KR102369174B1 - 이산화탄소를 이용한 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치 - Google Patents

이산화탄소를 이용한 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이산화탄소를 이용한 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다공성 구조의 멤브레인부를 통해 이산화탄소를 용해시킴으로써 탈이온수의 비저항을 감소시키는 이산화탄소를 이용한 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치에 관한 것이다.

Description

이산화탄소를 이용한 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치{Resistivity Control Device for Deionized Water Using Carbon Dioxide}
본 발명은 이산화탄소를 이용한 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다공성 구조의 멤브레인부를 통해 이산화탄소를 용해시킴으로써 탈이온수의 비저항을 감소시키는 이산화탄소를 이용한 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체나 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)과 같은 패널 제조공정 중에서는 액체(탈이온수, 초순수)를 사용하여 반도체나 패널의 세정 작업을 진행하고 있다. 또한, 반도체의 다이싱 작업에서도 액체를 사용하여 절단부를 냉각시키고, 청정도를 향상시키는 작업이 진행된다.
여기서 탈이온수(Deionized Water)나 초순수(Ultrapure Water)를 사용하는 이유는 액체의 순도가 높아 전기전도도가 매우 낮기 때문에, 탈이온수나 초순수를 이용해서 준 무 정전 상태를 응용하여 반도체나 패널을 세정한 후 반도체나 패널에 이물질이 재 부착 되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 세정 작업에서는 상기 액체의 분사압력 및 분사속도에 의해 액체와 반도체/패널 사이에 마찰이 발생할 수 있고, 다이싱 작업에서는 블레이드와 기판 사이의 마찰이 발생할 수 있다. 이와 같은 마찰에 의해 발생하는 정전기는 반도체 및 패널 등에 손상을 일으킬 수 있기 때문에 정전기를 방지하기 위한 대책이 마련 될 필요가 있다.
이에 정전기를 방지하기 위하여 공급되는 탈이온수에 이산화탄소(CO2) 기체를 용해시켜 탈이온수의 비저항을 낮추는 기술이 개발되었다. 특허문헌 1에서는 반도체 웨이퍼를 절단하는 소윙공정의 수행 중 탈이온수에 이산화탄소를 공급하여 탈이온수의 저항치를 낮추는 기술을 개시하고 있다.
다만 탈이온수에 이산화탄소를 지속적으로 공급하는 경우 이산화탄소의 공급에 의하여 초기에는 비저항이 낮아지지만, 이산화탄소에 의해 생성된 탄산에 의해 탈이온수의 pH가 낮아지면 역반응이 활성화되어 비저항이 다시 증가하는 문제가 있다. 따라서 탈이온수의 비저항을 공정이 진행되는 동안 지속적으로 낮게 유지하기 위한 기술 개발의 필요성이 대두되었다.
KR 1998-021718 A
본 발명은 다공성 구조의 멤브레인부를 통해 이산화탄소를 용해시킴으로써 탈이온수의 비저항을 감소시키는 이산화탄소를 이용한 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 반도체 공정에 사용되는 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치로서, 탈이온수가 유입되는 탈이온수유입부; 이산화탄소가 유입되는 이산화탄소유입부; 내부에 상기 탈이온수유입부로부터 유입된 탈이온수가 통과하는 탈이온수유로부; 상기 탈이온수유로부를 둘러싸고 상기 이산화탄소유입부로부터 유입된 이산화탄소가 수용되는 이산화탄소수용부; 및 상기 탈이온수유로부 및 상기 이산화탄소수용부 사이에 배치되어 상기 탈이온수유로부 및 이산화탄소수용부를 분리하고, 이산화탄소는 통과시키고, 탈이온수는 통과시키지 않도록 형성되는 멤브레인부; 를 포함하는 이산화탄소교환모듈; 및 상기 이산화탄소교환모듈로부터 유출되는 탈이온수를 외부로 배출하는 탈이온수배출부; 를 포함하고, 상기 이산화탄소유입부를 통해 상기 이산화탄소수용부로 유입된 이산화탄소는 상기 멤브레인부를 투과하여 상기 탈이온수유로부로 유동하는, 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치를 제공한다.
본 발명에서는, 상기 멤브레인부는 소수성 물질로 형성될 수 있다.
본 발명에서는, 상기 멤브레인부는 다공성 구조를 가질 수 있다.
본 발명에서는, 상기 멤브레인부의 다공성 구조의 기공의 크기는 0.01 내지 0.2 ㎛이고, 상기 멤브레인부의 두께는 150 내지 500 ㎛일 수 있다.
