KR20090058307A - 초음파 노즐 및 이를 포함하는 기판 세정 장치 - Google Patents

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KR20090058307A
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Abstract

복수의 주파수를 사용하여 초음파 세정할 수 있는 초음파 노즐 및 이를 포함하는 기판 세정 장치가 제공된다. 초음파 노즐은 외부로부터 제공된 전기 에너지를 진동 에너지로 변환하는, 그 두께가 일정하지 않은 트랜스듀서와, 트랜스듀서에 의해 진동하는 트랜스미터를 포함한다.
초음파 세정, 트랜스듀서, 압전 변환기, 복수의 주파수

Description

초음파 노즐 및 이를 포함하는 기판 세정 장치{Supersonic nozzle and wafer cleaning apparatus compring the same}
본 발명은 초음파 노즐 및 이를 포함하는 기판 세정 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 복수의 주파수를 사용하여 초음파 세정할 수 있는 초음파 노즐 및 이를 포함하는 기판 세정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 기판에는 증착, 리소그래피, 식각, 화학적/기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들이 반복적으로 수행된다. 상기 단위 공정들 중에서 세정 공정은 각각의 단위 공정을 수행하는 동안, 반도체 기판의 표면에 부착되는 이물질이나 불필요한 막을 제거하는 공정이다.
반도체 기판 상에 형성되는 패턴이 미세화되고, 패턴의 종횡비(aspect ratio)가 커짐에 따라 점차 세정 공정의 중요도가 커지고 있다. 그리고, 완벽한 세정을 위하여 기판 세정 장치가 지속적으로 개발되었다. 최근에는 세정액에 수백 kHz 이상의 초음파 진동을 인가하는 기판 세정 장치가 주로 사용되고 있다. 초음파 진동을 인가하면 입자 가속도와 캐비테이션을 이용하여 반도체 기판을 세척할 수 있다.
한편, 기판 세정 장치는 다수의 반도체 기판을 동시에 세정하는 배치식 세정 장치와 낱장 단위로 반도체 기판을 세정하는 매엽식 세정 장치로 구분된다. 이 중에서, 매엽식 세정 장치는 반도체 기판을 지지하는 지지대와 반도체 기판의 전면 또는 이면에 세정액을 분사하는 세정액 노즐을 포함한다. 그리고, 세정액이 반도체 기판 상에 공급된 상태에서 초음파 진동이 인가될 수 있다.
이러한, 초음파 진동을 이용한 기판 세정 장치에서, 단일의 주파수를 가진 초음파 진동을 이용하는 경우, 균일하고 정밀한 세척이 이루어지지 못하거나, 반도체 기판에 형성된 패턴이 손상될 수 있다. 초음파의 주파수의 고저에 따라서, 입자 가속도와 캐비테이션의 강도와 밀도가 달라지고, 이들이 서로 트레이드 오프(trade off) 관계에 있기 때문이다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 복수의 주파수를 사용하여 초음파 세정할 수 있는 초음파 노즐을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 복수의 주파수를 사용하여 초음파 세정할 수 있는 기판 세정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 노즐은 외부로부터 제공된 전기 에너지를 진동 에너지로 변환하는, 그 두께가 일정하지 않은 트랜스듀서(transducer)와, 트랜스듀서에 의해 진동하는 트랜스미터(transmitter)를 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장 치는 반도체 기판을 지지하는 지지부와, 반도체 기판에 세정액을 분사하는 세정액 노즐과, 세정액에 초음파 진동을 인가하는 초음파 노즐을 포함한다. 초음파 노즐은 외부로부터 제공된 전기 에너지를 진동 에너지로 변환하고 그 두께가 일정하지 않은 트랜스듀서(transducer)와, 트랜스듀서에 의해 진동하는 트랜스미터(transmitter)를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 초음파 노즐 및 기판 세정 장치에 의하면, 복수의 주파수를 사용하여 초음파 세정할 수 있다. 따라서 균일하고 정밀한 세척이 가능하며, 반도체 기판에 형성된 패턴이 손상되는 것을 줄일 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해 서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 노즐과 이를 포함하는 기판 세정 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 초음파 노즐을 설명하기 위한 상세도이다.
