KR102335726B1 - 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치 - Google Patents

온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 유체를 혼합하여 미스트 형태로 분사하는 과정에서 혼합 유체의 온도 저하를 방지하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 제1 유체가 공급되는 유로를 제공하는 노즐 몸체, 상기 노즐 몸체의 외면에 이격 영역이 존재하도록 결합되어 있으며 상기 이격 영역을 통하여 제2 유체가 공급되는 유로를 제공하는 하우징 및 상기 하우징의 외면에 장착되어 있으며 상기 제2 유체를 가열하여 상기 제2 유체의 온도 저하를 보상하는 히터를 포함한다.
본 발명에 따르면, 반도체 공정 수행을 위하여 복수의 유체를 혼합하여 미스트 형태로 분사하는 과정에서 히터를 이용하여 혼합 유체를 구성하는 복수의 유체 중에서 하나 이상을 가열함으로써 반도체 공정이 수행되는 공간인 챔버로 공급되는 혼합 유체의 온도 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치{MIXED FLUID DISPENSING APPARATUS EQUIPPED WITH TEMPERATURE REDUCTION PREVENTING FUNCTION}
본 발명은 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 공정 수행을 위하여 복수의 유체를 혼합하여 미스트 형태로 분사하는 과정에서 히터를 이용하여 혼합 유체를 구성하는 복수의 유체 중에서 하나 이상을 가열함으로써 챔버로 공급되는 혼합 유체의 온도 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 기판을 처리하는 공정 중에, 특정 유체를 이용하여 실시하는 기판에 대한 세정, 식각, 건조 등의 과정에서 유체의 온도는 반도체 공정의 성능에 상당한 영향을 미친다.
유체 온도를 적정 범위로 조절하기 위한 종래 기술의 하나로 기판이 배치되어 있는 챔버와 일정 거리 이격된 지점에 구비된 가열기를 이용하여 유체를 가열한 이후, 가열기에 의해 가열된 유체를 공급 배관을 통해 챔버 내부에 배치된 디스펜서(dispenser)로 공급하고, 이 디스펜서가 공급받은 유체를 회전 척에 배치되어 고속 회전하는 기판에 분사하는 기술이 알려져 있다.
그러나 종래 기술에 따르면, 가열기와 챔버가 공급 배관의 길이에 해당하는 거리만큼 이격되어 있기 때문에 가열기에 의해 가열된 유체가 챔버 내부에 배치된 디스펜서로 공급되는 과정에서 공급 배관 등을 통한 열 손실이 발생하여 유체 온도를 정밀하게 제어하기 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 디스펜서가 서로 독립적인 배관을 통하여 공급받은 약액(chemical)과 고압의 질소 가스를 혼합하여 기판에 분사하는 기술이 알려져 있다. 이러한 종래 기술에 따르면, 일반적으로 질소 가스는 약액에 비하여 상당히 저온이기 때문에, 기판에 최종적으로 공급되는 약액의 온도를 정확하게 제어할 수 있는 수단이 요구되지만, 현재까지는 이에 대한 효율적인 해결 수단이 제시되어 있지 않다.
대한민국 공개특허공보 제10-2008-0017993호(공개일자: 2008년 02월 27일, 명칭: 기판 세정 장치) 대한민국 등록특허공보 제10-1604438호(등록일자: 2016년 03월 11일, 명칭: 반도체 웨이퍼 세정용 고온 미스트형 디아이(DI)를 통한 스마트 NR형 세정장치)
본 발명의 기술적 과제는 반도체 공정 수행을 위하여 복수의 유체를 혼합하여 미스트 형태로 분사하는 과정에서 히터를 이용하여 혼합 유체를 구성하는 복수의 유체 중에서 하나 이상을 가열함으로써 반도체 공정이 수행되는 공간인 챔버로 공급되는 혼합 유체의 온도 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 약액(chemical) 등이 고압의 질소 가스와 혼합되는 과정에서 저온의 질소 가스에 의해 약액의 온도가 저하되어 반도체 공정의 불량을 유발하는 문제를 해결하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 복수의 유체를 혼합하여 미스트 형태로 분사하는 과정에서 혼합 유체의 온도 저하를 방지하는 장치로서, 제1 유체가 공급되는 유로를 제공하는 노즐 몸체, 상기 노즐 몸체의 외면에 이격 영역이 존재하도록 결합되어 있으며 상기 이격 영역을 통하여 제2 유체가 공급되는 유로를 제공하는 하우징 및 상기 하우징의 외면에 장착되어 있으며 상기 제2 유체를 가열하여 상기 제2 유체의 온도 저하를 보상하는 히터를 포함한다.
