KR102400583B1 - 초임계 처리용 공정챔버 및 이를 구비하는 기판처리 장치 - Google Patents

초임계 처리용 공정챔버 및 이를 구비하는 기판처리 장치 Download PDF

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Abstract

초임계 챔버 및 이를 구비하는 기판 처리장치가 제공된다. 초임계 챔버는 돌출부와 리세스를 구비하는 몸체 프레임 및 상기 돌출부를 덮고 상기 리세스에 삽입되도록 몸체 프레임에 착탈식으로 고정되어 리세스의 내부에 챔버 공간을 제공하는 내부 용기를 구비하는 몸체, 판상의 덮개 프레임 및 덮개 프레임에 착탈식으로 고정되는 내부 덮개(inner cover)를 구비하고, 돌출부에서 내부 덮개와 내부 용기가 서로 면접촉하도록 몸체와 결합하여 챔버공간을 한정하는 덮개를 포함한다. 몸체와 덮개의 결합면에서 접촉면 마모가 발생하는 경우, 내부 용기와 내부 덮개를 교체함으로써 간단하게 접촉면 마모로 인한 공정불량을 방지할 수 있다.

Description

초임계 처리용 공정챔버 및 이를 구비하는 기판처리 장치 {Process chamber for a supercritical process and apparatus for treating substrates having the same}
본 발명은 초임계 처리용 공정챔버 및 이를 구비하는 기판처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 초임계 유체(supercritical fluid)를 이용하여 기판을 처리할 수 있는 공정챔버 및 이를 구비하는 기판처리 장치를 제공하는 것이다.
반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 감소함에 따라 식각공정이나 세정공정과 같은 습식 공정이 완료된 후 약액을 건조하는 과정에서 약액의 표면장력에 의해 패턴이 붕괴(collapse)되거나 인접한 패턴끼리 달라붙는 브리지(bridge) 불량이 빈번하게 발생하고 있다.
이와 같은 패턴의 붕괴 또는 브리지 불량을 방지하기 위해 액체와 기체의 특성을 모두 구비하는 초임계 유체를 이용한 건조 공정이 널리 이용되고 있다. 초임계 유체는 기체와 같이 높은 확산성을 갖지만 표면장력의 영향을 받지 않고 액체처럼 용매로 이용할 수 있으므로 건조공정에서 이용되는 경우가 증가하고 있다.
초임계 유체를 이용하여 건조공정이 수행되는 초임계 건조챔버는 기판 처리공간을 제공하는 하부 챔버와 상기 하부챔버와 선택적으로 결합되어 기판 처리공간을 외부로 밀폐하는 상부챔버 및 하부챔버와 일체로 연결되어 상기 하부챔버를 상부챔버에 결합하는 결합수단을 구비한다.
이때, 상기 결합수단은 초임계 건조공정이 수행되는 동안 상기 기판 처리공간의 내부에 고온 고압의 초임계 상태를 유지할 수 있도록 상부챔버 및 하부챔버를 강한 외력으로 결합하게 된다. 일반적으로, 상기 결합수단은 하부챔버를 승강하기 위한 승강부재와 상기 승강부재를 구동하는 유압 실린더로 구성되어 하부챔버와 상부챔버를 강한 유압으로 결합한다.
따라서, 상부챔버와 하부챔버는 유압 실린더가 배치된 결합부에 강한 압축력이 인가되어 압축력과 마찰에 의한 결합면 마모(grinding)가 발생한다. 이에 따라, 챔버 결합면의 표면조도(surface roughness)가 상승하고 금속간 마찰에 의해 생성된 메탈 불순물이 기판의 로딩 과정에 기판처리 공간으로 유입되어 공정불량도 높아지게 된다. 특히, 표면조도의 상승은 초임계 유체의 누설과 처리공간의 압력저하를 초래하여 처리공간의 내부에 충분한 초임계 상태를 유지할 수 없는 문제점을 야기하게 된다.
표면조도가 일정수준을 넘는 경우, 상부 및 하부챔버 결합면을 절삭하여 표면조도 불량을 방지하고 있지만, 지속적인 절삭에 의해 일정시간이 경과하면 상부 챔버 및 하부챔버를 교체해야 하는 문제점이 있다.
특히, 결합면의 조도불량은 유압 실린더 주변부 표면에서 집중적으로 발생하지만, 상부챔버 및 하부챔버가 결합수단에 일체로 배치되는 장치구성에 의해 마모된 결합면이 아니라 상부챔버 및 하부챔버 전체를 교체해야 하는 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 기판 처리공간을 한정하도록 내부에 착탈식으로 결합되는 버퍼챔버를 구비하여 상부 및 하부챔버의 직접 접촉에 의한 마모를 방지하는 초임계 처리용 공정챔버를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술한 바와 같은 초임계 처리용 공정챔버를 구비하는 기판 처리장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 초임계 처리용 공정챔버는 돌출부와 리세스를 구비하는 몸체 프레임 및 상기 돌출부를 덮고 상기 리세스에 삽입되도록 상기 몸체 프레임에 착탈식으로 고정되어 상기 리세스의 내부에 챔버 공간을 제공하는 내부 용기(inner vessel)를 구비하는 몸체, 판상의 덮개 프레임 및 상기 덮개 프레임에 착탈식으로 고정되는 내부 덮개(inner cover)를 구비하고, 상기 돌출부에서 상기 내부 덮개와 상기 내부 용기가 서로 면접촉하도록 상기 몸체와 결합하여 상기 챔버공간을 한정하는 덮개, 및 상기 챔버공간을 초임계 상태가 유지되는 기판 처리공간으로 형성하도록 상기 몸체와 상기 덮개를 결합하는 결합부재를 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 기판 처리장치는 내부에 고정된 기판을 초임계 유체를 이용하여 처리하는 기판 처리공간을 구비하고, 돌출부와 리세스를 구비하는 몸체 프레임 및 상기 돌출부를 덮고 상기 리세스에 삽입되도록 상기 몸체 프레임에 착탈식으로 고정되는 내부용기를 구비하는 몸체 및 판상의 덮개 프레임과 상기 덮개 프레임에 착탈식으로 고정되는 내부덮개를 구비하는 덮개를 포함하여 상기 내부용기와 내부덮개의 형상에 의해 상기 기판 처리공간의 형상과 용적이 한정되는 공정챔버, 상기 초임계 유체를 생성하여 상기 공정챔버로 공급하는 초임계 유체 공급기, 및 상기 공정챔버 및 상기 초임계 유체 공급기와 연결되어 상기 공정챔버의 내부 상태에 따라 상기 초임계 유체의 유동을 제어하는 공정 제어기를 포함한다.
