KR20210093917A - 플로우셀장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 플로우셀장치는: 유동매체가 유동되는 유동통로부 및 유동통로부가 형성되는 플로우셀부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

플로우셀장치
본 발명은 플로우셀장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유동매체의 사용 조건에서 유동매체의 상태를 정확하게 모니터링할 수 있는 플로우셀장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 웨이퍼나 태양광셀 등의 반도체 제조 공정에는 에칭공정이 수행된다. 에칭공정에서는 실리콘질화막을 에칭하기 위해 인산 용액과 같은 고온의 에칭용액(유동매체)이 사용된다. 반도체 웨이퍼에서 실리콘과 같은 용출물이 녹아 에칭용액에 함유되므로, 반도체 웨이퍼의 에칭공정이 진행될수록 에칭용액에서 용출물의 농도가 증가된다. 에칭용액에서 용출물의 농도가 일정 농도 이상 증가되면, 에칭용액을 교체한다.
에칭용액이 고온 상태에서 실리콘의 농도를 미량 분석하는 것이 어려우므로, 에칭용액의 일부를 수집하여 상온으로 냉각시킨다. 냉각된 에칭용액의 검출 감도를 증가시키기 위해 화학처리를 복수 번 수행한 후 에칭용액의 농도를 검출한다.
그러나, 종래에는 에칭용액을 상온으로 냉각시킨 후 복수 번의 화학처리를 수행하므로, 에칭용액의 온도차에 따라 검출 오차 범위가 증가된다. 따라서, 실제 반도체 공정에서 적용되는 사용 조건에서 에칭용액의 상태를 정확하게 예측하기 어려웠다.
또한, 고온의 에칭용액을 상온으로 낮출 때에 에칭용액에서 용출물이 쉽게 석출되므로, 에칭용액에서 용출물의 농도를 정확하게 측정하기 어려울 수 있다.
또한, 에칭용액의 농도를 정확하게 측정하기 위해 화학처리를 복수 번에 걸쳐 수행하므로, 농도 분석 중 매트릭스를 복잡하게 만들어 분석 농도의 정확성을 저하시키게 된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제1785859호(2017. 09. 29 등록, 발명의 명칭: 구리이온 검출용 형광실리콘 나노입자, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 검출센서)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 유동매체의 사용 조건에서 유동매체의 상태를 정확하게 모니터링할 수 있는 플로우셀장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 플로우셀장치는: 유동매체가 유동되는 유동통로부 및 상기 유동통로부가 형성되는 플로우셀부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 플로우셀부는 상기 유동통로부가 형성되는 플로우셀 바디부; 상기 플로우셀 바디부에 유동매체가 공급되도록 상기 플로우셀 바디부의 일측에 연결되는 공급관부; 및 상기 플로우셀 바디부의 유동매체가 배출되도록 상기 플로우셀 바디부의 타측에 연결되는 배출관부를 포함할 수 있다.
상기 공급관부는 상기 플로우셀 바디부의 하측에 연결되고, 상기 배출관부는 상기 플로우셀 바디부의 상측에 연결될 수 있다.
상기 플로우셀 바디부에서 유동매체가 난류를 형성하도록 상기 플로우셀 바디부의 단면적은 상기 공급관부의 단면적보다 크게 형성될 수 있다.
상기 공급관부는 유동매체가 공급되는 제1 공급관부; 상기 제1 공급관부에서 공급되는 유동매체가 난류를 형성하도록 상기 제1 공급관부의 직경보다 크게 형성되는 제2 공급관부; 및 상기 제2 공급관부에서 연장되고, 상기 플로우셀 바디부의 일측에 연결되는 제3 공급관부를 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 광원부에서 조사되는 광을 상기 플로우셀부의 유동매체에 조사하도록 설치되는 제1 광학부; 및 상기 유동통로부의 유동매체를 투과하면서 유동매체의 파장이 흡수되는 광을 광검출부에 광을 조사하도록 설치되는 제2 광학부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 광학부는 유동매체의 유동방향과 나란하게 광을 조사하도록 상기 플로우셀 바디부의 일측에 배치될 수 있다.
상기 제1 광학부는 상기 플로우셀 바디부의 일측에 배치되는 제1 광학 슬라이더부; 상기 광원부에서 입사되는 광을 상기 플로우셀 바디부의 유동매체에 조사하도록 상기 제1 광학 슬라이더부에 배치되는 제1 반사거울; 및 상기 제1 반사거울의 위치를 조절하도록 상기 제1 광학 슬라이더부에 설치되는 제1 위치조절부를 포함할 수 있다.
