KR101653243B1

KR101653243B1 - 스핀 척

Info

Publication number: KR101653243B1
Application number: KR1020150065139A
Authority: KR
Inventors: 문성길
Original assignee: (주)이노맥스
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2016-09-02

Abstract

본 발명은 반도체의 처리공정 중에 세정이나 식각공정에서와 같이 웨이퍼를 회전시키면서 공정을 진행하는데 사용하기 위한 스핀 척에 관한 것으로, 특히 웨이퍼의 사이즈가 다른 경우에도 겸용으로 활용이 가능하고 척핀의 작동을 위한 링크의 구성을 단순화하여 효과적으로 활용할 수 있도록 한 스핀 척에 관한 것이다.
본 발명은 웨이퍼가 놓여지는 스핀헤드와, 스핀헤드의 상부에 고정 설치되는 지지핀과, 상기 지지핀의 상부에 놓여지는 웨이퍼의 가장자리를 파지 고정하기 위하여 설치되는 척핀과, 스핀헤드의 내부에 일정 각도마다 복수개가 방사상으로 설치되고 상기 척핀이 고정 설치되어 함께 변위시키는 링크부재와, 복수개의 상기 링크부재의 일측과 결합되고 상기 링크부재에 대하여 동시에 변위작동을 제어하는 캠기구와, 그리고 상기 캠기구의 일측을 승하강시켜 상기 링크부재와 연동될 수 있게 설치되는 승하강작동기구를 포함하여 구성이 이루어지되, 상기 지지핀은 지름이 서로 다른 웨이퍼의 사이즈에 맞게 지름을 달리하여 복수개가 각각 설치되고, 상기 척핀은 이들 지지핀과 인접한 위치에 위치하면서 서로 다른 웨이퍼 사이즈에 맞게 지름을 달리하여 링크부재에 설치되는 스핀 척을 제공한다.

Description

스핀 척{Spin chuck}

본 발명은 반도체의 처리공정 중에 세정이나 식각공정에서와 같이 웨이퍼를 회전시키면서 공정을 진행하는데 사용하기 위한 스핀 척에 관한 것으로, 특히 웨이퍼의 사이즈가 다른 경우에도 겸용으로 활용이 가능하고 척핀의 작동을 위한 링크의 구성을 단순화하여 효과적으로 활용할 수 있도록 한 스핀 척에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자를 제조하는 공정 중에 실리콘 웨이퍼 상에 소정의 패턴을 형성하기 위하여 박막을 순차적으로 적층하는 과정을 반복함으로써 제조가 이루어지게 되고, 박막의 형성 및 적층을 위하여 증착공정, 식각공정 등 여러 공정들을 반복적으로 수행하게 된다.

이러한 여러 공정들을 수행하기 위하여 사용되는 반도체 소자 제조설비 중 웨이퍼를 한 장씩 순차적으로 처리하는 매엽식 설비는 웨이퍼가 척에 단순히 지지된 상태에서 회전하면서 처리가 이루어지는 방식이 주로 이용되고 있다.

이와 같은 설비와 관련된 선행기술로서는 본 출원인의 선등록인 국내 등록특허공보 등록번호 제10-0820190호의 "스핀 척 장치", 국내 등록특허공보 등록번호 제10-0912701호의 "웨이퍼 스핀 척과 스핀 척을 구비한 에칭장치", 국내 등록특허공보 등록번호 제10-927118호의 "스핀 척 및 웨이퍼 처리방법" 등이 알려져 있다.

그러나, 이러한 종래의 선행기술들은 처리 중에 웨이퍼를 지지하면서 일시적으로 파지하게 되는 척이 주로 웨이퍼의 지름이 8인치 또는 12인치 중 어느 일측에만 사용할 수 있도록 전용 목적으로 제작이 이루어지기 때문에 각각의 사이즈에 맞는 전용의 스핀 척 처리장치를 여러 대 구비하여야 하는 비합리적인 문제가 발생하고 있다.

또한, 웨이퍼를 파지하는 척 자체의 구조가 여러 개의 부품이 조립되어 완성되는 구조를 채택하고 있어 척을 제조하기가 어렵고 제조비용이 상승하게 되어 비경제적인 문제도 발생하고 있다.

