KR20200077282A

KR20200077282A - 기판처리장치

Info

Publication number: KR20200077282A
Application number: KR1020180166646A
Authority: KR
Inventors: 주정명; 박상준; 오승민; 이준희
Original assignee: 주식회사 테스
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-06-30
Also published as: WO2020130355A1; KR102154476B1

Abstract

본 발명은 기판처리장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 초임계유체를 이용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 기판처리장치에 있어서 챔버 내에서 기판을 향해 초임계유체를 공급하는 경우에 와류(swirl) 또는 난류(turbulent flow)를 생성시켜 데드존(dead zone)을 줄일 수 있는 기판처리장치에 대한 것이다.

Description

기판처리장치 {Substrate processing apparatus}

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.

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.

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.

그런데, 반도체 디바이스의 고집적화에 따라 세정처리를 행한 후 처리액을 건조시킬 때, 레지스트나 웨이퍼 표면의 패턴이 붕괴되는 패턴 붕괴가 발생하고 있다.

이러한 패턴 붕괴는, 도 16에 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.

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.

따라서, 최근에는 기체나 액체와의 사이에서 계면을 형성하지 않는 초임계 상태의 유체(이하, '초임계유체'라 함)를 이용하여 처리액을 건조시키는 처리 방법이 주목받고 있다.

도 17의 압력과 온도의 상태도에서 온도 조절만을 이용하는 종래기술의 건조방법(점선 도시)에서는 반드시 기액 공존선을 통과하므로, 이때에 기액 계면에서 표면장력이 발생하게 된다.

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.

도 17을 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.

한편, 전술한 바와 같이 초임계상태의 유체를 이용하여 웨이퍼(W)에 대한 건조공정 등의 처리공정을 수행하는 경우에 초임계상태의 유체의 유동에너지가 웨이퍼(W)에 균일하게 전달되는 것이 중요하다. 웨이퍼(W) 상면의 일정 영역에 유체의 유동에너지가 전달이 되지 않거나, 상대적으로 적게 전달되는 소위 '데드존(dead zone)'이 발생하게 되면 해당 데드존 영역에서는 웨이퍼(W)의 패턴(11, 12, 13) 사이에 존재하는 처리액(14) 등이 적절히 치환되지 않을 수 있기 때문이다.

또한, 샤워헤드 등을 이용하여 유체를 공급하는 경우에도 웨이퍼(W)의 상면에 데드존이 발생할 수 있다. 즉, 초임계 상태의 유체를 사용하기 위해서는 챔버 내부에서 임계압력 이상의 압력을 유지해야 하며, 이때 압력이 높을수록 압축에 의해 유체의 밀도가 높아진다. 이와 같이 유체 밀도가 상승하면 유체의 부피가 감소하게 되어, 유체의 유동 속도를 감소시키는 요인이 된다. 따라서 초임계의 고압 유체의 경우 느린 유속으로 인해 샤워헤드의 관통홀 사이의 웨이퍼(W) 상면에 데드존이 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래기술에 따른 기판처리장치의 경우에 웨이퍼(W)가 안착되는 서셉터를 회전시키거나, 또는 유체를 공급하는 유체공급부를 회전시키는 구성을 채택하였다.

이와 같이, 서셉터 또는 유체공급부를 회전시키는 경우에 웨이퍼(W) 상면에 비교적 균일하게 유체를 공급할 수 있다. 하지만, 전술한 바와 같이 챔버 내부의 압력은 임계압력 이상의 고압으로 유지될 필요가 있기 때문에 서셉터 또는 유체공급부를 회전시키는 구성을 설치하는 것은 실링 등의 구성요소를 필요로 하여 장치 구성을 매우 복잡하게 만들 수 있다. 특히, 종래기술의 기판처리장치와 같이 서셉터 또는 유체공급부를 회전시키는 경우에 회전영역의 마찰 등으로 인해 파우더 등의 이물질이 발생하여 파티클의 요인이 될 수 있다.

본 발명에서는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 챔버 내부의 유체의 흐름에 와류(swirl) 또는 난류(turbulent flow)를 발생시켜 기판의 상면에 데드존 발생을 방지하며, 나아가 패턴 사이의 처리액을 용이하게 치환할 수 있는 기판처리장치를 제공하고자 한다.

나아가, 본 발명은 챔버에 별도의 회전하는 구성요소를 구비하지 않고서도 상기 챔버 내부에 와류 또는 난류를 발생시킬 수 있는 기판처리장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 초임계상태의 유체를 이용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내부에 구비되어 상기 기판을 지지하는 기판지지부, 상기 챔버 내부로 유체를 공급하는 유체공급부 및 상기 챔버에서 유체를 배출하며, 상기 챔버 내부에 와류 또는 난류를 발생시키는 유체배출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 유체배출부는 상기 챔버 내부에서 유체가 배출되는 방향을 변화시켜 와류 또는 난류를 발생시킬 수 있다.

예를 들어 상기 유체배출부는 상기 챔버에 연결된 적어도 두 개의 유체배출유로와, 상기 유체배출유로에 각각 구비되어 상기 유체배출유로의 개방도를 조절하는 배출밸브를 구비할 수 있다.

이 경우, 상기 적어도 두 개의 유체배출유로의 개방도가 상이하도록 미리 결정된 주기 또는 무작위 주기로 조절될 수 있다.

또한, 상기 각 배출밸브의 개방도를 조절하는 경우에 상기 각 배출밸브의 개방시간이 미리 결정된 시간만큼 중첩될 수 있다.

한편, 상기 챔버 내부에 복수개의 배출홀이 형성되고, 상기 유체배출유로는 상기 복수개의 배출홀에 연결될 수 있다.

나아가, 상기 챔버 내부의 베이스에는 복수개의 배출홀이 형성된 제1 배출플레이트와, 상기 제1 배출플레이트의 하부에 구비되어 상기 복수개의 배출홀과 상기 유체배출유로를 연결시키는 적어도 두 개의 채널이 형성된 제2 배출플레이트를 구비할 수 있다.

또한, 상기 적어도 두 개의 유체배출유로가 연결되는 메인배출유로와, 상기 메인배출유로의 개방도를 조절하는 메인배출밸브를 더 구비하고, 상기 기판에 대한 처리공정 중에 상기 메인배출밸브는 미리 정해진 유량에 대응한 개방도로 개방된 상태를 유지할 수 있다.

한편, 상기 유체공급부는 상기 챔버 내부에서 상기 유체가 공급되는 방향을 변화시켜 와류 또는 난류를 발생시킬 수 있다.

이 경우, 상기 유체공급부는 상기 챔버 상부에 연결된 적어도 두 개의 유체공급유로와, 상기 유체공급유로에 각각 구비되어 상기 유체공급유로의 개방도를 조절하는 공급밸브를 구비할 수 있다.

이 경우, 상기 적어도 두 개의 유체공급유로의 개방도가 상이하도록 미리 결정된 주기 또는 무작위 주기로 조절될 수 있다.

또한, 상기 챔버 내부의 상부에 제공되어 적어도 두 개의 구획된 버퍼공간이 형성된 샤워헤드를 더 구비하고, 상기 적어도 두 개의 유체공급유로는 상기 적어도 두 개의 버퍼공간에 각각 연결될 수 있다.

