KR102066790B1 - 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

나노 버블을 이용한 세정액 제조장치 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 초순수에 세정용 기체가 혼합된 세정액을 제조하는 장치에서, 일부 초순수를 공급하도록 설치된 제1초순수라인과, 나머지 초순수를 공급하도록 설치된 제2초순수라인을 구비한 초순수 공급부; 세정용 기체를 제1초순수라인에 공급하도록 설치된 기체라인을 구비한 기체 공급부;와 세정용 기체와 제1초순수라인의 초순수가 혼합된 1차 혼합수를 나노 버블화하여 2차 혼합수로 변환시키도록 설치된 NB제너레이터를 구비하고, 2차 혼합수가 제2초순수라인의 초순수와 혼합되도록 설치된 혼합부;를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

나노 버블을 이용한 세정액 제조장치 및 제조방법{Apparatus and method for manufacturing celaning liquid with nano buble}
본 발명은 반도체 분야나 액정 분야에서 사용되는 세정액에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일부 초순수에 이산화탄소를 가압하여 용해한 후 나노 버블화 하고, 이를 나머지지 초순수와 혼합하여 세정액을 제조함으로써, 이산화탄소의 용해도가 향상되고, 비저항 값 및 전도도가 최적화되도록 한 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체는 '웨이퍼'라고 불리는 기판이 증착공정(Deposition Process), 사진공정(Photolithography Process)과, 식각공정(Etching Process) 등을 반복적으로 거치면서 제조된다. 이러한 반도체 제조공정 중에는 공정 후 부산물 내지는 파티클 등의 이물질이 생성되고, 이러한 이물질이 웨이퍼 표면에 부착되어 후속 공정의 연속 진행에 어려움이 발생함은 물론 제품 완성 후 불량품이 발생할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 표면에 부착된 이물질을 제거하기 위해서, 각 공정 후에는 웨이퍼 표면을 세정하게 된다. 그리고 웨이퍼 표면을 세정하는 방법으로는 여러 가지 방법이 있고, 이들 중 회전하는 웨이퍼 표면에 세정액을 고압으로 분사하여 웨이퍼 표면으로부터 이물질을 제거하는 방법이 있다. 여기서, 세정제는 초순수에 이산화탄소를 용해하여 사용할 수 있다.
종래에는 초순수에 이산화탄소를 용해하는 방법으로 크게 4가지 방식이 있다. 간략히 설명하자면, 중공사 또는 고분자 필름과 같은 미세한 구멍이 있는 소재를 사용하여 용해하는 다공질 소재방식, 벤투리관에 초순수를 통과시키면서 이산화탄소가 첨가되도록 용해하는 인젝터 방식, 내면이 스크루 형태인 관에 초순수와 이산화탄소를 함께 투입하여 와류 현상을 통해 이산화탄소를 용해하는 유체선회 방식과, 가압용해장치(유압펌프)를 사용하여 초순수와 이산화탄소를 함께 가압하여 용해하는 가압용해 방식 등이 있다.
하지만, 근래에는 반도체 및 디스플레이 디바이스가 초고집적화 다기능화가 되어 감에 따라서 더욱 높은 수준의 세정력이 요구되고 있다. 따라서, 비저항 값, 전도도가 종래의 방식으로 생성된 세정액보다 더 향상된 세정액이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-0785433호(2007.12.19. 공고) 대한민국 등록특허 제10-0783857호(2007.12.10. 공고) 대한민국 등록특허 제10-1270102호(2013.05.31. 공고) 대한민국 등록특허 제10-1461221호)2014.11.18. 공고) 대한민국 등록특허 제10-1338298호(2013.12.10. 공고) 대한민국 등록특허 제10-1580369호(2015.12.28. 공고) 대한민국 등록특허 제10-1547276호(2015.08.26. 공고) 대한민국 등록특허 제10-1824785호(2018.02.01. 공고) 대한민국 등록특허 제10-1690013호(2017.01.09. 공고)
상기된 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 일부 초순수에 이산화탄소를 가압하여 용해한 후 나노 버블화하고, 이 나노 버블화된 혼합수를 나머지 초순수와 혼합하여 세정액을 제조함으로써, 최적의 비저항 값과 전도도를 갖도록 한 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
