KR20220063518A - 약액 히팅 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템 - Google Patents

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KR20220063518A
KR20220063518A KR1020200149470A KR20200149470A KR20220063518A KR 20220063518 A KR20220063518 A KR 20220063518A KR 1020200149470 A KR1020200149470 A KR 1020200149470A KR 20200149470 A KR20200149470 A KR 20200149470A KR 20220063518 A KR20220063518 A KR 20220063518A
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chemical liquid
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사윤기
김도연
허필균
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세메스 주식회사
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Abstract

광원을 매개체로 하는 발열체를 이용하여 약액을 히팅하는 약액 히팅 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템을 제공한다. 상기 약액 히팅 장치는, 기판을 처리하는 데에 이용되는 약액이 통과하는 경로로 제공되는 유로; 유로의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되는 발열체; 및 발열체에 광을 조사하는 광원을 포함하며, 발열체는 광자 여기를 이용하여 발열되며, 약액을 가열한다.

Description

약액 히팅 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템 {Apparatus for heating chemical liquid and system for treating substrate with the apparatus}
본 발명은 약액 히팅 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판 세정시 적용될 수 있는 약액 히팅 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 공정은 반도체 제조 설비 내에서 연속적으로 수행될 수 있으며, 전공정 및 후공정으로 나눌 수 있다. 반도체 제조 설비는 반도체 소자를 제조하기 위해 일반적으로 팹(FAB)으로 정의되는 공간에 설치될 수 있다.
전공정은 웨이퍼(Wafer) 상에 회로 패턴을 형성하여 칩(Chip)을 완성하는 공정을 말한다. 전공정은 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 증착 공정(Deposition Process), 포토 마스크(Photo Mask)를 이용하여 박막 상에 포토 레지스트(Photo Resist)를 전사하는 노광 공정(Photo-Lithography Process), 웨이퍼 상에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위해 화학 물질이나 반응성 가스를 이용하여 필요 없는 부분을 선택적으로 제거하는 식각 공정(Etching Process), 식각 후에 남아있는 포토 레지스트를 제거하는 에싱 공정(Ashing Process), 회로 패턴과 연결되는 부분에 이온을 주입하여 전자 소자의 특성을 가지도록 하는 이온 주입 공정(Ion Implantation Process), 웨이퍼 상에서 오염원을 제거하는 세정 공정(Cleaning Process) 등을 포함할 수 있다.
후공정은 전공정을 통해 완성된 제품의 성능을 평가하는 공정을 말한다. 후공정은 웨이퍼 상의 각각의 칩에 대해 동작 여부를 검사하여 양품과 불량을 선별하는 웨이퍼 검사 공정, 다이싱(Dicing), 다이 본딩(Die Bonding), 와이어 본딩(Wire Bonding), 몰딩(Molding), 마킹(Marking) 등을 통해 각각의 칩을 절단 및 분리하여 제품의 형상을 갖추도록 하는 패키지 공정(Package Process), 전기적 특성 검사, 번인(Burn-In) 검사 등을 통해 제품의 특성과 신뢰성을 최종적으로 검사하는 최종 검사 공정 등을 포함할 수 있다.
한국공개특허 제10-2008-0014246호 (공개일: 2008.02.14.)
웨이퍼에 외형 변화를 일으키기 위해 FAB 공정을 진행하면 웨이퍼 표면에 화학적/물리적 잔류물이 남게 되는데, 이러한 잔류물을 제거하는 공정이 세정 공정이다.
세정 공정은 크게 세가지 방식으로 나눌 수 있는데, 화학 용액을 이용하는 습식 세정(Wet Cleaning), 용액 이외의 매체를 이용하는 건식 세정(Dry Cleaning), 습식 세정과 건식 세정의 중간 형태인 증기를 이용하는 증기 세정(Vapor Cleaning) 등이 이에 해당한다.
습식 세정의 경우, IPA, DI 등의 약액을 이용하여 기판을 세정할 수 있는데, 이때 약액은 히팅된 후에 기판의 세정에 사용될 수 있다. 그런데, 종래에는 저항체를 이용하여 약액을 히팅하여, 세정 공정시 파티클(Particle) 증가로 인해 수율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 광원을 매개체로 하는 발열체를 이용하여 약액을 히팅하는 약액 히팅 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 약액 히팅 장치의 일 면(aspect)은, 기판을 처리하는 데에 이용되는 약액이 통과하는 경로로 제공되는 유로; 상기 유로의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되는 발열체; 및 상기 발열체에 광을 조사하는 광원을 포함하며, 상기 발열체는 광자 여기(Photon Excitation)를 이용하여 발열되며, 상기 약액을 가열한다.
