KR20200013348A - 세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법 - Google Patents

세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200013348A
KR20200013348A KR1020180088438A KR20180088438A KR20200013348A KR 20200013348 A KR20200013348 A KR 20200013348A KR 1020180088438 A KR1020180088438 A KR 1020180088438A KR 20180088438 A KR20180088438 A KR 20180088438A KR 20200013348 A KR20200013348 A KR 20200013348A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
washing water
electrode
plasma
liquid
reaction tank
Prior art date
Application number
KR1020180088438A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102455392B1 (ko
Inventor
유범진
김민형
남상기
장원혁
한규희
김영도
방정민
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020180088438A priority Critical patent/KR102455392B1/ko
Priority to CN201910531242.6A priority patent/CN110783222B/zh
Priority to US16/505,488 priority patent/US11107705B2/en
Publication of KR20200013348A publication Critical patent/KR20200013348A/ko
Priority to US17/381,246 priority patent/US11664242B2/en
Priority to KR1020220074021A priority patent/KR102473626B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102455392B1 publication Critical patent/KR102455392B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67028Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H01L21/6704Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing
    • H01L21/67051Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing using mainly spraying means, e.g. nozzles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67028Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H01L21/6704Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing
    • H01L21/67057Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing with the semiconductor substrates being dipped in baths or vessels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532Electrodes
    • H01J37/32541Shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532Electrodes
    • H01J37/32559Protection means, e.g. coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532Electrodes
    • H01J37/32568Relative arrangement or disposition of electrodes; moving means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041Cleaning
    • H01L21/02043Cleaning before device manufacture, i.e. Begin-Of-Line process
    • H01L21/02052Wet cleaning only
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041Cleaning
    • H01L21/02057Cleaning during device manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041Cleaning
    • H01L21/02057Cleaning during device manufacture
    • H01L21/02068Cleaning during device manufacture during, before or after processing of conductive layers, e.g. polysilicon or amorphous silicon layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02299Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment
    • H01L21/02307Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment treatment by exposure to a liquid
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02343Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a liquid
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017Apparatus for fluid treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/46Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/335Cleaning

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)

Abstract

세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법이 제공된다. 상기 세정수 처리 장치는 액체와 가스가 혼합된 혼합액의 압력을 낮춰 버블을 형성하는 버블 형성부, 상기 버블에 전압을 가해서 버블 리퀴드 플라즈마를 포함하는 세정수를 형성하는 플라즈마 리액션 탱크, 상기 세정수를 저장하는 저장 탱크, 상기 플라즈마 리액션 탱크와 상기 저장 탱크를 연결하는 배관, 상기 플라즈마 리액션 탱크, 상기 저장 탱크 및 상기 배관에서 상기 세정수를 순환시키는 순환 펌프, 상기 세정수 내의 라디칼의 농도를 측정하는 라디칼 센서, 상기 라디칼의 농도가 기준 농도에 도달하면 개방되는 노즐 밸브 및 상기 노즐 밸브가 개방되면 상기 세정수가 토출되는 노즐을 포함한다.

