CN1739862A - 双流体喷射喷嘴装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双流体喷射喷嘴装置，其不会使混合流体雾化，并能够提高对基板的冲击力。双流体喷射喷嘴装置具有喷嘴头(7)，在顶端面开口形成有混合被加压后的液体和气体并进行喷射的喷射孔。在喷嘴头上，以不同角度倾斜的第一喷射孔(21)和第二喷射孔(22)，以喷嘴头的轴线为中心而在直径方向上相互对称并形成一列。

Description

双流体喷射喷嘴装置

技术领域

本发明涉及对被加压的液体和气体进行混合并喷射的双流体喷射喷嘴装置。

背景技术

在半导体装置或者液晶显示装置等的制造过程中，有在半导体晶片或者玻璃基板等基板上形成电路图案的光刻工艺。对于所述光刻工艺来说，指众所周知的有：在上述基板上涂敷抗蚀剂，并经由形成有电路图案的掩膜来照射光线。

然后，通过多次重复进行所谓的除去抗蚀剂的光没有照射的部分(或者光照射的部分)，并对所除去的部分进行蚀刻的一系列工艺，而在上述基板上形成电路图案。

在上述一系列各工艺过程中，若上述基板被污染，则无法精密地形成电路图案，从而成为产生次品原因。因此，当在各工艺过程中形成电路图案时，在没有残留抗蚀剂和尘埃等微粒的清洁状态下，使用处理液来对上述基板进行处理。即，进行除去附着在基板上的微粒的处理。

在除去附着在上述基板上的微粒的情况下，现有方式是将处理液加压至规定的压力，从喷嘴向基板进行喷射。在喷嘴内形成有狭缝状的喷射孔，处理液从该喷射孔以扇形扩散的方式而喷射向基板。

但是，如果仅使处理液加压并使其从喷嘴的喷射孔喷射，则有可能出现下述情况，即，由于对基板的冲击力较弱，而使除去附着在基板上的微粒的除去率变得很低。

因此，为了提高除去附着在基板上的微粒的除去率而使用双流体喷射喷嘴装置，向喷嘴同时供给已被加压的处理液和加压气体来作为混合流体，以此来提高对基板的冲击力。

如果使用双流体喷射喷嘴装置，则与向基板单一喷射处理液的情况相比，能够增大对基板的冲击力。在图6中，曲线X表示的是，在以0.1MPa的压力从形成有狭缝状喷射孔的喷嘴喷射单一处理液的情况下，测定出的处理液对基板的冲击力的数值；而曲线Y表示的是，从形成有狭缝状喷射孔的喷嘴喷射混合处理液和气体的情况下，测定出的对基板的冲击力的数值。处理液与气体的压力分别为0.11MPa，从喷嘴顶端至基板上表面的高度为100mm。

在该图中，纵轴表示冲击力“gf”，横轴表示设定喷嘴的中心为0时的直径方向外方的距离“mm”。

发明内容

如曲线Y所示，如果喷射在处理液中混合有气体的混合流体，则与曲线X所示的喷射单一处理液的情况相比，能够增大对基板的冲击力。但是，如果仅仅是从形成于喷嘴内的狭缝状的喷射孔喷射混合流体，则无法充分地增大对基板的冲击力，因此，无法大幅度地改善微粒的除去率。

为了增大对基板的冲击力，所采用的方法是提高处理液和气体的混合压力。但是，通过进行以下实验可以确定：如果混合流体的压力在0.3Mpa以上，则从喷射孔喷射并以扇形扩散的流体的扩散方向的两个端部与中央部分相比呈小粒径的雾状，并被最终雾化。

因此，由于以扇形(在基板的板面为直线形)扩散的方式而喷射的处理液对基板的冲击力，在处理液的扩散方向的两个端部明显下降，因此，无法均匀地对整个扩散方向进行冲洗，并最终导致产生冲洗偏差。冲洗偏差产生的范围最终达到沿着扩散方向的冲洗区域的20％～30％。

此外，还进行使喷射孔形成为截面呈圆形直孔的工艺。但是，在为直孔的情况下，所喷射的混合流体的扩散角度小。因此，因为对应直孔中心的部分与其他部分相比，对基板的冲击力变得极大，所以难以均匀地从基板除去尘埃。而且，由于从直孔喷射出的混合流体的喷射区域形成为圆形，而不是直线形，因此，即使通过这种方式，也难以对整个基板均匀地进行冲洗处理。

