KR100354664B1 - 웨이퍼 세척 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조용 웨이퍼(wafer)를 세척하는 장치에 관한 것으로, 웨이퍼 수십매를 수평상태로 회전시켜 가며 고효율로 세척하도록 하는 것이 가능하고 그러면서 장치의 구성을 간소효율화할 수 있는 웨이퍼 세착장치에 관한 것이다.

본 발명은 카세트(10)에 수평으로 눕혀져 수납되는 웨이퍼를 세척하기 위한 장치로서,

카셋트(10)에 수납된 웨이퍼(60)를 눕힌 채로 이송시키는 웨이퍼 이송용 로보트(20)와, 상기 웨이퍼 이송용 로보트(20)로 이송된 웨이퍼(60)를 눕힌 채로 수납하는 보트(50)와, 상기 보트(50)를 승강시키고 회전시키는 보트구동수단(40)과, 상기 보트구동수단(40)에 의해 하강된 보트(50)가 수납되어 이 보트(50)에 지지된 웨이퍼에 대한 세척이 행하여지는 배스(30)를 포함하여 구성되고,

상기 배스(30)는 내통과 외통사이에 공간을 갖는 원통형으로 구성되어 상기 공간의 일측 및 타측에 분사공간(31)과 배출공간(32)이 형성되고, 상기 분사공간(31)에는 유체가 유입되는 분사파이프(35)가 연결되는 한편 유체를 배스내부로 수평하게 분사시키는 복수의 분사구(33)가 설치되고, 상기 배출공간(32)에는 배스내의 유체를 배출시키는 복수의 배출구(34)가 설치되는 한편 상기 배출구(34)로부터의 유체를 정해진 곳으로 배출시키는 배출파이프(36)가 연결되며, 하부 중앙에는 밸브(38)에 의해 개폐되는 배출공(37)이 마련되어 있고, 상부에는 상부가 개방된 배출홈(39)(39' )이 설치되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 세척 장치{Wafer Cleaning Apparatus}

본 발명은 반도체 제조용 웨이퍼(wafer)를 세척하는 장치에 관한 것으로, 특히 수십매의 웨이퍼를 수평상태로 회전시켜 가며 세척하는 것을 가능하고 또 배스내에서 수평상태로 회전하는 웨이퍼들에 대해 유체가 수평 층류상태로 일방향으로 흘러 웨이퍼 세척을 행하는 동시에 이물입자들이 혼입되어 있을 가능성이 있는 유체의 상부는 연속적으로 오버플로우 처리하여 웨이퍼 세척 효과를 높이도록 구성된 웨이퍼 세척 장치에 관한 것이다.

종래에 이러한 웨이퍼는 주로 직경 200mm 이하의 웨이퍼를 세운 상태로 카셋트에 여러장씩 수납시키고 이와 같이 카셋트에 수납된 웨이퍼를 세운 상태로 로보트를 이용하여 세척용 배스(bath)에 넣어 세정 및 식각을 행하도록 하여 왔다.

그러나, 웨이퍼가 직경 300mm이상의 규격으로 확대제작되고 있는 지금은 웨이퍼를 눕힌 상태로 수납하는 카세트(Front Opening Unified Pod, Open 2가지 타입이 있슴)가 표준화되어 있다.

따라서, 현재의 웨이퍼 세척에 기존의 배스를 그대로 사용하면, 눕혀서 수납된 웨이퍼를 꺼내어 세워준 후 이를 배스에 넣어주는 별도의 복잡한 수직전환장치를 필요로 하게 된다.