상기 약액 히팅 장치는, 상기 발열체를 커버하는 커버 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 커버 부재는 상기 광을 투과시킬 수 있다.
상기 커버 부재는 쿼츠(Quartz)를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 발열체는 상기 약액이 상기 유로를 통과하기 전에 미리 정해진 온도까지 승온될 수 있다.
상기 발열체는 상기 약액과 반응하지 않는 물질을 소재로 하여 제조될 수 있다.
상기 발열체는 단결정 실리콘으로 제조될 수 있다.
상기 발열체는 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 다이옥사이드(SiO2) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN) 중 적어도 하나의 성분을 포함하여 제조될 수 있다.
상기 발열체는 폭 방향으로 십자 형태 및 링 형태 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.
상기 약액 히팅 장치는, 상기 유로의 배출구에 연결되어 상기 약액의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하며, 상기 약액의 측정 온도를 기초로 상기 발열체의 승온 여부를 확인할 수 있다.
상기 광원은 LED 소스 및 LD 소스 중 적어도 하나의 소스를 포함할 수 있다.
상기 약액 히팅 장치는, 상기 발열체가 상기 유로의 일부를 둘러싸도록 배치되는 경우, 상기 나머지 부분을 둘러싸도록 배치되는 측벽 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 측벽 부재는 상기 약액과 반응하지 않는 물질을 소재로 하여 제조될 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 약액 히팅 장치의 다른 면은, 기판을 처리하는 데에 이용되는 약액이 통과하는 경로로 제공되는 유로; 상기 유로의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되는 발열체; 상기 발열체에 광을 조사하는 광원; 및 상기 발열체를 커버하며, 상기 광을 투과시키는 커버 부재를 포함하며, 상기 발열체는 광자 여기(Photon Excitation)를 이용하여 발열되며, 상기 약액을 가열한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 시스템의 일 면은, 기판을 처리하는 데에 이용되는 약액을 저장하는 약액 저장 장치; 상기 기판에 상기 약액을 분사하여 상기 기판이 처리되도록 하는 분사 부재; 및 상기 약액이 상기 약액 저장 장치에서 상기 분사 부재로 이동하는 경로 상에 설치되는 약액 히팅 장치를 포함하며, 상기 약액 히팅 장치는, 상기 약액이 통과하는 경로로 제공되는 유로; 상기 유로의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되는 발열체; 및 상기 발열체에 광을 조사하는 광원을 포함하며, 상기 발열체는 광자 여기(Photon Excitation)를 이용하여 발열되며, 상기 약액을 가열한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 약액 저장 장치, 약액 히팅 장치 및 분사 부재 간 연결 관계를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 약액 히팅 장치의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 약액 히팅 장치의 내부 구조를 도시한 평면도이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 약액 히팅 장치를 구성하는 광원의 다양한 배치 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 도 3 및 도 4에 도시된 약액 히팅 장치를 구성하는 발열체의 다양한 형상을 설명하기 위한 제1 예시도이다.
도 7은 도 3 및 도 4에 도시된 약액 히팅 장치를 구성하는 발열체의 다양한 형상을 설명하기 위한 제2 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 약액 히팅 장치의 성능을 평가하기 위한 제1 시험 셋업 구조도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 약액 히팅 장치의 성능을 평가하기 위한 제2 시험 셋업 구조도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 약액 히팅 장치의 성능을 보여주는 제1 시험 결과이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 약액 히팅 장치의 성능을 보여주는 제2 시험 결과이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 광원을 매개체로 하는 발열체를 이용하여 약액을 히팅하는 약액 히팅 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 실시예에서 약액 히팅 장치는 광자 여기(Photon Excitation) 방식을 이용하는 고청정 약액 히터로 구현될 수 있다. 이하에서는 도면 등을 참조하여 본 발명에 대하여 자세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
기판 처리 시스템(100)은 기판을 습식 세정(Wet Cleaning)하는 것이다. 기판 처리 시스템(100)은 예를 들어, 약액을 이용하여 기판을 세정할 수 있다. 기판 처리 시스템(100)은 반도체 제조 설비 내에서 공정 챔버(Process Chamber) 내에 제공될 수 있다.