1. 국내 등록특허공보 등록번호 제10-0927118호 2. 국내 등록특허공보 등록번호 제10-0927118호 3. 국내 등록특허공보 등록번호 제10-0820190호 4. 국내 공개특허공보 공개번호 제10-2012-0079288호

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 연구 개발이 이루어진 것으로, 웨이퍼의 사이즈가 서로 다른 경우에도 한 대의 처리장치에서 서로 다른 사이즈의 웨이퍼를 겸용으로 파지할 수 있도록 구성하여 효과적으로 활용할 수 있도록 하고자 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 여러 사이즈의 웨이퍼를 수용할 수 있도록 복수개의 척핀을 단일 형태의 링크와의 조합된 형태로 구성하고, 각각 복수개의 척핀을 동시에 갖는 링크를 복수로 설치하며 이들 복수의 링크를 동시에 작동이 가능하도록 작동수단을 개선하여 제작이 용이하고 원가를 절감하여 경제적으로 활용할 수 있도록 하고자 함에 있다.

본 발명은 이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 웨이퍼가 놓여지는 스핀헤드와, 스핀헤드의 상부에 고정 설치되는 지지핀과, 상기 지지핀의 상부에 놓여지는 웨이퍼의 가장자리를 파지 고정하기 위하여 설치되는 척핀과, 스핀헤드의 내부에 일정 각도마다 복수개가 방사상으로 설치되고 상기 척핀이 고정 설치되어 함께 변위시키는 링크부재와, 복수개의 상기 링크부재의 일측과 결합되고 상기 링크부재에 대하여 동시에 변위작동을 제어하는 캠기구와, 그리고 상기 캠기구의 일측을 승하강시켜 상기 링크부재와 연동될 수 있게 설치되는 승하강작동기구를 포함하여 구성이 이루어지되, 상기 지지핀은 지름이 서로 다른 웨이퍼의 사이즈에 맞게 지름을 달리하여 복수개가 각각 설치되고, 상기 척핀은 이들 지지핀과 인접한 위치에 위치하면서 서로 다른 웨이퍼 사이즈에 맞게 지름을 달리하여 링크부재에 설치되는 스핀 척을 제공한다.

또한, 스핀헤드의 상부에 고정 설치되는 상기 지지핀은 내측지지핀과 외측지지핀으로 나누어 각각 설치되고 내측지지핀의 높이가 외측지지핀의 높이보다 낮게 구성하여 이루어지는 스핀 척을 제공한다.

또한, 상기 척핀은 내측척핀과 외측척핀으로 나누어 각각 설치되고, 상기 링크부재는 스핀헤드의 저부로서 저부프레임의 상부 위치의 설치공간에 설치되고 내, 외측돌기와 호형단면부가 일체로 구성되어 상기 내측돌기에는 내측척핀이 결합 설치되고 외측돌기에는 외측척핀이 결합 설치되고 호형단면부엔 캠기구의 일측이 결합 설치되어 이루어지되, 지름이 작은 웨이퍼의 가장자리를 파지하게 되는 내측척핀의 단턱은 내측지지핀의 높이와 근접하고 내측척핀의 높이는 외측지지핀의 높이보다 낮게 구성이 이루어지고, 지름이 큰 웨이퍼의 가장자리를 파지하게 되는 외측척핀의 단턱은 외측지지핀의 높이와 근접하게 구성이 이루어지며, 상기 링크부재는 캠기구와 연동되면서 내,외측척핀이 수평방향으로 움직일 수 있게 구성이 이루어지는 스핀 척을 제공한다.

또한, 상기 캠기구는 스핀헤드와 힌지결합되는 힌지부를 중심으로 링크부재의 호형단면부 내측에 끼워 결합되는 상부돌부와, 상기 힌지부의 하부로서 상부돌부와 일체로 고정 설치되는 웨이트부와, 그리고 상기 웨이트부의 측면에 일체로 설치되고 승하강기구의 호형단면부재 내측에 끼워 결합되는 측방돌부를 포함하여 구성이 이루어지는 스핀 척을 제공한다.

