KR20140113608A - 화학적으로 제어된 작동 유체를 갖는 휴대용 음파 입자 제거 툴 - Google Patents
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Abstract
입자 제거 툴은 사운드 필드 트랜스듀서, 세정 챔버 및 개방 밀봉 면 (open sealing face) 을 포함한다. 상기 세정 챔버는, 상기 사운드 필드 트랜스듀서에서 상기 개방 밀봉 면까지 연장된 세정 유체 가이드 챔버; 상기 세정 유체 가이드 챔버와 유체 연통하는 세정 유체 전달 채널; 및 세정 유체 복귀 채널을 포함한다. 상기 개방 밀봉 면은 상기 개방 밀봉 면에 의해서 형성된 평면 (plane) 에 인접한 세정 포탈 (cleaning potal) 을 포함한다. 상기 사운드 필드 트랜스듀서는 상기 세정 포탈의 가시선 (line-of-sight) 내에 배치되며 대략 20 kHz 내지 대략 2 MHz의 주파수를 갖는 음향파들을 생성한다.
Description
본 발명은 분석을 위해서 입자를 제거하거나 표면을 세정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼와 같은 기판을 처리하는 바는 다양한 동작들을 포함할 수 있다. 이러한 동작 중 하나는 예를 들어서 기판을 에칭하는 것이다. 반도체 웨이퍼 및 다른 기판들을 처리하기 위해서는 이물질 및 오염물이 없는 분위기가 필요하다. 오염물이 존재하면 잠재적으로 허용할 수 없는 작업 수율이 나올 것이다. 반도체 웨이퍼 처리 장비의 성질상 인시츄 방식의 세정이 가능하지 않으며 통상적으로 머신을 분해하여서 개별 구성 요소들을 개별 세정 머신 또는 탱크에 배치해야 한다. 본 발명자들은 이러한 기존의 세정 공정을 대체하면서 보다 구체적으로는 처리 장비 부품들을 인시츄 방식으로 세정하는 대안이 필요하다는 것을 인식하였다.
본 개시의 주제 대상에 따라서, 표면으로부터 입자를 제거하는 입자 제거 툴이 제공된다. 이 입자 제거 툴은 반도체 웨이퍼 처리 장비의 표면으로부터 예를 들어서 석영, 알루미나 및 이트리아 입자들과 같은 입자들을 제거한다. 이 입자 제거 툴은 전통적으로 초음파 세정 탱크 내에 침수시키지 않고서도 규정된 표면 구역들로부터 입자를 제거할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따라서, 입자 제거 툴은 사운드 필드 트랜스듀서, 세정 챔버 및 개방 밀봉 면 (open sealing face) 을 포함한다. 상기 세정 챔버는, 상기 사운드 필드 트랜스듀서에서 상기 개방 밀봉 면까지 연장된 세정 유체 가이드 챔버; 상기 세정 유체 가이드 챔버와 유체 연통하는 세정 유체 전달 채널; 및 상기 세정 유체 전달 채널보다 높은 플로우 저항을 가지면서 상기 세정 유체 가이드 챔버에 유체 연통된 세정 유체 복귀 채널을 포함한다. 상기 개방 밀봉 면은 상기 개방 밀봉 면에 의해서 형성된 평면 (plane) 에 인접하여 배치된 세정 포탈 (cleaning potal) 을 포함한다. 상기 사운드 필드 트랜스듀서는 상기 세정 포탈의 가시선 (line-of-sight) 내에 배치되며 대략 20 kHz 내지 대략 2 MHz의 주파수를 갖는 음향파들을 생성한다. 상기 개방 밀봉 면은 상기 입자 제거 툴이 세정 표면 평면에 대해서 눌러질 때에 상기 세정 표면 평면과 유체 기밀 밀봉을 형성하는 챔버 대 표면 계면 밀봉부를 포함한다.
본 개시의 다른 실시예에 따라서, 입자 제거 툴은 사운드 필드 트랜스듀서, 세정 챔버, 개방 밀봉 면 및 액체 입자 카운터를 포함한다. 상기 세정 챔버는, 상기 사운드 필드 트랜스듀서에서 상기 개방 밀봉 면까지 연장된 세정 유체 가이드 챔버; 상기 세정 유체 가이드 챔버, 탈이온수 공급 스트림 및 화학 용액 공급 스트림과 유체 연통하는 세정 유체 전달 채널; 및 상기 세정 유체 전달 채널보다 높은 플로우 저항을 가지면서 상기 세정 유체 가이드 챔버에 유체 연통된 세정 유체 복귀 채널을 포함한다. 상기 개방 밀봉 면은 상기 개방 밀봉 면에 의해서 형성된 평면에 인접한 세정 포탈을 포함한다. 상기 사운드 필드 트랜스듀서는 상기 세정 포탈의 가시선 내에 배치되며 대략 20 kHz 내지 대략 2 MHz의 주파수를 갖는 음향파들을 생성한다. 상기 개방 밀봉 면은 상기 세정 유체 가이드 챔버의 외부로 연장된 플랜지 상에 배치되며 상기 입자 제거 툴이 세정 표면 평면에 대해서 눌러질 때에 상기 세정 표면 평면과 유체 기밀 밀봉을 형성하는 챔버 대 표면 계면 밀봉부를 포함한다. 상기 챔버 대 표면 계면 밀봉부는 O-링 타입 밀봉부이다. 상기 유체 입자 카운터는 상기 세정 유체 복귀 채널과 유체 연통한다.
