KR20130025138A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 초임계 유체를 이용하여 기판을 건조 처리하는 기판 처리 장치를 제공한다. 유체는 각각의 장치를 연결하는 공급라인을 통해 공급되며, 각각의 공급라인에는 적어도 하나 이상의 밸브가 설치된다. 유체는 온도 및 압력에 따라 기체 상태, 액체 상태, 그리고 초임계 상태로 상 변화가 일어나며, 그 변화된 상에 따라 유체는 서로 상이한 성질을 가진다. 이로 인해 공급라인의 내부 유로에 제공되는 밸브 시트는 그 유체의 성질에 따라 내구성이 강한 재질로 이루어지도록 제공한다.

Description

기판 처리 장치{Apparatus for treating substrate}
본 발명은 유체를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초임계 유체를 이용하여 기판을 건조 처리하는 장치에 관한 것이다.
반도체소자를 제조하기 위해서, 기판에 포토리소그라피, 식각, 애싱, 이온주입, 그리고 박막증착등의 다양한 공정들을 통해 원하는 패턴을 기판에 형성한다. 각각의 공정에는 다양한 처리액들이 사용되며, 공정이 진행되는 중 오염물 및 파티클이 생성된다. 이를 해결하기 위해 기판을 세정액과 탈이온수로 세정한 후, 이소프로필알코올(IPA)과 같은 유기 용제를 공급하여 탈이온수를 제거한다. 그러나 반도체가 집적회되면서 패턴 사이즈는 작아지고, 패턴의 표면적 증대를 위해 패턴은 고종횡비로 제공된다.
패턴 내에 잔여된 유기용제는 패턴의 표면과 표면장력이 발생된다. 이로 인해 유기용제를 건조 시 패턴의 무너짐이 발생한다. 따라서 유기 용제와 패턴 간의 표면장력을 줄일 수 있는 초임계 유체를 이용한 건조 처리 기술이 사용된다. 초임계 유체는 표면장력이 0 에 가까우며, 이 중 이산화탄소(CO2)는 유기 용제의 용해율이 우수하다. 이산화탄소는 약 70bar의 압력과 30℃의 온도 이상에서 초임계 상태를 유지한다.
그러나 초임계 유체는 공급라인을 통해 공급되는 동안, 그 압력 또는 온도에 따라 기상 또는 액상으로 상 변화가 일어나고, 각각의 상태에 따라 서로 상이한 성질을 가진다. 이로 인해 공급라인 상에 설치되는 밸브의 구성 중 유체와 접촉되는 밸브 시트는 유체와 반응하여 수축 팽창의 변형이 발생된다. 변형의 정도는 유체의 상태 및 밸브 시트의 재질에 따라 상이해진다.
본 발명의 실시예는 초임계 유체의 공급 라인에 설치되는 밸브 시트의 변형을 최소화하고자 한다.
본 발명의 실시예는 초임계 유체를 이용하여 기판을 건조 처리하는 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 유체를 저장하는 버퍼 탱크, 상기 버퍼 탱크로부터 유체를 공급받고, 기판을 처리하는 공간을 제공하는 챔버, 상기 버퍼 탱크로부터 공급되는 유체를 응축시키는 냉각 부재, 상기 냉각 부재로부터 공급되는 유체를 가열 및 가압하는 히팅 부재, 상기 버퍼 탱크 및 상기 냉각 부재를 연결하는 제 1 라인, 상기 냉각 부재 및 상기 히팅 부재를 연결하는 제 2 라인과, 상기 히팅 부재 및 상기 챔버를 연결하는 제 3 라인, 그리고 상기 제 1 라인, 상기 제 2 라인, 그리고 상기 제 3 라인 각각에 설치되는 밸브를 포함하되, 상기 밸브는 밸브 시트를 포함하고, 상기 제 1 라인, 상기 제 2 라인, 그리고 상기 제 3 라인들 각각에 설치된 상기 밸브의 상기 밸브 시트는 서로 상이한 재질로 이루어진다.
상기 유체는 이산화탄소(CO2)일 수 있다. 상기 버퍼 탱크와 상기 냉각 부재를 연결하는 라인 상에 설치되는 밸브 시트의 재질은 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)으로 이루어질 수 있다. 상기 냉각 부재와 상기 히팅 부재를 연결하는 라인 상에 설치되는 밸브 시트의 재질은 폴리에테르에테르케톤(PEEK)로 이루어질 수 있다. 상기 챔버와 상기 히팅 부재를 연결하는 라인 상에 설치되는 밸브 시트의 재질은 폴리이미드(polyimide)로 이루어질 수 있다. 상기 밸브는, 공압에 의해 상하로 이동 가능한 제 1 몸체와 상기 제 1 몸체와 탈착되는 제 2 몸체를 더 포함하되, 상기 밸브 시트는 상기 제 1 몸체와 상기 제 2 몸체에 제공되고, 상기 제 1 몸체과 상기 제 2 몸체 간의 사이 공간을 실링할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 유체의 변화되는 상태에 따라 밸브 시트가 변형되는 것을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기판 처리 설비를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 도1의 제 1 공정 챔버에서 기판을 세정하는 제1기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3은 유체의 압력-온도(PT)선도를 도시한 그래프이다.
