KR102489796B1 - 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치 및 압력제어방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치 및 압력제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 기판 세정 시 브러시의 위치와 초기 하중을 감시하면서 브러시 세정공정을 제어하는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치 및 압력제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 웨이퍼 기판 표면의 불순물을 제거하기 위한 세정공정 시 로드셀과 무빙 코일의 조합을 이용하여 브러시 압력, 위치 등의 전반적인 브러시 작동을 제어하고, 웨이퍼 기판과 접촉 충격을 최소화하는 브러시의 소프트 랜딩 기술을 적용한 새로운 형태의 브러시 감지장치 및 압력제어방법을 구현함으로써, 웨이퍼 기판에 대한 원활한 세정공정을 수행함과 더불어 프로세스 타임을 단축할 수 있는 등 세정공정의 효율성을 향상시킬 수 있고, 웨이퍼 기판을 손상의 위험으로부터 보호할 수 있으며, 웨이퍼 기판에 대한 세정 품질을 확보할 수 있는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치 및 압력제어방법을 제공한다.

Description

반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치 및 압력제어방법{BRUSH SENSING APPARATUS, PRESSURE CONTROL METHOD FOR THE SAME OF SEMICONDUCTOR WAFER CLEANING SYSTEM}
본 발명은 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치 및 압력제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼 기판 세정 시 브러시의 위치와 초기 하중을 감시하면서 브러시 세정공정을 제어하는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치 및 압력제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 디바이스는 반도체 내부로 불순물 이온을 주입하는 불순물 이온주입공정, 반도체 기판 상에 물질막을 형성하는 박막 증착공정, 물질막을 소정의 패턴으로 형성하는 식각공정, 웨이퍼 상부에 층간절연막등을 증착한 후에 일괄적으로 웨이퍼 표면을 연마하여 단차를 없애는 평탄화공정 등과 같은 여러 단계의 공정을 거쳐 제조된다.
이렇게 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 여러 공정들을 선택적으로, 또 반복적으로 실시하게 되며, 이러한 여러 공정을 진행하는 과정에서 반도체 디바이스 상에는 많은 오염물질들이 발생하게 된다.
따라서, 각각의 공정 전단계 및 후단계에서는 오염물질을 제거하기 위한 웨이퍼 기판 세정공정을 실시하게 된다.
보통 웨이퍼 기판 세정공정에서는 알칼리성 세정액과 산성 세정액의 조합이나 그 밖의 약품 등을 사용하고, 또한 그 잔류물을 제거하기 위한 린스공정에서는 대량의 순수(純水)를 사용하며, 브러시를 웨이퍼 기판에 접촉시킨 상태에서 브러시의 외측으로부터 브러시에 대하여 세정액을 공급하면서 웨이퍼 기판과 브러시를 서로 회전시키는 것에 의해 웨이퍼 기판을 세정하게 된다.
대부분의 웨이퍼 기판 세정공정에서는 세정액 분사노즐을 통해 웨이퍼 기판 표면으로 세정액을 분사함과 동시에 브러시를 이용하여 웨이퍼 기판 표면을 와이핑하는 방법이 사용될 수 있다.
그러나, 브러시를 이용한 웨이퍼 기판 세정공정에 있어서는 오랜 기간 설비를 사용함으로 인한 자연 열화 또는 설비 자체 오류나 엔지니어의 실수 등 다양한 원인으로 인해 브러시의 제어가 쉽지 않은 단점이 있으며, 이렇게 브러시에 대한 제어가 정확하게 이루어지지 않은 상태로 웨이퍼 기판에 대한 세정공정이 진행될 경우, 웨이퍼 기판 표면에 부착된 이물질들이 제대로 제거되지 못할 뿐만 아니라 웨이퍼 기판 표면에 스크래치가 발생되는 등의 불량을 초래할 수 있다.
현재 브러시의 정확한 상태(예컨대, 브러시 위치나 압력 등의 상태)를 세정공정을 진행하기 전에 감지할 수 있는 시스템이 갖추어져 있지 못한 관계로 엔지니어의 육안 확인 과정에 의존하고 있으며, 엔지니어에 의한 불확실한 확인 작업만으로는 효율적인 세정공정을 실시하는데 한계가 있다.
공개특허공보 제10-2007-0063648호 공개특허공보 제10-2018-0125474호 등록특허공보 제10-0937544호 등록특허공보 제10-1317252호
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 웨이퍼 기판 표면의 불순물을 제거하기 위한 세정공정 시 로드셀과 무빙 코일의 조합을 이용하여 브러시 압력, 위치 등의 전반적인 브러시 작동을 제어하고, 웨이퍼 기판과 접촉 충격을 최소화하는 브러시의 소프트 랜딩 기술을 적용한 새로운 형태의 브러시 감지장치 및 압력제어방법을 구현함으로써, 웨이퍼 기판에 대한 원활한 세정공정을 수행함과 더불어 세정공정의 효율성을 향상시킬 수 있고, 웨이퍼 기판을 손상의 위험으로부터 보호할 수 있으며, 웨이퍼 기판에 대한 세정 품질을 확보할 수 있는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치 및 압력제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치는 다음과 같은 특징이 있다.
