KR102227726B1 - 유체공급 장치 및 이 장치에 있어서의 액체배출 방법 - Google Patents

유체공급 장치 및 이 장치에 있어서의 액체배출 방법 Download PDF

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Abstract

[과제] 메인 배관에 설치된 각종 기기의 동결에 의한 고장을 방지할 수 있 유체공급 장치 및 이 장치에 적합한 액체배출 방법을 제공한다. [해결수단] 콘덴서(130)와, 유체를 저류하는 탱크(140)와, 유체를 처리실(500)을 향해서 압송하는 펌프(160)와, 탱크(140)와 펌프(160)를 잇는 탱크(140)에 저류된 액체의 자중을 사용해서 해당 액체를 펌프(160)에 이송시키기 위한 메인 배관(2)과, 메인 배관(2)과 일단이 해당 메인 배관(2)의 최저위치MB에서 접속되고 타단부가 대기에 개방되어, 탱크(140) 및 메인 배관(2)내의 액체를 기화시켜서 외부에 배출하기 위한 배출용 배관(5)을 갖고, 배출용 배관(5)은, 탱크(140) 및 메인 배관(2)내의 액체가 모두 배출된 후에 배출용 배관(5)의 대기측의 공간과 메인 배관(2)측의 공간을 사이에 두는 액체 웅덩이가 배출용 배관(5)내에 일시적으로 생기도록 형성되어 있다.

Description

유체공급 장치 및 이 장치에 있어서의 액체배출 방법
본 발명은, 반도체 기판, 포토마스크용 유리 기판, 액정표시용 유리 기판등의 각종 기판의 건조 공정등에 사용되는 유체의 유체공급 장치 및 이 장치에 있어서의 액체배출 방법으로 한다.
대규모로 고밀도, 고성능 반도체 디바이스는, 실리콘 웨이퍼 위에 성막한 레지스트에 대하여 노광, 현상, 린스 세정, 건조를 경과해서 레지스트 패턴을 형성한 후, 코팅, 에칭, 린스 세정, 건조 등의 프로세스를 경과해서 제조된다. 특히, 레지스트는, 광, X선, 전자선등에 감광하는 고분자 재료이며, 현상, 린스 세정 공정에서는 현상액, 린스 액등의 약액을 사용하고 있기 때문에, 린스 세정 공정후는 건조 공정이 필수적이다.
이 건조 공정에 있어서, 기판 위에 형성한 레지스트 패턴간의 스페이스 폭이 90nm정도이하가 되면 패턴간에 잔존하는 약액의 표면장력(모세관력)의 작용에 의해, 패턴간에 라플라스 힘이 작용해서 패턴 쓰러짐이 생기는 문제가 발생한다. 그 패턴간에 잔존하는 약액의 표면장력의 작용에 의한 패턴 쓰러짐을 방지하기 위해서, 패턴간에 작용하는 표면장력을 경감하는 건조 프로세스로서, 이산화탄소의 초임계 유체를 사용한 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌1∼4).
특허문헌1: 일본 특허공개2014-22520호 공보 특허문헌2: 일본 특허공개2006-294662호 공보 특허문헌3: 일본 특허공개2004-335675호 공보 특허문헌4: 일본 특허공개2002-33302호 공보
이산화탄소의 초임계 유체를 처리 챔버에 공급하는 유체공급 장치에서는, 우선, 공급원으로부터의 기체상태의 이산화탄소(예를 들면, 20℃, 5.OMPa)가, 콘덴서(응축기)로 응축 액화되어서 탱크에 저류되어, 이것이 처리 챔버를 통하는 메인 배관을 통해서 펌프로 처리 챔버에 압송된다(예를 들면, 20℃, 20.OMPa). 처리 챔버에 압송된 액체형의 이산화탄소는, 처리 챔버의 직전 또는 처리 챔버내에서 가열되어(예를 들면, 80℃, 20.OMPa), 초임계 유체가 된다.
