KR20090011635A - 스핀 스크러버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스핀 스크러버에 관한 것으로서, 웨이퍼가 안치되면서 진공압에 의해 흡착되도록 하는 스핀 척과; 상기 스핀 척에 척킹되는 웨이퍼의 표면으로 캐미컬과 초순수를 분사하도록 상기 스핀 척의 외측 주연부를 따라 구비되는 복수의 세정액 분사 노즐과; 상기 세정액 분사 노즐의 변형에 따른 설치 위치의 변경 상태를 감지하는 노즐 감지부와; 상기 노즐 감지부로부터 감지되는 신호에 의해서 상기 세정액 분사 노즐의 설치 위치 변경 상태를 체크하여 세정액 분사 노즐이 정위치로부터 벗어났는지의 여부를 판단하여 공정의 진행 여부를 제어하도록 하는 제어부로서 구비되게 함으로써 공정 수행 중 세정액 분사 노즐을 통한 세정액 분사 위치가 항상 안정되게 유지될 수 있도록 함과 동시에 세정액 분사의 불량을 미연에 방지하여 공정 신뢰성을 향상시킴과 함께 웨이퍼 불량을 최소화할 수 있도록 한다.

스핀 스크러버, 매엽식, 노즐, 세정액 분사 위치

Description

스핀 스크러버{Spin scrubber}

본 발명은 스핀 스크러버에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캐미컬과 초순수를 이용해서 웨이퍼를 세정하도록 구비되는 매엽식의 습식 세정 장치에서 캐미컬과 초순수를 분사하도록 구비되는 니들의 외부로부터 가해지는 충격 등에 의해 분사 위치가 변경됨에에 따른 클리닝 공정 불량을 미연에 방지시키도록 하는 스핀 스크러버에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조 장치는 증착, 포토리소그래피, 식각, 화학적 기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들의 반복적인 수행에 의해서 제조된다. 이러한 단위 공정들 중에서 세정 공정은 각각의 단위 공정들을 수행하는 동안 반도체 기판 표면에 부착되는 이물질 또는 불필요한 막을 제거하는 공정으로서, 최근 반도체 기판상에 형성되는 패턴이 더욱 미세화 및 고집적화되고 있고, 패턴의 종횡비(aspect ratio)가 커짐에 따라서 그 중요도가 점차 높아지고 있다.

특히 공정 수행 중 발생되는 이물질이나 각종 오염물들은 품질에 절대적인 영향을 미치게 될 뿐만 아니라 그로 인하여 다량의 제품 불량을 초래하게 되는 주된 원인이 되고 있다.

따라서 반도체를 제조하는 다양한 공정을 수행하면서 메인 가공 공정을 수행하고 나면 웨이퍼에 잔류하는 이물질 또는 오염물 등을 즉각적으로 제거하는 것이 매우 중요하다.

이를 위해서 각 단위 공정의 공정 전후에는 웨이퍼에 잔류하는 불순물이나 이물질 등을 제거하는 웨이퍼 세정공정이 수행되도록 하고 있다.

웨이퍼 세정공정은 각 단위 공정의 특성에 따라 다양한 방식으로 수행되도록 하고 있으며, 세정 방식의 의해 크게 건식 세정과 습식 세정으로 구분하고 있다.

이중 습식 세정은 한 매 또는 다수의 웨이퍼를 소정의 케미컬 또는 순수(D.I water)가 채워진 배쓰(chemical bath)에 담겨지게 하여 세정이 이루어지도록 하기도 하고, 스핀 스크러버(spin scrubber)를 이용하여 세정이 이루어지도록 하기도 한다.

세정된 웨이퍼는 통상 건조 과정을 거친 후 후속의 공정들에 이송되어 연속해서 공정 수행이 이루어지게 된다.

한편 스핀 스크러버를 이용하는 세정장치는 세정액 또는 브러쉬 및 초음파 등을 이용하여 세정이 수행되도록 하고 있다.

