KR20140143431A - 반도체 웨이퍼를 세척하기 위한 원추형 스펀지 브러시 - Google Patents

반도체 웨이퍼를 세척하기 위한 원추형 스펀지 브러시 Download PDF

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KR20140143431A
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Abstract

기판(104)을 세척하기 위한 세척 장치가 제공된다. 일 양태에서, 세척 장치는 제1 단부(124), 제1 단부(124)와는 반대측의 제2 단부(126), 외부 표면(114), 및 브러시의 중심축을 중심으로 하여 브러시(110)에 형성된 중공 보어(112)를 포함하는 브러시(110)를 포함한다. 브러시(110)는 제1 단부(124) 부근의 제1 단면 영역 및 제2 단부(126) 부근의 제2 단면 영역을 형성한다. 제1 및 제2 단면 영역은 모두 대체로 중심축(a1)에 수직이고, 제2 단면 영역은 제1 단면 영역보다 크다.

Description

반도체 웨이퍼를 세척하기 위한 원추형 스펀지 브러시{CONICAL SPONGE BRUSH FOR CLEANING SEMICONDUCTOR WAFERS}
관련 출원
본 출원은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 2012년 4월 3일 출원된 출원 계속 중의 미국 가특허 출원 제61/619,512호의 이익을 청구한다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 물품을 세척하기 위한 프로세스 및 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 반도체 기판을 세척하기 위해 사용되는 브러시에 관한 것이다.
주조 원통형 폴리비닐 알코올 브러시가 반도체 웨이퍼 또는 다른 디스크형 기판과 같은 기판의 표면을 효과적으로 세척하기 위한 포스트(post) CMP(Chemical Mechanical planarization: 화학 기계적 평탄화) 프로세스를 제공하기 위해 자동 세척 시스템에 통상적으로 사용된다. 원통형 폴리비닐 알코올 브러시는 또한 평판 패널 디스플레이 제조, 글라스 제조 및 인쇄 회로 기판 조립에 있어서 글라스 및 다른 비-디스크형 기판을 세척하고 건조하기 위해 세척 시스템에서 사용된다. 원통형 브러시는 예를 들어 50 밀리미터만큼 짧은 또는 10 미터만큼의 긴 길이를 가질 수도 있다. 원통형 브러시는 처리되는 기판을 완전히 가로질러 연장하며, 이에 의해 그 기판에 그 직경을 가로지는 전체 거리에 걸쳐 접촉한다.
원통형 브러시는 중심 브러시 코어 상에 배치되어 세척 프로세스 중에 중심 종축을 중심으로 그 브러시 코어에 의해 구동된다. 원통형 브러시는 브러시의 길이를 따라 중심축에 대해 수직으로 취했을 때 일정한 단면 직경을 갖는다. 원통형 브러시와 중심 브러시 코어 사이의 정확하고 안정한 연결이 바람직하다. 원통형 브러시는 기판을 세척하는 것을 돕기 위해 그 외부 표면에 노듈(nodule)을 가질 수도 있다.
원통형 브러시는 그 축 상에서 정확하게 회전하여 대체로 일정한 노듈 압력 패턴을 대체로 원통형 표면에 제공하는 것으로 기대된다. 몇몇 경우에, 원통형 브러시는 중심 브러시 코어 주위에 형성된다. 예를 들어, 브러시 코어는 몰드 내에 배치될 수도 있고, 폴리비닐 알코올과 같은 화학 물질의 혼합물이 몰드 내에 주입되어 중심 브러시 코어 주위에 원통형 브러시를 형성한다.
회전 원통형 브러시가 반도체 웨이퍼와 같은 회전 원형 기판에 맞물릴 때, 원통형 브러시와 원형 기판 사이의 미끄러짐(slippage)이 원통형 브러시와 원형 기판 상의 점들의 선속도들 간의 차이에 기인하여 발생할 수도 있다. 원통형 브러시는 대체로 일정한 회전 속도로 회전하고, 브러시가 원통형 형상이기 때문에, 원통형 브러시의 외부 표면 상의 임의의 점의 선속도는 대체로 일정하다. 본 명세서에 정의된 바와 같이, 표면 또는 기판 상의 점의 선속도는 그 점의 회전 방향에 대한 접선 방향으로의 그 점의 속도이다. 그러나, 원형 기판이 대체로 일정한 회전 속도로 회전함에 따라, 원형 기판의 외부 에지 부근의 점들의 선속도는 원형 기판의 중심 부근 또는 중심에서의 선속도보다 훨씬 크다. 그 결과, 원통형 브러시의 외부 표면 상의 모든 점들의 선속도를 원형 기판 상에 맞물린 인접한 점들과 일치시키는 것이 불가능하게 되어, 원통형 브러시가 원형 기판에 맞물리게 되는 맞물림 영역에서의 원형 기판과 원통형 브러시 사이에 소정의 미끄러짐을 야기한다. 이 미끄러짐은 더 큰 사이즈의 기판에 대해 더 큰 문제점이 된다.
