KR101347634B1

KR101347634B1 - 코안다 효과를 이용한 아쿠아나이프 구조

Info

Publication number: KR101347634B1
Application number: KR1020130038987A
Authority: KR
Inventors: 최재현
Original assignee: 최재현
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2014-01-06

Abstract

본 발명에서 세정액의 분기 현상을 방지할 수 있는 코안다 효과를 이용한 아쿠아나이프 구조를 개시한다.
본 발명에 따른 아쿠아나이프는, 세정액을 내부로 유입시키는 유입관로가 내설된 전면바디와, 상기 유체 공급관의 대향면으로 체결되며 상기 유입관로와 연통되어 세정액의 수압을 높이도록 상기 전면바디와 상호 간극을 형성하는 배면바디로 이루어지되; 상기 전면바디의 하부에는 상기 간극을 통해 공급되는 세정액이 상기 전면바디의 길이방향으로 고르게 분산되도록 유도하는 상기 코안다 곡률면을 형성하며, 상기 코안다 곡률면으로부터 연장되어 상기 세정액이 기판상으로 토출하도록 안내하는 토출 안내면으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 유체의 압력과, 아쿠아나이프의 간극을 기반으로 코안다 곡률 반경을 설계함으로써, 기존 파티클에 의한 유체 공급의 분기 현상을 방지한다. 따라서, 액정 디스플레이(LCD) 등의 평판 디스플레이의 애칭 또는 세정 과정에서 에러율을 충분히 격감시키는 효과를 갖는다. 또한, 기판의 세정과정에서 발생되는 오류는 막대한 생산비용을 낭비하게 되는데, 본 발명에 따른 아쿠아나이프를 통해 설비된 시스템에서는 오류가 발견되지 않아 시스템의 안정성을 확보하고, 생산단가를 절감하는 효과를 제공한다.

Description

코안다 효과를 이용한 아쿠아나이프 구조{STRUCTURE FOR AQUA KNIFE USING A COANDA EFECT}

본 발명은 아쿠아나이프(Aqua Knife)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아쿠아나이프 하부 모서리를 코안다(COANDA) 곡률면으로 가공함으로써, 아쿠아나이프 하부에서 토출되는 세정액이 파티클에 의해 분기되는 현상을 방지할 수 있는 코안다 효과를 이용한 아쿠아나이프 구조에 관한 것이다.

일반적으로는, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, 이하 LCD라 칭함) 등의 평판 디스플레이(Flat Panel Display, FPD라 칭함) 제조 공정에서 기판이나 막 표면의 오염, 파티클(Particle)을 사전에 제거하여 불량이 발생하지 않도록 하거나, 증착될 박막의 접착력 강화, FPD 특성 향상 등을 위해 세정(cleaning) 등이 행해진다.

이러한 세정에 사용되는 세정기는, 예를 들어 증착 공정, 에칭 공정, 현상 공정, 스트립 공정 등과 같은 각 주요 공정에 적용되며, 예를 들어 순수(純水)나 D.I. 워터(De Ionized Water) 또는 에칭액 등의 세정액 또는 공정액을 기판에 분사하는 아쿠아나이프(Aqua Knife)를 구비하고 있다. 아쿠아나이프는 기판에 세정액 또는 공정액 등의 액을 고르게 분사함으로써 기판의 표면을 처리하여 준다.

이러한 아쿠아 나이프는 첨부된 특허문헌의 도 1에서 도시한 바와 같이, 수평 방향으로 길게 형성되고, 그 길이는 대략 처리하고자 하는 기판(1)의 폭에 상응한다. 상기 아쿠아나이프(10)의 바디(11)에는 상기 액(3)을 공급하는 액 공급 포트(15)가 연결된다. 여기서, 상기 액 공급 포트(15)는 상기 아쿠아나이프(10)의 길이 방향을 따라 여러 개가 등 간격으로 배치되어 상기 바디(11)에 각각 연결된다.

