웨이퍼 세정용 초음파 장치 - ul-tech.comul-tech.com/english/product_manual/pdf_data/self1.pdf · 초음파 세척기는 초음파에 의한 액중의 캐비테이션(Cavitation)에

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초음파를 통하여 보다 나은 생활을 위한 제품개발 (주) 울택 http://ww w.ul- tech.com

웨이퍼 세정용 초음파 장치

Self-Sonic 150

삼성SDI 사내벤처 울택

경기도 수원시 팔달구 신동 575Tel: 0331-210-8022Fax: 0331-210-8024



목 차

1. Introduction ------------------------------------------- 31) 초음파 발생장치란?2) 제품(Self-Sonic) 특징

3)2. Installation ---------------------------------------------- 5

1)각부의 명칭과 구성

2)설치방법

3)제품사항

3. Operation ----------------------------------------------- 91)동작 준비

2)사용상의 주의사항

4. Maintenance ------------------------------------------- 131)초음파의 측정 및 점검요령

2)부분 부품의 교체방법

5. Troubleshooting -------------------------------------- 201)발진기 이상동작

2)NOZZLE 점검



1 . I n t r o d u c t i o n

1.초음파 발생장치란?

1.1 일반적인 초음파 발생장치

초음파 세척기는 초음파에 의한 액중의 캐비테이션(Cavitation)에 의해 세척 효과를

얻는 것으로, 캐비테이션 효과란 액중에 초음파가 가해져 수축과 팽창 현상이 반복되어 미

세한 기포가 형성되고, 미세한 기포의 붕괴 때 높은 충격력이 발생하여 이것이 기계와 열

에너지로 바뀌는 현상을 말한다. 초음파는 비접촉으로 이면 세척이 가능하고 좁은 틈, 복

잡한 형상의 물체도 세척할 수 있는 특징이 있어 사람이나 기계가 세척하기 어려운 형상

의 세척에 가장 효과적인 수단으로 널리 사용되고 있다.

당사에서 판매하고 있는 초음파 발생장치는 세척 용제를 이용하여 물체를 세척하는

초음파 세척기에 사용하도록 만들어진 것으로 기계부품, 전자부품, 자동차, 광학, 반도체

및 구금속 등의 여러 분야에 적용될 수 있다.

초음파 발생장치는 초음파 신호를 생성하는 발진기(Generator)와 초음파를 피세척물

에 전달하는 진동부(Transducer)로 구성되어 있다. 발진기는 일반 상용 전원을 28, 40,

68KHz의 고주파 전기 신호로 변환하여 진동부로 공급하는 역할을 하며, 진동부는 발진기

로부터 입력된 고주파 전기신호를 초음파로 바꾸는 기능을 가지고 있다.

당사가 개발한 초음파 발생장치의 발진기는 반도체를 이용한 주파수 발생장치와 전

력증폭기, 트랜스포머, 리엑터 등으로 구성되어 있으며, 진동부는 재질이 스테인레스 스틸

또는 티타늄인 밀폐된 상자안에 복수의 BLT형 초음파 진동 소자가 부착되어 있는 구조로

되어 있다.



당사에서 판매하는 제품은 초음파 주파수에 따라 28/40/68KHz의 형태로 구분하며, 각각의

초음파 출력에 따라 300W, 600W, 1200W의 제품으로 조합이 가능하다. 여기서 초음파 출

력의 표시는 초음파의 최대 전기 용량을 의미하는 것으로 실제의 초음파 동작 전력 혹은

강도를 의미하는 것은 아니다. 즉, 초음파 출력이란 실제로 발생되는 초음파의 출력량을

의미하는 것이 아니고 발진기가 고주파 신호를 발생시켜 진동부로 공급할 때 이 고주파

신호의 전력 최대치를 기준으로 한 것이다. 실제 초음파 전력은 표시값의 약 80% 정도가

된다.

