KR20050093892A - 밀폐형 자재 저장용기의 불활성기체 충진장치 - Google Patents

밀폐형 자재 저장용기의 불활성기체 충진장치 Download PDF

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Abstract

게시된 내용은 반도체 웨이퍼, 래티클 또는 유리기판 등의 자재를 저장하고 있는 밀폐형 자재 저장용기(박스, 파드 또는 카세트)내에 불활성기체를 주입하며, 동시에 기 존재하는 가스를 배기시키는 조작을 자동으로 수행하여 저장용기 내부의 오염원인 산소와 수분으로 인하여 웨이퍼, 래티클 또는 유리기판 등의 표면에 미세한 두께의 산화막이 형성된다. 이와 같은 산화막에 기인하여 반도체 집적회로의 접촉저항이 증가되고 전력 소모량이 증가되는데 이런 현상을 방지하기 위하여 불활성 기체를 불어 넣어 밀폐형 자재 저장용기 내부의 가스 조성비를 변경하는 장치에 관한 것이다.
상기의 불활성기체 충진장치는 밀폐형 자재저장 용기를 일정위치에 위치시키는 포트 프레이트와 스테이지 및 밀폐용기를 고정하는 클램프 장치 등의 기구장치와 급기 및 배기를 자동으로 수행하기 위해 연결포트 및 포트 구동장치 그리고 가스라인을 제어하는 전자제어밸브 등의 가스장치로 구성되어 있다.
상기 급기 및 배기 포트의 자동 연결장치는 연결포트가 구동장치에 의해 밀폐형 저장용기와 수직으로 접촉하는 운동으로 탈/부착되며 전자제어밸브에 의한 가스 차단 및 연결과 연계동작으로 이루어진다.

