KR20240071620A - 베셀 부재 및 이를 포함하는 초임계 처리 챔버 - Google Patents

베셀 부재 및 이를 포함하는 초임계 처리 챔버 Download PDF

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KR20240071620A
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Abstract

본 발명은 초임계 처리 공정에서 발생하는 손상 또는 변형에 강인한 베셀 부재 및 이를 포함하는 초임계 처리 챔버를 제공하고자 한다. 본 발명에 따른 초임계 처리 챔버에서 처리 공간을 형성하는 베셀 부재는, 상기 처리 공간을 감싸며 금속성의 제1 소재로 구성되는 제1 베셀 부재; 및 상기 제1 베셀 부재를 감싸도록 형성되며 상기 제1 소재보다 높은 강성을 갖는 제2 소재로 구성되는 제2 베셀 부재를 포함한다.

Description

베셀 부재 및 이를 포함하는 초임계 처리 챔버{VESSEL MEMBER AND SUPERCRITICAL PROCESSING CHAMBER INCLUDING THE SAME}
본 발명은 초임계 처리 공정을 위한 베셀 부재 및 이를 포함하는 초임계 처리 챔버에 관한 것이다.
반도체 제조 공정은 기판(예: 웨이퍼) 상에 반도체 소자를 제조하기 위한 공정으로서, 예를 들어 노광, 증착, 식각, 이온 주입, 세정 등을 포함한다. 각각의 제조 공정을 수행하기 위하여, 반도체 제조 공장의 클린룸 내에 각 공정을 수행하는 반도체 제조 설비들이 구비되며, 반도체 제조 설비에 투입된 기판에 대한 공정 처리가 수행된다.
각각의 공정에는 다양한 처리 액, 처리 가스들이 사용되며, 공정 진행 중에는 파티클, 그리고 공정 부산물이 발생한다. 이러한 파티클, 그리고 공정 부산물을 기판으로부터 제거하기 위해 각각의 공정 전후에는 세정 공정이 수행된다.
일반적인 세정 공정은 기판을 케미칼 및 린스 액으로 처리한 후에 건조 처리한다. 건조 처리의 일 예로, 기판을 고속으로 회전시켜 기판 상에 잔류하는 린스 액을 제거하는 회전 건조 공정이 있다. 그러나, 이러한 회전 건조 방식은 기판 상에 형성된 패턴을 무너뜨릴 우려가 있다.
이에, 최근에는 기판 상에 이소프로필알코올(IPA)과 같은 유기 용제를 공급하여 기판 상에 잔류하는 린스 액을 표면 장력이 낮은 유기 용제로 치환하고, 이후 기판 상에 초임계 상태의 처리 유체를 공급하여 기판에 잔류하는 유기 용제를 제거하는 초임계 건조 공정이 이용되고 있다. 초임계 건조 공정에서는 내부가 밀폐된 공정 챔버로 건조용 가스를 공급하고, 건조용 가스를 가열 및 가압한다. 이에, 건조용 가스의 온도 및 압력은 모두 임계점 이상으로 상승하고 건조용 가스는 초임계 상태로 상 변화한다. 초임계 처리 공정은 고온 및 고압의 유체에 의해 수행되기 때문에 공정이 반복 수행되는 경우 챔버에 손상 또는 변형이 발생할 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1043714호 대한민국 등록특허공보 제10-0744145호 대한민국 등록특허공보 제10-2314667호
본 발명은 초임계 처리 공정에서 발생하는 손상 또는 변형에 강인한 베셀 부재 및 이를 포함하는 초임계 처리 챔버를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 초임계 처리 챔버에서 처리 공간을 형성하는 베셀 부재는, 상기 처리 공간을 감싸며 금속성의 제1 소재로 구성되는 제1 베셀 부재; 및 상기 제1 베셀 부재를 감싸도록 형성되며 상기 제1 소재보다 높은 강성을 갖는 제2 소재로 구성되는 제2 베셀 부재를 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 제1 소재는 STS316L 스테인리스강 소재이다.
본 발명에 따르면, 상기 제2 소재는 SCM440 합금강 소재이다.
