KR20010032524A - 기계적 에너지를 동반하는 개선된 공작 재료 세정 방법 및장치 - Google Patents

기계적 에너지를 동반하는 개선된 공작 재료 세정 방법 및장치 Download PDF

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KR20010032524A
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에릭 씨 셔트리프
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카리 홀란드
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Abstract

반도체 웨이퍼, 강성 메모리 디스크, 평면 패널 디스플레이 및 기타의 공작 재료를 세정하기 위한 개선된 세정 장치는 기계적 접촉 세정에 부가하여 기계적 진동 에너지를 채용한다. 그러한 세정 장치는 세정 공정 중에 공작 재료와 접촉하여 그 공작 재료를 문지르는 세정 요소를 포함한다. 세정 요소는 미리 정해진 주파수로 저주파의 기계적 에너지(또는 기계적 초음파 에너지)를 발생하는 기계적 에너지 방사기에 결합된다. 기계적 에너지는 세정 요소를 통해 공작 재료에 전도되어 공작 재료의 표면으로부터 용이하게 미립자 및 부스러기가 제거되도록 한다. 또한, 초음파 에너지의 사용에 의해 세정 용액의 공동화가 일어나고, 그에 따라 세정 용액을 경유하여 공작 재료에 초음파 세정이 제공된다.

Description

기계적 에너지를 동반하는 개선된 공작 재료 세정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ENHANCED CLEANING OF A WORKPIECE WITH MECHANICAL ENERGY}
반도체 웨이퍼, 자기 메모리 디스크 및 기타의 섬세한 공작 재료를 세정하도록 설계된 장치는 일반적으로 잘 알려져 있다. 집적 회로를 제조함에 있어서, 반도체 웨이퍼 디스크를 규소 주괴로부터 얇게 잘라 낸 후에 추가의 처리를 위한 준비를 갖추게 된다. 전형적으로, 각각의 웨이퍼를 주괴로부터 얇게 잘라낸 후에는 세정, 헹굼 및 건조를 실시하여 그 표면으로부터 부스러기를 제거한다. 이어서, 웨이퍼에 대해 미세 전자 구조의 층 및 유전 층의 부착을 비롯한 일련의 단계를 실행하여 그 표면 상에 집적 회로를 형성한다.
또한, 자기 메모리 디스크, 평면 패널 디스플레이 및 기타의 공작 재료는 처리 중에 세정 또는 세척을 필요로 한다. 따라서, 그러한 공작 재료를 신속하고도 효과적으로 세정하기 위한 방법 및 장치가 필요하다. 종래의 반도체 웨이퍼 세정 장치는 세정 공정 중에 웨이퍼 표면을 기계적 접촉에 의해 문지르는 다수의 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate; PVA) 세정 요소를 사용한다. 그러나, 유감스럽게도 각각의 웨이퍼가 연속적으로 다수의 세정 요소를 통과해야 하기 때문에 처리 시간이 불만족스러울 정도로 길 수 있다. 다수의 세정 요소를 사용함으로 인해, 세정 과정과 관련된 시간 및 비용이 부가되고, 세정 설비와 관련된 유지비가 증대된다.
반도체 웨이퍼, 메모리 디스크 요소, 평면 패널 디스플레이 등을 위한 탄성 세정 요소는 세정 시에 공작 재료의 표면으로부터 떨어져 나온 부스러기 또는 미립자로 오염될 수 있다. 그러한 세정 요소에는 세정 과정 중에 헹굼액 또는 세정액에 의해 제거하기 곤란한 작은 입자가 파묻힐 수 있다. 따라서, 그러한 파묻힌 부스러기에 의해 민감한 공작 재료가 손상되지 않도록 보장하기 위해서는 그러한 세정 요소를 주기적으로 세정하거나(세정 장치의 가동 정지 시간 중에) 교체해야만 한다.
진동 또는 초음파 세정 탱크 및 그에 관련된 세정 과정은 잘 알려져 있다. 종래의 초음파 탱크는 초음파 주파수로 진동하여 그 탱크 내에 들어 있는 세정 용매를 교반시킨다. 용액 중에서의 초음파 진동은 공작 재료 표면으로부터 부스러기가 떼어지도록 함으로써 용액 중에 잠겨있는 공작 재료의 세정을 증진시킨다. 그러나, 그러한 선행 기술의 초음파 탱크는 실제로 초음파 에너지를 채용하고 있음에도 불구하고 다른 경우에 종래의 접촉 문지름 또는 초음파 세정만에 의한 공작 재료의 세정과 관련된 시간을 감소시키려고 사용될 수 있는 기계적 진동을 활용하고 있지 못하다.
