KR20110022636A - 고정구 건조 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 산업에 특별히 유용한 웨이퍼 캐리어 세척 및 건조 장치 및 방법이 개시되어 있다.

Description

고정구 건조 장치 및 방법{FIXTURE DRYING APPARATUS AND METHOD}

본 출원은 2008년 5월 28일자로 출원된 크리스토퍼 슈넬러(Crhistopher Schneller) 외에 의한 "고정구 건조 절차 및 장치(FIXTURE DRYING PROCEDURE AND APPARATUS)"라는 명칭의 미국 가특허 출원 제61/056,755호의 우선권과 그 혜택을 주장하며, 그 명세서 내용을 참조에 의해 본 명세서에 원용하여 포함한다.

본 발명의 실시예들은 제조용 고정구가 세척된 후에, 바람직하게는, 정면 개방식 통합형 포드(FOUP: Front Opening Unified Pod) 고정구를 포함하지만 그에 한정되지는 않는 웨이퍼 캐리어 고정구가 세척된 후에, 웨이퍼 캐리어 고정구를 실질적으로 건조하고 그 건조 시간을 감소시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 유체의 건조나 제거를 가속화할 필요가 있는 제조 제품, 툴링용 고정구(tooling fixture)나 다른 요소들에도 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 캐리어를 세척하고 건조하기 위한 장치에 관한 것으로, 캐리어를 유지할 수 있는 챔버로서 캐리어의 외부 표면에 유체를 분무하는 적어도 하나의 슬롯을 가지는 캐리어 외부 분무 시스템과 캐리어의 내부로 유체를 분무하는 적어도 하나의 슬롯을 캐리어 내부 분무 시스템을 그 내부에 가지는 챔버를 포함한다. 캐리어는 반도체 웨이퍼 캐리어 및/또는 반도체 웨이퍼 캐리어의 리드(lid)일 수 있다. 유체는 액체 또는 기체일 수 있다. 분무 시스템들은 캐리어 이동을 방지하도록 서로 직교하게 이동할 수 있다. 캐리어 외부 분무 시스템 및/또는 캐리어 내부 분무 시스템은 적어도 부분적으로 회전될 수 있다.

일 실시예에서, 분무 시스템들 중 하나 또는 둘 다가 휩쓰는 이동식(in sweeping motion)으로 왕복이동(oscillate)한다. 더욱이, 캐리어를 회전시키기 위하여 모터가 구비될 수 있다. 적어도 하나의 가열 시스템이 또한 구비되고, 이 가열 시스템은 적어도 하나의 가열 패드를 포함할 수 있다. 선택적으로, 장치는 미니 청정 환경 내에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 다수의 장치가 캐비넷 내에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 또한 캐리어를 세척하고 건조하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 캐리어를 챔버에 배치하는 단계, 외부 분무 시스템으로 캐리어의 외부에 액체를 분무하는 단계, 내부 분무 시스템으로 캐리어의 내부에 액체를 분무하는 단계, 외부 분무 시스템으로 캐리어의 외부에 기체를 분무하는 단계, 및 내부 분무 시스템으로 캐리어의 내부에 기체를 분무하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 캐리어의 외부와 내부는 서로 직교하는 움직임으로 분무된다. 분무 단계들 중 적어도 하나는 휩쓰는 이동식으로 분무하는 단계를 포함할 수 있다.

본 명세서에 통합되어 명세서의 일부를 형성하는 첨부된 도 1 내지 도 39, 예시 및 묘사는 본 발명의 하나 이상의 실시예를 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다. 도면들은 단지 본 발명의 하나 이상의 바람직한 실시예를 예시할 목적으로 제시되었을 뿐이며 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

도 1은 웨이퍼 캐리어가 설치된 세척 및 건조용 몸체 챔버의 실시예를 도시한 정면 사시도이다.
도 2는 도어가 닫힌 상태의 도 1의 실시예를 도시한 정면 사시도이다.
도 3은 도어가 제거된 상태의 도 1의 실시예를 도시한 정면 사시도이다.
도 4는 도어가 닫힌 상태의 도 1의 실시예를 도시한 정면도이다.
도 5는 도 1의 실시예를 도시한 측면도이다.
도 6은 도 1의 실시예를 도시한 후방 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예를 도시한 배면도이다.
도 8은 측부 패널이 없는 상태의 몸체 챔버의 실시예를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에서 웨이퍼 캐리어의 정면을 도시한 정면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 내부 분무 시스템을 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예를 도시한 평면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예의 부품들을 도시한 분해도이다.
도 13은 본 발명의 실시예의 부품들을 도시한 분해 사시도이다.
도 14a 내지 도 14g는 웨이퍼 캐리어의 다른 모습들을 도시한 도면들이다.
도 15는 웨이퍼 캐리어의 저면도이다.
도 16은 웨이퍼 캐리어의 평면도이다.
도 17a 및 도 17b는 각각 공기 나이프 조립체를 도시한 정면도 및 분해도이다.
도 18은 공기 나이프 조립체를 부분적으로 분해하여 도시한 도면이다.
도 19는 정면 도어가 없는 상태의 도 1의 실시예를 도시한 정면도이다.
도 20은 베이스 프레임을 도시한 분해도이다.
도 21a 및 도 21b는 버터플라이 밸브를 도시한 도면들이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 리드 챔버를 도시한 정면 사시도이다.
도 23은 도어가 열린 상태의 도 22의 실시예를 도시한 정면 사시도이다.
도 24는 도어가 챔버로부터 분해된 상태의 도 22의 실시예를 도시한 사시도이다.
도 25는 도어가 닫힌 상태의 도 22의 실시예를 도시한 정면 사시도이다.
도 26은 도 22의 실시예를 도시한 측면도이다.
도 27은 도 22의 실시예를 도시한 후방 사시도이다.
도 28은 도 22의 실시예를 도시한 배면도이다.
도 29는 후면 패널이 제거된 상태의 실시예를 도시한 배면도이다.
도 30은 정면 도어가 제거되고 웨이퍼 캐리어 리드가 보이는 상태의 실시예를 도시한 사시도이다.
도 31은 정면 도어가 제거되고 웨이퍼 캐리어 리드가 보이는 상태의 실시예를 도시한 정면도이다.
도 32는 리드 챔버의 실시예를 도시한 횡단면도이다.
도 33은 리드 챔버 조립체의 실시예를 도시한 평면도이다.
도 34는 리드 챔버 조립체의 실시예를 분해하여 도시한 평면도이다.
도 35는 리드 챔버 조립체의 실시예의 부품들을 도시한 분해도이다.
도 36은 미니 환경의 실시예를 도시한 사시도이다.
도 37은 미니 환경의 챔버 캐비넷의 실시예를 도시한 사시도이다.
도 38은 챔버 캐비넷의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 39는 로봇 아암을 구비한 미니 환경 내의 챔버 캐비넷의 실시예를 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 21에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 고정구 세척 및 건조용 몸체 장치 챔버, 바람직하게는 웨이퍼 캐리어 유형의 제조용 고정구를 세척하고 건조하기 위한 챔버를 포함한다. 도 22 내지 도 35는 본 발명의 덮개 챔버(lid chamber) 실시예들을 도시한다. 도 36 내지 도 39는 미니 환경(mini-environment)과 챔버 캐비넷의 실시예들을 도시한다.

본 발명의 실시예는 고정구, 특별히 웨이퍼 캐리어용으로 유용한 고정구를 세정하고 건조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 몸체 챔버 조립체와 덮개 챔버 조립체를 포함한다. 웨이퍼 캐리어 장치 몸체 챔버(10)(도 1)는 웨이퍼 캐리어의 몸체를 세척하고 건조하기 위한 챔버이다.

명세서와 청구범위에서 사용되는 "챔버(chamber)"라는 용어는 "적어도 실질적으로 둘러싸인 공간"의 의미를 포함하지만 반드시 이에 한정되지는 않는다.