상기와 같은 유체공급 장치에서는, 장치의 가동을 정지할 때는, 탱크에 저류된 액체상태의 이산화탄소를 메인 배관에 접속된 배출 배관을 통해 대기에 접촉시키는 것으로 기체상태의 이산화탄소로 변화시켜서 외부에 배출한다.
그렇지만, 탱크에 저류된 액체는, 자중에 의해 메인 배관에 낙하하면서 펌프에 공급된다. 다시 말해, 펌프는 탱크보다도 아래쪽으로 배치되기 때문에, 탱크에 저류된 액체를 기화시키면서 외부에 배출해가면, 탱크와 펌프를 연통하는 메인 배관에 남는 액체를 대기에 접촉시켜서 기화시킬 때에, 해당 메인 배관을 구성하는 배관이 동결되어버린다. 탱크와 펌프를 잇는 메인 배관의 배관에는, 개폐 밸브, 압력 센서, 온도 센서 등의 각종 기기가 설치되어 있고, 해당 배관의 동결이 각종 기기의 고장을 초래할 가능성이 있다고 하는 문제가 존재했다.
본 발명의 목적은, 메인 배관에 설치된 각종 기기의 동결에 의한 고장을 방지할 수 있는 유체공급 장치 및 이 장치에 적합한 액체배출 방법을 제공하는데에 있다.
본 발명의 유체공급 장치는, 액체상태의 유체를 처리실을 향해서 공급하는 유체공급 장치이며,
기체상태의 유체를 액화하는 콘덴서와,
상기 콘덴서에 의해 액화된 유체를 저류하는 탱크와,
상기 탱크에 저류된 액화된 유체를 상기 처리실을 향해서 압송하는 펌프와,
상기 탱크와 상기 펌프를 잇고, 해당 탱크에 저류된 액체의 자중을 사용하여 해당 액체를 펌프에 이송시키기 위한 메인 배관과,
일단이 상기 메인 배관의 최저위치에서 해당 메인 배관과 접속되고, 타단이 대기에 개방되어, 상기 탱크 및 메인 배관내의 액체를 기화시켜서 외부에 배출하기 위한 배출용 배관을, 갖고,
상기 배출용 배관은, 상기 탱크 및 메인 배관내의 액체가 모두 배출된 후에, 해당 배출용 배관의 대기측의 공간과 상기 메인 배관측의 공간을 사이에 두는 액체 웅덩이가 해당 배출용 배관내에 일시적으로 생기도록 형성되어 있는, 것을 특징으로 한다.
적합하게는, 상기 배출용 배관은, 그 도중에 상기 일단 및 타단의 위치보다 낮은 최저위치를 갖는 것에 의해, 해당 최저위치 부근에 상기 액체 웅덩이가 생기도록 형성되어, 해당 배출용 배관의 최저위치에 개폐 밸브가 설치되어 있는, 구성을 채용할 수 있다.
또한, 적합하게는, 상기 배출용 배관은, 상기 타단측에 오리피스가 설치되어 상기 배출용 배관의 오리피스의 출구측의 근방에 접속된 배기통로를 갖고, 해당 배기통로에 대기를 일방향으로 유통시키는 배기장치를 더욱 갖는, 구성을 채용할 수 있다.
