KR20170052866A - 기판 세정 장치 및 이를 이용한 기판 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 세정 장치에 관한 것으로, 기판을 지지하는 기판 지지부와; 회전하면서 기판을 접촉 세정하되, 회전 중심과 상기 기판 표면까지 접촉 상태를 유지하는 이격 거리가 세정 공정 중에 변동되는 세정 브러쉬를; 포함하여 구성되어, 세정 브러쉬의 회전중심과 기판과의 거리를 변동시키는 것에 의하여 기판을 가압하는 세정 브러쉬의 마찰력이 변동하면서, 기판의 표면에 잔류하는 100㎛ 이상의 큰 이물질 뿐만 아니라 40㎛ 내지 100nm 이하의 미세 이물질의 제거 효과를 크게 향상시킬 수 있는 기판 세정 장치를 제공한다.

Description

기판 세정 장치 및 이를 이용한 기판 세정 방법 {SUBSTRATE CLEANING APPARATUS AND METHOD OF CLENAING SUBSTRATE USING SAME}
본 발명은 기판 세정 장치 및 이를 이용한 기판 세정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 한 쌍의 세정 브러쉬 사이에서 기판을 접촉 세정하는 과정에서 기판의 표면에 잔류하는 미세 이물질을 보다 효과적으로 제거하는 기판 세정 장치 및 이를 이용한 기판 세정 방법에 관한 것이다.
디스플레이 장치에 사용되는 기판이나 반도체 소자의 제작에 사용되는 웨이퍼(이하, 이들을 '기판'이라고 통칭함)를 처리한 이후에, 처리 공정 중에 표면에 묻은 이물질을 제거하는 세정 공정이 이루어진다.
도1은 종래의 기판 세정 장치(1)를 도시한 것이다. 종래의 기판 세정 장치(1)는 기판 이송부에 의하여 기판(W)을 한 쌍의 세정 브러쉬(10)의 사이로 이송하면, 한 쌍의 세정 브러쉬(10) 중 어느 하나가 상하로 이동(10d)하여 기판(W)을 사이에 낀 상태로 세정 브러쉬(10)가 정해진 하나의 위치에서 회전하면서 기판(W)의 표면을 세정한다.
즉, 도2a에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 이격된 세정 브러쉬(10)의 사이에 기판(W)이 위치하면, 도2b에 도시된 바와 같이 세정 브러쉬(10)는 세정 공정 중의 위치로 정해진 이동 속도(V10)로 이동하여, 세정 브러쉬(10)의 외주면이 기판(W)의 표면에 접촉한 상태에서 구동부(M)에 의해 회전 구동된다.
기판(W)의 세정 공정은 세정 브러쉬(10)와 기판(W)의 마찰 접촉에 의한 세정 효과를 높이기 위하여, 기판(W)이나 세정 브러쉬(10) 중 어느 하나에 순수(80a)가 공급되고, 기판(W)에는 세정액(세정용 케미컬, 40a)이 노즐(40)을 통해 공급된다.
이 때, 기판(W)은 회전하는 기판 지지부(90)에 의하여 회전 지지된다. 이를 위하여, 기판 지지부(90)는 다수의 홀더(95)에 기판(W)을 위치시킨 상태로 홀더(95)를 회전(90d)시키며, 이에 따라 기판(W)은 세정 공정 중에 스핀 회전된다.
그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 기판 세정 장치(1)는 세정 브러쉬(20)에 의하여 기판(W)을 정해진 속도로 회전 접촉하면서 기판(W)의 표면을 세정함에 따라, 기판(W)의 표면에 묻어있는 이물질을 제거하는 데 한계가있었다. 특히, 40㎛ 이하의 미세 파티클의 경우에는 브러쉬 세정과의 마찰에 의하여 좀처럼 기판(W)으로부터 분리되지 않아 세정 효율이 저하되는 문제가 있었다.
이 뿐만 아니라, 세정 브러쉬(20)는 접촉 특성을 향상시키기 위하여 외주면에 다수의 세정 돌기(10a)가 정해진 간격(10x)으로 돌출 형성되는 데, 세정 브러쉬(20)의 마찰 접촉에도 세정 돌기(10a)의 사잇 틈새는 상대적으로 접촉에 의한 마찰력이 줄어든다. 이에 따라, 도4에 도시된 바와 같이 기판(W)의 표면에 띠 형상으로 제거되지 않은 이물질의 띠(88)가 세정 돌기(10a)의 간격(10x)에 대응하는 간격(10x')으로 발생되어 세정효율이 낮아지는 문제가 있었다.
