KR20090110098A - Ultrasonic cleaning apparatus using the multi frequency - Google Patents

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KR20090110098A
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한국기계연구원
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    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations

Abstract

PURPOSE: A supersonic cleaning apparatus using multi frequency for improving cleaning efficiency about contaminant is provided to increase the cleaning efficiency about the contaminant with various particles seizes by applying ultrasonic wave of different frequency. CONSTITUTION: A supersonic cleaning apparatus using multi frequency for improving cleaning efficiency about contaminant includes a cleaning chemical device(2) and a vibrator(4). The cleaning chemical device supplies cleaning liquid(3). A vibrator includes a supersonic wave transmitter(4a) and a piezoelectric element(4b). The vibrator generates the ultrasonic wave faced with the material. The piezoelectric element is equipped in the supersonic wave transmitter.

Description

다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치{ULTRASONIC CLEANING APPARATUS USING THE MULTI FREQUENCY}ULTRASONIC CLEANING APPARATUS USING THE MULTI FREQUENCY}

본 발명은 초음파를 이용한 세정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파를 이용한 웨이퍼 세정 장비의 진동자에 서로 다른 대역의 다중 주파수를 적용하여, 서로 다른 입자 크기를 가지는 이물질을 효과적으로 제거할 수 있는 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a cleaning apparatus using ultrasonic waves, and more particularly, to apply a multi-frequency of different bands to a vibrator of a wafer cleaning equipment using ultrasonic waves, and to effectively remove foreign substances having different particle sizes. It relates to an ultrasonic cleaning device using.

반도체 제조의 프로세스 중에서 가장 기본적인 기술의 하나가 세정 기술이다. One of the most basic techniques of the semiconductor manufacturing process is the cleaning technique.

반도체 제조 과정은 웨이퍼의 표면을 형성하기 위하여 여러 단계의 공정을 거치게 되는데, 각 단계의 공정 과정에서 반도체 웨이퍼 및 반도체 제조장비에는 각종 오염물이 발생하여 잔존하게 되고, 잔존하는 오염물에 의해 웨이퍼 상에 형성되는 소자 패턴에 결함이 발생하여 결국 소자의 신뢰성을 저하시킨다.The semiconductor manufacturing process goes through several steps to form the surface of the wafer. In the process of each step, various kinds of contaminants are generated and remain on the semiconductor wafer and the semiconductor manufacturing equipment and are formed on the wafer by the remaining contaminants. Defects occur in the device pattern to be used, resulting in a decrease in reliability of the device.

따라서, 반도체 웨이퍼 및 반도체 제조 장비를 각 공정 단계에서 물리적, 화학적 방법으로 세정하여 오염물을 제거해야 한다. Therefore, semiconductor wafers and semiconductor manufacturing equipment must be cleaned at each process step by physical and chemical methods to remove contaminants.

화학적인 세정 방법은 표면의 오염을 수세 및 에칭, 그리고 산화 환원 반응 등에 의해서 제거하는 것으로, 여러 가지 화학 약품이나 가스를 사용하는 것이다. The chemical cleaning method removes surface contamination by washing with water, etching, and a redox reaction, and uses various chemicals and gases.

물리적 세정 방법은, 초음파 에너지에 의해서 부착물을 박리하거나, 브러시로 불식하거나, 고압수를 사용하여 부착물을 제거하는 것이다.The physical cleaning method is to remove the deposit by ultrasonic energy, to brush off, or to remove the deposit using high pressure water.

일반적으로 효율적인 세정 방법을 위해서 물리적 방법과 화학적 방법을 병행하는 방법을 적절하게 조합하는 초음파 세정 방법 등이 적용되고 있다. In general, an ultrasonic cleaning method such as a method of properly combining a physical method and a chemical method is applied for an efficient cleaning method.

즉, 초음파 세정이란 피세정물에 부착된 오염물질을 물리적(초음파), 화학적수단(화학세정액)을 이용해서 제거하고, 제거된 오염물질이 다시 부착되지 않도록 하는 것이다. That is, ultrasonic cleaning is to remove contaminants attached to the object to be cleaned using physical (ultrasound) and chemical means (chemical cleaning solution), and to prevent the removed contaminants from reattaching.

초음파에 의한 물리적 현상이란 초음파의 공동현상(Cavitation)에 의해 이루어지는 것을 의미하며, 공동현상이란 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. 이 공동 현상은 극히 짧은 시간(수 만분의 일초에서 수십만 분의 일초)내에 생성과 소멸을 반복하여 충격파를 발생하고, 이 충격파에 의해서 액속에 담겨있는 피세척물의 내부 깊숙이 보이지 않는 곳까지 짧은 시간 내에 세정이 이루어진다.Physical phenomena by ultrasonic waves means cavitation of ultrasonic waves, and cavitation is a phenomenon in which microbubbles are generated and extinguished by ultrasonic pressure when energy of ultrasonic waves propagates in a liquid. Hundreds of atmospheres at tens of atmospheres) and high temperatures (hundreds of thousands to thousands). This cavitation generates shock waves in a very short time (from tens of thousands to hundreds of thousands of seconds) and generates shock waves within a short time until the inner parts of the object contained in the liquid are not visible by the shock waves. Cleaning is done.

