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KR20200045038A - 초임계 처리 장치 - Google Patents

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KR20200045038A
KR20200045038A KR1020180124960A KR20180124960A KR20200045038A KR 20200045038 A KR20200045038 A KR 20200045038A KR 1020180124960 A KR1020180124960 A KR 1020180124960A KR 20180124960 A KR20180124960 A KR 20180124960A KR 20200045038 A KR20200045038 A KR 20200045038A
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fluid
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최해원
최기훈
커랴킨
허찬영
김도헌
정지수
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 중심에 제1유체홀이 형성된 상부 베젤, 중심에 제2유체홀이 형성된 하부 베젤을 구비하는 베젤; 상기 상부 베젤과 상기 하부 베젤 사이에 기판이 배치되는 공간부;를 포함하며, 상기 상부 베젤의 하부에는 상기 제1유체홀로부터 주변 측으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 제1안내부가 구비되는 초임계 처리 장치를 제공한다.

Description

초임계 처리 장치{SUPERCRITICAL PROCESSING APARATUS}
본 발명은 초임계 유체를 사용하여 기판을 처리하는 초임계 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판으로부터 제조된다. 예를 들면, 반도체 소자는 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 식각 공정 등을 수행하여 기판의 일면에 미세한 회로 패턴을 형성하여 제조된다.
상기의 공정들을 수행하면서 회로 패턴이 형성된 기판의 일면에는 각종 이물질이 부착될 수 있으며, 이물질을 제거하기 위하여 초임계 처리 공정을 수행할 수 있다.
초임계 처리 공정은 세정액, 이소프로필 알콜(isopropyl alcohol; IPA) 등의 건조처리액을 이용하여 기판의 일면을 처리한 다음, 베젤(Vessel)을 포함하는 초임계 처리 장치에서 이산화탄소(CO2) 등의 초임계 유체(Supercritical fluid)를 기판에 고압으로 공급함으로써, 기판에 남아 있는 IPA을 포함하는 이물질을 제거하는 방식으로 진행될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 초임계 처리 장치를 도시한 개략도이다.
도 1을 참고하면, 종래의 초임계 처리 장치는 상부 베젤(10)과 하부 베젤(20) 사이의 공간부(S)에 초임계 처리를 위한 기판(W)이 구비되도록 구성된다. 상부 베젤(10)의 중앙에는 제1유체홀(11)이 형성되고, 하부 베젤(20)의 중앙에는 제2유체홀(21)이 형성되어 초임계 유체가 베젤 내부로 유입되거나 베젤로부터 배출될 수 있다.
이때, 상부 베젤(10)의 저면과 기판(W) 사이에는 그 간격이 일정한 유로를 형성하며, 비교적 작은 직경의 제1유체홀(11)로부터 초임계 유체가 기판(W)의 상면으로 고압으로 공급된다. 이에 따라, 제1유체홀(11)의 위치와 대응되는 기판(W)의 중심부에서 급격한 압력 및 온도 변화가 발생할 수 있으며, 이로 인해 패턴 리닝(Leaning) 등의 문제를 유발할 수 있다. 더불어, 기판(W)의 중심부와 주변부 간에는 초임계 유체의 유동 속도에 차이가 발생할 수 있으며, 이와 같은 초임계 유체의 속도 차이로 인해 기판(W)에는 영역별 온도 편차가 발생하고, 결과적으로 기판(W)의 영역별 공정 불균일을 유발할 수 있다.
또한, 하부 베젤(20)의 제2유체홀(21)로부터 초임계 유체가 유입될 경우, 기판(W)의 저면 중심부에 온도가 집중됨으로써 기판(W)의 중심부와 주변부 간의 온도 편차 및 기판의 영역별 공정 불균일을 유발할 수 있다.
또한, 공정 진행 시 공간부(S)의 소정 영역 예컨대, 기판(W)의 주변부가 위치한 영역에서 와류가 발생할 수 있으며, 이 와류에 의해 파티클이 기판(W)에 재흡착됨으로써 공정 불량을 유발할 수 있다.
