KR101779488B1 - 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액체 CO2를 단열 팽창시켜 승화성 드라이아이스 입자들을 생성하고 이 드라이아이스 입자들을, 고속의 캐리어 가스에 실어서 세정 대상물의 표면에 분사하여 세정 대상물 표면을 세정하는 건식 세정기술에 관한 것으로, 액체 CO2를 단열 팽창시켜 승화성 드라이아이스 입자들을 생성하고 이 드라이아이스 입자들을 고속의 캐리어 가스에 실어서 세정 대상물의 표면에 분사하여 세정 대상물 표면을 세정하는 건식 세정기술에 있어서, 액체 이산화탄소 노즐의 끝단이 캐리어 가스 노즐의 끝단보다 상대적으로 외부로 더 돌출되어 캐리어 가스 노즐에 드라이아이스 입자의 성장을 방지하고, 액체 이산화탄소 노즐 끝단에 소수성 코팅을 하여 물방울 맺힘을 방지하여 불규칙한 드라이아이스 입자 발생을 방지함으로써, 세정 대상물의 표면 손상을 효과적으로 방지함은 물론 CO2의 소모량을 대폭 줄여서 경제적인 측면에서도 매우 유리하다. 또한, 마이크로 액체 이산화탄소 노즐을 직렬 또는 병렬 배열하여 손쉽게 대면적 세정용 와이드 노즐로 변형이 가능하고, 대면적 세정에 적합한 와이드 노즐에 적용하더라도 CO2 소모량을 절감할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 액체 CO2를 단열 팽창시켜 승화성 드라이아이스 입자들을 생성하고 이 드라이아이스 입자들을 고속의 캐리어 가스에 실어서 세정 대상물의 표면에 분사하여 세정 대상물의 표면을 세정하는 건식 세정장치에 관한 것으로, 좀더 구체적으로 액체 이산화탄소 노즐의 끝단이 캐리어 가스 노즐의 끝단보다 상대적으로 외부로 더 돌출되어 액체 이산화탄소 노즐의 온도 저하로 인한 물방울 생성 및 그 물방울에 의한 드라이아이스 입자의 성장을 최소화함으로써, 세정 대상물의 표면 손상을 효과적으로 방지함은 물론 CO2의 소모량을 대폭 줄일 수 있는 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체나 LCD 혹은 OLED 같은 평판 디스플레이(FPD; flat panel display)의 제조 공정에서, 주변 환경으로부터 발생하는 파티클 등의 이물질을 제거하기 위해서 에어 블로잉(Air-Blowing) 공정이 적용된다.
예를 들어, LCD 디스플레이 제조공정 중에서 마지막 단계인 AOI 검사 공정의 경우, 단순한 부유성 파티클 한 개만 떨어져 있어도 검사장비는 불량으로 인식하기 때문에 검사 수율 저하를 초래하므로, 검사 직전에 검사 대상물의 표면을 에어(Air)로 불어주는 공정이 유용하다.
하지만, 에어 블로잉의 경우, 10μm 이하의 파티클은 제거되지 않는데에 비해서 최근 디스플레이의 픽셀 사이즈는 계속 작아지기 때문에 에어 블로잉보다 더 강력한 세정력을 갖는 건식세정이 요구되고 있다.
건식 세정공정 중에 가장 대표적인 것이 CO2 스노우 세정 기술인데, 이산화탄소의 상변화에 의해 만들어진 승화성 드라이아이스 입자를 세정 대상물 표면에 분사하여 그때 발생하는 충돌 에너지에 의해서 파티클 같은 이물질을 제거하는 세정기술이 US Patent 5,125,979에 제안된 바 있다.
일반적으로 CO2 스노우 세정 기술을 금속 혹은 세라믹 같이 단단한 표면을 가진 작업 대상물에 적용할 경우, 드라이아이스의 경도가 Mohs 경도계 기준 2.5 수준이므로, 표면에 손상을 줄 가능성이 적지만 반도체 혹은 디스플레이의 제조공정에서 사용하는 물질은 표면이 매우 소프트한 경우가 많고, 또 작은 변화에도 아주 민감하게 작용하는 경우가 많아서 작업 대상물의 표면 손상 방지가 완벽하게 보장되지 않기 때문에 CO2 세정기술의 적용이 매우 제한적일 수밖에 없다.
통상, CO2 스노우 세정기술의 적용시, 작업 대상물의 표면에 손상을 주는 원인은 불규칙하게 성장한 큰 드라이아이스 입자가 작업 대상물의 표면에 충돌하는 경우 입자의 질량 효과로 충격량이 커지기 때문이다.
드라이아이스 입자의 성장이 일어나는 메카니즘은 드라이아이스 씨드(Seed)가 생성된 다음에, 노즐 내부에서 속도가 느려지는 경우 주변의 드라이아이스 입자가 하나로 뭉쳐지면서 드라이아이스의 성장이 일어난다.
또한, 드라이아이스 입자가 노즐 끝단 표면에 흡착되면 순간적으로 급속한 드라이아이스 입자의 성장이 이루어지고 이렇게 성장한 큰 입자는 질량이 점차 커지기 때문에 작업 대상물의 표면에 손상을 줄 수 있다.
따라서 드라이아이스 입자의 성장을 최대한 억제하기 위해서는 드라이아이스가 노즐 내부에서 이동하는 거리를 최소화하고 노즐 끝단 두께를 최대로 얇게 만들어 드라이아이스가 흡착 성장하는 것을 배제하는 것이 가장 중요하다.
