CN117619816A - 改善清洗性能的超音波清洗单元及包括其的基板清洗设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过对于超音波清洗单元的清洗头的结构改善，能够提高整体性的基板清洗性能的改善清洗性能的超音波清洗单元，包括：驱动单元，其接收外部电源，使得内部的振动器发生振动；以及清洗头，其形成为从所述驱动单元的底部向下突出，与所述振动器声耦合而将高频率声波能量传送给基板上的清洗液，并且，在所述清洗头的底部表面的边缘包括具有与基板的外廓圆对应的曲率的弧线部分。

Description

改善清洗性能的超音波清洗单元及包括其的基板清洗设备

技术领域

本发明涉及改善清洗性能的超音波清洗单元及包括其的基板清洗设备，更详细地，涉及一种通过改善超音波清洗单元的清洗头的结构，而能够整体性地提高基板清洗性能的改善清洗性能的超音波清洗单元及包括其的基板清洗设备。

背景技术

在半导体制造的程序中最基本的技术之一就是清洗技术。半导体制造过程中，为了形成基板的表面要经过各个步骤的工艺，而在各个步骤中执行既定的工艺的半导体基板及半导体制造设备上产生并残留各种污染物，因此，需要以既定时间间隔清洗半导体基板及半导体制造设备后进行工艺。从而，清洗技术是为了使用物理性、化学性方法而去除在半导体制造工艺中产生的各种污染物。

在此，化学性的方法是通过水洗、蚀刻、氧化还原反应等去除表面的污染，其使用各种化学品或气体。化学方法中附着的粒子是通过纯水或清洗液去除，有机物是使用溶剂溶解或氧化性酸去除或从氧等离子中碳化后去除，并且，根据情况将表面以既定的量进行蚀刻，而裸露新的清洁表面。

作为另一种物理性方法，通过超音波能量剥离附着物，或用刷子拂拭，或使用高压水去除附着物。通常物理方法是与化学方法结合，而能够有效地清洗。

即，超音波清洗是通过物理性(超音波)或化学性方法(清洗液体、清洗液)去除在被清洗物上附着的污染物质，使得被去除的污染物质不再附着。利用超音波的物理现象是指通过超音波的空穴(空洞)现象进行，所述空穴现象是当超音波的能量在液体中传播时，通过超音波的压力而生成微细气泡并消灭的现象，同时产生非常大的压力(几十气压至几百气压)和高温(几百度至几千度)。

上述的现象在极其短的时间(几万分之一秒至几十万分之一秒)内反复产生和消灭。借助于该冲击波而能够在短时间内清洗在液体中的被洗涤物的内部深处甚至看不见的地方。

在实际情况下，除了通过空穴产生的冲击能量之外，通过超音波自身的放射压力产生的搅拌效果、热作用等与洗涤剂一起产生协同效应，而获得较高的清洗效果。

超音波清洗主要用于液晶显示器(LCD)装置用玻璃基板、半导体基板、用于存储数据等的磁盘等被清洗物的清洗或漂洗。超音波将振动能量适用于被清洗物上的粒子而能够有效地从被清洗物去除粒子及其他污染物质。

最近随着半导体装置的高度集成化，在基板上形成的图案(pattern)也变得很小。因此，在基板上的图案即使被非常微细的粒子(particle)污染也发生半导体元件的不良，因此，清洗工艺变得越来越重要。

一般而言，基板清洗是利用清洗液及超音波进行，将基板在基板支撑装置的卡盘底座上支撑的状态下使其高速旋转，并向基板的表面或另一面供应清洗液而进行。

在所述卡盘底座的旋转时，为了防止基板向卡盘底座的侧方向脱离，沿着所述卡盘底座的周围方向设有多个导引销，基板支撑装置被配置成包括所述导引销和卡盘底座和机件部(构造)和启动所述机件部的驱动单元。

但，相比逐渐大型化的基板，在基板上提供超音波的超音波清洗单元较小，因此，为了移动整体基板而覆盖，不必要的扫描移动增加，从而，存在整体性的清洗所需时间增加的问题。

另外，在基板的外廓边缘部分发生相比基板的上面突出的导引销和扫描运行中的清洗头之间的结构性干扰，因此，还存在对于基板边缘部分的超音波清洗力降低的问题。

发明内容

技术问题

本发明为了解决上述问题而提出，其目的为提供一种通过对于超音波清洗单元的清洗头的结构改善，能够提高整体性的基板清洗性能的改善清洗性能的超音波清洗单元及包括其的基板清洗设备。