본 발명의 액체배출 방법은, 기체상태의 유체를 액화하는 콘덴서와,
상기 콘덴서에 의해 응축 액화된 유체를 저류하는 탱크와,
상기 탱크에 저류된 액화된 유체를 상기 처리실을 향해서 압송하는 펌프와,
상기 탱크와 상기 펌프를 잇고, 해당 탱크에 저류된 액체의 자중을 사용해서 해당 액체를 펌프에 이송시키기 위한 메인 배관을, 갖고,
액체상태의 유체를 처리실을 향해서 공급하는 유체공급 장치에 있어서의 액체배출 방법이며,
일단이 상기 메인 배관의 최저위치에서 해당 메인 배관과 접속되고 타단이 대기에 개방된 배출용 배관을 사용하여, 상기 탱크 및 메인 배관내의 액체를 기화시켜서 외부에 배출할 때에, 상기 탱크 및 메인 배관내의 액체를 모두 배출한 후, 해당 배출용 배관의 대기측의 공간과 메인 배관측의 공간을 사이에 두는 액체 웅덩이를 해당 배출용 배관내에 일시적으로 생기게 하는, 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반도체 제조 장치는, 상기 구성의 유체공급 장치를 사용하여, 기초가 되는 것(基體))의 처리를 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 탱크 및 메인 배관내의 액체가 모두 배출된 후에, 배출용 배관의 대기측의 공간과 메인 배관측의 공간을 사이에 두는 액체 웅덩이가 배출용 배관내에 일시적으로 생기도록 형성되어 있는 것으로, 일시적으로 생긴 액체 웅덩이를 형성하는 액체가 대기에 접촉하는 측으로부터 기화하고, 이때의 기화열에 의해 배출용 배관이 냉각되어서 동결할 가능성이 있지만, 액체 웅덩이를 형성하는 액체는 메인 배관측의 공간에 접촉하는 측에서는 기화하지 않으므로, 메인 배관이 냉각되어서 동결하는 것을 회피할 수 있다.
[도1] 본 발명의 일 실시형태에 관련되는 유체공급 장치의 구성도이며, 유체를 처리 챔버에 공급하고 있는 상태의 도.
[도2] 도1의 유체공급 장치에 있어서 액체를 순환시키고 있는 상태를 도시한 도면.
[도3] 도1의 유체공급 장치에 있어서, 탱크에 저류한 액체를 외부에 배출하는 배출 공정을 도시한 도면.
[도4] 도3에 이어지는 배출 공정을 도시한 도면.
[도5] 도4에 이어지는 배출 공정을 도시한 도면.
[도6] 이산화탄소의 상태도.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도1에 본 발명의 일 실시형태에 관련되는 유체공급 장치를 나타낸다. 본 실시형태에서는, 유체로서 이산화탄소를 사용하는 경우에 대해서 설명한다.
도1에 있어서, 2는 메인 배관, 3은 분기 배관, 5는 배출용 배관, 100은 C02 공급원, 110은 개폐 밸브, 120은 필터, 130은 콘덴서, 140은 탱크, 150은 개폐 밸브, 160은 펌프, 170은 배압밸브, 180은 개폐 밸브, 200은 개폐 밸브, 210은 오리피스, 300은 배기장치, 500은 처리 챔버를 나타낸다. 또한, 도중의 PT는 압력 센서나 온도 센서 등의 각종 기기를 나타낸다. 도1은, 개폐 밸브110, 150, 180이 개방되고, 개폐 밸브200이 폐쇄된 상태를 나타내고 있다.
처리 챔버(500)에서는, 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판의 처리가 행해진다. 또한, 본 실시형태에서는, 처리 대상으로서, 실리콘 웨이퍼를 예시하지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 유리 기판등의 다른 처리 대상이어도 좋다.
C02공급원(100)은, 기체상태의 이산화탄소(예를 들면, 20℃, 5.OMPa)를 메인 배관(2)에 공급한다. 도6의 이산화탄소의 상태도를 참조하면, C02 공급원(100)으로부터 공급되는 이산화탄소는, 도6의 Pl의 상태에 있다. 이 상태의 이산화탄소는, 개폐 밸브(110), 필터(120)를 통해서 콘덴서(130)에 보내진다.
콘덴서(130)에서는, 공급되는 기체상태의 이산화탄소를 냉각하는 것으로 액화하고, 액화된 이산화탄소는 탱크(140)에 저류된다. 탱크(140)에 저류된 이산화탄소는, 도6의 P2과 같은 상태(3℃, 5MPa)가 된다. 탱크(140)의 저부로부터 도6의 P2과 같은 상태에 있는 액체상태의 이산화탄소가 메인 배관(2)을 통해서 자중으로 펌프(160)에 보내져, 펌프(160)의 토출측에 압송됨으로써, 도6의 P3과 같은 액체상태(20℃, 20MPa)가 된다. 메인 배관(2)은, 탱크(140)로부터 펌프(160)을 통해서 처리 챔버(500)까지 연장되어 있고, 펌프(160)에 접속된 높이가, 메인 배관(2)의 최저위치로 되어 있다.