또한, 상기 승하강작동기구는 스핀헤드의 내측에 설치되는 상부스프링시트와, 상부스프링시트의 하부에 설치되는 스프링과, 상기 스프링의 하부에 설치되고 캠기구의 측방돌부와 서로 결합되는 호형단면부재와, 상기 호형단면부재를 상기 스프링과 함께 상부에 결합하고 저부프레임을 경유하여 승하강 작동이 가능하게 설치되는 하부스프링시트부재와, 그리고 상기 하부스프링시트부재의 승하강 작동을 수행하게 되고 상기 하부스프링시트부재의 저부에 설치되는 승하강구동수단을 포함하여 구성이 이루어지는 스핀 척을 제공한다.

그리하여, 본 발명에 의하면, 웨이퍼의 사이즈가 서로 다른 경우에도 한 대의 처리장치에서 서로 다른 사이즈의 웨이퍼를 겸용으로 파지할 수 있도록 구성하여 효과적으로 활용할 수 있게 되고, 여러 사이즈의 웨이퍼를 수용할 수 있도록 복수개의 척핀을 단일 형태의 링크와의 조합된 형태로 구성하고, 각각 복수개의 척핀을 동시에 갖는 링크를 복수로 설치하며 이들 복수의 링크를 동시에 작동이 가능하도록 작동수단을 개선하여 제작이 용이하고 원가를 절감하여 경제적으로 활용할 수 있게 되는 등 우수한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일례로서 전체적인 개략 종단면도,
도 2는 도 1의 일부 생략 평면도,
도 3은 도 1의 상부에서 바라본 일부 생략 사시도,
도 4는 도 3의 일부를 절결하여 나타낸 일부 생략 사시도,
도 5는 본 발명의 작동상태도로서 웨이퍼를 파지하기 전 상태를 나타낸 종단면도,
도 6은 본 발명의 작동상태도로서 웨이퍼를 파지한 상태를 나타낸 종단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 보다 구체적이고도 상세하게 살펴보기로 한다.

본 발명의 바람직한 예에 의하면, 웨이퍼(100,200)가 놓여지는 스핀헤드(1)와, 스핀헤드(1)의 상부에 고정 설치되는 지지핀(2)과, 상기 지지핀(2)의 상부에 놓여지는 웨이퍼(100,200)의 가장자리를 파지 고정하기 위하여 설치되는 척핀(3)과, 스핀헤드(1)의 내부에 일정 각도마다 복수개가 방사상으로 설치되고 상기 척핀(3)이 고정 설치되어 함께 변위시키는 링크부재(4)와, 복수개의 상기 링크부재(4)의 일측과 결합되고 상기 링크부재(4)에 대하여 동시에 변위작동을 제어하는 캠기구(5)와, 그리고 상기 캠기구(5)의 일측을 승하강시켜 상기 링크부재(4)와 연동될 수 있게 설치되는 승하강작동기구(6)를 포함하여 구성이 이루어지되, 상기 지지핀(2)은 지름이 서로 다른 웨이퍼(100,200)의 사이즈에 맞게 지름을 달리하여 복수개가 각각 설치되고, 상기 척핀(3)은 이들 지지핀(2)과 인접한 위치에 위치하면서 서로 다른 웨이퍼(100,200)의 사이즈에 맞게 지름을 달리하여 링크부재(4)에 설치될 수 있게 구성이 이루어진다.

이때, 스핀헤드(1)의 상부에 고정 설치되는 상기 지지핀(2)은 내측지지핀(2a)과 외측지지핀(2b)으로 나누어 각각 설치되고 내측지지핀(2a)의 높이가 외측지지핀(2b)의 높이보다 낮게 구성하여 서로 지름이 다른 웨이퍼(100,200)의 사이즈에 맞게 선택적으로 사용할 수 있도록 구성이 이루어진다.

