KR20040045198A - 웨이퍼 세정 및 건조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 세정 및 건조 장치에 관한 것으로, 반도체 소자의 제조 공정 중 세정 공정과 건조 공정을 하나의 장치에서 간단하면서도 용이하게 실시할 수 있는 웨이퍼 세정 및 건조 장치에 관한 것이다. 본 발명의 웨이퍼 세정 및 건조 장치는 건조 챔버, 세정조 및 구동시스템이 유기적으로 결합되어 구성된다. 건조 챔버에는 한 쌍의 윙이 구비되는데, 이 윙들은 웨이퍼 로딩 및 언로딩시에 양쪽에서 웨이퍼를 잡아주고 가이드 역할을 하기 위한 복수의 슬롯이 형성되며, 구동축에 의해 각각 내측으로 회전 운동을 한다. 세정조는 건조 챔버의 하단에 결착된다. 건조 챔버와 세정조에서 웨이퍼를 상승 및 하강시키기 위해 구동시스템에는 서보 모터와 서포터 샤프트가 구비되는데, 서포터 샤프트의 일단부가 세정조 밑바닥을 통해 안쪽으로 삽입되며, 그 일단부에 웨이퍼를 지지해주는 서포터가 설치된다. 서포터 샤프트가 상승 및 하강할 때 세정조 내부로 오염원이 유입되는 것을 방지하기 위한 삽입되는 위치에 서포터 샤프트 샤워 모듈이 구비된다.

Description

웨이퍼 세정 및 건조 장치{Apparatus for cleaning and drying a wafer}
본 발명은 반도체 소자의 제조 공정 중에 세정 공정 및 건조 공정에 사용되는 웨이퍼 세정 및 건조 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 제조 공정뿐만 아니라 액정 표시기(LCD) 및 웨이퍼 기판 제조 공정에 있어, 웨이퍼 세정 공정 및 웨이퍼 건조 공정은 필수적인 공정이다.
웨이퍼를 세정하거나 건조시키는 장치에는 웨이퍼를 잡아주기 위한 웨이퍼 가이드(wafer guide)나 웨이퍼 캐리어(wafer carrier)가 필수적으로 구비되어 있다. 이러한 웨이퍼 가이드나 웨이퍼 캐리어는 웨이퍼가 쓰러지는 것을 방지하기 위하여 3 내지 4개의 포인트(point)에서 웨이퍼를 지지해주고 있으며, 이들 포인트 중에서 적어도 1 포인트는 웨이퍼 각각을 완전히 잡아주도록 깊이가 깊은 다수의 슬롯(slot)이 형성되어 있다. 슬롯의 깊이가 깊을수록 웨이퍼와 슬롯이 직접 닿는 면적이 넓어지며, 이 부분을 완전히 건조시키기 위해 건조 시간이 길어질 뿐만 아니라, 이 부분에 미립자(particle) 등이 집중되는 문제가 있다. 또한, 이웃하는 웨이퍼끼리 서로 닿지 않게 하기 위하여 슬롯의 폭을 가능한 좁게 하는데, 이는 집중된 미립자가 웨이퍼로부터 떨어지지 않고 그대로 건조되는 문제가 있다.
이러한 문제점들을 방지하기 위해 "Mattson사"에서 나이프 타입(Knife Type)을 고안하였다. 그러나 이것은 단독으로 사용하는 것이 불가능하여 퍼니쳐(Furniture)와 로커(Locker)를 같이 사용하고 있다. 퍼니쳐는 헹굼조(RinseBath)의 양 옆면에 구비되며, 나이프에 로딩된 웨이퍼가 들어 올려질 때 가이드 역할을 한다. 로커는 웨이퍼가 탈이온수(DIW) 밖으로 나오면 웨이퍼를 잡아주는 역할을 한다. 그런데, 로커는 회전을 하기 때문에 나이프로 들어 올리는 힘보다 빠르게 회전할 경우 웨이퍼를 강제로 들어 올리는 것처럼 되어 웨이퍼가 로커나 나이프로부터 이탈될 수 있고, 심할 경우 웨이퍼가 깨질 수 있는 기능적인 문제가 있다. 또한, 나이프를 구동하는 로봇(Robot)이 헹굼조의 뒤쪽에서 1 포인트 지지해주기 때문에 장시간 사용할 경우 최초에 설계된 모양에서 틀어지게 된다. 이로 인하여 일정 시간을 두고 계속해서 정비를 해주어야하는 불편함이 있다. 더욱이, 헹굼조 뒤쪽으로 무빙 샤프트(Moving Shaft)가 구비되므로 헹굼조의 부피(Volume)가 상당히 커지게 되며, 이는 웨이퍼 건조기의 크기(Size)가 커질 수밖에 없는 요인으로 작용한다.
