KR100929364B1 - Supercritical Cleaner and Method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초임계 유체를 이용하여 반도체 웨이퍼 등을 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 저압의 세정조 내에서 노즐을 통해 초임계 상태의 세정매체를 피세정물로 분사하여 세정을 실시하며 세정도중 노즐과 피세정물의 간격을 조절하여 세정매체의 상변이를 촉진하고 세정매체의 충격력을 효과적으로 이용하여 세정 효율을 향상시킨다. 또한, 피세정물을 세정한 세정매체는 저압의 세정조 내에서 감압되어 기화되면서 오염물과 분리되고, 오염물과 별도의 배출구를 통해 회수되어 재사용된다. The present invention relates to an apparatus and method for cleaning a semiconductor wafer or the like using a supercritical fluid. The present invention performs cleaning by spraying a cleaning medium in a supercritical state to the object to be cleaned through a nozzle in a low pressure cleaning tank, and promotes phase shift of the cleaning medium by adjusting the distance between the nozzle and the object to be cleaned during the cleaning process. Improve the cleaning efficiency by effectively using the impact force. In addition, the cleaning medium for cleaning the object to be cleaned is separated from the contaminant while being evaporated under reduced pressure in a low pressure cleaning tank, and is recovered and reused through a separate outlet from the contaminant.

반도체, 웨이퍼, 기판, 세정, 초임계, 슈퍼크리티컬, 노즐, 상압, 저압Semiconductor, Wafer, Substrate, Clean, Supercritical, Supercritical, Nozzle, Normal Pressure, Low Pressure

Description

초임계 세정장치 및 방법{Apparatus and Method for Supercritical Cleaning}Supercritical cleaning apparatus and method {Apparatus and Method for Supercritical Cleaning}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 세정장치의 구성을 도시한 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of a supercritical cleaning device according to an embodiment of the present invention.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 초임계 세정장치에서 초임계 유체를 분사하는데 사용되는 노즐의 일 예를 도시한 도면.2A and 2B illustrate an example of a nozzle used to inject a supercritical fluid in a supercritical cleaning device according to the present invention.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 초임계 세정장치에서 초임계 유체를 분사하는데 사용되는 노즐의 다른 예를 도시한 도면.3A and 3B show another example of a nozzle used to inject a supercritical fluid in a supercritical cleaning device according to the present invention.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 초임계 세정장치에서 초임계 유체를 분사하는데 사용되는 노즐의 또다른 예를 도시한 도면.4A and 4B illustrate another example of a nozzle used to inject a supercritical fluid in a supercritical cleaning device according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 초임계 세정장치에서 노즐과 세정물 사이의 거리를 변화시키기 위한 간격조정기구의 구성을 도시한 단면도.5 is a cross-sectional view showing the configuration of a gap adjusting mechanism for changing the distance between the nozzle and the cleaning material in the supercritical cleaning device according to the present invention.

도 6은 노즐로부터의 거리에 따른 세정매체의 압력 변화 및 이에 따른 상변화를 도시한 그래프.6 is a graph showing a change in pressure of the cleaning medium and a phase change according to the distance from the nozzle.

도 7은 노즐로부터 분사된 후 시간의 경과에 따른 세정매체의 압력 변화 및 이에 따른 상변화를 도시한 그래프.7 is a graph showing the pressure change of the cleaning medium and the phase change according to the passage of time after the injection from the nozzle.

도 8은 종래의 초임계 세정장치의 일 예를 도시한 블록도. 8 is a block diagram showing an example of a conventional supercritical cleaning device.                 

*도면의 주요한 부호에 대한 설명 *Explanation of the Major Codes in the Drawing

110 : 저장조 120 : 변환기구110: reservoir 120: converter port

130 : 세정조 132 : 세정매체 배출구(급속배기밸브)130: cleaning tank 132: cleaning medium outlet (quick exhaust valve)

140 : 노즐 150 : 스핀척140: nozzle 150: spin chuck

151 : 스핀척의 회전축 152 : 모터151: rotation axis of the spin chuck 152: motor

160 : 응축기 172 : 혼합탱크160: condenser 172: mixing tank

174 : 공용매 저장조 180 : 간격조정기구(액츄에이터)174: common solvent storage tank 180: gap adjusting mechanism (actuator)

182 : 샤프트 184 : 베어링182: shaft 184: bearing

본 발명은 초임계 유체를 이용하여 반도체 웨이퍼 등을 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for cleaning a semiconductor wafer or the like using a supercritical fluid.

알려져 있는 바와 같이, 초임계 유체는 임계 온도와 압력 이상에 있는 유체로서 일반 기체나 액체와 상이한 물성을 나타낸다. 예를 들면, 초임계 유체는 확산력에 있어서는 기체와 비슷하여 표면장력이 0이므로 얇은 관이나 미세한 홈에 침투할 수 있으며, 또한 용해력에 있어서는 액체와 비슷하고 밀도가 높아 미세한 입자들을 용해시킬 수 있다.As is known, supercritical fluids are fluids that are above the critical temperature and pressure and exhibit different physical properties than ordinary gases or liquids. For example, the supercritical fluid is similar to gas in the diffusion force, so the surface tension is zero, so that it can penetrate into a thin tube or a fine groove, and in the dissolving power, it can dissolve the fine particles due to its high density and density.

예를 들어, 이산화탄소(CO2)의 경우 31℃, 73기압 이상의 초임계 상태에서 기체의 침투력 및 액체의 용해성을 함께 지니게 된다. 이에 따라 다공성 물질이나 미세 패턴을 가진 물체를 세정하는데, 특히 반도체 분야의 세정에서 초임계 유체가 매우 유용하게 사용될 수 있다.For example, in the case of carbon dioxide (CO 2 ) in a supercritical state of 31 ℃, 73 atm or more has the penetration of gas and the solubility of the liquid. Accordingly, the supercritical fluid may be very useful for cleaning porous materials or objects having a fine pattern, especially in the semiconductor field.

