KR20070020231A

KR20070020231A - 약액 공급 장치

Info

Publication number: KR20070020231A
Application number: KR1020067021848A
Authority: KR
Inventors: 타케오 야지마
Original assignee: 코가네이 코포레이션
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2007-02-20
Also published as: US20070221126A1; JP2005270694A; WO2005089955A1; KR100842154B1; JP4454350B2

Abstract

본 발명의 약액 공급 장치에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 1차측 밸브(13) 및 2차측 밸브(14)는 약액을 분사하는 분사구(11)가 형성된 노즐 어셈블리(12)에 조립된다. 1차측 밸브(13)는 상기 분사구(11)와 연통하는 2차측 유로(14b)를 개폐하는 밸브이고, 2차측 밸브(14)는 외부로 열리는 연결 포트(18)와 연통하는 1차측 유로(13b)를 개폐하는 밸브이다. 펌프는 상기 1차측 밸브(13)와 2차측 밸브(14) 사이에 배치된다. 약액이 흐르는 내관(19) 및 온조수가 흐르는 외관(20)을 구비하는 이중관(21)은 연결 포트(18)와 연결된다. 일정한 온도로 유지되는 상기 약액은 펌프실(52) 내로 흡입된 후 상기 분사구(11)로부터 분사된다.

약액 공급 장치, 회수 유로, 온조수

Description

약액 공급 장치{CHEMICAL LIQUID FEEDER}

본 발명은 약액(chemical liquid) 등의 소정량의 액체를 분사하기 위해 구성된 약액 공급 장치에 관계한다.

반도체 웨이퍼 제조 기술, 액정 기판 제조 기술, 자기 디스크 제조 기술 및 다층 인쇄 회로 기판(multi-layered printed circuit board) 제조 기술과 같은 제조 공정에서, 포토레지스트액(photoresist liquid), SOG 액체(spin-on glass liquid), 폴리이미드 수지 액체(polyimide resin liquid), 순수(pure water), 부식액(etching liquid) 및 유기 용매 와 같은 약액이 사용된다. 약액 공급 장치는 이러한 약액을 분사하는데 이용된다.

예를 들어, 반도체 웨이퍼의 표면 상에 포토레지스트액을 분사하는 경우, 반도체 웨이퍼를 수평 방향으로 회전시킨 후에 반도체 웨이퍼 표면 위에 정량의 포토레지스트액을 약액 공급 장치로부터 적가한다. 탱크로부터 포토레지스트액을 흡입하는 펌프는 반도체 웨이퍼 아래에 배치된다. 펌프로부터 흡입된 포토레지스트액을 노즐(nozzle)의 한쪽 말단이 부착된 관(tube) 이용하여 반도체 웨이퍼 상에 적 가한다. 상기 노즐이 반도체 웨이퍼의 중앙부에 위치한 분사 위치(dispensing position)와 장착 작업(mounting operation)을 방해하지 않는 퇴피 위치(retreat position) 사이에서 운동하도록, 상기 관은 어느 정도 굴곡된 상태로 배치되어야 한다.

포토레지스트액과 같은 약액의 점도(viscosity)가 액체의 온도에 따라 달라지기 때문에, 분사 상태, 특히 필름 두께를 안정화하기 위해서는 상기 약액의 온도가 일정하게 유지되어야 한다. 약액의 온도 조절과 관계된 기술로서, 관이 이중관(doubled tube) 구조를 구비하는 기술이 알려져 왔는데, 여기서 온도가 조절되는 순수는 온조수(temperature control water)로서 외측 관, 즉 외관(external tube)으로 흐르고 내측 관, 즉 내관(internal tube)을 흐르는 약액의 온도는 일정하게 유지된다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 일반적으로, 약액의 온도가 이중관 구조인 관에 의해 조절되는 경우, 상기 이중관의 길이는 상기 약액이 분사되는 동안, 최소한 차회 흡입 및 분사시 노즐로부터 분사되는 약액의 양이 바람직한 범위의 온도에서 조절될 수 있는 정도로 설정될 필요가 있다.

특허문헌 1 : 일본특허공개공보 제 2003-297788호

최근, 포토레제스트액과 같은 약액의 낭비를 막고 반도체 장치의 수율을 개선하기 위해, 분사량 및 유속(flow rate)의 안정화가 요구되었다. 그렇게 하고자, 정량의 약액이 흡입/분사되는 펌프의 2차측(secondary-side)에서의 저항(resistance)은 크기면에서 가능한 한 작고 안정성은 가능한 한 크게 하는 것이 바람직하다.

한편, 반도체 웨이퍼 위에서 운동하고 노즐에 부착되는 관은 어느 정도 굴곡된 상태에 있어야 한다. 그러나, 그러한 경우라면, 노즐이 운동할 때마다 상기 관이 변형된다. 따라서, 상기 펌프의 2차측에서의 저항이 불안정해진다. 또한, 약액으로 인한 품질의 변화를 방지하는 수지(resin)로 형성된 펌프 또는 관이 유액의 압력에 의해서도 약간 변형되고, 상기 액체의 압력이 액체의 점도에 따라 달라지는 결과, 약액의 종류가 변할 때마다 2차측에서의 저항이 불안정해진다. 펌프의 2차측에서의 저항이 변할 때마다 펌프 또는 다양한 밸브의 동작 타이밍(operation timing)을 재설정하는 것은 작동성(operability)을 악화시킨다.

본 발명의 목적은 분사량 및 유속을 안정화시키는 약액 공급 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 약액 공급 장치는 다음을 포함하는 노즐 어셈블리(nozzle assembly)를 포함한다: 약액을 분사하는 노즐; 외부로 열리는 연결부(connection port)와 연통하는(communicating) 1차측 유로(primary-side flow rath)를 개폐하기 위해 조립된 1차측 밸브(primary-side valve); 및 상기 노즐과 연통하는 2차측 유로(secondary-side flow path)를 개폐하기 위해 조립된 2차측 밸브(secondary-side valve), 여기서 상기 약액은 1차측 밸브 및 2차측 밸브 사이에 제공되는 펌프의 부피를 팽창시킴으로써 연결부로부터 상기 노즐 어셈블리로 흡입되고, 또한 상기 약액은 상기 펌프의 부피를 수축시킴으로써 상기 노즐로부터 노즐 어셈블리의 외부에 분사된다.