본 발명에서는, 상기 탈이온수유로부는 원형관 형태이고, 상기 멤브레인부는 상기 탈이온수유로부를 감싸는 실린더형태이고, 상기 이산화탄소수용부는 상기 탈이온수유로부 및 상기 멤브레인부가 관통된 중공관 형태일 수 있다.
본 발명에서는, 상기 이산화탄소교환모듈에서는, 상기 이산화탄소 및 상기 탈이온수가 하기 식과 같은 반응을 하여 상기 탈이온수의 비저항이 제어될 수 있다.
Figure 112020011998385-pat00001
본 발명에서는, 상기 탈이온수배출부는, 상기 이산화탄소교환모듈을 통과하여 비저항이 제어된 탈이온수를 사용하는 외부장치로 탈이온수를 공급하는 탈이온수외부공급부; 및 사용되지 않는 탈이온수를 배수하는 탈이온수배수부; 를 포함하고, 상기 탈이온수배수부는, 상기 탈이온수외부공급부를 통해 외부장치로 공급되는 탈이온수의 양에 기초하여 상기 탈이온수배수부를 통해 배수되는 탈이온수의 양을 제어함으로써 상기 탈이온수배출부를 통해 배출되는 탈이온수의 양을 일정하게 유지할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 탈이온수배출부는, 배출되는 상기 탈이온수의 비저항을 측정하는 비저항센서; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 탈이온수를 이산화탄소와 반응시켜 비저항을 낮춤으로써 정전기를 방지하고 소자의 파손을 방지하는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면. 이산화탄소의 배출 없이 지속적인 주입을 통해 탈이온수의 비저항을 안정적으로 유지할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소의 배출구조를 생략하여 장치의 제조과정을 단순화 할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비저항 제어를 위하여 사용되는 이산화탄소의 양을 줄일 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 종래의 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소교환모듈을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인부의 구조에 따른 이산화탄소와 탈이온수의 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치에 의한 탈이온수의 비저항 변화를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온수배출부의 세부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다.
더불어, 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 종래의 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1은 종래의 탈이온수의 비저항을 제어하는 CO2 Bubbler의 내부 구성을 개략적으로 도시한다.
도 1을 참조하면 종래의 반도체 공정에 사용되는 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치(10)는, 탈이온수(DIW)가 유입되는 탈이온수유입부(100); 이산화탄소(CO2)를 포함하는 기체가 유입되는 이산화탄소유입부(200); 탈이온수와 이산화탄소가 반응하여 탈이온수의 비저항이 변화되는 이산화탄소교환모듈(300); 상기 이산화탄소교환모듈(300)로부터 유출되는 탈이온수를 외부로 배출하는 탈이온수배출부(400); 상기 이산화탄소교환모듈(300)로부터 유출되는 이산화탄소를 외부로 배출하는 이산화탄소배출부(500); 및 상기 탈이온수유입부(100)로부터 유입된 탈이온수의 일부가 상기 이산화탄소교환모듈(300)을 통과하지 않고 상기 탈이온수배출부(400)로 배출되도록 통과시키는 바이패스유로(600); 를 포함한다.
즉, 종래의 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치(10)의 이산화탄소교환모듈(300)은 탈이온수 및 이산화탄소가 유입되고, 상기 탈이온수와 이산화탄소가 반응함으로써 비저항이 낮아진 탈이온수가 생성되어 배출되고, 반응 후 잔여 이산화탄소가 배출되는 구성을 가지고 있다.
이와 같은 구성에서 배출되는 탈이온수의 비저항은 상기 이산화탄소교환모듈(300) 내에서의 화학 반응에 의해 결정된다. 이와 같이 탈이온수의 비저항을 제어하기 위해서는 상기 이산화탄소교환모듈(300) 내의 화학반응을 제어 할 필요가 있다. 적절한 제어가 되지 않는 경우 상기 이산화탄소교환모듈(300)에서 배출되는 탈이온수의 비저항은 시간에 따라 크게 변하게 되고, 상기 탈이온수를 통한 정전기 방지 효과에 영향을 미칠 수 있게 된다.
