KR101136278B1 - 마이크로 버블 생성 장치 및 실리콘 웨이퍼 세정 장치 - Google Patents

마이크로 버블 생성 장치 및 실리콘 웨이퍼 세정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세정 효과가 높은 작은 버블 사이즈의 마이크로 버블을 외부에 공급할 수 있으며 장치를 소형화할 수 있고, 장치의 배치의 자유도를 향상시킬 수 있는 마이크로 버블 생성 장치 및 실리콘 웨이퍼 세정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
마이크로 버블 생성 장치(1)는, 마이크로 버블 생성 기구(10)와 마이크로 버블을 외부에 도출하는 도출 도관(20)을 구비한다. 도출 도관(20)은 폭 확장부(21)와 관부(22)를 구비하고, 도출 도관(20)에서, 폭 확장부(21)와 관부(22)는 서로 접속되어 있으며, 서로 연통되어 있다. 폭 확장부(21)는 축(z)을 중심축으로 하는 중공 원기둥형이고, 저면(23, 24)과, 원통형의 둘레면(25)을 가지며, 폭 확장부(21)의 한쪽 저면(23)을 통해 마이크로 버블 생성 기구(10)의 분출구(11)가, 다른쪽 저면(24)을 통해 관부(22)가 연통되어 있다. 폭 확장부(21)의 마이크로 버블의 유로축선(z)에 직교하는 단면의 면적은 관부(22)의 유로축선(z)에 직교하는 단면의 면적보다 크다.

Description

마이크로 버블 생성 장치 및 실리콘 웨이퍼 세정 장치{MICRO-BUBBLE GENERATING DEVICE AND SILICON WAFER CLEANING APPARATUS}
본 발명은, 마이크로 버블 생성 장치, 및 이 마이크로 버블 생성 장치를 구비하는 실리콘 웨이퍼 세정 장치에 관한 것이다.
최근, 실리콘 웨이퍼를 이용한 반도체 LSI의 제조기술에서는, 보다 대구경의 웨이퍼의 사용이나 보다 미세한 가공 기술이 요구되고 있다. 또한, 공정의 복잡화에 수반하는 제품 품질의 유지 향상, 생산 비용의 저감 등의 문제의 해결도 또한 요구되고 있다.
특히 실리콘 웨이퍼를 이용한 반도체 LSI의 제조기술의 많은 분야에서, 여러 가지의 용액에 의한 처리를 포함하는 소위 습식 처리 공정이 필수 공정으로 되어 있다. 이러한 웨트 처리 공정 중 특히 중요한 공정은 세정 공정, 에칭 공정 등이다. 종래 이들 웨트 처리 공정에서는 주로 용액의 종류, 농도, 또는 처리 온도, 시간 등의 선택의 점에서 개량이 중첩되고 있다(예컨대 비특허 문헌 1 참조). 그러나, 최근의 더 나은 미세한 가공 기술의 필요성, 공정의 복잡화, 고청정화, 저비용화에 수반하는 요구를 만족시키기 위해서는 이들 종래 기술로는 충분하지 않았다. 또한 최근에는 환경 보호 대책의 엄격화, 폐액 처리의 저비용화의 요구에 의해, 희석 약액 세정, 무약액 세정 등의 처리를 희망하고 있다.
또한 최근, 마이크로 버블을 반도체 세정에 응용하는 연구개발이 진행되고 있다(예컨대 특허문헌 1 참조). 그러나, 종래의 마이크로 버블을 이용한 세정 장치에서는, 마이크로 버블을 생성하는 마이크로 버블 생성 장치의 노즐은 세정조 안의 바닥에 설치되어 있고, 세정조 안에서 마이크로 버블 생성 장치가 넓은 공간을 요구하고 있기 때문에, 다른 장치의 설치시에 장애가 되며, 장치의 설치에 시간과 노력을 필요로 한다. 이 문제점을 해소하기 위해, 세정조와는 별도로 버퍼 탱크가 설치되고, 이 버퍼 탱크 안에 마이크로 버블 생성 장치가 설치되는 세정 장치가 있다. 그러나, 이 세정 장치는, 보다 큰 설치 공간을 필요로 하고 있었다. 따라서, 마이크로 버블 생성 장치를 세정조 안의 세정액을 순환시키기 위한 도관 안에 배치하는 인라인 배치가 바람직하며, 종래에, 인라인 배치된 마이크로 버블 생성 장치를 갖는 세정 장치가 있었다.
