KR101116645B1 - 초임계 유체를 이용한 기판 세정 장치 - Google Patents

Abstract

초임계 유체를 이용한 기판 세정 장치는 용기, 커버, 유체 공급부 및 열전자 플레이트를 포함한다. 용기의 내부에는 기판이 놓여진다. 커버는 기판이 놓여지는 공간을 밀폐시키기 위하여 용기의 상부에 결합된다. 유체 공급부는 커버에 설치되며, 기판에 초임계 유체를 제공하여 기판을 세정한다. 열전소자 플레이트는 용기의 하부에 장착되며, 외부로부터 인가되는 구동 전원의 전류 방향에 따라 발열 및 흡열하여 공간의 온도를 일정하게 유지한다. 따라서, 기판을 세정하는데 사용되는 초임계 유체의 상태를 그대로 유지할 수 있다.

Description

초임계 유체를 이용한 기판 세정 장치{APPARATUS FOR CLEANING A SUBSTRATE USING A SUPERCRITICAL FLUID}

본 발명은 초임계 유체를 이용한 기판 세정 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 초임계 유체를 이용하여 기판의 회로 패턴이 형성된 상부면을 세정하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 집적 회로 소자 중의 하나인 반도체 소자는 실리콘(silicon)을 기초로 한 웨이퍼(wafer)와 같은 기판으로부터 제조된다. 구체적으로, 상기 반도체 소자는 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 식각 공정 등을 수행하여 상기 기판의 상부면에 미세한 회로 패턴을 형성하여 제조된다.

이에, 상기 기판은 상기의 공정들을 수행하면서 상기 회로 패턴이 형성된 상부면에 각종 이물질이 오염될 수 있음에 따라, 상기 이물질을 제거하기 위하여 세정 공정을 수행할 수 있다.

상기 세정 공정은 용기와 커버의 결합으로 형성된 내부의 밀폐된 공간에 상기 기판을 놓은 다음, 이소프로필 알콜(isopropyl alcohol; 이하,IPA)을 통해 상기 놓여진 기판의 상부면을 세정한 후, 이산화탄소(CO2)를 고압으로 가하여 형성한 초임계 유체를 상기 기판의 상부면에 제공하여 상기 회로 패턴의 사이에 남아 있는 IPA를 제거하는 방식으로 진행될 수 있다.

그러나, 상기 기판이 놓여지는 밀폐된 공간이 일정한 온도를 유지하기 위한 구성이 부재함에 따라, 상기 밀폐된 공간에서 온도 변화로 인해 상기 초임계 유체가 상태 변화하는 경우가 발생될 수 있다.

본 발명의 목적은 기판의 회로 패턴이 형성된 상부면을 세정하는데 사용되는 초임계 유체의 상태를 그대로 유지할 수 있는 초임계 유체를 이용한 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 초임계 유체를 이용한 기판 세정 장치는 용기, 커버, 유체 공급부 및 열전자 플레이트를 포함한다.

상기 용기의 내부에는 기판이 놓여진다. 상기 커버는 상기 기판이 놓여지는 공간을 밀폐시키기 위하여 상기 용기의 상부에 결합된다. 상기 유체 공급부는 상기 커버에 설치되며, 상기 기판에 초임계 유체를 제공하여 상기 기판을 세정한다.

상기 열전소자 플레이트는 상기 용기의 하부에 장착되며, 외부로부터 인가되는 구동 전원의 전류 방향에 따라 발열 및 흡열하여 상기 공간의 온도를 일정하게 유지한다.

한편, 상기 용기는 상기 기판이 놓여지는 영역에 다수의 홀들을 가질 수 있다. 이에, 상기 기판 처리 장치는 상기 용기와 상기 열전소자 플레이트 사이에 장착되며 상기 열전소자 플레이트롤부터의 열을 상기 공간에 전달하기 위하여 상기 홀들 각각에 삽입되는 다수의 칼럼들을 갖는 열전달 플레이트를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 칼럼들 각각은 단부에 상기 공간의 온도를 감지하는 온도 센서를 포함할 수 있다. 또한, 상기 열전달 플레이트는 상기 열전소자 플레이트와 접하는 부위에 절연막을 더 가질 수 있다.

한편, 상기 기판 처리 장치는 상기 열전소자 플레이트의 하부에 장착되는 단열 플레이트를 더 포함할 수 있다.

이러한 초임계 유체를 이용한 기판 세정 장치에 따르면, 내부에 기판이 놓여지는 용기의 하부에 구동 전원의 전류 방향에 따라 발열 및 흡열하는 열전소자 플레이트를 장착함으로써, 상기 기판이 놓여지는 공간을 일정 온도로 유지할 수 있다.

