KR101582112B1 - 칩 크기의 실리콘의 세정 방법 및 이를 위한 세정장치 - Google Patents

칩 크기의 실리콘의 세정 방법 및 이를 위한 세정장치 Download PDF

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백수택
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Abstract

출구 쪽으로 가면서 위로 경사진 바닥을 갖는 N개의 세정베드를 캐스케이드 형태로 배치하고, 각 세정베드의 가두리 공간에 경사진 바닥의 일부만 잠기도록 서로 다른 세정액을 채우고, 첫 번째 세정베드의 가두리 공간에 세정 대상인 칩폴리들을 투입한다. 진동수단으로 N개의 세정베드를 각각 진동시킨다. 칩폴리들이 k번째 세정베드의 세정액 내에서 제1방향으로 전진성 진동을 하면서 그 세정액에 의해 세정되고 경사진 바닥을 거슬러 오르면서 그 세정액을 빠져나와서 출구를 통해 취출됨과 동시에, k+1번째 세정베드의 세정액으로 자동 투입된다. 이와 같이 칩폴리들이 진동 반송되면서 N개의 세정베드 내의 각 세정액에 순차적으로 자동 투입되어 각 세정액에 의해 연속적으로 자동 세정 및 세척된다. 출구로 취출되기 전에, 세정된 칩폴리들을 메이크업 처리된 세정액으로 세척하고, 공기를 분사하여 건조시키는 공정을 거칠 수도 있다. 건조된 칩폴리 미분과 칩폴리들을 미분제거망을 지나게 하여 칩폴리 미분을 분리수거할 수도 있다. 칩폴리들은 세정액 내에서 진동 반송되면서 높은 압력으로 세정액과 부딪히고 접촉면적도 증대되어, 세정효율의 향상, 세정 품질의 향상 및 균일화가 가능하다. 또한, 여러 종류의 세정액을 사용하는 다단계 칩폴리 세정공정을 연속적이고 자동적으로 수행하여 세정시간의 단축을 통한 생산성 향상을 도모할 수 있다.

Description

칩 크기의 실리콘의 세정 방법 및 이를 위한 세정장치 {Chip-size Silicon Cleaning Method and Apparatus}
본 발명은 불순물로 오염된 칩폴리로부터 그 불순물을 효과적으로 제거하여 단결정 잉곳 제조가 가능한 초고순도 칩폴리로 세정하는 기술에 관한 것이다.
(1) 파티클, 메탈 성분, 유기물 및 산화막과 같은 불순물의 제거 필요성
태양광 단결정 잉곳을 성장시키기 위해 칩 크기(chip size, 대략 2~40mm 정도의 크기임)의 실리콘 조각(이를 간략히 '칩폴리(Chip poly)'라 함)이 원료로서 사용된다. 잉곳 생산의 고수율을 위해서는 오염되지 않은 고순도의 칩폴리를 사용할 필요가 있다.
칩폴리는 덩어리 형(Chunk type) 실리콘(대략 50-130mm 정도의 크기임, 이를 간략히 '청크 폴리'라 함)이나 성장한 잉곳을 이용하여 웨이퍼를 제조할 때 생기는 불사용 부분(잉곳의 상단부(Top), 하단부(Tail), 및 측면부(Wing))인 잉곳 스크랩을 파쇄하여 얻을 수 있다. 그런데 청크 폴리나 잉곳 스크랩을 회수하고 이동, 보관 등의 취급 과정 중에 표면에 파티클이나 메탈 성분 및 유기물과 같은 불순물이 달라붙을 수 있고, 또한 이것들을 칩폴리로 파쇄하는 과정에서도 그러한 불순물이 부착될 수 있다. 그에 따라, 청크 폴리나 잉곳 스크랩의 파쇄공정을 통해 얻어지는 칩폴리의 표면은 불순물에 오염된다. 또한 대기 중에 노출된 청크 폴리나 잉곳 스크랩의 표면은 공기중의 산소에 의해 산화막이 형성되기 쉬운데 이 또한 잉곳 품질에 방해 요소가 된다. 칩폴리를 단결정 잉곳의 생산에 재활용하기 위해서는, 그런 불순물을 깨끗이 제거하여야 한다.
(2) 반도체 세정 기술
반도체를 세정하는 종래의 대표적인 기술로는, 1970년대에 RCA사가 발표한 RCA 기판 세정공정(SC-1/SC-2 용액 사용)이 알려져 있다. 이 RCA 기판 세정공정은 습식 세정기술의 토대가 된 기술로서, 이 RCA 세정공정 기술을 응용한 다양한 세정방법들(대한민국 특허공개번호 제10-2008-0058097호, 대한민국 특허공개번호 제10-2012-0117687호, 대한민국 특허공개번호 제10-2013-0050386호, 미국 특허번호 제7736439호 등)이 알려져 있다.
그런데 보통 RCA 세정공정과 이의 응용 세정공정은 주로 표면이 매끈하고 일정한 모양과 크기를 갖는 얇은 반도체 웨이퍼의 세정에 많이 사용되어온 기술이다. 그리고 반도체 웨이퍼의 세정공정에 효과적으로 적용하기 위한 세정장치는 많이 소개되고 있다.
RCA 세정공정은 칩폴리의 세정에도 적용할 수 있으나, 세정 대상인 칩폴리의 모양에 균일성이 없어 기존의 웨이퍼 세정장치로는 칩폴리를 세정할 수 없다. 불균일한 모양과 크기를 갖는 칩폴리의 형상 특징을 고려한 세정장치가 필요하다. 도 1은 칩폴리를 세정하기 위한 종래의 세정장치(10)를 도시한다. 이 칩폴리 세정장치(10)는 다수의 세정배스(cleaning bath)(12)와, 칩폴리를 담아서 각 세정배스(12)안에 담그기 위한 세정통(16)을 포함한다. 세정통(16)은 그 측면에 다수의 구멍(20)이 뚫려 있고, 상단에는 지지봉(18)이 관통하여 결합되어 있다. 세정배스(12)의 상단에는 지지봉을 걸기 위한 홈(14)이 마련되어 있다. 맨 마지막(우측)의 세정배스(12)에는 마지막 세척을 위한 초순수가 있고, 그 좌측의 다수의 세정배스(12)에는 보통 과산화수소, 염산, 황산, 혼산 등과 같은 케미컬을 초순수에 희석시킨 액상의 세정용 케미컬(22)이 액체 상태로 담겨 있다.
오염된 칩폴리를 담은 세정통(16)을 맨 좌측의 세정배스(12)에 일정시간 담근 후에 작업자가 빼내어서 우측 옆의 세정배스(12)로 순서대로 이동시키는 방식으로 세정을 한다. 세정통(16)을 우측의 세정배스(12)로 하나씩 이동할 때 마다, 칩폴리의 표면에 부착되어 있는 유기물, 메탈성분, 산화막 등이 각 세정배스(12) 내의 세정용 케미컬(22)과 화학 반응을 일으키면서 제거된다. 초순수가 담겨 있는 맨 우측의 세정배스(12)에서는 칩폴리의 표면에 있는 잔류 케미컬 성분이 제거된다.
그런데, 이와 같은 세정 방법은 세정통(16)에 담긴 칩폴리들의 크기가 작고 서로 붙어 있기 때문에 칩폴리들 간에 접촉면이 넓고 액체 상태의 세정용 케미컬의 유동은 없다. 그렇기 때문에 칩폴리의 표면에 붙어있는 불순물이 세정용 액상 케미컬 성분과 효과적으로 반응하기 어려워 세정 효율이 그리 높지 않은 편이다.
이런 단점을 보완하기 위하여, 세정용 케미컬과 칩폴리 표면에 붙은 불순물 간의 반응속도를 높이기 위해 초음파를 액상 케미컬(22)에 가해하거나, 세정배스(12)에 히터를 설치해 온도를 올리거나, 박스형 세정통(16)을 흔드는 방법을 고려할 수 있다. 하지만, 이런 방법들이 칩폴리 표면에 붙은 불순물과 케미컬이나 초순수와 반응속도를 높일 수 있으나 효과적으로 불순물을 제거하는 데는 근본적인 한계가 있다.
그리고 세정용 케미컬(22)의 농도를 높이거나 세정시간을 길게 하는 방법도 고려할 수 있을 것이나, 케미컬(22)의 농도가 높은 경우 칩폴리의 식각이 많이 발생해 칩폴리 세정 손실이 커지는 문제가 있고, 세정 시간을 길게 하는 경우 칩폴리 생산성이 크게 줄어드는 문제가 새로 생긴다.