종래의 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치(10)는 반응 후 비저항이 낮아진 탈이온수의 비저항을 안정화시키기 위하여 배출되는 탈이온수의 비저항을 측정하여 피드백 방식으로 화학반응을 제어하거나, 혹은 주기적으로 이산화탄소배출부(500)를 통해 이산화탄소를 배출하거나 이산화탄소의 공급을 제어하는 등의 방법으로 화학반응을 제어할 필요가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치(10)는 탈이온수가 유입되는 탈이온수유입부(100); 이산화탄소가 유입되는 이산화탄소유입부(200); 탈이온수와 이산화탄소가 반응하여 탈이온수의 비저항이 변화되는 이산화탄소교환모듈(300); 상기 이산화탄소교환모듈(300)로부터 유출되는 탈이온수를 외부로 배출하는 탈이온수배출부(400); 및 상기 탈이온수유입부(100)로부터 유입된 탈이온수의 일부가 상기 이산화탄소교환모듈(300)을 통과하지 않고 상기 탈이온수배출부(400)로 배출되도록 통과시키는 바이패스유로(600); 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치(10)는 탈이온수와 이산화탄소가 유입되고 반응함으로써 탈이온수의 비저항이 제어되고, 이와 같이 비저항이 제어된 탈이온수를 외부장치(20)로 공급할 수 있다. 상기 외부장치(20)는 반도체 공정에서 반도체를 세척하기 위한 장치 등으로서 비저항이 제어된 탈이온수를 사용함으로써 정전기의 발생을 억제하고 파손을 방지할 수 있게 된다.
더욱 상세하게는 상기 탈이온수는 상기 탈이온수유입부(100)를 통해 유입되고 상기 이산화탄소교환모듈(300)을 통과하면서 비저항이 제어되고, 상기 탈이온수배출부(400)를 통해 외부로 배출된다. 한편 상기 이산화탄소는 상기 이산화탄소유입부(200)를 통해 유입되고 상기 이산화탄소교환모듈(300)을 통해 이산화탄소의 일부가 상기 탈이온수와 반응하여 용해됨으로써 상기 탈이온수의 비저항을 변화시키게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 이산화탄소교환모듈(300)에서는, 상기 이산화탄소 및 상기 탈이온수가 하기 식과 같은 반응을 하여 상기 탈이온수의 비저항이 제어될 수 있다.
Figure 112020011998385-pat00002
한편, 도 2에는 도시되지 않았지만 상기 이산화탄소교환모듈(300)과 상기 탈이온수배출부(400) 사이에는 탈이온수필터(미도시)가 구비되어 상기 탈이온수배출부(400)로 배출되는 탈이온수에 포함될 수 있는 불순물을 제거하도록 하여 상기 외부장치(20)로 공급되는 상기 탈이온수의 순도를 유지할 수 있도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소교환모듈을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소교환모듈(300)의 단면을 나타내는 단면도이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 일부를 확대한 확대도이고, 도 3의 (c)는 상기 이산화탄소교환모듈(300)의 구성의 결합관계를 도시하는 사시도이다.
도 3의 (a)를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소교환모듈(300)은, 내부에 상기 탈이온수유입부로부터 유입된 탈이온수가 통과하는 탈이온수유로부(310); 상기 탈이온수유로부(310)를 둘러싸고 상기 이산화탄소유입부(200)로부터 유입된 이산화탄소가 수용되는 이산화탄소수용부(320); 및 상기 탈이온수유로부(310) 및 상기 이산화탄소수용부(320) 사이에 배치되어 상기 탈이온수유로부(310) 및 이산화탄소수용부(320)를 분리하고, 이산화탄소는 통과시키고, 탈이온수는 통과시키지 않도록 형성되는 멤브레인부(330); 를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 멤브레인부(330)는 다공성 구조를 갖고, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리올레핀(Polymethylpentene), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene) 등과 같은 재질의 막으로 구성되어 이산화탄소는 통과시키고 탈이온수는 통과시키지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 이산화탄소유입부(100)를 통해 상기 이산화탄소수용부(320)로 유입된 이산화탄소는 상기 멤브레인부(320)를 투과하여 상기 탈이온수유로부(310)로 유동하게 된다.
도 3의 (a)를 참조하면 상기 탈이온수는 상기 이산화탄소교환모듈(300)의 좌측에서 유입되어 상기 탈이온수유로부(310)를 통과하여 상기 이산화탄소교환모듈(300)의 우측으로 배출되고, 상기 이산화탄소는 상기 이산화탄소교환모듈(300)의 우측에서 유입되어 상기 이산화탄소수용부(320)에 모이게 된다. 이 때, 상기 이산화탄소는 상기 멤브레인부(330)를 투과하여 상기 탈이온수유로부(310)로 침투함으로써 탈이온수유로부(310) 내부의 탈이온수와 반응하여 상기 탈이온수의 비저항을 줄일 수 있다.