또한, 디스플레이의 경우, 최근 대형화 추세로 세정해야 하는 면적이 매우 크기 때문에 일반적인 싱글 노즐로는 세정 시간을 달성하기 힘들다.
대면적에 적용하기 위해서는 넓은 노즐(Wide Nozzle) 형태가 요구되지만, 단순히 노즐을 병렬로 배열하여 와이드 노즐을 만들 경우, CO2 소모량이 너무 커서 경제성이 현저하게 떨어지는 문제가 발생한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액체 CO2를 단열 팽창시켜 승화성 드라이아이스 입자들을 생성하고 이 드라이아이스 입자들을, 고속의 캐리어 가스에 실어서 세정 대상물의 표면에 분사하여 세정 대상물 표면을 세정함에 있어서, 액체 이산화탄소 노즐의 끝단이 캐리어 가스 노즐의 끝단보다 상대적으로 외부로 더 돌출되어, 액체 이산화탄소 노즐의 온도 저하로 인하여 발생하는 물방울생성과 그 물방울에 의한 드라이아이스 입자의 성장을 최소화함으로써, 세정 대상물의 표면 손상을 효과적으로 방지함은 물론 마이크로의 액체 이산화탄소 노즐들을 병렬 배열하여 손쉽게 대면적 세정용 와이드 노즐로 변형이 가능하여 CO2의 소모량을 대폭 줄여서 경제적인 측면에서도 유리한 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치는 내부에 캐리어 가스가 유입되며, 끝단 부에 캐리어 가스를 분출하기 위한 캐리어 가스 노즐이 형성되는 캐리어 가스 유입관; 상기 캐리어 가스 유입관의 내부를 관통하여 설치되며, 액체 이산화탄소가 이송되는 액체 이산화탄소 이송관; 상기 액체 이산화탄소 이송관의 끝단 부에 구비되는 액체 이산화탄소 노즐; 및 세정시 발생하는 이물질을 흡입 제거하기 위하여 상기 캐리어 가스 유입관을 둘러 감싸도록 위치되는 이물질 흡입 부를 포함한다.
상기 액체 이산화탄소 노즐의 끝단이 상기 캐리어 가스 노즐의 끝단보다 상대적으로 외부로 더 돌출될 수 있다.
상기 액체 이산화탄소 노즐의 끝단은 날카로운 형상으로 형성되고, 상기 액체 이산화탄소 노즐의 표면에는 소수성 코팅이 형성될 수 있다.
상기 액체 이산화탄소 이송관의 끝단 부에 성장 노즐이 구비되고, 상기 성장 노즐의 끝단이 상기 캐리어 가스 노즐의 끝단보다 상대적으로 외부로 더 돌출될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치는 내부에 캐리어 가스가 유입되며, 끝단 부에 캐리어 가스를 분출하기 위한 캐리어 가스 노즐이 복수 개 형성되는 캐리어 가스 유입관; 상기 캐리어 가스 유입관의 내부에 병렬로 설치되며, 내부에 액체 이산화탄소가 이송되는 복수 개의 액체 이산화탄소 이송관; 액체 이산화탄소를 분출하기 위하여 상기 액체 이산화탄소 이송관의 끝단 부에 구비되는 액체 이산화탄소 노즐; 및 세정시 발생하는 이물질을 흡입하여 제거하기 위하여 상기 캐리어 가스 유입관을 둘러 감싸도록 위치되는 이물질 흡입부를 포함한다.
상기 액체 이산화탄소 노즐의 끝단이 상기 캐리어 가스 노즐의 끝단보다 상대적으로 외부로 더 돌출될 수 있다.
상기 액체 이산화탄소 노즐의 끝단은 날카로운 형상으로 형성되고, 상기 액체 이산화탄소 노즐의 표면에는 소수성 코팅이 형성될 수 있다.
상기 액체 이산화탄소 이송관의 끝단 부에 성장 노즐이 구비되고, 상기 성장 노즐의 끝단이 상기 캐리어 가스 노즐의 끝단보다 상대적으로 외부로 더 돌출될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 액체 CO2를 단열 팽창시켜 승화성 드라이아이스 입자들을 생성하고 이 드라이아이스 입자들을, 고속의 캐리어 가스에 실어서 세정 대상물의 표면에 분사하여 세정 대상물 표면을 세정함에 있어서, 액체 이산화탄소 노즐의 끝단이 캐리어 가스 노즐의 끝단보다 상대적으로 외부로 더 돌출되어, 액체 이산화탄소 노즐의 온도 저하로 인한 물방울 발생 및 그 물방울에 의한 드라이아이스 입자의 성장을 최소화함으로써, 캐리어 가스 노즐에 드라이아이스 입자의 성장을 방지하고, 액체 이산화탄소 노즐 끝단에 소수성 코팅을 하여 물방울 맺힘을 방지하여 불규칙한 드라이아이스 입자를 방지함으로써, 세정 대상물의 표면 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 마이크로의 액체 이산화탄소 노즐을 직렬 또는 병렬 배열하여 손쉽게 대면적 세정용 와이드 노즐로 변형이 가능하고, 대면적 세정에 적합한 와이드 노즐에 적용하여 CO2 소모량을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 미세한 마이크로 액체 이산화탄소 노즐을 이용하여 드라이아이스의 입자를 생성함에 따라 CO2 소모량을 획기적으로 줄일 수 있으며, 마이크로 니들(Needle) 구조로 액체 이산화탄소 노즐을 만들 수 있으므로, 노즐의 크기를 현저하게 줄임에 따라 다량의 노즐을 직렬 또는 병렬 배치하여, 적은 CO2 량으로도 폭이 넓은 노즐 또는 균일 분포의 노즐을 이용한 세정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치의 구성을 보인 단면도
도 2는 도 1의 확대도
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치의 구성을 보인 단면도
도 4는 도 3의 확대도
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치의 구성을 보인 단면도
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치의 구성을 보인 단면도
도 2는 도 1의 확대도
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치의 구성을 보인 단면도
도 4는 도 3의 확대도
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치의 구성을 보인 단면도
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치의 구성을 보인 단면도
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치의 구성을 보인 단면도이고, 도 2는 도 1의 확대도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치(100)는 캐리어 가스 유입관(110), 액체 이산화탄소 이송관(120), 액체 이산화탄소 노즐(130), 및 이물질 흡입 부(140)를 포함한다.