또한, 하부 베젤(20)의 제2유체홀(21)을 통해 초임계 유체가 배출되는 경우, 기판(W)의 하부 공간에서도 와류가 발생할 수 있으며, 이로 인해 원활한 유체 흐름이 이루어지지 않을 수 있다.
한국공개특허 10-2009-0016974
본 발명은 초임계 유체의 유동을 고려하여 베젤의 내부 구조를 설계함으로써 초임계 유체의 공급 또는 배출이 안정적으로 이루어지도록 한 초임계 처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 공정 진행 시 베젤 내부의 파티클이 기판에 재흡착되는 것을 최소화할 수 있도록 한 초임계 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 초임계 처리 장치는, 중앙에 제1유체홀이 형성된 상부 베젤, 중앙에 제2유체홀이 형성된 하부 베젤을 구비하는 베젤; 상기 상부 베젤과 상기 하부 베젤 사이에 기판이 배치되는 공간부;를 포함하며, 상기 상부 베젤의 하부에는 상기 제1유체홀로부터 주변 측으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 제1안내부가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 기판의 중심부에서 주변부 측으로 갈수록 상기 상부 베젤과 상기 기판 사이의 폭이 점차 감소할 수 있으며, 상기 기판의 중심부와 주변부에서 유체의 유동 속도가 동일할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 상부 베젤의 저면에는 하측 방향으로 돌출된 제1단차부가 구비될 수 있으며, 상기 제1단차부의 직경은 기판의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 하부 베젤의 상부에는 상기 제2유체홀로부터 주변 측으로 갈수록 상향 경사지게 형성된 제2안내부가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 상부 베젤과 상기 하부 베젤의 사이에 위치되며, 상기 상부 베젤과 상기 하부 베젤의 사이를 실링하는 실링부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 하부 베젤에는 상측으로 돌출되는 제2단차부가 형성되고, 상기 실링부재는 상기 제2단차부에 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 초임계 처리 장치는, 중앙에 제1유체홀이 형성된 상부 베젤, 중앙에 제2유체홀이 형성된 하부 베젤을 구비하는 베젤; 상기 상부 베젤과 상기 하부 베젤 사이에 기판이 배치되는 공간부;를 포함하며, 상기 하부 베젤의 상부에는 상기 제2유체홀로부터 주변 측으로 갈수록 상향 경사지게 형성된 제2안내부가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 상부 베젤의 하부에는 상기 제1유체홀로부터 주변 측으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 제1안내부가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 초임계 처리 장치는, 중앙에 제1유체홀이 형성된 상부 베젤, 중앙에 제2유체홀이 형성된 하부 베젤을 구비하는 베젤; 상기 상부 베젤과 상기 하부 베젤 사이에 기판이 배치되는 공간부; 를 포함하며, 상기 상부 베젤의 하부에는 상기 제1유체홀로부터 주변 측으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 제1안내부가 구비되고, 상기 하부 베젤의 상부에는 상기 제2유체홀로부터 주변 측으로 갈수록 상향 경사지게 형성된 제2안내부가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 초임계 유체의 입출구 부분으로부터 반경 방향으로 유로의 폭이 변화하도록 구성함으로써, 급격한 압력 및 온도 변화에 대한 기판 중심부의 패턴 리닝(Leaning)과 같은 데미지를 감소시키고, 기판의 상부 영역에서 반응 균일도를 증가시킬 수 있다.
또한, 상부 베젤의 저면에 기판의 외측으로 단차부를 형성함으로써 기판의 주변부 측에서 발생하는 와류에 의해 파티클(Particle)이 기판에 재흡착되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래 기술에 의한 초임계 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 초임계 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 상부 베젤과 기판 사이의 유로를 구체적으로 도시한 상세도이다.
도 4는 도 3에 대한 비교예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 상부 베젤의 단차부를 구체적으로 도시한 상세도이다.
