KR20200133794A - 기판 수용 용기 - Google Patents

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Abstract

기판 수용 용기(1)는 반도체 제조 공정에 사용하는 기판을 반송 또는 보관하고, (a)열가소성 수지 99.99~99.95wt%, 및 (b)단층 카본 나노튜브 0.01~0.05wt%를 배합하여 이루어지는 재질을 사용한 구성부품(예를 들어 관찰창(11d))을 적어도 하나 이상 구비한다. 이 구성에 의해, 기판 수용 용기(1)는 폴리카보네이트 등 투명한 열가소성 수지에 카본을 배합한 재질을 사용하여도, 반도체 제조 과정에서 요구되는 도전성의 수준을 만족시키고 아울러 투과성도 가진 구성부품을 구비할 수 있다.

Description

기판 수용 용기
본 발명은 반도체 제조 프로세스에서 사용하는 실리콘 웨이퍼, 유리 기판 등의 기판을 반송, 보관할 때에 사용하는 기판 수용 용기에 관한 것이다.
반도체는 CPU(연산 소자)로 대표되는 LSI(대규모 집적회로)나 메모리(기억 매체) 등의 현재 생활에서 빠뜨릴 수 없는 필수 전자 부품이다. 반도체 제조 프로세스에 있어서, 실리콘 웨이퍼, 유리 마스크 등의 기판 반송에 이용되는 기판 반송 용기는 20여년의 역사가 있으며 항상 시대의 요구에 적응하는 개발이 이루어져 왔다. 그리고 최근에는 분석 기술이 현격히 향상됨에 따라 이 기판들에 발생하는 다양한 문제의 요인 해석이 가능해졌다.
집적회로(IC)나 메모리 등의 기억 매체를 만드는 재료인 실리콘 웨이퍼(베어 웨이퍼)는 웨이퍼 제조회사에서 잉곳으로 불리는 단결정 실리콘의 소재를 슬라이스하고 연마 가공하여 만들어진다.
그 후, 실리콘 웨이퍼(베어 웨이퍼)를 만드는 웨이퍼 제조회사로부터 IC 생산 공장에 납품되는 실리콘 웨이퍼의 반송에는 일반적으로 FOSB(Front Opening Shipping Box)로 불리는 밀봉 타입의 반송 용기가 이용되고 있다. 이 FOSB는 실리콘 웨이퍼를 내부에 수용하므로 치수 안정성이나 강성이 뛰어나고, 아웃가스의 발생을 억제하고, 금속 이온의 용출이 적고, 아울러 파티클(눈으로는 확인할 수 없는 수준의 먼지)의 발생이 적은 용기일 필요가 있다. 이 요구를 만족시키기 위해 FOSB의 재질로는 용출 이온이나 금속이 적은 고순도 처리한 폴리카보네이트 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에테르에테르케톤 등의 열가소성 수지가 사용되고 있다.
이어서, 웨이퍼 제조회사로부터 IC 생산 공장으로 옮겨진 실리콘 웨이퍼는 FOSB로부터 도 6에 나타낸 FOUP(Front Opening Unified Pod)(6)로 불리는 전용 용기로 옮겨져 IC 생산 공정을 진행한다. FOUP(6)는 웨이퍼용의 반송, 보관을 목적으로 한 캐리어 용기로서, FOUP(6)로 들어간 베어 웨어퍼는 많은 반도체 제조 공정을 거쳐 IC나 메모리로 다시 만들어진다. FOUP(6)에는 공장 내의 머신들 사이를 천정 주행으로 이동하기 위해 강성이 요구됨과 아울러, 웨이퍼에 형성되는 회로의 정전 파괴를 방지하기 위해 도전성 또는 대전 방지 기능이 요구되고 있다. 이 요구들을 만족시키기 위해 현재의 FOUP(6)의 주류로서는, 도전성을 부여하는 카본 섬유 등 도전 필러를 폴리카보네이트 수지에 배합한 것이 사용되고 있다.
그 후, IC 생산 공장에서 IC 회로의 형성이 이루어진 웨이퍼는 FOUP로부터 FOSB로 다시 옮겨지고 반도체 제조의 후속 공정이 되는 다이싱이나 칩의 마운팅, 회로 체크, 패키징까지를 수행하기 위한 전문 공장으로 이송된다.
여기서, 상술한 FOSB나 FOUP 등의 반도체 관련 기판 반송 용기는 순도가 높은 폴리카보네이트 수지(절연체)등으로 구성되어 있으므로 정전기가 발생하기 쉽고 정전기에 의한 대전 전압이 6KV를 넘는 경우도 있을 수 있다. 이러한 기판 반송 용기를 이용하여 IC 회로가 형성된 웨이퍼를 수용하여 반송하면 정전기에 의한 IC 회로의 정전 파괴가 발생하는 요인이 되어 큰 문제가 되고 있다. 따라서, FOSB나 FOUP 등의 반도체 관련 기판 반송 용기에는 대전 방지나 도전성 부여 등의 정전기 대책을 실시할 필요가 있다. 이에 관해, 반도체 제조 메이커로부터 확실한 도전성이 요구되고 있고 반도체 관련 기판 반송 용기의 표면 저항값으로서는 104~109 Ω까지의 표면 저항이 이상적으로 요구되고 있다.
