KR100589673B1 - 레이저 유기 충격파와 액막의 기화를 이용한 세정 방법 및그 장치 - Google Patents

레이저 유기 충격파와 액막의 기화를 이용한 세정 방법 및그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세정물의 표면에 부착된 불순물을 제거하는 방법에 관한 것으로, 상기 세정물에 액막을 도포하는 단계; 하나 이상의 광학부를 통과한 레이저 펄스를 상기 세정물위의 소정 거리로 떨어진 곳에서 포커싱(focusing)하여 플라즈마를 발생시켜 충격파를 생성하는 단계; 상기 액막이 도포된 세정물 표면에 레이저를 조사(照射)하여 액막을 기화시키는 단계; 상기 충격파가 상기 불순물에 도달되는 시간과 상기 세정물 위에서 액막의 증발이 일어나는 시간을 동기화하는 단계; 그리고, 도달시간이 동기화된 증발압력과 충격파로 불순물을 제거하는 단계;를 포함해서 이루어진다.
충격파, 레이저, 액막, 동기

Description

레이저 유기 충격파와 액막의 기화를 이용한 세정 방법 및 그 장치{Washing Methods based on pulse laser-induced shock wave and evaporation of liquid film and Apparatus thereof}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 세정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 도 1의 제1 실시예에 따라 세정 방법을 구현하는 장치의 일 예를 도시한 블록도이다.
도 3은 세정물에서 불순물이 제거되는 모습을 확대해서 보여주는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 도 4의 제2 실시예에 따라 세정 방법을 구현하는 장치의 일 예를 도시한 블록도이다.
도 6는 본 발명에 따른 세정 방법과 종래의 세정 방법으로 시편을 세정하였을 때 나타나는 시편의 표면 상태를 보여주는 사진이다.
도 7은 본 발명의 세정 방법으로 동기화 시간을 달리하여 시편의 세정 작업을 실시하였을 때 나타나는 시편의 표면 상태를 보여주는 사진이다.
도 8은 충격파의 진행 시간에 따른 속도를 보여주는 그래프이다.
***도면의 주요 부분에 대한 부호 설명***
11, 12, 31: 레이저 13: 펄스 발생기 14: 용기
15: 솔레노이드 밸브 16: 액상 물질 17: 히터
18: 마이크로 스테이지 19: 거울 22: 볼록 렌즈
25: 세정물 26: 불순물 27: 액막
28: 플라즈마 29: 충격파 32: 분할기
33: 조절기
본 발명은 불순물을 제거하는 세정 방법에 관한 것으로서, 특히 레이저 유기 충격파와 액막에서 유도되는 증발 압력을 동기화해서 불순물을 제거하는 세정 방법 및 그 장치와 관련된다.
세정물(洗淨物)의 표면에 붙어 있는 입자 형태의 불순물을 제거하는 방법 중 하나로 화학 방법이 있다.
화학 방법의 대표적인 것은 습식 화학 공정으로써, 염산과 같은 산성 용액을 사용해서 금속 표면의 불순물을 제거하는 방식이다.
그러나, 화학 공정은 용수를 많이 필요로 하고, 세정공정에서 발생하는 폐수로 인해 환경오염을 유발시키기도 한다. 또한, 세척 용액으로 사용되는 산(예, 염산)은 제품의 신뢰성을 떨어트리고, 세척시간이 오래 걸린다는 등의 단점이 있다.
때문에, 현재에 들어서는 환경 친화적으로 불순물을 제거할 수 있는 메가소닉 세정(megasonic cleansing), 극저온 세정(cryogenic cleansing), 레이저 충격파 세정(laser shock cleansing) 기법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
메가소닉 세정은 불균일 유동으로 발생하는 유체역학적 양력 및 항력을 이용하는 세정 방식이다. 세정물의 벽면 부근에 형성된 유동 경계층의 두께를 입자 크기 이하가 되게 메가 헤르쯔(MHz) 수준의 초음파를 이용한 방식이나, 입자 크기가 나노미터(nm) 수준으로 작아지면 불순물의 부착력은 상대적으로 크게 증가한다. 따라서, 분균일 유동으로 얻어지는 제거력은 부착력에 반비례하게 감소함으로, 이 메가소닉 세정 기법은 입자의 크기가 작아질수록 초음파의 대역폭이 커지는 문제가 있다.
