첫번째 웨이퍼(W) 및 25번째 웨이퍼(W)와 유지용기 사이의 갭은 인접한 각 쌍의 웨이퍼(W) 사이의 갭보다 넓다. 이것은 청정한 공기가 비균일한 유량으로 웨이퍼(W)에 공급되는 것을 방지한다. 각 첫번째 웨이퍼(W) 및 25번째 웨이퍼(W)와 유지용기 사이의 갭내의 유량과 인접한 각 쌍의 웨이퍼(W) 사이의 갭내의 유량은, 필터용기(13c)의 청정한 공기출구 개구부에 정류판(17)을 제공함으로써 공기입구에서 웨이퍼에 대해 균일해질 수 있다. 이로 인해, 효과적인 세정을 행하는 것이 가능해진다.
2차 전지를 포함한 전원공급유닛(18)이 커버(3)의 저면에 제공된다(도 2와 도 4참조). 전원공급유닛(18)에는 팬모터(7)의 단자(19)와 연결되는 접점이 마련된다. 전원공급유닛(18)은 팬모터(7)용 작동제어보드를 포함한다. 팬모터(7)의 ON-OFF타이밍과 팬모터(7)의 회전수는 제어보드에 미리 입력된 제어프로그램에 따라 제어된다. 추가적으로, 전원공급유닛(18)의 저면에는 충전단자(20)가 마련되어, 기판운반용기가 자동도어개폐장치 또는 충전스테이션상에 위치되면, 충전단자(20)가 도어개폐장치 또는 스테이션상에 설치된 단자에 연결되고, 이에 의해 2차 전지가 자동적으로 충전되도록 한다.
이 실시형태에 있어서, 가스성 불순물 포착필터(6)는 무기이온(inorganic ion) 제거용의 이온교환 부직포내의 유기물을 제거하도록 과립상(顆粒狀)의 활성탄소를 감싸 형성된다. 그러나, 분쇄된 활성탄소, 활성탄소섬유, 고순도 실리콘, 제올라이트, 세라믹, 함침(含浸)된 활성탄소등을 매개물로서 사용하는 것도 가능하다. 활성탄소섬유는 원료로서 레이온, 키놀(Kynol), 폴리아크릴로니트릴, 석유, 또는 석유피치(petroleum pitch)를 이용하여 탄소를 섬유형상으로 형성하고, 이러한 섬유형상의 탄소를 800℃ 이상의 고온에서 증기, 이산화탄소가스 등으로 기화, 즉 활성화시킴으로써 얻어질 수 있다. 활성된 탄소섬유에는, 요구되는 강도를 유지하고 먼지의 발생을 방지할 목적으로, 흡착작용을 하지 않는 접합제(binder) 등 이 첨가된다. 그러나, 재료사용의 관점에서 접합제의 양은 작은 것이 바람직하다.
무기탄소 등이 활성화공정 중에 제거되었기 때문에, 활성탄소는 기초결정 사이에 다수의 세공(細孔)을 갖는다. 세공과 이 세공의 큰 비표면적(specific surface area)으로 인해, 활성된 탄소는 큰 물리적 흡착성을 갖는다. 이러한 특성을 이용하여, 과립상의 활성탄소로 채워진 활성탄소필터가 상업적으로 이용 가능하다. 상업적으로 이용 가능한 다른 필터는, 공기필터막재료로서 최소량의 먼지를 발생시키고, 양호한 가공성을 제공하며, 과립상의 활성탄소보다 작은 세공과 큰 비표면적을 구비하는 활성탄소섬유를 이용하는 것과; 공기필터막재료로서 개방된 세공성구조를 갖는 우레탄포말상에 약 0.5mm 직경의 과립상 활성탄소를 구비한 것을 포함한다.
반도체기판과 동일한 재료인 고순도 실리콘이 또한 흡착제로서 사용 가능하다. 고순도 실리콘의 표면조건에는 흡착특성이 다른 2개의 다른 표면조건, 즉 친수성(親水性)표면과 소수성(疏水性)표면이 있다. 일반적으로, 희석한 플루오르화 수소산으로 세정된 소수성표면은 환경에 더욱 민감하고, 극히 낮은 농도에서도 탄화수소에 대해서도 높은 흡착특성을 보인다. 그러나, 소수성표면상에 산화필름이 덮히면, 실리콘의 소수성표면은 친수성표면으로 변한다. 따라서, 소수성표면은 시간에 따라 흡착특성이 변한다는 단점이 있다. 친수성표면은 예를 들어 BHT(2,6-디-3차-부틸-p-크레졸)와 DBP(디부틸 프탈레이트)와 같이 극성을 갖는 유기물질을 효과적으로 흡착한다. 두 경우에 있어서, 고순도의 실리콘만을 사용하는 것은 바람직하지 않다. 활성탄소와 함께 고순도의 실리콘을 사용하는 것이 효과적이다.
