KR102342095B1 - 기판 건조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 건조 장치에 관한 것이다.
본 발명은 상부 하우징, 상기 상부 하우징에 개폐 가능하게 결합되는 하부 하우징, 상기 하부 하우징의 바닥면에 결합되어 있으며 유기용제가 형성되어 있는 기판이 배치되는 기판 배치판, 상기 하부 하우징의 측면에서 시작하여 상기 하부 하우징의 중간영역까지 연장되고 상기 하부 하우징의 중간영역에서 상기 기판 배치판을 향하도록 형성되어 초기 가압용 초임계유체의 공급경로 및 상기 기판에 형성된 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출경로를 제공하는 일체형 공급/배출포트 및 상기 상부 하우징의 중앙영역에서 상기 기판 배치판을 향하도록 형성되어 건조용 초임계유체의 공급경로를 제공하는 상부 공급포트를 포함하는 기판 건조 챔버 및 상기 하부 하우징의 측면에 결합되어 상기 초기 가압용 초임계유체가 상기 기판 건조 챔버로 공급되는 경로 및 상기 혼합유체가 상기 기판 건조 챔버로부터 배출되는 경로를 제공하며 나선형의 코일 형상을 갖는 플렉서블 공급/배출 배관을 포함한다.
본 발명은 상부 하우징, 상기 상부 하우징에 개폐 가능하게 결합되는 하부 하우징, 상기 하부 하우징의 바닥면에 결합되어 있으며 유기용제가 형성되어 있는 기판이 배치되는 기판 배치판, 상기 하부 하우징의 측면에서 시작하여 상기 하부 하우징의 중간영역까지 연장되고 상기 하부 하우징의 중간영역에서 상기 기판 배치판을 향하도록 형성되어 초기 가압용 초임계유체의 공급경로 및 상기 기판에 형성된 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출경로를 제공하는 일체형 공급/배출포트 및 상기 상부 하우징의 중앙영역에서 상기 기판 배치판을 향하도록 형성되어 건조용 초임계유체의 공급경로를 제공하는 상부 공급포트를 포함하는 기판 건조 챔버 및 상기 하부 하우징의 측면에 결합되어 상기 초기 가압용 초임계유체가 상기 기판 건조 챔버로 공급되는 경로 및 상기 혼합유체가 상기 기판 건조 챔버로부터 배출되는 경로를 제공하며 나선형의 코일 형상을 갖는 플렉서블 공급/배출 배관을 포함한다.
Description
본 발명은 기판 건조 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 초임계유체를 이용한 기판 건조 과정에서 챔버를 개방하고 폐쇄하기 위하여 수행되는 하부 하우징의 반복적인 승강 동작에 의해 하부 하우징에 연결된 금속성의 배관이 손상되어 유체가 누출되는 문제를 방지하고 배관을 통한 유체 열손실을 방지하여 초임계 건조 효율을 증대시킬 수 있도록 하는 기판 건조 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에는 리소그래피 공정, 에칭 공정, 이온 주입 공정 등의 다양한 공정이 포함되어 있으며, 각 공정의 종료 후, 다음 공정으로 이행하기 전에 웨이퍼 표면에 잔존하는 불순물이나 잔사를 제거해서 웨이퍼 표면을 청정하게 하기 위한 세정 공정 및 건조 공정이 수행되고 있다.
예를 들어, 에칭 공정 후의 웨이퍼의 세정 처리에서는 웨이퍼의 표면에 세정 처리를 위한 약액이 공급되고, 그 후에 탈이온수(deionized water, DIW)가 공급되어서 린스(rinse) 처리가 행해진다. 린스 처리 후에는 웨이퍼 표면에 남아있는 탈이온수를 제거해서 웨이퍼를 건조하는 건조 처리가 행해진다.
건조 처리를 수행하는 방법으로는, 예를 들어, 웨이퍼 상의 탈이온수를 이소프로필 알코올(IPA)로 치환해서 웨이퍼를 건조하는 기술이 알려져 있다.
그러나 종래의 이러한 건조 기술에 따르면, 도 1에 개시된 바와 같이, 건조 처리 시에, 액체인 IPA의 표면 장력에 의해 웨이퍼 상에 형성된 패턴이 도괴하는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 표면 장력이 제로가 되는 초임계 건조 기술이 제안되고 있다.
이러한 초임계 건조 기술에 따르면, 챔버 내에서 표면이 이소프로필 알코올(IPA)로 습윤되어 있는 웨이퍼에 초임계 상태의 이산화탄소를 공급함으로써 웨이퍼 상의 IPA가 초임계 이산화탄소(CO2) 유체에 용해된다. 그리고 IPA를 용해하고 있는 초임계 이산화탄소(CO2) 유체를 서서히 챔버에서 배출함으로써 패턴의 도괴 없이 웨이퍼를 건조할 수 있다.
도 2는 이러한 초임계유체를 사용한 기판 처리 장치와 관련된 선행기술인 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0137243호에 개시된 기판 처리용 챔버를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 초임계 건조공정에서 유기용제를 제거하는 과정에서 고압 챔버(410)를 구성하는 상부 바디(430)과 하부 바디(420)의 접촉하는 결합면으로 유기용제가 유입될 수 있다. 이렇게 상부 바디(430)과 하부 바디(420)의 결합면으로 유입된 유기용제는 파티클이 되어 주변에 쌓이게 된다.
초임계 건조공정이 끝난 후 처리된 기판을 외부로 반송하기 위해 챔버는 개방되며, 이 때, 챔버 내부와 외부의 압력차이로 인해 상부 바디(430)과 하부 바디(420)의 결합면 주위의 파티클이 챔버 내부로 유입될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0137243호에 따르면, 기판이 상부 바디(430)과 하부 바디(420)의 결합면보다 아래쪽에 위치하기 때문에, 상부 바디(430)과 하부 바디(420)의 결합면 주위의 파티클이 챔버 내부로 유입되는 과정에서 중력에 의하여 파티클의 일부는 기판으로 유입될 가능성이 높다.
