KR102341891B1 - 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판처리장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 고압의 초임계유체를 이용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 기판처리장치에 있어서 유체의 급속한 압력 변화를 감쇄시켜 유체의 누설, 마찰 및 마모에 의한 파티클 발생 등을 방지할 수 있는 기판처리장치에 대한 것이다.

Description

기판처리장치 {Substrate processing apparatus}
본 발명은 기판처리장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 고압의 초임계유체를 이용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 기판처리장치에 있어서 유체의 급속한 압력 변화를 감쇄시켜 유체의 누설, 마찰 및 마모에 의한 파티클 발생 등을 방지할 수 있는 기판처리장치에 대한 것이다.
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 6에 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 7의 압력과 온도의 상태도에서 온도 조절만을 이용하는 종래기술의 건조방법에서는 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 7을 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.
그런데, 전술한 바와 같이 초임계유체를 이용한 처리장치의 경우 챔버 내부의 압력을 유체의 임계압력 이상으로 압력으로 상승시켜야 하므로 압력펌프 등의 압력조절부를 구비하게 되며, 유체의 압력을 상승시키기 위하여 도 8과 같이 일정한 기울기를 가지는 압력상승선(L)이 미리 제시될 수 있다.
한편, 압력조절부는 펌프가 사용될 수 있는데, 이러한 펌프에는 원심펌프, 회전펌프, 왕복동펌프 등의 종류가 있다. 이 경우, 초임계유체를 이용한 장치의 경우 유체의 임계압력 이상의 고압으로 가압하는 공정이 필요하므로 일반적으로 왕복동펌프(또는 왕복펌프)가 사용된다.
전술한 왕복동펌프를 이용하여 유체의 압력을 상승시키는 경우 상기 압력상승선(L)을 따라 유체의 압력이 일정한 기울기로 상승하는 것이 아니라, 유체의 압력은 실제로 상기 압력상승선(L)을 따라 상하로 요동치는 곡선(R)을 나타내게 된다.
이는 왕복동펌프를 이용하여 압력을 상승시키는 경우에 왕복동펌프의 왕복동운동에 의해 유체에 급격한 압력변화가 발생하게 되기 때문이다. 이러한 유체의 급격한 압력변화는 기판처리장치에 원하지 않는 진동 등을 발생시키게 되며, 이로 인해 유체의 누설, 구성요소의 마찰/마모에 의한 파티클 발생 및 밸브 등의 수명 감소 등이 발생할 수 있다.
또한 이러한 유체의 급격한 압력변화는 챔버 내부의 공정조건에 악영향을 미치어 원하지 않는 공정결과를 유도할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 초임계유체를 이용하여 기판을 처리하는 기판처리장치에서 유체의 급격한 압력 변화를 완충 또는 감쇄시킬 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 유체의 급격한 압력변화를 감쇄시켜 기판처리장치의 각종 구성요소의 수명을 연장시킬 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 초임계상태의 유체를 이용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내부로 메인공급유로를 통해 유체를 공급하는 유체공급부, 상기 메인공급유로에 구비되어 상기 유체의 압력변화를 감쇄시키도록 상기 유체가 수용되는 보조탱크, 상기 보조탱크로 유입되는 유체를 유체의 임계온도 이상의 미리 결정된 조절온도로 가열하는 가열부 및 상기 보조탱크에서 유출되는 유체를 냉각시키는 냉각부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 냉각부는 상기 보조탱크에서 유출되는 유체의 온도를 상기 메인공급유로를 따라 이동하는 유체의 온도로 냉각시킬 수 있다.
또한, 상기 보조탱크는 상기 메인공급유로에서 분기되는 보조유로에 연결될 수 있다.
한편, 상기 보조탱크의 높이는 상기 메인공급유로의 높이 이상으로 결정될 수 있다.
나아가, 상기 가열부 및 냉각부는 상기 보조유로에 구비되며, 상기 가열부가 상기 보조탱크에 인접하여 배치되고 상기 냉각부는 상기 메인공급유로에 인접하여 배치될 수 있다.
