KR100621351B1 - 접촉각 측정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전체적인 부피를 콤팩트화시켜 휴대가 용이하도록 그 구조가 개선된 접촉각 측정기에 관한 것으로, 그 구조는 상부 뚜껑과 하부 본체로 구성된 케이스와, 그 케이스의 내부에 상,하 승강가능하도록 설치되는 정반과, 그 정반의 양측에 각각 마련되고 외부 전원이 공급됨에 따라 온/오프동작되어 정반 상측에 놓여지는 액체의 접촉각을 측정하기 위한 광원 및 카메라와, 그 케이스의 외측에 결합수단에 의해 착탈 가능하게 결합되어 주사기내의 액체를 케이스의 내부에 위치한 정반측으로 낙하시키기 위한 액체 공급부로 구성된다.

이에 따르면 본 발명은 케이스가 상부 뚜껑과 하부 본체로 구분되어 착탈 가능하게 결합되고, 액체 공급부가 분해가능한 구조로 이루어지며, 광원과 카메라의 전원 공급이 유.에스.비 포트를 통해 이루어지도록 함으로써, 전체적인 부피를 콤팩트화시킬 수 있게 되므로, 휴대가 용이할 뿐만 아니라 공간 활용도 증대 및 설치 장소등의 제약이 없어지게 되는 등의 효과를 갖는다.

Description

접촉각 측정기{CONTACT ANGLE METER}

도 1은 본 발명에 따른 접촉각 측정기를 나타낸 사시도.

도 2는 도 1의 A-A'선 단면도.

도 3은 본 발명의 액체 공급부가 평상시 케이스 내에 수납된 상태를 나타낸 평면도.

도 4는 본 발명의 액체 공급부가 결합되는 상태를 나타낸 측면도.

도 5는 도 4의 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 케이스 110 : 상부 뚜껑

120 : 하부 본체 210 : 정반

212 : 수나사부 310 : 광원

320 : 카메라 350 : 유.에스.비 포트

400 : 액체 공급부 410 : 주사기

412 : (주사기의)본체

414 : (주사기의)손잡이

420 : 끼움부 442 : 고정나사

444 : 조정나사 450 : 고정브라켓

452,454 : 고정편

본 발명은 접촉각 측정기에 관한 것으로, 특히 휴대가 용이하고 설치 장소의 제약을 받지 않도록 부피가 콤팩트화됨과 아울러, 유.에스.비 포트를 통해 데이터 신호 전송 및 전원 공급이 이루어지도록 한 접촉각 측정기에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 기판으로 사용되는 웨이퍼의 제조시 표면에 오염될 수 있는 불순물은 여러 종류가 있으나, 대표적으로 파티클(particle), 금속 오염물(metallic mpurity), 유기 오염물(organic impurity)으로 분류된다.

그 웨이퍼 상의 이러한 오염물은 반도체 소자를 제조할 때 회로의 단락율을 상승 시킨다.

종래 실리콘 웨이퍼 상의 유기 오염물을 분석하는 일반적인 방법으로는 SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry), ESCA(Electron Spectroscope for Chemical Analylis), IC(Ion Chromatography)등을 이용한 직접적인 표면성분 분석방법과 접촉각 측정기(Contact Angle Meter)등을 이용한 간접 측정방법이 있다.

상술한 직접 표면성분 분석방법의 경우, 전자 빔 투사, 엑스레이(X-ray) 빔 투사 또는 초순수(Deionized Water)를 이용하여 추출한 유기물 성분을 분석함으로써, 유기물에 대한 성분을 정확히 분석할 수 있는 장점이 있지만, 이러한 방법으로 분석하기 위해서는 웨이퍼의 일부를 절단하여 일부 시료만을 분석하거나 초순수를 이용하여 웨이퍼 전면에서 추출된 유기물의 성분만을 분석하기 때문에 유기 오염물이 웨이퍼 표면 어느 영역에 존재하는 지에 대해서는 분석할 수 없는 단점이 있다.

따라서, 웨이퍼 상에서 유기 오염물의 분포를 분석하기 위해 접촉각 측정기를 이용한 간접 측정방법을 주로 사용하고 있다.

