WO2010104238A1 - 고압 처리기를 이용한 기판처리장치 및 고압 처리기의 가스 재활용방법 - Google Patents

고압 처리기를 이용한 기판처리장치 및 고압 처리기의 가스 재활용방법 Download PDF

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pressure
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한갑수
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주식회사 에이앤디코퍼레이션
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus using a high pressure processor and a gas recycling method of the high pressure processor, and in particular, a high pressure processor capable of reducing energy consumption and reducing footprint in a process for reusing carbon dioxide used for cleaning or drying.
  • the present invention relates to a substrate recycling apparatus and a gas recycling method of a high pressure processor.
  • a cleaning process for removing foreign substances of organic or inorganic materials present on the semiconductor substrate is required.
  • wet cleaning has many aspects such as high aspect ratio, wetting in the microstructure by the cleaning liquid, watermark formation, and increasing the purification cost to increase the purity of the cleaning liquid. I have a problem.
  • dry cleaning is being developed by plasma, gas phase or supercritical dry cleaning technology.
  • dry cleaning process by plasma is not easy to remove contaminants as well as concern that the substrate may be damaged by oxygen plasma. There was a problem that a process is required.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conventional substrate processing apparatus described in Korean Patent No. 0753493.
  • a conventional substrate treating apparatus includes a high pressure processor 60, a gaseous carbon dioxide supply source 20 and a liquid carbon dioxide supply source 21 connected to the high pressure processor 60, and a high pressure pump for delivering carbon dioxide at a high pressure. 24, a cleaning additive source 25 for supplying the cleaning additive, a rinse additive source 26 for supplying the rinse additive, and a supply pipe L2, L3, L4 for heating carbon dioxide and the additive.
  • a homogeneous transparent phase mixer 70 for supplying a predetermined amount of the cleaning additive while forming a homogeneous transparent phase mixture in a supercritical state.
  • a separator 61 connected to the high pressure processor 60 to separate the mixture discharged from the high pressure processor 60 into gaseous carbon dioxide and a liquid additive, and a separated gas.
  • a off automatic valve (1 to 12) and the gas washing column 63 and the absorption column 64 and a carbon dioxide condensation tank 23 to condense and re-purified gas for purifying carbon dioxide, on.
  • the invention described in Korean Patent No. 0753493 uses a high-pressure processor 60 to clean a semiconductor substrate to be cleaned with carbon dioxide and an additive in a supercritical state, and then is used by using an on-off automatic valve 11.
  • the carbon dioxide and the additives are discharged to the outside, or the separator 61, the gas washing column 63, the adsorption column 64 and the condensation vessel 23 are treated to reuse the used carbon dioxide in the washing process.
  • the separator 61, the gas cleaning column 63, the adsorption column 64, and the condensation container 23, which are provided independently of each other, are bulky, cause an increase in footprint, and an increase in items to be inspected. A problem occurred.
  • the carbon dioxide is discharged and then, it takes a long time to increase the pressure of the high pressure processor 60, thus delaying the process time and thus reducing the productivity.
  • the problem to be solved by the present invention in view of the above problems is to provide a substrate processing apparatus and a gas recycling method of a high pressure processor using a high pressure processor capable of integrating devices for the reuse of carbon dioxide.
  • another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a gas recycling method of a high pressure processor using a high pressure processor that can reduce the amount of energy required to recycle carbon dioxide.
  • Another problem to be solved by the present invention is to dualize the heating unit for heating the carbon dioxide, by using each heating unit as a supply buffer of carbon dioxide, to shorten the time required to increase the pressure of the high-pressure processor to the process pressure to improve productivity
  • the present invention provides a substrate treatment apparatus using a high pressure processor and a gas recycling method of the high pressure processor.
  • Substrate processing apparatus using a high pressure processor of the present invention for solving the above problems, the high pressure processor for processing a substrate using a high pressure carbon dioxide, and each branching carbon dioxide from the discharge pipe for discharging the carbon dioxide used in the high pressure processor
  • the additives are separated from the first and second branch lines and carbon dioxide supplied through the first branch line, and the carbon dioxide is condensed, and the second branch line is connected with the refrigerant circulation pipe through which the refrigerant passes through the condensation.
  • Recycling unit to be involved in the temperature drop by adiabatic expansion of the carbon dioxide supplied through, High pressure pump for pumping the liquid carbon dioxide of the recycle unit or carbon dioxide supply unit at a high pressure, and heating the carbon dioxide boosted through the high pressure pump step by step and Serves as a buffer for supplying the high pressure processor It includes a first and second heating buffer portion.
  • the gas recycling method of the high-pressure processor of the present invention for solving the above problems, by branching the gas to be recycled in the high-pressure processor to adiabatic expansion of a portion of the branched gas, the other part of the gas is adiabatic expansion
  • the recycling efficiency can be improved.
  • the substrate treating apparatus and the gas recycling method using the high pressure processor comprise an integrated single-cycle recycling unit to separate additives from carbon dioxide used for cleaning or drying, and to process the condensation process, thereby reducing the volume of equipment. It has the effect of reducing the footprint, reducing the footprint, and reducing the number of checks.
