KR101377058B1 - 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치 및 이를 포함하는 충돌력 분석시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치는, 기판과, 상기 기판의 일면으로 입자를 분사하는 분사노즐을 포함하여 구성되되, 상기 기판은 상기 분사노즐로부터 분사되는 입자와의 충돌로 인해 오목한 압흔이 형성되도록 구성된다. 또한 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템은, 상기와 같이 구성되는 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치; 상기 압흔의 치수를 측정하는 압흔 측정장치; 상기 압흔의 치수와, 상기 입자의 경도 및 반경과, 상기 기판의 경도를 입력값으로 하여 상기 입자의 충돌력을 산출하는 연산부;를 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치를 이용하면, 분사노즐로부터 분사되는 고체상 기체입자에 의해 발생되는 압흔을 용이하게 얻을 수 있고, 사용자가 원하는 영역에만 압흔을 형성시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템을 이용하면, 분사되는 고체상 기체입자의 속도를 직접 측정하지 아니하고서도 입자의 충돌력을 산출할 수 있고, 실제로 충돌이 발생되는 시점에서의 충돌력 크기를 보다 정확하게 산출할 수 있다는 장점이 있다.

Description

분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치 및 이를 포함하는 충돌력 분석시스템{Apparatus for forming indentation of injected solid-state gas-particle and collision force analysis system including the same}
본 발명은 미세입자를 고압으로 분사하여 분사대상물에 압흔을 형성하는 장치와, 분사대상물에 형성된 압흔을 측정하여 분사되는 입자의 크기 및 충돌력을 산출하는 충돌력 분석시스템에 관한 것이다.
웨이퍼, 또는 LCD, 컬러 필터 또는 각종 글래스 기판 표면으로부터 오염물들을 제거하거나 정밀기계를 세척하기 위하여 다양한 기술들이 고안되어 왔다. 특히, 반도체 산업에서는 반도체 웨이퍼로부터 미세한 오염물 입자들을 제거하기 위하여 고압의 액체를 단독으로 또는 브러시와 조합하여 사용한다. 이러한 공정들은 오염물의 제거에 어느 정도 성공을 거두었으나, 브러시에 의해 기판 표면이 긁히고 불필요한 정전기가 발생될 수 있으며, 고압 액체에 의해 연한 표면들이 깎일 수 있다는 단점이 있다.
이와 같은 문제를 해결할 수 있도록 드라이아이스 등과 같이 승화성을 갖는 고체상의 기체입자를 고압으로 분사하여 오염물 제거 및 세척을 수행하는 방안이 제안된 바 있다. 이와 같이 고체상의 기체입자를 고압으로 분사하여 오염물을 제거하는 경우, 사용자가 원하는 크기의 충돌력이 발생될 수 있도록 분사되는 입자의 크기 및 분사속도 등을 정확하게 측정하고 제어해야 한다. 이때, 상기 입자 크기는 일반적으로 광학 현미경 또는 주사전자 현미경등을 이용하여 측정하며, 충돌력 또한 별도의 분석 장비를 사용하여 측정하게 된다. 또한 위상 도플러 입자 분석기(PDPA:Phase Doppler Particle Analyzer) 등의 분석장비를 사용하기도 하나 이는 입자의 크기 및 속도만을 측정할 수 있으며, 충돌력은 별도의 계산을 필요로 한다.
이러한 종래의 측정 방법을 이용할 수 있기 위해서는 고속 분사된 입자가 일정한 형태를 유지 하여야 하며, 고속으로 분사되는 입자의 속도를 정확하게 측정하기 위해서는 고가의 장비가 필요하다는 단점이 있다. 또한, 분사되는 입자가 고체상의 기체입자인 경우 충돌을 발생하기 이전에 일부 기화되어 입자의 크기 및 형태가 변경될 수 있으므로 실제로 어느 정도 크기의 타격이 가해졌는지를 정확하게 산출하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 분사되는 고체상 기체입자를 직접 측정하지 아니하더라도 분사 입자의 크기 및 속도 등을 산출할 수 있도록 분사된 고체상 기체입자의 압흔을 형성하는 압흔 형성장치와, 상기 압흔을 측정하고 도출된 데이터를 연산하여 실제로 충돌이 발생되는 시점의 충돌력 크기를 보다 정확하게 산출할 수 있는 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치는, 기판과, 상기 기판의 일면으로 입자를 분사하는 분사노즐을 포함하여 구성되되, 상기 기판은 상기 분사노즐로부터 분사되는 입자와의 충돌로 인해 오목한 압흔이 형성되도록 구성된다.
