KR100376395B1

KR100376395B1 - 세정용 브러시 조립체

Info

Publication number: KR100376395B1
Application number: KR10-2000-0054908A
Authority: KR
Inventors: 이정호; 김중관; 조주환
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2003-03-15
Also published as: KR20020022220A

Abstract

본 발명은 세정용 브러시 조립체에 관한 것이다.

본 발명의 세정용 브러시 조립체는, 평탄한 세정면과 테이퍼상의 외주면을 갖는 대략 역절두원추형의 브러시 부재와, 회전축에 착탈가능하게 부착되는 브러시 홀더와, 브러시 부재를 그 세정면이 아래를 향하도록 상기 브러시 홀더에 고정시키 위한 것으로, 상기 브러시 부재의 테이퍼상 외주면에 대응하는 테이퍼상의 내주면을 갖는 브러시 포트를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 브러시 홀더의 상면에는 자성 이물질을 끌어 모으는 영구자석이 착설되는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명은 테이퍼면을 갖추고 있는 역절두원추형 브러시 부재와, 상기 테이퍼면과 밀착되는 테이퍼 상의 밀착면을 갖는 브러시 포트를 구비함으로써, 세척과정중 브러시 부재의 유동을 방지할 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 브러시 부재는 회전축선에 대해 편심된 상태로 회전하도록 구성되므로 보다 넓은 회전반경을 갖게 되고, 따라서 넓은 면적의 웨이퍼 표면을 단시간에 세정할 수 있다. 특히, 브러시 부재는 웨이퍼 상의 이물질을 밀어내면서 회전되기 때문에 웨이퍼 상의 이물질을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 효과를 갖는다. 그 밖에도 본 발명의 브러시 조립체에 의하면, 자성 이물질을 끌어모아서 그 비산을 최소한으로 억제할 수 있다고 하는 효과를 제공한다.

Description

세정용 브러시 조립체{Cleaning brush assembly}

본 발명은 반도체 웨이퍼의 표면을 세정하는 브러시 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 넓은 면적을 단시간내에 세정할 수 있고, 웨이퍼 표면의 이물질을효과적으로 제거할 수 있는 세정용 브러시 조립체에 관한 것이다.

반도체 소자는 웨이퍼(Wafer)를 형성하는 공정에서부터 칩(Chip)을 보호하기 위한 패키징(Packaging) 공정에 이르기까지 여러 공정을 거치면서 제작된다. 특히, 반도체 소자의 제작 공정은 단결정봉으로부터 슬라이스 형태의 웨이퍼를 형성하는 절단(Shaping) 공정과, 슬라이스 형태의 웨이퍼를 일정한 두께로 가공하면서 그 표면을 매끄럽게 하는 경면연마(Polishing) 공정을 포함한다.

한편, 경면연마가 완료된 웨이퍼의 표면은 표면세정 작업을 통하여 깨끗하게 세정되는데, 이 표면세정 작업은 표면세정 처리장비를 통하여 이루어진다. 일반적으로, 표면세정 처리장비는 웨이퍼를 수평상태로 회전시키는 스핀척과, 상기 스핀척의 수직상부에 수직으로 설치되는 회전축, 그리고 상기 회전축의 단부에 설치되며 상기 웨이퍼와 반대로 회전하면서 접촉하여 그 표면을 세정하는 세정용 브러시 부재를 갖추고 있다. 이러한 구성에 의해 스핀척을 이용하여 웨이퍼를 회전시키고, 동시에 회전축을 이용하여 세정용 브러시 부재를 회전시켜 서로 접촉시킴으로써, 웨이퍼의 표면을 세정하는 것이다. 한편, 브러시 부재를 회전시켜 웨이퍼를 세정하는 과정에서 웨이퍼상에 물과 같은 세척액을 적절하게 공급해 주어야 함은 물론이다.