몸체 챔버(10)(도 1)는 비록 그 치수는 변화될 수 있지만 선택적으로 깊이가 약 25.5 인치, 폭이 약 21 인치 그리고 높이가 약 26 인치인 폴리불화비닐리덴(PVDF) 시트 또는 이와 유사한 재료로 이루어진다. 일 실시예에서, 본 발명은 모듈식이고 확장가능하다(scalable). 도 1에 도시된 바와 같이, 몸체 챔버(10)는 바람직하게는 도어(12)와 외부 분무 바아(18)(또한 도 12 참조)를 이동시키기 위한 풀리 구동 드라이브(22)를 가진다. 몸체 챔버(10)는 바람직하게는 풀리 벨트(26)에 의해 분무 바아 매니폴드(20)에 연결되는 풀리 드라이브(22)를 포함한다. 몸체 챔버(10)는 또한, 웨이퍼 캐리어의 내부를 세척하고 건조하기 위한 내부 분무 바아(54)(도 10)를 구비하는데, 이 내부 분무 바아는 바람직하게는 직접 구동된다. 웨이퍼 캐리어 몸체(14)는 바람직하게는 프레임(16) 상에 안착된다. 바람직하게는 모서리 지지부들이 구비되며 가장 바람직하게는 물이 고이고 입자가 응집되는 것을 방지하도록 모서리 지지부들이 약간 각이 져 있다. 역시 물이 고이고 입자가 응집되는 것을 방지하도록 프레임(16)의 모든 노출된 측면들은 상단에서 모따기될 수 있다. 외부 분무 바아(18)는 바람직하게는 웨이퍼 캐리어 바디(14)와 챔버(10) 벽에 면하는 관의 측면들을 따라 위치되는 호우(hoe)들 및/또는 슬롯(19)들을 포함한다. 비록 슬롯(19)들이 당업자에게 공지된 어떤 방법을 통해서도 생성될 수 있지만, 슬롯(19)들은 가장 바람직하게는 레이저를 이용하여 생성되며, 세척 사이클 도중에는 물 노즐로서 작용하고 공기 나이프(air knife) 및 건조 사이클 도중에는 부채꼴 공기 노즐(fanning air nozzle)로서 작용한다. 내부 분무 바아(54)는 바람직하게는 구멍들과 두 개의 부채꼴 물 노즐을 포함하는데, 이들은 웨이퍼 캐리어(14) 몸체의 내부를 커버한다. 몸체 챔버(10), 외부 분무 바아(18) 및 내부 분무 바아(54)는 바람직하게는 슬롯(19)들을 가지고 작업하고 입자들을 쓸어내고 그리고 나서 물방울들을 날려버리는 공기 또는 압축 기체로 퍼지(purge)하거나 건조하는데 물을 이용한다. 몸체 챔버(10)는 바람직하게는 패널(24)들과 버터플라이 밸브(23)를 포함하는데, 그렇지만 다른 유형의 밸브들이 버터플라이 밸브(23) 자리에 사용될 수 있음은 물론이다. 몸체 챔버(10)는 바람직하게는 작동 도중에 약간의 양압을 보장하도록 통기점들을 구비한다.

도 2에 도시된 실시예에서, 풀리 드라이브(22)는 역시 공기와 물을 위한 입구 연결부들을 포함하는 외부 분무 바아 매니폴드(20)에 연결된다. 이 실시예는 압력 변화와 관 재료(PVDF로 만들어질 수 있지만 반드시 이에 한정되지는 않음)의 팽창 및 수축으로 인한 분무 바아의 오정렬을 방지하는데 도움이 된다. 버터플라이 배기 밸브(23)는 바람직하게는 챔버(10) 내부의 압력을 제어한다. 세척 사이클 도중에서, 큰 압력 배출을 가지는 것은 높은 압력과 부피의 공기에 기인하는 공기 나이프 사이클 도중에서 만큼 중요하지 않다. 버터플라이 밸브(23)는 공기를 통해 선택적으로 작동되어 열리고 그러면 압력이 배출되어 닫힌다. 도 21A 및 도 21B의 실시예에 도시된 바와 같이, 다이어프램의 구성으로 인해 밸브가 닫힐 때 최소량의 배기가 당겨질 수 있게 된다. 본 발명의 실시예들은 청결함을 보장하도록 입자들의 실시간 감시(in-line monitoring)를 포함한다.

도 2는 전면 도어(12)가 닫힌 상태의 몸체 챔버(10)의 실시예를 도시한다. 풀리 드라이브(22)는 벨트(26)에 의해 외부 분무 바아 매니폴드(20)에 연결된다. 도어(12)는 힌지(28)와 챔버 압력 잠금 장치(30)를 가진다. 패널(24)들은 가장 바람직하게는 챔버(10)의 상면, 저면 그리고 측면들을 형성하는데 사용된다.

도 3은 몸체 챔버(10)를 부분적으로 분해하여 도시한 도면이다. 외부 분무 바아(19)는 바람직하게는 전부 바람직하게는 PVDF 및/또는 테플론 등으로 만들어지는 많은 부품들을 포함한다. 몸체 챔버(10)는 도어(12)를 포함한다. 도어(12)는 바람직하게는 도어 조립체(34)를 포함하지만 반드시 이에 한정되지는 않는 다수의 부품들을 가지며, 도 3은 또한 도어 잠금 장치 조립체(36)를 도시한다. 일 실시예에서는 바람직하게는 물인 유체 분무는 바람직하게는 48.9 °C(120 °F) 내지 65.5 °C(150 °F)까지 가열되어 분무 슬롯(19)들 밖으로 나오고(도 1 참조), 분무시 약간 냉각된다. 유체는 회전 관 이음(rotary joint)을 통과하고 가장 바람직하게는 여과에 의해 매우 청결하고 순수해진다. 오링(O ring)들과 회전 관 이음은 바람직하게는 유체를 오염시키지 않는 재료들로 구성되고 이루어진다.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예를 다른 방향에서 본 도면들이다. 일 실시예에서, 몸체 챔버(10)는 바람직하게는 도어(12); 패널(24)들; 물 유입관(38); 도어 잠금 장치(36); 도어 조립체(34); 공기 유입관(42); 및 버터플라이 밸브(23)를 포함한다. 물관(38)은 선택적으로 오염 물질의 역류를 방지하기 위한 피 트랩을 가진다. 도 8은 측면 패널이 제거된 상태의 실시예를 도시한다. 매니폴드(40)는 바람직하게는 풀리 드라이브(22), 공기와 물 유입관들(38, 42), 및 분무 바아(18)를 함께 연결한다. 세 개의 큰 구멍들(122)(도 17A 및 도 17B) 참조)은 바람직하게는 공기와 물이 회전으로부터 압력을 생성하지 않고 외부 분무 바아(18)로 흐르게 한다. 유지 브라켓(46)들은 바람직하게는 관에 용접되거나 그렇지 않으면 견고하게 고정되어 슬롯들의 간섭을 방지함으로서, 공기와 물은 캐리어 몸체에 충분하게 접촉되게 한다. 풀리 드라이브(22)의 구동측은 바람직하게는 리밋 스위치들(44)(및 또한 80, 도 12)을 이용하여 외부 분무 바아(18)가 과도하게 회전되어 관을 손상시키는 것을 방지한다. 외부 분무 바아(18)는 바람직하게는 대략 270° 만큼 뒤에서 앞으로 그리고 앞에서 뒤로 휩쓰는 이동식으로 회전한다. 대안적으로, 외부 분무 바아(19)는 정지되어 있거나 왕복이동할 수 있다.

도 8은 몸체 챔버(10)의 사시도이다. 매니폴드 드라이브(40)와 스위칭 매니폴드(46)는 바람직하게는 유체가 시스템으로 흐르는 것을 제어하는 것을 보조한다. 몸체 챔버(10)는 또한 챔버 프레임(50)을 포함한다.

도 9는 웨이퍼 캐리어(14)가 그 내부에 있는 상태의 챔버(10)를 도시한다. 도 10은 그 측단면도인데, 몸체 챔버(10)는 캐리어(56), 내부 패널(58), 내부 분무 바아(54), 공기 유입구(62) 및 물관(60)을 포함한다.

도 11 및 도 12는 몸체 챔버의 실시예를 도시한 평면도 및 분해도인데, 공기 유입구(64)(도 11), 스태빌라이저(66), 관 커넥터(68)와 관(70), 드라이브(72), 판(74), 스위치(80), 피스톤(84), 풀리 벨트(88) 및 외부 분무 바아(78)가 도시되어 있다.

도 13은 후면부(98)가 분리된 상태의 몸체 챔버(10)의 분해도이다. 도 13은 또한 가열 블랭킷(heating blanket)(108)들을 도시한다. 가열 블랭킷(108)들은 바람직하게는 챔버의 벽들을 가열한다. 본 발명의 실시예들은 선택적으로 챔버(10)의 PVDF 패널(24)들을 가열하는 데 하나 및/또는 다수의 가열 블랭킷을 사용할 수 있다. 패널(24)들은 열을 흡수하여 챔버(10)로 방사한다. 대안적으로, 실시예들은 패널들 및/또는 벽들 내의 샌드위치 가열 요소들 및/또는 이들의 임의의 조합을 위한 다른 열전달 재료들의 사용을 포함하지만 반드시 이에 한정되지는 않는다. 챔버(10)는 바람직하게는 세정 공정의 효율을 증가시키도록 세척과 건조 사이클 사이에서는 냉각되지 않는다.

