KR20070077100A - 초음파 세정장치 및 초음파 세정방법 - Google Patents

Abstract

피세정물(10)을 초음파 세정하기 위한 세정장치로서, 적어도 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동자(3), 상기 초음파 진동자가 장착되고, 상기 초음파 진동이 인가된 세정액(9)과 피세정물을 접촉시키는 수단(2)을 구비하고, 상기 초음파 진동자가 상기 초음파 진동자가 장착된 면에 대해 가로 방향의 초음파 진동을 부여하고, 상기 초음파 진동을 상기 세정액에 인가하여 상기 피세정물을 세정하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치(1)가 제공된다.

이로 인해, 반도체 웨이퍼, 포토마스크 기판, 액정기판 등 손상을 받기 쉬운 기판이라도 기판 자체에 손상을 입히지 않고 초음파 세정할 수 있게 된다.

초음파, 세정, 세정액, 진동자, 가로 방향, 웨이퍼, 홈, 복사판

Description

초음파 세정장치 및 초음파 세정방법{Ultrasonic Washing Apparatus and Ultrasonic Washing Method}

도 1은 본 발명에 관한 초음파 세정장치의 일 예(접촉체 타입)의 개략도로서, (A)는 사시도, (B)는 정면도, (C)는 측면 단면도이다.

도 2는 본 발명에 관한 초음파 세정장치의 다른 예(노즐 타입)를 간략히 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 발명에 관한 초음파 세정장치의 또 다른 예(노즐 타입)를 간략히 나타낸 도면으로, (A)는 측면 단면도, (B)는 노즐 본체, (C)는 복사판이다.

도 4는 본 발명에 관한 초음파 세정장치의 또 다른 예(수조 타입)를 간략히나타낸 도면으로, (A)는 1조 타입이고, (B)는 2조 타입이다.

도 5는 본 발명에 관한 접촉체 타입의 초음파 세정장치의 일부 단면을 나타내는 도면으로, (A)는 복사판의 홈 폭이 동일한 경우, (B)는 복사판의 홈 폭이 초음파진동자 중심에서 외측을 향해 넓어져 있는 (a>b>c) 경우이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1......초음파 세정장치(접촉체 타입) 2......접촉체

3......초음파 진동자 4......복사판

5......단부 6......전원케이블

7......세정액 공급구 8......홈

9......세정액 10.....피세정물(기판)

21, 31...... 초음파세정장치(노즐 타입) 32.....노즐 본체

33.....초음파진동자 34.....복사판

37.....세정액 공급구 38.....홈

41.....초음파 세정장치(1조 타입)

51....초음파 세정장치(2조 타입)

a, b, c......홈 폭(a>b>c)

본 발명은 반도체 웨이퍼, 포토마스크 기판, 액정기판 등 쉽게 손상을 받는 기판을 초음파 세정하는데 적합한 세정장치 및 세정방법에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼, 포토마스크 기판, 액정기판 등의 기판을 세정하는 방법으로서, 예를 들어 세정액을 수용한 수조(세정조)에 기판을 담그고, 수조 바닥부에 설치한 초음파 진동자로부터 초음파를 부여하여 초음파 세정을 하는 방법이 있다. 초음파 진동자에 전압을 인가하면, 고유 주파수의 초음파가 발생한다. 이러한 초음파 진동이 세정조 내의 세정액에 인가됨에 따라 세정액 중에 캐비테이션이 발생하고, 이 캐비테이션에 의해 세정액 중의 기판을 세정할 수 있다. 또한, 초음파에 의한 세정작용은 캐비테이션 외에 입자가속도, 직진류, 케미컬 작용에 의한 세정작용 등이 있다.

또한, 노즐에 초음파 진동자를 장착하고, 노즐 내에 공급한 세정액에 초음파 진동을 인가한 후에 세정액을 기판(피세정물)을 향해 분사하여 세정하는 방법이 있다.

그리고, 초음파 진동자와 기판 사이에 빈 틈을 두고, 이 빈 틈에 세정액을 공급함과 동시에 세정액에 초음파 진동을 부여하여 기판을 세정하는 방법도 제안된 바 있다(일본특허공개 2002-176021호 공보 참조). 이 방법으로는 적은 세정액으로 초음파 세정을 행할 수 있다.

그러나, 반도체 웨이퍼, 포토마스크 기판, 액정기판 등 손상을 받기 쉬운 기판을 초음파 세정하면, 기판에 부착되어 있는 오염물을 효과적으로 제거할 수 있는 반면, 기판 자체에 입자 가속도에 따른 손상을 입힐 수 있다. 특히, 초음파 진동자와 기판 사이에 빈 틈을 형성하고 세정액을 공급하여 세정하는 경우에는 피 세정기판과 세정액에 초음파 진동을 인가하는 면이 근접해 있기 때문에, 피 세정기판에 손상을 입히기 쉽다.

따라서, 본 발명은 반도체 웨이퍼, 포토마스크 기판, 액정기판 등 손상을 받 기 쉬운 기판이라도, 기판 자체에 손상을 입히지 않고 초음파 세정할 수 있는 세정장치 및 세정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 피세정물을 초음파 세정하기 위한 세정장치로서, 적어도 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동자와, 상기 초음파 진동자가 장착되고, 상기 초음파 진동이 인가된 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단을 구비하고, 상기 초음파 진동자가 이 초음파 진동자가 장착된 면에 대해 가로방향의 초음파 진동을 부여하는 것이고, 상기 초음파 진동을 상기 세정액에 인가하여 상기 피세정물을 세정하는 것임을 특징으로 하는 초음파 세정장치가 제공된다.