상기 기판과 상기 분사노즐 사이에 위치되며, 상기 분사노즐로부터 분사된 입자들 중 일부만이 통과되도록 관통공이 형성되는 마스크를 더 포함한다.
상기 관통공은, 중심점이 상기 분사노즐의 분사영역 중심과 일치하는 원형 형상으로 형성된다.
상기 관통공은, 중심점이 분사노즐의 분사영역 중심과 일치하는 슬릿 형상으로 형성된다.
상기 관통공은, 상기 분사노즐의 분사영역 중심을 곡률중심으로 하는 원호 형상으로 형성된다.
상기 관통공은, 상기 분사노즐의 분사영역 중심을 중심점으로 갖는 부채꼴 형상으로 형성된다.
상기 기판은, 상기 입자보다 경도가 낮은 무른 재질의 표적박막이 상기 입자가 분사되는 면에 마련된다.
상기 분사노즐과 가까워지거나 멀어지는 방향으로 상기 기판을 이송하는 기판 이송유닛을 더 포함한다.
상기 기판과 가까워지거나 멀어지는 방향으로 상기 분사노즐을 이송하는 노즐 이송유닛을 더 포함한다.
본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템은, 상기와 같이 구성되는 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치;
상기 압흔의 치수를 측정하는 압흔 측정장치; 상기 압흔의 치수와, 상기 입자의 경도 및 반경과, 상기 기판의 경도를 입력값으로 하여 상기 입자의 충돌력을 산출하는 연산부;를 포함하여 구성된다.
상기 압흔 측정장치는, 압흔의 반경과 깊이를 측정하도록 구성된다.
상기 연산부는, 하기 [식 1]을 이용하여 상기 입자의 속도를 산출하고, 하기 [식 2]를 이용하여 상기 입자의 충돌력을 계산하도록 구성된다.
[식 1]
Figure 112012012461540-pat00001
(V : 입자 속도, HPR : 기판일면 경도, Ar : 압흔 면적, h : 압흔 깊이, ρ : 입자 밀도, rp : 입자 반경)
[식 2]
Figure 112012012461540-pat00002
(F : 충돌력, E* : 입자 유효영률, r* : 입자 등가반경, m* : 입자 유효질량, Vcl : 입자 속도)
본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치를 이용하면, 분사노즐로부터 분사되는 고체상 기체입자에 의해 발생되는 압흔을 용이하게 얻을 수 있고, 사용자가 원하는 영역에만 압흔을 형성시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템을 이용하면, 분사되는 고체상 기체입자의 속도를 직접 측정하지 아니하고서도 입자의 충돌력을 산출할 수 있고, 실제로 충돌이 발생되는 시점에서의 충돌력 크기를 보다 정확하게 산출할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치의 개략도이다.
도 3 및 도 4는 분사되는 입자에 의해 압흔이 형성되는 과정을 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치에 포함되는 마스크의 실시예를 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치 및 이를 포함하는 충돌력 분석시스템의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템의 블록도이고, 도 2는 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치의 개략도이다.
본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템(10)은, 미세한 크기의 입자(이하 '입자'라 약칭한다)를 고속으로 분사시켰을 때 분사되는 입자가 다른 물체와 충돌을 일으키는 과정에서 어느 정도의 충돌력이 발생되는지를 분석하기 위한 장비로서, 사전에 마련된 기판(110) 상에 입자를 분사시켜 기판(110)에 압흔(114)(입자가 기판(110)과 충돌하는 과정에서 기판(110)에 형성되는 입자의 충돌 자국)을 형성시키고, 상기 압흔(114)의 규격 및 형상을 측정하여 입자의 충돌력을 산출하도록 구성된다는 점에 특징이 있다.
