KR102312482B1 - 유체공급 장치 및 유체공급 방법 - Google Patents

유체공급 장치 및 유체공급 방법 Download PDF

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Abstract

[과제] 초임계 유체를 안정적으로 공급가능한 유체공급 장치 및 유체공급 방법을 제공한다. [해결수단] 초임계 유체로 변화시키기 전의 액체상태의 유체를 처리실을 향해서 공급하는 유체공급 장치이며, 기체상태의 유체를 응축 액화하는 콘덴서(130)와, 콘덴서(130)에 의해 응축 액화된 유체를 저류하는 탱크(140)와, 탱크(140)에 저류된 액화된 유체를 처리실(500)을 향해서 압송하는 펌프(150)와, 펌프(150)의 토출측과 연통하는 유로에 설치되고, 해당 유로내의 액체를 부분적으로 초임계 유체로 하기 위한 가열수단(20)을 가진다.

Description

유체공급 장치 및 유체공급 방법
본 발명은, 반도체 기판, 포토마스크용 유리 기판, 액정표시용 유리 기판등의 각종 기판의 건조 공정등에 사용되는 유체의 유체공급 장치 및 유체공급 방법에 관한 것이다.
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 유체의 처리 챔버의 공급은, 공급원으로부터의 기체상태의 이산화탄소(예를 들면, 20℃, 5.OMPa)를 콘덴서(응축기)로 응축 액화해서 탱크에 저류하고, 이것을 펌프로 처리 챔버에 압송한다(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.
그렇지만, 펌프로 압송되는 액체상태의 이산화탄소는, 맥동하기 때문에, 액체의 압력이 크게 변동한다. 이 때문에, 처리 챔버의 직전 또는 처리 챔버내에서 초임계 상태로 변화하는 이산화탄소의 공급량이 불안정해지고, 이산화탄소의 초임계 유체를 안정적으로 공급하는 것이 곤란했다.
본 발명의 목적은, 초임계 유체를 안정적으로 공급가능한 유체공급 장치 및 유체공급 방법을 제공하는데에 있다.
본 발명의 유체공급 장치는, 액체상태의 유체를 처리실을 향해서 공급하는 유체공급 장치이며,
기체상태의 유체를 응축 액화하는 콘덴서와,
상기 콘덴서에 의해 응축 액화된 유체를 저류하는 탱크와,
상기 탱크에 저류된 액화된 유체를 상기 처리실을 향해서 압송하는 펌프와,
상기 펌프의 토출측과 연통하는 유로에 설치되고, 해당 유로내의 액체를 부분적으로 초임계 유체로 하기 위한 가열수단을, 갖는 것을 특징으로 한다.
적합하게는, 상기 펌프의 토출측과 연통하는 유로에 설치된 전열 면적이 확대된 확대 전열관부를 더 갖고,
상기 가열수단은, 상기 확대 전열관부에 설치되어 있는, 구성을 채용할 수 있다.
본 발명의 유체공급 방법은, 상기 구성의 유체공급 장치를 사용하여, 초임계 유체로 변화시키기 전의 액체상태의 유체를 처리실을 향해서 공급하는 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, 확대 전열관부의 액체를 가열수단에 의해 가열해서 해당 확대 전열관부내를 신속하게 액체와 초임계 유체의 공존 상태로 하고, 초임계 유체의 압축성을 이용해서 액체의 맥동을 흡수함으로써, 처리 챔버에 초임계 유체를 안정적으로 공급할 수 있다.
[도1a] 본 발명의 일 실시형태에 관련되는 유체공급 장치의 구성도이며, 유체를 순환시키고 있는 상태의 도.
[도1b] 도1a의 유체공급 장치에 있어서 처리 챔버에 액체를 공급하고 있는 상태를 나타낸 도면.
[도2] 이산화탄소의 상태도.
[도3] 확대 전열관부의 일례를 나타내는 정면도.
[도4a] 확대 전열관부 및 가열수단의 다른 실시형태를 나타내는 개략 구성도.
[도4b] 확대 전열관부 및 가열수단의 또 다른 실시형태를 나타내는 개략 구성도.
[도5] 본 발명의 다른 실시형태에 관련되는 유체공급 장치의 구성도.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
제1 실시형태
도1a 및 도1b에 본 발명의 일 실시형태에 관련되는 유체공급 장치를 나타낸다. 본 실시형태에서는, 유체로서 이산화탄소를 사용하는 경우에 대해서 설명한다. 도1a 및 도1b에 있어서, 1은 유체공급 장치, 10은 확대 전열관부, 20은 가열수단(예를 들면, 히터), 100은 C02공급원, 110은 개폐 밸브, 120은 체크밸브, 121은 필터, 130은 콘덴서, 140은 탱크, 150은 펌프, 160은 자동개폐 밸브, 170은 배압 밸브, 500은 처리 챔버를 나타낸다. 또한, 도중의 P는 압력 센서, TC는 온도 센서를 나타낸다. 도1a는 자동개폐 밸브(160)가 닫힌 상태를 나타내고 있고, 도1b는 자동개폐 밸브(160)가 개방된 상태를 나타낸다.