技术方案

为实现上述目的，根据本发明提供一种超音波清洗单元，包括：驱动单元，其接收外部电源，使得内部振动器发生振动；以及清洗头，其形成为从所述驱动单元的底部向下突出，与所述振动器声耦合而将高频率声波能量传送给基板上的清洗液，并且，在所述清洗头的底部表面的边缘包括形成为具有与基板的外廓圆对应的曲率的弧线部分。

优选地，所述清洗头的底部表面的边缘由如下结构形成而分隔底部表面的边缘：两个直线部分，其形成为在水平方向彼此面对地分隔的直线；两个弧线部分，其形成为在所述两个直线部分之间在垂直方向彼此面对地分隔的弧线；以及四个曲线部分，其形成为连接各个直线部分与各个弧线部分的末端的曲线。

优选地，所述两个直线部分是决定清洗头的底部表面面积的元件，其长度越长，清洗头的底部表面的面积越大。

优选地，所述两个弧线部分是在清洗头中负责基板的边缘的周围部分的元件，形成为具有与基板的外廓圆对应的曲率的圆的一部分的形状。

优选地，所述驱动单元包括：接线端子，其在一侧突出，在所述接线端子中插入外部电源用线缆；振动器，其与所述线缆连接，而通过电源供应发生振动；气体导引部，其在所述振动器的配置区域周围分隔；以及气体进口和气体出口，其分别在所述气体导引部的一端和另一端形成，而注入并排出发热控制用气体。

优选地，在所述清洗头的底部表面形成有沿着弧线部分向内侧内凹的阶梯单元。

优选地，所述阶梯单元只在清洗头的底部表面的两个弧线部分中的一个中形成，或在两个中都形成。

另外，根据本发明的另一方面，提供一种基板清洗设备，包括：基板支撑装置，其在支撑基板的状态下，通过旋转驱动构造使得基板旋转；流体供应单元，其向所述基板支撑装置上的基板供应用于处理所述基板的清洗液；以及超音波清洗单元，其根据上述任一项特征，向基板上的清洗液传送高频率声波能量。

有益效果

根据本发明，具有如下效果：通过改善超音波清洗单元的清洗头的结构，能够提高整体性的基板清洗性能。

尤其，具有如下效果：通过将超音波清洗单元的下部清洗头的接触面的边缘部分的形状与基板的边缘部分的形状对应地形成，从而，防止清洗头的不必要的扫描移动，从而，能够缩短整体性的清洗所需时间，提高清洗效率。

另外，具有如下效果：通过在超音波清洗单元的下部清洗头的接触面的边缘上形成有内凹形态的阶梯单元，以避免与导引销的结构性干扰，从而，能够提高对于基板的边缘部分的清洗效率。

另外，还具有如下效果：超音波清洗单元的下部清洗头越接近基板的边缘部分，扫描速度越降低，从而，能够提高对于基板的边缘部分的清洗效率。

附图说明

图1为用于说明以往技术的基板清洗设备的附图；

图2为用于说明以往技术的超音波清洗单元的下部清洗头形状的附图；

图3为用于说明本发明的实施例的超音波清洗单元的附图；

图4为用于说明本发明的实施例的超音波清洗单元的下部清洗头形状的附图；

图5为用于说明包括本发明的实施例的超音波清洗单元的基板清洗设备的附图；

图6为用于说明本发明的实施例的超音波清洗单元的阶梯单元形状的附图；

图7及图8为用于说明本发明的实施例的超音波清洗单元的两种阶梯单元适用形状的附图；

图9为用于说明本发明的实施例的超音波清洗单元的阶梯单元形状的附图；

图10为用于说明通过本发明的实施例的超音波清洗单元的基板扫描过程的附图；

图11为表示本发明的实施例的超音波清洗单元的音压分布影像的附图。

附图标记说明

100：超音波清洗单元 110：清洗头

111：阶梯单元 120：驱动单元

121：气体进口 122：气体出口

123：气体导引部 124：接线端子

125：振动器 200：流体供应单元

300：基板支撑装置 310：旋转部

320：卡盘底座 330：导引销

331：安置单元 332：阻断单元

具体实施方式

本发明可进行各种变形并具有各种实施例，在附图中示例特定实施例并进行详细说明。但，其并非为了将本发明限定于特定的实施形态，应当理解为包括在本发明的思想及技术范围中包含的所有变更、均等物至替代物。在说明各个附图时，对于类似的技术特征使用了类似的参照符号。

