KR20100002883A - 기판의 매엽식 양면 세정장치 - Google Patents

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Abstract

동력전달 효율이 높고, 구동부 및 구동축의 크기를 줄일 수 있는 기판의 매엽식 양면 세정장치가 개시된다. 기판의 매엽식 양면 세정장치는 챔버 내에 회전 가능하게 구비되고 기판을 고정시키는 스핀척, 상기 기판 배면으로 세정액을 분사하는 배면 세정부 및 상기 스핀척의 구동축에 직교 결합되는 한쌍의 베벨기어를 포함하고 상기 스핀척을 회전시키는 구동부를 포함한다. 따라서, 베벨기어를 이용하여 구동모터의 구동력이 스핀척으로 직접 전달되므로 동력전달 효율이 높고 진동발생을 방지할 수 있다. 또한, 구동부를 통해 추가 퍼지라인을 확보할 수 있어서 구동부 및 구동축의 크기를 줄이고 구조를 간소화할 수 있다.
매엽식 세정장치, 양면 세정장치, 베벨기어, 구동부

Description

기판의 매엽식 양면 세정장치{APPARATUS FOR CLEANING BOTH SIDES OF SUBSTRATE}
본 발명은 반도체 기판의 양면 세정이 가능한 매엽식 세정장치에 관한 것으로서, 스핀척의 회전을 위한 동력전달 효율을 향상시키고 구동부의 구조 및 크기를 간소화할 수 있는 기판의 매엽식 양면 세정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 기판, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼를 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 제조시에는 기판에 잔존하는 오염 물질을 제거하는 세정 공정이 수행된다.
상기 세정 공정을 위한 세정 방식은 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) 세정장치와 낱장 단위로 기판을 세정하는 매엽식(single wafer type) 세정장치로 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 있다.
상기와 같은 이유들로 인해 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.
통상적으로 매엽식 세정장치는 기판이 수용되어 세정 공정이 수행되는 챔버와 기판을 고정시킨 상태로 회전하는 스핀척 및 기판 표면으로 세정액을 분사하는 노즐부를 포함한다. 그리고 스핀척의 회전 및 승강 이동을 위한 구동부가 구비된다.
구동부는 구동모터와 구동축이 벨트로 결합되어 있고, 벨트를 통해 동력이 전달된다. 따라서, 기존의 매엽식 세정장치는 벨트를 이용하여 동력전달이 이루어지기 때문에 간접적인 동력전달 방식이므로 동력전달 효율이 낮고, 진동이 많이 발생하는 문제점이 있다. 그리고 벨트의 처짐 현상이나 주변환경에 따라 벨트의 인장력에 변화가 발생할 수 있어서 전달되는 동력에 오차가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 기존의 구동부는 벨트와 모터가 수용되는 하우징의 크기가 크고 구동부와 주 변 장치들 사이의 레이아웃이 어려운 문제점이 있었다.
한편, 일정 시간 이상 사용 후에는 벨트의 처짐 및 마모로 인해 벨트의 수명이 다하여 벨트를 교체해야 하는데 이와 같이 벨트의 교체를 위해서는 세정장치의 동작을 중지시키고 작업이 수행되므로 벨트 교체 작업으로 인해 기판의 세정작업이 중단되는 만큼 생산성이 저하된다. 특히, 벨트의 수명이 짧을수록 유지 보수 작업 빈도 증가하게 되고 그로 인한 작업중단이 잦아지므로 인해 작업 효율 및 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 동력전달 효율이 높은 구동부를 구비하는 기판의 매엽식 양면 세정장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 구동부의 크기를 줄이고 구조를 간소화할 수 있는 기판의 매엽식 양면 세정장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 진동이 적게 발생하고 동력전달률이 균일한 기판의 매엽식 양면 세정장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 수명이 길고 구동부로 인한 유지보수 작업 빈도를 절감할 수 있는 기판의 매엽식 양면 세정장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 구동축 및 구동부의 구조를 단순화시킬 수 있는 기판의 매엽식 양면 세정장치가 개시된다. 세정장치는 챔버 내에 회전 가능하게 구비되고 기판을 고정시키는 스핀척, 상기 기판 배면으로 세정액을 분사하는 배면 세정부 및 상기 스핀척의 구동축에 직교 결합되는 한쌍의 베벨기어를 포함하고 상기 스핀척을 회전시키는 구동부를 포함한다.
