KR20050037822A - 웨이퍼 감지센서가 장착된 반도체 회전세척건조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 감지센서가 장착된 반도체 회전세척건조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학기계적연마(CMP, chemical mechanical polishing)공정 후 웨이퍼를 회전시키면서 세정하고 건조시키는 회전세척건조(SRD, spin rinse dry)장치에 있어서, 발광부와 수광부로 이루어지는 웨이퍼 유무 감지센서를 설치하여 상기 회전세척건조장치 내에 웨이퍼가 있는지 여부를 확인할 수 있도록 하여, 각종 장치의 오작동으로 웨이퍼가 파손되는 사고를 미연에 방지할 수 있는 특징이 있다.

Description

웨이퍼 감지센서가 장착된 반도체 회전세척건조장치{ Semiconductor SRD apparatus with wafer detecting sensor }

본 발명은 웨이퍼 감지센서가 장착된 반도체 회전세척건조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학기계적연마(CMP, chemical mechanical polishing)공정 후 웨이퍼를 회전시키면서 세정하고 건조시키는 회전세척건조(SRD, spin rinse dry)장치에 있어서, 발광부와 수광부로 이루어지는 웨이퍼 유무 감지센서를 설치하여 상기 회전세척건조장치 내에 웨이퍼가 있는지 여부를 항상 확인할 수 있도록 하여, 각종 장치의 오작동으로 웨이퍼가 파손되는 사고를 미연에 방지할 수 있는 웨이퍼 감지센서가 장착된 반도체 회전세척건조장치에 관한 것이다.

라디오, 텔레비젼, 컴퓨터등에 사용되는 다이오우드, 트랜지스터, 사이리스터등의 반도체 소자는 실리콘등의 단결정을 성장시킨 기둥 모양의 봉을 얇게 잘라서 원판 모양으로 만든 웨이퍼로부터 만들어진다. 즉, 상기 웨이퍼상에 산화막을 형성하고, 상기 산화막을 선택적으로 제거하여 패턴을 형성하며, 선택된 영역에 불순물을 도핑한 후, 금속배선을 형성하는 단계를 거쳐서, 웨이퍼상에 소자 가공이 끝난 상태의 개개의 기본단위인 다이(die)별로 분리되어 제조되는 것이다.

한편 웨이퍼상에 산화막을 형성하는 경우에는, 막 자체의 고유한 특성때문에 반드시 그 표면 평탄화 과정이 수반되어야 하며, 이를 위해서 화학기계적연마공정이 개발되었다. 화학기계적연마 공정에 있어서 기계적인 연마는 웨이퍼와 표면에 일정한 거칠기를 가지는 패드를 접촉시키고 이를 서로 상대적으로 움직이게 함으로써 마찰을 일으키는 것에 의하여 이루어지고, 화학적인 연마는 슬러리라는 화학물질을 패드와 웨이퍼 사이에 투입하여 웨이퍼의 절연막과 슬러리가 반응하게 하는 것에 의해 이루어진다. 즉, 슬러리의 화학작용과 연마패드의 기계적 마찰에 의해 산화막이 국부적으로 벗겨지며 평탄화가 이루어진다.

그런데, 반도체 소자의 제조에 있어서, 웨이퍼의 표면에 바람직하지 못한 잔류물이나 유기오염물이 남게 되는 경우에는 반드시 웨이퍼를 세정할 필요가 있다. 왜냐하면 특정한 공정을 통하여 웨이퍼의 표면에 발생한 잔류물이나 유기오염물은 후속공정에서 부적절한 상호작용을 일으켜서 웨이퍼상에 결함(defect)이 발생하여 웨이퍼상의 소자가 작동불가능하게 될 수도 있기 때문이다. 특히 상기 화학기계적연마공정의 경우에는, 매우 많은 먼지 입자들이 발생하고 또한 웨이퍼가 직접적으로 패드면에 접촉되고 슬러리와 반응하므로, 연마공정 후 웨이퍼상에 불필요한 잔류물이 남게 될 가능성이 높아서 화학기계적연마공정 후의 세정은 다른 어느 단계에서의 세정보다 중요하다. 아울러 반도체 소자의 집적도 향상에 따라 제조 공정에서 보다 더 청정한 분위기가 요구되고, 또한 보다 향상된 웨이퍼 표면의 청정도가 요청되고 있는 현 시점에서는 웨이퍼의 세정공정 및 세정장치의 중요성이 더욱더 증대되고 있다.

