干燥空气供给装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于对半导体制造设备的设备前端模块(EFEM，Equipment FrontEnd Module)等处理晶圆(wafer)的缓冲空间内部的湿度进行调节的干燥空气供给装置及方法。

背景技术

通常，半导体工艺的集群(Cluster)设备在进行处理的过程中会使用各种化学气体，在此情况下，在腔室(Chamber)内部完成处理后，气态气体等会残留在晶圆(wafer)上。

因此，当卸下(Unloading)时，以及当残留在前开式晶圆传送盒(FOUP，FrontOpening Unified Pod：半导体工艺用保管容器)的气体、烟气(fume)等与水分进行反应时，晶圆上可能会产生颗粒(particle)或缺陷(defect)。

近年来，随着半导体制造工艺的设计规则(Design Rule)变得越来越小以及集成度的增加，对晶圆上的颗粒以及环境污染管理的要求水平正在提高。

为了在制造工艺中抑制设备内部的颗粒及污染，以往以如下方式应对，即，通过风扇过滤器单元(Fan Filter Unit)的超低渗透空气(Ultra Low Particulate Air)过滤器以约0.3～0.5m/秒的流速向设备前端模块(EFEM)的内部供给FAB环境下的温度为23℃、湿度为40～45％的空气，并维持正压气流等。并且，特定工艺中的设备以如下方式应对，即，通过一同配备空气化学过滤器(Chemical Air Filter)来过滤有害物质，例如氨、氢氟酸、臭氧气体等。

但是，在此情况下，由于湿度高，因此在完成工艺之后容易与晶圆上的残留气体反应而生成颗粒。以往的设备前端模块的内部环境条件为不进行湿度调节，而是通过风扇过滤器单元供给FAB的内部空气，因此空气中存在的湿度容易与晶圆上的残留气体反应而容易生成颗粒或缺陷。

并且，由于在特定工艺中通常需要一个小时左右的处理时间，因此，晶圆在前开式晶圆传送盒内等待很长时间，导致晶圆上的残留气体与设备前端模块(EFEM)内部的未除湿空气反应而发生产率降低的问题，例如生成颗粒等。

另一方面，在某些情况下，当晶圆在前开式晶圆传送盒的内部完成处理后等待时，为了使湿度最小化，在内部建立并使用用于供给氮气(N

但是，在建立用于供给氮气(N

现有技术文献

专利文献

专利文献1：KR10-2018-0136863(2018年12月26日公开)

发明内容

发明待解决的问题

本发明的一目的在于，提供一种如下的空气供给方法及装置，即，可以降低与半导体制造装置相结合的设备前端模块(EFEM)等缓冲空间的内部湿度，并改善在完成处理后可能在晶圆上生成颗粒的环境条件，以解决现有技术问题。

本发明的再一目的在于，提供一种如下的空气供给方法及装置，即，通过去除缓冲空间内部的湿度并防止晶圆上生成颗粒，从而具有提高产率的效果，而且不易与排出的烟气(fume)等进行反应，从而可以防止设备内部的腐蚀并延长设备PM周期。

并且，本发明的另一目的在于，提供一种如下的空气供给方法及装置，即，改善用于安装附加装置而产生的附加投资成本的发生，上述附加装置用于预防处理后的晶圆上产生颗粒。

但是，本实施例所要实现的技术问题不限于如上所述的技术问题，并且可以存在其他技术问题。

用于解决问题的方案

为了实现本发明的目的，本发明的干燥空气供给装置用于向与半导体制造装置相连接且收容基板的缓冲空间供给干燥空气，上述干燥空气供给装置包括：冷却除湿单元，用于对流入的空气进行冷却并除湿；干燥剂(desiccant)除湿单元，具有用于收容干燥剂的转子，通过使从上述冷却除湿单元供给的空气经过上述转子来进行除湿；温度调节单元，用于对经过上述干燥剂除湿单元的空气进行冷却或加热；以及供给流路，其为了向上述缓冲空间供给经过上述温度调节单元的空气而延伸。

为了实现本发明的目的，可将经过上述温度调节单元来供给到上述缓冲空间的干燥空气的相对湿度设置为20％以下，温度设置为30℃以下。

为了实现本发明的目的，还可包括回收流路，其为了使从上述缓冲空间回收的空气流入上述冷却除湿单元而延伸。

为了实现本发明的目的，可在上述回收流路设置包括超低渗透空气(Ultra LowPenetration Air)过滤器及空气化学(Air Chemical)过滤器中的至少一种的回收过滤器部。