상기 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 상면부에 설치되어 웨이퍼 기판을 고정시켜주는 동시에 웨이퍼 기판을 승강 및 회전시켜주는 스핀 업다운 컵 및 스핀 로테이션 척과, 상기 베이스 플레이트의 상면부에 설치되어 브러시를 이용하여 웨이퍼 기판을 세정하는 브러시 모터 모듈 및 브러시암과, 상기 베이스 플레이트의 상면부에 설치되어 웨이퍼 기판에 세정수를 공급하는 적어도 1개의 DI 워터 린스 노즐과, 상기 베이스 플레이트의 상면부에 설치되어 브러시를 세정하는 브러시 크린 포트를 포함하는 것이 특징이다.
이러한 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치는 베이스 플레이트의 상면부에 설치되어 웨이퍼 기판을 추가 세정하기 위해 세정수를 균일하고 미세하게 분사하는 이류체 세정 노즐 및 노즐암을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치는 베이스 플레이트의 상면부에 설치되어 웨이퍼 기판의 안착불량과 웨이퍼 기판의 유무를 검출하는 웨이퍼 틸트 디텍터 센서 및 웨이퍼 디텍터 센서를 더 포함할 수 있다.
특히, 상기 브러시 모터 모듈은 회전 및 상하 작동하는 브러시를 이용하여 웨이퍼 기판을 세정하는 수단으로서, 모듈 하우징과, 상기 모듈 하우징의 내부 일측에 설치되어 브러시에 압력을 넣어 제어하거나, 압력을 해제하여 제어하지 않는 보이스 코일 모터와, 상기 보이스 코일 모터의 코일측과 연계되어 상하 이동하는 무빙 블럭과, 상기 무빙 블럭측에 지지되는 구조로 설치되면서 브러시 회전을 위한 동력을 제공하는 브러시 로테이션 모터와, 상기 브러시 로테이션 모터의 축의 하단부에 장착되면서 모듈 하우징의 저면부 아래쪽으로 위치되는 브러시와, 상기 모듈 하우징의 내부 일측에 설치되어 무빙 블럭과 함께 승강되는 센서 도그와 접촉되면서 브러시 하중을 검출하는 로드셀을 포함할 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치는 브러시의 위치와 압력을 제어하는 수단으로 컨트롤러를 더 포함할 수 있으며, 이러한 컨트롤러는 브러시 누름압력을 보이스 코일 모터의 전류를 제어하는 방식으로 제어함과 더불어 로드셀에서 제공되는 하중에 기초하여 보이스 코일 모터의 압력제어 전류를 보정할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 압력제어방법은 다음과 같은 특징이 있다.
상기 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 압력제어방법은 브러시를 웨이퍼 밖의 원점 위치에 대기시키는 준비단계와, 브러시를 웨이퍼의 중심에 위치시키는 제1단계와, 브러시 회전 및 브러시 기 설정 누름압력 개시와 함께 브러시를 웨이퍼 중심으로 1차 하강시킨 후, 계속해서 1차 하강 속도 대비 상대적으로 느린 속도로 소프트 랜딩시켜서 웨이퍼 표면에 브러시를 접촉시키는 제2단계와, 브러시와 웨이퍼 접촉 상태에서 브러시를 웨이퍼 중심에서 끝으로 기 설정속도로 이동시키면서 웨이퍼를 세정하는 제3단계와, 브러시를 상승시켜서 웨이퍼 끝의 시작점에 위치시키는 제4단계와, 상기 제1단계 내지 제4단계를 수회 반복시행한 후, 누름압력 해제 및 회전정지 상태로 브러시를 웨이퍼 밖의 원점 위치에 대기시키는 완료단계를 포함한다.
여기서, 상기 제2단계는 브러시의 1차 하강 후, 로드셀의 압력측정을 이용한 피드백을 통해 기 설정 누름압력이 정상인 경우 브러시를 소프트 랜딩시키는 과정을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제2단계에서 브러시의 기 설정 누름압력은 보이스 코일 모터의 전류 제어를 이용하여 제어할 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 제2단계에서는 보이스 코일 모터의 제어 전류를 무게(g) 단위로 변환한 후에 기준 데이터를 이용하여 브러시 누름압력을 설정 제어하되, 1g 단위로 10∼80g 정도까지 설정 제어할 수 있다.
바람직한 실시예로서, 압력 셋업단계로서, 브러시 누름압력을 셋업하기 위해 무게추를 달고 저울을 이용하여 누름압력 기초를 세업하는 과정으로 기본 스핀 로테이션 척을 제거하고 압력 측정지그를 대체하여 세팅 후, 장비에서 프로세스 진행 시에 사용할 브러시 누름압력을 저울을 이용하여 비교하면서 값을 넣고 미세값을 보정하여 저장하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치 및 압력제어방법은 다음과 같은 효과가 있다.
반도체 기판의 표면 세정 시 VCM 모터, 로드셀, 무빙 코일 등의 조합을 이용하여 브러시 압력, 위치 등의 전반적인 브러시 작동을 제어하고, 브러시 누름압력을 자동 보정함과 더불어 브러시가 특정 거리와 속도로 소프트 랜딩하여 웨이퍼 기판에 접촉하는 등의 제어기술을 탑재한 브러시 감지장치 및 압력제어방법을 제공함으로써, 웨이퍼 기판에 대한 원활한 세정공정을 진행할 수 있고, 세정공정의 효율성을 높여 웨이퍼 기판의 보호는 물론 웨이퍼 기판에 대한 세정 품질을 확보할 수 있는 동시에 제품에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치에서 스핀 챔버 유니트를 나타내는 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치에서 브러시암 모듈을 나타내는 사시도
도 3과 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치에서 브러시 모터 모듈을 나타내는 사시도와 단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치에서 브러시 포스 제어 구성을 나타내는 개략도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 압력제어방법에서 브러시 크리닝 프로세스를 나타내는 개략도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치에서 스핀 챔버 유니트를 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치는 장치의 각 부품들을 지지하는 수단으로 베이스 플레이트(10)를 포함한다.
