KR100550349B1 - 반도체 웨이퍼 핸들링 장치 - Google Patents

반도체 웨이퍼 핸들링 장치 Download PDF

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Abstract

진공을 사용하는 반도체 웨이퍼 핸들링 장치가 개시되어 있다. 흡착부는 진공에 의해 반도체 웨이퍼를 흡착하여 핸들링한다. 진공 제공부는 흡착부에 진공 상태를 제공한다. 진공 유지부는 흡착부에 제공되는 진공 상태를 일시적으로 유지한다. 정화용 가스 공급부는 흡착부에 정화용 가스를 공급한다. 반도체 웨이퍼를 핸들링할 때 진공 상태의 제공이 중단되어도 일시적인 조치를 취할 수 있다.

Description

반도체 웨이퍼 핸들링 장치{APPARATUS FOR HANDLING A SEMICONDUCTOR WAFER}
도 1은 화학기계적 연마 시스템에 구비되는 종래의 반도체 웨이퍼 핸들링 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 화학기계적 연마 시스템에 구비되는 본 발명의 반도체 웨이퍼 핸들링 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 로봇암을 포함하는 반도체 웨이퍼 이송 시스템에 구비되는 본 발명의 반도체 웨이퍼 핸들링 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10, 20 : 연마 패드 12, 22, 30 : 흡착부
14, 24 : 진공 제공부 14a : 3-방향 밸브
16, 26 : 정화용 가스 공급부
23 : 진공 유지부 24a : 진공 펌프
24b : 제1 연결 라인 24c : 제2 연결 라인용 밸브
26b : 제2 연결 라인 26c : 제2 연결 라인용 밸브
W : 반도체 웨이퍼
본 발명은 반도체 웨이퍼 핸들링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼를 핸들링(handling)할 때 진공을 사용하여 흡착하는 반도체 웨이퍼 핸들링 장치에 관한 것이다.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이에 따라 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다. 이러한 반도체 장치의 제조에서는 상기 반도체 장치로 제조하기 위한 반도체 웨이퍼상에 막들을 형성한 다음 상기 막들을 상기 반도체 장치의 특성에 따른 패턴으로 형성하는 일련의 단위 공정들을 순차적으로 수행한다.
상기 단위 공정들을 수행할 때, 상기 반도체 웨이퍼를 핸들링하는 상황이 빈번하게 발생한다. 그러나 상기 반도체 웨이퍼를 작업자가 손을 사용하여 핸들링할 경우에는 작업자의 피부에 존재하는 염분이나 지방분 등으로 인하여 상기 반도체 웨이퍼가 오염될 수 있다. 때문에, 진공을 사용하여 상기 반도체 웨이퍼를 핸들링하는 핸들링 장치를 주로 사용한다.
상기 반도체 웨이퍼를 핸들링하는 장치에 대해서는 코드(Coad et al.)에게 허여된 미합중국 특허 제4,311,427호에 개시되어 있다.
상기 핸들링 장치는 상기 반도체 웨이퍼를 핸들링하는 로봇암(robot arm) 또는 척(chuck) 등을 포함하는 반도체 제조 시스템에 주로 구비된다.
상기 로봇암을 포함하는 반도체 제조 시스템에 대해서는 타카하시(Takahashi et al.)에게 허여된 미합중국 특허 제5,364,219호에 개시되어 있다.
그리고 상기 척을 포함하는 반도체 제조 시스템은 화학기계적 연마를 수행하는 시스템이 대표적인데, 상기 척을 포함하는 화학기계적 연마 시스템에 대해서는 후안(Huynh et al.)에게 허여된 미합중국 특허 제5,896,870호 및 시모무라(Shimomura et al.)에게 허여된 미합중국 특허 제5,922,620호에 개시되어 있다.
도 1은 화학기계적 연마 시스템에 구비되는 종래의 반도체 웨이퍼 핸들링 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 연마 패드(10) 및 반도체 웨이퍼(W)를 핸들링하는 척으로 구성되는 흡착부(12)가 구비되어 있다. 상기 흡착부(12)에 진공 상태를 제공하기 위한 진공 제공부(14) 및 정화용 N2 가스를 공급하는 정화용 가스 공급부(16)가 구비되어 있다. 상기 진공 제공부(14)와 정화용 가스 공급부(16)는 3-방향 밸브(3-way valve)(14a)로 연결된다.
