KR100624882B1 - 기판 지지용 척 - Google Patents

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KR100624882B1
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Abstract

본 발명은 기판 지지용 척에 관한 것으로, 중공관이 회전가능하도록 장착되는 베이스부와, 이 베이스부의 상측에 장착되면서 다수의 노즐이 형성된 상부바디는 중앙부가 함몰된 하부바디와 체결되어 노즐과 연통되는 기밀실이 형성되고 이 기밀실에서 노즐을 통해 분출되는 기체에 의해 기판이 부양되면 고정부재에 의해 단단히 고정되도록 된 그립부로로 이루어져, 기밀실에 일시 충전된 기체가 일정압으로 다수의 노즐을 통해 분출되면서 기판의 넓은 범위에 안정된 균등압의 기체가 접촉되어 기판의 표면 손상과 더불어 기판의 중심과 둘레부 및 압력차이에 따른 극소 뒤틀림이 최소화될 수 있고, 또한 일정한 직경을 갖는 노즐의 선단부가 기체의 분출압이나 온도로부터 그 변형이 방지되며, 고정부재가 기판에 탄성적으로 밀착되어 다수의 밀착부위에 균등한 밀착력이 제공되면서 과밀착력에 의한 기판의 손상이 방지됨은 물론, 기밀실에 일시 저장되어 분출됨으로써 항상 일정한 량 및 압력의 기체가 분출될 수 있어 주위상황에 따라 기체의 공급량 및 압력 변화에 대처할 수 있도록 된 것이다.
기판, 척, 웨이퍼

Description

기판 지지용 척{Chuck for supporting substrate}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판용 척이 개략적으로 도시된 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 척의 분해 저면 사시도이며,
도 3은 도 1에 도시된 척의 Ⅰ-Ⅰ선 부분 단면도이고,
도 4는 도 1에 도시된 척의 상부 바디가 개략적으로 도시된 사시도이며,
도 4a는 도 4의 다른 실시 예가 도시된 사시도이고,
도 4b는 도 4a의 Ⅲ-Ⅲ선 부분 단면도이고,
도 4c는 도 4b와 대응되는 다른 실시 예가 도시된 단면도이며,
도 5는 도 1에 도시된 척의 하부 바디가 개략적으로 도시된 사시도이고,
도 6은 도 1에 도시된 척의 캠휠이 개략적으로 도시된 사시도이며,
도 7은 도 1에 도시된 척의 베이스바디가 개략적으로 도시된 사시도이고,
도 8은 본발명의 다른 실시 예에 따른 기판용 척의 상부바디가 개략적으로 도시된 측단면도이며,
도 8a 및 도 8b는 도 8에 도시된 척의 고정부재와 기판이 도시된 사용 상태도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10...척 12...스핀들,
20...베이스부 30...그립부,
32...기밀실 40...상부바디,
42...노즐 50...하부바디,
52...캠휠 60...고정부재.
본 발명은 기판 지지용 척에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정의 기밀실에서 노즐을 통해 일정압으로 분출된 기체에 의해 부양된 기판이 측면을 가압하는 고정부재에 의해 고정되도록 된 것이다.
일반적으로, 반도체용 웨이퍼와 같은 기판은 에칭 및 세정등의 표면처리가 이루어지기도 하였고, 이러한 기판의 표면처리를 위해 기판이 고정되어 회전되도록 하기 위한 척이 요구되었다.
종래의 척은 상부체와 하부체가 결합되는 대략 환형의 경계면에 외향으로 점감되는 유동로가 형성되었고, 이 유동로의 단부가 노즐의 기능을 하도록 되었으며, 상기 상ㆍ하부체의 중심이면서 유동로의 발원지에 중공의 회전축이 위치 고정되면서 이 회전축으로부터 소정의 가스가 토출되도록 되어 있었다.
또한, 상부체의 둘레부에 형성되어 외향으로 경사진 노즐을 통해 분출된 가스압에 의해 척의 상면에 위치된 기판이 임시 안착되고, 이 안착된 기판의 측면이 회전하는 다수의 캠과 밀착되도록 하여 캠에 의해 기판이 고정되었다.
