KR102065146B1 - 증기를 이용한 대상물 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증기를 이용한 대상물 처리 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 증기를 이용한 대상물 처리 장치는, 하나 이상의 제1 유로를 서로 연결하고, 상기 제1 유로를 통과하는 순수를 저항 가열하기 위한 순수예열부; 상기 제1 유로에 연결되는 하나 이상의 제2 유로를 형성하고, 상기 제2 유로를 통과하는 순수를 고주파 유도 가열을 이용하여 증기를 발생하기 위한 증기 발생부; 상기 순수예열부와 상기 증기발생부 각각에 전원을 공급하기 위한 전원공급부; 및 상기 전원공급부를 제어하기 위한 제어부; 상기 증기발생부로부터 생성된 증기를 대상물로 분사하기 위한 노즐부;를 포함한다.

Description

증기를 이용한 대상물 처리 장치{APPARATUS FOR PROCESSING OBJECT USING STEAM}
본 발명은 증기를 이용한 대상물 처리 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 유도 가열을 이용하여 미리 예열된 순수를 증기로 빠르게 발생시켜 대상물로 분사함으로써, 대용량의 증기를 발생시킬 수는 있지만 전체 설비 면적을 줄여 처리 시스템의 규모를 소형화하기 위한, 증기를 이용한 대상물 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼(Semiconductor wafer), 평판디스플레이의 유리기판, 금속판 등과 같은 수많은 워크피스의 표면에는 제조공정 중에 많은 잔류물질(Residual organic materials), 미립자(Particle), 유기물, 무기물 등 오염물질이 존재하게 된다. 반도체 디바이스 제조공정에서는 웨이퍼에 패턴을 형성한 후 세정하는 세정 공정이 반복된다. 웨이퍼를 세정하는 이유는 포토레지스트막이나 폴리머막 등의 유기물이나 파티클 등을 제거하는 것이다. 유기물이나 파티클은 제품의 결함을 발생시키기 때문에 이를 제거하기 위한 세정공정(Cleaning process)의 중요성은 더욱 부각되고 있는 추세에 있다.
반도체와 같은 산업분야에서는 비용이 저렴하고 기술의 적합성이 검증되어 있는 습식 세정법이 광범위하게 사용되고 있다. 그런데 습식 세정은 독성이 매우 강한 강산과 강염기를 주로 사용하므로, 환경오염, 안전성 등의 문제로 사용이 규제되고 있다. 또한, 반도체 소자의 집적도가 증가되는 것에 따라 세정제와 초순수의 순도를 높게 유지해야 할 필요가 있으므로, 비용이 증가되고 있는 실정이다. 특히, 습식 세정은 진공장비들과 연계시켜 연속적인 공정을 수행하기 위한 클러스터 툴 시스템(Cluster tool system)에 적용하기 어렵다. 습식 세정법의 단점을 보완하고 해결하기 위하여 건식 세정법이 개발되어 적용되고 있다. 기상 세정이라 부르고도 있는 건식 세정에는 초음파 세정, 전리오존 세정, 엑시머 자외선(Excimer ultraviolet, EUV) 세정, 플라즈마(Plasma) 세정 등이 있다. 건식 세정장비는 구성이 복잡하고 차지하는 면적도 넓은 단점이 있다.
한편, 친환경적이면서 세정력이 우수한 고온고압의 스팀을 이용하는 스팀 세정장비가 개발되었다. 스팀세정장비는 히터를 이용하여 대용량 용기에 담긴 물을 가열하여 스팀을 발생시켜 이를 웨이퍼에 분사하여 세정하는 방식이다.
이와 같은 스팀세정장비는 대부분 대량으로 스팀을 생성하기 위해 대용량의 용기를 사용함으로써, 반도체 디바이스 제조 공정에서 일부를 차지하는 세정 시스템의 규모가 대형화될 수 밖에 없다.
또한, 대형화된 스팀세정장비는 스팀을 발생시키는 지점부터 스팀을 분사시키는 지점까지의 스팀이송경로를 길어지게 만들기 때문에, 발생된 스팀을 온도 및 압력 조건을 유지시키면서 원하는 위치까지 이동시키기 위한 상당한 노력이 필요하다. 즉, 발생된 스팀은 스팀이송경로가 길어짐에 따라 온도변화로 인해 기체 상태의 스팀이 응축되어 액체 상태의 물로 변화될 수 있다. 이에 따라, 이러한 세정 시스템에서는 스팀 온도 및 압력 상태를 유지시키기 위한 추가적인 설비를 구비하거나 스팀의 온도와 압력을 제어하는 기술 적용이 요구될 수 있다.
또한, 물은 비열이 다른 물질보다 상대적으로 크기 때문에 온도변화가 크게 나타나지 않는다. 이러한 물의 특성으로 인해, 스팀세정장비는 히터를 이용하여 대용량의 용기에 담긴 물을 가열하여 스팀세정공정을 시작하기에 앞서 많은 양의 스팀을 준비해야 한다.
다시 말해, 종래의 스팀세정장비는 물의 온도를 제어하기가 어렵기 때문에, 짧은 시간 내에 스팀을 발생시키기 곤란하다. 이는 스팀세정공정에서 짧은 시간 내에 스팀공정으로 들어오는 피처리대상(일례로, 웨어퍼, 글래스, 기판 등)을 대응하기 위해 대용량의 스팀을 사전에 준비해야 함을 의미한다.
