KR101017104B1 - 초음파 노즐 및 이를 포함하는 기판 세정 장치 - Google Patents

Abstract

다중 주파수를 사용하여 세정 효과를 높일 수 있는 초음파 노즐 및 이를 포함하는 기판 세정 장치가 제공된다. 그 기판 세정 장치는, 반도체 기판(W)이 안착되는 스핀헤드(51)와, 상기 스핀헤드(51)의 둘레에 구비된 보울(52)과, 상기 반도체 기판(W)의 표면에 세정액을 공급하기 위한 세정액 노즐(53)과, 상기 세정액에 다중 주파수의 초음파 진동을 인가하도록 구성된 초음파 노즐을 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 것으로서, 보다 상세하게는 다중 주파수를 사용하여 세정 효과를 높일 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 수행되는 바, 상기 세정 공정은 각각의 단위 공정을 수행할 때 반도체 기판의 표면에 부착되는 이물질이나 불필요한 막을 제거하는 공정이다.

상기 기판의 이물질이나 막을 제거하는 세정 공정에서는 기판 세정 장치를 사용하게 되고, 특히, 세정액에 수백 kHz 이상의 초음파 진동을 인가하는 초음파 기판 세정 장치가 주로 사용되고 있다.

상기 초음파 기판 세정 장치는 세정액에 초음파 진동을 인가할 때의 입자 가속도와 캐비테이션을 이용하여 반도체 기판을 세척하게 된다.

상기 초음파 기판 세정 장치에서, 매엽식 세정 장치는 도3에 도시된 바와 같 이 모터(50)에 의해 회전하고 반도체 기판(W)이 안착되는 스핀헤드(51)와, 상기 스핀헤드(51)의 둘레에 구비된 보울(52)과, 상기 반도체 기판(W)의 표면에 세정액을 공급하기 위한 세정액 노즐(53)과, 상기 반도체 기판(W)의 상면에 공급된 세정액에 초음파 진동을 인가하는 초음파 노즐(54)로 구성되어 있다.

상기 세정 장치는 스핀헤드(51)가 반도체 기판(W)을 회전시킬 때 세정액 노즐(53)을 통해 세정액을 공급함과 아울러 초음파노즐(54)을 작동시키게 되는 바, 상기 초음파 노즐(54)에서 발생되는 초음파에 의해 세정액 및 반도체 기판(W)이 진동하여 이물질을 제거하도록 하는 것이다.

물론, 상기 초음파 노즐(54)은 하나의 주파수만을 출력하도록 구성된 것으로서, 일예로 도4에 도시된 바와 같이 하우징(55)에 초음파 발생부인 트랜스듀서(56)가 설치되어 있고, 상기 트랜스듀서(56)에 연결되어 있고 외부로 초음파를 출력하도록 하는 트랜스미터(57)가 설치되어 있다.

그러나, 상기한 바와 같이 초음파 세정 장치에서, 단일의 주파수를 가진 초음파 노즐을 사용하게 되면, 균일하고 정밀한 세척이 이루어지지 않을 뿐만 아니라 반도체 기판에 형성된 패턴이 손상되는 경우가 발생될 수 있다.

즉, 반도체 기판에 묻은 이물질의 크기는 각각 매우 다르기 때문에 단일 주파수의 초음파로는 세정 효과가 낮을 뿐만 아니라 기판이 손상될 우려가 있는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다중 주파수를 출력할 수 있을 뿐만 아니라 주파수간의 간섭이 없는 초음파 노즐을 사용하여 기판 세정 효과를 극대화시킬 수 있도록 한 초음파 노즐 및 이를 포함하는 기판 세정 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판이 안착되는 스핀헤드와, 상기 스핀헤드의 둘레에 구비된 보울과, 상기 반도체 기판의 표면에 세정액을 공급하기 위한 세정액 노즐과, 상기 세정액에 다중 주파수의 초음파 진동을 인가하는 초음파 노즐을 포함함을 특징으로 한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 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.

