KR101100281B1 - 스핀 헤드, 기판 처리 장치, 그리고 기판 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판을 지지하고, 기판을 회전시키는 스핀 헤드,기판 처리 장치, 그리고 기판 처리 방법을 제공한다. 스핀 헤드는 몸체로부터 상부로 돌출되도록 몸체에 설치되는 척 핀과 척 핀이 설치되는 내부 공간을 가진다. 척 핀의 상부 면은 볼록하게 처리되어 기판과의 긁힘을 최소화 한다. 내부 공간에는 가스 분사 라인이 연결되어 냉각 가스를 분사한다. 가스 분사 라인으로부터 분사된 가스는 공정 시 처리액이 내부 공간으로 유입을 방지한다.

Description

스핀 헤드, 기판 처리 장치, 그리고 기판 처리 방법{SPIN HEAD, APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE, AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}

본 발명은 기판 처리를 위한 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 반도체 공정 등에서 기판을 지지하며 회전 가능한 스핀 헤드 및 이를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 관한 것이다.

반도체 공정은 웨이퍼 상에 박막, 이물질, 파티클 등을 식각하거나 세정하는 공정을 포함한다. 이와 같은 공정은 패턴 면이 위 또는 아래를 향하도록 웨이퍼를 스핀 헤드 상에 놓고, 스핀 헤드를 고속으로 회전시켜 웨이퍼 상에 황산 처리액을 공급함으로써 이루어진다. 스핀 헤드에는 회전 시 웨이퍼가 스핀 헤드의 측 방향으로 이동되는 것을 방지하기 위해 웨이퍼의 측부를 지지하는 척 핀들이 설치된다. 척 핀들은 기판이 스핀 헤드 상에 로딩 또는 언 로딩 될 때 기판이 놓이는 공간을 제공하는 대기 위치와 스핀 헤드 상에 놓인 기판이 회전되면서 공정이 수행될 때 기판의 측부와 접촉되는 지지 위치 간에 이동된다. 공정이 수행되면 기판에 분사된 처리액은 척 핀이 설치된 스핀 헤드의 내부 공간으로 유입되어, 척 핀을 부식시킨다. 또한, 처리액으로 고온의 황산(약200℃)이 사용되는 경우, 척 핀이 열변형된다.

본 발명은 척 핀이 처리액에 의해 부식 또는 열변형되는 것을 방지하는 스핀 헤드,기판 처리 장치, 그리고 기판 처리 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 공정 시 척 핀이 기판에 의해 긁힘을 최소화할 수 있는 스핀 헤드,기판 처리 장치, 그리고 기판 처리 방법을 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 스핀 헤드를 제공한다. 스핀 헤드는, 내부에서 상면까지 연장된 내부 공간을 가지는 몸체와 상기 몸체의 상면으로부터 돌출되도록 상기 내부 공간에 제공되는 척 핀들과 상기 몸체에 놓인 기판의 측부를 지지하는 지지 위치와 상기 몸체 상에 기판이 놓일 수 있도록 상기 지지 위치에 비해 상기 몸체의 중심에서 더 멀리 떨어진 대기 위치 간에 상기 척 핀들을 이동시키는 척 핀 이동 유닛, 그리고 상기 내부 공간으로 가스를 공급하는 가스 분사 라인을 포함한다.

상기 가스 분사 라인의 토출구는 상기 내부 공간으로 직접 가스를 분사하도록 제공될 수 있다. 상기 내부 공간은 링 형상으로 제공될 수 있다. 상기 가스 분사 라인의 토출구는 상기 내부 공간의 저면에 연결될 수 있다.

상기 몸체에는 상기 내부 공간과 통하며 상기 몸체의 외측면까지 연장되는 개구가 제공될 수 있다. 상기 척 핀 이동 유닛은, 상기 척 핀과 결합되며 구동기에 의해 직선 이동되는 이동 로드를 더 포함하고, 상기 몸체에는 상기 내부 공간과 통하여 상기 이동 로드가 제공되는 통로을 더 포함하되, 상기 통로의 직경은 상기 통로가 연결되는 상기 내부 공간의 측부의 높이보다 작을 수 있다.

상기 척 핀은 세라믹 재질로 제공될 수 있다. 상기 척 핀의 상단은 위를 향해 볼록한 형상을 가질 수 있다.

또한 본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 하우징과 상기 하우징 내에 위치되며 기판을 지지하는 스핀 헤드와 상기 스핀 헤드에 놓인 기판으로 처리 가스를 공급하는 노즐 부재를 포함하되, 상기 스핀 헤드는, 내부에서 상면까지 연장된 내부 공간을 가지는 몸체와; 상기 몸체의 상면으로부터 돌출되도록 상기 내부 공간에 제공되는 척 핀들과; 상기 몸체에 놓인 기판의 측부를 지지하는 지지 위치와 상기 몸체 상에 기판이 놓일 수 있도록 상기 지지 위치에 비해 상기 몸체의 중심에서 더 멀리 떨어진 대기 위치 간에 상기 척 핀들을 이동시키는 척 핀 이동 유닛과; 그리고 상기 내부 공간으로 가스를 공급하는 가스 분사 라인을 포함한다.

상기 가스 분사 라인의 토출구는 상기 내부 공간의 저면에 직접 연결되고, 상기 몸체에는 상기 내부 공간과 통하며 상기 몸체의 외측면까지 연장되는 개구가 더 제공될 수 있다. 상기 내부 공간은 링 형상으로 제공될 수 있다.