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.
C02 공급원(100)은, 기체상태의 이산화탄소(예를 들면, 20℃, 5.OMPa)을 메인 유로(2)에 공급한다. 도2를 참조하면, C02공급원(100)으로부터 공급되는 이산화탄소는, 도2의 Pl의 상태에 있다. 이 상태의 이산화탄소는, 개폐 밸브(110), 체크밸브(120), 필터(121)를 통해서 콘덴서(130)에 보내진다.
콘덴서(130)에서는, 공급되는 기체상태의 이산화탄소를 냉각함으로써, 액화 응축하고, 액화 응축된 이산화탄소는 탱크(140)에 저류된다. 탱크(140)에 저류된 이산화탄소는, 도2의 P2와 같은 상태(3℃, 5MPa)가 된다. 탱크(140)의 저부로부터 도2의 P2와 같은 상태에 있는 액체상태의 이산화탄소가 펌프(150)에 보내져, 펌프(150)의 토출측에 압송됨으로써, 도2의 P3과 같은 액체상태(20℃, 20MPa)가 된다.
펌프(150)와 처리 챔버(500)를 잇는 메인 유로(2)의 도중에는, 자동개폐 밸브(160)가 설치된다. 메인 유로(2)의 펌프(150)와 자동개폐 밸브(160)의 사이로부터는, 분기 유로(3)가 분기되어 있다. 분기 유로(3)는, 펌프(150)와 자동개폐 밸브(160)의 사이에서, 메인 유로(2)로부터 분기되고, 필터(121)의 상류측에서 다시 메인 유로(2)에 접속되어 있다. 분기 유로(3)에는, 확대 전열관부(10) 및 배압밸브(170)가 설치된다.
배압밸브(170)는, 펌프(150)의 토출측의 유체(액체)의 압력이 설정압력(예를 들면 20MPa) 이상으로 되면, 필터(121)측에 액체를 릴리스 한다. 이에 따라, 펌프(150)의 토출측의 액체의 압력이 설정압력을 초과하는 것을 방지한다.
자동개폐 밸브(160)가 닫혔던 상태에서는, 도1a에 도시한 바와 같이, 펌프(150)로부터 압송되는 액체는, 분기 유로(3)를 거쳐서 다시 콘덴서(130) 및 탱크(140)에 되돌아간다.
자동개폐 밸브(160)가 개방되면, 도1b에 도시한 바와 같이, 액체상태의 이산화탄소가 처리 챔버(500)에 압송된다. 압송된 액체상태의 이산화탄소는, 처리 챔버(500)의 직전 또는 처리 챔버(500)내에 설치된 도시하지 않는 가열수단에 의해 가열되어, 도2에 나타내는 P5와 같은 초임계 상태(80℃, 20MPa)가 된다.
여기서, 펌프(150)로부터 토출되는 액체는 적지 않게 맥동한다. 펌프(150)로부터 토출되는 액체를 처리 챔버(500)에 공급할 때에, 처리 챔버(500)까지 메인 유로(2)는 액체로 충전되어 있음과 아울러, 분기 유로(3)도 배압밸브(170)까지 액체가 충전되어 있다. 이 때문에, 펌프(150)로부터 토출되는 액체가 맥동하면, 메인 유로(2) 및 분기 유로(3)내의 액체상태의 이산화탄소의 압력이 주기적으로 변동한다.
액체상태의 이산화탄소는, 압축성이 부족하다. 이 때문에, 액체상태의 이산화탄소의 압력이 주기적으로 변동하면, 처리 챔버(500)에 공급되는 액체상태의 이산화탄소의 유량도 그것에 따라서 크게 변동한다. 공급되는 액체상태의 이산화탄소의 유량이 크게 변동하면, 처리 챔버(500)의 직전 혹은 처리 챔버(500)내에서 초임계 상태로 변화시킨 이산화탄소의 공급량도 크게 변동해버린다.
이 때문에, 본 실시형태에서는, 분기 유로(3)에 확대 전열관부(10)와 가열수단(20)을 설치하고 있다.
확대 전열관부(10)는, 통상의 스트레이트 관보다도 단위용적당의 전열 면적을 확대하기 위해서, 분기 유로(3)에 직렬로 접속된 스파이어럴 관(나선관)(11)으로 구성된다.
스파이어럴 관(11)은, 하단부 및 상단부에 각각 관 이음매(12, 15)가 설치되어 있고, 이것들의 관 이음매(12, 15)에 의해 스파이어럴 관(11)이 분기 유로(3)에 직렬로 접속된다.
