엑시머레이저를 이용한 마이크로 머시닝

소개글

엑시머레이저를 이용한 마이크로 머시닝에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.레이저

2.엑시머레이저

3.엑시머레이저를 이용한 가공기술

본문내용

연구되고 있다. 레이저는 일반적으로 엑시머 레이저나 고체 레이저의 고조파광 등의 자외선광이 사용되고 있다. 특징은 물체의 조성비를 바꾸지 않고 막을 형성하는 것으로, 복잡한 조성의 박막도 쉽게 형성시킬 수 있다. 그러나, 생성된 입자는 크기와 속도가 달라 기판에는 작은 물방울만한 입자(droplet)가 부착하게 된다.
잉크젯 프린터의 노즐 구멍
버블 잉크제트 프린터 (BJ printer: Cannon의 BJC620JW, BJC420J, BJC249J 등)에는 레이저 애블레이션을 이용한 미세 가공기술이 사용되고 있다. BJ 프린터는 잉크를 히터로 가열, 비등시켜 기포(bubble)로 만들고 기포가 성장할 때의 압력으로 잉크를 날려보냄으로써 문자나 그림을 기록한다. 날려보내는 잉크의 직경은 약 40 μm, 잉크를 날려보내는 노즐의 직경은 약 30 μm으로 결국은 극히 작은 물대포 형상이다.
*제작할 때의 중요한 점은 노즐의 형상이다.
실제로 BJ 프린터에서는 노즐이 71 mm의 간격으로 다수 배열되어 있어 잉크가 날아가는 방향을 정하는 노즐의 방향이 일정할 것
잉크가 다른 방향으로 끌려 당겨지지 않도록 노즐의 끝이 날카롭게 되어 있을 것
잉크가 세차게 날아갈 수 있도록 노즐의 끝이 좁아지는 형상을 하고 있을 것
이 세가지가 노즐을 만드는 요건이 된다.
KrF 엑시머 레이저에 의한 애블레이션을 이용한 노즐 가공은 이러한 세 가지 요건을 만족하는 유일한 방법이다. Telecentric 조명, 투영 광학계를 사용함으로써 다수의 노즐을 같은 방향으로 동시에 가공할 수 있다. 또한, 애블레이션을 이용한 가공이므로 레이저광의 출사측인 노즐의 끝은 아주 날카롭게 되어 있다. (광의 입사측은 끝이 무뎌진다.) 게다가, 노즐의 측면으로부터 레이저광을 조사할 수 있도록 하면 끝이 좁아지는 노즐을 만들 수 있게 된다. 실제로는 잉크의 유로에 광이 차단되는 것을 막기 위해 10도 경사진 방향으로부터 광을 조사하여 가공한다. 엑시머 레이저에 의한 가공은 양산성과 가공정도를 겸비한 우수한 가공방법이다.
노즐 가장자리의 확대
광 입사 측으로부터 본 노즐
레이저 빛살은 경사진 방향에서부터 입사하여 노즐을 가공한다.
레이저 어닐링
레이저 조사에 의한 열작용으로, 금속이나 반도체의 결정 격자의 전이를 일으키는 기술이다. 이 기술에서는 필요한 부분만큼은 국소적으로 어닐링되며 또, 단시간에 처리되는 등의 특징이 있다. 반도체에 조사함으로써, 결정의 방향성을 갖추어서, 레이저 CVD 등으로 만들어진 박막을 비정질 상태로부터 결정 상태로 바꾸는 것이 가능하다. 현재, 액정 패널 제조용으로 유리 기판 위에 비정질 실리콘을 다결정화 하는 기술의 실용화가 주목을 끌고 있다. 이렇게 해서 액정 패널의 성능 향상이 기대되고 있다. 일반적으로 반도체 분야에서 엑시머 레이저가 사용되고 있지만, 금속이나 유리 등에는 CO2 레이저나 Nd:YAG 레이저도 사용된다.
레이저 클리닝
