KR102562264B1 - 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치 - Google Patents

플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀척 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치는 스핀척 몸체, 상기 스핀척 몸체의 상면의 가장자리를 따라 복수개로 구비되어 상기 기판의 측면을 그립(grip)하는 그립 핀, 상기 스핀척 몸체의 하면에 회전 가능하게 결합되어 있으며 상기 그립 핀과의 기어 결합을 통해 상기 그립 핀을 회전시키는 휠 기어, 상기 스핀척 몸체를 회전시켜 상기 그립 핀에 의해 그립된 기판을 회전시키는 스핀들, 상기 기판의 하면에 상기 기판을 플로팅(floating)하기 위한 플로팅 가스를 공급하는 플로팅 가스 공급부 및 상기 플로팅 가스 공급부를 통해 공급되는 플로팅 가스의 유량을 제어하는 제어기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 기판 처리 과정에서 기판을 플로팅하는 플로팅 가스의 유량을 가변적으로 제어하여 플로팅 가스에 의해 플로팅되어 있는 기판의 상하 방향으로의 움직임 및 기판 와블링(wobbling)을 최소화함으로써, 스핀 척 장치의 구성요소들 중에서 기판의 측면에 접촉하여 기판을 지지하는 그립 핀의 마모량을 줄이고 기판 와블링에 의한 공정 불량을 방지할 수 있다.

Description

플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치{SPIN CHUCK APPARATUS EQUIPPED WITH FLOATING GAS VARIABLE FLOW CONTROL FUNCTION}
본 발명은 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기판 처리 과정에서 기판을 플로팅(floating)하는 플로팅 가스의 유량을 가변적으로 제어하여 플로팅 가스에 의해 플로팅되어 있는 기판의 상하 방향으로의 움직임 및 기판 와블링(wobbling)을 최소화함으로써, 스핀 척 장치의 구성요소들 중에서 기판의 측면에 접촉하여 기판을 지지하는 그립 핀의 마모량을 줄이고 기판 와블링에 의한 공정 불량을 방지할 수 있는 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 기판, 실리콘 기판 등을 이용하여 증착, 사진 및 식각 공정 등을 반복 수행함으로써 제조될 수 있다. 공정들을 거치는 동안 기판 상에는 각종 파티클, 금속 불순물, 유기 불순물 등과 같은 오염 물질이 잔존할 수 있다. 오염 물질은 반도체 소자의 수율 및 신뢰성에 악영향을 미치기 때문에, 반도체 제조 시에는 기판에 잔존하는 오염 물질을 제거하는 세정 공정이 필수적으로 수행된다.
세정 공정에서 사용되는 세정 방식은 크게 건식 세정 방식 및 습식 세정 방식으로 구분될 수 있으며, 이 중에서 습식 세정 방식은 여러 가지 약액을 이용한 세정 방식으로서, 복수의 기판을 동시에 세정하는 배치식(batch type) 세정 방식과 낱장 단위로 기판을 세정하는 매엽식(single wafer type) 세정 방식으로 구분될 수 있다.
배치식 세정 방식은 정조에 복수의 기판을 한꺼번에 침지시켜서 오염원을 제거한다. 그러나, 기존의 배치식 세정 방식은 기판의 대형화 추세에 대한 대응이 용이하지 않고, 세정액 사용량이 많다는 단점이 있다. 또한, 배치식 세정 방식은 세정 공정 중에 기판이 파손될 경우 세정조 내에 있는 기판 전체에 영향을 미치게 되므로 다량의 기판 불량이 발생할 수 있는 위험이 있기 때문에, 최근에는 매엽식 세정 방식이 선호되고 있다.
매엽식 세정 방식은 한장 단위로 기판을 처리하는 방식으로서, 고속으로 회전중인 기판의 표면에 세정액을 분사함으로써, 기판의 회전에 의한 원심력과 세정액의 분사에 따른 압력을 이용하여 오염원을 제거하는 스핀 방식(spinning method)으로 세정이 진행된다.