이중 세정액을 이용하여 세정을 수행하는 스핀 스크러버는 상부에 웨이퍼가 흡착되는 평탄면의 중심을 축으로 회전하는 스핀 척(spin chuck)과, 웨이퍼의 상부로 캐미컬 또는 초순수(deionized water, DI water)를 분사하기 위한 복수의 세정 액 노즐로서 이루어지는 구성이다.

스핀 스크러버의 스핀 척은 웨이퍼가 안치되어 견고하게 고정될 수 있도록 하는 구성으로서, 일정한 속도로 회전이 가능하게 함으로써 그 위에 안착되는 웨이퍼가 소정의 회전 속도로 회전하도록 하도록 하는 구성이다.

그리고 스핀 척의 외측으로는 스핀 척에 안착되는 웨이퍼의 표면으로 캐미컬 또는 초순수를 분사하도록 하는 세정액 노즐이 다수 구비되도록 하며, 이들 세정액 노즐들 중 일부는 웨이퍼 표면의 중심부로부터 에지측으로 이동할 수 있도록 하고 있고, 그 외의 다른 일부는 특정 부위 예를 들어 웨이퍼 중심으로 세정액이 분사되도록 설비에 견고하게 고정되는 구성으로도 구비되고 있다.

이와 같이 스핀 스크러버는 스핀 척에 얹혀지는 웨이퍼를 일정한 속도로 회전시키면서 회전하는 웨이퍼의 표면으로 캐미컬 및 초순수가 다양하게 분사되도록 하여 세정이 이루어지도록 하는 것이다.

이때 다수의 세정액 노즐들은 스핀 척의 외측에서 스핀 척에 안치되는 웨이퍼의 승강 작용에 간섭되지 않는 위치에서 축고정 및 축지지되도록 하고 있다.

한편 세정액 노즐들을 통한 캐미컬 및 초순수의 분사는 분사되는 위치가 매우 중요한데 특히 고정 타입인 세정액 노즐에 의한 분사 방향은 항상 일정해야만 한다.

하지만 장시간 공정을 수행하다 보면 고정 타입의 세정액 노즐을 고정하게 되는 고정 나사가 시간이 지나면서 점차 체결 상태가 헐거워지기도 하고, 세정액 노즐이 외부로부터의 충격에 의해서 휘어지거나 하는 변형을 초래하기도 하므로 캐 미컬 및 초순수의 분사 위치가 변경되는 공정 불량이 발생되고 있다.

이러한 공정 불량에 의해 웨이퍼 불량이 초래하면서 자칫 대량의 웨이퍼 손실을 가져오는 매우 심각한 문제 발생의 원인이 되기도 한다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 세정액 노즐을 통한 캐미컬 및 초순수의 분사 불량을 조기에 감지하여 공정 불량을 최소화할 수 있도록 하는 스핀 스크러버를 제공하는데 있다.

또한 본 발명은 세정액 노즐의 분사 위치 오류를 조기에 검출함으로써 다량의 웨이퍼 손실을 미연에 방지시키도록 하는 스핀 스크러버를 제공하는데 다른 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 웨이퍼가 안치되면서 진공압에 의해 흡착되도록 하는 스핀 척과; 상기 스핀 척에 척킹되는 웨이퍼의 표면으로 캐미컬과 초순수를 분사하도록 상기 스핀 척의 외측 주연부를 따라 구비되는 복수의 세정액 분사 노즐과; 상기 세정액 분사 노즐의 변형에 따른 설치 위치의 변경 상태를 감지하는 노즐 감지부와; 상기 노즐 감지부로부터 감지되는 신호에 의해서 상기 세정액 분사 노즐의 설치 위치 변경 상태를 체크하여 세정액 분사 노즐이 정위치로부터 벗어났는지의 여부를 판단하여 공정의 진행 여부를 제어하도록 하는 제어부로서 이루어지는 구성이다.