상기 흡착부(12)를 사용한 핸들링은 상기 흡착부(12)에 진공을 제공하여 이루어지는데, 이때 상기 반도체 웨이퍼(W)는 상기 흡착부(12)에 의해 하방으로 위치되게 흡착된다. 그리고 상기 반도체 웨이퍼(W)를 핸들링한 다음 정화를 위한 N2 가스를 공급한다.
그러나 상기 반도체 웨이퍼(W)를 핸들링할 때 정전 또는 이와 유사한 시스템 의 오류 등이 발생하면, 상기 반도체 웨이퍼(W)를 흡착하기 위한 진공 상태의 제공이 중단된다. 그러면, 상기 반도체 웨이퍼(W)는 상기 흡착부(12)로부터 이탈되어 하방으로 떨어지게 된다. 그 결과, 상기 반도체 웨이퍼(W)가 깨지거나 표면에 스크레치(scratch) 등이 발생한다. 이는 상기 척(12)을 사용한 핸들링 뿐만 아니라 로봇암(도시되지 않음)을 사용하여 핸들링 할 때에도 마찬가지 상황이 발생한다.
따라서 상기 핸들링 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼를 핸들링할 때 진공 상태의 제공이 중단되면 일시적인 조치를 취할 시간도 없다. 때문에 상기 반도체 웨이퍼는 하방으로 떨어지고, 이에 따라 깨지거나 표면에 스크레치 등이 발생한다. 그 결과 반도체 장치의 제조에 따른 생산성 및 신뢰도가 저하되는 문제점이 지적된다.
본 발명의 목적은, 진공을 사용하여 반도체 웨이퍼를 핸들링할 때 진공 상태의 제공이 중단되어도 일시적인 조치를 취할 수 있는 반도체 웨이퍼 핸들링 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 웨이퍼 핸들링 장치는, 진공에 의해 반도체 웨이퍼를 흡착하여 상기 반도체 웨이퍼를 핸들링하기 위한 흡착 수단과, 상기 진공을 생성하고, 상기 진공 상태를 상기 흡착 수단에 제공하기 위한 진공 제공 수단과, 상기 흡착 수단과 상기 진공 제공 수단 사이에 설치되고, 상기 진공 상태를 일시 유지한 다음 상기 흡착 수단에 제공하기 위한 진공 유지 수단과, 상기 진공 유지 수단을 지나는 위치에 있는 상기 진공 제공 수단에 연결되고, 상기 흡착 수단으로 정화용 가스를 공급하기 위한 정화용 가스 공급 수단을 포함한다.
상기 진공 제공 수단은 상기 진공을 생성하는 진공 펌프, 상기 진공 펌프와 상기 흡착 수단을 연결하는 제1 연결 라인 및 상기 제1 연결 라인에 설치되고, 상기 제1 연결 라인에 제공되는 진공 상태를 연동하여 개폐하는 제1 연결 라인용 밸브들을 포함하고, 상기 정화용 가스 공급 수단은 상기 제1 연결 라인과 연결되는 제2 연결 라인 및 상기 제2 연결 라인에 설치되고, 상기 제1 연결 라인용 밸브들과 연동하여 개폐하는 제2 연결 라인용 밸브를 포함한다.
상기 진공 유지 수단을 구비하고, 상기 제1 연결 라인용 밸브들 및 제2 연결 라인용 밸브를 양??향 밸브로 구성하여 연동되도록 함으로써, 상기 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼를 핸들링할 때 진공 상태의 제공이 중단되어도 일시적인 조치를 취할 수 있다. 때문에 안정적으로 반도체 웨이퍼를 핸들링할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 화학기계적 연마 시스템에 구비되는 본 발명의 반도체 웨이퍼 핸들링 장치를 설명하기 위한 구성도이고, 도 3은 로봇암을 포함하는 반도체 웨이퍼 이송 시스템에 구비되는 본 발명의 반도체 웨이퍼 핸들링 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 반도체 웨이퍼(W)상에 형성하는 막들을 연마하여 평탄화하기 위한 화학기계적 시스템에 포함되는 연마 패드(20)가 구비되어 있다. 상기 연마 를 수행할 때 반도체 웨이퍼(W)를 핸들링하기 위한 척으로 구성되는 흡착부(22)가 구비되어 있다. 상기 흡착부(22)는 진공을 사용하여 반도체 웨이퍼(W)를 흡착하여 핸들링한다.
도 3을 참조하면, 흡착부(30)는 상기 척 뿐만 아니라 반도체 웨이퍼(W)를 예를 들면, 카세트(Cassette)에서 단위 공정을 수행하기 위한 장치 또는 상기 장치에서 상기 카세트로 이송하기 위한 이송 시스템에 포함되는 로봇암 등으로 구성된다. 상기 로봇암으로 구성되는 흡착부(30) 또한 진공을 사용하여 반도체 웨이퍼를 흡착하여 핸들링한다.
