KR102540172B1 - 세정 성능이 개선된 초음파 세정 유닛 및 이를 포함하는 기판 세정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 세정 유닛의 세정 헤드에 대한 구조 개선을 통해 전체적인 기판 세정 성능을 향상시킬 수 있는 세정 성능이 개선된 초음파 세정 유닛에 관한 것으로, 외부 전원을 인가받아 내부 진동자를 진동시키는 구동부; 및 상기 구동부의 하부로 돌출 형성되며 상기 진동자와 음향적으로 결합되어 고주파수 음향 에너지를 기판 상의 세정액에 전달하는 세정 헤드; 를 포함하며, 상기 세정 헤드의 하부면 외곽에는 기판의 외곽 원과 대응하는 곡률을 가지게 형성되는 호선 형태의 호선 구간이 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

세정 성능이 개선된 초음파 세정 유닛 및 이를 포함하는 기판 세정 장치{ULTRASONIC CLEANING UNIT AND SUBSTRATE CLEANING APPARATUS COMPRISING THE SAME}

본 발명은 세정 성능이 개선된 초음파 세정 유닛 및 이를 포함하는 기판 세정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 세정 유닛의 세정 헤드에 대한 구조 개선을 통해 전체적인 기판 세정 성능을 향상시킬 수 있는 세정 성능이 개선된 초음파 세정 유닛 및 이를 포함하는 기판 세정 장치에 관한 것이다.

반도체 제조의 프로세스 중에서 가장 기본적인 기술의 하나가 세정 기술이다. 반도체 제조 과정은 기판의 표면을 형성하기 위하여 여러 단계의 공정을 거치게 되는데, 각 단계에서 소정의 공정이 수행되는 반도체 기판 및 반도체 제조장비에는 각종 오염물이 생기고 잔존하게 되므로 일정 시간 간격으로 반도체 기판 및 반도체 제조장비를 세정하여 공정을 진행해야 한다. 그러므로 세정 기술은 반도체 제조 공정 중에 발생하는 여러 가지 오염물을 물리적, 화학적 방법을 구사해서 제거하려는 것이다.

이에 있어, 화학적인 방법은 표면의 오염을 수세 및 에칭, 그리고 산화 환원 반응 등에 의해서 제거하는 것으로, 여러 가지 화학 약품이나 가스를 사용하는 것이다. 화학적 방법에서는 부착된 입자는 순수 또는 세정액으로 제거하고, 유기물은 용재로 용해하거나 산화성 산으로 제거, 또는 산소 플라즈마 중에서 탄화하여 제거하는데, 경우에 따라서는 표면을 일정량 에칭해서 새로운 청정 표면을 노출시키기도 한다.

또 다른 방법인 물리적 방법에서는, 초음파 에너지에 의해서 부착물을 박리하거나, 브러시로 불식하거나, 고압수를 사용하여 부착물을 제거하고 있다. 일반적으로 물리적 방법은 화학적 수법과 조합함으로써 효율적인 세정이 이루어진다.

즉, 초음파 세정이란 피세정물에 부착된 오염물질을 물리적(초음파), 화학적수단(세정액, 세정액)을 이용해서 제거하고, 제거된 오염물질이 다시 부착되지 않도록 하는 것이다. 초음파에 의한 물리적 현상이란 초음파의 케비테이션(공동) 현상에 의해 이루어지는 것을 의미하며, 상기 케비테이션 현상이란 초음파의 에너지가 액중에 전파될 때 초음파의 압력에 의해 미세기포가 생성되고 소멸되는 현상으로 매우 큰 압력(수십 기압에서 수백 기압)과 고온(수 백도에서 수 천도)을 동반한다.

상기와 같은 현상은 극히 짧은 시간(수 만분의 일초에서 수십만 분의 일초)내에 생성과 소멸을 반복하게 된다. 이 충격파에 의해서 액속에 담겨있는 피세척물의 내부 깊숙이 보이지 않는 곳까지 짧은 시간 내에 세정이 이루어진다.

