KR100483343B1 - 회전 및 이동가능한 스프레이 노즐 - Google Patents

회전 및 이동가능한 스프레이 노즐 Download PDF

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KR100483343B1
KR100483343B1 KR10-1999-7005761A KR19997005761A KR100483343B1 KR 100483343 B1 KR100483343 B1 KR 100483343B1 KR 19997005761 A KR19997005761 A KR 19997005761A KR 100483343 B1 KR100483343 B1 KR 100483343B1
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와그너토마스제이.
사이퍼링케빈엘.
쿤켈파멜라에이.
웨이갠드제임스에프
토메스그레고리피.
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에프 에스 아이 인터내셔날,인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 기판(1,12)을 처리하기 위해 노즐의 길이방향 길이를 따라 일련의 오리피스(40)를 갖고 회전 조절 가능한 노즐(18)에 관한 것이다. 본 발명의 상기 노즐설계에 의하면, 액체는 에어로졸 스프레이의 각도와 상관없이 상기 노즐의 길이방향 길이를 따라 적절하게 분포된다. 이것은 스프레이 각도에 무관한 균일한 에어로졸 기류의 생성을 허용한다. 본 발명의 노즐설계는 상기 노즐(18)내에 액체의 균일 분포를 향상시키고, 더 균일한 액체 풀링(liquid pooling)을 제공하는 것 이외에도, 또한 상기 노즐길이를 가로지르는 일시적인 불균일성을 실질적으로 제거한다. 더욱이, 본 발명은 처리될 기판(1,12)을 향하거나 기판으로부터 멀어지는 방향(B)으로 또는 기판 표면에 평행한 방향(B)으로 이동 가능한 노즐(18)에 관한 것이다. 상기 노즐(18)은 적어도 노즐의 일부분을 따라 길이방향으로 제공된 일련의 충돌 오리피스(40)를 포함하고, 상기 노즐은 길이방향으로 제 1 및 제 2 공동(104,106)으로 나누어지고 상기 제 1, 제 2 공동 사이에는 다수의 개구(108)가 있는 내부를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 공동 사이의 상기 개구(108)는 상기 충돌 오리피스의 방사각도와는 길이방향 축으로부터의 다른 방사각도로 지향된다. 바람직하게는, 상기 노즐(18)은 서로에 대해 조작 가능하게 지지되고 연결된 내부관(100)과 외부관(90)을 구비한다. 본 발명은 또한 서로로부터 독립적으로 회전(A) 및 이동(B) 조절 가능한 노즐(18)의 조합에 관한 것이다.

Description

회전 및 이동가능한 스프레이 노즐{ROTATABLE AND TRANSLATABLE SPRAY NOZZLE}
본 발명은 처리실내에 제공된 고체표면을 처리하기 위한 에어로졸 스프레이(aerosol spray)를 제공하기 위해 노즐의 길이방향으로 연장한 일련의 오리피스(orifices)를 가지는 형태의 노즐에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 액체의 균일한 분포가 고른 에어로졸 스프레이용 노즐 길이를 따라 제공되는 노즐설계에 관한 것이다. 노즐설계는 또한 노즐이 처리될 표면에 대해 회전될 수 있고 처리될 표면으로부터 노즐의 거리를 변경하기 위해 이동될 수 있도록 각도와 상관없이 균일한 분포를 제공한다.
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본 발명은 반도체와 마이크로 전자 산업에 특별한 응용을 위해서 및, 예를 들면, 실리콘과 갈륨 아세나이드(gallium arsenide)의 반도체 웨이퍼, 다중칩 캐리어(multiple chip carrier), 평면 패널 디스플레이, 자기 하드 디스크, 초소형정밀기계술(MEMs) 및 다른 전자장치를 포함하는 특히 오염된 기판의 클리닝을 위해 개발되었다. 이러한 표면들을 클리닝하기 위해 많은 방법들이 개발되었다. 기술들은 표면으로부터 오염 박막(films)을 제거하기 위한 용매 또는 화학적 클리닝의 사용과, 고에너지 초음파의 사용 및 이들의 조합을 포함한다. 화학 용매들은 가스 분사 또는 액체 스프레이로써 응용되어질 수 있다.
더 최근에는, 저온 에어로졸이 특히 특이 오염제거를 위해 반도체 웨이퍼 산업에서 표면에 분사하기 위해 개발되어졌다. 특이 오염물을 제거하기 위해 사용되어진 냉매제는 아르곤, 이산화탄소 및 물을 포함한다. 저온 에어로졸 이후의 아이디어는 아음속(subsonic speed) 또는 초음속(supersonic speed)으로 이동하는 응결된 결정의 분사를 제공하는 것이다. 결정의 형태와 크기는 압력, 온도, 유동 및 공급된 물질의 초기 상태와 노즐의 설계에 주로 의존하는 결정 형성 기술을 포함한 열역학 조건에 따른다. 이산화탄소와 물은 다소의 응용들에 사용되어 왔다; 그러나, 실리콘 웨이퍼 클리닝은 실리콘 웨이퍼의 표면을 손상하지 않게 하기 위한 고순도와 능력을 요구한다. 그러므로, 아르곤 에어로졸은 현재 반도체 웨이퍼 클리닝을 사용하는데 특히 유용한 것 같다. 예를 들어, 바우어 등(Bauer et al.)의 미국특허 제5,377,911호, 맥더멋 등(Mcdermott et al.)의 미국특허 제5,062,898호, 제5,209,028호, 제5,294,261호는 니트로젠(nitrogen)과 결합된 아르곤을 포함할 수 있는 저온 에어로졸의 사용을 개시한다. 하야시(Hayashi)의 미국특허 제4,747,421호와 휘트록 등(Whitlock et al.)의 미국특허 제4,806,171호는 이산화탄소 에어로졸 결정을 이용하여 기판을 클리닝하기 위한 장치를 설명한다.
실리콘 웨이퍼 표면(1)과 분사충돌 노즐(jet impingement nozzle)(2)을 포함하는 저온 에어로졸 클리닝 시스템의 단순 개략도가 도 1에 예시되어 있다. 노즐(2)은 에어로졸 분사 스프레이가 실리콘 웨이퍼 표면(1)을 향해 추진되는 노즐의 길이를 따른 다수의 오리피스를 포함한다. 일반적으로, 상기 오리피스는 에어로졸 분사기류(jet stream)가 소정의 각도로 실리콘 웨이퍼(1)에 충돌하도록 배열되어있다. 상기 에어로졸은 실리콘 웨이퍼 표면(1)과 충돌하기 위해 노즐로부터 뻗어나온 선들과 화살표로 상기 실리콘 웨이퍼 표면(1)으로부터 뻗어나온 선들로 예시된 에어로졸 가스내에 부유한 에어로졸 결정(3)을 포함한다. 오염입자(4)가 실리콘 웨이퍼 표면(1)상에 예시되어 있고, 또한 에어로졸 가스 분사기류에 의해 실리콘 웨이퍼 표면(1)으로부터 제거되어지는 것을 도시하고 있다. 일반적으로, 분사충돌 노즐(2)은 에어로졸 결정(3)을 포함하는 에어로졸 분사기류가 상기 분사충돌 노즐(2)의 고정된 위치에 대해 이동 가능하게 지지된 실리콘 웨이퍼 표면(1)과 충돌하도록 적소에 및 특정 각도에 고정된다. 대개, 상기 표면(1)을 가지는 실리콘 웨이퍼는 전체 실리콘 웨이퍼 표면(1)이 세척될 수 있도록 분사충돌 노즐(2) 아래로 이동 가능한 방식으로 장착된다. 에어로졸 가스에 운반된 에어로졸 결정(3)은 실리콘 웨이퍼 표면(1)과 충돌하여, 오염 입자(4)의 이동을 야기하며, 분사기류는 실리콘 웨이퍼의 표면(1)으로부터 오염 입자(4)를 제거한다. 상술한 바와 같이, 에어로졸은 에어로졸 결정(3) 또는 클리닝용으로 알려진 임의의 다른 입자 또는 액체와 같은 저온의 에어로졸 군(cluster)을 포함할 수 있다.
저온 클리닝 장치에서, 이동 가능한 척(chuck)에 의해 지지되는 노즐(2)과 실리콘 웨이퍼는 에어로졸 클리닝 챔버내에 제공된다. 상기 에어로졸 클리닝 챔버는 저온 에어로졸 결정(3)의 형성을 제어하는 방식으로 클리닝 공정동안 진공상태로 제공된다. 더 구체적으로, 이러한 아르곤과 니트로젠 혼합물과 같은 불활성 물질이 노즐(2)에 공급되어지고, 분사충돌 노즐(2)로부터 저온의 에어로졸 결정(3)과 에어로졸 가스 분사기류가 형성된 진공 클리닝 챔버 안으로 방출된다.
