KR20150120035A - 비정형 단면을 갖는 씰링 부재를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 상부 챔버와 하부 챔버와의 사이에 기판 처리 영역을 제공하는 공정 챔버, 상기 상부 및 하부 챔버들 사이의 틈새를 막아 상기 기판 처리 영역의 밀폐성 환경을 조성하는 씰링부재, 그리고 상기 상부 챔버를 마주보는 상기 하부 챔버의 상면 일부가 함몰되어 정의된 내곽벽과 외곽벽을 포함하며 그리고 상기 내곽벽 및 외곽벽 사이에 상기 씰링부재가 삽입되는 그루브를 포함한다. 상기 내곽벽은 상기 외곽벽에 비해 낮은 레벨을 가진다. 상기 씰링부재는 상기 기판 처리 영역을 바라보는 일부가 함몰되어 정형적인 원형 단면으로부터 벗어난 비정형 단면을 갖는다.

Description

비정형 단면을 갖는 씰링 부재를 포함하는 기판 처리 장치{SUBSTRATE TREATMENT APPARATUS HAVNIG SEALING STRUCTURE INCLUSIVE OF SEALING MEMBER WITH ATYPICAL SECTION}

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 비정형 단면을 갖는 씰링 부재를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

실리콘 웨이퍼와 같은 기판을 증착, 식각, 세정, 건조 처리 등은 밀폐된 공정 챔버 내에서 진행되는 것이 일반적이다. 공정 챔버의 밀폐된 환경을 조성하기 위해선 오링과 같은 씰링 부재를 사용하는 것이 필수적이다. 오링이 변형되거나 손상을 입으면 공정 챔버의 밀폐 환경을 유지할 수 없게 되어 기판 처리 공정의 불량으로 이어질 수 있다. 그러므로, 양호한 밀폐력을 확보할 수 있는 오링의 필요성이 대두될 수 있다.

본 발명은 종래 기술에서의 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기판 처리 장치의 양호한 밀폐력을 확보할 수 있는 씰링 구조를 갖는 기판 처리 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 공정 챔버의 고압 초임계 상태를 유지할 수 있는 씰링 구조를 갖는 기판 처리 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 씰링 구조는 비정형적 단면을 갖는 오링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 씰링 구조는 공정 챔버의 고압 초임계 상태를 깨뜨리지 아니할 수 있는 씰링 구조를 갖는 것을 다른 특징으로 한다.

상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는: 상부 챔버와 하부 챔버와의 사이에 기판 처리 영역을 제공하는 공정 챔버; 상기 상부 및 하부 챔버들 사이의 틈새를 막아 상기 기판 처리 영역의 밀폐성 환경을 조성하는 씰링부재; 그리고 상기 상부 챔버를 마주보는 상기 하부 챔버의 상면 일부가 함몰되어 정의된 내곽벽과 외곽벽을 포함하는 그리고 상기 내곽벽 및 외곽벽 사이에 씰링부재가 삽입되는 그루브를 포함하고, 상기 내곽벽은 상기 외곽벽에 비해 낮은 레벨을 가지며, 상기 씰링부재는 상기 기판 처리 영역을 바라보는 일부가 함몰되어 정형적인 원형 단면으로부터 벗어난 비정형 단면을 가질 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 씰링부재는 비정형적인 원형 단면을 갖는 오링을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 씰링부재와 상기 그루브 간의 틈새를 채우는 필러를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 필러는 상기 씰링부재와 동일하거나 혹은 상기 씰링부재에 비해 작은 압축변형률을 가질 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 하부 챔버는 상기 하부 챔버의 상기 상부 챔버로의 상승에 의해 상기 상부 챔버와 밀착되어 상기 기판 처리 영역에 상기 밀폐성 환경을 부여할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 외곽벽은 상기 하부 챔버의 상기 상부 챔버로의 상승에 따라 상기 상부 챔버와 밀착되고, 그리고 상기 내곽벽은 상기 상부 챔버와 이격되어 상기 하부 챔버와 상기 상부 챔버 사이에 갭을 형성할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 외곽벽은: 상기 하부 챔버로부터 상부 챔버로 갈수록 넓어지는 폭을 가지며, 그리고 상기 씰링 부재를 향해 기울어지게 경사진 내측벽을 가질 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 그루브는 상기 씰링부재의 외곽선과 부합하는 내면을 가지며, 그리고 상기 씰링부재는 상기 그루브에 채워질 수 있다.