펌프(160)와 처리 챔버(500)를 잇는 메인 배관(2)의 도중에는, 개폐 밸브(180)가 설치된다. 메인 배관(2)의 펌프(160)와 개폐 밸브(180)의 사이로부터는, 분기 배관(3)이 분기되어 있다. 분기 배관(3)은, 펌프(160)와 개폐 밸브(180)의 사이에서, 메인 배관(2)으로부터 분기되고, 필터(120)의 상류측에서 다시 메인 배관(2)에 접속되어 있다. 분기 배관(3)에는, 배압밸브(170)가 설치된다.
배압밸브(170)는, 펌프(160)의 토출측의 유체(액체)의 압력이 설정압력(예를 들면 20MPa) 이상으로 되면, 필터(120)측에 액체를 릴리스 한다. 이에 따라, 펌프(160)의 토출측의 액체의 압력이 설정압력을 초과하는 것을 방지한다.
개폐 밸브(110, 150, 180)가 개방된 상태에서는, 액체상태의 이산화탄소가 처리 챔버(500)에 압송된다. 압송된 액체상태의 이산화탄소는, 처리 챔버(500)의 직전 또는 처리 챔버(500)내에 설치된 도시하지 않는 히터에 의해 가열되어, 도6에 나타내는 P4와 같은 초임계 상태(80℃, 20MPa)가 된다.
개폐 밸브(180)가 닫혔던 상태에서는, 도2에 도시한 바와 같이, 펌프(160)로부터 압송되는 액체는, 분기 배관(3)을 통과해서 다시 콘덴서(130) 및 탱크(140)에 되돌아간다.
여기서, 도3∼도5을 참조하여, 상기 구성의 유체공급 장치의 가동 정지시에, 탱크(140)에 저류된 액체상태의 이산화탄소를, 배출용 배관(5)을 통해 대기에 접촉시키는 것으로 기체상태의 이산화탄소로 변화시켜서 외부에 배출하는 구성 및 방법에 대해서 설명한다.
스테인레스 강 등의 금속제의 배출용 배관(5)은, 도면으로부터 알 수 있듯이, 복수의 배관부(5a∼5e)로 구성되어, 배관부(5a)의 단부가 메인 배관(2)의 최저위치MB의 연통부CNl에 있어서 접속되어 있다. 배출용 배관(5)의 배관부5a는, 연통부CNl로부터 수평방향으로 연장되고, 이것에 계속되어, 배관부5b가 연직방향 하측에 연장되어 있다. 배관부5b의 최저위치에 있어서, 배관부5c의 일단이 접속되고, 배관부5c는 수평방향으로 연장되어서 타단부가 연직방향 상측에 연장되는 배관부5d에 접속되어 있다. 배관부5d의 상측단부는, 최저위치MB와 탱크(140)의 최저부와의 사이에 위치되어, 배관부5d에 접속되어서 수평방향으로 연장되는 배관부5e는, 배기장치(300)의 배기통로(310)에 접속되어 있다.
최저위치에 있는 배관부(5c)의 도중에 개폐 밸브(200)가 설치된다. 배관부(5e)에는, 오리피스(210)가 설치되고, 오리피스(210)의 출구(211)의 근방이 배기통로(310)에 접속되어 있다.
배기장치(300)는, 상하 방향으로 연장되는 배기통로(310)와, 배기통로(310)에 설치된 배기 팬(320)을 가진다. 배기 팬(320)을 구동시키는 것으로, 대기Al이 배기통로(310)를 하측으로부터 상측을 향해서 유통하고, 배기 팬(320)으로부터 외부에 배기되게 되어 있다.