[비특허문헌 1] 핫토리 츠요시 편저 「실리콘 웨이퍼 표면의 세정 기술 신판」 Realyze Science & Engineering사(2000)
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2008-103701호 공보
그러나, 마이크로 버블 생성 장치를 좁은 도관 안에 설치하면, 마이크로 버블이 마이크로 버블 생성 장치의 노즐 부근에서 합체하여, 버블 사이즈가 커져 있었다. 특히 와류를 수반하는 마이크로 버블 생성 장치의 경우, 와류에 의한 코안다 효과(Coanda effect)에 의해 버블이 도관의 중심에 모여, 버블 사이즈가 보다 커져 있었다. 따라서, 종래의 세정 장치에서는, 마이크로 버블의 생성 효율이 떨어져, 실리콘 웨이퍼의 세정 성능이 낮아진다고 하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 마이크로 버블의 생성 효율을 향상시킬 수 있고, 실리콘 웨이퍼의 세정 성능을 향상시킬 수 있는 마이크로 버블 생성 장치 및 실리콘 웨이퍼 세정 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성 장치는 마이크로 버블을 생성하는 마이크로 버블 생성 기구와, 상기 마이크로 버블 생성 기구에 의해 생성된 마이크로 버블을 도출하기 위해 상기 마이크로 버블 생성 기구에 접속된 도출 도관을 포함하고, 상기 마이크로 버블 생성 기구에는 마이크로 버블을 외부에 분출하는 노즐이 마련되며, 상기 도출 도관에는 서로 연통하는 폭 확장부와 관부가 마련되고, 상기 폭 확장부는 마이크로 버블의 유로 단면적이 상기 관부보다 크며, 상기 마이크로 버블 생성 기구는 상기 폭 확장부에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 폭 확장부에서의 마이크로 버블의 유로축선과 상기 관부에서의 마이크로 버블의 유로축선이 서로 동일 방향으로 연장되도록, 상기 마이크로 버블 생성 기구 및 상기 관부가 상기 폭 확장부에 접속되어 있다.
보다 바람직하게는, 상기 폭 확장부에서의 마이크로 버블의 흐름 방향과, 상기 관부에서의 마이크로 버블의 흐름 방향은 서로 역방향이다.
또한 바람직하게는, 상기 폭 확장부에서의 마이크로 버블의 유로축선과 상기 관부에서의 마이크로 버블의 유로축선이 서로 교차하도록, 상기 마이크로 버블 생성 기구 및 상기 관부가 상기 폭 확장부에 접속되어 있다.
보다 바람직하게는, 상기 폭 확장부에서의 유로축선과 상기 관부에서의 유로축선이 서로 직교하도록, 상기 마이크로 버블 생성 기구 및 상기 관부가 상기 폭 확장부에 접속되어 있다.
바람직하게는, 상기 마이크로 버블 생성 기구는, 상기 노즐이 상기 관부에서의 마이크로 버블의 유로축선상에서 벗어나도록 상기 폭 확장부에 접속되어 있다.
또한 바람직하게는, 상기 폭 확장부는 원형의 유로 단면을 갖는다.
또한 바람직하게는, 상기 관부는 상기 폭 확장부에서 상기 노즐 근방에 마련되어 있다.
본원 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 세정 장치는, 상기 마이크로 버블 생성 장치가 마련되고 실리콘 웨이퍼를 세정하는 실리콘 웨이퍼 세정 장치로서, 피세정체로서의 실리콘 웨이퍼를 수용하는, 세정액을 저장하는 세정조; 및 상기 세정조 안의 세정액을 순환시키는 펌프 및 도관을 구비한 펌프 장치를 포함하고, 상기 마이 크로 버블 생성 장치는, 상기 펌프 장치의 도관에 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 마이크로 버블 생성 장치에 의하면, 마이크로 버블을 생성하는 마이크로 버블 생성 기구가, 생성된 마이크로 버블을 도출하기 위한 도출 도관에서, 마이크로 버블의 유로 단면적이 관부보다 큰 폭 확장부에 접속되어 있기 때문에, 마이크로 버블 생성 장치의 노즐로부터 분출된 마이크로 버블은 폭 확장부 안에서 서로 간섭하지 않고 분산된다. 따라서, 종래와 같이 생성된 마이크로 버블이 서로 합체하여 세정 효과가 낮은 큰 버블 사이즈의 버블이 되는 것을 방지할 수 있고, 생성된 마이크로 버블은, 폭 확장부에서, 버블 사이즈를 유지하고 안정화하여, 세정 효과가 높은 작은 버블 사이즈의 마이크로 버블을 관부로부터 외부에 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성 장치에 의하면, 세정 효과가 높은 작은 버블 사이즈의 마이크로 버블을 외부에 제공할 수 있고, 마이크로 버블의 생성 효율을 향상시킬 수 있으며, 세정 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성 장치는 구조가 간단하고, 장치를 소형화할 수 있으며, 적용하는 장치, 예컨대 실리콘 웨이퍼의 세정 장치에서, 장치의 배치의 자유도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 세정 장치에 의하면, 세정 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 장치를 소형화할 수 있고, 장치 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 개략 구성을 도시한 도면으로, 도 1a는 사시도이고, 도 1b는 정면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(1)는 마이크로 버블(M)을 생성하는 마이크로 버블 생성 기구(10)와, 마이크로 버블 생성 기구(10)에 의해 생성된 마이크로 버블(M)을 외부에 도출하기 위한 도출 도관(20)이 마련되어 있다.