최근 반도체 관련 반송 용기의 정전기 대책으로서 예를 들어 도전성 폴리카보네이트(카본 배합 폴리카보네이트)를 사용하는 경우가 있다. 이 도전성 폴리카보네이트는 폴리카보네이트에 블랙카본이나 카본 나노튜브(보다 정확하게는 다층 카본 나노튜브)를 배합하고 도전성을 부여하여, 어스를 취하면 순간적으로 전하를 소산할 수 있도록 하고 있다. 도전성 폴리카보네이트는 강도도 있고 아웃가스의 발생도 적으므로 웨이퍼의 반송, 보관에 적합한 소재로서 널리 이용되고 있다(예를 들어 비특허문헌 1 참조).
그 밖에 대전 방지 ABS 수지도 사용된다. 이 대전 방지 ABS 수지는 폴리머 자체에 제전성이 있어 대전 방지 효과가 영구적이고 안정적이게 된다. 또한 아웃가스의 발생이 적어 웨이퍼의 반송, 보관에 적합하여 칩 트레이 등의 성형에 사용되고 있다(예를 들어 비특허문헌 1 참조).
또한 도전성을 가지면서 강성이 뛰어나고, 더욱이 휨이나 유동 방향과 수직 방향의 성형 수축율의 차이에 의한 이방성이 적은 평면성을 실현하고 파티클의 발생이 적은 반도체 반송 용기용 부품도 개시되었다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2008-141130호 공보
비특허문헌 1: "다이니치쇼지 웨이퍼 관련 상품 종합 카탈로그 P126" [2019년 3월 6일 검색], 인터넷<URL:http://www.dainichi-shoji.co.jp/product/semiconductor/>
그러나, 폴리카보네이트 등 투명한 열가소성 수지를 재질로서 이용한 기판 반송 용기의 정전기 대책으로서, 104~109 Ω까지의 표면 저항값을 얻으려면 2.5wt% 이상의 다층 카본 나노튜브(혹은 카본블랙)를 배합해야 한다. 그 결과, 도전성 폴리카보네이트의 투과성(시인성)은 제로(흑색)가 되어 기판 반송 용기의 외부에서 내부의 실리콘 웨이퍼 모습이 전혀 보이지 않게 된다.
한편, FOSB나 도 6에 나타낸 FOUP(6) 등 기판 반송 용기에는 내부에 수용된 웨이퍼 상태를 외부에서 눈으로 확인하기 위한 "관찰창(6a)"이 요구되고 있다. 따라서, 기판 반송 용기의 도전성을 만족시키기 위해 그 모든 구성 부품을 카본 배합 열가소성 수지로 할 수는 없다. 즉, 현 상황에서는 도전성의 요구 수준을 만족시킴과 동시에 투과성을 가진 수지는 코팅하는 것 이외에는 실현할 수 없다. 예를 들어 FOUP(6)의 "관찰창(6a)"에서의 정전기 대책은, 대전 방지제나 도전재를 코팅한 투명 수지 소재를 이용함으로써 대응하고 있다. 당연히 이러한 종류의 코팅제는 사용이나 세정시마다 조금씩 벗겨져 "관찰창(6a)" 나아가서는 기판 반송 용기의 안정적, 영구적인 정전기 대책이 될 수는 없고, 이것이 크게 문제시되고 있다.
또한 폴리카보네이트 등 투명한 열가소성 수지에 카본을 배합하여 반도체 제조 과정에서 요구되는 도전성을 얻는 경우, 상술한 바와 같이 카본블랙이나 CNT(다층 카본 나노튜브)를 2.5wt% 이상 배합해야 하며, 카본의 탈락이 완전히 없는 것도 아니다. 그 결과, 기판 반송 용기에서의 파티클(눈으로는 확인할 수 없는 수준의 먼지) 발생이나 연필현상(흑연에 의한 오염)이 일어나고, 이러한 것들도 반도체 제조 제품의 수율을 저하시키는 요인이 되어 문제가 되고 있다.
나아가 현재는 ABS 수지나 아크릴 수지를 이용한 대전 대책도 있으나, 이 수지들은 순도로 인해 반도체 제조 분야, 특히 기판 반송 용기로서는 앞으로 사용되지 않을 전망이다.