为了实现本发明的目的，上述干燥剂除湿单元可包括：驱动马达，通过产生旋转力来将其传递到上述转子；以及框架，上述转子以能够旋转的方式与上述框架相结合，包括再生部及除湿部，用于再生的空气经过上述再生部，从上述冷却除湿单元供给的空气经过上述除湿部。

为了实现本发明的目的，上述干燥剂除湿单元还可包括用于对供给到上述再生部的空气进行加热的再生加热部。

为了实现本发明的目的，上述框架还可具有用于使从上述冷却除湿单元供给的一部分空气经过的吹扫部，上述干燥剂除湿单元还可包括用于对经过上述吹扫部来供给到上述再生部的空气进行加热的再生加热部。

为了实现本发明的目的，上述温度调节单元可包括：冷却盘管，用于使冷却流体流动；以及电加热器，利用电能加热。

为了实现本发明的目的，干燥空气供给方法用于向与半导体制造装置相连接且收容基板的缓冲空间供给干燥空气，上述干燥空气供给方法包括：冷却除湿步骤，对空气进行冷却并除湿；干燥剂除湿步骤，通过使收容干燥剂的转子旋转，并使在上述冷却除湿步骤中处理的空气经过上述转子来进行除湿；温度调节步骤，对在上述干燥剂除湿步骤中处理的空气进行冷却或加热；以及供给步骤，将在上述温度调节步骤中处理的空气供给到上述缓冲空间。

为了实现本发明的目的，还可包括回收步骤，在上述回收步骤中，从上述缓冲空间回收在上述冷却除湿步骤中待处理的空气。

上述用于解决问题的方案仅仅是示例性的，并且不应被解释为旨在限制本发明。除了上述示例性实施例之外，还可存在附图及具体实施方式中描述的附加实施例。

发明效果

根据本发明，在半导体蚀刻工艺、薄膜、金属膜形成工艺、清洁工艺及使用化学气体或化学液体的工艺中，通过向设备前端模块(EFEM)等用于处理晶圆(wafer)的缓冲空间内部供给将湿度调节为极低(20％以下)的空气，来防止发生与残留气体及有害化学成分的任何反应，从而防止晶圆上的颗粒及缺陷，并且可以提高产率。

并且，根据本发明，可防止在完成处理后的晶圆上的残留气体与湿度反应来生成颗粒。

并且，根据本发明，在通过除湿装置向设备前端模块的内部供给空气的方法中，适用再利用湿度调节后的空气的闭环(Closed Loop)方式(封闭型)，从而可提高除湿装置的能量效率及除湿效率。

并且，根据本发明，与根据现有技术供给氮气(N

并且，本发明可在半导体存储器、铸造工艺设备中均可适用，并且不仅可以适用于半导体晶圆工艺，而且还可以适用于诸如液晶显示器(LCD)、有机发光显示器(OLED)及掩模(Mask)基板工艺等其他领域。

附图说明

图1是用于说明干燥空气供给装置的整体流程的图。

图2是示出本发明一实施例的缓冲空间的一例(EFEM)的图。

图3是示出本发明一实施例的第一次除湿、第二次除湿及第三次除湿的效果的图。

图4是示出本发明一实施例的干燥剂除湿单元的图。

图5是用于说明本发明一实施例的干燥空气供给方法的图。

附图标记说明：

S：缓冲空间(EFFM)

100：干燥空气供给装置

110：冷却除湿单元

111：冷却盘管

112：压缩机

113：冷凝器

120：干燥剂除湿单元

121：转子

122：驱动马达

123：框架

123a：再生部

123b：除湿部

123c：吹扫部

124：鼓风机

125：再生加热部

130：温度调节单元

131：冷却盘管

132：电加热器

140：供给流路

141：鼓风机

142：供给过滤器部

150：回收流路

151：回收过滤器部。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施例，以便于本发明所属技术领域的普通技术人员实施。但是，本发明能够以多种不同的方式实现，而不限于在此所说明的实施例。而且，为了在附图中明确地说明本发明，省略了与说明无关的部分，在说明书全文中，对类似的部分赋予了类似的附图标记。