상기 바디(11)의 내부에는 상기 각 액 공급 포트(15)로부터 상기 액(3)을 상기 바디(11)의 내부로 도입하는 공급 슬릿(14)들 및 상기 각 공급 슬릿(14)을 통해 도입된 상기 액(3)이 모여 임시로 저장되는 챔버(16)가 구비된다. 상기 챔버(16)는 상기 바디(11)의 내부에 길이 방향을 따라 형성되고, 상기 각 공급 슬릿(14)으로부터 공급받은 상기 액(3)을 임시로 저장한 후 상기 바디(11)의 길이 방향을 따라 고르게 퍼뜨리는 역할을 한다.

상기 바디(11) 내부에는 상하 방향을 따라 분사 슬릿(13)이 형성된다. 상기 분사 슬릿(13)은 상기 바디(11)의 길이 방향을 따라 연속적으로 형성된다. 상기 분사 슬릿(13)의 상부는 상기 챔버(16)에 연결되고, 상기 분사 슬릿(13)의 하단은 상기 바디(11)의 하단까지 연장되어 상기 바디(11)의 외부와 연통된다.

작동에 있어서, 상기 액 공급 포트(15)를 통해 상기 아쿠아나이프(10)에 상기 액(3)이 공급되면, 상기 액(3)은 상기 각 공급 슬릿(14)을 통해 상기 챔버(16)로 모이게 된다. 상기 챔버(16)는 상기 액(3)을 상기 바디(11)의 길이 방향을 따라 고르게 분포시키고, 고르게 분포된 상기 액(3)은 상기 분사 슬릿(13)을 따라 상기 아쿠아나이프(10)의 하단을 통해 상기 기판(1)에 분사된다.

그러나, 위와 같은 구조의 아쿠아나이프에서, 챔버가 액을 바디의 길이 방향에 충분히 고르게 분포시키지 못하는 경우가 있다. 뿐만 아니라, 액에 포함된 비교적 큰 크기의 파티클(particle)이 분사 슬릿에 끼이기도 한다. 이 경우, 분사 슬릿에서 기판을 향해 분사되는 액이 아쿠아나이프의 폭 방향을 따라 연속적으로 이어지지 못하고 중간에 끊기게 된다. 즉, 아쿠아나이프가 기판의 표면 전체를 고르게 처리할 수 없으므로 생산품의 품질이 떨어지고 불량 발생률이 높아지는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 10-2008-0101466, 공개일자 2008년 11월 21일, 발명의 명칭 '보조 챔버가 구비된 아쿠아나이프'.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 아쿠아나이프의 분사액 공급면을 코안다(COANDA) 곡률로 제공함으로써, 아쿠아나이프의 분사액이 기판의 표면에 고르게 분사될 수 있는 코안다 효과를 이용한 아쿠아나이프 구조를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 아쿠아나이프 바디 내부에 파티클이 발생할 경우, 코안다 효과(COANDA EFFECT)를 이용하여 기판상으로 액의 분사가 균일하게 이루어지도록 함으로써, 시스템의 안정성을 확보할 수 있는 코안다 효과를 이용한 아쿠아나이프 구조를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 코안다 효과를 이용한 아쿠아나이프 구조는, 반도체 세정공정에 적용되는 아쿠아나이프(AQUA KNIFE) 구조에 있어서, 상기 아쿠아나이프 하부에서 토출되는 세정액의 분기 현상을 방지하기 위해, 상기 아쿠아나이프 하부 모서리를 코안다(COANDA) 곡률면으로 가공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 아쿠아나이프는, 세정액을 내부로 유입시키는 유입관로가 내설된 전면바디와, 상기 유체 공급관의 대향면으로 체결되며 상기 유입관로와 연통되어 세정액의 수압을 높이도록 상기 전면바디와 상호 간극을 형성하는 배면바디로 이루어지되; 상기 전면바디의 하부에는 상기 간극을 통해 공급되는 세정액이 상기 전면바디의 길이방향으로 고르게 분산되도록 유도하는 상기 코안다 곡률면을 형성하며, 상기 코안다 곡률면으로부터 연장되어 상기 세정액이 기판상으로 토출하도록 안내하는 토출 안내면으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 토출 안내면은, 상기 코안다 곡률면으로부터 연장되며, 토출 안내면의 각도는 기판으로부터 20°내지 50°인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 세정액의 공급 압력은 1.3kg/㎥ 내지 2.5kg/㎥이고, 상기 간극은 0.1mm 내지 0.5mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 코안다 효과를 이용한 아쿠아나이프 구조는, 유체의 압력과, 아쿠아나이프의 간극을 기반으로 코안다 곡률 반경을 설계함으로써, 기존 파티클에 의한 유체 공급의 분기 현상을 방지한다. 따라서, 액정 디스플레이(LCD) 등의 평판 디스플레이의 애칭 또는 세정 과정에서 에러율을 충분히 격감시키는 효과를 갖는다.

