KR102647933B1 - 매엽식 세정장치용 스핀척 장치 - Google Patents

매엽식 세정장치용 스핀척 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 매엽식 세정장치용 스핀척 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존에 사용 중인 척핀을 교체하지 않고 환형 타입의 유입 방지부만을 척핀에 부가하여 세정액의 유입을 효율적으로 차단할 수 있고, 테프론 재질을 사용하여 척핀의 유동을 방해하지 않으면서 세정액의 유입을 차단할 수 있고, 상부 또는 하부에 유입 방지용 돌출부를 통해 세정액의 유입을 완벽하게 차단할 수 있고, 마모에 의해 수명이 다한 유입 방지부를 간단하게 교체할 수 있어 유지 보수가 용이한 매엽식 세정장치용 스핀척 장치에 대한 것이다.

Description

매엽식 세정장치용 스핀척 장치{Spin Chuck apparatus for single type cleaning apparatus for substrate}
본 발명은 웨이퍼를 포함하는 기판의 매엽식 세정장치에 사용되는 스핀척 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체의 제조공정은 실리콘 웨이퍼에 노광, 식각, 증착, 세정을 통해 제조되는데 본 발명은 이중 기판을 안착 고정한 상태에서 세정액을 통해 세정하는 매엽식 세정장치에 사용되는 스핀척 장치에 대한 것이다.
최근 스마트 폰을 포함하는 모바일 기기가 대량 보급됨에 따라 반도체가 포함된 전자부품의 수요가 증가하고 있다. 반도체가 포함되는 전자부품은 실리콘 웨이퍼를 기반으로 제작된다. 반도체 제조공정은 노광, 식각, 증착 및 세정공정을 반복하여 제조된다. 식각, 증착 등 반도체 제조 공정들을 거치는 동안 기판 상에는 각종 파티클, 금속 불순물, 유기 불순물 등과 같은 오염 물질이 남아 있을 수 있다. 이물이라고 표현되는 다양한 오염 물질은 반도체 소자의 수율 및 신뢰성에 악영향을 미치기 때문에, 반도체 제조 시에는 기판에 잔존하는 오염 물질을 제거하는 세정 공정이 수행된다.
이러한 세정 공정은 크게 건식 세정 방식 및 습식(Wet) 세정 방식으로 구분될 수 있으며, 이 중에서 습식 세정 방식은 여러 가지 약액을 이용한 세정 방식으로서, 복수의 기판을 동시에 세정하는 배치식(batch type)과 낱장 단위로 기판을 세정하는 매엽식(single wafer type)으로 구분된다.
배치식 세정장치는 세정액이 수용된 세정조에 복수의 기판을 한꺼번에 침지시켜서 오염원을 제거한다. 그러나, 기존의 배치식 세정장치는 기판의 대형화 추세에 대한 대응이 용이하지 않고, 세정액의 사용이 많다는 단점이 있다. 또한 배치식 세정장치에서 세정 공정 중에 기판이 파손될 경우 세정조 내에 있는 기판 전체에 영향을 미치게 되므로 다량의 기판 불량이 발생할 수 있는 위험이 있어 최근에는 매엽식 세정장치가 선호되고 있다.
매엽식 세정장치는 낱장의 기판 단위로 처리하는 방식으로서, 고속으로 회전시킨 기판 표면에 세정액을 분사함으로써, 기판의 회전에 의한 원심력과 세정액의 분사에 따른 압력을 이용하여 오염원을 제거하는 스핀 방식(spinning method)으로 세정이 진행된다. 이러한 스핀 방식의 매엽식 세정장치는 스핀척 위에 웨이퍼를 고정한 후 회전시키면서 세정액을 분사하는데 회전 시 웨이퍼의 유동을 방지하기 위해 척핀으로 고정하게 되고 스핀척과 척핀 사이의 공간을 타고 세정액이 침투하여 스핀척의 하부를 오염시켜 부식이 일어나거나 가동이 되지 않는 문제가 발생하게 된다.