도 1을 참조하면, 기판 세정 장치(200)는 반도체 기판(W)을 지지하고, 회전 시키기 위한 지지부(210)와, 지지부(210)의 둘레에 구비된 보울(202)과, 반도체 기판(W)의 표면에 세정액을 공급하기 위한 세정액 노즐(204, 206)과, 반도체 기판(W)의 상면에 공급된 세정액에 초음파 진동을 인가하는 초음파 노즐(290)을 포함할 수 있다.
지지부(210)는 제1 모터(218)의 회전력을 전달하기 위한 제1 회전축(220)과 연결되어 있는 허브(214)와, 반도체 기판(W)을 지지하기 위한 원형 링(212)과, 허브(214) 및 원형 링(212)을 연결하기 위한 다수개의 스포크(216)를 포함할 수 있다. 지지부(210)의 구조는 다양하게 변경될 수 있으며, 다양한 지지부(210)의 구조가 공지되어 있으므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
보울(202)은 반도체 기판(W)의 표면으로 공급되어 반도체 기판(W)의 회전에 의해 반도체 기판(W)으로부터 비산되는 세정액을 차단할 수 있다. 보울(202)은 반도체 기판(W)의 로딩 및 언로딩을 위해 상하 이동 가능하도록 설치될 수 있다.
보울(202)의 하부에는 배출관(208)이 연결될 수 있고, 보울(202)의 하부 중앙 부위를 관통하여 제1 회전축(220)이 설치될 수 있다. 배출관(208)을 통해 보울(202)에 의해 차단된 세정액이 배출될 수 있다. 그리고, 제1 회전축(220)은 지지부(210)에 지지된 반도체 기판(W)을 회전시키기 위한 회전력을 전달할 수 있다.
세정액 노즐(204, 206)은 반도체 기판(W)의 상면에 세정액을 공급하기 위한 제1 노즐(204)과, 반도체 기판(W)의 하면에 세정액을 공급하기 위한 제2 노즐(206)을 포함할 수 있다. 제1 노즐(204)은 지지부(210)의 상부에 배치될 수 있으며, 제2 노즐(206)은 보울(202)의 측벽을 관통하여 설치될 수 있다.
여기서, 세정액으로는 탈이온수(de-ionized water, H2O), 불산(HF)과 탈이온수의 혼합액, 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수의 혼합액, 불화암모늄(NH4F)과 불산(HF) 및 탈이온수의 혼합액 및 인산(H3PO4) 및 탈이온수를 포함하는 혼합액 등이 사용될 수 있다.
일반적으로, 탈이온수는 반도체 기판(W)에 부착된 이물질 제거 및 린스의 목적으로 사용될 수 있다. 불산과 탈이온수의 혼합액(DHF)은 반도체 기판(W) 상에 형성된 자연 산화막(SiO2) 제거 및 금속 이온 제거를 위해 사용될 수 있다. 이때, 불산과 탈이온수의 혼합 비율은 1:100 내지 1:500 정도일 수 있으며, 세정 공정의 조건에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
일반적으로, SC1(standard clean 1) 용액이라 불리는 수산화암모늄과 과산화수소 및 탈이온수의 혼합액은 반도체 기판(W) 상에 형성된 산화막 또는 반도체 기판(W) 상에 부착된 유기물을 제거할 수 있으며, 혼합 비율은 1:4:20 내지 1:4:100 정도일 수 있으며, 세정 공정에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
그리고, Lal 용액이라 불리는 불화암모늄과 불산 및 탈이온수의 혼합액은 반도체 기판(W) 상에 형성된 산화막을 제거할 수 있으며, 인산과 탈이온수를 포함하는 혼합액은 상기 Lal 용액으로 처리가 불가능한 나이트라이드(nitride) 계열의 이물질을 제거할 수 있다.
