KR100958364B1 - 원판상 물체를 액체처리하기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

원판상 물체(10)를 수용하기 위한 캐리어(1), 캐리어(1) 상에 배치된 원판상 물체(10)의 상에 액체를 적용하기 위한 액체공급장치(17), 및 캐리어(1)의 둘레에 본질적으로 동축으로 위치되고 또 액체 포착용 링(2)의 축선을 중심으로 회전 가능한 액체 포착용 링(2)을 구비한 장치가 제안된다.
원판상 물체, 캐리어, 액체 공급 장치, 액체 포착용 링

Description

원판상 물체를 액체처리하기 위한 장치{DEVICE FOR LIQUID TREATMENT OF DISK-SHAPED OBJECTS}
본 발명은 원판상 물체, 특히 웨이퍼를 액체처리하기 위한 장치에 관한 것이다.
이하에 사용되고 있는 용어 웨이퍼에는 하드 디스크, 컴팩트 디스크(CD) 또는 심지어는 평판 디스플레이용의 기판과 같은 다양한 유형의 원판상 물체가 모두 포함된다.
액체처리 중에 웨이퍼는 정지해 있거나 또는 그 축선을 중심으로 회전한다.
웨이퍼의 액체 처리를 위한 장치로서, 웨이퍼가 캐리어 상에 유지되고, 그리고 액체가 상방 또는 하방으로부터 웨이퍼에 적용되도록 하는 장치가 공지되어 있다. 캐리어는 웨이퍼와 함께 액체의 적용 중에 회전하고, 그리고 액체는 웨이퍼 및/또는 캐리어로부터 비산된다. 이와 같은 장치는 예를 들면 미국특허US 4,903,717에 기재되어 있다. 비산된 액체는 캐리어를 둘러싸는 체임버 내의 정지면(비회전면)에 충돌한다. 이 충격에 의해 분사(sprays)가 발생하고, 이것이 체임버의 외측의 영역에 도달할 수 있다. 그러나, 이것은 바람직하지 않다. 처리액이 부식성 매체인 경우가 많고, 따라서 액체 분사나 체임버 주위의 기계부품, 또는 심지어 처리될 웨이퍼를 손상시킬 가능성이 있기 때문이다.
웨이퍼의 액체처리용의 장치에서 다수의 체임버를 상호 중첩되도록 위치시키고, 그리고 회전 가능한 캐리어를 수직방향으로 변위시키고, 이것에 의해 이종의 액체가 상이한 환상 체임버 내에 포착되고, 이와 같이 하여 분리되고, 포집되고 그리고 재사용되는 것이 알려져 있다. 이 경우, 어떤 하나의 액체의 분사가 다른 액체의 체임버에 도달하고, 이것에 의해 그 액체가 오염될 수 있다.
본 발명의 목적은 액체의 분사를 회피하고, 및 웨이퍼에 적용된 액체를 웨이퍼로부터 배출되도록 안내하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 웨이퍼에 적용된 액체를 웨이퍼의 회전의 유무에 무관하게, 그리고 그 회전속도와 무관하게 웨이퍼로부터 배출되도록 안내하는 것이다.
따라서, 본 발명은 그 가장 일반적인 형식에서는 원판상 물체를 수용하기 위한 캐리어, 캐리어 상에 배치된 원판상 물체의 상에 액체를 적용하기 위한 액체공급장치, 및 액체 포착용 링으로서, 캐리어와 실질적으로 동축으로 위치되고, 또 액체 포착용 링의 축선을 중심으로 회전 가능한 액체 포착용 링을 구비하고, 이 액체 포착용 링이 캐리어에 대하여 상대 이동할 수 있는 장치를 제안한다. 이 상대 이동은 축방향 변위 또는 회전운동일 수 있다.
원판상 물체를 수용하기 위한 캐리어(척)는 예를 들면 진공 척(vacuum chuck) 또는 핀 척(pin chuck)일 수 있다. 진공 척의 경우, 웨이퍼는 흡인장치에 의해 캐리어 표면 상에 유지된다. 핀 척의 경우, 웨이퍼는 파지용 요소(예를 들면, 핀)에 의해 그 외주의 둘레에 유지된다. 이들 핀은 부동 또는 가동(경사가능 또는 회전가능)식으로 실시될 수 있다.
