KR100986585B1

KR100986585B1 - 방열몸체를 갖는 초음파 진동자 및 그것을 구비한 초음파 세정장치

Info

Publication number: KR100986585B1
Application number: KR1020100025767A
Authority: KR
Inventors: 김상율; 길기범
Original assignee: (주) 경일메가소닉
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2010-10-08

Abstract

본 발명은 초음파발생장치의 구성요소인 초음파 진동자 및 그것을 구비한 초음파 세정장치에 관한 것이다.
본 발명의 초음파 진동자는, 전원을 공급받아 진동하는 압전소자; 상기 압전소자가 부착되며, 초음파가 출력될 때 발생되는 압전소자 주변의 열을 외부로 빠르게 방출하기 위한 방열몸체; 상기 방열몸체에 부착되고 반도체 기판의 세정액에 녹거나 부식되지 않는 재질로 이루어져 있는 진동출력몸체; 및 상기 방열몸체의 상부에 결합되고, 압전소자에 전원을 인가하기 위한 전선이 연결되어 있는 하우징;을 포함하여 구성된다.
본 발명의 초음파 진동자는, 고장발생률이 낮고 초음파 성능을 일정하게 유지할 수 있다.
따라서 본 발명의 초음파 진동자를 구비한 세정장치도 고장발생율이 낮고, 초음파 성능을 일정하게 유지할 수 있어 우수한 세정효과를 얻을 수 있는 특징이 있다.

Description

방열몸체를 갖는 초음파 진동자 및 그것을 구비한 초음파 세정장치{THE ULTRASONIC OSCILLATOR AND CLEANING APPARATUS HAVING THE SAME}

본 발명은 초음파발생장치의 구성요소인 초음파 진동자에 관한 것이다.

초음파발생장치는 전원을 공급받아 진동을 발생시키는 초음파진동자 및 초음파진동자에 전원을 공급하기 위한 전원공급수단을 가지고 있다.

이러한 초음파발생장치는 세정을 위한 용도나 살균을 위한 용도 등으로 널리 사용되고 있다.

구체적인 예로 설명하면, 반도체 기판을 제조하는 공정은 증착, 리소그래피, 식각, 화학적 연마 및 기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들로 이루어진다.

이러한 단위 공정 중에서 세정공정은, 각각의 단위 공정을 수행하는 동안 반도체 기판의 표면에 부착되는 이물질이나 불필요한 막 등을 제거하는 공정이다.

최근 반도체 기판상에 형성되는 패턴이 미세화되고 패턴의 종횡비(aspect ratio)가 커짐에 따라, 점차 세정 공정의 중요도가 커지고 있는 실정이다.

초기에는 기판을 세정하기 위해서 세정액에 기판을 담갔다 꺼내는 방식이 많이 사용되었으나, 상술한 바와 같이 세정 공정의 중요도가 커짐에 따라 세정 장치의 구조에도 많은 발전이 이루어졌다.

최근에는 세정액에 기판을 담근 채 세정액에 수백 kHz 이상의 초음파 진동을 인가함으로써 세정 효율을 증대시키는 구조의 기판 세정 장치가 주로 사용되고 있다.

즉, 초음파를 사용하여 반도체 기판의 세정을 실시하고 있는 것이다.

초음파를 이용한 세정은 입자 가속도와 초음파의 캐비테이션(cavitation) 현상에 의해 이루어진다.

캐비테이션 현상은 초음파가 용액 중에 전파될 때 초음파의 압력에 의해 마이크로미터(㎛) 크기이면서 진공상태인 미세한 기포가 생성된 후 폭발하면서 소멸되는 현상이 빠르게 반복되는 것을 의미하는데 캐비테이션 현상에 의해 발생된 기포가 폭발할 때 순간적으로 강한 충격파가 발생될 뿐만 아니라 높은 압력과 고온을 동반한다.

상기와 같이 캐비테이션 현상에 의해 발생되는 충격파에 의해서 용액 중에 담겨 있는 반도체 기판의 내부 깊숙한 곳까지 단시간 내에 세정이 이루어지도록 하는 것이 초음파를 사용한 반도체 기판의 세정방식이다.

