KR20080023859A - 스핀헤드 및 이를 이용하여 웨이퍼를 홀딩/언홀딩하는 방법 - Google Patents

스핀헤드 및 이를 이용하여 웨이퍼를 홀딩/언홀딩하는 방법 Download PDF

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Abstract

스핀헤드는 플레이트의 상부 가장자리를 따라 배치된 제1 및 제2 홀딩핀들을 이용하여 기판이 플레이트의 상부로부터 이탈하는 것을 방지한다. 공정진행시 제1 및 제2 홀딩핀들은 선택적으로 회전하면서 기판의 측부와 교대로 접촉/비접촉한다. 스핀헤드는 제1 홀딩핀의 하부에 연결되며 제1 극성을 띠는 제1 자성체와, 제2 홀딩핀의 하부에 연결되며 제1 극성과 다른 제2 극성을 띠는 제2 자성체, 그리고 제1 및 제2 자성체의 내측에 연결된 구동자성체를 구비한다. 구동자성체가 제1 극성을 띠면 제1 홀딩핀이 기판의 측부와 접촉하며, 구동자성체가 제2 극성을 띠면 제2 홀딩핀이 기판의 측부와 접촉한다.
홀딩핀, 자성체, 구동자성체

Description

스핀헤드 및 이를 이용하여 웨이퍼를 홀딩/언홀딩하는 방법{Spin head and method for holding/unholding wafer using the same}
도 1은 본 발명에 따른 스핀헤드를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스핀헤드의 내부를 나타내는 정면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 제1 및 제2 홀딩핀들의 상태를 나타내는 평면도이다.
도 4a 내지 도 6b는 본 발명에 따른 제1 및 제2 홀딩핀들의 동작과 이에 따른 제1 및 제2 홀딩핀의 상태를 나타내는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 스핀헤드 10 : 플레이트
12 : 회전축 20 : 제1 홀딩핀
30 : 제2 홀딩핀 42, 44 : 자성체
52, 54 : 구동자성체 58 : 지지축
본 발명은 스핀헤드 및 이를 이용한 웨이퍼를 홀딩/언홀딩하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정시 웨이퍼와의 접촉을 최소화할 수 있는 스핀헤드 및 이를 이용한 웨이퍼를 홀딩/언홀딩하는 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정은 다양한 공정들을 통하여 반도체 기판(semiconductor substrate), 유리 기판(glass substrate) 또는 액정 패널(liquid crystal panel) 등과 같은 기판(substrate) 상에 원하는 패턴을 형성한다. 현재, 에칭 공정, 세정 공정에서는 웨이퍼를 회전(스피닝; spinning)시켜서 웨이퍼 상의 잔유물 또는 박막 등을 제거하는 공정이 수행된다. 이때, 스피닝 동작(spinning operation)은 웨이퍼와 같은 기판을 수천 RPM까지 회전시키면서 순수(deionized water) 또는 식각액 또는 세정액을 공급하면서 진행된다. 물론, 이와 같은 기판을 스피닝하면서 수행되는 공정은 세정공정 뿐만 아니라 포토레지스 공정 등 다른 종류의 반도체 제조 공정에서도 다양하게 사용되고 있다. Mackawa 등에 의한 U.S. Pat. NO. 5,860,181에서는 이와 같이 웨이퍼를 스피닝하기 위한 스핀헤드와 관련하여 기본적인 다양한 기술적 사항들을 개시하고 있다.
일반적으로, 스핀헤드는 웨이퍼의 뒷면을 진공으로 흡착시켜서 고정하는 방법과 실린더나 모터를 사용하여 웨이퍼의 측면으로부터 웨이퍼의 가장자리(edge)를 기계적으로 고정하는 방법이 주로 사용된다.
실린더나 모터를 구동시켜서 웨이퍼의 측면으로부터 웨이퍼의 측부를 기계적으로 고정하는 방법은 홀더가 한번 웨이퍼를 홀딩하면 공정이 끝날 때까지 지속적으로 동일한 위치에서 동일한 부분과 접촉하면서 지지하게 된다. 이때, 약액이 홀더와 웨이퍼 사이의 접촉면 및 그 부근에 일부가 잔류하여 그 공정 후에도 남아있게 된다. 이렇게 잔류한 약액은 경화되거나 찌꺼기 형태로 남아 있게 되고, 다음 공정시 웨이퍼를 오염시키거나 또는 주변 장치를 오염시키는 오염원이 된다.
