KR100828280B1 - 스핀 스크러버의 세정챔버 및 이를 이용한 웨이퍼 세정방법 - Google Patents

스핀 스크러버의 세정챔버 및 이를 이용한 웨이퍼 세정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나의 챔버내에 미케니컬척, 바큠척, 웨이퍼 반전부를 설치하여 하나의 챔버내에서 웨이퍼의 전면부와 후면부의 세정을 실시하는 것을 특징으로 하는 스핀스크러버의 세정챔버 및 이를 이용한 웨이퍼 세정방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 스핀스크러버의 세정챔버는 종래 웨이퍼의 상부로 순수를 분사하는 순수분사설비를 구비하고 있는 스핀스크러버의 세정챔버에 있어서, 상기 세정챔버의 하단부에 위치하여, 중앙에는 바큠척이 있으며 상기 바큠척의 주위로 미케니컬척이 도너츠 모양으로 형성되어 있는 웨이퍼 척; 상기 웨이퍼 척으로부터 상기 세정챔버의 상단부로 일정 거리 이격된 위치에 설치되어져서 웨이퍼를 180도 회전시키는 웨이퍼 반전부를 포함하고 있다.
본 발명은 하나의 챔버에서 미케니컬 척, 바큠척, 웨이퍼 반전부를 포함하고 있어서, 기존 이동에 따른 로봇 로스 타임(Robot Loss Time)을 단축시켜서, 생산성 향상 및 챔버의 효율성을 극대화하였다.
스핀스크러버, 세정챔버, 바큠척, 미케니컬척, 반전부

Description

스핀 스크러버의 세정챔버 및 이를 이용한 웨이퍼 세정방법{Washing chamber in spin scrubber and washing method thereby}
도 1은 종래의 스핀 스크러버의 개략도,
도 2는 본 발명에 의한 일실시예로서 스핀스크러버의 세정챔버의 개략도,
도 3은 본 발명에 의한 일실시예로서 바큠척의 개략도,
도 4는 도 3에서의 바큠척을 이용한 웨이퍼 세정과정을 도시한 개략도,
도 5는 본 발명에 의한 일실시예로서 미케니컬 척의 개략도,
도 6은 본 발명에 의한 일실시예로서 미케니컬 척과 바큠척의 회전축의 단면도,
도 7은 본 발명에 의한 일실시예로서 메인회전축의 동작을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 스핀 스크러버 20 : 바큠척
30 : 미케니컬 척 50 : 웨이퍼 반전부
70 : 웨이퍼
본 발명은 스핀스크러버의 세정챔버에 관한 것으로서, 상세하게는 하나의 챔버내에 미케니컬척, 바큠척, 웨이퍼 반전부를 설치하여 하나의 챔버내에서 웨이퍼의 전면부와 후면부의 세정을 실시하는 것을 특징으로 하는 스핀스크러버의 세정챔버 및 이를 이용한 웨이퍼 세정방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위해서는 식각과 연마단계를 반복적으로 수행하게 되는데, 이 과정에서 수많은 불순물이 생겨나게 되므로, 이를 제거하기 위하여 세정공정을 반드시 거쳐야 한다.
특히 최근에는 반도체 소자가 고집적화, 고밀도화됨에 따라서 아주 미세한 파티클도 반도체 소자의 성능에 치명적인 문제를 유발시킬 수 있다. 따라서 세정공정은 그 어느 때보다도 그 중요성이 강조되고 있다.
이러한 세정공정에 사용되는 장치중에 대표적인 장치가 스핀 스크러버(spin scrubber)이다. 상기 스핀 스크러버 공정은 케미칼을 사용하지 않고 순수(DIW)에 의해 웨이퍼의 세정을 진행하게 된다. 도 1은 종래 스핀 스크러버의 개략도이다. 도 1에서 보는 바와 같이 종래의 스핀 스크러버(10)는 웨이퍼 출입부(11), 인덱스 로봇(12), 이송로봇(13), 2개의 전면세정부(14,15), 2개의 반전부(16,17), 2개의 후면세정부(18,19)로 구성되어 있다.
종래의 스핀 스크러버(10)의 작동에 대하여 살펴보면, 먼저 웨이퍼출입부(11)에 위치한 인덱스로봇(12)에 의해서 웨이퍼가 세정을 위하여 이송로봇(13)으로 이송되어지고, 이송로봇(13)은 웨이퍼를 전면세정부(14,15)로 이송시켜서, 전면세정부(14,15)에서 웨이퍼의 전면이 세정되어진다. 전면이 세정된 웨이퍼는 후면부의 세정을 위하여 웨이퍼 반전부(16,17)에서 180도 회전되어진다. 반전부(16,17)에서 180도 회전된 웨이퍼는 다시 후면세정부(18,19)로 이송되어진다. 후면세정부(18,19)에서 후면이 세정된 웨이퍼는 다시 이송로봇(13)과 인덱스로봇(12)에 의해 반송되어져서 다음 공정으로 이동하게 된다.