  • the gas recycling method of the substrate processing apparatus and the high pressure processor using the high pressure processor of the present invention is used for the purpose of recycling the carbon dioxide by using it for condensation of the recycled carbon dioxide without directly discharging a part of the used carbon dioxide to the outside. Reducing the amount of refrigerant used has the effect of reducing the cost.
  • the gas treatment method of the substrate processing apparatus and the high pressure processor using the high pressure processor of the present invention dual heating unit for heating the liquid carbon dioxide in a supercritical state to enable a stepwise increase in temperature, each heating unit as a supply buffer of carbon dioxide It is effective to prevent the pressure drop in the high pressure processor and to shorten the process time.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conventional substrate processing apparatus.
  • FIG. 2 is a block diagram of a substrate processing apparatus using the high pressure processor of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of a recycling unit used in the high pressure processor of the present invention.
  • bundle tube portion 220 refrigerant circulation tube
  • partition 240 outer wall
  • gas-liquid separator 260 adsorption plate
  • first heating buffer unit 620 second heating buffer unit
  • FIG. 2 is a block diagram of a substrate processing apparatus using the high pressure processor of the present invention.
  • the substrate treating apparatus using the high pressure processor of the present invention includes a high pressure processor 100 for cleaning, rinsing or drying a substrate with supplied supercritical carbon dioxide and additives, and a carbon dioxide supply unit 400 for supplying liquid carbon dioxide.
  • the discharge line (L1) for discharging the carbon dioxide and additives used for cleaning in the high-pressure processor (100), and the first and second branch line for branching the carbon dioxide and additives discharged through the discharge line (L1) L2 and L3 and the carbon dioxide and the additive supplied through the first branch line L2 are separated from each other, the separated carbon dioxide is purified, and the refrigerant of the cooling unit 300 and the second branch line ( Lisa condensing the purified carbon dioxide using carbon dioxide supplied through L3) and condensing the carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply unit 400 so as not to vaporize.
  • High pressure pump 500 for supplying the clock portion 200, the carbon dioxide or the recycled carbon dioxide of the recycle unit 200 at a high pressure
  • the first heating buffer unit for storing and heating the carbon dioxide supplied from the high pressure pump 500 610 and a second heating buffer 620 which receives and stores the carbon dioxide heated in the first heating buffer 610 and reheats it to a process temperature to supply the high pressure processor 100, and the carbon dioxide to be supplied.
  • the cleaning additive supply unit 700 and the rinse additive supply unit 800 for selectively supplying the cleaning additive and the rinse additive, respectively.
  • the carbon dioxide of the carbon dioxide supply unit 400 is supplied through the valve V4 and the high pressure pump 500 through the recycle unit 200 does not vaporize the liquid carbon dioxide.
  • the high pressure is supplied to the first heating buffer unit 610.
  • the liquid carbon dioxide of the carbon dioxide supply unit 400 may be vaporized even while moving through the line, and when the vaporized carbon dioxide is directly pumped through the high pressure pump 500 which is a liquid pump, the high pressure pump 500 may idle. have.
  • the carbon dioxide supply unit 400 is condensed in the recycling unit 200 through a line L4 connected to the recycling unit 200 including a function of condensing the recycled carbon dioxide, and the liquid carbon dioxide is the high pressure pump. To pump carbon dioxide by 500.
  • the pressure of the carbon dioxide supplied to the first heating buffer unit 610 is about 150 to 300bar is appropriate, and the temperature is heated to 35 to 100 °C.
  • the carbon dioxide heated in the first heating buffer 610 is supplied to the second heating buffer 620 again.
  • the second heating buffer unit 620 heats the temperature of carbon dioxide to about 50 to 100 ° C. at a pressure of about 150 to 300 bar.
  • the pressure of the first heating buffer unit 610 and the second heating buffer unit 620 is higher than the pressure of 120 to 250 bar of the process pressure of the pressure processor 100, which means that the pressure is lost in the supply of carbon dioxide In addition to taking into consideration, after the cleaning is completed in the pressure processor 100, after the carbon dioxide and the additives are discharged to lower the pressure back to the process pressure to act quickly.
  • the carbon dioxide whose heating and pressure are adjusted through the second heating buffer unit 620 is supplied to the high pressure processor 100 by changing its path according to a cleaning or rinsing process.
  • the cleaning process when the cleaning process is performed, it passes through the valves V6, V8, and V10 so as to pass through the cleaning additive mixing unit 700, and in a high pressure atmosphere with the cleaning additive already introduced into the cleaning additive mixing unit 700.
  • the mixture is supplied to the autoclave 100.
  • valves V8 and V10 are closed, and the carbon dioxide passed through the rinse additive mixing unit 800 through the valves V9 and V11 passes through the rinse additive mixing unit 800. It is mixed with the rinse additive previously supplied.
  • valve V12 may be supplied through the cleaning additive mixing unit 700 during the rinsing process, and the treatment may make the atmosphere in the cleaning additive mixing unit 700 into a carbon dioxide atmosphere.
  • the supplied supercritical carbon dioxide and the cleaning additive or rinse additive added to the carbon dioxide are supplied to the pressure processor 100, and the plurality of substrates are simultaneously cleaned.
  • MEMS microelectromechanical systems
  • the carbon dioxide and the additive after the cleaning, rinsing or drying treatment are discharged through the discharge pipe L1, and the discharge pipe L1 is branched by the first branch line L2 and the second branch line L3.