저온 에어로졸 결정(3)은 증발 냉각(evaporative cooling)에 의해 주로 형성된다. 증발 냉각은 실리콘 웨이퍼 표면(1)에 충돌하기 전에 응결되는 작은 액체방울(lliquid droplets)에 의존한다. 작은 액체방울은 노즐 오리피스로부터 확장하는 고압 가스에 의해 미립자로 만들어지는 더 큰 방울로부터 형성된다. 상기 작은 액체방울(에어로졸 스프레이)은 노즐과 실리콘 웨이퍼 사이의 압력 강하에 기인하여 결정으로 응결된다. 증발 냉각에 의해 형성된 결정은 일반적으로 지름이 약 1에서 10 마이크론(1-10μ)이거나 그 보다 크다. 통상, 저온 에어로졸 결정은 또한 줄 톰슨(Joules Thomson) 냉각을 통해 또한 형성되며, 상기 줄 톰슨 냉각은 상기 언급한 바우어의 미국특허 제5,377,911호에 기술된 바와 같이, 에어로졸 클리닝 챔버 안에서 팽창과 연관된 온도하강에 기초한 균질한 결정의 핵 형성이다. 이 핵은 일반적으로 지름이 0.01μ차수로 훨씬 작고, 덜 효과적인 결정을 제공한다.
그러므로, 액체방울을 작은 액체방울로의 미립화 및 연속적인 응결에 의한 결정의 주요 형성을 달성하기 위해, 노즐설계는 노즐의 길이를 따라 균일하게 액체를 분포시켜야만 한다. 균일한 분포는 에어로졸 가스에 의해 미립화되고, 응결되며, 운반되도록 노즐길이를 따라 더 큰 액체방울의 형성을 보장한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 분사충돌 노즐(2)은 고정된 각도 방향으로 도시되어 있다. 불활성 물질이 노즐(2)의 내부에 제공되고, 액체는 실질적으로 오리피스 선의 높이로 풀(pool)을 형성한다. 상기 언급한 바와 같이 에어로졸 스프레이가 상기 오리피스로부터 분사된다. 균일한 처리를 위하여 노즐의 길이방향 길이를 따라 균일한 스프레이를 제공하는 것은 중요하다. 도 3에 도시한 바와 같이, 액체 풀은 예시된 길이방향 길이의 부분을 따라 연장된다. 또한 도 3에서 나타낸 것 처럼, 파(wave)가 액체 풀을 통하여 이동하는 것으로 간주된다. 이러한 파들이 때때로 노즐의 길이를 따라 에어로졸 스프레이 세기의 떨리는 효과(wavering effect)로서 관찰되도록 한 것으로 간주된다. 이 효과는 "워킹(walking)"효과로서 언급된다. 워킹이 관찰될 때 노즐의 일시적 균일성이 떨어지지만, 이 현상은 노즐의 길이방향 길이를 따라 파들이 앞뒤로 이동하므로 처리의 균일성에 상당한 영향을 미치지 않는다.
그러나, 고정된 노즐을 제공한 결과로 인해 특정의 충돌 각이 생성된다. 표면특징, 패턴 또는 바이어스(vias)을 가진 기판 표면을 클리닝하거나, 다른 방법으로 처리할때, 설정된 충돌 각에서의 에어로졸 기류는 표면특징을 적절히 클리닝하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 깊은 홈과 다른 표면특징으로부터 오염물을 클리닝하는 것은 기판 표면에 에어로졸 스프레이를 거의 수직으로 지향시킴으로서 더 완벽하게 이루어질 수 있는 반면에, 평평한 표면으로부터 부스러기를 청소하는 것은 기판 표면에 매우 얕은 스침각(grazing angle) 상태로 에어로졸 스프레이의 지향을 요구할 수 있다. 더욱이, 심지어 평평한 표면에서도, 오염입자의 형태와 오염입자가 평평한 표면에 붙어있는 방식으로 인해 다른 충돌각이 더 효과적일 수 있다. 도 4에서, 상술한 바와 같은 유사한 노즐이 예시되어 있으나 기판 표면으로 지향한 실질적으로 수직한 에어로졸 스프레이를 제공하기 위한 방향으로 고정되어 있다. 상세하게는, 상기 에어로졸 스프레이 방향은 중력방향으로 예시된다. 이러한 상황에서, 상기 언급된 액체 풀 효과와 이에 따른 저온 에어로졸 결정의 형성이 손상을 받는다. 상기 액체 풀은 불균일하고, 우측 상에 도시된 바와 같이, 저온의 유체가 노즐의 일단 또는 양단에 또는 노즐의 길이를 따라 어떤 지점에 전달되어지든지에 상관없이 감소되어 아무것도 없게 된다. 불균일한 액체 풀로 인해, 노즐의 길이를 따라 어떤 위치에서는 저온 에어로졸 결정의 형성이 억제될 수 있고, 불균일 공정이 발생될 수도 있다.전술한 바우어 등의 미국특허 제5,377,911호는 이중 챔버(chamber)를 이용한 고정된 노즐을 개시한다. 상기 바우어 등의 특허에서 도 7A에 도시된 것 처럼, 상부 챔버는 일련의 오리피스를 통하여 하부 챔버와 연결되고, 또 다른 일련의 오리피스들은 에어로졸이 배출되는 하부 챔버로부터 제공된다. 그러나, 상부와 하부의 다기관(manifold)을 제공하는 목적은 낮은 압력지점의 생성과 상부 분포의 다기관으로부터 하부 분포의 다기관으로 지나는 가스의 분포를 제거하기 위한 것이다.
도 1은 실리콘 웨이퍼의 표면을 클리닝하기 위한 일반적인 저온 에어로졸 클리닝 시스템의 개략도이다;
도 2는 길이방향으로 정렬된 일련의 오리피스를 가지며 중력방향으로부터 약 45°의 에어로졸 스프레이 각도로 지향된 노즐의 개략사시도이다;
도 3은 동일한 각으로 지향되고 노즐내에서 및 노즐의 길이방향의 길이를 따른 액체 풀의 형성을 예시한 도 2의 노즐에 대한 개략도이다;
도 4는 노즐의 길이방향으로 정렬된 오리피스가 중력방향으로 에어로졸 스프레이를 발생시키고 액체 풀의 부분적 형성을 예시하도록 지향된 노즐을 제외하고는 도 3과 유사한 개략도이다;
도 5는 회전 조절 가능한 노즐을 포함하고 노즐과 기판 표면 사이의 거리가 조절될 수 있는 에어로졸 챔버의 측면 개략도이다;
도 6은 본 발명에 따른 노즐에 대해 왼쪽으로 이동하고 제트 기류의 충돌각도와 노즐과 기판 표면사이의 스프레이 거리를 도시한 기판의 개략 측면도이다;
도 7은 에어로졸 챔버의 측벽에 장착된 것을 도시한 본 발명에 따른 노즐의 회전 및 이동 가능한 연결어셈블리의 부분 단면도이다;
도 8은 에어로졸 챔버의 측벽에 대한 연결로부터 분리된 도 7의 회전 및 이동 가능한 연결어셈블리의 사시도이다;
도 9는 도 7과 도 8의 회전 및 이동 가능한 연결어셈블리가 장착된 에어로졸 챔버의 측벽의 부분 측면도이다;
도 10은 노즐의 외부관의 길이를 따라 길이방향으로 정렬된 일련의 오리피스를 예시한 본 발명에 따른 노즐의 측면도이다;
도 11은 제거된 외부관과 그 위치가 쇄선으로 예시되고, 내부관은 길이방향으로 정렬된 일련의 오리피스로 도시된 내부관과 함께 도 10에 도시된 것으로부터 방사상으로 90도 정도 회전되어 있는 본 발명에 따른 측면도이다;
도 12는 내부관과 외부관이 함께 연결된 본 발명에 따른 노즐의 부분 단면도이다;
도 13은 내부 오리피스가 중력방향으로 방향이 지향된 반면에, 분사충돌 오리피스는 내부 오리피스에 대해 90°로 지향된 본 발명에 따른 노즐의 길이방향 부분의 개략 측면도이다;
도 14는 도 13의 선 14 - 14를 따라 취한 단면도이다;
도 15는 내부 오리피스가 중력방향으로부터 90°로 지향된 반면에, 분사충돌 오리피스는 중력방향으로 지향된 것을 제외하고는 도 13과 유사한 개략도이다;
도 16은 도 15의 선 16 - 16을 따라 취한 단면도이다.
