KR20050078722A - 반도체 기판 가공 설비 - Google Patents

Abstract

반도체 기판에 대한 소정의 공정이 수행되는 프로세스 챔버와 반도체 기판들이 적층 보관된 포우프가 로딩/언로딩되는 스테이지 사이에는 출입 챔버가 구비된다. 출입 챔버의 내부 상측에는 비활성 가스를 공급하는 가스 공급 부재가 설치되어 내리 흐름 방식으로 비활성 가스를 공급한다. 출입 챔버에서는 스테이지로부터 포우프를 제공받아 개방한 후, 포우프로부터 반도체 기판을 반출하여 프로세스 챔버에 제공하는 공정이 수행된다. 출입 챔버 내부를 비활성 가스로 충만시킴으로써 출입 챔버 내부에서 포우프가 개방되더라도 반도체 기판이 오염되거나 손상되지 않는다. 따라서 후속 공정의 에러율은 극도로 감소하고 공정의 수율은 극대화된다.

Description

반도체 기판 가공 설비{EQUIPMENT FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 기판 가공 설비에 관한 것이다. 보다 상세하게는 클린룸 내에 설치된 반도체 기판 이송 장치와 연계된 반도체 기판 가공 설비에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치를 제조하기 위해서는 사진 공정, 식각 공정, 증착 공정, 확산 공정, 이온 주입 공정 등과 같은 수많은 단위 공정들을 거치게 된다. 이와 같은 단위 공정들을 수행하기 위해서 반도체 기판들을 한 용기에 수용하고 해당 공정이 수행되는 반도체 기판 가공 설비로 이송한다.

반도체 기판을 가공 설비로 이송하기 위해서, 과거에는 8인치 웨이퍼와 같이 반도체 기판의 구경이 작아 개방형 용기를 사용하였다. 하지만, 최근에는 웨이퍼가 12인치로 대구경화되고 고집적화되면서 웨이퍼의 단가가 증가하여 과거에는 무시되었던 오염원의 차단이 무엇보다 중요하게 되었다. 따라서 밀폐형 용기가 개발되었고, 상기 밀폐형 용기의 대표적인 예로서 포우프(front opening unified pod : FOUP)가 많이 이용되고 있다.

현재 포우프는 반도체 기판 가공 설비에 접목되어 공장 자동화에 큰 기여를 하고 있다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 포우프를 이용한 반도체 기판 가공 설비에 대하여 자세하게 설명한다.

도 1은 종래에 개시된 반도체 기판 가공 설비를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면 반도체 기판 가공 설비는, 반도체 기판에 대한 소정의 가공 공정을 수행하기 위한 프로세스 챔버(10), 프로세스 챔버(10)에 제공되는 반도체 기판들을 단속하는 출입 챔버(20), 출입 챔버(20)의 전면(front face)에 배치되고 복수개의 반도체 기판들이 적층 보관된 포우프(30)가 로딩 또는 언로딩되는 테이블(40), 포우프(30)를 테이블(40) 상에 로딩 또는 언로딩하기 위한 트랜스퍼(50), 및 클린룸(R)의 천장에 설치되고 트랜스퍼(50)의 이동을 안내하기 위한 가이드 레일(60)을 포함한다.

클린룸(R) 내에는 다양한 위치에 프로세스 챔버(10)들이 설치되고, 각각의 프로세스 챔버(10)들은 가이드 레일(60)을 따라 이동하는 트랜스퍼(50)에 의하여 서로 연동된다. 트랜스퍼(50)는 포우프(30)를 파지하여 클린룸(R)의 일 위치에서 타 위치로 이동하여 포우프(30)를 해당 위치의 테이블(40) 상에 배치한다. 이후, 출입 챔버(20)의 게이트는 포우프(30)의 일측 도어를 흡착한 후 하강한다. 이와 동시에 출입 챔버(20) 내부에 배치된 매핑 센서(21)가 포우프(30) 내부에 보관된 반도체 기판들을 카운팅하고, 이송 로봇(23)이 포우프(30) 내부에 적층된 반도체 기판들을 프로세스 챔버(10)로 반송한다. 경우에 따라서는, 포우프(30) 내부에 보관된 반도체 기판들을 카운팅하기 위한 매핑 센서(21)가 출입 챔버(20)의 게이트에 고정될 수도 있다.