웨이퍼 세정 공정 수행 중 웨이퍼에 캐미컬 및 초순수를 분사하도록 구비되는 세정액 분사 노즐의 설치 위치가 외부로부터의 충격이나 나사 풀림 등으로 인하여 변경되면 이를 실시간으로 체크하도록 하면서 위치 불량으로 판단되면 그 즉시 공정 수행이 중단될 수 있도록 하며, 이로써 공정 수행 중 세정액 분사 노즐을 통한 세정액 분사 위치가 항상 안정되게 유지될 수 있도록 함과 동시에 세정액 분사의 불량을 미연에 방지하여 공정 신뢰성을 향상시킴과 함께 웨이퍼 불량을 최소화할 수 있도록 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 세정액을 이용하여 웨이퍼를 세정하는 세정액 분사 노즐의 설치 위치 변경 상태에 따라서 세정 공정의 진행 여부를 제어할 수 있도록 하는 스핀 스크러버이다.

본 발명의 스핀 스크러버는 세정할 웨이퍼가 안치되도록 하는 스핀 척과, 이 스핀 척에 안치된 웨이퍼의 표면으로 캐미컬 또는 초순수를 분사할 수 있도록 구비되는 복수의 세정액 분사 노즐들이 구비되는 구성이다.

도 1은 본 발명에 따른 스핀 스크러버를 도시한 것으로서, 본 발명의 스핀 스크러버에는 크게 스핀 척(10)과 함께 이 스핀 척(10)의 주위로 복수의 세정액 분사 노즐(20)들이 구비되고 있다.

스핀 척(10)은 회전이 가능하게 구비되는 원형의 플레이트로서, 원형의 플레이트는 웨이퍼 보다는 작은 직경을 갖도록 하며, 저부에서 별도의 구동 모터를 이용하여 회전이 가능하도록 구비된다.

스핀 척(10)의 외측으로는 상단부가 스핀 척(10)보다는 상부에 위치되도록 하면서 웨이퍼의 직경보다는 더 큰 내경을 갖도록 스핀 척(10)을 수용하는 형상으로 원통형의 바울(bowl, 미도시)이 구비된다.

바울의 내부에서 스핀 척(10)은 웨이퍼가 안치되도록 한 상태에서 견고하게 안착될 수 있도록 하기 위하여 진공압을 사용하고 있으며, 이 진공압은 플레이트로부터 직접 전달되게 하기도 하지만 플레이트의 상부면 주연부를 따라 등간격으로 형성한 별도의 돌기(미도시)를 이용하여 진공압이 발생되게 하면서 이 돌기들에 웨이퍼가 얹혀져 강력한 흡착력에 의해 견고하게 고정될 수 있도록 한다.

한편 스핀 척(10)의 외측으로는 스핀 척(10)에 안착되는 웨이퍼의 표면으로 캐미컬 또는 초순수를 분사하도록 하는 세정액 분사 노즐(20)들이 복수로 구비되도록 한다.

세정액 분사 노즐(20)들은 스핀 척(10)의 외측에서 다양한 형상으로 구비되 며, 이들은 회전 또는 이동이 가능하게 축지지되거나 축고정된다.

다시 말해 세정액 분사 노즐(20)들 중 일부는 세정액이 분사되는 노즐 팁이 스핀 척(10)의 상부로 이동 가능하게 구비되기도 하고, 다른 일부의 세정액 분사 노즐(20)은 스핀 척(10)의 외측에서 견고하게 고정된 타입으로 구비되기도 한다.

이들 세정액 분사 노즐(20)들은 스핀 척(10)으로부터 웨이퍼가 세정을 위해 얹혀지거나 세정을 마친 직후 후속의 공정으로 이송시키기 위한 웨이퍼 로딩/언로딩의 수직 이동 범위로부터 외측으로 벗어난 위치에 반드시 구비되도록 한다.

즉 웨이퍼가 스핀 척(10)에 얹혀지거나 스핀 척(10)으로부터 이동시키고자 할 때 웨이퍼는 수직의 방향에서 로딩/언로딩되므로 이러한 웨이퍼의 수직 이동에 간섭을 받는 않는 위치에 세정액 분사 노즐(20)들이 구비되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

따라서 세정액 분사 노즐(20)의 세정액을 분사하는 노즐 팁은 웨이퍼의 상부로 이동 가능하게 구비시키기도 하지만 외측에서 웨이퍼의 일정 부위를 고정적으로 향하도록 고정 설치되고 있다.