본 발명에 따르면, 상기 제1 베셀 부재와 상기 제2 베셀 부재는 볼트 체결, 용접, 또는 브레이징 처리를 통해 결합된다.
본 발명에 따르면, 초임계 공정 처리가 수행되는 동안 상기 제1 베셀 부재는 초임계 유체의 압력에 의해 상기 제2 베셀 부재에 밀착하도록 구성된다.
본 발명에 따른 초임계 처리 챔버는, 처리 공간을 형성하는 베셀 부재; 상기 처리 공간으로 초임계 유체를 공급하는 유체 공급 부재; 상기 처리 공간으로 열을 가하는 가열 부재; 및 상기 처리 공간을 밀폐하는 씰링 부재를 포함한다. 상기 베셀 부재는, 상기 처리 공간을 감싸며 금속성의 제1 소재로 구성되는 제1 베셀 부재; 및 상기 제1 베셀 부재를 감싸도록 형성되며 상기 제1 소재보다 높은 강성을 갖는 제2 소재로 구성되는 제2 베셀 부재를 포함하고, 상기 씰링 부재는 상기 제1 베셀 부재에 형성된 홈에 삽입된다.
본 발명에 따르면, 처리 공간에 인접한 부분과 다른 부분의 소재를 다르게 구성함으로써 챔버를 구성하기 위한 가공을 용이하게 하면서 초임계 처리 공정에 따른 손상과 변형에도 강인한 베셀 부재가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 레이아웃을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 액 처리 챔버의 구조를 도시한다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 초임계 처리 챔버의 구조를 도시한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 결합)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 결합)"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치(1)의 레이아웃을 도시한다. 도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(1)는 인덱스 모듈(10), 처리 모듈(20), 그리고 제어기(30)를 포함한다. 상부에서 바라볼 때, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)은 일 방향을 따라 배치된다. 이하, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)이 배치된 방향을 제1 방향(X)이라 하고, 상부에서 바라볼 때 제1 방향(X)과 수직한 방향을 제2 방향(Y)이라 하고, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)에 모두 수직한 방향을 제3 방향(Z)이라 한다.
인덱스 모듈(10)은 기판(W)이 수납된 용기(C)로부터 기판(W)을 처리 모듈(20)로 반송하고, 처리 모듈(20)에서 처리가 완료된 기판(W)을 용기(C)로 수납한다. 인덱스 모듈(10)의 길이 방향은 제2 방향(Y)으로 제공된다. 인덱스 모듈(10)은 로드포트(12)와 인덱스 프레임(14)을 가진다. 인덱스 프레임(14)을 기준으로 로드포트(12)는 처리 모듈(20)의 반대측에 위치된다. 기판(W)들이 수납된 용기(C)는 로드포트(12)에 놓인다. 로드포트(12)는 복수 개가 제공될 수 있으며, 복수의 로드포트(12)는 제2 방향(Y)을 따라 배치될 수 있다.
용기(C)로는 전면 개방 일체 식 포드(Front Open Unified Pod:FOUP)와 같은 밀폐용 용기가 사용될 수 있다. 용기(C)는 오버헤드 트랜스퍼(Overhead Transfer), 오버헤드 컨베이어(Overhead Conveyor), 또는 자동 안내 차량 (Automatic Guided Vehicle)과 같은 이송 수단(도시되지 않음)이나 작업자에 의해 로드포트(12)에 놓일 수 있다.
인덱스 프레임(14)에는 인덱스 로봇(120)이 제공된다. 인덱스 프레임(14) 내에는 길이 방향이 제2 방향(Y)으로 제공된 가이드 레일(124)이 제공되고, 인덱스 로봇(120)은 가이드 레일(124) 상에서 이동 가능하게 제공될 수 있다. 인덱스 로봇(120)은 기판(W)이 놓이는 핸드(122)를 포함하며, 핸드(122)는 전진 및 후진 이동, 제3 방향(Z)을 축으로 한 회전, 그리고 제3 방향(Z)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(122)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드(122)들은 서로 독립적으로 전진 및 후진 이동할 수 있다.