반도체 표면 클리닝 위한 레이저기술은 일반적으로 UV레이저(특히 Excimer laser)를 사용하여 적절한 빔 형태의 제어 및 스캐닝장치를 사용하여 웨이퍼 표면에 레이저빔을 직접 조사함으로서 오염물질을 분해 혹은 탈착 시키는 것을 말한다. 레이저 클리닝 시스템은 특히 유기 오염물질을 제거하는데 탁월한 능력을 발휘하여 에칭 혹은 이온주입 공정 후의 감광막 및 감광막 잔류물 (PR residue) 제거에 응용가능한 공정으로 알려져 있다. 최근 이스라엘 Oramir 사는 적절한 활성 가스와 엑시머 레이저 빔을 이용해 플라즈마 아싱(ashing) 공정 후 남아있는 감광막 잔류물을 성공적으로 제거하였다.
클리닝 하기전(左) 과 후(右)의 모습
레이저(laser)의 응용
엑시머레이저의 다양한 응용분야와 사례
기초과학분야
색소 레이저 펌핑
라만이동
XUV 발생
광화학
화학적 증기 증착법(CVD)
펄스증폭
물질가공
마이크로회로 수리
마이크로 기계
정밀 천공
반도체 도핑, 열처리
박막증착
리소그래피(Lithography)
패턴발생기, 웨이퍼 스태퍼, 마스크 설정
마킹
세라믹, 유리, 플라스틱, 금속
의학
주사(走査) 레이저 검안경(자료제공 : Rodenstock사)
안과, 혈관성형술, 마이크로 수술, 결석제거
레이저의 응용분야는 아주 다양하다.
고찰
이번 특수가공 텀 프로젝트를 준비하고 자료를 수집하면서 레이저를 이용한 많은 가공법들이 연구, 개발되고 있고 현장에 다양하게 쓰인 다는 것을 알았다. 엑시머레이저는 단지 안과에서 라식수술에서나 쓰이는 것인 줄로만 막연히 알고 있었지만, 실제로 조사를 해보니 라식수술은 레이저의 다양한 용도 중에 극히 일부분임을 깨달았다. 레이저는 반도체의 제조에 있어 리소그래피, CVD(화학 증기 증착법), 웨이퍼 클리닝에도 쓰이고 있고, 의학 분야에서는 안과, 피부과, 정형외과 및 암 치료에서도 쓰이고, 산업에서는 레이저 용접, 레이저 절단, 레이저 표면경화에 응용되고 있고 심지어 건설 분야에서 콘크리트 절단과 미술고고학분야에서 오래된 문화유산의 복구에도 사용되고 있다는 것을 알게 되었다. 특히 레이저가 우리나라 수출효자 품목인 반도체제조에 유용하게 쓰이고 있어서 레이저 가공기술의 발전이 국가경쟁력 향상의 길이 될 수 있다는 생각을 하였다.
※참고문헌
1) '레이저 원리 및 활용' 김기준, 이종선, 성기천, 양재웅, 이후설 共著, 대영사, 1997
2) '레이저 기초원리 와 응용'송순달 著, 청문각, 1999
3) '현대물리학' Arthur Beiser , 교보문고 , 1996
4) 두산 세계 대백과 사전
5) IHI ENGINEERING REVIEW, vol.28, 123.
6) 後藤 외, 엑시머 레이저에 의한 잉크제트 프린터용 헤드의 노즐 가공,
7) 제35회 레이저 열가공연구회지, vol.2, (1995)
8) 'CD-ROM 으로보는 레이저과학' 공홍진, 김병태, 박찬웅, 윤근영, 조관식, 공역, 북스힐, 2002
9) 레이저와 청정가공, 이종명 著, 한림원, 2002
10) 레이저 기초원리와 응용, 송순달 著, 請文閣, 1999
11) 최신레이저가공학, 이백연 著, 삼성북스, 2002

키워드

엑시머레이저,   레이저,   마이크로머시닝,   micro,   laser