본 개시의 특정 실시예들의 다음의 상세한 설명 부분은 첨부 도면을 참조하여서 판독되면 최상으로 이해될 것이며, 이 첨부 도면에서는 유사한 참조 부호는 유사한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 입자 제거 툴의 입체도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 다른 입자 제거 툴의 측단면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 입자 제거 툴의 개략도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 입자 제거 툴의 개략도이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 입자 제거 툴의 입체도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 다른 입자 제거 툴의 측단면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 입자 제거 툴의 개략도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 입자 제거 툴의 개략도이다.
전반적으로 도면들을 참조할 시에, 특히 도 1 및 도 2를 참조할 시에, 이러한 예시는 본 개시의 특정 실시예를 기술하기 위해서 제공된 것이며 첨부된 청구범를 한정하는 방식으로 해석되어서는 안된다. 입자 제거 툴 (100) 은 사운드 필드 트랜스듀서 (150), 세정 챔버 (200) 및 개방 밀봉 면 (250) 을 포함한다. 세정 챔버 (200) 는 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 에서 개방 밀봉 면 (250) 으로 연장하는 세정 유체 가이드 챔버 (210) 를 포함한다. 세정 챔버 (200) 는 이 세정 유체 가이드 챔버 (210) 와 유체 연통하는 세정 유체 전달 채널 (220) 및 세정 유체 전달 채널 (220) 보다 높은 플로우 저항을 가지면서 세정 유체 가이드 챔버 (210) 와 유체 연통하는 세정 유체 복귀 채널 (230) 을 더 포함한다. 개방 밀봉 면 (250) 은 이 개방 밀봉 면에 의해서 형성된 평면 (plane) 에 인접하여 배치된 세정 포탈 (260) 을 포함한다. 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 는 세정 포탈 (260) 의 가시선 (light of sight) 내에 배치되며 대략 20 kHz 내지 약 2 MHz 의 주파수를 갖는 음향파를 생성한다. 개방 밀봉 면 (250) 은 입자 제거 툴 (100) 이 세정 표면 평면에 대하여 눌러질 때에 이 세정 표면 평면 (280) 과 유체 기밀 밀봉부를 형성하는 챔버 대 표면 계면 밀봉부 (270) 를 포함한다.
입자 제거 툴 (100) 은 휴대용 음파 세정을 제공한다. 세정 유체가 세정 유체 전달 채널 (220) 을 통하여서 세정 챔버 (200) 내로 도입된다. 세정 유체는 세정 챔버 (200) 를 통과하여서 세정 유체 복귀 채널 (230) 을 나간다. 세정 챔버 (200) 를 나가기 이전에, 세정 유체는 세정 표면 평면 (280) 에 걸쳐서 이동한다. 예를 들어서 초음파 또는 메가음파 (megasonic) 범위의 음파들이 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 에 의해서 생성된다. 음파는 세정 유체와 함께 세정 표면 평면 (280) 에 세정 동작을 제공한다. 세정 유체가 세정 유체 복귀 채널 (230) 을 통해서 나오면 세정 표면 평면 (280) 으로부터 제거된 입자 또는 오염물들이 세정 챔버 (200) 로부터 멀어지게 운반된다. 챔버 대 표면 계면 밀봉부는 세정 챔버 (200) 와 세정 표면 평면 (280) 간에서 유체 기밀한 연결을 형성하여서 세정 유체가 세정 유체 복귀 채널 (230) 을 통해서 나가기 이전에 세정 유체가 세정 챔버 내에서 유지될 수 있게 한다.
일 실시예에서, 세정 유체 가이드 챔버 (210) 는 유입 챔버 (212) 및 복귀 챔버 (214) 를 포함한다. 유입 챔버 (212) 는 세정 유체 전달 채널 (220) 에 근접하여 있다. 복귀 챔버 (214) 은 세정 유체 복귀 채널 (230) 에 인접하여 있다. 도 1 및 도 2는 유입 챔버가 복귀 챔버보다 작은 단면적을 갖는 직원기둥 형상들로 유입 챔버 (212) 및 복귀 챔버 (214) 를 도시하고 있다. 하지만, 다른 실시예들은 직사각형 단면 또는 비원형 곡선적 (curvilinear) 단면을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 세정 유체 가이드 챔버 (210) 의 내부 단면은 전체 길이를 따라서 일정하여서 유입 챔버 (212) 및 복귀 챔버 (214) 이 실질적으로 동일한 내부 단면을 가질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같은, 일 실시예에서, 유입 챔버 (212) 는 복귀 챔버 (214) 보다 작은 단면적을 갖는다. 유입 챔버 (212) 는 복귀 챔버 (214) 로 연장된다. 유입 챔버 (212) 는 복귀 챔버의 길이의 0 % 내지 최소 95 % 만큼 복귀 챔버 (214) 내로 연장할 수 있다. 이렇게 유입 챔버 (212) 가 복귀 챔버 (214) 의 공간 내부로 연장되면 세정 유체 가이드 챔버 (210) 내로 도입된 세정 유체의 플로우 패턴이 실현된다. 이론에 얽매일 필요 없이, 이렇게 유입 챔버 (212) 가 복귀 챔버 (214) 의 공간 내부로 연장되면 세정 유체는 세정 표면 평면 (280) 으로 향하게 되며 복귀 챔버의 외부 벽들로 향하게 되며 세정 유체 복귀 채널 (230) 을 나가게 되는 순탄한 플로우 패턴이 형성되게 된다. 세정 유체 플로우는 제거된 입자들을 제거 및/또는 분석을 위해서 세정 유체 복귀 채널 (230) 외부로 이송한다.
