KR101545243B1 - 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치 - Google Patents

반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치 Download PDF

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Abstract

이 발명은 풉의 내부에 장착되는 스노클을 통해 N₂가스를 퍼지할 때, 노즐의 승강 압력을 능동적으로 대응하게 조절하여 스노클과 노즐을 밀착되게 접촉시킨 상태를 유지하게 하여 N₂가스의 누설을 방지하면서, 예상하지 못한 외부의 충격이나 퍼지를 위한 N₂가스 분출에 따라 발생하는 압력이 리턴되더라도 배관을 통해 릴리프시켜 스노클이 장착된 풉의 위치를 정상적인 범위내로 유지시키기 위해, 내부에 다수 매 적재되는 웨이퍼에 N₂가스를 분사하여 퍼지시키는 스노클(210)이 장착된 풉(200)이 로드 포트(300)에 로딩되면 상승하여 스노클(210)에 밀착시킨 상태에서 N₂가스 공급부(120)에서 공급받은 N₂가스를 스노클(210)에 공급하는 노즐(110)과; 노즐(110)에 결합되어, 풉(200)이 로드 포트(300)에 로딩되면 노즐(110)이 상승하여 스노클(210)에 밀착시킨 상태가 되도록 작동하는 실린더(130); 및, 실린더(130)의 작동 압력을 제공하는, 노즐(110)의 승강을 위해 실린더(130)의 압력을 설정하고 이를 유지하게 하는 레귤레이터(140)와, 레귤레이터(140)에서 설정하고 이를 유지하는 압력을 넘어 가해지는 압력을 릴리프시키는 릴리프 밸브(150)를 구비하는 실린더 압력 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치(100)를 제공한다.

Description

반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치{Apparatus for purging FOUP inside using a semiconductor fabricating}
이 발명은 반도체 제조에 사용되는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로드 포트에 로딩되는 다수 매의 웨이퍼들이 적재되는 기구(front opening unified pod : FOUP, 이하 '풉'이라 함)의 내부에 장착되는 스노클을 통해 질소 가스를 퍼지하는 과정에서 스노클과 노즐을 밀착되게 접촉시킨 상태와 풉이 정상적인 범위 내의 위치를 유지하게 하는 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치에 관한 것이다.
반도체는 막 형성, 패턴 형성, 금속 배선 형성 등과 같은 일련의 단위 공정들을 순차적으로 수행하면서 제조된다. 이때 상기 단위 공정들을 수행하기 위한 웨이퍼들의 이송은 필수적이다.
따라서 제조 중의 웨이퍼를 보관 및 운반할 때에는 반드시 웨이퍼를 별도의 보관 용기로서, 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있는 바와 같은 풉(200)의 내부에 적재하여 외부의 충격과 오염 물질로부터 보호하는데, 상기 풉(200)은 일 측이 개방된 몸체와 이러한 몸체의 일 측을 개폐하는 도어를 구비하며, 몸체의 내측 벽에는 다수 매의 웨이퍼가 삽입 지지되는 슬롯이 서로 평행하게 그리고 도어와 수직하게 형성된다.
이러한 풉(200)은, 공정 진행을 위해 로드 포트(load port)의 베이스 상에 로딩시키면, 도어 오프너에 의해 풉 도어가 열리면서 풉으로부터 웨이퍼들이 반출되어 공정설비로 이송되며, 공정이 완료된 웨이퍼들은 다시 풉 내부로 반입되고 풉 도어가 닫혀 외부로부터 밀폐되는데, 이 과정에서 밀폐된 풉(200)의 내부에는 산소, 수분 그리고 오존과 같은 분자성 오염 물질들이 존재하며, 이들은 웨이퍼 표면을 산화시키거나 웨이퍼 표면에 부착되어 양품의 반도체 생산을 저해하는 원인으로 작용한다.
이로부터 상기 풉(200) 내부에, 웨이퍼와의 반응을 최소화하고 주변에 존재하는 미세 입자 또는 습기 등을 용이하게 제거할 수 있는 질소와 같은 불활성 가스를 충만시켜 웨이퍼의 오염을 방지하여 수율을 높이게 된다.
여기서 풉(200) 내부로 N₂가스의 공급은, 내부 양 측에 각각 장착된 스노클(SNORKEL)(210)을 통해 이루어지고, 상기 풉(200)에 적재된 웨이퍼와 수평한 방향으로 웨이퍼가 적재되는 매수만큼의 개수로 웨이퍼와 웨이퍼 사이에 분사구를 형성한다.