도3에 도시한 바와 같이, 개폐 밸브110 및 150을 폐쇄하고, 개폐 밸브200을 개방하면, 탱크(140)내의 액체(액체상태의 이산화탄소)LQ는, 메인 배관(2)의 탱크(140)의 저부로부터 개폐 밸브150까지의 공간, 및, 배출용 배관(5)의 연통부CNl으로부터 오리피스(210)까지의 공간에 충전된다. 오리피스(210)에 있어서, 액체LQ는 대기에 접촉하는 것으로 기화해서 이산화탄소 가스가 된다. 이 이산화탄소 가스가 배기통로(310)를 유통하는 대기Al과 혼합되어, 배기 팬(320)을 통해서 외부에 방출된다.
오리피스(210)의 출구(211)에서는, 액체LQ가 기화할 때에 열이 빼앗기기 때문에 온도가 저하하지만, 열량을 갖는 대기Al이 오리피스(210)의 출구(211) 부근에 항상 공급되어 있기 때문에, 오리피스(210)가 동결해서 막히는 일은 없다.
도4에 도시한 바와 같이, 탱크(140)내의 액체LQ가 모두 배출되어, 메인 배관(2)의 탱크(140)측에 액체LQ가 존재하지 않는 공간이 형성된 상태로 되면, 배출용 배관(5)의 오리피스(210)측에도 액체LQ가 존재하지 않는 공간이 형성된 상태가 되고, 오리피스(210)측의 액체LQ의 액위도 내려간다. 또한, 탱크(140) 및 메인 배관(2)의 액체LQ가 존재하지 않는 폐공간은, 대기압보다도 높은 이산화탄소 가스로 충족시켜져 있기 때문에, 도4에 도시하는 상태에서는, 메인 배관(2)측의 액체LQ의 액위는, 오리피스(210)측의 액체LQ의 액위보다 낮아진다. 이때, 오리피스(210)측의 액체LQ의 액면은 오리피스(210)를 통해서 침입하는 대기Al에 접촉하기 때문에, 배관부5d내에서 기화한다. 이 때문에, 도4에 도시한 바와 같이, 배관부5d 및 5e의 일부에는 동결부FZ가 발생할 가능성이 있다.
그러나, 동결부FZ는 메인 배관(2)으로부터 벗어나고 있기 때문에, 메인 배관(2)에의 영향은 없다.
도4에 도시한 상태로부터 액체LQ의 배출이 더욱 진행하면, 도5에 도시한 바와 같이, 배관부5b, 5c, 5d에 의해, 액체LQ의 액체 웅덩이가 형성된다. 이 때, 동결부FZ는 배관부5e, 5d에 더하여, 배관부5c까지 확대할 가능성이 있다. 이 상태에 있어서도, 액체 웅덩이를 형성하는 액체LQ의 메인 배관측의 액면은, 대기보다도 고압의 이산화탄소 가스에 접촉하고 있어 기화하는 것은 아니므로, 동결부FZ는 최악이라도 배관부5b까지밖에 확대하지 않는다. 액체 웅덩이를 형성하는 액체LQ가 배관부5c에 있어서 모두 기화하면, 액체의 배출은 완료한다. 다시 말해, 배관부5c에 액체 웅덩이를 일시적으로 형성함으로써, 동결부FZ가 메인 배관(2)까지 넓어지는 것을 확실히 방지할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 액체상태의 이산화탄소가 대기에 접촉해서 기화할 때의 기화열에 의해, 유체공급 장치를 가동시켰을 때에 사용되는 유체공급용의 메인 배관(2)이 동결하는 것을 확실히 방지할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 배관부(5b, 5c, 5d)에 의해 액체 웅덩이를 생기는 구성을 예로 들었지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 배출용 배관(5)으로 만곡하는 U형부분을 형성해도 좋고, 액체 웅덩이가 생기게 굴곡부를 형성해도 좋다.
상기 실시형태에서는, 유체로서 이산화탄소를 예시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 초임계 상태로 변화시킬 수 있는 유체이면, 본 발명을 적용 가능하다.