마이크로 버블 생성 기구(10)는, 생성한 마이크로 버블을 외부에 분출하기 위한 노즐(11)이 마련된다. 마이크로 버블 생성 기구(10)는 유체 및 기체가 공급되고, 이 유체와 함께, 직경이 ㎛ 정도의 미소한 기포를 분출한다. 마이크로 버블 생성 기구(10)에 관해서는, 마이크로 버블의 생성시에 유체의 유동을 수반하는 것이 바람직하다. 예컨대, 선회 액류식, 스태틱 믹서식, 이젝터식, 캐비테이션식, 벤튜리식, 원심 펌프와 선회류식 마이크로 버블 발생기의 조합, 가압 용해식의 마이크로 버블 발생법을 이용하는 것이 바람직하다. 후술의 실리콘 웨이퍼 세정 장치에서는, 생성된 마이크로 버블을 함유하는 유체를 세정조에 반송해야 하고, 마이크로 버블의 생성시에 액체의 유동을 수반하는 경우, 세정조에 마이크로 버블을 반송하기 위한 추가 반송 장치 등을 생략할 수 있기 때문이다. 그러나, 마이크로 버블 생성 기구(10)는 마이크로 버블의 생성시에 유체의 유동을 수반하지 않는, 유체가 정지되어 있는 것이어도 좋다. 이 경우, 후술의 실리콘 웨이퍼 세정 장치에서, 마이 크로 버블을 함유하는 유체를 세정조에 전송하기 위한 운송 장치가 필요하게 된다. 이러한, 마이크로 버블의 생성시에 유체의 유동을 수반하지 않는, 액체가 정지되어 있는 마이크로 버블 생성 기구(10)로서는 세공식, 회전식, 초음파식, 증기 응축식, 전기 분해식의 마이크로 버블 발생법을 이용하는 것이 있다.
또한, 도출 도관(20)에는 폭 확장부(21) 및 관부(22)가 마련되어 있다. 도출 도관(20)에서, 폭 확장부(21)와 관부(22)는 서로 접속되어 있고, 서로 연통되어 있다. 마이크로 버블 생성 기구(10)는 폭 확장부(21)에 접속되어 있고, 노즐(11)로부터 폭 확장부(21) 안에 축(z)을 중심축으로서 원뿔 형상으로 넓어지는 마이크로 버블(M)을 분출한다.
폭 확장부(21)는 축선(z)을 중심축선으로 하는 중공 원기둥형이고, 저면(23, 24)과, 원통형의 둘레면(25)을 가지며, 폭 확장부(21)의 한쪽 저면(23)을 통해 마이크로 버블 생성 기구(10)의 노즐(11)이 연통되어 있고, 다른쪽 저면(24)을 통해 관부(22)가 연통되어 있다. 마이크로 버블 생성 기구(10)의 노즐(11)은, 축선(z)을 중심축선으로 하는 원통형의 개구이고, 관부(22)는 축선(z)을 중심축선으로 하는 원통형의 관이다. 즉, 마이크로 버블 생성 장치(1)에서, 폭 확장부(21) 안을 흐르는 마이크로 버블의 유로축선과, 관부(22) 안을 흐르는 마이크로 버블의 유로축선은 동일한 축선(z)이고, 마이크로 버블은 서로 동일 방향으로 흐르게 되어 있다.
도출 도관(20)에서, 폭 확장부(21)의 마이크로 버블의 유로 단면의 면적, 즉 마이크로 버블의 유로축선인 축선(z)에 직교하는 단면의 면적은 관부(22)의 마이크로 버블의 유로 단면의 면적, 즉 마이크로 버블의 유로축선인 축선(z)에 직교하는 단면의 면적보다 크다. 또한, 폭 확장부(21)의 유로 단면의 면적은 마이크로 버블 생성 기구(10)의 노즐(11)의 축선(z)에 직교하는 단면(유로 단면)의 면적보다 크다. 또한, 폭 확장부(21)의 유로 단면의 면적 및 유로축선(z) 방향의 길이는 마이크로 버블 생성 기구(10)로부터 분출된 마이크로 버블이 버블 사이즈를 유지하면서 확산되어 안정화되는 크기로 설정되어 있다.
폭 확장부(21)의 사이즈에 관해서는, 마이크로 버블 생성 기구(10)에 공급하는 유체의 유량, 이 공급하는 유체의 유형이나 농도, 온도, 마이크로 버블 생성 기구(10)에 공급되는 기체의 유량, 또는 마이크로 버블 생성 기구(10)의 사양 등에 따라서 상이하다. 마이크로 버블 생성 기구(10)의 사양으로서는, 예컨대 마이크로 버블의 생성 방법의 유형, 사이즈, 버블 생성 효율 등이 있다.
예컨대, 폭 확장부(21)의 유로 단면의 직경(d1)은 50 ㎜～500 ㎜, 바람직하게는 75 ㎜～300 ㎜, 보다 바람직하게는 100 ㎜～200 ㎜이고, 폭 확장부(21)의 축선(z) 방향의 길이(11)는 50 ㎜～500 ㎜, 바람직하게는 75 ㎜～400 ㎜, 보다 바람직하게는 100 ㎜～300 ㎜이며, 폭 확장부(21)의 용량은 0.1 l～50 l(리터), 바람직하게는 0.2 l～10 l, 보다 바람직하게는 0.5 l～5 l이다. 또한 노즐(11)의 유로 단면의 직경에 대한 폭 확장부(21)의 유로 단면의 직경의 비는 선회 액류 방식과 같이, 노즐의 직경이 비교적 작고, 스프레이상(원뿔형)으로 마이크로 버블을 분출하는 타입의 마이크로 버블 생성 기구에서는, 10배～100배, 바람직하게는 15배～80배, 보다 바람직하게는 20배～60배이다. 또한 이젝터식과 같이, 노즐의 직경이 비교적 크고, 노즐의 형상대로 마이크로 버블을 분출하는 타입의 마이크로 버블 생성 기구에 있어서는, 노즐(11)의 유로 단면의 직경에 대한 폭 확장부(21)의 유로 단면의 직경의 비는 1.5배～50배, 바람직하게는 2배～40배, 보다 바람직하게는 3배～30배이다. 관부(22)의 유로 단면의 직경(d2)에 관하여, 폭 확장부(21)에서의 액체의 유량에 적합한 값이 선택될 수 있다.