일반적으로, 매엽식 세정을 수행하는 장치는 기판이 수용되어 세정 공정이 수행되는 챔버와 기판을 고정시킨 상태로 회전하는 스핀 척 및 기판에 약액과 린스액 및 건조가스 등을 포함하는 세정액을 공급하기 위한 노즐 어셈블리를 포함하고, 스핀 척은 척 몸체 및 척 몸체의 상면에 설치되어 회전하는 기판의 측면을 그립하여 지지하는 복수의 그립 핀을 포함하여 구성된다.
이러한 종래 기술에 따르면, 기판의 회전 과정에서 그립 핀이 기판의 측면에서 슬립되는 등의 이유로 기판이 흔들리는 와블링(wobbling) 현상이 발생하여 공정 불량을 유발할 가능성이 있다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 종래 기술에 따라 기판 처리시 발생하는 와블링 현상을 설명하기 위한 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 그립 핀에 의해 측면이 그립된 기판이 회전하는 상태에서 약액 등을 이용하여 기판을 처리하는 공정이 수행되며, 이러한 공정 중에 기판의 하면에는 기판을 플로팅(floating)하기 위한 플로팅 가스가 일정 유량으로 공급된다.
이러한 공정 중에, 기판 처리를 위해서 기판은 고속 회전과 저속 회전을 주기적으로 반복하도록 제어되어야 하는데, 기판이 고속 회전하는 경우보다 상대적으로 저속 회전하는 경우, 기판은 더 높게 플로팅되어 기판의 측면에 접촉되는 그립 핀의 마모 영역이 확대되는 문제점이 있다.
또한, 이러한 기판 플로팅 과정에서 기판 레벨링(leveling)에 불량이 발생하여 기판이 흔들리는 와블링(wobbling) 현상이 발생하여 공정 불량을 유발할 가능성이 있다는 문제점이 있다.
이러한 와블링 현상은 기판이 접촉되는 그립 핀의 표면 마모량을 증가시켜 와블링 문제를 심화시키고, 심한 경우 기판을 그립 핀으로부터 이탈시켜 공정 중단을 초래하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1439111호(등록일자: 2014년 09월 02일, 명칭: 스핀척 및 이를 구비한 매엽식 세정장치) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0118672호(공개일자: 2009년 11월 18일, 명칭: 스핀척 장치용 척핀)
본 발명의 기술적 과제는 기판 처리 과정에서 기판을 플로팅(floating)하는 플로팅 가스의 유량을 가변적으로 제어하여 플로팅 가스에 의해 플로팅되어 있는 기판의 상하 방향으로의 움직임 및 기판 와블링(wobbling)을 최소화함으로써, 스핀 척 장치의 구성요소들 중에서 기판의 측면에 접촉하여 기판을 지지하는 그립 핀의 마모량을 줄이고 기판 와블링에 의한 공정 불량을 방지할 수 있는 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치는 스핀척 몸체, 상기 스핀척 몸체의 상면의 가장자리를 따라 복수개로 구비되어 상기 기판의 측면을 그립(grip)하는 그립 핀, 상기 스핀척 몸체의 하면에 회전 가능하게 결합되어 있으며 상기 그립 핀과의 기어 결합을 통해 상기 그립 핀을 회전시키는 휠 기어, 상기 스핀척 몸체를 회전시켜 상기 그립 핀에 의해 그립된 기판을 회전시키는 스핀들, 상기 기판의 하면에 상기 기판을 플로팅(floating)하기 위한 플로팅 가스를 공급하는 플로팅 가스 공급부 및 상기 플로팅 가스 공급부를 통해 공급되는 플로팅 가스의 유량을 제어하는 제어기를 포함한다.