한편, 상기 메인공급유로에 구비되며 상기 챔버로 공급되는 유체의 압력을 조절하는 압력조절부와, 상기 메인공급유로에 구비되며 상기 챔버로 공급되는 유체의 온도를 조절하는 온도조절부를 더 구비하고, 상기 보조유로는 상기 압력조절부의 후단에서 분기될 수 있다.
전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 챔버 내부에서 초임계상태의 유체를 사용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하기 위하여 유체의 압력을 상승시키는 경우에 유체의 급격한 압력변화를 감쇄시킬 수 있다.
이와 같이, 유체의 급격한 압력변화를 감쇄시키는 경우 기판처리장치의 각종 구성요소의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치에서 챔버의 구성을 도시한 측단면도,
도 2는 본 발명의 기판처리장치의 구성을 도시한 개략도,
도 3은 메인공급유로에 보조유로를 통해 연결된 보조탱크를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 유체압력변화 감쇄방법을 유체의 압력 및 온도 변화를 도시한 상태도에 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치에서 메인공급유로를 따라 이동하는 유체를 가압하는 경우에 유체의 압력변화를 도시한 그래프,
도 6은 종래기술에 따라 기판 상부의 패턴을 건조시키는 경우에 패턴이 붕괴되는 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 7은 초임계유체를 이용한 처리공정에서 유체의 압력 및 온도 변화를 도시한 상태도,
도 8은 메인공급유로를 따라 이동하는 유체를 가압하는 경우에 유체의 압력변화를 도시한 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 구조에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치(1000)(도 2 참조)에서 챔버(100)의 내부구성을 도시한 측단면도이다.
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 2는 본 발명의 기판처리장치(1000)의 구성을 도시한 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 기판처리장치(1000)는 초임계상태의 유체를 이용하여 기판(W)에 대한 처리공정을 수행하는 처리공간(125)을 제공하는 챔버(100)와, 상기 챔버(100) 내부로 메인공급유로(635)를 통해 유체를 공급하는 유체공급부(600)와, 상기 메인공급유로(635)에 구비되어 상기 유체의 압력변화를 감쇄시키도록 상기 유체가 수용되는 보조탱크(700)와, 상기 보조탱크(700)로 유입되는 유체를 임계점 이상의 미리 결정된 조절온도로 가열하는 가열부(720) 및 상기 보조탱크(700)에서 유출되는 유체의 온도를 상기 메인공급유로(635)를 따라 이동하는 유체의 온도로 냉각시키는 냉각부(730)를 구비할 수 있다.
상기 챔버(100)는 초임계상태의 메인유체를 이용하여 상기 기판(W)에 대한 건조공정 등과 같은 처리공정을 수행하는 처리공간(125)을 제공하는 챔버몸체(120)와, 상기 챔버몸체(120)의 개구부를 밀폐하는 챔버리드(110)를 구비할 수 있다.
이 경우, 상기 챔버몸체(120)는 측벽(124)과, 상기 측벽(124)의 하단부에 연결되는 베이스부(123)를 구비할 수 있다. 상기 측벽(124)의 상단부에 상기 챔버리드(110)가 결합되는 경우에 상기 챔버리드(110), 측벽(124) 및 베이스부(123)로 둘러싸인 공간이 상기 처리공간(125)으로 정의된다.
상기 처리공간(125)에는 상기 기판(W)이 안착되어 지지되는 기판지지부(130)와 상기 챔버(100) 내부의 유체를 배출하는 배출포트(150)를 구비할 수 있다.
한편, 상기 측벽(124)의 상단부에 외측을 향해 절곡되어 형성된 플랜지부(122)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 플랜지부(122)가 상기 챔버리드(110)의 하면에 접촉하여 연결될 수 있다. 예를 들어, 볼트 또는 클램프 등의 체결수단(미도시)에 의해 상기 챔버리드(110)를 상기 플랜지부(122)에 견고하게 고정할 수 있다.
한편, 상기 챔버리드(110)에는 상기 처리공간(125)으로 메인유체를 공급하는 유체공급포트(132)가 형성될 수 있다. 상기 수용공간(125)에서 상기 메인유체는 상기 챔버(100) 내부의 압력 상태에 따라 기체, 액체 또는 초임계상태로 존재할 수 있다.