본 발명은 기판를 처리하기 위하여 노즐의 길이방향 길이를 따라 일련의 오리피스를 가지며, 회전 조절 가능한 노즐을 제공함으로써 종래 기술의 불이익과 단점을 극복한다. 본 발명의 노즐설계에 의하면, 액체는 에어로졸 스프레이의 각도에 무관하게 노즐의 길이방향 길이를 따라 적절히 분사된다. 이것은 스프레이 각도에 무관하게 균일한 에어로졸 기류의 생성을 허용한다. 본 발명의 노즐설계는 노즐내에서 액체의 균일한 분포를 향상시키고, 더 균일한 액체 풀링(pooling)을 제공하는 것 이외에도, 또한 실질적으로 워킹 효과를 제거한다.
노즐의 회전 가능한 조절은 상기 노즐이 광범위한 도포에 유용하다는데 잇점이 있다. 구체적으로, 기판의 처리는 표면 형상, 입자 오염물의 형태 및 모양과 다른 요인들에 따라 다르게 에어로졸 스프레이 방향을 지향함으로써 더 완벽하게 달성될 수 있다. 예를 들어, 표면 형상이 제공된 곳에서, 기판의 표면에 거의 수직한 충돌 각이 더 바람직하게 될 것이다. 매우 평평한 표면을 처리하기 위해서는, 기판 표면에 매우 얕은 스침 충돌 각이 더 바람직할 것이다. 그러나, 더 높은 효율은 예를 들어, 오염물 입자 형태나 오염물의 접착상태에 따라 충돌각을 가변시킴으로써 얻어질 수 있다. 상기 에어로졸 스프레이의 각도 방향은 노즐을 회전시킴으로써 조절된다. 저온 클리닝 장치의 경우에 있어서, 처리실이 진공상태로 유지되는 동안 회전이 이루어질 수 있다는 것이 또한 잇점이다. 더욱이, 회전운동은 기판에서 기판으로 또는 단일 기판의 클리닝 동안 자동적으로 변경될 수 있도록 자동화될 수 있다. 더욱이, 본 발명은 처리될 기판을 향하거나 기판으로부터 멀어지는 방향으로 또는 기판 표면에 평행한 방향으로 이동 가능한 노즐에 대한 것이다. 따라서, 노즐과 기판 표면 사이의 거리는 처리를 최적화하기 위해 조절될 수 있거나 상기 노즐은 기판이 고정된 반면에 이동될 수 있다. 그러므로, 다양한 두께의 기판에 따라, 고정된 스프레이 이동거리를 가변 두께의 기판 표면에 걸쳐 기판 표면에 유지하도록 스프레이 노즐을 잇점적으로 조작할 수 있다.
본 발명의 잇점은 노즐의 적어도 일부분을 따라 길이방향으로 제공된 일련의 충돌 오리피스를 가지고, 에어로졸 스프레이를 물체의 표면에 충돌시킴으로써 물체의 표면 처리를 위한 장치에 사용하기 위한 노즐에 의해 달성되며, 상기 노즐은 길이방향으로 제 1 및 제 2 공동(cavity)으로 나누어지는 내부를 가지고 상기 제 1 및 제 2 공동 사이에는 다수의 개구(opening)가 있으며, 상기 제 1 및 제 2 공동 사이의 개구는 길이방향 축으로부터 충돌 오리피스의 방사각도와는 다른 방사각도로 지향된다. 바람직하게는, 상기 노즐은 서로에 대해서 조작 가능하게 지지되고 연결되는 내부관과 외부관을 구비하며, 상기 제 1 내부공동은 상기 외부관의 내부표면과 상기 내부관의 외부표면 사이에 제공되고, 상기 제 2 내부공동은 상기 내부관 안에 제공되며, 상기 개구는 상기 내부관을 관통하여 연장된다. 더 바람직하게는, 상기 내부관과 상기 외부관은 단면이 원형이고, 동심상으로 배열된다. 이 구조에 의하면, 상기 노즐은 에어로졸 챔버의 벽에 장착하여 회전 조절되도록 장착될 수 있어 일련의 충돌 오리피스가 노즐의 길이방향 축에 대해서 여러 방사각도로 설정될 수 있다. 상기 외부관은 또한 특정 응용을 위해 특별한 방사 오프셋트(offset)를 최적화하기 위해 상기 내부관에 대해서 잇점적으로 조절되게 제공될 수 있다.
본 발명은 또한 처리될 물체를 그 내부에 수용하기 위한 내부공간을 형성하는 에어로졸 챔버와, 처리 위치에 있는 표면을 갖는 물체를 상기 에어로졸 챔버 내에서 조작 가능하게 지지하기 위한 지지수단을 포함하는 에어로졸 스프레이를 물체의 표면에 충돌시킴으로써 물체의 표면을 처리하기 위한 장치와 노즐의 조합에 대한 것으로, 상기 노즐은 일련의 충돌 오리피스가 상기 노즐의 길이방향 축에 대해서 여러 방사각도로 설정될 수 있도록 상기 에어로졸 챔버내에서 회전 조절 가능하게 지지되며, 상기 노즐은 길이방향으로 제 1 및 제 2 내부공동으로 나누어지는 내부를 가지고 상기 제 1 및 제 2 내부공동 사이에는 다수의 개구가 있으며, 상기 제 1 및 제 2 내부공동 사이의 상기 개구는 길이방향 축으로부터 충돌 오리피스의 방사각도와는 다른 방사각도로 지향된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 처리될 물체를 그 내부에 수용하는 내부 공간를 형성하는 에어로졸 챔버와, 처리 위치에 있는 표면을 가지는 물체를 상기 에어로졸 챔버내에서 조작 가능하게 지지하기 위한 지지수단과, 노즐의 적어도 일부분을 따라 길이방향으로 제공된 일련의 충돌 오리피스를 가지고, 상기 지지수단에 의해 적소에 지지되었을 때 처리될 물체의 표면과의 사이 거리가 가변될 수 있도록 상기 에어로졸 챔버내에서 조절 가능하게 장착되는 노즐을 구비한 장치가 에어로졸 스프레이를 물체의 표면에 충돌시킴으로써 물체의 표면을 처리하기 위해 제공된다. 바람직하게는, 상기 조절 가능한 장착은, 노즐이 장착되며, 상기 지지수단에 의해 적소에 지지됐을 때의 처리될 물체의 표면과 노즐 사이의 거리를 가변하기 위해 에어로졸 챔버의 벽에 조절 가능하게 장착되는 장착판(mounting plate)에 의해 제공된다. 상기 노즐은 에어로졸 챔버의 벽을 관통하여 제공된 슬롯(slot)을 통해 연장되어 상기 에어로졸 챔버의 벽에 대해 상기 장착판의 위치를 변경함으로써 상기 슬롯의 길이를 따라 적소에 상기 노즐이 조절될 수 있다. 또한 밀폐수단이 상기 슬롯 주위로 연장하여 제공될 수 있어 상기 노즐의 임의의 조절된 위치에서의 밀폐 맞물림이 상기 장착판과 상기 에어로졸의 벽 사이에 제공될 수 있다.
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본 발명은 또한 서로 각각 독립적으로 회전 및 이동 조절될 수 있는 노즐의 조합에 관한 것이다.
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첨부도면과 최초도면의 도 5에 대해, 동일한 도면번호는 몇 개의 도면을 통해 동일한 구성요소를 나타내며, 실리콘 웨이퍼(12) 등의 물체 표면을 처리하기 위해 장치(10)가 예시되어 있다. 본 발명은 평판 디스플레이, 하드 드라이브, 다중 칩 모듈을 포함하는 임의의 형태의 마이크로 전자공학 장치를 처리하는데 유용하나 이에 한정되지 않는다. 게다가, 본 발명은 X-레이 마스크를 포함하는 마이크로 리소그라피(microlithography) 공정에 사용되는 마스크와 갈륨 아세나이드 웨이퍼 또는 실리콘으로 이루어진 웨이퍼를 포함하는 임의의 반도체 기판을 처리하는데 유용하나 이에 제한되지 않는다.
장치(10)는 기본적으로 에어로졸 챔버(16)내에 실리콘 웨이퍼(12)를 지지하는 이동 가능한 척(14)과 분사충돌 노즐(18)을 구비한다. 상기 노즐(18)은 하기에 더 상세히 기술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 회전 가능하게 조절될 수 있고 이동될 수 있다. 상기 장치(10)는 예를 들면 실리콘 웨이퍼(12)와 같은 기판의 표면(13)을 처리하기 위해 사용되며, 이러한 처리는 분사충돌 노즐(18)이 에어로졸, 액체 또는 가스를 표면(13)에 충돌시키도록 제공하는 임의의 코팅, 클리닝 따위의 처리일 수 있다. 상세한 기술을 위해, 상기 장치(10)는 실리콘 웨이퍼의 표면으로부터 오염물을 제거하기 위해 사용되는 에어로졸 클리닝 장치로서 설명되어 질 것이다.