상기 노즐 부재는 황산을 포함하는 처리액을 공급하는 노즐을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 처리액을 기판으로 분사하여 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 기판 처리 방법에 의하면 몸체에 설치된 척 핀으로 기판의 측부를 지지하고, 기판을 회전시키면서 처리액을 기판으로 분사하되, 상기 처리액으로 상기 기판을 처리할 때 상기 척 핀이 설치된 몸체의 내부 공간으로 가스를 공급한다. 상기 처리액은 황산을 포함하고, 상기 척 핀은 상기 가스에 의해 냉각된다. 상기 몸체는 상기 몸체의 외측면까지 연장된 개구가 형성되며, 상기 개구는 상기 내부 공간과 연결되고, 상기 가스는 상기 개구를 통해 상기 몸체의 외부로 배출될 수 있다. 상기 가스는 비활성 가스일 수 있다.

본 발명에 의하면, 스핀 헤드에 설치된 척 핀에 냉각 기체를 공급함으로써, 척 핀이 고온의 처리액에 의해 열변형되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 처리액이 척 핀이 설치된 스핀 헤드의 내부 공간으로 유입되는 것을 방지하여 척핀이 부식 및 열변형되는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 기판이 척 핀에 로딩될 때 척 핀이 기판에 의해 긁히는 것을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 하우징을 보여주는 단면도이다.
도 3은 종방향으로 절단된 하우징의 사시도이다.
도 4는 스핀 헤드의 평면도이다.
도 5는 스핀 헤드의 절단된 일부분을 보여주는 도면이다.
도 6은 척 핀의 사시도이다.
도 7은 척 핀과 노치(Notch)의 크기관계를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 8은 척 핀 이동 유닛의 구조를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 9는 도 8의 "A"부분을 확대한 평면도이다.
도 10은 접촉 유지 부재가 동작되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 11은 공정 시 처리액의 흐름과 가스 분사 라인에서 공급되는 가스의 흐름을 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 11를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.

아래의 실시예에서는 고온 황산을 포함하는 처리액, 린스액, 그리고 건조가스를 사용하여 기판(W)을 세정하는 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 기판(W)을 회전시키면서 처리액을 분사하여 공정을 수행하는 다양한 종류의 장치에 모두 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1)를 개략적으로 보여주는 평면도이다. 도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(1)는 유체 공급 유닛(10), 하우징(20), 승강 유닛(30), 그리고 스핀 헤드(40)를 가진다. 유체 공급 유닛(10)은 기판(W) 처리를 위한 처리액이나 처리 가스를 기판(W)으로 공급한다. 스핀 헤드(40)는 공정 진행시 기판(W)을 지지하고, 기판(W)을 회전시킨다. 하우징(20)은 공정에 사용된 처리액 및 공정 시 발생되는 흄(fume)이 외부로 튀거나 유출되는 것을 방지한다. 승강 유닛(30)은 스핀 헤드(40) 또는 하우징(20)를 상하로 승강시키며, 하우징(20)과 스핀 헤드(40) 간의 상대 높이를 변화시킨다.

유체 공급 유닛(10)은 상부 노즐 부재(100a)와 하부 노즐 부재(100b)를 가진다. 상부 노즐 부재(100a)는 스핀 헤드(40)에 놓인 기판(W)의 상면으로 처리액이나 처리 가스를 공급하고, 하부 노즐 부재(100b)는 스핀 헤드(40)에 놓인 기판(W)의 하면으로 처리액이나 처리 가스를 공급한다. 기판(W)은 스핀 헤드(40)의 상부면으로부터 일정 거리 이격되도록 스핀 헤드(40) 상에 놓이며, 하부 노즐 부재(100b)는 스핀 헤드(40)와 기판(W) 사이의 공간으로 처리액이나 처리 가스를 공급한다.

상부 노즐 부재(100a)는 스윙 공급 노즐(120a)과 건조 가스 공급 노즐(160a)을 가진다. 스윙 공급 노즐(120a)은 황산과 과산화수소의 혼합액을 공급하는 노즐, 탈이온수를 공급하는 노즐, 그리고 암모니아와 과산화수소, 그리고 물의 혼합액을 공급하는 노즐등을 포함한다. 각각의 노즐들은 승강 이동과 스윙 이동을 통해 기판(W)의 중심 상부로 이동된다.

하우징(20)의 다른 일측에는 건조 가스 공급 노즐(160a)이 배치된다. 건조 가스 공급 노즐(160a)은 이소프로필 알코올과 질소 가스등을 공급한다. 질소 가스는 가열된 질소 가스일 수 있다.

하부 노즐 부재(100b)는 분사 헤드(도 4의 180b)를 가진다. 분사 헤드(180b)는 머리부(미도시)와 삽입부(미도시)를 가진다. 머리부는 상부로 볼록한 형상을 가지고 스핀 헤드(40)로부터 상부로 돌출된다. 머리부에는 복수의 토출구들이 형성된다. 토출구들은 복수의 처리액들 중 어느 하나, 린스액, 이소프로필 알코올 증기나 질소 가스와 같은 건조 가스를 분사한다. 삽입부는 머리부의 하단보다 적고 길이 방향으로 일정한 지름을 가지며, 머리부로부터 아래로 연장된다. 삽입부는 스핀 헤드(40)의 중앙에 형성되어 있는 통공에 삽입된다.

상부 노즐 부재(100a)와 하부 노즐 부재(100b)로부터 공급된 처리액, 린스액, 그리고 건조 가스는 스핀 헤드(40)의 회전에 의해 기판(W)의 상면 또는 하면 중앙 영역에서부터 가장자리 영역으로 퍼지며, 기판(W)을 세정한다.