실제의 경우에는 케비테이션에 의한 충격 에너지에 더하여 초음파 자체의 방사압에 의한 교반 효과 열작용 등이 세제와 상승작용을 일으켜 높은 세정효과를 이루어낸다.

초음파 세정은 주로 액정 디스플레이(LCD) 장치용 유리 기판, 반도체 기판, 데이터 저장 등을 위한 자기 디스크 같은 피세정물을 세정하거나 헹구는 데 사용된다. 초음파는 진동 에너지를 피세정물상의 파티클에 적용시켜서 파티클 및 다른 오염 물질이 피세정물에서 효과적으로 제거될 수 있게 한다.

최근에, 반도체 장치가 고집적화되면서 기판 상에 구현해야 하는 패턴 (pattern)도 아주 작아졌다. 그래서 기판 상의 패턴은 아주 미세한 파티클 (particle)에 의해서도 반도체 소자의 불량을 발생하게 함으로써 세정 공정의 중요성이 더욱 더 부각되고 있다.

일반적으로, 기판 세정은 세정액 및 초음파를 이용하여 이루어지고 있으며, 기판을 기판 지지 장치의 척 베이스 상에 지지한 상태에서 고속으로 회전시키면서 기판의 표면이나 이면에 세정액을 공급함으로써 이루어진다.

상기 척 베이스의 회전시 기판이 척 베이스의 측방향으로 이탈하는 것을 방지하기 위해 상기 척 베이스의 둘레 방향을 따라 복수의 가이드 핀들이 설치되며, 상기 가이드 핀과 척 베이스와 기구부(메커니즘)와 상기 기구부를 구동하는 구동부를 포함하여 기판 지지 장치를 구성한다.

하지만 대형화되어가는 기판에 비해 기판 상에 초음파를 인가하는 초음파 세정 유닛이 작기 때문에 전체 기판을 움직여 커버하기 위해서 불필요한 스캔 움직임이 많아지고 결국 전체적인 세정 소요 시간이 길어지는 문제점이 있었다.

또한 기판의 외곽 가장자리 부위에서는 기판의 상면 보다 돌출되는 가이드 핀과 스캔 동작 중인 세정 헤드 간의 구조적 간섭이 일어나기 때문에 기판 가장자리 부위에 대해서는 초음파 세정력이 떨어지고 있다는 문제점도 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 초음파 세정 유닛의 세정 헤드에 대한 구조 개선을 통해 전체적인 기판 세정 성능을 향상시킬 수 있는 세정 성능이 개선된 초음파 세정 유닛 및 이를 포함하는 기판 세정 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, 외부 전원을 인가받아 내부 진동자를 진동시키는 구동부; 및 상기 구동부의 하부로 돌출 형성되며 상기 진동자와 음향적으로 결합되어 고주파수 음향 에너지를 기판 상의 세정액에 전달하는 세정 헤드; 를 포함하며, 상기 세정 헤드의 하부면 외곽에는 기판의 외곽 원과 대응하는 곡률을 가지게 형성되는 호선 형태의 호선 구간이 포함되는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 유닛을 제공한다.