예시된 척(14)은 웨이퍼(12)의 전체면이 분사충돌 기류를 통과하도록 이동시키기 위한 소정 범위내의 선형운동을 보이는 형태로 되어 있다. 본 발명은 또한 회전 척(도시 생략)을 사용하는 시스템에 적용될 수 있으므로, 웨이퍼(12)의 회전이동은 웨이퍼 표면이 노즐(18)로부터 나오는 분사와 충돌되도록 야기한다. 다른 방안으로는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 노즐이 웨이퍼 표면 뿐만 아니라 척의 이동에 평행방향으로 이동될 수 있거나 척의 이동대신에 동일한 결과를 달성하기 위해 척과 웨이퍼가 정지상태에 있는 반면에 상기 노즐이 평행방향으로 이동될 수 있다. 척이라는 용어는 처리되는 물체를 기능적으로 지지하는 장치를 의미한다. 상기 척이 직선 또는 회전 이동하는 경우, 척은 또한 적당한 활주장치 또는 가이드장치 또는 회전테이블(turntable)을 포함한다. 그러나, 상기 척이 정지되어 있는 곳에서는 단지 기능적 지지 장치일 뿐이다.
본 발명은 특히 실리콘 웨이퍼로부터 오염물을 제거하기 위해 사용되는 저온 에어로졸 클리닝 챔버로서 사용되는데 적용될 수 있다. 배경기술 부분에 전술한 바와 같이, 저온 클리닝은 예를 들면 아르곤 에어로졸, 이산화탄소, 또는 물 등을 사용할 수 있다. 현재, 아르곤 에어로졸이 선호되고 있다. 니트로젠과 조합된 아르곤 저온 에어로졸의 상세한 예가 맥더멋 등의 미국특허 제 5,062,898호, 제 5,209,028호, 제 5,294,261호, 및 바우어 등의 미국특허 제 5,377,911호에 개시되었으며, 각각의 전체개시는 참조문헌으로 본 명세서에 포함하고 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 에어로졸 챔버(16)는 배출 도관(20)을 가진 닫힌 내부 공간을 정의한다. 에어로졸 챔버(16)내에, 이동 가능한 척(14)이 제공되어 있다. 이동 가능한 척(14)은 그 위에 실리콘 웨이퍼(12)를 지지하기 위한 표면을 포함하고 이동 가능하게 지지되어 있어 처리될 실리콘 웨이퍼(12)의 표면(13)이 분사충돌 노즐(18)의 충돌지역을 완전히 통과하게 이동될 수 있다. 이동 가능한 척(14)은 분사충돌 노즐에 대향한 실리콘 웨이퍼(12)를 고정하기 위해서 지지 표면에 개방된 진공 개구와 같이, 실리콘 웨이퍼(12)를 분사충돌 노즐(18)에 마주보는 표면에 고정하기 위한 어떤 종래 장치를 포함할 수 있다. 기계적 패스너(fasteners) 또는 클립, 흡입장치, 정전장치 및 전자기 장치가 척에 웨이퍼를 고정하는 장치로 알려져 있다. 이들 및 그 밖의 다른 장치들이 사용될 수 있다. 이동 가능한 척(14)은 필요한 이동을 제공하기 위해 에어로졸 챔버(16)내에 또한 지지된다. 종래의 활주장치 및 가이드장치는 이동 가능한 척(14)의 이동 경로를 정의하기 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 작동장치(22)가 가이드 경로를 따라 이동 가능한 척(14)을 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 작동장치(22)는 어떤 종래의 전기적, 기계적, 전자기계적, 수압식, 공압식 또는 그와 유사한 작동장치를 구비할 수 있다. 상기 작동장치(22)는 실리콘 웨이퍼(12)의 표면(13)이 충돌지역을 완전히 통과하여 이동될 수 있는 충분한 이동 범위를 가져야 한다. 작동기 로드(actuator rod)(24)는 작동장치(22)와 이동 가능한 척(14) 사이에 연결될 수 있고, 또한 전술한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(12)를 고정하기 위해 이동 가능한 척(14)의 표면에 진공을 제공하는 진공 통로를 포함할 수도 있다.
에어로졸 챔버(16)내에 유체 동역학을 제어하기 위해, 방지판(baffle plate)(34)을 구비한 유동 분리기(flow separator)가 이동 가능한 척(14)의 끝단에 연결되며 배출 도관(20)으로 연장되어 있다. 부가적으로, 막(shroud)(36)이 에어로졸 챔버(16)내에 제공되어 있고, 노즐(18) 주변의 기류를 제어하기 위해 상단벽과 같은, 에어로졸 챔버(16)에 연결된 판을 구비한다. 방지판(34)과 막(36)에 의해 에어로졸 챔버(16) 내의 유체 동역학을 제어하는 것이 1996년 9월 11에 출원된 동계류중인 미국계속출원 제 08/712,342호에 상세히 기술되어 있다. 기본 목적은 오염 제거 상태를 지키기 위하여 충돌 후의 기류를 포지티브(positive) 기류 C와 D로 나누는 것이다.
노즐(18)은 화살표 A에 의해 도시된 것 처럼 회전 가능하게 조절되고 노즐(18)과 웨이퍼(12)의 표면(13) 사이 간격을 조절하기 위해 화살표 B의 방향을 따라 이동 가능하도록 에어로졸 챔버(16)내에 지지되어 있다. 회전 및 이동 가능하게 조절하는 방법이 하기에 기술되어 있다. 노즐(18)은 공급선(26)에 연결되어 있고, 상기 공급선은 자체적으로 특정 공정에 따른 실질적인 가스 또는 아르곤, 니트로젠등의 액체 저장물과 연결되어 있는 분리 공급선(28,30)에 또한 연결될 수 있다. 가스 냉각 등의 또 다른 특정 공정이 다시 특정 공정에 따라 공급선(26)내에서 발생할 수도 있으므로, 노즐(18)은 원하는 에어로졸 즉, 저온 클리닝 에어로졸을 분사한다. 에어로졸 챔버(16)의 내부는 특정 공정단계에 기초한 소정의 공기 압력을 에어로졸 챔버(16)내에 선택적으로 제어하기 위한 진공장치나 압력장치에 또한 연결될 수 있다. 진공장치(도시 생략)는 배출도관(20)을 통하여 연결될 수 있다. 압력은 노즐(18)을 통하거나 또 다른 공급 선에 의해 가스를 제공함으써 단순히 증가될 수 있다. 예를 들면, 아르곤과 니트로젠을 이용한 저온 클리닝 장치에 저온 결정을 형성하기 위해 에어로졸 챔버(16) 내의 압력을 줄이는 것이 일반적으로 바람직하다. 배경기술 부분에서 기술한 바와 같이, 저온 결정은 웨이퍼(12)의 표면(13)에 충돌하기 전에 작은 액체방울의 응결에 따른 증발 냉각에 의해 주로 형성된다. 상기 작은 액체방울은 노즐 오리피스로부터 팽창한 고압 가스에 의해 미립화되는 더 큰 방울로부터 형성된다. 작은 액체방울(에어로졸 스프레이)은 노즐과 에어로졸 챔버(16)내 압력 사이의 압력강하에 기인하여 응결된다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이, 보충 가스, 바람직하게는 니트로젠과 같은 불활성가스가 공급 도관(38)을 통해 지시된 하나 이상의 위치에서 에어로졸 챔버(16)로 유입될 수 있다. 비록 필수적이지 않지만, 이러한 보충 가스는 바람직하게는 에어로졸 챔버(16)의 상부 및/또는 바닥에서 배출구로부터 먼 다른 면에 유입될 수 있다. 보충가스를 사용하는 이유는 노즐과 압력제어의 불안정에 의해 야기된 에어로졸 챔버 내에 근소한 압력 편차(약 5-10%사이의 차수)를 보상하거나 메우기 위함이다. 보충가스를 공급함으로써, 어떤 국소적 압력차의 결함이 최소화되고, 도 5에 도시된 바와 같이, 충돌분사에 작용에 의해 발생되는 왼쪽으로부터 오른쪽으로의 포지티브 전체 압력의 기류가 유지하게 된다. 보충가스가 에어로졸 챔버(16)의 상부와 바닥 벽을 통해 제공된 슬롯을 통해 에어로졸 챔버(16)에 유입될 수 있다. 종래의 가스 공급기술이 사용될 수 있다.