또한, 폭 확장부(21)의 사이즈는 전술의 것에 한정되는 것이 아니라, 구체적인 전술의 조건에 따라서 설정된다. 폭 확장부(21)의 직경(d1)이 너무 작은 경우, 폭 확장부(21)의 길이(11)가 너무 짧은 경우, 또는 폭 확장부(21)의 용량이 너무 작은 경우, 발생하는 버블 사이즈가 커진다. 또한 폭 확장부(21)의 직경(d1)이 너무 커지는 경우, 폭 확장부(21)의 길이(11)가 너무 긴 경우, 또한 폭 확장부(21)의 용량이 너무 큰 경우, 마이크로 버블 생성 장치(1)의 설치를 위해 넓은 공간을 필요로 할 것이고, 동시에, 액체의 사용량이 증가할 것이다. 폭 확장부(21)의 사이즈는 이러한 사항도 고려하여 설정되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(1)에서는, 마이크로 버블 생성 기구(10)가, 도출 도관(20)의 유로 단면적이 큰 폭 확장부(21)를 통해, 유로 단면적이 작은 관부(22)에 접속되어 있고, 마이크로 버블 생성 기구(10)에 의해 생성된 마이크로 버블은, 우선 유로 단면적이 넓은 폭 확장부(21)에 분출된다. 따라서, 분출된 마이크로 버블은 도관벽에 충돌하지 않고 확산할 수 있고, 마이크로 버블이 서로 간섭되어 큰 버블 사이즈의 버블이 되지 않으며, 분출되었을 때의 작은 버블 사이즈를 유지하면서 폭 확장부(21) 안에서 액체 내에서 안정화될 때까지 확산할 수 있다. 따라서, 폭 확장부(21)로부터 관부(22)에, 세정 효과 가 높은, 분출되었을 때의 작은 버블 사이즈를 유지하는 마이크로 버블을 공급할 수 있고, 외부에 이 작은 버블 사이즈의 마이크로 버블을 도출할 수 있다.
또한, 마이크로 버블 생성 장치(1)는 마이크로 버블 생성 기구(10)와, 폭 확장부(21) 및 관부(22)를 갖는 도출 도관(20)으로 구성되어 있고, 그 구성이 간단하다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(1)는, 세정 효과가 높은 작은 버블 사이즈의 마이크로 버블을 외부에 제공할 수 있다. 또한 마이크로 버블 생성 장치(1)는 구조가 간단하여, 장치를 소형화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(1)에서는, 폭 확장부(21)의 형상을 중공 원기둥형으로 했지만, 폭 확장부(21)의 형상은 이것에 한하는 것이 아니다. 예컨대, 폭 확장부(21)는 중공 직방체형일 수 있다.
이어서, 상기 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(1)가 마련되어 있는, 실리콘 웨이퍼의 세정 장치를 설명할 것이다. 도 2는 마이크로 버블 생성 장치(1)가 마련된 실리콘 웨이퍼 세정 장치의 개략 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 세정 장치(100)에는 세정액(102)이 저장된 세정조(101)와, 세정조(101) 안의 세정액(102)을 순환시키기 위한 펌프(103)와 도관(104, 105)이 마련되어 있다. 펌프(103)는 도관(104)을 통해 세정조(101)로부터 세정액(102)을 흡입하고, 도관(105)을 통해 세정조(101)에 세정액(102)을 공급한다. 실리콘 웨이퍼 세정 장치(100)에는 마이크로 버블 생성 장 치(1)가 마련되어 있다. 마이크로 버블 생성 장치(1)는 도관(105) 중간에 설치되어 있다.
이하에, 실리콘 웨이퍼 세정 장치(100)에서의 실리콘 웨이퍼(W)의 세정 처리에 대해서 설명할 것이다.
예컨대, 단결정 실리콘 잉곳으로부터 절단된 복수 개의 실리콘 웨이퍼(W)를 (도시하지 않는) 홀더에 표면이 서로 마주 향하도록 등간격으로 배치하고, 세정조(101) 안에 배치하여 세정조(101)에 저장된 세정액(102) 안에 침지시킨다. 이어서, 펌프(103)를 작동시켜 세정액(102)을 세정조(101) 및 도관(104, 105) 사이에서 순환시킨다. 또한, 마이크로 버블 생성 장치(1)를 작동시켜, 마이크로 버블 생성 기구(10)에 의해 순환하는 세정액(102) 내에 마이크로 버블을 생성하고, 노즐(11)을 통해 도출 도관(20)의 폭 확장부(21)에 마이크로 버블을 분출하여, 마이크로 버블을 안정화시킨다. 그 후, 안정화된 작은 버블 사이즈의 마이크로 버블을 포함하는 세정액(102)을 관부(22)를 통해 도관(105)에 도출하고, 세정조(101) 안에 마이크로 버블을 공급한다. 세정조(101)에서, 세정액(102)은 마이크로 버블에 채워지고, 순환하는 마이크로 버블을 포함하는 세정액(102)에 의해 실리콘 웨이퍼(W)가 세정된다.