캐리어 상에 배치된 원판상 물체의 상에 액체를 적용하기 위한 액체공급장치는 액체가 캐리어로부터 이격되는 표면 상에 가해지도록 또는 캐리어 자체에 의해 캐리어에 대면하는 표면 상에 가해지도록 구현될 수 있다.
액체 포착용 링은 웨이퍼로부터 비산된 액체를 포착하기 위해 사용된다.
본 발명에 의한 장치의 이점은 웨이퍼로부터 액체 포착용 링에 도달한 액체가 액체 포착용 링의 회전에 의해 그 내벽 상에 유지되고, 그리고 중력, 원심력, 및/또는 기체의 흐름(공기 안내)에 의해 내면 상에서 축방향으로 더욱 이송되는 것이다. 만일 액체 포착용 링의 내면이 원통상 쉘이면, 액체는 단순히 중력 및/또는 기체의 흐름에 의해 하향으로 이송되고, 그리고 액체 포착용 링의 저단부로부터 외향으로 투척된다. 이것은 웨이퍼의 하방의 영역에서 발생하고, 이것에 의해 비산된 액체에 의한 웨이퍼 오염의 가능성이 감소된다.
본 발명에 의한 장치의 추가의 장점은 회전 가능한 캐리어가 사용되는 경우에 나타난다. 회전하고 있는 웨이퍼로부터 비산된 액체는 동일한 방향으로 회전하고 있는 액체 포착용 링에 의해 부드럽게 수용될 수 있다.
회전 가능한 캐리어를 이용할 때, 최적의 처리 결과를 위해 캐리어를 극저속도로 회전시키거나 또는 정지시킬 필요가 있고, 액체를 비산시키기 위해 최소의 속도가 필요한 경우, 캐리어와 액체 포착용 링이 상이한 속도로 회전되면 추가의 장점이 달성된다.
일 실시예에서 액체 포착용 링은 캐리어에 대하여 회전가능하다. 액체 포착용 링은 캐리어에 직접 연결되지 않고, 이것과 독립적으로 회전될 수 있다. 이것에 의해 웨이퍼에 가해진 액체는 웨이퍼 및/또는 캐리어의 회전의 유무, 또는 회전속도와 무관하게 웨이퍼로부터 이격되도록 안내된다.
추가의 실시예에서는 캐리어와 액체 포착용 링을 축방향으로 상호 변위시키기 위한 장치가 제공된다.
캐리어와 액체 포착용 링을 축방향으로 상호 변위시키기 위한 장치는 캐리어 또는 액체 포착용 링의 어느 한쪽, 또는 캐리어와 액체 포착용 링의 양자를 운동시킬 수 있다. 액체 포착용 링에 대한 캐리어의 이 가능한 수직방향의 상대운동은 전형적인 수단(로봇의 엔드 이펙터(end effector))을 사용하여 웨이퍼를 용이하게 캐리어 상에 설치하거나 캐리어로부터 취출하도록 충분히 캐리어를 노출시킬 가능성을 제공한다. 이 경우, 액체 포착용 링에 대한 캐리어의 가능한 상대운동에 의해 상이한 액체를 주위의 둘레에 장착된 환상의 체임버 내에 분리하여 포집하는 것이 가능하다는 추가의 이점이 제공된다.
일 실시예에서, 캐리어는 회전될 수 있다. 이것에 의해 액체가 웨이퍼 또는 캐리어로부터 유출될 뿐 아니라 비산되는 이점이 제공된다.
액체 포착용 링의 내면의 직경이 축방향으로 변화하는 장치가 유리하다. 이 구성에서 액체는 원심력에 의해 내면의 소직경 부분으로부터 대직경 부분으로 이송될 수 있다. 대직경이 소직경의 상방에 위치하는 경우, 액체는 중력에 대항하여 상향으로 이송되고, 그리고 액체 포착용 링의 상측 단부로부터 외향으로 비산된다.