상시 스핀 스크러버의 각 챔버에서의 세정시간은 10~20초의 짧은 시간동안 진행되어지는데, 시간당 생산량(UPH, Unit Per Hour)에 가장 영향을 끼치는 요소는 반전부에서 웨이퍼를 180도 회전시키는 공정이다. 실제 반전부가 공정의 바틀넥(bottleneck)이 되어서 스핀스크러버가 모두 4개의 세정부로 구성되어 있지만, 실제로는 2개의 세정부만 있는 효율을 나타내어 생산성이 크게 저하되는 문제점이 있다. 또한 전면부에서 웨이퍼의 전면을 세정하고, 후면부에서 웨이퍼의 후면을 세정하게 됨으로 인하여 효율성이 크게 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기된 문제점을 개선하기 위하여, 스핀스크러버의 척을 개선하여 웨이퍼 반전부를 제거함으로서 시간 손실을 단축하고, 또한 1개의 챔버에서 웨이퍼의 앞면과 뒷면의 세정을 모두 진행함으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 스핀 스크러버의 세정챔버 및 이를 이용한 세정방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 스핀스크러버의 세정챔버는 종래 웨이퍼의 상부로 순수를 분사하는 순수분사설비를 구비하고 있는 스핀스크러버의 세정챔버에 있어서, 상기 세정챔버의 하단부에 위치하여, 중앙에는 바큠척이 있으며 상기 바큠척의 주위로 미케니컬척이 도너츠 모양으로 형성되어 있는 웨이퍼 척; 상기 웨이퍼 척으로부터 상기 세정챔버의 상단부로 일정 거리 이격된 위치에 설치되어져서 웨이퍼를 180도 회전시키는 웨이퍼 반전부를 포함하고 있다.
본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면, 상기 미케니컬척은 척의 중심과 웨이퍼의 중심이 이격되어 있어서 편심운동을 한다.
본 발명에 의한 스핀 스크러버의 세정챔버에서의 웨이퍼 세정방법은 상기 세정챔버에 이송된 웨이퍼는 웨이퍼의 상면이 위로 향한 상태에서 상기 바큠척에 의해 고정되어져서 회전되면서 웨이퍼의 상면의 세척을 진행하는 단계; 상기 웨이퍼 의 상면의 세정이 완료되면 상기 바큠척이 상승하여 상기 웨이퍼 반전부에 의해 180도 회전하는 단계; 상기 웨이퍼 반전부에 의해 180도 회전된 웨이퍼가 상기 미케니컬 척에 의해 고정되어서 회전되면서 웨이퍼의 후면을 세정하는 단계로 구성되어 있다.
이하 예시도면을 참조하면서 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 다만 이러한 설명은 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시하게 하기 위함이지, 이로써 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명에 의한 스핀스크러버의 세정챔버의 개략도이다. 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 스핀스크러버의 세정챔버는 순수분사설비(미도시)를 갖춘 기존의 세정챔버에 있어서, 상기 세정챔버의 하단부에 위치하여 웨이퍼가 안착되는 바큠척(30)과 미케니컬척(20)이 있는 웨이퍼 척 부분과 상기 웨이퍼 척(20,30)으로부터 상단부로 일정거리 이격된 위치에 설치되어져서 웨이퍼를 180도 회전시키는 웨이퍼 반전부(50)를 포함하고 있다.
상기 웨이퍼 척부분은 중앙부분에 바큠척(30)이 위치하고, 상기 바큠척(30)의 둘레로 상기 미케니컬척(20)이 도너츠 형태로 형성되어 있다. 즉, 미케니컬 척(20)의 중심부분에 바큠척(30)의 직경이상의 구멍(28)이 있어서, 이 부분을 통하여 바큠척(30)이 상하운동을 하게 된다.
