KR20010045993A - 분사노즐 어셈블리를 가지는 세정장치 - Google Patents

Abstract

반도체 장비 부품 세정장치에 관한 것으로, 세정장치는 분사노즐 쳄버의 외주에 질소가스가 수용되어 있는 또 다른 쳄버를 구성하여 분사 노즐 어셈블리의 외주를 질소 분위기화하여 결로 현상을 방지하는 구조를 제공하여 세정 과정에서 세정된 대상물에 수분이 달라붙는 것을 방지함으로서 세정효과를 극대화시킬 수 있다. 또한 분사 노즐부와 인접한 부분에서 세정을 위한 용매제 분사와 진공 라인에 진공압이 걸리는 것이 반복적으로 이루어지도록 함으로서 세정 대상물에서 떨어져 나온 파티클을 빠른 시간 안에 외부로 배출하여 다시 세정된 대상물이 오염되는 것을 줄일 수 있다. 그리고 분사 노즐부의 구멍을 병렬로 다수개 구성함으로서 세정용 용매제의 분사 면적이 넓어져 세정시간 및 세정 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

분사노즐 어셈블리를 가지는 세정장치{Cleaning system having spray nozzle assembly}

본 발명은 분사노즐 어셈블리를 가지는 세정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 제조 과정에서 반도체 제조 장비에 여러 종류의 퇴적물(Deposit)이 축적되고 이렇게 축적된 퇴적물을 세정하기 위한 분사노즐 어셈블리를 가지는 세정장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조 과정 중에 제조 장비의 부품들에 여러 종류의 퇴적물이 축적된다. 반도체 제조 장치들은 오염이 되지 않은 청정 상태를 유지해야 하기 때문에 상술한 퇴적물을 세정할 필요가 있다.

이러한 반도체 장비 부품의 퇴적물 세정을 위한 세정장치는, 미국 특허번호 제5,315,793호에 개시되어 있다.

상기 미국 특허번호 제5,315,793호에는 3개의 밸브에 의하여 3개의 노즐이 서로 다른 각도를 이루며 배치되어 세정 대상물에 세정액을 분사하는 구조가 나타나 있다.

상기한 선행 기술은 반도체 제조 장비에 퇴적된 여러 종류의 퇴적물을 제거하기 위하여 세정용 용매제를 분사할 때, 분사 노즐부 내, 외측 온도차이로 인하여 노즐의 외주에 결로 현상으로 인한 수분이 형성되어 세정 대상물을 오염시킬 수 있는 문제점이 있다.

또한 상기 선행기술은 배출덕트를 구비하고 있으나, 세정 대상물에 제거된 파티클 등의 오염물질이 세정쳄버 내부로 일시 순환하여 다시 세정 대상물을 오염시킬 수 있는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 장비에 퇴적된 퇴적물 제거를 자동으로 실현함은 물론 세정 효율을 증대시키며, 세정된 대상물이 분사 노즐 관로의 외주에서 결로 현상이 발생하여 수분 또는 파티클에 의하여 세정된 대상물이 다시 오염되는 것을 방지하는 분사노즐 어셈블리를 가지는 세정장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 세정 대상물이 수납되는 세정쳄버를 구비하고 있는 케이스와; 상기 세정쳄버의 저면에 배치되며 세정 대상물이 안착되는 워크 테이블과; 상기 케이스에 배치되며 상기 워크 테이블을 수평으로 이송하기 위한 워크 테이블 수평이동수단과; 상기 케이스에 배치되며 상기 워크 테이블을 회전시키기 위한 워크 테이블 회전 수단과; 상기 케이스에 배치되며 상기 워크 테이블 위에 놓여지는 세정 대상물에 고체 미립자 상태의 용매제를 분사하기 위한 분사 노즐 어셈블리와; 상기 케이스에 배치되며 상기 분사 노즐 어셈블리를 상, 하 이송하기 위한 분사노즐 상, 하 이송수단과; 상기 케이스에 배치되어 있으며, 상기 워크 테이블 수평이동수단, 상기 워크 테이블 회전수단 그리고 상기 분사노즐 상, 하 이송수단을 제어하기 위한 제어유닛을 포함하며, 상기 분사 노즐 어셈블리의 외주에 결로 현상을 방지하기 위하여 상기 세정쳄버와 차폐되도록 설치되며, 결로 방지를 위한 가스가 수납되어 있는 또 다른 쳄버를 더 포함하는 분사노즐 어셈블리를 가지는 세정장치를 제공한다.