이와 같이 장착면에 대해 가로 방향의 초음파 진동을 부여하는 초음파 진동자를 구비한 초음파 세정장치라면, 반도체 웨이퍼 등의 피세정물에 대해 입자가속도에 의한 손상을 거의 입히지 않고, 캐비테이션 등의 작용에 의해 초음파 세정할 수 있게 된다.

상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 홈 또는 요철이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같은 홈 또는 요철이 형성되어 있으면, 초음파 진동이 전달되기 쉽고, 특히 캐비테이션이 발생하기 쉬워지고, 보다 높은 세정작용을 발휘하는 장치가 된다.

상기 초음파 진동자가 복사판을 통해 상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단에 장착되도록 구성할 수 있다.

초음파 진동자가 복사판을 통해 장착되어 있으면, 초음파 진동자가 작더라도 복사판을 통해 초음파 진동을 세정액 전체에 고르게 전파(傳播)시킬 수 있는 세정장치가 된다.

상기 홈 또는 상기 요철의 폭은 상기 초음파 진동자의 중심에서 외측을 향해 넓어져 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 홈 또는 요철의 폭이 초음파 진동자의 중심에서 외측을 향해 넓어져 있음에 따라, 초음파 진동자에 의한 진동방향의 벡터 각이 작아지기 때문에, 예를 들어 접촉체 타입의 초음파 세정장치의 경우에는 피세정물의 세정범위가 넓어지고, 수조 타입의 초음파 세정장치의 경우에는 여러 방향에서 피세정물에 진동을 부여할 수 있고, 나아가 효과적이고 효율적인 세정을 할 수 있는 세정장치가 된다.

보다 구체적으로는, 상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단이 상기 피세정물에 근접하여 상기 피세정물과의 사이에 세정액을 흐르게 하기 위한 접촉체를 구비하고, 상기 접촉체에 상기 초음파 진동자가 장착되도록 구성할 수 있다.

이와 같이 피세정물에 근접시킨 접촉체와 피세정물 사이에 세정액을 흐르게 하여 가로 방향의 초음파 진동을 부여하여 초음파 세정을 하게 되면, 적은 세정액으로, 피세정물에 손상을 입히지 않고 효율적으로 초음파 세정을 할 수 있는 세정장치가 된다.

상기 접촉체에는 상기 피세정물에 세정액을 공급하는 수단이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같은 세정액 공급수단이 형성되어 있으면, 피세정물에 확실하게 세정액을 공급할 수 있음과 동시에 콤팩트하게 구성할 수 있고, 보다 효율적으로 초음파 세정할 수 있는 세정장치가 된다.

상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 상기 세정액이 흐르는 방향에 대해 평행하게 홈이 형성되어 있고, 상기 초음파 진동자가 상기 세정액이 흐르는 방향에 대해 수직방향으로 상기 초음파 진동을 부여하도록 구성할 수도 있다.

이와 같은 방향으로 홈이 형성되고, 초음파 진동을 부여하게 되면, 캐비테이션이 보다 쉽게 발생하게 되어, 보다 높은 세정작용을 발휘할 수 있음과 동시에, 피세정물에 손상을 입히기 어려운 세정장치가 된다.

상기 접촉체에 상기 세정액이 흐르는 방향을 따라 단부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

접촉체에 상기와 같은 단부가 형성되어 있으면, 한 방향으로 세정액을 흐르게 하여 파티클을 배출시킬 수 있고, 보다 효과적으로 세정을 할 수 있는 세정장치가 된다.

또한, 상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단은 상기 피세정물에 세정액을 분사하는 노즐일 수 있다.

이와 같은 노즐을 구비하면, 피세정물에 대해 분사한 세정액에 의해 초음파 진동의 입자가속도에 의한 손상을 입히지 않고 효과적으로 초음파 세정을 할 수 있는 세정장치가 된다

상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에, 상기 세정액을 분사하는 방향에 대해 평행하게 홈이 형성되어 있고, 상기 초음파 진동자가 상기 세정액을 분사하는 방향에 대해 수직방향으로 상기 초음파 진동을 부여하는 것으로 구성할 수 있다. 또는 상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 상기 세정액을 분사하는 방향에 대해 수직 방향으로 홈이 형성되어 있고, 상기 초음파 진동자가 상기 세정액을 분사하는 방향에 대해 평행하게 상기 초음파 진동을 부여하는 것으로 구성할 수도 있다.

이와 같은 방향으로 홈이 형성되고, 초음파 진동을 부여하는 노즐을 구비하면, 캐비테이션이 보다 쉽게 발생하게 되어, 보다 높은 세정작용을 발휘할 수 있음과 동시에, 필요에 따라서 피세정물이 손상을 받기 쉬운 정도에 따라 인가하는 초음파의 진동방향을 결정하여 세정할 수 있는 세정장치가 된다.

또한, 상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단은 상기 세정액 및 피세정물을 수용하는 수조일 수 있다.

이와 같은 수조를 구비하면, 피세정물에 대해 입자 가속도에 의한 손상을 입히지 않고, 피세정물을 단시간에 확실하게 초음파 세정할 수 있는 세정장치가 된다.