Description

세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법{Cleaning water processing device, plasma reaction tank and cleaning water processing method}
본 발명은 세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 제조 공정에서는 세정 공정이 필수적이다. 이러한 세정 공정은 잔여물의 제거를 목적으로 하지만 의도치 않게 반도체 패턴 즉, 금속막과 같은 액티브 영역에 손상을 줄 수 있다. 이는 세정수가 황산이나 불산을 포함하여 금속막의 부식 및 산화를 일으키는 것에 기인할 수 있다. 또한, 이러한 세정수는 환경 오염을 불러오는 원인이 될 수도 있다.
따라서, 이러한 반도체 패턴의 손상을 막으면서 세정을 수행할 수 있는 새로운 세정수의 개발이 필요하다. 특히, 반도체 기술의 세대가 거듭됨에 따라서 반도체 공정의 수가 늘어나고 이에 따른 세정 공정의 수도 늘어나므로, 반도체 패턴의 손상을 방지하고 친환경적인 세정수의 개발이 더욱 시급하다.
본 발명이 해결하려는 과제는 반도체 소자의 노출된 메탈 부분의 손상을 방지하기 위한 세정수를 처리하는 세정수 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 반도체 소자의 노출된 메탈 부분의 손상을 방지하기 위한 세정수를 처리하는 플라즈마 리액션 탱크를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 반도체 소자의 노출된 메탈 부분의 손상을 방지하기 위한 세정수를 처리하는 세정수 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 세정수 처리 장치는 액체와 가스가 혼합된 혼합액의 압력을 낮춰 버블을 형성하는 버블 형성부, 상기 버블에 전압을 가해서 버블 리퀴드 플라즈마를 포함하는 세정수를 형성하는 플라즈마 리액션 탱크, 상기 세정수를 저장하는 저장 탱크, 상기 플라즈마 리액션 탱크와 상기 저장 탱크를 연결하는 배관, 상기 플라즈마 리액션 탱크, 상기 저장 탱크 및 상기 배관에서 상기 세정수를 순환시키는 순환 펌프, 상기 세정수 내의 라디칼의 농도를 측정하는 라디칼 센서, 상기 라디칼의 농도가 기준 농도에 도달하면 개방되는 노즐 밸브 및 상기 노즐 밸브가 개방되면 상기 세정수가 토출되는 노즐을 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 리액션 탱크는 세정수를 수용하는 탱크 바디, 상기 탱크 바디 내에 임베디드된 제1 및 제2 전극으로서, 상기 제1 전극은 접지되고, 상기 제2 전극은 제1 전압이 인가되는 제1 및 제2 전극 및 상기 제1 및 제2 전극 사이에서, 상기 탱크 바디 내부에 위치하고, 상기 세정수 내의 플라즈마를 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극 방향으로 단계적으로 형성하는 이그니션 전극을 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 세정수 처리 방법은 액체와 가스를 혼합하여 혼합액을 형성하고, 상기 혼합액의 압력을 높여 상기 혼합액 내의 상기 가스를 과포화시키고, 상기 혼합액의 압력을 낮춰 상기 혼합액 내에 버블을 발생시키고, 상기 혼합액에 제1 전압을 인가하여 버블 리퀴드 플라즈마를 포함하는 세정수를 형성하고, 상기 세정수를 순환시키고, 상기 세정수 내의 라디칼의 농도를 감지하고, 상기 라디칼의 농도가 기준 농도에 도달하면 배출하는 것을 포함한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 도 1의 가압부 및 버블 형성부를 세부적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 2의 버블 형성부를 세부적으로 설명하기 위한 평면 개념도이다.
도 4는 도 1의 플라즈마 리액션 탱크의 전극 형태를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 도 4의 제1 전극, 제2 전극 및 이그니션 전극을 세부적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 도 5의 이그니션 전극의 형상을 세부적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 7은 도 1의 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 도 8의 플라즈마 리액션 탱크의 전극 형태를 설명하기 위한 개념 사시도이다.
도 10은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13은 도 12의 세정수 형성 단계를 세부적으로 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 세정수 처리 장치에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 도 1의 가압부 및 버블 형성부를 세부적으로 설명하기 위한 개념도이다. 도 3은 도 2의 버블 형성부를 세부적으로 설명하기 위한 평면 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치는 가압부(100), 버블 형성부(200), 플라즈마 리액션 탱크(300), 제1 배관(400), 저장 탱크(500), 라디칼 센서(600), 제2 배관(700) 및 노즐(800)을 포함한다.
제1 방향(X)과 제2 방향(Y)은 서로 교차하는 수평 방향일 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)은 서로 직교할 수 있다. 제3 방향(Z)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)과 서로 교차하는 방향일 수 있다. 예를 들어, 제3 방향(Z)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)과 모두 직교할 수 있다. 따라서, 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)은 모두 오소고날(orthogonal)한 방향일 수 있다.
가압부(100)는 가스 주입구(110), 액체 압송부(120) 및 액체 주입구(130)를 포함한다. 액체 압송부(120)는 가압부(100)로 액체가 들어오는 통로일 수 있다. 액체 압송부(120)는 플라즈마 리액션 탱크(300)에서 생성되어, 제1 배관(400), 저장 탱크(500), 라디칼 센서(600) 및 제2 배관(700)을 통과하여 순환된 세정수(S)가 주입되는 통로일 수 있다.
또는, 액체 압송부(120)는 액체 주입구(130)를 통해서 새로 들어온 액체가 들어오는 통로일 수도 있다. 액체 주입구(130)는 액체 압송부(120)로 연결되는 제2 배관(700)의 측면에 형성될 수 있다. 액체 주입구(130)는 액체 압송부(120)로 연결만 된다면 그 위치가 제한되지 않을 수 있다.
액체 주입구(130)는 세정수(S)의 용매인 액체가 투입될 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 증류수, 탄산수(CO2 water), 전해 이온수 및 세정수 중 적어도 하나일 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
가스 주입구(110)는 가압부(100)로 가스가 주입되는 통로일 수 있다. 가스 주입구(110)로는 추후 세정수(S) 내의 라디칼(radical)의 생성을 위한 가스가 투입될 수 있다. 사용하는 라디칼의 종류에 따라서, 가스 주입구(110)로 투입되는 가스의 종류는 달라질 수 있다.
투입되는 가스의 종류는 예를 들어, O2, H2, N2, NF3, CxFy, F2, Cl2, Br2, He, Ar 및 이들의 혼합 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다.
가스 주입구(110)로는 세정수(S) 내의 라디칼(radical)의 생성을 위한 가스가 투입될 수 있다. 사용하는 라디칼의 종류에 따라서, 가스 주입구(110)로 투입되는 가스의 종류는 달라질 수 있다. 투입되는 가스의 종류는 예를 들어, O2, H2, N2, NF3, CxFy, F2, Cl2, Br2, He, Ar 및 이들의 혼합 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 가스 주입구(110)에 산소(O2) 가스가 투입되는 경우, 액체와 결합하여 OH·, O·, O2·, O3·, HO2·, H3O· 및 H· 중 적어도 하나의 라디칼을 세정수(S)에서 사용할 수 있다. 또는 다른 가스를 이용하는 경우 NO·, NO2·, NO3·, CO2·, CO3·, Cl·, F·, Br·, BrO·, ClO· 및 HF2· 중 적어도 하나의 라디칼을 세정수(S)에서 사용할 수도 있다.
라디칼이란 빛, 열 또는 전기와 같은 자극들에 의해서 반응이 일어날 때, 형성되는 물질로서 짝지어지지 않은 홀 전자를 가지는 원자 혹은 화합물 상태로 만들었을 때, 반응성이 높게 형성되는 물질을 의미한다. 이에 따라서, 라디칼은 안정적으로 유지되지 않고, 길지 않은 라이프 타임 동안 존재하다가 사라질 수 있다. 이러한 라디컬은 반응성이 크기 때문에 세정의 대상이 되어야 하는 유기물 및 무기물의 분해 반응을 일으킬 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치의 세정수(S)는 이러한 라디칼을 이용하여 고분자 화합물의 분해를 하여 세정을 수행할 수 있다. 이러한 방식은 기존의 황산 또는 불산을 사용하는 세정 방식에 비해서, 금속 패턴에 대한 부식 및 산화를 방지할 수 있다. 또한, 라이프 타임이 경과하면 라디칼은 다시 물이나 산소 등과 같은 무해한 액체 내지 기체로 돌아가기 때문에 환경 오염의 우려도 전혀 없다.
가스 주입구(110)는 액체 주입구(130)가 형성된 액체 압송부(120)와 연결되어 용매와 가스가 서로 섞일 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 가스 주입구(110)는 액체 압송부(120)의 중간 부분에 연결되어 용매의 흐름에 따라 가스와 용매가 서로 섞이도록 할 수 있다.
가압부(100)는 가스와 액체가 혼합된 혼합액(M)을 수용할 수 있다. 혼합액(M)은 가스와 액체가 투입되는 속도에 의해서 서로 혼합되어 형성될 수 있다.
가압부(100) 내부에는 가압 펌프가 존재할 수 있다. 상기 가압 펌프는 가압부(100) 내부의 압력을 높일 수 있다. 상기 가압 펌프에 의해서 압력이 높아지면 혼합액(S) 내부에 가스가 용해되는 비율이 높아질 수 있다. 이에 따라서, 혼합액(S)은 가스가 과포화 용해된 과포화 용존수가 될 수 있다.
혼합액(M)이 플라즈마 리액션 탱크(300)에서 세정수(S)가 되어 순환되어 다시 가압부(100)로 돌아오는 경우에는 가압부(100) 내부에는 혼합액(M) 대신 세정수(S)가 수용될 수도 있다.
버블 형성부(200)는 가압부(100)에 연결될 수 있다.
버블 형성부(200)는 격벽(210) 및 오리피스(220)를 포함할 수 있다. 격벽(210)은 가압부(100)에서 높은 압력으로 과포화된 혼합액(M)을 차단할 수 있다.
격벽(210)은 우선적으로 가압부(100)와 플라즈마 리액션 탱크(300)를 차단하고 있을 수 있다. 즉, 격벽(210)은 가압부(100)와 플라즈마 리액션 탱크(300)의 공간을 차단하는 벽일 수 있다.
오리피스(220)는 격벽(210) 내에 형성된 홀일 수 있다. 오리피스(220)는 매우 작은 폭을 가질 수 있다. 오리피스(220)는 격벽(210) 내에 복수로 존재할 수 있다. 오리피스(220)는 혼합액(M)이 가압부(100)에서 플라즈마 리액션 탱크(300)로 이동하는 통로일 수 있다.