도 2를 더 참조하면, 초음파 노즐(290)은 복수의 주파수를 가지는 진동 에너지를 제공하는 초음파 진동부(232, 234, 238)와, 초음파 진동부(232, 234, 238)를 수납하는 하우징(240)을 포함할 수 있다.
초음파 진동부(232, 234, 238)는 트랜스듀서에 의해 진동하는 트랜스미터(transmitter, 232)와 전기 에너지를 진동 에너지로 변환하는 트랜스듀서(transducer, 238)를 포함할 수 있다.
트랜스미터(232)는 지지부(210)에 지지된 반도체 기판(W)의 상부에 배치될 수 있다. 트랜스미터(232)는 제1 노즐(204)을 통해 반도체 기판(W)의 상면에 공급된 세정액에 초음파 진동을 인가할 수 있다. 트랜스미터(232)는 반도체 기판(W)의 상면에 공급된 세정액과 접촉될 수 있으며, 수직 방향으로 연장될 수 있다.
트랜스미터(232)는 반도체 기판(W)을 향하여 점차 증가하는 단면적을 가질 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 트랜스미터(232)는 원형 단면을 가지며, 반도체 기판(W)의 상면에 공급된 세정액과 접촉되는 트랜스미터(232)의 하부면의 직경이, 트랜스미터(232)의 상부면의 직경보다 크다. 여기서, 트랜스미터(232)의 단면 형상은 이에 한정되지 아니하며, 원형이 아닌 다른 단면 형상을 가질 수 있다.
트랜스미터(232)의 단면적이 트랜스미터(232)의 상부면으로부터 트랜스미터(232)의 하부면을 향하여 점차 증가하면 초음파 진동 에너지가 넓게 분산될 수 있다. 이에 따라, 반도체 기판(W) 상에 형성된 미세 패턴이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
트랜스미터(232)의 하부면 직경은 바람직하게는 반도체 기판(W) 반경의 0.2 내지 1배일 수 있다. 트랜스미터(232)의 하부면 직경이 반도체 기판(W) 반경의 0.2배보다 작은 경우, 세정 공정의 시간이 너무 길어질 수 있다. 그리고, 트랜스미터(232)의 하부면 직경이 반도체 기판(W) 반경보다 큰 경우, 반도체 기판(W)과 트 랜스미터(232) 사이로 세정액이 원활하게 공급되지 않을 수 있다. 보다 바람직하게는 트랜스미터(232)의 하부면 직경이 반도체 기판(W) 반지름의 0.5배일 수 있다.
한편, 트랜스미터(232)의 하부면으로부터 반도체 기판(W)의 상부면으로 공급된 세정액에 인가되는 초음파는 반도체 기판(W)의 상부면에 반사되어 반사파를 형성할 수 있다. 반사파는 세정액에 인가된 초음파 진동을 비정상적으로 증폭시킬 수 있으며, 이에 따라 반도체 기판(W) 상에 형성된 패턴이 손상될 수 있다.
이러한 초음파 진동의 비정상적인 증폭은 트랜스미터(232)의 하부면에 요철을 형성함으로서 방지될 수 있다. 트랜스미터(232)의 하부면에 다수의 홈을 형성하거나 다수의 돌기를 형성하면, 트랜스미터(232)의 하부면에 요철을 형성할 수 있다. 트랜스미터(232) 하부면의 요철은 반도체 기판(W)으로부터 반사된 반사파를 분산시켜, 초음파 진동이 비정상적으로 증폭하는 것을 방지할 수 있다.
트랜스미터(232)는 초음파 에너지를 효과적으로 전달하는 물질, 예를 들어 석영으로 제조될 수 있다. 석영으로 제조된 트랜스미터(232)는 대부분의 세정액에 만족스럽게 사용될 수 있지만, 불산을 포함하는 세정액은 석영을 식각할 수 있다. 따라서, 불산을 포함하는 세정액이 사용되는 경우, 사파이어(sapphire), 탄화규소(silicon carbide), 질화붕소(boron nitride) 등이 석영 대신에 사용될 수 있다. 또는, 석영으로 제조된 트랜스미터(232)에 불산에 견딜 수 있는 탄화규소나 탄소유리(vitreous carbon)를 코팅하여 사용할 수 있다.