바람직하게는, 상기 세정 헤드의 하부면 외곽은, 수평 방향으로 서로 마주보게 이격된 직선 형태의 두 개의 직선 구간; 상기 두 개의 직선 구간의 사이에서 수직 방향으로 서로 마주보게 이격된 호선 형태의 두 개의 호선 구간; 및 개별 직선 구간과 개별 호선 구간의 말단을 연결하는 곡선 형태의 네 개의 곡선 구간; 으로 구성되어 하부면을 구획하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 두 개의 직선 구간은 세정 헤드의 하부면 면적을 결정짓는 요소로, 그 길이가 길수록 세정 헤드의 하부면은 넓은 면적을 가지게 되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 두 개의 호선 구간은 세정 헤드에서 기판의 외곽 가장자리의 원둘레 부위를 담당하는 요소로, 기판의 외곽 원과 대응하는 곡률을 가지는 원의 일부 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 구동부는, 일측에 돌출 형성되어 외부 전원용 케이블이 인입되는 배선 단자; 상기 케이블에 연결되어 전원인가에 따라 진동하는 진동자; 상기 진동자의 배치 영역 주위로 구획되는 가스 가이드; 및 상기 가스 가이드의 일단과 타단에 각각 형성되어 발열 제어용 가스를 주입하고 배출시키는 가스 인렛과 가스 아웃렛; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 세정 헤드의 하부면에는 호선 구간을 따라 내측으로 오목하게 내입된 단차부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 단차부는 세정 헤드의 하부면의 두 개의 호선 구간 중 한 개에만 형성되거나 둘 모두에 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판을 지지한 상태에서 회전 구동 메커니즘에 의해 기판을 회전시키는 기판 지지 장치; 상기 기판 지지 장치 상의 기판 상으로 기판 처리를 위한 세정액을 공급하는 유체 공급 유닛; 및 전술한 특징들 중 어느 하나에 따르며, 고주파수 음향 에너지를 기판 상의 세정액에 전달하는 초음파 세정 유닛; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 초음파 세정 유닛의 세정 헤드에 대한 구조 개선을 통해 전체적인 기판 세정 성능을 향상시킬 수 있게 되는 효과를 가진다.

특히 초음파 세정 유닛의 하부 세정 헤드의 접촉면 중 외곽 가장자리의 형상을 기판의 외곽 가장자리의 형상과 대응시켜 형성시킴으로써 세정 헤드의 불필요한 스캔 움직임을 방지하여 전체적인 세정 소요 시간을 단축하고 세정 효율을 높이게 되는 효과를 가지고 있다.

또한 초음파 세정 유닛의 하부 세정 헤드의 접촉면 중 외곽 가장자리에 내입 형태의 단차부를 두어 가이드 핀과의 구조적 간섭을 차단함으로써 기판 가장자리 부위에 대한 세정 효율을 높이게 되는 효과를 가지고 있다.

또한 초음파 세정 유닛의 하부 세정 헤드가 기판의 외곽 가장자리 부위에 근접할수록 스캔 속도를 저하시킴으로써 기판 가장자리 부위에 대한 세정 효율을 높이게 되는 효과도 가지고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 초음파 세정 유닛의 하부 세정 헤드 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 실시예에 따른 초음파 세정 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세정 유닛의 하부 세정 헤드 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세정 유닛을 포함하는 기판 세정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세정 유닛의 단차부 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세정 유닛의 두 가지 단차부 적용 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세정 유닛의 단차부 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세정 유닛을 통한 기판 스캔 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세정 유닛의 음압 분포 이미지를 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 도 1은 종래 기술에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 종래 기술에 따른 초음파 세정 유닛의 하부 세정 헤드 형상을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 기판 세정 장치는 초음파 세정 유닛(10), 유체 공급 유닛(20) 및 기판 지지 장치(30)를 포함하여 구성된다.

상기 기판 지지 장치(30)는 공정 진행시 기판(W)을 지지한 상태에서 회전 구동 메커니즘에 의해 기판(W)을 회전시키는 기능을 수행한다.

상기 유체 공급 유닛(20)은 기판 처리를 위한 세정액을 기판(W) 상으로 공급한다.

상기 초음파 세정 유닛(10)은 하부로 돌출 형성된 세정 헤드(11)를 포함하여 구성된다. 이 세정 헤드(11)는 내부 진동자(도시 생략)에 음향적으로 결합된다. 따라서 외부 전원에 따라 음파 혹은 초음파로 진동하는 상기 진동자의 고주파 음향 에너지는 음향결합(acoustic coupling)된 세정 헤드로 전달되게 된다. 결국 상기 진동자는 진동하도록 전기적으로 여기되고, 상기 세정 헤드(11)는 고주파수 음향 에너지를 기판(W) 상의 세정액에 전달하게 되는 것이다. 초음파/메가소닉 에너지에 의해 생성된 기포 캐비테이션은 기판(W) 상의 입자를 진동시킨다. 따라서, 오염물은 기판(W)의 표면으로부터 멀어지도록 진동되어, 상기 유체 공급 유닛(20)에 의해 공급되어 흐르는 세정액을 통해 기판(W)의 표면으로부터 제거된다.