또한, 적어도 2명의 작업자가 칩폴리가 담긴 세정통(16)을 들어 올려 옆의 세정배스(12)로 이동시키는 수작업을 일일이 해야 하는 번거로움도 있다.
뿐만 아니라, 칩폴리 미분은 고가이고 재활용이 가능하므로 전량 회수하는 것이 바람직하다. 위에서 언급한 종래방식들의 경우 칩폴리 미분이 세정 종료 후에 세정배스의 바닥에 침전되어 있으므로 그것을 효율적으로 수거하기가 힘들다.
대한민국 특허공개번호 제10-2008-0058097호, 대한민국 특허공개번호 제10-2012-0117687호, 대한민국 특허공개번호 제10-2013-0050386호, 미국 특허번호 제7736439호
본 발명은 세정액 내의 칩폴리들에 전진성 진동을 강제함으로써, 칩폴리들의 세정액에 대한 세정 압력과 접촉면적을 증대시켜 세정효율의 향상, 세정 품질의 향상 및 균일화를 가능하게 하는 칩폴리 세정방법 및 이를 위한 세정장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 또한, 여러 종류의 세정액을 사용하는 다단계 칩폴리 세정공정을 연속적이고 자동적으로 수행되도록 하여 세정시간의 단축을 통한 생산성 향상을 도모할 수 있는 칩폴리 세정방법 및 이를 위한 세정장치를 제공하고자 한다.
나아가, 본 발명은 칩폴리 세정과정에서 생기는 칩폴리 미분을 효과적으로 수거할 수 있는 칩폴리 세정방법 및 이를 위한 세정장치를 제공하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1방향으로 연장되면서 점진적으로 높아지는 경사진 바닥과, 상기 경사진 바닥의 가장자리 둘레에서 위쪽으로 연장된 측벽에 의해 규정되는 가두리 공간을 제공하며, 상기 경사진 바닥의 상기 제1방향 끝부분에는 칩폴리 취출용 출구가 마련된 세정베드(cleaning bed); 및 상기 가두리 공간의 상기 경사진 바닥의 일부 구간이 세정액으로 채워지고 상기 세정액 안에 칩폴리들이 투입된 상태의 상기 세정베드에 진동력을 가하여, 상기 칩폴리들이 상기 세정액 내에서 상기 제1방향으로 전진성 진동을 하면서 상기 경사진 바닥을 거슬러 오르도록 강제되고, 이와 같은 진동 반송을 통해 상기 칩폴리들의 표면에 부착된 불순물이 상기 세정액에 의해 세정되고 또한 상기 칩폴리들이 상기 세정액 밖으로 빠져나와서 상기 출구를 통해 취출되도록 하는 진동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정장치가 제공된다.
상기 칩폴리 세정장치는 칩폴리 미분을 칩폴리와는 별도로 분리수거하기 위한 미분제거망을 더 포함할 수 있다. 미분제거망은 상기 출구 앞의 상기 경사진 바닥에 소정 크기의 다수의 구멍들이 형성된 형태로 마련된다. 소정 크기 미만의 칩폴리 미분이 상기 소정 크기 이상의 칩폴리들과 함께 진동 반송되면서 상기 다수의 구멍들을 지나가다가 상기 칩폴리 미분만이 상기 다수의 구멍을 통해 낙하하여 수거된다.
상기 칩폴리 세정장치는, 상기 세정액 밖으로 빠져나와 상기 출구 쪽으로 반송되는 칩폴리들에 공기를 분사하여 건조시키는 공기분사수단을 더 포함할 수 있다.
바람직한 일실시예에 따르면, 상기 진동수단은, 상기 칩폴리들이 전진성 진동을 통해 상기 경사진 바닥을 거슬러 오르면서 상기 제1방향으로 반송되도록 상기 세정베드에 진동력을 가하는 진동모터; 및 고정된 지지부와 상기 세정베드 사이에 개재되어, 진동하는 상기 세정베드를 상기 지지부에 대하여 완충하는 탄성부재를 포함할 수 있다. 또한, 상기 진동모터의 진동주파수를 조정하기 위한 진동주파수 조정부를 더 포함할 수 있다.
상기 칩폴리 세정장치는, 상기 세정액의 세정 능력을 소정 수준 이상으로 유지하기 위하여, 상기 세정베드 내의 사용 중인 세정액의 일부를 신선한 세정액으로 대체하는 메이크업 처리를 한 후 상기 세정베드 안으로 다시 투입하는 세정액 순환수단을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 세정액 순환수단은, 상기 세정베드와 연통되어, 상기 세정베드로부터 회수되는 세정액을 침전시켜 세정액과 불순물이 분리되고 분리된 세정액 중 일부를 더 이상 세정용으로 사용하지 않도록 배제함과 동시에 그 배제된 세정액 양만큼 신선한(fresh) 세정액으로 보충하여 세정액을 메이크업 처리하는 침전조; 및 상기 침전조와 연통되어, 메이크업 처리된 세정액을 상기 세정베드 안으로 공급되도록 펌핑하는 순환펌프를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 세정액 순환수단은, 상기 순환펌프의 출구부에 연결되어, 상기 세정액 밖으로 빠져나와 상기 출구 쪽으로 반송되는 칩폴리들에 대하여 상기 순환펌프가 토출하는 상기 세정액을 분사하는 한 개 이상의 분사노즐을 포함하는 세정액 분사부를 더 포함할 수 있다.
상기 칩폴리 세정장치에 있어서, 상기 경사진 바닥의 수평면에 대한 경사각은 5~20ㅀ의 각도범위 이내인 것이 바람직하다. 바닥의 경사각이 5ㅀ보다 더 작으면 충분한 세정을 위해 세정베드의 길이를 과도하게 길게 만들어야 하는 단점이 있고, 반대로 20ㅀ보다 더 크면 경사가 가팔라서 칩폴리들이 전진성 진동을 통해 출구 쪽으로 전진해나가기가 무척 힘들어진다.
상기 세정베드는 상기 세정액 및 상기 칩폴리들을 담았을 때 이들과 직접 접촉하는 내측부는 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 테프론으로 만드는 것이 바람직하다. 이런 재질만으로 만든 세정베드는 지속적인 진동을 이겨내는 힘이 약할 수 있다. 이런 점을 고려하여, 상기 세정베드는 상기 내측부의 외면에 부가되어 상기 세정베드의 기계적 강도를 보강해주고 상기 세정액에 대한 내식성을 갖는 금속재로 된 외측보강부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 위와 같은 칩폴리 세정장치를 N개 (단, N은 2보다 큰 자연수)포함하며, 상기 N개의 칩폴리 세정장치는 k번째(단, k는 1부터 N-1까지의 자연수) 칩폴리 세정장치의 상기 출구가 k+1번째의 칩폴리 세정장치의 상기 가두리 공간의 최심부의 상부에 위치하는 캐스케이드(cascade) 형태로 배치된 연속형 칩폴리 자동 세정장치가 제공된다. 이 연속형 자동 세정장치에 의하면, 상기 N개의 칩폴리 세정장치 각각의 상기 가두리 공간의 경사진 바닥의 일부 구간이 소정의 세정액으로 채워지고 첫 번째 칩폴리 세정장치의 상기 가두리 공간 내의 세정액 안에 칩폴리들을 투입한 상태에서, 상기 N개의 칩폴리 세정장치들의 상기 세정베드를 각 세정장치의 상기 진동수단으로 전진성 진동을 하게 함으로써, 상기 칩폴리들이 상기 제1방향으로 진동 반송되는 과정을 통해 상기 N개의 칩폴리 세정장치들의 세정베드들을 순차적으로 거치면서 연속적으로 자동 세정된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 칩폴리 세정방법이 제공된다. 상기 칩폴리 세정방법은, 제1방향으로 연장되면서 점진적으로 높아지는 경사진 바닥과, 상기 경사진 바닥의 가장자리 둘레에서 위쪽으로 연장된 측벽에 의해 규정되는 가두리 공간을 제공하며, 상기 경사진 바닥의 상기 제1방향의 끝부분에는 칩폴리 취출용 출구가 마련된 세정베드의 상기 가두리 공간에 상기 경사진 바닥의 일부 구간만 잠기도록 세정액을 채워 넣는 단계; 상기 세정액으로 채워진 상기 가두리 공간의 최심부에 세정 대상인 칩폴리들을 투입하는 단계; 및 진동수단이 생성한 진동력을 상기 세정베드에 가하여, 상기 칩폴리들이 상기 세정액 내에서 상기 제1방향으로 전진성 진동을 하면서 상기 경사진 바닥을 거슬러 오르도록 강제되고, 이와 같은 진동 반송을 통해 상기 칩폴리들의 표면에 부착된 불순물이 상기 세정액에 의해 세정되고 또한 상기 칩폴리들이 상기 세정액 밖으로 빠져나와서 상기 출구를 통해 취출되도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 칩폴리 세정방법은, 상기 칩폴리들의 세정 동안에, 상기 세정액의 세정 능력을 소정 수준 이상으로 유지하기 위하여, 상기 세정베드 내의 사용 중인 세정액의 일부를 신선한 세정액으로 대체하는 메이크업 처리를 한 후, 상기 세정베드 안으로 다시 투입하는 세정액 순환단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
일실시예에 따르면, 상기 세정액 순환단계는, 상기 세정베드 내의 사용 중인 세정액의 일부를 상기 세정베드 밖의 침전조에 빼내어 세정액과 불순물이 분리되도록 침전시키는 단계; 분리된 세정액 중 일부를 세정공정에서 배제함과 동시에 그 배제된 세정액 양만큼 신선한(fresh) 세정액으로 보충하여 세정액을 메이크업 처리하는 단계; 및 메이크업 처리된 세정액을 상기 세정베드 안으로 다시 투입하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 메이크업 처리된 세정액을 상기 세정베드 안으로 다시 투입하는 것은, 상기 세정액 속에서 세정된 후 상기 경사진 바닥을 타고 밖으로 빠져나온 칩폴리들에 상기 메이크업 처리된 세정액을 분사하여 상기 칩폴리들을 세척하는 방식으로 이루어질 수도 있다.