오리피스(220)는 혼합액(M)이 과포화될 때까지는 닫혀있다가 혼합액(M)이 과포화된 후에 동시에 개방될 수 있다. 이에 따라서, 혼합액(M)은 가압부(100)에서 오리피스(220)를 통해서 플라즈마 리액션 탱크(300)로 이동할 수 있다.
이 때, 가압부(100)는 오리피스(220)의 폭보다 훨씬 큰 폭을 가지고 있으므로 혼합액(M)에 가해지는 압력이 급격하게 낮아질 수 있다. 특히, 혼합액(M)은 가압부(100)에서 가압 펌프에 의해서 높은 압력을 가지게 되었으므로, 버블 형성부(200) 및 플라즈마 리액션 탱크(300)에서의 압력은 가압부(100)에서보다 크게 낮을 수 있다.
이에 따라서, 플라즈마 리액션 탱크(300)에서는 혼합액(M)의 내부에 버블(B)이 형성될 수 있다. 버블(B)은 가스 주입구(110)에 의해서 투입된 가스의 기포일 수 있다. 즉, 버블(B) 내부에는 상기 가스가 존재할 수 있다.
도 3에서 버블 형성부(200)의 격벽(210)의 외주면은 원형으로 도시되었으나, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 버블 형성부(200)의 격벽(210)의 외주면은 사각형일 수도 있고, 기타 다른 형상일 수도 있다.
도 4는 도 1의 플라즈마 리액션 탱크의 전극 형태를 설명하기 위한 개념도이고, 도 5는 도 4의 제1 전극, 제2 전극 및 이그니션 전극을 세부적으로 설명하기 위한 개념도이다. 도 6은 도 5의 이그니션 전극의 형상을 세부적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 1, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 플라즈마 리액션 탱크(300)는 버블 형성부(200)에서 연결될 수 있다. 혼합액(M)은 가압부(100)에서 버블 형성부(200)를 통해서 플라즈마 리액션 탱크(300)로 이동할 수 있다. 플라즈마 리액션 탱크(300)는 제1 전극(310), 제2 전극(320) 및 이그니션 전극(330)을 포함할 수 있다.
플라즈마 리액션 탱크(300)의 내부에는 혼합액(M)이 수용될 수 있다. 플라즈마 리액션 탱크(300)는 혼합액(M)에 전압을 가해서 혼합액(M)을 세정수(S)로 변환시킬 수 있다. 플라즈마 리액션 탱크(300)에서 생성된 세정수(S)는 제1 배관(400), 저장 탱크(500), 라디칼 센서(600), 제2 배관(700), 가압부(100) 및 버블 형성부(200)를 순환하여 다시 플라즈마 리액션 탱크(300)로 돌아올 수 있다. 이러한 경우에는 플라즈마 리액션 탱크(300)는 세정수(S)를 수용할 수 있다.
제1 전극(310)은 플라즈마 리액션 탱크(300)의 일 측면에 형성될 수 있다. 제1 전극(310)은 플라즈마 리액션 탱크(300)의 외벽에 임베디드(embeded)될 수 있다. 또는 제1 전극(310)은 플라즈마 리액션 탱크(300)의 내부에서 제1 코팅(311)에 의해서 덮혀있을 수 있다. 제1 코팅(311)은 세정수(S) 또는 혼합액(M)과 제1 전극(310)이 직접 접하지 않도록 차단하는 역할을 할 수 있다.
제1 전극(310)은 도전체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(310)은 금속을 포함할 수 있다. 이에 반해서 제1 코팅(311)은 절연체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 코팅(311)은 비금속 세라믹 물질을 포함할 수 있다.
제2 전극(320)은 플라즈마 리액션 탱크(300)의 타 측면에 형성될 수 있다. 예를 들면, 제2 전극(320)은 플라즈마 리액션 탱크(300)에서 제1 전극(310)과 제1 방향(X)으로 이격된 반대편에 위치할 수 있다. 이를 통해서, 제1 전극(310)과 제2 전극(320)은 제1 전극(310) 및 제2 전극(320) 사이에 위치한 혼합액(M)에 전압을 인가할 수 있다.
제2 전극(320)도 플라즈마 리액션 탱크(300)의 외벽에 임베디드될 수 있다. 또는 제2 전극(320)은 플라즈마 리액션 탱크(300)의 내부에서 제2 코팅(321)에 의해서 덮혀있을 수 있다. 제2 코팅(321)은 세정수(S) 또는 혼합액(M)과 제2 전극(320)이 직접 접하지 않도록 차단하는 역할을 할 수 있다.
제2 전극(320)은 도전체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(320)은 금속을 포함할 수 있다. 이에 반해서 제2 코팅(321)은 절연체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 코팅(321)은 비금속 세라믹 물질을 포함할 수 있다.
제1 전극(310)은 배선(370)에 의해서 접지 단자(340)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극(320)은 배선(370)에 의해서 전원(350)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전원(350)은 제2 전극(320)과 접지 단자(340) 사이에서 전기적으로 연결될 수 있다.
스위치(360)는 제2 전극(320)과 전원(350) 사이의 배선(370)에 위치할 수 있다. 스위치(360)는 제2 전극(320)과 전원(350)의 연결을 스위칭 동작에 의해서 제어할 수 있다. 즉, 스위치(360)가 단락되면 제2 전극(320)은 전원(350)과 연결되고, 스위치(360)가 개방되면 제2 전극(320)은 전원(350)과 연결되지 않을 수 있다.
전원(350)은 직류 전원일 수도 있고, 교류 전원일 수도 있다. 전원(350)은 예를 들어, RF 펄스 전원일수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이그니션 전극(330)은 제1 전극(310)과 제2 전극(320) 사이에 위치할 수 있다. 구체적으로, 이그니션 전극(330)은 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)의 제1 방향(X) 사이에 배치될 수 있다.
이그니션 전극(330)은 플라즈마 리액션 탱크(300)의 하부에 배치될 수 있다. 이에 따라서, 제1 전극(310)과 제2 전극(320)이 서로 마주보는 영역에서 이그니션 전극(330)이 오버랩되지 않고, 아래 방향 즉 제3 방향(Z)으로 비켜져 배치될 수 있다. 이는 이그니션 전극(330)과 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 플라즈마를 단계적으로 형성하기 위함이다.
이그니션 전극(330)은 혼합액(M) 내부의 버블(B)의 점화를 수행할 수 있다. 이그니션 전극(330)은 배선(370)에 의해서 전원(350)과 연결될 수 있다. 이그니션 전극(330)은 제3 코팅(331)에 의해서 덮혀있을 수 있다. 제3 코팅(331)은 세정수(S) 또는 혼합액(M)과 이그니션 전극(330)이 직접 접하지 않도록 차단하는 역할을 할 수 있다.
이그니션 전극(330)은 도전체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이그니션 전극(330)은 금속을 포함할 수 있다. 이에 반해서 제3 코팅(331)은 절연체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 코팅(331)은 비금속 세라믹 물질을 포함할 수 있다.
플라즈마 리액션 탱크(300)는 제2 전극(320)에 앞서 이그니션 전극(330)에만 전원(350)을 연결할 수 있다. 이를 통해서, 이그니션 전극(330)이 플라즈마를 점화시켜 제1 영역(R1)에 이그니션 플라즈마가 형성될 수 있다.
이어서, 플라즈마 리액션 탱크(300)는 스위치(360)를 단락시켜 제2 전극(320)에 전원(350)을 연결할 수 있다. 이를 통해서, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)은 그 사이의 혼합액(M) 및 버블(B)에 전압을 인가할 수 있다. 인가된 전압을 통해서 제2 영역(R2)은 액티브 플라즈마가 형성될 수 있다.
상기 액티브 플라즈마는 상기 이그니션 플라즈마에 의해서 더 쉽고 낮은 에너지로 형성될 수 있다. 즉, 이그니션 플라즈마가 없이 바로 액티브 플라즈마를 형성하는 것은 보다 더 높은 이그니션 에너지를 필요로 한다.
이러한 높은 이그니션 에너지는 플라즈마 리액션 탱크(300)의 손상을 유발할 수 있다. 이에 따라서, 이러한 이그니션 에너지를 최소화하기 위해서 플라즈마 리액션 탱크(300)는 제2 전극(320)에 바로 전원(350)을 연결하지 않고, 이그니션 전극(330)에 먼저 전원(350)을 연결하고, 이어서 제2 전극(320)에 전원을 연결할 수 있다. 이를 통해서, 더 낮은 에너지로 먼저 이그니션 플라즈마를 형성하고, 이어서 안정적으로 액티브 플라즈마를 형성할 수 있다.
이그니션 전극(330)은 제1 베이스부(332), 제2 베이스부(333) 및 돌출부(334)를 포함할 수 있다. 제1 베이스부(332)는 제1 높이(h1)를 가질 수 있다. 제1 베이스부(332)는 제2 방향(Y)으로 동일한 높이로 연장될 수 있다.
제2 베이스부(333)도 제1 베이스부(332)와 같이 제1 높이(h1)를 가질 수 있다. 제2 베이스부(333) 역시 제2 방향(Y)으로 동일한 높이로 연장될 수 있다.
돌출부(334)는 제1 방향(X)으로 제1 베이스부(332) 및 제2 베이스부(333) 사이에 위치할 수 있다. 돌출부(334)는 제2 높이(h2)를 가질 수 있다. 제2 높이(h2)는 제1 높이(h1)보다 더 클 수 있다. 돌출부(334)도 제2 방향(Y)으로 동일한 높이로 연장될 수 있다.
따라서, 이그니션 전극(330)은 뒤집어진 T 형상의 단면을 가지고, 제2 방향(Y)으로 연장된 막대 전극일 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
플라즈마 리액션 탱크(300)는 상술한 방식으로 혼합액(M)에 전압을 인가할 수 있다. 이에 따라, 혼합액(M)의 버블(B) 내부의 가스가 플라즈마로 변환될 수 있다. 이러한 플라즈마를 버블 리퀴드 플라즈마(bubble liquid plasma)로 정의할 수 있다. 플라즈마 리액션 탱크(300)는 혼합액(M)을 버블 리퀴드 플라즈마를 포함하는 세정수(S)로 변환시킬 수 있다.
세정수(S)는 버블 리퀴드 플라즈마에서 용해되는 라디칼을 포함할 수 있다. 상기 라디칼은 세정수(S)가 플라즈마 리액션 탱크(300), 제1 배관(400), 저장 탱크(500), 라디칼 센서(600), 제2 배관(700), 가압부(100) 및 버블 형성부(200)를 순환하는 동안 버블 리퀴드 플라즈마 내에서 세정수(S) 내로 용해될 수 있다.
상기 라디칼은 라이프 타임이 짧아 순환하는 동안 소멸될 수 있지만, 플라즈마 리액션 탱크(300)가 전압을 인가하여 라디칼을 재생성할 수 있다. 따라서, 세정수(S)는 순환하는 동안 소멸되는 라디칼에도 불구하고 계속해서 라디칼을 포함할 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 플라즈마 리액션 탱크(300) 내부의 세정수(S)의 라디칼의 종류 및 농도를 확인할 수 있다. 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 또한 세정수(S) 내의 버블(B)의 가스의 종류도 확인할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 플라즈마 리액션 탱크(300) 내부의 가스 및 라디칼 각각의 종류 및 농도를 확인하여 라디칼을 생성하는 플라즈마 리액션이 잘 수행되는지를 모니터링할 수 있다.
