KR19980022571A - 반도체 스크러버(Scrubber)장비 - Google Patents

반도체 스크러버(Scrubber)장비 Download PDF

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Abstract

반도체 스크러버장비에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반도체 스크러버장비는, 세정될 웨이퍼가 놓이는 회전척, 웨이퍼 위에 세정수를 공급하는 세정수 공급부, 회전하는 웨이퍼 위에서 순수와 마찰되어 와류를 일으키는 브러쉬, 상기 브러쉬를 지지하고 이동시키는 브러쉬 아암과 축 및 상기 각부를 조종하는 콘트롤러를 구비하여 이루어지는 반도체 스크러버장비에 있어서, 회전척에 놓이는 웨이퍼 상면과 브러쉬 하단의 간격을 조절할 수 있는 브러쉬 높이 자동 조절장치가 구비된 것을 특징으로 한다.
따라서, 스크러버장비에서 중요한 요소가 되는 웨이퍼와 브러쉬의 간격이 용이하게 적정 수준으로 자동 조절됨으로써 공정 웨이퍼마다 최적의 조건에서 세정공정이 진행될 수 있다는 이점이 있다.

Description

반도체 스크러버(Scrubber)장비
본 발명은 반도체 스크러버(Scrubber)장비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 공정 웨이퍼의 표면을 브러쉬로 세정하는 반도체 스크러버장비에 관한 것이다.
반도체장치는 고도로 정밀한 장치이며 따라서 극히 정밀한 제조기술을 요한다. 반도체장치의 제조과정에서 반도체장치를 이루는 회로에 놓인 미세한 먼지 등도 완성된 반도체장치의 기능에 결정적인 문제점을 발생시키게 된다. 또한 제조공정중에 웨이퍼에 얹히는 미세 입자는 직접 반도체장치의 회로기능에 영향을 주지는 않는다고 할지라도 공정불량을 유발시켜 반도체장치의 제조를 어렵게 한다.
따라서 반도체장치는 제품이나 공정에 영향을 줄 수 있는 이물질이 거의 제거된 청정한 환경에서 제조되며, 공정중에 발생하는 미세 입자 등을 제거하기 위해 수시로 웨이퍼 표면이 세정되어야 한다.
이러한 반도체장치의 제조공정에서 웨이퍼의 세정을 위해 많이 사용되는 방법에는 웨이퍼 표면에 고압의 순수를 뿌려주는 방법과 웨이퍼면이 세정제나 순수에 담긴 상태에서 회전섬유 브러쉬를 웨이퍼면에 접촉시키는 방법 등이 있다. 브러쉬와 순수를 이용하여 파티클을 물리적으로 제거하여 웨이퍼 표면을 세정하는 장비를 일반적으로 반도체 스크러버장비라 한다.
그런데, 반도체장치의 소자집적도가 높아지고 다층화되면서 반도체장치는 보다 손상되기 쉬워졌고, 웨이퍼면에 회전섬유를 접촉시키는 경우 형성된 막이나 패턴이 손상되는 문제가 발생한다. 따라서 근래의 반도체장치 제조공정에 사용되는 스크러버에서는 웨이퍼 표면에 브러쉬를 닿지 않게 하면서 웨이퍼를 세정하는 방법이 사용되고 있다.
즉, 웨이퍼 표면에 계속 순수를 공급하면 웨이퍼 표면은 순수에 덮인 상태가 되고, 순수 표면과 웨이퍼면의 사이의 간격은 공급되는 순수의 양에 따라 1mm 내지 2mm 정도가 된다. 이때 순수 속으로 브러쉬를 넣고 웨이퍼 표면에는 닿지 않도록 하여 웨이퍼를 고정하고 있는 회전척을 회전시키면 순수 속에서 브러쉬가 와류를 일으키게 되고, 이 와류에 의해 웨이퍼 표면의 파티클들이 떨어져 나가게 된다.
도1은 종래의 반도체 스크러버장비에서 중요 부분을 개략적으로 나타내는 도면이다.
웨이퍼(10)가 놓이는 회전척(11)이 있고, 그 주위에 90°로 절곡된 브러쉬 아암(12)이 상하운동과 회전운동이 가능한 축(13)에 고정되어 있다. 브러쉬 아암의 단부에는 대개 테프론 재질의 브러쉬(14)가 설치되어 있다. 브러쉬의 바깥쪽 면은 매끈한 표면으로 덮여서 브러쉬의 섬유는 보이지 않도록 되어 있다, 세정공정에서는 이 표면의 하단을 기준으로 작업자의 육안에 의해 브러쉬와 웨이퍼의 간격을 조정하게 된다.
세정동작을 하지 않을 때에는 브러쉬(14)가 건조되어 상태가 변하는 것을 방지하기 위해 브러쉬(14)는 순수가 담긴 순수통(15)에 담겨 있다. 회전척(11) 위로는 순수를 공급하는 순수노즐(16)이 설치되어 있다. 이들의 가동은 스크러버장비의 콘트롤러(17)에 의해 순차적으로 통제된다.
도2는 스크러버장비에서의 회전하는 웨이퍼 상에서 이동하는 브러쉬의 세정작용을 나타내는 도면이다.
스크러버장비의 동작내용을 살펴보면, 장비가 가동되면 회전척에 웨이퍼(10)가 놓여 회전하고 웨이퍼 위로 순수가 공급되며, 브러쉬 아암(12)이 고정되어 있는 축(13)이 상향 이동하여 회전하므로 브러쉬 아암(12)도 상향 이동하고 축(13)주위로 주회하면서 브러쉬(14)가 웨이퍼(10) 주변부 위로 이동한다. 그리고 브러쉬 아암(12)과 함께 브러쉬(14)가 내려와 웨이퍼(10) 표면 위에 있는 순수에 닿게 된다. 그러면 화살표'b'의 방향으로 다시 브러쉬 아암(12)이 축(13)의 회전에 따라 천천히 이동하면서 아암 단부에 위치하는 브러쉬(14)는 웨이퍼(10) 표면과 평행하게 이동하여 웨이퍼 중심까지 이동하게 된다.