상기와 같은 스핀 스크러버는 종전과 거의 대동소이하며, 다만 본 발명은 상기의 구성에 노즐 감지부(30)와 제어부(40)가 결합되도록 하는 구성이다.

도 2는 본 발명에 따른 요부 구성을 예시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 세정액 분사 노즐의 설치 위치 정보를 체크하는 구성을 결합한 예시도이다.

본 발명에서 노즐 감지부(30)는 세정할 웨이퍼에 분사되는 세정액인 캐미컬 또는 초순수를 분사하도록 구비되는 세정액 분사 노즐(20)의 설치 상태의 위치를 감지하도록 구비되는 구성이다.

이러한 노즐 감지부(30)는 노즐 팁이 회전 또는 이동이 가능하도록 구비되는 세정액 분사 노즐(20)에는 구비되지 않으며, 노즐 팁이 일정한 위치에서 고정되어 일정한 부위에만 세정액을 분사하도록 하는 세정액 분사 노즐(20)에만 구비되게 하는 것이 가장 바람직하다.

다시 말해 복수의 세정액 분사 노즐(20)들 중 노즐 팁을 웨이퍼의 외측과 상부로 회전 또는 이동이 가능하도록 구비시킨 세정액 분사 노즐(20)은 설치 위치가 공정 수행 중에도 수시로 변경되므로 위치 검출이 불가한 반면 노즐 팁이 일정하게 고정되어 있는 세정액 분사 노즐(20)에 대해서는 일정한 위치에서의 위치 검출이 가능하므로 고정 타입의 세정액 분사 노즐(20)에만 노즐 감지부(30)가 구비되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

노즐 감지부(30)는 감지 수단으로서 포토 센서(31)를 이용하는 것이 바람직하며, 그 외에도 다양한 센서를 이용할 수 있으나 이들 감지 수단은 세정액 분사 노즐(20)에 직접 장착되게 할 수도 있고, 별도의 브라켓을 이용하여 각각 장착되게 할 수도 있다.

노즐 감지부(30)에서 브라켓은 도 2에서와 같이 일단부끼리 상호 마주보도록 하는 한 쌍으로 구비되도록 하며, 이중 일측의 브라켓(32)은 세정액 분사 노즐(20)에 일단이 부착되게 구비되도록 하고, 타측의 브라켓(33)은 세정액 분사 노즐(20)의 후방에서 설비의 고정 구조물에 일단이 견고하게 고정되도록 구비한다.

다만 이들 브라켓(32)(33)들은 일단부가 서로 일정한 간격을 이격하여 동일 수직선상 또는 동일 수평선상에서 상호 마주보게 구비되도록 한다.

이들 서로 마주보는 각 브라켓(32)(33)의 일단부에는 각각 감지 수단이 장착되도록 한다.

이러한 노즐 감지부(40)의 감지 수단은 발광 소자와 수광 소자가 한 쌍으로 구비되는 포토 센서로서 구비하는 것이 가장 바람직한데 이때 발광 소자와 수광 소자는 일측의 브라켓에 나란하게 설치되게 할 수도 있고, 각각의 동일 수직 또는 수평선상의 브라켓(32)(33) 일단에 서로 마주보게 하여 설치되게 할 수도 있다.

다시 말해 하나의 브라켓에 감지 수단이 동시에 설치되도록 하는 경우 일측의 발광 소자로부터 조사된 빛이 마주보게 구비한 브라켓에 반사되면서 발광 소자와 나란하게 설치한 수광 소자에서 감지되게 하는 구성으로 구비할 수도 있고, 서로 마주보는 각각의 브라켓(32)(33) 일단에 발광 소자와 수광 소자가 각각 장착되도록 하여 발광 소자로부터 조사되는 빛이 수광 소자에 바로 감지되게 하는 구성으로도 실시가 가능하다.

