KR20230015604A - 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유틸리티 파트(Utility Part)를 반응로와 별도의 유닛으로 분리하여 폭발 등의 위험으로부터 작업환경을 안전하게 개선하고, 진공제어(Vacuum control)를 통해 장치 내부의 기류를 정밀하게 제어하며, 카세트(Cassette) 또는 FOUP(Front Opening Unified Pod) 등의 웨이퍼 저장용기와 보트(Boat)의 사이에서 복수의 웨이퍼를 운송할 시, 정렬되지 못하고 돌출된 웨이퍼를 즉각 감지하여 조치함으로써 보트나 포크의 손상을 방지함으로써 신속하면서도 안전하게 웨이퍼 이송공정을 수행할 수 있는 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로를 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로{Vertical furnace for mapping wafers}
본 발명은 종형 확산로에 관한 것으로서, 특히 유틸리티 파트(Utility Part)를 반응로와 별도의 유닛으로 분리하여 폭발 등의 위험으로부터 작업환경을 안전하게 개선하고, 진공제어(Vacuum control)를 통해 장치 내부의 기류를 정밀하게 제어하며, 카세트(Cassette) 또는 FOUP(Front Opening Unified Pod) 등의 웨이퍼 저장용기와 보트(Boat)의 사이에서 복수의 웨이퍼를 운송할 시, 정렬되지 못하고 돌출된 웨이퍼를 즉각 감지하여 조치함으로써 보트나 포크의 손상을 방지함으로써 신속하면서도 안전하게 웨이퍼 이송공정을 수행할 수 있는 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로에 관한 것이다.
확산(Diffusion)이란 입자의 농도차에 의해 그 입자의 농도가 높은 쪽에서 농도가 낮은 쪽으로 퍼지는 현상을 말하는데, 반도체 제조 과정 중 웨이퍼의 필요한 부분에 불순물을 주입시키는 과정에서 확산기술이 이용된다.
확산공정에서 불순물을 주입하는 방법은 크게 2가지로 구분할 수 있는데, 그 중 하나는 웨이퍼가 적재되어 있는 고온의 전기로에 가스(Gas) 상태의 불순물을 흘려 웨이퍼의 표면에 도펀트(Dopant)를 얇게 증착한 후 열처리(Anneal, Driven-in)를 함으로써 웨이퍼 내부로 원하는 깊이만큼 불순물을 확산시키는 방법이고, 다른 하나는 이온주입기(Ion Implanter)를 이용하여 주입하고자 하는 불순물을 이온화하여 고에너지 이온빔(Ion Beam)으로 가속시켜 웨이퍼 내부로 주입하는 기술로써, 주입하고자 하는 불순물의 양과 주입 깊이를 정확하게 제어할 수 있기 때문에 반도체 제조 공정 중 없어서는 안될 주요 공정으로 자리잡고 있다.
반도체 제조과정에서 확산공정은 웨이퍼에 열 산화막을 형성하는 확산로(Furnace)에서 진행된다. 확산공정은 성장시키고자 하는 막의 종류에 따라 여러 공정으로 분류될 수 있는데, 확산로에서 진행하는 공정은 PYRO, ANNEAL, WELL 등의 확산공정 이외에 질화막(Nitride), D-Poly, HLD, HTO 등의 LP-CVD 공정도 진행한다.
확산로는 로가 수직으로 설치되어 있는지 또는 수평으로 설치되어 있는지에 따라 수직형과 수평형으로 구분할 수 있는데, 과거에는 수평형 확산로가 많이 사용되었으나, 최근에는 장치의 설치 및 유지관리 측면에서의 편리성, 장치의 소형화에 따라 최소의 점유 면적으로 동일의 생산성을 얻을 수 있다는 점과 공정적인 측면에서의 여러 가지 장점이 있어 수직형의 종형 확산로를 선호하고 있다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 종형 확산로의 단면도 및 사시사진으로서, 일반적인 종래의 종형 확산로(1)는 벨 자(Bell jar)형상으로 상부 말단은 돔 형상의 폐쇄구조를 갖고 하부 말단은 개방구조를 갖는 아우터튜브(11) 및 이와 이중구조를 형성하는 이너튜브(12)로 이루어지는 반응튜브(10)와, 반응튜브(10)의 하부를 폐쇄하여 챔버를 형성하며 보트(20)를 반응튜브(10) 내로 삽입하기 위한 개구와 도어 등을 구비하는 플랜지(30)와, 반응튜브(10)의 주위에 위치하는 가열 수단인 히터(40, Heater) 및 반응튜브(10) 내에 반응가스 및 공정가스를 공급 및 배기하도록 플랜지(30)에 구비되는 가스유입구(31) 및 가스배기구(32)를 포함한다.