그리고 상기 스노클(210)은, 상기 풉(200)의 하부에 형성되는 공급구를 통해 외부와 밀폐 상태를 유지하면서 외부로부터 N₂가스를 공급받아 웨이퍼를 중심으로 분사구를 통해 분사하며, 배출구를 통해 내부의 오염물질들과 함께 다시 배출된다.
이러한 상기 스노클(210)을 상기 풉(200)의 내부에 장착할 때 원래의 위치보다 높거나 낮게 조립되면서 공차가 발생할 수 있으며, 이러한 조립 공차에 의해 노즐의 상승 압력이 상기 풉(200)의 정상적인 위치를 변경시킬 수 있게 된다.
그리고 N₂가스의 퍼지를 위해 노즐이 상승할 때 실린더에서 가해지는 압력이 과대하여 상기 풉(200)의 위치가 흔들리면서 정상적인 위치로부터 이탈할 수 있게 한다.
또한 중량이 2.5㎏ 정도로 무거운 상기 풉(200)이 예상하지 못한 비정상적인 외부 충격이나 N₂가스의 분사에 따른 압력이 가해지면서 상기 스노클(210)이 상승하는 경우에 노즐도 접촉 상태를 유지하기 위해 따라 상승하도록 실린더가 상승하는데, 상기의 외부 충격이나 압력이 제거되면 다시 정상적인 작업을 위해 상기 스노클(210)이 하강하여야 하고 이를 위해 노즐도 함께 하강하도록 실린더가 하강하여야 되지만, 실린더에 압력을 유지시키는 배관의 압력이 하강하지 않아 상기 풉(200)의 위치가 정상적인 위치로부터 이탈할 수 있게 된다.
그러면 상기 풉(200)이 정상적인 위치로부터 이탈함에 따라 상기 풉(200)의 내부에서 웨이퍼를 이송하는 로봇 아암이 슬롯에서 웨이퍼를 언로딩하는 과정에서 웨이퍼와 부딪치면서 스크래치가 발생하게 되며, 심한 경우에는 로봇 아암을 통한 웨이퍼의 이송을 할 수 없어 다음 공정이 진행되지 않을 수도 있는 문제점이 있었다.
이 발명은 위의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풉의 내부에 장착되는 스노클을 통해 N₂가스를 퍼지할 때, 노즐의 승강 압력을 능동적으로 대응하게 조절하여 스노클과 노즐을 밀착되게 접촉시킨 상태를 유지하게 하여 N₂가스의 누설을 방지하면서, 예상하지 못한 외부의 충격이나 퍼지를 위한 N₂가스 분출에 따라 발생하는 압력이 리턴되더라도 배관을 통해 릴리프시켜 스노클이 장착된 풉의 위치를 정상적인 범위내로 유지시키는 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치의 제공을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 실현하기 위해 이 발명은, 내부에 다수 매의 웨이퍼가 적재되고, 상기 웨이퍼에 N₂가스를 분사하여 퍼지시키는 스노클(210)이 장착된 풉(200)이 로드 포트(300)에 로딩되면 상승하여 상기 스노클(210)에 밀착시킨 상태에서 N₂가스 공급부(120)에서 공급받은 N₂가스를 상기 스노클(210)에 공급하는 노즐(110)과; 상기 노즐(110)에 결합되어, 상기 풉(200)이 로드 포트(300)에 로딩되면 상기 노즐(110)이 상승하여 상기 스노클(210)에 밀착시킨 상태가 되도록 작동하는 실린더(130); 및, 상기 실린더(130)의 작동 압력을 제공하는 실린더 압력 조절부;를 포함하고, 상기 실린더 압력 조절부는, 상기 노즐(110)의 승강을 위해 상기 실린더(130)의 압력을 설정하고 이를 유지하게 하는 레귤레이터(140)와, 상기 레귤레이터(140)에서 설정하고 이를 유지하는 압력을 넘어 가해지는 압력을 릴리프시키는 릴리프 밸브(150)를 포함하고, 상기 노즐(110)에 가해지는 승강 압력을 상기 레귤레이터(140)를 통해 허용 오차 범위 내에서 능동적으로 대응하게 조절하면서, 예상하지 못한 외부의 충격이나 퍼지를 위한 N₂가스 분출에 따라 발생하는 압력에 대해서도 릴리프 밸브(150)를 통해 배출시켜, 상기 풉(200)의 내부에 장착된 스노클(210)과 노즐(110)의 밀착되게 접촉된 상태를 유지시켜 가스 누출을 방지하면서 스노클(210)이 장착된 풉(200)의 위치를 정상적인 범위내로 유지시켜 웨이퍼의 손상을 방지함을 특징으로 하는 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치(100)를 제공한다.
