[논문]반도체/디스플레이 소자용 초음파 건식세정 시뮬레이션 연구

윤의중; 이강원; 김철호; 이석태

doi:10.4313/jkem.2004.17.12.1259

반도체/디스플레이 소자용 초음파 건식세정 시뮬레이션 연구
Simulation of Ultrasonic Dry Cleaning for Semiconductor/display Device Application 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.17 no.12, 2004년, pp.1259 - 1263

윤의중 (호서대학교 정보제어공학과) , 이강원 (한국생산기술연구원) , 김철호 (한국생산기술연구원) , 이석태 (호서대학교 정보제어공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the optimum design of ultrasonic dry cleaning head was investigated. The transducer instead of mechanical dynamic structure was used to generate ultrasonic wave and the horn-shape amplifier was utilized to solve the energy decaying problem of ultrasonic wave with propagating it through the media. The analyses of ultrasonic wave and a fluid for the selected structure of a cleaning head were carried out using SYSNOISE and ANSYS simulators, respectively. Based on simulator results, the distance between a horn and the substrate of 4 mm and the horn diameter of 10 mm were determined to maximize the energy of ultrasonic waves. The cooling structure was also considered to reduce the heat from the transducer and the horn. The equivalent circuit for the fabricated horn was deduced from HP4194A impedance/gain/phase analyzer and the frequency of an ultrasonic wave of 20.25 kHz was confirmed using the parameters of the equivalent circuit.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

1. Frequency distribution of the mechanical nozzle fabricated in this study.
한편, 발진자에서 발생한 초음파는 매질인 공기를 통하여 디스플레이 기판에 전달되는 과정에 상당히 많은 에너지가 감쇄되어 세정력을 향상시키는데 도움을 주지 못할 뿐만 아니라, 동작 중 발생하는 고열에 의하여 진동자의 특성을 잃어버리기가 쉬우므로 개발에 어려움이 따른다. 본 연구에서는 초음파 발진자로부터 발생하는 진동 가속도를 매질(기체)을 통하여 기판 위로 분사하는 친환경성 건식 초음파 세정기술을 검토한다. 향후의 디스플레이 소자 등의 양산 라인에서 요구되는 장비의 친환경성에 대응할 수 있는 초음파 건식 세정기술을 구현하기 위하여, 설계 전 단계에서 검토되어야 할 초음파 발생과, 발생한 초음파가 기판 위의 미세한 파티클을 물리적으로 세정하는 과정에서 대두될 수 있는 중요 요소를 검토하였다.
본 연구에서는 초음파 발진자로부터 발생하는 진동 가속도를 매질(기체)을 통하여 기판 위로 분사하는 친환경성 건식 초음파 세정기술을 검토한다. 향후의 디스플레이 소자 등의 양산 라인에서 요구되는 장비의 친환경성에 대응할 수 있는 초음파 건식 세정기술을 구현하기 위하여, 설계 전 단계에서 검토되어야 할 초음파 발생과, 발생한 초음파가 기판 위의 미세한 파티클을 물리적으로 세정하는 과정에서 대두될 수 있는 중요 요소를 검토하였다. 이들 요소로는 사용 주파수, 초음파 감쇄에 대한 보상 방법, 초음파와 함께 부가되는 친환경적 기체 (Clean air 또는 N? gas 등)의 물리 력, 그리고 부품의 냉각방법 등을 들 수 있다.

