WO2021157951A1 - 기판처리장치 - Google Patents

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WO2021157951A1
WO2021157951A1 PCT/KR2021/001137 KR2021001137W WO2021157951A1 WO 2021157951 A1 WO2021157951 A1 WO 2021157951A1 KR 2021001137 W KR2021001137 W KR 2021001137W WO 2021157951 A1 WO2021157951 A1 WO 2021157951A1
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fluid
pressure
auxiliary tank
temperature
main supply
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PCT/KR2021/001137
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Inventor
주정명
오승민
이준희
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주식회사 테스
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    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly, in a substrate processing apparatus performing a processing process for a substrate using a high-pressure supercritical fluid, by attenuating a rapid pressure change of the fluid, leakage, friction and abrasion of the fluid It relates to a substrate processing apparatus capable of preventing the generation of particles and the like.
  • LSI Large Scale Integration
  • Such ultra-fine patterns may be formed by patterning the resist through various processes of exposing, developing, and cleaning the resist-coated wafer, and then transferring the resist pattern to the wafer by etching the wafer.
  • a process of cleaning the wafer is performed in order to remove dust or a natural oxide film on the wafer surface.
  • the cleaning treatment is performed by immersing a wafer having a pattern formed on the surface in a treatment liquid such as a chemical liquid or a rinse liquid, or supplying the treatment liquid to the wafer surface.
  • the root cause of the aforementioned pattern collapse is the surface tension of the treatment liquid acting at the liquid/gas interface placed between the atmospheric atmosphere surrounding the wafer W after the cleaning treatment and the treatment liquid remaining between the patterns.
  • a pressure adjusting unit such as a pressure pump is provided, and a method for increasing the pressure of the fluid is provided.
  • a pressure rise line (L) having a constant inclination as shown in 8 may be presented in advance.
  • the pressure control unit may be used a pump, such a pump has a type of centrifugal pump, rotary pump, reciprocating pump and the like.
  • a reciprocating pump or a reciprocating pump is generally used because a process of pressurizing the fluid to a high pressure greater than or equal to the critical pressure of the fluid is required.
  • an object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of buffering or attenuating a sudden change in pressure of a fluid in a substrate processing apparatus that processes a substrate using a supercritical fluid.
  • Another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of extending the lifespan of various components of the substrate processing apparatus by attenuating a sudden change in pressure of a fluid.
  • An object of the present invention as described above is a chamber providing a processing space for performing a processing process on a substrate using a fluid in a supercritical state, a fluid supply unit supplying a fluid through a main supply passage into the chamber, and the main supply An auxiliary tank provided in the flow path to accommodate the fluid in order to attenuate the pressure change of the fluid, a heating unit for heating the fluid flowing into the auxiliary tank to a predetermined control temperature greater than or equal to the critical temperature of the fluid, and the auxiliary tank flowing out of the auxiliary tank It is achieved by a substrate processing apparatus comprising a cooling unit for cooling the fluid.
  • the cooling unit may cool the temperature of the fluid flowing out from the auxiliary tank to the temperature of the fluid moving along the main supply passage.
  • auxiliary tank may be connected to an auxiliary flow path branched from the main supply flow path.
  • the height of the auxiliary tank may be determined to be greater than or equal to the height of the main supply passage.
  • the heating unit and the cooling unit may be provided in the auxiliary flow path, the heating unit may be disposed adjacent to the auxiliary tank, and the cooling unit may be disposed adjacent to the main supply flow path.
  • a pressure adjusting unit provided in the main supply passage for controlling the pressure of the fluid supplied to the chamber
  • a temperature adjusting unit provided in the main supply passage for adjusting the temperature of the fluid supplied to the chamber
  • the auxiliary flow path may be branched from the rear end of the pressure control unit.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view showing the configuration of a chamber in a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a substrate processing apparatus of the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view showing an auxiliary tank connected to the main supply passage through an auxiliary passage;
  • FIG. 4 is a view showing the fluid pressure change attenuation method of the present invention in a state diagram showing the change in pressure and temperature of the fluid;
  • FIG. 5 is a graph illustrating a change in pressure of a fluid when pressurizing a fluid moving along a main supply flow path in a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a view schematically showing a state in which the pattern collapses when drying the pattern on the substrate according to the prior art
  • FIG. 7 is a state diagram showing changes in pressure and temperature of the fluid in a processing process using a supercritical fluid
  • FIG. 8 is a graph illustrating a change in the pressure of the fluid when the fluid moving along the main supply passage is pressurized.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view illustrating an internal configuration of a chamber 100 in a substrate processing apparatus 1000 (refer to FIG. 2 ) according to an embodiment of the present invention.