일반적인 초음파 진동자는 도 1과 같이 진동출력몸체(2) 중 압전소자(1)의 면적보다 큰 평면에 압전소자(1)가 부착되고, 그 위에 하우징(3)이 결합되며, 진동출력몸체(2)와 하우징(3) 사이에 패킹(4)이 위치된 형태로 구현되어 있었다.

도 1과 같은 플레이트 타입의 초음파 진동자뿐만 아니라 도 2 및 도 3과 같이 진동출력몸체가 초음파출력연장부(2a)를 갖는 로드 타입의 초음파 진동자에서도 상기와 같은 구조로 되어 있었다

반도체 기판의 세정 등에 사용되는 초음파 진동자의 진동출력몸체는 내화학성이 우수한 소재로 이루어져 있었는데 이는 반도체 기판의 세정에 사용되는 세정액이 황산 등을 포함하기 때문이었다.

즉, 진동출력몸체를 합성수지 등으로 사용할 경우 쉽게 분해되어 세정액에 포함됨으로써 세정액을 오염시키고, 금속으로 구현할 경우에는 부식되면서 금속이온이 발생되어 세정액을 오염시키므로 세정액에 강한 내화학성 소재를 사용하였던 것이다.

상기와 같이 내화학성을 충족하기 위해 진동출력몸체를 석영(quartz)으로 구현하기 때문에 진동출력몸체를 '쿼츠'라고 표현하기도 한다.

상기와 같이 내화학성이 강한 석영 등의 소재는 방열이 원활하게 이루어지지 못하여 압전소자의 수명이 크게 단축되는 등의 이유로 초음파 진동자의 고장 발생률이 높은 문제점이 있었다.

또, 압전소자가 열을 받아 초음파 성능이 저하되거나 초음파 성능이 불규칙한 문제점도 발생되었다.

이를 해소하기 위하여 압전소자 주변에 공기를 분사하는 방식의 냉각장치를 사용하는 구조가 안출되었으나 이러한 구조는 복잡한 냉각장치를 요구하는 등 여러 가지 문제점을 유발하고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 별도의 냉각장치를 구비하지 않으면서도 압전소자 주변의 열이 빠르게 방출되어 압전소자가 파손되는 것과 같은 초음파 진동자의 고장발생률을 크게 낮출 수 있는 초음파 진동자의 구조 및 그것을 구비한 반도체 기판의 세정장치를 제공하려는데 목적이 있다.

본 발명에서는 방열성능이 우수한 알루미늄 등의 방열몸체에 압전소자를 부착하고, 이 방열몸체에 내화학성이 우수한 재질(석영 등)로 이루어진 진동출력몸체를 부착함으로써 별도의 냉각수단을 구비하지 않더라도 초음파의 출력시 발생되는 열이 빠르게 방출되어 초음파 진동자의 고장발생률이 크게 낮아지도록 한다.

이러한 본 발명의 초음파 진동자는, 전원을 공급받아 진동하는 압전소자를 갖는다.

또, 압전소자가 부착되며, 초음파가 출력될 때 발생되는 압전소자 주변의 열을 외부로 빠르게 방출하기 위한 방열몸체를 갖는다.

또, 방열몸체에 부착되고 반도체 기판의 세정액에 녹지 않는 재질로 이루어져 있는 진동출력몸체를 갖는다.

또, 방열몸체의 상부에 결합되고, 압전소자에 전원을 인가하기 위한 전선이 연결되어 있는 하우징을 갖는다.

본 발명의 초음파 진동자는, 방열성능이 우수한 알루미늄 등의 방열몸체에 압전소자가 부착되고, 이 방열몸체에 내화학성이 우수한 재질(석영 등)로 이루어진 진동출력몸체가 부착되어 있어 초음파의 출력시 발생되는 열이 방열몸체를 통해 빠르게 방출되어 초음파 진동자의 고장발생률이 크게 낮아지고, 초음파 성능을 일정하게 유지할 수 있다.

