KR100979568B1 - Ultrasonic precision cleaning apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초음파 세정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압전소자의 중심부에서 음압이 집중되지 않고 넓은 면적에 걸쳐서 균일한 음압이 발생하도록 하여 피세정물에 손상을 주지 않으면서 세정효율을 높일 수 있는 초음파 세정장치에 관한 것이다. The present invention relates to an ultrasonic cleaning device, and more particularly, to maintain a uniform sound pressure over a large area without concentrating sound pressure at the center of the piezoelectric element, thereby improving cleaning efficiency without damaging the object to be cleaned. It relates to an ultrasonic cleaning device.
반도체 제조의 공정과정에서 가장 기본적인 기술의 하나가 세정기술이다. One of the most basic techniques in the semiconductor manufacturing process is the cleaning technique.
반도체 제조과정은 웨이퍼의 표면을 형성하기 위하여 여러 단계의 공정을 거치게 되는데, 각 단계의 공정과정에서 반도체 웨이퍼 및 반도체 제조장비에는 각종 오염물이 발생하여 잔존하게 되고, 잔존하는 오염물에 의해 웨이퍼 상에 형성되는 소자 패턴에 결함이 발생하여 결국 소자의 신뢰성을 저하시킨다.The semiconductor manufacturing process goes through several steps to form the surface of the wafer. In the process of each step, various kinds of contaminants are generated and remain on the semiconductor wafer and the semiconductor manufacturing equipment and are formed on the wafer by the remaining contaminants. Defects occur in the device pattern to be used, which in turn lowers the reliability of the device.
따라서, 반도체 웨이퍼 및 반도체 제조장비를 각 공정단계에서 물리적, 화학적 방법으로 세정하여 오염물을 제거해야 한다. Therefore, semiconductor wafers and semiconductor manufacturing equipment have to be cleaned by physical and chemical methods in each process step to remove contaminants.
화학적인 세정방법은 표면의 오염을 수세 및 에칭, 그리고 산화 환원 반응 등에 의해서 제거하는 것으로, 여러 가지 화학약품이나 가스를 사용하는 것이다. The chemical cleaning method removes surface contamination by washing with water, etching, and a redox reaction, and uses various chemicals and gases.
물리적 세정방법은, 초음파 에너지에 의해서 부착물을 박리하거나, 브러시로 불식하거나, 고압수를 사용하여 부착물을 제거하는 것이다.The physical cleaning method is to remove the deposit by ultrasonic energy, to brush off, or to remove the deposit using high pressure water.
일반적으로 효율적인 세정방법을 위해서 물리적방법과 화학적방법을 병행하는 방법을 적절하게 조합하는 초음파 세정방법 등이 적용되고 있다. In general, an ultrasonic cleaning method such as an appropriate combination of a physical method and a chemical method is applied for an efficient cleaning method.
즉, 초음파 세정이란 피세정물에 부착된 오염물질을 물리적(초음파), 화학적수단(화학세정액)을 이용해서 제거하고, 제거된 오염물질이 다시 부착되지 않도록 하는 것이다. That is, ultrasonic cleaning is to remove contaminants attached to the object to be cleaned using physical (ultrasound) and chemical means (chemical cleaning solution), and to prevent the removed contaminants from reattaching.
초음파에 의한 물리적 현상이란 초음파의 공동현상(Cavitation)에 의해 이루어지는 것을 의미하며, 공동현상이란 초음파의 에너지가 액중에 전달될 때 초음파의 압력에 의해 미세기포가 생성되고 소멸되는 현상으로 매우 큰 압력(수십 기압에서 수백 기압)과 고온(수 백도에서 수 천도)을 동반한다. Physical phenomena by ultrasonic waves means cavitation of ultrasonic waves. Cavitation is a phenomenon in which micro bubbles are generated and extinguished by ultrasonic pressure when energy of ultrasonic waves is transferred to a liquid. Hundreds of atmospheres at tens of atmospheres) and high temperatures (hundreds of thousands to thousands).
이 공동현상은 극히 짧은 시간(수 만분의 일초에서 수십만 분의 일초)내에 생성과 소멸을 반복하여 충격파를 발생하고, 이 충격파에 의해서 액속에 담겨있는 피세척물의 내부 깊숙이 보이지 않는 곳까지 짧은 시간 내에 세정이 이루어진다.This cavitation generates shock waves in a very short time (from tens of thousands to hundreds of thousands of seconds) and generates shock waves within a short time until the inner parts of the object contained in the liquid are not visible by the shock waves. Cleaning is done.