또한, 브러쉬 세정 공정 중에 세정 브러쉬(10)의 회전(10r) 속도를 일정하게 유지하면서 기판(W)의 접촉 세정을 할 경우에는, 회전 중심으로부터 반경 위치에 비례하는 기판(W)의 스핀 회전 선속도(v1, v2, v3)가 세정 브러쉬(10)의 외주면에서의 선속도(10w)와 일치하는 위치(Rx)에서, 세정 브러쉬(10)와 기판(W) 사이에 마찰력이 작용하지 않으므로, 이 위치(Rx)에서의 세정 효율이 낮아지는 문제도 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판의 표면에 미세 이물질이 잔류하는 것을 최소화하고 보다 깨끗하게 세정하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 규칙적으로 배열된 세정 돌기를 구비한 한 쌍의 세정 브러쉬를 이용하여 자전하고 있는 원형 기판을 세정함에 있어서 세정 돌기와 접촉하지 않는 영역도 깨끗하게 세정하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 기판의 선속도와 세정 브러쉬의 선속도가 일치하는 영역을 제거함으로써, 기판의 전체 표면에 걸쳐 깨끗한 세정을 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은, 기판을 지지하는 기판 지지부와; 회전하면서 기판을 접촉 세정하되, 회전 중심과 상기 기판 표면까지 접촉 상태를 유지하는 이격 거리가 세정 공정 중에 변동되는 세정 브러쉬를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치를 제공한다.
이와 같이, 세정 브러쉬의 회전중심과 기판과의 거리를 변동시키는 것에 의하여 기판을 가압하는 세정 브러쉬의 마찰력이 변동하면서, 기판의 표면에 잔류하는 100㎛ 이상의 큰 이물질 뿐만 아니라 40㎛ 내지 100nm 이하의 미세 이물질의 제거 효과를 크게 향상시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 상기 세정 브러쉬가 상기 기판에 제1거리만큼 이격된 제1위치에서의 제1이동속도에 비하여, 상기 제1거리보다 더 작은 제2거리만큼 이격된 제2위치에서의 상기 세정 브러쉬의 제2이동 속도는 더 작게 조절될 수 있다. 즉, 세정 브러쉬가 상기 기판과 제1거리만큼 접촉한 것에 비하여, 세정 브러쉬가 상기 기판과 보다 더 접촉하는 제2거리에서, 기판으로 접근하는 이동속도를 더 낮추는 것에 의하여, 세정 브러쉬의 회전에 의해 기판의 표면에 잔류하는 미세 이물질을 기판으로부터 떼어내어 제거하는 효율이 높아지는 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 상기 제2이동속도는 상기 제1이동속도의 3% 내지 50%로 정해질 수 있다. 제2이동속도가 제1이동속도의 3%보다 낮으면 세정 브러쉬의 상하 이동 효율이 낮아지고, 제2이동속도가 제1이동속도의 50%보다 높으면 미세 이물질을 제거하는 효율을 높이는 데 한계가 있다.
이 뿐만 아니라, 상기 제2위치에서의 상기 세정 브러쉬의 회전 속도는 상기 제1위치에서의 상기 세정 브러쉬의 회전속도에 비하여 더 높게 조절되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 세정 브러쉬의 회전중심과 기판과의 이격 거리가 더 큰 제1위치에서는 낮은 가압력으로 고속 회전하면서 큰 이물질을 기판으로부터 분리시키고, 세정 브러쉬의 회전중심과 기판과의 이격 거리가 더 작은 제2위치에서는 큰 가압력으로 저속 회전하면서 작은 이물질을 기판으로부터 분리시키는 세정 공정 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
즉, 세정 브러쉬의 회전중심과 기판의 이격 거리가 작은 상태에서는, 세정 브러쉬에 의한 눌림량이 더 커져 보다 큰 가압력으로 천천히 쓸어냄에 따라 미세 이물질을 효과적으로 제거하며, 세정 브러쉬의 회전중심과 기판의 이격 거리가 더 커진 상태에서는, 세정 브러쉬에 의한 눌림량이 더 작아져 보다 작은 가압력으로 빨리 쓸어냄에 따라 상대적으로 큰 이물질을 세게 밀어 기판으로부터 떼어내므로, 다양한 크기의 이물질과 기판 표면에 다양한 부착력으로 부착된 이물질을 모두 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 세정 브러쉬의 회전 속도는 상기 세정 공정 중에 어느 하나로 고정되지 아니하고 세정 공정 중에 변동됨으로써, 세정 브러쉬의 외주면의 선속도가 변동하게 된다. 이로 인하여, 기판의 회전 중심으로부터 이격된 반경 길이에 따른 기판의 선속도가 세정 브러쉬의 선속도와 일치하는 영역에서 세정 효율이 낮아지는 문제를 해소할 수 있다.
이 때, 상기 세정 브러쉬의 최저 회전 속도는 상기 세정 브러쉬의 최고 회전 속도의 5% 내지 80%로 정해질 수 있다.
한편, 상기 세정 브러쉬는 상기 세정 공정 중에 상기 기판에 대하여 높이가 주기적으로 변동되는 것에 의하여, 세정 브러쉬의 회전중심과 기판의 이격 거리가 세정 공정 중에 변동될 수 있다.
상기 이격 거리는 상기 세정 브러쉬와 상기 기판이 서로 접촉 상태를 유지하는 범위 내에서 세정 브러쉬의 상하 이동 변위가 발생될 수도 있고, 상기 이격 거리는 상기 세정 브러쉬와 상기 기판이 서로 비접촉 상태를 포함하여 접촉과 비접촉을 반복하면서 세정 브러쉬의 상하 이동 변위가 발생될 수도 있다.
