KR101935578B1 - 고온혼상유체 세정시스템 및 세정방법 - Google Patents

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Abstract

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고온혼상유체 세정시스템은 특정 기준 온도 이상의 고온스팀을 발생시키는 고온스팀발생장치, 상기 고온스팀을 세정노즐로 이동시키는 스팀이송관, 및 스팀세정을 수행하는 상기 세정노즐을 포함하고, 상기 세정노즐은 외부공간으로부터 내부공간을 분리시키는 몸체, 상기 몸체 내부로 상기 고온스팀을 들이는 스팀유입관, 상기 몸체 내부로 오존수를 들이는 오존수유입관, 및 상기 고온스팀과 상기 오존수가 혼합된 고온혼상유체를 세정하고자 하는 대상에 분사하는 분사구를 포함한다.

Description

고온혼상유체 세정시스템 및 세정방법{HIGH TEMPERATURE MIXED-PHASE FLUID CLEANING SYSTEM AND CLEANING METHOD}
본 발명은 세정장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 세정에 이용되는 고온혼상유체 세정시스템 및 세정방법에 관한 것이다.
최근 반도체 장치가 고집적화 되면서 기판 상에 구현해야 하는 회로의 패턴 역시 점차 미세화 되고 있다. 그래서 기판 상의 패턴은 아주 미세한 오염물에 의해서도 반도체 소자의 불량을 발생하게 할 수 있으며, 이에 따라 세정공정의 중요성이 더욱 더 부각되고 있다.
이러한 세정공정에서 일반적으론, 초음파 발진기를 거친 순수를 분사하거나, 고압 노즐을 사용하여 순수를 분사한다. 그러나 이러한 초음파가 인가되거나 또는 고압의 순수 등 만을 이용해서 기판을 세정하면, 기판의 표면에 단순 부착되어 있는 오염물은 제거할 수 있으나, 포토레지스트 같은 기판의 표면에 강하게 결합되어 있거나 패턴에 강하게 부착되어 있는 오염물의 경우에는 이를 단시간 내에 효과적으로 제거할 수 없다. 따라서 제거되지 않은 오염물에 의해서 후속 공정에서 막질의 균일도를 저하시키거나 기판의 결함을 초래할 수 있다.
이에 따라 잘 제거되지 않는 오염물을 제거하기 위해서 분사하는 순수의 압력을 높여, 고압순수세정을 실행해왔다. 그러나 분사압력이 높아짐에 따라서 미세한 반도체 회로의 패턴들이 무너지고 이로 인해 반도체 회로가 제대로 작동하지 않는 문제가 생겼다.
또한 분사압력을 높인다 하여도, 순수의 입자 크기 자체가 반도체 회로의 패턴간의 사이사이에 들어가기에 충분히 작지 않기 때문에, 세정이 불가능한 패턴간의 사이가 여전히 존재한다는 문제가 있다.
따라서, 고압의 순수를 분사하는 고압순수세정 대신에, 오존(O3) 및 플라즈마를 이용한 1차화학적세정, 브러쉬를 이용한 1차물리적세정, 남은 잔여 오염물을 세정하기 위한 2차세정을 포함하는 3 단계 세정을 실시해왔다.
그러나, 이와 같은 일반적인 방법은 제조 라인이 길어져야 하는 단점을 가지고 있다. 또한 여러 공정을 거치므로 세정 시간이 증가되어 생산 효율을 저하시키는 원인이 되며, 각각 단계의 세정과 세정 사이의 이동시 마다 기판이 재오염될 소지가 있다.
