Traitement en cours

Veuillez attendre...

Paramétrages

Paramétrages

Aller à Demande

1. WO2020116806 - DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE SUBSTRAT ET PROCÉDÉ DE TRAITEMENT DE SUBSTRAT

Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1  

배경기술

2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

19   20  

과제 해결 수단

21   22   23   24   25   26   27   28   29   30  

발명의 효과

31   32  

도면의 간단한 설명

33   34   35   36   37   38   39  

발명의 실시를 위한 형태

40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80   81   82   83   84   85   86   87   88   89   90   91   92   93   94   95   96   97   98   99   100   101   102   103   104   105   106   107   108   109   110   111   112   113   114   115   116   117   118   119   120   121   122   123   124   125   126   127   128  

산업상 이용가능성

129   130   131  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

도면

1   2   3   4   5   6   7  

명세서

발명의 명칭 : 기판처리장치 및 기판처리방법

기술분야

[1]
본 발명은 기판처리장치 및 기판처리방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 초임계유체를 이용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 기판처리장치에 있어서 챔버를 밀폐시키는 오링의 손상을 줄이고 방지할 수 있는 기판처리장치에 대한 것이다.

배경기술

[2]
일반적으로 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함)의 표면에 LSI(Large scale integration)와 같이 고집적 반도체 디바이스를 제작하는 경우 웨이퍼 표면에 극미세 패턴을 형성할 필요가 있다.
[3]
이러한 극미세 패턴은 레지스트를 도포한 웨이퍼를 노광, 현상, 세정하는 각종 공정 등을 통해 레지스트를 패터닝하고, 이어서 상기 웨이퍼를 에칭함으로써 웨이퍼에 레지스트 패턴을 전사하여 형성될 수 있다.
[4]
그리고 이러한 에칭 후에는 웨이퍼 표면의 먼지나 자연 산화막을 제거하기 위해 웨이퍼를 세정하는 처리가 행해진다. 세정처리는 표면에 패턴이 형성된 웨이퍼를 약액이나 린스액 등의 처리액 내에 침지하거나, 웨이퍼 표면에 처리액을 공급함으로써 실행된다.
[5]
그런데, 반도체 디바이스의 고집적화에 따라 세정처리를 행한 후 처리액을 건조시킬 때, 레지스트나 웨이퍼 표면의 패턴이 붕괴되는 패턴 붕괴가 발생하고 있다.
[6]
이러한 패턴 붕괴는, 도 5에 도시된 바와 같이 세정 처리를 끝내고 웨이퍼(W) 표면에 남은 처리액(14)을 건조시킬 때, 패턴(11, 12, 13) 좌우의 처리액이 불균일하게 건조되면, 패턴(11, 12, 13)을 좌우로 인장하는 표면장력으로 인해 패턴(11, 12, 13)이 붕괴되는 현상에 해당한다.
[7]
전술한 패턴 붕괴를 일으키는 근본원인은 세정처리 후의 웨이퍼(W)를 둘러싸는 대기 분위기와 패턴 사이에 잔존하는 처리액과의 사이에 놓인 액체/기체 계면에서 작용하는 처리액의 표면장력에 기인한다.
[8]
따라서, 최근에는 기체나 액체와의 사이에서 계면을 형성하지 않는 초임계 상태의 유체(이하, '초임계유체'라 함)를 이용하여 처리액을 건조시키는 처리 방법이 주목받고 있다.
[9]
도 6의 압력과 온도의 상태도에서 온도 조절만을 이용하는 종래기술의 건조방법에서는 반드시 기액 공존선을 통과하므로, 이때에 기액 계면에서 표면장력이 발생하게 된다.
[10]
이에 반해, 유체의 온도와 압력 조절을 모두 이용하여 초임계상태를 경유하여 건조하는 경우에는 기액 공존선을 통과하지 않게 되어, 본질적으로 표면장력 프리의 상태로 기판을 건조시키는 것이 가능해진다.
[11]
도 6을 참조하여 초임계유체를 이용한 건조를 살펴보면, 액체의 압력을 A에서 B로 상승시키고, 이어서 온도를 B에서 C로 상승시키게 되면 기액 공존선을 통과하지 않고 초임계상태 C로 전환된다. 또한, 건조공정이 종료된 경우에는 초임계유체의 압력을 낮추어 기액 공존선을 통과하지 않고 기체 D로 전환시키게 된다.
[12]
그런데, 전술한 바와 같이 초임계유체를 이용한 처리장치의 경우 챔버 내부의 압력을 유체의 임계압력 이상의 압력으로 유지해야 하므로 챔버의 기밀을 유지하기 위하여 오링 등의 실링수단을 채용하게 된다.
[13]
이러한 오링 등의 실링수단을 이용하는 경우 챔버 내부의 고압 환경 및 초임계유체의 높은 침투성으로 인해 오링의 손상 및 파손이 발생할 수 있다.
[14]
즉, 높은 침투성을 가지는 초임계유체가 오링에 침투할 수 있으며, 이때 오링의 이탈 또는 용해로 인해 오염물이 축적될 수 있다. 이 경우, 기판에 대한 처리공정이 반복됨에 따라 상기 오링의 오염이 심화되어 오링의 손상 및 파손을 가속시킬 수 있다.
[15]
나아가, 챔버 내부의 고압 환경에서 급속 감압을 실시하는 경우에 오링의 손상 및 파손을 유발할 수 있다.
[16]
도 7의 (A)에 도시된 바와 같이 오링(20)의 내부에는 제조상의 결함 또는 다양한 요인으로 인해 공극(22)이 형성될 수 있다. 이 경우, 챔버 내부의 압력이 상승하면 오링(20)에 압력이 가해지고, 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이 높은 침투성을 가진 초임계유체가 오링(20) 내부의 공극(22)으로 침투하게 된다.
[17]
이러한 상태에서 챔버 내부의 공정이 종료되어 챔버 내부의 압력이 낮아지게 되면 상기 오링(20) 내부에 침투한 초임계 상태의 유체가 기체 상태로 전환되면서 내부 응력이 상승하게 된다. 내부 응력이 상승함에 따라 도 7의 (C)에 도시된 바와 같이 오링(20) 내부에 균열 등이 발생하여 오링(20)의 손상 및 파손을 가속시킬 수 있다.
[18]
초임계유체를 이용한 챔버에서 오링의 파손 및 손상은 쉽게 감지하기 힘들 뿐 아니라, 오링의 손상으로 인해 오링의 교체 등의 작업을 수행하는 경우에 기판처리장치의 가동을 정지하게 되는데, 이는 기판처리장치의 생산효율(throughput)을 현저히 떨어뜨리는 요인이 된다.