상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치는: 적어도 하나의 공정 챔버를 포함하는 기판 처리 유닛; 상기 적어도 하나의 공정 챔버로 초임계 유체를 제공하는 유체 공급 유닛; 그리고 상기 유체 공급 유닛으로부터 상기 기판 처리 유닛으로 제공되는 상기 초임계 유체의 흐름 경로를 제공하는, 밸브가 설비된 적어도 하나의 공급라인을 포함하는 공급라인 밸브 유닛을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 공정 챔버는: 상대적인 이동에 따라 개방되고 밀폐되는 기판 처리 영역을 제공하는 한 쌍의 상부 챔버와 하부 챔버; 상기 상부 및 하부 챔버들 사이에 제공되고, 상기 상부 및 하부 챔버들의 밀착에 의해 조성되는 상기 기판 처리 영역의 고압 밀폐성 환경을 유지시키는 씰링부재; 그리고 상기 상부 챔버를 바라보는 상기 하부 챔버의 상면에 제공되고 상기 씰링부재가 삽입되는 그루브를 포함할 수 있다. 상기 그루브는 상기 그루브의 일 측벽을 이루며 상기 기판 처리 영역에 인접한 내곽벽과 상기 그루브의 반대측 측벽을 이루며 상기 공정 챔버의 바깥에 인접하는 외곽벽에 의해 정의될 수 있다. 상기 상부 챔버를 바라보는 상기 내곽벽의 상면이 상기 상부 챔버를 바라보는 상기 외곽벽의 상면에 비해 낮은 레벨을 가져 상기 하부 챔버와 상기 상부 챔버와의 사이에 갭의 정의될 수 있다. 상기 씰링부재는 상기 갭을 바라보는 일부가 제거된 함몰부를 갖는 그리고 정형적인 원형 단면으로부터 벗어난 비정형 단면을 갖는 오링을 포함할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 상기 하부 챔버와 결합되어 상기 하부 챔버를 상기 상부 챔버로 향하는 상승력을 발생시키는 실린더; 그리고 상기 하부 챔버의 상기 상부 챔버로의 상승 경로를 안내하는 로드를 더 포함하고, 상기 하부 챔버는 상기 실린더의 구동에 따라 발생되는 상기 상승력에 의해 상기 상부 챔버와 밀착되어 상기 기판 처리 영역을 밀폐시킬 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 상기 외곽벽의 상면은 상기 하부 챔버의 상기 상부 챔버로의 상승에 의해 상기 상부 챔버와 ?닿고 그리고 상기 내곽벽의 상면은 상기 상부 챔버와 맞닿지 아니하여 상기 갭을 정의할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 상기 외곽벽은 상기 오링을 향해 기울어진 경사진 내벽을 가지고, 상기 그루브는 상기 상부 챔버를 향한 입구의 크기가 상기 그루브의 바닥면의 크기에 비해 작을 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 상기 오링과 상기 그루브 사이의 틈새를 채우는 필러를 더 포함하고, 상기 필러는 상기 오링과 동일한 중합체 혹은 상기 오링에 비해 압축변형률이 작은 중합체를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 상기 오링 및 상기 필러는 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로알콕시, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 우레탄, 불소계 수지 혹은 이의 조합을 포함할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 상기 오링은 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로알콕시, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 우레탄, 불소계 수지 혹은 이의 조합을 포함하고, 그리고 상기 필러는 폴리에테르에테르케톤, 폴리비닐리덴플루오라이드, 메틸셀룰로오스, 나일론, 폴리아미드이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 혹은 이들의 조합을 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 오링은 비정형적 단면을 가지고 있어 오링의 변형 내지 손상을 없앨 수 있다. 아울러, 오링의 우수한 밀폐력에 의해 기판 처리 공정의 불량을 없애므로써 기판 처리 공정의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 구성도이다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 구성도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 챔버를 도시한 단면도이다.
도 1d는 도 1c의 평면도이다.
도 2a는 도 1c의 공정 챔버에 있어서 기판 처리 영역이 개방된 경우를 도시한 단면도이다.
도 2b는 도 1c의 공정 챔버에 있어서 기판 처리 영역이 밀폐된 경우를 도시한 단면도이다.
도 2c는 도 2a의 일부를 도시한 단면도이다.
도 2d는 도 2c의 비교예를 도시한 단면도이다.
도 2e 및 2f는 오링의 변형예를 도시한 단면도들이다.
도 3a는 도 2a의 비교예를 도시한 단면도이다.
도 3b는 도 2b의 비교예를 도시한 단면도이다.
도 4a 내지 4c는 도 2a의 변형예들을 도시한 단면도들이다.
도 5a 내지 5c는 도 2a의 다른 변형예들을 도시한 단면도들이다.
도 6a 내지 6c는 도 2a의 또 다른 변형예들을 도시한 단면도들이다.
도 7a 및 7b는 도 2a의 또 다른 변형예들을 도시한 단면도들이다.

이하, 본 발명에 따른 비정형 단면을 갖는 씰링 부재를 포함하는 기판 처리 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명과 종래 기술과 비교한 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 도면에 있어서 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.

(기판 처리 장치의 일례)

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 구성도이다. 도 1a를 참조하면, 기판 처리 장치(1)는 본 출원인에게 양수된 미국특허 US 7,857,939에 개시된 웨이퍼 처리 장치와 동일하거나 유사할 수 있다. 상기 미국특허문헌은 본 명세서에 참조문헌으로 결합되어 본 명세서의 일부를 구성한다.

기판 처리 장치(1)는 초임계 유체에 의해 기판이 처리되는 기판 처리 유닛(10: substrate treating unit), 기판 처리 유닛(10)으로 초임계 유체를 제공하는 유체 공급 유닛(300: fluid supply unit), 그리고 유체 공급 유닛(300)으로부터 기판 처리 유닛(10)으로 초임계 유체의 공급 경로를 제공하는 공급라인 밸브 유닛(390: supply line valve unit)을 포함하는 초임계 처리 장치일 수 있다.

