KR101818048B1 - 순환형 오존수 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오존수 공급 장치 및 방법에 관한 것으로, 오존수 생성시 사용된 오존가스의 잉여분을 재활용하고, 아울러 반도체 프로세스 장비에서 바이패스로 배출되는 오존수를 재순환 활용함므로써, 오존수를 효율적으로 공급하고 오존수 공급 비용을 최소화할 수 있는 오존수 공급 장치 및 방법이 제공된다.

Description

순환형 오존수 공급 장치{Circulated Ozonate Water Generator}
본 발명의 실시예는 반도체 제조 프로세스에 사용되는 오존수 공급 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 제조 프로세스에서 바이패스로 배출되는 오존수를 재순환 활용하고, 오존수 생성에 사용되는 오존 가스 역시 재순환 활용하는 오존수 공급 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스에서 반도체기판의 표면에 부착된 유기화합물 및 금속불순물을 제거하거나, 반도체기판 표면의 산화 등에 이용하기 위해 오존수가 널리 활용되고 있다.
오존수는 강력한 산화반응을 일으키고, 분해후의 생성물이 산소이며, 기판 세정후의 배수처리가 용이하다는 장점에 의해 널리 활용되고 있다.
도 1은 종래의 오존수 공급 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 오존수 발생 장치는 냉각수(PCW : process cooling water)와, 산소(O2)와 질소(N2)를 공급받아 오존(03) 가스를 생성하여 배출하는 방전관(Ozonizer)(10)와, 방전관(10)으로부터 배출된 오존(O3)가스와 이산화탄소(CO2)와 초순수(DIW)를 공급받아 오존수를 생성하여 배출하는 용해모듈(Dissolution module)(20)을 포함하여 구성된다.
여기서, 용해모듈(20)을 통해 배출된 오존수(DO3)는 반도체 프로세스 챔버에 공급된다.
그러나, 종래의 오존수 공급 장치는 가동이 되어 오존수(DO3)가 반도체 프로세스 챔버에 공급되기 시작하면, 반도체 프로세스 처리를 하지 않는 경우라 하더라도 공급된 오존수(D03)가 바이패스로 배출되어 불필요하게 소모된다. 또한, 오존수 공급 장치가 오존수를 정상적으로 공급하는 경우라 하더라도 챔버에서 공정 진행을 하지 않을 경우에도 오존수가 바이패스로 배출되어 불필요하게 소모된다. 즉, 오존수 낭비가 초래되는 문제가 있었다.
또한, 생성된 오존수(DO3)가 반도체 프로세스에 필요한 공급량 이상으로 생성된 경우에도 반도체 프로세스 챔버에 공급되지 않은 나머지 오존수가 그대로 배출되어 오존수 낭비가 초래되어 자원을 효율적으로 이용하지 못하는 문제가 있으며, 이로 인해 오존수 공급 비용 증가로 인해 생산 단가가 높아지는 문제가 있다.
또한, 방전관을 통해 용해모듈로 공급되는 오존가스 역시 낭비가 초래되고 있다.
