KR20190002930A - 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법 및 장치 - Google Patents

미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 표면에 오염물질이 형성된 가공물을 세정하기 위한 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법에 있어서, 미세버블이 포함된 세정액의 pH를 조절함으로써, 상기 미세버블의 표면 전하와 상기 오염물질의 표면 전하가 반대극성의 전하로 대전되도록 할 수 있다.

Description

미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법 및 장치{CLEANING METHOD AND APPARATUS BY CONTROLLING pH OF CLEANING LIQUID INCLUDING NANO BUBBLE}
본 발명은 오염물질의 세정 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근, 일반적인 물보다 용존기체량이 높은 물이 제조되고 있는데, 일 예로 축사 등에서 나오는 오폐수를 정화하는 공정에서 사용하기도 하며 양식장에서 어류에게 산소(기체, 버블)를 공급하기 위한 용도로 용존산소량이 높은 산소(기체, 버블)수가 주로 사용되어 왔다.
상기 산소수는 동물이나 사람이 음용할 경우 체내에 흡수가 빠르고 신진대사가 활발해지며 각종 병충해에 대해 면역력이 강해지는 등의 많은 효과가 있어 축산농가뿐만 아니라 일반 가정이나 회사에서 쓰는 정수기에도 이러한 산소수를 적용하는 경우가 많아졌다.
또한, 식물의 경우에는 토양의 환경을 개선하고 잎이나 뿌리 등에 직접적으로 산소를 공급하여 보다 튼튼하게 생장하면서 병충해에 강해져 생산량이 증가하는 효과를 가져오고 있다. 상기와 같은 이유로 산소(기체, 버블)수를 제조하기 위해 다양한 방법 및 장치들이 제공되었다.
한편, 반도체 기판 또는 LCD 기판 등의 표면 오염, 기계 가공물 등의 공정에서의 오염은 제조 공정의 개시에서 완료에 이르기까지의 전 공정에 걸쳐서 발생할 수 있으며, 그 오염원의 종류 또한 파티클, 유기물, 금속성 물질, 자연 산화막 등의 산화막, 손상막질 등으로 매우 다양하다. 이러한 오염물질의 세정을 위해 미세버블을 이용해 세정이 가능하다는 연구가 발표되고 있으므로, 보다 효과적으로 오염물질을 세정할 수 있는 방법의 연구가 필요하다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0040134호　(2015.04.14 공개)
본 발명은 미세버블의 pH 조절을 통하여 반도체 기판, 기계 가공물 등에 발생한 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법은 표면에 오염물질이 형성된 가공물을 세정하기 위한 미세버블의 pH 조절을 통한 세정 방법에 있어서, 상기 오염물질의 대전된 표면의 전하와 반대극성의 전하로 대전되도록 상기 미세버블의 pH를 조절할 수 있다.
상기 미세버블의 pH는 상기 오염물질의 대전 전하와 제타전위차가 최대가 되도록 조절될 수 있다.
상기 미세버블의 pH는 상기 오염물질의 대전 전하가 양전하라면 3~3.5 이상으로 조절될 수 있다.
상기 미세버블의 pH는 상기 오염물질의 대전 전하가 음전하라면 3~3.5 이하로 조절될 수 있다.
상기 미세버블의 pH는 상기 미세버블이 포함된 세정액을 투입하기 전에 미리 조절될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 미세버블의 pH 조절을 통한 세정 방법은 표면에 오염물질이 형성된 가공물을 세정하기 위한 미세버블의 pH 조절을 통한 세정 방법에 있어서, 상기 오염물질의 대전된 표면의 전하의 극성 및 크기를 파악하는 단계; 및 상기 전하의 극성과 반대극성의 전하로 대전되도록 상기 미세버블의 pH를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 미세버블의 pH는 상기 오염물질의 대전 전하와 제타전위차가 최대가 되도록 조절될 수 있다.
