KR200229989Y1

KR200229989Y1 - 웨이퍼제조용 챔버의 오염물 포집 장치

Info

Publication number: KR200229989Y1
Application number: KR2020010003919U
Authority: KR
Inventors: 장동복
Original assignee: (주)영인테크
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2001-07-19

Abstract

본 고안은 반도체 제조 중 챔버내에서 발생하는 이물질과 가스를 제거하기 위한 장치에 있어서, 상기 챔버의 일측단과 타측단의 흡입관과 배출관 사이에 연통되도록 설치되어 흡입구와 배출구를 갖는 몸체와, 상기 몸체 내부의 흡입구 측에 내삽되어 챔버로부터 유입된 오염물입자와 가스의 역류를 방지하는 일방향 밸브와, 상기 일방향 밸브의 후단에 설치되어 입력 전원에 의해 이온을 발생한 후 배출구를 통해 챔버내로 공급함에 따라 챔버내의 정전기의 발생을 방지하는 이온발생기와, 상기 이온발생기의 후단에 설치되어 챔버내의 오염물 입자와 가스를 걸러내는 필터링수단과, 상기 필터링수단의 후단에 설치되어 챔버내의 오염물 입자와 가스가 몸체를 통해 순환되도록 구동하는 배출순환수단, 및 상기 배출순환수단의 후단에 설치되어 배출순환수단을 통한 정화 가스를 2차적으로 필터링하는 가스필터를 구비함으로써, 챔버내의 미세한 먼지 및 부식성 가스를 손쉽게 제거하여 장비의 수명이 연장될 뿐만 아니라 유지보수의 주기가 연장되어 작업성의 향상 및 생산성에 기여할 수 있고, 또한 이온발생기로 인하여 챔버내의 정전기를 억제하여 장비내의 정전기로 인한 웨이퍼의 손상을 최대한 감소시켜 웨이퍼의 수율을 보다 더 향상시킬 수 있는 웨이퍼제조용 챔버의 오염물 포집 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼제조용 챔버의 오염물 포집 장치{Apparatus for collecting particle and fume on Wafer fabrication}

본 고안은 오염물 포집 장치에 관한 것으로, 특히 챔버내의 웨이퍼 처리 공정 중에 발생하는 오염물과 오염 가스를 필터를 통해 걸러냄과 아울러 이온발생기를 이용하여 정전기를 억제하면서 순환시켜 챔버내의 청정도를 대폭적으로 향상시킬 수 있는 웨이퍼제조용 챔버의 오염물 포집 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 웨이퍼는 사진, 확산, 식각, 화학기상증착 및 금속증착 등의 공정을 반복 수행함으로써 반도체 칩으로 제작되고, 이들 반도체 칩 제조 공정 중 확산, 식각, 화학기상증착 등의 공정은 밀폐된 챔버 내부에서 필요한 공정가스를 공급하여 이들 공정가스로 하여금 웨이퍼 상에서 반응토록 하여 회로를 형성하는 것이다.

이와 같이 사용되는 공정가스는 대부분이 독성이 강하고, 챔버를 부식시키는 부식성이 강한 가스로 챔버내에 방치할 경우 챔버를 부식시켜 사용 사이클을 단축시키고, 또한 별도의 정화 과정없이 외부로 유출될 경우 심각한 환경오염과 안전사고를 초래하게 된다.

또한, 챔버 내 웨이퍼 에칭 중 발생되는 에칭가스의 부산물 및 미반응 가스가 웨이퍼에 의해 실려나오면서 챔버 내부가 부식됨으로써, 웨이퍼의 손상 및 챔버내의 주기적인 클리닝으로 생산성 및 시간적인 손실이 발생할 뿐만 아니라 챔버내의 노화발생 및 웨이퍼의 수율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안의 목적은 웨이퍼 처리 공정 중에 발생하는 챔버내의 이물질과 오염가스를 필터를 통해 걸러냄과 아울러 이온발생기를 이용하여 챔버내부의 정전기 발생을 억제하면서 순환시켜 챔버내의 청정도를 대폭적으로 향상시킬 수 있는 웨이퍼제조용 챔버의 오염물 포집 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 고안의 다른 목적은, 이물질과 오염가스를 필터링하는 복수의 필터 및 순환용 배출기(Ejector)가 내삽된 간단한 구조의 오염 포집기를 챔버의 일측 외부면에 연통 설치함으로써, 웨이퍼 처리 중에도 오염물을 포집할 수 있음에 따라 별도의 오염물 제거 공정을 실시할 필요가 없어 작업효율을 보다 더 향상시킬 수 있는 오염물 포집 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 고안에 의한 오염물 포집 장치를 설명하기 위해 도시한 개략적인 도면이고,

