KR100338165B1 - 디스크형물체취급방법및디스크형물체보유용척(chuck) - Google Patents

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Abstract

디스크형 물체(실리콘 웨이퍼)를 처리하는 공정에서 그 물체를 보유하기 위한 척(1)에는, 그 물체로 향하는 척(1)의 표면(4)에 다수의 리프팅 장치들이 제공되어 있고, 그 리프팅 장치들은, 예를 들어, 척(1)의 상기 표면(4)에 대하여 수직방향으로 돌출하고 그 표면 내로 철회될 수 있는 페그(2)로 구성되어 있다. 척에 그 디스크형 물체를 장착하고 제거하기 위해, 그 페그(2)에 의해, 디스크형 물체와 척(1) 사이의 간격이 증가될 수 있어, 특히 실리콘 웨이퍼가 취급되는 경우, 이들 웨이퍼를 수용 트레이에 배치하고 그로부터 꺼내기 위해 사용되는 스푼형 장치가 척에 그 디스크형 물체를 장착하고 제거하는데에도 사용될 수 있다.

Description

디스크형 물체 취급방법 및 디스크형 물체 보유용 척(chuck){Process and Device for Handling Disk-like Objects, Especially Silicon Wafers}
본 발명은, 디스크형 물체를 처리하는 공정을 실행하기 위해 척(chuck)을 사용하여 그 디스크형 물체를 취급하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 처리 단계중에 디스크형 물체를 보유할 수 있고 회전시킬 수 있으며 본 발명의 방법을 실행할 수 있는 디스크형 물체 보유용 척에 관한 것이다. 특히, 그러한 척은, 예를 들어, 에칭, 연마, 세정 처리중에 (실리콘) 웨이퍼를 보유하고 회전시키기 위한 것이다.
이러한 유형의 척은 기본적으로 2가지 구성으로 되어 있다. 그중 한가지 구성은, 디스크형 물체가 링 노즐로부터 방출되는 가스의 작용하에 주로 베르누이(Bernoulli) 원리에 따라 척에 대하여 보유되는 동안 그 물체를 측면에서 지지하는 핀(pin)들을 척의 상부 표면(그 디스크형 물체로 향하는 척의 표면)에 가지고 있다(미국 특허 제4,903,737호 및 제5,513,668호). 디스크형 물체를 보유하기 위한 그러한 척의 다른 한가지 구성에서는(WO 97/03457호), 디스크형 물체로 향하는 척의 상부 표면상의 링형 돌출부에 가해지는 부압(負壓)에 의해 척에 대하여 그 물체가 보유되기 때문에, 그러한 핀들이 제공되어 있지 않다.
지금까지, 디스크형 물체, 특히 (실리콘) 웨이퍼를 척 상에 장착하고 척으로부터 그 물체를 제거하는 것은 힘드는 공정이었다. 그 이유는, 핀들이 설치된 척의 경우에는, 디스크형 물체와 그 물체로 향하는 척의 표면 사이에 매우 작은 간극만이 존재하고, 부압에 의해 그 물체가 척에 보유되는 경우에는, 실제적으로 간극이 없기 때문이다. 따라서, 지금까지는, 디스크형 물체, 특히 실리콘 웨이퍼를 척 상에 장착하고 척으로부터 제거하기 위해 그 물체를 아래로부터 잡을 수 있는 공지의 스푼(spoon) 또는 포크(fork)를 사용하는 것이 불가능하였다. 그러나, 그러한 스푼은 저장용기(운반상자)의 지지 트레이(tray)로부터 웨이퍼를 꺼내고 그 웨이퍼를 운반상자로 다시 옮기는데 사용된다.
상기 문제를 해결하기 위해, 디스크형 물체(웨이퍼)를 보유하기 위한 다양한그립핑(gripping) 장치가 제안되었다. 예를 들어, AT 000 640 U1호 또는 WO 95/11518호에 개시된 그립퍼를 참조하기 바란다. 그러한 그립퍼들은, 특히 디스크형 물체와 척 사이에 간극(비록 작은 것일지라도)이 있는 경우에 적절히 작동하지만, 디스크형 물체를 장착하고 제거하기 위해 저장용기(운반상자)의 지지 트레이에서 그 물체를 꺼내고 다시 배치하기 위해서는 제2의 그립퍼(스푼)가 사용될 필요가 있다.