본 발명의 실시예들은 오존 가스 및 오존수를 재활용함으로써 자원 활용 효율을 극대화할 수 있는 오존수 공급 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 공급되는 오존수의 농도를 적절히 제어되도록 하여 반도체 제조 프로세스를 개선할 수 있는 오존수 공급 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 따른 오존수 공급 장치는,
오존 가스(O3 Gas)를 생성하는 오존생성부(Ozonizer); 상기 오존생성부로부터 오존 가스를 공급받아 오존수(DIO3)를 생성하는 용해모듈(Dissolution Module); 외부 장비에서 바이패스되어 회수된 오존수를 공급받아 상기 용해모듈로 순환 공급하는 버퍼탱크(Buffer Tank); 및 상기 용해모듈로부터 잉여 오존 가스를 회수하여 상기 버퍼탱크에 공급하는 잉여 오존가스 회수부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 오존수 공급 장치는 상기 버퍼탱크로부터 상기 용해 모듈로 공급되는 오존수의 온도를 조절하기를 위한 온도조절부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 잉여 오존가스 회수부는, 상기 용해모듈 일단으로부터 회수된 제1오존가스와 상기 용해모듈의 타단으로부터 회수된 제2오존가스의 압력차에 의해서 상기 버퍼 탱크에 오존가스를 공급하는 아스필레이터를 포함할 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 오존수 공급 장치는 상기 버퍼 탱크로 초순수를 공급하는 제1레귤레이터; 및 상기 버퍼탱크로 회수 오존수를 공급하는 제2레귤레이터를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 오존수 공급 장치는 상기 용해 모듈의 오존수 배출관에 구비되어 오존수의 농도를 모니터링하는 수단을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 버퍼 탱크는 상기 초순수와 상기 회수된 오존수와 상기 잉여 오존가스를 공급받아 오존 농도가 조절된 오존수를 배출할 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 오존수 공급 장치는 상기 버퍼탱크로부터 상기 용해모듈로 오존수를 공급하기 위한 펌프를 더 포함하고, 상기 온도조절부는 상기 펌프 후단에 배치된 열교환기를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 버퍼탱크는 탱크내 유량을 감지하기 위한 복수의 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 오존수 공급 방법은, 반도체 프로세스 장비에 오존수를 공급하는 방법에 있어서, 오존 가스를 생성하는 단계; 용해모듈을 통해 상기 오존가스와 초순수를 혼합하여 오존수를 생성하는 단계; 상기 오존수 생성시 잉여된 오존 가스를 회수하는 단계; 상기 오존수를 상기 프로세스 장비에 공급하는 단계; 상기 프로세스 장비에서 바이패스된 오존수를 회수하는 단계; 초순수와 상기 회수된 오존수 및 상기 회수된 오존가스를 버퍼탱크에서 혼합화여 농도가 조절된 재공급용 오존수를 생성하는 단계; 및 상기 재공급용 오존수를 상기 용해모듈을 통해 상기 프로세스 장비에 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 오존수 공급방법은 상기 버퍼탱크로부터 상기 용해모듈에 공급되는 오존수의 온도를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 오존수 공급방법은 상기 버퍼탱크에 유입되는 초순수의 유량을 조절하는 단계; 및 상기 버퍼탱크에 유입되는 회수된 오존수의 유량을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 오존수 공급 장치는 오존가스 및 오존수 자원 활용을 극대화여 반도체 제조 프로세스 환경을 개선하고 제조 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 탁월한 효과가 있다.
도 1은 종래의 오존수 발생 장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오존수 공급 장치를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오존수 공급 장치를 개략적으로 도시한 구성도로서, 버퍼탱크로부터 공급되는 오존수의 온도 제어를 위해 버퍼탱크내에 냉각수 관이 더 구비된 것을 보여준다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오존수 공급 장치를 보여주는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 오존수 공급 장치는 오존가스(O3 Gas)를 생성하는 오존생성부(Ozonizer, 110)와, 오존생성부(110)로부터 오존 가스를 공급받아 오존수(DIO3)를 생성하는 용해모듈(Dissolution Module, 120)과, 외부 장비에서 바이패스되어 회수된 오존수를 공급받아 용해모듈(120)으로 순환시켜 공급하는 버퍼탱크(Buffer Tank, 150)를 구비할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 오존수 공급 장치는 용해모듈(150)로부터 잉여 오존 가스를 회수하여 버퍼탱크(150)에 공급하는 잉여 오존가스 회수부(170)을 더 구비할 수 있다.
오존생성부(110)는 냉각수(PCW)를 공급받고, 공급된 산소(O2)와 질소(N2)와 반응하여 오존(03)가스를 생성하여 배출한다. 오존수생성부(110)은 방전 방식 또는 전해 방식으로 오존수를 생성 할 수 있다.
용해모듈(120)은 오존생성부(110)로부터 배출된 오존(O3)가스와, 이산화탄소(CO2)와, 버퍼탱크(150)로 공급되는 오존수(또는 초순수)를 공급받아 오존수를 생성하여 외부의 프로세스 장비에 공급할 수 있다.
용해모듈(120)로부터 공급된 오존수는 외부의 프로세스 장비에서 바이패스될 수 있으며, 이러한 바이패스된 오존수는 버퍼탱크(150)로 회수 될 수 있다. 이때 회수된 오존수는 압력 레귤레이터(Pressure Regulator, 140)를 통해 버퍼탱크(150)로 공급될 수 있다. 즉, 압력 레귤레이터(140)에 의해 회수되는 오존수의 압력은 제어될 수 있다.