트랜스듀서(238)로는 전기적인 에너지를 물리적인 진동 에너지로 변환시키고, 그 두께가 일정하지 않은 압전 변환기(piezoelectric transducer)가 사용될 수 있다.
트랜스듀서(238), 곧, 압전 변환기에 의해 발생하는 진동 에너지의 주파수는 압전 변환기의 두께에 의존한다. 따라서, 압전 변화기의 두께가 일정하지 아니하므로, 하나의 압전 변환기로부터 복수의 주파수를 가진 진동 에너지가 발생할 수 있다. 이에 대해서는 도 5a 내지 도 6을 참조하여 후술한다.
한편, 트랜스듀서(238) 곧, 압전 변환기의 하면은 반도체 기판(W)의 상면과 평행한 평면일 수 있다. 이와 같이 압전 변환기의 하면이 반도체 기판(W)의 상면과 평행하면, 두께가 일정하지 아니한 압전 변환기를 사용하더라도, 전술한 트랜스미터(232)와 후술한 버퍼(234)의 형상을 그대로 유지할 수 있다.
트랜스듀서(238)에 인가되는 전기 에너지는 발진기와 같은 초음파 에너지 소스(미도시)로부터 제공될 수 있다. 다수의 전기 커넥터(254, connector)와 제2 회전축(264)을 관통하는 전선(256)에 의해서, 트랜스듀서(238)와 초음파 에너지 소스가 연결될 수 있다.
초음파 진동부(232, 234, 238)는 버퍼(234)를 더 포함할 수 있다.
버퍼(234)는 트랜스듀서(238)와 트랜스미터(232) 사이에 배치되며, 트랜스듀서(238)에서 발생되는 초음파 진동 에너지를 손실없이 트랜스미터(232) 상면에 제공하는 역할을 할 수 있다.
버퍼(234)는 트랜스미터(232)의 상부면에 음향적으로 결합될 수 있고, 트랜스듀서(238)는 버퍼(234)의 상부면에 음향적으로 결합될 수 있다. 여기서, 트랜스미터(232)와 버퍼(234)는 접착 물질에 의해 접착될 수 있다. 또한, 트랜스미 터(232)와 버퍼(234) 사이에 다수의 홀이 형성되어 있는 얇은 금속 스크린이 개재될 수 있다.
버퍼(234)는 원기둥 형상을 가질 수 있으며, 트랜스미터(232)의 열전도도보다 높은 열전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 버퍼(234)는 동, 알루미늄 등과 같이 열전도도가 높은 물질로 이루어질 수 있다.
하우징(240)은 원통 형상을 가질 수 있고, 트랜스미터(232)와 버퍼(234)를 수납할 수 있다. 하우징(240)은 원형의 컵(242)과 커버(244)를 포함할 수 있다. 컵(242)의 내측벽에는 버퍼(234)를 수납하기 위한 환형 리세스(recess, 미도시)가 형성될 수 있고, 커버(244)의 중앙 부위에는 트랜스미터(232)가 설치되는 개구가 형성될 수 있다. 컵(242)과 커버(244)는 복수의 볼트(246)에 의해 결합될 수 있다.
초음파 노즐(290)은 초음파 노즐(290)을 회전 운동시키는 제2 모터(262)와 제2 회전축(264)를 더 포함할 수 있다.
제2 모터(262)는 수평 암(250)의 상부면에 설치될 수 있으며 제2 회전축(264)에 연결될 수 있다. 제2 모터(262)는 회전력을 발생시키고, 제2 회전축(264)에 회전력을 전달할 수 있다. 제2 회전축(264)은 트랜스미터(232)를 회전시키기 위한 제2 회전력을 전달할 수 있다. 제2 회전축(264)은 수평 암(250)을 관통하고, 하우징(240)의 상부와 연결될 수 있다. 곧, 하우징(240)은 수평 암(250)을 관통한 제2 회전축(264)과 연결될 수 있다.