상기 제2 광학부는 상기 플로우셀 바디부의 타측에 배치되는 제2 광학 슬라이더부; 상기 플로우셀 바디부의 유동매체의 파장을 흡수한 광을 상기 광검출부에 조사하도록 상기 제2 광학 슬라이더부에 배치되는 제2 반사거울; 및 상기 제2 반사거울의 위치를 조절하도록 상기 제2 광학 슬라이더부에 설치되는 제2 위치조절부를 포함할 수 있다.
상기 플로우셀장치는 상기 플로우셀부의 외측면을 탄성 지지하도록 하우징부에 설치되는 탄성 가압부를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징부의 내부에는 상기 플로우셀부의 팽창 공간을 허용하도록 이격 공간부가 형성될 수 있다.
상기 플로우셀장치는 상기 제1 광학부에 대향되고, 제1 광섬유부가 연결되는 제1 컬리메이터부; 및 상기 제2 광학부에 대향되고, 제2 광섬유부가 연결되는 제2 컬리메이터부를 더 포함할 수 있다.
상기 플로우셀장치는 상기 플로우셀부의 유동매체 유입측에 연결되고, 상기 플로우셀부로 유입되는 유동매체에 혼합된 기포를 제거하는 기포제거부를 더 포함할 수 있다.
상기 기포제거부는 상기 플로우셀부의 유동매체 유입측에 연결되는 기포배출라인; 및 상기 기포배출라인에 설치되는 기포배출밸브를 포함할 수 있다.
상기 기포배출라인의 일측은 순환유로부에 설치되는 순환펌프에 연결될 수 있다.
상기 기포제거부는 상기 플로우셀부에 수용되는 유동매체를 배출시키도록 상기 기포배출라인에 설치되는 매체배출밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 플로우셀부에 고온의 유동매체가 유동되고, 유동매체의 파장이 광에 흡수되므로, 실제의 반도체 공정에 사용되는 조건에서 유동매체의 농도를 측정하고, 유동매체의 검출 감도를 증가시키기 위해 유동매체를 복수 번에 걸쳐 화학처리 하지 않아도 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 탄성 가압부가 플로우셀부의 외측면을 탄성 지지하므로, 플로우셀부가 유동매체의 온도에 의해 팽창하거나 수축되더라도 탄성 가압부가 플로우셀부를 안정적으로 지지할 수 있다. 따라서, 플로우셀부가 팽창 및 수축할 때에 하우징부에 의해 피가압되어 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치에서 플로우셀부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치가 경사지게 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치에 기포제거부가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치가 적용되는 애칭장치의 제1실시예를 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치가 적용되는 애칭장치의 제2실시예를 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치가 적용되는 애칭장치의 제3실시예를 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치에서 유동매체의 농도를 측정하는 제1 방식을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치에서 유동매체의 농도를 측정하는 제2 방식을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 플로우셀장치의 일 실시예를 설명한다. 플로우셀장치를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치에서 플로우셀부를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치가 경사지게 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치(100)는 하우징부(110), 플로우셀부(120), 제1 광학부(130) 및 제2 광학부(140)를 포함한다.
하우징부(110)는 길이방향을 따라 길게 형성된다. 하우징부(110)는 직사각 박스 형태로 형성될 수 있다. 하우징부(110)는 고온에서 열변형되는 것을 방지하도록 내열성 재질로 형성될 수 있다.
플로우셀부(120)는 하우징부(110)에 수용되고, 유동매체가 유동되도록 유동통로부(122)가 형성된다. 유동통로부(122)의 단면은 유동매체의 저항을 감소시키도록 원형으로 형성된다. 유동매체는 반도체 웨이퍼나 태양광셀 등을 제조할 때에 반도체 공정에 사용되는 에칭용액일 수 있다. 에칭용액으로는 150-200℃의 인산용액일 수 있다. 플로우셀부(120)는 150-200℃ 정도의 유동매체에 의해 열변형 및 부식되는 것을 방지하도록 석영재질, 파이렉스 글라스(pyrex glass), 테프론 재질(teflon) 및 사파이어 재질 등 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
플로우셀부(120)에는 유동매체에 함유된 물질이 석출되는 것을 억제하도록 150-200℃로 가열된 유동매체가 유동되므로, 플로우셀부(120)에는 고온의 유동매체의 파장이 광에 흡수되도록 고온의 유동매체가 유동될 수 있다.
따라서, 유동매체가 실제의 반도체 공정에 사용되는 조건에서 유동매체의 농도를 측정하고, 유동매체의 검출 감도를 증가시키기 위해 유동매체를 복수 번에 걸쳐 화학처리 할 필요가 없다. 또한, 유동매체를 상온으로 냉각하지 않아도 되므로, 유동매체의 온도차에 의해 검출 오차가 발생되는 것을 방지하고, 실제 반도체 공정에서 적용되는 사용 조건에서 유동매체의 상태를 정확하게 예측할 수 있다. 또한, 농도 분석 중 매트릭스를 간단하게 만들어 분석 농도의 정확성을 향상시킬 수 있다.