상기 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(1)가 마련된 실리콘 웨이퍼 세정 장치(100)에서는, 세정조(101) 안에, 세정 효과가 높은 작은 버블 사이즈의 마이크로 버블이 공급되기 때문에, 따라서, 세정력이 높고, 실리콘 웨이퍼(W)를 높은 세정도로 세정할 수 있으며, 실리콘 웨이퍼의 세정 성능을 향상시 킨다.
또한, 마이크로 버블 생성 장치(1)는 상기와 같이 소형이기 때문에, 실리콘 웨이퍼 세정 장치(100)에서, 배치 위치의 자유도가 높고, 실리콘 웨이퍼 세정 장치(100)의 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다. 또한 실리콘 웨이퍼 세정 장치(100)를 소형화할 수 있고, 사용이나 이동을 용이하게 할 수 있으며, 취급을 용이하게 할 수 있다.
이어서, 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 다른 실시예를 설명할 것이다. 이하, 상기 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(1)와 상이한 부분만 설명할 것이고, 동일 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략할 것이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(200)는, 마이크로 버블 생성 장치(1)에 대하여 도출 도관의 구조만이 상이하다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 마이크로 버블 생성 장치(200)에서, 도출 도관(210)은, 폭 확장부(21)에 대한 관부(22)의 접속 위치가 상이하다. 도출 도관(210)에서, 관부(22)는 그 유로축선(z1)이 폭 확장부(21)에서의 마이크로 버블(M)의 유로축선(z)과 동일하지 않고, 평행하게 어긋나 있다.
제1 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(1)에서는, 도관(22)의 유로축선(축선 z)이 폭 확장부(21)에서의 마이크로 버블의 유로축선(축선 z)과 동일하고, 마이크로 버블 생성 기구(10)의 노즐(11)의 마이크로 버블 분출 방향에 도관(22)의 입구 개구가 있기 때문에, 폭 확장부(21) 안에서 와류가 발생한 경우, 와류의 중심에 공기의 통로가 형성되며, 이 공기에 의해 액체 내의 버블의 버블 사이즈가 커지는 경우가 있다. 반면에, 제2 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(200)에서는, 관부(22)가, 그 유로축선(z1)이 폭 확장부(21)에서의 마이크로 버블(M)의 유로축선(z)에 대하여 평행하게 오프셋되어 있다. 따라서, 폭 확장부(21) 안에서의 와류의 발생을 방지할 수 있고, 작은 버블 사이즈의 마이크로 버블을 보다 많이 관부(22)에 공급할 수 있다. 특히 본 실시예는, 와류를 생성하는 마이크로 버블 생성 방법을 사용하는 마이크로 버블 생성 기구(10)에서 특히 유효하다. 와류를 생성하는 마이크로 버블 생성 방법에는 선회 액류식, 스태틱 믹서식, 또는 원심 펌프와 선회류식 마이크로 버블 생성기의 조합이 있다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 제3 실시예 내지 제6 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 개략 구성을 각각 도시하는 도면이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(300)는 마이크로 버블 생성 장치(1)에 대하여 도출 도관의 구조만이 상이하다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 마이크로 버블 생성 장치(300)에서, 도출 도관(310)은 폭 확장부(21)에 대한 관부(22)의 접속 위치가 상이하다. 도출 도관(310)에서, 관부(22)는 그 유로축선(zl)이 폭 확장부(21)에서의 마이크로 버블(M)의 유로축선(z)과 동일하지 않고, 평행하게 어긋나 있으며, 또한 관부(22)는 폭 확장부(21)에서 마이크로 버블 생성 기구(10)가 부착되어 있는 저면(23) 위에 접속되어 있다. 이 구성에 의해, 폭 확장부(21)에서의 마이크로 버블의 흐름 방향과, 관부(22)에서의 마이크로 버블의 흐름 방향은 서로 역방향이 된다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(400)는 마이크로 버블 생성 장치(300)에 대하여 도출 도관의 구조만이 상이하다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 마이크로 버블 생성 장치(400)에서, 도출 도관(410)은 폭 확장부(411)의 형상이 상이하다. 도출 도관(410)에 있어서, 폭 확장부(411)는 마이크로 버블 생성 기구(10) 및 관부(22)가 접속된 저면(412)이, 유로축선(z, z1)에 대하여 직교하지 않는다. 폭 확장부(411)는 마이크로 버블 생성 기구(10)의 접속 위치로부터 관부(22)의 접속 위치 방향을 향해, 저면(412)이 마주 향하는 저면(24)으로부터 점차 떨어지는 방식으로 형성되어 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(500)는, 마이크로 버블 생성 장치(1)에 대하여 도출 도관의 구조만이 상이하다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 마이크로 버블 생성 장치(500)에서, 도출 도관(510)은 폭 확장부(21)에 대한 관부(22)의 접속 위치가 상이하다. 