한편, 상기 적어도 두 개의 유체공급유로와 연결되는 메인공급유로와, 상기 메인공급유로의 개방도를 조절하는 메인공급밸브를 더 구비하고, 상기 기판에 대한 처리공정 중에 상기 메인공급밸브는 미리 정해진 유량에 대응한 개방도로 개방된 상태를 유지할 수 있다.

한편, 상기와 같은 본 발명의 목적은 초임계상태의 유체를 이용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내부에 구비되어 상기 기판을 지지하는 기판지지부, 상기 챔버 내부로 유체를 공급하는 유체공급부 및 상기 챔버의 서로 다른 위치에 연결되는 복수개의 유체배출유로를 구비하고, 상기 기판에 대한 처리공정 중에 상기 복수개의 유체배출유로의 개방도가 교번적으로 상이하게 조절되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 복수개의 유체배출유로가 연결되는 메인배출유로를 더 구비하고, 상기 기판에 대한 처리공정 중에 상기 메인배출밸브는 미리 정해진 유량에 대응한 개방도로 개방된 상태를 유지할 수 있다.

또한, 상기 유체공급부는 상기 챔버 상부에 연결된 복수개의 유체공급유로를 더 구비하고, 상기 기판에 대한 처리공정 중에 상기 복수개의 유체공급유로의 개방도가 교번적으로 상이하게 조절될 수 있다.

한편, 상기 복수개의 유체공급유로와 연결되는 메인공급유로를 더 구비하고, 상기 기판에 대한 처리공정 중에 상기 메인공급밸브는 미리 정해진 유량에 대응한 개방도로 개방된 상태를 유지할 수 있다.

전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 챔버 내부의 유체의 흐름에 와류 또는 난류를 발생시켜 기판의 상면에 데드존 발생을 방지하며, 나아가 패턴 사이의 처리액을 용이하게 치환할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따르면 챔버에 별도의 회전하는 구성요소를 구비하지 않고서도 챔버 내부에 와류 또는 난류를 발생시킬 수 있어 회전하는 구성요소로 인해 발생할 수 있는 파티클 요인을 차단할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치에서 챔버의 구성을 도시한 측단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 구성을 도시한 개략도,
도 3은 일 실시예에 따른 기판처리장치에서 유체배출부를 구성하는 배출플레이트 어셈블리의 평면도,
도 4는 상기 배출플레이트 어셈블리의 분해사시도,
도 5는 상기 배출플레이트 어셈블리의 하방 사시도,
도 6은 일 실시예에 따라 4개의 유체배출유로를 구비한 기판처리장치에 있어서 각 유체배출유로에 구비된 배출밸브의 개폐 동작을 도시한 그래프,
도 7 및 도 8은 상기 도 6에 따른 배출밸브의 개폐 동작에 따라 챔버 내부에서 유체의 유동방향을 도시한 단면도,
도 9 및 도 10은 다른 실시예에 따라 4개의 유체배출유로를 구비한 기판처리장치에 있어서 각 유체배출유로에 구비된 배출밸브의 개폐 동작을 도시한 그래프,
도 11은 다른 실시예에 따른 기판처리장치를 도시한 측단면도,
도 12는 도 11에 따른 기판처리장치에 구비된 샤워헤드의 분해사시도,
도 13은 다른 실시예에 따라 4개의 유체공급유로와 4개의 유체배출유로를 구비한 기판처리장치에 있어서 각 유체공급유로에 구비된 공급밸브와 각 유체배출유로에 구비된 배출밸브의 개폐 동작을 도시한 그래프,
도 14 및 도 15는 상기 도 13에 따른 공급밸브 및 배출밸브의 개폐 동작에 따라 챔버 내부에서 유체의 유동방향을 도시한 단면도,
도 16은 종래기술에 따라 기판 상부의 패턴을 건조시키는 경우에 패턴이 붕괴되는 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 17은 초임계유체를 이용한 처리공정에서 유체의 압력 및 온도 변화를 도시한 상태도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 구조에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치(1000)에서 챔버(100)의 구성을 도시한 측면 단면도이다.

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.

본 발명에서 초임계유체로는 이산화탄소(CO₂)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.

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.

도 1을 참조하면, 상기 기판처리장치(1000)는 초임계상태의 유체를 이용하여 기판(W)에 대한 처리공정을 수행하는 처리공간(110)을 제공하는 챔버(100), 상기 챔버(100) 내부에 구비되어 상기 기판(W)을 지지하는 기판지지부(310), 상기 챔버(100) 내부로 유체를 공급하는 유체공급부(600)(도 2 참조) 및 상기 챔버(100) 내부에서 유체를 배출하며, 상기 챔버(100) 내부에 와류 또는 난류를 발생시키는 유체배출부(500)를 구비할 수 있다.

상기 챔버(100)는 초임계상태의 유체를 이용하여 상기 기판(W)에 대한 건조공정 등과 같은 처리공정을 수행하는 처리공간(110)을 제공할 수 있다.

상기 챔버(100) 내부의 처리공간(110)에는 상기 기판(W)이 안착되어 지지되는 기판지지부(310)를 구비할 수 있다. 또한 상기 챔버(100)의 하부에는 상기 챔버(100) 내부의 유체를 배출하는 유체배출부(500)를 구비할 수 있다.

한편, 상기 챔버(100)의 상부에는 상기 챔버(100) 내부로 유체를 공급하는 유체공급부(600)가 연결될 수 있다. 상기 처리공간(110)에서 상기 유체는 상기 챔버(100) 내부의 압력 및 온도 상태에 따라 기체, 액체 또는 초임계상태로 존재할 수 있다.

상기 유체공급부(600)에서 공급된 유체는 상기 챔버(100) 상부에 연결된 유체공급포트(130)를 통해 상기 챔버(100) 내부로 공급된다.

한편, 상기 챔버(100) 내부의 상부에는 샤워헤드(200)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 샤워헤드(200)와 상기 챔버(100)의 천장 사이에는 확산공간(112)이 형성될 수 있으며, 상기 샤워헤드(200)에는 복수개의 관통홀(210)이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 유체공급포트(130)를 통해 챔버(100) 내부로 공급된 유체는 상기 확산공간(112)에서 확산되어 상기 샤워헤드(200)의 관통홀(210)을 통해 상기 기판(W)을 향해 공급될 수 있다.

또한, 상기 챔버(100)의 하부에는 상기 챔버(100)의 처리공간(110)에서 유체를 배출하며, 상기 챔버(100) 내부의 처리공간(110)에서 와류 또는 난류를 발생시키는 유체배출부(500)를 구비할 수 있다. 상기 유체배출부(500)에 대해서는 이후에 상세히 살펴보도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치(1000)의 구성을 도시한 개략도이다. 도 2에서는 상기 유체공급포트(130)를 향해 유체를 공급하는 유체공급부(600)의 구성을 개략적으로 도시한다.

도 2를 참조하면, 상기 기판처리장치(1000)는 유체의 온도 및 압력 중에 적어도 하나를 조절하여 상기 유체공급포트(130)를 향해 유체를 공급하는 유체공급부(600)를 구비할 수 있다.

예를 들어, 상기 유체공급부(600)는 상기 유체를 저장하는 유체저장부(605)와, 상기 유체저장부(605)와 상기 유체공급포트(130)를 연결하는 메인공급유로(635)를 구비할 수 있다.