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[19]
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 초임계유체를 이용하여 기판을 처리하는 기판처리장치에 사용되는 오링의 손상 및 파손을 방지할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[20]
또한, 본 발명은 오링과 챔버 내부를 연결시키는 연결공간 상에 액체 상태의 차단영역을 제공하여 챔버 내부의 초임계상태의 유체가 오링과 접촉하는 것을 방지할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제 해결 수단

[21]
상기와 같은 본 발명의 목적은 기판에 대한 처리공정을 수행하는 처리공간을 제공하는 챔버몸체와, 상기 챔버몸체의 개구부를 밀폐하는 챔버리드를 구비하는 챔버, 상기 챔버 내부로 메인유체를 공급하는 유체공급부, 상기 챔버리드와 챔버몸체 사이에 배치되어 상기 챔버 내부를 실링하는 오링유닛 및 상기 오링유닛이 상기 처리공간과 연통되는 것을 차단하는 차단영역을 제공하는 차단유체공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치에 의해 달성된다.
[22]
여기서, 상기 차단유체공급부는 액체 상태의 차단유체를 공급하여 상기 차단영역을 제공할 수 있다.
[23]
또한, 상기 차단유체공급부는 상기 오링유닛이 수용되는 오링 수용부와 상기 챔버 내부의 처리공간을 연결시키며 상기 챔버리드와 상기 챔버몸체 사이에 형성된 연결공간으로 상기 차단유체를 공급할 수 있다.
[24]
이 경우, 상기 연결공간을 따라 상기 챔버리드 및 상기 챔버몸체 중에 적어도 한쪽에 상기 차단유체가 수용되는 수용공간이 더 형성될 수 있다.
[25]
이때, 상기 수용공간은 상기 차단유체가 상기 오링유닛의 내측에서 상기 챔버몸체의 개구부의 둘레방향을 따라 분산되도록 하는 분산유로를 형성할 수 있다.
[26]
한편, 상기 차단유체공급부는 상기 메인유체와 동일한 차단유체를 공급할 수 있다.
[27]
나아가, 상기 차단유체공급부는 상기 차단유체를 상기 챔버 내부의 초임계상태의 메인유체에 비해 온도가 상대적으로 낮은 액체상태로 공급할 수 있다.
[28]
한편, 상기 유체공급부는 상기 메인유체를 상기 챔버의 내부로 이동시키는 메인공급유로를 구비하고, 상기 차단유체공급부는 상기 메인공급유로에서 분기되는 보조공급유로를 구비할 수 있다.
[29]
한편, 상기와 같은 본 발명의 목적은 챔버 내부의 처리공간으로 메인유체를 공급하는 단계, 상기 메인유체가 초임계상태로 전환되기 전에 상기 챔버 내부를 실링하는 오링유닛을 보호하도록 초임계상태가 아닌 차단유체를 공급하는 단계 및 상기 처리공간 내부의 메인유체가 초임계상태로 전환되어 기판을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법에 의해 달성된다.
[30]
여기서, 상기 차단유체를 공급하는 단계는 상기 처리공간의 압력이 임계압력에 도달하고, 상기 처리공간의 온도가 승온하는 중에 임계온도에 도달하기 전에 상기 임계온도보다 낮은 온도의 차단유체를 공급할 수 있다.

발명의 효과

[31]
전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 챔버 내부에서 초임계상태의 유체를 사용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 경우에도 챔버 내부의 초임계상태의 유체가 오링과 만나는 것을 차단하여 초임계유체에 의한 오링의 손상 및 파손을 줄일 수 있다.
[32]
또한, 본 발명에 따르면 오링과 챔버 내부를 연결시키는 연결공간 상에 액체 상태의 유체를 공급하여 액체 상태의 차단영역을 형성함으로써 챔버 내부의 초임계상태의 유체가 오링과 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

도면의 간단한 설명

[33]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치에서 챔버의 구성을 도시한 측단면도,
[34]
도 2는 본 발명의 기판처리장치의 구성을 도시한 개략도,
[35]
도 3은 일 실시예에 따른 차단유체공급부의 보조공급포트를 도시한 일부확대단면도,
[36]
도 4는 다른 실시예에 따른 차단유체공급부의 보조공급포트를 도시한 일부확대단면도,
[37]
도 5는 종래기술에 따라 기판 상부의 패턴을 건조시키는 경우에 패턴이 붕괴되는 상태를 개략적으로 도시한 도면,
[38]
도 6은 초임계유체를 이용한 처리공정에서 유체의 압력 및 온도 변화를 도시한 상태도,
[39]
도 7은 종래기술에 따라 초임계유체를 사용한 장치의 오링의 변화를 도시한 도면이다.