상술된 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치는, 초순수에 세정용 기체가 혼합된 세정액을 제조하는 장치에서, 일부 초순수를 공급하도록 설치된 제1초순수라인과, 나머지 초순수를 공급하도록 설치된 제2초순수라인을 구비한 초순수 공급부; 세정용 기체를 제1초순수라인에 공급하도록 설치된 기체라인을 구비한 기체 공급부;와 세정용 기체와 제1초순수라인의 초순수가 혼합된 1차 혼합수를 나노 버블화하여 2차 혼합수로 변환시키도록 설치된 NB제너레이터를 구비하고, 2차 혼합수가 제2초순수라인의 초순수와 혼합되도록 설치된 혼합부;를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 세정액 제조장치는 혼합부에서 배출된 세정액에 대해 전도도를 측정하는 전도도계를 구비하는 측정부;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 초순수 공급부는 제1초순수라인과 제2초순수라인에 공급되는 초순수를 저장하도록 설치된 탱크, 제1초순수라인의 초순수와 기체라인의 기체를 유동시키면서 가압 및 혼합하여 1차 혼합수를 생성하도록 설치된 제1펌프, 1차 혼합수의 압력을 측정하도록 설치된 제1압력계, 제2초순수라인의 초순수를 유동시키도록 설치된 제2펌프, 제2초순수라인의 초순수의 압력을 측정하도록 설치된 제2압력계, 제2초순수라인의 초순수 유동량을 조절하도록 설치된 제1밸브, 제2초순수라인에 연결된 바이패스라인과, 바이패스라인의 초순수 유동량을 조절하도록 설치된 제2밸브 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 기체 공급부는 기체라인의 기체의 유동량을 조절하도록 설치된 제3밸브, 기체 압력을 측정하도록 설치된 제3압력계, 기체 유동량을 미세하게 조절하기 위해 설치된 니들밸브와, 기체 유동량을 측정하도록 설치된 제1유량계 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또, 측정부의 전도도계는 세정액이 저장된 세정조에서 측정하도록 설치될 수 있다.
그리고 측정부는 세정액의 유동량을 측정하도록 설치된 제4밸브, 세정액이 유동 압력을 측정하도록 설치된 제4압력계, 세정액의 유동량을 측정하도록 설치된 제2유량계 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 세정액 제조방법은 제1초순수라인을 통해 초순수가 공급되는 제10단계(S10); 기체라인을 통해 세정용 기체가 공급되는 제20단계(S20); 제1초순수라인의 초순수와 기체라인의 세정용 기체가 혼합되어 1차 혼합수가 생성되는 제30단계(S30); 1차 혼합수가 나노 버블화되어 2차 혼합수가 생성되는 제40단계(S40);와 2차 혼합수가 제2초순수라인을 통해 유동한 초순수와 혼합되어 세정액이 생성되는 제50단계(S50);를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 세정액 제조방법은 세정액의 전도도와 비저항 값이 측정되는 제60단계(S60);를 더 포함할 수 있다.
또, 본 본 발명의 세정액 제조방법은 세정액의 전도도와 비저항 값이 최적의 범위에 부합되는지를 판단하고, 최적의 범위를 벗어나면 제10단계(S10)로 되돌아가서 초순수와 기체의 혼합 조건이 조정되는 제70단계(S70);와 세정액이 최적의 범위에 부합되어 공급된 세정액의 공급 여부를 판단하는 제80단계(S80);를 선택적으로 더 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 일부 초순수와 이산화탄소가 섞인 후 나노 버블화되고, 이 나노 버블화된 혼합수가 나머지 초순수와 혼합됨으로써, 가압펌프 방식과 나노 버블 방식이 복합적으로 구성된 새로운 방식의 세정액 제조 방식을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세정액의 전도도와 비저항 값을 실시간으로 측정하고, 이 측정치에 따라 이산화탄소의 공급량과 펌프의 조건을 조절함으로써, 전도도와 비저항 값을 최적화할 수 있는 효과가 있다.
또, 초순수와 이산화탄소를 혼합하여 나노 버블화함으로써, 이산화탄소 가스의 용해도를 최소 80% 이상 향상시킴과 더불어 이산화탄소 가스의 사용량을 획기적으로 절감하고, 전력의 사용량 역시 절감할 수 있는 효과가 있다.
