KR100984825B1 - 현상액 재생 장치의 농도 조절 시스템 - Google Patents

현상액 재생 장치의 농도 조절 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 공정장비로부터 회수되는 폐현상액을 저장하며, 상기 폐현상액의 농도를 계측하는 폐현상액 농도센서가 설치되는 회수탱크와; 상기 회수탱크와 제1 연결관을 통해 연결되며, 상기 회수탱크로부터 공급되는 폐현상액과 고농도 현상액을 혼합하기 위한 교반기가 설치되는 혼합탱크와; 고농도 현상액 저장탱크와; 일단은 상기 제1 연결관에 연결되고, 타단은 상기 고농도 현상액 저장탱크에 연결되는 제1 농도조절관과; 상기 제1 농도 조절관에 형성되어, 상기 고농도 현상액의 유량을 제어하는 제1 비례제어밸브와; 일단은 상기 제1 비례제어밸브에 연결되고, 타단은 상기 폐현상액 농도센서에 연결되어, 상기 폐현상액 농도센서의 검출결과에 따라 상기 제1 비례제어밸브의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 현상액 재생장치의 농도 조절 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 회수되는 폐현상액의 농도를 측정하고, 이를 기초로 농도 적정에 필요한 고 농도액의 양을 계산하여, 실시간으로 공급해줌으로써, 혼합탱크 내의 농도변화폭을 최소화하여 적정 농도에 도달하는 시간을 단축할 수 있게 된다.
현상액, 농도 조절, TMAH, 교반기, 비례제어밸브, 센서, 혼합탱크

Description

현상액 재생 장치의 농도 조절 시스템{Concentration control system of developer recycling apparatus}
도 1은 종래 현상액 재생장치의 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 농도 조절시스템을 포함하는 현상액 재생장치의 구성도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110 : 유입관 120 : 제1 연결관
122 : 제1 펌프 124 : 폐현상액 유량조절기
130 : 제1 농도조절관 140 : 제2 농도조절관
150 : 제2 연결관 152, 162 : 제1,2 개폐밸브
150 : 유출관 164 : 제2 펌프
200 : 회수탱크 210 : 혼합탱크
212 : 교반기 214 : 혼합액 농도센서
220 : 공급탱크 230 : 고농도액 저장탱크
300 : 제어부 310 : 제1 비례제어밸브
320 : 폐현상액 농도센서 400 : 제2 비례제어밸브
500 : 고농도액 유량계
본 발명은 액정표시소자 제조 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 포토리소그라피 공정에서 사용되고 회수되는 폐현상액을 재생하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시소자를 제조하기 위해서는, 유리 기판 상에 유전체 물질 등을 박막으로 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝(patterning)하는 식각공정, 잔류물을 제거하기 위한 세정공정 등을 수 차례 반복하여야 한다.
이 중에서 포토리소그라피(photolithography) 공정은 기판에 증착된 박막 위에 포토레지스트(photoresist)를 도포하는 단계와, 노광장치를 이용하여 포토레지스트에 현상액에 대한 용해도 차이를 유발하는 단계와, 현상액(developer)을 이용하여 상기 포토레지스트의 일부를 제거함으로써 패턴을 형성하는 단계의 순으로 진행된다. 형성된 포토레지스트 패턴은 후속 공정인 식각 공정시 마스크 역할을 하게 된다.
포토 레지스트에는 노광된 부분에 변성이 발생하여 현상액에 의하여 제거되 는 포지티브(positive) 레지스트와, 노광된 부분은 고분자화 되어 현상액에 의해 제거되지 않고 노광되지 않은 부분만이 제거되는 네가티브(negative) 레지스트로 나뉘며, 포지티브(positive) 레지스트인 경우인 경우에는 주로 알카리 수용액의 현상액이 사용되고, 네가티브(negative) 레지스트인 경우에는 솔벤트계 현상액이 사용된다.
일반적으로는 비교적 공정이 간단하고 양산면에서 유리한 포지티브 레지스트가 많이 사용되며, 이때 사용되는 현상액으로는 알카리성의 TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide) 2.38% 현상액이 주로 사용된다.