이 경우, 상기 메인공급유로(635)를 따라 압력조절부(610)와 온도조절부(620)가 배치될 수 있다. 이때, 상기 압력조절부(610)는 예를 들어 압력펌프 등으로 구성될 수 있으며, 상기 온도조절부(620)는 상기 유체를 가열하는 히터 또는 열교환기 등으로 구성될 수 있다.

나아가, 상기 메인공급유로(635)에는 상기 유체의 압력 및 온도 중에 적어도 하나를 감지하는 감지부(630)를 더 구비할 수 있다. 상기 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 압력조절부(610)와 온도조절부(620)를 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 감지부(630)에서 감지한 압력 및 온도를 기초로 상기 압력조절부(610)와 온도조절부(620)를 제어할 수 있다.

한편, 상기 기판(W)에 대한 처리공정을 수행하는 경우, 상기 챔버(100)의 처리공간(110)의 내부 환경, 즉 상기 처리공간(110)의 온도 및 압력은 상기 챔버(100) 내부로 공급된 유체를 초임계상태로 전환시킬 수 있는 임계온도 및 임계압력 이상의 환경을 조성하고 공정동안 유지할 수 있어야 한다.

이를 위하여, 상기 메인공급유로(635)를 따라 상기 유체가 이동하는 중에 상기 압력조절부(610)에 의해 상기 유체를 임계압력 또는 그 이상의 압력으로 가압할 수 있으며, 또한 상기 온도조절부(620)에 의해 상기 유체를 임계온도 또는 그 이상의 온도로 가열할 수 있다.

한편, 상기 챔버(100)의 처리공간(110)은 밀폐상태를 유지하여, 상기 처리공간(110)으로 공급된 액체상태 또는 초임계상태의 유체의 압력을 임계압력 이상으로 유지할 수 있게 된다.

또한, 상기 챔버(100)에는 상기 처리공간(110)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(110)의 온도, 또는 상기 처리공간(110)에 수용된 유체의 온도를 임계온도 이상으로 유지할 수 있다.

따라서, 상기 메인공급유로(635)를 따라 상기 유체를 상기 챔버(100)의 처리공간(110)으로 공급하는 경우에 상기 유체는 상기 처리공간(110)에서 기체 상태로 존재하게 된다. 이어서, 상기 유체를 지속적으로 공급하면서 상기 압력조절부(610)에 의해 가압을 하게 되면 상기 처리공간(110)의 유체는 액체로 상변화를 할 수 있다. 상기 처리공간(110)의 유체의 압력이 임계압력 이상으로 가압된 경우에, 상기 온도조절부(620) 또는 상기 챔버(100)에 구비된 가열부에 의해 상기 유체를 임계온도 이상으로 가열하게 되면 상기 처리공간(110)에 수용된 유체가 초임계상태로 전환될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 상기 챔버(100) 내부의 처리공간(110)에서 초임계상태의 유체를 이용하여 상기 기판(W)에 대한 건조공정 등의 처리공정을 수행하는 경우에 상기 유체의 유동에너지가 상기 기판(W)을 향해 균일하게 전달되는 것이 중요하다. 상기 기판(W)의 상면에 상기 유체의 유동에너지가 전달되지 않거나, 상대적으로 적게 전달되는 소위 '데드존(dead zone)'이 발생하게 되면 해당 데드존 영역에서는 상기 기판(W)의 패턴(미도시) 사이에 존재하는 IPA(Isopropyl alcohol) 등과 같은 처리액 또는 유기용매가 적절히 치환되지 않을 수 있기 때문이다.

한편, 초임계 상태의 유체를 사용하기 위해서는 상기 챔버(100) 내부에서 임계압력 이상의 압력을 유지해야 하며, 이때 압력이 높을수록 압축에 의해 유체의 밀도가 높아진다. 이와 같이 유체 밀도가 상승하면 유체의 부피가 감소하게 되어, 유체의 유동 속도를 감소시키는 요인이 된다. 따라서 초임계 상태의 고압 유체의 경우 느린 유속으로 인해 상기 샤워헤드(200)의 관통홀(210) 사이의 기판(W) 상면에 데드존이 발생할 수 있다.

나아가, 상기 기판(W)의 패턴 사이의 IPA(Isopropyl alcohol) 등과 같은 처리액 또는 유기용매의 치환율은 상기 챔버(100) 내부의 초임계상태의 유체의 유동성에 비례한다. 따라서, 기판처리장치의 기판처리효율 또는 생산성을 향상시키기 위해서 챔버(100) 내부에서 와류 또는 난류를 발생시키는 것이 필요하다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래기술에 따른 기판처리장치의 경우에 기판(W)이 안착되는 서셉터를 회전시키거나, 또는 유체를 공급하는 유체공급부를 회전시키는 구성을 채택하였다. 이와 같이, 서셉터 또는 유체공급부를 회전시키는 경우에 기판 상면에 비교적 균일하게 유체를 공급할 수 있다.

하지만, 전술한 바와 같이 상기 챔버(100) 내부의 압력은 임계압력 이상의 고압으로 유지될 필요가 있기 때문에 서셉터 또는 유체공급부를 회전시키는 구성을 설치하는 것은 실링 등의 구성요소를 필요로 하여 장치 구성을 매우 복잡하게 만들 수 있다. 특히, 종래기술의 기판처리장치와 같이 서셉터 또는 유체공급부를 회전시키는 경우에 회전영역의 마찰 등으로 인해 파우더 등의 이물질이 발생하여 파티클의 요인이 될 수 있다.

본 발명에서는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 챔버(100) 내부의 유체의 흐름에 와류(swirl) 또는 난류(turbulent flow)를 발생시켜 상기 기판(W)의 상면에 데드존 발생을 방지하며, 나아가 패턴 사이의 유기용매를 용이하게 치환할 수 있는 기판처리장치를 제공하고자 한다. 나아가, 본 발명은 상기 챔버(100)에 별도의 회전하는 구성요소를 구비하지 않고서도 상기 챔버(100) 내부에 와류 또는 난류를 발생시킬 수 있는 기판처리장치를 제공하고자 한다.

도 1을 참조하면, 상기 기판처리장치(1000)는 상기 챔버(100) 내부에서 유체를 배출하며, 상기 챔버(100) 내부에 와류 또는 난류를 발생시키는 유체배출부(500)를 구비할 수 있다.

본 실시예에 따른 기판처리장치(1000)에서는 상기 유체배출부(500)에 의해 상기 챔버(100)의 처리공간(110)에서 유체를 배출하는 경우에 상기 처리공간(110) 내부의 유체의 흐름에 와류 또는 난류를 발생시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 유체배출부(500)는 상기 챔버(100) 내부에서 유체가 배출되는 방향 또는 위치를 변화시켜 와류 또는 난류를 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 챔버(100) 내부의 처리공간(110)에서 유체가 배출되는 방향 또는 위치를 미리 결정된 주기, 또는 무작위(random) 주기로 변화시키는 경우에 상기 처리공간(110)에서 하부를 향해 배출되는 유체의 흐름이 변화하게 되어 와류 또는 난류를 발생시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 유체배출부(500)는 상기 챔버(100) 하부에 연결된 적어도 두 개의 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)(도 5 참조)와, 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)에 각각 구비되어 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)의 개방도를 조절하는 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)(도 5 참조)를 구비할 수 있다.