상기 척 또는 로봇암 등으로 구성되는 흡착부(22, 30)에 진공 상태를 제공하기 위한 진공 제공부(24)가 구비되어 있다. 상기 진공 제공부(24)는 진공을 생성하는 진공 펌프(24a), 상기 진공 펌프(24a)와 상기 흡착부(22, 30)를 연결하는 제1 연결 라인(24b) 및 상기 제1 연결 라인(24b)에 설치되는 제1 연결 라인용 밸브(24c)들을 포함한다. 상기 제1 연결 라인용 밸브(24c)들은 양방향 밸브로 구성되고, 상기 제1 연결 라인(24b)을 지나는 진공 상태의 제공을 연동하여 개폐한다.
상기 흡착부(22, 30)와 상기 진공 제공부(24) 사이에 진공 상태를 일시 유지한 다음 상기 흡착부(22, 30)로 제공하는 진공 유지부(23)가 구비되어 있다. 상기 진공 유지부(23)는 제1 연결 라인용 밸브(24c)들과 상기 진공 펌프(24a) 사이에 설치된다.
상기 진공 유지부(23)를 지나는 위치에 있는 제1 연결 라인(24b)에 상기 흡착부(22, 30)로 정화용 가스를 공급하기 위한 정화용 가스 공급부(26)가 연결되어 있다. 상기 정화용 가스 공급부(26)는 상기 진공 제공부(24)의 제1 연결 라인용 밸브(24c)들 사이에 연결되는 것이 바람직하다. 상기 정화용 가스 공급부(26)는 상기 제1 연결 라인(24b)과 연결되는 제2 연결 라인(26b) 및 상기 제2 연결 라인(26b)에 설치되는 제2 연결 라인용 밸브(26c)를 포함한다. 상기 제2 연결 라인용 밸브(26c) 또한 상기 제1 연결 라인용 밸브(24c)들과 마찬가지로 양방향 밸브로 구성된다. 이에 따라 상기 제2 라인용 연결 밸브(26c)는 상기 제1 연결 라인용 밸브(24c)들과 연동하여 상기 정화용 가스의 공급을 개폐한다. 상기 정화용 가스는 N2 가스로 구성된다.
전술한 구성으로 이루어지는 핸들링 장치는 반도체 웨이퍼(W)를 핸들링할 때 진공을 사용한다. 이때 정전 또는 이와 유사한 시스템의 오류 등이 발생하면, 상기 반도체 웨이퍼(W)를 흡착하기 위한 진공 상태의 제공이 중단되어도, 상기 진공 유지부(23)에 일시 유지되어 있는 진공 상태가 상기 흡착부(22, 30)에 제공된다. 이에 따라 상기 일시 유지되어 있는 진공에 의해 상기 반도체 웨이퍼(W)는 상기 흡착부(22, 30)에 흡착된다. 그리고 작업자가 신속하게 조치를 취할 경우 상기 반도체 웨이퍼(W)가 흡착부로부터 떨어지는 상황을 방지할 수 있다.
상기 핸들링 장치를 사용한 반도체 웨이퍼(W)의 핸들링 조작을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 진공 펌프(24a)를 가동하여 진공을 생성한다. 그리고 상기 진공 상태는 제1 연결 라인(24b) 및 제1 연결 라인용 밸브(24c)들을 통하여 상기 흡착부(22, 30)에 제공되는데, 상기 진공 유지부(23)에 일시 유지된 다음 상기 흡착부(22, 30)에 제공된다. 이때 상기 제1 연결 라인용 밸브(24c)들은 개방되고, 상기 제2 연결 라인용 밸브(26c)는 폐쇄된다. 상기 흡착부(22, 30)에 진공 상태가 제공됨으로써, 상기 진공을 사용하여 반도체 웨이퍼(W)를 흡착하여 핸들링한 다음 공정을 수행한다. 여기서 상기 흡착부(22)가 화학기계적 연마 시스템을 구성하는 척인 경우에는 상기 반도체 웨이퍼(W)는 하방으로 위치된 상태로 핸들링되고, 상기 흡착부(30)가 이송 시스템을 구성하는 로봇암인 경우에는 비선형적으로 위치된 상태로 핸들링된다.