이와 같은 현상액은 주로 기판의 상부에서 뿌려지게 되므로, 포토 리소그라피 공정장비에는 현상액 공급장치가 별도 설치되며, 통상적으로 상기 현상액 공급장치에는 사용된 폐현상액을 재생하여 다시 사용하기 위한 현상액 재생장치도 함께 설치된다.
도 1은 이러한 현상액 재생장치의 일반적인 구성을 도시한 것으로서, 크게 폐현상액을 회수하는 회수탱크(20)와, 회수탱크(20)의 폐현상액과 20% 고농도 현상액을 혼합하여 원하는 농도로 조절하는 혼합탱크(30)와, 20% 고농도 현상액을 저장하는 저장탱크(50)와, 혼합탱크(30)에서 혼합된 현상액을 공정장비로 공급하기 전에 일시 저장하는 공급탱크(40)로 구성된다.
회수탱크(20)와 혼합탱크(30)는 제1 연결관(12)으로 연결되고, 혼합탱크(30)와 공급탱크(40)는 제2 연결관(17)으로 연결된다. 제1 연결관(12)에는 고 농도액 저장탱크(50)에 연결되는 제1, 2, 3 농도 조절관(13a, 13b, 13c)이 연결되는 한편, 폐현상액을 혼합탱크(30)로 압송하기 위한 펌프(75)와, 유량을 제어하기 위한 유량제어기(74)가 연결된다.
제1, 2, 3 농도 조절관(13a, 13b, 13c)의 중간에는 제1, 2, 3 유량조절기(71,72,73)가 각 설치되어, 고 농도액 저장탱크(50)로부터 공급되는 고농도 현상액의 유량을 조절한다.
한편 혼합탱크(30)에는 혼합을 위한 교반기(32)와 농도센서(34)가 설치되며, 농도 조절을 위해 고 농도액 저장탱크(50)와의 사이에 제4 농도 조절관(16)이 직접 연결되기도 하는데, 이는 주로 혼합탱크(30)의 농도가 목표치와 차이가 클 경우 적정 농도에 도달되는 시간을 줄이기 위해 수동 밸브(76)를 이용하여 신속한 시간에 많은 량의 고 농도액을 주입할 때 사용된다.
제1, 2, 3 유량조절기(71, 72, 73)는 제1 연결관(12)에 주입되는 고 농도액의 유량을 제어하는 장치로서, 미도시된 제어부에 연결되어 혼합탱크 농도센서(34)에서 감지한 농도에 따라 미리 프로그래밍된 일정 시간간격으로 고 농도액을 주입하게 되며, 혼합탱크(30)의 농도를 미세하게 조절하기 위해 각 유량조절기(71,72,73)마다 1회에 주입되는 유량을 약간씩 차이를 주고 있다.
회수탱크(20)에는 포토 리소그라피 공정장비(미도시)와 연결되는 유입관(11)이 연결되고, 상기 공급탱크(40)는 상기 공정장비에 재생 현상액을 공급하는 유출관(18)이 연결되는데, 상기 유출관(18)에는 현상액을 압송하기 위한 제2 펌프(79)가 설치된다. 미설명 부호 77, 78은 수동 또는 자동으로 제2 연결관(17) 및 유출관(18)을 개폐하는 개폐밸브이다.
이와 같은 구성을 가지는 현상액 재생장치를 통해서 현상액의 농도를 조절하는 과정을 TMAH 현상액을 예로 들어 살펴보면 다음과 같다.
먼저 포토 리소그라피 공정장비에서 현상과정 중에 사용되고 배출되는 폐현상액이 회수탱크(20)로 유입되는데, 이때 폐현상액의 농도는 TMAH의 경우 약 1% 정도의 저농도를 가진다. 이러한 저농도 폐현상액이 회수탱크(20)에 저장되었다가, 제1 연결관(12)을 통해 혼합탱크(30)로 유동하는데, 공정장비에서 사용되는 TMAH 현상액의 농도가 TMAH의 경우 2.38% 이므로, 저농도 TMAH 폐현상액에 고농도 TMAH 현상액을 혼합하여 적정농도로 맞추는 농도 적정과정을 거쳐야 한다.