도 14a 내지 도 14g 그리고 도 15는 본 발명의 실시예와 함께 사용될 수 있는 웨이퍼 캐리어를 도시한다. 공업 표준에 웨이퍼 캐리어(14)의 크기가 규정되어 있지만, 제조업체에 따라서 구성과 복잡성(intricacy)에 있어 차이가 있다. 많은 웨이퍼 캐리어들은 폴리카보네이트로 이루어진 단일의 사출 성형된 용기이며, 그 내부 및 외부에 부속물들이 붙어있다(도 14a 내지 도 14g 참조). 적어도 세 개의 웨이퍼 캐리어의 뚜렷한 부속물들/특징들, 즉 로봇 플랜지(도 14g), 웨이퍼 콤(wafer comb) 및 운동학적 플랜지(도 14e)가 있다. 로봇 플랜지(도 14g)는 로봇 이송 장비와 공구들이 웨이퍼 캐리어들을 한 장소에서 다른 장소로 이동시키는 데 사용할 수 있는 것이다. 웨이퍼 콤은 이송 도중의 손상을 방지하도록 용기 내의 웨이퍼들을 이격시키는데, 일반적인 웨이퍼 캐리어는 25개의 웨이퍼를 수용할 수 있다. 운동학적 플랜지(도 14e 및 도 15)는 웨이퍼 캐리어를 안정시키는 베이스로버 사용된다. 운동학적 플랜지는 웨이퍼 캐리어의 능력과 제조 및 매니폴드(118)의 잠금에 관련된 정보를 가지고 있다(도 14g).

도 17b와 도 18은 건조 공정 도중에 공기 나이프로도 사용되는 외부 분무 바아(126)를 도시한 분해도이다 매니폴드(128)는 바람직하게는 풀리 드라이브(130, 132, 134, 136)를 연결한다. 세 개의 큰 구멍(122)은 바람직하게는 물이 완전하게 접촉되도록 공기 유동과 브라켓(120)들이 슬롯들과 간섭되는 것을 방지한다.

도 19는 내부에 캐리어(14)가 수용된 상태의 몸체 챔버(10)를 도시한 정면도이다.

몸체 챔버 내부 분무 바아(144)(도 20)는 바람직하게는 직접 구동식(direct drive)이며, 역시 바람직하게는 리밋 스위치들을 사용한다. 내부 분무 바아(144)(도 20)는 바람직하게는 상면에는 작은 크기의 구멍이 천공되고 측면들에는 큰 크기의 구멍이 천공되는 단순 융접 관 및 엘보들이다. 분무 바아(144)는 바람직하게는 베이스 프레임(146)의 전방 스커트부(140) 내의 구멍(138)에서 자유롭게 회전한다. 내부 분무 바아(144)는 바람직하게는 휩쓰는 이동식으로 일측에서 타측까지 180°로 회전한다. 바람직하게는 두 개의 다른 휩쓰는 이동 방식들이 사용되어 웨이퍼 캐리어가 한쪽 방향 또는 다른 쪽 방향으로 밀리지 않게 하는데, 이렇게 밀리는 현상이 강력하게 이루어지면 가장자리들을 손상시킬 수 있다. 웨이퍼 캐리어에 의한 움직임은 또한 바람직하게는 모서리 지지부(142)들에 의해 방지되는데, 양 측면들 상의 탭(tab)들이 웨이퍼 캐리어를 제자리에 유지한다. 정전 용량식 센서(143)들이 선택적으로 채용되어 움직임을 검출하는데 도움을 준다. 캐리어가 모서리 지지부(142)들로부터 변위되는 것을 검출하도록 센서(143)들은 캐리어에 매우 가깝지만 캐리어와 접촉하지는 않을 수 있다. 만일 캐리어가 변위되면, 웨이퍼 캐리어 몸체뿐만 아니라 내부 분무 바아 및 외부 분무 바아들에도 손상이 일어날 수 있다.

도 21a 및 도 21b는 바람직하게는 압력 밸브로 작용하는 버터플라이 밸브(15)를 도시한 측면도 및 정면도이다.

웨이퍼 캐리어를 할당된 시간 내에 건조하기 위하여, 챔버(10)를 따뜻하게 유지하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 웨이퍼 캐리어(14)들은 바람직하게는 이송 도중 캐리어에 대한 손상을 방지하는데 도움이 되는 폴리카보네이트 상의 피막(coating)을 가지는데, 이 피막은 60 °C(140 °F) 이상 가열될 수 없고 그렇지 않으면 뒤틀림이 발생한다. 그러므로 필요한 열을 적당한 온도로 유지하도록 가열 블랭킷(108)들(도 13 참조)이 선택적으로 챔버의 외부에 부가된다. 블랭킷(108)들은 바람직하게는 약 82.2 °C(180 °F)로 설정되어 가열 챔버(10)를 대략 71.1 °C(160 °F)로 가열한다. 챔버(10)의 측면 상에 적외선 센서가 구비될 수 있으며, 이 센서는 캐리어가 가장 뜨거워질 수 있는 상측에 가장 가까운 웨이퍼 캐리어의 온도를 감시한다. 챔버(10)의 가열은 세척 사이클 후의 웨이퍼 캐리어(14)와 챔버(10)의 온도가 큰 폭으로 떨어지는 퍼지 및 공기 나이프 사이클 도중에 매우 중요해지게 된다. 두 분무 바아들로부터 행해지는 유체 분무는 바람직하게는 이방향으로 이루어진다. 그러므로 건조 사이클 또한 가열되게 함으로써 챔버의 내부 온도가 희망하는 온도로 복귀할 수 있으며, 이에 따라 할당된 공정 시간을 유지할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 웨이퍼 캐리어 몸체들을 세정하기 위한 바람직한 방법 및 시기(timing)는 다음과 같다.

1. 몸체 챔버 도어가 열린다(T=0).

2. 로봇이 웨이퍼 캐리어 몸체를 프레임 상에 놓는다(T=40초).

3. 몸체 챔버 도어가 닫히고 잠긴다(T=60초).

4. 세척 사이클(T=61초).

5. 퍼지 사이클(T=121초).

6. 공기 나이프 사이클(T=131초).

7. 가열된 청정공기(CDA)를 이용한 건조 사이클(T=371초).

8. 분무 바아들이 홈 위치로 복귀한다(T=731초).

9. 몸체 챔버 도어가 열린다(T=732초).

매 적재 포트마다, 세정 공정을 포함하는 총 공정 시간은 대략 10분 내지 대략 21분이고, 더 바람직하게는 대략 10분 내지 대략 17분이며, 가장 바람직하게는 대략 12분의 세정 공정 시간을 포함하여 대략 12분 내지 대략 14분이다. 이러한 공정 사이클로, 시작 시에는 시간 당 약 21개의 웨이퍼 캐리어 그리고 연속적으로는 시간 당 약 25개의 웨이퍼 캐리어의 최적의 작업량(output)이 충족될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 바람직하게는 모듈식이고 확장가능하며, 어떤 작업에도 맞을 수 있다. 대안적으로, 작업량은 상황에 따라 변할 수 있다.

세척과 건조 사이클들 중에, 덮개(158)(도 22 참조)는 다른 속도와 방향들로 회전한다. 덮개(158)의 복잡성으로 인해, 세척과 건조는 바람직하게는 고정구의 모든 영역에 도달하도록 회전 처리를 이용하여 이루어진다. 세척 사이클 내내, 덮개(158)는 바람직하게는 천천히 회전되어, 물이 도어로 들어가서 갇혀 있는 임의의 입자들을 씻어 내게 한다. 일 실시예에서, 건조 사이클 도중에 도어는 바람직하게는 대략 300회의 분 당 회전수(RPM)로 5분 동안은 시계 방향(CW)으로 회전되고 건조 사이클의 나머지 시간 동안은 반시계 방향(CCW)으로 회전된다. 덮개(158)가 고속으로 회전하면 세척 사이클 도중에 도어 내부에 갇히게 될 수 있는 물방울들을 제거하는데 도움이 된다. 일 실시예에서, 사용되는 모터는 바람직하게는 적당한 홈 위치에서 속도를 늦추지만 정지시키지는 않는 능력을 가진다. 그러므로, 정지 장치가 공기에 의해 작동되어 모터를 올바른 홈 위치에 잠글 수 있다.

