KR200435377Y1 - 접촉각 측정기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 접촉각 측정기에 관한 것으로, 그 구조는 케이스와, 내부 바닥면에 설치되는 정반과, 액체의 접촉각을 측정하기 위한 광원 및 카메라와, 제1 고정프레임와, 구동모터와, 구동풀리와, 회전풀리와,회전축과, 이동프레임과, 제2 고정프레임과, 가이드축으로 구성된 공급수단을 이용하여 액체를 가변되게 낙하되도록 하여 접촉각을 측정하도록 구성되어 있다.

이에 따르면 본 고안은 열 발산으로 인해 액체증발이 없고 일정한 빛의 조사를 제공하는 LED 광원을 이용하여 광원에 의한 열 발산을 방지하여 접촉각이 낮은 각도의 물방울 접촉각을 측정하고, 회전나사 및 구동모터와 연계된 회전풀리를 이용하여 주사기내에 담겨져 하측으로 낙하는 액체의 양을 자동/수동으로 선택적으로 사용 조절할 수 있어, 광원으로부터 조사되는 빛의 세기가 균일하게 전달되도록 함으로써, 낮은 각도의 접촉각을 측정할 수 있다.

Description

접촉각 측정기{CONTACT ANGLE METER}

도 1은 본 고안에 따른 접촉각 측정기의 사시도

도 2는 본 고안에 따른 접촉각 측정기의 측면도

도 3은 본 고안에 따른 접촉각 측정기의 정면도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 케이스 210 : 정반

310 : 광원 320 : 카메라

410 : 구동모터 415 : 구동풀리

420 : 벨트 430 : 회전풀리

435 : 제1 고정프레임 440 : 회전축

450 : 이동프레임 455 : 파지부

460 : 제2 고정프레임 470 : 주사기

480 : 가이드축

본 고안은 접촉각 측정기에 관한 것으로, 특히 접촉각 측정을 위해 낙하되는 액체의 양을 미세하게 조절할 수 있도록 함과 아울러, 일정한 빛을 제공하는 LED 광원을 이용하여 열로 인한 발산을 방지하며, 회전나사의 구동에 따라 낙하되는 액체의 양을 자동 및 수동으로 조절하여 접촉각의 측정이 용이하게 이루어지도록 된 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 오염물 이 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.

또한, 접촉각 구동시 안정된 해상도를 제공하기 위해 할로겐 램프의 광원을 이용하는데 이는 시편 위에 떨어진 물방울은 할로겐 램프의 빛이 일정하게 주사되지 않고, 자체 열로 인해 열 발산이 발생하고 이로 인해 물방울의 액체 증발이 발생하여 해상도를 저해하는 원인이 된다.

또한, 시편상에 측정을 위한 물방울 등의 액체를 낙하될 때 설정된 양이 자 동적으로 제공되는데, 사용자의 편의에 의해 다양한 시험 할 때 낙하될 액체량을 조절할 때는 물방울을 다시 설정하여 사용하는 번거로움이 있다.