제어기(30)는 기판 처리 장치를 제어할 수 있다. 제어기(30)는 기판 처리 장치의 제어를 실행하는 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 프로세스 컨트롤러와, 오퍼레이터가 기판 처리 장치를 관리하기 위해서 커맨드 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 기판 처리 장치의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스와, 기판 처리 장치에서 실행되는 처리를 프로세스 컨트롤러의 제어로 실행하기 위한 제어 프로그램이나, 각종 데이터 및 처리 조건에 따라 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된 기억부를 구비할 수 있다. 또한, 유저 인터페이스 및 기억부는 프로세스 컨트롤러에 접속되어 있을 수 있다. 처리 레시피는 기억 부 중 기억 매체에 기억되어 있을 수 있고, 기억 매체는, 하드 디스크이어도 되고, CD-ROM, DVD 등의 가반성 디스크나, 플래시 메모리 등의 반도체 메모리 일 수도 있다.
처리 모듈(20)은 버퍼 유닛(200), 반송 챔버(300), 액 처리 챔버(400), 그리고 초임계 처리 챔버(500)를 포함한다. 버퍼 유닛(200)은 처리 모듈(20)로 반입되는 기판(W)과 처리 모듈(20)로부터 반출되는 기판(W)이 일시적으로 머무르는 공간을 제공한다. 액 처리 챔버(400)는 기판(W) 상에 액을 공급하여 기판(W)을 액 처리하는 액 처리 공정을 수행한다. 초임계 처리 챔버(500)는 기판(W) 상에 잔류하는 액을 제거하는 건조 공정을 수행한다. 반송 챔버(300)는 버퍼 유닛(200), 액 처리 챔버(400), 그리고 초임계 처리 챔버(500) 간에 기판(W)을 반송한다.
반송 챔버(300)는 그 길이 방향이 제1 방향(X)으로 제공될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 인덱스 모듈(10)과 반송 챔버(300) 사이에 배치될 수 있다. 액 처리 챔버(400)와 초임계 처리 챔버(500)는 반송 챔버(300)의 측부에 배치될 수 있다. 액 처리 챔버(400)와 반송 챔버(300)는 제2 방향(Y)을 따라 배치될 수 있다. 초임계 처리 챔버(500)와 반송 챔버(300)는 제2 방향(Y)을 따라 배치될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 반송 챔버(300)의 일단에 위치될 수 있다.
일 예에 의하면, 액 처리 챔버(400)들은 반송 챔버(300)의 양측에 배치되고, 초임계 처리 챔버(500)들은 반송 챔버(300)의 양측에 배치되며, 액 처리 챔버(400)들은 초임계 처리 챔버(500)들보다 버퍼 유닛(200)에 더 가까운 위치에 배치될 수 있다. 반송 챔버(300)의 일측에서 액 처리 챔버(400)들은 제1 방향(X) 및 제3 방향(Z)을 따라 각각 A X B(A, B는 각각 1 또는 1보다 큰 자연수) 배열로 제공될 수 있다. 또한, 반송 챔버(300)의 일측에서 초임계 처리 챔버(500)들은 제1 방향(X) 및 제3 방향(Z)을 따라 각각 C X D(C, D는 각각 1 또는 1보다 큰 자연수)개가 제공될 수 있다. 상술한 바와 달리, 반송 챔버(300)의 일측에는 액 처리 챔버(400)들만 제공되고, 그 타측에는 초임계 처리 챔버(500)들만 제공될 수 있다.
반송 챔버(300)는 반송 로봇(320)을 가진다. 반송 챔버(300) 내에는 길이 방향이 제1 방향(X)으로 제공된 가이드 레일(324)이 제공되고, 반송 로봇(320)은 가이드 레일(324) 상에서 이동 가능하게 제공될 수 있다. 반송 로봇(320)은 기판(W)이 놓이는 핸드(322)를 포함하며, 핸드(322)는 전진 및 후진 이동, 제3 방향(Z)을 축으로 한 회전, 그리고 제3 방향(Z)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(322)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드(322)들은 서로 독립적으로 전진 및 후진 이동할 수 있다.