기판 처리 시스템(100)은 약액을 이용하여 기판을 세정하는 경우, 예를 들어, 컵(110), 지지 부재(120), 승강 유닛(130), 분사 부재(140) 및 제어기(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
컵(110)은 기판(W)을 처리하는 공정이 수행되는 공간을 제공하는 것이다. 이러한 컵(110)은 그 상부가 개방되도록 형성될 수 있다.
컵(110)은 내부 회수통(111), 중간 회수통(112) 및 외부 회수통(113)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 각각의 회수통(111, 112, 113)은 공정에서 사용되는 처리액 중 서로 상이한 처리액을 회수할 수 있다.
내부 회수통(111)은 지지 부재(120)를 감싸는 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 이때 내부 회수통(111)의 내측 공간(114)은 처리액이 내부 회수통(111)으로 유입되게 하는 유입구로서 기능할 수 있다.
중간 회수통(112)은 내부 회수통(111)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 이때 내부 회수통(111)과 중간 회수통(112) 사이의 공간(115)은 처리액이 중간 회수통(112)으로 유입되게 하는 유입구로서 기능할 수 있다.
외부 회수통(113)은 중간 회수통(112)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 이때 중간 회수통(112)과 외부 회수통(113) 사이의 공간(116)은 처리액이 외부 회수통(113)으로 유입되게 하는 유입구로서 기능할 수 있다.
각각의 회수통(111, 112, 113)은 그 저면 아래 방향으로 수직하게 연장되는 회수 라인(117, 118, 119)과 각각 연결될 수 있다. 각각의 회수 라인(117, 118, 119)은 각각의 회수통(111, 112, 113)을 통해 유입되는 처리액을 외부로 배출할 수 있다. 외부로 배출되는 처리액은 처리액 재생 시스템(미도시)을 통해 재사용되도록 처리될 수 있다.
지지 부재(120)는 공정 진행 중에 기판(W)을 지지하고 기판(W)을 회전시키는 것이다. 이러한 지지 부재(120)는 컵(110)의 내부에 배치될 수 있다.
지지 부재(120)는 몸체(121), 서포트 핀(Support Pin; 122), 가이드 핀(Guide Pin; 123) 및 제1 지지축(124)을 포함하여 구성될 수 있다.
몸체(121)는 위쪽에서 바라볼 때 대체로 원형으로 제공되는 상부면을 가질 수 있다. 이러한 몸체(121)의 저면에는 모터(125)에 의해 회전될 수 있는 제1 지지축(124)이 고정 결합될 수 있다. 한편, 몸체(121)의 상면에는 백 노즐(Back Nozzle; 미도시)이 설치될 수 있다.
서포트 핀(122)은 몸체(121) 상에서 기판(W)의 저면을 지지하는 것이다. 이러한 서포트 핀(122)은 몸체(121) 상에 복수 개 제공될 수 있다.
복수 개의 서포트 핀(122)은 몸체(121)의 상부면으로부터 위쪽 방향으로 돌출되어 형성될 수 있다. 또한, 복수 개의 서포트 핀(122)은 몸체(121)의 상부면 가장자리에 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 복수 개의 서포트 핀(122)은 예를 들어, 서로 간의 조합에 의해 전체적으로 환형의 링 형상을 가지도록 배치될 수 있다. 복수 개의 서포트 핀(122)은 이와 같은 구성을 통해 기판(W)이 몸체(121)의 상부면으로부터 일정 거리 이격되도록 기판(W)의 후면 가장자리를 지지할 수 있다.
가이드 핀(123)은 척 핀(Chuck Pin)이라고도 하며, 지지 부재(120)가 회전할 때 기판(W)이 정 위치에서 측 방향으로 이탈되지 않도록 기판(W)의 측부를 지지하는 것이다. 이러한 가이드 핀(123)은 서포트 핀(122)과 마찬가지로 몸체(121) 상에 복수 개 제공될 수 있으며, 몸체(121)의 상부면으로부터 위쪽 방향으로 돌출되어 형성될 수 있다.
가이드 핀(123)은 몸체(121)의 중심에서 서포트 핀(122)보다 멀리 떨어지게 배치될 수 있다. 가이드 핀(123)은 몸체(121)의 반경 방향을 따라 대기 위치와 지지 위치 간에 직선 이동 가능하도록 제공될 수 있다. 여기서, 대기 위치는 지지 위치에 비해 몸체(121)의 중심으로부터 멀리 떨어진 위치를 의미한다.
가이드 핀(123)은 기판(W)이 지지 부재(120)에 로딩시/언로딩시 대기 위치에 위치되고, 기판(W)에 대해 공정 수행시 지지 위치에 위치될 수 있다. 가이드 핀(123)은 지지 위치에서 기판(W)의 측부와 접촉될 수 있다.