도 1은 웨이퍼 세정장치의 개략도를 나타낸다. 통상적으로 웨이퍼 세정장치는 적재스테이션(10), 브러쉬유닛(20,30), 회전세척건조장치(40), 방출스테이션(50)과 각 장치간에 웨이퍼를 이송하는 이송로봇(61,62,63)으로 구성된다. 화학기계적연마공정을 마친 웨이퍼(2)는 다수개가 일정간격으로 상하로 배치되어 카세트(1)내에 적재된 상태로 상기 적재스테이션(10)으로 인입된다. 웨이퍼(2)가 적재스테이션(10)에 인입되면 웨이퍼(2)는 카세트(1)로부터 인출되어 브러쉬유닛 1(20), 브러쉬유닛 2(30)를 통과하면서 세척된다. 상기 브러쉬유닛(20,30)은 상부 브러쉬와 하부브러쉬를 구비하여, 웨이퍼(2)상에 초순수(De Ionized Water)를 분사함과 동시에 웨이퍼(2)의 상하부면에 접촉되는 상하부 브러쉬를 회전하여 세정공정을 진행한다. 브러쉬유닛(20,30)에서 세척된 웨이퍼(2)는 회전세척건조장치(40)로 이동하며, 여기에서는 초순수를 통하여 최종적으로 세척되고 웨이퍼(2)가 회전하면서 건조된 후, 적재스테이션(50)으로 이송된다. 이 때 각 장치간 웨이퍼(2)의 이송은 이송로봇(61,62,63)이 담당하는데, 특히 브러쉬유닛(20,30)과 회전세척건조장치(40)간에는 동일한 이송로봇(62)이 웨이퍼를 이송한다.

반도체 소자 제조를 위한 일련의 공정은 고도의 정밀성이 요구되며, 해당공정을 위해서는 자동화된 다양한 장치들이 필요하기 때문에, 공정상의 오동작을 방지하기 위하여 대부분의 장치는 웨이퍼 감지센서를 구비하고 있다. 따라서 상기 웨이퍼 세정장치에 있어서도, 상기 브러쉬유닛(20,30)이나 이송로봇(61,62,63)에는 웨이퍼 감지센서가 설치되어 있어, 가령 브러쉬유닛(20,30)에서 세정공정이 진행되기 전이나 이송로봇(61,62,63)이 웨이퍼(2)를 이송하기 위해서 상기 브러쉬유닛(20,30)에 안착된 웨이퍼(2)를 인출하는 경우에도 우선 웨이퍼 감지센서를 통하여 웨이퍼(2)가 안착되어 있는지 여부를 확인하는 과정을 거친다.

그러나 회전세척건조장치(40)에 있어서는 웨이퍼(2)를 감지할 수 있는 별도의 센서가 설치되어 있지않다. 이는 통상 웨이퍼 감지센서가 근접센서의 형태로 되어 있는데 비해, 웨이퍼(2)가 직접 회전하면서 세정과 건조가 이루어지는 회전세척건조장치(40)에 있어서는 그 기계적 구조로 인하여 웨이퍼 감지센서의 장착 위치를 선정하는데 어려움이 있기 때문이다. 따라서 이송로봇 2(62)가 회전세척건조장치(40)로 웨이퍼(2)를 이송하여, 이송로봇 2(62)의 웨이퍼 감지센서가 이송로봇 2(62)에 웨이퍼(2)가 없는 것을 감지하면 회전세척건조장치(40)에 웨이퍼(2)가 안착된 것으로 간주되고, 이송로봇 3(63)이 회전세척건조장치(40)에서 웨이퍼(2)를 인출함으로써, 이송로봇 3(63)의 웨이퍼 감지센서가 이송로봇 3(63)에 웨이퍼(2)가 존재하는 것으로 감지하면 회전세척건조장치(40)에는 웨이퍼(2)가 없는 것으로 간주된다.