第1、第2、A、B等术语可用于说明各种技术特征，但，所述技术特征不能被限定于所述术语。所述术语只用于将一个技术特征与其他技术特征区别的目的。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第1技术特征可以第2技术特征命名，类似地，第2技术特征也可以第1技术特征命名。及/或的术语包括多个有关的记载的项目的组合或多个有关的记载的项目中的某一个项目。

言及某一个技术特征与其他技术特征“连接”或“接通”时，应当理解为与该其他技术特征直接地连接或接通，也可在中间存在其他的技术特征。相反地，言及某一个技术特征与其他技术特征“直接连接”或“直接接通”时，应当理解为在中间不存在其他技术特征。

在本说明书中使用的术语只是为了说明特定的实施例而使用，并非为了限定本发明。只要未在文脉上明确地另外表示，单数的表示包括复数的表示。在本说明书中，“包括”或“具有”等术语是为了指明说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、技术特征、部件或其组合的存在，并非预先排除一个或其以上的其他特征或数字、步骤、动作、技术特征、部件或其组合的存在或附加可能性。

如果没有另外定义，在此包括技术性或科学性的术语而使用的所有术语与本发明的技术领域的普通技术人员通常理解的相同的意义。术语例如在通常使用的词典中定义的术语具有与有关技术的文脉上的意义一致的意义，并且，只要在本申请中没有明确地定义，不能以理想或过度的形式上的意义解释。

以下，参照附图详细说明本发明的优选实施例。

首先，图1为用于说明以往技术的基板清洗设备的附图；图2为用于说明以往技术的超音波清洗单元的下部清洗头形状的附图。

参照图1，以往技术的基板清洗设备包括：超音波清洗单元10、流体供应单元20及基板支撑装置30。

所述基板支撑装置30起到在进行工艺时支撑基板(W)的状态下，通过旋转驱动构造使得基板(W)旋转的功能。

所述流体供应单元20向基板(W)上供应用于处理基板的清洗液。

所述超音波清洗单元10包括向下突出形成的清洗头11。该清洗头11与内部振动器(省略图示)通过声波结合。从而，根据外部电源通过音波或超音波振动的所述振动器的高频声波能量向声耦合(acoustic coupling)的清洗头传送。从而，所述振动器被电性地激励而振动，所述清洗头11将高频声波能量向基板(W)上的清洗液传送。通过超音波/兆频超声波能量生成的气泡空穴使得基板(W)上的粒子振动。由此，污染物振动而从基板(W)的表面分离，并通过所述流体供应单元20供应流动的清洗液，从基板(W)的表面去除。

此时，所述基板支撑装置30接收旋转部31的旋转力，使得卡盘底座32在水平方向旋转。为了从底部支撑基板(W)的同时，防止基板(W)向侧方向脱离，该卡盘底座32上沿着所述卡盘底座32的周围方向设有多个导引销33。

在此，在所述导引销33的侧部形成有向基板(W)的侧部突出的安置单元33a，而能够从底部支撑基板(W)，在上部形成有向上部突出的阻断单元33b，以防止旋转的基板(W)向侧方向脱离，并且，如上述地向上部突出的导引销33的阻断单元33b突出至相比基板(W)的上部面更高的位置。例如，所述导引销33的阻断单元33b可以突出至相比基板(W)的上部面高0.5～2.0mm的位置。

如上述地，导引销33的阻断单元33b向上部突出的结构，在防止旋转的基板(W)向侧方向脱离时为理想的结构，但存在清洗工艺中与扫描基板(W)的外廓部分的超音波清洗单元10的清洗头11接触的危险。尤其，为了有助于提高清洗力，使得清洗头11与基板(W)更接近地形成(更向下)后通过超音波清洗单元10进行扫描工作，并且，在扫描工作中，当清洗头11与基板(W)的外廓部分接近时，具有向基板(W)的上部突出的结构的导引销33与清洗头11的冲突可能性必然更高。即，为了提高清洗力，要维持能够防止清洗头11与基板接触的最小距离(最小高度差)，并且，为了防止基板(W)的脱离，优选地，导引销33的上部突出高度要比基板(W)的上部面更高，但，因此导引销33的上部与清洗头11的底部表面的边缘部分时常有可能接触。