기판 처리 유닛(10)은 적어도 하나의 공정 챔버(100)를 포함할 수 있다. 유체 공급 유닛(300)으로부터 공정 챔버(100)로 제공된 초임계 유체에 의해 기판은 세정 처리, 건조 처리, 혹은 식각 처리될 수 있다. 공정 챔버(100)는 도 1c 및 1d를 참조하여 상세히 후술된다.

유체 공급 유닛(300)은 초임계 유체를 기판 처리 유닛(10)으로 제공하기 위한 제1 공급부(310: first supply), 그리고 초임계 유체와 제2 유체의 혼합 유체를 제공하기 위한 제2 공급부(320: second supply)를 포함할 수 있다. 초임계 유체는 초임계 이산화탄소(supercritical CO2)를 포함할 수 있고, 제2 유체는 공용매, 불소화합물, 혹은 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 공용매는 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 이소프로필알코올(IPA), 혹은 프로판올(propanol)일 수 있다.

제1 공급부(310)는 초임계 유체가 저장되는 봄베(20)를 포함할 수 있다. 봄베(20)에 저장된 초임계 유체는 대략 800psi 압력의 액체 상태로 응축기(22)로 공급될 수 있다. 응축기(22)는 봄베(20)로부터 제공된 초임계 유체를 보다 높은 압력으로 압축할 수 있다. 응축기(22)로부터 배출되는 초임계 유체는 가압 펌프(24: booster pump)를 통과하면서 더 높은 압력, 가령 2,000psi 내지 3,000psi 압력의 초임계 유체로 될 수 있다. 초임계 유체는 가압 펌프(24)의 후단의 공급라인(316)에 설치된 체크 밸브(26), 제1 분기라인(316)에 설치된 밸브(32), 및 제2 분기라인(318)에 설치된 밸브(34)의 개폐 동작에 따라 제1 분기라인(316)으로 혹은 제2 분기라인(318)으로 전달될 수 있다.

제2 공급부(320)는 제2 유체가 저장되는 복수개의 봄베들(42,44,46)을 포함할 수 있다. 봄베들(42,44,46)에 저장된 제2 유체는 밸브들(52,54,56)의 걔폐 동작에 따라 공급라인(326)을 통해 기판 처리 유닛(10)으로 전달될 수 있다. 공급라인(326)에는 제2 유체의 압력을 높일 수 있는 가압 펌프(60) 그리고 제2 유체의 흐름을 허여하거나 저지할 수 있는 체크 밸브(62)가 설치될 수 있다.

제2 공급부(320)는 제2 분기라인(318)에 통해 전달된 초임계 유체와 공급라인(326)을 통해 전달된 제2 유체가 혼합되는 혼합 탱크(324)를 포함할 수 있다. 혼합 탱크(324)에서 혼합된 혼합 유체는 공급라인(244)을 통해 공급라인 밸브 유닛(390)으로 전달될 수 있다. 혼합 유체의 공급 및 차단은 공급라인(244)에 설치된 체크 밸브(342)의 걔폐 상태에 따라 제어될 수 있다.

공급라인 밸브 유닛(390)은 초임계 유체를 공정 챔버들(100)로 전달하는 제1 공급라인들(330) 그리고 혼합 유체를 공정 챔버들(100)로 전달하는 제2 공급라인들(340)을 포함할 수 있다. 제1 공급부(310)로부터 공급되는 초임계 유체는 제1 분기라인(316)에 연결된 제1 공급라인들(330)을 통해 공정 챔버들(100)로 제공될 수 있다. 공정 챔버들(100)로의 초임계 유체의 제공은 제1 공급라인들(330) 각각에 설비된 제1 밸브(332)의 개폐에 따라 허여되거나 저지될 수 있다. 제2 공급부(320)로부터 공급되는 혼합 유체는 공급라인(244)에 연결된 제2 공급라인(340)을 통해 공정 챔버들(100)로 제공될 수 있다. 공정 챔버들(100)로의 혼합 유체의 제공은 제2 공급라인들(340) 각각에 설비된 제2 밸브(334)의 걔폐에 따라 허여되거나 저지될 수 있다.

기판 처리 장치(1)는 하나 혹은 그 이상의 공정 챔버들(100)에서 초임계 처리가 이루어지도록 제어할 수 있는 제어부(350: controller)를 더 포함할 수 있다. 제어부(350)는 체크 밸브(342), 제1 밸브들(332), 및 제2 밸브들(334)의 선택적 개폐를 제어하여, 선택된 하나 혹은 그 이상의 공정 챔버들(100)로 초임계 유체 혹은 혼합 유체가 공급되도록 할 수 있다. 예컨대, 제어부(350)의 동작에 따라 어느 하나의 공정 챔버(100)에 초임계 유체 혹은 혼합 유체가 공급될 수 있다. 다른 예로, 제어부(350)의 동작에 따라 어느 하나의 공정 챔버(100)에는 초임계 유체가 공급되고, 다른 하나의 공정 챔버(100)에는 혼합 유체가 같은 시간에 혹은 다른 시간에 공급될 수 있다.

