KR101967053B1 - 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치 및 이를 이용한 온도제어방법 - Google Patents

웨이퍼 세정장비의 온도제어장치 및 이를 이용한 온도제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세정조 내부에 위치된 온도센서의 이상 감지를 신속하고 정확하게 판단할 수 있는 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치 및 이를 이용한 온도제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치 및 이를 이용한 온도제어방법은, 내조 내측에 설치된 제1온도센서의 측정값과 내조 내측에 웨이퍼를 이송시키는 트랜스퍼 로봇에 설치된 제2온도센서의 측정값을 비교함으로써, 내조 내측에 설치된 제1온도센서의 비정상적인 작동을 판단할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법은, 각각의 내조에 담긴 세정액을 배출한 다음, 각각의 내조에 설정 온도의 순수를 공급한 상태에서 각각의 내조 내측에 설치된 온도센서들의 측정값을 비교함으로써, 온도센서들의 비정상적인 작동을 판단할 수 있다.

Description

웨이퍼 세정장비의 온도제어장치 및 이를 이용한 온도제어방법 {Temperature control apparatus for wafer cleaning equipment and temperature control method using the same}
본 발명은 세정조 내부에 위치된 온도센서의 이상 감지를 신속하고 정확하게 판단할 수 있는 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치 및 이를 이용한 온도제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 제조용 재료로 광범위하게 사용되고 있는 웨이퍼(wafer)는 다결정의 실리콘을 원재료로 하여 만들어진 단결정 실리콘 박판을 말한다.
이러한 웨이퍼는, 다결정의 실리콘을 단결정 실리콘 잉곳(ingot)으로 성장시킨 다음, 실리콘 잉곳을 웨이퍼의 형태로 자르는 슬라이싱(slicing) 공정과, 웨이퍼의 두께를 균일화하여 평면화하는 랩핑(lapping) 공정과, 기계적인 연마에 의하여 발생한 손상을 제거 또는 완화하는 에칭(etching) 공정과, 웨이퍼 표면을 경면화하는 폴리싱(polishing) 공정과, 웨이퍼를 세정하는 세정 공정(cleaning) 등을 거쳐 제조된다.
보통, 웨이퍼의 세정 공정은 일괄 처리(batch) 방식으로 진행되는데, 이는 여러 장의 웨이퍼가 수납된 카세트를 세정액이 담긴 세정조에 담그는 방식이다.
그런데, 최근 반도세 소자의 고밀도화 추세에 따라 웨이퍼의 세정 공정 시에 나타나는 웨이퍼 표면이 식각되는 비율도 정밀하게 제어되고 있다.
도 1은 일반적인 웨이퍼 세정장비가 도시된 구성도이다.
일반적인 웨이퍼 세정장비는 도 1에 도시된 바와 같이 세정액이 담긴 내조(1a)에 웨이퍼들(W)이 투입되도록 구비되고, 상기 내조(1a)에서 흘러 넘친 세정액이 담길 수 있는 외조(1b)가 구비되며, 상기 외조(1b)로부터 상기 내조(1a)로 세정액을 순환시키는 순환유로(L)가 구비된다.
또한, 상기 순환유로(L)를 따라 세정액을 가열하는 히터(H)가 설치되고, 상기 내조(1a) 내측에 세정액의 온도를 측정하는 온도센서(2)가 구비되며, 상기 온도센서(2)의 측정값에 따라 상기 히터(H)의 작동을 제어하는 제어부(C)가 별도로 구비된다.
대개, 실리콘 웨이퍼(W)를 세정하기 위하여 수산화칼륨(KOH) 등과 같은 강 알칼리성 세정액을 사용하기 때문에 웨이퍼(W)의 세정 공정 중 웨이퍼(W)의 표면이 식각되고, 이러한 웨이퍼(W)의 식각률을 일정하게 유지하기 위하여 세정액의 온도를 균일하게 유지되어야 한다.