따라서 세정 대상물에 분사 노즐부를 통하여 세정을 위한 용매제를 분사할 때 분사 노즐 어셈블리의 외주면이 질소 분위기화 되는 상태가 된다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 분사노즐 어셈블리를 가지는 세정장치의 정면도,

도 2는 본 발명에 따른 도 1의 A-A부를 절개하여 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 세정 가스를 저장하기 위한 가스 저장통의 배치 상태를 도시하고 있는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 세정 가스 분사 과정을 설명하기 위한 도면,

도 5는 분사 노즐부를 상세하게 도시한 도면,

도 6은 도 5의 분사 구멍을 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면,

도 7은 분사 노즐부의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 분사노즐 어셈블리를 가지는 세정장치의 정면도이고, 도 2는 도 1의 A-A부를 절개하여 도시한 단면도로서, 세정쳄버(1)를 구비하고 있는 케이스(3)를 도시하고 있다.

상기 케이스(3)는 세정 쳄버(1) 내에 세정 대상물이 안착되는 워크 테이블(5)이 배치된다.

상기 케이스(3)는 상기 워크 테이블(5)을 수평 이동 및 회전 이동할 수 있는 각각의 워크 테이블 수평이동수단 및 회전 이동수단을 구비하고 있다.

상기 워크 테이블 회전이동수단은 상기 워크 테이블(5)의 아래 방향으로 회전 중심을 연장하는 축(7)을 구비하고 있으며, 상기 축(7)이 관통하는 가이드 부재(9)를 가지고 있다. 상기 축(7)과 가이드 부재(9)는 복수의 베어링(11, 13)이 개재되어 서로 원활한 회전을 할 수 있도록 결합되어 있다. 그리고 상기 워크 테이블(5)은 하단에 워크 테이블(5)을 회전시키기 위한 모터(15)가 가이드 부재(9)에 결합되어 있다.

상기 워크 테이블 수평이동수단은 상기 세정쳄버(1)의 저면에 일정한 간격을 두고 배치되는 한 쌍의 엘엠 가이드(17, 19)를 구비하고 있다. 상기 엘엠 가이드(17, 19)는 일측이 세정 쳄버(1)의 저면에 고정되고, 또 다른 측이 가이드 부재(9)의 저면에 고정 결합되어 있다. 따라서 가이드 부재(9)가 엘엠 가이드(17, 19)를 따라 수평으로 이동할 수 있는 구조를 가지고 있다. 그리고 상기 가이드 부재(9)는 저면에 볼 스크류(21)가 배치되어 있다. 상기 볼 스크류(21)는 외주면에 마운트에 의하여 쌓여 있고, 상기 마운트는 가이드 부재(9)의 저면에 결합되어 있다. 또한 상기 볼 스크류(21)는 별도의 모터(22)에 의하여 회전 가능한 구조로 이루어져 있다.

따라서 상기 모터(15, 22)들의 구동에 의하여 워크 테이블(5)의 회전 및 수평이동이 가능하다.

또한 세정 쳄버(1)의 일측에는 분사 노즐 어셈블리(23)를 상, 하 이동시킬 수 있도록 분사 노즐 어셈블리(23) 상, 하 이동수단이 마련되어 있다.

상기 분사 노즐 어셈블리(23)는 케이스(3)에 수직으로 배치되는 한 쌍의 엘엠 가이드(25, 27, 도 2에 도시하고 있음)에 의하여 안내되는 구조를 가지고 있으며, 별도의 모터(28)에 의하여 회전하는 볼 스크류(29)가 상기 엘엠 가이드(25, 27)와 나란한 방향으로 배치되어 있다. 상기 볼 스크류(29)는 상기 분사 노즐 어셈블리(23)를 이동시키기 위한 구동력을 전달하는 것으로 상술한 워크 테이블 수평이동수단과 동일한 구조로 이루어져 있으나, 다만 분사 노즐 어셈블리(23)를 상, 하로 이동시키는 점이 다르다.

상기 분사 노즐 어셈블리(23)는 프레임(31)과 상기 프레임(31)에 볼 조인트 결합되는 분사 노즐부(33, 도 5에 상세하게 도시하고 있음), 그리고 상기 프레임(31)의 외주를 감싸는 쳄버(34)를 구비하고 있다(도 1에 도시하고 있음). 따라서 상기 분사 노즐부(33)는 수직방향에서 90°로 자유롭게 회전이 이루어질 수 있는 구조를 가지는 것이 바람직하다.