본 발명의 목적은 척에 디스크형 물체를 장착하고 척으로부터 그 물체를 제거하는 과정을 간략하게 하는 디스크형 물체 취급방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기 방법을 실행하는데 적합한 디스크형 물체 보유용 척을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 척의 사시도.
도 2는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도.
도 3은 척의 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 척2: 페그3: 링형 노즐
8: 나사12: 시일14: 링
15: 푸시 바17: 작동 컵18: 푸셔 스프링
20: 팽창 벨로즈
이들 목적은, 한편으로는, 특허청구범위 제1항에 기재된 특징의 방법에 의해, 다른 한편으로는, 특허청구범위 제4항에 기재된 특징의 척에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직하고 유리한 실시형태가 특허청구범위의 종속청구항에 기재되어 있다.
본 발명에 따르면, 디스크형 물체를 장착하고 제거하기 위해 운반상자로부터 디스크형 물체를 꺼내고 다시 배치하는데 대개 사용되는, 예를 들어, 공지의 스푼 또는 포크를 사용하는 것이 가능하게 된다. 본 발명에 의하면, 운반상자로부터 디스크형 물체(예를 들어, 실리콘 웨이퍼)를 꺼내기 위해 사용되는 것과 동일한 스푼으로 그 물체를 척 상에 장착할 수 있기 때문에, 디스크형 물체를 장착하고 제거하는 동안 그립퍼를 교체하는 단계가 유리하게 배제된다. 이것은 척으로부터 디스크형 물체를 제거하고 운반상자로 되돌리는 작업에서도 마찬가지이다.
본 발명의 방법은, 디스크형 물체가 그 물체로 향하는 척의 상부 표면으로부터 들어올려짐으로써 그 물체와 척의 상부 표면 사이에 간극이 형성되어, 디스크형 물체를 붙잡기 위한 장치(예를 들어, 공지의 스푼 또는 WO 95/11518호에 개시된 그립퍼)가 척과 그 물체 사이에 삽입될 수 있게 되는 사실에 의해 가능하게 된다.
처리 단계(예를 들어, 실리콘 웨이퍼의 에칭, 연마 등)중에, 디스크형 물체가 그 물체로 향하는 척의 표면상으로 하강될 수 있기 때문에, 처리/작업중에, 바람직하지 않은 간극이 감소될 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도면에 나타내어진 척(chuck)(1)은 핀들을 가지지 않는 구성(WO 97/03457호 참조)으로 되어 있다. 즉, 디스크형 물체(실리콘 웨이퍼)로 향하는 그 척의 상부 표면에, 그 물체의 측면 가장자리를 붙잡고 측면에서 그 물체를 지지하는 핀들을 가지고 있지 않다. 그 물체로 향하는 척(1)의 표면(4)에는, 가스 매체, 즉, 질소를 방출하는 링형 노즐(3)이 제공되어 있다.
부압(負壓)에 의해 디스크형 물체를 지지하게 된 척의 구조 및 기능에 관한 보다 상세한 설명에 대해서는 WO 97/03457호 공보를 참조하기 바란다.
또한, 척(1)은, 디스크형 물체를 위한 측면 지지를 제공하기 위해 그 물체로 향하는 표면에 핀들이 제공된 구조(미국 특허 제4,903,717호)를 가질 수도 있다.미국 특허 제5,513,668호에 설명된 바와 같이, 이들 핀은 반경방향으로 조정가능할 수도 있다.
본 발명에 따른 척(1)에는, 링형 노즐(3)의 안쪽에 다수(본 실시예에서는 4개)의 페그(peg)(2)가 제공되어 있고, 도 1에는, 그 페그들이 디스크형 물체로 향하는 척(1)의 표면(4) 위로 연장된(돌출된) 상태로 나타내어져 있다.
페그(2)들은, 도 1에는 도시하지 않은 구동기들 또는 하나의 공통 구동기에 연결되어 있다. 그 구동기들 또는 공통 구동기는, 페그들을 디스크형 물체로 향하는 척(1)의 표면(4) 위로 돌출시키거나 그 표면(4) 아래로 철회시킬 수 있도록 척(1)의 내측에 수용되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구동기들 또는 공통 구동기는 순수한 기계적 구동기이거나, 공기압 구동기, 또는 기계적 구동기와 공기압 구동기가 결합된 구동기일 수 있다. 원칙적으로는, 디스크형 물체로 향하는 척(1)의 표면(4)에 대해 수직방향으로 페그(2)들을 조절하기 위한 전기식 또는 전자(電磁)식 구동기를 제공하는 것도 가능하다.
