KR0163111B1 - 미세입자 포집장치 - Google Patents

Abstract

직경의 크기가 0.1μm 이하인 미세입자의 크기를 성장시켜 임팩터를 이용하여 포집하는 미세입자 포집장치에 관한 것이다.

본 발명은, 특정온도를 유지하는 밀폐공간 내부에서 에어로솔상태의 기체와 기화된 작용유체가 혼합되어 포화상태를 형성한 후 온도강하에 따라서 상기 에어로솔상태의 기체에 포함된 미세입자의 크기가 성장하는 입자성장부에 의해서 성장된 미세입자와 상기 기화된 작용유체가 혼합되어 포화상태를 형성하는 입자유지부, 상기 입자유지부를 통과한 미세입자를 포집하는 입자포집부로 구성됨을 특징으로 한다.

따라서, 미세입자 발생원을 트레이스하여 제거할 수 있으므로 미세입자 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

미세입자 포집장치

제1도는 본 발명에 따른 미세입자 포집장치의 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 포화관 12 : 에어로솔 유입구

14 : 풀 16 : 튜브

18 : 응축관 20,28,36 : 밸브

22,30,38 : 유량조절기 24,42 : 필터

26 : 버블풀 32 : 앰팩터

34 : 평판 40 : 펌프

D1 : 입자성장부 D2 : 입자유지부

D3 : 입자포집부

본 발명은 미세입자 포집장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직경의 크기가 0.1μm 이하인 미세입자를 포집가능한 크기로 성장시켜 임팩터를 이용하여 포집하는 미세입자 포집장치에 관한 것이다.

최근에 반도체 소자가 고집적화됨에 따라서 미세한 파티클(Particle)에 의해서 소자의 불량이 발생하므로 반도체 소자 제조공정이 진행되는 청정실(Clean room)에 대한 관심이 더욱 고조되고 있다.

그리고 반도체 소자가 미세화되는 것에 비례하여 파티클의 측정크기역시 작아지고 있다. 최근에는 반도체 소자에서 주불량요인으로 작용되는 오염원은 주로 기체-입자변환(Gas-Particle conversion)에 의하여 생성되는 미세입자(Fine particle)들이다. 이 크기는 주로 0.1μm 이하로 극히 미세하다.

한편 반도체 제조 공정을 수행하기 위하여 청정실 내부 또는 각 공정설비에는 오염원이 될 입자들을 포집·필터링 하는 장치가 필수적으로 구성되고 있으며, 그 대표적 예가 사이클로트론(Cyclotron), 임팩터(Impactor), 필터(Filter) 등이다.

그런데, 사이클로트론은 이론적으로 파티클의 직경의 크기가 0.4μm 이상의 입자만을 포집할 수 있어서 0.1μm 이하의 직경의 크기를 가지는 아주 미세한 파티클은 포집할 수 없었다.

또한, 임팩터의 경우에도 0.1μm 이하의 직경의 크기를 가지는 입자가 관성이 작고, 확산에 의한 영향을 많이 받아 불규칙 운동을 하며, 포집을 위한 평판(Impaction plate)에 대하여 재튀어오르는(Rebounce) 현상이 있어서 포집이 어려웠다.[William C Hinds, “Aerosol Technology”, Willey Interscience Publication, 1982, pp 113∼124]

그리고 필터의 경우에는, 화학제를 이용하여 0.1μm 이하의 미세입자를 포집할 수는 있다. 그러나 미세입자 포집시 사용되는 화학물질이 미세입자에 포함되므로 미세입자 발생원에 대한 트레이스(Trace)가 불가능하였다.

따라서, 현재로는 0.1μm 이하의 크기를 갖는 미세입자를 포집한 후, 오염원에 대한 트레이스가 가능한 방법이 없었다.

본 발명의 목적은, 직경의 크기가 0.1μm 이하인 미세입자를 포집한 후, 이를 분석하여 반도체소자에서 불량이 발생하는 원인을 트레이스 할 수 있는 미세입자 포집장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 미세입자 포집장치는, 특정온도를 유지하는 밀폐공간 내부에서 에어로솔상태의 기체와 기화된 작용유체가 혼합되어 포화상태를 형성한 후 온도강하에 따라서 상기 에어로솔 상태의 기체에 포함된 미세입자의 크기가 성장하는 입자성 장부, 상기 입자성장부에 의해서 성장된 미세입자와 상기 기화된 작용유체가 혼합되어 포화상태를 형성하는 입자유지부, 상기 입자유지부를 통과한 미세입자를 포집하는 입자포집부로 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시에를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 미세입자 포집장치의 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.