실제의 경우에는 케비테이션에 의한 충격 에너지에 더하여 초음파 자체의 방사압에 의한 교반효과 열작용 등이 세제와 상승작용을 일으켜 높은 세정효과를 이루어낸다.In practice, in addition to the impact energy due to cavitation, the stirring effect due to the radial pressure of the ultrasonic wave itself, the thermal action, and the like synergize with the detergent to achieve a high cleaning effect.

초음파 세정은 주로 액정 디스플레이(LCD) 장치용 유리 기판, 반도체 웨이퍼, 데이터 저장 등을 위한 자기 디스크 같은 피세정물을 세정하거나 헹구는 데 사 용된다. Ultrasonic cleaning is primarily used for cleaning or rinsing objects such as glass substrates for liquid crystal display (LCD) devices, semiconductor wafers, magnetic disks for data storage, and the like.

도 1은 종래의 초음파 세정장치의 구조를 나타낸 것으로 초음파와 세정수(또는 세정액)를 이용하여 반도체 웨이퍼(105)의 표면을 세정하는 것으로서, 측부의 공급관(102)을 통해 공급된 세정액(103)을 하단이 노즐 구조를 가지는 세정수 분출기(106)를 통해 분무하는 구조이다. FIG. 1 shows a structure of a conventional ultrasonic cleaning apparatus, which cleans the surface of a semiconductor wafer 105 using ultrasonic waves and cleaning water (or cleaning liquid), and is provided with a cleaning liquid 103 supplied through a side supply pipe 102. The lower end is a structure that is sprayed through the washing water jet 106 having a nozzle structure.

작용 설명을 하면, 공급관(102)을 통해 세정액(103)을 유입시키고, 세정액(103)과 함께 진동부(101)에 의한 초음파를 송출한다. In the explanation of the operation, the cleaning liquid 103 is introduced through the supply pipe 102, and the ultrasonic wave by the vibrator 101 is sent out together with the cleaning liquid 103.

이에 따라, 세정수 분출기(106)의 하부에 위치한 피세정물(105)로 초음파가 실린 세정액(103)이 분출되고, 회전축(104)에 의해 피세정물(105)이 회전되면서 그 표면이 세정된다. As a result, the cleaning solution 103 in which ultrasonic waves are applied to the object to be cleaned 105 positioned below the washing water jet 106 is ejected, and the surface of the object being cleaned is rotated by the rotating shaft 104. It is cleaned.

그런데 이러한 구조의 세정장치는, 하나의 세정수 분출기(106) 내에서 초음파와 세정액(103)이 미리 조합된 상태에서 방출되는 구조가 채택되고 있기 때문에, 그 세정효과에 비해 지나치게 많은 세정액(103)이 소비되는 문제점이 있어왔다.By the way, since the structure which discharge | releases the ultrasonic wave and the washing | cleaning liquid 103 previously combined in the one washing | cleaning water jet 106 is employ | adopted for the washing | cleaning apparatus of such a structure, too much washing | cleaning liquid 103 is compared with the washing | cleaning effect. ) Has been consumed.

또한, 세정작업의 진행과정에서 작동 주파수, 세정수의 조건, 소요전력, 냉각 조건 등과 같은 세정조건의 순간적인 변동에 의해 초음파 세기의 변동폭이 크고 노즐 구조로서 고압의 세정수가 분출됨에 따라 반도체 웨이퍼의 표면에 국부 또는 전반적인 손상을 입히게 되는 치명적인 문제점이 있어왔다.In addition, due to the instantaneous fluctuations in the cleaning conditions such as operating frequency, cleaning water condition, power consumption, cooling condition, etc. during the cleaning operation, the variation of the ultrasonic intensity is large and the high pressure cleaning water is ejected as the nozzle structure. There have been fatal problems that result in local or overall damage to the surface.

도 2는 종래의 초음파 세정장치의 또 다른 구조를 나타낸 것으로, 반도체 웨이퍼(114)와 일정한 간극을 갖도록 배치되며 전방으로 돌출 구비되는 진동로드(110)와, 진동로드(110)에 초음파 발진에너지를 제공하도록 진동로드(110)에 결 합된 진동부(111)와, 세정수(116)를 방출하는 세정수 방출기(113) 및 반도체 웨이퍼를 회전시키는 회전판(112)과 회전축(115)으로 구성된다.Figure 2 shows another structure of the conventional ultrasonic cleaning apparatus, disposed so as to have a predetermined gap with the semiconductor wafer 114, the vibration rod 110 is provided to protrude forward and ultrasonic vibration energy to the vibration rod 110 It comprises a vibrating portion 111 coupled to the vibration rod 110, a washing water emitter 113 for discharging the washing water 116, and a rotating plate 112 and the rotating shaft 115 for rotating the semiconductor wafer.