도 2는 하우징(20)의 단면도이고, 도 3은 하우징(20)을 종방향으로 절단한 사시도이다. 도 2와 도 3을 참조하면, 하우징(20)은 내부에 상부가 개방되고 기판(W)이 처리되는 공간(32)을 가지고, 공간(32)에는 스핀 헤드(40)가 배치된다. 스핀 헤드(40)의 하면에는 스핀 헤드(40)를 지지하고 회전시키는 회전 축(42)이 고정 결합된다. 회전 축(42)은 하우징(20)의 바닥면에 형성된 개구를 통해 하우징(20) 외부까지 돌출된다. 회전 축(42)에는 이에 회전력을 제공하는 모터와 같은 구동기(44)가 고정 결합된다.

도 2와 도 3을 참조하면, 하우징(20)는 공정에 사용된 처리액들을 분리하여 회수할 수 있는 구조를 가진다. 이는 처리액들의 재사용이 가능하게 한다. 하우징(20)은 복수의 회수통들(220, 240, 260)을 가진다. 각각의 회수통(220, 240, 260)은 공정에 사용된 처리액들 중 서로 상이한 종류의 처리액을 회수한다. 본 실시 예에서 하우징(20)는 3개의 회수통들을 가진다. 각각의 회수통들을 내부 회수통(220), 중간 회수통(240), 그리고 외부 회수통(260)이라 칭한다.

내부 회수통(220)은 스핀 헤드(40)를 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되고, 중간 회수통(240)은 내부 회수통(220)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되며, 외부 회수통(260)은 중간 회수통(240)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 각각의 회수통(220, 240, 260)은 하우징(20) 내에서 하우징 내 공간(42)과 통하는 유입구(227, 247, 267)를 가진다. 각각의 유입구(227, 247, 267)는 스핀 헤드(40)의 둘레에 링 형상으로 제공된다. 기판(W)으로 분사되어 공정에 사용된 처리액들은 기판(W)의 회전으로 인한 원심력에 의해 유입구(227, 247, 267)를 통해 회수통(220, 240, 260)으로 유입된다. 외부 회수통(260)의 유입구(267)는 중간 회수통(240)의 유입구(247)의 수직 상부에 제공되고, 중간 회수통(240)의 유입구(247)는 내부 회수통(220)의 유입구(227)의 수직 상부에 제공된다. 즉, 내부 회수통(220), 중간 회수통(240), 그리고 외부 회수통(260)의 유입구(227, 247, 267)들은 서로 간에 높이가 상이하도록 제공된다.

내부 회수통(220)은 외벽(222), 바닥벽(224), 내벽(226), 그리고 안내벽(228)을 가진다. 외벽(222), 바닥벽(224), 내벽(226), 그리고 안내벽(228) 각각은 링 형상을 가진다. 외벽(222)은 스핀 헤드(40)로부터 멀어지는 방향으로 하향 경사진 경사벽(222a)과 이의 하단으로부터 아래 방향으로 수직하게 연장되는 수직벽(222b)을 가진다. 바닥벽(224)은 수직벽(222b)의 하단으로부터 스핀 헤드(40)를 향하는 방향으로 수평하게 연장된다. 바닥벽(222b)의 끝단은 경사벽(222a)의 상단과 동일한 위치까지 연장된다. 내벽(226)은 바닥벽(224)의 안쪽 끝단으로부터 위 방향으로 수직하게 연장된다. 내벽(226)은 그 상단이 경사벽(222a)의 상단과 일정거리 이격되도록 하는 위치까지 연장된다. 내벽(226)과 경사벽(222a) 사이의 상하 방향으로 이격된 공간은 상술한 내부 회수통(220)의 유입구(227)로서 기능한다.

내벽(226)에는 링을 이루는 배치로 복수의 개구들(223)이 형성된다. 각각의 개구들(223)은 슬릿 형상으로 제공된다. 개구(223)는 내부 회수통(220)으로 유입된 가스들이 스핀 헤드(40) 내 아래 공간을 통해 외부로 배출되도록 하는 배기구로서 기능한다. 바닥벽(224)에는 배출관(225)이 결합된다. 내부 회수통(220)을 통해 유입된 처리액은 배출관(225)을 통해 외부의 처리액 재생을 위한 시스템으로 배출된다.

안내벽(228)은 내벽(226)의 상단으로부터 스핀 헤드(40)로부터 멀어지는 방향으로 하향 경사진 경사벽(228a)과 이의 하단으로부터 아래로 상하 방향으로 수직하게 연장되는 수직벽(228b)을 가진다. 수직벽(228b)의 하단은 바닥벽(224)으로부터 일정거리 이격되게 위치된다. 안내벽(228)은 유입구(227)를 통해 유입된 처리액이 외벽(222), 바닥벽(224), 내벽(226)으로 둘러싸인 공간(229)으로 원활하게 흐를 수 있도록 안내한다.

중간 회수통(240)은 외벽(242), 바닥벽(244), 내벽(246), 그리고 돌출벽(248)을 가진다. 중간 회수통(240)의 외벽(242), 바닥벽(244), 그리고 내벽(246)은 내부 회수통(220)의 외벽(222), 바닥벽(224), 그리고 내벽(226)과 대체로 유사한 형상을 가지나, 중간 회수통(240)이 내부 회수통(220)을 감싸도록 내부 회수통(220)에 비해 큰 크기를 갖는다. 중간 회수통(240)의 외벽(242)의 경사벽(242a)의 상단과 내부 회수통(220)의 외벽(222)의 경사벽(222a)의 상단은 상하 방향으로 일정 거리 이격되게 위치되며, 이격된 공간은 중간 회수통(240)의 유입구(247)로서 기능한다. 돌출벽(248)은 바닥벽(244)의 끝단으로부터 아래 방향으로 수직하게 연장된다. 중간 회수통(240)의 내벽(246)의 상단은 내부 회수통(220)의 바닥벽(224)의 끝단과 접촉된다. 중간 회수통(240)의 내벽(246)에는 가스의 배출을 위한 슬릿 형상의 배기구들(243)이 링을 이루는 배열로 제공된다. 바닥벽(244)에는 배출관(245)이 결합되며, 중간 회수통(240)을 통해 유입된 처리액은 배출관(245)을 통해 외부의 처리액 재생을 위한 시스템으로 배출된다.

