KR102462662B1 - 초음파 세정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복잡하고 다양한 형상의 패턴을 갖는 피가공물도 용이하게 세정할 수 있는 초음파 세정 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치는 피가공물을 지향하도록 배치되는 분사구를 구비하는 바디, 상기 바디의 일측에 배치되며, 유체가 공급되는 제1 챔버, 상기 바디의 타측에 배치되며, 외부 공기를 흡입하는 제2 챔버 및 상기 제1 챔버 내에 배치되며, 상기 제1 챔버로 공급된 유체가 정상 압력파(stationary pressure wave)를 생성하는 공진 공동(resonance cavity)을 포함하는, 초음파 발생기를 포함한다.

Description

초음파 세정 장치{ULTRASONIC CLEANING APPARATUS}

본 발명은 초음파 세정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파를 이용하여 피가공물을 세정하는 장치에 관한 것이다.

최근 디스플레이나 반도체 산업에서 고집적된 제품을 가공하기 위해 레이저 가공과 같은 미세 가공이 필수적으로 실시되고 있다. 레이저 가공은 미소한 크기의 제품도 정밀하게 가공할 수 있는 장점이 있으나, 가공 과정에서 미세 입자가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 고집적된 제품은 복잡한 패턴을 갖기 때문에 발생한 미세 입자를 제거하는 것은 쉽지 않은 실정이다.

종래 기술로서, 이러한 미세 입자를 제거하기 위해 초음파를 이용한 건식 세정 장치가 이용되고 있다. 그러나 종래의 초음파 세정 장치는 주파수 범위가 지나치게 넓고 진폭이 낮아, 비교적 큰 크기의 미세 입자만을 제거할 수 있으며, 작은 크기의 미세 입자는 제대로 제거할 수 없다. 또한, 피가공물의 표면에 요철형 패턴이 있을 경우, 미세 입자를 제대로 제거할 수 없는 문제점이 있다.

전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술이라 할 수는 없다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공진 공동(resonance cavity)을 포함하는 유체 매질의 초음파 세정 장치를 이용해, 원하는 진폭과 주파수의 초음파를 발생시켜, 피가공물의 미세 입자를 용이하게 제거할 수 있는 초음파 세정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치는 피가공물을 지향하도록 배치되는 분사구를 구비하는 바디, 상기 바디의 일측에 배치되며, 유체가 공급되는 제1 챔버, 상기 바디의 타측에 배치되며, 외부 공기를 흡입하는 제2 챔버 및 상기 제1 챔버 내에 배치되며, 상기 제1 챔버로 공급된 유체에 의해 정상 압력파(stationary pressure wave)가 생성되는 공진 공동(resonance cavity)을 포함하는, 초음파 발생기를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치에 있어서, 상기 초음파 발생기는 공급된 유체를 제1 경로와 제2 경로로 분기시키고, 상기 제1 경로를 따라 유동하는 유체가 유입되는 제1 공진 공동 및 상기 제2 경로를 따라 유동하는 유체가 유입되는 제2 공진 공동을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치에 있어서, 상기 제1 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파와, 상기 제2 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파는 주파수가 동일할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치에 있어서, 상기 제1 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파와, 상기 제2 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파는 보강 간섭을 일으키고, 상기 분사구는 상기 바디의 저면에 배치되어, 상기 보강 간섭된 초음파를 상기 피가공물에 분사할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치에 있어서, 상기 제1 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파와, 상기 제2 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파는 주파수가 상이할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치에 있어서, 상기 분사구는 상기 바디의 저면에 2개 배치되어, 상기 제1 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파와, 상기 제2 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파를 각각 상기 피가공물에 분사할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치에 있어서, 상기 초음파 발생기는 상기 제1 챔버를 따라 유동하는 유체의 유동 단면적보다 작은 유동 단면적을 갖는 미세 슬릿을 포함하고, 상기 공진 공동은 상기 미세 슬릿과 연결되며, 상기 미세 슬릿을 통과한 유체가 정상 압력파를 생성하도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치에 있어서, 상기 초음파 발생기는 제1 블록 및 상기 제1 블록에서 이격하여 배치되며, 상기 제1 블록과의 사이에 상기 미세 슬릿이 배치되는 제2 블록을 포함하고, 상기 제1 블록 및 상기 제2 블록 중 적어도 어느 하나는 일 방향으로 이동하여, 상기 미세 슬릿의 간격을 조절 가능할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치에 있어서, 상기 초음파 발생기는 상기 제2 블록과의 사이에 상기 공진 공동이 배치되고, 일 방향으로 이동하여 상기 공진 공동의 길이를 조절 가능한 제3 블록을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치에 있어서, 상기 초음파 발생기는 상기 공진 공동을 구획하며, 상기 분사구를 향해 테이퍼진 형상 또는 필름 형상의 제4 블록을 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치는 피가공물 및/또는 피가공물 상에 있는 오염물을 고려하여 원하는 주파수 및/또는 진폭을 갖는 초음파를 발생시킬 수 있다. 특히 발생되는 초음파의 주파수 폭을 좁게 하고, 진폭을 크게 할 수 있어 공기의 점성 저항에 의해 형성된 경계층 이하의 미세 입자를 강하게 진동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치는 초음파 발생기를 이용해 주파수 및/또는 진폭을 가변하여, 다양한 피가공물을 용이하게 세정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치는 초음파 발생기에서 발생되는 초음파를 보강 간섭시켜 피가공물을 보다 확실하게 세정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치는 초음파 발생기에서 발생되는 서로 다른 주파수의 초음파를 이용해 피가공물을 보다 확실하게 세정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치를 나타낸다.
도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면을 나타낸다.
도 3은 도 2의 Ⅲ을 확대하여 나타낸다.
도 4는 도 2의 Ⅳ를 확대하여 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 세정 장치를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 세정 장치를 나타낸다.
도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ에 따른 단면을 나타낸다.
도 8은 피가공물의 일 예를 나타낸다.
도 9a, 도 9b, 도 10a, 도 10b, 도 11a 및 도 11b는 비교예와 발명예에 따른 피가공물의 세정 상태를 나타낸다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10)를 나타내고, 도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면을 나타내고, 도 3은 도 2의 Ⅲ을 확대하여 나타내고, 도 4는 도 2의 Ⅳ를 확대하여 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10)는 유체를 매질로 하여, 가청 진동수 이상의 진동수를 갖는 초음파를 생성해 피가공물의 표면을 건식 세정하는 장치이다.