따라서 본 발명은 웨이퍼를 세정하고 건조시키는 일련의 공정을 하나의 장치에서 실시할 수 있으며, 장치의 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 웨이퍼 건조 능력을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 세정 및 건조 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 세정 및 건조를 위한 장치의 구성도.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 윙에 대한 정면, 평면 및 측면을 도시한 도면.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 서포터에 대한 정면, 평면 및 측면을 도시한 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10: 건조 챔버 11: 커버
12: 커버 무브먼트 13: 가스 공급부
14: 히터 15: 윙
15-1: 구동축 15-2: 슬롯
20: 세정조 21: 오버플로우
30: 구동시스템 31: 서보 모터
32: 서포터 샤프트 33: 서포터 샤프트 샤워 모듈
34: 서포터 34-1: 홈
34-2: 포인트 34-3: 공간
상술한 목적을 달성하기 위하여, 웨이퍼 세정 및 건조 장치는 웨이퍼를 출입시키는 커버와, 건조 과정에 필요한 가스들을 공급하고 배출하는 가스 공급/배출부와, 온도를 유지시키는 히터와, 웨이퍼 로딩 및 언로딩시에 웨이퍼를 잡아주고 가이드 하는 한 쌍의 윙으로 이루어진 건조 챔버; 세정액을 급수하고 배수하는 세정액 급수/배수부와, 넘쳐나는 세정액을 외부로 흘려보내는 오버플로우로 이루어지며, 상기 건조 챔버에 결착되고, 하단에 적어도 2개 이상의 홀이 형성된 세정조; 상기 세정조의 홀 부분에 설치된 서포터 샤프트 샤워 모듈과, 상기 샤워 모듈 및 홀을 통해 일단부가 상기 세정조에 삽입된 서포터 샤프트와, 상기 서포터 샤프트에 다른 단부에 연결된 서보 모터와, 상기 서포터 샤프트에 연결되어 상기 세정조 내에서 웨이퍼를 지지하는 서포터로 이루어진 구동시스템; 및 상기 모든 구성 요소들을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 세정 및 건조 장치의 구성도이고, 도 2a 내지 도 2c는 도 1의 윙에 대한 정면, 평면 및 측면을 도시한 도면이고, 도 3a 내지 도 3c는 도 1의 서포터에 대한 정면, 평면 및 측면을 도시한 도면이다. 각 도면에서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 병기한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 웨이퍼 세정 및 건조 장치는, 웨이퍼를 건조시키는 건조 챔버(10)와, 건조 챔버(10)의 하단에 결착되며, 세정액을 수용하는 세정조(20)와, 세정조(20)의 아래쪽에서 웨이퍼를 상승(up) 및 하강(down)시키는 구동시스템(30)과, 도면에 도시하지는 않았지만 웨이퍼 건조기의 모든 구성 요소의 동작을 제어하는 컨트롤러(controller)를 포함하여 구성된다.