이같이 300mm 웨이퍼를 기존 200mm 세척용 배스를 사용하여 세척할 경우 눕혀진 웨이퍼를 꺼내어 세워주어야 하는 수직전환장치를 필요로 하게 되며, 상기 수직전환장치를 사용할 경우 설비의 설치공간을 많이 차지하고, 웨이퍼의 대기노출시간이 많아 웨이퍼 표면의 산화 및 오염도를 증가시키게 되고, 웨이퍼를 배스로 투입하고 빼내는데 시간이 많이 걸려 설비효율이 낮게 되고, 수직전환장치에 웨이퍼가 닿아 오염도가 증가하고, 복잡한 장치의 설비에 따른 원가 증가의 문제점이 수반된다.한편, 이러한 웨이퍼 처리에 관한 종래의 기술중에는 웨이퍼를 수평한 상태로 지지하여 여러개의 세정처리조에 순차 이동시켜 가며 세정을 행한 후 별도의 건조실에서 건조시키도록 한 장치도 제안된 바 있으나, 이는 여러개의 세정처리조 및 건조실간의 웨이퍼이동중 웨이퍼가 대기 및 오염원에 노출될 가능성이 크기 때문에 이에 대처할 수 있는 다른 특별한 방안의 강구가 필요하고, 더욱이 각 세정처리조에서는 해당 처리유체가 조의 상부로부터 투입된 후 펌프에 의해 환류되도록 구성되어 있기 때문에 처리 유체가 조내에서 난류를 일으킬 수 밖에 없으며, 또 공정중에 발생하는 각종 파티클이나 다른 이물입자들이 유체에 혼입되는 경우 이를 공정중에 제거처리하기 어렵기 때문에 웨이퍼 세정정도의 향상에 큰 한계가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 눕힌 상태로 카세트에 수납된 웨이퍼의 세척에 있어서, 웨이퍼를 눕힌 상태로 회전시켜 가며 세척할 수 있도록 함으로써 웨이퍼를 수직으로 세워주기 위한 수직전환장치를 필요로 하지 않으면서 웨이퍼 세척 효과를 가일층 향상시킬 수 있는 웨이퍼 세척 장치를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 본 발명은 카셋트에 눕혀져 수납된 웨이퍼를 웨이퍼 이송용 로보트를 이용하여 보트에 눕힌 채로 안착시키고, 웨이퍼가 눕혀져 안착된 보트를 보트구동수단으로 하강시켜 유체출입구가 형성된 배스에 넣어준 후 보트를 회전시키면서 웨이퍼 세척을 행하도록 하는 수단들을 포함하여 구성되고, 상기 배스가 배스내의 처리유체를 층류상태로 공급, 배출시키도록 하는 동시에 그 처리유체의 상부를 연속적으로 오버플로우시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 장치를 제공함으로써 웨이퍼 세척시 웨이퍼를 수직으로 세워주는 수직전환장치를 필요없어 설비면적과 웨이퍼의 대기노출시간을 줄이는 한편 웨이퍼 세척 효율을 더욱 높힐 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 장치의 도식적인 평면도,

도2는 본 발명에 따른 장치의 도식적인 측면도,

도3은 본 발명의 장치중 보트구동수단의 평면도,

도4는 본 발명의 장치중 배스의 정단면도,

도5는 본 발명의 장치중 배스의 평면도,

도6은 본 발명의 장치중 보트의 사시도,

도7은 본 발명의 장치에 있어서 보트의 로드에 웨이퍼가 끼워지는 상태를 보여 주는 평단면도,

도8은 본 발명의 장치에 있어서 보트의 로드에 웨이퍼가 끼워진 상태를 보여 주는 평단면도,

도9는 본 발명의 장치에 있어서 보트의 로드에 웨이퍼가 끼워지는 상태를 보여 주는 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 카세트 20 : 웨이퍼 이송용 로보트 30 : 배스

31 : 분사공간 32 : 배출공간 39,39' : 배출홈

40 : 보트구동수단 41 : 모터 42 : 구동축

50 : 보트 51,52,53 : 로드 56 : 삽입홈

57 : 안착홈 59 : 로드구동수단 60 : 웨이퍼

이하에서, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부도면에 예시된 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도1∼도9에 예시된 바와 같이, 본 발명은 눕힌 채로 웨이퍼(60)가 안착된 카셋트(10)와, 상기 카셋트(10)에서 웨이퍼(60)를 눕힌 채로 이송시켜 보트(50)에 안착시키는 웨이퍼 이송용 로보트(20)와, 상기 웨이퍼 이송용 로보트(20)에 의해 이송된 웨이퍼(60)를 눕힌 채로 안착시키는 보트(50)와, 상기 보트(50)를 승강시키고 회전시키는 보트구동수단(40)과, 상기 보트(50)가 삽입되어 세척용 유체에 잠기도록 하고 유체출입구가 형성된 배스(30)를 포함하여 구성된 웨이퍼 세척 장치를 제공한다.