아울러, 용기 내부에 파티클이 발생되면 발생된 스팀도 파티클에 의해 오염될 수 있는데, 스팀의 오염이 웨이퍼에 분사되면 웨이퍼의 세정력이 떨어지게 된다.
따라서, 종래의 스팀세정장비는 스팀 시스템의 규모를 소형화시켜 별도의 스팀이송경로 없이 스팀을 제공할 뿐만 아니라, 짧은 시간 내에 스팀공정으로 들어오는 피처리대상에 대응할 수 있는 빠른 속도로 스팀을 생성할 수 있는 시스템이 제안될 필요성이 있다.
본 발명의 목적은 유도 가열을 이용하여 미리 예열된 순수를 증기로 빠르게 발생시켜 대상물로 분사함으로써, 대용량의 증기를 발생시킬 수는 있지만 전체 설비 면적을 줄여 처리 시스템의 규모를 소형화하기 위한, 증기를 이용한 대상물 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 대상물 처리 장치는, 하나 이상의 제1 유로를 서로 연결하고, 상기 제1 유로를 통과하는 순수를 저항 가열하기 위한 순수예열부; 상기 제1 유로에 연결되는 하나 이상의 제2 유로를 형성하고, 상기 제2 유로를 통과하는 순수를 고주파 유도 가열을 이용하여 증기를 발생하기 위한 증기 발생부; 상기 순수예열부와 상기 증기발생부 각각에 전원을 공급하기 위한 전원공급부; 및 상기 전원공급부를 제어하기 위한 제어부; 상기 증기발생부로부터 생성된 증기를 대상물로 분사하기 위한 노즐부;를 포함한다.
또한, 상기 순수예열부 및 상기 증기발생부는, 서로 적층 구조를 형성한다.
상기 하나 이상의 제1 유로는, 지그 재그형의 유로를 형성한다.
상기 순수예열부는, 내부에 발열체를 지지하여 순수를 가열하고, 순수 유로를 형성하는 발열체 지지부를 포함한다.
상기 증기발생부는, 상기 전원공급부로부터 전원을 공급받아 고주파 교류자계를 형성하기 위한 코일; 상기 제2 유로를 형성하고, 상기 고주파 교류자계에 의해 상기 제2 유로를 통과하는 순수를 유도 가열하여 증기를 발생하기 위한 바디; 상기 바디와 결합하여 증기를 발생시키는 공간을 형성하기 위한 바디 커버; 상기 바디의 둘레에 상기 코일을 지지하기 위한 코일 지지부; 상기 코일 지지부와 체결되어 상기 코일을 고정하기 위한 코일 지지 및 고정부; 및 상기 바디커버에 외부로 증기를 분사시키기 위한 증기분사구;를 포함한다.
상기 코일은, 상기 바디 전체를 단일 선으로 권선하거나, 상기 바디를 부분별로 개별 권선한다.
상기 코일은, 상기 바디를 부분별로 개별 권선할 때, 각각의 개별 권선으로부터 상기 전원공급부까지 동일한 길이를 갖도록 연결한다.
상기 노즐부는, 상기 대상물이 원형인 경우에, 상기 대상물의 중심으로부터 원주방향으로 직선 이동시키는 동작과, 상기 대상물을 회전시키는 동작을 조합하여 상기 대상물의 대상면을 스캐닝한다.
상기 노즐부는, 상기 대상물이 사각형인 경우에, 상기 대상물을 단부 방향으로 이동시키는 동작에 따라, 위치를 고정하거나, 일측 방향으로 이동 또는 좌우방향으로 왕복하여 대상물의 대상면을 스캐닝한다.
본 발명은 유도 가열을 이용하여 미리 예열된 순수를 증기로 빠르게 발생시켜 대상물로 분사함으로써, 대용량의 증기를 발생시킬 수는 있지만 전체 설비 면적을 줄여 처리 시스템의 규모를 소형화할 수 있다.
또한, 본 발명은 반도체 기판, 유리 기판, 렌즈, 디스크 부재, 정밀 기계 가공 부재, 몰드 수지 부재, 인쇄회로기판(PCB) 등과 같은 대상물의 불용물에 대해 박리, 세정, 가공, 증착 등을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 유도 가열을 통해 짧은 시간 내에 증기를 발생함으로써 대용량의 증기 저장소를 마련할 필요가 없다.
또한, 본 발명은 대용량의 용기를 마련할 필요가 없기 때문에 용기 내부의 파티클 발생을 방지하고, 그에 따라 파티클이 증기에 포함됨에 따른 증기의 웨이퍼 세정력 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 짧은 시간 내에 공정으로 들어오는 대상물에 대응할 수 있는 빠른 속도로 증기를 생성할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 증기에 압축공기를 혼합하여 세정 대상물에 대한 세정하는 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 증기에 세정액을 혼합하여 추가적인 증기의 양을 급속으로 증가시켜 대용량의 증기를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 증기의 온도를 조절하여 증기 세정을 위한 최적 조건의 증기를 발생시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대상물 처리 장치에 대한 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 순수예열부와 증기발생부에 대한 도면이다.
도 3a는 순수예열부의 순수 유로에 대한 도면이다.
도 3b는 상기 도 3a의 순수 예열부의 A-A' 단면에 대한 도면이다.
도 4는 증기발생부의 코일 연결 방식에 대한 도면이다.