상기 칩폴리 세정방법은, 상기 세정액 밖으로 빠져나온 다음 상기 출구를 통해 취출되기 전의 상기 출구 쪽으로 반송되는 상기 칩폴리들과 칩폴리 미분에 공기를 분사하여 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 칩폴리 세정방법은 또한, 건조된 상기 칩폴리들과 상기 칩폴리 미분이 상기 출구 쪽으로 진동 반송되는 과정에서 상기 바닥에 마련된 미분제거망을 통과하도록 함으로써, 크기가 상기 미분제거망의 구멍보다 작은 상기 칩폴리 미분은 상기 미분제거용 망을 통해 낙하하여 걸러지고, 상기 미분제거망의 구멍보다 큰 칩폴리들은 상기 미분제거망을 지나 상기 출구로 취출되도록 하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명은 여러 가지 세정액을 사용하여 칩폴리를 연속적으로 자동 세정할 수도 있다. 이 연속적 칩폴리 자동 세정방법은, 세정베드 N개(단, N은 2보다 큰 자연수)를 제k(단, k는 1부터 N-1까지의 자연수) 세정베드의 칩폴리 취출용 출구가 제k+1 세정베드의 가두리 공간의 최심부의 상부에 위치하는 캐스케이드(cascade) 형태로 배치하는 단계를 포함한다. 여기서, N개의 상기 세정베드 각각은 제1방향으로 연장되면서 점진적으로 높아지는 경사진 바닥과 상기 경사진 바닥의 가장자리 둘레에서 위쪽으로 연장된 측벽에 의해 규정되는 가두리 공간을 제공하며, 상기 출구는 상기 경사진 바닥의 상기 제1방향의 끝부분에 칩폴리가 취출될 수 있게 마련된다. 또한, 상기 연속적 칩폴리 자동 세정방법은, 상기 N개의 세정베드 중 제1 내지 제N-1 세정베드 각각의 상기 가두리 공간에는 서로 다른 액상 케미컬을 세정액으로 사용하기 위해 채우고, 맨 마지막의 제N 세정베드의 상기 가두리 공간에는 초순수를 세척액으로 사용하기 위해 채우되, 상기 세정액 및 세척액은 각 세정베드의 상기 경사진 바닥의 일부구간만 잠기도록 채우는 단계; 제1 세정베드의 상기 가두리 공간의 최심부에 세정 대상인 칩폴리들을 투입하는 단계; 및 진동수단으로 상기 N개의 세정베드를 각각 진동시키되, 상기 칩폴리들이 제k 세정베드 내의 제k 세정액 내에서 상기 제1방향으로 전진성 진동을 하면서 상기 세정액에 의해 세정되고 상기 경사진 바닥을 거슬러 올라 상기 제k 세정액 밖으로 빠져나와서 상기 출구를 통해 취출됨과 동시에, 제k+1 세정베드의 상기 가두리 공간 내의 제k+1 세정액의 최심부로 자동 투입되도록 진동시키는 단계도 포함한다. 이와 같은 세정방법에 따르면, 칩폴리들이 진동 반송되면서 상기 N개의 세정베드 내의 각 세정액 및 세척액에 순차적으로 자동 투입되어 연속적으로 세정 및 세척된다.
이와 같은 연속적 칩폴리 자동 세정방법은, 상기 칩폴리들의 세정 동안에, 각 세정베드 내의 세정액의 세정 능력을 소정 수준 이상으로 유지하기 위해, 각 세정베드 내의 사용 중인 세정액의 일부를 신선한 세정액으로 대체하는 메이크업 처리를 한 후, 상기 세정베드 안으로 다시 투입하는 세정액 순환단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 세정액 순환단계는, 일 실시예에 따르면, 상기 세정베드 내의 사용 중인 세정액의 일부를 상기 세정베드 밖의 침전조에 빼내어 세정액과 불순물이 분리되도록 침전시키는 단계; 분리된 세정액 중 일부를 세정공정에서 배제함과 동시에 그 배제된 세정액 양만큼 신선한(fresh) 세정액으로 보충하여 세정액을 메이크업 처리하는 단계; 및 상기 세정액 밖으로 빠져나온 칩폴리들에 상기 메이크업 처리된 세정액을 분사하여 상기 칩폴리들을 세척하는 방식으로 상기 메이크업 처리된 세정액을 상기 세정베드 안으로 다시 투입하는 단계를 포함할 수 있다.
연속적 칩폴리 자동 세정방법은, 상기 N개의 세정베드 각각에 있어서, 상기 칩폴리들이 상기 세정액 밖으로 빠져나온 다음 상기 출구를 통해 취출되기 전에 상기 출구 쪽으로 반송되는 상기 칩폴리들과 칩폴리 미분에 공기를 분사하여 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 건조된 상기 칩폴리들과 상기 칩폴리 미분이 상기 출구 쪽으로 진동 반송되는 과정에서 상기 바닥에 마련된 미분제거망을 통과하도록 함으로써, 크기가 상기 미분제거망의 구멍보다 작은 상기 칩폴리 미분은 상기 미분제거용 망을 통해 낙하하여 걸러지고, 상기 미분제거망의 구멍보다 큰 칩폴리들은 상기 미분제거망을 지나 상기 출구로 취출되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 칩폴리들이 세정액 내에서 진동하므로 세정액(케미컬이나 초순수)에 대한 마찰 압력이 높고 접촉 면적이 늘어나서 세정 반응의 속도가 증대하여 세정 효과를 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 칩폴리들은 전진성 진동에 의해 진동하면서 세정베드의 출구 쪽으로 조금씩 반송되므로, 세정액 밖으로 빠져나온 칩폴리들에 대하여 세정액 분사에 의한 세척, 공기 샤워를 통한 건조, 미분제거망 통과에 의한 칩폴리 미분의 수거 등의 처리를 순차적, 자동적으로 처리할 수 있다. 이에 의해, 세정작업의 속도를 높여 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 값비싼 칩폴리 미분의 수거 또한 매우 효율적으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 하나의 세정장치에서 세정을 위한 칩폴리의 투입부터 출구를 통한 취출까지 칩폴리의 반송이 진동에 의해 자동으로 이루어지므로, 여러 대의 세정장치를 선행 세정장치의 출구가 후행 세정장치의 투입부로 이어지는 캐스케이드 형태로 구성하여 여러 종류의 세정액으로 칩폴리를 연속적으로 자동 세정하는 것이 가능하다. 이렇게 전체 세정공정 전 과정을 완전히 연속 자동화할 수 있으므로, 칩폴리 세정작업의 생산성 향상 및 원가절감, 세정 품질의 균일성 향상 등을 도모할 수 있다.
