KR101389769B1 - 기판 세정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 세정 장치에 있어서, 기판을 세정하는 세정 브러쉬를 상하로 동작시키기 위하여 구동부로부터 동력을 전달하는 동력 전달부와, 상기 동력 전달부의 회전에 의하여 상하 운동을 전달하는 캠과, 상기 캠에 회전력을 인가하는 서보 모터를 포함하는 기판 세정 장치를 제공한다. 상기 캠은 중심으로부터 외주면까지 제1반경을 갖는 제1영역과 중심으로부터 외주면까지 제2반경을 갖는 제2영역 및 제1영역과 제2영역 사이에서 제1반경으로부터 제2반경으로 반경이 연속적으로 변화하는 제3영역을 포함한다. 서보 모터로부터 동력을 전달받은 캠은 세정 브러쉬의 동작을 다운 상태로부터 업 상태로 선형적으로 변화시키며, 이에 따라 기판 표면의 세정을 보다 정밀하게 안전하게 수행할 수 있다.

Description

기판 세정 장치 {SUBSTRATE CLEANING APPARATUS}

본 발명은 기판 세정 장치에 관한 것으로, 상세하게는 기판에 접촉하여 기판 표면을 세정하는 세정 브러쉬의 상하 동작을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 구동부 및 캠 구조를 제안한다.

디스플레이 장치에 사용되는 기판이나 반도체 소자의 제작에 사용되는 웨이퍼를 처리한 이후에, 처리 공정 중에 표면에 묻은 이물질을 제거하는 세정 공정이 이루어진다.

도 1 및 도 2는 종래의 기판 세정 장치를 도시한 것이다. 종래의 기판 세정 장치(1)는 기판 이송부(20)에 의하여 세정 챔버(50) 내에서 기판(77)을 이송하면, 회전하는 세정 브러쉬(10)의 외주면이 약간 눌린 상태로 기판의 표면과 마찰되면서 회전하여 기판의 표면을 세정한다. 이 때, 세정 브러쉬(10)와 기판의 사이에는 세정액(세정용 케미컬, 40a)과 순수(Deionized water, 30a)가 도포되어, 기판의 표면에 묻은 이물질을 세정한다.

여기서, 기판 이송부(20)는 다수의 롤러(21)와, 롤러(21)의 회전 구동에 의해 이동하는 컨베이어(22)로 이루어진다. 그리고, 세정 브러쉬(10)는 스폰지 등의 재질로 이루어진다.

그리고, 세정 챔버(50)를 통과하는 기판의 세정이 완료되면, 세정 브러쉬(10)는 그 다음에 공급될 기판의 세정을 대기한다. 기판의 세정을 대기하는 동안에, 세정 브러쉬(10)는 주변의 이물질에 의하여 오염되는 것을 방지하고, 동시에 세정 브러쉬(10)로부터 순수(30a) 등이 배출되면서 건조해지는 것을 방지하기 위하여, 순수(30a)를 세정 브러쉬(10)에 분무한다.

이와 같은 기판 세정 장치에 있어서, 세정 브러쉬가 기판 표면에 접촉하거나 기판 표면으로부터 분리되는 상하 동작 내지 업 다운 동작은 별도의 구동부에 의해 이루어진다.

도 3은 세정 브러쉬의 업 다운 동작을 발생시키는 구동부의 일례를 도시한 것으로, 유압에 의해 동력을 발생시키는 로터리 실린더(100)로부터 벨트(110)를 통해 동력이 전달되며, 전달된 동력은 커플링(120)을 거쳐 캠(130)의 회전을 야기한다. 132는 캠 공이를 나타낸다. 캠의 회전에 따라 동력 전달부(A)가 상하로 왕복 운동하여 세정 브러쉬에 업 다운 동작을 가능하게 한다.