그 접촉각이란 액체와 고체 표면 위에서 열역학적으로 평형을 이룰때 가지는 각을 지칭하는 것으로, 기존 액체 방울(이하, 물방울이라 지칭함)의 접촉각 측정기를 이용하는 방식은 웨이퍼를 접촉각 측정기의 스테이지 상에 올려놓고 초순수(Deionized Water)를 웨이퍼 표면에 떨어뜨리고 물방울의 접촉각을 측정한다. 이때, 웨이퍼 표면에 유기물에 오염되었다면 수분과 잘 흡착되지 않는 소수성(素水性)이 되므로 수막이 형성되는 것이 방해되어 물방울의 접촉각이 커진다.

한편, 유기물이 없다면 웨이퍼는 수분과 잘 흡착되는 친수성(親水性)이 되므로 전면에 걸쳐 수막이 형성되어 물방울의 접촉각이 작아진다. 그러므로, 웨이퍼 상의 물방울의 접촉각 크기에 따라 부분적으로 유기 오염물의 존재 유무를 알 수 있게 된다.

또한, 접촉각 측정방식들중 정접촉각 측정방식과 동접촉각 측정방식으로 구분된다.

그런데, 기존의 물방울의 접촉각을 측정하기 위해서 광원과 카메라측에 전원이 공급되어야 하므로, 실내 전원이 공급되는 곳에 위치해야 하는 장소상의 제약이 있을 뿐만 아니라, 케이스의 내부에 마련되는 카메라와 광원 및 액체를 주입하는 부분과 정반이 고정된 부분등의 구성요소로 인하여 부피가 다소 있기 때문에 설치 되는 공간의 활용도가 저하됨과 아울러, 휴대가 용이하지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 물방울의 접촉각을 측정하기 위한 광원과 카메라의 구조를 수평방향으로 일직선상에 위치하도록 함과 아울러, 주사기를 갖는 액체 공급부를 케이스 내에 착탈 가능하게 마련함으로써, 부피를 콤팩트화시킬 수 있도록 하여 휴대용으로도 사용할 수 있도록 한 접촉각 측정기를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내부에 공간부가 형성되고 상부 뚜껑이 하부 본체와 착탈 가능하게 마련된 케이스와,

상기 하부 본체내의 공간부에 상,하 승강가능하게 마련되는 정반과,

상기 정반의 양측에 수평으로 동일 선상에 위치하도록 각각 마련되어 물방울의 접촉각을 촬영하기 위한 광원 및 카메라와,

상기 상부 뚜껑의 상부면에 상측으로 결합수단에 의해 착탈 가능하게 결합되어 상기 정반측으로 액체를 주입하기 위한 주사기를 갖는 액체 공급부를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징으로, 상기 정반은 하부가 상기 하부 본체의 바닥면과 나사 결합되어 회전 동작됨에 따라 승강되도록 된 것이다.

본 발명의 또 다른 특징으로, 상기 결합수단은 상기 하부 본체의 바닥면 부위에 형성되는 끼움부와,

일단부가 상기 끼움부에 착탈 가능하도록 끼움 결합되고 타단부에 상기 주사기의 외주면을 파지하여 고정하도록 적어도 하나이상의 고정편을 갖는 고정브라켓을 구비하여 된 것이다.

또한, 상기 액체공급부는 상기 고정브라켓에 파지된 주사기를 고정하고 상기 주사기내에 담겨진 액체를 하측으로 낙하시키는 액체의 낙하량을 나사식 회전력으로 조절하기 위한 공급수단을 더 구비하되,

상기 공급수단은 상기 고정편에 체결되고 상기 주사기의 외주면과 접촉되어 상기 주사기를 고정시키기 위한 고정나사와,

상기 고정편에 체결되고 상기 주사기의 손잡이부위를 승강시키도록 일체로 연결되는 조정나사를 구비하여 된 것이다.

그외에, 본 발명의 광원과 카메라는 유.에스.비 포트를 매개로 외부 전원이 공급되어 동작되는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 접촉각 측정기는, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 그 구조는 상부 뚜껑(110)과 하부 본체(120)로 구성된 케이스(100)와, 그 케이스(100)의 내부에 상,하 승강가능하도록 설치되는 정반(210)과, 그 정반(210)의 양측에 각각 마련되고 외부 전원이 공급됨에 따라 온/오프 동작되어 정반(210) 상측에 놓여지는 액체의 접촉각을 측정하기 위한 광원(310) 및 카메라(320)와, 그 케이스(100)의 외측에 결합수단에 의해 착탈 가능하게 결합되어 주사기(410)내에 담겨진 액체 를 케이스(100)의 내부에 위치한 정반(210)측으로 낙하시키기 위한 액체 공급부(400)로 구성된다.

