KR20220044713A - 기판 세정용 2류체 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판의 표면에 액체와 기체를 혼합한 혼합물의 액적을 분사하는 기판 세정용 2류체 노즐에 관한 것으로서, 특히, 기판 세정용 2류체 노즐의 내부에 구비된 챔버에서 기체 유입구로 유입되는 기체를 유도하여 안정된 유동압 및 흐름을 형성하고, 이에 따라. 기체 토출구로 토출되는 기체의 유동압이 안정되어 기체의 유속이 상승됨으로써, 기체와 액체의 강한 충돌을 발생시키고, 이를 통해, 높은 속도 및 미세한 입자를 갖는 혼합물의 액적을 생성할 수 있는 기판 세정용 2류체 노즐에 관한 것이다.

Description

기판 세정용 2류체 노즐{TWO-FLUID NOZZLE FOR CLEANING SUBSTRATE}

본 발명은 기판의 표면에 액체와 기체를 혼합한 혼합물의 액적을 분사하는 기판 세정용 2류체 노즐에 관한 것이다.

반도체 칩, LED 칩 등의 제조를 위해 사용되는 기판은 포토리소그라피, 식각, 박막 증착 등의 다양한 공정들이 수행된다.

위와 같이, 기판에 다양한 공정들이 수행되는 과정에서 파티클 등의 이물질이 발생되며, 이러한 이물질을 제거하기 위해, 각각의 공정들이 진행되기 전 또는 진행된 후 단계에서 기판을 세정하는 공정이 수행된다.

기판의 세정방법으로는, 처리액(세정액)인 액체와 기체를 혼합하여 생성된 혼합물의 액적(液摘)을 생성하여, 이 액적을 처리대상인 기판의 표면에 충돌시키는 방법이 있다. 이와 같은 방법은, 처리액인 액체과 기체를 혼합한 혼합물의 액적을 생성하여 분사하는 2류체(二流體) 노즐에 의해 수행될 수 있다.

전술한 기판 세정용 2류체 노즐에 의한 특허로는 한국등록특허 제10-0663133호(이하, '특허문헌 1' 이라 한다) 및 한국등록특허 제10-1582248호(이하, '특허문헌 2'라 한다)에 기재된 것이 공지되어 있다.

특허문헌 1의 기판처리장치는 질소가스배관이 원통유로와 연통되어 질소가스가 질소가스배관을 통해 원통유로로 공급된 후, 기체 토출구에서 토출되면 처리액 토출구에서 토출된 탈이온수와 충돌하여 혼합됨으로써, 액적을 생성하게 된다. 질소가스는 기체 토출구를 통해 토출되기 전에 나선 형상의 홈을 통해 나선으로 회전된 후, 토출되게 된다.

특허문헌 1의 기판처리장치의 경우, 질소가스가 상대적으로 작은 면적을 갖는 질소가스배관에서 상대적으로 큰 면적을 갖는 원통유로로 유동되게 되므로, 원통 유로의 상부 영역은 질소가스의 일정한 유동 흐름이 발생되지 않은 채, 단순하게 기체가 하부 방향으로 유동된다.

따라서, 기체 토출구를 통해 질소가스가 외부로 토출시 기체의 유속이 낮은 상태에서 토출되게 되며, 이로 인해, 기체와 액체가 충돌하여 생성되는 액적의 속도 또한 상대적으로 낮아지게 된다.

나아가, 원통 유로의 하부 영역에 구비된 홈을 통해 질소가스가 나선 회전 유동을 하게 되더라도, 원통 유로의 대부분의 영역에서 질소가스의 일정한 유동흐름이 없으므로, 질소 가스가 홈을 통해 나선으로 회전되더라도, 질소 가스의 유속이 크게 상승되지 못하며, 이는 액적 속도 저하의 원인이 될 수 있다.

특허문헌 2의 경우에도, 기체 유입구가 기체 유로와 단순히 연통되어 있어 전술한 특허문헌 1의 문제점들이 발생하게 된다.

전술한 바와 같이, 종래의 기판 세정용 2류체 노즐들은 기체가 챔버 내부로 유동될 때, 챔버 하부의 나선 구간을 제외한 챔버의 상부 구간에서 기체의 유속을 상승시키기 위한 별도의 구성이 구비되어 있지 않아, 기체의 유속이 상승되지 않으며, 이로 인해, 기체가 외부로 토출시 기체의 유속이 낮다는 문제점이 있다. 따라서, 높은 유속으로 기체를 토출하는 기판 세정용 2류체 노즐을 개발할 필요가 있다.

한국등록특허 제10-0663133호 한국등록특허 제10-1582248호

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 기판 세정용 2류체 노즐의 내부에 구비된 챔버에서 기체 유입구로 유입되는 기체를 유도하여 안정된 유동압 및 흐름을 형성하고, 이에 따라. 기체 토출구로 토출되는 기체의 유동압이 안정되어 기체의 유속이 상승됨으로써, 기체와 액체의 강한 충돌을 발생시키고, 이를 통해, 높은 속도 및 미세한 입자를 갖는 혼합물의 액적을 생성할 수 있는 기판 세정용 2류체 노즐을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 특징에 따른 기판 세정용 2류체 노즐은, 내부에 기체가 유동하는 제1챔버와, 상기 제1챔버의 중심축선과 동일한 중심축선을 갖도록 상기 제1챔버의 내부에 배치되며 상기 제1챔버와 연통되는 제2챔버가 구비된 바디; 상기 제1챔버에 연통되어 상기 제1챔버에 기체를 공급하는 제1기체 공급부; 상기 바디의 중심축선과 동일한 중심축선을 갖으며, 적어도 일부가 상기 제2챔버 내에 배치되고, 그 단부에 액체 토출구가 구비되는 액체 공급부; 및 상기 제2챔버의 하부와 연통되며, 상기 액체 토출구를 둘러싸도록 링 형상을 갖는 기체 토출구;를 포함하고, 상기 제2챔버는 상기 제1챔버의 내부에 배치된 격벽에 의해 상기 제1챔버의 내부에 형성되고, 상기 제2챔버의 개구된 상부가 상기 제1챔버의 상부와 연통되며, 상기 제1기체 공급부에 의해 공급된 기체의 공급압이 상기 제2챔버의 내부의 유동에 영향을 미치지 않도록 상기 제1챔버와 상기 제2챔버의 연통 구간인 제2챔버의 개구된 상부는 상기 제1기체 공급부보다 상부에 위치하고, 상기 제1기체 공급부에 의해 상기 기체가 상기 제1챔버로 공급되면 상기 격벽에 의해 상기 기체가 상기 제1챔버 내에서 채워진 후, 상기 제2챔버의 개구된 상부를 통해 상기 제2챔버 내부로 유동되고, 상기 제2챔버 내부로 유동된 기체는 상기 기체 토출구로 토출되어 상기 액체 토출구에 의해 토출된 액체와 충돌하여 혼합물의 액적을 생성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1기체 공급부는, 상기 바디의 중심축선으로부터 일측으로 편심되게 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2챔버에 배치되도록 상기 액체 공급부의 하부에 구비되며, 상기 기체 토출구와 연통되는 복수개의 나선 유로가 형성된 나선부;를 더 포함하고, 상기 복수개의 나선 유로의 나선 방향은 상기 제1기체 공급부를 통해 상기 제1챔버에 공급된 기체가 상기 제1챔버 내에서 나선으로 회전하는 방향과 동일하게 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1기체 공급부의 내벽의 일측과 연통되는 상기 챔버의 내벽의 일측 사이에 단차가 발생하지 않도록 상기 제1기체 공급부의 내벽의 일측과 상기 제1챔버의 내벽의 일측을 경사지게 연결하는 제1-1가이드부가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1-1가이드부는 곡률을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1기체 공급부는, 상기 제1기체 공급부의 일측 방향으로 경사진 제1-2가이드부가 구비되어 상기 제1챔버로 갈수록 상기 제1기체 공급부의 단면적이 좁아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바디의 중심축선으로부터 타측으로 편심되어 상기 제1챔버에 연통되는 제2기체 공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1기체 공급부는, 상기 제1기체 공급부의 일측 방향으로 경사진 제1-2가이드부가 구비되어 상기 제1챔버로 갈수록 상기 제1기체 공급부의 단면적이 좁아지고, 상기 제2기체 공급부는, 상기 제2기체 공급부의 타측 방향으로 경사진 제2-2가이드부가 구비되어 상기 제1챔버로 갈수록 상기 제2기체 공급부의 단면적이 좁아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기체가 상기 제1챔버와 상기 제2챔버의 연통 구간인 제2챔버의 개구된 상부로 유동할 때 상기 기체가 원활히 가이드되도록, 상기 격벽의 상부 단부에 곡면부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바디는 상부 바디와 하부 바디의 결합으로 이루어지고, 상기 액체 공급부는 상기 상부 바디의 플랜지로부터 하부 방향으로 돌출되게 형성되며, 상기 기체가 상기 제1챔버와 상기 제2챔버의 연통 구간인 제2챔버의 개구된 상부로 유동할 때 상기 기체가 원활히 가이드되도록, 상기 플랜지의 하면에 상기 곡면부의 위치에 대응하는 링 형상의 곡면홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 기판 세정용 2류체 노즐에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

