KR101940288B1 - 초음파/메가소닉 세척 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파/메가소닉 세척 장치를 공개하였고, 하우징 및 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛을 포함하며, 하우징에는 초음파/메가소닉 발생 수단 및 저부 석영 부재가 설치되어 있다. 초음파/메가소닉 발생 수단 압전 재료가 설치되어 있으며, 압전 재료는 순차적으로 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛 및 신호원과 연결되어 초음파/메가소닉을 발생한다. 저부 석영 부재에 석영 로드 어레이가 설치되어 있으며, 하우징 하단면의 개구로부터 연장되고, 전파 방향이 웨이퍼 표면 방향과 수직되지 않는 초음파/메가소닉 에너지를 선택적으로 제거한다. 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛에 의해 초음파/메가소닉 발생 수단에 도입된 신호원이 송신한 전자파 신호의 주파수를 지속적으로 개변시켜, 초음파/메가소닉 발생 수단에 의해 발생된 초음파/메가소닉 진동 주파수를 동태적으로 변화시키고, 세척액에서 안정적인 간섭 작용 및 기포 파괴 현상의 발생을 방지하여, 웨이퍼에 대한 무손상 세척을 실현한다.
Description
본 발명은 반도체 집적 회로 가공 세척 기기 분야에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 웨이퍼를 무손상 세척하기 위한 초음파/메가소닉 세척 장치에 관한 것이다.
집적 회로 소자 특징 크기가 축소됨에 따라, 웨이퍼 표면의 더욱 작은 크기의 오염 물질도 지속적으로 증가되고 있다. 허다한 신형의 세척 기술은 세척 기기에서 이미 응용되고 있다. 여기서, 가장 중요한 것은 초음파/메가소닉 세척 기술이다. 그러나 초음파/메가소닉 세척 기술을 사용하면 오염 물질의 제거 효율이 향상됨과 아울러 웨이퍼에 대한 손상도 불가피하게 된다.
출원번호가 201510076158.1인 중국 발명특허출원에서는 웨이퍼 무손상 세척 장치를 공개하였는 바, 상기 장치는 웨이퍼 상방에 현가 설치된 중공 하우징을 포함하고, 하우징의 중공 내부에는 초음파발생 수단이 설치되어 있으며, 초음파발생 수단 하방은 초음파 에너지 선택성 제거 수단과 연결되고, 초음파 에너지 선택성 제거 수단은 다수의 수직 간극으로 설치된 석영 로드로 구성된 등고(equal altitude) 어레이를 포함하며, 석영 로드 어레이는 하우징 하방에서 연장되어 웨이퍼의 세척액에 잠기고, 초음파 발생 수단에서 전도되는 전파 방향이 웨이퍼 표면과 수직되지 않는 초음파 에너지를 선택적으로 제거하여, 초음파 에너지를 웨이퍼까지 수직 전도시켜, 초음파 세척 과정에서, 초음파의 에너지가 웨이퍼 표면 패턴의 손상을 초래하지 않음으로써, 웨이퍼에 대한 무손상 초음파 이동 세척을 실현하고, 웨이퍼 표면 오염물의 제거 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
그러나, 상기 기존의 초음파/메가소닉 세척 기술은 단일 주파수를 구비하는 전자파 신호를 압전 재료에 도입하는 것을 통해 고속의 신축 진동을 발생시켜, 초음파/메가소닉 진동 에너지를 발생하여 웨이퍼를 세척한다. 초음파/메가소닉 세척 과정에 있어서, 음파 에너지는 웨이퍼의 상면, 하면 및 일부 상이한 매개체의 접촉면에서 모두 굴절 및 발사를 발생하는데, 이러한 굴절 및 발사의 음파와 압전 결정체 진자에서 발송하는 단일 주파수 음파의 간섭은 일부 영역의 에너지가 과도하게 강한 것을 초래하여, 웨이퍼 표면의 정교한 패턴 구조의 손상을 발생한다.
다른 한편으로는, 초음파/메가소닉은 세척 매개체에서 발생한 캐비테이션 및 직류는 모두 과립 오염 물질이 웨이퍼 표면에서 이탈되는 과정을 가속화하여 세척 효율의 향상을 실현한다. 그러나, 현재 업계에서의 실천 경험을 비롯하여 말하자면, 캐비테이션 작용이 발생한 기포는 지속적으로 커지고, 최종적으로 파괴되어 발생되는 물리적 에너지의 크기는 제어하기 힘들며, 웨이퍼 표면의 정교한 패턴 구조의 손상을 용이하게 초래한다. 따라서 업계 내부의 기술자는 직류 작용을 이용하여 웨이퍼에 대한 무손상 세척을 희망한다.
따라서, 일부 새로운 기술 수단을 사용하여 케비테이션의 발생을 제어하여 더욱 훌륭한 웨이퍼 무손상 세척을 실현해야 한다.
본 발명은 초음파/메가소닉 세척 장치를 제공하여, 웨이퍼를 초음파/메가소닉 세척할 시, 전파 방향이 웨이퍼 표면과 수직되지 않는 초음파/메가소닉 에너지가 웨이퍼 표면 패턴 횡적 작용력에 대한 파괴성 영향을 제거할 수 있고, 초음파/메가소닉 진동 주파수를 동태적으로 변화시켜, 세척액에서 안정적인 간섭 작용 및 기포 파괴 현상의 발생을 방지하며, 캐비테이션의 발생을 제어하고, 웨이퍼에 대한 무손상 세척을 실현하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 기술적 해결수단은 아래와 같다.
초음파/메가소닉 세척 장치에 있어서,
세척 유닛을 포함하되, 상기 세척 유닛은,
서로 연결되어 중공 챔버를 형성하는 상부 및 하부 하우징;
중공 챔버 내에 설치되고, 상부와 측부는 중공 챔버 내벽과의 사이에 간극을 구비하며, 세척 유닛의 외부의 초음파/메가소닉 신호원과 연결되어 상기 신호원이 출력하는 전자파 신호를 수신하여 초음파/메가소닉을 발생하기 위한 압전 재료가 설치되어 있는 초음파/메가소닉 발생 수단;
다수의 수직 석영 로드형 구조로 이루어진 석영 로드 어레이가 설치되어 있고, 상기 석영 로드 어레이는 상기 하부 하우징 하단면의 개구로부터 연장되어, 상기 음파/메가소닉 에너지를 웨이퍼 포면의 세척액에 수직 하향 전도하는 저부 석영 부재;
상부 하우징에 연결되고, 세척 날개 회전 모터의 구동을 받아, 상기 세척 유닛이 웨이퍼 표면 상방에서 원심을 지나가는 원호 왕복 운동을 하도록 하기 위한 세척 날개;
신호원과 초음파/메가소닉 발생 수단 사이에 연결 설치되고, 초음파/메가소닉 발생 수단에 도입된 신호원이 송신한 전자파 신호의 주파수를 지속적으로 개변시키고 상기 전자파 신호를 초음파/메가소닉 발생 수단에 도입시켜, 초음파/메가소닉 발생 수단에 의해 발생된 초음파/메가소닉 진동 주파수를 동태적으로 변화시키기 위한 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛을 포함하되,
상기 중공 챔버는 하부 하우징의 하단면에 개구를 형성한다.
본 발명은 하기와 같은 장점을 구비한다.
1) 저부 석영 부재에 석영 로드 어레이를 설치하는 것을 통하여, 기타 방향의 초음파/메가소닉 에너지를 제거하고, 전파 방향이 대기 세척 웨이퍼 표면과 수직되는 초음파/메가소닉 에너지만 제거하며, 초음파/메가소닉 세척 과정에 있어서, 초음파/메가소닉의 에너지가 웨이퍼 표면 패턴의 손상을 일으키지 않는 것을 보장한다.
2) 초음파/메가소닉 세척 과정에 있어서, 초음파/메가소닉 발생 수단에 의해 발생된 초음파/메가소닉 주파수를 동태적으로 변화시키는 것을 통해, 안정적인 간섭의 발생을 방지할 수 있다. 아울러 초음파/메가소닉 발생 수단에 의해 발생되는 음파 주파수가 변화되기에, 음파의 파장도 이에 따라 변화하고, 바로 이전의 음파가 발생한 기포는 커지는 과정에서 파괴되는 극한에 도달하지 못했을 시, 음파의 주파수는 이미 전환되었고, 새로운 기포는 다른 하나의 위치에서 발생되며, 고유의 기포는 더욱 커지거나 파괴되지 않는다. 이러한 순환 과정에 있어서, 음파 주파수의 끊임없는 변화에 따라, 기포는 지속적으로 발생되고 소실되지만 파괴되지는 않기에, 기포가 파괴되어 발생되는 캐비테이션 작용이 웨이퍼 표면의 정교한 패턴 구조를 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예 중의 주파수가 동태적으로 변화되는 초음파/메가소닉 세척 장치 구조 설명도이고;
도 2는 도 1 중 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 단면도이고;
도 3은 도 1 중 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 사시도이고;
도 4는 도 1의 세척 유닛의 외형 구조 설명도이고;
도 5는 본 발명의 세척 유닛과 세척 날개의 결합 상태의 설명도이고;
도 6a 내지 도 6d는 도 1 중 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛의 몇 가지 상이한 제어 개략도이고;
도 7a 내지 도 7e는 도 6c 내지 도 6d 중 상이한 고유 주파수 압전 재료를 구비하는 몇 가지 정합 상태 설명도이고;
도 8은 본 발명의 석영 로드 어레이가 선택적으로 부분 초음파/메가소닉 에너지를 제거하는 원리 설명도이고;
도 9는 본 발명 일 실시예 중의 에너지가 균일하게 분포된 초음파/메가소닉 세척 장치 구조 설명도이고;
도 10a 내지 도 10b는 도 9 중 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛의 두 가지 상이한 제어 개략도이고;
도 11은 본 발명의 일 실시예 중의 세척 균일성을 향상시킬 수 있는 초음파/메가소닉 세척 장치의 단면도이고;
도 12는 도 11의 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 단면도이다.
도 13은 도 11의 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예 중의 세척 균일성을 향상시킬 수 있는 초음파/메가소닉 세척 장치의 단면도이다.
도 15는 도 14의 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 단면도이다.
도 16a 내지 도 16c은 도 14 중 최하층 석영 필름의 몇 가지 상이한 구조 확대 설명도이고;
도 17은 본 발명의 세척 유닛과 세척 날개의 다른 한가지 결합 상태의 설명도이다.