본 발명에 의한 초임계 처리용 공정챔버 및 이를 구비하는 기판 처리장치에 의하면, 공정챔버를 구성하는 몸체와 덮개의 내측에 각각 착탈식으로 고정되는 내부용기와 내부덮개가 구비되어 초임계 공정이 수행되는 동안 몸체와 덮개는 내부용기와 내부덮개의 면접촉에 의해 결합된다. 이에 따라, 지속되는 결합력에 의해 접촉면이 마모되는 경우 내부용기와 내부덮개를 간단히 교환함으로써 접촉면 마모로 인한 표면조도 불량을 방지할 수 있다.
또한, 접촉면으로부터 오염소스로 기능하는 파티클이 발생하는 경우에도 내부용기를 교환함으로써 오염소스가 기판 처리공정의 공정불량 소스로 기능하는 것을 차단할 수 있다.
특히, 내부 덮개의 덮개 접촉부와 내부용기의 몸체 접촉부를 각각 개별적으로 교환할 수 있는 접촉조각(contact piece)으로 구성함으로써 챔버 접촉영역의 내부 덮개와 내부용기만 부분적으로 교환함으로써 공정챔버의 유지보수 편의성을 현저하게 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 초임계 처리용 공정챔버를 나타내는 분해 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 초임계 처리용 공정챔버의 결합도이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 1에 도시된 챔버공간의 형상을 나타내는 도면들이다.
도 4a는 도 1에 도시된 내부 용기의 제1 변형례를 나타내는 도면이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 내부용기의 제1 변형례와 상기 몸체 프레임(110)의 결합체를 나타내는 도면이다.
도 5a는 도 1에 도시된 내부용기의 제2 변형례를 나타내는 도면이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 내부용기의 제2 변형례와 상기 몸체 프레임(110)의 결합체를 나타내는 도면이다.
도 5c는 도 5b에 도시된 결합체의 평면도이다.
도 6a는 도 1에 도시된 덮개 용기의 제1 변형례를 나타내는 도면이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 덮개 용기의 제1 변형례를 구비하는 덮개와 몸체의 결합구조를 나타내는 도면이다.
도 7a는 도 1에 도시된 덮개용기의 제2 변형례를 나타내는 도면이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 내부용기의 제2 변형례와 상기 몸체 프레임(110)의 결합체를 나타내는 도면이다.
도 7c는 도 7a에 도시된 제2 변형 덮개용기의 평면도이다.
도 8은 도 1에 도시된 공정챔버를 구비하는 기판 처리장치를 나타내는 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 도 8에 도시된 기판 처리장치의 초임계 유체 공급기를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 초임계 처리용 공정챔버를 나타내는 분해 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 초임계 처리용 공정챔버의 결합도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 초임계 처리용 공정챔버(500, 이하, 초임계 챔버)는 몸체 프레임(110)과 상기 몸체 프레임(110)에 착탈식으로 고정된 내부용기(120)를 구비하는 몸체(100), 상기 몸체(100)를 덮고 덮개 프레임(210)l과 상기 덮개 프레임(210)에 착탈식으로 고정된 내부 덮개(220)를 구비하는 덮개(200) 및 상기 몸체(100)와 덮개(200)를 결합하여 몸체(100)와 덮개(200)에 의해 한정되는 내부의 기판 처리공간(PS)에 초임계 상태를 형성할 수 있을 정도의 압축력을 인가하는 결합부재(300)를 포함한다.
예를 들면, 상기 몸체(100)는 돌출부(P)로 한정되는 리세스(R)를 구비하는 상기 몸체 프레임(110)과 상기 돌출부(P)를 덮고 상기 리세스(R)에 삽입되도록 몸체 프레임(100)에 착탈식으로 고정되는 내부용기(120)로 구성된다. 이에 따라, 상기 리세스(R)의 내부공간은 내부용기(120)에 의해 한정되는 챔버 공간(CS)으로 축소된다.
상기 몸체 프레임(110)은 초임계 유체를 이용하는 초임계 공정을 수행할 수 있을 정도로 충분한 강도와 강성을 갖는 개방형 입체로 제공된다. 예를 들면, 벌크형 육면체 형상을 갖는 입체 구조물의 중앙부에 일정한 깊이를 갖는 원통형 리세스(R)를 형성함으로써 리세스(R)를 둘러싸는 잔류 입체 구조물은 상기 리세스(R)를 한정하는 돌출부(P)로 제공된다. 그러나, 상기 몸체 프레임(110)은 육면체 형상에 한정하는 것은 아니며 상기 공정챔버(500)를 이용하는 기판 처리공정과 공정챔버(500)를 구비하는 기판 처리장치의 설치 특성과 환경에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 몸체 프레임(110)은 약 300bar의 압력과 약 150℃ 의 온도를 견딜 수 있도록 스테인레스 스틸(stainless steel)로 구성될 수 있다. 상기 몸체 프레임(110)은 후술하는 덮개 프레임(210)과 함께 상기 공정챔버(500)의 메인 몸체(main body)를 구성하게 된다.
상기 내부용기(120)는 몸체 프레임(110)의 돌출부(P)를 덮고 상기 리세스(R)에 삽입되도록 몸체 프레임(100)에 착탈식으로 고정된다. 따라서, 상기 내부용기(120)는 상기 돌출부(P)와 리세스(R)의 형상 프로파일에 대응하는 형상을 갖고 상기 리세스(R)에 삽입된다.