도 3의 (b)는 상기 과정이 더욱 상세하게 도시되어 있다. 도 3의 (b)를 참조하면 탈이온수는 상기 탈이온수유로부(310)를 통해 좌측에서 우측으로 유동하고 있고, 이산화탄소는 상기 이산화탄소수용부(320)에 유입되어 수용되어 있다. 이 때 이산화탄소의 일부가 상기 멤브레인부(330)를 투과하여 상기 탈이온수유로부(310)로 유입되고, 상기 탈이온수와 반응하게 된다.
도 3의 (c)를 참조하면 본 발명의 일 실시예에서 상기 탈이온수유로부(310)는 원형관 형태이고, 상기 멤브레인부(330)는 상기 탈이온수유로부(310)를 감싸는 실린더형태이고, 상기 이산화탄소수용부(320)는 상기 탈이온수유로부(310) 및 상기 멤브레인부(330)가 관통된 중공관 형태일 수 있다. 이와 같은 구조를 가짐으로써 상기 이산화탄소수용부(320)와 상기 탈이온수유로부(310) 사이의 멤브레인부(330)를 통해 이산화탄소가 용이하게 침투하여 반응이 일어날 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인부의 구조에 따른 이산화탄소와 탈이온수의 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 멤브레인부(330)는 소수성 물질로 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 멤브레인부(330)가 소수성 물질로 형성됨으로써 탈이온수가 표면에 묻어 나오는 현상을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 멤브레인부(330)는 다공성(porous) 구조를 가질 수 있다. 무공성(non-porous) 구조의 멤브레인의 경우 표면에서의 확산 메커니즘에 의해 이산화탄소가 탈이온수로 전달되는 구조를 갖는다. 이와 같은 구조에서는 상기 이산화탄소수용부(320)에서 상기 탈이온수유로부(310)로의 이산화탄소의 확산이 이루어질 뿐만 아니라, 상기 탈이온수유로부(310)에서 상기 이산화탄소수용부(320)로의 확산도 이루어질 수 있다. 특히, 상기 탈이온수유로부(310)에서 상기 이산화탄소수용부(320)로의 확산의 경우 상기 탈이온수의 비저항의 안정성을 감소시키는 주요 요인이 된다.
반면, 다공성 구조의 멤브레인은 기공을 통해 이산화탄소가 전달되는 구조이고, 상기 기공에서 탈이온수가 상기 이산화탄소수용부(320)로 빠져나가는 현상을 이산화탄소의 압력을 통해 억제할 수 있다.
이와 같이 탈이온수가 상기 이산화탄소수용부(320)로 빠져나가는 현상을 방지하기 위해서는 상기 기공에 이산화탄소가 차 있는 구조가 형성되도록 할 필요가 있다.
도 4의 (a)는 무공성 구조의 멤브레인부(330)를 갖는 이산화탄소교환모듈(300)의 내부 구조를 개략적으로 도시하고, 도 4의 (b) 및 (c)는 다공성 구조의 멤브레인부(330)를 갖는 이산화탄소교환모듈(300)의 내부 구조를 개략적으로 도시한다.
이 중, 도 4의 (b)는 상기 다공성 구조의 기공에 이산화탄소가 가득 차 있는 구조를 형성하고 있고, 도 4의 (c)는 상기 다공성 구조의 기공에 탈이온수가 가득 차 있는 구조를 형성하고 있다.
전술한 바와 같이, 상기 탈이온수유로부(310)의 탈이온수가 상기 이산화탄소수용부(320)로 빠져나가는 현상을 감소시켜 상기 탈이온수의 비저항을 안정적으로 유지 할 필요가 있다. 본 발명에서는 상기 멤브레인부(330)의 다공성 구조의 기공에 이산화탄소가 차있도록 함으로써 탈이온수의 유출을 방지하고 탈이온수의 비저항을 안정적으로 유지하게 된다.
본 발명의 일 실시예에서는 도 4의 (b)에서와 같이 상기 멤브레인부(330)의 다공성 구조의 기공에 이산화탄소가 차 있도록 하기 위해 상기 멤브레인부(330)의 기공의 크기 및 멤브레인부(330)의 두께를 조절한다.
본 발명의 일 실시예에서와 같은 멤브레인부(330)의 다공성 구조에서는 기공의 크기를 줄임으로써 상기 멤브레인부(330)를 통해 상기 탈이온수유로부(310)로부터 탈이온수가 상기 이산화탄소수용부(320)로 확산되는 것을 방지하고 비저항을 안정적으로 유지될 수 있도록 할 수 있다.