1.2 반도체 웨이퍼 세정용 초음파 발생장치

초음파는 주파수 영역에 따라 다음과 같은 표로 나타난다

항 목 28KHz 단주파 40KHz 단주파 다주파(40~90KHz)

스프레이 초음파(1MHz)

세척원리 케비테이션 케비테이션 케비테이션 입자가속도

입자가속도 1500G 2500G 2500~5000G 100000G

충격력 수백기압 수십기압 수십기압 없음

정재파(비균일성)

매우강력 강력 약함 없음

파동의 특징 회잘강함 회절강함 회절강함 직진성 높음

제거가능입자

3μm 이상 2μm 이상 1.5μm 이상 0.1μm 이상

용 도 일반 세척용 일반세척용 정밀세척용 초정밀세척용

분류 주파수(KHz) 세정목적

저주파 세정 20 ~90 직진류, 캐비테이션을 이용한 강력세정, 거친세정

고주파 100 ~400 캐비테이션 damage가 없는 정밀세정(LCD, Wafer등)

초고주파 1MHz 이상 Submicron 초정밀세정 (Wafer, LCD,PDP등)



상기의 표에서 처럼 반도체 웨이퍼 세정을 위해서는 1MHz이상의 고주파 영역을 이용

하며 그 이유는 케이테이션에 의하여 나타나는 피세척물의 Damage를 없애고 초정밀 세정

을 하기 위해서 고주파 영역을 사용하며,본 장치는 1.6MHz로 다음과 같은 물리적인 특징

을 갖는다.

◇ 입자가속도:1,000,000G이상(G=9.8㎨)

◇ 주파수:1.6Mhz

◇ 파 장:0.9mm(20℃,유체속도 1480㎧)

◇ 진 폭:0.5um

1.3 웨이퍼 세정 원리

일반적으로 초음파에 의한 진동을 이용하여 웨이퍼 표면의 particle에 충력을 주워 이물

의 박리 또는 분리 시킨다.반드시 중간 매질을 이용하는데 반도체 공정에서는 주로 초순수

를 이용한다.또한 웨이퍼를 회전시키면 원심력이 발생하여 내부의 partile은 외부로 추출될

수 밖에 없기 때문에 원심력도 partile제거에 많은 효력을 발생시킨다.



3 제품의 특징

3.1 발진부

3.1.1 자려 발진방식

발진방식의 일종으로 처음부터 자기 공진 주파수를 발생시키는 것이 아니고

진동자의 C값에 점점 공진 주파수에 근접시켜 발진 하는 방식으로 공진 주파수

대역이 넓기 때문에 외부의 전기적인 변화로 인하여 주파수가 swing하여도 정상

적인 동작이 잘됨

3.1.2 Digital Watt Meter 채용

초음파는 일반적으로 보이지 않기 때문에 현장에서 유지 및 관리가 어려운것이

사실이다.기존의 발진장치는 입력 전류를 측정하기 위한 방법으로 암페어 미터를

설치하여 바늘의 움직을 확인함으로서 제품의 정상 유무를 판별한다.

본제품은 현장에서 유지,관리측인 면과 품질의 안정화를 위하고,전체설비의 표준

화를 만들기 위하여 수치표현이 가능하도록 제작되었다.이로써 전체 초음파 설비

의 출력을 표준화가 가능하고,고장의 판단이 용이함으로 현장에서 사용이 매우

간단하다.

일반적인 전류의 표현이 아니고 소비되어지는 실제 전력을 표현함으로서

초음파 발진장치의 효율을 정확히 표현하고자 전력을 표시한다.

3.1.3 VFD 채용

현장 유지 관리에 초점을 맞추어 수치를 쉽게 확인 할수 있도록 VFD를 채용하

였다.기존 LCD에 비교하면 시각의 각도에 의해서 수치 판별이 어려운 반면

VFD는 거리와 각도와 무관하게 수치를 읽을 수 있다.



3.1.4 8Bit CPU 채용

디지털 시대에 맞추어 발진부 내부에 8BIT CPU를 채용하여 정확한 계산을

하도록 설계되어 있어 내부에서 쉽게 프로그램변경으로 유저의 만족도를 올릴수

있다.

3.1.5 진동자 보호용 인공지능 프로그램

현장에서는 진동자가 외부의 요인에 의하여 자주 파괴 되는 현상이 발생하여

이를 유지,관리하기 어려운 반면 본장치는 CPU가 외부요인을 파악하여 발진

하기 어려운 조건이 발생하면 발진을 정지 시키고 외부에 알람신호를 주고,

다시 시스템을 리셋하기 전까지 동작 하지 않도록 설계되었기 때문에 진동가

파괴 되어질 확률이 매우 적다

3.2 Nozzle

3.2.1 저유량에서 동작

노즐 길이(㎜) 노즐 부피( ㎜3) 유량 음압 동작 상태

44 7069 350cc/min 0 동작 안됨

35 5610 350cc/min 0 동작 안됨

30 4808 350cc/min 0 동작 안됨

25 4007 350cc/min 0 동작 안됨

22 3205 350 cc/m in 250mv/V 정 상동작

15 2404 350cc/min 0 동작 안됨

10 1602 350cc/min 0 동작 안됨

상기 표와 같이 기존 일본 제품의 노즐은 저유량에서 정상 동작이 되지

않지만 당사에서 개발한 노즐은 최소 유량인 350cc/min에서 800cc/min

까지 정상동작이가능하다.이로써 현장의 유량변화가 발생하여도 정상동

작이 됨으로 기존 제품보다 진동자가 파괴되어지는 확률이 매우 적다.