도 6은 도 5에 대한 비교예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 2의 하부 베젤로 유체가 유입되는 경우의 유로를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 2의 하부 베젤로 유체가 배출되는 경우의 유로를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명의 본질과 관계없는 부분은 그에 대한 상세한 설명을 생략할 수 있으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여할 수 있다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하도록 의도되지 않으며, 본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 개념으로 해석될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 초임계 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2를 참고하면, 일 실시예에 의한 초임계 처리 장치는 기판(W)을 수용하는 베젤(100)을 포함한다.
베젤(100)은 상부 베젤(110) 및 하부 베젤(120)을 포함하며, 상부 베젤(110)과 하부 베젤(120) 사이에는 소정의 공간부(S)가 형성된다. 기판(W)은 상부 베젤(110)과 하부 베젤(120) 사이의 공간부(S)에 위치된다.
상부 베젤(110)의 중앙에는 수직 방향으로 제1유체홀(111)이 형성되며, 상부 베젤(110)의 하부에는 반경 방향으로 초임계 유체의 흐름을 안내하도록 제1안내부(112)가 구비된다.
제1유체홀(111)은 초임계 유체가 베젤(100) 내부로 유입되는 입구일 수 있다. 초임계 유체는 제1유체홀(111)을 통해 베젤(100) 내부로 유입되어 패턴이 형성된 기판(W)의 상면에 제공될 수 있다.
상부 베젤(110)의 저면에는 하측 방향으로 돌출된 제1단차부(113)를 구비한다. 제1단차부(113)는 기판(W)의 주변부 영역에서 발생하는 와류에 의해 파티클이 기판(W) 측으로 재흡착되는 것을 최소화해 준다.
하부 베젤(120)의 중앙에는 수직 방향으로 제2유체홀(121)이 형성되며, 하부 베젤(120)의 상부에는 반경 방향으로 유체의 흐름을 안내하도록 제2안내부(122)가 구비된다.
제2유체홀(121)은 제1유체홀(111)과 함께 초임계 유체가 베젤(100) 내부로 유입되는 입구일 수도 있고, 또는 초임계 유체를 베젤(100) 외부로 배출하는 출구일 수도 있다. 초임계 유체는 제2유체홀(121)을 통해 베젤(100) 내부로 유입되어 기판(W)의 저면 주변부 측으로 이동하고, 제2유체홀(121)을 통해 베젤(100) 외부로 배출될 수 있다.
한편, 일 실시예에서는 제2유체홀(121)이 입구와 출구의 역할을 같이 수행하고 있으나, 제2유체홀(121)은 출구의 역할 만을 수행할 수도 있다. 또는 하부 베젤(120)에 입구와 출구가 각각 형성될 수도 있다.
상부 베젤(110)과 하부 베젤(120) 사이의 공간부(S)에는 가이드부재가 배치될 수 있다. 가이드부재는 기판을 지지하는 역할을 수행할 수도 있고, 공간부의 부피를 감소시켜 케미컬의 사용량을 절감시킬 수도 있다.
하부 베젤(120)의 테두리 측에는 상측으로 돌출된 제2단차부(123)가 구비된다. 제2단차부(123) 상에는 실링부재(140)가 배치된다. 즉, 실링부재(140)는 상부 베젤(110)과 하부 베젤(120) 사이에 개재되어 공정 진행 시 베젤(100) 내부를 밀봉한다. 실링부재(140)는 실링 가이드(141)에 의해 하부 베젤(120)의 제2단차부(123) 상에 안정적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 초임계 처리 장치를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3을 참고하면, 일 실시예에서는 상부 베젤(110)의 하부에 초임계 유체의 흐름을 안내하도록 제1안내부(112)가 구비된다.
제1안내부(112)는 상부 베젤(110)의 저면 중앙 예컨대, 제1유체홀(111)의 하단으로부터 상부 베젤(110)의 저면 외측으로 갈수록 하향 경사지게 형성될 수 있다. 제1안내부(112)는 소정 곡률을 갖는 곡면으로 형성되거나 또는 불연속 경사면으로 형성될 수 있다.