초음파 노즐(290)은 초음파 진동부(232, 234, 238)의 온/오프를 제어하는 제어부(270)를 더 포함할 수 있다. 제어부(270)는 트랜스듀서(238)에 인가되는 전기 에너지를 온/오프하여서, 초음파 진동부(232, 234, 238)의 온/오프를 제어할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 기판 세정 장치에서 초음파 노즐의 이동을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 기판 세정 장치에서 초음파 노즐의 수평 방향 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 보울(도 1의 202 참조)의 일측에는 트랜스미터(232)의 높이를 조절하기 위한 공압 실린더(278)가 배치될 수 있고, 공압 실린더(278)는 트랜스미터(232)를 수평 방향으로 이동시키기 위한 제3 모터(272)와 연결될 수 있다.
제3 모터(272)의 회전력을 전달하는 제3 회전축(274)은 수평 암(250)과 연결될 수 있다. 공압 실린더(278)는 제3 모터(272)를 수직 방향으로 이동시키며, 제3 모터(272)는 수평 암(250)을 회전시킨다. 트랜스미터(232)가 보울 내에서 수평 방향으로 이동하도록, 수평 암(250)은 일정한 각도(θ) 내에서 회전할 수 있다. 반도체 기판(W)이 회전하고, 트랜스미터(232)가 수평 방향으로 이동함으로써, 반도체 기판(W)의 상면에 공급된 세정액에 초음파 진동이 균일하게 인가될 수 있다.
도시된 바에 의하면, 트랜스미터(232)의 수평 방향 이동은 수평 암(250)과 제3 모터(272)에 의해 수행되며, 트랜스미터(232)의 수직 방향 이동은 공압 실린더(278)에 의해 수행된다. 그러나, 트랜스미터(232)의 수평 방향 이동 및 수직 방향 이동은 모터와 볼 스크루 타입의 구동 장치에 의해 각각 수행될 수도 있다.
도 5a는 초음파에서 주파수에 따른 캐비티(cavity)의 모양을 나타내는 도면 이고, 도 5b는 주파수에 따른 캐비티의 강도와 밀도를 나타내는 그래프이다.
초음파 세정은 초음파의 입자 가속도와 캐비테이션을 이용한다. 입자 가속도는 특히 초음파의 주파수가 1MHz 이상인 메가소닉 세정에서 주된 세정 원리가 된다. 그리고, 캐비테이션은 초음파가 세정액으로 전달될 때 발생하는 압력의 변화에 의해서 캐비티가 붕괴되면서 발생하는 충격 현상이다.
초음파가 가진 주파수가 낮을수록 입자 가속도가 느려지고, 충격력이 강해진다. 그리고, 도 5a 및 도5b를 참조하면, 주파수가 낮아질수록, 캐비티의 크기가 커지고, 캐비테이션의 강도가 강해진다. 이렇게 초음파의 주파수가 낮아지면, 반도체 기판 상의 큰 입자를 제거할 수 있다. 그러나, 반도체 기판에 형성된 패턴을 손상시킬 수 있다.
반면, 초음파가 가진 주파수가 높을수록 입자 가속도가 빨라지고, 충격력이 약해진다. 그리고, 도 5a 및 도5b를 참조하면, 주파수가 높아질수록, 캐비티의 크기가 작아지고, 캐비테이션의 강도가 약해진다. 이렇게 초음파의 주파수가 커지면, 큰 입자를 제거할 수 있는 능력이 떨어질 수 있다. 그러나 캐비테이션의 밀도가 높아지므로, 침투력이 향상되어서, 정밀 세척이 가능해진다.