만일, 의도한 라디칼의 종류가 생성되지 않거나, 의도한 라디칼의 농도가 형성되지 않는 경우에는 주입된 가스의 유량이나 종류를 조절하여 플라즈마 리액션이 이루어 지도록 할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 전기적 측정 방법을 이용하여 라디칼의 종류 및 농도를 측정할 수 있다. 상기 전기적 측정 방법은 유전체를 포함하는 리퀴드 플라즈마의 전기적 특성을 분석하여 모니터링 하는 방법이다. 즉, 전기적 측정 방법은 버블(B)과 플라즈마의 밀도 및 세정수(S)의 성질을 전기적으로 분석할 수 있다.
이를 위해서, 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 전원과 전극을 포함할 수 있다. 이를 통해서 세정수(S) 내에 전압이나 전류를 인가하고 그에 따른 저항 등을 검출하여 라디칼의 종류 및 농도를 측정할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 마이크로파 분석법을 이용하여 라디칼의 종류 및 농도를 측정할 수 있다. 상기 마이크로파 분석법은 마이크로파의 분산 관계(wave dispersion relation)를 활용하여 인리퀴드 플라즈마(In-liquid plasma)의 밀도 분석을 수행할 수 있다.
또는, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 광학적 분석법을 이용하여 라디칼의 종류 및 농도를 측정할 수 있다.
도 7은 도 1의 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 플라즈마 리액션 탱크(300) 외부에 위치할 수 있다.
플라즈마 리액션 탱크(300)는 탱크 바디(301)와 윈도우(302)를 포함할 수 있다. 탱크 바디(301)는 플라즈마 리액션 탱크(300)의 하우징으로서, 세정수(S)를 수용하는 외벽 부분을 의미할 수 있다.
윈도우(302)는 탱크 바디(301) 내에 형성될 수 있다. 윈도우(302)는 투명한 재질로 형성되어 플라즈마 리액션 탱크(300)의 외부에서 내부를 확인하도록 할 수 있다. 플라즈마 리액션 탱크(300) 내의 버블(B)은 내부에 플라즈마를 포함하므로 자체적으로 발광할 수 있다. 이러한 버블(B)에 발생한 광(L)은 윈도우(302)를 통해서 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)에 감지될 수 있다.
인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 광(L)을 감지하여 플라즈마 가스의 종류, 가스의 온도 및 플라즈마의 상대 밀도를 분석하여 세정수(S)의 라디칼의 종류 및 농도를 측정할 수 있다.
이 때, 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 방출 분광법(OES; Optical Emission Spectroscopy)에 의한 측정 모듈일 수 있다.
인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 플라즈마 리액션 탱크(300)의 라디칼 생성 반응을 모니터링할 수 있어 세정수(S)의 생성이 잘 진행되는지 여부를 실시간으로 확인할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제1 배관(400)은 플라즈마 리액션 탱크(300)과 연결될 수 있다. 제1 배관(400)은 플라즈마 리액션 탱크(300)와 저장 탱크(500)를 연결할 수 있다. 제1 배관(400)은 플라즈마 리액션 탱크(300) 내부의 세정수(S)를 저장 탱크(500)로 전송할 수 있다.
도 1에서는 제1 배관(400)이 플라즈마 리액션 탱크(300)의 제3 방향(Z)에서 연결되는 것으로 도시되었으나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
저장 탱크(500)는 제1 배관(400)과 연결될 수 있다. 저장 탱크(500)는 세정수(S)가 저장되는 공간일 수 있다. 저장 탱크(500)는 제1 배관(400), 라디칼 센서(600) 및 노즐(800)과 연결될 수 있다.
저장 탱크(500)는 제1 밸브(810)와 제2 밸브(820)를 포함할 수 있다. 제1 밸브(810)는 저장 탱크(500)와 노즐(800)과 연결되는 부분에 위치할 수 있다. 제1 밸브(810)는 닫혀있다가 라디칼 센서(600)에 의해서 개방되어 세정수(S)를 노즐(800)로 이동시킬 수 있다.
제2 밸브(820)는 저장 탱크(500)와 라디칼 센서(600)가 연결되는 부분에 위치할 수 있다. 제2 밸브(820)는 열려있다가 라디칼 센서(600)에 의해서 닫혀져 세정수(S)가 통과하지 못하도록할 수 있다.
제1 밸브(810) 및 제2 밸브(820)에 대해서는 추후에 더 자세히 설명한다.
라디칼 센서(600)는 저장 탱크(500)의 세정수(S)의 라디칼의 농도를 센싱할 수 있다. 라디칼 센서(600)는 다양한 방법으로 세정수(S)의 라디칼의 농도를 센싱할 수 있다.
예를 들어, 라디칼 센서(600)는 분광학적 방법으로 세정수(S)의 라디칼 농도를 측정할 수 있다. 상기 분광학적 방법이란, NDIR(Non-dispersive infrared ray) 또는 IR 스펙트로스코피(spectroscopy)를 이용하여 라디칼 반응 생성물이나 소모인자 또는 검출 화합물(probe compound)의 생성 속도 및 소멸 속도를 측정하는 방법일 수 있다. 이를 통해서 라디칼 센서(600)는 세정수(S)의 라디칼을 정량 분석할 수 있다.
또는, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치의 라디칼 센서(600)는 자기 스핀 공명법(EPR; Electron Paramagnetic Resonance)을 이용하여 라디칼 농도를 측정할 수 있다. 상기 자기 스핀 공명법은 라디칼의 홀 또는 전자의 스핀을 이용한 자기모멘트 측정 방법으로 라디칼의 종류 및 농도를 측정할 수 있다. 이를 통해서 라디칼 센서(600)는 세정수(S)의 라디칼을 정량 및 정성 분석할 수 있다.
라디칼 센서(600)는 세정수(S) 내의 특정 라디칼의 농도가 기준 농도에 도달하는 경우 세정수(S)를 노즐로 이동시킬 수 있다. 이를 위해서, 라디칼 센서(600)는 제1 밸브(810) 및 제2 밸브(820)를 이용할 수 있다.
구체적으로, 라디칼 센서(600)가 세정수(S) 내의 특정 라디칼의 농도가 기준 농도에 도달한다고 판단되면 제1 밸브(810)를 개방하고, 동시에 제2 밸브(820)를 차단할 수 있다.
이를 통해서, 저장 탱크(500) 내에 위치하는 세정수(S)는 노즐(800)로 이동할 수 있다. 또한, 저장 탱크(500)에서 라디칼 센서(600) 쪽으로 순환되는 세정수(S)는 더 이상 순환되지 않을 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치의 제1 밸브(810) 및 제2 밸브(820)의 구성은 하나의 예시에 불과하고, 얼마든지 다른 방식으로 세정수(S)가 노즐(800)에 공급될 수 있다.
예를 들어, 제2 밸브(820) 없이 라디칼 센서(600)가 단지 제1 밸브(810)만을 제어하여 세정수(S)의 노즐(800)로의 공급이 수행될 수도 있다.
도 1에서 라디칼 센서(600)는 저장 탱크(500)의 출구단에 위치한 것으로 도시되어 있지만, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 라디칼 센서(600)는 저장 탱크(500)의 입구단에 부착될 수도 있다. 또는 라디칼 센서(600)가 저장 탱크(500)의 입구단 및 출구단 모두 아닌 다른 곳에 부착될 수도 있다.
또한, 제2 밸브(820)의 위치 역시 세정수(S)의 순환을 제어하는 위치라면 별도의 제한은 없다.
제2 배관(700)은 라디칼 센서(600)로부터 연장될 수 있다. 제2 배관(700)은 가압부(100)와 라디칼 센서(600)를 연결할 수 있다. 제2 배관(700)은 가압부(100)의 액체 압송부(120)와 연결될 수 있다. 이를 통해서, 세정수(S)는 가압부(100), 버블 형성부(200), 플라즈마 리액션 탱크(300), 제1 배관(400), 저장 탱크(500), 라디칼 센서(600) 및 제2 배관(700)의 순서를 따라서 순환할 수 있다. 이러한 순환은 라디칼 센서(600)에 의해서 정지되기 전까지 계속될 수 있다.
제2 배관(700)은 도 1에서 라디칼 센서(600)의 아래 부분 즉, 제3 방향(Z)의 부분에서 연장되는 것으로 도시되지만 이는 하나의 예시에 불과하고 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 배관(700)은 순환 펌프(710) 및 액체 주입구(130)를 포함할 수 있다.
순환 펌프(710)는 세정수(S)가 가압부(100), 버블 형성부(200), 플라즈마 리액션 탱크(300), 제1 배관(400), 저장 탱크(500), 라디칼 센서(600) 및 제2 배관(700)의 순서를 따라서 순환하게할 수 있다.
순환 펌프(710)를 통해서 세정수(S)의 이동 방향과 속력이 정의될 수 있다. 순환 펌프(710)는 도 1에서 제2 배관(700)에 위치하는 것으로 도시되었지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
순환 펌프(710)는 예를 들어, 제1 배관(400)이나 저장 탱크(500) 등 세정수(S)가 존재하는 어느 위치에라도 부착될 수 있다.
액체 주입구(130)는 제2 배관(700)의 측면에 형성될 수 있다. 액체 주입구(130)는 세정수(S)의 용매인 액체가 투입될 수 있다. 액체 주입구(130)는 항상 개방되어 액체가 주입되는 것은 아니고, 세정수(S)가 충분히 생성된 경우에는 세정수(S)를 순환시키기 위해서 닫혀질 수 있다.
액체 주입구(130)는 도 1에서 제2 배관(700)에 형성되는 것으로 도시되었지만, 다른 부분에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 액체 주입구(130)는 가압부(100)에 형성될 수도 있다.
노즐(800)은 저장 탱크(500)로부터 연결될 수 있다. 노즐(800)은 웨이퍼(W) 상에 라디칼이 포함된 세정수(S)를 토출할 수 있다.
노즐(800)은 센터 토출 방식을 채용할 수 있다. 구체적으로, 노즐(800)은 척 상에 안착된 웨이퍼(W)의 상면 중 센터 부분에 세정수(S)를 분사할 수 있다. 분사된 세정수(S)는 웨이퍼(W)의 센터 부분에서 엣지 부분으로 전개될 수 있다.
노즐(800)은 다른 공정에서는 웨이퍼(W)의 위가 아닌 다른 위치에 있다가 세정수(S)를 분사해야할 때 웨이퍼(W)의 센터 부분으로 이동하여 세정수(S)를 분사할 수 있다.
본 실시예들에 따른 세정수 처리 장치는 라이프 타임이 짧은 라디칼을 이용하여 세정수를 생성한다. 이에 따라서, 라디칼이 소멸되지 않도록 플라즈마 리액션 탱크(300)에서 세정수(S)를 계속 생성하고, 이를 순환시켜 저장 탱크(500)에 라디칼을 포함한 세정수(S)가 저장되도록 할 수 있다.
본 실시예에 따른 세정수 처리 장치는 기존과 달리 불산이나 황산의 성분 없이 라디칼을 이용한 세정수(S)를 사용할 수 있다. 이에 따라서, 웨이퍼(W) 상의 보호되어야 하는 메탈 패턴들의 세정수(S)에 의한 부식이나 산화를 방지할 수 있다. 이를 통해서, 웨이퍼(W) 상의 반도체 소자의 성능 및 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 라디칼은 짧은 라이프 타임이 지나면 무해한 물질로 변화되기 때문에 라디칼을 사용한 세정수(S)는 환경 친화적일 수밖에 없다. 또한, 본 실시예에 따른 세정수 처리 장치에 의한 세정수(S)의 사용은 화학 용액의 사용을 줄일 수 있어 비용도 절감할 수 있다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치를 설명한다. 상술한 실시예들과 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.