그 결과, 브러시의 외부 표면 상의 모든 점들의 선속도가 원형 기판 상에 맞물린 인접한 점들의 선속도에 거의 일치하여, 원통형 브러시가 그를 따라 원형 기판에 맞물리는 맞물림 영역에서 원형 기판과 원통형 브러시 사이의 작은 미끄러짐을 야기하는 브러시를 갖는 것이 바람직할 것이다.
일 양태에서, 기판을 세척하기 위한 세척 장치가 제공된다. 세척 장치는 외부 세척 표면을 갖는 대체로 원추형 브러시 및 중심축을 중심으로 하여 배치된 중공 보어를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 원추형 브러시는 제2 단부와는 반대측의 제1 단부를 갖는다. 제1 단부는 제1 단면 영역을 형성하고, 제2 단부는 제2 단면 영역을 형성한다. 제1 및 제2 단면 영역은 모두 중심축에 수직이다. 제1 단면 영역은 제2 단면 영역보다 크다.
다른 양태에서, 기판 세척 방법이 제공된다. 그 방법은 제1 중심축을 중심으로 하여 배치된 브러시 코어와, 이 브러시 코어 주위에서 형성된 중공 보어 및 외부 표면을 포함하는 브러시를 포함한 세척 장치를 기판과 맞물리는 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 브러시는 제2 단부와는 반대측의 제1 단부를 갖는다. 브러시의 단면 영역은 제1 중심축에 대해 수직으로 취할 때 제1 단부로부터 제2 단부로 가면서 대체로 증가한다. 방법은 또한 제1 회전 방향으로 제1 중심축을 중심으로 브러시를 회전시키는 것 및 제2 회전 방향으로 제2 중심축을 중심으로 기판을 회전시키는 것을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 중심축은 제1 중심축을 교차한다. 브러시의 제1 단부로부터 브러시의 제2 단부로 외부 세척 표면을 따라 선형으로 형성된 점들은, 제1 회전 방향에 대해 접선 방향이고 브러시의 제1 단부로부터 브러시의 제2 단부로 가면서 대체로 증가하는 각각의 제1 선속도로 각각 이동한다. 기판의 외부 에지로부터 기판의 중심까지 기판을 따라 반경방향으로 형성된 점들은 제2 회전 방향에 대해 접선 방향이고 기판의 외부 에지로부터 기판의 중심으로 가면서 대체로 감소하는 각각의 제2 선속도로 각각 이동한다.
다른 양태에서, 기판 세척 방법이 제공된다. 이 방법은 브러시 코어 및 브러시 코어 주위에 형성된 대체로 원추형 브러시를 갖는 세척 장치를 기판과 맞물리는 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 맞물림 표면 상의 임의의 제1 점의 제1 선속도와 제1 점에 인접한 제2 맞물림 표면 상의 제2 점의 선속도 간의 차이는 약 10% 이내로 대체로 일정하다.
또 다른 양태에서, 기판을 세척하기 위한 세척 장치가 제공되며, 제1 단부, 제1 단부와는 반대측의 제2 단부, 외부 표면, 및 브러시의 중심축을 중심으로 브러시 내에 형성된 중공 보어를 포함한다. 브러시는 제1 단부 부근의 제1 단면 영역 및 제2 단부 부근의 제2 단면 영역을 형성한다. 제1 및 제2 단면 영역은 모두 대체로 중심축에 대해 수직이고, 제2 단면 영역은 제1 단면 영역보다 크다.
또 다른 양태에서, 기판 세척 방법이 제공되고, 제1 축을 중심으로 하여 배치된 브러시 코어와, 브러시 코어 주위에서 브러시 내에 형성된 중공 보어 및 외부 표면을 갖는 브러시를 포함하는 세척 장치를 기판과 맞물리는 것을 포함한다. 브러시는 제2 단부와는 반대측의 제1 단부를 또한 포함한다. 제1 축에 대체로 수직으로 취할 때 브러시의 단면 영역은 제1 단부로부터 제2 단부로 가면서 증가한다. 그 방법은 제1 회전 방향으로 제1 축을 중심으로 브러시를 회전시키는 것과, 제2 회전 방향으로 제2 축을 중심으로 기판을 회전시키는 것을 또한 포함한다. 제2 축은 제1 축을 교차하고, 브러시의 제1 단부로부터 브러시의 제2 단부로 외부 표면을 따라 선형으로 형성된 점들은 각각의 제1 선속도로 각각 이동한다. 제1 선속도는 제1 회전 방향에 대해 접선 방향이고 브러시의 제1 단부로부터 브러시의 제2 단부로 가면서 증가한다. 기판의 외부 에지로부터 기판의 중심으로 기판을 따라 반경방향으로 형성된 점들은 각각의 제2 선속도로 각각 이동한다. 제2 선속도는 제2 회전 방향에 대해 접선 방향이고 기판의 외부 에지로부터 기판의 중심으로 가면서 감소한다.