보다 구체적으로, 피가공물의 표면에는 공기의 점성 저항에 의한 경계층(boundary layer)이 형성되는데, 이러한 경계층은 피가공물의 표면을 세정하는데 장애물이 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10)는 초음파를 이용해 경계층 아래에 있는 미세 입자를 진동시켜, 피가공물에서 제거할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10)는 바디(110)와, 제1 챔버(170)와, 제2 챔버(190)와, 초음파 발생기(210)를 포함할 수 있다.

바디(110)는 초음파 세정 장치(10)의 프레임을 이루는 부재로서, 다른 부재들을 지지할 수 있다. 일 실시예로, 바디(110)는 내부 공간을 구비하는 직육면체 형상일 수 있다. 다만, 바디(110)의 형상은 특별히 한정하지 않으며, 피가공물의 크기 및 종류 또는 세정 강도 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 바디(110)의 상면에는 제1 연결구(130)와 제2 연결구(150)가 배치될 수 있다.

제1 연결구(130)는 후술하는 제1 챔버(170)와 유체 공급부(미도시)를 연결한다. 상기 유체 공급부에서 공급되는 유체는 제1 연결구(130)를 통해 제1 챔버(170)로 유입될 수 있다. 상기 유체 공급부에서 공급되는 유체의 압력은 발생되는 초음파의 진폭 및/또는 주파수를 고려하여 적절히 선택될 수 있다.

도 1에는 제1 연결구(130)가 바디(110)의 상면에 2개 배치되는 것으로 나타냈으나, 그 개수와 위치는 특별히 한정하지 않는다.

제2 연결구(150)는 후술하는 제2 챔버(190)와 흡입부(미도시)를 연결한다. 상기 흡입부에 의해 흡입 동작이 실시되면 제2 챔버(190)에는 음압이 발생한다. 이에 따라, 외부 공기 및 오염물이 제2 챔버(190)로 유입된 다음, 제2 연결구(150)를 통해 상기 흡입부로 이동할 수 있다. 도 1에는 바디(110)의 상면 좌측 및 우측에 각각 3개씩 총 6개의 제2 연결구(150)가 배치되는 것으로 나타냈으나, 그 개수와 위치는 특별히 한정하지 않는다.

바디(110)의 일측에는 제1 분사구(113)가 배치될 수 있다. 제1 분사구(113)에서는 후술하는 제1 챔버(170)와 초음파 발생기(210)를 통과한 유체를 매질로 하는 초음파가 외부로 분사된다. 제1 분사구(113)는 피가공물을 지향하도록 배치되며, 제1 분사구(113)를 통해 외부로 분사된 초음파는 피가공물의 표면과 충돌하면서 피가공물의 표면을 세척할 수 있다.

제1 챔버(170)는 바디(110)의 일측에 배치되며, 유체가 공급될 수 있다. 일 실시예로, 제1 챔버(170)는 바디(110)의 내부 공간에 배치되며, 제1 연결구(130)와 연결되어 상기 유체 공급부로부터 유체를 공급받을 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 챔버(170)는 바디(110)의 가이드월(111)에 의해 구획될 수 있다.

