KR100866932B1 - 초음파장치 모니터링 방법 - Google Patents

초음파장치 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파장치의 진동자로부터 압전소자의 탈착과 진동자의 특성변화 및 전선단락으로 인한 임피던스 변화에 따른 전류와 주파수의 변화를 이용하여 초음파장치의 이상 작동 및 고장 여부를 판별할 수 있도록 하는 초음파장치 모니터링 방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 초음파장치 모니터링 방법은, 초음파장치를 모니터링 하는 방법에 있어서, 상기 진동자에 일정 주파수의 전기 신호를 인가하는 단계와, 상기 인가된 전기 신호에 따른 전류 및 주파수를 측정하는 단계와, 상기 측정된 전류 및 주파수를 통해 세정장치의 이상 작동 및 고장 여부를 판별하는 단계를 포함하여 구성된다.
초음파, 세정, 모니터링, 임피던스, 저항, 주파수, 전류

Description

초음파장치 모니터링 방법{METHOD FOR MONITORING OF MEGASONIC APPARATUS}
도 1은 본 발명에 따른 초음파장치 모니터링 방법에 이용되는 초음파 세정장치의 개념도.
도 2는 진동판에 압전 소자를 부착하기 전후의 압전 소자의 임피던스 특성을 나타낸 그래프도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 초음파장치의 진동판에 압전 소자를 부착한 후의 진동자 특성 변화 및 전선 단락으로 인한 임피던스 변화를 나타낸 그래프도.
도 5 및 도 6은 종래의 매엽식 초음파 기판 세정장치들을 나타낸 단면 구조도.
도 7은 종래의 배치 타입 초음파 기판 세정장치를 나타낸 개념 단면도.
도 8은 도 7의 세정장치의 높이별 음압 분포도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1 : 기판
10 : 세정조
11 : 세정액
12 : 진동자
13 : 전선
14 : 측정기
15 : 분석 및 모니터링부
본 발명은 초음파장치 모니터링 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진동자로부터 압전소자의 탈착과 진동자의 특성변화 및 전선단락으로 인한 임피던스 변화에 따른 전류와 주파수의 변화를 이용하여 초음파장치의 이상 작동 및 고장 여부를 판별할 수 있도록 하는 초음파장치 모니터링 방법에 관한 것이다.
TFT LCD의 유리 기판, PDP의 유리 기판, 유기EL의 플라스틱 기판과 같은 평판 디스플레이(FPD, Flat Panel Display) 기판 및 미세 패턴이 형성되는 실리콘 웨이퍼와 같은 각종 기판 또는 정밀기계 및 전자 부품 등은 각종 공정에서 발생하는 파티클 및 금속 오염물이 부착될 수 있다.
이러한, 오염 물질이 제거되지 않을 경우 전기적 특성이나 수율 저하를 유발하게 되므로, 각 공정에서 발생하는 오염물을 제거하기 위하여 물리적, 화학적 방법을 이용한 세정 공정이 필수적으로 이루어지고 있다.
오염 물질을 제거하기 위한 세정 방법은 브러시를 이용하는 방법, 고압수를 이용하는 방법, 초음파 에너지를 이용하는 방법 등 다양한 방법이 있으며, 특히 나노미터(nm) 수준의 오염 물질을 세정하기 위하여 초음파를 이용하는 세정 방법이 널리 사용되고 있다.
이 때, 초음파 세정장치는 그 주파수에 따라 울트라소닉(ultrasonic) 세정장치와 메가소닉(megasonic) 세정장치로 나눌 수 있고, 미세한 이물질의 제거를 위해서는 메가소닉 세정장치를 사용하는 것이 일반적이다.
도 5 및 도 6은 종래의 매엽식 초음파 기판 세정장치들을 나타낸 단면 구조도이다.
도 5를 참조하면, 회전하는 기판(100)에 세정액(200)을 공급하며 초음파를 발생하도록 진동자(300)로 구성되고, 도 6을 참조하면 회전하는 기판(100)에 세정액(200)을 공급하며 석영 진동자(300)를 이용하여 초음파를 발생하도록 구성된다.
도 7은 종래의 배치식 초음파 기판 세정장치를 나타낸 개념 단면도로, 하부면에 초음파 발생을 위한 진동자(12)가 구비되며 내부에 고온의 세정액이 수용된 세정조(10) 내에 기판(1)을 투입하고, 진동자(12)를 이용하여 세정액에 일정 주파수 대의 초음파를 가함으로써, 기판 세정이 이루어지도록 하는 것이다.
이러한 종래의 배치식 초음파 기판 세정장치는 음압의 분포가 일정하지 못하고 패턴이 약해짐에 따라 손상이 발생할 수 있는 단점이 있다.