스파이어럴 관(11)을 구성하는 관(13)은, 예를 들면, 스테인레스 강등의 금속재료로 형성되어 있다. 관(13)의 직경은 6.35mm, 스파이어럴부(14)의 전체 길이 L은 280mm, 스파이어럴부(14)의 직경Dl이 140mm정도, 스파이어럴부(14)의 권수는 22권, 관(13)의 전체 길이는 9800mm정도다. 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 스파이어럴 관이외에도, 소용돌이 모양의 관, 파형의 관 등이다. 나선이나 소용돌이의 형상은, 원형일 필요는 없고, 뿔형이여도 좋다. 또한, 확대 전열관(10)은, 열교환기에서 사용되는 것과 마찬가지로, 플레이트식이나 다관식의 관이여도 좋다.
가열수단(20)은, 확대 전열관부(10)를 가열하지만, 확대 전열관부(10)의 전체를 덮도록 설치되어도 좋고, 스파이어럴 관(11)의 외주면을 피복하도록 설치되어도 좋다. 요컨대, 가열수단(20)은, 확대 전열부(10)의 적어도 일부, 다시 말해, 스파이어럴 관(11)의 일부 또는 전부를 가열할 수 있게 구성되면 좋다.
확대 전열관부(10)의 스파이어럴 관(11)안은, 가열수단(20)이 작동하지 않고 있는 상태에서는, 펌프(150)로부터 압송되는 액체상태(도2의 P3의 상태:20℃, 20MPa)의 이산화탄소로 충전되어 있다. 여기에서, 가열수단(20)을 작동시켜서 스파이어럴 관(11)안의 액체를 가열하면, 전열 면적이 확대되어 있으므로, 액체의 온도는 순시에 상승하고, 스파이어럴 관(11)의 액체의 적어도 일부는 도2에 나타내는 P4(60℃, 20MPa)과 같은 초임계 상태가 된다. 초임계 상태의 이산화탄소는, 압축성이 풍부하기 때문에, 펌프(150)로부터 토출되는 액체의 맥동을 흡수한다. 이 결과, 처리 챔버(500)에 초임계 유체를 안정적으로 공급할 수 있다
제2 실시형태
도4a에 확대 전열관부의 다른 실시형태를 나타낸다.
도4a에 나타내는 확대 전열관부(10B)는, 분기 유로(3)에 대하여 스파이어럴 관(11)을 병렬로 접속하고, 분기 유로(3)와 스파이어럴 관(11)과의 사이에 오리피스(30)를 설치하고 있다.
이러한 구성으로서도, 제1실시형태와 마찬가지로, 펌프(150)로부터 토출되는 액체의 맥동(주기적인 압력변동)이 억제되어, 처리 챔버(500)의 직전 혹은 처리 챔버(500)내에서 초임계 상태로 변화시킨 이산화탄소의 공급량을 안정화시킬 수 있다.
제3 실시형태
도4b에 확대 전열관부의 더욱 다른 실시형태를 나타낸다. 도4b에 나타내는 확대 전열관부(10C)는, 2개의 스파이어럴 관(11)을 병렬로 접속하여, 이것들을 분기 유로(3)에 삽입함과 아울러, 분기 유로(3)와 한쪽의 스파이어럴 관(11)과의 사이에 오리피스(30)를 설치하고 있다.
이러한 구성으로서도, 제1실시형태와 마찬가지로, 펌프(150)로부터 토출되는 액체의 맥동(주기적인 압력변동)이 억제되어, 처리 챔버(500)의 직전 혹은 처리 챔버(500)내에서 초임계 상태로 변화시킨 이산화탄소의 공급량을 안정화시킬 수 있다.
도5에 본 발명의 다른 실시형태에 관련되는 유체공급 장치(1A)를 나타낸다. 또한, 도5에 있어서, 도1a와 마찬가지의 구성 부분에 대해서는, 같은 부호를 사용하고 있다.
유체공급 장치(1A)에서는, 확대 전열관부(10)가 존재하지 않고, 가열수단(20)은 분기 유로(3)내의 액체를 가열해서 부분적으로 초임계 유체로 한다.
이러한 구성에 의하면, 확대 전열관부(10)가 불필요해져 장치구성을 간소화할 수 있다.
상기한 양쪽 실시형태에서는, 확대 전열관부(10) 및 가열수단(20)을 분기 유로(3)에 설치했을 경우에 대해서 예시했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 펌프(150)의 토출측의 메인 유로(2)의 도중에 확대 전열관부(10)를 설치하는 것도 가능하다.
상기 실시형태에서는, 펌프로 가압해서 처리 챔버에 보내는 유체로서 이산화탄소를 예시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 초임계 상태로 변화시킬 수 있는 유체, 예를 들면, 물, 메탄, 에탄, 프로판, 메탄올, 에탄올등이면, 본 발명을 적용가능하다.
1, 1A 유체공급 장치
2 메인 유로
3 분기 유로
10, 10B, 10C 확대 전열관부
11 스파이어럴 관
20 가열수단
30 오리피스
100 C02 공급원
110 개폐 밸브
120 체크밸브
121 필터
130 콘덴서
140 탱크
150 펌프
160 자동개폐 밸브
170 배압밸브
500 처리 챔버