상기 유체공급포트(132)는 도면에서는 상기 챔버리드(110)에 형성된 것으로 도시되지만, 이에 한정되지는 않으며 상기 챔버몸체(120)에 형성될 수도 있다. 상기 유체공급포트(132)를 통해 공급되는 메인유체는 적절하게 선정될 수 있으며, 예를 들어 이산화탄소(CO2)로 선정될 수 있다.
또한, 상기 본체(124)에는 메인배출포트(150)가 형성되어 상기 기판(W)에 대한 처리공정이 완료된 경우에 상기 수용공간(125)의 유체를 배출할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 기판처리장치(1000)는 유체의 온도 및 압력 중에 적어도 하나를 조절하여 상기 챔버(100)의 유체공급포트(132)를 향해 메인유체를 공급하는 유체공급부(600)를 구비할 수 있다.
예를 들어, 상기 유체공급부(600)는 상기 메인유체를 저장하는 유체저장부(605)와, 상기 유체저장부(605)와 상기 유체공급포트(132)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.
또한, 상기 메인공급유로(635)에는 상기 메인유체의 흐름을 제어하는 밸브(636)를 구비하여 상기 제어부의 제어동작에 의해 상기 밸브(636)를 제어하여 상기 메인유체의 흐름을 제어할 수 있다.
한편, 상기 기판(W)에 대한 처리공정을 수행하는 경우, 상기 챔버(100)의 처리공간(125)의 내부 환경, 즉 상기 처리공간(125)의 온도 및 압력은 상기 챔버(100) 내부로 공급된 메인유체를 초임계상태로 전환시킬 수 있는 임계온도 및 임계압력 이상의 환경을 조성하고 공정동안 유지할 수 있어야 한다.
이를 위하여, 상기 메인공급유로(635)를 따라 상기 메인유체가 이동하는 중에 상기 압력조절부(610)에 의해 상기 유체를 임계압력 이상의 압력으로 가압할 수 있으며, 또한 상기 온도조절부(620)에 의해 상기 유체를 임계온도 이상의 온도로 가열할 수 있다.
한편, 상기 챔버리드(110)가 상기 챔버몸체(120)의 개구부를 덮는 경우에 상기 챔버(100)의 처리공간(125)은 밀폐상태를 유지하게 된다. 따라서, 상기 처리공간(125)으로 공급된 액체상태 또는 초임계상태의 메인유체의 압력을 임계압력 이상으로 유지할 수 있게 된다.
또한, 상기 챔버(100)에는 상기 처리공간(125)의 온도를 소정온도 이상으로 유지할 수 있도록 챔버가열부(미도시)를 더 구비할 수 있다. 상기 챔버가열부에 의해 상기 기판(W)에 대한 공정 중에 상기 처리공간(125)의 온도, 또는 상기 처리공간(125)에 수용된 메인유체의 온도를 임계온도 이상으로 유지할 수 있다.
상기 메인공급유로(635)를 따라 상기 메인유체를 상기 챔버(100)의 수용공간(125)으로 공급하는 경우, 공급 초기에 상기 메인유체는 상기 수용공간(125)에서 기체 상태로 존재하게 된다. 이어서, 상기 메인유체를 지속적으로 공급하면서 상기 압력조절부(610)에 의해 유체를 가압하게 되면 상기 수용공간(125)의 메인유체는 액체로 상변화를 할 수 있다. 상기 수용공간(125)의 메인유체의 압력이 임계압력 이상으로 가압된 경우에, 상기 온도조절부(620) 또는 상기 챔버(100)에 구비된 챔버가열부에 의해 상기 메인유체를 임계온도 이상으로 가열하게 되면 상기 수용공간(125)에 수용된 유체가 초임계상태로 전환될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 상기 기판(W)에 대한 공정 중에 상기 챔버(100)의 내부 압력은 메인유체를 초임계상태로 전환시킬 수 있는 임계압력 이상으로 유지되어야 한다. 따라서, 상기 챔버리드(110)와 챔버몸체(120)를 체결하는 경우에 상기 챔버리드(110)와 상기 챔버몸체(120) 사이를 실링하여 상기 내부챔버(100) 내부의 압력을 유지할 수 있는 실링수단으로 오링(O-ring)(300)을 구비할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 상기 압력조절부(610)에 의해 상기 메인공급유로(635)를 따라 이동하는 유체를 가압할 수 있다. 이 경우, 상기 챔버(100) 내부의 공정조건, 유체의 종류 등을 고려하여 도 8과 같이 일정한 기울기를 가지는 유체의 압력상승선(L)이 미리 제시될 수 있다.