도 8은 도 7의 세정장치의 높이별 음압 분포도로서, 진동자(12)가 구비된 세정조(10) 하부면으로부터의 거리 변화에 따라, 음압의 세기가 달라진다.
즉, 진동자(12)와의 거리가 짧을 경우 음압의 세기와 차가 크게 나타나고, 진동자(12)와의 거리가 먼 세정조(10) 상부로 갈수록 음압의 세기와 차가 작아지게 되어, 불균일한 음압 분포를 나타내게 되고 이로 인하여 기판 세정 효율이 저하되 는 단점이 있다.
이와 같이 일반적으로 초음파의 균일성 측정은 음압 분포 측정을 통해 이루어지며, 초음파의 균일성을 판별하여 세정장치의 세정효율을 예측 할 수 있다.
한편, 종래의 배치식 초음파 기판 세정장치는 고온의 세정액을 이용하기 때문에 세정조 하부면에 구비된 압전소자가 열변형에 의해 진동판으로부터 탈착되거나, 세정조에 접착제를 통해 부착된 압전소자가 고온의 세정액에 의해 접착제가 녹아 진동자가 탈착되는 경우 및 압전소자의 특성이 변화되는 경우가 발생할 수 있다.
또한, 초음파 세정 장치 뿐만 아니라 일반적인 진동자를 이용하여 초음파를 발생하는 초음파장치에서 순간적인 과전류와 진동 등에 의해 진동자의 전선 납땜 부분이 단락되거나, 압전소자 자체의 특성이 변화되는 경우도 발생하게 된다.
이 경우, 진동자가 제기능을 하지 못하여 세정 공정이 원활하게 이루어지지 않게 되므로, 빠른 시간 내에 세정장치의 이상 작동 및 고장 여부를 판별 해야 하는데, 독한 세정액과 세정장치의 구조 때문에 육안으로는 판별하기 어렵고, 다른 측정 장치들을 이용하여 측정하려면 생산을 중단해야 하는 문제점이 있어 고장 여부를 판별하는데 어려움이 많이 있다.
또한, 음압 분포 측정을 통해 세정 장치의 이상 작동 및 고장 여부를 판별하는 경우가 있으나, 이러한 경우 세정장치의 구조 때문에 정확하게 음압분포를 측정하는데 어려움이 있으므로 이상 작동 및 고장 여부를 판별하기에는 문제점이 있다.
또, 초음파장치 및 초음파 세정장치(이하, 초음파장치라함)에는 압전소자가 한 개 또는 다수 개가 붙어 있으므로 한 개가 붙어 있는 초음파 세정장치의 경우에는 쉽게 고장여부를 판별할 수 있으나, 압전소자가 다수개 붙어 있는 초음파 세정장치에서는, 소수의 압전 소자가 탈착 및 특성변화가 있을 경우 이를 알아내기가 어려운 단점이 있었다.
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 진동자의 전류 및 주파수를 실시간으로 측정하여 기준 전류 및 주파수와 상호 비교하여 전류 또는 주파수 중 어느 하나 이상이 오차가 발생하는 경우 이상 작동 또는 고장으로 판별함으로써, 초음파장치의 이상 작동 및 고장 여부를 외부에서 실시간으로 감시할 수 있는 초음파장치 모니터링 방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 초음파장치 모니터링 방법은, 초음파장치를 모니터링 하는 방법에 있어서, 상기 진동자에 일정 주파수의 전기 신호를 인가하는 단계와, 상기 인가된 전기 신호에 따른 전류 및 주파수를 측정하는 단계와, 상기 측정된 전류 및 주파수를 통해 세정장치의 이상 작동 및 고장 여부를 판별하는 단계를 포함하고, 상기 이상 작동 여부 판별은 측정된 전류 및 주파수를 기준값과 비교하여 적어도 하나 이상의 오차가 검출될 경우 이상 작동 또는 고장 상태로 판정하되, 상기 이상 작동 및 고장 여부를 판별하는 단계에서 주파수가 변화된 경우 진동자의 특성변화에 의한 이상 작동 상태인 것으로 판정하고, 전류 값이 변화된 경우에 있어서는 저항값의 변화에 의해서 전류값이 변화된 것으로서 진동자의 특성변화나 압전소자가 진동판으로부터 탈착된 것으로 판정한다.