그리고, 기판의 세정 공정 중에 상기 세정 브러쉬의 상기 이격 거리를 변동시키는 것은, 상기 세정 공정을 시작하는 때에 상기 세정 브러쉬를 회전시킨 상태로 상기 기판을 향하여 이동하여 상기 기판에 접촉하는 때에 이루어지는 것을 포함한다.
즉, 본 발명은, 기판을 지지하는 기판 지지부와; 세정 공정의 시작 단계에서 회전 상태로 상기 기판을 향하여 제1이동속도로 접근하되, 회전 중심과 상기 기판의 표면까지의 거리가 정해진 거리에 도달하면 상기 제1이동속도보다 낮은 제2이동속도로 상기 기판의 설정 위치까지 이동하면서 상기 기판을 접촉 세정하는 세정 브러쉬를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치를 제공한다.
다시 말하면, 세정 공정 중에 세정 브러쉬를 상하로 이동하면서 이격 거리를 변동하는 것이 가장 효율적이지만, 세정 공정을 시작하는 단계에서 세정 브러쉬가 회전 상태로 기판에 접근하여, 세정 브러쉬의 외주면 (또는 세정 돌기)가 기판과 접촉한 상태의 제1위치(접촉하기 시작하는 상태를 포함함)로부터 보다 더 세정 브러쉬를 기판을 향해 제2위치까지 이동시키는 것을 통해서도 행해질 수 있다.
이 때, 상기 정해진 거리는 상기 세정 브러쉬의 외주면이 상기 기판에 접촉하기 이전일 수도 있고, 상기 정해진 거리는 상기 세정 브러쉬의 외주면이 상기 기판에 접촉한 상태일 수도 있다.
이와 같이, 상기 세정 브러쉬가 상기 기판과 접촉할 때까지 이동하는 제1이동속도에 비하여, 세정 브러쉬가 상기 기판에 보다 낮은 이격 거리로 접근 이동하는 제2이동속도를 더 작게 조절하는 2단계 이동속도조절에 의해, 세정 브러쉬가 기판을 누르는 가압력이 변동하면서 접근하는 이동 속도도 느려지므로, 세정 브러쉬가 기판을 지긋이 누르면서 쓸어내는 것에 의해 미세한 이물질을 제거하는 효율을 높일 수 있다.
그리고 세정 브러쉬의 2단계 이동속도조절에서 감속된 제2이동속도는 감속되기 이전의 제1이동속도에 비하여 3% 내지 50%로 정해지는 것이 바람직하다. 제2이동속도가 제1이동속도에 비하여 3%이하인 경우에는 제1위치에서 제2위치까지 도달하는 데 소요되는 시간이 길어져 큰 이물질을 쓸어내는 시간이 상대적으로 적어지며, 제2ㅇ이동속도가 제1이동속도에 비하여 50%이상인 경우에는 미세한 이물질을 제거하는 시간이 상대적으로 적어지므로, 미세한 이물질과 커다란 이물질을 동시에 제거하는 측면에서 바람직하지 않다.
한편, 상기 세정 브러쉬는 물을 머금는 재질로 형성되어, 상기 기판과 눌리는 정도가 변동되면 상기 이격 거리가 조절된다. 이에 따라, 세정 브러쉬는 기판과의 이격 거리를 변동하면서, 이동 속도 및 회전 속도를 다양하게 조절할 수 있다.
그리고, 상기 세정 브러쉬의 표면에는 정해진 간격으로 이격된 다수의 세정 돌기가 돌출 형성된다. 이와 같이, 세정 브러쉬의 외주면에 세정 돌기가 정해진 간격으로 형성되더라도, 세정 브러쉬의 회전 속도를 변동하는 것에 의하여
그리고, 상기 기판 지지부는 상기 세정 공정 중에 상기 기판을 고정된 상태로 위치시킬 수도 있지만, 기판을 스핀 회전시킴으로써 기판과 세정 브러쉬 사이의 마찰 세정 효과를 높인다.
그리고, 상기 세정 브러쉬는 상기 기판의 하나의 판면에 대해서만 세정할 수도 있지만, 기판에 판면에 작용하는 힘의 균형을 맞추고 반대면으로부터 이물질이 세정면으로 이동할 수 있으므로, 양 판면에 대하여 동시에 접촉 세정하는 것이 좋다.
한편, 상기 세정 브러쉬는 상기 세정 공정 중에 상기 세정 브러쉬의 축선 방향으로 왕복 오실레이션 운동을 할 수도 있다.
이와 함께 또는 이와 별개로, 상기 세정 브러쉬는 상기 세정 공정 중에 상기 세정 브러쉬의 축선 방향에 수직하고 상기 기판의 판면에 평행한 방향으로 왕복 오실레이션 운동을 할 수도 있다.
이를 통해, 세정 브러쉬의 표면에 돌출된 세정 돌기의 사이 간격에서 세정 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 기판을 세정 브러쉬로 접촉 세정하는 방법으로, 상기 기판의 표면과 접촉한 상태로 회전하면서 기판을 접촉 세정하는 세정 단계와; 상기 기판의 표면과 상기 세정 브러쉬의 회전 중심과의 이격 거리를 변동시키는 이격거리 변동단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법을 제공한다.
