KR100363326B1 - 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 접촉 부위에 이물질이 잔류하지 않는 새로운 형태의 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척을 제공한다. 이 웨이퍼 척은 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 서포터와, 웨이퍼 서포터를 스피닝시키기 위하여 웨이퍼 서포터와 동일한 회전중심을 갖도록 연결되는 스핀들 수단 및; 웨이퍼를 홀딩하기 위한 복수의 수단들을 포함하되, 상기 홀딩 수단들은 웨이퍼의 스핀 공정시 번갈아 가며 홀딩/비홀딩을 반복한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 스피닝시 홀더들이 웨이퍼를 번갈아 교대하는 식으로 웨이퍼를 홀딩함으로써 오염물이 홀더와 웨이퍼 사이에 잔류하는 것을 최소화 할 수 있다.

Description

웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척{WAFER CHUCK FOR SPINNING A WAFER}

본 발명은 웨이퍼 척에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 반도체 제조 공정 중에서 세정 공정 등과 같이 웨이퍼를 스피닝시키면서 공정을 진행하는데 사용하기 위한 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척에 관한 것이다.

반도체 제조 공정은 다양한 방법이 적용되는 공정들을 사용하여 반도체 기판(semiconductor substrate), 유리 기판(glass substrate) 또는 액정 패널(liquid crystal panel) 등과 같은 기판(substrate) 상에 원하는 전자 회로를 형성한다. 현재, 스핀 에칭 공정, 세정 공정에서는 웨이퍼를 회전(스피닝; spinning)시켜서 웨이퍼 상의 잔유물 또는 박막 등을 제거하는 공정이 수행된다. 이때, 스피닝 동작(spinning operation)은 웨이퍼와 같은 기판을 수천 RPM까지 회전시키면서 초순수(deionized water) 또는 화학 용액 등의 식각액 또는 세정액을 공급하면서 진행된다. 물론, 이와 같은 기판을 스피닝하면서 수행되는 공정은 세정공정 뿐만 아니라 포토레지스 공정 등 다른 종류의 반도체 제조 공정에서도 다양하게 사용되고 있다. Mackawa 등에 의한 U.S. Pat. NO. 5,860,181에서는 이와 같이 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척과 관련하여 기본적인 다양한 기술적 사항들을 개시하고 있다.

일반적으로, 기판을 스피닝하는 동작은 1000에서 10000rpm까지의 고속 회전으로 진행되기 때문에 스피닝 동작시 웨이퍼가 홀딩된 척(chuck)으로부터 웨이퍼를 떨어뜨리려는 상당한 이탈력(sheer forces)이 작용된다. 따라서, 기판을 스피닝하는 공정에서 필수적으로 사용되는 장치 중의 하나가 웨이퍼를 홀딩하기 위한 웨이퍼 척이다. 웨이퍼 척에는 다양한 종류가 사용되고 있으며, 이 장치들에서 웨이퍼를 홀딩하는 메커니즘(mechanism)에는 다양한 방법이 적용되고 있다. 일반적으로, 웨이퍼 척은 웨이퍼의 뒷면을 진공으로 흡착시켜서 고정하는 방법과 실린더나 모터를 사용하여 웨이퍼의 측면으로부터 웨이퍼의 가장자리(edge)를 기계적으로 고정하는 방법이 주로 사용된다.

그러나, 이와 같은 웨이퍼 척에서 웨이퍼의 뒷면을 진공으로 흡착시켜서 고정하는 방법은 웨이퍼를 웨이퍼 척의 고정면에 직접 접촉시켜서 고정하는 방법이므로 웨이퍼의 뒷면에 파티클이 발생되는 문제점이 있다. 이와 같이 발생되는 파티클은 후에 수행되는 세정 공정에서도 쉽게 제거할 수 없으므로 추후 전자 디바이스의 오염원으로 작용하게 된다. 실린더나 모터를 구동시켜서 웨이퍼의 측면으로부터 웨이퍼의 가장자리를 기계적으로 고정하는 방법은 홀더가 한번 웨이퍼를 홀딩하면 공정이 끝날 때까지 지속적으로 동일한 위치에서 동일한 웨이퍼 면을 접촉하면서 지지하게 된다. 이때, 약액이 홀더와 웨이퍼 사이의 접촉면 및 그 부근에 일부가 잔류하여 그 공정 후에도 남아있게 된다. 이렇게 잔류한 약액은 경화되거나 찌꺼기 형태로 남아 있게 되고, 다음 공정시 웨이퍼를 오염시키거나 또는 주변 장치를 오염시키는 오염원이 된다.