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또한 본 발명의 초음파장치 모니터링 방법은, 초음파장치를 모니터링 하는 방법에 있어서, 상기 진동자에 일정 주파수의 전기 신호를 인가하는 단계와, 상기 인가된 전기 신호에 따른 전류 및 주파수를 측정하는 단계와, 상기 측정된 전류 및 주파수를 통해 세정장치의 이상 작동 및 고장 여부를 판별하는 단계를 포함하고, 상기 이상 작동 여부 판별은 측정된 전류 및 주파수를 기준값과 비교하여 적어도 하나 이상의 오차가 검출될 경우 이상 작동 또는 고장 상태로 판정하되, 상기 이상 작동 및 고장 여부를 판별하는 단계에서 주파수와 전류 값이 동시에 변화된 경우 진동자의 특성변화나 압전소자가 진동자로부터 탈착된 것으로 판정하며, 전류 값이 측정되지 않을 경우는 전선이 단락된 것으로 판정한다.
이하, 본 발명에 따른 초음파장치 모니터링 방법을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파장치 모니터링 방법의 일실시예에 이용되는 초음파 세정장치의 개념도로서, 본 발명의 실시예에서는 초음파세정 장치를 실시예로 들었으나 진동자를 이용하여 초음파를 발생하는 모든 장치에 적용 가능하다.
이를 참조하면, 세정액(11)이 충진되는 세정조(10)와, 세정조(10)의 하부면에 장착 구비되는 진동자(12)와, 진동자에 전기 신호를 인가하는 전선(13)과 진동자(12)의 전류과 주파수를 측정하는 측정기(14), 및 측정기(14)를 통해 측정된 전류값 및 주파수를 이용하여 이상 작동 및 고장 여부를 분석하여 육안으로 확인 가능하도록 디스플레이하는 분석 및 모니터링부(15)로 구성된다.
여기서, 진동자(12)는 전선(13)을 통해 인가되는 마이크로파 이상의 주파수 신호를 전송하는 전선(13)과 전선(13)을 통해 인가되는 전기 신호에 따라 진동하는 압전소자(미도시함) 및 압전소자가 붙어있는 진동판(미도시함)으로 구성된다.
이 장치를 이용한 모니터링 방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 정상 상태의 진동자(12)의 전류 및 주파수 기준을 측정하여 기준값 및 오차 범위를 설정한다.
그리고, 진동자(12)에 일정한 전기신호를 인가하여 세정조(10) 내부의 세정액(11)에 초음파를 발생함으로써 기판 세정 작업을 진행한다.
이때, 세정장치의 이상 작동 또는 고장 여부를 판별하기 위하여 진동자(12)의 전류 및 주파수를 측정한다.
이렇게 측정된 전류 및 주파수를 기준값과 상호 비교하여 측정된 전류와 주파수의 오차 값이 기준 오차 범위를 벗어나는지 여부를 판별하며, 저항이나 주파수 중 어느 하나 이상의 오차 값이 기준 오차 범위를 벗어나면 이상 작동 또는 고장으로 판정한다.
도 2는 압전 소자를 진동판에 부착하기 전후의 압전 소자의 임피던스 특성을 나타낸 그래프도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 초음파장치의 진동판에 압전 소자를 부착한 후의 진동자 특성 변화 및 전선 단락으로 인한 임피던스 변화를 나타낸 그래프도로서, 진동자의 저항 변화와 주파수의 변화를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, (a)는 진동판에 압전 소자를 부착하기 전의 압전소자 임피던스 특성을, (b)는 진동판에 압전 소자를 부착한 후의 임피던스 특성을 나타낸 그래프도로, 부착 전,후 약간의 특성 차이를 나타내고 있다.
도 3을 참조하면, (c)는 정상 상태를 나타낸 것으로서, (d) 상태에서는 (c)의 정상 상태와 비교하여 저항 값이 낮아진 것을 볼 수 있으며, 이때, 전류 값은 높게 측정된다.
즉, (d) 상태는 진동자의 특성변화나 압전 소자가 진동자로부터 탈착된 것으로써, 이상 작동 상태임을 나타낸다.
도 3에서는 이상 작동 상태일 경우 정상 상태보다 저항이 낮아진 것으로 나타났으나, 저항이 높아질 수도 있으며, 이때 전류 값은 낮게 측정되고, 동시에 주파수도 낮거나 높게 나타날 수 있다.
또한, 전류 값이 측정되지 않을 경우 전선이 단락된 것으로 판정한다.
도 4를 참조하면, (f)는 정상 상태를 나타낸 것으로서, (e) 상태에서는 (f)의 정상 상태와 비교하여 주파수가 쉬프트된 것을 알 수 있고, 이때 주파수 뿐만 아니라 저항 변화도 동시에 일어날 수 있다.
즉, (e) 상태는 이상 작동 상태임을 나타낸다.
이상과 같이 도 3 및 도 4에서는 각각 저항의 크기 변화 또는 주파수 변화가 발생한 것을 나타내었고, 이를 통해 이상 작동 여부를 판별하였으나, 저항의 크기나 주파수가 모두 변화한 경우도 이상 작동으로 판별하게 된다.
