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세정 에너지의 산화

세정용 UV/O3 램프의 UV가 세정이 되는 과정과 개질 되는 메커니즘은 다음과 같다.

1> UV 에너지의 세기

UV는 전자기파로서 일정한 에너지를 가지고 있다.
모든 전자기파는 파장에 따라 일정한 에너지를 가지고 있으며, 파장이 긴 적외선은 에너지가 약하고, 파장이 짧은 자외선은 에너지가 적외선이나 가시광선에 비해 더 강하다. 물론 파장이 자외선보다 더 짧은 X-선이나 감마선은 가시광선에 비하면 에너지가 몇 십 배 강하다.
세정용 UV 램프에서 나오는 파장은 184.9NM과 253.7NM 인데 각 파장의 에너지 세기는 다음과 같이 계산할 수 있다.

N = N.h.C/λ (K Cal/mol)

N : 아보가드로 정수 (6.023*10 23/mol)
h : 플랭크 정수 (6.626 * 10 27 erg.sec).
c : 광속 (2.998 * 108m/sec).
λ : 파장 (몇 nm).

위 식에 램프의 파장을 253.7nm로 하여 계산하면 113kcal/mol 이 나오고, 184.9nm로 하여 계산하면 154.7kcal/mol 가 나온다.
UV 램프에서 나오는 184.9nm의 154.7kcal/mol 이라는 에너지는 불순물의 주성분인 C-C, C-O, Si-O, SiC, C-H, C-N, O-O, O-H가 결합하고 있는 결합 에너지보다 높다.
예를 들면, 유기 불순물의 주성분인 C-C 결합은 결합 에너지가 84.3 kcal/mol 인데, 184.9nm UV의 에너지는 154.7kcal/mol 이다. 자기의 결합 에너지보다 2배에 가까운 에너지가 때리므로(Energy Bombardment) 원래의 결합이 끊어진다.
물론 모든 화학 결합이 다 끊어지는 것은 아니고, 자기 고유의 결합 에너지보다 낮은 에너지로 하루종일 Bombardment 해 봐야 결합이 끊어지는 것은 아니다.
예를 들면, 탱크의 25mm 철판은 M16으로 뚫리지는 않지만 108mm 포탄으로는 뚫리는 것과 같은 이치다.
이처럼 에너지가 강하므로 어지간한 불순물의 화학 결합은 대부분 끊어지고 산화되어 CO2나 수분으로 산화되어 증발된다. 산화되어 증발된다는 의미는 웨이퍼의 표면에서 날아가 버리고 LCD 기판 위에는 불순물이 아무것도 남지 않으므로 세정, 즉 건식 세척이 되는 것이다.

아래 표는 각 화학 결합의 결합 에너지이다.

화학 결합
결합 에너지
화학 결합
결합 에너지
C-C
84.3
O-H
109.3
C-O
76.4
C =C
140.5
Si-O
105.4
C-F
115.2
Si-C
69.8
C-Cl
76.9
C-H
97.6
C=O
190.0
C-N
63.6
O=O
117.5
O-O
32.9
H-F
134.9
H-Cl
101.9
N-H
91.9
253.7nm
113
184.9nm
154.7
-에너지 단위 : kcal/mol


2> 오존에 의한 산화

UV 램프 주위 공기의 20.9%는 산소이다.
이 산소 분자가 UV를 받으면 UV 에너지에 의해 산소가 활성화 된다.
활성화 된 산소는 정상 산소 분자와 결합하여 O3 라는 강 산화제가 된다.

O2 + hv → O(1D)
O(1D) + O2 → O3

O3는 직접 유기물에 작용하여 산화를 시키기도 하고, 발생기 산소가 수분과 작용하여 OH라디칼을 만들고 이 라디칼이 강 산화제로 작용하기도 한다.

O3 +( CHO) → CO2 + H2O
불순물
O(1D) + H2O → 2HO-
O(1D) + O2 → O3