도 1은 종래의 수동식 다단계 칩폴리 세정장치의 구성을 개략적으로 도시하고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진동반송식 칩폴리 세정장치의 구성을 나타낸 측면도이고,
도 3은 도 2의 칩폴리 세정장치의 평면도이며,
도 4는 도 2의 A부분의 확대도이며,
도 5는 도 2의 칩폴리 세정장치를 4단의 캐스케이드 형으로 연결한 연속형 칩폴리 자동 세정장치를 도시하며,
도 6은 도 2의 진동반송식 칩폴리 세정장치를 이용한 칩폴리 세정방법을 나타낸 흐름도이고,
도 7은 도 5의 연속형 칩폴리 자동 세정장치를 이용한 칩폴리 세정방법을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 이하에서 용어 '세정액'은 유기물, 파티클, 금속불순물 등을 제거하기 위한 케미컬 세정액만을 지칭하는 의미로 사용되거나 또는 칩폴리 표면의 잔류 케미컬 세척을 위한 초순수까지 포함하는 광의적 의미로도 사용된다. 초순수를 케미컬 세정액과 구별하는 의미로는 '세척액'이라는 용어가 사용된다.
도 2와 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진동반송식 칩폴리 세정장치(100)가 도시되어 있다. 이 세정장치(100)는 크게 세정베드(110)(cleaning bed)와 진동수단(130)을 포함한다.
세정베드(110)는 제1방향으로 연장되면서 점진적으로 높아지는 경사진 바닥(112)과 그 경사진 바닥(112)의 둘레 가장자리에서 수직으로 연장된 측벽(114)에 의해 규정되는 가두리 공간(120)을 제공한다. 그 경사진 바닥(112)의 최고위 부위 즉, 제1방향의 말단 부위에는 칩폴리가 취출될 수 있는 출구(126)가 마련된다. 가두리 공간(120)의 바닥(112)은 출구(126)쪽의 깊이가 가장 얕고 출구(126)의 맞은편 끝 쪽으로 가면서 깊이가 점점 깊어지는 형태로 되어 있다. 또한, 출구(126) 근처의 바닥(112)은 칩폴리 수거함(170)의 크기에 맞게 점점 좁아지는 형태로 만들 수도 있다. 그 출구(126)의 맞은편 끝은 가두리 공간(120)의 최심부(127)로서, 거기에 세정대상인 칩폴리(124-1)들이 투입된다. 세정베드(110)의 경사진 바닥(112)의 수평면에 대한 경사각은 대략 5~20ㅀ 범위 내의 각인 것이 바람직하다. 하한각 5ㅀ보다 더 작은 경사각이면 충분한 세정을 위해 세정베드(110)의 길이를 과도하게 길게 만들어야 하는 단점이 있고, 상한각 20ㅀ보다 더 큰 경사각이면 칩폴리들이 전진형 진동을 통해 출구(126) 쪽으로 전진해나가기가 무척 힘들어지는 단점이 있다.
이 가두리 공간(120)은 그 안에 세정액(122)과 세정대상 칩폴리들을 담기 위한 공간이다. 가두리 공간(120)의 상부는 전부 개방되어 있거나 또는 최심부(127) 상부에 칩폴리 투입부가 마련된 덮개(비도시)로 덮을 수 있다.
세정액(122)과 직접 접촉하는 세정베드(110)의 바닥(112) 및 측벽(114)의 내측부는 각종 케미컬 성분의 세정액에 의해 변형 또는 용해되지 않는 재질, 예컨대 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 테프론으로 만드는 것이 바람직하다. 본 발명의 세정방법은 세정베드(110)에 세정액(122)과 다수의 칩폴리(124)들을 담은 상태에서 세정베드(110)를 진동시켜 세정한다(자세한 사항은 후술함). 그러므로 충분한 기계적 강도와 우수한 내구성을 갖는 재질로 세정베드(110)를 만드는 것이 바람직하다. 이를 위해, 세정베드(110)의 바닥(112) 외면에 금속재의 외측보강부(116)를 덧댄 이중 바닥구조로 만드는 것이 바람직하다. 바닥(112) 뿐만 아니라 측벽(114)까지 그 외측보강부(116)를 덧대어 세정베드(110) 전체적으로 이중 구조로 만드는 것도 바람직하다. 외측보강부(116)는 세정액으로 사용하는 케미컬에 대하여 내식성이 우수하고 기계적 강도가 좋은 금속재로 만드는 것이 바람직하다. 그 금속재의 대표적인 예로는 스테인레스 스틸일 수 있다. 테프론(또는 폴리프로필렌) 재질의 내측부(112, 114)와 스테인레스 스틸의 외측보강부(116)는 도 4에 예시되어 있듯이, 나사(118)를 체결하여 결합한다. 나사(118)는 금속재이므로 오염원이 될 수 있으므로, 나사(118)의 머리 위쪽의 나사구멍을 테프론(또는 폴리프로필렌)으로 만든 구멍 덮개(115)로 덮어서 금속 부분이 노출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
진동수단(130)은 세정베드(110)의 일측에(예컨대 도시된 것처럼 세정베드(110)의 바닥에) 부가되어 세정베드(110)에 진동력을 가하고, 그 진동력에 의해 가두리 공간(120)의 바닥(112) 위에 얹힌 다수의 칩폴리가 세정액(122) 내에서 상기 제1방향으로 전진성 진동을 하면서 상기 바닥의 경사면을 거슬러 올라 출구(126) 쪽으로 반송되도록 강제하는 진동모터(132)를 포함한다. 이 진동모터(132)는 회전력을 발생시키는 모터(비도시)와, 이 모터의 회전력을 세정베드(110)에 전달하여 그 세정베드(110)가 전진성 진동을 하도록 하는 회전력전달부(비도시)를 구비할 수 있다. 전진성 진동을 강제하는 진동모터(132)의 구성은 잘 알려져 있으므로, 여기서는 이에 관한 상세한 설명은 생략한다. 진동수단(130)은 진동모터(132)의 진동주파수를 조정할 수 있는 진동주파수 조정부(134)를 더 포함할 수 있다. 진동수단(130)은 또한 고정된 지지부(138)와 세정베드(110) 사이에 개재되어, 진동모터(132)에 의해 진동하는 세정베드(110)를 지지부(138)에 대하여 완충하는 탄성부재(136)를 더 포함할 수 있다.
세정베드(110)의 개방된 출구(126) 근처의 상기 경사진 바닥(112)에는 소정 크기 이하의 칩폴리 미분만을 선택적으로 걸러내기 위한 칩폴리 미분제거망(128)이 마련되는 것이 바람직하다. 경사진 바닥(112)의 소정 구간에 직접 다수의 구멍을 뚫은 형태로 칩폴리 미분제거망(128)을 마련할 수 있다. 칩폴리 미분제거망(128)의 구멍 사이즈는 예컨대 2mm 정도가 적당하다. 이와 달리, 칩폴리 미분제거망(128) 영역만큼 바닥(112) 부분을 오려내고 거기에 착탈가능한 칩폴리 미분제거망(128)을 장착하는 형태로 마련할 수도 있다. 이 경우, 구멍 사이즈가 다른 여러 개의 미분제거망(128)을 마련해두고, 필요 시 원하는 사이즈의 것으로 교체할 수도 있을 것이다.
세정장치(100)는 또한 세정액(122) 밖으로 빠져나와 개방된 출구(126) 쪽으로 전진하는 칩폴리(124)에 공기를 분사하여 그 칩폴리들의 표면에 잔류하는 세정액을 건조시키는 공기분사수단(150)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 공기분사수단(150)은, 압축공기를 생성하는 공기압축기(152)와, 이 공기압축기(152)에서 세정베드(110)의 바닥(112) 상부까지 파이프로 연장되고 그 파이프의 말단에 다수의 분사노즐들이 바닥(112)을 가로지르는 형태로 배치된 공기분사부(154)를 포함한다. 공기분사부(154)의 분사노즐은 출구(126)에서부터 미분제거망(128)보다 더 멀리(안쪽) 위치하는 것이 바람직하다.