이때 상기 기판 지지 장치(30)는 회동부(31)의 회전력을 전달받아 척 베이스(32)가 수평 방향으로 회전하게 된다. 이 척 베이스(32)에는 기판(W)을 밑에서 지지하는 동시에 기판(W)이 측방향으로 이탈하는 것을 방지하기 위해 상기 척 베이스(32)의 둘레 방향을 따라 복수의 가이드 핀(33)들이 설치된다.

여기에서 상기 가이드 핀(33)의 측부에는 기판(W)을 밑에서 지지할 수 있도록 기판(W)을 향한 측부로 돌출된 안착부(33a)가 형성되고, 상부에는 회전하는 기판(W)의 측방향 이탈을 막기 위해 상부로 돌출된 차단부(33b)가 형성되며, 이렇게 상부로 돌출된 가이드 핀(33)의 차단부(33b)는 기판(W)의 상부면 보다 높은 위치까지 돌출되게 된다. 일 예로, 상기 가이드 핀(33)의 차단부(33b)는 기판(W)의 상부면보다 0.5 ~ 2.0 mm 의 높은 위치까지 돌출될 수 있다.

이 같이 가이드 핀(33)의 차단부(33b)가 상부로 돌출되는 구조는 회전하는 기판(W)의 측방향 이탈을 막기 위해서는 이상적인 구조이나, 이로 인해 세정 공정에서 기판(W)의 외곽 부위를 스캔하는 초음파 세정 유닛(10)의 세정 헤드(11)와 접촉할 위험이 있었다. 특히 세정력의 향상을 도모하기 위해 세정 헤드(11)를 기판(W)에 더 가깝게(더 아래로) 위치시켜 초음파 세정 유닛(10)이 스캔 동작을 하게 되는데, 스캔 동작 중 세정 헤드(11)가 기판(W)의 외곽 부위에 다다를 때 기판(W)의 상부로 돌출되는 구조를 가진 가이드 핀(33)과 세정 헤드(11)의 충돌 가능성은 더욱 높아질 수 밖에 없었다. 즉 세정력의 향상을 위해서는 세정 헤드(11)가 기판과 접촉하지 않는 최소 거리(최소 높이차)를 유지해야 하고, 더불어 기판(W)의 이탈을 방지하기 위해서는 가이드 핀(33)의 상부 돌출 높이가 기판(W)의 상면보다 높아야 하는 것이 이상적이나, 이로 인해 가이드 핀(33)의 상부와 세정 헤드(11)의 측부 하부면은 항상 접촉 가능성을 가지게 되는 것이다.

이러한 가이드 핀(33)과의 접촉을 회피하기 위해 통상적으로 초음파 세정 유닛(10)은 기판(W)의 가장자리 진입 경로에 제한을 두거나 가장자리 진입이 자제되도록 스캔 루트가 구성되어 왔으며 이는 결국 기판(W)의 가장자리 부위에 대한 세정 효율을 떨어뜨리는 원인이 되어왔다.

또한, 도 2에는 종래 기술에 따른 초음파 세정 유닛(10)의 하부 세정 헤드(11)가 스캔 과정 중 기판(W)의 가장자리 부위에 근접한 상태를 하부 세정 헤드(11)의 하부면과 웨이퍼(W)의 가장자리 부위를 함께 도시함으로써 도식적으로 보여주고 있다.

