KR102428347B1 - 스팀 세정 장치 및 스팀 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

스팀 세정 장치는 포화 증기를 생성하는 증기 생성기, 상기 포화 증기를 과열하여 과열 증기를 생성하는 과열기, 상기 증기 생성기와 상기 과열기 사이에 위치하여 상기 과열기로 주입되는 상기 포화 증기의 양을 조절하는 제1 밸브, 상기 과열기에 연결된 노즐부, 및 상기 증기 생성기와 상기 노즐부 사이에 위치하여 상기 노즐부로 공급되는 상기 포화 증기를 조절하는 제2 밸브를 포함하고, 상기 노즐부는 상기 포화 증기 및 상기 과열 증기 중 적어도 하나를 분사한다.

Description

스팀 세정 장치 및 스팀 세정 방법{STEAM WASHING DEVICE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 스팀 세정 장치 및 스팀 세정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포화 증기와 과열 증기를 이용한 스팀 세정 장치 및 스팀 세정 방법에 관한 것이다.
디스플레이 기판의 제조 공정이나 반도체 소자의 제조 공정 등에서 파티클, 유분, 얼룩 등의 불순물이 발생할 수 있다. 이러한 분순물을 제거하기 위한 세정 장치가 사용되고 있다.
이러한 세정 장치로는 탈이온수(deionized water)를 세정 대상에 직접 분사하여 불순물을 제거하는 워터젯(water-jet) 방식이 사용되고 있다. 이러한 워터젯 방식은 물방울의 물리적 타력을 이용하는 것으로, 물방울 입자의 크기에 따라 세정할 수 있는 불순물의 종류나 세정력이 제한될 수 있다. 예를 들어, 워터젯 방식에서 물방울 입자의 크기가 대략 15-20㎛이므로, 물방울 입자의 크기보다 작은 미세한 슬러리(slurry), 유기물, 폴리머(polymer) 등의 불순물은 워터젯 방식으로 세정되지 않을 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 나노 크기의 물방울 입자의 크기보다 작은 미세한 슬러리, 유기물, 폴리머 등의 불순물은 세정할 수 있는 스팀 세정 장치 및 스팀 세정 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 세정 장치는 포화 증기를 생성하는 증기 생성기, 상기 포화 증기를 과열하여 과열 증기를 생성하는 과열기, 상기 증기 생성기와 상기 과열기 사이에 위치하여 상기 과열기로 주입되는 상기 포화 증기의 양을 조절하는 제1 밸브, 상기 과열기에 연결된 노즐부, 및 상기 증기 생성기와 상기 노즐부 사이에 위치하여 상기 노즐부로 공급되는 상기 포화 증기를 조절하는 제2 밸브를 포함하고, 상기 노즐부는 상기 포화 증기 및 상기 과열 증기 중 적어도 하나를 분사한다.
상기 과열 증기의 온도는 상기 포화 증기의 온도보다 높고, 상기 과열 증기의 압력은 상기 포화 증기의 압력과 동일할 수 있다.
상기 제1 밸브는 상기 과열기로 주입되는 상기 포화 증기의 양을 조절할 수 있는 유량 조절 밸브일 수 있다.
상기 제2 밸브는 상기 노즐부로 공급되는 상기 포화 증기의 양을 조절할 수 있는 유량 조절 밸브일 수 있다.
상기 증기 생성기에 연결된 제1 라인, 상기 제1 라인에 연결된 제1 연결 소켓, 상기 제1 연결 소켓과 상기 과열기의 주입구에 연결된 제2 연결 라인, 상기 제1 연결 소켓에 연결된 제3 연결 라인, 상기 과열기의 유출구에 연결된 제4 연결 라인, 상기 제3 연결 라인과 상기 제4 연결 라인에 연결된 제2 연결 소켓, 및 상기 제2 연결 소켓과 상기 노즐부 사이에 연결된 제5 연결 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 밸브는 상기 제2 연결 라인에 연결되어 상기 제2 연결 라인을 통해 상기 과열기로 주입되는 상기 포화 증기의 양을 조절할 수 있다.
상기 제2 밸브는 상기 제3 연결 라인에 연결되어 상기 제3 연결 라인을 통해 상기 제2 연결 소켓으로 공급되는 상기 포화 증기의 양을 조절할 수 있다.
상기 노즐부는, 상기 포화 증기 및 상기 과열 증기 중 적어도 하나가 주입되는 증기 주입구 및 청정건조공기가 주입되는 공기 주입구를 포함하는 제1 주입 라인, 초고순도수가 주입되는 제1 워터 주입구 및 증기의 분사를 위한 분사 슬릿을 포함하는 노즐 헤드, 상기 노즐 헤드에서 증기가 분사되는 출구의 주변을 둘러싸는 흡입 후드, 및 상기 흡입 후드 내의 증기를 흡입하여 배출하는 흡입 라인을 포함할 수 있다.
상기 노즐부는, 상기 흡입 후드 내에 상기 초고순도수를 주입하는 제2 주입 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 노즐 헤드의 분사 슬릿의 간격은 0.15mm 일 수 있다.