도 8은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이고, 도 9는 도 8의 플라즈마 리액션 탱크의 전극 형태를 설명하기 위한 개념 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치의 플라즈마 리액션 탱크(300)는 제1 이그니션 전극(330-1) 및 제2 이그니션 전극(330-2)을 포함한다.
제1 이그니션 전극(330-1) 및 제2 이그니션 전극(330-2)은 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)의 제1 방향(X)의 사이에 위치할 수 있다.
제1 이그니션 전극(330-1) 및 제2 이그니션 전극(330-2)은 플라즈마 리액션 탱크(300)의 하부에 배치될 수 있다. 이에 따라서, 제1 전극(310)과 제2 전극(320)이 서로 마주보는 영역에서 제1 이그니션 전극(330-1) 및 제2 이그니션 전극(330-2)이 오버랩되지 않고, 아래 방향 즉 제3 방향(Z)으로 비켜져 배치될 수 있다. 이는 제1 이그니션 전극(330-1) 및 제2 이그니션 전극(330-2)과 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 플라즈마를 단계적으로 형성하기 위함이다.
플라즈마 리액션 탱크(300)는 전원(350)과 제1 이그니션 전극(330-1)을 연결하는 배선(370)에 위치하는 제1 스위치(361)를 포함할 수 있다. 제1 스위치(361)는 단락되면 전원(350)과 제1 이그니션 전극(330-1)을 연결하고, 개방되면 전원(350)과 제1 이그니션 전극(330-1) 사이의 연결을 차단할 수 있다.
플라즈마 리액션 탱크(300)는 전원(350)과 제2 이그니션 전극(330-2)을 연결하는 배선(370)에 위치하는 제2 스위치(362)를 포함할 수 있다. 제2 스위치(362)는 단락되면 전원(350)과 제2 이그니션 전극(330-2)을 연결하고, 개방되면 전원(350)과 제2 이그니션 전극(330-2) 사이의 연결을 차단할 수 있다.
플라즈마 리액션 탱크(300)는 먼저 제1 스위치(361)를 닫아 제1 이그니션 전극(330-1)에만 전원(350)을 연결할 수 있다. 이를 통해서, 제1 이그니션 전극(330-1)이 플라즈마를 점화시켜 제1 영역(R1)에 이그니션 플라즈마가 형성될 수 있다. 이 때, 제2 스위치(362) 및 스위치(360)는 개방되어 있을 수 있다.
이어서, 플라즈마 리액션 탱크(300)는 제2 스위치(362)를 닫아 제2 이그니션 전극(330-2)에 전원(350)을 연결할 수 있다. 이를 통해서, 제2 이그니션 전극(330-2)이 플라즈마를 점화시켜 제3 영역(R3)에 이그니션 플라즈마가 형성될 수 있다. 이 때, 스위치(360)는 개방되어 있을 수 있다.
제3 영역(R3)은 제1 영역(R1)보다는 크지만 제1 전극(310) 및 제2 전극(320) 사이에 형성되는 제2 영역(R2)보다는 작을 수 있다.
제2 스위치(362)가 닫힐 때, 제1 스위치(361)는 여전히 닫혀 있을 수 있다.
이어서, 플라즈마 리액션 탱크(300)는 스위치(360)를 단락시켜 제2 전극(320)에 전원(350)을 연결할 수 있다. 이를 통해서, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)은 그 사이의 혼합액(M) 및 버블(B)에 전압을 인가할 수 있다. 인가된 전압을 통해서 제2 영역(R2)은 액티브 플라즈마가 형성될 수 있다. 스위치(360)가 닫힐 때, 제1 스위치(361) 및 제2 스위치(362)는 여전히 닫혀 있을 수 있다.
본 실시예들에 따른 세정수 처리 장치의 플라즈마 리액션 탱크(300)는 복수의 이그니션 전극을 통해서 플라즈마 이그니션 단계를 더욱 세분화할 수 있다. 이를 통해서, 플라즈마 이그니션에 필요한 에너지를 최소화하여 하드웨어 장치의 손상을 방지할 수 있다.
본 실시예에서 이그니션 전극이 2개인 실시예를 설명하였지만, 본 실시예가 이에 제한되는 것이 아니다. 즉, 이그니션 전극은 3개 이상일 수도 있다. 이러한 경우 이그니션 플라즈마는 3개 이상의 영역에서 순차적으로 형성되고 최종적으로 더 안정적으로 액티브 플라즈마가 형성될 수 있다.
이하, 도 10을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치를 설명한다. 상술한 실시예들과 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.
도 10은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치의 플라즈마 리액션 탱크(300)는 제1 커패시터(371) 및 제2 커패시터(372)를 포함할 수 있다. 전원(350)은 교류 전원일 수 있다.
제1 커패시터(371)는 제1 이그니션 전극(330-1)과 전원(350)이 연결되는 배선에 위치할 수 있다. 제1 커패시터(371)는 제1 스위치(361)에 의해서 제1 이그니션 전극(330-1)에 전압이 인가될 때, 급격하게 전압이 인가되는 것이 아니라 점진적으로 인가될 수 있다. 이를 통해서, 제1 이그니션 전극(330-1)에 의해서 가해지는 전압에 의해서 플라즈마 리액션 탱크(300)가 손상될 가능성을 최소화할 수 있다.
유사하게 제1 커패시터(371)는 제1 스위치(361)가 개방될 때 제1 이그니션 전극(330-1)에서 전압이 급격하게 제거되지 않고 점진적으로 줄어들 수 있다. 마찬가지로, 이러한 방식은 제1 이그니션 전극(330-1)을 포함한 플라즈마 리액션 탱크(300)의 손상을 방지할 수 있다.
제2 커패시터(372)는 제2 이그니션 전극(330-2)과 전원(350)이 연결되는 배선에 위치할 수 있다. 제2 커패시터(372)는 제2 스위치(362)에 의해서 제2 이그니션 전극(330-2)에 전압이 인가될 때, 급격하게 전압이 인가되는 것이 아니라 점진적으로 인가될 수 있다. 이를 통해서, 제2 이그니션 전극(330-2)에 의해서 가해지는 전압에 의해서 플라즈마 리액션 탱크(300)가 손상될 가능성을 최소화할 수 있다.
유사하게 제2 커패시터(372)는 제2 스위치(362)가 개방될 때 제2 이그니션 전극(330-2)에서 전압이 급격하게 제거되지 않고 점진적으로 줄어들 수 있다. 마찬가지로, 이러한 방식은 제2 이그니션 전극(330-2)을 포함한 플라즈마 리액션 탱크(300)의 손상을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 세정수 처리 장치는 제1 커패시터(371)와 제2 커패시터(372)를 통해서 교류 전원의 인가 및 제거가 점진적으로 진행되게 할 수 있다. 이에 따라서, 플라즈마 리액션 탱크(300)의 손상을 최소화할 수 있다.
이하, 도 11을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치를 설명한다. 상술한 실시예들과 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.
도 11은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치의 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 방출 모듈(910) 및 수신 모듈(920)을 포함한다.
플라즈마 리액션 탱크(300)는 제1 윈도우(302-1)와 제2 윈도우(302-2)를 포함할 수 있다. 제1 윈도우(302-1) 및 제2 윈도우(302-2)는 탱크 바디(301) 내에 형성될 수 있다. 제1 윈도우(302-1) 및 제2 윈도우(302-2)는 투명한 재질로 형성되어 플라즈마 리액션 탱크(300)의 외부에서 내부를 확인하도록 할 수 있다.
제1 윈도우(302-1) 및 제2 윈도우(302-2)는 제2 방향(Y)으로 이격될 수 있다. 즉, 제1 윈도우(302-1) 및 제2 윈도우(302-2)는 제1 방향(X)이 아닌 제1 방향(X)과 교차하는 방향으로 정렬될 수 있다. 이 때, 제2 방향(Y)이 반드시 제1 방향(X)과 수직한 방향일 필요는 없다.
인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 방출 모듈(910)과 수신 모듈(920)을 포함한다. 방출 모듈(910)은 방출광(L1)을 방출할 수 있다. 방출광(L1)은 제1 윈도우(302-1)를 투과하여 플라즈마 리액션 탱크(300) 내부로 들어갈 수 있다.
방출광(L1)은 세정수(S) 및 버블(B)을 통과하면서 특정 파장의 성분이 변화된 수신광(L2)이 될 수 있다. 방출광(L1)은 제2 윈도우(302-2)를 투과하여 수신 모듈(920)에 의해서 수신될 수 있다.
방출 모듈(910) 및 수신 모듈(920)은 방출광(L1) 및 수신광(L2)의 정보를 이용하여 라디칼의 종류 및 농도를 측정할 수 있다. 이 때, 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 흡수분광법 (Optical Absorption Spectroscopy, OAS)을 이용한 측정 장치일 수 있다.
인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 플라즈마 리액션 탱크(300)의 라디칼 생성 반응을 모니터링할 수 있어 세정수(S)의 생성이 잘 진행되는지 여부를 실시간으로 확인할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 7 및 도 12를 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 방법을 설명한다. 상술한 실시예들과 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12를 참조하면, 액체와 가스를 혼합하여 혼합액을 형성한다(S100).
구체적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 액체 주입구(130)는 세정수(S)의 용매인 액체가 투입될 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 증류수, 탄산수, 전해 이온수 및 세정수 중 적어도 하나일 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
가스 주입구(110)는 가압부(100)로 가스가 주입되는 통로일 수 있다. 가스 주입구(110)로는 추후 세정수(S) 내의 라디칼(radical)의 생성을 위한 가스가 투입될 수 있다. 사용하는 라디칼의 종류에 따라서, 가스 주입구(110)로 투입되는 가스의 종류는 달라질 수 있다.
가스 주입구(110)는 액체 주입구(130)가 형성된 액체 압송부(120)와 연결되어 용매와 가스가 서로 섞일 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 가스 주입구(110)는 액체 압송부(120)의 중간 부분에 연결되어 용매의 흐름에 따라 가스와 용매가 서로 섞이도록 할 수 있다.
가압부(100)는 가스와 액체가 혼합된 혼합액(M)을 수용할 수 있다. 혼합액(M)은 가스와 액체가 투입되는 속도에 의해서 서로 혼합되어 형성될 수 있다.
다시, 도 12를 참조하면, 혼합액의 압력을 높여 가스를 과포화시킨다(S200).
구체적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 가압부(100) 내부에는 가압 펌프가 존재할 수 있다. 상기 가압 펌프는 가압부(100) 내부의 압력을 높일 수 있다. 상기 가압 펌프에 의해서 압력이 높아지면 혼합액(S) 내부에 가스가 용해되는 비율이 높아질 수 있다. 이에 따라서, 혼합액(S)은 가스가 과포화 용해된 과포화 용존수가 될 수 있다.
다시, 도 12를 참조하면, 버블을 발생시킨다(S300).