더 상세히 설명하면, 그 케이스(100)는 하부 본체(120)의 상부에 상부 뚜껑(110)이 안착되어 착탈 가능하게 결합되는 구조로 된 것이다.

그 광원(310) 및 카메라(320)는 각기 정반(210)의 좌,우 양측에 위치하고, 그 카메라(320)는 정반(210)의 상측면과 수평으로 위치하도록 설치되어 있으며, 광원(310)은 빛이 방출되는 각도가 카메라(320)와 정반(210)의 상측면에 수평을 유지하도록 되어 있다.

즉, 광원(310)으로부터 방출되는 빛과 카메라(320)의 렌즈가 정반(210)의 상측면과 동일 선상으로 위치하게 함으로써, 그 높이를 최소화할 수 있게 된 것이다.

또한, 광원(310) 및 카메라(320)는 전원이 공급됨에 따라 선택적으로 온/오프작동되고, 이를 위해 별도의 전원 공급부가 케이스(100)의 내부에 위치하는 것이 아니라, 외부로부터 전원을 공급받는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 유.에스.비(U.S.B: 일명 범용 직렬 버스라고 함) 포트(350)를 이용하여 컴퓨터의 전원을 이용함과 아울러, 카메라(320)로부터 입력되는 화상 데이터신호를 컴퓨터측으로 전송하도록 되어 있다.

그 광원은 공지의 LED 또는 라이트를 갖는 LCD을 이용한 것이 바람직하다.

그 정반(210)은 그 상측면에 시편이 안착되어 그 시편의 상측 표면에 물방울이 낙하된 후에 물방울의 접촉각을 측정하도록 상측면이 평평하게 형성되고, 하부가 하부 본체(120)의 바닥면에 대해 승강가능하도록 나사 결합되어 있다.

즉, 정반(210)의 하부 외주면에 수나사부(212)가 형성되고, 그 하부 본체(120)의 바닥면에는 수나사부(212)가 체결되도록 암나사부가 형성되어 정반(210)의 회전동작시 자체 승강되도록 된 것이다.

그리고, 액체 공급부(400)는 액체가 충전되는 주사기(410)를 하부 본체(120)에 착탈 가능하게 수직으로 끼움 결합시킬 수 있도록 그 바닥면에 끼움부(420)가 형성되고, 일단부가 끼움부(420)의 내부에 끼움 결합되고 타단부에 주사기(410)의 외주면을 파지하도록 각각의 통공이 형성되고 상부와 중간 위치에 서로 이격된 복수개의 상,하부 고정편(452)(454)을 갖는 고정브라켓(450)으로 구성된다.

그 고정브라켓(450)에는 주사기(410)내에 담겨진 액체를 하측으로 낙하시키는 액체의 공급량을 나사식 회전력으로 조절하기 위한 공급수단이 더 구비되며, 그 공급수단은 중간 위치의 하부 고정편(454)에 체결되고 주사기(410)의 외주면과 접촉되어 그 접촉력으로 주사기(410)를 고정시키기 위한 고정나사(442)와, 상부 고정편(452)에 수직으로 체결되고 주사기(410)의 손잡이(414)부위와 일체로 연결되어 회전동작시 주사기(410)의 손잡이(414)부위를 승강시키는 조정나사(444)를 구비하여 된 것이다.

이러한 구조를 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 접촉각 측정기는, 정반(210)의 높이를 조절하기 위해 일방향으로 회전시키면, 하부의 수나사부(212)가 나사결합된 하부 본체(120)의 바닥면으로부터 상승동작되고, 이어서 그 정반(210)측에 시편을 장착시킨 후에 액체 공급부(400)를 통해 시편측으로 액체방울을 떨어뜨린 후에 시편에 놓여진 액체방울의 접촉각(??) 을 카메라(320)로 측정할 수 있게 된다.

이때, 주사기(410)를 고정브라켓(450)에 고정시키는 과정은 고정나사(442)를 중간 위치의 하부 고정편(454)에 체결시키는 과정에서 회전시키면, 그 고정나사(442)의 단부가 내부에 액체가 담겨진 주사기(410)의 본체 외주면 부위와 접촉되어 주사기(410)를 하부 고정편(454)의 통공 내부에 삽입된 상태로 고정시킬 수 있게 된다.