격벽에 의해 상호 구분되는 제1챔버와 제2챔버 사이에 압력차가 발생함으로써, 기체가 제1챔버와 제2챔버의 연통구간에서 가속되어 제2챔버 내부로 유입된다. 따라서, 동일 조건에서 종래의 기판 세정용 2류체 노즐보다 기체 토출구로 토출되는 기체의 압력 및 유속이 더욱 높아, 더욱 높은 속도 및 미세한 입자를 갖는 혼합물의 액적이 생성될 수 있다.

격벽 구조에 의해 제1챔버 및 제2챔버가 형성됨으로써, 제1기체 공급부 및 제2기체 공급부의 공급압력의 방향 벡터에 의해, 토출 압력이 감소되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

제1기체 공급부와 제2기체 공급부가 편심구조를 가짐에 따라, 기체는 제1챔버 및 제2챔버 내부에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하여 나선 회전 유동을 하게 되며, 이를 통해, 기체의 유동압의 손실을 최소화할 수 있다.

제1-1가이드부와 제2-1가이드부가 구비되어 기체가 제1기체 공급부의 내벽 및 제1챔버의 내벽을 따라 원활하게 유동되고, 또한, 제2기체 공급부의 내벽 및 제1챔버의 내벽을 따라 원활하게 유동될 수 있다. 따라서, 코안다 효과에 의해 기체의 고압, 고속 상태가 유지된 채 제1챔버 내부로 유동함으로써, 기체의 유속 저하 및 유동압의 손실을 최소화할 수 있다.

제1-2가이드부는 제1기체 공급부를 통해 공급되는 기체를 제1기체 공급부의 일측 방향 내벽 및 제1챔버의 일측 방향 내벽으로 가이드하는 기능을 하고, 제2-2가이드부는 제2기체 공급부를 통해 공급되는 기체를 제2기체 공급부의 타측 방향 내벽 및 제1챔버의 타측 방향 내벽으로 가이드하는 기능을 하게됨으로써, 내벽을 따라 유동하는 기체의 코안다 효과를 극대화시키게 된다. 따라서, 제1기체 공급부 및 제2기체 공급부의 편심 구조와 더불어 제1챔버 내부의 기체의 나선 회전 유동을 더욱 극대화시킬 수 있다.

기체가 제1챔버의 내벽을 따라 나선 회전 유동을 하게 됨으로써, 액체 공급부에 기체가 충돌하여 발생되는 기체의 유속 저하 및 유동압의 손실을 최소화할 수 있다.

제2챔버로 유동된 기체는 복수개의 나선 유로를 따라 유동된 후, 기체 토출구로 토출됨으로써, 기체 토출구에서 토출되는 기체의 유속이 증가하게 되며, 이를 통해, 높은 유속으로 액체와 충돌할 수 있다. 따라서, 액체와 기체의 충돌로 생성되는 혼합물의 액적의 속도가 높은 속도를 유지하며 분사될 수 있다.

기체 토출구가 액체 토출구의 주변을 감싸게 구비되어 링 형상을 가지게 되므로, 기체가 토출 시, 나선 회전 유동에 의한 높은 유속이 유지된 채 외부로 토출될 수 있다.

제1챔버와 제2챔버를 나누는 격벽이 존재함에 따라, 제1챔버와 제2챔버의 연통구간과, 제2챔버와 복수개의 나선 유로의 연통구간, 즉, 2개의 구간에서 기체의 유속이 가속됨에 따라, 제1챔버, 제2챔버 및 복수개의 나선 유로 각각의 내부에서의 효과적인 나선 회전 유동이 이루어지게 되며, 이를 통해, 기체 토출구를 통해 기체가 토출될 때, 고압, 고속 상태를 유지한 채 토출될 수 있다. 따라서, 종래의 기판 세정용 2류체 노즐보다 고압, 고속의 기체가 토출되며, 이를 통해, 높은 속도 및 미세한 입자를 갖는 혼합물의 액적이 생성될 수 있다.

곡면부 및 곡면홈을 통해 제1챔버에서 제2챔버의 내부로 유입되는 기체를 가이드하여 제2챔버 내부로의 기체의 흐름을 원활하게 이루어지게 할 수 있으며, 이를 통해, 제2챔버 내부의 기체의 유속을 높게 유지시킴과 동시에, 기체의 토출압을 높게 유지시킬 수 있다.

도 1는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐의 사시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 A-A'의 단면도.
도 4는 도 2의 C-C'의 단면도.
도 5는 도 2의 D-D'의 단면 사시도.
도 6은 도 1의 B-B'의 단면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐의 기체 및 액체의 흐름을 도시한 도.
도 8a는 종래의 기판 세정용 2류체 노즐의 챔버의 측면에서 바라본 단면도에서의 챔버 내부의 기체의 유동압 분포를 도시한 도.
도 8b는 종래의 기판 세정용 2류체 노즐의 챔버의 상부에서 바라본 단면도에서의 챔버 내부의 기체의 유동압 분포를 도시한 도.
도 8c는 종래의 기판 세정용 2류체 노즐의 챔버의 나선부의 상부에서 바라본 단면도에서의 챔버 내부의 기체의 유동압 분포를 도시한 도.
도 9a는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐의 제1챔버의 측면에서 바라본 단면도에서의 제1챔버 내부의 기체의 유동압 분포를 도시한 도.
도 9b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐의 제1챔버의 상부에서 바라본 단면도에서의 제1챔버 내부의 기체의 유동압 분포를 도시한 도.
도 9c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐의 나선부의 상부에서 바라본 단면도에서의 제2챔버 및 나선부 내부의 기체의 유동압 분포를 도시한 도.
도 10은 본 발명의 기판 세정용 2류체 노즐의 변형 예를 도시한 도.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부한 도면들과 함께 상세히 후술된 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명하는 실시 예에 한정된 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

또한, 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시 도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.

다양한 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 실시 예가 다르더라도 편의상 동일한 명칭 및 동일한 참조번호를 부여하기로 한다. 또한, 이미 다른 실시 예에서 설명된 구성 및 작동에 대해서는 편의상 생략하기로 한다.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐(10)에 대해 설명한다.

도 1는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 A-A'의 단면도이고, 도 4는 도 2의 C-C'의 단면도이고, 도 5는 도 2의 D-D'의 단면 사시도이고, 도 6은 도 1의 B-B'의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐의 기체 및 액체의 흐름을 도시한 도이다.

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐(10)은, 내부에 기체가 유동하는 제1챔버(310)와, 제1챔버(310)와 연통되는 제2챔버(330)가 구비된 바디(100);와, 제1챔버(310)에 연통되어 제1챔버(310)에 기체를 공급하는 제1기체 공급부(700);와, 바디(100)의 중심축선으로부터 타측으로 편심되어 제1챔버(310)에 연통되는 제2기체 공급부(800);와, 바디(100)의 중심축선과 동일한 중심축선을 갖으며, 적어도 일부가 제2챔버(330) 내에 배치되고, 그 단부에 액체 토출구(510)가 구비되는 액체 공급부(500);와, 제2챔버(330)와 연통되며, 액체 토출구(510)를 둘러싸도록 배치되는 기체 토출구(331);와, 제2챔버(330)에 배치되도록 액체 공급부(500)의 하부에 구비되며, 기체 토출구(331)와 연통되는 복수개의 나선 유로(910)가 형성된 나선부(900);를 포함하여 구성될 수 있다.

기판 세정용 2류체 노즐(10)은 바디(100)가 노즐 구동부(미도시)에 의해 연결되어 웨이퍼(미도시)의 상부에 위치하게 된다.