건조 사이클 도중에, 압축 기체, 가장 바람직하게는 공기가 고정구 상으로 그리고 내부 접근이 허용되는 한 그 내부로 향하거나 안내되어, 잔류하는 세척 유체를 제거하는 것을 촉진하게 된다. 압축 기체는 선택적으로 가열되고 적어도 하나의 순환적으로 회전하는 분배 관, 튜브, 매니폴드 또는 당 기술 분야에서 공지된 다른 기체 분배 부재를 통해 향하거나 안내된다. 압축 공기를 위한 분배 시스템의 부분은 대안적으로 회전하기보다는 왕복이동할 수 있다.

도 22 및 도 23은 덮개 챔버(156)의 실시예들을 도시한다. 덮개(158)는 복잡한 잠금 메커니즘과 이송 도중에 개개의 웨이퍼들을 분리하고 지지하는 웨이퍼 콤들 구비하는 복잡한 내부 구성을 가질 수 있다. 덮개(158)의 전방에 로봇 말단 장치를 키 구멍(key hole)들로 안내하기 위해 사용되는 두 개의 구멍들이 있다(도 15 및 도 16 참조). 덮개(158)가 웨이퍼 캐리어(14) 상에 단단히 고정되는 것을 보장하도록, 내부에 개스킷이 있다. 덮개 챔버(156)의 실시예는 챔버(156)에 적용되는 몸체 챔버와 유사한 구조를 가질 수 있다.

도 22는 도어(160), 웨이퍼 캐리어 덮개(158), 패널(162)들, 공기와 물 유입구(164)를 구비하는 덮개 챔버(156)를 도시하고, 도 23은 또한 도어 볼트(168)와 도어 힌지(166)를 도시한다. 덮개(158)를 세정하는 것은 공기를 (상술한) 구멍들로 그리고 개구들을 통하여 분사하는 것을 포함하지만 반드시 이에 한정되지는 않는다. 도 23은 가열 블랭킷(163)들을 도시한다.

도 24는 도어 조립체(170)와 도어 잠금 장치(172)를 구비하는 덮개 챔버(156)를 도시한다. 도 25는 리드 챔버(156)들과 물 유입구(174)의 실시예를 도시한 정면도이다.

도 26은 공기 유입구(176)와 물 유입구(174)를 포함하는 덮개 챔버(156)를 도시한다. 도 27은 도어 잠금 장치 조립체(172), 버터플라이 밸브(178) 및 지지부(180)가 설치된 덮개 챔버(156)를 도시한다. 도 28은 덮개 챔버(156)의 실시예를 도시한 배면도이고, 도 29는 패널이 제거되고 공기 유입구 부품(182)들이 보이는 상태의 실시예를 도시한 배면도이다.

도 30은 덮개 챔버(156)의 실시예를 도시한다. 일단 웨이퍼 캐리어 몸체로부터 분리되면, 도어(158)가 브라켓 붙이 고정구(bracketed fixture)(157)를 구비하는 세척 및 건조 챔버(156)에 놓여진다. 브라켓 붙이 고정구(157)는 사이클 도중 회전되는 동안 도어(158)를 제 자리에 견고하게 붙잡는데 사용되는 파지 장치를 포함한다. 브라켓 붙이 고정구(157)는 바람직하게는 분말 코팅된 알루미늄이고, 파지 장치(159)는 바람직하게는 전체적으로 PVDF 등으로 만들어진다. 파지 장치(159)(도 35)는 덮개(158) 잠금 메커니즘을 위한 슬롯들을 포함하는 복잡한 구조를 포함하는 덮개(158)를 파지한다. 잠금 메커니즘이 작동되면, 잠금 메커니즘은 공기가 도어(158)의 내부로 흐르는 통로를 개방한다. 이는 바람직하게는 세척 사이클 도중에 물이 도어의 내부로 들어가서 불어내어질 필요가 있는 물방울들을 가두기 때문에 활용된다. 그러므로, 브라켓 붙이 고정구는 바람직하게는 도 32 내지 도 34에 도시된 바와 같이 모터 샤프트들(184, 190)을 통해 모터(188)에 연결되도록 구비된다. 공기는 바람직하게는 모터의 연결부를 통해 들어가며, 이 연결부는 바람직하게는 울템(Ultem)으로 만들어지고, 도 33 내지 도 35에 도시된 바와 같이 튜브를 통해 파지 메커니즘에 연결된다.

웨이퍼 캐리어 덮개 챔버(156)는 몸체 챔버와 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 몸체 챔버와 유사한 방식으로, 덮개 챔버(156)는 바람직하게는 도어(158)와 챔버(156)를 세척하고 건조하는 네 개의 분무 바아들(186, 189)(도 32 내지 도 35 참조)을 포함한다. 두 개의 하부 분무 바아(189)는 바람직하게는 노즐(187)들을 이용하여 도어를 세척하고 건조한다. 일 실시예에서, 도어가 고압에 의해 쉽게 손상되는 얇은 폴리카보네이트 재료로 이루어지기 때문에 바람직하게는 노즐들이 덮개 챔버 내에서 활용되고, 이에 따라 노즐을 이용하는 것에 의해 압력은 제어될 수 있다. 두 개의 상부 분무 바아들은 바람직하게는 챔버 벽들의 건조에 도움이 된다. 몸체 챔버와 유사하게, 덮개 챔버는 외부 벽 상에 직접 놓여 챔버를 가열될 상태로 유지하고 건조 공정에 도움이 되는 가열 블랭킷들을 선택적으로 가진다.

도 36은 미니 환경의 실시예를 도시한다. 이 공정을 가능한 청결하게 유지하기 위하여, 공기 입자 수를 아이에스오(ISO) 표준 3 또는 클래스 1에 가깝게 유지하는 미니 환경이 바람직하다. 미니 환경(194)은 바람직하게는 천정으로부터 바닥까지 극히 청정한 층류를 생성하는 극저미립자 공기 필터(ULPA filter)(195)들을 수용한다. 층류는 격자형 미니 환경 바닥 아래에서 입자들이 응집되는 것을 방지하는데 도움이 되고 웨이퍼 캐리어에 부착될 수 있는 큰 입자들을 개별 챔버 내에서 포집하는 대신 환경 밖으로 밀어낸다. 일 실시예에서, 미니 환경은 바람직하게는 분말 코팅되는 약 2" X 약 2"의 스테인레스 강 빔들로 만들어지고, 바닥은 격자형 폴리프로필렌 플랫(flat)들로 이루어진다. 일 실시예에서, 미니 환경은 육 축 청정실 로봇(198)을 수용한다. 로봇(198)은 웨이퍼 캐리어 몸체(196)들과 도어들을 세정을 위한 적절한 챔버(200)들로 조작하여 넣는다.

"층류"라는 용어는 명세서 전체에서 비난류("nonturbulent flow")를 포함하는 것으로 정의되지만 반드시 이에 한정되지는 않는다.

도 37 내지 도 39는 덮개 및 몸체 캐비넷(202)들의 실시예들을 도시한다. 덮개 및 몸체 캐비넷(202)들은 바람직하게는 약 2 인치 X 약 2 인치의 스테인레스 강 프레임으로 이루어지는데 이 프레임은 바람직하게는 코르잔 지2(Corzan G2) 및/또는 그와 유사한 것에 의해 전체적으로 피복된다. 각 덮개 및 몸체 캐비넷은 바람직하게는 각각 약 여섯 개의 덮개 및 몸체 챔버(204)들을 유지한다. 장비들(facilities)은 선택적으로 배기 덕트 옆의 공구의 상면을 통해 그리고 공구의 중앙으로 내려가서 캐비넷으로 들어간다. 캐비넷은 바람직하게는 가열 블랭킷들과 청정 공기 가열기로부터의 과도한 가열을 방지하도록 206에서 완전히 배기된다. 캐비넷은 바람직하게는 챔버로부터 누출될 수 있는 어떠한 물도 받도록 내부면의 바닥에 격자형 배수구(208)를 가진다. 일 실시예에서, 캐비넷(202)은 또한 바람직하게는 여섯 개의 모든 챔버들이 동시에 누출하려 하더라도 모든 물을 배수할 수 있는 누출 센서를 구비하는 배수구를 가진다. 대안적으로, 덮개 및 몸체 챔버 캐비넷들은 임의의 수의 덮개 챔버 및/또는 몸체 챔버를 유지할 수 있다.