여기서, 상기 이격거리 변동단계는 상기 세정 단계를 시작하기 위하여 상기 세정 브러쉬를 회전시킨 상태에서 상기 기판의 표면에 접근하면서 행해지는 것을 포함한다.
무엇보다도, 상기 이격거리 변동단계가 행해지는 도중에, 상기 세정 브러쉬와 상기 기판의 이격 거리가 제2거리인 제2위치에서의 상기 세정 브러쉬의 제2이동속도를, 상기 세정 브러쉬와 상기 기판의 이격 거리가 상기 제2거리보다 더 큰 제1거리인 제1위치에서의 상기 세정 브러쉬의 제1이동속도에 비하여 더 작게 조절하는 브러쉬 이동속도조절단계를; 더 포함하여, 세정 브러쉬가 기판을 누르는 가압력의 변동에 따른 세정 효과를 보다 높일 수 있다.
또한, 상기 제1위치에서의 상기 세정 브러쉬의 회전 속도는 상기 제2위치에서의 상기 세정 브러쉬의 회전 속도에 비하여 더 크게 조절된다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '이동 속도' 및 이와 유사한 용어는 세정 브러쉬의 회전 중심과 기판 표면과의 거리를 변동하는 방향으로 이동하는 속도를 지칭하는 것으로 정의한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '회전 속도' 및 이와 유사한 용어는 세정 브러쉬가 자전하는 회전 속도를 지칭하는 것으로 정의한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '이격 거리' 및 이와 유사한 용어는 세정 브러쉬(세정 돌기를 포함한다)의 회전중심과 기판 표면까지의 거리를 지칭한다. 따라서, 이격 거리는 세정 브러쉬와 기판의 표면이 접촉한 상태와 비접촉인 상태에서 모두 존재한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 세정 브러쉬는 솔 형태로 형성된 구성에 국한되지 않으며, 스폰지, 천 등의 다양한 형태의 외피로 이루어져 기판의 표면과 접촉하여 세정하는 형태의 세정 수단을 모두 포함하는 것으로 정의하기로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 세정 브러쉬를 회전시키면서 기판과 접촉 세정하는 세정 공정에 있어서, 세정 브러쉬의 회전중심과 기판과의 이격 거리를 변동시면서 세정하여 세정 브러쉬에 의해 기판을 가압하는 가압력 및 마찰력을 변동시킴에 따라, 기판의 표면에 잔류하는 큰 이물질 뿐만 아니라 미세 이물질의 제거 효과를 크게 향상시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 브러쉬 세정 공정 중에 세정 브러쉬의 회전 속도를 변동하는 것에 의하여, 스핀 회전되고 있는 기판의 선속도와 세정 브러쉬의 선속도가 일치하는 기판 영역에서 세정 효율이 저하되는 문제를 해결하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은, 회전하는 세정 브러쉬가 상기 기판에 제1거리만큼 이격된 제1위치에서 기판에 접근하거나 멀어지는 세정 브러쉬의 제1이동속도에 비하여, 상기 제1거리보다 더 작은 제2거리만큼 이격된 제2위치에서 기판에 접근하거나 멀어지는 세정 브러쉬의 제2이동 속도를 더 작게 조절하는 것에 의하여, 세정 브러쉬의 회전에 의해 기판의 표면에 잔류하는 미세 이물질을 기판으로부터 떼어내어 제거하는 효율을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이와 함께, 본 발명은, 상기 제2위치에서의 상기 세정 브러쉬의 회전 속도는 상기 제1위치에서의 상기 세정 브러쉬의 회전속도에 비하여 더 높게 조절됨으로써, 세정 브러쉬의 회전중심과 기판과의 이격 거리가 더 큰 제1위치에서는 낮은 가압력으로 고속 회전하면서 큰 이물질을 기판으로부터 분리시키고, 세정 브러쉬의 회전중심과 기판과의 이격 거리가 더 작은 제2위치에서는 큰 가압력으로 저속 회전하면서 작은 이물질을 기판으로부터 분리시키는 세정 공정 효율을 극대화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 브러쉬 세정 공정 중에 세정 브러쉬가 전후 방향이나 축선 방향으로 수평 오실레이션 운동을 함으로써, 세정 브러쉬의 세정 돌기의 사잇 영역에서 세정 효과가 낮았던 문제를 해소할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
도1은 기판 지지부를 제외한 종래의 기판 세정 장치의 구성을 도시한 정면도,
도2a 및 도2b는 도1의 기판 세정 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면,
도3은 도1의 기판 세정 장치로 기판을 세정하는 구성을 도시한 평면도,
도4는 도1의 기판 세정 장치로 세정된 기판의 형상을 도시한 도면,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치의 구성을 도시한 사시도,
도6은 도5의 정면도,
도7은 도6의 세정 브러쉬를 회전 및 이동시키는 구성을 도시한 개략도,
도8은 도5의 기판 세정 장치를 이용한 세정 방법을 순차적으로 도시한 순서도,
도9a 내지 도9h는 도8의 세정 방법에 따른 기판 세정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치(100)에 대하여 구체적으로 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하며, 동일하거나 유사한 기능 혹은 구성에 대해서는 동일하거나 유사한 도면 부호를 부여하기로 한다.