실시예에서, 상기 구동부는 구동력을 발생시키는 구동모터, 상기 구동모터에 축결합된 제1 구동기어 및 상기 구동축에 축결합되어 상기 제1 구동기어와 치합되는 제2 구동기어를 포함하여 이루어진다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 구동기어는 서로 직교 결합된다.
실시예에서, 상기 배면 세정부는 상기 스핀척에 구비되어 상기 기판 배면으로 세정액을 분사하는 분사노즐, 상기 분사노즐로 세정액을 공급하는 세정액 공급부 및 상기 구동축 내에 구비되어 상기 분사노즐과 상기 세정액 공급부를 연결시켜 상기 분사노즐로 세정액을 공급하는 세정액 라인을 포함하여 이루어진다.
실시예에서, 상기 배면 세정부는 상기 기판의 배면으로 퍼지가스를 분사하는 퍼지라인과 상기 퍼지라인으로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부를 포함하고, 상기 퍼지라인은 상기 구동축과 상기 세정액 라인 사이에 구비된다.
실시예에서, 상기 구동부는 상기 구동부 또는 상기 제1 및 제2 구동기어를 수용하는 하우징을 포함하고, 상기 퍼지가스 공급부는 상기 하우징을 관통하여 상기 퍼지라인과 연통된다.
본 발명에 따르면, 첫째, 구동축과 기어가 수직 방향으로 치합되므로 구동부의 동력을 증가시킬 수 있고 동력전달 효율을 향상시킬 수 있다.
둘째, 본 발명은 베벨 기어를 이용하여 기어와 구동축이 직교하도록 결합되므로 구동부의 구조 및 레이아웃을 간소화시킬 수 있다.
셋째, 본 발명은 구동축에 수직으로 기어가 치합되므로 기존의 벨트 방식과는 달리 벨트의 인장력 문제나 진동 문제가 발생하는 것을 방지한다.
또한, 벨트 방식에 비해 수명이 길어서 수명으로 인한 교체 등과 같은 유지보수 작업을 줄이고 유지보수 작업으로 인해 세정공정이 중단되는 것을 최소화할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있다.
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 매엽식 양면 세정장치의 단면도이다. 도 2는 도 1의 세정장치에서 스핀척의 사시도이다. 도 3은 도 1의 세정장치에서 구동부를 설명하기 위한 요부 단면도이다.
이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 양면 세정이 가능한 매엽식 양면 세정장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 세정장치(100)는 기판(W)의 세정 공간을 제공하는 챔버(110)와 상기 기판(W)을 고정시켜 회전하는 스핀척(120)과 상기 스핀척(120)의 회전 및 승강 이동시키는 구동부(130), 상기 기판(W) 표면을 세정하기 위한 노즐부(140)와 상기 기판(W)의 배면을 세정하기 위한 배면세정부(150)를 포함하여 이루어진다.
상기 챔버(110)는 기판(W)에 대한 세정 공정이 진행되는 동안 상기 기판(W) 상으로 제공되는 세정액의 비산을 방지하고, 세정액을 회수하는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 챔버(110)는 상기 스핀척(120) 둘레를 둘러싸는 보울(bowl) 형태를 갖고 상기 기판(W)의 출입이 가능하도록 상부 또는 하부가 개방되게 형성된다.
여기서, 상기 기판(W)은 반도체 기판이 되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 그 러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(W)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 유리 따위의 투명 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(W)은 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 플레이트 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다. 상기 기판(W)에 형상 및 크기에 따라 상기 챔버 및 상기 스핀척(120)의 크기와 형상 역시 변경될 수 있다.
한편, 상기 챔버(110) 내부에는 상기 기판(W)에서 비산되는 세정액을 회수하는 세정액 회수부(111)가 형성되고, 상기 챔버(110)는 상기 기판(W)에 제공되는 서로 다른 종류의 세정액을 각각 회수할 수 있도록 복수의 세정액 회수부(111)가 다단으로 형성된다. 상기 세정액 회수부(111)는 상기 챔버(110) 내부에서 상하 방향으로 적층되어 각 세정액 회수부(111) 사이가 소정 높이 이격되도록 형성된다. 그리고, 상기 스핀척(120)은 상기 기판(W)에 분사되는 세정액에 따라 상기 세정액 회수부(111)의 높이에 대응되는 위치로 승강 이동하면서 세정 공정이 수행된다.