노즐 구동부는 기판 세정용 2류체 노즐(10)의 상하 길이 방향이 웨이퍼(미도시)의 상면과 수직을 이루도록 기판 세정용 2류체 노즐(10)을 지지하며, 제어부(미도시)의 제어에 의해 웨이퍼 상에서 기판 세정용 2류체 노즐(10)을 이동시킨다.

기판 세정용 2류체 노즐(10)의 액체 공급부(500)는 외부 액체 공급부(미도시)와 연통되어 외부 액체 공급부로부터 액체를 공급받는다.

기판 세정용 2류체 노즐(10)의 제1기체 공급부(700)는 외부 기체 공급부(미도시)와 연통되어 외부 기체 공급부로부터 기체를 공급받는다.

바디(100)는 기판 세정용 2류체 노즐(10)의 외형을 이룬다. 따라서, 바디(100)의 중심축선은 기판 세정용 2류체 노즐(10)의 중심축선과 동일하다.

바디(100)의 내부에는 기체가 유동하는 제1챔버(310)와, 제1챔버(310)와 연통되는 제2챔버(330)가 형성된다.

바디(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 바디(110)와, 하부 바디(130)의 결합으로 이루어질 수 있다.

상부 바디(110)는 플랜지(111)와 액체 공급부(500)가 구비되며, 액체 공급부(500)는 플랜지(111)로부터 하부 방향으로 돌출되게 형성되어 구비된다. 이러한 액체 공급부(500)의 하부에는 나선부(900)가 구비된다.

하부 바디(130)에는 제1챔버(310)와 연통되는 제1기체 공급부(700)와 제2기체 공급부(800)가 구비된다.

하부 바디(130)의 하부에는 하부 방향으로 돌출된 분사부(131)가 구비된다.

분사부(131)의 중앙에는 구멍(133)이 형성되며, 구멍(133)의 중심에는 액체 토출구(510)가 배치된다.

분사부(131)와 액체 공급부(500)의 단부 사이의 공간은 기체 토출구(331)이다.

분사부(131)는 하부 방향으로 갈수록 그 공간면적이 줄어들게 형성되며, 이를 통해, 기체 토출구(331)가 액체 토출구(510)와 근접한 거리에서 액체 토출구(510)를 둘러싸게 배치될 수 있다. 이러한 분사부(131)의 내부 공간은 제2챔버(330)의 하부 영역이다.

하부 바디(130)에는 상부 방향으로 개구된 제1챔버(310)가 형성된다.

제1챔버(310)는 바디(100), 구체적으로, 하부 바디(130)의 내부에 형성되며 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)와 연통되어 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)로부터 공급되는 기체가 유동하는 공간을 제공한다.

제1챔버(310)의 내부에는 하부 바디(130)의 상부 방향으로 연장되어 돌출되며, 그 상부가 개구된 격벽(135)이 형성된다. 이러한 격벽(135)에 의해 제2챔버(330)가 형성된다.

제2챔버(330)는 액체 공급부(500)의 일부 및 나선부(900)가 수납되는 공간을 제공한다.

제2챔버(330)는 제1챔버(310)와 연통된다. 상세하게, 제2챔버(330)는 제1챔버(310)의 내부에 배치된 격벽(135)에 의해 제1챔버(310)의 내부에 형성되고, 제2챔버(330)의 개구된 상부가 제1챔버(310)와 연통된다.

제2챔버(330)에는 액체 공급부(500)의 적어도 일부가 삽입되어 배치된다.

제2챔버(330)에는 나선부(900)가 삽입되어 배치된다.

제1챔버(310)는 원형 단면을 갖고, 제2챔버(330) 또한, 원형 단면을 갖는다.

제2챔버(330)는 제1챔버(310) 내에 배치되며, 이 경우, 제1챔버(310)의 중심축선과 제2챔버의 중심축선은 서로 동일하게 배치된다.

제2챔버(330)의 개구된 상부는 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)보다 상부에 위치한다.

전술한 바와 같이, 바디(100)는 상부 바디(110)와 하부 바디(130)의 결합으로 이루어질 수 있으며, 이처럼 상부 바디(110)와 하부 바디(130)가 결합될 때, 제1챔버(310) 및 제2챔버(330)는 외부와 폐쇄된 공간을 갖으며, 이를 통해, 제1챔버(310) 및 제2챔버(330)에 기체가 유동될 수 잇다.

제1챔버(310)의 단면적은 제2챔버(330)의 단면적보다 더 넓게 형성된다.

제2챔버(330)의 단면적은 제1챔버(310)의 단면적보다 면적이 좁게 형성되며, 하부 바디(130)의 하부 방향, 즉, 분사부(131) 방향으로 갈수록 그 단면적이 좁아지도록 바디(100)의 중심축선 방향으로 경사지게 형성된다.

제2챔버(330)의 하부는 기체 토출구(331)와 연통된다.

나선부(900)는 제2챔버(330)에 삽입되어 수납된다.

제1기체 공급부(700), 제2기체 공급부(800), 제1챔버(310), 제2챔버(330), 나선부(900)의 복수개의 나선 유로(910) 및 기체 토출구(331)는 상호 연통된다. 따라서, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)를 통해 제1챔버(310)로 유입된 기체는 제2챔버(330) 및 나선부(900)를 거쳐 기체 토출구(331)로 토출되게 된다.

제1기체 공급부(700)는 제1챔버(310)의 전방에 연통되어 제1챔버(310)에 기체를 공급하는 기능을 한다. 이 경우, 제1기체 공급부(700)는 바디(100)의 중심축선으로부터 일측으로 편심되게 배치된다.

제2기체 공급부(800)는 제1챔버(310)의 후방에 연통되어 제1챔버(310)에 기체를 공급하는 기능을 한다. 이 경우, 제2기체 공급부(800)는 바디(100)의 중심축선으로부터 타측으로 편심되게 배치된다.

위와 같이, 제2기체 공급부(800)가 제1챔버(310)의 후방에서, 바디(100)의 중심축선으로부터 타측으로 편심되게 배치됨에 따라, 제2기체 공급부(800)는, 바디(100)의 중심축선을 기준으로 제1기체 공급부(700)와 대각선 방향으로 대칭을 이루게 된다.

제1기체 공급부(700)가 바디(100)의 중심축선으로부터 일측으로 편심되게 배치되고, 제1챔버(310)의 전방에 연통되며, 제2기체 공급부(800)가 바디(100)의 중심축선으로부터 타측으로 편심되게 배치되고, 제1챔버(310)의 후방에 연통됨에 따라, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)를 통해 제1챔버(310)로 기체가 공급되면, 기체는 제1챔버(310) 내부에서 제1챔버(310)의 내벽을 따라 나선으로 회전하게 된다.

도 1 내지 도 7에서는 하나의 실시 예로써, 제1기체 공급부(700)가 제1챔버(310)의 전방에서 바디(100)의 중심축선으로부터 우측으로 편심되게 배치되고, 제2기체 공급부(800)가 제1챔버(310)의 후방에서 바디(100)의 중심축선으로부터 좌측으로 편심되게 배치됨에 따라, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)를 통해 제1챔버(310)로 기체가 공급되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1챔버(310)의 상부에서 바라봤을 때, 기체는 제1챔버(310) 내부에서 시계 방향으로 제1챔버(310)의 내벽을 따라 나선으로 회전하게 된다.

제1기체 공급부(700)에는, 제1기체 공급부(700)의 내벽의 일측과 연통되는 제1챔버(310)의 내벽의 일측 사이에 단차가 발생하지 않도록 제1기체 공급부(700)의 내벽의 일측과 제1챔버(310)의 내벽의 일측을 경사지게 연결하는 제1-1가이드부(710)가 구비된다.

제2기체 공급부(800)에는, 제2기체 공급부(800)의 내벽의 타측과 연통되는 제1챔버(310)의 내벽의 타측 사이에 단차가 발생하지 않도록 제2기체 공급부(800)의 내벽의 타측과 제1챔버(310)의 내벽의 타측을 경사지게 연결하는 제2-1가이드부(810)가 구비된다.

전술한 예시에서, 제1-1가이드부(710)는 제1기체 공급부(700)의 내벽의 우측과 연통되는 제1챔버(310)의 내벽의 우측 사이에 단차가 발생하지 않도록 제1기체 공급부(700)의 내벽의 우측과 제1챔버(310)의 내벽의 우측을 경사지게 연결한다. 또한, 제2-1가이드부(810)는 제2기체 공급부(800)의 내벽의 좌측과 연통되는 제1챔버(310)의 제1챔버(310)의 내벽의 좌측 사이에 단차가 발생하지 않도록 제2기체 공급부(800)의 내벽의 좌측과 제1챔버(310)의 내벽의 좌측을 경사지게 연결한다.