본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 웨이퍼를 홀딩하는 접촉면에 오염물이 잔류하는 것을 방지할 수 있는 새로운 형태의 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척이 사용된 세정 장치를 개략적으로 보여주는 다이어그램;

도 2는 복수개의 핑거들을 갖는 플레이트가 웨이퍼 서포터로 사용된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척의 사시도;

도 3은 도 2에서 웨이퍼 척의 평면도;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예의 웨이퍼 척에서 홀더를 상세히 보여주는 웨이퍼 척의 측단면도;

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예의 웨이퍼 척에서 웨이퍼 서포터가 회전될 때 홀더들이 웨이퍼를 번갈아 가면 홀딩하는 상태를 보여주는 도면;

도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예의 웨이퍼 척의 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 홀딩 수단 110 : 케이스

112 : 지지면 114 : 가이드 공간

120 : 홀더 130 : 액츄에이터

140 : 스프링 180 : 샤프트

190 : 스핀들 수단 200 : 웨이퍼 척

250 : 웨이퍼 서포터 300 : 웨이퍼

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 웨이퍼 접촉 부위에 이물질이 잔류하지 않는 새로운 형태의 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척을 제공한다.

이 웨이퍼 척은 상기 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 서포터와; 상기 웨이퍼 서포터를 스피닝시키기 위하여 상기 웨이퍼 서포터와 동일한 회전중심을 갖도록 연결되는 스핀들 수단 및; 상기 웨이퍼를 홀딩하기 위한 복수의 수단들을 포함하되, 상기 홀딩 수단들은 웨이퍼의 스핀 공정시 번갈아 가며 홀딩/비홀딩을 반복한다.

이와 같은 본 발명의 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척은 그 바람직한 실시예에서 상기 홀딩 수단은 웨이퍼에 직접적으로 접촉되는 홀더와; 상기 웨이퍼가 놓이는 지지면과, 상기 홀더가 위치되는 공간을 갖는 케이스 및; 상기 홀더를 이동시키기 위한 구동장치를 포함할 수 있다. 그리고 이 홀딩 수단은 홀더가 상기 구동장치에 의해 이동되어 웨이퍼에 접촉될 때 웨이퍼에 가해지는 충격을 최소화하기 위한 탄성체를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척은 그 바람직한 실시예에서 상기 홀딩 수단은 서로 번갈아 가면 웨이퍼를 홀딩/비홀딩 하는 제 1 홀더와 제 2 홀더와; 상기 웨이퍼가 놓이는 지지면과, 상기 제 1 홀더 및 제 2 홀더가 나란히 위치하는 제 1 및 제 2 공간을 갖는 케이스 및; 상기 제 1 홀더 및 제 2 홀더를 각각 구동시키기 위한 구동장치를 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척은 그 바람직한 실시예에서 상기 구동장치는 액츄에이터로 이루어지되; 상기 액츄에이터는 전자석 또는 공압으로 구동될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 웨이퍼 척은 후술할 본 발명의 바람직한 실시예와 같이 실질적으로 적용할 수 있으며, 비록 다른 형태의 구체적인 실시예를 보이지는 않았지만, 본 발명의 기술적 사상은 다양한 변형에 의해서 이루어질 수 있을 것이다.