오토클레이브 엔지니어링 주식회사(Autoclave Engineerings, Ltd.)의 미국특허 5,355,901은 초임계 유체를 이용한 세정장치의 일 예를 개시하고 있다.U.S. Patent 5,355,901 to Autoclave Engineerings, Ltd. discloses an example of a cleaning apparatus using a supercritical fluid.

도 8에 도시된 바와 같이, 미국특허 5,355,901의 세정장치는 크게 세정조(16), 분리조(22), 저장조(10), 예열히터(14), 가압펌프(12), 및 응축기(26) 등을 포함하고 있다. 저장조(10)에 저장된 액체 이산화탄소는 가압펌프(12) 및 예열히터(14)에 의해 초임계 상태로 가압, 가열되어 세정조(16)로 공급된다. 고압 용기로 된 세정조(16) 내에서 세정물에 부착된 오염물은 초임계 상태의 CO2에 용해되어 세정물로부터 분리되고, 세정이 완료되고 나면 오염물이 용해된 CO2는 분리조로 이송된다. 분리조(22)에서는 압력이 저하되면서 CO2가 초임계 상태에서 기체 상태로 변화된다. 이에 따라, 기체 상태의 CO2는 응축기(26)에서 액화되어 다시 저장조(10)로 복귀되고, 오염물은 분리조(22)의 하부를 통해 외부로 배출된다.As shown in FIG. 8, the cleaning apparatus of US Pat. No. 5,355,901 is largely divided into a washing tank 16, a separating tank 22, a storage tank 10, a preheating heater 14, a pressure pump 12, and a condenser 26. And the like. The liquid carbon dioxide stored in the storage tank 10 is pressurized and heated in a supercritical state by the pressure pump 12 and the preheating heater 14 to be supplied to the cleaning tank 16. The contaminants adhering to the washings in the washing tank 16 of the high pressure vessel are dissolved in CO 2 in the supercritical state and separated from the washings. After the washing is completed, the dissolved CO 2 is transferred to the separating tank. In the separation tank 22, CO 2 is changed from the supercritical state to the gas state while the pressure is lowered. Accordingly, the gaseous CO 2 is liquefied in the condenser 26 and returned to the storage tank 10 again, and the contaminants are discharged to the outside through the lower portion of the separation tank 22.

그러나, 상기와 같은 종래의 초임계 세정장치는 세정이 이루어지는 세정조 내부를 임계압력 이상으로, 통상적으로는 200기압 정도로 유지해야 하므로 고압용기가 필요하다. 이에 따라, 기밀성 문제등 고압으로 인한 기술상의 문제 및 위험성이 있고, 장비 가격이 비싸며, 많은 가압 및 감압에 많은 시간이 소요되어 세정 효율이 낮은 단점이 있다.However, the conventional supercritical cleaning device as described above requires a high-pressure container because the inside of the cleaning tank in which the cleaning is performed should be maintained above the critical pressure, usually about 200 atm. Accordingly, there are technical problems and risks due to high pressure, such as airtightness problems, expensive equipment, a lot of time for a lot of pressurization and depressurization has a disadvantage of low cleaning efficiency.

한편, 휴즈항공사(Hughes Aircraft Company)의 미국특허5,482,211은 압력 용기를 사용하지 않고 노즐을 통해 초임계 유체를 세정물로 분사하여 세정하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 이 특허에 개시된 장치는 고압용기가 필요없는 장점은 있으나 분사된 다음 기체 상태로 변화되는 CO2가 대기 중으로 사라져버리기 때문에 CO2를 재사용할 수 없는 단점이 있다.Meanwhile, U.S. Patent No. 5,482,211 to Hughes Aircraft Company discloses a technique of spraying supercritical fluid into a cleaning liquid through a nozzle without using a pressure vessel. However, the device disclosed in this patent has the disadvantage that can not be reused because the CO 2 high-pressure vessel need not discard, but the advantage is that the CO 2 and then changes to a gaseous state into the air jet away.

본 발명의 목적은 고압용기를 사용하지 않으면서도 세정매체를 재사용할 수 있는 초임계 세정장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a supercritical cleaning device that can reuse the cleaning medium without using a high-pressure container.

본 발명의 다른 목적은 신속하고도 우수한 세정 성능을 가지는 초임계 세정장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a supercritical cleaning device having a fast and excellent cleaning performance.

본 발명의 또다른 목적은 상술한 목적들을 달성할 수 있는 초임계 세정방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a supercritical cleaning method which can achieve the above objects.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초임계 세정장치는 액상의 세정매체를 저장하는 저장조; 가압 펌프와 히터를 가지며, 저장조로부터 공급되는 세정매체를 초임계 상태로 변화시키는 변환기구; 피세정물을 지지하는 지지기구; 변환기구에 의해 공급되는 초임계 세정매체를 피세정물의 표면으로 분사하기 위한 노즐; 노즐과 피세정물이 지지된 지지기구를 기밀적으로 수용하며, 피세정물을 세정한 다음 기화되는 세정매체를 배출하기 위한 세정매체 배출구와, 기화된 세정매 체로부터 분리된 오염물을 배출하기 위한 오염물 배출구를 가지는 세정조; 세정매체 배출구를 통해 세정조로부터 배출되는 세정매체를 응축시켜 저장조로 공급하는 응축기를 포함한다. 바람직하게는, 지지기구는 스핀척이다. 이에 따르면, 피세정물의 세정 및 세정매체와 오염물의 분리가 저압의 세정조 내에서 이루어지게 되므로 고압의 용기가 없이 저렴하고 간단하게 초임계 세정장치를 구성할 수 있다.In order to achieve the above object, the supercritical cleaning device according to the present invention includes a storage tank for storing a liquid cleaning medium; A converter mechanism having a pressure pump and a heater, said converter mechanism for changing the cleaning medium supplied from the reservoir into a supercritical state; A support mechanism for supporting the object to be cleaned; A nozzle for spraying the supercritical cleaning medium supplied by the converter tool onto the surface of the object being cleaned; The nozzle and the support mechanism supporting the object to be cleaned are hermetically received, the cleaning medium outlet for cleaning the object to be cleaned and then vaporizing the cleaning medium, and for discharging contaminants separated from the vaporized cleaning medium. A cleaning tank having a pollutant outlet; And a condenser for condensing the cleaning medium discharged from the cleaning tank through the cleaning medium discharge port and supplying the cleaning medium to the storage tank. Preferably, the support mechanism is a spin chuck. Accordingly, since the cleaning of the object to be cleaned and the separation of the cleaning medium and the contaminants are performed in a low pressure cleaning tank, it is possible to construct a supercritical cleaning device inexpensively and simply without a high pressure container.

