KR20070112397A - 클리닝 모듈 내로의 반도체 기판의 수직 이송 방법 및 장치 - Google Patents

클리닝 모듈 내로의 반도체 기판의 수직 이송 방법 및 장치 Download PDF

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KR20070112397A
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조셉 유도브스키
후이 첸
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명에 따른 기판 조정기가 제공된다. 일 실시예에서, 기판 조정기는 레일에 결합된 제1 및 제2 캐리지를 포함한다. 2개 이상의 그리퍼를 갖춘 제1 로봇이 제1 캐리어에 부착된다. 1개 이상의 그리퍼를 갖는 제2 로봇이 제2 캐리지에 결합된다. 제1 캐리지는 제2 캐리지에 관해 레일을 따라 독립적으로 위치될 수 있다. 제1 캐리지 및 제2 캐리지 각각은 개별의 액츄에이터를 구비하므로, 제1 및 제2 로봇의 이동이 분리되어, 수율을 증가시킨다. 기판 조정기는 일체화된 기판 클리너를 갖는 평탄화 시스템을 사용하기에 특히 적합하다.

Description

클리닝 모듈 내로의 반도체 기판의 수직 이송 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR VERTICAL TRANSFER OF SEMICONDUCTOR SUBSTRATES IN A CLEANING MODULE}
본 발명의 실시예들은 대체로 반도체 기판을 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
현대의 반도체 집적 회로(ICs)를 제조하는 공정에 있어서, 사전에 형성된 층과 구조물 위로 여러 재료 층을 전개시키는 것이 필요하다. 그러나, 종래의 형성물에는 후속되는 재료의 층의 위치에 적합하지 않은 최상부면 토포그래피(topography)가 종종 남는다. 예컨대, 사전에 형성된 층 위에 작은 외형을 갖는 포토리소그래픽 패턴(photolithographic pattern)을 인쇄하는 경우, 얕은 깊이의 초점(focus)이 필요하다. 따라서, 평평하고 평탄한 표면을 구비하는 것이 필수적이게 되었으며, 그렇지 않다면, 패턴의 일부가 초점 내에 있는 한편 패턴의 다른 부분이 초점 내에 있지 않을 것이다. 또한, 특정 공정 단계 이전에 불규칙물(irregularity)이 평평하게 되지 않는다면, 기판의 표면 토포그래피는 심지어 보다 불규칙해 질 수 있어서, 다른 공정 동안 층들이 위에 적층될 때 다른 문제점들을 야기시킨다. 수반되는 외형의 크기와 다이(die)의 유형에 따라, 표면 불규칙물 로 인해 불량한 수율(yield)과 장치 성능이 야기될 수 있다. 결국, IC 제조 동안 막(film)의 일부 유형의 평탄화 또는 폴리싱(polishing)을 달성하는 것이 바람직하다.
IC 제조 동안 층을 평탄화시키는 하나의 방법은 화학 기계적 폴리싱(chemical mechanical polishing; CMP)이다. 일반적으로, CMP는 기판으로부터 표면 불균일물을 제거하기 위해 폴리싱 재료에 대한 기판의 상대 이동을 수반한다. 폴리싱 재료는 통상적으로 연마 또는 화학적 폴리싱 조성물 중 하나 이상을 함유하는 폴리싱액(polishing fluid)에 의해 적셔진다. 이러한 공정은 기판 상의 도전성 재료를 전기 화학적으로 평탄화시키는 데에 전기적으로 도움이 될 수 있다.
일단 폴리싱되면, 반도체 기판은 일련의 클리닝 모듈로 전달되며, 이들 일련의 클리닝 모듈은 폴리싱 후에 기판에 달라붙은 연마 입자 및/또는 다른 오염 물질을 제거한다. 클리닝 모듈은 임의의 잔류하는 폴리싱 재료가 기판 상에 경화되어 결함을 발생시킬 수 있기 전에 이들 잔류하는 폴리싱 재료를 제거해야 한다. 이들 클리닝 모듈은 예컨대, 메가소닉 클리너(megasonic cleaner), 세정 장치(scrubber) 또는 복수의 세정 장치, 및 건조기를 포함할 수 있다. 수직 배향으로 기판을 지지하는 클리닝 모듈은, 이들 클리닝 모듈이 클리닝 공정 동안 입자의 제거를 향상시키도록 또한 중력을 이용하고 또한 이들 클리닝 모듈이 통상적으로 보다 컴팩트(compact)할 때 특히 유리하다.
현재의 CMP 공정은 견고하고 신뢰성 있는 시스템으로 보여졌으나, 이러한 시스템 장비의 구성은 대체로 선형인 공정 순서로 기판이 세정될 것을 요구한다. 통 상적으로 클리너를 통해 기판을 이동시키는데 단일의 기판 조정기(handler)가 이용되므로, 클리너를 통한 기판 이송 속도가 제한된다. 또한, 단일 기판 조정기를 사용하는 구성에 있어서, 클리닝 모듈 및/또는 건조기 사이의 화학 물질의 누화(cross-talk)는 클리닝 공정의 효율성을 감소시킨다.
따라서, 당해 기술 분야에 있어 자동식 클리닝 시스템에서 사용하기 위한 다목적 기판 조정기에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명에 따른 기판 조정기(substrate handler)가 제공된다. 일 실시예에서, 이러한 기판 조정기는 가이드를 따라 위치 설정 가능한 제1 및 제2 캐리지를 포함한다. 2개의 그리퍼를 구비하는 제1 로봇이 제1 캐리지에 결합된다. 1개 이상의 그리퍼를 구비하는 제2 로봇이 제2 캐리지에 결합된다. 제1 캐리지는 제2 캐리지에 관해 상기 가이드를 따라 독립적으로 위치 설정 가능하다. 각각의 캐리지는 개별의 액추에이터를 구비하므로, 제1 및 제2 로봇의 이동이 결합해제되어, 수율(throughput)이 증가할 수 있다. 기판 조정기는 특히 일체화된 기판 클리너를 갖는 평탄화 시스템 내에서 사용하기에 적합하다.