그런데, 상기 압력조절부(610)에 의해 상기 메인공급유로(635)를 따라 이동하는 유체의 압력을 상승시키는 경우 상기 압력상승선(L)을 따라 유체의 압력이 일정한 기울기로 상승하는 것이 아니라, 유체의 압력은 실제로 상기 압력상승선(L)을 따라 상하로 요동치는 곡선(R)으로 나타내게 된다.
한편, 펌프의 종류에는 원심펌프, 회전펌프, 왕복동펌프(또는 왕복펌프) 등의 다양한 종류가 있다. 이 경우, 초임계유체를 이용한 공정의 경우 유체의 임계압력 이상의 고압으로 가압하는 경우가 발생하므로 일반적으로 왕복동펌프가 사용된다.
따라서, 상기 왕복동펌프를 이용하여 압력을 상승시키는 경우에 상기 압력조절부(610)를 이루는 왕복동펌프의 왕복동운동에 의해 유체에 급격한 압력변화가 발생하게 되기 때문이다. 이러한 유체의 급격한 압력변화는 기판처리장치(1000)에 원하지 않는 진동 등을 발생시키게 되며, 이로 인해 유체의 누설, 구성요소의 마찰/마모에 의한 파티클 발생 및 밸브 등의 수명 감소 등이 발생할 수 있다.
또한 이러한 유체의 급격한 압력변화는 챔버(100) 내부의 공정조건에 악영향을 미치어 원하지 않는 공정결과를 유도할 수 있다.
본 발명에서는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 상기 메인공급유로(635)에 구비되어 상기 유체의 압력변화를 감쇄시키도록 상기 유체가 수용되는 보조탱크(700)와, 상기 보조탱크(700)로 유입되는 유체를 임계점 이상의 미리 결정된 조절온도로 가열하는 가열부(720)와, 상기 보조탱크(700)에서 유출되는 유체를 상기 챔버(100)로 공급되는 유체의 온도로 냉각시키는 냉각부(730)를 구비할 수 있다.
도 3은 상기 메인공급유로(635)에 보조유로(710)를 통해 연결된 상기 보조탱크(700)를 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 보조탱크(700)는 상기 메인공급유로(635)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 메인공급유로(635)에서 보조유로(710)가 분기되고, 상기 보조유로(710)에 상기 보조탱크(700)가 연결될 수 있다.
따라서, 상기 유체공급부(600)를 이용하여 상기 챔버(100)로 유체를 공급하는 경우, 즉 상기 유체저장부(605)에 저장된 유체가 상기 메인공급유로(635)를 따라 이동하는 경우 상기 유체 중에 일부는 상기 보조유로(710)를 통해 상기 보조탱크(700)로 공급되어 상기 보조탱크(700) 내부에 유체가 수용될 수 있다.
이때, 상기 보조탱크(700)에 의한 상기 유체의 압력변화의 감쇄를 보다 효과적으로 수행하기 위해 상기 보조유로(710)는 상기 압력조절부(610)의 후단에서 분기될 수 있다. 상기 보조유로(710)가 상기 압력조절부(610)의 후단에서 상기 메인공급유로(635)에 연결됨으로써, 상기 압력조절부(610)에 의한 유체의 급격한 압력변화가 상기 보조탱크(700)로 바로 전달되어 상기 보조탱크(700)에 의해 효과적으로 압력변화를 감쇄시킬 수 있다.
즉, 상기 보조탱크(700)는 내부에 유체를 수용하고, 전술한 압력조절부(610)에 의해 유체에 급격한 압력변화가 발생하는 경우에 상기 보조탱크(700) 내부의 유체의 의해 유체의 압력변화를 감쇄 또는 완충시키는 역할을 하게 된다.