한편, 세정용 브러시 부재는 부드러운 섬모(纖毛)들을 갖추고 있는 솔 또는 스폰지 상태의 다공성 발포재로서, 홀더에 지지된 상태에서 상기 홀더와 하나의 조립체를 이루며 회전축에 고정되도록 구성된다. 미국특허 제 6,012,576호와 미국특허 제 5,881,876호에는 세정용 브러시 보관용기에 관한 발명이 제안되고 있으며,이를 참고로하여 세정용 브러시 조립체의 일례를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 미국특허 제 6,012,576호의 브러시 조립체는, 상면에 체결나사부가 형성되는 홀더를 구비하고, 이 홀더의 밑면에 섬모 또는 스폰지 상태로 된 브러시 부재가 부착되는 구성을 갖는다. 그러나 이와 같은 구성을 갖는 상기 브러시 조립체는 그 구성이 간단하여 제작이 용이하고, 제작비가 저렴하다는 장점은 있으나, 브러시 부재의 상부만이 홀더에 지지되기 때문에 브러시 부재가 회전하여 상기 브러시 부재에 부하가 작용할 경우, 그 하부가 회전중심으로부터 원주방향으로 밀리어 변형되는 단점이 있었다. 특히, 스폰지로 이루어진 브러시 부재인 경우에는 하부가 변형되는 현상 때문에 특정 부위만이 웨이퍼 표면과 접촉하게 되고, 따라서 브러시 부재의 어느 특정 부위만 편마모되는 결과를 초래하기도 한다.

한편, 미국특허 제 5,881,876호에서는 회전축에 고정되는 상부홀더와, 트인 하부를 가지며 상기 상부홀더와 결합되는 하부홀더로 이루어진 원통형 홀더를 구비하고, 이 홀더에 폴리 비닐 알코올 수지(Poly Vinyl Alcohol resin)로 된 스폰지형 브러시 부재를 하부홀더의 트인 하부로부터 돌출되도록 배치한 브러시 조립체를 제안하고 있다.

그러나 이와 같은 구성의 브러시 조립체는 브러시 부재의 상부와 하부를 동시에 지지하여 브러시 부재의 하부 변형을 방지할 수 있는 장점은 가지나, 세척액 공급량이 줄어들거나 중단되게 되면, 상기 스폰지형 브러시 부재가 수축되어 홀더로부터 좌,우로 유동되는 문제가 발생한다. 다시 말해, 앞서 살펴본 바와 같이 세정작업 중에는 세척액을 상기 웨이퍼 상에 적절하게 공급해 주어야 하는 바, 세척액을 머금고 있는 스폰지형 브러시 부재는 팽창되어 있는 상태가 된다. 그러나 세척액 공급량이 부족하거나 공급이 중단되면, 스폰지형 브러시 부재는 빠른 속도로 수축되며, 이에 의해 홀더의 내벽과 스폰지형 브러시 부재와의 사이에는 유격이 발생된다. 결국, 스폰지형 브러시 부재는 홀더내에서 움직이게 되고, 이에 따라 빠르게 회전하는 스폰지형 브러시 부재는 진동, 소음 등을 일으켜 웨이퍼 세정을 제대로 수행할 수 없는 상태가 되는 것이다.

또한, 상기 브러시 조립체의 브러시 부재는 웨이퍼의 직경보다 작게 형성되는 바, 넓은 면적을 단시간에 세정하기 위해서 가능한 한 그 직경을 크게 형성해야 한다는 단점이 있다. 물론, 이동되는 회전축에 의해 웨이퍼의 표면을 따라 이동하면서 상기 웨이퍼를 세정하지만, 이는 세정시간만 연장시키는 단점이 있다. 무엇보다도 그 중심이 회전축의 중심과 동심을 이루고 있기 때문에 상대적으로 세정부위가 작게 되고, 이에 따라 회전축에 의한 이동범위가 넓어지게 되며, 결국, 닦여지는 세정부위가 서로 겹쳐져 웨이퍼의 표면을 편마모시킬 우려도 갖는다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 브러시 부재의 유동을 방지함은 물론 크기에 보다 넓은 면적의 웨이퍼 표면을 단시간에 골고루 세정할 수 있고, 자성 물질의 비산을 최소한으로 억제 할 수 있는 세정용 브러시 조립체를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 세정용 브러시 조립체의 구성을 나타내는 분해 사시도,

도 2는 도 1의 브러시 조립체로 스핀척위에 놓인 반도체 웨이퍼를 세정하는 모습을 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 브러시 조립체의 작동예를 나타내는 설명도이다.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♣