도 18은 도 17의 한 부분 확대 상태 설명도이고;
도 19는 본 발명의 일 실시예 중의 기체 보호 기능을 구비하는 초음파/메가소닉 세척 장치의 단면도이고;
도 20은 도 19의 외형 구조 설명도이고;
도 21은 본 발명의 다른 일 실시예 중의 기체 보호 기능을 구비하는 초음파/메가소닉 세척 장치의 단면도이고;
도 22는 도 21의 외형 구조 설명도이고;
도 23은 본 발명 일 실시예 중의 오픈 홀이 설치되어 있는 고리형 보호 링의 구조 설명도이고;
도 24는 본 발명의 일 실시예 중 규칙적으로 분포된 삼각형 석영 로드형 구조의 설명도이고;
도 25는 본 발명 일 실시예 중 랜덤으로 분포된 직사각형 석영 로드형 구조의 설명도이고;
도 26은 본 발명의 일 실시예 중의 부채꼴 석영 로드 어레이의 설명도이고;
도 27은 본 발명의 일 실시예 중의 직사각형 석영 로드 어레이의 설명도이다.
도 2는 도 1 중 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 단면도이고;
도 3은 도 1 중 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 사시도이고;
도 4는 도 1의 세척 유닛의 외형 구조 설명도이고;
도 5는 본 발명의 세척 유닛과 세척 날개의 결합 상태의 설명도이고;
도 6a 내지 도 6d는 도 1 중 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛의 몇 가지 상이한 제어 개략도이고;
도 7a 내지 도 7e는 도 6c 내지 도 6d 중 상이한 고유 주파수 압전 재료를 구비하는 몇 가지 정합 상태 설명도이고;
도 8은 본 발명의 석영 로드 어레이가 선택적으로 부분 초음파/메가소닉 에너지를 제거하는 원리 설명도이고;
도 9는 본 발명 일 실시예 중의 에너지가 균일하게 분포된 초음파/메가소닉 세척 장치 구조 설명도이고;
도 10a 내지 도 10b는 도 9 중 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛의 두 가지 상이한 제어 개략도이고;
도 11은 본 발명의 일 실시예 중의 세척 균일성을 향상시킬 수 있는 초음파/메가소닉 세척 장치의 단면도이고;
도 12는 도 11의 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 단면도이다.
도 13은 도 11의 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예 중의 세척 균일성을 향상시킬 수 있는 초음파/메가소닉 세척 장치의 단면도이다.
도 15는 도 14의 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 단면도이다.
도 16a 내지 도 16c은 도 14 중 최하층 석영 필름의 몇 가지 상이한 구조 확대 설명도이고;
도 17은 본 발명의 세척 유닛과 세척 날개의 다른 한가지 결합 상태의 설명도이다.
도 18은 도 17의 한 부분 확대 상태 설명도이고;
도 19는 본 발명의 일 실시예 중의 기체 보호 기능을 구비하는 초음파/메가소닉 세척 장치의 단면도이고;
도 20은 도 19의 외형 구조 설명도이고;
도 21은 본 발명의 다른 일 실시예 중의 기체 보호 기능을 구비하는 초음파/메가소닉 세척 장치의 단면도이고;
도 22는 도 21의 외형 구조 설명도이고;
도 23은 본 발명 일 실시예 중의 오픈 홀이 설치되어 있는 고리형 보호 링의 구조 설명도이고;
도 24는 본 발명의 일 실시예 중 규칙적으로 분포된 삼각형 석영 로드형 구조의 설명도이고;
도 25는 본 발명 일 실시예 중 랜덤으로 분포된 직사각형 석영 로드형 구조의 설명도이고;
도 26은 본 발명의 일 실시예 중의 부채꼴 석영 로드 어레이의 설명도이고;
도 27은 본 발명의 일 실시예 중의 직사각형 석영 로드 어레이의 설명도이다.
이하, 도면과 결부하여 본 발명의 구체적인 실시행태를 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
설명해야 할 것은, 하기의 구체적인 실시행태에 있어서, 본 발명의 실시행태를 상세하게 설명할 시, 본 발명의 구조를 정확하게 설명하기 위해, 도면 중의 구조는 일반 비례의 도면을 따르지 않고, 일 부분 확대, 변형 및 간략화 처리하였기에, 이를 본 발명의 한정으로서 이해하지 아니하여야 한다.
하기의 본 발명의 구체적인 실시행태에 있어서, 우선 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 일 실시예 중의 주파수가 동태적으로 변화되는 초음파/메가소닉 세척 장치 구조 설명도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 초음파/메가소닉 세척 장치는, 세척 기기 내부의 회전 플랫폼 상의 세척하고자 하는 웨이퍼 상방에 이동 가능하게 현가 설치되어 웨이퍼에 대하여 초음파/메가소닉 약액 세척을 진행한다. 상기 세척 장치는 세척 유닛, 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛(23), 세척 날개(미도시)를 포함한다. 세척 유닛은 상부 하우징(15) 및 하부 하우징(22), 상부 및 하부 하우징 내부에 장착되는 초음파/메가소닉 발생 수단(14 및 20)과 저부 석영 부재(12)를 포함한다. 상부 하우징(15) 및 하부 하우징(22)은 탈착 가능한 방식을 사용하여 연결할 수 있는 바, 예를 들면 볼트로 상부 및 하부 하우징을 고정 연결하고, 연결한 후 그 내부에 중공 챔버를 형성한다. 상기 중공 챔버는 하부 하우징(22)의 하단면에 개구를 구비한다. 장착된 후의 상부 및 하부 하우징 밀폐 성능을 보장하기 위해, 상부 및 하부 하우징의 결합부 사이에 가스켓(13)이 장착되어 있을 수 있다.
도 1을 참조하면, 중공 챔버 내부에 하나의 초음파/메가소닉 발생 수단(14 및 20) 및 저부 석영 부재(12)가 설치되어 있다. 초음파/메가소닉 발생 수단의 상부와 측부는 중공 챔버의 내벽 사이에 간극을 구비하여, 하나의 냉각 챔버를 형성한다. 상기 초음파/메가소닉 발생 수단(14)에 압전 재료가 설치되어 있고, 상기 압전 재료는 하우징 외부의 신호원(24)과 연결된다. 초음파/메가소닉 발생 수단의 하방에 밀착 접합하는 방식으로 하나의 저부 석영 부재(12)가 장착되어 있다. 상기 저부 석영 부재(12)의 하단에 다수의 수직 석영 로드형 구조로 이루어진 석영 로드 어레이(10)가 설치되어 있고, 상기 석영 로드 어레이(10)의 하단면은 상기 하부 하우징 하단면의 개구에서 하우징까지 연장된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 도 2는 도 1 중 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 단면도이고, 도 3은 도 1 중 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 사시도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 구체적인 실시행태로서, 저부 석영 부재(12)는 예를 들면 원형 형태를 사용할 수 있는 바, 그 석영 로드 어레이(10)의 각 석영 로드형 구조의 하단면 사이에 동일한 높이를 구비할 수 있으며, 또한, 각 석영 로드형 구조 사이에 상대적으로 균일한 간극을 구비한다. 저부 석영 부재(12) 하단의 석영 로드 어레이는 웨이퍼 표면 방향과 수직되게 설치되고, 석영 로드형 구조의 크기는 직경이 0.5 내지 5mm 사이일 수 있고, 길이는 2mm 이상이며, 초음파/메가소닉 작업 주파수의 상이함에 따라 상응하게 배치될 수 있다. 석영 로드형 구조의 수량과 분포 밀도도 실제 수요와 가공 능력에 따라 상응하게 배치할 수 있다.
석영 로드 어레이를 효과적으로 보호하기 위해, 저부 석영 부재의 하단에 고리형 보호 링(11)을 설치할 수 있다. 고리형 보호 링(11)은 석영 로드 어레이(10)를 에워싼다.
바람직한 일 실시형태로서, 저부 석영부재(12)과 고리형 보호 링(11)은 일체로 형성될 수 있다.
이와 석영 로드 어레이(10)의 설치, 디버깅(debugging), 테스트 과정에 있어서, 고리형 보호 링(11)을 손으로 잡아, 강도가 비교적 약한 석영 로드형 구조와 직접적으로 접촉하는 것을 방지하여, 석영 로드형 구조의 손상을 초래하는 것을 방지할 수 있다. 도 1을 참조하면, 저부 석영 부재(12)의 최상부와 초음파/메가소닉 발생 수단(14 및 20)의 저부는 밀착 접합 연결된다. 또한, 저부 석영 부재(12)의 측부와 하부 하우징(22)의 부분적인 중공 챔버 내벽은 계단식으로 장착된다. 마찬가지로, 장착된 후의 하부 하우징(22)과 저부 석영 부재(12) 사이의 밀폐 성능을 보장하기 위해, 하부 하우징(22)과 저부 석영 부재(12)의 결합부 사이에 가스켓 링(21)이 장착될 수 있다
고리형 보호 링(11)의 하단은 자유단이고, 고리형 보호 링(11)의 하단 및 석영 로드 어레이의 하단은 하부 하우징 하단면의 개구로 연장된다. 석영 로드 어레이(10)의 하단면은 고리형 보호 링의 하단면보다 높지 않고, 즉 석영 로드 어레이(10)의 하단면은 고리형 보호 링(11)의 하단면보다 낮거나 같아야 한다. 도시된 것은 석영 로드 어레이 하단면이 고리형 보호 링의 하단면보다 낮은 상황이다.
상기 초음파/메가소닉 발생 수단은 압전 재료에 기반한 초음파/메가소닉 발생기를 선택 사용할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 초음파/메가소닉 발생 수단은 상, 하 밀착 연결된 압전 재료(14)와 커플링층(20)을 포함할 수 있다. 커플링층은 금속을 사용하여 제작될 수 있다. 상기 커플링층(20)의 하부는 고리형 보호 링(11)의 상부에 밀착 접합된다. 연결 효과와, 상기 커플링층(20)의 하부와 저부 석영 부재(12)의 상부 사이에 도시된 홈형 연결 방식을 사용할 수 있다. 상기 커플링층(20)의 측부, 압전 재료(14)의 측부와 최상부는 중공 챔버의 내벽 사이에 일정한 간극을 구비하여, 기체 냉각에 편의를 제공한다.
상부 하우징(15)에서 최상부와 압전 재료(14) 사이에 다수의 프레싱 스프링(19)과 프레싱 스프링 가이드 단자(17)가 순차적으로 장착되어 있고, 프레싱 스프링 가이드 단자(17)의 가이드 작용하에, 프레싱 스프링(19)은 수직 방향상에서 프레싱 상태에 처하고, 압전 재료(14), 커플링층(20)을 하부를 향해 눌러, 이와 하부의 고리형 보호 링(11)과 장치 하부 하우징(22) 사이에 틈새가 없도록 하여, 초음파/메가소닉 에너지의 효과적인 전송에 편의를 제공한다.
상기 상부 하우징에 압전 재료 터미널 단자(18)가 장착되어 있는바, 압전 재료 터미널 단자(18)는 신호원(24)과 압전 재료(14) 사이에 연결되고, 커플링층 터미널 단자는 커플링층(20)과 신호원(24) 사이에 연결되어 회로를 형성하여, 압전 재료 터미널 단자(18)는 외부 신호원(24)에 의해 발생된 전자파 신호를 압전 재료(14)에 도입한다. 압전 재료(14)는 전자파 신호를 수신한 후 고속 신축 진동을 발생하고, 초음파/메가소닉 진동 에너지를 형성하며 초음파/메가소닉 진동 에너지를 하부를 향해 커플링층(20) 내에 전달한다.