为了避免上述的与导引销33发生接触的情况，通常地超音波清洗单元10形成扫描路径，以在基板(W)的边缘进入路径设限或限制进入边缘部分，由此，成为降低对于基板(W)的边缘部分的清洗效率的原因。

并且，图2表示以往技术的超音波清洗单元10的下部清洗头11在扫描过程中与基板(W)的边缘部分接近的状态，显示下部清洗头11的底部表面和晶圆(W)的边缘部分。

一般而言，为了提高扫描效率性，将高频声波能量向基板(W)上的清洗液传送的清洗头11的底部表面形成椭圆形。并且，基板(W)形成圆形。

尺寸较小的圆形的基板(W)上设计通过上述的椭圆形的清洗头11扫描的路径时不存在大问题，但，对于逐渐大型化的最近的基板(W)，为了使用以往的清洗头11将基板(W)的边缘部分也要仔细地清洗，需要在基板(W)的边缘部分反复并重叠地使得清洗头11移动，因此，不仅降低扫描速度，并且，引发对于基板(W)的边缘部分的过度清洗。

图3为用于说明本发明的实施例的超音波清洗单元的附图。

根据图3中表示的本发明的实施例获得改善的超音波清洗单元100，无需从结构上改变包括以往的基板支撑装置300及流体供应单元200的基板清洗设备也能够原样适用。

所述超音波清洗单元100包括：驱动单元120，其接收外部电源的供应而使得内部振动器125发生振动；清洗头110，从所述驱动单元120的底部向下突出形成，与所述振动器125声耦合，而将高频声波能量向基板(W)上的清洗液传送。

图3的(a)表示上部的驱动单元120和下部的清洗头110结合的状态的超音波清洗单元100的立体图，图3的(b)表示结合状态的截面图。

参照图3，所述驱动单元120可以包括：接线端子124，其在一侧突出，外部电源用线缆插入其中；振动器125，其与所述线缆连接，通过电源供应而振动；气体导引部123，其为在所述振动器125的配置区域周围分隔的空间；以及气体进口121和气体出口122，其分别在所述气体导引部123的一端和另一端形成，而注入并排出发热控制用气体。

在此，沿着所述气体导引部123流动的气体可控制因振动器125而引起的发热，并且，可使用CDA、N₂、惰性气体等。

与上述的驱动单元120的底部结合的清洗头110与振动器125声耦合，形成越向底部，其截面积越宽大的形状构成，从而，通过宽大的底部表面将从振动器125发生的高频声波能量向基板(W)上的清洗液传送。

图4表示所述超音波清洗单元100的下部清洗头110形状。

首先，图4的(a)是以各个区间表示清洗头110的底部表面的边缘的形状。

所述清洗头110的底部表面的边缘由如下结构形成而分隔底部表面的边缘：在水平方向彼此面对地分隔的直线的两个直线部分(S1，S2)；在所述两个直线部分(S1，S2)之间，在垂直方向彼此面对地分隔的弧线的两个弧线部分(A1，A2)；连接各个直线部分(S1，S2)和各个弧线部分(A1，A2)的末端的曲线的四个曲线部分(C1，C2，C3，C4)。

所述两个直线部分(S1，S2)是直接地决定清洗头110的底部表面面积的元件，该长度越长，清洗头110的底部表面的面积越大。在此，优选地，所述两个直线部分(S1，S2)为笔直的直线，但，也可形成柔和的椭圆曲线的形状。