이러한 베이스 플레이트(10)의 상면부에는 중심 영역에 웨이퍼 기판의 로딩을 위한 스핀 업다운 컵(11) 및 스핀 로테이션 척(12)이 설치되는 동시에 외곽 영역에, 즉 스핀 업다운 컵(11) 및 스핀 로테이션 척(12)의 둘레 영역에 브러시 모터 모듈(14) 및 브러시암(15), 브러시 크린 포트(17), 이류체 세정 노즐(18) 및 노즐암(19) 등이 설치된다.
그리고, 상기 베이스 플레이트(10)의 저면부에는 스핀 업다운 컵(11) 및 스핀 로테이션 척(12)의 작동을 위한 구동부(미도시), 브러시암(15)의 작동을 위한 브러시암 구동부(30), 노즐암(19)의 작동을 위한 노즐암 구동부(31)가 각각 설치된다.
이에 따라, 상기 브러시암 구동부(30)의 작동 시 브러시암(15)의 회전에 의해 브러시(13)가 소정의 대기 영역 및 웨이퍼 기판 상의 작업 영역에 위치될 수 있게 되고, 노즐암 구동부(31)의 작동 시 노즐암(19)의 회전에 의해 이류체 세정 노즐(18)이 소정의 작업 영역에 위치될 수 있게 된다.
또한, 상기 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치는 웨이퍼 기판의 로딩을 위한 수단으로 스핀 업다운 컵(11) 및 스핀 로테이션 척(12)을 포함한다.
상기 스핀 업다운 컵(11) 및 스핀 로테이션 척(12)은 베이스 플레이트(10)의 상면부 중심 영역에 설치되면서 웨이퍼 기판을 고정시켜주는 동시에 웨이퍼 기판을 승강 및 회전시켜주는 역할을 하게 된다.
이러한 스핀 업다운 컵(11) 및 스핀 로테이션 척(12)은 내외측에서 동축 구조로 배치되고, 이때 내측의 스핀 로테이션 척(12)은 스핀 업다운 컵(11)에 비해 좀더 위쪽으로 돌출 위치되며, 이렇게 돌출 위치되는 스핀 로테이션 척(12)의 상면부에 웨이퍼 기판이 놓여져 안착될 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 스핀 업다운 컵(11) 및 스핀 로테이션 척(12)의 작동 시 웨이퍼 기판은 로딩 및 언로딩을 위해 상승 및 하강은 물론 세정을 위해 회전될 수 있게 된다.
또한, 상기 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치는 실질적으로 웨이퍼 기판을 세정하는 수단으로 브러시 모터 모듈(14) 및 브러시암(15)을 포함한다.
상기 브러시암(15)은 베이스 플레이트(10)의 상면부 일측, 예를 들면 웨이퍼 기판이 놓여지는 스핀 로테이션 척(12)의 주변 일측에 설치되고, 이렇게 설치되는 브러시암(15) 상에 브러시(13)를 가지는 브러시 모터 모듈(14)이 설치된다.
이에 따라, 상기 브러시암 구동부(30)의 작동 시 브러시암(15)은 수평방향으로 회전하게 되고, 그 결과 브러시암(15)에 지지되는 구조로 설치되어 있는 브러시 모터 모듈(14)의 브러시(13)는 세정을 위해 웨이퍼 기판이 위치되어 있는 영역은 물론 웨이퍼 기판 밖의 영역, 예를 들면 웨이퍼 기판 밖의 대기 영역, 브러시 크린 포트(17)가 있는 영역 등을 자유롭게 오가면서 세정작업 등을 수행할 수 있게 된다.
또한, 상기 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치는 웨이퍼 기판 세정 시에 세정수를 공급하는 수단으로 DI 워터 린스 노즐(16)을 포함한다.
상기 DI 워터 린스 노즐(16)은 베이스 플레이트(10)의 상면부 일측, 예를 들면 웨이퍼 기판이 놓여지는 스핀 로테이션 척(12)의 주변 일측에 설치되어 브러시(13)에 의한 웨이퍼 기판 세정 시 웨이퍼 기판 상에 세정수를 분사하는 역할을 하게 된다.
이러한 DI 워터 린스 노즐(16)은 서로 마주보는 위치에 각각 배치되는 2개를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치는 오염되어 있는 브러시(13)를 세정하는 수단으로 브러시 크린 포트(17)를 포함한다.
상기 브러시 크린 포트(17)는 베이스 플레이트(10)의 상면부 일측에 설치되며, 순수 분사 방식과 초음파 세척 방식을 이용하여 브러시 모(毛)를 세정하는 역할을 하게 된다.