본 발명은 전반적으로 기계적 진동 에너지를 채용한 공작 재료 세정 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 세정 과정 중에 공작 재료의 기계적 진동 세정 및 접촉 세정을 실행하는 세정 요소를 포함하고 있는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 첨부 도면과 연계하여 이후의 상세한 설명 및 청구의 범위를 참조함으로써 더욱 완벽하게 이해될 것인 바, 첨부 도면의 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시하고 있다. 첨부 도면 중에서,
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예가 내부에 채용될 수 있는 반도체 웨이퍼 세정 스테이션의 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 세정 스테이션의 측면도이며,
도 3은 본 발명에 따라 배치된 다수의 반도체 웨이퍼 세정 요소를 나타낸 도면이고,
도 4는 기계적 에너지 방사기가 통합된 반도체 웨이퍼 세정 요소를 나타낸 도면이며,
도 5는 초음파 기계적 에너지 방사기를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 변형 실시예가 통합된 메모리 디스크 세정 스테이션의 사시도이며,
도 7은 본 발명의 변형 실시예에 따른 세정 요소의 사시도이고,
도 8은 도 7에 도시된 세정 요소와 함께 사용될 수 있는 코어의 측면도이며,
도 9는 도 7의 9-9 선을 따른 세정 요소의 단면도이다.
따라서, 본 발명의 장점은 개선된 공작 재료 세정 장치를 제공한다는 것이다.
본 발명의 다른 장점은 기계적 진동 에너지를 동반하는 공작 재료 세정 장치를 제공한다는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은 종래의 PVA 세정 요소를 사용하여 기계적 진동 세정과 연계된 접촉 세정을 제공할 수 있다는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은 기계적 진동 에너지를 채용하여 종래의 반도체 웨이퍼 세정 공정과 관련된 세정 시간을 감소시킬 수 있다는 점이다.
본 발명의 또 다른 장점은 기계적 진동 에너지의 사용에 의해 세정 공정 중에 세정 요소로부터 미립자를 용이하게 제거한다는 것이다.
전술된 장점 및 기타의 장점은 세정 공정 중에 공작 재료와 접촉하도록 형성된 세정 요소 및 그 세정 요소와 연결되는 기계적 에너지 방사기를 포함하는 공작 재료 세정 장치에 의해 실행된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 대표적인 반도체 웨이퍼 세정 스테이션(10)이 도시되어 있다. 세정 스테이션(10)은 예컨대 "웨이퍼의 세정과 건조 방법 및 장치(Methods and Apparatus for Cleaning and Drying Wafers)"라는 명칭의 1996년 7월 8일자 미국 특허 출원 제08/675,546에 개시된 바와 같은 대형의 반도체 웨이퍼 세정, 헹굼 및 건조 장치 내에 통합될 수 있는데, 전술된 미국 특허 출원의 내용은 본 발명에 참조로 포함된다. 본 발명은 본 실시예에서 설명되는 것과는 다른 목적, 예컨대 재료 제거, 설비의 살균 및 표면 처리와 같은 목적을 위한 임의의 다수의 공작 재료 처리 환경에 사용될 수도 있음을 유의해야 할 것이다.
전체적으로, 세정 스테이션(10)은 각각의 공작 재료를 세정 스테이션(10)을 통해 구동하는 동시에 그와 같이 통과하는 각각의 공작 재료의 상단면 및 하단면을 세정하도록 형성된 다수의 세정 요소(롤러)(12)를 적절히 포함한다. 그러한 롤러(12)는 세정 공정 중에 공작 재료와 접촉하고 공작 재료의 표면 상에서 병진 운동하도록 적절히 형성된다. 롤러(12)는 대략 원통형의 형상이고, 세정 스테이션(10) 내에 위치되어 그 각각의 길이 방향 축을 중심으로 회전한다. 보다 구체적으로 특히 도 2를 참조하면, 세정 스테이션(10)은 5-15쌍 정도의 롤러(12)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 기계적 진동 에너지(후술됨)의 사용에 의해 세정 스테이션(10)이 롤러(12)를 선행 기술의 시스템에서보다 더 적게 채용할 수 있게 된다. 도 2에 가장 잘 나타나 있는 바와 같이, 세정 스테이션(10)은 공작 재료가 예컨대 가장 좌측과 같은 일측으로부터 들어와서 연속적으로 롤러(12)를 통해 밀려 나가 예컨대 가장 우측과 같은 반대측으로부터 배출되도록 적절히 형성된다.
바람직한 대표적 실시예에 따르면, 각각의 홀수 번째 쌍의 롤러(12)(예컨대, 첫 번째, 세 번째, 다섯 번째, 일곱 번째 및 아홉 번째 쌍)는 구동 롤러로서의 기능을 하고, 각각의 짝수 번째 쌍의 롤러(12)(예컨대, 두 번째, 네 번째, 여섯 번째, 여덟 번째, 열 번째 쌍)는 세정 롤러로서의 기능을 한다. 또한, 각각의 하부 롤러(12)는 시계 방향으로 회전하고, 각각의 짝수 번째 쌍의 롤러(12)의 상부 롤러(12)도 역시 시계 방향으로 회전하는데 반해, 각각의 홀수 번째 쌍의 롤러(12)의 상부 롤러(12)는 시계 방향의 반대로 회전하는 것이 바람직하다(방향은 도 2에 도시된 측면도에 대한 것임). 그러한 각각의 회전 방향은 도 2에 방향 화살표로 지시되어 있다.