도 10에 도시된 노즐(18)은 길이방향으로 정렬된 일련의 분사충돌 오리피스(40)를 포함한다. 도 6에 대해, 분사충돌 오리피스(40)는 웨이퍼(12)의 표면(13)을 처리하기 위해 사용되는 물질의 충돌각을 정의한다. 저온 클리닝 장치의 경우, 상기 물질은 바람직하게는 응결된 저온 결정과 가스 기류를 구비한다. 상기 충돌각은 도 6에 각 α로서 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 노즐(18)은 에어로졸 챔버(16)내에 회전 가능하게 장착됨으로써 원하는 클리닝 각도에 따라 상기 각도 α가 변할 수 있다. 그러므로, 노즐은 광범위한 적용에 유용하고 더 효율적이다. 상세하게는, 깊은 홈과 다른 표면 특징을 포함하는 기판의 처리는 α가 90°인 기판 표면에 거의 수직한 에어로졸 스프레이 방향을 지향함으로써 더 완벽하게 이루어질 수 있다. 매우 평평한 표면를 처리하기 위해, 에어로졸 스프레이는 0°의 각에 근접한 얕은 스침각을 제공할 수 있다. 다른 표면은 0°와 90°사이에 임의의 각 α를 필요할 수 있다. 도 6은 왼쪽으로 이동하는 웨이퍼(12)를 도시하고 있다. 그러나 만일, 상기 웨이퍼가 오른쪽으로 이동한다면, 충돌각은 90°에서 180°사이의 각 α으로 유사하게 조절될 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼(12)와 같은 기판의 표면 특징에 따라, 상기 각 α는 기판에서 기판으로 또는 단일 기판을 클리닝하는 동안 변경될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 노즐(18)은 또한 표면(13)을 향하거나 표면(13)으로부터 멀리 조절될 수 있다. 노즐의 저부 가장자리와 기판 표면 사이의 거리 x는 어떤 특정 공정을 최적화하도록 조절될 수 있다. 더욱이, 가변 두께의 기판에 대해, 상기 가변의 두께 기판 표면 전체에 걸쳐 고정된 스프레이 이동거리 x를 기판 표면에 대해 유지하도록 스프레이 노즐(18)을 조작하는 것이 가능하다.
도 7, 도 8 및 도 9를 참조로, 회전 가능하게 및 이동 가능하게 노즐(18)을 장착하는 방법이 기술될 것이다. 도 8에서, 회전 및 이동 연결어셈블리(42)가 노즐(18)에 연결된 상태가 예시되어 있다. 도 7에서, 회전 및 이동 연결어셈블리(42)를 지나는 부분 횡단면이 에어로졸 챔버(16)의 측벽(44)에 고정된 연결어셈블리(42)와 함께 도시되어 있다. 도 9는 연결어셈블리(42)가 장착된 측벽(44)의 절단부를 도시하고 있다.
회전 및 이동 연결어셈블리(42)는 저온 액체 진공 급송관(46), 회전 급송관(48) 및 장착판(50)을 구비한다. 도 7에 도시된 조립된 상태에서, 장착판(50)은 에어로졸 챔버(16)의 측벽(44)에 대향하여 놓여있고, 회전 급송관(48)은 장착판(50)과 저온 액체 진공 급송관(46) 사이에 제공되어 있다.
노즐(18)은 종래 공지된 VCR형 피팅(fitting)(54)에 의해 공급관(52)에 연결된 상태가 예시되어 있다. 다른 방안으로, 상기 노즐(18)은 공급관(52)에 직접 용접될 수 있다. 공급관(52)는 저온 액체 진공 급송관(46)의 끝벽(56)을 통과하도록 제공된 개구를 지나간다. 상기 공급관(52)은 하기에 기술한 바와 같이 바람직하게는 진공밀폐를 제공하고 노즐 조절을 용이하게 하기 위해 끝벽(56)에 밀폐 연결되어 있다. 더 바람직하게는, 상기 공급관(52)은 끝벽(56)에 용접되어 있다.
저온 액체 진공 급송관(46)은 바람직하게는 캘리포니아, 마운틴 뷰의 헌팅톤 기계 레보라토리사(Huntington Mechanical Laboratories, Inc. of Mountain View, CA)의 모델 FT-188과 같은 상업적으로 이용 가능한 진공 급송관을 구비한다. 저온 액체 진공 급송관(46)은 또한 회전 급송관(48)에 상기 저온 액체 진공 급송관을 연결하기 위해 플랜지부(58)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 볼트(60)가 사용된다. 상기 플랜지부(58)는 회전 급송관(48)의 후미진 표면(64)에 진공밀폐를 제공하는데 적합한 표면(62)을 포함한다. 밀폐 또는 가스켓(60)이 진공밀폐를 확실히 하도록 바람직하게 표면(62,64) 사이에 제공된다. 상기 회전 급송관(48)은 캘리포니아, 마운틴 뷰의 헌팅톤 기계 레보라토리사에서 제작된 일련번호 VF-174-275와 같은 상업적으로 이용 가능한, 차동펌프 회전장착 장치(differentially pumped rotational mounting device)를 바람직하게 구비한다. 상기 회전 급송관(48)은 제 2 부품부(49)에 대해서 회전 조절 가능한 제 1 부품부(47)를 포함한다. 따라서, 상기 부품(47)의 표면(64)은 부품(49)의 표면(68)에 대해 회전할 수 있다. 상기 확인된 회전 급송관(48)은 정렬을 유지하기 위해 잠금 나사(도시 생략)와 함께 0 - 360도 눈금을 포함하고, 자동화된 회전을 위하여 스텝 모터(stepper motor)가 선택적으로 제공될 수도 있다(헌팅톤 연구소에서 상업적으로 이용가능한 일련번호 MVF-174-275).
상기 회전 급송관(48)의 부품(47)은 볼트(60)에 의해 저온 액체 진공 급송관(46)에 연결된다. 후미진 표면(64)으로부터 회전 급송관(48)의 대향면에, 표면(68)은 장착판(50)의 표면(70)과 밀폐되게 맞물려있다. 다시, 바람직하게는 밀폐 또는 가스켓(72)이 진공밀폐를 제공하기 위해 밀폐 표면(68,70) 사이에 제공된다. 상기 장착판(50)은 볼트 등에 의해(도시 생략) 회전 급송관(48)의 부품(49)에 고정된다.
도 7에서 잘 도시된 바와 같이, 장착판(50)은 노즐(18)의 치수보다 바람직하게는 조금 더 큰 개구(74)를 포함한다. 장착판(50)은 또한 에어로졸 챔버(16)의 측벽(44)에 장착판(50)을 조절 가능하게 장착하기 위해서 사용되는 한 쌍의 채널(76)을 포함한다. 상기 채널(76)은 바람직하게 측벽(44)에 볼트로 고정된 다수 개의, 바람직하게는 4개의, 클램프(78)(2개만이 도 7에는 도시됨)와 결합된다. 채널(76)에 대항하여 작동하도록 장착판(50)의 측면 가장자리에 클램프(78)가 돌출되어 있으므로써, 클램프(78)가 적소에 고정될 때, 상기 장착판(50)이 적소에 고정된다. 바람직하게는, 상기 에어로졸 챔버(16)의 측벽(44)은 장착판(50)을 가이드하기 위하여 채널(80)을 가지도록 정의되어 있다. 상기 채널(80)의 방향은 도 5에 도시된 화살표 B로 나타낸 바와 같이 노즐(18)이 웨이퍼(12)를 향해 이동되거나 멀어지는 방향과 동일한 방향을 따른다. 또한 노즐(18)이 지나는 위치에 있는 슬롯(82)은 채널(80)과 동일한 방향으로 연장되어 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 노즐(18)은 슬롯(82)의 길이를 따라 어느 지점에든 위치될 수 있다. 상기 노즐(18)의 위치는, 상술한 바와 같이, 장착판(50)에 대향하여 작동하는 클램프(78)에 의해 정해진다.
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채널(80)의 표면과 장착판(50)의 표면 사이에 진공밀폐를 제공하기 위해 가스켓(84)이 제공된다. 바람직하게는, 상기 가스켓(84)은 채널(80) 정면에 구비된 홈(groove) 내에 끼워진 오링(O-ring) 형태의 밀봉 가스켓을 구비한다. 상기 가스켓(80)과 가스켓의 홈은 거의 타원형으로 도 9에 예시되어 있다; 그러나, 슬롯(82)이 에워싸고, 진공밀폐가 장착판(50)과 채널(80) 사이에 제공되는 한 임의의 형태가 사용될 수 있다.
상기 장착판(50)을 통과하는 슬롯(82)과 개구(74)는 에어로졸 챔버(16) 내에 개방된 저온 액체진공 급송관(46)과 회전 급송관(48)의 내부에 진공 챔버(86)가 제공되도록 바람직하게 형성되어 있다. 즉, 상기 에어로졸 챔버(16)내의 압력이 회전 및 이동 연결어셈블리(42) 내에 정의된 내부챔버(86) 내의 압력과 동일할 것이다. 상기 내부챔버(86)는 회전 및 이동 연결어셈블리(42) 내에서 피팅(54)과, 공급관(52)의 부분과 노즐(18)의 부분을 절연시킨다. 회전 및 이동 연결어셈블리(42)로부터 연장한 공급관(52)의 나머지 부분을 절연시키기 위해, 진공 자켓(88)이 제공된다. 상기 진공자켓(88)은 통상적으로 상기 공급관(52)을 에워싸고, 바람직하게는 용접에 의해 저온 액체 급송관(46)에 연결된다. 따라서, 공급관(52)을 절연시키기 위해 별도의 진공이 상기 진공자켓(88) 내부에 제공될 수 있다.