또 다른 양태에서, 기판 세척 방법이 제공되고, 제1 축을 중심으로 세척 장치를 회전시키는 것을 포함한다. 세척 장치는 제1 단부, 제1 단부와는 반대측의 제2 단부, 제1 축을 중심으로 하여 배치된 브러시 코어, 및 브러시 코어 주위에 형성된 브러시를 포함한다. 브러시의 단면 영역은 제1 축에 대체로 수직으로 취할 때 제1 단부로부터 제2 단부로 가면서 증가한다. 그 방법은 제2 축을 중심으로 기판을 회전시키는 것과, 기판의 제2 표면과 세척 장치의 제1 표면을 맞물리는 것을 또한 포함한다. 제1 맞물림 표면 상의 임의의 점의 제1 선속도와 그러한 제1 점에 인접한 제2 맞물림 표면 상의 점의 제2 선속도 간의 차이는 약 10% 이내로 대체로 일정하다.
본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에 의해서만 규정되고, 이 요약 설명 내의 언급에 의해 영향을 받지 않는다.
본 발명은 이하의 도면 및 상세한 설명을 참조하여 더 양호하게 이해될 수 있다. 도면의 구성 요소들은 반드시 실제 축척대로 도시되어 있는 것은 아니고, 대신에 본 발명의 원리를 예시할 때 강조가 부여되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 세척하고 그리고/또는 연마하기 위한 세척 시스템의 사시도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절두 원추형 브러시의 사시도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 원리를 예시하기 위해 절두 원추형 브러시과 파단한 브러시의 일부분을 부분 분해 사시도로 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 브러시 코어의 사시도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 세척하고 그리고/또는 연마하기 위한 세척 시스템의 사시도를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 절두 원추형 브러시 및 브러시 코어의 분해 사시도를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 세척하고 그리고/또는 연마하기 위한 세척 시스템의 평면도를 도시하고 있다.
본 발명에 따른 방법 및 시스템은 브러시와 기판 사이에 일정한 상대 속도를 제공하도록 적용된 브러시를 형성함으로써 종래의 브러시와 브러시-코어 시스템의 단점을 극복한다. 일 예시적인 실시예에서, 대체로 원추형 또는 절두 원추형의 브러시가 제공되고, 브러시의 외부 표면 상의 모든 점들의 선속도를 기판 상에 맞물린 인접한 점들의 선속도와 일치시키거나 조화시켜, 브러시가 그를 따라 원형 기판에 맞물리는 맞물림 영역에서 원형 기판과 브러시 사이에 작은 미끄러짐을 야기한다.
도 1을 참조하면, 기판(104)을 세척하고 연마하기 위한 세척 시스템(100)이 도시되어 있다. 세척 시스템(100)은 기판(104), 더 구체적으로는 기판(104)의 표면을 연마하고 그리고/또는 세척하도록 자동으로 또는 수동으로 설정될 수 있는 자동 세척 시스템일 수도 있다. 기판(104)은 글라스, 건식 글라스, 반도체 웨이퍼, 평판 패널 디스플레이 글라스 패널, 글라스 제조 패널, 및 인쇄 회로 기판을 포함하는 실리콘계 기판; 폴리머계 기판; 및 실리콘계 반도체 기판, 단일 원소 반도체 기판, 실리콘 온 절연체(silicon on insulator: SOI) 기판, III-V족 반도체 기판, II-VI족 반도체 기판, 다른 2원 반도체 기판, 3원 반도체 기판, 4원 반도체 기판과 같은 다양한 유형의 반도체 기판; 광파이버 기판; 초전도 기판; 글라스 기판; 용융 석영 기판; 용융 실리카 기판; 에피택셜 실리콘 기판; 및 유기 반도체 기판과 같은 다양한 디스크형 또는 비-디스크형 기판 중 임의의 하나를 포함한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 세척 시스템(100)은 중공 보어(112), 중공 보어(112) 내에서 브러시(110)에 맞물리는 브러시 코어(130), 및 브러시 코어(130)에 맞물리는 회전 장치(102)를 갖는 대체로 원추형 형상 또는 절두 원추형 형상의 브러시(110)를 포함한다. 예시된 코어(130)는 단지 예시적인 코어이고, 한정이 되도록 의도된 것은 아니다. 세척 시스템(100)은 다양한 다른 코어들을 포함할 수도 있고, 모든 이러한 코어 가능성은 본 발명의 사상 및 범주 내에 있는 것으로 의도된다. 원추형 브러시(110)는 기판(104)의 표면(106)을 효과적으로 세척하기 위한 포스트 화학 기계적 평탄화(CMP) 프로세스를 제공하도록 통상의 자동 세척 시스템에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 브러시(110)는 주조 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol: PVA) 발포 브러시, 우레탄 발포 브러시, 다른 폴리머 발포 브러시, 또는 기판(104)을 만족스럽게 세척하고 그리고/또는 연마하도록 적용된 다른 흡수성 재료일 수도 있다.