발명의 실시를 위한 형태

[40]
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 구조에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.
[41]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치(1000)에서 챔버(100)의 내부구성을 도시한 측면 단면도이다.
[42]
본 발명에 따른 기판처리장치(1000)는 초임계상태의 유체를 이용하여 기판(W)에 대한 처리공정을 수행하게 된다. 여기서, 초임계상태의 유체란 물질이 임계상태, 즉 임계온도와 임계압력을 초과한 상태에 도달하면 형성되는 상을 가진 유체에 해당한다. 이러한 초임계상태의 유체는 분자밀도는 액체에 가까우면서도 점성도는 기체에 가까운 성질을 가지게 된다. 따라서, 초임계상태의 유체는 확산력, 침투력, 용해력이 매우 뛰어나 화학반응에 유리하며, 표면장력이 거의 없어 미세구조에 표면장력을 가하지 아니하므로, 반도체소자의 건조공정 시 건조효율이 우수할 뿐 아니라 패턴 붕괴현상을 회피할 수 있어 매우 유용하게 이용될 수 있다.
[43]
본 발명에서 초임계유체로는 이산화탄소(CO 2)가 사용될 수 있다. 이산화탄소는 임계온도가 대략 31.1℃이고, 임계압력이 7.38Mpa로 비교적 낮아 초임계상태로 만들기 쉽고, 온도와 압력을 조절하여 그 상태를 제어하기 용이하며 가격이 저렴한 장점이 있다.
[44]
또한, 이산화탄소는 독성이 없어 인체에 무해하고, 불연성, 비활성의 특성을 지니게 된다. 나아가, 초임계상태의 이산화탄소는 물이나 기타 유기용매와 비교하여 대략 10배 내지 100배 정도 확산계수(diffusion coefficient)가 높아 침투성이 매우 우수하여 유기용매의 치환이 빠르고, 표면장력이 거의 없어 건조공정에 사용하기 유리한 물성을 가진다. 뿐만 아니라, 건조공정에 사용된 이산화탄소를 기체상태로 전환시켜 유기용매를 분리해 재사용하는 것이 가능하여 환경오염의 측면에서도 부담이 적다.
[45]
도 1을 참조하면, 상기 기판처리장치(1000)는 기판(W)에 대한 처리공정을 수행하는 처리공간(125)을 제공하는 챔버몸체(120)와 상기 챔버몸체(120)의 개구부를 밀폐하는 챔버리드(110)를 구비하는 챔버(100), 상기 챔버(100) 내부로 메인유체를 공급하는 유체공급부(600)(도 2 참조), 상기 챔버리드(110)와 챔버몸체(120) 사이에 배치되어 상기 챔버(100) 내부를 실링하는 오링유닛(321) 및 상기 오링유닛(321)이 상기 처리공간(125)과 연통되는 것을 차단하는 차단영역(R)을 제공하는 차단유체공급부(640) 를 구비할 수 있다(도 2 참조).
[46]
상기 챔버(100)는 초임계상태의 메인유체를 이용하여 상기 기판(W)에 대한 건조공정 등과 같은 처리공정을 수행하는 처리공간(125)을 제공하는 챔버몸체(120)와, 상기 챔버몸체(120)의 개구부를 밀폐하는 챔버리드(110)를 구비할 수 있다.
[47]
상기 챔버몸체(120)의 내부의 처리공간(125)에는 상기 기판(W)이 안착되어 지지되는 기판지지부(200)와 상기 챔버(100) 내부의 유체를 배출하는 배출포트(150)를 구비할 수 있다.
[48]
한편, 상기 챔버몸체(120)는 상기 처리공간(125)이 형성되는 본체(124)와, 상기 본체(124)의 개부부에서 외측을 향해 절곡되어 형성된 플랜지부(122)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 플랜지부(122)가 상기 챔버리드(110)의 하면에 접촉하여 연결될 수 있다. 예를 들어, 볼트 또는 클램프 등의 체결수단(미도시)에 의해 상기 챔버리드(110)를 상기 플랜지부(122)에 견고하게 고정할 수 있다.
[49]
한편, 상기 챔버리드(110)에는 상기 처리공간(125)으로 메인유체를 공급하는 유체공급포트(131)가 형성될 수 있다. 상기 수용공간(125)에서 상기 메인유체는 상기 챔버(100) 내부의 압력 상태에 따라 기체, 액체 또는 초임계상태로 존재할 수 있다.
[50]
상기 유체공급포트(131)는 도면에서는 상기 챔버리드(110)에 형성된 것으로 도시되지만, 이에 한정되지는 않으며 상기 챔버몸체(120)에 형성될 수도 있다. 상기 유체공급포트(131)를 통해 공급되는 메인유체는 적절하게 선정될 수 있으며, 예를 들어 이산화탄소(CO 2)로 선정될 수 있다.
[51]
또한, 상기 본체(124)에는 메인배출포트(150)가 형성되어 상기 기판(W)에 대한 처리공정이 완료된 경우에 상기 수용공간(125)의 유체를 배출할 수 있다.
[52]
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치(1000)의 구성을 도시한 개략도이다. 도 2에서는 상기 유체공급포트(131)를 향해 메인유체를 공급하는 유체공급부(600)의 구성을 개략적으로 도시한다.
[53]
도 2를 참조하면, 상기 기판처리장치(1000)는 유체의 온도 및 압력 중에 적어도 하나를 조절하여 상기 유체공급포트(131)를 향해 메인유체를 공급하는 유체공급부(600)를 구비할 수 있다.
[54]
예를 들어, 상기 유체공급부(600)는 상기 메인유체를 저장하는 유체저장부(605)와, 상기 유체저장부(605)와 상기 유체공급포트(131)를 연결하는 메인공급유로(635)를 구비할 수 있다.
[55]
이 경우, 상기 메인공급유로(635)를 따라 제1 압력조절부(610)와 제1 온도조절부(620)가 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 압력조절부(610)는 예를 들어 압력펌프 등으로 구성될 수 있으며, 상기 제1 온도조절부(620)는 상기 메인유체를 가열하는 히터 또는 열교환기 등으로 구성될 수 있다.
[56]