이 경우, 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)는 상기 챔버(100)의 하부에 연결되는 경우에 상기 기판지지부(310)의 대략 가장자리를 따라 연결될 수 있다. 즉, 상기 기판지지부(310)에 기판(W)이 안착되는 경우에 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)는 상기 챔버(100)의 하부에 연결되는 경우에 실질적으로 상기 기판(W)의 가장자리를 따라 연결될 수 있다.

예를 들어, 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)는 상기 챔버(100)의 하부에 4개가 연결될 수 있으며, 각 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)는 상기 기판지지부(310)의 중심부를 중심으로 대략 90도의 각도를 이루면서 연결될 수 있다. 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)의 개수 및 중심각도는 일예를 들어 설명한 것에 불과하며 적절하게 변형될 수 있다.

또한, 상기 각 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)에는 개방도를 조절할 수 있는 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)가 각각 구비될 수 있다. 상기 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)에 의해 상기 각 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)의 개방도를 조절할 수 있다.

예를 들어, 상기 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)에 의해 각 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)를 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 나아가 상기 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)에 의해 각 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)를 완전히 개방 또는 폐쇄하지 않고 일정 정도만 개방 또는 폐쇄할 수도 있다.

이 경우, 상기 적어도 두 개의 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)의 개방도가 상이하도록 조절될 수 있으며, 상기 적어도 두 개의 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)의 개방도는 미리 정해진 주기 또는 무작위 주기로 변화할 수 있다.

예를 들어, 4개의 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)를 구비한 경우에 제1 유체배출유로(540A)가 개방되고, 나머지 3개의 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)가 폐쇄된 경우에 상기 샤워헤드(200)를 통해 공급된 유체는 상기 처리공간(110)에서 상기 제1 유체배출유로(540A)를 향해 유동할 수 있다.

이어서, 미리 정해진 주기 또는 무작위 주기로 상기 제1 유체배출유로(540A)가 폐쇄되고 제3 유체배출유로(540C)가 개방되면, 상기 제1 유체배출유로(540A)를 향해 유동하던 유체는 유동방향을 변경하여 상기 제3 유체배출유로(540C)를 향해 유동하게 된다.

따라서, 상기 챔버(100) 내부에서 유체가 배출되면서 유동하는 방향이 변화하게 되어 상기 처리공간(110) 내에서 유체의 흐름에 와류 또는 난류를 발생시킬 수 있게 된다. 이에 의해, 상기 기판(W) 상면에 데드존 발생을 억제하고, 상기 기판(W)의 패턴(미도시) 사이의 유기용매를 효과적으로 치환시킬 수 있게 된다.

한편 일 실시예에 따르면, 상기 챔버(100)의 내부의 베이스에는 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)와 연결되는 배출플레이트 어셈블리(510)를 구비할 수 있다.

도 3은 상기 기판처리장치(1000)에서 유체배출부(500)를 구성하는 배출플레이트 어셈블리(510)의 평면도, 도 4는 상기 배출플레이트 어셈블리(510)의 분해사시도, 도 5는 상기 배출플레이트 어셈블리(510)의 하방 사시도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 배출플레이트 어셈블리(510)는 복수개의 배출홀(522)이 형성된 제1 배출플레이트(520)와, 상기 제1 배출플레이트(520)의 하부에 구비되어 상기 복수개의 배출홀(522)과 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)를 서로 연결시키는 적어도 두 개의 채널(532A, 532B, 532C, 532D)이 형성된 제2 배출플레이트(530)를 구비할 수 있다.

상기 제1 배출플레이트(520)는 상기 챔버(100) 내부의 베이스에 대응하는 원형의 플레이트로 구성될 수 있으며, 중앙부에는 상기 기판지지부(310)의 지지바(320)가 관통하는 제1 중앙홀(524)이 형성될 수 있다. 하지만, 상기 제1 배출플레이트(520)의 형상은 이에 한정되지는 않으며 적절한 형상으로 변형될 수 있다.

상기 제1 배출플레이트(520)에는 복수개의 배출홀(522)이 가장자리를 따라, 또는 중심에서 소정거리 이격되어 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 배출홀(522)은 상기 챔버(100) 내부의 베이스에서 상기 기판지지부(310)의 대략 가장자리를 따라 배치될 수 있다. 또는, 상기 기판지지부(310)에 기판(W)이 안착되는 경우에 상기 배출홀(522)은 실질적으로 상기 기판(W)의 가장자리를 따라 상기 베이스에 배치될 수 있다.

상기 배출홀(522)이 전술한 바와 같이 배치되면 상기 기판(W)을 중심으로 상기 배출홀(522)간의 간격을 최대한 멀리할 수 있다. 이 경우, 상기 챔버(100) 내부의 유체를 배출하는 경우에 큰 각도로 배출방향이 변경되도록 하여 유동에너지가 큰 와류 또는 난류를 보다 원활하게 형성할 수 있다.

한편, 전술한 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)가 상기 배출홀(522)에 직접 연결된다면 상당히 많은 유체배출유로를 필요로 하게 되어 구성이 복잡해질 수 있다.

따라서, 상기 배출플레이트 어셈블리(510)는 상기 제1 배출플레이트(520)의 하부에 제2 배출플레이트(530)를 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 배출플레이트(530)에는 상기 복수개의 배출홀(522)을 연통시키는 적어도 두 개의 채널(532A, 532B, 532C, 532D)이 형성될 수 있다.

상기 제2 배출플레이트(530)는 상기 챔버(100) 내부의 베이스에 대응하는 원형의 플레이트로 구성될 수 있으며, 중앙부에는 상기 기판지지부(310)의 지지바(320)가 관통하는 제2 중앙홀(534)이 형성될 수 있다. 하지만, 상기 제2 배출플레이트(530)의 형상은 이에 한정되지는 않으며 적절한 형상으로 변형될 수 있다.

상기 제2 배출플레이트(530)에는 적어도 두 개의 채널(532A, 532B, 532C, 532D)이 가장자리를 따라, 또는 중심에서 소정거리 이격되어 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 채널(532A, 532B, 532C, 532D)은 상기 제2 배출플레이트(530)의 상면에 소정 깊이로 형성된 홈 등으로 구성될 수 있다.

이때, 상기 채널(532A, 532B, 532C, 532D)은 상기 제1 배출플레이트(520)에 형성된 배출홀(522)과 연통되도록 구성될 수 있다. 상기 제2 배출플레이트(530)에 적어도 두 개의 채널(532A, 532B, 532C, 532D)이 형성되는 경우에 상기 복수개의 배출홀(522)은 상기 채널(532A, 532B, 532C, 532D)의 개수에 대응하도록 분할될 수 있다. 또한, 상기 분할된 배출홀(522)이 상기 채널(532A, 532B, 532C, 532D)에 각각 연통될 수 있다. 나아가, 상기 각 채널(532A, 532B, 532C, 532D)은 상기 챔버(100)의 하부를 통해 연결된 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)와 각각 연결될 수 있다.

따라서, 상기 제1 배출플레이트(520)의 배출홀(522), 상기 제2 배출플레이트(530)의 채널(532A, 532B, 532C, 532D) 및 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)가 상기 처리공간(110)에서 유체가 배출되는 유로를 형성하게 된다.