이와 같이, 기판으로 유입되는 파티클은 공정의 불량을 초래하기 때문에, 파티클 유입을 방지하기 위하여 상부 바디(430)과 하부 바디(420)의 결합면 주위에 차단막을 추가로 설치해야 할 필요성이 있으며, 이에 따라 장치의 전체적인 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0137243호를 포함하는 종래 기술에 따르면, 초기가압을 위한 초임계유체를 공급하는 하부 공급 포트(422), 건조 이후의 초임계유체를 배기하는 배기포트(426)가 하부 바디(420)의 정중앙에 위치하지 아니함으로써 유체의 공급 및 배출 시 비대칭적인 흐름을 형성하여 초임계유체를 챔버 내부에 균일하게 분산시켜 공급 및 배출시키기 어려우며, 이로 인해 건조효율이 저하되는 문제점이 발생한다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0137243호를 포함하는 종래 기술에 따르면, 건조를 위한 초임계유체 공급 과정에서 챔버 내부 온도가 초임계상태 유지를 위한 임계점 미만이 되는 경우, 기판에 형성된 패턴에 습윤되어 있는 유기용제를 초임계유체에 용해시켜 외부로 배출시키는 건조 과정에서 기판에 형성된 패턴이 도괴될 수 있고 초임계 건조 효율이 저하되는 문제점이 있다.
도 3 및 도 4는 초임계유체를 이용하여 기판을 건조하는 다른 종래 기술에 있어서, 유체의 이동 통로를 제공하는 금속배관이 파손되는 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4에 개시된 종래 기술에 따르면, 초임계유체를 이용하여 기판을 건조하기 위하여, 상호 개폐 가능한 상부 하우징과 하부 하우징을 포함하는 챔버가 적용된다.
이러한 종래 기술에 따르면, 초임계유체를 이용한 기판 건조를 위하여 기판을 챔버에 로딩(loading)하고 기판이 건조된 후 기판을 챔버로부터 언로딩(unloading)하기 위하여 챔버는 개방 및 폐쇄되어야 하며, 이를 위해 하부 하우징은 유압 실린더가 제공하는 구동력에 의해 반복적인 승강 동작을 한다.
한편, 이러한 하부 하우징에는 초임계유체 공급부가 공급하는 초임계유체를 챔버로 전달하기 위한 금속호스(metal hose)와 건조 처리후에 챔버에 잔류하는 초임계유체를 초임계유체 배출부로 전달하기 위한 금속호스가 연결되어 있으며, 이러한 금속호스들은 하부 하우징의 반복적인 승강 동작에 의해 손상되어 유체가 누출될 수 있다는 문제점이 있다.
종래 기술의 이러한 문제점을 초임계 건조 사이클과 결부시켜 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 초임계유체를 이용하여 기판을 건조하기 위하여 유압 실린더가 하부 하우징을 상승시켜 상부 하우징과 하부 하우징을 밀착시킴으로써 챔버를 밀폐시킨다.
다음으로, 초임계유체 공급부에 저장된 초임계유체가 금속호스를 통해 챔버 내부로 유입되어 기판을 건조한 후, 건조 공정의 부산물이 금속호스를 통해 초임계유체 배출부로 배출된다.
마지막으로, 기판에 대한 건조가 완료되면 유압 실린더가 하부 하우징을 하강시켜 챔버를 개방시킨 상태에서 기판 이송 로봇이 건조된 기판을 회수한다.
이러한 종래 기술에 따르면, 기판 건조를 위한 이러한 일련의 사이클이 반복적으로 진행되면, 금속호스들의 국소적인 부위(예, 꺾이거나 곡률 반경이 작은 곳)에 반복 피로가 발생한다. 피로가 누적된 금속호스들의 국소 부위에 밴딩(bending) 및 크랙(crack)이 발생하게 되어 고압의 초임계유체의 누출(leak)이 야기될 수 있다.
또한, 공기 중으로 노출된 비교적 긴 금속호스로 인한 초임계유체 유입 시 열손실이 발생하며, 이는 유체의 상 변화(phase transition)를 야기하여 기판 건조 공정에 여러 불량을 유발할 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는 초임계유체를 이용한 기판 건조 과정에서 기판 건조 챔버를 개방하고 폐쇄하기 위하여 수행되는 하부 하우징의 반복적인 승강 동작에 의해 하부 하우징에 연결된 금속성의 배관이 손상되어 유체가 누출되는 문제를 방지하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 배관을 통한 유체 열손실을 방지하여 초임계 건조 효율을 증대시키는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 상부 하우징과 하부 하우징 중에서 적어도 하나에 내장된 히터를 이용하여 챔버에 초임계유체가 공급될 때 챔버 내부가 초임계유체의 임계점 이상이 되도록 조절함으로써 기판에 형성된 패턴에 습윤되어 있는 유기용제를 초임계유체에 용해시켜 외부로 배출시키는 건조 과정에서 기판에 형성된 패턴의 도괴를 방지하고 초임계 건조 효율을 증대시키는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 하나의 일체형 공급/배출포트를 통하여 초기 가압용 초임계유체의 공급경로 및 건조후 기판에 형성된 유기용제가 용해된 초임계유체의 배출경로를 제공함으로써, 초임계유체의 공급 및 배출 시 대칭적인 흐름을 유도하여 초임계유체를 챔버 내부에 균일하게 분산시켜 공급 및 배출함으로써 기판 건조효율을 증대시키는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 기판을 배치하기 위하여 필수적으로 요구되는 기판 배치판을 이용하여 건조공정 완료 후 챔버 개방 시 재유입되는 파티클을 차단하고, 건조 공정의 초기에 기판 표면으로 직접 향하는 초기 가압용 초임계유체의 흐름을 방지하여 기판에 형성된 패턴의 도괴를 방지하고, 초기 가압용 초임계유체에 함유될 수 있는 파티클이 기판에 퇴적되는 문제를 방지하거나 퇴적량을 감소시키고, 기판 배치판이 차지하는 부피로 인한 챔버의 내부용적(working volume)을 감소시켜 건조 공정시간을 단축하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 기판을 하부 하우징과 상부 하우징의 결합면보다 높게 위치하도록 기판 배치판 상에 배치함으로써, 건조공정이 완료되어 챔버가 개방되는 경우, 하부 하우징과 상부 하우징의 결합면에 구비된 실링부 주변의 파티클이 기판과 결합면의 높이차에 따른 중력에 의해 기판으로 유입되는 문제를 방지하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 기판 건조 장치는 상부 하우징, 상기 상부 하우징에 개폐 가능하게 결합되는 하부 하우징, 상기 하부 하우징의 바닥면에 결합되어 있으며 유기용제가 형성되어 있는 기판이 배치되는 기판 배치판, 상기 하부 하우징의 측면에서 시작하여 상기 하부 하우징의 중간영역까지 연장되고 상기 하부 하우징의 중간영역에서 상기 기판 배치판을 향하도록 형성되어 초기 가압용 초임계유체의 공급경로 및 상기 기판에 형성된 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출경로를 제공하는 일체형 공급/배출포트 및 상기 상부 하우징의 중앙영역에서 상기 기판 배치판을 향하도록 형성되어 건조용 초임계유체의 공급경로를 제공하는 상부 공급포트를 포함하는 기판 건조 챔버 및 상기 하부 하우징의 측면에 결합되어 상기 초기 가압용 초임계유체가 상기 기판 건조 챔버로 공급되는 경로 및 상기 혼합유체가 상기 기판 건조 챔버로부터 배출되는 경로를 제공하며 나선형의 코일 형상을 갖는 플렉서블 공급/배출 배관을 포함한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치에 있어서, 상기 플렉서블 공급/배출 배관은 유체 이동 통로를 제공하는 금속 튜브 및 상기 금속 튜브의 외면에 형성된 제1 단열체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치에 있어서, 상기 플렉서블 공급/배출 배관은 상기 제1 단열체의 외면에 형성된 배관 발열체 및 상기 배관 발열체의 외면에 형성된 제2 