상기 노즐 헤드에서 분사되는 증기의 속도는 350m/s 내지 550m/s 범위의 속도일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스팀 세정 방법은 증기 생성기에서 포화 증기를 생성하는 단계, 상기 포화 증기를 노즐부에 공급하는 포화 증기 세정을 수행할 것인지, 또는 상기 포화 증기를 과열기로 과열한 과열 증기를 상기 노즐부에 공급하는 과열 증기 세정을 수행할 것인지 판단하는 단계, 상기 포화 증기 세정을 수행하는 경우, 상기 증기 생성기와 상기 과열기 사이에 연결된 제1 밸브를 닫고, 상기 증기 생성기와 노즐부 사이에 연결된 제2 밸브를 조절하는 단계, 및 상기 과열 증기 세정을 수행하는 경우, 상기 제2 밸브를 닫고 상기 제1 밸브를 조절하여 상기 포화 증기를 상기 과열기에 주입하는 단계를 포함한다.
상기 포화 증기를 상기 과열기에 주입하는 단계는, 상기 제1 밸브를 조절하여 상기 과열기로 주입되는 상기 포화 증기의 양을 조절하여 상기 과열기에서 생성되는 상기 과열 증기의 온도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 과열 증기의 온도는 상기 포화 증기의 온도보다 높고, 상기 과열 증기의 압력은 상기 포화 증기의 압력과 동일할 수 있다.
상기 노즐부에 청정건조공기 및 초고순도수를 주입하고, 상기 노즐부에 공급된 상기 포화 증기와 상기 과열 증기 중 하나와 상기 청정건조공기 및 상기 초고순도수를 혼합하여 분사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 포화 증기와 상기 과열 증기를 혼합하여 상기 노즐부에 공급하는 혼합 증기 세정을 수행할 것인지 판단하는 단계, 및 상기 혼합 증기 세정을 수행하는 경우, 상기 제1 밸브를 조절하여 상기 증기 생성기에서 생성된 상기 포화 증기의 일부를 상기 과열기에 공급하고, 상기 제2 밸브를 조절하여 상기 증기 생성기에서 생성된 상기 포화 증기의 일부를 상기 노즐부에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
하나의 스팀 세정 장치로 포화 증기를 이용한 스팀 세정 및 과열 증기를 이용한 스팀 세정을 수행할 수 있다. 이에 따라, 포화 증기를 이용한 스팀 세정 장치과 과열 증기를 이용한 스팀 세정 장치를 별도로 운영할 필요가 없으므로, 디스플레이 기판이나 반도체 소자를 제조하는 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 세정 장치를 간략히 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 스팀 세정 장치에 포함되는 노즐부를 나타낸다.
도 3은 도 1의 스팀 세정 장치의 노즐부에서 분사되는 증기의 속도 분포를 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 세정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스팀 세정 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "중첩된다"고 할 때, 이는 단면상에서 상하 중첩되거나, 또는 평면상에서 전부 또는 일부가 동일한 영역에 위치하는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 세정 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 세정 장치를 간략히 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 스팀 세정 장치(100)는 증기 생성기(10), 과열기(20), 노즐부(30), 제1 밸브(41), 및 제2 밸브(42)를 포함한다.
증기 생성기(10)는 탈이온수(DIW)를 수용할 수 있는 내부 공간을 포함하고, 증기 생성기(10)의 내부 공간에는 탈이온수(DIW)가 수용될 수 있다. 탈이온수(DIW)는 용해되어 있는 이온을 모두 제거한 순수한 물이다. 증기 생성기(10)는 용기의 내부에 위치하는 히터(11)를 포함할 수 있다. 히터(11)는 증기 생성기(10)에 수용된 탈이온수(DIW)를 가열할 수 있다. 증기 생성기(10)에 수용된 탈이온수(DIW)가 히터(11)에 의해 가열됨에 따라 포화 증기(S1)가 생성될 수 있다. 포화 증기(S1)의 온도는 대략 섭씨 150도 정도일 수 있다. 증기 생성기(10)는 제1 연결 라인(51)에 연결되어 있으며, 생성된 포화 증기(S1)는 제1 연결 라인(51)을 통해 증기 생성기(10)의 외부로 배출될 수 있다.
제1 연결 라인(51)은 제1 연결 소켓(61)에 연결되어 있다. 제1 연결 소켓(61)은 제1 연결 라인(51), 제2 연결 라인(52), 및 제3 연결 라인(53)을 서로 연결할 수 있다. 즉, 제1 연결 소켓(61)은 3 방향 연결 소켓일 수 있으며, 제1 연결 라인(51)을 통해 공급되는 포화 증기(S1)가 제1 연결 소켓(61)에 의해 제2 연결 라인(52)과 제3 연결 라인(53)으로 나뉘어 공급될 수 있다.
제2 연결 라인(52)은 과열기(20)의 주입구에 연결되어 있으며, 과열기(20)의 주입구와 제1 연결 소켓(61) 사이에 제1 밸브(41)가 위치할 수 있다. 즉, 제1 밸브(41)는 제2 연결 라인(52)에 연결되어 제2 연결 라인(52)을 통해 공급되는 포화 증기(S1)의 양을 조절할 수 있다. 제1 밸브(41)는 전기적 신호에 의해 자동으로 개폐되는 자동 밸브일 수 있다. 또한, 제1 밸브(41)는 제2 연결 라인(52)을 통해 공급되는 포화 증기(S1)의 양을 조절할 수 있는 유량 조절 밸브일 수 있다.