그리고, 극저온 세정은 저온, 고압의 액체 상태로 저장된 세정 기체를 사용해서 불순물을 제거하는 방식으로, 대기중으로 분사된 기체는 압력과 온도의 열역학적 변화로 인해 드라이아이스나 에어로졸로 상태 변화를 일으키는데, 이때 발생하는 열역학적 에너지와 입자 운동량을 불순물의 제거력으로 사용한다. 그러나, 이 세정 방식은 기계적 입자 충돌로 인한 표면 손상 및 열 충격으로 인해 세정물을 손상시킬 우려가 크다.
레이저 충격파 세정(laser shock cleansing) 기법은 건조상태에서 레이저 펄 스에 의한 공기의 절연파괴(breakdown)효과를 이용하여 충격파를 발생시키고, 이를 제거력으로 사용하는 방식이다.
레이저를 이용하는 또 하나의 세정 기법으로 액막 보조 레이저 세정 기법이 있는데, 얇은 액막이 도포된 세정물에 레이저 펄스를 직접 조사해서 불순물을 제거하는 세정 방법으로, 세정물과 불순물의 계면에서 발생한 증발 압력을 제거력으로 사용하는 방식이다.
한편, 나노 수준으로 제품을 생산하는 반도체 산업 분야에서 불순물은 제품의 성능에 치명적인 영향을 미친다. 따라서, 반도체를 제작하는 공정 중 불순물을 제거하기 위한 세정 공정은 필수적인 요소 중의 하나인데, 현재까지 제안된 세정 방식들은 나노 수준의 불순물을 제거하는데 바람직하지 못하다. 예를 들어서, 메가소닉 세정은 입자 크기가 작은 불순물을 제거하기 위해서는 수 기가헤르쯔(GHz)의 초음파를 사용해야 하며, 이 경우에도 그 작업 효율에 대한 신뢰성을 기대하기가 어렵다. 또한, 극저온 세정 기법은 기계적인 충돌로 인해 세정물에 물리적인 손상을 야기시킬 우려가 크며, 또한 수십 나노 크기의 불순물을 정확히 조준하는 것 역시 힘든 문제이다.
이에 본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 레이저를 사용해서 레이저 유기 충격파와 액막으로 유도되는 증발 압력을 동기화하여, 이를 불순물의 제거력으로 사용하는 세정 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 태양에서 제공하는 세정 방법은
상기 세정물에 액막을 도포하는 단계;
하나 이상의 광학부를 통과한 레이저 펄스를 상기 세정물위의 소정 거리로 떨어진 곳에서 포커싱(focusing)하여 플라즈마를 발생시켜 충격파를 생성하는 단계;
상기 액막이 도포된 세정물 표면에 레이저를 조사(照射)하여 액막을 기화시키는 단계;
상기 충격파가 상기 불순물에 도달되는 시간과 상기 세정물 위에서 액막의 증발이 일어나는 시간을 동기화하는 단계; 그리고,
도달시간이 동기화된 증발압력과 충격파로 불순물을 제거하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 태양에서 제공하는 세정 방법은,
세정물에 액막을 도포하는 단계;
레이저로부터 방사된 레이저 펄스를 제1 및 제2 레이저 펄스로 스플릿하는 단계;
하나 이상의 광학부를 통과한 제1 레이저 펄스를 상기 세정물위의 소정 거리로 떨어진 곳에서 포커싱(focusing)하여 플라즈마를 발생시켜 충격파를 생성하는 단계;
상기 제2 레이저 펄스를 상기 액막이 도포된 세정물에 조사(照射)하여 액막을 기화시키는 단계;
상기 충격파가 상기 불순물에 도달하는 시간과 상기 세정물 위에서 액막의 증발이 일어나는 시간을 동기화하는 단계; 그리고,
도달시간이 동기화된 증발압력과 충격파로 불순물을 제거하는 단계;를 포함한다.