상기 미세버블의 pH는 상기 오염물질의 대전 전하가 양전하라면 3~3.5 이상으로 조절될 수 있다.
상기 미세버블의 pH는 상기 오염물질의 대전 전하가 음전하라면 3~3.5 이하로 조절될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 미세버블의 pH 조절을 통한 세정 장치는 표면에 오염물질이 형성된 가공물을 세정하기 위한 미세버블의 pH 조절을 통한 세정 장치에 있어서, 상기 오염물질의 대전된 표면의 전하의 극성 및 크기를 파악하는 오염물질 전하 측정부; 및 상기 전하의 극성과 반대극성의 전하로 대전되도록 상기 미세버블의 pH를 조절하는 미세버블 pH 조절부를 포함할 수 있다.
상기 미세버블 pH 조절부는 상기 오염물질의 대전 전하와 제타전위차가 최대가 되도록 상기 미세버블 pH를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통하여 반도체 기판, 기계 가공물 등에 발생한 오염물질을 강한 정전기적 인력으로 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법을 보인 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 장치를 보인 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 미세버블이 포함된 세정액의 pH를 조절하여 오염물질과 반대극성을 가진 전하로 미세버블의 표면을 대전시킨 것을 보인 도면.
도 4는 미세버블과 오염물질의 pH에 따라 제타전위가 변화되는 것을 보인 그래프.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만,상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 "미세버블"의 기재는 마이크로미터 크기의 마이크로버블 및/또는 나노미터 크기의 나노버블을 포함하는 것이며, 상기 미세버블의 크기는 약 1 nm 내지 약 5,000 nm의 평균 크기를 갖는 것일 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법 및 장치의 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법을 보인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 장치를 보인 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 미세버블의 pH를 조절하여 오염물질과 반대극성을 가진 전하로 미세버블의 표면을 대전시킨 것을 보인 도면이다.
이에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법은 표면에 오염물질이 형성된 가공물을 세정하기 위해서, 미세버블이 포함된 세정액의 pH를 조절함으로써, 상기 미세버블의 표면 전하와 상기 오염물질의 표면 전하가 반대극성의 전하로 대전되도록 할 수 있다.
기계 가공물이나, 반도체 기판 등은 공정 중에 다양한 오염물질에 의해 오염이 발생할 수 있다. 이러한 오염물질은 표면이 대전되어 전하를 띠게 된다. 특히, 콜로이드 물질(0.0001-0.01um)의 입자는 침전되지 않고 부유하는 성질을 가지는데, 이러한 물질들은 입자들이 가지는 양이온 또는 음이온으로 인해 서로 반발하는 성질을 가지며 이와 같이 반발하는 힘을 제타전위(Zeta Potential)라고 한다.
미세버블은 오염물질과 마찬가지로 표면이 대전되어 전하를 띨 수 있는데, 이때 오염물질의 표면 전하와 반대극성의 전하를 띠면 정전기적 인력에 의해 가공물에서 오염물질을 분리할 수 있는 것이다. 이를 위하여 본 실시예에서는 미세버블이 포함된 세정액의 pH를 조절하여 오염물질을 보다 효과적으로 세정하는 것을 제안하고자 한다. 즉, 본 명세서에서는 미세버블이 포함된 세정액의 pH를 조절한다고 작성하나, 실질적으로는 세정액에 포함된 미세버블의 pH를 조절함으로써, 미세버블의 표면 전하의 극성 및 크기를 조절하는 것을 목표로 한다. 이는 세정액에 포함된 미세버블과 오염물질의 표면 전하의 극성 및 크기라 세정액의 pH에 의존하여 조절되기 때문이다. 상술한 바와 같이 미세버블과 오염물질은 표면 전하로 인하여 제타전위가 발생하는데, 서로 반대극성의 전하를 띤 상태에서 제타전위의 차이가 클수록 강한 정전기적 인력이 발생하여 세정 효율이 증가하게 된다.