또한, 기판의 세정과정에서 발생되는 오류는 막대한 생산비용을 낭비하게 되는데, 본 발명에 따른 아쿠아나이프를 통해 설비된 시스템에서는 오류가 발견되지 않아 시스템의 안정성을 확보하고, 생산단가를 절감하는 효과를 제공한다.

도 1은 종래 아쿠아나이프를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 아쿠아나이프를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 아쿠아나이프의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 아쿠아나이프의 실험상태를 나타낸 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 아쿠아나이프의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 세정하고자 하는 기판과 수평하게 설치되어 세정액을 상기 기판상으로 균일하게 분사시키는 아쿠아나이프(210)와, 상기 아쿠아나이프(210)의 내부로 상기 세정액을 공급하는 유체 공급관(201)으로 구성되며, 상기 아쿠아나이프(210)는 상기 세정액을 내부로 유입시키는 유입관로(215)가 내설된 전면바디(211)와, 상기 유체 공급관(201)의 대향면으로 체결되고, 상기 유입관로(215)와 연통되어 세정액의 수압을 높이도록 상기 전면바디(211)와 상호 간극(217)을 형성하는 배면바디(213)로 이루어지되, 상기 전면바디(211)의 하부에는 상기 간극(217)을 통해 공급되는 세정액이 상기 전면바디의 길이방향으로 고르게 분산되도록 유도하는 코안다 곡률면(219)을 형성하며, 상기 코안다 곡률면(219)으로부터 연장되어 상기 세정액이 기판상으로 토출하도록 안내하는 토출 안내면(221)으로 이루어진다.

상기 전면바디(211)와 배면바디(213)는 상호 나사 체결을 위한 체결 나사부(231)가 마련되며, 상기 배면바디(213)와 전면바디(211)의 하부는 상호 단차지도록 설계함에 바람직하다. 즉, 배면바디(213)의 하부는 상기 전면바디(211)의 하부보다 높게 설치되며, 그 높이는 상기 코안다 곡률면(219)의 곡률 반경보다 크거나 같아야 한다.

한편, 상기 토출 안내면(221)은 코안다 곡률면(219)으로부터 연장되며, 토출 안내면(221)의 각도는 기판으로부터 20°내지 50°가 바람직할 것이다. 상기 토출 안내면(221)의 각도가 기판으로부터 20°보다 작을 경우 즉, 상기 토출 안내면(221)이 수평에 가까울수록 세정액이 중력의 영향을 많이 받기 때문에 세정액이 토출 안내면(221)으로부터 이탈되어 세척이 불규칙하게 이루어진다.

반면, 상기 토출 안내면(221)의 각도가 50°를 넘을 경우 즉, 기판으로부터 수직에 가까울수록 코안다 효과가 상실하게 된다. 이는 토출 안내면(221)의 각도가 기준치를 넘을 경우 세정액의 공급 압력에 의해 코안다 곡률면(219)을 통과한 세정액이 토출 안내면(221)으로 유입되지 못하기 때문이다.

물론, 토출 안내면(221)의 설정각도는 세정액의 공급압력에 따라 가변될 수 있으나, 일반적으로 아쿠아나이프에 적용되는 수압은 대략 1.3kg/㎥ 내지 2.5kg/㎥이고, 아쿠아나이프의 간극(217)은 대략 0.1mm 내지 0.5mm로서, 이러한 범위 내에서 상기 토출 안내면(221)의 각도는 기판으로부터 20°내지 50°를 수용하게 된다.