이상과 같이 본 발명은 다중 주파수를 사용하여 기판을 세정함으로써, 기판의 묻은 크기가 다른 이물질의 효과적인 제거가 가능하게 되고, 균일하고 정밀한 세척이 가능하게 됨으로써, 반도체 기판에 형성된 패턴이 손상되는 것을 방지할 수 있는 잇점이 있는 것이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 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.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 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, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세 히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 초음파 노즐을 도시한 단면도이고 도 2는 도1에서 진동자를 제외하고 도시한 사시도로서, 하우징(55)에 결합되도록 플랜지(1)가 상단에 형성되어 있고 하단에는 테이퍼형으로 넓게 발진부(2)가 형성된 트랜스미터(3)와, 상기 트랜스미터(3)의 양측에 대향되도록 설치됨과 아울러 서로 다른 주파수의 초음파가 발진되도록 구성된 제1, 2진동자(4, 5)와, 상기 제1, 2진동자(4, 5)에서 초음파가 발진될 때 주파수가 간섭되지 않도록 구성된 차단수단으로 이루어져 있다.

즉, 상기 트랜스미터(3)에서 서로 다른 주파수의 초음파가 발생되지만, 상기 차단수단에 의해 2개의 서로 다른 주파수가 간섭되지 않도록 함으로써, 결과적으로는 2종류의 초음파가 하나의 트랜스미터(3)에서 방사되어 여러 종류의 이물질을 제거할 수 있게 되는 것이다.

상기 차단수단은 트랜스미터(3)의 중간 부분에 형성되어 초음파가 전달되지 않도록 구성된 차단홈(6)으로 이루어져 있다.

상기 차단홈(6)은 결과적으로는 공기가 초음파 진동을 차단하게 됨으로써 2종류의 초음파가 서로 간섭(보강 간섭, 상쇄간섭)되지 않게 되는 것이다.

제1, 2진동자(4, 5) 및 트랜스미터(3)에서 서로 다른 주파수의 초음파가 발진되면, 기판(W)에 묻어있는 크기가 다른 여러 종류의 이물질을 보다 효과적으로 제거할 수 있게 되는 것이다.

즉, 초음파의 주파수에 따라 진동되면서 제거되는 이물질의 종류가 서로 다른 바, 2종류의 초음파가 트랜스미터(3)에서 발진되어 보다 다양한 크기의 이물질 이 제거될 수 있는 것이다.

여기서, 상기 차단홈(6)은 공기를 이용하는 것인 바, 상기 공기를 사용하지 않고 진동을 잘 흡수할 수 있는 다른 액체, 고체등과 같은 물질을 사용해도 된다.

즉, 차단홈(6)의 내부에 다른 액체 또는 고체를 충진시켜도 초음파의 차단 효과를 얻을 수도 있게 되는 바, 물론, 상기 차단홈(6)이 기체를 이용하는 형태일 때 초음파의 차단 효과가 가장 우수하게 된다.

상기 차단홈(6)은 그 간격 D와 높이 L을 적절하게 조절함으로써, 제1, 2진동자(4, 5)에서 출력된 초음파가 서로 간섭되지 않도록 하여 최대한의 간섭 배제 효과를 얻도록 한다.

예를 들어, 차단홈(6)의 길이를 최대한 트랜스미터(3)의 저면까지 근접되도록 형성하면 주파수가 다른 2종류의 초음파가 보강 또는 상쇄 간섭되는 것을 보다 효과적으로 차단할 수 있게 된다.

여기서, 상기 트랜스미터(3)의 저면이 상면에 비해 더 넓어지도록 테이퍼형으로 형성하게 되면, 기판(W)에 인가되는 초음파가 분산되면서 기판(W)의 세정이 보다 균일하게 될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 초음파 노즐 및 이를 포함하는 기판 세정 장치의 작동 및 그 작용모드를 설명하면 다음과 같다.

하우징에 트랜스미터(3)를 결합시킨 상태에서 기판(W)을 세정하기 위하여, 기판(W) 상면으로 초음파 세정장치를 위치시키게 된다.

이때, 상기 트랜스미터(3)는 기판(W)에 매우 근접되게 위치시키거나 또는 세 정액에 잠기도록 배치시키게 된다.