본 발명에서, 상기 동기화 단계는 ±0.3㎲의 오차 범위내에서 시간적으로 동기화가 이루어짐이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 세정물의 표면에서 액막을 형성하는 액상 물질은 물, 알코올 또는 이들의 혼합물임이 바람직하다.
보다 바람직하게, 상기 액막의 가열은 시간적으로 액막이 세정물에 균일하게 도포된 이후에 이루어지며, 상기 레이저로는 Nd:YAG 레이저, 엑시머 레이저, 펄스형 기체 레이저, 고출력 다이오드 레이저, 펄스형 고상 레이저, 구리 증기 레이저인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상술한 세정 방법을 구현하기 위해서
상기 세정물에 액막을 형성하기 위한 액막 형성부;
상기 액막으로 유도되는 증발 압력을 만들기 위한 레이저 펄스를 방출하는 제1 레이저;
상기 세정물의 소정 높이에서 충격파를 생성하기 위한 레이저 펄스를 방출하는 제2 레이저;
상기 증발 압력과 상기 충격파가 동일시간에 상기 불순물에 도달하게 상기 제1 및 제2 레이저의 동작을 제어하는 펄스 발생기; 및,
상기 제2 레이저에서 방출된 레이저 펄스를 포커싱하는 광학부;를 포함하여 세정 장치를 구성한다.
또한, 본 발명의 다른 태양에서 제공하는 세정 장치는,
상기 세정물에 액막을 형성하기 위한 액막 형성부;
레이저 펄스를 방출하는 레이저;
상기 레이저에서 방출된 레이저 펄스를 제1 및 제2 레이저 펄스로 스플릿하는 분할기;
상기 제1 레이저 펄스를 세정물의 소정 높이에서 포커싱하여 레이저 유기 충격파의 생성을 유도하는 광학부; 그리고,
상기 충격파가 상기 불순물에 전달되는 시간과 동일시간으로 액막의 증발 압력이 상기 불순물에 전달되게 상기 제2 레이저 펄스의 진행 시간을 조정하는 동조화부;를 포함해서 구성된다.
이때, 상기 액막 형성부는,
액상 물질을 저장하는 용기;
상기 액상 물질이 용기로부터 배출되는 양을 단속하는 솔레노이드 밸브; 및,
상기 용기로부터 배출된 액막 형성용 증기를 상기 세정물로 안내하는 노즐;을 포함해서 구성됨이 바람직하다.
또한, 상기 동조화부는,
상기 레이저 펄스의 진행 경로를 변경하는 거울; 및,
상기 레이저 펄스가 소정의 시간차로 상기 세정물에 도달하게 시간을 조절하는 빔 조절기;를 더 포함해서 구성됨이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 세정 방법을 설명하는 흐름도이고, 도 2는 도 1의 세정 방법을 구현하는 일 예의 장치이고, 도 3은 세정물의 부분 모습을 확대한 것이다. 이를 참조로 본 발명의 제1 실시예에 따른 세정 방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 세정 장치는, 레이저 펄스를 방출하는 2대의 레이저(11, 12)와, 상기 레이저의 동작을 제어하는 펄스 발생기(13)를 구비하며, 세정물에 액막을 도포하는 액막 형성부가 상기 펄스 발생기(13)의 제어 하에 동작하도록 구성되어 있다.
상기 액막 형성부는, 액막을 제공하는 액상 물질을 저장하는 용기(14)와, 상기 용기(14)내로 압축 기체를 인입하는 솔레노이드 밸브(15)가 상기 펄스 발생기(13)의 제어 하에 동작하도록 구비된다. 그리고, 상기 용기(14)에는 상기 압축 기체에 의해서 발생한 증기를 유도해서 세정물에 액막을 도포하는 노즐(141)이 연결되어 있다.
