KR101151652B1 - 웨이퍼 세정장치 - Google Patents

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KR101151652B1
KR101151652B1 KR1020110022339A KR20110022339A KR101151652B1 KR 101151652 B1 KR101151652 B1 KR 101151652B1 KR 1020110022339 A KR1020110022339 A KR 1020110022339A KR 20110022339 A KR20110022339 A KR 20110022339A KR 101151652 B1 KR101151652 B1 KR 101151652B1
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김형규
서헌덕
유민종
이명한
박영봉
안준호
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지앤피테크놀로지 주식회사
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Abstract

본 발명은 웨이퍼를 회전시키는 별도의 회전장치를 구비하지 않고 브러쉬에 의해 웨이퍼의 회전과 세정이 동시에 이루어지도록 구성함으로써 구성을 보다 간략화시키고, 하나의 챔버 내에서 웨이퍼의 전체적인 세정과정이 이루어지기에 적합한 구조를 가짐으로써 장치를 전체적으로 소형화할 수 있는 웨이퍼 세정장치를 제공하는 것이다. 이에 따라, 본 발명은 웨이퍼를 세척하는 세정장치를 구성함에 있어서, 수평으로 상착되는 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼그립퍼와, 상기 웨이퍼그립퍼에 상착된 웨이퍼를 상측 및 하측에서 세정하기 위해 봉형상으로 서로 평행하게 배열되는 상측브러쉬 및 하측브러쉬와, 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬가 상기 웨이퍼의 상면과 하면에 함께 접촉 및 이격되도록 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬를 수직방향으로 이송시키는 브러쉬수직이송장치와, 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬를 서로 반대방향으로 회전시키는 브러쉬회전장치를 포함하되, 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬는 상기 웨이퍼(W)의 상하면에서 일측에 치우져 접촉한 상태로 회전됨으로써 상기 웨이퍼를 회전시킴과 함께 그 표면의 세정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 세정장치{Wafer cleaning apparatus}
본 발명은 웨이퍼 세정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 세정을 위하여 구성을 보다 간략화하고 장치가 차지하는 공간을 보다 감소시킬 수 있는 구조의 웨이퍼 세정장치에 관한 것이다.
반도체 제조공정의 웨이퍼가 대구경화됨에 따라 넓은 영역에서 우수한 평탄도를 얻을 수 있는 화학적 기계연마(CMP;Chemical Mechanical Polishing) 공정이 많이 사용되고 있다.
화학적 기계연마공정은 연마 대상물을 슬러리에 의한 화학반응과 연마패드에 의한 기계적 가공을 통해서 소정의 두께만큼 제거하는 것이므로, 웨이퍼 연마 후 웨이퍼 표면에는 연마 부산물 및 슬러리 등의 이물질(particle)이 잔류한다. 연마된 웨이퍼 표면에 잔류하는 이물질은 제조 수율에 미치는 영향이 매우 크므로 웨이퍼 연마 후에는 반드시 웨이퍼 표면에 대한 세정(cleaning)을 수행해야만 한다.
그러한 세정을 수행하기 위한 웨이퍼의 세정장치를 도 1 내지 도 3에서 도시하고 있다.
먼저 도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 세정장치(1)는 예비세정모듈(2), 제1세정모듈(3), 제2세정모듈(4), 및 건조모듈(5)이 순차적으로 배치된다.
화학적 기계연마 공정에 의해 연마가 완료된 웨이퍼(W)는 예비세정모듈(2)의 챔버 내에서 탈이온수로 세척되고, 제1 및 제2세정모듈(3,4)에서 제1세정액 및 제2세정액이 분사되면서 브러쉬(6a,6b)를 이용하여 세정된다. 이후, 건조모듈(5)에서 세정된 웨이퍼(W)를 회전시켜 원심력으로 세정액을 제거하여 건조시킨다.
상기 제1세정모듈(3) 및 제2세정모듈(4)에는 한 쌍의 브러쉬(6a,6b)가 각각 설치됨으로써 그 사이로 이동하여 들어온 웨이퍼(W)와의 마찰을 통해 웨이퍼 표면의 잔유물들을 웨이퍼(W)로부터 제거하고 있다.
도 3은 세정모듈(3)의 구성을 보다 상세히 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 웨이퍼(W)가 이송벨트(8)에 의해 상하부브러쉬(6a,6b) 사이로 진입하면 웨이퍼이송저지장치(7)의 회전롤러(7a)가 웨이퍼(W)의 이송방향을 막아 진행을 저지시키고 진입한 위치를 유지시킨다. 이후, 상하부브러쉬(6a,6b)가 서로 접근하여 웨이퍼(W)를 상측과 하측에서 가압하면서 회전하고, 이와 동시에 웨이퍼이송저지장치(7)의 회전롤러(7a)가 웨이퍼(W)의 에지면과 접촉하면서 회전하여 웨이퍼(W)를 회전시킨다.
