[논문]반도체 세정용 Spot Spray Type 메가소닉의 음압특성에 관한 연구

이양래; 김현세; 임의수; 우정주; 김창대

반도체 세정용 Spot Spray Type 메가소닉의 음압특성에 관한 연구
A Study on Acoustic Pressure Characteristics of Spot Spray Type Megasonic for Semiconductor Cleaning 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.13 no.1, 2014년, pp.1 - 6

이양래 (한국기계연구원) , 김현세 (한국기계연구원) , 임의수 (한국기계연구원) , 우정주 (전남대학교 물리학과) , 김창대 (목포대학교 물리학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, to analyze characteristics of acoustic pressure for spot spray type megasonic, FEM analysis was performed for variable parameters based on the structure of commercial one. and 2 models of transmitter were designed and fabricated, and then acoustic pressure distribution(APD) of the transmitter was measured and compared to the commercial. The results of this experiment show that maximum acoustic pressure of model 1 was higher to 1.6 times compared to the commercial, and model 2 was higher to 1.23 times. Through the course of this study, design technology of transmitter has been developed by means of FEM analysis and experiment for characteristics of acoustic pressure. Also, it is expected to be useful in the development of high power spray type megasonic that is necessary with advance in semiconductor technology.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 spot spray type 메가소닉의 음압특성을 분석하기 위해 상용품을 기준으로 혼의 파라미터를 변화시키면서 FEM 해석을 수행하여 2가지 모델의 혼을 설계 및 제작 하였다.

제안 방법

Spot spray type 메가소닉의 음압특성을 분석하기 위해서 상용품의 horn을 기준으로, horn의 상단(inlet of horn, 7 mm) 및 하단(outlet of horn, 2 mm)의 너비, horn의 길이(length of horn, 35 mm) 및 horn 전단 (front part of horn, 6.5 mm)의 길이 등의 파라미터를 변화시켜가며 horn의 하단으로부터 5 mm 아래 지점의 음압을 해석 툴을 이용하여 계산하였다. 해석용 유한요소 모델은 Fig.
또한, 혼의 길이에 따른 음압특성을 알아보기 위해서 혼의 길이를 상용품의 35 mm를 기준으로 20, 30, 35 및 40 mm로 변화시키는 반면, 다른 파라미터들은 그대로 적용하여 해석을 수행하였으며, 이때 혼의 각도는 그대로 유지되도록 하였다. 해석결과 Fig.
본 연구는 이러한 매엽식 중의 spot spray type 메가소닉에 관한 것으로서, Fig. 1(b)에서와 같이, 세정액이 압전소자가 부착된 진동자 내부에서 초음파 조사를 받은 후, 혼(horn)의 노즐을 통해 웨이퍼 표면에 분사되어 세정하는 방식이다.
상기의 해석결과를 기반으로 혼의 각도, 길이, 상단 및 하단의 너비 등을 분석하여 2가지 모델의 혼을 설계 및 제작하였다. 제작된 혼은 Fig.
아울러 혼 하단의 너비에 따른 음압특성을 알아보기 위해서 하단의 너비를 상용품의 2.0 mm를 기준으로 1.0, 2.0 및 3.0 mm로 변화시키는 반면, 다른 파라미터들은 그대로 적용하여 해석을 수행하였으며, 이때 혼의 각도는 그대로 유지되도록 하였다. 해석결과 Fig.
여기서 기존의 상용품(commercial)의 구조를 변수로 하고 그 치수를 기준으로 변화시켜가면서 유한요소법(finit element method)으로 해석하고, 2 가지 모델의 혼을 설계 및 제작한 다음, 최고음압(maximum acoustic pressure) 등의 음압분포(acoustic pressure distribution, APD) 특성을 측정하여 상용품과 비교 분석하였다.
제작된 2가지 모델의 혼에 대한 성능을 알아보기 위해서 전용 음압분포 측정장치를 이용하여 normalize된 음압의 분포를 측정한 후, 상용품과 비교하였다. 본 실험에서는 혼 하단으로부터 일정거리 떨어진 X-Y 평면상의 음압분포를 측정하여 Fig.
한편, 혼 전단의 길이에 따른 음압특성을 알아보기 위해서 상기에서와 마찬가지로 전단의 길이를 상용품의 6.5 mm를 기준으로 4.5, 6.5 및 8.5 mm로 변화시키는 반면, 다른 파라미터들은 그대로 적용하여 해석을 수행하였다. 해석결과는 Fig.
혼 상단의 너비에 따른 음압특성을 알아보기 위해서 상단의 너비를 상용품의 7.0 mm를 기준으로 6.0, 7.0, 8.0 및 9.0 mm로 변화시키는 반면, 다른 파라미터들은 그대로 적용하여 해석을 수행하였다. 해석결과는 Fig.