분사된 입자의 충돌력 크기는 입자가 기판(110)과 충돌하는 시점의 질량과 크기, 밀도, 분사속도 등에 의해 결정되는데, 상기 각 요소 중 입자의 분사속도는 입자를 분사시키는 조건에 따라 크게 변화되므로 입자의 분사속도를 측정하는 것이 매우 중요한 사안이라 할 수 있다. 이때, 분사되는 입자의 속도를 측정하기 위하여 위상 도플러 입자 분석기(PDPA:Phase Doppler Particle Analyzer)를 이용하는 방법이 많이 사용되어 왔는데, 위상 도플러 입자 분석기는 매우 고가의 장비이므로 시스템 설치 비용이 높아지고, 위상 도플러 입자 분석기를 사용하더라도 단순히 입자의 크기 및 속도만을 측정할 수 있을 뿐이므로 입자의 충돌력 계산은 별도로 수행해야 한다는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 입자를 분사시키기 이전에 입자의 질량과 크기, 밀도 등을 미리 측정하여 충돌력 계산에 사용하였는데, 상기 입자가 드라이아이스 등과 같이 고체상의 기체입자인 경우 분사되어 날아가는 동안 승화되어 질량과 크기 등이 변경될 수 있게 된다. 이와 같이 입자의 질량과 크기가 시간에 따라 변경되면 실제로 기판(110)에 충돌될 때는 입자의 질량과 크기가 감소되어 충격력의 크기 또한 감소되는바, 입자의 속도를 아무리 정확하게 측정한다고 하더라도 실제 충격력을 정확하게 산출시킬 수 없다는 문제가 발생된다.
본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템(10)은 상기와 같은 위상 도플러 입자 분석기(PDPA:Phase Doppler Particle Analyzer)를 이용하지 아니하고서도 입자의 속도를 산출할 수 있고, 입자가 충돌 대상물과 충돌하는 시점에서의 크기 및 질량을 산출함으로써 실제 발생되는 충격력의 크기를 보다 정확하게 산출할 수 있도록 구성된다는 점에 특징이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 사전에 마련된 기판(110)의 일면으로 입자를 분사하여 기판(110)에 입자의 압흔(114)이 발생되도록 하는 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치와, 압흔(114)의 치수를 측정하는 압흔 측정장치와, 상기 압흔 측정장치로부터 측정된 압흔(114)의 치수와, 입자의 경도 및 반경과, 기판(110)의 경도를 입력값으로 하여 상기 입자의 충돌력을 산출하는 연산부를 포함하여 구성된다. 즉, 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템(10)은, 분사되어 날아가는 입자의 속도를 직접 측정하는 것이 아니라, 입자의 충돌로 인해 기판(110)에 형성된 압흔(114)의 형상 및 크기 등을 측정하여 충돌 당시의 입자 속도 및 크기를 산출하도록 구성되므로, 분사된 입자에 의해 실제로 어느 정도의 충돌력이 발생되는지를 보다 정확하게 산출할 수 있다는 장점이 있다.
물론, 입자의 압흔(114)으로는 입자의 밀도까지는 알 수 없으므로, 입자의 밀도는 사전에 입력되어야 할 것이다. 이때, 분사된 입자가 충돌을 일으키기 이전까지 어느 정도 승화된다 하더라도 입자의 밀도는 거의 변경되지 아니하는바, 입자 분사 이전에 입자의 밀도를 측정하여 사용한다 하더라도 충격력 산출에는 오차가 거의 발생하지 아니한다.
한편, 현재까지는 고압으로 분사되는 고체상 기체입자의 크기 및 속도를 산출하기 위해 입자의 압흔(114)을 얻어내기 위한 장치가 전혀 고안된 바 없었다. 따라서 본 발명은 고압으로 분사되는 고체상 기체입자의 압흔(114)을 각 구역별로 보다 명확하게 형성시킬 수 있는 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다. 즉 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(110)과, 상기 기판(110)의 일면으로 입자를 분사하는 분사노즐(120)을 포함하여 구성된다.
입자의 충돌력을 보다 완벽하게 측정할 수 있도록 기판(110)의 일면(본 실시예는 상면)과 노즐의 분사방향은 상호 직각을 이루도록 구성됨이 바람직하며, 상기 노즐은 사용자가 원하는 종류의 입자를 분사할 수만 있다면 어떠한 종류의 노즐(로도 적용될 수 있다. 이때, 기판(110)이 입자보다 경도가 크면 기판(110)에 입자의 압흔(114)이 정상적으로 형성되지 아니하므로, 상기 기판(110)은 입자가 분사되는 면(본 실시예는 상면)이 입자보다 경도가 낮도록 무르게 제작됨이 바람직하다. 본 실시예에서는 기판(110) 중 입자가 충돌하는 면에 표적박막(112)이 추가로 결합되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 기판(110) 전체가 경도가 낮은 재질로 제작될 수도 있고, 기판(110)의 일면만이 경도가 낮은 무른 재질로 제작될 수도 있다. 그러나 본 실시예에 도시된 바와 같이 기판(110)의 일면에 표적박막(112)이 추가로 결합되도록 구성되면, 표적박막(112) 변경이 용이하고, 기판(110)으로 입자를 분사하는 과정이 반복적으로 요구될 때 표적박막(112)만을 교체 장착함으로써 기판(110)의 몸체를 반복하여 재사용할 수 있으므로, 상기 기판(110)은 본 실시예에 도시된 바와 같이 별도로 제작된 표적박막(112)이 추가로 결합되도록 구성됨이 바람직하다.