이 때 세정 브러쉬의 업 다운 동작 시 하부 로터리 실린더와 벨트로 구동력을 전달하여 캠의 회전에 따라 세정 브러쉬의 업 다운 동작을 반복적으로 수행하게 되면, 벨트로 구동력 전달하는 과정에서 벨트의 마모 내지 갈림이 발생하게 된다. 또한, 경우에 따라 벨트의 슬립 현상이 발생하게 된다. 이로 인하여 캠의 회전이 원활하지 못하게 되고 그 결과 세정 브러쉬의 업 다운 동작이 불규칙하게 되는 문제가 있다.

예를 들어 도 4를 참조하면, 캠의 동작에 의해 반경 r1 에서 r2 로 반복적인 변화(M1)가 이루어져 하나, 벨트의 갈림이나 슬립에 의하여 세정 브러쉬에 최대 업 상태에 해당하는 캠의 r2 반경이 세정 브러쉬에 제대로 전달되지 못하는 경우(M2) 또는 원치 않는 타이밍에 최대 반경 r2 가 세정 브러쉬에 전달되는 경우(M3)가 발생할 수 있다.

이러한 불규칙한 캠의 동력 전달은 세정 브러쉬의 업 다운 동작을 정밀하게 제어하지 못하게 되어 세정 공정에서 웨이퍼의 세정이 제대로 이루어지지 못하는 치명적인 공정 불량을 유발한다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판 세정 장치의 세정 브러쉬의 업 다운 동작을 가능하게 하는 구동부의 동작이 보다 정밀하고 선형적으로 이루어지도록 하는데 발명의 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 기판 세정 장치의 세정 브러쉬의 업 다운 동작을 위해 회전을 통해 구동력을 전달하는 캠의 구조를 구동부로부터 동력을 전달받아 선형적 변화가 가능하도록 개선하는데 있다.

이를 통해, 기판의 세정을 보다 깨끗하게 하고 세정 과정에서 불필요하게 기판의 손상이 발생하는 것을 방지하는데 또 다른 목적이 있다.

상술한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 세정 장치에 있어서, 기판을 세정하는 세정 브러쉬를 상하로 동작시키기 위하여 구동부로부터 동력을 전달하는 동력 전달부와, 상기 동력 전달부의 회전에 의하여 상하 운동을 전달하는 캠과, 상기 캠에 회전력을 인가하는 서보 모터를 포함하는 기판 세정 장치를 제공한다.

상기 캠과 서보 모터는 직렬로 연결되어 있는 것이 바람직하다. 상기 동력 전달부는 세정 브러쉬 일측에 배치되며, 상기 캠과 서보 모터는 동력 전달부 하부에 각각 배치될 수 있다.

상기 캠은 중심으로부터 외주면까지 제1반경을 갖는 제1영역과 중심으로부터 외주면까지 제2반경을 갖는 제2영역 및 제1영역과 제2영역 사이에서 제1반경으로부터 제2반경으로 반경이 연속적으로 변화하는 제3영역을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 제3영역은 제1영역과 제2영역 사이에 서로 대칭적으로 두 곳이 존재할 수 있다.

상기 캠의 회전에 의하여 상기 세정 브러쉬의 상하 동작은 다운 상태로부터 업 상태로의 변화가 선형적으로 변화되며, 이에 따라 세정 브러쉬의 동작이 부드럽게 변화되어 세정 대상인 기판 표면에 스크래치 등의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 세정 브러쉬는 캠의 회전에 의하여 다운 상태인 제1상태와, 다운 상태에서 업 상태로 선형적으로 이동하는 제2상태와, 업 상태인 제3상태가 반복적으로 이루어진다. 그 결과, 세정 공정의 정밀한 제어가 가능하며 세정 대상인 기판 표면에 필요 이상의 압력이 장기간 가해지는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 세정 브러쉬의 업 다운 동작을 제어하는 구동부에 서보 모터를 이용하여 상하 운동의 정밀한 제어를 가능하게 하는 한편, 캠의 구조를 변경하여 상하 운동의 선형성을 확보하여 세정 공정을 보다 정밀하고 안정적으로 수행할 수 있다.