본원 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 투명한 열가소성 수지에 카본을 배합한 재질을 사용하여도, 반도체 제조 과정에서 요구되는 도전성 수준을 만족시키고 아울러 투과성도 가진 구성부품을 구비하는 기판 수용 용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 반도체 제조 공정에 사용하는 기판을 반송 또는 보관하는 기판 수용 용기로서, (a)열가소성 수지 99.8~98.5wt%, 및 (b)단층 카본 나노튜브 0.01~0.05wt%를 배합하여 이루어지는 재질을 사용한 구성부품을 적어도 하나 이상 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 기판 수용 용기에 있어서, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼 또는 유리 기판이고, 상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트, 시클로올레핀, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 및 폴리에테르설폰중 적어도 하나 이상의 수지로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 기판 수용 용기에 있어서, 상기 재질의 표면 저항값은 1.0×1010 Ω 이하가 되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 기판 수용 용기에 있어서, 폴리카보네이트 99.95wt%, 단층 카본 나노튜브 0.05wt%를 배합하여 이루어지는 재질을 사용한 구성부품을 적어도 하나 이상 구비하고, 상기 재질의 표면 저항값은 1.0×104~109 Ω 범위가 되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 기판 수용 용기에 있어서, 상기 재질은 두께 1mm로 형성된 경우에 투과율 20% 이상이 되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 기판 수용 용기에 있어서, 상기 재질은 열가소성 수지층의 표면에 마련된 두께 0.01~0.05mm 범위로 형성된 필름층인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 기판 수용 용기에 있어서, 상기 필름층은 열가소성 수지층의 표면에 필름 인서트 성형법에 의해 형성되고, 상기 필름층의 표면 저항값은 1.0×104~109 Ω 범위가 되고, 투과율은 40% 이상이 되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 기판 수용 용기에 있어서, 상기 기판 수용 용기는 실리콘 웨이퍼의 반송, 보관에 이용되는 FOUP(Front Opening Unified Pod)이고, 상기 FOUP는 용기 본체, 덮개, 및 보텀 플레이트를 구비하고, 상기 구성부품에는 상기 용기 본체에 형성되고, 내부에 수용된 웨이퍼 상태를 작업원이 외측에서 눈으로 확인하기 위한 관찰창이 포함되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 기판 수용 용기에 있어서, 상기 기판 수용 용기는 실리콘 웨이퍼의 반송, 보관에 이용되는 FOSB(Front Opening Shipping Box)인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 기판 수용 용기에 있어서, 상기 기판 수용 용기는 포토마스크를 수용하기 위한 RSP(Reticle Smif Pod)이고, 상기 구성부품에는 상기 RSP의 상부 덮개에 형성되고, 내부에 수용된 웨이퍼 상태를 작업원이 외측에서 눈으로 확인하기 위한 관찰창이 포함되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 기판 수용 용기에 있어서, 상기 기판 수용 용기는 포토마스크 케이스 유리를 운반하는 블랭크 케이스이고, 상기 구성부품에는 상기 블랭크 케이스의 상부 덮개가 포함되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 기판 수용 용기에 있어서, 모든 구성부품이 상기 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 재질을 사용한 구성부품의 성형 방법으로서, (1)금형 캐비티내에 상기 재질을 충전하기 전에, 금형 온도를 160℃ 이상으로 설정하는 가열 공정과, (2)금형 캐비티 내에 상기 재질을 사출하는 사출 공정과, (3)금형 온도를 90℃이하의 온도로 급속 냉각하는 냉각 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 수용 용기는 (a)열가소성 수지 99.95~99.99wt%, 및 (b)단층 카본 나노튜브 0.01~0.05wt%를 배합하여 이루어지는 재질을 사용한 구성부품을 적어도 하나 이상 구비한다. 이 구성에 의해, 본 발명에 따른 기판 수용 용기는 폴리카보네이트 등 투명한 열가소성 수지에 카본을 배합한 재질을 사용하여도, 반도체 제조 과정에서 요구되는 도전성의 수준을 만족시키고 아울러 투과성도 가진 구성부품을 구비할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 기판 수용 용기인 FOUP의 배면측의 개략 사시도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 상기 기판 수용 용기를 구성하는 재질(A)의 투과도를 설명하기 위한 참고 사진도이다.
도 3은 상기 기판 수용 용기인 RSP의 분해 사시도이다.
도 4는 상기 기판 수용 용기인 블랭크 케이스의 사시도이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 상기 실시형태의 변형예에 따른 기판 반송 용기를 구성하는 재질의 단면도이다.
도 6은 기판 반송 용기인 종래의 FOUP의 배면측의 사시도이다.
(실시형태)
본 발명의 실시형태에 따른 기판 수용 용기에 대해 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 기판 수용 용기(1)를 나타내고, 이 기판 수용 용기(1)에 수용되는 기판은 예를 들어 반도체 제조 프로세스에 사용되는 실리콘 웨이퍼나 유리 기판이다.
기판 수용 용기(1)는 FOUP로 불리는 대략 상자 모양의 용기로, 반도체 제조 공장에서 사용되는 300mm 웨이퍼용 등의 반송, 보관을 목적으로 한 캐리어이고, 정면 개구식이고, 웨이퍼를 파지하는 카세트 일체형의 것이다. 기판 수용 용기(1)에는 독해와 기입이 가능한 RF 태그로 불리는 무선 태그가 사용되고, 이 무선 태그는 FOUP의 포켓에 격납되어 각 기판 수용 용기(1)의 상태가 컴퓨터에 의해 일괄 관리되고 있다.