브러시(110)와 같은 대체로 원추형 부재 또는 대체로 절두 원추형 부재는 종방향 중심축(a1)을 중심으로 형성된 부재일 수도 있고, 그 부재가 중심축(a1)을 중심으로 회전함에 따라 부재에 의해 발생된 원심력이 약 20% 이하만큼 변하여, 비교적 균형 잡힌 부재를 제공하도록 하는 식으로 중심축(a1)을 중심으로 균형 잡힐 수도 있고, 여기서 일단부(126)는 중심축(a1)에 수직으로 취할 때, 다른 단부(124)보다 큰 단면 영역을 갖는다. 대체로 원추형 부재 또는 대체로 절두 원추형 부재는 그 외부 표면(114) 상에 또는 내에 형성된 노듈 또는 캐비티와 같은 중단부(interruption)를 포함할 수도 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 원추형 브러시(110)는 중공 보어(112)를 형성하는, 내부 표면(113)과는 반대측의 외부 세척 표면(114)을 포함한다. 중공 보어(112)는 이미 형성된 브러시 코어(130) 주위에 브러시(110)를 사출 성형함으로써 브러시 코어(130) 주위에 형성될 수도 있고, 또는 중공 보어(112)를 형성하고 나서 그 후에 브러시 코어(130) 주위에 배치할 수도 있다. 중공 보어(112)는 원추형 브러시(110)의 내부 표면(113)에 의해 형성된다. 일 실시예에서, 내부 표면(113)은 브러시 코어(130)의 제1 맞물림 부재(140)와 정합하여 그를 둘러싸는 제2 맞물림 부재(116)에 의해 중단된다. 제1 맞물림 부재(140) 주위에 제2 맞물림 부재(116)를 형성함으로써, 브러시(110)는 브러시 코어(130)와 브러시(110) 사이의 미끄러짐 및 이동을 방지하기 위해 브러시 코어(130)에 확실히 끼워 맞춰진다.
외부 세척 표면(114)은 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 대체로 평활할 수도 있고 또는 외부 세척 표면(114)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 채널(120)이 그 사이에 형성된 노듈(118)과 같은 표면 피쳐들을 가질 수도 있다. 채널(120)을 갖는 노듈(118)과 같은 표면 피쳐들을 갖는 것은 브러시(110)가 특정 기판(104)을 더 양호하게 세척하는 것을 도울 수도 있다. 캐비티, 채널(120), 라인, 에지, 점 또는 다른 융기면 또는 노듈(118)과 같은 외부 세척 표면(114) 상의 표면 피쳐들이 포함될 수도 있고, 증가하는 토크 전달 레벨에서 유리한 효과를 갖지만, 외부 세척 표면(114) 기하학적 변화에 대한 이들의 효과로 인해 제한될 수도 있다. 브러시(110)의 절두 원추형 구성에 기인하여, 노듈(118)의 밀도는 제2 단부(124)를 향한 방향에서 표면(114)을 따라 이동할 때 증가한다. 노듈의 예시된 구성은 예시적인 구성이고, 브러시(110)는 다양한 상이한 노듈의 구성을 포함하는 것이 가능하고, 모든 이러한 가능한 노듈 구성은 본 발명의 사상 및 범주 내에 있도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 노듈은 도시되어 있는 것과는 상이한 크기를 가질 수 있고, 브러시는 외부 표면 상에 동시에 다수의 크기의 노듈을 포함할 수 있고, 노듈은 다양한 형상을 가질 수 있는 등이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 브러시 코어(130)는 중공 보어(112) 내에 브러시(110)를 맞물린다. 브러시 코어(130)는 브러시(110)의 중공 보어(112)를 형성하는 내부 표면에 맞물려 고정되는 외부 표면(133)을 형성하는 본체 섹션(132)을 포함한다. 도 6을 참조하면, 일 실시예에서, 브러시 코어(130)는 대체로 원추형 또는 대체로 절두 원추형이다. 다른 실시예에서, 도 3 및 도 4를 참조하면, 브러시 코어(130)는 대체로 원통형 형상이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 외부 표면(114, 133)은 브러시 코어(130)의 중심축(a1)을 중심으로 배치될 수도 있고, 또는 외부 표면(114, 133)은 브러시 코어(130)의 중심축(a1)을 중심으로 대칭으로 위치될 수도 있다. 브러시(110)와 브러시 코어(130) 사이의 회전 이동 및 축방향 이동을 방지하기 위해, 외부 표면(133)의 프로파일 또는 윤곽은 제1 맞물림 부재(140)에 의해 중단될 수도 있다. 회전 이동은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 중심축(a1)을 중심으로 한 회전 방향(α)을 따른 이동으로서 본 명세서에 정의된다. 축방향 이동은 중심축(a1)에 대해 약 30° 이내로, 대체로 수직인 축방향을 따른 이동으로서 본 명세서에 정의된다. 제1 맞물림 부재(140)는 브러시(110)의 제2 맞물림 부재(116)에 더 양호하게 맞물리도록 하기 외부 표면(133)의 전체적 윤곽을 중단하는 임의의 피쳐가다. 제1 맞물림 부재(140)는 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 브러시(110)를 브러시 코어(130)에 효과적으로 축방향으로 고정하기 위해 외부 표면(133)을 따른 임의의 위치에서 밴드 또는 일련의 밴드, 리지 또는 일련의 리지 또는 채널(174) 또는 일련의 채널(174)과 같은 임의의 피쳐를 포함한다.