액체 포착용 링이 반경방향의 통로를 가지는 장치의 일 실시예에서, 액체는 반경방향 외측으로 이송된다.
추가의 실시예에서, 반경방향의 통로는 액체 포착용 링의 내면의 직경이 적어도 국소적으로 최대인 점에 배치된다. 액체는 원심력에 의해 최대직경의 영역에 이송되고, 다음에 통로를 통해 외향으로 이송된다.
액체 포착용 링의 내면이 원추상으로 실시되면 유리하다. 이것은 액체가 충돌하는 내면의 위치에 무관하게 원심력에 의해 균일한 합력(uniform resultant)에 의해 액체의 이송을 가능하게 한다.
더욱, 본 발명에 의한 장치의 액체 포착용 링의 하측 단부에 내측으로 융기하는 플로워(floor)가 형성될 수 있다. 이 구성에서 액체는 더욱 양호하게 포집된다. 만일 플로워의 내경이 캐리어의 직경보다 작게 선정되거나, (캐리어가 웨이퍼보다 작은 경우) 플로워의 내경이 웨이퍼의 직경보다 작게 선정되면, 웨이퍼가 정지(비회전)되어 있어도, 플로워는 캐리어 또는 웨이퍼로부터 직접 유출되는 액체를 포착할 수 있다.
추가의 실시예에서, 내측으로 개구하는 그리고 액체 포착용 링으로부터 비산된 액체가 내부에 포집되는 적어도 1개의 환상의 체임버가 액체 포착용 링의 주위의 위치된다.
이 장치는 적어도 2개의 환상 체임버, 상호 상하에 위치된 내향의 개구를 가진다. 이 경우, 체임버와 액체 포착용 링의 축방향의 상호 이동을 위한 장치가 설치된다. 이 구성에서, 상이한 액체를 상이한 체임버에 상호 분리하여 포집하고, 그리고 이것들을 독립적으로 제거하거나 예를 들면 여과된 형태로 액체공급장치에 공급하는 것이 가능해진다.
유리한 실시예에서, 액체 포착용 링의 외면의 적어도 일부분이 원통상 쉘의 형상을 가진다. 다수의 환상 체임버가 상호 상하에 위치되므로, 액체가 비산되고 있지 않는 환상 체임버는 원통상 쉘에 의해 폐쇄된다. 이와 같이 폐쇄된 상태에서 환형 챔버는 밀봉될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.
본 장치는 적어도 1개의 환상 체임버와 캐리어가 축방향으로 상호 변위하지 않도록 구현될 수 있다. 이것은, 캐리어와 환상 체임버가 공용장치(shared unit) 상에 직접 또는 간접적으로 위치되는 경우, 액체 포착용 링만이 수직방향으로 이동한다고 하는 이점을 가진다. 따라서, 캐리어와 체임버는 수직방향으로 이동하지 않고, 이것에 의해 캐리어에 이르는 (기체 및/또는 액체용) 공급관로 및 체임버로부터의 배수관이 움직일 필요가 없고, 관로의 사용수명을 상당히 증대시키고, 또 관의 안내구조를 보다 단순화하는 이점이 제공된다.
이하, 도면에 도시된 본 발명의 예시적 실시예를 통해 본 발명의 추가의 상세, 특징, 및 장점을 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 장치의 일 실시예의 개략적인 축방향 단면도, 도 2는 액체를 보다 정확하게 비산시키는 것이 가능한 통로의 특별한 실시예도, 도 3a 내지 도 3d는 상이한 운전단계에 있는 장치의 개략도이다.
이 장치는 회전 가능한 캐리어(1)(척), 캐리어(1)의 둘레에 위치된 액체 포착용 링(2), 및 액체 포착용 링(2)의 둘레에 위치된 3개의 환상 체임버(4, 4', 4")의 유닛을 구비한다. 캐리어(1), 액체 포착용 링(2), 및 체임버 유닛(3)은 상호 동축으로 위치된다.