다른 실시예에서, 다른 기판 조정기가 제공된다. 기판 조정기는 레일, 상기 레일에 결합된 제1 캐리지 및 제2 캐리지, 상기 제1 캐리지에 결합되며 2개 이상의 그리퍼를 구비한 제1 로봇, 및 상기 제2 캐리지에 결합되며 1개 이상의 그리퍼를 구비한 제2 로봇을 포함하며, 상기 제1 캐리지가 상기 제2 캐리지에 관해 상기 레일을 따라 독립적으로 위치 설정 가능하다.
다른 실시예에서, 기판 클리닝 시스템이 제공된다. 이러한 기판 클리닝 시스템은 복수의 클리닝 모듈과, 상기 복수의 클리닝 모듈 위에 배치되는 수직 위치설정형 제1 로봇과, 그리고 상기 복수의 클리닝 모듈 위에 배치되는 수직 위치설정형 제2 로봇을 포함하며, 상기 제1 및 제2 로봇이 상기 복수의 클리닝 모듈 각각 위로 선택적으로 위치 설정 가능하며, 상기 제1 및 제2 로봇이 서로 독립적인 상기 복수의 클리닝 모듈 각각과 협력하도록 수직으로 이동한다.
다른 실시예에서, 기판 클리닝 방법이 제공된다. 이러한 기판 클리닝 방법은, 복수의 클리닝 모듈 위로 제1 이동축을 따라 제1 및 제2 로봇을 위치시키는 단계, 입력 모듈로부터 기판을 회수하고 상기 제1 로봇에 의해 제1 클리닝 모듈 내에 상기 기판을 위치시키는 단계, 상기 제1 클리닝 모듈로부터 상기 기판을 회수하고 상기 제1 로봇에 의해 제2 클리닝 모듈 내에 상기 기판을 위치시키는 단계, 상기 제2 클리닝 모듈로부터 상기 기판을 회수하고 상기 제1 로봇에 의해 제3 클리닝 모듈 내에 상기 기판을 위치시키는 단계, 상기 제3 클리닝 모듈로부터 상기 기판을 회수하고 상기 제2 로봇에 의해 건조기 내에 상기 기판을 위치시키는 단계, 및 상기 건조기로부터 상기 기판을 회수하고 상기 제2 로봇에 의해 출력 모듈 내에 상기 기판을 위치시키는 단계를 포함한다.
상기한 본 발명의 실시예들을 보다 명확하고 상세히 이해할 수 있도록, 첨부된 도면에 도해된 실시예들을 참조하여 간략하게 상기한 본 발명을 보다 구체적인 설명한다. 그러나, 첨부된 도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들을 도해하고 있으며 따라서 본 발명의 범위의 제한이 다른 균등하게 효과적인 실시예들을 인정하는 것으로 간주되지 않음을 주지한다.
용이한 이해를 위해, 도면들에서 공통인 동일한 구성 요소를 가리키는데 있어 가능하다면 동일한 도면 부호를 사용하였다. 또한, 일 실시예의 요소들은 여기에 설명되는 다른 실시예들에서 사용하기 위해 유리하게 개작될 수 있다.
도 1은 반도체 기판 폴리싱 및 클리닝 시스템의 평면도이다.
도 2는 기판 조정기의 일 실시예의 정면도이다.
도 3은 도 2의 기판 조정기의 평면도이다.
도 4는 그리퍼의 일 실시예의 측면도이다.
도 5A 내지 도 5I는 하나의 작동 모드에서의 기판 조정기의 개략도이다.
화학 기계적 평탄화(CMP) 시스템의 클리닝 모듈을 통한 기판 이송 방법 및 장치에 대한 실시예가 제공된다. 화학 기계적 평탄화(CMP) 시스템이 중앙 기판 이송 장치 둘레에 배치되는 기판을 평탄화시키기에 적합한 2개 이상의 프로세싱 스테이션을 구비하는 것으로 도해되어 있지만, 이 시스템이 다른 구성으로 배열될 수 있음을 고려한다. 또한, 아래에 개시되는 실시예들은 주로 기판을 예컨대 평탄화 또는 폴리싱하여 물질을 제거하는 것에 초점을 맞추고 있지만, 여기에 개시되는 교시가 다른 프로세싱 시스템, 예컨대 전기 도금 시스템에 사용될 수도 있는데, 여기서는 통합된 클리닝 모듈을 통한 기판의 효율적인 이송이 요구된다.
도 1은 기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치를 구비하는 평탄화 시스템(100)의 일 실시예의 평면도이다. 예시적인 평탄화 시스템(100)은 대체로 팩토리 인터페이스(factory interface; 102), 로딩 로봇(loading robot; 104) 및 평탄화 모듈(planarizing module; 106)을 포함한다. 로딩 로봇(104)은 팩토리 인터페이스(102) 및 평탄화 모듈(106)과 근접하여 배치되어 이들 사이에서의 기판(122)의 이송을 용이하게 한다.
