KR20150014625A

KR20150014625A - 스팀 세정장치

Info

Publication number: KR20150014625A
Application number: KR1020130090013A
Authority: KR
Inventors: 박선순; 이해룡; 최용남
Original assignee: 주식회사 다원시스
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2015-02-09

Abstract

본 발명은 다양한 워크피스의 오염물질을 스팀과 뜨거운 공기의 혼합기류에 의하여 제거하는 스팀 세정장치를 개시한다. 본 발명은 세정액을 공급하는 제1 파이프라인을 갖는 세정액 공급장치와, 제1 파이프라인에 장착되어 있고 제1 파이프라인을 통하여 공급되는 세정액을 가열하여 스팀으로 생성하는 가열장치와, 스팀과 혼합되어 혼합기류를 생성하기 위한 뜨거운 공기를 공급하는 제2 파이프라인을 갖는 공기 공급장치와, 제1 파이프라인과 제2 파이프라인이 각각 연결되어 있으며 제1 파이프라인을 통하여 공급되는 스팀과 제2 파이프라인을 통하여 공급되는 뜨거운 공기를 혼합기류로 혼합하여 워크피스의 표면에 분사하는 분사노즐로 구성되어 있다. 본 발명에 의하면, 스팀과 뜨거운 공기의 혼합기류를 분사노즐을 통하여 다양한 워크피스의 표면에 분사하여 스팀의 응축과 압력 저하를 방지함으로써 세정력을 향상시킬 수 있다. 또한, 스팀과 뜨거운 공기가 균일하게 혼합되어 분사됨으로써, 세정력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

스팀 세정장치{STEAM CLEANING APPARATUS}

본 발명은 스팀 세정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 워크피스(Workpiece)의 오염물질(Contaminants)을 스팀(Steam)과 뜨거운 공기(Hot air)의 혼합기류에 의하여 제거하는 스팀 세정장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼(Semiconductor wafer), 평판디스플레이(Flat display)의 유리기판, 금속판 등과 같은 수많은 워크피스의 표면에는 제조공정 중에 많은 잔류물질(Residual organic materials), 미립자(Particle), 유기물, 무기물 등 오염물질이 존재하게 된다. 오염물질은 제품의 결함을 발생시키기 때문에 오염물질을 제거하기 위한 세정공정(Cleaning process)의 중요성은 더욱 부각되고 있는 추세에 있다.

평판디스플레이의 일례로 TFT-LCD(Thin film transistor-liquid crystal display)는 유리기판의 증착(Deposition), 세정, 식각(Etching) 등의 공정을 통하여 제조되고 있는데 오염물질이 유리기판의 표면에 잔류 시 식각 공정에서 표면 조도의 불량이 발생된다. TFT-LCD의 제조공정에 적용되는 세정은 물리적 및 화학적 세정, 건식 세정(Dry cleaning)으로 분리할 수 있다.

한편, 반도체와 같은 산업분야에서는 비용이 저렴하고 기술의 적합성이 검증되어 있는 화학적 세정이 광범위하게 사용되고 있다. 그런데 화학적 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, 화학적 세정은 진공장비들과 연계시켜 연속적인 공정을 수행하기 위한 클러스터 툴 시스템(Cluster tool system)에 적용하기 어렵다.

한국 공개특허 제10-2008-0057897호 "기판 스팀 세정장치"는 기판의 상하에 배치되어 있는 복수의 분사기재들을 구비한다. 분사기재들은 체임버(Chamber)의 스팀 존(Steam zone)을 따라 이송되는 기판의 상하에 스팀공급장치로부터 공급되는 스팀을 분사하여 기판을 세정한다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 스팀 세정장치는 스팀이 분사기재를 통하여 분사됨과 거의 동시에 온도차에 의하여 물로 응축된다. 스팀의 응축에 의하여 압력이 낮아져 세정력을 저하시키게 된다. 또한, 응축되는 스팀에 의하여 워크피스, 예를 들면 유리기판의 표면에 물방울이 맺히면서 얼룩이 발생시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은, 스팀과 뜨거운 공기의 혼합기류를 다양한 워크피스의 표면에 분사하여 스팀의 응축을 방지함으로써 세정력을 향상시킬 수 있는 새로운 스팀 세정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 스팀과 뜨거운 공기가 균일하게 혼합되어 세정력을 향상시킬 수 있는 스팀 세정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 스팀 세정장치가 제공된다. 본 발명에 따른 스팀 세정장치는, 세정액을 공급하는 제1 파이프라인을 갖는 세정액 공급장치와, 제1 파이프라인에 장착되어 있고 제1 파이프라인을 통하여 공급되는 세정액을 가열하여 스팀으로 생성하는 가열장치와, 스팀과 혼합되어 혼합기류를 생성하기 위한 뜨거운 공기를 공급하는 제2 파이프라인을 갖는 공기 공급장치와, 제1 파이프라인과 제2 파이프라인이 각각 연결되어 있으며 제1 파이프라인을 통하여 공급되는 스팀과 제2 파이프라인을 통하여 공급되는 뜨거운 공기를 혼합기류로 혼합하여 워크피스의 표면에 분사하는 분사노즐을 포함한다.