또한, 기판(110)에 형성된 압흔(114)의 형상 및 크기 등을 측정하기 위한 압흔 측정장치는 오목한 곡면 형상을 갖는 압흔(114)의 최대깊이 및 반경 등을 측정할 수만 있다면 어떠한 종류의 계측장비로도 적용될 수 있다. 이와 같이 크기가 매우 작은 측정대상의 규격을 측정하기 위한 계측장비는 이미 여러 분야에서 상용화되어 있는바, 상기 압흔 측정장치에 관한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 일반적으로 분사노즐(120)은 넓게 퍼지도록 입자를 분사하도록 구성되므로, 입자의 충동에 의해 형성되는 압흔(114)은 기판(110)의 상면 전체에 걸쳐 형성된다. 이때, 상기 압흔 측정장치는 기판(110)의 상면 일부를 크게 확대하여 계측을 하는바, 상기와 같이 기판(110)의 상면 전체에 걸쳐 압흔(114)이 형성되는 경우 현재 측정 중인 압흔(114)이 어느 지점에 위치하는 것인지를 정확하게 판단하기 어렵다는 문제점이 있다. 예를 들어, 분사노즐(120)의 수직 하방에 형성되는 압흔(114)을 측정하고자 하더라도 어느 압흔(114)이 분사노즐(120)의 수직 하방에 위치하는 압흔(114)인지를 정확하게 판단할 수 없으므로, 기판(110) 구간 별로 압흔(114)을 구분해 가면서 계측하기가 매우 어렵다는 단점이 있다.
본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치는 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 기판(110)과 분사노즐(120) 사이에 위치되어 분사노즐(120)로부터 분사된 입자들 중 일부만을 통과시키는 마스크(130)를 더 포함할 수 있다. 상기 마스크(130)는 기판(110)의 상면을 덮어 입자가 분사되더라도 기판(110)의 상면에 압흔(114)이 형성되는 현상을 방지하되, 사용자가 원하는 구간에만 압흔(114)이 형성되도록 해당 구간에 관통공이 형성된다(도 5 참조). 따라서 도 2에 도시된 바와 같이 마스크(130)가 기판(110)과 분사노즐(120) 사이에 장착된 상태에서 분사노즐(120)이 입자를 분사하는 경우, 분사노즐(120)로부터 분사된 입자 중 관통공 측으로 분사된 입자들만이 기판(110)에 충돌되므로, 상기 기판(110)에는 관통공과 대응되는 지점에만 압흔(114)이 형성되고, 나머지 부위에는 압흔(114)이 형성되지 아니하게 된다.
따라서 사용자는 자신이 원하는 지점에 관통공이 형성된 마스크(130)를 선택하여 기판(110)과 분사노즐(120) 사이에 장착시킴으로써, 기판(110)의 상면 중 자신이 원하는 부위에만 압흔(114)을 형성시킬 수 있게 된다는 장점이 있다. 이때, 관통공의 형상 및 형성위치는 사용자의 요구에 따라 다양하게 변경될 수 있는데, 이와 같은 관통공의 종류에 대해서는 이하 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 분사되는 입자에 의해 발생되는 충돌력의 크기는 분사노즐(120)과 압흔(114) 간의 간격에 따라 상이하게 나타날 수 있으므로, 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치는 분사노즐(120)과 기판(110) 간의 간격이 조정 가능하도록 구성됨이 바람직하다. 따라서 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치는, 분사노즐(120)과 가까워지거나 멀어지는 방향(본 실시예에서는 상하 방향)으로 기판(110)을 이송하는 기판 이송유닛(140)이 추가로 구비될 수 있다. 이와 같이 기판 이송유닛(140)이 추가로 구비되면, 기판(110)을 분사유닛과 가깝거나 멀게 위치시킬 수도 있을 뿐만 아니라 마스크(130)와 기판(110) 간의 간격 역시 조정할 수 있으므로, 다양한 조건에서 압흔(114)을 형성시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 기판(110)의 높이를 변경시킴으로써 기판(110)과 분사노즐(120) 간의 간격을 조정할 수도 있지만, 분사노즐(120)의 높이를 변경시킴으로써 기판(110)과 분사노즐(120) 간의 간격을 조정할 수도 있다. 즉, 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치는 기판 이송유닛(140) 대신, 기판(110)과 가까워지거나 멀어지는 방향(본 실시예에서는 상하방향)으로 분사노즐(120)을 이송하는 노즐 이송유닛(150)이 장착되도록 구성될 수도 있다. 이와 같이 기판 이송유닛(140) 대신 노즐 이송유닛(150)이 장착되더라도 기판(110)과 분사유닛 간의 간격을 조절할 수 있게 된다.