또한, 상기 척핀(3)은 내측척핀(3a)과 외측척핀(3b)으로 나누어 각각 설치되고, 상기 링크부재(4)는 스핀헤드(1)의 저부로서 저부프레임(7)의 상부 위치의 설치공간(70)에 설치되고 내, 외측돌기(40,42)와 호형단면부(44)가 일체로 구성되어 상기 내측돌기(40)에는 내측척핀(3a)이 결합 설치되고 외측돌기(42)에는 외측척핀(3b)이 결합 설치되고 호형단면부(44)엔 캠기구(5)의 일측인 상부돌부(52)와 결합 설치되어 이루어지되, 지름이 작은 웨이퍼(100)의 가장자리를 파지하게 되는 내측척핀(3a)의 단턱은 내측지지핀(2a)의 높이와 근접하고 내측척핀(3a)의 높이는 외측지지핀(2b)의 높이보다 낮게 구성이 이루어지고, 지름이 큰 웨이퍼(200)의 가장자리를 파지하게 되는 외측척핀(3b)의 단턱은 외측지지핀(2b)의 높이와 근접하게 구성이 이루어지며, 상기 링크부재(4)는 캠기구(5)와 연동되면서 내,외측척핀(3a,3b)이 수평방향으로 움직일 수 있게 구성이 이루어지게 된다.

또한, 상기 캠기구(5)는 스핀헤드(1)와 힌지결합되는 힌지부(50)를 중심으로 링크부재(4)의 호형단면부(44) 내측에 끼워 결합되는 상부돌부(52)와, 상기 힌지부(50)의 하부로서 상부돌부(52)와 일체로 고정 설치되는 웨이트부(54)와, 그리고 상기 웨이트부(54)의 측면에 일체로 설치되고 승하강기구(6)의 호형단면부재(64) 내측에 끼워 결합되는 측방돌부(56)를 포함하여 구성이 이루어지게 된다.

또한, 상기 승하강작동기구(6)는 스핀헤드(1)의 내측에 설치되는 상부스프링시트(60)와, 상부스프링시트(60)의 하부에 설치되는 스프링(62)과, 상기 스프링(62)의 하부에 설치되고 캠기구(5)의 측방돌부(56)와 서로 결합되는 호형단면부재(64)와, 상기 호형단면부재(64)를 상기 스프링(62)과 함께 상부에 결합하고 저부프레임(7)을 경유하여 승하강 작동이 가능하게 설치되는 하부스프링시트부재(66)와, 그리고 상기 하부스프링시트부재(66)의 승하강 작동을 수행하게 되고 상기 하부스프링시트부재(66)의 저부에 설치되는 승하강구동수단(8)을 포함하여 구성이 이루어지게 된다.

이때, 상기 승하강구동수단(8)은 저부프레임(7)의 하부에 설치되는 공압실린더(80)와, 그리고 상기 공압실린더(80)의 피스톤로드(82)에 설치되고 승하강기구(6)의 하부스프링시트부재(66)와 접하여 연동될 수 있게 설치되는 가압부재(84)를 포함하여 구성이 이루어지게 된다.

이와 같이 이루어지게 되는 본 발명은 다음과 같이 그 작동이 이루어지게 된다.

우선, 승하강구동수단(8)의 공압실린더(80)를 작동시켜 피스톤로드(82)와 함께 가압부재(84)를 상승시켜 승하강작동기구(6)의 하부스프링시트부재(66)를 상승시키게 되면, 상부에 위치한 호형단면부재(64) 및 스프링(62)을 가압 상승시키고, 이에 따라 호형단면부재(64)의 내부에 결합되어 있던 캠기구(5)의 측방돌부(56)도 웨이트부(54)와 함께 힌지부(50)을 중심으로 각도변환이 이루어지고 상부돌부(52)는 외측 방향으로 위치변위가 이루어고 상부돌부(52)와 결합되어 있던 링크부재(4)의 호형단면부(44) 역시 이와 일체로 형성된 내,외측돌기(40,42), 그리고 이들 내,외측돌기(40,42)와 결합되어 있던 내,외측척핀(3a,3b)도 함께 외측 방향으로 변위가 이루어져 방사상으로 여러개가 동시에 설치된 링크부재(4)의 내측돌기(40)의 내측척핀(3a) 상호간 사이 또는 링크부재(4)의 외측돌기(42)의 외측척핀(3b) 상호간 사이에 각각 웨이퍼(100,200)를 수용할 수 있는 공간이 형성되게 된다.