이 때, 상하부브러쉬(6a,6b)는 웨이퍼(W)와 접촉하여 도 3에서 표시하는 회전방향으로 회전함으로써 웨이퍼(W)가 전방으로 이송되는 힘을 받고 있으나, 웨이퍼이송저지장치(7)가 이송을 저지시키고 있고 웨이퍼(W)를 회전시키고 있으므로 웨이퍼(W)는 상하부브러쉬(6a,6b)의 표면과의 상대적인 마찰운동으로 표면에 대한 세정작용이 발생하고 있다. 상기와 같은 웨이퍼(W)의 세정을 위해서는 웨이퍼이송저지장치(7)와 함께 웨이퍼이송저지장치(7)의 내부에 회전롤러(7a)를 회전시키는 별도의 구동장치를 구비하여야 한다.
한편, 상기와 같은 종래의 세척장치는 예비세정과정, 세정과정 및 건조과정이 각각 독립된 챔버에서 이루어짐에 따라 이웃하는 챔버로 이동하기 위하여 이송벨트(8)를 별도로 구비할 필요가 있었다. 즉, 도 2 및 도 3에서 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 세정이 순차적으로 진행될 수 있도록 이송벨트(8)가 웨이퍼(W)를 각 챔버로 순차적으로 이송시키도록 각 챔버 내에 모두 설치되고 있었다.
전술한 종래의 세정장치는 다수의 세정과정이 각 챔버 별로 이루어짐으로써 그에 따라 전체적인 장치의 부피가 커짐으로써 많은 공간을 차지하는 문제점이 있었다. 또한, 웨이퍼이송저지장치(7)의 회전롤러(7a)를 회전시키기 위한 구동장치와 웨이퍼(W)를 이송시키는 이송벨트(8)를 구비하게 됨에 따라 장치가 복잡해짐과 함께 장치를 소형화하기 어려운 구조인 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼를 회전시키는 별도의 회전장치를 구비하지 않고 브러쉬에 의해 웨이퍼의 회전과 세정이 동시에 이루어지도록 구성함으로써 구성을 보다 간략화시킨 웨이퍼 세정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼를 이송하지 않고 하나의 챔버 내에서 웨이퍼의 전체적인 세정과정이 이루어지기에 적합한 구조를 가짐으로써 장치를 전체적으로 소형화할 수 있는 웨이퍼 세정장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 웨이퍼를 세척하는 세정장치를 구성함에 있어서, 수평으로 상착되는 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼그립퍼와, 상기 웨이퍼그립퍼에 상착된 웨이퍼를 상측 및 하측에서 세정하기 위해 봉형상으로 서로 평행하게 배열되는 상측브러쉬 및 하측브러쉬와, 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬가 상기 웨이퍼의 상면과 하면에 함께 접촉 및 이격되도록 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬를 수직방향으로 이송시키는 브러쉬수직이송장치와, 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬를 서로 반대방향으로 회전시키는 브러쉬회전장치를 포함하되, 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬는 상기 웨이퍼의 상하면에서 일측에 치우져 접촉한 상태로 회전됨으로써 상기 웨이퍼를 회전시킴과 함께 그 표면의 세정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 웨이퍼그립퍼에는 상기 웨이퍼가 상착된 위치를 유지하면서 자유롭게 회전가능하도록 상기 웨이퍼 둘레의 에지면을 지지하는 지지롤러가 설치된 것을 다른 특징으로 한다.
또한, 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬는 상기 웨이퍼의 반경방향으로 배열된 상태에서 상기 웨이퍼에 접촉하여 회전하도록 구성된 것을 또 다른 특징으로 한다.
