KR20140098399A - 반도체, lcd 설비 배관 내의 파우더 퇴적 방지를 위한 앤티-파우더 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 반도체, LCD 설비 배관 내의 파우더의 퇴적을 방지하는 앤티-파우더 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 배관 내부에 쌓이는 파우더를 줄여 분해 세정 횟수를 감소시키고 펌프 정지의 문제점도 미리 막을 수 있어 반도체, LCD 설비의 생산성 향상의 효과가 있다. 또한, 다양한 배관 사이즈와 직선형, L형 및 T형의 배관 형상에 다양하게 대응이 가능하며, 배관과의 밀착성이 높아 에너지효율향상에 의해 에너지 절약에 기여하는 효과가 있다.

Description

반도체, LCD 설비 배관 내의 파우더 퇴적 방지를 위한 앤티-파우더 시스템{Anti-Powder system for preventing powder deposition in pipe}

본 발명은, 반도체, LCD 설비 배관 내의 파우더의 퇴적을 방지하는 앤티-파우더 시스템에 관한 것이다.

열교환기, 파이프 스풀, 밸브, 피팅, 및 파이프 섹션 등과 같은 산업용 부품들은 작업하는 동안 더럽혀지고, 주기적인 세척을 요구한다. 반도체 제조의 프로세스 중 가장 기본적인 기술이 세정 기술이다. 반도체 및 LCD 설비 과정은 여러 단계의 공정을 거치게 되는데, 각 단계에서 소정의 공정이 수행되는 CVD 장치 가스의 공급 및 배기 배관이 차가워지면, 배관내에 가스의 결정이나 미분체 등의 각종 오염물이 생기고 잔존하게 되어, 배관이 막히기 쉽다. 이러한 오염물은 생산 수율을 저하시키는 원인이 되므로, 미세한 오염물들을 제거하기 위하여 일정 시간간격으로 반도체 설비 및 LCD 설비장비를 세정하여 공정을 진행해야 한다.

오염되는 부품들의 형태는 산업에 의존하여 변한다. 세척은 이러한 부품들의 작동 효율이 산업 공정 동안 적절한 열교환, 유동, 속도, 혼합, 제어가 발생하는 것을 허용하도록 깨끗하고 오염물이 없는 표면들에 좌우되기 때문에 세정 기술은 반도체 및 LCD 설비 공정 중에 발생하는 여러 가지 오염물을 물리적, 화학적 방법을 구사해서 제거해야 한다.

물리적 방법에서는, 초음파 에너지에 의해서 부착물을 박리하거나, 브러시로 불식하거나, 고압수를 사용하여 부착물을 제거하고 있다. 일반적으로 물리적 방법은 화학적 수법과 조합함으로써 효율적인 세정이 이루어진다.

공정 중 발생하는 오염물을 제거하는 초음파 세정장치는, 주로 초음파의 압력 변화에 의해 발생하는 미세 유동장과 캐비테이션(cavitation) 또는 분무 미립화 및 물입자 가속도를 이용한다.

초음파 세정이란 피세정물에 부착된 오염물질을 물리적(초음파), 화학적수단(화학세정액)을 이용해서 제거하고, 제거된 오염물질이 다시 부착되지 않도록 하는 것이다.

초음파에 의한 물리적 현상이란 초음파의 케비테이션 현상에 의해 이루어지는 것을 의미하며, 캐비테이션은 에너지를 갖는 증기성 기포(bubble)로서 웨이퍼 표면에 충돌하여 발생하는 큰 에너지가 웨이퍼 표면의 오염물질을 제거한다. 즉 발생된 미세 버블이 압력을 회복하면서 폭발하여 주변에 강력한 난류유동과 압력을 발생시킴으로써 미세 유동장과 함께 웨이퍼 표면에 부착된 오염물질을 표면에서 분리시켜 세정이 이루어지는 것이다.

이에 의해서 용액속에 담겨있는 피 세척물의 내부 깊숙이 보이지 않는 곳까지 단시간 내에 세정이 가능해진다. 실제의 경우에는 캐비테이션에 의한 충격 에너지에 더하여 초음파 자체의 방사압에 의한 교반효과 열작용 등이 세제와 상승작용을 일으켜 높은 세정효과를 이루어 낸다.

초음파 세정은 주로 액정 디스플레이(LCD) 장치용 유리 기판, 반도체 웨이퍼, 데이터 저장 등을 위한 자기 디스크 같은 피세정물을 세정하거나 헹구는 데 사용된다. 통상적인 초음파 세정 시스템에서, 피세정물은 초음파 진동자에 의해 활성화되는 압전세라믹으로부터 초음파가 적용되는 세정수를 포함하는 세정조로 도입된다. 초음파는 진동 에너지를 피세정물상의 파티클에 적용시켜서 파티클 및 다른 오염 물질이 피세정물에서 효과적으로 제거될 수 있게 한다.