所述两个弧线部分(A1，A2)是在清洗头110中负责基板(W)的边缘的周围部分的元件，其与基板(W)的外廓圆形成相同的曲率而形成。即，两个弧线部分(A1，A2)是与基板(W)的外廓圆的半径相同的圆的一部分。基板(W)的外廓圆的半径与两个弧线部分(A1，A2)形成的曲率半径相同。从而，实际对于半径较大的大面积基板(W)，形成所述两个弧线部分(A1，A2)的虚拟的半径将等同地较大，而对于相比大半径具有更小半径的中小面积的基板(W)，形成所述两个弧线部分(A1，A2)的虚拟的半径将等同地较小。由此，根据要处理的基板(W)的尺寸而改变所述两个弧线部分(A1，A2)的曲率，从而，能够便利地处理所有尺寸的基板(W)。

所述四个曲线部分(C1，C2，C3，C4)以曲线形成，而能够柔和地连接各个直线部分(S1，S2)与各个弧线部分(A1，A2)。

图4的(b)表示本发明的超音波清洗单元100的下部清洗头110在扫描过程中与基板(W)的边缘部分接近的状态，显示下部清洗头110的底部表面和晶圆(W)的边缘部分。

与图2进行比较而参照图4的(b)时，如图2所示简单的椭圆形的以往清洗头11中，与基板(W)的边缘部分(圆周围)相对的部分较少，因此，为了将基板(W)的边缘部分全部扫描，要使得清洗头11反复地、重叠地移动，但，如图4的(b)所示，形成有与基板(W)的外廓圆相同的曲率的两个弧线部分(A1，A2)的本发明的清洗头110，弧线部分(A1，A2)能够准确地与基板(W)的边缘部分(圆周围)相对，因此，能够减少清洗头11的重叠性的移动，而能够大幅减少整体扫描速速，并且，防止对于基板(W)的边缘部分的过度清洗。

然后，图5为用于说明包括本发明的实施例的超音波清洗单元的基板清洗设备的附图。

参照图5，本发明的基板清洗设备包括：超音波清洗单元100、流体供应单元200及基板支撑装置300。

所述基板支撑装置300起到在进行工艺时支撑基板(W)的状态下，通过旋转驱动构造使得基板(W)旋转的功能。

所述流体供应单元200向基板(W)上供应用于处理基板的清洗液。

根据本发明的实施例改善的超音波清洗单元100，无需从结构上改变包括以往的基板支撑装置300及流体供应单元200的基板清洗设备也能够原样地适用。

如上所述，所述超音波清洗单元100包括：驱动单元120，其接收外部电源的供应并使得内部振动器125振动；清洗头110，其从所述驱动单元120的底部向下突出形成，与所述振动器125声耦合，而将高频声波能量向基板(W)上的清洗液传送。

在此，所述基板支撑装置300接收旋转部310的旋转力而使得卡盘底座320在水平方向旋转。该卡盘底座320上沿着所述卡盘底座320的周围方向设有多个导引销330，而能够从底部支撑基板(W)的同时防止基板(W)向侧方向脱离。

在此，在所述导引销330的侧部形成有向基板(W)的侧部突出的安置单元331，而能够从底部支撑基板(W)，并且，为了防止基板(W)向侧方向脱离，在上部形成有向上突出的阻断单元332，如上述地向上部突出的导引销330的阻断单元332突出至相比基板(W)的上部面更高的位置。例如，所述导引销330的阻断单元332可以突出至相比基板(W)的上部面高0.5～2.0mm的位置。

图6为用于说明本发明的实施例的超音波清洗单元的阶梯单元形状的附图。

如图6所示，根据本发明的实施例，在清洗头110的底部表面形成有沿着弧线部分(A1，A2)向内侧凹陷的阶梯单元111。

参照图7，上述的阶梯单元111的内凹宽幅(w1)与所述导引销330的突出的阻断单元332的厚度对应地形成，优选地，相比阻断单元332的厚度更大地形成。

另外，上述的阶梯单元111的内凹深度(d1)与所述导引销330的突出的阻断单元332的突出高度对应地形成，优选地，相比突出到高于基板(W)的阻断单元332的高度更深地形成。

形成有该阶梯单元111，而能够完全阻断清洗头110与支撑基板(W)的导引销330的结构性干扰。即，清洗头110进行扫描时，弧线部分(A1，A2)向基板的边缘部分移动，也能够防止因内凹的阶梯单元111而导致清洗头110与导引销330接触。