이어서, 기판 수용 용기(1)의 구조에 관해 설명한다. 기판 수용 용기(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 용기 본체(11), 보텀 플레이트(12), 및 덮개(13)를 구비한다. 용기 본체(11)는 기판 수용 용기(1)의 측벽(11a)과 천정벽(11b)을 구비하고, 천정벽(11b)에는 기판 수용 용기(1)를 자동 반송할 때에 이용하는 파지부인 개략 판 형상의 로보틱 플랜지(11c)가 형성된다.
용기 본체(11)의 바닥벽에는 가공 장치에 기판 수납 용기(1)를 고정밀도로 위치 결정하기 위한 위치 결정 부재가 되는 보텀 플레이트(12)가 장착되어 있다. 보텀 플레이트(12)는 판형의 부재로서 형성되어 있고, 용기 본체(11)의 바닥부에 볼트 등을 통해 고정된다. 보텀 플레이트(12)에는 예를 들어 각종 센싱 패드나 식별공이 구비된다.
용기 본체(11)의 배면에는, 내부에 수용된 웨이퍼 상태를 작업원이 외측에서 눈으로 확인하기 위한 관찰창(11d)이 형성되어 있다. 또한 작업원에 대한 지시서나 정보가 기입된 서면이나 태그를 수납 가능한 카드케이스 홀더(도시하지 않음)도 장착되는 경우가 있다. 용기 본체(11)의 좌우의 측벽(11a)에는 수동으로 핸들링을 수행하기 위한 매뉴얼 핸들(11e)이 장착되어 있다. 아울러 도시하지는 않았으나, 용기 본체(11)의 좌우의 내측면에는, 실리콘 웨이퍼를 일정 간격으로 수평하게 파지하기 위한 복수의 선반을 갖는 지지부가 서로 마주보도록 구비되어 있다.
덮개(13)는 용기 본체(11)의 정면에 형성된 개구면을 씰 가능하게 폐쇄하기 위한 판형의 부재로서, 기판 수납 용기(1)의 외부로부터의 기체의 침입을 방지하여 내부에 수용되어 있는 웨이퍼의 오염을 방지한다.
본 실시형태에 따른 기판 수용 용기(1)는 (a)열가소성 수지 99.95~99.99wt%, 및 (b)단층 카본 나노튜브 0.01~0.05wt%(단, (a)+(b)=100wt%로 함)를 배합하여 이루어지는 재질(A)을 사용한 구성부품을 적어도 하나 이상 구비한다. 이 때, 재질(A)의 표면 저항값은 1.0×1010 Ω 이하가 된다. 이 단층 카본 나노튜브의 물리적 특성을 기재하면, 튜브 직경은 1~5nm 범위, 순도는 90% 이상인 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 예를 들어 폴리카보네이트 99.985wt%, 단층 카본 나노튜브 0.015wt%를 배합하여 이루어지는 재질(A)을 사용한 구성부품이다. 이 구성부품에는 용기 본체(11)에 형성되는 관찰창(11d)이 포함되고, 관찰창(11d)은 1.0×104~109 Ω까지의 표면 저항값을 얻을 수 있어 반도체 제조 메이커에서 요구하는 도전성의 수준을 만족시키고, 아울러 일정 이상의 투과성을 가지므로 작업원이 외부에서 내부에 수용된 웨이퍼 상태를 시인, 확인할 수 있다. 아울러 기판 수용 용기(1)의 모든 구성부품을 이 재질(A)을 사형하여 사출 성형에 의해 만드는 것도 가능하다.
단층 카본 나노튜브가 들어 있는 재료는 다층 카본 나노튜브에 비해 매우 적은 배합 비율로 열가소성 수지에 혼합되므로 단층 카본 나노튜브의 분산 상태가 도전성에 크게 관계한다. 여기서는 그 분산 방법에 관한 발명이 아니므로 그 상세한 설명은 생략하나, 재질(A)은 열가소성 수지에 단층 카본 나노튜브가 균일하게 분산되어 있는 것을 사용하였다.
기판 수납 용기(1)의 구성부품은 예를 들어 용기 본체(11), 보텀 플레이트(12), 덮개(13), 로보틱 핸들(11c), 관찰창(11d), 매뉴얼 핸들(11e), 사이드 레일, 카드케이스 홀더 등이다. 열가소성 수지는 투명하고, 예를 들어 폴리카보네이트, 시클로올레핀, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 및 폴리에테르설폰 중 적어도 하나 이상의 수지로 구성된다.
사용시의 재료(A)의 두께는 1mm 정도로 성형하는 것이 바람직하고, 1mm 두께 미만인 경우 충분한 강성을 얻지 못하고, 반면 1mm 두께를 초과하는 경우에는 투과성이 저하된다. 재료(A)가 1mm 두께인 경우 투과도가 20% 이상이 되고, 이 경우, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 재질(A)은 내부의 모습을 시인할 수 있는 수준의 투과성을 갖는다.