기판 처리 장치(1)는 기판 반송을 위한 로드락(210: loadlock), 기판 처리 시간을 제어하는 처리 시간 제어부(360: treatment tiem controller), 및 공정 챔버(100)의 압력을 조절하는 압력 조절 유닛(370: pressure adjusting unit) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.

로드락(210)은 제어부(350)의 제어에 따라 선택된 공정 챔버(100)로 기판을 로딩하거나 언로딩할 수 있다. 처리 시간 제어부(360)는 공정 챔버들(100)에 연결된 배출라인들(382) 각각에 설비된 타이머(362)를 포함할 수 있다. 압력 조절 유닛(370)은 배출라인들(382) 각각에 설비된 가령 역압력조절기(back pressure regulator)와 같은 압력 조절기(372)를 포함할 수 있다. 로드락(210), 처리 시간 제어부(360), 및 압력 조절 유닛(370)은 제어부(350)에 의해 제어될 수 있다. 배출라인들(382) 각각에는 유체 흐름을 제어하는 체크 밸브(384)가 설비되어 있을 수 있다.

기판 처리 장치(1)는 초임계 유체 혹은 혼합 유체를 중화하거나 회수할 수 있도록 구성될 수 있다. 일례로, 기판 처리 장치(1)는 배출라인(382)을 통해 배출되는 유체가 모여지는 분리기(380: separator) 그리고 초임계 유체를 필터링하는 초임계 유체 회수 필터(388)를 더 포함할 수 있다.

분리기(380)는 공정 챔버들(100)로부터 배출되는 유체로부터 초임계 유체를 분리할 수 있다. 분리된 초임계 유체는 회수라인(386)을 통해 초임계 유체 회수 필터(388)로 전달되어 필터링될 수 있다. 필터링된 초임계 유체는 제1 공급부(310)의 봄베(20)로 제공되어 저장될 수 있다.

분리기(380)는 공정 챔버들(100)로부터 배출되는 유체를 중화할 수 있다. 예컨대, 공정 챔버(100)로부터 HF 혹은 HF가 혼합된 유체가 배출되는 경우 분리기(380)는 HF를 중화하기 위해 NaOH가 저장되어 있을 수 있다. 이처럼 배출되는 유체가 산성이면 분리기(380)에는 염기성 수용액이 저장될 수 있고, 배출되는 유체가 염기성이면 분리기(380)에는 산성 수용액이 저장될 수 있다.

(기판 처리 장치의 다른예)

도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 구성도이다.

도 1b를 참조하면, 기판 처리 장치(2)는 초임계 유체(예: 초임계 CO2)가 저장되는 봄베(520), 제2 유체가 저장되는 봄베(540), 초임계 유체와 제2 유체(예: 공용매)가 혼합되는 혼합 탱크(544), 그리고 초임계 유체 혹은 혼합 유체를 제공받아 초임계 처리가 진행되는 공정 챔버(100)를 포함할 수 있다.

봄베(52)에 저장된 가령 액체 상태의 초임계 유체는 응축기(522)를 통과하면서 압축되어 저장 탱크(534)에 저장될 수 있다. 저장 탱크(534)에 저장된 초임계 유체는 응축기(526) 및 가압 펌프(528)를 통과하면서 원하는 초임계 상태를 가질 수 있다. 저장기(530)에 저장된 초임계 유체는 밸브들(72,76)의 걔폐에 의해 공정 챔버(100) 혹은 혼합 탱크(544)로 제공될 수 있다.

봄베(540)에 저장된 제2 유체는 가압 펌프(542)에 의해 가압되어 혼합 탱크(544)로 공급될 수 있다. 혼합 탱크(544)로 공급된 제2 유체는 저장기(530)로부터 공급된 초임계 유체와 혼합될 수 있다. 혼합 유체는 밸브(74)의 개폐에 의해 공정 챔버(100)로 제공될 수 있다.

초임계 유체 혹은 혼합 유체는 공정 챔버(100)로 제공되기 이전에 필터(550)를 통과하면서 필터링될 수 있다. 필터링된 초임계 유체 혹은 혼합 유체는 밸브들(80,82)의 개폐에 의해 공정 챔버(100)로 제공되고, 공정 챔버(100)에서 초임계 처리가 진행될 수 있다. 공정 챔버(100)는 도 1c 및 1d를 참조하여 상세히 후술된다.

공정 챔버(100)로부터 배출되는 유체는 밸브들(84,86,88)의 개폐에 의해 폐기되거나 혹은 분리기(560)에 모여질 수 있다. 분리기(560)에서 분리된 초임계 유체는 재생 유닛(562)를 거쳐 응축기(522)로 제공될 수 있다. 응축기(522)에서 압축된 초임계 유체는 초임계 처리에 다시 쓰여질 수 있다.

(공정 챔버의 예)

도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 챔버를 도시한 단면도이다. 도 1d는 도 1c의 평면도이다.