현재의 기술로서는 밀폐형 보관용기인 포우프(30) 내부에 보관된 반도체 기판들의 수량을 확인하기 위하여 포우프(30)를 개방할 수밖에 없다. 하지만 출입 챔버(20)에서 포우프(30)를 개방할 시, 출입 챔버(20) 내부의 공기 또는 오염 물질이 포우프(30) 내부로 유입됨으로써 반도체 기판 상에 자연 산화막이 형성되는 등 반도체 장치의 특성 저하 및 공정 에러가 유발된다. 이동 간에 공기 또는 오염원으로부터 반도체 기판을 보호하기 위하여 밀폐형 용기인 포우프(30)를 이용하더라도, 출입 챔버(20)에서 포우프(30)가 개방되어 반도체 기판이 오염됨으로써 밀폐형 용기를 이용한 효과가 저하된다. 따라서 해당 공정 및 후속 공정에서의 에러율이 증가할 뿐 아니라 반도체 장치의 특성 저하와 같은 심각한 문제가 야기된다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 포우프가 개방되는 영역에 질소와 같은 비활성 가스를 공급하여 공기 또는 오염원으로부터 반도체 기판(W)을 안전하게 보호할 수 있는 반도체 기판 가공 설비를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 기판 가공 설비는, 복수개의 반도체 기판들이 적층 보관된 포우프, 포우프가 로딩 및 언로딩되는 스테이지, 스테이지에 로딩된 포우프를 개방하여 포우프 내에 적층된 반도체 기판들의 수를 확인하고 프로세스 챔버로 반송하기 위한 출입 챔버, 및 출입 챔버에 비활성 가스를 공급하기 위한 가스 공급 부재를 포함한다. 포우프가 개방되는 출입 챔버 내부에 질소와 같은 비활성 가스를 공급하여 출입 챔버 내부에 잔류하는 공기 또는 오염물질을 외부로 배출한다. 질소 분위기 하에서 포우프를 개방함으로써 공기 또는 오염물질이 포우프 내부로 유입되는 것이 방지된다. 따라서 반도체 기판의 손상은 급격히 줄어들고 해당 공정의 효율은 크게 상승한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 기판 가공 설비에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 가공 설비를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시한 반도체 기판 가공 설비를 이용한 반도체 기판 가공 공정을 설명하기 위하여 개략적인 구성도이다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 반도체 기판 가공 설비는 프로세스 챔버(110), 출입 챔버(120), 스테이지(130), 및 가스 공급 부재(140)를 포함한다.

프로세스 챔버(110)는 반도체 기판(W)에 대한 가공 공정을 수행하기 위한 소정의 공간을 포함한다. 본 실시예에서는 프로세스 챔버(110)의 바람직한 실시예로서 종형 퍼니스 및 보트를 포함하는 증착 설비를 도시하였다.

출입 챔버(120)는 프로세스 챔버(110)와 스테이지(130)를 매개한다. 프로세스 챔버(110)는 출입 챔버(120)에 인접하게 배치되고, 출입 챔버(120)의 전면(front surface)에는 스테이지(130)가 배치된다. 출입 챔버(120)에서는 스테이지(130) 상에 배치된 포우프(150)로부터 반도체 기판(W)들을 반출하여 프로세스 챔버(110)에 제공하는 공정이 수행된다.

스테이지(130)는 선반 또는 테이블과 같이 출입 챔버(120)의 전면으로부터 돌출되어 포우프(150)를 밑에서 받쳐 지지한다. 스테이지(130)는 출입 챔버(120)에 대하여 작업자의 허리 정도의 높이를 갖도록 제작하는 것이 바람직하다.

스테이지(130)의 상면에는 포우프(150)를 출입 챔버(120)에 밀착 또는 삽입하기 위한 이송대(131)가 구비된다. 이송대(131)는 포우프(150)의 하부에 접촉되어 스테이지(130)의 상부에서 수평방향으로 전후진하여 포우프(150)를 출입 챔버(120)에 로딩 또는 언로딩한다.