在说明书全文中，当表示一个部分与另一部分“连接”时，这包括“直接连接”的情况和两者中间存在其他器件的“电连接”的情况。并且，当表示一个部分“包括”另一结构要素时，除非另有特别相反的记载，否则这并不意味着排除其他结构要素，而是表示还可包括其他结构要素，并且应当理解为不排除一个或一个以上的其他特征或数字、步骤、动作、结构要素、部件或这些组合的存在或附加可能性。

以下，将参照附图来详细说明本发明的一实施例。

本发明一实施例的干燥空气供给装置用于向与半导体制造装置相连接且收容基板的缓冲空间内部供给将湿度调节为极低的空气。例如，根据本发明供给干燥空气的缓冲空间可以是设备前端模块(equipment front end module)等工艺中处理晶圆的空间。由此，防止在完成处理后缓冲空间内部的水分与晶圆(wafer)上的残留气体及有害化学成分进行反应，从而可防止晶圆上的颗粒及缺陷(defect)，并提高产率。

对于除湿方式而言，为了有效地将湿度控制得极低，其以三步混合(hybrid)冷却除湿方式构成。第一步通过冷却除湿方式将待干燥的空气的温度降低至露点，第二步通过干燥剂(desiccant)式化学除湿来将经过冷却步骤的空气的湿度调节至零(zero)水平，然后第三步是通过冷却控制方式将上述空气调节为待供给到缓冲空间的除湿空气的目标温度及湿度。

将湿度调节后的干燥空气供给到缓冲空间内部的方法的特征在于，构成开放型系统和封闭型系统(闭环(closed loop))，上述开放型系统将湿度调节后的空气供给到缓冲空间内部并排出，上述封闭型系统(闭环(closed loop))将湿度调节后的空气供给到缓冲空间内部之后不排出，而是在半封闭结构中循环供给。

图1是用于说明干燥空气供给装置的整体流程的图。图2是示出本发明一实施例的缓冲空间S的一例(EFEM)的图，图3是示出本发明一实施例的第一次除湿、第二次除湿及第三次除湿的效果的图。图4是示出本发明一实施例的干燥剂除湿单元的图，图5是用于说明本发明一实施例的干燥空气供给方法的图。

参照图1，干燥空气供给装置100包括冷却除湿单元110、干燥剂(desicca nt)除湿单元120、温度调节单元130、供给流路140及回收流路150。

如前所述，根据一实施例，本发明包括第一次冷却除湿方式、第二次干燥剂(desiccant)式化学除湿及第三次冷却控制方式。

首先，冷却除湿单元110对应于第一次冷却除湿方式，其被配置为对流入的空气进行冷却并除湿。参照图3，冷却除湿单元110将流入的空气的温度冷却至露点温度以下。

本发明一实施例的冷却除湿单元110可包括冷却盘管111、压缩机112及冷凝器113。

冷却盘管111可以将流入的空气的温度冷却至露点温度以下。冷却盘管111通过对空气中的水分进行冷凝及除湿，从而提高转子121的效率，并且可以利用通过制冷剂的蒸发而产生的蒸发潜热来进行冷却。可以适用，在冷却循环系统中使冷却水循环来冷却空气的方式。除湿单元110可以包括用于排出冷却盘管111中产生的冷凝水的泵(pump)。

压缩机112使制冷剂循环，并形成高温/高压气体制冷剂来在冷凝器1113中进行加压以使其变为液相。

冷凝器113将从冷却盘管111吸收的热量和从压缩机112产生的热量排出到外部。除湿单元110还可包括水量调节阀(water regulating valve)，上述水量调节阀(waterregulating valve)可以使冷却水的水量维持恒定，以恒定维持冷凝器113的冷凝压力。

参照图3，经过冷却除湿单元110的空气的温度可以降低至露点温度水平。

然后，干燥剂除湿单元120对应于第二次化学除湿步骤，其被配置为经过使空气经过收容干燥剂的转子121来进行除湿。可通过干燥剂式化学除湿来将经过冷却除湿单元110的空气的湿度降低至零水平。

参照图1及图4，干燥剂除湿单元120可包括转子121、驱动马达122、框架123、鼓风机124及再生加热部125。

根据本发明的一实施例，转子121呈圆筒形，待干燥的空气经过旋转的转子121。

转子121的内部含有干燥剂，待干燥的空气可经过转子121的一侧，并且从外部流入并用于再生干燥剂的空气经过可转子121的另一侧。

驱动马达122通过产生旋转力来将其传递到转子121，可使转子121以预设转数旋转。

框架123以相对于转子121可旋转的方式结合。采用框架123被固定而转子121旋转的方式。

本发明一实施例的框架123可包括：再生部123a，使得用于再生的空气经过；以及除湿部123b，用于使从冷却除湿单元110供给的空气经过。更加详细地，如图1所示，框架123可以基于中心轴分为预设区域的再生部123a及除湿部123b。