도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치(100)는, 세정 공정이 행해지는 동안에 기판(W)을 지지하는 기판 지지부(9)와, 회전하면서 기판(W)의 표면을 접촉 세정하는 세정 브러쉬(110)와, 세정 브러쉬(110)의 회전 및 이동하기 위한 구성을 수용하고 일단부를 지지하는 지지대(120)와, 세정 브러쉬(110)의 회전 및 이동을 제어하는 제어부(130)를 포함하여 구성된다.
상기 기판 지지부(9)는 도5에 도시된 바와 같이 기판(W)의 가장자리를 접촉 지지하는 홀더(95)를 구비한 다수의 구동 지지대(90)와, 기판(W)과 접촉하여 마찰에 의하여 회전하는 홀더(95)를 구비한 감지 지지대(90')로 이루어진다.
기판(W)이 외부로부터 기판 지지부(9)의 거치 핀(93) 상으로 공급되면, 2개씩의 지지대(90, 90')는 서로 근접하는 방향으로 구동부(97)로 이동시켜 기판(W)의 가장자리가 홀더(95)의 정해진 위치에 도달하도록 한다. 그리고, 다수의 구동 지지대(90)가 구동 모터에 의하여 회전 구동하면서 기판(W)을 스핀 회전시킨다.
이 때, 감지 지지대(90')는 기판(W)의 가장자리와 마찰에 의하여 회전 구동되며, 감지 지지대(90')의 회전축의 회전수를 감지하여, 세정 공정 중에 기판(W)의 회전수를 감지하여 기판(W)의 세정 정도를 예측하는 데 사용된다.
도면에 예시된 기판 지지부(9)는 기판(W)의 세정 공정 중에 기판(W)을 스핀 회전시키는 구성이지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 기판(W)의 세정 공정 중에 기판(W)을 스핀 회전시키지 않을 수도 있다. 또한, 기판(W)을 스핀회전시키는 방식이나 기판(W)의 회전수를 감지하는 다른 구성이 적용될 수도 있다.
상기 세정 브러쉬(110)는 물기를 머금을 수 있는 재질(예를 들어, 스폰지 또는 폴리비닐알콜 등)로 형성되고, 회전축(112)과 함께 회전(110r) 구동된다. 세정 브러쉬(110)의 외주면에는 다수의 세정 돌기(110a)가 정해진 간격(110x)으로 돌출 형성된다.
여기서, 회전축(112)은 세정 브러쉬(110)와 함께 회전하며, 도면에는 외팔보 형태로 세정 브러쉬(110)의 일측으로 연장된 구성이 예시되어 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 세정 브러쉬(110)의 양측(미도시)으로 회전축(112)이 연장되어 세정 브러쉬(110)를 양단 지지하는 구성일 수 있다.
도7에 도시된 바와 같이, 세정 브러쉬(110)와 일체로 회전하는 회전축(112)은 제1구동모터(M1)에 의하여 회전(110r) 구동된다. 그리고, 회전축(112)과 제1구동모터(M1)는 상하 방향으로의 이동을 안내하는 가이드봉(117)을 따라 상하이동하는 이동 블록(114)에 설치된다. 따라서, 제2구동모터(M2)에 의하여 가이드 봉(117)을 회전시키면, 세정 브러쉬(110)는 제1구동모터(M1)에 의하여 회전이 지속되고 있는 상태로 이동 블록(114)과 함께 상하 이동(110d)된다.
또한, 이동 블록(114)과 제2구동 모터(M2)는 제2이동블록(116, 플레이트 등 다양한 형상일 수 있음)에 설치되어, 제2이동블록(116)을 이동시키는 제3구동모터(M3)에 의하여 도7의 평면에 수직한 방향으로 왕복 이동(110y)시킬 수 있다. 경우에 따라서는, 세정 브러쉬(110)를 전후 방향으로 이동시키는 구성 요소(M3, 116)은 포함되지 않을 수도 있다.
이와 같이, 세정 브러쉬(110)는 회전 방향(110r), 상하 방향(110d) 및 전후 방향(110y)으로 이동 및 회전 가능하게 설치되며, 도면에 예시되지 아니한 다양한 공지된 구성(예컨대, 서보모터를 이용한 볼스크류, 리니어모터, 리니어 가이드 등)을 이용하여 다른 형태로 구성될 수 있다.
상기 제어부(130)는 구동 모터(M1, M2, M3; M)의 이동 거리, 위치, 회전 속도, 이동 속도 등을 제어한다.
이하, 도8 내지 도9h를 참조하여 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치(100)의 작동 원리를 상술한다.
단계 1: 세정하고자 하는 기판(W)이 기판 지지부(90)의 거치 핀(93) 상에 거치된 후, 구동부(97)에 의하여 한 쌍의 홀더(95)가 서로에 대하여 근접하는 방향으로 이동(90d)하여, 도9a에 도시된 바와 같이 기판(W)이 홀더(95)의 정해진 위치로 공급된다(S110).