한편 다른 관점에서 본 발명의 웨이퍼 세정장치는, 수평으로 상착되는 웨이퍼를 그 위치가 유지된 상태에서 회전가능하도록 지지하는 웨이퍼그립퍼와, 상기 웨이퍼그립퍼에 상착된 웨이퍼를 상측 및 하측에서 세정하기 위해 봉형상으로 서로 평행하게 배열되는 상측브러쉬 및 하측브러쉬와, 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬가 상기 웨이퍼그립퍼의 외측으로부터 상기 웨이퍼그립퍼에 상착된 상기 웨이퍼의 상측 및 하측에서 상기 웨이퍼의 반경방향으로 배열되도록 이송시키고 상기 웨이퍼그립퍼의 외측으로 복귀시키는 브러쉬수평이송장치와, 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬가 상기 웨이퍼의 반경방향으로 배열된 상태에서 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬를 상기 웨이퍼의 상면과 하면에 함께 접촉 및 이격되도록 수직방향으로 이송시키는 브러쉬수직이송장치와, 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬를 서로 반대방향으로 회전시키는 브러쉬회전장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 웨이퍼그립퍼에는 상기 웨이퍼가 상착된 위치를 유지하면서 자유롭게 회전가능하도록 상기 웨이퍼 둘레의 에지면을 지지하는 지지롤러가 설치된 것을 다른 특징으로 한다.
상기에서 상기 브러쉬수평이송장치는 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬를 상기 웨이퍼의 반경방향으로 배열되도록 이송시키고 상기 웨이퍼그립퍼의 외측으로 복귀시킬 수 있도록 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬를 소정의 각도로 선회시키는 로터리실린더를 구비하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 상기 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬는 상기 웨이퍼의 중심부로부터 외주부까지의 범위에서 상기 웨이퍼의 상면 및 하면과 접촉하여 회전하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 상기 웨이퍼그립퍼를 수직으로 이송시킬 수 있는 웨이퍼그립퍼수직이송장치와, 상기 웨이퍼그립퍼의 직하방에 설치되는 스핀건조플레이트 및 상기 스핀건조플레이트를 회전시키는 서버모터을 구비하여 웨이퍼를 원심력으로 건조시키기 위한 스핀건조장치를 더 포함하되, 상기 웨이퍼그립퍼수직이송장치가 상기 웨이퍼그립퍼를 수직하방으로 이송 시, 상기 스핀건조플레이트가 상기 웨이퍼그립퍼의 중간부를 통과하도록 구성됨으로써 상기 웨이퍼그립퍼에 상착되어 있는 웨이퍼가 상기 스핀건조플레이트에 상착되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 웨이퍼 세정장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 세정작업을 위한 웨이퍼의 회전이 상측브러쉬 및 상기 하측브러쉬의 회전에 의해 발생하므로 웨이퍼를 회전시키는 별도의 구동수단을 구비할 필요가 없다.
둘째, 본 발명은 브러쉬가 웨이퍼의 반지름의 길이만큼의 접촉에 의해서도 웨이퍼를 전체적으로 세정할 수 있으므로 작은 길이의 웨이퍼를 사용할 수 있다.
셋째, 본 발명은 브러쉬가 웨이퍼그립퍼에 상착된 웨이퍼에 접근하고 세정작업이 종료되면 웨이퍼그립퍼의 외측으로 치우친 위치로 선회하여 대기할 수 있으므로 브러쉬에 의한 세정이 완료된 후 건조작업을 방해하지 않는 구조이므로 하나의 챔버 내에서 세정과 건조가 모두 이루어질 수 있다.
넷째, 본 발명은 웨이퍼그립퍼의 직하방에 스핀건조플레이트가 설치되고 웨이퍼그립퍼수직이송장치에 의해 수직방향으로 웨이퍼그립퍼가 이송함으로써 스핀건조플레이트에 상착되어 건조시킬 수 있으므로 세정과 건조단계의 전환이 하나의 챔버내에서 용이하게 발생할 수 있다.
도 1은 통상의 웨이퍼 세정장치의 외관을 도시한 사시도
도 2는 도 1의 웨이퍼 세정장치의 구성을 도시하는 평면도
도 3은 도 1의 세정모듈의 내부구조를 도시하는 사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치에서 작업챔버 내의 구성도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치의 전체적인 구성을 도시하는 것으로, 도 4의 A-A방향에 따른 단면도
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치의 작업과정을 순차적으로 도시하는 작업챔버 내부의 작업상태도
본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치에서 작업챔버(10) 내의 구성도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치의 전체적인 구성을 도시하는 것으로, 도 4의 A-A방향에 따른 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치는 수평으로 상착되는 웨이퍼(W)를 그 위치가 유지된 상태에서 회전가능하도록 지지하는 웨이퍼그립퍼(gripper;630)와, 상기 웨이퍼그립퍼(630)에 상착된 웨이퍼(W)를 상측 및 하측에서 세정하기 위해 봉형상의 서로 평행하게 배열되는 상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)와, 상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)가 상기 웨이퍼그립퍼(630)의 외측에서 상기 웨이퍼그립퍼(630)에 상착된 상기 웨이퍼(W)의 반경방향으로 배열되도록 이송시키고 상기 웨이퍼그립퍼(630)의 외측으로 복귀시킬 수 있는 브러쉬수평이송장치(50)와, 상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)가 상기 웨이퍼(W)의 반경방향으로 배열된 상태에서 상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)를 상기 웨이퍼(W)의 상면과 하면에 함께 접촉 및 이격되도록 수직방향으로 이송시키는 브러쉬수직이송장치(40)와, 상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)를 서로 반대방향으로 회전시키는 브러쉬회전장치(21,31)를 포함한다.