2 메인 배관
3 분기 배관
5 배출용 배관
100 C02 공급원
110 개폐 밸브
120 필터
130 콘덴서
140 탱크
150 개폐 밸브
160 펌프
170 배압밸브
180 개폐 밸브
200 개폐 밸브
210 오리피스
300 배기장치
310 배기통로
320 배기 팬
500 처리 챔버
CN1 연통부
MB 최저위치

Claims (8)

  1. 액체상태의 유체를 처리실을 향해서 공급하는 유체공급 장치이며,
    기체상태의 유체를 액화하는 콘덴서와,
    상기 콘덴서에 의해 액화된 유체를 저류하는 탱크와,
    상기 탱크에 저류된 액화된 유체를 상기 처리실을 향해서 압송하는 펌프와,
    상기 탱크와 상기 펌프를 잇고, 해당 탱크에 저류된 액체의 자중을 사용하여 해당 액체를 펌프에 이송시키기 위한 메인 배관과,
    일단이 상기 메인 배관의 최저위치에서 해당 메인 배관과 접속되고, 타단이 대기에 개방되어, 상기 탱크 및 메인 배관내의 액체를 기화시켜서 외부에 배출하기 위한 배출용 배관을, 갖고,
    상기 배출용 배관은, 상기 탱크 및 메인 배관내의 액체가 모두 배출된 후에, 해당 배출용 배관의 대기측의 공간과 상기 메인 배관측의 공간을 사이에 두는 액체 웅덩이가 해당 배출용 배관내에 일시적으로 생기도록 형성되어 있는, 유체공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배출용 배관은, 그 도중에 상기 일단 및 타단의 위치보다 낮은 최저위치를 가짐으로써, 해당 최저위치 부근에 상기 액체 웅덩이가 생기도록 형성되고, 해당 배출용 배관의 최저위치에 개폐 밸브가 설치되어 있는, 유체공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배출용 배관은, 상기 타단측에 오리피스가 설치되고,
    상기 배출용 배관의 상기 오리피스의 출구측의 근방에 접속된 배기통로를 갖고, 해당 배기통로에 대기를 일방향으로 유통시키는 배기장치를 더욱 갖는, 유체공급 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는, 이산화탄소를 포함하는, 유체공급 장치.
  5. 액체상태의 유체를 처리실을 향해서 공급하는 유체공급 장치에 있어서의 액체배출 방법이며,
    기체상태의 유체를 액화하는 콘덴서와,
    상기 콘덴서에 의해 액화된 유체를 저류하는 탱크와,
    상기 탱크에 저류된 액화된 유체를 상기 처리실을 향해서 압송하는 펌프와,
    상기 탱크와 상기 펌프를 잇고, 해당 탱크에 저류된 액체의 자중을 사용해서 해당 액체를 펌프에 이송시키기 위한 메인 배관을, 갖고,
    일단이 상기 메인 배관의 최저위치에서 해당 메인 배관과 접속되고, 타단이 대기에 개방된 배출용 배관을 사용하여, 상기 탱크 및 상기 메인 배관내의 액체를 기화시켜서 외부에 배출할 때에, 상기 탱크 및 상기 메인 배관내의 액체를 모두 배출한 후, 해당 배출용 배관의 대기측의 공간과 메인 배관측의 공간을 사이에 두는 액체 웅덩이를 해당 배출용 배관내에 일시적으로 생기게 하는, 액체배출 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배출용 배관은, 상기 타단측에 오리피스가 설치되고,
    상기 배출용 배관의 상기 오리피스의 출구측의 근방에 접속한 배기통로내에 대기를 일방향으로 유통시켜서, 상기 액체로부터 기화한 기체와 대기를 혼합해서 외부에 배출하는, 액체배출 방법.
  7. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 유체공급 장치와,
    상기 유체공급 장치로부터 공급되는 유체를 사용해서 기초가 되는 것을 처리하는 처리실을, 갖는 반도체 제조 장치.
  8. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 유체공급 장치로부터 공급되는 유체를 사용해서 기초가 되는 것의 처리를 하는 반도체 제조 방법.
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