본 발명의 다른 목적은 상기의 구성에 노즐과 피세정물의 간격을 조절하기 위한 조절기구를 더 포함하는 초임계 세정장치에 의해 달성될 수 있다. 간격조절기구는 스핀척을 상하이동시키는 액츄에이터로서, 액츄에이터는 그 샤프트가 스핀척의 회전축 하단에 베어링을 통해 연결된 실린더고, 스핀척의 회전축에 스플라인 결합된 풀리와 벨트 연결된 모터에 의해 스핀척으로 회전력이 전달된다. 대안적으로, 간격조절기구는 노즐을 상하이동시키도록 구성될 수도 있다. 이에 따르면, 세정 도중 노즐과 피세정물의 간격이 소정 패턴으로 조정되는 것에 의해 세정매체의 상변이가 촉진되고 세정매체의 충격력을 효과적으로 이용할 수 있어 세정 시간이 단축되고 세정 효율이 향상될 수 있다. Another object of the present invention can be achieved by the supercritical cleaning device further comprising a control mechanism for adjusting the distance between the nozzle and the object to be cleaned in the above configuration. The spacing mechanism is an actuator that swings the spin chuck. The actuator is a cylinder whose shaft is connected to the lower end of the spin chuck through a bearing, and the rotational force is transmitted to the spin chuck by a pulley and a belt connected motor splined to the spin chuck's rotation axis. do. Alternatively, the spacing mechanism may be configured to swing the nozzle. According to this, by adjusting the interval between the nozzle and the object to be cleaned in a predetermined pattern during cleaning, the phase change of the cleaning medium can be promoted and the impact force of the cleaning medium can be effectively used, so that the cleaning time can be shortened and the cleaning efficiency can be improved.

상술한 구성들의 세정장치에 있어서, 바람직하게는 노즐은 디퓨저 형상을 가진다. 더 바람직하게는, 노즐은 피세정물의 면적보다 크거나 같은 분사 면적을 가진다. In the cleaning apparatus of the above-described configurations, the nozzle preferably has a diffuser shape. More preferably, the nozzle has a spray area greater than or equal to the area of the object to be cleaned.

또한, 세정매체 배출구는 세성조의 상면에 설치되는 하나 이상의 급속배기밸브를 가진다. In addition, the cleaning medium outlet has one or more rapid exhaust valves installed on the upper surface of the washing tank.

또한, 본 발명에 따른 세정장치는 변환기구로부터 상기 노즐로 공급되는 초 임계 세정매체에 공용매를 첨가하기 위한 공용매 첨가부를 더 포함할 수도 있다. 공용매 첨가부는 변환기구로부터 노즐로 세정매체를 공급하는 라인상에 설치되는 혼합탱크와, 혼합탱크로 공용매를 공급하기 위한 공용매 저장조와, 공용매 저장조로부터 혼합탱크로 공급되는 공용매를 가압하기 위한 압축기를 가진다. 그리고, 세정 매체는 이산화탄소 또는 아르곤이다.In addition, the cleaning apparatus according to the present invention may further include a co-solvent addition unit for adding a co-solvent to the supercritical cleaning medium supplied from the converter tool to the nozzle. The co-solvent addition unit pressurizes the mixing tank installed on the line for supplying the cleaning medium from the converter port to the nozzle, the co-solvent storage tank for supplying the co-solvent to the mixing tank, and the co-solvent supplied from the co-solvent storage tank to the mixing tank. It has a compressor for And the cleaning medium is carbon dioxide or argon.

상기의 또다른 목적은, 세정매체를 초임계 상태로 변환시키고 이 초임계 세정매체를 이용하여 세정조 내의 피세정물을 세정한 다음 세정매체의 압력을 낮추는 것에 의해 오염물과 분리하여 회수하는 초임계 세정방법에 있어서, 세정조 내에서 노즐을 통해 세정매체를 피세정물로 분사하는 것에 의해 피세정물의 세정을 실시하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 초임계 세정방법에 의해 달성된다.Another object of the above is to convert the cleaning medium into a supercritical state, and use the supercritical cleaning medium to clean the object to be cleaned in the cleaning tank, and then separate and recover the contaminants by lowering the pressure of the cleaning medium. The cleaning method is achieved by the supercritical cleaning method according to the present invention, characterized in that cleaning of the object to be cleaned is performed by spraying the cleaning medium to the object to be cleaned through a nozzle in the cleaning tank.