버퍼탱크(150)는 회수 오존수와 초순수( DIW )를 공급받아, 오존수 또는 초순수를 용해모듈(120)에 공급한다. 버퍼탱크(150)에서 공급된 오존수 또는 초순수는 순환펌프(180)를 통해 용해모듈(120)에 공급될 수 있다. 버퍼탱크(150)는 초순수와 회수된 오존수를 공급받아서 오존수를 재공급하는 기능을 하는 것으로, 초순수와 회수된 오존수가 혼합되므로 오존(O3) 농도가 낮아진 오존수가 배출된다. 버퍼탱크(150)에 공급되는 초순수는 레귤레이터(160)을 통해 유량이 조절되어 버퍼탱크(150)로 유입된다. 레귤레이터(160)을 통해 초순수의 양을 조절하므로써 재공급되는 오존수의 농도는 조절될 수 있다. 더욱이 버퍼탱크(150)는 잉여 오존가스 회수부(170)을 통해서 오존가스를 공급받을 수 있는 바, 이에 의해 버퍼탱크(150)내의 오존수 농도는 보다 더 쉽게 조절될 수 있다.
한편, 버퍼탱크(150)로 회수된 오존가스 및 오존수의 유입이 없는 경우 버퍼탱크(150)로부터 초순수만 배출될 수 있다. 따라서, 버퍼탱크(150)로부터 초순수 또는 오존수가 배출될 수 있다.
버퍼탱크(150)는 복수의 유량 센서를 구비할 수 있다. 유량 센서들을 통해 회수되는 오존수의 양이 설정된 용량을 초과할 경우 초순수의 유입을 차단하고, 설정된 용량 이하일 경우 초순수를 공급하도록 구성할 수 있다. 또한 유량 센서들을 통해 버퍼탱크 오버 플로우(Over Flow)를 감지하여 장치의 기동을 중지시킬 수 있다.
순환 펌프(180)는 버퍼탱크(150)로부터 배출된 초순수 또는 오존수를 용해 모듈(120)로 공급하는 역할을 담당하고, 생성될 오존수의 용량에 따라 초순수 또는 오존수의 펌핑량을 조절할 수 있다.
버퍼탱크(150)에서 배출되어 용해모듈(120)로 공급되는 오존수(초순수)는 온도조절수단을 통해 설정된 온도로 조절된 후 공급될 수 있다. 이를 위한 일실시예로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 순환펌프(180)를 통해 배출된 초순수 또는 오존수는 열교환기(190)를 통해 설정된 온도로 조절된 후 용해모듈(120)로 공급될 수 있다.
용해 모듈(120)에서 배출된 오존수는 농도 모니터(130)를 통해 오존수 농도가 분석하고, 분석된 정보에 따라 용해 모듈(120)은 공급되는 이산화탄소(CO2) 및 오존(O3) 가스의 공급량을 조절하여 원하는 농도의 오존수가 프로세스 장비에 공급되도록 할 수 있다.
기본적으로 오존수의 농도 및 온도는 반도체 프로세스의 목적에 따라 다르게 설정될 수 있으며, 세정 또는 식각 등의 반도체 프로세스의 무결점 처리를 위해 오존수의 농도 및 온도 조절은 매우 중요하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오존수 공급 장치를 개략적으로 도시한 구성도로서, 버퍼탱크(150)로부터 공급되는 오존수의 온도 제어를 위해 버퍼탱크 내에 냉각수 관이 더 구비된 것을 보여준다.
도 3을 참조하면, 버퍼탱크(150) 내부에는 냉각수가 공급되는 냉각수관(610)이 형성되고, 냉각수관(610)을 통해 냉각수가 공급되면 냉각수 온도 보다 높은 온도인 오존수의 열량을 빼앗아 온도를 낮출 수 있다.