상기 분사 노즐부(33)는 일정한 각도로 회전되어도 세정을 위한 용매제가 분사될 수 있도록 세정제가 공급되는 분사 노즐부(33)의 관로 인입구가 일정한 각을 이루며 넓게 형성되어 있다. 따라서 분사 노즐부(33)의 각도가 변화하여도 지속적으로 세정을 위한 용매제가 분사 노즐부(33)에 공급되어 세정이 이루어진다.

본 실시예에서는 분사 노즐부(33)가 자유로운 각도로 회전시키는 것을 수동으로 할 수 있는 구조를 설명하고 있으나, 적절한 기구적인 메커니즘을 구비하여 자동으로 할 수도 있다. 상기 쳄버(34)는 내부에 질소 가스가 수용되어 있으며, 이 질소가스에 의하여 프레임(31)의 외주에 결로 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

상기 쳄버(34)는 SUS 재질의 플레이트로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 분사 노즐부(33)의 양측에는 별도의 진공장치와 연결되어 진공압을 선택적으로 발생시킬 수 있는 진공 라인(36, 38)이 설치되어 있다. 상기 진공 라인(36, 38)은 상기 분사 노즐(33)을 통하여 분사되는 용매제와 교대로 작용하여 세정 대상물에서 제거된 퇴적물을 즉시 외부로 배출하는 역할을 하고 있다.

도 6을 통하여 분사 노즐부(33)를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 분사 노즐부(33)의 구멍은 질소 인입부(101), 목부(103) 그리고 질소 배출부(105)로 이루어지며, 각각의 직경(It, Mt, Ot)은 서로 다르게 형성된다. 즉, 인입부(101)의 직경(It)보다 배출부(105)의 직경(Ot)가 작게 형성되고, 목부(103)의 직경(Mt)은 배출부(105)의 직경(Ot)보다 더 작게 형성된다. 또한, 상기 인입부(101) 및 배출부(105)는 수직선을 기준으로 일정한 경사를 가지는 테이퍼 형상을 이루고 있으나, 목부(103)는 직경이 동일한 원통형상을 가지고 있다.

이러한 분사 노즐부(33)의 구멍은 유체의 속도를 현저하게 증가시킬 수 있다. 따라서 목부(103)를 통하여 인입되는 이산화탄소의 분사효율을 증대시킬 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 분사 노즐부의 또 다른 실시예를 도시한 도면으로서, 용매제 분사 구멍(52, 54,...)이 병렬로 다수개가 배치되어 있는 상태를 도시하고 있다. 상술한 실시예에서는 분사 노즐부(33)의 세정 용매제 분사구멍이 하나인 것을 도시하여 설명하였으나, 본 실시예는 분사 구멍(52, 54,...)을 병렬로 다수개 배치하여 일정한 폭을 따라 세정 대상물의 세정이 이루어지도록 하는 구성을 제공하고 있다.

한편, 상기 모터(15, 22, 28)들은 자동적으로 제어가 이루어질 수 있도록 상기 케이스(3)의 일측에 배치되는 제어유닛(도시생략)과 연결되어 있다.

도 3은 케이스(3)의 일측에 분사 노즐부(33)로 공급되는 용매제를 수납하는 복수의 실린더(35)를 수납하고 있는 상태를 도시하고 있다.

상기 세정가스 분사용 용매제가 수납되어 있는 실린더(35)가 케이스(3)와 일체로 수납되어 있는 것은 별도의 세정 가스 공급장치를 설치하지 않고 하나의 어셈블리로 제작하여 설비 비용을 줄이기 위한 것이다.

한편 상기 케이스(3) 내의 세정 쳄버(1)에는 세정된 세정 대상물에 정전기 발생에 의한 오염을 방지하기 위하여 이오나이저(37)가 설치되어 있다. 상기 이오나이저(37)는 고전압을 방전시켜 얻어지는 양, 음이온을 상대물에 보내어 대전된 정전기와 반대극성으로 중화 소멸시키는 장치로 통상의 것이 사용되며, 소재에 직접 접촉되지 않고 사용할 수 있다.

또 한편으로 세정쳄버(1)의 내부에는 도시는 생략하였으나, 세정쳄버(1)의 온도를 50~100℃의 온도로 유지하기 위한 히터(62)가 설치된다. 상기 히터(62)는 용매제 분사시에 시료표면에 잔존하는 잔류 용매제의 승화 속도를 증가시키고 세정효과를 극대화시키기 위한 것이다.