통상적으로 고주파수 음향 에너지를 기판(W) 상의 세정액에 전달하는 세정 헤드(11)의 하부면은 스캔 효율성을 높이기 위해 타원형으로 형성된다. 또한 기판(W)은 원형으로 형성된다.

크기가 작은 원형의 기판(W)에서는 이 같은 타원형의 세정 헤드(11)를 통해 스캔하는 루트를 설계하는데 큰 문제가 없었지만, 대형화되어가는 최근의 기판(W)에 대해서는 기존의 세정 헤드(11)로 기판(W)의 가장자리 부위까지 꼼꼼히 세정하기 위해 기판(W)의 가장자리 부위에서 반복적이고 중첩되는 세정 헤드(11)의 움직임이 필요해 스캔 속도를 저하시킴은 물론 기판(W)의 가장자리 부위에 대한 과세정을 야기하기도 한다.

도 3은 본 발명에 실시예에 따른 초음파 세정 유닛을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시된 본 발명의 실시예에 따라 개선된 초음파 세정 유닛(100)은 기존의 기판 지지 장치(300) 및 유체 공급 장치(200)를 포함하는 기판 세정 장치를 기구적으로 변형시키지 않고 그대로 적용될 수 있다.

상기 초음파 세정 유닛(100)은 외부 전원을 인가받아 내부 진동자(125)를 진동시키는 구동부(120)와 상기 구동부(120)의 하부로 돌출 형성되며 상기 진동자(125)와 음향적으로 결합되어 고주파수 음향 에너지를 기판(W) 상의 세정액에 전달하는 세정 헤드(110)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 3의 (a)에는 상부의 구동부(120)와 하부의 세정 헤드(110)가 결합된 상태의 초음파 세정 유닛(100)이 사시도로서 도시되어 있고, 도 3의 (b)에는 결합 상태의 단면도가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 상기 구동부(120)는 일측에 돌출 형성되어 외부 전원용 케이블이 인입되는 배선 단자(124), 상기 케이블에 연결되어 전원인가에 따라 진동하는 진동자(125), 상기 진동자(125)의 배치 영역 주위로 구획되는 빈 공간인 가스 가이드(123) 및 상기 가스 가이드(123)의 일단과 타단에 각각 형성되어 발열 제어용 가스를 주입하고 배출시키는 가스 인렛(121)과 가스 아웃렛(122)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기에서 상기 가스 가이드(123)를 따라 흐르는 가스는 진동자(125)로 인한 발열을 제어할 수 있으며, CDA, N₂, 불활성 기체 등이 사용될 수 있다.

이 같은 구동부(120)의 하부에 결합되는 세정 헤드(110)는 진동자(125)와 음향적으로 결합되며, 하부로 갈수록 그 단면적이 넓어지는 형태로 구성되어 넓은 하부면을 통해 진동자(125)로부터 발생된 고주파수 음향 에너지를 기판(W) 상의 세정액에 전달하게 된다.

도 4에는 상기 초음파 세정 유닛(100)의 하부 세정 헤드(110) 형상이 도시되어 있다.

먼저 도 4의 (a)는 세정 헤드(110)의 하부면 외곽 형상을 구간별로 표시하고 있다.

상기 세정 헤드(110)의 하부면의 외곽은 수평 방향으로 서로 마주보게 이격된 직선 형태의 두 개의 직선 구간(S1, S2), 상기 두 개의 직선 구간(S1, S2)의 사이에서 수직 방향으로 서로 마주보게 이격된 호선 형태의 두 개의 호선 구간(A1, A2), 그리고 개별 직선 구간(S1, S2)과 개별 호선 구간(A1, A2)의 말단을 연결하는 곡선 형태의 네 개의 곡선 구간(C1, C2, C3, C4)으로 구성되어 하부면을 구획하게 된다.

상기 두 개의 직선 구간(S1, S2)은 세정 헤드(110)의 하부면 면적을 직접적으로 결정짓는 요소로, 그 길이가 길수록 세정 헤드(110)의 하부면은 넓은 면적을 가지게 된다. 여기에서 상기 두 개의 직선 구간(S1, S2)은 곧은 직선인 것이 바람직하나, 완만한 타원곡선의 형태를 가질 수도 있다.