3.2.2 Nozzle Tip 특허출원중

당사에서 개발한 Self-sonic은 현재 특허 출원 중임



3.2.3 기존 제품과 당사 제품의 차이점

비교사항 Self-Sonic 일본제품

모니터링

● 디지털 방식

- 출력 전류,Watt 수치표시

- 각종 정보 Display

- VFD 채용

● 아나로그 방식

- 입력 전류 미터

사용유량 - 최저 350cc/min - 최저 700cc/min

유량변화에 의한

진동자 파괴

● 파괴 되지 않음

- 전류 값을 인식하여 CPU가

발진부를 차단 시킴

● 파괴됨

노즐 부피 - 3,451㎜3 - 7,705 ㎜3

노즐 내경 - 12.5㎜ - 14.4㎜

노즐 길이 - 21.5㎜ - 41.1㎜

분사 패턴 - SCREW - 직선형

세정력 PC 테스트 결과 대동소이함(삼성전자 테스트)



2. Installation

2.1 발진부

제품은 발진부와 Nozzle 부로 구성 되어 있다

2.1.1 발진부 외형

2.1.2 발진부 규격



2.2 Nozzle

2.2.1 Nozzle 외형

2.2.2 Nozzle 구성 부품



2.3 각부의 명칭

2.3.1 발진부 전면부 명칭

①②

③

번호 명칭 기능 비고

1 VFD 각종 정보 표현 전류,전력,리도트,Alarm

2 스위치 발진 동작 확인 동작시 녹색 점등

3 볼륨 출력 조절 시계 방향 조작



2.3.2 발진부 후면부 명칭

1 5

4

32

번호 명칭 기능 비고

1 FAN 발진 내부 COOLER

2 REMOTE 외부 콭트롤 및 알람 출력상단:리모트

하단:알람

3 OUTPUT 진동부로 초음파 신호 출력 MAX:48V/1A

4 MAIN SWITCH 주 전원 스위치 UL규격

5 INPUT POWER 입력 전원 110/220



2.3.2 Nozzle부 명칭

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

12

11

번호 명칭 기능 재 질

1 -극판 압전소자 -극 전달 구리

2 -극판 압전소자 -극 전달 구리

3 압전소자 1.6MHz / PZT Ceramin

4 링 Leak 방지 Viton

5 Body 고정 Open 방지 P.P

6 Cable 고정 동축 Cable 보호 P.P

7 -극 지지판 압전소자 -극 전달 Theflon

8 -극 스페이서 압전소자 -극 전달 Stainless steal

9 Body Housing P.P

10 Nozzle 초음파 분사구 P.P

11 Head 액체의 간섭 방지 Theflon

12 Inlet 액체 주입구 P.P



3. Operation

3.1 치명적인 주의 사항

★ Nozzle부에 물이 없는 상황에서 사용하면 진동자가 파괴 된다 .

★★ Nozzle부와 발진부를 서로 연결하지 않은 상화에서 발진부를 동작

시키면 발진부에 치명적인 고장 발생된다 .

3.2 일반적인 주의 사항

3.2.1 발진부 전원 인가는 110V±10로 사용한다

3.2.2 유량계로 노즐로부터 나오는 물의 량을 확인한다

눈금이 나타나있는 것을 비이커등을 사용하고 반드시 정식 등록된

제품을 사용해야 유량을 알수 있다.비이커 제조사 마다 용량차이

많이 나타난다.

3.2.3 유량은 분당 600cc~800cc를 추천한다

3.2.4 볼륨은 디스플레이 되어지는 수치를 보고 서서히 조정하여

사용하고자 하는 위치에 맞춘다

3.2.5 노즐 바디는 내부에 초음파 신호가 인가 되도록 절연되어 있음으로

바디 전체가 물에 빠진경우는 전기적 Short현상이 발생됨으로 사용하지

않고 당사의 지시를 받는다.

3.2.6 노즐부와 발진부는 가급적 분해하지 않고 A/S요청을 받는다.

3.2.7 노즐 바디는 수지계열임으로 자주 분해하면 조립이 되지 않거나

성능을 발휘하지 못한다.