과열기(20)는 제2 연결 라인(52)을 통해 주입되는 포화 증기(S1)를 과열하여 과열 증기(superheated steam)(S2)를 생성한다. 과열기(20)는 포화 증기(S1)가 과열기(20)의 내부에 머무르지 않고 바로 통과하도록 할 수 있으며, 통과하는 포화 증기(S1)에 열을 가함으로써 포화 증기(S1)와 동일한 압력을 갖는 과열 증기(S2)를 생성할 수 있다. 즉, 과열 증기(S2)는 포화 증기(S1)와 압력은 같으나 온도가 높은 증기일 수 있다. 과열 증기(S2)의 온도는 대략 섭씨 200도 정도일 수 있다. 실시예에 따라, 과열 증기(S2)의 온도는 대략 섭씨 200도에서 400도 범위의 온도일 수 있다.
한편, 과열기(20)는 주입되는 포화 증기(S1)를 과열할 수 있는 별도의 가열 모듈(미도시)을 포함하고, 가열 모듈을 이용하여 포화 증기(S1)를 과열할 수 있다. 이러한 가열 모듈은 미리 정해진 열량으로 포화 증기(S1)를 과열할 수 있으며, 제1 밸브(41)에 의해 과열기(20)에 공급되는 포화 증기(S1)의 양에 따라 과열기(20)에서 생성되는 과열 증기(S2)의 온도가 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 밸브(41)를 이용하여 과열기(20)에 공급되는 포화 증기(S1)의 양을 줄이는 경우 과열기(20)에서 생성되는 과열 증기(S2)의 온도가 높아질 수 있다. 또한, 제1 밸브(41)를 이용하여 과열기(20)에 공급되는 포화 증기(S1)의 양을 늘리는 경우 과열기(20)에서 생성되는 과열 증기(S2)의 온도가 낮아질 수 있다. 즉, 과열기(20)의 가열 모듈이 미리 정해진 열량으로 포화 증기(S1)를 과열할 때, 제1 밸브(41)를 이용하여 과열 증기(S2)의 온도를 조절할 수 있다.
과열기(20)의 유출구는 제4 연결 라인(54)에 연결되어 있으며, 과열기(20)에서 생성된 과열 증기(S2)는 제4 연결 라인(54)을 통해 과열기(20)의 밖으로 배출될 수 있다. 제4 연결 라인(54)은 제2 연결 소켓(62)에 연결될 수 있다.
제3 연결 라인(53)은 제2 연결 소켓(62)에 연결되어 있으며, 제3 연결 라인(53)에 제2 밸브(42)가 연결되어 제3 연결 라인(53)을 통해 제2 연결 소켓(62)으로 공급되는 포화 증기(S1)의 양을 조절할 수 있다. 제2 밸브(42)는 전기적 신호에 의해 자동으로 개폐되는 자동 밸브일 수 있다. 또한, 제2 밸브(42)는 제3 연결 라인(53)을 통해 공급되는 포화 증기(S1)의 양을 조절할 수 있는 유량 조절 밸브일 수 있다.
제2 연결 소켓(62)은 제3 연결 라인(53), 제4 연결 라인(54), 및 노즐부(30)에 연결되는 제5 연결 라인(55)을 서로 연결할 수 있다. 즉, 제2 연결 소켓(62)은 3 방향 연결 소켓일 수 있다. 제3 연결 라인(53)을 통해 공급되는 포화 증기(S1)는 제2 연결 소켓(62)에 의해 제5 연결 라인(55)으로 공급되고, 제5 연결 라인(55)을 통해 노즐부(30)로 공급될 수 있다. 또한, 제4 연결 라인(54)을 통해 공급되는 과열 증기(S2)는 제2 연결 소켓(62)에 의해 제5 연결 라인(55)으로 공급되고, 제5 연결 라인(55)을 통해 노즐부(30)로 공급될 수 있다.
노즐부(30)는 공급된 포화 증기(S1) 또는 과열 증기(S2)를 디스플레이 기판이나 반도체 소자 등의 세정 대상(도 2의 PL 참조)을 향하여 분사할 수 있다. 제1 밸브(41)가 열려서 과열기(20)에서 생성된 과열 증기(S2)가 노즐부(30)에 공급될 때, 제2 밸브(42)는 닫혀 있을 수 있다. 또는, 제2 밸브(42)가 열려서 포화 증기(S1)가 노즐부(30)에 공급될 때, 제1 밸브(41)는 닫혀 있을 수 있다. 이에 따라, 노즐부(30)는 공급된 포화 증기(S1) 또는 과열 증기(S2)를 세정 대상(PL)을 향하여 분사할 수 있다.