본 발명에 따른 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치에 있어서, 상기 제어기는 상기 플로팅 가스 공급부를 통해 공급되는 플로팅 가스의 공급 유량을 상기 기판의 회전 속도에 비례하도록 가변적으로 조절함으로써 상기 기판의 상하 방향으로의 플로팅 범위를 줄이는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치에 있어서, 상기 그립 핀을 구성하는 그립핀 몸체의 상단부에는 상기 기판의 측면을 그립하기 위한 그립 돌기가 상기 그립핀 몸체의 중심축에서 편향된 위치에 형성되어 있고, 상기 그립핀 몸체의 하단부에는 상기 휠 기어와 기어 결합되는 그립핀 기어가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치에 있어서, 상기 기판을 이송하는 로봇 암이 상기 챔버로 진입하여 상기 그립 핀의 상부에 위치하면 상기 그립 핀이 일 방향으로 회전하여 오픈(Open) 상태로 전환되면서 상기 플로팅 가스 공급부가 상기 기판의 하면에 상기 플로팅 가스를 공급하여 상기 기판을 플로팅시키고, 상기 기판이 상기 플로팅 가스에 의해 플로팅된 상태에서 상기 그립 핀이 상기 일 방향과 반대인 타 방향으로 회전하는 클로즈(Close) 상태로 전환되어 상기 기판의 측면을 그립하고, 상기 로봇 암이 상기 챔버로부터 진출한 상태에서 상기 그립 핀에 의해 그립되면서 상기 플로팅 가스에 의해 플로팅된 기판이 상기 스핀들에 의해 회전하는 스핀척 몸체와 함께 회전하면서 상기 기판에 대한 프로세스가 진행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치에 있어서, 상기 오픈(Open) 상태에서, 상기 휠 기어가 일 방향으로 회전함에 따라 상기 휠 기어와 맞물린 그립핀 기어가 회전하고, 상기 그립핀 기어의 회전에 따라 상기 그립핀 몸체의 상단부에 형성된 그립 돌기가 회전함으로써, 상기 그립 돌기가 상기 기판의 측면에서 이격될 수 있는 이격공간이 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치에 있어서, 상기 클로즈(Close) 상태에서, 상기 휠 기어가 상기 일 방향과 반대인 타 방향으로 회전함에 따라 상기 휠 기어와 맞물린 그립핀 기어가 회전하고, 상기 그립핀 기어의 회전에 따라 상기 그립 돌기가 회전함으로써, 상기 그립 돌기가 상기 기판의 측면을 그립하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기판 처리 과정에서 기판을 플로팅(floating)하는 플로팅 가스의 유량을 가변적으로 제어하여 플로팅 가스에 의해 플로팅되어 있는 기판의 상하 방향으로의 움직임 및 기판 와블링(wobbling)을 최소화함으로써, 스핀 척 장치의 구성요소들 중에서 기판의 측면에 접촉하여 기판을 지지하는 그립 핀의 마모량을 줄이고 기판 와블링에 의한 공정 불량을 방지할 수 있는 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치가 제공되는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 기판 처리시 발생하는 와블링 현상을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치의 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치의 상면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치의 하면도이고,
도 5는 도 4의 A를 확대한 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 그립 핀의 예시적인 사시도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 그립 핀의 예시적인 측면도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 오픈(Open) 상태의 스핀 척 장치의 상면도이고,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 오픈(Open) 상태의 스핀 척 장치의 하면의 일부를 나타낸 도면이고,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 클로즈(Close) 상태의 스핀 척 장치의 상면도이고,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 클로즈(Close) 상태의 스핀 척 장치의 하면의 일부를 나타낸 도면이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치의 상면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치의 하면도이고, 도 5는 도 4의 A를 확대한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 그립 핀의 예시적인 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 그립 핀의 예시적인 측면도이다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치(1)는 스핀척 몸체(10), 그립 핀(20), 스핀들(30), 휠 기어(40), 플로팅 가스 공급부(50), 플로팅 밸브(60) 및 제어기(70)를 포함한다.
스핀척 몸체(10)의 상면의 가장자리에는 기판(S)을 장착하기 위한 요소들인 복수의 그립 핀(20)이 돌출된 상태로 구비되어 있다.
도면 상에는 스핀척 몸체(10)의 상면에 구비된 그립 핀(20)이 6개인 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 그립 핀(20)의 설치 갯수가 이에 한정되지는 않는다는 점을 밝혀 둔다.