10: 브러시 조립체 20: 브러시 부재

24: 세정면 30: 브러시 포트

36: 걸림홈 40: 브러시 홀더

42: 걸림턱 44: 절결홈

48: 자석 링

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 회전축에 의해서 회전하면서 기판의 표면을 세정하기 위한 브러시 조립체에 있어서, 평탄한 세정면과 테이퍼상의 외주면을 갖는 대략 역절두원추형의 브러시 부재와, 상기 회전축에 착탈가능하게 부착되는 브러시 홀더와, 상기 브러시 부재를 그 세정면이 아래를 향하도록 상기 브러시 홀더에 고정시키 위한 것으로, 상기 브러시 부재의 테이퍼상 외주면에 대응하는 테이퍼상의 내주면을 갖는 브러시 포트를 포함한다.

본 발명의 다른 특징은, 회전축에 의해서 회전하면서 기판의 표면을 세정하기 위한 브러시 조립체에 있어서, 평탄한 세정면을 갖는 브러시 부재와, 상기 회전축에 착탈가능하게 부착되며, 그 상면에는 이물질을 수용하기 위한 절결홈이 형성되어 있는 브러시 홀더와, 상기 브러시 부재를 그 세정면이 아래를 향하도록 상기 브러시 홀더에 교환 가능하게 고정시키 위한 중공의 브러시 포트와, 상기 브러시 홀더의 절결홈에 착설되어 자성 이물질을 끌어 모으는 영구자석을 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 세정용 브러시 조립체의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 1과 도 2를 참고로하여 본 발명에 따른 세정용 브러시 조립체의 구성을 살펴보면, 본 발명의 세정용 스폰지 브러시 조립체(10)는 브러시 부재(20)를 갖는다. 이 브러시 부재(20)는 폴리 비닐 알코올 수지로 된 스폰지형 다공성 발포재로서, 테이퍼면(22)을 갖는 대략 역절두원추형상이며, 평탄한 세정면(24)을 갖는다.

그리고 본 발명의 세정용 브러시 조립체(10)는 브러시 포트(30)와, 이 브러시 포트(30)의 상부에 결합되는 브러시 홀더(40)를 갖는다. 브러시 포트(30)는 브러시 부재(20)를 이를 감싸면서 지지하는 것으로, 상,하부가 트인 보어(32)가 형성되어 있으며, 이 보어(32)에는 브러시 부재(20)가 수용된다. 여기서, 브러시 부재(20)의 세정면(24)은 보어(32)의 트인 하부를 통해 브러시 포트(30)의 밑면으로부터 아래로 향하도록 돌출되게 구성됨은 물론이다. 한편, 보어(32)의 하부 내주면에는 외측을 향해 그 직경이 점차 축소되는 밀착면(34)이 형성되어 있으며, 이 밀착면(34)은 브러시 부재(20)의 테이퍼면(22)과 밀착되어 브러시 부재(20)의 하부이동을 제한한다. 특히, 밀착면(34)은 상기 브러시 부재(20)가 팽창되거나 수축되더라도 하부로 이동하려는 상기 브러시 부재(20)에 의해 브러시 부재(20)의 테이퍼면(22)과 항상 밀착된 상태를 유지하며, 따라서 브러시 부재(20)의 유동을 방지한다. 아울러 보어(32)의 내주면에는 원환상의 걸림홈(36)이 형성되며, 이 걸림홈(36)에는 브러시 홀더(40)가 고정 조립된다. 이러한 브러시 포트(30)는 소정의 탄성을 가지며, 내마모성, 내약품성, 내열성이 뛰어난 폴리프로필렌 등과 같은 플라스틱 소재로 이루어진다.

한편, 브러시 홀더(40)는 도 2에 도시된 바와 같이 브러시 부재(20)의 테이퍼면(22)과 브러시 포트(30)의 밀착면(34)이 서로 밀착되도록 상기 브러시 부재(20)를 가압함과 동시에 상기 브러시 포트(30)를 회전축(S)에 고정시키는 것으로, 하부의 외주면에는 원환상의 걸림턱(42)이 형성된다. 이 걸림턱(42)은 브러시 포트(30)의 걸림홈(36)과 결합되어 상기 브러시 홀더(40)와 브러시 포트(30)를 서로 결합시킨다. 여기서, 걸림턱(42)은 상기 브러시 포트(30)의 걸림홈(36)에 진입하기 용이하도록 진입방향을 향하여 소정의 각도로 경사져 있다. 이러한 브러시 홀더(40)는 브러시 포트(30)와 마찬가지로 소정의 탄성을 갖는 폴리프로필렌 등과 같은 플라스틱 소재로 이루어지며, 이에 의해 브러시 홀더(40)의 걸림턱(42)과 브러시 포트(30)의 걸림홈(36)은 서로 용이하게 결합될 수 있다.