기공을 통한 액체의 확산은 하기에 표시된 식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020011998385-pat00003
Figure 112020011998385-pat00004
여기서
Figure 112020011998385-pat00005
는 유효확산성(Effective diffusivity)이고,
Figure 112020011998385-pat00006
는 기공율(Porosity)이고,
Figure 112020011998385-pat00007
는 휘어짐 계수(Tortuosity)이고,
Figure 112020011998385-pat00008
는 확산계수(diffusion coefficient)이고,
Figure 112020011998385-pat00009
는 제한 요인(Restrictive factor)이고,
Figure 112020011998385-pat00010
은 분자 직경(Molecular diameter)이고,
Figure 112020011998385-pat00011
는 기공 크기(Pore diameter)이다.
이와 같은 식에 의하면 기공의 크기가 감소하면 탈이온수의 확산을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 멤브레인부의 다공성 구조의 기공의 크기는 0.01 내지 0.2 ㎛일 수 있다.
한편, 상기 멤브레인부(330)의 두께가 두꺼울수록 상기 탈이온수유로부(310)의 탈이온수가 상기 이산화탄소수용부(320)로 빠져나가기 어렵게 된다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예에서 상기 멤브레인부(330)는 기설정된 두께 이상의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 멤브레인부의 두께는 150 내지 500 ㎛일 수 있다.
이와 같이 본 발명은 이산화탄소배출부를 배제하여 상기 이산화탄소교환모듈(300)로 유입되는 이산화탄소의 압력을 높게 유지하면서, 상기 이산화탄소가 멤브레인부(330)를 투과하여 탈이온수유로부(310)의 탈이온수와 반응하도록 하여 탈이온수의 비저항을 낮추게 되고, 소수성 재질로 형성된 다공성 멤브레인부(330)의 기공의 크기 및 멤브레인부(330)의 두께를 조절함으로써 상기 멤브레인부(330)를 통한 탈이온수의 비저항을 안정화 시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치에 의한 탈이온수의 비저항 변화를 도시하는 도면이다.
도 5의 (a)는 탈이온수와 이산화탄소의 유량을 지속적으로 일정하게 유지하며 반응을 시키는 경우 시간에 따른 탈이온수의 비저항의 변화를 도시한다. 탈이온수에 이산화탄소를 반응시키는 경우 이산화탄소가 상기 탈이온수에 용해되면서 상기 탈이온수의 비저항이 급격하게 감소한다. 다만 상기 탈이온수와 이산화탄소의 반응이 지속되어 이산화탄소가 포화상태에 가까워 지면서 비저항의 감소폭이 줄어들고, 상기 탈이온수의 H2CO3의 농도가 증가하면서 역반응이 가속화 되어 상기 탈이온수의 비저항이 다시 증가하게 된다.
도 5의 (b)는 탈이온수의 비저항 측정 후 피드백 하여 비저항을 제어하는 경우 시간에 따른 탈이온수의 비저항의 변화를 도시한다. 도 5의 (b)에서와 같이 탈이온수의 비저항을 측정하여 피드백제어를 수행하는 경우 도 5의 (a)에서와 달리 증가하는 비저항을 다시 감소시킬 수 있다. 다만 피드백제어의 경우 상기 이산화탄소교환모듈(300) 내부에서 정반응과 역반응의 전환이 일어나는 것에 대한 대응이 늦어 비저항의 값이 안정되기 깨지 오래 걸리고, 안정된 후에도 비저항의 동요가 크게 된다. 특히 역반응이 진행되면 비저항이 증가하게 되는데, 이를 감소시키기 위하여 이산화탄소를 추가로 주입하여 용해되도록 하는 경우 역반응이 지속적으로 진행되어 비저항에 더욱 안 좋은 영향을 주게 된다.
도 5의 (c)는 펄스를 통해 탈이온수의 유량을 제어함으로써 비저항을 제어하는 경우 시간에 따른 탈이온수의 비저항의 변화를 도시한다. 도 5의 (c)에서와 같이 펄스를 통해 탈이온수의 유량을 제어하는 경우, 상기 이산화탄소교환모듈(300) 내부의 반응이 정반응에서 역반응으로 전환되면 상기 이산화탄소교환모듈(300)에 유입되는 탈이온수의 유량을 증가시켜 일시적으로 비저항을 빠르게 증가시키지만 다시 정반응으로 전환시켜 비저항의 증가를 억제하고 낮은 비저항을 유지시키도록 할 수 있다. 다만 이 역시 역반응으로 전환 시 비저항이 일시적으로 증가하게 된다.
