KR19980063459A - 세정용 2류체제트노즐 및 이것을 이용한 세정장치와 세정방법 - Google Patents

세정용 2류체제트노즐 및 이것을 이용한 세정장치와 세정방법 Download PDF

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Abstract

반도체 기판 등에 부착된 미세한 이물을 기판을 손상하지 않고 강력하게 제거한다.
액적(液滴)을 공기중에 분사해서 반도체 기판 등의 표면에 부착된 이물을 세정하기 위한 세정용 2류체제트노즐에 있어서, 가압된 개스와 액체를 혼합해서 액적을 형성하는 혼합부의 개스유로의 단면적을, 액적을 개스와 함께 가속해서 공기중에 분사하는 가속관 유로의 단면적보다 크게 형성한다. 또, 가속관은 원형직관 형상 또는 라발(Lavel)노즐 형상으로 한다.

Description

세정용 2류체제트노즐 및 이것을 이용한 세정장치와 세정방법
본 발명은 세정용 2류체제트노즐에 관한 것이고, 더 상세하게는 반도체 기판등의 위에 부착되어 있는 오염물을 제거하는 세정용 2류체제트노즐에 관한 것이다. 본 발명은 또 이 세정용 2류체 제트노즐을 이용하여 기판상에 부착되어 있는 오염물을 제거하는 세정장치및 세정방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체의 제조과정에서, 반도체 웨이퍼의 표면상에 여러가지의 오염물이 부착된다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼의 위에 CVD법, 또는 스패터법에 의해 절연막이나 금속막을 형성하면, 그 표면에 파티클모양의 오염물이 부착한다.
또 드라이에칭에 의한 패턴 형성후에는, 에칭찌꺼기(레지스트 찌꺼기)나 금속오염물이 부착한다. 이들 오염물을 제거하는 방법으로서, 종래부터 고압제트수세정, 아이스 스크래버세정 및 세정용 2류체제트노즐을 이용한 액적분사의 세정이 제안되고 있다.
도 17은 고압제트세정이라고 불리우는 방법에 의한 종래의 세정장치의 모식도이다. 이 세정장치에서는, 스테이지6의 위에 반도체 웨이퍼5를 유지하고, 이것을 모터7에 의해 회전시킨다. 이 반도체 웨이퍼5에 대해서 순수(純水)가압기68에 의해서 배관을 통해 접속되어 있는 고압제트노즐69이 배치되어 있다.
이 세정방법에서는, 먼저 순수가압기68에 의해 순수(純水)등의 액체를 50∼100 kgf/cm2(kg무게/cm2)의 고압으로 가압하고, 배관을 통해서 고압 제트노즐69에 공급한다. 고압제트노즐69에는, 직경 0.1mm 정도의 구멍이 있고, 여기에서 액체가 연속적으로 반도체 웨이퍼5에 분출된다. 분출된 액체가 반도체 웨이퍼5의 표면에 충돌함으로써, 반도체 웨이퍼5의 표면에 부착되어 있는 오염물이 제거되어 세정이 행해진다.
이 세정방법의 문제점은, 세정력이 낮고 1㎛이하의 파티클을 충분히 제거할 수 없다는 것이다. 세정력을 높이는데는 액체를 보다 고압으로 가압해서 고압제트노즐69 로부터의 액체의 분출속도를 높게 하면 좋지만, 순수가압기 68가 대형의 장치로 되어 경제적으로 득책은 아니다. 구체적인 예로는, 액체의 공급압력이 100 kgf/cm2의 경우 액체의 분출속도는 약 130m/sec가 된다.
도 18은 종래의 세정용 2류체제트노즐70의 단면도이다. 세정용 2류체제트노즐70은 그 안을 개스가 통과하는 제 1 관로72와 제 1 관로72의 외측에서 제 1 관로72의 측벽을 관통하고, 제 1 관로72내에까지 그 선단부가 연장되어, 그 안을 액체가 통과하는 제 2 관로73를 구비하고 있다. 제 2 관로73의 선단부는, 제 1 관로72가 연장되는 방향과 같은 방향으로 연장되고 있다.
이 세정용 2류체제트노즐70을 이용한, 예를 들면 반도체 웨이퍼용의 세정장치 구성의 모식도를 도 19에 나타낸다. 이 세정장치는 세정컵8과, 세정컵8내의 반도체 웨이퍼5를 유지하는 스테이지 6와, 이 스테이지6를 회전시키는 모터7와, 액적을 반도체 웨이퍼5의 표면에 향해서 분출하는 세정용 2류체제트노즐70과, 세정용 2류체제트노즐70에 가압한 개스를 공급하는 개스공급수단 2a과, 세정용 2류체제트노즐70에 가압한 액체를 공급하는 액체공급수단 3a를 구비하고 있다. 세정컵8에는 배기구9가 접속되어 있다. 또 세정용 2류체제트노즐70을 유지하고 이동시키는 로봇팔4을 구비하고 있다.
다음에 이 세정장치의 동작에 관해서 설명한다. 반도체 웨이퍼5를 스테이지 6에 고정시키고 소정의 회전수로 회전한다. 개스공급수단 2a으로 가압한 개스와, 또 액체공급수단3a으로 가압한 액체를 각각 세정용 2류체제트노즐70에 공급한다. 세정용 2류체제트노즐70에서는 도 18에 나타나는 것처럼 개스와 액체가 혼합되고, 액체는 입자모양의 액적1으로 변화하여 제 1 관로72내의 도면중의 a-b사이에서 개스의 흐름에 의해 가속되며, 제 1 관로72의 선단에서 분출된다. 분출된 액적1은 도 19에 나타나는 것처럼 반도체 웨이퍼5의 표면에 충돌하여, 반도체 웨이퍼5의 표면상에 부착되어 있는 오염물을 제거한다. 반도체 웨이퍼5에서 제거된 오염물과 반도체 웨이퍼5의 표면충돌후에 비산된 액적1과, 세정용 2류체제트노즐70에서 분출된 개스가 배기구9에 의해 세정컵8내에서 배출된다. 세정시, 반도체 웨이퍼의 전면을 세정하기 위해 세정용 2류체제트노즐70을 유지하고 이동시키는 로봇팔4에 의해, 세정용 2류체제트노즐70을 반도체 웨이퍼5의 표면에 따라서 수평방향으로 이동시키고 있다.
이 세정장치는 상류의 고압제트수 세정에 비해서 세정력이 높다. 또한 종래의 아이스 스크래버 세정보다 런닝코스트가 싸다. 또 이 세정장치는 세정력을 광범위하게 제어할 수 있기 때문에, 미세패턴의 파괴가 없고 또 경도(硬度)가 낮은 금속막에 손상을 주는 일이 없다. 그러나, 아이스 스크래버 세정에 비해서 세정효과가 낮다고 하는 문제점이 있다. 그 이유를 다음에 설명한다.
세정용 2류체제트노즐에서의 세정에 있어서, 그 세정력은 액적의 속도에 대응한다. 액적의 속도는 개스의 유량과, 액체의 유량과, 세정용 2류체제트노즐70의 제 1 관로72내의 도면중 a-b간의 거리와, 그 사이의 제 1 관로72 내측의 단면적에 의해 결정된다. 예를 들면, 개스의 유량을 200 L/min, 액체의 유량을 100mL/min, a-b간의 거리를 100mm, 제 1 관로72의 내경을 4.35mm으로 하면, 액적의 속도는 224m/sec가 된다. 통상 세정용 2류체제트노즐의 형상은 고정되어 있기 때문에, 액적의 속도는 개스의 유량과 액체의 유량에 의해서 결정되지만, 특히 체적이 큰 개스의 유량에 지배된다.