도 4는 도 1의 제 2 공정 챔버의 제 2 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 4의 건조 유닛를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 6은 도 4의 밸브를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 7은 이산화탄소의 상태에 따른 밸브 시트의 변형 정도를 보여주는 도면이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.
이하, 본 발명은 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 기판처리설비를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 1을 참조하면, 기판처리설비(1)는 인덱스모듈(10)과 공정처리모듈(20)을 가지고, 인덱스모듈(10)은 로드포트(120) 및 이송프레임(140)을 가진다. 로드포트(120), 이송프레임(140), 그리고 공정처리모듈(20)은 순차적으로 일렬로 배열된다. 이하, 로드포트(120), 이송프레임(140), 그리고 공정처리모듈(20)이 배열된 방향을 제1방향(12)이라 한다. 그리고 상부에서 바라볼 때 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 하고, 제1방향(12)과 제2방향(14)을 포함한 평면에 수직인 방향을 제3방향(16)이라 한다.
로드포트(140)에는 기판(W)이 수납된 캐리어(130)가 안착된다. 로드포트(120)는 복수 개가 제공되며 이들은 제2방향(14)을 따라 일렬로 배치된다. 도 1에서는 네 개의 로드포트(120)가 제공된 것으로 도시하였다. 그러나 로드포트(120)의 개수는 공정처리모듈(20)의 공정효율 및 풋 프린트 등의 조건에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 캐리어(130)에는 기판의 가장자리를 지지하도록 제공된 슬롯(도시되지 않음)이 형성된다. 슬롯은 제3방향(16)을 복수 개가 제공되고, 기판은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 캐리어 내에 위치된다. 캐리어(130)로는 전면 개방 일체형 포드(Front Opening Unified Pod;FOUP)가 사용될 수 있다.
공정처리모듈(20)은 버퍼유닛(220), 이송챔버(240), 제1공정챔버(260), 그리고 제2공정챔버(280)를 가진다. 이송챔버(240)는 그 길이 방향이 제1방향(12)과 평행하게 배치된다. 제2방향(14)를 따라 이송챔버(240)의 일측에는 제1공정챔버들(260)이 배치되고, 이송챔버(240)의 타측에는 제2공정챔버들(280)이 배치된다. 제1공정챔버들(260)과 제2공정챔버들(280)은 이송챔버(240)를 기준으로 서로 대칭이 되도록 제공될 수 있다. 제1공정챔버(260)들 중 일부는 이송챔버(240)의 길이 방향을 따라 배치된다. 또한, 제1공정챔버(260)들 중 일부는 서로 적층되게 배치된다. 즉, 이송챔버(240)의 일측에는 제1공정챔버(260)들이 A X B(A와 B는 각각 1이상의 자연수)의 배열로 배치될 수 있다. 여기서 A는 제1방향(12)을 따라 일렬로 제공된 제1공정챔버(260)의 수이고, B는 제3방향(16)을 따라 일렬로 제공된 제2공정챔버(260)의 수이다. 이송챔버(240)의 일측에 제1공정 챔버(260)가 4개 또는 6개 제공되는 경우, 제1공정챔버들(260)은 2 X 2 또는 3 X 2의 배열로 배치될 수 있다. 제1공정챔버(260)의 개수는 증가하거나 감소할 수도 있다. 제2공정챔버들(280)도 제1공정챔버들(260)과 유사하게 M X N(M과 N은 각각 1 이상의 자연수)의 배열로 배치될 수 있다. 여기에서 M, N은 각각 A, B와 동일한 수일 수 있다. 상술한 바와 달리, 제1공정챔버(260)와 제2공정챔버(280)은 모두 이송챔버(240)의 일측에만 제공될 수 있다. 또한, 상술한 바와 달리, 제1공정챔버(260)와 제2공정챔버(280)은 각각 이송챔버(240)의 일측 및 타측에 단층으로 제공될 수 있다. 선택적으로, 이송챔버(240)의 일측 또는 타측에서 제1공정챔버(260)와 제2공정챔버(280)는 서로 간에 적층되도록 제공될 수 있다. 또한, 제1공정챔버(260)와 제2공정챔버(280)는 상술한 바와 달리 다양한 배치로 제공될 수 있다.