상기 초음파 진동자는 두께 미끄럼 진동자로 이루어질 수 있다.

두께 미끄럼 진동자가 적용되면, 가로 방향의 초음파 진동을 용이하게 부여할 수 있고, 장착면에 대해 가로 방향으로 확실하게 초음파 진동을 부여할 수 있는 세정장치가 된다.

또한, 본 발명에서는 적어도 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동자와, 이 초음파 진동자가 장착되고, 상기 초음파 진동이 인가된 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단을 구비하는 초음파 세정장치를 사용하여 피세정물을 초음파 세정하는 방법에 있어서, 상기 초음파 진동자로서, 상기 초음파 진동자가 장착된 면에 대해 가로 방향의 초음파 진동을 부여하는 것을 사용하고, 상기 초음파 진동을 상기 세정액에 인가하여 상기 피세정물을 세정하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법이 제공된다.

이와 같이 장착면에 대해 가로 방향의 초음파 진동을 부여하는 초음파 진동자를 구비한 초음파 세정장치를 이용하여 세정을 하면, 반도체 웨이퍼 등의 피세정물에 대해 입자 가속도에 의한 손상을 거의 입히지 않고 캐비테이션 등의 작용에 의해 초음파 세정할 수 있다.

상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 홈 또는 요철이 형성되어 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 홈 또는 요철이 형성되어 있으면, 세정액에 초음파 진동이 전달되기 쉽고, 특히 캐비테이션이 발생하기 쉬워져, 보다 높은 세정작용을 발휘시킬 수 있다.

상기 초음파 진동자가 복사판을 통해 상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단에 장착되어 있는 것을 사용할 수 있다.

초음파 진동자가 복사판을 통해 장착되어 있으면, 초음파 진동자가 작더라도 복사판을 통해 초음파 진동을 세정액 전체에 고르게 전파시킬 수 있다.

상기 홈 또는 상기 요철의 폭이 상기 초음파 진동자의 중심에서 외측을 향해 넓어져 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 홈 또는 요철의 폭이 초음파 진동자의 중심에서 외측을 향해 넓어져 있는 것을 세정시에 사용함으로써, 초음파 진동자에 의한 진동방향의 벡터 각이 작아지기 때문에, 예를 들어 접촉체 타입의 초음파 세정장치로 피세정물을 세정하는 경우에는 그 세정범위가 넓어지고, 수조 타입의 초음파 세정장치로 피세정물을 세정하는 경우에는 여러 방향에서 진동을 부여할 수 있고, 보다 효과적이고 효율적으로 피세정물을 세정할 수 있다.

구체적으로는, 상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단으로서, 상기 피세정물에 근접하여 상기 피세정물과의 사이에 세정액을 흐르게 하기 위한 접촉체를 구비하고, 상기 접촉체에 상기 초음파진동자가 장착되어 있는 것을 사용할 수 있다.

이와 같이 피세정물에 근접시킨 접촉체와 피세정물 사이에 세정액을 흐르게 하고, 초음파 진동자가 장착면에 대해 가로방향의 초음파 진동을 부여하여 초음파 세정을 하면, 적은 세정액으로 피세정물에 손상을 입히지 않고 효율적으로 초음파 세정을 할 수 있다.

상기 접촉에에 상기 피세정물에 세정액을 공급하는 수단이 형성되어 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 세정액 공급수단이 형성되어 있으면, 피세정물에 확실하게 세정액을 공급할 수 있고, 보다 효율적으로 초음파 세정을 할 수 있다.

상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 상기 세정액이 흐르는 방향에 대해 평행하게 홈이 형성되어 있고, 상기 초음파 진동자로서 상기 세정액이 흐르는 방향에 대해 수직방향으로 상기 초음파 진동을 부여하는 것이 바람직하다.

이와 같은 방향으로 홈이 형성되고, 초음파 진동을 부여하면, 캐비테이션이 보다 쉽게 발생하게 되어, 보다 높은 세정작용을 발휘할 수 있음과 동시에, 피세정물에 손상을 입히기 어렵게 된다.

상기 접촉체에 상기 세정액이 흐르는 방향을 따라 단부가 형성되어 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

접촉체에 상기와 같은 단부가 형성되어 있으면, 한 방향으로 세정액을 흐르게 하여 파티클을 배출할 수 있고, 보다 효과적으로 세정할 수 있다.

상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단으로서, 상기 피세정물에 세정엑을 분사하는 노즐을 사용할 수 있다.

이와 같은 노즐을 사용하면, 피세정물에 대해 분사한 세정액에 의해 초음파 진동의 입자 가속도에 의한 손상을 입히지 않고 효과적으로 초음파 세정을 할 수 있다.

상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에, 상기 세정액을 분사하는 방향에 대해 평행하게 홈이 형성되어 있고, 상기 초음파 진동자로서 상기 세정액을 분사하는 방향에 대해 수직방향으로 상기 초음파 진동을 부여하는 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 상기 세정액을 분사하는 방향에 대해 수직방향으로 홈이 형성되어 있고, 상기 초음파 진동자로서 상기 세정액 을 분사하는 방향에 대해 평행하게 상기 초음파 진동을 부여하도록 할 수도 있다.