본 발명의 목적은 복수 단계의 세정으로 인한, 제조 라인의 길어짐, 세정 시간 증가, 세정과 세정 사이의 재오염으로 인한 생산효율을 감소를 방지하는 고온혼상유체 세정시스템 및 세정방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 고압순수세정으로 인한 기판의 패턴붕괴를 방지하는 고온혼상유체 세정시스템 및 세정방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 미세화된 패턴의 사이사이의 세정이 가능한 고온혼상유체 세정시스템 및 세정방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고온혼상유체 세정시스템은 특정 기준 온도 이상의 고온스팀을 발생시키는 고온스팀발생장치, 상기 고온스팀을 세정노즐로 이동시키는 스팀이송관, 및 스팀세정을 수행하는 상기 세정노즐을 포함하고, 상기 세정노즐은 외부공간으로부터 내부공간을 분리시키는 몸체, 상기 몸체 내부로 상기 고온스팀을 들이는 스팀유입관, 상기 몸체 내부로 오존수를 들이는 오존수유입관, 및 상기 고온스팀과 상기 오존수가 혼합된 고온혼상유체를 세정하고자 하는 대상에 분사하는 분사구를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 세정노즐은 상기 몸체 내부로 기체를 들이는 추가유입관을 더 포함하여, 상기 고온혼상유체 및 상기 기체 중 적어도 하나 이상을 상기 분사구를 통하여 분사할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 기체는 청정공기(CDA, clean dry air), 질소(N2), 산소(O2) 및 스팀 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 특정 기준 온도 이상의 고온스팀을 발생시키는 고온스팀발생장치, 상기 고온스팀을 세정노즐로 이동시키는 스팀이송관, 및 스팀세정을 수행하는 상기 세정노즐을 포함하고, 상기 세정노즐은 외부공간으로부터 내부공간을 분리시키는 몸체, 상기 몸체 내부로 상기 고온스팀과 함께 공기 또는 산소를 들이는 스팀유입관, 상기 몸체 내부로 순수를 들이는 순수유입관, 상기 몸체 내부 및 상기 몸체 외부 중 적어도 하나 이상의 위치에 구비되어, 상기 공기 또는 상기 산소에 자외선을 조사하여 오존을 생성시켜 상기 순수를 오존수로 변환하는 UV 램프, 및 상기 고온스팀과 상기 오존수가 혼합된 고온혼상유체를 세정하고자 하는 대상에 분사하는 분사구를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 순수는 탈이온수(DIW, deionized water) 및 초순수(UPW, ultrapure water) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 UV 램프가 상기 몸체 외부에 위치하는 경우, 상기 몸체는 상기 UV 램프로부터 방출된 자외선을, 상기 몸체 내부로 투과시키는 창(window)을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 창을 바라보는 방향으로 반사면을 구비하는 반사판을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 세정노즐은 상기 몸체 내부로 기체를 들이는 추가유입관을 더 포함하여, 상기 고온혼상유체 및 상기 기체 중 적어도 하나 이상을 상기 분사구를 통하여 분사할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 기체는 청정공기(CDA, clean dry air), 질소(N2), 산소(O2) 및 스팀 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 고온스팀발생장치가 특정 기준 온도 이상의 고온스팀을 발생시키는 단계, 상기 고온스팀과 오존수가 혼합된 고온혼상유체를 형성하는 단계, 및 세정하고자 하는 대상에 상기 고온혼상유체를 분사하는 단계를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 고온스팀과 오존수가 혼합된 고온혼상유체를 형성하는 단계는 오존수유입관을 통하여, 몸체 외부로부터 몸체 내부로 오존수를 들이는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 고온스팀과 오존수가 혼합된 고온혼상유체를 형성하는 단계는 스팀유입관을 통하여, 몸체 외부로부터 몸체 내부로 상기 고온스팀과 함께 공기 또는 산소를 들이는 단계, 순수유입관을 통하여, 상기 몸체 외부로부터 상기 몸체 내부로 순수를 들이는 단계, 및 상기 몸체 내부 및 상기 몸체 외부 중 적어도 하나 이상의 위치에 구비된 UV 램프를 통하여, 상기 공기 또는 상기 산소에 자외선을 조사하여 오존을 생성시켜 상기 순수를 오존수로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 추가유입관을 통하여, 기체를 상기 몸체 내부로 들이는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 추가유입관을 통하여, 기체를 상기 몸체 내부로 들이는 단계는 질소, 산소 및 청정공기 중 어느 하나 이상을 구비하는 기체를 상기 몸체 내부로 들이는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고온혼상유체 세정시스템 및 세정방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수 단계의 세정으로 인한, 제조 라인의 길어짐, 세정 시간 증가, 세정과 세정 사이의 재오염을 감소시켜 생산효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 고압순수세정으로 인한 기판의 패턴붕괴를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 미세화된 패턴의 사이사이의 세정이 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 고온혼상유체 세정시스템의 개략도 이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 고온혼상유체 세정시스템에 포함된 세정노즐의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른, 고온혼상유체 세정시스템에 포함된 세정노즐의 단면도 이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른, 세정노즐의 오존수와 고온스팀이 혼합되는 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른, 고온혼상유체 세정시스템에 포함된 세정노즐의 단면도이다.