구체적으로, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 오리피스(220)는 혼합액(M)이 과포화될 때까지는 닫혀있다가 혼합액(M)이 과포화된 후에 동시에 개방될 수 있다. 이에 따라서, 혼합액(M)은 가압부(100)에서 오리피스(220)를 통해서 플라즈마 리액션 탱크(300)로 이동할 수 있다.
이 때, 가압부(100)는 오리피스(220)의 폭보다 훨씬 큰 폭을 가지고 있으므로 혼합액(M)에 가해지는 압력이 급격하게 낮아질 수 있다. 특히, 혼합액(M)은 가압부(100)에서 가압 펌프에 의해서 높은 압력을 가지게 되었으므로, 버블 형성부(200) 및 플라즈마 리액션 탱크(300)에서의 압력은 가압부(100)에서보다 크게 낮을 수 있다.
이에 따라서, 플라즈마 리액션 탱크(300)에서는 혼합액(M)의 내부에 버블(B)이 형성될 수 있다. 버블(B)은 가스 주입구(110)에 의해서 투입된 가스의 기포일 수 있다. 즉, 버블(B) 내부에는 상기 가스가 존재할 수 있다.
다시, 도 12를 참조하면, 버블 리퀴드 플라즈마를 포함하는 세정수를 형성한다(S400).
구체적으로, 도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 이그니션 전극(330)은 혼합액(M) 내부의 버블(B)의 점화를 수행할 수 있다. 이그니션 전극(330)은 배선(370)에 의해서 전원(350)과 연결될 수 있다. 이그니션 전극(330)은 제3 코팅(331)에 의해서 덮혀있을 수 있다. 제3 코팅(331)은 세정수(S) 또는 혼합액(M)과 이그니션 전극(330)이 직접 접하지 않도록 차단하는 역할을 할 수 있다.
플라즈마 리액션 탱크(300)는 제2 전극(320)에 앞서 이그니션 전극(330)에만 전원(350)을 연결할 수 있다. 이를 통해서, 이그니션 전극(330)이 플라즈마를 점화시켜 제1 영역(R1)에 이그니션 플라즈마가 형성될 수 있다.
이어서, 플라즈마 리액션 탱크(300)는 스위치(360)를 단락시켜 제2 전극(320)에 전원(350)을 연결할 수 있다. 이를 통해서, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)은 그 사이의 혼합액(M) 및 버블(B)에 전압을 인가할 수 있다. 인가된 전압을 통해서 제2 영역(R2)은 액티브 플라즈마가 형성될 수 있다.
플라즈마 리액션 탱크(300)는 상술한 방식으로 혼합액(M)에 전압을 인가할 수 있다. 이에 따라, 혼합액(M)의 버블(B) 내부의 가스가 플라즈마로 변환될 수 있다. 이러한 플라즈마를 버블 리퀴드 플라즈마(bubble liquid plasma)로 정의할 수 있다. 플라즈마 리액션 탱크(300)는 혼합액(M)을 버블 리퀴드 플라즈마를 포함하는 세정수(S)로 변환시킬 수 있다.
세정수(S)는 버블 리퀴드 플라즈마에서 용해되는 라디칼을 포함할 수 있다. 상기 라디칼은 세정수(S)가 플라즈마 리액션 탱크(300), 제1 배관(400), 저장 탱크(500), 라디칼 센서(600), 제2 배관(700), 가압부(100) 및 버블 형성부(200)를 순환하는 동안 버블 리퀴드 플라즈마 내에서 세정수(S) 내로 용해될 수 있다.
다시, 도 12를 참조하면, 라디칼을 모니터링 한다(S410).
구체적으로, 도 1 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 전기적 측정 방법을 이용하여 라디칼의 종류 및 농도를 측정할 수 있다. 상기 전기적 측정 방법은 유전체를 포함하는 리퀴드 플라즈마의 전기적 특성을 분석하여 모니터링 하는 방법이다. 즉, 전기적 측정 방법은 버블(B)과 플라즈마의 밀도 및 세정수(S)의 성질을 전기적으로 분석할 수 있다.
이를 위해서, 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 전원과 전극을 포함할 수 있다. 이를 통해서 세정수(S) 내에 전압이나 전류를 인가하고 그에 따른 저항 등을 검출하여 라디칼의 종류 및 농도를 측정할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 마이크로파 분석법을 이용하여 라디칼의 종류 및 농도를 측정할 수 있다. 상기 마이크로파 분석법은 마이크로파의 분산 관계를 활용하여 인리퀴드 플라즈마의 밀도 분석을 수행할 수 있다.
또는, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 광학적 분석법을 이용하여 라디칼의 종류 및 농도를 측정할 수 있다.
인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 광(L)을 감지하여 플라즈마 가스의 종류, 가스의 온도 및 플라즈마의 상대 밀도를 분석하여 세정수(S)의 라디칼의 종류 및 농도를 측정할 수 있다.
이 때, 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 방출 분광법(OES)에 의한 측정 모듈일 수 있다. 또는 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 흡수 분광법(OAS)에 의한 측정 장치일 수도 있다.
인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치(900)는 플라즈마 리액션 탱크(300)의 라디칼 생성 반응을 모니터링할 수 있어 세정수(S)의 생성이 잘 진행되는지 여부를 실시간으로 확인할 수 있다.
다시, 도 12를 참조하면, 세정수를 순환시킨다(S500).
구체적으로, 도 1을 참조하면, 순환 펌프(710)는 세정수(S)가 가압부(100), 버블 형성부(200), 플라즈마 리액션 탱크(300), 제1 배관(400), 저장 탱크(500), 라디칼 센서(600) 및 제2 배관(700)의 순서를 따라서 순환하게할 수 있다.
순환 펌프(710)를 통해서 세정수(S)의 이동 방향과 속력이 정의될 수 있다. 순환 펌프(710)는 도 1에서 제2 배관(700)에 위치하는 것으로 도시되었지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
순환 펌프(710)는 예를 들어, 제1 배관(400)이나 저장 탱크(500) 등 세정수(S)가 존재하는 어느 위치에라도 부착될 수 있다.
다시, 도 12를 참조하면, 라디칼의 농도를 감지한다(S600).
구체적으로, 도 1을 참조하면, 라디칼 센서(600)는 저장 탱크(500)의 세정수(S)의 라디칼의 농도를 센싱할 수 있다. 라디칼 센서(600)는 다양한 방법으로 세정수(S)의 라디칼의 농도를 센싱할 수 있다.
예를 들어, 라디칼 센서(600)는 분광학적 방법으로 세정수(S)의 라디칼 농도를 측정할 수 있다. 상기 분광학적 방법이란, NDIR 또는 IR 스펙트로스코피를 이용하여 라디칼 반응 생성물이나 소모인자 또는 검출 화합물의 생성 속도 및 소멸 속도를 측정하는 방법일 수 있다. 이를 통해서 라디칼 센서(600)는 세정수(S)의 라디칼을 정량 분석할 수 있다.
또는, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 장치의 라디칼 센서(600)는 자기 스핀 공명법(EPR)을 이용하여 라디칼 농도를 측정할 수 있다. 상기 자기 스핀 공명법은 라디칼의 홀 또는 전자의 스핀을 이용한 자기모멘트 측정 방법으로 라디칼의 종류 및 농도를 측정할 수 있다. 이를 통해서 라디칼 센서(600)는 세정수(S)의 라디칼을 정량 및 정성 분석할 수 있다.
다시, 도 12를 참조하면, 이 때, 라디칼의 농도가 기준 농도에 도달하지 않은 경우에는 기준 농도에 도달할 때까지 세정수를 계속 순환시킨다.
만일 라디칼의 농도가 기준 농도에 도달한 경우에는 세정수를 배출한다(S700).
구체적으로, 도 1을 참조하면, 라디칼 센서(600)가 세정수(S) 내의 특정 라디칼의 농도가 기준 농도에 도달한다고 판단되면 제1 밸브(810)를 개방하고, 동시에 제2 밸브(820)를 차단할 수 있다.
이를 통해서, 저장 탱크(500) 내에 위치하는 세정수(S)는 노즐(800)로 이동할 수 있다. 또한, 저장 탱크(500)에서 라디칼 센서(600) 쪽으로 순환되는 세정수(S)는 더 이상 순환되지 않을 수 있다.
노즐(800)은 저장 탱크(500)로부터 연결될 수 있다. 노즐(800)은 웨이퍼(W) 상에 라디칼이 포함된 세정수(S)를 토출할 수 있다.
본 실시예에 따른 세정수 처리 방법은 웨이퍼(W) 상의 보호되어야 하는 메탈 패턴들의 세정수(S)에 의한 부식이나 산화를 방지할 수 있다. 이를 통해서, 웨이퍼(W) 상의 반도체 소자의 성능 및 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 라디칼은 짧은 라이프 타임이 지나면 무해한 물질로 변화되기 때문에 라디칼을 사용한 세정수(S)는 환경 친화적일 수밖에 없다. 또한, 본 실시예에 따른 세정수 처리 장치에 의한 세정수(S)의 사용은 화학 용액의 사용을 줄일 수 있어 비용도 절감할 수 있다.
이하, 도 8 및 도 9, 도 12 및 도 13을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 세정수 처리 방법을 설명한다. 상술한 실시예들과 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.
도 13은 도 12의 세정수 형성 단계(S400)를 세부적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 13을 참조하면, 제1 전극 및 제1 이그니션 전극에 의해 제1 영역에 플라즈마를 생성한다(S401).
구체적으로 도 8 및 도 9를 참조하면, 플라즈마 리액션 탱크(300)는 먼저 제1 스위치(361)를 닫아 제1 이그니션 전극(330-1)에만 전원(350)을 연결할 수 있다. 이를 통해서, 제1 이그니션 전극(330-1)이 플라즈마를 점화시켜 제1 영역(R1)에 이그니션 플라즈마가 형성될 수 있다. 이 때, 제2 스위치(362) 및 스위치(360)는 개방되어 있을 수 있다.
다시, 도 13을 참조하면, 제1 전극, 제1 이그니션 전극 및 제2 이그니션 전극에 의해 제2 영역에 플라즈마를 생성한다(S402).
구체적으로 도 8 및 도 9를 참조하면, 플라즈마 리액션 탱크(300)는 제2 스위치(362)를 닫아 제2 이그니션 전극(330-2)에 전원(350)을 연결할 수 있다. 이를 통해서, 제2 이그니션 전극(330-2)이 플라즈마를 점화시켜 제3 영역(R3)에 이그니션 플라즈마가 형성될 수 있다. 이 때, 스위치(360)는 개방되어 있을 수 있다.
제3 영역(R3)은 제1 영역(R1)보다는 크지만 제1 전극(310) 및 제2 전극(320) 사이에 형성되는 제2 영역(R2)보다는 작을 수 있다. 제2 스위치(362)가 닫힐 때, 제1 스위치(361)는 여전히 닫혀 있을 수 있다.
다시, 도 13을 참조하면, 제1 전극, 제1 이그니션 전극, 제2 이그니션 전극 및 제2 전극에 의해 제2 영역에 플라즈마를 생성한다(S403).
구체적으로 도 8 및 도 9를 참조하면, 플라즈마 리액션 탱크(300)는 스위치(360)를 단락시켜 제2 전극(320)에 전원(350)을 연결할 수 있다. 이를 통해서, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)은 그 사이의 혼합액(M) 및 버블(B)에 전압을 인가할 수 있다. 인가된 전압을 통해서 제2 영역(R2)은 액티브 플라즈마가 형성될 수 있다. 스위치(360)가 닫힐 때, 제1 스위치(361) 및 제2 스위치(362)는 여전히 닫혀 있을 수 있다.
본 실시예들에 따른 세정수 처리 방법은 복수의 이그니션 전극을 순차적으로 이용하는 단계를 통해서 플라즈마 이그니션에 필요한 에너지를 최소화하여 하드웨어 장치의 손상을 방지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 가압부
200: 버블 형성부
300: 플라즈마 리액션 탱크
400: 제1 배관
500: 저장 탱크
600: 라디칼 센서
700: 제2 배관
800: 노즐

