KR20040023943A - 양면 동시 세정이 가능한 매엽식 웨이퍼 세정장치 - Google Patents

양면 동시 세정이 가능한 매엽식 웨이퍼 세정장치 Download PDF

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KR20040023943A
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Abstract

본 발명은 양면 동시 세정이 가능한 매엽식 웨이퍼 세정장치에 관한 것으로, 공동이 형성된 회전축에 의해 직접 구동모터와 웨이퍼척이 연결됨으로써 회전력을 직접 전달시키면서 공동을 통해 약액배액관이 관통설치될 수 있다. 이를 위해 웨이퍼(10)의 원주를 고정시키는 웨이퍼척(23)과, 하측의 회전력을 전달시키도록 웨이퍼척(23)과 척구동모터(21)를 직접 연결시키는 회전축(22)과, 약액 또는 순수가 분사될 수 있도록 웨이퍼(10)의 상하부에 위치형성된 상,하부분사노즐(27)(33)과, 회전에 따라 유입된 약액 또는 순수가 수집배출되도록 웨이퍼(10)의 주위에 형성된 약액배액컵(30)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

양면 동시 세정이 가능한 매엽식 웨이퍼 세정장치 {A Wafer Cleaning Device}
본 발명은 웨이퍼의 상하부에 설치형성된 분사노즐에 의해 웨이퍼의 상,하부가 동시에 세정/건조될 수 있는 매엽식 웨이퍼 세정장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 공동이 형성된 회전축에 의해 직접 구동모터와 웨이퍼척이 연결됨으로써 회전력을 직접 전달시키면서 공동을 통해 약액배액관이 관통설치될 수 있는 양면 동시 세정이 가능한 매엽식 웨이퍼 세정장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조공정에서는 절연막 및 금속물질의 증착(Deposition), 식각(Etching), 감광제(Photo Resist)의 도포(Coating), 현상(Develop), 애셔(Asher) 제거 등이 수회 반복되어 미세한 패터닝(Patterning)의 배열을 만들어나가게 되는데, 이러한 공정의 진행에 따라 웨이퍼 내에는 식각이나 애셔의 제거공정으로 완전제거가 되지 않은 이물질이 남게 된다. 이러한 이물질의 제거를 위한 공정으로는 순수(Deionized Water) 또는 약액(Chemical)을 이용한 세정공정(Wet Cleaning)이 있다.
한편, 웨이퍼(Wafer) 세정장치는 크게 배치식 세정장치(Batch Processor)와 매엽식 세정장치(Single Processor)로 구분되며, 배치식 세정장치는 도 4a 및 도 4b에서 보는 바와 같이 한번에 25매 또는 50매를 처리할 수 있는 크기의 약액조(102)(Chemical Bath), 린스조(103)(Rinse Bath), 건조조(104)(Dry Bath) 등을 직렬로 배열하여 각각의 조(Bath)에서 일정시간동안 머물면서 이물이 제거되도록 하고 있으며, 웨이퍼(10)의 상부 및 하부가 동시에 세정되고 동시에 대용량을 처리할 수 있는 이점이 있다.
특히 매엽식 세정장치는 도 5a 및 도 5b에서 보는 바와 같이, 한 장의 웨이퍼(10)를 처리할 수 있는 작은 크기의 챔버(113)(Chamber)에서 웨이퍼(10)를 웨이퍼척(117)(Chuck)으로 고정시킨 후 모터(Motor)에 의해 웨이퍼(10)를 회전시키면서, 웨이퍼(10) 상부에서 노즐(119)(Nozzle)을 통해 약액 또는 순수를 흘려주어 웨이퍼(10)의 회전력에 의해 약액 또는 순수 등이 웨이퍼(10) 상부로 퍼지게 하여 이물이 제거되도록 하고 있으며, 별도의 웨이퍼방향 반전장치(116)가 있어 웨이퍼(10)의 상부 또는 하부를 선택적으로 세정할 수 있고, 이는 배치식 세정장치에 비해 장치의 크기가 작고 균질의 세정효과를 갖는 것이 장점이다.