버퍼유닛(220)은 이송프레임(140)과 이송챔버(240) 사이에 배치된다. 버퍼 유닛(220)은 이송챔버(240)와 이송프레임(140) 간에 기판(W)이 반송되기 전에 기판(W)이 머무르는 공간을 제공한다. 버퍼유닛(220)은 그 내부에 기판(W)이 놓이는 슬롯(미도시)이 제공되며, 슬롯(미도시)들은 서로 간에 제3방향(16)을 따라 이격되도록 복수 개 제공된다. 버퍼유닛(220)에서 이송프레임(140)과 마주보는 면과 이송챔버(240)와 마주보는 면 각각이 개방된다.
이송프레임(140)은 로드포트(120)에 안착된 캐리어(130)와 버퍼유닛(220) 간에 기판(W)을 반송한다. 이송프레임(140)에는 인덱스레일(142)과 인덱스로봇(144)이 제공된다. 인덱스레일(142)은 그 길이 방향이 제2방향(14)과 나란하게 제공된다. 인덱스로봇(144)은 인덱스레일(142) 상에 설치되며, 인덱스레일(142)을 따라 제2방향(14)으로 직선 이동된다. 인덱스로봇(144)은 베이스(144a), 몸체(144b), 그리고 인덱스암(144c)을 가진다. 베이스(144a)는 인덱스레일(142)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(144b)는 베이스(144a)에 결합된다. 몸체(144b)는 베이스(144a) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 몸체(144b)는 베이스(144a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 몸체(144b)에 결합되고, 몸체(144b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 인덱스암(144c)들은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 인덱스암(144c)들 중 일부는 공정처리모듈(20)에서 캐리어(130)로 기판(W)을 반송할 때 사용되고, 다른 일부는 캐리어(130)에서 공정처리모듈(20)로 기판(W)을 반송할 때 사용될 수 있다. 이는 인덱스로봇(144)이 기판(W)을 반입 및 반출하는 과정에서 공정 처리 전의 기판(W)으로부터 발생된 파티클이 공정 처리 후의 기판(W)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
이송챔버(240)는 버퍼유닛(220), 제1공정챔버(260), 그리고 제2공정챔버(280) 간에 기판(W)을 반송한다. 이송챔버(240)에는 가이드레일(242)과 메인로봇(244)이 제공된다. 가이드레일(242)은 그 길이 방향이 제1방향(12)과 나란하도록 배치된다. 메인로봇(244)은 가이드레일(242) 상에 설치되고, 가이드레일(242) 상에서 제1방향(12)을 따라 직선 이동된다. 메인로봇(244)은 베이스(244a), 몸체(244b), 그리고 메인암(244c)을 가진다. 베이스(244a)는 가이드레일(242)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(244b)는 베이스(244a)에 결합된다. 몸체(244b)는 베이스(244a) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 몸체(244b)는 베이스(244a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 메인암(244c)은 몸체(244b)에 결합되고, 이는 몸체(244b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 메인암(244c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 메인암(244c)들은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 버퍼유닛(220)에서 공정챔버(260, 280)로 기판(W)을 반송할 때 사용되는 메인암(244c)과 공정챔버(260, 280)에서 버퍼유닛(220)으로 기판(W)을 반송할 때 사용되는 메인암(244c)은 서로 상이할 수 있다. 또한, 제1공정챔버(260)에서 제2공정챔버(280)로 기판(W)을 반송할 때 사용되는 메인암(244c)과 제2공정챔버(280)에서 버퍼유닛(220)으로 기판을 반송할 때 사용되는 메인암(244c)은 서로 상이할 수 있다.
제1공정챔버(260)와 제2공정챔버(280)는 하나의 기판(W)에 대해 순차적으로 공정을 수행하도록 제공될 수 있다. 예컨대, 기판(W)은 제1공정챔버(260)에서 케미컬처리공정, 린스공정, 그리고 1차건조공정이 수행되고, 제2공정챔버(260)에서 2차건조공정이 수행될 수 있다. 이 경우, 1차건조공정은 유기 용제에 의해 이루어지고, 2차건조공정은 초임계 유체에 의해 이루어질 수 있다. 유기 용제로는 이소프로필 알코올 증기 또는 이소프로필 알코올 액이 사용되고, 초임계 유체로는 이산화탄소가 사용될 수 있다.