캐리어 가스 유입관(110)은 내부에 캐리어 가스, 예를 들어 질소가스(N2 gas)나 정화된 공기(CDA; Clean Dry Air), 또는 불활성 가스가 유입되도록 구성된다.
캐리어 가스 유입관(110)의 끝단 부에는 캐리어 가스를 분출하기 위한 캐리어 가스 노즐(111)이 형성된다.
캐리어 가스 노즐(111)은 캐리어 가스 유입관(110)의 끝단에 일체로 형성되며, 그 캐리어 가스 노즐(111)을 통해서 캐리어 가스가 고속으로 분출되도록 구성되며, 드라이아이스 입자를 가속시키는 역할을 한다.
액체 이산화탄소 이송관(120)은 캐리어 가스 유입관(110)의 외부에서 내부로 관통하여 설치되는데, 액체 이산화탄소 이송관(120)의 내부에는 액체 이산화탄소가 이송되도록 구성된다.
액체 이산화탄소 이송관(120)의 끝단 부는 캐리어 가스 노즐(111)과 상응하는 형상으로 형성된다. 즉, 이송관(120)의 끝단 부 외측 면(120a)은 캐리어 가스 노즐(111) 내측 면(111a)과 평행하게 형성될 수 있다.
액체 이산화탄소 노즐(130)은 액체 CO2를 단열 팽창시켜서 미세한 입자로 만들어 분사시키는 역할을 하는 것으로, 액체 이산화탄소 이송관(120)의 끝단 부에 설치되는데, 액체 이산화탄소 노즐(130)의 끝단(130b)이 캐리어 가스 노즐(111)의 끝단(111b)보다 상대적으로 외부로 더 돌출되도록 구성된다.
즉, 이러한 구조에 의하여 액체 이산화탄소 노즐(130)로부터 발생한 미세한 드라이 아이스의 입자를 캐리어 가스에 의하여 가속화하고, 액체 이산화탄소 노즐(130)과 단차를 두어 온도저하를 최소화한다.
액체 이산화탄소 노즐(130)은 단열 팽창에 따른 온도 저하에 의하여 부착되는 물방울에 의한 드라이아이스 입자의 성장을 최소화하는 구조로서, 물방울이 맺히는 것을 방지하기 위하여 액체 이산화탄소 노즐(130)의 끝단은 날카로운 형상으로 형성되고, 액체 이산화탄소 노즐(130)의 표면에는 소수성 코팅이 형성되는 것이 바람직하다.
액체 이산화탄소 노즐(130)의 내경은 액체 이산화탄소 이송관(120)의 내경보다 작게 형성된다.
액체 이산화탄소 노즐(130)의 내경은 액체 이산화탄소 이송관(120)의 내경보다 작게 형성된다.
액체 이산화탄소 이송관(120) 및 액체 이산화탄소 노즐(130)은 CO2 이송관과 노즐의 관계에서 CO2 압력 변화를 최소화하여 액체 CO2의 온도 저하를 최소화하기 위한 구조이다.
이물질 흡입 부(140)는 세정시 발생하는 이물질의 비산을 방지하고 흡입 제거하기 위하여 캐리어 가스 유입관(110)에 일체로 캐리어 가스 유입관(110) 전단부 주위를 둘러 감싸도록 하는 위치에 설치되는데, 전면에는 개구부(141)가 형성되고 측면에는 흡입부(142)가 형성된다.
이물질 흡입 부(140)는 세정 대상물의 표면(10)과 1 내지 2㎜ 간격을 유지하고, 캐리어 가스의 고속분사에 의해 발생하는 이물질이 외부로 비산(飛散)하지 않도록 하고, 이물질을 흡입하여 제거한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치(100)의 작용효과에 대하여 설명한다.
액체 이산화탄소 이송관(120) 안으로 액체 이산화탄소를 주입하고, 캐리어 가스 유입관(110) 안으로 캐리어 가스를 주입한다.
액체 이산화탄소 노즐(130)을 통해서 액체 CO2를 분출하여 단열 팽창시켜 승화성 드라이아이스 입자들을 생성하고 이 드라이아이스 입자들을, 고속으로 이동하는 캐리어 가스에 실어서 세정 대상물의 표면(10)에 분사하여, 그때 발생하는 충돌 에너지에 의해서 파티클 같은 이물질을 제거하여 세정한다.
