KR20110039040A - 2 유체 노즐 - Google Patents

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KR20110039040A
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Abstract

2 유체 노즐이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 2 유체 노즐은 노즐의 일단에 형성되어 제 1 유체가 유입되는 제 1 유입구, 제 1 유입구로부터 유입되어 노즐의 중심축을 따라 형성된 유로를 따라 흐르는 제 1 유체를 분사시키는 제 1 분사구, 노즐의 측면에 형성되어 제 2 유체가 유입되는 제 2 유입구, 제 2 유입구로부터 유입되어 노즐 내부에 형성된 유로를 따라 흐르는 제 2 유체를 제 1 분사구를 통해 분사되는 제 1 유체를 향하여 분사시키는 제 2 분사구 및 제 2 유입구로부터 유입되어 노즐 내부에 형성된 유로를 따라 흐르는 제 2 유체를 제 1 분사구와 제 2 분사구를 통해 분사되어 혼합된 제 1 유체와 제 2 유체를 향하여 제 2 유체를 분사시키는 제 3 분사구를 포함한다.
2 유체 노즐, 세정.

Description

2 유체 노즐 {Two-fluid injection nozzle}
본 발명은 2 유체 노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐을 통해 분사되는 액체에 기체를 분사하여 분사되는 액체의 입자 크기를 미세하게 하고 적절한 분사 속도로 유체를 분사시키는 2 유체 노즐에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 기판에는 증착, 리소그래피, 식각, 화학적/기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들이 반복적으로 수행된다. 상기 단위 공정들 중에서 세정 공정은 각각의 단위 공정을 수행하는 동안, 반도체 기판의 표면에 부착되는 이물질이나 불필요한 막을 제거하는 공정이다.
반도체 기판 상에 형성되는 패턴이 미세화되고, 패턴의 종횡비(aspect ratio)가 커짐에 따라 점차 세정 공정의 중요도가 커지고 있다. 그리고, 완벽한 세정을 위하여 기판 세정 장치가 지속적으로 개발되었다.
종래의 습식 세정 장치에 있어서 기판을 향하여 고압의 세정액을 분사하는 세정이 주류를 이루고 있다. 이때, 고압의 세정액을 분사하는 방법으로는 초순수와 질소 가스를 고속으로 분사하는 방법 등이 있다.
세정액의 입자경이 크고 분사 속도가 크면 기판에 스크래치를 발생시켜 기판 의 불량을 초래할 수가 있다. 따라서, 기판의 손상을 방지하기 위한 속도로 세정액을 분사시키는 것과 기판에 스크래치가 발생하는 것을 방지하기 위해 기판을 향하여 분사되는 세정액의 입자경의 크기가 아주 미세하도록 하는 것이 중요하다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 노즐을 통해 분사되는 약액과 기체에 대하여 1차 충돌과 2차 충돌을 일으키게 함으로써 약액의 입자경의 크기를 미세하게 할 수 있고, 2차 충돌을 조절하여 약액의 분사 속도를 조절할 수 있는 2 유체 노즐을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 2 유체 노즐은 노즐의 일단에 형성되어 제 1 유체가 유입되는 제 1 유입구; 상기 제 1 유입구로부터 유입되어 상기 노즐의 중심축을 따라 형성된 유로를 따라 흐르는 상기 제 1 유체를 분사시키는 제 1 분사구; 상기 노즐의 측면에 형성되어 제 2 유체가 유입되는 제 2 유입구; 상기 제 2 유입구로부터 유입되어 상기 노즐 내부에 형성된 유로를 따라 흐르는 상기 제 2 유체를 상기 제 1 분사구를 통해 분사되는 제 1 유체를 향하여 분사시키는 제 2 분사구; 및 상기 제 2 유입구로부터 유입되어 상기 노즐 내부에 형성된 유로를 따라 흐르는 상기 제 2 유체를 상기 제 1 분사구와 상기 제 2 분사구를 통해 분사되어 혼합된 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체를 향하여 상기 제 2 유체를 분사시키는 제 3 분사구를 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 2 유체 노즐에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　노즐을 통해 분사되는 약액과 기체에 대하여 1차 충돌과 2차 충돌을 일으키게 함으로써 약액의 입자경의 크기를 미세하게 조절할 수 있다는 장점이 있다.