가스배기구(32)는 반응튜브(10)의 내부공간으로부터 가스를 펌핑하는 진공펌프에 연결되며, 반응튜브(10) 하부 말단의 가스유입구(31)로부터 내부로 상향의 가스흐름과 가스배기구로의 하향의 가스흐름이 검은색 화살표와 같이 발생한다. 따라서 종형 확산로의 첫 번째 문제점은 반응튜브(10) 내부의 가스흐름이 적절히 제어되지 않으면 내부공간이 쉽게 오염될 수 있다는 점이다.
또한, 종래의 종형 확산로는 정면이 클린룸을 향하도록 위치되며, 일반적으로 정면부에 처리될 웨이퍼들을 구비하는 카세트들이 수용되고 카세트 핸들링 및 저장부와 웨이퍼 핸들링 장비가 일반적으로 제공된다. 또한, 장비의 후면에는 처리 챔버가 제공되며 클린룸에 반대되는 말단부에 구비되는 가스 캐비닛에는 가스제어 컴포넌트들(components) 및 임의적으로 압력제어 또는 진공제어 컴포넌트들이 제공된다. 따라서 종형 확산로의 두 번째 문제점은 웨이퍼의 확산을 위해 필수적으로 구비되는 가스, 압력 및 진공 제어를 위한 컴포넌트들이 고열을 발생시키는 반응튜브(10)와 인접하여 구성됨으로써 폭발 등의 위험성이 높고 유지관리를 위한 공간도 충분하지 않다는 것이다.
또한, 도 3은 다수의 종형 확산로를 설치했을 때의 장치배열을 나타낸 도면으로서, 종래의 종형 확산로는 복수개의 장비들의 설치 공간을 최소화하기 위하여, 장비들 사이에 공간이 없이 나란히 위치된다. 이는 각각의 장비에 대한 접근이 오직 정면 및 후면에 제공될 수 있다는 것을 암시한다.
특히, 정비 작업들 중 상당수가 카세트 핸들링 및 저장부와 웨이퍼 핸들링 컴포넌트들이 장비 내에 홀딩된 상태에서 이루어지기 때문에 이로 인한 접근성이 크게 저해될 수 있으며, 반응튜브에 정비가 필요할 때 장비의 후면에 제공되는 가스, 압력 및 진공 제어를 위한 컴포넌트들은 상당한 장애물이 되어 반응큐브로의 접근성을 크게 저해할 수 있다.
웨이퍼의 크기가 증가될 때, 모든 컴포넌트는 크기가 커지는 경향이 있지만, 더불어서 공간 요건들(space requirements) 또한 더 강화되므로 정비 작업 시 접근성이 근소하게 향상될 수 있는 반면, 6인치 마이크로 웨이퍼 등을 다루는 장비의 경우에 있어서, 도 2와 같은 일체형 구성과 도 3과 같은 배열에 따른 문제점을 해결하여 안정적으로 장비를 운용할 수 있기 위해서는 종형 확산로의 구조적인 개선이 시급히 요구된다.
한편, 종형 확산로에 있어서, 보트로부터 웨이퍼를 언로딩하고, 다시 공정을 수행할 웨이퍼를 로딩시키고자 할 때 보트에 잔존하는 웨이퍼와 겹쳐지거나 충돌을 일으키는 매우 심각한 공정 오류를 일으키는 문제점을 해결하기 위하여, 반응튜브에 웨이퍼를 공급하기 전과 공정을 수행한 후 보트의 웨이퍼 적재 상태를 정확히 체크하여 잔류 웨이퍼와의 충돌로 인한 공정 오류를 방지하고자 하는 웨이퍼 매핑(Mapping)과 관련한 다양한 기술이 제안되었다.
특히, 본 출원인에 의하여 제안된 등록특허공보 제10-2215892호는 웨이퍼를 가공하는 종형 반응로의 쿨링부에 안착된 보트에 적재된 웨이퍼를 상하 이동하면서 매핑할 수 있도록 한 쌍의 매핑센서를 갖는 센서암을 이용한 종형 반응로의 웨이퍼 매핑장치를 개시하고 있다.
그러나 웨이퍼 매핑 중에 돌출된 웨이퍼 자체를 감지하는 것은 아니기 때문에 센서암이 돌출된 웨이퍼와 충돌할 위험성에 대한 대비는 마련되지 않은 문제점이 있다.