도 5a는 원형 대상물에 대한 노즐부의 증기 분사 구조에 대한 도면이다.
도 5b는 사각형 대상물에 대한 노즐부의 증기 분사 구조에 대한 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
본 명세서에 있어 용어의 의의에 대해 설명하기로 한다. 「대상물」이란, 예를 들면 반도체 기판, 유리 기판, 렌즈, 디스크 부재, 정밀 기계 가공 부재, 몰드 수지 부재, 인쇄회로기판(PCB) 등을 들 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 「처리」란, 대상물에 실시되는 것으로서, 예를 들면 박리, 세정, 가공, 증착 등을 들 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 「불용물」이란, 대상물 처리 시에 발생한 여러 가지 불용물을 의미하고, 예를 들면 반도체 장치 또는 디스플레이 장치의 제조 프로세스에 대하여는 레지스트막, 드라이 에칭 후의 에칭 잔사, 화학적으로 변질된 레지스트막, 반도체 장치에 있어서 고유전층의 에칭 처리 후에 생성되는 반응 부생성물, 패시베이션막의 에칭 처리 후에 생성되는 반응 부생성물, 메탈층의 에칭 처리 후에 생성되는 반응 부생성물 등을 예시할 수 있다. 「순수」란, 반도체장치 또는 디스플레이 장치 제조에서의 처리 공정 등에서 순수(pure water, DI water) 또는 초순수(ultrapure water)로서 사용되고 있는 정도의 특성을 갖는 물일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대상물 처리 장치에 대한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 대상물 처리 장치(100)는, 고주파 유도 가열을 이용하여 미리 예열된 순수를 증기로 발생시켜 대상물(116)에 분사함으로써 반도체 장치 또는 디스플레이 장치의 제조 공정에서 발생되는 불용물을 처리할 수 있다.
이러한 대상물 처리 장치(100)는 대용량 저장소에 저장된 순수를 가열하여 증기를 발생하고 대용량 저장소에서 발생된 증기를 소정의 이송경로를 거쳐 대상물(116)까지 공급하지 않고, 미리 예열된 순수를 공급하자 마자 급속 가열하여 증기를 발생시킨 후 대상물(116)에 곧바로 분사할 수 있다. 이와 같이, 대상물 처리 장치(100)는 대용량의 순수를 가열하여 증기를 발생시키는 별도의 설비가 필요하지 않기 때문에 대용량의 증기를 발생시킬 수는 있지만, 전체 설비 면적을 줄여 처리 시스템의 규모를 소형화할 수 있다.
한편, 대상물 처리 장치(100)는 아래와 같은 열효과 현상을 이용하여 대상물(116)을 처리한다.
상온(약 20℃)의 순수와, 고온(100℃ 이상)의 증기를 일정한 용량을 가진 용기 내에서 일정한 압력하에서 연속적으로 혼합하면, 순수는 증기에 의하여 가열되어 팽창한다. 한편, 증기는 순수에 의하여 냉각되어 수축한다. 이들의 열교환에 의하여, 어느 정도의 주파수(10㎑ 내지 1㎒)를 가지는 진동이 발생한다.
순수(약 20℃) + 증기(100℃ 이상) → 진동
또한, 이 진동에 의하여, 물 분자 H2O가 수소 이온 H+와 수산화물 이온 OH-로 분해된다.
H2O → H+ + OH-
수소 이온 H+와 수산화물 이온 OH-는 매우 불안정한 상태에 있기 때문에, 물 분자 H2O로 돌아가려고 한다. 이때에 발생하는 고에너지를 기계적 충격으로 변환함으로써 대상물(116)을 세정할 수 있다. 즉, 대상물 처리 장치(100)는 전술한 열효과 현상을 이용하여 캐비테이션(cavitation)을 발생시키고, 이것에 의하여 대상물(116)의 표면에 있는 불용물을 제거하는 등의 처리를 실시한다. 여기서, 캐비테이션이라 함은 빠른 속도로 액체가 운동할 때 액체의 압력이 증기압 이하로 낮아져서 액체 내에 증기 기포가 발생하는 현상이다. 증기 기포는 대상물(116)의 표면에 부딪혀 불용물을 제거할 수 있다.
다시 말해, 열효과 현상에 의해 발생된 캐비테이션 제트가 대상물(116)의 표면에 분사되면, 캐비테이션에 의한 기포가 소멸할 때에 발생하는 높은 충격력에 의하여, 대상물(116)의 표면에 세정·연마·연삭 등의 처리가 실시되어 불용물이 제거된다.
한편, 대상물 처리 장치(100)는 발생된 증기, 고온의 압축공기 또는 세정액을 선택적으로 대상물(116)의 표면에 분사하거나, 이들을 혼합시켜 대상물(116)의 표면에 분사할 수 있다.
대상물 처리 장치(100)는 순수예열부(111), 증기발생부(112), 전원공급부(113), 제어부(114), 노즐부(115), 제1 조작밸브(121), 제1 순수 유로(121a), 제2 조작밸브(122), 제2 순수 유로(122a), 공기 유로(122b), 제3 조작밸브(123), 증기 유로(123a), 제4 조작밸브(124), 기체 유로(124a), 제5 조작밸브(125), 액체 유로(125a)를 포함할 수 있다.