예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 상기 채널(532A, 532B, 532C, 532D)이 4개의 채널, 즉 제1 채널(532A), 제2 채널(532B), 제3 채널(532C) 및 제4 채널(532D)로 이루어지는 경우에 상기 제1 배출플레이트(520)의 배출홀(522)은 4개의 그룹으로 구획되어 상기 4개의 채널(532A, 532B, 532C, 532D)에 각각 연결될 수 있다.

또한, 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)는 상기 4개의 채널(532A, 532B, 532C, 532D)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)는 상기 채널(532A, 532B, 532C, 532D)의 개수에 대응하도록 4개가 제공되어, 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)가 각각 상기 채널(532A, 532B, 532C, 532D)에 연결될 수 있다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만 상기 유체배출유로의 개수가 상기 채널의 개수에 비해 더 적게 제공되고, 하나의 유체배출유로에 둘 이상의 채널이 연결되는 구성도 가능하다.

한편, 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)에는 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)가 각각 구비되어 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)의 개방도를 조절할 수 있다.

한편, 도 1을 참조하면, 상기 유체배출부(500)는 상기 적어도 두 개의 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)가 연결되는 메인배출유로(560)와, 상기 메인배출유로(560)의 개방도를 조절하는 메인배출밸브(562)를 더 구비할 수 있다.

상기 챔버(100)의 하부에 적어도 두 개의 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)가 구비되는 경우에 상기 적어도 두 개의 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)는 하나의 메인배출유로(560)로 연결될 수 있다. 이때, 상기 메인배출유로(560)에는 상기 메인배출유로(560)의 개방도를 조절하는 메인배출밸브(562)가 연결된다.

상기 메인배출밸브(562)에 의해 상기 메인배출유로(560)를 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 나아가 상기 메인배출밸브(562)에 의해 상기 메인배출유로(560)를 완전히 개방 또는 폐쇄하지 않고 일정 정도만 개방 또는 폐쇄할 수도 있다.

이 경우, 상기 메인배출밸브(562)는 상기 메인배출유로(560)를 통해 배출되는 유체의 유량을 조절하는 역할을 할 수 있다. 나아가, 전술한 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)는 상기 챔버(100) 내부에서 배출되는 유체의 방향을 조절하는 역할을 할 수 있다.

예를 들어, 상기 메인배출밸브(562)가 생략된 경우라면, 상기 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)의 구동에 의해 상기 챔버(100) 내부의 유체의 배출방향 뿐만 아니라 상기 챔버(100) 내부에서 배출되는 유량도 결정된다. 이 경우, 상기 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)의 개폐구동에 따른 압력변화로 인해 상기 챔버(100) 내부로 압력변화에 따른 충격이 가해질 수 있으며, 이는 상기 챔버(100) 내부의 처리공정 등에 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 기판처리장치(1000)의 경우, 상기 기판(W)에 대한 처리공정을 수행하는 경우에 상기 메인배출밸브(562)는 미리 정해진 유량에 대응한 개방도로 개방된 상태를 유지하여 미리 정해진 유량의 유체를 지속적으로 배출할 수 있다. 이 경우, 상기 적어도 두 개의 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)는 미리 정해진 주기 또는 무작위 주기로 개방도를 달리하여 개방되도록 조절되어 상기 챔버(100)의 처리공간(110)에서 배출되는 유체의 유동방향이 바뀌도록 조절할 수 있다.

한편, 상기 챔버(100) 내부에서 초임계상태의 유체를 이용하여 상기 기판(W)에 대한 처리공정이 진행되는 중에 상기 유체공급부(600)를 통해 상기 기판(W)을 향해 지속적으로 유체를 공급할 수 있다. 이에 따라, 상기 메인배출유로(560)를 통해 배출되는 유체에 의한 상기 처리공간(110)의 압력강화를 방지하여 상기 챔버(100) 내부를 임계압력 이상으로 유지할 수 있게 된다.

한편, 전술한 실시예의 경우 상기 챔버(100) 내부의 베이스에 상기 배출플레이트 어셈블리(510)를 구비하지만, 본 발명은 이에 한정되지는 않으며 상기 배출플레이트 어셈블리(510)를 구성하는 배출플레이트 중에 적어도 하나가 상기 챔버(100)에 일체로 형성될 수도 있다.

예를 들어, 상기 챔버(100) 내부의 베이스에 복수개의 배출홀이 직접 형성되고, 상기 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)가 상기 챔버(100) 하부의 복수개의 배출홀에 직접 연결될 수 있다.

나아가, 상기 베이스에서 상기 배출홀의 하부에 상기 복수개의 배출홀을 연통시키는 적어도 두 개의 채널이 더 형성되고, 상기 적어도 두 개의 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)가 상기 적어도 두 개의 채널에 각각 연결되는 구성도 가능하다.

도 6은 일실시예에 따라 4개의 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)를 구비한 기판처리장치(1000)에 있어서 상기 챔버(100) 내부에서 초임계상태의 유체를 이용하여 기판(W)에 대한 처리공정을 수행하는 경우에 각 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)에 구비된 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)의 개폐 동작을 도시한 그래프이다. 도 6에서 'A'는 제1 배출밸브(550A)를 도시하며, 'B'는 제2 배출밸브(550B)를 도시하며, 'C'는 제3 배출밸브(550C)를 도시하며 'D'는 제4 배출밸브(550D)를 도시한다.

도 6을 참조하면, 먼저 제1 시간(T1) 동안 상기 제1 배출밸브(550A)가 개방되고, 나머지 제2 배출밸브(550B), 제3 배출밸브(550C) 및 제4 배출밸브(550D)는 닫혀진 상태를 유지할 수 있다.

이 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 샤워헤드(200)를 통해 상기 챔버(100)로 공급된 유체는 상기 처리공간(110)에서 상기 제1 배출밸브(550A)가 장착된 제1 유체배출유로(540A)와 연결된 제1 배출플레이트(520)의 배출홀(522)을 향해 유동하게 된다.

따라서, 상기 처리공간(110)의 유체는 상기 제1 배출플레이트(520)의 배출홀(522), 제2 배출플레이트(530)의 제1 채널(532A), 제1 유체배출유로(540A) 및 메인배출유로(560)를 통해 외부로 배출된다.

이어서, 제2 시간(T2) 동안 상기 제3 배출밸브(550C)가 개방되고, 나머지 제1 배출밸브(550A), 제2 배출밸브(550B) 및 제4 배출밸브(550D)는 닫혀진 상태를 유지할 수 있다.

이때, 상기 처리공간(110)에서 유체의 방향을 변화시켜 와류 또는 난류발생 효과를 높이기 위하여 상기 제1 유체배출유로(540A)에 구비된 상기 제1 배출밸브(550A)를 개방한 다음, 이어서 상기 제1 유체배출유로(540A)와 상기 기판(W)을 중심으로 마주보고 있는 제3 유체배출유로(540C)의 제3 배출밸브(550C)를 개방할 수 있다.

이 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 샤워헤드(200)를 통해 상기 챔버(100)로 공급된 유체는 상기 처리공간(110)에서 상기 제3 배출밸브(550C)가 장착된 제3 유체배출유로(540C)와 연결된 제1 배출플레이트(520)의 배출홀(522)을 향해 방향을 바꾸어 유동하여 와류 또는 난류를 형성하게 된다.