세정베드(110) 내의 세정액(122)은 지속적으로 투입되는 칩폴리들을 계속 세정하면 칩폴리 표면에 붙은 불순물, 칩폴리 미분 등에 의해 오염되고 세정 능력도 떨어진다. 그대로 방치하면, 당초의 세정 효과가 반감된다. 그러므로 세정액(122) 내의 불순물을 걸러내고 세정 능력도 일정수준 이상으로 계속 유지할 수 있는 조치를 취하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 세정장치(100)는 세정베드(110) 내의 세정액(122)을 회수하여 그 속에 포함된 불순물을 걸러준 다음 다시 세정베드(110) 안으로 피드백 해주는 세정액 순환수단(140)을 더 포함할 수 있다.
세정액 순환수단(140)은 침전조(142)와 순환펌프(148)을 포함한다. 침전조(142)는 제1 순환관(144)을 통해 세정베드(110)와 연통된다. 세정베드(110)로부터 회수된 세정액은 침전조(142)에서 소정 시간동안의 침전 과정을 거치면서 세정액과 그 속에 포함된 불순물 입자로 분리된다. 침전조(142)에서는, 세정액의 세정 능력을 유지하기 위해, 회수된 오염 세정액의 일부는 세정공정에 더 이상 사용되지 않도록 배제하고, 그 배제된 세정액의 양 만큼 신선한 세정액을 새로 투입하는 메이크업(Make-up) 처리를 하는 것이 바람직하다. 순환펌프(148)는 제2 순환관(146)을 통해 침전조(142)와 연결되며, 그 순환펌프(148)의 출구에는 메이크업된 세정액을 세정베드(110) 안으로 피드백 하는 세정액 공급관로가 연결된다.
세정액 공급관로는 세정액 분사부(149)로 구성될 수 있다. 세정액 분사부(149)는 순환펌프(148)의 출구에 연결된 파이프의 말단에 세정액 분사노즐들이 연결된다. 세정액 분사노즐들은 1열 이상으로 구성되며, 각 열의 세정액 분사노즐들은 세정베드(110)의 바닥(112)을 가로지르는 형태로 바닥(112)의 상부에 배치된다. 이 세정액 분사노즐들은 출구(126)를 기준으로 미분제거망(128)보다 더 멀리(안쪽) 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같은 세정장치(100)은 한 가지의 세정액으로 칩폴리를 세정할 수 있다. 복수 종류의 세정액으로 칩폴리를 세정하기 위해서는 그 세정액의 가지 수만큼의 세정장치(100)를 도 5에 도시된 것과 같은 연속형 자동 세정장치(200)로 구성하면 효과적이다.
도 5에 도시된 연속형 칩폴리 자동 세정장치(200)는 캐스케이드(cascade) 형태로 연결된 4개의 세정장치(100-1, 100-2, 100-3, 100-4)를 포함한다. 즉, 첫 번째부터 세 번째까지의 세정장치(100-1, 100-2, 100-3) 각각의 출구(126)가 두 번째부터 네 번째까지의 세정장치(100-2, 100-3, 100-4) 각각의 최심부(127)의 상부에 위치하도록 일렬로 배치된다. 첫 번째 세정장치(100-1)의 최심부(127) 바로 위에는 세정대상인 칩폴리(124-1)를 담아두고 소정 량씩 그 최심부(127)로 투입하는 칩폴리 공급함(180)이 배치된다. 그리고 맨 마지막 세정장치(100-4)의 출구(126) 바로 아래에는 세정이 완료된 칩폴리(124-2)를 담기 위한 칩폴리 수거함(170)이 배치될 수 있다. 또한, 각 세정장치(100-1, 100-2, 100-3, 100-4)의 미분제거망(128) 아래쪽에는 미분수거함(160-1, 160-2, 160-3, 160-4)이 배치될 수 있다.
다음으로, 도 6의 흐름도를 참조하면서, 도 2와 3에 도시된 세정장치(100)를 이용한 칩폴리 세정방법을 설명한다. 이하의 설명은 세정장치(100)에 세정액 순환수단(140)과 공기분사수단(150)이 마련된 경우를 예로 한다.
세정베드(110)의 가두리 공간(120) 내에 원하는 세정액(122)을 투입한다. 이에 의해 가두리 공간(120)의 경사진 바닥의 일부 구간이 세정액(122)으로 채워진다(S10 단계).
그리고 세정대상인 다수의 칩폴리들(124-1)을 그 가두리 공간(120) 내 세정액(122)의 최심부(127)에 투입한다(S12 단계). 이에 의해 칩폴리(124)들은 세정액(122)의 가장 깊은 지점에서 잠기게 된다.
이런 상태에서, 진동모터(132)를 구동하여 세정베드(110)에 진동력을 가한다. 진동모터(132)가 가하는 진동력에 의해, 세정베드(110)는 전진성 진동을 지속적으로 일으킨다(S14 단계). 세정베드(110)의 진동주파수는 진동주파수 조정부(134)로 설정할 수 있다. 여기서, 전진성 진동이라 함은 세정베드(110)가 출구(126)쪽 방향(즉, 제1방향)으로의 전진운동과 출구(126) 반대쪽 방향으로의 후진운동을 교대로 반복한다. 이 때, 진동모터(132)는 세정베드(110)로 하여금 전진운동을 후진운동보다 좀 더 크게 하도록 진동력을 가한다. 물론, 전진성 운동은 ㅁ제1방향으로의 운동 외에, 제1방향에 대한 법선방향의 운동을 더 포함할 수 있다.
이와 같은 세정베드(110)의 전진성 진동은 그 안에 있는 세정액(122)과 칩폴리(124)들에게 전달되어 이들도 전진성 진동을 함께 하도록 강제된다. 그런데, 그 전진성 진동은 액체인 세정액(122)과 고체인 칩폴리(124)들의 물성 차이로 인해 다른 형태의 진동을 일으키게 한다. 즉, 칩폴리(124)들은 세정액(122) 내에서 세정액(122)의 저항을 극복하면서 경사진 바닥(112)을 거슬러 올라 출구(126) 쪽을 향해 조금씩 전진해나간다.
이와 같은 진동반송 과정에서 칩폴리(124)들은 정지 상태에 비해 세정액(122)과 더 높은 압력으로 부딪히고 단위 시간 당 세정액(122)과의 접촉 면적 또한 늘어난다. 이러한 진동효과에 의해, 칩폴리(124)들의 표면에 부착된 불순물과 세정액(122) 간의 세정반응 속도가 증대된다(S16 단계).
칩폴리의 세정이 계속 진행되면, 가두리 공간(120) 내의 세정액(122)은 칩폴리(124)의 표면에 붙어있던 불순물과 세정 반응을 하면서 점점 오염되어간다. 오염도가 높아지고 화학반응에 따른 농도 저하에 따라 세정액(122)의 세정 능력은 감소된다. 세정 능력을 일정 수준 이상으로 유지하기 위해서는, 사용 중인 세정액(122)의 일부를 신선한 세정액으로 대체하는 메이크업 처리를 해준 후 다시 가두리 공간(120)으로 투입하는 것이 바람직하다(S18 단계). 구체적으로, 세정베드(110) 내의 사용 중인 세정액(122)의 일부를 세정베드(110) 밖의 침전조(142)로 빼내어 세정액과 불순물이 분리되도록 침전시킨다. 그리고 그 분리된 세정액의 일부를 더 이상 세정용으로 사용하지 않도록 세정공정에서 배제함과 동시에 신선한(fresh) 세정액을 그 배제된 세정액 양 만큼 보충하여 세정액의 순도를 높인다. 이와 같이 메이크업 처리된 세정액을 순환펌프(148)로 펌핑하여 세정베드(110)에 다시 투입한다.
칩폴리(124)들은 이와 같이 진동반송을 통해 표면의 불순물들이 세정되면서 앞으로 전진하여 세정액(122) 밖으로 빠져나오고, 출구(126) 쪽으로 계속 전진해나간다. 이 때, 칩폴리 미분들도 칩폴리(124)들과 함께 반송된다. 그리고 출구(126) 쪽으로 반송되는 칩폴리(124)들과 칩폴리 미분을 깨끗한 세정액(122)으로 세척한다(S20 단계). 이 때, 칩폴리(124)들의 세척에 S18단계에서 신선한 세정액으로 메이크업 처리된 세정액을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 순환펌프(148)를 가동하여 침전조(142)로부터 메이크업 처리된 세정액을 펌핑하여 세정액 분사부(149)의 분사노즐을 통해 바닥(112)을 향해 분사한다. 세정액(122)에서 빠져나와 경사진 바닥(112)을 타고 출구(126) 쪽으로 반송되는 칩폴리(124)들과 칩폴리 미분은 세정액 분사부(149)의 분사노즐 밑을 통과하면서 분사되는 세정액으로 깨끗이 세척된다.