아래에서는 제1공정챔버(260)에 제공된 제1기판 처리 장치(300)에 대해 설명한다. 도2는 도1의 제1공정챔버에서 기판을 세정하는 제1기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도2를 참조하면, 제1기판 처리 장치(300)는 하우징(320), 스핀헤드(340), 승강유닛(360), 그리고 분사유닛(380)을 가진다. 하우징(320)은 기판처리공정이 수행되는 공간을 제공하며, 그 상부는 개방된다. 하우징(320)은 내부회수통(322), 중간회수통(324), 그리고 외부회수통(326)을 가진다. 각각의 회수통(322,324,326)은 공정에 사용된 처리액 중 서로 상이한 처리액을 회수한다. 내부회수통(322)은 스핀헤드(340)를 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되고, 중간회수통(324)은 내부회수통(322)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되고, 외부회수통(326)은 중간회수통(324)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 내부회수통(322)의 내측공간(322a), 내부회수통(322)과 중간회수통(324)의 사이 공간(324a) 그리고 중간회수통(324)과 외부회수통(326)의 사이 공간(326a)은 각각 내부회수통(322), 중간회수통(324), 그리고 외부회수통(326)으로 처리액이 유입되는 유입구로서 기능한다. 각각의 회수통(322,324,326)에는 그 저면 아래 방향으로 수직하게 연장되는 회수라인(322b,324b,326b)이 연결된다. 각각의 회수라인(322b,324b,326b)은 각각의 회수통(322,324,326)을 통해 유입된 처리액을 배출한다. 배출된 처리액은 외부의 처리액 재생 시스템(미도시)을 통해 재사용될 수 있다.
스핀헤드(340)는 하우징(320) 내에 배치된다. 스핀헤드(340)은 공정 진행 중 기판(W)을 지지하고 기판(W)을 회전시킨다. 스핀헤드(340)는 몸체(342), 지지핀(334), 척핀(346), 그리고 지지축(348)을 가진다. 몸체(342)는 상부에서 바라볼 때 대체로 원형으로 제공되는 상부면을 가진다. 몸체(342)의 저면에는 모터(349)에 의해 회전가능한 지지축(348)이 고정결합된다. 지지핀(334)은 복수 개 제공된다. 지지핀(334)은 몸체(342)의 상부면의 가장자리부에 소정 간격으로 이격되게 배치되고 몸체(342)에서 상부로 돌출된다. 지지핀들(334)은 서로 간에 조합에 의해 전체적으로 환형의 링 형상을 가지도록 배치된다. 지지핀(334)은 몸체(342)의 상부면으로부터 기판(W)이 일정거리 이격되도록 기판의 후면 가장자리를 지지한다. 척핀(346)은 복수 개 제공된다. 척핀(346)은 몸체(342)의 중심에서 지지핀(334)보다 멀리 떨어지게 배치된다. 척핀(346)은 몸체(342)에서 상부로 돌출되도록 제공된다. 척핀(346)은 스핀헤드(340)가 회전될 때 기판(W)이 정 위치에서 측 방향으로 이탈되지 않도록 기판(W)의 측부를 지지한다. 척핀(346)은 몸체(342)의 반경 방향을 따라 대기위치와 지지위치 간에 직선 이동 가능하도록 제공된다. 대기위치는 지지위치에 비해 몸체(342)의 중심으로부터 멀리 떨어진 위치이다. 기판(W)이 스핀헤드(340)에 로딩 또는 언 로딩시에는 척핀(346)은 대기위치에 위치되고, 기판(W)에 대해 공정 수행시에는 척핀(346)은 지지위치에 위치된다. 지지위치에서 척핀(346)은 기판(W)의 측부와 접촉된다.
승강유닛(360)은 하우징(320)을 상하 방향으로 직선 이동시킨다. 하우징(320)이 상하로 이동됨에 따라 스핀헤드(340)에 대한 하우징(320)의 상대 높이가 변경된다. 승강유닛(360)은 브라켓(362), 이동축(364), 그리고 구동기(366)를 가진다. 브라켓(362)은 하우징(320)의 외벽에 고정설치되고, 브라켓(362)에는 구동기(366)에 의해 상하 방향으로 이동되는 이동축(364)이 고정결합된다. 기판(W)이 스핀헤드(340)에 놓이거나, 스핀헤드(340)로부터 들어올려 질 때 스핀헤드(340)가 하우징(320)의 상부로 돌출되도록 하우징(320)은 하강된다. 또한, 공정이 진행될 시에는 기판(W)에 공급된 처리액의 종류에 따라 처리액이 기설정된 회수통(360)으로 유입될 수 있도록 하우징(320)의 높이가 조절한다. 예컨대, 제1처리액으로 기판(W)을 처리하고 있는 동안에 기판(W)은 내부회수통(322)의 내측공간(322a)과 대응되는 높이에 위치된다. 또한, 제2처리액, 그리고 제3처리액으로 기판(W)을 처리하는 동안에 각각 기판(W)은 내부회수통(322)과 중간회수통(324)의 사이 공간(324a), 그리고 중간회수통(324)과 외부회수통(326)의 사이 공간(326a)에 대응되는 높이에 위치될 수 있다. 상술한 바와 달리 승강유닛(360)은 하우징(320) 대신 스핀헤드(340)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
분사유닛(380)은 기판처리공정 시 기판(W)으로 처리액을 공급한다. 분사유닛(380)은 노즐 지지대(382), 노즐(384), 지지축(386), 그리고 구동기(388)를 가진다. 지지축(386)은 그 길이 방향이 제3방향(16)을 따라 제공되고, 지지축(386)의 하단에는 구동기(388)가 결합된다. 구동기(388)는 지지축(386)을 회전 및 승강 운동한다. 노즐지지대(382)는 구동기(388)와 결합된 지지축(386)의 끝단 반대편과 수직하게 결합된다. 노즐(384)은 노즐지지대(382)의 끝단 저면에 설치된다. 노즐(384)은 구동기(388)에 의해 공정 위치와 대기 위치로 이동된다. 공정 위치는 노즐(384)이 하우징(320)의 수직 상부에 배치된 위치이고, 대기 위치는 노즐(384)이 하우징(320)의 수직 상부로부터 벗어난 위치이다. 분사유닛(380)은 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 분사유닛(380)이 복수 개 제공되는 경우, 케미칼, 린스액, 또는 유기 용제는 서로 상이한 분사유닛(380)을 통해 제공될 수 있다. 린스액은 순수일 수 있고, 유기 용제는 이소프로필 알코올 증기와 비활성 가스의 혼합물이거나 이소프로필 알코올 액일 수 있다.