이와 같은 방향으로 홈이 형성되고, 초음파 진동을 부여하는 노즐을 사용하면, 캐비테이션이 보다 쉽게 발생하게 되어, 보다 높은 세정작용을 발휘할 수 있음과 동시에, 필요에 따라서 피세정물이 손상을 쉽게 받는 정도에 따라서 인가하는 초음파 진동방향을 결정하여 세정할 수 있다.

상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단으로서, 상기 세정액 및 피세정물을 수용하는 수조를 사용할 수도 있다.

이와 같은 수조를 사용하면, 피세정물에 대해 입자가속도에 의한 손상을 입히지 않고, 피세정물을 단시간에 확실하게 초음파 세정할 수 있다.

상기 초음파 진동자로서 두께 미끄럼 진동자를 사용하는 것이 바람직하다.

두께 미끄럼 진동자가 적용되면 가로 방향의 초음파 진동을 용이하게 부여할 수 있고, 장착면에 대해 가로 방향으로 확실하게 초음파 진동을 부여할 수 있다.

상기 피세정물로서, 반도체 웨이퍼, 포토마스크 기판 또는 액정 기판을 세정할 수 있다.

이러한 기판은 표면 오염이나 흠집을 최대한 없애는 것이 요구되는 한편, 손상을 쉽게 받지만, 본 발명에 의한 세정방법에 따르면 입자 가속도에 의한 손상을 입히지 않고, 캐비테이션 등의 작용에 의해 매우 청정한 상태로 세정할 수 있다.

본 발명에 관련된 초음파 세정장치는 장착면에 대해 가로 방향의 초음파 진동을 부여하는 초음파 진동자를 구비하고 있고, 피세정물에 대해 입자 가속도에 의한 손상을 입히지 않고, 캐비테이션 등의 작용에 의해 초음파 세정할 수 있다. 따 라서, 본 발명에 따르면, 반도체 웨이퍼, 포토 마스크 기판, 액정 기판 등 손상을 받기 쉬운 기판에 대해, 음파 또는 입자 가속도에 의한 손상을 입히지 않고 매우 청정한 상태로 초음파 세정할 수 있다.

본 발명자들은 종래의 초음파 세정에 있어서, 피세정물이 손상을 받기 쉬운 원인에 대해 연구한 결과, 종래에는 초음파 진동자가 장착된 면에 대해 수직방향으로 초음파 진동시키는 것이 일반적이지만, 이로 인해 세정액에 초음파를 고효율로 인가하는 것에 문제가 있다고 생각했다. 장착면에 수직으로 부여된 초음파 진동은 세정액에 인가하는 면에도 세정액에 수직으로 초음파를 인가하여, 피세정물에 대해 수직방향으로 직접적으로 초음파가 작용하기 쉽고, 입자 가속도 등에 의해 피세정물에 손상을 입히기 쉬울 수 있다. 그래서, 초음파 진동자가 장착된 면에 대해 가로 방향으로 진동하는 것을 사용함으로써, 피세정물에 입자 가속도를 직접적으로 작용시키지 않도록 함과 동시에, 확실하게 세정액에 초음파를 인가하여 고효율로 피세정물을 세정할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명에 관한 초음파 세정장치를 사용하여 반도체 웨이퍼 등의 기판을 세정하는 경우에 대해 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 관한 초음파 세정장치의 일 예를 나타내고 있다. 이 세정장치(1)는 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동자(3)와, 초음파 진동이 인가된 세정액(9)과 기판(10)을 접촉시키기 위해 기판(10)에 근접하여 배치되는 접촉체(2)를 구비하고 있다.

접촉체(2)는 박스형의 형태이고, 하부에는 세정액(9)에 초음파를 인가하기 위한 복사판(4)이 설치되어 있다. 복사판(4)의 상면에는 초음파 진동자(3)가 장착되어 있고, 하면에는 세정액(9)이 흐르는 방향과 평행하게 홈(8)이 형성되어 있다. 또한 하면의 양측에는 세정액(9)이 흐르는 방향을 따라 단부(5)가 형성되어 있다.

접촉체(2)의 측부에는 기판(10)에 세정액(9)을 공급하기 위한 세정액 공급구(7)가 설치되어 있다. 도 1(C)에 나타낸 바와 같이 세정액 공급구(7)를 통해 복사판(4)과 기판(10) 사이에 세정액(9)을 공급할 수 있다.

이와 같은 접촉체(2)를 통하여, 복사판(4)과 기판(10)을 근접시키고 그 빈틈에 세정액(9)을 공급함으로써 복사판(4)을 통해 초음파 진동을 세정액(9)에 인가할 수 있다.

그리고, 본 발명에서는 복사판(4)에 장착된 초음파 진동자(3)가 장착면에 대해 가로방향의 초음파 진동을 부여하는 것을 최대 특징으로 하고 있다.

이와 같은 가로방향의 초음파 진동을 부여하는 초음파 진동자(3)로서는 두께 미끄럼 진동자를 적절하게 사용할 수 있다. 예를 들어 판상의 두께 미끄럼 진동자(3)를 접촉체(2)의 복사판(4)에 접합시키고, 전원 케이블(6)을 통해 진동자(3)에 전압(고주파 전력)을 인가하면, 도1(B)에 나타낸 바와 같이 가로 방향으로 진동하여 초음파 진동을 발생할 수 있다. 그리고, 두께 미끄럼 진동자(3)로부터 복사판(4)에 부여된 초음파 진동은 복사판(4)의 하면에서 복사판(4)과 기판(10) 사이의 세정액(9)으로 인가된다. 세정액(9)에 인가된 진동은 세정액(9)을 통해 다시 기 판(10)에 전파된다.