승강 유닛(130)은 컵(110)을 상하 방향으로 직선 이동시키는 것이다. 컵(110)이 상하 방향으로 직선 이동함에 따라, 지지 부재(120)에 대한 컵(110)의 상대 높이가 변경될 수 있다.
승강 유닛(130)은 브라켓(131), 이동축(132) 및 제1 구동기(133)를 포함하여 구성될 수 있다.
브라켓(131)은 컵(110)의 외벽에 고정 설치되는 것이다. 이러한 브라켓(131)은 제1 구동기(133)에 의해 상하 방향으로 이동되는 이동축(132)과 결합할 수 있다.
기판(W)이 지지 부재(120) 상에 놓이거나, 지지 부재(120)로부터 들어올려질 때, 지지 부재(120)가 컵(110)의 상부로 돌출되도록 컵(110)은 하강될 수 있다. 또한, 공정이 진행될 때, 기판(W)에 공급되는 처리액의 종류에 따라 처리액이 기 설정된 회수통(111, 112, 113)으로 유입될 수 있도록 컵(110)의 높이가 조절될 수 있다.
예를 들어, 제1 처리액으로 기판(W)을 처리하는 동안, 기판(W)은 내부 회수통(111)의 내측 공간(114)과 대응되는 높이에 위치될 수 있다. 또한, 제2 처리액으로 기판(W)을 처리하는 동안, 기판(W)은 내부 회수통(111)과 중간 회수통(112) 사이의 공간(115)에 대응되는 높이에 위치될 수 있다. 또한, 제3 처리액으로 기판(W)을 처리하는 동안, 기판(W)은 중간 회수통(112)과 외부 회수통(113) 사이의 공간(116)에 대응되는 높이에 위치될 수 있다.
한편, 승강 유닛(130)은 컵(110) 대신 지지 부재(120)를 상하 방향으로 이동시키는 것도 가능하다.
분사 부재(140)는 기판 처리 공정시 기판(W)으로 처리액을 공급하는 것이다. 분사 부재(140)는 이를 위해 노즐 지지대(141), 노즐(142), 제2 지지축(143) 및 제2 구동기(144)를 포함하여 구성될 수 있다.
분사 부재(140)는 한 개 또는 복수 개 제공될 수 있다. 분사 부재(140)가 복수 개 제공되는 경우, 약액, 린스액, 유기용제 등은 서로 상이한 분사 부재(140)를 통해 제공될 수 있다. 린스액은 제1 유체일 수 있고, 유기용제는 이소프로필 알코올 증기와 비활성 가스의 혼합물이거나, 이소프로필 알코올 액일 수 있다.
노즐 지지대(141)는 그 길이 방향이 제2 방향(20)을 따라 제공될 수 있다. 노즐 지지대(141)는 제2 지지축(143)의 길이 방향에 수직이 되는 방향으로 제2 지지축(143)의 일단부에 결합될 수 있다. 제2 구동기(144)는 제2 지지축(143)의 타단부에 결합될 수 있다.
노즐(142)은 노즐 지지대(141)의 끝단 저면에 설치될 수 있다. 이러한 노즐(142)은 제2 구동기(144)에 의해 공정 위치와 대기 위치로 이동될 수 있다. 여기서, 공정 위치는 노즐(142)이 기판(W) 상에 처리액을 토출할 수 있게 하는 지지 부재(120)의 수직 상방 영역을 의미하며, 대기 위치는 지지 부재(120)의 수직 상방 영역을 제외한 영역, 즉 지지 부재(120)의 수직 상방 영역에서 외측으로 벗어난 영역을 의미한다.
제2 지지축(143)은 그 길이 방향이 제3 방향(30)을 따라 제공될 수 있다. 이러한 제2 지지축(143)은 그 하단에서 제2 구동기(144)와 결합될 수 있다.
제2 구동기(144)는 제2 지지축(143)을 회전 및 승강 운동시키는 것이다. 이러한 제2 구동기(144)는 제어기(150)와 연결되어, 제어기(150)에 의해 제어될 수 있다.
한편, 도 1에서 제어기(150)는 제2 구동기(144)에 연결되는 것으로 도시되어 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제어기(150)는 제2 구동기(144)뿐만 아니라 제1 구동기(133)에도 연결되어, 제1 구동기(133)도 제어할 수 있다.