이러한 제1-1가이드부(710)는 곡률을 갖도록 형성될 수 있으며, 곡률은 제1챔버(310)의 내벽 형상에 대응하여 제1챔버(310)의 외측 방향으로 볼록한 형상으로 형성될 수 있다. 제2-1가이드부(810) 또한, 곡률을 갖도록 형성될 수 있으며, 곡률은 제1챔버(310)의 내벽 형상에 대응하여 제1챔버(310)의 외측 방향으로 볼록한 형상으로 형성될 수 있다.

제1-1가이드부(710)는 제1기체 공급부(700)의 내벽의 일측(또는 우측)과 제1챔버(310)의 내벽의 일측(또는 우측) 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.

제2-1가이드부(810)는 제2기체 공급부(800)의 내벽의 타측(또는 좌측)과 제1챔버(310)의 내벽의 타측(또는 좌측) 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.

위와 같이, 제1-1가이드부(710) 및 제2-1가이드부(810)가 형성됨에 따라, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)를 통해 각각 제1챔버(310)로 공급되는 기체가 원활하게 유동될 수 있다.

상세하게 설명하면, 제1기체 공급부(700)로 공급되는 기체는 제1기체 공급부(700)의 내벽의 일측을 따라 유동하여 제1-1가이드부(710)에 의해 가이드된 후, 제1챔버(310)의 내벽의 일측을 따라 유동하게 된다. 이 경우, 제1-1가이드부(710)에 의해 제1기체 공급부(700)의 내벽의 일측과 제1챔버(310)의 내벽의 일측 사이에 단차가 발생되지 않으므로, 기체는 압력구배(Pressure gradient)로 인해 기체가 내벽 쪽으로 부착되어 유동되는 현상인 코안다 효과(Coanda effect)에 의해 그 유속의 감소가 최소화된 상태에서, 제1챔버(310) 내부로 공급되게 된다. 따라서, 제1기체 공급부(700)로부터 공급되는 기체는 고압, 고속 상태를 유지한 채, 제1챔버(310) 내부로 유동할 수 있다.

제2기체 공급부(800)로 공급되는 기체의 경우에도, 제2기체 공급부(800)의 내벽의 일측을 따라 유동하여 제2-1가이드부(810)에 의해 가이드된 후, 제1챔버(310)의 내벽의 일측을 따라 유동하게 된다. 이 경우, 제2-1가이드부(810)에 의해 제8기체 공급부(800)의 내벽의 타측과 제1챔버(310)의 내벽의 타측 사이에 단차가 발생되지 않으므로, 기체는 압력구배(Pressure gradient)로 인해 기체가 내벽 쪽으로 부착되어 유동되는 현상인 코안다 효과(Coanda effect)에 의해 그 유속의 감소가 최소화된 상태에서, 제1챔버(310) 내부로 공급되게 된다. 따라서, 제2기체 공급부(800)로부터 공급되는 기체는 고압, 고속 상태를 유지한 채, 제1챔버(310) 내부로 유동할 수 있다.

제1기체 공급부(700)는, 제1기체 공급부(700)의 타측에 제1챔버(310)로 갈수록 제1기체 공급부(700)의 일측 방향으로 경사진 제1-2가이드부(730)가 구비되어 제1챔버(310)로 갈수록 제1기체 공급부(700)의 단면적이 좁아지게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1-2가이드부(730)는 제1기체 공급부(700)의 타측에 형성된다.

제1-2가이드부(730)는 제1챔버(310)로 갈수록 제1기체 공급부(700)의 일측 방향으로 경사지게 형성된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제1기체 공급부(700)가 바디(100)의 중심축선으로부터 우측으로 편심되고, 제1챔버(310)의 전방에 연통될 경우, 제1챔버(310)의 전방에서 제1-2가이드부(730)는, 제1기체 공급부(700)의 좌측에 형성된다.

또한, 제1-2가이드부(730)는 제1챔버(310)로 갈수록 제1기체 공급부(700)의 우측 방향으로 경사지게 형성된다.

위와 같이, 제1기체 공급부(700)에 제1-2가이드부(730)가 구비됨에 따라, 제1챔버(310)로 갈수록 제1기체 공급부(700)의 단면적이 좁아진다.

제1-2가이드부(730)는 제1기체 공급부(700)를 통해 공급되는 기체를 일측 방향, 즉, 우측 방향으로 가이드하는 기능을 한다.

따라서, 제1기체 공급부(700)로 공급된 기체는 제1-2가이드부(730)에 의해 가이드되어 제1기체공급부(700)의 일측 방향 내벽(또는 우측 방향 내벽)으로 가이드되어 유동된 후, 제1-1가이드부(710)를 거쳐 제1챔버(310)의 일측 방향 내벽(또는 우측 방향 내벽)으로 유동되게 된다.

제1-2가이드부(730)는 전술한 바와 같이, 제1기체 공급부(700)의 타측에 형성될 수도 있고, 제1기체 공급부(700)와 제1챔버(310)의 연통 구간에 제1챔버(310)를 형성하는 내벽의 일부로서 구비될 수도 있다.

또한, 제1-2가이드부(730)는 곡률을 갖도록 형성될 수 있다.

제2기체 공급부(800)는, 제2기체 공급부(800)의 일측에 제1챔버(310)로 갈수록 제2기체 공급부(800)의 타측 방향으로 경사진 제2-2가이드부(830)가 구비되어 제1챔버(310)로 갈수록 제2기체 공급부(800)의 단면적이 좁아지게 형성될 수 있다. 이 경우, 제2-2가이드부(830)는 제2기체 공급부(800)의 일측에 형성된다.

제2-2가이드부(830)는 제1챔버(310)로 갈수록 제2기체 공급부(800)의 타측 방향으로 경사지게 형성된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제2기체 공급부(800)가 바디(100)의 중심축선으로부터 좌측으로 편심되고, 제1챔버(310)의 후방에 연통될 경우, 제2-2가이드부(830)는, 제1챔버(310)의 후방에서 제2기체 공급부(800)의 우측에 형성된다.

또한, 제1-2가이드부(730)는 제1챔버(310)로 갈수록 제2기체 공급부(800)의 좌측 방향으로 경사지게 형성된다.

위와 같이, 제2기체 공급부(800)에 제2-2가이드부(830)가 구비됨에 따라, 제1챔버(310)로 갈수록 제2기체 공급부(800)의 단면적이 좁아진다.

제2-2가이드부(830)는 제2기체 공급부(800)를 통해 공급되는 기체를 타측 방향, 즉, 좌측 방향으로 가이드하는 기능을 한다.

따라서, 제2기체 공급부(800)로 공급된 기체는 제2-2가이드부(830)에 의해 가이드되어 제2기체 공급부(800)의 타측 방향 내벽(또는 좌측 방향 내벽)으로 가이드되어 유동된 후, 제2-1가이드부(810)를 거쳐 제1챔버(310)의 타측 방향 내벽(또는 좌측 방향 내벽)으로 유동되게 된다.

제2-2가이드부(830)는 전술한 바와 같이, 제2기체 공급부(800)의 타측에 형성될 수도 있고, 제2기체 공급부(800)와 제1챔버(310)의 연통 구간에 제1챔버(310)를 형성하는 내벽의 일부로서 구비될 수도 있다.

또한, 제2-2가이드부(830)는 곡률을 갖도록 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1기체 공급부(700)에 제1-2가이드부(730)가 형성되고, 제2기체 공급부(800)에 제2-2가이드부가 형성됨에 따라, 제1챔버(310) 내에서 이루어지는 기체의 나선 회전이 더욱 효과적으로 이루어지게 된다.

상세하게 설명하면, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(700)의 편심 구조에 의해, 기체는 제1챔버(310)의 내벽을 따라 유동함으로써, 제1챔버(310) 내부에서 나선 회전 유동을 하게 되는데, 제1-2가이드부(730)는 제1기체 공급부(700)를 통해 공급되는 기체를 제1기체 공급부(700)의 일측 방향 내벽 및 제1챔버(310)의 일측 방향 내벽으로 가이드하는 기능을 하고, 제2-2가이드부(830)는 제2기체 공급부(800)를 통해 공급되는 기체를 제2기체 공급부(800)의 타측 방향 내벽 및 제1챔버(310)의 타측 방향 내벽으로 쏠리도록 가이드하는 기능을 하게됨으로써, 내벽을 따라 유동하는 기체의 코안다 효과를 극대화시키게 된다. 따라서, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)의 편심 구조와 더불어 제1챔버(310) 내부의 기체의 나선 회전 유동을 더욱 극대화시키는 기능을 하는 것이다.