웨이퍼 세정 및 건조 장치의 각 구성 요소들을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
건조 챔버(10)는, 웨이퍼가 챔버(10) 내부로 들어오고 챔버(10) 외부로 나갈 수 있도록 커버 무브먼트(cover movement; 12)에 의해 열리고(open) 닫히는(close) 커버(cover; 11)와, 웨이퍼 건조를 위해 가열된 질소 가스나 건조 과정에 필요한 가스들을 건조 챔버(10) 내부에 공급하는 가스 공급부(13)와, 건조 챔버(10) 내부에 공급된 가스들을 배출시키는 가스 배출부(미도시)와, 건조 챔버(10) 내부의 온도를 적절히 유지시키는 히터(heater; 14)와, 웨이퍼를 건조 챔버(10) 내부로 로딩(loading)시키거나 건조 챔버(10) 외부로 언로딩(unloading)시킬 때 웨이퍼를 잡아주고 가이드(guide) 역할을 하는 한 쌍의 윙(wing; 15)을 포함하여 이루어진다. 건조 챔버(10)는 하단부가 개방(open)된다. 가스 공급부(13)는 세정조(20)로부터 건조 챔버(10)로 상승되는 웨이퍼를 효율적으로 건조시키기 위해 건조 챔버(10)의 하단에 구비시키는 것이 바람직하지만, 이것을 구비시키는 위치는 변할 수 있다. 히터(14)는, 도면에 도시된 바와 같이, 건조 챔버(10)의 상단에 구비되지만, 건조 챔버(10)의 측벽에 구비시킬 수도 있다. 한 쌍의 윙(15)은 건조 챔버(10) 내부의 좌측 및 우측에 각각 하나씩 설치되며, 구동축(15-1)에 의해 안쪽으로 회전 운동이 가능하다. 윙(15)은, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 웨이퍼가 쓰러지지 않게 잡아주면서 웨이퍼 로딩 및 언로딩 시에 가이드 역할을 용이하게 하기 위해 빗 모양으로 복수의 슬롯(slot; 15-2)이 형성된다. 한편, 한 쌍의 윙(15)은,건조 챔버(10) 내에서 뿐만 아니라 세정조(20) 안에서도 웨이퍼를 잡아주고 가이드 할 수 있도록, 구동축(15-1)이 상하로 이동 가능하게 제작하거나, 윙(15)의 길이를 세정조(20) 내부까지 연장되도록 제작할 수 있다.
세정조(20)는, 세정액이 넘쳐 자연스럽게 밖으로 배수되게 하는 오버플로우(overflow; 21)와, 세정액을 세정조(20)에 급수하거나 배수하는 세정액 급수/배수부(미도시)를 포함하여 이루어진다. 세정조(20)의 상단은 개방(open)되며, 하단은 적어도 2개 이상의 홀(미도시)이 형성된다. 이 홀은 하기에서 설명하겠지만 구동시스템(30)의 서포터 샤프트(supporter shaft)를 수용하기 위한 것이며, 그 크기는 서포터 샤프트의 크기에 의존하여 만들어진다. 건조 챔버(10)의 하단은 세정조(20)의 상단과 어떠한 결착 수단에 의해 결착되어 웨이퍼를 세정하고 건조시키는 공간이 만들어진다.
구동시스템(30)은 서보 모터(servo motor; 31)와, 서포터 샤프트(supporter shaft; 32)와, 서포터 샤프트 샤워 모듈(supporter shaft shower module; 33)과, 서포터(supporter; 34)를 포함하여 이루어진다. 서포터 샤프트(32)는 일단부가 서보 모터(31)에 연결되고, 다른 단부가 세정조(20)의 홀을 통해 세정조(20) 내부에 삽입된다. 세정조(20)에 삽입된 서포터 샤프트(32)의 단부에는 세정 및 건조를 위한 웨이퍼를 지지해 주는 서포터(34)가 설치된다. 서포터(34)는 서보 모터(31)에 연결된 서포터 샤프트(32)에 의해 세정조(20) 내부의 밑바닥에서 상승 및 하강 운동을 한다. 서포터(34)는, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 세정 및 건조 동안에 웨이퍼를 지지해 주기 위해 복수의 홈(groove; 34-1)이 형성된다. 서포터 샤프트(32)에 연결되는 포인트(34-2) 및 복수의 홈(34-1)이 형성된 부분을 제외한 나머지는 세정의 원활성을 위해 공간(34-3)을 이룬다. 서보 모터(31)에 의해 서포터 샤프트(32)는 상승 및 하강 운동을 하는데, 이때 외부로부터의 오염물질이 세정조(20) 내부로 유입되는 것을 방지하기 위하여 세정조(20)의 홀 부분에 서포터 샤프트 샤워 모듈(31)이 설치된다.