이때, 상기 내부용기(120)는 공정챔버(500)의 내부에서 수행되는 초임계 공정을 수행하기에 충분한 정도의 강도와 강성을 갖고 후술하는 바와 같이 돌출부(P) 상에서 면접촉하는 내부덮개(220)와의 사이에 충분한 밀봉성을 유지할 수 있다면 다양한 재질로 구성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 내부용기(120)는 상기 몸체 프레임(110)보다 가볍고 취급이 용이하여 몸체 프레임(110)으로의 착탈이 용이한 알루미늄 강재나 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
일실시예로서, 상기 내부 용기(120)는 상기 돌출부(P) 상에 배치되고 제1 두께(t1)를 갖는 몸체 접촉부(122), 제2 두께(t2)를 갖고 상기 리세스(R)의 측벽을 덮도록 배치되어 상기 리세스(R)의 내부공간을 챔버공간(CS)으로 변환하는 공간 사이즈 조절부(124) 및 제3 두께(t3)를 갖고 상기 리세스(R)의 바닥면을 덮는 바닥부(126)를 포함한다.
상기 몸체 접촉부(122)는 돌출부(P) 상에 배치되어 후술하는 바와 같이 내부 덮개의 덮개 접촉부(222)와 면접촉한다. 이에 따라, 상기 몸체(100)와 덮개(200)를 결합하는 압축력이 인가되는 경우, 상기 몸체 접촉부(122)와 덮개 접촉부(222)는 서로 면접촉하면서 접착하게 된다.
따라서, 상기 제1 두께(t1)는 덮개 접촉부(222)와 함께 몸체 프레임(110)과 덮개 프레임(210) 사이의 접촉영역에서 기판 처리공간(PS)의 밀폐성을 유지하기에 충분한 정도로 형성된다. 제1 두께(t1)가 너무 두꺼우면, 공정챔버(500)의 수직높이가 증가하여 공정챔버(500)를 구비하는 기판 처리장치의 설치특성을 저해하고 제1 두께(t1)가 너무 얇으면 상기 결합부재(300)의 압축력으로부터 공정 챔버(500)의 메인 몸체를 보호하기 어렵게 된다. 상기 제1 두께(t1)는 상기 결합부재(300)에 인가되는 압축력의 크기와 공정챔버의 내부에 형성되는 초임계 상태의 공정조건에 따라 적절하게 설정한다.
상기 공간 사이즈 조절부(124)와 상기 바닥부(126)는 리세스(R) 매립하도록 배치되어 상기 리세스(R)의 내부공간은 공간 사이즈 조절부(124)와 바닥부(126)에 의해 한정되는 챔버공간(CS)으로 축소된다.
특히, 바닥부(126)는 상기 기판 처리공간(PS)의 바닥부에 배치되는 초임계 유체 주입라인(미도시) 및 초임계 용액 배출라인(미도시)을 고려하여 가능한 얇게 형성하는 것이 바람직하므로, 상기 챔버공간(CS)의 사이즈는 주로 공간 사이즈 조절부(124)에 의해 결정된다.
이때, 상기 공간 사이즈 조절부(124)는 제2 두께(t2)를 조절함으로써 상기 챔버공간(CS)의 용적(volume)을 조절하고, 형상을 임의로 변경함으로써 상기 리세스(R)의 형상과 무관하게 상기 챔버공간(CS)의 형상을 다양하게 구성할 수 있다.
몸체(100)와 덮개(200)가 결합부재(300)에 의해 결합되는 경우, 상기 챔버공간(CS)은 덮개 용기(220)에 의해 한정되어 내부에 초임계 상태가 유지되는 기판 처리공간(PS)으로 형성된다. 즉, 상기 챔버공간(CS)의 형상은 기판 처리공간(PS)의 형상을 결정하게 된다. 이에 따라, 공간 사이즈 조절부(124)는 개별적인 기판 처리공정에 부합하는 기판 처리공간(PS)을 형성할 수 있도록 다양한 형태로 제공된다.
도 3a 내지 도 3d는 도 1에 도시된 챔버공간의 형상을 나타내는 도면들이다. 도 3a 내지 도 3d는 도 1에 도시된 몸체 프레임(110)과 내부 용기(120)를 결합한 구조물의 평면도들이다.
예를 들면, 상기 공간 사이즈 조절부(124)는 도 1에서와 같이 상기 리세스(R)의 깊이와 둘레를 따라 동일한 제2 두께(t2)를 갖도록 형성함으로써 상기 챔버공간(CS)은 도 3a에 도시된 바와 같이 원형 리세스(R)와 동일한 원형을 갖고 축소된 용적을 갖게 된다.
이와 달리, 상기 공간 사이즈 조절부(124)는 상기 리세스(R)의 깊이에 따라 일정하고 리세스(R)의 주변부를 따라 불균일한 제2 두께(t2)를 갖도록 형성함으로써 상기 챔버공간(CS)은 상기 챔버공간(CS)은 상기 리세스(R)의 깊이를 따라 균일한 사이즈를 갖도록 구성할 수 있다.
특히, 상기 리세스(R)의 주변부를 따라 불균일하게 분포하는 제2 두께(t2)를 조절함으로써 챔버공간(CS)을 다양한 형상으로 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 챔버공간(CS)은 도 3b 내지 도 3d에 도시된 바와 같이 육각형, 팔각형 및 사각형 단면 중의 어느 하나로 구성할 수 있다 .
이에 따라, 공정챔버(500)를 구성하는 메인 몸체를 교체하지 않고 상기 변경하지 않고 몸체 프레임(110)에 부착되는 내부 용기(120)의 형상을 변경함으로써 간단하게 기판 처리공간(PS)을 변경할 수 있다. 따라서, 공정챔버(500)의 내부에 초임계 처리공정의 종류와 공정대상 기판의 특성에 따라 최적한 기판 처리공간을 구비할 수 있다. 즉, 초임계 공정과 처리대상 기판을 고려한 맞춤식 기판 처리공간을 제공할 수 있다.