평탄화 시스템(100)의 모듈의 제어 및 집적을 용이하게 하기 위해 제어기(108)가 제공된다. 이 제어기(108)는 중앙 처리 장치(CPU)(110), 메모리(112) 및 지지 회로(114)를 포함한다. 제어기(108)는 예컨대 평탄화, 클리닝 및 이송 프로세스의 용이한 제어를 위해 평탄화 시스템(100)의 여러 부품들에 연결된다.
팩토리 인터페이스(102)는 대체로 클리너(116) 및 하나 이상의 웨이퍼 카세트(118)를 포함한다. 인터페이스 로봇(120)은 웨이퍼 카세트(118), 클리너(116) 및 입력 모듈(124) 사이에서 기판(122)을 이송시키는데 사용된다. 입력 모듈(124)은 예컨대 진공 그리퍼(vacuum gripper) 또는 기계 클램프(clamp)와 같은 그리퍼에 의해 평탄화 모듈(106)과 팩토리 인터페이스 사이에서 기판을 용이하게 이송하도록 위치된다.
평탄화 모듈(106)은 하나 이상의 화학적 기계적 평탄화(CMP) 또는 전자화학 기계적 평탄화 시스템을 포함한다. 일 실시예에서, 평탄화 모듈(106)은 하나 이상의 체적(bulk) 전자화학 기계적 평탄화(ECMP) 스테이션(128), 및 선택적으로, 환경적으로 제어되는 외장(188) 내에 배치되는 하나 이상의 종래의 화학적 기계적 평탄화(CMP) 스테이션(132)을 포함한다. 본 발명으로부터 이점을 취하도록 개작될 수 있는 평탄화 모듈(106)의 실례는 MIRRA®, MIRRA MESATM, REFLEXION®, REFLEXION® LK, 및 REFLEXION LK EcmpTM 화학적 기계적 평탄화 시스템을 포함하며, 이들 모두는 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재한 어플라이드 머티리얼, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.) 사로부터 상업적으로 이용가능하다. 프로세싱 패드, 평탄화 웨브(planarizing web), 또는 이들의 조합체를 사용하는 것들과 회전 이동, 선형 이동, 또는 다른 평면 이동으로 평탄화 표면에 관해 기판을 이동시키는 것을을 포함하는 다른 평탄화 모듈은 본 발명의 이점을 또한 취하도록 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 평탄화 모듈(106)은 하나 이상의 체적 ECMP 스테이션(128), 제2 ECMP 스테이션(130) 및 하나의 CMP 스테이션(132)을 포함한다. 기판으로부터의 도전성 재료의 체적 제거는 체적 ECMP 스테이션(128)에서 전자화학적 분해 프로세스를 통해 실시된다. 체적 ECMP 스테이션(128)에서 도전성 재료의 체적 제거 후에, 제2 전자화학적 기계적 프로세스를 통해 잔류 ECMP 스테이션(130)에서 기판으로부터 잔류 도전성 재료가 제거된다. 하나 이상의 잔류 ECMP 스테이션(130)이 평탄화 모듈(106)에 사용될 수 있음을 고려한다.
종래의 화학적 기계적 평탄화 프로세스는 잔류 ECMP 스테이션(130)에서 프로세싱한 후에 평탄화 스테이션(132)에서 실시된다. 구리의 제거를 위한 종래의 CMP 프로세스의 실례는 그 전체가 여기에 참조되는, 2002년 9월 17일자로 특허허여된 미국특허 제 6,451,697호에 개시된다. 배리어(barrier) 제거를 위한 종래의 CMP 프로세스의 실례는 그 전체가 여기에 참조되는, 2002년 6월 27일자로 출원된 미국 특허출원번호 제 10/187,857호에 개시된다. 다른 CMP 프로세스가 대안으로 실시될 수 있음을 고려한다. CMP 스테이션이 근본적으로 종래 기술에 해당되므로, 간결한 기재를 위해 이에 대한 다른 추가의 설명은 생략한다.
예시적인 평탄화 모듈(106)은 또한, 기계 기부(machine base; 140)의 상부 또는 제1 측면(138) 상에 배치되는 캐루셀(carousel; 134) 및 이송 스테이션(136)을 포함한다. 일 실시예에서, 이송 스테이션(136)은 입력 버퍼 스테이션(144), 출력 버퍼 스테이션(142), 이송 로봇(146) 및 로드 컵 조립체(load cup assembly; 148)를 포함한다. 입력 버퍼 스테이션(144)은 로딩 로봇(104)에 의해 팩토리 인터페이스(102)로부터 기판을 수용한다. 로딩 로봇(104)은 또한 출력 버퍼 스테이션(142)으로부터 팩토리 인터페이스(102)로 폴리싱된 기판을 복귀시키는데 사용된다. 이송 로봇(146)은 버퍼 스테이션(144, 142)과 로드 컵 조립체(148) 사이에서 기판을 이동시키는데 사용된다.
일 실시예에서, 이송 로봇(146)은 2개의 그리퍼 조립체를 포함하며, 이들 그리퍼 조립체 각각은 기판의 에지를 유지하는 공압 그리퍼 핑거(pneumatic gripper finger)를 구비한다. 이송 로봇(146)은 로드 컵 조립체(148)로부터 출력 버퍼 스테이션(142)으로 프로세싱된 기판을 이송시키는 한편 입력 버퍼 스테이션(144)으로부터 로드 컵 조립체(148)로 프로세싱될 기판을 동시에 이송시킬 수 있다. 유리하게 사용될 수 있는 이송 스테이션의 실례는 여기에 그 전체가 참조되는, 2000년 12월 5일자로 토빈(Tobin)에서 특허허여된 미국특허 제6,156,124호에 개시되어 있다.