각각의 롤러(12)는 롤러(12)에 원하는 회전 속도 및 방향을 부여하는데 적절한 기어 조립체(도시를 생략) 또는 기타의 장치를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 롤러(12)는 그 길이 방향 축을 중심으로 자유롭게 회전하도록 세정 스테이션(10) 내에 장착되는 것이 바람직하다. 따라서, 세정 스테이션(10)은 롤러(12)를 위치시키는데 적절한 베어링, 슬리브, 밀봉체 및 종래의 커플링 요소를 포함할 수 있다. 그러한 커플링 요소는 롤러(12)가 세정 스테이션(10)에 의해 발생되는 기계적 진동 에너지로부터 충분하게 완충되도록 선택될 수 있다(후술됨).
당업자라면 롤러(12)의 각각의 속도 및 롤러(12)에 의해 공작 재료에 부여되는 압력이 각각의 적용례마다 다를 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 발명과 관련하여 실제로 임의의 다수의 롤러(12) 및 롤러 속도와 롤러 방향과의 임의의 조합이 채용되어 특정의 공정을 위한 원하는 세정 성능을 실현할 수 있음을 이해해야 할 것이다.
세정 스테이션(10)은 다량의 용액(도시를 생략)을 담도록 형성된 용액 탱크(14)를 포함하는 것이 바람직하다. 기계적 진동 세정을 위해, 세정 용액은 세정 공정 중에 예컨대 초음파 에너지와 같은 진동 에너지를 공작 재료에 전도할 수 있는 것이 바람직하다. 세정 용액은 탈이온수 또는 적절한 계면 활성제와 같은 당업자에게 잘 알려진 임의의 용액일 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 용액 탱크(14) 및 롤러(12)는 한 쌍 이상의 롤러(12)가 세정 공정 중에 실질적으로 세정 용액 중에 잠기도록 형성된다.
이제 도 2를 참조하면, 세정 스테이션(10)의 상단 패널(16)은 유체를 용액 탱크(14)의 내부의 개별 부분 또는 전체에 분배하도록 형성된 하나 이상의 유체 유입구(도시를 생략)를 포함할 수 있다. 본 발명은 선택적으로 세정 용액을 롤러(12) 상에 직접 침적시키도록 형성된 세정 용액 분무기 또는 점적 도포기(trickle applicator)를 채용할 수 있음을 유의해야 할 것이다. 물론, 세정 스테이션(10)과 연계하여 임의의 다수의 유체 유입구가 채용될 수 있고, 유체 유입구는 특정의 처리 적용례를 최적화하는데 바람직한 바에 따라 서로 겹쳐지거나 겹쳐지지 않은 채로 용액 탱크(14)의 원하는 임의의 부분과 연결될 수 있음을 이해해야 할 것이다.
또한, 세정 스테이션(10)은 유체 배출구(도시를 생략)를 포함하여 세정 과정 중에 또는 세정 과정 후에 세정 유체가 그 유체 배출구를 통해 흐를 수 있도록 할 수 있다. 바람직하다면, 유체 배출구로부터 회수된 세정 용액은 재순환되거나, 처분되거나, 원하는 대로 취급될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따라 배치된 롤러(12)를 개략적으로 도시한 것이다. 즉, 하나 이상의 롤러 조립체(18)는 롤러(12) 및 그에 결합된 기계적 에너지 방사기(20)를 포함한다. 당업자라면 비록 도 3에 단지 2개의 기계적 에너지 방사기(20)만이 도시되어 있더라도 임의의 다수의 기계적 에너지 방사기(20)가 임의의 다수의 롤러(12)와 연계하여 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 또한, 방사기(20)는 특정의 롤러(12)에 결합되어야 할 필요는 없다. 예컨대, 방사기(20)는 상부 롤러 또는 하부 롤러에 결합될 수 있고, 구동 롤러 또는 세정 롤러(전술됨)에 결합될 수도 있다. 방사기(20)는 용액 탱크(14)의 내부에 배치될 수 있으나, 용액 탱크(14)의 외부에 배치되는 것이 더욱 바람직할 수 있다. 그와 같이 방사기(20)를 용액 탱크(14)의 외부에 장착함으로써 방사기(20) 및 그에 부수된 전자 배선이 세정 용액에 의한 오염으로부터 보호된다.
본 발명에 따르면, 기계적 에너지 방사기(20)는 특정의 적용례의 여하에 따라 주파수가 상대적으로 낮은 진동 에너지 또는 주파수가 상대적으로 높은 초음파 에너지를 발생시키도록 형성될 수 있다. 예컨대, 방사기(20)는 원하는 진폭으로 기계적 진동을 생성하는데 적절한 자기 공진기, 공압 변환기 또는 기타의 임의의 장치에 의해 실현될 수 있다. 주파수가 상대적으로 낮은 기계적 진동은 강렬한 초음파 공동화(cavitation) 및 초음파 세정이 요구되지 않는 특정의 적용례에서 바람직한 것일 수 있다. 방사기(20)에 의해 발생되는 기계적 진동은 예컨대 약 5 ㎐ 내지 20 ㎐와 같은 아음파(subsonic) 주파수, 20 ㎐ 내지 20 ㎑의 가청 주파수 또는 기타의 임의의 적절한 주파수 대역을 나타낼 수 있다.