디스크형 물체와 그 물체로 향하는 척(1)의 표면(4) 사이의 간격을 조절하기 위한 상기 페그(2)는, 예를 들어, 척(1)으로부터 디스크형 물체를 척(1)의 축선방향으로 들어올리기 위해 조절될 수 있는 반경방향으로 향한 스트립(strip) 또는 링형이거나 부분적으로 링형인 스트립 또는 그들 스트립중 어느 한가지 스트립으로 대체될 수도 있다. 직선 또는 곡선 스트립과 페그(2)의 조합도 또한 가능하다.
디스크형 물체를 제거하거나 장착하기 위해서는, 연장(돌출) 및 철회가능한 페그(2) 또는 스트립이, 디스크형 물체(실리콘 웨이퍼)를 이동시키는 스푼(spoon)형 장치의 동작(척(1)의 반경방향으로 향하는)을 방해하지 않도록 하는 방식으로 척(1)이 회전된다.
도 2는, 디스크형 물체와 척(1)의 표면(4) 사이의 간격을 증가 또는 감소시키기 위한 장치로서 기능하는 페그(2)("스페이서")들을 위한 장치의 일 실시형태를 나타낸다.
구동기의 구성에는 필수적이지 않지만, 도 2는 척(1)이 나사(8)에 의해 서로 연결된 3개의 구성부품(5, 6, 7)으로 이루어진 것을 나타낸다.
또한, 도 2는 서로의 쪽으로 향하는 구성부품(5, 6)의 영역들에 의해 링형 노즐(3)이 제한되는 것을 나타낸다.
구성부품(7)에서, 페그(2)들이 척(1)의 축선(10)에 평행한 방향으로 조절될 수 있다. 페그(2)들을 안내하는 구멍들은 시일(seal)(12)에 의해 체임버(11)(이 체임버는 기압된 기체에 노출되어 있다)에 대하여 시일되어 있다.
척(1)의 구성부품(5)에는, 예를 들어, 유압 또는 공기압 작동장치(도시되지 않음)(공기압 실린더 또는 유압 실린더)에 의해 척(1)의 축선(10)에 평행한 방향으로 이동될 수 있는 링(14)이 제공되어 있다. 각각의 페그(2)에 대해, 푸시 바(push bar)(15)가 제공되어 있고, 그 푸시 바(15)는 링(14)의 나삿니가 형성된 구멍에 나사결합되어 있다. 푸시 바(15)들은 그들이 척(1)의 축선(10)에 평행한 방향으로 이동할 수 있도록 하는 방식으로 척(1)의 구성부품(5)의 구멍들(푸시 바의 외측 윤곽에 따라 테이퍼진)내에 수용되어 있다.
각각의 푸시 바(15)의 전방 단부는 페그(2)에 제공된 작동 컵(17)쪽으로 향하여 있다. 링(14)을 작동시킬 때, 푸시 바(15)가 작동 컵(17)에 결합하여, 페그(2)들이 척(1)의 표면(4) 위로 밀어올려지게 된다.
페그(2)들의 철회는, 시일(12)과 작동 컵(17) 사이에 배치되어 있는 코일 스프링인 푸셔(pusher) 스프링(18)에 의해 이루어진다.
각각의 푸셔 스프링(18)의 안쪽에는, 팽창 벨로즈(bellows)(20)가 배치되어 있다. 그 팽창 벨로즈(20)는 한쪽 단부에서는 시일(12)에 단단히 부착되어 있고, 다른쪽 단부에서는 페그(2)의 작동 컵(17)에 단단히 부착되어 있다. 각각의 팽창 벨로즈(20)는 체임버(11) 안쪽에 위치하는 페그(2)의 부분을 둘러싼다.
요약하면, 본 발명에 따른 척의 바람직한 실시형태는 아래와 같이 설명될 수 있다.