나아가, 상기 메인공급유로(635)에는 상기 유체의 압력 및 온도 중에 적어도 하나를 감지하는 제1 감지부(630)를 더 구비할 수 있다. 상기 제1 감지부(630)에서 감지된 압력 및 온도에 따라 상기 메인공급유로(635)에 유동하는 유체의 압력 및 온도가 조절될 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치(1000)는 상기 제1 압력조절부(610)와 제1 열교환부(620)를 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 제1 감지부(630)에서 감지한 압력 및 온도를 기초로 상기 제1 압력조절부(610)와 제1 열교환부(620)를 제어할 수 있다.
[57]
또한, 상기 메인공급유로(635)에는 상기 메인유체의 흐름을 제어하는 밸브(636, 638)를 구비하여 상기 제어부의 제어동작에 의해 상기 밸브(636, 638)의 구동을 제어하여 상기 메인유체의 흐름을 제어할 수 있다.
[58]
한편, 상기 기판(W)에 대한 처리공정을 수행하는 경우, 상기 챔버(100)의 처리공간(125)의 내부 환경, 즉 상기 처리공간(125)의 온도 및 압력은 상기 챔버(100) 내부로 공급된 메인유체를 초임계상태로 전환시킬 수 있는 임계온도 및 임계압력 이상의 환경을 조성하고 공정동안 유지할 수 있어야 한다.
[59]
이를 위하여, 상기 메인공급유로(635)를 따라 상기 메인유체가 이동하는 중에 상기 제1 압력조절부(610)에 의해 상기 유체를 임계압력 또는 그 이상의 압력으로 가압할 수 있으며, 또한 상기 제1 온도조절부(620)에 의해 상기 유체를 임계온도 또는 그 이상의 온도로 가열할 수 있다.
[60]
한편, 상기 챔버리드(110)가 상기 챔버몸체(120)의 개구부를 덮는 경우에 상기 챔버(100)의 처리공간(125)은 밀폐상태를 유지하게 된다. 따라서, 상기 처리공간(125)으로 공급된 액체상태 또는 초임계상태의 메인유체의 압력을 임계압력 이상으로 유지할 수 있게 된다.
[61]
또한, 상기 챔버(100)에는 상기 처리공간(125)의 온도를 소정온도 이상으로 유지할 수 있도록 가열부(미도시)를 더 구비할 수 있다. 상기 가열부에 의해 상기 기판(W)에 대한 공정 중에 상기 처리공간(125)의 온도, 또는 상기 처리공간(125)에 수용된 메인유체의 온도를 임계온도 이상으로 유지할 수 있다.
[62]
상기 메인공급유로(635)를 따라 상기 메인유체를 상기 챔버(100)의 수용공간(125)으로 공급하는 경우에 상기 메인유체는 상기 수용공간(125)에서 기체 상태로 존재하게 된다. 이어서, 상기 메인유체를 지속적으로 공급하면서 상기 제1 압력조절부(610)에 의해 가압을 하게 되면 상기 수용공간(125)의 메인유체는 액체로 상변화를 할 수 있다. 상기 수용공간(125)의 메인유체의 압력이 임계압력 이상으로 가압된 경우에, 상기 제1 열교환부(620) 또는 상기 챔버(100)에 구비된 가열부에 의해 상기 메인유체를 임계온도 이상으로 가열하게 되면 상기 수용공간(125)에 수용된 유체가 초임계상태로 전환될 수 있다.
[63]
한편, 전술한 바와 같이 상기 기판(W)에 대한 공정 중에 상기 챔버(100)의 내부 압력은 메인유체를 초임계상태로 전환시킬 수 있는 임계압력 이상으로 유지되어야 한다. 따라서, 상기 챔버리드(110)와 챔버몸체(120)를 체결하는 경우에 상기 챔버리드(110)와 상기 챔버몸체(120) 사이를 실링하여 상기 챔버(100) 내부의 압력을 유지할 수 있는 실링수단을 구비하게 된다.
[64]
앞서 살펴본 바와 같이, 상기 실링수단으로 오링유닛을 구비하고 기판에 대해 초임계상태의 유체를 이용하여 처리공정을 수행하는 경우에 침투성 높은 초임계상태의 유체가 오링에 침투하여 오링의 파손 또는 손상을 유발할 수 있다.
[65]
구체적으로, 상기 기판에 대한 처리공정이 종료되고 감압을 하는 경우에 오링의 내부로 침투한 초임계유체가 기체로 전환되면서 내부응력 상승에 의해 오링을 손상 또는 파손시킬 수 있다.
[66]
이와 같이 오링이 손상 또는 파손되는 경우에 오링의 손상 또는 파손 여부를 쉽게 알 수 없으며, 오링을 교체하는 경우에 시간 및 비용이 많이 소요된다. 또한, 이러한 오링의 교체 등은 기판처리장치의 가동율을 떨어뜨려 생산효율(throughput)을 현저히 저하시키게 된다.
[67]
본 발명에서는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 상기 오링유닛이 상기 챔버 내부의 초임계상태의 유체와 만나는 것을 방지 또는 차단할 수 있는 차단영역을 제공하는 차단유체공급부(640)를 구비하여, 상기 오링유닛의 오염 및 손상을 방지할 수 있다.
[68]
상기 차단유체공급부(640)는 액체 상태의 차단유체를 공급하여 상기 오링유닛(321)과 상기 처리공간(125) 사이의 연결공간(123)에 차단영역(R)(도 3 참조)을 형성하여 상기 기판(W)에 대한 공정 중에 상기 처리공간(125)의 초임계상태의 유체가 상기 오링유닛(321)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
[69]
구체적으로, 상기 차단유체공급부(640)는 상기 유체공급부(600)의 메인공급유로(635)에서 분기되는 보조공급유로(665)와, 상기 보조공급유로(665)를 따라 배치되어 상기 차단유체의 온도를 조절하는 제2 온도조절부(645)와, 상기 보조공급유로(665)와 연결되어 상기 오링유닛(321)과 상기 챔버(100) 내부의 처리공간(125) 사이의 연결공간(123)으로 액체 상태의 차단유체를 공급하는 보조공급포트(412)(도 3 참조)를 구비할 수 있다.
[70]
상기 보조공급유로(665)는 상기 메인공급유로(635)에서 분기되어 연장될 수 있다. 상기 차단유체가 메인유체와 동일한 종류인 경우에 상기 유체공급부(600)의 유체저장부(605)에 저장된 유체를 상기 보조공급유로(665)를 통해 공급하여 차단유체로 사용할 수 있다.
[71]
상기 보조공급포트(412)는 한 개만 구비될 수도 있으나, 전술한 차단유체가 짧은 시간 내에 상기 챔버(100)의 개구부를 둘러싸는 환형으로 분산될 수 있도록 상기 챔버(100)의 개구부를 따라 복수개가 구비될 수도 있다.
[72]