이와 같이 종래의 배치식 세정장치는 25매 또는 50매를 동시에 수용할 수 있는 크기의 다수의 조(102)(103)(104)(Bath)를 구성하고 있어 장치의 크기가 매우 크며, 웨이퍼(10)의 대구경화가 진행될수록 조의 크기가 커져 장치의 크기 및 약액의 사용량이 많아질 뿐만 아니라, 동시에 약액조(102) 내에서 세정이 진행중인 웨이퍼(10)에서는 인접한 웨이퍼(10)로부터 떨어져 나온 이물이 재부착되는 문제가 있다.
그리고 종래의 매엽식 세정장치는 약액 분사(Chemical dispense)위치가 한 쪽 방향에 국한되어 있어 양면을 동시에 세정할 수 없으며, 웨이퍼(10)의 방향을 바꿔 2회 세정작업을 하는 경우에는 세정에 필요한 시간이 2배가 되어 작업성이 떨어진다.
한편, 양면을 동시에 세정할 수 있는 방법으로 웨이퍼(10)의 하부에 웨이퍼(10)와 웨이퍼척(117) 사이의 공간으로 수평방향으로 약액을 분사하는 방법이 고려될 수 있으나, 이 경우는 약액이 회전하는 웨이퍼(10)의 중심부까지 전달되기 위해서는 높은 분사압력이 요구되며, 분사된 약액이 웨이퍼핀과 충돌하게 되어 약액이 웨이퍼(10)의 하부에 균일하게 분사되기 어렵게 되며, 약액의 튐으로 인한 공정상의 불량이 발생하기 쉽다.
따라서 양면 세정을 하기 위해서는 웨이퍼(10)의 하부에 직접 약액이 분사되어야 각종 공정상의 불량을 최소화 할 수 있고 웨이퍼(10) 하부의 세정효율을 높일 수 있다.
그러나 세정시 회전축(118)에 연결되어 회전되는 웨이퍼척(117)을 통과하여 하부에서 약액을 분사하는 것은 매우 어려운 일이 아닐 수 없어 이러한 문제점을해결한 것으로, 한국공개특허 제2000-77317호에 개시된 기술을 들 수 있다.
여기에는 양면 세정을 위한 장치로 웨이퍼(10)의 상부와 하부에 각각 세척용 약액을 분무하는 세정노즐(Nozzle)들을 구비한 세정장치가 기재되어 있으며, 하부 세정노즐은 파이프 형태의 통공을 통하여 웨이퍼의 하부를 향하고 있고, 원통형 파이프는 웨이퍼척과 연결됨과 동시에, 벨트(Belt)에 의해 웨이퍼척(Wafer Chuck)은 모터(Motor)와 연결되어 회전되도록 구성되어 있다.
이 기술에 의하여 웨이퍼는 양면이 동시에 세척되는 것이 가능해 졌으나, 이 기술은 백래시(Back Lash,덜거덕거림)에 의한 축의 흔들림과 토크의 변동과 회전수의 변동이 있고, 부식성이 있는 약액의 사용 시에는 모터를 비롯한 각종 기계 부품의 부식 방지를 위한 대응 구조가 매우 복잡해지는 단점이 있다.
따라서 이로 인하여 정밀함을 요구하는 장비에 사용하기 위해서는 부적합하다고 할 수 있으며, 또한 계속적인 사용에 의해 벨트가 마모됨에 따라 세척되는 웨이퍼의 회전속도가 더욱 열화되어 공정의 정확도를 기할 수 없다는 문제점과, 벨트를 일정기간 사용 후 교체해야 하는 문제점이 있다.