복수의 그립 핀(20)은 스핀척 몸체(10)의 상면의 가장자리를 따라 복수개로 구비되어 있으며 후술하는 과정을 통하여 공정 처리의 대상인 기판(S)을 그립(grip)함으로써, 약액 등을 이용하여 기판(S)을 처리하는 공정에서 회전하는 기판(S)이 이탈되지 않도록 안정적으로 지지하는 기능을 수행한다.
도 6 및 도 7의 예시를 참조하면, 그립 핀(20)을 구성하는 그립핀 몸체(21)의 상단부에는 기판(S)의 측면을 그립하기 위한 그립 돌기(22)가 그립핀 몸체(21)의 중심축에서 편향된 위치에 형성되어 있다.
스핀들(30)은 스핀척 몸체(10)를 회전시켜 그립 핀(20)에 의해 그립된 기판(S)을 회전시키는 구성요소이다.
휠 기어(40)는 스핀척 몸체(10)의 하면에 회전 가능하게 결합되어 있으며, 그립 핀(20)과의 기어 결합을 통해 그립 핀(20)을 회전시키는 미리 설정된 각도만큼 회전시킨다. 즉, 이러한 휠 기어(40)는 도시하지 않은 외부 장치가 제공하는 회전 구동력에 의해 회전하여 복수개의 그립 핀(20)을 미세한 각도로 회전시키는 기능을 수행한다.
휠 기어(40)와 그립 핀(20)의 결합 구성에 의해 그립 핀(20)이 미세한 각도로 회전하는 구성을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
앞서 설명한 바와 같이, 그립 핀(20)의 상단부에는 기판(S)을 그립하기 위한 그립 돌기(22)가 그립 핀(20)의 중심축, 즉, 그립핀 몸체(21)의 중심축에서 일정 거리 외곽으로 편향된 위치에 형성되어 있으며, 이에 따라, 그립 핀(20)이 중심축을 기준으로 소정 각도 회전하는 경우, 중심축에서 편향된 위치에 구비된 그립 돌기(22)의 회전에 의해 기판(S)이 장착될 수 있도록 그립 돌기(22)와 기판(S) 간의 간격이 벌어지게 된다.
그립 핀(20)의 하단부에는 휠 기어(40)와 기어 결합되는 그립핀 기어(25)가 형성되도록 구성될 수 있다. 그립핀 기어(25)의 구체적인 기능은 이후 본 발명의 일 실시 예에 따른 스핀 척 장치(1)의 구체적인 동작을 오픈(Open) 상태, 클로즈(Close) 상태로 구분하여 설명하는 과정에서 설명한다.
플로팅 가스 공급부(50)는 기판(S)의 하면에 기판(S)을 플로팅(floating)하기 위한 플로팅 가스를 공급하는 구성요소이다.
예를 들어, 플로팅 가스 공급부(50)는 스핀척 몸체(10)의 내부에 형성된 중공 영역에 결합되는 노즐 바디(52) 및 이 노즐 바디(52)의 중앙부에 형성되어 플로팅 가스의 공급 경로를 제공하는 플로팅 가스 공급 노즐(54)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 예를 들어, 플로팅 가스는 질소 가스일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 기판 처리 공정에 영향을 미치지 않은 임의의 비활성 기체가 플로팅 가스에 적용될 수 있다.