본 발명에 따른 약액 공급 장치는 상기 펌프로 흡입된 상기 약액이 이 흐르는 내관; 및 상기 내관이 배치되고 상기 내관을 통해 통과하는 약액의 온도를 조절하는 온조수(溫調水)(temperature control water)가 흐르는 외관을 포함하는 이중관에 관한 것으로, 상기 이중관은 상기 연결부에 연결된다.

본 발명에 따른 약액 공급 장치는 외관과 연통하고 상기 온조수가 흐르는 온조수 유로(temperature control water flow path)가 펌프 내에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 약액 공급 장치는 튜브형(tube-shaped) 가요성 필름(flexible film)에 관한 것으로, 상기 가요성 필름의 한쪽 말단은 1차측 유로와 연통되고 다른 쪽 말단은 2차측 유로와 연통되며 펌프는 상기 가요성 필름의 팽창을 통해 약액을 흡입하고 가요성 필름의 수축을 통해 약액을 분사한다.

본 발명에 따른 약액 공급 장치는 구동 매체(driving medium)로 채워진 구동실(driving room)에 수용되는데, 상기 가요성 필름은 상기 구동 매체의 부피 또는 압력을 감소시킴으로써 팽창되고 상기 구동 매체의 부피 또는 압력을 증가시킴으로써 수축된다.

본 발명에 따른 약액 공급 장치는 약액이 분사되는 공작물(workpiece) 위에서 움직이는 가동 암(movable arm)에 고정된 노즐 어셈블리에 관한 것이다.

본 발명에 따른 약액 공급 장치는 상기 구동실을 채운 구동 매체의 부피 또는 압력을 증가/감소시키는 구동 장치(driving device)가 상기 가동 암이 아닌 부분에 위치되고, 또한 상기 구동 장치와 구동실은 구동 매체가 흐르는 관을 통해 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 약액 공급 장치는 상기 구동 매체가 비압축성 매체(incompressible medium)이고, 상기 가요성 필름은 상기 구동실에서 상기 비압축성 매체의 부피를 감소시킴으로써 팽창되며, 상기 가요성 필름은 상기 비압축성 매체의 부피를 증가시킴으로써 수축되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 약액이 흐르는 내관 및 온조수가 흐르는 외관을 포함하는 이중관은 펌프의 1차측에 연결된다. 또한, 상기 펌프의 2차측에서의 저항은 작고 안정화된다. 따라서, 소정량의 약액이 안정적으로 분사될 수 있다. 약액의 종류가 변할 때마다 펌프 및 다양한 밸브의 동작 타이밍을 재설정해야 하는 문제점을 해소하여, 작동성을 개선할 수 있다.

본 발명에 따르면, 약액을 흡입/분사하는 펌프는 노즐이 형성된 노즐 어셈블리와 통합적으로 제공된다. 상기 펌프로부터 분사된 약액은 저항-불안정 관을 통과하지 않고 노즐로부터 분사된다. 따라서, 소정량의 약액이 안정적으로 분사된다. 상기 노즐 어셈블리를 공작물 위에서 움직이는 가동 암에 고정하여, 상기 펌프는 분사 위치 위에 가까이 분사될 수 있다.

본 발명에 따라, 펌프실(pump room)의 외주(outer circumference) 주위에 상기 온조수가 흐르는 온조수 유로를 형성함으로써, 상기 펌프실에서 약액의 온도가 분사하기 직전까지 일정하게 유지될 수 있다. 상기 펌프실의 외주 주위에 상기 펌프실을 팽창/수축시키는 구동 매체로 채워진 매체실(medium room) 및 상기 온조수가 흐르는 온조수 유로를 형성함으로써, 상기 구동 매체의 온도가 일정하게 유지될 수 있다. 약액 및 구동 매체의 온도를 일정하게 유지함으로써, 약액의 분사량 및 유속이 안정화된다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 약액 공급 장치의 개략적인 유체 회로도(fluid circuit diagram)이다.

도 2는 이중관이 연결된 커플링 블록(coupling block)의 확대된 단면도이다.

도 3은 도 1의 유체 회로도에 도시된 약액 공급 장치의 확대된 단면도이다.

도 4는 도 1의 유체 회로도에 도시된 구동 장치의 확대된 단면도이다.

도 5는 본 발명이 본 발명의 일 구현예로서 반도체 웨이퍼를 포토레니스트액으로 코팅하는 장치에 적용되는 경우 상기 약액 공급 장치를 사용하는 상태를 도시하는 일부생략단면도(partially-omitted cross-section view)이다.

도 6은 다른 구현예에 따른 약액 공급 장치를 도시하는 일부생략단면도이다.

도 7은 기압 및 자기력(magnetic force)에 의해 작동되는 밸브를 사용하는 또 다른 구현예에 따른 약액 공급 장치의 일부생략단면도이다.

도 8은 종래의 약액 공급 장치의 개략적인 유체 회로도이다.

이하에서, 본 발명의 구현예들이 참고 도면들을 기초로 상세하게 설명될 것 이다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 약액 공급 장치의 개략적인 유체 회로도이다. 노즐 어셈블리(10)는 다음을 포함한다: 약액을 분사하는 노즐(11) 상에 형성된 대략적인 L자(L-shaped) 노즐 홀더(nozzle holder)(12); 상기 노즐 홀더(12)에 조립된 1차측 밸브(13) 및 2차측 밸브(14); 및 약액 탱크(chemical liquid tank)(15)에 축적된 약액을 흡입하여 노즐(11)을 향해 분사하는 1차측 밸브(13)와 2차측 밸브 사이에 제공된 펌프(16).