상기 노즐(18)의 회전조절은 회전 급송관(48)의 부품(49)에 대한 부품(47)의 회전 위치에 의해 이루어진다. 이를 위해, 고정나사(도시 생략)가 느슨해져 상기 부품(47,49)이 비교적으로 회전 조절될 수 있다. 상기 부품(49)이 장착판(50)에 적소에 고정되는 한편, 부품(47)을 이동시키는 효과로 인해 공급관(52)에 차례로 고정된 저온 액체진공 급송관(46)을 또한 회전하게 한다. 공급관(52)이 피팅(54)에 의해 노즐(18)과 고정 연결되기 때문에, 상기 노즐(18)은 회전 급송관(48)에 제공된 눈금에 대응하여 궁국적으로 회전 조절된다. 조정된 위치가 얻어지면, 상기 고정나사(도시 생략)는 단단히 조여진다. 또한, 회전 급송관(48)은 바람직하게 꼭막은 진공 상태이므로, 에어로졸 챔버(16)가 진공 상태에 있는 동안 회전 조절이 이루어질 수 있다.
상술한 바에 의해, 상기 장착판(50)이 에어로졸 챔버(16) 내에서 노즐(18)을 이동 가능하게 위치시키기 위해 에어로졸 챔버(16)의 측벽(44)의 채널(80)내 적소에 조절될 수 있다는 것이 또한 명백하다. 클램프(78)를 느슨하게 함으로써, 회전 급송관(48)과, 저온 액체 진공 급송관(46)과, 공급관(52)과, 피팅(54) 및 노즐(18)과 조합된 상기 장착판(50)은 채널(80)과 슬롯(82)을 따라 이동될 수 있다. 실제 조절 공정동안 진공이 유지되지 않을 수도 있지만, 상기 가스켓(84)은 슬롯(82)을 따라 임의의 위치에서도 적절한 진공밀폐를 보장한다. 필요한 이동 가능 위치에 노즐(18)을 고정하고자 할 때, 상기 클램프(78)는 적당한 위치에 장착판(50)과 함께 적절한 가스켓(84)의 밀폐를 달성하기 위해 꽉 조여진다. 또한, 장착판(50) 및/또는 채널(80)의 가장자리를 따라 눈금이 제공될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 채널(80)과 슬롯(82)이 대신에 웨이퍼(12) 표면에 평행한 방향으로 제공될 수 있다(도 5 참조). 그러므로, 상기 노즐은 웨이퍼(12)의 표면을 따라 이동될 수 있다. 이를 위해서는, 이동 가능한 벨로스(bellows) 등을 포함하는 기술과 같이 상기 설명된 진공 인터페이스 기술과는 다른 진공 인터페이스 기술이 요구된다. 이러한 실시예에 따라, 상기 노즐(18)이 웨이퍼(12)의 전체 표면 또는 처리될 어떤 부분의 위로 이동될 수 있도록 채널과 슬롯이 충분한 길이가 되게 정할 수 있다. 따라서, 에어로졸 챔버(16)내의 적소에 웨이퍼를 지지하기 위한 고정 척과 함께, 상기 노즐(18)은 웨이퍼(12)를 처리하기 위해 이동될 수 있다.
본 발명에 따른, 노즐(18)의 구조가 도 10, 도 11 및 12에 예시되어 있다. 기본적으로, 상기 노즐(18)은 외부관(90)과, 내부관(92)과, 엔드캡(end caps)(94,95) 및 바람직하게는 공급관(52)과 연결되기 위해 상기 언급된 VCR 피팅(54)의 일부인 피팅(96)을 구비한다.
도 12에 도시된 것처럼, 피팅(54)을 경유하여 공급관(52)과 소통하기 위해, 도시한 바와 같이, 피팅(96)은 상기 피팅(96)의 좌측에서 개방되는 내부 통로(98)를 포함한다. 상기 피팅(96)의 타단에는, 상기 통로(98)가 또한 지나가는 관부(100)가 제공된다. 상기 관부(100)를 에워싸고 있는 외부관(90)은 상기 피팅(96)의 표면(102)에 연결된다. 바람직하게는, 상기 외부관(90)과 상기 관부(100)는 동심으로 배열된다. 상기 외부관(90)은 통상적으로 용접에 의해 표면(102)에 연결될 수 있다. 내부관(92)은 용접에 의해서와 같이 상기 관부(100)에 바람직하게 접합되어 연결된다. 상기 노즐(18)의 타단에는, 엔드캡(95)이 상기 내부관(92)의 끝에 밀폐 연결되며, 상기 외부관(90)의 끝을 밀폐하고 상기 내부관(92)과 상기 외부관(90) 둘 다를 각각 지지하는 엔드캡(94) 내에 안착된다. 바람직하게는, 엔드캡(94)은 상기 외부관(90)과 상기 내부관(92)의 동심관계(concentric relationship)를 유지한다.
이러한 구조에 의해, 제 1 공동(104)이 외부관(90)의 내부 표면과, 내부관(92)의 외부 표면과, 피팅(96)의 표면(102)과, 엔드캡(94)에 의해 외부관(90)내에 정의된다. 또한, 제 2 내부 공동(106)이 외부관(90) 내에, 구체적으로는 내부관의 내부 표면과 엔드캡(95)에 의해 정의되는 내부관(92)과 피팅(96)의 관부(100)내에 정의된다.
상기 내부관은 바람직하게는 길이방향으로 정렬된 일련의 오리피스(108)가 제공된다. 상기 오리피스(108)는 정렬할 필요는 없으며, 어떤 경우에는 의도적으로 오정렬시킬 수도 있다. 예를 들어, 일부 오리피스(108)는 다른 오리피스로부터 180도 정도 방사방향으로 위치를 바꿀 수 있다. 상기 오리피스(108)는 제 2 내부공동(106)과 제 1 내부공동(104) 사이에 소통을 제공한다. 상기 분사충돌 오리피스(40)는 상기 제 1 내부공동(104)과 외부와의 소통을 제공하기 위해 길이방향으로 정렬된 열로 상기 외부관(90)을 통하여 제공된다. 더 구체적으로, 상기 언급되고 도 6에 도시된 충돌 방향과 충돌 각 α에서, 상기 분사충돌 오리피스(40)는 혼합 유체/가스를 상기 웨이퍼(12)를 향해 지향한다.
본 발명에 따른 내부 오리피스(108)는 상기 분사충돌 오리피스(40)와 방사방향으로 정렬되어 있지 않다. 즉, 이들 오리피스는 서로에 대해서 방사상으로 각을 이루어 오프셋트되어 있다. 바람직하게는, 상기 내부 오리피스(108)는 상기 충돌 오리피스(40)로부터 90°정도의 각도로 오프셋트된다; 그러나, 하기에서 더 설명된 바와 같이, 상기 노즐(18) 내에 적어도 하나의 액체 풀(liquid pool)의 형성을 보장하기 위해 소정의 각이동이 제공되어야 하는 것이 필요로 한다.
도 13 및 14에서, 노즐(18)의 한 각도 방향이 예시되어 있다. 구체적으로, 내부관의 오리피스(108)가 중력방향이 되는 아래쪽을 향하도록 내부관(92)의 방향이 정해진다. 외부관(90)의 분사충돌 오리피스(40)는 상기 분사충돌 오리피스의 에어로졸 기류가 실질적으로 수평으로 설정되도록 90°정도의 각도로 오프셋트된다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 이는 상기 웨이퍼(12) 표면에 실질적으로 평행한 에어로졸 기류를 제공할 것이다.
제 2 방향 설정이 도 15 및 도 16에 도시되어 있다. 이 경우, 내부관(92)은 상기 내부관의 오리피스(108)가 중력방향으로부터 실질적으로 90°로 향하도록 지향된다. 상기 외부관(90)의 충돌 오리피스(40)는 일반적으로 중력방향으로 지향된다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 이러한 방향설정은 상기 웨이퍼(12)에 실질적으로 수직하게 지향된 에어로졸 기류를 제공할 것이다.