이때, 저항 값의 변화는 전류 값을 검출함으로써 알 수 있다.
다시 말해, 본 발명에 따른 초음파장치 작동시 진동자의 전류 및 주파수를 정상 상태에서의 전류 및 주파수와 상호 비교하여, 오차가 발생하는 경우 이상 작동 또는 고장 상태인 것으로 판별함으로써, 초음파장치의 작동 상태를 실시간으로 모니터링 가능한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 진동자의 전류 및 주파수를 실시간으로 측정하 여 기준 전류 및 주파수와 상호 비교하여 전류 또는 주파수 중 어느 하나 이상이 오차가 발생하는 경우 이상 작동 또는 고장으로 판별함으로써, 초음파장치의 이상 작동 및 고장 여부를 외부에서 실시간으로 감시할 수 있어 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 압전소자의 전류 측정을 통해 임피던스 변화를 검출함으로써 고가의 저항 측정 장비를 이용하지 않으므로 비용 절감을 할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형 예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 진동자를 포함하여 구성된 초음파장치를 모니터링하는 방법에 있어서,
    상기 진동자에 일정 주파수의 전기 신호를 인가하는 단계와,
    상기 인가된 전기 신호에 따른 전류 및 주파수를 측정하는 단계와,
    상기 측정된 전류 및 주파수를 통해 세정장치의 이상 작동 및 고장 여부를 판별하는 단계를 포함하며,
    상기 이상 작동 여부 판별은 측정된 전류 및 주파수를 기준값과 비교하여 적어도 하나 이상의 오차가 검출될 경우 이상 작동 또는 고장 상태로 판정하되,
    상기 이상 작동 및 고장 여부를 판별하는 단계에서;
    주파수가 변화된 경우 진동자의 특성변화에 의해 이상 작동 상태인 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 초음파장치 모니터링 방법.
  4. 진동자를 포함하여 구성된 초음파장치를 모니터링하는 방법에 있어서,
    상기 진동자에 일정 주파수의 전기 신호를 인가하는 단계와,
    상기 인가된 전기 신호에 따른 전류 및 주파수를 측정하는 단계와,
    상기 측정된 전류 및 주파수를 통해 세정장치의 이상 작동 및 고장 여부를 판별하는 단계를 포함하며,
    상기 이상 작동 여부 판별은 측정된 전류 및 주파수를 기준값과 비교하여 적어도 하나 이상의 오차가 검출될 경우 이상 작동 또는 고장 상태로 판정하되,
    상기 이상 작동 및 고장 여부를 판별하는 단계에서;
    전류 값이 변화된 경우 저항 값의 변화에 의해서 전류 값이 변화된 것으로서 진동자의 특성변화나 압전소자가 진동자로부터 탈착된 것으로 판정함을 특징으로 하는 초음파장치 모니터링 방법.
  5. 진동자를 포함하여 구성된 초음파장치를 모니터링하는 방법에 있어서,
    상기 진동자에 일정 주파수의 전기 신호를 인가하는 단계와,
    상기 인가된 전기 신호에 따른 전류 및 주파수를 측정하는 단계와,
    상기 측정된 전류 및 주파수를 통해 세정장치의 이상 작동 및 고장 여부를 판별하는 단계를 포함하며,
    상기 이상 작동 여부 판별은 측정된 전류 및 주파수를 기준값과 비교하여 적어도 하나 이상의 오차가 검출될 경우 이상 작동 또는 고장 상태로 판정하되,
    상기 이상 작동 및 고장 여부를 판별하는 단계에서;
    주파수와 전류 값이 동시에 변화된 경우 진동자의 특성변화나 압전소자가 진동자로부터 탈착된 것으로 판정함을 특징으로 하는 초음파장치 모니터링 방법.
  6. 진동자를 포함하여 구성된 초음파장치를 모니터링하는 방법에 있어서,
    상기 진동자에 일정 주파수의 전기 신호를 인가하는 단계와,
    상기 인가된 전기 신호에 따른 전류 및 주파수를 측정하는 단계와,
    상기 측정된 전류 및 주파수를 통해 세정장치의 이상 작동 및 고장 여부를 판별하는 단계를 포함하며,
    상기 이상 작동 여부 판별은 측정된 전류 및 주파수를 기준값과 비교하여 적어도 하나 이상의 오차가 검출될 경우 이상 작동 또는 고장 상태로 판정하되,
    상기 이상 작동 및 고장 여부를 판별하는 단계에서;
    전류 값이 측정되지 않을 경우 전선이 단락된 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 초음파장치 모니터링 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR950019655A (ko) * 1993-12-30 1995-07-24 이동우 진동감지기의 검사방법 및 그 장치

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