둘째,　약액과 기체 사이의 2차 충돌을 조절하여 약액의 분사 속도를 조절할 수 있다는 장점도 있다.
셋째, 캡 방식으로 캡을 교체하거나 캡을 회전하는 방법으로 간단하게 2차 충돌을 조절할 수 있다는 장점도 있다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 2 유체 노즐을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
설명에 앞서, 본 발명의 2 유체 노즐이 적용될 수 있는 반도체 제조 공정에 있어서의 기판 세정 장치를 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 2 유체 노즐의 적용은 이하 설명할 반도체 제조 공정에 있어서의 기판 세정 장치에만 한정되는 것이 아니라 미세한 입자경의 약액이 사용되는 다른 장치에도 사용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 세정 노즐의 이동을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도면에 도시된 기판 세정 장치(200)는 지지부(210), 회전부(218), 세정 노즐(280), 및 바울(202) 등을 포함할 수 있다.
지지부(210)는 회전부(218)의 회전력을 전달하기 위한 제 1 회전축(220)과 연결되어 있는 허브(214), 반도체 기판(W)을 지지하기 위한 원형 링(212), 및 원형 링(212)과 허브(214)를 연결하기 위한 다수개의 스포크(216)를 포함하여 구성될 수 있다. 지지부(210)의 구조는 전술한 것에 한정되지 않고, 다른 공지된 기술로 다양하게 변형이 가능하다.
회전부(218)는 모터 등으로 구성되어 지지부(210)와 연결되어 지지부(210)를 회전 시키는 회전 동력을 발생시킨다.
바울(202)은 세정 노즐(280)을 통해 반도체 기판(W)의 표면으로 공급되어 반도체 기판(W)의 회전에 의해 반도체 기판(W)으로부터 비산되는 세정액을 차단할 수 있다. 바울(202)은 반도체 기판(W)의 로딩 및 언로딩을 위해 상하 이동 가능하도록 설치될 수 있다.
바울(202)의 하부에는 세정액을 배출시키는 배출관(208)이 형성될 수 있고, 바울(202)의 하부 중앙 부위를 관통하여 제1 회전축(220)이 설치될 수 있다. 배출관(208)을 통해 바울(202)에 의해 차단된 세정액이 배출시킨 후 이를 다시 수거하여 세정액으로 재사용할 수도 있다.
회전부(218)와 연결된 제 1 회전축(220)은 지지부(210)에 지지된 반도체 기판(W)을 회전시키기 위한 회전력을 전달할 수 있다.
세정 노즐(280)은 반도체 기판(W)의 상면에 세정액을 공급한다. 반도체 기판(W)의 하면에 세정액을 공급하기 위한 세정 노즐(206)을 더 포함할 수가 있다. 도시된 바와 같이 기판(W)의 하부를 세정하기 위한 세정 노즐(206)은 바울(202)의 측벽을 관통하여 설치될 수 있다.
여기서, 세정액으로는 초순수(DI), 불산(HF)과 초순수의 혼합액, 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소(H2O2) 및 초순순의 혼합액, 불화암모늄(NH4F)과 불산(HF) 및 초순수의 혼합액 및 인산(H3PO4) 및 초순수를 포함하는 혼합액 등이 사용될 수 있다. 이하, 설명에서는 세정액으로 초순수가 사용된 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 바울(도 1의 202 참조)의 일측에는 기판(W) 상부의 세정 노즐(280)의 높이를 조절하기 위한 공압 실린더(278)가 배치될 수 있고, 공압 실린더(278)는 세정 노즐을 수평 방향으로 이동시키기 위한 모터(272)와 연결될 수 있 다.
모터(272)의 회전력을 전달하는 제 2 회전축(274)은 수평 암(250)과 연결될 수 있다. 공압 실린더(278)는 세정 노즐(280)을 수직 방향으로 이동시키며, 모터(272)는 수평 암(250)을 수평 방향으로 회전시킨다. 세정 노즐(280)이 바울(202) 내에서 수평 방향으로 이동하도록, 수평 암(250)은 일정한 각도 내에서 회전을 할 수 있다. 반도체 기판(W)이 회전하고, 세정 노즐(280)이 수평 방향으로 이동함으로써, 반도체 기판(W)의 상면의 전면에 균일하게 세정액을 인가시킬 수가 있다.