제1 광학부(130)는 광원부(171)에서 조사되는 광을 플로우셀부(120)의 유동매체의 유동방향과 나란하게 조사하도록 하우징부(110)에 배치된다. 이때, 플로우셀부(120)에서 유동매체의 진행방향을 따라 광이 진행되므로, 광이 유동매체를 투과할 때에 기포나 용출물에 의해 산란 및 굴절되는 것을 최소화하여 광 손실을 감소시킬 수 있다. 또한, 광이 유동매체를 투과하면서 유동매체에 함유된 용출물의 파장을 원활하게 흡수할 수 있으므로, 광검출 효율이 향상될 수 있다.
제2 광학부(140)는 유동통로부(122)의 유동매체를 투과하면서 유동매체의 파장을 흡수하는 광을 광검출부(173)에 조사하도록 하우징부(110)에 배치된다.
플로우셀부(120)는 플로우셀 바디부(121), 공급관부(123) 및 배출관부(125)를 포함한다.
플로우셀 바디부(121)는 하우징부(110)의 내부에 수용되고, 그 내부에 유동통로부(122)가 형성된다. 플로우셀 바디부(121)의 단면은 원형으로 형성된다. 플로우셀 바디부(121)의 단면이 원형으로 형성되므로, 유동통로부(122)를 따라 유동되는 유동매체의 유동 저항이 감소될 수 있다.
공급관부(123)는 플로우셀 바디부(121)에 유동매체가 공급되도록 플로우셀 바디부(121)의 일측에 연결된다. 공급관부(123)의 단면은 유동매체의 유동 저항을 감소시키도록 원형으로 형성된다.
배출관부(125)는 플로우셀 바디부(121)의 유동매체가 배출되도록 플로우셀 바디부(121)의 타측에 연결된다. 배출관부(125)의 단면은 유동매체의 유동 저항을 감소시키도록 원형으로 형성된다.
공급관부(123)가 플로우셀 바디부(121)의 일측에 연결되고, 배출관부(125)가 플로우셀 바디부(121)의 타측에 연결되므로, 유동매체가 플로우셀 바디부(121)의 일측에서 플로우셀 바디부(121)의 타측으로 유동된다.
공급관부(123)는 플로우셀 바디부(121)의 하측에 연결되고, 배출관부(125)는 플로우셀 바디부(121)의 상측에 연결된다. 이때, 유동매체에 함유된 기포의 비중은 유동매체의 비중 보다 가볍다.
플로우셀 바디부(121)에서 유동매체가 난류를 형성하도록 플로우셀 바디부(121)의 단면적은 공급관부(123)의 단면적보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 플로우셀 바디부(121)의 단면적이 공급관부(123)의 단면적에 비해 급격히 증가되므로, 공급관부(123)의 유동매체가 플로우셀 바디부(121)에 유입될 때에 난류로 인해 유동매체의 일부가 플로우셀부(120)의 내부에 정체되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 광이 유동매체를 투과할 때에 유동매체의 농도를 정확하게 측정할 수 있다.
유입관부가 플로우셀부(120)의 하부에 연결되고, 배출관부(125)가 플로우셀부(120)의 상측에 연결되므로, 유동매체가 플로우셀부(120)의 하측에서 상측으로 유동된다. 또한, 유동매체에 함유된 기포는 대부분 플로우셀부(120)의 직경을 가로질러 유동된 후 플로우셀부(120)의 상측을 따라 유동되므로, 광이 플로우셀부(120)의 내부를 따라 유동될 때에 기포에 의해 광이 산란되거나 굴절됨에 따라 광손실이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
공급관부(123)는 제1 공급관부(123a), 제2 공급관부(123b) 및 제3 공급관부(123c)를 포함한다.
제1 공급관부(123a)에는 유동매체가 공급된다. 제1 공급관부(123a)는 플로우셀 바디부(121)의 일측에서 중심부 측으로 일정 간격 이격되게 배치된다.
제2 공급관부(123b)는 제1 공급관부(123a)에서 공급되는 유동매체가 난류를 형성하도록 제1 공급관부(123a)의 직경보다 확관되게 형성된다. 제2 공급관부(123b)가 제1 공급관부(123a)의 직경보다 확관되므로, 제1 공급관부(123a)의 유동매체가 제2 공급관부(123b)에 유입될 때에 확산되면서 유속이 증가된다. 따라서, 제2 공급관부(123b)에서 유동매체가 난류를 형성함에 따라 유동매체 중 일부가 플로우셀부(120) 내부에 정체되는 것을 억제할 수 있다.