다음에는 제 2 공정 챔버(280)에 제공된 제2기판 처리 장치(400)에 대해 상세히 설명한다. 도3은 유체의 압력-온도(PT)선도를 도시한 그래프이다. 도3을 참조하면, 초임계 유체는 임계온도(Tc) 및 임계압력(Pc) 이상의 영역에 있는 유체다. 초임계 유체는 액체에 가까운 용해력을 갖지만, 장력과 점성은 기체에 가까운 성질을 가진다. 초임계 유체는 기체와 액체의 계면을 형성하지 않기 때문에 표면장력은 거의 제로이다.
도 4는 도 1의 제 2 공정 챔버의 제 2 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 제 2 기판 처리 장치(400)는 제 2 공정 챔버(280)의 내부에 제공된다. 도4를 참조하면, 제 2 기판 처리 장치(400)는 버퍼 탱크(410), 제 1 냉각 부재(420), 히팅 부재(430), 건조 유닛(440), 벤트 유닛(450), 재생 유닛(460), 그리고 제 2 냉각 부재(480)를 포함한다.
초임계 유체를 이용하여 기판을 건조시키는 공정에 있어서, 유체는 압력 및 온도에 따라 상 변화가 일어난다. 일 예에 의하면, 제 2 기판 처리 장치(400)에서 사용되는 유체는 이산화탄소(CO2)일 수 있으며, 이산화탄소는 31℃의 임계 온도 및 73bar의 임계 압력을 가진다. 유체가 저장되는 버퍼 탱크(410)에서 공정이 진행되는 건조 유닛(440)까지 유체는 공급되고, 공정에 사용된 유체는 다시 재생 유닛(460)에 의해 재생되어 버퍼 탱크(410)로 공급되는 동안 그 유체는 다양한 상 변화가 일어날 수 있다.
버퍼 탱크(410)는 기판의 건조 공정에 사용될 이산화탄소를 임시 저장한다. 버퍼 탱크(410)는 유체 저장부(405)로부터 이산화탄소를 공급받는다. 버퍼 탱크(410)와 유체 저장부(405) 간에는 제 2 냉각 부재(480)가 제공되어 버퍼 탱크(410)로 공급되는 기상의 이산화탄소를 응축시킨다. 응축된 이산화탄소는 버퍼 탱크(410)에 액상으로 저장된다. 버퍼 탱크(410)에 저장된 이산화탄소는 건조 유닛(440)로 공급된다. 이산화탄소는 건조 유닛(440)로 공급되는 동안 가열 및 가압에 의해 액상에서 기상으로 상 변화되어 공급된다. 버퍼 탱크(410)와 건조 유닛(440) 간에는 기상의 이산화탄소를 초임계 상태로 상 변화시키는 제 1 냉각 부재(420) 및 히팅 부재(430)가 순차적으로 배치된다. 제 1 냉각 부재(420)는 버퍼 탱크(410)로부터 공급되는 기상의 이산화탄소를 응축시켜 액상으로 상 변화시킨다. 버퍼 탱크(410)의 내부에는 이산화탄소가 액상으로 유지되도록 온도 및 압력이 조절된다. 그러나 버퍼 탱크(410)에서 제 1 냉각 부재(420)로 공급되는 동안 이산화탄소는 온도 및 압력에 의해 액상에서 기상으로 상 변화된다. 히팅 부재(430)는 제 1 냉각 부재(420)에 의해 응축된 이산화탄소를 가압 및 가열한다. 가압 및 가열된 이산화탄소는 초임계 상태로 건조 유닛(440)에 공급된다.