KR 10-2143966 B1 (2020.08.06) KR 10-2180091 B1 (2020.11.11) KR 10-2215892 B1 (2021.02.08) KR 10-2020-0018264 A (2020.02.19)
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하여 기존의 종형 확산로가 지닌 한계 및 문제점의 해결에 역점을 두어, 안전한 운전환경과 접근성이 향상된 유지관리환경 및 돌출된 웨이퍼로 인한 돌발상황에서 장비의 손상을 방지하고 신속한 조치가 가능하도록 하는 새로운 구조의 종형 확산로를 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 가스제어 컴포넌트 등의 유틸리티 파트를 반응로와 별도의 유닛으로 분리하여 폭발 등의 위험으로부터 작업환경을 안전하게 개선할 수 있는 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로를 제공하는데 있는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제 및 목적은 진공제어를 통해 장치 내부의 기류를 정밀하게 제어할 수 있는 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로를 제공하는데 있는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 카세트나 FOUP 등의 웨이퍼 저장용기와 보트의 사이에서 복수의 웨이퍼를 운송할 시, 정렬되지 못하고 돌출된 웨이퍼를 즉각 감지하여 조치함으로써 보트나 포크의 손상을 방지함으로써 신속하면서도 안전하게 웨이퍼 이송공정을 수행할 수 있는 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로를 제공하는데 있는 것이다.
여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로는, 가스제어, 압력제어 및 진공제어 컴포넌트를 포함하는 유틸리티 유닛을 반응로, 보트, 웨이퍼 이송장치 및 조작부를 포함하는 퍼니스 유닛과 별도로 분리되도록 구성하고, 상기 퍼니스 유닛과 상기 유틸리티 유닛 간의 전선은 케이블덕트를 통해 연결하고, 배관은 진공라인 및 가스라인을 통해 연결하여 구성한 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로에 있어서 상기 유틸리티 유닛은, 상기 퍼니스 유닛에 전원을 공급하는 전원부와, 공정 및 반응에서 사용되는 가스와, 구동부의 동작 및 밸브의 온/오프를 위한 공기 및 가스를 공급하는 가스공급실 및 냉각수라인, 각 유닛 간 공기 및 베큠 라인을 연결하고 공급하는 배관부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로에 있어서 상기 진공제어 컴포넌트는, 상기 유틸리티 유닛의 흡기구를 통해 유입되어 상기 퍼니스 유닛의 공급부로 공급되는 공기를 필터를 거쳐 측면 방향으로 유인하여 상부의 카세트로 제공하는 상부 카세트 랙용 제1클린유닛과, 상기 공급부로 공급되는 공기를 필터를 통해 하측 방향으로 유인하여 카세트 스테이지로 제공하는 카세트 스테이지용 제2클린유닛과, 상기 공급부로 공급되는 공기를 필터를 통해 측면 방향으로 안내하여 상기 보트 및 상기 보트의 승강부로 제공하는 이송룸용 제3클린유닛과, 상기 카세트 랙 근방에서 상부의 공기를 상기 퍼니스 유닛의 외부로 배출하는 후면배기용 제1팬과, 상기 퍼니스 유닛의 내부 구성부들의 전면에 위치하여 회전수를 조절하여 공기의 유량과 유속을 제어하는 제2팬 및 상기 퍼니스 유닛의 내부 구성부들의 후면에 위치하여, 상기 승강부 근방의 공기를 상기 퍼니스 유닛의 외부로 배출하는 배기구용 제3팬을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로에 있어서 상기 웨이퍼 이송장치는, 상기 보트에 적재된 웨이퍼를 상하 이동하면서 매핑할 수 있도록 한 쌍의 매핑센서를 갖는 센서암과, 상기 센서암이 상기 보트에 적재된 웨이퍼에 근접하여 센싱할 수 있도록 상기 센서암을 일정거리 전후진시키는 스트로크 실린더를 포함하여 구성되며, 웨이퍼를 안착시켜 이송하는 포크의 반대쪽에 웨이퍼 돌출감지장치를 더 구비하고, 상기 웨이퍼 돌출감지장치는, 돌출된 웨이퍼에 접촉할 시 즉각 이를 감지하는 돌출감지센서와, 상기 돌출감지센서가 웨이퍼와의 접촉을 감지하는 동안 충돌한 웨이퍼 및 상기 센서암이 손상되지 않도록 변형되면서 충돌로 인한 충격을 흡수하고 상기 돌출감지센서에 충돌 압력을 전달하는 돌출감지플레이트와, 상기 돌출감지플레이트가 웨이퍼와 충돌 시 충격을 흡수하고, 충돌 후 상기 돌출감지플레이트를 원래 상태와 위치로 되돌리도록 상기 돌출감지플레이트의 양단부에 위치하여 탄성력을 제공하는 스프링 및 상기 스프링과 상기 돌출감지플레이트를 상기 센서암에 적절한 텐션으로 결합시키는 볼트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로의 웨이퍼 이송장치에 있어서 상기 돌출감지플레이트는, 고강도 플라스틱으로서 가볍고 가공이 용이한 피크 소재로 얇고 원만한 호를 이루는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 본 발명은 돌출된 웨이퍼로 인한 보트나 포크의 손상을 방지하여 큰 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 돌출된 웨이퍼로 인한 보트나 포크의 손상을 방지함으로써 신속하면서도 안전하게 웨이퍼 이송공정을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 고온 고압의 작업환경에서 발생할 수 있는 폭발 등의 위험으로부터 작업환경을 안전하게 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 진공제어를 통해 장치 내부의 기류를 정밀하게 제어함으로써 장치 내부에 발생한 파티클을 효과적으로 제거할 수 있으며, 이에 따라 웨이퍼 가공효율을 크게 개선할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 종형 확산로의 단면도,
도 2는 종래기술에 따른 종형 확산로의 사시사진,
도 3은 다수의 종형 확산로를 설치했을 때의 장치배열을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로의 사시도,
도 5는 도 4의 종형 확산로의 내부구성을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로의 퍼니스 유닛 내부의 기류 흐름도,
도 7은 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로의 가스 계통도,
도 8은 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로의 웨이퍼 이송장치의 사시도,
도 9는 도 8의 웨이퍼 이송장치의 웨이퍼 돌출 감지장치의 동작상태도,
도 10은 도 9의 웨이퍼 돌출 감지장치의 분해사시도.