바람직하게, 상기 용기(14)의 아래로는 액상 물질(16)을 소정의 온도로 가열하는 히터(17)(미도시)가 더 설치될 수 있다. 때문에, 세정물(25)에 도포된 액막이 기화되는 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 세정물(25)은 마이크로 스테이지(18)에 놓이게 되는데, 상기 마이크로 스테이지(18)는 바람직한 높이에서 레이저 펄스가 포커싱되게 높이를 미세하게 조절해주는 장치이다.
본 발명에서, 레이저(11, 12)는 Nd:YAG 레이저, 엑시머(excimer) 레이저, 펄스형 기체레이저(CO2 레이저 등), 고출력 다이오드레이저, 펄스형 고상레이저(Er:YAG 등), 구리 증기레이저(copper vapor laser) 등이 사용될 수 있으며, 상기 레이저를 통해서 방출된 레이저 펄스는 거울(19)을 통해서 경로가 수정되며, 블록 렌즈(22)로 집광된다.
즉, 본 발명의 세정장치에서 제1 레이저(11)와 세정물(25) 사이에는 레이저 펄스를 바람직한 경로로 수정하는 거울(19)이 구비되어 있으며, 경로 수정된 레이저 펄스가 세정물의 액막(27)에 제공되기 전에 펄스를 균일화하는 정합부(20), 또는( 및) 펄스를 확대하는 증폭부(21)가 부가적으로 구비될 수 있다.
한편, 레이저(12)로부터 방출된 레이저 펄스를 집광하기 위해서 상기 레이저(12)와 세정물(25) 사이에는 블록 렌즈(22)가 위치하게 된다. 따라서, 상기 제2 레이저로부터 방출된 레이저 펄스는 상기 블록 렌즈를 통과하면서 집광되어 세정물 근처에 플라즈마(28)를 발생시켜, 이로부터 충격파(29)를 유도할 수 있다.
한편, 도 1에서 제2 레이저(12)와 세정물(25) 사이에 단순히 블록 렌즈(22)만이 구비된 것으로 도시하고 있으나, 상술한 정합부(20), 증폭부(21)가 추가로 구성될 수 있음은 당연하다.
이처럼 구성된 세정 장치가 본 발명의 제1 실시예에 따른 세정 방법을 구현하는 과정을 설명하면,
본 발명의 세정 방법은 레이저(11. 12)를 통해서 방출된 레이저 펄스를 이용해서 세정물(25)의 액막(27)을 가열해 불순물(26)과 세정물(25)의 경계면에서 액막(27)이 기화되는 것으로 발생하는 '증발 압력'과, 세정물의 소정 높이에서 공기의 절연파괴로 유도된 '충격파'(29)를 시간적으로 동기화하여 세정물의 표면에 붙어 있는 불순물을 제거하는 방식이다.
S11 단계에서, 용기에 담겨진 액상 물질(16)을 사용해서 세정물(25)에 액막(27)을 도포한다. 상기 액상 물질로는 물, 알코올 또는 이들의 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있다. 이때, 액막(27)이 세정물(25)에 고르게 도포된 경우에 세정 효과가 더욱 좋으므로 세정물의 크기에 따라 적정한 시간동안 액막(27)을 도포하게 된다. 그리고, 액막 두께 역시 세정 효과에 영향을 주므로 이 역시 고려됨이 바람직하다.
상기 액상 물질(16)은 용기 내에 담겨져 있다가 노즐(141)을 통해서 증기 형태로 분사되어 세정물의 표면에 액막(27)을 형성하게 된다. 이때, 액막(27)이 기화점에 도달하는 시점을 촉진하기 위해서 상기 액상 물질을 소정의 온도로 가열하는 전처리 단계를 선행할 수도 있다.