또한 노즐 감지부(30)는 하나의 세정액 분사 노즐(20)에 대해서도 복수개가 구비되게 할 수도 있다.

이렇게 노즐 감지부(30)를 통해 감지되는 신호는 제어부(40)에서 체크된다.

제어부(40)는 노즐 감지부(30)에서 감지되는 세정액 분사 노즐(20)의 설치 위치 신호를 체크하여 설치 위치가 정위치에 있는지를 판단하여 세정 공정 수행 여부가 단속되도록 하는 것이다.

즉 제어부(40)는 설비 구동을 제어하는 메인 컨트롤러(미도시)에 연계하여 세정액 분사 노즐(20)의 위치 여부에 따라서 세정액 분사 노즐(20)이 정위치로부터 지나치게 벗어나게 되면 공정 진행이 중단되도록 하는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 작용에 대해서 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 전술한 바와 같이 스핀 척(10)에 안착되는 웨이퍼에 캐미컬 또는 순수를 분사하도록 구비되는 세정액 분사 노즐(20)들 중 특히 고정 타입의 세정액 분사 노즐(20)에 대해서 설치 위치 변경 여부 또는 변경 정도를 실시간으로 체크하여 이미 설정된 값과의 비교에 의해서 세정 공정의 진행 여부를 판단하도록 하는 것이다.

즉 본 발명은 스핀 척(10)에 그 이전의 공정으로부터 가공이 완료된 한 매의 웨이퍼가 안치되도록 하는 매엽식의 세정 장치에서의 세정액 분사 노즐(20)을 통한 세정액 분사 위치의 불량 여부를 세정액 분사 노즐(20)의 설치 위치에 의해서 체크하도록 하는 것이다.

스핀 척(10)에 안치되는 웨이퍼는 통상 진공압 등에 의해서 강력하게 흡착되며, 스핀 척(10)에 진공 흡착된 웨이퍼는 스핀 척(10)의 회전과 동시에 일정 속도로 회전하도록 한다.

이때 스핀 척(10)에 안치된 웨이퍼의 외측에는 다양하게 복수의 노즐(20)이 구비되며, 이 노즐(20)들 중에는 웨이퍼의 상부로 노즐 팁이 위치되도록 하기도 하지만 노즐 팁이 웨이퍼의 외측에 항상 위치되도록 비이동식 즉 고정 타입의 노즐(20)도 구비하고 있다.

고정 타입의 노즐(20)에는 노즐 감지부(30)가 구비되며, 노즐 감지부(30)는 외부로부터의 충격에 의한 노즐(20)의 변형이나 고정 나사의 풀림 등에 의한 노즐(20)의 위치가 바뀌게 되는 시점을 실시간으로 감지하도록 한다.

도 4와 도 5는 본 발명에 따른 세정액 분사 노즐의 위치 변경에 따른 동작 상태를 도시한 구조도이다.

도시한 바와 같이 노즐(20)은 외부의 충격 또는 고정 나사의 풀림 등에 의해서 휨 변형이 발생된다.

휨 변형되는 정도에 따라서 노즐(20)의 위치는 수직의 방향으로 변형이 될 수도 있고, 수평의 방향으로 변형이 될 수도 있으며, 수직과 수평 방향으로 동시에 변형될 수도 있다.

이렇게 노즐(20)의 위치를 본 발명의 노즐 감지부(30)를 통해 실시간으로 항상 감지하도록 한다.

노즐 감지부(30)에서 노즐(20) 상태를 지속적으로 감지하여 다양한 원인에 의하여 노즐(20)이 도 4와 도 5에서와 같이 휨 변형이 초래되면 이때의 감지 신호를 제어부(40)에 전달하게 되고, 제어부(40)에서는 노즐(20)의 변형 상태에 따라 이미 설정되어 있는 범위 또는 감지 여부를 판단하여 세정 공정의 진행 상황을 단속하도록 하는 것이다.