제1 및 제2 맞물림 부재(140, 116)의 결과로서, 브러시 코어(130)의 외부 표면(133)과 브러시(110)의 내부 표면(113) 사이의 물리적 끼워맞춤은 슬립에 대한 상당한 저항을 제공한다. 이 슬립에 대한 저항은 접착제, 코어의 표면 처리(surface preparation)(화학적, 물리적, 코로나 등)를 포함하는 다른 방법 또는 너얼(kurl), 날카로운 에지, 후크, 첨단(point), 키 또는 다른 연결 피쳐와 같은 이러한 부가의 표면 피쳐들에 의해 더 향상될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 대체로 원추형 브러시(110)는 중심축(a1)을 중심으로 하여 배치된 중공 보어(112) 및 외부 세척 표면(114)을 갖는다. 원추형 브러시(110)는 제2 단부(126)와는 반대측의 제1 단부(124)를 갖는다. 제1 단부(124)는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 제1 단면 영역(A1)을 형성하고, 제2 단부(126)는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 제2 단면 영역(A2)을 형성한다. 제1 및 제2 단면 영역(A1, A2)은 중심축(a1)에 대체로 수직이다. 제1 단면 영역(A1)은 제2 단면 영역(A2)보다 작아, 브러시(110)가 대체로 원추형 형상을 취하게 한다. 중심축(a1)에 대해 수직으로 취할 때 브러시(110)의 단면 영역은 제1 단부(124)로부터 제2 단부(126)로 가면서 대체로 증가한다.
대체로 원추형 형상을 가짐으로써, 브러시(110)가 중심축(a1)을 중심으로 회전할 때, 외부 세척 표면(114) 상의 그리고 제1 단부(124) 부근의 제1 지점(P1)의 선속도(V1)는 외부 세척 표면(114) 상의 그리고 제2 단부(126) 부근의 제2 지점(P2)의 선속도(V2)보다 작다. 선속도(V1, V2)는 브러시(110)의 회전 방향(α)에 대해 대체로 접선 방향으로 점들(P1, P2)이 이동하는 속도이다. 대체로 원추형 형상의 결과로서, 브러시(110)의 제1 단부(124)로부터 브러시(110)의 제2 단부(126)까지 외부 세척 표면(114)을 따라 선형으로 형성된 점들, 예를 들어 점들(P1, P2)은 회전 방향(α)에 대해 접선 방향이고 브러시(110)의 제1 단부(124)로부터 브러시(110)의 제2 단부(126)로 가면서 대체로 증가하는 선속도로 각각 이동한다. 다시 말하면, 외부 세척 표면(114)을 따라 선형으로 형성된 점들의 선속도는 일정하지 않고, 오히려 증가하거나 감소한다.
제1 단면 영역(A1)은 제1 평균 외경(D1)을 갖는 대체로 원형 형상 또는 대체로 도넛 형상을 형성하고, 제2 단면 영역(A2)은 제1 평균 외경(D1)보다 큰 제2 평균 외경(D2)을 갖는 대체로 원형 형상 또는 대체로 중공 도넛-링 형상을 형성한다. 제2 평균 외경(D2)은 약 50% 내지 약 500%만큼 제1 평균 외경(D1)보다 크다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에서, 브러시(110)는 대체로 원추형 또는 절두 원추형 브러시 코어(30)를 수용하고 대체로 일정한 두께(t1)를 갖는 대체로 원추형 또는 절두 원추형 브러시(110)를 허용하기 위해, 대체로 원형 또는 절두 원추형 중공 보어(112)를 형성한다. 브러시(110)는 다양한 상이한 유형, 형상 및 구성의 코어를 포함하도록 적용되고, 도시되어 있는 코어는 단지 다수의 코어의 예일 뿐이고, 본 발명에 대한 한정으로서 의도된 것은 아니다.