개방 밀봉 면 (250) 은 입자 제거 툴 (100) 이 세정 표면 평면에 대해서 눌러질 때에 세정 표면 평면 (280) 과 유체 기밀 밀봉부를 형성하는 챔버 대 표면 계면 밀봉부 (270) 를 포함한다. 일 실시예에서, 챔버 대 표면 계면 밀봉부 (270) 는 O-링 타입 밀봉부이다. 입자 제거 툴 (100) 이 세정 표면에 대해서 눌러지면 O-링 타입의 챔버 대 표면 계면 밀봉부 (270) 가 굴절 (deflection) 되어서 입자 제거 툴과 세정 표면 평면 간에 유체 기밀 밀봉이 형성된다. 다른 실시예에서, 챔버 대 표면 계면 밀봉부 (270) 는 플랜지 타입 밀봉부이다. 입자 제거 툴 (100) 이 세정 표면 평면에 대해서 눌러지면 플랜지 타입의 챔버 대 표면 계면 밀봉부 (270) 가 세정 표면 평면에 대해서 눌러지면서 입자 제거 툴과 세정 표면 평면 간에 유체 기밀 밀봉이 형성된다.
도 1 및 도 2에서, 입자 제거 툴 (100) 의 실시예가 도시된다. 개방 밀봉 면 (250) 은 세정 유체 가이드 챔버 (210) 의 외부로 연장된 플랜지 (290) 상에 배치된다. 또한, 개방 밀봉 면 (250) 은 세정 유체 가이드 챔버 (210) 의 내부로 연장된 플랜지 (미도시) 상에 배치되는 것도 고려할 수 있다.
개방 밀봉 면 (250) 은 개방 밀봉 면에 의해서 형성된 평면에 인접하여 배치되는 세정 포탈 (260) 을 포함한다. 세정 유체 복귀 채널 (230) 에 근접한 세정 유체 가이드 챔버 (210) 의 단부는 개방된다. 이 세정 유체 가이드 챔버 (210) 의 개방 단부가 세정 포탈 (260) 이다. 일 실시예에서, 세정 포탈 (260) 은 세정 유체 가이드 챔버 (210) 의 벽들까지, 보다 구체적으로는 복귀 챔버 (214) 까지 완전하게 연장하며 복귀 챔버의 단면적 프로파일과 일치하는 프로파일을 갖는다. 다른 실시예들에서, 세정 포탈 (260) 은 세정 유체 가이드 챔버 (210) 의 벽들 이전에서, 보다 구체적으로는 복귀 챔버 (214) 이전에서 종단되어서 세정 유체 가이드 챔버 (210) 의 단부 벽의 일부를 접촉되지 않은 상태로 둔다.
입자 제거 툴 (100) 이 세정 표면 평면 (280) 에 대해서 눌러지면 챔버 대 표면 계면 밀봉부가 유체 기밀 상태로 된다. 일 실시예에서, 입자 제거 툴 (100) 의 사용자가 수동으로 압력을 가하여서 눌러진다. 다른 실시예에서, 클램프 또는 다른 유사한 리테이너 (retainer) 가 사용되어서 입자 제거 툴 (100) 이 세정 표면 평면 (280) 에 대해서 눌러진다. 예를 들어서, 클램프는 입자 제거 툴 (100) 과 세정 표면 평면 (280) 간에 압축력이 공급되도록 외부로 연장된 플랜지 (290) 와 체결될 수도 있다.
통상적으로 세정될 부분을 세정 탱크로 침수시킴으로써 음파 세정 동작이 수행된다. 정지형 탱크는 크고 부피가 나가거나 분해하기 힘든 소정의 디바이스들을 세정하는 능력을 제한하며 저하시킨다. 입자 제거 툴 (100) 은 휴대 가능하므로 세정될 소망하는 표면으로 이동하여서 세정 동작이 가능하게 한다. 이는 세정될 표면이 세정 동작을 위해서 이동하여야 하는 것과는 대조적이다.
사운드 필드 트랜스듀서 (150) 는 음향파를 생성한다. 이 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 에 의해서 생성된 음향파는 세정 표면 평면 (280) 에서 캐비테이션 포켓 (cavitation pocket) 을 생성하며 이 포켓은 세정 표면 평면으로부터 입자를 제거하는 것을 보조한다. 초음파 세정 및 메가음파 세정은 액체를 요동시키도록 음파들에 의해서 유발된 고주파수 압력 파들에 의해서 유발된 캐비테이션 버블들을 사용한다. 세정 동작 시에, 캐비테이션은 유체 내의 버블이 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 로부터 입력된 에너지로 인한 크기 또는 형상으로 진동을 하도록 강제되는 프로세스이다. 캐비테이션 버블은 예를 들어서 세정 표면 평면 (280) 에 부착된 오염물 또는 입자들에 강한 힘들을 인가한다. 또한, 세정 동작은 블라인드 구멍, 크랙 및 리세스들을 침투한다.
일 실시예에서, 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 는 세정 유체 전달 채널 (220) 에 근접한 세정 챔버 (200) 의 단부 벽이 접하여 배치된다. 이 세정 챔버 (200) 의 부분은 유입 챔버 (212) 이다. 음향 에너지가 사운드 필드 트랜스듀서에서 유입 챔버의 단부 벽으로 전달되도록 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 는 유입 챔버 (212) 의 단부 벽에 접한다. 다른 실시예에서, 유입 챔버 (212) 의 단부 벽이 제거되고 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 가 세정 챔버 (200) 의 내부 공간과 직접 접촉하게 배치된다.