도 6는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른, 고온혼상유체 세정방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 고온혼상유체 세정시스템의 개략도 이다.
도 1을 참조하면, 고온혼상유체 세정시스템은 고온스팀발생장치(1), 스팀이송관(2) 및 세정노즐(3)을 포함할 수 있다.
구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 고온스팀발생장치(1)은 특정 기준 온도 이상의 고온스팀을 발생시킬 수 있다. 여기서, 특정 기준 온도는 100o 이상 160o 이하에 속할 수 있다. 이후, 고온스팀발생장치(1)로부터 발생한 고온스팀은 스팀이송관(2)을 통하여 스팀세정을 수행하는 세정노즐(3)로 이송될 수 있다. 세정노즐(3)은 스팀이송관(2)으로부터 들여온 고온스팀을 세정하고자 하는 대상(40)에 분사하여 스팀세정을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 고온혼상유체 세정시스템에 포함된 세정노즐의 단면도이다. 이하, 도 2를 참조하여 세정노즐(3)을 통한 스팀세정의 과정을 구체적으로 설명한다.
도 2을 참조하면, 고온혼상유체 세정시스템에 포함된 세정노즐은, 외부공간으로부터 내부공간을 분리시키는 몸체(100), 몸체 내부(101)로 고온스팀(21)을 들이는 고온스팀유입관(204), 몸체 내부(101)로 오존수(12)를 들이는 오존수유입관(201), 및 고온스팀(21)과 오존수(12)가 혼합된 고온혼상유체(31)를 세정하고자 하는 대상에 분사하는 분사구(222)를 포함할 수 있다.
먼저, 고온스팀유입관(204)을 통하여 몸체(100)의 외부로부터 몸체 내부(101)로 고온스팀(21)을 들일 수 있고, 오존수유입관(201)을 통하여 오존수(12)를 몸체 내부(101)로 들일 수 있다. 이는 몸체 내부(101)에, 물분자(H2O)를 용매로 하여 용질로서 오존(O3)이 용해된 오존수를 포함하는 고온혼상유체(31)를 생성하기 위함이다.
한편, 오존수(12)를 몸체(100)의 외부로부터 들이지 않고, 내부에서 직접 오존을 생성할 수도 있다. 이에 관한 구체적인 설명은 도 3을 통하여 후술한다.
이후, 세정노즐(3)은 몸체 내부(101)에 형성된 고온혼상유체(31)를 분사관(220) 및 분사구(222)를 통하여 세정하고자 하는 대상으로 분사될 수 있다. 분사된 고온혼상유체(31)는 세정하고자 하는 대상에 존재하는 오염물을 해당 대상으로부터 분리하여 제거세정할 수 있다.
오염물이 분리 및 제거되는 세정과정은 도 6 이하에서 후술한다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른, 고온혼상유체 세정시스템에 포함된 세정노즐의 단면도 이다.
도 3을 참조하면, 고온혼상유체 세정시스템에 포함된 세정노즐은, 외부공간으로부터 내부공간을 분리시키는 몸체(100), 몸체 내부(101)로 고온스팀(21)과 함께 공기 또는 산소(23)를 들이는 스팀유입관(204), 몸체 내부(101)로 순수(10)를 들이는 순수유입관(202), 몸체 내부(101) 및 몸체 외부 중 적어도 하나 이상의 위치에 구비되어, 공기 또는 산소(23)에 자외선을 조사하여 오존을 생성시켜 순수(10)를 오존수로 변환하는 UV 램프(302), 및 고온스팀(21)과 오존수가 혼합된 고온혼상유체(31)를 세정하고자 하는 대상에 분사하는 분사구(222)를 포함할 수 있다.