  • the first branch line L2 is for recycling carbon dioxide
  • the second branch line L3 is used to condense the recycled carbon dioxide again.
  • the first branch line L2 and the second branch line L3 are connected to the recycling unit 200.
  • FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of a recycling portion of a substrate processing apparatus using the high pressure processor of the present invention.
  • the recycling unit 200 includes a bundle tube unit 210 connected to the second branch line L3 at the center thereof and adiabatic expansion, and the cooling unit 300 around the bundle tube unit 210.
  • Refrigerant circulation pipe 220 through which the refrigerant flows through a partition wall 230 for separating the liquid carbon dioxide and the additive recycled spaced apart from the refrigerant circulation tube 220 by a predetermined distance, and the partition wall 230 and the outer wall 240 )
  • Is a ring-shaped gas-liquid separator 250 which is sequentially installed in the horizontal direction between the) and the gas carbon dioxide supplied through the first branch line (L2) is located downward from the upper side of the outer wall (240). It is configured to include a heater 270 to prevent the liquefaction of carbon dioxide.
  • And line (L4) is to allow the carbon dioxide to be condensed at the front end of the high-pressure pump 500 in order to prevent the vaporization of the liquid carbon dioxide supplied through the carbon dioxide supply unit 400.
  • the first branch line L1 is connected to a side surface of the outer wall 240 of the recycling unit 200, and the partition wall 230 is installed at a position spaced apart from the outer wall 240 by a predetermined distance.
  • the partition wall 230 is provided with a passage through which the upper side is spaced apart from the upper side of the outer wall 240 so that gaseous carbon dioxide can pass.
  • the carbon dioxide to be reused supplied through the first branch line L1 includes an additive of a liquid phase, which is separated by moving to a space formed by the outer wall 240 and the partition wall 230, in particular, the gas-liquid separator 250. It can be separated by to recycle high purity carbon dioxide.
  • the gas-liquid separator 250 may be a porous plate or an adsorption plate.
  • Contaminants that are removed during cleaning or rinsing with the additive are also collected and dropped into the space formed by the outer wall 240 and the partition wall 230.
  • the carbon dioxide which is maintained in the gas state, may be easily moved to the outside of the bundle tube part 210 through the upper side of the partition wall 230 and the outer wall 240.
  • the bundle 210 Since the bundle 210 has a large volume, heat exchange easily occurs, and thus, the carbon dioxide can be more effectively condensed with the smooth discharge of carbon dioxide by depressurization.
  • the additive is separated, and the purified gas carbon dioxide is condensed by the refrigerant circulation tube 220 to become liquid carbon dioxide, which is discharged to the high pressure pump 500 through the drain line thereunder.
  • the bundle pipe portion 210 passes the gas carbon dioxide supplied through the second branch line (L3).
  • the bundle tube portion 210 includes a plurality of pipes each end is connected to the second branch line (L3), the total sum of the cross-sectional area of the plurality of pipes is more than the second branch line (L3). The larger, the gas or liquid carbon dioxide is adiabatic expansion in the inside of the bundle tube portion 210 to be smoothly discharged to the gaseous carbon dioxide by heat exchange, and the temperature is lowered.
  • the bundle tube portion 210 serves to condense the gaseous carbon dioxide together with the refrigerant circulation tube 220 due to the carbon dioxide having a lower temperature.
  • Carbon dioxide passing through the bundle 210 is discharged to the outside, the condensed carbon dioxide is discharged as necessary, the high-pressure pump 500, the first heating buffer 610 and the second heating buffer 620 Through the high pressure processor 100 is supplied can be reused for cleaning.
  • the recycling unit 200 implements facilities that are conventionally separated and installed in the process chamber as a single device, but by implementing a structure capable of minimizing its volume, thereby reducing the footprint and the number of inspection items of the facility. Can be reduced.
  • the latent heat loss generated during the adiabatic expansion of the gaseous carbon dioxide discharged to the outside together with the refrigerant may contribute to condensation of the carbon dioxide to be reused, thereby reducing energy use.
  • the liquid carbon dioxide condensed in the recycling unit 200 is selectively supplied to the high pressure processor 100 and used again for cleaning.
  • the substrate treating apparatus and the gas recycling method using the high pressure processor comprise an integrated single-cycle recycling unit to separate additives from carbon dioxide used for cleaning or drying, and to process the condensation process, thereby reducing the volume of equipment. It can be used industrially because it can reduce the footprint, reduce the footprint, and reduce the number of checks.
  • the gas recycling method of the substrate processing apparatus and the high pressure processor using the high pressure processor of the present invention is used for the purpose of recycling the carbon dioxide by using it for condensation of the recycled carbon dioxide without directly discharging a part of the used carbon dioxide to the outside. It is possible to reduce the amount of refrigerant used to reduce the cost there is industrial availability.