상기 스핀척(120)은 상기 기판(W)을 고정시킨 상태에서 회전 가능하도록 상기 챔버(110) 내에 구비된다. 그리고, 상기 스핀척(120)은 세정 공정이 수행됨에 따라 상기 챔버(110) 내부에서 상하 방향으로 승강 이동하도록 구비된다.
도 2를 참조하면, 상기 스핀척(120)은 상기 기판(W)에 대응되는 원형 플레이트 형태를 갖고, 상기 스핀척(120) 상면에는 상기 기판(W)이 안착되고 상기 기판(W)을 선택적으로 고정시키는 척핀(121)이 구비된다. 그리고, 상기 스핀척(120) 하부에는 상기 스핀척(120)을 회전시키기 위한 구동축(125)이 구비된다.
상기 척핀(121)은 상기 기판(W)을 상기 스핀척(120) 표면과 소정 간격 이격 지지할 수 있도록 상기 스핀척(120) 상면에서 소정 높이 돌출 구비된다. 또한, 상기 스핀척(120)은 상기 기판(W)을 안정적으로 지지할 수 있도록 복수의 척핀(121)이 규칙적으로 배치된다. 예를 들어, 상기 척핀(121)은 상기 스핀척(120)에서 상기 기판(W)의 에지(edge)부에 대응되는 원주 상에 일정 간격 이격되어 배치된다. 또한, 상기 척핀(121)은 상기 기판(W)을 안정적으로 지지할 수 있도록 적어도 3개 이상 구비된다.
또한, 상기 스핀척(120)의 중앙 부분에는 상기 기판(W) 배면으로 세정액을 분사하여 세정하기 위한 배면 세정노즐(151)이 구비된다. 예를 들어, 상기 배면 세정노즐(151)은 세정액을 분사하는 노즐과 순수를 분사하는 노즐 및 퍼지가스를 분사하는 노즐과 같이 복수의 노즐 집합으로 이루어진다.
한편, 도면에서 미설명 도면부호 511, 512는 상기 배면 세정노즐(151)에서 세정액 분사 노즐 또는 순수 분사 노즐을 나타낸다. 도면부호 511, 512에 의해 지칭된 세정노즐은 단지 서로 다른 세정액 또는 순수를 분사하는 노즐임을 나타내기 위해 서로 다른 도면부호를 부여한 것으로서, 도면에 도시한 바와 같이 세정노즐에서 분사되는 세정액이 한정되는 것은 아니다.
그러나, 상기 배면 세정노즐(151)의 형태와 수가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(W)의 배면을 세정하는 데 사용하는 세정액의 수에 의해 상기 배면 세정노즐(151)의 노즐 수는 실질적으로 변경되며, 상기 배면 세정노즐(151)의 형태 역시 실질적으로 다양하게 변경 가능하다.
상기 노즐부(140)는 상기 기판(W) 상부에 구비되어 상기 기판(W) 표면을 세정한다. 상기 노즐부(140)는 상기 기판(W) 상부에 구비된 분사노즐(141)과 상기 분사노즐(141)로 세정액을 공급하는 제1 세정액 공급부(145)를 포함하여 이루어진다.
상기 배면 세정부(150)는 상기 기판(W) 하부에 구비되어 상기 기판(W) 배면을 세정한다. 상기 배면 세정부(150)는 상기 스핀척(120)에 구비된 상기 배면 세정노즐(151)과 상기 배면 세정노즐(151)로 세정액을 공급하는 제2 세정액 공급부(155) 및 세정액 라인(152)을 포함하여 이루어진다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 구동축(125)은 중공축으로 형성되고, 상기 세정액 라인(152)은 상기 구동축(125) 내부에 구비되어 상기 스핀척(120)을 관통하여 상기 배면 세정노즐(151)에 연결된다. 여기서, 상기 구동축(125)은 상기 스핀척(120)에 고정되어 상기 스핀척(120)과 같이 회전하도록 형성된다. 이에 반해, 상기 세정액 라인(152)은 상기 구동축(125)과 일정 간격 이격되어 상기 구동축(125)이 회전하더라도 상기 세정액 라인(152)은 정지상태로 유지된다.