도 18에 나타나 있는 바와 같이, 제 1 관로72는 직관이고, 개스가 통과하는 제 2 관로73 외측의 제 1 관로72의 내부 단면적은, 도면중 a-b 간의 내부 단면적보다 작아진다. 따라서 개스의 유량은, 제 2 관로73 외측의 통로가 가장 좁은 제 1 관로72의 내부단면적에 의해 좌우된다. 즉, 그 속도가 제한된다. 통상, 개스의 공급압력은 최대 10 kgf/cm2까지이고, 특히 반도체 제조공장에서는 최대 7 kgf/cm2정도까지를 사용하고 있다. 예를 들면, 제 2 관로73의 외경을 3.2mm로 하면, 개스가 흐르는 제 2 관로73 외측의 제 1 관로의 내부면적은 6.8mm2이 된다. 개스의 공급압력을 7 kgf/cm2로 하면, 개스의 유량은 약 200 L/min이 된다. 이 경우의 액적의 속도는 상기와 같이 224m/sec가 된다.
세정용 2류체제트노즐70의 선단부분이 도면중 a-b간과 같은 직관형상인 경우, 그 안을 흐르는 개스의 속도는, 개스의 유량을 많게하면 기본적으로 음속도(音速度)의 약 330m/sec까지 가능하다. 그러나 도 18 형상의 세정용 2류체제트노즐70에서, 통상 사용되는 개스의 공급압력인 최대 7 kgf/cm2까지의 범위에서는, 액적의 속도는 음속도까지 도달하지 않는다. 세정력은 액적의 속도에 의존하고 있기 때문에, 이 세정용 2류체제트노즐70의 세정력은 통상 사용하고 있는 개스의 공급압력범위에서는 낮다.
개스의 공급압력을 통상의 사용범위보다 높게 하면, 개스의 유량이 증가하여 액적의 속도는 빨라지지만, 최대치는 상술한 바와 같이 음속도이다. 나중에 설명하겠지만, 아이스 스크래버세정인 경우의 얼음입자와 본 세정인 경우의 액적에서는 얼음과 액체(예컨대 물)의 물성치(物性値)의 차이에 의해, 얼음입자와 액적의 충돌속도가 같은 경우, 세정력은 아이스 스크래버세정쪽이 높다. 아이스 스크래버세정에서, 얼음입자의 속도는 최대음속도까지 달하는 일이 가능하기 때문에, 이 세정용 2류체제트노즐70의 세정력은, 아이스 스크래버세정을 상회할 수가 없다.
또한 이 세정장치의 문제점은, 세정컵8의 배기량을 크게 할 필요가 있기 때문에 경제적이 아니라는 것과, 배기를 충분히 행하기 위해 세정용 2류체제트노즐70의 반도체 웨이퍼5 표면과의 각도를 60°이하로 했기 때문에, 세정력이 충분하지 않고 또 미세패턴에의 대미지제어가 곤란해지는 것이다.
반도체 웨이퍼5에서 일단 제거된 오염물이 반도체 웨이퍼5의 표면에 재부착하지 않게 하기 위해서, 제거된 오염물과, 액적1과, 개스를, 배기구9에 의해 세정컵8내에서 배출시키지 않으면 안된다. 이 때문에 배기구9는, 세정용 2류체제트노즐70의 분출구와 마주 향한 위치에 배치하며 충분한 배기량이 필요하다. 구체적으로는 도 19의 세정장치인 경우, 배기량은 약 5m3/min 이상 필요하다.
또 세정용 2류체제트노즐70의 반도체 웨이퍼5와의 각도가 60°이상인 경우, 액적과 개스의 분류(噴流)는 반도체 웨이퍼5의 표면에서 반사하고, 세정컵8의 상부의 개구에서 위로 비산하여, 반도체 웨이퍼5의 표면에 오염물을 재부착시킨다. 세정력은 액적의 충돌각도가 수직에 가까울 수록 높고, 또 미세패턴에의 대미지의 정도는 액적의 충돌각도가 수직에 가까울 수록 작아진다. 액적의 충돌각도에 의해 미세패턴이 받는 힘(외력)이 변하여 미세패턴에의 대미지의 정도가 변화한다. 따라서, 반도체 웨이퍼5에 대해서 비스듬한 위치에서 액적을 분출하면, 반도체 웨이퍼5의 표면상에서 액적의 충돌각도의 차이가 생겨, 미세패턴에의 대미지를 제어하는 일이 곤란해진다.
또 이와 같은 세정에서의 문제점은 반도체 웨이퍼만이 아니고, 액정기판, 오토마스크등의 기판위에 부착되어 있는 오염물을 제거하는 경우에도 생기고 있었다.
상술한 바와 같이, 종래의 세정장치에서는 반도체재료등에 대한 세정력이 낮고, 특히 미세한 부착물을 충분하게 제거할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 또한 반도체재료등에 대한 대미지를 충분히 제어할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
그 때문에 본 발명의 목적은, 반도체 기판등의 표면상에 부착되어 있는 오염물을 강력하게 제거하는 세정용 2류체제트노즐 및 이것을 이용한 세정장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 기판등의 위에 부착되어 있는 1㎛이하의 미세한 이물을 제거할 수가 있도록 개량된 세정용 2류체제트노즐 및 세정장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 액적의 분출속도가 음속도를 넘을 수가 있도록 개량된 세정용 2류체제트노즐 및 세정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 런닝코스트가 싼 세정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기판등의 표면에 손상을 주지 않고 기판등의 표면상에 부착되어 있는 오염물을 제거할 수 있도록 개량된, 세정용 2류체제트노즐 및 세정장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관계되는 세정용 2류체제트노즐의 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태의 세정용 2류체제트노즐을 구비한 세정장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 3은 세정용 2류체제트노즐의 개스공급압력과 개스의 유량(流量)과의 관계 (유량특성)를 나타내는 그래프.
도 4는 세정용 2류체제트노즐의 개스공급압력과 액적의 분출속도와의 관계를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 세정용 2류체제트노즐의 노즐선단가속부의 길이와 액적의 분출속도와의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 세정용 2류체제트노즐의 액적의 분출속도와 세정력 또는 오염물의 제거 율과의 관계를 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명의 세정용 2류체제트노즐의 노즐선단 가속부의 관내의 단면적을 변화시킨 경우, 액체의 유량과 오염물제거율과의 관계를 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명의 세정용 2류체제트노즐의 동작, 작용의 기본적 개념을 설명하기 위한 도면.
도 9는 세정용 2류체제트노즐의 액적의 충돌각도와 세정력 또는 오염물의 제거율과의 관계를 나타내는 그래프.
도 10은 각종 세정방법에서의 파티클의 입경(粒徑)과 그 제거율의 관계를 나타내는 그래프.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 2에 관계되는 세정용 2류체제트노즐의 구조를 나타내는 단면도.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 3에 관계되는 세정용 2류체제트노즐의 구조를 나타내는 단면도.
도 13은 본 발명의 실시의 형태 4에 관계되는 세정용 2류체제트노즐의 구조를 나타내는 단면도.