이와 같은 본 발명의 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척에 의하면, 스피닝시 홀더들이 웨이퍼를 번갈아 교대하는 식으로 웨이퍼를 홀딩함으로써 오염물이 홀더와 웨이퍼 사이에 잔류하는 것을 최소화 할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도 1 내지 도 6에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척이 사용된 세정 장치를 개략적으로 보여주는 다이어그램이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 척(200)은 웨이퍼(300)를 세정하기 위한 장치(500)에 사용될 수 있다. 상기 세정 장치(500)는 외벽(enclosure)(400)의 내부에 웨이퍼의 세정에 필요한 각종 유니트들을 구비한다.상기 웨이퍼 척(200)의 주위로 바울(bowl)(420)이 위치되고, 상기 바울(420)의 주위에는, 상기 바울(420)의 내부에서 상기 웨이퍼 척(200)에 의해서 고정되는, 웨이퍼(300)를 세정하기 위한 클리너(430) 등이 설치된다. 이와 같은 세정 장치(500)는 상기 웨이퍼 척(200)으로 상기 웨이퍼(300)을 스피닝시키면서 세정 공정을 진행한다.

상기 웨이퍼 척(200)은 웨이퍼 서포터(250), 스핀들 수단(190) 그리고 홀딩 수단(100)으로 이루어진다.

상기 스핀들 수단(190)은 상기 웨이퍼 서포터(250)를 회전시킬 수 있도록 구성된다. 따라서, 스핀들 수단(190)은 회전력을 발생하는 모터와 같은 구동부(186)을 갖고, 상기 웨이퍼 서포터(250)와 동일한 회전중심을 갖도록 결합되어, 상기 구동부(186)에서 발생된 회전력이 상기 웨이퍼 서포터(250)에 전달되도록 하는 샤프트(180)을 갖는다. 상기 샤프트(180)와 웨이퍼 서포터(250)는 플랜지(170)에 의해서 견고하게 결합된다. 상기 플랜지(170)는 볼트(160)와 너트(162)에 의해서 상기 웨이퍼 서포터(250)와 결합되고, 볼트(150)와 키(148)에 의해서 상기 샤프트(180)와 결합된다. 이와 같은 결합은 이 분야의 종사자들이면 다른 다양한 구조로 구성할 수 있을 것이다.

이와 같은 스핀들 수단(190)과 웨이퍼 서포터(250)의 결합에 의해서, 웨이퍼 척(200)은 상기 웨이퍼 서포터(250)에 로딩되는 웨이퍼(300)를 스피닝할 수 있는 것이다. 나중에 상세히 설명하겠지만, 상기 웨이퍼 서포터(250)에는 웨이퍼(300)를 홀딩하기 위한 홀딩 수단(100)들이 설치되어, 상기 웨이퍼 서포터(250)가 스피닝될 때 상기 웨이퍼(300)가 외부로 이탈되지 않도록 한다.

도 2 및 도 3에서 보인 바와 같이, 웨이퍼 서포터(250)는 복수개의 핑거들(242)을 갖는 플레이트(240)를 갖는다. 상기 6개의 핑거들(242)을 갖는 플레이트(240)를 사용한 웨이퍼 서포터(250)는 전체 무게를 줄임으로써 고속 회전에 유리할 것이다. 본 실시예에서 상기 핑거들(242)의 각 끝단에는 상기 홀딩 수단(100)이 각각 설치된다. 이 홀딩 수단들(100)이 결합되는 위치는 공정이 진행되는 웨이퍼의 직경에 대응되도록 구성한다. 즉, 상기 웨이퍼 서포터(250)의 회전중심으로부터 동일한 거리를 갖도록 위치된다. 일반적으로 웨이퍼들은 다양한 공칭 직경(nominal diameter)으로 제조된다. 예컨대, 웨이퍼들은 100mm, 150mm, 200mm 그리고 300mm와 같은 직경으로 제조된다. 따라서, 상기 핑거들(242)의 길이는 처리하고자 하는 웨이퍼(300)의 반경에 대등되는 길이로 형성된다. 물론, 상기 핑거들(242)의 길이를 적용되는 웨이퍼들 중 최대 직경(예컨대, 전술한 예에서 300mm)을 갖는 웨이퍼에 맞추고, 상기 홀딩 수단들(100)을 상기 핑거들(242) 상에서 이동가능하도록 구성할 수도 있을 것이다. 그러나, 본 실시예의 웨이퍼 척(200)은 단순한 구성을 위하여 웨이퍼의 직경에 따라서 별개로 구성한다. 즉, 상기 웨이퍼 서포터(250)를 적용하고자 하는 웨이퍼의 직경에 따라 별개로 구성하는 것이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 웨이퍼 척(200)은 도 4 내지 도 6에서 보인 바와 같은 홀딩 수단(100)에 의해서 스피닝시 효과적으로 웨이퍼(300)와 홀더(120)의 접촉면에 잔류하는 오염물을 최소화할 수 있는 것이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 척(200)은 웨이퍼(300)를 지지하기 하기 위한 홀딩 수단이 번갈아가며 홀딩/비홀딩 하도록 한다. 이는 홀딩 수단(100)이 번갈아서 웨이퍼(300)와 접촉/비접촉함으로써 오염물이 그 접촉면에 잔류하지 못하도록 하기 위함이다.