즉, 기판(W)과 상부 베젤(110)의 저면 사이의 공간부(S)에는 제1유체홀(111)로부터 유입된 유체가 유동하도록 유로가 형성되며, 유체의 유동속도가 기판(W)의 중심부와 주변부에서 동등한 수준이 되도록 기판(W)과 상부 베젤(110)의 저면 사이의 유로의 폭이 변화되도록 한 것이다. 구체적으로, 상부 베젤(110)의 제1안내부(112)는 기판(W)의 중심부에서 주변부 측으로 갈수록 유로의 폭이 점차 감소되도록 하향 경사지게 형성된다.
이에 따라, 급격한 압력 및 온도 변화가 발생하는 공정에서 기판(W)의 중심부가 받는 영향을 감소시킬 수 있고, 기판(W)의 상부 영역에서 유체의 유동 균일도가 높아지므로 유체의 혼합 및 반응 균일도도 증가하게 된다.
예컨대, 도 4와 같이 제1유체홀(11)이 일정한 직경으로 수직 형성되고, 상부 베젤(10)의 저면과 기판(W) 사이의 폭이 일정하게 형성될 경우, 기판 크기에 비하여 좁은 입구 형태로 인해 기판(W)의 중심부에는 급격한 압력 및 온도 변화가 발생하게 되고, 이에 따라 기판(W)의 중심부에 형성된 패턴에는 리닝(leaning)과 같은 데미지가 발생할 수 있다.
또한, 상부 베젤(10)의 저면과 기판(W) 사이의 유로의 폭이 일정하게 형성될 경우, 제1유체홀(11)이 대응 위치된 기판(W)의 중심부의 유체 속도는 기판(W)의 주변부의 유체 속도보다 빠르다. 즉, 유체의 유로의 폭이 일정할 경우 기판(W)의 중심부와 주변부 간의 유체 속도 차이가 크게 발생하여 기판(W)의 중심부와 주변부 간의 온도 편차가 크게 발생하고, 이에 따라 반응 균일도가 상대적으로 낮아지게 된다.
도 5를 참고하면, 일 실시예에서는 상부 베젤(110)의 저면에 하측 방향 즉, 기판(W) 방향으로 제1단차부(113)가 돌출된다.
예컨대, 상부 베젤(110)의 저면에 제1단차부(113)가 없을 경우 기판(W)의 주변에 와류(T)가 발생하게 되고, 와류에 의해 파티클이 기판(W) 측으로 재흡착될 수 있다.
이에 따라, 상부 베젤(110)의 저면에 제1단차부(113)를 형성함으로써 기판(W)의 주변에 와류(T)가 발생하더라도 기판(W) 측으로 파티클이 재흡착되는 것을 감소시킬 수 있다.
이때, 제1단차부(113)의 반경(또는 직경)은 기판(W)의 반경(또는 직경)보다 d1의 길이만큼 길게 형성하는 것이 바람직하다.
예컨대, 도 6과 같이 상부 베젤(10)의 저면에 제1단차부(12)가 형성되더라도 제1단차부(12)의 반경이 기판(W)의 반경보다 d2의 길이만큼 작을 경우 기판(W)의 주변에 발생한 와류(T)는 제1단차부(12)에 간섭되지 않을 수 있으며, 이로 인해 파티클이 기판(W)의 주변부에 재흡착될 수 있기 때문이다.
따라서, 일 실시예에서와 같이 제1단차부(113)의 반경을 기판(W)의 반경보다 크게 형성함으로써 기판(W)의 주변에 와류(T)가 발생하더라도 와류(T)는 기판 외측의 제1단차부(113)에 의해 간섭됨으로써 기판(W)에 가해지는 영향을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 기판(W) 주변의 파티클이 와류에 의해 기판(W) 측으로 재흡착되는 것을 최소화할 수 있다.
도 7을 참고하면, 일 실시예에서는 상부 베젤(110)과 하부 베젤(120)의 사이에 기판(W)을 수용할 수 있는 공간부(S)가 마련된다.
