KR20210128980A - 고상발포제의 분급 정제 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고상발포제의 분급 정제 방법 등에 관한 것으로, 상기 고상발포제의 분급 정제 방법은, 분급공간에 제공된 유동가스에 의하여 상승된 고상발포체를 하강 속도에 따라 제1 미소구체와 제2 미소구체로 분류하는 분급단계; 그리고 상기 제1 미소구체가 필터부를 통과하며 자성필터에 의하여 금속성 물질과 분리되어 정제되는 필터단계;를 포함하고, 상기 분급단계는 진동발생부를 통해 상기 제1미소구체와 상기 제2미소구체의 하강을 촉진하는 진동과정을 적용한다.

Description

고상발포제의 분급 정제 방법{CLASSIFYING AND PURIFYING METHOD OF SOLID BLOWING AGENT}
본 발명은 고상발포제 분급 정제 장치 및 이를 적용한 고상발포제의 분급 정제 방법 등에 관한 것이다.
반도체 제조공정 중 화학 기계적 평탄화(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 공정은, 화학-기계적으로 웨이퍼 표면의 요철부분을 평탄화 하는 공정이다. 웨이퍼(wafer)를 헤드에 부착하고 플래튼(platen) 상에 형성된 연마패드의 표면에 접촉하도록 한 상태에서, 슬러리를 공급하여 웨이퍼 표면을 화학적으로 반응시키면서 플래튼과 헤드를 상대 운동시키는 방식으로 진행되는 경우가 많다.
연마패드에 포함된 연마층은 이와 같은 화학 기계적 평탄화 공정에서 중요한 역할을 담당하는 필수적인 원부자재 중 하나로서 화학 기계적 평탄화 성능 구현에 중요한 역할을 담당하고 있다.
연마층에는 포어를 갖는 경우가 많고, 포어의 형성을 위해 여러 가지 방법이 사용되고 있다. 그 중 고상발포제는 연마층의 제조과정에서 연마층 내에 일정한 크기의 포어를 형성한다.
대한민국 등록특허 제10-1853021호 (2018.04.30.) 대한민국 공개특허 제10-2015-0125314호 (2015.11.09.)
본 발명은 고상발포제를 분급하고, 고상발포제에 함유된 금속성 이물을 제거할 수 있는 고상발포제 분급 정제 장치, 이를 이용한 고상발포제의 분급정제 방법 등을 제공한다.
일 구현예에 따른 고상발포제의 분급 정제 방법은, 분급공간에 제공된 유동가스에 의하여 상승된 고상발포체를 하강 속도에 따라 제1 미소구체와 제2 미소구체로 분류하는 분급단계; 그리고 상기 제1 미소구체가 필터부를 통과하며 자성필터에 의하여 금속성 물질과 분리되어 정제되는 필터단계;를 포함하고, 상기 분급단계는 진동발생부를 통해 상기 제1미소구체와 상기 제2미소구체의 하강을 촉진하는 진동과정을 적용한다.
상기 진동과정은, 상기 진동발생부를 통해 상기 분급공간을 그 중심축을 중심으로 상하로 움직이는 수직방향진동, 좌우로 움직이는 수평방향진동 및 상하좌우로 모두 진동을 가하는 수직수평방향진동 중 적어도 하나를 가할 수 있다.
상기 진동과정은, 상기 진동발생부를 통해 상기 분급공간을 그 중심축을 중심으로 상하로 움직이는 수직방향진동, 좌우로 움직이는 수평방향진동 및 상하좌우로 모두 진동을 가하는 수직수평방향진동을 임의의 순서로 또는 동시에 가할 수 있다.
상기 진동과정은, 상기 분급공간을 그 중심축을 기준으로 시계방향으로 회전시키는 방식, 반시계방향으로 회전시키는 방식 및 시계방향과 반시계방향의 회전을 반복하여 진행하여 회전시키는 방식 중 적어도 하나를 적용할 수 있다.
상기 진동과정에 적용되는 진동은 100 내지 10,000 Hz의 진동일 수 있다.
다른 일 구현예에 따른 고상발포제의 분급 정제 방법은, 고상발포제를 분급공간에 공급하는 공급단계; 상기 분급공간에 제공된 유동가스에 의하여 상승된 상기 고상발포체를 하강 속도에 따라 제1 미소구체와 제2 미소구체로 분류하는 분급단계; 상기 고상발포제 또는 상기 제1 미소구체를 포함하는 필터링 대상이 필터부를 통과하며 자성필터에 의하여 금속성 물질과 분리되어 정제되는 필터단계; 그리고 상기 제1 미소구체가 저장공간에 유입되어 저장되는 저장단계;를 포함한다.