도 1c를 참조하면, 도 1a의 기판 처리 장치(1) 혹은 도 1b의 기판 처리 장치(2)는 상부 챔버(101)와 하부 챔버(102)로 구성된 공정 챔버(100)를 포함할 수 있다. 상부 챔버(101)와 하부 챔버(102) 중 적어도 어느 하나가 상승과 하강 동작이 가능하도록 구성되어 기판 처리 영역(100a)을 밀폐시키거나 개방시킬 수 있다. 일례로, 하부 챔버(102)는 실린더(200)와 결합되고 실린더(200)의 동작에 따라 로드(210)를 따라 상승하거나 하강할 수 있다. 로드(210)는 그 일단이 실린더(200)에 삽입되고 그 타단이 상부 챔버(101)에 결합될 수 있다. 상부 챔버(101)와 하부 챔버(102)는 스테인레스강(SUS)으로 구성될 수 있다.

실린더(200)는 하부 챔버(102)에 상승력을 부여하고, 그 상승력에 의해 하부 챔버(102)가 로드(210)를 따라 상승될 수 있다. 상승된 하부 챔버(102)는 상부 챔버(101)에 밀착되어 기판 처리 영역(100a)을 밀폐시킬 수 있다. 밀폐된 기판 처리 영역(100a)에 제공된 기판에 대해 기판 처리 공정이 진행될 수 있다.

일례로, 기판 처리 영역(100a)으로 초임계 상태의 유체(예: 이산화탄소)가 제공되고, 제공된 초임계 유체를 이용하여 기판을 초임계 처리(예: 초임계 건조 혹은 초임계 세정 처리)할 수 있다. 공정 챔버(100)는 초임계 처리 설비에 한정되지 아니하고 다른 처리 공정(예: 증착, 식각 등)을 위한 설비일 수 있다.

하부 챔버(102)의 상승에 의해 그리고 기판 처리 영역(100a)으로의 가스 공급이나 압력 설정에 의해 기판 처리 영역(100a)은 의도된 환경, 가령 초임계 처리를 위한 가령 수십 내지 수백 bar 이상의 고압의 밀폐성 환경을 가질 수 있다. 기판 처리 영역(100a)이 갖는 고압의 밀폐성을 담보하기 위해 상부 챔버(101)와 하부 챔버(102) 사이에 씰링부재, 예컨대 오링(120, O-ring)이 제공될 수 있다. 하부 챔버(102)의 상면(102s)에 제공된 그리고 기판 처리 영역(100a)에 최대로 인접한 그루브(112) 내에 오링(120)이 삽입될 수 있다.

오링(120)은 기판 처리 영역(100a)의 고압 초임계 상태를 조성하는데만 이용되는 것에 한정되지 아니하며 진공 상태나 대기압 상태를 유지하는데 이용될 수 있다. 이처럼 오링(120)은 상부 챔버(101)와 하부 챔버(102) 사이를 밀폐시키는 임의의 공정 챔버에 사용될 수 있다.

도 1d를 참조하면, 기판 처리 영역(100a)은 평면상 원형일 수 있다. 오링(120)은 기판 처리 영역(100a)의 외곽을 따라 연장된 고리 형태를 갖는 그루브(112) 내에 삽입될 수 있다.

오링(120)은 중합체로 구성될 수 있다. 일례로, 오링(120)은 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 퍼플루오로알콕시(Perfluoroalkoxy, PFA), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(Polychlorotrifluoroethylene, PCTFE), 우레탄(Urethane), 불소계 수지, 혹은 이들의 조합을 포함할 수 있다.

오링의 정형적인 단면(typical section)은 원형이다. 이와 다르게 본 실시예의 오링(120)은 도 2a에서 후술한 바와 같이 원형에서 벗어난 비정형적인 단면(atypical section)을 가질 수 있다. 본 명세서에서 원형 단면을 정형적 단면이라 정의하고, 원형이 아닌 단면을 비정형적 단면이라고 정의하기로 한다.

(오링의 예)

도 2a는 도 1c의 공정 챔버에 있어서 기판 처리 영역이 개방된 경우를 도시한 단면도이다. 도 2b는 도 1c의 공정 챔버에 있어서 기판 처리 영역이 밀폐된 경우를 도시한 단면도이다. 도 2c는 도 2a의 일부를 도시한 단면도이다. 도 2d는 도 2c의 비교예를 도시한 단면도이다. 도 2e 및 2f는 오링의 변형예를 도시한 단면도들이다.

도 2a를 참조하면, 본 실시예에 따르면 오링(120)은 함몰부(120a)를 가지는 비정형적 원형의 단면을 가질 수 있다. 예컨대, 오링(120)은 점점 차오르는 볼록한 달(waxing gibbous moon)과 같은 비정형적인 원형 단면(atypical circular section)을 가질 수 있다. 오링(120)은 그 함몰부(120a)가 기판 처리 영역(100a)을 향하도록 그루브(112) 내에 삽입될 수 있다. 함몰부(120a)는 타원(oval)형의 단면을 가질 수 있다. 다른 예로, 함몰부(120a)의 도 2e에서와 같이 하현달(wanning half moon)형의 단면, 혹은 도 2f에 도시된 것과 같은 그믐달(wanning crescent moon)형의 단면 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

본 실시예에 따르면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상부 챔버(101)와 하부 챔버(102)가 밀착되어 기판 처리 영역(100a)이 밀폐된 경우 그루브(112)는 오링(120)이 기판 처리 영역(100a)의 고압에 의해 공정 챔버(100) 밖으로 밀려가지 못하도록 디자인될 수 있다.