그러나, 첨예하게 이루어진 노즐의 끝단부는 가스의 분출압 및 공정의 상황에 따른 가스 분출온도 및 국소 부위별 가스압과 온도의 차이 등에 의해 변형됨으로써 노즐의 기능이 상실될 수 있음은 물론 기판의 위치 이탈에 의한 파손이 우려되었고, 지속적인 사용에 따른 이물질 부착등이 포함된 다양한 이유에 의해 상기 유동로의 국소별 공간 차이가 생성됨으로써 노즐의 기능이 현격히 저하될 수 있었으며, 또한 기판의 고정을 위한 다수의 캠이 가압 위치에 따를 가압력의 차이 및 과도한 가압력에 의해 기판이 손상될 수 있는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 본 발명은 선택적으로 회전하는 중공의 스핀들이 관통되면서 연동되게 장착된 베이스부와, 상기 베이스부의 상부에 안착되고 스핀들을 통해 유동된 기체가 유입되어 기밀실에 일시 저장되며 상기 기밀실에서 다수의 노즐을 통해 분출된 기체에 의해 기판이 부양되면서 고정되도록 이루어진 그립부로 이루어진다.
이로 인해, 기판의 넓은 범위에 안정된 균등압의 기체가 접촉되어 기판의 표면 손상과 더불어 기판의 국부의 압력차이에 의한 극소 뒤틀림이 최소화될 수 있고, 또한 일정한 직경을 갖는 노즐의 선단부가 기체의 분출압이나 온도로부터 그 변형이 방지되며, 고정부재와 기판의 여러 밀착부위에 균등한 밀착력이 제공되면서 과밀착력에 의한 기판의 손상이 방지됨은 물론, 기체가 기밀실에 일시 저장되어 분출됨으로써 항상 일정한 량 및 압력의 기체가 분출될 수 있도록 된 기판 지지용 척을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 지지용 척은 선택적으로 회전하는 중공의 스핀들이 연동되게 장착된 베이스부; 상기 베이스부의 상부에 안착되고, 스핀들을 통해 유동된 기체가 유입되어 기밀실에 일시 저장되며, 상기 기밀실에서 다수의 노즐을 통해 분출된 기체에 의해 기판이 부양되면서 고정되도록 이루어진 그립부;가 구비되어 이루어진다.
상기 그립부는 일정압으로 기체가 분출되는 다수의 노즐이 형성된 상부바디와, 이 상부바디에 고착되면서 노즐과 연통되어 일정압으로 기체가 일시 저장되는 기밀실이 형성되도록 중앙부위가 함몰된 형상의 하부바디와, 이 하부바디의 하면과 베이스부의 상면 사이에 일정각도 회전 가능하게 배치된 캠휠과, 이 캠휠에 의해 회전되면서 상부바디의 상면에 부양된 기판의 측면과 밀착되어 기판을 고정시키도록 베이스부와 상부바디에 회전 가능하게 장착된 고정부재가 포함되어 이루어진다.
상기 노즐은 기밀실에 충전된 기체가 일정압을 형성하도록 상호 다른 기울기인 다수의 열로 형성된다.
상기 노즐의 기밀실측 단부에는 기밀실에 충전되는 기체가 일정압을 형성하 면 개방되도록 이루어진 개폐수단이 설치된다.
상기 고정부재는 베이스부와 상부바디에 회전 가능하도록 장착되는 원통체와, 이 원통체의 하부에 형성된 돌기와, 이 돌기가 함입되도록 캠휠의 측면에 편심되게 형성된 측면홈과, 상기 원통체의 상부에 돌출되고 회전하는 캠휠과 연동되어 회전되면서 기판과 척력으로 밀착되는 핀과, 상기 원통체의 내부에 삽입되면서 하부바디와 원통체의 하측 내면에 양단부가 고정되어 돌기의 원상복귀력을 제공하는 탄성부재가 포함되어 이루어진다.