캐루셀(134)은 기부(140)의 중심에 배치된다. 이 캐루셀(134)은 통상적으로 복수의 아암(arm; 150)을 포함하며, 복수의 아암 각각은 평탄화 헤드 조립체(152)를 포함한다. 도 1에 도시된 아암(150) 중 2개의 아암은 가상선으로 도시되어, 체적 ECMP 스테이션(128)의 평탄화 표면(126)이 보여질 수 있다. 캐루셀(134)은 평탄화 헤드 조립체(152)가 평탄화 스테이션(128, 132)과 이송 스테이션(136) 사이에서 이동될 수 있도록 색인가능하다(indexable). 유리하게 이용될 수 있는 하나의 캐루셀은 그 전체가 여기에 참조되며 1998년 9월 8일자로 퍼로프(Perlov) 등에게 허여된 미국특허 제 5,804,507호에 개시되어 있다.
평탄화 스테이션(128, 132)의 각각에 인접한 기부(140) 상에는 컨디셔닝 장치(conditioning device; 182)가 배치된다. 이 컨디셔닝 장치(182)는 균일한 평탄화 결과를 유지하도록 평탄화 스테이션(128, 132) 내에 배치된 평탄화 물질을 주기적으로 컨디셔닝한다.
선택적으로, 클리너(116)에서 배출되는 기판은 팩토리 인터페이스(102) 내에 배치되는 도량형 시스템(metrology system; 180)은 미국 캘리포니아 서니베일에 소재하는 노바 메저링 인스트루먼트, 인코포레이티드(Nova Measuring Instruments, Inc.)에서 상업적으로 이용가능한 노바스캔(NovaScan)과 같은 광학 측정 장치(420)를 포함할 수 있다. 도량형 시스템(180)은 광학 측정 장치 또는 다른 도량형 장치로부터 기판의 출입을 용이하게 하기 위한 버퍼 스테이션(도시 안됨)을 포함할 수 있다. 이와 같은 적합한 하나의 버퍼 스테이션은 여기에 그 전체를 참조한, 2001년 6월 12일자로 핀손(Pinson) 등에게 허여된 미국특허 제 6,244,931호에 개시되어 있다.
클리너(116)는 폴리싱 후에 유지되는 폴리싱된 기판으로부터 폴리싱 잔해 및/또는 폴리싱 유체를 제거한다. 기판들은 대체로 클리닝 동안 기판 조정기(substrate handler; 166)에 의해 복수의 기판 클리닝 모듈(160)을 통해 이동된다. 본 발명으로부터 유리하도록 개작될 수 있는 하나의 클리너는 그 전체가 여기에 참조되며 2002년 11월 1일자로 출원된 미국특허출원번호 제10/286,404호에 개시된다. 일 실시예에서, 클리너(116)는 복수의 단일 기판 클리닝 모듈(160), 입력 모듈(124), 건조기(162), 및 복수의 기판 클리닝 모듈(160) 위에 배치되는 기판 조정기(166)를 포함한다. 입력 모듈(124)은 팩토리 인터페이스, 클리너(116) 및 평탄화 모듈(106) 사이에서 이송 스테이션으로서 기능한다. 건조기(162)는 클리너(116)에서 배출되는 기판을 건조시키며 클리너(116)와 팩토리 인터페이스 사이에서 기판 이송을 용이하게 한다. 건조기(162)는 스핀-린스-건조기(spin-rinse-dryer)이다. 다른 실례에서, 적합한 건조기(162)는 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재한 어플라이드 머티리얼, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.) 사로부터 상업적으로 이용가능한 MESATM 및 Desica® 기판 클리너의 부재와 같음을 알 수 있었다.
도 1에 도시된 실시예에서, 클리너(116)는 메가소닉 클리닝 모듈(164A), 제1 브러쉬 모듈(164B) 및 제2 브러쉬 모듈(164C)로서도시된 3개의 클리닝 모듈(160)을 포함한다. 그러나, 본 발명은 임의의 개수의 모듈과 일체화된 클리닝 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해한다. 메가소닉 클리닝 모듈(164A), 제1 브러쉬 모 듈(164B) 및 제2 브러쉬 모듈(164C) 각각은 폴리싱되는 표면이 실질적으로 수직 평면에 위치되는 수직 배향된 기판을 프로세싱하도록 구성된다.
작동에 있어서, 평탄화 시스템(100)은 인터페이스 로봇(120)에 의해 웨이퍼 카세트(118) 중 하나로부터 입력 모듈(124)로 기판(122)이 이송됨으로써 개시된다. 이후, 로딩 로봇(104)은 입력 모듈(124)로부터 기판을 제거하고 이 기판을 평탄화 모듈(106)로 이송하며, 여기서 기판은 수평 배향 상태로 폴리싱된다. 기판이 일단 폴리싱되면, 로딩 로봇(104)은 평탄화 모듈(106)로부터 기판(122)을 인출하여 입력 모듈(124) 내에서 수직 배향으로 기판을 위치시킨다. 기판 조정기(166)는 입력 모듈(124)로부터 기판을 회수하고 클리너(116)의 클리닝 모듈(160) 중 하나 이상을 통해 기판을 색인을 붙인다. 클리닝 모듈(160) 각각은 클리닝 프로세싱에 걸쳐 기판을 수직 배향으로 지지하도록 구성된다. 일단 클리닝되면, 기판 조정기(166)는 기판을 출력 모듈(156)로 전달하고, 여기서 기판은 수평 배향으로 뒤집혀서 인터페이스 로봇(120)에 의해 웨이퍼 카세트(118) 중 하나로 복귀된다. 다른 실시예에서, 건조기(162)는 인터페이스 로봇(120)에 의해 웨이퍼 카세트(118)로 이송을 위해 기판을 수평 위치로 기울이고 이러한 기판을 상방으로 이동시킴으로써 기판을 용이하게 이송할 수 있다. 선택적으로, 인터페이스 로봇(120) 또는 기판 조정기(166)는 웨이퍼 카세트(118)로 기판이 복귀되기 전에 도량형 시스템(180)으로 기판을 이송시킬 수 있다.