예를 들면, 기판 처리 영역(100a)에 인접한 하부 챔버(102)의 일부는 그루브(112)의 내곽벽(102a)을 이루고 공정 챔버(100)의 외부에 인접한 하부 챔버(102)의 다른 일부는 그루브(112)의 외곽벽(102b)을 이룰 수 있다. 내곽벽(102a)의 상면(102s)은 외곽벽(102b)의 상면(102s)에 비해 상대적으로 낮은 레벨을 가질 수 있다. 이처럼 하부 챔버(102)의 상면(102s)이 단차져 있어 외곽벽(102b)의 높이(H2)는 내곽벽(102a)의 높이(H1)에 비해 클 수 있다. 큰 높이(H2)를 갖는 외곽벽(102b)으로 인해 오링(120)의 탈출이 방지될 수 있다.

하부 챔버(102)의 상면(102s)이 단차져 있으므로 상면(102s)이 단차지지 않은 경우에 비해 오링(120)의 탈부착이 보다 용이해질 수 있다. 예컨대, 도 2c에 도시된 것처럼 하부 챔버(102)의 상면(102s)이 단차진 경우 그루브(112)의 입구 폭(W1)은 도 2d에 도시된 하부 챔버(102)의 상면(102s)이 단차지 않은 경우의 그루브(112p)의 입구 폭(W2)에 비해 클 수 있다. 그러므로 넓은 입구 폭(W1)을 갖는 그루브(112)로의 오링(120)의 장착 및 탈락이 더 용이해질 수 있다.

도 2b를 참조하면, 상부 챔버(101)와 하부 챔버(102)가 밀착되면 오링(120)은 압착되어 상부 챔버(101)와 하부 챔버(102) 간의 틈새를 매우고 이에 따라 기판 처리 영역(100a)은 밀폐될 수 있다. 내곽벽(102a)의 높이(H1)는 외곽벽(102b)의 높이(H2)에 작으므로 상부 챔버(101)와 상부 챔버(102)가 밀착되더라도 상부 챔버(101)와의 사이에 갭(G)을 형성할 수 있다. 갭(G)은 기판 처리 영역(100a)과 공간적으로 이어질 수 있다. 본 실시예에 따르면, 오링(120)은 비정형적 단면을 가질 수 있다. 따라서, 오링(120)이 압착되더라도 오링(120)은 상부 챔버(101)와 하부 챔버(102) 간의 갭(G)으로 돌출되지 않을 수 있다.

오링(120)의 갭(G)으로의 돌출은 오링(120)의 압착 손상, 변형, 및/또는 밀폐력 약화를 불러일으키고 이에 더하여 기판 처리 영역(100a)의 고압 환경을 악화시키고 파티클을 발생시킬 수 있다. 이에 대해선 도 3a 및 3b를 참조하여 설명한다.

(비교예)

도 3a는 도 2a의 비교예를 도시한 단면도이다. 도 3b는 도 2b의 비교예를 도시한 단면도이다.

본 실시예와 다르게, 도 3a에 도시된 바와 같이, 그루브(112) 내에 정형적 단면을 가진 오링(120c)이 장착될 수 있다. 정형적 단면을 갖는 오링(120c)이 사용된 경우, 도 3b에 도시된 것처럼, 상부 챔버(101)와 하부 챔버(102)의 밀착에 의해 오링(120)은 갭(G)으로 돌출된 돌출부(120cp)를 가지게끔 압착될 수 있다. 돌출부(120cp)는 영구 변형될 수 있어 상부 챔버(101)와 하부 챔버(102)가 분리더라도 오링(120)은 원래의 형태로 회복되지 않을 수 있다. 이와 같은 오링(120)의 스웰링(swelling)은 밀폐력을 떨어뜨릴 수 있어 기판 처리 영역(100a)의 고압 상태를 깨뜨릴 수 있고 파티클을 발생시킬 수 있다.

이에 반해 본 실시예는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 오링(120)은 스웰링될 부분이 제거된 비정형적 단면을 가질 수 있다. 그러므로, 오링(120)이 도 2b에 도시된 것처럼 압착되더라도 스웰링이 일어나지 않거나 최소화되므로써 밀폐력 약화 및 파티클 발생이 없어지거나 최소화될 수 있다.

(필러의 예)

도 4a 내지 4c는 도 2a의 변형예들을 도시한 단면도들이다.

도 4a를 참조하면, 그루브(112)는 오링(120)의 외관과 부합하는 형태를 가지지 않을 수 있다. 예컨대, 오링(120)은 비정형적 단면을 가질 수 있고 그루브(112)는 사각형의 단면을 가질 수 있다. 이에 따라 오링(120)이 압착되더라도 그루브(112)와 오링(120) 간에 틈새가 있을 수 있다.