외부 회수통(260)은 외벽(262)과 바닥벽(264)을 가진다. 외부 회수통(260)의 외벽(262)은 중간 회수통(240)의 외벽(242)과 유사한 형상을 가지나, 외부 회수통(260)이 중간 회수통(240)을 감싸도록 중간 회수통(240)에 비해 큰 크기를 갖는다. 외부 회수통(260)의 외벽(262)의 경사벽(262a)의 상단과 중간 회수통(240)의 외벽(242)의 경사벽(242b)의 상단은 상하 방향으로 일정 거리 이격되게 위치되며, 이격된 공간은 외부 회수통(260)의 유입구(267)로서 기능한다. 바닥벽(264)은 대체로 원판 형상을 가지며, 중앙에 회전 축(42)이 삽입되는 개구가 형성된다. 바닥벽(264)에는 배출관(265)이 결합되고, 외부 회수통(260)을 통해 유입된 처리액은 배출관(265)을 통해 외부의 처리액 재생을 위한 시스템으로 배출된다. 외부 회수통(260)은 하우징(20) 전체의 외벽으로서 기능한다. 외부 회수통(260)의 바닥벽(264)에는 배기관(263)이 결합되며, 외부 회수통(260)으로 유입된 가스는 배기관(263)을 통해 외부로 배기한다. 또한, 내부 회수통(220)의 내벽(226)에 제공된 배기구(223) 및 중간 회수통(240)의 내벽(246)에 제공된 배기구(243)를 통해 흘러나온 가스는 외부 회수통(260)에 연결된 배기관(263)을 통해 외부로 배기된다. 배기관(263)은 바닥벽(264)으로부터 상부로 일정 길이 돌출되도록 설치된다.

승강 유닛(30)은 하우징(20)을 상하 방향으로 직선 이동시킨다. 하우징(20)이 상하로 이동됨에 따라 스핀 헤드(40)에 대한 하우징(20)의 상대 높이가 변경된다. 승강 유닛(30)은 브라켓(32), 이동 축(34), 그리고 구동기(36)를 가진다. 브라켓(32)은 하우징(20)의 외벽에 고정설치되고, 브라켓(32)에는 구동기(36)에 의해 상하 방향으로 이동되는 이동 축(34)이 고정결합된다. 기판(W)이 스핀 헤드(40)에 놓이거나, 스핀 헤드(40)로부터 들어 올릴 때 스핀 헤드(40)가 하우징(20)의 상부로 돌출되도록 스핀 헤드(40)는 하강한다. 또한, 공정이 진행시에는 기판(W)에 공급된 처리액의 종류에 따라 처리액이 기설정된 회수통(220, 240, 260)으로 유입될 수 있도록 하우징(20)의 높이가 조절한다. 상술한 바와 반대로, 승강 유닛(30)은 스핀 헤드(40)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.

도 4는 스핀 헤드의 평면도이고, 도 5는 스핀 헤드의 절단된 일부분을 보여주는 도면이다. 스핀 헤드(40)는 몸체(300), 지지 핀들(400), 척 핀들(500), 가스 분사 라인, 그리고 척 핀 이동 유닛(600)을 가진다.

몸체(300)는 상판(320)과 하판(340)을 가진다. 상판(320)은 상부에서 바라볼 때 대체로 원형으로 제공되는 상부 면을 가진다. 하판(340)은 상판(320)의 아래에 배치되며, 상판(320)과 하판(340) 사이에는 척 핀 이동 유닛(300)이 배치되는 공간이 제공된다. 상판(320)에는 지지 핀들(400)이 고정 설치되는 나사 홈들이 형성된다. 또한, 상기 공간의 가장자리 영역에는 척 핀들(500)이 삽입되는 내부 공간(322)이 형성되며, 내부 공간(322)은 링 형상으로 제공된다. 몸체(300)의 반경방향을 따른 내부 공간(322)의 폭은 척 핀(500)의 체결부(560)의 지름보다 넓게 형성된다. 상판(320)에서 내부 공간(322)과 대응되는 위치에는 홀이 형성된다. 몸체(300)에는 내부 공간(322)과 통하며 몸체(300)의 외측면까지 연장되는 개구(329)가 형성될 수 있다.

지지 핀(400)은 몸체(300)의 상부면으로부터 기판(W)이 일정거리 이격되도록 기판(W)의 후면 가장자리를 지지한다. 지지 핀들(400)은 모두 동일한 형상 및 크기를 가진다. 지지핀(400)은 몸통(404)을 가진다. 몸통(404)은 아래로 갈수록 점진적으로 직경이 증가하는 상부(420)와 이로부터 아래로 연장되며 동일한 직경을 가지는 하부(440)를 가진다. 하부(440)의 아래에는 외주면에 나사선이 형성된 나사부(미도시)가 제공된다. 하부(440)와 나사부의 사이에는 하부(440) 및 나사부보다 큰 지름의 걸림부(480)가 제공된다. 나사부는 나사 결합에 의해 몸체(300)에 고정 결합되고, 걸림부(480)의 하면은 몸체(300)의 상부면과 밀착된다. 걸림부(480)는 지지 핀(400)이 몸체(300)에 삽입되는 길이를 제한하여, 지지 핀들(400)의 높이가 모두 동일하도록 한다.