사운드 필드 트랜스듀서 (150) 에 의해서 생성된 음향파들의 주파수는 제거를 위해서 최적화된 입자들의 특성에 영향을 준다. 주파수는 가변 크기의 입자들을 제거하는데 영향을 줄 수 있다. 일반적 규칙으로서, 낮은 주파수는 큰 입자들을 제거하기 쉬우며 높은 주파수들은 작은 입자를 제거하는데 최적이다. 입자 제거 툴 (100) 은 상이한 최적 제거 주파수를 갖는 다양한 상이한 입자들에 대해서 입자 제거 툴이 구성되도록 하게 하는 임의의 특정 소망하는 주파수를 생성하는 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 에 맞춤될 수 있다. 일 실시예에서, 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 는 초음파 트랜스듀서를 포함하며 대략 20 kHz 내지 대략 50 kHz 간의 주파수를 갖는 음향파들을 생성한다. 음향파 주파수의 비한정적 실례는 대략 20 kHz, 대략 30 kHz, 또는 대략 40 kHz의 주파수이다. 다른 실시예에서, 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 는 메가음파 트랜스듀서를 포함하며 대략 0.8 MHz 내지 대략 1.2 MHz 간의 주파수를 갖는 음향파들을 생성한다. 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 에 의해서 생성되는 음향파 주파수의 비한정적 실례는 대략 1 MHz의 주파수이다. 일 실시예에서, 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 는 가변 음향파 주파수를 출력하도록 스위핑된 (swept) 주파수들을 생성할 수 있다. 또한, 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 는 적어도 2 개의 개별 주파수들을 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 는 제거 가능하며 적어도 제 2 사운드 필드 트랜스듀서로 대체될 수 있다. 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 를 제 2 사운드 필드 트랜스듀서로 대체할 수 있기 때문에 단일 입자 제거 툴 (100) 에 있어서 상이한 음향파 주파수들이 생성될 수 있다. 예를 들어서, 초기 세정 동작은 대략 40 kHz 주파수의 음향파를 생성하는 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 를 사용하여서 수행되고 이어서 제 2 사운드 필드 트랜스듀서로 대체되고 제 2 세정 동작이 대략 1 MHz의 음향파를 사용하여서 수행된다. 단일 입자 제거 툴 (100) 은 상이한 주파수 설정점들을 갖는 사운드 필드 트랜스듀서들을 조합하여서 (in coordination with) 다양한 입자들을 제거할 수 있다. 또한, 대체가능한 사운드 필드 트랜스듀서 (150) 는 고장 시에 전체 세정 챔버 (200) 및 사운드 필드 트랜스듀서 결합을 교체하는 대신에 오직 사운드 필드 트랜스듀서만을 교체함으로써 유지 비용을 줄일 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시예에서, 입자 제거 툴 (100) 은 세정 유체를 포함하는 세정 유체 공급원 (300) 을 포함한다. 이 세정 유체 공급원 (300) 은 세정 유체를 세정 챔버 (200) 에 공급한다. 일 실시예에서, 세정 유체는 탈이온수를 포함한다. 탈이온수는 탈이온수 공급원 (310) 으로부터 공급된다. 일 실시예에서, 탈이온수 공급원 (310) 은 탱크 또는 유사한 저장소이다. 다른 실시예에서, 탈이온수 공급원 (310) 은 규정되지 않은 체적의 스트림을 전달할 수 있는 연속형 소스이다. 연속형 소스의 비한정적 실례는 요구 시에 탈이온수를 생성하는 것이다.
일 실시예에서, 세정 유체는 화학 용액을 포함한다. 일 실시예에서, 화학 용액은 계면활성제, 산, 및 산화제를 포함한다. 다른 실시예에서, 화학 용액은 계면활성제, 염기 및 산화제를 포함한다. 화학 용액은 화학 용액 공급원 (320) 으로부터 공급된다. 일 실시예에서, 화학 용액 공급원 (320) 은 탱크 또는 유사한 저장소이다. 다른 실시예에서, 화학 용액 공급원 (320) 은 규정되지 않은 체적의 스트림을 전달할 수 있는 연속형 소스이다. 연속형 소스의 비한정적 실례는 요구하는 완충 용기로부터의 고갈을 대체하기 위해서 배치 (batch) 식으로 화학 용액을 생성하는 것이다.
일 실시예에서, 화학 용액 공급원 (320) 내의 화학 용액은 SC1이다. SC1 (Standard Clean 1) 은 산업적으로 허용 가능한 표준 알카리 세정 용액이다. 이의 고전적 제법은 NH4OH (암모니윰 하이드록사이드), H2O2 (하이드로젠 퍼옥사이드) 및 탈이온수를 1:1:5의 비율로 혼합하는 것이다. 일 실시예에서, SC1가 표준 제법으로서 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, SC1는 탈이온수의 비율을 높게 하여서 희석된 방식으로 사용된다.
일 실시예에서, 화학 용액 공급원 (320) 내의 화학 용액은 SC2이다. SC2 (Standard Clean 2) 은 산업적으로 허용 가능한 표준 에칭 및 세정 용액이다. 이의 고전적 제법은 HCl (하이드로클로릭 액시드), H2O2 (하이드로젠 퍼옥사이드) 및 탈이온수를 1:1:5의 비율로 혼합하는 것이다. 일 실시예에서, SC2가 표준 제법으로서 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, SC2는 탈이온수의 비율을 높게 하여서 희석된 방식으로 사용된다.