그리고 나노 버블이 소멸할 때 발생하는 수산기 라디컬(OH-)은 강력한 산화제이므로 공정 중에 혼합되어 있는 유기물을 제거할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치가 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 세정액 제조장치가 간략하게 도시된 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 나노 버블을 이용한 세정액 제조방법이 도시된 순서도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치는 제1펌프에 의해 탱크에서 제1초순수라인을 통해 공급된 초순수에 기체라인을 통해 공급된 이산화탄소가 혼합되어 1차 혼합수가 생성되고, 이 제1혼합수가 NB제너레이터(Nano Bubble Generator)를 통과하면서 나노 버블 형태의 2차 혼합수가 생성될 수 있다. 여기서, 제1라인의 초순수와 이산화탄소는 제2펌프에 의해 가압되어 혼합될 수 있다. 이 2차 혼합수는 탱크에서 제2초순수라인을 통해 공급된 초순수와 혼합되어 최종 물질인 세정액이 생성될 수 있다.
그리고 세정액의 전도도 비저항 값이 전도도계에 의해 측정되고, 이 측정된 값이 미리 설정된 값과 동일한지가 판단될 수 있다. 이 판단에 따라 현재의 조건으로 세정액이 만들어질 수 있고, 이외에 제1초순수라인 및/또는 제2초순수라인의 초순수의 공급량 또는, 기체라인의 이산화탄소의 공급량을 조정하여 설정된 값에 부합하는 세정액으로 만들어질 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 세정액은 초순수에 이산화탄소를 용해시키면 탄산 이온이 생성되어 초순수의 전도도가 상승함으로써, 반도체 웨이퍼나 디스플레이 기판을 자르는 절삭공정에서 유발된 정전기력에 의해 파티클이 부착되는 대전특성이 소멸되어 파티클이 제거될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 세정액이 기판에 부딪혀 터지게 되면 순간적으로 수 ㎚ 이하의 근거리에 순간적인 핫 스팟(hot spot, 초고온/초고압)이 형성됨. 이때 세정액이 분해되어 수산화 라디칼 (OH-)이 생성된다. 이 수산화 라디칼은 강력한 산화제로서 기판에 부착된 유기 잔류물들을 효과적으로 제거할 수 있다.
<장치>
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치에 대해 도 1과 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치는 초순수 공급부(100), 기체 공급부(200), 혼합부(300)와 측정부(400)를 포함하여 이루어진다. 이하에서는 초순수와 혼합되는 기체는 세정 및 대전 방지가 다양한 종류 중 이산화탄소를 예로 하여 설명한다.
먼저, 초순수 공급부(100)는 미리 설정된 양만큼의 세정액을 만드는데 필요한 양의 초순수를 공급하도록 구성된다. 이 초순수 공급부(100)는 탱크(110), 제1초순수라인(120), 제1펌프(130), 제2초순수라인(140), 제2펌프(150)와 바이패스라인(160)을 포함하여 이루어질 수 있다.
탱크(110)는 초순수를 수용하도록 설치된다. 이 탱크(110)는 외부로부터 초순수가 유입되고, 제1초순수라인(120)과 제2초순수라인(140)으로 초순수를 공급하도록 설치될 수 있다. 이 탱크(110)의 용량은 다양한 크기로 제작 가능하고, 일례로 250L 정도일 수 있으며, 제1초순수라인(120)과 제2초순수라인(140)을 통해 1분당 대략 200L 정도의 초순수가 공급되므로, 대략 이 정도보다는 더 큰 것이 바람직하다.
제1초순수라인(120)은 일단이 탱크(110)로부터 초순수가 유입되도록 설치되고, 중간에 기체라인(210)이 합류하도록 설치되며, 말단이 제2초순수라인(140)에 합류하도록 설치될 수 있다. 이때, 제1초순수라인(120)과 제2초순수라인(140)이 합류되는 위치를 합류지점(J)이라 칭한다. 이 제1초순수라인(120) 상에는 제1펌프(130), 제1압력계(121)와 NB제너레이터(310)가 설치될 수 있다.
여기서, 제1초순수라인(120)의 초순수 유동은 제1펌프(130)에 의해 수행될 수 있고, 제1펌프(130) 이외의 다른 펌프가 더 설치될 수 있다. 그리고 제1압력계(121)는 제1펌프(130)에서 생성된 혼합수(초순수와 이산화탄소가 혼합된 상태의 액체)의 유동 압력을 측정하도록 설치될 수 있다.