노즐체(nozzle body)(17)는 노즐 홀더(12) 아래에 배치되어 그로부터 돌출된다. 노즐체(17)의 선단부(tip portion)에서, 노즐(11)은 아래 방향으로 열린다. 노즐 어셈블리(10)의 상측에서, 연결부(connection portion)(18)는 아래 방향으로 열린다. 연결부(18)는 상기 펌프(16)에 의해 흡입된 약액이 흐르는 내관(19) 및 상기 내관(19)이 안에 배치된 외관(20)으로 구성된 이중관(21)의 한쪽 말단부(end portion)와 연결되어 있다. 상기 이중관(21)의 다른 쪽 말단에는 커플링 블록(22)이 연결된다. 내관(19) 및 외관(20)은 상기 커플링 블록(22) 안에서 분지(branch)되는데, 여기서 내관(19)은 커플링 블록(22)을 관통(penetrate)하고 내관의 한쪽 말단은 약액 탱크(15) 내에 배치되고 외관(20)의 하나의 말단은 커플링 블록(22) 내부에 형성된 관통 유로(penetration flow path)와 연결된다.

도 2는 이중관이 연결된 커플링 블록(coupling block)의 확대된 단면도이다. 도시되는 경우, T자 유로(T-shaped flow path)(25)는 커플링 블록(22) 내에 형성되고 커플링 블록(22)을 통해 한 방향으로 관통하는 관통 유로(23) 및 상기 관통 유로(23)와 연통하고 상기 관통 유로(23)의 방사 방향(radial direction)으로 연장하 는 분지 유로(branch flow path)(24)를 포함한다. 분지 유로(24)는 커플링 블록(22)의 한 측면에서 열리는 연결부(linking port)(26)와 연통한다. 내관(19)은 관통 유로(23)를 통해 관통하도록 배치된다. 암나사(female screw)가 연결부(26) 내에 형성되어 소정의 연결 부재(linking memver)(27)와 결합된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연결부(26)는 한쪽 말단은 연결 부재(27)로 공급되고 다른 쪽 말단은 온도 조절기(temperature contfoller)(28)와 연결된 관(29)과 연결되어 있다. 상기 온도 조절기(28)에 의해 온도가 조절된 온조수는 관(29) 및 T자 유로(25)를 통해 흐른다.

상기 온조수는 분사 이전에 약액의 온도를 조절하는 물이고, 상기 온도 조절기(28)로부터 유출된 이후에 폐기(discard)될 수 있다. 그러나, 도면에 도시된 경우에서는, 상기 온조수는 회수 경로(return path)로서 한쪽 말단이 노즐 어셈블리(10)와 연결되고 다른 쪽 말단은 온도 조절기(28)와 연결되는 관(30)을 사용하여 환류한다(flow back). 순수와 같은 용액이 온조수로서 사용된다. 온도 조절기(28)로 흐르는 온조수는 구비된 히터(heater)에 의해 약액의 종류에 따라 소정의 온도로 조절되고 나서 유출된다. 외관(20) 및 온조수가 환류하는 관(30)과 같은, 안으로 온조수가 흐르는 부재는 보온성(heat retaining property)을 증진하기 위해 글라스울(glass wool)과 같은 단열재(thermal insulation material)로 둘러싸여 져야함을 주목해야 한다. 도 1에 도시된 경우에서, 후술하는 바와 같이 구동 장치(32)는 관(31)을 통해 노즐 어셈블리(10)와 연결된다.

도 3은 도 1의 유체 회로도에 도시된 약액 공급 장치의 확대된 단면도이다. 노즐 홀더(12)는 저판부(bottom plate portion)(12a) 및 측판부(side plate portion)(12b)를 대략적으로 L자 형태로 조립하여 형성된다. 노즐체(17)를 조립하는 부착공(attaching hole)(12c)은 상기 저판부(12)에 형성되어 수직 방향으로 관통한다. 상기 노즐(11)과 연통하는 분사 유로(dispensing flow path)(17a)가 축 방향(axial direction)을 따라 형성되는 노즐체(17)는 상기 부착공(12c)에서 조립된다.

노즐체(17)의 상부에서 즉, 노즐 홀더(12)의 저판부(12a) 상에서, 2차측 밸브(14)의 유로부(flow path portion)(14a)는 측판부(12b) 상에서 맞닿기(abut) 위해 조립된다. 분사 유로(17a)를 통해 노즐(11)과 연통하는 2차측 유로(14b)는 상기 유로부(14a) 내부에 형성된다. 수용 챔버(accommodating chamber)(14d)는 상기 유로부(14a)와 함께 통합되기 위해 2차측 밸브(14)를 구성하는 작동부(operating portion)(14c) 내부에 형성된다. 2차측 유로(14b)를 개폐하는(opening/closing) 왕복동체(reciprocating body)(33)는 상기 수용 챔버(14d) 내부에서 왕복동 가능하게(reciprocably) 수용된다.

왕복동체(33)는 V 밀봉부(V seal)(34)를 통해 상기 챔버(14d)의 내주면(inner circumferential surface)과 슬라이딩 가능하게(slidably) 접촉한다. 다이어프램(diaphram)(35)은 2차측 유로(14b)와 접하는 왕복동체(33)의 한쪽 말단부에 장착(mount)되고, 조절가능 스프링(adjustable spring)(36)은 왕복동체(33)의 다른 쪽 말단부에 장착된다. 다이어프램(35)은 탄성 재료(elastic material)로 형성된다. 상기 다이어프램의 외측 에지(outer edge)는 유로부(14a)와 작동부(14c) 사이에 끼어있고, 왕복동체(33)의 운동과 동기(synchronization)하여 상기 2차측 유로(14b)가 열리는 위치 및 닫히는 위치에서 탄성적으로 변형된다.