한국등록특허 제659842호에는, 약액조에 웨이퍼를 투입하는 경우, 웨이퍼의 수량에 맞추어 히터를 제어함으로써, 웨이퍼 투입시에도 약액조의 온도를 일정하게 유지하여 웨이퍼의 표면을 균일한 상태로 유지할 수 있는 약액조의 온도 유지장치가 개시되고 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 웨이퍼 세정장비의 세정액 온도 측정값이 도시된 그래프이고, 도 3은 종래 기술에 따른 웨이퍼 세정장비의 웨이퍼 식각률이 도시된 그래프이다.
종래 기술에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이 특정 구간(A)에 온도센서의 측정값이 갑자기 높아지면, 그에 따라 히터의 작동을 제어하여 세정액의 온도를 적정 온도로 낮추도록 제어하고, 온도 제어 구간에서 웨이퍼의 식각률도 일정하게 유지되어야 한다.
하지만, 온도센서의 측정값이 높아진 구간(A)에 세정액의 온도를 균일하게 제어하더라도 도 3에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 식각률이 현저하게 떨어진 것을 볼 수 있으며, 이는 온도센서가 비정상적으로 작동된 것으로 볼 수 있다.
예를 들어, 온도센서가 장시간 강 알칼리성 세정액에 노출됨에 따라 식각 또는 부식되거나, 다른 요인에 의해 고장난 경우, 온도 센서가 비정상적으로 작동될 수 있다.
이와 같이, 종래 기술에 따르면, 내조 내측에 설치된 온도센서의 식각 또는 부식, 고장 등으로 온도센서가 비정상적으로 작동하더라도 정확하게 판단할 수 없고, 이로 인하여 온도센서의 식각 또는 부식으로 인하여 웨이퍼가 금속 오염되거나, 온도 센서의 측정값을 기준으로 세정액의 온도를 제어하더라도 웨이퍼의 품질을 균일하게 유지하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 세정조 내부에 위치된 온도센서의 이상 감지를 신속하고 정확하게 판단할 수 있는 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치 및 이를 이용한 온도제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 카세트에 수납된 웨이퍼들을 세정액에 의해 세정하는 내조와, 상기 내조로부터 넘치는 세정액이 담기는 외조를 포함하는 세정조; 상기 내조 내측에 구비되고, 세정액의 온도를 측정하는 제1온도센서; 상기 외조로부터 상기 내조로 세정액을 순환시키는 순환유로; 상기 순환유로 상에 구비되고, 상기 제1온도센서의 측정값에 따라 세정액을 가열하는 히터; 상기 카세트를 잡은 상태로 상기 내조 내측에 출입시키는 트랜스퍼 로봇; 상기 트랜스퍼 로봇에 구비되고, 세정액의 온도를 측정하는 제2온도센서; 및 상기 제1온도센서의 측정값을 상기 제2온도센서의 측정값과 비교하고, 상기 제1온도센서의 감지 이상을 판단하는 제어부;를 포함하는 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치를 제공한다.
한편, 본 발명은 카세트에 수납된 웨이퍼들을 트랜스퍼 로봇이 잡고, 세정액이 담긴 내조 내측에 투입하고, 웨이퍼들의 세정이 이뤄지는 제1단계; 상기 제1단계의 세정 중 상기 내조 내측에 구비된 제1온도센서와 상기 트랜스퍼 로봇에 구비된 제2온도센서에 의해 세정액의 온도를 각각 측정하는 제2단계; 상기 제2단계에서 상기 제1온도센서의 측정값을 상기 제2온도센서의 측정값과 비교하고, 상기 제1온도센서의 감지 이상을 판단하는 제3단계; 및 상기 제3단계의 판단 결과에 따라 상기 제1온도센서의 감지 이상을 알리는 제4단계;를 포함하는 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 웨이퍼들을 각각의 내조에 담긴 세정액에 의해 세정하는 제1단계; 상기 제1단계에서 세정 완료 후, 상기 내조들의 세정액을 배수하고, 설정 온도의 순수를 급수한 상태에서 상기 내조들 내측에 각각 구비된 제1온도센서에 의해 순수의 온도가 측정되는 제2단계; 상기 제2단계에서 상기 제1온도센서들의 측정값을 서로 비교하고, 상기 제1온도센서들의 감지 이상을 판단하는 제3단계; 및 상기 제3단계의 판단 결과에 따라 상기 제1온도센서들의 감지 이상을 알리는 제4단계;를 포함하는 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법을 제공한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치 및 이를 이용한 온도제어방법은, 내조 내측에 설치된 제1온도센서의 측정값과 내조 내측에 웨이퍼를 이송시키는 트랜스퍼 로봇에 설치된 제2온도센서의 측정값을 비교함으로써, 내조 내측에 설치된 제1온도센서의 비정상적인 작동을 판단할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법은, 각각의 내조에 담긴 세정액을 배출한 다음, 각각의 내조에 설정 온도의 순수를 공급한 상태에서 각각의 내조 내측에 설치된 온도센서들의 측정값을 비교함으로써, 온도센서들의 비정상적인 작동을 판단할 수 있다.