이러한 구조에 따라, 반도체 웨이퍼(114)를 회전시키면서 진동로드(110)가 종파 형태의 초음파를 방출하고, 세정수(116)를 분사하면 반도체 웨이퍼(114)의 일면 전반에 걸쳐 초음파 세정이 이루어진다.According to the structure, while rotating the semiconductor wafer 114, the vibration rod 110 emits longitudinal ultrasonic waves, and when the cleaning water 116 is sprayed, ultrasonic cleaning is performed over one surface of the semiconductor wafer 114.

그런데 상기 도 2와 같은 종래의 초음파 세정장치의 또 다른 구조에서는, 외팔보 구조의 진동로드(110)가 채택되어 있기 때문에, 진동로드(110)의 축선방향 하부에서만 세정작용이 진행되는바, 구조적으로 진동로드(110)를 따라 초음파의 강약이 발생하여 미세한 패턴의 웨이퍼에서는 고른 세정성능을 기대할 수 없는 문제점이 있다.However, in another structure of the conventional ultrasonic cleaning apparatus as shown in FIG. 2, since the vibration rod 110 having the cantilever structure is adopted, the cleaning operation proceeds only in the axial direction of the vibration rod 110. Ultrasonic strength is generated along the vibration rod 110, and thus, even cleaning performance cannot be expected in a fine pattern wafer.

이러한 문제점을 개선하기 위한 기술이 본 출원인에 의해 기출원된 국내특허출원 제2006-0102511호의 "초음파를 이용한 세정 장치"와 기 등록된 국내특허등록 제10-0800174호에 "메가소닉 세정모듈"라는 제목으로 개시된 바 있다.The technique for improving this problem is referred to as the "megasonic cleaning module" in the domestic patent application No. 2006-0102511 filed by the applicant of the "Ultrasonic cleaning device" and the registered domestic patent No. 10-0800174 It has been disclosed by title.

이 기술에 따르면, 직진성을 가지는 니어필드와 확산 중첩되는 파필드를 가지는 확산층의 일면에 압전소자를 부착시킨 진동자를 구성하여, 피세정물로의 초음파 전달 효율을 높여 세정 효율을 향상시키는 기술과 초음파를 종파에서 횡파로 변환하는 초음파 전달체로 구성하여, 피세정물의 손상을 줄이면서 세정효율을 향상시키는 기술이다.According to this technique, by forming a vibrator having a piezoelectric element attached to one surface of a near field having a straightness and a diffusion layer having a diffusion field overlapping, and improves the ultrasonic transfer efficiency to the object to be cleaned and ultrasonics It is a technology that improves the cleaning efficiency while reducing the damage of the object to be cleaned by configuring the ultrasonic carrier to convert from the longitudinal wave to the transverse wave.

그런데, 이 기술은 초음파 전달 효율은 증가시킬 수 있으나 다양한 크기의 이물질을 효과적으로 제거할 수 없는 단점이 있다.By the way, this technique can increase the ultrasonic transmission efficiency, but there is a disadvantage that can not effectively remove the foreign matter of various sizes.

도 3은 입자오염물의 크기와 접착력의 관계를 도식한 그래프도로, 기존의 이론 상으로는 입자오염물의 크기가 작을수록 접착력이 큰 것으로 알려졌으나, 실제 실험 결과 입자오염물의 크기가 클수록 접착력이 큰 것으로 나타났다. 3 is a graph illustrating the relationship between the particle contaminants and the adhesion, the conventional theory is known that the smaller the size of the particle contaminants, the greater the adhesion, but in actual experiments, the larger the size of the particle contaminants, the greater the adhesion.

도 5는 일반적인 주파수와 입자오염물 크기에 따른 세정 효율을 나타낸 그래프도로서, 1㎒에서는 큰 입자오염물의 세정 효율이 높고 작은 입자오염물의 세정 효율은 작으나, 3㎒에서는 큰 입자오염물의 세정 효율이 낮고 작은 입자오염물의 세정 효율이 높게 나타난다.5 is a graph showing the cleaning efficiency according to the general frequency and the size of particle contaminants. At 1 MHz, the cleaning efficiency of large particle contaminants is high and the cleaning efficiency of small particle contaminants is small. However, the cleaning efficiency of large particle contaminants is low. The cleaning efficiency of small particle contaminants is high.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 파장이 긴 저주파에서는 공동현상이 크게 발생하고 공동현상 개수가 작아서 큰 입자오염물에 대한 세정을 잘 이루어지지만, 오염물의 개수가 많은 작은 입자오염물의 세정은 잘 이루어지지 않는다. That is, as shown in FIG. 4, the low cavities with long wavelengths generate large cavities and have a small number of cavitations, so that they are well cleaned for large particle contaminants. Do not.

반면, 파장이 짧은 고주파에서는 사이즈가 작은 공동현상이 많이 발생하는데, 이때의 충격파가 약하여 입자가 작은 이물질 세정은 잘 이루어지는 반면 큰 이물질의 세정은 잘 이루어지지 않게 되는 것이다. On the other hand, at high frequencies with short wavelengths, many small cavitations occur. At this time, the shock wave is weak, so that small particles are cleaned well, while large particles are not washed well.