도 2는 본 고안의 일실시예에 의한 오염물 포집기의 분해 사시도 및 그 구동 회로를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: 웨이퍼처리용 챔버 31,35: 흡입관 및 배출관

33: 개폐밸브 50: 오염물포집기

51: 몸체 53: 흡입구

55: 일방향 밸브(Check Valve) 54: 이온발생기

60: 필터링수단 61: 프리필터

63: 카본필터 65: 고성능필터

70: 배출순환수단 72: 배출기(Ejector)

74: 히터부 76: 개폐밸브

80: 2차 가스필터 89: 배출구

91: 전원공급부 92: 이온발생구동부

95: 히터구동부

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 기술적 수단은, 반도체 제조 중 챔버내에서 발생하는 이물질과 가스를 제거하기 위한 장치에 있어서, 상기 챔버의 일측단과 타측단의 흡입관과 배출관 사이에 연통되도록 설치되어 흡입구와 배출구를 갖는 몸체와, 상기 몸체 내부의 흡입구 측에 내삽되어 챔버로부터 유입된 오염물입자와 가스의 역류를 방지하는 일방향 밸브와, 상기 일방향 밸브의 후단에 설치되어 입력 전원에 의해 이온을 발생한 후 배출구를 통해 챔버내로 공급함에 따라 챔버내의 정전기의 발생을 방지하는 이온발생기와, 상기 이온발생기의 후단에 설치되어 챔버내의 오염물 입자와 가스를 걸러내는 필터링수단과, 상기 필터링수단의 후단에설치되어 챔버내의 오염물 입자와 가스가 몸체를 통해 순환되도록 구동하는 배출순환수단, 및 상기 배출순환수단의 후단에 설치되어 배출순환수단을 통한 정화 가스를 2차적으로 필터링하는 가스필터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

도 1은 본 고안에 의한 오염물 포집 장치를 설명하기 위해 도시한 도면으로, 웨이퍼처리장비인 챔버(10)와 오염물 포집기(50)를 나타냈다.

반도체 웨이퍼는 챔버(10)내에서 사진, 확산, 식각, 화학기상증착 및 금속증착 등의 공정을 반복 수행함으로써 반도체 칩으로 제작하는 바, 이때 챔버(10)내에서 웨이퍼의 처리 공정에 필요한 가스(Cl₂, F₂, HF 등)를 공급하고, 이들 가스로 하여금 웨이퍼 상에서 반응토록 하여 소정 회로를 형성한다.

이때, 종래에는 웨이퍼 처리 중 웨이퍼상에 이물질이 흡착되어 별도의 세척공정을 통해 웨이퍼를 세정하거나, 오염된 가스는 별도의 중대형 스크러브(Scrub) 장치를 통해 필터링하거나 외부로 배출하게 된다.

따라서, 본 고안은 챔버(10)의 일측단과 타측단이 연통되도록 흡입관(31)과 배출관(35)을 설치하고 그 흡입관(31)과 배출관(35) 사이에 오염물 포집기(50)를 설치하여 챔버(10)내에서 발생하는 이물질과 가스를 흡입하여 걸러낸 후 챔버(10)로 정화된 공기를 공급, 순환시킨다.

이와 같은 간단한 구조의 오염물 포집기(50)를 챔버(10)와 연통하도록 설치한 후 챔버(10)내의 공기를 순환시킴으로써, 별도의 복잡한 세척과정 또는 별도의스크러브 장치없이도 챔버(10)내의 청정도(Clean Room Class) 10 내지 100 정도로 유지할 수 있다.

아울러, 오염물 포집기(50)의 세부 구성은 도 2와 같다.