따라서, 내조 내측에 설치된 온도센서의 식각 또는 부식, 고장 등으로 온도센서가 비정상적으로 작동하더라도 정확하고 손쉽게 판단할 수 있고, 이로 인하여 온도센서의 식각 또는 부식으로 인하여 웨이퍼가 금속 오염되거나, 온도 센서의 측정값을 기준으로 세정액의 온도를 제어하더라도 웨이퍼의 품질을 균일하게 유지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일반적인 웨이퍼 세정장비가 도시된 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 웨이퍼 세정장비의 세정액 온도 측정값이 도시된 그래프.
도 3은 종래 기술에 따른 웨이퍼 세정장비의 웨이퍼 식각률이 도시된 그래프
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치가 도시된 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법 제1실시예가 도시된 순서도.
도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법 제2실시예가 도시된 순서도.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치가 도시된 구성도이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치는 도 4에 도시된 바와 같이 내조(111) 내측에 설치된 제1온도센서(120)와, 웨이퍼들이 수납된 카세트를 잡고 상기 내조(111) 내측에 투입하는 트랜스퍼 로봇(130)에 설치된 제2온도센서(140)와, 상기 제1,2온도센서(120,140)의 측정값을 비교하여 상기 제1온도센서(120)의 감지 이상을 판단하는 제어부(C)를 포함하도록 구성된다.
물론, 상기 내조(111) 외측에 오버 플로우된 세정액이 모아지는 외조(112)가 설치되고, 상기 내/외조(111,112) 사이에 세정액이 순환할 수 있는 순환유로(L : 도 1에 도시)가 설치되며, 상기 순환유로(L : 도 1에 도시) 상에 세정액을 가열하는 히터(H : 도 1에 도시)가 설치되고, 상기 제어부(C)가 상기 제1온도센서(120)의 측정값에 따라 상기 히터(H : 도 1에 도시)의 작동을 제어한다.
이때, 상기 제1온도센서(120)는 상기 내조(111) 내측에 설치되는 반면, 상기 제2온도센서(140)는 상기 트랜스퍼 로봇(130)에 설치되는데, 상기 제2온도센서(140)는 상기 내조(111) 내측에서 상기 제1온도센서(120)와 근접하게 위치되어야 한다.
실시예에서, 상기 트랜스퍼 로봇(130)은 상기 카세트의 전/후면을 잡을 수 있는 한 쌍의 로봇 암(131)이 구비되고, 상기 제2온도센서(140)는 상기 로봇 암(131)이 상기 내조(111)에 투입된 경우 상기 제1온도센서(120)와 근접하도록 상기 로봇 암들(131) 중 한 군데에 설치되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 제1온도센서(120)는 상기 내조(111)에 세정액이 담겨 있는 장시간에 걸쳐 세정액에 노출되는 반면, 상기 제2온도센서(140)는 상기 트랜스퍼 로봇(130)이 웨이퍼들을 상기 내조(111)의 세정액에 투입할 때만 세정액에 노출되기 때문에 상기 제2온도센서(140)가 상기 제1온도센서(120)보다 상대적으로 식각 또는 부식, 고장 등의 위험이 줄어든다.