기판 조정기(166)는 대체로 제1 로봇(168) 및 제2 로봇(170)을 포함한다. 제1 로봇(168)은 하나 이상의 그리퍼(2개의 그리퍼(174, 176)가 도시됨)를 포함하 며, 적어도 입력 모듈(124)과 클리닝 모듈(160) 사이에서 기판을 이송시키도록 구성된다. 제2 로봇(170)은 하나 이상의 그리퍼(그리퍼(176)가 도시됨)를 포함하며, 건조기(162)와 클리닝 모듈(160) 중 하나 이상 사이로 기판을 이송시키도록 구성된다. 선택적으로, 제2 로봇(170)은 건조기(162)와 도량형 시스템(180) 사이에서 기판을 이송시키도록 구성된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 기판 조정기(166)는 클리너(116)에서 웨이퍼 카세트(118) 및 인터페이스 로봇(120)을 분리시키는 분리벽(158)에 연결되는 레일(rail; 172)을 포함한다. 로봇(168, 170)은 클리닝 모듈(160), 건조기(162) 및 입력 모듈(124)에 용이하게 접근하도록 레일(172)을 따라 측방향으로 이동하도록 구성된다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 조정기(166)의 정면도 및 평면도이다. 기판 조정기(166)의 제1 로봇(168)은 캐리지(202), 장착판(204) 및 기판 그리퍼(174, 176)를 포함한다. 캐리지(202)는 레일(172) 상에 미끄럼가능하게 장착되며 레일(172)에 의해 형성되는 제1 운동축(A1)을 따라 액추에이터(206)에 의해 수평으로 구동된다. 액추에이터(206)는 벨트(210)에 연결되는 모터(208)를 포함한다. 캐리지(202)는 벨트(210)에 부착된다. 모터(208)가 클리너(116)의 일단부에 위치하는 시브(sheave; 212) 둘레로 벨트(210)를 전진시킴에 따라, 캐리지(202)는 제1 로봇(168)을 선택적으로 위치시키도록 레일(172)을 따라 이동한다. 모터(208)는 입력 모듈(124) 및 여러 클리닝 모듈(160) 위로 제1 로봇(168)을 정확 하게 위치시키는 것을 돕기 위한 엔코더(도시 안됨)를 포함할 수 있다. 대안으로, 액추에이터(206)는 레일(172)을 따라 캐리지(202)의 위치를 제어할 수 있는 임의의 형태의 회전 또는 선형 액추에이터일 수 있다. 일 실시예에서, 캐리지(202)는 일본 도쿄에 소재하는 THK Co., Ltd로부터 상업적으로 이용가능한 GL15B 선형 액추에이터와 같이, 벨트 드라이브를 갖는 선형 액추에이터에 의해 구동된다. 일 실시예에서, 벨트(210)는 벨트(210)와 접촉하게 될 수 있는 기판 조정기(166)의 부근에 위치할 수 있는 파편 및 다른 물질로부터 벨트를 청결하게 유지시키는데 사용되는 예컨데 셸(shell)과 같은 커버에 의해 둘러싸일 수 있다. 일 실시예에서, 벨트(210)는 파편 및 다른 물질로부터 벨트를 청결하게 유지시키기 위해 레일 내부에서 둘러싸일 수 있다.
장착판(204)이 캐리지(202)에 연결된다. 이 장착판(204)은 2 개 이상의 평행한 트랙(216A-B)을 포함하며, 이들 트랙을 따라 그리퍼(174, 176)의 위치가 제2 및 제3 운동축(A2,A3)을 따라 개별적으로 작동된다. 제2 및 제3 운동축(A2,A3)은 제1 운동축(A1)에 대해 수직으로 배향된다.
도 4는 제2 그리퍼(176)의 일 실시예의 측면도이다. 그리퍼(174, 178)는 유사하게 구성된다. 제2 그리퍼(176)는 기판 그리핑 장치(substrate gripping device; 402) 및 액추에이터(404)를 포함한다. 액추에이터(404)는 리드 스크류, 실린더, 또는 제2 운동축(A2)에 의해 형성되는 방향으로 트랙(216A)을 따라 기판 그리핑 장치(402)의 수직 위치의 위치설정을 위해 적합한 다른 기계장치일 수 있다. 일 실시예에서, 액추에이터(404)는 역시 THK Co., Ltd에서 상업적으로 이용가능한 리드 스크류 슬라이드 조립체이다.
기판 그리핑 장치(402)는 (도 4에 도시된 바와 같이) 수직으로 배향된 기판의 외부 에지를 파지하도록 구성되는 제1 아암(410) 및 제2 아암(412)을 포함한다. 대안으로, 기판 그리핑 장치(402)는 정전 척(electrostatic chuck), 진공 척(vacuum chuck), 에지 클램프 또는 다른 기판 그리핑 장치를 갖춘 로봇형 단부 이펙터(end effector)일 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서, 제1 아암(410)은 브래킷(414)으로부터 연장되지만, 제2 아암(412)은 브래킷(414)을 통해 연장되는 핀(416)을 중심으로 회전된다. 그리퍼 액추에이터(418)는 제2 아암(412)에 연결되어, 이동축(A5)을 따라 제1 아암(410) 및 제2 아암(412)의 말단 사이에서 기판(122)(가상선으로 도시됨)을 선택적으로 파지 및 해제하도록 핀(416)을 중심으로 제2 아암(412)의 회전을 제어한다.