상기 저장단계는 상기 제2 미소구체가 회수공간으로 회수되는 회수과정을 적용할 수 있다.
상기 저장단계는, 저장 가스공급부를 통해 상기 저장공간으로 유동가스를 주입하는 저장가스공급과정; 및 저장 교반부를 통해 상기 저장공간에서 상기 제1미소구체를 혼합하면서 하강시키는 저장교반과정;을 적용할 수 있다.
다른 일 구현예에 따른 고상발포제의 분급 정제 방법은, 분급공간에 제공된 유동가스에 의하여 상승된 상기 고상발포체를 하강 속도에 따라 제1 미소구체와 제2 미소구체로 분류하는 분급단계; 그리고 상기 제1 미소구체가 저장공간에 유입되어 저장되는 저장단계;를 포함하고, 상기 분급단계는 상기 분급공간 내를 회전하는 분급 교반부를 통해 분급교반과정을 적용하고, 상기 저장단계는 저장 교반부를 통해 상기 저장공간에서 상기 제1 미소구체를 혼합하면서 하강시키는 저장교반과정을 적용하고, 필터단계를 상기 분급단계의 전, 상기 분급단계와 상기 저장단계의 사이, 또는 상기 저장단계 후에 더 포함하고, 상기 필터단계는 상기 고상발포제 또는 상기 제1 미소구체를 포함하는 필터링 대상이 필터부를 통과하며 자성필터에 의하여 금속성 물질과 분리되어 정제되는 단계이다.
상기 고상발포제는 밀도가 100 kg/m3 이하일 수 있다.
상기 유동가스는 건조공기 또는 질소가스이고, 상기 제1 미소구체는 수분율이 3 중량% 이하일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 고상발포제 분급 정제 장치는 필터부에 의해 고상발포제 또는 제1 미소구체를 포함하는 필터링 대상에서 금속성 물질 등을 분리한다. 이에 금속성 물질에 의한 연마패드 불량을 방지할 수 있어 연마패드 불량에 의한 웨이퍼 손상을 방지하므로 경제성이 향상될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 필터부재의 자기력이 발생하는 자석이 거치부의 내부에 인출 가능하게 수용되어 있다. 이에 자석의 자기력에 의해 필터링 대상에서 금속성 물질이 거치부에 붙을 수 있다. 거치부에 붙은 금속성 물질 제거 시 자석을 거치부에서 인출하면 거치부에는 자기력이 발생하지 않는다. 이에 거치부에 붙은 금속성 물질의 제거가 용이하여 사용자의 작업성이 향상된다.
본 실시예에 따르면, 고상발포제를 분급 처리하고, 필터링 대상에서 금속성 물질을 분리한 후 연마패드 제조에 적용된다. 연마패드 제조과정에서 미소구체의 수분 등에 의해 발생할 수 있는 부가 반응을 억제할 수 있다. 또한, 밀도가 높은 이물, 덩어리, 미발포 고상발포제 등을 고분자 수지와 혼합하기 전에 미리 제거하여, 제조된 연마패드의 품질을 더욱 향상시키고, 상기 연마패드로 연마되는 웨이퍼 등의 제품에 결함(defect) 수를 현저하게 감소시킬 수 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 고상발포제 분급 정제 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 도 1의 필터부를 나타낸 개략도.
도 3은 도 2의 필터부를 나타낸 분해 사시도.
도 4는 도 1의 분급부를 나타낸 개략도.
도 5는 도 4의 분급부의 작동 상태도.
도 6은 도 4의 분급부의 다른 실시예를 나타낸 개략도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 실시예들에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 실시예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 예시에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
한 실시예에 따른 고상발포제 분급 정제 장치에 대하여 도 1내지 도 6을 참고하여 설명한다.
도 1은 한 실시예에 따른 고상발포제 분급 정제 장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 필터부를 나타낸 개략도이며, 도 3은 도 2의 필터부를 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 도 1의 분급부를 나타낸 개략도이며, 도 5는 도 4 분급부의 작동 상태도이고, 도 6은 도 4의 분급부의 다른 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 고상발포제 분급 정제 장치(1)는 공급된 고상발포제를 제1 미소구체와 제2 미소구체로 분류하는 분급부(50), 분급부(50)와 연결되어 분류된 제1 미소구체가 유입되어 저장되고 배출될 수 있는 저장부(60), 및 고상발포제 또는 제1 미소구체의 이동 경로에 배치되어, 고상발포제 또는 제1 미소구체를 포함하는 필터링 대상에서 금속성 물질을 분리하는 필터부(30a, 30b)를 포함한다.