이때, 액체 이산화탄소 노즐(130)의 끝단(130b)이 캐리어 가스 노즐(111)의 끝단(111b)보다 상대적으로 외부로 더 돌출되도록 구성됨으로써, 캐리어 가스 노즐에 드라이아이스 입자의 성장을 방지하고, 드라이아이스 입자가 불규칙적으로 성장하는 것을 방지하여, 세정 대상물의 표면(10) 손상을 효과적으로 방지함은 물론 CO2 소모량을 대폭 줄일 수 있고, 물방울 및 드라이아이스 입자의 성장을 억제할 수 있다.
또한, 이물질 흡입 부(140)는 세정 대상물의 표면(10)과 1 내지 2㎜ 간격을 유지하고, 캐리어 가스의 고속분사에 의해 발생하는 이물질이 외부로 비산(飛散)하지 않도록 하고, 효율적으로 이물질을 흡입하여 제거한다.
한편, 도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치의 구성을 보인 단면도이고, 도 4는 도 3의 확대도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치(200)는 캐리어 가스 유입관(210), 액체 이산화탄소 이송관(220), 액체 이산화탄소 노즐(230), 이물질 흡입 부(240), 및 성장 노즐(250)을 포함한다.
캐리어 가스 유입관(210)은 내부에 캐리어 가스, 예를 들어 질소가스(N2 gas)나 정화된 공기(CDA; Clean Dry Air), 또는 불활성 가스가 유입되도록 구성된다.
캐리어 가스 유입관(210)의 끝단 부에는 캐리어 가스를 분출하기 위한 캐리어 가스 노즐(211)이 형성된다.
캐리어 가스 노즐(211)은 캐리어 가스 유입관(210)의 끝단에 일체로 형성되며, 그 캐리어 가스 노즐(211)을 통해서 캐리어 가스가 고속으로 분출되도록 구성되며, 드라이아이스 입자를 가속시키는 역할을 한다.
액체 이산화탄소 이송관(220)은 캐리어 가스 유입관(210)의 외부에서 내부로 관통하여 설치되는데, 액체 이산화탄소 이송관(220)의 내부에는 액체 이산화탄소가 이송되도록 구성된다.
성장 노즐(250)의 끝단 부는 캐리어 가스 노즐(211)과 상응하는 형상으로 형성된다. 즉, 성장 노즐(250)의 끝단 부 외측 면(250a)은 캐리어 가스 노즐(211) 내측 면(211a)과 평행하게 형성된다.
액체 이산화탄소 노즐(230)은 액체 이산화탄소 이송관(220)의 끝단 부에 설치되며, 80μm 미만의 내경을 갖는 중공형의 니들(Needle) 구조로 구성될 수 있다.
액체 이산화탄소 노즐(230)은 액체 이산화탄소를 균일하게 분사하는 역할을 한다.
성장 노즐(250)은 액체 이산화탄소 노즐(230)을 커버링하는 위치에서 액체 이산화탄소 이송관(220)의 끝단 부에 설치되어 드라이아이스 입자를 성장하는 역할을 한다.
성장 노즐(250)의 끝단(250b)은 캐리어 가스 노즐(211)의 끝단(211b)보다 상대적으로 외부로 더 돌출되도록 구성된다. 성장 노즐(250)은 드라이아이스 입자를 성장시켜 노즐을 힘을 조절할 수 있다.
이물질 흡입 부(240)는 세정시 발생하는 이물질의 비산을 방지하고 흡입 제거하기 위하여 캐리어 가스 유입관(210)에 일체로 캐리어 가스 유입관(210) 전단부 주위를 둘러 감싸는 위치에 설치되는데, 전면에는 개구부(241)가 형성되고 측면에는 흡입부(242)가 형성된다.
이물질 흡입 부(240)는 세정 대상물의 표면과 1 내지 2㎜ 간격을 유지하고, 캐리어 가스의 고속분사에 의해 발생하는 이물질이 외부로 비산(飛散)하지 않도록 하고, 이물질을 흡입 제거한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치(200)의 특징으로는, 성장 노즐(250)이 액체 이산화탄소 이송관(220)의 끝단 부에 구비되고, 성장 노즐(250)의 끝단(250b)이 캐리어 가스 노즐(211)의 끝단(211b)보다 상대적으로 외부로 더 돌출되도록 구성된다.
액체 이산화탄소 노즐(230)의 후단부(232)는 액체 이산화탄소 이송관(220) 안에 위치하고 액체 이산화탄소 노즐(230)의 전단부(231)는 성장 노즐(250) 안에 위치한다. 전단부(231)에는 경사면이 형성될 수 있다.
액체 이산화탄소 노즐(230)의 후단부(232)는 액체 이산화탄소 이송관(220) 안에 위치하고 액체 이산화탄소 노즐(230)의 전단부(231)는 성장 노즐(250) 안에 위치한다. 전단부(231)에는 경사면이 형성될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치(200)의 작용 효과에 대하여 설명한다.
액체 이산화탄소 이송관(220) 안으로 액체 이산화탄소를 주입하고, 캐리어 가스 유입관(210) 안으로 캐리어 가스를 주입한다. 성장 노즐(250)을 통해서 액체 CO2를 단열 팽창시켜 승화성 드라이아이스 입자들을 생성하고 이 드라이아이스 입자들을, 고속으로 이동하는 캐리어 가스에 실어서 세정 대상물의 표면(10)에 분사하여, 그때 발생하는 충돌 에너지에 의해서 파티클 같은 이물질을 제거하여 세정한다.