本发明提供一种双流体喷射喷嘴装置，能够通过从喷嘴喷射的混合流体来对基板施加较大的冲击力，同时，以扇形喷射的混合流体不会在其扩散方向的两个端部发生雾化的情况。

本发明是一种双流体喷射喷嘴装置，该双流体喷射喷嘴装置具有喷嘴头(nozzle tip)，在其顶端面开口形成有混合被加压后的液体和气体并喷射的喷射孔，该双流体喷射喷嘴装置的特征在于：

在上述喷嘴头内，以不同角度倾斜的若干上述喷射孔，以喷嘴头的轴线为中心并在直径方向上相互对称而形成一列。

发明效果

根据本发明，由于喷射孔以喷嘴头的轴线为中心而对称倾斜，因此，能够使从各个喷射孔喷出的混合流体沿着喷嘴头的直径方向以扇形来扩散，同时，即使不增大混合流体的压力至雾化的状态，仍然能够在大致整个扩散方向上增大对基板的冲击力。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的双流体混合喷嘴装置的正面图。

图2是双流体混合喷嘴装置的截面图。

图3是喷嘴头的顶端面的平面图。

图4是喷嘴头的放大纵截面图。

图5是说明进行(表1)的实验时的测定位置的示意图。

图6是测定从现有的喷嘴头、以及从本发明的喷嘴头喷射的混合流体对基板的冲击力的图表。

符号说明：1…喷嘴主体、5…混合室、7…喷嘴头、11…通气路、12…气体用端口主体、13…通液路、14…流体用口体、21…第一喷射孔、22…第二喷射孔。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。

图1是本发明的双流体喷射喷嘴装置的正面图，图2是纵截面图，该双流体喷射喷嘴装置具有喷嘴主体1。在喷嘴主体1上，在上端面开口的第一螺纹孔2按照与喷嘴主体1的轴线同轴的方式而形成。而且，在喷嘴主体1上，在上述喷嘴主体的外周表面开口形成有轴线与第一螺纹孔2的轴线垂直相交的第二螺纹孔3。第二螺纹孔3与第一螺纹孔2互相连通。

上述第一螺纹孔2的顶端部与混合室5的一端连通。该混合室5的另一端在上述喷嘴主体1的顶端面开口。在喷嘴主体1的顶端面形成有圆形凹状的嵌入部6。后述结构的喷嘴头7的凸缘部8与该嵌入部6啮合。对于在该嵌入部6内嵌入有凸缘部8的上述喷嘴头7来说，通过拧在上述喷嘴主体1的顶端部上的帽9，而使上述凸缘部8被挤压在喷嘴主体1的顶端面上，并以可装卸且轴线O与上述喷嘴主体1的轴线一致的方式而被安装固定。

将沿轴向贯通形成有通气路11的气体用端口主体12拧入上述第一螺纹孔2内。该气体用端口主体12的通气路11，与用于供给被加压至规定压力的气体的图未示出的气体供给管连接。

将沿轴向贯通形成有通液路13的液体用端口主体14拧入上述第二螺纹孔3内。该液体用端口主体14的通液路13，与作为用于供给按照规定压力加压的纯水的液体的图未示出的纯水供给管连接。

位于上述第一螺纹孔2内的上述气体用端口主体12的顶端部，按照比该第一螺纹孔2的直径小的小径方式而形成，在该小径部的外周面与第一螺纹孔2的内周面之间，形成有将供给上述液体用端口主体14的纯水导入到上述混合室5内的环形导入部15。

如图3与图4所示，上述喷嘴头7具有有底圆筒形的圆筒部18，在该圆筒部18的开口的上端设置上述凸缘部8。通过对上述圆筒部18进行钻孔加工，而使圆筒部18的顶端壁19的内底面形成为圆锥形的凹部19b。

在上述圆筒部18的顶端壁19上，以相对于喷嘴头7的轴线O而沿着直径方向对称并且在同一直线上按照规定的角度倾斜的方式，分别贯穿设置一对第一喷射孔21和一对第二喷射孔22。

如图4所示，一对第一喷射孔21从喷嘴头7的轴线O的中心C的位置，相对于该轴线O倾斜成用α表示的15度的角度，同样，第二喷射孔22从轴线O的中心C的位置，相对于轴线O倾斜成用β表示的25度的角度。

其中，第一喷射孔21的倾斜角度α并不局限于15度，只要是10～15度的范围即可，实验证明优选角度为15度。第二喷射孔22的倾斜角度β并不局限于25度，只要是20～25度的范围即可，实验证明优选角度为25度。

第一喷射孔21和第二喷射孔22是直孔，相对于轴线O以规定的角度倾斜。而且，喷嘴头7的顶端壁19的外面，即顶端面19a成为与该喷嘴头7的轴线O垂直相交的平面。

因此，如图3所示，在第一喷射孔21和第二喷射孔22的喷嘴头7的顶端面19a开口的形状，分别为沿着喷嘴头7的直径方向呈细长形状的第一椭圆形21a以及第二椭圆形22a。