액체 공급부(500)는 바디(100)의 중심축선과 동일한 중심축선을 갖으며, 제2챔버(330) 내에 배치되고, 그 단부에 액체 토출구(510)가 구비된다.

액체 공급부(500)는 상부 바디(110)의 플랜지(111)로부터 하부 방향으로 돌출되게 형성되며, 액체 공급부(500)의 단부에는 나선부(900)가 구비된다.

액체 공급부(500)의 중심축선은 바디(100)의 중심축선 및 기판 세정용 2류체 노즐(10)의 중심축선과 동일한 중심축선을 갖는다.

액체 공급부(500)의 중심축선은 제1챔버(310)의 중심축선 및 제2챔버(330)의 중심축선과 동일한 중심축선을 갖는다. 따라서, 액체 공급부(500)는 제1챔버(310)의 중심축선 및 제2챔버(330)의 중심축선을 따라 배치된다. 구체적으로 액체 공급부(500)는 제1챔버(310)의 중심축선 및 제2챔버(330)의 중심축선 상에 배치되어, 제1챔버(310) 및 제2챔버(330)의 내부에 배치된다.

액체 공급부(500)의 하부 일부 및 나선부(900)는 제2챔버(330)에 배치된다. 이 경우, 액체 공급부(500)의 하부 일부 및 나선부(900)는 제2챔버(330)에 삽입되어 수납된다.

액체 공급부(500)의 하부 단부에는 액체 토출구(510)가 구비된다. 따라서, 액체 공급부(500)로 공급된 액체는 액체 토출구(510)를 통해 토출되게 된다.

액체 토출구(510)의 중심점은 액체 공급부(500)의 중심축선 상에 위치하도록 배치된다. 따라서, 액체 공급부(500)는 제1챔버(310)의 중심축선 및 제2챔버(330)의 중심축선 상에 배치되고, 액체 토출구(510) 또한, 기판 세정용 2류체 노즐(10)의 하면, 즉, 바디(100)(또는 하부 바디(130))의 하면의 중심에 형성된다.

기체 토출구(331)는 제2챔버(330)와 연통되며, 액체 토출구(510)를 둘러싸도록 배치된다.

기체 토출구(331)는 분사부(131)의 내측과 액체 공급부(500)의 외측 단부 사이의 공간으로 형성된다. 이러한 기체 토출구(331)는 링 형상을 갖는다. 따라서, 기체 토출구(331)는 액체 공급부(500)를 중심으로 주변에 배치되며, 액체 토출구(510)를 둘러싸도록 링 형상을 갖게 된다.

기체 토출구(331)는 나선부(900)의 복수개의 나선 유로(910)에 의해 제1챔버(310) 및 제2챔버(330)와 연통된다.

나선부(900)는 제2챔버(330)에 배치되도록 액체 공급부(500)의 하부에 구비되며, 기체 토출구(331)와 연통되는 복수개의 나선 유로(910)가 형성된다.

나선부(900)는 기체 토출구(331)와 연통되도록 제2챔버(330)에 배치된다.

나선부(900)는 액체 공급부(500)의 하부에 형성되어 구비되며, 나선부(900)와 액체 공급부(500)의 적어도 일부, 즉, 액체 공급부(500)의 하부는 제2챔버(330)에 삽입되어 위치하게 된다. 다시 말해, 나선부(900)와 액체 공급부(500)의 하부는 제2챔버(330)에 수납된다.

나선부(900)에는 제2챔버(330)와 기체 토출구(331)를 연통시키는 복수개의 나선 유로(910)가 형성된다.

복수개의 나선 유로(910)의 나선 방향은 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)를 통해 제1챔버(310)에 공급된 기체가 제1챔버(310) 및 제2챔버(330) 내에서 나선으로 회전하는 방향과 동일하게 형성된다.

예컨데, 전술한 바와 같이, 제1챔버(310)의 상부에서 바라봤을 때, 기체는 제1챔버(310) 내부에서 시계 방향으로 제1챔버(310)의 내벽을 따라 나선으로 회전하게 될 경우, 나선 유로(910)는 제1챔버(310)의 상부에서 바라봤을 때, 시계 방향으로 나선 회전하도록 도 2에 도시된 바와 같이, 시계 방향으로 갈수록 하부로 경사지게 형성된다.

위와 같이, 기체의 나선 회전 방향이 일치하도록 복수개의 나선 유로(910)의 나선 방향과, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)의 편심 방향이 동일하게 형성됨으로써, 제1챔버(310) 내에서 유동되는 기체의 나선 회전력이 더욱 커지게 된다.

이하, 전술한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐(10)의 기체 및 액체의 흐름에 대해 설명한다.

기판 세정용 2류체 노즐(10)의 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)와 각각 연통된 외부 기체 공급부를 통해 고압의 기체가 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)로 각각 공급된다.

이 후, 고압의 기체는 제1기체 공급부(700)의 내부를 유동한 후, 제1-1가이드부(710)를 통해 제1챔버(310)로 유동하고, 제2기체 공급부(800)의 내부를 유동한 후, 제2-1가이드부(810)를 통해 제1챔버(310)로 유동한다. 이 경우, 제1기체 공급부(700)를 통해 공급된 기체는 제1챔버(310)의 전방 우측으로 유동하며, 제2기체 공급부(800)를 통해 공급된 기체는 제1챔버(310)의 후방 좌측으로 유동하게 된다.

제1기체 공급부(700)가 제1챔버(310)의 전방에 연통되되, 바디(100)의 중심축선에서 우측(일측)으로 편심되어 있고, 제2기체 공급부(800)가 제1챔버(310)의 후방에 연통되되, 바디(100)의 중심축선에서 좌측(타측)으로 편심되어 있으므로, 제1챔버(310)로 유동된 기체는 제1챔버(310)의 상부에서 바라보는 것을 기준으로 시계 방향으로 회전하며, 하부 방향으로 유동된다. 다시 말해, 기체는 제1챔버(310)의 내부에서 시계 방향으로 나선 회전하며 유동한다.

위와 같이, 기체가 제1챔버(310) 내부에서 시계 방향으로 회전하는 것은 제1기체 공급부(700)와 제2기체 공급부(800)가 바디(100)의 대각선 방향으로 대칭을 이루도록 배치되기 때문에, 제1기체 공급부(700)를 통해 공급된 기체와 제2기체 공급부(800)를 통해 공급된 기체가 같은 방향(즉, 시계 방향)으로 회전 유동을 하기 때문이다.

제1챔버(310) 내에서 유동된 기체는 제1챔버(310)에 가득 차게되어 제1챔버(310)의 상부로 유동하게 된다. 제1챔버(310)의 상부로 유동된 기체는 제1챔버(310)와 제2챔버(330)가 연통된 구간을 거쳐 제2챔버(330)의 개구된 상부로 유동됨으로써, 제2챔버(330) 내로 유동된다.

제2챔버(330)로 유동된 기체는 나선부(900)의 복수개의 나선 유로(910)로 유동된다.

복수개의 나선 유로(910)로 유동된 기체는 복수개의 나선 유로(910)를 따라 유동된 후, 기체 토출구(331)로 토출된다. 이 경우, 기체는 복수개의 나선 유로(910)에 의해 시계 방향 나선 회전이 더욱 가속된 후, 기체 토출구(331)로 토출된다.

외부 액체 공급부를 통해 공급된 액체는 액체 공급부(500)의 내부를 통해 유동하여, 액체 토출구(510)를 통해 외부로 토출된다.

액체 토출구(510)로 토출된 액체는 기체 토출구(331)로 토출된 고속, 고압의 기체와 분사부(131)의 하부에서 충돌하여 혼합물의 액적을 생성하게 된다. 위와 같이, 분사부(131)의 하부에서 생성된 혼합물의 액적은 하부로 분사된다. 이 경우, 혼합물의 액적은 액체가 고속, 고압의 기체와 충돌하여 미세한 물방울 형태로 변환되어 분무 형태로 분사된다.