그러나 이 기술은 상,하부 웨이퍼척의 단부에 서로 대응되는 영구자석에 의해 모터의 회전력이 전달되고 있어, 모터의 고속 회전의 경우 급작스런 가속 및 감속을 하게되면, 상,하부 웨이퍼척 간의 이탈의 우려가 있어, 고속 회전에서 정밀함을 요구하는 장비에는 사용 할 수 없게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모터의 회전력을 웨이퍼척에 직접 전달시켜 웨이퍼의 세정이 안정되도록 하면서 웨이퍼척과 회전축의 연결된 공동을 통해 약액공급관을 관통시켜 세정중 약액공급관과 하부분사노즐이 회전에 영향을 받지않게 되어 웨이퍼의 회전 속도를 정밀하게 조절할 수 있는 양면 동시 세정이 가능한 매엽식 웨이퍼 세정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치의 전체적인 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치의 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치의 웨이퍼척 부분의 정면도.
도 4a 및 도 4b는 종래 기술에 따른 배치식 세정장치의 사시도 및 A-A선 단면도.
도 5a 및 도 5b는 종래 기술에 따른 매엽식 세정장치의 사시도 및 B-B선 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 웨이퍼 21 : 척구동모터
22 : 회전축 23 : 웨이퍼척
24 : 축공동 25 : 웨이퍼암
26 : 척공동 27 : 상부분사노즐
28 : 상부노즐암 29 : 상부노즐구동부
30 : 약액배액컵 31 : 약액배액관
32 : 약액배기관 33 : 하부분사노즐
34 : 약액공급관 35 : 약액배출통로
36 : 컵승강기 37,38 : 내,외부약액분사구
39 : 약액분사구 40 : 그립퍼
41 : 그립퍼홈 42 : 그립퍼추
43 : 그립퍼턱 44 : 웨이퍼안착부
45 : 제어기 47 : 약액관
48 : 순수관 49 : 건조가스관
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 웨이퍼의 원주를 고정시키는 웨이퍼척과, 하측의 회전력을 전달시키도록 웨이퍼척과 척구동모터를 직접 연결시키는 회전축과, 약액 또는 순수가 분사될 수 있도록 웨이퍼의 상하부에 위치형성된 상,하부분사노즐과, 회전에 따라 유입된 약액 또는 순수가 수집배출되도록 웨이퍼의 주위에 형성된 약액배액컵으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 회전축과 웨이퍼척의 중심부는 약액공급관이 관통되어 하부분사노즐과 연결되어 척구동모터의 회전에 관계없이 약액이 분사되도록 축공동과 척공동이 각각 관통형성되어 서로 직접 연결되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부 도면에 의거 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 매엽식 웨이퍼 세정장치는 척구동모터(21)의 회전력을 웨이퍼(10)에 전달시키도록 상기 웨이퍼(10)를 지지하기 위한 그립퍼(40)의 하부에 웨이퍼암(25)을 통해 웨이퍼척(23)이 연결형성되고, 세정용 약액 및 순수를 분사시키기 위한 상,하부분사노즐(27)(33)이 상기 웨이퍼(10)의 상,하측에 위치형성되며, 사용된 약액의 배액 및 배기를 할 수 있도록 상기 웨이퍼척(23)의 주변에 약액배액컵(30)이 형성된다.
따라서 척구동모터(21)의 회전에 의해 회전축(22)에 전달된 회전력이 웨이퍼척(23)에 바로 전달되어 회전될 수 있도록 상기 웨이퍼척(23)의 하단에 상기 회전축(22)이 연결형성된다.
아울러 하부분사노즐(33) 하측에 웨이퍼척(23)을 관통하여 1개 이상의 약액공급관(34)이 연결형성되도록 상기 웨이퍼척(23)의 중심부에는 상하로 척공동(26)이 관통형성되고, 척구동모터(21)와 연결된 회전축(22) 중심부에는 축공동(24)이 관통형성되면서 상기 척공동(26)이 축공동(24)과 연결관통된다.
또한 웨이퍼척(23)의 상부에는 웨이퍼(10)를 지지할 수 있는 다수의 웨이퍼암(25)이 연결형성되고, 상기 웨이퍼암(25)의 웨이퍼안착부(44)에는 웨이퍼(10)와 접촉면적을 최소화하면서 세정작업시 약액이 흘러내릴 수 있도록 그립퍼홈(41)이 형성된다.