도 4를 참조하면, 미세버블은 세정액의 pH에 따라서 극성 및 제타전위가 달라진다. 즉, 도 4에서 빨간색 실선이 미세버블의 제타전위의 변화를 나타낸 것인데, 미세버블은 pH가 3~3.5이하에서는 양전하로 대전되는 반면, pH가 3~3.5 이상에서는 음전하로 대전되는 것을 알 수 있다.
따라서, 오염물질의 표면 전하가 양전하일 경우에는 세정액의 pH 농도를 3~3.5 이상으로 조절하여 미세버블의 표면 전하가 음전하를 띠도록 하여야 한다. 반대로, 오염물질의 표면 전하가 음전하일 경우에는 세정액의 pH 농도를 3~3.5 이하로 조절하여 미세버블의 표면 전하가 양전하를 띠도록 하여야 한다. 물론, 이상에서 제시한 미세버블의 pH 농도는 일 예로 제시한 것이고, 양전하와 음전하가 전환되는 구간은 약간 달라질 수도 있다.
이와 같이 세정액의 pH 조절을 통하여 미세버블과 오염물질의 표면 전하가 서로 반대극성을 띠면 정전기적 인력에 의해 미세버블이 오염물질을 도 3에서와 같이 강한 인력으로 떼어낼 수 있게 된다. 또한, 미세버블과 오염물질의 표면 전하의 제타전위차가 클수록 인력이 강해지기 때문에 양자의 제타전위차가 커지도록 세정액의 pH를 조절하는 것이 필요하다.
예를 들어, 미세버블의 pH가 7일 경우 가장 큰 세정 효율을 나타낼 수 있는 오염물질은 Al2O3 인 것을 알 수 있다. 다만, 도 4를 통해 알 수 있듯이, 미세버블의 pH가 과도하게 커지거나 작아지면 오염물질과의 제타전위차가 상대적으로 작아지거나 극성이 같아질 수 있기 때문에 이를 적절히 조절하는 작업이 필요할 것이다.
또한, 미세버블의 pH가 3~3.5 이하일 경우에는 Al2O3, TiO2, CNTs 는 양전하를 띠고 미세버블 또한 양전하를 띠기 때문에 서로 반대극성을 가지도록 하려면 미세버블의 pH가 3.5 이상이 되도록 조절하여야 할 것이다.
한편, 도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 미세버블의 pH 조절을 통한 세정 방법은 오염물질의 대전된 표면의 전하의 극성 및 크기를 파악하는 단계(S10); 및 미세버블이 포함된 세정액의 pH를 조절함으로써, 상기 미세버블의 표면 전하와 상기 오염물질의 표면 전하가 반대극성의 전하로 대전되도록 하는 단계(S20)를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, 오염물질의 대전된 표면의 전하의 극성 및 크기는 오염물질 전하 측정부(10)에서 하게 되고, 상기 전하의 극성과 반대극성의 전하로 대전되도록 상기 세정액의 pH는 세정액 pH 조절부(20)에서 하게 된다. 오염물질의 전하 측정은 기존에 사용되고 있는 제타전위 측정장치를 이용할 수 있고, 세정액 pH 조절부(20)는 세정액에 pH 조절 용액을 투입하는 투입장치 등을 이용할 수 있다.
본 방법에 의하면, 미세버블의 pH를 보다 효과적으로 조절하여 세정 작업을 효과적으로 할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 미세버블의 pH를 임의적으로 조절하는 것이 아니고, 오염물질의 표면 전하의 극성 및 크기를 파악할 수 있기 때문에 이에 맞추어 최적의 미세버블의 pH를 조절할 수 있는 것이다.