이때, 기판(110) 상에 형성되는 압흔(114)은, 기판(110)과 마스크(130) 사이의 간격과, 마스크(130)와 분사노즐(120) 사이의 간격에 따라 상이한 패턴으로 형성될 수 있으므로, 기판(110)과 마스크(130) 사이의 간격과 마스크(130)와 분사노즐(120) 사이의 간격을 각각 개별적으로 제어해줄 필요가 있다. 따라서 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치는 본 실시예에 도시된 바와 같이 기판 이송유닛(140)과 노즐 이송유닛(150)이 모두 구비되도록 구성될 수 있다.
도 3 및 도 4는 분사되는 입자에 의해 압흔(114)이 형성되는 과정을 도시하는 단면도이다.
입자가 기판(110) 상으로 분사되어 입자가 기판(110)에 충돌되면, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 입자(P)는 기판(110)의 상면에 마련된 표적박막(112)을 가압하여 일부가 상기 표적박막(112)에 묻히게 되고, 이후 입자(P)가 기판(110)으로부터 떨어져 나가게 되면 상기 표적박막(112)에는 입자(P)의 외표면과 동일한 형상을 갖는 압흔(114)이 형성된다. 상기 언급한 바와 같이 입자(P)는 통상적으로 구 형상을 이루는바, 압흔(114)은 도 4에 도시된 바와 같이 곡면을 이루는 오목한 홈 형상으로 형성된다.
입자(P)가 구 형상을 이루는 경우, 압흔(114)의 최대깊이(h) 및 반경(rd)만으로 입자(P)의 지름(rp)을 계산할 수 있고, 입자(P)의 밀도까지 고려하는 경우 입자(P)의 질량까지 계산할 수 있게 된다. 또한 입자(P)가 구 형상을 이루는 경우 압흔(114)의 평면형상은 원을 이루게 되므로, 압흔(114)의 반경(rd)으로 압흔(114)의 면적까지 구할 수 있게 된다.
이와 같이 입자와 압흔(114)의 각부 수치를 구하여 연산부로 전달하면, 상기 연산부는, 하기 [식 1]을 이용하여 상기 입자의 속도를 산출할 수 있게 된다.
[식 1]
Figure 112012012461540-pat00003
(V : 입자 속도, HPR : 기판(110)일면 경도, Ar : 압흔(114) 면적, h : 압흔(114) 깊이, ρ : 입자 밀도, rp : 입자 반경)
또한, 입자의 속도가 산출되면, 연산부는 입자의 속도와 입자 및 압흔(114)의 각부 수치를 하기 [식 2]에 대입하여 상기 입자의 충돌력을 계산할 수 있게 된다.
[식 2]
Figure 112012012461540-pat00004
(F : 충돌력, E* : 입자 유효영률, r* : 입자 등가반경, m* : 입자 유효질량, Vcl : 입자 속도)
이때, 압흔(114)과 입자의 수치, 기판(110)의 경도를 이용하여 입자의 속도를 계산하는 [식 1]과, 입자 유효영률 및 등가반경, 유효질량, 속도를 이용하여 충돌력을 계산하는 [식 2]는 본 발명이 해당하는 기술분야에서 널리 사용되고 있는 수식이므로, 상기 수식에 관한 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치에 포함되는 마스크(130)의 실시예를 도시한다.
마스크(130)에 형성되는 관통공의 형상 및 위치는, 사용자가 어느 지점에 형성되는 압흔(114)을 계측하고자 하는지에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
예를 들어, 분사노즐(120)의 직하방에 형성되는 압흔(114)을 계측하고자 하는 경우 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 관통공은 중심점이 분사노즐(120)의 분사영역 중심과 일치하는 원형 형상(132a)으로 형성될 수도 있고, 분사노즐(120)의 분사영역 중심으로부터의 이격 거리별로 압흔(114)을 계측하고자 하는 경우 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 관통공은 중심점이 분사노즐(120)의 분사영역 중심과 일치하는 슬릿 형상(132b)으로 형성될 수 있다.