순수예열부(111)는 증기발생부(112)로 순수를 공급하기에 앞서, 외부로부터 공급된 순수를 비등점(boiling point) 근처(일례로, 상압에서 85℃ 내지 95℃)까지 예열하여 증기발생부(112)로 공급한다. 이는 상온의 순수를 증기발생부(112)로 직접 공급하지 않고, 증기발생부(112)에서 짧은 시간 가열하더라도 곧바로 비등점까지 온도가 상승할 수 있는 순수를 증기발생부(112)로 공급하기 위함이다. 예를 들어, 상압에서, 증기발생부(112)가 상온(20℃)의 순수에서 증기를 발생하기 위해서는 80℃ 이상으로 순수의 온도를 상승시켜야 하는 반면에, 95℃의 순수에서 증기를 발생하기 위해서는 5℃ 이상만 온도를 올리면 된다. 즉, 전자는 순수가 증기발생부(112)를 통과할 때 비등점까지 순수의 온도를 상승시켜 증기를 발생시키고, 이를 다시 가열하는 과정을 거쳐야 한다. 반면에, 후자는 미리 예열된 순수가 증기발생부(112)를 통과할 때 짧은 시간 내에 비등점까지 순수의 온도가 상승하므로 곧바로 증기를 발생시켜 주로 증기를 가열시키는 과정을 진행한다.
이에 따라, 증기발생부(112)는 순수예열부(111)로부터 미리 예열된 순수를 공급받기 때문에 곧바로 증기를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 발생된 증기를 더욱더 고온의 증기로 가열할 수 있다.
또한, 순수예열부(111)는 전원공급부(113)에 직접 연결된 발열체에 전류를 흐르게 할 때 발생하는 주울 열(Joule heat)로 순수를 가열하는 저항 가열 방식(resistance heating)으로 순수를 예열한다. 여기서, 발열체는 금속 발열체(철/크롬/알루미늄계, 니켈/크롬계 합금, 단일 금속 등), 비금속 발열체(탄화규소, 이산화몰리브덴, 탄탄크로마이트, 카폰/그래파이트 등), 시즈 히터, 세라믹 히터 등이 이용될 수 있다. 이러한 순수예열부(111)는 전원공급부(113)로부터 공급되는 전원의 세기에 따라 순수의 가열 온도를 조절할 수 있다. 이때, 순수는 제1 조작밸브(121)의 개폐에 따라 제1 순수 유로(121a)을 통해 공급이 정지되거나 재개될 수 있다. 이때, 제1 조작밸브(121)는 제어부(114)에 의해 제어될 수 있다.
증기발생부(112)는 순수예열부(111)로부터 미리 예열된 순수를 공급받고, 이를 고주파 유도 가열 방식(high-frequency induction heating)으로 가열하여 증기를 발생시킨다. 이때, 발생된 증기는 제3 조작밸브(123)의 개폐에 따라 노즐부(115)를 통해 대상물(116)로 분사가 정지되거나 재개될 수 있다. 제3 조작밸브(123)는 제어부(114)에 의해 제어될 수 있다.
여기서, 고주파 유도 가열 방식은 전자 유도 현상을 이용한 것으로서, 가열 코일에 고주파 교류 전류가 흐를 때 발생하는 고주파 교류 자계 중에 도전성의 금속 물질을 위치시키면 금속 물질의 표면에 유도 와전류(Eddy current)가 발생하여 금속 물질의 표피 저항에 의한 주울 열(Joule heat)이 발생하게 되는 원리를 이용하는 가열 방식이다. 이때, 증기발생부(112)는 순수예열부(111)에 의해 미리 예열된 순수를 가열하여 증기를 빠른 시간 내에 발생시켜 노즐부(115)를 통해 곧바로 대상물(116)에 분사하기 때문에, 내부에 발생된 증기의 저장 공간이 크지 않은 소형으로 구성할 수 있다. 이는 대상물 처리 장치(100)의 소형화를 가져올 수 있고, 반도체 장치 또는 디스플레이 장치 제조 공정을 위한 전체 설비 면적을 줄일 수 있다.
한편, 증기발생부(112)는 제2 순수 유로(122a)을 통해 미리 예열된 순수를 공급받을 수 있다. 이때, 공기 유로(122b)를 통해 공급되는 공기는 제2 조작밸브(122)의 개폐에 따라 공급이 정지되거나 재개될 수 있다. 이때, 제2 조작밸브(122)는 제어부(114)에 의해 제어될 수 있다. 여기서, 공기는 대상물(116)의 건조 공정을 위한 고온으로 가열되어 대상물(116)의 표면에 분사될 수 있다. 즉, 제어부(114)가 제1 조작밸브(121)를 폐쇄하여 순수의 공급을 정지시키고, 제2 조작밸브(122)를 개방하여 공기를 공급한다. 그러면, 증기발생부(112)는 공기 유로(122b)를 통해 공급된 공기를 가열하고, 이를 노즐부(115)를 통해 대상물(117)의 표면에 분사할 수 있다. 이때, 증기발생부(112)는 제2 순수 공급관(122a)을 통해 순수가 공급되지 않는다.
증기발생부(112)는 전원공급부(113)로부터 공급되는 전원의 세기에 따라 증기의 가열 온도를 조절할 수 있다.
전원공급부(113)는 순수예열부(111)와 증기발생부(112) 각각에 필요한 전원을 공급한다. 즉, 전원공급부(113)는 순수예열부(111)에 상용 교류 전원 또는 직류 전원을 공급하고, 증기발생부(112)에 고주파 교류 전원(또는 RF 전원)을 공급한다. 특히, 전원공급부(113)는 순수예열부(111)와 증기발생부(112) 각각의 임피던스차에 의한 반사를 줄이는 임피던스 매칭을 위해, 임피던스 매칭 네트워크(impedance matching network)를 통해 고주파 교류 전원을 증기발생부(112)에 공급할 수 있다.