여기서 카셋트(10)는 웨이퍼(60)를 눕힌 채로 수납하도록 규격화된 공지의 카셋트를 말하고, 상기 카셋트(10)에 눕힌 상태로 수납된 웨이퍼(60)를 꺼내어 보트(50)에 이송 안착시키는 웨이퍼 이송용 로보트(20)도 공지된 장치이다.

상기 웨이퍼 이송용 로보트(20)에 의해 카셋트(10)에서 꺼내어진 웨이퍼(60)는 눕힌 채로 이송되어 보트(50)에 수납되게 된다.

보트(50)는 상판(54)과 하판(55)사이에 복수의, 예컨대 3개의 로드(51)(52)(53)를 연결설치하여 구성된 것으로, 상기 로드(51)(52)(53)에는 웨이퍼(60)가 삽입되는 삽입홈(56)이 형성되고 상기 각 삽입홈(56)의 하측에는 이 삽입홈(56)을 통해 삽입된 웨이퍼(60)가 밑으로 약간 하강하여 안착되는 안착홈(57)이 형성되며, 상기 각 삽입홈(56)과 안착홈(57)은 서로 쌍을 이루어 연통형성되며, 웨이퍼(60) 갯수에 맞추어 형성된다.

상기 보트(50)에 있어서 앞쪽의 두 로드(52)(53)의 대향 삽입홈(56)간 거리는 웨이퍼(60)의 직경보다 약간 커서 웨이퍼(60)가 수평상태로 두 삽입홈(56)사이를 통하여 삽입될 수 있게 되고, 상기 두 삽입홈(56)사이로 삽입된 웨이퍼(60)는 각 삽입홈(56) 하방에 연통형성되어 있는 안착홈(57)쪽으로 하향이동되어 안착되게된다.

이때 3개의 로드(51)(52)(53)에 형성된 안착홈(57)의 외경은 웨이퍼(60)의 외경과 거의 같거나 약간 크다.

보트구동수단(40)은 가이드봉(45)에 끼워진 이송판(44)을 승강시켜 보트(50)를 승강작동시키는 모터(43)와, 보트(50)에 연결된 구동축(42)에 연결설치되어 구동축(42)을 회전작동시키는 모터(41)를 포함하여 구성되며, 보트(50)에 웨이퍼(60)가 삽입완료되면 모터(43)를 작동시켜 보트(50)를 배스(30)로 하강 삽입시킨 후 모터(41)를 구동시켜 구동축(42)을 회전시킴으로써 보트(50)를 회전시키게 된다.

보트(50)를 배스(30)에 넣어줄 때와 빼낼 때에는 배스(30)내의 유체의 저항을 최소화하기 위해 로드(51)와 연결되어서 상판(54)에 설치되어 있는 로드구동수단(59)의 구동으로 로드(51)를 상방향으로 당겨줌으로써 웨이퍼(60)에 기울기를 만들어 보트(50)를 배스(30)에 넣은 후 다시 로드구동수단(59)의 역방향 구동으로 웨이퍼(60)을 수평상태로 유지시킨다. 보트(50)를 배스(30)에서 빼낼 때에도 동일한 과정을 거쳐 배스(30)내에서의 유체의 저항을 최소화시켜 준다.

배스(30)는 원통형상을 갖고 이중으로 형성되며 내부 일측 및 타측에 분사공간(31) 및 배출공간(32)이 형성되고, 상기 분사공간(31)과 배출공간(32) 내측으로는 유체를 수평한 방향으로 분사시킨 후 배출시키는 분사구(33)와 배출구(34)를 설치하되 상기 분사공간(31)과 배출공간(32)의 다른 쪽들은 밀폐시키고, 이와 같이 설치된 배스(30)의 상부일측에는 그 상부가 개방된 배출홈(39)(39')을 만들고 이물질이 포함되어 있을 가능성이 있는 유체 상부가 상기 배출홈(39)(39' )으로 오버플로우되어 방출되도록 하며, 상기 배스(30)의 하부에 있어서는 분사공간(31)의 하단에 분사파이프(35)를 연결하고 배출공간(32)의 하단에는 배출파이프(36)를 연결하는 한편, 배스(30)내부의 유체를 한꺼번에 신속 배출할 수 있는 배출공(37)을 배스(30)의 하부중앙에 설치한다.