통상 사용되는 고농도 TMAH 현상액의 농도는 20% 정도이며, 이를 회수탱크(20)와 혼합탱크(30) 사이의 제1 연결관(12)에 연결되는 제1,2,3 농도 조절관(13a, 13b, 13c)을 통해 제1 연결관(12)에 주입하여 농도를 조절한다.
이때 주입되는 유량은 상술한 바와 같이, 각 유량 조절기(71,72,73)에 연결되는 미도시된 제어부에서 결정하게 되는데, 이를 결정하는 근거가 되는 것은 상기 혼합탱크의 농도센서(34)에서 검출되는 혼합액의 농도이다.
이를 통해 고농도액을 주입할 때는, 통상적으로 각 유량 조절기(71,72,73)는 통과하는 유량을 차별화하는 방식을 사용하는데, 예를 들어 제1 유량조절기(71)는 1회에 100cc, 제2 유량조절기(72)는 1회에 150cc, 제3 유량조절기(73)는 1회에 200cc 등으로 정해놓고, 계측되는 혼합탱크의 농도에 따라 각 유량 조절기(71,72,73)의 개폐 여부를 결정하는 것이다.
농도 센서(34)를 통해 적정농도에 도달하였다고 판단되면, 자동 또는 수동으 로 제1 개폐밸브(77)를 열어 현상액을 공급탱크(40)로 보내게 되고, 공급탱크(40)에서 펌프(79)를 통해 공정장비로 공급된다.
이와 같이 폐현상액과 고 농도액을 혼합하여 목적하는 농도의 현상액으로 재생하기 위해서는, 고 농도액의 유량을 제어하는 것만으로는 부족하고, 폐현상액의 농도나 유량에 대한 정보를 정확히 파악하여 이에 기초하여 공급되는 고 농도액의 유량을 결정하는 것이 바람직하다.
그런데 종래의 농도제어 방식은 폐현상액의 농도에 대한 정보가 없이, 경험적으로 폐현상액의 농도가 TMAH의 경우 약 1% 정도 되는 것으로 가정하고, 혼합탱크 농도센서(34)에서의 계측결과를 기초로 고농도액 주입량을 결정하기 때문에, 폐현상액의 농도가 예상치와 달라지는 경우에는 농도 적정에 상당한 시간이 소요되고, 경우에 따라서는 현상액을 적시에 공급하지 못하는 사태까지도 발생하게 된다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 폐현상액을 재생하는 과정에서 폐현상액의 농도에 관한 정보를 활용하여 농도 적정에 소요되는 시간을 최소화할 수 있는 방안을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 공정장비로부터 회수되는 폐현상액을 저장하며, 상기 폐현상액의 농도를 계측하는 폐현상액 농도센서(320)가 설치되는 회수탱크(200)와; 상기 회수탱크(200)와 제1 연결관(120)을 통해 연결되며, 상기 회수탱크(200)로부터 공급되는 폐현상액과 고농도 현상액을 혼합하기 위한 교반기(212)가 설치되는 혼합탱크(210)와; 고농도 현상액 저장탱크(230)와; 일단은 상기 제1 연결관(120)에 연결되고, 타단은 상기 고농도 현상액 저장탱크에 연결되는 제1 농도조절관(130)과; 상기 제1 농도 조절관(130)에 형성되어, 상기 고농도 현상액의 유량을 제어하는 제1 비례제어밸브(310)와; 일단은 상기 제1 비례제어밸브(310)에 연결되고, 타단은 상기 폐현상액 농도센서(320)에 연결되어, 상기 폐현상액 농도센서(320)의 검출결과에 따라 상기 제1 비례제어밸브(310)의 동작을 제어하는 제어부(300)를 포함하며, 상기 혼합탱크(210)에는 상기 제어부(300)에 연결되는 혼합액 농도센서(214)가 설치되며, 상기 혼합탱크(210)는 중간에 제1 개폐밸브(152)가 설치되는 제2 연결관(150)을 통해 공급탱크(220)와 연결되며, 상기 공급탱크(220)는 중간에 유출관(160) 및 제2 펌프(164)가 설치되는 제2 개폐밸브(162)를 통해 공정장비와 연결되는 현상액 재생장치의 농도 조절 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 제1 비례제어밸브(310)와 상기 제1 연결관(120) 사이에는 고농도액 유량계(500)가 설치되며, 상기 제1 농도조절관(130)과 상기 혼합탱크(210)는 중간에 밸브가 설치되는 제2 농도 조절관(140)에 의해 연결되는 현상액 재생장치의 농도 조절 시스템을 제공한다.