본 고안은 상기한 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 일정한 빛을 제공하는 LED 광원을 이용하여 광원에 의한 열 발산을 방지하여 접촉각이 낮은 각도의 물방울 접촉각을 측정하고, 회전나사 및 구동모터와 연계된 회전풀리의 동작에 따라 낙하되는 액체의 양을 자동/수동으로 선택적으로 사용 조절할 수 있어, 광원으로부터 조사되는 빛의 세기가 균일하게 전달되도록 함으로써, 낮은 각도의 접촉각을 측정할 수 있도록 한 접촉각 측정기를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 따르면, 내부에 공간부가 형성되어 측정기의 구성품을 고정하는 케이스와, 상기 케이스의 내부 바닥면에 설치되는 정반과, 상기 정반의 양측에 각각 마련되고 외부 전원이 공급됨에 따라 온/오프 동작되어 상기 정반 상측에 놓여지는 액체의 접촉각을 측정하기 위한 광원 및 카메라와, 상기 케이스의 공간부 내에 위치하며 공급수단에 의해 주사기내에 담겨진 미세한 양의 액체를 가변되게 상기 정반측으로 낙하되도록 구성된 접촉각 측정기에 있어서, 상기 공급수단은 상기 정반의 상측에 구성되고, 상기 케이스의 일측에 고정 부착되는 제1 고정프레임와, 상기 제1 고정프레임의 하부에 위치하고 외부의 전원이 공급됨에 따라 온동작되는 구동모터와, 상기 제1 고정프레임의 상부에 위치하고 상기 구동모터와 체결구조를 가지며, 상기 구동모터의 정,역방향 구동에 따라 구동하는 구동풀리와, 상기 제1 고정프레임의 상부에 위치하고, 상기 구동모터의 구동에 의해 연동되도록 구동벨트로 연결되어 회전가능한 회전풀리와, 상기 제1 고정프레임과 관통하도록 구성되어 상기 회전풀리의 중앙에 수직으로 축 결합되고 외주면에 나사산이 형성된 회전축과, 상기 회전축에 관통되도록 결합되고 상기 회전축의 외주면에 끼워져 상기 회전축의 회전시 연동되어 상,하 승강되며 일측 테두리에 상기 주사기의 상부 부위가 파지되는 파지구가 마련되어 연동되는 이동프레임과, 상기 정반의 상측에 구성되고, 상기 케이스의 일측에 고정부착되고, 상기 이동프레임의 하측에 이격되게 위치하여 상기 주사기의 하부 부위가 관통되도록 끼워져 결합되어 지지되는 제2 고정프레임과, 상기 이동프레임과 제2 고정프레임에 수직으로 관통 결합되어 상기 이동프레임의 상하동작을 가이드축으로 구비된 접촉각 측정기을 제공한다.

이때, 본 고안의 부가적인 특징에 따르면, 상기 광원은 상기 정반의 상측으로 반사시켜 빛을 균일하게 조사하는 LED로 구성된 것이 바람직하다.

또한, 본 고안의 부가적인 특징에 따르면, 상기 회전풀리의 상부에 위치하여 주사기내에 담겨진 액체를 하측으로 낙하시키는 액체의 공급량을 수동적으로 조절하는 회전나사를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하 기로 한다.

첨부된 도면 도 1은 본 고안에 따른 접촉각 측정기의 사시도이고, 도 2는 본 고안에 따른 접촉각 측정기의 측면도이며, 도 3은 본 고안에 따른 접촉각 측정기의 정면도를 나타낸다.

본 고안에 따른 접촉각 측정기는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 그 구조는 내부에 공간부를 가지고 측정기의 각 구성품을 고정하는 케이스(100)와, 그 케이스(100)의 내부 바닥면에 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 공간부 내에 위치하며 공급수단에 의해 주사기(470)내에 담겨진 미세한 양의 액체를 가변되게 정반(210)측으로 낙하하도록 구성된다.

더 상세히 설명하면, 그 케이스(100)는 상기에 기술된 바와 같이 정반(210), 광원(310) 및 카메라(320) 연결장착구 등이 고정하게 되는데, 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 상기 케이스(100)의 일측에 부착되어 빛이 방출되는 각도가 카메라(320)와 정반(210)의 상측면에 수직을 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.

이때, 본 고안의 광원(310)은 일정한 양의 빛을 발산하는 LED을 이용하므로 열 발산에 따른 액체 증발을 방지할 수 있다.

또한, 광원(310) 및 카메라(320)는 전원이 공급됨에 따라 선택적으로 온/오프작동되도록 구성되어 있다.

그리고, 참조번호 435는 제 1 고정프레임을 나타내는데, 이는 상기 정반(210)의 상측에 구성되고, 상기 케이스(100)의 일측에 고정 부착된다.

상기 제 1 고정프레임(435)의 상부에 외부 전원이 인가됨에 따라 구동되는 구동풀리(415)가 마련되고 그 하부에 정,역방향 구동이 가능한 구동모터(410)가 구성된다.

또한, 그 구동모터(410)의 구동풀리(415)와 벨트(420)로 연동되도록 연결되는 회전풀리(430)와, 그 회전풀리(430)의 중앙부위에 하측으로 축결합되고 그 외주면에 나사산이 형성된 회전축(440)이 구성된다.