상기 웨이퍼 서포터(250)의 핑거들(242)에 설치된 6개의 홀딩 수단(100)들은 기준점(p)을 기준으로 하여, 홀수번째와 짝수번째의 2개 파트로 나누어진다. 홀수번째 홀딩 수단들(도 3에 표기된 1,3,5)과 짝수번째 홀딩 수단들(도 3에 표기된 2,4,6)은 서로 번갈아 가며 웨이퍼(300)를 홀딩/비홀딩 하도록 동작된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예의 웨이퍼 척에서 홀더를 상세히 보여주는 웨이퍼 척의 측단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에서 상기 홀딩 수단(100)은 케이스(110)와 홀더(120), 스프링(140) 그리고 구동장치인 액츄에이터(130)로 이루어진다.

상기 케이스(110)에는 지지면(112)과 가이드 공간(114)이 형성된다. 이 지지면(112)은 상기 웨이퍼 서포터(250)에 로딩되는 웨이퍼(300)가 놓이는 곳이다. 상기 가이드 공간(114)에는 상기 홀더(120)가 전후 이동 가능하도록 설치된다. 상기 홀더(120)는 상기 액츄에이터(130)의 구동에 의해 이동된다. 상기 액츄에이터(130)의 구동은 전자석 또는 공압에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 스프링(140)은 상기 홀더(120)가 상기 액츄에이터(130)에 의해 이동되어 웨이퍼(300)에 접촉될 때 웨이퍼 측면으로 가해지는 충격을 최소화하기 위한 것이다. 또한, 상기 스프링(140)은 상기 홀더(120)를 비접촉 위치(도 4에 점선으로 표기된'a'위치)로 원위치 시켜주기 위한 역할을 갖는다.

상기 케이스(110)와 홀더(120)는 플라스틱 재질로 형성한다. 특히, 상기 홀더(120)의 재질은 웨이퍼(300)에 충격을 주지 않으면서 내마모성과 내식성 등 물리적, 화학적 특성이 우수한 다른 형태의 재질을 사용할 수 있을 것이다.

도 5는 웨이퍼 서포터가 회전될 때 웨이퍼가 홀딩되는 상태를 보여주는 웨이퍼 척의 평면도이다.

도 5를 참조하면, 전술한 바와 같이 본 발명의 웨이퍼 척(200)에 놓여진 웨이퍼(300)는 2개의 파트로 구분되어 동작되는 홀딩 수단들에 의해 번갈아가며 홀딩된다.