도 2는 본 고안의 일실시예에 의한 오염물 포집기와 그 구동회로를 나타낸 세부 구조도로서, 도 1을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

오염물 포집기(50)는, 챔버(10)의 일측단과 타측단의 흡입관(31)과 배출관(35) 사이에 연통되도록 설치되어 흡입구(53)와 배출구(89)를 갖는 원통형 몸체(51)와, 상기 몸체(51)의 흡입구(53)측에 내삽되어 챔버(10)로부터 흡입된 가스가 역류되는 것을 방지하기 위한 체크밸브(Check Valve)와 같은 일방향 밸브(55)와, 상기 일방향 밸브(55)의 후단 몸체(51)에 내삽되어 입력전원에 따라 이온을 발생하므로 챔버(10)내의 정전기의 발생을 방지하는 이온발생기(54)와, 상기 이온발생기(54)의 후단 몸체에 내삽되어 챔버(10)로부터 흡입된 오염 가스의 이물질 입자와 불순물가스를 걸러내는 필터링수단(60)과, 상기 필터링수단(60)의 후단에 내삽되며 외부로부터 강제 입력되는 배출용 가스로 인해 압력이 저하되어 흡입구(53)로부터 흡입된 챔버(10)내의 오염물 가스가 몸체(51)를 통해 순환되도록 제어하는 배출순환수단(70) 및 상기 배출순환수단(70)의 후단에 설치되어 배출순환수단(70)을 통해 유출되는 정화가스를 2차적으로 필터링하는 원통형의 가스필터(80)로 이루어져 있다.

아울러, 이온발생기(54)는, 전원공급부(91)로부터 출력되는 전원을 변압시키는 변압기(93)와, 변압기(93)로부터 출력되는 신호를 고전압으로 증폭하는 고전압증폭기(94)를 통해 동작 전원을 공급받아 이온을 발생시킨다.

상기 필터링수단(60)은, 상기 몸체(51) 내부의 흡입구(53) 측에 관통축의 수직방향으로 설치되어 챔버(10)내의 이물질 입자를 걸러내는 프리필터(61)와, 상기 프리필터(61)의 후단에 관통축의 수직방향으로 설치되어 화학적 가스를 걸러내는 카본필터(63), 및 상기 카본필터(60)의 후단에 관통축의 수직방향으로 설치되어 미세 분진을 걸러내는 고성능필터(65)로 구성되어 있다.

또한, 배출순환수단(70)은 외부로부터 입력되는 질소(N₂)와 같은 가스를 미세관(75)을 통해 강하게 분사시킴으로써, 그 부위의 압력 저하로 인해 흡입구(53)로 유입된 오염 가스를 배출구(89)를 통해 배출시켜 챔버(10)내의 이물질과 가스를 오염물 포집기(50)내로 흡입한 후 정화된 공기를 챔버(10)내로 공급하여 순환시키는 베르누이 효과(Bernoulli's effect)를 이용한 이젝터(Ejector)와 같은 배출기(72)와, 배출용 가스관(77)으로부터 입력되는 질소가스를 일정온도로 가열하여 데운 후 배출기(72)로 공급하는 히터부(74)로 이루어져 있다. 상기에서 질소가스(N₂)를 배출기(72)로 유입시키는 이유는 챔버(10)내 웨이퍼 처리시 질소가스를 별도로 이용하기 때문이며, 웨이퍼 처리공정에 악영향을 주지 않는 가스이면 어떤 가스이던지 무방하다.

그리고, 히터부(74)는 전원공급부(91)로부터 동작전원을 제공받아 노이즈를 필터링하는 노이즈필터(96)와, 상기 노이즈필터(96)를 통해 출력되는 전원전압을 제공받아 히터부(74)를 미리 설정된 온도로 가열하도록 제어하는 온도제어부(97),및 상기 온도제어부(97)의 출력 제어신호에 따라 개폐되어 히터(74)로 전원공급 여부를 결정하는 릴레이스위치(98)로 이루어져 있다.

부가적으로 흡입관(31) 또는 배출관(35) 및 히터부(74) 전단에 설치된 배출용가스관(77)에는 가스의 흐름을 차단시키는 개폐밸브(33, 76)가 각각 설치되어 있어 사용자 임의로 불순물 가스와 배출용 가스의 유입을 각각 차단시킬 수 있다.

상기와 같이 본 고안은 여러 종류의 필터(61, 63, 65, 80)를 사용하여 미세의 먼지와 화학적 가스를 동시에 걸러주는 역할을 할 뿐만 아니라 전단에 이온발생기(54)를 부가하여 챔버(10)내에서 발생할 수 있는 정전기까지 제거하는 역할을 하고 있다.