도 4를 참조하면, 공극(156)이 본체 섹션(132)의 외부 표면(133)으로부터 본체 섹션(132) 내의 유체 채널(150)에 이르기까지 형성되어, 유체 채널(150)로부터 본체 섹션(132)의 외부 표면(133) 및 브러시(110)로 연마 유체가 유동하게 한다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에서, 브러시 코어(130)는 회전 장치(102)와 맞물리고 연결하기 위한 회전형 맞물림 부재(160)를 또한 포함한다. 회전형 맞물림 부재(160)는 다른 장치에 연결하거나 체결하는 데 사용될 수 있는 임의의 장치로서, 브러시 코어(130)와 단일편으로서 일체로 형성되어 회전 장치(102)에 체결될 수 있는 예를 들어 너트형 부품 또는 다른 다각형 부품과 같은 것을 포함한다. 회전 장치(102)는 회전 장치(102)는 전기 모터, 가스 모터 또는 엔진, 모터 또는 수 구동식 크랭크 샤프트, 및 풀리, 휠, 기계적 링크장치 및/또는 자동으로 또는 수동으로 이동되는 기어의 임의의 조합과 같은, 브러시 코어(130) 상에 회전 이동을 유도할 수 있는 임의의 장치를 포함한다. 회전 장치(102)는 브러시 코어(130)를 회전 장치(102)와 맞물리고 연결하기 위해 회전형 맞물림 부재(160)와 연결하는 상보형 맞물림 부재를 갖는다.
작동시에, 브러시(110)는 브러시 코어(130) 주위에 브러시(110)를 사출 성형함으로써 브러시 코어(130) 주위에 배치되거나 형성될 수도 있다. 브러시 코어(130) 주위에 브러시(110)를 배치하거나 형성하고 나면, 브러시 코어(130) 및 브러시(110)는 회전 장치(102) 상의 맞물림 부재와 회전형 맞물림 부재(160)를 연결함으로써 회전 장치(102)와 연결된다. 이어서, 브러시(110)는 중심축(a1)을 중심으로 회전 방향(α)으로 회전된다. 브러시(110)를 회전시킬 때, 또는 브러시(110)를 회전시키기 전에, 브러시(110)는 기판(104)의 표면(106) 부근에 배치되어 그에 맞물린다. 도시되어 있는 예시적인 실시예에서, 세척 장치는 그 일단부[회전 장치(102) 단부]에서만 지지를 필요로 하고, 단지 기판의 직경을 가로질러 기판의 일부에서만 접촉한다. 통상의 세척 장치는 기판의 직경을 가로질러 기판에 완전히 접촉하고, 세척 장치의 양 단부에서 지지를 필요로 한다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 세척 장치는 기판의 전체 직경 미만으로(즉, 직경의 100 퍼센트 미만으로) 접촉한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 세척 장치는 기판의 직경의 약 70 퍼센트 미만으로 접촉한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 세척 장치는 기판의 직경의 약 60 퍼센트 미만으로 접촉한다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 세척 장치는 기판의 직경의 약 50 퍼센트 접촉한다.
도 1을 참조하면, 브러시(110)는 제1 중심축(a1)을 중심으로 하여 배치된 브러시 코어(130)와 기판(104)을 맞물린다. 브러시 코어(130)의 제1 중심축(a1)에 수직으로 취할 때 브러시(110)의 단면 영역은 대체로 제1 단부(124)로부터 제2 단부(126)로 가면서 증가한다. 기판(104)과 브러시(110)를 맞물리고 나면, 브러시는 제1 회전 방향(α)으로 제1 중심축(a1)을 중심으로 회전되고, 기판(104)은 제2 회전 방향(β)으로 제2 중심축(a2)을 중심으로 회전된다. 도 7을 참조하면, 제1 중심축(a1)은 제2 중심축(a2)(도 7의 지면으로부터 똑바로 나오게 연장함)과 반경방향으로 정렬되고 그와 교차한다.
도 7을 계속 참조하면, 브러시(110)의 제1 단부(124)로부터 브러시(110)의 제2 단부(126)로 외부 세척 표면(114)을 따라 선형으로 형성된 P1 및 P2와 같은 점들은 각각의 제1 선속도(V1, V2)로 각각 이동하며, 이들 선속도는 제1 회전 방향(α)에 접선 방향이며, V1 및 V2에 대한 각각의 화살표의 길이의 차이에 의해 도시되어 있는 바와 같이 브러시(110)의 제1 단부(124)로부터 브러시(110)의 제2 단부(126)로 가면서 대체로 증가한다.
기판(104)의 외부 에지(108)로부터 기판(104)의 중심(109)으로 기판(104)을 따라 반경방향으로 형성된 P3 및 P4와 같은 점들은 각각의 제2 선속도(V3, V4)로 각각 이동하며, 이들 선속도는 제2 회전 방향(β)에 대해 접선 방향이고, V3 및 V4에 대해 각각의 화살표의 길이의 차이에 의해 도시되어 있는 바와 같이 기판(104)의 외부 단부(108)로부터 기판(104)의 중심(109)으로 가면서 대체로 감소한다.