도 2에는 제1 챔버(170)가 하나의 공간인 것으로 나타냈으나, 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 제1 챔버(170)는 제1 연결구(130)의 개수에 대응되는 개수로 구비될 수 있다. 이에 따라, 후술하는 초음파 발생기(210)도 제1 챔버(170)의 개수에 대응되는 개수로 구비될 수 있다. 다만 이하에서는 설명의 편의를 위해, 제1 챔버(170)는 바디(110)의 내부에서 하나의 공간으로 구획되는 것을 중심으로 설명한다.

제2 챔버(190)는 바디(110)의 타측에 배치되며, 외부 공기를 흡입할 수 있다. 일 실시예로, 제2 챔버(190)는 바디(110)의 내부 공간에 배치되며, 제2 연결구(150)와 연결될 수 있다. 그리고 제2 연결구(150)와 연결된 상기 흡입부가 흡입 동작을 실시하면 외부 공기 및 이물질이 제2 챔버(190)로 흡입될 수 있다.

도 2에는 제2 챔버(190)가 제1 챔버(170)의 양측에 각각 하나씩 배치되는 것으로 나타냈으나, 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 제2 챔버(190)가 바디(110)의 중심부에 배치되고, 제1 챔버(170)가 제2 챔버(190)의 양측에 각각 하나씩 배치될 수 있다.

또한, 도 2에는 각각의 제2 챔버(190)가 하나의 공간인 것으로 나타냈으나, 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 제2 챔버(190)는 제2 연결구(150)의 개수에 대응되는 개수로 구비될 수 있다. 다만 이하에서는 설명의 편의를 위해, 각각의 제2 챔버(190)는 바디(110)의 내부에서 하나의 공간으로 구획되는 것을 중심으로 설명한다.

초음파 발생기(210)는 제1 챔버(170)로 유입된 유체를 매질로 하여, 초음파를 발생시킨다. 일 실시예로, 초음파 발생기(210)는 제1 챔버(170) 내에 배치되며, 제1 챔버(170)로 공급된 유체를 매질로 하여 정상 압력파(stationary pressure wave)를 형성하는 공진 공동(resonance cavity)을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10)는 초음파 가진자(piezo actuator)를 이용하는 것이 아니라, 유체를 매질로 하여 초음파를 발생하는 장치이다. 이와 같이 유체를 매질로 하는 초음파 세정 장치에서 초음파의 주파수와 진폭의 크기를 결정하는 것은 공진 공동(resonance cavity)이다. 고속 고압의 유체에 의해 생성된 파동은 공진 공동을 통해 증폭되어 소정의 주파수를 갖는 초음파가 되며, 공동의 형상 또는 크기에 의해 발생되는 초음파의 주파수와 진폭이 달라질 수 있다.

그러나 종래의 초음파 세정 장치는 공동에 의한 공진(공명)이 일어나지 않기 때문에, 발생되는 초음파의 주파수 폭이 넓고 진폭이 낮다. 이는 공진 공동에 의한 정상 압력파(stationary pressure wave)가 발생하지 않아 원하는 주파수 및 진폭을 갖는 초음파를 발생시키기 어렵기 때문이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10)는 초음파 발생기(210)가 공진 공동을 포함함으로써, 공진 공동 내에서 정상 압력파가 발생할 수 있다. 이에 따라, 원하는 주파수 및 진폭을 갖는 초음파를 발생시킬 수 있다. 특히 발생되는 초음파의 주파수 폭을 좁게 하고, 진폭을 크게 함으로써 공기의 점성 저항에 의해 형성된 경계층 이하의 미세 입자를 강하게 진동시킬 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10)에서, 공급된 유체는 미세 진동(예를 들어, 상하 방향)을 하며 제4 블록(229)을 향해 진행하면서 공진 공동(225)의 내/외부로 분출된다. 분출된 유체는 공진 공동의 내/외부에서 운동하면서 압력 변동(pressure fluctuation)을 일으킨다. 유체는 공진 공동의 내부에서 압력이 주기적으로 변화하며 공진 공동 안에 존재하는 진동을 진폭시킨다. 그리고 공진 주파수(resonance frequnecy)를 가지며, 해당 주파수에서 최대 진폭을 갖는 정상 압력파가 발생한다(즉, 좁은 주파수 밴드와 증폭된 진폭을 갖는 정상 압력파 발생). 발생한 정상 압력파는 공급된 유체와 외부로 공진(공명) 분사되어, 피가공물의 표면을 세척할 수 있다.