이온교환 부직포 또는 섬유는, 예를 들어 방사선 그래프트(graft) 중합반응에 의해 이온교환기를 도입시킴으로써 얻어질 수 있다. 즉, 예를 들면 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 중합체 또는 면 또는 모와 같은 천연 고분자 섬유 또는 부직포와 같은 유기 중합체로 구성된 염기성 물질은 전자 방사선 또는 감마 방사선과 같은 방사선으로 우선 조사되어 다수의 활성 포인트를 생성한다. 활성 포인트는 반응성이 매우 높고, "라디칼"로 알려져 있다. 라디칼에 단량체(monomer)를 화학결합시킴으로써, 염기성 물질의 특성과는 다른 단량체의 특성을 부여한다.
단량체가 염기성 물질로 그래프트화되기 때문에 이 기술을 "그래프트 중합반응"이라 부른다. 술폰기, 카르복실기, 아미노기 또는 그 외 소디움 스티렌 술폰산염, 아크릴산, 또는 아릴아민과 같은 이온-교환 그룹을 갖는 단량체가 방사선 그래프트 중합반응에 의해 폴리에틸렌 부직포의 염기성 물질에 결합되는 경우, 일반적으로 "이온-교환 수지"로 알려진 이온 교환 비드보다 이온 교환 속도가 현저하게 높은 부직포 이온 교환기를 얻을 수 있다.
유사하게, 이온-교환 그룹을 염기성 물질로 도입하기 전에 스티렌, 클로로메틸 스티렌, 글리시딜 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴, 또는 아크롤레인과 같은 이온-교환 그룹을 도입할 수 있는 단량체를 방사선 그래프트 중합반응으로 염기성 물질 상에 그래프트화함으로써 이온 교환기를 얻을 수 있다. 또한, 이 방법으로 염기성 물질의 원래 형태를 유지하는 이온 교환기를 얻을 수 있다.
통상적으로, 유리 섬유는 ULPA 필터 및 HEPA 필터의 여과 매질로 사용되었다. 그러나, 유리섬유가 반도체 장치 제조 공정에 사용되는 불화수소(HF) 증기와 반응하고, BF3를 생성하여 문제를 발생시킨다는 것이 명백해졌다. 최근, 여과 물질로서, 붕소 및 금속과 같은 불순물이 없고, 산, 알칼리, 또는 유기 용매에 의해서 영향을 받지 않는 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)를 사용한 ULPA 및 HEPA 필터가 시판되었다. 이 실시형태에서, 유리 섬유 또는 PTFE는 필요에 따라 적절하게 사용되어야 한다.
상기한 바와 같이 구성된 자동화에 적합한 기판운반용기의 작동이 아래에 설명된다. 도 5는 본 발명의 제 1실시형태에 따른 기판운반용기의 작동을 나타낸다. 팬모터등을 구동시키는 전원공급을 포함하며 미리 세정된 기판운반용기(1)가 반도체제조시스템(31)내에 설치된 자동도어개폐장치(32)상에 위치되고, 자동도어개폐장치(32)에 의해 행해진 작동에 의해 웨이퍼 반출입 도어(2)가 개방된다. 그 후, 웨이퍼(W)는 반도체제조시스템(31)내에 설치된 웨이퍼취급 로봇(21)에 의해 연속적으로 반출(unload)되어 처리된다. 처리의 종료후, 각 웨이퍼(W)는 기판운반용기(1)내에 놓여진다. 자동도어개폐장치(32)에 의해 웨이퍼 반출입 도어(2)이 폐쇄된 때부터 팬모터(7)의 작동이 시작되어, 기판운반용기(1)내의 공기를 정화시킨다. 웨이퍼 반출입 도어(2)가 폐쇄된 후, 기판운반용기(1)는 OHT, AGV 등에 의해 다음의 처리시스템 또는 보관설비로 운반된다.