이와 같이 전원공급부(113)는 순수예열부(111)와 증기발생부(112) 각각에 필요한 개별 구성으로 구비되어 전원을 공급하거나, 하나의 구성에서 각각에 대응되는 조건에 따라 전원을 공급할 수 있다.
제어부(114)는 전원공급부(113)를 통해 순수예열부(111)와 증기발생부(112)의 동작을 제어한다. 구체적으로, 제어부(114)는 전원공급부(113)를 통해 순수예열부(111)와 증기발생부(112) 각각에 공급되는 전원의 세기를 제어함으로써, 순수예열부(111)에 의해 가열되는 순수 온도와 증기발생부(112)에 의해 발생되는 증기 온도를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(114)는 전원공급부(113)를 통해 순수예열부(111)와 증기발생부(112)의 온/오프(on/off) 동작을 제어한다.
아울러, 제어부(114)는 순수예열부(111), 증기발생부(112), 제1 조작밸브(121), 제2 조작밸브(122), 제3 조작밸브(123), 제4 조작밸브(124), 제5 조작밸브(125)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(114)는 각 구성들을 제어할 때 각 구성들의 온도 및 압력을 감지하여 제어할 수 있다. 즉, 제어부(114)는 순수예열부(111), 증기발생부(112), 제1 조작밸브(121), 제2 조작밸브(122), 제3 조작밸브(123), 제4 조작밸브(124), 제5 조작밸브(125) 중 어느 한 지점의 온도 및 압력이 기 설정된 온도 및 압력 이상으로 감지되는 경우에, 전원공급부(113)를 통해 순수예열부(111)와 증기발생부(112) 각각에 공급되는 전원의 세기를 조절할 수 있다. 이때, 제어부(114)는 각 구성들의 온도 및 압력을 감지하여 사용자에게 알려줄 수 있다.
또한, 제어부(114)는 제1 조작밸브(121), 제2 조작밸브(122), 제3 조작밸브(123), 제4 조작밸브(124), 제5 조작밸브(125)의 개폐를 제어할 수 있다. 즉, 제1 조작밸브(121)는 개폐 정도에 따라 순수예열부(111)로 공급되는 순수의 유량(flux)을 조절할 수 있다. 제2 조작밸브(122)는 개폐 정도에 따라 증기발생부(112)로 공급되는 기체의 유량을 조절할 수 있다. 제3 조작밸브(123)는 개폐 정도에 따라 노즐부(115)로 분사되는 증기의 유량을 조절할 수 있다.
또한, 제4 조작밸브(124)는 개폐 정도에 따라 기체 유로(124a)를 통해 공급되는 특정 가스의 유량을 조절할 수 있다. 여기서, 기체 유로(124a)를 통해 공급되는 특정 가스에는 세정, 연삭, 연마 등의 처리 능력을 향상시키기 위한 가스일 수 있으며, 일례로, N2, Ar 등의 불활성 가스, CO2, O3, O2, H2, 청정 고압 공기가 포함될 수 있다. 이때, 증기는 특정 가스와 혼합되어 가압됨으로써 고압 상태로 노즐부(115)를 통하여 분사될 수 있다. 이는 대상물(116) 상에 있는 불용물이 용이하게 분리되어 배출될 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 제5 조작밸브(125)는 개폐 정도에 따라 액체 유로(125a)를 통해 공급되는 특정 약액의 유량을 조절할 수 있다. 여기서, 액체 유로(125a)를 통해 공급되는 특정 약액은 세정, 연삭, 연마 등의 처리 능력을 향상시키기 위한 약액일 수 있으며, 알카리, 산, 표면 활성제, 순수가 포함될 수 있다. 이때, 증기발생부(112)에 의해 발생된 증기는 약액과 혼합되는 순간 대량으로 그 양이 급속도로 증가될 수 있다. 이로 인해, 대상물 처리 장치(100)는 대량으로 증기를 급속도록 발생하여 대상물(116)을 처리할 수 있으므로, 대용량의 증기가 필요한 처리 공정(일례로, OLED, LCD 등의 세정 공정 등)에 적합할 수 있다. 순수한 증기 자체만 사용하려는 경우에는 액체 유로(125a)를 통해 순수를 공급하는 것이 바람직하다.
아울러, 특정 가스와 특정 약액은 필요에 따라 어느 하나를 선택하여 공급하거나 모두 공급할 수 있다. 이때, 특정 가스는 제4 조작밸브(124)의 개폐 정도에 따라 혼합비가 조절될 수 있으며, 특정 약액은 제5 조작밸브(125)의 개폐 정도에 따라 혼합비가 조절될 수 있다. 여기서는 제4 조작밸브(124) 및 제5 조작밸브(125) 각각이 유체별로 유량을 조절하는 경우에 대해 도시하고 있으나, 하나의 조작밸브의 개폐 정도에 따라 유체별로 유입되는 유량을 조절할 수 있다.