예를 들어, 기판(S)을 이송하는 로봇 암이 챔버로 진입하여 그립 핀(20)의 상부에 위치하면 그립 핀(20)이 일 방향으로 회전하여 오픈(Open) 상태로 전환되면서 플로팅 가스 공급부(50)가 기판(S)의 하면에 플로팅 가스를 공급하여 기판(S)을 플로팅시키고, 기판(S)이 플로팅 가스에 의해 플로팅된 상태에서 그립 핀(20)이 일 방향과 반대인 타 방향으로 회전하는 클로즈(Close) 상태로 전환되어 기판(S)의 측면을 그립하고, 로봇 암이 챔버로부터 진출한 상태에서 그립 핀(20)에 의해 그립되면서 플로팅 가스에 의해 플로팅된 기판(S)이 스핀들(30)에 의해 회전하는 스핀척 몸체(10)와 함께 회전하면서 기판(S)에 대한 약액 처리 프로세스가 진행되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 오픈(Open) 상태에서, 휠 기어(40)가 일 방향으로 회전함에 따라 휠 기어(40)와 맞물린 그립핀 기어(25)가 회전하고, 그립핀 기어(25)의 회전에 따라 그립핀 몸체(21)의 상단부에 형성된 그립 돌기(22)가 회전함으로써, 그립 돌기(22)가 기판(S)의 측면에서 이격될 수 있는 이격공간이 제공되고, 클로즈(Close) 상태에서, 휠 기어(40)가 일 방향과 반대인 타 방향으로 회전함에 따라 휠 기어(40)와 맞물린 그립핀 기어(25)가 회전하고, 그립핀 기어(25)의 회전에 따라 그립 돌기(22)가 회전함으로써, 그립 돌기(22)가 기판(S)의 측면을 그립하도록 구성될 수 있다.
제어기(70)는 플로팅 밸브(60)의 동작을 제어함으로써 플로팅 가스 공급부(50)를 통해 공급되는 플로팅 가스의 유량을 제어한다.
예를 들어, 제어기(70)는 플로팅 가스 공급부(50)를 통해 공급되는 플로팅 가스의 공급 유량을 기판(S)의 회전 속도에 비례하도록 가변적으로 조절함으로써 기판(S)의 상하 방향으로의 플로팅 범위를 줄이도록 구성될 수 있다. 구체적인 예로, 제어기(70)는 기판(S)이 고속 회전하는 경우보다 저속 회전하는 경우에, 플로팅 가스의 공급 유량이 감소되도록 플로팅 밸브(60)의 개도율(open rate)을 제어하도록 구성될 수 있다.
이러한 구성에 따른 효과를 설명하면 다음과 같다.
그립 핀(20)에 의해 측면이 그립된 기판(S)이 스핀들(30)에 의해 제공되는 회전력에 의해 회전하는 상태에서 약액 등을 이용하여 기판(S)을 처리하는 공정이 수행되며, 이러한 공정 중에 기판(S)의 하면에는 기판(S)을 플로팅(floating)하기 위한 플로팅 가스가 제어기(70)의 제어에 따라 플로팅 가스 공급부(50)에 의해 공급된다.
이러한 공정 중에, 기판(S)이 고속 회전하는 경우보다 상대적으로 저속하는 경우 기판(S)은 더 높게 플로팅되어 기판(S)의 측면에 접촉되는 그립 핀의 마모 영역이 확대되는 문제점이 있다.
또한, 이러한 기판 플로팅 과정에서 기판 레벨링(leveling)에 불량이 발생하여 기판(S)이 흔들리는 와블링(wobbling) 현상이 발생하여 공정 불량을 유발할 가능성이 있다는 문제점이 있다.
이러한 와블링 현상은 기판(S)의 측면과 접촉되는 그립 돌기(22)의 마모 영역을 확장시켜 와블링 문제를 심화시키고, 심한 경우 기판(S)을 그립 핀(20)으로부터 이탈시켜 공정 중단을 초래하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시 예는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 제어기(70)가 플로팅 가스 공급부(50)를 통해 공급되는 플로팅 가스의 공급 유량을 기판(S)의 회전 속도에 비례하도록 가변적으로 조절함으로써 기판(S)의 상하 방향으로의 플로팅 범위를 최소화하도록 구성된다.