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Abstract

본 발명은 고압 처리기를 이용한 기판처리장치에 관한 것으로, 고압의 이산화탄소를 사용하여 기판을 처리하는 고압 처리기와, 상기 고압 처리기에서 사용된 이산화탄소를 배출하는 배출관으로부터 각각 이산화탄소를 분기하는 제1 및 제2분기라인과, 상기 제1분기라인을 통해 공급되는 이산화탄소로부터 첨가제를 분리하고, 그 이산화탄소를 응축시키되, 그 응축에 냉각부의 냉매가 지나는 냉매순환관과 함께 상기 제2분기라인을 통해 공급되는 이산화탄소의 단열팽창에 의한 온도하강이 관여되도록 하는 리사이클부와, 상기 리사이클부 또는 이산화탄소 공급부의 액체 이산화탄소를 고압으로 펌핑하는 고압펌프와, 상기 고압펌프를 통해 승압된 이산화탄소를 단계적으로 가열하고, 상기 고압 처리기에 공급하는 버퍼역할을 하는 제1 및 제2가열버퍼부를 포함한다. 이와 같은 구성의 본 발명은 집약화된 단일 구조의 리사이클부를 구성하여 세정에 사용된 이산화탄소에서 첨가제를 분리 후 응축과정을 처리하여, 설비의 부피를 줄이고, 풋프린트를 줄이며, 점검항목의 수를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

고압 처리기를 이용한 기판처리장치 및 고압 처리기의 가스 재활용방법
본 발명은 고압 처리기를 이용한 기판처리장치 및 고압 처리기의 가스 재활용방법에 관한 것으로, 특히 세정 또는 건조에 사용된 이산화탄소의 재사용을 위한 처리에서 에너지의 사용량을 줄이며, 풋프린트를 줄일 수 있는 고압 처리기를 이용한 기판처리장치 및 고압 처리기의 가스 재활용방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정 중에는 반도체 기판 상에 존재하는 유기 또는 무기재의 이물을 제거하는 세정공정이 필요하다.
이러한 세정공정은 크게 습식세정과 건식세정으로 분류할 수 있으며, 이 중 습식세정은 높은 종횡비, 세정액에 의한 미세구조 속의 젖음, 워터마크의 형성, 세정약액의 순도를 높이기 위한 정제 비용의 증가 등 많은 문제점을 가지고 있다.
또한 건식세정은 플라즈마, 가스 상 또는 초임계 건식세정 기술이 개발되고 있으나, 플라즈마에 의한 건식세정공정은 기판이 산소 플라즈마에 의해 손상될 수 있는 염려와 아울러 오염물의 완전한 제거가 용이하지 않아 추가적으로 습식세정공정이 요구되는 문제점이 있었다.
또한 건식세정의 다른 예로 초임계 상태의 이산화탄소와 여러 가지 공용매를 혼합하여 사용하여 기판을 세정하는 초임계 세정공정이 소개된 바 있다.
그러나 초임계 상태의 비극성 이산화탄소에 단순히 극성 공용매를 혼합하여 균질의 투명상을 형성하지 못함으로써 종래의 습식세정의 문제점을 해결하지 못하고 세정효율이 낮으며, 균질 투명상 초임계 상태를 형성한다고 하더라도 100℃ 이상의 초고온과 300bar 이상의 초고압을 필요로 함에 따라 고비용이 소요되는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해 계면활성제를 도입하는 경우에도 초임계 상태의 균질 투명상을 형성하기 위해서는 별도의 믹서(mixer) 또는 초음파 장치 등이 필요하고 시간도 오래 걸리는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 초임계 기판처리장치가 등록특허 0753493호에 기재되어 있으며, 그 주요한 기재 내용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 등록특허 0753493호에 기재된 종래 기판처리장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면 종래 기판처리장치는, 고압처리기(60)와, 고압처리기(60)에 연결되는 기체 이산화탄소 공급원(20) 및 액체 이산화탄소 공급원(21)과, 이산화탄소를 고압으로 송출하기 위한 고압펌프(24)와, 세정용 첨가제를 공급하는 세정용 첨가제 공급원(25)과 행굼용 첨가제를 공급하는 헹굼용 첨가제 공급원(26)과, 이산화탄소 및 첨가제를 가열하기 위하여 공급관(L2,L3,L4) 상에 설치되는 가열기(31,32,33)와, 초임계 상태의 균질 투명상 혼합물을 형성하면서 일정량의 세정용 첨가제를 공급하기 위한 균질 투명상 혼합기(70)와, 고압처리기(60)에 연결되어 일정한 압력을 유지하기 위한 압력조절밸브(54)와, 고압처리기(60)에 연결되어 고압처리기(60)로부터 배출되는 혼합물을 기체상의 이산화탄소 및 액체상 첨가제로 분리하는 분리기(61)와, 분리된 기체상의 이산화탄소를 정제하기 위한 기체 세정컬럼(63) 및 흡착컬럼(64)과, 정제된 기체를 응축하고 재사용하기 위한 이산화탄소 응축용기(23)와, 온-오프 자동밸브(1 내지 12)를 구비한다.
상기와 같이 등록특허 0753493호에 기재된 발명은 고압처리기(60)를 이용하여 초임계 상태의 이산화탄소 및 첨가제로 세정대상물인 반도체 기판을 세정한 후, 온-오프 자동밸브(11)를 사용하여 사용된 이산화탄소 및 첨가제를 외부로 배출하거나, 분리기(61), 기체 세정컬럼(63), 흡착컬럼(64) 및 응축용기(23)를 통해 상기 사용된 이산화탄소를 세정공정에 재사용하기 위한 처리를 하게 된다.