분사 부재(140)는 기판(W) 상에 약액을 제공하기 위해 약액 저장 장치(210)와 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 약액 저장 장치, 약액 히팅 장치 및 분사 부재 간 연결 관계를 도시한 도면이다. 이하 설명은 도 2를 참조한다.
약액 저장 장치(210)는 기판(W)을 세정하는 데에 이용되는 약액(예를 들어, IPA, 유기용매 등)을 저장하는 것이다. 이러한 약액 저장 장치(210)는 분사 부재(140)로 약액을 공급하기 위해 소정 길이의 배관을 통해 분사 부재(140)와 연결될 수 있다.
약액 히팅 장치(220)는 약액을 히팅시키는 것이다. 약액 히팅 장치(220)는 약액 저장 장치(210)에서 분사 부재(140)로 이동하는 약액을 히팅시킬 수 있다. 약액 히팅 장치(220)는 이를 위해 약액 저장 장치(210)와 분사 부재(140)를 연결하는 배관 상에 설치될 수 있다.
약액 히팅 장치(220)는 광자 여기 방식을 이용하여 약액을 히팅시킬 수 있다. 약액 히팅 장치(220)는 이를 통해 고청정 약액 히터로 구현될 수 있다. 이하에서는 약액 히팅 장치(220)의 구조에 대하여 자세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 약액 히팅 장치의 내부 구조를 도시한 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 약액 히팅 장치의 내부 구조를 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 4에 따르면, 약액 히팅 장치(220)는 광원(310), 커버 부재(320) 및 발열체(Heating Element; 330)를 포함하여 구성될 수 있다.
광원(310)은 광을 조사하는 것이다. 이러한 광원(310)은 발열체(330)의 주변에 배치되어 발열체(330)를 향하여 광을 조사할 수 있다.
발열체(330)는 커버 부재(320)의 내부에 삽입될 수 있다. 광원(310)은 이러한 구조를 참작하여 커버 부재(320)의 외측 전부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이때, 광원(310)은 커버 부재(320)의 외측에 접촉되지 않게 배치될 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 광원(310)은 도 5에 도시된 바와 같이 커버 부재(320)의 외측 일부만을 둘러싸도록 배치되는 것도 가능하다. 이 경우, 광원(310)은 커버 부재(320) 내 발열체(330)의 위치를 고려하여 커버 부재(320)의 외측 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 약액 히팅 장치를 구성하는 광원의 다양한 배치 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
광원(310)은 발열체(330)에 광을 조사하기 위해 LED 소스(LED Source)나 LD 소스(LD Source)로 구현될 수 있다. 본 실시예에서 광원(310)은 발열체(330)에 광을 조사하여 발열체(330)를 발열시킬 수 있다면 그 어떠한 소스로 구현되어도 무방하다. 광원(310)은 예를 들어, UV 소스나 할로겐 램프로 구현되는 것도 가능하다.
커버 부재(320)는 약액(Chemical Liquid; CL)의 이동 경로를 제공하는 것이다. 커버 부재(320)는 이를 위해 그 내부를 관통하는 유로(340)를 구비할 수 있다.
커버 부재(320)는 광원(310)에 의해 발열되는 발열체(330)를 내장할 수 있다. 이때, 발열체(330)는 약액(CL)이 이동하는 유로(340)를 둘러싸도록 커버 부재(320)에 내장될 수 있다.
커버 부재(320)는 광원(310)에 의해 조사되는 광이 발열체(330)에 도달될 수 있도록 광을 투과시킬 수 있는 소재로 제조될 수 있다. 커버 부재(320)는 예를 들어, 석영(Quartz)을 소재로 하여 제조될 수 있다.
발열체(330)는 광원(310)에 의해 조사되는 광을 이용하여 발열하는 것이다. 발열체(330)는 유로(340)를 통해 약액(CL)이 이동할 때, 발열에 의해 생성된 열 에너지를 약액(CL)에 전달할 수 있다.
발열체(330)는 앞서 설명한 바와 같이 커버 부재(320)에 내장될 수 있다. 이때, 발열체(330)에 의해 유로(340)가 제공될 수 있다면(예를 들어, 발열체(330)가 유로(340)를 둘러싸도록 형성된다면), 약액 히팅 장치(220)는 커버 부재(320)를 구비하지 않아도 무방하다.