여기서, 순수는 이온을 포함하지 않는 탈이온수(DIW, deionized water) 및 이온과 이온 이외의 불순물들을 포함하지 않는 초순수(UPW, ultrapure water) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
먼저, 고온스팀유입관(204)을 통하여 몸체(100)의 외부로부터 몸체 내부(101)로 고온스팀(21)과 공기 또는 산소(23)를 들일 수 있고, 오존수유입관(201)을 통하여 오존수(12)를 몸체 내부(101)로 들일 수 있고, 순수유입관(202)을 통하여 몸체(100)의 외부로부터 몸체 내부(101)로 순수(10)를 들일 수 있다. 동시에 몸체 내부(101) 및 몸체 외부 중 적어도 하나 이상의 위치에 구비되는 UV 램프(302)가 몸체 내부(101)의 공기 또는 산소(23)로 자외선(UV, ultraviolet rays)을 방출한다. 이에 따라 공기 또는 산소(23)에 포함된 산소분자(O2)가 오존으로 변화될 수 있고, 순수가 해당 오존을 통하여 오존수로 변환될 수 있다.
특히, UV 램프(302)가 몸체 외부에 위치하는 경우, 고온혼상유체(31)가 분사관(220) 및 분사구(222)를 통하여 분사되기 전에, 몸체(100)의 외부에 위치한 UV 램프(303)를 통하여, 고온혼상유체(31)에 용해된 오존의 농도가 증가할 수 있다.
이 경우, UV 램프(302)가 몸체(100)의 바깥쪽에 있음으로, UV 램프(302)로부터 방출된 자외선이 노즐의 분사관(220) 으로 투과할 수 있도록, 세정노즐(3)은 자외선을 투과시키는 창(window, 306)을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고온혼상유체 세정시스템은, UV 램프(302)에서 몸체(100)의 반대방향으로 방출되는 자외선을 몸체(100)쪽으로 반사시키는 반사판(304)를 더 포함할 수 있다. 이로 인해, UV 램프(302)에서 방출된 자외선은 바로 창(306)을 지나거나, 반사판(304)에서 반사 된 후 창(306)을 지나서, 분사관(220)으로 투과할 수 있다.
이후, 세정노즐(3)은 몸체 내부(101)에 형성된 고온혼상유체(31)를 분사관(220) 및 분사구(222)를 통하여 세정하고자 하는 대상으로 분사할 수 있다. 분사된 고온혼상유체(31)는 세정하고자 하는 대상에 존재하는 오염물을 해당 대상으로부터 분리하여 제거할 수 있다. 오염물이 분리 및 제거되는 세정과정은 도 6 이하에서 후술한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른, 세정노즐의 오존수와 고온스팀이 혼합되는 영역을 확대하여 나타낸 도면이다. 이하, 도 4를 참조하여 오존수(12)와 고온스팀(21)이 혼합되는 과정을 구체적으로 설명한다.
도 4를 참조하면, 몸체 내부의 고온혼상유체(31)는 고온스팀(21)이 분사관에 도달하기 전에 오존수(12)와 혼합되어 형성될 수 있다. 이때, 오존수(12)는 오존수유입관을 통하여 오존수유입구(203)로부터 몸체 내부로 분사될 수 있다. 여기서 오존수유입구(203)는 오존수유입관보다 좁은 통로를 가질 수 있다. 이로 인해, 오존수(12)는 오존수유입관에서 이동하던 속력보다 증가된 속력과, 넓은 분사각을 가지고 몸체 내부로 분사될 수 있다. 이로인해서, 오존수(12)는 몸체 내부에 보다 고르게 비산함으로써, 고온스팀(21)과 더 효과적으로 혼합될 수 있다.
도 5은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른, 고온혼상유체 세정시스템에 포함된 세정노즐의 단면도이다. 이하, 도 5를 참조하여 추가유입관(206)을 더 포함하는 세정노즐(3)을 통한 스팀세정의 과정을 구체적으로 설명한다.
도 5을 참조하면, 세정노즐(3)은 몸체 내부(101)로 기체(22)를 들이는 추가유입관(206)을 더 포함하여, 고온혼상유체(31) 및 기체(22) 중 적어도 하나 이상을 분사구(222)를 통하여 세정하고자 하는 대상에 분사할 수 있다. 여기서, 기체(22)는 청정공기(CDA, clean dry air), 질소(N2), 산소(O2) 및 스팀 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 특히, 고온혼상유체(31)와 기체(22)를 함께 대상에 모두 들이고 분사하는 경우, 고온혼상유체(31)만을 분사하는 경우보다 효과적인 세정을 할 수 있다. (이에 대한 구체적인 내용은 후술한다.)