버퍼탱크(150) 내에서 오존수가 재순환하는 과정에서 발생하는 열 냉각을 위해 버퍼탱크에 공급되는 초순수의 온도(20℃~30℃)보다 낮은 온도(5℃~20℃)의 냉각수가 냉각수관(610)에 공급된다. 냉각수관(610)은 오존수와 닿는 면적을 최대화하여 냉각 효과를 높이기 위해 작은 구경의 코일 형태 관으로 구성될 수 있다 (예를 들어, 관의 구경 1/4〃, 관의 길이 6m 이상).
여기서, 버퍼 탱크(150) 외부로 돌출되어 냉각수가 공급되는 냉각수관에는 냉각수의 공급 유량을 조절할 수 있도록, 즉 버퍼 탱크(150)로 유입되는 냉각수의 유량을 조절할 수 있는 유량 조절용 밸브(631)가 형성될 수 있으며, 이를 통해 냉각수의 유량을 확인할 수 있도록 유량계(632)가 냉각수 유입관에 장착될 수 있다.
버퍼탱크(150)로의 냉각수 유입 여부는 버퍼탱크(150) 출구 단에 형성된 온도 센서(620) 및 제어부(640)을 통해 결정될 수 있다. 즉, 용해모듈로 재공급되는 오존수 또는 초순수의 온도가 기준 온도 이상인지 체크하여, 오존수의 온도가 기존 온도 이상인 경우 유량 조절용 밸브(631)를 작동시켜 냉각수를 냉각수관(610)에 유입시킬 수 있다.
도 4는 본 실시예에 따른 잉여 오존 회수부(도 2의 도면부호 '170')를 보다 상세히 도시한 구성도이다.
도 4를 참조하면, 용해모듈(120)의 일단 및 타단으로부터 잉여 오존가스는 회수될 수 있다. 회수된 잉여 오존가스는 오존가스 투입 유닛(410)을 통해 버퍼탱크(150)로 유입될 수 있다. 버퍼탱크(150) 내에서 초순수와 오존가스는 혼합될 수 있다. 더욱 상세히 설명하면, 오존가스 투입 유닛(410)은 아스필레이터로 구성될 수 있다. 즉, 용해모듈(120)의 일단(A)으로부터 회수된 제1오존가스와 용해모듈(120)의 타단(B)으로부터 회수된 제2오존가스의 압력차에 의해서 회수된 오존가스는 버퍼탱크(150)로의 유입이 온/오프 될 수 있다. 예컨대. 일단(A)의 기압이 상대적으로 높고 타단(B)의 기압이 상대적으로 낮다면 아스필레이터를 통해 오존가스는 버퍼탱크로(150)로 유입된다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오존수 공급 장치의 구동을 설명한다.
오존수 공급 장치가 가동되면 초순수(DIW)가 버퍼탱크(150)를 통해 용해 모듈(120)에 공급되고, 오존생성부(110)을 통해 오존(O3)가스가 생성되어 용해 모듈(120)로 공급된다. 이에 의해 용해모듈(120)에서는 오존수가 생성된다.
여기서, 오존수 공급 장치가 최초 기동하는 경우 회수되는 오존수가 없으므로 초순수만이 용해 모듈에 공급되어 오존수가 생성된다.
그리고 용해 모듈(120)은 반도체 프로세스에 적용될 타겟의 농도 조건에 맞게 오존(O3)가스를 초순수에 용해시켜 오존수를 생성하게 된다.
상기와 같이 오존수가 생성되면 공급 라인을 통해 오존수가 반도체 프로세스 챔버로 공급되고, 잉여 오존수가 바이패스되어 버퍼탱크(150)로 유입된다.
한편, 잉여 오존가스 회수부(170)을 통해 용해 모듈(120)로부터 잉여 오존 가스가 회수된다.
회수된 오존수와 초순수(DIW) 그리고 회수된 오존가스는 버퍼 탱크(150)에서 혼합되어 예정된 농도의 오존수가 형성되고, 이 오존수는 순환 펌프(180)를 통해 용해 모듈(120)로 공급된다.
여기서, 버퍼탱크(150)로 회수되는 오존수가 설정된 용량 이상일 경우 초순수의 공급이 차단될 수 있으며, 회수된 오존수 만으로 버퍼탱크에서 오존수가 생성될 수 있다.