한편, 본 발명에서는 걸림턱(42)과 걸림홈(36)을 이용하여 브러시 포트(30)와 브러시 홀더(40)를 서로 결합시켰지만 이에 한하는 것은 아니고 별도의 결합수단, 예를 들어 암나사와 수나사를 이용하여 브러시 포트(30)와 브러시 홀더(40)에 결합시킬 수도 있다.

그리고 브러시 홀더(40)의 상면에는 절결홈(44)이 형성되어 있으며, 이 절결홈(44)의 측벽에는 안착홈(46)이 둘레를 따라 형성되어 있다. 안착홈(46)에는 환상의 영구자석 링(48)이 착설되며, 이 자석 링(48)은 상부로부터 낙하하는 자성물질, 예를 들어 금속성 구성요소들간의 마찰로 발생되는 금속가루를 끌어당김으로써, 상기 금속가루가 웨이퍼(W) 상에 낙하하는 것을 방지한다. 절결홈(44)에는 자석 링(48)에 의해 집진된 이물질들이 모아지도록 구성된다.

또한, 절결홈(44)의 바닥면에는 암나사를 갖는 체결홈(49)이 형성되며, 이 체결홈(49)에는 회전축(S)이 끼워져 나사결합된다. 회전축(S)과 체결홈(49)이 서로 결합 고정되는 것에 의해 상기 브러시 홀더(40)는 회전되며, 브러시 홀더(40)의 회전에 의해 상기 브러시 부재(20)는 회전된다. 한편, 체결홈(49)은 브러시 홀더(40)의 축중심으로부터 편심되게 형성된다. 이는 도 3에 도시된 바와 같이 브러시 홀더(40)에 고정되는 브러시 부재(20)로 하여금 회전축(S)으로부터 어긋난 중심축선을 가지도록 하여 그 회전반경(A)을 크게함으로써, 상기 브러시 부재(20)로 하여금 보다 넓은 면적의 위에퍼 표면을 세정할 수 있도록 하기 위함이다. 아울러 브러시 부재(20)로 하여금 편심회전하면서 웨이퍼(W) 상의 이물질을 밀어내도록 구성함으로써, 웨이퍼(W) 상의 이물질을 보다 효과적으로 제거하기 위함인 것이다.

다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작동을 도 2와 도 3을 참고로하여 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 웨이퍼(W)를 스핀척(C)의 윗면에 수평으로 배치시키고, 브러시 조립체(10)를 회전축(S)에 고정시킨 상태에서 스핀척(C)을 이용하여 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 그리고 이와 동시에 회전축(S)을 이용하여 브러시 조립체(10)를 웨이퍼(W)의 회전방향과 반대로 회전시키면서 상기 웨이퍼(W)와 접촉시킨다. 이러한 상태에서 브러시 부재(20)는 웨이퍼(W)의 표면을 세정할 수 있다.

한편, 웨이퍼(W)의 표면을 세정하는 과정에서 상기 브러시 부재(20)가 팽창되거나 수축되더라도 브러시 부재(20)의 상면을 상기 브러시 홀더(40)가 가압하고 있으므로 브러시 부재(20)의 테이퍼면(22)과 브러시 포트(30)의 밀착면(34)은 항상 밀착된 상태를 유지하며, 따라서 브러시 부재(20)의 유동은 방지된다.