위와 같이 분사된 혼합물의 액적은 기판 세정용 2류체 노즐(10)의 하부에 위치한 웨이퍼의 상면에 분사되며, 이를 통해 웨이퍼의 세정 공정이 이루어지게 된다.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐(10)은 다음과 같은 효과를 갖는다.

제1챔버(310), 격벽(135), 제2챔버(330), 제1기체 공급부(700), 제2기체 공급부(800)의 구성으로 인해, 기체가 제1챔버(310)로 공급되면 격벽(135)에 의해 기체가 제1챔버(310) 내에서 가득 차게 된 후, 제2챔버(330)의 개구된 상부를 통해 제2챔버(330)로 유입된다.

이 경우, 제1챔버(310) 내부의 압력과 제2챔버(330) 내부의 압력은 압력차가 발생된다. 다시 말해, '제1챔버(310) 내부의 압력 > 제2챔버(330) 내부의 압력' 관계에 있다.

이러한 압력차로 인해, 제1챔버(310)와 제2챔버(330)의 연통 구간에서의 기체의 유속이 가속된다. 즉, 제1챔버(310)에서 제2챔버(330)로 유입되는 기체는 제1챔버(310)와 제2챔버(330)의 연통 구간인 제2챔버(330)의 개구된 상부에서 가속된 후, 제2챔버(330) 내부로 유동되는 것이다.

이처럼, 제2챔버(330)로 유동된 기체의 유속이 가속되어 높아짐에 따라, 동일 조건에서 종래의 기판 세정용 2류체 노즐보다 기체 토출구(331)로 토출되는 기체의 압력 및 유속이 더욱 높으며, 이를 통해, 더욱 높은 속도 및 미세한 입자를 갖는 혼합물의 액적이 생성될 수 있다.

격벽(135) 구조에 의해 제1챔버(310) 및 제2챔버(330)가 형성됨으로써, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)의 공급압력의 방향 벡터에 의해, 토출 압력이 감소되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

상세하게 설명하면, 종래의 경우, 별도의 챔버가 구분되지 않으므로, 토출구 방향인 하부 방향으로 유동되는 기체가 기체 공급부를 통해 공급되는 기체의 공급압에 영향을 받는다. 따라서, 기체 공급부를 통한 기체의 공급압이 높아질 경우, 기체의 토출압이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있었다. 그러나, 본 발명의 경우, 기체가 제1챔버(310)로 공급되어 채워진 후, 제2챔버(330) 내부로 유동된 후, 하부 방향에 위치한 복수개의 나선 유로(910)로 유동되고, 이후, 토출구(331)로 토출된다. 이처럼, 토출구(331) 방향으로 유동되는 기체의 유동은 제2챔버(330) 내부에서 이루어지게 되므로, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)에 의한 기체의 공급압은 제2챔버(330)의 내부의 유동에 영향을 미치지 않게 된다. 따라서, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)를 통한 기체의 공급압이 높아지더라도, 이러한 영향에 의해 기체의 토출 압력이 낮아지지 않게 된다.

제1기체 공급부(700)와 제2기체 공급부(800)가 각각 제1챔버(310)의 전방과 후방에서 바디(100)의 중심축선을 기준으로 각각 일측 및 타측으로 편심되게 배치됨과 동시에 상호 대각선 방향으로 대칭되게 배치됨으로써, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)를 통해 제1챔버(310) 내부로 기체가 공급될 때, 기체는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하여 나선 회전 유동을 하게 되며, 이를 통해, 기체가 제1챔버(310) 및 제2챔버(330)로 유동시, 기체의 유동압의 손실을 최소화할 수 있다.

제1-1가이드부(710)와 제2-1가이드부(810)가 구비되어 기체가 제1기체 공급부(700)의 내벽 및 제1챔버(310)의 내벽을 따라 원활하게 유동되고, 제2기체 공급부(800)의 내벽 및 제1챔버(310)의 내벽을 따라 원활하게 유동될 수 있다. 따라서, 코안다 효과에 의해 기체의 고압, 고속 상태가 유지된 채 제1챔버(310) 내부로 유동함으로써, 기체의 유속 저하 및 유동압의 손실을 최소화할 수 있다.

제1-2가이드부(730)와 제2-2가이드부(830)가 구비되어 전술한 기체의 나선 회전 및 코안다 효과를 더욱 극대화시킬 수 있다. 상세하게 설명하면, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(700)의 편심 구조에 의해, 기체는 제1챔버(310)의 내벽을 따라 유동함으로써, 제1챔버(310) 내부에서 나선 회전 유동을 하게 되는데, 제1-2가이드부(730)는 제1기체 공급부(700)를 통해 공급되는 기체를 제1기체 공급부(700)의 일측 방향 내벽 및 제1챔버(310)의 일측 방향 내벽으로 가이드하는 기능을 하고, 제2-2가이드부(830)는 제2기체 공급부(800)를 통해 공급되는 기체를 제2기체 공급부(800)의 타측 방향 내벽 및 제1챔버(310)의 타측 방향 내벽으로 가이드하는 기능을 하게됨으로써, 내벽을 따라 유동하는 기체의 코안다 효과를 극대화시키게 된다. 따라서, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)의 편심 구조와 더불어 제1챔버(310) 내부의 기체의 나선 회전 유동을 더욱 극대화시킬 수 있는 것이다.

기체가 제1챔버(310)의 내벽을 따라 나선 회전 유동을 하게 됨으로써, 액체 공급부(500)에 기체가 충돌하여 발생되는 기체의 유속 저하 및 유동압의 손실을 최소화할 수 있다.

제2챔버(330)로 유동된 기체는 나선부(900)의 복수개의 나선 유로(910)를 따라 유동된 후, 기체 토출구(331)로 토출됨으로써, 기체 토출구(331)에서 토출되는 기체의 유속이 증가하게 되며, 이를 통해, 높은 유속으로 액체와 충돌할 수 있다. 따라서, 액체와 기체의 충돌로 생성되는 혼합물의 액적의 속도가 높은 속도를 유지하며 분사될 수 있다.

기체 토출구(331)가 액체 토출구(510)의 주변을 감싸게 구비되어 링 형상을 가지게 되므로, 기체가 토출 시, 나선 회전 유동에 의한 높은 유속이 유지된 채 외부로 토출될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐(10)은, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)의 편심 구조 등에 의해 제1챔버(310)로의 기체의 유동이 원활하게 이루어지고, 격벽(135) 구조에 의해, 기체가 제1챔버(310)에서 제2챔버(330)로 빠르게 유동된 후, 나선부(900)에 의해 나선 회전이 가속되어 높은 유속으로 기체 토출구(331)로 토출됨으로써, 제1챔버(310) 및 제2챔버(330) 내부의 안정된 유동압 및 흐름을 통해 기체 토출구(331)로 토출되는 기체의 유동압 안정화 및 유속 상승이 달성된다. 따라서, 기체 토출구(331)로 토출되는 기체는 높은 유속으로 액체와 충돌하게 되며, 이를 통해, 높은 속도 및 미세한 입자를 갖는 액적이 생성될 수 있다. 이처럼, 본 발명은, 종래의 기판 세정용 2류체 노즐보다 더욱 높은 속도를 갖으며, 미세한 입자를 갖는 액적을 생성할 수 있다.

이하, 도 8a 내지 도 9c를 참조하여, 종래의 기판 세정용 2류체 노즐(1)의 유동압 분포와 전술한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐(10)의 유동압 분포를 비교하여 설명한다.

도 8a는 종래의 기판 세정용 2류체 노즐의 챔버의 측면에서 바라본 단면도에서의 챔버 내부의 기체의 유동압 분포를 도시한 도이고, 도 8b는 종래의 기판 세정용 2류체 노즐의 챔버의 상부에서 바라본 단면도에서의 챔버 내부의 기체의 유동압 분포를 도시한 도이고, 도 8c는 종래의 기판 세정용 2류체 노즐의 챔버의 나선부의 상부에서 바라본 단면도에서의 챔버 내부의 기체의 유동압 분포를 도시한 도이고, 도 9a는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐의 제1챔버의 측면에서 바라본 단면도에서의 제1챔버 내부의 기체의 유동압 분포를 도시한 도이고, 도 9b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐의 제1챔버의 상부에서 바라본 단면도에서의 제1챔버 내부의 기체의 유동압 분포를 도시한 도이고, 도 9c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐의 나선부의 상부에서 바라본 단면도에서의 제2챔버 및 나선부 내부의 기체의 유동압 분포를 도시한 도이다.