상기한 구성을 갖는 장치를 이용하여 웨이퍼를 세정시키고 건조시키는 과정을 설명하면 다음과 같다. 하기의 설명을 통해 장치의 각 구성 요소간의 유기적인 관계가 더욱 명확하게 될 것이다.
먼저, 컨트롤러로부터 장치에 제 1 준비 신호가 주어지면, 서포터 샤프트(32)는 홈 포지션(home position)에 있고, 세정조(20)는 세정액이 채워지며, 오버플로우(21)를 통해 세정액은 일정량 외부로 배수되며, 커버(11)는 닫힌 상태로 있고, 한 쌍의 윙(15)은 홈 포지션에 있고, 히터(14)는 켜지지 않은 상태이며, 질소 가스나 건조에 필요한 가스는 가열된 상태로 건조 챔버(10)에 공급되고, 서포터 샤프트 샤워 모듈(33)에는 세정액이 공급되어 세정조(20) 내부로 오염물질이 유입되는 것을 방지한다.
컨트롤러로부터 장치에 제 2 준비 신호가 주어지면, 서포터 샤프트(32)는 서보 모터(31)에 의해 상승 운동을 하여 로딩 포지션(loading position)으로 되고, 커버(11)는 커버 무브먼트(12)에 의해 열려지고, 한 쌍의 윙(15)은 구동축(15-1)에 의해 각각 안쪽으로 회전 운동을 하여 로딩 포지션으로 된다.
컨트롤러로부터 장치에 제 1 로딩 신호가 주어지면, 웨이퍼 이송 암에 의해웨이퍼가 건조 챔버(10) 내부로 들어와 윙(15)의 슬롯(15-2) 및 서포터(34)의 홈(34-1)에 로딩 된다.
컨트롤러로부터 장치에 제 2 로딩 신호가 주어지면, 서포터 샤프트(32)는 서보 모터(31)에 의해 하강 운동을 시작 하고, 커버(11)는 커버 무브먼트(12)에 의해 닫히고, 한 쌍의 윙(15)은 구동축(15-1)에 의해 각각 바깥으로 회전 운동을 시작하여 로딩 포지션에서 홈 포지션이 되게 하고, 히터(14)는 켜지게 된다. 서포터 샤프트(32)의 하강 운동 및 윙(15)의 회전 운동은 동시에 이루어져 웨이퍼가 안전하게 세정액에 담가지게 한다.
제 2 로딩 신호에 의해 서포터 샤프트(32)가 홈 포지션에 위치하게 되면, 컨트를러로부터 장치에 세정 신호가 주어지게 되고, 웨이퍼는 세정조(20)에서 일정 시간 세정 과정을 거친다.
웨이퍼의 세정이 완료되어 컨트롤러로부터 장치에 건조 신호가 주어지면, 서포터 샤프트(32)는 상승 운동을 하여 홈 포지션에서 언로딩 포지션(unloading position)이 되고, 한 쌍의 윙(15)은 안쪽으로 회전 운동을 하여 홈 포지션에서 언로딩 포지션이 된다. 서포터 샤프트(32) 및 윙(15)은 언로딩 포지션 상태로 일정 시간 건조 챔버(10) 내에 머물며 웨이퍼가 건조되게 한다.
웨이퍼의 건조가 완료되어 컨트롤러로부터 장치에 언로딩 신호가 주어지면, 세정조(20)에 채워진 세정액은 배수되고, 커버(11)는 열리게 되며, 히터(14)는 꺼지게 되고, 웨이퍼 이송 암에 의해 세정 및 건조된 웨이퍼가 다음 공정을 위해 외부로 나가게 되고, 이로 인하여 본 발명의 장치를 이용한 웨이퍼 세정 및 건조 공정이 완료된다.