S12 단계에서, 레이저(12)를 사용해서 레이저 펄스를 방출하는데, 상기 레이저 펄스는 거울을 사용해서 바람직한 진행 경로로 경로를 수정해 줄 수 있다. 그리고, 볼록 렌즈(22)를 사용해서 상기 레이저 펄스를 세정물의 소정 높이에서 집광시 켜 충격파를 유도하게 된다(S13). 따라서, 거울로 레이저 펄스의 진행 경로를 바람직한 형태로 수정한 다음에 상기 볼록 렌즈를 사용해서 레이저 펄스를 집광시키게 된다. 한편, 상기 블록 렌즈를 대신해서 곡면 거울 역시 바람직하게 사용될 수 있을 것이다.
선택적으로, 레이저 펄스를 균일화하거나 확대하기 위한 부재들이 선택적으로 레이저 펄스의 진행 경로에 배열될 수도 있을 것이다. 이때, 상기 레이저 펄스가 블록 렌즈를 통해 집광되기 전에 상기 부재(20, 21)들이 위치하게 된다.
세정물의 소정 높이에서 포커싱된 레이저 펄스는 대기의 절연파괴를 일으키고, 이로써 고온 고압의 플라즈마(28)가 생성된다. 이때, 플라즈마의 생성을 보다 촉진하기 위해서 비활성 기체를 상기 플라즈마가 생성되는 공간상에 제공할 수도 있다. 이때, 상기 비활성 기체로는 헬륨, 아르곤과 같은 것들을 사용할 수 있다.
또한 이때 발생하는 충격파가 상기 세정물을 향해 발생하게 된다. 이때, 상기 충격파(29)가 불순물(26)에 전달되기까지 걸리는 시간은 에너지 변환 효율을 고려함으로써 구해질 수 있다. 예를 들어, 충격파(W)가 2mm를 진행하는데 소요되는 시간은 에너지 변환 효율 65%을 참조할 때 약 0.77㎲로 계산된다(도 8참조).
따라서, 다음 과정으로 상기 충격파(29)의 도달 시간을 고려하여 세정물(25)에서 액막의 기화를 발생시키게 된다.
S14 단계에서, 상기 충격파(28)가 불순물(26)에 도착하는 시간과 동기된 시간으로 레이저(11)로부터 레이저 펄스를 발생시켜 세정물(25)의 액막(A)을 가열하게 된다. 예로써, 충격파(29)가 불순물(26)에 도달하기까지 1㎲가 걸린다면, S12 단계의 레이저 펄스 발생 후, 1㎲후에 세정물의 액막(27)에 레이저 펄스를 조사한다.
따라서, S12 단계에서 방출되는 레이저 펄스와 본 단계(S14)에서 방출되는 레이저 펄스는 다른 레이저로부터 방출됨이 바람직하다. 한편, 방출된 레이저 펄스는 상술한 거울 및 블록 렌즈를 통과하도록 이루어질 수 있다. 이에 부가해서 빔의 균일화 및 증폭을 위한 부재(20, 21) 역시 상기 레이저 펄스의 진행 경로 상에 부가될 수 있음은 물론이다.
이로써, 세정물에 부착된 불순물에는 충격파가 전달되는 시간과 동기된 시간에 액막의 기화로 유도된 증발 압력이 전달되어 불순물이 제거된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세정 방법의 순서를 보여주는 흐름도이고, 도 5는 이를 구현하도록 구비된 세정 장치의 일 예이다. 이를 참조로 제2 실시예의 세정 방법을 설명하면 다음과 같다.
이 실시예에서 사용되는 세정 장치는 레이저 펄스를 방출하는 1대의 레이저(31)와, 레이저 펄스를 스플릿하는 분할기(32)와, 레이저 펄스의 진행 시간을 조정하는 빔 조절기(33)를 포함해서 구성된다. 물론, 상술한 액막 형성부과, 마이크로 스테이지(18)와 같은 구성들 역시 포함하나, 상술하였으므로 여기에서는 설명을 생략한다.