일 실시예에서, 계면활성제가 화학 용액 내에 포함된다. 허용 가능한 계면활성제의 비한정적 실례는 예를 들어서 NCW 601A (Wako Chemicals) 및 Triton X-100 (Union Carbide) 와 같은 알킬 페녹시 폴리에틸렌 옥사이드 알콜 (alkyl phenoxy polyethylene oxide alcohol); 예를 들어서 Olin Hunt Surfactants (OHSR) 와 같은 알킬 페녹시 폴리글리시돌즈 (alkyl phenoxy polyglycidols); 예를 들어서 Flourad FC-93 (3M) 와 같은 불소화 알킬 계면활성제 (flourinated alkyl sulfonates); 예를 들어서 Surfynol (APCI) 와 같은 아세틸레닉 알콜; 및 예를 들어서 cocoamidopropyl betaine와 같은 베타이네즈 (betaines) 를 포함한다.
일 실시예에서, 세정 유체 공급원 (300) 은 적어도 하나의 세정 유체 전달 펌프 (330) 를 포함한다. 이 세정 유체 전달 펌프 (330) 는 세정 유체를 탈이온수 공급원 (310), 화학 용액 공급원 (320) 또는 이 양자로부터 세정 챔버 (200) 의 세정 유체 전달 채널 (220) 로 전달하기 위한 원동력을 제공한다. 세정 유체 전달 펌프 (330) 의 비한정적 실례는 원심 펌프 및 연동 펌프 (peristaltic pumps) 를 포함한다. 본 기술 분야의 당업자에게 알려진, 파이프 내의 유체에 원동력을 제공하는 임의의 방법이 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 입자 제거 툴 (100) 의 실시예에서, 탈이온수 공급원 (310) 및 화학 용액 공급원 (320) 으로부터의 스트림들이 세정 유체 전달 펌프 (330) 에 도달하기 이전에 혼합된다. 탈이온수 공급원 (310) 으로부터의 탈이온수의 플로우 레이트 및 화학 용액 공급원 (320) 으로부터의 화학 용액의 플레우 레이트 각각은 세정 유체 전달 펌프 (330) 이전에 설치된 플로우 밸브들 (340) 또는 제어 밸브들 (342) 을 조절함으로써 제어될 수 있다. 또한, 세정 유체 전달 펌프 (330) 후방에 설치된 플로우 밸브들 (340) 또는 제어 밸브들 (342) 이 사용되어서 세정 유체의 총 플로우 레이트를 조절할 수 있다.
도 4을 참조하면, 입자 제거 툴 (100) 의 실시예에서, 탈이온수 공급원 (310) 및 화학 용액 공급원 (320) 으로부터 스트림들이 적어도 하나의 세정 유체 전달 펌프 (330) 이후에 혼합된다. 구체적으로, 탈이온수 공급 스트림 (312) 및 화학 용액 공급 스트림 (322) 각각은 각각의 유체에 원동력을 제공하는 세정 유체 전달 펌프 (330) 를 포함한다. 탈이온수 공급원 (310) 으로부터의 탈이온수의 플로우 레이트 및 화학 용액 공급원 (320) 으로부터의 화학 용액의 플레우 레이트는 세정 유체 전달 펌프 (330) 의 플로우 레이트를 조절하거나 세정 유체 전달 펌프 (330) 이전에 설치된 플로우 밸브들 (340) 을 조절하거나 세정 유체 전달 펌프 (330) 후방에 설치된 플로우 밸브들 (340) 을 조절함으로써 제어될 수 있다. 또한, 세정 유체 전달 펌프 (330) 후방에 설치된 플로우 밸브들 (340) 또는 제어 밸브들 (342) 이 사용되어서 세정 유체의 총 플로우 레이트가 조절되거나 탈이온수 공급원 (310) 으로부터의 탈이온수 스트림의 플로우 레이트 및 화학 용액 공급원 (320) 으로부터의 화학 용액 스트림의 플레우 레이트가 개별적으로 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 플로트 밸브 (float valve) (348) 가 탈이온수 공급원 (310) 으로부터의 탈이온수 플로우를 제어한다. 플로트 밸브 (348) 는 중간의 탈이온수 저장 탱크 (미도시) 내의 탈이온수의 소망하는 최저 레벨을 유지한다. 플로트 밸브 (348) 는 세정 챔버 (200) 로 전달하기 위하여 세정 유체 전달 펌프 (330) 으로의 적합한 탈이온수 공급이 용이하게 이루어지도록 보장하며 탈이온수 공급원 (310) 으로부터의 플로우 레이트의 변동을 조절한다. 일 실시예에서, 플로트 밸브 (348) 가 사용되지 않고 제어 밸브 (343) 가 플로우 레이트 제어를 위해서 사용될 수 있음은 명백하다.
일 실시예에서, 탈이온수 공급 스트림 (312) 및 화학 용액 공급 스트림 (322) 모두는 세정 챔버 (200) 의 세정 유체 전달 채널 (220) 과 유체 연통한다. 탈이온수 공급 스트림 (312) 및 화학 용액 공급 스트림 (322) 의 혼합 스트림이 세정 챔버 (200) 내에 도입된다. 일 실시예에서, 탈이온수 공급 스트림 (312) 과 화학 용액 공급 스트림 (322) 의 혼합 스트림과 세정 챔버 (200) 간의 연통부는 유연성이 있는 호스 (346) 이다. 이 유연성 호스 (346) 는 세정 챔버 (200) 의 움직임에 유연성을 제공하며 입자 제거 툴 (100) 의 휴대 가능성을 가능하게 한다.