본 발명에 따른 스팀 세정장치는, 스팀과 뜨거운 공기의 혼합기류를 분사노즐을 통하여 다양한 워크피스의 표면에 분사하여 스팀의 응축과 압력 저하를 방지함으로써 세정력을 향상시킬 수 있다. 또한, 스팀과 뜨거운 공기가 균일하게 혼합되어 분사됨으로써, 세정력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 따라서 평판디스플레이의 유리기판, 반도체 웨이퍼, 금속판 등 다양한 워크피스를 가공하는데 유용하게 채택할 수 있으며, 워크피스의 코팅, 도장, 도금 등을 전처리 공정에 적용하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스팀 세정장치의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스팀 세정장치에서 분사노즐과 스월링 유닛의 구성을 부분적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스팀 세정장치에서 스월링 유닛의 구성을 나타낸 분리하여 나타낸 사시도이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 스팀 세정장치에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스팀 세정장치(10)는 다양한 워크피스(20), 예를 들면 TFT-LCD용 유리기판(22)의 표면에 스팀(2)과 뜨거운 공기(4)의 혼합기류(6)를 분사하여 세정한다. 본 발명에 따른 스팀 세정장치(10)는 유리기판(22)을 이송하는 이송수단으로 컨베이어(Conveyor: 30)를 구비한다. 컨베이어(30)는 벨트컨베이어(Belt conveyor), 롤러컨베이어(Roller conveyor) 등으로 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 이송수단은 워크피스(20)의 종류에 따라 캐리지(Carriage), 로더(Loader) 등으로 다양하게 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 스팀 세정장치(10)는 세정액(8)을 공급하는 세정액 공급장치(40)를 구비한다. 세정액(8)은 정제수(Deionize water, DI water)가 사용된다. 세정액 공급장치(40)는 세정액(8)을 저장하는 탱크(42)와, 탱크(42)에 연결되어 세정액(8)을 공급하는 제1 파이프라인(Pipeline: 44)과, 제1 파이프라인(44)에 세정액(8)을 펌핑(Pumping)하도록 장착되어 있는 펌프(46)로 구성되어 있다.

본 발명에 따른 스팀 세정장치(10)는 세정액 공급장치(40)와 연결되어 있으며 세정액(8)을 가열하여 스팀(2)으로 생성하는 가열장치(50)를 구비한다. 가열장치(50)는 세정액(8)을 유도가열하는 유도가열장치(52)로 구성되어 있다. 유도가열장치(52)는 세정액 공급장치(40)의 제1 파이프라인(44)에 연결되어 있고 도전성을 갖는 도관(54), 도관(54)의 외주면에 감겨져 있는 유도가열코일(56)과 유도가열코일(56)에 전력을 공급하는 전원공급장치(58)로 구성되어 있다. 도관(54)은 그 중앙에 제1 파이프라인(44)과 연결되어 세정액(8)과 스팀(2)의 유동을 위한 공기통로(54a)를 갖는다.