단열체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치에 있어서, 상기 금속 튜브는 탄소강, 크롬강, 니켈강, 크롬-몰리브덴강, 니켈-크롬-몰리브덴강, 스테인레스강 중에서 어느 하나의 재질을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치에 있어서, 상기 제1 단열체와 상기 제2 단열체는 연질 실리콘, PI(Polyimide), PA(Polyamide), PFA(Perfluoroalkoxy alkane), PTFE (Polytetrafluoroethylene), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene), PP(Polypropylene), PEEK(Polyetheretherketone) 중에서 어느 하나의 재질을 갖는 것을 특징으로 하는, 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치에 있어서, 상기 배관 발열체는 니켈(Ni), 크롬(Cr), 니켈-크롬(Ni-Cr), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나의 재질을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치에 있어서, 상기 기판 건조 챔버는 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 중에서 적어도 하나에 내장된 히터부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치에 있어서, 상기 히터부는 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 중에서 적어도 하나의 내부에 동심원 형상으로 대칭적으로 배치된 복수의 발열체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치에 있어서, 상기 히터부는 상기 일체형 공급/배출포트를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체와 상기 상부 공급포트를 통해 공급되는 건조용 초임계유체가 임계점 이상의 온도를 유지하도록 동작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치에 있어서, 상기 히터부를 구성하는 복수의 발열체는 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 중에서 적어도 하나의 측벽에 형성된 개구(aperture)까지 연장되어 외부 전원에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치에 있어서, 상기 일체형 공급/배출포트는 상기 하부 하우징의 측면에서 상기 하부 하우징의 중간영역까지 형성된 공통관로부 및 상기 하부 하우징의 중간영역에서 상기 공통관로부와 연통되어 상기 기판 배치판을 향하도록 형성된 공통포트부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치에 있어서, 상기 초기 가압용 초임계유체는 외부로부터 상기 공통관로부와 상기 공통포트부를 통해 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징으로 밀폐된 건조 공간으로 공급되고, 상기 건조용 초임계유체에 상기 유기용제가 용해된 혼합유체는 상기 건조 공간으로부터 상기 공통포트부와 상기 공통관로부를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치는 상기 기판 건조 챔버는 상기 하부 하우징과 상기 상부 하우징의 결합면에 구비된 실링부를 더 포함하고, 상기 기판은 상기 하부 하우징과 상기 상부 하우징의 결합면보다 높게 위치하도록 상기 기판 배치판 상에 배치되어 있고, 건조공정이 완료되어 상기 하부 하우징과 상기 상부 하우징이 개방되는 경우, 상기 결합면에 구비된 실링부 주변의 파티클이 상기 기판과 상기 결합면의 높이차에 따른 중력에 의해 상기 기판으로의 유입이 방지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치에 있어서, 상기 공통관로부와 상기 공통포트부를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체는 상기 기판 배치판에 막혀 상기 기판으로의 직접적인 분사가 방지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치는 상기 기판 건조 챔버는 일단이 상기 하부 하우징의 바닥면에 결합되고 타단이 상기 기판 배치판에 결합되어, 상기 기판 배치판을 지지하면서 상기 기판 배치판을 상기 하부 하우징의 바닥면으로부터 이격시키는 기판배치판 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치에 있어서, 상기 기판배치판 지지부에 의해 상기 하부 하우징의 바닥면과 상기 기판 배치판 사이에 존재하는 제1 이격공간은 상기 일체형 공급/배출포트를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체가 상기 기판 배치판의 하면을 따라 이동하여 상기 기판이 배치된 처리영역으로 점진적으로 확산하도록 유도하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치는 상기 기판 건조 챔버는 일단이 상기 기판 배치판의 상면에 결합되고 타단이 상기 기판에 결합되어, 상기 기판을 지지하면서 상기 기판을 상기 기판 배치판의 상면으로부터 이격시키는 기판 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치에 있어서, 상기 기판 지지부에 의해 상기 기판 배치판의 상면과 상기 기판 사이에 존재하는 제2 이격공간은 상기 기판의 하면을 상기 일체형 공급/배출포트를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체와 상기 상부 공급포트를 통해 공급되는 건조용 초임계유체에 노출시켜 건조공정의 시간을 단축시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 초임계유체를 이용한 기판 건조 과정에서 기판 건조 챔버를 개방하고 폐쇄하기 위하여 수행되는 하부 하우징의 반복적인 승강 동작에 의해 하부 하우징에 연결된 금속성의 배관이 손상되어 유체가 누출되는 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배관을 통한 유체 열손실을 방지하여 초임계 건조 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상부 하우징과 하부 하우징 중에서 적어도 하나에 내장된 히터를 이용하여 챔버에 초임계유체가 공급될 때 챔버 내부가 초임계유체의 임계점 이상이 되도록 조절함으로써 기판에 형성된 패턴에 습윤되어 있는 유기용제를 초임계유체에 용해시켜 외부로 배출시키는 건조 과정에서 기판에 형성된 패턴의 도괴를 방지하고 초임계 건조 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 하나의 일체형 공급/배출포트를 통하여 초기 가압용 초임계유체의 공급경로 및 건조후 기판에 형성된 유기용제가 용해된 초임계유체의 배출경로를 제공함으로써, 초임계유체의 공급 및 배출 시 대칭적인 흐름을 유도하여 초임계유체를 챔버 내부에 균일하게 분산시켜 공급 및 배출함으로써 기판 건조효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 기판을 배치하기 위하여 필수적으로 요구되는 기판 배치판을 이용하여 건조공정 완료 후 챔버 개방 시 재유입되는 파티클을 차단하고, 건조 공정의 초기에 기판 표면으로 직접 향하는 초기 가압용 초임계유체의 흐름을 방지하여 기판에 형성된 패턴의 도괴를 방지할 수 있고, 초기 가압용 초임계유체에 함유될 수 있는 파티클이 기판에 퇴적되는 문제를 방지하거나 퇴적량을 감소시킬 수 있고, 기판 배치판이 차지하는 부피로 인한 챔버의 내부용적(working volume)을 감소시켜 건조 공정시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기판을 하부 하우징과 상부 하우징의 결합면보다 높게 위치하도록 기판 배치판 상에 배치함으로써, 건조공정이 완료되어 챔버가 개방되는 경우, 하부 하우징과 상부 하우징의 결합면에 구비된 실링부 주변의 파티클이 기판과 결합면의 높이차에 따른 중력에 의해 기판으로 유입되는 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 기판 건조 과정에서 발생하는 패턴 도괴(pattern collapse) 현상을 나타낸 도면이고,