이하에서는 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로에 대한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시 예는 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것으로, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타낸다. 하기의 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서, 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
아울러 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, "부"의 용어에 대한 의미는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위 또는 모듈 형태를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 혹은 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로의 사시도이고, 도 5는 도 4의 종형 확산로의 내부구성을 나타낸 도면으로서, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로(100)의 구성을 살펴보면, 실제 모든 작업이 이루어지는 퍼니스 유닛(110, Furnace unit), 그리고 전원(Power), 가스(Gas), 냉각수(Cooling water) 등의 유틸리티(Utility)를 공급해 주는 유틸리티 유닛(120, Utility unit)으로 나뉘어진다. 이 두 유닛 간에는 서로의 정보를 주고 받고 제어할 수 있도록 각각의 컨트롤러(Controller) 간에 다수의 전선과 배관이 연결(Cabling)되어 있다. 퍼니스 유닛(110)과 유틸리티 유닛(120) 간에 연결된 전선은 케이블덕트(130) 내부를 통해 연결되고, 배관은 진공라인(140) 및 가스라인(150)을 통해 연결된다.
먼저, 퍼니스 유닛(110)은 크게 웨이퍼 이송부(111, Wafer Transfer), 보트(112, Boat), 반응로(113) 및 조작부(114, Operation Panel)로 구성될 수 있으며, 그 외에도 로더/언로더부(Loader/Unloader)와 카세트 이송부(Cassette Transfer)를 더 포함하지만, 본 발명과 직접적으로 관련이 없기 때문에 하기에서 간략히 설명한다.
먼저, 로더/언로더부는 장치에서 공정을 진행하기 위하여 웨이퍼가 적재되어 있는 카세트를 장치에 넣거나, 공정 완료 후 카세트를 빼내는 부분으로 카세트 스테이지(Cassette Stage)라고도 부른다. 로더/언로더부는 공정 중 작업의 시작과 종료가 되는 부분으로, 웨이퍼의 플랫존(Flot Zone)을 맞출 수 있는 기능을 구비하며, 도입된 카세트는 장치 내부에 있는 카세트 보관장소로 로봇(Robot)형태의 카세트 이송부에 의해 옮겨진다. 퍼니스 유닛(110)에서 진행되는 공정시간(통상 공정당 6-8시간)이 매우 길기 때문에 생산성 측면에서 공정을 진행할 때 50-150매의 웨이퍼를 한번에 로딩하는 배치프로세스(Batch Process)를 일반적으로 사용한다.
카세트 이송부는 웨이퍼가 적재되어 있는 카세트를 필요한 곳으로 이동시켜주는 부분으로, 로더/언로더부에 도입된 카세트를 장치 내의 카세트 렉(Rack)으로 반입시키고 공정이 완료된 카세트를 로더/언로더부로 반출한다.
웨이퍼 이송부(111)는 장치 내로 반입된 웨이퍼가 소정의 피치(Pitch)로 적층되어 있는 카세트로부터 웨이퍼를 꺼내어 보트(112)로 웨이퍼를 적재하거나 반대로 공정이 완료된 웨이퍼를 보트(112)에서 카세트로 반송시키는데, 웨이퍼와 직접 접촉하여 1-5개의 웨이퍼를 반송하는 복수개의 포크(Fork)가 구비된다.
일반적으로 카세트에 장착된 웨이퍼들은 많은 웨이퍼들을 한꺼번에 장착하기 위해 공정에서 필요한 간격보다 좁은 피치(Pitch)로 장착된다. 즉, 카세트와 보트(112)에 적재되는 웨이퍼는 적재된 간격이 서로 다를 수 있고, 웨이퍼의 크기에 따라 장비마다 웨이퍼의 적재간격이 상이할 수 있기 때문에, 카세트와 보트(112) 간 웨이퍼 이송공정 중에 웨이퍼 이송부(111)는 장착된 포크의 간격을 가변하여 웨이퍼들을 적재간격에 대응하는 간격으로 벌려줄 수 있는 기능을 구비한다.