액체 이산화탄소 노즐(230) 및 성장 노즐(250)이 함께 구성된 2 단 구조로 이루어지고, 성장 노즐(250)의 끝단(250b)이 캐리어 가스 노즐(211)의 끝단(211b)보다 상대적으로 외부로 더 돌출되도록 구성됨으로써, 압력 저하를 방지하여 캐리어 가스 노즐(211)에 드라이아이스 입자의 성장을 방지함으로써 세정 대상물의 표면(10) 손상을 효과적으로 방지함은 물론 CO2 소모량을 대폭 줄일 수 있다.
또한, 이물질 흡입 부(250)는 세정 대상물의 표면(10)과 1 내지 2㎜ 간격을 유지하고, 캐리어 가스의 고속분사에 의해 발생하는 이물질이 외부로 비산(飛散)하지 않도록 하고, 효율적으로 이물질을 흡입하여 제거한다.
한편, 도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치의 구성을 보인 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치(300)는 박스 형상의 캐리어 가스 유입관(310), 복수 개의 액체 이산화탄소 이송관(320), 액체 이산화탄소 노즐(330), 및 이물질 흡입부(340)를 포함한다.
캐리어 가스 유입관(310)은 내부에 캐리어 가스, 예를 들어 질소가스(N2 gas)나 정화된 공기(CDA; Clean Dry Air), 또는 불활성 가스가 유입되도록 구성된다.
캐리어 가스 유입관(310)은 박스 형상으로 구성되며, 끝단 부에 캐리어 가스를 분출하기 위한 캐리어 가스 노즐들(311)이 균등 간격으로 형성된다.
캐리어 가스 노즐(311)은 캐리어 가스 유입관(310)에 일체로 형성되며, 그 캐리어 가스 노즐(311)을 통해서 캐리어 가스가 고속으로 분출되도록 구성된다.
액체 이산화탄소 이송관(320)은 캐리어 가스 유입관(310)의 내부에 설치되는데, 액체 이산화탄소 이송관(320)의 내부로는 액체 이산화탄소가 이송되도록 구성된다.
액체 이산화탄소 노즐(330)은 액체 CO2를 단열 팽창시켜서 미세한 입자로 만들어 분사시키는 역할을 하는 것으로 액체 이산화탄소 이송관(320)의 끝단 부에 설치된다. 액체 이산화탄소 노즐(330)의 끝단(330b)이 캐리어 가스 노즐(311)의 끝단(311b)보다 상대적으로 외부로 더 돌출되도록 구성됨으로써, 캐리어 가스 노즐에 드라이아이스 입자의 성장을 방지하고, 드라이아이스 입자가 불규칙적으로 성장하는 것을 방지하여 세정 대상물의 표면(10) 손상을 효과적으로 방지함은 물론 CO2의 소모량을 대폭 줄일 수 있고, 물방울 및 드라이아이스 입자의 성장을 효과적으로 억제할 수 있다.
액체 이산화탄소 노즐(330)의 끝단은 날카로운 형상으로 형성되고, 액체 이산화탄소 노즐(330)의 표면에는 소수성 코팅이 형성될 수 있다.
마이크로의 액체 이산화탄소 노즐(330)을 병렬 배열하여 손쉽게 대면적 세정용 와이드 노즐로 변형이 가능하고, 대면적 세정에 적합한 와이드 노즐에 적용하더라도 CO2 소모량을 절감할 수 있다.
이물질 흡입 부(340)는 세정시 발생하는 이물질의 비산을 방지하고 흡입 제거하기 위하여 캐리어 가스 유입관(310)에 캐리어 가스 유입관(310) 주위를 둘러 감싸는 위치에 설치되는데, 전면에는 개구부(341)가 형성되고 측면에는 흡입부(342)가 형성된다.
이물질 흡입 부(340)는 세정 대상물의 표면(10: 도 1 참조)과 1 내지 2㎜ 간격을 유지하고, 캐리어 가스의 고속분사에 의해 발생하는 이물질이 외부로 비산되지 않도록 하고, 이물질을 흡입 제거한다.
액체 이산화탄소 이송관(320)의 상단부에는 각각의 액체 이산화탄소 이송관(320) 안으로 액체 이산화탄소를 개별 공급하기 위한 분배부(321)가 형성되고, 액체 이산화탄소 노즐(330)의 내경은 액체 이산화탄소 이송관(320)의 내경보다 작게 형성된다.
액체 이산화탄소 이송관(320)의 상단부에는 각각의 액체 이산화탄소 이송관(320) 안으로 액체 이산화탄소를 개별 공급하기 위한 분배부(321)가 형성되고, 액체 이산화탄소 노즐(330)의 내경은 액체 이산화탄소 이송관(320)의 내경보다 작게 형성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제3 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치(300)의 작용 효과에 대하여 설명한다.
액체 이산화탄소 이송관(320) 안으로 액체 이산화탄소를 주입하고, 캐리어 가스 유입관(310) 안으로 캐리어 가스를 주입한다. 액체 이산화탄소 노즐(330)을 통해서 액체 CO2를 단열 팽창시켜 승화성 드라이아이스 입자들을 생성하고 이 드라이아이스 입자들을, 고속으로 이동하는 캐리어 가스에 실어서 세정 대상물의 표면(10)에 분사하여, 그때 발생하는 충돌 에너지에 의해서 파티클 같은 이물질을 제거하여 세정한다.