상기 커플링층(20)은 단일 금속 또는 여러 가지 금속으로 제조되고, 그 두께는 압전 재료에 의해 발생되는 초음파/메가소닉 파장의 중적분에 1/4 파장을 더한 것이다. 커플링층(20)은 페이스트를 통해 압전 재료(14)와 접착된다. 압전 재료와 커플링층 표면은 내부식 코팅을 도포하여, 세척액이 커플링층 금속과 압전 재료에 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 커플링층(20)과 저부 석영 부재(12) 사이에 페이스트 또는 저용점 합금, 또는 경도가 유연한 금 또는 은 등 금속 필름을 통해 연결되어, 양자 사이에 틈새가 없도록 보장할 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 4는 도 1의 세척 유닛의 외형 구조 설명도이다 (도면에서는 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛과 신호원 등 구조를 생략하였음). 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 하우징(15)에 냉각 기체 입구(25)와 출구(26)가 설치되어 있고, 그 연통은 중공 챔버 내벽과 초음파/메가소닉 발생 수단 외벽으로 이루어진 냉각 챔버이다. 냉각 기체 입구(25)를 통해 냉각 기체를 장치 상부 하우징(15), 장치 하부 하우징(22), 초음파/메가소닉 발생 수단(14 및 20) 및 저부 석영 부재(12)로 이루어진 장치 내부의 챔버에 입입시켜, 초음파/메가소닉 발생 수단과 열량 교환을 완성한 후, 냉각 기체 출구(26)로 배출하여 초음파/메가소닉 발생 수단의 효과적인 냉각을 실현한다.
도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 세척 유닛과 세척 날개의 결합 상태 설명도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 하우징(15)은 고정 브라켓(28)과 세척 날개(27)를 통해 연결되고, 세척 날개에 세척 날개 회전 모터(도면 생략)가 설치되어 있는 바, 세척 날개를 회전시키기 위한 것으로서, 세척 날개가 세척 장치(하우징)를 웨이퍼 표면에서 왕복 원호 운동을 하여 초음파/메가소닉 이동 세척하도록 하고, 웨이퍼 표면 초음파/메가소닉 에너지의 균일한 커버를 실현한다. 고정 브라켓(28)은 상부 하우징(15) 최상부의 세척 날개 고정용 볼트 홀(16)과 상부 하우징(15)을 통해 장착 고정될 수 있다.
도 1을 참조하면, 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛(23)은 신호원(24)과 압전 재료(14) 사이에 설치되어 있는 바, 예를 들면, 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛(23)은 하우징 외부에 장착될 수 있고, 일단은 신호원(24)과 연결되며, 타단은 하우징 내부의 초음파/메가소닉 발생 수단의 압전 재료(14)와 연결된다. 신호원(24)이 송신한 전자파 신호는 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛(23)을 통해 초음파/메가소닉 발생 수단의 압전 재료(14)에 도입된다. 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛은 초음파/메가소닉 발생 수단에 도입된 신호원이 송신한 전자파 신호의 주파수를 지속적으로 개변시켜, 초음파/메가소닉 발생 수단에 의해 발생된 초음파/메가소닉 진동 주파수를 동태적으로 변화시키기 위한 것이다. 상기 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛이 초음파/메가소닉 발생 수단에 도입된 신호원이 송신한 전자파 신호의 주파수를 지속적으로 개변시키는 것을 통해, 초음파/메가소닉 발생 수단에 의해 발생된 초음파/메가소닉 진동 주파수를 동태적으로 변화시킬 수 있으며, 이로써 세척액에서 안정적인 간섭 작용 및 기포 파괴 현상의 발생을 방지할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 도 6a 내지 도 6d는 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛의 몇 가지 상이한 제어 원리도이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 다수개의 신호원(24)을 사용하고, 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛에 하나의 신호 선택기(23-1)가 설치되어 있고, 상기 신호 선택기(23-1)의 일단은 압전 재료 터미널 단자(18)를 통해 압전 재료(14)에 연결되며, 타단은 각각 다수개의 신호원(24)과 연결된다. 여기에서, 다수의 신호원(24)에는 적어도 하나의 신호원에 의해 발생된 전자파 신호 주파수가 압전 재료의 고유 주파수와 동일하고, 기타 신호원에 의해 산생되는 전자파 신호 주파수는 압전 재료 고유 주파수의 양측 근처에 편이된다. 예를 들면, 도시된 3개 신호원K1-~K3 중의 하나의 신호원K2에서 발생한 전자파 신호 주파수는 압전 재료(14)의 고유 주파수와 동일하고, 기타 두 개의 신호원K1, K3에서 발생한 전자파 신호 주파수는 압전 재료(14) 고유 주파수의 양측 근처에 편이되며, 편이량은 예를 들면 1% 내지 5% 사이일 수 있다. 예를 들어 설명하면, 신호원K2에서 발생한 전자파 신호 주파수는 압전 재료(14)의 고유 주파수와 서로 매칭되는 바, 예를 들면 모두 1MHz이고, 신호원K1에서 발생한 전자파 신호 주파수는 신호원K2에서 발생한 것과 비교하면 네거티브 오프셋이고, 예를 들면 980KHz이며, 신호원K3에서 발생한 전자파 신호 주파수는 신호원K2에서 발생한 것과 비교하면 포지티브 오프셋이고, 예를 들면 1020KHz이다.
신호 선택기(23-1)는 각 신호원K1 내지 K3을 신속 전환하여, 신호원(24)에 의해 도입되고 압전 재료(14)에 작용하는 신호 주파수를 실시간으로 개변시켜, 압전 재료(14)에서 발생한 초음파/메가소닉 진동 주파수를 동태적으로 변화시킬 수 있다.
바람직한 것으로서, 신호 선택기의 전환 시간 간격은 마이크로초 내지 수백 마이크로초 사이로 제어할 수 있는바, 이로써 바로 이전의 신호원에 의해 발생된 초음파/메가소닉이 충분한 시간이 부족하여 기포의 성장과 파괴 과정을 완성하지 못하는 것을 보장한다.
상기 신호원K1과 신호원K3에서 발생한 전자파 신호 주파수는 압전 재료의 고유 주파수와 완전히 매칭되지 않았기에, 일정 부분 신호의 에너지를 소실할 수 있지만, 전체 장치는 최종적으로 웨이퍼 표면의 정교한 패턴 구조의 무손상 세척을 실현할 수 있으며, 이러한 손실은 반도체 업계에서도 받아들일 수 있는 것이다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 다른 일 실시예에서는 단지 하나의 신호원(24)을 사용하고, 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛에 하나의 컨버터(23-2)가 설치되어 있고, 상기 컨버터(23-2)의 일단은 압전 재료 터미널 단자를 통해 압전 재료(14)에 연결되며, 타단은 신호원(24)과 연결된다. 상기 신호원(24)이 원래 발생시킨 전자파 신호 주파수는 압전 재료(14)의 고유 주파수와 동일하지만, 컨버터(23-2)의 작용을 통해, 즉 상기 컨버터(23-2)가 압전 재료(14)의 고유 주파수 근처에서 지속적으로 신호원(24)에서 송신한 전자파 신호 주파수를 개변하여, 다수의 상이한 주파수의 전자파 신호를 송신할 수 있는바, 예를 들면 여기서 적어도 하나의 전자파 신호 주파수는 압전 재료(14)의 고유 주파수와 동일하고, 기타 전자파 신호 주파수는 압전 재료 고유 주파수의 양측 근처에 편이되며, 압전 재료(14)에 의해 발생된 초음파/메가소닉 진동 주파수를 동태적으로 변화시킨다.
바람직한 것으로서, 컨버터(23-2)가 전자파 신호 주파수를 개변시키는 주기 간격은 마이크로초 내지 수백 마이크로초 사이로 제어할 수 있고, 이로써 바로 이전의 신호원에 의해 발생된 초음파/메가소닉이 충분한 시간이 부족하여 기포의 성장과 파괴 과정을 완성하지 못하는 것을 보장한다.
이렇게 하면 압전 재료에 도입된 전자파 신호의 주파수가 압전 재료의 고유 주파수와 늘 일치함을 유지하지 않고, 일부분 에너지의 소비를 초래하게 되지만, 단지 한가지 압전 재료를 사용하여, 압전 재료의 제작 과정을 간소화시켜, 장치 제작 원가를 감소시킬 수 있다.
또한, 도 6c에 도시된 바와 같이, 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛에 하나의 신호 채널 선택 스위치(23-3)가 설치되어 있다. 압전 재료는 고유 주파수가 상이한 다수개의 서브 재료를 포함한다.아울러 상이한 주파수를 송신할 수 있는 서브 재료의 개수와 동일한 개수의 신호원(24)을 사용하고, 각각의 신호원은 각각 하나의 신호원에서 발송하는 전자파 신호 주파수와 일치한 압전 재료(14)의 서브 재료와 대응 연결된다. 모든 신호원은 대응되는 압전 재료의 서브 재료 사이의 연결 선로는 모두 하나의 신호 채널 선택 스위치(23-3)를 통해 제어한다. 본 실시예에서 3개 상이한 주파수를 사용하는 신호원K1-K3은 각각 3개 상이한 고유 주파수의 압전 재료의 서브 재료P1-P3에 대응된다. 상기 신호 채널 선택 스위치의 작용은 각 시각에 단지 한가닥의 신호원과 대응되는 압전 재료의 서브 재료 사이의 연결만 개통하도록 하고, 기타 통로의 연결을 오프한다. 아울러 특정된 알고리즘에 따라 상이한 신호원과 대응되는 압전 재료의 서브 재료 연결 통로의 스위치를 랜덤 전환하여, 초음파/메가소닉 발생 수단이 발생한 초음파/메가소닉 진동 주파수는 동태적인 변화가 발생한다.
바람직한 것으로서, 신호 채널 선택 스위치의 전환 시간 간격은 마이크로초 내지 수백 마이크로초 사이로 제어할 수 있고, 이로써 바로 이전의 신호원에 의해 발생된 초음파/메가소닉이 충분한 시간이 부족하여 기포의 성장과 파괴 과정을 완성하지 못하는 것을 보장한다.