일 실시예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 공동은 헬름홀츠 공명기(Helmholtz resonator)의 원리를 적용한 헬름홀츠 공진 공동(Helmholtz resonance cavity)일 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 공동의 종류는 이에 한정하지 않으며, 유체를 매질로 하여 정상 압력파를 발생시켜 초음파를 생성할 수 있으면 충분하다.

다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 발생기(210)는 지지대(211)와, 제1 블록(213)과, 제2 블록(217)과, 제3 블록(221)과, 제1 공진 공동(225)을 포함할 수 있다.

지지대(211)는 제1 챔버(170)의 내부에 배치되며, 초음파 발생기(210)가 제1 챔버(170) 내에 위치하도록 지지할 수 있다. 일 실시예로, 지지대(211)는 일 방향으로 연장되어 바디(110)의 양측 내벽과 연결될 수 있다.

일 실시예로, 지지대(211)는 상기 유체 공급부에서 제1 연결구(130)를 통해 공급된 유체를 분기시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 지지대(211)는 제1 연결구(130)와 마주 보도록 배치되어, 제1 연결구(130)에서 분사되는 유체를 서로 다른 경로로 분기시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 연결구(130)에서 분사된 유체는 지지대(211)와 충돌한 다음, 도 2에서 보았을 때 지지대(211)의 좌측인 제1 경로와, 지지대(211)의 우측인 제2 경로로 이동할 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 블록(213)은 후술하는 제2 블록(217)과 함께 제1 미세 슬릿(218)을 구획한다. 제1 블록(213)은 지지대(211)의 일측과 연결되어, 제1 챔버(170)의 내부에 배치될 수 있다.

제2 블록(217)은 제1 블록(213)과의 사이에 제1 미세 슬릿(218)이 배치되도록 제1 블록(213)과 이격하여 배치될 수 있다. 일 실시예로, 제2 블록(217)은 제1 챔버(170)를 구획하는 가이드월(111)의 일측에 배치될 수 있다.

일 실시예로, 제1 미세 슬릿(218)의 단면적은 제1 연결구(130)의 단면적보다 작을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 유체 공급부에서 제1 연결구(130)를 통해 제1 챔버(170)로 공급된 유체는 제1 미세 슬릿(218)을 통과하면서 유동 단면적이 급격히 줄어들 수 있다. 이에 따라, 유체는 고속으로 제1 미세 슬릿(218)에서 분출되어, 후술하는 제1 공진 공동(225)으로 유입된다. 제1 공진 공동(225)으로 유입된 유체에 의해 발생한 파동은 내부에서 공진을 일으켜 진폭이 크고, 특정 주파수를 갖는 초음파를 생성할 수 있다.

일 실시예로, 제1 블록(213) 및/또는 제2 블록(217)은 서로를 향해 접근 또는 이격할 수 있다. 즉, 제1 블록(213) 및 제2 블록(217) 중 적어도 어느 하나는 일 방향(예를 들어, 도 3의 X축 방향)으로 이동하여, 제1 거리(d1)를 조절할 수 있다. 여기서 제1 거리(d1)는 제1 미세 슬릿(218)의 간격에 대응될 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 블록(213)은 지지대(211)에 연결된 상태에서, 제2 블록(217)을 향해 접근하거나 그로부터 이격될 수 있다. 또는, 제2 블록(217)은 가이드월(111)의 일면에 배치된 상태에서, 제2 블록(217)을 향해 접근하거나 그로부터 이격될 수 있다.

제1 거리(d1)를 조절함으로써, 제1 미세 슬릿(218)에서 분출되는 유체의 속도 및/또는 압력 등을 제어할 수 있고, 이에 따라 발생되는 초음파의 진폭 및/또는 주파수를 제어할 수 있다.

제3 블록(221)은 제2 블록(217)과의 사이에 제1 공진 공동(225)을 구획한다. 일 실시예로, 제3 블록(221)은 제2 블록(217)에서 아래로 제3 거리(d3)만큼 이격하여 배치될 수 있다. 여기서 제3 거리(d3)는 제1 공진 공동(225)의 길이에 대응될 수 있다.

일 실시예로, 제3 블록(221)은 제2 블록(217)을 향해 접근하거나 그로부터 이격될 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 블록(221)은 일 방향(예를 들어, 도 4의 Z축 방향)으로 이동 가능하도록 가이드월(111)에 배치될 수 있다. 그리고 제3 블록(221)이 이동함에 따라 제2 블록(217)과 제3 블록(221)에 의해 구획되는 제1 공진 공동(225)의 길이가 조절될 수 있다.

제3 거리(d3)를 조절함으로써, 제1 공진 공동(225)에서 생성되는 정상 압력파의 주파수 및/또는 진폭을 제어할 수 있고, 이에 따라, 발생되는 초음파의 주파수 및/또는 진폭을 제어할 수 있다.