제안 방법

국내외적으로 학술자료가 부족한 친환경적 건식 초음파 세정기술을 구현하기 위한 구조를 검토하고 기구적 구조에 의한 초음파 분포실험 및 경계요소 법에 의한 시뮬레이션을 실시하였다. 공기를 매질로 하는 건식 세정에 있어서, 공기 중 감쇄되는 초음파 파워를 보완하기 위하여 증폭기 혼을 도입하였고, 이를 사용하기 위한 최적의 조건을 해석하여 증폭기 혼과 세정 대상이 되는 디스플레이 기판과의 거리는 4 mm로 하는 것이 가장 효과적인 것을 확인하였다.
내부에 공동 (cave) 이 형성되어 있는 노즐을 제작하여, Laser vibrometer 측정 장치에서 초음파 분포를 측정하였다. 이는 발진자 없이 청정기처HClean air 또는 N₂ gas)가 기구 내부의 공동과 노즐을 통하여 분사되는 구运이다.
또한 초음파 변환자와 증폭기 혼 주위에 빠른 속도의 기류를 형성하는 구조를 설계하였다. 이는 이동하는 빠른 기류가 초음파 변환자와 증폭기 혼 표면에 인가되어 냉각작용을 하게 되므로, 초음파 변환 자가 계속 구동함에 따라 발생하는 열에 의한 변화를 억제하는 효과를 얻을 수 있었다.
매질을 통하여 기판 위에 전파되는 초음파 파워에 빠른 속도의 공기를 인가하여 건식 세정 기술을 구현하기 위한 방법과 조건을 검토하여 알맞은 구조를 도출하였다. 앞의 그림 3에서처럼 발진자에서 방사되어 매질에서 감쇄되는 초음파 파워를 보완하기 위한 증폭기 혼의 구조를 설계하였다.
먼저 노즐 형태의 기구적 구조에 의하여 초음파를 발생할 수 있는 메커니즘을 검토하였다. 내부에 공동 (cave) 이 형성되어 있는 노즐을 제작하여, Laser vibrometer 측정 장치에서 초음파 분포를 측정하였다.
변환자와 증폭기 혼 주위에 형성되는 공기(세정용)의 빠른 흐름을 이용하여 부품(변환자 및 증폭 기혼의 구조)에서 발생하는 고열에 대응하는 냉각장치 역할을 수행할 수 있게 하였으며. 이때의 유체 (공기) 속도는 입력부의 공기 압력과 출력부의 직경에 따라 정해진다.
증폭기 혼을 사용하면 세정목표물(기판)과의 거리에 따라 세정력이 달라지며 이는 혼의 끝단에서 발진하는 진동에 의하여 형성되는 음장이 그 거리에 따라 달라지기 때문이다. 수치 해석을 통하여 증폭 혼의 끝단과 세정목표물과의 거리에 따른 음장 형성 변화를 계산하였다.
도출하였다. 앞의 그림 3에서처럼 발진자에서 방사되어 매질에서 감쇄되는 초음파 파워를 보완하기 위한 증폭기 혼의 구조를 설계하였다. 증폭기 혼을 사용하면 세정목표물(기판)과의 거리에 따라 세정력이 달라지며 이는 혼의 끝단에서 발진하는 진동에 의하여 형성되는 음장이 그 거리에 따라 달라지기 때문이다.
이들 요소로는 사용 주파수, 초음파 감쇄에 대한 보상 방법, 초음파와 함께 부가되는 친환경적 기체 (Clean air 또는 N? gas 등)의 물리 력, 그리고 부품의 냉각방법 등을 들 수 있다. 이러한 요소들에 대한 3차원 수치해석을 통하여 세정을 위한 최적 구조를 도출하였다.
한편, 발진자에서 방사되어 매질(공기)을 통과하는 초음파 파워는 급격히 감쇠하여 이를 보완하기 위하여 진동 진폭을 크게 하는 구조를 필요로 한다, 이를 위하여 그림 2의 발진자의 끝 부분에 증폭기 혼 구조를 그림 3과 같은 구至로 설계하였다. 그림 3에서의 (a), (c)는 각각 발진자와 증폭기 혼의 구조를 나타내며 (b)는 세정용 공기(시ean air) 의 통로(노즐)가 된다.

데이터처리

이를 위하여 3차원 수치해석 프로그램인 ANSYS를 이용하여 유체유동해석을 실시하였다. 그림 5에서 증폭기 혼과 기판 간의 거리는 4 mm 로 하였다.