특히, 세정 브러쉬의 상하 동작은 다운 상태로부터 업 상태로의 변화가 선형적으로 변화되며, 이에 따라 세정 브러쉬의 동작이 부드럽게 변화되어 세정 대상인 기판 표면에 필요 이상의 압력이 가해지는 것을 완화시킬 수 있다.

또한, 기존의 벨트 구동 방식과 비교할 때 벨트의 갈림이나 슬립이 발생하지 않기 때문에 세정 브러쉬의 상하 이동 내지 업 다운 동작이 최초 세팅된 상태에서 정확하게 반복적으로 이루어지며, 이를 통해 본 발명은 기판의 세정을 보다 깨끗하게 할 수 있으면서, 세정 공정 중에 예상치 못하게 기판에 스크래치 등의 손상이 생기는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 세정 장치는 세정 브러쉬를 상하로 업 다운 시키는 구동부의 구성을 단순화하여 전체적인 세정 장치의 제조 비용을 감소시킬 수 있고, 세정 공정 중에 장치의 고장이나 공정 중단 등을 줄여 공정 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 기판 세정 장치의 대기 상태를 도시한 도면
도 2는 도 1의 기판 세정 장치의 세정 상태를 도시한 도면
도 3은 기존의 기판 세정 장치의 세정 브러쉬 구동부를 도시한 도면
도 4는 기존의 세정 브러쉬 동작의 변이량 변화를 보인 도면
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치의 세정 브러쉬 구동부를 도시한 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 브러쉬 동작 제어용 캠 구조를 보인 도면
도 7은 본 발명에 따른 세정 브러쉬 동작 제어용 캠의 회전각에 대한 반경 변화를 보인 도면
도 8은 본 발명에 따른 세정 장치를 보인 도면
도 9는 본 발명에 따른 세정 브러쉬 동작의 변이량 변화를 보인 도면

본 발명은 기판 세정장치에 있어서, 세정 브러쉬의 업 다운 동작을 제어하는 구동부에 서보 모터를 이용하여 상하 운동의 정밀한 제어를 가능하게 하는 한편, 캠의 구조를 변경하여 상하 운동의 선형성을 확보하는데 특징이 있다.

구체적으로는 세정 브러쉬의 동작에 구동력을 발생시키는 구동부로서 서보 모터와 캠을 직렬로 연결하여 캠의 동작을 서보 모터로 직접 제어하기 때문에 정밀한 구동 제어가 가능하고, 세정 공정에서 세정 브러쉬의 업 다운 위치 및 각 구간에서의 시간을 정밀하게 세팅할 수 있다.

또한, 서보 모터로 제어 가능하도록 캠 구조를 변형시켜 변이 구간에서 선형성을 확보함으로써 세정 브러쉬가 세정 공정 과정에서 과도하게 기판에 압력을 가하는 것을 방지할 수 있고, 연속적인 세정 공정에서 각 단계별 공정을 정확하게 제어할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 세정 장치에 대하여 구체적으로 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하며, 동일하거나 유사한 기능 혹은 구성에 대해서는 동일하거나 유사한 도면 부호를 부여하기로 한다.

도 5를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 기판 세정 장치의 구동부가 도시되어 있다.

도시된 바에 따르면 기판을 세정하는 세정 브러쉬를 상하로 동작시키기 위하여 구동부는 동력을 발생시키는 서보 모터(150)와 서보 모터로부터 커플링(120)을 통해 회전력을 전달받아 회전이 이루어지는 캠(130)을 포함한다.

캠은 서보 모터로부터 동력을 전달받아 세정 브러쉬에 업 다운 동작을 발생시키는 동력 전달부(A)를 상하로 왕복 이동시킨다. 와, 상기 동력 전달부의 회전에 의하여 상하 운동을 전달하는 캠과, 상기 캠에 회전력을 인가하는 서보 모터를 포함하는 기판 세정 장치를 제공한다.