제4 블록(229)은 제3 블록(221)의 일측에 배치되어, 제2 블록(217) 및 제3 블록(221)과 함께 제1 공진 공동(225)을 구획한다.

일 실시예로, 제4 블록(229)의 일단은 제2 블록(217)의 단부와 제2 거리(d2)만큼 이격하여 배치될 수 있다. 제4 블록(229)이 제2 블록(217)과 이격하여 제1 출구(230)가 형성될 수 있다. 유체 및 초음파는 제1 출구(230)를 통해 제1 공진 공동(225)의 외부로 분사된다.

일 실시예로, 제4 블록(229)은 제2 블록(217)을 향해 접근하거나 그로부터 이격될 수 있다. 보다 구체적으로, 제4 블록(229)은 일 방향(예를 들어, 도 4의 Z축 방향)으로 이동 가능하도록 배치될 수 있다. 그리고 제4 블록(229)이 이동함에 따라 제2 블록(217)과 제4 블록(229)에 의해 구획되는 제1 출구(230)의 길이가 조절될 수 있다.

제4 블록(229)을 이동시켜 제2 거리(d2)를 조절함으로써 제1 출구(230)로 분사되는 초음파의 주파수 및/또는 진폭을 제어할 수 있다.

일 실시예로, 제4 블록(229)은 일단이 경사진 형상을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제4 블록(229)은 제1 챔버(170)의 내측을 향하는 단부가 제1 각도(θ)로 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 공진 공동(225)에서 방출되는 유체 및 초음파는 제4 블록(229)의 경사면을 따라 제1 분사구(113)를 향해 이동할 수 있다.

다른 실시예로, 제4 블록(229)는 얇은 필름 형상을 가질 수 있다.

일 실시예로, 초음파 발생기(210)는 제1 분사구(113)를 구획하는 제1 분사구 구획 부재(235)를 더 포함할 수 있다.

제1 분사구 구획 부재(235)는 초음파 발생기(210)의 단부에 구비될 수 있다. 제1 공진 공동(225)에서 방출된 유체 및 초음파는 제1 분사구(113)를 통해 초음파 세정 장치(10)의 외부로 방출될 수 있다.

도 2에는 제1 분사구 구획 부재(235)가 한 쌍 구비되어, 그 사이에 제1 분사구(113)가 구획되는 것으로 나타냈으나, 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 제1 분사구 구획 부재(235)는 단일 부재로서, 가이드월(111)과의 사이에서 제1 분사구(113)를 구획할 수 있다.

일 실시예로, 제1 분사구 구획 부재(235)는 제1 챔버(170)의 내측 모서리가 라운드지게 형성될 수 있다.

이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10)는 공진 공동을 포함함으로써 유체를 매질로 하여 초음파를 발생시킬 수 있다. 특히, 초음파 발생기(210)를 구성하는 요소 간의 배치 관계를 조절하여, 초음파의 주파수 및/또는 진폭을 조절할 수 있다.

일 실시예로, 초음파 발생기(210)는 복수 개의 공진 공동을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 초음파 발생기(210)는 제5 블록(215)과, 제6 블록(219)과, 제7 블록(223)과, 제8 블록(231)과, 제2 공진 공동(227)을 포함할 수 있다.

제1 챔버(170)의 내부로 유입된 유체는 지지대(211)와 충돌하면서, 제1 경로와 제2 경로로 분기될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 경로를 따라 이동하는 유체는 제1 블록(213) 측으로 이동하고, 제2 경로를 따라 이동하는 유체는 제5 블록(215) 측으로 이동할 수 있다.

제5 블록(215)과, 제6 블록(219)과, 제7 블록(223)과, 제8 블록(231)은 각각 제1 블록(213)과, 제2 블록(217)과, 제3 블록(221)과, 제4 블록(229)과 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 또한, 그 구성과 기능은 제1 블록(213)과, 제2 블록(217)과, 제3 블록(221)과, 제4 블록(229)과 동일할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

제2 공진 공동(227)은 제6 블록(219)과, 제7 블록(223)과, 제8 블록(231)에 의해 구획된다. 유체가 제2 공진 공동(227)의 내부로 유입되면 마찬가지로 정상 압력파가 발생하고, 이로 인해 초음파가 발생하게 된다. 발생된 초음파는 유체와 함께 제2 공진 공동(227)에서 방출된다.

이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10)는 유체를 서로 다른 경로로 이동시키고, 그로부터 각각 초음파를 발생시켜 분사할 수 있다.

