KR100489853B1 - 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 유기 충격파를 이용하여 작업대상물 표면의 오염물질을 효과적으로 제거하는 건식 표면 클리닝 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 레이저빔을 초점렌즈를 통해 대기중에 집속시켜 레이저 초점에서 사방으로 전파되는 플라즈마 충격파를 발생시키고, 상기 플라즈마 충격파를 작업대상물 표면에 충돌시켜 그 표면상의 오염물질을 제거하는 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치에 있어서, 상기 플라즈마 충격파 발생시 생성되는 플라즈마 열선을 반사하거나 흡수하기 위하여 상기 레이저 초점과 상기 작업대상물 표면 사이의 상기 플라즈마 열선의 인입위치에 설치되는 열선차단수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 작업대상물 표면에 입사되는 플라즈마 열선을 원천적으로 차단하여 작업대상물의 표면손상을 방지하게 되므로, 레이저 유기 충격파에 의한 효과적인 건식 클리닝을 가능하게 하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 레이저 유기 충격파를 이용하여 작업대상물 표면의 오염물질을 효과적으로 제거하는 건식 표면 클리닝 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저 유기 충격파를 이용한 표면 클리닝시 발생할 수 있는 표면손상, 특히 플라즈마 충격파 발생시 생성되는 플라즈마 열선(thermal radiation)이 작업대상물 표면에 직접 조사되어 표면손상을 야기하는 것을 근본적으로 방지할 수 있는 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치에 관한 것이다.
미합중국 특허번호 5,023,424호의 "충격파 입자제거 방법 및 장치(Shock wave particle removal method and apparatus)" 및 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허 출원번호 2000-73391호의 "건식 표면 클리닝 방법"에 따르면, 레이저로부터 조사된 짧은 펄스파(1~100nanosecond 이하)의 고에너지 레이저빔(0.1~10J/pulse)을 초점렌즈를 통해 대기중에 집속시켜 레이저 초점에서 사방으로 전파되는 플라즈마 충격파를 발생시키고, 이때 발생되어 사방으로 전파되는 플라즈마 충격파를 클리닝 대상의 작업대상물 표면에 충돌시켜 표면상의 오염물질을 제거하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허 등록번호 10-328620호의 "충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치"와 미합중국 특허번호 6,635,845호의 "레이저를 이용한 건식 표면 클리닝 장치(Dry surface cleaning apparatus using a laser)"에 따르면, 레이저 유기 충격파에 의한 표면 클리닝시, 인입되는 레이저빔의 모든 에너지가 플라즈마 충격파 발생시 소진되지 않고, 그 일부 잔류 레이저빔이 입사진행경로를 따라 전파되어 작업대상물 표면에 조사되게 됨으로써 표면손상을 야기하는 것을 방지하기 위하여, 잔류 레이저빔의 표면 도달전 그 진행경로상에 잔류 레이저빔의 전반사를 발생시켜 그 진행방향을 바꾸어 주는 경로변환수단을 설치하여, 작업대상물 표면에의 레이저빔의 직접 조사에 의한 표면손상이 발생되는 것을 방지하는 기술이 개시되어 있다.
도 1은 종래의 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치에서 표면손상 발생원리를 보여주는 개략도이다.
강력한 펄스파 레이저빔(2)을 초점렌즈(1)를 이용하여 대기중에 집속시키고, 레이저 초점(3) 위치에서 플라즈마(4)의 발생 및 순간적 팽창에 의한 충격파(5) 생성시, 소진되지 않고 계속 진행되는 잔류 레이저빔(2a)에 의해 작업대상물(10)의 표면손상(11)이 발생되는데, 이러한 표면손상(11)은 전술한 특허기술에 개시된 경로변환수단에 의해 효과적으로 방지될 수 있다.