  • the substrate processing apparatus 1000 performs a processing process on the substrate W using the supercritical fluid.
  • the supercritical fluid corresponds to a fluid having a phase that is formed when a substance reaches a critical state, that is, a state exceeding the critical temperature and critical pressure.
  • a supercritical fluid has a molecular density close to that of a liquid and a viscosity close to that of a gas. Therefore, the supercritical fluid has excellent diffusion, penetrating, and dissolving power, which is advantageous for chemical reactions. Since there is little surface tension, surface tension is not applied to the microstructure. Since the pattern collapse phenomenon can be avoided, it can be very usefully used.
  • Carbon dioxide may be used as the supercritical fluid in the present invention.
  • Carbon dioxide has a critical temperature of about 31.1° C., a relatively low critical pressure of 7.38 Mpa, which makes it easy to create a supercritical state, easy to control the state by adjusting temperature and pressure, and low price.
  • carbon dioxide is non-toxic and harmless to the human body, and has characteristics of non-combustibility and inertness.
  • carbon dioxide in a supercritical state has a diffusion coefficient that is about 10 to 100 times higher than that of water or other organic solvents, so it has very excellent permeability, so the substitution of organic solvents is fast, and there is little surface tension in the drying process It has advantageous properties for use in In addition, it is possible to separate and reuse the organic solvent by converting the carbon dioxide used in the drying process into a gaseous state, thereby reducing the burden of environmental pollution.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the substrate processing apparatus 1000 of the present invention.
  • the substrate processing apparatus 1000 includes a chamber 100 providing a processing space 125 for performing a processing process on a substrate W using a fluid in a supercritical state;
  • a fluid supply unit 600 for supplying a fluid through the main supply passage 635 into the chamber 100, and the main supply passage 635 to reduce the pressure change of the fluid, the fluid is accommodated
  • a cooling unit 730 for cooling to the temperature of the fluid moving along 635 may be provided.
  • the chamber 100 includes a chamber body 120 providing a processing space 125 for performing a processing process such as a drying process for the substrate W using a main fluid in a supercritical state, and the chamber body ( A chamber lid 110 for sealing the opening of the 120 may be provided.
  • the chamber body 120 may include a side wall 124 and a base portion 123 connected to a lower end of the side wall 124 .
  • a space surrounded by the chamber lid 110 , the sidewall 124 and the base portion 123 is defined as the processing space 125 .
  • the processing space 125 may include a substrate support 130 on which the substrate W is seated and supported, and a discharge port 150 for discharging the fluid inside the chamber 100 .
  • the upper end of the side wall 124 may further include a flange portion 122 formed by bending outward.
  • the flange portion 122 may be connected to contact with the lower surface of the chamber lid 110 .
  • the chamber lead 110 may be firmly fixed to the flange portion 122 by fastening means (not shown) such as bolts or clamps.
  • a fluid supply port 132 for supplying a main fluid to the processing space 125 may be formed in the chamber lid 110 .
  • the main fluid may exist in a gaseous, liquid or supercritical state depending on a pressure state inside the chamber 100 .
  • the fluid supply port 132 is illustrated as being formed in the chamber lid 110 in the drawings, but is not limited thereto and may be formed in the chamber body 120 .
  • the main fluid supplied through the fluid supply port 132 may be appropriately selected, for example, carbon dioxide (CO 2 ) It may be selected.
  • main discharge port 150 is formed in the main body 124 to discharge the fluid in the accommodation space 125 when the processing process for the substrate W is completed.
  • the substrate processing apparatus 1000 adjusts at least one of the temperature and pressure of the fluid to supply a main fluid to the fluid supply port 132 of the chamber 100 .
  • the substrate processing apparatus 1000 adjusts at least one of the temperature and pressure of the fluid to supply a main fluid to the fluid supply port 132 of the chamber 100 .
  • the fluid supply unit 600 includes a fluid storage unit 605 for storing the main fluid, and a main supply passage 635 connecting the fluid storage unit 605 and the fluid supply port 132 .