并且，干燥剂除湿单元120还可包括用于对供给到再生部123a的空气进行加热的再生加热部125。再生加热部125可以设置在与转子121的再生部123a连通的流路上。

再生部123a可以再次去除从除湿部123b中吸收水分的干燥剂中的水分。更加详细地，当从外部流入的再生空气经过转子121的上侧时，可以形成用于再生包含在转子121内部的干燥剂的气流，以便能够再利用。

在上述单独的气流中，外部空气可通过鼓风机124流入再生加热部125，由再生加热部125加热的外部空气可以经过配置在转子121上侧的再生部123a。由再生加热部125加热的外部空气可在经过转子121的再生部123a的同时去除装在转子121内部的干燥剂的水分。

除湿部123b可通过使用干燥剂吸附流入的空气中的水分来对空气进行除湿。参照图3，经过除湿部123b的干燥空气的湿度可以降低至接近零。

如图4所示，本发明另一实施例的框架123还可包括再生部123a、除湿部123b及用于使从冷却除湿单元110供给的一部分空气经过的吹扫部

吹扫部123c可将被吸附并除湿的空气供给到再生部123a，以提高再生部123a的效率。由于被除湿的空气的温度高，因此与外部空气不同，不需要单独的空气流入装置等，并且还无需经过再生加热部125。

参照图3，经过干燥剂除湿单元120的空气的湿度可以去除至零水平，温度可以升高至约50℃的高温。

温度调节单元130可以对应于第三次冷却控制步骤，其被配置为对经过干燥剂除湿单元120的空气进行冷却或加热。由于经过干燥剂除湿单元120的空气的温度被设置得很高，因此该步骤为，用于控制为适于流入缓冲空间S的温度及湿度的步骤。

参照图1，本发明一实施例的温度调节单元130可以包括冷却盘管131及电加热器132。

冷却盘管131用于使冷却流体流动。冷却盘管131使用冷却水，上述冷却水可以应用上述冷却除湿单元110的冷却水的一部分。

可在冷却盘管131设置比例控制阀(proportional valve)，上述比例控制阀(proportional valve)可通过调节所供给的冷却水的量来冷却并维持期望的温度。

并且，根据本发明的一实施例，电加热器132可以被配置为通过电能对空气进行加热。

本发明一实施例的温度调节单元130可以将经过干燥剂除湿单元120的空气的上升温度冷却至适于供给到缓冲空间S的温度。例如，参照图3，可以将经过干燥剂除湿单元120的过程中上升至约50℃的空气的温度冷却至23℃。

根据本发明的一实施例，参照图3，经过温度调节单元130来供给到上述缓冲空间S的干燥空气的相对湿度设置为20％以下，温度设置为25℃以下或30℃以下。更加具体地，对空气的温度及湿度变化观察如下：通过第一次冷却除湿来将从外部流入的空气的温度设置为露点温度以下的低温，通过第二次干燥剂式化学除湿来达到50℃的高温，通过第三次冷却控制设置为适于流入缓冲空间S的温度23℃。

其中，第二次干燥剂式化学除湿为化学式除湿过程，在该除湿过程中，空气的温度上升至规定温度以上的高温。考虑到这一点，通过第一次冷却除湿，首先将流入的空气的温度冷却至露点温度以下，从而可以对温度降低的空气进行第二次干燥剂式化学除湿。

如上所述，通过冷却除湿单元110先对空气进行除湿及冷却来传递到干燥剂除湿单元120，从而可以抑制空气的温度因干燥剂除湿单元120而过度升高至所需以上的温度，并且，可以使冷却除湿效果极大化。因此，可以抑制冷却除湿单元110或温度调节单元130的负荷过度增加，并且可以有效生成待供给到缓冲空间S的干燥空气。