도 5의 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따라 이산화탄소배출부 없이 이산화탄소를 지속 공급하는 구조에서의 시간에 따른 탈이온수의 비저항의 변화를 도시한다. 본 발명에서와 같이 이산화탄소배출부 없이 이산화탄소를 지속 공급하게 되는 경우, 상기 이산화탄소교환모듈(300) 내부에서의 이산화탄소의 압력이 높아지게 되고, 상기 멤브레인부(330)를 통해 이산화탄소가 확산되어 탈이온수와 반응함으로써 탈이온수의 비저항을 지속적으로 낮은 상태로 유지할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온수배출부의 세부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 탈이온수배출부(400)는, 상기 이산화탄소교환모듈(300)을 통과하여 비저항이 제어된 탈이온수를 사용하는 외부장치(20)로 탈이온수를 공급하는 탈이온수외부공급부(410); 사용되지 않는 탈이온수를 배수하는 탈이온수배수부(420); 및 배출되는 상기 탈이온수의 비저항을 측정하는 비저항센서(430); 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 탈이온수유입부(100)를 통해 일정한 유량의 탈이온수가 지속적으로 유입되고, 상기 탈이온수배출부(400)를 통해 일정한 유량의 탈이온수가 지속적으로 배출된다. 다만, 상기 외부장치(20)는 반도체 공정 등의 진행에 따라 상기 탈이온수외부공급부(410)를 통해 공급되는 탈이온수를 사용하기도 하고, 사용을 중지하기도 한다. 따라서 상기 탈이온수배출부(400)는 외부장치(20)로 탈이온수가 공급되지 않거나, 혹은 상기 외부장치(20)가 사용하는 탈이온수의 양이 유입되는 탈이온수의 양에 비해 적은 경우 여분의 탈이온수를 외부로 배수 할 필요가 있다. 이를 위해 상기 탈이온수배수부(420)는 여분의 탈이온수를 외부로 배수하여 상기 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치를 통한 탈이온수의 흐름이 자연스럽게 유지될 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 탈이온수배수부(420)는, 상기 탈이온수외부공급부(410)를 통해 외부장치(20)로 공급되는 탈이온수의 양에 기초하여 상기 탈이온수배수부(420)를 통해 배수되는 탈이온수의 양을 제어함으로써 상기 탈이온수배출부(400)를 통해 배출되는 탈이온수의 양을 일정하게 유지하게 된다.
상기 비저항센서(430)는 상기 탈이온수배출부(400)를 통해 배출되는 탈이온수의 비저항을 측정할 수 있다. 이와 같이 배출되는 탈이온수의 비저항을 측정함으로써 상기 이산화탄소교환모듈(300)을 통한 탈이온수의 비저항 제어가 정상적으로 이루어지고 있는지 여부를 확인할 수 있고, 상기 외부장치(20)로 공급되는 탈이온수의 비저항을 확인하여 상기 외부장치(20)에서 상기 탈이온수의 비저항에 기초하여 탈이온수를 효율적으로 사용할 수 있다. 혹은 상기 비저항센서(430)가 측정한 탈이온수의 비저항에 기초하여 상기 이산화탄소교환모듈(300)로 공급되는 탈이온수 혹은 이산화탄소를 제어하는 밸브를 제어할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7에 도시된 실시예에서는 상기 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치(10)는, 탈이온수가 유입되는 탈이온수유입부(100); 이산화탄소가 유입되는 이산화탄소유입부(200); 탈이온수와 이산화탄소가 반응하여 탈이온수의 비저항이 변화되는 이산화탄소교환모듈(300); 상기 이산화탄소교환모듈로부터 유출되는 탈이온수를 외부로 배출하는 제1탈이온수배출부(400.1) 및 제2탈이온수배출부(400.2); 상기 탈이온수유입부(100)로부터 유입된 탈이온수의 일부가 상기 이산화탄소교환모듈(300)을 통과하지 않고 상기 제1탈이온수배출부(400.1)로 배출되도록 통과시키는 제1바이패스유로(600.1) 및 상기 탈이온수유입부(100)로부터 유입된 탈이온수의 일부가 상기 이산화탄소교환모듈(300)을 통과하지 않고 상기 제2탈이온수배출부(400.2)로 배출되도록 통과시키는 제2바이패스유로(600.2); 를 포함할 수 있다. 이 때, 도 7에 도시된 실시예에서 상기 제1탈이온수배출부(400.1)는 상기 이산화탄소교환모듈(300) 및 상기 제1바이패스유로(600.1)를 통과한 탈이온수가 혼합 유입되어 외부로 배출되고, 상기 제2탈이온수배출부(400.2)는 상기 이산화탄소교환모듈(300), 상기 제1바이패스유로(600.1) 및 상기 제2바이패스유로(600.2)를 통과한 탈이온수가 혼합 유입되어 외부로 배출될 수 있다.