또 다른 일 실시 예에 있어서, 도 3의 세정노즐 또한 도 5와 마찬가지로 기체를 들이는 추가유입관을 더 포함할 수 있다. 추가유입관(206)을 더 포함하여 고온혼상유체(31)와 기체(22)를 함께 대상에 분사하는 경우, 고온혼상유체(31)만을 분사하는 경우보다 효과적인 세정을 할 수 있다. 추가유입관(206)을 더 포함하는 고온혼상유체 세정시스템 및 세정방법에 대한 구체적인 설명은 도 6 이하에서 후술한다.
도 6는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른, 고온혼상유체 세정방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 고온혼상유체 세정방법은 S100단계 내지 S300단계를 포함할 수 있다. 먼저, 고온스팀발생장치가 특정 기준 온도 이상의 고온스팀을 발생시킬 수 있다(S100). 발생된 고온스팀은 스팀이송관을 통하여 세정노즐로 이동할 수 있다. 다음으로, 고온스팀과 오존수가 혼합되며 고온혼상유체를 형성할 수 있다(S200). 구체적인 고온혼상유체의 형성과정은, 앞서 도 2 및 도 3을 통한 고온혼상유체(31)의 형성과 동일하여 중복됨으로 생략한다. 해당 고온혼상유체는 분사관 및 분사구를 통하여 세정하고자 하는 대상으로 분사되어(S300) 해당 대상의 표면에 존재하는 오염물을 분리할 수 있다.
이 과정안에 포함된 오염물을 분리 및 제거하는 세정과정으로는 구체적으로, 제1 화학적 세정과정, 제2 화학적 세정과정, 제1 물리적 세정과정, 제2 물리적 세정과정이 있을 수 있다.
이하, 도 2을 참조하여, 제1 화학적 세정과정에 대하여 구체적으로 설명한다.
오존이 용해된 고온혼상유체(31)에 포함된 산소 라디칼(O·)과 히드록시 라디칼(OH·)이 세정하고자 하는 대상의 표면에 존재하는 오염물과 결합하여, 해당 대상으로부터 오염물을 분리해 낼 수 있다.
여기서, 라디칼이란, 이온과 다르게 비공유 전자쌍을 가지며 전기적으로 중성인 화학종이다. 따라서 라디칼은 다른 곳에서 전자를 얻어 비공유 전자쌍을 채우거나, 가진 전자를 버려 비공유 전자쌍의 상태를 탈피하려 하기 때문에 화학적 반응성이 강하다. 즉, 라디칼은 강력한 화학적 반응성을 띄기 때문에 오염물 분리에 중요한 인자로서 작용할 수 있다.
이하, 도 2을 참조하여, 제2 화학적 세정과정에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 앞서 설명한 바와 같이 분사노즐의 몸체 내부(101)로 고온스팀(21)과 오존수(12)를 들일 수 있다(S100). 들여온 고온스팀(21)과 오존수(12)가 각각 확산 및 비산하며 혼상(mixed phase)의 고온혼상유체(31)를 이루기 시작하고, 이로 인해 고온스팀(21)의 분자와 오존수(12)의 분자가 열교환을 할 수 있다. 이에 의해 음파와 유사한 진동수의 소닉(sonic)진동이 발생할 수 있다. 고온스팀(21)과 오존수(12)의 물분자(H2O)가 소닉진동으로부터 에너지를 받아서 수소 이온(H+)과 수산화 원자단 이온(OH-)으로 해리될 수 있다.
다음으로, 수소 이온과 수산화 원자단 이온을 포함한 고온혼상유체(31)가 분사관(220) 및 분사구(222)를 통하여 세정하고자 하는 대상으로 분사될 수 있다. 다음으로, 분사된 고온혼상유체(31)에 포함된 수소 이온과 수산화 원자단 이온이 세정하고자 하는 대상의 표면에 존재하는 오염물과 결합하여, 해당 대상으로부터 오염물을 분리해 낼 수 있다.
이후, 분리된 오염물은, 분사구(222)로부터 분사되는 고온혼상유체(31)의 압력에 의해 해당 대상으로부터 탈락될 수 있다.
이하, 도 2을 참조하여, 제1 물리적 세정과정에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 제2 화학적 세정과정과 같이 고온스팀(21)과 오존수(12)의 물분자(H2O)가 소닉진동으로부터 에너지를 받아서 수소 이온(H+)과 수산화 원자단 이온(OH-)으로 해리될 수 있다. 여기까지의 과정은 앞서 설명하여 동일함으로 중복됨으로 생략한다. 이어서, 해리된 이온들이 주변에 에너지를 방출하며 다시 물분자로 재결합할 수도 있다.