상기의 과정 동안에, 웨이퍼가 세정조(20)에 들어오기 전후에는 오버플로우(21)를 통해 세정액이 0.1 내지 0.5 LPM으로 배수되고, 웨이퍼가 세정조(20)에 들어온 후 즉, 세정 공정이 진행되는 동안에는 세정액이 20 내지 50 LPM으로 배수된다. 질소 가스나 건조에 필요한 가스들은 웨이퍼가 로딩되기 전이나 언로딩시에 건조 챔버(10)에 공급되는 공급량이 적고 온도가 낮지만, 웨이퍼가 로딩 되었을 때는 공급량이 많아지고 온도가 높아진다. 예를 들어, 질소 가스일 경우에, 공급량은 10 내지 30 LPM으로부터 30 내지 70 LPM으로 되고, 온도는 40 내지 90℃로부터 90 내지 120℃로 된다. 서포터 샤프트 샤워 모듈(33)에 공급되는 세정액은, 오염물질이 세정조(20) 내부로 유입되는 것을 효율적으로 방지하기 위해, 서포터 샤프트(32)가 상승 및 하강 운동을 하지 않을 때에는 0.1 내지 5 LPM으로 공급되다가 상승 및 하강 운동을 할 때에는 5 내지 30 LPM으로 공급된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 서포터의 구동 방식이 세정조 밑바닥에서 구동되도록 하므로 장치의 크기를 줄일 수 있고, 서포터 샤프트 샤워 모듈에 의해 세정조 내부로 오염물질이 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 세정 기능을 향상 시킬 수 있으며, 서포터를 적어도 2개 이상 부분에서 지지해 주도록 하므로 세팅 후에 서포터가 틀어지거나 분리되는 위험을 줄일 수 있고, 웨이퍼 로딩 및 언로딩 시에 웨이퍼를 잡아주거나 안내하거나 지지해주는 역할을 건조 챔버의 윙 및 구동시스템의 서포터가 각각 해주므로 웨이퍼가 쓰러짐을 효과적으로 방지할 수 있다.

Claims (5)

  1. 웨이퍼를 출입시키는 커버와, 건조 과정에 필요한 가스들을 공급하고 배출하는 가스 공급/배출부와, 온도를 유지시키는 히터와, 웨이퍼 로딩 및 언로딩시에 웨이퍼를 잡아주고 가이드 하는 한 쌍의 윙으로 이루어진 건조 챔버;
    세정액을 급수하고 배수하는 세정액 급수/배수부와, 넘쳐나는 세정액을 외부로 흘려보내는 오버플로우로 이루어지며, 상기 건조 챔버에 결착되고, 하단에 적어도 2개 이상의 홀이 형성된 세정조;
    상기 세정조의 홀 부분에 설치된 서포터 샤프트 샤워 모듈과, 상기 샤워 모듈 및 홀을 통해 일단부가 상기 세정조에 삽입된 서포터 샤프트와, 상기 서포터 샤프트에 다른 단부에 연결된 서보 모터와, 상기 서포터 샤프트에 연결되어 상기 세정조 내에서 웨이퍼를 지지하는 서포터로 이루어진 구동시스템; 및
    상기 모든 구성 요소들을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 한 쌍의 윙은 상기 건조 챔버 내부의 좌측 및 우측에 각각 하나씩 설치되며, 구동축에 의해 회전 운동을 하며, 빗 모양으로 복수의 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 서포터 샤프트 샤워 모듈은 세정액이 공급되어 외부로부터의 오염물질이 상기 세정조 내부로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 서포터 샤프트는 상기 서보 모터에 의해 상기 서포터를 상승 및 하강 시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 서포터는 상기 세정조 밑바닥에서 구동되며, 웨이퍼를 지지해주는 복수의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 장치.
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