버퍼 유닛(200)은 기판(W)이 놓이는 버퍼(220)를 복수 개 구비한다. 버퍼(220)들은 제3 방향(Z)을 따라 서로 간에 이격되도록 배치될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 전면(front face)과 후면(rear face)이 개방된다. 전면은 인덱스 모듈(10)과 마주보는 면이고, 후면은 반송 챔버(300)와 마주보는 면이다. 인덱스 로봇(120)은 전면을 통해 버퍼 유닛(200)에 접근하고, 반송 로봇(320)은 후면을 통해 버퍼 유닛(200)에 접근할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 액 처리 챔버(400)의 구조를 도시한다. 도 2는 도 1의 액 처리 챔버(400)의 일 실시 예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 액 처리 챔버(400)는 하우징(410), 컵(420), 지지 유닛(440), 액 공급 유닛(460), 그리고 승강 유닛(480)을 가진다.
하우징(410)은 기판(W)이 처리되는 내부 공간을 가질 수 있다. 하우징(410)은 대체로 육면체의 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 하우징(410)은 직육면체의 형상을 가질 수 있다. 또한, 하우징(410)에는 기판(W)이 반입되거나, 반출되는 개구(미도시)가 형성될 수 있다. 또한, 하우징(410)에는 개구를 선택적으로 개폐하는 도어(미도시)가 설치될 수 있다.
컵(420)은 상부가 개방된 통 형상을 가질 수 있다. 컵(420)은 처리 공간을 가지고, 기판(W)은 처리 공간 내에서 액 처리될 수 있다. 지지 유닛(440)은 처리 공간에서 기판(W)을 지지한다. 액 공급 유닛(460)은 지지 유닛(440)에 지지된 기판(W) 상으로 처리 액을 공급한다. 처리 액은 복수 종류로 제공되고, 기판(W) 상으로 순차적으로 공급될 수 있다. 승강 유닛(480)은 컵(420)과 지지 유닛(440) 간의 상대 높이를 조절한다.
일 예에 의하면, 컵(420)은 복수의 회수통(422, 424, 426)을 가진다. 회수통들(422, 424, 426)은 각각 기판 처리에 사용된 액을 회수하는 회수 공간을 가진다. 각각의 회수통들(422, 424, 426)은 지지 유닛(440)을 감싸는 링 형상으로 제공된다. 액 처리 공정이 진행시 기판(W)의 회전에 의해 비산되는 처리 액은 각 회수통(422, 424, 426)의 유입구(422a, 424a, 426a)를 통해 회수 공간으로 유입된다. 일 예에 의하면, 컵(420)은 제1회수통(422), 제2회수통(424), 그리고 제3회수통(426)을 가진다. 제1회수통(422)은 지지 유닛(440)을 감싸도록 배치되고, 제2회수통(424)은 제1회수통(422)을 감싸도록 배치되고, 제3회수통(426)은 제2회수통(424)을 감싸도록 배치된다. 제2회수통(424)으로 액을 유입하는 제2유입구(424a)는 제1회수통(422)으로 액을 유입하는 제1유입구(422a)보다 상부에 위치되고, 제3회수통(426)으로 액을 유입하는 제3유입구(426a)는 제2유입구(424a)보다 상부에 위치될 수 있다.
지지 유닛(440)은 지지판(442)과 구동축(444)을 가진다. 지지판(442)의 상면은 대체로 원형으로 제공되고 기판(W)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 지지판(442)의 중앙부에는 기판(W)의 후면을 지지하는 지지핀(442a)이 제공되고, 지지핀(442a)은 기판(W)이 지지판(442)으로부터 일정 거리 이격되도록 그 상단이 지지판(442)으로부터 돌출되게 제공된다. 지지판(442)의 가장자리부에는 척핀(442b)이 제공된다. 척핀(442b)은 지지판(442)으로부터 상부로 돌출되게 제공되며, 기판(W)이 회전될 때 기판(W)이 지지 유닛(440)으로부터 이탈되지 않도록 기판(W)의 측부를 지지한다. 구동축(444)은 구동기(446)에 의해 구동되며, 기판(W)의 저면 중앙과 연결되며, 지지판(442)을 그 중심축을 기준으로 회전시킨다.