제3 공급관부(123c)는 제2 공급관부(123b)에서 연장되고, 플로우셀 바디부(121)의 길이방향과 경사지도록 플로우셀 바디부(121)의 일측에 연결된다. 이때, 제3 공급관부(123c)는 플로우셀 바디부(121)의 일측에서 플로우셀 바디부(121)의 타측을 향하여 하향으로 경사지게 형성된다. 제3 공급관부(123c)가 플로우셀 바디부(121)의 길이방향과 경사지게 플로우셀 바디부(121)에 연결되므로, 유동매체에 함유된 기포가 제3 공급관부(123c)의 상측을 따라 유동된 후 플로우셀 바디부(121)의 상측으로 유동된다. 따라서, 유동매체에 함유된 기포에 의해 광이 산란되거나 굴절되는 것을 최소화할 수 있다.
배출관부(125)는 플로우셀 바디부(121)의 상측에 수직하게 연장되는 제1 배출관부(125a)와, 제1 배출관부(125a)에서 플로우셀 바디부(121)의 길이방향과 수직하게 연장되는 제2 배출관부(125b)를 포함한다. 제1 배출관부(125a)의 직경은 플로우셀 바디부(121)의 직경과 동일하거나 거의 동일하게 형성된다. 제1 배출관부(125a)가 플로우셀 바디부(121)의 상측에 수직하게 연장되므로, 플로우셀 바디부(121)에서 배출되는 유동매체가 압력차에 의해 제1 배출관부(125a)의 하측으로 역류되는 것을 최소화할 수 있다.
제1 광학부(130)는 유동매체의 유동방향과 나란하게 광을 조사하도록 플로우셀 바디부(121)의 일측에 배치된다. 플로우셀 바디부(121)에서 유동매체의 진행방향을 따라 광이 진행되므로, 광이 유동매체를 투과할 때에 기포나 용출물에 의해 산란 및 굴절되는 것을 최소화하여 광 손실을 감소시킬 수 있다. 또한, 광이 유동매체를 투과하면서 유동매체에 함유된 용출물의 파장을 원활하게 흡수할 수 있으므로, 광검출 효율이 향상될 수 있다.
제1 광학부(130), 플로우셀 바디부(121) 및 제2 광학부(140)는 일직선상에 배치된다. 따라서, 제1 광학부(130)에서 조사되는 광이 플로우셀 바디부(121) 및 제2 광학부(140)를 통해 일직선을 따라 진행될 수 있다.
제1 광학부(130)는 제1 광학 슬라이더부(131), 제1 반사거울(133) 및 제1 위치 조절부(135)를 포함한다.
제1 광학 슬라이더부(131)는 플로우셀 바디부(121)의 일측에 배치된다. 제1 광학 슬라이더부(131)는 이동 가능하게 설치된다. 제1 반사거울(133)은 광원부(171)에서 입사되는 광을 플로우셀 바디부(121)의 유동매체에 조사하도록 제1 광학 슬라이더부(131)에 배치된다. 제1 반사거울(133)은 대략 45° 정도 경사지게 배치된다. 제1 위치조절부(135)는 제1 반사거울(133)의 위치를 조절하도록 제1 광학 슬라이더부(131)에 설치된다. 제1 위치조절부(135)는 제1 반사거울(133)의 위치를 조절하도록 제1 광학 슬라이더부(131)에 설치된다. 제1 위치조절부(135)는 나사 형태로 형성될 수 있다. 제1 위치 조절부(135)가 회전됨에 따라 제1 광학 슬라이더부(131)와 제1 반사거울(133)이 이동된다.
제2 광학부(140)는 제2 광학 슬라이더부(141), 제2 반사거울(143) 및 제2 위치 조절부(145)를 포함한다. 제2 광학 슬라이더부(141)는 플로우셀 바디부(121)의 타측에 배치된다. 제2 광학 슬라이더부(141)는 이동 가능하게 설치된다. 제2 반사거울(143)은 광원부(171)에서 입사되는 광을 플로우셀 바디부(121)의 유동매체에 조사하도록 제2 광학 슬라이더부(141)에 배치된다. 제2 반사거울(143)은 대략 45° 정도 경사지게 배치된다. 제2 위치조절부(145)는 제2 반사거울(143)의 위치를 조절하도록 제2 광학 슬라이더부(141)에 설치된다. 제2 위치조절부(145)는 제2 반사거울(143)의 위치를 조절하도록 제2 광학 슬라이더부(141)에 설치된다. 제2 위치조절부(145)는 나사 형태로 형성될 수 있다. 제2 위치 조절부(145)가 회전됨에 따라 제2 광학 슬라이더부(141)와 제2 반사거울(143)이 이동된다.