상기 해결 방법에 있어서, 다수의 상이한 고유 주파수를 구비하는 압전 재료를 사용하였고, 상이한 신호원에 의해 발생된 전자파 신호와 일일이 대응된다. 이로써 압전 재료의 작업 주파수과 신호원의 전자파 신호 주파수가 일치하지 않은 것으로 인해 에너지 소비가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 6d에 도시된 바와 같이, 단지 하나의 신호원(24)을 사용하고, 압전 재료는 고유 주파수가 상이한 다수개의 서브 재료를 포함한다. 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛은 신호원(24)과 압전 재료(14)의 다수의 서브 재료 사이에 하나의 컨버터(23-4)와 하나의 채널 선택기(23-5)가 연결 설치되어 있다. 본 해결 방법에 있어서, 단일적인 신호원(24)과 3개 상이한 고유 주파수를 구비하는 압전 재료의 서브 재료(P1-P3)를 사용한다. 신호원(24)에 의해 발송되는 신호는 우선 컨버터(23-4)를 거치고, 컨버터(23-4)는 신호원(24)에 의해 발송되는 전자파 신호의 주파수를 개변시킬 수 있고, 몇 가지 상이한 주파수의 전자파 신호를 송신하며, 이러한 전자파 신호의 주파수는 장치 말단의 각 압전 재료의 서브 재료(P1-P3)의 고유 주파수와 일일이 대응된다. 컨버터(23-4)와 상이한 압전 재료의 서브 재료(P1-P3) 사이에 채널 선택기(23-5)가 연결되어 있고, 그 작용은 전단 컨버터(23-4)에 의해 송신된 전자파 신호의 주파수에 따라, 동일한 고유 주파수를 구비하는 압전 재료의 서브 재료 (P1 또는 P2 또는 P3)의 연결 통로 스위치를 대응되게 온(on)하여, 초음파/메가소닉 발생 수단에 의해 발생된 초음파/메가소닉 진동 주파수는 동태적인 변화가 발생한다.
바람직한 것으로서, 컨버터(23-4)가 전자파 신호 주파수를 개변시키는 주기 간격은 마이크로초 내지 수백 마이크로초 사이로 제어할 수 있고, 이로써 바로 이전의 주파수에 의해 형성된 전자파 신호가 발생한 초음파/메가소닉이 충분한 시간이 부족하여 기포의 성장과 파괴 과정을 완성하지 못하는 것을 보장한다. 마찬가지로, 채널 선택기(23-5)가 컨버터(23-4)에서 하나의 주파수 변환을 완성한 후, 즉각 상응한 통로로 전환해야 하고, 컨버터와 채널 선택기 동일한 수량 레벨을 구비하는 전환 시간 간격을 필요로 하며, 초음파/메가소닉 주파수를 사용하여 동적으로 개변시켜 세척하는 목적을 효과적으로 달성시킬 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 상이한 고유 주파수 압전 재료를 구비하는 몇 가지 정합 상태 설명도이다. 도 7a 내지 도 7e에 도시된 바와 같이, 상기 상이한 고유 주파수를 구비하는 서브 재료의 압전 재료 예를 들면 서브 재료(P1-P3)는, 실제 초음파/메가소닉 세척 장치에서는 함께 정합되어 있는 것으로서, 상이한 고유 주파수를 구비하는 압전 재료를 하나의 전체로 정합해야 한다. 구체적인 정합 방식은 초음파/메가소닉 세척 장치의 형태에 따라 상이하게 조합한다. 도 7a 내지 도 7e은 상이한 압전 재료(P1-P3)의 몇 가지 구체적인 조합 방식을 도시하고, 세척 장치의 형태(즉 하우징의 수평 윤곽)가 각각 직사각형, 사각형, 원형 또는 부채꼴일 시, 압전 재료(P1-P3)는 정합을 거친 후 구비되는 직사각형, 사각형, 원형 또는 부채꼴 전체 조합 방식의 전방 단면도에 대응된다.
상기 도 6a 내지 도 6d의 구현예에 있어서, 상기 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛은 다수의 신호원을 사용하여 단일적인 신호원을 대체하거나 또는 단일 신호원에서 발송하는 전자파 신호 주파수를 개변하여, 몇 가지 상이한 주파수 전자파 신호를 송신하는 방식을 사용하여, 초음파/메가소닉 발생 수단에 의해 발생된 초음파/메가소닉 주파수를 동태적으로 변화시키고, 이로써 안정적인 간섭의 발생을 방지할 수 있다. 아울러 압전 재료에 의해 산생된 음파 주파수가 변화되는 것으로 인해, 음파의 파장도 이에 따라 변화하고, 바로 이전의 음파가 발생한 기포는 커지는 과정에서 파괴되는 극한에 도달하지 못했을 시, 음파의 주파수는 이미 전환되었고, 새로운 기포는 다른 하나의 위치에서 발생되며, 고유의 기포는 더욱 커지거나 파괴되지 않는다. 이러한 순환 과정에 있어서, 음파 주파수의 끊임없는 변화에 따라, 기포는 지속적으로 발생되고 소실되지만 파괴되지는 않기에, 기포가 파괴되어 발생되는 캐비테이션 작용이 웨이퍼 표면의 정교한 패턴 구조를 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
본 발명 세척 장치는 부분 초음파/메가소닉 에너지를 선택적으로 제거할 수 있고, 그 작업 원리는 도 8을 통해 더 설명하도록 한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 압전 재료(14)가 전자파 신호를 수신한 후 초음파/메가소닉 진동을 발생하고, 초음파/메가소닉 에너지는 커플링층(20)을 통해 하부를 향해 저부 석영 부재(12)까지 전도되며, 또한, 하부를 향해 석영 로드 어레이(10)까지 전도된다. 초음파/메가소닉 에너지가 석영 로드 어레이의 내부에서 전파될 시, 전파 방향이 웨이퍼 표면과 수직되는 초음파/메가소닉 에너지(B)는 웨이퍼(30) 표면에 도포된 세척액층(29)(세척액 노즐을 통해 웨이퍼 표면에 분사되어 형성)에 순리롭게 도달하고, 세척액을 진동시켜, 오염 물질을 제거하는 목적을 달성한다. 전파 방향이 웨이퍼 표면과 수직되지 않는 초음파/메가소닉 에너지(A)는 석영 로드형 구조에서 굴절 및 발사를 발생하는데, 이러한 과정에 있어서, 일부분 에너지는 열 에너지로 소비되거나 또는 기타 형식으로 방출된다. 석영 로드 어레이에서 수차례 굴절 및 발사를 거친 후, 전파 방향이 웨이퍼 표면과 수직되지 않는 초음파/메가소닉 에너지(A)는 점차 소진되어 전파 방향이 웨이퍼 표면과 수직되는 초음파/메가소닉 에너지(B)만 보존하는 목적을 달성함으로써, 초음파/메가소닉 세척 과정에 있어서, 초음파/메가소닉의 에너지가 웨이퍼 표면 패턴 구조(30')의 손상을 발생시키지 않는 것을 보장할 수 있다.
따라서, 초음파/메가소닉 발생 수단의 압전 재료에서 전도되는 초음파/메가소닉 에너지는, 석영 로드 어레이의 선택적인 제거를 거친 후, 석영 로드형 구조의 하단에 도달한다. 석영 로드형 구조의 하단이 웨이퍼 표면을 도포하는 세척 약액에 잠기면 웨이퍼 표면까지 수직 전도될 수 있으며, 세척 날개의 움직임 하에 초음파/메가소닉 이동 세척한다. 아울러 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛은 다수의 신호원을 통해 단일적인 신호원을 대체하거나 또는 단일 신호원에 의해 발송되는 전자파 신호 주파수를 개변시켜, 몇 가지 상이한 주파수 전자파 신호를 송신하는 방식을 사용하고, 압전 재료의 고유 주파수 근처에서 통과된 신호원이 송신한 전자파 신호의 주파수를 지속적으로 개변시킴으로써, 압전 재료에 의해 산생된 초음파/메가소닉 진동 주파수를 동태적으로 변화시키며, 이로써 안정적인 간섭의 발생을 방지할 수 있다. 그러나, 압전 재료에 의해 산생된 음파 주파수가 변화되는 것으로 인해, 음파의 파장도 이에 따라 변화하고, 바로 이전의 음파가 발생한 기포는 커지는 과정에서 파괴되는 극한에 도달하지 못했을 시, 음파의 주파수는 이미 전환되었고, 새로운 기포는 다른 하나의 위치에서 발생되며, 고유의 기포는 더욱 커지거나 파괴되지 않는다. 이러한 순환 과정에 있어서, 음파 주파수의 끊임없는 변화에 따라, 기포는 지속적으로 발생되고 소실되지만 파괴되지는 않기에, 기포가 파괴되어 발생되는 캐비테이션 작용이 웨이퍼 표면의 정교한 패턴 구조를 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
상기 주파수를 동태적으로 변화시키는 초음파/메가소닉 세척 장치의 상응한 공정은 하기와 같다.
우선 세척 장치를 외부 신호원과 연결시키고, 외부 신호원은 예를 들면 초음파/메가소닉 신호 발생기, 전력 증폭기, 임피던스 정합 장치 등 외부 회로를 포함한다. 초음파/메가소닉 작업 주파수와 출력을 설정한다. 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛의 주파수 개변 주기 또는 주파수 전환 시간 간격을 설정한다.
이어서 세척 날개 스윙 궤적, 세척액 유동량, 온도, 세척액 파이프 라인 위치, 세척 시간, 냉각 기체 유동량 및 상기 세척 장치와 웨이퍼의 간극 등 파라미터를 설정하여, 초음파/메가소닉 에너지의 웨이퍼 표면의 균일한 커버를 실현한다.
다음 세척 메뉴를 운행하여, 압전 재료가 전자파 신호를 수신한 후, 고주파 신축 변형이 발생하여 초음파/메가소닉 진동을 형성한다. 상기 진동 에너지는 하부를 향해 커플링층을 거쳐 장치 저부 석영 부재까지 전도된다. 초음파/메가소닉 에너지는 석영 로드 어레이에 의해 전파된 후, 전파 방향이 웨이퍼 표면과 수직되는 초음파/메가소닉 에너지만 보류하고, 또한 하부를 향해 세척액층까지 전도된다.
이때, 세척액에는 전파 방향이 웨이퍼 표면과 수직되고, 즉 웨이퍼 표면 패턴과 세로 방향으로 평행되는 진동 에너지만 존재한다. 상기 에너지는 세척액을 진동시키고, 웨이퍼 표면 패턴 사이의 오염 물질이 웨이퍼 표면을 이탈하고 외부로 물질 전달하는 과정을 재촉하여, 웨이퍼 표면 오염 물질의 제거 효율을 향상시키고, 세척 공정 시간을 단축한다. 아울러 저부 석영 부재의 석영 로드 어레이의 전파를 거친 후, 전파 방향이 웨이퍼 표면과 수직되지 않는 초음파/메가소닉 에너지는 제거된다. 따라서, 세척액층 내부에 웨이퍼 표면 패턴 구조에 대한 횡적 절단력이 존재하지 않으며, 아울러 음파의 안정적인 간섭 작용도 제거하였고 캐비테이션의 발생도 실용적인 제어를 획득하였으며, 따라서 패턴 구조를 효과적으로 보호하여, 웨이퍼의 무손상 세척을 실현할 수 있다.