다음으로, 주변에 에너지를 방출하는 고온혼상유체(31)가 분사관(220) 및 분사구(222)를 통하여 세정하고자 하는 대상으로 분사될 수 있다. 다음으로, 분사된 고온혼상유체(31)으로부터 방출되는 에너지가 세정하고자 하는 대상의 표면에 존재하는 오염물에 흡수되어, 해당 대상으로부터 오염물을 분리해 낼 수 있다.
이후, 분리된 오염물은, 분사구(222)로부터 분사되는 고온혼상유체(31)의 압력에 의해 해당 대상으로부터 탈락될 수 있다.
이하, 도 2을 참조하여, 제2 물리적 세정과정에 대하여 구체적으로 설명한다.
고온혼상유체(31)에 소닉진동이 발생하기까지의 과정은 동일하여 중복됨으로 생략한다. 이후, 고온혼상유체(31)에는 소닉진동에 의해 시간에 따라 변화하는 압력의 차이가 생기고, 이로 인해 고온혼상유체(31)에 공동(cavity, 미세기포)이 생성될 수 있다.
다음으로, 공동을 포함하는 고온혼상유체(31)가 분사관(220) 및 분사구(222)를 통하여 세정하고자 하는 대상으로 분사될 수 있다. 다음으로, 분사된 고온혼상유체(31)에 포함된 공동이 세정하고자 하는 대상의 표면에서 터지며, 이때 발생하는 열과 압력으로 해당 대상의 표면으로부터 오염물을 밀어내어, 대상으로부터 오염물을 분리해 낼 수 있다. 이러한 현상을 통상적으로 캐비테이션(cavitation, 공동현상)이라고 한다. 이때 발생하는 열의 온도는 약 수 백도에서 수 천도에 이르고, 압력은 약 수 십에서 수 천 기압일 수 있다.
또한, 이러한 캐비테이션이 세정하고자 하는 대상의 표면에서 지속적으로 일어남으로써, 굳어진 오염물을 깨어 크랙(crack)을 만들고, 크랙사이로 침투하여 터짐을 반복할 수 있다. 이를 이용하여, 본 발명에 따른 고온혼상유체 세정방법은 굳어진 오염물들을 세정할 수 있다.
이후, 분리된 오염물은, 분사구로부터 분사되는 고온혼상유체(31)의 압력에 의해 해당 대상으로부터 탈락될 수 있다.
다시 도 5로 돌아가면, 고온혼상유체(31)와 기체(22)를 함께 대상에 분사하는 경우, 고온혼상유체(31)만을 분사하는 경우보다 효과적인 세정을 할 수 있다. 이 경우, 고온혼상유체(31)만을 분사하는 경우보다, 분사구(222)를 통하여 분사되는 총유체(고온혼상유체 및 기체)의 부피가 증가할 수 있다. 이에 따라, 총유체는 부피가 증가하기 전과 동일한 시간비율로 배출되기 위해서, 전보다 증가된 속력으로 이동할 수 있다. 증가된 속력은 세정하고자 하는 대상 표면의 오염물을 밀어내는 추가적인 압력으로 작용하여, 해당 대상으로부터 오염물을 분리해 낼 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 고온혼상유체 세정시스템 및 세정방법은 일반적인 세정방법과 견주었을 때, 고압의 순수만을 분사하는 것과 달리, 이보다 낮은 압력의 오존수와 고온스팀을 포함한 고온혼상유체를 분사하고, 이를 통해서, 세 가지 이점을 얻을 수 있다.
첫째로, 세정하고자 하는 대상에 위치하는 패턴의 무너짐과 뭉개짐을 회피할 수 있는 것이다. 고압의 순수를 분사하는 일반적인 세정방법에서는, 고압의 순수를 분사하는 압력으로 인해 세정하고자 하는 기판상의 패턴이 충격을 받아 무너지거나 뭉개질 수 있었다. 그러나, 본 발명에 따른 고온혼상유체 세정시스템 및 세정방법은, 고압의 순수를 분사하지 않음으로써 기판상의 패턴의 무너짐과 뭉개짐을 회피할 수 있다.