Claims (8)

  1. 액체상태의 유체를 처리실을 향해서 공급하는 유체공급 장치이며,
    기체상태의 유체를 응축 액화하는 콘덴서와,
    상기 콘덴서에 의해 응축 액화된 유체를 저류하는 탱크와,
    상기 탱크에 저류된 액화된 유체를 상기 처리실을 향해서 압송하는 펌프와,
    상기 펌프와 상기 펌프의 토출측으로부터 상기 처리실에 이르는 유로의 도중에 설치된 개폐 밸브와의 사이에서 분기되고, 상기 펌프로부터 토출된 액체를 상기 콘덴서에 액체상태로 되돌리기 위한 유로와,
    상기 분기된 유로에 설치되고, 전열 면적이 확대된 확대 전열관부와,
    상기 확대 전열관부에 설치되고, 상기 분기된 유로내의 액체를 부분적으로 초임계 유체로 하기 위한 가열수단을, 갖는 것을 특징으로 하는 유체공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 확대 전열관부는, 스파이어럴 관, 소용돌이 모양의 관, 파형의 관, 플레이트식의 관 및 다관식의 관 중 어느 하나, 또는 이것들의 조합을 포함하는, 것을 특징으로 하는 유체공급 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유체는, 초임계 상태로 변화시킬 수 있는 유체인, 것을 특징으로 하는 유체공급 장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 유체공급 장치를 사용하여, 액체상태의 유체를 처리실을 향해서 공급하는 것을 특징으로 하는 유체공급 방법.
  5. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 유체공급 장치로부터 공급되는 유체를 사용해서 기초가 되는 것의 처리를 하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
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