반도체 세정용으로 사용되는 아쿠아나이프는 세정용량 즉, 반도체 설비의 크기에 따라 제원이 다르게 설계도나, 통상의 반도체 세저용 아쿠아나이프로 적용되는 수압은 2.5kg/㎥를 넘지 않는다. 또한, 소형의 아쿠아나이프일 경우 이에 공급되는 세정액의 수압은 1.3kg/㎥ 이상을 사용하게 된다. 따라서, 본 발명에서 적용되는 아쿠아나이프의 수압 범위는 전술한 바와 같이 1.3kg/㎥ 내지 2.5kg/㎥로 한정할 수 있다.

상기한 아쿠아나이프의 간극(217) 또한 세정액 공급 압력에 대응하여 설계되는데, 상기 수압 범위 내에서 대략 0.1mm 내지 0.5mm를 보유하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 아쿠아나이프의 유체 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

도시된 바와 같이, 상기 아쿠아나이프(210)를 구성하는 전면바디(211)는 유체 공급관(201)과 체결되며, 전면바디(211)의 유입관로(215)는 유체 공급관(201)과 연통된다. 또한, 상기 전면바디(211)와 체결되는 배면바디(213)는 전면바디(211)와 배면바디(213) 사이에 간극(217)을 형성하며, 상기 간극(217)은 유입관로(215)와 연통한다. 상기 간극(217)은 세정액을 면상으로 분포시키기 위한 것으로, 세정 용량에 따라 0.1mm 내지 0.5mm를 유지한다.

또한, 상기 아쿠아나이프(210)의 전면바디(211) 하부 모서리에는 코안다 곡률면(219)을 형성함으로써, 상기 간극(217)을 통해 배출되는 세정액이 코안다 곡률면(219)에 의해 부하가 적은 쪽으로 유체가 모이게 되는 현상일 발생한다. 즉, 간극(217)을 통해 공급되는 유체가 분기되는 경우(갈라질 경우) 코안다 곡률면(219)을 거치면서 분기된 유체가 다시 모이게 되는 것이다.

여기서, 유체가 분기 현상 즉, 유체의 줄기가 갈라지는 현상이라 함은 전면바디(211)의 표면을 따라 유체가 직선(가장 짧은 유체경로)으로 흐르지 않고, 전면바디(211)의 표면상에서 유체의 줄기가 사선방향으로 분리되는 현상이다. 예컨대, 간극(217) 내부에 파티클이 존재할 경우, 간극(217)을 통해 공급되는 유체가 갈라지는 현상이 발생한다. 여기서, 상기 코안다 곡률면(219)을 통과하는 유체는 부하가 적은 방향으로 흐르기 때문에, 갈라진 유체는 다시 취합되는 것이다. 따라서, 상기 코안다 곡률면(219)을 거친 유체는 토출 안내면(221) 상에서 취합된 상태로 공급되어 기판상으로 제공하는 것이다.

결국, 상기 간극(217)을 거쳐 공급되는 유체는 코안다 곡률면(219)을 따라 분사되며, 간극(217) 사이로 파티클이 존재하더라도, 유체 분사 과정에서의 유체 줄기의 갈라짐 즉, 유체의 분기가 발생하지 않아 기판상으로 유체를 고르게 분포시키게 되는 것이다.

여기서, 전술한 바와 같이 상기 간극(217)은 시스템의 용량에 따라 다소 차이가 발생할 수 있으나 통상 0.1mm 내지 0.5mm이며, 이때 유체의 공급 압력은 1.3kg/㎥ 내지 2.5kg/㎥이다. 그리고, 본 발명에서 적용되는 코안다 곡률 반경은 55mm 내지 90mm가 적절하다.

여기서, 유체의 공급 압력이 커질 경우, 코안다 곡률 반경 또한 증가하며, 간극이 커질 경우, 코안다 곡률 반경이 감소하게 된다. 따라서, 코안다 곡률 반경(R)은 아래의 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.

여기서, 상기 비례상수(k)는 20.28이다.

상기 비례상수(k)는 다수의 실험에 의해 도출된 상수이다.

예컨대, 아쿠아나이프의 간극(217)이 0.3mm이고, 유체의 공급 압력(P)이 2.3kg/㎥ 일 경우, 코안다 곡률(R)의 반경은 20.28 × 2.3 ÷

0.3 = 68.7mm가 된다.