도 14는 본 발명의 실시의 형태 5에 관계되는 세정용 2류체제트노즐의 단면도.
도 15는 본 발명의 실시의 형태에 관계되는 세정용 2류체제트노즐을 구비한 세정장치의 구성을 나타내는 모식도.
도 16은 본 발명의 실시의 형태 6에 관계되는 변형된 정류판을 가지는 세정용 2류체제트노즐의 구조를 나타내는 단면도.
도 17은 종래의 고압제트수 세정장치의 모식도.
도 18은 종래의 세정용 2류체제트노즐의 단면도.
도 19는 종래의 세정용 2류체제트노즐을 구비한 세정장치의 모식도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10,20,30,40,50,60 : 세정용 2류체제트노즐
11,21,31,41,51,61 : 가속관
12,22,32,42,52,62 : 혼합관(제 1관로)
23,33 : 제 2관로 34 : 제 3관로
55,65 : 정류판 2 : 개스유입구
3 : 액체유입구 2a : 개스공급수단
3a : 액체공급수단 A : 가속부
B : 혼합부
이하에 본 발명의 실시의 형태를 도면에 의거해서 설명한다. 또 각 도면을 통해서 동일한 부호는 동일, 또는 그에 상당하는 부분을 나타낸다.
(실시의 형태 1)
도 1은, 본 발명의 실시의 형태에 관계되는 세정용 2류체제트노즐10의 구조를 나타내는 단면도이다.
이것은 가압된 개스와 액체를 혼합해서 형성한 액적을 공기중에서 분사하고, 피세정물의 표면에 충돌시키는 것에 의해 세정을 행하는 것이다. 이 세정용 2류체제트노즐10은 노즐선단의 부분에서 액적의 가속을 꾀하는 가속관11을 가지는 가속부A와, 가압된 개스와 액체를 혼합해서 액적을 형성하는 혼합관 12을 가지는 혼합부B로 구성되어 있다. 혼합관 12에는 가압된 개스의 유입구2와, 액체의 유입구3가 설치되어 있다.
이 세정용 2류체제트노즐10의 특징은, 액적을 분출하는 노즐선단의 가속관11, 즉 도면중 a-b사이가 원형직관형상이고, 길이가 30∼200mm, 관내의 단면적이 3∼15mm2인 것이다. 또, 가압된 개스및 액체가 각각 배관을 통해서 혼합되는 혼합관12, 즉, 도면중 b-c사이는 원형직관 형상이며, 길이가 3∼50mm, 단면적이 7∼100mm2의 공간을 가지고 있는 것이다. 또, 상기 혼합관 12에 공급되는 개스 유입구2의 단면적이 7∼200mm2, 또는 액체 유입구3의 단면적이 0.01∼20mm2인 것이다.
구체적인 예로써는, 노즐선단의 가속관 11은 도면중 a-b간의 길이가 100mm, 관내의 단면적이 7mm2이고, 혼합관12은 도면중 b-c사이의 길이가 30mm, 단면적이 20mm2인 공간을 가지고 있으며, 개스 유입구2의 단면적이 15mm2, 액체 유입구3의 단면적이 5mm2이다.
도 2는 상기 세정용 2류체제트노즐 10을 구비한, 예를 들면 반도체 웨이퍼용의 세정장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 이 세정장치는 반도체 웨이퍼5의 표면상에 부착되어 있는 오염물을 제거하는 것이다. 이 세정장치는 세정용 2류체 제트노즐 10에 접속되고, 세정용 2류체제트노즐 10에 개스 및 액체를 가압 공급하는 개스공급수단 2a 및 액체공급수단 3a을 구비한다. 또 이 장치는 반도체 웨이퍼를 유지하는 스테이지6와, 스테이지6를 회전시키는 모터7와, 세정시의 물방울의 비산을 방지하는 세정컵8을 구비하고 있다. 세정컵8에는 배기구9가 접속되어 있다. 또 세정용 2류체제트노즐10을 유지하고 이동시키는 로봇팔을 구비하고 있다.
다음에 이 세정장치의 동작에 관해서 설명한다. 반도체 웨이퍼5를 스테이지6에 고정시키고 모터7에 의해 소정의 회전수로 회전한다. 개스공급수단 2a에서의 가압된 개스와, 액체공급수단3a에서의 가압된 액체는, 도 1에 나타나는 바와 같이, 개스유입구2 및 액체유입구 3을 통해서 세정용 2류체제트노즐 10의 혼합관 12내에 공급된다. 세정용 2류체제트노즐 10내의 혼합부B에서는, 즉, 혼합관12의 도면중 b-c간에서는 개스와 액체가 혼합되어, 액체는 입자모양의 액적1으로 변화한다. 액적1은 세정용 2류체제트노즐 10내의 노즐선단의 가속부A, 즉, 가속관11의 도면중 a-b 간에서 개스의 흐름에 의해 가속되고, 입자의 지름은 더욱 작아지며 노즐선단에서 분출된다.
분출된 액적1은 도 2에 나타나는 바와 같이, 반도체 웨이퍼5의 표면에 충돌하여 반도체 웨이퍼5의 표면상에 부착되어 있는 오염물을 제거한다. 반도체 웨이퍼5에서 제거된 오염물과, 반도체 웨이퍼5의 표면충돌후에 비산된 액적1과, 세정용 2류체제트노즐 10에서 분출된 개스의 흐름은, 배기구9에 의해 세정컵8내에서 배출된다. 세정시, 반도체 웨이퍼5의 전체면을 세정하기 위해, 세정용 2류체제트노즐 10을 유지하고 이동시키는 로봇팔4에 의해, 세정용 2류체제트노즐 10을 반도체 웨이퍼5의 표면에 따라서 수평방향으로 이동시키고 있다.
도 3은 도 18에 나타난 종래의 세정용 2류체제트노즐 70과 비교한, 이 실시의 형태의 세정용 2류체제트노즐 10의 개스의 공급압력과 개스의 유량과의 관계(유량특성)을 나타내는 그래프이다. 도 3에 있어서 유량선 3-1은, 도 1에 나타난 본 실시의 형태의 세정용 2류체제트노즐 10의 개스유량을 나타낸 것이고, 앞서 구체예로써 설명한 바와 같이, 가속부A의 내경이 3mm(단면적은 7mm2), 혼합부B의 내부단면적이 20mm2이다. 또, 유량선 3-2은 도 18에 나타난 종래의 세정용 2류체제트노즐 70의 개스유량을 나타낸 것이고, 앞서 구체예로써 설명한 바와 같이, 제 1 관로72의 내경이 4.35mm(단면적은 15mm2), 제 2 관로73의 외경이 6.8mm, 제 2 관로73의 외측의 제 1 관로72의 내부단면적이 6.8mm2이다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 개스의 공급압력이 같은 경우 종래의 세정용 2류체제트노즐 70과 비교해서, 본 발명의 세정용 2류체제트노즐 10은 개스의 유량이 커진다. 이것은 종래의 기술의 설명에서 말한 바와 같이, 도 18에 나타난 종래의 세정용 2류체제트노즐 70에서는 제 1 관로72는 직관이고, 제 2 관로73의 외측의 개스가 통과하는 제 1 관로72의 내부단면적은, 도면중 a-b간의 단면적보다 작아진다. 따라서, 개스의 유량은 제 2 관로73 외측의 통로가 가장 좁은 제 1 관로 내부면적에 의해서 좌우되어, 즉 속도가 제한되어 적어진다.