종래의 초음파 세정장치로는 상기와 같은 접촉체 타입의 것에 한정되지 않고, 초음파 진동자가 장착면에 대해 세로방향으로 진동하여 초음파 진동이 세정액에 인가되어 있었다. 특히 접촉체를 기판에 근접시켜 초음파 세정을 하는 장치를 사용하면 초음파 진동이 기판에 큰 충격을 주고, 특히 반도체 웨이퍼나 포토 마스크 기판의 경우 손상을 쉽게 받는다는 문제가 있다. 또한, 접촉체(복사판)와 기판 거리가 매우 좁고, 음파 반사에 의한 정재파(定在波)가 발생하고, 파티클의 배출이 신속하게 이루어지지 않거나, 복사판에 파티클이 부착하여 재오염의 요인이 되는 문제도 있다.

한편, 도 1에 나타난 세정장치(1)로는 초음파 진동자(3)가 장착면[복사판(4)]에 대해 가로 방향의 초음파 진동을 부여한다. 이로 인해 복사판(4)이 수평으로 진동하고, 복사판(4)의 홈(8)이 세정액을 스크래치하여 복사판(4)에 평행한 종파가 발생한다. 이러한 종방향 진동(종파)은 음파 매체가 되는 세정액(9)에 전달되고, 피 세정기판(10)에 대해 거의 수평으로 이동한다. 즉, 기판(10)에 대해 초음파 진동이 수직으로는 전달되지 않고, 기판(10)에의 입자 가속도에 의한 손상을 크게 억제할 수 있다. 또한, 정재파가 발생하지 않기 때문에, 파티클의 대류를 막을 수 있다. 그리고, 복사판(4)의 하면 측에는 세정액(9)이 흐르는 방향을 따라 단부(5)가 형성되어 있기 때문에, 한 방향으로의 액류에 의해 파티클을 신속하게 배출할 수 있다.

또한, 복사판(4)의 홈(8) 사이에 들어온 세정액(9)에 대해 진동이 인가되어 캐비테이션이 발생하기 쉽다. 특히, 도 1(B)에 나타낸 바와 같이 초음파 진동자(3)가 세정액(9)이 흐르는 방향에 대해 수직방향으로 초음파 진동을 부여하도록 장착되어 있으면, 캐비테이션이 보다 쉽게 발생한다. 따라서, 진동(입자 가속도)에 의한 기판(10)에의 손상이 억제되는 한편, 캐비테이션에 의한 높은 세정작용을 발휘할 수 있다.

그리고, 복사판(4)에 설치된 홈(8)의 폭은 세정액에 인가하려는 초음파의 진동방향 등의 진동특성에 맞도록 적절히 변경할 수 있고, 예를 들어 도 5(A),(B)에 나타낸 바와 같은 홈 폭이 되도록 할 수도 있다. 도 5는 본 발명에 관련된 접촉체 타입의 초음파 세정장치의 일부 단면을 나타낸 도면으로, (A)는 복사판의 홈 폭이 동일한 경우, (B)는 복사판의 홈 폭이 초음파 진동자의 중심에서 외측을 향해 넓어져 있는 (a>b>c) 경우이다. 도 5 중의 복사판(4)에서 연장되어 있는 검은 화살표는 진동방향의 벡터를 나타내는 것이다.

도 5(A)와 같이 복사판(4)의 하면에 홈(8)이 등간격 폭으로 형성되어 있는 경우, 홈(8)에 의해 생기는 종방향 진동은 전술한 바와 같이 초음파 진동이 수직으로는 전달되지 않아, 기판(10)으로의 입자 가속도에 의한 손상을 크게 억제할 수 있다.

그러나, 특히 도 5(B)와 같이 초음파 진동자(3)의 중심에서 외측을 향해, 복사판(4)에 형성된 홈(8) 폭을 넓게 하면(예를 들어 a>b>c로 한다), 진동판(4)의 외측에 가장 넓은 폭(도 5(B) 중의 a참조)으로 형성된 홈(8)의 진동방향의 벡터 각이 작아지기 때문에, 등간격으로 홈을 형성한 도 5(A)의 경우보다 기판(10)을 광범위 로 효율적으로 세정할 수 있다.

홈(8)의 폭은 상기와 같이 홈 폭이 동일한 경우나 복사판의 홈 폭이 초음파 진동자 중심에서 외측을 향해 넓어져 있는 경우에 한정되지 않고, 목적에 따라서 홈 폭을 일정하지 않게 설치해도 되고, 초음파 진동자의 좌측에서 우측을 향해 폭을 넓게 해도 된다.

또한, 도 5에는 접촉체에 단부가 없는 초음파 세정장치를 들어 홈 폭을 바꾸었을 때의 효과를 설명하였지만, 단부가 외측으로 확대된 접촉체라도 동일한 효과가 얻어진다.

또한, 세정액(9)은 특별히 한정되지 않지만, 복사판(4)의 세정액(9)과 접하는 면을 단결정 사파이어로 구성하는 경우, 예를 들어 불화수소산 또는 SC-1 등의 알칼리성 세정액을 사용하더라도, 높은 내성을 나타내어 적절하다.