표면(106) 상의 브러시(110)의 회전 운동은 표면(106)을 세척하고 그리고/또는 연마하는 것을 돕는다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에서, 기판(104)은 또한 기판(104)의 중심(109)을 통해 형성된 제2 중심축(a2)을 중심으로 회전 방향(β)을 따라 회전된다. 일 실시예에서, 연마 유체는 본체 섹션(132) 내에 형성된 유체 채널(150)을 통해 그리고 본체 섹션(132)의 외부 섹션(133)을 통해 형성된 공극(156)을 통해 브러시(110) 내로 그리고 유체 채널(150)로 펌핑된다. 연마 유체는 기판(104)을 더 세척하고 그리고/또는 연마하는 것을 돕는다.
P1과 같은 외부 세척 표면(114)을 따른 임의의 점의 제1 선속도와 P3와 같이 제1 점에 인접하여 기판(104)을 따라 반경방향으로 형성된 점의 제2 선속도 간의 차이(dv)는 약 10% 이내 또는 약 5% 이내로 대체로 일정하다. P1과 같이 브러시(110)의 제1 맞물림 표면(190) 사의 임의의 제1 점의 제1 선속도와 P3와 같이 제1 점에 인접하여 기판(104)의 제2 맞물림 표면(192)[표면(190, 192)은 도 7에서 동일 직선 상에 있음] 상의 제2 점의 제2 선속도 간의 차이(dv)는 약 10% 이내 또는 약 5% 이내로 대체로 일정하다. 브러시(110)의 제1 맞물림 표면(190)은 브러시(110)가 기판(104)에 맞물릴 때 소정의 시점에 기판(104)과 접촉하게 되는 브러시(110)의 부분이다. 기판(104)의 제2 맞물림 표면(192)은 브러시(110)가 기판(104)에 맞물릴 때 소정의 시점에 브러시(110)와 접촉하게 되는 기판(104)의 부분이다.
브러시(110) 및 기판(104) 상의 점들의 제1 및 제2 선속도 사이의 대체로 일정한 차이(dv)를 제공함으로써, 브러시(110)가 기판(104)에 맞물려 세척할 때 브러시(110)와 기판(104) 사이의 미끄러짐이 감소될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 브러시는 임의의 크기 및 형상의 기판을 세척하고 그리고/또는 연마하도록 적용된다는 것이 이해되어야 한다. 더욱이, 브러시는 상이한 크기 및 형상의 기판을 수용하기 위한 다양한 구성을 가질 수도 있고, 모든 이러한 구성은 본 발명의 사상 및 범주 내에 있는 것으로 의도된다. 예를 들어, 브러시는 상이한 기판 또는 기판의 상이한 회전 속도를 수용하기 위해 브러시의 길이를 따라 더 큰 또는 작은 비율의 감소하는 직경을 가질 수도 있다.
상기의 예시적인 예는 반도체 기판(104)을 세척하는 데 사용되는 PVA 브러시(110)를 설명하고 있지만, 당 기술 분야의 숙련자는 본 발명에 따른 방법 및 시스템이 이에 한정되는 것은 아니라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 브러시(110)는 다른 재료를 포함할 수도 있고, 다른 유형의 기판(106) 또는 기판(104)을 세척하는 데 사용될 수도 있다. 또한, 브러시(110)는 브러시(110)의 외부 세척 표면(114) 상에 또는 내에 형성된 노듈 또는 캐비티를 가질 수도 또는 갖지 않을 수도 있다. 이러한 예시적인 브러시에서, 브러시의 외부 표면은 비교적 평활할 것이다.
요약서는 독자가 기술적인 개시 내용의 성질을 신속하게 확인하는 것을 허용하도록 제공된다. 이는 청구범위의 범주 또는 의미를 해석하거나 제한하는 데 사용되는 것은 아니라는 이해를 갖고 제출되었다. 게다가, 상기 상세한 설명에서, 다양한 개시 내용들이 본 발명을 합리화하기 위해 다양한 실시예에서 함께 그룹화된다는 것을 알 수 있다. 이 개시 방법은 청구된 실시예들이 각각의 청구항에서 명시적으로 인용된 것보다 더 많은 특징을 요구한다는 의도를 반영하는 것으로서 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이하의 청구범위가 반영하는 바와 같이, 본 발명의 요지는 단일의 개시된 실시예의 모든 특징들보다 적게 있다. 따라서, 이하의 청구범위는 여기서 상세한 설명에 합체되고, 각각의 청구항은 개별적으로 청구된 요지로서 그 자신을 지지한다.
본 발명의 다양한 실시예가 설명되어 있지만, 다른 실시예 및 구현예가 본 발명의 범주 내에서 가능하다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 이에 따라, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 견지를 제외하고는 제한되는 것은 아니다.