포화 증기(S1)의 입자 크기는 대략 10㎛ 정도이고, 과열 증기(S2)의 입자 크기는 대략 2-3㎛ 정도일 수 있다. 디스플레이 기판이나 반도체 소자의 제조 공정에서 잔류 슬러리, 잔류 유기물이나 포토레지스터 등을 제거하는 경우 포화 증기(S1)를 이용할 수 있다. 그리고 디스플레이 기판이나 반도체 소자의 제조 공정에서 초미세(submicron)의 패턴이나 초미세 에칭 폴리머 등을 세정하는 경우 과열 증기(S2)를 이용할 수 있다. 과열 증기(S2)는 건도가 높아 포화수가 형성되지 않으므로 이동시 포화수로 인한 저항이 없고, 포화수와 동시에 분사되지 않아 증기의 입자 크기의 제어가 용이하다. 그리고 과열 증기(S2)는 포화 증기(S1)의 분사 압력과 동일한 압력을 유지하면서 높은 열량을 가지고 분사될 수 있으므로 세정 대상(PL)에 물리적 손상을 줄일 수 있고, 포화 증기(S1)보다 분자 움직임이 활발하여 고온에서만 반응하는 물질 등을 세정하는데 유리하다. 또한, 과열 증기(S2)는 순수 물분자 상태로 산소에 의한 산화 가능성이 낮다.
한편, 실시예에 따라, 노즐부(30)는 포화 증기(S1)와 과열 증기(S2)가 혼합된 혼합 증기(S3)를 세정 대상(PL)을 향하여 분사할 수 있다. 예를 들어, 제1 밸브(41)와 제2 밸브(42)가 열려서 포화 증기(S1)와 과열 증기(S2)가 제2 연결 소켓(62)에서 합류되어 포화 증기(S1)와 과열 증기(S2)가 혼합된 혼합 증기(S3)를 생성할 수 있고, 혼합 증기(S3)가 노즐부(30)로 공급될 수도 있다. 이때, 제1 밸브(41)를 통해 과열기(20)로 공급되는 포화 증기(S1)의 양을 조절하여 생성되는 과열 증기(S2)의 온도를 조절하고, 제2 밸브(42)를 통해 공급되는 포화 증기(S1)의 양을 조절함으로써 포화 증기(S1)과 과열 증기(S2)가 혼합된 혼합 증기(S3)의 온도를 결정할 수 있다. 노즐부(30)는 포화 증기(S1)와 과열 증기(S2)가 혼합된 혼합 증기(S3)를 세정 대상(PL)을 향하여 분사할 수 있다.
이와 같이, 스팀 세정 장치(100)는 포화 증기(S1)를 이용한 포화 증기 세정, 과열 증기(S2)를 이용한 과열 증기 세정, 또는 혼합 증기(S3)를 이용한 혼합 증기 세정을 선택적으로 수행할 수 있다.
만일, 포화 증기 세정을 수행하는 세정 장치와 과열 증기 세정을 수행하는 세정 장치를 별도로 제작하는 경우에는 세정 장치를 위한 가열 장치, 연결 라인, 및 전기적 장치가 각 세정 장치에 마련되어야 하므로, 세정 장치의 제작비용이 증가할 수 있다. 또한, 각 세정 장치를 위한 공간이 별도로 마련되어야 하므로, 작업장에서 세정 장치들이 차지하는 공간이 증가할 수 있다. 또한, 각 세정 장치에 대하여 별도로 전력을 공급하여야 하므로, 세정 장치들에 공급되는 전력량이 증가할 수 있다.
하지만, 본 발명의 일 실시예와 같이 하나의 스팀 세정 장치(100)를 이용하여 포화 증기 세정 및 과열 증기 세정을 선택적으로 수행할 수 있으므로, 세정 장치의 제작비용이 상대적으로 줄어들 수 있다. 또한, 하나의 스팀 세정 장치(100)를 이용하여 포화 증기 세정 및 과열 증기 세정을 선택적으로 수행할 수 있으므로, 작업장에서 세정 장치가 차지하는 공간을 줄일 수 있다. 또한, 하나의 스팀 세정 장치(100)에 대하여 전력을 공급하고, 추가적으로 과열기(20)에 대하여 추가 전력을 제공하면 되므로 2대의 세정 장치를 운영하는 경우에 비하여 소비전력을 절감할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 노즐부(30)에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 스팀 세정 장치에 포함되는 노즐부를 나타낸다. 도 3은 도 1의 스팀 세정 장치의 노즐부에서 분사되는 증기의 속도 분포를 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 노즐부(30)는 제1 주입 라인(31), 노즐 헤드(32), 흡입 후드(suction hood)(33), 제2 주입 라인(34), 및 흡입 라인(35)을 포함한다.
제1 주입 라인(31)은 도 1에서 상술한 제5 연결 라인(55)에 연결되는 증기 주입구(31-1) 및 청정건조공기(clean dried air)(CDA)가 주입되는 공기 주입구(31-2)를 포함할 수 있다. 증기 주입구(31-1)를 통해 제5 연결 라인(55)으로부터 포화 증기(S1), 과열 증기(S2), 및 혼합 증기(S3) 중 어느 하나가 제1 주입 라인(31)에 주입될 수 있다. 그리고 공기 주입구(31-2)를 통해 청정건조공기(CDA)가 제1 주입 라인(31)에 주입될 수 있다. 제1 주입 라인(31)에서 포화 증기(S1), 과열 증기(S2), 및 혼합 증기(S3) 중 어느 하나와 청정건조공기(CDA)가 혼합될 수 있다. 청정건조공기(CDA)가 혼합된 증기가 제1 주입 라인(31)으로부터 노즐 헤드(32)로 공급될 수 있다.