도 6은 척 핀(500)의 사시도이며, 도 7은 척 핀(500)과 기판(W)의 노치(Notch)의 관계를 개략적으로 보여주는 평면도이다. 척 핀(500)은 상판(320)의 홀을 통해 몸체(300)의 상부 면으로부터 상부로 돌출되도록 몸체(300)의 내부 공간(322)에 설치된다. 척 핀(500)은 약 여섯 개가 제공될 수 있다. 척 핀(500)은 스핀 헤드(40)가 회전될 때 기판(W)이 정 위치에서 측 방향으로 이탈되지 않도록 기판(W)의 측부를 지지한다. 척 핀들(500)은 모두 동일한 형상 및 크기를 가진다. 척 핀(500)은 몸통(504)을 가지며, 몸통(504)은 머리부(540), 지지부(520), 체결부(560), 그리고 걸림부(580)를 가진다. 머리부(540)는 몸통(504)의 상부에 위치하며, 상부에서 바라볼 때 원형의 형상을 가진다. 머리부(540)는 위로 볼록한 형상으로 제공되어 기판(W)이 로딩될 때 긁힘을 최소화한다. 지지부(520)는 머리부(540)에서 아래로 연장된다. 지지부(520)는 아래로 갈수록 직경이 점진적으로 감소된 후 다시 아래로 갈수록 직경이 점진적으로 증가하여 일정한 직경이 연장되는 형상을 가진다. 지지부(520)의 횡단면은 원형으로 제공된다. 이에 의해 지지부(520)에는 직경이 가장 작은 오목부(530)가 제공되고, 오목부(530)에는 공정 진행시 기판(W)의 측부가 접촉된다. 오목부(530)의 직경은 기판(W)의 노치(Notch)보다 크게 제공되어, 기판(W)의 노치(Notch)가 오목부(530)에 접촉 시 오목부(530)가 노치(Notch) 내로 삽입되지 않도록 한다. 이는 기판(W)의 노치(Notch)가 오목부(530)에 접촉 시 기판(W)이 흔들리는 것을 방지한다. 예컨대, 300cm기판(W)인 경우 오목부(530)의 직경은 3mm로 제공될 수 있다. 체결부(560)는 지지부(520)의 하부로부터 아래 방향으로 일정한 직경이 연장되고, 몸통(504)의 반경방향으로 관통된 나사 홀(510)이 제공된다. 걸림부(580)는 지지부(520)와 체결부(560)가 만나는 경계점에서 외측으로 연장되며, 링 형상으로 제공된다. 걸림부(580)는 상판(320)의 상면과 밀착되며, 척 핀(500)들이 모두 동일한 높이로 돌출되도록 한다.

몸통(504)은 황산등과 같은 처리액에 대해 내열성과 내부식성이 우수한 세라믹계열 또는 이를 포함하는 재질로 만들어질 수 있다. 예컨대, 몸통(504)은 탄화규소(SiC), 이산화지르코늄(ZrO2), 그리고 산화이트륨(Y2O3) 재질로 제공되거나, 이와 같은 재질로 코팅될 수 있다. 또한, 몸통(504)이 탄화규소(SiC)와 같이 전도성 재질로 제공되는 경우, 기판(W)이 아킹(Arching)으로 인해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

상술한 예에서는 척 핀(500)은 세라믹 소재의 몸통(504)을 가지는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리, 몸통(504)의 재질은 이에 한정되지 않는다. 몸통(504)은 기계적 강도가 우수한 다른 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 몸통(504)은 황산과 같은 처리액에 대해 상대적으로 부식 및 열변형 되지 않은 다른 종류의 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 척 핀(500) 내부에는 보강 핀(508)이 삽입될 수 있다. 이 경우 몸통(504)은 보강 핀(508)에 비해 처리액에 대해 내부식성과 내열성등이 우수한 내화학적 물성치가 좋은 재질로 제조되고, 보강 핀(508)은 기계적 강도가 우수한 재질로 제조될 수 있다. 예컨대, 몸통(504)은 불소수지(PTFE, PVDF, PCTFE)계열 또는 이를 포함하는 재질로 만들어지고, 보강 핀(508)은 금속 또는 금속을 포함하는 재질일 수 있다.

도 8는 스핀 헤드(40)를 상부에서 바라본 평면도이다. 도 9는 도 8의 "A"부분을 확대한 평면도이다. 척 핀 이동 유닛(600)은 척 핀(500)을 지지 위치와 대기 위치 간에 이동한다. 지지 위치는 공정 진행시 척 핀들(500)이 기판(W)의 측부와 접촉되는 위치이고, 대기 위치는 기판(W)이 스핀 헤드(40)에 놓일 수 있도록 기판(W)보다 넓은 공간을 제공하는 위치이다. 따라서 지지 위치는 대기 위치에 비해 몸체(300)의 중앙에 더 가까운 위치이다.

척 핀 이동 유닛(600)은 이동 로드(620), 가이드 부재(640), 접촉 유지 부재(680), 그리고 직선 이동기(700)를 가진다.