이어서, 주사기(410)의 본체(412) 부위와 분리가능한 손잡이(414)부위와 일체로 연결된 조정나사(444)를 상부 고정편(452)에 체결시킨 후에 일방향으로 조정나사(444)를 회전시키면, 상부 고정편(452)에 수직으로 하강되면서 주사기 본체(412)내에 담겨진 액체를 하측으로 배출시켜 주사바늘(415)을 타고 내려와 시편측으로 낙하시키게 된다.

이에 따라, 주사기(410)의 손잡이(414) 부위와 일체로 연결된 조정나사(444)의 나사식 회전력으로 낙하되는 액체의 미세한 양을 정밀하게 조정할 수 있게 된다.

한편, 평상시 사용하지 않을 때에는 고정브라켓(450)과 주사기를 하부 본체의 끼움부(420)로부터 분리시켜 케이스의 내부공간내에 수납함으로써 전체적인 부피를 콤팩트화할 수 있게 된다.

이후에, 유.에스.비 포트(350)를 통해 컴퓨터로부터 전원이 카메라(320)와 광원(310)측에 공급되어 온 동작되면, 광원(310)으로부터 빛이 액체방울을 거쳐서 카메라(320)의 렌즈측으로 입사된다.

그리고, 카메라(320)는 액체방울과 시편의 접촉각 (θ)을 전기적인 화상 데이터 신호를 유.에스.비 포트(350)를 통해 컴퓨터측으로 출력하게 되고, 사용자는 카메라(320)의 데이터를 기준으로 액체방울의 접촉각 크기를 측정할 수 있으며, 피대상물인 시편의 오염도등을 확인할 수 있게 된다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 부피를 콤팩트화시켜 휴대가 용이하도록 그 구조가 개선된 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 케이스가 상부 뚜껑과 하부 본체로 구분되어 착탈 가능하게 결합되고, 액체 공급부가 하부 본체에 착탈 가능하게 분리형 구조로 이루어지며, 광원과 카메라의 전원 공급이 유.에스.비 포트를 통해 이루어지도록 함으로써, 전체적인 부피를 콤팩트화시킬 수 있게 되므로, 전원 공급을 위한 부품이 생략되고 휴대가 용이할 뿐만 아니라 공간 활용도 증대 및 설치 장소등의 제약이 없어지게 되는 등의 효과를 갖는다.

Claims (5)

1. 내부에 공간부가 형성되고 상부 뚜껑(110)이 하부 본체(120)와 착탈 가능하게 마련된 케이스(100)와,

   상기 하부 본체(120)내의 공간부에 상,하 승강가능하게 마련되는 정반(210)과,

   상기 정반(210)의 양측에 수평으로 동일 선상에 위치하도록 각각 마련되어 상기 정반(210)의 상측으로 떨어지는 액체 방울의 접촉각을 촬영하기 위한 광원(310) 및 카메라(320)와,

   상기 하부 본체(120)에 상측으로 결합수단에 의해 착탈 가능하게 결합되고 상기 정반(210)측으로 액체를 주입하기 위한 주사기(410)를 갖는 액체 공급부(400)를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 접촉각 측정기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 정반(210)은 하부가 상기 하부 본체(120)의 바닥면과 나사 결합되어 회전 동작됨에 따라 승강되도록 된 것을 특징으로 하는 접촉각 측정기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 결합수단은 상기 하부 본체(120)의 바닥면 부위에 형성되는 끼움부(420)와,

   일단부가 상기 끼움부(420)에 착탈 가능하도록 끼움 결합되고 타단부에 상기 주사기(410)의 외주면을 파지하여 고정하도록 적어도 하나이상의 고정편(452)(454)을 갖는 고정브라켓(450)을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 접촉각 측정기.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 액체 공급부(400)는 상기 고정브라켓(450)에 파지된 주사기(410)를 고정하고 상기 주사기(410)내에 담겨진 액체를 하측으로 낙하시키는 액체의 낙하량을 나사식 회전력으로 조절하기 위한 공급수단을 더 구비하되,

   상기 공급수단은 상기 고정편(452)(454)에 체결되고 상기 주사기(410)의 외주면과 접촉되어 상기 주사기(410)를 고정시키기 위한 고정나사(442)와,

   상기 고정편(452)에 체결되고 상기 주사기(410)의 손잡이(414)부위를 승강시키도록 일체로 연결되는 조정나사(444)를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 접촉각 측정기.
5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광원(310)과 카메라(320)는 유.에스.비 포트(350)를 매개로 외부 전원이 공급되어 동작되는 것을 특징으로 하는 접촉각 측정기.

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