이에 따라, 단일 주파수를 적용하는 종래의 장치에서는 서로 다른 입자 크기를 가지는 오염물에 대한 효율적인 세정을 기대하기 어려운 단점이 있다. Accordingly, the conventional apparatus applying a single frequency has a disadvantage in that it is difficult to expect efficient cleaning of contaminants having different particle sizes.

즉, 피세정물의 세정 로드맵(반도체, FPD 등의 패턴 미세화)에 따라 기존의 큰 입자오염물 뿐만 아니라, 아주 작은(수십 나노미터 크기) 입자오염물을 세정해야하는 문제점이 대두되고 있어 이를 해결할 수 있는 세정시스템이 요구되어지고 있는 실정이다. In other words, according to the cleaning roadmap (miniaturization of semiconductors, FPD, etc.), the problem of having to clean not only the existing large particle contaminants but also very small (tens of nanometers) particle contaminants has emerged. This situation is required.

본 발명은 피세정물에 세정액을 공급하고 공급된 세정액에 초음파를 가하여 세정하는 반도체 웨이퍼 세정 장치에 있어서, 서로 다른 주파수에서 구동되는 진동자를 이용하여 피세정물에 서로 다른 적어도 둘 이상의 주파수로 초음파를 가함으로써, 다양한 입자 크기를 갖는 오염물에 대한 세정 효율을 높일 수 있도록 하는 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치를 제공하기 위한 것이다. The present invention provides a semiconductor wafer cleaning apparatus for supplying a cleaning liquid to the object to be cleaned and applying ultrasonic waves to the supplied cleaning liquid, wherein ultrasonic waves are applied to the object to be cleaned at least two different frequencies by using vibrators driven at different frequencies. By adding, it is to provide an ultrasonic cleaning apparatus using multiple frequencies to increase the cleaning efficiency for contaminants having various particle sizes.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 양상에 따른 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치는, 피세정물에 세정액을 공급하는 세정액 공급장치와, 초음파 전달체와 상기 초음파 전달체에 구비되는 압전소자로 구성되고 피세정물과 대향하도록 구비되어 초음파를 발생시키는 진동자를 포함하는 초음파 세정 장치에 있어서, 상기 압전소자는; 적어도 둘 이상의 다중 주파수로 구동되는 것을 특징으로 한다.Ultrasonic cleaning apparatus using a multi-frequency according to an aspect of the present invention for solving the above problems comprises a cleaning liquid supply device for supplying a cleaning liquid to the object to be cleaned, an ultrasonic carrier and a piezoelectric element provided in the ultrasonic carrier to be cleaned An ultrasonic cleaning apparatus comprising a vibrator configured to face water to generate ultrasonic waves, the piezoelectric element comprising :; It is characterized by being driven at least two or more multi-frequency.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양상에 따른 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치는, 피세정물에 세정액을 공급하는 세정액 공급장치와, 상기 초음파 전달체와 상기 초음파 전달체에 구비되는 압전소자로 구성되고 피세정물과 대향하도록 구비되어 초음파를 발생시키는 진동자를 포함하는 초음파 세정 장치에 있어서, 상기 진동자는, 적어도 둘 이상의 초음파 전달체와, 상기 각 초음파 전달체에 구비되는 하나 이상의 압전소자로 구성되고, 상기 각 압전 소자는 각각 서로 다른 주파수로 구동됨을 특징한다. Ultrasonic cleaning apparatus using a multi-frequency according to another aspect of the present invention for solving the above problems comprises a cleaning liquid supply device for supplying a cleaning liquid to the object to be cleaned, and the piezoelectric element provided in the ultrasonic carrier and the ultrasonic carrier and An ultrasonic cleaning apparatus comprising a vibrator provided to face an object to be cleaned to generate an ultrasonic wave, wherein the vibrator includes at least two ultrasonic transducers and one or more piezoelectric elements provided in the ultrasonic transducers, respectively. The piezoelectric elements are each driven at different frequencies.

본 발명의 또 다른 양상에 따른 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치는, 피세정물에 세정액을 공급하는 세정액 공급장치와, 상기 초음파 전달체와 상기 초음파 전달체에 구비되는 압전소자로 구성되고 피세정물과 대향하도록 구비되어 초음파를 발생시키는 진동자를 포함하는 초음파 세정 장치에 있어서, 상기 압전 소자는, 상기 초음파 전달체에 적어도 둘 이상으로 구비되어 각각의 압전소자는 서로 다른 주파수로 구동됨을 특징으로 한다. According to still another aspect of the present invention, an ultrasonic cleaning apparatus using multiple frequencies includes a cleaning liquid supply device for supplying a cleaning liquid to a substance to be cleaned, and a piezoelectric element provided in the ultrasonic carrier and the ultrasonic carrier and facing the object to be cleaned. In the ultrasonic cleaning apparatus including a vibrator for generating an ultrasonic wave, the piezoelectric element is provided with at least two in the ultrasonic carrier, characterized in that each piezoelectric element is driven at a different frequency.