상기 웨이퍼그립퍼(630)는 웨이퍼(W)가 상착되어 지지되는 수단으로 작업챔버(10)의 측부에 고정된 상태에서 웨이퍼(W)가 올려지고 있다. 웨이퍼(W)는 웨이퍼그립퍼(630)의 다수개 지지롤러(632)에 의해 그 둘레의 에지면을 따라 사방에서 전체적으로 지지되고 있으므로, 수평방향으로 웨이퍼(W)가 힘을 받더라도 밀리지 않고 위치를 유지한다. 즉, 후술하는 작용과 같이 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)가 웨이퍼(W)의 상면과 하면에 접촉한 상태에서 회전하여 웨이퍼(W)가 한 방향으로 밀리는 힘을 받더라도 지지롤러(632)가 지지하여 웨이퍼(W)는 회전만 하게 된다.
상기 지지롤러(632)는 구체적으로 도 6에서 확대하여 도시하는 바와 같이 지지롤러(632)의 턱진 부분에 웨이퍼(W)가 올려짐으로써 상착이 이루어지고 웨이퍼그립퍼(630)의 둘레에 설치된 다수의 지지롤러(632)가 웨이퍼(W)에 수평방향으로 가해지는 힘을 지지할 수 있다. 또한, 지지롤러(632)가 자유롭게 회전할 수 있으므로 웨이퍼(W)가 제위치에서 회전하는 것을 허용한다.
상기 웨이퍼그립퍼(630)는 상착되는 웨이퍼(W)가 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30) 사이의 중간부분에 위치하도록 그 위치가 설정된다.
한편, 상기 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)는 상기 웨이퍼(W)의 상하면에 각각 접촉하여 회전함으로써 웨이퍼(W)의 표면을 세정(polishing)하는 세정수단으로, 부드러운 폴리비닐알콜(PVA) 재질로 이루어진다.
본 발명에서 상기 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)는 웨이퍼(W)의 세정기능이외에 웨이퍼(W)와 접촉하여 회전시키는 웨이퍼회전기능을 함께 구비하도록 구성된다.
이를 위하여 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)는 상기 웨이퍼(W)의 상하면에서 일측에 치우져 접촉한 상태로 회전함으로써 웨이퍼의 중심을 기준으로 회전토크가 발생되도록 한다. 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)가 상기 웨이퍼(W)의 상하면에서 일측에 치우져 접촉한 상태는 접촉부에서의 마찰력이 웨이퍼(W)를 회전시키기 위한 것으로, 웨이퍼(W)의 중심부에서 외주부(에지부)까지 반경방향으로 배치되는 것이 가장 바람직하다. 즉, 도 4에서 실선으로 표시된 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)의 배열과 같이, 웨이퍼(W)의 중심에서 방사상 외측으로 향하는 방향으로 배열될 수 있도록 하고, 웨이퍼(W)를 가로지르는 전체 표면에 접촉되지 않고 대략 반경의 길이 즉, 상기 웨이퍼(W)의 중심부에서 외주부까지의 범위만큼 접촉하도록 한다. 이에 따라, 그 접촉면에서 발생하는 마찰력에 의해 웨이퍼(W)를 회전시키는 회전력이 크게 발생될 수 있고, 웨이퍼(W)가 회전함과 함께 상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)가 웨이퍼(W)의 표면과 접촉하여 전체 표면에서 세정이 이루어질 수 있다.
상기 브러쉬수평이송장치(50)는 웨이퍼(W)의 세정을 위해 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)를 상기 웨이퍼(W)의 반경방향으로 배열되도록 이송시키고 세정작업이 완료되면 상기 웨이퍼그립퍼(630)의 외측으로 복귀시키는 작용을 한다. 이를 위하여, 브러쉬수평이송장치(50)는 작업챔버(10)의 일측의 설치지점을 중심으로 도 4와 같이, 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)를 소정의 각도로 선회되도록 한다.