도 4는, 종래의 세정용 2류체제트노즐 70과 비교한 본 실시의 형태의 세정용 2류체제트노즐 10의 개스의 공급압력과 액적의 분출속도와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4에 있어서, 속도선 4-1은 본 실시의 형태의 세정용 2류체제트노즐 10의 액적의 분출속도를 나타내고, 속도선 4-2은, 종래의 세정용 2류체제트노즐 70의 액적의 분출속도를 나타낸다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 개스의 공급압력이 같은 경우, 종래의 세정용 2류체제트노즐 70과 비교해서, 본 발명의 세정용 2류체제트노즐 10은 액적의 분출속도가 빨라진다.
그 구체적인 예로써, 앞서 설명한 바와 마찬가지로, 종래의 세정용 2류체제트노즐 70의 노즐선단부의 내경이 4.35mm(단면적은 15mm2), 본 발명의 세정용 2류체제트노즐 10의 노즐선단부 가속관11의 내경이 3mm(단면적은 7mm2)의 경우를 상정한다. 본 발명의 세정용 2류체제트노즐 10에서의 액적의 분출속도는, 개스의 공급압력이 약 3 kgf/cm2 에서 음속도에 달할 수 있다. 종래의 세정용 2류체제트노즐 70에서의 액적의 분출속도는, 개스의 공급압력이 약 7 kgf/cm2이고, 224m/sec이다. 종래의 세정용 2류체제트노즐 70에서 음속도에 달하는데는, 개스의 공급압력이 10 kgf/cm2이상 필요하다. 따라서, 본 발명의 세정용 2류체제트노즐은 개스의 공급압력이 보다 저압에서 액적의 분출속도를 높일 수가 있다.
도 5는, 본 발명의 세정용 2류체제트노즐 10의 노즐선단의 가속부A, 즉 가속관11의 도 1중의 a-b간의 길이와, 액적의 분출속도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 세정용 2류체제트노즐 10의 노즐선단의 가속부A의 길이가 30mm 이하에서는, 액적의 분출속도는 느리다. 이것은 세정용 2류체제트노즐 10의 혼합부B에서 형성된 액적1이 노즐선단의 가속부A가 짧기 때문에, 개스의 흐름에 의한 가속을 충분히 받을 수 없기 때문이다. 또, 세정용 2류체제트노즐 10의 노즐선단의 가속부A의 길이가 200mm이상에서는 액적의 분출속도는 완만하게 늦어진다. 이것은 노즐선단의 가속부A가 길기 때문에 배관내의 액체저항력에 의해 개스의 유량이 저하되기 때문이다. 따라서, 세정용 2류체제트노즐 10의 노즐선단의 가속부 A의 길이는 30∼200mm이 적당하다.
도 6은 세정용 2류체제트노즐의 액적의 분출속도와 세정력의 관계를, 오염물의 제거율에 의해 표시한 것을 나타내는 그래프이다. 도 6으로 알 수 있는 바와 같이, 세정력은 액적의 분출속도에 비례해서 커진다.
도 7은, 본 발명의 세정용 2류체제트노즐 10의 노즐선단 가속부A 관내의 단면적을 변화시킨 경우, 액체의 유량과 세정력의 관계를 오염물의 제거율에 의해서 나타낸 그래프이다. 도 7에 있어서, 곡선 7-1, 7-2, 7-3은, 각각 노즐선단의 가속관11의 내부단면적이 3mm2, 5mm2, 7mm2인 경우의 세정력의 변화를 나타내는 것이다. 이 그래프는, 노즐선단 가속부A 관내의 단면적만을 바꾼 세정용 2류체제트노즐에있어서, 개스의 공급압력을 일정하게 해서 액체의 유량을 변화시킨 것이다. 따라서, 노즐선단 가속관11 관내의 단면적이 큰 경우, 개스의 유량은 많아진다.
도 7에서 보는 바와 같이 액체의 유량이 적은 경우, 세정력은 약해진다. 이것은 액적의 개수가 적기 대문에 세정효율이 저하했기 때문이다. 이 조건하에서 충분한 제거율을 얻기 위한 액체의 유량은 약 100mL/min 이상 필요하다. 또 액체의 유량이 많은 경우 세정력은 천천히 약해진다. 이것은 어느 개스의 유량에 대해서 충분하게 가속할 수 있는 액적의 양은 한정되어 있기 때문에, 액체의 유량이 너무 많아서 액적의 속도가 느려졌기 때문이다.
또 노즐선단 가속부A 관내의 단면적이 작으면, 개스의 유량이 적기 때문에, 충분하게 가속할 수 있는 액적의 양, 즉 액체의 유량은 적어지고 제거율은 낮다. 이에 비해서, 노즐선단의 가속부A의 관내의 단면적이 크면, 개스의 유량이 크기 때문에 충분하게 가속할 수 있는 액적의 양, 즉 액체의 유량은 많아지고 제거율은 높아진다. 단, 노즐선단부의 관내의 단면적이 너무 크면, 개스의 유량이 많고 런닝코스트가 높아져서 경제적으로 득책은 아니다. 또 개스의 유량이 많아지고 세정컵 8내의 배기를 충분히 행하기 위한 배기량을 증가시킬 필요가 있어, 런닝코스트가 높아져서 경제적으로 득책이 될 수 없다.
이런 것을 고려하면, 노즐선단의 가속관11의 관내의 단면적은 3mm2이상으로 하는 것이 적당하다. 또, 이 단면적은 실제적으로는 3∼15mm2정도가 실용적이고, 실험 등에 의하면 약 7mm2정도가 최적이 된다. 또한, 유체저항력을 작게 하기 위해서, 노즐선단의 가속부A의 형상은 둥근관이며 또 직관인 것이 바람직하다.
가압된 개스 및 액체가 각각 배관을 통해서 혼합되는 노즐혼합부B의 단면적은 적어도 노즐선단의 가속부A 관내의 단면적보다 크지 않으면 안된다. 노즐선단의 가속부A 관내의 단면적보다 작은 경우에는, 혼합부B에서 개스의 유량이 줄어서 충분한 세정력을 얻기 위한 액적의 속도에 이르지 못한다. 또 혼합부 B의 단면적이 너무 큰 경우에는, 혼합부에서의 액적의 미세화가 충분하게 이루어지지 않아 세정효율이 낮아진다. 혼합부B의 길이가 짧으면, 혼합부B에서의 액적의 가속이 부족해서 충분한 세정력을 얻을 수 없다. 또 혼합부B의 길이가 길면, 혼합부B에서의 유체저항력이 높아지고, 개스의 유량이 적어져서 충분한 세정력을 얻을 수 없다.
따라서 이런 것들을 고려하면, 혼합부B의 단면적은 적어도 노즐선단의 가속부A의 적절한 관내단면적의 최소치 3mm2보다 커야 하며, 따라서 3mm2이상이 적당하다. 또 실용적으로는 3∼200mm2가 적당하다. 또 실용적으로는 3∼200mm2가 적당하다. 또 혼합부B의 길이는 3∼50mm2가 실용적이다. 또한, 액체저항력을 작게 하기 위해서 혼합부 B의 형상은 원관이 바람직하다.