실제의 경우에는 케비테이션에 의한 충격에너지에 더하여 초음파 자체의 방사압에 의한 교반효과 열작용 등이 세제와 상승작용을 일으켜 높은 세정효과를 이루어낸다.In practice, in addition to the impact energy due to cavitation, the stirring effect due to the radial pressure of the ultrasonic wave itself, the thermal action, and the like synergize with the detergent to achieve a high cleaning effect.
초음파 세정은 주로 액정 디스플레이(LCD) 장치용 유리기판, 반도체 웨이퍼, 데이터 저장 등을 위한 자기디스크 같은 피세정물을 세정하거나 헹구는 데 사용된다. Ultrasonic cleaning is mainly used for cleaning or rinsing objects to be cleaned, such as glass substrates for liquid crystal display (LCD) devices, semiconductor wafers, magnetic disks for data storage, and the like.
이러한 초음파 세정을 위한 기술이 본 출원인에 의해 기출원된 국내특허출원 제2006-0102511호의 "초음파 세정장치"라는 제목으로 개시된 바 있다.The technology for such ultrasonic cleaning has been disclosed under the title of "Ultrasonic Cleaning Device" of Korean Patent Application No. 2006-0102511 filed by the present applicant.
이 기술은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 세정액 공급장치(100)와, 진동자(200)를 포함하여 구성된다.This technique comprises a cleaning
여기서, 세정액 공급장치(100)는 피세정물(300)과 일정 간극을 유지하도록 피세정물(300)의 상측에 구비되어, 피세정물(300)에 세정액(110)을 공급한다. Here, the cleaning
그리고, 진동자(200)는 피세정물(300)과 대향하도록 구비되어 초음파를 발생하며, 발생된 초음파는 세정액을 통하여 피세정물(300)에 전달된다.The
이때, 진동자(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 압전소자(210)에서 발생한 초음파가 니어 필드(near field) 영역의 초음파 전달체(220)를 통해 피세정물(300)에 전달되도록 구성되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 압전소자(210)에서 발생한 파장이 파 필드(far field) 영역의 초음파 전달체(220)를 통해 피세정물(300)에 전달하도록 구성될 수 있다.At this time, the
여기서, 압전소자(210)는 외부에서 인가되는 전원에 의해 진동을 하는 것으로서, 진동자(200)는 압전소자(210)와 압전소자(210)에서 발생한 초음파를 전달하는 초음파 전달체(220)와, 압전소자(210)와 초음파 전달체(220)가 일체로 결합되는 하우징(230) 및 압전소자(210)에 전원을 인가하는 전원선(240)으로 구성된다. Here, the
그런데 이러한 구성에 따르면, 니어 필드(near field) 내에서는 압전소자로부터 거리에 따라 비교적 균일한 음압분포가 주기적으로 나타나지만, 파 필드(far field) 중에서 니어 필드(near field)에 가까운 거리에서는 도 3에 도시된 바와 같 이 압전소자의 중심에 음압이 집중되어 피세정물에 최종적으로 전달되는 단부의 중심에 음압이 집중된다. According to this configuration, although a relatively uniform sound pressure distribution appears periodically according to the distance from the piezoelectric element in the near field, the distance near the near field in the far field is shown in FIG. 3. As shown, the negative pressure is concentrated in the center of the piezoelectric element so that the negative pressure is concentrated in the center of the end portion finally delivered to the object to be cleaned.
이 경우, 최종단부 중심의 음압 집중에 균일한 세정이 어려워질 뿐만 아니라, 음압이 집중된 부분에 의해 세정되는 부분의 패턴은 손상되는 문제가 있다.In this case, not only uniform cleaning becomes difficult to concentrate the negative pressure at the center of the end portion, but there is a problem that the pattern of the portion to be cleaned by the portion where the negative pressure is concentrated is damaged.
이와 같은 패턴의 손상을 방지하고자 음압을 낮추게 되면 세정효율이 낮아지게 되는 단점이 있다. In order to prevent damage of such a pattern, the lower the sound pressure, the lower the cleaning efficiency is.
한편, 종래의 초음파 세정장치는 다양한 크기의 이물질을 효과적으로 제거할 수 없는 단점이 있다.On the other hand, conventional ultrasonic cleaning apparatus has a disadvantage that can not effectively remove the foreign matter of various sizes.