상기 초음파/메가소닉 세척의 실형 방식은 세척 날개를 통해 초음파/메가소닉 세척 장치가 웨이퍼 표면에서 원심을 지나가는 원호 왕복 운동을 하도록 한다. 웨이퍼의 회전 과정에 있어서, 웨이퍼 중심에서부터 웨이퍼 가장자리까지의 선형 속도가 점차 증가되는 것으로 인해, 초음파/메가소닉 세척 장치가 웨이퍼 표면에서 등속 운동하면, 웨이퍼의 각각의 위치에서 세척 장치의 체류 시간에 비교적 큰 차별이 있게 되고, 웨이퍼 각각의 위치에서 획득한 초음파/메가소닉 에너지는 매우 큰 차이가 있게 됨으로써, 웨이퍼 중심에서부터 웨이퍼 가장자리까지 획득된 초음파/메가소닉 에너지는 점차 작아지고, 이는 웨이퍼 가장자리의 과립 오염 물질의 제거 효율을 감소시킨다.
상기 현상에 한하여, 기존의 해결 방법은 하기와 같이 두 가지이다. 첫 번째 방법은 초음파/메가소닉 세척 장치를 부채꼴 형태로 설계하고, 중심에서부터 가장자리까지 상이한 면적의 압전 재료를 사용하여 각각의 위치의 선속도의 차이를 보충한다. 두 번째 방법은 세척 날개의 운동 궤적을 설정하여, 이가 상이한 위치에서 상이한 속도를 구비하도록 하고, 웨이퍼 선형 속도가 비교적 큰 영역에서, 세척 날개 운동 속도는 비교적 느리고, 체류 시간은 연장되며, 이로써 선형 속도 차이로 인해 초래된 균일하지 못한 세척 문제를 해결한다.
그러나 상기 두 가지 방법도 각자의 문제가 존재하는바, 첫번째 방법은 압전 재료의 제작에 대한 요구가 매우 높으며, 300mm 웨이퍼 및 미래에 곧 사용되는 450mm웨이퍼에 대해, 웨이퍼 중심에서부터 가장자리까지 커버되는 부채꼴 압전 재료는 다수의 압전 재료를 조합해야 하고, 또한 이러한 압전 재료가 완전히 일치한 고유 주파수를 구비해야 하며, 세척 장치 에너지 컨버터의 제작 난도와 원가가 모두 대폭 증가되는 것을 초래하게 된다. 두번째 방법에서 세척 날개의 운동 속도의 제어는 모터를 통해 수행되기에, 정교한 조종을 실현할 수 없고, 상이한 위치 선형 속도 차이에 대한 보상 효과도 저하된다. 따라서, 본 발명의 추가적인 개선점은 초음파/메가소닉 에너지의 균일한 분포를 제어하여, 세첵 효과의 균일성을 향상시키는 것으로서, 하기의 구체적인 실시행태를 통해 실현될 수 있다.
도 9를 참조하면, 도 9는 본 발명 일 실시예 중의 에너지가 균일하게 분포된 초음파/메가소닉 세척 장치 구조 설명도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 초음파/메가소닉 세척 장치는, 상기 구체적인 실시행태의 기초 상에서, 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛(32)과 실시간 위치 피드백 유닛(31)이 설치되어 있을 수 있다. 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛(32)은 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛(23)과 압전 재료(14) 사이에 연결 설치되는바, 예를 들면, 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛(32)은 동일하게 상부 하우징(15) 외부에 장착될 수 있고, 일단은 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛(23)에 연결되며, 타단은 터미널 단자(18)를 통해 하우징의 초음파/메가소닉 발생 수단의 압전 재료(14)에 연결된다. 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛(23)에 의해 송신된 전자파 신호는 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛(32)을 통해 조절된 후 초음파/메가소닉 발생 수단의 압전 재료(14)에 도입된다.
초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛(32)은 동시에 실시간 위치 피드백 유닛(31)에 연결된다. 실시간 위치 피드백 유닛(31)은 다시 통신 라인을 통해 세척 날개 회전 모터(도면 생략)에 연결된다. 실시간 위치 피드백 유닛(31)을 통해 세척 날개 회전 모터의 단위 회동 각도 또는 단위 회동 시간을 수집하여, 세척 유닛(상부 하우징 및 하부 하우징)이 웨이퍼 표면에서의 상대 위치 정보를 획득할 수 있고, 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛(32)에 피드백 정보를 송신한다. 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛(32)은 실시간 위치 피드백 유닛(31)이 피드백한 하우징이 웨이퍼 표면의 상대적인 위치 변화 정보에 따라, 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛(23)이 송신한 전자파 신호에 대해 상응하게 실시간 조절하고, 압전 재료(14)의 상응한 전환을 거쳐, 목적은 전체 웨이퍼 범위내의 초음파/메가소닉 에너지의 균일한 분포를 실현하는 것이다.
도 10a 내지 도 10b를 참조하면, 도 10a 내지 도 10b는 도 9 중 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛의 두 가지 상이한 제어 개략도이다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛에는 하나의 신호 듀티 사이클 조절기(32-1)가 설치되어 있고, 상기 신호 듀티 사이클 조절기(32-1)의 일단은 압전 재료 터미널 단자(18)를 통해 압전 재료(14)에 연결되며, 일단은 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛(23)과 연결되고, 또한 다른 일단은 실시간 위치 피드백 유닛(31)에 연결된다.
세척 공정 과정에 있어서, 세척 날개에 의해 세척 유닛이 구동되면, 실시간 위치 피드백 유닛(31)은 세척 유닛이 웨이퍼 표면에서의 실시간 위치를 신호 듀티 사이클 조절기(32-1)에 피드백한다. 신호 듀티 사이클 조절기(32-1)는 위치 변화 주변에 따라, 이의 전자파 신호의 펄스 중 일정한 수량의 공위를 가하여, 전자 신호 듀티 사이클를 개변하고, 조절을 통해 전자파 신호의 듀티 사이클 웨이퍼 중심에서부터 웨이퍼 가장자리까지 큰데로부터 점차 작아지도록 함으로써, 압전 재료(14)를 통해 전환한 후의 초음파/메가소닉도 상응한 듀티 사이클을 구비한다.
웨이퍼의 중심 위치에서, 웨이퍼의 선형 속도는 비교적 작고, 듀티 사이클은 비교적 크다. 웨이퍼의 가장자리 위치에서, 웨이퍼의 선형 속도는 비교적 크고, 듀티 사이클은 비교적 작다. 이로써 웨이퍼 표면의 임의의 위치가 단위 시간 내에 동일한 수량의 초음파/메가소닉 펄스 신호를 획득하도록 하여, 전체 웨이퍼 범위 내에서 초음파/메가소닉 에너지의 균일한 분포를 실현하여, 세척 효과의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 10b에 도시된 바와 같이, 도 10a에 도시된 것과 상이한 점은, 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛에 하나의 송신 조절기(32-2)가 설치되어 있을 수 있고, 상기 송신 조절기(32-2)의 일단은 압전 재료 터미널 단자(18)를 통해 압전 재료(14)에 연결되며, 일단은 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛(23)에 연결되고, 또한 다른 일단은 실시간 위치 피드백 유닛(31)과 연결된다.
세척 공정 과정에 있어서, 세척 날개(27)에 의해 세척 유닛이 구동되면, 실시간 위치 피드백 유닛(31)은 세척 유닛이 웨이퍼 표면에서의 실시간 위치를 송신 조절기(32-2)에 피드백하고, 송신 조절기(32-2)는 위치 정보에 따라 전자파 신호의 출력을 조절하여, 전자파 신호의 출력 웨이퍼가 중심에서부터 웨이퍼 가장자리까지 작은데로부터 점차 커지도록 함으로써, 압전 재료(14)를 거쳐 전환한 후의 초음파/메가소닉 출력도 상응하게 변화한다.
웨이퍼의 중심 위치에서, 웨이퍼의 선형 속도는 비교적 작고, 출력은 비교적 작다. 웨이퍼의 가장자리 위치에서, 웨이퍼의 선형 속도는 비교적 크고, 출력도 비교적 크다. 이로써 웨이퍼 표면의 임의의 위치가 단위 시간 내에 동일한 수량의 초음파/메가소닉 에너지를 획득하도록 하여, 전체 웨이퍼 범위 내에서 초음파/메가소닉 에너지의 균일한 분포를 실현하여, 세척 효과의 균일성을 향상시킬 수 있다.
상기 실시간 위치 피드백 유닛은 각 일정한 시간당 또는 세척 날개 회전 모터는 각 일정한 회전 각도마다, 하우징이 위치한 위치 정보는 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛(신호 듀티 사이클 조절기(32-1) 또는 송신 조절기(32-2))에 업데이트되고, 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛은 하우징이 웨이퍼 표면에서의 실시간 위치 정보에 따라, 전자파 신호의 듀티 사이클 또는 출력을 조절하여, 웨이퍼 표면의 임의의 위치가 단위 시간 내에 동일한 수량의 초음파/메가소닉 펄스 신호 또는 출력을 획득하도록 하고, 압전 재료를 통해 상응한 듀티 사이클을 구비하는 초음파/메가소닉 에너지 또는 상응하게 변화된 초음파/메가소닉 출력으로 전환함으로써, 전체 웨이퍼 범위 내에서 초음파/메가소닉 에너지의 균일한 분포를 실현하여, 세척 효과의 균일성을 향상시켰다.
이밖에, 초음파/메가소닉 세척 과정 중의 균일성 제어는 시종일관 상기 분야의 하나의 기술적 난제였다. 세척 과정에서 획득한 초음파/메가소닉 에너지가 지나치게 작으면, 상기 영역 과립 오염 물질의 제거 효율을 감소시킬 수 있고, 획득한 에너지가 지나치게 많으면, 부분적인 영역의 웨이퍼 표면 패턴 구조의 손상이 발생하게 될 수 있다. 사용 과정에 있어서, 세척 유닛의 저면과 웨이퍼의 표면이 완전히 평행되지 않는다면, 양자 사이의 간격이 위치에 따라 매우 큰 변화가 초래하게 되어, 음파 에너지의 불균일한 분포를 초래하게 된다. 예를 들면 초음파/메가소닉 세척 장치의 세척 유닛의 형태가 부채꼴이고, 상응하게 웨이퍼 중심부터 가장자리의 부채꼴 영역까지 커버하였을 경우, 웨이퍼 중심 위치의 세척 유닛 저면과 웨이퍼 거리가 작아지게 되고, 반경이 점차 커짐에 따라, 세척 유닛 저면과 웨이퍼 거리도 점차 커지는 문제가 발생하게 되어, 음파 에너지의 불균일한 분포를 초래하게 된다. 이를 위해, 본 발명의 추가적인 개선점은 전체 웨이퍼의 면적 범위내에서, 초음파/메가소닉 에너지의 균일한 분포를 실현하는 것인 바, 하기의 구체적인 실시행태를 통해 실현될 수 있다.