또한, 상기 내부용기(120)는 몸체 접촉부(122) 및 공간 사이즈 조절부(124) 및 바닥부(126)의 형상이나 구조를 변형하여 개별적인 기판 처리공정이나 기판 처리장치에 상기 공정챔버를 변형할 수 있다.
도 4a는 도 1에 도시된 내부 용기의 제1 변형례를 나타내는 도면이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 내부용기의 제1 변형례와 상기 몸체 프레임(110)의 결합체를 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 몸체 접촉부(122), 공간 사이즈 조절부(124) 및 상기 바닥부(126)를 일체로 배치하여, 제1 변형 내부용기(120a)는 상기 몸체 프레임(110)의 리세스(R)와 돌출부(P)를 덮는 일체형 단일 용기(VS)로 제공된다.
따라서, 상기 제1 변형 내부용기(120a)를 일체로 몸체 프레임(110)의 리세스(R)에 삽입함으로써 돌출부(P)를 덮고 리세스(R)의 내부공간을 챔버공간(CS)으로 변형할 수 있다.
특히, 상기 공간 사이즈 조절부(124)의 벽체를 일정한 기울기를 갖도록 구성하여 챔버공간(CS)을 테이프 형상으로 구성할 수도 있다. 예를 들면, 상기 제2 두께(t2)를 리세스(R)의 깊이에 따라 증가하도록 구성하여 챔버공간(CS)의 하부가 상부보다 작은 사이즈를 갖는 사다리꼴 형상을 갖는 테이퍼 챔버공간으로 구성할 수도 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 제2 두께(t2)를 리세스(R)의 깊이에 따라 감소하도록 구성하여 챔버공간(CS)의 하부가 상부보다 큰 사이즈를 갖는 테이퍼 챔버공간으로 구성할 수도 있음은 자명하다.
도 5a는 도 1에 도시된 내부용기의 제2 변형례를 나타내는 도면이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 내부용기의 제2 변형례와 상기 몸체 프레임(110)의 결합체를 나타내는 도면이다. 도 5c는 도 5b에 도시된 결합체의 평면도이다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명의 제2 변형례에 의한 내부용기(120b)는 서로 개별적으로 분리된 개별 몸체 접촉부(122b), 개별 공간 사이즈 조절부(124b) 및 개별 바닥부(126b)로 구성된다.
따라서, 상기 제2 변형 내부용기(120b)는 개별 몸체 접촉부(122b), 개별 공간 사이즈 조절부(124b) 및 개별 바닥부(126b)를 각각 돌출부(P)와 리세스(R)의 바닥부 및 측부에 개별적으로 배치하여 조립할 수 있다. 이에 따라, 몸체 프레임(110)과의 조립효율을 높일 수 있다.
상기 챔버공간(CS)의 내부에는 후술하는 바와 같이 초임계 유체 공급라인이나 초임계 공정에 의한 부산물인 초임계 용액의 배출라인과 같은 다양한 구조물이 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 내부용기(120)를 각 부품별로 개별적으로 몸체 프레임(110)에 결합함으로써 몸체 프레임(110)에 구비되는 구조물들을 개별적인 특성을 고려할 수 있다.
특히, 개별 공간 사이즈 조절부(124b)와 바닥부(126b)는 서로 일체로 구비되어 리세스(R)를 매립하는 매립용기(VB)을 구성하고 돌출부(P) 상에 위치하는 상기 개별 몸체 접촉부(122b)는 매립용기(VB)와 분리되어 배치될 수 있다.
이때, 상기 개별 몸체 접촉부(122b)는 도 5c에 도시된 바와 같이 다수의 제1 접촉 조각(CP1)으로 분리되어 제1 접촉조각(CP1)의 손상 정도에 따라 개별적으로 교환가능하게 구성된다.
예를 들면, 상기 개별 몸체 접촉부(122b)는 상기 돌출부(P)를 관통하여 몸체(100) 및 덮개(200)와 결합하는 승강부재(310) 별로 분리되어, 압축력의 분포에 따라 손상정도가 상이한 제1 접촉조각(CP1)들을 개별적으로 교환/수리할 수 있다. 따라서, 몸체(100)와 덮개(200)의 접촉영역이 손상되는 경우, 상기 매립용기(VB)는 교환하지 않고 제1 접촉조각(CP1)만 교환함으로써 공정챔버(500)의 유지비용을 감소시킬 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 덮개 프레임(210)은 초임계 상태에 견딜 수 있을 정도로 충분한 강도와 강성을 갖는 단일 평판으로 구성되어 상기 몸체 프레임(110)과 함께 공정챔버(500)의 메인 몸체를 형성한다. 예를 들면, 상기 덮개 프레임(210)은 몸체 프레임(110)과 마찬가지로 스테인레스 스틸로 구성될 수 있다.
상기 내부 덮개(220)는 덮개 프레임(210)의 일측을 덮도록 착탈식으로 고정된다. 예를 들면, 상기 돌출부(P)에 대응하는 덮개 프레임(210)의 결합면에 고정용 돌기(미도시)를 배치하고 고정용 돌기를 관통하도록 내부 덮개(220)를 배치할 수 있다. 상기 내부 덮개(220)는 상기 리세스(R)와 대면하도록 배치되는 표면 전체를 덮는 평판 형상으로 제공될 수 있다.
일실시예로서, 상기 내부 덮개(220)는 상기 돌출부(P) 상에 배치된 상기 몸체 접촉부(122)와 면접촉하는 덮개 접촉부(222) 및 상기 공간 사이즈 조절부(124)에 의해 한정되는 상기 챔버공간(CS)을 한정하고 상기 바닥부(126)에 대향하도록 배치되는 천정부(ceiling portion, 224)를 포함한다.