본 발명은 서로 다른 둘 이상의 주파수에서 구동되는 진동자를 이용하여 피세정물에 하나 이상의 서로 다른 주파수의 초음파를 가함으로써, 입자 크기와 무관하게 다양한 입자 크기를 갖는 오염물 모두에 대한 세정 효율을 높일 수 있다. The present invention can increase the cleaning efficiency for all contaminants having various particle sizes regardless of particle size by applying ultrasonic waves of one or more different frequencies to the object to be cleaned using vibrators driven at two or more different frequencies. .

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치를 도시한 구성도이다.6 is a block diagram illustrating an ultrasonic cleaning apparatus using multiple frequencies according to a first embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 세정액 공급장치(2)와, 진동자(4)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 6, a cleaning liquid supply device 2 and a vibrator 4 are included.

여기서, 세정액 공급장치(2)는 피세정물(1)과 일정 간극을 유지하도록 피세정물(1)의 상측에 구비되어, 피세정물(1)에 세정액(3)을 공급한다. Here, the cleaning liquid supply device 2 is provided above the object to be cleaned 1 so as to maintain a predetermined gap with the object to be cleaned 1, and supplies the cleaning liquid 3 to the object to be cleaned 1.

그리고, 진동자(4)는 피세정물(1)과 대향하도록 구비되어 초음파를 발생하며, 발생된 초음파는 세정액을 통하여 피세정물(1)에 전달된다.The vibrator 4 is provided to face the object to be cleaned 1 to generate ultrasonic waves, and the generated ultrasonic waves are transmitted to the object to be cleaned 1 through the cleaning liquid.

이때, 진동자(4)는 초음파 전달체(4a)와 초음파 전달체(4a)에 구비된 압전소자(4b)로 구성된다.At this time, the vibrator 4 is composed of an ultrasonic carrier 4a and a piezoelectric element 4b provided in the ultrasonic carrier 4a.

여기서, 압전소자(4b)는 외부에서 인가되는 전원에 의해 진동을 하는 것으로서, 압전소자(4b)에 전원을 인가하는 전원 인가장치나, 진동자를 일체화하는 하우징에 관련된 구성들은 이미 공지된 기술로서, 이에 대한 도면상의 표기 및 작용 설명은 생략하도록 한다. Here, the piezoelectric element 4b vibrates by a power source applied from the outside, and the components related to a power applying device for applying power to the piezoelectric element 4b or a housing integrating a vibrator are known techniques. The notation and description on the drawings will be omitted.

본 발명의 특징적인 양상에 따라, 압전소자(4b)는 적어도 둘 이상의 서로 다른 주파수로 구동되는 것이 바람직하다. According to a characteristic aspect of the present invention, the piezoelectric element 4b is preferably driven at least two or more different frequencies.

즉, 초음파를 이용한 세정에 있어서 입자가 큰 오염물과 입자가 작은 오염물의 세정 효율이 주파수에 따라서 각기 다르기 때문에, 입자가 큰 오염물과 입자가 작은 오염물에 대해 모두 세정 효율을 높이기 위해서, 본 발명은 서로 다른 주파수를 적용해야 한다.That is, in the cleaning using ultrasonic waves, the cleaning efficiency of the large particle and the small particle contaminant differs according to the frequency. Therefore, in order to increase the cleaning efficiency for both the large particle and the small particle contaminant, the present invention is mutually effective. Different frequencies must be applied.

따라서, 본 발명은 적어도 둘 이상의 서로 다른 주파수에서 구동되는 압전소자를 이용하여 입자오염물의 크기와 무관하게 전반적으로 세정 효율을 높일 수 있는 것이다. Therefore, the present invention can improve the overall cleaning efficiency irrespective of the size of particle contaminants by using piezoelectric elements driven at least two or more different frequencies.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치 구성도로, 세정액 공급장치(2)와, 진동자(4)를 포함한다.7 is a block diagram of the ultrasonic cleaning apparatus using multiple frequencies according to the second embodiment of the present invention, which includes a cleaning liquid supply device 2 and a vibrator 4.

세정액 공급장치(2)는 피세정물(1)과 일정 간극을 유지하도록 피세정물(1)의 상측에 구비되어, 피세정물(1)에 세정액(3)을 공급한다. The cleaning liquid supply device 2 is provided above the cleaning object 1 so as to maintain a predetermined gap with the cleaning object 1, and supplies the cleaning liquid 3 to the cleaning object 1.

그리고, 진동자(4)는 피세정물(1)과 대향하도록 구비되어 초음파를 발생하며, 발생된 초음파는 세정액을 통하여 피세정물(1)에 전달된다. The vibrator 4 is provided to face the object to be cleaned 1 to generate ultrasonic waves, and the generated ultrasonic waves are transmitted to the object to be cleaned 1 through the cleaning liquid.