Claims (20)

  1. 액체와 가스가 혼합된 혼합액의 압력을 낮춰 버블을 형성하는 버블 형성부;
    상기 버블에 전압을 가해서 버블 리퀴드 플라즈마(bubble liquid plasma)를 포함하는 세정수를 형성하는 플라즈마 리액션 탱크;
    상기 세정수를 저장하는 저장 탱크;
    상기 플라즈마 리액션 탱크와 상기 저장 탱크를 연결하는 배관;
    상기 플라즈마 리액션 탱크, 상기 저장 탱크 및 상기 배관에서 상기 세정수를 순환시키는 순환 펌프;
    상기 세정수 내의 라디칼의 농도를 측정하는 라디칼 센서;
    상기 라디칼의 농도가 기준 농도에 도달하면 개방되는 노즐 밸브; 및
    상기 노즐 밸브가 개방되면 상기 세정수가 토출되는 노즐을 포함하는 세정수 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 리액션 탱크 내의 라디칼 종류 및 농도를 파악하는 인리퀴드 플라즈마(In-liquid plasma) 모니터링 장치를 더 포함하는 세정수 처리 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치는 상기 버블 리퀴드 플라즈마의 전기적 특성을 분석하는 세정수 처리 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치는 상기 세정수 내의 마이크로파의 분산 관계를 활용하는 세정수 처리 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치는 상기 버블 리퀴드 플라즈마의 빛을 감지하는 세정수 처리 장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 인리퀴드 플라즈마 모니터링 장치는 상기 세정수를 통과하는 빛을 방출하는 방출 모듈과,
    상기 빛을 수신하는 수신 모듈을 포함하는 세정수 처리 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 플라즈마 리액션 탱크는 외벽 상에 상기 빛이 통과되는 윈도우를 포함하는 세정수 처리 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 라디칼 센서는 NDIR(Non-dispersive infrared ray)를 통해서 상기 라디칼을 분석하는 세정수 처리 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 라디칼 센서는 라디칼의 자기 스핀 공명법(EPR; Electron Paramagnetic Resonance)을 통해서 상기 라디칼을 분석하는 세정수 처리 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 리액션 탱크는 상기 세정수를 수용하는 탱크 바디와,
    상기 탱크 바디 내에 임베디드된 제1 및 제2 전극과,
    상기 탱크 바디 내부에서 스파크를 형성하는 이그니션 전극을 포함하는 세정수 처리 장치.
  11. 세정수를 수용하는 탱크 바디;
    상기 탱크 바디 내에 임베디드된 제1 및 제2 전극으로서, 상기 제1 전극은 접지되고, 상기 제2 전극은 제1 전압이 인가되는 제1 및 제2 전극; 및
    상기 제1 및 제2 전극 사이에서, 상기 탱크 바디 내부에 위치하고, 상기 세정수 내의 플라즈마를 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극 방향으로 단계적으로 형성하는 이그니션 전극을 포함하는 플라즈마 리액션 탱크.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 이그니션 전극은 제1 및 제2 이그니션 전극을 포함하고,
    상기 제1 이그니션 전극은 상기 제1 전극과 상기 제2 이그니션 전극 사이에 위치하고,
    상기 제2 이그니션 전극은 상기 제2 전극과 상기 제1 이그니션 전극 사이에 위치하는 플라즈마 리액션 탱크.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 제1 방향으로 이격되고,
    상기 제1 및 제2 이그니션 전극은 각각 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 플라즈마 리액션 탱크.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 이그니션 전극은,
    제1 높이를 가지는 제1 및 제2 베이스부와,
    상기 제1 높이보다 높은 제2 높이를 가지고, 상기 제1 및 제2 베이스부 사이에 돌출되는 돌출부를 포함하는 플라즈마 리액션 탱크.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 이그니션 전극과 상기 제1 전압을 연결하는 제1 스위치와,
    상기 제2 이그니션 전극과 상기 제1 전압을 연결하는 제2 스위치와,
    상기 제2 전극과 상기 제1 전압을 인가시키는 제3 스위치를 더 포함하는 플라즈마 리액션 탱크.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 스위치는 순차적으로 단락되어 상기 제1 이그니션 전극, 상기 제2 이그니션 전극 및 상기 제2 전극에 순차적으로 상기 제1 전압을 인가하는 플라즈마 리액션 탱크.
  17. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 이그니션 전극과 상기 제1 전압을 연결하는 제1 커패시터와,
    상기 제2 이그니션 전극과 상기 제1 전압을 연결하는 제2 커패시터를 더 포함하는 플라즈마 리액션 탱크.
  18. 액체와 가스를 혼합하여 혼합액을 형성하고,
    상기 혼합액의 압력을 높여 상기 혼합액 내의 상기 가스를 과포화시키고,
    상기 혼합액의 압력을 낮춰 상기 혼합액 내에 버블을 발생시키고,
    상기 혼합액에 제1 전압을 인가하여 버블 리퀴드 플라즈마를 포함하는 세정수를 형성하고,
    상기 세정수를 순환시키고,
    상기 세정수 내의 라디칼의 농도를 감지하고,
    상기 라디칼의 농도가 기준 농도에 도달하면 배출하는 것을 포함하는 세정수 처리 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 세정수를 형성하는 것은,
    상기 세정수 내의 라디칼의 종류 및 농도를 모니터링하는 것을 포함하는 세정수 처리 방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 라디칼의 종류 및 농도를 모니터링 하는 것은,
    전기적 측정 방법, 마이크로파 분석법 및 광학적 분석 방법 중 적어도 하나를 사용하는 것을 포함하는 세정수 처리 방법.
KR1020180088438A 2018-07-30 2018-07-30 세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법 KR102455392B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180088438A KR102455392B1 (ko) 2018-07-30 2018-07-30 세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법
CN201910531242.6A CN110783222B (zh) 2018-07-30 2019-06-19 清洗溶液制作系统和方法以及等离子体反应罐
US16/505,488 US11107705B2 (en) 2018-07-30 2019-07-08 Cleaning solution production systems and methods, and plasma reaction tanks
US17/381,246 US11664242B2 (en) 2018-07-30 2021-07-21 Cleaning solution production systems and methods, and plasma reaction tanks
KR1020220074021A KR102473626B1 (ko) 2018-07-30 2022-06-17 세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180088438A KR102455392B1 (ko) 2018-07-30 2018-07-30 세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220074021A Division KR102473626B1 (ko) 2018-07-30 2022-06-17 세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200013348A true KR20200013348A (ko) 2020-02-07
KR102455392B1 KR102455392B1 (ko) 2022-10-14