고상발포제는 제조 과정 또는 운반-제조과정에서 아주 작은 크기의 금속성 불순물(이하, 금속성 물질이라 함)이 섞여 들어갈 수 있다. 또한, 정제 분급 과정에서도 금속성 물질을 포함하는 이물질이 섞여 들어갈 수 있다.
금속성 물질은 최종 생산물질의 물성에 큰 영향을 미친다. 이에 고상발포제 분급 정제 장치(1)는 고상발포제 또는 고상발포제에서 분류된 제1 미소구체를 포함하는 필터링 대상에서 금속성 물질을 제거한다.
고상발포제는 밀도가 100 kg/m3 이하일 수 있고, 밀도가 80 kg/m3 이하일 수도 있다. 고상발포제는 밀도가 60 kg/m3 이하일 수 있다. 또한 고상발포제는 밀도가 10 kg/m3 이상일 수 있다.
고상발포제는 열 팽창된 마이크로 캡슐을 포함할 수 있다. 구체적으로, 고상발포제는 5 내지 200 ㎛의 평균 입경을 갖는 마이크로 벌룬 구조체일 수 있고, 평균 입경이 10 내지 50 ㎛인 것일 수도 있다.
고상발포제는 열가소성 수지를 포함하는 외피; 및 외피 내부에 봉입된 발포제를 포함한 입자일 수 있고 입자가 팽창된 것일 수 있다. 열가소성 수지는 염화비닐리덴계 공중합체, 아크릴로니트릴계 공중합체, 메타크릴로니트릴계 공중합체 및 아크릴계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 나아가, 내부에 봉입된 발포제는 탄소수 1 내지 7개의 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 내부에 봉입된 발포제는 에탄(ethane), 에틸렌(ethylene), 프로판(propane), 프로펜(propene), n-부탄(nbutane), 이소부탄(isobutane), 부텐(butene), 이소부텐(isobutene), n-펜탄(n-pentane), 이소펜탄(isopentane), 네오펜탄(neopentane), n-헥산(n-hexane), 헵탄(heptane), 석유 에테르(petrole㎛ ether) 등의 저분자량 탄화수소; 트리클로로플로오로메탄(trichlorofluoromethane, CCl3F), 디클로로디플로오로메탄(dichlorodifluoromethane, CCl2F2), 클로로트리플루오로메탄(chlorotrifluoromethane, CClF3), 테트라플루오로 에틸렌(tetrafluoroethylene) 등의 클로로플루오로 탄화수소; 및 테트라메틸실란(tetramethylsilane), 트리메틸에틸실란(trimethylethylsilane), 트리메틸이소프로필실란(trimethylisopropylsilane), 트리메틸-n-프로필실란(trimethyl-n-propylsilane) 등의 테트라알킬실란으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 고상발포제는 시판중인 상표명 익스판셀(expancel) 등이 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 고상발포제 분급 정제 장치(1)는 공급부(40), 포장부(70), 제1 내지 제3 배관(10c), 및 제1 내지 제3 펌프(20a, 20b, 20c)를 더 포함할 수 있다.
분급부(50)는 분급 대상인 고상발포제가 분체 형태로 저장된 공급부(40)와 제1 배관(10a)으로 연결될 수 있다. 제1 배관(10a)에는 고상발포제를 압송하는 제1 펌프(20a)가 배치될 수 있다. 공급부(40)에 보관된 고상발포제는 제1 펌프(20a)의 작동으로 제1 배관(10a)을 따라 이동하여 분급부(50)로 공급될 수 있다. 분급부(50)는 공급된 고상발포제를 제1 미소구체와 제2 미소구체로 분류할 수 있다.
분급부(50)는 제2 배관(10b)으로 저장부(60)와 연결될 수 있다. 제2 배관(10b)에는 제2 펌프(20b)가 배치될 수 있다. 제2 펌프(20b)의 작동으로 고상발포제에서 분류된 제1 미소구체는 제2 배관(10b)을 따라 이동하여 저장부(60)로 공급될 수 있다.
저장부(60)는 제3 펌프(20c)가 배치된 제3 배관(10c)으로 포장부(70)와 연결될 수 있다.