그러나 각각 독립적으로 마련된 분리기(61), 기체 세정컬럼(63), 흡착컬럼(64) 및 응축용기(23)는 부피가 크고, 풋프린트의 증가를 유발하고, 점검대상 항목의 증가를 초래하는 새로운 문제점이 발생하였다.
또한 이산화탄소의 재사용을 위한 응축과정에서 냉매의 사용량이 많아 유지관리비용이 증가하는 문제점이 있었다.
그리고 고압 처리기(60)에서 세정이 이루어진 후, 사용된 이산화탄소를 배출한 다음, 다시 고압 처리기(60)의 압력을 상승시키는데 시간이 많이 소요되어 공정시간이 지연되며 따라서 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이산화탄소의 재사용을 위한 장치들을 집약화할 수 있는 고압 처리기를 이용한 기판처리장치 및 고압 처리기의 가스 재활용방법을 제공함에 있다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이산화탄소의 재활용에 필요한 에너지의 사용량을 줄일 수 있는 고압 처리기를 이용한 기판처리장치 및 고압 처리기의 가스 재활용방법을 제공함에 있다.
아울러 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이산화탄소를 가열하는 가열부를 이원화하고, 각 가열부를 이산화탄소의 공급버퍼로 사용함으로써, 고압 처리기의 압력을 공정압력으로 높이는데 필요한 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있는 고압 처리기를 이용한 기판처리장치 및 고압 처리기의 가스 재활용방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 고압 처리기를 이용한 기판처리장치는, 고압의 이산화탄소를 사용하여 기판을 처리하는 고압 처리기와, 상기 고압 처리기에서 사용된 이산화탄소를 배출하는 배출관으로부터 각각 이산화탄소를 분기하는 제1 및 제2분기라인과, 상기 제1분기라인을 통해 공급되는 이산화탄소로부터 첨가제를 분리하고, 그 이산화탄소를 응축시키되, 그 응축에 냉각부의 냉매가 지나는 냉매순환관과 함께 상기 제2분기라인을 통해 공급되는 이산화탄소의 단열팽창에 의한 온도하강이 관여되도록 하는 리사이클부와, 상기 리사이클부 또는 이산화탄소 공급부의 액체 이산화탄소를 고압으로 펌핑하는 고압펌프와, 상기 고압펌프를 통해 승압된 이산화탄소를 단계적으로 가열하고, 상기 고압 처리기에 공급하는 버퍼역할을 하는 제1 및 제2가열버퍼부를 포함한다.
또한 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 고압 처리기의 가스 재활용방법은, 고압 처리기에서 재활용할 기체를 분기하여 그 분기된 기체의 일부를 단열팽창시키고, 상기 기체의 다른 일부를 상기 단열팽창되는 일부 기체를 이용하여 응축시켜 재활용하여, 재활용효율을 높일 수 있다.
본 발명 고압 처리기를 이용한 기판처리장치 및 고압 처리기의 기체 재활용방법은, 집약화된 단일 구조의 리사이클부를 구성하여 세정 또는 건조에 사용된 이산화탄소에서 첨가제를 분리하고, 응축과정을 처리하여, 설비의 부피를 줄이고, 풋프린트를 줄이며, 점검항목의 수를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명 고압 처리기를 이용한 기판처리장치 및 고압 처리기의 기체 재활용방법은, 사용된 이산화탄소의 일부를 외부로 직접 배출하지 않고, 재활용되는 이산화탄소의 응축에 사용함으로써, 그 이산화탄소의 재활용을 목적으로 사용하는 냉매의 사용량을 줄여 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
아울러 본 발명 고압 처리기를 이용한 기판처리장치 및 고압 처리기의 기체 재활용방법은, 액체 이산화탄소를 초임계상태로 가열하는 가열부를 이원화하여 단계적인 온도의 상승이 가능하도록 하며, 각 가열부를 이산화탄소의 공급 버퍼로 사용하여, 고압 처리기 내의 압력 저하를 방지함과 아울러 공정시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기판처리장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명 고압 처리기를 이용한 기판처리장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명 고압 처리기에 사용되는 리사이클부의 단면 구성도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100:고압 처리기 200:리사이클부
210:다발관부 220:냉매순환관
230:격벽 240:외벽
250:기액분리판 260:흡착판
270:히터 300:냉각부
400:이산화탄소 공급부 500:고압펌프
610:제1가열버퍼부 620:제2가열버퍼부
700:세정첨가제 혼합부 800:린스첨가제 혼합부
이하, 상기와 같은 본 발명 고압 처리기를 이용한 기판처리장치 및 고압 처리기의 기체 재활용방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 고압 처리기를 이용한 기판처리장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면 본 발명 고압 처리기를 이용한 기판처리장치는, 공급된 초임계 이산화탄소 및 첨가제로 기판을 세정, 린스 또는 건조 처리하는 고압 처리기(100)와, 액체 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부(400)와, 상기 고압 처리기(100)에서 세정에 사용된 이산화탄소 및 첨가제를 배출하는 배출라인(L1)과, 상기 배출라인(L1)을 통해 배출되는 이산화탄소 및 첨가제를 분기하는 제1 및 제2분기라인(L2,L3)과, 상기 제1분기라인(L2)를 통해 공급되는 상기 이산화탄소와 첨가제를 서로 분리하고, 그 분리된 이산화탄소를 정화처리하며, 냉각부(300)의 냉매와 상기 제2분기라인(L3)를 통해 공급되는 이산화탄소를 이용하여 상기 정화된 이산화탄소를 응축함과 아울러 상기 이산화탄소 공급부(400)에서 공급되는 이산화탄소가 기화되지 않도록 응축시키는 리사이클부(200)와, 상기 리사이클부(200)의 이산화탄소 또는 재활용되는 이산화탄소를 고압으로 공급하는 고압펌프(500)와, 상기 고압펌프(500)에서 공급된 이산화탄소를 저장 및 가열하는 제1가열버퍼부(610)와, 상기 제1가열버퍼(610)에서 가열된 이산화탄소를 공급받아 저장함과 아울러 공정온도로 재가열하여 상기 고압 처리기(100)로 공급하는 제2가열버퍼(620)와, 상기 공급되는 이산화탄소에 각각 선택적으로 세정첨가제와 린스첨가제를 공급하는 세정첨가제 공급부(700) 및 린스첨가제 공급부(800)로 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 고압 처리기를 이용한 기판처리장치의 구성 및 작용을 보다 상세히 설명한다.