도시된 바에 의하면, 세정 노즐(280)의 수평 방향 이동은 수평 암(250)과 모터(272)에 의해 수행되며, 세정 노즐(280)의 수직 방향 이동은 공압 실린더(278)에 의해 수행된다. 그러나, 세정 노즐(280)의 수평 방향 이동 및 수직 방향 이동은 이에 한정되지 않고, 다양한 방법으로 변형 가능하다.
전술한 기판 세정 장치에는 이하 설명할 2 유체 노즐이 세정 노즐(280)로 사용될 수가 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 2 유체 노즐을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2 유체 노즐의 사시 단면도이고, 도 4는 도 3에서 약액과 가스가 분사되는 분사구 부분을 도시한 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2 유체 노즐에서 회전 방식의 캡을 설명하기 위한 도면이다.
노즐(300)의 일단에는 제 1 유체가 유입되는 제 1 유입구(311)가 형성될 수 가 있다. 이때, 제 1 유체는 액체일 수가 있는데, 바람직하게는 세정을 위한 초순수(DI)일 수가 있다. 또한, 반대쪽 일단에는 제 1 유입구(311)로부터 유입된 제 1 유체가 분사되는 제 1 분사구()가 형성될 수가 있다. 제 1 유입구(311)와 제 1 분사구(322) 사이에서는 노즐의 중심축을 따라 제 1 유체가 흐르도록 배관(325)이 형성될 수가 있다.
또한, 노즐(300)의 측면에는 제 2 유체가 유입되는 제 2 유입구(314)가 형성될 수가 있다. 제 2 유체는 기체일 수가 있는데, 바람직하게는 질소(N2)일 수가 있다. 질소는 제 1 분사구(322)를 통해 분사되는 제 1 유체를 향하여 분사되어 제 1 유체의 유속을 향상시키고, 제 1 유체와 충돌하여 제 1 유체의 입자경을 미세하게 바꾸는 역할을 할 수가 있다. 전술한 바와 같이 기판 세정 장치에서 세정제로 쓰이는 제 1 유체의 입자경이 큰 경우에는 기판에 스크래치를 만들어 기판 분량을 초래할 수가 있는데, 제 2 유체와의 충돌에 의해 제 1 유체의 입자경이 미세하게 바뀜에 따라서 기판에 스크래치가 형성되는 것을 방지할 수가 있다. 따라서, 제 1 분사구(322)의 주위에는 제 2 분사구(323)가 형성되어 제 1 분사구(322)로부터 분사되는 제 1 유체와 제 2 유체를 충돌시킨다. 제 2 분사구(323)는 제 1 분사구(322)를 통해 분사되는 제 1 유체를 향하여 분사될 수 있도록 노즐(300)의 중심축을 향하여 경사지도록 형성될 수가 있다. 제 2 유입구(314)와 제 2 분사구(323) 사이에는 제 2 유체가 흐르도록 배관이 형성될 수가 있다.
또한, 본 발명에서는 도면에 도시되어 있는 것과 같이 제 1 분사구(322)와 제 2 분사구(323)를 통해 충돌하여 혼합된 제 1 유체와 제 2 유체를 향하여 제 2 유체를 분사시키는 제 3 분사구(332)를 포함할 수가 있다. 제 1 분사구(322)와 제 2 분사구(323)를 통해 제 1 유체와 제 2 유체가 일차적으로 충돌을 일으키고, 다시 제 3 분사구를 통해 분사되는 제 2 유체가 1차 충돌에 의해 혼합된 제 1 유체와 제 2 유체를 향하여 제 2 유체를 분사시킬 수가 있는 것이다.
따라서, 제 2 유입구(314)를 통해 유입된 제 2 유체가 각각 제 2 분사구(323)와 제 3 분사구(332)를 통해 분사될 수 있도록 노즐(300)의 내부에는 제 2 유입구(314)에서 제 2 분사구(323)와 제 3 분사구(332)를 각각 연결하는 배관이 형성될 수가 있다.