스팀(2)의 공급을 제어하기 위하여 스팀(2)의 유량을 측정하는 유량계(60)와, 스팀(2)의 압력을 검출하는 압력계(62), 스팀(2)의 온도를 검출하는 온도센서(64)와 솔레노이드밸브(Solenoid valve: 66)가 가열장치(50)의 하류에 위치하는 제1 파이프라인(44)에 각각 장착되어 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 가열장치(50)는 도관(54)을 가열하여 세정액(8)을 스팀(2)으로 생성하는 히터(Heater), 버너(Burner) 등으로 구성될 수 있다. 또한, 세정액 공공급장치(40)와 가열장치(50)는 탱크(42)에 저장되어 있는 세정액을 히터에 의하여 가열하여 스팀을 생성하는 보일러(Boiler)로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 스팀 세정장치(10)는 스팀(2)과 혼합되어 혼합기류(6)를 생성하는 뜨거운 공기(4)를 공급하는 공기 공급장치(70)를 구비한다. 공기 공급장치(70)는 압축공기를 공급하는 에어컴프레서(Air compressor: 72)와, 압축공기의 공급을 위하여 에어컴프레서(72)에 연결되어 있는 제2 파이프라인(74)과, 제2 파이프라인(74)을 따라 공급되는 압축공기를 가열하여 뜨거운 공기(4), 즉 고온고압의 공기로 생성하는 가열장치(76)로 구성되어 있다. 가열장치(76)는 유도가열에 의하여 압축공기를 가열하는 히터(76)나 유도가열장치로 구성될 수 있다. 뜨거운 공기(4)의 공급을 제어하기 위한 유량계(80), 압력계(82), 온도센서(84)와 솔레노이드밸브(86)가 제2 파이프라인(74)에 각각 장착되어 있다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스팀 세정장치(10)는 스팀(2)과 뜨거운 공기(4)를 혼합하여 워크피스(20)의 표면에 분사하는 분사노즐(90)을 구비한다. 분사노즐(90)은 제1 포트(Port: 92), 제2 포트(94), 혼합실(96)과 노즐구멍(Nozzle hole: 98)을 구비한다. 제1 포트(92), 제2 포트(94)와 노즐구멍(78) 각각은 분사노즐(90) 안의 혼합실(96)과 연통되어 있다. 노즐구멍(78)의 직경은 0.1mm 내지 수mm로 형성될 수 있다.

제1 포트(92)는 가열장치(50)를 지나서 스팀(2)을 공급하는 제1 파이프라인(44)에 연결되어 있다. 제2 포트(94)는 뜨거운 공기를 공급하는 제2 파이프라인(74)에 연결되어 있다. 분사노즐(90)은 제1 파이프라인(44)에 두 개 이상으로 장착될 수 있으며, 워크피스(20)의 상하면을 세정할 수 있도록 배치될 수 있다. 도 2에 분사노즐(90)은 노즐구멍(78)이 한 개인 단공노즐(Sing hole nozzle)이 도시되어 있으나, 분사노즐(90)은 여러 개의 노즐구멍들을 갖는 다공 노즐(Multi hole nozzle)로 구성될 수 있다. 노즐구멍(78)은 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 분사노즐(90)은 스팀(2)을 워크피스(20)에 분사할 수 있는 형상을 갖는 단면, 예를 들어 슬릿형 노즐(Slot type nozzle)으로 구성될 수 있다. 분사노즐(90)는 오리피스(Orifice)를 갖는 튜브, 모세관(Capillary tube) 등으로 다양하게 구성될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 스팀 세정장치(10)는 제2 포트(94)에 이웃하도록 제2 파이프라인(74)에 장착되어 뜨거운 공기(4)의 흐름(F1)을 소용돌이 공기의 흐름(Swirling air flow: F2)으로 전환시키는 스월링 유닛(Swirling unit: 100)을 추가로 구비한다. 스월링 유닛(100)은 케이싱(Casing: 102), 샤프트(Shaft: 104)와 스월링 임펠러(Swirling impeller: 106)로 구성되어 있다. 케이싱(102)은 제2 포트(94)와 제2 파이프라인(74) 각각이 연결되는 공기통로(102a)를 갖는다. 샤프트(104)는 케이싱(102)의 중앙에 고정되어 있다. 스월링 임펠러(106)는 샤프트(104)에 회전할 수 있도록 장착되어 있으며, 공기통로(102a)를 따라 흐르는 뜨거운 공기의 흐름에 의하여 회전된다.

스월링 임펠러(106)는 베어링(108)에 의하여 샤프트(104)에 회전할 수 있도록 지지되어 있는 보스(Boss: 106a)와, 보스(106a)의 외면에 반경 방향을 향하여 연장되어 있는 복수의 날개(106b)들과, 날개(106b)들의 주위를 둘러싸고 있으며 내면에 날개(106b)들의 말단이 연결되어 있는 에어가이드 슬리브(Air guide sleeve: 106c)로 구성되어 있다. 다른 실시예에 있어서, 에어가이드 슬리브(106c)는 삭제될 수 있다. 또한, 케이싱(102)은 원통형으로 구성되고, 원통형 케이싱의 내면에 소용돌이 공기의 흐름(F2)의 생성을 위하여 복수의 날개들이 길이 형성될 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 스팀 세정장치(10)에 있어서, 워크피스(20)는 컨베이어(30)에 실려 이송된다. 펌프(46)가 구동되면, 탱크(42)에 저장되어 있는 세정액(8)으로 정제수가 제1 파이프라인(44)을 통하여 도관(54)의 공기통로(54a)에 공급된다. 정제수는 도관(54)의 공기통로(54a)를 따라 유동된다.