如图7所示，所述阶梯单元111可只在底部表面的两个弧线部分(A1，A2)中的一个中形成。其可适用于在图10表示的两种扫描工作中清洗头110从基板(W)的中心向边缘反复移动的半扫描(HalfScan)方式。此时，两个弧线部分(A1，A2)中形成有阶梯单元111的位置是与基板(W)的边缘相对的部分。

另外，如图8所示，所述阶梯单元111可在底部表面的两个弧线部分(A1，A2)全部形成。其可适用于在图10中表示的两种扫描工作中清洗头110从基板(W)的一个边缘部分向半径范围的另一个边缘部分移动的全扫描(Full Scan)方式。

以两个弧线部分(A1，A2)中只在一个形成有阶梯单元111的图7为例，因阶梯单元111而能够防止清洗头110与导引销330接触，因此，如图9所示，清洗头110能够至基板(W)的边缘的末端进行扫描工作。

另外，以在两个弧线部分A1，A2中只在一个形成有阶梯单元111的图7为例，如在图11所示的音压分布图像中可确认，在清洗头110的阶梯单元111形成部分(用箭头表示)也形成充分的音压分布，其意味着通过阶梯单元111的形成，而能够防止清洗头110的清洗力的降低。

因此，形成在清洗头110底部表面上的阶梯单元111，能够最终提高对于基板(W)的边缘部分的清洗效率，并实现基板(W)的整体性的清洗度的均质化，而提高清洗品质。

如上所述，在附图和说明书中公开了最佳实施例。在此使用了特定的术语，但，其只是为了说明本发明而使用，并非为了限定意义或限制在专利权利要求书中记载的本发明的范围而使用。因此，本发明的技术领域的普通技术人员应当理解由此可进行各种变形和均等的其他实施例。从而，本发明的真正的技术保护范围应当根据附加的专利权利要求书的技术思想而定义。

Claims (8)

1.一种超音波清洗单元，其特征在于，包括：

驱动单元，用于接收外部电源，并使得内部的振动器发生振动；以及

清洗头，形成为从所述驱动单元的底部向下突出，与所述振动器声耦合而将高频率声波能量传送给基板上的清洗液，

其中，在所述清洗头的底部表面的边缘包括形成为具有与所述基板的外廓圆对应的曲率的弧线部分。

2.根据权利要求1所述的超音波清洗单元，其特征在于，

所述清洗头的所述底部表面的所述边缘由如下结构形成而分隔所述底部表面的所述边缘：

两个直线部分，形成为在水平方向彼此面对地分隔的直线；

两个弧线部分，形成为在所述两个直线部分之间在垂直方向彼此面对地分隔的弧线；以及

四个曲线部分，形成为连接各个直线部分的末端与各个弧线部分的末端的曲线。

3.根据权利要求2所述的超音波清洗单元，其特征在于，

所述两个直线部分是决定清洗头的所述底部表面的面积的元件，所述两个直线部分的长度越长，所述清洗头的所述底部表面的面积越大。

4.根据权利要求2所述的超音波清洗单元，其特征在于，

所述两个弧线部分是在所述清洗头中负责所述基板的边缘的周围部分的元件，所述两个弧线部分形成为具有与所述基板的所述外廓圆对应的曲率的圆的一部分的形状。

5.根据权利要求1所述的超音波清洗单元，其特征在于，

所述驱动单元包括：

接线端子，在一侧突出，在所述接线端子中插入外部电源用线缆；

振动器，与所述线缆连接，而通过电源供应发生振动；

气体导引部，在所述振动器的配置区域周围分隔；以及

气体进口和气体出口，分别在所述气体导引部的一端和另一端形成，而注入并排出发热控制用气体。

6.根据权利要求1所述的超音波清洗单元，其特征在于，

在所述清洗头的所述底部表面形成有沿着所述弧线部分向内侧内凹的阶梯单元。

7.根据权利要求6所述的超音波清洗单元，其特征在于，

所述阶梯单元只在所述清洗头的所述底部表面的两个所述弧线部分中的一个中形成，或在两个中都形成。

8.一种基板清洗设备，其特征在于，包括：

基板支撑装置，在支撑基板的状态下，通过旋转驱动构造使得所述基板旋转；

流体供应单元，向所述基板支撑装置上的所述基板供应用于处理所述基板的清洗液；以及

根据权利要求1至7中的任一项的超音波清洗单元，向所述基板上的所述清洗液传送高频率声波能量。