제1도를 참조하면, 본 발명에 따른 미세입자 포집장치는 응축을 이용하여 입자의 크기를 성장시키는 입자성장부(D1), 성장된 입자의 크기상태를 유지하며 임팩터까지 이동하도록 하는 입자유지부(D2), 임팩터를 이용하여 입자를 포집하는 입자포집부(D3)로 구성되어 있다.

입자성장부(D1)는, 35℃ 정도의 내부온도를 유지하는 포화관(10)이 구성되어 있다.

포화관(10) 내부로 이격된 공간에는 작용유체로 작용하는 알콜(Alcohol)을 수용하고 있는 풀(14)이 설치되고, 이 풀(14)의 일측에는 측벽을 관통하여 경사지게 결합한 튜브(Tube:16)가 구성되어 있으며, 풀(14)의 다른 일측에는 에어로솔(Aerosol) 상태의 기체가 유입되는 에어로솔 유입구(12)가 구성되어 있다.

상기 튜브(16) 내부에는 펠트(felt)가 1.6mm 정도의 두께로 덮여서 풀(14)에 담겨진 알콜을 흡수하여 포화관(10)의 온도에 의해서 쉽게 기화되어 에어로솔 유입구(12)에서 공급되는 에어로솔상태의 기체와 혼합되어 포화상태를 형성하도록 구성되어 있다.

그리고 상기 튜브(16)에는 10℃ 정도의 내부온도를 유지하는 응축관(18)이 수직방향으로 구성되어, 35℃ 정도의 포화관(10)에서 공급되는 포화상태의 기체가 공급되어 웅축현상이 발생하도록 구성되어 있다.

즉 35℃ 정도의 포화관(10) 내부에서 포화된 기체는 포화관(10)보다 낮은 10℃ 정도의 온도를 유지하고 있는 응축관(18)에 공급되어 에어로솔상태의 기체에 포함된 직경 0.1μm 이하의 크기를 가지는 미세입자를 중심으로 작용유체로 이용되는 기화된 알콜이 응축되어 미세입자의 크기가 성장하도록 구성되어 있다.

입자유지부(D2)는, 필터(24)를 통과한 클린 에어(Clean air)가 배관라인을 통해서 알콜이 담겨진 버블풀(26)의 저부로 공급되도록 구성되어있다.

버블풀(26)에 공급된 클린 에어는 버블(Bubble)을 발생하고, 이에 따라서 용이하게 기화된 알콜성분의 버블기체는 밸브(28) 및 유량조절기(30)를 통과하여 유량조절기(22)를 통과한 응축된 기체와 혼합되어 포화상태를 형성하도록 구성되어 있다.

입자포집부(D3)로 이용되는 임팩터(32)는 내부에 평판(Impaction plate:34)이 구성되어 있어서 특정크기 이상의 입자는 평판(34) 상에서 포집되고 특정크기 이하의 입자는 재튀어오름 등의 현상에 의해서 임팩터(32)에서 방출되도록 구성되어 있다.

임팩터(32)를 통과한 기체는 밸브(36) 및 유량조절기(38)를 통과한 후 펌프(40)의 펌핑작용에 의해서 필터(42)를 통과하여 외부로 방출되도록 구성되어 있다.

따라서, 0.1μm 이하의 직경의 크기를 가진 미세입자를 포함한 에어로솔상태의 기체가 에어로솔 유입구(12)를 통하여 포화관(10) 내부의 풀(14)에 공급된다.

이때, 풀(16)의 내부에 담겨진 알콜이 튜브(16) 내부의 펠트에 흡수됨에 따라서 35℃정도의 온도상태를 유지하고 있는 포화관(10)의 온도가 전달된다. 따라서 쉽게 기화된 알콜과 에어로솔상태의 기체가 혼합되어 포화상태를 형성한다.

이어서, 포화상태의 기체는 10℃ 정도의 내부온도를 유지하고 있는 응축관(18)으로 공급되어 응축현상이 발생한다.

즉 포화상태의 기체에 포함된 직경 0.1μm 이하의 크기를 가지는 다수의 미세입자를 중심으로 기화된 알콜이 응축되어 미세입자의 크기가 성장한다.

전술한 공정은 1980년 출판된 저널 에어로솔 에스시아이 볼륨Ⅱ(Journal Aerosol SCI. VOL.Ⅱ)의 343∼357쪽에 개시된 바와 같은 응축핵 계수기(Condensation nucleus counters)를 이용했다. 응축핵 계수기는 0.014μm 정도의 직경의 크기를 가지는 미세입자를 12μm 정도이 직경의 크기로 성장시킬 수 있다.

그리고 미세입자의 크기를 성장시키는 작용유체는 일반적으로 부탄올(n-Butanol)을 사용하고, 물(Water), 에탄올(Ethanol), 이소프로판올(Isopropanol), 다이에틸렌글리콜(Diethylenegycol) 등을 사용할 수 있다.