另一方面，供给流路140为了向缓冲空间S供给经过温度调节单元130的空气而延伸，回收流路150为了从上述缓冲空间S回收空气来使其流入冷却除湿单元110而延伸。

本发明一实施例的供给流路140可包括鼓风机141及供给过滤器部142。鼓风机141可使经过冷却除湿的干燥空气移动到缓冲空间S。

供给流路140可通过向缓冲空间S的内部供给湿度调节后的空气，来去除在缓冲空间S内部完成处理后与晶圆上的残留气体反应来生成颗粒的环境条件。

可在本发明一实施例的回收流路150设置回收过滤器部151，上述回收过滤器部151包括超低渗透空气(Ultra Low Penetration Air)过滤器及空气化学过滤器中的至少一种。上述超低渗透空气过滤器可以去除流入的空气中的颗粒。

干燥空气供给装置100可通过回收流路150实现封闭型方式。更加具体地观察如下：通过供给流路140流入缓冲空间S内部的除湿干燥空气可在调节缓冲空间S内部空气的湿度之后直接排出到外部，在还具有回收流路150的情况下，可通过回收流路150重新回收到干燥空气供给装置100。

例如，在回收流路150中，可在缓冲空间S的下部连接管道(duct)来防止外部的空气被吸入，为了使供给到缓冲空间S内部的湿度调节后的空气循环，可以尽可能封闭与外部开放的部位。

因此，通过对供给到缓冲空间S内部的湿度调节后的空气进行半封闭而不使其自然排出到外部，并且将其循环供给到干燥空气供给装置100的吸入口，从而可提高除湿效率。

参照图5，本发明一实施例的用于向与半导体制造装置相连接且收容基板的缓冲空间S供给干燥空气的方法，可包括冷却除湿步骤(步骤S510)、干燥剂除湿步骤(步骤S520)、温度调节步骤(步骤S530)以及向缓冲空间S供给干燥空气的步骤(步骤S540)。

参照图5，本发明另一实施例的用于向缓冲空间S供给干燥空气的方法，可包括从缓冲空间S回收空气的步骤(步骤S550)、冷却除湿步骤(步骤S510)、干燥剂除湿步骤(步骤S520)、温度调节步骤(步骤S530)以及向缓冲空间S供给干燥空气的步骤(步骤S540)。

在冷却除湿步骤(步骤S510)中，第一次将空气冷却至露点温度以下，干燥剂除湿步骤(步骤S520)是使冷却的空气第二次在收容干燥剂的转子121中旋转的化学除湿。可经过包含除湿剂的转子121来将上述冷却空气的湿度干燥至接近零。在此情况下，干燥空气的温度可以是约50℃以上的高温。其中，通过先实施冷却除湿步骤(步骤S510)后实施干燥剂除湿步骤(步骤S520)，从而可以抑制由于被除湿的空气的温度上升而引起用于冷却除湿或温度调节的负荷的增加。

然后，在温度调节步骤(步骤S530)中，对干燥剂除湿步骤(步骤S520)中处理的空气进行第三次冷却或加热。经过干燥剂除湿步骤(步骤S520)的干燥空气的温度为所需以上的高温，因而可通过温度调节步骤(步骤S530)将其调节至适于供给到缓冲空间S内部的温度。

温度调节步骤(步骤S530)中处理的空气供给到缓冲空间S(步骤S540)。

另一方面，有关向缓冲空间S供给干燥空气的方法的本发明另一实施例还可包括，从上述缓冲空间S回收所要在冷却除湿步骤(步骤S510)中处理的空气的回收步骤(步骤S550)。

可通过包括回收步骤(步骤S550)来实现干燥空气供给装置100的封闭型系统。可以使流入缓冲空间S内部的干燥空气重新复原到干燥空气供给装置100而不直接排出到外部。

回收到干燥空气供给装置100的上述空气可以经过第一次冷却除湿步骤(步骤S510)、第二次干燥剂除湿步骤(步骤S520)及第三次温度调节步骤(步骤S530)来重新供给到缓冲空间S内部(步骤S540)。

上述本发明的说明用于例示，可以理解，本发明所属技术领域的普通技术人员可在不变更本发明的技术思想或必要特征的情况下，可简单地将本发明变形为其他具体形式。因此，应当理解，以上所述的实施例在所有方面仅为例示，并不是限定的。例如，以单一型进行说明的各结构要素可分散来实施，同样，以分散型进行说明的结构要素还能够以结合的形式实施。

本发明的范围通过后述的发明要求保护范围来表示，从发明要求保护范围的含义、范围以及与其等同概念导出的所有变更或变形形式应当解释为包含于本发明的范围之内。