또한, 분사노즐(120)의 분사영역 중심으로부터 일정 거리 이격되되 이격 방향이 상이한 압흔(114)들을 계측하고자 하는 경우 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 상기 관통공은 분사노즐(120)의 분사영역 중심을 곡률중심으로 하는 원호 형상(132c)으로 형성될 수도 있고, 분사노즐(120)의 분사영역 중심으로부터 일측 방향에 위치하는 압흔(114)들을 계측하고자 하는 경우 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이 상기 관통공은 상기 분사노즐(120)의 분사영역 중심을 중심점으로 갖는 부채꼴 형상(132d)으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 4종류의 관통공만을 도시하고 있으나, 상기 관통공의 형상 및 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치는, 관통공의 위치 및 형상이 상이한 여러 종류의 마스크(130) 중 적절한 마스크(130)를 선택하여 장착함으로써, 사용자가 원하는 특정 지점에만 압흔(114)을 형성할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 의한 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템(10)은, 사용자가 원하는 특정 지점에만 압흔(114)을 형성하고 계측함으로써, 입자 충돌에 의한 충돌력을 다양한 패턴으로 분석할 수 있다는 장점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10 : 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템 100 : 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치
110 : 압흔 형성기판 120 : 분사노즐
130 : 마스크 140 : 기판 이송유닛
150 : 노즐 이송유닛 200 : 압흔 측정장치
300 : 연산부

Claims (12)

  1. 기판과, 상기 기판의 일면으로 입자를 분사하는 분사노즐을 포함하여 구성되되,
    상기 기판은 상기 분사노즐로부터 분사되는 입자와의 충돌로 인해 오목한 압흔이 형성되도록 구성되며,
    상기 기판과 상기 분사노즐 사이에 위치되어 상기 분사노즐로부터 상기 입자가 분사될 때 상기 기판의 상면에 압흔이 형성됨을 방지하되, 상기 압흔이 사용자가 원하는 구간에만 형성되도록 상기 입자들 중 일부만이 통과되는 관통공이 형성되는 마스크를 더 포함하며,
    상기 기판과 상기 마스크 사이의 간격과, 상기 마스크와 상기 분사노즐 사이의 간격은 각각 개별적으로 가변 가능한 것을 특징으로 하는 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관통공은, 중심점이 상기 분사노즐의 분사영역 중심과 일치하는 원형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 관통공은, 중심점이 분사노즐의 분사영역 중심과 일치하는 슬릿 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 관통공은, 상기 분사노즐의 분사영역 중심을 곡률중심으로 하는 원호 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 관통공은, 상기 분사노즐의 분사영역 중심을 중심점으로 갖는 부채꼴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 입자보다 경도가 낮은 무른 재질의 표적박막이 상기 입자가 분사되는 면에 마련되는 것을 특징으로 하는 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분사노즐과 가까워지거나 멀어지는 방향으로 상기 기판을 이송하는 기판 이송유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 가까워지거나 멀어지는 방향으로 상기 분사노즐을 이송하는 노즐 이송유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치.
  10. 제1항 및 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 의한 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치;
    상기 압흔의 치수를 측정하는 압흔 측정장치;
    상기 압흔의 치수와, 상기 입자의 경도 및 반경과, 상기 기판의 경도를 입력값으로 하여 상기 입자의 충돌력을 산출하는 연산부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 압흔 측정장치는, 압흔의 반경과 깊이를 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 연산부는, 하기 [식 1]을 이용하여 상기 입자의 속도를 산출하고, 하기 [식 2]를 이용하여 상기 입자의 충돌력을 계산하는 것을 특징으로 하는 분사된 고체상 기체입자의 충돌력 분석시스템.
    [식 1]
    Figure 112013086624060-pat00005

    (V : 입자 속도, HPR : 기판일면 경도, Ar : 압흔 면적, h : 압흔 깊이, ρ : 입자 밀도, rp : 입자 반경)
    [식 2]
    Figure 112013086624060-pat00006

    (F : 충돌력, E* : 입자 유효영률, r* : 입자 등가반경, m* : 입자 유효질량, Vcl : 입자 속도)
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