KR102424386B1 - 합성 표면 세척 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합성 표면을 세척하는 방법, 보다 구체적으로 이들로부터 금속 먼지(dirt) 및/또는 입자를 제거하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 다음의 단계에 의해 특징화된다: a) 상기 합성 표면은 탈이온수로 린싱되고; b) 상기 합성 표면은 전해수로 린싱되며; 및 c) 상기 합성 표면은 탈이온수로 린싱된다.

Description

합성 표면 세척 방법
본 발명은 플라스틱 표면 세척, 보다 구체적으로 플라스틱 표면으로부터 금속 오염 물질 및/또는 입자를 제거하는 방법에 관한 것이다.
오늘날 프로세서(processor) 및 집적 회로(integrated circuit)는 순차적으로 수행되는 다수의 상이한 단계로 실리콘 웨이퍼(wafer) 상에 제조되고, 여기서 상기 웨이퍼는 매우 폭넓게 다양한 상이한 물질로 코팅되거나, 광에 노출되거나, 또는 적용되는 코팅의 부분은 다양한 에칭(etching) 방법 또는 다른 기술에 의해 다시 제거된다. 이러한 개별적 단계들 사이에서, 부분적으로 코팅된 웨이퍼는 하나의 프로세싱 머신으로부터 또 다른 머신으로 이송되어야 한다. 이러한 이송 동안 매우 민감하고, 매우 섬세하게 코팅된 표면이 손상되지 않는 것이 가장 중요하다. 특히, 적용된 전기 전도체 트랙(track)은 제조되는 부품-예를 들어, 프로세서-의 기능을 보장하기 위해 서로 전기적으로 분리되어 있어야 한다.
보관 및 이송을 위해, 부분적으로 코팅된 웨이퍼는 FOUP(Front Opening Unified Pod)라고 불리는 것에 보관된다. 이들 포드(pod)는 플라스틱, 예를 들어 폴리카보네이트 또는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)로 이루어진다. 코팅된 실리콘 웨이퍼의 삽입 동안, 물질이 용기의 플라스틱에 부착되어 오염으로 이어질 수 있다. 후속 단계에서 상이한 웨이퍼가 용기 내에 보관되면, 이러한 방식으로 부착된 금속 오염 물질 및/또는 입자가 새로운 코팅된 웨이퍼로 이동될 수 있고, 이는 전선의 단락(short circuit) 또는 다른 손상의 원인이 될 수 있다. 따라서, 이러한 오염 물질은 상당한 손실 및 기능적으로 무능력하게 된 부품을 초래할 수 있다. 따라서 실리콘 웨이퍼의 오염을 방지하기 위해 플라스틱 표면이 세척될 필요가 있다. 대응하는 세척 방법은 물론 플라스틱 표면 세척, 특히, 이들을 금속 오염 물질이 없게 하는 목적의 다른 사용 예에도 적합하다.
실리콘 웨이퍼가 보관되고 이송되는 플라스틱 용기는 오늘날 증류수(distilled water)라고도 불리는 탈이온수(deionized water)로 주로 처리된다. 그러나 특히, 생성된 코팅 및 집적 회로 구조의 발전하는 소형화로 인해, 이러한 처리는 종종 더 이상 충분하지 않은데, 이는 보다 작고 미세한(tiny) 오염 물질이 집적 회로의 오작동을 초래하여 집적 회로가 불량품이 되고 사용되지 못하게 하기 때문이다. 따라서, 본 발명이 기초하는 목적은 간단하고, 저렴하며, 신속하게 수행되며, 특히 금속 오염 물질에 대한 세척 효과가 향상되는 방식으로 플라스틱 표면을 세척하는 방법을 개발하는 것이다.
본 발명은 플라스틱 표면을 세척하는 방법, 보다 구체적으로 플라스틱 표면으로부터 금속 오염 물질을 제거하는 방법에 의해 전술한 목적을 달성하며, 상기 방법은:
a) 상기 플라스틱 표면을 탈이온수로 린싱(rinse)하는 단계,
b) 상기 플라스틱 표면을 전해수(electrolyzed water)로 린싱하는 단계 및
c) 상기 플라스틱 표면을 탈이온수로 린싱하는 단계를 포함하는 방법을 포함한다.
용어 "린싱"는 본 발명의 의미에서 문제의(in question) 액체가 세척되어야 하는 플라스틱 표면에 적용되는 것을 의미한다. 이는 예를 들어, 각각의 액체를 표면 상에 분사하거나, 플라스틱 표면을 각각의 액체에 침지(immerse)함으로써 행해질 수 있다. 이는 물론 액체가 플라스틱 표면 위로 흐르게 하는 것을 야기할 수도 있다.