포우프(150)가 밀착되는 출입 챔버(120)의 일면에는 게이트(121)가 형성된다. 이송대(131)는 게이트(121)가 개방된 후 포우프(150)를 출입 챔버(120)에 투입한다. 이 경우, 포우프(150)를 출입 챔버(120)에 투입하지 않거나, 포우프(150)를 출입 챔버(120)에 반쯤 투입할 수도 있다. 본 실시예에서는 포우프(150)를 출입 챔버(120)에 투입하는 것에 대해서만 설명하지만 이것이 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

포우프(150)는 크게 개폐 도어(151)와 본체(153)로 구분된다. 본체(153)는 전면 개방형 박스 형상을 갖는다. 본체(153)에는 반도체 기판(W)들이 수평방향으로 적층되어 보관된다. 본체(153)에는 약 12인치 웨이퍼가 13매 내지 25 정도 수납된다. 개폐 도어(151)는 본체(153)의 측부에 결합되어 본체(153)를 밀폐한다.

이송대(131)가 포우프(150)의 개폐 도어(151)를 출입 챔버(120)의 게이트(121)에 밀착하면, 게이트(121)는 포우프(150)의 개폐 도어(151)를 파지한 상태로 하강하여 포우프(150)를 개방한다. 이후, 이송대(131)가 포우프(150)의 본체(153)를 출입 챔버(120) 내부로 투입한다. 이 경우, 출입 챔버(120)의 내부에는 질소와 같은 비활성 가스가 충만하다. 출입 챔버(120)의 상부 일측에는 가스 공급 부재(140)가 설치된다. 가스 공급 부재(140)는 출입 챔버(120) 내부로 비활성 가스를 공급하여 내리 흐름(down stream) 방식의 기류가 조성된다. 따라서 출입 챔버(120) 내부에서 개방된 포우프(150) 내부에는 비활성 가스만이 출입한다.

가스 공급 부재(140)에 대하여 보다 자세하게 설명하면, 가스 공급 부재(140)는 가스 공급관(141) 및 유량 조절 유닛(도시되지않음)을 포함한다. 가스 공급관(141)은 외부의 비활성 가스 저장 탱크(도시하지않음)와 연통되고, 출입 챔버(120) 내부에 수평방향으로 배치된다. 가스 공급관(141)에는 다수의 노즐이 형성되어 비활성 가스를 출입 챔버(120) 내부로 분사한다. 가스 공급관(141)에는 유량 조절 유닛이 내장되어 출입 챔버(120) 내부로 분사되는 가스의 유량을 제어한다. 비록 도 2 및 도 3에서는 파이프 형식 가스 공급 부재(140)를 도시하였지만 가스 공급 부재(140)가 샤워 헤드 방식으로 제작되어도 무관하다. 중요한 것은 가스 공급 부재(140)가 출입 챔버(120) 내부에 비활성 가스를 충만시키는 것과 보다 발전적으로 내리 흐름(down stream) 방식의 기류를 조성한다는 것이다.

출입 챔버(120)에는 매핑 센서(123) 및 이송 암(125)이 설치된다. 매핑 센서(123)는 출입 챔버(120) 내부에서 수직방향으로 승강하며, 포우프(150)의 본체(153) 내부에 적층된 반도체 기판(W)들의 수량을 확인한다. 이 경우, 매핑 센서(123)는 출입 챔버(120) 내부에 독립적으로 설치할 수도 있고, 출입 챔버(120)의 게이트(121)에 설치할 수도 있다.

반도체 기판(W)들의 수량 확인이 완료되면 이송 암(125)이 본체(153)로부터 반도체 기판(W)들을 반출하여 프로세스 챔버(110)에 제공한다.

프로세스 챔버(110)는 종형로(111) 및 보트(113)를 포함한다. 보트(113)는 복수 개의 반도체 기판(W)들을 적층하고 종형로(111) 내부로 승강한다. 프로세스 챔버(110)는 종래에 개시된 일반적인 종형 퍼니스 설비와 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

프로세스 챔버(110)에서 소정의 공정이 완료된 반도체 기판(W)들은 다시 포우프(150)에 적재되어 다음 공정을 위하여 이송되어야 한다. 이송 암(125)은 보트(113)에 적재된 반도체 기판(W)들을 포우프(150)의 본체(153)로 반송한다. 본체(153)에 반도체 기판(W)들에 대한 적재가 완료되면 스테이지(130)의 이송대(131)가 수평 방향으로 후진하여 포우프(150)의 본체(153)를 출입 챔버(120)로부터 반출한다.