도 11 내지 도 13를 참조하면, 도 11은 본 발명의 일 실시예 중의 세척 균일성을 향상시킬 수 있는 초음파/메가소닉 세척 장치의 구조 단면도이고(도면에서 세척 유닛 하우징 이외의 관련 구조를 생략하였음), 도 12는 도 11의 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 단면도이며, 도 13은 도 11의 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 사시도이다. 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 석영 로드 어레이(10)의 각 석영 로드형 구조의 하단면에 완전히 같지 않은 높이가 구비된다. 예를 들면, 석영 로드형 구조의 하단면 사이에 각각 상이한 높이를 구비하는 것일 수 있고, 부분적인 석영 로드형 구조의 하단면에 동일한 최저 높이가 구비될 수도 있으며, 이밖에 부분적인 각각의 석영 로드형 구조의 하단면 사이에 각각 상이한 높이가 구비되며, 상기 최저 높이보다 모두 높을 수 있다.
도 14를 참조하면, 도 14는 본 발명의 다른 일 실시예 중의 세척 균일성을 향상시킬 수 있는 초음파/메가소닉 세척 장치의 단면도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 도 1에서 장치의 상이한 점은, 석영 로드 어레이(10)의 저면에 하나의 최하층 석영 필름(33)이 연결 설치되어 있을 수 있다. 최하층 석영 필름의 하면은 고리형 보호 링의 하단면보다 높지 않다. 도면에서는 최하층 석영 필름(33)의 하면이 고리형 보호 링 하단면보다 낮은 정황을 도시한다.
도 15를 참조하면, 도 15는 도 14의 저부 석영 부재 및 그 하방 구조의 단면도이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 최하층 석영 필름(33)의 상면은 수평 평면일 수 있고, 각 석영 로드형 구조의 하단면과 동시에 연결되며, 최하층 석영 필름(33)의 하면은 비수평 평면 구조이고, 예를 들면 도시된 경사면 구조이다. 최하층 석영 필름이 고리형 보호 링의 하단면보다 낮게 설치될 시, 그 면적 및 수평 위치는 고리형 보호 링에 의해 에워싸진 면적 및 수평 위치와 대응되지만, 이와 고리형 보호 링 하단 사이에 필요한 간극을 남겨놓아, 세척액의 원활한 유동에 편의를 돕는다.
저부 석영 부재(12)의 설치, 디버깅, 테스트 과정에 있어서, 최하층 석영 필름(33)도 석영 로드 어레이(10)를 보호하는 작용을 일으킬 수 있으며, 장치의 설치, 디버깅 및 보수 과정에서 정교한 석영 로드형 구조가 부주의로 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 16a 내지 도 16c를 참조하면, 도 16a 내지 도 16c은 도 14 중 최하층 석영 필름의 몇 가지 상이한 구조의 설명도이다. 도 16a 내지 도 16c에 도시된 바와 같이, 최하층 석영 필름(33)의 하면은 비수평 평면의 기타 구조를 사용할 수도 있다. 예를 들면, 도 16a에 도시된 최하층 석영 필름(33-1)은 평면이 고르지 않은 물결형 모면 구조를 구비할 수 있다. 또는 도 16b에 도시된 최하층 석영 필름(33-2)은 수많은 삼각형에 유사한 패턴으로 이루어진 평탄하지 않은 표면 구조를 사용할 수 있다. 도 16c에 도시된 최하층 석영 필름(33-3)은 수많은 크기가 상이한 마름모에 유사한 패턴으로 이루어진 평탄하지 않고 밀도가 고르지 않은 표면 구조를 사용할 수도 있다.
최하층 석영 필름은 기타 형식의 비수평 평면의 하면 구조를 사용할 수도 있는 바, 본 발명은 일일이 예를 들어 설명하지 않는다.
초음파/메가소닉 세척 과정에 있어서, 전파 방향이 웨이퍼 표면과 수직되는 초음파/메가소닉 에너지는 웨이퍼 표면 세척액 중의 석영 로드형 구조의 하단 또는 최하층에 잠긴 석영 필름을 통해 웨이퍼 표면까지 수직 전도되어 초음파/메가소닉 이동 세척을 진행한다. 아울러 웨이퍼 회전 과정에 있어서, 상이한 높이 하단면을 구비하는 각 석영 로드형 구조 또는 비수평 평면 하면 구조를 구비하는 최하층 석영 필름을 통해, 실시간으로 세척 유닛 저면과 웨이퍼 표면 사이의 거리를 개변시킬 수 있고, 상기 세척 유닛 저면과 웨이퍼 표면 사이의 거리의 동태적인 변화를 이용하여, 웨이퍼 표면 임의의 위치의 영역은 모두 상이한 거리를 거쳐 약액에 전도된 초음파/메가소닉 에너지를 받아, 웨이퍼 표면의 초음파/메가소닉 에너지를 균일하게 분포시키고, 전체 웨이퍼 범위 내부의 임의의 영역이 모두 균일한 무손상 세척 효과를 획득하도록 한다.
도 17과 도 18을 참조하면, 도 17은 본 발명의 세척 유닛과 세척 날개의 다른 한가지 결합 상태 설명도이고, 도 18은 도 17의 부분 확대 상태 설명도이다. 도 17과 도 18에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 제기된 음파 에너지가 불균일하게 분포되는 문제를 해결하기 위해, 다른 한가지의 해결 방법은 장치 상부 하우징(15)의 최상부에 하나의 회전 모터(34)를 장착하고, 회전 모터(34)의 회전축은 상기 장치의 상부 하우징(15)에 연결되고, 또한, 회전 모터는 고정 브라켓(28)을 통해 세척 날개(27)에 연결된다. 세척 공정 과정에 있어서, 회전 모터(34)를 이용하여 전체 세척 유닛(하우징)이 웨이퍼 표면에서 수평 회전 운동할 수 있도록 한다. 회전 모터의 회전축을 장치 상부 하우징의 최상부에 편심 연결하여, 장치의 회동(스윙) 폭도를 확대한다. 아울러 석영 로드 어레이 하단이 완전히 같지 않은 높이(즉 각 석영 로드형 구조 하단이 상이한 높이를 구비함)를 더 구비하도록 하거나, 또는 최하층 석영 필름이 비수평 평면의 하면 구조를 구비하도록 하며, 장치 자체의 회전 운동을 통해, 세척 유닛 저면과 웨이퍼 표면의 높이가 동태적인 변화를 나타낼 수 있도록 한다. 일정한 세척 시간 내에, 전체 웨이퍼 범위내에서 음파 에너지의 균일한 분포 효과를 달성시킨다.
현재의 싱글 칩 세척 기기는 주요하게 고속 회전하는 웨이퍼(wafer) 표면상에서 세척액을 분사하여 세척 목적을 달성한다. 세척 과정에 있어서, 웨이퍼는 원형 척 본체에 장착된 다수의 홀딩 부재에 의해 홀딩되고, 홀딩 부재는 웨이퍼를 홀딩하여 고속으로 회전한다. 아울러 웨이퍼의 상방에서, 세척 기기는 스프레이 암이 더 설치되어 있고, 스프레이 암을 통해 웨이퍼 표면에 세척 매개체를 분사한다.
화학 약액과 초순수 세척 과정에 있어서, 웨이퍼 표면 재료는 손상 또는 일부 화학적 변화를 용이하게 받는다. 예를 들면, DHF 세척 공정에 있어서, 우선 스프레이 암을 통해 웨이퍼 표면에 DHF를 분사하고, 웨이퍼 표면의 자연 산화층을 완전히 부식시킨다. 다음 초순수를 분사하여 웨이퍼 표면을 세척하고, 웨이퍼 표면의 잔여 약액과 반응 산물을 씻어 낸다. 최종적으로, 다시 N2를 분사하여 웨이퍼 표면을 건조시켜 전체 공정의 과정을 완성한다. 이러한 과정에 있어서, 웨이퍼 표면의 베어 실리콘 재료와 공정 챔버 중의 산소는 매우 용이하게 반응하여 이산화규소를 산생시켜, 웨이퍼 표면 재료에 변화가 초래되어, 후속적인 공예에 영향을 주게 된다. 따라서, 공정 과정에 있어서, 전체 챔버 중의 산소 함량을 제어할 필요가 있다.
다른 한편으로는, 웨이퍼 N2 건조 과정에 있어서, 공정을 잘 제어하지 못하면, 웨이퍼 표면에 Watermark(수흔) 흠결이 나타나게 된다. Watermark를 형성하는 주요 원리는 N2건조 과정에 있어서, 완벽하게 건조되지 않아 웨이퍼 표면의 물과 융합되어 산소와 반응하여 생성된 SiO2는 또 H2SiO3 또는 HSiO3-의 침전을 형성한다. 웨이퍼 표면의 물이 휘발된 후, 이러한 침전은 평탄한 수흔을 형성한다. 이밖에, 상기 세척 과정에 있어서, 웨이퍼 가장자리 모서리에 액체 방울이 철저하게 건조되지 않은 현상도 나타나는데, 이는 웨이퍼 세척 질량에도 일정한 영향을 일으킨다. 따라서, 건조 공정을 최적화해야 하여, 전체 웨이퍼 범위를 완전히 건조해야 한다.
따라서, 본 발명의 추가적인 개선점은 상기 웨이퍼 무손상 세척의 기초 상에서 기체 보호의 기능을 실현하는 것이다. 공정 과정에 있어서, 보호 기체를 이용하여 웨이퍼 상방에서 하나의 기체 보호층을 형성하고, 보호 기체는 질소 또는 아르곤 가스 등 불활성 기체이다. 이러한 장점은, (1) 공정 과정에 있어서, 웨이퍼와 산소를 단절시켜, 웨이퍼 표면 실리콘 재료가 산화되는 것을 방지한다. (2) 건조 과정에 있어서, 웨이퍼 전부가 보호 기체의 커버 하에서, 웨이퍼가 고속으로 회전할 시, 전체 웨이퍼 범위의 건조를 더욱 훌륭하게 실현하여, 수흔 흠결의 발생을 방지할 수 있고, 웨이퍼 가장자리의 건조를 더욱 훌륭하게 실현할 수도 있다.