단계 2: 그 다음, 기판 지지부(90)의 홀더(95)가 회전(90d)하면서 기판(W)도 스핀 회전(r1)하기 시작한다. 그리고, 도9b에 도시된 바와 같이, 세정 브러쉬(110)는 제1회전속도(u1)로 회전하면서 제1이동속도(V1)로 기판(W)을 향하여 이동한다(S120).
예를 들어, 제1이동속도(V1)는 10mm/sec 내지 35mm/sec로 정해지고, 제1회전속도는 20rpm 내지 100rpm으로 정해질 수 있다.
단계 3: 단계 2에 의하여, 세정 브러쉬(110)의 회전 중심과 기판(W)의 표면까지의 이격 거리가 정해진 제1위치(110i)에 도달하면(도9c), 세정 브러쉬(110)의 제1이동속도(V1)는 감속된 제2이동속도(V2)로 세정 브러쉬(110)가 기판(W)과 접촉하면서 세정하는 설정 위치인 제2위치(110ii)까지 이동한다(S130).
여기서, 세정 브러쉬(110)의 회전 중심과 기판(W)의 표면까지의 이격 거리가 정해진 값에 도달했다는 것은, 세정 브러쉬(110)의 외주면(세정 돌기를 포함한다)이 기판(W)의 표면에 막 접촉한 위치(도9c)에 도달한 것일 수도 있고, 세정 브러쉬(110)의 외주면(세정 돌기를 포함한다)이 기판(W)의 표면에 접촉하기 이전의 위치(미도시)에 도달한 것일 수도 있다.
즉, 제1이동속도(V1)에서 제2이동속도(V2)로 감속하기 시작하는 제1위치(110i)는 세정 브러쉬(110)의 외주면이 기판(W)의 표면에 접촉한 상태일 수도 있고, 세정 브러쉬(110)의 외주면이 기판(W)의 표면과 떨어진 상태일 수도 있다.
제2이동속도(V2)는 제1이동속도(V1)의 3% 내지 50%로 정해진다. 예를 들어, 제2이동속도는 0.1mm/sec 내지 10mm/sec로 정해질 수 있다. 이와 같이, 세정 브러쉬(110)가 제1위치(110i)를 기준으로 2단계로 이동 속도(V1, V2)를 변동하면서 기판(W)과 접촉하여, 기판(W)과 접촉한 상태에서 설정 위치인 제2위치(110ii)까지 보다 천천히 이동하면서 기판(W)을 누르면서 접촉하여 쓸어내는 세정 방식에 의하여, 기판(W)의 표면에 잔류하는 40㎛ 내지 100nm 이하의 미세 이물질을 효과적으로 제거하고 동시에 이물질을 제거하는 과정에서 발생될 수 있는 기판의 스크래치 등의 표면 결함 가능성을 크게 낮출 수 있다.
한편, 세정 브러쉬(110)가 제1위치(110i)로부터 제2위치(110ii)로 이동하는 과정에서, 이동 속도(V1, V2)의 변동 뿐만 아니라 회전 속도(u1, u2)를 보다 더 낮출 수도 있다. 이에 의하여, 세정 브러쉬(110)의 회전 중심과 기판(W)의 표면까지의 이격 거리가 큰 경우(예를 들어, 세정 돌기의 선단부가 살짝 기판(W)에 접촉한 상태, 즉, 도9c의 세정 돌기의 높이(hx)가 거의 드러나는 상태)에서는 고속 회전(u1)에 의하여 기판(W)의 표면에 잔류하는 100㎛ 이상의 큰 이물질을 기판 표면으로부터 떼어내 제거하고, 세정 브러쉬(110)의 회전 중심과 기판(W)의 표면까지의 이격 거리가 작은 경우(예를 들어, 세정 돌기(110a)가 완전히 기판(W)에 눌리거나 세정 돌기의 기저부가 기판(W)에 접촉한 상태, 즉, 도9d의 세정 돌기가 눌려 그 높이가 크게 줄어들거나 없어진 높이(hx')인 상태)에서는 저속 회전(u2)에 의하여 기판(W)의 표면에 잔류하는 40㎛ 내지 100nm 이하의 미세 이물질을 눌러 제거하여 세정 효과를 높일 수 있다.
단계 4: 단계 3에 의하여, 세정 브러쉬(110)가 기판(W)의 세정에 적합한 설정 위치(또는 기준 위치)인 제2위치(100ii)에 도달하면, 도9d에 도시된 바와 같이, 정해진 회전 속도(u3)로 세정 브러쉬(110)가 회전하면서 기판(W)의 표면을 세정한다(S140).
단계 5: 기판(W)의 세정 공정은 단계 4를 지속하는 것에 의해서만 이루어질 수도 있지만, 기판(W)의 전체 표면의 세정 효과를 균일하게 얻기 위하여 도9g에 도시된 바와 같이 세정 브러쉬(110)의 회전 속도(u3, u2)를 변동하면서 기판(W)의 표면을 세정할 수도 있다(S150).