성능/효과

상용품은 혼 하단으로부터 1 mm 지점에서 최고음압 38%를 나타내었으며, 거리가 멀어질수록 점점 감소하였다. 모델 1은 혼의 하단으로부터 3.7 mm까지 점점 증가하다가 이 지점에서 최고음압 61%를 나타내었고, 거리가 멀어질수록 점점 감소하였다. 모델 2는 혼의 하단으로부터 6.
6배 높게 나타났으며, 이는 혼의 각도가 크기 때문인 것으로 분석된다. 모델 2는 상용품에 비해서 최고음압이 1.23배 정도 높게 나타났으며, 모델 1에 비해서 혼의 각도가 큼에도 음압이 더 낮게 나타난 것은 어느 각도 이상에서는 포화되기 때문인 것으로 분석되었다.
상용품은 혼 하단으로부터 1 mm 지점에서 최고음압 38%를 나타내었으며, 거리가 멀어질수록 점점 감소하였다. 모델 1은 혼의 하단으로부터 3.
이를 통해 제작된 모델과 상용품의 음압분포를 측정하여 비교하였으며, 그 결과, 상용품의 최고음압이 38%인데 비해 모델 1은 61%로 1.6배, 모델 2는 47%로 1.23배 더 높게 나타났다.
이상의 해석결과를 종합해 보면 혼 상단 및 하단의 너비가 넓을수록, 길이가 길수록 음압은 증가하는 반면, 혼 전단의 길이가 길수록 음압은 감소하였다.

후속연구

이상과 같은 FEM 해석 및 실험에 기반한 음압특성 연구를 통하여 혼 설계기술을 확보하게 되었으며, 이는 반도체 기술의 발달과 더불어 요구되고 있는 고출력의 spot spray type 메가소닉 개발에도 유용할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	반도체 산업에서 세정기술의 역할은 무엇인가?	반도체 산업에서 세정기술은 높은 생산성과 고신뢰도를 달성하는데 있어서 매우 큰 역할을 하고 있다. 종래의 화학공정에 의한 반도체 세정은 작은 불순물 입자를 제거하는데 한계를 가지고 있기 때문에, 이를 극복하기 위한 방안으로 메가소닉(megasonic)을 이용한 세정기술이 반도체 세정공정에 적용되고 있다[1,2].
	메가소닉(megasonic)을 이용한 세정기술이 도입된 이유는?	반도체 산업에서 세정기술은 높은 생산성과 고신뢰도를 달성하는데 있어서 매우 큰 역할을 하고 있다. 종래의 화학공정에 의한 반도체 세정은 작은 불순물 입자를 제거하는데 한계를 가지고 있기 때문에, 이를 극복하기 위한 방안으로 메가소닉(megasonic)을 이용한 세정기술이 반도체 세정공정에 적용되고 있다[1,2]. 반도체 세정에 사용되고 있는 메가소닉으로는 배치식 (batch type)과 매엽식(single wafer processing type) 이 있으며, 배치식은 한번에 여러장의 웨이퍼를 세정하는 방식이고, 매엽식은 한번에 한 장씩 세정하는 방식이다.
	메가소닉 중 배치식의 장단점은 무엇인가?	반도체 세정에 사용되고 있는 메가소닉으로는 배치식 (batch type)과 매엽식(single wafer processing type) 이 있으며, 배치식은 한번에 여러장의 웨이퍼를 세정하는 방식이고, 매엽식은 한번에 한 장씩 세정하는 방식이다. 배치식은 세정조 내의 음압이 일정하지 않아 음압이 강한 곳에서는 세정이 잘 되는 반면, 약한 곳에서는 세정이 잘 되지 않는 단점이 있다. 또한 반도체 웨이퍼의 크기가 점점 대면적(450 mm)화 되면서 배치식으로 세정하는데는 한계가 있게 되었다. 반면에 매엽식은 세정액을 얇게 분사하면서 메가소닉 진동자(transmitter)를 웨이퍼의 반경방향으로 이동시켜 한 장씩 세정하기 때문에 패턴이 고르면서 높은 세정효율을 나타내고, 오염된 세정액에 의한 역오염도 방지할 수 있는 장점이 있다[3,4].

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상세보기
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