이어서, 재료(A)를 구성하는 단층 카본 나노튜브에 관해 설명한다. 카본 나노튜브(CNT: carbon nanotube)는 독특한 구조적, 기계적, 전기적 특성을 갖고 있다. 이 카본 나노튜브의 종류에는 단층 카본 나노튜브(SWCNT: single-walled carbon nanotube), 2층 카본 나노튜브(DWCNT: double-walled carbon nanotube), 및 다층 카본 나노튜브(MWCNT: multi-walled carbon nanotube)가 있고, 각각 다른 독특한 구조적, 기계적, 전기적 특성을 갖고 있다.
단층 카본 나노튜브는 단층의 그래핀으로 형성되는 이음매가 없는 원통형 물질이다. 단층 카본 나노튜브의 열 전도도 및 전기 전도도는 매우 높은 것으로 알려져 있다.
다층 카본 나노튜브는 그래핀을 둥글게 만 튜브가 동심원상으로 여러개 겹쳐진 구조를 가지며, 많은 나노 카본 섬유가 서로 얽혀 있다. 다층 카본 나노튜브는 단층 카본 나노튜브와 비교하여 구조가 복잡하고 다양하기 때문에 그 구조는 명확히 정의할 수 없다. 다층 카본 나노튜브는 단층 카본 나노튜브보다 양산이 용이하여 단위 당 코스트가 낮고, 열적 및 화학적 안정성이 뛰어나다. 즉 다층 카본 나노튜브는 단층 카본 나노튜브와는 다른 물질이다.
2층 카본 나노튜브는 단층 나노 튜브와 다층 나노 튜브의 중간적인 특성을 나타낸다. 2층 카본 나노튜브는 수명 및 전계 방출 전류 밀도가 높고, 화학적, 기계적, 열적 처리에도 높은 안정성을 나타내는 등 다층 카본 나노튜브에서 볼 수 있는 유용한 특성과 함께 단층 카본 나노튜브에서 볼 수 있는 유연성도 나타낸다.
그리고, 재질(A)은 단층 카본 나노튜브를 사용하는 것이 필수이다. 이것은, 다층 카본 나노튜브의 경우에는 2.5wt% 이상의 중량비를 열가소성 수지에 배합하지 않으면, 요구되는 바와 같은 도전성(1.0×109 Ω 부근)은 부여되지 않고, 이 경우에는 투과성이 없어지는 결점이 있기 때문이다. 한편, 본 실시형태에서는, 재질(A)에 단층 카본 나노튜브 0.01~0.05wt%를 열가소성 수지 99.99~99.95wt%와 배합함으로써, 요구되는 바와 같은 도전성(1.0×109 Ω 부근)을 만족시킬 수 있음과 아울러 투과성도 20% 이상 갖는 것을 특징으로 한다. 이 특성을 실현하기 위해 2층이나 다층의 카본 나노튜브를 사용하는 가능성은 배제된다. 아울러 단층 카본 나노튜브의 중량비 0.01~0.05wt%의 수치폭은 열가소성 수지로서 폴리카보네이트뿐만 아니라 시클로올레핀 수지, 폴리에테르이미드 등, 다른 비결정성의 수지(열가소성 수지)를 배합하는 경우도 상정하고 있기 때문이다.
도 3은 반도체 제조 과정에서 이용하는 RSP(Reticle SMIF Pod)(2)를 나타낸다. RSP(2)는 실리콘 웨이퍼에 네거티브와 같은 회로 패턴을 작성하기 위한 레티클이나 회로 패턴이 형성된 포토마스크의 반송, 보관을 목적으로 한 기판 수용 용기(1)의 일종이다. RSP(2)에서, 상부 덮개(21)에 구비되는 관찰창(21a)의 부분에 재질(A)을 사용함으로써, 정전기 대책으로서 제조회사로부터 요구되는 도전성의 수준을 만족시킴과 아울러 시인성의 수준도 만족시킬 수 있어 외부에서 내부의 기판 상태를 확인할 수 있게 된다. 레티클이나 포토마스크는 바닥판(22) 상에 놓여진다. 한편, 종래의 도전성을 갖는 RSP는 불투명하여 외부에서 내부의 기판 상태는 확인할 수 없다.