본 발명의 목적은 공정시 웨이퍼의 접촉면에 잔류하는 약액을 제거할 수 있는 웨이퍼를 홀딩/언홀딩하는 방법 및 이를 이용한 스핀헤드를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼의 전면을 균일하게 처리할 수 있는 웨이퍼를 홀딩/언홀딩하는 방법 및 이를 이용한 스핀헤드를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의하면, 스핀헤드는 공정수행시 기판의 하부에 위치하는 플레이트와, 상기 플레이트의 상부에 상기 플레이트의 가장자리를 따라 배치되며 상기 기판이 상기 플레이트의 상부로부터 이탈하는 것을 방지하는 제1 및 제2 홀딩핀들과, 상기 제1 및 제2 홀딩핀들이 상기 기판의 측부와 교대로 접촉/비접촉하여 상기 기판을 홀딩/언홀딩하도록 자력에 의하여 구동하는 구동유닛을 포함한다.
상기 제1 및 제2 홀딩핀들은 힌지에 의하여 상기 플레이트에 회전가능하도록 결합되며, 상기 제1 및 제2 홀딩핀들은 회전에 의하여 상기 기판의 측부를 향하여 기울어질 수 있다.
상기 구동유닛은 각각의 상기 제1 홀딩핀의 하부에 결합되며 제1 극성을 띠는 제1 자성체들과, 각각의 상기 제2 홀딩핀의 하부에 결합되며 상기 제1 극성과 다른 제2 극성을 띠는 제2 자성체들과, 상기 제1 및 제2 자성체들의 내측에 인접하게 배치되며 인가되는 전류에 따라 제1 또는 제2 극성을 띠는 구동자성체를 포함할 수 있다.
상기 구동자성체는 전자석(electromagnet)일 수 있다.
본 발명에 의하면, 스핀헤드를 이용하여 기판을 홀딩/언홀딩하는 방법은 상기 스핀헤드의 가장자리를 따라 배치된 제1 및 제2 홀딩핀들을 상기 기판의 측부와 교대로 접촉/비접촉하여 상기 기판을 홀딩/언홀딩하되, 상기 제1 및 제2 홀딩핀들이 상기 기판의 측부와 접촉/비접촉하도록 상기 제1 및 제2 홀딩핀들을 상기 기판의 측부를 향하여 기울어지도록 선택적으로 회전시킨다.
상기 제1 홀딩핀 및 제2 홀딩핀들을 회전시키는 단계는 상기 제1 홀딩핀의 하부에 결합되며 제1 극성을 띠는 제1 자성체와 상기 제2 홀딩핀의 하부에 결합되며 상기 제1 극성과 다른 제2 극성을 띠는 제2 자성체에 인접하는 구동자성체가 상기 제1 극성을 갖도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 구동자성체가 상기 제2 극성을 갖도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 6b를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
이하에서는 기판의 일례로 웨이퍼(W)를 들어 설명하나, 본 발명은 이에 한정 되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 스핀헤드(1)를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
스핀헤드(1)는 플레이트(10)와, 플레이트(10)를 감싸는 용기(100)와, 플레이트(10)의 상부면에 설치된 제1 척킹핀(20)들 및 제2 척킹핀(30)들을 포함한다.
플레이트(10)는 웨이퍼(W)에 대응되는 원판 형상을 가지며, 공정시 웨이퍼(W)의 하부에 웨이퍼(W)와 나란하게 배치된다. 플레이트(10)의 상부에는 복수의 관통홀(11)들이 형성되며, 제1 척킹핀(20)들 및 제2 척킹핀(30)들은 각각의 관통홀(11)에 설치된다.
플레이트(10)의 하부에는 플레이트(10)를 회전시키는 회전축(12)이 연결되며, 회전축(12)은 구동모터(도시안됨)에 의하여 구동된다. 구동모터의 구동력은 구동모터에 연결된 구동풀리(도시안됨) 및 구동풀리와 회전축(12)을 연결하는 벨트(16)에 의하여 회전축(12)으로 전달된다. 이는 공정시 웨이퍼(W)를 회전시키기 위한 것으로, 벨트(16)에 의하여 회전축(12)이 회전하면, 회전축(12)에 연결되어 있는 플레이트(10)가 함께 회전하며, 플레이트(10) 상에 로딩된 웨이퍼(W)도 함께 회전한다.