따라서, 상기 방법의 제1 단계에서, 세척될 플라스틱 표면은 증류수로도 언급되는, 탈이온수로 린싱된다. 따라서, 초기에는, 표면에 놓이거나 부착된 굵은(coarse) 입자가 제거된다. 특히 유리하게는 이온화된(ionized) 물은 세척될 플라스틱 표면 상에 분사된다.
상기 방법의 제2 단계에서, 플라스틱 표면은 전해수로 린싱된다. 전해수는 예를 들어 전해질을 탈이온수에 첨가한 후 이를 전해 셀(electrolysis cell)을 통과시킴으로써 제조된다. 전해수의 사용의 결과로서, 플라스틱 표면에 부착한 금속의 적어도 일부는 용해되고 이러한 방식으로 표면으로부터 제거된다. 바람직하게는 부착된 금속은 완전히 제거된다.
세척될 플라스틱 표면 상의 전해수의 잔류물을 제거하기 위해, 특히, 표면은 상기 방법의 제3 단계에서 탈이온수로 다시 린싱된다. 이 목적으로 유리하게 사용되는 것은 탈이온수가 세척될 표면 위를 흐르는(trickle) "린싱 세척 공정"으로 불리는 것이다.
세척이 탈이온수만을 사용하여 수행되는 종래 기술로부터 공지된 방법과 비교하여, 본 발명의 방법은 물에서의 금속의 용해도는 특히 물의 pH 및 산화 환원 전위(redox potential)에 의존한다는 발견을 이용한다. 따라서, 일반적으로 말해서, 전해수에서의 금속의 용해도는 탈이온수에서보다 높으므로, 전해수로 린싱하는 추가적인 방법 단계는 금속 오염 물질이 탈이온수만으로 세척하는 것보다 효과적으로 제거되도록 한다.
전해수로 린싱하는 단계는 유리하게는 7 미만의 pH를 갖는 애노딕(anodic) 수로 린싱하는 단계를 포함한다. 따라서 애노딕수는 산성이며 일 시리즈의 금속을 용해시킬 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 전해수로 린싱하는 단계는 7 초과의 pH를 갖는 캐소딕(cathodic)수로 린싱하는 단계를 포함한다. 특히, 바람직하게는, 입자-예를 들어, 금속 입자는 캐소딕수로 적어도 매우 큰 정도로, 바람직하게는 완전히 제거될 수 있다.
전해수로 린싱하는 단계가 애노딕수 및 캐소딕수 모두로 린싱하는 단계를 포함한다면, 2개의 상이한 전해수가 연속적으로 사용됨이 유리하다는 것이 드러난다. 플라스틱 표면은 캐소딕수로 린싱되기 전 애노딕수로 먼저 린싱되는 것이 유리하다. 플라스틱 표면을 애노딕수로 린싱하는 단계는 표면 상에 약간의 양전하를 남기도록 할 수 있다. 결과적으로, 입자의 나중에 갱신된 부착은 촉진되고 부착이 향상되므로, 이들 남아있는 약간의 양전하는 회피되어야 한다. 캐소딕수로 린싱하는 단계를 통한 표면의 처리 후 나중의 알칼리에 의해, 이들 약간의 양전하는 제거되며, 이에 의해 새로운 입자의 부착이 저해된다.
어떤 전해수가 린싱에 사용되는지에 관계없이, 탈이온수는 전해수의 잔류물을 완전히 제거할 수 있는 정도까지 최종적인 린싱에 사용된다.