이후로는 도 4를 참조하여 방사기(20)를 통합한 롤러 조립체(18)에 관해 상세히 설명하기로 한다. 그러한 설명의 목적으로, 방사기(20)는 초음파 방사기로서 형성되는 것으로 한다. 그러나, 본 발명은 그와는 달리 기계적 진동 방사기와 함께 형성될 수도 있다. 따라서, 이후의 설명은 초음파 에너지가 아니라 주파수가 낮은 기계적 진동 에너지를 사용하는 변형 실시예에도 적용될 수 있다.
전체적으로, 롤러 조립체(18)는 방사기(20), 상당한 강성의 코어(22) 및 세정 재료(24)를 포함한다. 초음파 방사기(20)는 코어(22)에 인도되어 그 코어(22)에 의해 전도되는 기계적 초음파 에너지를 적절히 생성한다. 다시, 기계적 초음파 에너지는 코어(22)로부터 세정 재료(24)로 전달되는데, 그 세정 재료(24)는 세정 과정 중에 공작 재료와 접촉하고 있다. 또한, 세정 재료(24)는 다량의 초음파 에너지(25)를 예컨대 세정 용액 욕과 같은 주위 환경에 방사한다. 기계적 초음파 에너지는 세정 재료로 하여금 초음파 주파수로 진동하거나 요동하도록 하고, 그에 따라 공작 재료의 접촉 세정이 증진된다. 또한, 초음파 에너지는 세정 용액의 분자의 공동화를 일으키고, 그에 의해 종래의 형식대로 공작 재료의 표면으로부터 미립자 및 부스러기가 분리된다. 또한, 초음파 방사기(20)에 의해 생성된 초음파 에너지는 떨어져 나온 부스러기를 세정 재료(22)로부터 제거하는 것을 적절히 지원하는데, 그런 연후에는 제거된 부스러기가 세정 용액에 의해 효과적으로 씻겨질 수 있다.
도 5는 초음파 방사기(20)를 개략적으로 도시한 것이다. 초음파 방사기(20)는 무선 주파수(RF) 커넥터(26), 다수의 피에조 전기 변환기(28) 및 전방 드라이버(30)를 포함하는 것이 바람직하다. 변환기(28)는 RF 양극(32)과 RF 음극(34)과의 사이에 끼워 넣어진 채로 적층된 형식으로 배치되는 것이 바람직하다. RF 커넥터(26)는 사용 중에 RF 커넥터(26)에 접속되는 전기 도체(도시를 생략)를 비틀거나 붙잡는 일이 없이 롤러 조립체(18)가 그 길이 방향 축을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 하는 회전 요소로서 형성된다. RF 커넥터(26)로서 사용하기 적절한 회전 커플러 및 전기 커넥터는 당업자에게 공지된 것이므로, 본 실시예에서 상세히 설명할 필요는 없을 것이다. 바람직한 변형 실시예(후술됨)에서는 방사기(20), 코어(22) 및 전방 드라이버(30)는 실질적으로 움직이지 않는 채로 유지되는 반면에, 세정 재료(24)는 별개로 코어(22)를 중심으로 회전하게 된다. 그러한 실시예는 회전 커플러, 조인트 및 밀봉체의 필요성을 배제시키는데, 그렇지 않은 경우라면 그러한 부품이 일정 주기의 사용 후에 고장 또는 변형을 일으키기 쉬울 것이다. 또한, 추가의 커플러, 조인트 및 밀봉체가 존재하는 경우에는 초음파 방사기(20)로부터 세정 재료(24)로의 초음파 전달의 질이 저하될 수 있다.
세정 공정 중에 RF 커넥터(26)에 RF 여기 신호가 인가되는 것이 바람직하다. 당업자에게 공지된 임의의 적절한 RF 발진기(도시를 생략)가 여기 신호를 발생시키는데 채용될 수 있다. 대표적인 일실시예에서는 그러한 여기 신호의 주파수가 약 30 ㎑ 내지 50 ㎑의 대역에 있다. 물론, 본 발명은 임의의 초음파 주파수(또는 가청 주파수 또는 기계적 아음파 진동 주파수) 및 임의의 적절한 진폭을 수반하는 여기 신호를 사용할 수도 있다. 여기 신호에 응답하여, 변환기(28) 내에 있는 결정이 확장 및 수축(진동)을 하게 된다. 초음파 방사기(20) 또는 그 일부분은 브렌슨 울트라소닉(Branson Ultrasonic), 포워드 테크놀로지즈(Forward Technologies) 및 텔소닉 울트라소닉(Telsonic Ultrasonic)과 같은 수 개의 공급원으로부터 상업적으로 입수될 수 있다.