최근 반도체는 고집적화와 높은 생산성을 위해 최소 배선폭(feature size)이 매우 작아지고 있고 종회비(aspectratio)는 더욱 증가하고 있기 때문에 공정 전후에 발생하는 미세 입자나 오염 물질을 효과적으로 분리/제거하는 일은 어려워지고 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 초음파 에너지를 높여서 미세 초음파 유동 에너지를 증가시킴으로써 세정 효율을 높일 수는 있으나, 이러한 경우 강력한 초음파로 인해 발생하는 충격에 의해 배관을 손상시킬 수 있다. 또한, 낮은 초음파 에너지에서 장시간 세정을 할 수도 있으나, 이는 생산효율이 떨어지는 문제점이 있다.

세정작업의 진행과정에서 작동 주파수, 세정수의 조건, 소요전력, 냉각조건 등과 같은 세정조건의 순간적인 변동에 의해 초음파 세기의 변동폭이 크고, 음압의 편차에 따라 전반적인 손상을 입히게 되는 치명적인 문제점이 있어 왔기에, 음압분포를 고르게 하여 웨이퍼 손상을 줄일 수 있는 세정용 초음파장치의 개발이 절실한 실정이다.

더불어, 세정작업을 위하여 초음파 발생장치를 배관에 밀착되어 설치되지 않으면, 초음파 에너지가 배관으로 전달되는 효율이 급격히 저하되고, 용접 등을 통하여 고정시키는 경우에는 장치의 유동성이 상실되어 초음파 발생장치가 필요한 임의의 장소로의 이동이 불가능해진다.

따라서, 초음파 발생장치가 필요한 오염이 발생한 지역으로 이동이 용이하고, 배관에 밀착되게 설치되어 초음파 에너지를 효율적으로 배관 내부로 전달할 수 있게 하는 설치하는 방법 혹은 장치의 개발 역시 필요하다.

한국등록실용신안 20-0442124는 초음파 배관세정기의 기술에 관한 것으로, 배관에 2개의 초음파 진동자가 수직으로 대향 배치되어, 각각의 초음파 진동자에서 발생된 파동이 서로 상쇄되어 세기가 감소될 뿐만 아니라, 초음파가 국부적으로 영향을 주는 단점이 있었다.

이에, 본 발명자들은 반도체, LCD 설비 배관내의 Powder 퇴적 방지를 위하여 Anti-powder system을 개발하고자 예의 노력한 결과, 초음파 에너지를 이용하여 배관내의 powder 퇴적을 방지하고 기증착된 powder를 세척할 수 있으며, 배관에 초음파 발생장치를 효과적 설치하여, 초음파 에너지를 배관으로 효율적으로 전달할 수 있는 방법 및 장치를 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 초음파 에너지를 이용하여 반도체, LCD 설비 배관내의 powder 퇴적을 방지하고 기증착된 powder 세척 시에, 초음파 발생장치를 배관에 밀착 고정시켜 초음파 에너지를 배관 내부로 효율적으로 전달하고 장치의 이동성을 부여하는 앤티-파우더 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 배관 내의 파우더 퇴적을 방지하는 앤티-파우더 시스템에 있어서, 가스가 공급 또는 배기되는 배관;하단이 상기 배관에 40° ~ 50°의 내각을 이루며 밀착되어 초음파를 발생시키는 초음파 발생부; 상기 초음파발생부의 중단에 형성되어 초음파를 발생시키는 세라믹 피에조; 상기 초음파 발생부의 상단에 결합되어 초음파 발생부를 전진 또는 후진시켜 상기 초음파 발생부의 초음파전달혼이 상기 배관에 밀착되도록 위치를 조절하는 위치조절부; 상기 배관과 상기 초음파 발생부를 사이에 두고 양쪽에서 상기 배관, 초음파 발생부, 위치조절부를 고정하는 지그:를 포함하고, 상기 지그는 상단에 돌출되어 형성된 지그 돌출부를 갖는 지그 본체부와 상단에 상기 지그 돌출부와 결합되는 지그 오목부를 갖는 지그 덮개부를 포함하며, 상기 위치조절부의 말단에 결합되어 회전에 의해서 위치조절부를 전진 또는 후진시키는 조절나사부는 상기 지그 본체부의 지그 돌출부를 관통하여 상기 위치조절부에 결합되어 있다.