발열체(330)는 상측에서 바라볼 때(Top-View), 십자 모양으로 커버 부재(320)의 내부에 삽입될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 발열체(330)는 약액(CL)에 열 에너지를 전달하기 위해 유로(340)에 근접하여 설치될 수 있다면, 그 어떠한 형태로 형성되어도 무방하다. 발열체(330)는 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 상측에서 바라볼 때 링 모양으로 커버 부재(320)의 내부에 삽입되는 것도 가능하다. 도 6은 도 3 및 도 4에 도시된 약액 히팅 장치를 구성하는 발열체의 다양한 형상을 설명하기 위한 제1 예시도이다.
발열체(330)는 커버 부재(320) 내에서 유로(340) 전부를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 발열체(330)는 도 7에 도시된 바와 같이 커버 부재(320) 내에서 유로(340) 일부를 둘러싸도록 형성되는 것도 가능하다. 이 경우, 커버 부재(320) 내에 유로(340)의 나머지 부분을 덮는 측벽 부재(350)가 추가될 수 있다. 측벽 부재(350)는 약액(CL)과 반응하지 않는 물질을 소재로 하여 형성될 수 있다. 도 7은 도 3 및 도 4에 도시된 약액 히팅 장치를 구성하는 발열체의 다양한 형상을 설명하기 위한 제2 예시도이다.
발열체(330)는 광원(310)에 의해 조사되는 광을 이용하여 발열하기 위해, 광을 흡수할 수 있는 물질을 소재로 하여 제조될 수 있다. 또한, 발열체(330)는 약액(CL)과 반응하지 않는 물질을 소재로 하여 제조될 수 있다. 발열체(330)가 이와 같이 광을 흡수할 수 있으며 약액(CL)과 반응하지 않는 물질을 소재로 하여 제조되면, 파티클(Particle)을 생성하지 않고 약액(CL)을 효율적으로 가열시키는 효과를 얻을 수 있다.
발열체(330)는 상기와 같은 효과를 얻기 위해 실리콘(Si) 성분을 포함하여 제조될 수 있다. 발열체(330)는 예를 들어, 단결정 실리콘으로 제조되거나, 실리콘 카바이드(SiC; Silicon Carbide), 실리콘 다이옥사이드(SiO2; Silicon Dioxide) 등의 성분을 포함하여 제조될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 발열체(330)는 알루미늄 나이트라이드(AlN; Aluminium Nitride) 성분을 포함하여 제조되는 것도 가능하다.
발열체(330)는 실리콘 성분을 소재로 하여 제조되는 경우, Si의 광흡수율(Intensity)에 의해 열이 발생하는 기전으로 제공될 수 있다. 본 실시예에서, 발열체(330)는 약액이 유로(340)를 통과하기 전에 미리 기준 온도까지 승온될 수 있다.
한편, 발열체(330)는 광원(310)에 의해 조사되는 광을 이용하여 발열되기 때문에, 그 자체를 영구적인 히팅 엘리먼트(Permanent Heating Element)로 사용하는 것이 가능해지는 효과도 얻을 수 있다.
한편, 발열체(330)의 승온 여부를 확인하기 위해 약액(CL)의 온도를 측정하는 경우, 유로(340)의 배출구(Outlet)에 온도 센서를 연결하여 약액(CL)의 온도를 측정할 수 있다.
약액 히팅 장치(220)는 이상 설명한 바와 같이, 광자 여기 방식에 따라 광자(Photon) 흡수 유도되는(Absorption-Induced) 발열체(330)를 이용하여 약액(CL)을 히팅시키는 이머전(Immersion) 방식의 히터로 구현될 수 있다. 약액 히팅 장치(220)는 이와 같은 구조를 통해 파티클 소스를 원천 차단할 수 있으며, 이에 따라 반도체 제조 효율을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 약액 히팅 장치(220)는 발광에 의한 히팅 방식으로 잠열 발생이 없어서 안정성이 우수하며, 열전도도 등의 손실이 적은 고효율 고신뢰성 히터로 구현될 수 있다.
종래의 약액 히팅 장치는 저항체를 이용하여 약액을 히팅시킬 수 있다. 이러한 종래의 약액 히팅 장치는 메탈 파티클(Metal Particle) 발생을 차단하기 위해 니켈-크롬(Ni-Cr) 합금을 소재로 하여 제조되는 히트 엘리먼트(Heat Element)에 테프론 성분을 코팅한다(Teflon-Coated Ni-Cr).