액체 이산화탄소 노즐(330)의 끝단(330b)이 캐리어 가스 노즐(311)의 끝단(311b)보다 상대적으로 외부로 더 돌출되도록 구성됨으로써, 캐리어 가스 노즐에 드라이아이스 입자의 성장을 방지하여 세정 대상물의 표면 손상을 효과적으로 방지함은 물론 CO2의 소모량을 대폭 줄일 수 있다.
또한, 이물질 흡입 부(340)는 세정 대상물의 표면(10: 도 1 참조)과 1 내지 2㎜ 간격을 유지하고, 캐리어 가스의 고속분사에 의해 발생하는 이물질이 외부로 비산(飛散)하지 않도록 하고, 효율적으로 이물질을 흡입하여 제거한다.
한편, 도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치의 구성을 보인 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치(400)는 캐리어 가스 유입관(410), 복수 개의 액체 이산화탄소 이송관(420), 액체 이산화탄소 노즐(430), 성장 노즐(450), 및 이물질 흡입부(440)를 포함한다.
캐리어 가스 유입관(410)은 내부에 캐리어 가스, 예를 들어 질소가스(N2 gas)나 정화된 공기(CDA; Clean Dry Air), 또는 불활성 가스가 유입되도록 구성된다.
캐리어 가스 유입관(410)은 박스 형상으로 구성되며, 끝단 부에 캐리어 가스를 분출하기 위한 캐리어 가스 노즐들(411)이 균등 간격으로 형성된다.
캐리어 가스 노즐(411)은 캐리어 가스 유입관(410)에 일체로 형성되며, 그 캐리어 가스 노즐(411)을 통해서 캐리어 가스가 고속으로 분출되도록 구성된다.
액체 이산화탄소 이송관(420)은 캐리어 가스 유입관(410)의 내부에 설치되는데, 액체 이산화탄소 이송관(420)의 내부로는 액체 이산화탄소가 이송되도록 구성된다.
액체 이산화탄소 노즐(430)은 액체 이산화탄소 이송관(420)의 끝단 부에 설치되는데, 성장 노즐(450)의 내부에 위치하도록 구성된다. 액체 이산화탄소 노즐(430)은 80μm 미만의 내경을 갖는 중공형의 니들(Needle) 구조로 구성될 수 있다.
성장 노즐(450)은 액체 이산화탄소 이송관(420)의 끝단 부에 설치되고, 성장 노즐(450)의 끝단(450b)이 캐리어 가스 노즐(411)의 끝단(411b)보다 상대적으로 외부로 더 돌출되도록 구성된다. 성장 노즐(250)은 드라이아이스 입자를 성장시켜 노즐을 힘을 조절할 수 있다.
마이크로의 액체 이산화탄소 노즐(430)을 병렬 배열하여 손쉽게 대면적 세정용 와이드 노즐로 변형이 가능하고, 대면적 세정에 적합한 와이드 노즐에 적용하더라도 CO2 소모량을 절감할 수 있다.
이물질 흡입 부(440)는 세정시 발생하는 이물질의 비산을 방지하고 흡입 제거하기 위하여 캐리어 가스 유입관(410) 주위를 둘러 감싸는 위치에 설치되는데, 전면에는 개구부(441)가 형성되고 측면에는 흡입부(442)가 형성된다.
이물질 흡입 부(440)는 세정 대상물의 표면(10: 도 2 참조)과 1 내지 2㎜ 간격을 유지하고, 캐리어 가스의 고속분사에 의해 발생하는 이물질이 외부로 비산되지 않도록 하고, 이물질을 흡입 제거한다.
액체 이산화탄소 이송관(420)의 상단부에는 각각의 액체 이산화탄소 이송관(420) 안으로 액체 이산화탄소를 개별 공급하기 위한 분배부(421)가 형성되고, 액체 이산화탄소 노즐(430)의 후단부(432)는 액체 이산화탄소 이송관(420) 안에 위치하고 액체 이산화탄소 노즐(430)의 전단부(431)는 성장 노즐(450) 안에 위치한다. 전단부(431)에는 경사면이 형성될 수 있다.
액체 이산화탄소 이송관(420)의 상단부에는 각각의 액체 이산화탄소 이송관(420) 안으로 액체 이산화탄소를 개별 공급하기 위한 분배부(421)가 형성되고, 액체 이산화탄소 노즐(430)의 후단부(432)는 액체 이산화탄소 이송관(420) 안에 위치하고 액체 이산화탄소 노즐(430)의 전단부(431)는 성장 노즐(450) 안에 위치한다. 전단부(431)에는 경사면이 형성될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제4 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치(400)의 작용 효과에 대하여 설명한다.
액체 이산화탄소 이송관(420) 안으로 액체 이산화탄소를 주입하고, 캐리어 가스 유입관(410) 안으로 캐리어 가스를 주입한다.
성장노즐(450)을 통해서 액체 CO2를 단열 팽창시켜 승화성 드라이아이스 입자들을 생성하고 이 드라이아이스 입자들을, 고속으로 이동하는 캐리어 가스에 실어서 세정 대상물의 표면(10)에 분사하여, 그때 발생하는 충돌 에너지에 의해서 파티클 같은 이물질을 제거하여 세정한다.