챔버(14d)는 다이어프램(35)에 의해 2차측 유로(14b)와 연통하는 유로개폐실(flow path opening/closing room)(37) 및 왕복동체(33)를 구동하는 작동압 챔버(operating pressure chamber)로 분할(partition) 및 형성된다. 또한, 상기 작동압 챔버는 왕복동체(33)에 의해 두 개의 작동압실(operating pressure room)(38 및 39)로 분할 및 형성된다. 외부로 열리는 공급/배출 포트(supply/discharge port)(40 및 41)는 작동압실들(38 및 39) 각각과 연통한다. 상기 왕복동체(33)는 작동압실(38)에 공급되는 기압 및 조절 스프링(36)의 바이어싱력(biasing force)을 구동력으로 사용하여, 상기 다이어프램(35)이 2차측 유로(14b)가 열리는 위치 및 닫히는 위치에서 작동하게 한다. 상기 왕복동체(33)는 상기 조절 스프링(36)을 공급하지 않고서 작동압실들(38 및 39) 간의 압력차에 의해서 구동될 수 있다는 것을 주목해야 한다.

2차측 밸브(14)의 상부에서, 1차측 밸브(13)의 유로부(13a)가 노즐 홀더(12)의 측판부(12b)로 조립된다. 연결 포트(connection port)(18)와 연통하는 1차측 유로(13b)는 유로부(13a) 내부에 형성된다. 챔버(13d)는 유로부(13a)와 통합적으로, 1차측 밸브(13)를 구성하는 작동부(13c) 내부에 형성된다. 1차측 유로(13b)를 개폐하는 왕복동체(42)는 상기 챔버(13d)에 왕복동 가능하게 수용된다.

1차측 밸브(13)의 작동부(13c)의 구조는 2차측 밸브(14)의 작동부(14c)의 구조와 유사하다. 다이어프램(43) 상의 왕복동체(42)는 작동압실(44)에 공급되는 기 압 및 조절 스프링(46)의 바이어싱력을 구동력으로 사용하여, 상기 다이어프램(43)이 1차측 유로(13b)가 열리는 위치 및 닫히는 위치에서 작동하게 한다. 상기 왕복동체(42)는 상기 조절 스프링(46)을 공급하지 않고서 작동압실들(44 및 45) 간의 압력차에 의해서 구동될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 1차측 밸브(13)의 상부에서, 커플링 블록(47)은 상기 1차측 밸브(13)를 통해 노즐 홀더(12)에서 조립된다. 상기 커플링 블록(47)에서, T자 유로(50)는 커플링 블록(47)을 통해 한 방향으로 관통하는 관통 유로(48) 및 상기 관통 유로(48)와 연통하고 상기 관통 유로(48)의 방사 방향으로 연장하는 분지 유로(49)로 구성된다. 분지 유로(49)는 그 선단(tip)이 굴곡되게 형성되고 관통 유로(48)와 같은 1차측 밸브(13)와 맞닿는 쪽에 위치된 측면 상에서 열린다. 이중관(21)을 형성하는 내관(19) 및 외관(20)은 커플링 블록(47) 내부에서 분지된다. 여기서 상기 내관(19)은 상기 커플링 블록(47)을 관통하도록 배치되고 내관의 하나의 말단은 1차측 유로(13b)와 연통하며 상기 외관(20)의 하나의 말단은 상기 커플링 블록(47) 내부에서 형성된 분지 유로(49)와 연결된다. 즉, 내관(19)에서 흐르는 약액은 1차측 유로(13b)로 흐르고, 외관(20)에서 흐르는 온조수는 상기 분지 유로(49)로 흐른다. 1차측 밸브(13)와 2차측 밸브(14) 사이에 공급되는 펌프(16)는 가요성 필름의 한쪽 말단은 1차측 유로(13b)와 연통되고 다른 쪽 말단은 2차측 유로(14b)와 연통되는 튜브형 가요성 필름(51)에 의해 형성된다. 펌프실(52)은 가요성 필름(51) 내부에 형성된다. 가요성 필름(51)이 외측으로 탄성적으로 변형됨에 따라 펌프실(52)의 부피가 팽창되는 경우, 약액은 상기 펌프실(52) 안으로 흡입된다. 가요성 필름(51)이 내측으로 탄성적으 로 변형됨에 따라 펌프실(52)의 부피가 수축되는 경우, 약액은 상기 펌프실(52) 밖으로 분사된다.

가요성 필름(51)을 탄성적으로 변형시키기 위해 즉, 펌프실(52)을 팽창/수축하기 위해, 도 3에 도시된 경우에서, 상기 가요성 필름(51)은 구동 매체로 채워진 구동실(53)에 수용되고 상기 구동실(53)에서의 구동 매체의 부피 또는 압력은 소정의 타이밍(timing)에 따라 반복적으로 증가/감소된다. 가요성 필름(51)은 구동실(53)을 채운 구동 매체의 부피 또는 압력을 감소시킴으로써 팽창될 수 있고, 구동실(53)을 채운 구동 매체의 부피 또는 압력을 증가시킴으로써 수축될 수 있다.

상기 구동 매체로 정압 공기(positive pressure air) 및 부압 공기(negative pressure)가 사용될 수 있다. 특히, 구동 매체의 부피를 증가/감소시킴으로써 펌프실(52)이 팽창/수축되는 경우에는, 비압축성 매체가 상기 구동 매체로 사용될 수 있다. 구동 매체의 부피 또는 압력을 변화시키는 구동 장치는 상기 구동실(53)에 연결된다. 일 실시예로, 상기 비압축성 매체의 부피를 변화시키는 구동 장치(32)는 상기 관(31)을 통해 구동실(53)과 연결된다.