또한, 상기 브러시 부재(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이 회전축(S)에 대해 편심 고정되는 브러시 홀더(40)에 의해 편심회전되고, 이에 따라 보다 넓은 회전반경(A)을 가지면서 회전되어 넓은 면적의 웨이퍼 표면을 단시간에 세정할 수 있게 된다. 특히, 편심회전하는 브러시 부재(20)는 웨이퍼(W) 상의 이물질을 밀어내면서 회전되기 때문에 웨이퍼(W) 상의 이물질을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 세정용 브러시 조립체는 테이퍼면을 갖추고 있는 역절두원추형 브러시 부재와, 상기 테이퍼면과 밀착되는 테이퍼 상의 밀착면을 갖는 브러시 포트를 구비함으로써, 세척과정중 브러시 부재의 유동을 방지할 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 브러시 부재는 회전축선에 대해 편심된 상태로 회전하도록 구성되므로 보다 넓은 회전반경을 갖게 되고, 따라서 넓은 면적의 웨이퍼 표면을 단시간에 세정할 수 있다. 특히, 브러시 부재는 웨이퍼 상의 이물질을 밀어내면서 회전되기 때문에 웨이퍼 상의 이물질을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 효과를 갖는다. 그 밖에도 본 발명의 브러시 조립체에 의하면, 자성 이물질을 끌어모아서 그 비산을 최소한으로 억제할 수 있다고 하는 효과를 제공한다.

Claims

회전축에 의해서 회전하면서 기판의 표면을 세정하기 위한 브러시 조립체에 있어서,

평탄한 세정면과 테이퍼상의 외주면을 갖는 대략 역절두원추형의 브러시 부재와,

상기 회전축에 착탈가능하게 부착되는 브러시 홀더와,

상기 브러시 부재를 그 세정면이 아래를 향하도록 상기 브러시 홀더에 고정시키 위한 것으로, 상기 브러시 부재의 테이퍼상 외주면에 대응하는 테이퍼상의 내주면을 갖는 브러시 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정용 브러시 조립체.
제1항에 있어서, 상기 브러시 부재는 상기 회전축으로부터 어긋난 중신축선을 가지도록 상기 브러시 홀더에 고정되는 것을 특징으로 하는 세정용 브러시 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 브러시 홀더는 그 외주면에 탄성변형 가능한 원환상의 걸림턱을 가지며, 상기 브러시 포트는 그 내주면에 상기 브러시 홀더의 걸림턱에 스냅 조립되는 원환상의 걸림홈을 가지는 것을 특징으로 하는 세정용 브러시 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 브러시 홀더는 그 상면에 이물질을 수용하기 위한 절결홈을 가지는 것을 특징으로 하는 세정용 브러시 조립체
제4항에 있어서, 상기 브러시 홀더의 절결홈에 착설되어 자성 이물질을 끌어 모으는 영구자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정용 브러시 조립체.
제5항에 있어서, 상기 영구자석이 링의 형상인 것을 특징으로 하는 세정용 브러시 조립체.
회전축에 의해서 회전하면서 기판의 표면을 세정하기 위한 브러시 조립체에 있어서,

평탄한 세정면을 갖는 브러시 부재와,

상기 회전축에 착탈가능하게 부착되며, 그 상면에는 이물질을 수용하기 위한 절결홈이 형성되어 있는 브러시 홀더와,

상기 브러시 부재를 그 세정면이 아래를 향하도록 상기 브러시 홀더에 교환 가능하게 고정시키 위한 중공의 브러시 포트와,

상기 브러시 홀더의 절결홈에 착설되어 자성 이물질을 끌어 모으는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 세정용 브러시 조립체.
제7항에 있어서, 상기 영구자석이 링의 형상인 것을 특징으로 하는 세정용브러시 조립체.
제7항에 있어서, 상기 브러시 부재가 테이퍼상의 외주면을 가지는 대략 역 절두원추형이고, 상기 브러시 포트가 상기 브러시 부재의 테이퍼상 외주면에 대응하는 테이퍼상 내주면을 갖는 것을 특징으로 하는 세정용 브러시 조립체.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브러시 부재는 상기 회전축으로부터 어긋난 중신축선을 가지도록 상기 브러시 홀더에 고정되는 것을 특징으로 하는 세정용 브러시 조립체.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브러시 홀더는 그 외주면에 탄성변형 가능한 원환상의 걸림턱을 가지며, 상기 브러시 포트는 그 내주면에 상기 브러시 홀더의 걸림턱에 스냅조립되는 원환상의 걸림홈을 가지는 것을 특징으로 하는 세정용 브러시 조립체.