일 예에 의하면, 액 공급 유닛(460)은 아암(461) 및 노즐(462)을 포함할 수 있다. 노즐(462)은 기판(W)으로 처리 액을 공급할 수 있다. 노즐(462)은 아암(461)에 의해 지지된 상태로 기판(W)의 상부 위치로 이동할 수 있다. 처리 액은 케미칼, 린스 액 또는 유기 용제일 수 있다. 케미칼은 강산 또는 강염기의 성질을 가지는 케미칼일 수 있다. 또한, 린스 액은 순수 일 수 있다. 또한, 유기 용제는 이소프로필알코올(IPA)일 수 있다. 또한, 액 공급 유닛(460)은 복수의 노즐(462)들을 포함할 수 있고, 각각의 노즐(462)들에서는 서로 상이한 종류의 처리 액을 공급할 수 있다. 예컨대, 노즐(462)들 중 어느 하나에서는 케미칼을 공급하고, 노즐(462)들 중 다른 하나에서는 린스 액을 공급하고, 노즐(462)들 중 또 다른 하나에서는 유기 용제를 공급할 수 있다. 또한, 제어기(30)는 노즐(462)들 중 다른 하나에서 기판(W)으로 린스 액을 공급한 이후, 노즐(462)들 중 또 다른 하나에서 유기 용제를 공급하도록 액 공급 유닛(460)을 제어할 수 있다. 이에, 기판(W) 상에 공급된 린스 액은 표면 장력이 작은 유기 용제로 치환될 수 있다.
승강 유닛(480)은 컵(420)을 상하 방향으로 이동시킨다. 컵(420)의 상하 이동에 의해 컵(420)과 기판(W) 간의 상대 높이가 변경된다. 이에 의해 기판(W)에 공급되는 액의 종류에 따라 처리액을 회수하는 회수통(422, 424,426)이 변경되므로, 액들을 분리회수할 수 있다. 상술한 바와 달리, 컵(420)은 고정 설치되고, 승강 유닛(480)은 지지 유닛(440)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 초임계 처리 챔버(500)의 구조를 도시한다. 도 3은 상부 바디(512)와 하부 바디(514)가 결합하지 않은 상태의 구조를 도시하고, 도 4는 상부 바디(512)와 하부 바디(514)가 결합하여 처리 공간(PZ)이 형성된 상태의 구조를 도시한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 처리 챔버(500)는 초임계 상태의 건조용 유체를 이용하여 기판(W) 상에 잔류하는 처리 액을 제거할 수 있다. 예컨대, 초임계 처리 챔버(500)는 초임계 상태의 이산화탄소(CO2)를 이용하여 기판(W) 상에 잔류하는 유기 용제를 제거하는 건조 공정을 수행할 수 있다.
베셀 부재(510)는 상부 바디(512, 제1 바디의 일 예), 그리고 하부 바디(514, 제2 바디의 일 예)를 포함할 수 있다. 상부 바디(512), 그리고 하부 바디(514)는 서로 조합되어 기판(W)이 처리되는 처리 공간을 형성할 수 있다. 기판(W)은 처리 공간에서 지지될 수 있다. 예컨대, 기판(W)은 처리 공간에서 지지 부재(513)에 의해 지지될 수 있다. 지지 부재(513)는 기판(W)의 가장자리 영역의 하면을 지지할 수 있도록 구성될 수 있다. 상부 바디(512), 그리고 하부 바디(514) 중 어느 하나는 이동 부재(560)와 결합되어 상하 방향으로 이동될 수 있다. 예컨대, 하부 바디(514)는 이동 부재(560)와 결합되어, 이동 부재(560)에 의해 구동 축(590)을 따라 상하 방향으로 이동될 수 있다. 이에, 베셀 부재(510)의 처리 공간(PZ)은 선택적으로 밀폐될 수 있다. 상술한 예에서는 하부 바디(514)가 이동 부재(560)와 결합되어 상하 방향으로 이동하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상부 바디(512)가 이동 부재(560)와 결합되어 상하 방향으로 이동할 수도 있다.