그 과정에서 회전척에 고정된 웨이퍼(10)가 화살표'a'의 방향으로 계속 빠르게 회전하므로 웨이퍼 표면의 모든 부분에서 화살표'c'의 방향으로, 브러쉬(14)에 의한 순수의 와류가 발생하여 파티클을 제거하는 세정작용을 하게 된다.
이러한 패턴의 스크러버에서는 브러쉬의 압력은 별 문제가 되지 않는다. 가장 중요한 것은 웨이퍼와 브러쉬 사이의 적정 간격을 유지하는 것이다. 즉, 브러쉬가 너무 멀리 떨어져서 순수와 접촉되지 못하거나 접촉한다 해도 미약한 와류만을 형성시킨다면 세정 효율은 떨어지게 되며, 브러쉬가 웨이퍼에 너무 근접하거나 닿아 오히려 웨이퍼 스크래치를 발생시킨다면 스크러버장비의 본래의 목적인 웨이퍼 결점(Defect) 제거효과가 상실되는 것이다.
그런데, 이러한 종래의 스크러버장비에서는 세정공정에서 브러쉬의 매끈한 표면의 하단을 기준으로 작업자의 육안에 의해 브러쉬와 웨이퍼의 간격을 조정하게 되므로, 마모에 의한 브러쉬 교체에서 브러쉬가 세팅(Setting)되는 높이는 작업자에 따라 달라질 수 있고, 같은 작업자라 할지라도 세팅되는 높이가 달라질 수 있다.
또한, 장비의 효율성을 높이기 위해서 스크러버장비 하나가 각각 형성된 막의 높이가 다른 여러 공정 웨이퍼를 대상으로 작업하게 되는 상황에서는 공정에 따라서 브러쉬와 웨이퍼의 간격이 변동될 수 있었다.
따라서, 세정공정에서 앞서 언급한 스크래치나 세정기능의 저하 등의 오류들이 발생할 확률이 높았고, 작업자에게도 스크러버의 브러쉬 높이 조절은 번거로운 일이 된다.
본 발명의 목적은, 스크러버장비에서 중요한 요소가 되는 웨이퍼와 브러쉬의 간격이 용이하게 적정 수준으로 조절되며, 공정 진행시 웨이퍼마다 최적의 조건에서 공정이 진행될 수 있도록 웨이퍼와 브러쉬 간격이 자동 조절될 수 있는 반도체 스크러버장비를 제공하는 데 있다.
도1은 종래의 반도체 스크러버장비를 중요 부분을 중심으로 개략적으로 나타내는 도면이다.
도2는 스크러버장비에서의 회전하는 웨이퍼 상에서 이동하는 브러쉬의 세정작용을 나타내는 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 스크러버장비를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 상면과 브러쉬 하단과의 간격 조절작용을 개념적으로 나타낸 도면이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 웨이퍼 11: 회전척
12: 브러쉬 아암 13: 축
14: 브러쉬 15: 순수통
16: 순수노즐 17, 37: 콘트롤러
31: 발광부 32: 수광부
38: 거리감지센서 39: 프로세서
d: 거리감지센서와 웨이퍼 사이의 거리
e: 거리감지센서와 브러쉬 상단 사이의 거리
f: 브러쉬의 높이
g: 브러쉬와 웨이퍼 사이의 거리
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 스크러버장비는, 세정될 웨이퍼가 놓이는 회전척, 웨이퍼 위에 세정수를 공급하는 세정수 공급부, 회전하는 웨이퍼 위에서 순수와 마찰되어 와류를 일으키는 브러쉬, 상기 브러쉬를 지지하고 이동시키는 브러쉬 아암과 축 및 상기 각부를 일정 순서에 따라 조종하는 콘트롤러를 구비하여 이루어지는 반도체 스크러버장비에 있어서, 회전척에 놓이는 웨이퍼 상면과 브러쉬 하단의 간격을 측정하고, 상기 콘트롤러를 통해 상기 축의 상하 이동을 조절할 수 있는 브러쉬 높이 자동조절장치가 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 웨이퍼 상면과 브러쉬 하단의 간격을 조절할 수 있는 브러쉬 높이 자동조절장치에는 구성이 잘 알려진 기존의 정밀한 거리측정장치들을 채용할 수 있다. 본 발명의 자동조절장치를 이루는 기존의 거리측정장치와 프로세서에 콘트롤러가 연결되는 경우에 이루어지는 자동조절장치의 기본작동패턴은 다음과 같다.
우선, 작용 순서에 의해 콘트롤러에서 장치의 프로세서로 원시신호가 가고, 이 원시신호에 의해 프로세서는 거리측정장치를 가동시켜 그 측정값을 내부에 저장한다. 그리고 이 측정값들을 지정된 방법에 의해 처리하고, 사전에 입력된 값과 비교하여 프로세서는 콘트롤러로 처리신호를 보낸다. 콘트롤러는 이 처리신호에 의해 브러쉬 아암이 고정된 축의 높이를 조절하도록 축을 구동하는 모터 등에 구동전력을 인가시킨다.