그러나, 레이저 초점(3)에서 발생되는 플라즈마(4)의 경우, 고온의 발열체이기 때문에 열을 발산하게 되며, 이때 발산되는 열을 플라즈마 열선(plasma thermal radiation)(6)이라고 하는데, 이러한 플라즈마 열선(6)은 레이저 초점(3) 이후로 계속적으로 진행하여 작업대상물(10)의 표면에 입사됨으로써 작업대상물(10)의 표면손상을 야기시킬 수 있다.
그러나, 종래의 건식 표면 클리닝 장치에서는 플라즈마 열선(6)의 조사를 차단할 수 있는 수단이 구비되지 않아 플라즈마 열선(6)에 의한 작업대상물(10)의 표면손상(12)은 막을 수 없다는 단점이 있다.
특히, 반도체재료, 자기재료, 유기재료, 얇은 코팅층과 같이 열과 빛에 민감한 표면에는 플라즈마 열선(6)에 의해 더욱 심각한 손상이 야기될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 레이저 유기 충격파를 이용한 표면 클리닝시, 플라즈마 충격파 발생에 따른 플라즈마 열선이 작업대상물의 표면에 직접 조사되어 표면손상을 야기하는 것을 방지할 수 있는 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레이저빔을 초점렌즈를 통해 대기중에 집속시켜 레이저 초점에서 사방으로 전파되는 플라즈마 충격파를 발생시키고, 상기 플라즈마 충격파를 작업대상물 표면에 충돌시켜 그 표면상의 오염물질을 제거하는 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치에 있어서, 상기 플라즈마 충격파 발생시 생성되는 플라즈마 열선을 반사하거나 흡수하기 위하여 상기 레이저 초점과 상기 작업대상물 표면 사이의 상기 플라즈마 열선의 인입위치에 설치되는 열선차단수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치를 제공한다.
본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치를 보여주는 개략도이다.
본 발명은 기본적으로 미합중국 특허번호 5,023,424호의 "충격파 입자제거 방법 및 장치(Shock wave particle removal method and apparatus)" 및 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허 출원번호 2000-73391호의 "건식 표면 클리닝 방법"과 대한민국 특허 등록번호 10-328620호의 "충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치" 및 미합중국 특허번호 6,635,845호의 "레이저를 이용한 건식 표면 클리닝 장치(Dry surface cleaning apparatus using a laser)"를 기본 전제로 함을 밝힌다.
플라즈마 충격파(5) 발생시, 필연적으로 플라즈마 열선(thermal radiation)(6)이 생성되며, 플라즈마 열선(6)은 플라즈마(4)가 발생하는 지점인 레이저 초점(3) 이후의 잔류 레이저빔(2a) 진행경로를 따라서 발산되고, 레이저 초점(3) 이전으로는 발산되지 않는 특성을 갖는다.
이러한 플라즈마 열선(6)은 레이저 초점(3) 이후로 계속적으로 진행하여 작업대상물(10)의 표면에 입사됨으로써 작업대상물(10)의 표면손상을 야기시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 플라즈마 충격파(5) 발생지점인 레이저 초점(3) 위치와 플라즈마 충격파(5)가 조사되는 작업대상물(10) 표면 사이에 열선차단수단(21)을 설치하여, 플라즈마 충격파(5) 발생시 생성되어 레이저 초점(3) 하부의 작업대상물(10)측으로 인입되는 강력한 플라즈마 열선(6)을 그 표면에서 효과적으로 반사하거나 흡수하도록 하여, 플라즈마 열선(6)이 작업대상물(10)에 직접 조사되어 그 표면손상을 야기하는 것을 원천적으로 방지하게 된다.
여기서, 플라즈마 열선(6)은 레이저 초점(3) 이전으로는 발산되지 않고, 레이저 초점(3) 이후에서는 잔류 레이저빔(2a)의 진행경로를 따라서 경사지게 진행되기 때문에, 열선차단수단(21)은 그 선단부(도면상 좌측부)가 레이저 초점(3) 하부에 위치되는 정도로 설치될 수 있으며, 이 경우 설치되는 열선차단수단(21)에 의해 플라즈마 충격파(5)도 1/2정도는 그 조사가 차단되게 되나 나머지 1/2정도로도 작업대상물(10)의 표면 클리닝은 충분히 이루어질 수 있다.