도출 도관(510)에서, 관부(22)는 그 유로축선(z1)이 폭 확장부(21)에서의 마이크로 버블(M)의 유로축선(z)과 동일하지 않고, 서로 직교한다. 즉, 관부(22)는 폭 확장부(21)의 원통형 둘레면(25)에 세워져 설치되어 있다. 본 실시예에서는, 관부(22)는 저면(23)측의 가장자리부에 세워져 설치되어 있다. 이 구성에 의해 폭 확장부(21)에서의 마이크로 버블의 흐름 방향과, 관부(22)에서의 마이크로 버블의 흐름 방향은 서로 직교한다. 또한, 관부(22)는 폭 확장부(21)에서 마이크로 버블 생성 기구(10)가 부착되어 있는 저면(23)측에 부착되는 것으로 했지만, 관부(22)를 저면(24)측에 설치하여도 좋다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(600)는, 마이크로 버블 생성 장치(500)에 대하여 도출 도관의 구조만이 상이하다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 마이크로 버블 생성 장치(600)에서, 도출 도관(610)은 폭 확장부(611)의 형상이 상이하다. 도출 도관(610)에서, 폭 확장부(611)는 관부(22)가 접속된 둘레면(612)이 원통형이 아니라, 마이크로 버블 생성 기구(10)의 접속된 저면(23)으로부터 대향하는 저면(24)을 향해, 유로 단면적이 감소하도록 형성되어 있다. 즉, 도 7에 도시하는 바와 같이, 폭 확장부(611)의 둘레면(612)은 대략 원뿔대 둘레면을 형성하고 있고, 폭 확장부(611)는 유로축선(z)을 따르는 단면이 사다리꼴이 되도록 형성되어 있다. 이것은, 폭 확장부(611)에 기포가 잘 저장되지 않게 하기 위해서이다.
상기 본 발명의 제3 실시예 내지 제6 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(300 내지 600)에서는, 상기 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(200)와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 본 발명의 제7 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(700)는 마이크로 버블 생성 장치(1)에 대하여 도출 도관의 구조만이 상이하다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 마이크로 버블 생성 장치(700)에서, 도출 도관(710)은 폭 확장부(21)에 대하여, 마이크로 버블 생성 기구(10)가 부착된 저면(23)에 폭 확장부(21) 안에 유체를 공급하는 공급 도관(711)이 접속되어 있는 점이 상이하다. 본 실시예에서는, 저면(23)의 가장자리부에 2개의 공급 도관(711)이 설치되어 있지만, 공급 도관(711)의 수는 이것에 한정되는 것이 아니다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치(700)에서는, 폭 확장부(21)에서, 마이크로 버블 생성 기구(10)가 부착된 저면(23)의 가장자리부에, 폭 확장부(21) 안에 유체를 공급하는 공급 도관(711)이 설치되어 있기 때문에, 폭 확장부(21) 안의 저면(23) 가장자리부 근방의 영역(영역 p)의 유체를 유동시켜, 영역(p)에서의 유체의 체류를 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 버블 생성 장치는, 상기 본 발명의 각 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 형상이나 구성에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 각 실시예의 조합이어도 좋다. 또한, 예컨대 마이크로 버블 생성 장치(1)의 폭 확장부(21)의 형상은, 도 9에 도시하는 바와 같이, 유로축선(z)을 중심축선으로서 마이크로 버블의 흐름 방향으로 넓어지는 중공 원뿔 형상(원뿔대 형상)이어도 좋고, 또한 도 10에 도시하는 바와 같이, 유로축선(z)을 중심축선으로서 마이크로 버블의 흐름 방향으로 넓어지고, 소정의 위치로부터 재차 좁아지는 형상이어도 좋다. 또한 관부(22)는 유로축선(z1)이 폭 확장부의 유로축선(z)에 대하여 직교하지 않고, 비스듬하게 교차하도록 배치되어 있어도 좋다.
본 발명에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 설치의 방향은, 도 1 및 도 3 내지 도 10에 도시한 방향에 한정되는 것이 아니다. 단, 기포가 폭 확장부(21)에 잘 체류되지 않게 하기 위해, 관부(22)는 가능한 한 상측에 있는 편이 더 바람직하다. 예컨대, 도 4, 5에 도시하는 마이크로 버블 생성 장치를 우측으로 90도 회전시킨 설치 방향, 도 6, 7에 도시하는 마이크로 버블 생성 장치를 좌측으로 90도 회전시 킨 설치 방향이어도 좋다.
본 발명에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 재질에 대해서도 특별히 제한은 없다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성 장치는, 실리콘 웨이퍼 세정 장치 이외의 세정 장치, 예컨대 부품 세정기, 세탁기 등에 적용하여도 좋다. 또한 욕조, 활어조, 수족관의 수조, 또는 감상어용의 수조에 설치하여도 좋다. 이 경우, 예컨대, 순환 여과 필터의 순환로에 접속하는 것을 생각할 수 있다. 또한 가정용 샤워 호스의 중간이나 수도관 중간에 설치하여도 좋다.
또한, 구체적으로는, 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성 장치는 에칭력을 갖는 알칼리 세정액에서 적용할 수 있다.