한편, 본 발명에 따른 웨이퍼 이송부(111)는 FOUP 등의 웨이퍼 저장용기와 보트의 사이에서 복수의 웨이퍼를 운송할 시, 정렬되지 못하고 돌출된 웨이퍼를 즉각 감지하기 위한 웨이퍼 돌출감지장치를 더 구비하는데, 이에 대해서는 하기에서 도 8 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.
보트(112)는 통상 고순도의 석영 재질로 만드는데, 1050℃ 이상의 고온 공정에서는 공정 진행 중 석영 보트의 변형이 문제되므로 고순도 SiC(Silicon Carbide) 재질의 보트를 사용하기도 한다. 공정을 진행할 1배치(Batch)의 웨이퍼들이 보트(112)에 모두 적재되면, 실제 산화 및 확산 공정이 진행될 고온의 반응로(113) 내로 보트(112)를 일정한 속도로 이동시켜 준다. 역시 반대로 공정이 완료되면 보트(112)를 고온의 반응로(113)로부터 이동시켜 뜨거운 상태의 웨이퍼와 보트(112)를 약 10-20분 동안 냉각시킨다. 일정시간 경과 후 전술한 웨이퍼 이송부(111) 및 카세트 이송부에 의해 웨이퍼가 적재되어 있는 카세트를 로더/언로더부로 반출시키면서 작업이 종료된다.
반응로(113)는 전기로로서, 코일(Coil)에 의해 감겨져 있는 히터(Heater)에 일정한 전압을 가함으로써 온도를 제어하게 된다. 반응로(113) 내부에는 통상 보트(112)와 같이 고순도의 석영재질의 튜브(Tube)가 장착되어 있다. 이 튜브 내로 웨이퍼가 적재된 보트(112)가 로딩되면 이미 입력된 일련의 절차에 의해 진행하고자 하는 공정이 진행된다. 공정은 반응로(113) 내에서 50-150매의 웨이퍼에 대해 동시에 진행하기 때문에 온도의 안정된 제어가 필수적이다. 최근의 장치는 온도제어기술이 매우 발달되어 700-800mm의 넓은 영역대에서 ±0.5℃의 오차범위로 온도를 정밀히 제어할 수 있게 되었으나, 웨이퍼의 대구경화에 따라 온도제어의 어려움은 여전히 존재한다.
조작부(114)는 로더/언로더부를 통해 웨이퍼를 장치내로 반입(로딩)하여 공정을 진행토록 하고, 공정 완료 후 다시 로더/언로더부로 반출(언로딩)하기까지의 모든 구동부의 제어조건과 공정조건 등 작업절차의 순서를 편집하거나 결과를 모니터링(Monitoring)하는 부분으로 장치 내의 각 제어기와 정보를 주고 받으면서 퍼니스의 전반적인 제어를 담당한다.
본 발명에 따른 종형 확산로(100)의 퍼니스 유닛(110)에는 카세트와 웨이퍼 및 보트를 반송시키기 위한 구동부가 다수 구비되어 있고, 이와 함께 여러 종류의 로봇(Robot)들의 움직임으로 인해 진동에 의한 파티클(Particle)의 발생이나 이동 중 오염이 발생할 수 있다. 따라서 구동에 의한 분진의 발생을 최소화하기 위해서는 파티클의 발생을 억제할 수 있는 각 구동부의 적절한 속도에 맞는 제어가 필요하다. 또한, 장치 내부에 파티클이 발생하더라도 장치 내부의 기류 제어를 통해 이를 효과적으로 장치 외부로 흘려 내보낼 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로의 퍼니스 유닛 내부의 기류 흐름도로서, 본 발명에 따른 종형 확산로(100)는 우선 장치 내부에 기류가 정체되는 부분이 없도록 시스템을 구성하고, 각 구조에 맞는 기류의 풍속과 풍량을 산출 및 제어한다. 한편, 종형 확산로의 퍼니스 유닛(110) 내부는 고온에서 진행되는 열공정이므로 내부를 구성하는 재료나 구동부에 사용되는 오일류 등의 선택에 있어서도 세심한 주의가 요구된다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로의 퍼니스 유닛 내부의 기류 제어는, 우선, 외부의 공기를 내부로 공급하는 공급부를 구비하고, 공급부를 통해 공급되는 외부의 공기는 3개의 클린유닛과 3개의 팬(Fan)에 의해 수행된다. 이때, 공급부를 통해 공급되는 외부의 공기는 유틸리티 유닛(120)의 상단부에 구비되는 매니폴드(Manifold)를 구성하는 흡기구를 통해 유틸리티 유닛(120)으로 유입되고 유틸리티 유닛(120)에 의해 퍼니스 유닛(110)으로 적절히 공급된다.