由于第二喷射孔22的倾斜角度β比第一喷射孔21的倾斜角度α大，因此，作为第二喷射孔22的开口形状的第二椭圆形22a，与作为第一喷射孔21的开口形状的第一椭圆形21a相比，其呈长轴尺寸较大的椭圆形。

根据这种结构的双流体混合喷嘴装置，从气体用端口主体12向喷嘴主体1供给的规定压力的气体，与从液体用端口主体14向喷嘴主体1供给的规定压力的液体，在混合室5相互混合并流入喷嘴头7的圆筒部18内，在此进一步混合，然后，从分别贯穿设置在圆筒部18的顶端壁19的一对第一喷射孔21和一对第二喷射孔22向图未示出的基板进行喷射。

如图3所示，由于各喷射孔21、22相对于喷嘴头7的轴线O以规定的角度倾斜，因此，各喷射孔21、22在喷嘴头7的顶端面呈第一椭圆形21a、第二椭圆形22a而开口。

因此，混合流体在从各个喷射孔21、22朝倾斜方向喷射的同时，沿着第一椭圆形21a和第二椭圆形22a的长轴方向，即沿着各个喷射孔21、22被配置成一列的喷嘴头7的直径方向而呈扇形扩散。

如果从一个喷射孔喷射的混合流体呈扇形扩散，那么，由于混合流体在扩散方向的两个端部容易扩散，因此，与中央部相比，这种方式对基板的冲击力大幅度减弱。但是，如果混合流体从各个喷射孔21、22呈扇形扩散并喷射，则从相邻的喷射孔21、22喷射的混合流体的各个喷射区域的扩散方向的两个端部重叠。

因此，采用扇形扩散的方式，虽然与中央部相比，扩散方向的两个端部对基板的冲击力变弱，但是通过使相邻的喷射区域的两个端部重叠，而能够增大对基板的冲击力。

在图6中，曲线Z表示的是测定从本发明的喷嘴头7的第一喷射孔21和第二喷射孔22喷射的混合流体对基板的冲击力的数值。供给到喷嘴头7的处理液和气体的压力分别为0.11MPa，从喷嘴顶端到基板的上面的高度是100mm，这些条件与曲线Y的情况相同。

从该结果可以确认，与曲线Y的情况相比，其对基板的冲击力最大可增加至大约三倍左右。曲线Z形成有对基板的冲击力较强的四个峰值m。各个峰值m与形成在喷嘴头7上的第一喷射孔21和第二喷射孔22的中心一一对应，从相邻的喷射孔21、22喷射的混合流体在扩散方向的两个端部重叠，这样就能够防止三个谷值n的部分的冲击力变得极小。

于是，在喷嘴头7的第一喷射孔21和第二喷射孔22的配置方向，即喷嘴头7的直径方向上，能够使对基板的冲击力平均化。而且，即便气体和液体的供给压力是与曲线Y表示的实验相同的数值0.11MPa，与现有方式相比，这种方式能够使对基板的冲击力大幅度地增加。换句话说，即使混合流体的压力没有达到液体雾化要求的3MPa以上的高压，仍然能够增大对基板的冲击力。

而且，对使用本发明构造的喷嘴头7的情况进行研究可知，如果混合流体以现有方式从直孔喷射，那么由于该混合流体不会呈扇形扩散，因此，对基板的冲击力局部增大，难以使其平均化。

但是，采用本发明的方式，使第一和第二的四个喷射孔21、22相对于喷嘴头7的轴线O分别以对称的角度倾斜，于是，在喷嘴头7的顶端面19a上，沿直径方向呈细长形的第一椭圆形21a和第二椭圆形22a而开口。

因此，从各个喷射孔21、22的开口端面的第一椭圆形21a、第二椭圆形22a喷射的混合流体，与直孔的情况相比，这种方式更容易沿着椭圆形21a、椭圆形22a的长轴方向呈扇形扩散。

如果混合流体沿着第一椭圆形21a、第二椭圆形22a的长轴方向扩散喷射，那么，与从直孔喷射的情况相比，采用这种方式对基板的冲击力沿着扩散方向而被分散，同时，由于从相邻的喷射孔喷射的混合流体呈扇形扩散的喷射区域的两个端部分别重叠，因此，通过这种重叠能够增大对基板的冲击力。

即，如果只有一个呈扇形扩散的喷射区域，则该喷射区域的两个端部对基板的冲击力大大降低。但是，通过使相邻的喷射区域的端部重叠，就可以使与喷射区域的端部对应的部分对基板的冲击力增大。