3.2.8 발진부에 충격을 주면 고장 발생의 원인이 됨으로 조심스럽게 다룬다.

3.3 발진부 사용법



Nozzle부와 발진부를 서로 연결하지 않은 상태에서 발진부를 동작키면 발진부에

치명적인 고장 발생된다 .

아래의 순서도와 같이 동작 시킨다

☞ 발진기 후면 스위치 Up

☞ 발진기 전면 녹색 스위치 Toggle

상단 : Short 정상동작 조건

Remote Off

Display

No

R e m o t e O n

P : 1 2 W I : 5 8 4 m A

정 상 동 작시 디 스플레 이 상태



3.4. Nozzle 사용법

Nozzle부에 물이 없는 상황에서 사용하면 진동자가 파괴 된다 .

☞ 600cc~800cc/min

☞수압 1/4“Tube , 1kgf

분무 상태 육안 확인

발진부 고장

No

R e m o t e O n

P : 1 2 W I : 5 8 4 m A

정 상 동 작시 디 스플레 이 상태



4.MAINTENANCE

4.1 Self-Sonic의 주요고장은 다음과같이 3부분입니다

1) 진동자 파괴로 인한 고장

2) 발진기 부품으로 인한 고장

3) 유량에 의한 고장

4) 기타

4.1.1 진동자 파괴로 인한고장은 다음과 같이 판단합니다

▶ LCR meter를 이용하여 C값을 측정한다

▶ C값이 2.6nF±10범위이면 진동자는 정상

☞ 불량이면 A/S 요청하여 교환

4.1.2 C값이 불량인 경우는 다음과 같다

▶ 진동자 파괴

▶ Nozzle Body가 느슨하여 접촉불량

☞ A/S 요청

4.1.3 발진기에 의한 고장

▶ 내부 휴즈 파괴

▶ SMPS 고장

▶ 고열로 인한 TR파괴

▶ RELAY 불량

▶ REMOTE 불량

▶ 출력 트랜지스터,콘덴서의 저하현상(부품 수명)

☞ A/S 요청

4.1.4 유량에 의한 고장

▶ 현장 조건에 따라 갑자기 단수되어져 물이 없는 상황에서

초음파가 출력되면 진동자는 고열을 받게 어져 분극현상이

사라져 압전소자의 역할을 못함

☞ 600~800cc/m in 확인



4.2 측정 계측장비 소개

4.2.1 고주파 전력계

☞ 5Mhz 대역의 전력을 측정하는 전력계측기

4.2.2 고주파 전류계

☞ 50Mhz의 고주파 전류를 측정하여 스코프상으로 확인



4.2.3 고주파 음압계

☞ 저주파 음압계(100KHz)

☞ 고주파 음압계(5MHz)

☞ 고주파 음압을 전기신호로 바꾸어주는 Crystal

4.3 발진부 블럭도

Signal

M odule

Power

M odule

L,C

Resonance

전압 : Down

전류 : Current Transformer

A/D CONVERSION (전 압,전 류)

8bit Micom :전 력 계산 프로 그램

Display : VFD MODULE

초 음파

진 동자

Remote On/Off

12W 560mA

고주 파 전 력계

Calibration

Matching

5. Trouble Shooting

5.1 발진부 이상 (발진기는 NOZZLE부와 연결되지 않고 사용시 고장이 되어짐)

이 상

현 상

점 검

부 위점검 내 용 고장 부위 의 판 단 대 책

정상 출력

안됨

리모트 리모트 상단- 리모트 상단이 Short 되어져야 정상 출력됨

- REMOTE OFF라는 MESSAGE 확인

후면 스위치 ON - 후면부의 스위치는 발진부 MAIN 스위치

전면 스위치 ON - 녹색 스위치를 토글 시키면 최종 정상 동작 조건이 됨

디스플레이

이상VFD 내부 컨넥터

- 문자가 정상적으로 디스플레이 되지 않고 깨지는 현상

- 전혀 문자가 디스플레이 되지 않는다

-

4.4.2. Nozzle부의 이상

이상 현상 점검 부위 점검 내용 고장 부위의 판단 대 책

출력이 전혀

나오지 않는

다.

출력단자

동축 케이블C값 측정

C값이 2.6nF±10%영역이 아니다 교체 의뢰

C값이 pico단위 영역 진동자 open (Nozzle 내부 분해)

Nozzle 내부 물 침수 완전 건조후 사용

Nozzle Loose현상 확실히 조인다



5 선진사 제품과 Nozzle 비교

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