성능/효과

(a), 멀어지면(c) 혼의 끝단에서만 음압이 형성되고 기판 상의 오염물 세정에 영향을 주는 파워가 감소하는 것을 볼 수 있다.
공기를 매질로 하는 건식 세정에 있어서, 공기 중 감쇄되는 초음파 파워를 보완하기 위하여 증폭기 혼을 도입하였고, 이를 사용하기 위한 최적의 조건을 해석하여 증폭기 혼과 세정 대상이 되는 디스플레이 기판과의 거리는 4 mm로 하는 것이 가장 효과적인 것을 확인하였다.
25 kHz 였으며 그림 6은 그에 대한 임피던스의 등가회로를 나타낸다. 이 구조에서 초음파 매질을 통과하여 피세 정물에 영향을 줄 수 있는 파워 의 범 위(거리 )를 시 뮬 레이션 한 결과, 증폭기 혼과 기판과의 거리가 4 mm 가 되는 지점이 세정하기에 최적 조건이라는 것을 알 수 있었다.
이는 이동하는 빠른 기류가 초음파 변환자와 증폭기 혼 표면에 인가되어 냉각작용을 하게 되므로, 초음파 변환 자가 계속 구동함에 따라 발생하는 열에 의한 변화를 억제하는 효과를 얻을 수 있었다.

후속연구

시장을 주도하는 추세이다. 또한 고화질, 고품질, 화면의 대형화 '등의 요구로 인한 PDP, 유기 EL, 저온 Poly 등 차세대 디스플레이 시장의 확대로 현재 국내외 유수 업체들의 제품 개발 및 양산공장 설립이 가속화 될 것으로 예상되는 등, 평판 디스플레이 기술 발전과 더불어 시장의 성장도 지속될 전망이다.
그러나 이 기구 역학구조에 의한 방법은 원하는 주파수를 얻기가 쉽지 않다. 한편, 발진자에서 발생한 초음파는 매질인 공기를 통하여 디스플레이 기판에 전달되는 과정에 상당히 많은 에너지가 감쇄되어 세정력을 향상시키는데 도움을 주지 못할 뿐만 아니라, 동작 중 발생하는 고열에 의하여 진동자의 특성을 잃어버리기가 쉬우므로 개발에 어려움이 따른다. 본 연구에서는 초음파 발진자로부터 발생하는 진동 가속도를 매질(기체)을 통하여 기판 위로 분사하는 친환경성 건식 초음파 세정기술을 검토한다.

참고문헌 (9)

Yang-Hee Jung and Myoung-Kyu Kim, 'A study on microroughness of silicon surface induced by APM cleaning and electrical properties of Si/ $SiO_2$ system', J. of KlEEME (in Korean), Vol. 12, No.7, p. 571, 1999
M. G. Byun, H. W. Back, B. H. Cho, and Y. H. Kim, 'Development of New Cleaning Tech-nology using Ionized Water by Electrolysis', Proc. 1999 Autumn Conf, KIEEME, p. 617, 1999
Jin-Sik Choi, Yong-Deuk Ko, Kyung-Wan Koo, Sung-Il Kim, and Hui-Gon Chun, 'Dry cleaning of si contact holes using UV/ $O_3$ method', J. of KlEEME (in Korean), Vol. 10, No. 1, p. 8, 1997
V. B. Bregar and J. Mozina., 'Optoacoustic Analysis of the Laser-cleaning Process', Applied Surface Science 185, p. 277, 2002

상세보기
Hall, R. M., Jarvis, T. D., Parry, T., Li, L., and Hawthorne, R. C., "Investigating Particle, Metallic Deposition in Megasonic Wafer Cleaning', Micro july/ August, p. 80, 1996
Qi, Q. and Brereton, G. J., 'Mechanisms of removal of micron-sized particles by high-frequency ultrasonic waves', IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol. 42, p. 619, 1995

상세보기
Mayer, A. and Schwartzman, S., 'Megasonic cleaning: A new cleaning and drying system for use in semiconductor processing', Journal of Electric Materials, Vol. 8, No.6, p. 855, 1979

상세보기
Mikko O. Larninen, Harold W. Walker, and Linda K. Weavers, 'Mechanisms and factors influencing the ultrasonic cleaning of particle-fouled ceramic membranes', Journal of Membrane Science 237, p. 213, 2004

상세보기
A. P. Cracknell., 'Ultrasonics', Wykeham Publications(London) LTD, The Wykeham Science Series, p. 4, 1980

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