또한, 상기 밸브는 제어부(300)에 연결되어, 상기 제어부(300)에 의해 제어되는 제2 비례제어밸브(400)이며, 상기 제1, 2 개폐밸브(152,162)는 제어부(300)에 연결되어, 상기 제어부(300)에 의해 자동으로 구동하는 현상액 재생장치의 농도 조절 시스템을 제공한다.
그리고, 상기 고농도 현상액 저장탱크(230)는 20% TMAH를 저장하며, 상기 혼합탱크(210)로부터 공급되는 현상액은 2.38%의 TMAH인 현상액 재생장치의 농도 조절 시스템을 제공한다.
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이하에서는 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본발명의 실시예에 따른 농도조절시스템이 설치된 현상액 재생장치의 구성을 도시한 것으로서, 유입관(110)을 통해 공정장비로부터 폐현상액을 회수하여 저장하며, 농도계측을 위한 폐현상액 농도센서(320)가 설치되는 회수탱크(200), 회수탱크(200)의 폐현상액과 고농도 현상액을 혼합하여 원하는 농도로 조절하는 혼합탱크(210), 고농도 현상액을 저장하는 저장탱크(230), 회수탱크(200)와 혼합탱크(210)를 연결하는 제1 연결관(120), 상기 제1 연결관(120)과 상기 고농도 현상액 저장탱크(230)를 연결하는 제1 농도조절관(130), 상기 제1 농도 조절관(130)에 형성되는 제1 비례제어밸브(310), 일단은 상기 제1 비례제어밸브(310)에 연결되고 타단은 상기 폐현상액 농도 센서(320)에 연결되는 제어부(300)를 포함한다.
보다 정밀한 농도 제어를 위해, 제1 비례제어밸브(310)와 제1 연결관(120)의 사이에는 고농도액의 유량을 확인할 수 있는 고농도액 유량계(500)를 설치할 수도 있는데, 이 경우에는 제어부(300)에서 제1 비례제어밸브(310)를 구동할 때 상기 고농도액 유량계(500)에서 계측한 결과를 피드백 자료로 활용하는 것이 바람직하다.
고농도 현상액 저장탱크(230)에 저장되는 현상액의 농도는 TMAH의 경우 20% 이다.
혼합탱크(210)에는 내부의 혼합액 농도를 체크할 수 있는 혼합액 농도센서(214)를 설치하여, 제어부(300)에서 제1 비례제어밸브(310)의 개폐정도를 결정할 때, 상기 혼합액 농도센서(214)의 계측결과를 이용하도록 하는 것이 바람직하다.
제1 연결관(120)에는 폐현상액을 혼합탱크(210)로 압송하기 위한 제1 펌프(122)가 설치되며, 유량을 조절하는 폐현상액 유량조절기(124)가 설치된다.
상기 제1 농도 조절관(130)의 중간에는 혼합탱크(210)로 이어지는 제2 농도 조절관(140)이 분기되며, 제2 농도 조절관(140)에는 상기 제어부(300)에 의해 유로를 개폐하거나 고농도액의 유량을 조절하는 제2 비례제어밸브(400)가 설치된다.