하부 베젤(120)은 초임계 유체의 흐름을 안내하도록 제2안내부(122)를 구비할 수 있다. 제2안내부(122)는 제2유체홀(121)의 하단으로부터 하부 베젤(120)의 상면 일부 구간까지 상향 경사지게 형성될 수 있다.
따라서, 제2유체홀(121)로 유입된 초임계 유체는 하부 베젤(120)의 제2안내부(122)와 기판(W) 사이의 유로를 통해 기판(W)의 주변부 측으로 안내될 수 있다.
이에 따라, 공정 진행 시 유체의 흐름을 원활하게 안내함으로써 기판(W)의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있으며, 기판(W)의 중심부와 주변부 간의 온도 편차를 최소화할 수 있다.
한편, 도 8과 같이 하부 베젤(120)의 제2유체홀(121)이 출구의 역할을 수행할 경우, 베젤 내부의 유체 및 이물질 등은 소정 각도로 일정 간격을 유지하는 하부 베젤(120)의 제2안내부(122)와 기판(W) 사이의 유로에 의해 안내된 후 제2유체홀(121)을 통해 안정적으로 배출될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100; 베젤 110; 상부 베젤
111; 제1유체홀 112; 제1안내부
113; 제1단차부 120; 하부 베젤
121; 제2유체홀 122; 제2안내부
123; 제2단차부 140; 실링부재
141; 실링 가이드

Claims (11)

  1. 중앙에 제1유체홀이 형성된 상부 베젤, 중앙에 제2유체홀이 형성된 하부 베젤을 구비하는 베젤;
    상기 상부 베젤과 상기 하부 베젤 사이에 기판이 배치되는 공간부;를 포함하며,
    상기 상부 베젤의 하부에는 상기 제1유체홀로부터 주변 측으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 제1안내부가 구비되는 초임계 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 중심부에서 주변부 측으로 갈수록 상기 상부 베젤과 상기 기판 사이의 폭이 점차 감소하는 초임계 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 중심부와 주변부에서 유체의 유동 속도가 동일한 초임계 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 베젤의 저면에는 하측 방향으로 돌출된 제1단차부가 구비되는 초임계 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1단차부의 직경은 상기 기판의 직경보다 큰 초임계 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부 베젤의 상부에는 상기 제2유체홀로부터 주변 측으로 갈수록 상향 경사지게 형성된 제2안내부가 구비되는 초임계 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 베젤과 상기 하부 베젤의 사이에 위치되며, 상기 상부 베젤과 상기 하부 베젤의 사이를 실링하는 실링부재를 더 포함하는 초임계 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하부 베젤에는 상측으로 돌출되는 제2단차부가 형성되고, 상기 실링부재는 상기 제2단차부에 구비되는 초임계 처리 장치.
  9. 중앙에 제1유체홀이 형성된 상부 베젤, 중앙에 제2유체홀이 형성된 하부 베젤을 구비하는 베젤;
    상기 상부 베젤과 상기 하부 베젤 사이에 기판이 배치되는 공간부;를 포함하며,
    상기 하부 베젤의 상부에는 상기 제2유체홀로부터 주변 측으로 갈수록 상향 경사지게 형성된 제2안내부가 구비되는 초임계 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상부 베젤의 하부에는 상기 제1유체홀로부터 주변 측으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 제1안내부가 구비되는 초임계 처리 장치.
  11. 중앙에 제1유체홀이 형성된 상부 베젤, 중앙에 제2유체홀이 형성된 하부 베젤을 구비하는 베젤;
    상기 상부 베젤과 상기 하부 베젤 사이에 기판이 배치되는 공간부;를 포함하며,
    상기 상부 베젤의 하부에는 상기 제1유체홀로부터 주변 측으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 제1안내부가 구비되고,
    상기 하부 베젤의 상부에는 상기 제2유체홀로부터 주변 측으로 갈수록 상향 경사지게 형성된 제2안내부가 구비되는 초임계 처리 장치.
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