따라서, 상기 처리공간(110)의 유체는 상기 제1 배출플레이트(520)의 배출홀(522), 제2 배출플레이트(530)의 제3 채널(532C), 제3 유체배출유로(540C) 및 메인배출유로(560)를 통해 외부로 배출된다.

이어서, 제3 시간(T3) 동안 상기 제2 배출밸브(550B)가 개방되고, 나머지 제1 배출밸브(550A), 제3 배출밸브(550C) 및 제4 배출밸브(550D)는 닫혀진 상태를 유지할 수 있다. 또한, 제4 시간(T4) 동안 상기 제4 배출밸브(550D)가 개방되고, 나머지 제1 배출밸브(550A), 제2 배출밸브(550B) 및 제3 배출밸브(550C)는 닫혀진 상태를 유지할 수 있다. 전술한 제1 배출밸브(550A), 제2 배출밸브(550B), 제3 배출밸브(550C) 및 제4 배출밸브(550D)가 각각 한번씩 개폐된 다음 전술한 과정을 처리공정에 따라 반복할 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)의 개폐동작을 조절하는 경우에 상기 각 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)의 개방시간이 미리 결정된 시간동안 중첩되도록 조절할 수 있다.

즉, 상기 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D) 중에 어느 하나의 배출밸브가 개방상태에서 폐쇄상태로 전환되는 경우에 후속하여 개방되는 배출밸브와 미리 정해진 중첩시간만큼 개방시간이 중첩될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 배출밸브(550A)가 개방상태에서 폐쇄상태로 전환되는 경우에 제1 중첩시간(TO1)만큼 상기 제3 배출밸브(550C)와 개방시간이 중첩될 수 있다. 만약 중첩시간이 없게 되어 상기 제1 배출밸브(550A)가 완전히 폐쇄되고 이어서 상기 제3 배출밸브(550C)가 개방된다면 상기 처리공간(110)으로 압력변화에 의한 충격이 전달될 수 있다. 도 6에 도시된 제2 중첩시간(TO2), 제3 중첩시간(TO3) 및 제4 중첩시간(TO4)에 대해서는 유사한 설명이 가능하므로 반복적인 설명은 생략한다.

한편, 도 9는 다른 실시예에 따른 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)의 개폐동작을 도시한 그래프이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 경우 상기 제1 배출밸브(550A), 제2 배출밸브(550B), 제3 배출밸브(550C) 및 제4 배출밸브(550D)는 제1 시간(T1), 제2 시간(T2), 제3 시간(T3) 및 제4 시간(T4) 동안 순차적으로 개폐동작을 수행할 수 있다.

상기 각 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)가 배치된 순서에 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 순차적으로 개폐됨에 따라 상기 처리공간(110) 내에서 상기 유체의 유동방향은 일정하게 변화하게 되어 와류 또는 난류를 형성할 수 있다.

한편, 도 10은 또 다른 실시예에 따른 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)의 개폐동작을 도시한 그래프이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 경우 상기 제1 배출밸브(550A), 제2 배출밸브(550B), 제3 배출밸브(550C) 및 제4 배출밸브(550D)는 완전히 개방 또는 폐쇄되는 것이 아니라 미리 결정된 주기 또는 무작위 주기에 따라 상대적으로 개방도를 달리하도록 조절될 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이 제1 시간(T1) 동안 상기 제1 배출밸브(550A)가 완전히 개방된 경우에 나머지 제2 배출밸브(550B), 제3 배출밸브(550C) 및 제4 배출밸브(550D)는 완전히 닫히는 것이 아니라, 예를 들어 10% 내지 30% 정도 개방된 상태(C1, C2, C3, C4)를 유지할 수 있다.

이 경우, 상기 샤워헤드(200)를 통해 상기 챔버(100)로 공급된 유체의 대부분은 상기 처리공간(110)에서 상기 제1 배출밸브(550A)가 장착된 제1 유체배출유로(540A)와 연결된 제1 배출플레이트(520)의 배출홀(522)을 향해 유동하게 된다. 또한, 상기 유체의 일부 나머지는 상기 제2 유체배출유로(540B), 제3 유체배출유로(540C) 및 제4 유체배출유로(540D)를 향해 유동하게 된다.

즉, 상기 챔버(100)에 연결된 모든 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)에서 유체를 배출하되, 각 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)에서 배출되는 유량을 달리할 수 있다.

이와 같이 상기 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)를 구동시키는 경우에 완전히 개방 또는 폐쇄시키는 것이 아니라 미리 결정된 주기 또는 무작위 주기에 따라 상대적으로 개방도를 달리하게 되면, 상기 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)를 완전히 개방 또는 폐쇄하는 경우에 비해 상기 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)에서 파급되는 압력변화를 상대적으로 줄일 수 있다.

이 경우, 상기 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)의 구동에 의해 상기 처리공간(110)에 미치는 압력변화에 따른 충격을 최소화할 수 있다. 또한, 이 경우 전술한 도 9의 실시예와 비교하여 상기 기판(W)에 대한 처리공정 중에 챔버(100) 내부의 유체가 어느 한 쪽으로 집중되는 것을 방지하고 상기 기판(W) 상면의 전 영역에 유체의 유동에너지가 전달되도록 할 수 있다.

한편, 전술한 실시예들에 따른 기판처리장치(1000)의 경우, 상기 유체배출부(500)를 통해 상기 처리공간(110) 내에서 와류 또는 난류를 발생시키게 된다.

도 11은 다른 실시예에 따른 기판처리장치(2000)를 도시한 측단면도이고, 도 12는 상기 기판처리장치(2000)에 구비된 샤워헤드(2200)의 분해사시도이다.

본 실시예에 따른 기판처리장치(2000)의 경우 상기 챔버(100)의 상부에 연결된 유체공급부(2600)를 통해 상기 처리공간(110)으로 유체를 공급하는 경우에 와류 또는 난류를 발생시킬 수 있게 된다. 전술한 실시예와 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 사용하였다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 유체공급부(2600)는 상기 챔버(100) 내부로 상기 유체가 공급되는 방향을 변화시켜 와류 또는 난류를 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 처리공간(110)으로 공급되는 유체의 방향을 변화시켜 상기 처리공간(110)에서 와류 또는 난류를 발생시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 유체공급부(2600)는 상기 챔버(100) 상부에 연결된 적어도 두 개의 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)와, 상기 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)에 각각 구비되어 상기 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)의 개방도를 조절하는 공급밸브(2142A, 2142B, 2142C, 2142D)를 구비할 수 있다.

이때, 예를 들어 상기 공급밸브(2142A, 2142B, 2142C, 2142D)에 의해 각 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)를 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 나아가 상기 공급밸브(2142A, 2142B, 2142C, 2142D)에 의해 각 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)를 완전히 개방 또는 폐쇄하지 않고 일정 정도만 개방 또는 폐쇄할 수도 있다.

이 경우, 상기 적어도 두 개의 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)의 개방도가 상이하도록 조절될 수 있으며, 상기 적어도 두 개의 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)의 개방도는 미리 정해진 주기 또는 무작위 주기로 변화할 수 있다.