도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)가 결합된 상측브러쉬회전축(202)과 하측브러쉬회전축(302)은 모두 브러쉬수평이송프레임(530)에 설치된다. 상기 브러쉬수평이송프레임(530)은 스핀들(520)에 고정된 상태에서 스핀들(520)의 하측에는 스핀들(520)을 회전시키는 로터리실린더(510)가 설치된다. 브러쉬수평이송프레임(530)은 로터리실린더(510)에 의해 소정의 각도로 회전함으로써 상측브러쉬회전축(202)과 하측브러쉬회전축(302)이 도 4에 표시된 선회방향으로 선회되도록 한다. 상기 로터리실린더(510)는 유압에 의해 구동되도록 구성할 수 있으나, 에어에 의한 작동방식이 가장 바람직하며, 전동기로 대체될 수 있다.
상기 브러쉬수직이송장치(40)는 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)가 웨이퍼(W)의 표면에 접촉하도록 수직방향으로 이송시켜 서로 접근시키거나 서로 멀어지도록 이격시키는 수단이다.
도 5를 참고하면, 상기 브러쉬수직이송장치(40)는 볼스크류(420)와, 볼스크류(420)에 각각 결합되고 상측브러쉬회전장치(21)와 하측브러쉬회전장치(31)가 각각 고정된 상부볼너트(441) 및 하부볼너트(442)와, 볼스크류(420)를 회전시키는 서브모터(410)를 포함한다. 상기 브러쉬수직이송장치(40)는 브러쉬수평이송장치(50)의 브러쉬수평이송프레임(530)에 설치되어 브러쉬수평이송프레임(530)과 함께 회전하고 있다.
상기 볼스크류(420)는 그 나선의 형성방향이 서로 반대인 상부나선홈부(421)와 하부나선홈부(422)로 구분되고, 상기 상부볼너트(441)와 하부볼너트(442)가 각각 볼을 매개로 결합되어 있다. 따라서, 볼스크류(420)의 일방향 회전에 따라 상부볼너트(441)와 하부볼너트(442)는 서로 접근하도록 이송되고, 반대방향으로의 회전에 따라 상부볼너트(441)와 하부볼너트(442)가 서로 멀어지도록 이송되게 된다.
볼스크류(420)가 일방향으로 회전하여 상기 상부볼너트(441)와 하부볼너트(442)가 서로 접근하면, 그것에 각각 설치된 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)가 서로 접근하여 웨이퍼(W)의 표면에 접촉하고, 볼스크류(420)가 반대방향으로 회전하면, 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)가 웨이퍼(W)의 표면에서 동시에 이격된다.
상기 브러쉬회전장치(21,31)는 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)를 회전시키기 위해 설치되는 것으로 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)를 동시에 회전시키는 단일의 브러쉬회전장치로 구성할 수도 있으나, 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)가 서로 접근 및 이격되는 점을 고려하여 도 5와 같이, 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)를 각각 회전시키는 상측브러쉬회전장치(21)와 하측브러쉬회전장치(31)가 별도로 설치되는 것이 바람직하다.
상기 상측브러쉬회전장치(21)와 하측브러쉬회전장치(31)는 볼스크류(420)에 설치되는 상부볼너트(441)와 하부볼너트(442)에 각각 연결설치되어 상부볼너트(441) 및 하부볼너트(442)와 함께 수직방향을 따라 이송되고 있다. 또한, 브러쉬수직이송장치(40)가 브러쉬수평이송프레임(530)에 설치되어 함께 회전하고 있으므로, 상측브러쉬회전장치(21)와 하측브러쉬회전장치(31) 및 그것에 설치된 상측브러쉬회전축(202)과 하측브러쉬회전축(302)도 브러쉬수평이송프레임(530)과 함께 회전한다.
상기 상측브러쉬회전장치(21)와 하측브러쉬회전장치(31)는 브러쉬회전전동기(211,311)의 회전력이 회전전달기어들(212~214;312~314)을 통하여 상측브러쉬회전축(202)과 하측브러쉬회전축(302)을 회전시키도록 구성되며, 상측브러쉬회전축(202)과 하측브러쉬회전축(302)을 서로 반대방향으로 회전시키도록 브러쉬회전전동기(211,311)가 각각 회전하고 있다.
본 실시예의 브러쉬 세정장치는 부가적으로 웨이퍼그립퍼수직이송장치(60)와, 세정된 웨이퍼(W)의 건조를 위한 스핀건조장치(70)와, 세정액분사장치(80,81,82)가 더 설치된다.