그리고 웨이퍼암(25)의 각 단부에는 그립퍼(40)가 위치형성되고, 상기 그립퍼(40)의 단부에는 그립퍼추(42)가 달린 그립퍼턱(43)이 형성된다.
아울러 웨이퍼척(23)의 회전이 정지된 상태, 즉 웨이퍼(10)가 반송중일 때는 그립퍼추(42)가 아래방향으로 향하면서 그립퍼턱(43)이 열리고, 웨이퍼척(23)이 회전중일 때, 즉 세정작업중일 때는 원심력에 의해 상기 그립퍼추(42)가 웨이퍼척(23)의 외측방향으로 향하면서 그립퍼턱(43)이 아래로 눌리게 되어 별도의 기계적인 장치 없이 웨이퍼(10)가 지지고정된다.
한편, 하부분사노즐(33)과 약액공급관(34)은 웨이퍼척(23) 및 회전축(22)과 분리되어 상기 웨이퍼척(23)이 척구동모터(21)에 의해 회전되더라도 하부분사노즐(33)은 고정된 위치에서 약액의 분사가 가능하다.
아울러 하부분사노즐(33)에 연결된 약액공급관(34)은 약액, 순수 및 건조가스관(도면도시 생략)으로 구분되며, 건조가스는 온도조절이 가능한 고온의 질소가스를 사용하게 된다.
또한 하부분사노즐(33)은 도 5에서 보는 바와 같이, 웨이퍼(10)의 하부에서 중심부로 약액이 분사되는 내부약액분사구(37)와 상기 웨이퍼의 중심부와 외각의 사이로 약액이 분사되는 외부약액분사구(38)가 연결형성된다.
그리고 상부분사노즐(27)은 도 1에서 보는 바와 같이, 웨이퍼(10)의 상부에 위치하고, 상기 상부분사노즐(27)에 연결형성된 상부노즐암(28)(Nozzle Arm)은 상부노즐구동부(29)에 연결형성되며, 상기 상부노즐암(28)을 따라 상부분사노즐(27)에 약액을 공급하는 약액공급관(34)이 상기 상부분사노즐(27)까지 연결된다.
또한 상부분사노즐(27)의 약액공급관(34)은 약액관(47), 순수관(48) 및 건조가스관(49)으로 구분되며, 건조가스는 온도 조절이 가능한 고온의 질소가스 또는 질소가스와 알콜(IPA)을 혼합한 가스를 사용한다.
그리고 상부노즐구동부(29)는 선형왕복운동과 상하이동이 가능하게 구성되어 있어 상부분사노즐(27)을 웨이퍼(10)의 중심부에서 웨이퍼(10)의 외부까지 이동시킬 수 있고, 척구동모터(21)에 의해 회전하는 상기 웨이퍼(10)에 전체적으로 고르게 약액, 순수 또는 건조가스를 뿌려줄 수 있다.
또한 약액배액컵(30)은 도 1에서 보는 바와 같이, 웨이퍼(10) 주위의 불균일한 배기압력에 의한 공정불량의 가능성을 줄일 수 있도록 웨이퍼(10)의 외부를 감싸는 환형의 약액배출통로(35)가 상하로 적재되어 있고, 각각의 상기 약액배출통로(35)는 웨이퍼(10)의 외곽에 인접한 부위는 열려 있으나 나머지부위는 모두 닫혀있게 된다.
그리고 약액배액컵(30)은 약액이 배출되는 약액배액관(31) 및 기화된 약액이 배출되는 약액배기관(32)이 각각 일측에 연결되고, 약액이 혼합되어 발생할 수 있는 오염의 가능성을 줄이면서 배출된 약액을 수집정제하여 재사용할 수 있도록 상하이동이 가능한 컵승강기(36)에 연결되어 웨이퍼(10)에 뿌려주는 약액의 종류에 따라 배출경로를 다르게 설정할 수 있음은 물론이다.