이동 로드(620)는 척 핀(500)과 동일한 개수로 제공되며, 각각의 이동 로드(620)에는 하나의 척 핀(500)이 결합된다. 이동 로드(620)는 몸체(300) 내에서 내부 공간(322)과 통하는 통로(330)에 배치되며, 통로(330)는 몸체(300)의 반경 방향과 동일한 방향으로 제공된다. 통로(330)의 직경은 통로(330)와 연결된 내부 공간(322)의 측부의 높이보다 작게 제공된다. 이동 로드(620)의 외측 일단은 내부 공간(322)까지 연장되게 제공된다. 이동 로드(620)의 외측 일단에는 나사 홈이 형성된다. 다시 도 5를 참조하면 척 핀(500)과 이동 유닛은 볼트(590)에 의해 고정 결합된다. 볼트(590)는 몸체(300)의 중심을 향하는 방향으로 척 핀(500)의 체결부(560)에 형성된 나사 홀(510)에 삽입되며, 이동 로드(620)의 외측 일단에 제공된 나사 홈에 고정 결합된다. 고정 결합된 척 핀(500)과 이동 로드(620)는 수직을 이룬다. 볼트(590)의 머리부(595)와 척 핀(500)의 체결부(560) 사이에는 와셔(593,Washer)가 제공된다. 와셔(593,Washer)는 기판(W)이 로딩/언로딩될 때 충격으로 인해 척 핀(500)이 볼트(590)에 의해 손상되는 것을 최소화한다. 또한, 볼트(590)의 머리부(595)에는 내부식성이 강한 재질로 코팅 처리될 수 있다. 볼트(590)의 머리부(595)에는 이를 감싸도록 볼트캡(597,Bolt Cap)이 제공될 수 있다. 볼트캡(597,Bolt Cap)의 재질은 수지류일 수 있다. 이동 로드(620)는 내측 일단에 구름 볼(622)을 가진다. 구름 볼(622)은 이동 로드(620)에 대해 회전 가능하도록 이동 로드(620)에 결합된다.

각각의 이동 로드(620)의 이동 경로 상에는 이동 로드(620)가 반경 방향으로 직선 이동하도록 안내하는 가이드 부재(640)가 제공된다. 가이드 부재(640)로는 미끄럼 베어링이 사용될 수 있다. 미끄럼 베어링은 몸체(300)에 고정 결합된다.이동 로드(620)는 열변형을 최소화하기 위해 수지류 또는 이를 포함하는 재질로 제조될 수 있다. 예컨대, 이동 로드(620)는 폴리페닐렌설파이드(PPS) 또는 탄화규소(SiC) 재질로 제공될 수 있다.

직선 이동기(700)는 척 핀(500)이 대기 위치와 지지 위치 간에 이동될 수 있도록 이동 로드(620)를 몸체(300)의 반경 방향으로 직선 이동시킨다. 직선 이동기(700)는 캠(720), 캠 구동기(730), 캠 복원기(760), 그리고 척 핀 복원기(780)를 가진다. 캠(720)은 대체로 원형의 링 형상을 가진다. 캠(720)은 그 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출되도록 연장된 돌기들(740)을 가진다. 돌기(740)는 이동 로드(620)들의 수와 동일하게 제공되며, 이들 각각과 대응될 수 있는 위치에 형성된다. 돌기(740)는 대체로 완만한 경사를 가진 전면(742)과 급경사를 가진 후면(744)을 가진다. 캠 구동기(730)는 캠(720)을 제 1 회전 방향(82)으로 회전시키고, 캠 복원기(760)는 캠(720)을 제 1 회전 방향(82)과 반대 방향인 제 2 회전 방향(84)으로 회전시킨다. 캠 구동기(730)로는 캠(720)을 일정 각도 회전시키는 로터리 실린더가 사용된다. 로터리 실린더는 회전축(도시되지 않음)을 회전시키고, 회전축은 캠(720)에 고정결합된다. 돌기(740)의 일측에는 캠(720)의 회전각을 제한하도록 캠 스토퍼(750)가 몸체(300)에 고정 설치된다 제공된다. 캠 복원기(760)로는 복원력으로서 탄성력을 제공하는 스프링(762)이 사용된다. 캠(720)에는 스프링(762)의 일단이 고정 결합되는 제 1 걸쇠(764)가 제공되고, 하판(340)에는 스프링(762)의 타단이 고정결합되는 제 2 걸쇠(766)가 제공된다. 제 1 걸쇠(764)는 제 2 걸쇠(766)에 비해 이에 상응하는 돌기(740)에 더 인접하게 배치된다.

일 예에 의하면, 캠 구동기(730)는 구름 볼(622)이 캠(720)의 외측면에서 돌기(740)의 전면(742)을 타고 올라가도록 캠(720)을 회전시킨다. 캠(720)이 제 1 회전 방향(82)으로 회전함에 따라 척 핀(500)은 지지 위치에서 대기 위치로 이동되고, 캠 복원기(760)의 스프링(762)은 인장된다. 캠 구동기(730)로부터의 구동력이 제거되면 캠(720)은 스프링(762)의 탄성력에 의해 제 2 회전 방향(84)으로 회전되고, 구름 볼(622)은 캠(720)의 돌기(740)의 전면(742)에서 멀어진다. 본 예에 의하면, 척 핀(500)이 지지 위치에 있을 때 스프링(762)이 평형 상태에 있으므로, 공정 진행 중 캠 구동기(730)에 에러가 생긴 경우에도 기판(W)은 척 핀(500)에 의해 안정적으로 지지된다.

상술한 바와 같이 캠(720)이 제 1 회전 방향(82)으로 회전시, 구름 볼(622)이 돌기(740)의 전면(742)을 타고 캠(720)에서 멀어지는 방향으로 이동된다. 척 핀 복원기(780)는 캠(720)이 제 2 회전 방향(84)으로 회전될 때 복원력에 의해 척 핀(500)이 대기 위치에서 지지 위치로 이동되도록 한다. 일 예에 의하면, 도 9에 도시된 바와 같이 척 핀 복원기(780)는 스프링(782)과 같은 탄성 부재를 가지고, 복원력으로는 탄성력이 사용된다. 스프링(782)의 일단은 이동 로드(620)의 일측으로부터 연장된 제 1 걸쇠(784)에 고정결합되고, 스프링(782)의 타단은 몸체(300)에 고정 설치된 제 2 걸쇠(786)에 고정 결합된다. 제 2 걸쇠(786)는 제 1 걸쇠(784)와 캠(720) 사이에 배치된다. 따라서 이동 로드(620)가 캠(720)의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 이동될 때 스프링(782)은 인장된다. 그리고 캠(720)이 복원력에 의해 제 2 회전 방향(84)으로 회전될 때, 이동 로드(620)는 스프링(782)의 탄성력에 의해 캠(720)의 중심을 향하는 방향으로 이동한다. 이로 인해, 척 핀(500)은 대기 위치에서 지지 위치로 이동된다.