기판 조정기(166)의 제2 로봇(170)은 캐리지(252), 장착판(254) 및 그리퍼(178)를 포함한다. 캐리지(252)는 레일(172) 상에 장착되며, 레일(172)에 의해 형성되는 제1 운동축(A1)을 따라 액추에이터(256)에 의해 수평으로 구동된다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서, 액추에이터(256)는 모터(258) 및 리드 스크류(260)를 포함한다. 캐리지(202)에 부착되는 너트(302)(도 3에 가상선으로 도시됨)는 모터(258)가 회전할 때 리드 스크류(260)를 따라 전진하여, 제2 로봇(170)을 선택적으로 위치시키도록 레일(172)을 따라 캐리지(252)를 이동시킨다. 모터(258) 는 출력 모듈(156), 건조기(162), 및 여러 클리닝 모듈(160) 중 하나 이상의 클리닝 모듈(160) 위로 제2 로봇(170)을 정확하게 위치시키는 것을 돕기 위한 엔코더를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서, 제2 로봇(170)은 제2 부러시 모듈(164C)과 건조기(162) 사이에서 모든 기판을 이송시키도록 구성된다. 이러한 규칙은 폴리싱된 기판으로부터 오염물질의 체적을 제거하는 제1 클리닝 모듈(164A, 164B) 내에 배치되는 화학물질 및 다른 물질에 대한 건조기(162)의 노출을 유리하게도 최소화시킨다.
장착판(254)이 캐리지(252)에 연결된다. 이 장착판(254)은 트랙(272)을 포함하며, 이 트랙(272)을 따라 그리퍼(178)의 위치가 제4 운동축(A4)을 따라 제어된다. 제4 운동축(A4)은 제2 및 제3 운동축(A2,A3)과 평행하며 제1 운동축(A1)에 대해 수직으로 배향된다. 그리퍼(178)는 상기한 도 4를 참조하여 설명된 그리퍼(176)와 관련하여 설명한 기판을 수직으로 작동시키고 파지한다. 이러한 상황에서, 그리퍼(174, 176, 178)의 수직 위치 및 파지 작용(gripping action)은 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
도 2 및 도 3을 다시 참조하면, 기판 조정기(166)의 제1 및 제2 로봇(168, 170)은 클리너(116)에 대해 3개 이상의 운동축이 가능한데, 하나는 수평축(레일(172)을 따라 x축, 제1 운동축(A1) 참조)이고, 3개 이상은 수직축(개별적으로 제어가능한 3개의 그리핑 장치(174, 176, 178) 각각에 대한 y축, 제2, 제3 및 제4 운동축(A2, A3, A4) 참조)이다. 또한, 각각의 그리핑 장치는 (도 4에서 하나의 그리 퍼에 대해 도시된 바와 같이) 운동축(A1-A4)에 수직한, 기판을 파지하는 평면을 따라서의 추가의 운동축(z축-즉, 기판의 평면 영역과 공통 평면)을 구비한다.
본 발명의 기판 조정기(166)의 하나의 장점은 각각의 그리퍼(174, 176, 178)의 그리핑 장치가 서로 개별적으로 이동할 수 있어서, 클리너 내부의 프로세싱 순서(즉, 모듈(160)을 통과하는 기판의 순서)가 변화될 수 있다는 점이다. 또한, 아암(204) 상의 2개의 그리핑 장치(206)는 다른 모듈에서의 프로세싱 또는 작동에 영향을 주지 않고 하나의 클리닝 모듈에서 기판 교환을 실시할 수 있다.
또한, 제2 로봇(170)이 제1 로봇과 동일한 레일(174)을 사용하면, 필적하는 성능을 갖는 이송 장치와 비교할 때 기판 조정기(166)의 비용이 감소된다. 아울러, 제2 로봇(170)의 운동의 요구되는 질량 및 범위가 제1 로봇(168) 보다 작으므로, 제2 로봇(170)의 운동 제어를 위해 정밀 볼 스크류 액추에이터가 적합하다. 유리하게, 볼 스크류 액추에이터는 벨트 구동 시스템과 비교해서 반복가능한, 고정밀 운동을 가지며 보다 적은 미립자를 발생시킨다. 또한, 제1 및 제2 로봇(168, 170)의 운동이 연결해제되면(즉, 기판 이송 작업을 독립적으로 실행할 수 있다면), 제1 로봇(168)의 기판 이송 조건이 단일 로봇을 갖는 기판 조정기와 비교해서 25%만큼 감소되어, 기판 수율에 있어서 상당한 증가를 가져올 수 있다. 본 발명의 또 다른 장점에 있어서, 제2 브러시 모듈(164C)과 건조기(162) 사이에서의 기판의 전용 이송은, 특히 메가소닉 및 제1 브러시 모듈(164A, 164B)가 높은 화학 농도를 가질 때, 횡 오염(cross contamination)을 감소시켜서, 건조하는 동안 기판 오염의 가능성을 감소시킨다.
기판 조정기(166)의 작동의 하나의 모드가 도 5A 내지 도 5I에 도시된 개략도에 도시된다. 클리너(116)는 3개의 인접하는 클리닝 모듈(164A-C)을 구비하는 것으로 개략적으로 도시되지만, 클리너(116)가 임의의 개수의 클리닝 모듈(160)을 포함할 수 있음을 고려한다.