필터부는 제1 배관(10a), 제2 배관(10b) 및 제3 배관(10c) 중 선택된 어느 하나에 배치되거나 적어도 두 개에 각각 배치될 수 있다. 필터부는 제1 배관(10a), 제2 배관(10b) 및 제3 배관(10c)에 각각 배치될 수 있다. 필터부의 배치 개수는 고상발포제 분급 정체 장치(1)의 설계 및 고상발포제의 처리 용량에 따라 달라질 수 있다. 상기 필터부는 제1 배관(10a)과 제3 배관(10c)에 배치될 수 있다. 이러한 경우 분급 과정에서 금속성 물질에 의해 추가적으로 발생할 수 있는 고상발포제의 손상을 억제하고, 분급된 고상발포제에 추가로 함입될 수 있는 금속성 물질을 충분히 제거할 수 있다.
제1 배관(10a)에 배치된 필터부(30a)는 고상발포제를 포함하는 필터링 대상에서 금속성 물질을 분리하고, 제3 배관(10c)에 배치된 필터부(30b)는 제1 미소구체를 포함하는 필터링 대상에서 금속성 물질을 분리한다. 제2 배관(10b)에 배치된 필터부(도시하지 않음)는 제2 배관(10b)을 이동하는 제1 미소구체에서 금속성 물질을 분리한다.
즉, 필터부(30a, 30b)는 고상발포제 또는 제1 미소구체를 포함하는 필터링 대상에서 금속성 물질을 분리하여 안전한 필터링 대상을 생산한다.
상기 필터부(30a, 30b)는 상기 필터부의 전단 또는 후단에 스크리닝부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 스크리닝부는 통과하는 필터링 대상에서 일정 크기 이상의 물질을 제거할 수 있다. 상기 스크리닝부는 필터링 대상에서 일정 크기 이상인 것을 분리하는 통상의 기재가 적용될 수 있으며, 그 종류나 형태에 특별한 한정은 없다.
제1 배관(10a), 제2 배관(10b) 및 제3 배관(10c)에 배치된 제1 펌프(20a), 제2 펌프(20b) 및 제3 펌프(20c)는 각각 맥동펌프를 포함한다. 이에 제1 배관(10a)을 이동하는 고상발포제, 그리고 고상발포제에서 분류되어 제2 배관(10b) 및 제3 배관(10c)을 이동하는 제1 미소구체는 공급량 변동 없이 안정적으로 정량 이동할 수 있다.
제1 펌프(20a), 제2 펌프(20b) 및 제3 펌프(20c)의 세부적인 구성은 공지된 구성의 맥동펌프와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
공급부(40)는 분급할 고상발포제가 분체 형태로 저장할 수 있는 저장공간(도시하지 않음)을 갖는 공급하우징(도시하지 않음)을 포함한다. 공급하우징의 상부에는 저장공간과 연결된 고상발포제 투입구가 형성될 수 있고 하부에는 고상발포제 배출구가 형성될 수 있다.
공급부(40)는 제1 펌프(20a)가 결합된 제1 배관(10a)으로 분급부(50)와 연결될 수 있으며, 공급부(40)의 고상발포제는 제1 펌프(20a)의 작동으로 제1 배관(10a)을 따라 이동하여 분급부(50)에 공급될 수 있다. 제1 펌프(20a)는 고상발포제를 0.5 내지 2 bar 압력으로 이송할 수 있다. 제1 펌프(20a)가 고상발포제를 0.5 bar 미만으로 이송할 경우 고상발포제의 유동이 원활하지 않을 수 있고, 2 bar를 초과할 경우 고상발포제 중에 포함된 이물질을 제거하는 효율이 저하될 수 있다.
제1 배관(10a)에 배치된 필터부(30a)는 필터링 대상 중 제1 배관(10a)을 통해 공급부(40)에서 분급부(50)로 이송되는 고상발포제에서 금속성 물질을 분리할 수 있다.
도 2 내지 도 3을 더 참고하면, 필터부(30a)는, 고상발포제가 경유하는 필터공간(311)이 내부에 형성되어 있는 필터 하우징(31), 필터 하우징(31)에 분리할 수 있게 배치되어 필터공간(311)을 여닫는 필터덮개(32), 및 필터공간(311)에 배치되어 있고 자기력이 발생하는 필터부재(33)를 포함한다.
필터 하우징(31)은 기설정된 길이를 가지며 상하 방향으로 세워져 있을 수 있다. 일 예로, 필터 하우징(31)의 내부에는 상면으로 개방된 필터공간(311)이 형성될 수 있다. 다른 일 예로, 필터공간(311)은 필터 하우징(31)의 측면으로 개방될 수 있다.