  • a fluid storage unit 605 for storing the main fluid
  • a main supply passage 635 connecting the fluid storage unit 605 and the fluid supply port 132 .
  • the pressure control unit 610 and the temperature control unit 620 may be disposed along the main supply passage 635 .
  • the pressure control unit 610 may be configured as, for example, a pressure pump
  • the temperature control unit 620 may be configured as a heater or a heat exchanger for heating the fluid.
  • the main supply passage 635 may further include a sensing unit 630 for sensing at least one of a pressure and a temperature of the fluid.
  • the pressure and temperature of the fluid flowing in the main supply passage 635 may be adjusted according to the pressure and temperature sensed by the sensing unit 630 .
  • the substrate processing apparatus 1000 may include a control unit (not shown) for controlling the pressure control unit 610 and the temperature control unit 620 .
  • the control unit may control the pressure control unit 610 and the temperature control unit 620 based on the pressure and temperature sensed by the sensing unit 630 .
  • the main supply passage 635 may include a valve 636 for controlling the flow of the main fluid to control the valve 636 by the control operation of the controller to control the flow of the main fluid. .
  • the internal environment of the processing space 125 of the chamber 100 that is, the temperature and pressure of the processing space 125 to the inside of the chamber 100
  • An environment above the critical temperature and critical pressure that can convert the supplied main fluid into a supercritical state should be created and maintained during the process.
  • the fluid may be pressurized to a pressure higher than or equal to a critical pressure by the pressure control unit 610 , and the temperature control unit 620 may By this, the fluid may be heated to a temperature above the critical temperature.
  • the processing space 125 of the chamber 100 is maintained in an airtight state. Accordingly, the pressure of the main fluid in the liquid state or supercritical state supplied to the processing space 125 can be maintained above the critical pressure.
  • the chamber 100 may further include a chamber heating unit (not shown) to maintain the temperature of the processing space 125 above a predetermined temperature.
  • the temperature of the processing space 125 or the temperature of the main fluid accommodated in the processing space 125 may be maintained above a critical temperature during the process of the substrate W by the chamber heating unit.
  • the main fluid When the main fluid is supplied to the accommodating space 125 of the chamber 100 along the main supply passage 635 , the main fluid is present in the gaseous state in the accommodating space 125 at the initial stage of supply. Then, when the fluid is pressurized by the pressure adjusting unit 610 while continuously supplying the main fluid, the main fluid of the accommodation space 125 may undergo a phase change into a liquid.
  • the temperature control unit 620 or the chamber heating unit provided in the chamber 100 raises the main fluid to a critical temperature or higher. When heated, the fluid accommodated in the accommodating space 125 may be converted into a supercritical state.
  • the internal pressure of the chamber 100 must be maintained above the critical pressure capable of converting the main fluid into a supercritical state. Therefore, when the chamber lid 110 and the chamber body 120 are fastened, a sealing capable of maintaining the pressure inside the inner chamber 100 by sealing between the chamber lid 110 and the chamber body 120 .
  • An O-ring (300) may be provided as a means.
  • the fluid moving along the main supply passage 635 may be pressurized by the pressure adjusting unit 610 .
  • the pressure rise line L of the fluid having a constant inclination as shown in FIG. 8 may be presented in advance in consideration of the process conditions inside the chamber 100 , the type of fluid, and the like.
  • a reciprocating pump in the case of a process using a supercritical fluid, a reciprocating pump is generally used because pressurization to a high pressure greater than or equal to the critical pressure of the fluid occurs.
  • the auxiliary tank 700 is provided in the main supply passage 635 to accommodate the fluid to reduce the pressure change of the fluid, and the auxiliary tank 700 is introduced into the auxiliary tank 700 .
  • a heating unit 720 for heating the fluid to a predetermined control temperature above the critical point, and a cooling unit 730 for cooling the fluid flowing out from the auxiliary tank 700 to the temperature of the fluid supplied to the chamber 100 is provided. can do.
  • FIG 3 is a perspective view illustrating the auxiliary tank 700 connected to the main supply passage 635 through an auxiliary passage 710 .
  • the auxiliary tank 700 may be connected to the main supply passage 635 .