플로우셀장치(100)는 플로우셀부(120)의 외측면을 탄성 지지하도록 하우징부(110)에 설치되는 탄성 가압부(114)를 더 포함한다. 탄성 가압부(114)는 플로우셀부(120)의 외측면을 지지하는 가압 로드부(114a)와, 가압 로드부(114a)를 플로우셀부(120) 측으로 이동시키도록 설치되는 탄성부재(114b)를 포함한다. 탄성 가압부(114)는 플로우셀부(120)의 길이방향을 따라 복수 개가 배치된다. 탄성 가압부(114)가 플로우셀부(120)의 외측면을 탄성 지지하므로, 플로우셀부(120)가 유동매체의 온도에 의해 팽창하거나 수축되더라도 탄성 가압부(114)가 플로우셀부(120)를 안정적으로 지지할 수 있다. 따라서, 플로우셀부(120)가 팽창 및 수축할 때에 하우징부(110)에 의해 피가압되어 손상되는 것을 방지할 수 있다.
하우징부(110)의 내부에는 플로우셀부(120)의 팽창 공간을 허용하도록 이격공간부(112)가 형성된다. 따라서, 플로우셀부(120)가 유동매체에 의해 팽창 및 수축되더라도 하우징부(110)에 눌려 손상되는 것을 방지할 수 있다.
플로우셀장치(100)는 제1 광학부(130)에 대향되고, 제1 광섬유부(154)가 연결되는 제1 컬리메이터부(150)와, 제2 광학부(140)에 대향되고, 제2 광섬유부(164)가 연결되는 제2 컬리메이터부(160)를 더 포함한다.
제1 컬리메이터부(150)는 광원부(171)에서 조사되는 광을 평행하게 시준(collimating)한다. 제1 컬리메이터부(150)에서 광을 평행하게 시준하므로, 플로우셀부(120)에는 제1 광원부(171)에서 조사된 광이 평행하게 입사된다. 제1 컬리메이터부(150)에는 위치를 조절할 있도록 제1 조절 나사부(152)가 설치된다.
제1 광섬유부(154)가 광원부(171)와 제1 컬리메이터부(150)에 연결되므로, 광원부(171)가 플로우셀부(120)와 이격되게 설치될 수 있다. 150-200℃ 정도의 고온의 유동매체가 플로우셀부(120)를 통과하므로, 플로우셀부(120)가 고온의 유동매체에 의해 가열된다. 광원부(171)와 광검출부(173)가 제1 광섬유부(154)와 제2 광섬유부(164)에 의해 플로우셀부(120)와 이격되게 설치되므로, 광원부(171)가 플로우셀부(120)의 열기에 의해 과열되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 광원부(171)를 냉각시키거나 단열시키기 위해 별도의 냉각장치나 단열부재를 설치하지 않아도 된다.
제2 컬리메이터부(160)는 플로우셀 바디부(121)에서 조사되는 평행광을 광검출부(173)에 집광한다. 평행한 광이 제2 컬리메이터부(160)를 투과하면서 집광되므로, 광검출부(173)에서 검출 효율이 향상될 수 있다. 제2 컬리메이터부(160)에는 위치를 조절할 있도록 제2 조절 나사부(162)가 설치된다.
제2 광섬유부(164)가 광검출부(173)와 제2 컬리메이터부(160)에 연결되므로, 광검출부(173)가 플로우셀부(120)와 이격되게 설치될 수 있다. 150-200℃ 정도의 고온의 유동매체가 플로우셀부(120)를 통과하므로, 플로우셀부(120)가 고온의 유동매체에 의해 가열된다. 광검출부(173)가 제2 광섬유부(164)에 의해 플로우셀부(120)와 이격되게 설치되므로, 광검출부(173)가 플로우셀부(120)의 열기에 의해 과열되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 광검출부(173)를 냉각시키거나 단열시키기 위해 별도의 냉각장치나 단열부재를 설치하지 않아도 된다.
플로우셀부(120)의 양측에 제1 광섬유부(154)와 제2 광섬유부(164)가 설치되므로, 플로우셀부(120), 광원부(171) 및 광검출부(173)를 일렬로 배열해야 하지 않아도 된다. 따라서, 플로우셀장치(100)의 설치 자유도를 증가시킬 수 있다.
또한, 플로우셀장치(100)에서 플로우셀부(120)는 공급관부(123) 측(일측)에서 배출관부(125) 측(타측)으로 갈수록 상향으로 경사지게 배치될 수 있다. 플로우셀부(120)가 유동매체의 배출측으로 상향으로 경사지게 배치되므로, 유동매체에 함유된 기포가 플로우셀부(120)의 상측을 따라 유동된다. 따라서, 광이 플로우셀부(120)의 내부를 따라 유동될 때에 기포에 의해 광손실이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
도 4를 참조하면, 플로우셀장치(100)는 플로우셀부(120)의 유동매체 유입측에 연결되고, 플로우셀부(120)로 유입되는 유동매체에 혼합된 기포를 제거하는 기포제거부(180)를 더 포함한다. 유동매체에 혼합된 기포가 기포제거부(180)에 의해 제거되고, 기포가 제거된 유동매체가 플로우셀부(120)에 유입되므로, 유동매체에 조사되는 광이 기포에 의해 산란되거나 굴절되는 것을 방지하여 광손실이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 유동매체의 농도측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
기포제거부(180)는 플로우셀부(120)의 유동매체 유입측에 연결되는 기포배출라인(181)과, 기포배출라인(181)에 설치되는 기포배출밸브(183)를 포함한다. 기포배출밸브(183)가 개방됨에 따라 기포배출라인(181)을 통해 기포가 배출될 수 있다.