이하 각 부분에 대하여 자세히 살펴본다. 도 3은 바큠척의 개략도이고, 도 4는 상기 바큠척을 이용한 웨이퍼 세정과정을 도시한 개략도이다. 도 3과 도 4에서 보는 바와 같이 상기 바큠척(30)은 웨이퍼(70)의 직경보다 작은 직경을 가지고, 상기 바큠척(30)의 표면에 바큠홀(31)을 가지고 있다. 상기 바큠척(30)은 웨이퍼(70)의 앞면의 세정을 진행할 때, 바큠척(30)의 표면에 있는 바큠홀(31)을 이용하여 웨이퍼(70)의 후면부를 고정시켜서 웨이퍼(70)를 회전시킨다. 이 과정에서 웨이퍼(70)의 상부에 위치한 순수분사설비(80)에서 순수를 분사하여 웨이퍼(70)의 앞면을 세정하게 된다.
도 5는 상기 미케니컬 척의 개략도이다. 도 2와 도 5에서 보는 바와 같이 상기 미케니컬 척(20)은 바큠척(30)의 둘레로 도너츠의 형태로 형성이 되어진다. 상기 미케니컬 척(20)은 도너츠 형상의 회전플레이트(21) 위에 일정한 간격으로 복수의 척핀(chuck pin)(22)이 설치되어 있어서 상기 복수의 척핀(22)을 이용하여 웨이퍼(70)를 고정시키게 된다.
상기 미케니컬 척(20)은 웨이퍼(70)를 직접적으로 잡지 않고, 척핀(22)에 의해 웨이퍼(70)의 상면부가 아래를 향하여 지지된 상태에서 회전을 하게 된다. 상기 미케니컬 척(20)의 중심(25)은 웨이퍼의 중심(75)과 약 3mm 편심되어 있어서, 웨이퍼의 앞면부가 바닥에 접촉하지 않도록 편심운동(기울어진 회전운동)을 하게 된다.
웨이퍼 반전부에 대해서는 도 2를 참조하면서 설명하면, 도 2에서 보는 바와 같이 웨이퍼 반전부(50)는 웨이퍼 홀더(51), 웨이퍼 홀더 암(52), 모터(53,54)로 구성되어 있다. 웨이퍼(70)는 상기 웨이퍼 홀더 암(52)에 연결된 모터(53)에 의해 상기 웨이퍼 홀더(51)에 고정되어지고, 상기 웨이퍼 홀더(51)에 의해 고정된 웨이퍼(70)는 상기 웨이퍼 홀더(51)에 연결된 회전모터(54)에 의해 180도 회전되어 진다.
이하 상기 스핀스크러버의 세정챔버에서의 웨이퍼 세정방법에 대하여 설명하여 본다.
웨이퍼(70) 상면부가 위를 향하도록 세정챔버(10)로 웨이퍼(70)가 이송되어지면, 바큠척(30)이 상승하여 웨이퍼(70)의 하면부를 바큠홀(31)에 의해 고정시킨다. 바큠척(30)에 의해 고정된 웨이퍼(70)는 바큠척(30)의 회전축에 의해 회전을 하면서 아울러 웨이퍼(70)의 상단에서 위치하는 순수분사설비(80)에서 분사되는 순수에 의해 웨이퍼(70)의 상면부가 세정된다.
웨이퍼(70)의 상면부의 세정을 마치면, 바큠척(30)이 상승하여 웨이퍼 반전부(50)가 있는 위치까지 상승하게 된다. 이 때 웨이퍼 반전부(50)에서는 모터(53)에 의해 웨이퍼 홀더 암(52)이 작동하여 웨이퍼 홀더(51)에 의해 웨이퍼(70)가 고정되어진다. 웨이퍼(70)가 웨이퍼 홀더(51)에 의해 고정되면 회전모터(54)가 180 도 회전하여서 웨이퍼(70)를 완전히 뒤집는다. 180도 회전된 웨이퍼(70)는 바큠척(30)에 의해 아래로 하강하면서 상승하는 미케니컬 척(20)과 닿으면서 미케니컬 척(20)의 척핀(22)에 의해 고정되어진다. 즉 미케니컬 척(20)에서는 웨이퍼(70)의 하단면이 아래를 향하게 되고, 웨이퍼(70)의 하면부가 위로 향하게 되어 웨이퍼(70)의 상단에서 분사되는 순수에 의해 웨이퍼(70)의 하면부가 세정되어 진다.
한편 바큠척과 미케니컬 척의 회전운동을 가능하게 하는 회전축은 메인회전축위에 메인회전축 결합부가 결합한 형태이다. 도 6은 본 발명에 의한 스핀 스크러버의 세정챔버의 일실시예로서 미케니컬 척과 바큠척의 회전축의 단면도이다. 도 6에서 보는 바와 같이 바큠척(30)이 내부에 있고, 그 외부를 미케니컬 척(20)이 감싸는 형상이다. 미케니컬 척(20)은 내부에 기어형태의 미케니컬 척 기어부(26)가 있어서, 메인 회전축 결합부(42)의 외면에 형성된 기어형태의 미케니컬 척 결합기어부(46)와 결합하여 회전운동을 하게 된다.