이때, 진동자(4)는 적어도 둘 이상의 초음파 전달체(4a)와 각 초음파 전달 체(4a)에 구비된 압전소자(4b)로 구성되며, 각각의 압전 소자(4b)는 서로 다른 주파수로 구동된다.At this time, the vibrator 4 is composed of at least two or more ultrasonic carriers 4a and piezoelectric elements 4b provided in each of the ultrasonic carriers 4a, and each piezoelectric element 4b is driven at different frequencies.

즉, 본 발명은 각각이 서로 다른 주파수에서 동작하는 압전소자(4b)를 각각 서로 다른 초음파 전달체(4a)에 구비하여, 피세정물(1)에 서로 다른 주파수의 진동을 가함으로써 입자가 큰 오염물과 입자가 작은 오염물에 대하여 모두 세정 효율을 높일 수 있다. That is, according to the present invention, the piezoelectric elements 4b each operating at different frequencies are provided in different ultrasonic carriers 4a, and the particles 1 are contaminated with large particles by applying vibrations of different frequencies to the object to be cleaned 1. Cleaning efficiency can be improved for both contaminants and small particles.

여기서, 초음파 전달체(4a)는 도면에 구체적으로 도시되지는 않았으나, 일렬 배열, 삼각 배열, 다각 배열 중 선택된 어느 하나의 형태로 배열될 수 있다. Here, although not shown in detail in the drawing, the ultrasonic wave carrier 4a may be arranged in any one form selected from a line array, a triangular array, and a polygonal array.

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치 구성도로, 세정액 공급장치(2)와, 진동자(4)를 포함하되, 진동자(4)는 서로 다른 높이를 가지는 초음파 전달체(4a)와 초음파 전달체(4a)에 구비된 압전소자(4b)로 구성되며, 각 압전 소자(4b)는 서로 다른 주파수로 구동된다.8 is a block diagram of an ultrasonic cleaning apparatus using multiple frequencies according to a third embodiment of the present invention, wherein the cleaning liquid supply device 2 and the vibrator 4 are included, but the vibrator 4 has different heights. 4a and the piezoelectric element 4b with which the ultrasonic wave carrier 4a was equipped, and each piezoelectric element 4b is driven by a different frequency.

도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치 구성도로, 세정액 공급장치(2)와, 진동자(4)를 포함한다.9 is a block diagram of the ultrasonic cleaning apparatus using multiple frequencies according to the fourth embodiment of the present invention, which includes a cleaning liquid supply device 2 and a vibrator 4.

세정액 공급장치(2)는 피세정물(1)과 일정 간극을 유지하도록 피세정물(1)의 상측에 구비되어, 피세정물(1)에 세정액(3)을 공급한다. The cleaning liquid supply device 2 is provided above the cleaning object 1 so as to maintain a predetermined gap with the cleaning object 1, and supplies the cleaning liquid 3 to the cleaning object 1.

그리고, 진동자(4)는 피세정물(1)과 대향하도록 구비되어 초음파를 발생하며, 발생된 초음파는 세정액을 통하여 피세정물(1)에 전달된다.The vibrator 4 is provided to face the object to be cleaned 1 to generate ultrasonic waves, and the generated ultrasonic waves are transmitted to the object to be cleaned 1 through the cleaning liquid.

이때, 진동자(4)는 초음파 전달체(4a)와 초음파 전달체(4a)에 구비된 적어도 둘 이상의 다수의 압전소자(4b)로 구성되며, 각 압전 소자(4b)는 서로 다른 주파수 로 구동된다.At this time, the vibrator 4 is composed of an ultrasonic carrier 4a and at least two or more piezoelectric elements 4b provided in the ultrasonic carrier 4a, and each piezoelectric element 4b is driven at different frequencies.

여기서, 압전소자(4b)는 일렬 배열, 삼각 배열, 다각 배열 중 선택된 어느 하나의 형태로 배열될 수 있다. In this case, the piezoelectric elements 4b may be arranged in any one selected from a single array, a triangular array, and a polygonal array.

도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치 구성도로, 세정액 공급장치(2)와, 진동자(4)를 포함한다.10 is a block diagram of the ultrasonic cleaning apparatus using multiple frequencies according to the fifth embodiment of the present invention, and includes a cleaning liquid supply device 2 and a vibrator 4.

여기서, 진동자(4)는 서로 다른 높이를 가지는 하나의 몸체로 이루어지되, 서로 다른 높이를 가지는 초음파 전달체(4a)와 초음파 전달체(4a)에 구비된 압전소자(4b)로 구성되며, 각 압전 소자(4b)는 서로 다른 주파수로 구동된다.Here, the vibrator 4 is composed of one body having different heights, consisting of an ultrasonic carrier 4a having a different height and a piezoelectric element 4b provided in the ultrasonic carrier 4a, each piezoelectric element 4b is driven at different frequencies.