도 5A는 폴리싱 모듈(106)로부터 복구하는 기판의 정상적인 프로세싱 동안의 클리너(116)를 도시한다. 도 5A에 도시된 실시예에서, 프로세싱된 기판(522, 524, 526, 528)은 각각 입력 모듈(124), 메가소닉 모듈(164A), 및 제1 및 제2 브러시 모듈(164B-C) 내에 위치되는 것으로 도시된다. 제1 로봇(168)은 입력 모듈(124) 위에 위치되지만, 제2 로봇(170)은 제2 브러시 모듈(164C) 위에 위치된다.
도 5B에 도시된 바와 같이, 제1 로봇(168)의 제2 그리퍼(162)는 기판(522)을 회수한다. 제2 로봇(170)은 제2 브러시 모듈(164C)로부터 기판(528)을 회수한다. 제1 로봇(168)은 메가소닉 모듈(164A) 위의 위치로 측방향으로 이동하는 반면, 제2 로봇(170)은 건조기(162) 위의 위치로 측방향으로 이동한다.
도 5C에 도시된 바와 같이, 제1 그리퍼(174)는 메가소닉 모듈(164A) 내에 자리하는 기판(524)을 회수한다. 기판(524)이 일단 메가소닉 모듈(164A)로부터 제거되면, 도 5D에 도시된 바와 같이, 제2 그리퍼(176)는 입력 모듈(124)로부터 회수된 기판(522)을 메가소닉 모듈(164A) 안으로 위치시키도록 연장되며, 제2 로봇(170)은 제2 브러시 모듈(164C)로부터 회수된 기판(528)을 건조기(162) 안으로 위치시키도록 제2 로봇의 제1 그리퍼(178)를 연장시킨다.
도 5E 내지 도 5G에 도시된 바와 같이, 건조된 기판(528)은 제2 로봇(170)의 제1 그리퍼(178)에 의해 건조기(162)로부터 회수되며, 출력 모듈(156) 위의 위치로 측방향으로 이동된다. 이후, 제2 로봇(170)의 제1 그리퍼(178)는 인터페이스 로봇(120)이 접근할 수 있는 출력 모듈(156) 내에 기판을 위치시키도록 연장된다.
도 5E 내지 도 5G에 또한 도시된 바와 같이, 제1 로봇(168)은 제1 브러시 모듈(164B) 위로 기판(524)을 위치시키도록 측방향으로 이동된다. 제2 그리퍼(176)는 제1 브러시 모듈(164B) 내에 배치된 기판(526)을 회수하도록 연장된다. 이후, 제1 로봇(168)의 제1 그리퍼(174)는 메가소닉 모듈(164A)로부터 회수된 기판(524)을 제1 브러시 모듈(164B) 안으로 위치시키도록 연장된다.
도 5E 내지 도 5G 및 도 1을 다시 참조하면, 처리되지 않은 기판(560)은 인터페이스 로봇(120)에 의해 입력 모듈(124)로 이송되는 한편, 처리된 기판(522, 524, 526, 528)은 클리너(116)를 통해 전진한다. 젖은 로딩 로봇(104)은 이후 입력 모듈(124)로부터 기판(560)을 회수하고, 프로세싱을 위해 평탄화 모듈(106)로 기판(500)을 이송한다. 평탄화 모듈(106)을 로딩하는 이러한 순서가 도 5E 내지 도 5G에 도시되어 있지만, 다른 작동 기간 동안 카세트(118)로부터 평탄화 모듈(106)로 처리되지 않은 기판이 이송될 수 있다.
도 5H 내지 도 5I를 참조하면, 제1 로봇(168)은 제1 브러시 모듈(164B)로부터 회수된 기판(526)을 제2 브러시 모듈(164C) 위의 위치로 이동시킨다. 제2 그리퍼(176)는 제2 브러시 모듈(164C) 내에 기판(526)을 위치시키도록 연장된다. 이 사이에, 프로세싱 후에 평탄화 모듈(106)로부터 복귀하는 기판(562)은 입력 모 듈(124) 내에 배치되어, 도 5I에 도시된 상태로 클리너(116)를 복귀시킨다. 상술한 기준 단계들은 이후 클리너(116)의 개별의 모듈(160)을 통해 기판을 계속해서 이송시키도록 반복될 수 있다.
따라서, 본 발명은 반도체 기판 클리닝 및 폴리싱 분야에서 중요한 발전을 제시한다. 기판 조정기는 수직으로 배향된 기판을 지지 및 이송하도록 구성되어, 최소의 공간을 사용하는 클리닝 시스템과 함께 사용될 수 있게 한다. 또한, 기판 조정기는 복수의 수직 운동축을 가질 수 있어서, 여러 기판 프로레싱 순서에 보다 다용도이면서 보다 용이하게 개작될 수 있게 한다.
상기한 바는 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 그리고 추가의 실시예들이 본 발명의 기본 범위에서 벗어나지 않고 개발될 수 있으며, 본 발명의 범위는 다음의 청구의 범위에 의해 결정된다.