실시예에서, 상기 제1,2온도센서(120,140)는 강 알칼리성 세정액에 견딜 수 있도록 테프론 계열의 코팅층이 구비된 백금 온도계가 사용되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치는, 세정 공정이 진행되는 동안, 상기 내조 측에 설치된 제1온도센서의 측정값과 상기 트랜스퍼 로봇 측에 설치된 제2온도센서의 측정값을 서로 비교함으로써, 상기 제1온도센서의 오작동을 판단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치는, 세정 공정이 완료된 후, 각각의 내조로부터 세정액을 배수시킨 다음, 설정 온도의 순수를 공급한 상태에서 각각의 내조 측에 설치된 제1온도센서들의 측정값을 서로 비교함으로써, 각각의 제1온도센서의 오작동을 판단할 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법 제1실시예가 도시된 순서도이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법 제1실시예는 세정 공정 중 온도센서의 감지 이상을 판단하기 위한 것으로서, 도 5에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 세정 공정을 위하여 내조에 세정액이 공급되면, 트랜스퍼 로봇에 의해 웨이퍼들이 내조에 투입된다.(S1,S2 참조)
다음, 내조 내측에 설치된 제1온도센서가 세정액의 온도(T1)를 측정하고, 트랜스퍼 로봇 측에 설치된 제2온도센서가 마찬가지로 세정액의 온도(T2)를 측정한다.(S3,S4 참조)
물론, 내조 내측에 고정 설치된 제1온도센서는 세정 공정 내내 세정액에 노출되지만, 내조에 출입 가능하게 설치된 제2온도센서는 세정 공정 중 웨이퍼들을 출입시킬 때만 세정액에 노출된다.
따라서, 제2온도센서가 제1온도센서보다 강 알칼리성 세정액이 노출되는 시간이 짧아 손상 또는 파손의 위험이 적기 때문에 제2온도센서의 측정값(T2)을 제1온도센서의 측정값(T1)보다 신뢰할 수 있다.
다음, 제1,2온도센서의 측정값(T1,T2)을 서로 비교하는데, 제2온도센서의 측정값(T2)을 기준으로 제1온도센서의 측정값(T1)과 오차가 설정 온도(To) 이상이면, 제1온도센서의 오작동으로 판단하고, 제1온도센서의 감지 이상을 사용자에게 알려준다.(S5,S6 참조)
하지만, 제1,2온도센서의 측정값(T1,T2) 오차가 설정 온도(To) 미만이면, 제1온도센서의 정상 동작으로 판단하고, 별도의 알림 없이 세정 공정을 연속하여 진행한다.(S5 참조)
도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법 제2실시예가 도시된 순서도이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법 제2실시예는 세정 공정이 완료된 후 온도센서의 감지 이상을 판단하기 위한 것으로서, 도 6에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 세정 공정이 완료되면, 각 내조에서 세정액이 배수된다.(S11,S12 참조)
물론, 세정 공정이 진행되는 동안, 세정액의 온도를 70 ~ 80℃ 로 유지하기 위하여 히터에 의해 순환하는 세정액을 가열하지만, 세정 공정이 완료되면, 히터의 작동을 완전히 정지시킨다.
다음, 각 내조에 설정 온도의 순수를 공급한 다음, 설정시간 경과 후, 각 내조 내부에 온도센서가 순수의 온도(Tn)를 측정한다.(S13,S14,S15 참조)
그런데, 각 내조에 순수가 공급된 직후에 세정 공정 중 담겼던 세정액의 온도가 온도센서의 측정값에 영향을 미칠 수 있기 때문에 각 내조에 순수를 공급한 다음, 적어도 설정시간 경과한 후에 각 온도센서에 의해 측정(Tn)이 이뤄지도록 하는 것이 바람직하다.
다음, 각 온도센서의 측정값(Tn)을 서로 비교하는데, 각 온도센서의 측정값 오차(ΔTn)가 기준값인 1℃ 이상이면, 온도센서들의 오작동으로 판단하고, 온도센서들의 감지 이상을 사용자에게 알려준다.(S16,S17 참조)
하지만, 각 온도센서의 측정값 오차(ΔTn)가 기준값인 1℃ 미만이면, 온도센서들의 정상 동작으로 판단하고, 각 온도센서의 측정값 오차(ΔTn)를 누적하여 저장한다.(S16,S18 참조)
이와 같이 누적 저장된 온도센서들의 측정값 오차(ΔTn)는 상기와 같은 과정을 반복하면서 온도센서의 감지 이상을 판단할 때에 온도센서들의 측정값 오차(ΔTn)를 판단하는 기준값으로 활용될 수 있다.