초음파 방사기(20)는 선택적으로 여기 신호를 기계적 초음파 에너지로 변환시키도록 형성된 임의의 적절한 요소를 채용할 수 있다. 예컨대, 본 발명은 선택적으로 적절한 초음파 신호를 생성할 수 있는 전자 변환기를 포함할 수 있다. 간략히 전술된 바와 같이, 본 발명은 예컨대 피스톤 진동기, 볼 진동기, 공압 진동기, 전기 기계 진동기 또는 전자 진동기와 같은 다수의 장치를 적절한 기계적 진동 신호를 생성하는데 사용할 수 있다.
비록 도시를 생략하였지만, 초음파 방사기(20)는 변환기(28)에 의해 발생되는 진동의 진폭 및/또는 기타의 특성을 조정하도록 형성된 증폭기 또는 기타의 신호 조절 요소를 포함할 수 있다. 전방 드라이버(30)는 기계적 초음파 에너지를 롤러 조립체(18)에 인도하도록 형성된다. 종래의 초음파 요소에 따르면, 전방 드라이버(30)는 초음파 방사기(30)가 생성하도록 설계된 특정의 주파수로 동조되는 것이 바람직하다.
전방 드라이버(30)는 롤러(12)에 결합되어 기계적 초음파 에너지가 초음파 방사기(20)로부터 롤러(12)로 전달되도록 형성된다. 다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 코어(22)는 나사 커플링을 경유하여 전방 드라이버(30)에 결합되는 것이 바람직하다. 그러한 커플링은 도 4에서 도면 부호 "31"에 의해 식별되어 있다. 그러나, 임의의 적절한 커플링 기구를 채용하여 초음파 에너지가 전방 드라이버(30)로부터 코어(22)로 효과적으로 전달되도록 지원할 수 있다. 코어(22)는 기계적 초음파 에너지를 전도하는데 적절한 재료, 예컨대 강과 같은 재료로 형성된다. 코어(22)는 대략적으로 초음파 방사기(20)의 작동 주파수로 동조되어 초음파 에너지의 효과적인 전도를 지원하게 된다. 동조 과정은 초음파 방사기가 아니라 주파수가 낮은 진동 에너지를 사용하는 변형 실시예에도 동등하게 적용될 수 있음을 알아야 할 것이다.
도 3 및 도 4에 도시된 대표적 실시예에서는 세정 재료(24)가 실질적으로 코어(22)를 둘러싸서 이음매가 없는 세정 표면을 제공한다. 세정 재료(24)는 코어(22)에 비해 상대적으로 부드럽고 탄력적이다. 따라서, 코어(22)는 코어(22)와 세정 재료(24)간의 강력한 마찰 끼워 맞춤을 지원하는 구조물(도시를 생략) 또는 임의의 적절한 기구를 포함할 수 있다. 그러한 형식으로, 코어(22)와 세정 재료(24)간의 미끄러짐이 최소화될 수 있는 동시에 세정 재료(24)가 용이하게 코어(22)로부터 제거되고 코어(22) 상에 재삽입되도록 지원될 수 있다. 그와 관련하여, 세정 재료(24)는 PVA로 형성될 수 있는데, 현재 그러한 PVA 롤러는 뉴저지(New Jersey)의 머라셀 컴패니(Meracel Company)로부터 입수될 수 있다.
도 7내지 도 9는 본 발명의 바람직한 변형 실시예에 따라 형성된 세정 요소(50)를 도시하고 있다. 전술된 바와 같이, 세정 요소(50)는 초음파 방사기 또는 기계적 진동 방사기와 함께 사용되도록 형성될 수 있는 바, 이후의 설명은 그 어느 실시예에 한정되는 것이 아니다. 세정 요소(50)는 초음파 방사기(20), 전방 드라이버(30) 및/또는 코어(22)를 실질적으로 고정된 위치로 유지하는 것이 바람직할 경우에 채용될 수 있다. 예컨대, 회전 RF 커플러, 밀봉체 및 기타의 요소가 조립체 내에 포함되는 경우에는 세정 재료(24)가 코어(22)를 따라 회전하는 것을 실현하기가 곤란하거나 번거롭다. 또한, 예컨대 열쇠와 열쇠 구멍과 같은 고정 부재를 사용하는 것은 코어(22)의 동조를 방해할 수 있고, 그렇지 않으면 그러한 부재(및 기타의 요소)가 세정 요소(50)의 효능을 저하시킬 수 있다. 따라서, 세정 요소(50)는 세정 재료(24)가 코어(22)를 중심으로 별개로 회전될 수 있도록 형성된다.