따라서 본 발명의 초음파 진동자를 구비한 세정장치도 고장발생율이 낮고, 초음파 성능을 일정하게 유지할 수 있어 우수한 세정효과를 얻을 수 있는 특징이 있다.

도 1은 종래 플레이트 타입 초음파 진동자의 분해 사시도
도 2는 종래 로드 타입 초음파 진동자의 분해 사시도
도 3은 종래 또 다른 형태의 로드 타입 초음파 진동자의 분해 사시도
도 4는 본 발명이 적용된 플레이트 타입 초음파 진동자의 사시도
도 5는 본 발명이 적용된 플레이트 타입 초음파 진동자의 단면도
도 6은 본 발명이 적용된 로드 타입 초음파 진동자의 사시도
도 7은 본 발명이 적용된 또 다른 로드 타입 초음파 진동자의 사시도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 초음파 진동자에 관한 것이다.

따라서 본 발명의 초음파 진동자도 종래와 같이 전원을 공급받아 진동하는 압전소자(10)를 갖는다.

또, 압전소자(10)의 진동시 초음파를 출력하는 진동출력몸체(20)를 갖는다.

또, 진동출력몸체(20)의 상부에 위치되고 압전소자(10)에 전원을 인가하기 위한 전선이 연결되어 있는 하우징(30)을 갖는다.

상기와 같은 압전소자(10), 진동출력몸체(20), 하우징(30) 등에 관한 기술은 이미 널리 공지된 것이므로 이 부분에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

그런데 본 발명은 별도의 냉각장치를 구비하지 않더라도 압전소자(10) 주변의 열이 빠르게 방출되어 압전소자(10)가 파손되는 것과 같은 초음파 진동자의 고장발생률을 크게 낮출 수 있는 초음파 진동자의 구조 및 그것을 구비한 반도체 기판의 세정장치를 제공하려는 목적을 갖는다.

이를 위한 본 발명의 초음파 진동자는 방열성능이 우수한 알루미늄 등의 방열몸체(50)에 압전소자(10)가 부착되고, 이 방열몸체(50)에 내화학성이 우수한 재질(석영 등)로 이루어진 진동출력몸체(20)를 부착한 구조를 갖는다.

즉, 본 발명의 초음파 진동자는, 압전소자(10)가 부착되며, 초음파가 출력될 때 발생되는 압전소자(10) 주변의 열을 외부로 빠르게 방출하기 위한 방열몸체(50)를 갖는다.

또, 방열몸체(50)에 부착되고 반도체 기판의 세정액에 녹거나 부식되지 않는 재질로 이루어져 있는 진동출력몸체(20)를 갖는다.

또, 방열몸체(50)의 상부에 결합되고, 압전소자(10)에 전원을 인가하기 위한 전선이 연결되어 있는 하우징(30)을 갖는다.

상기 방열몸체(50)는 알루미늄 등의 재질로 구현되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성에 의하면 압전소자(10)가 진동하더라도 압전소자(10) 주변에서 온도가 크게 상승하지 않기 때문에 과열로 인해 압전소자(10)가 파손되는 등의 현상이 발생되지 않는다.

또, 압전소자(10)가 과열되어 초음파 성능이 저하되거나 불규칙하게 되는 현상도 방지할 수 있다.

한편, 전술한 본 발명의 구조는 압전소자(10)를 방열몸체(50)에 안정적으로 부착시킬 수 있는 등의 이유로 조립이 용이하고, 방열몸체(50)나 진동출력몸체(20)를 과도하게 얇게 구현할 필요가 없는 등의 이유로 가공성도 우수하다.

특히, 방열몸체(50)와 하우징(30)은 볼트(60)에 의해 결합되도록 하는 것이 바람직한데 볼트 사용을 위한 결합구조로 구현하는 것이 용이하다.