한편, 베셀 부재(510)는 서로 다른 소재로 구성된 제1 베셀 부재(510A)와 제2 베셀 부재(510B)를 포함할 수 있다. 제1 베셀 부재(510A)는 처리 공간(PZ)을 둘러싸는 구조물이며, 제2 베셀 부재(510B)는 제1 베셀 부재(510A) 이외의 나머지 부분으로서 제1 베셀 부재(510A)를 감싸는 구조물이다. 제1 베셀 부재(510A)는 기판(W)의 처리 공간(PZ)을 형성하는 구조물로서, 초임계 처리 공정의 반복 수행에 따라 변형이 쉽게 발생할 수 있는 부분이다. 제1 베셀 부재(510A)와 제2 베셀 부재(510B)는 각각 상부 바디(512)와 하부 바디(514)에 구성될 수 있다. 즉, 상부 바디(512)는 제1 상부 바디(512A)와 제2 상부 바디(512B)로 구성될 수 있고, 하부 바디(514)는 제1 하부 바디(514A)와 제2 하부 바디(514B)로 구성될 수 있다.
제1 베셀 부재(510A)는 가공이 용이하면서 공정에 따른 부산물이 적게 발생하는 소재로 구성될 필요가 있다. 예를 들어, 제1 베셀 부재(510A)를 구성하는 제1 소재는 STS316L 스테인리스강 소재일 수 있다. 다만, STS316L은 인장 강도는 480 MPa 수준으로 강성이 낮다. 즉, STS316L은 변형에 취약하기 때문에 초임계 유체를 처리 공간(PZ)에 충전하고 방전하는 과정에서 변형될 수 있다. 종래 기술의 경우, 베셀 부재(510) 전체가 STS316L 스테인리스 강으로 구성되었으나 변형이 발생할 경우 전체를 가공 또는 교체해야 하기 때문에 비용 측면에서 매우 불합리하였다.
그러나, 본 발명에 따르면 제1 베셀 부재(510A)와 제2 베셀 부재(510B)를 분리하여 처리 공간(PZ)을 감싸는 일부 영역만 STS316L 스테인리스 강으로 구성된 제1 베셀 부재(510A)로 구성되고, 나머지 영역은 보다 강성이 높은 제2 베셀 부재(510B)로 구성된다.
제2 베셀 부재(510B)는 제1 베셀 부재(510A)를 감싸는 나머지 부분으로서, 제1 베셀 부재(510A)가 제2 베셀 부재(510B)에 삽입되는 형태로 구성될 수 있다. 제2 베셀 부재(510B)는 제1 베셀 부재(510A)와 상이한 소재로 구성될 수 있다. 제2 베셀 부재(510B)는 STS316L과 비교하여 강성이 높으면서 낮은 비용을 갖는 소재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 베셀 부재(510B)는 SCM440 합금강 소재로 구성될 수 있다. SCM440의 인장 강도는 980 MPa 수준이며, STS316L과 비교하여 약 40% 저렴한 비용을 갖는다.
제1 베셀 부재(510A)와 제2 베셀 부재(510B)가 결합되어 베셀 부재(510)를 구성할 수 있다. 제1 베셀 부재(510A)와 제2 베셀 부재(510B)는 브레이징, 용접, 또는 체결 볼트에 의해 결합될 수 있다. 제1 베셀 부재(510A)와 제2 베셀 부재(510B)는 비교적 약한 접합에 의하여도 결합될 수 있다. 초임계 공정 처리가 수행되는 동안 제1 베셀 부재(510A)는 초임계 유체의 압력에 의해 제2 베셀 부재(510B)에 밀착하도록 구성된다. 견고한 접합이 없더라도 초임계 유체의 압력에 의해 제1 베셀 부재(510A)가 제2 베셀 부재(510B)에 밀착하기 때문에 챔버의 전반적인 구조 안정성이 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 베셀 부재(510)가 상이한 소재를 갖는 제1 베셀 부재(510A)와 제2 베셀 부재(510B)로 분리되어 구성된다. 보다 큰 강성을 갖는 제2 베셀 부재(510B)가 제1 베셀 부재(510A)를 감싸는 구조로 되어 있기 때문에 전반적인 베셀 부재(510)의 강성이 증가하므로 초임계 처리 공정의 반복에도 변형이 적을 수 있다. 또한, 제1 베셀 부재(510A)에 변형이 발생하는 경우에도 전체를 교체하거나 가공하지 않고 일부 구조물에 해당하는 제1 베셀 부재(510A) 만 분리하여 교체하거나 가공하면 되기 때문에 유지 보수가 훨씬 용이하다.