전술한 열선차단수단(21)으로는 바람직하게 플라즈마 열선(6)을 전면에서 반사하거나 흡수할 수 있는 불투명 고체물질이 이용될 수 있다.
여기서, 만약, 투명 고체물질을 이용하면, 플라즈마 열선(6)이 작업대상물(10)에 도달하는 양을 현저히 감소시킬 수는 있으나 그 대신 투명 고체물질을 투과하는 미세한 양의 플라즈마 열선(6)이 작업대상물(10)에 도달하게 되기 때문에 바람직하지 않다. 특히, 작업대상물(10)이 반도체 웨이퍼(wafer)와 같이 매우 민감한 재료일 경우, 미세한 양의 플라즈마 열선(6)에 의해서도 심각한 손상이 초래될 수 있으므로 더욱 바람직하지 않다.
상기한 불투명 고체물질은 대표적으로 금속으로는 화학적으로 안정된 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 로듐(Rh)과 같은 귀금속(novel metal)물질이 적합하게 이용될 수 있으며, 비금속으로는 실리콘(Si), 특히 단결정 실리콘이 적합하게 이용될 수 있다.
이러한 대표적 물질들은 많은 실험을 거쳐 발견된 것들로서, 이들은 플라즈마 열선(6) 및 레이저빔(2)에 대한 반사도가 뛰어나 자체 표면손상을 입지 않을 뿐만 아니라 내식성, 내구성 등의 특성도 뛰어나 장시간의 플라즈마 충격파(5) 발생에도 손상 및 변형을 일으키지 않게 된다.
여기서, 불투명 고체물질로는 금속이든 비금속이든 순도가 높은 것이 이용되어야 하며, 이는 불순물이 함유되어 있을 경우, 플라즈마 충격파(5) 생성시, 소진되지 않고 계속 진행되는 일부 잔류 레이저빔(2a)에 의해 손상을 입을 수 있기 때문이다.
그리고, 열선차단수단(21)은 바람직하게 불투명 고체물질의 판재형태로 이루어질 수 있으며, 그 두께가 1㎛에 불과하여도 플라즈마 열선(6)을 막기에 충분하므로 박막으로 형성되어 이용될 수도 있는데, 이 경우 두께가 얇아 판의 형상을 유지하기 힘들고 플라즈마 충격파(5)에 의해 휘어질 수 있으므로, 이를 방지하고자 도 3에 나타낸 바와 같이 형상이 유지될 수 있는 투명판(22) 사이에 박막을 삽입한 형태로 이용될 수 있다. 이때, 투명판(22)으로는 석영판이나 유리판이 적합하게 이용될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따르면, 열선차단수단(21)을 도시한 바와 같이 충분히 후방측으로 길게 연장되도록 형성하여 이용할 수 있으며, 이와 같이 하면 플라즈마 충격파(5) 발생시 소진되지 않고 계속 진행하는 일부 잔류 레이저빔(2a)을 그 표면에서 전반사시켜 그 전진방향을 변화시킴으로써, 해당 잔류 레이저빔(2a)에 의한 작업대상물(10)의 표면손상도 더불어 방지할 수 있게 된다.
이 경우, 연장 형성된 열선차단수단(21)의 이격된 후방측 잔류 레이저빔(2a) 진행경로상에는 또한 레이저빔 흡수재(23)를 설치하여, 열선차단수단(21)에 의해 전반사된 잔류 레이저빔(2a)을 흡수하여 제거하도록 함으로써, 전반사된 잔류 레이저빔(2a)이 외부물질과 반응하는 것을 효과적으로 차단할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치에서 열선차단수단의 여러 변형된 형상을 보여주는 개략도이다.