이때, 기포배출밸브(183)는 기포배출라인(181)의 배기압력을 조절하도록 개도가 조절될 수 있다. 기포배출밸브(183)는 순환펌프(41)의 펌핑 압력에 따라 개도가 조절될 수 있다. 따라서, 기포배출라인(181)에서 배출되는 기포의 양을 조절하고, 기포배출라인(181)을 통해 유동매체가 배출되는 것을 방지할 수 있다.
기포배출라인(181)의 일측은 순환유로부(30)에 설치되는 순환펌프(41)에 연결될 수 있다. 따라서, 기포배출라인(181)의 기포는 순환펌프(41)의 흡입압력에 의해 순환유로부(30)에 배출될 수 있다.
기포배출라인(181)의 일측은 대기 중에 노출되게 설치될 수 있다. 이때, 기포배출라인(181)의 기포는 순환유로부(30)에 유입되지 않으므로, 내조(20)에는 기포가 제거된 유동매체가 공급된다. 따라서, 유동매체에 혼합된 기포가 웨이퍼에 부착되는 것을 방지할 수 있으므로, 웨이퍼의 처리 정밀도를 향상시키고 불량율을 감소시킬 수 있다.
기포제거부(180)는 플로우셀부(120)에 수용되는 유동매체를 배출시키도록 기포배출라인(181)에 설치되는 매체배출밸브(185)를 더 포함할 수 있다. 기포배출라인(181)의 타측은 드레인 배스(미도시)에 연결될 수 있다. 웨이퍼 처리 공정이 정지된 후 플로우셀부(120)를 세정할 때에, 매체배출밸브(185)를 개방하여 플로우셀부(120)에 수용되는 유동매체를 배출시킬 수 있다.
상기와 같은 플로우셀장치가 적용된 에칭장치의 제1실시예에 관해 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치가 적용되는 에칭장치의 제1실시예를 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 에칭장치는 외조(10)와 내조(20)를 포함한다. 내조(20)와 외조(10)는 순환유로부(30)에 연결된다. 순환유로부(30)에는 순환펌프(41), 댐퍼(42), 필터부(43), 메인 밸브(32), 히터부(44), 버블커터(45) 및 농도 측정부(46)가 순차적으로 설치된다.
내조(20)에 수용되는 유동매체는 외조(10)에 오버 플로우(over flow) 된다. 외조(10)의 유동매체는 순환펌프(41)에 의해 댐퍼(42)에 유동되고, 필터부(43)는 유입되는 유동매체를 여과한다. 필터부(43)에서 여과된 유동매체는 메인 밸브(32)를 통해 히터부(44)에 유동되고, 히터부(44)에서 가열된다. 히터부(44)에서 가열된 유동매체는 버블커터(45)에 의해 기포가 제거되고, 농도 측정부(46)는 인산용액의 농도를 측정한다.
순환유로부(30)에는 바이패스 유로부(35)가 연결된다. 바이패스 유로부(35)는 외조(20)의 토출측과 펌프(41)의 유입측, 또는 댐퍼(42)의 토출측과 필터부(43)의 유입측, 또는 필터부(43)의 토출측과 히터부(44)의 유입측을 연결할 수 있다. 순환유로부(30)를 따라 유동되는 고온의 유동매체는 바이패스 유로부(35)를 통해 플로우셀장치(100)에 공급된다. 플로우셀장치(100)에서는 유동매체의 농도를 측정한 후 순환유로부(30)에 유동매체가 회수된다.
이때, 바이패스 유로부(35)에서 플로우셀장치(100)의 유입 측에 기포제거부(180)가 설치되는 경우, 플로우셀장치(100)의 유입측에서는 유동매체에 혼합된 기포가 기포제거부(180)에 의해 제거된다. 기포가 제거된 유동매체가 플로우셀장치(100)에 유입되므로, 유동매체의 농도 측정시 광이 기포에 의해 산란되거나 굴절되는 것을 방지하여 농도 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 플로우셀장치(100)에는 유동매체에 함유된 물질이 석출되는 것을 억제하도록 150-200℃로 가열된 유동매체가 유동된다. 또한, 플로우셀장치(100)에는 가열된 유동매체의 파장이 광에 흡수되도록 고온의 유동매체가 유동될 수 있다.