그리고, 상기 배출순환수단(70)은 히터부(74)를 구비하는 데, 이는 배출용 가스(N₂)를 일정온도로 데운 후 배출기(72)를 통해 챔버(10)로 공급함에 따라 챔버(10)내의 평균온도를 상승시킬 수 있고, 이는 즉 가스의 활성화를 유발하여 가스 순환을 원활하게 할 수 있다. 물론, 챔버(10)를 제조할 때 보온소재로 제조하거나 챔버 내외면을 보온물질로 코팅하거나 챔버(10)를 히팅시키는 등의 별도의 보온 방식과 병행하면 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.

아울러, 프리필터(61; Pre-Filter)는 산업용 전처리 필터의 일종으로 입자가 10㎛ 이상으로 비교적 큰 분진을 제거할 경우에 사용하며, 통상 중성능 필터의 전단에 설치하여 필터의 사용기간을 연장시키는 역할도 한다.

카본필터(63; Carbon Filter)는 일반적으로 여러 가지 가스상 오염물질(악취)을 제거하는 데 사용하며, 활성탄은 유황산화물, 이산화질소, 탄화수소 등 여러 가지 방향성물질을 함유한 가스를 90% 이상 흡착할 수 있고, 그 실험예를 아래 표 1에 나타내었다.

카본필터의 가스흡착 능력
카본 종류	가스 종류	시험농도/타켓농도[ppmv]	도달시간
일반카본	CCl₄	1000/5	110분
산성카본	SO₂	510/5	75분
	Cl₂	510/5	100분
	HCl	510/5	100분
	ClO₂	510/5	100분
	H₂S	1000/10	100분
일반, 산성 카본 혼합	CCl₄	1000/5	80분
	SO₂	510/5	51분
	Cl₂	510/5	70분
	HCl	510/5	100분
	HF	80/3	100분

상기 표 1과 같이 CCl₄가스 1000ppm을 100mg의 일반 카본필터에 흘려서 필터의 후단에서 5ppmv의 농도가 검출될 때까지의 시간은 대략 110분 정도가 소요되는 것을 알 수 있고, 도달시간으로 보는 바와 같이 카본필터는 일반카본과 산성(Acid)카본을 혼합하여 제조한 것이 가스 포집 효과가 보다 더 탁월함을 알 수 있다.

또한, 고성능필터(65)는 헤파(HEPA; High Efficiency Particulate Air)필터 또는 울파(ULPA)필터를 지칭하는 데, 헤파필터는 분진입자의 크기가 비교적 미세한 분진을 제거할 경우에 사용하며 D.O.P 테스트(계수법)로 측정하여 0.3㎛ 입자 기준 99.97% 이상을 포집할 수 있고, 울파필터는 분진입자의 크기가 미세한 분진을 제거할 경우 사용하며 D.O.P 테스트(계수법)로 측정하여 0.12 내지 0.17㎛ 입자 기준 99.9995% 이상을 포집할 수 있다.

즉, 흡입구(53)를 통해 흡입한 오염 공기는 1차적으로 프리필터(61)에서 비교적 큰 입자의 먼지들 대략, 10㎛의 입자를 중량법(AFI) 80% 이상을 포집하여 제거하게 된다.

이 필터(61)를 통과한 오염된 공기는 다시 2차로 카본필터(63)를 통과하면서 오염공기 중의 화학적인 가스들(Cl₂, F₂, HF 등)을 포집하여 제거한다. 표 1과 같은 가스들은 대개가 부식성이며 카본필터(63)는 휘발성 물질의 용제를 포집함과 아울러 요해 성분을 제거한다.

다음 3차로 헤파필터 또는 울파필터와 같은 고성능필터(65)를 통과하면서 최종적으로 미세한 부분의 먼지까지 모두 걸러서 내보내게 된다.

이 과정을 마치고 나온 공기는 이온발생기(54)를 통해 챔버내에서 발생할 수 있는 정전기를 억제시키기 위한 이온과 함께 2차 가스필터(80)를 통해 재차 필터링되어 챔버(10)내로 보내 다시 순환된다.

상기 2차 가스필터(80)는 그 직경이 대략 1인치 정도인 원통형의 인-라인 가스 필터로, 몸체는 스테인레스 스틸 재질로 이루어져 있고, 내부 필터는 소수성 테프론막(Hydrophobic Teflon PTFE Membrane)들로 이루어져 직경이 0.003㎛인 불순물입자를 99.9999999% 이상이나 포집할 수 있다.