상기 웨이퍼그립퍼수직이송장치(60)는 수직이송실린더(610)에 의해 웨이퍼그립퍼(630)의 높이를 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)에 의한 세정위치와, 웨이퍼(W)의 건조를 위한 건조위치로 이송시키도록 구성된다. 이를 위하여, 웨이퍼그립퍼(630)가 이송로드(620)의 상부에 고정되어 있고, 이송로드(620)의 하부는 수직이송실린더(610)의 실린더로드(612)에 고정된다.
이에 따라, 웨이퍼(W)가 상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)에 의해 세정되는 경우에는 수직이송실린더(610)의 실린더로드(612)가 상승하여 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30) 사이의 중간에 웨이퍼(W)를 위치시키고, 세정이 종료되어 웨이퍼(W)를 건조시키는 경우는 스핀건조플레이트(730)의 하측까지 웨이퍼그립퍼(630)를 하강시킨다.
한편, 상기 스핀건조장치(70)는 웨이퍼(W)가 상착되는 스핀건조플레이트(730)와 그것을 회전시키는 서브모터(710)를 포함한다. 스핀건조장치(70)는 종래의 공지된 웨이퍼세정장치에 설치된 스핀건조장치(70)와 동일한 구성이므로 자세한 구성에 대한 설명은 생략한다.
단, 본 실시예에서 웨이퍼그립퍼(630)는 웨이퍼(W)의 주변부를 따라 형성된 “C”자 형상으로 구성되어 중간부가 비어 있으므로 상기 웨이퍼그립퍼수직이송장치(60)가 상기 웨이퍼그립퍼(630)를 수직하방으로 이송 시, 웨이퍼그립퍼(630)의 직하방에 설치된 스핀건조플레이트(730)가 상기 웨이퍼그립퍼(630)의 중간부를 통과할 수 있다. 또한, 상기 스핀건조플레이트(730)에 형성된 다수의 지지구(740)는 웨이퍼그립퍼(630)와 동일한 직경의 웨이퍼(W)를 지지하고 도 4 및 도 8에서 도시하는 바와 같이, 웨이퍼그립퍼(630)의 지지롤러(632)의 사이사이에 설치된다. 이에 따라, 상기 웨이퍼그립퍼(630)가 스핀건조플레이트(730)보다 더 하강하면, 웨이퍼그립퍼(630)에 상착되어 있는 웨이퍼(W)가 상기 스핀건조플레이트(730)에 자연스럽게 상착되될 수 있다.
상기 세정액분사장치(80)는 웨이퍼(W)의 세정 시 상측브러쉬(20)의 상측에서 세정액을 분사함으로써 세정작용을 원활하게 한다. 상기 세정액분사장치(80)는 브러쉬수평이송프레임(530)의 상부에 설치되어 상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)와 함께 선회되도록 하여, 상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)의 세정작용 시 세정액을 분사시킨다. 또한, 세정되는 웨이퍼(W)의 상하면에 세정액을 분사할 수 있는 또 다른 세정액분사장치(81,82)가 챔버(10)의 일측에도 설치되어 있다.
한편, 본 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치에는 제어장치(90)가 설치된다. 상기 제어장치(90)는 후술하는 작동과정과 같이 웨이퍼 세정장치의 전반적인 작동을 제어하고 있다. 미설명된 도면부호 7은 베이스프레임이고, 도면부호 8은 세정장치의 하우징이며, 도면부호 10은 작업챔버이다.
다음은, 상기 제어장치의 제어에 의해 이루어지는 본 실시예의 웨이퍼 세정장치의 작동과정을 설명한다.
먼저, 도 6을 참고하면, 웨이퍼(W)가 웨이퍼그립퍼(630)에 상착되는 시점에서 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)는 웨이퍼그립퍼(630)에서 떨어진 일측에 치우친 상태로 위치한다. 이 때, 웨이퍼그립퍼(630)는 스핀건조플레이트(730)의 상측에 위치하도록 웨이퍼그립퍼수직이송장치(60)의 실린더로드(612)는 신장되어 있다.
상기 웨이퍼(W)가 웨이퍼그립퍼(630)에 상착된 후에는, 브러쉬수평이송장치(50)의 로터리실린더(510)가 회전하여 웨이퍼(W)의 반경방향으로 배열되도록 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)를 선회시킨다.
이후, 브러쉬수직이송장치(40)의 서브모터(410)가 볼스크류(420)를 회전시킴으로써 도 7과 같이, 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)가 서로 접근하여 웨이퍼(W)의 상면 및 하면에 접촉하게 된다. 즉, 볼스크류(420)의 회전으로 상부볼너트(441)와 하부볼너트(442)가 서로 접근함으로써 그것들에 각각 설치된 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)가 서로 접근할 수 있다.