캐비넷(202)은 바람직하게는 모듈식이다. 도 38은 각 챔버(210)가 유지보수 및 교체를 위해 제거될 수 있는 한 세트의 밸브들 및 전기 부품들과 결합되어 있는 캐비넷(202)의 실시예를 도시한다. 개개의 챔버(21)는 또한 바람직하게는 유지보수 및 교체를 위해 필요에 따라 제거가능하다. 일 실시예에서, 챔버(210)들은 바람직하게는 도어가 왼쪽 또는 오른쪽으로 열리는 측면을 제외하면 모두 동일하다. 필요하다면, 챔버(210)들은 캐비넷(202) 내에서 도어 방향의 변화에 따라 이동될 수 있다. 선택적으로, 챔버(210)들은 부분적으로 매끄러운 모서리를 부여하도록 회전 성형될 수 있어 심(seam)을 감소시키고 심 배치를 허용하며, 이에 따라 오염의 가능성을 감소시킨다. 도 39는 로봇(214), 챔버(216)들 및 웨이퍼 캐리어(218)를 포함하는 미니 환경의 단면도이다.

압축 기체용 분배 시스템은 또한 분배 부재들 내의 한정된 오리피스들을 활용할 수 있다. 오리피스들은 바람직하게는 여러 가지 크기의 표준 노즐들과 결합된다. 오리피스들은 바람직하게는 잔류 세척 유체를 고정구로부터 멀리 이송하고 증발을 촉진하기 위하여 충분한 압력과 그에 따른 힘을 유지하도록 그 크기가 정해진다. 노즐들을 가지는 분배 시스템 부재들은 선택적으로 여러 가지 분무 패턴-형상 특징들을 채용할 수 있다.

상기 압축 기체 분배 시스템, 또는 유사하지만 별도의 기체 분배 시스템은 필요에 따라 냉각된(refrigerated) 공기, 질소, 이산화탄소, 산화질소, 암모니아 또는 다른 공지된 냉각 기체를 통해, 그러나 가장 바람직하게는 질소 기체를 통해, 고정구를 냉각하는 데 선택적으로 사용될 수 있다.

도 1 내지 도 35에 도시된 이중 목적의 세척 및 건조 챔버를 이용하여, 건조되는 고정구의 몸체 온도가 냉각될 수 있다. 가열 요소들을 끄는 것에 의해 그리고 상술한 바와 같은 가열되지 않은 그리고/또는 냉각된 기체를 이용하는 것에 의해 고정구 몸체 온도는 건조 챔버로부터 제거되기 전에 냉각될 수 있다. 냉각된, 가열되지 않은 또는 가열된 기체는 압축 기체 건조 분배 시스템, 유사하지만 별도의 기체 분배 시스템 또는 퍼지된 세척 유체 분배 시스템을 통해 건조 챔버로 도입될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 이전에 세척된 캐리어 또는 덮개는 수동으로 또는 더 바람직하게는 로봇에 의해 세척 챔버로부터 제거될 수 있다. 고정구는 또한 잔류 세척 유체를 제거하도록 일련의 기울이고(tipping), 회전시키고 및 떠는(shaking) 움직임을 통해 선택적으로 조작될 수 있다.

그리고 나서, 캐리어나 덮개는 건조용 챔버에 놓이는데, 이 건조용 챔버는 이러한 챔버가 또한 건조를 위한 적어도 이중 목적의 챔버라면 세척을 위해 사용되는 챔버일 수 있다. 그렇지 않으면, 캐리어 또는 덮개는 별도의 건조 챔버, 더 바람직하게는 가열된 공기를 순환시키는 전용 건조 챔버에 놓인다. 바람직하게는 본 발명의 실시예들은 완전히 자동화되어 있다. 그러나 대안적으로 실시예들은 수동 및 반자동 실시예들을 포함한다.

본 발명의 실시예들은 단일 세척 및 건조 챔버를 포함할 수 있다. 대안적으로, 세척 및 건조는 도 1 내지 도 35에서 설명된 것과 유사한 별도의 챔버들에서 행해질 수 있다. 다른 실시예에서, 웨이퍼 캐리어에 대한 공칭 세척 및 건조 기간은 바람직하게는 약 오 분 내지 약 한 시간이고, 더 바람직하게는 약 십 분 내지 약 40분, 가장 바람직하게는 약 15분 내지 약 30분이다. 일 실시예에서, 본 발명은 웨이퍼 캐리어 세정 장치를 활용하는데, 하나 이상의 다음과 같은 대안적인 방법을 행하는 것을 통해 건조 공정 기간은 최소화되고 공정의 효율은 증가된다.

세척 사이클 후에, 웨이퍼 캐리어는 세척 챔버로부터 로봇에 의해 제거될 수 잇고, 선택적으로 로봇은 기울이기(tipping), 돌리기(rolling), 흔들기(jiggling), 떨기(shaking)를 포함하는 웨이퍼 캐리어에 대한 일련의 조작을 행하는데, 잔류 세척 유체는 웨이퍼 캐리어로부터 제거된다. 조작의 비율, 기간 및 정도는 바람직하게는 프로그래밍된 로봇 명령에 의해 제어된다. 그리고 나서, 웨이퍼 캐리어는 바람직하게는 동일한 로봇에 의해 동일한 챔버 또는 다른 건조용 챔버로 이송된다.

수동 또는 로봇에 의한 이러한 조작의 가능한 일례는 고정구 건조 기간을 줄이기 위해 이하에 설명하는 동작들을 포함한다. 비록 이 일련의 동작들이 시계 방향으로 회전하면서 시작하지만, 회전 방향은 명백히 뒤바뀔 수 있고 대신에 반시계 방향으로 회전하면서 개시될 수 있다. 이하에서는 건조 방법의 한 대안적인 실시예를 설명한다.

1. 챔버 도어를 연다(T=0초).

2. 웨이퍼 캐리어 몸체를 꺼낸다(T=4초).

3. 아암을 회전시켜 그립퍼가 대략 30° 각도로 하방을 가리키게 한다(T=5초).

4. 웨이퍼 캐리어 몸체를 시계 방향으로 약 120 °/초로 천천히 몸체가 뒤집어진 위치(대략 180°)까지 돌린다(T=6초).

5. 웨이퍼 캐리어 몸체를 반시계 방향으로 약 120 °/초로 천천히 대략 360° 돌린다(T=9초).

6. 웨이퍼 캐리어 몸체를 시계 방향으로 약 120 °/초로 천천히 대략 360° 돌린다(T=12초).

7. 웨이퍼 캐리어 몸체를 반시계 방향으로 약 120 °/초로 천천히 대략 360° 돌린다(T=15초).

8. 어떤 물방울들도 떨어내도록 웨이퍼 캐리어를 흔든다.

9. 웨이퍼 캐리어 몸체를 시계 방향으로 약 120 °/초로 천천히 수평면(level)까지 돌린다(T=17초).

10. 아암을 회전시켜 그립퍼가 대략 30° 각도로 상방을 가리키게 한다(T=18초).

11. 웨이퍼 캐리어 몸체를 시계 방향으로 약 120 °/초로 천천히 몸체가 뒤집어진 위치(대략 180°)까지 돌린다(T=20초).

12. 웨이퍼 캐리어 몸체를 반시계 방향으로 약 120 °/초로 천천히 대략 360° 돌린다(T=23초).

13. 어떤 물방울들도 떨어내도록 웨이퍼 캐리어를 흔든다.

14. 웨이퍼 몸체를 챔버 외부의 정상적인, 수평 자세로 복귀시킨다(T=24초).

15. 웨이퍼 캐리어 몸체를 다시 챔버 내에 놓고 도어를 닫는다(T=30초).

도 1 내지 도 35에 도시된 대안적인 세척 및 건조 챔버를 이용하여, 일반적인 30분 건조 사이클이 상술한 일련의 조작들 또는 웨이퍼 캐리어로부터 과도한 액체를 물리적으로 제거하는 다른 조작들을 첫 번째로 적용하는 것에 의해서 감소될 수 있다.

세척 사이클 이후에, 바람직하게는 상술한 일련의 로봇 조작들 이후에, 웨이퍼 캐리어는 일반적인 이중 목적 세척 및 건조 챔버와 달리 처음에 건조한 내부를 가지는 전용 건조 챔버에 놓일 수 있다.

차가운 공기 또는 다른 기체가 건조 챔버로 선택된 간격으로 도입되어 건조 사이클의 냉각 과정을 가속화시키고 웨이퍼 캐리어의 온도를 감소시킨다.

캠 드라이브 또는 다른 가동 시스템이 압축 공기나 기체 분배 시스템의 움직임을 단순한 회전 움직임과 함께 또는 대신하여 왕복시키는 데 사용된다.

도입되는 압축 기체의 공기의 부피, 압력, 온도 및 방향을 제어하는 분무 노즐들이 사용될 수 있다. 노즐들은 선택적으로 압축 공기 공급 요건들을 위한 단순 천공 구멍(plain-drilled hole)들을 더 잘 제어할 수 있게 하고 압력, 부피, 온도 및 조준 특성들을 더 잘 제어할 수 있게 한다.