상기 두 개의 호선 구간(A1, A2)은 세정 헤드(110)에서 기판(W)의 외곽 가장자리의 원둘레 부위를 담당하는 요소로, 기판(W)의 외곽 원과 동일한 곡률을 가지게 형성된다. 즉 두 개의 호선 구간(A1, A2)은 기판(W)의 외곽 원과 반지름이 같은 원의 일부이다. 기판(W)의 외곽 원의 반지름은 두 개의 호선 구간(A1, A2)이 가지는 곡률 반지름과 같다. 따라서 실제 반지름이 큰 대면적 기판(W)에 대해서는 상기 두 개의 호선 구간(A1, A2)을 만드는 가상의 반지름은 동일하게 클 것이고, 이보다 작은 반지름의 중소면적 기판(W)에 대해서는 상기 두 개의 호선 구간(A1, A2)을 만드는 가상의 반지름은 동일하게 작을 것이다. 결국 처리해야 할 기판(W)의 사이즈에 따라 상기 두 개의 호선 구간(A1, A2)의 곡률을 변동시킴으로써 간편하게 모든 사이즈의 기판(W)을 처리할 수 있게 된다.

상기 네 개의 곡선 구간(C1, C2, C3, C4)은 개별 직선 구간(S1, S2)과 개별 호선 구간(A1, A2)을 원활하게 연결할 수 있도록 곡선 형태로 형성된다.

도 4의 (b)에는 본 발명에 따른 초음파 세정 유닛(100)의 하부 세정 헤드(110)가 스캔 과정 중 기판(W)의 가장자리 부위에 근접한 상태를 하부 세정 헤드(110)의 하부면과 웨이퍼(W)의 가장자리 부위를 함께 도시함으로써 도식적으로 보여주고 있다.

도 2와 비교하여 도 4의 (b)를 참조할 때, 도 2와 같이 단순한 타원형의 종래 세정 헤드(11)에서는 기판(W)의 가장자리 부위(원 둘레)와 면하는 부위가 적어 기판(W)의 가장자리 부위를 모두 스캔하기 위해서는 반복적이고 중첩되는 세정 헤드(11)의 움직임이 필요하지만, 도 4의 (b)에서와 같이 기판(W)의 외곽 원과 동일한 곡률을 갖는 두 개의 호선 구간(A1, A2)을 가지는 본 발명의 세정 헤드(110)에서는 기판(W)의 가장자리 부위(원 둘레)와 정확하게 호선 구간(A1, A2)이 면하기 때문에 중첩되는 세정 헤드(11)의 움직임이 줄어들어 전체 스캔 속도를 획기적으로 줄일 수 있고 기판(W)의 가장자리 부위에 대한 과세정을 방지할 수 있다.

다음으로, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세정 유닛을 포함하는 기판 세정 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 세정 장치는 초음파 세정 유닛(100), 유체 공급 유닛(200) 및 기판 지지 장치(300)를 포함하여 구성된다.

상기 기판 지지 장치(30)는 공정 진행시 기판(W)을 지지한 상태에서 회전 구동 메커니즘에 의해 기판(W)을 회전시키는 기능을 수행한다.

상기 유체 공급 유닛(20)은 기판 처리를 위한 세정액을 기판(W) 상으로 공급한다.

본 발명의 실시예에 따라 개선된 초음파 세정 유닛(100)은 기존의 기판 지지 장치(300) 및 유체 공급 장치(200)를 포함하는 기판 세정 장치를 기구적으로 변형시키지 않고 그대로 적용될 수 있다.