상기의 구성을 갖는 이 발명의 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치에 의하면, 풉의 자중과 클램프의 인장력을 반영하여 노즐의 승강 압력을 레귤레이터를 통해 허용 오차 범위 내에서 능동적으로 대응하게 조절할 수 있게 하면서, 예상하지 못한 외부의 충격이나 퍼지를 위한 N₂가스 분출에 따라 발생하는 압력에 대해서도 릴리프 밸브를 통해 배관 압력을 배출시킴으로써, 노즐과 스노클의 파손을 방지하면서 풉의 내부에 장착된 스노클과 노즐의 밀착되게 접촉된 상태를 유지시켜 가스 누출을 방지하여 환경 문제를 해결하는 한편 내부에 스노클이 장착된 풉의 위치를 정상적인 범위내로 유지시켜 웨이퍼의 손상을 방지하는 효과가 있게 된다.
도 1a 및 도 1b는 반도체 제조에 사용되는 로드 포트에 로딩되는 풉과 일부를 절단하여 나타내는 도면이고,
도 2는 이 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치를 로드 포트에 풉이 로딩된 상태에서 나타내는 도면이고,
도 3a 및 도 3b는 도 2의 장치에서 실린더의 상승에 의해 노즐이 상승되면서 스노클에 밀착 상태를 유지시키는 과정을 나타내는 도면이고,
도 4a 및 도 4b는 스노클의 조립 공차가 발생하지 않은 경우에 이 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치의 작동 상태를 나타내는 도면이고,
도 5a 및 도 5b는 스노클의 조립 공차가 발생한 경우에 이 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치의 작동 상태를 나타내는 도면이다.
이하에서는, 이 발명의 바람직한 실시 예를 첨부하는 도면들을 참조하여 상세하게 설명하는데, 이는 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 이 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
도 2는 이 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치를 로드 포트에 풉이 로딩된 상태에서 나타내는 도면이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 장치에서 실린더의 상승에 의해 노즐이 상승되면서 스노클에 밀착 상태를 유지시키는 과정을 나타내는 도면이다.
이 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치(100)는, N₂가스를 상기 스노클(210)에 공급하는 노즐(110)과, 상기 노즐(110)에 결합되어 상기 스노클(210)에 밀착시킨 상태가 되도록 상기 노즐(110)이 상승하게 작동하는 실린더(130)와, 상기 실린더(130)의 작동 압력을 제공하는 실린더 압력 조절부를 포함한다.
상기 노즐(110)은, 내부에 다수 매 적재된 웨이퍼에 N₂가스를 분사하여 퍼지시키는 스노클(210)이 장착된 풉(200)이 로드 포트(300)의 베이스(310) 상에 로딩되면, 상기 실린더(130)와 함께 상승하여 상기 스노클(210)에 밀착시킨다.
이 상태에서 상기 노즐(110)은, N₂가스를 고압으로 농축시켜 액체 상태로 저장하고 있는 가스탱크에서 압력조절기를 통해 고압의 액화 상태의 질소를 기화시키면서 N₂가스를 공급하는 N₂가스 공급부(120)를 통해 상기 스노클(210)에 N₂가스를 공급한다.
상기 로드 포트(300)는 상기 풉(200)의 스노클(210) 장착 위치에 대응하여 상기 노즐(110)이 통과하면서 승강할 수 있는 공간을 베이스(310) 상에 구비하며, 상기 베이스(310) 상에 상기 풉(200)이 로딩되면 이를 감지하여 실린더(130)가 상승 작동을 하게 한다.
상기 실린더(130)는, 상기 노즐(110) 하부에 결합 설치되어, 상기 로드 포트(300)에 상기 풉(200)이 로딩되면, 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이, 상승하면서 상기 노즐(110)이 함께 상승하여 상기 스노클(210)에 밀착시킨 상태가 되도록 작동한다.
그리고 상기 로드 포트(300)로부터 상기 풉(200)의 로딩이 해제되면 상기 실린더(130)도 하강하며, 이 때 상기 노즐(110)도 함께 하강한다.
상기 실린더 압력 조절부는, 상기 노즐(110)의 승강을 위해 상기 실린더(130)의 압력을 설정하고 이를 유지하게 하는 레귤레이터(140)와, 상기 레귤레이터(140)에서 설정하고 이를 유지하는 압력을 넘어 가해지는 압력을 릴리프 시키는 릴리프 밸브(150)를 포함한다.