상기 핀의 일부위는 회전하면서 선택적으로 기판의 둘레부 일부를 척력으로 파지할 수 있는 탄성체로 이루어진다.
상기 핀의 일부위에는 회전하면서 선택적으로 기판의 둘레부 일부가 끼워져 파지될 수 있는 홈이 형성된다.
이하, 본 발명에 따른 기판 지지용 척을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판용 척이 개략적으로 도시된 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 척의 분해 저면 사시도이며, 도 3 내지 도 7은 주요부위가 도시된 외관도 및 부분단면도이다.
본 발명에 따른 기판 지지용 척(10)은 중공의 스핀들(12)이 관통되어 장착되는 베이스부(20)와, 상기 베이스부(20)의 상부에 안착되면서 스핀들(12)에서 유입된 기체가 기밀실(32)에 일시 저장된 다음 노즐(42)을 통해 상향 분출되어 기판이 부양되면 고정부재(60)에 의해 고정되도록 이루어진 그립부(30)로 이루어진다.
상기 베이스부(20)는 별도의 구동원에 의해 회전되는 중공의 스핀들(12)이 관통되는 베이스 바디(22)와, 이 베이스바디(22)에 장착되어 스핀들(12)의 위치 고정 및 원활한 회전을 보장하는 클램핑부재(24)가 포함되어 이루어진다.
상기 그립부(30)는 입ㆍ출구가 동일 직경인 다수의 노즐(42)이 일정 간격으로 형성된 상부바디(40)와, 이 상부바디(40)와 체결되면서 노즐(42)과 연통되는 기밀실(32)이 형성되도록 중앙부위가 함몰된 형상의 하부바디(50)와, 이 하부바디(50)와 상기 베이스바디(22) 사이에 일정 각도 회전 가능하게 배치된 캠휠(52)과, 이 캠휠(52)에 의해 회전되도록 설치되면서 상부바디(40)의 상면에 부양된 기판과 밀착되어 기판을 고정시키는 고정부재(60)가 포함되어 이루어진다.
상기 상부바디(40)는 대략 환형상으로 도 4 내지 도 4c에서 보듯이, 내측열과 외측열에 단일 또는 2열로 배치되도록 노즐(42)이 형성된 중앙바디(44)와, 상기 고정부재(60)의 상부가 관통되는 둘레바디(46)와, 상기 중앙바디(44)의 중심부위에 기판의 존재 여부 및 대략적 위치를 감지하기 위한 센서를 갖는 감지부재(48)가 포함되어 이루어진다.
상기 노즐(42)은 도 3 및 도 4에서 보듯이, 상기 상부바디(40)의 주변측을 따라서 단일열로 배치되고 외측으로 분사가능하도록 기울기가 있을 수 있다. 상기 노즐(42)을 통해 분출되는 기체는 상기 상부바디(40) 위에 안착되는 기판(미도시)의 주변측과 상기 상부바디(40) 사이에서 주로 외향으로 빠르게 분출된다. 그러면 베르누이 효과에 의해 상기 기판의 주변측과 상기 상부바디(40) 사이는 압력이 낮아져서 상기 기판의 주변측은 하향으로 가압된다. 한편 상기 노즐(42)을 통해 분사된 기체 중 일부는 상기 기판의 하부와 부딪힌 후 상기 기판 하부의 중심으로 유동하여, 상기 기판의 중심부를 상향으로 가압한다. 또한 상기 노즐(42)은 도 4a 내지 도 4c에서 보듯이, 상기 상부바디(40)의 주변측을 따라서 내측열과 외측열의 2열로 배치되어 분출 기체가 기판에 광대한 범위에 접촉된다. 상기 노즐(42)은 배열 위치에 따라 그 기울기를 다르게 함으로써 낮은 분출압으로 안정되게 기판이 안착될 수 있고, 또한 노즐(42)의 기울기 즉, 내측열과 외측열에 있어서 노즐(42)의 다른 기울기에 의해 기밀실(32)의 기체 저장압이 일정하게 유지될 수 있으며, 기울어진 노즐(42)을 통해 분출되는 기체압에 의해 기판이 안정적으로 안착된다, 즉, 기판의 외측 둘레부에 소정의 기체압이 외향으로 분출되어 베르누이 효과에 의한 하향압력이 제공되고, 기판의 내측 둘레부에 상향 압력이 제공되어 기판이 안정적으로 안착되는 것이다.