바람직하게는, 피세정물의 세정 도중 노즐과 피세정물의 간격을 소정 패턴으로 증감한다. 더욱 바람직하게는, 세정매체의 감압에 의한 세정매체와 오염물의 분리를 세정조 내에서 실시한다. 이에 따라, 피세정물의 세정 및 세정매체와 오염물의 분리가 저압의 세정조 내에서 이루어지게 되므로 고압의 용기가 없이 저렴하고 간단하게 초임계 세정장치를 구성할 수 있고, 세정 도중 노즐과 피세정물의 간격이 소정 패턴으로 조정되는 것에 의해 세정매체의 상변이가 촉진되고 세정매체의 충격력을 효과적으로 이용할 수 있어 세정 시간이 단축되고 세정 효율이 향상될 수 있다.
Preferably, the interval between the nozzle and the object to be cleaned is increased or decreased in a predetermined pattern during the cleaning of the object to be cleaned. More preferably, the cleaning medium and the contaminants are separated in the cleaning tank by depressurizing the cleaning medium. Accordingly, since the cleaning of the object to be cleaned and the separation of the cleaning medium and the contaminants are performed in a low pressure cleaning tank, a supercritical cleaning device can be configured inexpensively and simply without using a high pressure container, and the nozzle and the object to be cleaned By adjusting the interval in a predetermined pattern, the phase change of the cleaning medium is promoted, and the impact force of the cleaning medium can be effectively used, so that the cleaning time can be shortened and the cleaning efficiency can be improved.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설 명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 세정장치의 구성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 세정장치는 저장조(110), 초임계 변환기구(120), 세정조(130), 노즐(140), 스핀척(150), 응축기(160)를 포함한다.1 shows a configuration of a supercritical cleaning device according to an embodiment of the present invention. As shown, the supercritical cleaning device according to an embodiment of the present invention is a storage tank 110, a supercritical converter mechanism 120, a cleaning tank 130, a nozzle 140, a spin chuck 150, a condenser ( 160).

저장조(110)에는 액상의 세정매체가 저장된다. 본 실시예에서는 약 40기압, 0℃의 이산화탄소(CO2)가 저장조(110)에 저장된다. CO2의 온도를 유지하기 위해 저장조(110)는 냉각기(미도시)를 구비한다.The storage tank 110 stores a liquid cleaning medium. In this embodiment, carbon dioxide (CO 2 ) of about 40 atm and 0 ° C. is stored in the storage tank 110. The reservoir 110 is equipped with a cooler (not shown) to maintain the temperature of the CO 2 .

변환기구(120)는 압축기(122)와 히터(124)를 가지며, 저장조(110)로부터 공급되는 세정매체를 약 100기압, 40℃ 이상의 초임계 유체로 변환한다.The converter mechanism 120 includes a compressor 122 and a heater 124, and converts the cleaning medium supplied from the reservoir 110 into a supercritical fluid of about 100 atm and 40 ° C. or higher.

세정조(130)는 내부에 노즐(140)과 스핀척(150)을 수용한다. 스핀척(150)에 피세정물이 회전가능하게 지지되며, 변환기구(120)로부터 공급되는 초임계 세정매체는 노즐(140)을 통해 스핀척(150)에 지지된 피세정물로 분사된다.The cleaning tank 130 accommodates the nozzle 140 and the spin chuck 150 therein. The object to be cleaned is rotatably supported by the spin chuck 150, and the supercritical cleaning medium supplied from the converter tool 120 is sprayed onto the object to be supported by the spin chuck 150 through the nozzle 140.

변환기구(120)로부터 노즐(140)로 초임계 세정매체가 이송되는 도중 초임계 CO2에 공용매가 혼합될 수도 있다. 이를 위하여, 변환기구(120)로부터 노즐(140)로 이어지는 세정매체 이송관의 도중에 혼합탱크(172)가 설치되고, 공용매 저장조(174)에 저장되는 공용매가 가압펌프(176)를 통해 가압되어 혼합탱크(172)로 공급된다. 여기서, 공용매는 초임계 CO2의 오염물 용해력을 향상시키기 위한 것으로서, 통상의 공용매, 계면활성제, 또는 유기용매를 포함한다. The co-solvent may be mixed in the supercritical CO 2 while the supercritical cleaning medium is transferred from the converter tool 120 to the nozzle 140. To this end, a mixing tank 172 is installed in the middle of the cleaning medium transfer pipe from the converter port 120 to the nozzle 140, and the common medium stored in the common medium storage tank 174 is pressurized through the pressure pump 176. It is supplied to the mixing tank 172. Here, the cosolvent is for improving the pollutant dissolving power of supercritical CO 2 , and includes a common cosolvent, a surfactant, or an organic solvent.

노즐(140)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 바닥면에 다수의 분사공이 형성된 대략 원뿔형의 디퓨저 형상으로 이루어진다. 이와 같이, 노즐(140)이 디퓨저 형태를 가짐으로써 노즐(140)로부터 분사되는 세정매체에 의한 피세정물의 손상이 최소화될 수 있다. 또한, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 원뿔형 대신 원통 형상으로 이루어진 노즐을 사용할 수도 있다. 대안적으로, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 하나의 분사공을 가진 통상의 형태를 가지는 노즐을 사용할 수도 있다. 바람직하게는, 노즐(140)의 면적은 피세정물의 면적보다 크거나 같다. 이에 따라 노즐(140)로부터 분사되는 세정매체가 피세정물의 전면에 균일한 압력으로 분사될 수 있다. 또한 바람직하게는, 노즐(140)로부터 초임계 세정매체가 분사될 때 초임계 세정매체가 급격하게 팽창되는 것에 의해 노즐(140)이 냉각되는 것을 방지하도록 노즐(140) 주위에 노즐(140)을 일정한 온도로 가열하기 위한 히터(미도시)가 구비된다. 도면에서 미설명 부호 142는 노즐을 개폐하는 밸브며, 도면처럼 별도의 밸브(142)를 사용하지 않고 노즐(140) 내에 내장된 토출밸브를 사용할 수도 있다.As shown in FIGS. 2A and 2B, the nozzle 140 has a substantially conical diffuser shape having a plurality of injection holes formed on a bottom surface thereof. As such, since the nozzle 140 has a diffuser shape, damage to the object to be cleaned by the cleaning medium sprayed from the nozzle 140 may be minimized. 3A and 3B, a nozzle having a cylindrical shape may be used instead of a conical shape. Alternatively, as shown in Figs. 4A and 4B, a nozzle having a conventional shape with one injection hole may be used. Preferably, the area of the nozzle 140 is greater than or equal to the area of the object to be cleaned. Accordingly, the cleaning medium sprayed from the nozzle 140 may be sprayed at a uniform pressure on the entire surface of the object to be cleaned. Also preferably, when the supercritical cleaning medium is ejected from the nozzle 140, the nozzle 140 is disposed around the nozzle 140 to prevent the nozzle 140 from being cooled by the rapid expansion of the supercritical cleaning medium. A heater (not shown) for heating to a constant temperature is provided. In the drawings, reference numeral 142 denotes a valve for opening and closing the nozzle, and a discharge valve built in the nozzle 140 may be used without using a separate valve 142 as shown in the drawing.