도 5는 도 4의 건조 유닛을 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 건조 유닛(440)은 초임계 상태의 이산화탄소를 이용하여 기판(W)을 건조한다. 건조 유닛(440)은 챔버(440a,440b), 히터(442), 그리고 기판 지지 부재(444)를 가진다.
챔버(440a,440b)는 상부 챔버(440a)와 하부 챔버(440b)를 가진다. 상부 챔버(440a)와 하부 챔버(440b)는 서로 조합되어 그 내부에 공간을 형성하고, 외부로부터 밀폐된다. 상부 챔버(440a)와 하부 챔버(440b)는 고압에서 충분히 견딜 수 있는 정도의 재질로 이루어진다. 상부 챔버(440a)와 하부 챔버(440b)에 의해 형성된 내부 공간의 압력은 이산화탄소의 임계 압력 이상으로 유지시킨다. 일 예에 의하면, 그 내부 공간의 압력은 약 100bar와 150bar 간에 압력일 수 있다. 상부 챔버(440a)와 하부 챔버(440b)는 초임계 상태의 이산화탄소의 공급 및 배기를 반복 수행하여 그 내부 압력을 조절한다. 챔버(440a,440b)의 내부에는 히터(442)가 제공된다. 히터(442)는 챔버(440a,440b)의 내부를 이산화탄소의 임계 온도 이상으로 가열한다. 기판 지지 부재(444)는 하부 챔버(440b)의 내부에 고정 설치된다. 기판 지지 부재(444)는 기판(W)을 고정시킨다. 히팅 부재(430)를 통해 공급되는 초임계 상태의 이산화탄소는 상부 챔버(440a)와 하부 챔버(440b)를 통해 그 내부에 각각 공급된다.
건조 유닛(440) 내에 잔여된 이산화탄소는 벤트 유닛(450)을 통해 분리 배출되거나, 재생 유닛(460)으로 배출된다.
재생 유닛(460)은 이산화탄소에 용해된 유기용제를 분리하여 초임계 상태의 이산화탄소를 재생시킨다. 재생 유닛(460)은 제 1 분리 유닛(462)과 제 2 분리 유닛(472)을 가진다.
제 1 분리 유닛(462)은 건조 유닛(440)에서 배기된 이산화탄소 및 이에 용해된 유기 용제를 냉각하여 유기 용제로부터 이산화탄소를 1차 분리한다. 제 1 분리 유닛(462)은 냉각 탱크(464)를 가진다. 냉각 탱크(464)는 복수 개가 직렬로 배치될 수 있다. 일 예에 의하면, 냉각 탱크(464)는 2 개로 제공될 수 있다. 그러나 선택적으로 냉각 탱크(464)는 1 개 또는 3 개 이상으로 제공될 수 있다. 각각의 냉각 탱크(464)에는 그 외벽과 내벽 사이에는 냉각수가 흐르는 순환라인(미도시)이 형성된다. 냉각 탱크(464)로 공급된 이산화탄소 및 이에 용해된 유기 용제는 기상의 상태로 제공된다. 냉각에 의해 유기 용제는 액화되고, 이산화탄소는 기상의 상태를 유지하여 유기 용제와 이산화탄소는 서로 1차분리된다. 액화된 유기 용제는 냉각 탱크(464)의 저면에 연결된 드레인관(미도시)을 통해 드레인된다.
제 2 분리 유닛(472)은 제 1 분리 유닛(462)에서 분리되지 않은 유기 용제 를 이산화탄소로부터 2 차 분리한다. 제 2 분리 유닛(472)은 흡착 탱크(474)를 가진다. 흡착 탱크(474)는 하나 또는 복수 개로 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 흡착 탱크(474)는 4 개로 제공되어 병렬로 배치될 수 있다. 선택적으로 복수 개의 흡착 탱크(474)는 직렬로 배치될 수 있다. 각각의 흡착 탱크(474)의 내부에는 흡착제가 알갱이 형상으로 채워진다. 예컨대, 흡착제로는 제오라이트가 사용될 수 있다. 기상의 유기 용제와 기상의 이산화탄소는 흡착 탱크(474)를 통과하는 동안, 유기 용제는 흡착제에 흡착되고, 이산화탄소는 흡착 탱크(474)를 통과하여 이산화탄소와 유기 용제는 2차 분리된다. 각각의 흡착 탱크(474)의 출구 단에는 유기 용제의 농도를 측정하는 센서(미도시)가 제공된다. 센서(미도시)는 유기 용제의 농도가 기설정된 농도 이상일 경우, 그 흡착 탱크(474) 내에 채워진 흡착제를 교체한다.
재생 유닛(460)에 의해 재생된 이산화탄소는 제 2 냉각 부재(480) 내에서 응축된 후, 버퍼 탱크(410)로 공급된다.