도 4는 분사 노즐부(33)에 세정용 용매제를 분사하기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다.

우선 액체 상태의 CO₂가 수용되어 있는 다수의 실린더(35, 41, 43, 45)가 케이스(3) 내에 수납되어 있고, 각각의 실린더는 관로(51)를 통하여 분사 노즐부(33)로 연결된다. 그리고 질소(N₂) 공급관로(53)는 질소를 분사 노즐부(33)에 공급하기 위하여 연결되어 있다.

상기 각각의 실린더(35, 41, 43, 45) 및 질소 공급관로(53)는 각각 제어 밸브가 연결되어 분사 노즐부(33)로 인입되는 세정액을 조절하고 있다. 특히, 밸브들은 에어 공급관로(55)와 연결되어 공압에 의하여 제어되는 구조를 가지고 있다.

또한 상기 각각의 실린더(35, 41, 43, 45)는 아래 부분에 도시는 생략하였으나, 실린더의 무게를 잴 수 있는 전자 저울이 부착되어 있다. 따라서 하나의 실린더에 있는 이산화탄소가 배출되어 일정한 무게 이하로 떨어지면 인접한 실린더에서 연속해서 세정을 위한 이산화탄소를 배출시킬 수 있는 구조를 가지고 있다.

한편, 상기 분사 노즐부(33)의 인접한 위치에는 실린더(35, 하나만을 예로 설명함)에서 노즐부(33)로 공급되는 이산화탄소의 압력을 조절하기 위한 압력조절기(61)가 배치되어 있다. 상기 압력 조절기(61)는 분사 노즐부(33)와 가장 가까운 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 이산화탄소를 노즐부(33)에 공급하는 관로 상에는 교축밸브(도시생략)를 설치하여 액체 상태의 이산화탄소가 이 교축밸브를 지나면서 압력 강하 및 단열 팽창이 일어남으로서 미분의 고체 상태로 노즐부(33)에서 분사될 수 있는 구조를 가지고 있다.

이와 같이 이루어지는 반도체 장비 부품 세정장치는, 세정 대상물인 반도체 장비 부품을 워크 테이블(5)에 안착시킨 후 분사 노즐부(33)를 적절하게 회전 이동시켜 세정액 분사 방향이 세정 대상물을 향하게 한다. 그리고 제어유닛을 통하여 상기 모터(15, 22, 28)를 제어하고 이와 동시에 에어 공급관로(55)를 오픈하여 실린더(35)와 연결되어 있는 밸브를 제어한다. 그러면 모터(15)의 구동에 따라 볼 스크류(21)가 회전하면서 워크 테이블(5)이 수평방향으로 이동한다. 그리고 모터(22)의 작동에 의하여 워크 테이블(5)이 회전한다. 또한 모터(28)의 작동에 의하여 분사 노즐 어셈블리(23)가 상, 하방으로 이동하여 일정한 위치에 셋팅되도록 한다. 이와 동시에 질소 공급관로(53)와 분사 노즐부(33)가 연결되어 있는 밸브가 오픈되도록 제어유닛을 제어하면 질소 및 액상의 이산화탄소가 각각 압력 조절기를 통하여 분사 노즐부(33) 측으로 인입된다.

이때 액상의 이산화탄소는 실린더(35)와 분사 노즐부(33) 사이에 연결되는 관로상에 설치되는 교축밸브(도시생략)를 지나면서 압력 강하 및 단열팽창이 일어나 미세한 고체상태로 변환되어 세정 대상물에 분사되면서 퇴적물을 제거하게 된다.

이러한 세정작업이 진행될 때 질소 가스가 상기 미립자 상태의 이산화탄소와 함께 세정 대상물에 분사되면서 세정효과를 높이게 된다.

이때 분사 노즐부(33)와 연결되는 관로는 외주면이 질소로 포위되어 있기 때문에 초저온의 세정제가 분사되는 동안에 세정제 이동을 위한 관로가 수용되는 프레임(31)과 세정 쳄버(1)사이에서 이루어지는 열 교환 속도를 늦추거나 열 교환을 차단하게 되므로 프레임에 생기는 습기를 최소화 또는 습기발생을 완전히 억제하는 효과를 얻을 수 있다. 상기 세정쳄버(1)내에는 히터에 의하여 일정한 온도 약 50~100℃를 유지하여 세정 대상물의 표면에 잔존하는 이산화탄소 미립자를 용이하게 승화시키게 된다.