종래에는 등록특허 10-1394092호에 개시된 것과 같이 베이스와 척핀 사이에 퍼지가스를 공급하여 세정액의 침투를 막는 구조가 개시되어 있으나 퍼지가스의 압력을 무한정 높일 수 없고 베이스와 척핀 사이의 공간이 존재하고 있는 만큼 세정액의 침투를 완벽하게 차단하는데 한계가 있고 별도의 퍼지가스 공급라인을 스핀척에 구성하여야 하는 만큼 구조가 복잡하고 유지보수가 힘든 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기존에 사용 중인 척핀을 교체하지 않고 환형 타입의 유입 방지부만을 척핀에 부가하여 세정액의 유입을 효율적으로 차단할 수 있고, 테프론 재질을 사용하여 척핀의 유동을 방해하지 않으면서 세정액의 유입을 차단할 수 있고, 상부 또는 하부에 유입 방지용 돌출부를 통해 세정액의 유입을 완벽하게 차단할 수 있고, 마모에 의해 수명이 다한 유입 방지부를 간단하게 교체할 수 있어 유지 보수가 용이한 매엽식 세정장치용 스핀척 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 매엽식 세정장치용 스핀척 장치는 기판을 세정하는 매엽식 세정장치용 스핀척에 있어서, 세정할 기판이 안착되어 세정을 위해 기판과 함께 회전하는 척 베이스와, 상기 척 베이스에 세정하는 동안 웨이퍼를 고정하기 위해 기판의 외곽부를 따라 상기 척 베이스에 설치되는 2 이상의 척핀과, 상기 척핀을 상기 척 베이스에 설치 고정하기 위해 상기 척 베이스를 관통하도록 형성되는 척핀 결합홀과, 상기 척핀 결합홀과 척핀 사이로 기판을 세정하는데 사용된 세정액이 유입되는 것을 방지하기 위하여 척핀에 결합되는 유입 방지부를 포함한다.
또한, 상기 유입 방지부는 상기 척핀 외부 둘레를 따라 결합되도록 미리 설정된 두께를 갖는 원통 형상이며, 상기 유입 방지부는 테프론(PTFE) 재질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유입 방지부는 상기 척핀과 척핀 결합홀 사이의 이격거리와 같거나 큰 두께를 갖고, 상기 척핀이 척 베이스에 설치된 후 척 베이스 상부보다 미리 설정된 높이만큼 돌출되는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 척 베이스 상부로 돌출되는 돌출부는 척 베이스 상부면을 미리 설정된 길이만큼 덮도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유입 방지부의 하부에는 유입 방지부의 외곽부 둘레를 따라 척핀 외곽면에 수직방향으로 미리 설정된 길이만큼 돌출된 하부 유입방지 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 구성의 본 발명은 기존에 사용 중인 척핀을 교체하지 않고 환형 타입의 유입 방지부만을 척핀에 부가하여 세정액의 유입을 효율적으로 차단할 수 있다.
또한, 유입 방지부를 테프론 재질을 사용함에 따라 척핀의 유동을 방해하지 않으면서 세정액의 유입을 차단할 수 있다.
또한, 상부 또는 하부에 유입 방지용 돌출부를 통해 세정액의 유입을 완벽하게 차단할 수 있고, 마모에 의해 수명이 다한 유입 방지부를 간단하게 교체할 수 있어 유지 보수가 용이한 특징이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 매엽식 세정장치용 스핀척 장치의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 매엽식 세정장치용 스핀척 장치의 척핀에 유입 방지부가 결합된 상태를 나타내는 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 매엽식 세정장치용 스핀척 장치의 유입 방지부를 나타내는 사시도이고,
도 4는 매엽식 세정장치용 스핀척 장치의 단면도이다.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 매엽식 세정장치용 스핀척 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 매엽식 세정장치용 스핀척 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 매엽식 세정장치용 스핀척 장치의 척핀에 유입 방지부가 결합된 상태를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 매엽식 세정장치용 스핀척 장치의 유입 방지부를 나타내는 사시도이고, 도 4는 매엽식 세정장치용 스핀척 장치의 단면도이다.
반도체는 앞서 설명한 바와 같이 노광, 식각, 증착 및 세정공정을 통해 제조되며 각 공정 중에 이물이 남아있게 되는데 잔존하는 이물을 제거하기 위해서는 각 공정 중에 세정공정을 거치게 된다. 세정공정은 크게 건식과 습식으로 나뉘고 습식은 여러 장의 기판을 한 번에 세정하는 배치식과 단일 기판을 세정하는 매엽식으로 나뉘는데 본 발명은 매엽식 세정장치에 사용되는 스핀척 장치에 대한 것이다. 매엽식 세정장치는 기판의 사이즈와 무관하게 세정할 수 있고 독성이 강한 세정액을 최소로 사용하면서 세정 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 하지만 기판을 고정하기 위해 기판의 외곽부에서 기판을 고정하는 척핀이 사용되고 척핀이 설치되며 기판을 회전시키는 척 베이스와 척핀 사이로 기판의 세정에 사용되는 세정액이 침투함에 따라 스핀척 장치의 고장원인이 된다.