이때, 상기 제 1 고정프레임(435)은 상기 구동풀리(415)의 하측을 지지하고 구동모터(410)와 관통하도록 구성되고, 상기 회전풀리(430)의 하측을 지지함과 아울러 회전축(440)의 상단부가 관통 결합되도록 구성된다.

또한, 회전축(440)에 관통되도록 결합되고 회전시 같이 연동되어 상,하 승강되며 일측 테두리에 주사기(470)의 상부 부위가 파지되는 파지구(455)가 마련되어 연동되는 이동프레임(450)과, 그 이동프레임(450)의 하측에 이격된 위치에 고정 설치되고 주사기(470)의 하부 부위가 관통되도록 끼워져 고정되는 제2 고정프레임(460)을 포함하여 된 것이다.

또한, 상기의 제2 고정프레임(460)은 상기 제1 고정프레임과 유사하게 상기 정반(210)의 상측에 구성되고, 상기 케이스(100)의 일측에 고정 부착되는데, 상기 이동프레임(450)과 제2 고정프레임(460)에 수직으로 관통 결합되어 이동프레임(450)의 상,하 승강을 가이드하기 위한 가이드축(480)이 구비된다.

상기 회전풀리(430)의 상부에 위치하여 주사기(470)내에 담겨진 액체를 하측으로 낙하시키는 액체의 공급량을 수동적으로 조절하기 위해 나사식 회전력으로 구비한 회전나사(442)가 더 구비되며, 그 회전나사(442)는 제1 고정프레임(435) 상부에 위치한 회전풀리(430)에 수직으로 체결되어 회전나사(442)의 회전동작시 상기 회전축(440)이 이동하고 그 이동에 따라 이동프레임(450)이 아래로 힘을 받아 주사기(410)에 있는 액체를 정반(210)에 낙하 하게 된다.

이러한 구조를 갖는 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 접촉각 측정기는, 그 정반(210)측에 시편을 장착시킨 후에 상기 주사기(470)를 통해 시편측으로 액체의 물 방울을 떨어뜨린 후에 시편에 놓여진 물방울의 접촉각(θ)을 카메라(320)로 측정할 수 있게 된다.

즉, 상기 주사기(470)내에 담겨져 있는 액체의 낙하량을 정밀하게 제어할 수 있도록 구동모터(410)에 전원을 인가시키면, 구동모터(410)가 회전되면서 그 구동풀리(415)의 구동 회전력이 벨트(420)를 매개로 회전풀리(430)측에 전달되고, 이어서 회전풀리(430)와 축결합된 회전축(440)이 연동 회전되면서 그 외주면에 형성된 나사산의 회전에 의해 이동프레임(450)이 상,하로 승강 동작하게 된다.

그 이동프레임(450)의 하강동작시 주사기(470)의 상부부위가 파지된 상태로 같이 하강하게 되므로, 주사기(470) 내의 액체가 주사바늘을 타고 흘러 내려와 하 측으로 낙하하게 된다.

그 낙하되는 양은 구동모터(410)의 회전수와 관련되어 회전수가 많아질 수록 낙하되는 액체의 양도 커지게 되는 것이다.

이후에, 그 주사기(470) 내부의 액체가 주사바늘을 타고 내려와 하측으로 낙하된 후에 LED로 구성된 광원(310)의 빛이 정반(210)에 대해 수직각도로 우측에서 균일한 광도로 발광되고, 그 발광된 빛은 물방울을 거쳐서 반사되어 좌측에 위치한 카메라(320)의 렌즈측으로 입사된다.

한편, 주사기(470)를 통해 낙하되는 물방울의 양이 일정하게 공급될 경우에는, 그 시편상에 놓여지는 물방울이 갖는 원의 지름을 알게 되면 여러번 미리 시험된 데이터를 기준으로 정확한 접촉각을 측정할 수 있게 된다.

따라서, 본 고안의 주사기(470)로부터 낙하되는 물방울이 구동모터의 동작에 의해 일정한 양으로 공급되면, 상기 카메라(320)를 통해 측정되는 물방울의 원 지름을 기준으로 정확한 측정값을 얻을 수 있게 된다.