상기 분할기(32)는 입사된 레이저 펄스를 제1(P1) 및 제2 레이저 펄스(P2)로 분할하는 구성이며, 통상 빛의 편광 성질을 이용해서 입사된 레이저 펄스를 분할하 는데 본 발명이 이에 한정될 필요는 없다.
한편, 상기 분할기(32)와 세정물(25) 사이에는 상기 분할기(32)를 통과한 제1 레이저 펄스(P1)를 상기 세정물(25)의 소정 높이에서 포커싱하여 레이저 유기 충격파를 유도하는 블록 렌즈(34)가 구비된다.
그리고, 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스의 진행 시간을 동기하는 동조화부를 구비한다. 상기 동조화부는 적어도 상기 충격파(29)가 세정물(25)에 전달되는 시간과 같은 시간으로 상기 제2 레이저 펄스(P2)의 진행 시간을 조정하는 조절기(33)와, 제2 레이저 펄스의 진행 경로를 수정하는 거울(35)을 포함해서 이루어진다. 이때, 상기 조절기(33)는 상기 거울(35)과 분할기(32) 사이에 위치한다.
한편, 상기 조절기(33)에서 진행시간이 조정된 제2 레이저 펄스(P2)는 세정물(25)에 도포된 액막(27)으로 제공되게 상기 조절기(33)와 상기 세정물(25) 사이에는 거울(35)이 더 구비되는 것이 바람직하다.
이처럼 구성된 세정 장치를 사용해서 본 발명의 제2 실시예에 따른 세정 방법은 다음과 같이 구현된다.
액막 형성부를 사용해서 세정물이 액막으로 도포된 후에, 레이저(31)로부터 레이저 펄스를 방출시킨다(S21). 그리고, 상기 레이저 펄스를 거울을 사용해서 진행 경로를 조절하거나 직접 분할기로 입사시켜서 제1 및 제2 레이저 펄스로 스플릿(split)한다(S22). 이때, 제1 레이저 펄스는 분할기(32)를 그대로 투과하나, 제2 레이저 펄스는 분할기(32)에 반사되어 진행 경로가 수정된다.
이중, 제1 레이저 펄스는 분할기(32)를 투과한 직후 세정물(25)의 소정 높이에서 볼록 렌즈(34)로 집광시켜 충격파를 유도한다(S23). 이때, 상기 제1 레이저 펄스가 볼록 렌즈(34)를 통과하기 전에 거울을 통한 레이저 펄스의 진행 경로 수정, 또는 레이저 펄스를 균일화하거나 확대하기 위한 부재(20, 21)들이 선택적으로 위치할 수도 있다.
한편, 분할기(32)에서 반사된 제2 레이저 펄스는 거울(35)을 사용해서 조절기(33)에 입사되도록 진행 경로를 수정한다(S24). 이때, 상기 제2 레이저 펄스는 상기 조절기(33)를 통과하면서 진행시간이 조정된다. 즉, 상술한 바처럼 제1 레이저 펄스에 의해서 유도된 충격파(29)가 불순물에 전달되는 시간과 동기된 시간으로 제2 레이저 펄스의 시간을 조정하고, 이를 세정물(25)의 액막에 제공한다. 이때, 상기 제2 레이저 펄스의 진행 경로 상에도 상술한 레이저 펄스를 균일화하거나 확대하기 위한 부재(20, 21)들이 선택적으로 위치할 수 있다
이로써, 세정물에 부착된 불순물에는 충격파가 전달되는 시간과 동일 시간에 액막의 기화로 유도된 증발 압력이 전달되어 불순물이 제거되는 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 실험예를 통해서 본 발명에서 제공하는 세정 방법에 대한 세정 효과를 확인한다.