용기(100)는 플레이트(10)를 감싸도록 설치되어, 플레이트(10)의 회전시 웨이퍼(W)의 상부면에 잔류하는 약액 등이 외부로 비산하는 것을 방지한다. 용기(100)의 상부에는 개구가 형성되며, 개구를 통하여 웨이퍼(W)는 플레이트(10) 상에 로딩되거나 플레이트(10)로부터 언로딩된다.
상술한 바와 같이, 제1 척킹핀들(20) 및 제2 척킹핀들(30)은 플레이트(10)에 형성된 관통홀(11)에 각각 설치되며, 플레이트(10) 상에 로딩된 웨이퍼(W)를 함께 지지한다. 본 실시예에서는 여섯 개의 관통홀(11)들이 제공되며, 세 개의 관통홀(11)들에 각각 대응되는 세 개의 제1 척킹핀(20)과, 세 개의 관통홀(11)들에 각각 대응되는 세 개의 제2 척킹핀(30)이 제공된다.
한편, 웨이퍼(W)는 제1 척킹핀들(20)과 제2 척킹핀들(30) 중 적어도 하나에 의하여 안전하게 지지되어야 한다. 따라서, 본 실시예에서는 제1 척킹핀들(20)은 각각 60°를 이루도록 배치되어 있으며, 제2 척킹핀들(30)도 각각 60°를 이루도록 배치되어 있다. 그러나, 이와 달리 배치될 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 스핀헤드(1)의 내부를 나타내는 정면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 플레이트(10)의 상부면에는 지지핀(14)이 설치된다. 지지핀(14)은 플레이트(10)의 상부에 로딩된 웨이퍼(W)의 저면을 지지한다.
제1 홀딩핀(20)은 플레이트(10) 상에 회전가능하도록 결합된다. 제1 홀딩핀(20)은 제1 힌지(23)에 의하여 플레이트(10)에 체결되는 제1 몸체(23)와, 제1 몸체(23)의 상부에 위치하여 웨이퍼(W)의 측부를 지지하는 제1 지지팁(25)을 포함한다.
제1 힌지(23)는 플레이트(10)의 반경 방향과 수직하도록 배치되며, 제1 홀딩 핀(20)은 플레이트(10)의 중심을 향하여 회전된다.
마찬가지로, 제2 홀딩핀(30)은 플레이트(10) 상에 회전가능하도록 결합된다. 제2 홀딩핀(30)은 제2 힌지(33)에 의하여 플레이트(10)에 체결되는 제2 몸체(33)와, 제2 몸체(33)의 상부에 위치하여 웨이퍼(W)의 측부를 지지하는 제2 지지팁(35)을 포함한다.
제2 힌지(33)는 플레이트(10)의 반경 방향과 수직하도록 배치되며, 제2 홀딩핀(30)은 플레이트(10)의 중심을 향하여 회전된다.
제1 홀딩핀(20)의 하부에는 제1 극성을 띠는 제1 자성체(42)가 연결되며, 제2 홀딩핀(30)의 하부에는 제1 극성과 다른 제2 극성을 띠는 제2 자성체(44)가 연결된다. 제1 및 제2 자성체(42, 44)는 제1 및 제2 홀딩핀(20, 30)을 회전시키기 위하여 제공된다.
제1 자성체(42)의 내측에는 제1 구동자성체(52)가 위치하며, 제2 자성체(44)의 내측에는 제2 구동자성체(54)가 위치한다. 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)는 아암(56)의 양단에 고정된다. 아암(56)은 지지축(58)에 의하여 지지된다.
제1 및 제2 구동자성체(52, 54)는 회전축(12)의 내부를 통하여 전원(60)에 연결된다. 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)는 전자석(electromagnet)이며, 인가되는 전원(60)의 전류에 따라 극성이 변한다. 그러나, 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)는 동일한 극성을 띤다.
이하, 도 2 내지 도 6b를 참고하여 제1 및 제2 홀딩핀들(20, 30)의 동작과 이에 따른 제1 및 제2 홀딩핀들(20, 30)의 상태를 살펴보기로 한다.
상술한 바와 같이, 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)는 전자석이므로, 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)에 전류를 인가하지 않으면 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)는 아무런 극성을 띠지 않는다.
제1 및 제2 구동자성체(52, 54)가 극성을 띠지 않으면, 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)로부터 제1 및 제2 자성체(42, 44)에 인가되는 자력은 없다. 따라서, 제1 및 제2 홀딩핀(20, 30)은 연직(鉛直) 상태를 유지하며, 제1 및 제2 지지팁(25, 35)은 웨이퍼(W)의 측부로부터 이격된 상태를 유지한다. 이 상태에서 웨이퍼(W)는 플레이트(10)의 상부에 로딩/언로딩될 수 있다.