도 2는 종래의 하나의 기판 건조 장치를 나타낸 도면이고,
도 3은 종래의 다른 기판 건조 장치를 나타낸 도면이고,
도 4는 종래의 다른 기판 건조 장치에 있어서, 금속배관이 파손되는 문제를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 건조 장치를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 플렉서블 공급/배출 배관의 예시적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 하부 하우징의 예시적인 외관 형상을 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 하부 하우징의 예시적인 단면 형상을 나타낸 도면이고,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 초기 가압용 초임계유체의 확산 경로를 나타낸 도면이고,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 건조용 초임계유체의 확산 경로를 나타낸 도면이고,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출 경로를 나타낸 도면이고,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 건조공정이 완료되어 하부 하우징과 상부 하우징이 개방되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 하나의 기판 건조 장치를 나타낸 도면이고,
도 3은 종래의 다른 기판 건조 장치를 나타낸 도면이고,
도 4는 종래의 다른 기판 건조 장치에 있어서, 금속배관이 파손되는 문제를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 건조 장치를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 플렉서블 공급/배출 배관의 예시적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 하부 하우징의 예시적인 외관 형상을 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 하부 하우징의 예시적인 단면 형상을 나타낸 도면이고,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 초기 가압용 초임계유체의 확산 경로를 나타낸 도면이고,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 건조용 초임계유체의 확산 경로를 나타낸 도면이고,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출 경로를 나타낸 도면이고,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 건조공정이 완료되어 하부 하우징과 상부 하우징이 개방되는 상태를 나타낸 도면이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 건조 장치를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 플렉서블 공급/배출 배관의 예시적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 하부 하우징의 예시적인 외관 형상을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 하부 하우징의 예시적인 단면 형상을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 초기 가압용 초임계유체의 확산 경로를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 건조용 초임계유체의 확산 경로를 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출 경로를 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 건조공정이 완료되어 하부 하우징과 상부 하우징이 개방되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 건조 장치는 기판 건조 챔버(1) 및 플렉서블 공급/배출 배관(610)을 포함한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 건조 장치의 구성요소들 중에서 플렉서블 공급/배출 배관(610)을 먼저 설명한 이후, 기판 건조 챔버(1)를 설명한다.
앞서 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바 있지만, 초임계유체를 이용하여 기판을 건조하기 위하여, 상호 개폐 가능한 상부 하우징과 하부 하우징을 포함하는 챔버가 적용되는 기술에 따르면, 초임계유체를 이용한 기판 건조를 위하여 기판을 챔버에 로딩하고 기판이 건조된 후 기판을 챔버로부터 언로딩하기 위하여 챔버는 개방 및 폐쇄되어야 하며, 이를 위해 하부 하우징은 유압 실린더와 같은 구동 수단이 제공하는 구동력에 의해 반복적인 승강 동작을 한다.
한편, 이러한 하부 하우징에는 초임계유체 공급부가 공급하는 초임계유체를 챔버로 전달하기 위한 금속호스(metal hose)와 건조 처리후에 챔버에 잔류하는 초임계유체를 초임계유체 배출부로 전달하기 위한 금속호스가 연결되어 있으며, 이러한 금속호스들은 하부 하우징의 반복적인 승강 동작에 의해 손상되어 유체가 누출될 수 있다는 문제점이 있다.
보다 구체적으로, 종래 기술에 따르면, 기판 건조를 위한 일련의 사이클이 반복적으로 진행되면, 금속호스들의 국소적인 부위(예, 꺾이거나 곡률 반경이 작은 곳)에 반복 피로가 발생한다. 피로가 누적된 금속호스들의 국소 부위에 밴딩(bending) 및 크랙(crack)이 발생하게 되어 고압의 초임계유체의 누출(leak)이 야기될 수 있다.
또한, 공기 중으로 노출된 비교적 긴 금속호스로 인한 초임계유체 유입 시 열손실이 발생하며, 이는 유체의 상 변화(phase transition)를 야기하여 기판 건조 공정에 여러 불량을 유발할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예는 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 초임계유체를 이용한 기판 건조 과정에서 기판 건조 챔버(1)를 개방하고 폐쇄하기 위하여 수행되는 하부 하우징(20)의 반복적인 승강 동작에 의해 하부 하우징(20)에 연결된 금속성의 배관이 손상되어 유체가 누출되는 문제를 방지할 수 있고, 배관을 통한 유체 열손실을 방지하여 초임계 건조 효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라 수행되는 초임계 건조 사이클을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 초임계유체를 이용하여 기판(W)을 건조하기 위하여 하우징 구동부(90)가 하부 하우징(20)을 상승시켜 상부 하우징(10)과 하부 하우징(20)을 밀착시킴으로써 기판 건조 챔버(1)를 밀폐시킨다.