본 발명에 따른 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치에 있어서, 상기 히터는 외부 제어신호에 의해 온도 조절이 가능한 LED(Light Emitting Diode) 히터인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치에 있어서, 상기 하우징의 외면에는 복수의 함몰 영역이 형성되어 있고, 상기 히터는 상기 하우징의 외면에 형성된 복수의 함몰 영역 중에서 하나 이상에 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치에 있어서, 상기 제2 유체는 상기 노즐 몸체의 하단부에 형성되어 있으며 경사각이 상이한 복수의 경사홈을 통과하면서 나선형으로 기류화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치에 있어서, 상기 복수의 경사홈을 통과하면서 나선형으로 기류화된 제2 유체는 상기 제1 유체와 혼합되면서 상기 제1 유체를 나선형으로 변화시키고, 상기 제1 유체와 상기 제2 유체로 이루어진 혼합 유체가 나선형의 미스트(mist) 형태로 분사되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치에 있어서, 상기 노즐 몸체의 하단부에는 외측으로 돌출된 돌출부가 형성되어 있고, 상기 복수의 경사홈은 상기 돌출부에 형성되어 있고, 상기 하우징의 하단부에는 내측으로 경사진 경사부가 형성되어 있고, 상기 노즐 몸체의 하단부에 형성된 돌출부와 상기 하우징의 하단부에 형성된 경사부가 밀착되어 상기 돌출부와 상기 경사부 사이의 틈새를 통한 상기 제2 유체의 유출이 차단되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치에 있어서, 상기 제1 유체는 반도체 공정을 수행하기 위한 약액(chemical)과 탈이온수(Deionized Water, DIW) 중에서 하나 이상을 포함하고, 상기 제2 유체는 질소 가스인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반도체 공정 수행을 위하여 복수의 유체를 혼합하여 미스트 형태로 분사하는 과정에서 히터를 이용하여 혼합 유체를 구성하는 복수의 유체 중에서 하나 이상을 가열함으로써 반도체 공정이 수행되는 공간인 챔버로 공급되는 혼합 유체의 온도 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 약액(chemical) 등이 고압의 질소 가스와 혼합되는 과정에서 저온의 질소 가스에 의해 약액의 온도가 저하되어 반도체 공정의 불량을 유발하는 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치의 절개 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 주요 구성요소인 노즐 몸체, 하우징, 히터가 결합된 구조물의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제1 유체와 제2 유체가 혼합되어 미스트 형태로 분사되는 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 노즐 몸체의 예시적인 사시도이고,
도 6은 도 5의 도면부호 A를 확대하여 표현한 단면도이고,
도 7은 도 5의 노즐 몸체를 종단에서 바라본 형상을 나타낸 도면이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치의 절개 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 주요 구성요소인 노즐 몸체(10), 하우징(20), 히터(31, 32)가 결합된 구조물의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제1 유체와 제2 유체가 혼합되어 미스트 형태로 분사되는 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 노즐 몸체(10)의 예시적인 사시도이고, 도 6은 도 5의 도면부호 A를 확대하여 표현한 단면도이고, 도 7은 도 5의 노즐 몸체(10)를 종단에서 바라본 형상을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치는 복수의 유체를 혼합하여 미스트 형태로 분사하는 과정에서 혼합 유체의 온도 저하를 방지하는 장치로서, 노즐 몸체(10), 하우징(20) 및 히터(31, 32)를 포함하여 구성된다.
노즐 몸체(10)는 제1 배관(1)을 통해 공급되는 제1 유체가 도시하지 않은 챔버로 공급되는 유로를 제공한다.
예를 들어, 노즐 몸체(10)의 상단부에는 제1 유체가 공급되는 제1 배관(1)이 결합될 수 있다. 제1 배관(1)을 통하여 노즐 몸체(10)의 상단부로 공급된 제1 유체는 노즐 몸체(10)에 형성되어 있는 상하 방향의 유로를 통하여 노즐 몸체(10)의 하단부로 공급된 후, 노즐 몸체(10)의 하단부에 형성된 개구(aperture)를 통하여 외부, 즉, 챔버에 배치된 기판을 향하여 분사될 수 있다. 제1 유체와 제2 유체가 혼합되어 분사되는 구체적인 구성은 후술한다.