특히, 제1 공진 공동(225)과 제2 공진 공동(227)에서 발생하는 초음파의 주파수를 동일하게 제어함으로써, 제1 분사구(113)를 통해 분사되는 초음파끼리 보강 간섭이 일어나도록 할 수 있다. 이에 따라, 보다 큰 진폭을 갖는 초음파를 분사하여, 공기의 점성 저항에 의해 피가공물의 표면에 형성된 경계층 이하를 강하게 진동시켜, 미세한 크기의 입자를 박리할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10A)를 나타낸다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 초음파 세정 장치(10A)는 전술한 실시예의 초음파 세정 장치(10)와 비교했을 때, 초음파 발생기(210A)를 구성하는 요소 간의 배치 관계가 다소 상이할 수 있다. 초음파 세정 장치(10A)의 나머지 구성은 초음파 세정 장치(10)와 동일할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

초음파 발생기(210A)는 제1 분사구(113)와 제2 분사구(114)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 바디(110)의 단부에는 제1 분사구 구획 부재(235)가 가이드월(111)의 단부에 한 쌍 배치된다. 그리고 한 쌍의 제1 분사구 구획 부재(235)의 사이에는 제2 분사구 구획 부재(237)가 배치될 수 있다. 제2 분사구 구획 부재(237)는 한 쌍의 제1 분사구 구획 부재(235)와 기 설정된 거리만큼 이격하여 배치되며, 이에 따라 제1 분사구(113)와 제2 분사구(114)가 형성될 수 있다.

일 실시예로, 초음파 발생기(210A)는 제2 지지대(212)를 더 포함할 수 있다. 제2 지지대(212)는 제1 지지대(211)와 연결되며, 제2 분사구 구획 부재(237)를 지지할 수 있다. 또한, 제3 블록(221)과 제7 블록(223)은 가이드월(111)이 아닌 제2 지지대(212) 측에 배치될 수 있다.

일 실시예로, 초음파 발생기(210)와 비교했을 때, 초음파 발생기(210A)의 제3 블록(221)과 제4 블록(229)은 서로 반대로 배치될 수 있다.

상기 유체 공급부에서 공급된 유체는 지지대(211)에서 분기되어 제1 경로와 제2 경로로 이동한다. 제1 경로를 따라 이동한 유체는 제1 공진 공동(225)을 거치면서 초음파를 생성하여 제1 분사구(113)로 분사된다. 제2 경로를 따라 이동한 유체는 제2 공진 공동(227)을 거치면서 초음파를 생성하여 제2 분사구(114)로 분사된다.

일 실시예로, 제1 경로와 제2 경로를 따라 이동하는 유체는 제1 챔버(170) 내에서 서로 구분된 영역을 따라 이동할 수 있다. 즉, 한번 분기된 유체는 외부로 분사되기 전까지는 제1 챔버(170) 내의 어떠한 공간도 공유하지 않을 수 있다.

일 실시예로, 제1 블록(213), 제2 블록(217), 제3 블록(221) 및 제4 블록(229)과, 제5 블록(215), 제6 블록(219), 제7 블록(223) 및 제8 블록(231)의 위치는 서로 상이할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 블록(213)과 제2 블록(217)에 의해 구획되는 제1 미세 슬릿(도면 부호 미도시)의 간격과, 제5 블록(215)과 제6 블록(219)에 의해 구획되는 제2 미세 슬릿(도면 부호 미도시)의 간격은 서로 다를 수 있다. 또는, 제1 블록(213)과 제3 블록(221)에 의해 구획되는 제1 공진 공동(225)의 길이와, 제5 블록(215)과 제7 블록(223)에 의해 구획되는 제2 공진 공동(227)의 길이는 서로 다를 수 있다. 또는, 제2 블록(217)과 제4 블록(229)에 의해 구획되는 제1 출구(도면 부호 미도시)의 길이와, 제6 블록(219)과 제8 블록(231)에 의해 구획되는 제2 출구(도면 부호 미도시)의 길이는 서로 다를 수 있다.

이에 따라, 제1 경로를 따라 이동하는 유체에 의해 발생하는 초음파의 주파수 및 진폭과, 제2 경로를 따라 이동하는 유체에 의해 발생하는 초음파의 주파수 및 진폭은 서로 다를 수 있다.

이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10A)는 서로 다른 주파수와 진폭을 갖는 초음파를 이용해 피가공물을 효율적으로 세정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10B)를 나타내고, 도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ에 따른 단면을 나타낸다.

도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 세정 장치(10B)는 대형 기판을 세정하기 위한 세정 장치일 수 있다.

초음파 세정 장치(10B)는 제1 바디(110A)와 제2 바디(120)를 구비하며, 제1 바디(110A)는 전술한 실시예의 바디(110)에 대응될 수 있다. 제1 바디(110A)는 내부에 제1 챔버(170)와 제2 챔버(190)가 배치되며, 상기 흡입부와 연결된 제2 연결구(150)가 연결될 수 있다.