다음으로, 유체 공급/배출부(600)에 저장된 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)가 플렉서블 공급/배출 배관(610)과 하부 하우징(20)에 형성된 공통관로부(510)와 공통포트부(520)를 통해 기판 건조 챔버(1) 내부로 유입되고, 건조용 초임계유체(SCF_D)가 상부 하우징(10)에 구비된 상부 공급포트(60)를 통해 기판 건조 챔버(1)로 유입되어 기판(W)을 건조한 후, 건조 공정의 부산물인 유기용제가 용해된 혼합유체(MF)가 하부 하우징(20)에 형성된 공통포트부(520)와 공통관로부(510) 및 플렉서블 공급/배출 배관(610)을 통해 유체 공급/배출부(600)로 배출된다.
마지막으로, 기판(W)에 대한 건조가 완료되면 하우징 구동부(90)가 하부 하우징(20)을 하강시켜 기판 건조 챔버(1)를 개방시킨 상태에서 기판 이송 로봇이 건조된 기판(W)을 회수한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 기판 건조를 위한 이러한 일련의 사이클이 반복적으로 진행되어도 플렉서블 공급/배출 배관(610)의 손상이 최소화된다.
보다 구체적으로, 기판 건조를 위한 일련의 사이클이 반복되어도 플렉서블 공급/배출 배관(610)에는 꺽이거나 곡률 반경이 작은 국소적인 부위가 발생하지 않는다. 즉, 하부 하우징(20)의 반복적인 승강 동작에도 불구하고 플렉서블 공급/배출 배관(610)에는 피로가 누적되지 않아 물리적인 손상이 최소화된다.
종래 기술에 따르면, 기판 건조를 위한 이러한 일련의 사이클이 반복적으로 진행되면, 금속배관의 국소적인 부위(예, 꺾이거나 곡률 반경이 작은 곳)에 반복 피로가 발생한다. 피로가 누적된 금속배관의 국소 부위에 밴딩(bending) 및 크랙(crack)이 발생하게 되고 이는 고압의 초임계유체의 누출(leak)을 야기할 수 있다.
또한, 후술하겠지만, 플렉서블 공급/배출 배관(610)에는 단열 기능과 가열 기능이 내장되어 있기 때문에, 플렉서블 공급/배출 배관(610)을 통한 초임계유체 유입 시 발생할 수 있는 열손실을 방지할 수 있으며, 이에 따라 초임계유체의 상 변화(phase transition)를 방지하여 기판 건조 공정의 불량을 방지할 수 있다.
플렉서블 공급/배출 배관(610)은 하부 하우징(20)의 측면에 결합되어 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)가 기판 건조 챔버(1)로 공급되는 경로 및 유기용제가 용향된 혼합유체(MF)가 기판 건조 챔버(1)로부터 배출되는 경로를 제공하며 나선형의 코일 형상을 갖도록 구비된다.
예를 들어, 플렉서블 공급/배출 배관(610)은 금속 튜브(611), 제1 단열체(612), 배관 발열체(613) 및 제2 단열체(614)를 포함하여 구성될 수 있다.
가장 내측에 위치하는 금속 튜브(611)는 유체 이동 통로를 제공한다.
예를 들어, 이러한 금속 튜브(611)는 탄소강, 크롬강, 니켈강, 크롬-몰리브덴강, 니켈-크롬-몰리브덴강, 스테인레스강 중에서 어느 하나의 재질을 갖도록 구성될 수 있다.
제1 단열체(612)는 금속 튜브(611)의 외면에 형성되어 있으며 열손실을 1차적으로 방지하는 기능을 수행한다.
예를 들어, 제1 단열체(612)와 후술하는 제2 단열체(614)는 연질 실리콘, PI(Polyimide), PA(Polyamide), PFA(Perfluoroalkoxy alkane), PTFE (Polytetrafluoroethylene), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene), PP(Polypropylene), PEEK(Polyetheretherketone) 중에서 어느 하나의 재질을 갖도록 구성될 수 있다.
배관 발열체(613)는 제1 단열체(612)의 외면에 형되어 있으며, 도시하지 않은 제어수단의 제어에 따라 공급되는 전류에 따라 저항열을 발생시켜 금속 튜브(611) 내의 초임계유체를 가열하는 기능을 수행한다.
예를 들어, 이러한 배관 발열체(613)는 니켈(Ni), 크롬(Cr), 니켈-크롬(Ni-Cr), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나의 재질을 갖도록 구성될 수 있다.
제2 단열체(614)는 배관 발열체(613)의 외면에 형성되어 열손실을 1차적으로 방지하는 기능을 수행하며, 제1 단열체(612)와 동일한 재질을 갖도록 구성될 수 있다.
기판 건조 챔버(1)는 상부 하우징(10), 하부 하우징(20), 실링부(30), 기판 배치판(40), 일체형 공급/배출포트(50), 상부 공급포트(60), 기판배치판 지지부(70), 기판 지지부(80), 하우징 구동부(90) 및 히터부를 포함한다.
상부 하우징(10)과 하부 하우징(20)은 서로 개폐 가능하게 결합되어 있으며, 건조 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 예를 들어, 상부 하우징(10)과 하부 하우징(20)은 원통 형상을 갖도록 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 후술하겠지만, 상부 하우징(10)에는 상부 공급포트(60)가 형성되어 있고, 하부 하우징(20)에는 일체형 공급/배출포트(50)가 형성되어 있다.
히터부는 상부 하우징(10)과 하부 하우징(20) 중에서 적어도 하나에 내장되어 있다.
이하에서는, 히터부가 상부 하우징(10)에 내장된 상부 히터부(110)와 하부 하우징(20)에 내장된 하부 히터부(210)로 이루어진 경우를 예를 들어 설명하지만, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 히터부는 상부 히터부(110)만으로 이루어지거나 하부 히터부(210)만으로 이루어질 수도 있다.
또한, 상부 히터부(110)와 하부 히터부(210)는 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있으며, 설명의 중복을 피하기 위하여 하부 히터부(210)를 기준으로 히터부를 설명하지만 동일한 설명이 상부 히터부(110)에도 적용될 수 있다.