이러한 플로팅 가스에 대한 가변 유량 제어에 따라 기판(S)의 움직임 즉, 상하 방향으로의 플로팅 범위가 최소화되어 기판(S)의 일정한 높이를 유지하게 되며, 이에 따라 기판(S)의 측면에 접촉되는 그립 핀의 마모 영역이 최소화되고, 기판 플로팅 과정에서 기판 레벨링(leveling) 불량에 의한 기판 와블링(wobbling) 현상 발생 가능성이 최소화된다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스핀 척 장치(1)의 보다 구체적인 동작을 오픈(Open) 상태, 클로즈(Close) 상태로 구분하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 오픈(Open) 상태의 스핀 척 장치의 상면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 오픈(Open) 상태의 스핀 척 장치의 하면의 일부를 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9를 추가로 참조하면, 오픈(Open) 상태는 기판(S)을 장착하기 위한 준비 상태, 즉, 복수의 그립 핀(20)에 구비되어 있는 그립 돌기(22)를 스핀척 몸체(10)의 외곽 방향으로 미세하게 이동시켜 그립 돌기(22) 간의 간격을 미세하게 벌리는 과정이다.
이러한 오픈(Open) 상태에서는, 기판(S)을 이송하는 로봇 암이 챔버로 진입하여 그립 핀(20)의 상부에 위치하고, 외부에서 제공되는 회전 구동력에 의해 휠 기어(40)가 일 방향으로 회전하여 오픈(Open) 상태로 전환되면서 플로팅 가스 공급부(50)가 기판(S)의 하면에 플로팅 가스를 공급하여 기판(S)을 플로팅시킨다.
즉, 휠 기어(40)가 일 방향으로 회전함에 따라 휠 기어(40)와 맞물린 그립핀 기어(25)가 회전하고, 그립핀 기어(25)의 회전에 따라 그립핀 몸체(21)의 상단부에 그립핀 몸체(21)의 중심축에서 편향된 지점에 위치하도록 형성된 그립 돌기(22)가 회전하여 기판(S)의 측면에서 이격될 수 있는 이격공간을 제공함으로써 기판(S)을 스핀 척 장치(1)에 장착하기 위한 오픈 상태가 된다.
구체적으로, 그립 핀(20)은 그립핀 몸체(21)의 중심축을 기준으로 회전하나, 그립 돌기(22)는 이 중심축에서 외곽으로 편향된 위치에 구비되어 있기 때문에, 복수의 그립 돌기(22)가 스핀척 몸체(10)의 외곽 방향으로 미세하게 이동하고, 결과적으로는 복수의 그립 돌기(22) 간의 간격이 미세하게 벌어져 기판(S)을 스핀 척 장치(1)에 장착할 수 있는 상태가 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 클로즈(Close) 상태의 스핀 척 장치의 상면도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 클로즈(Close) 상태의 스핀 척 장치의 하면의 일부를 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11을 추가로 참조하면, 클로즈(Close) 상태는 기판(S)이 지지 핀(30)에 장착된 이후에, 복수의 그립 돌기(22)가 기판(S)을 그립하는 상태, 달리 말해 복수의 그립 돌기(22)가 기판(S)의 측면을 조여 고정하는 상태이다.
이러한 클로즈(Close) 상태에서는, 기판(S)이 플로팅 가스에 의해 플로팅된 상태에서 그립 핀(20)이 일 방향과 반대인 타 방향으로 회전하여 기판(S)의 측면을 그립하고, 로봇 암이 챔버로부터 진출한 상태에서 그립 핀(20)에 의해 그립되면서 플로팅 가스에 의해 플로팅된 기판(S)이 스핀들(30)에 의해 회전하는 스핀척 몸체(10)와 함께 회전하면서 기판(S)에 대한 약액 처리 프로세스가 진행된다.
클로즈(Close) 상태에서는, 휠 기어(40)에 공급되는 회전 구동력이 차단되거나 휠 기어(40)로 오픈 상태와 반대 방향의 회전 구동력이 공급됨으로써 휠 기어(40)가 일 방향과 반대인 타 방향으로 회전함에 따라 휠 기어(40)와 맞물린 그립핀 기어(25)가 회전하고, 그립핀 기어(25)의 회전에 따라 그립 돌기(22)가 회전하여 기판(S)의 측면을 그립하는 클로즈 상태가 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판 처리 과정에서 기판을 플로팅(floating)하는 플로팅 가스의 유량을 가변적으로 제어하여 플로팅 가스에 의해 플로팅되어 있는 기판의 상하 방향으로의 움직임 및 기판 와블링(wobbling)을 최소화함으로써, 스핀 척 장치의 구성요소들 중에서 기판의 측면에 접촉하여 기판을 지지하는 그립 핀의 마모량을 줄이고 기판 와블링에 의한 공정 불량을 방지할 수 있는 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치가 제공되는 효과가 있다.