즉, 모터와 같은 구동부가 동작되면, 샤프트(180)를 통하여 전달되는 회전력에 의해서 웨이퍼 서포터(250)가 회전(A)된다. 그러면, 제 1 파트(홀수번째)의 홀딩 수단(1,3,5)들이 먼저 구동되어 웨이퍼(300)를 홀딩하고, 일정 시간 후에는 다른 제 2 파트의 홀딩 수단(2,4,6)들이 웨이퍼(300)를 홀딩한다. 이때, 먼저 웨이퍼(300)를 홀딩하고 있던 홀딩 수단(1,3,5)들은 웨이퍼로부터 떨어진다. 이와 같이, 웨이퍼 회전시 홀딩 수단들의 홀더들이 웨이퍼(300)를 번갈아 가며 홀딩함으로써, 홀더(120)와 웨이퍼(300)의 접촉면 사이에 오염물이 잔류하는 것을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예를 보여주는 도면이다.

도 6에 도시된 본 발명의 웨이퍼 척은 도 1에 도시된 첫 번째 실시예에 따른 웨이퍼 척과 동일한 구성과 기능을 갖는 웨이퍼 서포터(250), 스핀들 수단(190) 그리고 홀딩 수단(100') 등을 가지며, 이들에 대한 설명은 앞에서 상세하게 설명하였기에 본 실시예에서는 생략하기로 한다. 다만, 본 실시예에서의 구조적인 특징은 제 1 홀더(120a)와 제 2 홀더(120b) 그리고 이 홀더들(120a,120b)을 각각 대응되게 구동시키기 위한 2개의 액츄에이터(130)를 구비한 홀딩 수단(100')을 갖는데 있다. 본 실시예에서는 공정 진행시 상기 제 1 홀더(120a)와 제 2 홀더(120b)가 서로 번갈아 가며 웨이퍼(300)를 홀딩하게 된다. 즉, 제 1 홀더(120a)가 웨이퍼(300)와 접촉하면, 제 2 홀더(120b)는 웨이퍼로부터 떨어지고, 상기 제 2 홀더(120b)가 웨이퍼에 접촉하면 제 1 홀더(120a)는 웨이퍼로부터 떨어지는 이러한 일련의 과정을 반복하게 된다.

이상에서, 본 발명에 따른 웨이퍼 척의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

이와 같은 본 발명을 적용하면, 홀더들이 번갈아 가며 웨이퍼에 접촉하기 때문에, 웨이퍼와 접촉되는 부위의 오염물 잔류를 최대한 방지할 수 있다.

Claims (7)

1. 반도체 디바이스 제조공정에서 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척에 있어서,

   상기 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 서포터와;

   상기 웨이퍼 서포터를 스피닝시키기 위하여 상기 웨이퍼 서포터와 동일한 회전중심을 갖도록 연결되는 스핀들 수단 및;

   웨이퍼의 스핀 공정시 번갈아 가면 홀딩/비홀딩을 반복하는 복수의 홀딩 수단들을 포함하되,

   상기 홀딩 수단은

   웨이퍼에 직접적으로 접촉하는 홀더와;

   상기 웨이퍼가 높이는 지지면과, 상기 홀더가 위치되는 공간을 갖는 케이스와;

   상기 홀더를 이동시키기 위한 구동장치 및;

   상기 케이스에 설치되고, 상기 홀더가 상기 구동장치에 의해 이동되어 웨이퍼에 접촉될 때 웨이퍼에 가해지는 충격을 최소화하기 위한 탄성체를 구비하는 특징으로 하는 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 홀딩 수단은 서로 번갈아 가면 웨이퍼를 홀딩/비홀딩 하는 제 1 홀더와 제 2 홀더와;

   상기 웨이퍼가 놓이는 지지면과, 상기 제 1 홀더 및 제 2 홀더가 나란히 위치하는 제 1 및 제 2 공간을 갖는 케이스 및;

   상기 제 1 홀더 및 제 2 홀더를 각각 구동시키기 위한 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동장치는 액츄에이터로 이루어지되;

   상기 액츄에이터는 전자석 또는 공압으로 구동되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 홀더는 웨이퍼 홀딩시 웨이퍼에 충격이 가해지지 않도록 탄성력을 갖는 합성수지 플라스틱 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨이퍼 서포터는 복수개의 핑거들을 갖는 플레이트이고, 상기 홀더 수단들은 상기 핑거들의 끝단에 위치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼를 스피닝하기 위한 웨이퍼 척.