도 4는 일반적인 주파수와 입자오염물 크기에 따른 세정 효율을 나타낸 그래프도로서, 1㎒에서는 큰 입자오염물의 세정효율이 높고 작은 입자오염물의 세정효율은 낮으나, 3㎒에서는 큰 입자오염물의 세정효율이 낮고 작은 입자오염물의 세정효율이 높게 나타난다.4 is a graph showing the cleaning efficiency according to the general frequency and the size of particle contaminants. At 1 MHz, the cleaning efficiency of the large particle contaminants is high and the cleaning efficiency of the small particle contaminants is low, but the cleaning efficiency of the large particle contaminants is low. The cleaning efficiency of small particle contaminants is high.
즉, 파장이 긴 저주파에서는 공동현상이 크게 발생하고 공동현상 개수가 적어서 큰 입자오염물에 대한 세정을 잘 이루어지지만, 오염물의 개수가 많은 작은 입자오염물의 세정은 잘 이루어지지 않는다. That is, at low frequencies with long wavelengths, large cavities are generated and the number of cavities is small, so that large particle contaminants can be cleaned well, but small particle contaminants having a large number of contaminants are not.
반면, 파장이 짧은 고주파에서는 사이즈가 작은 공동현상이 많이 발생하는데, 이때의 충격파가 약하여 입자가 작은 이물질 세정은 잘 이루어지는 반면 큰 이물질의 세정은 잘 이루어지지 않게 되는 것이다. On the other hand, at high frequencies with short wavelengths, many small cavitations occur. At this time, the shock wave is weak, so that small particles are cleaned well, while large particles are not washed well.
이에 따라, 단일 주파수를 적용하는 종래의 장치에서는 서로 다른 입자 크기를 가지는 오염물에 대한 효율적인 세정을 기대하기 어려운 단점이 있다. Accordingly, the conventional apparatus applying a single frequency has a disadvantage in that it is difficult to expect efficient cleaning of contaminants having different particle sizes.
이러한 단일 주파수를 적용하는 경우의 세정효율이 낮은 단점을 해소하기 위한 방식이 일본등록특허 제3917936호에 "매엽식 세척장치 및 세척방법"이라는 제목으로 개시된바 있다.A method for solving the disadvantage of low cleaning efficiency when applying such a single frequency has been disclosed in Japanese Patent No. 3917936 entitled "Short leaf cleaning device and cleaning method".
일본등록특허 제3917936호에 "매엽식 세척장치 및 세척방법"은 도 5에 도시된 바와 같이 지지 부재 상부가 원판 상에 형성되는 회전 테이블(600)로 구성하고, 복수개의 초음파 진동자(700)를 회전 테이블의 중심부로부터 주변부에 이른 길이 방향으로 병렬 배치하고, 각각의 초음파 진동자(700)를 서로 다른 주파수로 구동하게 하는 것이다. In Japanese Patent No. 3917936, "Short leaf cleaning apparatus and cleaning method" includes a rotary table 600 having an upper portion of a support member formed on a disc as shown in FIG. 5, and includes a plurality of
즉, 이 기술은 서로 다른 주파수로 구동하며 웨이퍼(W)의 반경 방향으로 길이가 긴 직방체 형상을 가지는 초음파 진동자를 병렬 배치하여 서로 다른 입자오염물을 효율적으로 세정하기 위한 것이다.That is, this technique is to efficiently clean different particle contaminants by arranging ultrasonic vibrators having a rectangular parallelepiped shape which is driven at different frequencies and long in the radial direction of the wafer (W).
그런데, 이 기술에 따르면 초음파 진동자의 길이가 반경 방향으로 길기 때문에 길이 방향에 대하여 횡파가 발생하여 피크 음압이 나타나므로, 음압분포가 불균일한 현상이 발생한다. However, according to this technique, since the length of the ultrasonic vibrator is long in the radial direction, a transverse wave occurs in the longitudinal direction and the peak sound pressure appears, so that the sound pressure distribution is uneven.
결과적으로, 피크 음압에 의해 미세패턴이 손상되는 문제가 발생하고, 이러한 피크 음압을 줄이기 위하여 진동을 약하게 할 경우 세정이 효율적으로 이루어지지 않는 단점이 있다.As a result, there is a problem that the fine pattern is damaged by the peak sound pressure, and when the vibration is weakened in order to reduce the peak sound pressure, there is a disadvantage in that the cleaning is not performed efficiently.
아울러, 음압분포가 불균일함에도 불구하고 초음파 진동자가 스캐닝 방식이 아닌 고정된 방식이기 때문에 불균일한 음압분포를 개선할 수 없다.In addition, despite the non-uniform sound pressure distribution, the non-uniform sound pressure distribution cannot be improved because the ultrasonic vibrator is a fixed method rather than a scanning method.