그렇게 세척된 칩폴리(124)들과 칩폴리 미분은 계속해서 출구(126) 쪽으로 반송되면서 공기분사부(154)의 분사노즐 밑을 통과한다. 분사노즐에서 분사되는 공기에 의해 칩폴리(124)들과 칩폴리 미분은 건조된다(S22 단계). 혹시 남아 있을 수 있는 칩폴리(124) 표면상의 미분도 공기 샤워된다.
에어 샤워를 통해 건조된 칩폴리(124)들과 칩폴리 미분은 출구(126) 쪽으로 계속 진동 반송되면서 미분제거망(128)을 지나게 된다. 그 과정에서 미분제거망(128)의 구멍 크기보다 작은 미분들(129)은 그 구멍을 통해 걸러져 미분 수거함(160)으로 낙하하여 수거된다(S24 단계). 구멍 크기보다 큰 칩폴리(124-2)들만 미분제거망(128)을 지나 출구(126) 쪽으로 반송되어 출구(126)를 통해 칩폴리 수거함(170)에 수거된다(S26 단계). 즉, 칩폴리 미분과 그것보다 큰 칩폴리들은 별도로 분리 수거된다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명의 세정방법은 진동수단(130)으로 세정베드(110)를 특수하게 진동시켜 그 안의 세정액과 칩폴리들도 진동하게 하되, 액체와 고체의 물성적 차이로 인해 칩폴리들이 세정액의 저항을 극복하면서 경사진 바닥(112)을 거슬러 올라 출구(126)쪽으로 조금씩 반송되도록 강제하는 점에 특징이 있다. 이와 같은 강제적 진동 반송에 의해, 칩폴리(124)들은 세정액(122)과 반응하여 세정되고, 칩폴리 미분과 함께 세정액(122)을 빠져나와서는 세정액 순환수단(140)에 의해 메이크업 처리된 세정액에 의한 세척, 공기분사수단(150)에 의한 건조, 미분제거망(128)을 이용한 칩폴리 미분 제거 등의 과정을 거치면서 미분제거용 구멍(예컨대 2mm)보다 작은 크기의 미분과 큰 크기의 칩폴리(124-2)들을 각각 별도로 수거할 수 있다.
세정반응의 속도에 영향을 미치는 인자로는 칩폴리와 세정액 간의 압력과 접촉면적, 세정액의 온도, 진동 등이 될 수 있다. 앞서 설명한 종래기술에 비해, 본 발명은 진동수단(130)으로 전진성 진동을 강제하여 칩폴리(124)들의 세정액(122)에 대한 마찰 압력을 높이고 접촉면적도 증대시킬 수 있으며, 세정액도 진동시킨다. 그렇기 때문에, 칩폴리(124)의 표면에 부착된 불순물은 세정액(122)과 빠르게 반응하여 매우 효과적으로 세정된다. 또한, 칩폴리(124)들을 세정베드(110)내로 투입하여 출구(126)로 취출하기까지의 이동이 전진성 진동에 의해 자동으로 이루어지고, 그 과정에서 세척과 건조, 미분 분리 등의 공정도 자동으로 이루어진다. 그러므로 작업자의 수작업이 필요 없는 자동화 공정으로 구현될 수 있는 장점이 있다. 또한, 각 세정단계에서 메이크업된 세정액으로 칩폴리를 세척하여 세정효과를 더 높일 수 있다. 세척된 칩폴리들을 공기 샤워로 건조시키므로 신속한 건조가 가능하여 공정속도를 높일 수 있다. 미분제거망(128)을 이용하여 칩폴리 미분을 용이하게 회수할 수 있는 장점도 있다. 이러한 장점들 때문에 종래기술에 비해 저비용(박스형보다 기계에 의한 조작 용이, 세정통 불필요), 고효율(더 좋은 세정효율), 고품질의 칩폴리 생산을 실현할 수 있다.
한편, 앞에서 언급하였듯이, 칩폴리에 부착된 불순물을 효과적으로 제거하기 위해서는, 그 불순물의 종류, 상태 등에 적합한 여러 종류의 세정액을 사용할 필요가 있다. 칩폴리의 세정에는 일반적으로 초순수 세척액, 또는 과산화수소, 염산, 황산, 혼산 등을 초순수에 희석시킨 여러 종류의 케미컬 세정액을 사용한다. 그러므로 이들 케미컬 세정액 및 초순수 세척액을 각각 별도의 세정장치(100)에 담아 단계적으로 세정공정을 수행하는 것이 바람직하다. 도 5에 예시한 연속형 칩폴리 자동 세정장치(200)는 바로 여러 종류의 세정액을 사용하여 칩폴리들을 다단계 연속 자동 세정을 수행하기 위한 것이다.
이를 도 7의 흐름도를 참조하여 구체적으로 설명한다. 4개의 세정베드를 k번째(단, k는 1부터 3까지의 자연수) 세정베드(110-k)의 개방된 출구(126)가 k+1번째 세정베드(110-(k+1))의 최심부(127)의 상부에 위치하는 캐스케이드(cascade) 형태로 배치한다.
이들 4개의 세정베드(110-1~110-4) 중 첫 번째부터 세 번째 세정베드(110-1~110-3) 각각의 가두리 공간(120)에는 서로 다른 케미컬 세정액을 채우고, 맨 마지막의 네 번째 세정베드(110-4)의 가두리 공간에는 초순수를 채운다(S50 단계). 구체적으로, 제1 세정장치(100-1) 내지 제4 세정장치(100-4)의 각 세정베드(110)에는 다음과 같은 세정액을 채운다. 단, 각 세정베드의 경사진 바닥(112)의 일부구간만 세정액으로 잠기도록 채운다. 물론, 아래 세정액은 예시적인 것에 불과하며, 필요에 따라 다른 종류를 사용할 수 있으며, 세정장치(100)의 설치대수를 늘려 사용하는 세정액을 추가할 수도 있다. 또한, 세정액의 순서로 예시된 것과 다르게 할 수도 있다.
(i) 제1 세정장치(100-1): 유기물 제거용 세정액(예컨대 황산과 과산화수소의 혼합물을 초순수에 희석한 제1 세정액)
(ii) 제2 세정장치(100-2): 파티클 제거용 세정액(예컨대 암모니아수와 과산화수소의 혼합물을 초순수에 희석한 제2 세정액)
(iii) 제3 세정장치(100-3): 금속불순물 제거용 세정액 (예컨대 염산과 과산화수소의 혼합물을 초순수에 희석한 제3 세정액)
(iv) 제4 세정장치(100-4): 잔류 케미컬 제거용 세척액 (예컨대 초순수로 된 제4 세척액)
이와 같은 상태에서, 칩폴리 공급함(180)에 있는 세정대상 칩폴리(124-1)들을 제1 세정베드(110-1)의 가두리 공간(120) 내 최심부(127)로 투입한다. 이와는 별도로, 진동수단(130)을 이용하여 각 세정베드(110-1~110-4)가 전진성 진동을 지속하도록 한다(S52 및 S54 단계).
제1 세정베드(110-1)에 투입된 칩폴리(124)들은, 앞에서 설명한 것처럼, 전진형 진동을 하면서 제1 세정액에 의해 칩폴리 표면에 부착된 유기물이 세정되고, 제1 세정액을 빠져나온 후 출구(126) 쪽으로 진동 반송되면서 세정액 순환수단(140)에 의해 메이크업 처리된 제1 세정액으로 세척되고, 공기분사수단(150)에 의해 분사되는 공기에 의해 건조된 다음, 미분제거망(128)을 통과하면서 미분 제거의 과정을 순차적으로 거친다. 그리고 마지막에는 제1 세정베드(110-1)의 출구로 취출되면서, 자동으로 제2 세정베드(110-2)의 최심부(127)로 투입된다(S56 단계).
제1 세정베드(110-1)에서 제1 세정액에 의한 유기물 제거 세정 반응식은 다음과 같다.