전해수는 유리하게는 2개의 전극을 포함하고, 전해질과 혼합된 물이 도입되는 전해 셀 내에서 제조된다. 전해수의 제조는 선행 기술로부터 오랫동안 공지되어 왔다. 그러나, 유리하게는, 전해수의 pH 및/또는 산화 환원 전위는 제어 파라미터(들)로서 전해질의 농도 및/또는 2개의 전극 사이에 흐르는 전류를 사용함으로써 조정될 수 있다. 전해 셀은 일반적으로 2개의 전해 챔버(chamber)를 갖고, 이 중 하나는 내부에 위치된 캐소드를 갖는 캐소드 챔버이며 다른 하나는 내부에 위치된 애노드를 갖는 애노드 챔버이다. 2개의 전극은 바람직하게는 다이아몬드 전극의 형태이다. 전해질과 혼합된 탈이온수는 2개의 챔버 중 적어도 하나의 내로 도입되고, 따라서 2개의 전극 사이에 퍼져 있는(prevailing) 전기장에 노출된다. 2개의 챔버는 특정 전하의 이온이 투과할 수 있는 멤브레인(membrane)에 의해 서로 분리된다. 따라서, 예를 들어, 음이온이 투과할 수 있는 멤브레인 및 양이온이 투과할 수 있는 멤브레인이 있으며, 이는 이에 따라 멤브레인을 투과할 수 있는 이온의 유형을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
특정 전해질 및 전해질의 특정 농도의 선택을 통해, 제조 중의 전해수의 pH를 미리 정해진 값으로 조정하는 것이 가능하다. 이 목적을 위해, 전해 셀의 각각의 챔버 내에서 탈이온수의 전해질과의 잔류 시간, 즉 유속 및/또는 2개의 전극을 통해 흐르는 전류를 조정하고 조절(adjust)하는 것이 필요할 수 있다. 또한, 전류에 의해, 제조된 전해수의 산화 환원 전위를 조정하는 것 또한 가능하다. 결과적으로, pH 및 산화 환원 전위 모두 적어도 미리 정해진 범위 내에서, 서로 독립적으로 원하는 값의 조합으로 조정될 수 있으며, 따라서 세척될 플라스틱 표면 상에 오염 물질로서 부착되는 용해될 금속에 이상적으로 적합한 방식으로 전해수를 조정하는 것이 가능하다.
염화물 이온(Cl-), 불화물 이온(F-), 황산 이온(SO4 2-), 인산 이온(PO4 3-), 질산 이온(NO3 -) 또는 이들 이온의 조합 형태의 전해질을 선택하는 것이 특히 가능하다. 물론, 전기적 중립성을 보장하기 위해 양이온을 형성하는 전해질 또한 사용되어야 한다. 적절한 양이온은 특히, 수소 이온(H+) 및/또는 암모늄 이온(NH4+)을 포함한다.
이는 간단하고, 빠르며 달성될 것으로 믿을 수 있으며, 이에, 상기 방법은 저렴하게 수행될 수 있다.
각각의 방법 단계에서 플라스틱 표면의 린싱은 5초 내지 600초, 유리하게는 15초 내지 90초 동안 지속된다. 방법 단계 b)에서 린싱이 애노딕 및 캐소딕수 모두로 수행되는 경우, 14초 내지 90초의 린싱 지속 시간이 이들 2개의 린싱 각각에 대해 제공될 수 있다. 다양한 방법 단계에서의 린싱이 상이한 지속 시간 동안 지속되는 것이 유리한 것으로 드러났다. 바람직하게는, 각각의 린싱 지속 시간은 예상되는 오염 또는 불순물 및 원하는 세척 정도로 조정된다.
린싱 및 세척 효과를 더욱 향상시키기 위해, 탈이온수 및/또는 전해수의 온도는 10 ℃ 내지 70 ℃ 사이일 수 있다. 온도가 상승함에 따라 세척 효과가 증가하는 것으로 본 개시에서 드러났다. 물론, 여기서 상이한 방법 단계에서의 온도는 특정 액체에 대해 상이하게 선택될 수 있다. 특히, 방법 단계 a)에서 린싱에 사용된 탈이온수는 또한 상이한 온도를 가질 수 있으며, 보다 구체적으로, 방법 단계 c)에서 린싱에 사용된 탈이온수보다 뜨겁거나 차가울 수 있다.
또한, 본 발명은 본원에 기술된 방법을 수행하기 위한 장치에 의해 전술한 목적을 달성한다. 바람직하게는, 이러한 장치는 각각의 상이한 액체로 플라스틱 표면을 린싱할 수 있는 능력을 가질 뿐 아니라, 요구되는 전해수 자체를 생성하기 위해 전해 셀 또한 포함한다. 이 경우, 전해 셀은 영구적으로 계속하여 작동될 수 있다.
대안적으로, 전해 셀의 시간-제한 작동은 또한 장치가, 예를 들어, 전해 액(electrolyzed liquid)이 일시적으로 보관될 수 있는 일 이상의 중간 탱크 또는 보관 설비를 갖는 경우 도움이 될 수 있다(expedient). 이 경우, 보다 큰 용량을 갖는 전해 셀을 사용하는 것이 가능하고, 이는 가능한 보다 효율적으로 작동될 수 있다.
첨부된 도면의 도움으로, 본 발명의 예시적인 구체예가 아래에 보다 상세하게 설명된다. 도면에서,
도 1은-전해 셀의 개략도를 도시하고,
도 2는-본 발명의 제1 예시적인 구체예에 따른 장치 구조의 개략도를 도시하며, 및
도 3 및 4는-세척 효과를 나타내는 개략도를 도시한다.