다음은 이산화탄소가 버퍼 탱크(410), 건조 유닛(440), 그리고 재생 유닛(460) 간에 이동되도록 버퍼 탱크(410), 건조 유닛(440), 그리고 재생 유닛(460)을 연결시키는 제 1 공급 라인(500), 제 2 공급 라인(520), 재생 라인(540), 그리고 제 3 공급 라인(560)에 대해 설명한다. 각각의 공급 라인(500,520,540,560)을 따라 공급되는 이산화탄소는 온도 및 압력에 따라 기체 상태, 액체 상태, 그리고 초임계 상태 중 어느 하나의 상태로 공급된다. 따라서 이산화탄소가 기상으로 공급되는 공급 라인을 점선, 이산화탄소가 액상으로 공급되는 공급 라인을 실선, 그리고 이산화탄소가 초임계 상태로 공급되는 공급 라인을 일점쇄선으로 도시한다.
제 1 공급 라인(500)은 버퍼 탱크(410)와 건조 유닛(440) 간을 연결하는 제 1 공급 라인(500)은 제 1 라인(504), 제 2 라인(508), 그리고 제 3 라인(512)을 가진다. 제 1 라인(504)은 기상의 이산화탄소를 버퍼 탱크(410)에서 제 1 냉각 부재(420)로 공급한다. 버퍼 탱크(410) 내에 저장되는 이산화탄소는 액상으로 저장되나, 제 1 라인(504)을 통해 방출 시 감압되어 기상의 상태로 상변화된다. 제 1 라인(504)을 통해 공급되는 이산화탄소는 기상으로 상 변화되어 제 1 냉각 부재(420)에 공급된다. 제 2 라인(508)은 히팅 부재(430)와 제 1 냉각 부재(420)에 연결된다. 제 2 라인(508)은 액상의 이산화탄소를 제 1 냉각 부재(420)에서 히팅 부재(430)로 공급한다. 제 2 라인(508) 상에는 펌프(422)가 설치되어 제 1 냉각 부재(420)에 의해 응축된 액상의 이산화탄소를 가압한다. 제 3 라인(512)은 초임계 상태의 이산화탄소를 히팅 부재(430)에서 건조 유닛(440)으로 공급한다. 제 3 라인(512)의 일단은 히팅 부재(430)와 연결되고, 건조 유닛(440)와 연결되는 타단은 분기되어 건조 유닛(440)의 상부 챔버(440a)와 하부 챔버(440b)에 각각 연결된다.
제 2 공급 라인(520)은 건조 유닛(440), 벤트 유닛(450), 그리고 재생 유닛(460)을 연결한다. 제 2 공급 라인(520)의 일단은 건조 유닛(440)의 하부 챔버(440b)에 연결되고, 타단은 분기되어 벤트 유닛(450) 및 재생 유닛(460)에 각각 연결된다.
재생 라인(540)은 재생 유닛(460)의 냉각 탱크들(464), 흡착 탱크들(474), 그리고 제 2 냉각 부재(480)를 연결한다. 재생 라인(540)은 제 1 분리 유닛(462)의 각각의 냉각 탱크(464)를 연결하는 제 1 라인(542), 제 1 분리 유닛(462)과 제 2 분리 유닛(472)을 연결하는 제 2 라인(544), 그리고 제 2 분리 유닛(472)과 제 2 냉각 부재(480)를 연결하는 제 3 라인(546)을 가진다. 이 중 제 2 라인(544)은 1 차 분리된 이산화탄소를 복수 개의 흡착 탱크(474)에 공급하기 위해 흡착 탱크(474)의 개수에 따라 분기된다. 또한 제 3 라인(546)은 복수 개의 흡착 탱크(474)에 2차 분리된 이산화탄소를 제 2 냉각 부재(480)로 공급하기 위해 복수 개로 분기된 라인들이 하나의 라인으로 합체된다.
제 3 공급 라인(560)은 유체 저장부(405)와 제 2 냉각 부재(480)에 연결되는 제 1 라인(564) 및 제 2 냉각 부재(480)와 버퍼 탱크(410)에 연결되는 제 2 라인(568)을 가진다.
상술한 제 1 공급 라인(500), 제 2 공급 라인(520), 재생 라인(540), 그리고 제 3 공급 라인(560)이 가지는 각각의 라인 상에는 적어도 하나 이상의 밸브(580)가 설치된다. 밸브(580)는 그 설치되는 라인의 내부 유로를 개폐한다. 각각의 밸브(580)는 모두 유사한 구성을 가질 수 있다. 도 6은 도 4의 밸브를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 밸브(580)는 하우징(582), 제 1 몸체(584), 제 2 몸체(586), 그리고 밸브 시트(588)를 가진다.