도 2는 본 발명에 관련된 초음파 진동장치의 다른 예를 나타내고 있다. 이 세정장치(21)는 노즐 타입의 것으로, 도 1에 나타낸 초음파 세정장치(1)와 동일한 내부 구조를 갖고, 세정액 공급구(7), 초음파 진동자(미도시), 복사판(24)을 구비하고, 추가로 양쪽 단부(25)를 연결하도록 바닥판(22)이 설치되어 있다. 복사판(24)의 하면에는 세정액을 분사하는 방향에 대해 평행하게 홈(28)이 형성되어 있고, 초음파 진동자가 세정액을 분사하는 방향에 대해 수직방향으로 초음파 진동을 부여하도록 장착되어 있다. 그리고, 복사판(24), 단부(25), 바닥판(22)이 유수형의 슬릿 노즐로서 작용하고, 세정액 공급구(7)로부터 공급된 세정액을 복사판(24)과 바닥판(22) 사이에서 커텐 형태 또는 샤워 형태로 분사할 수 있다.

이와 같은 노즐 타입의 초음파 세정장치(21)로도 초음파 진동자가 장착면[복사판(24)]에 대해 가로 방향의 초음파 진동을 부여함으로써, 초음파 진동이 세정액에 인가된다. 그리고 이와 같은 가로 방향의 초음파 진동이 인가된 세정액을 기판을 향해 분사함에 따라, 기판에 대해 종파의 초음파 진동을 전달하지 않고 기판에의 손상을 억제하여 초음파 세정을 할 수 있다. 특히 복사판(24)의 홈(28) 사이에 들어온 세정액에는 캐비테이션이 쉽게 발생하기 때문에, 캐비테이션에 의한 높은 세정작용을 발휘할 수 있다.

또한, 세정시, 기판에 대한 노즐(21) 방향은 특별히 한정되지 않지만, 기판에 대해 노즐(21)이 평행에 가까워질수록 입자 가속도에 의한 손상을 억제할 수 있어 바람직하다.

도 3은 본 발명에 관련된 초음파 세정장치의 또 다른 예을 나타내고 있다. 이 세정장치(31)도 노즐 타입으로, 주로 노즐본체(32), 초음파 진동자(33), 복사판(34)으로 구성되어 있다.

노즐 본체(32)는 세정액 공급구(37)를 갖고, 내부에는 세정액의 흐름을 확보하기 위한 세정액 공급로(36)와 세정액 통과공(35)이 형성되어 있다.

복사판(34)의 상면에는 가로 방향으로 진동하는 초음파 진동자(33)가 접합되어 있다. 이 경우도 두께 미끄럼 진동자를 적절하게 사용할 수 있다. 진동자(33)는 세정액을 분사하는 방향에 대해 평행하게 초음파 진동자를 부여하도록 복사판(34)에 장착되어 있다.

한편, 복사판(34)의 하면에는 세정액을 분사하는 방향에 대해 수직방향으로 홈(38)이 형성되어 있다. 도 3(A)에 나타낸 바와 같이, 각 홈(38)은 노즐 본체(32)의 세정액 통과공(35)에 대응하는 위치에 형성되어 있고, 세정액의 분사방향을 향해 하방으로 경사되어 있다. 상기와 같은 진동자(33)의 진동방향과 홈 형상에 의해 세정액을 분사하기 쉽게 되어 있다.

세정액 통과공(35)을 거쳐 복사판 측에 공급된 세정액은 복사판(34)을 통해 진동자(33)로부터의 가로방향의 초음파 진동이 인가되어 기판(10)에 분사된다. 따라서, 이 세정 노즐(31)로도 기판(10)에 대해 종파의 초음파 진동을 거의 전달하지 않고 기판(10)에의 손상이 억제됨과 동시에, 특히 캐비테이션에 의한 높은 세정작용에 의해 세정할 수 있다.

또한, 도 2와 도 3 타입 노즐 중 어느 것을 사용할지는 피세정물의 손상 용이성 등에 따라 적절히 결정할 수 있다. 도 2 타입 쪽이 보다 매끄러운 세정을 할 수 있다.

도 4는 본 발명에 관련된 초음파 세정 장치의 또 다른 예를 나타내고 있다.

도 4(A)에 나타낸 세정장치(41)는 세정액(9)과 기판(10)을 수용하는 수조(세정조)(42)의 하면에 초음파 진동자(43)가 장착되어 있다. 이와 같은 수조 타입의 세정장치(41)로도 장착면에 대해 가로 방향의 초음파 진동을 부여하는 초음파 진동자(바람직하게는 두께 미끄럼 진동자)(43)를 장착함으로써, 기판(10)에 대해 종파의 초음파 진동을 전달하지 않고 초음파 세정할 수 있다. 또한, 이 세정장치(41)로는 초음파 진동자(43)를 세정조(42)에 직접 접합되어 있지만, 스테인레스 등의 복사판을 통해 장착할 수도 있다.

도 4(B)에 나타낸 세정장치(51)는 2조 타입이고, 내측 조(52a)에는 세정액(순수)(9)이 수용되고, 외측 수조(52b)에는 전파수(54)가 수용되어 있다. 이와 같은 2조 타입으로는 외측 수조(52b)의 하면에 장착된 초음파 진동자(53)로부터의 초음파 진동은 전파수(54)를 통해 내측 수조(52a) 내의 세정액(9)에 고르게 전달되어 기판(10)을 초음파 세정할 수 있다. 이 경우도, 외측 수조(52b)에 장착면에 대해 가로 방향의 초음파 진동을 부여하는 초음파 진동자(53)를 장착함으로써, 내측 홈(52b) 내에 수용된 기판(10)에 대해 종파의 초음파 진동을 전달하지 않고 초음파 세정할 수 있다.