도 3은 도 2에 나타낸 제1 및 제2 홀딩핀들(20, 30)의 상태를 나타내는 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)가 제1 극성을 띠는 경우 제1 및 제2 홀딩핀들(20, 30)의 동작과 이에 따른 제1 및 제2 홀딩핀(20, 30)의 상태를 나타내는 도면이다.
제1 및 제2 구동자성체(52, 54)가 제1 자성체(42)의 제1 극성과 동일한 제1 극성을 띠도록 전원(60)으로부터 전류를 인가하면, 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)는 제1 극성을 띠게 된다.
제1 구동자성체(52)가 제1 자성체(42)와 동일한 제1 극성을 띠면, 제1 자성 체(42)에 대하여 척력(repulsive force)을 인가하며, 제1 홀딩핀(20)은 제1 힌지(23)를 중심으로 시계방향으로 회전한다. 따라서, 제1 홀딩핀(20)은 웨이퍼(W)의 측부를 향하여 기울어지며, 도 4b에 도시한 바와 같이 제1 지지팁(25)은 웨이퍼(W)의 측부와 접촉하여 웨이퍼(W)를 지지한다.
한편, 제2 구동자성체(54)는 제2 자성체(44)와 서로 다른 극성을 띠므로, 제2 자성체(54)에 대하여 인력(attractive force)을 인가하며, 제2 홀딩핀(30)은 제2 힌지(33)를 중심으로 시계방향으로 회전한다. 따라서, 제2 홀딩핀(30)은 웨이퍼(W)의 측부를 향하여 기울어지지 않으며, 도 4b에 도시한 바와 같이 제2 지지팁(35)은 웨이퍼(W)의 측부와 비접촉된다.
도 5a 및 도 5b는 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)가 극성을 띠지 않는 경우 제1 및 제2 홀딩핀들(20, 30)의 동작과 이에 따른 제1 및 제2 홀딩핀(20, 30)의 상태를 나타내는 도면이다.
상술한 바와 같이, 제1 홀딩핀들(20)에 의하여 웨이퍼(W)가 지지된 상태에서, 회전축(12)을 이용하여 플레이트(10) 및 웨이퍼(W)를 회전시키며, 웨이퍼(W)에 대한 공정을 수행한다.
이때, 플레이트(10)가 회전하면, 플레이트(10) 상에 연결된 제1 및 제2 홀딩핀(20, 30)은 원심력(centrifugal force)을 받는다. 이때, 제1 및 제2 힌지(23, 33)를 기준으로 제1 및 제2 홀딩핀(20, 30)의 상부가 받는 원심력보다 제1 및 제2 홀딩핀(20, 30)의 하부에 연결된 제1 및 제2 자성체(42, 44)가 받는 원심력이 크 다. 따라서, 제1 및 제2 홀딩핀(20, 30)은 도 5a에 도시한 바와 같이 원심력을 받는다. 이때, 제2 구동자성체(54)에 의하여 제2 자성체(44)에 가해지는 인력은 제2 자성체(44)가 받는 원심력보다 크므로, 제2 지지팁(35)은 웨이퍼(W)의 측부와 비접촉된다.
위와 같은 상태에서, 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)에 공급하던 전류를 중단하면, 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)는 자성을 잃는다. 따라서, 제2 자성체(44)에 가해지는 인력은 소멸되며, 제2 홀딩핀(30)은 원심력에 의하여 반시계방향으로 회전된다. 따라서, 도 5b에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)는 제1 및 제2 지지팁(25, 35)에 의하여 지지된다.
도 6a 및 도 6b는 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)가 제2 극성을 띠는 경우 제1 및 제2 홀딩핀들(20, 30)의 동작과 이에 따른 제1 및 제2 홀딩핀(20, 30)의 상태를 나타내는 도면이다.
위와 같은 상태에서, 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)가 제2 자성체(44)의 제2 극성과 동일한 제2 극성을 띠도록 전원(60)으로부터 전류를 인가하면, 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)는 제2 극성을 띠게 된다.