그런데, 종래의 약액 히팅 장치의 경우, 히트 엘리먼트에 코팅된 테프론 재질(PTFE)이 고온에서 파티클을 용출할 수 있다. 또한, PFA(튜브), PTFE, O-Ring(Viton + FEP) 등의 접액부에 오 링이 적용되어 있어 파티클 소스를 제공할 수 있다. 따라서 종래의 약액 히팅 장치는 IPA, DI 등의 약액을 이용하여 기판을 세정하는 경우, 파티클 증가로 인해 수율이 저하될 수 있다.
본 실시예에 따른 약액 히팅 장치(220)는 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이 LED 소스, LD 소스 등을 Si에 조사하여 광자 흡수(Photon Absorption)에 의한 열 발생으로 Si을 가열할 수 있다. 약액 히팅 장치(220)는 약액(예를 들어, IPA)과 반응하지 않는 단결정 Si을 Heat Source로 적용할 수 있으며, LED 턴 오프(Turn Off)시 잠열이 발생하지 않아 IPA 기화 및 방폭 리스크도 최소화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 약액 히팅 장치(220)는 PFA, 커버 부재(320)(예를 들어, Quartz), 발열체(330)(예를 들어, Si) 등으로 접액부를 구성할 수 있으며, 이에 따라 접액부에서 파티클 소스를 제공하는 오 링, PTFE 등을 제거할 수 있다.
또한, 약액 히팅 장치(220)는 Quartz 소재의 약액 Bath 적용으로 파티클 소스를 제거하면서 동시에 광 투과율을 유지하는 효과도 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 약액 히팅 장치의 성능을 평가하기 위한 제1 시험 셋업 구조도이다.
본 실시예에 따른 약액 히팅 장치(220)에 대하여 약액 승온 시험을 통한 타당성을 평가하기 위해, 유리 기판(Glass; 410) 상에 발열체(Si Wafer; 420)를 배치시키고, 그 상부에서 광원(LED Array; 430)을 이용하여 발열체(420)를 가열하여 보았다.
유리 기판(410)으로는 두께(t)가 7mm인 Ø300 Glass Bath를 사용하였으며, 발열체(420)로는 Ø200 Si Wafer를 사용하였다. 또한, 광원(430)으로는 Ø300 LED Array 히터를 사용하였다.
그 외 시험 조건은 다음과 같다.
- 발열체(420)와 광원(430) 간 거리: 30mm
- 사용 약액: 물 3L
- 히팅 시간: 5분 ~ 10분
히팅 시간이 경과한 후, 발열체(420)의 상부 표면에 대하여 온도를 측정하여 보았다. 시험 결과, 발열체(420)의 상부 표면은 5분만에 약 50도 상승하였으며, 표면 기준으로 9분 후 약 75도까지 상승하였다. IPA를 약액으로 사용하여 평가할 경우, 발열체(420)의 더 빠른 승온이 예상될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 약액 히팅 장치의 성능을 평가하기 위한 제2 시험 셋업 구조도이다.
도 9에 도시된 시험 셋업 구조에 따라 LED 히터를 이용한 Si 승온에 대하여 평가하여 보았다. 몸체(121)(예를 들어, 척(Chuck)) 상에 광원으로 복수 개의 LED(510)를 배치하였으며, 복수 개의 LED(510)를 커버하도록 그 상부에 덮개 형태의 쿼츠 윈도우(Quartz Window; 520)를 구성하였다. 그리고, 서포트 핀(122) 및 가이드 핀(123)을 이용하여 그 상부에 기판(W)이 위치하도록 구성하였다.