따라서 직접적으로 회전세척건조장치(40) 내에 웨이퍼(2)가 있는지 여부를 확인할 수 있는 방법이 없으므로, 가령 이송로봇 3(63)의 웨이퍼 감지센서가 오동작하여 이송로봇 3(63)에 웨이퍼가 없는데도 있는 것으로 인식한다면, 상기 회전세척건조장치(40)에는 웨이퍼(2)가 안착되어 있음에도 웨이퍼(2)가 없는 것으로 간주되어 이송로봇 2(62)에 의해 계속적으로 웨이퍼(2)가 이송될 수 있다. 즉, 직접적으로 회전세척건조장치(40)에 웨이퍼(2)가 안착되어 있는지 여부를 확인할 수 있는 수단이 없다면, 주변장치의 오작동으로 웨이퍼(2)가 파손되는등 공정상의 사고가 발생할 위험성을 항상 내포하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 회전세척건조장치의 기계적 구조를 감안하여 종래의 근접센서를 사용하지 않고도 회전세척건조장치 내에 웨이퍼가 있는지 여부를 감지할 수 있도록 하여, 장치의 오작동으로 인하여 웨이퍼가 파손될 수 있는 공정상의 사고를 방지할 수 있는 웨이퍼 감지센서가 장착된 반도체 회전세척건조장치를 제공하고자 함을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명 웨이퍼 감지센서가 장착된 반도체 회전세척건조장치는, 상부면에 웨이퍼가 고정되는 웨이퍼척, 상기 웨이퍼척의 하부면 중심에 연결되는 회전축, 상기 웨이퍼척의 연직상방향으로 이격되어 설치되는 분사노즐, 상기 웨이퍼척의 연직상방향에 설치되는 발광부와 상기 웨이퍼척 아래에 설치되는 수광부로 이루어지는 웨이퍼 감지센서, 상기 웨이퍼 감지센서의 신호에 의해 웨이퍼가 상기 웨이퍼척에 있는 것으로 판단될 경우 상기 회전축 및 분사노즐을 동작하여 상기 웨이퍼를 세척건조시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 웨이퍼 감지센서가 장착된 반도체 회전세척건조장치의 사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 반도체 회전세척건조장치에는 웨이퍼가 고정되는 웨이퍼척(100), 상기 웨이퍼척(100)의 하부면에 연결되는 회전축(200) 및 상기 웨이퍼척의 연직상방향으로 이격되어 설치되는 분사노즐(300)등이 구비된다. 위와 같이 구성되는 회전세척건조장치에서는 제어부(미도시)의 동작 제어에 의해 최종적인 세척 및 건조공정이 이루어진다. 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

우선 이송로봇에 의해 웨이퍼가 인입되고 웨이퍼척(100)에 안착되면, 제어부의 동작에 의해 상기 회전축(200)이 동력을 받아 회전하게 되고, 그에 따라 상기 회전축(200)에 연결된 웨이퍼척(100)과 상기 웨이퍼척(100)에 안착된 웨이퍼도 회전하게 된다. 이 때, 웨이퍼는 약 500∼1200rpm의 속도로 회전하고 그 표면에는 상기 분사노즐(300)을 통하여 초순수가 분사되어, 웨이퍼가 원심력에 의한 약한 기계적 힘으로 세척된다. 이 후 원심력을 이용한 회전건조법을 통하여 물때(water mark)가 생기지 않도록 건조시킨다.