노즐(140)로부터 분사되는 세정매체에 의해 세정되는 피세정물을 회전가능하게 지지하는 스핀척(150)은 간격조정기구(180)에 의해 상하이동가능하다. 도 5는 스핀척(150)과 간격조정기구(180)의 구성을 보다 구체적으로 도시한다. The spin chuck 150 for rotatably supporting the object to be cleaned by the cleaning medium sprayed from the nozzle 140 is movable by the gap adjusting mechanism 180. 5 shows the configuration of the spin chuck 150 and the spacing adjusting mechanism 180 in more detail.

도 5에 상세하게 도시된 바와 같이, 간격조정기구(180)는 스핀척(150)의 하부에서 스핀척(150)을 지지하는 액츄에이터(180)로서, 그 샤프트(182)의 상단이 베어링(184)을 통해 스핀척(150)의 회전축(151) 하단과 결합된다. 그리고, 스핀척(150)에 회전을 위한 구동력을 제공하는 모터(152)는 스핀척(150)의 회전축(151) 근처에 설치되고 벨트풀리(154)를 통해 회전축(151)과 연결된다. 여기서, 회전축(151)에 설치되는 풀리(155)는 회전축(151)에 대해 스플라인 결합된다. 이에 따라, 모터(152)의 구동력은 벨트풀리(154)를 통해 회전축(151)으로 전달되고, 액츄에이터(180)의 샤프트(182)가 상하로 이동하는 것에 의해 스핀척은 상하이동된다. 액츄에이터(180)에 의해 스핀척(150)이 상하이동하는 것에 의해 노즐과 스핀척에 지지된 피세정물의 간격은 변화된다.As shown in detail in FIG. 5, the spacing mechanism 180 is an actuator 180 that supports the spin chuck 150 at the bottom of the spin chuck 150, the upper end of the shaft 182 being a bearing 184. It is coupled to the lower end of the rotary shaft 151 of the spin chuck 150 through). In addition, the motor 152 which provides the driving force for rotation to the spin chuck 150 is installed near the rotation shaft 151 of the spin chuck 150 and is connected to the rotation shaft 151 through the belt pulley 154. Here, the pulley 155 installed on the rotating shaft 151 is splined with respect to the rotating shaft 151. Accordingly, the driving force of the motor 152 is transmitted to the rotation shaft 151 through the belt pulley 154, and the spin chuck is moved by moving the shaft 182 of the actuator 180 up and down. As the spin chuck 150 is moved by the actuator 180, the distance between the object to be supported by the nozzle and the spin chuck is changed.

이러한 구성을 가지는 간격조정기구(180)는 노즐(140)과 피세정물의 간격을 조정하기 위한 것으로, 상술한 바와 같이 스핀척(150)을 상하이동시키는 대신 노즐(140)을 상하이동시키는 것에 의해서도 동일한 작용, 효과를 얻을 수 있다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 노즐(140)과 피세정물의 간격(d)을 변화시키 위해 도 5에 도시된 구체예에 한정되지 않고도 얼마든지 다양하게 구성할 수 있을 것이다.The gap adjusting mechanism 180 having such a configuration is for adjusting the gap between the nozzle 140 and the object to be cleaned, and also by moving the nozzle 140 instead of moving the spin chuck 150 as described above. The same effect and effect can be obtained. One of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may be configured in various ways without being limited to the embodiment shown in FIG. 5 to change the distance d between the nozzle 140 and the object to be cleaned.

세정조(130)의 일측 상단에는 세정매체 배출구(132)가 설치되며 이 배출구(132)는 이송관을 통해 응축기(160)로 연결된다. 세정매체 배출구(132)에는 세정매체를 신속하게 배출하여 세정조(130) 내부를 저압으로 유지하기 위한 급속배기밸브가 설치된다. 세정매체를 보다 신속하게 배출하도록 급속배기밸브는 다수개가 설치될 수 있다. 또한, 세정조(130)의 하부에는 세정매체에 의해 피세정물로부터 제거된 오염물과 공용매를 배출하기 위한 오염물 배출구(134)가 구비된다.A cleaning medium outlet 132 is installed at an upper end of the cleaning tank 130, and the outlet 132 is connected to the condenser 160 through a transfer pipe. The cleaning medium outlet 132 is provided with a rapid exhaust valve for quickly discharging the cleaning medium to maintain the inside of the cleaning tank 130 at a low pressure. Multiple rapid exhaust valves may be installed to discharge the cleaning medium more quickly. In addition, the lower part of the cleaning tank 130 is provided with a contaminant discharge port 134 for discharging the contaminant and the co-solvent removed from the object being cleaned by the cleaning medium.