탈이온수 공급 스트림 (312) 및 화학 용액 공급 스트림 (322) 의 독립적으로 제어 가능한 플로우 특성들로 인해서 세정 유체 내에서의 탈이온수와 화학 용액 간의 비율이 조절될 수 있다. 일 실시예에서, 세정 유체는 바람직하게는 대략 pH 2 내지 대략 pH 12로 상기 세정 유체 전달 채널 (220) 에 제공된다. 세정 유체는 보다 바람직하게는 산성 용액 이용 상황에서는 대략 pH 3 내지 대략 pH 4로 그리고 염기성 용액 이용 상황에서는 대략 pH 10 내지 대략 pH 11로 상기 세정 유체 전달 채널 (220) 에 제공된다. 세정 용액 pH가 증가하면 입자와 세정 표면 평면 (280) 간의 인력이 낮아져서 입자 제거가 용이해진다.
도 3 및 도 4에서, 일 실시예들에서, 입자 제거 툴 (100) 은 세정 유체의 온도를 조절하기 위해서 적어도 하나의 열적 제어부 (350) 를 더 포함한다. 이 열적 제어부 (350) 는 세정 유체의 온도를 증가 또는 감소시킬 수 있다. 일 실시예에서, 단일 열적 제어부 (350) 가 사용되며 탈이온수 공급 스트림 (312) 및 화학 용액 공급 스트림 (322) 모두가 이 단일 열적 제어부 (350) 를 통과한다. 다른 실시예에서, 열적 제어부 (350) 는 탈이온수 공급 스트림 (312) 및 화학 용액 공급 스트림 (322) 을 단일 스트림으로 만드는 혼합기 (merger) 후방에 배치된다. 단일 열적 제어부 (350) 를 사용하게 되면, 세정 유체의 모든 구성 성분들이 대량으로 (in bulk) 가열 또는 냉각될 수 있다. 모든 성분들이 동일한 열적 제어부 (350) 내에서 가열 또는 냉각되기 때문에, 탈이온수 공급 스트림 (312) 및 화학 용액 공급 스트림 (322) 의 상대적인 플로우 레이트들을 변화시켜도 결과적으로 혼합된 세정 유체의 온도는 영향을 받지 않거나 최소로 받는다.
다른 실시예에서, 적어도 하나의 열적 제어부 (350) 가 탈이온수 공급 스트림 (312) 및 화학 용액 공급 스트림 (322) 각각 내에 배치된다. 탈이온수 공급 스트림 (312) 및 화학 용액 공급 스트림 (322) 에 각기 열적 제어부 (350) 를 독립적으로 둠으로써 탈이온수 공급 스트림 (312) 및 화학 용액 공급 스트림 (322) 의 온도를 독립적으로 제어할 수 있다. 탈이온수 공급 스트림 (312) 또는 화학 용액 공급 스트림 (322) 의 플로우 레이트가 증가 또는 감소하면, 각각의 열적 제어부 (350) 의 열 교환 레이트는 그를 보상하도록 조절될 수 있다. 또한, 열적 제어부 (350) 의 열 교환 레이트는 탈이온수 공급 스트림 (312) 또는 화학 용액 공급 스트림 (322) 의 유입 또는 공급 온도가 변함에 따라서 조절될 수 있다.
열적 제어부 (350) 는 세정 유체의 온도가 소망하는 설정점 또는 범위로 조절될 수 있게 한다. 일 실시예에서, 세정 유체는 바람직하게는 100 ℃보다 낮은 온도에서 세정 유체 전달 채널 (220) 에 제공된다. 구체적으로, 세정 유체는 입자 제거 툴 (100) 의 동작 압력에서 물의 끓는 점 아래의 온도에서 바람직하게는 유지된다. 세정 유체의 온도를 입자 제거 툴 (100) 의 동작 압력에서 물의 끓는 점 아래의 온도로 유지하는 것은 세정 유체 내에서 바람직하지 않는 버블이 형성되어서 초음파 세정 동작의 효과를 저하시키는 것을 방지하기 위해서 바람직하다. 세정 유체는 보다 바람직하게는 대략 20 ℃ 내지 대략 95 ℃의 온도에서 세정 유체 전달 채널 (220) 에 제공된다. 특히 가열하지 않고 이용하는 상황에서는, 세정 유체는 보다 더 바람직하게는 대략 20 ℃ 내지 대략 30 ℃의 온도에서 세정 유체 전달 채널 (220) 에 제공되며 보다 더 바람직하게는 대략 24 ℃ 내지 대략 26 ℃의 온도에서 제공된다. 특히 가열하여서 이용하는 상황에서는, 세정 유체는 보다 더 바람직하게는 대략 75 ℃ 내지 대략 85 ℃의 온도에서 세정 유체 전달 채널 (220) 에 제공되며 보다 더 바람직하게는 대략 78 ℃ 내지 대략 82 ℃의 온도에서 제공된다. 입자 크기가 작을수록 세정 표면 평면 (280) 에 강하게 부착되는 경향이 있으며, 세정 유체의 온도가 높을수록 상대적으로 큰 입자보다는 작은 입자를 바람직하게 제거할 수 있다. 세정 유체 온도가 증가하면 입자와 세정 표면 평면 (280) 간의 인력이 줄어들어 입자 제거가 용이하게 된다.