Description

밀폐형 자재 저장용기의 불활성기체 충진장치{An Inert Gas Fill up Equipment}
본 고안의 불활성기체 충진장치는 반도체 제조 공정에서 웨이퍼(Wafer) 또는 래티클(Reticle) 등의 자재를 자동으로 반송하는 장비와 관련된 자동화 장비 기술로서 세계 반도체 협회의 하나인 SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)에서 권고하는 표준안 중 SMIF(Standard Mechanical Interface) 시스템을 구성하는 장비에 포함된다.
SEMI 표준안의 SMIF는 국부청정에 관한 것으로 웨이퍼 제조 공정 중 발생 가능한 공기중의 미세 오염물인 파티클의 차단을 위해 밀폐된 웨이퍼 저장 용기인 파드, 국부적인 공간만을 청정상태로 유지하는 ME(Mini-environment) 그리고 파드와 ME 혹은 공정장비 간의 인터페이스를 위한 장치들에 대해 최소한의 공통 규격을 제안하고 있다. 본 고안은 이러한 표준안을 수용하면서도 패턴의 미세화 등에 따른 새로운 요구사항인 파드 내부의 청정화 및 가스 조성비의 조절로 파드 내부 웨이퍼의 화학적 안정화 장치에 관한 것이다.
스미프(SMIF) 시스템을 구성하는 구성요소 중 본 고안 불활성기체 충진장치의 대상이 되는 밀폐형 웨이퍼 저장 용기인 파드는 카세트와 커버(Cover) 그리고 바닥 도어(POD Door)로 이루어져 있다. 일반적으로 200mm 웨이퍼 또는 래티클(Reticle)의 경우 카세트가 분리되고 바닥이 개방되는 형태의 파드를 주로 사용하며, 300mm 웨이퍼의 경우는 카세트 일체형이고 전면부가 개폐되는 FOUP(Front Opening Unified POD)를 사용한다.
본 고안은 상기 300mm 웨이퍼용 풉(FOUP)을 기준으로 하였으나, 200mm 웨이퍼 또는 래티클용 파드 또는 유리 기판용 카세트, 기타 밀폐형 자재 저장용기에도 응용할 수 있다.
본 고안의 불활성기체 충진장치를 통해 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 밀폐형 자재 저장용기 내부의 청정화를 통한 국부 청정화 기술의 진보이다. 이러한 기술적 과제를 수행함에 있어 수반되는 세부 과제들은 (1) 상기 밀폐형 자재 저장용기가 자동 반송 장치 또는 작업자에 의해 포트 플레이트에 로딩될 때 위치와 방향, 안착 상태 등을 검색하고 보정하는 모든 전기적, 기계적인 장치 및 기능, (2) 밀폐형 자재 저장용기와 급/배기 연결포트의 착탈동작에 있어 외부의 영향을 억제할 수 있는 밀폐형 자재용기 고정장치, (3) 연결포트 자동 탈착 장치 및 최적의 포트 개발, (4) 기체 유동에 따른 밀폐형 자재용기 내부 자재의 유동이 최소화 될 수 있는 급기 방법 및 구조, (5) 급/배기 동작 시 파티클의 배기효과 극대화를 위한 기체 유동 분석, (6) 밀폐용기 내부로 유입되는 가스의 양 및 밀폐용기 외부로 배기되는 가스 양의 계측오차 극소화, (7) 밀폐용기 내부 가스조성비의 실시간 검출, (8) 이러한 상기 기능 및 장치들을 적절한 순서에 따라 통제하고 그 결과를 인접한 다른 장비에 전송하는 제어장치, 그리고 (9) 상기 기능들을 스미프 로더장치등 반도체 장비에 적용 등이 있다.
본 고안의 불활성기체 충진장치의 실시 예를 도1부터 도6까지 전체 또는 각 부분별로 나타내고 있다. 본 실시 예는 300mm 웨이퍼용 풉(FOUP)을 적용한 스테이지를 사용하여 구성하고 있으나, 상기 기술한 바와 같이 200mm 스미프 파드(SMIF POD) 또는 래티클용 파드 또는 유리 기판용 카세트, 기타 밀폐형 자재 저장용기에도 사용할 수 있음은 주지의 사실이다.
도1은 불활성기체 충진장치의 전면 사시도를 나타내고 있으며, 도2는 불활성기체 충진장치의 후면 사시도를 나타내고 있다. 본 대표 실시 예는 불활성기체 충진장치를 독립장치로만 설명하고 있으나 스미프 로더장치 및 300mm 로드포트 등에 적용하여 반도체 장비의 추가 기능으로 역할을 수행할 수 있다. 도1에 도시한 상기 불활성기체 충진장치의 대표 실시 예에서와 같이 300mm 웨이퍼용 풉(FOUP)을 포함하는 자재용기를 위치시키기 위한 탁자구조의 스테이지(200)와 자재용기를 고정하는 클램프 장치(300), 연결포트 구동장치(400), 가스 제어장치(500) 및 이들을 고정 혹은 지지하는 프레임(100)의 5부분으로 구성되어 있다.
도3은 상기 스테이지(200)를 보인 것으로 도시한 바와 같이 스테이지(200)는 레지스트레이션 핀(201)이 부착되는 상단 플레이트(202)로 구성되어 있다. 상단 플레이트(202)에는 레지스트레이션 핀(201) 이외에도 풉(220)이 잘못 놓이게 되었을 경우 상기 기계적인 장치들에 의해 상기 웨이퍼 풉(220)이 정상적으로 놓이지 못했음을 감지할 수 있는 3개의 풉(FOUP) 위치 감지센서(211) 및 풉(FOUP) 유무 확인 센서(212)가 부착된다.
또한 도1에서 보인 바와 같이 풉(220)의 정위치 고정과 연결포트의 접촉력 등 외부의 영향을 억제할 수 있는 풉(FOUP) 고정장치가 양 측면에 부착되어 있다. 도4에 상세히 도시한 풉(FOUP) 클램프 장치는 고정 브라켓(301), 클램프 실린더(302) 및 커버(303)로 구성되어 있다. 풉(FOUP)을 안전하고 부드럽게 취급하면서 적절한 파지력을 유지할 수 있도록 압력조절 밸브(311)가 구성되어 있으며, 풉(FOUP)의 적재 및 이재할 때 고정 브라켓의 걸림이 없도록 클램프 실린더(302)는 회전운동 및 상하운동의 복합구동을 한다.
도5 및 도6은는 연결포트(401)의 구동장치 및 제어계통을 보인 것으로 급기라인은 압력조절밸브(501), 전자제어밸브(502), 유량제어밸브(503), 유량계(504) 및 필터(505)로 구성되어 있으며, 유량 및 압력을 설정하여 오염물질의 배출 및 밀폐용기 내부의 자재유동을 최적화 시킨다. 배기라인은 압력조절밸브(521), 전자제어밸브(522), 유량계(523), 유량제어밸브(524) 및 가스 감지센서(505)로 구성되어 있으며, 유량 및 압력을 설정하여 밀폐용기 내부의 압력이 외부 압력보다 높게 설정하며 배출 가스의 농도로 밀폐용기 내부의 가스 조성비를 실시간으로 확인한다.
연결포트는 공압 실린더(402)에 의해 상하 운동을 하며 이에 따라 풉(FOUP)의 포트와 접촉 또는 이탈을 한다. 연결포트(401)에는 가스 급기관 및 배기관이 설치되어 있으며, 풉(FOUP)과 접촉시킨 상태에서 전자제어밸브(502)를 구동시켜 급기 및 배기를 한다.
본 고안의 불활성기체 충진장치는 상기 기술한 바와 같이 국부천정화를 목적으로 밀폐된 자재 저장용기를 사용하는 반도체 제조공정에서 저장용기내의 오염원인 산소와 수분으로 인하여 웨이퍼, 래티클 또는 유리기판 등의 표면에 박막의 산화막이 형성된다. 이와 같은 산화막에 기인하여 반도체 집적회로의 접촉저항이 증가되고 전력 소모량이 증가되는데 불활성 기체를 충진, 밀폐형 자재 저장용기 내부의 가스 조성비를 변경하여 극미세 패턴 및 저전력화 등 고품질의 생산수율 증가에 큰 효과를 기대할 수 있다.
가스조성비 조절로 웨이퍼 저장에 따른 자연상태의 산화 반응 등에 따른 안정성을 증가시켜 생산 수율을 증대 시키는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 고안 청정화 장치의 정상 상태 전면 사시도,
도 2는 본 고안 청정화 장치의 정상 상태 후면 사시도,
도 3은 본 고안 스테이지 구성도,
도 4는 본 고안 풉(FOUP) 고정 장치 구성도
도 5는 본 고안 연결포트 장치 구성도,
도 6은 본 고안 구동 및 가스 제어 공압회로도