2가지 방향설정에 의해 증명되는 바와 같이, 노즐(18)의 어떠한 각도 방향에서도 노즐(18)을 갖는 제 1 내부공동(104) 또는 제 2 내부공동(106) 중 하나에 액체 풀의 형성이 보장된다. 더욱이, 90°와는 다른 상기 내부 오리피스(108)와 상기 분사충돌 오리피스(40) 사이의 각도 오프셋트에서 조차도, 소정의 액체 풀 양이 제공될 것이다. 이러한 특징은 분산되는 액체가 노즐의 길이방향 길이를 따라서 완전하게 분배된다는 점에서 길이방향으로 배열된 노즐에 따르는 어떤 형태의 액체 분산에 잇점적이다. 본 과제의 출원서의 배경기술에서 상기 언급한 바와 같은, 저온 에어로졸 클리닝의 경우에서와 같이, 노즐(18)의 길이방향 길이를 따라 액체가 분포되는 것이 필수적이다. 연속한 응결과정에서 액체방울을 더 적은 액체방울로 만드는 미립화에 의해 일차적으로 결정을 형성하도록, 노즐의 길이를 따라 액체가 분포되도록 노즐설계가 제공된다. 도 3에 도시되고, 상기에 언급한 바와 같이, 액체 풀은 중력방향과 각도를 갖도록 제공되는 상기 분사충돌 오리피스를 구비한 노즐(2) 내에 생성된다. 도 4에 도시된 바와 같이 비교하면, 분사충돌 노즐이 중력방향으로 지향될 때 액체 풀이 충분히 생성되지 않음을 알 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 충돌 오리피스(40)가 (도 13에서 90°로 도시된 바와 같이)중력방향과 각을 이루게 지향되거나 (도 15에 도시된 바와 같이)중력방향으로 지향되는가에 관계없이 충분한 액체 풀이 제공된다.
본 발명에 의하면, 이동 가능한 노즐(18)이 제공되어 있어, 노즐(18)과 처리될 물체의 표면 사이의 거리가 조절될 수 있으며 에어로졸 기류의 충돌 각이 회전 가능하게 조절될 수 있다. 회전 및 이동 연결과 조절을 제공하기 위한 장치의 특정 실시예가 기술되어 있고, 상기 노즐(18)은 어떤 필요한 각도방향으로 설정될 수 있다. 더욱이, 어떤 각도 방향에서, 액체 풀은 노즐(18)내에 균일한 액체의 분포와, 가장 중요하게는 오리피스(40)로부터 더욱 균일한 분사충돌이 제공되게 보장한다. 회전 및 이동 가능한 조절을 제공하기 위한 다른 장치가 사용될 수 있으며 다른 방향 및 형태가 노즐(18)의 길이를 따라 액체 풀을 보장하도록 다소간 소통되는 제 1 내부공동과 제 2 내부공동을 제공하는 것이 가능함을 이해하게 된다.
저온 에어로졸 클리닝 장치의 경우에, 분사충돌 오리피스(40)와 내부 오리피스(108)는 각각 외부관(90)과 내부관(92)을 따라 길이방향으로 연장되게 정렬된다. 상기 분사충돌 오리피스(40)의 크기는 제 1 내부공동(104)과 진공상태로 제공된 에어로졸 챔버(16) 내부 사이의 압력차로 인해 미립화되고 응결된 액체방울의 형성에 기초하여 결정된다. 그러나, 제 1 내부공동(104)과 제 2 내부공동(106) 내의 압력을 거의 같게 유지하는 것이 바람직하다. 이를 달성하기 위해, 상기 제 2 내부공동(106)의 단면적은 실질적으로 내부 오리피스(108)의 누적면적과 동일해야 한다. 즉, 상기 내부 오리피스(108)의 모든 면적을 합함으로써, 그 면적은 실질적으로 제 2 내부공동(106)의 단면적과 동일해야 한다. 바람직하게는, 상기 내부 오리피스(108)는 실직적으로 상기 분사충돌 오리피스(40)보다 더 크므로, 외부관(90)을 따른 상기 분사충돌 오리피스(40)의 갯수와 비교할 때 실질적으로 적은 수의 내부 오리피스(108)가 내부관(92)의 길이방향 길이를 따라 제공되어 있다.
상기 노즐(18)의 회전 가능한 조절로 인해 상기 노즐이 광범위한 적용에서 효과적으로 사용되게 한다. 깊은 홈 또는 다른 표면 특징을 갖는 기판의 처리는 에어로졸 스프레이 방향을 상기 기판 표면에 거의 수직으로 설정함으로써 처리가 더 완벽하게 수행될 수 있다. 매우 평평한 표면에 대해, 상기 에어로졸 스프레이의 방향은 상기 기판 표면에 매우 얕은 스침각을 이루도록 설정될 수 있다. 더욱이, 상기 에어로졸 스프레이의 세기는 처리되는 기판의 표면으로 향하게 하거나 멀어지게 상기 노즐(18)의 이동에 의해 조절될 수 있다. 가장 중요하게는, 상기 노즐(18)의 길이방향 길이를 따라 스프레이의 균일성이 유지됨과 동시에 상기 노즐(18)의 각도방향 및 상기 노즐(18)과 처리 표면 사이 간격이 각각 독립적으로 조절될 수 있다.
본 발명의 범위 내에서 다른 변형이 고려된다. 도 12를 참조하면, 노즐(18)의 외부관(90)은 피팅(96)에 조절 가능하게 연결될 수 있다. 상기 외부관(90)의 근접 단부에는 예를 들어 플랜지가 제공될 수 있는데, 상기 플랜지는 상기 피팅(96)의 표면(102)에 제공된 플랜지 또는 클램프 장치와 함께 작동되므로 상기 외부관(90)이 임의의 회전 조절되는 위치에 고정될 수 있다. 외부관(90)을 조절 가능하게 한 이점은 개구(108)와 분사충돌 오리피스 사이의 방사방향의 각도에서 오프셋트가 특별한 처리 또는 공정 적용을 위해 결정된 특정 분사충돌 각도에 따라 최적화될 수 있다는 것이다. 어떤 경우, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 오리피스(108)가 내부관(92)이나 외부관(90)에 액체 풀의 형성를 가능하게 하도록 방사방향으로 제공되는 것이 바람직하다.
또한 공급관이 노즐(18)의 길이를 따라 또는 하나 이상의 지점으로부터 어디로든지 처리유체 또는 가스를 노즐(18)에 공급할 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들어, 만일 공급라인이 노즐(18)의 끝단 사이에 연결되면, 회전 및 이동 연결어셈블리가 여전히 노즐(18)을 장착하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 공급라인이 적절한 피팅에 의해 내부관(92)에 연결될 수 있다. 상기 공급라인은 회전 및 이동 조절을 허용하도록 휘기 쉬울 수도 있다. 상기와 같이, 하나 이상의 공급지점을 가지는, 공급라인(52)은 말단을 포함하는 길이를 따라 어디로든지 내부관(92)과 연결되는 어떤 다른 휘기 쉬운 공급라인과 결합될 수 있다. 더욱이, 다수 공급라인이 상기 노즐(18)의 길이를 따라 연결될 수 있다. 본 발명에 의하면, 처리유체 또는 가스가 제공되는지에 무관하게 상기 노즐(18)의 길이를 따라 액체의 균일한 분포가 이루어진다.
상기 내용에 포함되어 있음.