도 4는 도 1의 유체 회로도에 도시된 구동 장치의 확대된 단면도이다. 구동 장치(32)는 비압축성 매체로 채워진 매체실(32a) 및 상기 매체실(32a)의 부피를 변화시키는 작동부(32b)를 구비한다. 외부로 열리는 연결 포트(54)는 상기 매체실(32a)에 형성되고, 상기 관(31)은 상기 연결 포트(54)와 연결된다. 매체실(32a) 내의 비압축성 매체의 부피가 변화할 경우, 상기 관(31)을 통해 연통하는 구동실(53) 내의 비압축성 매체의 부피가 변화될 수 있다.

구동실(32a)은 축방향으로 탄성적인 변형이 가능한 아코디언형 벨로스(accordion-shaped bellows)(55)에 의해 분할 및 형성된다. 상기 벨로스(55) 내부에, 한쪽 말단이 상기 벨로스(55)에 고정된 왕복동체(56)가 축방향으로 왕복동 가능하게 배치된다. 너트(nut)(57)는 상기 벨로스(55)에 고정되지 않은 왕복동체(56)의 다른 쪽 말단에 임베드(embed)된다. 이송나사(feed screw)(58)는 상기 너트(57)에 조여진다(screwed). 상기 왕복동체(56)의 외주면에서, 회전 방지 부재(rotation preventing member)(59)가 장착된다. 이송나사(58)의 한쪽 말단이 모터(motor)(60)와 연결되어, 상기 모터(60)를 순방향(forward direction) 또는 역방향으로 구동함으로써 왕복동체(56)가 왕복 운동을 할 수 있다.

왕복동체(56)의 왕복 스트로크(reciprocating stroke)에 따라, 매체실(32a)의 부피가 변한다. 왕복동체(56)가 순방향 즉, 상기 벨로스(55)가 연장하는 방향으로 구동되는 경우, 약액의 분사압(dispensing pressure)이 펌프실(52)에서 발생한다. 반대로, 왕복동체(56)가 역방향 즉, 상기 벨로스(55)가 수축되는 방향으로 구동되는 경우, 약액의 흡입압(suction pressure)이 펌프실(52)에서 발생한다. 상기 왕복동체(56)를 왕복 운동하게 하는 수단으로서, 공기압 실린더(pneumatic cylinder) 또는 유압 실린더(hydraulic cylinder)와 같은 유체압 실린더(fluid pressure cylinder)가 사용될 수 있다. 또한, 왕복동체(56)의 스트로크 위치를 검출하는 센서(61)가 제공될 수 있다. 이러한 경우, 약액의 흡입량 및 분사량이 정확하게 제어될 수 있다.

구동 매체로서 정압 공기 또는 부압 공기가 사용된다면, 압축기, 이젝 터(ejector) 등은 구동 매체로서 스위치 밸브(sitch valve)를 통해 구동실(53)과 연결된다. 구동실(53)에 수용된 가요성 필름(51)으로서, 다이어프램 또는 벨로스가 사용될 수 있다.

온조수가 흐르는 온조수 유로(62)는 펌프(16)에서 형성될 수 있는데, 그것에 의하여 펌프실(52)에 있는 약액의 온도가 조절될 수 있다. 도 3에 도시된 경우에서, 펌프실(52)의 외주를 둘러싸기 위해 온조수 유로(62)는 구동실(53)을 분할 및 형성하는 펌프 형성체(pump forming body)(63)에서 형성된다. 이러한 온조수 유로(62) 내로, 외관(20)에서 흐르는 온조수는 분지 유로(49)를 통해 흐른다. 상기 외관(20)을 통해 노즐 어셈블리(10) 내로 흐르는 온조수는 회수 경로로서 관(30)을 사용하여 온도 조절기(28)로 환류한다.

도 5는 본 발명이 본 발명의 일 구현예로서 반도체 웨이퍼를 포토레니스트액으로 코팅하는 장치에 적용되는 경우 상기 약액 공급 장치를 사용하는 상태를 도시하는 일부생략단면도이다. 공작물로 작용하는 반도체 웨이퍼(W) 상에 포토레지스트액이 분사되는 경우, 반도체 웨이퍼(W)가 수평면으로 회전하는 동안 소정량의 포토레지스트액은 반도체 웨이퍼(W) 상의 소정의 위치 예를 들어, 반도체 웨이퍼(W)의 회전 중심부(rotation center portion)에 적가된다.

반도체 웨이퍼(W)는 디스크형(disk-shaped) 회전체(rotating body)(64) 상에 장착된다. 상기 회전체(64)는 모터와 같은 도시되지 않은 구동 유닛(driving unit)에 의해 회전가능하게 구동된 회전축(rotating shaft)에 고정된다. 반도체 웨이퍼(W) 상에 분사된 약액이 원심력(centifugal force)에 의해 주변으로 튀기 지(spattered) 않도록 하기 위해, 상기 반도체 웨이퍼(W) 및 상기 회전체(64)를 수용하는 단계에서 컵(cup)(66)이 배치된다. 튀겨진 약액을 수집하는 폐액로(waste liquid path)(67)가 상기 컵(66)의 저판부에 형성된다.

가동 암(68)은 상기 반도체 웨이퍼(W) 위에 배치된다. 노즐 홀더(12)는 상기 가동 암(68)의 한쪽 말단부에 고정된다. 가동 암(68)은 노즐 어셈블리(10) 상에 형성된 노즐(11)이 분사 위치의 바로 위로 설정된 분사 위치와 상기 반도체 웨이퍼(W)의 장착 작업을 방해하지 않는 퇴피 위치 사이에서 운동한다. 약액 탱크(15), 온도 조절기(28) 및 구동 장치(32) 각각은 이중관(21), 관들(30 및 31) 및 커플링 블록(22)을 통해 상기 노즐 어셈블리(10)와 연결된다. 상술한 바와 같이, 상기 가동 암(68)이 분사 위치와 퇴피 위치 사이에서 운동하기 때문에, 상기 암의 운동을 방해하지 않도록 어느 정도는 굴곡된 상태로 이중관(21) 및 관들(30 및 31)이 배치된다. 또한, 상기 이중관(21)의 길이는 상기 약액이 분사되는 동안, 적어도 차회 흡입/분사 작용에 제공되는 약액이 바람직한 온도의 범위 내로 조절될 수 있게 고려되고 설정된다.