가열 부재(520)는 처리 공간으로 공급되는 건조용 유체를 가열할 수 있다. 가열 부재(520)는 베셀 부재(510)의 처리 공간 온도를 승온시켜 처리 공간에 공급되는 건조용 유체를 초임계 상태로 상 변화시킬 수 있다. 또한, 가열 부재(520)는 베셀 부재(510)의 처리 공간 온도를 승온시켜 처리 공간에 공급되는 초임계 상태의 건조용 유체가 초임계 상태를 유지하도록 할 수 있다.
또한, 가열 부재(520)는 베셀 부재(510) 내에 매설될 수 있다. 예컨대, 가열 부재(520)는 상부 바디(512), 그리고 하부 바디(514) 중 어느 하나에 매설될 수 있다. 예컨대, 가열 부재(520)는 상부 바디(512), 그리고 하부 바디(514) 내에 제공될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고 가열 부재(520)는 처리 공간의 온도를 승온시킬수 있는 다양한 위치에 제공될 수 있다. 또한, 가열 부재(520)는 히터 일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 가열 부재(520)는 처리 공간의 온도를 승온시킬 수 있는 공지된 장치로 다양하게 변형될 수 있다.
유체 공급 부재(530)는 베셀 부재(510)의 처리 공간으로 건조용 유체(초임계 유체)를 공급할 수 있다. 유체 공급 부재(530)가 공급하는 건조용 유체는 이산화탄소(CO2)를 포함할 수 있다. 유체 공급 부재(530)는 유체 공급원(531), 제1 공급 라인(533), 제1 공급 밸브(535), 제2 공급 라인(537), 그리고 제2 공급 밸브(539)를 포함할 수 있다.
유체 공급원(531)은 베셀 부재(510)의 처리 공간으로 공급되는 건조용 유체를 저장 및/또는 공급할 수 있다. 유체 공급원(531)은 제1 공급 라인(533) 및/또는 제2 공급 라인(537)으로 건조용 유체를 공급할 수 있다. 예컨대, 제1 공급 라인(533)에는 제1 공급 밸브(535)가 설치될 수 있다. 또한, 제2 공급 라인(537)에는 제2 공급 밸브(539)가 설치될 수 있다. 제1 공급 밸브(535)와 제2 공급 밸브(539)는 온/오프 밸브일 수 있다. 제1 공급 밸브(535)와 제2 공급 밸브(539)의 온/오프에 따라, 제1 공급 라인(533) 또는 제2 공급 라인(537)에 선택적으로 건조용 유체가 흐를 수 있다.
상술한 예에서는 하나의 유체 공급원(531)에 제1 공급 라인(533), 그리고 제2 공급 라인(537)이 연결되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 유체 공급원(531)은 복수로 제공되고, 제1 공급 라인(533)은 복수의 유체 공급원(531) 중 어느 하나와 연결되고, 제2 공급 라인(537)은 유체 공급원(531)들 중 다른 하나와 연결될 수도 있다.
또한, 제1 공급 라인(533)은 베셀 부재(510)의 처리 공간의 상부에서 건조용 가스를 공급하는 상부 공급 라인일 수 있다. 예컨대, 제1 공급 라인(533)은 베셀 부재(510)의 처리 공간에 위에서 아래를 향하는 방향으로 건조용 가스를 공급할 수 있다. 예컨대, 제1 공급 라인(533)은 상부 바디(512)에 연결될 수 있다. 또한, 제2 공급 라인(537)은 베셀 부재(510)의 처리 공간의 하부에서 건조용 가스를 공급하는 하부 공급 라인일 수 있다. 예컨대, 제2 공급 라인(537)은 베셀 부재(510)의 처리 공간에 아래에서 위를 향하는 방향으로 건조용 가스를 공급할 수 있다. 예컨대, 제2 공급 라인(537)은 하부 바디(514)에 연결될 수 있다.