팬모터(7)는 미리 장입된 프로그램에 따라 작동된다. 팬모터(7)의 작동은 팬모터(7)로부터 가스성불순물포착 필터(6)와 ULPA필터(5)를 통해 웨이퍼(W)를 내부에 수용하는 중심챔버(13a)로의 공기흐름을 생성한다. 중심챔버(13a)로부터의 공기흐름은 웨이퍼 반출입 도어(2)상에 제공된 정류판(14)에 의해 2개의 흐름으로 원만하게 분기되고, 이에 의해 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 측면챔버(13b)를 통해 팬모터(7)로 공기가 복귀하는 공기순환경로를 형성한다.
공기는 가스성불순물포착 필터(6)와 ULPA필터(5)를 통과함으로써 정화되어, 요홈부형상의 포켓(4)과 일체인 격벽(4a, 4b)에 의해 형성된 공기 도입구에 설치된 입구 정류판(17)에 의해 웨이퍼(W) 사이의 갭내로 도입된다. 이렇게 제공된 입구 정류판(17)은 과도한 공기가 마지막 웨이퍼(W)와 유지용기 사이의 갭을 통과하는 것을 방지한다. 웨이퍼(W) 사이의 갭을 통과하여 흐르는 공기는 정류판(14)과 웨이퍼 반출입 도어(2)의 내부표면을 따라 흘러 방향이 전환되어, 측면챔버(13b)를 통해 팬모터(7)로 복귀한다.
이 공정에 있어서, 여러 부분에 부착된 고체물질(예를 들어 미립자)과 이 고체물질로부터 생성된 가스성물질은 순환하는 공기흐름에 의해 운반된다. 공기는 웨이퍼(W)를 따라 흐르기전에, 웨이퍼(W)의 상류측상의 2개의 다른 종류의 필터를 통해 정화된다. 따라서, 외부오염 뿐만 아니라 자기오염, 즉 용기 내의 물질에 의한 오염도 방지하는 것이 가능하다.
팬모터(7)에 대한 작동패턴은 자동화에 적합한 기판운반용기의 사용조건에 따라 적당하게 선택될 수 있다. 일반적으로, 작동의 초기단계에, 팬모터(7)는 용기 내에 운반된 오염물질을 확실하게 제거하도록 연속적으로 또는 증가된 흐름속도로 작동된다. 소정의 시간주기가 경과된 후, 흐름속도가 감소되거나 또는 작동이 간헐적으로 행해져, 수용된 웨이퍼(W)와 용기 내의 구성부품으로부터 발생된 물질로 인한 오염을 방지한다. 이렇게 함으로써, 팬모터(7)에 의해 소모된 전력이 감소될 수 있고, 결과적으로 2차 전지를 충전하는 빈도가 감소될 수 있다.
기판운반용기의 폭(W), 깊이(D), 및 높이(H)가 389.5mm, 450mm, 및 335mm로 각각 설정되고, 25개의 300mm 웨이퍼가 기판운반용기 내에 수용되면, 웨이퍼(W)를 포함한 전체 중량은 약 10kg이다. 이 실시형태에 있어서, 시스템은 팬모터(7)의 작동에 의해 유지용기를 통해 0.12m3/min의 유량으로 순환공기를 보내, 인접한 각 웨이퍼(W)쌍 사이의 간극의 중심을 통과하여 흐르는 공기의 속도가 0.03m/s이 되도록 설정된다. 순환하는 공기의 유량은 팬모터(7)의 변화시킴으로써 변경될 수 있다.
도 6과 도 7은 본 발명의 제 2실시형태를 나타낸다. 이 실시형태는 웨이퍼(W)의 크기가 200mm이고, 자동화인터페이스를 위한 도어(23)가 기판운반용기(1)의 저면에 위치된다는 점에서 제 1실시형태와 다르다. 웨이퍼운반장치(22)내에 수용된 웨이퍼(W)는 기판운반용기 내에 놓여진다. 이 실시형태에 있어서, 요홈부형상의 포켓(4')과 일체인 웨이퍼운반장치(22)의 측벽(22a, 22b)은 제어챔버(13a)와 측면챔버(13b)를 분리시키는 격벽의 쌍을 구성한다. 대안적으로, 한 쌍의 격벽이 용기 내에 위치되고, 이 격벽 사이에 웨이퍼운반장치(22)가 배치될 수도 있다. 웨이퍼운반장치(22)는 웨이퍼 반출입 도어(2)의 폐쇄와 개방과 함께 기판운반용기(1)내에 수용되거나 기판운반용기(1)로부터 인출된다. 기판운반용기 내의 공기를 정화시키는 방법은 제 1실시형태와 동일하다. 제 2실시형태에 있어서는 팬모터(7)를 구동시키는 2차 전지와 팬모터제어회로가 용기도어(23)내에 통합된다.