스핀 헤드(40)가 고속으로 회전되는 경우, 종종 원심력에 의해 척 핀(500)이 몸체(300)의 외측으로 반경 방향을 따라 이동된다. 이로 인해 공정 진행 중 척 핀들(500)에 의한 기판(W)의 지지가 불안정하다. 접촉 유지 부재(680)는 스핀 헤드(40)가 회전시 지지 위치에서 척 핀(500)이 기판(W)의 측부와 접촉을 계속적으로 유지하도록 한다. 접촉 유지 부재(680)는 고정 핀(680a)과 유지 바(680b)를 가진다. 고정 핀(680a)은 이동 로드(620)로부터 돌출되도록 이동 로드(620)에 고정 설치된다. 유지 바(680b)는 스핀 헤드(40)가 회전될 때 몸체(300)의 중심을 향하는 방향으로 고정 핀(680a)을 밀어준다.

일 예에 있어서, 유지 바(680b)는 스핀 헤드(40)의 회전시 발생되는 역 원심력에 의해 고정 핀(680a)을 밀어주도록 형상 지어진다. 다시 도 9를 참조하면, 유지 바(680b)는 중앙부(682), 누름부(684), 그리고 안내부(686)를 가진다. 중앙부(682)는 축 핀(681)에 의해 몸체(300)에 결합되어, 몸체(300)에 대해 회전 가능하도록 제공된다. 누름부(684)는 스핀 헤드(40)가 회전될 때 몸체(300)의 중심을 향하는 방향으로 고정 핀(680a)을 밀어준다. 안내부(686)는 스핀 헤드(40)가 회전될 때 누름부(684)가 고정 핀(680a)를 향하는 방향으로 이동되도록 안내한다. 누름부(684)는 중앙부(682)로부터 일방향으로 연장되고, 안내부(686)는 누름부(684)와 둔각을 이루도록 중앙부(682)로부터 연장된다. 누름부(684)와 안내부(686)는 각각 로드 형상을 가진다.

스핀 헤드(40)가 회전될 때 안내부(686)는 누름부(684)에 비해 몸체(300)의 외측 방향으로 이동되려는 힘이 더 크도록 제공된다. 안내부(686)는 누름부(684)에 비해 무겁게 제공된다. 상부에서 바라볼 때 안내부(686)는 누름부(684)에 비해 넓은 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 안내부(686)의 끝단은 누름부(684)에 비해 두꺼운 부분을 가지도록 형성될 수 있다.

접촉 유지 부재(680)는 누름부(684)가 이동 로드(620)를 향하고 안내부(686)가 이동 로드(620)부터 멀어지도록 배치된다. 누름부(684)는 고정 핀(680a)을 기준으로 캠(720)의 반대 측에 배치된다. 안내부(686)는 몸체(300)의 반경 방향으로부터 멀어질수록 이동 로드(620)와의 간격이 멀어지도록 배치된다.

도 10은 접촉 유지 부재(680)가 동작되는 과정을 보여준다. 스핀 헤드(40)가 회전되지 않을 때에는 누름부(684)에는 힘이 제공되지 않는다. 이동 로드(620)가 캠(720)의 회전에 의해 몸체(300)의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 이동될 때, 고정 핀(680a)은 누름부(684)를 몸체(300)의 반경 방향의 외측으로 밀고, 누름부(684)는 이동 로드(620)의 이동을 간섭하지 않는 위치로 회전된다. 이 때 안내부(686)가 설정 범위 이상 회전되지 않도록, 안내부(686)를 기준으로 이동 로드(620)의 반대측에는 몸체(300)에 고정 결합되는 스토퍼(687)가 제공된다. 척 핀(500)이 지지 위치로 이동되고 스핀 헤드(40)가 회전되는 동안에, 안내부(686)는 원심력을 받고, 이동 로드(620)를 향하는 방향으로 회전된다. 누름부(684)는 안내부(686)와 고정되어 있으므로 안내부(686)와 함께 회전된다. 즉, 누름부(684)는 역 원심력에 의해 고정 핀(680a)을 향하는 방향으로 회전되고, 고정 핀(680a)을 몸체(300)의 중심을 향하는 방향으로 밀어준다. 이는 스핀 헤드(40)가 회전되는 동안 척 핀(500)이 계속적으로 기판(W)의 측부에 접촉을 유지하도록 한다.

상술한 예에서 접촉 유지 부재(680)는 스핀 헤드(40)의 회전으로 인한 역 원심력에 의해 고정 핀(680a)을 밀어주므로, 접촉 유지 부재(680)의 회전을 위한 별도의 구동기가 불필요하고 장치 구조가 단순하다. 그러나 본 실시예와 달리, 접촉 유지 부재(680)는 별도의 구동기에 의해 스핀 헤드(40)가 회전될 때 이동 로드(620)를 몸체(300)의 중심을 향하는 방향으로 밀어주도록 구성될 수 있다.

상술한 예들에서는 기판(W)의 후면이 지지 핀(400)에 의해 지지되는 것으로 설명되었다. 그러나 이와 달리 몸체(300)의 상면에 기판(W)의 후면으로 질소(N2)와 같은 비활성 가스를 공급하는 구조가 제공되고, 지지 핀(400)의 사용 없이 기판(W)는 베르누이 원리에 의해 지지될 수 있다.