도 7 내지 도 9에 도시된 변형 실시예에서는 세정 요소(50)가 전체적으로 코어(22), 다수의 장착 링(52) 및 세정 재료(24)를 포함한다. 코어(22)는 전방 드라이버(30)를 경유하여 초음파 방사기(20)에 결합되고 그 초음파 방사기(20)와 연동된다(전술된 바와 같음). 도 8에 도시된 바와 같이, 코어(22)는 대략 원통형의 형상일 수 있고, 그에 형성된 다수의 환형 채널을 포함하는 것이 바람직하다. 채널(54)의 횡단면은 대략 원형인 것으로 도시되어 있으나, 채널(54)은 특정의 적용례에 요구되는 바에 따라 적절한 형상으로 형성될 수 있다. 채널(54)은 코어(22)의 길이를 따라 배치된 마디 지점에 위치되는 것이 바람직하다. 본 실시예의 설명과 관련하여, 마디 지점이란 코어(22) 상에 배치된 다른 지점에 비해 실질적으로 감소된 양의 기계적 에너지를 전달하는 그러한 코어(22)를 따른 지점을 말한다. 환언하면, 코어(22)의 길이를 따라 측정된 기계적 에너지의 양은 실질적으로 사이클의 형식으로 변할 수 있고, 이상적인 상황에서는 에너지의 양이 마디 지점에서 최소화된다.
마디 지점의 위치는 공지의 기법에 따라 실험적으로 또는 이론적으로 결정될 수 있다. 마디 지점의 간격 및 그에 따른 채널(54)의 간격은 코어(22)의 동조 및 초음파 방사기(20)의 작동 주파수와 연관된다. 따라서, 마디 지점의 특정의 위치는 초음파 방사기(20)의 미리 정해진 주파수, 코어(22)를 형성하는 재료(예컨대, 스테인리스 강, 알루미늄 등) 또는 코어(22)의 크기와 연관될 수 있다.
장착 링(52) 또는 기타의 적절한 수 개의 커플링 요소(52)는 세정 재료(24)가 코어(22)와 연결될 수 있도록 한다. 장착 링(52)은 그것이 환형 채널(52) 내에 수납되고 각각의 장착 링(52)의 적어도 일부가 코어(22)와 접촉하여 기계적 초음파 에너지를 코어(22)로부터 세정 재료(24)로 전달할 수 있도록 적절히 그 크기가 정해진다. 또한, 장착 링(52)은 세정 재료(24)와 코어(22)간의 접촉이 실질적으로 방지되도록 형성될 수 있다(도 9를 참조). 그와 같이 세정 재료(24)와 코어(22)간에 간격을 둠으로써 세정 재료(24)의 수명이 연장될 수 있고, 사용 중에 세정 재료(24)의 효과적인 헹굼이 지원될 수 있다. 세정 재료(24)는 각종의 공지의 기법에 따라 장착 링(52)에 결합될 수 있음을 알아야 할 것이다. 선택적으로, 장착 링(52)은 세정 재료(24) 내에 일체로 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에서는 장착 링(52)이 초음파 에너지의 적절한 전달을 지원하고 세정 요소(50)에 충분한 구조적 일체성을 제공하는 강성 플라스틱 수지 또는 스테인리스강으로 형성된다.
장착 링(52)은 채널(54) 내에 수납되었을 때에 코어(22)를 중심으로 회전할 수 있다. 그 결과, 세정 재료(24)는 코어(22), 방사기(20) 및 전방 드라이버(30)와는 별개로 회전할 수 있게 된다. 세정 스테이션(10)은 장착 링(52) 및/또는 세정 재료(24)에 결합되어 세정 재료(24)를 코어(22)에 대해 회전시키는 임의의 적절한 구동 기구(도시를 생략)를 포함할 수 있다.
기계적 에너지를 단지 용매의 저장조에 도입하는데 불과한 종래의 세정 탱크와는 대조적으로, 본 발명의 바람직한 실시예는 기계적 에너지를 예컨대 롤러 조립체(18)와 같은 세정 요소에 직접 인가한다. 따라서, 세정 요소는 병진 운동의 형식으로 접촉 표면 세정을 실행하면서도 변칙적 형식 또는 요동 형식으로 진동 세정 또는 초음파 세정을 실행한다. 기계적 에너지에 의해 일어나는 부가의 세정 효과에 의해, 세정 스테이션(10)은 감소된 양의 시간 내에 및/또는 적은 개수의 세정 요소로 공작 재료를 효과적으로 세정할 수 있게 된다.
도 6은 강성 메모리 디스크(38)를 세정하도록 형성된 변형 세정 스테이션(36)을 도시한 것이다. 본 실시예에서는 다수의 세정 요소(40)가 하나 이상의 메모리 디스크(38)를 세정하도록 배치된다. 메모리 디스크(38)는 세정 중에 메모리 디스크(38)가 회전할 수 있도록 하거나 메모리 디스크(38)를 회전시키는 다수의 지지 롤러(42)에 의해 지지되는 것이 바람직하다. 세정 요소(40)는 실질적으로 균등한 간격을 둔 채로 회전 샤프트(44)에 결합되어 세정 요소(40)에 의한 메모리 디스크(40)의 접촉 세정을 지원한다. 각각의 세정 요소(40)는 상당한 강성의 코어(도시를 생략)에 의해 지지되는 PVA 외면을 포함할 수 있다. 대표적인 실시예에서는 각각의 세정 요소(40)의 강성 코어가 샤프트(44)에 결합되어 기계적 진동 에너지를 위한 적절한 전도 경로를 제공한다.