공급부로 공급된 공기는 상부 카세트 랙(Rack)용 제1클린유닛에 의해 필터를 거쳐 측면 방향으로 유인되어 상부의 카세트로 제공되고, 또한 카세트 스테이지용 제2클린유닛에 의해 필터를 통해 하측 방향으로 유인되어 카세트 스테이지로 제공되며, 이송룸(Transfer room)용 제3클린유닛에 의해 필터를 통해 측면 방향으로 안내되어 보트 및 승강부(Elevator)로 제공된다.
이때, 카세트 랙 에어리어(Area)용 후면배기용 제1팬을 회전시켜 상부의 공기를 퍼니스 유닛(110)의 외부로 배출하고, 전면에 위치한 제2팬의 회전수를 조절하여 공기의 유량과 유속을 제어하며, 후면에 위치한 배기구용 제3팬을 회전시켜 승강부 근방의 공기를 외부로 배출한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 종형 확산로는 진공제어를 통해 장치 내부의 기류를 정밀하게 제어함으로써 구동에 의해 퍼니스 유닛(110)의 내부에 발생한 파티클을 효과적으로 장치 외부로 흘려 내보낼 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 종형 확산로(100)를 구성하는 유틸리티 유닛(120)은 전원부(Power box), 가스공급실(Gas box) 및 배관부(Piping box)로 구성된다.
전원부는 장치에 전원을 공급하는 부분으로, 반응로(113)로 공급되는 고전압의 전원(200-220V)과 컨트롤러로 공급되는 전원(100-120V)으로 나뉘어져 공급되는데, 안정된 전압을 전달하기 위하여 통상 변압기(Transformer)를 통해 장치에 공급된다. 컨트롤러의 전원은 순간 정전 시에도 데이터의 보존을 위해 UPS(Uninterruptible Power Supply)를 통하여 공급된다. 퍼니스 유닛(110)은 정밀한 온도 제어가 필요로 하기 때문에 전력 손실을 최소화 하면서도 안정된 전원 공급이 필요하다.
가스공급실은 공정 및 반응에서 사용되는 가스와, 구동부를 동작시키거나 각종 밸브의 온(ON)/오프(OFF)를 위해 필요한 공기 및 가스를 공급한다. 가스 관련 모든 유틸리티들은 우선 가스공급실을 통해서 장치 내의 각 필요한 곳에 연결 된 배관을 통해 가스를 공급하는데, 안전을 위하여 항상 강제 배기가 되도록 구성되며, 가스의 유량을 제어할 수 있는 MFC(Mass Flow Controller, 질량 흐름 제어기)와 MFM(Mass Flow Meter, 질량 유량계), 공급가스의 파티클을 걸러주는 필터, 가스의 공급과 차단을 하기 위한 밸브 및 가스의 공급압을 조절할 수 있는 레귤레이터(Regulator) 등이 부착되어 있다.
공정용 가스는 배관을 통해 반응로(113)에 공급되는데, 이때 배관 또는 배관에 부착되어 있는 부품 등의 내부면이 거칠면 가스가 흘러 갈 때 파티클을 발생시킬 수 있으므로 내부에 특수한 처리(EP처리 또는 UC처리)를 하는 것이 바람직하다. 또한, 부품의 선정에 있어서도 부품의 내부 구조를 정확히 파악하여 잘못된 부품 설치로 인한 장치의 오염이 없도록 신중을 기해야 한다. 도 7에 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로의 가스 계통도를 나타내었다.
배관부는 장치에 공급되는 냉각수(Cooling Water)의 파이프라인이 설치되어 있는 부분으로, 각 유닛 간 공기 및 베큠라인(Vacuum line)의 연결은 이곳을 통하여 이루어진다. 냉각수는 반응로(113)에서 발산되는 열로부터 장치 및 부품을 보호하기 위해 배관부로부터 필요한 곳에 공급된다.
도 8은 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로의 웨이퍼 이송장치의 사시도이고, 도 9는 도 8의 웨이퍼 이송장치의 웨이퍼 돌출 감지장치의 웨이퍼 매핑상태를 나타낸 상면도이며, 도 10은 도 9의 웨이퍼 돌출 감지장치의 분해사시도이다.
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 종형 확산로(100)의 웨이퍼 이송부(111)의 웨이퍼 이송 전후에 수행되는 웨이퍼 매핑 시 돌출된 웨이퍼를 감지함으로써 보트나 포크의 손상을 방지하여 신속하면서도 안전하게 웨이퍼 이송공정을 수행할 수 있는 웨이퍼 돌출 감지 장치를 상세히 설명한다.
먼저, 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 종형 확산로(100)의 웨이퍼 이송부(111)는 웨이퍼를 안착시켜 이송하는 포크(1111)의 반대쪽에 웨이퍼 돌출감지장치(1112)를 더 구비한다.