도 1은 애노드(4)가 위치하는 애노드 챔버(2) 및 캐소드(8)가 위치하는 캐소드 챔버(6)을 갖는 전해 셀(1)을 도시한다. 애노드 챔버(2)와 캐소드 챔버(6) 사이에 이온 교환 멤브레인(10)이 있고, 이는 도시된 예시적인 구체예에서 음이온 교환 멤브레인(10)의 형태를 취한다. 애노드 챔버 피드(feed)(12)를 통해, 매우 순수한 물이거나 초순수(ultrapure water)일 수 있는 탈이온수 또는 증류수가 애노드 챔버(2) 내로 도입된다. 동시에, 도시된 예시적인 구체예에서 염화물 이온을 형성하는 전해질을 함유하는 탈이온수는 캐소드 챔버 피드(14)를 통해 캐소드 챔버(6) 내로 통과한다. 개략적으로, 도 1에서, 캐소드 챔버(6) 내에 물(H2O) 뿐 아니라 암모늄 이온(NH4 +) 및 염화물 이온(Cl-)이 있음을 도시한다.
애노드(4)와 캐소드(8) 사이에, 애노드(4)의 방향으로의 화살표(16)을 따라 염화물 이온(Cl-)을 가속시키는 전압이 인가된다. 이들은 이온 교환 멤브레인(10)을 통과하여, 이후 애노드 챔버(2) 내에 있을 수 있다.
대안적인 구체예에서, 음이온 교환 멤브레인 대신 양이온 교환 멤브레인을 사용하는 것 또한 가능하고, 이는 양전하를 띠는 양이온이 애노드 챔버(2)로부터 캐소드 챔버(6)으로 통과할 수 있도록 한다.
애노드 챔버 드레인(18)을 통해, 도 1에 도시된 구성 요소는 애노드 챔버(2)를 떠난다. 이들 구성 요소는 애노드(4)와 캐소드(8) 사이의 전압에 의해 발생되는 물, 염화물 이온(Cl-) 및 하이드로늄 이온(H+)이다. 동시에, 애노드 챔버(2) 내에서, 오존(O3)이 형성되고, 이는 또한 애노드 챔버 드레인(18)을 통해 애노드 챔버(2)를 떠난다.
애노드 챔버 드레인(20)으로부터, 물 뿐 아니라 암모늄 이온(NH4 +) 및 수산화 이온(OH-)도 캐소드 챔버(8)를 떠난다.
도시된 실시예에서 염화물 이온(Cl-)이 형성되는 전해질의 농도 및 애노드(4) 및 캐소드(8) 사이에 인가된 전압에 의해 유발된 전류로부터, 애노드 챔버 드레인(18)으로부터 빠져 나오는 전해수의 pH 및 산화 환원 전위를 조정하는 것이 가능하다.
도 2는 본 발명의 제1 예시적인 구체예에 따른 세척 방법을 수행하기 위한 장치를 개략적으로 도시한다.
상기 장치는 2개의 전해 셀(1)을 가지며, 이들 각각은 애노드 챔버(2) 및 캐소드 챔버(6)을 갖는다. 2개의 챔버 사이에는 각각 이온 교환 멤브레인(10)이 배치(dispose)되어 있고, 도 2의 좌측에 도시된 전해 셀(1)내의 것은 음이온 교환 멤브레인의 형태를 취하고, 우측에 도시된 전해 셀(1) 내의 것은 양이온 교환 멤브레인의 형태를 취한다. 따라서, 화살표(16)에 따라, 좌측 전해 셀(1) 내의 음이온은 이온 교환 멤브레인(10)을 통과할 수 있는 반면, 우측 전해 셀(1) 내에서는 양이온이 애노드 챔버(2)로부터 캐소드 챔버(6)으로 통과할 수 있다.
도 1에 도시된 장치는 애노드액(anolyte) 혼합 탱크(22)를 갖는다. 이 탱그 내에서, 공급 라인(24)을 통해 제공되는 탈이온수가 애노드 챔버 피드(12)를 통해 도 2의 우측에 도시된 전해 셀(1)의 애노드 챔버(2) 내로 공급되기 전에 애노드액과 혼합된다. 탈이온수는 캐소드 챔버 피드(14)를 통해 공급된다.
캐소드수는 도 2의 우측에 도시된 전해 셀 내에서 제조되며, 캐소드 라인(26)을 통해 캐소드 탱크(28) 내로 도입된다. 이로부터, 캐소드수는 어플리케이터(applicator)(30)에 공급되며, 어플리케이터에 의해 캐소드수는 세척될 플라스틱 표면에 적용된다.