Claims (37)

  1. 에어로졸 스프레이를 물체의 표면에 충돌하게 함으로써 물체의 표면을 처리하기 위한 장치로서,
    처리될 물체를 그 내부에 수용하기 위한 내부공간을 형성하는 에어로졸 챔버와;
    처리 위치에 있는 표면을 갖는 물체를 상기 에어로졸 챔버 내에서 조작 가능하게 지지하기 위한 지지수단; 및
    일련의 충돌 오리피스들을 가지는 노즐을 구비하며,
    상기 충돌 오리피스들은 상기 노즐의 적어도 일부분을 따라 길이방향으로 제공되고, 상기 노즐은 상기 에어로졸 챔버 내부에서 회전 조정가능하게 지지되어 상기 일련의 오리피스들이 상기 노즐의 길이방향 축에 대해 여러 방사각도로 설정될 수 있도록 하며, 또한 상기 노즐은 제 1 및 제 2 내부공동으로 길이방향으로 나누어진 내부를 가지고 상기 제 1 및 제 2 내부공동의 사이에는 적어도 하나의 개구가 있으며, 상기 제 1 및 제 2 내부공동 사이의 상기 개구는 상기 길이방향 축으로부터 상기 충돌 오리피스들의 방사각도와는 다른 방사각도로 지향되는 물체의 표면처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐은, 서로에 대해 조작 가능하게 지지되고 연결된 내부관과 외부관을 구비하며, 상기 제 1 내부공동은 상기 외부관의 내부표면과 상기 내부관의 외부표면 사이에 제공되고, 상기 제 2 내부공동은 상기 내부관내에 제공되며, 상기 개구는 상기 내부관을 관통하여 연장되는 물체의 표면처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 내부관은 상기 제 1 및 제 2 내부공동을 연결하는 다수의 개구를 포함하고, 상기 다수의 개구는 길이방향으로 정렬되는 물체의 표면처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 내부공동을 연결하는 상기 다수의 개구가, 길이방향으로 정렬된 제 1 세트의 다수의 개구와, 길이방향으로 정렬되어 있으나 상기 제 1 세트의 다수의 개구의 방사각도 및 상기 충돌 오리피스의 방사각도와는 다른 방사각도로 길이방향 축으로부터 정렬되는 제 2 세트의 다수의 개구를 구비하는 물체의 표면처리 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 내부관은 상기 제 1 및 제 2 내부공동을 연결하는 다수의 개구를 포함하고, 상기 다수 개구의 면적의 합은 실질적으로 상기 제 2 내부 공동의 단면적과 같은 물체의 표면처리 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 내부관과 상기 외부관은 단면적이 원형인 물체의 표면처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 내부관과 상기 외부관이 동심으로 배열된 물체의 표면처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 내부관을 관통하는 개구가 상기 충돌 오리피스로부터 방사방향으로 90도 오프셋트된 물체의 표면처리 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 내부공동이 공급관과 연결되는 물체의 표면처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지수단에 의해 적소에 지지될 때의 처리될 물체의 표면과 상기 노즐과의 사이의 거리가 가변될 수 있도록 상기 노즐이 상기 에어로졸 챔버 내에 또한 조절 가능하게 장착되는 물체의 표면처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 노즐이 회전 조절 가능하게 장착되며, 상기 지지수단에 의해 적소에 지지될 때의 처리될 물체의 표면과 상기 노즐과의 사이의 거리를 가변하기 위해 상기 에어로졸 챔버의 벽에 조절 가능하게 장착되는 장착판을 구비하는 물체의 표면처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 에어로졸 챔버의 상기 벽을 관통하여 제공된 슬롯을 통해 연장되어, 상기 에어로졸 챔버의 상기 벽에 대해 상기 장착판의 위치를 변경함으로써 상기 슬롯의 길이를 따라 상기 노즐이 적소에 조절될 수 있도록 하는 물체의 표면처리 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 노즐의 임의의 조정된 위치에서 상기 장착판과 상기 에어로졸 챔버의 상기 벽 사이에 밀폐 맞물림이 제공될 수 있도록 상기 슬롯 주위로 연장된 밀폐수단을 더 포함하는 물체의 표면처리 장치.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 외부관과 상기 내부관 둘 다가 서로 조작 가능하게 연결되는 피팅(fitting)을 더 구비하는 물체의 표면처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 외부관은 상기 피팅과 조절 가능하게 연결되어 상기 제 1 및 제 2 공동 사이의 개구와 상기 충돌 오리피스와의 사이의 방사각도가 가변될 수 있도록 하는 물체의 표면처리 장치.
  16. 에어로졸 스프레이를 물체의 표면에 충돌하게 함으로써 물체의 표면을 처리하기 위한 장치로서,
    처리될 물체를 그 내부에 수용하기 위한 내부공간을 형성하는 에어로졸 챔버와;
    처리 위치에 있는 표면을 갖는 물체를 상기 에어로졸 챔버 내에서 조작 가능하게 지지하기 위한 지지수단; 및
    일련의 충돌 오리피스들을 가지는 노즐을 구비하며,
    상기 충돌 오리피스들은 상기 노즐의 적어도 일부분을 따라 길이방향으로 제공되고, 상기 노즐은 상기 에어로졸 챔버 내부에서 조정가능하게 지지되어 상기 지지수단에 의해 적소에 지지될 때의 처리될 물체의 표면과 상기 노즐과의 사이의 거리가 가변될 수 있도록 하는 물체의 표면처리 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 노즐이 장착되며, 상기 지지수단에 의해 적소에 지지될 때의 처리될 물체의 표면과 상기 노즐과의 사이의 거리를 가변하기 위해 상기 에어로졸 챔버의 벽에 조절 가능하게 장착되는 장착판을 구비하는 물체의 표면처리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 에어로졸 챔버의 상기 벽을 관통하여 제공된 슬롯을 통해 연장되어, 상기 에어로졸 챔버의 상기 벽에 대해 상기 장착판의 위치를 변경함으로써 상기 슬롯의 길이를 따라 상기 노즐이 적소에 조절될 수 있도록 하는 물체의 표면처리 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 노즐의 임의의 조정된 위치에서 상기 장착판과 상기 에어로졸 챔버의 상기 벽 사이에 밀폐 맞물림이 제공될 수 있도록 상기 슬롯 주위로 연장된 밀폐수단을 더 포함하는 물체의 표면처리 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 노즐이 상기 에어로졸 챔버 내에서 회전 조절 가능하게 또한 지지되어, 상기 일련의 충돌 오리피스가 상기 노즐의 길이방향 축에 대해서 여러 방사각도로 설정될 수 있는 물체의 표면처리 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 노즐은 제 1 및 제 2 내부공동으로 길이방향으로 나누어진 내부를 가지고 상기 제 1 및 제 2 내부공동의 사이에는 적어도 하나의 개구가 있으며, 상기 제 1 및 제 2 내부공동 사이의 상기 개구는 상기 길이방향 축으로부터 상기 충돌 오리피스들의 방사각도와는 다른 방사각도로 지향되는 물체의 표면처리 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 노즐은, 서로에 대해 조작 가능하게 지지되고 연결된 내부관과 외부관을 구비하며, 상기 제 1 내부공동은 상기 외부관의 내부표면과 상기 내부관의 외부표면 사이에 제공되고, 상기 제 2 내부공동은 상기 내부관 내에 제공되며, 상기 개구는 상기 내부관을 관통하여 연장되는 물체의 표면처리 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 내부관은 상기 제 1 및 제 2 내부공동을 연결하는 다수의 개구를 포함하고, 상기 다수의 개구는 길이방향으로 정렬되어 있는 물체의 표면처리 장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 내부관과 상기 외부관은 단면이 원형인 물체의 표면처리 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 내부관과 상기 외부관이 동심으로 배열되는 물체의 표면처리 장치.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 2 내부공동이 공급관과 연결되는 물체의 표면처리 장치.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 외부관과 상기 내부관 둘 다가 서로 조작 가능하게 연결되는 피팅을 더 구비하는 물체의 표면처리 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 공동 사이의 개구와 상기 충돌 오리피스와의 사이의 방사각도가 가변될 수 있도록 상기 외부관이 상기 피팅과 조절 가능하게 연결되는 물체의 표면처리 장치.
  29. 처리될 물체를 그 내부에 수용하기 위한 내부공간을 형성하는 에어로졸 챔버와; 처리 위치에 있는 표면을 갖는 물체를 상기 에어로졸 챔버 내에서 조작 가능하게 지지하기 위한 지지수단을 갖는 형태로 된 에어로졸 스프레이를 표면에 충돌하게 함으로써 물체의 표면을 처리하기 위한 장치에 사용하기 위한 노즐로서,
    상기 노즐의 적어도 일부분을 따라 길이방향으로 제공된 일련의 충돌 오리피스를 가지고,
    제 1 및 제 2 내부공동으로 길이방향으로 나누어진 내부를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 내부공동의 사이에는 적어도 하나의 개구가 있고,
    상기 제 1 및 제 2 내부공동 사이의 상기 개구는 상기 길이방향 축으로부터 상기 충돌 오리피스들의 방사각도와는 다른 방사각도로 지향되는 노즐.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 노즐은, 서로에 대해 조작 가능하게 지지되고 연결된 내부관과 외부관을 구비하며, 상기 제 1 내부공동은 상기 외부관의 내부표면과 상기 내부관의 외부표면 사이에 제공되고, 상기 제 2 내부공동은 상기 내부관 내에 제공되며, 상기 개구는 상기 내부관을 관통하여 연장되는 노즐.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 내부관이 상기 제 1 및 제 2 내부공동을 연결하는 다수의 개구를 포함하고, 상기 다수의 개구는 길이방향으로 정렬되는 노즐.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 내부관과 상기 외부관은 단면이 원형인 노즐.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 내부관과 상기 외부관이 동심으로 배열되는 노즐.
  34. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 2 내부공동이 공급관과 연결되는 노즐.
  35. 제 29 항에 있어서,
    상기 일련의 충돌 오리피스가 상기 노즐의 길이방향 축에 대해 여러 방사각도로 설정될 수 있도록 상기 노즐을 상기 에어로졸 챔버의 벽에 회전 조절 가능하게 장착하기 위한 수단을 더 포함하는 노즐.
  36. 제 30 항에 있어서,
    상기 외부관과 상기 내부관 둘 다가 서로 조작 가능하게 연결되는 피팅을 더 포함하는 노즐.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 내부공동 사이의 개구와 상기 충돌 오리피스와의 사이의 방사각도가 가변될 수 있도록 상기 외부관이 상기 피팅과 조절 가능하게 연결되는 노즐.
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