웨이퍼 돌출감지장치(1112)를 설명하기에 앞서, 기 구비되는 웨이퍼 매핑장치를 살펴보면, 보트에 적재된 웨이퍼를 상하 이동하면서 매핑할 수 있도록 한 쌍의 매핑센서(1119)를 갖는 센서암(11121)과, 센서암(11121)이 보트(112)에 적재된 웨이퍼에 근접하여 센싱할 수 있도록 센서암(11121)을 일정거리 전후진 시킬 수 있는 스트로크 실린더(1113)를 포함하여 구성된다.
센서암(11121)은 매핑센서(1119)를 일 측에 돌출 형성된 한 쌍의 고정구에 구비한다. 매핑센서(1119)는 바람직하게는 수광센서와 발광센서를 적용하여 상호 신호값을 통해 센싱하는 센서를 적용함으로써, 가공공정을 거친 웨이퍼의 코팅 특성에 따라 빛을 흡수하는 경우 수광량이 부족하거나 난반사에 의하여 검출오류가 빈번히 발생하는 비젼(Vision) 검출방식의 매핑장치의 문제점을 해결할 수 있고, 웨이퍼의 결정 격자 방향 및 웨이퍼 정열(Align)을 위한 기준점으로 플랫존(flat zone)을 형성한 플랫형 웨이퍼(Flat Wafer) 뿐만 아니라 웨이퍼의 외주 중 일부에 노치(noch)를 형성한 노치형(Noch type) 웨이퍼에 모두 사용가능 하다.
상기 스트로크 실린더(1113)는 공지의 액추에이터에 포함되며, 몸체로부터 돌출된 로드가 일정거리 전후진하여, 로드에 결합된 센서암블록(1116), 그리고 센서암블록(1116)에 결합된 슬라이더(1114)가 가이드레일(1114)을 따라 전후진하면서 센서암블록(1116)의 첨단부에 결합된 센서암(11121)이 직선으로 전후진되도록 한다. 도 10의 식별번호 1117은 센서암(11121)에 장착된 매핑센서(1119)와 연결된 케이블을 내장하는 센서케이블실드이고, 1118은 매핑센서(1119)와 이하에서 설명할 웨이퍼 돌출감지센서(11123)의 센신신호를 증폭하는 증폭기이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 이송장치(111)가 웨이퍼 적재 방향을 따라 상하 이동하면서 웨이퍼 매핑을 수행할 시 돌출된 웨이퍼는 감지하지 못하므로, 웨이퍼 돌출이 발생했을 시 센서암(11121)이 돌출된 웨이퍼에 부딪혀 손상되거나 웨이퍼 및 웨이퍼가 적재된 보트(112) 등이 연쇄적으로 손상될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 웨이퍼 돌출감지장치(1112)는 돌출된 웨이퍼에 접촉할 시 즉각 이를 감지하는 돌출감지센서(11123)와, 상기 돌출감지센서(11123)가 웨이퍼와의 접촉을 감지하는 동안 충돌한 웨이퍼 및 센서암(11121)이 손상되지 않도록 변형되면서 충돌로 인한 충격을 흡수하고 상기 돌출감지센서(11123)에 충돌 압력을 전달하는 돌출감지플레이트(11122)와, 상기 돌출감지플레이트(11122)가 웨이퍼와 충돌 시 충격을 흡수하고, 충돌 후 돌출감지플레이트(11122)를 원래 상태와 위치로 되돌리도록(원복시키도록) 상기 돌출감지플레이트(11122)의 양단부에 위치하여 탄성력을 제공하는 스프링(11124) 및 상기 스프링(11124)과 상기 돌출감지플레이트(11122)를 상기 센서암(11121)에 적절한 텐션으로 결합시키는 볼트(11125)로 구성된다.
상기 돌출감지플레이트(11122)는 고강도 플라스틱으로서 가볍고 가공이 용이한 피크(Peek) 소재를 이용하여 얇고 원만한 호를 갖도록 제작되는 것이 바람직하다.
상기 돌출감지센서(11123)는 마이크로 센서로서, 상기 돌출감지플레이트(11122)로부터 전해지는 압력으로부터 웨이퍼의 돌출을 감지하고 이를 컨트롤러로 인가함으로써, 컨트롤러가 웨이퍼 돌출감지장치(1112)를 포함하는 웨이퍼 매핑장치를 원복 또는 임의의 상태로 전환하거나 정지시킴과 아울러 웨이퍼 돌출에 따른 경보신호를 제공하도록 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로는, 카세트나 FOUP 등의 웨이퍼 저장용기와 보트의 사이에서 복수의 웨이퍼를 운송할 시, 정렬되지 못하고 돌출된 웨이퍼를 즉각 감지하여 조치함으로써 보트나 포크의 손상을 방지함으로써 신속하면서도 안전하게 웨이퍼 이송공정을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로는, 유틸리티 파트(Utility Part)를 반응로와 별도의 유닛으로 분리하여 폭발 등의 위험으로부터 작업환경을 안전하게 개선할 수 있으며, 진공제어(Vacuum control)를 통해 장치 내부의 기류를 정밀하게 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시 예를 중심으로 구체적으로 기술되었으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.