상기 캠과 서보 모터는 직렬로 연결되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라 서보 모터의 정밀한 동력 전달에 의해 캠의 회전이 오차 없이 정확하게 제어될 수 있으며, 기존의 세정 장치 구동부에서 벨트를 사용함에 따른 벨트의 갈림이나 슬립 현상을 원천적으로 제거할 수 있다.

상기 동력 전달부는 예를 들어 세정 브러쉬 일측에 배치되며, 상기 캠과 서보 모터는 동력 전달부 하부에 각각 배치될 수 있다.

본 발명은 또한, 서보 모터로부터 전달되는 동력에 의해 회전이 제어 가능하도록 캠의 형상을 변화시킨다. 구체적으로는 일정 각도 구간의 캠 변이량을 확인하여 캠을 형상을 변형함으로써 세정브러쉬의 업 다운 동작 시 선형적인 변화가 가능하도록 하였다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 기판 세정 장치의 구동부에 사용되는 캠의 형상이 도시되어 있다. 이 캠(C)의 외관은 원형에 가까운 디스크 구조물로서 중심으로부터 외주면 까지의 거리, 즉 반경이 소정 각도 구간에 따라 서로 다른 영역을 갖도록 하는데 특징이 있다.

상기 캠은 중심으로부터 외주면까지 제1반경을 갖는 제1영역과 중심으로부터 외주면까지 제2반경을 갖는 제2영역 및 제1영역과 제2영역 사이에서 제1반경으로부터 제2반경으로 반경이 연속적으로 변화하는 제3영역을 포함한다. 이 경우 상기 제3영역은 제1영역과 제2영역 사이에 서로 대칭적으로 두 곳이 존재할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1영역의 경우 θ1 에서 θ4 까지 반경 r1 인 영역에 해당하며, 상기 제2영역은 θ2 에서 θ3 까지 반경 r2 인 영역에 해당한다. 상기 제3영역은 제1영역과 제2영역 사이, 즉 θ1 과 θ2 사이와 θ3 와 θ4 사이의 영역에 해당하며, 반경이 각각 r1 에서 r2 로 그리고 r2 에서 r1 으로 부드럽게 변화하고 있다. 상기 제3영역은 제1영역과 제2영역 사이에 서로 대칭적으로 배치되어 있다.

특히, 제3영역은 캠이 반경 r1인 상태에서 r2 로, 또는 r1 에서 r2로 회전함에 따라 동력 전달부가 선형적으로 수직 이동을 할 수 있도록 캠의 제3영역을 가공하는 것이 바람직하다.

상기 캠의 회전에 의하여 상기 세정 브러쉬의 상하 동작은 다운 상태로부터 업 상태로의 변화가 선형적으로 변화될 수 있다. 도 7을 참조하여, 캠이 회전 동작에 따른 반경 변화를 살펴보면 다음과 같다. 캠의 회전에 따라 반경 r1 에서 반경 r2 로 반복적으로 회전하게 되는데, 이 경우 0°에서 θ1 까지의 구간은 캠 외주면이 반경 r1인 영역(X1)에 해당한다. 캠이 회전을 계속하여 θ1 에서 θ2까지의 구간은 반경이 r1 에서 r2 로 선형적으로 변화한다(X2). 이후 θ2 부터 θ3의 각도 구간에서는 r2인 상태(X3)가 유지되며, θ3 에서 θ4 까지의 구간에서 다시 r2 에서 r1 으로 선형적으로 변화한다(X4). 마지막으로 θ4 이후에는 r1 의 반경(X5)이 유지된다.