1: 스핀 척(spin chuck) 장치
10: 스핀척 몸체
20: 그립 핀(grip pin)
21: 그립핀 몸체
22: 그립 돌기
25: 그립핀 기어
30: 스핀들(spindle)
40: 휠 기어(wheel gear)
50: 플로팅 가스 공급부
52: 노즐 바디
54: 플로팅 가스 공급 노즐
60: 플로팅 밸브
70: 제어기
S: 기판

Claims (6)

  1. 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치로서,
    스핀척 몸체;
    상기 스핀척 몸체의 상면의 가장자리를 따라 복수개로 구비되어 기판의 측면을 그립(grip)하는 그립 핀;
    상기 스핀척 몸체의 하면에 회전 가능하게 결합되어 있으며 상기 그립 핀과의 기어 결합을 통해 상기 그립 핀을 회전시키는 휠 기어;
    상기 스핀척 몸체를 회전시켜 상기 그립 핀에 의해 그립된 상기 기판을 회전시키는 스핀들;
    상기 기판의 하면에 상기 기판을 플로팅(floating)하기 위한 플로팅 가스를 공급하는 플로팅 가스 공급부; 및
    상기 플로팅 가스 공급부를 통해 공급되는 플로팅 가스의 공급 유량을 상기 기판의 회전 속도에 비례하도록 가변적으로 조절함으로써 상기 기판의 상하 방향으로의 플로팅 범위를 줄이는 제어기를 포함하는, 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그립 핀을 구성하는 그립핀 몸체의 상단부에는 상기 기판의 측면을 그립하기 위한 그립 돌기가 상기 그립핀 몸체의 중심축에서 편향된 위치에 형성되어 있고,
    상기 그립핀 몸체의 하단부에는 상기 휠 기어와 기어 결합되는 그립핀 기어가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판을 이송하는 로봇 암이 챔버로 진입하여 상기 그립 핀의 상부에 위치하면 상기 그립 핀이 일 방향으로 회전하여 오픈(Open) 상태로 전환되면서 상기 플로팅 가스 공급부가 상기 기판의 하면에 상기 플로팅 가스를 공급하여 상기 기판을 플로팅시키고,
    상기 기판이 상기 플로팅 가스에 의해 플로팅된 상태에서 상기 그립 핀이 상기 일 방향과 반대인 타 방향으로 회전하는 클로즈(Close) 상태로 전환되어 상기 기판의 측면을 그립하고,
    상기 로봇 암이 상기 챔버로부터 진출한 상태에서 상기 그립 핀에 의해 그립되면서 상기 플로팅 가스에 의해 플로팅된 기판이 상기 스핀들에 의해 회전하는 스핀척 몸체와 함께 회전하면서 상기 기판에 대한 프로세스가 진행되는 것을 특징으로 하는, 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오픈(Open) 상태에서,
    상기 휠 기어가 일 방향으로 회전함에 따라 상기 휠 기어와 맞물린 그립핀 기어가 회전하고, 상기 그립핀 기어의 회전에 따라 상기 그립핀 몸체의 상단부에 형성된 그립 돌기가 회전함으로써, 상기 그립 돌기가 상기 기판의 측면에서 이격될 수 있는 이격공간이 제공되는 것을 특징으로 하는, 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 클로즈(Close) 상태에서,
    상기 휠 기어가 상기 일 방향과 반대인 타 방향으로 회전함에 따라 상기 휠 기어와 맞물린 그립핀 기어가 회전하고, 상기 그립핀 기어의 회전에 따라 상기 그립 돌기가 회전함으로써, 상기 그립 돌기가 상기 기판의 측면을 그립하는 것을 특징으로 하는, 플로팅 가스 가변 유량 제어 기능이 구비된 스핀 척 장치.
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