일 실시예에서, 웨이퍼 캐리어 세척 및/또는 건조 사이클은 웨이퍼 캐리어의 두 부분들(몸체와 카세트)을 분리하는 단계, 웨이퍼 캐리어를 (바람직하게는 로봇에 의해) 이중 세척 및 건조 챔버에 놓는 단계, 세척 단계, 건조 단계, 챔버로부터 웨이퍼 캐리어를 제거하는 단계, 및 카세트와 몸체 부분들을 재결합하는 단계를 포함한다.

직접 구동 모터 또는 다른 시스템을 이용하여 공기 분배 바아들, 관들, 매니폴드들 또는 다른 공기 분배 부재들을 회전시키면 압축 공기가 건조되고 있는 고정구뿐만 아니라 내부의 건조 챔버 벽들을 가로질러 흐르게 된다.

왕복식 캠 드라이브 모터 시스템을 이용하면 챔버의 벽들 상에 직접적으로 그리고 유익하게 압축 공기를 불지 않고서 압축 공기 중 더 많은 부분을 건조되고 있는 고정구의 몸체로 분배할 수 있다. 약 70° 내지 110° 범위의 왕복 회전에 의해 압축 공기가 고정구 몸체 상으로 효율적으로 안내될 수 있다.

웨이퍼 캐리어를 성공적으로 건조시키는 한 수단으로서 건조 사이클 직후의 밀봉된 웨이퍼 캐리어 내부의 습도를 대략 두 시간 정도 안정화된 이후의 동일한 웨이퍼 캐리어 내부의 습도와 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 약 10% 미만, 더 바람직하게는 7% 미만, 그리고 가장 바람직하게는 5% 미만으로 습도가 증가되면 성공적으로 건조된 웨이퍼 캐리어로 간주된다. 예를 들어, 웨이퍼 캐리어가 건조 직후에 31%의 내부 습도를 가지고 대략 두 시간 후에는 36% 이하의 내부 습도를 가지면, 웨이퍼 캐리어는 허용 수준으로 건조된 것이다. 만일 건조 공정에서 웨이퍼 캐리어 내부에 세척 유체가 눈에 띌 정도로 남으면, 측정되는 습도는 일반적으로 10% 내지 약 22% 증가하는 것을 알았고 따라서 실패한 또는 불완전한 건조 공정으로 여겨진다. 외부에서 볼 수 있는 세척 유체 액적들은 또한 건조 공정을 불합격 처리하는 근거가 되고 추가의 기체 노즐이나 다른 방법들에 대한 필요성을 나타낸다.

압축 기체 분배 부재들은 천공되는 직경을 증가시키는 것에 의해 확대된 오리피스들을 가질 수 있다. 오리피스 직경을 확대시키면 고정구 몸체로 전달되는 기체의 부피가 증가되지만, 기체 공급의 변경이 없으면 그리고 초기 공급 형태에 따라, 이러한 개조는 가스 유동 속도를 감소시킬 수 있고 이에 따라 건조 시스템의 효율을 감소시키고 건조 기간을 증가시킨다. 예를 들어, 고정구의 외부로 향하는 건조 바아 구멍들의 직경을 약 1/32 인치 직경에서 1/16 인치 직경으로 두 배로 증가시키고 고정구 내부 건조 부재 오리피스를 약 1/16 인치 직경에서 3/32 인치 직경으로 증가시키는 것에 의해, 더 작은 치수들로부터 야기되는 건조 시간과 비교하여 필요한 건조 시간은 증가된다.

조합식 세척 및 건조 챔버에 대하여, 외면(상부) 세척 분무 바아는 바람직하게는 액체가 웨이퍼 캐리어 상에 뚝뚝 떨어지는 것을 방지하도록 퍼지된다. 밸브와 분무 바아 사이의 단축된 길이의 관은 세정 공정 다음에 웨이퍼 캐리어 상에 뚝뚝 떨어지는 액체의 양을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 웨이퍼 캐리어 몸체의 내부 표면과 외부 표면은 바람직하게는 동시에 세척될 수 있고 따라서 약 1 내지 1ㅍ 분을 절약할 수 있다. 가능한 일례로서, 캐로젤 시스템(carousel system)을 이용하는 세척 사이클에서는 약 이분의 내부 세척에 이어 약 일분의 외부 세척이 행해진다.

건조 챔버를 빨리 냉각시키면 후처리 습도 측정에서 챔버 내의 습도를 줄일 수 있다. 단일 유닛 비캐로젤 챔버로는, 웨이퍼 캐리어 몸체 홀더가 벽에 장착될 필요가 없다. 따라서 값비싼 코팅 가공된 부분들은 바람직하게는 더 간단하고 더 저렴한 웨이퍼 캐리어 홀더로 대체될 수 있다.

세척 후 웨이퍼 캐리어가 세정 챔버로부터 제거되기 전에 대략 12초의 시간 지연이 도입될 수 있다. 이에 따라 내부 분무 바아가 정지 위치에 안착할 수 있다. 웨이퍼 캐리어들의 일부 특정 모델들은 축적된 물방울들을 제거하도록 몸체의 하부 전면 융기부(ridge)를 따라 안내되는 하나 이상의 기체 노즐들로부터의 혜택을 받을 수 있다.

웨이퍼 캐리어를 예열하면 공정 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 이는 웨이퍼 캐리어들이 공정을 기다리고 있을 때 뜨거운 물 및/또는 가열된 배출 가스(venting gas)로 더러운 웨이퍼 캐리어 몸체들을 세척하는 것을 포함한다. 가요성 샤프트 연결장치는 모터 문제를 감소시킬 수 있다.

오리피스 직경을 확대하는 것과 유사하게, 건조 바아들의 구멍들을 확대할 경우, 다른 변경이 없으면 그리고 초기 공급 형태에 따라, 속도의 감소 및 그에 따른 분배 부재 오리피스들로부터 전달되는 기체의 힘의 감소에 의해 웨이퍼 캐리어 몸체의 효용성이 감소될 수 있다. 표준 노즐들을 사용하는 것에 의한 오리피스 크기를 제어하는 것은 바람직하게는 분배 부재들에 천공되는 단순한 구멍들에 대해 행해진다.

건조 공종이 시작되기 전에 하나 이상의 뜨거운 유체, 특히 기체인 것들 또는 쉽게 증발되는 것들을 이용하여 웨이퍼를 예열하면 건조 공정 기간을 줄이게 된다. 예를 들어, 세척 사이클 동안 웨이퍼 캐리어를 데우는데 가열된 물이 사용되면 실온의 물로 세척하는 것과 비교하여 웨이퍼 캐리어 몸체가 적절하게 건조될 수 있는 가능성을 증가시킨다.

건조 챔버 및/또는 웨이퍼 캐리어 몸체를 냉각시키는 것은 후처리 습도 결과치들에 주목할 만한 효과를 발휘한다. 건조 사이클을 거치는 것이 중요한 경우에서 냉각 방법은 건조 결과를 개선시킨다. 접촉시 겨우 따뜻한 정도인 건조한 웨이퍼 캐리어 몸체는 보통 두 시간의 후처리 습도 시험을 거친다.

건조 사이클 냉각이 완료된 후에 웨이퍼 캐리어 건조 챔버의 재가열하는 것은 일반적으로 유익하다. 웨이퍼 캐리어 건조 챔버는 보통 사용 후에 약 30 °C 내지 35 °C의 온도이다. 다음 사이클이 시작되기 전에 챔버가 빨리 재가열되게 하기 위하여, 견인 기체(pulling gas)를 차단하면 챔버 가열 시간이 개선된다. 예를 들어, 챔버를 가열하는데 대략 8 내지 10분이 소요되는 대신에 견인 기체를 차단하면 재가열 시간을 대략 5 내지 6분까지 단축할 수 있다.

챔버 크기가 건조 시간에 영향을 미칠 수 있다. 챔버가 별도의 또는 공통의 세척 및 건조 사이클을 가지는지 여부에 상관없이, 작은 챔버는 작은 부피를 가지는데, 이보다 큰 챔버와 동일한 양의 동력이 제공된다면 그 작은 챔버에서는 건조가 더 빨리 행해질 가능성이 증가된다. 또한 작은 챔버에서의 경계가 더 긴밀해짐으로 인해 공기가 웨이퍼 캐리어 몸체의 표면들에 더 근접하게 흐르게 될 수도 있다. 작은 챔버의 크기로 인한 다른 장점은 차지하는 공간이 작다는 것인데, 이는 상기 공구의 양산품(production version)이 필요한 공급자들에게 바람직하다.