하우징(582)은 내부에 공간이 제공되며, 상부벽에는 개구(583)가 형성된다. 상부벽의 개구(583)는 공압이 제공되는 유입구로서 기능한다. 제 1 몸체(584)는 하우징(582)의 내부에 배치되며, 일부가 하부벽의 개구(미도시)를 통해 돌출된다. 제 1 몸체(584)는 하우징(582)의 상부벽의 개구(583)를 통해 공급되는 공압에 의해 상하 방향으로 이동 가능하다. 제 2 몸체(586)는 하우징(582)의 하부에 배치된다. 제 2 몸체(586)은 제 1 몸체(584)와 대향되는 상면에 홈이 형성된다. 홈에는 하우징(582)으로부터 돌출된 제 1 몸체(584)의 일부가 삽입된다. 제 2 몸체(586)는 상하 방향으로 이동됨에 따라 라인의 내부 유로가 개폐된다. 즉, 제 1 몸체(584)가 제 2 몸체(586)에 접촉되면, 라인의 내부 유로는 차단되고, 제 1 몸체(584)가 제 2 몸체(586)와 이격되면, 라인의 내부 유로는 개방된다. 제 1 몸체(584) 및 제2 몸체(586) 간의 사이 공간에는 밸브 시트(588)가 제공된다. 제 1 몸체(584)와 제 2 몸체(586)가 장착 시 밸브 시트(588)는 제 1 몸체(584)와 제 2 몸체(586)에 접촉된다. 제 1 몸체(584)와 제 2 몸체(586)가 장착 시 제 1 몸체(584)는 밸브 시트(588)에 삽입된다. 일 예에 의하면, 밸브 시트(588)은 오링(O-ring) 형상으로 제공될 수 있다. 밸브 시트(588)는 이산화탄소에 대해 내구성이 강한 수지 재질로 제공된다. 그러나 이산화탄소는 상태에 따라 서로 상이한 성질을 가진다. 이로 인해 밸브 시트(588)를 이루는 수지 재질은 이산화탄소의 상태에 따라 다양한 재질로 제공된다. 도 7은 유체의 상태에 따른 밸브 시트의 상태를 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 내부 유로에 기상의 이산화탄소가 공급되는 라인에 설치되는 밸브(580)의 밸브 시트(588)는 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 재질로 이루어진다. 일 예에 의하면, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 재질로 이루어진 밸브 시트(588)를 가지는 밸브(580)는 제 1 공급 라인(500)의 제 1 라인(504), 재생 라인(540), 그리고 제 3 공급 라인(560)의 제 1 라인(564)에 설치될 수 있다. 내부 유로에 액상의 이산화탄소가 공급되는 라인에 설치되는 밸브(580)의 밸브 시트(588)는 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 재질로 이루어진다. 일 예에 의하면, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 재질로 이루어진 밸브 시트(588)를 가지는 밸브는 제 1 공급 라인(500)의 제 2 라인(508), 제 3 공급 라인(560)의 제 2 라인(568)에 설치될 수 있다. 내부 유로에 액상의 이산화탄소가 공급되는 라인에 설치되는 밸브(580)의 밸브 시트(588)는 폴리이미드(polyimide) 재질로 이루어진다. 일 예에 의하면, 폴리이미드(polyimide) 재질로 이루어진 밸브 시트(588)를 가지는 밸브(580)는 제 1 공급 라인(500)의 제 3 라인(512), 제 2 공급 라인(520)에 설치될 수 있다.
410: 버퍼 탱크 420: 제 1 냉각 부재
430: 히팅 부재 440: 건조 유닛
500,520,540,560: 공급 라인 580: 밸브
588: 밸브 시트

Claims (2)

  1. 유체를 저장하는 버퍼 탱크와;
    상기 버퍼 탱크로부터 유체를 공급받고, 기판을 처리하는 공간을 제공하는 챔버와;
    상기 버퍼 탱크로부터 공급되는 유체를 응축시키는 냉각 부재와;
    상기 냉각 부재로부터 공급되는 유체를 가열 및 가압하는 히팅 부재와;
    상기 버퍼 탱크 및 상기 냉각 부재를 연결하는 제 1 라인과;
    상기 냉각 부재 및 상기 히팅 부재를 연결하는 제 2 라인과;
    상기 히팅 부재 및 상기 챔버를 연결하는 제 3 라인과; 그리고
    상기 제 1 라인, 상기 제 2 라인, 그리고 상기 제 3 라인 각각에 설치되는 밸브를 포함하되;
    상기 밸브는
    밸브 시트를 포함하고,
    상기 제 1 라인, 상기 제 2 라인, 그리고 상기 제 3 라인들 각각에 설치된 상기 밸브의 상기 밸브 시트는 서로 상이한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체는 이산화탄소(CO2)인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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