성장 노즐(450)의 끝단(450b)이 캐리어 가스 노즐(411)의 끝단(411b)보다 상대적으로 외부로 더 돌출되도록 구성됨으로써, 캐리어 가스 노즐(411)에 드라이아이스 입자의 성장을 방지하여 세정 대상물의 표면(10) 손상을 효과적으로 방지함은 물론 CO2의 소모량을 대폭 줄일 수 있다.
또한, 이물질 흡입 부(440)는 세정 대상물의 표면(10: 도 2 참조)과 1 내지 2㎜ 간격을 유지하고, 캐리어 가스의 고속분사에 의해 발생하는 이물질이 외부로 비산(飛散)하지 않도록 하고, 효율적으로 이물질을 흡입하여 제거한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 액체 CO2를 단열 팽창시켜 승화성 드라이아이스 입자들을 생성하고 이 드라이아이스 입자들을, 고속의 캐리어 가스에 실어서 세정 대상물의 표면에 분사하여 세정 대상물 표면을 세정하는 건식 세정기술에 있어서, 액체 이산화탄소 노즐의 끝단이 캐리어 가스 노즐의 끝단보다 상대적으로 외부로 더 돌출되어 액체 이산화탄소 노즐의 온도 저하에 의하여 부착되는 물방울에 의한 드라이아이스 입자의 성장을 최소화함으로써, 캐리어 가스 노즐에 드라이아이스 입자의 성장을 방지하고, 액체 이산화탄소 노즐 끝단에 소수성 코팅을 하여 물방울 맺힘을 방지하여 불규칙한 드라이아이스 입자를 방지함으로써, 세정 대상물의 표면 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 마이크로의 액체 이산화탄소 노즐을 직렬 또는 병렬 배열하여 손쉽게 대면적 세정용 와이드 노즐로 변형이 가능하고, 대면적 세정에 적합한 와이드 노즐에 적용하여 CO2 소모량을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 미세한 마이크로 액체 이산화탄소 노즐을 이용하여 드라이아이스의 입자를 생성함에 따라 CO2 소모량을 획기적으로 줄일 수 있으며, 마이크로 니들(Needle) 구조로 액체 이산화탄소 노즐을 만들 수 있으므로 노즐의 크기를 현저하게 줄임에 따라 다량의 노즐을 직렬 또는 병렬 배치하여, 적은 CO2 량으로도 폭이 넓은 노즐 또는 균일 분포의 노즐을 이용한 세정이 가능하다.
100: 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치
110: 캐리어 가스 유입관
111: 캐리어 가스 노즐
111a: 캐리어 가스 노즐 내측 면
111b: 캐리어 가스 노즐의 끝단
120: 액체 이산화탄소 이송관
120a: 이송관의 끝단 부 외측 면
130: 액체 이산화탄소 노즐
130b: 액체 이산화탄소 노즐의 끝단
140: 이물질 흡입 부
200: 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치
210: 캐리어 가스 유입관
211: 캐리어 가스 노즐
220: 액체 이산화탄소 이송관
230: 액체 이산화탄소 노즐
240: 이물질 흡입 부
250: 성장 노즐
300: 본 발명의 제3 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치
310: 캐리어 가스 유입관
320: 액체 이산화탄소 이송관
330: 액체 이산화탄소 노즐
340: 이물질 흡입부
400: 본 발명의 제4 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치
410: 캐리어 가스 유입관
420: 액체 이산화탄소 이송관
430: 액체 이산화탄소 노즐
440: 이물질 흡입부
450: 성장 노즐
110: 캐리어 가스 유입관
111: 캐리어 가스 노즐
111a: 캐리어 가스 노즐 내측 면
111b: 캐리어 가스 노즐의 끝단
120: 액체 이산화탄소 이송관
120a: 이송관의 끝단 부 외측 면
130: 액체 이산화탄소 노즐
130b: 액체 이산화탄소 노즐의 끝단
140: 이물질 흡입 부
200: 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치
210: 캐리어 가스 유입관
211: 캐리어 가스 노즐
220: 액체 이산화탄소 이송관
230: 액체 이산화탄소 노즐
240: 이물질 흡입 부
250: 성장 노즐
300: 본 발명의 제3 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치
310: 캐리어 가스 유입관
320: 액체 이산화탄소 이송관
330: 액체 이산화탄소 노즐
340: 이물질 흡입부
400: 본 발명의 제4 실시 예에 따른 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치
410: 캐리어 가스 유입관
420: 액체 이산화탄소 이송관
430: 액체 이산화탄소 노즐
440: 이물질 흡입부
450: 성장 노즐
Claims (8)
- 내부에 캐리어 가스가 유입되며, 끝단 부에 캐리어 가스를 분출하기 위한 캐리어 가스 노즐(111)이 형성되는 캐리어 가스 유입관(110);
상기 캐리어 가스 유입관(110)의 외부에서 내부로 관통하여 설치되며, 액체 이산화탄소가 이송되는 액체 이산화탄소 이송관(120);
상기 액체 이산화탄소 이송관(120)의 끝단 부에 구비되는 액체 이산화탄소 노즐(130); 및