본 실시예에 따르면, 그루브(112)와 오링(120) 간의 틈새를 매우는 필러(130: filler)가 더 제공될 수 있다. 필러(130)는, 도 1d에 도시된 바와 같이, 오링(120)과 동일하거나 유사하게 그루브(112)를 따라 연장된 평면상 고리 형태를 가질 수 있다. 필러(130)의 단면은 그루브(112) 및/또는 오링(120)의 형태에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 필러(130)는 도 4a에 도시된 바와 같이 삼각형의 단면을 가질 수 있다.

필러(130)는 복수개의 단편들로 구성될 수 있다. 일례로, 필러(130)는 그루브(112)의 좌측 하단 모서리에 제공된 제1 필러(131)와 우측 하단 모서리에 제공된 제2 필러(132)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 필러(130)는 도 4b에 도시된 것처럼 하나의 일체화된 구조(unitary single body)를 가질 수 있다.

필러(130)는 오링(120)과 동일한 중합체 혹은 오링(120)에 비해 압축변형률이 작은 중합체를 포함할 수 있다. 일례로, 필러(130)는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 퍼플루오로알콕시(Perfluoroalkoxy, PFA), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(Polychlorotrifluoroethylene, PCTFE), 우레탄(Urethane), 불소계 수지, 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone, PEEK), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidenefluoride, PVDF), 메틸셀룰로오스(Methycellulose, MC), 나일론(Nylon), 폴리아미드이미드(Polyamideiminde, PAI), 폴리벤즈이미다졸(Polybenzimidazole, PBI), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET), 혹은 이들의 조합을 포함할 수 있다.

도 4c를 참조하면, 오링(120)은 그루브(112)를 거의 완전히 채우는 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 오링(120)은 점점 차오르는 볼록한 달(waxing gibbous moon)과 같은 상부 단면과 사각형의 하부 단면이 합쳐진 비정형적 단면을 가질 수 있다. 오링(120)과 그루브(112) 사이에 틈새가 있더라도 오링(120)의 압착에 의해 그 틈새가 오링(120)으로 매워질 수 있다.

(그루브의 예)

도 5a 내지 5c는 도 2a의 다른 변형예들을 도시한 단면도들이다. 도 6a 내지 6c는 도 2a의 또 다른 변형예들을 도시한 단면도들이다. 도 7a 및 7b는 도 2a의 또 다른 변형예들을 도시한 단면도들이다.

도 5a를 참조하면, 하부 챔버(102)를 상부 챔버(101)로부터 분리하여 기판 처리 영역(100a)을 개방할 때 오링(120)과 그루브(112) 사이의 틈새에 남아있던 압축된 기판 처리용 유체(예: 초임계 유체)의 순간적인 팽창에 의해 오링(120)이 그루브(112)로부터 급작스럽게 튕겨져 나올 수 있다.

본 실시예에 따르면, 오링(120)의 급작스런 탈출을 방지하기 위해 그루브(112)는 하부 바닥면은 넓고 상부 입구는 좁은 형태를 가질 수 있다. 일례로, 그루브(112)의 외곽벽(102b)은 상부 챔버(101)쪽으로 갈수록 폭이 넓어지며 오링(120)을 향해 기울어진 경사를 갖는 내측벽(102bs)을 가질 수 있다. 오링(120)을 향해 기울어진 외곽벽(102b)이 오링(120)의 탈출을 방해할 수 있다.

도 5b를 참조하면, 오링(120)과 그루브(112) 사이의 틈새를 채우는 필러(130)가 그루브(112) 내에 더 제공될 수 있다. 필러(130)는 도 4a에 도시된 바와 유사하게 복수개의 필러 단편들을 포함하거나 혹은 도 4b에 도시된 것과 유사하게 일체화된 구조를 가질 수 있다.

도 5c를 참조하면, 오링(120)은 그루브(112)를 거의 완전히 채우는 형태를 가질 수 있다. 가령, 오링(120)은 점점 차오르는 볼록한 달(waxing gibbous moon)과 같은 상부 단면과 사각형의 하부 단면이 합쳐진 그리고 우측 모서리가 돌출된 비정형적 단면을 가질 수 있다.

도 6a를 참조하면, 그루브(112)는 육각형의 단면을 가질 수 있다. 그루브(112)의 단면 구조로 인해 내곽부(102a) 및 외곽부(102b)의 상단들 각각이 오링(120)을 향해 기울어지고, 이에 따라 오링(120)의 급작스런 탈출이 저지될 수 있다. 그루브(112)는 육각형과 다른 다각형의 단면을 가질 수 있다.

도 6b를 참조하면, 오링(120)과 그루브(112) 사이의 틈새를 채우는 복수개의 단편들 혹은 일체화된 구조를 갖는 필러(130)가 그루브(120) 내에 더 제공될 수 있다.

도 6c를 참조하면, 오링(120)은 그루브(112)를 거의 채우는 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 오링(120)은 점점 차오르는 볼록한 달(waxing gibbous moon)과 같은 단면을 가지되 그 단면의 외곽은 육각형과 유사한 형태를 가질 수 있다.