따라서, 유동매체가 실제의 반도체 공정에 사용되는 조건에서 유동매체의 농도를 측정하고, 유동매체의 검출 감도를 증가시키기 위해 유동매체를 복수 번에 걸쳐 화학처리 할 필요가 없다. 또한, 유동매체를 상온으로 냉각하지 않아도 되므로, 유동매체의 온도차에 의해 검출 오차가 발생되는 것을 방지하고, 실제 반도체 공정에서 적용되는 사용 조건에서 유동매체의 상태를 정확하게 예측할 수 있다. 또한, 농도 분석 중 매트릭스를 간단하게 만들어 분석 농도의 정확성을 향상시킬 수 있다.
또한, 플로우셀장치(100)에서 플로우셀부(120)는 공급관부(123) 측(일측)에서 배출관부(125) 측(타측)으로 갈수록 상향으로 경사지게 배치될 수 있다. 플로우셀부(120)가 유동매체의 배출측으로 상향으로 경사지게 배치되므로, 유동매체에 함유된 기포가 플로우셀부(120)의 상측을 따라 유동된다. 따라서, 광이 플로우셀부(120)의 내부를 따라 유동될 때에 기포에 의해 광손실이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치가 적용되는 애칭장치의 제2실시예를 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 에칭장치는 외조(10)와 내조(20)를 포함한다. 내조(20)와 외조(10)는 순환유로부(30)에 연결된다. 순환유로부(30)에는 순환펌프(41), 댐퍼(42), 필터부(43), 메인 밸브(32), 히터부(44), 버블커터(45) 및 농도 측정부(46)가 순차적으로 설치된다.
순환유로부(30)에는 드레인관부(38)가 연결된다. 드레인관부(38)에는 드레인 밸브(39)와 플로우셀장치(100)가 설치된다. 드레인 밸브(39)가 개방됨에 따라 플로우셀장치(100)에 유동매체가 유입되고, 플로우셀장치(100)에서 유동매체의 농도가 측정된다. 플로우셀장치(100)에 배출되는 유동매체는 드레인관부(38)를 통해 에칭장치의 외부로 배출된다.
이때, 드레인관부(38)에서 플로우셀장치(100)의 유입 측에 기포제거부(180)가 설치되는 경우, 기포가 제거된 유동매체가 플로우셀장치(100)에 유입된다. 유동매체의 농도 측정시 광이 기포에 의해 산란되거나 굴절되는 것을 방지하여 농도 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치가 적용되는 애칭장치의 제3실시예를 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 에칭장치는 외조(10)와 내조(20)를 포함한다. 내조(20)와 외조(10)는 순환유로부(30)에 연결된다. 순환유로부(30)에는 순환펌프(41), 댐퍼(42), 필터부(43), 메인 밸브(32), 히터부(44), 버블커터(45) 및 농도 측정부(46)가 순차적으로 설치된다.
순환유로부(30)에는 플로우셀장치(100)가 직접 설치된다. 이때, 순환유로부에는 드레인관부나 바이패관부가 설치되지 않는다.
순환유로부를 따라 유동되는 유동매체는 플로우셀장치(100)에 유입되고, 플로우셀장치(100)에서는 유동매체의 농도가 측정된다. 플로우셀장치(100)에서 배출되는 유동매체는 내조로 유입된다.
이때, 순환유로 유로부(35)에서 플로우셀장치의 유입 측에 기포제거부가 설치되는 경우, 플로우셀장치(100)의 유입측에서는 유동매체에 혼합된 기포가 기포제거부에 의해 제거된다. 기포가 제거된 유동매체가 플로우셀장치(100)에 유입되므로, 유동매체의 농도 측정시 광이 기포에 의해 산란되거나 굴절되는 것을 방지하여 농도 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
다음으로, 플로우셀장치에서 웨이퍼의 교체 시기를 판단하는 방법에 관해 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치에서 유동매체의 농도를 측정하는 제1 방식을 도시한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 플로우장치에서 유동매체의 농도가 측정된다. 웨이퍼가 에칭됨에 따라 웨이퍼에서 용출물이 계속적으로 용출된다. 에칭장치에서 웨이퍼가 1차 에칭될 때의 유동매체의 농도를 계속적으로 측정하면, 유동매체의 농도가 증가하다가 정체되는 구간이 발생된다. 이렇게 정체되는 구간을 1차 엔딩 포인트로 판단하고 웨이퍼를 교체한다. 1차 에칭 공정이 완료되면, 2차 에칭 공정을 수행한다. 2차 에칭 공정에서도 유동매체의 농도가 증가하다가 정체되는 구간이 발생되면 2차 에칭된 웨이퍼를 교체한다. 따라서, 유동매체가 실제의 반도체 공정에 사용되는 조건에서 유동매체의 농도를 측정하므로, 유동매체의 상태와 웨이퍼의 교환 시기를 정확하게 판단할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀장치에서 유동매체의 농도를 측정하는 제2 방식을 도시한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 에칭장치에서 웨이퍼가 1차 에칭될 때의 유동매체의 농도를 계속적으로 측정하면, 유동매체의 농도가 증가하다가 정체되는 구간이 발생된다. 이렇게 정체되는 구간을 1차 엔딩 포인트로 판단하고 웨이퍼를 교체한다. 웨이퍼를 교체한 후 1차 엔딩 포인트 값을 초기화 시킨다. 초기화된 값을 시작으로 2차 에칭 공정이 수행된다. 2차 에칭 공정에서도 유동매체의 농도가 증가하다가 정체되는 구간이 발생되면 2차 에칭된 웨이퍼를 교체한다. 웨이퍼를 교체한 후 2차 엔딩 포인트 값을 초기화 시킨다. 이러한 과정을 통해 웨이퍼의 교체 시기를 예측할 수 있다. 따라서, 유동매체가 실제의 반도체 공정에 사용되는 조건에서 유동매체의 농도를 측정하므로, 유동매체의 상태와 웨이퍼의 교환 시기를 정확하게 판단할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 유동매체가 유동되는 유동통로부; 및