이때, 제 3 분사구(332)는 제 1 분사구(322) 부분을 덮는 캡(330)으로 형성될 수가 있다. 즉, 캡(330)의 중앙에는 제 1 분사구(322)와 제 2 분사구(323)를 통해 분사되는 제 1 유체와 제 2 유체가 분사될 수 있도록 중공이 형성되고, 캡의 면에는 제 3 분사구(332)인 다수의 홀(332)이 형성될 수가 있다. 도 4에는 제 3 분사구(332)로 네 개의 홀(332)이 형성되어 있는 것을 도시하고 있으나, 홀(332)의 개수는 다양하게 변화시킬 수가 있다. 각각의 홀(332)은 제 1 분사구(322)와 제 2 분사구(323)를 통해 분사되어 충돌한 제 1 유체와 제 2 유체를 향하여 제 2 유체를 분사시킬 수 있도록 노즐(300)의 중심축을 향하여 경사지도록 홀(332)이 형성될 수가 있다.
본 발명에서는 캡(330) 방식으로 제 3 분사구(332)를 형성할 수가 있기 때문에 간단하게 캡(330)을 교체하는 방법으로 2차 충돌을 위한 홀(332)의 개수, 홀(332)의 경사 각도에 따른 2차 충돌의 위치, 2차 충돌의 압력 등을 조절할 수가 있다. 따라서, 약액과 기체 사이의 2차 충돌을 조절하여 제 1 유체의 분사 속도와 제 1 유체의 입자경의 크기를 간단하게 조절할 가 있다.
또한, 도 5와 도 6에 도시되어 있는 것과 같이 캡(330)의 회전으로 제 3 분사구를 형성하는 홀의 개수를 조절할 수 있도록 구성할 수가 있다. 캡의 내부에는 캡의 회전 각도에 따라서 홀을 개방하거나 막는 부재가 형성되어 캡의 회전에 의해 제 3 분사구(332)를 형성하는 홀(332)의 개수를 조절할 수가 있는 것이다. 도 5에서는 4개의 모든 홀(332)이 개방되어 4 개의 홀(332)을 통해 제 2 유체가 분사될 수 있는 것을 도시하고 있고, 도 5에서는 캡의 회전에 의해 4개의 홀(332) 중에서는 좌우의 2개의 홀(332)만 개방되도록 하여 개방된 홀(332)을 통해 제 2 유체가 분사될 수 있도록 하는 것을 도시하고 있다.
또한, 본 발명에서는 제 2 유체를 노즐(300) 내부로 공급하는 제 2 유입구(314)가 노즐(300)의 측면을 따라 복수개 형성될 수가 있다. 이때, 제 2 유입구(314) 각각은 제 2 분사구(323)와 제 3 분사구(332)를 연결하도록 형성될 수가 있다. 예를 들어, 제 2 유입구(314)가 노즐(300) 측면을 따라서 4개 형성되고, 제 3 분사구(332)를 형성하는 홀(332)이 4개 형성된 경우 각각의 제 2 유입구(314)는 각각의 홀(332)을 각각 연결하도록 배관이 형성될 수가 있다. 제 2 유입구(314)와 제 2 분사구(323) 및 제 3 분사구(332)를 연결하는 배관의 구조는 다양하게 변형이 가능하다.
다시, 도 3을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 2 유체 노즐(300)을 설명 하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 2 유체 노즐(300)은 유체 유입부(310), 배관부(320), 캡(330)을 포함하여 구성될 수가 있다.
유체 유입부(310)의 일단에는 제 1 유입구(311)가 형성되어 제 1 유체가 노즐(300) 내부로 공급되고, 유체 유입부(310)의 측면에는 제 2 유입구(314)가 형성되어 제 2 유체가 노즐(300) 내부로 공급될 수가 있다.
또한, 유체 유입부(310)에는 도면에 도시되어 있는 것과 같이 배관부(320)가 나사 결합 등의 방법으로 결합될 수가 있다. 유체 유입부(310)와 배관부(320)가 결합되는 부분에는 제 1 유체와 제 2 유체가 유출되지 않도록 실링 처리가 될 수가 있다. 배관부(320)의 중앙에는 관통하는 배관(325)이 형성되어 유체 유입부(310)의 제 1 유입구(311)를 통해 유입된 제 1 유체가 흐르도록 하고, 끝단에는 제 1 유체를 분사시키는 제 1 분사구(322)가 형성될 수가 있다. 또한, 제 1 유체가 흐르는 배관 주위에는 제 2 유입구(314)를 통해 유입된 제 2 유체가 흐르도록 배관이 형성될 수가 있다. 배관부(320)의 일단에는 제 1 분사구(322) 주위에서 제 1 분사구(322)를 통해 분사되는 제 1 유체를 향하여 제 2 유체를 분사시키는 제 2 분사구(323)가 형성될 수가 있다. 전술한 바와 같이 배관부(320)에 형성된 제 1 분사구(322)와 제 2 분사구(323)를 통해 분사되는 제 1 유체와 제 2 유체는 1차 충돌을 일으키게 된다.