상기 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 피세정물에 세정액을 공급하고 공급된 세정액에 압전소자로부터 발생되는 초음파를 초음파 전달체를 통해 전달하는 세정장치에 있어서, 진동자를 구성하는 압전소자 또는 초음파 전달체의 중심부에 수직홀을 형성하여 음압이 집중되지 않고 넓은 면적에 걸쳐서 균일하게 발생하도록 할 수 있는 초음파 정밀세정장치를 제공함에 있다.An object of the present invention for solving the problems of the background art, the cleaning device for supplying the cleaning liquid to the object to be cleaned and the ultrasonic wave generated from the piezoelectric element to the supplied cleaning liquid through the ultrasonic carrier, the piezoelectric constituting the vibrator The present invention provides an ultrasonic precision cleaning device that can form a vertical hole in the center of an element or an ultrasonic carrier so that sound pressure can be generated uniformly over a large area without being concentrated.
또한, 본 발명은 진동자를 스캐닝 방식으로 회전하는 웨이퍼 상에서 이동시키면서 세정이 이루어지도록 함으로써, 회전하는 웨이퍼 전체 영역에 대하여 균일한 세정이 이루어지도록 하는 초음파 정밀세정장치를 제공함에 있다.In addition, the present invention is to provide an ultrasonic precision cleaning apparatus for uniform cleaning of the entire area of the rotating wafer by performing the cleaning while moving the vibrator on the rotating wafer in a scanning manner.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 서로 다른 주파수에서 구동되는 진동자를 이용하여 피세정물에 서로 다른 적어도 둘 이상의 주파수로 초음파를 가함으로써, 다양한 입자 크기를 갖는 오염물에 대한 세정효율을 높일 수 있도록 하는 초음파 정밀세정장치를 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to increase the cleaning efficiency for contaminants having various particle sizes by applying ultrasonic waves to at least two different frequencies to be cleaned using a vibrator driven at different frequencies. An ultrasonic precision cleaning device is provided.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명 초음파 정밀세정장치는, 피세정물에 세정액을 공급하는 세정액 공급장치와, 세라믹과 세라믹의 상하부면에 각각 증착된 전극으로 구성되어 초음파를 발생시키는 압전소자와, 상기 압전소자의 단부에 결합되고 상기 피세정물과 대향하도록 구비되어 압전소자에서 발생하는 초음파를 피세정물에 전달하는 초음파 전달체를 포함하는 초음파 세정장치에 있어서, 상기 압전소자 또는 초음파 전달체의 중심에는 수직홀이 형성된다.The ultrasonic precision cleaning device of the present invention for solving the above problems comprises a cleaning liquid supply device for supplying a cleaning liquid to the object to be cleaned, a piezoelectric element configured to generate ultrasonic waves by ceramic and electrodes deposited on upper and lower surfaces of the ceramic, and the An ultrasonic cleaning device including an ultrasonic wave carrier coupled to an end of a piezoelectric element and provided to face the object to be cleaned and transferring ultrasonic waves generated from the piezoelectric element to the object to be cleaned, which is perpendicular to the center of the piezoelectric element or the ultrasonic carrier. Holes are formed.
본 발명은 초음파 전달체나 압전소자의 중심에 수직홀을 형성하여 수직홀 둘레에 높은 음압이 넓은 면적에 고르게 분포하도록 하여 세정효율을 높일 수 있는 이점이 있다. The present invention has the advantage of increasing the cleaning efficiency by forming a vertical hole in the center of the ultrasonic carrier or the piezoelectric element to distribute the high sound pressure evenly in a large area around the vertical hole.