전술한 플라즈마 열선(6)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 작업대상물(10)에 조사되는 면적형상이 반원형을 이루게 되므로, 이에 대응되도록 열선차단수단(21)을 전술한 바와 같이 기본적으로 판재형태로 형성하되, 그 선단부가 반원형으로 라운드지게 가공하여 이용할 수 있다(도 4의 (a)). 이와 같이 하면, 플라즈마 열선(6)의 조사는 동일하게 최대한 차단하면서도 가공에 따라 제거된 부분을 통하여 플라즈마 충격파(5)의 더욱 많은 양이 진행되게 되므로, 작업대상물(10)에 대한 클리닝효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 열선차단수단(21)의 반원형으로 라운드진 선단부 일측이 돌출, 연장되게 가공하여 이용하면(도 4의 (b)), 연장된 일측을 통해 플라즈마 충격파(5)의 대칭적 진행이 차단되면서 연장되지 않은 타측을 통해서만 플라즈마 충격파(5)가 진행되게 되므로, 오염물질 제거에 있어서 플라즈마 충격파(5)가 방향성을 갖도록 할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 결과적으로 작업대상물(10) 표면에는 플라즈마 열선(6)의 영향이 미치지 않게 되어 플라즈마 열선(6)에 의한 어떠한 표면손상도 발생하지 않게 된다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
본 발명에 따르면, 작업대상물 표면에 입사되는 플라즈마 열선을 원천적으로 차단하여 작업대상물의 표면손상을 방지하게 되므로, 레이저 유기 충격파에 의한 효과적인 건식 클리닝을 가능하게 하는 효과가 달성될 수 있다.
도 1은 종래의 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치에서 표면손상 발생원리를 보여주는 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치를 보여주는 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치에서 열선차단수단의 다른 구성예 및 그 작용을 보여주는 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치에서 열선차단수단의 여러 변형된 형상을 보여주는 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 초점렌즈(focus lens) 2 : 레이저빔(laser beam)
2a : 잔류 레이저빔 3 : 레이저 초점(laser focus)
4 : 레이저 유기 플라즈마(plasma) 5 : 플라즈마 충격파(shock wave)
6 : 플라즈마 열선(thermal radiation)
10 : 작업대상물(workpiece)
11 : 레이저빔에 의한 표면손상부
12 : 플라즈마 열선에 의한 표면손상부
21 : 열선차단수단 22 : 투명판
23 : 레이저빔 흡수재
Claims (8)
- 레이저빔을 초점렌즈를 통해 대기중에 집속시켜 레이저 초점에서 사방으로 전파되는 플라즈마 충격파를 발생시키고, 상기 플라즈마 충격파를 작업대상물 표면에 충돌시켜 그 표면상의 오염물질을 제거하는 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치에 있어서,상기 플라즈마 충격파 발생시 생성되는 플라즈마 열선을 반사하거나 흡수하기 위하여 상기 레이저 초점과 상기 작업대상물 표면 사이의 상기 플라즈마 열선의 인입위치에 설치되는 열선차단수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 열선차단수단은,불투명 고체물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 열선차단수단은,금, 은, 백금, 로듐, 실리콘중 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 열선차단수단은,박막인 경우 투명판 사이에 삽입한 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 열선차단수단은,상기 플라즈마 충격파 발생시 소진되지 않고 계속 진행하는 잔류 레이저빔을 그 표면에서 전반사시켜 전진방향을 변화시키도록 상기 잔류 레이저빔이 인입되는 위치까지 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 열선차단수단에 의해 전반사된 상기 레이저빔을 흡수하여 제거하도록 상기 열선차단수단의 후방측에 구비되는 레이저빔 흡수재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 열선차단수단은,상기 플라즈마 열선의 조사는 최대한 차단하면서 상기 플라즈마 충격파의 조사는 최소한으로 차단하도록, 그 선단부가 반원형으로 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 하는 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 열선차단수단은,반원형으로 라운드진 상기 선단부 일측이 돌출, 연장되게 형성되어, 연장되지 않은 타측 부분을 통해서만 상기 플라즈마 충격파가 조사되어 방향성을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 충격파를 이용한 건식 표면 클리닝 장치.
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