제2 바디(120)는 제1 바디(110A)의 상면에 배치되며, 상기 유체 공급부와 연결된 제1 연결구(130)가 연결될 수 있다.

일 실시예로, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1 연결구(130)는 제2 바디(120)의 내부 공간에 연장되어 배치될 수 있다. 또한, 제1 연결구(130)는 제1 바디(110)의 제1 챔버(170)와 연결되도록 하면에 적어도 하나 이상의 분사구(미도시)를 구비할 수 있다. 이에 따라, 상기 유체 공급부에서 공급된 유체는 제1 연결구(130)로 공급되고, 상기 분사구를 통해 제1 챔버(170)의 내부로 유입될 수 있다.

제1 챔버(170)의 내부에는 초음파 발생기(210)가 배치될 수 있다. 초음파 발생기(210)의 구성은 전술한 구성과 동일할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 발생 장치(10B)는 다양한 크기와 형상을 가질 수 있으며, 이를 통해 다양한 크기와 형상을 갖는 피가공물의 세정 공정에 적용될 수 있다.

도 8은 피가공물의 일 예를 나타내고, 도 9a, 도 9b, 도 10a, 도 10b, 도 11a 및 도 11b는 비교예와 발명예에 따른 피가공물의 세정 상태를 나타낸다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 세정 대상이 되는 피가공물은 복잡하고 다양한 패턴을 가질 수 있다. 특히, 피가공물에 형성된 패턴은 복잡한 형상과 높이를 가지며, 패턴 간의 단차가 다양하게 형성될 수 있다. 또한, 가공 과정에서 발생하는 다양한 크기의 미세 입자가 피가공물의 패턴 사이 사이에 배치될 수 있다.

도 9a를 참조하면, 초음파 세정 장치로서 공진 공동을 포함하지 않으며 정상 압력파를 생성하지 않는 비교예의 경우, 공기의 점성 저항으로 인해 피가공물의 상면에 형성된 경계층 이하의 입자를 강하게 진동할 수 없다. 이로 인해, 상대적으로 크기가 큰 미세 입자의 경우 제거가 가능하나, 작은 크기의 미세 입자는 진동을 통해 피가공물로부터 이탈시킬 수 없어, 제거가 불가능하다.

반면, 도 9b를 참조하면, 발명예는 공진 공동을 통해 초음파의 주파수 폭을 좁게 형성하고 진폭을 더욱 크게 증폭시킬 수 있어, 경계층 이하의 미세 입자를 강하게 진동시킬 수 있다. 이에 따라, 상대적으로 작은 크기의 미세 입자도 용이하게 제거할 수 있다.

도 10a를 참조하면, 비교예는 피가공물에 복잡하고 다양한 형상의 패턴이 배치되어 있는 경우, 초음파가 패턴과 충돌하면서 회절 또는 굴절되면서 세기가 약해져 패턴 사이에 있는 미세 입자를 제대로 제거할 수 없다.

반면, 도 10b를 참조하면, 발명예는 강한 진폭으로 초음파를 분사할 수 있기 때문에, 복잡한 패턴 사이에 있는 미세 입자도 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 발명예는 주파수와 진폭이 서로 다른 초음파를 동시에 분사할 수 있기 때문에, 다양한 크기와 형상의 패턴을 갖는 피가공물의 경우에도, 패턴 사이에 위치한 미세 입자를 용이하게 제거할 수 있다.

도 11a를 참조하면, 비교예의 경우, 세정 장치와 피가공물 사이의 거리가 멀어지게 되면 피가공물 상에 도달하는 초음파의 세기가 약해져 세정을 제대로 할 수 없다. 또한, 세정 장치와 피가공물 사이의 거리를 줄일 경우, 세정 장치에서 분사되는 유체와 초음파에 의해 피가공물이 손상될 수 있다.

반면, 도 11b를 참조하면, 발명예의 경우, 초음파를 강한 진폭으로 분사할 수 있기 때문에 상대적으로 피가공물과의 거리가 멀더라도 미세 입자를 용이하게 제거할 수 있다. 특히, 발명예는 피가공물이 손상되지 않는 적절한 거리를 유지하면서 피가공물을 세정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10)는 피가공물 및/또는 피가공물 상에 있는 오염물을 고려하여 원하는 주파수 및/또는 진폭을 갖는 초음파를 발생시킬 수 있다. 특히 발생되는 초음파의 주파수 폭을 좁게 하고, 진폭을 크게 할 수 있어 공기의 점성 저항에 의해 형성된 경계층 이하의 미세 입자를 강하게 진동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10)는 초음파 발생기(210)를 이용해 주파수 및/또는 진폭을 가변하여, 다양한 피가공물을 용이하게 세정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10)는 초음파 발생기(210)에서 발생되는 초음파를 보강 간섭시켜 피가공물을 보다 확실하게 세정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치(10)는 초음파 발생기(210)에서 발생되는 서로 다른 주파수의 초음파를 이용해 피가공물을 보다 확실하게 세정할 수 있다.