상기 혼합부B에 공급되는 개스의 유입구2의 단면적은, 개스의 유량이 줄어들지 않도록 적어도 노즐선단의 가속부A의 관내의 단면적의 최소부분보다 크고, 또 구조상 혼합부B의 단면적과 동등이하로 해야한다. 따라서 개스유입구2의 단면적은, 가속부A의 적절한 관내단면적의 최소치 3mm2보다 크고, 적어도 3mm2이상으로 할 필요가 있다. 또 실용적으로는 7∼200mm2정도가 적당하다.
또 액체의 유입구3의 단면적은, 충분한 제거율을 얻기 위한 최저한의 액체의 유량, 약 100mL/min 이상을 흐르게 하기 위한 크기가 필요하다. 그러기 위해서는 이론적으로도 액체유입구 3의 단면적은 0, 04mm2이상이면 좋다. 또, 혼합부 B에서의 액적의 미세화와 액적의 가속도를 높이기 위해, 너무 크지 않도록 하는 것이 좋다. 실용적으로는 0.04∼20mm2정도가 적당하다.
다음에 본 발명에 의한 세정용 2류체제트노즐의 동작, 작용의 기본적인 개념을 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8은 분사된 액적에 의한 세정작용을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 8(a)에 나타나는 것처럼, 액적1이 반도체 웨이퍼 5의 표면에 Vo의 속도로 충돌하도록 한다. 그렇게 하면, 도 8(b)에 나타나는 것처럼, 액적1이 충돌할 때 액적1의 하부에 충격압력이라고 불리우는 압력P이 생긴다. 다음에 도 8(c)에 나타나는 것처럼, 이 충격압력에 의해서 수평방향의 방사류라고 불리우는 흐름Vf이 생긴다. 또한, 액적 1은 도 8(d)에 나타나는 것처럼 변형되고, 반도체 웨이퍼5상의 오염물은 충격압력P 또는 이 방사류 Vf 로부터 받는 힘에 의해서 제거된다.
충격압력 P는 다음의 식이 주어진다.
식중에서 Vo은 충돌속도, ρL은 액체의 밀도, CL은 액체중의 음속도, α는 다음 식에서 나타나는 저감계수를 표시하고 있다.
식중에서 ρS는 반도체 웨이퍼기판의 밀도, CS는 반도체 웨이퍼 기판중의 음속도를 표시하고 있다.
방사류의 속도 Vf는 다음식으로 나타낸다.
Vf=(αCLVO)1/2……… (3)
반도체 웨이퍼5상의 오염물을 가령 구형의 파티클로 하면, 이 파티클이 받는 외력(제거력, 또는 세정력)D는 다음 식으로 나타낸다.
식중에서, CD는 저항력계수, d는 파티클의 직경을 나타내고 있다. 또한 [수학식 4]와 [수학식 5]는 형태가 다르지만 결과적으로 같은 수치가 얻어진다.
이것으로 알 수 있는 바와 같이, 세정력 D은 액적의 충돌속도 Vo에 비례하고 있고, 충돌속도 Vo를 높이면 세정력D은 커진다.
세정력D은 액적1의 입자의 직경(粒徑)에는 의존하지 않지만, 액적1이 충돌하는 면적(이것은 오염물의 제거율에 영향을 미친다)이 변화한다. 액체의 공급량을 일정하게 한 경우, 액적1의 입경을 작게 하면, 액적1의 개수는 입경의 3승(乘)에 반비례해서 증가하고, 한 편, 1개의 액적이 충돌하는 면적은 입경의 2승에 비례해서 감소한다. 그 결과, 전체의 액적이 충돌하는 면적이 증가해서 세정효과는 높아진다.
또 이 모델은, 액적, 이른 바 액체의 입자만이 아니고, 종래의 기술인 아이스 스크래버 세정인 경우의 얼음입자에도 적용할 수 있다. 얼음입자의 경우는, 얼음입자중의 음속도 CL가 물등의 액체중의 음속도보다 크기 때문에, 총돌속도가 같은 경우에 얼음입자의 세정력은 액적보다도 커진다.
상기 모델은, 액적1이 반도체 웨이퍼5의 표면에 수직으로 충돌하는 경우를 상정하고 있지만, 실제로는 어느 각도를 가지게 했기 때문에 {수학식 4}, [수학식 5]는 각각 다음식으로 나타난다.
식중에서 θ는 반도체 웨이퍼5 표면방향과의 액적1의 충돌각도를 나타내고 있다.
도 9는 액적의 충돌각도와 세정력과의 관계를, 오염물의 제거율에 의해서 나타낸 그래프이다. 도 9에 나타나는 바와 같이 액적의 충돌각도를 크게 하면, 사인커브에 따라서 세정력은 커진다.
도 10은 각종 세정방법에서의 파티클의 입경과 그 제거율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도면중에서 라인10-1은 본 발명의 세정용 2류체제트노즐10에 의한 세정, 도면중에서 라인10-2는 종래의 세정용 2류체제트노즐70에 의한 세정, 도면중 라인 10-3은 종래의 고압제트수 세정에 의한 제거율을 나타내는 곡선이다. 또한, 종래의 기술인 아이스 스크래버세정에 관해서는 기재되어 있지 않으나, 라인 10-1과 같은 정도이다. 도 10에 나타나 있는 바와 같이, 도면중 라인 10-3의 고압 제트수 세정에서는 1㎛이하의 파티클이 제거되지 않는다. 또 도면중의 라인 10-2의 종래의 세정용 2류체제트노즐 70에 의한 세정에서는, 고압제트수 세정보다 세정력이 높지만, 0.1㎛의 파티클이 제거되지 않는다. 이에 비해서 도면중의 라인 10-1의 본 발명의 세정용 2류체제트노즐10에 의한 세정은, 이들보다 세정력이 높고, 0.1㎛이하의 파티클의 제거가 가능하다.
또한, 상기 실시의 형태에서는, 기판으로서 반도체 웨이퍼를 예시했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 액정, 포토마스크 등의 기판의 표면상에 부착되어 있는 오염물을 제거하는 경우에도 적용할 수가 있다.
(실시의 형태 2)
도 11은, 본 발명의 다른 실시의 형태에 관계되는 세정용 2류체제트노즐20의 단면도이다. 이 세정용 2류체제트노즐20은 노즐선단의 부분에서 액적의 가속을 꾀하는 가속관 21으로 이루어지는 가속부A와, 가압된 개스와 액체를 혼합해서 액적을 형성하는 혼합관22을 포함하는 혼합부B로 구성되어 있다. 혼합관22에는 가압된 개스의 유입구2와 혼합관 22의 측벽을 관통해서 혼합관22중에 액체의 유입구3가 개구되고, 그 선단부분이 혼합관22과 같은 축모양으로 배치된 액체의 유입관23이 설치되어 있다.
이 세정용 2류체제트노즐 20의 특징은 다음과 같다. 가압된 개스 및 액체가 혼합되는 혼합부 B(도면중 b-d간)중의 도면중 c-d사이는, 종래의 기술과 마찬가지로 외관(제 1관로22)에 개스, 내관(제 2관로23)에 액체가 흐르는 2중관의 구조로 되어 있고, 다른 점으로는 이 부분의 개스가 통과하는 제 2 관로23 외측의 제 1 관로22의 내부 단면적이, 노즐선단의 가속관11(도면중 a-b간)의 단면적보다도 큰 점이다. 따라서, 개스는 혼합부 B내의 2중관에 한정되는 것은 아니고, 즉 속도가 제한되는 것은 아니고, 종래의 세정용 2류체제트노즐70보다 낮은 공급압력으로 큰 유량이 얻어지기 때문에, 액적의 분출속도가 빠르고 세정력이 높다.