예를 들어, 도 5 내지 도 7에 예시된 바와 같이, 노즐 몸체(10)의 하단부에는 외측으로 돌출된 돌출부(12)가 형성되고, 이 돌출부(12)에는 복수의 경사홈(12-1. 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6)이 형성되도록 구성될 수 있다. 도 5 내지 도 7에는, 돌출부(12)에 6개의 경사홈(12-1. 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6)이 형성되어 있는 것으로 표현되어 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 제2 유체를 나선형, 달리 말해, 소용돌이 형태로 기류화할 수 있는 조건을 충족한다면, 경사홈(12-1. 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6)의 개수는 6개에 한정되지는 않는다.
예를 들어, 제1 유체는 반도체 공정을 수행하기 위한 약액(chemical)과 탈이온수(Deionized Water, DIW) 중에서 하나 이상을 포함하도록 구성될 수 있고, 제2 유체는 고압의 질소 가스일 수 있다.
하우징(20)은 노즐 몸체(10)의 외면에 이격 영역(A)이 존재하도록 결합되어 있으며, 하우징(20)은 이 이격 영역(A)을 통하여 제2 유체가 챔버로 공급되는 유로를 제공한다.
제2 유체가 공급되는 유로를 제공하는 이격 영역(A)을 제외하면, 하우징(20)은 노즐 몸체(10)의 외면에 밀착 결합되어 있기 때문에, 이 이격 영역(A)을 제외한 부분, 즉, 하우징(20)의 내면과 노즐 몸체(10)의 외면과의 밀폐 결합 부분을 통한 제2 유체의 유출은 차단된다.
예를 들어, 제2 배관(2)은 하우징(20)의 중간 부분에 구비된 개구를 통해 하우징(20)과 결합될 수 있으며, 제2 배관(2)을 통해 공급되는 제2 유체는 하우징(20)의 중간 부분에 구비된 개구를 통하여 이격 영역(A), 즉, 하우징(20)의 내면과 노즐 몸체(10)의 외면과의 이격 영역(A)으로 유입된 후, 이 이격 영역(A)의 하부에 위치하는 노즐 몸체(10)의 돌출부(12)로 이동하여 돌출부(12)에 형성되어 있는 복수의 경사홈(12-1. 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6)을 통과하면서 나선형으로 기류화되도록 구성될 수 있다. 돌출부(12)에 형성되어 있는 복수의 경사홈(12-1. 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6)을 통과하면서 나선형으로 기류화된 제2 유체는 노즐 몸체(10)의 하단부에 형성된 개구를 통과한 제1 유체와 혼합되면서 제1 유체를 나선형으로 변화시키고, 제1 유체와 제2 유체로 이루어진 혼합 유체가 나선형의 미스트(mist) 형태로 기판으로 분사되도록 구성될 수 있다.
히터(31, 32)는 이격 영역(A)이 존재하도록 노즐 몸체(10)의 외면에 결합되어 있는 하우징(20)의 외면에 장착되어 있으며, 이격 영역(A)을 통하여 공급되는 제2 유체를 가열하여 제2 유체의 온도 저하를 보상한다.
예를 들어, 하우징(20)의 외면에는 복수의 함몰 영역(B1, B2)이 형성되어 있고, 히터(31, 32)는 하우징(20)의 외면에 형성된 복수의 함몰 영역(B1, B2) 중에서 하나 이상에 장착되도록 구성될 수 있다. 도 2, 도 3에는 하우징(20)의 외면에 2개의 함몰 영역(B1, B2)이 형성되고, 2개의 히터(31, 32)가 이 함몰 영역(B1, B2)에 장착되어 있는 것으로 표현되어 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 2 유체의 온도 저하를 보상할 수 있는 조건을 충족한다면, 함몰 영역(B1, B2)과 히터(31, 32)의 개수는 임의의 수일 수 있다.
예를 들어, 히터(31, 32)는 외부 제어신호에 의해 온도 조절이 가능한 LED(Light Emitting Diode) 히터(31, 32)로 구성될 수 있다.