구체적으로, 상기 압력조절부(610)에 의해 상기 메인공급유로(635)의 유체를 가압하는 경우에 압력조절부(610)의 왕복동펌프의 왕복동운동에 의해 유체에 압력변화가 발생할 수 있다. 이때, 상기 메인공급유로(635)와 유체적으로 연결된 상기 보조탱크(700)의 내부에 유체를 수용하게 되면, 상기 메인공급유로(635)의 유체의 압력변화가 상기 보조탱크(700) 내부로 전달된다. 이 경우, 상기 보조탱크(700) 내부에 이미 수용되어 있는 유체의 부피변화로 인해 압력변화를 감쇄 또는 완충시킬 수 있다.
나아가, 상기 보조탱크(700)의 내부의 단위길이당 체적은 상기 메인공급유로(635)의 단위길이당 체적에 비해 상대적으로 크므로, 상기 메인공급유로(635)의 유체에 압력변화가 발생하는 경우에 상기 메인공급유로(635)와 유체적으로 연결된 보조탱크(700)에 의해 효과적으로 압력변화를 감쇄시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 경우 상기 보조탱크(700) 내부의 유체의 부피변화에 의해 상기 메인공급유로(635) 상의 유체의 압력변화를 감쇄시키게 된다. 그런데, 유체의 상에 따른 부피변화를 살펴보게 되면, 액체 상태인 경우에 비해 기체 또는 초임계 상태인 경우에 부피변화가 상대적으로 크게 된다.
따라서, 본 발명의 경우 상기 보조탱크(700)에 수용되는 유체는 액체 상태가 되지 않도록, 즉 기체 상태 또는 초임계 상태를 유지하도록 온도 조절을 하게 된다.
상기 유체의 온도조절을 위하여 상기 보조유로(710) 상에 가열부(720) 및 냉각부(730)를 구비할 수 있다.
상기 가열부(720)는 상기 보조탱크(700)로 유입되는 유체를 임계점 이상의 미리 결정된 조절온도로 가열하게 되며, 상기 가열부(720)는 유체를 가열하는 히터 또는 열교환기 등으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 냉각부(730)는 상기 보조탱크(700)에서 상기 메인공급유로(635)를 향해 유출되는 유체를 상기 챔버(100)로 공급되는 유체의 온도로 냉각시키게 되며, 냉각유체 등을 이용하여 유체를 냉각시킬 수 있다.
도 4는 유체의 압력 및 온도 변화를 도시한 상태도에 본 발명의 유체압력변화 감쇄방법에 따른 온도 변화를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 메인공급유로(635)를 통해 상기 보조탱크로(700)로 공급되는 유체가 액체상태(A)일 수 있다. 전술한 바와 같이 액체 상태의 유체는 부피변화가 작아서 압력변화를 충분히 감쇄시키지 못할 수 있으므로, 전술한 가열부(720)에 의해 상기 유체의 온도(T1)를 임계온도(Tc) 이상의 미리 결정된 온도(TS)로 가열하게 된다.
이 경우, 상기 압력조절부(610)에 의해 유체의 압력변화가 발생하는 경우에 상기 보조탱크(700) 내부의 유체는 압력변화에 의해 예를 들어 제1 압력(P1)과 제2 압력(P2) 사이에서 변화하게 된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 보조탱크(700) 내부의 유체는 임계온도(Tc) 이상의 온도(TS)로 가열된 상태이므로 상기 유체의 압력변화에 의해 압력이 상승하는 경우에도 액체 상태로 변화하지 않고 초임계상태로 변화하게 된다. 즉, 상기 보조탱크(700) 내부의 유체는 상기 메인공급유로(635)의 압력변화가 전달되는 경우에도 기체상태 또는 초임계상태를 유지하게 된다.
한편, 상기 메인공급유로(635)를 통해 상기 보조탱크로(700)로 공급되는 유체가 기체상태인(B) 경우에도 그 온도(T2)가 임계온도(Tc)보다 낮을 수 있다. 이 경우에는 압력변화에 의해 유체의 압력이 상승하는 경우에 유체가 액체상태로 변화할 수 있다.