상기 배출공(37)은 밸브(38)의 구동에 의해 유체의 배스(30)외부로의 배출이 선택된다.

이와 같이 구성된 본 발명은 카셋트(10)에 담긴 웨이퍼(60)를 눕힌 상태로 웨이퍼 이송용 로보트(20)를 이용하여 꺼내게 되고 이는 보트(50)로 이송시켜 눕힌채로 안착시키게 된다.

여기서 웨이퍼 이송용 로보트(20)는 진공 또는 중력방식을 이용하여 웨이퍼(60)를 꺼내어 이송시키게 되는 것으로 이는 웨이퍼(60) 세척과정에서 흔히 사용되는 공지의 기술이다.

웨이퍼 이송용 로보트(20)에 의해 이송된 웨이퍼(60)는 보트(50)의 상판(54)과 하판(55)사이에 연결설치된 로드(51)(52)(53)에 형성된 삽입홈(56)을 통하여 삽입되게 되고, 삽입홈(56)사이로 완전히 삽입된 각 웨이퍼(60)는 아래로 약간 하강되어 안착홈(57)에 안착되게 된다.

웨이퍼(60)가 안착홈(57)에 안착되면 이 웨이퍼(57)는 수평상태로는 되빠지지 않고 웨이퍼 이송용 로보트(20)로 웨이퍼(60)를 잡아 상부로 들어 올린 후 삽입홈(56)을 통하여 빼내어야 보트(50)로부터 이탈시켜낼 수 있다.

보트(50)에 웨이퍼(60)가 안착되면 모터(43)를 작동시켜 가이드봉(45)에서 이송판(44)을 하강시킴으로써 보트(50)를 배스(30)에 넣어 웨이퍼(60)가 배스(30)내부에 채워진 유체에 감기도록 한다.

이때 배스(30)내의 유체의 저항을 최소화하기 위해 로드(51)와 연결되어서상판(54)에 설치되어 있는 로드구동수단(59)의 구동으로 로드(51)를 상방향으로 당겨 줌으로써 웨이퍼(60)에 기울기를 만들어 주며, 보트(50)를 배스(30)에 넣은 후에는 다시 로드구동수단(59)의 역방향 구동으로 웨이퍼(60)를 수평상태로 유지시킨다.

배스(30)는 분사파이프(35)를 통하여 유체를 가압시킴으로써 분사공간(31)에서 분사구(33)를 통하여 유체를 수평하게 분사시키게 되고 이 유체는 웨이퍼 세척을 행한 후 배출공간(32)에 뚫린 배출구(34)로 빠져 나와 배출파이프(36)로 배출되어진다.

보트(50)가 배스(30)내의 유체에 잠기게 되면 분사구(33)에서 배출구(34)로 흐르는 유체흐름과 웨이퍼의 회전에 의해 웨이퍼(60)가 세척되게 된다.

상기 보트(50)는 모터(43)의 작동에 의해 배스(30)내부로 하강하게 되고, 보트(50)의 하강이 완료되면 모터(41)가 작동하여 구동축(42)을 회전시킴으로써 보트(50)가 회전되게 된다.

따라서, 웨이퍼(60)들은 회전되면서 분사구(33)로부터 배출구(34)를 향해 수평하게 층류상태로 흐르는 유체의 흐름에 의해 웨이퍼에 손상을 초래하지 않으면서 효과적인 세척이 이루어지게 된다.

이때 배스(30)상부에 형성되어 있는 배출홈(39)(39' )쪽으로는 공정중에 발생한 각종 파티클이나 기타 이물입자들이 포함되어 있는 가능성이 있는 유체의 상측 부분이 연속적으로 오버플로우되어 방출된다.

이같이 보트(50)가 배스(30)내의 층류상태로 흐르는 유체중에 잠겨 회전을 하면서 웨이퍼(60) 세척이 이루어지게 되므로 수십매의 웨이퍼를 손상이나 부가적인 오염이 없이 높은 효율로 세척 처리할 수 있고 표면의 식각율(etch rate)의 균일성확보와, 웨이퍼 표면에 불량을 초래할 수 있는 파티클(particle) 제거가 가능하여 높은 정도의 웨이퍼 세척이 가능하다.