도 4 내지 도 7에 예시된 바와 같이, 노즐 몸체(10)의 하단부에는 외측으로 돌출된 돌출부(12)가 형성되어 있고, 이 돌출부(12)에는 경사각이 상이한 복수의 경사홈(12-1. 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6)이 형성되어 있고, 하우징(20)의 하단부에는 내측으로 경사진 경사부가 형성되어 있고, 노즐 몸체(10)의 하단부에 형성된 돌출부(12)와 하우징(20)의 하단부에 형성된 경사부가 밀착되어 노즐 몸체(10)에 형성된 돌출부(12)와 하우징(20)에 형성된 경사부 사이의 틈새를 통한 제2 유체의 유출이 차단되며, 제2 배관(2)을 거쳐 이격 영역(A)으로 유입된 제2 유체는 노즐 몸체(10)의 하단부에 형성된 돌출부(12)에 형성되어 있으며 경사각이 상이한 복수의 경사홈(12-1. 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6)을 통과하면서 나선형으로 기류화된다.
또한, 노즐 몸체(10)의 하단부에 형성된 돌출부(12)에 형성된 복수의 경사홈(12-1. 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6)을 통과하면서 나선형으로 기류화된 제2 유체는 제1 유체와 혼합되면서 제1 유체를 나선형으로 변화시키고, 제1 유체와 제2 유체로 이루어진 혼합 유체가 나선형의 미스트(mist) 형태로 기판 등에 분사된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반도체 공정 수행을 위하여 복수의 유체를 혼합하여 미스트 형태로 분사하는 과정에서 히터를 이용하여 혼합 유체를 구성하는 복수의 유체 중에서 하나 이상을 가열함으로써 반도체 공정이 수행되는 공간인 챔버로 공급되는 혼합 유체의 온도 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 약액(chemical) 등이 고압의 질소 가스와 혼합되는 과정에서 저온의 질소 가스에 의해 약액의 온도가 저하되어 반도체 공정의 불량을 유발하는 문제를 해결할 수 있다.
1: 제1 배관
2: 제2 배관
10: 노즐 몸체
12: 돌출부
12-1. 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6: 경사홈
20: 하우징
31, 32: 히터
A: 이격 영역
B1, B2: 함몰 영역

Claims (7)

  1. 복수의 유체를 혼합하여 미스트 형태로 분사하는 과정에서 혼합 유체의 온도 저하를 방지하는 장치로서,
    제1 유체가 공급되는 유로를 제공하는 노즐 몸체;
    상기 노즐 몸체의 외면에 이격 영역이 존재하도록 결합되어 있으며 상기 이격 영역을 통하여 제2 유체가 공급되는 유로를 제공하는 하우징; 및
    상기 하우징의 외면에 장착되어 있으며 상기 제2 유체를 가열하여 상기 제2 유체의 온도 저하를 보상하는 히터를 포함하고,
    상기 하우징의 외면에는 복수의 함몰 영역이 형성되어 있고, 상기 히터는 상기 하우징의 외면에 형성된 복수의 함몰 영역 중에서 하나 이상에 장착되어 있고,
    상기 히터는 외부 제어신호에 의해 온도 조절이 가능한 LED(Light Emitting Diode) 히터인 것을 특징으로 하는, 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 유체는 상기 노즐 몸체의 하단부에 형성되어 있으며 경사각이 상이한 복수의 경사홈을 통과하면서 나선형으로 기류화되는 것을 특징으로 하는, 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 경사홈을 통과하면서 나선형으로 기류화된 제2 유체는 상기 제1 유체와 혼합되면서 상기 제1 유체를 나선형으로 변화시키고, 상기 제1 유체와 상기 제2 유체로 이루어진 혼합 유체가 나선형의 미스트(mist) 형태로 분사되는 것을 특징으로 하는, 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 노즐 몸체의 하단부에는 외측으로 돌출된 돌출부가 형성되어 있고,
    상기 복수의 경사홈은 상기 돌출부에 형성되어 있고,
    상기 하우징의 하단부에는 내측으로 경사진 경사부가 형성되어 있고,
    상기 노즐 몸체의 하단부에 형성된 돌출부와 상기 하우징의 하단부에 형성된 경사부가 밀착되어 상기 돌출부와 상기 경사부 사이의 틈새를 통한 상기 제2 유체의 유출이 차단되는 것을 특징으로 하는, 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유체는 반도체 공정을 수행하기 위한 약액(chemical)과 탈이온수(Deionized Water, DIW) 중에서 하나 이상을 포함하고,
    상기 제2 유체는 질소 가스인 것을 특징으로 하는, 온도 저하 방지 기능이 구비된 혼합 유체 분사장치.
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