마이크로 버블의 작용에 의해, 에칭력을 갖는 알칼리 세정액에서의 에칭율이 향상되는 것이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성 장치를 갖는 실리콘 웨이퍼 세정 장치(100)에 의해, 종래의 마이크로 버블 생성 장치가 세정조 안에 침지된 종래의 실리콘 웨이퍼 세정 장치와 동등하게 에칭율을 향상시킬 수 있다.
[실시예]
우선, 직경 200 ㎜ 실리콘 웨이퍼의 미러면에, CVD에 의해 폴리실리콘층을 두께 약 1 ㎛ 퇴적시켜 평가용 시료를 제작하였다. 이어서, 세정 전의 시료의 폴리실리콘층의 두께를 나노스펙(나노메트릭스사제)을 이용하여 측정하였다.
이어서, 도 11에 도시하는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 세정 장치(110)를 이용 하여 상기 시료를 세정하였다(실시예 1). 실리콘 웨이퍼 세정 장치(110)는 도 2 실리콘 웨이퍼 세정 장치(100)에서, 마이크로 버블 생성 장치로서 도 6에 도시하는 형상의 마이크로 버블 생성 장치(500)를 사용한 것이다. 마이크로 버블 생성 장치(500)에는 선회 액류식(나노플라넷 연구소제 M2-MS/PTFE형)을 사용하였다. 폭 확장부는 직경 100 ㎜×길이 200 ㎜의 형상으로서, 석영유리제의 것을 사용하였다. 세정 처리에서, 구체적으로는 세정조(101) 안에는 세정액으로서 에칭력을 갖는 알칼리 세정액, 예컨대, 테크니클린 200EF(주성분: 알카리성 무기염, 음이온계 계면활성제, 논이온계 계면활성제, 물)를, 초순수로써 20배로 희석한 것을 이용하였다. 또한 세정 처리마다 사용한 세정액은 폐기하고, 새로운 세정액을 사용하였다. 세정조(101) 안에는 상기 세정액을 20 L(리터) 넣고, 세정액의 온도를 50℃로 하며, 이 세정액 내에 시료를 30분간 침지하였다. 그 후, 세정한 시료를 취출하고, 20℃ 초순수조에 넣어 10분간 린스하였다. 그 후, 이 시료를 스핀드라이어로써 건조하였다.
이어서, 전술과 같이 세정 처리를 행한 실시예 1에 따른 시료에 대해서, 세정 전의 측정과 마찬가지로, 시료의 폴리실리콘층의 두께를 측정하였다.
또한, 도 12에 도시하는 바와 같이, 마이크로 버블 생성 장치를 갖지 않는 실리콘 웨이퍼 세정 장치(800)에 의해, 상기 시료를 세정하였다(비교예 1). 즉, 마이크로 버블을 이용하지 않는, 세정액의 순환을 행하지 않는 세정 처리를 행하였다.
또한, 도 13에 도시하는 바와 같이, 마이크로 버블 생성 장치(나노플라넷 연 구소제 M2-MS/PTFE형)의 노즐부가 세정조(901)의 저면에 하나 배치된 실리콘 웨이퍼 세정 장치(900)에 의해, 상기 시료를 세정하였다(비교예 2).
또한, 도 14에 도시하는 바와 같이, 마이크로 버블 생성 장치(1002)의 마이크로 버블 생성 기구(1003)의 마이크로 버블 노즐에, 외경 3/4 인치, 내경 5/8 인치의 테플론(등록상표)(PFA) 튜브(1004)를 직접 접속하고(도 15 참조), 그 테플론 튜브(1004)를 세정조(1001)에 도입한 실리콘 웨이퍼 세정 장치(1000)에 의해, 상기 시료를 세정하였다(비교예 3).
비교예 1～3에서의 세정 처리, 즉, 세정조, 세정액 조성, 세정액량, 세정 시간, 린스 시간, 및 건조 방법 등은 상기 실시예 1과 같다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로 세정 후의 시료를 측정하였다.
실시예 1의 시료, 비교예 1～3의 시료가 측정된 세정 전후의 폴리실리콘층의 두께로부터, 에칭율을 산출하였다. 이 결과를 표 1에 나타낸다. 또한 표 1에서, 액류량은 마이크로 버블 생성 장치에 도입하는 세정액의 유량이다. 도입 공기량은 마이크로 버블 생성 장치에 도입하는 공기의 유량이다.
마이크로버블 액류량(리터/분) 도입공기량(리터/분) 에칭률(nm/분)
비교예 1 없음 0.84
비교예 2 조내 침지 8.0 0.3 1.63
비교예 3 인라인(3/4 인치 튜브 직접 접속) 7.5 0.1 0.89
실시예 1 인라인(본 발명의 장치를 접속) 7.5 0.1 1.36
표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 세정 장치(실시예 1)에 의하면, 종래의 마이크로 버블 발생 장치가 세정조 안에 침지된 종래의 실리콘 웨이퍼 세정 장치(비교예 2)와 같은 에칭율 향상의 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 세정 장치(실시예 1)는 마이크로 버블을 효과적으로 발생시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
실시예 1이 비교예 2보다 에칭율이 약간 낮지만, 이것은 액유량, 공기 도입량이 실시예 1쪽이 적은 것이 영향을 미친다고 생각되고, 실시예 1은 비교예 2와 거의 동등한 마이크로 버블 생성 능력이 있는 것으로 생각된다.