크기가 성장한 미세입자를 포함한 기체는 밸브(20)의 개폐동작에 의해서 그 흐름이 단속된 후 유량조절기(22)에 의해서 그 양이 제어된다.

유량조절기(22)를 통과한 기체에 포함된 입자는 미세입자를 중심으로 응축된 알콜이 감싸고 있는 상태이다. 그래서 응축된 알콜이 증발되는 것을 방지하여 관성력을 잃지 않도록 하여야 한다. 그러므로 기화된 작용유체를 공급하여 포화상태를 형성하는 것이 필요하다.

따라서, 기화된 작용유체 즉 기화된 알콜을 공급하기 위하여 응축된 입자의 상태를 유지하는 입자유지부(D2)가 필요하다.

즉 필터(24)를 통과한 클린에어는 배관라인을 통해서 알콜이 담겨진 버블풀(26) 저면에 공급된다. 클린에어가 공급된에 따라서 버블풀(26)에서는 버블이 발생한다. 이에 따라서 쉽게 기화된 버블기체는 밸브(28)의 개폐동작에 의해서 단속되어지고 유량조절기(30)에 의해서 그 양이 제어되어 입자의 크기가 성장한 미세입자를 포함한 기체와 혼합된다.

따라서, 유량조절기(22) 이후의 배관라인은 기화된 알콜의 포화상태가 형성되어 미세입자를 감싸고 있는 응축된 알콜이 증발되지 않는다.

이 상태의 기체는 입자포집부(D3)로 이용되는 임팩터(32)에 공급된다.

임팩터(32) 내부에 공급된 12μm 정도의 크기로 성장한 미세입자는 평판(34)에 흡착된다. 평판(34)은 일반적으로 웨이퍼를 이용한다.

임팩터(32)에 의해서 흡착되지 않은 미세입자는 평판(34)에서 재튀어오름으로 인해서 밸브(36) 및 유량조절기(38)에 의해서 그 흐름이 단속되어지고 그 양이 제어된 후, 펌프(40)의 펌핑작용에 의해서 필터(42)로 공급된다.

필터(42)에서는 화학제를 이용하여 미세입자를 포집한 후 기체를 외부로 방출한다.

평판(34)에 포집된 입자는 직경의 크기가 0.1μm 이하의 미세입자를 중심으로 응축된 알콜이 감싸고 있는 형상이다. 그러므로 응축된 알콜 성분을 제외한 포집입자의 성분을 분석하여 미세입자가 발생하는 발생원을 트레이스할 수 있다.

본 발명에 따라서, 직경의 크기가 0.1μm 이하인 미세입자를 포집 및 분석하여 발생원을 트레이스하여 직경의 크기가 0.1μm 이하인 미세입자의 발생을 방지할 수 있다는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연하다.

Claims (10)

1. 특정온도를 유지하는 밀페공간 내부에서 에어로솔상태의 기체와 기화된 작용유체가 혼합되어 포화상태를 형성한 후 온도강하에 따라서 상기 에어로솔상태의 기체에 포함된 미세입자의 크기가 성장하는 입자성장부, 상기 입자성장부에 의해서 성장된 미세입자와 상기 기화된 작용유체가 혼합되어 포화상태를 형성하는 입자유지부, 상기 입자유지부를 통과한 미세입자를 포집하는 입자포집부로 구성됨을 특징으로 하는 미세입자 포집장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 입자성장부는 특정온도 상태의 포화관과 상기 포화관보다 낮은 온도상태를 유지하는 응축관으로 구성됨을 특징으로 하는 상기 미세입자 포집장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 포화관 내부로 이격된 위치에는 작용유체가 담겨진 풀이 구성됨을 특징으로 하는 상기 미세입자 포집장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 풀의 측벽을 관통하여 상기 작용유체를 흡수할 수 있는 튜브가 구성됨을 특징으로 하는 상기 미세입자 포집장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 풀의 상부에는 에어로솔상태의 기체가 공급되는 에어로솔 유입구가 구성됨을 특징으로 하는 상기 미세입자 포집장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 튜브 내벽에는 상기 풀에 담겨진 작용유체를 흡수할 수 있는 펠트가 구성됨을 특징으로 하는 상기 미세입자 포집장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 입자유지부는 작용유체가 담겨진 버블풀에서 공급되는 포화상태의 기체가 상기 입자성장부를 통과한 기체와 혼합됨을 특징으로 하는 상기 미세입자 포집장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 버블풀 저면엔은 필터를 통과한 클린에어가 공급되도록 구성됨을 특징으로 하는 상기 미세입자 포집장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 입자포집부는 임팩터로 구성됨을 특징으로 하는 상기 미세입자 포집장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 임팩터 내부에는 입자가 포집되는 평판이 구성됨을 특징으로 하는 상기 미세입자 포집장치.