하부 하우징(20)의 예시적인 외관 형상을 나타낸 도 7 및 하부 하우징(20)의 예시적인 단면 형상을 나타낸 도 8에 예시된 바와 같이, 하부 히터부(210)는 하부 하우징(20)의 내부에 동심원 형상으로 대칭적으로 배치된 복수의 발열체(201, 202, 203, 204)를 포함하도록 구성될 수 있다. 구체적인 예로, 하부 하우징(20)의 내부에는 하부 히터부(210)를 배치하기 위한 홈이 구비되고, 하부 히터부(210)는 이 홈에 배치될 수 있다.
예를 들어, 하부 히터부(210)를 구성하는 복수의 발열체(201, 202, 203, 204)는 하부 하우징(20)의 측벽에 형성된 개구(aperture, 220)까지 연장되어 외부 전원(도시하지 않음)에 전기적으로 연결되고, 외부 전원이 인가되는 경우 저항열에 의해 발열하는 방식으로 챔버 내부에 열을 공급하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 하부 히터부(210)는 일체형 공급/배출포트(50)를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)와 상부 공급포트(60)를 통해 공급되는 건조용 초임계유체(SCF_D)가 임계점 이상의 온도를 유지하도록 동작할 수 있다. 이를 위한 수단으로, 도면에 도시하지는 않았으나 일체형 공급/배출포트(50)를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)의 공급을 제어하는 밸브의 제어 동작, 상부 공급포트(60)를 통한 건조용 초임계유체(SCF_D)의 공급을 제어하는 밸브의 제어 동작 및 하부 히터부(210)에 전원을 공급하는 외부 전원의 제어 동작을 연동시킬 수 있다.
이와 같이, 일체형 공급/배출포트(50)를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)와 상부 공급포트(60)를 통해 공급되는 건조용 초임계유체(SCF_D)가 임계점 이상의 온도를 유지하도록 하부 히터부(210)를 동작시킴으로써, 기판(W)에 형성된 패턴에 습윤되어 있는 이소프로필 알코올(IPA) 등과 같은 유기용제를 이산화탄소(CO2) 등과 같은 초임계유체에 용해시켜 외부로 배출시킴으로써 건조 과정에서 기판에 형성된 패턴의 도괴를 방지할 수 있다.
실링부(30)는 하부 하우징(20)과 상부 하우징(10)의 결합면(C)에 구비되어 있으며, 하부 하우징(20)과 상부 하우징(10)의 결합면(C)의 기밀을 유지하여 챔버 내부영역을 외부와 차단시킨다.
예를 들어, 도 12를 참조하면, 건조공정이 완료되어 하부 하우징(20)과 상부 하우징(10)이 개방되는 경우, 기판(W)은 하부 하우징(20)과 상부 하우징(10)의 결합면(C)보다 높게 위치하도록 기판 배치판(40) 상에 배치되어 있고, 건조공정이 완료되어 하부 하우징(20)과 상부 하우징(10)이 개방되는 경우, 결합면(C)에 구비된 실링부(30) 주변의 파티클이 기판(W)과 결합면(C)의 높이차에 따른 중력에 의해 기판(W)으로의 유입이 방지되도록 구성될 수 있다.
기판 배치판(40)은 하부 하우징(20)의 바닥면(22)에 결합되어 있으며 유기용제가 형성되어 있는 기판(W)이 배치되는 구성요소이다.
예를 들어, 일체형 공급/배출포트(50)를 구성하는 공통관로부(510)와 공통포트부(520)를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)는 기판 배치판(40)에 막혀 기판(W)으로의 직접적인 분사가 방지되도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)의 확산 경로를 나타낸 도 9 및 유기용제가 용해된 혼합유체(MF)의 배출 경로를 나타낸 도 11에 예시된 바와 같이, 건조 공정의 대상인 기판(W)을 배치하기 위하여 필수적으로 요구되는 기판 배치판(40)을 이용하여 건조공정 완료 후 챔버 개방 시 재유입되는 파티클을 차단하고, 건조 공정의 초기에 기판(W) 표면으로 직접 향하는 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)의 흐름을 방지하여 기판(W)에 형성된 패턴의 도괴를 방지할 수 있고, 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)에 함유될 수 있는 파티클이 기판(W)에 퇴적되는 문제를 방지하거나 퇴적량을 감소시킬 수 있고, 기판 배치판(40)이 차지하는 부피로 인한 챔버의 내부용적(working volume)을 감소시켜 건조 공정시간을 단축할 수 있다.
일체형 공급/배출포트(50)는 하부 하우징(20)의 측면(24)에서 시작하여 하부 하우징(20)의 중간영역(28)까지 연장되고, 하부 하우징(20)의 중간영역(28)에서 기판 배치판(40)을 향하도록 형성되어, 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)의 공급경로 및 건조후 기판(W)에 형성된 유기용제가 용해된 혼합유체(MF)의 배출경로를 제공하는 구성요소이다.
이러한 하나의 일체형 공급/배출포트(50)를 통하여 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)의 공급경로 및 건조후 기판(W)에 형성된 유기용제가 용해된 혼합유체(MF)의 배출경로를 제공함으로써, 초임계유체의 공급 및 혼합유체(MF)의 배출 시 대칭적인 흐름을 유도하여 초임계유체를 챔버 내부에 균일하게 분산시켜 공급하고 혼합유체(MF)를 배출함으로써 기판 건조효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
예를 들어, 예를 들어, 이러한 일체형 공급/배출포트(50)는, 하부 하우징(20)의 측면(24)에서 중간영역(28)까지 형성된 공통관로부(510) 및 하부 하우징(20)의 중간영역(28)에서 공통관로부(510)와 연통되어 기판 배치판(40)을 향하도록 형성된 공통포트부(520)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 1) 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)는 챔버 외부로부터 공통관로부(510)와 공통포트부(520)를 통해 챔버 내부, 즉, 상부 하우징(10)과 하부 하우징(20)으로 밀폐된 건조 공간으로 공급되고, 2) 건조용 초임계유체(SCF_D)에 유기용제가 용해된 혼합유체(MF)는 챔버 내부의 건조 공간으로부터 공통포트부(520)와 공통관로부(510)를 통해 챔버 외부로 배출된다.