둘째로, 세정하고자 하는 대상에 위치하는 패턴이 미세 패턴을 포함하는 경우에도, 해당 미세 패턴의 사이사이까지 세정할 수 있는 것이다. 최근의 패턴은 점점 더 미세화되고 있는데, 순수만을 분사하는 일반적인 세정방법에서는, 오염물에 작용하는 입자인 물방울의 크기가 미세 패턴의 사이사이를 침투하기에 충분히 작지 않다.
그러나, 본 발명에 따른 고온혼상유체 세정시스템 및 세정방법에서 공동현상으로 인해 발생되는 공동의 크기는, 지름이 마이크로(micro, 10-6)미터 단위로, 미세 패턴 사이사이에 침투할 수 있을 만큼 충분히 작다. 따라서, 본 발명에 따른 고온혼상유체 세정시스템 및 세정방법은, 미세 패턴의 사이사이까지 세정할 수 있다.
셋째로, 일반적인 세정방법에 포함되는 1화학적세정, 1물리적세정 및 2차세정과 같은 복수 과정의 세정을 하나의 '고온혼상유체의 분사단계'로 줄일 수 있다. 일반적으로는, 세정하고자 하는 대상의 오염물이 세정액과 결합하여 대상으로부터 분리되는 1차화학적세정, 오염물이 에너지를 흡수하거나 밀려나감으로써 대상으로부터 분리되는 1차물리적세정 및 잔여 오염물을 제거하는 2차세정과 같은 복수 과정의 세정을 각각 실행한다.
그러나, 본 발명에 따른 고온혼상유체 세정시스템 및 세정방법은 위와 같은 복수의 세정들을 하나의 '고온혼상유체의 분사라는 하나의 단계'에 모두 포함하여 수행할 수 있다.
위와 같은 이점들로 인하여, 반도체제조공정의 세정공정에 있어서의 제조라인이 단축되고 유지보수가 용이해질 수 있다. 이에 따라, 수율 또한 향상될 수 있다.
따라서, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
1: 고온스팀발생장치 2: 스팀이송관
3: 세정노즐 10: 순수
12: 오존수 21: 고온스팀
22: 기체 23: 공기 또는 산소
31: 고온혼상유체 40: 대상
100: 몸체 101: 몸체 내부
201: 오존수유입관 202: 순수유입관
203: 오존수유입구 204: 고온스팀유입관
206: 추가유입관 220: 분사관
302: UV 램프 304: 반사판
306: 창

Claims (14)

  1. 특정 기준 온도 이상의 고온스팀을 발생시키는 고온스팀발생장치;
    상기 고온스팀을 세정노즐로 이동시키는 스팀이송관; 및
    스팀세정을 수행하는 상기 세정노즐을 포함하고,
    상기 세정노즐은,
    외부공간으로부터 내부공간을 분리시키는 몸체;
    상기 몸체 내부로 상기 고온스팀을 들이는 스팀유입관;
    상기 몸체 내부로 오존수를 들이는 오존수유입관; 및
    상기 고온스팀과 상기 오존수가 혼합된 고온혼상유체를 세정하고자 하는 대상에 분사하는 분사구를 포함하되,
    상기 몸체는,
    상기 스팀유입관에서 상기 분사구 끝 쪽으로 갈수록 설정된 길이만큼 폭이 좁아지고,
    상기 오존수유입관과 상기 몸체 사이에 구비되어, 상기 오존수유입관에서 유입된 오존수를 상기 몸체 내부로 들이도록 상기 오존수유입관과 상기 몸체를 연결하는 오존수유입구를 더 포함하고,
    상기 오존수유입구는 상기 오존수유입관보다 좁은 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 고온혼상유체 세정시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정노즐은,
    상기 몸체 내부로 기체를 들이는 추가유입관을 더 포함하여, 상기 고온혼상유체 및 상기 기체 중 적어도 하나 이상을 상기 분사구를 통하여 분사하는 것을 특징으로 하는 고온혼상유체 세정시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기체는,
    청정공기(CDA, clean dry air), 질소(N2), 산소(O2) 및 스팀 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온혼상유체 세정시스템.