웨이퍼 캐리어를 유지하는 구성들은 원치 않는 잔류 세척 유체를 포획(entrapment)하는 원천일 수 있고 설계의 개선에 의해 해소될 수 있다. 가능한 전반적인 구성상의 개선점들은 다음과 같은 점들을 포함하지만 반드시 이에 한정되지는 않는다.

1) 웨이퍼 캐리어 홀더를 가공되고 특별히 코팅된 알루미늄 구조 대신 플라스틱으로 만드는 것.

2) 웨이퍼 캐리어 홀더 다리부를 단일 웨이퍼 캐리어 시험 셀 다리부와 유사하게 만들면 웨이퍼 캐리어 내의 수분 포획에 대한 잠재적인 원천을 감소시킬 수 있다. 이러한 개선은 다른 웨이퍼 몸체 유지 시스템의 개선들과 결합될 수 있다.

3) 건조된 유닛들은 바람직하게는 세척 유체 액적들에 대한 육안 검사 및 후속하는 습도 시험을 받는다. 일 실시예에서, 웨이퍼 캐리어 몸체 내부의 임의의 세척 유체 액적들은 육안으로 확인할 수 있는 유체가 일반적으로 습도를 약 10% 이상 증가시키는 점에서 실패로 간주된다.

본 발명의 대안적인 실시예들은 전용 건조 챔버의 사용 또는 이중 목적 세척 및 건조 챔버의 내부가 건조될 고정구가 챔버에 놓이기 전에 건조된 상태일 것을 보장하는 것을 포함하지만 반드시 이에 한정되지는 않으며, 건조 사이클 기간을 줄일 수 있다. 건조 챔버로의 사용 전에 세척 유체를 챔버 벽들로부터 제거하면 건조 공정의 효율을 증가시킨다. 초과 액체들을 챔버의 내부 표면들로부터 제거하면 고정구의 건조 조건을 개선할 수 있다. 이중 목적 챔버의 치수를 줄이면 또한 유체로 덮일 가능성이 있는 면적을 줄일 수 있고 건조 효율을 개선할 수 있다. 더욱이, 건조 챔버의 치수를 줄이면 기체 순환 속도를 증가시킬 수 있고, 이에 따라 효율을 증가시킬 수 있다. 본 발명은 다음의 비한정적인 예들을 더 예시한다. 다음의 예들은 웨이퍼 캐리어와 웨이퍼 캐리어 덮개가 도 1 내지 도 35에 도시되 것들과 유사한 챔버에 설치된 상태에서 세척 사이클 이후에 건조 사이클이 이어지는 것을 포함한다. 여기에 더하여 챔버 캐비넷과 미니 환경은 도 36 내지 도 39에 도시된 것들과 유사하게 구성되었다.

[예 1]

몸체 챔버는 깊이가 약 25.5 인치, 폭이 약 21 인치 그리고 높이가 약 26 인치인 폴리불화비닐리덴(PVDF) 시트로 만들어지고 구성되었다. 몸체 챔버는 측면 개방 도어와 챔버의 오른쪽에 있는 외부 분무 바아용 풀리 구동 드라이브를 가졌다. 몸체 챔버는 또한 직접 구동되는 내부 분무 바아를 가졌다. 웨이퍼 캐리어 몸체는 프레임 상에 안착되었는데, 프레임의 내부는 내부 분무 바아에 의해 세척될 수 있다. 모서리 지지부들은 약간 각이 져 있었다. 프레임의 모든 노출된 측면들은 역시 물이 고이고 입자가 응집되는 것을 방지하도록 상단에서 모따기 되어 있었다. 외부 분무 바아는 폭이 0.010 인치이고 길이가 0.080 인치인 슬롯들을 포함하며, 이 슬롯들은 웨이퍼 캐리어 바디와 챔버 벽들에 면하는 관의 측면들을 따라 위치되어 있었다. 슬롯들은 레이저를 이용하여 생성되었으며. 세척 사이클 중에는 물 노즐들로서 그리고 공기 나이프 및 건조 사이클 중에는 부채꼴 공기 노즐로서 작용하였다. 내부 분무 바아는 0.03125 인치와 0.0625 인치 구멍들과 두 개의 부채꼴 물 노즐을 포함하였는데, 이들은 웨이퍼 캐리어 몸체의 내부를 커버하였다.

풀리 드라이브는 역시 공기와 물을 위한 입구 연결부들을 포함하는 외부 분무 바아 매니폴드에 연결되었다. 이는 압력 변화와 (PVDF인) 관 재료의 팽창 및 수축으로 인한 분무 바아의 오정렬을 방지하는 데 도움이 되었기 때문에 몸체 챔버의 중요한 특징이었다. 몸체 챔버의 다른 중요한 특징은 챔버 내부의 압력을 제어했던 버터플라이 배기 밸브였다. 세척 사이클 도중에서, 큰 압력 배출을 가지는 것은 높은 압력과 부피의 공기에 기인하는 공기 나이프 사이클 도중에서 만큼 중요하지 않았다. 버터플라이 밸브는 공기를 통해 선택적으로 작동되어 열렸고 그러면 압력이 배출되어 닫혔다. 다이어프램의 구성으로 인해 밸브가 닫힐 때 최소량의 배기가 당겨질 수 있게 된다.

몸체 챔버 외부 분무 바아는 독특한 장치였다. 외부 분무 바아는 전부 PVDF와 테플론으로 만들어지는 많은 부품들을 포함하였다. 매니폴드는 풀리 드라이브, 공기와 물 유입관들 및 분무 바아를 함께 연결하였다. 세 개의 큰 구멍들은 공기와 물이 회전으로부터 압력을 생성하지 않고 외부 분무 바아로 흐르게 하였다. 유지 브라켓들은 관에 용접되어서 슬롯들의 간섭을 방지하였고, 이에 따라 공기와 물이 캐리어 몸체에 충분하게 접촉되었다. 풀리 드라이브의 구동측은 리밋 스위치들을 이용하여 외부 분무 바아가 과도하게 회전되어 관을 손상시키는 것을 방지하였다. 외부 분무 바아 대략 270° 만큼 뒤에서 앞으로 그리고 앞에서 뒤로 휩쓰는 이동식으로 회전하였다.

몸체 챔버 내부 분무 바아는 직접 구동식이며, 역시 리밋 스위치들을 사용하였다. 내부 분무 바아는 상면에는 작은 크기의 구멍이 천공되고 측면들에는 큰 크기의 구멍이 천공되는 단순 융접 관 및 엘보들이었다. 분무 바아는 베이스 프레임의 전방 스커트부 내의 구멍에서 자유롭게 회전하였다. 내부 분무 바아는 휩쓰는 이동식으로 외부 분무 바아에 수직하게 일측에서 타측까지 180°로 회전하였다. 두 개의 다른 휩쓰는 이동 방식들이 사용되어 웨이퍼 캐리어가 한쪽 방향 또는 다른 쪽 방향으로 밀리지 않게 하였다. 웨이퍼 캐리어에 의한 움직임은 또한 모서리 지지부들에 의해 방지되었는데, 양 측면들 상의 탭들이 웨이퍼 캐리어를 제자리에 유지하였다. 정전 용량식 센서들이 채용되어 움직임을 검출하는데 도움을 주었다. 캐리어가 모서리 지지부들로부터 변위되는 것을 검출하도록 센서들은 캐리어에 매우 가깝지만 캐리어와 접촉하지는 않았다. 만일 캐리어가 변위되면, 웨이퍼 캐리어 몸체뿐만 아니라 내부 분무 바아 및 외부 분무 바아들에도 손상이 일어날 수 있을 것이다.

웨이퍼 캐리어를 할당된 시간 내에 건조하기 위하여, 챔버를 가능한 한 따뜻하게 유지할 필요가 있다. 웨이퍼 캐리어들은 이송 및 사용 도중 캐리어에 대한 손상을 방지하는데 도움이 되는 폴리카보네이트 상의 피막(coating)을 가지는데, 이 피막은 60 °C(140 °F) 이상 가열될 수 없다. 그렇지 않으면, 뒤틀림이 발생할 것이다. 그러므로, 필요한 열을 적당한 온도로 유지하도록 가열 블랭킷들이 챔버의 외부에 부가되었다. 블랭킷들은 약 82.2 °C(180 °F)로 설정되어 가열 챔버(10)를 대략 71.1 °C(160 °F)로 가열하였다. 챔버 측면 상의 적외선 센서가 캐리어가 가장 뜨거워질 수 있는 상측에 가장 가까운 웨이퍼 캐리어의 온도를 감시하였다. 챔버의 가열은 세척 사이클 후의 웨이퍼 캐리어(14)와 챔버(10)의 온도가 큰 폭으로 떨어지는 퍼지 및 공기 나이프 사이클 도중에 매우 중요해지게 되었다. 그러므로, 건조 사이클을 가열되게 함으로써 챔버의 내부 온도가 희망하는 온도로 복귀하였으며, 이에 따라 할당된 공정 시간을 유지할 수 있었다. 웨이퍼 캐리어 몸체들을 세정하기 위한 공정은 다음과 같았다.