상기 초음파 발생부의 상기 초음파전달혼은 상기 배관에 윤활제를 도포한 후에 밀착시키고, 상기 초음파 발생부는, 원통 형상으로 구성되어 내부에 상하 진동작용이 가능한 두께 3~5cm 상기 세라믹피에조를 구리전극으로 2~10개 직렬연결하여 초음파를 발생시킨다.

또한, 상기 앤티-파우더 시스템 외부에 형성되어 상기 배관, 상기 초음파 발생부와 상기 지그를 내부에 포함하는 하우징; 상기 하우징의 상단에 형성되어 에어라인을 연결하기 위한 연결부; 상기 하우징의 내부 표면과 지그 상단에 접촉되도록 위치하는 절연부;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 배관 내부에 쌓이는 파우더를 줄여 분해 세정 횟수를 감소시키고 펌프 정지의 문제점도 미리 막을 수 있어 반도체, LCD 설비의 생산성 향상의 효과가 있다.

또한, 다양한 배관 사이즈와 직선형, L형 및 T형의 배관 형상에 다양하게 대응이 가능하며, 세정이 필요한 배관으로의 이동성을 부여하고, 배관과의 밀착성이 높아 초음파 에너지를 효율적으로 배관에 전달한다.

도 1은 본 발명에서 이용되는 초음파 특성으로, A는 종파, B는 횡파, C는 표면파, D는 판파의 움직임을 나타낸 그림이다.
도 2는 본 발명에 따른 앤티-파우더 시스템을 나타낸 도면으로, (A)는 본 발명의 측면도, (B)는 본 발명의 위치조절부, (C) 내지 (E)는 본 발명의 여러 각도에서의 측면도이다.
도 3는 본 발명을 포함하는 하우징을 나타낸 도면으로, A는 측면도, B는 위치조절부의 부분이다.
도 4는 본 발명의 위치조절부와 초음파발생부의 결합된 형상을 보여준다.
도 5은 본 발명의 효과를 보기 위해 배관의 내부를 관찰한 사진으로, A는 본 발명을 실행시키기 전, B는 본 발명을 실행시킨 후의 사진이다.

본 발명은 일 관점에서, 초음파 에너지를 이용하여 반도체, LCD 설비 배관 내의 Powder 퇴적 방지를 위한 앤티-파우더 시스템에 관한 것이다.

도 1을 바탕으로 설명하면, 초음파는 왜곡과 변형을 원래상태로 복귀하려는 성질의 탄성과 관성에 따라 생기는 파동 에너지를 말하며, 물리적 특성은 음파를 기초한다. 본 제안에서 이용하고자하는 특성은 고체, 액체에서의 초음파 특성 즉, 소밀파(종파) 이다.

고체 내에서의 거동은 종파(도 1-(A))와 횡파가 있으며 이들이 경계면에 충동할 때마다 종파에서 횡파로, 횡파에서 종파로 이행하며, 고체의 표면 부근만을 전달하는 지진파와 같은 현상의 표면파(도1-(C))나 판을 따라 전달해지는 판파(도1-(D))도 발생한다.

본 발명에서의 초음파 응용은 신호적 이용과 에너지적 이용이 있다. 신호적 이용은 초음파를 신호로 이용하는 것으로서 전파의 응용과 비슷하다. 펄스파를 이용하여 배관내부의 상태, 즉 오염 또는 파우더 흡착의 정도를 추측할 수 있으며, 대상 배관(파이프)과의 공진주파수를 측정하여 에너지효율을 극대화할 수 있다. 이 기술은 이미 비파괴검사, 외벽부착식 유량계, 배관의 두께측정기, 등에서 산업 전반에 널리 적용된 기술이다.

초음파를 에너지로 이용하는 것은 이른바 강전관계의 응용과 비슷하다. 대상 배관(파이프)에 초음파의 강한 파동에너지를 투사하여 배관(파이프)으로 하여 금 내부에 이물질의 증착을 거부하게 하는 것이며 위에서 열거한 여러 파(파동에너지)와 더불어 관의 내부 표면에 케비테이션 효과도 기대할 수 있어 이미 증착된 고분자(파우더)들도 세척되는 현상도 나타날 것이다. 이 기술 역시 초음파세척기, 초음파 용접기, 용착기, 수술치료기, 절삭기, 등에서 이용되고 있는 기술이다.

이하, 도면을 참조하여 본원 발명을 상세히 설명한다.

도 2에서 보여주는 바와 같이, 반도체, LCD 등의 CVD 장치 가스가 공급 또는 배기되는 배관(E)과 상기 배관(E)에 연결되는 초음파 발생부(H) 및 상기 배관(E)과 상기 초음파 발생부(H)를 사이에 두고 양쪽에서 고정시키는 지그(B)를 포함하는 구조이다.