도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 종래의 기판 세정용 2류체 노즐(1)의 경우, 챔버(5)의 내부에 별도의 격벽이 구비되지 않으며, 기체공급부(3)가 챔버(5)의 중심축선에 편심되지 않게 챔버(5)와 연통되게 된다.

위와 같이, 챔버(5)에 별도의 격벽이 구비되지 않으므로, 기체공급부(3)를 통해 챔버(5)로 유동된 기체는 하부로 유동되어 나선 유로(7)를 통해 기체 토출부로 토출된다. 또한, 기체공급부(3)가 편심 구조를 갖고 있지 않으므로, 기체공급부(3)를 통해 챔버(5)로 유동된 기체는 챔버(5) 내부에서 일정한 유동흐름이 발생하지 않게 된다.

도 8a 내지 도 8c를 살펴보면, 챔버(5) 내부 기체의 압력은 챔버(5)의 전구간에서 동일하게 유지되며, 나선 유로(7) 부근에서만 압력이 낮게 유지된다. 따라서, 기체는 나선 유로(7)가 위치하는 챔버(5)의 하부 일정 구간에서만 가속되게 된다.

위와 같이, 기판 세정용 2류체 노즐(1)의 경우, 나선 유로(7)에서만 기체 유속의 가속이 이루어지게 되며, 이러한 나선 유로(7)가 구비된 영역이 상대적으로 작으므로, 기체가 충분한 나선 회전 유동을 달성하지 못하게 되며, 이로 인해, 기체 토출구에서 기체가 토출될 때, 높은 토출 속도를 가지지 못한다.

또한, 기체공급부(3)가 위치한 영역의 하부의 나선 유로(7)로 유입되는 기체의 압력과, 기체공급부(3)가 위치한 반대 영역의 하부의 나선 유로(7)로 유입되는 기체의 압력의 차이가 발생하게 된다. 따라서, 도 8c에 도시된 바와 같이, 나선 유로(7)로 유입되는 기체의 압력이 균일하지 않게 유입된다.

이러한 나선 유로(7)로 유입되는 기체의 불균일성으로 인해, 나선 유로(7)에서 나선 회전 유동이 효과적으로 이루어지지 못하고, 토출구로 토출되는 기체가 충분한 토출 속도를 가지지 못하는 원인이 될 수 있다.

이처럼 기판 세정용 2류체 노즐(1)의 경우, 챔버(5) 내부에서 기체의 유속을 높게 상승시키는 별도의 구성이 구비되어 있지 않다.

반면에, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐(10)의 경우, 격벽(135)에 의해 제1챔버(310)와 제2챔버(330)가 연통되는 구간에서 기체의 유속이 높게 상승하게 된다.

상세하게 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐(10)은, 격벽(135)에 의해 제1챔버(310)와 제2챔버(330)가 구분되어 있으므로, 기체가 제1챔버(310)의 내부에 가득차게 된 후, 제2챔버(330)의 개구된 상부를 통해, 기체가 제2챔버(330)의 내부로 유동된다.

이 경우, 도 9a 내지 9c에 도시된 바와 같이, '제1챔버(310) 내부의 압력 > 제2챔버(330) 내부의 압력' 관계를 만족하므로, 제1챔버(310) 내부의 압력과 제2챔버(330) 내부의 압력은 압력차가 발생된다.

위와 같은 압력차로 인해, 이러한 압력차로 인해, 제1챔버(310)와 제2챔버(330)의 연통 구간에서의 기체의 유속이 가속된다. 즉, 제1챔버(310)에서 제2챔버(330)로 유입되는 기체는 제1챔버(310)와 제2챔버(330)의 연통 구간인 제2챔버(330)의 개구된 상부에서 가속된 후, 제2챔버(330) 내부로 유동되는 것이다.

또한, 제2챔버(330)의 하부의 복수개의 나선 유로(910)가 구비된 구간의 압력은 제2챔버(330) 내부의 구간보다 낮으므로(즉, '제2챔버(330)의 내부의 압력 > 복수개의 나선 유로(910) 진입 구간의 압력'을 만족함), 기체가 복수개의 나선 유로(910)로 유입될 때, 기체의 유속이 한번 더 가속된다.

위와 같이, 본 발명의 기판 세정용 2류체 노즐(10)은 2번의 구간에서 기체의 유속이 가속되며, 이를 통해, 종래보다 높은 기체의 토출 속도를 갖게 된다.

또한, 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)에 의해 제1챔버(310)에서 나선 회전 유동을 하는 기체는, 제2챔버(330)의 내부로 유동되어도 같은 방향의 나선 회전 유동을 유지하게 되는데, 제1챔버(310)와 제2챔버(330)의 압력차로 인해 더욱 나선 회전 유동의 속도가 더욱 높아지게 된다. 따라서, 기체가 제2챔버(330) 내부에서 복수개의 나선 유로(910)로 유동할 때, 이러한 나선 회전 유동이 더욱 가속화될 수 있다.

또한, 본 발명의 기판 세정용 2류체 노즐(10)의 경우, 편심 구조를 갖는 제1기체 공급부(700) 및 제2기체 공급부(800)를 통해, 제1챔버(310) 및 제2챔버(330) 내부에서 기체가 나선 회전 유동을 하게 됨으로써, 도 9c에 도시된 바와 같이, 나선 유로(910)로 유입되는 기체의 압력이 비교적 균일하게 유입된다. 따라서, 나선 유로(910)에서의 나선 회전 유동이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있다.

요약하자면, 본 발명의 기판 세정용 2류체 노즐(10)은, 제1챔버(310)와 제2챔버(330)를 나누는 격벽(135)이 존재함에 따라, 제1챔버(310)와 제2챔버(330)의 연통구간과, 제2챔버(330)와 복수개의 나선 유로(310)의 연통구간, 즉, 2개의 구간에서 기체의 유속이 가속됨에 따라, 제1챔버(310), 제2챔버(330) 및 복수개의 나선 유로(910) 각각의 내부에서의 효과적인 나선 회전 유동이 이루어지게 되며, 이를 통해, 기체 토출구(331)를 통해 기체가 토출될 때, 고압, 고속 상태를 유지한 채 토출될 수 있다. 따라서, 종래의 기판 세정용 2류체 노즐(1)보다 고압, 고속의 기체가 토출되며, 이를 통해, 높은 속도 및 미세한 입자를 갖는 혼합물의 액적이 생성될 수 있다.

이하, 도 10을 참조하여, 변형 예에 따른 기판 세정용 2류체 노즐(10')에 대해 설명한다.

도 10은 본 발명의 기판 세정용 2류체 노즐의 변형 예를 도시한 도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 기판 세정용 2류체 노즐(10')의 격벽(135')의 상부 단부에는 곡면부(137')가 구비될 수 있다.

곡면부(137')는 곡률을 갖도록 형성되어 격벽(135')의 상부로 갈수록 격벽(135')의 외측면 및 내측면이 모아지게 형성될 수 있다.

다시 말해, 곡면부(137')는 격벽(135')의 상부로 갈수록 격벽(135')의 외측면에서 격벽(135')의 내측면 방향으로 경사짐과 동시에 격벽(135')의 내측면에서 격벽(135')의 외측면 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

이러한 곡면부(137')는 기체가 제1챔버(310)에서 제2챔버(330)의 내부로 유입될 때, 제1챔버(310)와 제2챔버(330)의 연통 구간인 제2챔버(330)의 개구된 상부에서의 기체를 가이드하여, 기체의 제2챔버(330)의 내부로 유입을 원활하게 하는 기능을 한다.

곡면부(137')는 도 10에 도시된 바와 달리, 격벽(135')의 상부로 갈수록 격벽(135')의 외측면에서 격벽(135')의 내측면 방향으로 경사지게 형성되거나, 격벽(135')의 상부로 갈수록 격벽(135')의 내측면에서 격벽(135')의 외측면 방향으로 경사지게 형성될 수도 있다.

기판 세정용 2류체 노즐(10')의 상부 바디(110)의 플랜지(111)의 하면에는 곡면을 갖도록 파여진 곡면홈(113)이 구비될 수 있다.

곡면홈(113)은 곡면부(137')의 위치에 대응되도록 플랜지(111)의 하면에 링 형상을 갖도록 형성될 수 있다.

곡면홈(113)은 전술한 곡면부(137')와 더불어 기체가 제1챔버(310)에서 제2챔버(330)의 내부로 유입될 때, 제1챔버(310)와 제2챔버(330)의 연통 구간의 상부에서기체를 가이드하여, 기체의 제2챔버(330)의 내부로 유입을 원활하게 하는 기능을 한다.