한편, 약액 탱크(15)에 수용된 약액이 포토레지스트액인 경우, 내관(19), 가요성 필름(51) 및 노즐체(17)와 같은 약액이 흐르는 부재는 불소수지(fluoro resin)인, 플루오로에틸렌 퍼플루오로알킬 비닐 이써 코폴리머(fluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer : PFA)로 만들어지는데, 이는 상기 약액과 반응하지 않게 하기 위함이다. 그러한 수지 재료는 PFA로 제한되는 것은 아니고, 그러한 재료가 탄성 변형이라면 다른 수지 재료 또는 금속 재료도 사용될 수 있다.

이하에서는, 상기 약액이 반도체 웨이퍼(W) 상에 분사되는 경우 약액 공급 장치의 작동에 대해 설명될 것이다.

상기 약액을 펌프실(52) 내로 흡입하기 위해, 1차측 밸브(13)의 왕복동체(42)는 1차측 유로(13b)가 열리는 위치에서 작동되고 2차측 밸브(14)의 왕복동체(33)는 2차측 유로(14b)가 닫히는 위치에서 작동된다. 다음으로, 상기 펌프실(52)을 팽창시키기 위해 상기 구동 장치(32)의 왕복동체(56)를 반대로 운동시킴으로써, 내관(19)에 있는 소정량의 약액이 펌프실(52) 내로 흡입된다. 상술한 바와 같이, 상기 이중관(21)의 길이는 차회 흡입/분사시 상기 노즐로부터 분사되는 약액이 바람직한 온도의 범위 이내로 조절될 수 있도록 하는 정도로 설정된다. 상기 약액을 일정한 온도로 유지하는 온조수는 외관(20)에서 흐른다. 따라서, 펌프실(52) 내로 흡입된 약액의 온도는 항상 일정하다. 게다가, 펌프실(52) 내로 흡입되었던 약액의 온도는 온조수 유로(62)로 흐르는 온조수에 의해 항상 일정하게 유지된다.

상기 약액을 펌프실(52) 밖으로 분사하기 위해, 1차측 밸브(13)의 왕복동체(42)는 1차측 유로(13b)가 닫히는 위치에서 작동되고 또한 2차측 밸브(14)의 왕복동체(33)는 2차측 유로(14b)가 열리는 위치에서 작동된다. 다음으로, 상기 펌프실(52)을 수축하기 위해 상기 구동 장치(32)의 왕복동체(56)를 순방향으로 운동시킴으로써, 펌프실(52)에 약액이 상기 노즐(11)로부터 분사된다.

상기 약액이 노즐(11)로부터 분사되는 경우, 노즐체(17)는 상기 분사 위치에 배치된다. 상기 반도체 웨이퍼(W) 상에 약액을 분사하는 단계가 종결된 이후에, 상기 노즐체(17)는 퇴피 위치로 이동된다. 상술한 바와 같이, 위에 노즐(11)이 형성된 노즐체(17)는 상기 펌프(16)의 2차측 밸브(14) 직후에 제공된다. 이는 고정량의 약액이 흡입/분사되는 펌프(16)의 2차측에서의 저항이 작고 안정되게 하기 위함이다. 이에 의해서, 상기 약액은 고정량 만큼 상기 반도체 웨이퍼(W) 상에 안정적으로 분사될 수 있다.

한편, 상기 구동 장치(32)에 대하여 피동측(driven side)으로 작용하는 펌프(16) 및 구동측(driving side)로 작용하는 구동 장치(32)는 통합적으로 구성될 수 있다. 도 6은 다른 구현예에 따른 약액 공급 장치를 도시하는 일부생략단면도이다. 동일한 참고 부호로 표시된 부재들은 도 3 및 4에 도시된 부재들과 동일한 부재들임을 밝혀 둔다. 도면에 도시된 경우에서, 도 4에 도시된 구동 장치(32)는 상기 노즐 홀더(12)에 조립되고 1차측 밸브(13) 및 2차측 밸브(14) 각각은 상기 구동 장치(32)를 통해 상기 노즐 홀더(12)에 조립된다. 펌프실(52)의 외주 상에 형성된 온조수 유로(67)는 구동실(53)의 외주를 연장하기 위해 제공되는데, 그로 인해 상기 구동 매체의 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 상기 펌프(16)의 분사 정밀도(dispensing accuracy)는 상기 구동 매체의 온도 변화를 억제함으로써 증진될 수 있다. 또한, 일체적인 형태의 다른 실시예로, 일본특허공개공보 제10-61558호에 개시된 구동 스킴(driving scheme)도 상기 펌프실(52)을 팽창/수축하는데 이용될 수 있다.

또한, 1차측 밸브(13) 및 2차측 밸브(14)는 각각 도 1 내지 6에 도시된 바와 같이 기압에 의해 작동된 공기작동 밸브(air-operated valve)로 제한되는 것은 아 니고, 전기 신호(electric signal), 체크 밸브(check valve) 또는 다른 밸브들에 의해서 작동되는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)를 사용할 수 있다. 도 7은 기압 및 자기력(magnetic force)에 의해 작동되는 밸브를 사용하는 또 다른 구현예에 따른 약액 공급 장치의 일부생략단면도이다. 동일한 참고 부호로 표시된 부재들은 도 3 및 4에 도시된 부재들과 동일한 부재들임을 밝혀 둔다.