(실험예 1)
실험예 1은 평균 5㎛ 크기의 알루미나(Al2O3) 입자로 오염된 실리콘 웨이퍼 를 시편으로 제작하였으며, 오염된 모습을 도 5의 (가)에 도시하였다. 그리고, Nd:YAG 레이저를 사용해서 입사 에너지가 140(mJ)인 레이저 펄스를 실험에 사용하였다.
실험은 종래의 세정 방식들(비교예)을 사용해서 시편에 대한 세정 작업을 실시하고, 동일 조건으로 본 발명에 따른 세정 작업을 실시한 다음, 그 결과를 비교하여 보았다.
먼저, 도 5의 (나)는 건식 레이저 충격파 세정 방식으로 3회 실시한 시편의 표면 상태를 보여준다. 그리고, 도 5의 (다)는 액막 보조 레이저 세정 방식(플루언스: 240mJ/cm2, 알코올:물=1:4, 온도: 85℃)으로 시편을 3회 세정한 모습이며, 도 5의 (라)는 건식 레이저 충격파 세정 방식으로 시편에 대해 3회 세정 작업을 실시한 후, 액막 보조 레이저 세정 방식으로 시편을 3회 다시 세정한 결과를 보여준다. 마지막으로, 도 5의 (마)는 본 발명에 따른 세정 방식으로 시편을 세정한 결과를 보여준다.
실험 결과, 비교예에서는 세정 방식에 차이 없이 전체적으로 불순물들이 많이 제거되기는 하였지만, 부분적으로 시편에 잔존함을 볼 수 있다(도 5의 (나) 내지 (라) 참조).
이와 비교해서, 본 발명의 세정 방식은 시편에서 불순물을 완벽하게 제거하였다(도 5의 (마) 참조). 따라서, 본 발명에 따른 세정 방법이 종래의 세정 방식에 비해 높은 불순물 제거 효율을 나타냄을 알 수 있다.
(실험예 2)
실험예 2는 본 발명의 충격파와 증발 압력의 발생 시간차에 따른 세정 효과를 알아보기 위한 실험이다. 실험은 실험예 1과 동일 조건 하에서, 충격파는 시편으로부터 2mm 떨어진 곳에서 발생시켰다. 이때, 충격파 발생 후 0.20(㎲), 0.40 (㎲), 0.80(㎲), 1.20(㎲), 1.60(㎲), 2.00(㎲)의 시간차를 두고서 각각 액막을 가열하였으며, 이때 시편의 표면 모습을 도 6의 (가), (나), (다), (라), (마), (바)에 각각 도시하였다.
그 결과, (다)를 통해 알 수 있듯이 액막 가열 0.80(㎲) 전에 충격파가 생성될 때 세정 효율이 가장 높게 나왔다. 에너지 140(mJ)의 Nd:YAG 레이저에 의해 유도되는 충격파가 2mm 진행하는데 소요되는 시간은 이론적으로 0.77(㎲)로 구해진다(도 7참조). 따라서, 충격파가 도달하는 시점과 시편에서 증발이 일어나는 시점이 동일할수록, 높은 세정 효율을 보임을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명의 세정 방법에 따르면, 세정물의 표면에 액막으로부터 유발되는 증발 압력과, 세정물의 소정 높이에서 레이저 펄스를 집속시켜 발생한 충격파를 동기하여 이를 세정력으로 사용함으로써, 세정물에 부착된 입자 형태의 불순물을 종래 방식들보다 높은 효율로 제거할 수 있다.