제1펌프(130)는 제1초순수라인(120) 상에 설치되고, 제1초순수라인(120)에서 유동하는 초순수와 기체라인에서 공급된 이산화탄소를 가압 및 혼합하여 1차 혼합수를 생성하도록 설치될 수 있다. 따라서, 제1초순수라인(120)과 기체라인(210)의 합류지점에 설치되는 것이 바람직하고, 이외에 합류지점 근처에 설치될 수 있다. 물론, 제1펌프(130)는 제1초순수라인(120)의 초순수와 기체라인(210)의 이산화탄소의 공급동력원으로 사용될 수 있다. 이외에 제1초순수라인(120) 또는 기체라인(210) 상에 다른 펌프가 설치되고, 이 펌프에 의해 초순수 또는 기체가 유동할 수도 있다. 이때, 제1펌프(130)는 초순수와 기체의 혼합을 주 동력으로 사용하면서 초순수 또는 기체의 유동을 위한 공급동력을 조력하도록 설치될 수도 있다.
제2초순수라인(140)은 일단이 탱크(110)로부터 초순수가 유입되도록 일단이 설치되고, 중간에 제1초순수라인(120)이 합류하도록 설치되며, 말단이 세정조(500)에 최종 물질인 세정액을 공급하도록 설치될 수 있다. 이 제2초순수라인(140) 상에는 제1밸브(141), 제2펌프(150)와 제2압력계(142)가 설치될 수 있다.
여기서, 제1밸브(141)는 탱크(110)에서 공급된 초순수의 유동량을 조절하도록 설치될 수 있다. 또한, 제2압력계(142)는 제2펌프(150)를 통과한 초순수의 유동 압력을 측정하도록 설치될 수 있다.
제2펌프(150)는 제2초순수라인(140) 상에 설치되고, 제2초순수라인(140)에서 유동하는 초순수의 공급동력원으로 사용될 수 있다. 이 제2펌프(150)는 합류지점(J)를 지나 세정액라인(410)을 유동하는 세정액의 유동동력원일 수도 있다. 물론, 세정액라인(410)에 벌도의 펌프가 설치될 수도 있다. 여기서, 초순수의 총 공급량이 대략 100 ~ 300 L/min이 되도록 제1초순수라인(120) 및 제2초순수라인(140)의 유동량이 제1펌프(130) 및 제2펌프(150)에 의해 조정될 수 있다. 이때, 제1초순수라인(120)과 제2초순수라인(140)의 초순수 유동량 비율은 이산화탄소의 공급량 등을 포함한 다양한 조건에 따라 변할 수 있다. 일례로, 초순수의 총 공급량이 100 ~ 150 L/min로 공급되는 경우, 제1초순수라인(120)을 통해 대략 90 ~ 110 L/min으로 공급되고, 제2초순수라인(140)을 통해 나머지 양이 공급될 수 있다. 또한, 최종적으로 세정액의 생성량이 항상 일정하게 유지되도록 초순수와 이산화탄소의 공급량이 조절될 수 있다.
바이패스라인(160)은 제2펌프(150)의 가동 조건을 조절하기 위한 라인이다. 이 바이패스라인(160)은 일단이 탱크(110)에 연결되고, 말단이 제2초순수라인(140)에 연결되도록 설치될 수 있다. 이러한 바이패스라인(160) 상에는 제2밸브(161)가 설치될 수 있다. 이 제2밸브(161)의 개폐로 제2펌프(150)의 가동 조건이 조정될 수 있다. 일례로 제2밸브(161)가 폐쇄되어 제2펌프(150)의 저항이 조정될 수 있다.
한편, 기체 공급부(200)는 제1초순수라인(120)에 이산화탄소를 공급하도록 구성될 수 있다. 이 기체 공급부(200)는 기체라인(210), 제3밸브(211), 제3압력계(212), 니들밸브(213)와 제1유량계(214)를 포함할 수 있다.
기체라인(210)은 이산화탄소를 제1초순수라인(120)으로 안내하는 라인이다. 이 기체라인(210)은 일단이 외부의 이산화탄소 저장소에서 연결되고, 말단이 제1초순수라인(120)으로 연결되도록 설치될 수 있다. 여기서, 기체라인(210)의 말단은 제1펌프(130)에 직접 이산화탄소를 공급하도록 설치될 수 있다. 이러한 기체라인(210) 상에는 제3밸브(211), 제3압력계(212), 니들밸브(213), 제1유량계(214)가 설치될 수 있다.