한편, 도면에 도시되지는 않았지만 상기 차단유체를 상기 메인유체와 상이한 유체로 사용하는 경우에 상기 보조공급유로(665)는 상기 메인공급유로와 연결되지 않고 별도의 차단유체저장부에 연결될 수 있다. 하지만, 이 경우에는 차단유체만을 수용하여 공급하는 차단유체저장부를 따로 구비해야하므로 구성이 복잡해질 수 있다. 또한, 상기 처리공간(125)으로 공급되는 메인유체와 차단유체가 서로 상이한 경우에 상기 챔버(100) 내부의 공정에 영향을 주거나, 파티클 요소를 제공할 수 있다.
[73]
따라서, 본 실시예의 경우 상기 차단유체공급부(640)에서 공급되는 상기 차단유체는 상기 유체공급부(600)에서 공급되는 메인유체와 동일하게 구성될 수 있다. 따라서, 상기 유체공급부(600)의 유체저장부(605)에 수용된 유체를 상기 차단유체공급부(640)로 공급하여 사용할 수 있다.
[74]
한편, 상기 보조공급유로(665)는 상기 제1 압력조절부(610)의 하류의 상기 메인공급유로(635)와 연결되어 분기될 수 있다.
[75]
상기 보조공급포트(412)를 통해 상기 연결공간(123)으로 공급되는 차단유체는 상기 처리공간(125)의 초임계상태의 유체에 비해 압력은 동일 또는 대략 유사하고 온도는 상대적으로 낮게 되어 액체 상태로 공급된다.
[76]
따라서, 상기 유체저장부(605)에서 상기 제1 압력조절부(610)를 거처 임계압력 또는 그 이상으로 가압된 유체를 상기 보조공급유로(665)를 따라 공급함으로써 임계압력 또는 그 이상의 압력을 가지는 차단유체를 상기 보조공급유로(665)를 따라 공급할 수 있다.
[77]
이 경우, 상기 보조공급유로(665)와 상기 메인공급유로(635)가 연결되는 연결부에 인접하여 밸브(642, 638)를 구비하여, 상기 밸브(642, 638)의 개폐동작에 의해 상기 보조공급유로(665) 또는 상기 메인공급유로(635)로 유체를 공급하거나, 상기 보조공급유로(665)와 상기 메인공급유로(635)의 양쪽에 모두 유체를 공급할 수 있다. 또한, 도면에 도시되지는 않았지만 상기 보조공급유로(665)와 상기 메인공급유로(635)가 연결되는 연결부에 상방밸브를 구비하여 상기 보조공급유로(665) 또는 상기 메인공급유로(635)로 유체를 공급할 수 있다.
[78]
한편, 상기 제2 온도조절부(645)는 상기 보조공급유로(665)에 구비되어 상기 차단유체의 온도를 조절하게 된다. 구체적으로 상기 제2 온도조절부(645)는 상기 보조공급포트(412)를 통해 공급되는 차단유체가 액체 상태로 공급되도록 상기 유체의 온도를 조절하게 된다.
[79]
이 경우, 상기 제2 온도조절부(645)는 상기 보조공급유로(665)를 따라 공급되는 차단유체가 임계온도 이하의 온도를 유지하도록 상기 차단유체의 온도를 조절할 수 있다.
[80]
또한, 상기 보조공급유로(665)에는 상기 차단유체의 압력 및 온도 중에 적어도 하나를 감지하는 제2 감지부(660)를 더 구비할 수 있다. 따라서, 제어부(미도시)는 상기 제2 감지부(660)에서 감지된 온도에 따라 상기 차단유체가 임계온도 이하의 온도를 가지도록 제2 온도조절부(645)를 조절할 수 있다.
[81]
한편, 상기 차단유체가 상기 오링유닛(321)과 상기 처리공간(125) 사이의 연결공간(123)으로 공급되는 보조공급포트(412)는 챔버(100)에 구비될 수 있다. 상기 보조공급포트(412)에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 살펴보도록 한다.
[82]
도 3은 일 실시예에 따른 차단유체공급부(640)의 보조공급포트(412)를 도시한 일부 확대단면도이다.
[83]
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 기판처리장치(1000)에서 상기 챔버리드(110)와 챔버몸체(120) 사이에 오링유닛(321)을 구비하여 상기 챔버(100) 내부를 실링할 수 있다.
[84]
이 경우, 상기 오링유닛(321)은 상기 챔버리드(110)와 챔버몸체(120)의 서로 대향하는 면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 오링유닛(321)은 상기 챔버몸체(120)의 플랜지부(122)의 상면과 상기 챔버리드(110)의 하면 사이에 배치될 수 있다.
[85]
이 경우, 상기 오링유닛(321)은 상기 챔버리드(110)와 챔버몸체(120) 사이의 오링 수용부(128)에 배치될 수 있다.
[86]
상기 오링 수용부(128)는 상기 챔버리드(110)와 챔버몸체(120) 중에 어느 한쪽에 형성될 수 있다. 도면에서는 상기 챔버몸체(120)의 플랜지부(122)에 상기 오링 수용부(128)가 형성되는 것으로 도시되지만, 이는 일예에 불과하며 상기 챔버리드(110)의 하면에 형성되는 것도 가능하다.
[87]
한편, 상기 오링유닛(321)은 상기 오링 수용부(128)에 수용된 메인오링(320)과 상기 오링 수용부(128)에서 상기 메인오링(320)의 외측에 배치된 메인백업링(322)을 구비할 수 있다.
[88]
상기 메인오링(320)은 상기 챔버리드(110)가 상기 챔버몸체(120)의 상단부에 체결되는 경우에 상기 챔버리드(110)와 상기 챔버몸체(120) 사이를 실링하는 역할을 하게 된다. 또한, 상기 메인백업링(322)은 메인오링(320)에 압력이 가해지는 경우에 상기 메인오링(320)이 상기 챔버리드(110)와 상기 챔버몸체(120) 사이를 통해 바깥쪽으로 유출되지 않도록 하는 역할을 하게 된다.
[89]
전술한 구성을 가지는 기판처리장치(1000)에서 상기 차단유체공급부(640)는 기판에 대한 처리공정 시 상기 오링유닛(321)의 메인오링(320)이 상기 챔버(100) 내부의 초임계유체에 노출되는 것을 차단하는 차단영역(R)을 제공할 수 있다.
[90]