이에 따라, 상기 기판을 세정하기 위하여 상기 공간으로 제공되는 초임계 유체의 상태를 그대로 유지함으로써, 상기 초임계 유체에 의하여 상기 기판이 양호하게 세정될 수 있다. 이로써, 상기 기판으로부터 제조되는 반도체 소자의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 유체를 이용한 기판 세정 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치의 용기에 열전소자 플레이트가 장착된 도면이다.
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 3의 A부분을 확대한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 초임계 유체를 이용한 기판 세정 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 유체를 이용한 기판 세정 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치의 용기에 열전소자 플레이트가 장착된 도면이고, 도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이며, 도 4는 도 3의 A부분을 확대한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치(1000)는 용기(100), 커버(200), 유체 공급부(300) 및 열전소자 플레이트(400)를 포함한다.

상기 용기(100)는 기판(W)이 상부에 놓여지는 바닥판(110) 및 상기 바닥팍의 가장지로부터 연장된 측벽(120)으로 이루어진다. 여기서, 상기 기판(W)은 반도체 소자를 제조하는데 사용되는 실리콘 재질의 웨이퍼(wafer)일 수 있다. 이와 달리, 상기 기판(W)은 평판 표시 장치의 디스플레이 소자를 제조하는데 사용되는 유리 재질의 기판일 수 있다. 또한, 상기 측벽(120)에는 일정한 간격으로 다수의 나사홀(122)들이 형성될 수 있다.

상기 커버(200)는 상기 기판(W)이 놓여지는 공간을 밀폐시키기 위하여 상기 용기(100)의 상부에 결합된다. 구체적으로, 상기 커버(200)는 상기 용기(100)의 측벽(120)에 형성된 나사홀(122)들 각각에 나사 결합되는 볼트(210)들을 통하여 상기 용기(100)에 결합될 수 있다. 또한, 상기 공간의 완전한 밀폐를 위하여 상기 커버(200)와 상기 용기(100)의 측벽(120) 사이에는 오링(미도시)이 장착될 수 있다.

상기 유체 공급부(300)는 상기 기판(W)의 중앙에 초임계 유체(SF)를 제공하도록 상기 기판(W)의 상부에서 상기 커버(200)에 설치된다. 여기서, 상기 초임계 유체(SF)는 이산화탄소(CO2)를 약 -5도 이하에서 약 70bar 이상의 고압으로 가하여 형성될 수 있다.

이렇게 형성된 초임계 유체(SF)는 약 60도의 온도와 약 300bar 이상의 고압이 적용된 저장 탱크(미도시)에 저장된다. 즉, 상기 유체 공급부(300)는 상기 저장 탱크(미도시)와 연결되어 상기 초임계 유체(SF)를 공급 받아 상기 기판(W)의 상부면에 제공한다.

이에, 상기 유체 공급부(300)는 상기 초임계 유체(SF)를 통해 상기 기판(W)의 상부면에 형성된 미세한 회로 패턴 사이에 남아 있는 이물질을 효과적으로 제거할 수 있다. 여기서, 상기 이물질은 이전의 공정들에서 오염된 오염 물질일 수도 있고, 상기 초임계 유체(SF)를 통하여 세정 처리하기 이전에 상기 기판(W)의 상부면을 습식 방식에 따라 세정하는데 사용된 IPA일 수도 있다.

이러한 초임계 유체(SF)는 상기 기판(W)을 세정할 때 주위의 온도가 변화될 경우 그 상태가 액체 또는 기체로 상태가 변화하여 그 세정 능력이 떨어질 수 있다.

상기 열전소자 플레이트(400)는 상기 용기(100)의 바닥판(110) 하부에 장착된다. 상기 열전소자 플레이트(400)는 외부의 전원 장치(10)로부터 인가되는 구동 전원의 전류 방향에 따라 발열 및 흡열 반응이 동시에 발생한다.

구체적으로, 상기 열전소자 플레이트(400)에 제1 방향으로 전류가 인가되면 상기 용기(100)의 바닥판(110)과 접하는 부위에서는 발열 반응이 발생하고, 그 반대되는 부위에서는 흡열 반응이 발생한다. 반대로, 상기 열전소자 플레이트(400)에 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 전류가 인가되면, 상기에서와 반대되는 흡열 반응 및 발열 반응이 발생한다.

이에 따라, 상기 열전소자 플레이트(400)는 상기 전원 장치(10)로부터 인가되는 구동 전원의 전류 방향을 조절하여 상기 용기(100)의 바닥판(110)을 가열 및 냉각시킬 수 있다. 즉, 상기 용기(100)의 기판(W)이 놓여지는 공간을 가열 및 냉각시킬 수 있다.