제3밸브(211)는 외부에서 공급된 이산화탄소의 공급량이 조정되도록 설치될 수 있다.
제3압력계(212)는 기체라인(210)에서 유동하는 이산화탄소의 압력을 측정하도록 설치될 수 있고, 일례로 제3밸브(211)의 이후 지점에 위치될 수 있다.
니들밸브(213)는 기체라인(210) 내의 유동하는 이산화탄소의 양을 미세하게 조정하도록 설치될 수 있고, 일례로 제3압력계(212)의 이전 또는 이후 지점에 위치될 수 있다.
제1유량계(214)는 기체라인(210)을 통해 제1초순수라인(120)에 합류되는 최종 이산화탄소의 양을 측정하도록 설치될 수 있고, 일례로 제1초순수라인(120)과의 합류지점 직전에 설치될 수 있다.
추가로 기체라인(210) 상에는 이산화탄소를 공급하기 위한 다른 펌프가 더 설치될 수 있다.
한편, 혼합부(300)는 제1펌프(130)에 의해 생성된 1차 혼합수를 나노 버블화하여 2차 혼합수를 생성하고, 이 2차 혼합수와 제2초순수라인(140)의 초순수와 혼합하여 세정액을 생성하도록 구성될 수 있다. 이 혼합부(300)는 세정액라인(410)과 NB제너레이터(310)를 포함하고, 제1초순수라인(120)과 제2초순수라인(140)의 합류지점(J)이 위치할 수 있다.
NB제너레이터(310)는 초순수와 이산화탄소가 혼합된 1차 혼합수를 나노 버블, 즉 울트라 파인 버블(Ultra Fine Bubble;UFB)로 변환시키도록 2차 혼합수로 변경되도록 설치될 수 있다. 여기서, UFB인 나노 버블은 직경 1㎛ 이하의 초미세 수중 기포이고, 일례로 100 ~ 500㎚일 수 있다. 이러한 나노 버블은 이산화탄소의 용해도를 대략 1.5 ~ 2배 이상 현저히 상승시키면서 1차 혼합수의 생성 단가를 현저히 절감시킬 수 있고, 용해도 상승으로 인해 비저항 값을 대략 0.1 ~ 2MΩcm이고, 최대한 0 MΩcm 가까이 낮추면서 전도도를 상승시킬 수 있어 대전방지 효과가 향상되는 효과가 있다. 이러한 NB제너레이터(310)로 인해 대략 이산화탄소 1 L/min 으로 세정수 70 L/min 정도를 생성할 수 있다. 또한, NB제너레이터(310)에서 나노 버블화된 상태의 2차 혼합수에서 나노 버블의 입도와 농도를 측정 및 조정하여 전도도의 항상성을 유지할 수 있다. 여기서, 나노버블의 입도와 농도를 측정하기 위한 측정기는 세정액라인(410) 상에 설치될 수도 있고, 세정조(500) 내에 설치될 수 있다.
그리고 이 NB제너레이터(310)에서 생성된 2차 혼합수가 제1초순수라인(120)을 따라 유동하고, 합류지점(J)에서 제2초순수라인(140)에 공급된 초순수와 혼합되어 최종 물질인 세정액이 생성될 수 있다. 이렇게 생성된 세정액은 합류지점(J)을 지나 측정부(400)로 유동할 수 있다.
한편, 측정부(400)는 세정액이 미리 설정된 조건에 부합하는지를 측정하도록 구성될 수 있다. 이 측정부(400)는 세정액라인(410), 제4밸브(411), 제4압력계(412), 제2유량계(413), 전도도계(420)를 포함할 수 있다.
세정액라인(410)은 제1초순수라인(120)과 제2초순수라인(140)의 합류지점(J)에서 세정조(Cleaning bath)까지 연결될 수 있다. 이 세정액라인(410) 상에는 제4밸브(411), 전도도계(420), 제4압력계(412)와 제2유량계(413)가 설치될 수 있다.
제4밸브(411)는 세정액라인(410)을 통해 유동하는 세정액의 유동량을 조정하도록 설치될 수 있다.
제4압력계(412)와 제2유량계(413)는 세정액라인(410)에서 유동하는 세정액의 압력 및 유량을 측정하도록 설치될 수 있다. 이들 제4압력계(412) 또는 제2유량계(413)는 전도도계(420) 이전 또는 이후 위치에 설치될 수 있다.