이때, 내측지지핀(2a)의 상부엔 지름이 작은 웨이퍼(100)를 거치시키게 되고, 아니면 외측지지핀(2b)의상부엔 지름이 큰 웨이퍼(200)를 거치시키게 되는데, 이 경우 내측지지핀(2a)의 높이가 외측지지핀(2b)의 높이보다 낮게 형성되고, 내측척핀(3a)의 높이가 외측지지핀(2b)의 높이보다 낮게 형성되어 지름이 작은 웨이퍼(100)를 내측지지핀(2a)의 상부에 위치시키거나, 아니면 지름이 큰 웨이퍼(200)를 외측지지핀(2b)의 상부에 위치시키는 경우 서로 간섭을 받지 않고 작동이 원활하게 이루어질 수 있게 된다.

다음, 승하강구동수단(8)의 공압실린더(80)를 작동시켜 피스톤로드(82)와 함께 가압부재(84)를 하강시켜 승하강작동기구(6)의 하부스프링시트부재(66)를 하강시키게 되면, 상부에 위치한 호형단면부재(64)는 스프링(62)의 탄성복귀력에 의하여 하강하고, 이에 따라 호형단면부재(64)의 내부에 결합되어 있던 캠기구(5)의 측방돌부(56)도 웨이트부(54)와 함께 힌지부(50)을 중심으로 각도변환이 이루어지고 상부돌부(52)는 내측 방향으로 위치변위가 이루어고 상부돌부(52)와 결합되어 있던 링크부재(4)의 호형단면부(44) 역시 이와 일체로 형성된 내,외측돌기(40,42), 그리고 이들 내,외측돌기(40,42)와 결합되어 있던 내,외측척핀(3a,3b)도 함께 내측 방향으로 변위가 이루어지되, 방사상으로 여러개가 동시에 설치된 링크부재(4)의 내측돌기(40)의 내측척핀(3a)의 단턱 상호간 사이엔 지름이 작은 웨이퍼(100)의 가장자리를 파지하는 작동을 수행하게 되거나, 또는 링크부재(4)의 외측돌기(42)의 외측척핀(3b)의 단턱 상호간 사이엔 지름이 큰 웨이퍼(200)의 가장자리를 파지하는 작동을 수행하게 된다.

이와 같이 웨이퍼(100,200)를 파지하는 작동이 이루어지게 되면, 다음의 웨이퍼 처리를 위한 작동을 수행하게 되고 웨이퍼 처리 위한 작동이 이루어진 후에 스핀헤드(1)로부터 웨이퍼(100,200)를 분리하고자 하는 경우엔, 이미 전술한 바와 같이, 승하강구동수단(8)에 의한 승하강작동기구(6)의 상승작동, 캠기구(5)의 각도변위작동, 링크부재(4) 및 척핀(3)의 외향이동에 의한 수평변위작동으로 척핀(3)에 의하여 가장자리부위를 파지하고 있던 웨이퍼(100,200)를 파지 해제 상태로 작동시킨 후에 처리된 웨이퍼(100,200)를 언로딩하는 작업을 수행하게 된다.

따라서 본 발명에 의하면, 웨이퍼(100,200)의 사이즈가 서로 다른 경우에도 한 대의 처리장치에서 서로 다른 사이즈의 웨이퍼(100,200)를 겸용으로 활용할 수 있도록 하면서 필요에 따라 선택적으로 파지할 수 있도록 구성이 이루어져 효과적으로 활용할 수 있게 되고, 여러 사이즈의 웨이퍼(100,200)를 수용할 수 있도록 복수개의 척핀(3)을 단일 형태의 링크부재(4)와의 조합된 형태로 구성하고, 각각 복수개의 척핀(3)을 동시에 갖는 링크부재(4)를 복수로서 방사상으로 설치하며 이들 복수의 링크부재(4)를 동시에 작동이 가능하도록 캠기구(5) 및 승하강작동기구(6)를 포함하는 작동수단의 구조를 개선하여 제작이 용이하고 원가를 절감할 수 있도록 하여 경제적으로 활용할 수 있게 되는 등 우수한 효과를 갖는다.