본 발명자는 초음파 에너지의 인가는 세정 요소(40)의 정교한 구조에 지나치게 혹독한 것임을 알아냈다. 따라서, 세정 스테이션(36)은 초음파 방사기(20)보다는 오히려 진동 방사기(21)를 편입할 수 있다. 특히, 진동 방사기(21)는 적절히 샤프트(44)에 결합되어 미리 정해진 주파수의 기계적 진동 에너지가 샤프트(44)에 전달되도록 할 수 있다. 간략히 전술된 바와 같이, 그러한 기계적 진동 에너지는 특정의 적용례에 바람직한 바에 따라 아음파 주파수 또는 가청 주파수로 방사될 수 있다. 코어(22)에서와 같이(세정 스테이션(10)과 관련하여 전술됨), 샤프트(44)는 방사기(21)와 연관된 미리 정해진 주파수에 따라 동조되는 것이 바람직하다. 기계적 에너지의 진폭은 그 에너지가 샤프트(44)와 세정 요소(40)를 통해 각각의 메모리 디스크(38)로 전도될 정도의 크기로 정해진다. 그 결과, 메모리 디스크(38)는 세정 요소(40)와 메모리 디스크(38)가 서로에 대해 회전함에 따라 기계적 접촉 문지름과 기계적 진동 세정의 양자를 모두 받게 된다.
세정 스테이션(36)은 세정 요소(50)와 유사하게 장착 링 또는 기타의 요소를 경유하여 샤프트(44)에 직접 결합되는 오프셋 요소(도시를 생략)를 채용할 수 있음을 알아야 할 것이다. 그러한 장치는 세정 요소가 고정적으로 유지될 수 있는 샤프트(44)를 중심으로 회전할 수 있도록 한다는 점에서 바람직하다.
요약하면, 본 발명은 기계적 에너지를 동반하는 개선된 공작 재료 세정 장치를 제공하는데, 그러한 기계적 에너지는 주파수가 상대적으로 낮은 진동 에너지 또는 주파수가 상대적으로 높은 초음파 에너지일 수 있다. 세정 스테이션은 그러한 기계적 세정과 연계된 접촉 세정을 제공하는 세정 요소를 채용할 수 있다. 기계적 에너지의 사용에 의해, 종래의 반도체 웨이퍼 세정과 관련된 세정 시간이 감소되고, 세정 공정 중에 세정 요소로부터 미립자가 용이하게 제거된다.
이상, 본 발명을 바람직한 대표적 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 그러한 바람직한 실시예에 대해 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 예컨대, 각종의 요소에 사용되는 재료는 전술되거나 예시된 것에 한정되지 않는다. 또한, 세정 스테이션의 형태는 세정하려는 특정의 공작 재료에 적합하게 변경될 수 있다. 그러한 변경 및 수정과 기타의 변경 및 수정을 후술될 청구의 범위에 표현된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 포함시키고자 한다.

Claims (32)

  1. 세정 공정 중에 공작 재료와 접촉하도록 형성된 세정 요소; 및
    상기 세정 요소와 연결되고, 상기 세정 공정 중에 상기 세정 요소에 기계적 에너지를 인가하도록 형성된 기계적 에너지 방사기를 구비하는 것을 특징으로 하는 공작 재료 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 내부에 상기 세정 요소가 넣어지고, 상기 세정 공정 중에 기계적 에너지를 상기 공작 재료에 전도할 수 있는 세정 용액을 담을 수 있도록 형성된 용액 탱크를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 용액 탱크 및 상기 세정 요소는 상기 세정 요소가 상기 세정 공정 중에 실질적으로 상기 세정 용액 중에 잠겨져서 기계적 에너지가 용이하게 상기 공작 재료에 전도되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 세정 요소는 기계적 에너지를 전도하도록 형성된 상당한 강성의 코어; 및 상기 코어에 결합되고, 상기 세정 공정 중에 상기 공작 재료와 접촉하는 세정 재료를 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 세정 재료는 상기 코어를 실질적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 코어는 상기 기계적 에너지 방사기의 부분과 접촉하여 기계적 에너지가 상기 기계적 에너지 방사기로부터 상기 세정 요소로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 코어는 기계적 에너지 전도에 적절한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 세정 재료는 장착 요소를 경유하여 상기 코어에 결합되고, 상기 장착 요소는 상기 코어와 접촉하고 상기 세정 재료와 상기 코어간의 접촉을 실질적으로 방지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 코어는 그 코어 상에 배치된 마디 지점을 포함하고, 상기 마디 지점은 상기 코어 상에 배치된 다른 지점에 비해 실질적으로 감소된 양의 기계적 에너지를 전달하며, 상기 장착 요소는 대략 상기 마디 지점에서 상기 코어와 접촉하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 기계적 에너지 방사기는 여기 신호를 기계적 초음파 에너지로 변환하기 위한 수단; 및 상기 기계적 초음파 에너지를 상기 세정 요소로 인도하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기계적 초음파 에너지 인도 수단은 상기 세정 요소에 결합되도록 형성된 초음파 혼을 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 기계적 에너지 방사기는 상기 세정 요소로 하여금 상기 세정 공정 중에 기계적으로 진동하도록 하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 세정 공정 중에 상기 세정 용액을 상기 세정 요소에 도포하기 위한 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  14. 세정 공정 중에 공작 재료와 접촉하는 동시에 그 공작 재료를 기계적으로 세정하도록 형성되고, 상당한 강성의 코어를 포함하는 세정 요소; 및