또한, 도 4(A), (B)에 나타낸 수조 타입의 세정장치(41, 51)로도 초음파 진동을 세정액(9)에 인가하는 면에 홈 또는 요철을 형성해 두면, 캐비테이션이 발생하기 쉬워져, 세정작용을 한층 높일 수 있다.

이 홈 또는 요철은 그 형태는 원이든 선이든 적절히 형성하면 되고, 접촉체 타입의 초음파 세정장치와 동일하게 그 폭을 일정하지 않게 형성해도 되고, 등간격으로 형성해도 되고, 세정액에 인가하는 초음파의 진동 특성에 맞게 적절히 변경할 수 있다. 그러나, 홈 또는 요철의 폭을 초음파 진동자의 진동 중심에서 그 외측을 향해 넓게 하는 것이 보다 바람직하고, 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 형성하는 홈 또는 요철 폭을 바꿈으로써, 기판에 수직방향이 아닌 수평방향의 일정하지 않은(random) 초음파 진동을 부여할 수 있고, 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면의 홈 또는 요철 폭을 등간격으로 형성하는 것보다도 더 효과적이고 효율적으로 기판을 세정할 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 세정장치는 장착 면에 대해 가로 방향의 초음파 진동을 부여하는 초음파 진동자를 구비하고 있고, 세로 방향의 초음파 진동이 피세정물에 전달되지 않기 때문에, 입자 가속도에 의한 손상을 입히지 않고 피세정물을 초음파 세정할 수 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼, 포토마스크 기판, 액정 기판 등에 대해, 입자 가속도에 의한 손상을 입히지 않고 매우 청정한 상태로 초음파 세정할 수 있다.

본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상술한 실시형태는 예시이고, 본 발명의 특허청구 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용 효과를 나타내는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

예를 들어, 상기 실시형태로는 초음파 진동이 인가된 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단으로서, 접촉체 타입, 노즐 타입, 수조 타입에 대해 각각 설명하였지만, 이들 타입에 한정되는 것은 아니다. 초음파 진동자가 장착된 면에 대해 가로 방향의 초음파 진동을 부여하는 것이고, 이 초음파 진동을 세정액에 인가하여 피세정물을 세정하는 세정장치라면 본 발명에 포함된다.

또한, 본 발명은 반도체 웨이퍼, 포토 마스크 기판, 액정 기판 등 손상을 받기 쉬운 기판에 적절하게 적용할 수 있지만, 피세정물에 의한 이들 기판에 한정되 지 않고, 평탄하지 않아도 된다.

Claims (48)

1. 피세정물을 초음파 세정하기 위한 세정장치에 있어서, 적어도, 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동자와, 상기 초음파 진동자가 장착되고, 상기 초음파 진동이 인가된 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단을 구비하고, 상기 초음파 진동자가 상기 초음파 진동자가 장착된 면에 대해 가로방향의 초음파 진동을 부여하고, 상기 초음파 진동을 상기 세정액에 인가하여 상기 피세정물을 세정하는 것임을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 홈 또는 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 초음파 진동자는, 복사판을 통해 상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 초음파 진동자는, 복사판을 통해 상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 홈 또는 상기 요철의 폭은 상기 초음파 진동자의 중심에서 외측으로 갈수록 넓어지는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 홈 또는 상기 요철의 폭은 상기 초음파 진동자의 중심에서 외측으로 갈수록 넓어지는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단이 상기 피세정물에 근접하여 상기 피세정물과의 사이에 세정액을 흐르게 하기 위한 접촉체를 구비하고, 상기 접촉체에 상기 초음파 진동자가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 접촉체에 상기 피세정물에 세정액을 공급하는 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
9. 제7항에 있어서,

   상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 상기 세정액이 흐르는 방향에 대해 평행하게 홈이 형성되어 있고, 상기 초음파 진동자가 상기 세정액이 흐르는 방향에 대해 수직방향으로 상기 초음파 진동을 부여하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
10. 제8항에 있어서,

    상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 상기 세정액이 흐르는 방향에 대해 평행하게 홈이 형성되어 있고, 상기 초음파 진동자가 상기 세정액이 흐르는 방향에 대해 수직방향으로 상기 초음파 진동을 부여하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
11. 제7항에 있어서,

    상기 접촉체에 상기 세정액이 흐르는 방향을 따라 단부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
12. 제8항에 있어서,

    상기 접촉체에 상기 세정액이 흐르는 방향을 따라 단부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
13. 제9항에 있어서,

    상기 접촉체에 상기 세정액이 흐르는 방향을 따라 단부가 형성되어 있는 것 을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
14. 제10항에 있어서,

    상기 접촉체에 상기 세정액이 흐르는 방향을 따라 단부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
15. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단이 상기 피세정물에 세정액을 분사하는 노즐임을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
16. 제15항에 있어서,

    상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 상기 세정액을 분사하는 방향에 대해 평행하게 홈이 형성되어 있고, 상기 초음파 진동자가 상기 세정액을 분사하는 방향에 대해 수직방향으로 상기 초음파 진동을 부여하는 것임을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
17. 제15항에 있어서,