기판운반용기의 폭(W), 깊이(D), 및 높이(H)가 283mm, 342mm, 및 254mm로 각각 설정되고, 25개의 200mm 웨이퍼가 기판운반용기 내에 수용되면, 웨이퍼(W)와 웨이퍼운반장치(22)를 포함한 전체 중량은 약 6kg이다. 이 실시형태에 있어서, 시스템은 팬모터(7)의 작동에 의해 기판운반용기를 통해 0.05m3/min의 유량으로 순환공기를 보내, 인접한 각 웨이퍼(W)쌍 사이의 갭의 중심을 통과하여 흐르는 공기의 속도가 0.03m/s이 되도록 설정된다.
도 8은 제 2실시형태에 있어서 보관시간과 흡착되는 유기물의 양 사이의 관계를 나타낸다. 도 8은 친수성처리를 받은 웨이퍼로부터 얻어진 실험데이터를 나타내고, 또한 비교의 목적으로 반도체 제조공장에서 일반적으로 사용되는 폐쇄된 용기에 관한 데이터를 나타낸다. 팬모터(7)의 작동에 대해, 2개의 패턴, 즉 30초동안의 ON과 15초동안의 OFF 사이클이 반복되는 반연속작동과, 30초동안의 ON과 225초동안의 OFF 사이클이 반복되는 간헐작동이 도시된다. 도 8로부터, 공기정화기를 갖춘 자동화에 적합한 기판운반용기 내에 보관된 웨이퍼(W)상에 흡착된 유기물의 양이 종래에 사용되던 폐쇄된 용기의 경우보다 더 낮다는 것을 알 수 있다. 유기물흡착특성에 대해, 흡착된 유기물의 양은 반연속작동보다는 정지시간에 대한 작동시간의 비가 약 1:10인 간헐작동에 의해서 낮게 유지될 수 있다.
아래의 표 1은 제 2실시형태에서 자동화에 적합한 기판운반용기에 따른 이온물질의 농도를 측정한 결과를 나타낸다. 측정에 있어서, 팬모터(7)는 연속적으로 작동된다. 샘플링은 70시간동안 집진법(impinger method)에 의해 수행된다. 샘플링유량은 자동화에 적합한 기판운반용기를 통과하여 순환되는 공기의 유량의 1/50, 즉 1 l/m이다. 이온물질농도는 이온착색판(ion chromatograph)에 의해 계산된다. 표 1로부터 공기정화기를 갖춘 자동화에 적합한 기판운반용기 내의 이온물질의 농도가 0.1 ㎍/m3 이하로 감소될 수 있음을 알 수 있다.
[단위:㎍/m3 ]
조건 NH4 + Cl- NO2 - NO3 - SO4 2- F-
기판운반용기 0.01 0.01 0.07 0.05 < 0.01 < 0.01
실험환경 5.8 0.3 5.1 1.3 4.6 0.2
도 9는 본 발명에 따른 자동화에 적합한 기판운반용기와 함께 사용 가능한 기판운반용기 대기스테이션을 나타내는 개략도이다. 이것은 대기상태의 복수의 자동화에 적합한 기판운반용기를 일괄적으로 홀딩할 수 있는 보관선반이다. 이 실시형태에 있어서, 대기스테이션은, 예시적으로 300mm웨이퍼용의 자동화에 적합한 기판운반용기에 대해 설명된다. 자동화에 적합한 기판운반용기(1)는 AGV 또는 OHT에 의해 기판운반용기의 임시보관을 위해 스탠드(27)로 운반된다. 그 후, 기판운반용기(1)는 특정목적의 운반유닛(28)에 의해 선반(24)으로 이동되어 선반(24)위에 보관된다. 선반(24)은 600mm간격으로 설치된 운동전달 연결핀(25)을 구비한다. 특정목적의 운반유닛(28)에 의해 운반된 기판운반용기(1)가 운동전달 연결핀(25)과 맞물려 소정위치에 위치되면, 선반(24)상에 마련된 충전단자(26)가 기판운반용기(1)의 저면에 있는 충전단자(20)와 접촉하게 된다. 이로 인해, 충전이 자동적으로 시작된다. 이 실시형태에 따른 대기스테이션은 자동화에 적합한 기판운반용기가 장시간동안 웨이퍼를 보관하게 하고, 기판운반용기가 내측이 청정한 상태로 유지된 채 항상 운반될 수 있는 상태로 대기할 수 있게 한다. 추가적으로, 기판운반용기에 공기정화기가 합체되기 때문에, 높은 청정환경의 대기스테이션을 설치할 필요가 없다.