또 이 세정용 2류체제트노즐20의 또 하나의 특징은, 혼합부B내의 제 2 관로23의 출구에서 시작하여, 가속관에 접속되기까지의 사이(도면중의 b-c간)에서 제 1 관로22가 가속관21의 단면적까지 서서히 좁아지고 있는 점이다. 이에 의해, 도면중 b-c간의 개스의 속도는 유체저항력의 손실을 입지 않고 서서히 빨라진다. 제 2 관로23의 출구3에서 나온 액적1은, 이 개스의 흐름에 의해 서서히 가속되어 보다 미세화된다. 따라서, 도 1에 나타난 실시의 형태의 세정용 2류체제트노즐10보다도 액적1의 입경이 작고, 또 액적1의 분출속도가 빨라져서 세정력이 높다.
이 세정용 2류체제트노즐20의 구체적인 예로서는, 노즐선단의 가속부A(도면중 a-b사이)의 길이가 100mm, 관내의 단면적이 7mm2이고, 혼합부B(도면중 b-d사이)의 도면중 b-c간의 길이가 20mm, 도면중 c-d간의 제 2 관로 23의 외측의 개스가 흐르는 부분의 단면적이 20mm2, 개스의 유입구2의 단면적이 20mm2, 액체의 유입구 3의 단면적이 3mm2이다. 또한 제 1 관로22와 제 2 관로23는 모두 원관모양이고, 혼합부 B의 도면중 c부에서 동심원 모양으로 배치되어 있는 것이다.
이렇게 구성되는 것에 의해 액적이 보다 미세화되고, 또한 액적의 분출속도가 빠르며, 따라서 세정력이 높은 세정용 2류체제트노즐을 실현할 수가 있다.
(실시의 형태 3)
도 12는 본 발명의 다른 실시의 형태에 관계되는 세정용 2류체제트노즐30의 단면도이다.
이 세정용 2류체제트노즐30은, 노즐선단의 부분에서 액적의 가속을 꾀하는 가속관31으로 이루어지는 가속부A(도면중 a-b)와, 가압된 개스와 액체를 혼합해서 액적을 형성하는 혼합관 32을 포함하는 혼합부B(도면중 b-d)로 구성되어 있다. 혼합관32에는 가압된 개스의 유입구2와 혼합관32의 측벽을 관통해서 혼합관32안에 액체의 유입구3가 개구되고, 그 선단부분이 혼합관32과 같은 축모양으로 배치된 액체의 유입관33이 설치되어 있다. 또 이 액체의 유입관33 안에 개스유입관34이 같은 축모양으로 배치되어 3중관 구조로 되어 있다. 가압된 개스 및 액체가 혼합된 후의 혼합부B의 도면중 b-c간과, 노즐선단의 가속부 A(도면중 a-b간)는, 도 11의 실시의 형태와 같다.
이 세정용 2류체제트노즐30의 특징은 다음과 같다. 즉, 이 세정용 2류체제트노즐30은 혼합부B의 도면중 c-d 간에서, 그 안을 개스가 통과하는 제 1 관로32와, 제 1 관로32의 외측에서, 제 1 관로32의 측벽을 관통하여, 제 1 관로32 내에까지 그 선단부가 연장되고, 그 안을 액체가 통과하는 제 2 관로33와, 또한 제 2 관로33의 외측에서 제 2 관로33의 측벽을 관통하여 제 2 관로 33내에까지 그 선단부가 연장되며, 그 안을 개스가 통과하는 제 3 관로34를 구비하고 있다. 또 제 3 관로34의 선단부와 제 2 관로33의 선단부는, 제 1 관로32가 연장되는 방향과 같은 방향으로 연장되어 있다.
도 11에 나타난 실시의 형태와 마찬가지로, 이 3중관 구조의 부분, 도면중 c-d간의 개스가 통과하는 제 2 관로33의 외측 제 1 관로32의 내부단면적은, 노즐선단의 가속부A(도면중 a-b간)의 단면적보다도 크다. 제 3 관로 34의 선단부에서는 제 3 관로34에서 나온 개스와 제 2 관로33내를 흐르는 액체가 혼합되어 액적이 형성되고, 제 1 관로32내에서 다시 개스의 흐름에 의해 액적의 미세화가 촉진된다.
그 결과, 도 1 또는 도 11로 나타낸 실시의 형태의 세정용 2류체제트노즐에 의한 액적보다도 더 미세한 액적이 얻어지고, 또 액적의 분출속도가 빨라진다. 구체적인 예로서는, 종래의 세정용 2류체제트노즐70에서의 액적의 입경이 약 20㎛, 도 1로 나타낸 실시의 형태의 세정용 2류체제트노즐10에서의 액적의 입경이 약 10㎛, 도 11로 나타낸 실시의 형태의 세정용 2류체제트노즐20에서의 액적의 입경이 약 5㎛, 도 12로 나타낸 본 실시의 형태의 세정용 2류체제트노즐30에서의 액적의 입경이 약 2㎛이다. 따라서, 본 실시의 형태의 세정용 2류체제트노즐30에서의 세정력은, 종래의 세정용 2류체제트노즐70은 물론, 도 1 또는 도 11로 나타낸 실시의 형태의 세정용 2류체제트노즐보다도 높다.
(실시의 형태 4)
도 13은 본 발명의 다른 실시의 형태에 관계되는, 세정용 2류체제트노즐40의 구조를 나타내는 단면도이다.
이 세정용 2류체제트노즐40은, 노즐선단의 부분에서 액적의 가속을 꾀하는 라발노즐 형상의 가속관41으로 이루어지는 가속부A(도면중 a-b)와, 가압된 개스와 액체를 혼합해서 액적을 형성하는 혼합관42을 포함하는 혼합부B(도면중 b-d)로 구성되어 있다. 혼합관42에는 가압된 개스의 유입구2와 액체의 유입구3가 설치되어 있다.
가압된 개스 및 액체가 혼합되는 혼합부B 관로42의 도면중 b-c간의 형상은, 도 11에서 나타난 실시의 형태의 제 1 관로22와 같고, 혼합부B의 관로42의 도면중 c-d간의 형상은, 도 1에서 나타난 실시의 형태의 혼합부B의 도면중 b-c간의 형상과 같다.
본 세정용 2류체제트노즐40의 특징은, 노즐선단의 가속부A(도면중 a-b간)의 내경이, 액적의 분출구에 향해서 서서히 커지는 라발노즐 형상으로 되어 있는 점이다. 이 세정용 2류체제트노즐40의 노즐선단의 가속부A(도면중 a-b간)의 길이는, 실시의 형태 1의 직관의 경우와 같은 이유로 30∼200mm이 적당하다. 또한 가속부A의 관내의 단면적은, 실시의 형태 1의 직관의 경우와 같은 이유에서 단면적이 최소인 조임부(스로트부), 즉 도면중 b부이고, 3mm2이상 필요하다. 또 실용적으로는 3∼10mm2정도가 적당하다. 또한, 출구부 즉 도면증 a부에서의 단면적은, 적어도 조임부보다는 크게 3mm2이상이 필요하다. 실용적으로는 6∼20mm2정도가 적당하다.