- 세정액 : H2SO4, H2O2,H2O
- 반응식 : H2SO4 + H2O2 → H2SO5 + H2O
H2SO5 + 탄화수소 → CO2 + H2O + H2SO4
제2 세정베드(110-2)에 투입된 칩폴리들은 진동수단(130)에 의해 진동 반송되면서, 제1 세정베드(110-1)에서와 동일한 방식으로 제2 세정액에 의한 세정, 제2 세정액 밖에서의 세척, 건조, 미분제거의 과정을 순차적으로 거친 후, 제2 세정베드(110-2)의 출구로 취출되는 칩폴리들은 제3 세정베드(110-3)의 최심부(127)로 자동 투입된다(S58 단계). 다만, 제2 세정액에 의해, 칩폴리의 표면에 부착된 파티클 제거가 주된 세정효과로 나타나는 점에서 제1 세정베드(110-1)에서의 세정과 다를 뿐이다.
이 파티클 세정 공정의 반응식은 다음과 같다.
- 세정액: NH4OH, H2O2, H2O
- 반응식: 2H2O2 + C → CO2 + 2H2
M + H2O2 → MO + H2O, MO + 4NH4OH → M(NH4)4+H2O
제3 세정베드(110-3)에서도 칩폴리들은 선행의 세정베드에서와 동일한 방식으로 세정액에 의한 세정 및 세척, 공기분사에 의한 건조, 미분 제거의 과정을 거친 다음 제4 세정베드(110-4)로 자동 투입된다(S60 단계). 이 단계에서의 세정은 제3 세정액에 의해 칩폴리들의 표면에 붙은 금속불순물 제거가 주로 이루어진다.
금속불순물 세정공정의 반응식은 아래와 같다.
- 세정액: HCl, H2O2, H2O
- 반응식: 이혼 교환 : Na + HCl → NaCl + H+
복합체(Complex) : M + H2O2 → MO + H2O
MO + 2HCl → MCl2 + H2O
제4 세정베드(110-4) 내의 초순수에 투입된 칩폴리들은 진동 반송되면서 선행 공정에서 사용되어 칩폴리의 표면에 남아있는 케미컬 세정액과 다른 잔류 불순물까지 깨끗이 세척된다. 그리고 초순수로 다시 세척하고, 건조 및 미분 제거의 과정을 동일하게 거친 다음, 출구(126)를 통해 칩폴리 수거함(170)으로 수거된다(S62 및 S64 단계).
앞서 설명하였듯이, 각 세정장치 내에서의 칩폴리들의 세정, 세척, 건조 및 미분 분리, 취출로 이어지는 일련의 공정이 연속적이고 자동적으로 이루어질 뿐만 아니라, 칩폴리들의 세정장치들 간의 이동 또한 연속적이고 자동적으로 이루어진다. 그러므로 위와 같이 여러 가지 종류의 세정액을 사용한 다단계 세정공정은 작업자의 수작업을 필요로 하지 않는 연속 자동공정으로 구현할 수 있다. 이러한 점들 때문에, 세정 작업의 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 공정 자동화와 생산성 향상에 따른 생산원가의 절감, 세정 품질의 균일성 향상도 도모할 수 있다. 가격이 비싼 칩폴리 미분도 거의 대부분 회수할 수 있는 장점까지도 있다.
이상에서는 세 종류의 세정액을 사용하여 세정하고 마지막에는 초순수를 이용하여 세정하는 경우를 설명하였지만, 이는 예시적인 것이고 세정액의 종류를 더 많이 또는 더 적게 사용하여 세정하는 것도 가능함은 물론이다.
이상에서 칩폴리를 세정하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 칩폴리의 세정에만 제한적으로 적용되는 것은 아니다. 칩폴리와 비슷한 크기의 고체 덩어리들을 액상 세정액으로 세정 또는 세척하는 경우에 널리 적용될 수 있다.
100, 100-k (단, k=1, 2, 3, 4): 칩폴리 세정장치
110, 110-k: 세정베드 112: 경사진 바닥
114: 측벽 116: 세정베드 외측보강부
118: 나사 120: 가두리 공간
122, 122-k: 세정액 124: 칩폴리
124-1: 세정 전 칩폴리 124-2: 세정 후 칩폴리
126: 출구 127: 바닥 최심부
128: 미분제거망 130: 진동수단
132: 진동모터 134: 진동주파수 조정부
136: 탄성부재 138: 지지부
140: 세정액 순환수단 142: 침전조
144: 제1 순환관 146: 제2 순환관
148: 순환 펌프 149: 세정액 분사부
150: 공기분사수단 152: 공기압축기
154: 공기분사부 160, 160-k: 미분 수거함
170: 칩폴리 수거함 180: 칩폴리 공급함
200: 연속형 칩폴리 자동 세정장치

Claims (22)

  1. 제1방향으로 연장되면서 점진적으로 높아지는 경사진 바닥과, 상기 경사진 바닥의 가장자리 둘레에서 위쪽으로 연장된 측벽에 의해 규정되는 가두리 공간을 제공하며, 상기 경사진 바닥의 상기 제1방향 끝부분에는 칩폴리 취출용 출구가 마련된 세정베드; 및
    상기 가두리 공간의 상기 경사진 바닥의 일부 구간이 세정액으로 채워지고 상기 세정액 안에 칩폴리들이 투입된 상태의 상기 세정베드에 진동력을 가하여, 상기 칩폴리들이 상기 세정액 내에서 상기 제1방향으로 전진성 진동을 하면서 상기 경사진 바닥을 거슬러 오르도록 강제되고, 이와 같은 진동 반송을 통해 상기 칩폴리들의 표면에 부착된 불순물이 상기 세정액에 의해 세정되고 또한 상기 칩폴리들이 상기 세정액 밖으로 빠져나와서 상기 출구를 통해 취출되도록 하는 진동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출구 앞의 상기 경사진 바닥에 소정 크기의 다수의 구멍들이 형성된 형태로 마련되어, 상기 소정 크기 미만의 칩폴리 미분이 상기 소정 크기 이상의 칩폴리들과 함께 진동 반송되면서 상기 다수의 구멍들을 지나가다가 상기 칩폴리 미분만이 상기 다수의 구멍을 통해 낙하하여 수거되도록 하기 위한 미분제거망을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 세정액 밖으로 빠져나와 상기 출구 쪽으로 반송되는 칩폴리들에 공기를 분사하여 건조시키는 공기분사수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 진동수단은, 상기 칩폴리들이 전진성 진동을 통해 상기 경사진 바닥을 거슬러 오르면서 상기 제1방향으로 반송되도록 상기 세정베드에 진동력을 가하는 진동모터; 고정된 지지부와 상기 세정베드 사이에 개재되어, 진동하는 상기 세정베드를 상기 지지부에 대하여 완충하는 탄성부재; 및 상기 진동모터의 진동주파수를 조정하기 위한 진동주파수 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 세정액의 세정 능력을 소정 수준 이상으로 유지하기 위하여, 상기 세정베드 내의 사용 중인 세정액의 일부를 신선한 세정액으로 대체하는 메이크업 처리를 한 후 상기 세정베드 안으로 다시 투입하는 세정액 순환수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 세정액 순환수단은, 상기 세정베드와 연통되어, 상기 세정베드로부터 회수되는 세정액을 침전시켜 세정액과 불순물이 분리하고 분리된 세정액 중 일부를 더 이상 세정용으로 사용하지 않도록 배제함과 동시에 그 배제된 세정액 양만큼 신선한(fresh) 세정액으로 보충하여 세정액을 메이크업 처리하는 침전조; 및 상기 침전조와 연통되어, 메이크업 처리된 세정액을 상기 세정베드 안으로 공급되도록 펌핑하는 순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 세정액 순환수단은, 상기 순환펌프의 출구부에 연결되어, 상기 세정액 밖으로 빠져나와 상기 출구 쪽으로 반송되는 칩폴리들에 대하여 상기 순환펌프가 토출하는 상기 세정액을 분사하는 한 개 이상의 분사노즐을 포함하는 세정액 분사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 경사진 바닥의 수평면에 대한 경사각은 5~20ㅀ의 각도범위 이내인 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 세정베드는 상기 세정액 및 상기 칩폴리들을 담았을 때 이들과 직접 접촉하는 내측부는 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 테프론으로 만들어진 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 세정베드는, 상기 내측부의 외면에 부가되어 상기 세정베드의 기계적 강도를 보강해주고 상기 세정액에 대한 내식성을 갖는 금속재로 된 외측보강부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 하나의 항에 따른 칩폴리 세정장치를 N개 (단, N은 2보다 큰 자연수)포함하며,
    상기 N개의 칩폴리 세정장치는 k번째(단, k는 1부터 N-1까지의 자연수) 칩폴리 세정장치의 상기 출구가 k+1번째의 칩폴리 세정장치의 상기 가두리 공간의 최심부의 상부에 위치하는 캐스케이드(cascade) 형태로 배치되며,
    상기 N개의 칩폴리 세정장치 각각의 상기 가두리 공간의 경사진 바닥의 일부 구간이 소정의 세정액으로 채워지고 첫 번째 칩폴리 세정장치의 상기 가두리 공간 내의 세정액 안에 칩폴리들을 투입한 상태에서, 상기 N개의 칩폴리 세정장치들의 상기 세정베드를 각 세정장치의 상기 진동수단으로 전진성 진동을 하게 함으로써, 상기 칩폴리들이 상기 제1방향으로 진동 반송되는 과정을 통해 상기 N개의 칩폴리 세정장치들의 세정베드들을 순차적으로 거치면서 연속적으로 자동 세정되도록 하는 것을 특징으로 하는 연속형 칩폴리 자동 세정장치.