캐리어(1)는 베어링 유닛(도시 생략)에 의해 베이스플레이트(18) 상에 회전 가능하게 장착된다. 캐리어는 (여기서는 벨트 구동을 이용하는) 모터 구동 유닛(20)에 의해 RC방향으로 회전하도록 설정될 수 있다. 웨이퍼가 처리되는 동안의 캐리어의 전형적인 회전속도는 0 내지 4000 rpm(분당 회전수)이다. 저속도에서도 또는 캐리어가 정지된 경우에도 처리액의 유출이 가능하도록 캐리어의 주위의 둘레에 드립 엣지(drip edge; 14)가 형성된다.
액체 포착용 링(2)은 승강 플랫폼(19) 상에 회전 가능하게 장착되고, (여기서는 벨트 구동을 이용하는) 모터 구동 유닛(22)에 의해 RS방향으로 회전하도록 설정될 수 있다. 웨이퍼 처리 동안의 액체 포착용 링의 전형적인 회전속도는 50 내지 2000rpm이다. 액체 포착용 링(2)은 상향으로 좁아지는 원추상의 내면(6), 및 원통상 쉘의 형태의 외면(11)을 가진다. 원추상 내면(6)은 내면(6)의 저단 부에서 플로워(7)가 된다. 플로워는 중심을 향해 약간 높아지고, 또 캐리어(1)의 외경보다 작은 내 경을 가진다. 승강 플랫폼(19)은 승강용 요소(25)(예를 들면, 공기압 실린더)에 의해 승강된다. 이 구성에 의해 캐리어에 대한 액체 포착용 링의 상대위치 및 환상 체임버에 대한 액체 포착용 링의 상대위치가 축방향으로 변화한다.
원추상 내면(6)이 플로워(7)로 변하는 지점에 외부에 연결되는 반경방향의 통로(5)(슬롯 또는 구멍)가 배치된다. 따라서, 이 통로는 상기 내면의 최대직경의 영역에 위치한다. 액체 포착용 링에 의해 포집되 액체는 이들 통로를 통해 반경방향 외측으로 안내되고, 그리고 비산된다.
도 2는 더 정확하게 액체를 방출시킬 수 있는 통로(5)의 특별한 실시예를 도시한 것이다. 통로(5)의 상방 및 하방의 액체 포착용 링의 외면에 홈(16)이 형성되고, 이것에 의해 통로(5)에 인접하는 직 상방 및 직하방에 분리용 엣지(breakaway edge; 17)가 형성된다. 이것에 의해 통로로부터 배출되는 액체가 외면(11)을 따라 상승하거나 하강하는 것이 방지된다.
고속의 캐리어의 속도(약 50rpm 이상)에서, 액체는 웨이퍼로부터 접선방향으로 직접 비산되고, 액체 포착용 링(2)의 내면(6)에 충돌되고, 그리고 화살표 A로 표시되는 하방으로 유동한다. 저속의 캐리어 속도(약 50rpm이하)에서, 액체는 드립 엣지(14)로부터 유출하고, 그리고 액체 포착용 링(2)의 플로워(7)에 의해 포집된다. 양자의 경우, 액체는 회전하고 있는 액체 포착용 링의 원심력에 의해 통로(5)의 방향으로 그 통로(5)를 통해 이송된다. 분사를 가능한 한 회피하기 위해, 액체 포착용 링의 속도는 캐리어의 속도 및/또는 웨이퍼로부터 비산되는 액체의 속도에 맞추어 조정되는 것이 유리하다. 두 회전방향은 동일하게 하고, 회전속도는 2배 이하의 차이 또 200rpm 이하의 차이가 나도록 한다.
체임버(4, 4',4")는 링(3)에 의해 형성되고, 이들 링(3)에 의해 상호 분리된다. 링(3)은 동심배치 및/또는 상호 중첩 배치되고, 따라서 내측으로부터 외측으로 증대되는 직경을 가진다. 체임버 유닛은 베이스플레이트(18)에 장착된다. 상이한 액체가 각 체임버 내에 포집될 수 있다. 각 체임버는 각 체임버에 할당된 흡인관(8, 8', 8")에 의해 배출된다. 이 예에서 액체는 흡인에 의해 배출된다.