웨이퍼(60) 세척이 완료되면 밸브(38)를 열어 유체가 배출공(37)으로 빠르게 배출되게 하고 유체를 배출시킨 상태에서 다른 종류의 유체를 공급하여 필요한 웨이퍼처리를 행하거나 건조까지도 가능한 것이다. 웨이퍼 건조시에는 적정의 기체, 바람직하게는 IPA(Iso Propyl Alcohol) 기체를 공급함으로써 건조효과를 높힐 수 있다.

이같이 웨이퍼(60)의 세척이 완료되면 모터(41)의 회전을 정지시킨 후 모터(43)를 역구동시켜 보트(50)를 상향이동시키고, 로보트(20)를 이용하여 웨이퍼(60)를 보트(50)로부터 꺼내어 카셋트(10)에 수납시키면 작업이 완료된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 카셋트에 눕혀져 수납된 웨이퍼의 세척에 있어서, 웨이퍼를 눕힌 채로 배스에 넣고 웨이퍼를 회전시키면서 배스내에서 층류상태로 흐르는 유체에 의한 세척이 이루어지도록 한 것으로서, 웨이퍼를 수직으로 세우기 위해 설치사용되었던 수직전환장치의 사용이 불필요하여 설비의 설치구성을 간소효율화할 수 있고, 웨이퍼의 대기 노출시간을 줄일 수 있으며, 웨이퍼 세척 효과를 더욱 높일 수 있으며, 웨이퍼 이동중 수반되는 오염원과의 접촉을 최소화시킬 수 있고, 설비가격을 낮출 수 있는 것등의 효과가 있는 것이다.

Claims (6)

1. 카세트(10)에 수평으로 눕혀져 수납되는 웨이퍼를 세척하기 위한 장치로서,

   카셋트(10)에 수납된 웨이퍼(60)를 눕힌 채로 이송시키는 웨이퍼 이송용 로보트(20)와, 상기 웨이퍼 이송용 로보트(20)로 이송된 웨이퍼(60)를 눕힌 채로 수납하는 보트(50)와, 상기 보트(50)를 승강시키고 회전시키는 보트구동수단(40)과, 상기 보트구동수단(40)에 의해 하강된 보트(50)가 수납되고 이 보트(50)에 지지된 웨이퍼에 대한 세척이 행하여지는 배스(30)를 포함하여 구성되고,

   상기 배스(30)는 내통과 외통사이에 공간을 갖는 원통형으로 구성되어 상기 공간의 일측 및 타측에 분사공간(31)과 배출공간(32)이 형성되고, 상기 분사공간(31)에는 유체가 유입되는 분사파이프(35)가 연결되는 한편 유체를 배스내부로 수평하게 분사시키는 복수의 분사구(33)가 설치되고, 상기 배출공간(32)에는 배스내의 유체를 배출시키는 복수의 배출구(34)가 설치되는 한편 상기 배출구(34)로부터의 유체를 정해진 곳으로 배출시키는 배출파이프(36)가 연결되며, 하부 중앙에는 밸브(38)에 의해 개폐되는 배출공(37)이 마련되어 있고, 상부에는 상부가 개방된 배출홈(39)(39' )이 설치되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 보트(50)는 상판(54)과 하판(55)사이에 복수의 로드(51)(52)(53)를 연결설치하여 구성되고, 상기 로드(51)(52)(53)에는 각각 수직방향으로 등간격을 갖고 형성되고 웨이퍼(60)가 삽입되는 쪽의 사이의 폭이 웨이퍼(60)의 외경보다 약간 크게 형성되는 삽입홈(56)과, 상기 각 삽입홈(56)의 하측에 연통되어 형성되고 웨이퍼(60)의 외경과 같은 거리를 갖고 형성되어 웨이퍼(60)가 안착되는 안착홈(57)이 구비되어 있으며, 상기 상판(54)상의 일측에는 상기 로드(51)를 상하이동시켜 상기 로드(51)(52)(53) 사이에 삽입지지된 웨이퍼를 경사지게 하거나 수평한 상태로 하는 것을 선택할 수 있는 로드구동수단(59)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 장치.
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