또한, 상술한 예에서는 척 핀(500)이 반경 방향으로 직선 이동됨에 따라 대기 위치와 지지 위치 간에 이동되는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 회전에 의해 대기 위치와 지지 위치 간에 척 핀(500)이 이동될 수 있다.

도 11은 공정 시 처리액의 흐름과 가스 분사 라인(350)에서 공급되는 가스의 흐름을 보여주는 도면이다. 가스 분사 라인(350)은 내부 공간(322)으로 가스를 공급한다. 가스 분사 라인(350)의 토출구는 내부 공간(322)의 저면에 직접 연결될 수 있다. 공정 시 상부 노즐 부재(100a)로부터 기판(W)으로 공급된 처리액은 내부 공간(322)으로 유입될 수 있다. 처리액은 내부 공간(322)에 위치된 척 핀(500)을 부식시킬 수 있다. 또한, 처리액이 황산과 같이 고온인 경우 내부 공간(322)에 위치된 척 핀(500)을 열변형시킬 수 있다. 가스 분사 라인(350)은 내부 공간(322)으로 가스를 공급하여 처리액이 내부 공간(322)으로 유입되는 것을 최소화하고, 내부 공간(322) 내 척 핀(500)을 냉각시킨다. 가스 분사 라인(350)으로부터 공급된 가스는 상판(320)에 형성된 홀을 통해 상부로 배출되거나, 개구(329)를 통해 측부로 배출될 수 있다. 가스 분사 라인(350)으로부터 분사되는 가스는 비활성 기체일 수 있다. 예컨대, 가스는 질소(N2)일 수 있다.

1 : 기판 처리 장치 10 : 유체 공급 유닛
20 : 하우징 30 : 승강 유닛
40 : 스핀 헤드 300 : 몸체
350 : 가스분사라인 400 : 지지 핀
500 : 척 핀 600 : 척 핀 이동 유닛

Claims (16)

1. 기판이 놓이는 스핀 헤드에 있어서,
   내부에서 상면까지 연장된 내부 공간을 가지는 몸체와;
   상기 몸체의 상면으로부터 돌출되도록 상기 내부 공간에 제공되는 척 핀들과;
   상기 몸체에 놓인 기판의 측부를 지지하는 지지 위치와 상기 몸체 상에 기판이 놓일 수 있도록 상기 지지 위치에 비해 상기 몸체의 중심에서 더 멀리 떨어진 대기 위치 간에 상기 척 핀들을 이동시키는 척 핀 이동 유닛과; 그리고
   상기 내부 공간으로 가스를 공급하는 가스 분사 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀 헤드.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 가스 분사 라인의 토출구는 상기 내부 공간으로 직접 가스를 분사하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 스핀 헤드.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 내부 공간은 링 형상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 스핀 헤드
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 가스 분사 라인의 토출구는 상기 내부 공간의 저면에 연결되는 것을 특징으로 하는 스핀 헤드.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 몸체에는 상기 내부 공간과 통하며 상기 몸체의 외측면까지 연장되는 개구가 제공되는 것을 특징으로 하는 스핀 헤드
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 척 핀 이동 유닛은, 상기 척 핀과 결합되며 구동기에 의해 직선 이동되는 이동 로드를 더 포함하고,
   상기 몸체에는 상기 내부 공간과 통하여 상기 이동 로드가 제공되는 통로가 더 제공되되,
   상기 개구의 직경은 상기 개구가 연결되는 상기 내부 공간의 측부의 높이보다 작은 것을 특징으로 하는 스핀 헤드.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나에 있어서,
   상기 척 핀은 세라믹 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀 헤드.
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 있어서,
   상기 척 핀의 상단은 위를 향해 볼록한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 스핀 헤드.
9. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
   하우징과;
   상기 하우징 내에 위치되며 기판을 지지하는 스핀 헤드와;
   상기 스핀 헤드에 놓인 기판으로 처리 가스를 공급하는 노즐 부재를 포함하되,
   상기 스핀 헤드는,
   내부에서 상면까지 연장된 내부 공간을 가지는 몸체와;
   상기 몸체의 상면으로부터 돌출되도록 상기 내부 공간에 제공되는 척 핀들과;
   상기 몸체에 놓인 기판의 측부를 지지하는 지지 위치와 상기 몸체 상에 기판이 놓일 수 있도록 상기 지지 위치에 비해 상기 몸체의 중심에서 더 멀리 떨어진 대기 위치 간에 상기 척 핀들을 이동시키는 척 핀 이동 유닛과; 그리고
   상기 내부 공간으로 가스를 공급하는 가스 분사 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스 분사 라인의 토출구는 상기 내부 공간의 저면에 직접 연결되고,
    상기 몸체에는 상기 내부 공간과 통하며 상기 몸체의 외측면까지 연장되는 개구가 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 내부 공간은 링 형상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 노즐 부재는 황산을 포함하는 처리액을 공급하는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
13. 처리액을 기판으로 분사하여 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    몸체에 설치된 척 핀으로 기판의 측부를 지지하고, 기판을 회전시키면서 처리액을 기판으로 분사하되,
    상기 처리액으로 상기 기판을 처리할 때 상기 척 핀이 설치된 몸체의 내부 공간으로 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 처리액은 황산을 포함하고, 상기 척 핀은 상기 가스에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
15. 제 13 항에 있어서,
    상기 몸체에는 상기 내부 공간과 통하고 상기 몸체의 외측면까지 연장된 개구가 형성되며, 상기 가스는 상기 개구를 통해 상기 몸체의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스는 비활성 가스인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.

Images