전도도계(420)는 세정액라인(410)에서 유동하는 세정액의 전도도를 측정하도록 설치될 수 있다. 이 전도도계(420)에서 측정된 값이 제어기로 전송되고, 제어기에서 미리 설정된 값과 비교 판단하여 이산화탄소의 투입량과, 이산화탄소 및 초순수와의 혼합을 위한 가압 조건을 조정함으로써, 전도도가 항상 설정 값에 부합되면서 일정하게 유지될 수 있다.
전도도계(420)는 세정액의 비저항 값을 측정하도록 설치될 수 있다. 이 전도도계(420)는 세정액의 비저항이 유지되도록 하기 위해 대략 10,000 class가 저장되는 세정조(Cleaning Bath) 내에 설치될 수 있다. 이때, 전도도계(420)로 측정된 비저항 값은 0(제로)에 가깝도록 각종 밸브, 펌프, NB제너레이터(310) 등이 제어기에 의해 제어되어 세정액의 생성 조건이 조절될 수 있다. 일례로, 비저항 값은 대략 0.1 ~ 2MΩcm가 항상 유지될 수 있다.
한편, 상기된 라인들 상에 설치된 밸브, 펌프, 압력계, 유량계, 측정기 등을 포함한 모든 구성품은 별도 설치된 제어기와 데이터 및 측정값 등이 상호 송, 수신되면서 제어되도록 설치될 수 있다.
또한, 초순수에 이산화탄소를 용해하는 종래의 4가지 방식과, 본 발명에서 제시한 나노 버블을 이용한 방식에 대한 비교가 아래 [표 1]과 [그림 1]에 기재되어 있다.
방식 버블 미세화 처리 유량 용해도
다공질 소재 방식 4 2 3
인젝터 방식 2 2 3
유체 선회방식 2 5 2
가압 용해 방식 3 5 3
나노 버블 방식 5 5 5
[그림 1]
Figure 112018048927216-pat00001
<방법>
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 나노 버블을 이용한 세정액 제조방법에 대해 도 3을 참조하여 자세히 설명한다.
먼저, 제1초순수라인(120)을 통해 초순수가 공급된다(S10). 도 1에서 보듯이, 탱크(110) 내의 초순수가 제1초순수라인(120)으로 유동될 수 있다. 일례로, 탱크(110) 내의 일부 초순수가 제1펌프(130)에 의해 제1초순수라인(120)으로 유동될 수 있다.
다음으로, 기체라인(210)을 통해 이산화탄소가 공급된다(S20). 도 1에서 보듯이, 외부의 이산화탄소 저장소 내의 이산화탄소가 제1펌프(130)에 의해 기체라인(210)으로 유동될 수 있다. 이때, 제3밸브(211), 제3압력계(212), 니들밸브(213)와 제1유량계(214) 등의 측정값이 제어기로 송신되고, 이 제어기의 판단 및 제어신호에 의해 이산화탄소의 유동량이 조절될 수 있다.
다음으로, 제1초순수라인(120)의 초순수와 기체라인(210)의 이산화탄소가 혼합된다(S30). 도 1에서 보듯이, 제1초순수라인(120)과 기체라인(210)이 합류하게 되고, 이 합류하는 지점에서 초순수와 이산화탄소가 혼합되어 1차 혼합수가 생성될 수 있다. 이때, 합류지점에 제1펌프(130)가 설치되고, 이 제1펌프(130)의 가동 조건에 따라 초순수와 이산화탄소의 혼합 조건이 변경될 수 있다. 즉, 제1펌프(130)가 제1초순수라인(120)의 초순수 유동량과 기체라인(210)의 이산화탄소의 유동량을 조절할 수 있고, 이들의 혼합비를 조절할 수도 있다. 여기서, 제1초순수라인(120)의 초순수와 기체라인(210)의 이산화탄소는 동일 시각에 유동하거나 일정 시간 차를 두고 유동하도록 제어될 수 있다.
다음으로, 1차 혼합수가 나노 버블화된다(S40). 도 1에서 보듯이, 제1펌프(130)를 지나 유동하는 1차 혼합수가 NB제너레이터(310)로 유입되고, 이 NB제너레이터(310)에 의해 나노 버블로 변환된 2차 혼합수가 생성될 수 있다. 이때, 1차 혼합수는 직경 1㎛ 이하의 초미세 수중 기포이고, 일례로 100 ~ 500㎚일 수 있다. 이를 통해 이산화탄소의 용해도가 2배 이상 상승될 수 있고, 일례로 대략 2 ~ 3배 정도 상승될 수 있다. 이로 인해, 이산화탄소의 사용량이 획기적으로 절감되고, 전력 사용량도 감소될 수 있다.