또한, 본 발명은 서로 다른 둘 이상의 주파수에서 구동되는 진동자를 이용하여 피세정물에 하나 이상의 서로 다른 주파수의 초음파를 가함으로써, 입자 크기와 무관하게 다양한 입자 크기를 갖는 오염물 모두에 대한 세정 효율을 높일 수 있다. In addition, the present invention increases the cleaning efficiency for all contaminants having various particle sizes regardless of particle size by applying ultrasonic waves of one or more different frequencies to the object to be cleaned using vibrators driven at two or more different frequencies. Can be.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초음파 정밀세정장치 분해 사시도로서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초음파 정밀세정장치는 세정액 공급장치(1)와, 진동자(2)를 포함하여 구성된다. 6 is an exploded perspective view of an ultrasonic precision cleaning device according to a first embodiment of the present invention, and the ultrasonic precision cleaning device according to the first embodiment of the present invention includes a cleaning
여기서, 세정액 공급장치(1)는 피세정물(3)과 일정 간극을 유지하도록 피세정물(3)의 상측에 구비되어, 피세정물(3)에 세정액(11)을 공급한다. Here, the cleaning
그리고, 진동자(2)는 피세정물(3)과 대향하도록 구비되어 초음파를 발생하며, 발생된 초음파는 세정액을 통하여 피세정물(3)에 전달된다.The
이때, 진동자(2)는 초음파 전달체(22)와, 초음파 전달체(22)에 구비된 압전소자(21)와, 하우징(23) 및 전원선(24)으로 구성되며, 웨이퍼 상부면에서 스캐닝 방식으로 이동하면서 회전하는 웨이퍼 전체 표면을 균일하게 세정한다. At this time, the
여기서, 압전소자(21)는 외부에서 인가되는 전원에 의해 진동을 하는 것으로서, 세라믹(21c)과 세라믹(21c)의 상하부면에 각각 증착된 전극(21a,21b)으로 구성 된다.Here, the
그리고, 압전소자(21)와 초음파 전달체(22)는 하우징(23)에 일체로 결합되며, 하우징(23)의 내부에는 압전소자(21)에 전원을 인가하는 전원선(24)이 구비된다. The
본 발명의 특징적인 양상에 따라, 압전소자(21)에는 수직홀(211)이 형성됨이 바람직하다. According to a characteristic aspect of the present invention, it is preferable that the
즉, 도 6에 도시된 바와 같이 수직홀(211)이 세라믹(21c)과 세라믹(21c) 상하부 전극(21a,21b)을 관통하도록 형성될 수 있다.That is, as shown in FIG. 6, the
또는, 수직홀(211)이 상부전극과 하부전극 중 어느 하나 이상의 전극(21a,21b)의 중심에 세라믹층을 제외하고 전극층만 제거한 모양으로 형성될 수 있는데, 구체적으로는 도 7에 도시된 바와 같이 수직홀(211)이 세라믹을 제외한 상부전극(21a)의 중심에 형성되거나, 도 8에 도시된 바와 같이 세라믹을 제외한 하부전극(21b)의 중심에 형성될 수 있으며, 다른 변형된 실시예를 통해 세라믹을 제외한 상부전극(21a)과 하부전극(21b)에 모두 형성될 수 있다. Alternatively, the
이와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따르면 압전소자(21)의 중심에 수직홀(211)을 형성함으로써, 수직홀(211) 주변으로 높은 음압을 넓게 분포시켜 초음파 전달체(22)를 통해 피세정물(3)에 전달함으로써, 세정효율을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the first embodiment of the present invention, the
아울러, 본 발명의 제 1 실시예에서 압전소자(21)는 적어도 둘 이상의 서로 다른 주파수로 구동될 수 있다. In addition, in the first embodiment of the present invention, the
본 발명의 제 1 실시예의 변형된 실시예에 따르면, 도 9에 도시된 바와 같이 압전소자(21)는 초음파 전달체(22)에 적어도 둘 이상으로 구비되고, 각각의 압전소자(21)는 서로 다른 주파수로 구동될 수 있다. According to a modified embodiment of the first embodiment of the present invention, as shown in Figure 9, the
예를 들어, 압전소자를 각각 1㎒로 구동되는 압전소자(21)와 3㎒로 구동되는 압전소자(21)로 구성할 수 있는데, 각각의 압전소자(21)는 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 원형의 형상을 가지며 상호 이격 배치되거나, (b)에 도시된 바와 같이 하나의 압전소자(21)는 환형 형상으로 외측에 배치되고, 또 다른 압전소자(21)는 원형으로 환형 압전소자(21)의 내측에 배치될 수 있고, (c)와 (d)에 도시된 바와 같이 두개의 압전소자가 반원형 형상으로 상호 일정 거리 이격되게 마주보고 배치될 수 있다. For example, the piezoelectric element may be composed of a
아울러, 압전소자(21)는 도 11에 도시된 바와 같이 초음파 전달체(22) 상에서 서로 다른 높이에 위치할 수 있다. In addition, the