한편, 제어부(114)는 대상물(116) 처리를 위해 대상물(116) 표면에 증기를 분사하는 공정을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 고온의 압축공기 또는 상온의 순수를 분사하는 공정도 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(114)는 제1 조작밸브(121), 제4 조작밸브(124), 제5 조작밸브(125)를 폐쇄하고, 제2 조작밸브(122)와 제3 조작밸브(123)를 개방한다. 이때, 제어부(114)는 증기발생부(112)를 동작시켜 공기 유로(122b)를 통해 공급되는 공기를 가열시켜, 노즐부(115)를 통해 대상물(116)의 표면에 고온의 공기를 분사할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(114)는 제2 조작밸브(122), 제4 조작밸브(124), 제5 조작밸브(125)를 폐쇄하고, 제1 조작밸브(121)와 제3 조작밸브(123)를 개방한다. 이때, 제어부(114)는 순수예열부(111)를 오프시켜 제1 순수 공급관(121a)를 통해 공급되는 순수를 공급하여, 노즐부(115)를 통해 대상물(116)의 표면에 상온의 순수를 분사할 수 있다. 이와 같이, 제어부(114)는 대상물(116)에 따라 다양한 조합의 처리 공정을 만족시키는 환경을 구성할 수 있다.
한편, 제어부(114)는 대상물(116)의 처리 대상면을 균등하게 스캐닝하여 증기를 분사하기 위해, 노즐부(115) 또는/및 대상물 지지부(미도시)를 제어할 수 있다. 즉, 대상물 지지부는 고정된 채로, 노즐부(115)만을 단독으로 가동시키고, 이동 동작 및 회동 동작을 조합하여, 대상물(116)의 처리면 전역을 스캐닝 하는 동작을 실시할 수도 있다. 또한, 노즐부(115)는 고정한 채로, 대상물 지지부만을 단독으로 가동시키고, 회동 동작만이 아니라 이동 동작을 가능하게 하는 기구를 설치하여 회동과 이동을 동기시켜 조합하고 대상물(116)의 처리면 전역을 스캐닝하는 동작을 하도록 할 수도 있다. 또한, 노즐부(115)의 이동 동작과 대상물 지지부의 회전 동작에 대하여, 서로 동기하도록 조합하여 양자를 동시에 동작시키고, 대상물(116)의 스캐닝을 하고, 원하는 스캔 속도를 얻도록 제어할 수도 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 이와 같이, 노즐부(115)와 대상물 지지부의 동작은 스캐닝 사양에 맞추어 적절하게 조합하고, 원하는 스캔 속도를 얻을 수 있도록 설계할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 순수예열부와 증기발생부에 대한 도면이다.
도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 순수예열부(111)와 증기발생부(112) 각각은 하나의 구조로 형성할 수도 있지만, 하나 이상의 적층 구조로 형성할 수 있다. 즉, 순수예열부(111)는 순수의 유로를 형성하며 저항 가열을 이용하여 순수를 예열할 수 있는 하나 이상의 구조를 포함할 수 있다. 여기서, 순수예열부(111)는 3개의 파이프 형상으로 적층하는 순수 예열 구조(111a 내지 111c)로 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 증기발생부(112)도 순수예열부(111)에 의해 예열된 순수를 유도 가열하여 증기를 발생시킬 수 있는 하나 이상의 증기 발생 구조(도 2c 참조)를 포함할 수 있다. 증기발생부(112)는 하나 이상의 증기 발생 구조를 형성함으로써, 우선 증기를 발생시킨 후, 증기를 재가열하는 구조를 형성할 수 있다.
한편, 순수예열부(111)는 하나 이상의 순수 예열 구조(111a 내지 111c)를 서로 연결하여 순수의 유로를 형성하기 위한 제1 순수 유로 연결부(111d), 하나 이상의 순수 예열 구조(111a 내지 111c)를 서로 이격시켜 지지하여 고정시키기 위한 지지 고정부(111e)를 포함할 수 있다. 이때, 지지 고정부(111e)는 증기발생부(112)까지 연장하여 형성할 수 있다. 또한, 순수예열부(111)는 증기발생부(112)를 서로 연결하여 미리 예열된 순수를 공급하는 유로를 형성하기 위한 제2 순수 유로 연결부(111f)를 포함할 수 있다.
아울러, 증기발생부(112)는 코일(112a), 코일 지지 및 고정부(112b), 바디(body,112c), 바디커버(body cover,112d), 증기 분사부(112e)를 포함할 수 있다.
코일(112a)은 전원공급부(113)와 연결되어 고주파 교류전원이 공급된다. 이로 인해, 코일(112a)은 전원공급부(113)로부터 고주파 교류전원을 공급받아 고주파 교류 자계를 형성한다.
코일(112a)은 바디(112c)의 가로 방향(도 2a 참조) 또는 세로 방향(도 2b 및 도 2c 참조)으로 권선할 수 있다. 또한, 코일(112a)은 제2 순수 유로 연결부(111f)에도 권선할 수 있다(도 2d 참조). 즉, 코일(112a)은 바디(112c) 전체를 단일 선으로 권선하여 일측에 전원공급부(113)를 연결하고 타측에 접지할 수 있다(도 2a 참조). 또한, 코일(112a)은 바디(112c)의 부분별로 개별 권선하고, 개별 권선 각각의 일측에 전원공급부(113)를 연결하고 타측에 접지할 수도 있다(도 2b 내지 도 2d 참조).