예를 들면, 상기 브러시 크린 포트(17)는 포트 내의 세정액 속에 브러시(13)를 침지시킨 상태에서 초음파 진동을 가해 브러시(13)를 세정할 수 있고, 이와 함께 노즐로 브러시(13)에 순수를 분사하여 브러시(13)를 세정할 수 있다.
또한, 상기 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치는 웨이퍼 기판의 본 세정 후에 추가로 웨이퍼 기판을 마무리 세정하는 수단으로 이류체 세정 노즐(18) 및 노즐암(19)을 포함한다.
상기 노즐암(19)은 베이스 플레이트(10)의 상면부 일측, 예를 들면 웨이퍼 기판이 놓여지는 스핀 로테이션 척(12)의 주변 일측에 설치되고, 이렇게 설치되는 노즐암(19) 상에 이류체 세정 노즐(18)이 설치된다.
이에 따라, 상기 노즐암 구동부(31)의 작동 시 노즐암(19)은 수평방향으로 회전하게 되고, 그 결과 노즐암(19)에 지지되는 구조로 설치되어 있는 이류체 세정 노즐(18)은 세정을 위해 웨이퍼 기판이 위치되어 있는 영역은 물론 웨이퍼 기판 밖의 영역 등을 자유롭게 오가면서 세정작업 등을 수행할 수 있게 된다.
예를 들면, 상기 이류체 세정 노즐(18)은 웨이퍼 기판이 놓여져 있는 영역으로 이동하여 웨이퍼 기판의 표면에 세정수를 균일하고 미세하게 분사하면서 웨이퍼 기판을 추가로 세정할 수 있게 된다.
또한, 상기 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치는 웨이퍼 기판의 로딩 상태를 검출하는 수단으로 웨이퍼 틸트 디텍터 센서(20)와 웨이퍼 디텍터 센서(21)를 포함한다.
상기 웨이퍼 틸트 디텍터 센서(20)와 웨이퍼 디텍터 센서(21)는 베이스 플레이트(10)의 상면부 일측, 예를 들면 웨이퍼 기판이 놓여지는 스핀 로테이션 척(12)의 주변 일측에 각각 설치된다.
여기서, 상기 웨이퍼 틸트 디텍터 센서(20)는 스핀 로테이션 척(12) 상의 웨이퍼 기판의 안착불량을 검출하는 역할을 하게 되고, 웨이퍼 디텍터 센서(21)는 스핀 로테이션 척(12) 상의 웨이퍼 기판의 유무를 검출하는 역할을 하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치에서 브러시암 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 3과 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치에서 브러시 모터 모듈을 나타내는 사시도와 단면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이. 상기 브러시 모터 모듈(14)은 리니어 모터와 로터리 모터를 조합한 형태로서, 브러시 압력 제어를 무빙 코일 모션으로 구현하여 회전 및 상하 작동하는 브러시(13)로 웨이퍼 기판을 세정하는 기능을 담당한다.
이를 위하여, 상기 브러시 모터 모듈(14)은 브러시암(15)에 지지되면서 브러시암(15)의 움직임에 의해 수평방향으로 회전하여 웨이퍼 기판이 위치되어 있는 영역으로 위치를 옮길 수 있게 되고, 또 웨이퍼 기판 상에서 이동하면서 브러시(13)를 이용하여 웨이퍼 기판 표면을 세정할 수 있게 된다.
이러한 브러시 모터 모듈(14)은 사각 케이스 형태의 모듈 하우징(22)을 포함하며, 이때의 모듈 하우징(22) 내에 보이스 코일 모터(23), 무빙 블럭(24), 브러시 로테이션 모터(25), 로드셀(28)이 설치될 수 있고, 모듈 하우징(22)의 저면부 외측으로는 브러시(13)가 위치될 수 있다.
상기 보이스 코일 모터(23)는 모듈 하우징(22)의 내부 일측에 설치되어 브러시(13)에 압력을 넣어 제어하거나, 압력을 해제하여 제어하지 않는 모터로서, 모터 전류 제어를 통해 브러시 누름압력을 제어할 수 있게 된다.
즉, 상기 보이스 코일 모터(23)에 의한 움직임으로 브러시(13)의 누름압력을 제어할 수 있게 된다.
상기 무빙 블럭(24)은 보이스 코일 모터(23)의 코일측과 연계 작동이 가능한 구조로 연결되어 보이스 코일 모터(23)의 작동 시 상승 및 하강 작동이 가능하게 되며, 이러한 무빙 블럭(24)의 움직임에 의해 브러시 로테이션 모터(25)는 물론 브러시(13)도 함께 승강 작동될 수 있게 된다.
그리고, 상기 무빙 블럭(24)의 일측에는 한쪽으로 수평 연장되는 형태의 센서 도그(27)가 설치되며, 이때의 센서 도그(27)는 무빙 블럭(24)의 하강 시 로드셀(28)과 접촉(가압)하면서 보이스 코일 모터(23)의 압력, 즉 현재 브러시(13)의 누름압력을 로드셀(28)측에 제공할 수 있게 된다.
상기 브러시 로테이션 모터(25)는 무빙 블럭(24)을 수직으로 관통하면서 무빙 블럭(24)측에 결합되어 있는 중공형의 로드(32)의 상단부에 지지되는 구조로 설치된다.