상기와 같은 본 발명의 매엽식 웨이퍼 세정장치의 작동과정을 보면 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 웨이퍼(10)가 그립퍼(40) 위에 올려진 후 컵리니어모터(도면도시 생략)가 제어기(45)에 의해 구동되면 약액배액컵(30)이 수직으로 이동하여 사용할 약액에 적합한 약액배액구(39)의 높이에 맞춰져 웨이퍼척(23)의 외부를 감싸게 된다.
또한 척구동모터(21)의 구동에 의해 회전축(22)에 연결된 웨이퍼척(23)이 회전하게 되고, 그립퍼(40)의 그립퍼추(42)가 원심력에 의해 상기 웨이퍼척(23)의 외측방향으로 향하게 되면서 그립퍼턱(43)의 단부가 아래로 눌리게 되어 웨이퍼(10)는 상기 웨이퍼척(23)에 고정된 상태로 회전하게 된다.
또한 웨이퍼(10)의 회전이 원하는 회전수에 도달하면 상부노즐리니어모터(도면 도시생략)가 제어기(45)에 의해 구동되고, 상부노즐암(28)이 수평이동하여 상부분사노즐(27)은 웨이퍼(10)의 중심부에 위치하면 약액이 상기 상부분사노즐(27)을 통해 웨이퍼(10) 위로 분사되게 된다.
그리고 상부분사노즐(27)은 상부노즐리니어모터(도면 도시생략)의 조정에 의해 상부노즐암(28)을 따라 웨이퍼(10)의 중심부에서 외부까지 수평왕복운동하면서 상기 웨이퍼(10) 위에 약액을 고르게 분사시킨다.
이때, 하부분사노즐(33)의 약액공급관(34)도 열려 하부분사노즐(33)에 의해 약액이 웨이퍼(10) 하부에 분사되며, 상기 웨이퍼(10)의 회전력에 의해 약액이 상기 웨이퍼(10)의 하부 전체에 고르게 퍼진다.
또한 분사된 약액은 웨이퍼(10)의 표면에서 화학 반응을 일으켜 상기 웨이퍼(10)가 세정되며, 세정작업이 완료되면 상부노즐약액관(43)과 하부분사노즐약액공급관(34)이 닫혀 약액의 공급이 중단된다.
아울러 상부노즐암(28)의 이동시 불필요한 약액의 떨어짐을 방지하도록 상부분사노즐(27)의 석백밸브(Suck-Back Valve)(도면 도시생략)가 작동되어 상기 상부분사노즐(27) 단부에 남은 약액이 제거된다.
그리고 웨이퍼척(23)이 고속회전하여 웨이퍼(10) 위에 있는 약액은 상기 웨이퍼(10) 외곽으로 밀려나면서 상기 웨이퍼(10) 외부의 약액배액구(39)를 통해 배출된다.
또한 세정작업이 완료되면 약액배액컵(30)의 순수용 약액배액구(39)는 웨이퍼(10)의 높이에 맞춰 이동하고, 상,하부분사노즐(27)(33)에서는 순수관(48)이 열리면서 상기 웨이퍼(10)의 상하부에 순수가 분사되어 상기 웨이퍼(10)로부터 세정작업에 사용된 약액이 모두 제거되는 린스작업이 이루어지며, 린스작업에 사용된 순수는 순수용 약액배액구(39)를 통해 배출된다.
한편, 린스작업이 완료되면 순수의 공급이 중단되면서 건조가스용 약액배액구(39)가 웨이퍼(10)의 높이에 맞춰 이동한 후, 수평이동된 상부노즐건조가스관(도면도시 생략)이 열려 상기 웨이퍼(10) 위로 건조가스가 분사된다.
또한 웨이퍼(10) 표면의 순수는 분사된 건조가스에 의해 밀려나고 상부분사노즐(27)이 상기 웨이퍼(10) 중심부에서 외곽으로 서서히 이동하게 되면 상기 웨이퍼(10) 표면으로부터 순수가 제거되는 상기 웨이퍼(10)의 상부 건조공정이 완료된다.
한편, 건조공정이 완료되면 웨이퍼척(23)은 회전을 멈추고, 그립퍼(40)의 그립퍼추(42)가 중력에 의해 아래로 향하게 되면 그립퍼턱(43)은 웨이퍼(10) 밖으로 벗어나게 된 후, 약액배액컵(30)은 아래로 내려감으로써 세척작업은 완료된다.