상기 초음파 발생부(H)는 초음파 에너지를 이용하여 상기 배관(E) 내부에 이물질이 증착되는 것을 방지하고, 기증착된 이물질을 세척시키는 관 형상의 장치로서, 초음파 전달혼(D)과 세라믹 피에조(C)를 포함한다.

위치조절부(I)는 상기 초음파 발생부(H)를 상기 배관(E)에 밀착되어 고정되도록 위치를 조절해주는 조절나사(A)를 포함하며, 상기 초음파 발생부(H)의 최상단에 형성되어있다. 상기 조절나사(A)를 회전시켜서 위치조절부(I)를 전진 혹은 후진시켜서 초음파전달혼(D)이 배관에 밀착되거나 분리되도록 한다.

상기 초음파 전달혼(D)은 상기 초음파 발생부(H)의 하단에 형성되어 상기 초음파 발생부(H)를 상기 배관(E)에 밀착시켜 상기 세라믹 피에조(C)에서 방출되는 초음파 진동을 상기 배관(E)에 전달시킨다. 배관과의 밀착도를 증가시키기 위하여 윤활제(그리스)를 사용하고, 초음파를 배관 내부의 원거리까지 전달할 수 있도록 30°~60°의 각도를 이루고 있으며, 바람직하게는 40°~50°의 각을 이룬다.

상기 세라믹 피에조(C)는 상기 초음파 발생부(H)의 위치 조절부(I)와 상기 초음파 전달혼(D) 사이에 위치하며 진동자를 이용하여 초음파를 발생시키는 역할을 한다. 개당 두께 3~5cm의 세라믹 피에조(C)를 구리 전극으로 직렬로 2~10개를 연결하여 구성되며, 100V~300V, 바람직하게는 200V의 전극으로 연결되어 있으며, 상기 초음파 전달혼(D)의 재질은 플라스틱으로 되어있어 상기 세라믹 피에조(C)가 상하 진동운동을 하여 초음파를 발생시킬 수 있게 구성되어 있다.

상기 지그는, 지그 본체부(J)와 지그 덮개부(K)로 구성되어, 지그 본체부의 상단에는 지그 돌출부(L)가 형성되어 있으며, 지그 덮개부 상단에는 지그 돌출부와 결합될 수 있는 지그 오목부가 형성되어 있다. 이들이 나사에 의해서 결합되어 초음파 발생부, 위치조절부, 배관을 고정한다.

조절나사(A)는 상기 지그 본체부(J)의 상단에 형성되어 있는 지그 돌출부(L)를 관통하여 위치조절부(I)를 고정시키고 상기 지그 본체부(J)의 하단에는 상기 배관(E)을 관통시켜 고정시키는 구조로 형성되어 본체부와 덮개부로 상기 초음파 발생부(H)와 상기 배관을 밀착시켜 고정시킨다.

도 3을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.

본 발명의 외부에 형성되어 상기 배관(E)과 상기 초음파 발생부(H)와 상기 지그(B)를 내부에 포함하는 하우징(M)으로서, 연결부(F)와 절연부(G)를 포함하는 구조로 되어있다. 상기 연결부(F)는 상기 하우징(M)의 상단에 형성되어 상기 세라믹 피에조(C)의 진동작용에 의해 발생되는 열로 인한 진동부의 효율 저하를 억제하기 위하여 외부의 에어라인과 연결된다. 상기 절연부(G)는 플라스틱재질의 부도체로 상기 세라믹 피에조(C)에 연결되어있는 고전압으로 인하여 감전되는 것을 방지하기 위하여 외부의 접촉을 보호한다.

도 5는 오염되어 있는 배관에 본 발명을 적용하여 배관 내의 오염물질을 제거하기 전과 후의 모습을 보여주고 있다.

초음파를 적용한 오염 물질 제거를 위하여 압전 스케일 방지기를 이용하여 보일러 장치 배관의 내부에 이물질이 부착되는 것을 방지하며, 최적 주파수 20KHz~40KHz 범위에서 도출시켰다. 또한, 파우더가 많이 발생하는 최적 부착 위치에 도출 가능하여 압전 트랜스듀서의 BLT(Bolt and Lock Type) 형상을 도 4와 같이 설계하였다.

초음파발생부와 위치조절부는 하나의 축에 의해서 나사 결합되고, 초음파발생부를 이루는 초음파전달혼, 세라믹피에조, 상단부가 각각 축의 나사산에 의해서 결합되어진다.