상기 제2 비례제어밸브(400)는 혼합액 농도센서(214)에서 계측한 값이 목표 농도치와 차이가 큰 경우에 농도적정에 소요되는 시간을 줄이기 위해 상기 제1 농도 조절관(130)을 통해 공급되는 양보다 많은 양의 고농도액을 직접 혼합탱크(210) 로 주입하기 위한 것이며, 자주 사용되는 것은 아니므로 도면과 같이 제어부(300)에 연결되지 않고 수동밸브로 대체하여도 무방하다.
혼합탱크(210)는 적정농도로 혼합을 마친 혼합액을 일시 저장하였다가 공정장비로 공급하기 위한 공급탱크(220)와 제2 연결관(150)을 통해 연결되며, 공급탱크(220)와 공정장비는 유출관(160)을 통해 연결된다.
제2 연결관(150)과 유출관(160)에는 제1,2 개폐밸브(152,162)가 각 설치되며, 특히 유출관(160)에는 현상액을 공정장비로 압송하기 위한 제2 펌프(164)가 설치된다.
상기 제1,2 개폐밸브(152,162)는 역시 제어부(300)에 의해서 자동으로 동작하는 것이 바람직한데, 예를 들어 혼합탱크(210)의 혼합액 농도센서(214)를 통해 농도적정이 이루어지면, 제어부(300)에서 이를 감지하여 제1 개폐밸브(152)를 열어서, 현상액을 공급탱크(220)로 보낸다.
또한, 공정장비로 현상액을 공급할 필요가 있는 경우에는 제어부(300)가 제2 개폐밸브(162)를 열어서 현상액을 이송시킨다. 그러나 제어부(300)에 의하지 않고 수동으로 개폐하는 것을 배제하는 것은 아니다.
한편 공급탱크(220)의 현상액에 농도 이상이 있는 경우에는, 공정장비로의 공급을 차단하여야 하므로, 공급탱크(220)에도 제어부(300)에 연결되는 농도센서(미도시)를 설치하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 현상액 재생장치를 통해서 현상 액의 농도를 조절하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 포토 리소그라피 공정장비에서 현상과정 중에 사용되고 배출되는 폐현상액이 농도센서(320)가 설치되어 있는 회수탱크(200)로 유입되는데, 이때 폐현상액의 농도는 TMAH의 경우 약 1% 정도의 저농도를 가진다. 이러한 저농도 폐현상액이 회수탱크(200)에 저장되었다가, 제1 연결관(120)을 통해 혼합탱크(210)로 유동한다. 이때 제1 연결관(120)에 설치되는 폐현상액 유량조절기(124)는 통상 폐현상액의 유량을 일정하게 유지하는 역할을 한다.
제어부(300)는 회수탱크(200)의 폐현상액 농도센서(320)를 통해 감지된 폐현상액 농도와, 혼합탱크(210)에서 혼합되는 혼합액의 목표농도 - TMAH의 경우 2.38% -와, 상기 폐현상액 유량조절기(124)를 통과하는 유량 등을 감안하여, 제1 농도조절관(130)을 통해 제1 연결관(120)으로 주입되어야 할 고농도액의 양과, 그에 따른 제1 비례제어밸브(310)의 개폐정도를 결정하여 제1 비례제어밸브(310)를 구동한다. 보다 정확한 제어를 위해 고농도액 유량계(500)이 계측결과를 활용할 수 있음은 상술한 바와 같다.
주입된 고농도액과 혼합된 폐현상액이 혼합탱크(210)에 도달하면, 교반기(212)가 동작하여 현상액을 혼합하게 되는데, 혼합액의 농도는 혼합탱크(210)에 설치되는 혼합액 농도센서(214)에 의해 실시간으로 체크된다.
특히 제어부(300)에서 상기 혼합액 농도센서(214)의 계측결과를 피드백 자료로 활용할 수 있도록, 상기 혼합액 농도센서(214)는 상기 제어부(300)와 연결되는 것이 바람직하다. 즉 혼합액 농도가 목표치보다 낮은 경우 상기 제1 비례제어밸브(310)를 통해 공급되는 고농도액의 양을 늘리고, 목표치보다 높은 경우에는 공급되는 고농도액의 양을 줄이도록, 제어부(300)가 제어하는 것이 바람직하다.