예를 들어, 상기 챔버리드(110)를 상기 챔버몸체(120)의 상단부에 체결하는 경우에 상기 챔버리드(110)와 챔버몸체(120) 사이에 배치된 오링유닛(321)으로 인해 상기 챔버리드(110)의 하면은 상기 챔버몸체(120)(또는 플랜지부(122))의 상단부와 미세하게 소정거리 이격되어 체결될 수 있다. 따라서, 이와 같이 상기 챔버리드(110)와 상기 챔버몸체(120)를 체결한 후에 상기 챔버리드(110)의 하면과 상기 챔버몸체(120)의 상면 사이의 간격이 자연스럽게 상기 연결공간(123)을 형성할 수 있다.
[91]
이러한 연결공간(123)은 상기 챔버(100) 내부의 처리공간(125)과 상기 오링유닛(321)이 수용된 오링 수용부(128)를 서로 연통시키게 된다. 이러한 구성에서 상기 처리공간(125)에 초임계상태의 유체가 공급되거나, 또는 상기 처리공간(125) 내측에 수용된 메인유체가 초임계상태로 전환되는 경우에 상기 초임계상태의 메인유체가 상기 연결공간(123)을 통해 상기 오링유닛(321)의 메인오링(320)과 접촉하여 메인오링(320)의 내부로 침투할 수 있다. 이 경우, 전술한 바와 같이 상기 메인오링(320)의 손상 및 파손을 유발할 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 차단유체공급부(640)에 의해 상기 초임계상태의 유체가 상기 메인오링(320)과 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
[92]
구체적으로, 상기 차단유체공급부(640)는 상기 메인오링(320)과 상기 챔버 내부의 처리공간(125) 사이의 연결공간(123)으로 차단유체를 공급할 수 있다.
[93]
한편, 상기 차단유체를 상기 연결공간(123)이 아니라 전술한 오링 수용부(128)를 향해 직접 공급하면 비교적 높은 압력으로 분사되는 차단유체에 의해 메인오링(320)이 손상될 수 있다. 반대로, 상기 처리공간(125)으로 상기 차단유체를 공급하게 되면 상기 차단유체의 공급방향을 상기 챔버(100)의 개구부를 향해 변경시킬 수 없으므로 차단유체가 상기 챔버(100)의 개구부를 둘러싸는 형태로 분산되기 어려운 문제점이 있다.
[94]
한편, 상기 연결공간(123)으로 공급되는 차단유체는 액체상태로 공급될 수 있다.
[95]
따라서, 상기 액체 상태의 차단유체가 상기 연결공간(123)으로 공급되는 경우에 도 3에 도시된 바와 같이 상기 액체 상태의 차단유체에 의해 상기 메인오링(320)과 상기 처리공간(125)이 연통되는 것을 차단하는 차단영역(R)이 형성될 수 있다.
[96]
상기 차단영역(R)은 액체 상태로 이루어지므로, 상기 기판(W)에 대한 공정 중에 상기 처리공간(125) 내측의 초임계상태의 메인유체가 상기 메인오링(320)과 만나는 것을 차단할 수 있다.
[97]
한편, 상기 차단유체공급부(640)에서 공급되는 차단유체는 액체상태로 공급되므로, 상기 챔버(100) 내부의 초임계상태의 메인유체에 비해 온도가 상대적으로 낮게 된다.
[98]
즉, 상기 차단유체는 상기 챔버(100) 내부의 초임계상태의 메인유체의 압력보다 상대적으로 높은 압력을 가지며 온도는 낮은 상태를 유지하게 된다. 따라서, 전술한 도 6의 압력 및 온도 변화를 도시한 상태도에 도시된 바와 같이, 액체 상태를 유지하여 상기 연결공간(123)으로 공급된다.
[99]
상기 차단유체가 상기 연결공간(123)으로 공급된 후, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 차단유체는 상기 연결공간(123)과 상기 오링 수용부(128)를 채우는 차단영역(R)을 형성하여 상기 처리공간(125)의 초임계상태의 메인유체가 상기 메인오링(320)과 접촉하는 것을 차단할 수 있다.
[100]
이때, 상기 연결공간(123)으로 공급된 차단유체 중에 일부는 상기 처리공간(125)의 내측으로 유입될 수 있다. 상기 기판(W)에 대한 공정 중에 상기 처리공간(125) 내부의 온도는 상기 메인유체를 초임계상태로 전환하기에 충분한 압력 및 온도를 유지하게 된다. 따라서, 상기 차단유체 중에 일부가 상기 처리공간(125)으로 유입된 경우, 상기 차단유체는 상기 처리공간(125) 내측의 초임계유체와 그 경계면에서 열교환을 하여 임계온도 이상으로 가열되어 초임계상태로 전환된다.
[101]
본 실시예의 경우 상기 차단유체는 메인유체와 동일한 종류에 해당하므로, 상기 차단유체가 초임계상태로 전환된 후에는 상기 처리공간(125)에서 메인유체와 동일한 역할을 하게 되어 상기 챔버(100) 내부의 공정에 별다른 영향을 미치지 않게 된다.
[102]
한편, 전술한 연결공간(123)의 경우 상기 챔버리드(110)의 하면과 상기 본체(124)의 상면 사이에 형성되는데, 실질적으로 상기 연결공간(123)은 매우 좁게 형성된다. 따라서, 상기 연결공간(123)으로 상기 차단유체를 공급하는 경우에 상기 차단유체에 의한 차단영역(R)이 원활하게 형성되지 않을 수 있다.
[103]
따라서, 본 실시예의 경우 상기 챔버리드(110)와 상기 본체(124) 사이에는 상기 차단유체가 수용되는 수용공간(132)을 더 형성할 수 있다.
[104]
상기 수용공간(132)은 상기 연결공간(123)을 따라 상기 챔버리드(110)와 상기 본체(124) 사이에 형성될 수 있다.
[105]
예를 들어, 상기 수용공간(132)은 상기 챔버리드(110)와 본체(124) 중에 적어도 한쪽에 형성된 오목부(130) 등으로 구성될 수 있다.
[106]
도 3에서는 상기 수용공간(132)이 상기 본체(124)의 플랜지부(122)에 형성된 것으로 도시되지만, 이에 한정되지는 않으며 상기 챔버리드(110)에 형성되거나 또는 상기 챔버리드(110)와 상기 본체(124)에 모두 형성되는 것도 가능하다.
[107]
상기 수용공간(132)은 예를 들어 상기 본체(124)의 상단부, 즉 상기 플랜지부(122)를 따라 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 본체(124)의 안쪽 가장자리와 상기 오링 수용부(128) 사이에 상기 수용공간(132)이 형성될 수 있다.
[108]