예를 들어, 도 4에 도시된 금속입자 중 Al2O3의 대전된 표면의 전하의 극성이 양전하이고 제타전위는 50mV라고 확인을 할 수 있다(이때 pH는 3~4임). 이 상태에서 미세버블의 pH를 7~8 정도로 조절하면 Al2O3 과 미세버블의 제타전위차가 최대가 되기 때문에 보다 강한 인력으로 오염물질을 세정할 수 있게 된다. 즉, pH가 3~4인 구간에서는 미세버블과 Al2O3의 제타전위차가 약 50mV이나, pH가 7~8인 구간에서는 미세버블과 Al2O3의 제타전위차가 약 60mV으로 커지기 때문에 양자 간의 인력을 최대로 끌어올릴 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 미세버블의 pH는 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, pH를 조절하기 위하여 pH 조절 용액인 염산(HCl) 또는 수산화나트륨(NaOH)을 적절하게 투입할 수 있다. 이외에도 세정액의 pH를 조절할 수 있는 방법이라면 어떠한 것이라도 채용될 수 있다.
또한, 이상에서 설명한 세정액의 pH 조절은 미리 조절된 상태로 오염물질에 투입되어 세정할 수도 있고, 오염물질에 세정액을 투입한 상태에서 세정액의 pH를 조절할 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 오염물질 전하 측정부 20 : 세정액 pH 조절부

Claims (11)

  1. 표면에 오염물질이 형성된 가공물을 세정하기 위한 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법에 있어서,
    미세버블이 포함된 세정액의 pH를 조절함으로써, 상기 미세버블의 표면 전하와 상기 오염물질의 표면 전하가 반대극성의 전하로 대전되도록 하는 것을 특징으로 하는 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정액의 pH는 상기 미세버블의 표면 전하와 상기 오염물질의 표면 전하 간의 제타전위차가 최대가 되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정액의 pH는 상기 오염물질의 표면 전하가 양전하라면 3~3.5 이상으로 조절되는 것을 특징으로 하는 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정액의 pH는 상기 오염물질의 표면 전하가 음전하라면 3~3.5 이하로 조절되는 것을 특징으로 하는 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정액의 pH는 상기 세정액을 투입하기 전에 미리 조절되는 것을 특징으로 하는 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법.
  6. 표면에 오염물질이 형성된 가공물을 세정하기 위한 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법에 있어서,
    상기 오염물질의 표면 전하의 극성 및 크기를 파악하는 단계; 및
    미세버블이 포함된 세정액의 pH를 조절함으로써, 상기 미세버블의 표면 전하와 상기 오염물질의 표면 전하가 반대극성의 전하로 대전되도록 하는 단계를 포함하는 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 세정액의 pH는 상기 미세버블의 표면 전하와 상기 오염물질의 표면 전하 간의 제타전위차가 최대가 되도록 조절되는 것을 특징으로 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 세정액의 pH는 상기 오염물질의 표면 전하가 양전하라면 3~3.5 이상으로 조절되는 것을 특징으로 하는 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 세정액의 pH는 상기 오염물질의 표면 전하가 음전하라면 3~3.5 이하로 조절되는 것을 특징으로 하는 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 방법.
  10. 표면에 오염물질이 형성된 가공물을 세정하기 위한 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 장치에 있어서,
    상기 오염물질의 표면 전하의 극성 및 크기를 파악하는 오염물질 전하 측정부; 및
    미세버블이 포함된 세정액의 pH를 조절함으로써, 상기 미세버블의 표면 전하와 상기 오염물질의 표면 전하가 반대극성의 전하로 대전되도록 하는 세정액 pH 조절부를 포함하는 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 세정액 pH 조절부는 상기 미세버블의 표면 전하와 상기 오염물질의 표면 전하 간의 제타전위차가 최대가 되도록 pH를 조절하는 것을 특징으로 하는 미세버블이 포함된 세정액의 pH 조절을 통한 세정 장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100968668B1 (ko) * 2007-05-29 2010-07-06 가부시끼가이샤 도시바 기포/약액 혼합 세정액을 이용하는 반도체 기판의 세정방법
KR20150040134A (ko) 2013-10-04 2015-04-14 (주)범용테크놀러지 미세버블 생성장치
KR20150047933A (ko) * 2013-10-25 2015-05-06 에이펫(주) 마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법

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