본 발명의 초음파 진동자가 플레이트 타입으로 구현되기 위해 진동출력몸체(20)가 플레이트 타입의 형상을 갖는 경우 진동출력몸체(20)의 두께는 방열몸체(50)의 두께와 동일한 것이 바람직하다.(도 4 및 도 5 참조)

또, 초음파 진동자가 로드 타입으로 구현되기 위해 진동출력몸체(20)가 로드 타입의 형상을 갖는 경우에는 진동출력몸체(20) 중 초음파출력연장부(20a)를 제외한 부분의 두께(t)가 방열몸체(50)의 두께와 동일한 것이 바람직하다.

이는 세정을 위한 초음파의 출력성능과 방열성능 등을 종합적으로 고려할 때 바람직하다는 것이다.

본 발명에 있어서, 하우징(30)은 압전소자(10)와 접촉되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이는 하우징(30)과 압전소자(10)가 접촉될 경우 하우징(30) 방향으로도 초음파가 출력될 수 있고 이는 곧 초음파 성능을 저하시키기 때문이다.

본 발명의 하우징(30)과 방열몸체(50)의 사이에는 압전소자(10)가 외부로 소통되는 것을 방지하는 패킹(40)을 위치시킬 수 있다.

이러한 패킹(40)은 종래 진동출력몸체(20)와 하우징(30) 사이에 위치되던 패킹(4)의 형태와 같이 구현될 수 있다.

1. 압전소자 2. 진동출력몸체
2a. 초음파출력연장부 3. 하우징
4. 패킹 5. 볼트
10. 압전소자 20. 진동출력몸체
20a. 초음파출력연장부 30. 하우징
40. 패킹 50. 방열몸체
60. 볼트

Claims

초음파 진동자에 있어서,
전원을 공급받아 진동하는 압전소자(10);
상기 압전소자(10)가 부착되며, 초음파가 출력될 때 발생되는 압전소자(10) 주변의 열을 외부로 빠르게 방출하기 위한 방열몸체(50);
상기 방열몸체(50)에 부착되고 반도체 기판의 세정액에 녹거나 부식되지 않는 재질로 이루어져 있는 진동출력몸체(20);
상기 방열몸체(50)의 상부에 결합되고, 압전소자(10)에 전원을 인가하기 위한 전선이 연결되어 있는 하우징(30);을 포함하여 구성되어 있되
상기 진동출력몸체(20)는 플레이트 타입으로 구현되어 있고 진동출력몸체(20)의 두께는 방열몸체(50)의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는, 방열몸체를 갖는 초음파 진동자.
초음파 진동자에 있어서,
전원을 공급받아 진동하는 압전소자(10);
상기 압전소자(10)가 부착되며, 초음파가 출력될 때 발생되는 압전소자(10) 주변의 열을 외부로 빠르게 방출하기 위한 방열몸체(50);
상기 방열몸체(50)에 부착되고 반도체 기판의 세정액에 녹거나 부식되지 않는 재질로 이루어져 있는 진동출력몸체(20);
상기 방열몸체(50)의 상부에 결합되고, 압전소자(10)에 전원을 인가하기 위한 전선이 연결되어 있는 하우징(30);을 포함하여 구성되어 있되
상기 진동출력몸체(20)는 로드 타입으로 구현되어 있고 진동출력몸체(20) 중 초음파출력연장부(20a)를 제외한 부분의 두께는 방열몸체(50)의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는, 방열몸체를 갖는 초음파 진동자.
제 1항에 있어서,
상기 방열몸체(50)는 알루미늄 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 방열몸체를 갖는 초음파 진동자.
제 1항에 있어서,
상기 하우징(30)은 압전소자(10)와 접촉되지 않는 것을 특징으로 하는, 방열몸체를 갖는 초음파 진동자.
제 2항에 있어서,
상기 하우징(30)은 압전소자(10)와 접촉되지 않는 것을 특징으로 하는, 방열몸체를 갖는 초음파 진동자.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 하우징(30)과 방열몸체(50)의 사이에는 압전소자(10)가 외부로 소통되는 것을 방지하는 패킹(40)이 위치되어 있는 것을 특징으로 하는, 방열몸체를 갖는 초음파 진동자.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 방열몸체를 갖는 초음파 진동자를 구비한 초음파 세정장치.