10. 몸체 챔버 도어의 개방(T=0)

11. 로봇이 웨이퍼 캐리어 몸체를 프레임 상에 놓음(T=40초)

12. 몸체 챔버 도어가 닫히고 잠김(T=60초)

13. 세척 사이클(T=61초)

14. 퍼지 사이클(T=121초)

15. 공기 나이프 사이클(T=131초)

16. 가열된 청정공기(CDA)를 이용한 건조 사이클(T=371초)

17. 분무 바아들이 홈 위치로 복귀(T=731초)

18. 몸체 챔버 도어의 개방(T=732초)

적재 포트에서 적재 포트까지, 총 공정 시간은 12분의 세정 공정을 포함하여 14분이었다. 이러한 공정 사이클로, 시작 시에는 시간 당 약 21개의 웨이퍼 캐리어 그리고 연속적으로는 시간 당 약 25개의 웨이퍼 캐리어의 작업량이 충족되었다.

<미니 환경>

이 공정을 가능한 청결하게 유지하기 위하여, 공기 입자 수를 아이에스오(ISO) 표준 3 또는 클래스 1에 가깝게 유지하는 미니 환경이 필요하였다. 미니 환경은 천정으로부터 바닥까지 극히 청정한 층류를 생성하는 극저미립자 공기 필터(ULPA filter)들을 수용하였다. 층류는 격자형 미니 환경 바닥 아래에서 입자들이 응집되는 것을 방지하는데 도움이 되었고, 웨이퍼 캐리어에 부착될 수 있는 큰 입자들을 개별 챔버 내에서 포집하는 대신 환경 밖으로 밀어내었다. 미니 환경은 분말 코팅되는 약 2" X 약 2"의 스테인레스 강 빔들로 만들어졌고, 바닥은 격자형 폴리프로필렌 플랫들로 이루어졌다. 미니 환경은 스타우블리(Staubli)의 육 축 청정실 로봇을 수용하였다. 이 로봇은 웨이퍼 캐리어 몸체들과 도어들을 세정을 위한 적절한 챔버들로 조작하여 넣었다.

<덮개 및 몸체 캐비넷들>

덮개 및 몸체 캐비넷들은 2 인치 X 2 인치의 304 스테인레스 강 프레임으로 이루어졌는데 이 프레임은 코르잔 지2(Corzan G2)에 의해 전체적으로 피복되었다. 각 캐비넷에 대해서는, 치수는 높이가 108 인치이고 깊이는 60 인치, 그리고 폭은 82.5 인치였다. 각 덮개 및 몸체 캐비넷은 각각 약 여섯 개의 덮개 및 몸체 챔버들을 유지하였다. 장비들은 선택적으로 배기 덕트 옆의 공구의 상면을 통해 그리고 공구의 중앙으로 내려가서 캐비넷으로 들어갔다. 캐비넷은 가열 블랭킷들과 청정 공기 가열기로부터의 과도한 가열을 방지하도록 완전히 배기되었다. 캐비넷은 챔버로부터 누출될 수 있는 어떠한 물도 받도록 내부면의 바닥에 격자형 배수구를 가졌다. 캐비넷은 또한 여섯 개의 모든 챔버들이 동시에 누출하려 하더라도 모든 물을 배수할 수 있는 누출 센서 를 구비하는 배수구를 가졌다.

각 챔버는 유지보수 및 교체를 위해 제거될 수 있는 한 세트의 밸브들 및 전기 부품들과 결합되어 있다. 개개의 챔버 또한 유지보수 및 교체를 위해 필요에 따라 제거 가능하였다. 몸체 챔버들은 캐비넷 도면들에 도시된 바와 같이 도어가 왼쪽 또는 오른쪽으로 열리는 측면을 제외하면 모두 동일하였다. 이는 모든 덮개 챔버들에 대해서도 동일하였다. 그러므로, 필요하다면, 도어 방향의 변화에 따라 캐비넷 내에서 이동될 수 있었다.

<별도의 세척 및 건조 챔버들 대 결합된 챔버>

일 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같고 약 135 °F (57 °C)의 온도까지 예열된 이중 목적 세척 및 거조 챔버를 이용하여, 상술한 바와 같은 일련의 조작들이 수동으로 행해졌다. 전반적인 건조 시간이 약 4분 정도 감소한 것을 알았다. 챔버를 예열하면 웨이퍼 캐리어를 삽입하기 전에 챔버 벽으로부터의 잔류 유체가 감소되었다.

[예 2]

<건조 공정 중에 공급되는 챔버 내(in chamber) 냉각 기체>

챔버 가열원들을 꺼면 챔버의 온도가 첫 일분에 거의 10 °C 만큼 떨어졌지만 그 이후에는 효과가 줄어들었다. 고정구 몸체의 외부와 내부에 동시에 냉각 기체를 전달하면, 고정구 몸체의 온도가 급속하게 낮아졌다. 대략 실온의 청정한 건조 공기를 방출하는 ㅌ 인치 노즐들 및 두 개의 18 인치 공기 나이프들이 사용되었고 대략 이분 동안 웨이퍼 캐리어를 냉각하는 것을 알았다.

상술한 예들은 상술한 예들에서 사용된 것에 대해 본 발명의 일반적으로 또는 특별히 기술된 부품들 및/또는 작동 조건들을 대체하는 것에 의해 유사한 성공률(success)로 반복될 수 있다.

비록 본 발명의 바람직한 실시예들을 특히 참조하여 상세하게 설명하였지만, 다른 실시예들도 동일한 결과들을 달성할 수 있다. 본 발명의 변형 및 개조는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이며, 첨부된 청구범위들에서 이러한 개조물들 및 균등물들을 커버하도록 의도된다. 위에서 언급한 모든 참조 문헌들, 출원들, 특허들 및 간행물들에 개시된 모든 내용들은 참조에 의해 본 명세서 내에 통합된다.

Claims (20)

1. 캐리어를 세척하고 건조하기 위한 장치로서,
   캐리어를 유지할 수 있는 챔버를 포함하고,
   상기 챔버는 캐리어 외부 분무 스프레이 시스템과 캐리어 내부 분무 시스템을 상기 챔버 내부에 포함하고, 상기 캐리어 외부 분무 스프레이 시스템은 캐리어의 외부 표면에 유체를 분무하는 적어도 하나의 슬롯을 포함하며, 상기 캐리어 내부 분무 시스템은 캐리어의 내부에 유체를 분무하는 적어도 하나의 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 캐리어는 반도체 웨이퍼 캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 캐리어는 캐리어 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 유체는 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 유체는 기체를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 분무 시스템들은 캐리어의 이동을 방지하도록 서로 수직으로 이동하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 분무 시스템들은 휩쓰는 이동식으로 왕복이동하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 장치.
8. 제1항에 있어서,
   캐리어를 회전시키기 위한 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 장치.
9. 제1항에 있어서,
   적어도 하나의 가열 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 장치.
10. 제9항에 있어서,
    가열 시스템은 적어도 하나의 가열 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 미니 청정 환경 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 장치.
12. 제1항에 있어서,
    다수의 장치들이 캐비넷 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 외부 분무 시스템은 적어도 부분적으로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 내부 분무 시스템은 적어도 부분적으로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 장치.
15. 캐리어를 세척하고 건조하는 방법으로서,
    캐리어를 챔버에 배치하는 단계;
    외부 분무 시스템으로 캐리어의 외부에 액체를 분무하는 단계;
    내부 분무 시스템으로 캐리어의 내부에 액체를 분무하는 단계;
    외부 분무 시스템으로 캐리어의 외부에 기체를 분무하는 단계; 및
    내부 분무 시스템으로 캐리어의 내부에 기체를 분무하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 방법.
16. 제15항에 있어서,
    캐리어를 챔버에 배치하는 단계는 반도체 웨이퍼 캐리어를 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 방법.
17. 제15항에 있어서,
    캐리어를 챔버에 배치하는 단계는 캐리어 덮개를 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 방법.
18. 제15항에 있어서,
    챔버의 외부를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 방법.
19. 제15항에 있어서,
    캐리어의 외부와 내부는 서로 수직하는 움직임으로 분무되는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 방법.
20. 제15항에 있어서,
    분무 단계들 중 적어도 한 단계는 휩쓰는 이동식으로 분무하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 세척 및 건조 방법.

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