만일 노즐(20)이 지나치게 정위치로부터 벗어났거나 노즐(20)이 감지되지 않으면 공정 진행이 즉시 중단되도록 하는 것이다.

이를 보다 상세하게 설명하면 제어부(40)에서 노즐(20)이 정위치로부터 지나치게 벗어났다고 판단하면 제어부(40)는 이를 공정 불량으로 판정하여 공정 수행이 중단되도록 하는 것이며, 또한 제어부(40)에서 노즐(20)이 체크되지 않는 상태가 되면 이를 공정 불량으로 판정하여 공정 수행이 중단되도록 하는 것이다.

이렇듯 노즐(20)의 위치가 정위치에서 벗어나거나 노즐(20)이 체크되지 않으면 노즐 팁을 통한 캐미컬과 순수의 분사 위치가 정위치로부터 벗어나 있음을 의미하는 것이므로 이 순간을 공정 불량으로 판단하여 공정 수행이 중단될 수 있도록 하는 것이다.

세정액 분사 노즐(20)을 세정액 분사 방향이 어긋나는 분사 불량을 그대로 방치하게 되면 세정 공정을 수행하는 후속의 웨이퍼들마다 지속적으로 공정 불량이 유발되면서 다량의 제품 불량이 초래되는 손실을 입게 된다.

따라서 본 발명의 노즐 감지부(30)와 제어부(40)를 통해 노즐(20)의 변형 또는 설치 위치의 변경 상태를 실시간으로 체크함으로써 항상 정확한 세정 공정이 수행될 수 있도록 하는 것이다.

공정 수행 중에 노즐(20)의 변형 또는 위치 변경으로 인한 세정액 분사 불량 시 공정 에러가 발생되면서 제어부(40)에 의해서 공정 진행이 자동으로 중단되도록 하고, 불량이 초래된 노즐(20)은 그 즉시 교체 또는 보수에 의해서 정상 상태가 되도록 한다.

불량 노즐(20)을 적시에 교체 또는 보수를 하게 되면 안정적이고 정확한 세정액 분사가 이루어지게 되는 동시에 다량의 웨이퍼 불량을 미연에 방지시킴으로써 막대한 경제적 손실을 예방할 수가 있게 된다.

한편 상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발 명의 범위를 한정하는 것이라기보다는 바람직한 다양한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다.

따라서 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해서 정하여져야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 스핀 스크러버를 도시한 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 요부 구성을 예시한 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 세정액 분사 노즐의 설치 위치 정보를 체크하는 구성을 결합한 예시도,

도 4와 도 5는 본 발명에 따른 세정액 분사 노즐의 위치 변경에 따른 동작 상태를 도시한 구조도.

Claims (6)

1. 웨이퍼가 안치되는 스핀 척과;

   상기 스핀 척에 척킹되는 웨이퍼의 표면으로 캐미컬과 초순수를 분사하도록 구비되는 복수의 세정액 분사 노즐과;

   상기 세정액 분사 노즐의 위치를 감지하는 노즐 감지부와;

   상기 노즐 감지부에 체크되는 신호에 의해서 상기 세정액 분사 노즐의 위치 변경 상태를 판단하여 공정의 진행 여부를 제어하는 제어부;

   로서 이루어지는 스핀 스크러버.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스핀 척은 진공압에 의해 웨이퍼를 척킹하는 스핀 스크러버.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐 감지부는 상기 세정액 분사 노즐의 위치를 감지하도록 하는 감지 수단과 상기 감지 수단을 각각 견고하게 고정시켜 지지하도록 브라켓으로 구비되는 스핀 스크러버.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 노즐 감지부는 세정액을 분사하는 위치가 고정되도록 한 고정 타입의 세정액 분사 노즐에 구비되는 스핀 스크러버.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 감지 수단은 발광 소자와 수광 소자로 이루어지는 포토 센서인 스핀 스크러버.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는 설비 구동을 제어하는 메인 컨트롤러에 연결되어 설비의 구동을 단속하는 판정을 하는 스핀 스크러버.

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