상기 노즐(42)은 2열 이상의 다수 열로 형성되어도 무관하다. 또한, 노즐(42)이 다수 열일 경우, 최외측 열의 노즐(42)들에서 분출되는 기체는 기판의 테두리를 따라 하면으로 유동되는 기판처리용 매질을 차단하고, 나머지 열의 노즐(42)들에서 분출되는 기체는 기판의 안착을 위하도록 이용될 수 있다.
상기 기밀실(32)에서 노즐(42)로 유입되는 기체압이 위치별로 동일하도록 하기 위해 노즐(42)의 유입구에 개폐수단(42a)이 설치될 수 있다.
이 개폐수단(42a)은 도 4b에서와 같이, 기밀실(32)의 기압이 미리 설정된 압력으로 상승될 때까지 노즐(42)로 유입되는 기체가 제한될 수 있도록 하기 위함이고, 실시 예로는 기밀실(32)의 기압에 의해 점차 개방되면서 일정한 압력 이상이 되면 완전개방되고 일정 압력 이하가 되면 점차 폐쇄되도록 탄성체가 설치될 수도 있고, 기밀실(32)이 일정 압력에 도달되면 일제히 완전개방되도록 개폐도어가 전기적으로 개폐되게 설치될 수 있는 등의 다양한 방법이 이용될 수 있다.
한편, 상기 하부바디(50)는 상부바디(40)와 체결되면서 노즐(42)과 연통되는 기밀실(32)이 형성되도록 중앙부위가 함몰된 형상이다.
상기 기밀실(32)은 하부바디(50)의 중앙부위를 관통한 스핀들(12)로부터 배출된 기체가 일시 저장되는 곳으로, 기체 공급원으로부터 공급되는 예기치 못한 기체압 및 기체량의 가변에 의한 기판의 직접적인 영향이 배제되도록 하기 위함이고, 기밀실(32)에 충전된 기체가 소정압으로 상승된 다음 노즐(42)로 유동됨이 바람직 하다.
한편, 상기 캠휠(52)은 회전하는 스핀들(12)에 의해 소정 각도 회전되고, 스핀들(12)에 의한 회전력이 해제되면 원상복귀되도록 하면서 캠휠(52)의 회전각도와 무관하게 일정한 핀(64)의 척력이 기판에 제공되도록 상기 캠휠(52)과 하부바디(50)의 돌기에 각각 양단부가 고착된 복귀스프링(54)이 설치된다.
상기 고정부재(60)는 상부바디(40)의 상면에 기체에 의해 부양된 기판을 고정하기 위한 부재로서, 상기 기판의 주위에 다수개 설치되어 기판을 가압하면서 상호간의 척력에 의해 기판이 고정되도록 한다.
이 고정부재(60)는 베이스바디(22)와 상부바디(40)에 회전 가능하도록 장착되는 원통체(61)와, 이 원통체(61)의 하부에 형성된 캠형상의 돌기(62)과, 이 돌기(62)가 합입되도록 캠휠(52)의 측면에 편심되게 형성된 측면홈(63)과, 상기 원통체(61)의 상부에 돌출되고 회전하는 캠휠(52)과 연동되어 회전되면서 기판과 척력으로 밀착되는 핀(64)과, 상기 원통체(61)의 내부에 삽입되면서 하부바디(50)와 원통체(61)의 둘레부위에 형성된 홈에 양단부가 고정되어 돌기(62)의 원상복귀력을 제공하는 탄성부재(65)가 포함되어 이루어진다.