일반적으로 라발노즐(라발관)은, 개스를 관로의 안에서 초음속으로 증속하기 위한 것이지만, 본 세정용 2류체제트노즐40은 액적을 초음속까지 증속시키기 위해 형상의 최적화를 행하고 있다. 도 7에서 보는 바와 같이, 충분한 제거율을 얻기 위한 액체의 유량은 약 100mL/min 이상 필요하고, 또 액체의 유량이 많은 경우는 런닝코스트가 많아져서 경제적으로 득책이 아니기 때문에, 최적인 액체의 유량은 100∼300mL/min이다. 이 유량의 액적을 초음속까지 가속시키기 위한 최소개스 유량은 200∼600 L/min이다.
이 개스유량을, 통상 사용되는 개스의 공급압력인 최대 7 kgf/cm2까지의 범위에서 얻기 위해서는, 세정용 2류체제트노즐40의 가속관 41의 조임부(스로트부), 도면중 b부의 단면적을 3∼10mm2혹은 그 이상으로 하지 않으면 안된다. 또, 세정용 2류체제트노즐40의 가속관 41의 출구부, 도면중 a부의 단면적을 조임부(스로트부)의 단면적의 2배로 하면, 액적을 초음속까지 가속할 수 있기 때문에, 출구부의 단면적의 최적치는 6∼20mm2가 된다. 이 조건의 세정용 2류체제트노즐40에서 액적1의 분출속도는 음속도의 약 1.5배인 약 500m/sec 에 이른다.
이 세정용 2류체제트노즐40은, 상기한 바와 같이 액적1을 초음속으로 분출할 수가 있기 때문에, 아이스 스크래버 세정노즐이나 종래의 세정용 2류체제트노즐70, 또는 도 1, 도 11 또는 도 12에서 나타난 실시의 형태의 세정용 2류체제트노즐보다 세정력이 높다.
(실시의 형태 5)
도 14는, 본 발명의 또 다른 실시의 형태에 관계되는 세정용 2류체제트노즐50의 구조를 나타내는 단면도이다.
이 세정용 2류체제트노즐50은, 노즐선단의 부분에서 액적의 가속을 꾀하는 가속관 51으로 이루어지는 가속부A(도면중 a-b)와, 가압된 개스와 액체를 혼합해서 액적을 형성하는 혼합관 52을 포함하는 혼합부B(도면중 b-d)로 구성되어 있다. 혼합관 52에는 가압된 개스의 유입구2와 액체의 유입구3가 설치되어 있다. 노즐선단의 가속부A(도면중 a-b사이) 및, 가압된 개스 및 액체가 혼합되는 혼합부B(도면중 b-c사이)의 형상은 도 1에 나타낸 실시의 형태와 같다.
본 세정용 2류체제트노즐50의 특징은, 노즐선단 가속부A의 출구, 도면중 a부, 또는 도면중 a-b 사이에 분출된 액적 및 개스 분류의 방향을 제어하는 정류판 55을 구비하고 있는 점이다. 이 정류판 55은 세정용 2류체제트노즐50의 가속관 51에서 분출방향과 직각으로 10∼100mm의 범위에 펼쳐지는 평판이다.
도 15는 상기의 세정용 2류체제트노즐50을 구비한, 예를 들면 반도체 웨이퍼용의 세정장치의 구성 및 세정방법을 나타내는 모식도이다.
이 세정장치는 세정용 2류체제트노즐50에 개스 및 액체를 가압공급하는 개스공급수단2a 및 액체공급수단3a을 구비하고 있다. 또 이 장치는, 반도체 웨이퍼5를 유지하는 스테이지6와, 스테이지6를 회전시키는 모터7와, 세정시의 물방울의 비산을 방지하는 세정컵8을 구비하고 있다.
세정컵8에는 배기구9가 접속되어 있다. 또, 세정용 2류체제트노즐50을 유지하고 이동시키는 로봇팔을 구비하고 있다.
상기 정류판55은 반도체 웨이퍼5의 표면에서 5∼50mm 떨어진 위치에 배치하고, 반도체 웨이퍼의 표면과 거의 병행으로 펼치도록 배치되어 있다.
구체적인 예로써는, 도 14, 도 15에 나타나는 바와 같이, 정류판55은 노즐 출구의 선단에 장치된 반경 50mm의 원반이다. 세정시, 세정용 2류체제트노즐50은 반도체 웨이퍼5 표면에서 20mm 떨어진 위치에 수직으로 배치되고, 반도체 웨이퍼5의 표면전체를 세정하기 위해서, 표면을 따라서 가로로 이동한다. 즉, 정류판55은 반도체 웨이퍼5의 표면과 20mm 떨어진 위치에 평행으로 배치되어 있다.
세정용 2류체제트노즐50에서 분출된 액적1과 개스의 흐름(분류)은, 일단 반도체 웨이퍼5의 표면에 충돌하여 윗쪽으로 비산하려고 하지만, 정류판55에 의해 억제되어 반도체 웨이퍼5의 표면에 따라서 분산한다. 세정용 2류체제트노즐50에서 분출된 직후의 분류는 고속이지만, 정류판55의 정류효과에 의해 정류판55의 주위에서의 분류는 저속이 된다.
구체적인 예로서는, 노즐선단의 가속부A(도면중 a-b간)의 길이가 100mm, 관내의 단면적이 7mm2이고, 개스의 유량을 150 L/min , 액체의 유량을 100 L/min으로 한 경우, 분출된 직후의 분류의 속도는 음속도의 330m/sec이지만, 정류판55의 주위에서의 분류의 속도는 0.4m/sec 이 된다.
정류판이 없는 경우는, 세정용 2류체제트노즐에서 분출된 액적과 개스의 흐름(분류)은 반도체 웨이퍼5의 표면에서 반사하여 윗쪽으로 비산한다. 반도체 웨이퍼5의 표면에 부착되어 있는 오염물은 액적의 충돌에 의해 반도체 웨이퍼5의 표면에서 일단 제거되기는 하지만, 액적과 함께 윗쪽으로 비산한 후, 반도체 웨이퍼5의 표면에 부착하여 반도체 웨이퍼를 오염시킨다. 따라서 정류판55이 없는 경우는 세정용 2류체제트노즐50에서 분출된 액적과 개스의 흐름(분류) 및 제거된 오염물을 신속하게 반도체 웨이퍼5의 표면상에서 배제하기 위해서, 세정용 2류체제트노즐의 분출각도를 60°이하로 하고, 이것과 마주 향하는 위치에서 대유량의 배기를 행하고 있다.
정류판55을 구비함으로써 상기의 문제는 해결되기 때문에, 세정용 2류체제트노즐의 분출각도를 90°(수직방향)로 할 수가 있고, 세정력이 높아진다. 또 정류판55의 근방에서는 분류의 속도를 느리게 하기 때문에 배기량을 적게 할 수가 있다. 구체적으로는, 도 18에서 설명한 종래의 세정용 2류체제트노즐70의 경우 배기량은 약 5m3/min 이상 필요하지만, 본 발명의 세정용 2류체제트노즐50의 경우는 2m3/min 이하로 충분하다.
정류판 55의 위치는, 반도체 웨이퍼5의 표면에서 너무 떨어지면 분류의 비산을 억제하는 효과가 적어지고, 또 반도체 웨이퍼5의 표면에 너무 가까우면 정류판55과 반도체 웨이퍼5의 표면과의 사이를 흐르는 개스의 유체저항이 커지기 때문에, 액적의 분출속도가 느려진다. 이 때문에 정류판 55의 위치는, 반도체 웨이퍼5의 표면에서 5∼50mm 떨어진 곳이 가장 적당하다.