상기 초음파 세정 유닛(100)은 상술한 바와 같이 외부 전원을 인가받아 내부 진동자(125)를 진동시키는 구동부(120)와 상기 구동부(120)의 하부로 돌출 형성되며 상기 진동자(125)와 음향적으로 결합되어 고주파수 음향 에너지를 기판(W) 상의 세정액에 전달하는 세정 헤드(110)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 기판 지지 장치(300)는 회동부(310)의 회전력을 전달받아 척 베이스(320)가 수평 방향으로 회전하게 된다. 이 척 베이스(320)에는 기판(W)을 밑에서 지지하는 동시에 기판(W)이 측방향으로 이탈하는 것을 방지하기 위해 상기 척 베이스(320)의 둘레 방향을 따라 복수의 가이드 핀(330)들이 설치된다.

여기에서 상기 가이드 핀(330)의 측부에는 기판(W)을 밑에서 지지할 수 있도록 기판(W)을 향한 측부로 돌출된 안착부(331)가 형성되고, 상부에는 회전하는 기판(W)의 측방향 이탈을 막기 위해 상부로 돌출된 차단부(332)가 형성되며, 이렇게 상부로 돌출된 가이드 핀(330)의 차단부(332)는 기판(W)의 상부면 보다 높은 위치까지 돌출되게 된다. 일 예로, 상기 가이드 핀(330)의 차단부(332)는 기판(W)의 상부면보다 0.5 ~ 2.0 mm 의 높은 위치까지 돌출될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세정 유닛의 단차부 형상을 설명하기 위한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 세정 헤드(110)의 하부면에는 호선 구간(A1, A2)을 따라 내측으로 오목하게 내입된 단차부(111)가 형성될 수 있다.

도 7을 참조하면, 이 같은 단차부(111)의 내입 폭(w1)은 상기 가이드 핀(330)의 돌출된 차단부(332)의 두께와 대응될 수 있으며, 바람직하게는 해당 차단부(332)의 두께보다 크게 형성될 수 있다.

또한 이 같은 단차부(111)의 내입 깊이(d1)는 상기 가이드 핀(330)의 돌출된 차단부(332)의 돌출 높이와 대응될 수 있으며, 바람직하게는 해당 차단부(332)가 기판(W) 상으로 돌출된 높이보다 깊게 형성될 수 있다.

이 같은 단차부(111)를 구비함으로써 세정 헤드(110)는 기판(W)을 지지하는 가이드 핀(330)과의 구조적 간섭이 완전히 차단될 수 있게 된다. 즉 세정 헤드(110)가 스캔 동작 중 호선 구간(A1, A2)이 기판 가장자리 부위로 이동하더라도 내입된 단차부(111)로 인해 세정 헤드(110)는 가이드 핀(330)과 접촉하지 않게 되는 것이다.

상기 단차부(111)는 도 7에 도시된 바와 같이 하부면의 두 개의 호선 구간(A1, A2) 중 한 개에만 형성될 수 있다. 이는 도 10에 도시된 두가지 스캔 동작 중 세정 헤드(110)가 기판(W)의 중심에서 외곽 가장자리로 반복 이동하는 하프 스캔(Half Scan) 방식에 적용될 수 있다. 이때 두 개의 호선 구간(A1, A2) 중 단차부(111)가 형성되는 곳은 기판(W)의 외곽 가장자리와 면하는 구간일 것이다.

또한 상기 단차부(111)는 도 8에 도시된 바와 같이 하부면의 두 개의 호선 구간(A1, A2) 모두에 형성될 수 있다. 이는 도 10에 도시된 두가지 스캔 동작 중 세정 헤드(110)가 기판(W)의 일측 외곽 가장자리에서 지름 범위의 타측 외곽 가장자리로 이동하는 풀 스캔(Full Scan) 방식에 적용될 수 있다.

두 개의 호선 구간(A1, A2) 중 한 개에만 단차부(111)가 형성되는 도 7을 일 예로 하면, 단차부(111)로 인해 세정 헤드(110)가 가이드 핀(330)과 접촉하지 않기 때문에 도 9에 도시된 바와 같이 기판(W)의 외곽 가장자리의 끝까지 세정 헤드(110)가 스캔 동작을 수행할 수 있게 된다.