응축기(160)는 냉각기를 구비하며, 세정조(130)로부터 배출된 세정매체를 냉 각하여 액상으로 변화시켜 다시 저장조(110)로 복귀시킨다. 바람직하게는, 응축기(160)에서 냉각된 액상의 세정매체를 저장조(110)에서 세정매체가 저장되는 압력인 약 40기압 근처로 가압하는 압축기(192)가 응축기(160)와 저장조(110) 사이에 구비된다.
The condenser 160 includes a cooler, and cools the washing medium discharged from the washing tank 130 to a liquid phase and returns to the storage tank 110 again. Preferably, a compressor 192 for pressurizing the liquid cleaning medium cooled in the condenser 160 to about 40 atmospheres, which is a pressure at which the cleaning medium is stored in the storage tank 110, may be provided between the condenser 160 and the storage tank 110. Is provided.

이러한 구성을 가지는 본 발명에 따른 초임계 세정장치는 상술한 종래의 미국특허 5,355,901의 세정장치와 유사하게 저장조(110)로부터 공급되는 세정매체가 초임계 유체로 변환된 다음 세정조(130)에서 피세정물을 세정한 다음 오염물과 분리되어 다시 저장조(110)로 복귀되는 방식으로 피세정물을 세정한다. 그러나, 본 발명에 있어서 종래와 상이한 점은 초임계 유체가 세정조(130) 내에서 노즐(140)을 통해 피세정물로 분사되며, 또한 세정조(130) 내부에서 오염물과 분리되어 별도의 분리조가 필요없을 뿐만 아니라 세정조(130) 내부를 고압으로 유지할 필요가 없으므로 세정조(130)를 구조가 간단하고 저렴한 저압 용기를 사용할 수 있다는 점이다.Supercritical cleaning apparatus according to the present invention having such a configuration is similar to the cleaning apparatus of the conventional US Patent No. 5,355,901 described above, the cleaning medium supplied from the storage tank 110 is converted into a supercritical fluid and then the blood is removed from the cleaning tank 130. The cleaning object is cleaned and then the object to be cleaned is separated from contaminants and returned to the storage tank 110. However, in the present invention, the supercritical fluid is injected into the object to be cleaned through the nozzle 140 in the cleaning tank 130, and is separated from the contaminant in the cleaning tank 130 to separate it. Not only does not require a tank, and because the inside of the cleaning tank 130 does not need to maintain a high pressure, the structure of the cleaning tank 130 is simple and inexpensive low pressure container can be used.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 세정장치의 작용, 즉 본 발명에 따른 초임계 세정방법은 다음과 같다.Specifically, the action of the supercritical cleaning device according to an embodiment of the present invention, that is, the supercritical cleaning method according to the present invention is as follows.

저장조(110)에서 약 40기압, 0℃ 근처로 유지되는 세정매체, 즉 CO2는 변환기구(120)에서 약 100기압, 40℃ 이상의 초임계 유체로 변환된다. 그리고, 혼합탱크(172)에서 공용매와 혼합된 다음 세정조(130)로 공급되어 노즐(140)을 통해 스핀 척(150)에 의해 회전지지되고 있는 피세정물로 분사된다.About 40 atmospheres in the storage tank 110, the washing water remains near 0 ℃ medium, that is, CO 2 is converted to about 100 atmospheres, or more critical fluid ℃ 40 sec in the conversion mechanism 120. Then, the mixture is mixed with the co-solvent in the mixing tank 172 and then supplied to the cleaning tank 130 is injected into the object to be rotated by the spin chuck 150 through the nozzle 140.

도 6 및 도 7은 각각 노즐(140)로부터의 거리 및 분사된 다음의 시간의 경과에 따른 CO2의 상변화를 도시한 그래프다. 노즐(140)로부터 분사된 초임계 CO2는 짧은 시간동안 초임계 상태를 유지하고, 이후 액화된 다음 다시 기화된다. 이로 인해 확산력이 강한 초임계 상태에서 CO2는 피세정물에 침투하며, 이 상태에서는 표면장력이 없고 침투력이 강하므로 CO2는 피세정물의 미세한 홈으로 침투하여, 이 상태에서 간격(d)이 증가되면 CO2는 초임계상태에서 액상으로 변화되며 액상에서는 용해력이 더욱 증가되므로 오염물 입자를 용해시킨다. 이후 간격(d)을 더 증가시키거나 분사구의 압력을 변화시키면, CO2는 기상으로 변화되면서 부피가 팽창되어 오염물과 함께 피세정물의 미세한 홈 외부로 배출된 다음 원심력에 의해 세정물 외부로 밀려나오며, 이는 스핀척(150)의 회전에 의해 일어난다. 스핀척(150)은 대략 1000 내지 6000RPM으로 회전하며, 이에 따라 초임계 상태 또는 액상의 CO2와 오염물 입자가 피세정물로부터 분리된다.6 and 7 are graphs showing the phase change of CO 2 with the distance from the nozzle 140 and the passage of time after the injection, respectively. The supercritical CO 2 injected from the nozzle 140 is maintained in the supercritical state for a short time, and then liquefied and then vaporized again. This and hwaksanryeok penetrate the strong supercritical conditions in CO 2 is object to be cleaned, in this state, there is no surface tension because penetration is strongly CO 2 is to penetrate into the fine recesses of the object cleaned, the distance (d) in this state, When increased, CO 2 changes from supercritical to liquid phase, and the solubility increases further in the liquid phase to dissolve contaminant particles. After further increasing the interval d or changing the pressure in the nozzle, the CO 2 changes to the gas phase and expands in volume to be discharged with the contaminant out of the fine groove of the object to be washed and then pushed out of the washing by centrifugal force. This is caused by the rotation of the spin chuck 150. Spin chuck 150 rotates at approximately 1000 to 6000 RPM, thereby separating supercritical or liquid CO 2 and contaminant particles from the object being cleaned.