도 9에 도시된 시험 셋업 구조에 따라 열화상 카메라(530)를 이용하여 기판(W)의 표면 온도에 대하여 측정하였더니, 도 10에 도시된 바와 같이 라이징 타임(Rising Time; 640)이 경과한 후 기판(W)의 각 영역(1 Point(610), 2 Point(620), 3 Point(630))에서 일정 온도까지 승온됨을 확인할 수 있었다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 약액 히팅 장치의 성능을 보여주는 제1 시험 결과이다. 상기에서, 1 Point(610)는 기판(W)의 센터 영역(Center Zone)에서의 한 점을 의미하고, 2 Point(620)는 기판(W)의 미들 영역(Middle Zone)에서의 한 점을 의미하며, 3 Point(630)는 기판(W)의 에지 영역(Edge Zone)에서의 한 점을 의미한다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이 상기의 시험으로부터 Center-Edge 간 V자 모양 레시피(V Shape Recipe)로 제어가 가능해짐도 확인할 수 있었다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 약액 히팅 장치의 성능을 보여주는 제2 시험 결과이다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 기판 처리 시스템 110: 컵
111: 내부 회수통 112: 중간 회수통
113: 외부 회수통 120: 지지 부재
121: 몸체 122: 서포트 핀
123: 가이드 핀 124: 제1 지지축
130: 승강 유닛 140: 분사 부재
150: 제어기 210: 약액 저장 장치
220: 약액 히팅 장치 310: 광원
320: 커버 부재 330: 발열체
340: 유로 350: 측벽 부재
410: 유리 기판 510: LED
520: 쿼츠 윈도우 530: 열화상 카메라

Claims (20)

  1. 기판을 처리하는 데에 이용되는 약액이 통과하는 경로로 제공되는 유로;
    상기 유로의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되는 발열체; 및
    상기 발열체에 광을 조사하는 광원을 포함하며,
    상기 발열체는 광자 여기(Photon Excitation)를 이용하여 발열되며, 상기 약액을 가열하는 약액 히팅 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열체를 커버하는 커버 부재를 더 포함하는 약액 히팅 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 커버 부재는 상기 광을 투과시키는 약액 히팅 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 커버 부재는 쿼츠(Quartz)를 포함하여 제조되는 약액 히팅 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열체는 상기 약액이 상기 유로를 통과하기 전에 미리 정해진 온도까지 승온되는 약액 히팅 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열체는 상기 약액과 반응하지 않는 물질을 소재로 하여 제조되는 약액 히팅 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 발열체는 단결정 실리콘으로 제조되는 약액 히팅 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 발열체는 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 다이옥사이드(SiO2) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN) 중 적어도 하나의 성분을 포함하여 제조되는 약액 히팅 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열체는 폭 방향으로 십자 형태 및 링 형태 중 어느 하나의 형태를 가지는 약액 히팅 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유로의 배출구에 연결되어 상기 약액의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하며,
    상기 약액의 측정 온도를 기초로 상기 발열체의 승온 여부를 확인하는 약액 히팅 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 LED 소스 및 LD 소스 중 적어도 하나의 소스를 포함하는 약액 히팅 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열체가 상기 유로의 일부를 둘러싸도록 배치되는 경우, 상기 나머지 부분을 둘러싸도록 배치되는 측벽 부재를 더 포함하는 약액 히팅 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 측벽 부재는 상기 약액과 반응하지 않는 물질을 소재로 하여 제조되는 약액 히팅 장치.
  14. 기판을 처리하는 데에 이용되는 약액이 통과하는 경로로 제공되는 유로;
    상기 유로의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되는 발열체;
    상기 발열체에 광을 조사하는 광원; 및
    상기 발열체를 커버하며, 상기 광을 투과시키는 커버 부재를 포함하며,
    상기 발열체는 광자 여기(Photon Excitation)를 이용하여 발열되며, 상기 약액을 가열하는 약액 히팅 장치.
  15. 기판을 처리하는 데에 이용되는 약액을 저장하는 약액 저장 장치;
    상기 기판에 상기 약액을 분사하여 상기 기판이 처리되도록 하는 분사 부재; 및
    상기 약액이 상기 약액 저장 장치에서 상기 분사 부재로 이동하는 경로 상에 설치되는 약액 히팅 장치를 포함하며,
    상기 약액 히팅 장치는,
    상기 약액이 통과하는 경로로 제공되는 유로;
    상기 유로의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되는 발열체; 및
    상기 발열체에 광을 조사하는 광원을 포함하며,
    상기 발열체는 광자 여기(Photon Excitation)를 이용하여 발열되며, 상기 약액을 가열하는 기판 처리 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 약액 히팅 장치는,
    상기 발열체를 커버하며, 상기 광을 투과시키는 커버 부재를 더 포함하는 기판 처리 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 발열체는 상기 약액이 상기 유로를 통과하기 전에 미리 정해진 온도까지 승온되는 기판 처리 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 발열체는 상기 약액과 반응하지 않는 물질을 소재로 하여 제조되는 기판 처리 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 발열체는 폭 방향으로 십자 형태 및 링 형태 중 어느 하나의 형태를 가지는 기판 처리 시스템.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 약액 히팅 장치는,
    상기 유로의 배출구에 연결되어 상기 약액의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하며,
    상기 약액의 측정 온도를 기초로 상기 발열체의 승온 여부를 확인하는 기판 처리 시스템.
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KR20080014246A (ko) 2006-08-10 2008-02-14 세메스 주식회사 가열기 및 상기 가열기를 구비하는 기판 세정 장치, 그리고상기 가열기의 처리액 가열 방법

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