상부 공급포트(60)는 상부 하우징(10)의 중앙영역에서 기판 배치판(40)을 향하도록 형성되어 건조용 초임계유체(SCF_D)의 공급경로를 제공하는 구성요소이다.
기판배치판 지지부(70)는 일단이 하부 하우징(20)의 바닥면(22)에 결합되고 타단이 기판 배치판(40)에 결합되어 있으며, 기판 배치판(40)을 지지하면서 기판 배치판(40)을 하부 하우징(20)의 바닥면(22)으로부터 이격시키는 구성요소이다.
예를 들어, 기판배치판 지지부(70)에 의해 하부 하우징(20)의 바닥면(22)과 기판 배치판(40) 사이에 존재하는 제1 이격공간(R1)은 일체형 공급/배출포트(50)를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)가 기판 배치판(40)의 하면을 따라 이동하여 기판(W)이 배치된 처리영역으로 점진적으로 확산하도록 유도하는 기능을 수행할 수 있다.
기판 지지부(80)는 일단이 기판 배치판(40)의 상면에 결합되고 타단이 기판(W)에 결합되어 있으며, 기판(W)을 지지하면서 기판(W)을 기판 배치판(40)의 상면으로부터 이격시키는 구성요소이다.
예를 들어, 기판 지지부(80)에 의해 기판 배치판(40)의 상면과 기판(W) 사이에 존재하는 제2 이격공간(R2)은 기판(W)의 하면을 상기 일체형 공급/배출포트(50)를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)와 상부 공급포트(60)를 통해 공급되는 건조용 초임계유체(SCF_D)에 노출시켜 건조공정의 시간을 단축시키는 기능을 수행한다.
하우징 구동부(90)는 하우징을 개폐하는 수단으로서, 건조 공정이 종료된 이후 하부 하우징(20)을 하강시켜 하부 하우징(20)을 상부 하우징(10)으로부터 분리시킴으로써 가펀 건조 챔버(1)를 개방하거나, 건조 공정을 개시하는 경우 하부 하우징(20)을 상승시켜 하부 하우징(20)을 상부 하우징(10)에 결합시켜 기판 건조 챔버(1)를 폐쇄하는 기능을 수행할 수 있다.
예를 들어, 초기 가압용 초임계유체(SCF_IP)와 건조용 초임계유체(SCF_D)는 이산화탄소(CO2)를 포함할 수 있고, 유기용제는 알코올(alcohol)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 구체적인 예로, 알코올은 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 1-프로판올(1-propanol), 2-프로판올(2-propanol, IPA), 1-부탄올(1-butanol)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 기판 건조 챔버(1) 내에서 표면이 알코올 등과 같은 유기용제로 습윤되어 있는 기판(W)에 초임계 상태의 이산화탄소를 공급함으로써 기판(W) 상의 알코올이 초임계 이산화탄소 유체에 용해된다. 그리고 알코올을 용해하고 있는 이산화탄소 유체를 서서히 챔버에서 배출함으로써 패턴의 도괴 없이 기판(W)을 건조할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 초임계유체를 이용한 기판 건조 과정에서 기판 건조 챔버를 개방하고 폐쇄하기 위하여 수행되는 하부 하우징의 반복적인 승강 동작에 의해 하부 하우징에 연결된 금속성의 배관이 손상되어 유체가 누출되는 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배관을 통한 유체 열손실을 방지하여 초임계 건조 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상부 하우징과 하부 하우징 중에서 적어도 하나에 내장된 히터를 이용하여 챔버에 초임계유체가 공급될 때 챔버 내부가 초임계유체의 임계점 이상이 되도록 조절함으로써 기판에 형성된 패턴에 습윤되어 있는 유기용제를 초임계유체에 용해시켜 외부로 배출시키는 건조 과정에서 기판에 형성된 패턴의 도괴를 방지하고 초임계 건조 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 하나의 일체형 공급/배출포트를 통하여 초기 가압용 초임계유체의 공급경로 및 건조후 기판에 형성된 유기용제가 용해된 초임계유체의 배출경로를 제공함으로써, 초임계유체의 공급 및 배출 시 대칭적인 흐름을 유도하여 초임계유체를 챔버 내부에 균일하게 분산시켜 공급 및 배출함으로써 기판 건조효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 기판을 배치하기 위하여 필수적으로 요구되는 기판 배치판을 이용하여 건조공정 완료 후 챔버 개방 시 재유입되는 파티클을 차단하고, 건조 공정의 초기에 기판 표면으로 직접 향하는 초기 가압용 초임계유체의 흐름을 방지하여 기판에 형성된 패턴의 도괴를 방지할 수 있고, 초기 가압용 초임계유체에 함유될 수 있는 파티클이 기판에 퇴적되는 문제를 방지하거나 퇴적량을 감소시킬 수 있고, 기판 배치판이 차지하는 부피로 인한 챔버의 내부용적(working volume)을 감소시켜 건조 공정시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기판을 하부 하우징과 상부 하우징의 결합면보다 높게 위치하도록 기판 배치판 상에 배치함으로써, 건조공정이 완료되어 챔버가 개방되는 경우, 하부 하우징과 상부 하우징의 결합면에 구비된 실링부 주변의 파티클이 기판과 결합면의 높이차에 따른 중력에 의해 기판으로 유입되는 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.