상기 이산화탄소교환모듈(300)의 상세 구조는 도 3 및 도 4에서 전술한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명에서는 상기 탈이온수유입부(100)를 통해 유입된 탈이온수가 상기 이산화탄소교환모듈(300), 제1바이패스유로(600.1) 및 제2바이패스유로(600.2)로 나뉘어 유동하게 된다. 이 때, 상기 제1바이패스유로(600.1) 및 상기 제2바이패스유로(600.2)에는 각각 제1바이패스밸브(미도시) 및 제2바이패스밸브(미도시)가 구비되어 상기 제1바이패스유로(600.1) 및 상기 제2바이패스유로(600.2)를 통해 유동하는 탈이온수의 유량을 제어하고, 간접적으로 상기 이산화탄소교환모듈(300)을 통해 유동하는 탈이온수의 유량을 제어할 수 있다.
한편, 상기 제1탈이온수배출부(400.1)에는 상기 이산화탄소교환모듈(300) 및 상기 제1바이패스유로(600.1)를 통해 유동한 탈이온수가 혼합되어 유입되고, 상기 제2탈이온수배출부(400.2)에는 상기 이산화탄소교환모듈(300), 상기 제1바이패스유로(600.1) 및 상기 제2바이패스유로(600.2)를 통해 유동한 탈이온수가 혼합되어 유입된다.
더욱 상세하게는, 상기 이산화탄소교환모듈(300) 및 상기 제1바이패스유로(600.1)를 통해 유동한 탈이온수가 혼합된다. 이 중 일부는 상기 제1탈이온수배출부(400.1)를 통해 외부로 배출되고, 나머지는 상기 제2바이패스유로(600.1)를 통해 유동한 탈이온수와 혼합되어 상기 제2탈이온수배출부(400.2)를 통해 외부로 배출된다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 이산화탄소교환모듈(300) 및 상기 제1바이패스유로(600.1)를 통해 유동한 후 혼합된 탈이온수가 상기 제2탈이온수배출부(400.2)로 유동하는 유로에는 체크밸브 등이 구비되어 상기 제2바이패스유로(600.2)를 통해 유동한 탈이온수가 상기 제1탈이온수배출부(400.1)을 통해 배출되지 않도록 할 수 있다.
이와 같은 실시예에서 상기 제1탈이온수배출부(400.1) 및 상기 제2탈이온수배출부(400.2)를 통해 배출되는 탈이온수의 유량은 구비된 배관의 크기 또는 밸브 등에 의해 조절될 수 있고, 본 발명의 일 실시예에서는 유량계를 구비하여 유량을 기설정된 값으로 제어할 수 있다.
이와 같은 구조에 의해 본 발명의 일 실시예에서는 상기 제1탈이온수배출부(400.1) 및 상기 제2탈이온수배출부(400.2) 각각을 통해 배출되는 탈이온수의 비저항을 서로 다르게 제어할 수 있다. 즉, 상기 이산화탄소교환모듈(300)을 통해 유동하여 비저항이 낮아진 탈이온수와 상기 제1바이패스유로(600.1) 및 상기 제2바이패스유로(600.2)를 통해 유동하여 높은 비저항을 갖는 탈이온수가 혼합되는 비율을 서로 다르게 제어함으로써 상기 제1탈이온수배출부(400.1) 및 상기 제2탈이온수배출부(400.2) 각각을 통해 배출되는 탈이온수의 비저항을 서로 다르게 제어할 수 있다. 바람직하게는 상기 상기 제1탈이온수배출부(400.1)를 통해 배출되는 탈이온수의 비저항이 상기 제2탈이온수배출부(400.2)를 통해 배출되는 탈이온수의 비저항보다 낮게 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 제1탈이온수배출부(400.1)를 통해 배출되는 탈이온수의 비저항을 0.08 내지 0.12 MΩ·cm로 제어하고, 상기 제2탈이온수배출부(400.2)를 통해 배출되는 탈이온수의 비저항을 0.16 내지 0.20 MΩ·cm 로 제어할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치(10)는 제어부(800)를 더 포함하고, 상기 제1탈이온수배출부(400.1) 및 상기 제2탈이온수배출부(400.2)는 각각 배출되는 탈이온수의 비저항을 측정하는 제1비저항센서(430.1) 및 제2비저항센서(430.2)를 포함하고, 상기 제어부(800)는 상기 제1비저항센서(430.1) 및 제2비저항센서(430.2)의 측정 결과에 기초하여 상기 제1바이패스밸브 및 상기 제2바이패스밸브를 제어하여 상기 제1탈이온수배출부(400.1) 및 상기 제2탈이온수배출부(400.2)를 통해 배출되는 탈이온수의 비저항을 제어할 수 있다. 바람직하게는 상기 제어부는 PID 제어(Proportional-Integral-Differential control)을 통해 배출되는 탈이온수의 비저항을 제어할 수 있다.