예를 들어, 4개의 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)를 구비한 경우에 제1 유체공급유로(2140A)가 개방되고, 나머지 3개의 유체공급유로(2140B, 2140C, 2140D)가 폐쇄된 경우에 상기 샤워헤드(2200)에서 상기 제1 유체공급유로(2140A)가 연결된 영역을 통해서만 유체가 공급될 수 있다. 이 경우, 미리 정해진 주기 또는 무작위 주기로 상기 제1 유체공급유로(2140A)가 폐쇄되고 제3 유체공급유로(2140C)가 개방되면, 상기 샤워헤드(2200)에서 상기 기판(W)을 향해 유체가 공급되는 영역이 달라지게 되어 상기 챔버(100)의 처리공간(110)에서 와류 또는 난류를 발생시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 샤워헤드(2200)에는 적어도 두 개의 구획된 버퍼공간(2230A, 2230B, 2230C, 2230D)이 형성될 수 있으며, 상기 적어도 두 개의 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)는 상기 적어도 두 개의 버퍼공간(2230A, 2230B, 2230C, 2230D)에 각각 연결될 수 있다.

예를 들어, 상기 샤워헤드(2200)는 상부플레이트(2210)와, 상기 상부플레이트(2210)의 하부에 배치되며 복수개의 관통홀(2222)이 형성되고 상기 상부플레이트(2210)와 사이에 적어도 두 개의 버퍼공간(2230A, 2230B, 2230C, 2230D)을 제공하는 하부플레이트(2220)를 구비할 수 있다.

이 경우, 상기 상부플레이트(2210)와 하부플레이트(2220) 사이에 적어도 두 개의 격벽(2300A, 2300B, 2300C, 2300D)이 구비될 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이 상기 샤워헤드(2200)에 4개의 버퍼공간(2230A, 2230B, 2230C, 2230D)을 제공하는 경우, 상기 상부플레이트(2210)와 하부플레이트(2220) 사이에 4개의 격벽(2300A, 2300B, 2300C, 2300D)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)는 상기 버퍼공간(2230A, 2230B, 2230C, 2230D)의 개수에 대응하여 4개가 구비될 수 있으며, 상기 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)가 각각 상기 버퍼공간(2230A, 2230B, 2230C, 2230D)으로 연결될 수 있다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만 상기 유체공급유로의 개수가 상기 버퍼공간의 개수에 비해 더 적게 제공되고, 하나의 유체공급유로에 둘 이상의 버퍼공간이 연결되는 구성도 가능하다.

한편, 상기 유체공급부(2600)는 상기 적어도 두 개의 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)와 연결되는 메인공급유로(2100)와, 상기 메인공급유로(2100)의 개방도를 조절하는 메인공급밸브(2120)를 더 구비할 수 있다.

상기 챔버(100)의 상부에 적어도 두 개의 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)가 구비되는 경우에 상기 메인공급유로(2100)가 상기 적어도 두 개의 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)와 연결될 수 있다. 이때, 상기 메인공급유로(2100)에는 상기 메인공급유로(2100)의 개방도를 조절하는 메인공급밸브(2120)가 구비된다.

상기 메인공급밸브(2120)에 의해 상기 메인공급유로(2100)를 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 나아가 상기 메인공급밸브(2120)에 의해 상기 메인공급유로(2100)를 완전히 개방 또는 폐쇄하지 않고 일정 정도만 개방 또는 폐쇄할 수도 있다.

이 경우, 상기 메인공급밸브(2120)는 상기 메인공급유로(2100)를 통해 공급되는 유체의 유량을 조절하는 역할을 할 수 있다. 나아가, 전술한 공급밸브(2142A, 2142B, 2142C, 2142D)는 상기 샤워헤드(2200)에서 공급되는 유체의 방향을 조절하는 역할을 할 수 있다.

예를 들어, 상기 메인공급밸브(2120)가 생략된 경우라면, 상기 공급밸브(2142A, 2142B, 2142C, 2142D)의 구동에 의해 상기 샤워헤드(2200)에서 공급되는 유체의 공급방향 뿐만 아니라 상기 챔버(100) 내부로 공급되는 유량도 결정된다. 이 경우, 상기 공급밸브(2142A, 2142B, 2142C, 2142D)의 개폐구동에 따른 압력변화로 인해 상기 챔버(100) 내부로 압력변화에 따른 충격이 가해질 수 있으며, 이는 상기 챔버(100) 내부의 처리공정 등에 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 기판처리장치(2000)의 경우, 상기 기판(W)에 대한 처리공정을 수행하는 경우에 상기 메인공급밸브(2120)는 미리 정해진 유량에 대응한 개방도로 개방된 상태를 유지하여 미리 정해진 유량의 유체를 지속적으로 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 적어도 두 개의 공급밸브(2142A, 2142B, 2142C, 2142D)는 미리 정해진 주기 또는 무작위 주기로 개방도를 달리하여 개방되도록 조절되어 상기 챔버(100)의 샤워헤드(2200)에서 공급되는 유체의 방향이 바뀌도록 조절할 수 있다.

도 13은 4개의 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)와 4개의 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)를 구비한 기판처리장치(2000)에 있어서 상기 챔버(100) 내부에서 초임계상태의 유체를 이용하여 기판(W)에 대한 처리공정을 수행하는 경우에 각 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)에 구비된 공급밸브(2142A, 2142B, 2142C, 2142D)와 각 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)에 구비된 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)의 개폐 동작을 도시한 그래프이다.

도 13을 참조하면, 먼저 제1 시간(T1) 동안 상기 제3 공급밸브(2142C)가 개방되고, 나머지 제1 공급밸브(2142A), 제2 공급밸브(2142B) 및 제4 공급밸브(2142D)는 닫혀진 상태를 유지할 수 있다. 또한, 상기 제1 시간(T1) 동안 상기 제1 배출밸브(550A)가 개방되고, 나머지 제2 배출밸브(550B), 제3 배출밸브(550C) 및 제4 배출밸브(550D)는 닫혀진 상태를 유지할 수 있다.

이 경우, 도 14에 도시된 바와 같이 유체는 제3 유체공급유로(2140C)를 통해 상기 샤워헤드(2200)의 제3 버퍼공간(2230C)으로 공급될 수 있다. 이어서, 상기 유체는 상기 제3 버퍼공간(2230C)에서 하부의 관통홀(2222)을 통해 상기 기판(W)을 향해 공급될 수 있다.

이때, 상기 제3 유체공급유로(2140C)와 상기 처리공간(110)을 중심으로 대각선으로 배치된 제1 유체배출유로(540A)의 제1 배출밸브(550A)가 개방된 상태에 해당한다.

따라서, 상기 제3 버퍼공간(2230C)에서 하부의 관통홀(2222)을 통해 상기 기판(W)을 향해 공급된 유체는 상기 기판(W)의 상면을 거쳐 상기 제1 배출플레이트(520)의 배출홀(522), 제2 배출플레이트(530)의 제1 채널(532A), 제1 유체배출유로(540A) 및 메인배출유로(560)를 통해 외부로 배출된다.

이어서, 제2 시간(T2) 동안 상기 제1 공급밸브(2142A)가 개방되고, 나머지 제2 공급밸브(2142B), 제3 공급밸브(2142C) 및 제4 공급밸브(2142D)는 닫혀진 상태를 유지할 수 있다. 또한, 상기 제2 시간(T2) 동안 상기 제3 배출밸브(550C)가 개방되고, 나머지 제1 배출밸브(550A), 제2 배출밸브(550B) 및 제4 배출밸브(550D)는 닫혀진 상태를 유지할 수 있다.