계속해서, 전원공급장치(58)의 작동에 의하여 유도가열코일(56)에 전압이 인가되면, 유도가열코일(56)에 의하여 고주파 자기장이 생성되고, 유도가열코일(56) 안에 배치되어 있는 도관(54)에 기전력이 흐르게 되면서 도관(54)이 가열되게 된다. 도관(54)이 가열되면, 공기통로(54a)를 따라 유동되는 정제수가 급속 가열되면서 스팀(2)이 생성된다. 스팀(2)은 제1 파이프라인(44)을 통하여 분사노즐(90)의 제1 포트(92)에 공급된다.

한편, 에어컴프레서(72)의 작동에 의하여 발생되는 압축공기는 제2 파이프라인(74)을 통하여 분사노즐(90)의 제2 포트(94)에 공급된다. 압축공기는 제2 파이프라인(74)을 따라 흐르면서 히터(76)의 작동에 의하여 가열되어 뜨거운 공기(4)로 된다. 이때, 뜨거운 공기(4)의 온도는 100~170℃이다. 뜨거운 공기(4)의 온도는 170℃가 바람직하다.

뜨거운 공기(4)는 제2 파이프라인(74)을 통하여 케이싱(102)의 공기통로(102a)에 공급된다. 스월링 임펠러(106)는 뜨거운 공기 흐름에 의하여 샤프트(104)를 중심으로 회전되면서 뜨거운 공기 흐름을 소용돌이 공기의 흐름으로 전환시키게 된다. 소용돌이 공기의 흐름(F2)은 제2 포트(94)를 통하여 분사노즐(90) 안으로 공급되면서 혼합실(96)에서 스팀(2)과 혼합되어 혼합기류를 생성하게 된다. 혼합기류는 노즐구멍(78)을 통하여 유리기판(22)의 표면에 분사되어 오염물질을 깨끗하게 세정한다. 이때, 100~170℃의 뜨거운 공기는 스팀(2)의 응축과 압력의 저하는 방지하여 세정효율을 높이고, 응축에 의한 얼룩의 발생을 방지하게 된다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

10: 스팀 세정장치 20: 워크피스
40: 세정액 공급장치 44: 제1 파이프라인
50: 가열장치 52: 유도가열장치
70: 공기 공급장치 74: 제2 파이프라인
76: 가열장치 78: 히터
90: 분사노즐 92: 제1 포트
94: 제2 포트 96: 혼합실
98: 노즐구멍 100: 스월링 유닛
102: 케이싱 106: 스월링 임펠러

Claims

세정액을 공급하는 제1 파이프라인을 갖는 세정액 공급장치와;
상기 제1 파이프라인에 장착되어 있고, 상기 제1 파이프라인을 통하여 공급되는 상기 세정액을 가열하여 스팀으로 생성하는 가열장치와;
상기 스팀과 혼합되어 혼합기류를 생성하기 위한 뜨거운 공기를 공급하는 제2 파이프라인을 갖는 공기 공급장치와;
상기 제1 파이프라인과 상기 제2 파이프라인이 각각 연결되어 있으며, 상기 제1 파이프라인을 통하여 공급되는 상기 스팀과 상기 제2 파이프라인을 통하여 공급되는 상기 뜨거운 공기를 상기 혼합기류로 혼합하여 상기 워크피스의 표면에 분사하는 분사노즐을 포함하는 스팀 세정장치.
제1항에 있어서,
상기 공기 공급장치는,
상기 제2 파이프라인과 연결되어 있고, 압축공기를 발생하는 에어컴프레서와;
상기 제2 파이프라인을 통하여 공급되는 상기 압축공기를 가열하여 상기 뜨거운 공기를 생성하도록 상기 제2 파이프라인에 장착되어 있는 가열장치로 이루어지는 스팀 세정장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 뜨거운 공기가 소용돌이 공기의 흐름을 형성하도록 상기 제2 파이프라인에 장착되어 있는 스월링 유닛을 더 포함하는 스팀 세정장치.
제3항에 있어서,
상기 스월링 유닛은,
상기 제2 파이프라인과 상기 분사노즐 각각에 연결되어 있는 공기통로를 갖는 케이싱과;
상기 공기통로에 고정되어 있는 샤프트와;
상기 공기통로를 따라 흐르는 상기 뜨거운 공기에 의하여 회전되면서 상기 소용돌이 공기의 흐름을 형성하도록 상기 샤프트에 장착되어 있는 스월링 임펠러로 이루어지는 스팀 세정장치.