1: 스핀헤드, 2: 지지핀,
3: 척핀, 4: 링크부재,
5: 캠기구, 6: 승하강작동기구

Claims

웨이퍼가 놓여지는 스핀헤드(1)와, 스핀헤드(1)의 상부에 고정 설치되는 지지핀(2)과, 상기 지지핀(2)의 상부에 놓여지는 웨이퍼의 가장자리를 파지 고정하기 위하여 설치되는 척핀(3)과, 스핀헤드(1)의 내부에 일정 각도마다 복수개가 방사상으로 설치되고 상기 척핀(3)이 고정 설치되어 함께 변위시키는 링크부재(4)와, 복수개의 상기 링크부재(4)의 일측과 결합되고 상기 링크부재(4)에 대하여 동시에 변위작동을 제어하는 캠기구(5)와, 그리고 상기 캠기구(5)의 일측을 승하강시켜 상기 링크부재(4)와 연동될 수 있게 설치되는 승하강작동기구(6)를 포함하여 구성이 이루어지고,
상기 지지핀(2)은 지름이 서로 다른 웨이퍼의 사이즈에 맞게 지름을 달리하여 복수개가 각각 설치되어지되, 내측지지핀(2a)과 외측지지핀(2b)으로 나누어 각각 설치되고 내측지지핀(2a)의 높이가 외측지지핀(2b)의 높이보다 낮게 구성하여 서로 지름이 다른 웨이퍼의 사이즈에 맞게 선택적으로 사용할 수 있도록 구성이 이루어지고,
상기 척핀(3)은 이들 지지핀(2)과 인접한 위치에 위치하면서 서로 다른 웨이퍼의 사이즈에 맞게 지름을 달리하여 링크부재(4)에 설치되어지고, 내측척핀(3a)과 외측척핀(3b)으로 나누어 각각 설치되고, 상기 링크부재(4)는 스핀헤드(1)의 저부로서 저부프레임(7)의 상부 위치의 설치공간(70)에 설치되고 내, 외측돌기(40,42)와 호형단면부(44)가 일체로 구성되어 상기 내측돌기(40)엔 내측척핀(3a)이 결합 설치되고 외측돌기(42)엔 외측척핀(3b)이 결합 설치되고 호형단면부(44)엔 캠기구(5)의 일측인 상부돌부(52)와 결합 설치되어 이루어지되, 지름이 작은 웨이퍼(100)의 가장자리를 파지하게 되는 내측척핀(3a)의 단턱은 내측지지핀(2a)의 높이와 근접하고 내측척핀(3a)의 높이는 외측지지핀(2b)의 높이보다 낮게 구성이 이루어지고, 지름이 큰 웨이퍼(200)의 가장자리를 파지하게 되는 외측척핀(3b)의 단턱은 외측지지핀(2b)의 높이와 근접하게 구성이 이루어지며,
상기 링크부재(4)는 캠기구(5)와 연동되면서 내,외측척핀(3a,3b)이 수평방향으로 움직일 수 있게 구성이 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀 척.
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제1항에 있어서,
상기 캠기구(5)는 스핀헤드(1)와 힌지결합되는 힌지부(50)를 중심으로 링크부재(4)의 호형단면부(44) 내측에 끼워 결합되는 상부돌부(52)와,
상기 힌지부(50)의 하부로서 상부돌부(52)와 일체로 고정 설치되는 웨이트부(54)와, 그리고
상기 웨이트부(54)의 측면에 일체로 설치되고 승하강작동기구(6)의 호형단면부재(64) 내측에 끼워 결합되는 측방돌부(56)를 포함하여 구성이 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀 척.
제1항에 있어서,
상기 승하강작동기구(6)는 스핀헤드(1)의 내측에 설치되는 상부스프링시트(60)와,
상부스프링시트(60)의 하부에 설치되는 스프링(62)과,
상기 스프링(62)의 하부에 설치되고 캠기구(5)의 측방돌부(56)와 서로 결합되는 호형단면부재(64)와,
상기 호형단면부재(64)를 상기 스프링(62)과 함께 상부에 결합하고 저부프레임(7)을 경유하여 승하강 작동이 가능하게 설치되는 하부스프링시트부재(66)와, 그리고
상기 하부스프링시트부재(66)의 승하강 작동을 수행하게 되고 상기 하부스프링시트부재(66)의 저부에 설치되는 승하강구동수단(8)을 포함하여 구성이 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀 척.