포우프(150)의 본체(153)가 출입 챔버(120)로부터 반출됨과 동시에 출입 챔버(120)의 게이트(121)는 포우프(150)의 도어(151)를 파지한 상태로 상승하여 도어(151)를 본체(153)에 결합한다. 이 경우에도 출입 챔버(120)의 내부는 질소 가스와 같은 비활성 가스가 충만하여 포우프(150) 내부로 공기와 같은 오염원에 유입되지않는다.

포우프(150)는 밀폐된 상태로 스테이지(130) 상에 배치된 후, 후속 공정을 위하여 다음 장소로 이동된다. 포우프(150)를 다른 장소로 이동하기 위하여 트랜스퍼(161) 및 가이드 레일(163)이 이용된다.

트랜스퍼(161)는 클린룸(R)의 천장에 설치된 가이드 레일(163)을 따라 이동하며 포우프(150)를 스테이지(130) 상에 로딩 또는 언로딩한다. 트랜스퍼(161)는 포우프(150)를 파지하여 클린룸(R)의 일 위치에서 타 위치로 이동한다. 포우프(150)를 타 장소로 이동시키는 기술은 종래에 개시된 많은 공개공보에 나타나 있는바 중복된 설명은 생략한다.

전술한 바와 같이, 포우프(150)를 개방하여 반도체 기판(W)을 프로세스 챔버(110)에 반송할 경우, 비활성 가스 분위기를 조성하여 반송 공정 중에 반도체 기판(W)이 오염되는 것을 방지할 수 있고, 포우프(150) 내부에 비활성 가스를 충진하여 소정의 가공 공정이 완료된 반도체 기판(W)을 반송할 경우에도 반도체 기판(W)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 반도체 기판이 보관된 포우프가 개방되는 영역에 비활성 가스 흐름을 조성하여 포우프 내부로 공기 또는 오염 물질이 유입하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 포우프에 보관된 반도체 기판들이 이동 중에 손상 또는 오염되는 것을 예방할 수 있으며 나아가 공정 효율의 향상 및 후속 공정 에러의 감소 등 혁격한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다. 따라서 특허청구범위의 등가적인 의미나 범위에 속하는 모든 변화들은 전부 본 발명의 권리 범위 안에 속함을 밝혀둔다.

도 1은 종래에 개시된 반도체 기판 가공 설비를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 가공 설비를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시한 반도체 기판 가공 설비를 이용한 반도체 기판 가공 공정을 설명하기 위하여 개략적인 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110：프로세스 챔버 111：종형로

113：보트 120：출입 챔버

121：게이트 123：매핑 센서

125：이송 암 130：스테이지

131：이송대 140：가스 공급 부재

141：가스 공급관 150：포우프

151：도어 153：본체

161：트랜스퍼 163：레일

Claims (5)

1. 반도체 기판이 적재된 용기를 지지하기 위한 스테이지;

   상기 스테이지로부터 상기 용기를 제공받아 상기 용기를 개방하고, 상기 용기로부터 반도체 기판을 반출하기 위한 출입 챔버;

   상기 개방된 용기 내부에 오염원이 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 출입 챔버로 비활성 가스를 공급하는 가스 공급 부재; 및

   상기 용기로부터 반출된 반도체 기판을 제공받아 소정의 가공 공정을 수행하기 위한 프로세스 챔버를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 설비.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세스 챔버는

   반도체 기판에 대한 증착 공정이 수행되는 종형 퍼니스; 및

   상기 퍼니스 내부로 반도체 기판을 제공하기 위하여 승강하는 보트를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 설비.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 비활성 가스는 질소 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 설비.
4. 제 1 항에 있어서, 가스 공급 부재는

   상기 출입 챔버 내부에서 내리 흐름(down stream) 방식의 기류를 조성하기 위하여 상기 출입 챔버의 내부 상측에 배치된 가스 공급관; 및

   상기 가스 공급관에 내장되어 가스 공급관을 통과하는 가스의 유량을 제어하기 위한 유량 조절 유닛를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 설비.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 용기는 포우프(front opening unified pod)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 설비.