노즐 홀더(12)의 하부에서 즉, 상기 노즐 홀더(12)의 저판부(12a)의 상부에서, 기압에 의해 작동되는 2차측 밸브(14) 대신 기압 및 자기력에 의해 작동되는 대체 밸브(alternative valve)(69)의 유로부(69a)가 조립된다. 수지제(resin-made) 유로부(69a)의 내부는 상방향으로 열리기 위해 형성된 대경실(large-diameter room)(70) 및 상기 대경실(70)의 저부(bottom portion)로 열리기 위해 형성된 소경실(small-diameter room)(71)로 제공된다. 상기 소경실(71)의 저부는 분사 유로(17a)와 연통하는 분사부(17b)로 제공되고, 상기 펌프실(52)과 연통하는 2차측 유로(69b)는 상기 소경실(71)의 내주면에 열리는데, 그것에 의하여 펌프실(52) 내로 흡입된 약액이 상기 소경실(71) 내로 흐른다.

상기 소경실(71) 및 대경실(70)은 상기 대경실(70) 내에 부착되는(fitted) 오목 단면(concave cross-section)을 구비하는 밀봉 부재(sealing member)(70a)에 의해 분할 및 형성된다. 고리형(ring-shaped) 흡착판(aborbing plate)(72)은 상기 밀봉 부재(70a)의 내측에 부착된다. 소경실(71)의 내주면과 슬라이딩 가능하게 접촉하는 왕복동체(73)는 상기 소경실(71)에 수용된다. 분사 포트(17b)를 열게 하는 상기 밀봉 부재(70a)와 맞닿는 위치 및 상기 분사 포트(17b)를 닫게 하는 상기 소 경실(71)의 저부와 맞닿는 위치에서 상기 왕복동체(73)가 작동된다. 왕복동체(73)의 외주면에 축방향을 따라 복수의 홈(groove)(73a)들이 설치된다. 상기 왕복동체(73)가 분사 포트(17b)를 여는 위치에서 작동되는 경우, 2차측 유로(69b)에 있는 약액은 상기 홈(73a)을 통해 분사 유로(17a)로 흐른다.

영구자석(permanent magnet)(74)이 상기 왕복동체(73)에 임베드되어 상하측에 자구(magnetic domain)가 형성된다. 예를 들어, N극은 상측에 형성되고 S극은 하측에 형성된다. 상기 영구자석(74)이 자성체(magnetic material)로 작용하는 상기 흡착판(72)에 부착되기 때문에, 상기 왕복동체(73)는 상기 분사 포트(17b)를 여는 위치에서 작동된다.

상기 유로부(69a)와 통합적으로 상기 대체 밸브(69)를 구성하는 작동부(69c)가 상기 흡착판이 부착되는 상기 대경실(71)에서 조립된다. 상기 작동부(69c)는 한쪽 말단에 영구자석(75)이 장착되고 다른 쪽 말단에 조정 스프링이 장착되며 측면부에는 시일 부재(seal member)(77)가 장착된 왕복동체(78) 및 상기 왕복동체(78)를 왕복동 가능하게 구동하는 실린더 부재(cylinder member)(79)를 구비한다.

상기 실린더 부재(79)의 내부는 상기 왕복동체(78)에 의해 두 개의 작동압실(operating pressure room)(80 및 81)로 분할 및 형성된다. 외부로 열리는 공급/배출 포트(79a)는 상기 조정 스프링(76)이 수용되지 않는 상기 작동압실(80)과 연통한다. 상기 왕복동체(78)는 구동력으로서 작동압실(80)에 공급되는 기압 및 상기 조정 스프링(76)의 바이어싱력을 이용하는데, 그로 인해 상기 왕복동체(78)에 장착된 영구자석(75)이 소경실(71)에 수용된 왕복동체(73)에 접근하는 방향 및 그로부터 멀어지는 방향으로 작동된다. 영구자석(75)이 왕복동체(78)에 장착되기 때문에, 예를 들어 S극을 상측에, N극을 하측에 배치시킴으로써, 왕복동체(73)에 임베드된 영구자석(75)과 반발하는(repulsive) 방향으로 상기 자구가 배치된다. 따라서, 상기 왕복동체 78을 왕복동체 73에 접근시키면, 상기 영구자석들(74 및 75)이 서로 반발하여 상기 왕복동체 73이 왕복동체 78과 멀어지는 방향으로 작동된다.

그러한 대체 밸브(69)에서, 상기 조정 스프링이 상기 작동압실(80)에 공급되는 기압에 의해 압축되고 상기 왕복동체 78로 하여금 상기 왕복동체 73으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하는 경우, 영구자석(74)이 임베드된 왕복동체(73)이 상기 흡착판(72)로 끌려가 상기 분사 포트(17b)가 열리게 한다. 그로 인해 2차측 유로(69b) 및 분사 유로(17a)가 서로 연통하여 펌프실(52) 및 소경실(71)에 있는 약액이 노즐(11)로부터 분사된다. 반면, 상기 작동압실(80)으로 기압의 공급이 정지되는 경우, 상기 왕복동체 78은 상기 조정 스프링(76)에 의해 상기 왕복동체 73에 접근하는 방향으로 작동된다. 따라서, 상기 왕복동체(73)가 반발하여 상기 분사 포트(17b)가 닫히게 하고, 그것에 의해 상기 2차측 유로(69b) 및 분사 유로(17a) 사이의 연통이 차단된다.

도 8은 종래의 약액 공급 장치의 개략적인 유체 회로도이다. 일반적으로, 이중구조 관(double-structure tube)(101)은 펌프(100)의 2차측에 배치되고, 상기 온도 조절기(28)를 사용하여 약액의 온도를 조절한다. 이러한 경우, 약액의 온도 조절 범위 및 노즐(102)의 가동가능한 범위를 확보하기 위해 소정의 길이 이상의 상기 이중구조 관(101)이 사용되어 왔다. 그러나, 수지제 관이 약액의 압력 또는 상기 노즐(102)의 운동으로 인해 구부러지기 때문에, 2차측에서의 저항이 불안정하고 약액의 분사량 및 유속이 불안정해지는 문제가 발생한다. 게다가, 약액의 압력이 상기 약액의 점도에 따라 달라지기 때문에, 펌프(100)의 동작 타이밍, 개폐 밸브(103) 및 후방흡입 밸브(suck-back valve)(104)가 상기 약액의 종류가 변할 때마다 재설정되어야 하고, 그 결과 작동성이 악화되었었다.