목표치와 혼합액 농도센서(214)에서 계측되는 농도와의 차이가 큰 경우에는 상술한 바와 같이 제2 비례제어밸브(400)를 이용해 고농도액을 직접 혼합탱크(210)로 주입하여, 농도적정에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
혼합을 통해 적정농도에 도달한 경우에는, 제어부(300)에 의해 제1 개폐밸브(152)가 열려 공급탱크(220)로 현상액이 공급되고, 필요시에 제어부(300)에 의해 제2 개폐밸브(162)가 열려 공정장비로 현상액이 공급된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 설명하였으나, 당업자에 의해 다양하게 수정 또는 변경이 가능하므로, 이러한 수정이나 변경이 본 발명의 기술적 사상을 포함하고 있는 한 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.
본 발명에 따르면, 회수되는 폐현상액의 농도를 측정하고, 이를 기초로 농도 적정에 필요한 고 농도액의 양을 계산하여, 실시간으로 공급해줌으로써, 혼합탱크 내의 농도변화폭을 최소화하여 적정 농도에 도달하는 시간을 단축할 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. 공정장비로부터 회수되는 폐현상액을 저장하며, 상기 폐현상액의 농도를 계측하는 폐현상액 농도센서(320)가 설치되는 회수탱크(200)와;
    상기 회수탱크(200)와 제1 연결관(120)을 통해 연결되며, 상기 회수탱크(200)로부터 공급되는 폐현상액과 고농도 현상액을 혼합하기 위한 교반기(212)가 설치되는 혼합탱크(210)와;
    고농도 현상액 저장탱크(230)와;
    일단은 상기 제1 연결관(120)에 연결되고, 타단은 상기 고농도 현상액 저장탱크에 연결되는 제1 농도조절관(130)과;
    상기 제1 농도 조절관(130)에 형성되어, 상기 고농도 현상액의 유량을 제어하는 제1 비례제어밸브(310)와;
    일단은 상기 제1 비례제어밸브(310)에 연결되고, 타단은 상기 폐현상액 농도센서(320)에 연결되어, 상기 폐현상액 농도센서(320)의 검출결과에 따라 상기 제1 비례제어밸브(310)의 동작을 제어하는 제어부(300)
    를 포함하며, 상기 혼합탱크(210)에는 상기 제어부(300)에 연결되는 혼합액 농도센서(214)가 설치되며, 상기 혼합탱크(210)는 중간에 제1 개폐밸브(152)가 설치되는 제2 연결관(150)을 통해 공급탱크(220)와 연결되며, 상기 공급탱크(220)는 중간에 유출관(160) 및 제2 펌프(164)가 설치되는 제2 개폐밸브(162)를 통해 공정장비와 연결되는 현상액 재생장치의 농도 조절 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 비례제어밸브(310)와 상기 제1 연결관(120) 사이에는 고농도액 유량계(500)가 설치되는 현상액 재생장치의 농도 조절 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 농도조절관(130)과 상기 혼합탱크(210)는 중간에 밸브가 설치되는 제2 농도 조절관(140)에 의해 연결되는 현상액 재생장치의 농도 조절 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밸브는 제어부(300)에 연결되어, 상기 제어부(300)에 의해 제어되는 제2 비례제어밸브(400)인 현상액 재생장치의 농도 조절 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 2 개폐밸브(152,162)는 제어부(300)에 연결되어, 상기 제어부(300)에 의해 자동으로 구동하는 현상액 재생장치의 농도 조절 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고농도 현상액 저장탱크(230)는 20% TMAH를 저장하는 현상액 재생장치의 농도 조절 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 혼합탱크(210)로부터 공급되는 현상액은 2.38%의 TMAH인 현상액 재생장치의 농도 조절 시스템.
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