본 발명의 제 1 실시예의 다른 변형된 실시예에 따르면 도 12에 도시된 바와 같이 초음파 전달체(22)가 적어도 둘 이상 구비되고, 각 초음파 전달체(22)에는 적어도 하나 이상의 압전소자(21)가 구비되며, 각 압전소자(21)가 서로 다른 주파수로 구동될 수 있다.According to another modified embodiment of the first embodiment of the present invention as shown in Figure 12 at least two
또, 도 13에 도시된 바와 같이 각 초음파 전달체(22)가 서로 다른 높이를 가질 수 있다. In addition, as illustrated in FIG. 13, each of the
한편, 본 발명의 제 1 실시예에서는 파 필드(far field) 영역의 초음파 전달체(22)가 압전소자(21)에서 발생한 초음파를 피세정물에 전달하도록 구성하였으나, 도 14에 도시된 바와 같이 니어 필드(near field) 영역의 초음파 전달체를 통해 전 달하도록 구성할 수 있으며, 초음파 전달체를 제외한 나머지 구성 및 변형예는 상술한 본 발명의 제 1 실시예와 동일하므로, 이에 대한 다양한 실시예에 대한 설명은 생략하도록 한다.Meanwhile, in the first embodiment of the present invention, the
또한, 본 발명의 제 1 실시예는 압전소자(21)의 중심에만 수직홀(211)이 형성되었으나, 추가적인 양상에 따라 도 15에 도시된 바와 같이 초음파 전달체(22)의 중심에도 수직홀(221)을 형성할 수 있다.In addition, in the first embodiment of the present invention, the
그리고, 여기서 초음파 전달체(22)의 수직홀(221)은 초음파 전달체(22)의 상단부 일부에 형성된 것으로 도시하였으나, 수직홀(221)이 하단부 일부에 형성되거나, 상단부와 하단부 사이를 수직 관통하도록 형성할 수 있다. In addition, although the
도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초음파 정밀세정장치의 분해 사시도이다.16 is an exploded perspective view of the ultrasonic precision cleaning apparatus according to the second embodiment of the present invention.
도 16을 참조하면, 본 발명의 초음파 정밀세정장치는 세정액 공급장치(1)와, 진동자(2)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 16, the ultrasonic precision cleaning device of the present invention includes a cleaning
여기서, 세정액 공급장치(1)는 피세정물(3)과 일정 간극을 유지하도록 피세정물(3)의 상측에 구비되어, 피세정물(3)에 세정액(11)을 공급한다. Here, the cleaning
그리고, 진동자(2)는 피세정물(3)과 대향하도록 구비되어 초음파를 발생하며, 발생된 초음파는 세정액을 통하여 피세정물(3)에 전달된다.The
이때, 진동자(2)는 초음파 전달체(22)와 초음파 전달체(22)에 구비된 압전소자(21)와, 하우징(23) 및 전원선(24)으로 구성되며, 웨이퍼 상부면에서 스캐닝 방식으로 이동하면서 회전하는 웨이퍼 전체 표면을 균일하게 세정한다. At this time, the
즉, 기존의 진동자는 고정식으로써 회전하는 웨이퍼 전체 영역에 대하여 균일한 세정이 어려웠으나, 본 발명은 진동자를 스캐닝 방식으로 회전하는 웨이퍼 상면에서 이동시키면서 세정하기 때문에 균일한 세정이 가능해지는 것이다.In other words, the conventional vibrator is fixed, and it is difficult to uniformly clean the entire rotating wafer area. However, the present invention allows uniform cleaning because the vibrator is cleaned while moving the vibrator on the rotating wafer.
여기서, 압전소자(21)는 외부에서 인가되는 전원에 의해 진동을 하는 것으로서, 세라믹(21c)과 세라믹(21c)의 상하부면에 각각 증착된 전극(21a,21b)으로 구성된다.Here, the
그리고, 압전소자(21) 및 초음파 전달체(22)는 하우징(23)에 일체로 결합되며, 하우징(23)의 내부에는 압전소자(21)에 전원을 인가하는 전원선(24)이 구비된다. The
본 발명의 특징적인 양상에 따라, 초음파 전달체(22)는 그 중심에 수직홀(221)이 형성됨이 바람직하다. According to a characteristic aspect of the present invention, the
즉, 압전소자(21)에서 발생한 초음파가 그 중심에 집중됨에 따라 미세패턴 세정시 손상을 주거나 세정효율을 저하시키는 문제가 있으나, 본 발명은 초음파 전달체(22)의 중심에 수직홀(221)을 형성하여, 압전소자(21)의 중심에서 발생한 높은 음압을 수직홀(221)의 주변에 넓게 분포시킴으로써, 높은 음압이 분포하는 면적을 넓혀 세정효율을 향상시킬 수 있다. That is, as the ultrasonic waves generated from the
이때, 도 16에는 수직홀(221)이 초음파 전달체(22)의 상단부 일부에 형성된 것으로 도시하였으나, 도 17에 도시된 바와 같이 수직홀(221)이 하단부 일부에 형성되거나, 도 18에 도시된 바와 같이 상단부와 하단부 사이를 수직 관통하도록 형성할 수 있다. In this case, although the
한편, 본 발명의 제 2 실시예에서 압전소자(21)는 적어도 둘 이상의 서로 다른 주파수로 구동될 수 있다. Meanwhile, in the second embodiment of the present invention, the