본 발명의 매엽식 세정장치용 스핀척 장치는 이렇게 척 베이스(100)와 척핀(200) 사이에 형성된 공간으로 세정액이 침투하여 스핀척 장치가 고장나거나 손상되는 것을 방지하기 위한 것으로 세정할 기판이 안착되어 상부에서 분사되는 세정액이 기판 전체로 퍼져 세정이 이루어지도록 기판과 함께 회전하는 척 베이스(100)와 척 베이스(100)와 회전하는 기판을 고정하기 위해 척 베이스(100)에 기판의 외곽부를 따라 2 이상 설치되는 척핀(200)과 척핀(200)이 척 베이스(100)에 고정되도록 척 베이스(100)를 관통하도록 형성되어 내부에 척핀(200)이 설치되는 척핀 결합홀(300)과 척핀 결합홀(300)과 척핀(200) 사이에 형성된 공간(D)으로 기판을 세정하는데 사용되는 세정액이 유입되는 것을 방지하기 위해 척핀(200)에 결합되는 유입 방지부(400)를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 척 베이스(100)는 세정할 기판이 안착되어 척핀(200)으로 기판을 고정한 후 세정을 위해 기판을 회전시키는 구성이다. 척 베이스(100)는 기판의 외곽 형상에 맞춰 제작되며 기판의 사이즈에 따라 달라진다. 척 베이스(100)의 하부에는 척 베이스를 회전시키기 위해 중심부에 회전축(미도시)이 마련되고 회전축을 중심으로 척 베이스(100)를 회전시키기 위해서 회전 구동부(미도시)가 척 베이스(100)의 하부에 마련된다. 척 베이스(100)의 하부에 마련되는 회전축과 회전 구동부를 포함하는 구동 계통에 독성이 강한 세정액이 침투하게 되면 구동 계통이 부식되거나 세정액이 굳어 경정화됨에 따라 구동 계통이 동작하지 않는 문제가 발생하게 된다. 즉, 구동 계통이 동작하지 않거나 척핀(200)이 기판을 오픈/클로즈 하지 못함에 따라 세정장치에 알람이 뜨면서 동작하지 않아 생산성이 떨어지는 문제가 발생하게 된다. 척 베이스(100) 자체는 세정액에 노출되는 구성이므로 내식성이 강한 재질로 제작되지만 구동 계통에 세정액이 결정화되는 경우 회전 자체에 문제가 발생하므로 이를 방지할 필요가 있다. 이를 해결하기 위해 종래에는 퍼지 가스 등을 활용하였지만 세정액이 척 베이스(100) 하부로 침투하는 것을 완벽하게 차단하기 어렵고 스핀척 장치의 구성이 복잡해지는 문제가 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
본 발명의 척핀(200)은 척 베이스(100)에 안착된 기판을 고정하는 구성으로 기판이 척 베이스(100)의 정확한 위치에 정렬된 후 척 베이스(100)의 회전 시 기판을 고정하는 구성이다. 즉, 기판이 이송되어 척 베이스(100)에 안착되거나 세정공정을 완료한 후 다른 공정설비로 이송되도록 기판을 unclamping하거나 척 베이스(100)의 회전 시 기판을 고정하기 위해 clamping하는 구성으로 좌우로 이동할 필요가 있다. 이를 위해 척핀(200)의 하부에 기어부(210)가 마련되는데 세정액이 척 베이스(100)와 척핀(200) 사이의 공간(D)으로 침투하여 결정화되면 clamping/unclamping이 제대로 되지 않아 장비 가동이 중단되는 문제가 발생하게 된다. 척핀(200)은 이처럼 기판을 고정하거나 해제하기 위해 기판이 들어오거나 나갈 때마다 좌우로 움직일 필요가 있고 이를 위해 다양한 부품이 하부에 마려되게 된다.
본 발명의 척핀 결합홀(300)은 척 베이스(100)에 설치되는 척핀(200)의 개수에 맞춰 척 베이스(100)를 관통하는 구성으로 척핀(200)은 척핀 결합홀(300)에 삽입되어 척 베이스(100)에 설치되도록 하는 구성이다. 다만, 도 1, 도 2에 도시한 것과 같이 척핀(200)은 기판을 잡거나 해제할 수 있어야 하므로 회전이 가능하도록 하부에 기어부(210)가 마련되는데 척핀 결합홀(300)에 삽입 설치되면서 기구적인 한계로 공간(D)이 생길 수밖에 없고 척핀(200)과 척 베이스(100) 사이의 공간(D)을 통해 세정액이 침투할 수 밖에 없다.