Claims (20)

  1. 기판을 세척하기 위한 세척 장치로서:
    브러시를 포함하며, 상기 브러시는 제1 단부, 상기 제1 단부와는 반대측의 제2 단부, 외부 표면, 상기 브러시의 중심축을 중심으로 하여 상기 브러시 내에 형성된 중공 보어를 포함하며, 상기 브러시는 상기 제1 단부 부근에 제1 단면 영역을 형성하고 상기 제2 단부 부근에 제2 단면 영역을 형성하며, 상기 제1 및 제2 단면 영역은 모두 상기 중심축에 대해 대체로 수직이며, 상기 제2 단면 영역은 상기 제1 단면 영역보다 큰 것인 세척 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 단면 영역은 제1 직경을 갖는 대체로 원형 둘레를 갖고, 상기 제2 단면 영역은 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 대체로 원형 둘레를 갖는 것인 세척 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 브러시는 대체로 원추형 형상인 것인 세척 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 브러시는 대체로 절두 원추형 형상인 것인 세척 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 브러시는 상기 브러시의 외부 표면 상에 형성된 복수의 노듈(nodules)을 포함하는 것인 세척 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 브러시의 중공 보어 내에 적어도 부분적으로 배치되고 그리고 상기 중심축을 중심으로 하여 배치된 브러시 코어를 더 포함하는 세척 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 브러시 코어는 대체로 원추형 형상인 것인 세척 장치.
  8. 기판 세척 방법으로서:
    세척 장치를 기판과 맞물리되, 상기 세척 장치는 제1 축을 중심으로 하여 배치된 브러시 코어 및 브러시를 포함하며, 이 브러시는 상기 브러시 코어 주위에서 브러시 내에 형성된 중공 보어 및 외부 표면을 포함하며, 상기 브러시는 제2 단부와는 반대측의 제1 단부를 더 포함하고, 상기 브러시의 단면 영역은 상기 제1 축에 대해 대체로 수직으로 취할 때 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 가면서 증가하는 것인, 세척 장치를 기판과 맞물리는 것;
    제1 회전 방향으로 상기 제1 축을 중심으로 상기 브러시를 회전시키는 것; 및
    제2 회전 방향으로 제2 축을 중심으로 상기 기판을 회전시키는 것
    을 포함하며, 상기 제2 축은 상기 제1 축과 교차하며, 상기 브러시의 제1 단부로부터 브러시의 제2 단부로 외부 표면을 따라 선형으로 형성된 점들은 각각의 제1 선속도로 각각 이동하며, 상기 제1 선속도는 제1 회전 방향에 대해 접선 방향이고 상기 브러시의 제1 단부로부터 상기 브러시의 제2 단부로 가면서 대체로 증가하며,
    상기 기판의 외부 에지로부터 상기 기판의 중심까지 상기 기판을 따라 반경방향으로 형성된 점들은 각각의 제2 선속도로 각각 이동하며, 상기 제2 선속도는 제2 회전 방향에 대해 접선 방향이고 상기 기판의 외부 에지로부터 상기 기판의 중심으로 가면서 대체로 감소하는 것인 기판 세척 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판은 원형 반도체 웨이퍼인 것인 기판 세척 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 기판은 원형 기판인 것인 기판 세척 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 외부 표면을 따른 임의의 점의 제1 선속도와 상기 기판을 따라 제1 점에 인접하여 형성된 점의 제2 선속도 간의 차이는 약 10% 이내로 대체로 일정한 것인 기판 세척 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 브러시는 폴리비닐알코올 브러시인 것인 기판 세척 방법.
  13. 제8항에 있어서, 복수의 노듈이 상기 브러시의 외부 표면 상에 있는 것인 기판 세척 방법.
  14. 기판 세척 방법으로서:
    제1 축을 중심으로 세척 장치를 회전시키되, 상기 세척 장치는 제1 단부, 상기 제1 단부와는 반대측의 제2 단부, 제1 축을 중심으로 하여 배치된 브러시 코어, 및 상기 브러시 코어 주위에 형성된 브러시를 포함하고, 상기 제1 축에 대해 대체로 수직으로 취할 때 상기 브러시의 단면 영역은 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 가면서 대체로 증가하는 것인, 제1 축을 중심으로 세척 장치를 회전시키는 것;
    제2 축을 중심으로 기판을 회전시키는 것; 및
    상기 세척 장치의 제1 표면을 상기 기판의 제2 표면과 맞물리는 것
    을 포함하며, 제1 맞물림 표면 상의 임의의 점의 제1 선속도와 제1 점에 인접한 제2 맞물림 표면 상의 점의 제2 선속도 간의 차이는 약 10% 이내로 대체로 일정한 것인 기판 세척 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 기판은 원형 반도체 웨이퍼인 것인 기판 세척 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 기판은 원형 기판인 것인 기판 세척 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제2 축은 상기 제1 축과 반경방향으로 정렬되고 상기 제1 축과 교차하는 것인 기판 세척 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제1 선속도와 상기 제2 선속도 간의 차이는 약 5% 이내로 대체로 일정한 것인 기판 세척 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 브러시는 폴리비닐 알코올 브러시인 것인 기판 세척 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 브러시는 브러시의 외부 표면 상에 복수의 노듈을 포함하는 것인 기판 세척 방법.
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