따라서, 상기 메인공급유로(635)를 통해 상기 보조탱크로(700)로 공급되는 유체가 기체상태인(B) 경우에도 그 온도(T2)가 임계온도(Tc)보다 낮은 경우에는 전술한 가열부(720)에 의해 상기 유체의 온도(T2)를 임계온도(Tc) 이상의 미리 결정된 온도(TS)로 가열하게 된다.
한편, 상기 메인공급유로(635)를 통해 상기 보조탱크로(700)로 공급되는 유체가 기체상태(C)이며, 그 온도(T3)가 임계온도(Tc)보다 높을 수 있다. 이 경우에는 압력변화에 의해 유체의 압력이 상승하는 경우에도 유체가 액체상태로 변화하지 않게 된다.
따라서, 상기 메인공급유로(635)를 통해 상기 보조탱크로(700)로 공급되는 유체가 기체상태(C)이며, 그 온도가 임계온도(Tc)보다 높은 경우에는 전술한 가열부(720)에 의한 가열이 필요하지 않을 수 있다. 다만, 상기 유체의 온도(T3)가 미리 결정된 온도(TS)와 다른 경우에는 공정 제어의 편리성 등을 위하여 전술한 가열부(720)에 의해 상기 유체의 온도(T3)를 임계온도(Tc) 이상의 미리 결정된 온도(TS)로 가열할 수도 있다.
한편, 전술한 바와 같이 상기 보조탱크(700)로 공급되는 유체의 상태는 기체상태, 초임계상태 또는 액체상태일 수 있다. 액체 상태의 유체는 전술한 바와 같이 압력변화에 따른 부피변화가 기체상태 또는 초임계상태보다 작으므로 가능한한 액체상태의 유체는 보조탱크(700)로 공급되지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 보조탱크(700)의 높이는 상기 메인공급유로(635)의 높이 이상으로 설치되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 보조탱크(700)는 지면을 기준으로 수직방향을 따라 상기 메인공급유로(635)와 동일한 높이 또는 상기 메인공급유로(635)의 상부에 위치할 수 있다. 이러한 배치의 경우 주로 기체상태 또는 초임계상태의 유체가 상기 보조탱크로(700)로 공급되어 보다 효과적으로 상기 보조탱크(700)의 내부 유체에 의해 압력변화를 감쇄시킬 수 있다.
물론, 전술한 압력조절부(610)의 토출압이 크면 적은량의 액체상태의 유체가 일시적으로 상기 보조탱크(700)로 유입될 수도 있다. 하지만, 전술한 바와 같이 상기 보조탱크(700)가 상기 메인공급유로(635) 이상의 높이에 설치되면 액체상태의 유체가 상기 보조탱크(700)로 유입되는 것을 중력에 의해 방지할 수 있다.
또한, 유체 공급 초기에는 상기 보조탱크(700)에 기체상태의 유체가 수용될 수 있다. 상기 메인공급유로(635)와 보조탱크(700) 내부의 압력이 추가로 상승하면 상기 메인공급유로(635) 내부의 유체가 액체로 변하고 상기 보조탱크(700) 내부의 유체는 초임계상태로 변하게 된다. 이 경우, 밀도가 액체에 가까운 초임계유체의 특성상 상기 메인공급유로(635) 내부의 액체와 상기 보조탱크(700) 내부의 초임계유체 간의 중력에 의한 위치 역전 현상은 발생하지 않는다.
한편, 상기 보조탱크로(700)로 유입된 유체는 상기 메인공급유로(635)의 유체의 압력변화에 의해 상기 메인공급유로(635)로 다시 배출될 수 있다.
즉, 상기 메인공급유로(635)의 압력이 상승 후 하강하는 경우에 상기 보조탱크(700) 내부의 유체가 상기 메인공급유로(635)로 배출되어 상기 챔버(100)를 향해 공급될 수 있다.
이 경우, 상기 보조탱크(700)에서 상기 메인공급유로(635)를 향해 배출되는 유체와 상기 메인공급유로(635)를 통해 상기 보조탱크(700)를 거치지 않고 공급되는 유체 사이에 온도 차이가 발생할 수 있다. 이러한 온도차이는 상기 챔버(100) 내부에서 공정조건의 변화 등 원하지 않는 결과를 유도할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 냉각부(730)에 의해 상기 보조탱크(700)에서 유출되는 유체의 온도를 상기 메인공급유로를 따라 이동하는 유체의 온도로 냉각시키게 된다.