노즐 헤드(32)는 제1 워터 주입구(32-1) 및 분사 슬릿(32-2)을 포함할 수 있다. 제1 워터 주입구(32-1)를 통해 초고순도수(ultrapure water)(UPW)가 노즐 헤드(32)에 주입될 수 있다. 초고순도수(UPW)는 H2O 성분 이외에 무기질이나 미네랄 등 이온 성분이 없는 탈이온수(DIW)일 수 있다. 청정건조공기(CDA)가 혼합된 증기와 초고순도수(UPW)가 노즐 헤드(32)에서 혼합되어 분사 슬릿(32-2)을 통하여 분사될 수 있다. 노즐 헤드(32)에서 최종적으로 증기가 분사되는 출구와 디스플레이 기판이나 반도체 소자와 같은 세정 대상(PL) 간의 간격(GP)은 분사되는 증기의 속도, 세정 대상(PL)의 특성, 불순물의 종류 등을 고려하여 정해질 수 있다. 또한, 노즐 헤드(32)의 분사 슬릿(32-2)은 노즐 헤드(32)의 출구에서 분사되는 증기가 소정의 분사 특성을 가질 수 있도록 증기에 강인한 물질로 미리 정해진 간격으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 분사 슬릿(32-2)은 경도가 높고 열전도도와 열팽창률이 작은 티타늄으로 대략 0.15mm의 간격으로 제작될 수 있다.
도 3에 예시한 바와 같이, 분사 슬릿(32-2)의 간격이 0.15mm 이고, 노즐 헤드(32)의 출구와 세정 대상(PL) 간의 간격(GP)이 6mm인 경우에 노즐 헤드(32)에서 분사되는 증기의 속도 분포를 시뮬레이션하였다. 노즐 헤드(32)에서 분사되는 증기의 속도는 대략 450m/s이고, 노즐 헤드(32)의 출구에서 6mm 떨어진 위치의 세정 대상(PL)의 표면에서 증기의 속도는 대략 100-200m/s이었다. 실시예에 따라, 노즐 헤드(32)에서 분사되는 증기의 속도는 조절될 수 있다. 예를 들어, 노즐 헤드(32)에서 분사되는 증기의 속도는 대략 350m/s 내지 550m/s 범위의 속도일 수 있다. 또는, 노즐 헤드(32)에서 분사되는 증기의 속도는 대략 400m/s 내지 500m/s 범위의 속도일 수 있다.
탈이온수(DIW)와 혼합되어 노즐 헤드(32)에서 분사된 증기는 열교환과 상변화에 의하여 나노 입자의 기포로서 대략 10KHz 내지 1MHz의 주파수로 진동할 수 있다. 이러한 주파수 진동에 의하여 H2O가 수소 이온(H+)과 수산화물(OH-)로 분해될 수 있다. 수산화물(OH-)의 정전기력에 의한 리프트 오프(lift off) 효과로 세정 대상(PL)의 불순물을 세정 대상(PL)으로부터 분리시킬 수 있다. 또한, 나노 입자의 기포가 세정 대상(PL)의 표면을 충격할 때 충격파(shock wave) 또는 캐비테이션(cavitation)에 의해 세정 대상(PL)의 홀(hole)과 같은 형태의 구조물 내부의 불순물이 제거될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 흡입 후드(33)는 노즐 헤드(32)의 출구 주변을 둘러싸는 형태로 노즐 헤드(32)에 부착될 수 있다. 즉, 흡입 후드(33)의 내에 노즐 헤드(32)가 위치할 수 있다. 그리고 흡입 후드(33)의 가장자리에 제2 주입 라인(34)과 흡입 라인(35)이 연결될 수 있다.
제2 주입 라인(34)은 흡입 후드(33)의 가장자리에 2 이상으로 마련될 수 있고, 제2 주입 라인(34)을 통해 초고순도수(UPW)가 흡입 후드(33) 내로 주입될 수 있다. 제2 주입 라인(34)은 흡입 후드(33) 내로 초고순도수(UPW)를 공급하여 노즐 헤드(32)에서 분사된 증기가 흡입 후드(33) 밖으로 확산되지 않도록 할 수 있다.
흡입 라인(35)은 흡입 후드(33)의 가장자리에 2 이상으로 마련될 수 있고, 흡입 라인(35)은 외부의 배기 라인(EX)에 연결될 수 있다. 외부의 배기 라인(EX)은 흡입 라인(35)에 배기에 의한 흡입력을 제공할 수 있다. 흡입 라인(35)은 흡입 후드(33) 내의 증기, 초고순도수(UPW), 증기에 의해 분리된 불순물 등을 흡입하여 배기 라인(EX)으로 배출할 수 있다.
한편, 세정 대상(PL)은 구동 부재(DR)에 의해 지지되고, 구동 부재(DR)에 의해 노즐 헤드(32)의 출구와 일정한 간격(GP)을 유지한 상태로 이동될 수 있다. 구동 부재(DR)의 종류나 기능은 제한되지 않는다.
이하, 도 4를 참조하여 도 1의 스팀 세정 장치(100)를 이용한 스팀 세정 방법의 일 실시예에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 세정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 증기 생성기(10)에 탈이온수(DIW)가 수용되고, 히터(11)가 탈이온수(DIW)를 가열하여 포화 증기(S1)를 생성할 수 있다(S110). 포화 증기(S1)의 온도는 대략 섭씨 150도 정도일 수 있다.