마이크로 버블 생성 기구의 마이크로 버블 노즐에 테플론 튜브를 직접 접속한 비교예 3에서는, 테플론 튜브가 너무 가늘기 때문에 와류가 발생하고, 큰 기포가 생성되어 있었다. 마이크로 버블이 없는 비교예 1과 비교하여 현저한 에칭율의 향상은 볼 수 없었다.
이와 같이, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 세정 장치에 의하면, 종래의 마이크로 버블 발생 장치가 세정조 안에 침지된 종래의 실리콘 웨이퍼 세정 장치와 동등하게 실리콘 웨이퍼 표면의 각종 오염 물질(입자, 이온, 금속, 유기물 등)의 제거 능력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 개략 구성을 도시한 도면으로, 도 1(a)는 사시도, 도 1(b)는 정면도.
도 2는 도 1의 마이크로 버블 생성 장치를 구비하는 실리콘 웨이퍼 세정 장치의 개략 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 마이크로 버블 생성 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 9는 도 1의 마이크로 버블 생성 장치의 변형예를 도시하는 도면.
도 10은 도 1의 마이크로 버블 생성 장치의 다른 변형예를 도시하는 도면.
도 11은 실시예 1에서의 실리콘 웨이퍼 세정 장치를 도시하는 도면.
도 12는 비교예 1에서의 실리콘 웨이퍼 세정 장치를 도시하는 도면.
도 13은 비교예 2에서의 실리콘 웨이퍼 세정 장치를 도시하는 도면.
도 14는 비교예 3에서의 실리콘 웨이퍼 세정 장치를 도시하는 도면.
도 15는 도 14의 실리콘 웨이퍼 세정 장치의 마이크로 버블 생성 장치를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 200, 300, 400, 500, 600, 700: 마이크로 버블 생성 장치
10: 마이크로 버블 생성 기구
11: 노즐
20, 210, 310, 410, 510, 610: 도출 도관
21, 411, 611: 폭 확장부
22: 관부
23, 24, 412: 저면
25, 612: 둘레면
100: 실리콘 웨이퍼 세정 장치
101: 세정조
102: 세정액
103: 펌프
104, 105: 도관
711: 공급 도관
z, z1: 축선
M: 마이크로 버블
W: 실리콘 웨이퍼

Claims (9)

  1. 마이크로 버블을 생성하는 마이크로 버블 생성 기구; 및
    상기 마이크로 버블 생성 기구에 의해 생성된 마이크로 버블을 도출하기 위해 상기 마이크로 버블 생성 기구에 접속된 도출 도관
    을 포함하는 마이크로 버블 생성 장치로서,
    상기 마이크로 버블 생성 기구에는 마이크로 버블을 외부에 분출하는 노즐이 마련되며, 상기 도출 도관에는 서로 연통하는 폭 확장부와 관부가 마련되고, 상기 폭 확장부는 마이크로 버블의 유로 단면적이 상기 관부보다 크며, 상기 마이크로 버블 생성 기구는 상기 폭 확장부에 접속되어 있는 것인 마이크로 버블 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폭 확장부에서의 마이크로 버블의 유로축선과 상기 관부에서의 마이크로 버블의 유로축선이 서로 동일 방향으로 연장되도록, 상기 마이크로 버블 생성 기구 및 상기 관부가 상기 폭 확장부에 접속되어 있는 것인 마이크로 버블 생성 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폭 확장부에서의 마이크로 버블의 흐름 방향과, 상기 관부에서의 마이크로 버블의 흐름 방향은, 서로 역방향인 것인 마이크로 버블 생성 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폭 확장부에서의 마이크로 버블의 유로축선과 상기 관부에서의 마이크로 버블의 유로축선이 서로 교차하도록, 상기 마이크로 버블 생성 기구 및 상기 관부가 상기 폭 확장부에 접속되어 있는 것인 마이크로 버블 생성 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 폭 확장부에서의 유로축선과 상기 관부에서의 유로축선이 서로 직교하도록, 상기 마이크로 버블 생성 기구 및 상기 관부가 상기 폭 확장부에 접속되어 있는 것인 마이크로 버블 생성 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 버블 생성 기구는, 상기 노즐이 상기 관부에서의 마이크로 버블의 유로축선상에서 벗어나도록 상기 폭 확장부에 접속되어 있는 것인 마이크로 버블 생성 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폭 확장부는 원형의 유로 단면을 갖는 것인 마이크로 버블 생성 장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관부는 상기 폭 확장부에서 상기 노즐 근방에 설치되어 있는 것인 마이크로 버블 생성 장치.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 마이크로 버블 생성 장치가 마련된 실리콘 웨이퍼를 세정하는 실리콘 웨이퍼 세정 장치로서,
    피세정체로서의 실리콘 웨이퍼를 수용하는, 세정액을 저장하는 세정조; 및
    상기 세정조 안의 세정액을 순환시키는 펌프 및 도관을 구비한 펌프 장치
    를 포함하고, 상기 마이크로 버블 생성 장치는, 상기 펌프 장치의 도관에 마련되어 있는 것인 실리콘 웨이퍼 세정 장치.
KR1020090115163A 2008-12-25 2009-11-26 마이크로 버블 생성 장치 및 실리콘 웨이퍼 세정 장치 KR101136278B1 (ko)

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