한편 바큠척(30)은 하부에 바큠척의 직경보다 큰 바큠척 결합부(32)가 있으며, 상기 바큠척 결합부(32)의 외면에는 기어형태의 바큠척 기어부(33)가 있어서, 메인 회전축(40)의 내부에 형성된 기어형태인 바큠척 결합기어부(43)와 결합하여 회전하게 된다.
또한 메인회전축(40)은 말단에 속이 빈 원통형의 메인회전축 결합부(42)가 결합되어 있으며, 상기 메인회전축 결합부(42)의 외부 직경은 상기 미케니컬 척(20)의 미케니컬 척 결합부(26)의 직경과 일치하며, 미케니컬 척 결합부(26)와 결합하는 기어형태의 미케니컬 척 결합기어부(46)가 있다. 메인 회전축의 내부에는 바큠척 결합부(32)의 외경과 동일한 바큠척 결합기어부(43)가 메인회전축 결합부(42)의 상면에서 바큠척 결합부(32)에 소정의 깊이만큼 형성되어 있으며, 상기 바큠척 결합기어부(43)의 하단에는 바큠척 분리부(44)가 있는데, 이 곳은 기어가 형성되어 있지 않으며 바큠척 결합기어부(43)보다 직경이 커서 바큠척 결합부(32)가 이 부분(44)에 오면 바큠척(30)은 회전하지 않게 된다.
도 7은 본 발명에 의한 메인회전축의 동작을 나타내는 도면이다. 도 7(a)에서 보는 바와 같이 바큠척(30)이 회전할 경우에는 메인회전축 결합부(42)의 바큠척 결합기어부(43)가 바큠척 기어부(33)와 결합하여 회전하게 되고, 도 7(b)와 같이 미케니컬 척(20)이 회전할 경우에는 미케니컬 척 결합기어부(46)와 미케니컬척 기어부(26)가 결합하게 되며, 바큠척(30)은 바큠척 분리부(44)에 있어서 회전을 하지 않게 된다.
상기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 작성된 것으로서, 상기 실시예이외에 다양한 변형이 가능하다.
본 발명은 하나의 챔버에서 미케니컬 척, 바큠척, 웨이퍼 반전부를 포함하고 있어서, 기존 이동에 따른 로봇 로스 타임(Robot Loss Time)을 단축시켜서, 생산성 향상 및 챔버의 효율성을 극대화하였다.
특히 케미칼을 사용하지 않고 순수로만 파티클을 제거하는 공정 특성상 챔버의 프로세스시간이 매우 낮게 되는데, 기존의 설비에서는 웨이퍼 반전부를 포함한 로봇에 바틀넥이 발생하여 매우 낮은 생산성을 가지게 되었으나, 본 발명에 의하여 50% 이상의 생산성 향상이 예상된다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 웨이퍼의 상부로 순수를 분사하는 순수분사설비를 구비하고 있는 스핀스크러버의 세정챔버에 있어서, 상기 세정챔버의 하단부에 위치하여, 중앙에는 바큠척이 있으며 상기 바큠척의 주위로 척의 중심과 웨이퍼의 중심이 이격되어 있어 편심운동을 하는 미케니컬척이 도너츠 모양으로 형성되어 있는 웨이퍼 척; 상기 웨이퍼 척으로부터 상기 세정챔버의 상단부로 일정 거리 이격된 위치에 설치되어져서 웨이퍼를 180도 회전시키는 웨이퍼 반전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀스크러버의 세정챔버.
  3. 스핀스크러버의 세정챔버에서 웨이퍼를 세정함에 있어서,상기 세정챔버에 이송된 웨이퍼는 웨이퍼의 상면이 위로 향한 상태에서 상기 바큠척에 의해 고정되어져서 회전되면서 웨이퍼의 상면의 세척을 진행하는 단계; 상기 웨이퍼의 상면의 세정이 완료되면 상기 바큠척이 상승하여 상기 웨이퍼 반전부에 의해 180도 회전하는 단계; 상기 웨이퍼 반전부에 의해 180도 회전된 웨이퍼가 상기 미케니컬 척에 의해 고정되어서 회전되면서 웨이퍼의 후면을 세정하는 단계로 구성된 스핀스크러버의 세정챔버를 이용한 웨이퍼 세정방법.
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