즉, 기존의 단일 주파수로 구동되는 경우 서로 다른 입자 크기를 가지는 오염물에 대한 효율적인 세정이 어렵거나, 서로 다른 주파수로 구동되더라도 길이 방향으로 긴 초음파 진동자의 각 지점별 음압분포가 균일하지 않아 균일한 세정이 이루어지지 않거나, 피크 음압이 강하게 나타나는 부분에 의해 미세패턴이 손상되는 문제 및 고정식으로써 회전하는 웨이퍼 전체의 균일한 세정이 어려웠으나, 본 발명은 서로 다른 주파수를 발생하는 진동자를 스캐닝 방식으로 이동시킴으로써 균일한 세정이 이루어지도록 한다. That is, when driven at the existing single frequency, efficient cleaning of contaminants having different particle sizes is difficult, or even if driven at different frequencies, the sound pressure distribution of each point of the ultrasonic vibrator that is long in the longitudinal direction is not uniform and thus uniform cleaning. In this case, the problem of the fine pattern being damaged by the part where the peak sound pressure is hardly made or the uniform cleaning of the entire rotating wafer was difficult. However, the present invention provides a method of scanning the vibrators generating different frequencies by scanning. Ensure uniform cleaning.
다시 말해, 초음파를 이용한 세정에 있어서 입자가 큰 오염물과 입자가 작은 오염물의 세정 효율이 주파수에 따라서 각기 다르기 때문에, 입자가 큰 오염물과 입자가 작은 오염물에 대해 모두 세정효율을 높이기 위해서, 본 발명은 서로 다른 주파수를 적용해야 한다.In other words, in the cleaning using ultrasonic waves, since the cleaning efficiency of the large particle and the small particle contaminant differs according to the frequency, in order to increase the cleaning efficiency for both the large particle and the small particle contaminant, Different frequencies must be applied.
따라서, 본 발명은 적어도 둘 이상의 서로 다른 주파수에서 구동되는 압전소자를 이용하여 입자오염물의 크기와 무관하게 전반적으로 세정효율을 높일 수 있는 것이다. Accordingly, the present invention can increase the overall cleaning efficiency irrespective of the size of particle contaminants by using piezoelectric elements driven at least two or more different frequencies.
또 다른 실시예로서, 도 19에 도시된 바와 같이 초음파 전달체(22)에 적어도 둘 이상의 압전소자(21)를 구비하고, 각각의 압전소자(21)는 서로 다른 주파수로 구동할 수도 있다. As another embodiment, as illustrated in FIG. 19, at least two
이러한 압전소자의 형상 및 배치에 대한 구체적인 예시는 상술한 도 10 및 도 10에 대한 설명으로 대체하도록 한다. Specific examples of the shape and arrangement of the piezoelectric element may be replaced with the descriptions of FIGS. 10 and 10 described above.
여기서, 압전소자(21)는 도 20에 도시된 바와 같이 초음파 전달체(22) 상에서 서로 다른 높이에 위치할 수 있다. Here, the
또는, 도 21에 도시된 바와 같이 상기 초음파 전달체(22)가 적어도 둘 이상 구비되고, 각 초음파 전달체(22)에 적어도 하나 이상의 압전소자(21)가 배치되어 각 압전소자(21)가 서로 다른 주파수로 구동된다. Alternatively, as illustrated in FIG. 21, at least two
이에 대한 변형된 실시예로서, 도 22에 도시된 바와 같이 각 초음파 전달체(22)는 서로 다른 높이를 가질 수 있다. As a modified embodiment of this, as illustrated in FIG. 22, each of the
한편, 본 발명의 제 2 실시예에서는 파 필드(far field) 영역의 초음파 전달체(22)가 압전소자(21)에서 발생한 초음파를 피세정물에 전달하도록 구성하였으나, 도 23에 도시된 바와 같이 니어 필드(near field) 영역의 초음파 전달체를 통해 전달하도록 구성할 수 있으며, 초음파 전달체를 제외한 나머지 구성 및 변형예는 상술한 본 발명의 제 2 실시예와 동일하므로, 이에 대한 다양한 실시예에 대한 설명은 생략하도록 한다.Meanwhile, in the second embodiment of the present invention, the
도 24는 본 발명에 따른 초음파 정밀세정장치에 의해 최고음압 분포가 개선된 것을 나타낸 그래프도이다.24 is a graph showing that the maximum sound pressure distribution is improved by the ultrasonic precision cleaning apparatus according to the present invention.