본 발명의 유입 방지부(400)는 위와 같이 척핀(200)과 척 베이스(100) 사이의 공간(D)을 통해 하부로 유입되는 세정액을 막기 위한 구성으로 척핀(200)의 외곽 일부에 마련되는 구성이다. 척핀(200)은 척 베이스(100)에 관통 형성된 척핀 결합홀(300)에 삽입 설치되는 구성으로 유입 방지부(400)는 세정액이 척 베이스(100)와 척핀(200) 사이의 공간(D)를 통해 유입되는 것을 방지하는 구성이므로 척핀(200) 전체를 둘러쌀 필요는 없고 척 베이스(100)와 척핀(200) 사이 공간(D)을 막아주는 정도면 충분하다. 다만 유입 방지부(400)는 척핀(200)의 회전을 방해하면 안되므로 마찰력이 작은 테프론(PEFE) 재질로 구성하는 것이 바람직하다. 유입 방지부(400)의 두께는 척핀(200)과 척 베이스(100) 사이의 공간(D)에 맞춰 제작하되 공간(D)의 이격거리와 같거나 약간 크도록 제작하는 것이 바람직하다. 이는 이격거리보다 작게 제작할 경우 세정액의 침투를 유입 방지부(400)가 없는 경우보다 세정액의 유입을 방지하는 효과가 있지만 완벽하게 차단할 수 없는 문제가 있고 이격거리보다 클 경우에는 세정액의 유입을 차단하는 효과는 크겠지만 척핀(200)의 회전을 어렵게 하기 때문에 장비 구동이 멈출 수 있는 문제가 있다. 유입 방지부(400)는 척 베이스(100)의 상부로 일정 길이만큼 돌출되는 돌출부(410)를 형성하는 것이 바람직하고 돌출부(410)는 척 베이스(100)의 상부를 일부 덮도록 환형으로 형성하는 것이 바람직하다. 이는 세정액이 척핀(200)을 따라 하부로 유입되는 경로를 길게 하여 세정액의 침투를 보다 효율적으로 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한 돌출부(410)의 끝단에 굴곡부를 형성하여 척 베이스(100)에 밀착되도록 형성하면 세정액의 침투를 이중으로 방지할 수 있는 효과가 있다. 이에 덧붙혀 하부도 상부에 마련되는 돌출부(410)와 비슷한 형상으로 유입방지 돌출부(420)를 마련하고 유입방지 돌출부(420) 내에 홈(425)를 형성하면 유입 방지부(400)를 타고 침투한 세정액이 홈(425)에 고이도록 하여 세정액의 침투를 더욱 효율적으로 방지할 수 있다. 유입 방지부(400)는 척핀(200)에 끼우는 방식으로 설치되므로 다양한 척핀 타입에 모두 적용할 수 있고 사용 연한에 따라 마모에 의해 교체할 때 교체할 유입 방지부(400)를 빼내고 새로운 유입 방지부(400)를 끼우면 되므로 유지 보수가 편리한 장점이 있다.
척 베이스 : 100 척핀 : 200
척핀 결합홀 : 300 유입 방지부 : 400

Claims (5)

  1. 기판을 세정하는 매엽식 세정장치용 스핀척에 있어서,
    세정할 기판이 안착되어 세정을 위해 기판과 함께 회전하는 척 베이스와
    상기 척 베이스에 세정하는 동안 웨이퍼를 고정하기 위해 기판의 외곽부를 따라 상기 척 베이스에 설치되는 2 이상의 척핀과,
    상기 척핀을 상기 척 베이스에 설치 고정하기 위해 상기 척 베이스를 관통하도록 형성되는 척핀 결합홀과,
    상기 척핀 결합홀과 척핀 사이로 기판을 세정하는데 사용된 세정액이 유입되는 것을 방지하기 위하여 척핀에 결합되는 유입 방지부를 포함하되,
    상기 유입 방지부는 상기 척핀 외부 둘레를 따라 결합되도록 미리 설정된 두께를 갖는 원통 형상이며, 상기 유입 방지부는 테프론(PTFE) 재질인 것을 특징으로 하는 매엽식 세정장치용 스핀척 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입 방지부는 상기 척핀과 척핀 결합홀 사이의 이격거리와 같거나 큰 두께를 갖고, 상기 척핀이 척 베이스에 설치된 후 척 베이스 상부보다 미리 설정된 높이만큼 돌출되는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 세정장치용 스핀척 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 척 베이스 상부로 돌출되는 돌출부는 척 베이스 상부면을 미리 설정된 길이만큼 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 매엽식 세정장치용 스핀척 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입 방지부의 하부에는 유입 방지부의 외곽부 둘레를 따라 척핀 외곽면에 수직방향으로 미리 설정된 길이만큼 돌출된 하부 유입방지 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 매엽식 세정장치용 스핀척 장치.
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