본 발명의 실시예들에 있어서, 초음파 전달체(4a)는 석영, 사파이어, 다이아몬드, 유리질 카본을 포함하는 유리질 고체물질로부터 선택되는 어느 하나, 또는 스테인레스, 티타늄, 알루미늄, 스틸을 포함하는 금속물질과, 테플론과 같은 내화학성 재료가 코팅된 금속물질 중 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다. In the embodiments of the present invention, the ultrasonic wave carrier 4a may be any one selected from a glassy solid material including quartz, sapphire, diamond, and glassy carbon, or a metal material including stainless steel, titanium, aluminum, and steel, A chemical resistant material such as Teflon may be made of any one selected from coated metal materials.

그리고, 본 발명의 실시예들에 있어서, 진동자(4)는 도면에는 원형의 단면을 가지도록 도시하였으나, 다른 변형예를 통해 사각형, 원형, 다각형 중 어느 하나의 단면을 가지도록 할 수 있다. In addition, in the embodiments of the present invention, the vibrator 4 is illustrated to have a circular cross section in the drawing, but may have a cross section of any one of a rectangle, a circle, and a polygon through another modification.

또한, 본 발명의 실시예들에 있어서, 압전소자(4b)는 원형 또는 삼각, 사각, 평행 사면 등과 같은 다각형 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다. In addition, in the embodiments of the present invention, the piezoelectric element 4b may have a shape of any one of a circle or a polygon such as a triangle, a square, a parallel slope, and the like.

상술한 바와 같이 본 발명은 다양한 주파수 대역에 구동되는 진동자를 이용함으로써, 다양한 입자 크기의 오염물에 대한 세정 효율을 극대화할 수 있도록 할 수 있다. As described above, the present invention can maximize the cleaning efficiency for contaminants of various particle sizes by using a vibrator driven in various frequency bands.

이러한 본 발명의 초음파 세정 장치는 본 출원인에 의해 출원된 국내특허출원 제2006-0102511호에 "초음파를 이용한 세정 장치"와 기 등록된 국내특허등록 제10-080017호에 "메가소닉 세정모듈"에서, 직진성을 가지는 니어필드와 확산 중첩되는 파필드를 가지는 확산층을 구비한 진동자에 적용되는 것과 초음파를 종파에서 횡파로 변환하는 초음파 전달체를 구비한 진동자에 적용되는 것으로서, 이에 대한 구체적인 구성 및 작용 설명은 이미 국내특허출원 제2006-0102511호와 국내특허등록 제10-080017호에 공지된바 있으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.The ultrasonic cleaning apparatus of the present invention is a "cleaning apparatus using ultrasonic waves" in the domestic patent application No. 2006-0102511 filed by the applicant and the "megasonic cleaning module" in the domestic patent registration No. 10-080017 The present invention is applied to a vibrator having a diffusion layer having a nearfield having a straightness and a far field having diffusion, and an oscillator having an ultrasonic carrier for converting ultrasonic waves from longitudinal waves to transverse waves. Since it is already known in Korean Patent Application No. 2006-0102511 and Korean Patent Registration No. 10-080017, a detailed description thereof will be omitted.

도 1은 종래의 초음파 세정장치의 구조를 나타낸 도면.1 is a view showing the structure of a conventional ultrasonic cleaning device.

도 2는 종래의 초음파 세정장치의 또 다른 구조를 나타낸 도면.2 is a view showing another structure of a conventional ultrasonic cleaning device.

도 3은 입자오염물의 크기와 접착력의 관계를 도식한 그래프도3 is a graph showing the relationship between the size of particle contaminants and adhesive force

도 4는 주파수 대역별-입자오염물의 크기별 세정 효율을 나타낸 그래프도.Figure 4 is a graph showing the cleaning efficiency according to the size of the particle-specific particle contaminants.

도 5는 주파수 대역에 따른 공동현상을 도시한 모식도.5 is a schematic diagram showing a cavitation according to a frequency band.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치 구성도.6 is a block diagram of the ultrasonic cleaning apparatus using multiple frequencies according to the first embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치 구성도.7 is a block diagram of an ultrasonic cleaning apparatus using multiple frequencies according to a second embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치 구성도.8 is a block diagram of an ultrasonic cleaning apparatus using multiple frequencies according to a third embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치 구성도. 9 is a block diagram of an ultrasonic cleaning apparatus using multiple frequencies according to a fourth embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치 구성도. 10 is a block diagram of an ultrasonic cleaning apparatus using multiple frequencies according to a fifth embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 피세정물1: object to be cleaned

2 : 세정액 공급장치2: cleaning liquid supply device

3 : 세정액3: cleaning liquid

4 : 진동자4: vibrator

4a : 초음파 전달체, 4b : 압전소자    4a: ultrasonic wave carrier, 4b: piezoelectric element

Claims (10)