이와 같이, 상기 전원 장치(10)로부터 인가되는 구동 전원의 전류 방향에 따라 발열 및 흡열하는 열전소자 플레이트(400)를 내부에 기판(W)이 놓여지는 용기(100)의 바닥판(110) 하부에 장착함으로써, 상기 기판(W)이 놓여지는 공간을 일정 온도로 유지할 수 있다.

따라서, 상기 기판(W)을 세정하기 위하여 상기 공간으로 제공되는 초임계 유체(SF)의 상태를 그대로 유지함으로써, 상기 초임계 유체(SF)에 의하여 상기 기판(W)이 양호하게 세정될 수 있다. 이로써, 상기 기판(W)으로부터 제조되는 반도체 소자의 품질을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 용기(100)는 상기 바닥판(110)의 상기 기판(W)이 놓여지는 영역에 다수의 삽입홀(112)들을 가질 수 있다. 이에, 상기 기판(W) 처리 장치는 상기 열전소자 플레이트(400)로부터 열이 상기 기판(W)이 놓여진 공간으로 보다 효율적으로 전달되도록 상기 삽입홀(112)들 각각에 삽입되는 다수의 칼럼(510)들을 가지면서 상기 용기(100)의 바닥판(110)과 상기 열전소자 플레이트(400) 사이에 장착된 열전달 플레이트(500)를 더 포함할 수 있다.

상기 칼럼(510)들 각각은 단부에 상기 기판(W)이 놓여진 공간의 온도를 감지하기 위한 온도 센서(512)가 장착될 수 있다. 상기 온도 센서(512)는 외부의 온도 제어부(20)로 감지한 온도를 전송한다.

이에, 상기 온도 제어부(20)는 상기 전원 장치(10)와 연결되어 상기 온도 센서(512)로부터 감지한 온도가 기준 온도보다 낮을 경우에는 상기 제1 방향으로 전류를 상기 열전소자 플레이트(400)에 인가하여 상기 바닥판(110)을 통해 상기 공간으로 열을 제공하고, 반대로 상기 감지한 온도가 기준 온도보다 높을 경우에는 상기 제2 방향으로 전류를 인가하여 상기 공간으로부터의 열을 흡수할 수 있다.

또한, 상기 열전달 플레이트(500)는 상기 열전소자 플레이트(400)로부터의 열을 전달하기 위하여 열전도성이 우수한 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이에, 상기 열전달 플레이트(500)는 상기 열전소자 플레이트(400)와 접하는 부위에 전기적인 절연을 위하여 절연막(520)을 더 가질 수 있다.

한편, 상기 기판(W) 처리 장치는 상기 열전소자 플레이트(400)의 하부에 장착되는 단열 플레이트(600)를 더 포함할 수 있다. 상기 단열 플레이트(600)는 상기 열전소자 플레이트(400)로부터의 열이 외부로 누설되는 것을 방지하여 상기 공간의 온도를 유지하는데 소모되는 전력이 낭비되는 것을 방지할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

SF : 초임계 유체 W : 기판
10 : 전원 장치 20 : 온도 제어부
100 : 용기 112 : 삽입홀
200 : 커버 300 : 유체 공급부
400 : 열전소자 플레이트 500 : 열전달 플레이트
510 : 칼럼 512 : 온도 센서
520 : 단열 플레이트 1000 : 기판 세정 장치

Claims (5)

1. 기판이 놓여지는 공간을 갖는 용기;
   상기 기판이 놓여지는 상기 공간을 밀폐시키기 위하여 상기 용기의 상부에 결합되는 커버;
   상기 커버에 설치되며, 상기 기판에 초임계 유체를 제공하여 상기 기판을 세정하는 유체 공급부; 및
   상기 용기의 하부에 장착되며, 외부로부터 인가되는 구동 전원의 전류 방향에 따라 발열 및 흡열하여 상기 공간의 온도를 일정하게 유지하는 열전소자 플레이트를 포함하고,
   상기 용기는 상기 기판이 놓여지는 영역에 다수의 홀들을 가지며,
   상기 용기와 상기 열전소자 플레이트 사이에 장착되며 상기 열전소자 플레이트로부터의 열을 상기 공간에 전달하기 위하여 상기 홀들 각각에 삽입되는 다수의 칼럼들을 갖는 열전달 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 기판 세정 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 칼럼들 각각은 단부에 상기 공간의 온도를 감지하는 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 기판 세정 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 열전달 플레이트 및 상기 열전소자 플레이트 사이에 배치되는 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 기판 세정 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 열전소자 플레이트의 하부에 장착되는 단열 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 기판 세정 장치.

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