100: 종형 확산로 110: 퍼니스 유닛
111: 웨이퍼 이송부 1111: 포크
1112: 웨이퍼 돌출감지장치 11121: 센서암
11122: 돌출감지플레이트 11123: 돌출감지센서
11124: 스프링 11125: 볼트
1113: 스트로크 실린더 1114: 가이드레일
1115: 슬라이더 1116: 센서암블록
1117: 센서케이블실드 1118: 증폭기
1119: 매핑센서 112: 보트
113: 반응로 114: 조작부
120: 유틸리티 유닛 130: 케이블덕트
140: 진공라인 150: 가스라인

Claims (5)

  1. 가스제어, 압력제어 및 진공제어 컴포넌트를 포함하는 유틸리티 유닛을 반응로, 보트, 웨이퍼 이송장치 및 조작부를 포함하는 퍼니스 유닛과 별도로 분리되도록 구성하고, 상기 퍼니스 유닛과 상기 유틸리티 유닛 간의 전선은 케이블덕트를 통해 연결하고, 배관은 진공라인 및 가스라인을 통해 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 유틸리티 유닛은,
    상기 퍼니스 유닛에 전원을 공급하는 전원부와,
    공정 및 반응에서 사용되는 가스와, 구동부의 동작 및 밸브의 온/오프를 위한 공기 및 가스를 공급하는 가스공급실 및
    냉각수라인, 각 유닛 간 공기 및 베큠 라인을 연결하고 공급하는 배관부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 진공제어 컴포넌트는,
    상기 유틸리티 유닛의 흡기구를 통해 유입되어 상기 퍼니스 유닛의 공급부로 공급되는 공기를 필터를 거쳐 측면 방향으로 유인하여 상부의 카세트로 제공하는 상부 카세트 랙용 제1클린유닛과,
    상기 공급부로 공급되는 공기를 필터를 통해 하측 방향으로 유인하여 카세트 스테이지로 제공하는 카세트 스테이지용 제2클린유닛과,
    상기 공급부로 공급되는 공기를 필터를 통해 측면 방향으로 안내하여 상기 보트 및 상기 보트의 승강부로 제공하는 이송룸용 제3클린유닛과,
    상기 카세트 랙 근방에서 상부의 공기를 상기 퍼니스 유닛의 외부로 배출하는 후면배기용 제1팬과,
    상기 퍼니스 유닛의 내부 구성부들의 전면에 위치하여 회전수를 조절하여 공기의 유량과 유속을 제어하는 제2팬 및
    상기 퍼니스 유닛의 내부 구성부들의 후면에 위치하여, 상기 승강부 근방의 공기를 상기 퍼니스 유닛의 외부로 배출하는 배기구용 제3팬을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼 이송장치는,
    상기 보트에 적재된 웨이퍼를 상하 이동하면서 매핑할 수 있도록 한 쌍의 매핑센서를 갖는 센서암과, 상기 센서암이 상기 보트에 적재된 웨이퍼에 근접하여 센싱할 수 있도록 상기 센서암을 일정거리 전후진시키는 스트로크 실린더를 포함하여 구성되며, 웨이퍼를 안착시켜 이송하는 포크의 반대쪽에 웨이퍼 돌출감지장치를 더 구비하고,
    상기 웨이퍼 돌출감지장치는,
    돌출된 웨이퍼에 접촉할 시 즉각 이를 감지하는 돌출감지센서와,
    상기 돌출감지센서가 웨이퍼와의 접촉을 감지하는 동안 충돌한 웨이퍼 및 상기 센서암이 손상되지 않도록 변형되면서 충돌로 인한 충격을 흡수하고 상기 돌출감지센서에 충돌 압력을 전달하는 돌출감지플레이트와,
    상기 돌출감지플레이트가 웨이퍼와 충돌 시 충격을 흡수하고, 충돌 후 상기 돌출감지플레이트를 원래 상태와 위치로 되돌리도록 상기 돌출감지플레이트의 양단부에 위치하여 탄성력을 제공하는 스프링 및
    상기 스프링과 상기 돌출감지플레이트를 상기 센서암에 적절한 텐션으로 결합시키는 볼트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 돌출감지플레이트는,
    고강도 플라스틱으로서 가볍고 가공이 용이한 피크 소재로 얇고 원만한 호를 이루는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 매핑이 가능한 종형 확산로.
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