바디(112c)는 코일 지지 및 고정부(112b)를 이용하여 코일(112a)을 지지하여 고정할 수 있다. 코일 지지 및 고정부(112b)는 코일(112a)의 권선 경로를 가이드하여 다회 권선을 할 때 각 권선 간 간격을 일정하게 유지시켜준다.
아울러, 코일 지지 및 고정부(112b)는 일정 간격 이격된 상태로 바디(112c)의 둘레에 코일(112a)이 권선될 수 있도록 함으로써 코일(112a)이 바디(112c) 표면에 직접 권선되는 것을 방지한다. 이는 유도 가열에 의해 가열된 바디(112c)의 온도가 코일(112a)로 직접 전도되는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 코일 지지 및 고정부(112b)는 절연 구조를 형성한다.
또한, 코일(112a)은 속이 빈 가늘고 긴 관 형태(즉, 파이프 또는 튜브 형태)일 수 있다. 이러한 코일(112a)은 관 내부를 냉각수의 통로로 이용하여 코일 자체에 발생하는 열을 식힌다. 바람직하게는 코일(112a)은 전도성이 90% 이상의 동관(copper pipe)이다.
바디(112c)는 금속 재질(일례로, 티타늄 등)로서, 전자 유도 현상에 의해 코일(112a)에 고주파 교류 전류가 흐를 때 발생하는 고주파 교류 자계로 인해 표면에 유도 와전류가 발생하여 표피 저항에 의한 주울열이 발생한다. 이로 인해, 바디(112c)는 순수예열부(111)로부터 공급된 순수를 가열하여 증기를 발생할 수 있다.
또한, 바디(112c)는 바디 커버(112d)와 결합하여 순수예열부(111)로부터 공급된 순수가 가열되어 증기를 발생시키기 위한 공간을 형성한다. 이때, 바디(112c)는 순수예열부(111)로부터 공급된 순수를 곧바로 증기로 기화시켜 외부로 분사하기 때문에, 순수를 잠시 저장하여 가열한 후 증기를 발생하는 2개의 공간으로 구성하지 않고, 순수를 가열하는 공간이 크게 필요하지 않기 때문에 내부 공간이 크지 않아도 된다.
바디(112c)는 사각형 단면의 막대형으로 형성할 수 있으며, 상부면이 개방된 "∪"형으로서 바디 커버(112d)와 결합할 수 있다. 이때, 바디 커버(112d)는 바디(112c)와 동일한 금속재질로서, 바디(112c)와 바디 커버(112d)는 서로 결합하여 밀폐된 공간을 형성할 수 있다. 다만, 바디 커버(112d)는 바디(112c)의 내부 공간에서 발생된 증기를 외부로 분사시키기 위한 증기 분사부(112e)를 형성할 수 있다.
증기 분사부(112e)는 바디 커버(112d)에 소정 간격으로 이격되어 적어도 하나 이상 형성할 수 있다. 이때, 증기 분사부(112e)는 각각이 노즐부(115)에 개별 연결되거나 전체가 하나의 노즐부(115)에 집결되어 대상물(116)로 증기를 직접 분사할 수 있다.
도 3a는 순수예열부의 순수 유로에 대한 도면이고, 도 3b는 상기 도 3a의 순수 예열부의 A-A' 단면에 대한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 순수예열부(111)는 지그 재그형의 순수 유로를 형성할 수 있다. 이는 순수의 이동 경로를 길게 형성하여 순수가 이동할 때 충분히 예열하기 위함이다.
도 3b를 참조하면, 순수예열부(111)는 관 또는 파이프 형태로 내부가 빈 원통형의 예열부 바디(201)를 형성한다. 여기서, 예열부 바디(201)는 내부에 순수를 직접 예열하기 위한 발열체(202)를 포함한다. 바람직하게는 발열체(202)도 원통형의 막대형 구조이다.
예열부 바디(201) 내부에는 원통형의 예열부 바디(201) 중심과 동일한 중심을 가질 수 있도록 발열체(202)를 지지하기 위한 발열체 지지부(203)가 배치된다. 발열체 지지부(203)는 원반형으로서 중심부(201a)에 발열체(202)가 통과하여 발열체(202)를 지지하며, 중심 주변부에 순수 유로(201b)를 형성할 수 있다. 여기서, 발열체 지지부(203)는 예열부 바디(201) 또는 발열체(202)와 동일한 재질인 것이 바람직하다.
도 4는 증기발생부의 코일 연결 방식에 대한 도면이다.
전술한 증기발생부(112)는 유도 가열을 이용하여 증기를 발생시킨다. 이때, 증기발생부(112)의 코일(112a)은 바디(112c)를 부분별로 권선함에 있어, 각각의 개별 권선으로부터 전원공급부(113)까지 동일한 전선 길이를 갖도록 연결할 수 있다. 이때, 전원공급부(113)는 임피던스 매칭을 위한 매칭 네트워크(matching network)(113a)를 통해 코일(112a)에 전원을 공급한다.
도 4를 참조하면, 바디(112c)에 각각 개별 권선(112a-1 내지 112a-4)과 전원공급부(113) 간의 연결 길이(L1 내지 L4)는 서로 동일하게 구성하는 것이 바람직하다. 이는 개별 권선(112a-1 내지 112a-4)의 인덕턴스(inductance)를 동일하게 구성하기 위함이다.