상기와 같은 본 발명의 매엽식 웨이퍼 세정장치는, 모터에 의해 직접 구동되는 웨이퍼척이 회전함으로써 웨이퍼는 전면과 배면이 동시에 세척되므로 공정을 크게 단축할 수 있으며, 모터의 회전력이 손실 없이 웨이퍼에 전달되므로 정밀한 세정작업이 이루어 질 수 있고, 특히 벨트(Belt)를 이용하여 회전력을 전달하는 종래의 기술과는 달리 마모에 의한 부품교체가 불필요하므로 장치의 유지비를 절감할수 있다.
또한 상부노즐구동부는 선형 왕복 운동과 상하 이동이 가능하게 구성되어 있어 상부 노즐을 웨이퍼의 중심부에서 웨이퍼의 외부까지 이동시킬 수 있고, 모터에 위해 회전하는 웨이퍼에 대해 적은 량의 세정용 약액으로 웨이퍼의 전체 영역에 고르게 약액, 순수 또는 건조가스를 뿌려줄 수 있어 적은 량의 세정용 약액으로 충분한 세정 효과를 얻을 수 있어 약액사용에 따른 제조 경비를 절감할 수 있다.
또한 약액배액컵의 배출 통로는 나선형 구조로 구성되어 웨이퍼 주위의 배기 압력의 불균일에 의한 공정 불량의 가능성을 줄일 수 있으며, 배출 통로가 상하로 적재되어 있고, 상하 이동이 가능한 승강기에 연결되어 웨이퍼에 뿌려주는 약액의 종류에 따라 배출 경로를 다르게 설정할 수 있게되어, 약액이 혼합되어 발생할 수 있는 오염의 가능성을 줄이고, 배출된 약액을 수집, 정제하여 재사용 하는 것이 가능하다.

Claims (5)

  1. 웨이퍼(10)의 원주를 고정시키는 웨이퍼척(23)과, 하측의 회전력을 전달시키도록 상기 웨이퍼척(23)과 척구동모터(21)를 직접 연결시키는 회전축(22)과, 약액 또는 순수가 분사될 수 있도록 상기 웨이퍼(10)의 상하부에 위치형성된 상,하부분사노즐(27)(33)과, 회전에 따라 유입된 약액 또는 순수가 수집배출되도록 상기 웨이퍼(10)의 주위에 형성된 약액배액컵(30)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양면 동시 세정이 가능한 매엽식 웨이퍼 세정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 회전축(22)과 웨이퍼척(23)의 중심부는 약액공급관(34)이 관통되어 하부분사노즐(33)과 연결되어 척구동모터(21)의 회전에 관계없이 약액이 분사되도록 축공동(24)과 척공동(26)이 각각 관통형성되어 서로 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 양면 동시 세정이 가능한 매엽식 웨이퍼 세정장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 하부분사노즐(33)은 웨이퍼(10)의 하부에서 중심부로 분사되는 내부약액분사구(37)와 상기 웨이퍼(10)의 중심부와 외측 사이에 분사되는 외부약액분사구(38)로 구분형성되는 것을 특징으로 하는 양면 동시 세정이 가능한매엽식 웨이퍼 세정장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 약액배액컵(30)은 나선형 구조의 약액배출통로(35)가 상하로 적재되면서 약액이 배출되는 약액배액관(32)과 기화된 약액이 배출되는 약액배기관(31)이 연결형성되는 것을 특징으로 하는 양면 동시 세정이 가능한 매엽식 웨이퍼 세정장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 약액배액컵(30)은 웨이퍼(10)의 세정에 사용된 약액, 린스액, 건조가스에 따라 각각 해당되는 높이에 맞출 수 있도록 상하로 이동이 가능한 컵승강기(36)에 연결되는 것을 특징으로 하는 양면 동시 세정이 가능한 매엽식 웨이퍼 세정장치.
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