도 4는 반도체 제조 과정에서 이용하는 블랭크 케이스(3)의 개략도이고, 포토마스크는 유리의 기판(많은 경우, 인공 석영 유리)을 사용하고, 이 블랭크 케이스(3)는 포토마스크 케이스(일반적으로 마스크 케이스) 유리를 운반하는 케이스이다. 블랭크 케이스(3)는 상부 덮개(31)와 용기(32)로 구성되고, 적어도 하나의 구성부품(예를 들어 상부 덮개(31) 등)을 재질(A)을 사용하여 구성함으로써, 도전성의 요구를 만족시킴과 동시에 투과성도 만족시키는 기판 수용 용기(1)가 된다. 반면, 종래의 도전성을 갖는 블랭크 케이스는 투과성이 제로(완전 흑색)로, 외부에서 내부의 기판 상태는 확인할 수 없다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따른 기판 수용 용기(1)는 반도체 제조 공정에 사용하는 기판을 반송 또는 보관하는 기판 수용 용기(1)로서, (a)열가소성 수지 99.99~99.95wt%, 및 (b) 단층 카본 나노튜브 0.01~0.05wt%를 배합하여 이루어지는 재질(A)(도전성 플라스틱)을 사용한 구성부품을 적어도 하나 이상 구비한다. 이 재질(A)은 두께 1mm 정도로 형성된다. 이 구성에 의해, 기판 수용 용기(1)는 투명한 열가소성 수지에 카본을 배합한 재질(A)을 사용하여도, 정전기 대책으로서 반도체 제조 과정에서 요구되는 도전성의 수준(104~109 Ω의 표면 저항값)을 만족시키고, 아울러 투과성도 갖는 구성부품을 구비할 수 있다. 이 구성부품은 예를 들어 FOUP에 형성되는 관찰창(11d)이다. 그 결과, 기판 수용 용기(1)는 IC 기판의 정전 파괴를 방지할 수 있음과 아울러 외부에서 내부에 수용된 웨이퍼 상태를 시인할 수 있게 되고, 나아가서는 최종 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한 단층 카본 나노튜브를 0.01~0.05wt%로 함으로써, 종래와 비교하여 카본 나노튜브의 배합량을 현격히 줄여 카본의 탈락이 격감하고, 카본의 파티클(눈으로는 확인할 수 없는 수준의 먼지)의 발생이나 연필현상(흑연에 의한 오염)을 방지할 수 있다. 그 결과, 반도체 제조 제품의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한 기판 수용 용기(1)는 그 밖의 다양한 반도체 소재, 예를 들어 사파이어 웨이퍼, 화합물 반도체, 펠리클 등의 반송, 보관용 용기로서 응용할 수 있게 된다. 아울러 기판 수용 용기(1)는 FOUP로 한정되지 않고, 상술한 실리콘 웨이퍼의 반송, 보관에 이용되는 FOSB로 하는 것도 당연히 가능하다.
이어서, 본 실시형태 1에 따른 기판 수용 용기의 구성부품의 성형 방법에 관해 설명한다. 일반적인 인젝션 조건으로 나노 튜브 함유 수지를 성형하면 표면의 저항값이 원하는 수치가 되지 않을 수 있다. 이는 인젝션 성형의 특징으로서, 수지 온도보다 낮은 금형으로 사출되어 불필요한 스킨층이 표면층에 형성되기 때문이다. 금형 온도가 낮을 수록 스킨층은 두꺼워져 표면의 저항은 높아지는 경향이 있다. 종래품인 다층 카본 나노튜브를 함유시키는 수지의 경우, 열가소성 수지에 대한 카본 나노튜브의 충전 비율이 커 그다지 현저하게 이 경향은 나타나지 않으나 스킨층의 형성은 피하지 못하고 있다.
본 실시형태에서는 이러한 문제를 방지하기 위해 웰드리스 성형을 이용한다. 웰드리스 성형은 금형 캐비티 내에 수지를 충전하기 전에, 금형 온도를 수지가 갖는 열 변형 온도 이상의 온도로 급속 가열하고 그 후 수지를 사출한다.
즉, 본 실시형태에 따른 구성부품의 성형 방법은, (1)금형 캐비티 내에 (a)열가소성 수지 99.99~99.95wt%, 및 (b)단층 카본 나노튜브 0.01~0.05wt%를 배합하여 이루어지는 재질을 충전하기 전에, 금형 온도를 (열 변형 온도인) 160℃ 이상으로 설정하는 가열 공정과, (2)금형 캐비티 내에 상기 재질을 사출하는 사출 공정과, (3)금형 온도를 90℃ 이하의 온도로 급속 냉각하는 냉각 공정을 포함한다. 이에 의해 수지의 유동성을 현저히 개선하여 스킨층의 형성을 억제함과 동시에, 웰드 라인(weld line)이 보이지 않는 수준의 표면 고품질의 성형품을 얻을 수 있다. 또한 냉각 공정에서는 열 변형 온도 이하의 금형 온도로 급속 냉각함으로써, 고체화 온도를 앞당겨 웰드 라인의 해소뿐 아니라, 휨, 수염(거침), 사이클 단축 및 치수 불량 삭감을 실현할 수 있다.
(변형예)
본 발명의 실시형태 1의 변형예에 따른 기판 수용 용기에 대해 도 5를 참조하여 설명한다. 아울러 상기 실시형태 1과 같은 구성에 관해서는 같은 부호를 부여하고 그 상세한 설명을 생략한다.