도 5a는 원형 대상물에 대한 노즐부의 증기 분사 구조에 대한 도면이고, 도 5b는 사각형 대상물에 대한 노즐부의 증기 분사 구조에 대한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 일실시 형태로서 처리되는 대상물(116)이 원형의 형상을 이루는 경우에, 제어부(114)는 대상물(116)의 편면 전역을 처리 대상면인 것으로 하여, 이 처리 대상면의 모든 영역을 균등하게 스캐닝하도록 노즐부(115)를 제어한다. 예를 들면, 원형의 대상물(116)의 중심으로부터 노즐부(115)를 원주 방향으로 직선적으로 이동시키는 동작(a)과, 스테이지부(116a)를 회전시키는 동작(b)을 조합하여, 원하는 스캔 속도를 얻을 수 있도록 설정할 수 있고, 이 때의 스캐닝의 궤적은 조밀한 나선 모양으로 된다. 여기서, 스테이부(116a)는 회전운동을 수행하는 회전축(116b)에 의해 운동하며, 대상물(116)의 처리시 폐액이나 배기 등을 위한 외부 유로(116c)를 주변에 설치할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 본 발명의 일실시 형태로서 처리되는 대상물(116)이 직사각형의 형상의 이루고 있는 경우에는, 제어부(114)는 대상물(116)의 편면 전역이 처리 대상면인 것으로 하여, 이 처리 대상면의 모든 영역을 균등하게 스캐닝하도록 노즐부(115)를 제어한다.
예를 들면, 사각형의 대상물(116)의 중심으로부터 노즐부(115)를 고정시키고, 회전 구동부(116d) 상에 대상물(116)을 위치시키고 회전 구동부(116d)에 의해 대상물(116)을 단부 방향으로 이동시키는 동작을 통하여, 원하는 스캔 속도를 얻을 수 있도록 설정할 수 있고, 이때의 스캐닝의 궤적은 조밀한 선 모양으로 된다. 또한, 사각형의 대상물(116)은 고정시키고, 노즐부(115)는 일측 방향으로 이동 또는 좌우 방향으로 왕복 이동하여 대상물(116)을 스캐닝할 수도 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
111 : 순수예열부 112 : 증기발생부
113 : 전원공급부 114 : 제어부
115 : 노즐부 116 : 대상물

Claims (9)

  1. 하나 이상의 제1 유로를 서로 연결하고, 상기 제1 유로를 통과하는 순수를 저항 가열하기 위한 순수예열부;
    상기 제1 유로에 연결되는 하나 이상의 제2 유로를 형성하고, 상기 제2 유로를 통과하는 순수를 고주파 유도 가열을 이용하여 증기를 발생하기 위한 증기 발생부;
    상기 순수예열부와 상기 증기발생부 각각에 전원을 공급하기 위한 전원공급부; 및
    상기 전원공급부를 제어하기 위한 제어부;
    상기 증기발생부로부터 생성된 증기를 대상물로 분사하기 위한 노즐부;
    를 포함하고,
    상기 순수예열부 및 상기 증기발생부는, 서로 적층 구조를 형성하고,
    상기 순수예열부는,
    파이프 형상으로 적층되어 형성되는 복수의 순수 예열 구조;
    상기 순수 예열 구조를 서로 연결하여 유로를 형성하는 제 1 순수 유로 연결부;
    서로 이격된 복수의 상기 순수 예열 구조를 지지하고 고정되도록 형성되는 지지 고정부;
    를 포함하는 증기를 이용한 대상물 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 유로는, 지그 재그형의 유로를 형성하는 증기를 이용한 대상물 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 순수예열부는, 내부에 발열체를 지지하여 순수를 가열하고, 순수 유로를 형성하는 발열체 지지부를 포함하는 증기를 이용한 대상물 처리 장치.
  5. 제 1 항, 제 3항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증기발생부는,
    상기 전원공급부로부터 전원을 공급받아 고주파 교류자계를 형성하기 위한 코일;
    상기 제2 유로를 형성하고, 상기 고주파 교류자계에 의해 상기 제2 유로를 통과하는 순수를 유도 가열하여 증기를 발생하기 위한 바디;
    상기 바디와 결합하여 증기를 발생시키는 공간을 형성하기 위한 바디 커버;
    상기 바디의 둘레에 상기 코일을 지지하기 위한 코일 지지부;
    상기 코일 지지부와 체결되어 상기 코일을 고정하기 위한 코일 지지 및 고정부; 및
    상기 바디커버에 외부로 증기를 분사시키기 위한 증기분사구;
    를 포함하는 증기를 이용한 대상물 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 코일은,
    상기 바디 전체를 단일 선으로 권선하거나, 상기 바디를 부분별로 개별 권선하는 증기를 이용한 대상물 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 코일은,
    상기 바디를 부분별로 개별 권선할 때, 각각의 개별 권선으로부터 상기 전원공급부까지 동일한 길이를 갖도록 연결하는 증기를 이용한 대상물 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 노즐부는, 상기 대상물이 원형인 경우에, 상기 대상물의 중심으로부터 원주방향으로 직선 이동시키는 동작과, 상기 대상물을 회전시키는 동작을 조합하여 상기 대상물의 대상면을 스캐닝하는 증기를 이용한 대상물 처리 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 노즐부는, 상기 대상물이 사각형인 경우에, 상기 대상물을 단부 방향으로 이동시키는 동작에 따라, 위치를 고정하거나, 일측 방향으로 이동 또는 좌우방향으로 왕복하여 대상물의 대상면을 스캐닝하는 증기를 이용한 대상물 처리 장치.
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