기체 보호 기능의 실현의 하기의 두 가지 상이한 방식을 사용할 수 있다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 도 19는 본 발명의 일 실시예 중의 기체 보호 기능을 구비하는 초음파/메가소닉 세척 장치 구조 단면도이고, 도 20은 도 19의 외형 구조 설명도이다. 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 각 실시예 중 세척 장치 자체에 지닌 냉각 기체를 보호 기체로 한다. 장치 상부 하우징(15)에 냉각 기체 입구(25)가 설치되어 있고, 냉각 기체와 보호 기체의 공통 입구로 한다. 하부 하우징(22)의 측벽에 근접한 저면이 위치한 곳에, 하나의 환형인 하부를 향해 경사진 슬롯을 가공하거나, 또는 하나의 기공일 수도 있으며, 냉각 기체와 보호 기체의 공통 출구(26')로 한다. 냉각 기체는 기체 입구(25)로 세척 유닛 내부에 진입하고, 즉 중공 챔버 내벽과 초음파/메가소닉 발생 수단 외벽으로 이루어진 냉각 챔버로, 압전 재료와 커플링층의 냉각을 완성시킨 후, 하나의 기체 출구(26')에서 분출되는 동시에 웨이퍼 표면에 하나의 기체 보호층을 형성하며, 세척 공정 과정 중 챔버 내부의 산소 함량을 제어하여, 웨이퍼와 공기 중의 산소가 반응하는 것을 방지한다. 건조 공정 시, 냉각 기체는 열린 상태를 유지하여, 보호 기체를 분사시켜 웨이퍼 표면 건조의 목적을 실현하며, 기존의 단독 분사 건조 기체의 스프레이 암을 대체함으로써, 세척 기기 챔버 구조를 간소화시킨다. 건조 시, 기체 보호를 구비하는 세척 장치는 웨이퍼 중심에 고정되어 분사할 수 있고, 세척 날개의 움직임 하에 웨이퍼 표면을 따라 원호 스윙하여 분사될 수도 있다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 도 21은 본 발명의 다른 일 실시예 중의 기체 보호 기능을 구비하는 초음파/메가소닉 세척 장치 구조 단면도이고, 도 22는 도 21의 외형 구조 설명도이다. 도 21 및 도 22에 도시된 바와 같이, 기체 보호 기능의 다른 한가지 실현 방식은, 단독인 하나의 보호 기체 입구(35)를 사용하여 보호 기체를 주입시킨다. 마찬가지로, 장치 하부 하우징의 측벽에 근접한 저면의 위치에 하나의 고리형 하부를 향해 경사진 슬롯 또는 하나의 기공을 가공하여, 보호 기체의 출구(36)로 한다. 보호 기체 입구(35)를 통해 보호 기체를 주입시키고, 보호 기체 출구(36)로 분출하며, 즉 웨이퍼 표면에 하나의 기체 보호층을 형성시켜, 챔버 중의 산소 함량을 제어하고, 건조 공정 시, 웨이퍼 표면의 전체 건조를 더욱 훌륭하게 실현시킨다.
고리형 보호 링(11)은 석영 로드 어레이(10)의 석영 로드형 구조를 보호하는 외에도, 세척액이 자유롭게 출입하도록 하고, 석영 로드 어레이와 웨이퍼 표면 사이의 틈새를 충진하여, 초음파/메가소닉 에너지가 효과적으로 웨이퍼 표면의 세척액 얇은 층에 전달될 수 있도록 한다.
고리형 보호 링의 높이와 석영 로드 어레이의 높이가 일치할 시, 세척 장치 작업 시, 세척 유닛의 거리는 웨이퍼 표면과 일정한 거리가 있고, 세척액은 석영 로드 어레이와 웨이퍼 표면의 간극 내에 진입할 수 있다. 하지만 액체 표면 장력의 작용으로 인해, 세척액의 치환 효과가 비교적 낮아지게 되고 신, 구 약액의 교환 과정에 영향을 일으켜 세척 효과가 낮아지는 것을 초래한다.
더욱 최적화된 방법으로서는 여러 가지가 있는바, 예를 들면, 도3에 도시된 바와 같이, 고리형 보호 링(11)의 하단면 높이는 석영 로드 어레이(10)의 하단면 높이보다 조금 높게 하여, 세척액이 석영 로드 어레이와 웨이퍼 표면 사이의 간극에 용이하게 출입하도록 한다. 그러나 이러한 최적화 수단에 있어서, 석영 로드 어레이의 저면은 고리형 보호 링의 저면보다 낮고, 석영 로드 어레이의 보호 효과도 비교적 낮다.
따라서, 최적화를 더 진행할 수 있는바, 예를 들면 고리형 보호 링의 높이를 석영 로드 어레이의 높이와 일치하게 하지만, 고리형 보호 링의 링 바디 측벽에 특정된 형태의 오픈 홀을 개설하여, 세척액이 자유롭게 석영 로드 어레이와 웨이퍼 표면 사이의 간극을 출입하도록 하여, 웨이퍼 표면 세척액의 표면 장력 작용을 제거하고, 세척액의 치환 효과를 개선하며, 신, 구 약액의 교환 과정을 가속화시켜, 세척 효과를 향상시킨다. 일부 실시예는, 도 23에 도시된 바와 같이, 고리형 보호 링(11)의 링 바디 측벽에 직사각형인 오픈 홀(11')을 개설할 수 있거나, 또는 직사각형 오픈 홀은 아치형 오픈 홀 및 기타 형식의 도어 형태 또는 창문 형태의 오픈 홀로 대체할 수 있다.
기타의 개선점으로서, 석영 로드 어레이 중 석영 로드형 구조의 형태는 원형 및 기타 일부 형태를 포함할 수 있는바, 예를 들면 삼각형, 오변형, 직사각형 등 솔리드 막대 구조이다. 아울러 각 석영 로드형 구조의 배열은 일정한 규칙에 따라 분포될 수 있고, 완전히 랜덤으로 분포될 수도 있으며, 장치가 세척 날개의 스윙 시 특정 영역에서 에너지가 비교적 높은 영역을 형성하여, 초음파/메가소닉의 에너지 분포가 더욱 균일하게 한다. 예를 들면, 도 24에 도시된 바와 같이, 이는 본 발명 일 실시예 중 석영 로드 어레이(10)가 규칙적으로 분포된 삼각형 석영 로드형 구조의 설명도이다. 또한, 도 25에 도시된 바와 같이, 이는 본 발명 일 실시예 중 석영 로드 어레이(10)가 랜덤 분포 배열된 직사각형 석영 로드형 구조를 구비하는 저부 석영 부재 설명도이다.
이 밖의 개선점으로서, 세척 유닛의 세척 효율을 향상하기 위해, 세척 장치 형태를 최적화시킬 수 있는바, 즉 초음파/메가소닉 발생 수단, 저부 석영 부재를 포함하는 하우징 전체 외형을 최적화하여, 세척 유닛의 커버 면적을 향상시켜 장치의 세척 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 하우징의 수평 윤곽은 부채꼴, 삼각형, 오변형 또는 스트립(사각)형으로 설계될 수 있는바, 즉 초음파/메가소닉 발생 수단, 저부 석영 부재의 하단면 윤곽을 부채꼴, 삼각형, 오변형 또는 스트립(사각)형으로 형성시킬 수 있다. 또한, 압전 재료와 커플링층, 고리형 보호 링과 석영 로드 어레이의 하단면 윤곽을 부채꼴, 삼각형, 오변형 또는 스트립(사각)형으로 형성한다. 예를 들면, 도 26에 도시된 바와 같이, 이는 본 발명 일 실시예 중 부채꼴 외형 석영 로드 어레이(10)를 구비하는 세척 장치 설명도이고, 상기 장치에서 부채꼴을 구비하는 압전 재료와 커플링층, 부채꼴의 고리형 보호 링과 석영 로드 어레이, 상부 및 하부 하우징은 상부 및 하부 하우징 고정 홀(37)을 통해 조립될 수 있다. 상기 장치의 구조는 웨이퍼 원심으로부터 웨이퍼 가장자리까지의 하나의 부채꼴 영역을 커버할 수 있고, 상기 영역 내부의 웨이퍼 표면이 동시에 세척되는 것을 보장할 수 있으며, 이로써 세척 효율을 향상시키고, 세척 균일성을 개선한다. 또한 도 27에 도시된 바와 같이, 이는 본 발명 일 실시예 중 스트립(사각)형 외형 석영 로드 어레이(10)를 구비하는 세척 장치 설명도이고, 상기 장치 중 스트립형을 구비하는 압전 재료와 커플링층, 스트립형의 고리형 보호 링과 석영 로드 어레이는 웨이퍼 원심으로부터 웨이퍼 가장자리까지의 하나의 스트립형 영역을 커버할 수 있다.
이상 서술한 내용은 단지 본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 실시예는 본 발명의 특허청구범위를 한정하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 명세서 및 도면 내용의 동등한 구조적 변화는 모두 본 발명의 보호범위에 속하여야 한다.