이렇게 설치되는 브러시 로테이션 모터(25)의 축(26)은 로드(32)의 내부를 따라 아래로 수직 연장되어 모듈 하우징(22)의 저면부 아래쪽으로 위치되며, 이때의 축(26)에 브러시(13)가 결합될 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 브러시 로테이션 모터(25)의 작동 시 축(26)의 회전과 함께 브러시(13)가 회전될 수 있게 된다.
상기 브러시(13)는 브러시 로테이션 모터(25)의 축(26)의 하단부에 장착되면서 모듈 하우징(22)의 저면부 아래쪽으로 위치되는 구조로 설치된다.
이러한 브러시(13)는 수용성 폴리비닐알콜(PVA) 등의 재질로 이루어지게 되고, 보이스 코일 모터(23)에 의해 제공되는 기 설정 누름압력으로 웨이퍼 기판 표면에 접촉되면서 웨이퍼 기판 표면을 세정할 수 있게 된다.
상기 로드셀(28)은 모듈 하우징(13)의 내부 일측에 설치되면서 스토퍼 기능을 발휘하는 것으로서, 이렇게 설치되는 로드셀(28)은 무빙 블럭(24)측에서 수평 연장되어 함께 승강되는 센서 도그(27)와 접촉되면서 브러시 하중을 검출할 수 있게 된다.
예를 들면, 상기 브러시(13)의 누름압력은 보이스 코일 모터(23)에 의한 움직임으로 제어되는데, 이렇게 압력이 제어된 상태로 하강하는 브러시(13)는 센서 도그(27)를 통해 로드셀(28)과 접촉하여 최종 다운 위치가 결정되고 피드백 제어가 이루어지게 된다.
즉, 브러시(13)가 웨이퍼 기판에 닿는 위치는 보이스 코일 모터(23)가 구현하게 되고, 웨이퍼 기판을 누르는 힘은 보이스 코일 모터(23)가 로드셀(28)의 피드백을 받아 제어하게 된다.
여기서, 상기 로드셀(28)은 금속재질의 특성으로 보이스 코일 모터(23)의 압력을 견디면서 고정시켜주게 되므로 최종 프로세스 위치를 결정하는 스토퍼 역할과 압력이 가해졌을 때 물리력 변화가 전류값으로 변환할 수 있는 특성을 통해 보이스 코일 모터(23)에 피드백을 제공하게 된다.
또한, 상기 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치는 브러시(13)의 위치와 압력을 제어하는 수단으로 컨트롤러(29)를 포함한다.
상기 컨트롤러(29)는 브러시 누름압력을 보이스 코일 모터(23)의 전류를 제어하는 방식으로 제어하게 되며, 이와 더불어 로드셀(28)에서 제공되는 하중에 기초하여 보이스 코일 모터(23)의 압력제어 전류를 보정한 후에 이를 기초로 브러시 누름압력을 제어할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치에서 브러시 포스 제어 구성을 나타내는 개략도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 여기서는 웨이퍼 기판 세정 시 PVA 브러시가 웨이퍼 기판에 접촉하는 누름압력을 자동 조절하기 위한 하드 웨어 및 프로그램 시스템을 보여준다.
즉, 세정 프로세스 레시피 데이터를 기반으로 하여 브러시(13)의 누름압력을 제어하고, 또 브러시(13)의 누름압력을 보정하는 등의 제어를 수행하는 브러시 포스 제어 구성을 보여준다.
상기 하드 웨어 및 프로그램은 구동요소로서의 상위제어기기 및 제어 프로그램, 누름압력 제어용 모션을 위한 보이스 코일 모터(23) 및 보이스 코일 모터 드라이버(33), 로테이션 제어용 모션을 위한 브러시 로테이션 모터(BLDC 서보 모터;25) 및 브러시 로테이션 모터 드라이버(34), 피드백 제어용 로드셀(Max 200g;28) 등을 포함한다.
그리고, 누름압력 범위는 10∼80g(1g 단위 설정), 셀프 로테이션 스피드는 100∼300rpm, 누름압력 재현성(Force repeatability)은 ±3g, 누름압력 제어거리는 3mm(소프트 랜딩 2mm), 누름압력 제어방식은 프로세스 레시피에 의한 전류 출력 제어(표준값 및 보정값 지정 설정) 및 로드셀 피드백 방식에 의한 자동 전류 출력제어와 보정 프로그램 제어(제어범위 지정 설정), 알람은 설정압력에 대한 출력 상태 감시로 각각 설정된다.
따라서, 브러시 로테이션 모터(25)의 작동을 제어하는 로테이션 모터 드라이버(34)의 신호는 컨트롤러(29)에 입력되고, 이와 더불어 보이스 코일 모터(23)의 작동을 제어하는 보이스 코일 모터 드라이버(33)의 신호 또한 컨트롤러(29)에 입력되며, 로드셀(28)에 의해 감지된 브러시 누름압력(하중)은 로드셀 컨버터(35)를 통해 보이스 코일 드라이버(33)로 입력된 후에 이때의 보이스 코일 모터 드라이버(33)의 신호도 컨트롤러(29)에 입력된다.
이러한 신호들을 입력받은 컨트롤러(29)는 브러시 로테이션 모터(25)의 작동과 보이스 코일 모터(23)의 작동을 제어하는 한편, 기 설정되어 있는 누름압력 데이터를 기초로 보이스 코일 모터(23)의 작동 제어을 통해 브러시 누름압력을 제어함과 더불어 브러시 누름압력을 보정한다.