상기 구동부(130)는 구동모터(135)와 상기 구동모터(135)에서 발생한 회전 구동력을 상기 구동축(125) 및 상기 스핀척(120)으로 전달하기 위한 한쌍의 제1 및 제2 구동기어(131, 132)를 포함하여 이루어진다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부(130)에 대해 상세하게 설명한다.
상기 제1 및 제2 구동기어(131, 132)는 베벨기어로서, 상기 제2 구동기 어(132)는 상기 구동축(125)에 축결합되고, 상기 제1 구동기어(131)는 상기 구동모터(135)에 축결합되어, 상기 제2 구동기어(132)에 직각으로 치합된다.
여기서, 상기 제1 및 제2 구동기어(131, 132)는 서로 직각으로 접촉되는 한쌍의 베벨기어이다. 그러나, 상기 제1 및 제2 구동기어(131, 132)가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 및 제2 구동기어(131, 132)는 둔각으로 접촉되는 베벨기어도 가능하다. 또한, 상기 제1 및 제2 구동기어(131, 132)는 직선 베벨기어(straight bevel gear), 곡선 베벨기어(spiral bevel gear), 제롤 베벨기어(zerol bevel gear) 등이 사용될 수 있다.
본 실시예에 따르면 베벨기어를 사용함으로써 상기 구동모터(135)에서 발생한 회전력이 90° 전환되어 상기 구동축(125)으로 전달되며, 상기 치합되어 있는 한 쌍의 제1 및 제2 구동기어(131, 132)에 의해 회전력이 상기 구동축(125)으로 직접 전달되므로 동력전달 효율을 향상시킨다. 더불어, 상기 제1 및 제2 구동기어(131, 132)가 치합되어 상호간의 진동을 억제하는 효과가 있으므로 진동을 줄일 수 있으며 정숙한 작동이 가능한 장점이 있다. 벨트 방식에 비해 진동이 발생이 적고, 수명이 길어 유지보수가 용이한 장점을 갖는다.
한편, 상기 세정장치(100)에서 세정액이 상기 스핀척(120) 내부로 유입되는 것을 방지하고, 상기 스핀척(120) 표면에서 비산되는 세정액이 상기 기판(W) 배면을 오염시키는 것을 방지하기 위해서 상기 스핀척(120)의 표면이나 내부 또는 상기 척핀(121)으로 퍼지가스가 분사될 수 있다. 이와 같이 상기 스핀척(120) 또는 상기 척핀(121)으로 퍼지가스를 공급하기 위한 추가 퍼지가스 공급부(153)가 구비된 다.
상기 퍼지가스 공급부(153)는 상기 제2 세정액 공급부(155)와 별도로 구비되고, 상기 세정액 라인(152)과 별도로 구비된 퍼지라인(531)을 통해 상기 스핀척(120)으로 퍼지가스를 공급한다.
상기 퍼지라인(531)은 상기 구동축(125) 내에 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 퍼지라인(531)은 상기 구동축(125) 내부에 구비되되, 상기 세정액 라인(152)의 외측으로 구비된다. 상세하게는, 상기 세정액 라인(152)은 고정된 구조인데 반해, 상기 퍼지라인(531)은 상기 세정액 라인(152)과 회전하는 상기 구동축(125) 사이의 공간을 이용한다.
여기서, 상기 세정액 라인(152)은 세정액이 유동하는 배관으로, 복수의 배관의 집합으로 이루어진다. 그런데, 상기 세정액 라인(152)의 직경이 작아질수록 상기 세정액 라인(152)을 따라 유동하는 세정액의 유동저항이 증가하므로 세정액의 공급이 원활하지 못한 문제점이 있다. 그리고, 상기 세정액 라인(152)은 상기 구동축(125) 내부라는 한정된 공간 내에 구비되므로 상기 세정액 라인(152)의 배관 수와 배관의 직경을 증가시키는 데는 한계가 있다.