Claims (23)

  1. 기판 조정기로서:
    레일;
    상기 레일에 결합된 제1 캐리지 및 제2 캐리지;
    상기 제1 캐리지에 결합되며 2개 이상의 그리퍼를 구비하는 제1 로봇; 및
    상기 제2 캐리지에 결합되며 1개 이상의 그리퍼를 구비하는 제2 로봇;을 포함하며,
    상기 제1 캐리지가 상기 제2 캐리지에 관해 상기 레일을 따라 독립적으로 위치설정 가능한,
    기판 조정기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 로봇의 상기 2개 이상의 그리퍼는 적어도 입력 모듈과 제1 클리닝 모듈 사이, 또는 적어도 제1 클리닝 모듈과 제2 클리닝 모듈 사이에서 기판을 이송하도록 구성되는,
    기판 조정기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 로봇의 상기 1개 이상의 그리퍼는 하나 이상의 클리닝 모듈과 건조기 사이에서 기판을 이송하도록 구성되는,
    기판 조정기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇은 복수의 모듈에 용이하게 접근하도록 상기 레일을 따라 측방향으로 이동하도록 구성되는,
    기판 조정기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 모듈 중 하나 이상은 클리닝 모듈인,
    기판 조정기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 캐리지는 상기 레일 상에 미끄럼가능하게 장착되며 상기 레일에 의해 형성되는 제1 운동축을 따라 액추에이터에 의해 수평으로 구동되는,
    기판 조정기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 제1 로봇을 위치시키도록 상기 제1 운동축을 따라 상기 캐리지를 전진시키기 위해 벨트에 연결되는 모터를 포함하는,
    기판 조정기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 벨트는 커버에 의해 둘러싸이는,
    기판 조정기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 로봇의 상기 2개 이상의 그리퍼는 제2 운동축 및 제3 운동축을 따라 독립적으로 작동되는,
    기판 조정기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 운동축 및 상기 제3 운동축은 상기 제1 운동축에 대해 수직으로 배향되는,
    기판 조정기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇은 상기 제1 운동축을 따라 상기 액추에이터에 의해 수평으로 이동하도록 구성되는,
    기판 조정기.
  12. 기판 클리닝 시스템으로서:
    복수의 클리닝 모듈과;
    상기 복수의 클리닝 모듈 위에 배치되는 수직 위치설정형 제1 로봇과; 그리고
    상기 복수의 클리닝 모듈 위에 배치되는 수직 위치설정형 제2 로봇;을 포함하며,
    상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇은 상기 복수의 클리닝 모듈 각각의 위로 선택적으로 위치설정 가능하며, 상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇은 서로 독립적인 상 기 복수의 클리닝 모듈 각각과 협력하도록 수직으로 이동하는,
    기판 클리닝 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 로봇은 2개 이상의 그리퍼를 더 포함하며, 상기 제2 로봇은 1개 이상의 그리퍼를 더 포함하는,
    기판 클리닝 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇이 결합되는 측방향으로 위치설정 가능한 복수의 캐리지 조립체, 및 상기 캐리지 조립체를 위치시키기 위한 모터를 더 포함하는,
    기판 클리닝 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 로봇의 상기 2개 이상의 그리퍼는 적어도 입력 모듈 및 제1 클리닝 모듈로부터 기판을 이송시키거나, 상기 제1 클리닝 모듈로부터 제2 클리닝 모듈로 상기 기판을 이송시키도록 구성되는,
    기판 클리닝 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 로봇의 상기 1개 이상의 그리퍼는 1개 이상의 클리닝 모듈로부터 건조기로 기판을 이송시키거나, 상기 건조기로부터 출력 모듈로 상기 기판을 이송시키도록 구성되는,
    기판 클리닝 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 건조기는 수평 위치로 상기 기판을 기울인 후 인터페이스 로봇에 의해 카세트로 이송하기 위해 상기 기판을 상방으로 이동시킴으로써 기판을 용이하게 이송하도록 구성되는,
    기판 클리닝 시스템.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇은 복수의 모듈에 용이하게 접근하도록 상기 레일을 따라 측방향으로 이동하도록 구성되는,
    기판 클리닝 시스템.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 모듈 중 하나 이상은 클리닝 모듈인,
    기판 클리닝 시스템.
  20. 기판 클리닝 방법으로서:
    복수의 클리닝 모듈 위로 제1 이동축을 따라 제1 로봇 및 제2 로봇을 위치시키는 단계;
    상기 제1 로봇에 의해 입력 모듈로부터 기판을 회수하고 제1 클리닝 모듈 내에 상기 기판을 위치시키는 단계;
    상기 제1 로봇에 의해 상기 제1 클리닝 모듈로부터 상기 기판을 회수하고 제2 클리닝 모듈 내에 상기 기판을 위치시키는 단계;
    상기 제1 로봇에 의해 상기 제2 클리닝 모듈로부터 상기 기판을 회수하고 제3 클리닝 모듈 내에 상기 기판을 위치시키는 단계;
    상기 제2 로봇에 의해 상기 제3 클리닝 모듈로부터 상기 기판을 회수하고 건조기 내에 상기 기판을 위치시키는 단계; 및
    상기 제2 로봇에 의해 상기 건조기로부터 상기 기판을 회수하고 출력 모듈 내에 상기 기판을 위치시키는 단계;를 포함하는
    기판 클리닝 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제1 로봇은 적어도 입력 모듈과 제1 클리닝 모듈 사이에서 기판을 이송하도록 구성되는 2개 이상의 그리퍼를 더 포함하는,
    기판 클리닝 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제2 로봇은 적어도 제2 클리닝 모듈과 건조기 사이에서 기판을 이송하도록 구성되는 하나 이상의 그리퍼를 더 포함하는,
    기판 클리닝 방법.
  23. 기판 클리닝 방법으로서,
    폴리싱 시스템의 클리너를 통해 기판을 이동시키도록 적어도 제1 로봇 및 제2 로봇을 이용하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 로봇은 상기 클리너의 건조 모듈로 모든 기판을 이송시키도록 구성 되는,
    기판 클리닝 방법.
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