증기 생성기(10)에서 포화 증기(S1)가 생성될 때, 제1 밸브(41) 및 제2 밸브(42)를 닫고, 포화 증기(S1)의 온도와 압력이 미리 정해진 온도와 압력이 될 때까지 제1 밸브(41) 및 제2 밸브(42)가 닫힌 상태를 유지할 수 있다(S120).
포화 증기(S1)를 이용한 포화 증기 세정을 수행할 것인지, 또는 과열 증기(S2)를 이용한 과열 증기 세정을 수행할 것인지를 판단한다(S130). 즉, 포화 증기(S1)를 노즐부(30)에 공급하는 포화 증기 세정 또는 포화 증기(S1)를 과열기(20)로 과열한 과열 증기(S2)를 노즐부(30)에 공급하는 과열 증기 세정을 수행할 것인지를 판단한다. 세정 대상(PL)의 종류나 제거할 분순물의 종류에 따라 포화 증기 세정 또는 과열 증기 세정이 결정될 수 있다.
포화 증기 세정을 수행하는 경우, 제2 밸브(42)를 조절하여 포화 증기(S1)를 노즐부(30)에 공급할 수 있다(S131). 이때, 제1 밸브(41)는 닫힌 상태를 유지한다. 제2 밸브(42)는 노즐부(30)에 공급되는 포화 증기(S1)의 양을 조절할 수 있다. 이에 따라, 노즐부(30)에는 미리 정해진 압력의 포화 증기(S1)가 제공될 수 있다.
노즐부(30)에 공급된 포화 증기(S1)가 노즐부(30)를 통해 분사된다(S132). 노즐부(30)에서 청정건조공기(CDA)와 초고순도수(UPW)가 포화 증기(S1)와 혼합되어 분사되어 세정 대상(PL)의 분순물을 제거할 수 있다. 이러한 포화 증기 세정은 디스플레이 기판이나 반도체 소자의 제조 공정에서 잔류 슬러리, 잔류 유기물이나 포토레지스터 등을 제거하는 경우에 이용될 수 있다.
세정 대상(PL)의 분순물을 제거한 후 제2 밸브(42)를 닫고 포화 증기 세정을 종료할 수 있다(S133). 이때, 히터(11)의 전원이 오프될 수 있다.
한편, 과열 증기 세정을 수행하는 경우, 제1 밸브(41)를 조절하여 포화 증기(S1)를 과열기(20)에 주입할 수 있다(S141). 이때, 제2 밸브(42)는 닫힌 상태를 유지한다.
과열기(20)는 포화 증기(S1)를 과열하여 과열 증기(S2)를 생성할 수 있다(S142). 과열기(20)는 포화 증기(S1)가 과열기(20)의 내부에 머무르지 않도록 하여 생성되는 과열 증기(S2)가 포화 증기(S1)와 동일한 압력을 갖도록 할 수 있다. 제1 밸브(41)에 의해 과열기(20)에 공급되는 포화 증기(S1)의 양이 조절됨에 따라 과열기(20)에서 생성되는 과열 증기(S2)의 온도를 결정할 수 있다. 과열 증기(S2)의 온도를 대략 섭씨 200도 정도일 수 있다. 실시예에 따라, 과열 증기(S2)의 온도는 대략 섭씨 200도에서 400도 범위의 온도일 수 있다.
과열기(20)에서 생성된 과열 증기(S2)는 노즐부(30)에 공급되고, 노즐부(30)에 공급된 과열 증기(S2)가 노즐부(30)를 통해 분사된다(S143). 노즐부(30)에서 청정건조공기(CDA)와 초고순도수(UPW)가 과열 증기(S2)와 혼합되어 분사되어 세정 대상(PL)의 분순물을 제거할 수 있다. 이러한 과정 증기 세정은 디스플레이 기판이나 반도체 소자의 제조 공정에서 초미세의 패턴이나 초미세 에칭 폴리머 등을 세정하는 경우에 이용될 수 있다.
세정 대상(PL)의 불순물을 제거한 후 제1 밸브(41)를 닫고 과열 증기 세정을 종료할 수 있다(S144). 이때, 히터(11)의 전원이 오프될 수 있다.
포화 증기 세정과 과열 증기 세정은 연속적으로 수행될 수 있으며, 이러한 경우 포화 증기 세정을 종료한 후 히터(11)의 전원을 오프하지 않고 다음의 과열 증기 세정 과정을 수행할 수 있다. 또한, 과열 증기 세정을 종료한 후 히터(11)의 전원을 오프하지 않고 다음의 포화 증기 세정 과정을 수행할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 도 1의 스팀 세정 장치(100)를 이용한 스팀 세정 방법의 다른 실시예에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스팀 세정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 증기 생성기(10)에 탈이온수(DIW)가 수용되고, 히터(11)가 탈이온수(DIW)를 가열하여 포화 증기(S1)를 생성할 수 있다(S210).
증기 생성기(10)에서 포화 증기(S1)가 생성될 때, 제1 밸브(41) 및 제2 밸브(42)를 닫고, 포화 증기(S1)의 온도와 압력이 미리 정해진 온도와 압력이 될 때까지 제1 밸브(41) 및 제2 밸브(42)가 닫힌 상태를 유지할 수 있다(S220).