Family

ID=69178657

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180088438A KR102455392B1 (ko) 2018-07-30 2018-07-30 세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법
KR1020220074021A KR102473626B1 (ko) 2018-07-30 2022-06-17 세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220074021A KR102473626B1 (ko) 2018-07-30 2022-06-17 세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11107705B2 (ko)
KR (2) KR102455392B1 (ko)
CN (1) CN110783222B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220005304A (ko) * 2020-07-06 2022-01-13 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102461911B1 (ko) * 2018-07-13 2022-10-31 삼성전자주식회사 플라즈마 제네레이터, 이를 포함하는 세정수 처리 장치, 반도체 세정 장치 및 세정수 처리 방법
KR102455392B1 (ko) * 2018-07-30 2022-10-14 삼성전자주식회사 세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법
KR102619877B1 (ko) * 2019-09-11 2024-01-03 삼성전자주식회사 기판 처리 장치
EP3895738A1 (de) * 2020-04-16 2021-10-20 Erbe Elektromedizin GmbH Einrichtung und verfahren zur plasmaaktivierung einer flüssigkeit
CN112017998B (zh) * 2020-07-21 2021-12-21 中国科学院微电子研究所 二氧化碳供应系统及具有其的半导体清洁系统
WO2024196944A1 (en) * 2023-03-21 2024-09-26 Mks Instruments, Inc. Real time radical output monitoring using optical emission spectroscopy

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070025149A (ko) * 2005-08-31 2007-03-08 한국기계연구원 플라즈마 방전을 이용한 반도체 세정장치 및 세정방법

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5540351B2 (ko) 1972-10-23 1980-10-17
JPS5884404A (ja) 1981-11-12 1983-05-20 松下電器産業株式会社 薄膜サ−ミスタ
US6006763A (en) * 1995-01-11 1999-12-28 Seiko Epson Corporation Surface treatment method
US6030506A (en) * 1997-09-16 2000-02-29 Thermo Power Corporation Preparation of independently generated highly reactive chemical species
US7482303B2 (en) * 2001-10-10 2009-01-27 Dominique Bosteels Catalytic burning reaction
US7723257B2 (en) * 2001-10-10 2010-05-25 Dominique Bosteels Process for the catalytic control of radial reaction
US20070245019A1 (en) * 2006-04-12 2007-10-18 United Video Properties, Inc. Interactive media content delivery using a backchannel communications network
EP2036864A4 (en) 2006-05-31 2012-06-20 Yaskawa Denki Seisakusho Kk WATER TREATMENT DEVICE
JP2008063648A (ja) 2006-09-11 2008-03-21 Sumitomo Heavy Ind Ltd 過酸化水素含有洗浄水の製造装置及び過酸化水素含有洗浄水の製造方法
WO2009099138A1 (ja) 2008-02-07 2009-08-13 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology 半導体ウエハの洗浄方法および洗浄装置
JP4891384B2 (ja) 2009-12-10 2012-03-07 株式会社新川 プラズマ発生装置
JP2013022476A (ja) * 2011-07-15 2013-02-04 Panasonic Corp プラズマ発生装置及びこれを用いた洗浄浄化装置
CN203030580U (zh) * 2012-04-05 2013-07-03 中国科学院微电子研究所 一种常压等离子体自由基清洗设备
JP2013223824A (ja) 2012-04-20 2013-10-31 Hitachi Ltd 微細気泡利用装置
CN103782158A (zh) 2012-06-28 2014-05-07 松下电器产业株式会社 液体中的元素分析装置
JP5906444B2 (ja) * 2013-05-14 2016-04-20 パナソニックIpマネジメント株式会社 液体処理装置、液体処理方法及びプラズマ処理液
JP2015090916A (ja) * 2013-11-06 2015-05-11 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置及び基板処理方法
JP6271223B2 (ja) 2013-11-14 2018-01-31 沖野 晃俊 ラジカル機能液およびその製造方法並びにラジカル機能液の使用方法
US9845250B2 (en) 2014-04-29 2017-12-19 Energy Onvector, LLC Method of stretching the discharge of plasma in liquids
JP2016078010A (ja) 2014-10-21 2016-05-16 株式会社テックコーポレーション 気泡電解水生成装置、洗浄装置、除菌消臭方法及び気泡電解水
JP2016107165A (ja) 2014-12-02 2016-06-20 富士機械製造株式会社 洗浄方法、および洗浄装置
JP2016162963A (ja) 2015-03-04 2016-09-05 栗田工業株式会社 液中の金属イオン濃度の測定方法および測定装置並びに電子デバイスの洗浄システム
JP2016203082A (ja) 2015-04-21 2016-12-08 沖野 晃俊 ラジカル機能液の製造方法およびラジカル機能液を用いた浄化方法
CN106241963A (zh) 2015-06-09 2016-12-21 松下知识产权经营株式会社 液体处理方法、对象物处理方法、液体处理装置及等离子体处理液
JP6895636B2 (ja) 2016-05-13 2021-06-30 パナソニックIpマネジメント株式会社 液体処理装置
CN109564861B (zh) 2016-07-29 2019-12-13 松下知识产权经营株式会社 微气泡清洗装置和微气泡清洗方法
JP6252926B1 (ja) 2016-07-29 2017-12-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 微細気泡洗浄装置及び微細気泡洗浄方法
KR102455392B1 (ko) * 2018-07-30 2022-10-14 삼성전자주식회사 세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070025149A (ko) * 2005-08-31 2007-03-08 한국기계연구원 플라즈마 방전을 이용한 반도체 세정장치 및 세정방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220005304A (ko) * 2020-07-06 2022-01-13 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US11664242B2 (en) 2023-05-30
KR102473626B1 (ko) 2022-12-01
US20200035515A1 (en) 2020-01-30
KR20220087423A (ko) 2022-06-24
US20210351047A1 (en) 2021-11-11
US11107705B2 (en) 2021-08-31
CN110783222A (zh) 2020-02-11
KR102455392B1 (ko) 2022-10-14
CN110783222B (zh) 2024-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102473626B1 (ko) 세정수 처리 장치, 플라즈마 리액션 탱크 및 세정수 처리 방법
US11545372B2 (en) Plasma generator, cleaning liquid processing apparatus, semiconductor device cleaning apparatus, cleaning liquid processing method, and method of manufacturing semiconductor device
CN102034666B (zh) 等离子反应内室的侧部气体喷射器
KR100985369B1 (ko) 플라즈마 도핑 방법 및 장치
US20130141720A1 (en) Plasma diagnostic apparatus and method
KR20080019109A (ko) 기판을 처리하는 장치 및 방법
EP3533519B1 (en) Biphasic plasma microreactor and method of using the same
JP2017535914A (ja) 検査、テスト、デバッグ、及び表面の改変のための電子ビーム誘導プラズマ(eBIP)の適用
Shiraki et al. Quantitative estimation of OH radicals reacting in liquid using a chemical probe for plasma in contact with liquid
Schüttler et al. Production and transport of plasma-generated hydrogen peroxide from gas to liquid
JP2008286539A (ja) 自動分析装置の反応セル、および自動分析装置用反応セルの表面仕上法
KR20240022620A (ko) 프로세스 챔버들을 위한 전력 전달 시스템들에서 아크 방전을 검출하기 위한 방법들
KR100737223B1 (ko) 플라즈마 토치
JPH02241582A (ja) 可燃性洗浄溶剤による物体洗浄法
US20060237030A1 (en) Method and apparatus for cleaning and surface conditioning objects with plasma
JP2020532712A (ja) ガス排気副生成物測定システム
KR20060107662A (ko) 플라즈마를 이용한 가스분석장치
KR20090017855A (ko) 원격 플라즈마 시스템 및 방법
RU219545U1 (ru) Устройство для модификации поверхности материалов посредством плазмы атмосферного давления
US20240159657A1 (en) Apparatus for measuring radical density distribution based on light absorption and operating method thereof
KR101637099B1 (ko) 챔버 클리닝이 가능한 코팅 장치
KR100854082B1 (ko) 플라즈마 식각 장치를 이용하여 시즈닝 하는 방법
KR20050107269A (ko) 펄스형 알에프전력을 이용하는 공정장비 및 이를 이용한기판의 처리방법
Alomari et al. Needle-to-Liquid DC Discharge in Atmospheric Air: Electrical Characteristics and Impact on Potassium Halide Solutions
CN118497787A (zh) 电化学反应装置

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20180730

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20210108

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20180730

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20220426

Patent event code: PE09021S01D

A107 Divisional application of patent
PA0107 Divisional application

Comment text: Divisional Application of Patent

Patent event date: 20220617

Patent event code: PA01071R01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20221011

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20221012

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20221012

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration