KR101371818B1 - 얇은 평면 기판을 연속적으로 습식 화학적 가공하기 위한장치 및 방법 - Google Patents

얇은 평면 기판을 연속적으로 습식 화학적 가공하기 위한장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파괴 민감성의 얇은 평면 기판을 위한 습식 화학적 공정들(클리닝, 식각, 스트리핑(stripping), 코팅, 탈수)을 연속 방법으로 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 이 때 기판의 이송 및 습식 공정은 매질을 흡수하는 롤러들에 의해 수행된다.
Figure R1020087012422
습식 화학적 공정, 롤러, 기판, 세척, 건조

Description

얇은 평면 기판을 연속적으로 습식 화학적 가공하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR WET-CHEMICAL PROCESSING OF FLAT, THIN SUBSTRATE IN A CONTINUOUS METHOD}
본 발명은 마이크로 전자공학, 마이크로 기계학 및 광학 분야에 사용되는 파괴 민감성 얇은 평면 기판을 습식 화학적으로 가공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 마이크로 전자공학 소자, 태양 전지(solar cells) 등을 제조할 때 클리닝(cleaning), 식각(etching), 스트리핑(stripping), 코팅 및 건조와 같은 습식 화학적 가공을 연속 방법(인라인(Inline))으로 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재, 마이크로 전자공학 소자의 제조시, 습식 공정 기술은 주로 배스-공정(bath process)에서 사용되는데, 상기 배스 공정에서 기판들은 보관함에 보관된 채로 공정용 배스들에 침지된다. 공정은 일 호르드당 1-50 개의 기판들이 포함되어 비연속적으로 수행된다. 예컨대 태양 전지를 제조할 때, 연속(인라인)-습식 공정-설비의 사용이 증가하고 있는데, 상기 설비들에서 기판들은 롤들(rolles) 또는 밴드들(bands)에 놓여서 연속적으로 공정용 배스들에 유입되고, 분사 모듈(spray module)에 의해 예컨대 공정 화학 약품 또는 물과 같은 매질들(mediums)로 분사된 후, 열기(hot air) 또는 질소, 경우에 따라서 이소프로판올(isopropanol)이 첨가되어 건조된다. 현재 사용되는 습식 화학적 공정의 실행은 침지 공정 및 분사 공정에 한정되며, 상기 공정들은 실질적으로 반도체 산업의 표준 기판을 위한 것으로 발전해오고 최적화되어 왔다. 현대 마이크로 전자공학(modern microelectronic) 및 박막 기술(thin film technology)에 사용되는 기판은 향후에 점점 더 얇아질 것이며, 예컨대 기판의 두께는 100 ㎛ 보다 작을 것이다. 파괴에 매우 민감하고 거의 호일(foil) 형태인 기판들은 보관함 및 침지 수조 내에서는 가공될 수 없는데, 이러한 이유는 이송 안정성에 대한 요구조건들 및 생산 기준들이 충족될 수 없기 때문이다. 또한 일측(single-sided) 가공과 같은 공정 조건도 충족될 수 없다. 상기와 같은 다수개의 기판들을 연속 방법으로 동시에 가공하기 위한 기존의 인라인 공정 설비는 처리량(throughput) 기준을 충족시키긴 하나, 그 파괴 비율이 허용될 수 없어서, 필요한 모든 종류의 공정을 실행할 때 사용될 수 없다.
이하에서 기재될 장치 및 방법은, 파괴에 민감한 얇은 기판의 인라인-공정 설비에 있어서, 공정 구간 내에서 이송하기(핸들링(handling)) 및 필요할 경우 확대될 수 있는 공정들을 위한 모든 요구 조건을 충족하기 위해 미세 다공성(microporous)의 압축 가능한 롤러를 이용한다. 이러한 롤러를 사용함으로써, 이송 방향에 대해 수직으로 작용하는 힘이 방지된다. 이와 동시에, 기판은 전면측이나 후측과 같은 일측에만 또는 양측에서 롤에 의해 공정 매질로 균일하게 습윤(wetting)될 수 있다. 이를 통해, 공정 매질과의 제어된 상호 작용에 의한 화학적 방법 및 직접적인 접촉 클리닝(contact cleaning)에 의한 물리적 방법이 상기 공정에서 효과적으로 사용된다. 따라서, 세척- 및 건조 단계도 동일한 방법으로 통합될 수 있다.
본 방법에서, 연속 방법으로 가공되어야 할 기판들은 일측 또는 양측에 배치된 매질 친화적인 회전성 스펀지 롤들에 의해 안내된다. 적어도 일측에는 구동부가 결합됨으로써, 동일한 동작이 완벽하게 구현된다. 소기의 공정이 실행되기 위해 필요한 매질(액체 또는 기체 형태)은 연속 공정 시 직접적 또는 간접적으로 도포되고, 세척- 및 건조 단계에서 다시 제거된다. 실시예에 따라, 상기 공정은 기판의 일측 또는 양측에서 수행될 수 있고, 여러 공정 단계들(동일한 매질 또는 서로 다른 매질을 포함하여)은 공정 모듈을 병렬 배치함으로써 하나의 공정 라인으로 조합될 수 있다. 상기 공정 라인은 단일 또는 다수개의 레인(lane)일 수 있다. 기판의 습윤 또는 건조는 상기 방법의 마지막 단계일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들 및 도면들은 이하에서 설명된다.
가공되어야 할 기판들(1)(도 1)은 공정 모듈(2A)에 수평으로 전달된다. 상기 전달은 기판이 롤들(3) 내지 밴드들이나 벨트들 위에서 또는 대안적인 조종 시스템(예컨대 로봇)에 의해서 공정 모듈(2A)의 롤러들(4, 5)에 이송됨으로써 이루어진다.
기판은 공정 모듈(2A)의 압축 가능한 다공성 롤러들(4, 5)에 의해 포획됨과 동시에, 동일한 방식으로 형성된 다음 단계의 롤러들에 의해 계속 이송된다. 상기 롤러들은 공정 모듈(2A)에 사용되는 공정 매질을 흡수하여, 기판의 이송시 롤러들(9, 10)(도 2)과 기판의 표면(11)이 접촉함으로써 상기 매질을 기판의 표면에 전달하는 특징이 있다. 상기 공정 매질은 침지 배스(6) 또는 분사 장치(7)에 의해 공급되거나, 직접적으로 롤러의 코어(core)(8)에 의해 공급된다. 공정 매질을 포함하는 롤러가 기판 표면을 구르면서 발생하는 마찰 효과는 클리닝, 식각, 스트리핑, 세척 공정이 진행될 때 커지며, 공정 진행을 촉진한다.
상술한 방법과 조합될 수 있는 대안적 방법에 따르면, 롤러들(12, 13)(도 3)의 간격이 형성되어, 상기 롤러들(12, 13) 사이에서 분사관들(14)에 의해 공정 매질이 추가적으로 공급될 수 있다. 또한 분사관들은 초음파 또는 메가음파(megasound) 관들로 형성될 수 있다.
하부 롤러들(15, 16)의 습윤은 선택적으로 이루어지는데, 상부 롤러들에 대해서 상술한 실시예와 마찬가지로 분사관을 이용하거나, 터브(tub)(17)로부터 공정 매질을 직접 수용하는 방식으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 습윤은 공정 매질의 초음파- 또는 메가음파 자극(18)에 의해 촉진될 수도 있다. 롤러(19)(도 4)에 매질을 공급하는 것은 롤러 코어(20)에 의해서도 수행될 수 있는데, 상기 롤러 코어에는 매질을 방출하기 위한 홀들(holes)(21)이 구비된다. 롤러의 미세 다공성 구조에 의해, 공정 매질은 롤러 몸체 내지 롤러 표면에 도달하여, 기재된 장치에서 가공되어야 할 기판의 표면에 도달한다.
기판에 대한 롤러의 수직 간격(23)(도 6) 뿐만 아니라 상호 롤러들 간의 수평 간격(22) 및 롤러 개수(24)도 기판의 종류 및 소기의 공정 진행에 따른 요구 조 건에 맞추어 형성될 수 있다. 이와 마찬가지로, 기판 위에 작용하는 롤러의 압력은, 기판의 종류 및 소기의 공정 진행에 따라, 고정 배치, 중력(상부 롤러들이 하부 롤러들에 가하는 압력) 또는 작동 장치(actuator)(공기압, 전력 또는 수력)에 의해 실행될 수 있다.
전기적 구동력에 의해 발생되는 롤러의 회전은 기판이 이송되는 동안에도 지속적으로 조정 가능하게 수행된다.
또한, 대안적인 실시예에서 롤러의 회전 방향은 반대가 될 수 있는데(도 5), 예컨대 클리닝 공정 시, 기판의 이송을 담당하는 롤러들(25, 26, 27, 28)이 기판에 대해 가하는 압력이 롤러들(29, 30)이 기판에 대해 가하는 압력보다 크고, 상기 롤러들(29, 30)이 상기 롤러들(25, 26, 27, 28)의 회전 방향 내지는 기판의 이송 방향과 반대되는 방향으로 회전되는 경우에 그러하다. 이를 통해 추가적인 클리닝 효과가 발생한다. 마찬가지로, 이송을 포함하여 공정이 진행될 때, 서로 다른 직경을 포함하는 롤러들(31, 32, 33, 34)(도 7)이 조합되어 상기 공정에 맞추어 사용될 수도 있다(도 7 참조). 또한 각 공정들을 적합하게 실시하기 위해, 각 롤러를 그 압력과 회전 방향을 고려하여 배치하고, 상기 롤러들의 회전수도 개별적으로 제어할 수 있다.
예컨대 식각, 세척, 건조와 같은 서로 다른 공정이 연속해서 차례로 진행될 때, 공정 모듈들(2A, 2B, 2C)은 나란히 하나의 라인으로 구성될 수 있다(도 1 참조). 또한 공정 모듈들은 서로 다른 공정 매질을 고려하여, 기판의 연속적인 이송을 위한 틈이 구비되는 분리 벽에 의해 상호 간에 간격을 두고 배치될 수 있다. 공 정 모듈들의 상호 간 간격 두기는 롤러들 및 그에 따른 공정 매질의 공급에 의해서만 이루어질 수 있는데, 이 때 공정 모듈 내부의 최종 롤러들에서는 매질 공급이 감소된다.
예컨대 분사 공정 이후에 기판 표면의 건조도 마찬가지로 가능한한 미세 다공성의 롤러들에 의해 수행된다. 그러나, 상기 롤러들에는 공정 매질이 공급되지 않는다. 마른(dry) 롤러가 기판 표면 위를 구르면서, 상기 표면의 액체가 상기 롤러에 수용된다(도 8 참조). 수용된 액체는 건조용 롤러(38, 39)의 추가적인 구름 동작(36, 37)(도 8) 내지 제거 동작에 의해 지속적으로 제거되며, 공정이 진행되는 동안 또 다른 습기를 흡수하기 위한 롤러가 준비된다. 마찬가지로, 롤러에 의해 기판의 표면으로부터 흡수된 액체는 홀이 포함된 롤러 코어(20)(도 4)에 의해 저압으로 롤러로부터 흡입되면서 유도될 수 있다.
제2 실시예에서, 롤러가 기판 표면을 구르면서 액체를 흡수한 이후, 기판 표면은 최종 롤러 이후 기체로 부풀려지면서(blowed up) 건조될 수 있다. 상기 기체는 가열된 질소 또는 열기와 같이 데워질 수 있다. 또한 예컨대 적외선 광 또는 히터 로드들(heater rods)을 이용하거나 기재된 방법과 조합하여 기판이 가열됨으로써 데워질 수도 있다.
다른 대안적인 실시예에서, 기판의 표면은 상기 표면의 액체에 기체-증기-혼합물이 유입됨으로써 잔류물 없이(residue-free) 건조될 수 있는데, 이 때 증기가 액체와 혼합됨으로써, 증기가 섞이지 않은 액체에 비해, 기판 표면과 롤러 표면 사이의 경계면에서 액체의 표면 장력이 감소된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 마랑고 니- 또는 표면 장력 경사 건조(marangoni-or surface tension gradient drying)로서 개시된 방법은 본 발명에 응용될 수 있다. 앞서 기재된 가능성에 따라, 젖은 기판 표면을 롤러들이 구르면서 수용하는 액체 또는 상기 롤러들에 추가적으로 공급되는 액체는 롤러들(40, 41)의 구름 동작에 의해 롤러와 기판 표면 사이에서 메니스커스(meniscus)로 형성된다. 기체-증기-혼합물은 유동을 안내하는 방출구(47, 48)에 의해 분사관들(45, 46)로부터 액체 메니스커스 방향으로 안내된다. 액체 메니스커스에 증기가 유입되어 혼합됨으로써, 메니스커스 외부의 액체에 비해 표면 장력이 감소된다. 따라서, 힘(마랑고니 힘)은 메니스커스 외부의, 더 큰 표면 장력을 포함하는 액체 영역의 방향으로 발생하여, 기판이 건조된다. 이러한 건조는 가능한한 입자들 및 잔류물을 포함하지 않는다.