먼저, 최초의 세정 공정의 진행시에는 밸브(V4)를 통해 이산화탄소 공급부(400)의 이산화탄소가 공급되며 이 액체 상태의 이산화탄소가 기화되지 않도록 상기 리사이클부(200)를 통해 고압펌프(500)에 의해 고압으로 제1가열버퍼부(610)로 공급된다.
상기 이산화탄소 공급부(400)의 액체 이산화탄소는 라인을 통해 이동중에도 기화될 수 있으며, 이렇게 기화된 이산화탄소를 직접 액체 펌프인 고압펌프(500)를 통해 펌핑하는 경우에는 그 고압펌프(500)가 공회전할 수 있다.
이를 방지하기 위하여 이산화탄소 공급부(400)는 재활용되는 이산화탄소를 응축시키는 기능을 포함하는 리사이클부(200)로 연결되는 라인(L4)을 통해 리사이클부(200)에서 응축된 후, 액체 이산화탄소가 상기 고압펌프(500)에 의해 이산화탄소를 펌핑하도록 한다.
그 다음, 상기 제1가열버퍼부(610)에 공급된 이산화탄소의 압력은 약 150 내지 300bar가 적당하며, 온도가 35 내지 100℃가 되도록 가열한다.
또한, 상기 제1가열버퍼부(610)에서 가열된 이산화탄소는 다시 제2가열버퍼부(620)로 공급된다. 제2가열버퍼부(620)는 약 150 내지 300bar의 압력에서 이산화탄소의 온도를 약 50 내지 100℃까지 가열한다.
상기 제1가열버퍼부(610)와 제2가열버퍼부(620)의 압력은 상기 가압 처리기(100)의 공정압력인 120 내지 250bar에 비하여 더 큰 압력이며, 이는 이산화탄소의 공급에서 압력이 손실됨을 고려할 뿐만 아니라 가압 처리기(100)에서 세정이 완료된 후, 이산화탄소 및 첨가제가 배출된 후 낮아진 압력을 다시 공정압력으로 빠르게 상승시키는 작용을 하게 된다.
그 다음, 상기 제2가열버퍼부(620)를 통해 가열 및 압력이 조정된 이산화탄소는 세정 또는 린스 공정에 따라 그 경로를 달리하여 고압 처리기(100)로 공급된다.
즉, 세정공정을 진행할 때에는 세정첨가제 혼합부(700)를 지날 수 있도록 밸브(V6,V8,V10)를 통해 지나며, 그 세정첨가제 혼합부(700)에 미리 유입되어 있는 세정첨가제와 고압의 분위기에서 혼합되어 그 고압 처리기(100)로 공급된다.
이와 다르게 린스공정을 진행하기 위해서는 상기 밸브(V8, V10)가 닫힌 상태가 되며, 밸브(V9,V11)를 통해 린스첨가제 혼합부(800)를 가열된 이산화탄소가 지나면서 그 린스첨가제 혼합부(800)에 미리 공급되어 있던 린스첨가제와 혼합된다.
이때 밸브(V12)는 린스공정 중에 상기 세정첨가제 혼합부(700)를 지나 공급될 수 있으며, 이러한 처리를 통해 그 세정첨가제 혼합부(700) 내의 분위기를 이산화탄소 분위기로 만들 수 있다.
또한 상기 이산화탄소는 충분한 압력으로 공급되기 때문에 상기 세정첨가제 공급부(700)와 린스첨가제 공급부(800)에서 첨가제의 고압 공급을 위하여 별도의 펌프를 사용할 필요가 없으며, 따라서 설비가 보다 단순화되고 비용도 절감할 수 있다.
상기 공급된 초임계 상태의 이산화탄소와 이 이산화탄소에 첨가된 세정첨가제 또는 린스첨가제는 상기 가압 처리기(100)에 공급되며, 다수의 기판을 동시에 세정처리한다.
또한 사용되는 첨가제에 따라 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS)의 건조장치로 사용될 수 있다. 이는 초임계 상태의 유체가 마이크로 전자 기계 시스템의 구조물을 손상시키지 않고 건조시킬 수 있기 때문이다.
상기 세정, 린스 또는 건조처리 후의 이산화탄소 및 첨가제는 배출관(L1)을 통해 배출되며, 그 배출관(L1)은 제1분기라인(L2)과 제2분기라인(L3)에 의해 분기된다.