예를 들면, 상기 덮개 접촉부(222) 및 상기 천정부(224)는 동일한 두께를 갖고 일체로 배치될 수 있다. 이때, 상기 내부 덮개(220)는 상기 리세스(R)에 대향하는 상기 덮개 프레임(220))의 전면을 덮는 단일한 평판으로 구성된다.
이때, 상기 내부 덮개(210)는 내부 용기(120)와 동일한 재질로 형성되어 상기 몸체(100)와 덮개(200)가 결합하는 경우, 상기 돌출부(P) 상에서 상기 몸체 접촉부(122)와 덮개 접촉부(222)가 서로 면접촉하도록 구성된다.
이에 따라, 상기 기판 처리공간(PS)에 초임계 상태를 유지할 수 있을 정도로 큰 압축력이 인가되는 경우, 상기 내부덮개(220)와 내부용기(120)가 서로 면접촉하므로 몸체 프레임(110)과 덮개 프레임(210)의 직접 접촉에 의한 표면 마모를 방지할 수 있다.
따라서, 몸체(100)와 덮개(200)를 결합하기 위한 압축력에 의해 내부덮개(220)와 내부용기(120)의 표면조도가 증가하는 경우에도, 몸체 프레임(110)과 덮개 프레임(210)은 교환하지 않고 상기 내부덮개(220)와 내부용기(120)만 교체함으로써 압축력에 의한 접촉영역의 불량에 간단하게 대처할 수 있다.
상기 내부 덮개(220)는 돌출부(P) 상에 배치되는 내부 용기(120)이 제1 두께(t1)를 고려하여 몸체(100)와 덮개(200)의 압축력을 충분히 지지할 수 있을 정도로 충분한 두께를 갖도록 형성한다.
상기 내부 덮개(220)는 내부 용기(120)와 마찬가지로 개별적인 기판 처리공정이나 기판 처리장치에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제1 변형 덮개용기(220a)는 상기 덮개 접촉부(222)와 덮개 접촉부(222)보다 작은 두께를 갖는 축소 천정부(224a)를 구비한다. 이에 따라, 상기 축소 천정부(224a)에는 덮개 접촉부(222)에 의해 한정되는 천정 리세스(CR)가 구비된다.
상기 천정 리세스(CR)는 덮개(200)와 몸체(100)가 결합하는 경우 상기 챔버공간(CS)와 연통되어 기판 처리공간(PS)을 천정 리세스(CR)만큼 확장시키게 된다. 이에 따라, 기판 처리공간(PS)의 내부에 구조물들의 배치영역을 확장함으로써 공정챔버의 기능을 다양하게 확장할 수 있다.
도 7a는 도 1에 도시된 덮개용기의 제2 변형례를 나타내는 도면이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 내부용기의 제2 변형례와 상기 몸체 프레임(110)의 결합체를 나타내는 도면이다. 도 7c는 도 7a에 도시된 제2 변형 덮개용기의 평면도이다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 본 발명의 제2 변형 덮개용기(220b)는 서로 개별적으로 분리된 개별 덮개 접촉부(222b) 및 개별 천정부(224b)로 구성된다.
상기 개별 덮개 접촉부(222b) 및 개별 천정부(224b)를 덮개 프레임(210)에 개별적으로 배치하여 조립할 수 있다. 이에 따라, 덮개 프레임(210)과의 조립효율을 높일 수 있다.
상기 제2 변형 내부용기(120b)와 마찬가지로 상기 챔버공간(CS)의 내부에 다양한 구조물이 배치되는 경우, 상기 내부 덮개(220)를 각 부품별로 개별적으로 덮개 프레임(210)에 결합함으로써 덮개 프레임(210)에 구비되는 구조물들을 개별적인 특성을 고려할 수 있다.
특히, 상기 개별 덮개 접촉부(222b)는 상기 제1 몸체 접촉 조각(CP1)에 각각 대응하는 다수의 제2 접촉 조각(CP2)으로 분리되고 상기 개별 천정부(224b)는 상기 제2 접촉조각과 분리되어 개별적으로 상기 챔버공간(CS)을 덮는 천정부재로 제공될 수 있다.
예를 들면, 상기 개별 덮개 접촉부(222b)는 상기 돌출부(P)를 관통하여 몸체(100) 및 덮개(200)와 결합하는 승강부재(310) 별로 분리되어, 압축력의 분포에 따라 손상정도가 상이한 제2 접촉조각(CP2)들을 개별적으로 교환/수리할 수 있다. 따라서, 몸체(100)와 덮개(200)의 접촉영역이 손상되는 경우, 상기 개별 천정부(224b)는 교환하지 않고 제2 접촉조각(CP2)만 교환함으로써 공정챔버(500)의 유지비용을 감소시킬 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 결합부재(300)는 몸체(100) 와 덮개(200) 중의 적어도 하나를 구동시켜 몸체(100)와 덮개(200)를 결합하거나 분리한다.
예를 들면, 상기 결합부재(300)는 상기 돌출부(P)를 관통하여 상기 몸체(100) 및 상기 덮개(200)와 연결되고 상기 몸체(100) 및 덮개(200) 중의 적어도 어느 하나를 승강시키는 승강부재(310) 및 상기 승강부재(310)로 구동력을 제공하는 구동부(320)를 포함한다.
본 실시예의 경우, 상기 덮개(200)가 고정되고 몸체(200)가 상기 승강부재(310)의 구동에 의해 상승하거나 하강함으로써 덮개(200)와 결합하거나 분리되도록 구성된다.
상기 구동부(320)는 기판 처리공간(PS)의 내부에 형성되는 초임계 상태를 충분히 유지할 수 있도록 유압을 이용하여 충분히 큰 압축력을 인가한다. 본 실시예의 경우, 상기 구동부(320)는 기판 처리장치의 특성에 따라 약 300bar 내지 약 500bar의 압력을 인가할 수 있다.