디스크형 물체(실리콘 웨이퍼)를 보유하기 위한 척(1)에서, 디스크형 물체로 향하는 척(1)의 표면(4)에, 예를 들어, 페그(2)로 구성된 여러 개의 리프팅(lifting) 장치들이 제공되어 있고, 그 리프팅 장치들은 척(1)의 상기 표면(4)에 대하여 수직방향으로 돌출할 수 있고 상기 표면(4) 아래로 철회될 수 있게 되어 있다. 척(1) 상에 디스크형 물체를 장착하고 척(1)으로부터 그 물체를 제거하기 위해, 그 디스크형 물체와 척(1) 사이의 간격이 상기 페그(2)들에 의해 증가될 수 있어, 특히 실리콘 웨이퍼가 취급되는 경우, 그 웨이퍼를 트레이 내에 배치하고 트레이로부터 꺼내기 위한 스푼형 장치가 그대로 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 디스크형 물체를 척 상에 장착하고 척으로부터 그 물체를제거하는 과정을 간략화 할 수 있다.

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 처리공정을 실시하기 위해, 회전가능한 척(chuck)을 사용하여 디스크형 물체를 취급하는 방법으로서, 저장용기로부터 디스크형 물체를 꺼내기 위한 장치를 사용하여, 상기 디스크형 물체로 향하는 상기 척의 표면에 대하여 돌출 및 철회될 수 있도록 상기 척에 제공된 스페이서 상에 상기 디스크형 물체를 배치하고, 상기 처리공정을 실시할 때는, 상기 스페이서를 상기 척의 표면 아래로 철회시킴으로써 상기 디스크형 물체와 상기 척 사이의 간격을 감소시키고, 상기 처리공정이 완료된 때, 상기 스페이서를 상기 척의 표면 위로 돌출시킴으로써 상기 디스크형 물체와 상기 척 사이의 상기 간격을 증가시키고, 상기 장치에 의해 상기 척으로부터 상기 디스크형 물체를 제거하여 상기 저장용기에 다시 배치하는 것을 특징으로 하는 디스크형 물체 취급방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스페이서가 페그(peg), 핀, 스트립중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 디스크형 물체 취급방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스페이서는, 상기 디스크형 물체를 이동시키기 위한 스푼 또는 포크의 동작을 방해하지 않는 방식으로 상기 척을 회전시킴으로써, 상기 디스크형 물체의 장착 및 제거를 위한 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 디스크형 물체 취급방법.
  4. 디스크형 물체를 처리하는 공정에서 그 디스크형 물체를 보유하기 위한 상부 표면를 가지는 회전가능한 척(chuck)으로서,
    상기 척의 회전축선에 평행한 방향으로 상기 상부 표면까지 연장하여 있는 다수의 구멍과; 그 구멍들 각각에 하나씩 배치되고, 상기 상부 표면 위로 돌출하는 제1 위치와 상기 상부 표면 아래로 철회되는 제2 위치 사이에서 이동가능한 다수의 스페이서와; 그 스페이서들 모두를 상기 제1 위치로 이동시키기 위한 공통의 구동기와; 상기 구멍들 각각에 하나씩 배치되고, 상기 스페이서들 각각을 상기 제2 위치로 바이어스시키는 다수의 푸셔 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 물체 보유용 척.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 스페이서가 페그(peg), 핀, 스트립중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 디스크형 물체 보유용 척.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 스페이서들이 상기 척에 제공된 링형 노즐의 내측에 배치된 것을 특징으로 하는 디스크형 물체 보유용 척.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 스페이서들이 상기 디스크형 물체로 향하는 상기 척의 상부 표면에 일정하게 원형으로 분포되어 배치된 것을 특징으로 하는 디스크형 물체 보유용 척.
  8. 제 4 항에 있어서, 유압 또는 공기압 실린더로 이루어진 작동장치와 연결되어 있는 상기 공통의 구동기에 연결된 푸시 바(push bar)가 상기 스페이서들 각각에 대하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 디스크형 물체 보유용 척.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 구동기가 상기 척 내에서 조절될 수 있는 링인 것을 특징으로 하는 디스크형 물체 보유용 척.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 푸시 바가 상기 링에 나사결합되어 있는 것을 특징으로 하는 디스크형 물체 보유용 척.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 푸시 바에 인접한 상기 스페이서의 단부에 작동 컵이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 디스크형 물체 보유용 척.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 스페이서가, 상기 링형 노즐에 압축 가스를 공급하기 위해 상기 척에 제공된 체임버의 영역에서 팽창 벨로즈 내측에 배치된 것을 특징으로 하는 디스크형 물체 보유용 척.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 푸셔 스프링이 코일 스프링이고, 상기 팽창 벨로즈가 상기 푸셔 스프링 안쪽에 배치된 것을 특징으로 하는 디스크형 물체 보유용 척.
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