도 10과 도 11은 본 발명의 제 4실시형태를 나타낸다. 이 실시형태는 제 2실시형태에 따른 기판운반용기에 기판의 이력관리용 기억장치(29)와 펀칭판(punching plate; 30)을 부가한 점에서 제 2실시형태와 구별된다. 이 실시형태에 있어서, 팬모터(7)로부터의 공기흐름은 화학필터(6)와 ULPA필터(5)를 통과한 다음, 펀칭판(30)에 의해 균일하게 분배된 후 웨이퍼(W)에 공급된다. 펀칭판(30)은 부분마다 다른 개구율(aperture) 또는 홀 면적율(rate of hole area)을 갖도록 설계된다. 즉, 필터(5, 6)의 바로 밑에 위치되는 펀칭판의 상부는 작은 개구율을 갖고, 펀칭판의 하부는 큰 개구율을 갖는다. 이러한 구성에 의해, 웨이퍼의 적층방향에도 불구하고 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일한 공기흐름이 생성된다. 웨이퍼를 통과한 후 공기흐름은 기판운반용기의 내벽을 따라 흘러 팬모터(7)로 복귀하여, 기판운반용기를 통해 순환함으로써 환기한다. 이 실시형태는 자동화에 적합한 기판운반용기의 바람직한 예를 나타낸 것이고, 이력관리용 기억장치(29)의 부착위치를 특정한 것은 아니다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 유지용기 내에 순환하는 공기흐름이 형성되고, 이 순환하는 공기는 미립자제거 필터와 가스성불순물포착 필터를 통해 물리적 및 화학적으로 정화된 후 기판유지부로 보내진다. 따라서, 기판운반용기 내에 수용된 기판이 주위대기에 의해 오염되는 것을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 기판 자체로부터 발생된 오염물질에 의한 기판의 오염을 효과적으로 방지할 수 있는, 자동화에 적합한 기판운반용기를 제공하는 것이 가능하다. 추가적으로, 웨이퍼 반출입 도어를 포함한 로드포트와의 인터페이스, OHT 또는 AGV로 취급하기 위한, 로봇 핸들링 플랜지는 SEMI표준을 따른다. 따라서, 수동 작동의 필요성을 없애고, 이로 인해 기판오염과 관련된 요인(factor)의 수를 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 미립자와 가스성불순물에 의한 오염을 피하는 것이 지극히 중요한 반도체 웨이퍼와 포토마스크등의 생산량과 질을 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 2차 전지의 충전은 자동화에 적합한 기판운반용기와, 기판운반용기용의 충전단자를 갖춘 자동도어개폐장치 또는 대기스테이션을 조합함으로써 자동적으로 행해질 수 있다. 따라서, 전체 반도체제조공장을 자동화시키는 것이 가능하다.
본 발명은 상기의 실시형태에 국한되지 않고, 다양한 방식으로 변형될 수 있다.

Claims (14)

  1. 기판운반용기와, 상기 기판운반용기의 웨이퍼 반출입 도어를 자동적으로 개폐하는 자동도어개폐장치를 조합한 기판운반시스템에 있어서,
    상기 기판운반용기는, 용기 본체와, 상기 용기 본체에 마련된 개구부를 밀폐할 수 있게 덮는 도어를 포함하는 유지용기; 상기 유지용기 내에, 공기가 기판을 향해 흐르는 유로와 공기가 팬을 향해 흐르는 유로를 갖는 순환유로를 형성하는 격벽; 상기 기판의 주 표면이 상기 기판을 향해 흐르는 상기 유로에 평행하게 기판을 운반하도록 상기 기판을 향해 흐르는 상기 유로 내에 배치된 기판유지부; 상기 기판을 향해 흐르는 상기 유로 내의 상기 기판유지부의 상류측에 배치된 미립자제거 필터와 가스성불순물포착 필터; 및 상기 유지용기에 내장되어 상기 순환유로를 순환하는 기류를 형성하는 팬을 구동시키는 팬모터를 포함하며,
    상기 자동도어개폐장치는, 상기 기판운반용기가 상기 자동도어개폐장치 상에 위치될 때 상기 기판운반용기의 2차 전지를 자동적으로 충전시키기 위한 충전단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판운반시스템.