이 때, 세정 브러쉬(110)의 회전 속도(u3, u2)의 변동 범위는 최고 회전 속도의 5% 내지 80%의 범위의 최저회전속도(u2)로 회전하는 것을 포함한다. 이를 통해, 도9f에 도시된 바와 같이, 기판 지지부(90)에 의하여 기판(W)이 스핀 회전(r1)하는 동안에, 세정 브러쉬(110)의 선속도와 동일한 지점에서의 세정 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도9f에 도시된 바와 같이, 세정 공정 중에 세정 브러쉬(110)를 세정 브러쉬(110)의 축선 방향으로 왕복 오실레이션 운동을 하거나, 세정 브러쉬(110)의 축선 방향에 수직하고 기판(W)의 판면에 평행한 전후 방향(110y)으로 왕복 오실레이션 운동을 할 수도 있다. 이 때, 세정 브러쉬(110)의 왕복 오실레이션 스트로크는 세정 돌기(110a)의 간격(110x) 이상으로 정해진다.
이를 통해, 종래에 세정 브러쉬(10)의 표면에 돌출된 세정 돌기(10a)의 사이 간격(10x)에서 기판(W)과의 마찰력이 저하되어 세정 효율이 저하되었던 문제를 해소하고, 기판(W)의 표면 전체에 걸쳐 균일한 세정 효과를 얻을 수 있다.
단계 6: 또한, 기판(W)의 세정 공정은 단계 4를 지속하는 것에 의해서만 이루어질 수도 있지만, 기판(W)의 표면 중에 세정 효과를 높이기 위하여 도9e에 도시된 바와 같이 세정 브러쉬(110)를 상하 방향(dz)으로 왕복 이동하여, 세정 브러쉬(110)의 회전 중심과 기판(W)의 표면까지의 이격 거리를 변동하면서 기판(W)의 표면을 세정할 수도 있다(S160).
예를 들어, 세정 브러쉬(110)의 상하 이동 스트로크는 제1위치(110i)와 제2위치(110ii)를 왕복 이동하게 정해질 수 있다. 따라서, 세정 브러쉬(110)는 기판(W)의 표면과 접촉한 상태를 유지하면서 상하 이동하면서 기판(W)을 세정할 수도 있고, 기판(W)과 접촉하였다 비접촉하였다를 반복하면서 기판(W)을 세정할 수도 있다.
이를 통해, 세정 브러쉬(110)에 의해 기판(W)을 가압하는 가압력 및 마찰력이 변동되면서, 기판의 표면에 잔류하는 큰 이물질과 미세 이물질을 모두 제거하는 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 세정 브러쉬(110)의 상하 이동과 함께 세정 공정이 이루어지면서, 세정 브러쉬(110)의 회전 중심과 기판(W)의 표면과 이격 거리가 멀어진 제1위치(110i)에서는 세정 브러쉬(110)의 회전 속도를 높이고, 세정 브러쉬(110)의 회전 중심과 기판(W)의 표면과 이격 거리가 가까워진 제2위치(110ii)에서는 세정 브러쉬(110)의 회전 속도를 낮추도록 세정할 수 있다. 이에 따라, 세정 브러쉬의 회전중심과 기판과의 이격 거리가 더 큰 제1위치(110i)에서는 낮은 가압력으로 고속 회전하면서 큰 이물질을 기판으로부터 분리시키고, 세정 브러쉬의 회전중심과 기판과의 이격 거리가 더 작은 제2위치(110ii)에서는 큰 가압력으로 저속 회전하면서 작은 이물질을 기판으로부터 분리시키는 세정 공정 효율을 극대화할 수 있다.
단계 7: 상기 단계를 거치면서 기판(W)의 세정 공정이 거의 완료되면, 도9g에 도시된 바와 같이, 세정 브러쉬(110)의 회전 속도를 기준 속도(u3)의 20% 내지 70% 정도로 낮춘다(S170). 이에 의하여, 기판(W)의 표면에 잔류하는 미세한 이물질이 세정 브러쉬(110)에 의하여 마지막으로 씻겨 제거할 수 있다.
그 다음, 도9h에 도시된 바와 같이, 세정이 완료된 기판(W)의 표면으로부터 세정 브러쉬(110)가 멀어지도록 세정 브러쉬(110)를 이동시킨다. 이 때에도, 세정 공정이 주로 이루어졌던 설정 위치인 제2위치(100ii)로부터 제1위치(100i)까지는 낮은 회전 속도(u2)를 유지하면서 낮은 제2이동속도(V2)로 이동하고(S180), 세정 브러쉬(110)가 제1위치(110i)에 도달하면 빠른 제1이동속도(V1)로 신속하게 이동한다(S190).
여기서, 단계 3의 제1위치(110i)와 단계 7의 제1위치(110ii)는 서로 다른 위치로 정해질 수도 있다.