따라서, 상기 연결공간(123)으로 상기 차단유체가 공급되는 경우에 상기 차단유체는 상기 수용공간(132)을 채우면서 충분한 두께의 차단영역(R)을 형성하게 되어 상기 처리공간(125)의 초임계상태의 유체가 상기 메인오링(320)과 접촉하는 것을 확실히 방지할 수 있다.
[109]
또한, 상기 수용공간(132)은 상기 보조공급포트(412)에서 공급된 차단유체가 상기 오링 수용부(128)의 내측에서 상기 개구부의 둘레방향을 따라 분산되도록 하는 분산유로의 기능을 할 수 있다. 이 경우, 상기 수용공간(132)은 상기 보조공급포트(412)에서 공급된 차단유체가 상기 챔버(100)의 개구부를 둘러싸는 소위 '유체장벽'을 만들 수 있도록 상기 차단유체를 수용하는 역할을 한다.
[110]
한편, 도 4는 다른 실시예에 따른 차단유체공급부(640)의 보조공급포트(412)를 도시한 일부 확대단면도이다.
[111]
도 4를 참조하면, 본 실시예의 경우 상기 본체(124')의 상단부에 플랜지부가 형성되지 않으며, 상기 본체(124')의 상단부에 상기 챔버리드(110')가 직접 안착된다.
[112]
이때, 상기 챔버리드(110')의 가장자리에는 단차부(111)가 형성되고, 상기 단차부(111)에 상기 본체(124')의 상단부가 연결될 수 있다.
[113]
전술한 구성에서 상기 오링유닛(321)은 수직한 방향을 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 오링 수용부(128')는 상기 챔버리드(110')의 수직한 면을 따라 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 차단유체를 공급하는 보조공급포트(412')는 상기 본체(124')의 측벽을 관통하여 상기 연결공간(123')과 연결될 수 있다.
[114]
따라서, 상기 보조공급포트(412')를 통해 공급된 차단유체는 상기 처리공간(125)과 상기 오링유닛(321)을 연결하는 연결공간(123')으로 공급되어 액체 상태의 차단영역(R)을 형성하고, 상기 처리공간(125)의 초임계상태의 유체가 상기 메인오링(320)과 접촉하는 것을 차단하게 된다.
[115]
한편, 본 실시예의 경우에도 상기 챔버리드(110')와 상기 본체(124') 사이에 상기 차단유체가 수용되는 수용공간(132')이 형성될 수 있다.
[116]
상기 수용공간(132')은 상기 연결공간(123')을 따라 상기 챔버리드(110')와 상기 본체(124') 사이에 형성될 수 있다.
[117]
예를 들어, 상기 수용공간(132')은 상기 챔버리드(110')의 수직한 면에 형성된 오목부(130') 등으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지는 않으며 상기 본체(124')에 형성되거나 또는 상기 챔버리드(110')와 상기 본체(124')에 모두 형성되는 것도 가능하다.
[118]
즉, 상기 수용공간(132')은 상기 오링 수용부(128')와 상기 처리공간(125) 사이의 연결공간(123')을 따라 적절하게 형성될 수 있다.
[119]
전술한 구성을 가지는 기판처리장치(1000)에서 상기 기판(W)에 대한 기판처리방법을 수행하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
[120]
상기 기판처리방법은 상기 챔버(100) 내부의 처리공간(125)으로 메인유체를 공급하는 단계와, 상기 메인유체가 초임계상태로 전환되기 전에 상기 챔버(100) 내부를 실링하는 오링유닛(321)을 보호하도록 초임계상태가 아닌 차단유체를 공급하는 단계 및 상기 처리공간(125) 내부의 메인유체가 초임계상태로 전환되어 기판을 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
[121]
구체적으로, 상기 기판(W)에 대한 처리공정을 위해 상기 유체공급포트(131)를 통해 상기 처리공간(125)으로 메인유체를 공급할 수 있다.
[122]
이 경우, 상기 처리공간(125)으로 상기 메인유체를 공급하면서 상기 제1 압력조절부(610)에 의해 가압을 하여 임계압력에 도달하게 되면 상기 수용공간(125)의 메인유체는 액체로 상변화를 할 수 있다.
[123]
상기 수용공간(125)의 메인유체의 압력이 임계압력 이상으로 가압된 경우에, 상기 제1 열교환부(620) 또는 상기 챔버(100)에 구비된 가열부에 의해 상기 메인유체를 가열하게 된다.
[124]
이때, 상기 챔버(100) 내부의 처리공간(125)의 온도가 임계온도에 도달하기 전 또는 상기 메인유체가 초임계상태로 전환되기 전에 상기 보조공급포트(412)를 통해 상기 연결공간(123)으로 초임계상태가 아닌 차단유체를 공급하게 된다. 즉, 상기 처리공간(125)의 메인유체가 임계압력 이상에서 임계온도에 도달하지 않은 상태에서 상기 연결공간(123)으로 차단유체를 공급하게 된다.
[125]
이 경우, 상기 처리공간(125)의 온도가 임계온도에 도달하게 되면, 상기 처리공간(125)의 유체는 초임계상태로 전환된다. 한편, 상기 차단유체를 공급하는 경우에 상기 제2 온도조절부(645)에 의해 상기 차단유체의 온도는 임계온도 이하의 온도로 조절되어 액체 상태로 공급될 수 있다. 따라서, 상기 연결공간(123)으로 공급된 차단유체는 온도가 상대적으로 낮아서 액체 상태의 차단영역(R)을 형성하게 된다.
[126]
상기 차단유체가 공급됨에 따라 상기 메인오링(320)과 상기 처리공간(125)을 연결하는 연결공간(123)에 액체 상태의 차단영역(R)이 형성되어 상기 처리공간(125)의 초임계상태의 유체가 상기 메인오링(320)과 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
[127]
한편, 상기 처리공간(125)의 유체는 초임계상태로 전환된 후, 상기 기판(W)에 대한 처리공정을 수행할 수 있다. 상기 기판(W)에 대한 처리공정이 종료된 경우 전술한 배출포트(150)를 통해 유체를 배출하고 상기 챔버리드(110)를 개방하여 공정이 종료된 기판(W)을 꺼낼 수 있다.
[128]
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