따라서, 단일의 주파수를 사용하여 초음파 세정하는 경우, 상술한 바와 같은 트레이드 오프 관계를 감수해야 한다.
그런데, 본 발명의 실시예들에 의하면, 복수의 주파수를 사용하여 초음파 세정할 수 있다. 이하 도 6a 내지 도 7을 참조하여 이를 구체적으로 설명한다.
도 6a 내지 도 6f는 도 2에 도시된 초음파 노즐의 트랜스듀서가 가질 수 있 는 다양한 형상을 나타내는 도면이다. 도 7은 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 진동 에너지의 발생을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 도 5a에 도시된 캐비티의 모양으로 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 진동 에너지의 발생을 표현하고 있다.
도 2 및 도 6a 내지 도 6f를 참조하면, 트랜스듀서(238), 곧, 압전 변환기는 그 두께가 일정하지 않은 형상을 가지고 있다. 도 6a에 도시된 압전 변환기는 상면이 일정한 경사를 가지고 있다. 도 6b에 도시된 압전 변환기는 상면이 사다리꼴 형상이며, 도 6c에 도시된 압전 변환기는 사다리꼴 형상이 음각의 형태로 형성되어 있다. 도 6d에 도시된 압전 변환기는 상면의 경사가 연속적으로 변하는 면, 곧, 곡면의 형상이며, 도 6e에 도시된 압전 변환기는 곡면의 형상이 음각의 형태로 형성되어 있다. 도 6e에 도시된 압전 변환기는 상면의 두께가 계단형으로 변하되 중앙 부분이 가장자리보다 두꺼운 형상이며, 도 6f에 도시된 압전 변환기는 계단형으로 변하되 가장자리가 중앙 부분보다 두꺼운 형상이다. 다만 이들은 압전 변환기의 다양한 형상을 나타내기 위한 예시들에 불과하며, 압전 변환기의 형상은 이들에 한정되지 아니한다.
전술한 바와 같이 트랜스듀서(238), 곧, 압전 변환기의 두께가 일정하지 아니하면 다음과 같은 효과가 있다. 압전 변환기에 의해 발생하는 진동 에너지의 주파수는 압전 변환기의 두께에 의존한다. 곧 압전 변환기의 두께가 달라지면, 압전 변환기에 의해 발생하는 진동 에너지의 주파수가 달라진다. 압전 변환기의 두께가 두꺼워지면, 저주파의 진동 에너지를 발생하고, 압전 변환기의 두께가 얇아지면, 고주파의 진동 에너지를 발생한다. 따라서, 압전 변환기의 두께가 일정하지 아니하 면, 하나의 압전 변환기로부터 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 진동 에너지가 발생할 수 있다.
초음파 노즐(도 1의 290 참조)과 이를 포함하는 기판 세정 장치(도 1의 200 참조)가 메가소닉 세정에 이용되는 경우, 트랜스듀서(238), 곧 압전 변환기에 의해서 발생하는 진동 에너지는 1MHz 내지 5MHz 사이의 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 진동 에너지일 수 있다. 바람직하게는 1MHz 내지 3MHz 사이의 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 진동 에너지일 수 있다. 그리고, 이 때 압전 변환기의 두께는 0.7mm 이상 1mm 이하에서 변할 수 있다. 구체적으로 압전 변환기의 두께가 0.7mm인 부분에서 3MHz의 주파수를 가지는 진동 에너지를 발생하고, 압전 변환기의 두께가 1mm인 부분에서 1MHz의 주파수를 가지는 진동 에너지를 발생할 수 있다.
도 7을 더 참조하면, 트랜스듀서(238), 곧, 압전 변환기의 두께가 두꺼운 부분에서 상대적으로 저주파의 진동 에너지가 발생하고, 압전 변환기의 두께가 얇은 부분에서 상대적으로 고주파의 진동 에너지가 발생한다. 이 때, 압전 변환기의 두께가 일정한 경사를 가지고 있으므로, 이로 인해 발생하는 진동 에너지의 주파수도 연속적으로 변화하고, 이에 따라 캐비티의 크기도 연속적으로 변화한다. 그러나 도 7에서는 간명한 표현을 위하여, 캐비티의 입자가 큰 것과 작은 것 두 가지로만 표현하였다.