    상기 유동통로부가 형성되는 플로우셀부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플로우셀부는,
    상기 유동통로부가 형성되는 플로우셀 바디부;
    상기 플로우셀 바디부에 유동매체가 공급되도록 상기 플로우셀 바디부의 일측에 연결되는 공급관부; 및
    상기 플로우셀 바디부의 유동매체가 배출되도록 상기 플로우셀 바디부의 타측에 연결되는 배출관부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 공급관부는 상기 플로우셀 바디부의 하측에 연결되고,
    상기 배출관부는 상기 플로우셀 바디부의 상측에 연결되는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 플로우셀 바디부에서 유동매체가 난류를 형성하도록 상기 플로우셀 바디부의 단면적은 상기 공급관부의 단면적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 공급관부는,
    유동매체가 공급되는 제1 공급관부;
    상기 제1 공급관부에서 공급되는 유동매체가 난류를 형성하도록 상기 제1 공급관부의 직경보다 크게 형성되는 제2 공급관부; 및
    상기 제2 공급관부에서 연장되고, 상기 플로우셀 바디부의 일측에 연결되는 제3 공급관부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    광원부에서 조사되는 광을 상기 플로우셀부의 유동매체에 조사하도록 설치되는 제1 광학부; 및
    상기 유동통로부의 유동매체를 투과하면서 유동매체의 파장이 흡수되는 광을 광검출부에 광을 조사하도록 설치되는 제2 광학부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 광학부는 유동매체의 유동방향과 나란하게 광을 조사하도록 상기 플로우셀 바디부의 일측에 배치되는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 광학부는,
    상기 플로우셀 바디부의 일측에 배치되는 제1 광학 슬라이더부;
    상기 광원부에서 입사되는 광을 상기 플로우셀 바디부의 유동매체에 조사하도록 상기 제1 광학 슬라이더부에 배치되는 제1 반사거울; 및
    상기 제1 반사거울의 위치를 조절하도록 상기 제1 광학 슬라이더부에 설치되는 제1 위치조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 광학부는,
    상기 플로우셀 바디부의 타측에 배치되는 제2 광학 슬라이더부;
    상기 플로우셀 바디부의 유동매체의 파장을 흡수한 광을 상기 광검출부에 조사하도록 상기 제2 광학 슬라이더부에 배치되는 제2 반사거울; 및
    상기 제2 반사거울의 위치를 조절하도록 상기 제2 광학 슬라이더부에 설치되는 제2 위치조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 플로우셀부의 외측면을 탄성 지지하도록 하우징부에 설치되는 탄성 가압부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 하우징부의 내부에는 상기 플로우셀부의 팽창 공간을 허용하도록 이격 공간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  12. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 광학부에 대향되고, 제1 광섬유부가 연결되는 제1 컬리메이터부; 및
    상기 제2 광학부에 대향되고, 제2 광섬유부가 연결되는 제2 컬리메이터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 플로우셀부의 유동매체 유입측에 연결되고, 상기 플로우셀부로 유입되는 유동매체에 혼합된 기포를 제거하는 기포제거부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 기포제거부는,
    상기 플로우셀부의 유동매체 유입측에 연결되는 기포배출라인; 및
    상기 기포배출라인에 설치되는 기포배출밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 기포배출라인의 일측은 순환유로부에 설치되는 순환펌프에 연결되는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 기포제거부는 상기 플로우셀부에 수용되는 유동매체를 배출시키도록 상기 기포배출라인에 설치되는 매체배출밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우셀장치.
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