이와 같이 반경이 r1 에서 지속되는 상태, r1에서 r2 로 선형적으로 변화하는 상태, 및 r2 가 지속되는 상태가 정밀하게 반복적으로 이루어짐으로써 세정 브러쉬의 상하 업 다운 동작이 부드럽게 변화되어 세정 대상인 기판 표면에 스크래치 등의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 기판 세정 장치의 일례로서 외관을 도시한 것으로 세정 브러쉬(10)에 기판(77)이 삽입된 상태로 세정이 이루어지는 모습을 보이고 있다. 이 때 세정 브러쉬 일측에 동력을 발생시키고 전달하는 구동부가 위치하며, 구동부 하부에 서보 모터(150)가 배치될 수 있다.

전술한 바와 같이 서보 모터에 직렬로 연결된 캠의 회전에 따라 상기 세정 브러쉬는 다운 상태인 제1상태와, 다운 상태에서 업 상태로 선형적으로 이동하는 제2상태, 그리고 업 상태인 제3상태가 반복적으로 이루어질 수 있다.

구체적으로 도 9를 참조하면, 캠이 회전 동작을 하게 되면 0°에서 θ1 까지의 구간은 캠 외주면이 반경 r1인 영역에 해당하여 세정 브러쉬의 다운 상태가 지속되며, t1 시점으로부터 캠이 회전을 계속하여 θ1 에서 t2 시점인 θ2까지의 구간에서 캠의 반경이 r2와 r1의 차이에 해당하는 d 만큼의 거리로 선형적으로 변화하면서 업 상태로 이동한다. 이후 t2 시점인 θ2 부터 t3 시점인 θ3의 구간에서는 업 상태가 유지되며, t3 시점인 θ3 에서 t4 시점인 θ4 까지의 구간에서 다시 선형적으로 다운 상태로 변화한다. 최종적으로 t4 시점 이후에는 다운 상태가 유지된다.

이와 같은 세정 브러쉬의 업 다운 상태의 반복적인 동작 결과, 세정 공정의 정밀한 제어가 가능하며 세정 대상인 기판 표면에 필요 이상의 압력이 장기간 가해지는 것을 방지할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 상기와 같은 특정 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

1: 기판 세정 장치 10: 세정 브러쉬
100: 110: 벨트
120: 커플링 130: 캠
150: 서보 모터

Claims (7)

1. 기판 세정 장치에 있어서, 기판을 세정하는 세정 브러쉬를 상하로 동작시키기 위하여 구동부로부터 동력을 전달하는 동력 전달부와,
   상기 동력 전달부의 회전에 의하여 상하 운동을 전달하는 캠과,
   상기 캠에 회전력을 인가하는 서보 모터를 포함하고,
   상기 캠은 중심으로부터 외주면까지 제1반경을 갖는 제1영역과 중심으로부터 외주면까지 제2반경을 갖는 제2영역 및 제1영역과 제2영역 사이에서 제1반경으로부터 제2반경으로 반경이 연속적으로 변화하는 제3영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
   
2. 기판 세정 장치에 있어서, 기판을 세정하는 세정 브러쉬를 상하로 동작시키기 위하여 구동부로부터 동력을 전달하는 동력 전달부와,
   상기 동력 전달부의 회전에 의하여 상하 운동을 전달하는 캠과,
   상기 캠에 회전력을 인가하는 서보 모터를 포함하고,
   상기 캠의 회전에 의하여 상기 세정 브러쉬의 상하 동작은 다운 상태로부터 업 상태로의 변화가 선형적으로 변화하며, 상기 세정 브러쉬는 캠의 회전에 의하여 다운 상태인 제1상태와, 다운 상태에서 업 상태로 선형적으로 이동하는 제2상태와, 업 상태인 제3상태가 반복적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
   
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 캠과 서보 모터는 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제3영역은 제1영역과 제2영역 사이에 서로 대칭적으로 두 곳이 존재하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
   
5. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 동력 전달부는 세정 브러쉬 일측에 배치되며, 상기 캠과 서보 모터는 동력 전달부 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
6. 삭제
7. 삭제

Images