  • the auxiliary flow path 710 may be branched from the main supply flow path 635 , and the auxiliary tank 700 may be connected to the auxiliary flow path 710 .
  • the fluid A portion may be supplied to the auxiliary tank 700 through the auxiliary flow path 710 to accommodate the fluid in the auxiliary tank 700 .
  • the auxiliary flow path 710 may be branched from the rear end of the pressure adjusting unit 610 .
  • a sudden pressure change of the fluid by the pressure control unit 610 is transferred to the auxiliary tank 700 . It can be delivered directly to effectively attenuate the pressure change by the auxiliary tank 700 .
  • the auxiliary tank 700 accommodates a fluid therein, and when a sudden pressure change occurs in the fluid by the above-described pressure adjusting unit 610 , the pressure of the fluid is caused by the fluid inside the auxiliary tank 700 . It acts as a dampening or buffering agent for change.
  • a pressure change may occur in the fluid due to the reciprocating motion of the reciprocating pump of the pressure control unit 610 .
  • the pressure change of the fluid in the main supply passage 635 moves into the auxiliary tank 700 . is transmitted
  • the pressure change can be attenuated or buffered due to the volume change of the fluid already accommodated in the auxiliary tank 700 .
  • the volume per unit length of the inside of the auxiliary tank 700 is relatively large compared to the volume per unit length of the main supply passage 635, the pressure change in the fluid of the main supply passage 635 occurs. In this case, the pressure change can be effectively reduced by the auxiliary tank 700 fluidly connected to the main supply passage 635 .
  • the pressure change of the fluid on the main supply passage 635 is attenuated by the change in the volume of the fluid inside the auxiliary tank 700 .
  • the volume change is relatively large in the gas or supercritical state compared to the liquid state.
  • the temperature of the fluid accommodated in the auxiliary tank 700 is controlled so as not to be in a liquid state, that is, to maintain a gaseous state or a supercritical state.
  • a heating unit 720 and a cooling unit 730 may be provided on the auxiliary flow path 710 to control the temperature of the fluid.
  • the heating unit 720 heats the fluid flowing into the auxiliary tank 700 to a predetermined control temperature above a critical point, and the heating unit 720 may include a heater or a heat exchanger that heats the fluid. .
  • the cooling unit 730 cools the fluid flowing out from the auxiliary tank 700 toward the main supply passage 635 to the temperature of the fluid supplied to the chamber 100, using a cooling fluid, etc. to cool the fluid.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a change in temperature according to a method for attenuating a change in fluid pressure according to the present invention in a state diagram illustrating a change in pressure and temperature of a fluid.
  • the fluid supplied to the auxiliary tank path 700 through the main supply path 635 may be in a liquid state (A).
  • the temperature (T 1 ) of the fluid by the above-described heating unit 720 is set to a predetermined temperature (T c ) or higher. It is heated to a temperature (T S ).
  • the fluid inside the auxiliary tank 700 is, for example, a first pressure (P 1 ) and a second pressure ( P 2 ) will change between As shown in FIG. 4 , since the fluid inside the auxiliary tank 700 is heated to a temperature T S above the critical temperature T c , it is in a liquid state even when the pressure is increased by the pressure change of the fluid. does not change to the supercritical state. That is, the fluid inside the auxiliary tank 700 maintains a gaseous state or a supercritical state even when the pressure change of the main supply passage 635 is transmitted.
  • the temperature T 2 may be lower than the critical temperature T c .
  • the fluid may change to a liquid state.
  • the temperature (T 2 ) is lower than the critical temperature (T c ). It is heated to a temperature (T 2) of the fluid by the heating unit 720 to the critical temperature (T c) at least a predetermined temperature (T S).
  • the fluid supplied to the auxiliary tank path 700 through the main supply path 635 is in a gaseous state (C), and the temperature T 3 may be higher than the critical temperature T c . In this case, even when the pressure of the fluid increases due to the pressure change, the fluid does not change to the liquid state.
  • the fluid supplied to the auxiliary tank path 700 through the main supply path 635 is in a gaseous state (C), and when the temperature is higher than the critical temperature (T c ), the above-described heating unit 720 . heating may not be necessary.
  • the temperature of the fluid (T 3) is a predetermined temperature (T S) and the other case by a heating element 720 described above for such convenience of the process control temperature of the fluid (T 3) the critical temperature (T c) may be heated to above the predetermined temperature (T S).