상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)가 웨이퍼(W)의 표면에 접촉한 후에는 브러쉬회전장치(21,31)가 상측브러쉬(20)와 하측브러쉬(30)를 서로 반대방향으로 회전시킨다. 이에 따라, 상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)와 그것에 접촉하는 웨이퍼(W) 표면 사이의 마찰력에 의해 웨이퍼(W)의 회전이 발생하고, 회전하는 웨이퍼(W)의 표면과 상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)의 표면은 미끄럼도 발생하므로 세정이 이루어진다.
세정이 발생하는 상기 작용을 보다 상세히 설명하면, 상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)가 회전하여 웨이퍼(W)가 회전할 때, 웨이퍼(W)는 중심에서 멀어져 외측으로 갈수록 큰 회전속도를 가지나, 상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)는 그 길이방향을 따라 동일한 회전속도를 가진다. 이에 따라, 웨이퍼(W)와, 상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)가 접하는 접촉부에서 웨이퍼(W)와 브러쉬의 속도의 차이로 인해 미끄럼이 발생하여 브러쉬의 세정작업이 이루어진다. 다만, 상기 접촉부 중 하나의 지점에서는 브러쉬(20,30)와 웨이퍼(W)의 속도가 일치할 수 있으나, 브러쉬(20,30)는 탄성에 의해 미소한 수축과 복원작용이 반복되고 있고 그 표면에 다수의 돌기가 형성되어 있으며, 웨이퍼(W)의 회전 시 지지롤러(632)와의 유격으로 수평방향의 미소한 떨림이 있으므로, 상기 속도가 일치하는 지점은 세정이 이루어지는 과정동안 상기 웨이퍼(W)의 중심에서 반드시 일정거리의 특정위치에만 고정되는 것이 아니다. 따라서, 실질적으로 브러쉬(20,30)와 웨이퍼(W)의 모든 접촉부에서 미소하나마 속도의 차이가 발생하고, 그러한 속도차이에 의해 세정이 이루어질 수 있다.
상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)에 의한 웨이퍼(W)의 세정이 이루어질 때는 상측의 세정액분사장치(80)와 작업챔버(10)에 고정설치된 세정액분사장치(81,82)가 세정액을 지속적으로 분사한다.
한편, 웨이퍼(W)의 세정이 완료된 후에는, 브러쉬수직이송장치(40)의 서브모터(410)가 볼스크류(420)를 이전과는 반대방향으로 회전시켜 상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)를 상측방향과 하측방향으로 각각 이격시킨다.
상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)가 웨이퍼(W)로부터 이격된 이후에는, 브러쉬수평이송장치(50)의 로터리실린더(510)에 회전이 발생하여 도 8과 같이, 상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)가 작업챔버(10)의 일측 위치로 복귀한다.
이후, 웨이퍼그립퍼수직이송장치(60)의 수직이송실린더(610)는 웨이퍼그립퍼(630)를 하강시켜, 웨이퍼(W)를 스핀건조장치(70)의 스핀건조플레이트(730)에 상착시킨다. 즉, 웨이퍼그립퍼(630)가 스핀건조플레이트(730)보다 더 하강함으로써 그 하강하는 과정 중에 웨이퍼(W)가 스핀건조플레이트(730)에 자연스럽게 걸쳐진다. 웨이퍼그립퍼(630)는 웨이퍼(W)와 분리된 후 스핀건조플레이트(730)의 하측으로 더 하강하여 정지하게 된다.
웨이퍼(W)가 스핀건조플레이트(730)에 상착되면, 스텝모터(710)가 작동하여 스핀건조플레이트(730)가 회전하고, 웨이퍼(W)의 표면에 묻은 세정액이 원심력으로 배출됨으로써 건조작업이 이루어진다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.