그리고, 사용자는 상기 카메라(320)의 데이터를 기준으로 물방울의 접촉각 크기를 측정할 수 있으며, 피대상물인 시편의 오염도등을 확인할 수 있게 된다.

또한, 본 고안의 다른 특징으로서, 상기 회전나사(442)를 수동으로 조절하여 임의의 물방울의 접촉각 크기 측정을 상기의 동작에 의해 진행할 수 있어, 실험에 따른 실험데이터를 산출할 수도 있다.

이상의 본 고안은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들 에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 실용신안청구범위에서 정의되는 본 고안의 취지와 범위에 포함된다.

이상과 같이 설명한 본 고안은 일정한 빛을 제공하는 LED 광원을 이용하여 광원에 의한 열 발산을 방지하여 접촉각이 낮은 각도의 물방울 접촉각을 측정하고, 회전나사 및 구동모터와 연계된 회전풀리의 동작에 따라 낙하되는 액체의 양을 자동/수동으로 선택적으로 사용 조절할 수 있어, 광원으로부터 조사되는 빛의 세기가 균일하게 전달되도록 함으로써, 낮은 각도의 접촉각을 측정할 수 있다.

또한, LED 광원을 사용함으로써, 열 발산으로 인해 액체증발이 없고 일정한 빛의 조사가 가능하고, 회전나사의 구동에 따라 낙하되는 액체의 양을 수동으로 조절하여 접촉각의 측정을 다양하게 할 수 있어 측정에 따른 실험데이터를 산출하는데 효과가 있다.

Claims (3)

1. 내부에 공간부가 형성되어 측정기의 구성품을 고정하는 케이스와, 상기 케이스의 내부 바닥면에 설치되는 정반과, 상기 정반의 양측에 각각 마련되고 외부 전원이 공급됨에 따라 온/오프 동작되어 상기 정반 상측에 놓여지는 액체의 접촉각을 측정하기 위한 광원 및 카메라와, 상기 케이스의 공간부 내에 위치하며 공급수단에 의해 주사기내에 담겨진 미세한 양의 액체를 가변되게 상기 정반측으로 낙하되도록 구성된 접촉각 측정기에 있어서,

   상기 공급수단은 상기 정반의 상측에 구성되고, 상기 케이스의 일측에 고정 부착되는 제1 고정프레임와,

   상기 제1 고정프레임의 하부에 위치하고 외부의 전원이 공급됨에 따라 온동작되는 구동모터와,

   상기 제1 고정프레임의 상부에 위치하고 상기 구동모터와 체결구조를 가지며, 상기 구동모터의 정,역방향 구동에 따라 구동하는 구동풀리와,

   상기 제1 고정프레임의 상부에 위치하고, 상기 구동모터의 구동에 의해 연동되도록 구동벨트로 연결되어 회전가능한 회전풀리와,

   상기 제1 고정프레임과 관통하도록 구성되어 상기 회전풀리의 중앙에 수직으로 축 결합되고 외주면에 나사산이 형성된 회전축과,

   상기 회전축에 관통되도록 결합되고 상기 회전축의 외주면에 끼워져 상기 회전축의 회전시 연동되어 상,하 승강되며 일측 테두리에 상기 주사기의 상부 부위가 파지되는 파지구가 마련되어 연동되는 이동프레임과,

   상기 정반의 상측에 구성되고, 상기 케이스의 일측에 고정부착되고, 상기 이동프레임의 하측에 이격되게 위치하여 상기 주사기의 하부 부위가 관통되도록 끼워져 결합되어 지지되는 제2 고정프레임과,

   상기 이동프레임과 제2 고정프레임에 수직으로 관통 결합되어 상기 이동프레임의 상하동작을 가이드축으로 구비된 것을 특징으로 하는 접촉각 측정기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광원은 상기 정반의 상측으로 반사시켜 빛을 균일하게 조사하는 LED로 구성된 것을 특징으로 하는 접촉각 측정기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 회전풀리의 상부에 위치하여 주사기내에 담겨진 액체를 하측으로 낙하시키는 액체의 공급량을 수동적으로 조절하는 회전나사를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 접촉각 측정기.

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