Claims (5)

  1. 상기 불활성기체 충진장치에 있어서
    연결포트의 구동에 대해 안정적인 측면 고정구조 및 풉(FOUP)의 장착 및 탈착의 용이성을 확보하기 위한 복합 운동(회전운동 과 직선운동) 구조의 클램프 실린더를 사용한 고정장치
    클램프 실린더의 구동 회로에 압력조절밸브를 적용한 파지력 가변화 회로
  2. 밀폐형 자재 저장용기와 연결 포트의 연결 및 이탈할 때 발생하는 충격을 최소화하기 위하여 면 접촉 기밀유지 방법 및 연결 포트의 연결 접촉력 유지를 위한 공압 실린더 구동방법 및 압력조절밸브를 적용한 연결접촉력 가변화 회로
  3. 밀폐형 자재 저장용기 내부에 담겨있는 웨이퍼 등의 자재가 급기에 따른 기체유동에 의해 유동하는 것을 방지하기 위해 급기량 조절밸브가 포함된 급기 회로
  4. 제3항에 의한 급기량 조절과 배기량과의 차에 의한 밀폐형 자재 저장용기 내부의 압력 강하발생으로 외기유입에 따른 오염원 유입방지를 목적으로 한 배기량 조절밸브가 포함된 배기 회로
  5. 밀폐형 자재 저장용기 내부의 가스조성비를 실시간으로 검출 할 수 있도록 가스검출 센서를 설치한 배기 회로
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102201151B1 (ko) * 2020-08-07 2021-01-12 주식회사 테라베니어 습도감지를 이용한 퍼프용 공정가스 공급장치

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