압전효과(piezoelectric effect)는 압전직접효과와 역압전효과를 통칭해서 부르는 것이다. 압전직접효과는 압전소자에 외부 응력, 진동 변위 등을 주면 그 출력단자에서 전기 신호가 발생하는 현상을 말하며, 역압전효과는 압전소자에 외부로부터 전압을 걸어주면 소자가 기계적 변위를 일으키는 현상을 말한다. 이러한 압전효과를 나타내는 소자인 압전세라믹스는 전기에너지가 기계적 에너지로 또는 그 반대로 기계적 에너지가 전기적 에너지로 변환되는 특성을 갖고 있는 재료이고, 초음파 소자, 착화소자, 압전 버저, 액추에이터, 통신용 발진자, 필터 및 각종 센서로 널리 사용되고 있으며 이 외에도 그 응용분야가 매우 넓다.

현재 실용화되어 있는 압전세라믹스는 Pb(Zr,Ti)O3(이하 PZT)을 기본으로 한 산화납계 페로브스카이트(perovskite)계 소재이다.

PZT계 세라믹스는 우수한 압전 및 유전특성을 갖기 때문에 여러 분야에서 실용화되었으나, 중량대비 65% 이상의 Pb를 함유하고 있어 공정 중 휘발하는 Pb와 Pb산화물의 유해성이 큰 문제가 되고 있다. Pb와 Pb산화물의 독성 문제로 인해 최근 PZT는 WEEE(Waste Electrical and Electronic Equipment)와 RoHS(Restriction of Hazardous Substances)의 환경규제대상으로 사용금지가 예정되어 있다. 따라서 PZT를 대체할 친환경적 무연계 압전세라믹스의 개발이 이루어지고 있다.

압전세라믹 진동자를 최적의 조성과 및 BLT(Bolt and Lock Type) 형상을 구현하여 Horn, Head/Tail mass, 팁 등의 액츄에이터를 설계하는 기술과, 배관형상에 따른 최적 운용 방안을 실행할 수 있다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

A: 조절나사 G: 절연부
B: 지그 H: 초음파 발생부
C: 세라믹피에조 I: 위치조절부
D: 초음파전달혼 J: 지그 본체부
E: 배관 K: 지그 덮개부
F: 에어라인 연결부 L: 지그 돌출부
M: 하우징 N: 축

Claims (4)

1. 배관 내의 파우더 퇴적을 방지하는 앤티-파우더 시스템에 있어서,
   가스가 공급 또는 배기되는 배관;
   하단이 상기 배관에 40° ~ 50°의 내각을 이루며 밀착되어 초음파를 발생시키는 초음파 발생부;
   상기 초음파발생부의 중단에 형성되어 초음파를 발생시키는 세라믹 피에조;
   상기 초음파 발생부의 상단에 결합되어 초음파 발생부를 전진 또는 후진시켜 상기 초음파 발생부의 초음파전달혼이 상기 배관에 밀착되도록 위치를 조절하는 위치조절부;
   상기 배관과 상기 초음파 발생부를 사이에 두고 양쪽에서 상기 배관, 초음파 발생부, 위치조절부를 고정하는 지그:를 포함하고,
   상기 지그는 상단에 돌출되어 형성된 지그 돌출부를 갖는 지그 본체부와 상단에 상기 지그 돌출부와 결합되는 지그 오목부를 갖는 지그 덮개부를 포함하며,
   상기 위치조절부의 말단에 결합되어 회전에 의해서 위치조절부를 전진 또는 후진시키는 조절나사부는 상기 지그 본체부의 지그 돌출부를 관통하여 상기 위치조절부에 결합되어 있는 배관 내의 파우더 퇴적을 방지하는 앤티-파우더 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 초음파 발생부의 상기 초음파전달혼은 상기 배관에 윤활제를 도포한 후에 밀착시키는 배관 내의 파우더 퇴적을 방지하는 앤티-파우더 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 초음파 발생부는, 원통 형상으로 구성되어 내부에 상하 진동작용이 가능한 두께 3~5cm 상기 세라믹피에조를 구리전극으로 2~10개 직렬연결하여 초음파를 발생시키는 배관 내의 파우더 퇴적을 방지하는 앤티-파우더 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 앤티-파우더 시스템 외부에 형성되어 상기 배관, 상기 초음파 발생부와 상기 지그를 내부에 포함하는 하우징;
   상기 하우징의 상단에 형성되어 에어라인을 연결하기 위한 연결부; 상기 하우징의 내부 표면과 지그 상단에 접촉되도록 위치하는 절연부;를 포함하는 배관 내의 파우더 퇴적을 방지하는 앤티-파우더 시스템.
   

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