이 경우, 도 15에 도시된 바와 같이 유체는 제1 유체공급유로(2140A)를 통해 상기 샤워헤드(2200)의 제1 버퍼공간(2230A)으로 공급될 수 있다. 이어서, 상기 유체는 상기 제1 버퍼공간(2230A)에서 하부의 관통홀(2222)을 통해 상기 기판(W)을 향해 공급될 수 있다.

이때, 상기 제1 유체공급유로(2140A)와 상기 처리공간(110)을 중심으로 대각선으로 배치된 제3 유체배출유로(540C)의 제3 배출밸브(550C)가 개방된 상태에 해당한다.

따라서, 상기 제1 버퍼공간(2230A)에서 하부의 관통홀(2222)을 통해 상기 기판(W)을 향해 공급된 유체는 상기 기판(W)의 상면을 거쳐 상기 제1 배출플레이트(520)의 배출홀(522), 제2 배출플레이트(530)의 제3 채널(532C), 제3 유체배출유로(540C) 및 메인배출유로(560)를 통해 외부로 배출된다.

이와 같이, 상기 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)에 구비된 공급밸브(2142A, 2142B, 2142C, 2142D)와 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)에 구비된 배출밸브(550A, 550B, 550C, 550D)의 개폐 동작을 조절하는 경우에 상기 처리공간(110)을 중심으로 대각선상에 배치된 유체공급유로(2140A, 2140B, 2140C, 2140D)와 유체배출유로(540A, 540B, 540C, 540D)가 개방되도록 조절한다면 상기 기판(W)을 향해 공급되는 유체의 흐름을 와류 또는 난류로 변화시켜 상기 기판(W)의 상면에 데드존 발생을 억제할 수 있다.

한편, 도 11 및 도 12에 따른 실시예의 경우 유체공급부(2600)와 유체배출부(500)가 모두 와류 또는 난류를 발생시키도록 구성되지만 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 상기 챔버(100)의 상부에 와류 또는 난류를 발생시키는 유체공급부(2600)만 구비한 구성도 가능하다. 결국, 상기 챔버(100)에 구비된 유체공급부와 유체배출부 중에 적어도 하나는 상기 처리공간(110)에서 와류 또는 난류를 발생시키도록 구성될 수 있다.

다만, 상기 유체공급부에서만 와류 또는 난류를 발생시키면, 챔버 내부가 고압인 특성상 와류 또는 난류의 유동에너지가 기판까지 도달하기 전에 감소하는 현상이 발생할 수 있으므로, 유동에너지를 충분히 이용하는 측면에서는 유체배출부에서 와류 또는 난류를 발생시키는 것이 유리할 수도 있다. 즉, 유체공급부와 유체배출부 중에서 기판과의 거리가 상대적으로 더 가까운 쪽에서 와류 또는 난류를 발생시키는 것이 유리할 수 있다.

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.

100 : 챔버
110 : 처리공간
200 : 샤워헤드
310 : 기판지지부
500 : 유체배출부
600 : 유체공급부
1000 : 기판처리장치

Claims

초임계상태의 유체를 이용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 처리공간을 제공하는 챔버;
상기 챔버 내부에 구비되어 상기 기판을 지지하는 기판지지부;
상기 챔버 내부로 유체를 공급하는 유체공급부; 및
상기 챔버에서 유체를 배출하며, 상기 챔버 내부에 와류 또는 난류를 발생시키는 유체배출부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,
상기 유체배출부는
상기 챔버 내부에서 유체가 배출되는 방향을 변화시켜 와류 또는 난류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제2항에 있어서,
상기 유체배출부는
상기 챔버에 연결된 적어도 두 개의 유체배출유로와, 상기 유체배출유로에 각각 구비되어 상기 유체배출유로의 개방도를 조절하는 배출밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제3항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 유체배출유로의 개방도가 상이하도록 미리 결정된 주기 또는 무작위 주기로 조절되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제4항에 있어서,
상기 각 배출밸브의 개방도를 조절하는 경우에 상기 각 배출밸브의 개방시간이 미리 결정된 시간만큼 중첩되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제3항에 있어서,
상기 챔버 내부에 복수개의 배출홀이 형성되고,
상기 유체배출유로는 상기 복수개의 배출홀에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제3항에 있어서,
상기 챔버 내부의 베이스에는 복수개의 배출홀이 형성된 제1 배출플레이트와, 상기 제1 배출플레이트의 하부에 구비되어 상기 복수개의 배출홀과 상기 유체배출유로를 연결시키는 적어도 두 개의 채널이 형성된 제2 배출플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제3항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 유체배출유로가 연결되는 메인배출유로와, 상기 메인배출유로의 개방도를 조절하는 메인배출밸브를 더 구비하고,
상기 기판에 대한 처리공정 중에 상기 메인배출밸브는 미리 정해진 유량에 대응한 개방도로 개방된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,
상기 유체공급부는
상기 챔버 내부에서 상기 유체가 공급되는 방향을 변화시켜 와류 또는 난류를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제9항에 있어서,
상기 유체공급부는
상기 챔버 상부에 연결된 적어도 두 개의 유체공급유로와, 상기 유체공급유로에 각각 구비되어 상기 유체공급유로의 개방도를 조절하는 공급밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제10항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 유체공급유로의 개방도가 상이하도록 미리 결정된 주기 또는 무작위 주기로 조절되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제10항에 있어서,
상기 챔버 내부의 상부에 제공되어 적어도 두 개의 구획된 버퍼공간이 형성된 샤워헤드를 더 구비하고, 상기 적어도 두 개의 유체공급유로는 상기 적어도 두 개의 버퍼공간에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제11항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 유체공급유로와 연결되는 메인공급유로와, 상기 메인공급유로의 개방도를 조절하는 메인공급밸브를 더 구비하고,
상기 기판에 대한 처리공정 중에 상기 메인공급밸브는 미리 정해진 유량에 대응한 개방도로 개방된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
초임계상태의 유체를 이용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 처리공간을 제공하는 챔버;
상기 챔버 내부에 구비되어 상기 기판을 지지하는 기판지지부;
상기 챔버 내부로 유체를 공급하는 유체공급부; 및
상기 챔버의 서로 다른 위치에 연결되는 복수개의 유체배출유로를 구비하고,
상기 기판에 대한 처리공정 중에 상기 복수개의 유체배출유로의 개방도가 교번적으로 상이하게 조절되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제14항에 있어서,
상기 복수개의 유체배출유로가 연결되는 메인배출유로를 더 구비하고,
상기 기판에 대한 처리공정 중에 상기 메인배출밸브는 미리 정해진 유량에 대응한 개방도로 개방된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제14항에 있어서,
상기 유체공급부는
상기 챔버 상부에 연결된 복수개의 유체공급유로를 더 구비하고,
상기 기판에 대한 처리공정 중에 상기 복수개의 유체공급유로의 개방도가 교번적으로 상이하게 조절되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제16항에 있어서,
상기 복수개의 유체공급유로와 연결되는 메인공급유로를 더 구비하고,
상기 기판에 대한 처리공정 중에 상기 메인공급밸브는 미리 정해진 유량에 대응한 개방도로 개방된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.