10: 석영 로드 어레이
11: 고리형 보호 링
11': 보호 링 오픈 홀
12: 저부 석영 부재
13: 가스켓
14: 압전 재료
15: 상부 하우징
16: 세척 날개 고정용 볼트 홀
17: 프레싱 스프링 가이드 단자
18: 터미널 단자
19: 프레싱 스프링
20: 커플링층
21: 가스켓 링
22: 하부 하우징
23: 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛
23-1: 신호 선택기
23-2: 컨버터
23-3: 신호 채널 선택 스위치
23-4: 컨버터
23-5: 채널 선택기
24: 신호원
25: 냉각 기체 입구
26/26': 냉각 기체 출구
27: 세척 날개
28: 고정 브라켓
29: 세척액
30: 웨이퍼
30': 웨이퍼 표면 패턴 구조
31: 실시간 위치 피드백 유닛
32: 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛
32-1: 신호 듀티 사이클 조절기
32-2: 송신 조절기
33/33-1/33-2/33-3: 최하층 석영 필름
34: 회전 모터
35: 보호 기체 입구
36: 보호 기체 출구
37: 상부 및 하부 하우징 고정 홀
A: 전파 방향이 웨이퍼 표면과 수직되지 않는 초음파/메가소닉 에너지
B: 전파 방향이 웨이퍼 표면과 수직되는 초음파/메가소닉 에너지
11: 고리형 보호 링
11': 보호 링 오픈 홀
12: 저부 석영 부재
13: 가스켓
14: 압전 재료
15: 상부 하우징
16: 세척 날개 고정용 볼트 홀
17: 프레싱 스프링 가이드 단자
18: 터미널 단자
19: 프레싱 스프링
20: 커플링층
21: 가스켓 링
22: 하부 하우징
23: 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛
23-1: 신호 선택기
23-2: 컨버터
23-3: 신호 채널 선택 스위치
23-4: 컨버터
23-5: 채널 선택기
24: 신호원
25: 냉각 기체 입구
26/26': 냉각 기체 출구
27: 세척 날개
28: 고정 브라켓
29: 세척액
30: 웨이퍼
30': 웨이퍼 표면 패턴 구조
31: 실시간 위치 피드백 유닛
32: 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛
32-1: 신호 듀티 사이클 조절기
32-2: 송신 조절기
33/33-1/33-2/33-3: 최하층 석영 필름
34: 회전 모터
35: 보호 기체 입구
36: 보호 기체 출구
37: 상부 및 하부 하우징 고정 홀
A: 전파 방향이 웨이퍼 표면과 수직되지 않는 초음파/메가소닉 에너지
B: 전파 방향이 웨이퍼 표면과 수직되는 초음파/메가소닉 에너지
Claims (14)
- 세척 유닛을 포함하고, 상기 세척 유닛은,
서로 연결되어 중공 챔버를 형성하는 상부 및 하부 하우징;
중공 챔버 내에 설치되고, 상부와 측부는 중공 챔버 내벽과의 사이에 간극을 구비하며, 세척 유닛의 외부의 적어도 하나의 초음파/메가소닉 신호원과 연결되어 상기 신호원이 출력하는 전자파 신호를 수신하여 초음파/메가소닉을 발생하기 위한 압전 재료가 설치되 어 있는 초음파/메가소닉 발생 수단;
다수의 수직 석영 로드형 구조로 이루어진 석영 로드 어레이가 설치되어 있고, 상기 석영 로드 어레이는 상기 하부 하우징 하단면의 개구로부터 연장되어, 상기 초음파/메가소닉 에너지를 웨이퍼 표면의 세척액에 수직 하향 전도하는 저부 석영 부재;
상부 하우징에 연결되고, 세척 날개 회전 모터의 구동을 받아, 상기 세척 유닛이 웨이퍼 표면 상방에서 원심을 지나가는 원호 왕복 운동을 하도록 하기 위한 세척 날개;
상기 적어도 하나의 신호원과 초음파/메가소닉 발생 수단 사이에 연결 설치되고, 초음파/메가소닉 발생 수단에 도입된 신호원이 송신한 전자파 신호의 주파수를 지속적으로 개변시키고 상기 전자파 신호를 초음파/메가소닉 발생 수단에 도입시켜, 초음파/메가소닉 발생 수단에 의해 발생된 초음파/메가소닉 진동 주파수를 동태적으로 변화시키기 위한 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛;
세척 날개 회전 모터의 단위 회동 각도 또는 단위 회동 시간을 수집하여, 세척 장치가 웨이퍼 표면에서의 상대 위치 정보를 획득하고 피드백 정보를 송신하기 위한 실시간 위치 피드백 유닛;
각각 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛, 압전 재료 및 실시간 위치 피드백 유닛과 연결되고, 하우징이 웨이퍼 표면에서의 실시간 위치 정보에 따라, 전자파 신호의 듀티 사이클 또는 출력을 조절하여, 웨이퍼 표면의 임의의 위치가 단위 시간 내에 동일한 수량의 초음파/메가소닉 펄스 신호 또는 출력을 획득하도록 하고, 압전 재료를 통해 상응한 듀티 사이클을 구비하는 초음파/메가소닉 에너지 또는 상응하게 변화된 초음파/메가소닉 출력으로 전환함으로써, 전체 웨이퍼 범위 내에서 초음파/메가소닉 에너지의 균일한 분포를 실현하는 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛을 포함하되,
상기 중공 챔버는 하부 하우징의 하단면에 개구를 형성하는 것을 특징으로 하는 초음파/메가소닉 세척 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 신호원의 개수는 다수개이고, 상기 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛은 하나의 신호 선택기를 포함하며, 상기 신호 선택기의 일단은 압전 재료와 연결되고, 타단은 상기 신호원과 연결되며, 그 중 적어도 하나의 신호원에 의해 산생되는 전자파 신호 주파수는 압전 재료의 고유 주파수와 동일하고, 기타 신호원에 의해 산생되는 전자파 신호 주파수는 압전 재료 고유 주파수의 양측 근처에 편이되며, 상기 신호 선택기는 각 신호원을 신속 전환시키고, 압전 재료에 작용하는 신호원 주파수를 실시간으로 전환시켜, 압전 재료에 의해 산생된 초음파/메가소닉 진동 주파수를 동태적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 초음파/메가소닉 세척 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 신호원의 개수는 하나이고, 상기 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛은 압전 재료와 신호원 사이에 연결 설치되는 컨버터를 포함하고, 상기 컨버터가 압전 재료의 고유 주파수 근처에서 신호원이 송신한 전자파 신호 주파수를 지속적으로 개변시키는 것을 통해, 다수의 상이한 주파수의 전자파 신호를 송신하고, 그 중 적어도 하나의 전자파 신호 주파수는 압전 재료의 고유 주파수와 동일하고, 기타 전자파 신호 주파수는 압전 재료 고유 주파수의 양측 근처에 편이되며, 압전 재료에 의해 산생된 초음파/메가소닉 진동 주파수를 동태적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 초음파/메가소닉 세척 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 압전 재료는 고유 주파수가 상이한 다수개의 압전 서브 재료를 포함하고, 상기 적어도 하나의 신호원의 개수는 압전 서브 재료 개수와 동일하며, 상기 압전 서브 재료는 각각 상기 신호원과 일일이 대응 연결되고, 각 상기 압전 서브 재료는 조합되어 전체를 형성하고, 상기 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛은 하나의 신호 채널 선택 스위치를 포함하며, 이는 각 신호원과 압전 재료 사이에 설치되어 각 시각에 단지 한가닥의 신호원과 대응되는 압전 재료 사이의 연결만 개통하도록 하고, 상이한 신호원 및 압전 재료 연결 통로에 대응되는 스위치를 지속적으로 랜덤 전환시키며, 초음파/메가소닉 발생 수단에 의해 발생된 초음파/메가소닉 진동 주파수를 동태적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 초음파/메가소닉 세척 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 신호원의 개수는 하나이고, 상기 압전 재료는 고유 주파수가 상이한 다수개의 압전 서브 재료를 포함하며, 상기 신호원과 연결되고, 상기 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛은 순차적으로 신호원과 압전 재료 사이에 설치되는 하나의 컨버터와 하나의 통로 선택기를 포함하고, 상기 컨버터가 신호원이 송신한 전자파 신호 주파수를 개변하여 각 압전 서브 재료의 고유 주파수와 일일이 대응되는 다수의 상이한 주파수의 전자파 신호를 송신하고, 상기 통로 선택기는 컨버터가 랜덤으로 송신한 전자파 신호 주파수에 따라, 상기 컨버터를 대응되는 주파수를 구비하는 압전 재료와 연결시켜, 초음파/메가소닉 발생 수단에 의해 발생된 초음파/메가소닉 진동 주파수를 동태적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 초음파/메가소닉 세척 장치. - 제 1항에 있어서,
하나의 신호 듀티 사이클 조절기를 포함하는 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛을 포함하되,
상기 신호 듀티 사이클 조절기는 각각 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛, 압전 재료 및 실시간 위치 피드백 유닛과 연결되고, 상기 실시간 위치 피드백 유닛에 의해 상기 세척 유닛은 웨이퍼 표면의 실시간 위치에서 신호 듀티 사이클 조절기에 피드백하며, 신호 듀티 사이클 조절기는 이로써 전자파 신호의 듀티 사이클이 웨이퍼 중심에서부터 웨이퍼 가장자리까지 큰데로부터 점차 작아지도록 조절하고,상기 압전 재료는 상기 전자파 신호를 상응한 듀티 사이클을 구비하는 초음파/메가소닉 펄스 신호로 전환시킴으로써, 웨이퍼 표면의 임의의 위치가 단위 시간 내에 동일한 수량의 초음파/메가소닉 펄스 신호를 획득하도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파/메가소닉 세척 장치. - 제 1항에 있어서,
송신 조절기를 포함하는 초음파/메가소닉 에너지 제어 유닛을 포함하되,
상기 송신 조절기는 각각 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛, 압전 재료 및 실시간 위치 피드백 유닛과 연결되고, 상기 실시간 위치 피드백 유닛에 의해 상기 세척 유닛은 웨이퍼 표면의 실시간 위치에서 송신 조절기에 피드백하며, 송신 조절기는 이로써 전자파 신호의 출력이 웨이퍼 중심에서부터 웨이퍼 가장자리까지 작은데로부터 점차 커지도록 조절하고, 상기 압전 재료는 상기 전자파 신호를 상응한 변화를 구비하는 초음파/메가소닉 출력으로 전환시킴으로써, 웨이퍼 표면의 임의의 위치가 단위 시간 내에 동일한 수량의 초음파/메가소닉 에너지를 획득하도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파/메가소닉 세척 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 석영 로드 어레이의 각 석영 로드형 구조의 하단면은 완전히 같지 않은 높이를 구비되는 것을 특징으로 하는 초음파/메가소닉 세척 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 석영 로드 어레이의 저면에 최하층 석영 필름이 연결 설치되어 있고, 상기 최하층 석영 필름은 비수평면의 하면 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파/메가소닉 세척 장치. - 제 1항에 있어서,
세척 장치의 수평 회전을 제어하기 위해 상기 세척 날개는 하나의 회전 모터의 회전축을 통해 상부 하우징의 최상부에 연결되는 것을 특징으로 하는 초음파/메가소닉 세척 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 하부 하우징의 측부에 보호 기체 입구 및 보호 기체 출구가 연통 설치되어 있고, 상기 보호 기체 출구는 하나의 하부를 향해 경사진 기공 또는 슬롯인 것을 특징으로 하는 초음파/메가소닉 세척 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 상부 하우징에 기체 입구가 설치되어 있고, 상기 하부 하우징 측부에 기체 출구가 설치되어 있으며, 상기 기체 출구는 하나의 하부를 향해 경사진 기공 또는 슬롯이고, 상기 기체 입구 및 기체 출구는 상기 중공 챔버의 내벽 및 초음파/메가소닉 발생 수단의 외벽으로 이루어진 냉각 챔버와 연통되는 것을 특징으로 하는 초음파/메가소닉 세척 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 저부 석영 부재에 상기 석영 로드 어레이를 에워싸는 하나의 고리형 보호 링이 더 설치되어 있고, 상기 고리형 보호 링의 측부와 상기 하부 하우징 부분의 내벽은 밀폐 연결되고, 상기 고리형 보호 링의 하단은 하부 하우징 하단면의 개구에서 연장되며, 상기 초음파/메가소닉 발생 수단은 상부 및 하부가 밀착 설치되는 압전 재료 및 커플링층을 포함하고, 상기 커플링층 하부는 상기 저부 석영 부재에 밀착되며, 상기 압전 재료, 커플링층과 저부 석영 부재는 상부 하우징 최상부와 압전 재료 사이에 순차적으로 설치된 프레싱 스프링 및 프레싱 스프링 가이드 단자를 통해 프레싱하고, 상기 상부 하우징에 압전 재료 터미널 단자가 장착되어 있으며, 상기 초음파/메가소닉 주파수 제어 유닛이 출력한 전자파 신호는 압전 재료 터미널 단자를 통해 압전 재료에 도입되어 초음파/메가소닉 진동 에너지를 발생하는 것을 특징으로 하는 초음파/메가소닉 세척 장치. - 제 13항에 있어서,
상기 고리형 보호 링의 측벽에 하나 내지 다수의 오픈 홀이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파/메가소닉 세척 장치.
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