또 정류판55의 형상은 본 실시의 형태와 같은 원반의 경우, 그 직경이 작으면 분류의 비산을 억제하는 효과가 적어지고, 또 그 직경이 너무 크면 현실적인 장치구성상의 설치 및 로봇팔4에서의 이동이 곤란해진다.
이 때문에 정류판55의 형상이 원반인 경우, 그 직경은 실용적으로 10∼100mm가 적당하다.
(실시의 형태 6)
도 16은 본 발명의 또 다른 실시의 형태에 관계되는 세정용 2류체제트노즐60의 구조를 나타내는 단면도이다. 이 실시의 형태는 변형된 정류판을 가지는 노즐을 나타낸다.
이 세정용 2류체제트노즐60은 가속관61으로 이루어지는 가속부A(도면중a-b)와, 혼합관62을 포함하는 혼합부B(도면중 b-d)와, 가속관 61의 선단에 설치된 정류판65으로 구성되어 있다. 혼합관62에는 가압된 개스의 유입구2와 액체의 유입구3가 설치되어 있다. 노즐선단의 가속부 A(도면중 a-b간) 및 가압된 개스 및 액체가 혼합되는 혼합부B(도면중 b-c간)의 형상은 도 14에 나타난 실시의 형태와 같다.
도 16(b)은 도 16(a)의 지면에 수직인 방향의 정류판65의 단면도, 도 16(c)은 액적의 분사방향과 반대방향으로 노즐60을 본 경우의 정류판65과 가속관61의 단면의 도면이다.
이 세정용 2류체제트노즐60에 구비되어 있는 정류판65은, 액적의 분사방향으로 개구함과 동시에 한 쪽의 측면만이 개구된 상자모양의 형상을 가진다. 개구된 한 쪽의 측면은, 배기구의 방향으로 향하도록 해서 사용한다. 이 경우, 정류판65의 정류효과에 의해 세정용 2류체제트노즐60에서 분출된 분류의 속도는 정류판65의 근처에서는 느려지고, 또 분류의 대부분은 정류판65이 개구된 한쪽의 측면에서 배기구에 향해서 흐른다. 이 때문에, 배기효율이 더욱 향상되어 배기량을 적게 할 수가 있다.
이상과 같이, 노즐의 선단 또는 그 근방에 반도체 기판등 피세정재에서 반사되어 오는 개스 및 액적의 분류를 멈추게 하는 정류판을 설치함으로써 배기효율이 향상되기 때문에, 세정장치의 배기량이 적으면서도 충분한 세정효과를 올릴 수가 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 세정용 2류체제트노즐에서는, 가압된 개스와 액체를 혼합해서 액적을 형성하는 혼합부의, 개스유통로의 최소부분의 단면적을, 액적을 공기중에 분사하는 가속부 유로의 단면적의 최소부분보다 크게 했기 때문에, 낮은 개스압력으로도 액적의 분사속도를 높여서 강력한 세정을 행할 수가 있다.
또 가속부를 원형의 직관으로 하고, 또 그 형상을 최적화했기 때문에 더욱 속도가 빠른 액적분사가 가능하다.
또 본 발명의 세정용 2류체제트노즐에서는, 가속부를 그 내경이 혼합부와의 접속측에서 액적의 분출방향으로 향해서 서서히 커지는 라발노즐형상으로 하고, 또 그 형상을 최적화했기 때문에 음속을 넘는 액적의 분사를 실현할 수가 있다.
또 본 발명의 세정용 2류체제트노즐에서는 가압개스와 액체의 혼합부의 형상을 원주모양으로 하고, 또 그 형상을 최적화했기 때문에, 액적을 최적으로 형성하여 세정효과를 높일 수가 있다.
또 본 발명의 세정용 2류체제트노즐에서는, 혼합부를 가속부와 접속하는 방향으로 단면적을 축소하도록 형성하고, 또 그 형상을 최적화했기 때문에, 액적의 미세화를 꾀하며 또 고속의 최적분사를 행할 수가 있다.
또 본 발명의 세정용 2류체제트노즐에서는, 혼합부에 공급되는 개스유입구의 단면적 및 액체유입구의 단면적을 최적화했기 때문에, 액적을 효과적으로 미세화해서 세정효과를 높일 수가 있다.
또 본 발명의 세정용 2류체제트노즐에서는, 가압개스와 액체의 혼합부를 개스가 통과하는 외관과, 그 외관의 안에서 개스의 통과방향으로 액체를 분출하는 내관을 구비한 2중구조로 했기 때문에, 효과적으로 미세한 액적을 형성하여 세정효과를 높일 수가 있다.
또 본 발명의 세정용 2류체제트노즐에서는, 가압개스와 액체의 혼합부를 개스가 통과하는 외관과, 그 외관의 안에 배설되어 액체를 분출하는 내관과, 또 그 내관의 안에 배설되어 개스를 분출하는 제 3의 관을 구비한 3중구조로 했기 때문에, 액적의 형성이 효과적으로 행해지고, 또 그 미세화를 꾀할 수가 있다.
또 본 발명의 세정용 2류체제트노즐에서는, 가속관의 선단부 부근에 액적의 분출방향과 거의 직교하는 방향으로 정류판을 구비하고, 또 그 형상을 최적화했기 때문에 반도체 기판 등의 표면에 손상을 주지 않고, 기판 등의 표면상에 부착되어 있는 오염물을 제거할 수 있다.
또 본 발명의 세정장치에서는, 상술한 바와 같은 세정용 2류체제트노즐의 동작을 살려서, 반도체 기판 등의 부착이물을 강력하게 제거할 수 있다. 또 정류판을 구비한 세정용 2류체제트노즐을 이용함으로써 액적의 비산을 방지할 수 있고, 배기량을 적게 할 수가 있다.
또 본 발명의 세정용 2류체제트노즐 및 세정장치에서는, 세정용 2류체제트노즐에 공급하는 가스 및 액체의 공급압력을 적절하게 선택하기 때문에, 상술한 바와 같은 세정용 2류체제트노즐 및 그것을 이용한 세정장치의 효과를 적절하게 발휘시켜서 강력한 세정을 행할 수가 있다.

Claims (3)

  1. 가압된 개스와 액체를 혼합해서 액적을 형성하는 혼합부와,
    상기 액적을 공기중에 분사하는 가속관부를 구비하고, 상기 혼합부의 상기 개스 유통로의 최소부분 단면적을, 상기 가속관부 유통로의 최소부분의 단면적보다 크게 형성한 것을 특징으로 하는 세정용 2류체제트노즐.
  2. 청구항 1에 기재된 세정용 2류체제트노즐과, 상기 세정용 2류체제트노즐의 혼합부에 접속되어 가속개스를 공급하는 개스공급수단과, 상기 세정용 2류체제트노즐의 혼합부에 접속되어 가압액체를 공급하는 액체공급수단을 구비한 것을 특징으로 하는 세정장치.
  3. 청구항 1에 기재된 세정용 2류체제트노즐의 혼합부에 개스공급수단으로 가압개스를 공급함과 동시에, 액체공급수단으로 가압액체를 공급하고, 액적이 혼합된 개스를 상기 노즐로 피세정재료에 분사해서, 피세정재료의 세정을 행하는것을 특징으로 하는 세정방법.
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