한편, 초음파 노즐이 회전하면서 수평 방향으로 이동하므로, 트랜스듀서(238), 곧, 압전 변환기의 두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분이 반도체 기판(W) 상의 동일한 지점을 통과할 수 있다. 따라서, 압전 변환기의 두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분이 발생하는 주파수가 다른 복수의 진동 에너지가 반도체 기판(W) 상의 임의의 지점에서 고르게 인가될 수 있다. 그리고, 저주파의 초음파는 반도체 기판(W) 상의 큰 입자를 제거할 수 있고, 고주파의 초음파는 정밀 세척이 가능하다. 따라서, 반도체 기판(W) 상의 임의의 지점에서 주파수가 다른 복수의 진동 에너지가 고르게 인가됨으로써, 세척 능력을 높일 수 있다. 곧, 균일하고 정밀한 세척이 가능해진다.
또한, 초음파 노즐이 회전하므로, 캐비티가 균일하게 혼합될 수 있다. 따라서 강도가 강한 캐비티가 반도체 기판(W) 상의 일부 영역에 집중되어서, 강도가 강한 캐비티가 반도체 기판(W) 상에 형성된 패턴을 손상시키는 것을 줄일 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 초음파 노즐을 설명하기 위한 상세도이다.
도 3은 도 1에 도시된 기판 세정 장치에서 초음파 노즐의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 기판 세정 장치에서 초음파 노즐의 수평 방향 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 초음파에서 주파수에 따른 캐비티(cavity)의 모양을 나타내는 도면이다.
도 5b는 주파수에 따른 캐비티의 강도와 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 6a 내지 도 6f는 도 2에 도시된 초음파 노즐의 트랜스듀서가 가질 수 있는 다양한 형상을 나타내는 도면이다.
도 7은 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 진동 에너지의 발생을 설명하기 위한 도면이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
200 : 기판 세정 장치 202 : 보울
204 : 제1 노즐 206 : 제2노즐
210 : 지지부 212 : 원형 링
214 : 허브 216 : 스포크
218 : 제1 모터 220 : 제1 회전축
232 : 트랜스미터 234 : 버퍼
238 : 트랜스듀서 240 : 하우징

Claims (5)

  1. 두께가 일정하지 않고, 각 두께에 따라서 다른 주파수를 가지는 복수의 진동 에너지를 발생하는 트랜스듀서(transducer); 및
    상기 트랜스듀서에 의해 진동하는 트랜스미터(transmitter)를 포함하는 초음파 노즐.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 진동 에너지는 1MHz 내지 3MHz 사이의 서로 다른 주파수를 가지는 초음파 노즐.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서의 두께는 얇은 부분이 0.7mm 이상이고, 두꺼운 부분이 1mm 이하인 초음파 노즐.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서의 상면은 기울기를 가지는 경사면 또는 곡면을 포함하고, 상기 트랜스듀서의 하면은 지면에 대하여 평행한 평면이며, 상기 트랜스듀서의 두꺼운 부분이 발생하는 초음파 에너지의 주파수는 1MHz 이상이고, 상기 트랜스듀서의 얇은 부분이 발생하는 초음파 에너지의 주파수는 2MHz 이하인 초음파 노즐.
  5. 반도체 기판을 지지하는 지지부;
    상기 반도체 기판에 세정액을 분사하는 세정액 노즐; 및
    상기 세정액에 초음파 진동을 인가하는 초음파 노즐을 포함하되,
    상기 초음파 노즐은 외부로부터 제공된 전기 에너지를 진동 에너지로 변환하고 그 두께가 일정하지 않은 트랜스듀서(transducer)와, 상기 트랜스듀서에 의해 진동하는 트랜스미터(transmitter)를 포함하는 기판 세정 장치.
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