이 상태에서 제1, 2진동자(4, 5)에 전원이 인가되면 트랜스미터(3)에 초음파 진동이 발생하게 되는 바, 상기 제1, 2진동자(4, 5)에서 서로 다른 주파수의 초음파가 발생된다.

제1, 2진동자(4, 5)에서 주파수가 다른 초음파가 발생되면 이는 각각 트랜스미터(3)로 전달되는 바, 상기 제1, 2진동자(4, 5)에서 발생된 초음파는 차단홈(6)에 의해 차단된다.

즉, 제1, 2진동자(4, 5)에서 발생된 주파수가 상이한 초음파가 차단홈(6)에서 차단됨으로써, 주파수가 상이한 초음파 사이에 보강 또는 상쇄 간섭이 발생되지 않도록 하는 것이다.

특히, 상기 차단홈(6)이 트랜스미터(3)에서 아래부분까지 형성되어 있게 되면 초음파가 서로 간섭되는 것을 보다 효과적으로 차단할 수 있게 된다.

제1, 2진동자(4, 5)에서 발생된 주파수가 상이한 초음파가 서로 간섭되지 않은 상태에서 트랜스미터(3)의 저면으로 방출되면, 이는 기판(W)에 묻은 크기가 다른 여러 종류의 이물질을 제거할 수 있게 되는 것이다.

즉, 초음파는 주파수에 따라 물체가 공진하는 대역, 공진주파수등이 달라지게 되는 바, 주파수가 상이한 초음파에 의해 크기가 다른 이물질, 형태, 재질이 다른 이물질이 제거될 수 있는 것이다.

특히, 상기 트랜스미터(3)의 발진부(2)가 아래로 향할수록 넓어지도록 형성되기 때문에 여기에서 발생되는 초음파의 진동 에너지가 넓게 분포되어 기판의 미 세패턴등이 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.

여기서, 상기 제1, 2진동자(4, 5)에서 발생되는 초음파는 예를 들면, 1MHz 내지 3MHz 사이의 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 주파수로 형성될 수도 있다.

상기 초음파의 주파수는 제거하고자 하는 이물질에 따라 적절하게 설정하게 된다.

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 발명에 따른 초음파 노즐을 도시한 단면도이다.

도 2는 도 1에서 진동자를 제외한 상태의 사시도이다.

도 3은 일반적인 초음파 세정 장치를 도시한 단면도이다.

도 4는 도 3에 초음파 노즐을 도시한 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 플랜지 2: 발진부

3: 트랜스미터 4: 제1진동자

5: 제2진동자 6: 차단홈

W: 기판

Claims (4)

1. 초음파 노즐 및 이를 포함하는 기판 세정 장치에 있어서,

   반도체 기판이 안착되는 스핀헤드와,

   상기 스핀헤드의 둘레에 구비된 보울과,

   상기 반도체 기판의 표면에 세정액을 공급하기 위한 세정액 노즐과

   상기 세정액에 다중 주파수의 초음파 진동을 인가하는 초음파 노즐을 포함하며,

   상기 초음파 노즐은,

   상면보다 상기 기판을 향하는 저면이 넓게 형성되고, 양측에 서로 다른 주파수의 초음파를 발진시키는 제 1, 2진동자가 설치되는 트랜스미터; 및

   상기 제 1, 2진동자에서 발진되는 초음파가 서로 간섭되지 않고 상기 저면에 도달하도록 상기 트랜스미터의 중간 부분에 형성되어 상기 초음파의 전달을 차단하는 차단 수단을 포함하며,

   상기 서로 다른 주파수의 초음파는,

   각각 상기 차단 수단 및 상기 트랜스미터의 양측면 사이에서 반사되어 진행하면서 상기 저면에 대하여 분산되어 도달하는 초음파 기판 세정 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 차단수단은 트랜스미터의 중간 부분에 형성되어 초음파가 전달되지 않도록 구성된 차단홈으로 구성되는 초음파 기판 세정 장치.
4. 삭제

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