도 7a를 참조하면, 그루브(112)는 오링(120)의 외곽선과 부합하는 단면을 가질 수 있다. 따라서, 오링(120)은 그루브(112)에 완전히 채워질 수 있다.

도 7b를 참조하면, 오링(120)이 그루브(112)를 완전히 채울 수 있는 크기를 갖지 못한 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 오링(120)과 그루브(112) 사이의 틈새를 채우는 필러(130)가 그루브(112) 내에 더 제공될 수 있다.

이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

1. 상부 챔버와 하부 챔버와의 사이에 기판 처리 영역을 제공하는 공정 챔버;
   상기 상부 및 하부 챔버들 사이의 틈새를 막아 상기 기판 처리 영역의 밀폐성 환경을 조성하는 씰링부재; 그리고
   상기 상부 챔버를 마주보는 상기 하부 챔버의 상면 일부가 함몰되어 정의된 내곽벽과 외곽벽을 포함하는 그리고 상기 내곽벽 및 외곽벽 사이에 씰링부재가 삽입되는 그루브를 포함하고,
   상기 내곽벽은 상기 외곽벽에 비해 낮은 레벨을 가지며,
   상기 씰링부재는 상기 기판 처리 영역을 바라보는 일부가 함몰되어 정형적인 원형 단면으로부터 벗어난 비정형 단면을 갖는 기판 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 씰링부재는 비정형적인 원형 단면을 갖는 오링을 포함하는 기판 처리 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 씰링부재와 상기 그루브 간의 틈새를 채우는 필러를 더 포함하는 기판 처리 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 필러는 상기 씰링부재와 동일하거나 혹은 상기 씰링부재에 비해 작은 압축변형률을 갖는 기판 처리 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 하부 챔버는 상기 하부 챔버의 상기 상부 챔버로의 상승에 의해 상기 상부 챔버와 밀착되어 상기 기판 처리 영역에 상기 밀폐성 환경을 부여하는 기판 처리 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 외곽벽은 상기 하부 챔버의 상기 상부 챔버로의 상승에 따라 상기 상부 챔버와 밀착되고, 그리고
   상기 내곽벽은 상기 상부 챔버와 이격되어 상기 하부 챔버와 상기 상부 챔버 사이에 갭을 형성하는 기판 처리 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 외곽벽은:
   상기 하부 챔버로부터 상부 챔버로 갈수록 넓어지는 폭을 가지며, 그리고
   상기 씰링 부재를 향해 기울어지게 경사진 내측벽을 갖는 기판 처리 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 그루브는 상기 씰링부재의 외곽선과 부합하는 내면을 가지며, 그리고
   상기 씰링부재는 상기 그루브에 채워지는 기판 처리 장치.
9. 적어도 하나의 공정 챔버를 포함하는 기판 처리 유닛;
   상기 적어도 하나의 공정 챔버로 초임계 유체를 제공하는 유체 공급 유닛; 그리고
   상기 유체 공급 유닛으로부터 상기 기판 처리 유닛으로 제공되는 상기 초임계 유체의 흐름 경로를 제공하는, 밸브가 설비된 적어도 하나의 공급라인을 포함하는 공급라인 밸브 유닛을 포함하고,
   상기 적어도 하나의 공정 챔버는:
   상대적인 이동에 따라 개방되고 밀폐되는 기판 처리 영역을 제공하는 한 쌍의 상부 챔버와 하부 챔버;
   상기 상부 및 하부 챔버들 사이에 제공되고, 상기 상부 및 하부 챔버들의 밀착에 의해 조성되는 상기 기판 처리 영역의 고압 밀폐성 환경을 유지시키는 씰링부재; 그리고
   상기 상부 챔버를 바라보는 상기 하부 챔버의 상면에 제공되고 상기 씰링부재가 삽입되는 그루브를 포함하고,
   상기 그루브는 상기 그루브의 일 측벽을 이루며 상기 기판 처리 영역에 인접한 내곽벽과 상기 그루브의 반대측 측벽을 이루며 상기 공정 챔버의 바깥에 인접하는 외곽벽에 의해 정의되고,
   상기 상부 챔버를 바라보는 상기 내곽벽의 상면이 상기 상부 챔버를 바라보는 상기 외곽벽의 상면에 비해 낮은 레벨을 가져 상기 하부 챔버와 상기 상부 챔버와의 사이에 갭이 정의되고,
   상기 씰링부재는 상기 갭을 바라보는 일부가 제거된 함몰부를 갖는 그리고 정형적인 원형 단면으로부터 벗어난 비정형 단면을 갖는 오링을 포함하는 기판 처리 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 하부 챔버와 결합되어 상기 하부 챔버를 상기 상부 챔버로 향하는 상승력을 발생시키는 실린더; 그리고
    상기 하부 챔버의 상기 상부 챔버로의 상승 경로를 안내하는 로드를 더 포함하고,
    상기 하부 챔버는 상기 실린더의 구동에 따라 발생되는 상기 상승력에 의해 상기 상부 챔버와 밀착되어 상기 기판 처리 영역을 밀폐시키는 기판 처리 장치.

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