또한, 배관부(320)의 제 1 분사구(322)와 제 2 분사구(323) 주위를 덮는 캡(330)이 형성될 수가 있다. 캡(330)은 배관부(320)와 나사 결합 등의 방법으로 결합될 수가 있는데, 캡(330)과 배관부(320) 사이의 결합되는 부분에도 유체가 유 출되지 않도록 실링 처리가 될 수가 있다. 캡(330)에는 제 3 분사구(332)를 형성하는 다수의 홀(332)이 형성될 수가 있다. 배관부(320)의 배관을 따라 흐르는 제 2 유체는 제 2 분사구(323) 뿐만 아니라 캡(330)에 형성된 홀(332)을 통해 분사될 수가 있는 것이다. 전술한 바와 같이 제 2 유입구(314)를 통해 유입된 제 2 유체는 배관부(320)를 따라 흘러 제 2 분사구(323)와 제 3 분사구(332)를 통해 분사되는데, 제 2 유입구(314)와 제 2 분사구(323) 및 제 3 분사구(332) 사이의 배관 구조는 다양하게 변화시킬 수가 있다.
전술한 실시예에서는 제 1 유체가 액체이고 제 2 유체가 기체인 경우를 들어 설명하였으나, 본 발명에서는 제 1 유체가 기체이고 제 2 유체가 액체인 경우에도 적용이 가능하다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 세정 노즐의 이동 구조를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2 유체 노즐의 사시 단면도이다.
도 4는 도 3에서 약액과 가스가 분사되는 분사구 부분의 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2 유체 노즐에서 회전 방식의 캡을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
310: 유체 유입부 311: 제 1 유입부
314: 제 2 유입부 320: 배관부
322: 제 1 분사부 323: 제 2 분사부
330: 캡 332: 제 3 분사부

Claims (6)

  1. 노즐의 일단에 형성되어 제 1 유체가 유입되는 제 1 유입구;
    상기 제 1 유입구로부터 유입되어 상기 노즐의 중심축을 따라 형성된 유로를 따라 흐르는 상기 제 1 유체를 분사시키는 제 1 분사구;
    상기 노즐의 측면에 형성되어 제 2 유체가 유입되는 제 2 유입구;
    상기 제 2 유입구로부터 유입되어 상기 노즐 내부에 형성된 유로를 따라 흐르는 상기 제 2 유체를 상기 제 1 분사구를 통해 분사되는 제 1 유체를 향하여 분사시키는 제 2 분사구; 및
    상기 제 2 유입구로부터 유입되어 상기 노즐 내부에 형성된 유로를 따라 흐르는 상기 제 2 유체를 상기 제 1 분사구와 상기 제 2 분사구를 통해 분사되어 혼합된 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체를 향하여 상기 제 2 유체를 분사시키는 제 3 분사구를 포함하는 2 유체 노즐.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유체는 액체이고, 상기 제 2 유체는 기체인 2 유체 노즐.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유체는 기체이고, 상기 제 2 유체는 액체인 2 유체 노즐.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 분사구는 상기 제 1 분사구를 주위를 덮는 캡에 형성되는 다수의 홀로 구성되어, 상기 제 2 유입구를 통해 유입된 상기 제 2 유체를 상기 제 1 분사구와 상기 제 2 분사구를 통해 분사되어 혼합된 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체를 향하여 상기 제 2 유체를 분사시키는 2 유체 노즐.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 캡의 회전에 의해 상기 캡에 형성된 다수의 홀 중 일부가 개폐되는 2 유체 노즐.
  6. 상기 제 2 유입구는 상기 노즐의 측면을 따라 복수 개 형성된 2 유체 노즐.
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