유체 배기 라인(550)은 베셀 부재(510)의 처리 공간으로부터 건조용 유체를 배기할 수 있다. 유체 배기 라인(550)은 처리 공간에 감압을 제공하는 감압 부재(미도시)와 연결될 수 있다. 감압 부재는 펌프일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고 감압 부재는 처리 공간에 감압을 제공할 수 있는 공지된 장치로 다양하게 변형될 수 있다.
상술한 상부 바디(512), 그리고 하부 바디(514)가 서로 조합되어 형성하는 처리 공간은, 기판(W)을 처리하는 동안 고압 상태로 유지될 수 있다. 이에, 상부 바디(512), 그리고 하부 바디(514)가 형성하는 처리 공간의 기밀성을 유지할 수 있도록, 초임계 처리 챔버(500)는 씰링 부재(580)를 포함할 수 있다. 씰링 부재(580)는 상부 바디(512), 그리고 하부 바디(514) 사이에 배치될 수 있다. 씰링 부재(580)는 제1 베셀 부재(510A)에 형성된 홈(570)에 삽입될 수 있다. 예컨대, 씰링 부재(580)가 삽입되는 홈(570)은 하부 바디(514)에 형성될 수 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
500: 초임계 처리 챔버
510: 베셀 부재
520: 가열 부재
530: 유체 공급 부재
570: 홈
580: 씰링 부재

Claims (10)

  1. 초임계 처리 챔버에서 처리 공간을 형성하는 베셀 부재에 있어서,
    상기 처리 공간을 감싸며 금속성의 제1 소재로 구성되는 제1 베셀 부재; 및
    상기 제1 베셀 부재를 감싸도록 형성되며 상기 제1 소재보다 높은 강성을 갖는 제2 소재로 구성되는 제2 베셀 부재를 포함하는 베셀 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 소재는 STS316L 스테인리스강 소재인 베셀 부재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 소재는 SCM440 합금강 소재인 베셀 부재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 베셀 부재와 상기 제2 베셀 부재는 볼트 체결, 용접, 또는 브레이징 처리를 통해 결합되는 베셀 부재.
  5. 제1항에 있어서,
    초임계 공정 처리가 수행되는 동안 상기 제1 베셀 부재는 초임계 유체의 압력에 의해 상기 제2 베셀 부재에 밀착하도록 구성되는 베셀 부재.
  6. 초임계 처리 챔버에 있어서,
    처리 공간을 형성하는 베셀 부재;
    상기 처리 공간으로 초임계 유체를 공급하는 유체 공급 부재;
    상기 처리 공간으로 열을 가하는 가열 부재; 및
    상기 처리 공간을 밀폐하는 씰링 부재를 포함하고,
    상기 베셀 부재는,
    상기 처리 공간을 감싸며 금속성의 제1 소재로 구성되는 제1 베셀 부재; 및
    상기 제1 베셀 부재를 감싸도록 형성되며 상기 제1 소재보다 높은 강성을 갖는 제2 소재로 구성되는 제2 베셀 부재를 포함하고,
    상기 씰링 부재는 상기 제1 베셀 부재에 형성된 홈에 삽입되는 초임계 처리 챔버.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 소재는 STS316L 스테인리스강 소재인 초임계 처리 챔버.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 소재는 SCM440 합금강 소재인 초임계 처리 챔버.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 베셀 부재와 상기 제2 베셀 부재는 볼트 체결, 용접 또는 브레이징 처리를 통해 결합되는 초임계 처리 챔버.
  10. 제6항에 있어서,
    초임계 공정 처리가 수행되는 동안 상기 제1 베셀 부재는 상기 초임계 유체의 압력에 의해 상기 제2 베셀 부재에 밀착하도록 구성되는 초임계 처리 챔버.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101043714B1 (ko) 2009-05-19 2011-06-24 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 방법
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