상기 제1분기라인(L2)은 이산화탄소의 리사이클을 위한 것이며, 제2분기라인(L3)은 상기 리사이클되는 이산화탄소를 다시 응축할 때 사용된다.
상기 제1분기라인(L2)과 제2분기라인(L3)은 상기 리사이클부(200)로 연결되어 있다.
도 3은 본 발명 고압 처리기를 이용한 기판처리장치의 리사이클부의 단면 구성도이다.
도 3을 참조하면 상기 리사이클부(200)는, 중앙에 상기 제2분기라인(L3)이 연결되어 단열 팽창하는 다발관부(210)와, 상기 다발관부(210)의 주변으로 상기 냉각부(300)의 냉매가 흐르게 하는 냉매순환관(220)과, 상기 냉매순환관(220)으로부터 소정거리 이격되어 리사이클되는 액체 이산화탄소와 첨가제를 분리하는 격벽(230)과, 상기 격벽(230)과 외벽(240)의 사이에서 수평방향으로 순차 설치되는 링 형상의 기액분리판(250)과, 상기 외벽(240)의 상부측에서 하향으로 위치하며 상기 제1분기라인(L2)을 통해 공급되는 기체 이산화탄소를 가열하여 이산화탄소의 액화를 방지하는 히터(270)를 포함하여 구성된다.
그리고 라인(L4)은 상기 이산화탄소 공급부(400)를 통해 공급되는 액체 이산화탄소의 기화를 방지하기 위하여 고압펌프(500)의 전단에서 이산화탄소가 응축될 수 있도록 하는 것이다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 고압 처리기를 이용한 기판처리장치의 리사이클부(200)의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.
먼저, 리사이클부(200)의 외벽(240)의 측면에는 상기 제1분기라인(L1)이 연결되어 있으며, 그 외벽(240)과는 소정거리 이격되는 위치에 격벽(230)이 설치되어 있다.
상기 격벽(230)은 상부측이 외벽(240)의 상부측과는 이격되어 기체 이산화탄소가 지날 수 있는 통로가 마련되어 있다.
상기 제1분기라인(L1)을 통해 공급되는 재사용될 이산화탄소는 액상의 첨가제를 포함하고 있으며, 이는 외벽(240)과 격벽(230)이 이루는 공간으로 이동하여 분리되며, 특히 기액분리판(250)에 의해 분리되어 순도높은 이산화탄소를 재활용할 수 있게 된다.
상기 기액분리판(250)은 다공판 또는 흡착판일 수 있다.
상기 첨가제와 함께 세정 또는 린스시 제거되는 오염물도 함께 상기 외벽(240)과 격벽(230)이 이루는 공간으로 낙하 수집된다.
상기 제1분기라인(L2)의 끝단에서는 이산화탄소의 단열팽창이 일어나며 기체 이산화탄소가 액체로 상변화될 우려가 있기 때문에 히터(270)를 사용하여 단열팽창에 의한 잠열 손실을 보상하여 기체 상태를 유지하며, 그 기체 상태가 유지되는 이산화탄소가 격벽(230)과 외벽(240)의 상부측 사이를 지나 상기 다발관부(210)의 외측까지 용이하게 이동할 수 있도록 한다.
상기 다발관부(210)는 부피가 크기 때문에 열교환이 쉽게 일어나게 되며, 따라서 감압에 의한 이산화탄소의 원활한 배출과 아울러 재사용되는 기체 이산화탄소를 보다 효과적으로 응축시킬 수 있다.
그 다음, 상기 첨가제가 분리되고, 정화된 기체 이산화탄소는 냉매순환관(220)에 의해 응축되어 액체 이산화탄소가 되며, 이는 그 하부의 드레인라인을 통해 상기 고압펌프(500) 측으로 배출된다.
이때, 상기 다발관부(210)에는 상기 제2분기라인(L3)을 통해 공급되는 기체 이산화탄소가 지나게 된다. 이때 다발관부(210)는 상기 제2분기라인(L3)에 각각의 끝단이 연결되는 다수의 관을 포함하는 것이며, 그 다수의 관의 단면적의 총합은 상기 제2분기라인(L3)에 비하여 더 큰것으로 하여, 그 다발관부(210)의 내부에서 기체 또는 액체 이산화탄소가 단열 팽창하여 열교환에 의한 기체 이산화탄소로의 원활한 배출과 동시에 온도가 낮아지도록 한다.
이와 같이 온도가 낮아진 이산화탄소에 의하여 상기 다발관부(210)는 상기 냉매순환관(220)과 함께 상기 기체 이산화탄소를 응축시키는 역할을 하게 된다.
이는 종래 외부로 단순히 배출하던 세정에 사용된 이산화탄소를 냉매의 역할을 할 수 있도록 리사이클에 일부 이용을 함으로써, 상기 냉매순환관(220)으로 순환되는 냉각부(300)의 냉매 사용량 또는 에너지 사용량을 줄일 수 있게 된다.
상기 다발관부(210)를 지난 이산화탄소는 외부로 배출되며, 상기 응축된 이산화탄소는 필요에 따라 배출하여, 상기 고압펌프(500), 제1가열버퍼부(610) 및 제2가열버퍼부(620)를 통해 고압 처리기(100)로 공급되어 세정에 재사용할 수 있게 된다.