초순수의 공급이 없어서 재공급된 오존수만 순환 탱크를 통해 용해모듈로 공급되는 경우 오존수의 농도 조절이 불필요하므로 오존(O3)가스와 이산화 탄소(CO2) 공급을 중단하고 오존수만 재순환시킬 수 있다.
상기와 같은 과정을 반복하여 프로세스 장비에서 바이패스된 오존수가 재순환되어 버려지는 오존수 없이 오존수 순환이 가능하다. 더불어 용해 모듈로부터 잉여 오존 가스를 회수하여 오존수 생성에 재활용함으로써, 작업 환경을 개선하고, 투입되는 장치의 가스량(산소, CO₂등)도 절감할 수 있고, 오존수의 농도 조절이 매우 용이해진다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 오존 생성부 120 : 용해 모듈
150 : 버퍼 탱크 170 : 잉여 오존가스 회수부

Claims (11)

  1. 오존 가스(O3 Gas)를 생성하는 오존생성부(Ozonizer);
    상기 오존생성부로부터 오존 가스를 공급받아 오존수(DIO3)를 생성하는 용해모듈(Dissolution Module);
    외부 장비에서 바이패스되어 회수된 오존수를 공급받아 상기 용해모듈로 순환 공급하는 버퍼탱크(Buffer Tank); 및
    상기 용해모듈로부터 잉여 오존 가스를 회수하여 상기 버퍼탱크에 공급하는 잉여 오존가스 회수부를 포함하고,
    상기 잉여 오존가스 회수부는,
    상기 용해모듈 일단으로부터 회수된 제1오존가스와 상기 용해모듈의 타단으로부터 회수된 제2오존가스의 압력차에 의해서 상기 버퍼 탱크에 오존가스를 공급하는 아스필레이터를 포함하는
    오존수 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 버퍼탱크로부터 상기 용해 모듈로 공급되는 오존수의 온도를 조절하기를 위한 온도조절부를 더 포함하는 오존수 공급 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼 탱크로 초순수를 공급하는 제1레귤레이터; 및
    상기 버퍼탱크로 회수 오존수를 공급하는 제2레귤레이터를 더 포함하는
    오존수 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용해 모듈의 오존수 배출관에 구비되어 오존수의 농도를 모니터링하는 수단을 더 포함하는 오존수 공급 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 버퍼 탱크는
    상기 초순수와 상기 회수된 오존수와 상기 잉여 오존가스를 공급받아 오존 농도가 조절된 오존수를 배출하는 오존수 공급 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 버퍼탱크로부터 상기 용해모듈로 오존수를 공급하기 위한 펌프를 더 포함하고,
    상기 온도조절부는 상기 펌프 후단에 배치된 열교환기를 포함하는
    오존수 공급 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼탱크는 탱크내 유량을 감지하기 위한 복수의 센서를 포함하는 오존수 공급 장치.
  9. 반도체 프로세스 장비에 오존수를 공급하는 방법에 있어서,
    오존 가스를 생성하는 단계;
    용해모듈을 통해 상기 오존가스와 초순수를 혼합하여 오존수를 생성하는 단계;
    상기 오존수 생성시 잉여된 오존 가스를 회수하는 단계;
    상기 오존수를 상기 프로세스 장비에 공급하는 단계;
    상기 프로세스 장비에서 바이패스된 오존수를 회수하는 단계;
    초순수와 상기 회수된 오존수 및 상기 회수된 오존가스를 버퍼탱크에서 혼합하여 농도가 조절된 재공급용 오존수를 생성하는 단계; 및
    상기 재공급용 오존수를 상기 용해모듈을 통해 상기 프로세스 장비에 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 잉여된 오존 가스를 회수하는 단계는, 상기 용해모듈 일단으로부터 회수된 제1오존가스와 상기 용해모듈의 타단으로부터 회수된 제2오존가스의 압력차에 의해서 상기 버퍼 탱크에 오존가스를 공급하는
    오존수 공급 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 버퍼탱크로부터 상기 용해모듈에 공급되는 오존수의 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 오존수 공급 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 버퍼탱크에 유입되는 초순수의 유량을 조절하는 단계; 및
    상기 버퍼탱크에 유입되는 회수된 오존수의 유량을 조절하는 단계를 더 포함하는
    오존수 공급 방법.
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