포화 증기(S1)를 이용한 포화 증기 세정을 수행할 것인지, 또는 과열 증기(S2)를 이용한 과열 증기 세정을 수행할 것인지를 판단한다(S230).
포화 증기 세정을 수행하지 않는 경우, 과열 증기 세정을 수행할 것인지, 또는 포화 증기(S1)와 과열 증기(S2)를 혼합한 혼합 증기(S3)를 이용한 혼합 증기 세정을 수행할 것인지를 판단한다(S240).
혼합 증기 세정을 수행하는 경우, 제1 밸브(41)를 조절하여 증기 생성기(10)에서 생성된 포화 증기(S1)의 일부를 과열기(20)에 공급하고, 제2 밸브(42)를 조절하여 증기 생성기(10)에서 생성된 포화 증기(S1)의 일부를 노즐부(30)에 공급할 수 있다(S251).
과열기(20)에 공급된 일부의 포화 증기(S1)는 과열기(20)에 의해 과열되어 과열 증기(S2)가 생성될 수 있다(S252). 과열기(20)는 포화 증기(S1)가 과열기(20)의 내부에 머무르지 않도록 하여 생성되는 과열 증기(S2)가 포화 증기(S1)와 동일한 압력을 갖도록 할 수 있다. 제1 밸브(41)에 의해 과열기(20)에 공급되는 포화 증기(S1)의 양이 조절됨에 따라 과열기(20)에서 생성되는 과열 증기(S2)의 온도를 결정할 수 있다. 과열기(20)에서 생성된 과열 증기(S2)는 노즐부(30)에 공급될 수 있다.
포화 증기(S1)와 과열 증기(S2)는 제2 연결 소켓(62)에서 합류되어 혼합 증기(S3)를 생성할 수 있고, 노즐부(30)를 통해 혼합 증기(S3)가 분사될 수 있다(S253). 노즐부(30)에서 청정건조공기(CDA)와 초고순도수(UPW)가 혼합 증기(S3)와 혼합되어 분사될 수 있다.
혼합 증기(S3)로 세정 대상(PL)의 불순물을 제거한 후 제1 밸브(41) 및 제2 밸브(42)를 닫고 혼합 증기 세정을 종료할 수 있다(S254). 이때, 히터(11)의 전원이 오프될 수 있다.
한편, 포화 증기 세정을 수행하는 경우, 제2 밸브(42)를 조절하여 포화 증기(S1)를 노즐부(30)에 공급할 수 있다(S231). 이때, 제1 밸브(41)는 닫힌 상태를 유지한다. 제2 밸브(42)는 노즐부(30)에 공급되는 포화 증기(S1)의 양을 조절할 수 있다. 이에 따라, 노즐부(30)에는 미리 정해진 압력의 포화 증기(S1)가 제공될 수 있다.
노즐부(30)에 공급된 포화 증기(S1)가 노즐부(30)를 통해 분사된다(S232). 노즐부(30)에서 청정건조공기(CDA)와 초고순도수(UPW)가 포화 증기(S1)와 혼합되어 분사되어 세정 대상(PL)의 분순물을 제거할 수 있다.
세정 대상(PL)의 분순물을 제거한 후 제2 밸브(42)를 닫고 포화 증기 세정을 종료할 수 있다(S233). 이때, 히터(11)의 전원이 오프될 수 있다.
한편, 과열 증기 세정을 수행하는 경우, 제1 밸브(41)를 조절하여 포화 증기(S1)를 과열기(20)에 주입할 수 있다(S241). 이때, 제2 밸브(42)는 닫힌 상태를 유지한다.
과열기(20)에서 생성된 과열 증기(S2)는 노즐부(30)에 공급되고, 노즐부(30)에 공급된 과열 증기(S2)가 노즐부(30)를 통해 분사된다(S243). 노즐부(30)에서 청정건조공기(CDA)와 초고순도수(UPW)가 과열 증기(S2)와 혼합되어 분사되어 세정 대상(PL)의 분순물을 제거할 수 있다.
세정 대상(PL)의 불순물을 제거한 후 제1 밸브(41)를 닫고 과열 증기 세정을 종료할 수 있다(S244). 이때, 히터(11)의 전원이 오프될 수 있다.
포화 증기 세정, 과열 증기 세정, 및 혼합 증기 세정은 연속적으로 수행될 수 있으며, 이러한 경우 포화 증기 세정을 종료한 후 히터(11)의 전원을 오프하지 않고 다음의 과열 증기 세정 과정 또는 혼합 증기 세정 과정을 수행할 수 있다. 또한, 과열 증기 세정을 종료한 후 히터(11)의 전원을 오프하지 않고 다음의 포화 증기 세정 과정 또는 혼합 증기 세정 과정을 수행할 수 있다. 또한, 혼합 증기 세정을 종료한 후 히터(11)의 전원을 오프하지 않고 다음의 포화 증기 세정 과정 또는 과열 증기 세정 과정을 수행할 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 증기 생성기
20: 과열기
30: 노즐부
41: 제1 밸브
42: 제2 밸브

Claims (16)

  1. 포화 증기를 생성하는 증기 생성기;
    상기 포화 증기를 과열하여 과열 증기를 생성하는 과열기;
    상기 증기 생성기와 상기 과열기 사이에 위치하여 상기 과열기로 주입되는 상기 포화 증기의 양을 조절하는 제1 밸브;
    상기 과열기에 연결된 노즐부;
    상기 증기 생성기와 상기 노즐부 사이에 위치하여 상기 노즐부로 공급되는 상기 포화 증기를 조절하는 제2 밸브;
    상기 증기 생성기에 연결된 제1 라인;
    상기 제1 라인에 연결된 제1 연결 소켓;
    상기 제1 연결 소켓과 상기 과열기의 주입구에 연결된 제2 연결 라인;
    상기 제1 연결 소켓에 연결된 제3 연결 라인;
    상기 과열기의 유출구에 연결된 제4 연결 라인;
    상기 제3 연결 라인과 상기 제4 연결 라인에 연결된 제2 연결 소켓; 및
    상기 제2 연결 소켓과 상기 노즐부 사이에 연결된 제5 연결 라인을 포함하고,
    상기 노즐부는 상기 포화 증기 및 상기 과열 증기 중 적어도 하나를 분사하는 스팀 세정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 과열 증기의 온도는 상기 포화 증기의 온도보다 높고, 상기 과열 증기의 압력은 상기 포화 증기의 압력과 동일한 스팀 세정 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 밸브는 상기 과열기로 주입되는 상기 포화 증기의 양을 조절할 수 있는 유량 조절 밸브인 스팀 세정 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 밸브는 상기 노즐부로 공급되는 상기 포화 증기의 양을 조절할 수 있는 유량 조절 밸브인 스팀 세정 장치.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 밸브는 상기 제2 연결 라인에 연결되어 상기 제2 연결 라인을 통해 상기 과열기로 주입되는 상기 포화 증기의 양을 조절하는 스팀 세정 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 밸브는 상기 제3 연결 라인에 연결되어 상기 제3 연결 라인을 통해 상기 제2 연결 소켓으로 공급되는 상기 포화 증기의 양을 조절하는 스팀 세정 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 노즐부는,
    상기 포화 증기 및 상기 과열 증기 중 적어도 하나가 주입되는 증기 주입구 및 청정건조공기가 주입되는 공기 주입구를 포함하는 제1 주입 라인;
    초고순도수가 주입되는 제1 워터 주입구 및 증기의 분사를 위한 분사 슬릿을 포함하는 노즐 헤드;
    상기 노즐 헤드에서 증기가 분사되는 출구의 주변을 둘러싸는 흡입 후드; 및
    상기 흡입 후드 내의 증기를 흡입하여 배출하는 흡입 라인을 포함하는 스팀 세정 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 노즐부는,
    상기 흡입 후드 내에 상기 초고순도수를 주입하는 제2 주입 라인을 더 포함하는 스팀 세정 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 노즐 헤드의 분사 슬릿의 간격은 0.15mm 인 스팀 세정 장치.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 노즐 헤드에서 분사되는 증기의 속도는 350m/s 내지 550m/s 범위의 속도인 스팀 세정 장치.
  12. 증기 생성기에서 포화 증기를 생성하는 단계;
    상기 포화 증기를 노즐부에 공급하는 포화 증기 세정을 수행할 것인지, 또는 상기 포화 증기를 과열기로 과열한 과열 증기를 상기 노즐부에 공급하는 과열 증기 세정을 수행할 것인지 판단하는 단계;
    상기 포화 증기 세정을 수행하는 경우, 상기 증기 생성기와 상기 과열기 사이에 연결된 제1 밸브를 닫고, 상기 증기 생성기와 노즐부 사이에 연결된 제2 밸브를 조절하는 단계; 및
    상기 과열 증기 세정을 수행하는 경우, 상기 제2 밸브를 닫고 상기 제1 밸브를 조절하여 상기 포화 증기를 상기 과열기에 주입하는 단계를 포함하는 스팀 세정 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 포화 증기를 상기 과열기에 주입하는 단계는,
    상기 제1 밸브를 조절하여 상기 과열기로 주입되는 상기 포화 증기의 양을 조절하여 상기 과열기에서 생성되는 상기 과열 증기의 온도를 결정하는 단계를 포함하는 스팀 세정 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 과열 증기의 온도는 상기 포화 증기의 온도보다 높고, 상기 과열 증기의 압력은 상기 포화 증기의 압력과 동일한 스팀 세정 방법.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 노즐부에 청정건조공기 및 초고순도수를 주입하고, 상기 노즐부에 공급된 상기 포화 증기와 상기 과열 증기 중 하나와 상기 청정건조공기 및 상기 초고순도수를 혼합하여 분사하는 단계를 더 포함하는 스팀 세정 방법.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 포화 증기와 상기 과열 증기를 혼합하여 상기 노즐부에 공급하는 혼합 증기 세정을 수행할 것인지 판단하는 단계; 및
    상기 혼합 증기 세정을 수행하는 경우, 상기 제1 밸브를 조절하여 상기 증기 생성기에서 생성된 상기 포화 증기의 일부를 상기 과열기에 공급하고, 상기 제2 밸브를 조절하여 상기 증기 생성기에서 생성된 상기 포화 증기의 일부를 상기 노즐부에 공급하는 단계를 더 포함하는 스팀 세정 방법.
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