본 변형예에 따른 기판 수용 용기에 있어서, (a)열가소성 수지 99.99~99.95wt%, 및 (b)단층 카본 나노튜브 0.01~0.05wt%를 배합하여 이루어지는 재질은, 도 5(a)에 도시된 바와 같은, 열가소성 수지층(51)의 표면에 마련된 두께 0.01~0.05mm로 형성된 필름층(52)이 된다. 이 경우에도, 필름층(52)의 표면 저항값은 104~109 Ω 범위가 되고 아울러 투과율을 40% 이상으로 유지할 수 있다.
여기서 필름층(52)의 성형 방법에 관해 설명하면, 폴리카보네이트 등으로 형성된 열가소성 수지층(51)이 인서트된 사출 성형틀로 필름층(52)이 되는 재질을 사출시키는 필름 인서트 성형에 의한 성형이 가능하다. 인서트된 필름층(52)은 원하는 표면 저항값을 가짐과 아울러 열가소성 수지층(51) 및 필름층(52)의 층 두께의 합계가 2mm 정도까지는 효과적인 대전 방지의 효과를 얻을 수 있다. 그 외에 열가소성 수지층(51) 및 필름층(52) 사이에 접착층을 마련하여 일체화시킬 수도 있다.
아울러 필름층(52)의 위치는 도 5(a)에 나타낸 표면에 한정되는 것은 아니고, 도 5(b)에 도시된 바와 같은 필름층(52)의 양면에 열가소성 수지층(51)을 마련하는 구조로 할 수도 있다.
＜도전성, 투과성 시험＞
이어서, 본 실시형태에 따른 기판 수용 용기(1)에 사용하는 배합 수지를 갖는 실시예 1, 2와, 종래의 기판 수용 용기에 사용하는 배합 수지의 비교예 1~4를 이용하여 시험을 실시했다. 아울러 이 시험은 각 배합 수지의 표면 저항값 및 투과율(시인성이 있는지의 여부)을 판단하기 위한 시험이다.
(실시예 1, 2)
실시예 1에서는 기판 수용 용기(1)를 구성하는 수지로서, 폴리카보네이트 수지 99.99wt%, 단층 카본 나노튜브 0.01wt%의 배합물을 사용하여 1mm 두께로 형성했다. 실시예 2에서는 기판 수용 용기(1)를 구성하는 수지로서, 폴리카보네이트 수지 99.98wt%, 단층 카본 나노튜브 0.02wt%의 배합물을 사용하여 1mm 두께로 형성했다.
(비교예 1~4)
또한 상기 실시예 1, 2와의 비교를 위해, 비교예 1로서, 폴리카보네이트 수지 99wt%, 단층 카본 나노튜브 1wt%의 배합물을 사용하여 1mm 두께로 형성했다. 비교예 2로서, 폴리카보네이트 수지 100wt%를 사용하여 1mm 두께로 형성했다. 비교예 3으로서, 폴리카보네이트 수지 97.5wt%, 다층 카본 나노튜브 2.5wt%의 배합물을 사용하여 1mm 두께로 형성했다. 비교예 4로서, 폴리카보네이트 수지 90wt%, 카본블랙 10wt%의 배합물을 사용하여 1mm 두께로 형성했다.
상기와 같이 제작한 실시예 1, 2와 비교예 1~4에 따른 배합 수지의 각 샘플을 평가했다. 평가 방법, 조건은 이하와 같이 하여 측정을 실시했다.
<표면 저항율의 측정>
실시예 1, 2, 및 비교예 1~4의 배합 수지의 표면 저항값을 저항값 측정기(산와MI테크노스사: 모델 5501 DM)에 의해 각각 측정하고, 표 1에 정리했다.
<투과율의 측정>
실시예 1, 2, 및 비교예 1~4의 배합 수지의 표면 저항값을 TINT METER로 불리는 가시광선 측정기(P＆S사: 제네릭 윈도우 틴트 미터 비주얼 라이트 트랜스미션 18mm 테스터)에 의해 각각 측정하여 표 1에 정리했다. 그리고, 각 샘플의 시험 결과를 하기 ［표 1］에 나타냈다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
배합(wt%) 폴리카보네이트 99.99 99.98 99 100 97.5 90
카본블랙 - - - - - 10
CNT(다층) - - - - 2.5 -
CNT(단층) 0.01 0.02 1 - - -
표면저항값(Ω) 105~1010 104~109 1016(절연체) 104~109 104
투과율(%) 40 20 0(흑색) 90(투명) 0(흑색) 0(흑색)
［표 1］에 나타낸 실시예 1, 2, 및 비교예 1~4에 따른 표면 저항값 및 투과율의 결과로부터 자명한 바와 같이, 실시예 1, 2의 (a)열가소성 수지 99.99~99.95wt%, 및 (b)단층 카본 나노튜브 0.01~0.05wt%를 배합하여 이루어지는 재질을 사용하는 경우에는, 표면 저항값 104~109 Ω 범위를 만족시키고 아울러 투과성이 20% 이상이었다. 한편, 비교예 1~4의 수지에 관해서는, 표면 저항값 104~109 Ω 범위와 투과성 20% 이상을 동시에 만족시키지 못하는 것을 알 수 있다.