상기 레귤레이터(140)는, 공기압을 설정 및 조절하는데, 배관으로 연결되어 상기 레귤레이터(140)의 압력과 동일한 상기 실린더(130)의 압력으로 설정 및 유지시켜, 상기 풉(200)에서의 조립 공차에 따른 스노클(210) 위치가 낮거나 높아지면서 변동하는 경우에도 상기 스노클(210)의 조립 공차를 허용 범위 내에서 능동적으로 대응하여, N₂가스 공급 시 상기 노즐(110)의 끝 면과 상기 풉(200)의 스노클(210) 하단 면이 지속적으로 밀착 상태를 유지하게 접촉되어 누설 없이 퍼지하는 구조를 이루게 된다.
이 발명의 실시 예에서는, 1.0 bar의 압력 범위를 가지게 상기 레귤레이터(140)의 압력을 조절하고, 상기 노즐(110)의 끝 면 위치 값은 0.5~ -14.5㎜이고, 상기 스노클(210)의 하단 면의 위치 값은 0.5 ~ -14.5㎜로 설정하여 이들의 범위 15㎜를 허용 오차 범위로 한다.
즉 허용 오차 범위 내에서 능동적으로 대응하면서 상기 실린더(130)의 압력을 조절하는데, 먼저 상기 노즐(110)에 가해지는 상기 실린더(130)의 압력을 1.0bar로 유지하기 위해 상기 레귤레이터(140)의 압력을 1.0 bar로 설정한다.
그리고 상기 레귤레이터(140)에서 1.0 bar로 설정되는 압력은, 정상적인 밀착 상태로 접촉의 경우에 상기 노즐(110)의 끝 면과 상기 스노클(210)의 하단 면의 위치 값이 상기 실린더(130)가 상기 풉(200)의 자중과 클램프(320)의 인장력에 의해 0.5㎜ 하강할 때 0.5㎜ 오버랩을 유지하게 배관 압력을 조절한다.
따라서 허용 오차 범위 내에서 능동적으로 대응하면서 상기 노즐(110)의 끝 면과 상기 스노클(210)의 하단 면이 지속적으로 밀착 상태를 유지하게 접촉되어 N₂가스를 누설 없이 퍼지하여 질소 중독에 의한 환경오염을 방지하게 된다.
상기 릴리프 밸브(relief valve)(150)는, 소정 압력 이상이 되었을 때 가스를 외부로 분출하는데, 상기 노즐(110)의 끝 면과 상기 스노클(210)의 하단 면이 밀착 상태를 유지할 때, 상기 풉(200)의 예상하지 못한 외부 충격이나 상기 노즐(110)을 통해 퍼지를 위한 N₂가스 분출 시 유체의 압력으로 상기 노즐(110)이 역방향 후진되면서 상기 실린더(130)를 통해 배관으로 리턴되는 급격한 압력을 릴리프 시킨다.
즉 상기 노즐(110)에 가해지는 상기 실린더(130)의 압력을 1.0 bar로 유지하기 위해 상기 레귤레이터(140)의 압력을 1.0 bar로 설정하고 허용 오차 범위 내에서 능동적으로 대응하면서, 상기 실린더(130)에 가해지는 1.0 bar를 넘어서는 예상하지 못한 급격한 압력에 대해서는 상기 릴리프 밸브(150)를 통해 릴리프 시켜 상기 스노클(210)이 내부에 장착된 상기 풉(200)을 정상적인 범위내의 위치로 유지시킨다.
상기와 같은 구성을 갖는 이 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치의 작동 과정을 첨부하는 도면들을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 4a 및 도 4b는 스노클의 조립 공차가 발생하지 않은 경우에 이 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치의 작동 상태를 나타내는 도면이다.
먼저, 다수개의 웨이퍼가 적재된 상기 풉(200)을 요구되는 제조 공정이 수행되도록 상기 로드 포트(300)의 베이스(310) 상에 로딩하고, 로딩된 상기 풉(200)을 클램핑시킨다.
그러면 상기 로드 포트(300)의 베이스(310) 상에서 상기 풉(200)의 로딩과 함께 상기 실린더(150)가 상승 작동하는데, 이와 함께 상기 노즐(110)도 상기 로드 포트(300)의 노즐 이동 공간을 통과하면서 상승한다.
그리고 상기 노즐(110)이 스노클(210)은 정상적인 밀착 상태로 접촉된 경우로, 상기 노즐(110)의 끝 면과 상기 스노클(210)의 하단 면의 위치 값이 0.5㎜ 오버랩을 유지하면서, 상기 N₂가스 공급부(120)에서 공급받은 N₂가스를 상기 스노클(21)을 통해 상기 풉(200)의 내부를 퍼지시킨다.