도 25는 (a)는 개선전의 구간별 면적분포이고, (b)는 개선후의 구간별 면적분포를 나타내는 것으로서, x-축은 음압의 세기를 y-축은 빈도를 나타낸 것이다.FIG. 25 is an area distribution for each section before improvement, and (b) shows an area distribution for each section after improvement, where the x-axis represents the intensity of sound pressure and the y-axis represents frequency.
이를 참조하면, (a)의 경우 10% 이하의 음압이 주로 분포하고 20% 이상의 높은 음압이 중심에 일부 집중되어 나타난다.Referring to this, in the case of (a), the sound pressure of 10% or less is mainly distributed, and the high sound pressure of 20% or more is partially concentrated in the center.
(b)의 경우 10% 이상의 높은 음압이 어느 한 부분에 집중되지 않고 고르게 분포하는 것을 볼 수 있다. In the case of (b), the high sound pressure of 10% or more is distributed evenly without being concentrated in any one part.
상술한 바와 같이 본 발명은 초음파 전달체나 압전소자의 중심에 수직홀을 형성함으로써, 수직홀의 주변에 높은 음압을 넓게 분포시킴으로써 세정효율을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention can improve the cleaning efficiency by forming a vertical hole in the center of the ultrasonic carrier or the piezoelectric element, by widely distributing a high sound pressure around the vertical hole.
도 1은 종래의 초음파 세정장치의 구조를 나타낸 도면.1 is a view showing the structure of a conventional ultrasonic cleaning device.
도 2는 종래의 초음파 세정장치의 또 다른 구조를 나타낸 도면.2 is a view showing another structure of a conventional ultrasonic cleaning device.
도 3은 종래 기술에 따른 초음파 세정장치에 의해 발생하는 음압분포도. Figure 3 is a negative pressure distribution generated by the ultrasonic cleaning apparatus according to the prior art.
도 4는 종래 기술에 따른 주파수 대역별-입자오염물의 크기별 세정효율을 나타낸 그래프도.Figure 4 is a graph showing the cleaning efficiency according to the size of the frequency band-specific particle contaminants according to the prior art.
도 5는 종래 기술에 따른 매엽식 다중 주파수를 이용한 초음파 세정장치 구성도.Figure 5 is a block diagram of the ultrasonic cleaning device using a single wafer multiple frequency according to the prior art.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초음파 정밀세정장치 구성도.6 is a block diagram of the ultrasonic precision cleaning apparatus according to the first embodiment of the present invention.
도 7 내지 도 9 및 도 11 내지 도 15는 도 6의 초음파 정밀세정장치의 변형된 실시예를 나타낸 구성도.7 to 9 and 11 to 15 is a configuration diagram showing a modified embodiment of the ultrasonic precision cleaning apparatus of FIG.
도 10은 도 9의 압전소자 배치도.FIG. 10 is a layout view of the piezoelectric element of FIG. 9. FIG.
도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초음파 정밀세정장치 구성도.16 is a block diagram of the ultrasonic precision cleaning apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 17 내지 도 23은 도 16의 초음파 정밀세정장치의 변형된 실시예를 나타낸 구성도.17 to 23 is a configuration diagram showing a modified embodiment of the ultrasonic precision cleaning apparatus of FIG.
도 24는 본 발명에 따른 초음파 정밀세정장치에 의해 최고음압 분포가 개선된 것을 나타낸 그래프도.24 is a graph showing that the maximum sound pressure distribution is improved by the ultrasonic precision cleaning apparatus according to the present invention.
도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 정밀세정장치에서 발생하는 음압을 측정한 음압분포도.25 is a sound pressure distribution diagram measuring the sound pressure generated in the ultrasonic precision cleaning apparatus according to the embodiments of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 세정액 공급장치1: cleaning liquid supply device
11 : 세정액11: cleaning liquid
2 : 진동자2: vibrator
21 : 압전소자21: piezoelectric element
21a : 상부전극21a: upper electrode
21b : 하부전극21b: lower electrode
21c : 세라믹21c: ceramic
211 : 수직홀211: vertical hole
22 : 초음파 전달체22: ultrasonic carrier
221 : 수직홀221: vertical hole
23 : 하우징23: housing
24 : 전원선24: power line
3 : 피세정물3: to be cleaned
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