평면 기판의 일측 표면 가공은, 기판(49)(도 10)이 이송 롤러들(50) 위에서 공정 매질(52)이 공급된 공정 롤러(51)에 전달되고, 상기 공정 롤러가 기판 위를 구를 때 공정 매질(53)이 기판 표면에 전달되면서 이루어진다. 이송 롤러들(50)은 공정 롤러(51)와 접촉하지 않도록 적합하게 배치된다.
일측 표면 가공의 또 다른 가능성에 따르면, 가공되어야 할 표면을 포함하는 기판(54)(도 11)이 롤러들(55)에 의해 운송되고, 상기 롤러들은 공정 매질에 침지되며, 롤러들이 회전되면서 상기 매질(56)이 기판에 운송되어 기판의 하부측에 전달될 수 있다. 이러한 기판(57)(도 12)이 압축 롤러(59)(도 13)에 의해 소프트 롤러들(soft rollers)(58)쪽으로 가압되면, 기판의 모서리는 공정 매질로 가공될 수 있다.

Claims (36)

  1. 마이크로 전자공학 소자들, 태양 전지들 등과 같은 파괴 민감성의 얇은 평면 기판들의 표면들을 식각, 스트리핑(stripping), 코팅, 탈수와 같이 습식 화학적으로 가공하기 위한 방법에 있어서,
    기판의 이송 및 공정 실행은 공정 매질을 흡수하는 미세 다공성의 롤러들에 의해 수행되고, 상기 롤러에 흡수된 상기 공정 매질은 기판의 이송시 상기 롤러가 상기 기판의 표면을 구르면서 상기 기판의 표면에 전달되며, 화학적 공정 진행은 상기 공정 매질이 상기 표면에 습윤됨(wetting)으로써 이루어지며,
    상기 롤러에 흡수된 액체는, 흡입에 의해 상기 롤러로부터 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 습식 화학적 가공은 상기 기판의 일측에만 또는 양측에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 마이크로 전자공학 소자들, 태양 전지들 등과 같은 파괴 민감성의 얇은 평면 기판들의 표면들을 식각, 스트리핑, 코팅, 탈수와 같이 습식 화학적으로 가공하기 위한 장치에 있어서,
    공정 매질을 흡수하는 미세 다공성의 롤러들은 기판의 이송 및 공정 진행을 위해 구비되고, 상기 롤러들은 기판 표면을 구르며, 이 때 롤러에 흡수된 공정 매질이 전달되어, 상기 기판 표면이 습윤되며, 이를 통해 화학적 공정 진행이 수행되며,
    상기 롤러에 흡수된 액체는, 흡입에 의해 상기 롤러로부터 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    매질 배스(medium bath)가 구비되고, 상기 롤러는 상기 매질 배스에 침지되어, 공정 매질을 수용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    분사 장치가 구비되고, 상기 공정 매질은 상기 롤러 위에 분사되거나 또는 상기 롤러들 사이에 배출되면서 공급되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 롤러들은 상하로 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상부 롤러들과 하부 롤러들 사이의 간격 또는 상부 롤러들이 하부 롤러들에 가하는 압력은 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    각 롤러들의 회전수는 개별적으로 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    각 롤러들의 회전 방향은 서로 다르게 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 삭제
  11. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    다수개의 공정 챔버들은 식각 공정, 세척 공정, 건조 공정 등을 연속적으로 수행하기 위해 하나의 공정 라인으로 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 공정 매질 또는 상기 공정 매질들은 상기 기판의 테두리 및 일측에만 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
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