도 5a 및 도 5b는 스노클의 조립 공차가 발생한 경우에 이 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지장치의 작동 상태를 나타내는 도면이다.
상기 스노클(210)을 상기 풉(200)의 내부에 장착할 때 원래의 위치보다 낮게 조립되면서 공차가 발생하는 경우에는, 상기 레귤레이터(140)를 통해 허용 오차 범위 내에서 해당하는 높이만큼 상기 노즐(110)에 가해지는 상승 압력이 줄어들도록 능동적으로 대응하게 조절하여, 상기 풉(200)의 내부에 장착된 스노클(210)과 노즐(110)의 밀착되게 접촉된 상태를 유지시켜 가스 누출을 방지하면서 이러한 조립 공차에 의해서도 상기 풉(200)의 정상적인 위치를 변경시키지 않게 한다.
또한 상기 풉(200)에 예상하지 못한 외부의 충격이나 퍼지를 위한 N₂가스 분출에 따라 발생하는 압력에 대해서도 상기 릴리프 밸브(150)를 통해 배출시킴으로써 상기 스노클(210)이 장착된 풉(200)의 위치를 정상적인 범위내로 유지시켜 웨이퍼의 손상을 방지하게 한다.
따라서 상기 풉(200)에서의 조립 공차에 따른 스노클(210) 위치가 낮거나 높아지면서 변동하거나 N₂가스 분출 시 유체의 압력으로 상기 노즐(110)의 역방향 후진이나 상기 풉(200)에 비정상적인 외력이 가해져 상기 풉(200)이 정상적인 위치로부터 이탈되더라도, 능동적으로 대응하면서 압력을 제어하여 상기 노즐(110)이 상기 스노클(210)을 따라 다니면서 밀착되게 접촉 상태를 유지시키면서 다시 상기 풉(200)을 정상적인 위치로 복귀시키도록 전체적으로 노즐(110)의 승강 압력을 조절함으로써 상기 풉(200)의 정확한 위치 제어를 통한 웨이퍼 스크래치 방지와 함께 누설 없이 퍼지를 수행한다.
이 발명은 상기의 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재되는 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하고, 이러한 변형도 이 발명의 범위 내에 포함된다.
100 : 이 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조에 사용되는 풉 내부 퍼지 장치
110 : 노즐(110) 120 : N₂가스 공급부
130 : 실린더 140 : 레귤레이터
150 : 릴리프 밸브 200 : 풉
210 : 스노클 300 : 로드 포트
310 : 베이스 320 : 클램프

Claims (1)

  1. 내부에 다수 매의 웨이퍼가 적재되고, 상기 웨이퍼에 N₂가스를 분사하여 퍼지시키는 스노클(210)이 장착된 풉(200)이 로드 포트(300)에 로딩되면 상승하여 상기 스노클(210)에 밀착시킨 상태에서 N₂가스 공급부(120)에서 공급받은 N₂가스를 상기 스노클(210)에 공급하는 노즐(110)과;
    상기 노즐(110)에 결합되어, 상기 풉(200)이 로드 포트(300)에 로딩되면 상기 노즐(110)이 상승하여 상기 스노클(210)에 밀착시킨 상태가 되도록 작동하는 실린더(130); 및,
    상기 실린더(130)의 작동 압력을 제공하는 실린더 압력 조절부;를 포함하고,
    상기 실린더(130) 압력 조절부는, 상기 노즐(110)의 승강을 위해 상기 실린더(130)의 압력을 설정하고 이를 유지하게 하는 레귤레이터(140)와, 상기 레귤레이터(140)에서 설정하고 이를 유지하는 압력을 넘어 가해지는 압력을 릴리프시키는 릴리프 밸브(150)를 포함하고,
    상기 노즐(110)에 가해지는 승강 압력을 상기 레귤레이터(140)를 통해 허용 오차 범위 내에서 능동적으로 대응하게 조절하면서, 예상하지 못한 외부의 충격이나 퍼지를 위한 N₂가스 분출에 따라 발생하는 압력에 대해서도 릴리프 밸브(150)를 통해 배출시켜, 상기 풉(200)의 내부에 장착된 스노클(210)과 노즐(110)의 밀착되게 접촉된 상태를 유지시켜 가스 누출을 방지하면서 스노클(210)이 장착된 풉(200)의 위치를 정상적인 범위내로 유지시켜 웨이퍼의 손상을 방지함을 특징으로 하는 반도체 제조에 사용되는 풉(200) 퍼지 장치(100).
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