기존의 스크러버장비의 콘트롤러가 프로그램에 의해 거리측정장치의 신호를 처리할 수 있는 경우에 별도의 프로세서 없이 콘트롤러가 본 발명의 브러쉬 높이 자동조절장치의 일부를 구성하며 거리측정장치와 직접 연결될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 스크러버장비를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 상면과 브러쉬 하단과의 간격 조절작용을 개념적으로 나타낸 도면이다.
기존의 스크러버장비와 같이 회전척(11)과 그 위로 설치된 순수노즐(16), 회전척(11) 옆의 브러쉬 아암(12)과 축(13), 브러쉬 아암(12) 단부의 브러쉬(14)가 있다. 순수노즐 주위로 회전척(11)에 놓여진 웨이퍼(10) 가장자리의 상부에 본 발명의 거리측정장치로 레이저 펄스를 이용하는 거리감지센서(38)가 설치되어 있다. 이 거리감지센서에서는, 회전척(11)에 웨이퍼(10)가 놓이면 콘트롤러(37)와 프로세서(39)를 통한 신호에 의해 발광부(31)가 레이저 펄스를 웨이퍼 상면에 조사하게 된다. 그리고 그 반사광을 수광부가(32) 감지하여 거리측정장치의 프로세서(39)로 수광신호를 보내게 된다.
프로세서(39)에서는 이들 신호와 자체의 클럭을 이용하여 웨이퍼나 브러쉬의 위치 혹은 거리감지센서(38)로부터의 거리'd'를 산출하게 한다. 거리'd'는 빛의 속도에 발광부(31)에서 펄스가 조사된 후 수광부(32)에 감지되기까지 걸린 시간을 곱하여 왕복거리를 산출한 후에 그 값을 2로 나누어 산출하게 된다.
그리고 웨이퍼에는 세정수가 공급되고 순수통(15)에 담겨있던 브러쉬(14)가 일정 높이까지 상승한 후에 축(13)의 단순 회전으로 브러쉬(14)는 수평면을 따라 거리감지센서(38)의 하부까지 이동한다. 브러쉬(14) 위로 일정 주기의 레이져 펄스가 조사되고, 웨이퍼까지의 거리 산출방법과 같은 방법으로 브러쉬 상단과의 거리'e'를 측정하게 된다.
프로세서(39)를 통해 이 거리'e'에 브러쉬(14)의 높이'f'가 더해지고 앞서 산출된 웨이퍼까지의 거리'd'를 감하여 그의 음수값을 취하면 얻어진 값은 웨이퍼(10)와 브러쉬(14) 사이의 거리 즉, 브러쉬 하단과 웨이퍼 상면 사이의 거리'g'가 된다. 이렇게 얻어진 값이 미리 입력된 값, 즉, 바람직한 브러쉬와 웨이퍼 사이의 거리보다 작거나 같게 되면, 거리감지센서(38)의 발광부(31)에서 일정 주기로 조사되던 레이저 펄스는 중단된다.
그리고, 프로세서(39)의 신호는 콘트롤러(37)를 통해 축(13)의 하방이동을 정지시키고, 순수가 흐르는 웨이퍼(10) 위로 축(13)의 회전을 통해 브러쉬 아암(12)이 웨이퍼 중심부로 서서히 이동해 가게 된다. 이때 브러쉬(14)는 브러쉬 아암(12) 단부에 고정되어 있고 축(13)의 회전에 따라 수평으로 이동하므로 브러쉬(14)는 웨이퍼(10) 상면과 일정거리를 유지하면서 세정수에 담겨 와류를 일으키게 된다.
개개의 레이저 펄스를 조사하는 시간은 레이저 펄스의 조사주기보다 훨씬 짧아야 혼동의 우려가 없게 되며, 레이저 펄스의 조사주기도 그 주기동안 브러쉬가 움직이는 거리가 아주 작을 정도로 짧아야 한다. 또한 축을 상승 혹은 하강시키는 모터는 관성이 작고 제동력도 우수한 정밀한 모터가 바람직하다.
다른 변형예로 일정 주기로 레이져 펄스를 계속 조사하는 대신에 일단 브러쉬가 센서 직하방에 위치하게 되면 브러쉬의 위치 혹은 웨이퍼 상면과 브러쉬와의 거리를 측정하고 이를 바탕으로 축을 움직이는 모터에 일정 전기량만을 흘려, 축의 하방 이동거리가 현재 브러쉬의 위치에서 웨이퍼 상면에서의 적정한 위치에로의 일정 거리만큼 되도록 하는 방법도 생각될 수 있다.
본 발명의 반도체 스크러버장비는 회전척에 놓이는 웨이퍼마다 브러쉬의 높이를 조절할 수 있는 것이나, 대개 동일한 로트(Lot)의 웨이퍼들은 동일한 조건을 가지는 것이므로 로트의 최초 하나의 웨이퍼에 대해 브러쉬 높이를 조절하고 동일한 로트의 잔여 웨이퍼는 동일한 브러쉬높이로 처리할 수 있다. 이러한 경우 공정시간을 단축하게 되는 이점이 있다.
한편, 브러쉬 높이 조절장치에 이상이 발생하여 브러쉬가 웨이퍼 상면보다 더 낮아지는 일도 상정할 수 있으므로 이러한 경우의 웨이퍼면의 파손을 막기 위해 미리 프로세서에 브러쉬 높이의 최소값을 설정하여 그 값 이하로 브러쉬가 내려가는 일이 없도록 하거나, 축 자체를 조정하여 프로세서의 신호에도 불구하고 브러쉬가 웨이퍼면보다 낮아지는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에 의하면 스크러버장비에서 중요한 요소가 되는 웨이퍼와 브러쉬의 간격이 용이하게 적정 수준으로 자동 조절됨으로 공정 진행시 다양한 종류 및 단계의 공정 웨이퍼마다 최적의 조건에서 세정공정이 진행될 수 있다는 이점이 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (5)