이러한 곡률 반경을 기반으로, 코안다 곡률을 형성할 경우 간극을 통해 유출되는 유체는 곡면을 따라 기판상으로 고르게 분포되며, 간극(217) 내부에 파티클이 발생하더라도 코안다 효과에 의해 유체의 분산이 이루어지지 않게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 아쿠아나이프의 실험 사진을 나타내고 있으며, 도시된 바와 같이 전면바디(211)와 배면바디(213) 사이에 간극(217)이 형성되며, 상기 간극(217)을 통해 세정액이 분사되고 있다. 여기서, 상기 전면바디(211)의 모서리에는 코안다 곡률면(219)이 형성되며, 간극(217)을 통해 배출되는 세정액은 코안다 곡률면(219)을 거쳐 균일하게 분포되는 현상을 제공하고 있다.

본 발명의 아쿠아나이프의 실험은 간극(217)의 임의 위치에 파티클을 내설한 후, 세정액의 분사 형태를 관찰하는 것으로, 도시된 파티클의 발생위치에서 세정액의 분기가 이루어짐을 알 수 있으며, 이에 코안다 곡률면(219)을 거쳐 토출 안내면(221)을 통과하는 세정액은 파티클의 발생 여부에 관계없이 세정액이 취합되어 분기되지 않음을 확인할 수 있었다.

상기 파티클은 실험을 위해 직경 0.4mm의 구 형태의 플라스틱 조형물을 적재한 것으로, 수압에 의해 배출되지 않도록 설치하였다. 여기서, 상기 아쿠아나이프의 코안다 곡률(R)은 69mm이며, 간극(217)은 0.3mm이고, 유체의 공급압력은 2.4kg/㎥이다. 이는 전술된 코안다 곡률 반경의 수학식에 대응하여 유사한 결과를 도출하였으며, 이로부터 간극 내부의 파티클 발생 여부에 관계없이 아쿠아나이프의 동작 안정성을 확인하게 되었다.

201 : 유체 공급관 210 : 아쿠아 나이프
211 : 전면바디 213 : 배면바디
215 : 유입관로 217 : 간극
219 : 코안다 곡률면 221 : 토출 안내면
231 : 체결나사

Claims

상기 아쿠아나이프 하부에서 토출되는 세정액의 분기 현상을 방지하기 위해, 하부 모서리가 코안다(COANDA) 곡률면으로 가공되어 액정 디스플레이(LCD)를 포함하는 평판 디스플레이의 표면처리 공정에 적용되는 아쿠아나이프(AQUA KNIFE) 구조에 있어서,
상기 세정액을 내부로 유입시키는 유입관로가 내설된 전면바디와, 상기 유입관로와 연통되어 세정액의 수압을 높이도록 상기 전면바디와 상호 간극을 형성하는 배면바디로 이루어지되;
상기 전면바디의 하부에는 상기 간극을 통해 공급되는 세정액이 상기 전면바디의 길이방향으로 고르게 분산되도록 유도하는 상기 코안다 곡률면을 형성하며, 상기 코안다 곡률면으로부터 연장되어 상기 세정액이 기판상으로 토출하도록 안내하는 토출 안내면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 코안다 효과를 이용한 아쿠아나이프 구조.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 전면바디와 배면바디는 상호 나사 체결을 위한 체결 나사부를 포함하며;
상기 배면바디의 하부는 상기 전면바디의 하부보다 높게 설치되고, 그 높이는 상기 코안다 곡률면의 곡률 반경보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 코안다 효과를 이용한 아쿠아나이프 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 토출 안내면은 상기 코안다 곡률면으로부터 연장되며, 토출 안내면의 각도는 기판으로부터 20°내지 50°인 것을 특징으로 하는 코안다 효과를 이용한 아쿠아나이프 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 세정액의 공급 압력은 1.3kg/㎥ 내지 2.5kg/㎥이고, 상기 전면바디와 배면바디 간의 간극은 0.1mm 내지 0.5mm인 것을 특징으로 하는 코안다 효과를 이용한 아쿠아나이프 구조.
제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코안다 곡률면의 반경은 수학식 2;
수학식 2

에 기반하여 설정되며, 상기 비례상수(k)는 20.28인 것을 특징으로 하는 코안다 효과를 이용한 아쿠아나이프 구조.
삭제