  12. 제1방향으로 연장되면서 점진적으로 높아지는 경사진 바닥과, 상기 경사진 바닥의 가장자리 둘레에서 위쪽으로 연장된 측벽에 의해 규정되는 가두리 공간을 제공하며, 상기 경사진 바닥의 상기 제1방향의 끝부분에는 칩폴리 취출용 출구가 마련된 세정베드의 상기 가두리 공간에 상기 경사진 바닥의 일부 구간만 잠기도록 세정액을 채워 넣는 단계;
    상기 세정액으로 채워진 상기 가두리 공간의 최심부에 세정 대상인 칩폴리들을 투입하는 단계; 및
    진동수단이 생성한 진동력을 상기 세정베드에 가하여, 상기 칩폴리들이 상기 세정액 내에서 상기 제1방향으로 전진성 진동을 하면서 상기 경사진 바닥을 거슬러 오르도록 강제되고, 이와 같은 진동 반송을 통해 상기 칩폴리들의 표면에 부착된 불순물이 상기 세정액에 의해 세정되고 또한 상기 칩폴리들이 상기 세정액 밖으로 빠져나와서 상기 출구를 통해 취출되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 칩폴리들의 세정 동안에, 상기 세정액의 세정 능력을 소정 수준 이상으로 유지하기 위하여, 상기 세정베드 내의 사용 중인 세정액의 일부를 신선한 세정액으로 대체하는 메이크업 처리를 한 후, 상기 세정베드 안으로 다시 투입하는 세정액 순환단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 세정액 순환단계는, 상기 세정베드 내의 사용 중인 세정액의 일부를 상기 세정베드 밖의 침전조에 빼내어 세정액과 불순물이 분리되도록 침전시키는 단계; 분리된 세정액 중 일부를 세정공정에서 배제함과 동시에 그 배제된 세정액 양만큼 신선한(fresh) 세정액으로 보충하여 세정액을 메이크업 처리하는 단계; 및 메이크업 처리된 세정액을 상기 세정베드 안으로 다시 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 메이크업 처리된 세정액을 상기 세정베드 안으로 다시 투입하는 것은, 상기 세정액 속에서 세정된 후 상기 경사진 바닥을 타고 밖으로 빠져나온 칩폴리들에 상기 메이크업 처리된 세정액을 분사하여 상기 칩폴리들을 세척하는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정방법.
  16. 제12항 또는 제15항 중 어느 하나에 있어서, 상기 세정액 밖으로 빠져나온 다음 상기 출구를 통해 취출되기 전의 상기 출구 쪽으로 반송되는 상기 칩폴리들과 칩폴리 미분에 공기를 분사하여 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정방법.
  17. 제16항에 있어서, 건조된 상기 칩폴리들과 상기 칩폴리 미분이 상기 출구 쪽으로 진동 반송되는 과정에서 상기 바닥에 마련된 미분제거망을 통과하도록 함으로써, 크기가 상기 미분제거망의 구멍보다 작은 상기 칩폴리 미분은 상기 미분제거용 망을 통해 낙하하여 걸러지고, 상기 미분제거망의 구멍보다 큰 칩폴리들은 상기 미분제거망을 지나 상기 출구로 취출되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칩폴리 세정방법.
  18. 세정베드 N개(단, N은 2보다 큰 자연수)를 제k(단, k는 1부터 N-1까지의 자연수) 세정베드의 칩폴리 취출용 출구가 제k+1 세정베드의 가두리 공간의 최심부의 상부에 위치하는 캐스케이드(cascade) 형태로 배치하는 단계, 단, N개의 상기 세정베드 각각은 제1방향으로 연장되면서 점진적으로 높아지는 경사진 바닥과 상기 경사진 바닥의 가장자리 둘레에서 위쪽으로 연장된 측벽에 의해 규정되는 가두리 공간을 제공하며, 상기 출구는 상기 경사진 바닥의 상기 제1방향의 끝부분에 칩폴리가 취출될 수 있게 마련되며;
    상기 N개의 세정베드 중 제1 내지 제N-1 세정베드 각각의 상기 가두리 공간에는 서로 다른 액상 케미컬을 세정액으로 사용하기 위해 채우고, 맨 마지막의 제N 세정베드의 상기 가두리 공간에는 초순수를 세척액으로 사용하기 위해 채우되, 상기 세정액 및 세척액은 각 세정베드의 상기 경사진 바닥의 일부구간만 잠기도록 채우는 단계;
    제1 세정베드의 상기 가두리 공간의 최심부에 세정 대상인 칩폴리들을 투입하는 단계; 및
    진동수단으로 상기 N개의 세정베드를 각각 진동시키되, 상기 칩폴리들이 제k 세정베드 내의 제k 세정액 내에서 상기 제1방향으로 전진성 진동을 하면서 상기 세정액에 의해 세정되고 상기 경사진 바닥을 거슬러 올라 상기 제k 세정액 밖으로 빠져나와서 상기 출구를 통해 취출됨과 동시에, 제k+1 세정베드의 상기 가두리 공간 내의 제k+1 세정액의 최심부로 자동 투입되도록 진동시키는 단계를 포함하여,
    상기 칩폴리들이 진동 반송되면서 상기 N개의 세정베드 내의 각 세정액 및 세척액에 순차적으로 자동 투입되어 각 세정액에 의해 연속적으로 자동 세정되도록 하는 것을 특징으로 하는 연속적 칩폴리 자동 세정방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 칩폴리들의 세정 동안에, 각 세정베드 내의 세정액의 세정 능력을 소정 수준 이상으로 유지하기 위해, 각 세정베드 내의 사용 중인 세정액의 일부를 신선한 세정액으로 대체하는 메이크업 처리를 한 후, 상기 세정베드 안으로 다시 투입하는 세정액 순환단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적 칩폴리 자동 세정방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 세정액 순환단계는, 상기 세정베드 내의 사용 중인 세정액의 일부를 상기 세정베드 밖의 침전조에 빼내어 세정액과 불순물이 분리되도록 침전시키는 단계; 분리된 세정액 중 일부를 세정공정에서 배제함과 동시에 그 배제된 세정액 양만큼 신선한(fresh) 세정액으로 보충하여 세정액을 메이크업 처리하는 단계; 및 상기 세정액 밖으로 빠져나온 칩폴리들에 상기 메이크업 처리된 세정액을 분사하여 상기 칩폴리들을 세척하는 방식으로 상기 메이크업 처리된 세정액을 상기 세정베드 안으로 다시 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적 칩폴리 자동 세정방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 N개의 세정베드 각각에 있어서, 상기 칩폴리들이 상기 세정액 밖으로 빠져나온 다음 상기 출구를 통해 취출되기 전에 상기 출구 쪽으로 반송되는 상기 칩폴리들과 칩폴리 미분에 공기를 분사하여 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적 칩폴리 자동 세정방법.
  22. 제21항에 있어서, 건조된 상기 칩폴리들과 상기 칩폴리 미분이 상기 출구 쪽으로 진동 반송되는 과정에서 상기 바닥에 마련된 미분제거망을 통과하도록 함으로써, 크기가 상기 미분제거망의 구멍보다 작은 상기 칩폴리 미분은 상기 미분제거용 망을 통해 낙하하여 걸러지고, 상기 미분제거망의 구멍보다 큰 칩폴리들은 상기 미분제거망을 지나 상기 출구로 취출되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 및 연속적 칩폴리 세정방법.

KR1020150133182A 2015-09-21 2015-09-21 칩 크기의 실리콘의 세정 방법 및 이를 위한 세정장치 KR101582112B1 (ko)

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