단계 8: 그리고 나서, 세정 공정이 완료된 기판(W)은 그 다음 공정으로 이송된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치(100)는, 세정 브러쉬(110)를 회전시키면서 기판(W)을 접촉 세정함에 있어서, 세정 브러쉬(110)의 회전중심과 기판(W)과의 이격 거리를 변동시면서 세정하여 세정 브러쉬(110)에 의해 기판(W)을 가압하는 가압력 및 마찰력을 변동시킴에 따라, 기판의 표면에 잔류하는 큰 이물질 뿐만 아니라 미세 이물질을 함께 제거하여, 보다 깨끗한 세정 효과를 얻을 수 있는 유리한 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 상기와 같은 특정 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
90: 기판 지지부 95: 홀더
100: 기판 세정 장치 110: 세정 브러쉬
110a: 세정 돌기 110x: 세정 돌기 간격
112: 회전축 114: 이동 블록
120: 지지대 130: 제어부
W: 기판 M: 구동 모터

Claims (25)

  1. 기판을 지지하는 기판 지지부와;
    회전하면서 기판을 접촉 세정하되, 회전 중심과 상기 기판 표면까지의 이격 거리가 세정 공정 중에 변동되는 세정 브러쉬를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 세정 브러쉬가 상기 기판에 제1거리만큼 이격된 제1위치에서의 제1이동속도에 비하여, 상기 제1거리보다 더 작은 제2거리만큼 이격된 제2위치에서의 상기 세정 브러쉬의 제2이동 속도는 더 작은 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제2이동속도는 상기 제1이동속도의 3% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제2위치에서의 상기 세정 브러쉬의 회전 속도는 상기 제1위치에서의 상기 세정 브러쉬의 회전속도에 비하여 더 낮은 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 세정 브러쉬의 회전 속도는 상기 세정 공정 중에 변동되는 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 세정 브러쉬의 최저 회전 속도는 상기 세정 브러쉬의 최고 회전 속도의 5% 내지 80%로 정해지는 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 세정 브러쉬의 표면에는 정해진 간격으로 이격된 다수의 세정 돌기가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 세정 공정 중에 상기 기판에 대한 상기 세정 브러쉬의 높이가 주기적으로 변동되는 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 이격 거리는 상기 세정 브러쉬와 상기 기판이 서로 접촉 상태를 유지하는 범위 내인 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 이격 거리는 상기 세정 브러쉬와 상기 기판이 서로 비접촉 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  11. 기판을 지지하는 기판 지지부와;
    세정 공정의 시작 단계에서 회전 상태로 상기 기판을 향하여 제1이동속도로 접근하되, 회전 중심과 상기 기판의 표면까지의 거리가 정해진 거리에 도달하면 상기 제1이동속도보다 낮은 제2이동속도로 상기 기판의 설정 위치까지 이동하면서 상기 기판을 접촉 세정하는 세정 브러쉬를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 정해진 거리는 상기 세정 브러쉬의 외주면이 상기 기판에 접촉하기 이전인 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 정해진 거리는 상기 세정 브러쉬의 외주면이 상기 기판에 접촉한 상태인 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제2이동속도는 상기 제1이동속도의 3% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  15. 제 1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정 브러쉬는 물을 머금는 재질로 형성되어, 상기 기판과 눌리는 정도가 변동되면 상기 이격 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  16. 제 1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 상기 세정 공정 중에 상기 기판을 스핀 회전시키는 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치
  17. 제 1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정 브러쉬는 상기 기판의 양 판면에 대하여 동시에 접촉 세정하는 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  18. 제 1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정 브러쉬는 상기 세정 공정 중에 상기 세정 브러쉬의 축선 방향으로 왕복 오실레이션 운동을 하는 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 세정 브러쉬의 왕복 오실레이션 운동의 스트로크는 상기 세정 돌기의 간격 이상인 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  20. 제 1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정 브러쉬는 상기 세정 공정 중에 상기 세정 브러쉬의 축선 방향에 수직하고 상기 기판의 판면에 평행한 방향으로 왕복 오실레이션 운동을 하는 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 세정 브러쉬의 왕복 오실레이션 운동의 스트로크는 상기 세정 돌기의 간격 이상인 것을 특징으로 하는 브러쉬 세정 장치.
  22. 기판을 세정 브러쉬로 접촉 세정하는 방법으로,
    상기 기판의 표면과 접촉한 상태로 회전하면서 기판을 접촉 세정하는 세정 단계와;
    상기 세정 단계 중에, 상기 기판의 표면과 상기 세정 브러쉬의 회전 중심과의 이격 거리를 변동시키는 이격거리 변동단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 이격거리 변동단계는 상기 세정 단계를 시작하기 위하여 상기 세정 브러쉬를 회전시킨 상태에서 상기 기판의 표면에 접근하면서 행해지는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  24. 제 22항 또는 제23항에 있어서, 상기 이격거리 변동단계가 행해지는 도중에,
    상기 세정 브러쉬의 회전 중심과 상기 기판의 이격 거리가 제2거리인 제2위치에서의 상기 세정 브러쉬의 제2이동속도를, 상기 세정 브러쉬의 회전중심과 상기 기판의 이격 거리가 상기 제2거리보다 더 큰 제1거리인 제1위치에서의 상기 세정 브러쉬의 제1이동속도에 비하여 더 작게 조절하는 브러쉬 이동속도조절단계를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 제1위치에서의 상기 세정 브러쉬의 회전 속도는 상기 제2위치에서의 상기 세정 브러쉬의 회전 속도에 비하여 더 큰 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
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