여기서, 상기 컨트롤러(29)에는 브러시 누름압력에 대한 기초 데이터가 세팅되는데, 예를 들면 기준 누름압력 데이터(전류값을 그램으로 변환)가 세팅되고, 누름압력 보정(설정값과 실측값의 차이를 보정) 데이터가 세팅되고, 장치 기동 시 기본 상시 데이터가 세팅되고, 세정 프로세스 레시피 데이터가 세팅된다.
이러한 컨트롤러(29)는 웨이퍼 기판 세정 시 최적의 브러시 누름압력(예컨대, 기 설정된 브러시 누름압력과 로드셀로부터 얻은 보정된 브러시 누름압력을 조합한 최적의 브러시 누름압력)을 제공하면서 보이스 코일 모터(23)의 제어를 통해 효율적인 세정공정을 위한 제어를 수행하게 된다.
예를 들면, 상기 컨트롤러(29)는 보이스 코일 모터(23)의 모터 전류 제어를 통해 브러시 누름압력 제어를 수행할 수 있고, 보이스 코일 모터(23)의 제어 전류를 무게(g) 단위로 변환하는 방식으로 기준 데이터를 이용하는 제어를 수행할 수 있다.
이와 더불어, 상기 컨트롤러(29)는 보이스 코일 모터(23)의 압력제어 전류를 스토퍼 기능을 갖는 로드셀(28)을 통해 자동 보정하는 제어를 수행할 수 있고, 압력이 제어된 상태의 브러시(13)를 특정 거리와 속도로 소프트 랜딩시켜서 웨이퍼 기판에 접촉되도록 하는 제어를 수행할 수 있는 한편, 지정된 특정위치에서 압력을 측정하고 보정하는 제어를 수행할 수 있고, 브러시 지령 압력을 1g 단위로 10∼80g까지 설정하는 제어를 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 압력제어방법에서 브러시 크리닝 프로세스를 나타내는 개략도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 여기서 1번 위치(Initial)는 브러시(13)의 원점 대기 위치를 나타내고, 2번 위치(Near edge)는 웨이퍼 기판의 끝 위치를 나타내고, 3번 위치(Center)는 웨이퍼 기판의 중심점 위치를 나타내고, 4번 위치(Measurement)는 브러시(13)의 압력을 교정 프로그램 모드에서 지그와 전자저울을 이용하여 설정값과 실측값의 차이를 교정하는 위치를 나타낸다.
먼저, 준비단계로서, 브러시(13)를 웨이퍼 밖의 원점 위치에 대기시키는 단계를 실시한다.
이러한 대기위치에서 브러시(13)는 기 설정된 누름압력값으로 제어될 수 있게 된다.
즉, 대기위치에서 프로세스에 의해 브러시(13)가 상승하게 되는데, 상승 동작이 완료되면 브러시(13)는 기 설정된 압력값으로 제어될 수 있게 된다.
이때의 브러시(13)는 회전상태로 대기할 수 있다.
다음, 제1단계로서, 브러시(13)를 웨이퍼 기판(100)의 중심에 위치시키는 단계를 실시한다.
즉, 브러시(13)를 회전정지 상태로 웨이퍼 기판(100)의 중심 위치의 상승된 지점까지 이동시킨다.
이때, 브러시(13)의 웨이퍼 기판 중심 위치까지의 이동은 브러시암 모듈의 회전모터 구동에 의해 이루어질 수 있게 된다.
다음, 제2단계로서, 브러시 회전 및 브러시 기 설정 누름압력 개시와 함께 브러시(13)를 웨이퍼 중심으로 1차 하강시키고, 계속해서 1차 하강 속도 대비 상대적으로 느린 속도로 소프트 랜딩시켜서 웨이퍼 표면에 브러시를 접촉시키는 단계를 실시한다.
즉, 보이스 코일 모터를 통해 브러시(13)를 약 27.26m/s 정도의 속도 및 약 3mm 정도의 거리(높이)를 소프트 랜딩 시작점 위치까지 1차 수직 하강 이동시키고, 계속해서 약 1.75m/s 정도의 속도 및 약 2mm 정도의 거리(높이)를 소프트 랜딩시킨다.
이때의 하강 이동 시 브러시 회전 및 누름압력 출력 동작을 개시한다.
계속해서, 보이스 코일 모터를 통해 브러시(13)를 소프트 랜딩으로 웨이퍼 기판(100)에 접촉시킨다(프로그램 설정위치 및 설정속도).
이때, 브러시(13)는 압력이 제어되고 있는 상태로 1차 하강 후 소프트 랜딩을 2차로 실행하여 웨이퍼와 브러시가 접촉하게 된다.
즉, 브러시(13)가 대기상태에서 프로세스를 진행하기 위해 상승이 완료되면, 이후에는 상시 로드셀의 압력측정을 이용한 피드백을 통해 제어하게 되며, 이때의 브러시(13)의 기 설정 누름압력은 프로세스 레시피에서 지정한 압력에 맞도록 보이스 코일 모터의 전류 제어를 이용하여 제어할 수 있게 된다.
이때, 보이스 코일 모터의 제어 전류를 무게(g) 단위로 변환한 후에 기준 데이터를 이용하여 브러시 누름압력을 설정 제어(예컨대, 1g 단위로 10∼80g까지 설정 제어)할 수 있게 된다.