제1 구동자성체(52)가 제1 자성체(42)와 서로 다른 제2 극성을 띠면, 제1 구동자성체(52)는 제1 자성체(42)에 대하여 인력을 인가하며, 제2 구동자성체(54)와 마찬가지로 제1 구동자성체(52)가 제1 자성체(42)에 인가하는 인력은 제1 자성 체(42)각 받는 원심력보다 크므로, 제1 지지팁(25)은 웨이퍼(W)의 측부와 비접촉된다.
한편, 제2 구동자성체(54)는 제2 자성체(44)와 동일한 극성을 띠므로, 제2 구동자성체(54)는 제2 자성체(54)에 대하여 척력을 인가하며, 제2 홀딩핀(30)은 원심력 및 척력에 의하여 회전된 상태를 유지한다. 따라서, 제2 지지팁(35)은 웨이퍼(W)의 측부와 접촉되며, 도 6b에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)는 제2 지지팁(35)에 의하여 지지된다.
위와 같은 상태에서, 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)에 공급하던 전류를 다시 중단하면, 제1 및 제2 구동자성체(52, 54)는 자성을 잃으며, 제1 홀딩핀(20)은 원심력에 의하여 시계방향으로 회전된다. 따라서, 도 5b에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)는 제1 및 제2 지지팁(25, 35)에 의하여 다시 지지된다.
상술한 바에 의하면, 제1 및 제2 홀딩핀들(20, 30)을 이용하여 웨이퍼(W)의 측부를 교대로 지지할 수 있다. 또한, 교대시에는 웨이퍼(W)가 제1 및 제2 홀딩핀들(20, 30)에 의하여 동시에 지지되므로, 웨이퍼(W)의 측부와 제1 및 제2 홀딩핀들(20, 30)이 동시에 비접촉되는 공백을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면 공정시 웨이퍼의 접촉면에 잔류하는 약액을 제거할 수 있으며, 또한 웨이퍼의 전면을 균일하게 처리할 수 있다. 또한, 웨이퍼의 접촉면에서 발생하는 공정불량을 최소화할 수 있다.

Claims (7)

  1. 공정수행시 기판의 하부에 위치하는 플레이트;
    상기 플레이트의 상부에 상기 플레이트의 가장자리를 따라 배치되며, 상기 기판이 상기 플레이트의 상부로부터 이탈하는 것을 방지하는 제1 및 제2 홀딩핀들; 및.
    상기 제1 및 제2 홀딩핀들이 상기 기판의 측부와 교대로 접촉/비접촉하여 상기 기판을 홀딩/언홀딩하도록 자력에 의하여 구동하는 구동유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 홀딩핀들은 힌지에 의하여 상기 플레이트에 회전가능하도록 결합되며,
    상기 제1 및 제2 홀딩핀들은 회전에 의하여 상기 기판의 측부를 향하여 기울어지는 것을 특징으로 하는 스핀헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동유닛은,
    각각의 상기 제1 홀딩핀의 하부에 결합되며, 제1 극성을 띠는 제1 자성체들;
    각각의 상기 제2 홀딩핀의 하부에 결합되며, 상기 제1 극성과 다른 제2 극성 을 띠는 제2 자성체들;
    상기 제1 및 제2 자성체들의 내측에 인접하게 배치되며, 인가되는 전류에 따라 제1 또는 제2 극성을 띠는 구동자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀헤드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구동자성체는 전자석인 것을 특징으로 하는 스핀헤드.
  5. 스핀헤드를 이용하여 기판을 홀딩/언홀딩하는 방법에 있어서,
    상기 스핀헤드의 가장자리를 따라 배치된 제1 및 제2 홀딩핀들을 상기 기판의 측부와 교대로 접촉/비접촉하여 상기 기판을 홀딩/언홀딩하되,
    상기 제1 및 제2 홀딩핀들이 상기 기판의 측부와 접촉/비접촉하도록 상기 제1 및 제2 홀딩핀들을 상기 기판의 측부를 향하여 기울어지도록 선택적으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 기판을 홀딩/언홀딩하는 방법
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 홀딩핀 및 제2 홀딩핀들을 회전시키는 단계는,
    상기 제1 홀딩핀의 하부에 결합되며 제1 극성을 띠는 제1 자성체와 상기 제2 홀딩핀의 하부에 결합되며 상기 제1 극성과 다른 제2 극성을 띠는 제2 자성체에 인접하는 구동자성체가 상기 제1 극성을 갖도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징 으로 하는 기판을 홀딩/언홀딩하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방법은 구동자성체가 상기 제2 극성을 갖도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 홀딩/언홀딩하는 방법.
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