이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.

실시예에서 설명하는 특정 기술 내용은 일 실시예들로서, 실시예의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다. 발명의 설명을 간결하고 명확하게 기재하기 위해, 종래의 일반적인 기술과 구성에 대한 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재는 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 표현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.

발명의 설명 및 청구범위에 기재된 "상기" 또는 이와 유사한 지시어는 특별히 한정하지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 지칭할 수 있다. 또한, 실시 예에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 또한, 실시예에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 실시예들이 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 실시예를 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시예의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

10, 10A, 10B: 초음파 세정 장치

Claims (10)

1. 피가공물을 지향하도록 배치되는 분사구를 구비하는 바디;
   상기 바디의 일측에 배치되며, 유체가 공급되는 제1 챔버;
   상기 바디의 타측에 배치되며, 외부 공기를 흡입하는 제2 챔버; 및
   상기 제1 챔버 내에 배치되며, 상기 제1 챔버로 공급된 유체에 의해 정상 압력파(stationary pressure wave) 가 생성되는 공진 공동(resonance cavity)을 포함하는, 초음파 발생기;를 포함하고,
   상기 초음파 발생기는
   공급된 유체를 제1 경로와 제2 경로로 분기시키고,
   상기 제1 경로를 따라 유동하는 유체가 유입되는 제1 공진 공동; 및
   상기 제2 경로를 따라 유동하는 유체가 유입되는 제2 공진 공동;을 포함하고,
   상기 제1 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파와, 상기 제2 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파는 주파수가 상이한, 초음파 세정 장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파와, 상기 제2 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파는 주파수가 동일한, 초음파 세정 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파와, 상기 제2 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파는 보강 간섭을 일으키고,
   상기 분사구는 상기 바디의 저면에 배치되어, 상기 보강 간섭된 초음파를 상기 피가공물에 분사하는, 초음파 세정 장치.
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,
   상기 분사구는 상기 바디의 저면에 2개 배치되어, 상기 제1 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파와, 상기 제2 공진 공동으로 유입된 유체에 의해 발생한 초음파를 각각 상기 피가공물에 분사하는, 초음파 세정 장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 초음파 발생기는
   상기 제1 챔버를 따라 유동하는 유체의 유동 단면적보다 작은 유동 단면적을 갖는 미세 슬릿을 포함하고,
   상기 공진 공동은
   상기 미세 슬릿과 연결되며, 상기 미세 슬릿을 통과한 유체가 정상 압력파를 생성하도록 하는, 초음파 세정 장치.
8. 피가공물을 지향하도록 배치되는 분사구를 구비하는 바디;
   상기 바디의 일측에 배치되며, 유체가 공급되는 제1 챔버;
   상기 바디의 타측에 배치되며, 외부 공기를 흡입하는 제2 챔버; 및
   상기 제1 챔버 내에 배치되며, 상기 제1 챔버로 공급된 유체에 의해 정상 압력파(stationary pressure wave) 가 생성되는 공진 공동(resonance cavity)을 포함하는, 초음파 발생기;를 포함하고,
   상기 초음파 발생기는
   상기 제1 챔버를 따라 유동하는 유체의 유동 단면적보다 작은 유동 단면적을 갖는 미세 슬릿을 포함하고,
   상기 공진 공동은
   상기 미세 슬릿과 연결되며, 상기 미세 슬릿을 통과한 유체가 정상 압력파를 생성하고,
   상기 초음파 발생기는
   제1 블록; 및
   상기 제1 블록에서 이격하여 배치되며, 상기 제1 블록과의 사이에 상기 미세 슬릿이 배치되는 제2 블록을 포함하고,
   상기 제1 블록 및 상기 제2 블록 중 적어도 어느 하나는 일 방향으로 이동하여, 상기 미세 슬릿의 간격을 조절 가능한, 초음파 세정 장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 초음파 발생기는
   상기 제2 블록과의 사이에 상기 공진 공동이 배치되고, 일 방향으로 이동하여 상기 공진 공동의 길이를 조절 가능한 제3 블록을 포함하는, 초음파 세정 장치.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 초음파 발생기는
    상기 공진 공동을 구획하며, 상기 분사구를 향해 테이퍼진 형상 또는 필름 형상의 제4 블록을 포함하는, 초음파 세정 장치.

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