세정시 발생하는 이물질을 흡입 제거하기 위하여 상기 캐리어 가스 유입관(110)의 전단부 주위를 둘러 감싸는 위치에 상기 캐리어 가스 유입관(110)에 일체로 설치되며, 전면에는 개구부(141)가 형성되고 측면에는 흡입부(142)가 형성되는 이물질 흡입 부(140); 를 포함하되,
상기 액체 이산화탄소 노즐(130)의 끝단이 상기 캐리어 가스 노즐(111)의 끝단보다 외부로 더 돌출되며,
상기 액체 이산화탄소 노즐(130)의 내경은 상기 액체 이산화탄소 이송관(120)의 내경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 액체 이산화탄소 노즐(130)의 끝단은 날카로운 형상으로 형성되고, 상기 액체 이산화탄소 노즐(130)의 표면에는 소수성 코팅이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치. - 내부에 캐리어 가스가 유입되며, 끝단 부에 캐리어 가스를 분출하기 위한 캐리어 가스 노즐(211)이 형성되는 캐리어 가스 유입관(210);
상기 캐리어 가스 유입관(210)의 외부에서 내부로 관통하여 설치되며, 액체 이산화탄소가 이송되는 액체 이산화탄소 이송관(220);
상기 액체 이산화탄소 이송관(220)의 끝단 부에 구비되는 액체 이산화탄소 노즐(230);
세정시 발생하는 이물질을 흡입 제거하기 위하여 상기 캐리어 가스 유입관(210)의 전단부 주위를 둘러 감싸는 위치에 상기 캐리어 가스 유입관(210)에 일체로 설치되며, 전면에는 개구부(241)가 형성되고 측면에는 흡입부(242)가 형성되는 이물질 흡입 부(240); 및
상기 액체 이산화탄소 이송관(220)의 끝단 부에 위치하여 상기 액체 이산화탄소 노즐(230)을 커버링하도록 위치되고, 끝단이 상기 캐리어 가스 노즐(211)의 끝단보다 외부로 더 돌출되는 성장 노즐(250); 을 포함하되,
상기 액체 이산화탄소 노즐(230)의 후단부(232)는 상기 액체 이산화탄소 이송관(220) 안에 위치하고 상기 액체 이산화탄소 노즐(230)의 전단부(231)는 상기 성장 노즐(250) 안에 위치하는 것을 특징으로 하는 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치. - 내부에 캐리어 가스가 유입되며, 끝단 부에 캐리어 가스를 분출하기 위한 캐리어 가스 노즐(311)이 형성되는 복수 개의 캐리어 가스 유입관(310);
상기 캐리어 가스 유입관(310)의 내부에 병렬로 설치되며, 내부에 액체 이산화탄소가 이송되는 복수 개의 액체 이산화탄소 이송관(320);
액체 이산화탄소를 분출하기 위하여 상기 액체 이산화탄소 이송관(320)의 끝단 부에 구비되는 액체 이산화탄소 노즐(330); 및
세정시 발생하는 이물질을 흡입 제거하기 위하여 상기 캐리어 가스 유입관(310) 주위를 감싸도록 상기 캐리어 가스 유입관(310)에 설치되며, 전면에는 개구부(341)가 형성되고 측면에는 흡입부(342)가 형성되는 이물질 흡입부(340); 를 포함하되,
상기 액체 이산화탄소 노즐(330)의 끝단이 상기 캐리어 가스 노즐(311)의 끝단보다 외부로 더 돌출되며,
상기 액체 이산화탄소 이송관(320)의 상단부에는 각각의 상기 액체 이산화탄소 이송관(320) 안으로 액체 이산화탄소를 개별 공급하기 위한 분배부(321)가 형성되고,
상기 액체 이산화탄소 노즐(330)의 내경은 상기 액체 이산화탄소 이송관(320)의 내경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치. - 삭제
- 청구항 5에 있어서,
상기 액체 이산화탄소 노즐(330)의 끝단은 날카로운 형상으로 형성되고, 상기 액체 이산화탄소 노즐(330)의 표면에는 소수성 코팅이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치. - 내부에 캐리어 가스가 유입되며, 끝단 부에 캐리어 가스를 분출하기 위한 캐리어 가스 노즐(411)이 형성되는 복수 개의 캐리어 가스 유입관(410);
상기 캐리어 가스 유입관(410)의 내부에 병렬로 설치되며, 내부에 액체 이산화탄소가 이송되는 복수 개의 액체 이산화탄소 이송관(420);
상기 액체 이산화탄소 이송관(420)의 끝단 부에 구비되는 액체 이산화탄소 노즐(430);
세정시 발생하는 이물질을 흡입 제거하기 위하여 상기 캐리어 가스 유입관(410) 주위를 감싸도록 위치되는 이물질 흡입 부(440); 및
상기 액체 이산화탄소 이송관(420)의 끝단 부에 위치하여 상기 액체 이산화탄소 노즐(430)이 내부에 위치되고, 끝단이 상기 캐리어 가스 노즐(411)의 끝단보다 외부로 더 돌출되는 성장 노즐(450); 을 포함하되,
상기 액체 이산화탄소 이송관(420)의 상단부에는 각각의 상기 액체 이산화탄소 이송관(420) 안으로 액체 이산화탄소를 개별 공급하기 위한 분배부(421)가 형성되고,
상기 액체 이산화탄소 노즐(430)의 후단부(432)는 상기 액체 이산화탄소 이송관(420) 안에 위치하고 상기 액체 이산화탄소 노즐(430)의 전단부(431)는 상기 성장 노즐(450) 안에 위치하는 것을 특징으로 하는 마이크로 이산화탄소 스노우 세정장치.
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