1: 기판 건조 챔버
10: 상부 하우징
20: 하부 하우징
22: 바닥면
24: 측면
28: 중간영역
30: 실링부
40: 기판 배치판
50: 일체형 공급/배출포트
60: 상부 공급포트
70: 기판배치판 지지부
80: 기판 지지부
90: 하우징 구동부
110: 상부 히터부
201, 202, 203, 204: 발열체
210: 하부 히터부
220: 개구(aperture)
510: 공통관로부
520: 공통포트부
600: 유체 공급/배출부
610: 플렉서블 공급/배출 배관
611: 금속 튜브
612: 제1 단열체
613: 배관 발열체
614: 제2 단열체
C: 결합면
R1: 제1 이격공간
R2: 제2 이격공간
W: 기판
SCF_IP: 초기 가압용 초임계유체
SCF_D: 건조용 초임계유체
MF: 혼합유체
10: 상부 하우징
20: 하부 하우징
22: 바닥면
24: 측면
28: 중간영역
30: 실링부
40: 기판 배치판
50: 일체형 공급/배출포트
60: 상부 공급포트
70: 기판배치판 지지부
80: 기판 지지부
90: 하우징 구동부
110: 상부 히터부
201, 202, 203, 204: 발열체
210: 하부 히터부
220: 개구(aperture)
510: 공통관로부
520: 공통포트부
600: 유체 공급/배출부
610: 플렉서블 공급/배출 배관
611: 금속 튜브
612: 제1 단열체
613: 배관 발열체
614: 제2 단열체
C: 결합면
R1: 제1 이격공간
R2: 제2 이격공간
W: 기판
SCF_IP: 초기 가압용 초임계유체
SCF_D: 건조용 초임계유체
MF: 혼합유체
Claims (18)
- 상부 하우징, 상기 상부 하우징에 개폐 가능하게 결합되는 하부 하우징, 상기 하부 하우징의 바닥면에 결합되어 있으며 유기용제가 형성되어 있는 기판이 배치되는 기판 배치판, 상기 하부 하우징의 측면에서 시작하여 상기 하부 하우징의 중간영역까지 연장되고 상기 하부 하우징의 중간영역에서 상기 기판 배치판을 향하도록 형성되어 초기 가압용 초임계유체의 공급경로 및 상기 기판에 형성된 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출경로를 제공하는 일체형 공급/배출포트 및 상기 상부 하우징의 중앙영역에서 상기 기판 배치판을 향하도록 형성되어 건조용 초임계유체의 공급경로를 제공하는 상부 공급포트를 포함하는 기판 건조 챔버; 및
상기 하부 하우징의 측면에 결합되어 상기 초기 가압용 초임계유체가 상기 기판 건조 챔버로 공급되는 경로 및 상기 혼합유체가 상기 기판 건조 챔버로부터 배출되는 경로를 제공하며 나선형의 코일 형상을 갖는 플렉서블 공급/배출 배관을 포함하는, 기판 건조 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 플렉서블 공급/배출 배관은,
유체 이동 통로를 제공하는 금속 튜브; 및
상기 금속 튜브의 외면에 형성된 제1 단열체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 플렉서블 공급/배출 배관은,
상기 제1 단열체의 외면에 형성된 배관 발열체; 및
상기 배관 발열체의 외면에 형성된 제2 단열체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 금속 튜브는 탄소강, 크롬강, 니켈강, 크롬-몰리브덴강, 니켈-크롬-몰리브덴강, 스테인레스강 중에서 어느 하나의 재질을 갖는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 단열체와 상기 제2 단열체는 연질 실리콘, PI(Polyimide), PA(Polyamide), PFA(Perfluoroalkoxy alkane), PTFE (Polytetrafluoroethylene), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene), PP(Polypropylene), PEEK(Polyetheretherketone) 중에서 어느 하나의 재질을 갖는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 배관 발열체는 니켈(Ni), 크롬(Cr), 니켈-크롬(Ni-Cr), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나의 재질을 갖는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 기판 건조 챔버는 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 중에서 적어도 하나에 내장된 히터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 히터부는 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 중에서 적어도 하나의 내부에 동심원 형상으로 대칭적으로 배치된 복수의 발열체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 히터부는 상기 일체형 공급/배출포트를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체와 상기 상부 공급포트를 통해 공급되는 건조용 초임계유체가 임계점 이상의 온도를 유지하도록 동작하는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 히터부를 구성하는 복수의 발열체는 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 중에서 적어도 하나의 측벽에 형성된 개구(aperture)까지 연장되어 외부 전원에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 일체형 공급/배출포트는,
상기 하부 하우징의 측면에서 상기 하부 하우징의 중간영역까지 형성된 공통관로부; 및
상기 하부 하우징의 중간영역에서 상기 공통관로부와 연통되어 상기 기판 배치판을 향하도록 형성된 공통포트부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제11항에 있어서,
상기 초기 가압용 초임계유체는 외부로부터 상기 공통관로부와 상기 공통포트부를 통해 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징으로 밀폐된 건조 공간으로 공급되고,
상기 건조용 초임계유체에 상기 유기용제가 용해된 혼합유체는 상기 건조 공간으로부터 상기 공통포트부와 상기 공통관로부를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 기판 건조 챔버는 상기 하부 하우징과 상기 상부 하우징의 결합면에 구비된 실링부를 더 포함하고,
상기 기판은 상기 하부 하우징과 상기 상부 하우징의 결합면보다 높게 위치하도록 상기 기판 배치판 상에 배치되어 있고, 건조공정이 완료되어 상기 하부 하우징과 상기 상부 하우징이 개방되는 경우, 상기 결합면에 구비된 실링부 주변의 파티클이 상기 기판과 상기 결합면의 높이차에 따른 중력에 의해 상기 기판으로의 유입이 방지되는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제12항에 있어서,
상기 공통관로부와 상기 공통포트부를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체는 상기 기판 배치판에 막혀 상기 기판으로의 직접적인 분사가 방지되는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 기판 건조 챔버는 일단이 상기 하부 하우징의 바닥면에 결합되고 타단이 상기 기판 배치판에 결합되어, 상기 기판 배치판을 지지하면서 상기 기판 배치판을 상기 하부 하우징의 바닥면으로부터 이격시키는 기판배치판 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제15항에 있어서,
상기 기판배치판 지지부에 의해 상기 하부 하우징의 바닥면과 상기 기판 배치판 사이에 존재하는 제1 이격공간은 상기 일체형 공급/배출포트를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체가 상기 기판 배치판의 하면을 따라 이동하여 상기 기판이 배치된 처리영역으로 점진적으로 확산하도록 유도하는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 기판 건조 챔버는 일단이 상기 기판 배치판의 상면에 결합되고 타단이 상기 기판에 결합되어, 상기 기판을 지지하면서 상기 기판을 상기 기판 배치판의 상면으로부터 이격시키는 기판 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
- 제17항에 있어서,
상기 기판 지지부에 의해 상기 기판 배치판의 상면과 상기 기판 사이에 존재하는 제2 이격공간은 상기 기판의 하면을 상기 일체형 공급/배출포트를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체와 상기 상부 공급포트를 통해 공급되는 건조용 초임계유체에 노출시켜 건조공정의 시간을 단축시키는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 장치.
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