  1. 세정될 웨이퍼가 놓이는 회전척, 웨이퍼 위에 세정수를 공급하는 세정수 공급부, 회전하는 웨이퍼 위에서 순수와 마찰되어 와류를 일으키는 브러쉬, 상기 브러쉬를 지지하고 이동시키는 브러쉬 아암과 축 및 상기 각부를 조종하는 콘트롤러를 구비하여 이루어지는 반도체 스크러버장비에 있어서,
    상기 회전척에 놓이는 웨이퍼 상면과 브러쉬 하단의 간격을 측정하고, 상기 콘트롤러를 통해 상기 축의 상하 이동을 조절할 수 있는 브러쉬 높이 자동조절장치가 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 스크러버장비.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 브러쉬 높이 자동조절장치는 거리측정장치와 상기 거리측정장치의 신호값을 처리하여 상기 콘트롤러에 상기 축의 높이를 조절하도록 전기신호를 보낼 수 있는 프로세서가 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 스크러버장비.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 콘트롤러와 일체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 스크러버장비.
  4. 제 2항 혹은 제 3항에 있어서,
    상기 거리측정장치는 상기 회전척 위에 놓이는 웨이퍼의 가장자리 상방에 위치하며, 동작신호를 받아 레이저 펄스를 조사할 수 있는 발광부와 상기 펄스의 반사광을 수신할 수 있는 수광부로 이루어지는 거리측정센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 스크러버장비.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 발광부는 일정한 주기로 계속적으로 레이저 펄스를 조사할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 상기 반도체 스크러버장비.
KR1019960041752A 1996-09-23 1996-09-23 반도체 스크러버(Scrubber)장비 KR19980022571A (ko)

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