그러나, 본 실시예에 따르면, 상기 퍼지라인(531)은 퍼지가스가 유동하는 배관이므로 세정액에 비해 유동저항이 작으므로 상기 퍼지라인(531)의 직경은 충분히 작게 할 수 있다. 특히, 상기 퍼지라인(531)을 상기 세정액 라인(152)과 상기 구동축(125) 사이의 공간을 이용함으로써, 상기 구동축(125)의 크기를 실질적으로 증가시키지 않고도 상기 퍼지라인(531)을 위해 필요한 공간을 충분히 확보할 수 있 다. 또한, 상기 스핀척(120) 및 상기 척핀(121)으로 퍼지가스를 공급하기 위한 충분한 양의 퍼지가스를 공급할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기 구동축(125) 일측에는 상기 제1 및 제2 구동기어(131, 132)를 수용하는 하우징(301)이 구비되고, 상기 퍼지가스 공급부(135)는 상기 하우징(301)을 관통하여 상기 구동축(125) 내의 상기 퍼지라인(531)으로 연통된다.
한편, 도 3에서 미설명 도면부호 302와 303은 상기 하우징(301)을 상기 구동축(125)에 고정시키되 상기 구동축(125)을 회전 가능하도록 지지하는 베어링부(302, 303)이다. 그리고, 미설명 도면부호 532와 533은 상기 퍼지라인(531)으로 퍼지가스를 공급하는 퍼지 공급배관(532, 533)이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 매엽식 양면 세정장치를 설명하기 위한 단면도;
도 2는 도 1의 세정장치에서 스핀척의 사시도;
도 3은 도 1의 세정장치에서 구동부 및 배면 세정부를 설명하기 위한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 세정장치 110: 챔버
111: 세정액 회수부 120: 스핀척
121: 척핀 125: 구동축
130: 구동부 131, 132: 구동기어
135: 구동모터 140: 노즐부
141: 분사노즐 145: 제1 세정액 공급부
150: 배면 세정부 151: 배면 세정노즐
152: 세정액 라인 153: 퍼지가스 공급부
155: 제2 세정액 공급부 301: 하우징
302, 303: 베어링부 511, 512: 세정노즐
531: 퍼지라인 532, 533: 퍼지 공급배관

Claims (6)

  1. 챔버 내에 회전 가능하게 구비되고 기판을 고정시키는 스핀척;
    상기 기판 배면으로 세정액을 분사하는 배면 세정부; 및
    상기 스핀척의 구동축에 직교 결합되는 한쌍의 베벨기어를 포함하고 상기 스핀척을 회전시키는 구동부;
    를 포함하는 기판의 매엽식 양면 세정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    구동력을 발생시키는 구동모터;
    상기 구동모터에 축결합된 제1 구동기어; 및
    상기 구동축에 축결합되어 상기 제1 구동기어와 치합되는 제2 구동기어;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 매엽식 양면 세정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 구동기어는 서로 직교 결합되는 것을 특징으로 하는 기판의 매엽식 양면 세정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배면 세정부는,
    상기 스핀척에 구비되어 상기 기판 배면으로 세정액을 분사하는 분사노즐;
    상기 분사노즐로 세정액을 공급하는 세정액 공급부; 및
    상기 구동축 내에 구비되어 상기 분사노즐과 상기 세정액 공급부를 연결시켜 상기 분사노즐로 세정액을 공급하는 세정액 라인;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 매엽식 양면 세정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판의 배면으로 퍼지가스를 분사하는 퍼지라인; 및
    상기 퍼지라인으로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부;
    를 더 포함하고,
    상기 퍼지라인은 상기 구동축과 상기 세정액 라인 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 기판의 매엽식 양면 세정장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동부를 수용하는 하우징을 더 포함하고,
    상기 퍼지가스 공급부는 상기 하우징을 관통하여 상기 퍼지라인과 연통된 것을 특징으로 하는 기판의 매엽식 양면 세정장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108889680A (zh) * 2018-07-04 2018-11-27 芜湖万向新元环保科技有限公司 一种易于维护的橡胶环保设备
CN111221220A (zh) * 2018-11-27 2020-06-02 沈阳芯源微电子设备股份有限公司 一种中空旋转平台装置

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