其结果，由于混合流体对基板的冲击力处于喷射孔的开口形状为圆形的直孔和开口形状为直线形的槽孔的中间状态，因此，如图6中曲线Z所示，其冲击力较大，而且被均匀化。

下述(表1)表示的是对使用本发明的喷嘴头7，从第一喷射孔21和第二喷射孔22喷射的混合流体的粒径和平均流速进行测定的实验结果1～3。(表1)中的测定位置A～C如图5所示。即，测定位置A是喷嘴头7的轴线O的下方，C是呈扇形扩散的混合流体的扩散方向的端部，B是A和C的中间位置。此外，H是从喷嘴头7喷射的混合流体的照射面S(基板的上面)至喷嘴头7的下端面之间的高度。

实验1～实验3是供给到喷嘴头7的纯水的压力与气体的压力为大致相同的数值，此外，使纯水的流量以及气体的流量发生改变，同时，在上述高度H为100mm与150mm的情况下，分别测定在A～C的位置混合流体的粒径与平均流速。

表1

	纯水量L/min	纯水压力MPa	气体量L(normal)/min	气体压力MPa	高度Hmm	测定位置	平均粒径μm	平均流速m/sec
									实验1	1.5	0.11	150	0.13	100	A	40	26
B	36	26
			C	44	28
150	A	38				18
			B	39	18
	C	43				23
			实验2	3	0.11		70	0.11						100	A	155	21
B	158	21
						C			157	21
150	A	146									14
						B			122	14
	C	145									17
						实验3			2	0.10		100	0.11	100	A	133	26
B	140	24
			C	140	25
150	A	113					16
			B	110	16
	C	108					17

对实验结果显示的粒径进行研究可知，通过改变纯水的流量与气体的流量的比例，粒径就会发生变化。即，对实验1与实验2进行比较可知，与气体量相比，在纯水量的比例较多的实验2中，粒径变大，同样，对实验2与实验3进行比较可知，与气体量相比，在纯水量的比例较多的实验2中，粒径仍然变大。

此外，我们还可以确认，在实验1～3中各个测定位置A～C的粒径大致变为规定的范围内的大小。这是由于可以使用粒径大致相同的混合流体冲洗基板的各个测定位置A～C，因此，就可以均匀地对从喷嘴头7喷射的混合流体的喷射区域进行清洗。

对平均流速进行研究可以确认，例如与实验2相比，在气体量的比例比纯水量大的实验1中，混合流体的平均流速变大。混合流体的平均流速越快，对基板的冲击力就变得越大。

因此，如果在实验1所示的条件下，使混合流体从喷嘴头7喷射，那么，由于对基板的冲击较大，因此，很适合除去附着在基板上的微粒的处理工艺。如果在实验2所示的条件下，使混合流体从喷嘴头7喷射，那么，由于与实验1的情况相比，它对基板的冲击变小，因此，很适合对基板进行冲洗处理的工艺。

由于实验3是混合流体的平均流速介于实验1与实验2之间的数值，因此，其对于除去微粒与冲洗处理均适用。

也就是说，根据本发明的喷嘴头7，通过使供给的纯水量与气体量的比例发生改变，就能够改变喷射在基板上的混合流体的平均流速。即，能够根据对基板进行何种处理来改变混合流体对基板的冲击。

本发明并不局限于上述实施方式，例如，形成于喷嘴头上的喷射孔的数量并不局限于四个，也可以是两个或者六个，或者比其大的偶数。总之，只要是多个喷射孔相对于喷嘴头的轴线以左右对称的倾斜角度倾斜，并且沿喷嘴头的直径方向形成于一条直线上即可。

Claims (3)

1.一种双流体喷射喷嘴装置，其具有喷嘴头，在顶端面开口形成有混合被加压后的液体和气体并进行喷射的喷射孔，其中，所述双流体喷射喷嘴装置的特征在于：

在所述喷嘴头上，以不同角度倾斜的多个所述喷射孔，以喷嘴头的轴线为中心而在直径方向上相互对称并形成一列。

2.如权利要求1所述的双流体喷射喷嘴装置，其特征在于：

所述喷射孔以在所述喷嘴头的顶端面、沿着直径方向并呈细长的椭圆形的方式而开口。

3.如权利要求1所述的双流体喷射喷嘴装置，其特征在于：

具有使轴线一致并以可装卸方式来安装所述喷嘴头的喷嘴主体，其中，

在该喷嘴主体内形成有：与所述喷嘴头连通的混合室；沿着所述喷嘴主体的轴线方向形成的、向所述混合室供给气体的气体供给路；以及从所述喷嘴主体的周向对所述混合室供给液体的液体供给路。

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