상기 핀(64)은 원통체(61)에 편심되게 돌출된 부재로, 회전하는 캠휠(52)에 의해 측면홈(63), 돌기(62), 원통체(61)등과 더불어 연동 회전되면서 상부바디(50)의 상면에 기체압에 의해 부양된 기판의 측면을 가압하여 기판이 단단히 고정되도록 한다.
또한, 상기 측면홈(63)이 중앙 저점을 갖도록 형성되고, 함입된 돌기(62)와 밀착되어 캠휠(52)의 회전에 의해 돌기(62)가 일방향 회전 및 원상복귀가 이루어질 수 있다.
한편, 도 8 내지 8b는 기판 지지용 척의 다른 실시 예로서, 기판이 기울어진 노즐(42)에 의한 기체 분출압에 의해 안착됨과는 달리, 기울기와는 무관하게 하나 이상의 노즐에서 분출된 기체는 기판 표면처리용 매질이 하면으로 유입되는 것을 방지하면서 단순히 기판이 부양된 상태를 유지하도록 하고, 고정부재(60)에 의해 부양된 위치가 단단히 고정되도록 이루어질 수 있다.
이때, 상기 기판의 고정은 고정부재(60)에 의존하게 되고, 상기 고정부재(60)의 핀(64)이 기판의 측면 가압하여 단단히 고정할 수 있고, 상기 핀(64)에 기판의 극소 둘레부가 끼워져 파지될 수 있도록 홈(64a)이 형성될 수도 있으며, 또한 핀(64)의 일부위에 기판의 측면과 접촉면적을 넓히면서 척력으로 파지할 수 있도록 탄성체(64b)가 형성될 수 있다.
상기 기판의 측면을 가압하는 핀(64)은 기판에 척력을 제공하기 때문에, 국소부위에 대한 과다한 척력 및 전반적으로 기판에 제공되는 과다 척력에 의해 기판에 뒤틀림 등에 의한 미세한 손상이 발생할 수 있어 이를 방지하기 위해 기판 둘레부에 패턴화되지 않은 극소 여유부위가 끼워질 수 있도록 홈(64a)이 형성되거나, 상기 복귀스프링(54)과 더불어 기판의 전체에 대해 각 핀(64)에서 제공되는 척력이 균일하게 제공됨은 물론 핀(64)으로부터 기판을 고정하기 위한 필요 이상으로 제공되는 척력이 방지되도록 일부 탄성체(64b)가 형성됨이 좋다.
상기 핀(64)의 탄성체(64b)에 의한 고정은 단순히 측면을 가압하여 고정하는 것보다 더 상승되면서 안정된 고정력이 제공됨은 물론이고, 상기 홈(64a)은 내향으로 협소해지는 형상으로 이루어짐이 좋다.
이하, 본 발명에 따른 기판 지지용 척의 작동을 간략히 설명한다.
먼저, 기체가 스핀들(12)을 통해 상ㆍ하부 바디(40, 50)의 체결로 형성된 기밀실(32)에 유입되어 일정압이 형성되도록 일시 충전되고, 상기 상부바디(40)에 기판이 위치되면 기밀실(32)의 기체가 다수의 노즐(42)을 통해 균등한 압력으로 기판에 분출되어 상부바디(40)의 상면으로부터 소정의 간격만큼 기판이 부양되어 위치된다.
이때, 회전된 캠휠(52)에 의해 고정부재(60)가 회전되면서 핀(64)이 기판의 둘레부를 파지하게 되면 기판은 단단히 고정된다.
상기 기판은 노즐(42)에서 분출된 기체에 베르누이 정리에 적용되어 소정의 고정력이 발생되도록 부양되기도 하고, 단순히 부양되기도 하며, 이러한 경우는 노즐(42)의 기울기와 많은 연관이 있게 된다. 즉, 노즐(42)이 외향으로 기울어져 형성되면 베르누이 정리가 적용되고, 대략 기판의 분사면과 직각으로 노즐(42)이 형성되면 단순히 기판이 부양된다.