    상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 상기 세정액을 분사하는 방향에 대해 수직 방향으로 홈이 형성되어 있고, 상기 초음파 진동자가 상기 세정액을 분사하는 방향에 대해 평행하게 상기 초음파 진동을 부여하는 것임을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
18. 제1항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단이 상기 세정액 및 피세정물을 수용하는 수조임을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
19. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 초음파 진동자가 두께 미끄럼 진동자인 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
20. 제7항에 있어서,

    상기 초음파 진동자가 두께 미끄럼 진동자인 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
21. 제15항에 있어서,

    상기 초음파 진동자가 두께 미끄럼 진동자인 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
22. 제18항에 있어서,

    상기 초음파 진동자가 두께 미끄럼 진동자인 것을 특징으로 하는 초음파 세 정장치.
23. 적어도 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동자와, 상기 초음파 진동자가 장착되고, 상기 초음파 진동이 인가된 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단을 구비하는 초음파 세정장치를 사용하여 피세정물을 초음파 세정하는 방법에 있어서, 상기 초음파 진동자로서, 상기 초음파 진동자가 장착된 면에 대해 가로 방향의 초음파 진동을 부여하는 것을 사용하고, 상기 초음파 진동을 상기 세정액에 인가하여 상기 피세정물을 세정하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
24. 제23항에 있어서,

    상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 홈 또는 요철이 형성되어 있는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
25. 제23항에 있어서,

    상기 초음파 진동자가 복사판을 통해 상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단에 장착되어 있는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
26. 제24항에 있어서,

    상기 초음파 진동자가 복사판을 통해 상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단에 장착되어 있는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
27. 제24항에 있어서,

    상기 홈 또는 상기 요철의 폭이 상기 초음파 진동자 중심에서 외측으로 갈수록 넓어지는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
28. 제26항에 있어서,

    상기 홈 또는 상기 요철의 폭이 상기 초음파 진동자 중심에서 외측으로 갈수록 넓어지는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
29. 제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단으로서, 상기 피세정물에 근접하여 상기 피세정물 사이에 세정액을 흐르게 하기 위한 접촉체를 구비하고, 상기 접촉체에 상기 초음파 진동자가 장착되어 있는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
30. 제29항에 있어서,

    상기 접촉체에 상기 피세정물에 세정액을 공급하는 수단이 구비되어 있는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
31. 제29항에 있어서,

    상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 상기 세정액이 흐르는 방향에 대해 평행하게 홈이 형성되어 있고, 상기 초음파 진동자로서 상기 세정액이 흐르는 방향에 대해 수직방향으로 상기 초음파 진동을 부여하는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
32. 제30항에 있어서,

    상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 상기 세정액이 흐르는 방향에 대해 평행하게 홈이 형성되어 있고, 상기 초음파 진동자로서 상기 세정액이 흐르는 방향에 대해 수직방향으로 상기 초음파 진동을 부여하는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
33. 제29항에 있어서,

    상기 접촉체에 상기 세정액이 흐르는 방향을 따라 단부가 형성되어 있는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
34. 제30항에 있어서,

    상기 접촉체에 상기 세정액이 흐르는 방향을 따라 단부가 형성되어 있는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
35. 제31항에 있어서,

    상기 접촉체에 상기 세정액이 흐르는 방향을 따라 단부가 형성되어 있는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
36. 제32항에 있어서,

    상기 접촉체에 상기 세정액이 흐르는 방향을 따라 단부가 형성되어 있는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
37. 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단으로서, 상기 피세정물에 세정액을 분사하는 노즐을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
38. 제37항에 있어서,

    상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에, 상기 세정액을 분사하는 방향에 대해 평행하게 홈이 형성되어 있고, 상기 초음파 진동자로서 상기 세정액을 분사하는 방향에 대해 수직방향으로 상기 초음파 진동을 부여하는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
39. 제37항에 있어서,

    상기 초음파 진동을 세정액에 인가하는 면에 상기 세정액을 분사하는 방향에 대해 수직방향으로 홈이 형성되어 있고, 상기 초음파 진동자로서 상기 세정액을 분 사하는 방향에 대해 평행하게 상기 초음파 진동을 부여하는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
40. 제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 세정액과 피세정물을 접촉시키는 수단으로서, 상기 세정액 및 피세정물을 수용하는 수조를 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
41. 제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 초음파 진동자로서 두께 미끄럼 진동자를 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
42. 제29항에 있어서,

    상기 초음파 진동자로서 두께 미끄럼 진동자를 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
43. 제37항에 있어서,

    상기 초음파 진동자로서 두께 미끄럼 진동자를 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
44. 제40항에 있어서,

    상기 초음파 진동자로서 두께 미끄럼 진동자를 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
45. 제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 피세정물로서, 반도체 웨이퍼, 포토마스크 기판 또는 액정 기판을 세정하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
46. 제29항에 있어서,

    상기 피세정물로서, 반도체 웨이퍼, 포토마스크 기판 또는 액정 기판을 세정하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
47. 제37항에 있어서,

    상기 피세정물로서, 반도체 웨이퍼, 포토마스크 기판 또는 액정 기판을 세정하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
48. 제40항에 있어서,

    상기 피세정물로서, 반도체 웨이퍼, 포토마스크 기판 또는 액정 기판을 세정하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.

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