  2. 기판운반용기와, 상기 기판운반용기가 복수대 대기할 수 있는 기판운반용기 대기스테이션을 조합한 기판운반시스템에 있어서,
    상기 기판운반용기는, 용기 본체와, 상기 용기 본체에 마련된 개구부를 밀폐할 수 있게 덮는 도어를 포함하는 유지용기; 상기 유지용기 내에, 공기가 기판을 향해 흐르는 유로와 공기가 팬을 향해 흐르는 유로를 갖는 순환유로를 형성하는 격벽; 상기 기판의 주 표면이 상기 기판을 향해 흐르는 상기 유로에 평행하게 기판을 운반하도록 상기 기판을 향해 흐르는 상기 유로 내에 배치된 기판유지부; 상기 기판을 향해 흐르는 상기 유로 내의 상기 기판유지부의 상류측에 배치된 미립자제거 필터와 가스성불순물포착 필터; 및 상기 유지용기에 내장되어 상기 순환유로를 순환하는 기류를 형성하는 팬을 구동시키는 팬모터를 포함하며,
    상기 대기스테이션은, 상기 기판운반용기가 대기장소에 위치될 때 상기 기판운반용기의 2차 전지의 충전을 자동적으로 개시하기 위한 충전단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판운반시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 기판운반용기의 상기 격벽은, 상기 유지용기의 내측을 상기 유지용기의 중앙에 위치되는 중앙챔버와 상기 중앙챔버의 양측면 상에 위치되는 한 쌍의 측면챔버로 분할하고, 상기 중앙챔버는 상기 기판을 향해 흐르는 상기 유로를 형성하며, 상기 측면챔버는 상기 팬을 향해 흐르는 상기 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 기판운반시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 기판운반용기의 상기 격벽은, 상기 격벽의 내부에 상기 기판을 수용하는 요홈부 형상의 포켓과 일체인 것을 특징으로 하는 기판운반시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 요홈부 형상의 포켓은, 상기 도어를 향하여 넓어지는 테이퍼부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판운반시스템.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 도어의 내측 표면은, 상기 중앙챔버로부터 상기 측면챔버를 향해 공기흐름을 원활하게 안내하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판운반시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 도어의 상기 내측 표면은, 상기 내측 표면의 중심에 삼각형의 정류판을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판운반시스템.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 유지용기는, 상기 필터들과 상기 팬모터를 상기 유지용기 내로 삽입 및 유지용기로부터 빼내기 위하여 상기 도어에 대향하는 측면에 위치되어 상기 유지용기에 제공된 개구부를 덮는 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판운반시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 커버는, 상기 측면챔버로부터 상기 팬을 향해 공기흐름을 원활하게 안내하는 정류판을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판운반시스템.
  10. 제 3항에 있어서,
    상기 필터들은, 상기 중앙챔버와 연통하는 필터용기 내에 수용되고, 상기 팬으로부터 웨이퍼로 공기를 균일하게 공급하도록 상기 필터용기의 공기출구 개구부에 정류판이 제공되는 것을 특징으로 하는 기판운반시스템.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 용기본체의 저면에 마련된 상기 개구부를 통하여 상기 기판운반용기 내로 놓여질 수 있는 웨이퍼 운반장치 내에 웨이퍼가 수용되고, 상기 격벽은 상기 웨이퍼 운반장치의 측벽으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판운반시스템.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 1항 또는 제 2항에 따른 기판운반시스템에서, 상기 기판운반용기를 이용하여 기판의 청정도를 유지하는 방법에 있어서,
    상기 방법은, 상기 기판운반용기 내의 대기를 청정공기로 교체하는 단계; 및
    상기 기판운반용기를 통해 청정한 공기를 순환시켜 환기하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판의 청정도 유지방법.
KR1020000038596A 1999-07-06 2000-07-06 기판운반시스템 및 기판의 청정도 유지 방법 KR100774018B1 (ko)

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