본 발명은 상기 구현예들로 제한되지 않고, 본 발명의 요지에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 노즐(11)로부터 소정량의 약액을 분사한 후 상기 노즐에서 약액이 떨어지는 것을 방지하기 위해, 후방흡입 동작(suck-back operation)이 필요할 수 있다. 그러한 경우에서, 1차측 밸브(13)는 닫히고 2차측 밸브(14)(대체 밸브(69))는 열린 채 펌프실(52)이 팽창되는 경우, 분사 유로(17a) 및 2차측 유로들(14b 및 69b)에 잔존하는 약액이 펌프실(52) 내로 흡입되는바 노즐(11)에서 떨어지는 것이 방지된다. 그러나, 상기 후방흡입 동작이 실행되는 경우에는, 체크 밸브가 2차측 밸브로서 사용될 수 없다.

노즐 홀더(12)가 대략 L자로 형성될 필요는 없다. 게다가, 펌프 형성체(63)에 대하여 1차측 밸브(13) 및 2차측 밸브(14)가 조립되고 노즐(11)이 형성되는 노즐체(17)가 상기 2차측 밸브(14)에 대하여 조립되는 노즐 어셈블리(10)를 구성하면 상기 노즐 홀더(12)가 생략될 수 있다. 내관(19)을 흐르는 먼지 및 배수(drain)와 같은 이물질을 제거하기 위해 약액 탱크(15)와 커플링 블록(22) 사이에 필터(filter)가 배치될 수 있다. 비압축성 매체로 액체 이외에 분말(powder) 또는 입자(particle)가 사용될 수 있다.

이러한 약액 공급 장치는 반도체 웨이퍼 제조 기술, 액정 기판 제조 기술, 자기 디스크 제조 기술 및 다층 인쇄 회로 기판 제조 기술에서, 포토레지스트액, SOG 액체, 폴리이미드 수지 액체, 순수, 부식액 및 유기 용매와 같은 약액을 분사하는데 이용될 수 있다.

Claims

다음을 포함하는 노즐 어셈블리(nozzle assembly)를 포함하는 약액 공급 장치(chemical liquid supply apparatus):

약액(chemical liquid)을 분사하는 노즐; 외부로 열리는 연결부(connection port)와 연통하는 1차측 유로(primary-side flow path)를 개폐하기 위해 조립된 1차측 밸브(primary-side flow valve); 및 상기 노즐과 연통하는 2차측 유로(secondary-side flow path)를 개폐하기 위해 조립된 2차측 밸브(secondary-side valve),

여기서 상기 약액은 상기 1차측 밸브 및 상기 2차측 밸브 사이에 제공되는 펌프의 부피를 팽창시킴으로써 상기 연결부로부터 상기 노즐 어셈블리로 흡입되고(sucked), 또한 상기 약액은 상기 펌프의 부피를 수축시킴으로써 상기 노즐로부터 노즐 어셈블리의 외부에 분사되는(dipensed) 것을 특징으로 하는 약액 공급 장치.
제 1항에 있어서, 이중관(double tube)은 상기 펌프로 흡입된 상기 약액이 이 흐르는 내관(internal tube); 및 상기 내관이 배치되고 상기 내관을 통해 통과하는 약액의 온도를 조절하는 온조수(temperature control water)가 흐르는 외관(external tube)을 포함하는 이중관을 포함하고, 상기 이중관은 상기 연결부와 연결되는 것을 특징으로 하는 약액 공급 장치.
제 2항에 있어서, 상기 외관과 연통하고 상기 온조수가 흐르는 온조수 유로(temperature control flow path)는 펌프 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 약액 공급 장치.
제 3항에 있어서, 상기 펌프는 튜브형 가요성 필름(flexible film)으로 형성되는데, 상기 가요성 필름의 한쪽 말단은 상기 1차측 유로와 연통하고 다른 쪽 말단은 상기 2차측 유로와 연통하며 상기 펌프는 상기 가요성 필름의 팽창에 의해 상기 약액을 흡입하고 상기 가요성 필름의 수축에 의해 상기 약액을 분사하는 것을 특징으로 하는 약액 공급 장치.
제 4항에 있어서, 상기 가용성 필름은 구동 매체(driving medium)로 채워진 구동실(driving room)에 수용되는데, 상기 가요성 필름은 상기 구동 매체의 부피 또는 압력을 감소시킴으로써 팽창되고 상기 가요성 필름은 상기 구동 매체의 상기 부피 또는 압력을 증가시킴으로써 수축되는 것을 특징으로 하는 약액 공급 장치.
제 5항에 있어서, 상기 노즐 어셈블리는 상기 약액이 분사되는 공작물(workpiece) 위에서 움직이는 가동 암(movable arm)에 고정되는 것을 특징으로 하는 약액 공급 장치.
제 6항에 있어서, 상기 구동실을 채운 상기 구동 매체의 상기 부피 또는 압력을 증가/감소시키는 구동 장치(driving device)는 상기 가동 암이 아닌 부분에 위치되고, 또한 상기 구동 장치와 상기 구동실은 상기 구동 매체가 흐르는 관을 통해 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 약액 공급 장치.
제 7항에 있어서, 상기 구동 매체가 비압축성 매체(incompressible medium)이고, 상기 가요성 필름은 상기 구동실에서 상기 비압축성 매체의 상기 부피를 감소시킴으로써 팽창되며, 상기 가요성 필름은 상기 비압축성 매체의 상기 부피를 증가시킴으로써 수축되는 것을 특징으로 하는 약액 공급 장치.