상기 핀(64)에 의한 기판의 파지는 딱딱한 핀(64)이 기판의 측면을 가압하여 파지될 수도 있고, 기판 둘레부의 극소 부위가 핀(64)에 형성된 홈(64a)에 끼워져 파지될 수도 있으며, 기판의 측면을 핀(64)에 형성된 탄성체(64b)가 가압하여 파지될 수도 있다.
또한, 2열 이상으로 배치된 노즐 중 최외측 열은 기판처리 매질이 하면으로 유입됨을 차단하고, 기타 열은 기판이 안착되도록 기체를 분출할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 기밀실에 일시 충전된 기체가 일정압으로 다수의 노즐을 통해 분출되면서 기판의 넓은 범위에 안정된 균등압의 기체가 접촉되어 기판의 표면 손상과 더불어 기판의 중심과 둘레부 및 압력차이에 따른 극소 뒤틀림이 최소화될 수 있고, 또한 일정한 입ㆍ출구 직경을 갖는 노즐의 선단부가 기체의 분출압이나 온도로부터 그 변형이 방지되며, 고정부재가 기판에 탄성적으로 밀착되어 다수의 밀착부위에 균등한 밀착력이 제공되면서 과밀착력에 의한 기판의 손상이 방지됨은 물론, 기밀실에 일시 저장되어 분출됨으로써 항상 일정한 량 및 압력의 기체가 분출될 수 있어 주위상황에 따라 기체의 공급량 및 압력 변화에 대처할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 선택적으로 회전하는 중공의 스핀들이 연동되게 장착된 베이스부;
    상기 베이스부의 상부에 안착되고, 스핀들을 통해 유동된 기체가 유입되어 기밀실에 일시 저장되며, 상기 기밀실에서 다수의 노즐을 통해 분출된 기체에 의해 기판이 부양되면서 고정되도록 이루어진 그립부;가 구비되어 이루어진 기판 지지용 척에 있어서,
    상기 그립부는 일정압으로 기체가 분출되는 다수의 노즐이 형성된 상부바디와, 이 상부바디에 고착되면서 노즐과 연통되어 일정압으로 기체가 일시 저장되는 기밀실이 형성되도록 중앙부위가 함몰된 형상의 하부바디와, 이 하부바디의 하면과 베이스부의 상면 사이에 일정각도 회전 가능하게 배치된 캠휠과, 이 캠휠에 의해 회전되면서 상부바디의 상면에 부양된 기판의 측면과 밀착되어 기판을 고정시키도록 베이스부와 상부바디에 회전 가능하게 장착된 고정부재가 포함되어 이루어지고,
    상기 노즐은 외측으로 분사가능하도록 기울기가 있는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 척.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은 상호 다른 기울기인 다수의 열로 형성된 것을 특징으로 하는 기판 지지용 척.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노즐의 기밀실측 단부에는 기밀실에 충전되는 기체가 일정압을 형성하면 개방되도록 이루어진 개폐수단이 설치된 것을 특징으로 하는 기판 지지용 척.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고정부재는 베이스부와 상부바디에 회전 가능하도록 장착되는 원통체와, 이 원통체의 하부에 형성된 돌기와, 이 돌기가 함입되도록 캠휠의 측면에 편심되게 형성된 측면홈과, 상기 원통체의 상부에 돌출되고 회전하는 캠휠과 연동되어 회전되면서 기판과 척력으로 밀착되는 핀과, 상기 원통체의 내부에 삽입되면서 하부바디와 원통체의 하측 내면에 양단부가 고정되어 돌기의 원상복귀력을 제공하는 탄성부재가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 지지용 척.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 핀의 일부위는 회전하면서 선택적으로 기판의 둘레부 일부를 척력으로 파지할 수 있는 탄성체로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 지지용 척.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 핀의 일부위에는 회전하면서 선택적으로 기판의 둘레부 일부가 끼워져 파지될 수 있는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 기판 지지용 척.
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