이와 같이, 세정 도중 간격조정기구(180)에 의해 노즐(140)과 피세정물의 간격(d)을 반복적으로 증가 또는 감소시키는 것에 의해 CO2의 상변화를 촉진하고 CO2의 충격력을 더 효과적으로 이용하여 세정 효율을 향상시킬 수 있다. 간격조절 패턴과 시간 등은 피세정물과 세정 환경에 따라 달라질 수 있으므로 그에 맞추어 실험을 통해 결정한다. In this way, the cleaning during the interval adjusting mechanism (180) by increasing or decreasing the nozzle 140 and the object to be cleaned water gap (d) iteratively by facilitating a phase change of the CO 2 and using the force of impact of CO 2 more efficiently The cleaning efficiency can be improved. The interval control pattern and time may vary depending on the object to be cleaned and the cleaning environment.

스핀척(150)의 회전에 따른 원심력에 의해 오염물 입자를 용해한 상태로 피세정물 외부로 밀려나온 세정매체는 세정조(130) 내에서 감압되는 것에 의해 오염물과 분리된다. 분리된 기상의 세정매체는 급속배기밸브(132)를 통해 배출되어 응축기(160)에서 응축된 다음 저장조(110)로 회수되고, 오염물은 오염물 배출구(134)를 통해 외부로 배출되어 폐기된다.The cleaning medium which is pushed out of the object to be cleaned in the state in which the contaminant particles are dissolved by the centrifugal force due to the rotation of the spin chuck 150 is separated from the contaminant by being depressurized in the cleaning tank 130. The separated gaseous scrubbing medium is discharged through the rapid exhaust valve 132, condensed in the condenser 160, and then recovered to the storage tank 110, and the contaminants are discharged to the outside through the pollutant outlet 134 and disposed of.

정리하면, 초임계 세정매체는 세정조(130) 내에서 노즐(140)을 통해 피세정물로 분사되며, 이 과정에서 노즐(140)과 피세정물의 간격(d)을 소정 패턴으로 조정하는 것에 의해 세정 능력이 향상되고 세정 시간이 단축될 수 있다. 그리고, 세정매체는 저압의 세정조(130) 내에서 감압되어 오염물과 분리되어 오염물과 별도로 세정조 외부로 배출되고 응축기(160)에 의해 응축된 다음 저장조(110)로 회수된다.In summary, the supercritical cleaning medium is sprayed into the object to be cleaned through the nozzle 140 in the cleaning tank 130. In this process, the interval d between the nozzle 140 and the object to be cleaned is adjusted to a predetermined pattern. By this, the cleaning ability can be improved and the cleaning time can be shortened. In addition, the cleaning medium is depressurized in the washing tank 130 at a low pressure, separated from the contaminants, discharged to the outside of the washing tank separately from the contaminants, condensed by the condenser 160, and then recovered to the storage tank 110.

상기된 바와 같이, 본 발명에 의하면 저압의 세정조 내에서 피세정물의 세정 및 오염물과 세정매체의 분리를 함께 수행할 수 있으므로, 고압의 용기 및 별도의 분리조를 사용하지 않으므로 장치의 구성이 매우 간단해지고 저렴하게 구성할 수 있으면서도 세정매체를 재사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 세정 도중 노즐과 피세정물의 간격을 주기적으로 변화시키는 것에 의해 세정매체의 상변화를 촉진하고 세정매체의 충격력을 효과적으로 이용할 수 있어 세정 효율이 향상되고 세정에 소요되는 시간도 저감할 수 있다.As described above, according to the present invention, since the cleaning of the object to be cleaned and the separation of the contaminants and the cleaning medium can be performed together in the cleaning tank of low pressure, the configuration of the device is very high because a high pressure vessel and a separate separation tank are not used. The cleaning medium can be reused while being simpler and cheaper to configure. In addition, according to the present invention, by periodically changing the interval between the nozzle and the object to be cleaned during cleaning, the phase change of the cleaning medium can be promoted and the impact force of the cleaning medium can be effectively used, improving the cleaning efficiency and reducing the time required for cleaning. can do.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기 술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상에 근거하여 얼마든지 다양하게 변경실시하거나 일부 구성을 균등물로 치환할 수 있을 것이며, 이러한 변경 내지 균등물로의 치환은 본 발명의 권리범위 내에 속한다.In the above, the present invention has been illustrated and described with respect to certain preferred embodiments. However, the present invention is not limited only to the above-described embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various changes or modifications based on the technical spirit of the present invention described in the claims below. Some configurations may be substituted for equivalents, and such alterations to equivalents are within the scope of the present invention.

Claims (15)