상술한 바와 같은 초임계 처리용 공정챔버에 의하면, 상부챔버를 구성하는 덮개 프레임과 하부 챔버를 구성하는 몸체 프레임에 각각 착탈식으로 고정되는 내부 덮개 및 내부용기를 제공한다. 이에 따라, 초임계 공정을 수행하기 위해 상부챔버 및 하부 챔버를 결합하는 경우, 덮개 프레임과 몸체 프레임 사이의 결합면을 내부 덮개의 덮개 접촉부와 내부용기의 몸체 접촉부의 결합으로 대체할 수 있다.
이에 따라, 덮개 접촉부와 내부용기의 몸체 접촉부가 마모되어 표면조도가 상승하고 오염소스로 기능하는 파티클이 발생하는 경우에도 내부 덮개 및 내부용기만 교체함으로써 표면조도와 같은 챔버 접촉부의 불량과 이로 인한 기판 처리공정의 불량을 방지할 수 있다.
특히, 내부 덮개의 덮개 접촉부와 내부용기의 몸체 접촉부를 각각 개별적으로 교환할 수 있는 접촉조각(contact piece)으로 구성함으로써 챔버 접촉영역의 내부 덮개와 내부용기만 부분적으로 교환함으로써 공정챔버의 유지보수 편의성을 현저하게 높일 수 있다.
도 8은 도 1에 도시된 공정챔버를 구비하는 기판 처리장치를 나타내는 구성도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 기판 처리장치(1000)는 내부에 고정된 기판(W)을 초임계 유체(supercritical fluid, SCF)를 이용하여 처리하는 공정챔버(500), 상기 초임계 유체를 생성하여 공정챔버(500)로 공급하는 초임계 유체 공급기(600) 및 초임계 유체의 유동을 조절하여 초임계 공정을 제어하는 공정 제어기(700)를 포함한다.
예를 들면, 상기 공정챔버(500)는 버퍼공간(BS)을 구비하고 블로킹 평판(130)이 고정된 몸체(100), 초임계 처리공정이 진행되는 동안 기판(W)을 고정하는 기판 고정부(230)가 고정된 덮개(200) 및 상기 몸체(100)와 덮개(200)를 결합시켜 초임계 공정이 수행되는 기판 처리공간(PS)을 형성하는 결합부재(300)를 구비한다.
이때, 상기 공정챔버(500)는 도 1 내지 도 7c를 참조하여 설명한 공정챔버(500)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 이에 따라, 도 1 내지 도 7c의 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
이에 따라, 상기 몸체(100)는 돌출부(P)와 리세스(R)를 구비하는 몸체 프레임(110) 및 상기 돌출부(P)를 덮고 상기 리세스(R)에 삽입되도록 상기 몸체 프레임(110)에 착탈식으로 고정되는 내부용기(120)를 구비한다. 또한, 상기 덮개(200)는 판상의 덮개 프레임(210)과 상기 덮개 프레임(210)에 착탈식으로 고정되는 내부덮개(220)를 구비한다.
상기 몸체(100)는 하부에 배치되는 결합부재(300)에 의해 수직방향을 따라 이동하여 상부의 덮개(200)와 결합된다. 이때, 상기 돌출부(P) 상에서 내부용기(120)의 몸체 접촉부(122)와 내부 덮개(220)의 덮개 접촉부(222)가 서로 면접촉하도록 결합되고, 상기 기판 처리공간(PS)은 내부 덮개(220)의 천정부(224)와 내부 용기(120)의 공간 사이즈 조절부(124)에 의해 한정된다. 따라서, 상기 기판 처리공간(PS)은 상기 공간 사이즈 조절부(124)와 천정부(224)에 의해 형상과 용적이 한정된다.
상기 몸체 프레임(110)의 바닥으로부터 일정한 높이를 갖도록 블로킹 평판(130)이 배치되고 상기 블로킹 평판(130)의 하부에 버퍼공간(BS)이 제공된다. 따라서, 상기 버퍼공간(BS)은 블로킹 평판(130)과 상기 내부용기(220)의 바닥부(226)에 의해 한정된다.
상기 바닥부(226)와 몸체 프레임(110)을 관통하여 버퍼 공간(BS)과 연통하도록 하부 홀(lower hole, LH) 및 배출 홀(discharge hole, DH)이 배치되어 초임계 유체를 공급하거나 초임계 공정의 공정 부산물을 배출할 수 있다. 하부 홀(LH)은 하부 주입라인(LSCL)과 연결되어 초임계 유체를 버퍼공간(B)으로 주입하고 배출 홀(DH)은 배출라인(DL)과 연결되어 초임계 혼합물이나 부산물을 외부로 배출한다.
버퍼공간(B)으로 주입되는 고압 상태의 초임계 유체가 상기 기판(W)으로 직접 분사되는 경우 기판 손상을 야기하므로, 상기 블로킹 평판(130)에 의해 초임계 유체가 기판(W)으로 직접 분사되는 것을 방지한다. 블로킹 평판(122)에 의해 초임계 유체의 유로는 변경되어 상기 버퍼공간(BS)의 측부를 통하여 상기 기판 처리공간(PS)으로 공급된다.
상기 덮개(200)는 특정 위치에 고정되고 기판 고정부(230)는 상기 덮개 프레임(210)으로부터 승강가능하게 배치된다. 처리대상 기판(W)은 수평바에 의해 지지되고 수평 바는 수직 로드에 의해 상기 덮개 프레임(210)에 고정된다.
상기 덮개 프레임(210)을 관통하도록 상부 홀(upper hole, UH)이 배치되어 상부 주입라인(USCL)과 연통된다.
도시하지는 않았지만, 상기 몸체(100) 및 덮개(200)의 내부에는 몸체(100)와 덮개(200)를 일정한 온도로 가열할 수 있는 히터(미도시)가 다수 배치된다.