다음으로, 2차 혼합수가 제2초순수라인(140)을 통해 유동한 초순수와 혼합되어 세정액이 생성된다(S50). NB제너레이터(310)에서 배출된 나노 버블의 2차 혼합수가 제2펌프(150)에 의해 유동하는 제2초순수라인(140)의 초순수와 혼합될 수 있다. 좀 더 자세히 설명하자면, NB제너레이터(310)에서 배출된 제1초순수라인(120)의 2차 혼합수는 제1초순수라인(120)과 제2초순수라인(140)의 합류지점(J)에서 제2초순수라인(140)의 초순수와 혼합될 수 있다. 이렇게 2차 혼합수와 초순수가 혼합되어 최종 물질인 세정액이 생성될 수 있다. 이때, 바이패스라인(160)의 제2밸브(161)가 개폐되면서 제2펌프(150)의 가동 조건이 조정될 수 있다.
또한, 제1초순수라인(120)의 초순수와 제2초순수라인(140)의 초순수는 동일 시각에 유동하거나 일정 시간 차를 두고 유동하도록 제어될 수 있다. 일례로, 초순수의 총 공급량이 100 ~ 150 L/min로 공급되는 경우, 제1초순수라인(120)을 통해 대략 90 ~ 110 L/min으로 공급되고, 제2초순수라인(140)을 통해 나머지 양이 공급될 수 있다.
다음으로, 세정액의 전도도와 비저항 값이 측정된다(S60). 합류지점(J)에서 생성된 세정수가 세정액라인(410)을 통해 세정조(500)로 이동하게 된다. 이때, 세정액라인(410) 또는 세정조(500)에 설치된 전도도계(420)에 의해 세정액의 전도도와 비저항 값이 측정될 수 있다. 일례로, 세정액의 전도도는 세정액라인(410)에 설치된 전도도계(420)에 의해 전도도가 측정되고, 10,000class 정도 레벨의 세정조(500) 내에 설치된 전도도계(420)에 의해 비저항 값이 측정될 수 있다.
다음으로, 측정된 전도도와 비저항 값이 최적의 값인지를 판단한다(S70). 전도도계(420)와 전도도계(420)에 의해 측정된 세정액의 전도도 및 비저항 값을 제어기가 수신하고, 미리 설정된 값과 동일하거나 오차 범위 내에 있는지를 판단할 수 있다. 판단 결과 동일하거나 허용 범위 내에 존재하면 현재의 상태로 계속 세정액이 생성 및 공급되고, 허용 범위를 벗어나면, 최초의 단계인 제1초순수라인(120)의 초순수를 공급하는 단계(S10)로 돌아갈 수 있다. 즉, 제1초순수라인(120)을 유동하는 초순수의 유동량부터 제2초순수라인(140) 및 기체라인(210)의 유동량은 물론, NB제너레이터(310)의 가동 조건 등이 조정될 수 있다. 이때, 각종 밸브, 압력계 및 유량계 등이 제어기에 의해 판단 및 제어되어 미리 설정된 조건에 부합되는 세정액을 항상 일정하게 생성될 수 있다.
끝으로, 세정액의 공급 유무를 판단한다(S80). 이렇게 미리 설정된 조건에 부합된 세정액은 세정 작업이 유지되는 동안 지속적으로 공급되고, 세정 작업이 끝나게 되면 세정액의 공급도 중지될 수 있다. 이러한 세정액의 공급 및 중지에 대해 판단되고, 세정액의 공급 신호에 의해 세정액을 생성하기 위한 최초 단계인 제1초순수라인(120)의 초순수를 공급하는 단계(S10) 이전으로 돌아갈 수 있고, 세정액의 공급 중지 신호에 의해 종료될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시 예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허등록청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허등록청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100:초순수 공급부
110:탱크 120:제1초순수라인
121:제1압력계 130:제1펌프
140:제2초순수라인 141:제1밸브
142:제2압력계 150:제2펌프
160:바이패스라인 161:제2밸브
200:기체 공급부
210:기체라인 211:제3밸브
212:제3압력계 213:니들밸브
214:제1유량계
300:혼합부
310:NB제너레이터
400:측정부
410:세정액 라인 411:제4밸브
412:제4압력계 413:제2유량계
420:전도도계 500:세정조
J:합류지점.