입자 제거 툴 (100) 의 실시예에서, 입자 제거 툴 (100) 은 세정 챔버 (200) 의 세정 유체 복귀 채널 (230) 와 유체 연통하는 액체 입자 카운터 (360) 를 더 포함한다. 액체 입자 카운터 (360) 는 세정 표면 평면 (280) 으로부터 제거된 입자들을 검출하여 체계적으로 열거한다. 일 실시예에서, 액체 입자 카운터 (360) 는 플로우 내의 입자들을 정량적으로 측정하기 위해서 레이저 또는 다른 광학적 빔이 플로우를 통과하도록 조사하고 레이저 또는 광학적 빔의 차단 (occlusion) 을 체계적으로 열거함으로써 동작한다. 플로우 내의 특정 입자 타입을 정성적으로 측정하는 바는 플로우의 샘플들을 수집하고 통상적으로 알려진 실험실 기술을 사용하여서 분석함으로써 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 세정 유체 공급원 (300) 및 특히 탈이온수 공급 스트림 (312) 및 화학 용액 공급 스트림 (322) 전체에 걸쳐서, 방압 밸브 (pressure relief valve) (344) 가 사용된다. 이 방압 밸브 (344) 는 탈이온수 공급 스트림 (312) 및 화학 용액 공급 스트림 (322) 의 가압 상태를 감압시킬 수 있다. 방압 밸브 (344) 는 세정 유체 전달 펌프 (330) 와 함께 복수의 플로우 밸브 (340), 제어 밸브 (342) 및 다른 밸브들이 최적 플로우를 위해서 개별적으로 조절되지 않은 때에 발생할 수 있는 가압 상태를 방지할 수 있다.
베벨 (bevel) 처리, 테이퍼 (taper) 처리, 챔퍼 (chamfer) 처리, 필렛 (fillet) 처리, 라운딩 (rounding) 처리 및 다른 코너 처리들이 개시된 도면들에 걸쳐서 도시된다. 이러한 코너 처리들은 요구되지 않을 수 있으며 본 개시는 코너 처리들이 존재하지 않는 예시되지 않은 실시예들을 포함한다. 또한, 코너 처리에서 도시되지 않은 코너들 및 에지들이 베벨 처리, 테이퍼 처리, 챔퍼 처리, 필렛 처리, 라운딩 처리 또는 다른 코너 처리를 사용하여서 처리되는 실시예들이 고려될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 "적어도 하나의" 구성 요소, 요소 등은 명사의 단수형의 사용이 해당 명사에 대응하는 구성 요소 또는 요소 등이 오직 하나밖에 없음을 말하도록 해석되지 않도록 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "바람직하게는", "통상적으로" 및 "전형적으로"는 청구된 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니며 소정의 특징들이 청구된 발명의 구조 또는 기능에 있어서 필수적이거나 중요하거나 본질적인 것을 암시하기 위한 것도 아니다. 이보다는, 이러한 용어들은 본 개시의 실시예의 특정 측면들을 특정하거나 본 개시의 특정 실시예에서 사용 또는 사용되지 않을 수 있는 다른 또는 추가적 특징들을 강조하는 것일 뿐이다.
본 개시의 주제 대상을 그의 특정 실시예를 참조하여서 세부적으로 기술하였지만, 본 명세서에서 개시된 다양한 세부 사항들은 특정 실시예가 본 개시를 따라오는 도면들 각각에서 예시되는 경우에도 이러한 세부 사항들이 본 명세서에서 기술된 다양한 실시예들의 필수적인 요소와 관련됨을 암시하는 것으로 취해지지 말아야 한다. 이보다는, 첨부된 청구 범위가 본 개시의 범위 및 본 명세서에서 개시된 다양한 발명들의 대응하는 범위를 오직 나타내는 것이다. 또한, 수정 및 변경이 첨부된 청구 범위 내에 규정된 발명의 범위 내에서 가능하다. 보다 구체적으로, 본 개시의 몇몇 측면들은 본 명세서에서 바람직하거나 특히 유리한 것으로 특정되었지만, 본 개시는 반드시 이러한 측면들로만 한정되는 것은 아니다.
다음의 하나 이상의 청구 범위에서는 여러 한정 사항들이 존재한다. 본 발명을 규정하기 위해서, 이러한 한정 사항들은 다른 한정 사항들의 존재를 배제하지 않으며 이는 "포함한다"라는 용어가 그러한 바와 같이 그러하다.
Claims (20)
- 사운드 필드 트랜스듀서, 세정 챔버 및 개방 밀봉 면 (open sealing face) 을 포함하는 입자 제거 툴로서,
상기 세정 챔버는,
상기 사운드 필드 트랜스듀서에서 상기 개방 밀봉 면까지 연장된 세정 유체 가이드 챔버;
상기 세정 유체 가이드 챔버와 유체 연통하는 세정 유체 전달 채널; 및
상기 세정 유체 전달 채널보다 높은 플로우 저항을 가지면서 상기 세정 유체 가이드 챔버에 유체 연통된 세정 유체 복귀 채널을 포함하며,
상기 개방 밀봉 면은 상기 개방 밀봉 면에 의해서 형성된 평면 (plane) 에 인접하여 배치된 세정 포탈 (cleaning potal) 을 포함하며,
상기 사운드 필드 트랜스듀서는 상기 세정 포탈의 가시선 (line-of-sight) 내에 배치되며 대략 20 kHz 내지 대략 2 MHz의 주파수를 갖는 음향파들을 생성하며,
상기 개방 밀봉 면은 상기 입자 제거 툴이 세정 표면 평면에 대해서 눌러질 때에 상기 세정 표면 평면과 유체 기밀 밀봉 (fluid tight seal) 을 형성하는 챔버 대 표면 계면 밀봉부를 포함하는,
입자 제거 툴.