상기 공정챔버(500)의 내부에서 수행되는 초임계 공정은 반도체 소자를 제조하기 위한 다양한 단위공정을 포함할 수 있다. 예를 들면, 식각공정이 완료된 상기 기판을 초임계 유체로 세정하는 세정이나 린싱(rinsing)공정 또는 세정이 완료된 상기 기판을 건조하기 위한 건조공정이 상기 공정챔버(500)의 내부에서 수행될 수 있다. 따라서, 상기 초임계 유체는 초임계 공정의 종류에 따라 다양하게 제공된다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 도 8에 도시된 기판 처리장치의 초임계 유체 공급기를 나타내는 도면이다.
상기 초임계 유체 공급기(600)는 내장 히터를 구비하고 초임계 유체를 생성하여 저장하느 저장 실린더(610)와 상기 내장 히터를 구동하기 위한 전원(630)을 구비하고 소스유체를 초임계 상태로 형성한 후 상기 공정챔버(500)로 공급한다.
상기 저장 실린더(610)는 소스유체에 대한 초임계 상태를 유지할 수 있도록 강재 실린더로 구성되고, 저장 실린더(610) 벽체의 내부에 내장된 제1 내장히터(611) 및 바닥부로부터 돌출하여 실린더 내부로 돌출하는 제2 내장히터(612)를 구비한다. 상기 제1 및 제2 내장히터(611, 612)는 상기 전원(630)에 연결되어 가열된다.
소스유체는 저장 실린더(610)의 내부로 공급되어 임계압력 이상으로 충진되고 내장히터(611, 612)에 의해 임계온도 이상으로 가열된다. 이에 따라, 상기 저장 실린더(610)의 내부에는 초임계 유체(SCF)가 형성된다.
본 실시예의 경우, 초임계 유체(SCF)로써 초임계 이산화탄소를 이용한다. 이에 따라, 약 15bar 내지 약 25bar의 압력으로 응축된 액화 이산화탄소가 소스 유체(SF)로 이용할 수 있다.
저장 실린더(610)에 저장된 초임계 유체(SCF)는 초임계 유체 주입라인(supercritical line, SCL)을 통하여 공정 챔버(500)로 공급된다. 초임계 유체 주입라인(SCL)은 공정 챔버(500)의 상부와 연결되어 상기 기판(W)의 상부로 초임계 유체(SCF)를 주입하는 상부 주입라인(USCL) 및 공정 챔버(500)의 하부와 연결되어 기판(W)의 하부로 초임계 유체(SCF)를 주입하는 하부 주입라인(LSCL)을 포함한다. 이때, 상부 주입라인(USCL)을 통하여 공급되는 초임계 유체(SCL)는 상부 주입밸브(UV)에 의해 조절되고 하부 주입라인(LSCL)을 통하여 공급되는 초임계 유체(SCL)는 하부 주입밸브(LV)에 의해 조절된다.
초임계 유체(SCF)가 공급되는 초기에는 하부 주입라인(LSCL)을 통하여 버퍼 공간(BS)으로 주입되고 공정 챔버(100)의 내부압력과 초임계 유체(SCF)의 공급압력 사이의 압력구배가 허용범위로 낮아지면 상부 및 하부 주입라인(USCL, LSCL)을 통하여 동시에 공급하여 공정챔버(100)에 대한 초임계 유체(SCF) 공급시간을 단축할 수 있다.
공정챔버(500)로 공급된 초임계 유체(SCF)는 상기 기판 처리공간(PS)에서 처리대상 기판(W)의 약액과 반응하여 초임계 반응 부산물을 생성하면서 초임계 처리공정을 수행하게 된다.
이때, 공정챔버(500) 내부의 약액 농도가 기준농도보다 작은 경우 초임계 유체(SCF)로 용해된 약액의 혼합물인 공정 부산물을 초임계 압력으로부터 상압으로 단계적으로 감압하면서 배출한다. 이때, 배출되는 공정 혼합물의 유량은 배출밸브(DV)에 의해 조절된다.
상기 상부 및 하부 주입밸브(UV, LV)와 상기 배출 밸브(DV)는 제어부(700)에 의해 유기적으로 제어되어 공정챔버(500) 내부에서 수행되는 초임계 공정의 효율을 높일 수 있다. 이때, 상기 제어부(700)의 제어방법에 따라 상부 및 하부 주입밸브(UV,LV)와 상기 배출 밸브(DV)는 각각 다수의 밸브 어셈블리로 제공될 수도 있다.
상기 상부 및 하부 주입밸브(UV, LV)와 상기 배출 밸브(DV)는 상기 초임계 유체 공급기(600)의 상태정보 및 공정챔버(500)의 상태정보에 따라 상기 제어기(700)에 의해 제어되어 초임계 공정의 공급과 초임계 공정 부산물의 배출을 반복적으로 수행하면서 초임계 공정을 수행하게 된다.
상기 기판 처리공간(PS)의 불순물 농도가 기준농도 이하로 검출되면, 상기 초임계 공정을 완료하고 초임계 혼합물을 외부로 배출하고 초임계 공정을 완료하게 된다.
상술한 바와 같은 초임계 처리용 공정챔버 및 이를 구비하는 기판 처리장치에 의하면, 공정챔버를 구성하는 몸체와 덮개의 내측에 각각 착탈식으로 고정되는 내부용기와 내부덮개가 구비되어 초임계 공정이 수행되는 동안 몸체와 덮개는 내부용기와 내부덮개의 면접촉에 의해 결합된다. 이에 따라, 지속되는 결합력에 의해 접촉면이 마모되는 경우 내부용기와 내부덮개를 간단히 교환함으로써 접촉면 마모로 인한 표면조도 불량을 방지할 수 있다.
또한, 접촉면으로부터 오염소스로 기능하는 파티클이 발생하는 경우에도 내부용기를 교환함으로써 오염소스가 기판 처리공정의 공정불량 소스로 기능하는 것을 차단할 수 있다.
종래에는 접촉면 마모로 인한 표면조도 불량과 파티클이 발생하는 경우, 공정챔버의 메인 몸체인 몸체 프레임과 덮개 프레임 자체를 교체해야 하지만, 본 발명에 의하면 몸체 프레임과 덮개 프레임에 착탈식으로 고정되는 내부용기와 내부덮개를 교환함으로써 간단하게 몸체와 덮개의 접촉면 마모로 인한 불량을 방지할 수 있다.