피세정물(1)에 세정액을 공급하는 세정액 공급장치(2)와,A cleaning liquid supply device (2) for supplying a cleaning liquid to the object to be cleaned (1), 초음파 전달체(4a)와 상기 초음파 전달체(4a)에 구비되는 압전소자(4b)로 구성되고 상기 피세정물(1)과 대향하도록 구비되어 초음파를 발생시키는 진동자(4)를 포함하는 초음파 세정 장치에 있어서,In the ultrasonic cleaning device comprising an ultrasonic carrier (4a) and a piezoelectric element (4b) provided in the ultrasonic carrier (4a) and is provided so as to face the object to be cleaned 1, the vibrator (4) for generating ultrasonic waves In 상기 압전소자(4b)는;The piezoelectric element 4b; 적어도 둘 이상의 서로 다른 주파수로 구동되는 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 초음파 세정장치. Ultrasonic cleaning apparatus using a multi-frequency, characterized in that driven at least two or more different frequencies. 피세정물(1)에 세정액을 공급하는 세정액 공급장치(2)와,A cleaning liquid supply device (2) for supplying a cleaning liquid to the object to be cleaned (1), 초음파 전달체(4a)와 상기 초음파 전달체(4a)에 구비되는 압전소자(4b)로 구성되고 상기 피세정물(1)과 대향하도록 구비되어 초음파를 발생시키는 진동자(4)를 포함하는 초음파 세정 장치에 있어서,In the ultrasonic cleaning device comprising an ultrasonic carrier (4a) and a piezoelectric element (4b) provided in the ultrasonic carrier (4a) and is provided so as to face the object to be cleaned 1, the vibrator (4) for generating ultrasonic waves In 상기 진동자(4)는;The vibrator (4); 적어도 둘 이상의 초음파 전달체(4a)와,At least two ultrasonic carriers 4a, 상기 각 초음파 전달체(4a)에 구비되는 하나 이상의 압전소자(4b)로 구성되고,It is composed of one or more piezoelectric elements (4b) provided in each of the ultrasonic carrier (4a), 상기 각 압전 소자(4b)는 각각 서로 다른 주파수로 구동되는 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치.Each of the piezoelectric elements (4b) is driven at a different frequency, each ultrasonic cleaning device using a multi-frequency. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 각 초음파 전달체(4a)는 서로 다른 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치.Each ultrasonic carrier (4a) has a different height, characterized in that the ultrasonic cleaning device using multiple frequencies. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 초음파 전달체(4a)는,The ultrasonic carrier 4a, 일렬 배열, 삼각 배열, 다각 배열 중 선택된 어느 하나의 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치. Ultrasonic cleaning apparatus using a multi-frequency, characterized in that arranged in any one form selected from a line array, triangular array, polygonal array. 피세정물(1)에 세정액을 공급하는 세정액 공급장치(2)와,A cleaning liquid supply device (2) for supplying a cleaning liquid to the object to be cleaned (1), 초음파 전달체(4a)와 상기 초음파 전달체(4a)에 구비되는 압전소자(4b)로 구성되고 상기 피세정물(1)과 대향하도록 구비되어 초음파를 발생시키는 진동자(4)를 포함하는 초음파 세정 장치에 있어서,In the ultrasonic cleaning device comprising an ultrasonic carrier (4a) and a piezoelectric element (4b) provided in the ultrasonic carrier (4a) and is provided so as to face the object to be cleaned 1, the vibrator (4) for generating ultrasonic waves In 상기 압전 소자(4b)는;The piezoelectric element 4b; 상기 초음파 전달체(4a)에 적어도 둘 이상으로 구비되어 각각의 압전소자(4b)는 서로 다른 주파수로 구동되는 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치.At least two or more of the ultrasonic carriers (4a), each piezoelectric element (4b) is driven by a different frequency, characterized in that the ultrasonic cleaning apparatus using multiple frequencies. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 압전소자(4b)는,The piezoelectric element 4b is 일렬 배열, 삼각 배열, 다각 배열 중 선택된 어느 하나의 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치. Ultrasonic cleaning apparatus using a multi-frequency, characterized in that arranged in any one form selected from a line array, triangular array, polygonal array. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 초음파 전달체(4a)는 석영, 사파이어, 다이아몬드, 유리질 카본을 포함하는 유리질 고체물질로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치.The ultrasonic carrier (4a) is any one selected from a glassy solid material including quartz, sapphire, diamond, glassy carbon, ultrasonic cleaning device using multiple frequencies. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 초음파 전달체(4a)는 스테인레스, 티타늄, 알루미늄, 스틸을 포함하는 금속물질과, 테플론과 같은 내화학성 재료가 코팅된 금속물질 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치.The ultrasonic carrier (4a) is any one selected from a metal material including stainless steel, titanium, aluminum, steel, and a metal material coated with a chemical resistant material such as Teflon. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 진동자(4)는 사각형, 원형, 다각형 중 어느 하나의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치.The vibrator (4) is an ultrasonic cleaning device using a multi-frequency, characterized in that having a cross section of any one of a rectangle, a circle, a polygon. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 압전소자(4b)는 원형 또는 다각형 중 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 초음파 세정 장치.The piezoelectric element (4b) is an ultrasonic cleaning device using a multi-frequency, characterized in that having a shape of any one of a circle or a polygon.
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