한편, 도 7에는 두 개의 탈이온수배출부가 구비된 실시예가 도시되어 있으나, 본 발명의 다른 실시예에서 세 개 이상의 탈이온수배출부를 포함할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 이와 같이 세 개 이상의 탈이온수배출부를 포함하는 실시예에서는 세 개 이상의 바이패스유로를 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 탈이온수를 이산화탄소와 반응시켜 비저항을 낮춤으로써 정전기를 방지하고 소자의 파손을 방지하는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면. 이산화탄소의 배출 없이 지속적인 주입을 통해 탈이온수의 비저항을 안정적으로 유지할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소의 배출구조를 생략하여 장치의 제조과정을 단순화 할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비저항 제어를 위하여 사용되는 이산화탄소의 양을 줄일 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (8)

  1. 반도체 공정에 사용되는 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치로서,
    탈이온수가 유입되는 탈이온수유입부;
    이산화탄소가 유입되는 이산화탄소유입부;
    내부에 상기 탈이온수유입부로부터 유입된 탈이온수가 통과하는 탈이온수유로부; 상기 탈이온수유로부를 둘러싸고 상기 이산화탄소유입부로부터 유입된 이산화탄소가 수용되는 이산화탄소수용부; 및 상기 탈이온수유로부 및 상기 이산화탄소수용부 사이에 배치되어 상기 탈이온수유로부 및 이산화탄소수용부를 분리하고, 이산화탄소는 통과시키고, 탈이온수는 통과시키지 않도록 형성되는 멤브레인부; 를 포함하는 이산화탄소교환모듈; 및
    상기 이산화탄소교환모듈로부터 유출되는 탈이온수를 외부로 배출하는 탈이온수배출부; 를 포함하고,
    상기 이산화탄소유입부를 통해 상기 이산화탄소수용부로 유입된 이산화탄소는 상기 멤브레인부를 투과하여 상기 탈이온수유로부로 유동하고,
    상기 멤브레인부는 소수성 물질로 형성되고,
    상기 멤브레인부는 다공성 구조를 가지고,
    상기 멤브레인부의 다공성 구조의 기공의 크기가 0.01 내지 0.2 ㎛이고, 상기 멤브레인부의 두께는 150 내지 500 ㎛임에 따라, 상기 기공에는 이산화탄소가 차있도록 하여 탈이온수가 상기 탈이온수유로부로부터 이산화탄소수용부로 빠져나가는 현상을 억제하고,
    상기 이산화탄소교환모듈 내부의
    Figure 112021109856725-pat00020
    의 반응이 이산화탄소가 생성되는 역반응으로 전환되면 상기 이산화탄소교환모듈에 유입되는 탈이온수의 유량을 증가시켜 정반응으로 전환시키는, 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈이온수유로부는 원형관 형태이고,
    상기 멤브레인부는 상기 탈이온수유로부를 감싸는 실린더형태이고,
    상기 이산화탄소수용부는 상기 탈이온수유로부 및 상기 멤브레인부가 관통된 중공관 형태인, 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈이온수배출부는,
    상기 이산화탄소교환모듈을 통과하여 비저항이 제어된 탈이온수를 사용하는 외부장치로 탈이온수를 공급하는 탈이온수외부공급부; 및
    사용되지 않는 탈이온수를 배수하는 탈이온수배수부; 를 포함하고,
    상기 탈이온수배수부는,
    상기 탈이온수외부공급부를 통해 외부장치로 공급되는 탈이온수의 양에 기초하여 상기 탈이온수배수부를 통해 배수되는 탈이온수의 양을 제어함으로써 상기 탈이온수배출부를 통해 배출되는 탈이온수의 양을 일정하게 유지하는, 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치.
  8. 청구항 7에 있어서
    상기 탈이온수배출부는,
    배출되는 상기 탈이온수의 비저항을 측정하는 비저항센서; 를 포함하는, 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치.
KR1020200013581A 2020-02-05 2020-02-05 이산화탄소를 이용한 탈이온수의 비저항을 제어하는 장치 KR102369174B1 (ko)

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