또한 두 개의 호선 구간(A1, A2) 중 한 개에만 단차부(111)가 형성되는 도 7을 일 예로 하면, 도 11에 도시된 음압 분포 이미지에서 확인할 수 있는 바와 같이 세정 헤드(110)의 단차부(111) 형성 부위(화살표로 표시)에도 충분한 음압 분포가 형성됨을 실험적으로 확인하였으며, 이는 결국 단차부(111)의 형성에 의해 세정 헤드(110)가 가지는 세정력의 저하가 발생하지 않음을 의미하는 것이다.

세정 헤드(110) 하부면의 단차부(111) 형성은 결국 기판(W)의 가장자리 부위에 대한 세정 효율을 높이고 기판(W)의 전체적인 세정도의 균질화를 가져와 세정 품질을 높이게 될 것이다.

이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 초음파 세정 유닛 110 : 세정 헤드
111 : 단차부 120 : 구동부
121 : 가스 인렛 122 : 가스 아웃렛
123 : 가스 가이드 124 : 배선 단자
125 : 진동자 200 : 유체 공급 유닛
300 : 기판 지지 장치 310 : 회동부
320 : 척 베이스 330 : 가이드 핀
331 : 안착부 332 : 차단부

Claims (8)

1. 외부 전원을 인가받아 내부 진동자를 진동시키는 구동부; 및
   상기 구동부의 하부로 돌출 형성되며 상기 진동자와 음향적으로 결합되어 고주파수 음향 에너지를 기판 상의 세정액에 전달하는 세정 헤드; 를 포함하며,
   상기 세정 헤드의 하부면 외곽에는 기판의 외곽 원과 대응하는 곡률을 가지게 형성되는 호선 형태의 호선 구간이 포함되는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 유닛.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 세정 헤드의 하부면 외곽은,
   수평 방향으로 서로 마주보게 이격된 직선 형태의 두 개의 직선 구간;
   상기 두 개의 직선 구간의 사이에서 수직 방향으로 서로 마주보게 이격된 호선 형태의 두 개의 호선 구간; 및
   개별 직선 구간과 개별 호선 구간의 말단을 연결하는 곡선 형태의 네 개의 곡선 구간;
   으로 구성되어 하부면을 구획하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 유닛.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 두 개의 직선 구간은 세정 헤드의 하부면 면적을 결정짓는 요소로, 그 길이가 길수록 세정 헤드의 하부면은 넓은 면적을 가지게 되는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 유닛.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 두 개의 호선 구간은 세정 헤드에서 기판의 외곽 가장자리의 원둘레 부위를 담당하는 요소로, 기판의 외곽 원과 대응하는 곡률을 가지는 원의 일부 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 유닛.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부는,
   일측에 돌출 형성되어 외부 전원용 케이블이 인입되는 배선 단자;
   상기 케이블에 연결되어 전원인가에 따라 진동하는 진동자;
   상기 진동자의 배치 영역 주위로 구획되는 가스 가이드; 및
   상기 가스 가이드의 일단과 타단에 각각 형성되어 발열 제어용 가스를 주입하고 배출시키는 가스 인렛과 가스 아웃렛; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 유닛.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 세정 헤드의 하부면에는 호선 구간을 따라 내측으로 오목하게 내입된 단차부가 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 유닛.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 단차부는 세정 헤드의 하부면의 두 개의 호선 구간 중 한 개에만 형성되거나 둘 모두에 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 유닛.
   
8. 기판을 지지한 상태에서 회전 구동 메커니즘에 의해 기판을 회전시키는 기판 지지 장치;
   상기 기판 지지 장치 상의 기판 상으로 기판 처리를 위한 세정액을 공급하는 유체 공급 유닛; 및
   제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따르며, 고주파수 음향 에너지를 기판 상의 세정액에 전달하는 초음파 세정 유닛; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
   

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