특히, 내부 덮개의 덮개 접촉부와 내부용기의 몸체 접촉부를 각각 개별적으로 교환할 수 있는 접촉조각(contact piece)으로 구성함으로써 챔버 접촉영역의 내부 덮개와 내부용기만 부분적으로 교환함으로써 공정챔버의 유지보수 편의성을 현저하게 높일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 돌출부와 리세스를 구비하는 몸체 프레임;
    상기 몸체 프레임의 상부에서 상기 돌출부를 덮고 상기 리세스에 삽입되도록 상기 몸체 프레임에 착탈식으로 고정되어 상기 리세스의 내부에 챔버 공간을 제공하는 내부 용기(inner vessel);
    상기 내부용기의 상부에 위치하는 판상의 덮개 프레임;
    상기 덮개 프레임의 배면에 착탈식으로 고정되고 상기 돌출부에 대응하도록 상기 내부용기와 서로 면접촉하여 상기 챔버공간을 한정하는 내부덮개; 및
    상방으로 차례대로 배치된 상기 몸체 프레임, 상기 내부용기, 상기 덮개 프레임 및 상기 내부덮개를 결합하여 상기 챔버공간을 초임계 상태가 유지되는 기판 처리공간으로 형성하는 결합부재를 포함하는 초임계 처리용 공정챔버.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내부 용기는 상기 돌출부 상에 배치되는 몸체 접촉부, 상기 리세스의 측벽을 덮도록 배치되어 상기 리세스의 내부공간을 상기 챔버공간으로 변환하는 공간 사이즈 조절부 및 상기 리세스의 바닥면을 덮는 바닥부를 포함하는 초임계 처리용 공정챔버.
  3. 제2항에 있어서, 상기 몸체 접촉부와 상기 공간 사이즈 조절부는 서로 분리되도록 개별적으로 배치되어, 상기 내부용기는 상기 돌출부를 덮는 몸체 접촉조각(body contact piece)과 상기 몸체 접촉조각과 분리되고 상기 리세스를 매립하는 매립용기를 포함하는 초임계 처리용 공정챔버.
  4. 제2항에 있어서, 상기 내부 덮개는 상기 돌출부 상에 배치된 상기 몸체 접촉부와 면접촉하는 덮개 접촉부 및 상기 공간 사이즈 조절부에 의해 한정되는 상기 챔버공간을 한정하고 상기 바닥부에 대향하도록 배치되는 천정부(ceiling portion)를 포함하는 초임계 처리용 공정챔버.
  5. 제4항에 있어서, 상기 덮개 접촉부는 상기 천정부와 분리되도록 개별적으로 배치되어, 상기 내부 덮개는 개별적으로 상기 몸체 접촉부와 접촉하는 덮개 접촉조각(cover contact piece) 및 상기 덮개 접촉조각과 분리되고 상기 챔버공간을 덮는 천정부재를 포함하는 초임계 처리용 공정챔버.
  6. 내부에 고정된 기판을 초임계 유체를 이용하여 처리하는 기판 처리공간을 구비하는 공정챔버;
    상기 초임계 유체를 생성하여 상기 공정챔버로 공급하는 초임계 유체 공급기; 및
    상기 공정챔버 및 상기 초임계 유체 공급기와 연결되어 상기 공정챔버의 내부 상태에 따라 상기 초임계 유체의 유동을 제어하는 공정 제어기를 포함하고,
    상기 공정챔버는,
    돌출부와 리세스를 구비하는 몸체 프레임;
    상기 몸체 프레임의 상부에서 상기 돌출부를 덮고 상기 리세스에 삽입되도록 상기 몸체 프레임에 착탈식으로 고정되어 상기 리세스의 내부에 챔버공간을 제공하는 내부용기;
    상기 내부용기의 상부에 위치하는 판상의 덮개 프레임;
    상기 덮개 프레임에 배면에 착탈식으로 고정되고 상기 돌출부에 대응하도록 상기 내부용기와 서로 면접촉하여 상기 챔버공간을 한정하는 내부덮개; 및
    상방으로 차례대로 배치된 상기 몸체 프레임, 상기 내부용기, 상기 덮개 프레임 및 상기 내부덮개를 결합하여 상기 내부용기와 상기 내부덮개의 형상에 의해 형상과 용적이 한정되는 상기 챔버공간을 상기 기판 처리공간으로 형성하는 결합부재를 구비하는 기판 처리장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 내부 용기는 상기 돌출부 상에 배치되는 몸체 접촉부, 상기 리세스의 측벽을 덮도록 배치되어 상기 리세스의 내부공간을 일정한 형상을 갖는 챔버공간으로 변환하는 공간 사이즈 조절부 및 상기 리세스의 바닥면을 덮는 바닥부를 포함하는 기판 처리장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 몸체 접촉부와 상기 공간 사이즈 조절부는 서로 분리되도록 개별적으로 배치되어, 상기 내부용기는 상기 돌출부를 덮는 몸체 접촉조각(body contact piece)과 상기 몸체 접촉조각과 분리되고 상기 리세스를 매립하는 매립용기를 포함하는 기판 처리장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 내부 덮개는 상기 돌출부 상에 배치된 상기 몸체 접촉부와 면접촉하는 덮개 접촉부 및 상기 공간 사이즈 조절부에 의해 한정되는 상기 챔버공간을 한정하고 상기 바닥부에 대향하도록 배치되는 천정부(ceiling portion)를 포함하는 기판 처리장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 덮개 접촉부는 상기 천정부와 분리되도록 개별적으로 배치되어, 상기 내부 덮개는 개별적으로 상기 몸체 접촉부와 접촉하는 덮개 접촉조각(cover contact piece) 및 상기 덮개 접촉조각과 분리되고 상기 챔버공간을 덮는 천정부재를 포함하는 기판 처리장치.
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