도 2에 도시된 장치는 또한 캐소드액(catholyte) 혼합 탱크(32)를 갖는다. 이 탱크에서, 공급 라인(24)를 통해 공급된 탈이온수는 캐소드 챔버 피드(14)를 통해 캐소드 챔버(6) 내로 도입되기 전에 캐소드액과 혼합된다. 탈이온수는 애노드 챔버 피드(12)를 통해 도 2의 좌측에 도시된 전해 셀(1)의 애노드 챔버(2) 내로 도입된다. 애노드 챔버 드레인(18)으로부터, 좌측의 전해 셀 내에서 제조된 애노딕수는 애노드 라인(34)을 통해 애노드 탱크(36) 내로 도입되며, 이로부터 애노딕수는 또한 어플리케이터(30)에 도입될 수 있다.
도 3 및 4는 본 발명의 하나의 예시적인 구체예에 따른 방법의 세척 효과를 개략적으로 도시한다. 이는 폴리카보네이트로 만들어진 성분으로부터의 철 오염 물질을 제거에 관한 것이다. 각각의 경우 플롯되는 것은 pH인 A에 대한 밀리볼트(mV) 단위의 산화 환원 전위인 B이다. 실선은 각각 직사각형 박스 내 숫자를 함유한다. 이 숫자는 각각의 방법을 사용하여 제거할 수 있는 철 오염 물질의 백분율을 나타낸다. 예를 들어, 도 3에 도시된 방법의 결과의 경우, 5.2의 pH 및 422 mV의 산화 환원 전위에서 25%의 철 오염 물질이 제거된다.
결과가 도 3에 도시된 방법에서, 상기 표면은 22.1 ℃의 온도에서 15초 동안 각 액체로 처리된 반면, 결과가 도 4에 도시된 방법에서는 70 ℃의 온도에서 180초 동안 각 액체로 처리한다. 동일한 산화 환원 전위 B 및 pH A의 범위에서, 각각의 액체에 대한 보다 긴 노출 시간은 철 오염 및 오염 물질의 상당히 큰 부분을 제거할 수 있음이 밝혀질 수 있다.
1 전해 셀
2 애노드 챔버
4 애노드
6 캐소드 챔버
8 캐소드
10 이온 교환 멤브레인
12 애노드 챔버 피드
14 캐소드 챔버 피드
16 화살표
18 애노드 챔버 드레인
20 캐소드 챔버 드레인
22 애노드액 혼합 탱크
24 공급 라인
26 캐소드 라인
28 캐소드 탱크
30 어플리케이터
32 캐소드액 혼합 탱크
34 애노드 라인
36 애노드 탱크

Claims (10)

  1. 플라스틱 표면 세척, 보다 구체적으로 플라스틱 표면으로부터 금속 오염 물질 및/또는 입자를 제거하는 방법으로서, 상기 방법은:
    a) 상기 플라스틱 표면을 탈이온수(deionized water)로 린싱(rinse)하는 단계,
    b) 상기 플라스틱 표면을 전해수(electrolyzed water)로 린싱하는 단계 및
    c) 상기 플라스틱 표면을 탈이온수로 린싱하는 단계를 포함하며,
    여기서 상기 전해수로 린싱하는 단계는 7 미만의 pH를 갖는 애노딕(anodic) 수로 린싱하는 단계 및 7 초과의 pH를 갖는 캐소딕(cathodic) 수로 린싱하는 단계를 포함하고,
    상기 플라스틱 표면은 캐소딕수로 린싱되기 전에 애노딕수로 린싱되는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해수의 pH 및/또는 산화 환원 전위(redox potential)은 미리 정해진 값으로 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전해수는 2개의 전극(4, 8)을 포함하며 전해질과 혼합된 물이 도입되는 전해 셀(electrolysis cell)(1) 내에서 제조되고, 상기 전해수의 pH 및/또는 산화 환원 전위는 제어 파라미터(들)로서 상기 전해질의 농도 및/또는 상기 2개의 전극(4, 8) 사이에 흐르는 전류를 사용함으로써 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    각 방법 단계 내에서 상기 플라스틱 표면을 린싱하는 단계는 5초 내지 600초 동안 지속되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    각 방법 단계 내에서 상기 플라스틱 표면을 린싱하는 단계는 15초 내지 90초 동안 지속되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    단계 a) 내지 c)의 린싱하는 단계는 서로 상이한 지속 기간 동안 지속되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈이온수 및/또는 상기 전해수의 온도는 10 ℃ 내지 70 ℃ 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
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