한편, 상기 가열부(720)와 냉각부(730)가 상기 보조유로(710)에 구비되는 경우에 상기 가열부(720)가 상기 보조탱크(700)에 인접하여 배치되고 상기 냉각부(730)는 상기 메인공급유로(635)에 인접하여 배치될 수 있다.
상기 가열부(720)는 상기 보조탱크로(700)로 공급되는 유체를 임계온도 이상의 온도로 가열하게 되므로 상기 보조탱크(700)에 인접하여 배치되는 것이 유리하다.
한편, 상기 가열부(720)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 보조유로(710)에 설치되어 상기 보조유로(710)를 지나는 유체를 가열하도록 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 가열부는 상기 보조탱크(700)에 설치되어 상기 보조탱크(700) 내부에 수용된 유체를 가열하도록 구성되거나, 또는 상기 보조유로(710)와 보조탱크(700)에 모두 설치될 수도 있다.
또한, 상기 냉각부(730)는 상기 보조탱크(700)에서 상기 메인공급유로(635)로 다시 공급되는 유체를 냉각시키는 역할을 하게 되므로 상기 메인공급유로(635)에 인접하여 배치되는 것이 유리하다.
나아가, 상기 보조탱크(700) 또는 보조유로(710)에는 온도를 감지할 수 있는 온도감지부(미도시)를 적어도 하나 이상 구비할 수 있다. 상기 온도감지부에 의해 보조탱크(700) 내부의 유체 또는 상기 보조유로(710) 상의 유체의 온도를 측정하여 전술한 제어부에 의해 상기 가열부(720)와 냉각부(730)를 제어할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치(1000)에서 메인공급유로(635)를 따라 이동하는 유체를 가압하는 경우에 유체의 압력변화를 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 왕복동펌프를 이용하여 유체의 압력을 상승시키는 경우에도 유체의 압력변화선(M)이 전술한 도 8과 비교하여 상기 압력상승선(L)을 비교적 잘 추종하며 상승하는 것을 알 수 있다. 이는 도 8과 비교하여 유체의 급격한 압력변화를 상당히 줄어들게 하여 기판처리장치에 작용하는 진동 등을 현저히 줄일 수 있게 된다.
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 : 챔버리드
120 : 챔버몸체
200 : 기판지지부
300 : 오링
600 : 유체공급부
610 : 압력조절부
620 : 온도조절부
700 : 보조탱크
710 : 보조유로
720 : 가열부
730 : 냉각부
1000 : 기판처리장치

Claims (6)

  1. 초임계상태의 유체를 이용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 처리공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내부로 메인공급유로를 통해 유체를 공급하는 유체공급부;
    상기 메인공급유로에 구비되어 상기 유체의 압력변화를 감쇄시키도록 상기 유체가 수용되는 보조탱크;
    상기 보조탱크로 유입되는 유체를 유체의 임계온도 이상의 미리 결정된 조절온도로 가열하는 가열부;
    상기 보조탱크에서 유출되는 유체를 냉각시키는 냉각부; 및
    상기 메인공급유로에 구비되며 상기 챔버로 공급되는 유체의 압력을 조절하는 압력조절부를 구비하고,
    상기 보조탱크는 상기 메인공급유로에서 상기 압력조절부의 후단에서 분기되는 보조유로에 연결되고 상기 가열부 및 냉각부는 상기 보조유로에 구비되며, 상기 유체는 상기 보조유로를 통해 상기 메인공급유로에서 상기 보조탱크로 공급되거나 상기 보조유로를 통해 상기 보조탱크에서 상기 압력조절부의 후단의 상기 메인공급유로로 다시 배출되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는
    상기 보조탱크에서 유출되는 유체의 온도를 상기 메인공급유로를 따라 이동하는 유체의 온도로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조탱크의 높이는 상기 메인공급유로의 높이 이상인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열부가 상기 보조탱크에 인접하여 배치되고 상기 냉각부는 상기 메인공급유로에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메인공급유로에 구비되며 상기 챔버로 공급되는 유체의 온도를 조절하는 온도조절부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.

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