  4. 특정 기준 온도 이상의 고온스팀을 발생시키는 고온스팀발생장치;
    상기 고온스팀을 세정노즐로 이동시키는 스팀이송관; 및
    스팀세정을 수행하는 상기 세정노즐을 포함하고,
    상기 세정노즐은,
    외부공간으로부터 내부공간을 분리시키는 몸체;
    상기 몸체 내부로 상기 고온스팀과 함께 공기 또는 산소를 들이는 스팀유입관;
    상기 몸체 내부로 순수를 들이는 순수유입관;
    상기 몸체 내부 및 상기 몸체 외부 중 적어도 하나 이상의 위치에 구비되어, 상기 공기 또는 상기 산소에 자외선을 조사하여 오존을 생성시켜 상기 순수를 오존수로 변환하는 UV 램프; 및
    상기 고온스팀과 상기 오존수가 혼합된 고온혼상유체를 세정하고자 하는 대상에 분사하는 분사구를 포함하되,
    상기 몸체는,
    상기 스팀유입관에서 상기 분사구 끝 쪽으로 갈수록 설정된 길이만큼 폭이 좁아지고,
    오존수유입관과 상기 몸체 사이에 구비되어, 상기 오존수유입관에서 유입된 오존수를 상기 몸체 내부로 들이도록 상기 오존수유입관과 상기 몸체를 연결하는 오존수유입구를 더 포함하고,
    상기 오존수유입구는 상기 오존수유입관보다 좁은 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 고온혼상유체 세정시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 순수는,
    탈이온수(DIW, deionized water) 및 초순수(UPW, ultrapure water) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온혼상유체 세정시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 UV 램프가 상기 몸체 외부에 위치하는 경우,
    상기 몸체는,
    상기 UV 램프로부터 방출된 자외선을, 상기 몸체 내부로 투과시키는 창(window)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온혼상유체 세정시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 창을 바라보는 방향으로 반사면을 구비하는 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온혼상유체 세정시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 세정노즐은,
    상기 몸체 내부로 기체를 들이는 추가유입관을 더 포함하여, 상기 고온혼상유체 및 상기 기체 중 적어도 하나 이상을 상기 분사구를 통하여 분사하는 것을 특징으로 하는 고온혼상유체 세정시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기체는,
    청정공기(CDA, clean dry air), 질소(N2), 산소(O2) 및 스팀 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온혼상유체 세정시스템.
  10. 고온스팀발생장치가 특정 기준 온도 이상의 고온스팀을 발생시키는 단계;
    몸체가 상기 고온스팀과 오존수가 혼합된 고온혼상유체를 형성하는 단계; 및
    상기 몸체의 분사구가 세정하고자 하는 대상에 상기 고온혼상유체를 분사하는 단계를 포함하되,
    상기 몸체는,
    상기 스팀유입관에서 상기 분사구 끝 쪽으로 갈수록 설정된 길이만큼 폭이 좁아지고,
    오존수유입관과 상기 몸체 사이에 구비되어, 상기 오존수유입관에서 유입된 오존수를 상기 몸체 내부로 들이도록 상기 오존수유입관과 상기 몸체를 연결하는 오존수유입구를 더 포함하고,
    상기 오존수유입구는 상기 오존수유입관보다 좁은 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 고온혼상유체 세정방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 고온스팀과 오존수가 혼합된 고온혼상유체를 형성하는 단계는,
    오존수유입관을 통하여, 몸체 외부로부터 몸체 내부로 오존수를 들이는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온혼상유체 세정방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 고온스팀과 오존수가 혼합된 고온혼상유체를 형성하는 단계는,
    스팀유입관을 통하여, 몸체 외부로부터 몸체 내부로 상기 고온스팀과 함께 공기 또는 산소를 들이는 단계;
    순수유입관을 통하여, 상기 몸체 외부로부터 상기 몸체 내부로 순수를 들이는 단계; 및
    상기 몸체 내부 및 상기 몸체 외부 중 적어도 하나 이상의 위치에 구비된 UV 램프를 통하여, 상기 공기 또는 상기 산소에 자외선을 조사하여 오존을 생성시켜 상기 순수를 오존수로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온혼상유체 세정방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    추가유입관을 통하여, 기체를 상기 몸체 내부로 들이는 단계를 더 포함하는 고온혼상유체 세정방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 추가유입관을 통하여, 기체를 상기 몸체 내부로 들이는 단계는,
    질소, 산소 및 청정공기 중 어느 하나 이상을 구비하는 기체를 상기 몸체 내부로 들이는 단계를 포함하는 고온혼상유체 세정방법.

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