액상의 세정매체를 저장하는 저장조;A storage tank for storing a liquid cleaning medium; 가압 펌프와 히터를 가지며, 상기 저장조로부터 공급되는 세정매체를 초임계 상태로 변화시키는 변환기구;A converter mechanism having a pressure pump and a heater, said converter mechanism for changing a cleaning medium supplied from said reservoir into a supercritical state; 피세정물을 지지하는 지지기구;A support mechanism for supporting the object to be cleaned; 상기 변환기구에 의해 공급되는 초임계 세정매체를 피세정물의 표면으로 분사하기 위한 노즐;A nozzle for spraying the supercritical cleaning medium supplied by the converter tool onto the surface of the object being cleaned; 상기 노즐과 피세정물이 지지된 지지기구를 기밀적으로 수용하며, 피세정물을 세정한 다음 기화되는 세정매체를 배출하기 위한 세정매체 배출구와, 기화된 세정매체로부터 분리된 오염물을 배출하기 위한 오염물 배출구를 가지는 세정조;A cleaning medium outlet for hermetically receiving the nozzle and the support mechanism supported by the object to be cleaned and for cleaning the object to be cleaned and then vaporizing the cleaning medium, and for discharging contaminants separated from the vaporized cleaning medium. A cleaning tank having a pollutant outlet; 상기 세정매체 배출구를 통해 세정조로부터 배출되는 세정매체를 응축시켜 저장조로 공급하는 응축기를 포함하는 초임계 세정장치.And a condenser for condensing the cleaning medium discharged from the cleaning tank through the cleaning medium discharge port and supplying the cleaning medium to the storage tank. 제 1 항에 있어서, 상기 지지기구는 스핀척인 것을 특징으로 하는 초임계 세정장치.The supercritical cleaning device according to claim 1, wherein the support mechanism is a spin chuck. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 노즐과 피세정물의 간격을 조절하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 세정장치.The supercritical cleaning device according to claim 1 or 2, further comprising means for adjusting the distance between the nozzle and the object to be cleaned. 제 3 항에 있어서, 상기 간격 조절 수단은 상기 스핀척을 상하이동시키는 액츄에이터인 것을 특징으로 하는 초임계 세정장치.4. The supercritical cleaning device according to claim 3, wherein the gap adjusting means is an actuator for swinging the spin chuck. 제 4 항에 있어서, 상기 액츄에이터는 그 샤프트가 상기 스핀척의 회전축 하단에 베어링을 통해 연결된 실린더고, 상기 스핀척의 회전축에 스플라인 결합된 풀리와 벨트 연결된 모터에 의해 상기 스핀척으로 회전력이 전달되는 것을 특징으로 하는 초임계 세정장치.5. The actuator of claim 4, wherein the actuator is a cylinder whose shaft is connected to a lower end of the rotation shaft of the spin chuck through a bearing, and a rotational force is transmitted to the spin chuck by a motor connected to a belt by a pulley splined to the rotation shaft of the spin chuck. Supercritical cleaning device. 제 3 항에 있어서, 상기 간격 조절 수단은 상기 노즐을 상하이동시키는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 초임계 세정장치.4. The supercritical cleaning device according to claim 3, wherein the gap adjusting means moves the nozzle. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐은 디퓨저 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 초임계 세정장치.The supercritical cleaning device according to claim 1, wherein the nozzle has a diffuser shape. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 노즐은 피세정물의 면적보다 크거나 같은 분사 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 초임계 세정장치.8. The supercritical cleaning device according to claim 1 or 7, wherein the nozzle has an injection area equal to or larger than that of the object to be cleaned. 제 1 항에 있어서, 상기 세정매체 배출구는 상기 세정조의 상면에 설치되는 하나 이상의 급속배기밸브를 가지는 것을 특징으로 하는 초임계 세정장치.The supercritical cleaning device according to claim 1, wherein the cleaning medium discharge port has one or more rapid exhaust valves installed on an upper surface of the cleaning tank. 제 1 항에 있어서, 상기 변환기구로부터 상기 노즐로 공급되는 초임계 세정매체에 공용매를 첨가하기 위한 공용매 첨가부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 세정장치.The supercritical cleaning device according to claim 1, further comprising a cosolvent addition unit for adding a cosolvent to a supercritical cleaning medium supplied from the converter tool to the nozzle. 제 10 항에 있어서, 상기 공용매 첨가부는 상기 변환기구로부터 노즐로 세정매체를 공급하는 라인상에 설치되는 혼합탱크와, 상기 혼합탱크로 공용매를 공급하기 위한 공용매 저장조와, 상기 공용매 저장조로부터 혼합탱크로 공급되는 공용매를 가압하기 위한 압축기를 가지는 것을 특징으로 하는 초임계 세정장치.The method of claim 10, wherein the cosolvent addition unit is a mixing tank installed on a line for supplying a cleaning medium from the converter port to the nozzle, a co-solvent storage tank for supplying the co-solvent to the mixing tank, and the co-solvent storage tank And a compressor for pressurizing the cosolvent supplied from the mixing tank to the supercritical cleaning device. 제 1 항에 있어서, 세정 매체는 이산화탄소 또는 아르곤인 것을 특징으로 하는 초임계 세정장치.2. The supercritical cleaning device of claim 1, wherein the cleaning medium is carbon dioxide or argon. 삭제delete 세정매체를 초임계 상태로 변환시키고, 이 초임계 세정매체를 이용하여 세정조 내의 피세정물을 세정한 다음, 세정매체의 압력을 낮추는 것에 의해 오염물과 분리하여 회수하는 초임계 세정방법에 있어서,A supercritical cleaning method in which a cleaning medium is converted into a supercritical state, the supernatant cleaning medium is washed with the supercritical cleaning medium, and then separated from the contaminant and recovered by lowering the pressure of the cleaning medium. 세정조 내에서 노즐을 통해 세정매체를 피세정물로 분사하는 것에 의해 피세정물의 세정을 실시하고,The cleaning of the object to be cleaned is performed by spraying the cleaning medium to the object to be cleaned through a nozzle in the cleaning tank. 피세정물의 세정 도중 노즐과 피세정물의 간격을 소정 패턴으로 증감하는 것을 특징으로 하는 초임계 세정방법.A supercritical cleaning method, characterized in that the interval between the nozzle and the object to be cleaned is increased or decreased in a predetermined pattern during cleaning of the object to be cleaned. 제 14 항에 있어서, 세정매체의 감압에 의한 세정매체와 오염물의 분리를 세정조 내에서 실시하는 것을 특징으로 하는 초임계 세정방법.15. The supercritical cleaning method according to claim 14, wherein the cleaning medium and the contaminants are separated in the cleaning tank by depressurizing the cleaning medium.
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