Claims (8)

  1. 초순수에 세정용 기체가 혼합된 세정액을 제조하는 장치에서,
    일부 초순수를 공급하도록 설치된 제1초순수라인(120)과, 나머지 초순수를 공급하도록 설치된 제2초순수라인(140)을 구비한 초순수 공급부(100);
    상기 세정용 기체를 제1초순수라인(120)에 공급하도록 설치된 기체라인(210)을 구비한 기체 공급부(200);
    상기 세정용 기체와 제1초순수라인(120)의 초순수가 혼합된 1차 혼합수를 나노 버블화하여 2차 혼합수로 변환시키도록 설치된 NB제너레이터(310)를 구비하고, 2차 혼합수가 제2초순수라인(140)의 초순수와 혼합되도록 설치된 혼합부(300);를 포함하고,
    상기 초순수 공급부(100)는 제1초순수라인(120)과 제2초순수라인(140)에 공급되는 초순수를 저장하도록 설치된 탱크(110), 제1초순수라인(120)의 초순수와 기체라인(210)의 기체를 유동시키면서 가압 및 혼합하여 1차 혼합수를 생성하도록 설치된 제1펌프(130), 1차 혼합수의 압력을 측정하도록 설치된 제1압력계(121), 제2초순수라인(140)의 초순수를 유동시키도록 설치된 제2펌프(150), 제2초순수라인(140)의 초순수의 압력을 측정하도록 설치된 제2압력계(142), 제2초순수라인(140)의 초순수 유동량을 조절하도록 설치된 제1밸브(141), 제2초순수라인(140)에 연결된 바이패스라인(160)과, 바이패스라인(160)의 초순수 유동량을 조절하도록 설치된 제2밸브(161)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치.
  2. 제1항에서,
    상기 혼합부(300)에서 배출된 세정액에 대해 전도도를 측정하는 전도도계(420)를 구비하는 측정부(400);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치.
  3. 제1항에서,
    상기 기체 공급부는 기체라인(210)의 기체의 유동량을 조절하도록 설치된 제3밸브(211), 기체 압력을 측정하도록 설치된 제3압력계(212), 기체 유동량을 미세하게 조절하기 위해 설치된 니들밸브(213)와, 기체 유동량을 측정하도록 설치된 제1유량계(214) 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치.
  4. 제2항에서,
    상기 전도도계(420)는 상기 혼합부(300)에서 배출된 세정액이 저장된 세정조(500)에서 측정하도록 설치된 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치.
  5. 제2항에서,
    상기 측정부(400)는 세정액의 유동량을 측정하도록 설치된 제4밸브(411), 세정액이 유동 압력을 측정하도록 설치된 제4압력계(412), 세정액의 유동량을 측정하도록 설치된 제2유량계(413) 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 나노 버블을 이용한 세정액 제조장치로 세정액을 제조하는 방법에서,
    제1초순수라인(120)을 통해 초순수가 공급되는 제10단계(S10);
    기체라인(210)을 통해 세정용 기체가 공급되는 제20단계(S20);
    상기 제1초순수라인(120)의 초순수와 기체라인(210)의 세정용 기체가 혼합되어 1차 혼합수가 생성되는 제30단계(S30);
    상기 1차 혼합수가 나노 버블화되어 2차 혼합수가 생성되는 제40단계(S40);와
    상기 2차 혼합수가 제2초순수라인(140)을 통해 유동한 초순수와 혼합되어 세정액이 생성되는 제50단계(S50);를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 세정액 제조방법.
  7. 제6항에서,
    상기 세정액의 전도도와 비저항 값이 측정되는 제60단계(S60);를 더 포함하고,
    상기 세정액의 전도도와 비저항 값이 최적의 범위에 부합되는지를 판단하고, 최적의 범위를 벗어나면 제10단계(S10)로 되돌아가서 초순수와 기체의 혼합 조건이 조정되는 제70단계(S70);와
    상기 세정액이 최적의 범위에 부합되어 공급된 세정액의 공급 여부를 판단하는 제80단계(S80);를 선택적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 세정액 제조방법.
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