  • the state of the fluid supplied to the auxiliary tank 700 may be a gaseous state, a supercritical state, or a liquid state.
  • the liquid state fluid is preferably not supplied to the auxiliary tank 700 as much as possible. Therefore, the height of the auxiliary tank 700 is preferably installed to be higher than the height of the main supply passage 635 .
  • the auxiliary tank 700 may be located at the same height as the main supply passage 635 or above the main supply passage 635 in a vertical direction with respect to the ground.
  • a fluid in a gaseous state or a supercritical state is mainly supplied to the auxiliary tank 700 to more effectively attenuate the pressure change by the internal fluid of the auxiliary tank 700 .
  • the gaseous fluid may be accommodated in the auxiliary tank 700 at the initial stage of fluid supply.
  • the fluid in the main supply passage 635 changes to a liquid
  • the fluid in the auxiliary tank 700 changes to a supercritical state. do.
  • the position reversal phenomenon due to gravity between the liquid inside the main supply passage 635 and the supercritical fluid inside the auxiliary tank 700 does not occur due to the characteristics of the supercritical fluid having a density close to the liquid.
  • the fluid introduced into the auxiliary tank path 700 may be discharged back to the main supply path 635 due to a change in the pressure of the fluid in the main supply path 635 .
  • the fluid inside the auxiliary tank 700 may be discharged to the main supply passage 635 and supplied toward the chamber 100 .
  • a temperature difference may occur between the fluid discharged from the auxiliary tank 700 toward the main supply passage 635 and the fluid supplied through the main supply passage 635 without passing through the auxiliary tank 700 .
  • Such a temperature difference may induce undesirable results such as a change in process conditions inside the chamber 100 .
  • the temperature of the fluid flowing out from the auxiliary tank 700 is cooled to the temperature of the fluid moving along the main supply passage by the cooling unit 730 .
  • the heating unit 720 and the cooling unit 730 are provided in the auxiliary flow path 710 , the heating unit 720 is disposed adjacent to the auxiliary tank 700 and the cooling unit 730 is disposed adjacent to the auxiliary tank 700 . may be disposed adjacent to the main supply passage 635 .
  • the heating unit 720 heats the fluid supplied to the auxiliary tank 700 to a temperature above a critical temperature, it is advantageous to be disposed adjacent to the auxiliary tank 700 .
  • the heating unit 720 may be installed in the auxiliary flow path 710 and configured to heat the fluid passing through the auxiliary flow path 710 , but is not limited thereto.
  • the heating unit may be installed in the auxiliary tank 700 and configured to heat the fluid contained in the auxiliary tank 700 , or may be installed in both the auxiliary flow path 710 and the auxiliary tank 700 . there is.
  • cooling unit 730 serves to cool the fluid supplied back from the auxiliary tank 700 to the main supply passage 635 , it is advantageous to be disposed adjacent to the main supply passage 635 . .
  • the auxiliary tank 700 or the auxiliary flow path 710 may include at least one temperature sensing unit (not shown) capable of sensing a temperature.
  • the heating unit 720 and the cooling unit 730 can be controlled by the above-described control unit.
  • FIG. 5 is a graph illustrating a change in pressure of a fluid when the fluid moving along the main supply passage 635 is pressurized in the substrate processing apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • the pressure of the fluid when the pressure of the fluid is increased in order to perform a processing process on the substrate using the fluid in the supercritical state inside the chamber, it is possible to attenuate a sudden change in the pressure of the fluid.

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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
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.
본 발명에 따르면, 챔버 내부에서 초임계상태의 유체를 사용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하기 위하여 유체의 압력을 상승시키는 경우에 유체의 급격한 압력변화를 감쇄시킬 수 있다.

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; 및
    상기 보조탱크에서 유출되는 유체를 냉각시키는 냉각부;를 구비하는 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. 제1항에 있어서,
    상기 보조탱크는 상기 메인공급유로에서 분기되는 보조유로에 연결되는 것을 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보조탱크의 높이는 상기 메인공급유로의 높이 이상인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 가열부 및 냉각부는 상기 보조유로에 구비되며,
    상기 가열부가 상기 보조탱크에 인접하여 배치되고 상기 냉각부는 상기 메인공급유로에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제3항에 있어서,
    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 분기되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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