그리고 이러한 상태에서 제어유닛은 분사 노즐부(33)를 통하여 분사되는 세정제의 분사를 멈추도록 제어하고, 진공 장치를 구동하여 진공라인을 통하여 세정되어 세정 쳄버(1)에 포함되어 있는 파티클을 외부로 배출시킨다. 이러한 과정을 반복함으로서 세정된 대상물이 다시 오염되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 이오나이저(37)는 세정된 대상물에 고전압을 방전시켜 얻어지는 음, 양이온을 발생시켜 정전기 발생을 방지함으로서 세정된 대상물이 다시 오염되는 것을 방지한다.

계속해서 실린더(35)에 수용되어 있는 이산화탄소를 일정량 이상 소비하면 전자저울이 상기 실린더(35)의 무게를 감지하여 제어유닛에 그 신호를 전달하고 제어유닛은 인접한 다른 실린더(41)의 밸브가 오픈되도록 제어하여 연속적으로 세정액이 분사될 수 있도록 이루어진다.

이와 같이 본 발명의 분사노즐 어셈블리를 가지는 세정장치는, 분사 노즐 어셈블리를 통하여 세정을 위한 용매제를 분사하는 경우에 분사 노즐 어셈블리 외주를 질소 분위기화하여 결로 현상을 줄임으로서 세정 과정에서 세정된 대상물에 수분이 달라붙는 것을 방지함으로서 세정효과를 극대화시킬 수 있다.

또한 분사 노즐부와 인접한 부분에서 세정을 위한 용매제 분사와 진공 라인에 진공압이 걸리는 것이 반복적으로 이루어지도록 함으로서 세정 대상물에서 떨어져 나온 파티클을 빠른 시간 안에 외부로 배출하여 다시 세정된 대상물이 오염되는 것을 줄일 수 있다.

또한 분사 노즐부의 구멍을 병렬로 다수개 구성함으로서 세정용 용매제의 분사 면적이 넓어져 세정시간 및 세정 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 세정 대상물이 수납되는 세정쳄버를 구비하고 있는 케이스와;

   상기 세정쳄버의 저면에 배치되며 세정 대상물이 안착되는 워크 테이블과;

   상기 케이스에 배치되며 상기 워크 테이블을 수평으로 이송하기 위한 워크 테이블 수평이동수단과;

   상기 케이스에 배치되며 상기 워크 테이블을 회전시키기 위한 워크 테이블 회전 수단과;

   상기 케이스에 배치되며 상기 워크 테이블 위에 놓여지는 세정 대상물에 고체 미립자 상태의 용매제를 분사하기 위한 분사 노즐 어셈블리와;

   상기 케이스에 배치되며 상기 분사 노즐 어셈블리를 상, 하 이송하기 위한 분사노즐 상, 하 이송수단과;

   상기 케이스에 배치되어 있으며, 상기 워크 테이블 수평이동수단, 상기 워크 테이블 회전수단 그리고 상기 분사노즐 상, 하 이송수단을 제어하기 위한 제어유닛을 포함하며,

   상기 분사 노즐 어셈블리의 외주에 결로 현상을 방지하기 위하여 상기 세정 쳄버와 차폐되도록 설치되며, 결로 방지를 위한 가스가 수납되어 있는 또 다른 쳄버;

   를 더 포함하는 분사노즐 어셈블리를 가지는 세정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 결로 방지를 위한 쳄버의 내부에는 질소가스가 채워지는 분사노즐 어셈블리를 가지는 세정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 분사 노즐 어셈블리는 세정제가 분사되는 분사 노즐구멍이 일정한 폭으로 세정 대상물에 세정제를 분사할 수 있도록 다수개가 구비되는 분사노즐 어셈블리를 가지는 세정장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 분사 노즐 어셈블리는 양측에 세정 대상물에서 이탈되는 파티클을 흡수하기 위한 진공 라인을 구비하고 있는 분사노즐 어셈블리를 가지는 세정장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 분사 노즐 어셈블리는 세정제가 분사되는 분사 노즐구멍이 인입부, 목부 그리고 배출부로 이루어져 있으며, 상기 인입부 및 배출부는 테이퍼져 있으며, 상기 인입부의 직경보다 상기 배출부의 직경이 작고, 상기 배출부의 직경보다 목부의 직경이 더 작게 형성되는 분사노즐 어셈블리를 가지는 세정장치.