한편, 흡입구(53)와 프리필터(61)와 카본필터(63)가 위치하는 몸체(51) 내부에서는 부식성의 가스가 여전히 존재하게 되므로 몸체(51)의 내면에 내부식성이 강한 재료를 이용하여 코팅함에 따라 포집기(50)의 수명을 연장시킴과 아울러 프리필터(61)와 카본필터(63) 및 고성능필터(65)를 일체로 제작하여 한꺼번에 교체할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기에서 본 고안의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 필터와 각 부품의 위치를 변경하는 등의 본 고안이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 고안의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시예들은 첨부된 청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

따라서, 본 고안에서는 이물질과 가스를 필터링하는 복수의 필터와 배출순환수단 및 이온발생기가 내삽된 간단한 구조의 오염물 포집기를 제공함으로써, 챔버내의 미세한 먼지 및 부식성 가스를 손쉽게 제거하여 장비의 수명이 연장될 뿐만 아니라 유지보수의 주기가 연장되어 작업성의 향상 및 생산성에 기여할 수 있고, 또한 이온발생기로 인하여 챔버내의 정전기를 억제하여 장비내의 정전기로 인한 웨이퍼의 손상을 최대한 감소시켜 웨이퍼의 수율을 보다 더 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims

반도체 제조 중 챔버내에서 발생하는 이물질과 가스를 제거하기 위한 장치에 있어서:

상기 챔버의 일측단과 타측단의 흡입관과 배출관 사이에 연통되도록 설치되어 흡입구와 배출구를 갖는 몸체;

상기 몸체 내부의 흡입구 측에 내삽되어 챔버로부터 유입된 오염물입자와 가스의 역류를 방지하는 일방향 밸브;

상기 일방향 밸브의 후단에 설치되어 입력 전원에 의해 이온을 발생한 후 배출구를 통해 챔버내로 공급함에 따라 챔버내의 정전기의 발생을 방지하는 이온발생기;

상기 이온발생기의 후단에 설치되어 챔버내의 오염물 입자와 가스를 걸러내는 필터링수단;

상기 필터링수단의 후단에 설치되어 챔버내의 오염물 입자와 가스가 몸체를 통해 순환되도록 구동하는 배출순환수단; 및

상기 배출순환수단의 후단에 설치되어 배출순환수단을 통한 정화 가스를 2차적으로 필터링하는 가스필터를 구비한 것을 특징으로 하는 웨이퍼제조용 챔버의 오염물 포집 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 필터링수단은,

상기 몸체 내부의 흡입구 측에 유체의 이동방향에 대해 수직으로 설치되어 챔버내의 오염물 입자를 걸러내는 프리필터; 상기 프리필터의 후단에 유체의 이동방향에 대해 수직으로 설치되어 화학적 가스를 걸러내는 카본필터; 및 상기 카본필터의 후단에 유체의 이동방향에 대해 수직으로 설치되어 미세 분진을 걸러내는 고성능필터로 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼제조용 챔버의 오염물 포집 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 프리필터, 카본필터 및 고성능필터는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼제조용 챔버의 오염물 포집 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 카본필터는 일반카본과 산성(Acid)카본을 혼합하여 제조한 것을 특징으로 하는 웨이퍼제조용 챔버의 오염물 포집 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 고성능필터는 헤파필터 또는 울파필터인 것을 특징으로 하는 웨이퍼제조용 챔버의 오염물 포집 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 배출순환수단은,

상기 몸체의 흡입구로 유입된 오염물 가스를 배출구를 통해 챔버로 배출시키기 위하여 외부로부터 입력되는 배출용 가스를 미세관을 통해 강하게 분사시키는 배출기; 및 상기 배출기로 입력되는 배출용 가스를 일정온도로 가열한 후 배출기로 공급하는 히터부로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼제조용 챔버의 오염물 포집 장치.
청구항 6에 있어서,

상기 배출용 가스는 질소가스인 것을 특징으로 하는 웨이퍼제조용 챔버의 오염물 포집 장치.
청구항 6에 있어서,

상기 히터부는,

전원공급부; 상기 전원공급부로부터 동작전원을 제공받아 노이즈를 필터링하는 노이즈필터; 상기 노이즈필터를 통해 출력되는 전원전압을 제공받아 히터를 미리 설정된 온도로 가열되도록 제어하는 온도제어부; 및 상기 온도제어부의 출력 제어신호에 따라 개폐되어 히터로 전원공급 여부를 결정하는 릴레이스위치로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼제조용 챔버의 오염물 포집 장치.