이와 같이 상기 리사이클부(200)는 종래에 각각 분리되어 공정실 내에 설치되던 설비들을 하나의 장치로 구현하되, 그 부피를 최소화할 수 있는 구조로 구현함으로써, 풋프린트를 줄이고 설비의 점검 항목의 수를 줄일 수 있게 된다.
또한 냉매와 함께 외부로 배출되는 기체 이산화탄소의 단열 팽창시 발생하는 잠열 손실을 재사용할 이산화탄소의 응축에 기여할 수 있도록 함으로써, 에너지 사용을 줄일 수 있게 된다.
상기 리사이클부(200)에서 응축된 액체 이산화탄소는 선택적으로 고압 처리기(100)로 공급되어 세정에 다시 사용된다.
본 발명 고압 처리기를 이용한 기판처리장치 및 고압 처리기의 기체 재활용방법은, 집약화된 단일 구조의 리사이클부를 구성하여 세정 또는 건조에 사용된 이산화탄소에서 첨가제를 분리하고, 응축과정을 처리하여, 설비의 부피를 줄이고, 풋프린트를 줄이며, 점검항목의 수를 줄일 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.
또한 본 발명 고압 처리기를 이용한 기판처리장치 및 고압 처리기의 기체 재활용방법은, 사용된 이산화탄소의 일부를 외부로 직접 배출하지 않고, 재활용되는 이산화탄소의 응축에 사용함으로써, 그 이산화탄소의 재활용을 목적으로 사용하는 냉매의 사용량을 줄여 비용을 절감할 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (7)

  1. 고압 처리기에서 재활용할 기체를 분기하여 그 분기된 기체의 일부를 단열팽창시키고, 상기 기체의 다른 일부를 상기 단열팽창되는 일부 기체를 이용하여 응축시켜 재활용하여, 재활용효율을 높일 수 있는 고압 처리장치의 처리가스 재활용방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다른 일부 기체는 응축전에 첨가제가 제거된 것이며, 그 첨가제의 제거와 상기 응축이 동일한 공간내에서 이루어지도록 하여, 소형의 공간 내에서 처리가 가능하도록 하는 고압 처리장치의 처리가스 재활용방법.
  3. 고압의 이산화탄소를 사용하여 기판을 처리하는 고압 처리기;
    상기 고압 처리기에서 사용된 이산화탄소를 배출하는 배출관으로부터 각각 이산화탄소를 분기하는 제1 및 제2분기라인;
    상기 제1분기라인을 통해 공급되는 이산화탄소로부터 첨가제를 분리하고, 그 이산화탄소를 응축시키되, 그 응축에 냉각부의 냉매가 지나는 냉매순환관과 함께 상기 제2분기라인을 통해 공급되는 이산화탄소의 단열팽창에 의한 온도하강이 관여되도록 하는 리사이클부;
    상기 리사이클부 또는 이산화탄소 공급부의 액체 이산화탄소를 고압으로 펌핑하는 고압펌프; 및
    상기 고압펌프를 통해 승압된 이산화탄소를 단계적으로 가열하고, 상기 고압 처리기에 공급하는 버퍼역할을 하는 제1 및 제2가열버퍼부를 포함하는 고압 처리기를 이용한 기판처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 리사이클부는,
    상기 제2분기라인이 연결되어 세정에 사용된 이산화탄소를 단열 팽창시키는 다발관부;
    상기 다발관부의 주변으로 상기 냉각부의 냉매가 흐르게 하는 냉매순환관;
    상기 냉매순환관으로부터 소정거리 이격되어 위치하여 수집된 액체 이산화탄소와 첨가제를 분리하는 격벽;
    상기 격벽과 외벽의 사이에서 수평방향으로 순차 설치되는 링 형상의 기액분리판; 및
    상기 외벽의 상부측에서 하향으로 위치하여 상기 제1분기라인을 통해 공급되는 기체 이산화탄소를 가열하여 이산화탄소의 액화를 방지하는 히터를 포함하는 고압 처리기를 이용한 기판처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다발관부는,
    일측이 상기 제2분기라인에 연결되는 다수의 관을 포함하되, 그 다수의 관들의 단면적 합은 상기 제2분기라인의 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 고압 처리기를 이용한 기판처리장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2가열버퍼부는,
    상기 고압 처리기에서 세정에 사용된 상기 이산화탄소가 상기 배출관을 통해 배출되어 압력이 낮아진 경우, 보다 빠르게 상기 고압 처리기의 압력을 공정압력으로 상승시킬 수 있도록, 공정 압력 이상의 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 고압 처리기를 이용한 기판처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2가열버퍼부를 통해 상기 고압 처리기에 공급되는 이산화탄소에 세정첨가제 또는 린스첨가제를 선택적으로 혼합 공급할 수 있는 세정첨가제 공급부 및 린스첨가제 혼합부를 더 포함하되, 그 세정첨가제 또는 린스첨가제의 공급을 위한 별도의 펌프를 사용하지 않도록, 고압의 상기 이산화탄소가 직접 상기 세정첨가제 공급부 또는 린스첨가제 혼합부를 지나는 것을 특징으로 하는 고압 처리기를 이용한 기판처리장치.
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