더욱, 흡인관(8, 8', 8")은 반경방향 외측의 개구로부터의 공기류를 생성한다. 이 구성에서, 공기와 액체는 액체 포착용 링(2)의 내측 체임버로부터 통로(5)를 통해 체임버 내에 흡인되고, 이것은 액체의 비산을 추가로 지원한다. 흡인에 의해, 액체 포착용 링(2)의 내측의 하향 공기류 B도 생성된다. 흡인에 의해 배출되는 액체-기체 혼합물은 기액 분리 유닛(도시 생략)에 유도되고, 기체는 배출공기에 이송되고, 분리된 액체는 루프 내에 안내되거나 배출구로 이송된다.
도 3a 내지 3d는 상이한 작동단계에 있는 장치의 개략도이다.
도 3a는 최저위치에 있는 액체 포착용 링(2)을 보여준다. 물은 그 주위의 둘레에 자유롭게 접근할 수 있다. 이 위치는 장전(loading) 또는 취출(unloading) 중에 선택된다.
도 3b 내지 3d는 상이한 위치에 있는 액체 포착용 링을 도시한 것으로, 이들 각 위치는 통로(5)가 환상의 체임버(4, 4') 및/또는 체임버(4")의 개구 내를 지향하도록, 따라서 액체가 액체 포착용 링으로부터 대응하는 환상 체임버 내에 비산되도록 선택되어 있다. 대응하는 환상 체임버 내의 액체의 포획은 대응하는 흡인관(8, 8', 8")이 작동되는 것에 의해, 그리고 공기가 선택된 흡인관에 접속된 환상 체임버로부터만 흡인되는 것에 의해 지원된다.

Claims (13)

  1. 액체를 사용하여 원판상 물체를 처리하기 위한 장치로서,
    1.1 원판상 물체를 수용하기 위한 캐리어(1),
    1.2 캐리어 상에 배치된 원판상 물체의 상에 액체를 적용하기 위한 액체공급장치 (17), 및
    1.3 액체 포착용 링(2)으로서, 캐리어(1)와 실질적으로 동축으로 위치되고 또 액체 포착용 링의 축선을 중심으로 회전가능하고, 캐리어에 대하여 이동할 수 있는 액체 포착용 링(2)을 구비한, 액체를 사용하여 원판상 물체를 처리하기 위한 장치에 있어서,
    내측으로 개구되고 그리고 액체 포착용 링(2)으로부터 비산된 액체를 수집할 수 있는 적어도 2개의 환상 체임버(4, 4')가 액체 포착용 링(2)의 둘레에 위치되고,
    내향의 개구가 상호 상하에 위치되고, 체임버(4, 4')와 액체 포착용 링(2)의 상호의 축방향 변위를 위한 장치(25)가 설치되는 것을 특징으로 하는 액체를 사용하여 원판상 물체를 처리하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 액체 포착용 링이 캐리어에 대하여 회전 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 캐리어(1)와 액체 포착용 링(2)의 상호의 축방향 변위를 위한 장치(25)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 캐리어(1)가 회전 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 액체 포착용 링(2)의 내면(6)의 직경(D)이 축방향으로 변화하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 액체 포착용 링(2)이 반경방향의 통로(5)를 가지고, 이것을 통해 액체를 반경방향 외측으로 이송할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 반경방향통로(5)가 액체 포착용 링(2)의 내면(6)의 직경(D)이 적어도 국소적으로 최대(Dmax)인 지점에 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 액체 포착용 링(2)의 내면(6)이 원추상으로 실시되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 5 항에 있어서, 액체 포착용 링(2)의 저단부 상에 반경방향 내측으로 높아지는 플로워(7)가 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서, 액체 포착용 링(2)의 외면(11)의 적어도 일부분이 원통상 슬리이브의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 적어도 1개의 환상 체임버(4)와 캐리어(1)가 축방향으로 상호 변위 가능하지 않은 것을 특징으로 하는 장치.
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