1; 세정장치 2; 예비세정모듈
3; 제1세정모듈 4; 제2세정모듈
5; 건조모듈 6a,6b; 브러쉬
7,7a; 회전롤러 8; 이송벨트
10; 작업챔버 20; 상측브러쉬
30; 하측브러쉬 40; 브러쉬수직이송장치
50; 브러쉬수평이송장치 60; 웨이퍼그립퍼수직이송장치
70; 스핀건조장치 80; 세정액분사장치
21,31; 브러쉬회전장치 81,82; 세정액분사장치
202; 상측브러쉬회전축 302; 하측브러쉬회전축
211,311; 브러쉬회전전동기 410; 서브모터
212,213,214,312,313,314; 회전전달기어들
420; 볼스크류 421; 상부나선홈부
422; 하부나선홈부 441; 상부볼너트
442; 하부볼너트 510; 로터리실린더
520; 스핀들 530; 브러쉬수평이송프레임
610; 수직이송실린더 612; 실린더로더
620; 이송로드 630; 웨이퍼그립퍼
632; 지지롤러 710; 서브모터
730; 스핀건조플레이트 740; 지지구
W; 웨이퍼

Claims (8)

  1. 웨이퍼(W)를 세척하는 세정장치를 구성함에 있어서,
    수평으로 상착되는 웨이퍼(W)를 지지하는 웨이퍼그립퍼(630)와,
    상기 웨이퍼그립퍼(630)에 상착된 웨이퍼(W)를 상측 및 하측에서 세정하기 위해 봉형상으로 서로 평행하게 배열되는 상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)와
    상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)가 상기 웨이퍼(W)의 상면과 하면에 함께 접촉 및 이격되도록 상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)를 수직방향으로 이송시키는 브러쉬수직이송장치(40)와,
    상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)를 서로 반대방향으로 회전시키는 브러쉬회전장치(21,31)를 포함하되,
    상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)는 상기 웨이퍼(W)의 상하면에서 일측에 치우져 접촉한 상태로 회전됨으로써 상기 웨이퍼(W)를 회전시킴과 함께 그 표면의 세정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼그립퍼(630)에는
    상기 웨이퍼(W)가 상착된 위치를 유지하면서 자유롭게 회전가능하도록 상기 웨이퍼(W) 둘레의 에지면을 지지하는 지지롤러(632)가 설치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)는 상기 웨이퍼(W)의 반경방향으로 배열된 상태에서 상기 웨이퍼(W)에 접촉하여 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치
  4. 수평으로 상착되는 웨이퍼(W)를 그 위치가 유지된 상태에서 회전가능하도록 지지하는 웨이퍼그립퍼(630)와,
    상기 웨이퍼그립퍼(630)에 상착된 웨이퍼(W)를 상측 및 하측에서 세정하기 위해 봉형상으로 서로 평행하게 배열되는 상측브러쉬(20) 및 하측브러쉬(30)와,
    상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)가 상기 웨이퍼그립퍼(630)의 외측에서 상기 웨이퍼그립퍼(630)에 상착된 상기 웨이퍼(W)의 반경방향으로 배열되도록 이송시키고 상기 웨이퍼그립퍼(630)의 외측으로 복귀시킬 수 있는 브러쉬수평이송장치(50)와,
    상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)가 상기 웨이퍼(W)의 반경방향으로 배열된 상태에서 상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)를 상기 웨이퍼(W)의 상면과 하면에 함께 접촉 및 이격되도록 수직방향으로 이송시키는 브러쉬수직이송장치(40)와,
    상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)를 서로 반대방향으로 회전시키는 브러쉬회전장치(21,31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치
  5. 제4항에 있어서,
    상기 웨이퍼그립퍼(630)에는
    상기 웨이퍼(W)가 상착된 위치를 유지하면서 자유롭게 회전가능하도록 상기 웨이퍼(W) 둘레의 에지면을 지지하는 지지롤러(632)가 설치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치
  6. 제4항에 있어서,
    상기 브러쉬수평이송장치(50)는
    상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)를 상기 웨이퍼(W)의 반경방향으로 배열되도록 이송시키고 상기 웨이퍼그립퍼(630)의 외측으로 복귀시킬 수 있도록 상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)를 소정의 각도로 선회시키는 로터리실린더(510)를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상측브러쉬(20) 및 상기 하측브러쉬(30)는 상기 웨이퍼(W)의 중심부에서 외주부까지의 범위에서 상기 웨이퍼(W)의 상면 및 하면과 접촉하여 회전하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼그립퍼(630)를 수직으로 이송시킬 수 있는 웨이퍼그립퍼수직이송장치(60)와,
    상기 웨이퍼그립퍼(630)의 직하방에 설치되는 스핀건조플레이트(730) 및 상기 스핀건조플레이트(730)를 회전시키는 서버모터(710)을 구비하여 웨이퍼(W)를 원심력으로 건조시키기 위한 스핀건조장치(70)를 더 포함하되,
    상기 웨이퍼그립퍼수직이송장치(60)가 상기 웨이퍼그립퍼(630)를 수직하방으로 이송 시, 상기 스핀건조플레이트(730)가 상기 웨이퍼그립퍼(630)의 중간부를 통과하도록 구성됨으로써 상기 웨이퍼그립퍼(630)에 상착되어 있는 웨이퍼(W)가 상기 스핀건조플레이트(730)에 상착되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치
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