위와 같이 작동하는 회전세척건조장치에 있어서는, 다른 장치에서 사용되는 근접센서 형태의 웨이퍼 감지센서를 장착하기가 용이하지 않다. 따라서 본 발명에서는 근접센서 대신 발광부와 수광부로 이루어지는 새로운 형태의 웨이퍼 감지센서를 사용한다. 상기 발광부(400)는 웨이퍼척(100)의 연직상방향에 설치되며 연직하방향으로 빛을 조사할 수 있고, 상기 수광부(500)는 상기 웨이퍼척(100) 아래에 설치되며 상기 발광부(400)에서 조사한 빛을 수집할 수 있다. 즉, 상기 웨이퍼척(100)이 별모양의 형상을 하고 있으므로, 상기 발광부(400)의 위치를 적절하게 선정하면 발광부(400)에서 조사된 빛이 웨이퍼척(100)에 의하여 방해받지 않고 수광부(500)에 도달할 수 있게된다.

그러나 회전세척건조장치 내로 웨이퍼가 인입되어 상기 웨이퍼척(100)에 안착된 경우에는, 상기 발광부(400)에서 조사된 빛의 진행경로에 웨이퍼가 위치하게 되므로, 상기 발광부(400)에서 조사된 빛이 수광부(500)에 도달할 수 없다. 따라서 제어부는 수광부(500)에 빛이 도달되었는지 여부를 통하여, 회전세척건조장치내에 웨이퍼가 안착되어 있는지 여부를 파악할 수 있으므로, 상기 발광부(400)와 수광부(500)가 결합하여 웨이퍼 감지센서의 역할을 할 수 있다. 따라서 이송로봇의 웨이퍼 감지센서를 이용하지 않고도, 회전세척건조장치 내에 웨이퍼가 있는지 여부를 직접적으로 확인할 수 있으므로, 이송로봇등의 오작동시에도 적절하게 대처하여 공정상의 사고를 방지할 수 있게된다.

본 발명은 반도체 회전세척건조장치에 있어서 웨이퍼를 감지할 수 있는 센서에 관한 것이지만, 해당분야의 통상의 지식을 가진 업자에 의해서 일반적으로 근접센서를 장착하기 어려운 장치에 대해 웨이퍼를 감지하기 위한 수단으로 다양하게 응용되어 사용될 수 있음은 자명한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명 웨이퍼 감지센서가 장착된 반도체 회전세척건조장치에 의하면, 직접적으로 회전세척건조장치 내에 웨이퍼가 있는지 여부를 알 수 있으므로, 주변장치의 오작동으로 웨이퍼가 파손될 수 있는 공정상의 사고를 미연에 방지할 수 있고, 그에 따라 공정수율과 장비가동율을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 웨이퍼 세정장치의 개략도,

도 2는 본 발명 웨이퍼 감지센서가 장착된 반도체 회전세척건조장치의 사시도이다.

〈 도면의 주요부분에 대한 설명 〉

1 : 카세트 2 : 웨이퍼

10 : 적재스테이션 20 : 브러쉬유닛 1

30 : 브러쉬유닛 2 40 : 회전세척건조장치

50 : 방출스테이션 100: 웨이퍼척

200: 회전축 300: 분사노즐

400: 발광부 500: 수광부

Claims (1)

1. 상부면에 웨이퍼가 고정되는 웨이퍼척,

   상기 웨이퍼척의 하부면 중심에 연결되는 회전축,

   상기 웨이퍼척의 연직상방향으로 이격되어 설치되는 분사노즐,

   상기 웨이퍼척의 연직상방향에 설치되는 발광부와 상기 웨이퍼척 아래에 설치되는 수광부로 이루어지는 웨이퍼 감지센서,

   상기 웨이퍼 감지센서의 신호에 의해 웨이퍼가 상기 웨이퍼척에 있는 것으로 판단될 경우 상기 회전축 및 분사노즐을 동작하여 상기 웨이퍼를 세척건조시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 감지센서가 장착된 반도체 회전세척건조장치.