위와 같이, 곡면부(137') 및 곡면홈(113)가 구비됨에 따라 제1챔버(310)에서 제2챔버(330)의 내부로 유입되는 기체의 흐름을 원활하게 가이드해줄 수 있으며, 이를 통해, 제2챔버(330) 내부로 유동되는 기체의 유속을 높게 유지시켜, 기체의 토출압을 높게 유지시킬 수 있다.

전술한 본 발명의 기판 세정용 2류체 노즐(10, 10') 각각은 나선부(900)가 구비되지 않은 형태로 변형될 수도 있다.

나선부(900)가 구비되지 않을 경우, 제1챔버(310)로 공급된 기체는 나선 회전 유동을 하며, 제2챔버(330)로 유동된 후, 곧바로 기체 토출구(331)를 통해 토출되게 된다.

나선부(900)가 구비되지 않은 기판 세정용 2류체 노즐은, 나선부(900)가 구비된 기판 세정용 2류체 노즐(10, 10')에 비해 상대적으로 나선도(헬리시티, Helicity)가 낮은 값을 갖는다.

상세하게 설명하면, 나선도는 와도(Vorticity)와 속도(Velocity)의 내적으로 정의된다. 다시 말해, 나선도 'h' 는 'h = ωㆍV' 이다. 이 경우, 'ω'는 와도이며, 와도는 유속의 회전으로 정의 된다. 즉, 'ω = ▽ㆍV' 이다. '▽'는 회전 벡터이다.

위와 같은 나선도의 정의에 따라, 와도와 속도의 크기의 차이가 거의 없을 때, 나선도의 크기는 와도와 속도의 방향의 사잇각의 크기에 따라 결정된다.

나선부(900)가 구비된 기판 세정용 2류체 노즐(10, 10')의 경우, 나선부(900)를 통해 기체가 유동된 후, 기체 토출구(331)로 토출되므로, 와도와 속도의 방향은 수평에 가깝게 되고, 이로 인해, 나선도의 크기가 크다.

이처럼, 나선도의 크기가 커짐에 따라, 기판 세정용 2류체 노즐(10, 10')에서 토출되는 액적의 분사각 또한, 큰 값을 갖게 된다.

반면, 나선부(900)가 구비되지 않은 기판 세정용 2류체 노즐의 경우, 나선부(900)가 없이, 제1챔버(310)의 기체가 제2챔버(330)로 바로 유동되어 기체 토출구(331)를 통해 토출되므로, 와도와 속도의 방향은 수직에 가깝게 되고, 이로 인해, 나선도의 크기가 작다.

이처럼 나선도의 크기가 작아짐에 따라 나선부(900)가 구비되지 않은 기판 세정용 2류체 노즐에서 토출되는 액적의 분사각 또한 작은 값을 갖게 된다.

따라서, 나선부(900)가 구비되지 않은 기판 세정용 2류체 노즐의 경우 나선부(900)가 구비되는 경우와 비교하여, 토출되는 액적의 분사각이 상대적으로 작게 형성되며, 액적의 밀도 또한, 높은 특성을 갖게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

10: 기판 세정용 2류체 노즐
100: 바디 110: 상부 바디
111: 플랜지 130: 하부 바디
131: 분사부 133: 구멍
135: 격벽 310: 제1챔버
330: 제2챔버 331: 기체 토출구
500: 액체 공급부 510: 액체 토출구
700: 제1기체 공급부 710: 제1-1가이드부
730: 제1-2가이드부 800: 제2기체 공급부
810: 제2-1가이드부 830: 제2-2가이드부
900: 나선부 910: 나선 유로

Claims (10)

1. 내부에 기체가 유동하는 제1챔버와, 상기 제1챔버의 중심축선과 동일한 중심축선을 갖도록 상기 제1챔버의 내부에 배치되며 상기 제1챔버와 연통되는 제2챔버가 구비된 바디;
   상기 제1챔버에 연통되어 상기 제1챔버에 기체를 공급하는 제1기체 공급부;
   상기 바디의 중심축선과 동일한 중심축선을 갖으며, 적어도 일부가 상기 제2챔버 내에 배치되고, 그 단부에 액체 토출구가 구비되는 액체 공급부; 및
   상기 제2챔버의 하부와 연통되며, 상기 액체 토출구를 둘러싸도록 링 형상을 갖는 기체 토출구;를 포함하고,
   상기 제2챔버는 상기 제1챔버의 내부에 배치된 격벽에 의해 상기 제1챔버의 내부에 형성되고, 상기 제2챔버의 개구된 상부가 상기 제1챔버의 상부와 연통되며, 상기 제1기체 공급부에 의해 공급된 기체의 공급압이 상기 제2챔버의 내부의 유동에 영향을 미치지 않도록 상기 제1챔버와 상기 제2챔버의 연통 구간인 제2챔버의 개구된 상부는 상기 제1기체 공급부보다 상부에 위치하고,
   상기 제1기체 공급부에 의해 상기 기체가 상기 제1챔버로 공급되면 상기 격벽에 의해 상기 기체가 상기 제1챔버 내에서 채워진 후, 상기 제2챔버의 개구된 상부를 통해 상기 제2챔버 내부로 유동되고, 상기 제2챔버 내부로 유동된 기체는 상기 기체 토출구로 토출되어 상기 액체 토출구에 의해 토출된 액체와 충돌하여 혼합물의 액적을 생성하는 것을 특징으로 하는 기판 세정용 2류체 노즐.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1기체 공급부는, 상기 바디의 중심축선으로부터 일측으로 편심되게 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 세정용 2류체 노즐.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2챔버에 배치되도록 상기 액체 공급부의 하부에 구비되며, 상기 기체 토출구와 연통되는 복수개의 나선 유로가 형성된 나선부;를 더 포함하고,
   상기 복수개의 나선 유로의 나선 방향은 상기 제1기체 공급부를 통해 상기 제1챔버에 공급된 기체가 상기 제1챔버 내에서 나선으로 회전하는 방향과 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 기판 세정용 2류체 노즐.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1기체 공급부의 내벽의 일측과 연통되는 상기 챔버의 내벽의 일측 사이에 단차가 발생하지 않도록 상기 제1기체 공급부의 내벽의 일측과 상기 제1챔버의 내벽의 일측을 경사지게 연결하는 제1-1가이드부가 구비된 것을 특징으로 하는 기판 세정용 2류체 노즐.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1-1가이드부는 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 세정용 2류체 노즐.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1기체 공급부는, 상기 제1기체 공급부의 일측 방향으로 경사진 제1-2가이드부가 구비되어 상기 제1챔버로 갈수록 상기 제1기체 공급부의 단면적이 좁아지는 것을 특징으로 하는 기판 세정용 2류체 노즐.
7. 제2항에 있어서,
   상기 바디의 중심축선으로부터 타측으로 편심되어 상기 제1챔버에 연통되는 제2기체 공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정용 2류체 노즐.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1기체 공급부는, 상기 제1기체 공급부의 일측 방향으로 경사진 제1-2가이드부가 구비되어 상기 제1챔버로 갈수록 상기 제1기체 공급부의 단면적이 좁아지고,
   상기 제2기체 공급부는, 상기 제2기체 공급부의 타측 방향으로 경사진 제2-2가이드부가 구비되어 상기 제1챔버로 갈수록 상기 제2기체 공급부의 단면적이 좁아지는 것을 특징으로 하는 기판 세정용 2류체 노즐.
9. 제1항에 있어서,
   상기 기체가 상기 제1챔버와 상기 제2챔버의 연통 구간인 제2챔버의 개구된 상부로 유동할 때 상기 기체가 원활히 가이드되도록, 상기 격벽의 상부 단부에 곡면부가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 세정용 2류체 노즐.
10. 제9항에 있어서,
    상기 바디는 상부 바디와 하부 바디의 결합으로 이루어지고,
    상기 액체 공급부는 상기 상부 바디의 플랜지로부터 하부 방향으로 돌출되게 형성되며,
    상기 기체가 상기 제1챔버와 상기 제2챔버의 연통 구간인 제2챔버의 개구된 상부로 유동할 때 상기 기체가 원활히 가이드되도록, 상기 플랜지의 하면에 상기 곡면부의 위치에 대응하는 링 형상의 곡면홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 세정용 2류체 노즐.

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