아울러 본 발명은 상기의 실시형태의 구성에 한정되지 않고 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들어 재질(A)을 FOSB, FOUP, RSP나 블랭크 케이스 외에, 반도체 공정에 사용하는 오픈 카세트, 포토마스크 케이스, 칩 트레이 등에 적용할 수도 있다. 또한 반도체 제조 분야 외에, 예를 들어 의료 분야 등의 정전기 대책과 투과성을 동시에 필요로 하는 용기에도 응용 가능함은 말할 필요도 없다.
1 기판 수용 용기
2 RSP
3 블랭크 케이스
11 용기 본체
11a 측벽
11b 천정벽
11c 로보틱 플랜지
11d, 21a 관찰창
11e 매뉴얼 핸들
12 보텀 플레이트
13 덮개
31 상부 덮개
51 열가소성 수지층
52 필름층

Claims (13)

  1. 반도체 제조 공정에 사용하는 기판을 반송 또는 보관하는 기판 수용 용기로서,
    (a)열가소성 수지 99.99~99.95wt%, 및 (b)단층 카본 나노튜브 0.01~0.05wt%를 배합하여 이루어지는 재질을 사용한 구성부품을 적어도 하나 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 수용 용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 웨이퍼 또는 유리 기판이고,
    상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트, 시클로올레핀, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 및 폴리에테르설폰 중 적어도 하나 이상의 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 수용 용기.
  3. 제1 또는 2항에 있어서,
    상기 재질의 표면 저항값은 1.0×1010 Ω 이하가 되는 것을 특징으로 하는 기판 수용 용기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판 수용 용기는 폴리카보네이트 99.985wt%, 단층 카본 나노튜브 0.015wt%를 배합하여 이루어지는 재질을 사용한 구성부품을 적어도 하나 이상 구비하고, 상기 재질의 표면 저항값은 1.0×104~109 Ω 범위가 되는 것을 특징으로 하는 기판 수용 용기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재질은 두께 1mm로 형성된 경우에서 투과율 20% 이상이 되는 것을 특징으로 하는 기판 수용 용기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재질은 열가소성 수지층의 표면에 마련된 두께 0.01~0.05mm 범위로 형성된 필름층인 것을 특징으로 하는 기판 수용 용기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 필름층은 열가소성 수지층의 표면에 필름 인서트 성형법에 의해 형성되고,
    상기 필름층의 표면 저항값은 1.0×104~109 Ω 범위가 되고, 투과율은 40% 이상이 되는 것을 특징으로 하는 기판 수용 용기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 수용 용기는 실리콘 웨이퍼의 반송, 보관에 이용되는 FOUP(Front Opening Unified Pod)이고,
    상기 FOUP는 용기 본체, 덮개, 및 보텀 플레이트를 구비하고,
    상기 구성부품에는 상기 용기 본체에 형성되고, 내부에 수용된 웨이퍼 상태를 작업원이 외측에서 눈으로 확인하기 위한 관찰창이 포함되는 것을 특징으로 하는 기판 수용 용기.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 수용 용기는 실리콘 웨이퍼의 반송, 보관에 이용되는 FOSB(Front Opening Shipping Box)인 것을 특징으로 하는 기판 수용 용기.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 수용 용기는 포토마스크를 수용하기 위한 RSP(Reticle Smif Pod)이고,
    상기 구성부품에는, 상기 RSP의 상부 덮개에 형성되고, 내부에 수용된 웨이퍼 상태를 작업원이 외측에서 눈으로 확인하기 위한 관찰창이 포함되는 것을 특징으로 하는 기판 수용 용기.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 수용 용기는 포토마스크 케이스 유리를 운반하는 블랭크 케이스이고,
    상기 구성부품에는 상기 블랭크 케이스의 상부 덮개가 포함되는 것을 특징으로 하는 기판 수용 용기.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 수용 용기의 모든 구성부품이 상기 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 수용 용기.
  13. 제1항에 기재한 재질을 사용한 구성부품의 성형 방법으로서,
    (1)금형 캐비티 내에 상기 재질을 충전하기 전에, 금형 온도를 160℃ 이상으로 설정하는 가열 공정과,
    (2)금형 캐비티 내에 상기 재질을 사출하는 사출 공정과,
    (3)금형 온도를 90℃ 이하의 온도로 급속 냉각하는 냉각 공정을 포함하는
    것을 특징으로 하는 기판 수용 용기의 성형 방법.
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비특허문헌 1: "다이니치쇼지 웨이퍼 관련 상품 종합 카탈로그 P126" [2019년 3월 6일 검색], 인터넷<URL:http://www.dainichi-shoji.co.jp/product/semiconductor/>

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