Claims (16)

  1. 세정물의 표면에 부착된 불순물을 제거하는 방법으로,
    상기 세정물에 액상 물질을 분사해서 액막을 도포하는 단계;
    하나 이상의 광학부를 통과한 레이저 펄스를 상기 세정물위의 소정 거리로 떨어진 곳에서 포커싱(focusing)하여 플라즈마를 발생시켜 충격파를 생성하는 단계;
    상기 액막이 도포된 세정물 표면에 레이저를 조사(照射)하여 액막을 기화시키는 단계;
    상기 충격파가 상기 불순물에 도달되는 시간과 상기 세정물 위에서 액막의 증발이 일어나는 시간을 동기화하는 단계; 그리고,
    도달시간이 동기화된 증발압력과 충격파로 불순물을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  2. 세정물에 액상 물질을 분사해서 액막을 도포하는 단계;
    레이저로부터 방사된 레이저 펄스를 제1 및 제2 레이저 펄스로 스플릿하는 단계;
    하나 이상의 광학부를 통과한 제1 레이저 펄스를 상기 세정물위의 소정 거리로 떨어진 곳에서 포커싱(focusing)하여 플라즈마를 발생시켜 충격파를 생성하는 단계;
    상기 제2 레이저 펄스를 상기 액막이 도포된 세정물에 조사(照射)하여 액막을 기화시키는 단계;
    상기 충격파가 상기 불순물에 도달하는 시간과 상기 세정물 위에서 액막의 증발이 일어나는 시간을 동기화하는 단계; 그리고,
    도달시간이 동기화된 증발압력과 충격파로 불순물을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 동기화 단계는 ±0.3㎲의 오차 범위내에서 시간적으로 동기화가 이루어지는 것을 특징으로 하는 세정 방법
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세정물의 표면에서 액막을 형성하는 액상 물질은 물, 알코올 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액상 물질을 소정의 온도로 가열하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학부는 상기 레이저 펄스를 포커싱하는 볼록 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광학부는 상기 레이저 펄스의 경로를 변경하는 거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 광학부는 레이저 펄스를 균일화하는 정합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광학부는 레이저 펄스를 증폭하는 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액막을 기화시키는 단계는, 상기 액막이 상기 세정물에 균일하게 도포된 후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레이저 펄스는 Nd:YAG 레이저, 엑시머 레이저, 펄스형 기체 레이저, 고출력 다이오드 레이저, 펄스형 고상 레이저, 구리 증기 레이저 중의 어느 하나로 방출되는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  12. 세정물의 표면에 부착된 불순물을 제거하는 장치로,
    상기 세정물에 액막을 형성하기 위한 액막 형성부;
    상기 액막으로 유도되는 증발 압력을 만들기 위한 레이저 펄스를 방출하는 제1 레이저;
    상기 세정물의 소정 높이에서 충격파를 생성하기 위한 레이저 펄스를 방출하는 제2 레이저;
    상기 증발 압력과 상기 충격파가 동일시간에 상기 불순물에 도달하게 상기 제1 및 제2 레이저의 동작을 제어하는 펄스 발생기; 및,
    상기 제2 레이저에서 방출된 레이저 펄스를 포커싱하는 광학부;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  13. 세정물의 표면에 부착된 불순물을 제거하는 장치로,
    상기 세정물에 액막을 형성하기 위한 액막 형성부;
    레이저 펄스를 방출하는 레이저;
    상기 레이저에서 방출된 레이저 펄스를 제1 및 제2 레이저 펄스로 스플릿하는 분할기;
    상기 제1 레이저 펄스를 세정물의 소정 높이에서 포커싱하여 레이저 유기 충격파의 생성을 유도하는 광학부; 그리고,
    상기 충격파가 상기 불순물에 전달되는 시간과 동일시간으로 액막의 증발 압력이 상기 불순물에 전달되게 상기 제2 레이저 펄스의 진행 시간을 조정하는 동조화부;를 포함해서 구성된 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 액막 형성부는, 액상 물질을 저장하는 용기;
    상기 액상 물질이 용기로부터 배출되는 양을 단속하는 솔레노이드 밸브; 및,
    상기 용기로부터 배출된 액막 형성용 증기를 상기 세정물로 안내하는 노즐;을 포함해서 구성된 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 동조화부는, 상기 레이저 펄스의 진행 경로를 변경하는 거울; 및,
    상기 레이저 펄스가 소정의 시간차로 상기 세정물에 도달하게 시간을 조절하는 빔 조절기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 액상 물질을 소정의 온도로 가열하는 히터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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