111: 내조 112 : 외조
120 : 제1온도센서 130 : 트랜스퍼 로봇
131 : 로봇 암 140 : 제2온도센서
C : 제어부

Claims (9)

  1. 카세트에 수납된 웨이퍼들을 세정액에 의해 세정하는 내조와, 상기 내조로부터 넘치는 세정액이 담기는 외조를 포함하는 세정조;
    상기 내조 내측에 구비되고, 세정액의 온도를 측정하는 제1온도센서;
    상기 외조로부터 상기 내조로 세정액을 순환시키는 순환유로;
    상기 순환유로 상에 구비되고, 상기 제1온도센서의 측정값에 따라 세정액을 가열하는 히터;
    상기 카세트를 잡은 상태로 상기 내조 내측에 출입시키는 트랜스퍼 로봇;
    상기 트랜스퍼 로봇에 구비되고, 세정액의 온도를 측정하는 제2온도센서; 및
    상기 제1온도센서의 측정값을 상기 제2온도센서의 측정값과 비교하고, 상기 제1온도센서의 감지 이상을 판단하는 제어부;를 포함하는 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 트랜스퍼 로봇은,
    상기 카세트의 전/후면을 잡을 수 있는 한 쌍의 로봇 암이 구비되고,
    상기 제2온도센서는,
    상기 로봇 암이 상기 내조에 투입되면, 상기 제1온도센서와 근접하도록 상기 로봇 암들 중 한 군데에 설치되는 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2온도센서는,
    테프론 계열의 코팅층이 구비된 백금 온도계로 구성되는 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세정조와 제1온도센서는 복수개가 구비되고,
    상기 제어부는,
    상기 내조들에 세정액을 배수시키고 설정 온도의 순수를 급수한 상태에서 상기 제1온도센서들의 측정값을 서로 비교하고, 상기 제1온도센서들의 감지 이상을 판단하는 웨이퍼 세정장비의 온도제어장치.
  5. 카세트에 수납된 웨이퍼들을 트랜스퍼 로봇이 잡고, 세정액이 담긴 내조 내측에 투입하고, 웨이퍼들의 세정이 이뤄지는 제1단계;
    상기 제1단계의 세정 중 상기 내조 내측에 구비된 제1온도센서와 상기 트랜스퍼 로봇에 구비된 제2온도센서에 의해 세정액의 온도를 각각 측정하는 제2단계;
    상기 제2단계에서 상기 제1온도센서의 측정값을 상기 제2온도센서의 측정값과 비교하고, 상기 제1온도센서의 감지 이상을 판단하는 제3단계; 및
    상기 제3단계의 판단 결과에 따라 상기 제1온도센서의 감지 이상을 알리는 제4단계;를 포함하는 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2단계는,
    상기 제2온도센서가 상기 제1온도센서와 근접한 위치에서 세정액의 온도를 측정하는 과정을 포함하는 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법.
  7. 웨이퍼들을 각각의 내조에 담긴 세정액에 의해 세정하는 제1단계;
    상기 제1단계에서 세정 완료 후, 각각의 내조로부터 세정액을 배수하고, 설정 온도의 순수를 급수한 상태에서 각각의 내조 내측에 구비된 각각의 제1온도센서에 의해 순수의 온도가 측정되는 제2단계;
    상기 제2단계에서 각각의 제1온도센서 측정값을 서로 비교하고, 각각의 제1온도센서의 감지 이상을 판단하는 제3단계; 및
    상기 제3단계의 판단 결과에 따라 각각의 제1온도센서의 감지 이상을 알리는 제4단계;를 포함하는 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2단계는,
    각각의 내조에 순수를 급수하고, 설정 시간 경과 후에 각각의 제1온도센서에 의해 순수의 온도가 측정되는 과정을 포함하는 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    각각의 제1온도센서 측정값 오차가 설정 온도 미만이면, 각각의 제1온도센서를 정상 판단하는 과정과,
    각각의 제1온도센서 측정값 오차가 설정 온도 이상이면, 각각의 제1온도센서를 감지 이상으로 판단하는 과정을 포함하는 웨이퍼 세정장비의 온도제어방법.
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