    상기 세정 공정 중에 미리 정해진 주파수의 기계적 에너지를 상기 코어에 인가하기 위한 수단을 구비하고; 상기 코어는 동조되어 기계적 에너지가 상기 미리 정해진 주파수로 용이하게 전도되도록하는 것을 특징으로 하는 공작 재료 세정 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 기계적 에너지 인기 수단은 상기 코어에 결합되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 기계적 에너지 인가 수단은 초음파 방사기를 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 세정 요소는 대략 원통형의 형상이고; 상기 세정 요소는 상기 세정 공정 중에 그 길이 방향 축을 중심으로 회전하도록 형성되며; 상기 기계적 에너지 인가 수단은 상기 세정 요소로 하여금 상기 세정 공정 중에 상기 미리 정해진 주파수로 기계적으로 진동하도록 하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 세정 공정 중에 내부에서 상기 세정 요소가 세정 용액 중에 실질적으로 잠겨지는 용액 탱크를 추가로 구비하고, 상기 기계적 에너지 인가 수단은 상기 세정 공정 중에 기계적 에너지를 상기 세정 용액에 인가하도록 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  19. 제14항에 있어서, 상기 미리 정해진 주파수는 약 30 ㎑ 내지 50 ㎑의 대역 내에 있는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  20. 제14항에 있어서, 상기 세정 요소는 상기 코어에 결합된 세정 재료를 추가로 구비하고, 상기 세정 재료는 상기 세정 공정 중에 상기 공작 재료와 접촉하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 코어는 그 코어 상에 배치된 마디 지점을 포함하고, 상기 마디 지점은 상기 코어 상에 배치된 다른 지점에 비해 실질적으로 감소된 양의 기계적 에너지를 전달하며, 상기 세정 재료는 대략 상기 마디 지점에서 장착 요소를 경유하여 상기 코어에 결합되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 코어 상의 상기 마디 지점의 위치는 상기 미리 정해진 주파수, 코어를 형성하는 재료 및 상기 코어의 크기 중의 하나 이상과 연관되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 코어는 대략 원통형의 형상이고, 상기 마디 지점에서 그 코어 상에 형성된 환형 채널을 구비하며; 상기 장착 요소는 대략 링의 형상이고, 상기 환형 채널 내에 수납되며; 상기 장착 요소는 상기 코어를 중심으로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  24. 제20항에 있어서, 상기 세정 재료는 실질적으로 상기 코어를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  25. 공작 재료와 접촉하도록 형성된 세정 요소를 마련하는 단계;
    상기 세정 요소를 상기 공작 재료에 대해 병진 운동시킴으로써 상기 공작 재료의 기계적 세정을 실행하는 단계; 및
    상기 병진 운동 단계 중에 상기 세정 요소에 진동 에너지를 인가함으로써 상기 공작 재료의 기계적 진동 세정을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작 재료 세정 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 진동 에너지 인가 단계에 의해 상기 세정 요소를 초음파 주파수로 진동시키는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 세정 요소는 기계적 초음파 에너지를 전도하도록 형성된 상당한 강성의 코어를 구비하고; 상기 세정 방법은 상기 코어를 동조시켜 상기 기계적 초음파 에너지가 상기 초음파 주파수로 용이하게 전도되도록 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  28. 제25항에 있어서, 상기 세정 요소가 실질적으로 세정 용액 중에 잠기도록 하는 단계; 및 상기 병진 운동 단계 중에 상기 세정 용액에 진동 에너지를 인가함으로써 상기 공작 재료의 기계적 진동 세정을 실행하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  29. 제25항에 있어서, 상기 진동 에너지 인가 단계를 상기 세정 요소에 기계적 에너지를 전달하도록 형성된 기계적 에너지 방사기에 의해 실행하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  30. 제25항에 있어서, 상기 진동 에너지 인가 단계는 여기 신호를 진동 에너지로 변환하는 단계; 및 상기 진동 에너지를 상기 세정 요소로 인도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  31. 제25항에 있어서, 상기 세정 요소는 대략 원통형의 형상이고, 상기 병진 운동 단계는 상기 세정 요소를 그 길이 방향 축을 중심으로 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  32. 제25항에 있어서, 상기 세정 요소 상에 세정 용액을 분배하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 세정 용액 분배 단계를 상기 병진 운동 단계 이전에 실행하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
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