그리고 상기 반도체 웨이퍼(W)의 핸들링을 끝낸 후, 상기 반도체 웨이퍼(W)를 상기 흡착부(22, 30)로부터 안전하게 이탈시킨 다음 상기 제2 연결 라인용 밸브(26c)를 개방하여 정화용 가스를 공급하여 정화시킨다. 이때 상기 제1 연결 라인용 밸브(24c) 중에서 상기 흡착부(22, 30)의 전단에 있는 밸브는 개방시키고, 후단에 있는 밸브는 폐쇄시킨다. 이어서 다시 상기 흡착부(22, 30)에 진공 상태를 제공하여 반도체 웨이퍼(W)를 핸들링한다. 이와 같은 구성에 의해 상기 흡착부(22, 30)를 사용하여 반도체 웨이퍼(W)를 계속적으로 핸들링한다.
이와 같이 반도체 웨이퍼(W)를 핸들링할 때 상기 흡착부(22, 30)에 진공 상태의 제공이 정전 등에 의해 중단될 경우 상기 진공 유지부(23)에서 일시 유지되는 진공 상태가 상기 흡착부(22, 30)에 제공된다. 이때 상기 제1 연결 라인용 밸브(24c)들만 개방되고, 상기 제2 연결 라인용 밸브(26c)는 폐쇄된다. 이에 따라 상기 진공 유지부(23)에서 제공되는 진공 상태에 의해 상기 반도체 웨이퍼(W)가 상 기 흡착부(22, 30)로부터 이탈되어 떨어지는 것을 일시적으로 방지한다. 그리고 작업자는 신속하게 상기 정전 등에 따른 조치를 취한다. 때문에 상기 반도체 웨이퍼(W)가 깨지거나 표면에 스크레치가 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
즉, 상기 진공 유지부(23) 및 연동할 수 있는 양방향으로 구성되는 제1 연결 라인용 밸브(24c)들 및 제2 연결 라인용 밸브(26c)를 구비시킴으로써, 진공 상태의 제공이 일시적으로 중단되어도 상기 반도체 웨이퍼(W)가 흡착부에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
또한 상기 진공 펌프(24a)와 상기 진공 유지부(23) 사이에 밸브(도시되지 않음)를 구비하고, 상기 정전 등과 같은 상화이 발생할 때 폐쇄되도록 구성함으로써, 상기 진공 유지부(23)에 유지되는 진공 상태를 상기 흡착부(22, 30)에만 제공할 수 있도록 구성할 수도 있다.
본 실시예는 척 및 로봇암 등을 포함하는 흡착부(22, 30)에 대해서만 설명하였지만, 티져(tweezer) 등과 같은 핸들링 장치에도 적극적으로 응용할 수 있다.
따라서 상기 핸들링 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼의 핸들링할 때 진공 상태의 제공이 중단되어도 일시적인 조치를 취할 수 있는 시간을 확보할 수 있다. 때문에 반도체 웨이퍼의 핸들링을 안전하게 수행할 수 있다. 그 결과 반도체 장치의 제조에 따른 생산성 및 신뢰도가 향상되는 되는 효과를 기대할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영 역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 진공에 의해 반도체 웨이퍼를 흡착하여 상기 반도체 웨이퍼를 핸들링하기 위한 흡착 수단;
    상기 진공을 생성하고, 상기 진공 상태를 상기 흡착 수단에 제공하기 위한 진공 제공 수단;
    상기 흡착 수단과 상기 진공 제공 수단 사이에 설치되고, 상기 진공 상태를 일시 유지한 다음 상기 흡착 수단에 제공하기 위한 진공 유지 수단; 및
    상기 진공 유지 수단을 지나는 위치에 있는 상기 진공 제공 수단에 연결되고, 상기 흡착 수단으로 정화용 가스를 공급하기 위한 정화용 가스 공급 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 핸들링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 진공 제공 수단은 상기 진공을 생성하는 진공 펌프, 상기 진공 펌프와 상기 흡착 수단을 연결하는 제1 연결 라인 및 상기 제1 연결 라인에 설치되고, 상기 제1 연결 라인에 제공되는 진공 상태를 연동하여 개폐하는 제1 연결 라인용 밸브들을 포함하고, 상기 정화용 가스 공급 수단은 상기 제1 연결 라인과 연결되는 제2 연결 라인 및 상기 제2 연결 라인에 설치되고, 상기 제1 연결 라인용 밸브들과 연동하여 개폐하는 제2 연결 라인용 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 핸들링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼 핸들링 장치는 상기 반도체 웨이퍼를 이송하기 위한 로봇암 또는 상기 반도체 웨이퍼를 하방으로 위치되게 흡착하는 척을 포함하는 반도체 제조 시스템에 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 핸들링 장치.
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