산업상 이용가능성

[129]
본 발명에 따르면, 챔버 내부에서 초임계상태의 유체를 사용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 경우에도 챔버 내부의 초임계상태의 유체가 오링과 만나는 것을 차단하여 초임계유체에 의한 오링의 손상 및 파손을 줄일 수 있다.
[130]
또한, 본 발명에 따르면 오링과 챔버 내부를 연결시키는 연결공간 상에 액체 상태의 유체를 공급하여 액체 상태의 차단영역을 형성함으로써 챔버 내부의 초임계상태의 유체가 오링과 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
[131]

청구범위

[청구항 1]
기판에 대한 처리공정을 수행하는 처리공간을 제공하는 챔버몸체와, 상기 챔버몸체의 개구부를 밀폐하는 챔버리드를 구비하는 챔버; 상기 챔버 내부로 메인유체를 공급하는 유체공급부; 상기 챔버리드와 챔버몸체 사이에 배치되어 상기 챔버 내부를 실링하는 오링유닛; 및 상기 오링유닛이 상기 처리공간과 연통되는 것을 차단하는 차단영역을 제공하는 차단유체공급부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
[청구항 2]
제1항에 있어서, 상기 차단유체공급부는 액체 상태의 차단유체를 공급하여 상기 차단영역을 제공하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
[청구항 3]
제1항에 있어서, 상기 차단유체공급부는 상기 오링유닛이 수용되는 오링 수용부와 상기 챔버 내부의 처리공간을 연결시키며 상기 챔버리드와 상기 챔버몸체 사이에 형성된 연결공간으로 상기 차단유체를 공급하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
[청구항 4]
제3항에 있어서, 상기 연결공간을 따라 상기 챔버리드 및 상기 챔버몸체 중에 적어도 한쪽에 상기 차단유체가 수용되는 수용공간이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
[청구항 5]
제4항에 있어서, 상기 수용공간은 상기 차단유체가 상기 오링유닛의 내측에서 상기 챔버몸체의 개구부의 둘레방향을 따라 분산되도록 하는 분산유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
[청구항 6]
제2항에 있어서, 상기 차단유체공급부는 상기 메인유체와 동일한 차단유체를 공급하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
[청구항 7]
제6항에 있어서, 상기 차단유체공급부는 상기 차단유체를 상기 챔버 내부의 초임계상태의 메인유체에 비해 온도가 상대적으로 낮은 액체상태로 공급하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
[청구항 8]
제6항에 있어서, 상기 유체공급부는 상기 메인유체를 상기 챔버의 내부로 이동시키는 메인공급유로를 구비하고, 상기 차단유체공급부는 상기 메인공급유로에서 분기되는 보조공급유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
[청구항 9]
챔버 내부의 처리공간으로 메인유체를 공급하는 단계; 상기 메인유체가 초임계상태로 전환되기 전에 상기 챔버 내부를 실링하는 오링유닛을 보호하도록 초임계상태가 아닌 차단유체를 공급하는 단계; 및 상기 처리공간 내부의 메인유체가 초임계상태로 전환되어 기판을 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
[청구항 10]
제9항에 있어서, 상기 차단유체를 공급하는 단계는 상기 처리공간의 압력이 임계압력에 도달하고, 상기 처리공간의 온도가 승온하는 중에 임계온도에 도달하기 전에 상기 임계온도보다 낮은 온도의 차단유체를 공급하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.

도면

[도1]

[도2]

[도3]

[도4]

[도5]

[도6]

[도7]