- 제 1 항에 있어서,
상기 입자 제거 툴은 상기 세정 유체 복귀 채널과 유체 연통하는 액체 입자 카운터를 더 포함하는,
입자 제거 툴.
- 제 1 항에 있어서,
상기 세정 유체 전달 채널은 탈이온수 공급 스트림 및 화학 용액 공급 스트림과 유체 연통하는,
입자 제거 툴.
- 제 1 항에 있어서,
상기 세정 유체 가이드 챔버는 유입 챔버 (inlet chamber) 및 복귀 챔버 (return chamber) 를 포함하는,
입자 제거 툴.
- 제 1 항에 있어서,
상기 입자 제거 툴은 상기 세정 유체의 온도를 조절하는 열적 제어부를 더 포함하는,
입자 제거 툴.
- 제 5 항에 있어서,
상기 열적 제어부는 가열기인,
입자 제거 툴.
- 제 1 항에 있어서,
상기 개방 밀봉 면은 상기 세정 유체 가이드 챔버의 외부로 연장된 플랜지 상에 배치된,
입자 제거 툴.
- 제 1 항에 있어서,
상기 챔버 대 표면 계면 밀봉부는 O-링 타입 밀봉부인,
입자 제거 툴.
- 제 1 항에 있어서,
상기 챔버 대 표면 계면 밀봉부는 플랜지 타입 밀봉부인,
입자 제거 툴.
- 제 1 항에 있어서,
상기 사운드 필드 트랜스듀서는 초음파 트랜스듀서를 포함하며 대략 20 kHz 내지 대략 50 kHz 간의 주파수를 갖는 음향파들을 생성하는,
입자 제거 툴.
- 제 10 항에 있어서,
상기 사운드 필드 트랜스듀서는 대략 20 kHz, 대략 30 kHz 또는 대략 40 kHz 주파수를 갖는 음향파들을 생성하는,
입자 제거 툴.
- 제 1 항에 있어서,
상기 사운드 필드 트랜스듀서는 메가음파 (megasonic) 트랜스듀서를 포함하며 대략 0.8 MHz 내지 대략 1.2 MHz 간의 주파수를 갖는 음향파들을 생성하는,
입자 제거 툴.
- 제 12 항에 있어서,
상기 사운드 필드 트랜스듀서는 대략 1MHz 주파수를 갖는 음향파들을 생성하는,
입자 제거 툴.
- 제 1 항에 있어서,
상기 사운드 필드 트랜스듀서는 복수의 주파수의 음향파들을 생성하는,
입자 제거 툴.
- 제 1 항에 있어서,
상기 입자 제거 툴은 세정 유체를 포함하는 세정 유체 공급원을 더 포함하는,
입자 제거 툴.
- 제 15 항에 있어서,
상기 세정 유체는 탈이온수를 포함하는,
입자 제거 툴.
- 제 15 항에 있어서,
상기 세정 유체는 계면활성제 및 산화제를 포함하는,
입자 제거 툴.
- 제 15 항에 있어서,
상기 세정 유체는 대략 pH 2 내지 대략 pH 12로 상기 세정 유체 전달 채널에 제공되는,
입자 제거 툴.
- 제 15 항에 있어서,
상기 세정 유체는 대략 온도 20 ℃ 내지 대략 온도 95 ℃로 상기 세정 유체 전달 채널에 제공되는,
입자 제거 툴.
- 사운드 필드 트랜스듀서, 세정 챔버, 개방 밀봉 면 및 액체 입자 카운터를 포함하는 입자 제거 툴로서,
상기 세정 챔버는,
상기 사운드 필드 트랜스듀서에서 상기 개방 밀봉 면까지 연장된 세정 유체 가이드 챔버;
상기 세정 유체 가이드 챔버, 탈이온수 공급 스트림 및 화학 용액 공급 스트림과 유체 연통하는 세정 유체 전달 채널; 및
상기 세정 유체 전달 채널보다 높은 플로우 저항을 가지면서 상기 세정 유체 가이드 챔버에 유체 연통된 세정 유체 복귀 채널을 포함하며,
상기 개방 밀봉 면은 상기 개방 밀봉 면에 의해서 형성된 평면에 인접하여 배치된 세정 포탈을 포함하며,
상기 사운드 필드 트랜스듀서는 상기 세정 포탈의 가시선 내에 배치되며 대략 20 kHz 내지 대략 2 MHz의 주파수를 갖는 음향파들을 생성하며,
상기 개방 밀봉 면은 상기 세정 유체 가이드 챔버의 외부로 연장된 플랜지 상에 배치되며 상기 입자 제거 툴이 세정 표면 평면에 대해서 눌러질 때에 상기 세정 표면 평면과 유체 기밀 밀봉을 형성하는 챔버 대 표면 계면 밀봉부를 포함하며,
상기 챔버 대 표면 계면 밀봉부는 O-링 타입 밀봉부이며,
상기 유체 입자 카운터는 상기 세정 유체 복귀 채널과 유체 연통하는,
입자 제거 툴.
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