이렇게 브러시(13)를 1차 하강 이동 후 소프트 랜딩시키는 이유는 프로세스 타임을 최소화하기 위해 빠른 속도로 브러시(13)를 하강시키다가 웨이퍼 기판(100)에 닿기 직전 속도를 낮춰 웨이퍼 기판(100)이 브러시 모와 닿는 충격을 최소화하기 위함이다.
이때의 소프트 랜딩 높이는 웨이퍼 기판(100)으로부터 약 2mm 정도 앞에서 시작하게 된다.
다음, 제3단계로서, 브러시(13)가 웨이퍼 기판(100)과 접촉하고 있는 상태에서 브러시(13)를 웨이퍼 기판 중심에서 끝으로 기 설정속도로 이동시키면서 웨이퍼 기판(100)을 세정하는 단계를 실시한다.
이때의 브러시(13)는 프로그램 래시피에 의한 기 설정 속도로 이동할 수 있게 된다.
이때, 브러시(13)의 웨이퍼 기판 끝 위치까지의 이동은 브러시암 모듈의 회전모터 구동에 의해 이루어질 수 있게 된다.
다음, 제4단계로서, 웨이퍼 기판 끝 위치에서 보이스 코일 모터를 이용하여 브러시(13)를 상승시켜서 웨이퍼 기판 끝의 바로 위에 설정된 시작점에 위치시키는 단계를 실시한다.
다음, 완료단계로서, 프로그램 래시피 설정 횟수에 따라 제1단계 내지 제4단계를 수회 반복시행한 후, 세정작업 완료와 함께 누름압력 해제 및 회전정지 상태로 브러시(13)를 웨이퍼 밖의 원점 위치에 대기시키는 단계를 실시한다.
바람직한 실시예로서, 이와 같은 브러시 크리닝 프로세스 과정은 브러시 누름압력을 셋업하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 셋업단계는 브러시 누름압력을 셋업하기 위해 무게추를 달고 저울을 이용하여 누름압력 기초를 셋업하는 과정으로서, 기본 스핀 로테이션 척을 제거하고 압력 측정지그를 대체하여 세팅 후, 장비에서 프로세스 진행 시에 사용할 브러시 누름압력을 저울을 이용하여 비교하면서 값을 넣고 미세값을 보정하여 저장하는 과정으로 이루어지게 된다.
이와 같은 크리닝 프로세스 과정에서 브러시 스핀 프로세스 레시피 스텝에 대해 살펴보면 다음과 같다.
스텝 1 : 브러시(13)의 약 1,000rpm 회전과 동시에 2개의 워터린스 노즐(16)에서 DI 워터린스가 토출되고, 브러시(13)가 웨이퍼 기판의 센터 위치로 이동된다.
이때부터 브러시가 대기 위치로 오기 전까지 브러시에 설정된 압력의 피드백 제어 범위를 넘은 경우 알람과 함께 챔버의 모든 동작은 비상정지 된다.
스텝 2 : 브러시(13)가 1,000rpm 정도로 1개의 워터린스 노즐(16)에서만 DI 워터린스가 토출되고, 브러시(13)의 개시와 누름압력 컨트롤 동작으로 소프트 랜딩 3mm 위치까지 하강된다.
연속하여, 2mm 소프트 랜딩으로 하강하여 웨이퍼 기판에 접촉 후 웨이퍼 기판 끝 위치까지 설정속도로 스캔 이동 후, 프로그램 레시피의 설정 스캔 횟수(시간) 만큼 같은 동작이 반복된다.
스텝 3 : 브러시(13)의 약 1,000rpm 회전과 동시에 2개의 워터린스 노즐(16)에서 DI 워터린스가 토출되고, 브러시(13)는 대기 위치로 이동된다.
스텝 4 : 웨이퍼 기판이 2,500rpm 정도로 회전되고 DI 워터린스가 건조된다.
스텝 5 : 웨이퍼 기판의 회전이 종료되고 공정이 완료된다.
이와 같이, 본 발명에서는 웨이퍼 기판 세정공정 시 로드셀과 무빙 코일의 조합을 이용하여 브러시의 누름압력, 브러시의 위치, 브러시의 누름압력 보정 등과 같은 의 전반적인 브러시 작동을 제어하는 기술과 웨이퍼 기판과 접촉 충격을 최소화하는 소프트 랜딩 기술을 적용한 새로운 브러시 감지장치 및 압력제어방법을 제공함으로써, 웨이퍼 기판에 대한 원활한 세정공정은 물론 프로세스 타임을 단축할 수 있는 등 세정공정의 효율성을 향상시킬 수 있고, 웨이퍼 기판을 손상의 위험으로부터 보호할 수 있으며, 웨이퍼 기판에 대한 우수한 세정 품질을 확보할 수 있다.
10 : 베이스 플레이트
11 : 스핀 업다운 컵
12 : 스핀 로테이션 척
13 : 브러시
14 : 브러시 모터 모듈
15 : 브러시암
16 : DI 워터 린스 노즐
17 : 브러시 크린 포트
18 : 이류체 세정 노즐
19 : 노즐암
20 : 웨이퍼 틸트 디텍터 센서
21 : 웨이퍼 디텍터 센서
22 : 모듈 하우징
23 : 보이스 코일 모터(Voice coil motor)
24 : 무빙 블럭
25 : 브러시 로테이션 모터
26 : 축
27 : 센서 도그
28 : 로드셀
29 : 컨트롤러
30 : 브러시암 구동부
31 : 노즐암 구동부
32 : 로드
33 : 보이스 코일 모터 드라이버
34 : 브러시 로테이션 모터 드라이버
35 : 로드셀 컨버터

Claims (10)

  1. 브러시를 웨이퍼 밖의 원점 위치에 대기시키는 준비단계;
    브러시를 웨이퍼의 중심에 위치시키는 제1단계;
    브러시 회전 및 브러시 기 설정 누름압력 개시와 함께 브러시를 웨이퍼 중심으로 1차 하강시킨 후, 계속해서 1차 하강 속도 대비 상대적으로 느린 속도로 소프트 랜딩시켜서 웨이퍼 표면에 브러시를 접촉시키는 제2단계;
    브러시와 웨이퍼 접촉 상태에서 브러시를 웨이퍼 중심에서 끝으로 기 설정속도로 이동시키면서 웨이퍼를 세정하는 제3단계;
    브러시를 상승시켜서 웨이퍼 끝의 시작점에 위치시키는 제4단계;
    상기 제1단계 내지 제4단계를 수회 반복시행한 후, 누름압력 해제 및 회전정지 상태로 브러시를 웨이퍼 밖의 원점 위치에 대기시키는 완료단계;를 포함하되,
    압력 셋업단계로서, 브러시 누름압력을 셋업하기 위해 무게추를 달고 저울을 이용하여 누름압력 기초를 셋업하는 과정으로 기본 스핀 로테이션 척을 제거하고 압력 측정지그를 대체하여 세팅 후, 장비에서 프로세스 진행 시에 사용할 브러시 누름압력을 저울을 이용하여 비교하면서 값을 넣고 미세값을 보정하여 저장하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 압력제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1단계부터 브러시의 로드셀 압력측정을 이용한 피드백을 통해 기 설정 누름압력이 정상인 경우 브러시의 모든 프로세스가 구동되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 압력제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2단계에서 브러시의 기 설정 누름압력은 보이스 코일 모터의 전류 제어를 이용하여 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 압력제어방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2단계에서 보이스 코일 모터의 제어 전류를 무게(g) 단위로 변환한 후에 기준 데이터를 이용하여 브러시 누름압력을 설정 제어하되, 1g 단위로 10～80g까지 설정 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 압력제어방법.
  5. 삭제
  6. 베이스 플레이트(10)와, 상기 베이스 플레이트(10)의 상면부에 설치되어 웨이퍼 기판을 고정시켜주는 동시에 웨이퍼 기판을 승강 및 회전시켜주는 스핀 업다운 컵(11) 및 스핀 로테이션 척(12)와, 상기 베이스 플레이트(10)의 상면부에 설치되어 브러시(13)를 이용하여 웨이퍼 기판을 세정하는 브러시 모터 모듈(14) 및 브러시암(15);반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치에 있어서,
    상기 브러시 모터 모듈(14)은,
    회전 및 상하 작동하는 브러시(13)를 이용하여 웨이퍼 기판을 세정하는 수단으로서, 모듈 하우징(22)과, 상기 모듈 하우징(22)의 내부 일측에 설치되어 브러시(13)의 누름 압력을 제어하는 보이스 코일 모터(23);
    상기 보이스 코일 모터(23)의 코일측과 연계되어 상하 이동하는 무빙 블럭(24)과, 상기 무빙 블럭(24)측에 지지되는 구조로 설치되면서 브러시 회전을 위한 동력을 제공하는 브러시 로테이션 모터(25);
    상기 브러시 로테이션 모터(25)의 축(26)의 하단부에 장착되면서 모듈 하우징(22)의 저면부 아래쪽으로 위치되는 브러시(13);
    상기 모듈 하우징(22)의 내부 일측에 설치되어 무빙 블럭(24)과 함께 승강되는 센서 도그(27)와 접촉되면서 브러시 하중을 검출하는 로드셀(28);를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 베이스 플레이트(10)의 상면부에 설치되어 웨이퍼 기판에 세정수를 공급하는 적어도 1개의 DI 워터 린스 노즐(16); 및
    상기 베이스 플레이트(10)의 상면부에 설치되어 브러시를 세정하는 브러시 크린 포트(17);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 베이스 플레이트(10)의 상면부에 설치되어 웨이퍼 기판을 추가 세정하기 위해 세정수를 균일하고 미세하게 분사하는 이류체 세정 노즐(18) 및 노즐암(19)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 베이스 플레이트(10)의 상면부에 설치되어 웨이퍼 기판의 안착불량과 웨이퍼 기판의 유무를 검출하는 웨이퍼 틸트 디텍터 센서(20) 및 웨이퍼 디텍터 센서(21)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치.
  10. 청구항 6 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 브러시(13)의 위치와 압력을 제어하는 수단으로 컨트롤러(29)를 더 포함하며, 상기 컨트롤러(29)는 브러시 누름압력을 보이스 코일 모터(23)의 전류를 제어하는 방식으로 제어함과 더불어 로드셀(28)에서 제공되는 하중에 기초하여 보이스 코일 모터(23)의 압력제어 전류를 보정하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장비의 브러시 감지장치.
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