필터 하우징(31)의 하부측 둘레에는 공급부(40)와 연결된 제1 배관(10a)이 접속되는 필터 유입구(312)가 형성될 수 있다. 일 예로, 필터 유입구(312)는 필터공간(311)의 둘레와 접선 방향으로 연결될 수 있다. 다른 일 예로, 필터 유입구(312)는 필터 하우징(31)의 바닥에 형성될 수 있다.
제1 펌프(20a)의 작동으로 공급부(40)에서 제1 배관(10a)을 따라 이동한 고상발포제는 필터 유입구(312)를 통해 필터공간(311)으로 유입될 수 있다. 일 예로, 필터공간(311)의 둘레와 접선을 이루는 필터 유입구(312)를 통해 필터공간(311)으로 유입된 고상발포제는 필터공간(311)의 둘레를 따라 선회운동을 하면서 개방된 방향으로 이동할 수 있다. 다른 일 예로, 필터 유입구(312)를 통해 필터공간(311)으로 유입된 고상발포제는 개방된 상면 방향으로 점차 상승할 수 있다. 필터공간(311)에는 필터부재가 위치하며 고상발포제의 흐름에 와류 발생을 유도할 수 있다.
필터덮개(32)는 필터공간(311)이 개방된 필터 하우징(31)에 분리할 수 있게 결합되어 필터공간(311)의 개방부를 열고 닫을 수 있다. 필터공간(311)을 경유하는 고상발포제가 필터덮개(32)와 필터 하우징(31)의 사이로 누출되지 않도록 필터덮개(32)와 필터 하우징(31)의 사이에는 실링부재(도시하지 않음)가 배치될 수 있다.
일 예로, 필터덮개(32)에는 필터공간(311)과 연결된 필터 배출구(321)가 형성될 수 있다. 다른 일 예로, 필터 배출구(321)는 필터 하우징(31)의 둘레에 형성될 수 있다. 필터 배출구(321)의 위치는 필터링 대상의 종류나 밀도에 따라 달라질 수 있다. 필터 유입구(312)를 통해 필터공간(311)을 경유한 고상발포제는 필터 배출구(321)를 통해 필터 하우징(31)의 외부로 배출될 수 있다.
필터부재(33)는 필터공간(311)에 위치하는 거치부(331), 그리고 거치부(331)에 배치되어 있는 자석(332)을 포함할 수 있다.
거치부(331)는 막대 형태로 내부가 비어 있는 환봉 형태로 형성될 수 있다. 거치부(331)의 형상은 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 거치부(331)는 필터덮개(32)와 연결될 수 있다. 다른 일 예로, 거치부(331)는 필터 하우징(31)과 일체로 형성되거나 나사 방식으로 연결될 수 있다. 거치부(331)는 필터덮개(32) 또는 필터 하우징(31)과 일체로 형성되거나 나사 방식으로 분리할 수 있게 결합될 수 있다. 필터부(30a, 30b)는 거치부(331)를 1 또는 2 이상 포함될 수 있다. 필터부(30a, 30b)는 거치부(331)를 3 내지 10개 포함할 수 있다.
거치부(331)의 내부는 필터덮개(32) 또는 필터 하우징(31)을 통해 개방되어 있다. 거치부(331)는 필터공간(311)의 둘레와 맞닿아 있을 수 있고 떨어져 있을 수 있다. 서로 이웃한 거치부(331) 나란히 있을 수도, 또한 서로 떨어져 있을 수도 있다. 거치부(331)의 외부 표면은 매끄럽게 형성되어 있을 수 있다. 필터공간(311)을 선회 운동하면서 경유하는 고상발포제는 거치부(331)의 외부 둘레와 접하면서 필터 배출구(321)로 이동할 수 있다.
자석(332)은 거치부(331)의 내부에 배치될 수 있다. 자석(332)은 상자석 또는 전자석을 포함할 수 있다. 자석은 네오디뮴(Neodymium) 자석일 수 있다. 자석은 10,000 Gauss 내지 12,000 Gauss의 자력을 갖는 것일 수 있다. 자석에 의해 거치부(331)의 주변에는 자기이 형성되고, 금속성 물질이 자석에 붙는다. 자기력에 의해 필터공간(311)에서 선회운동을 하는 고상발포제 중에 함유된 금속성 물질은 거치부(331)의 외부 둘레에 붙을 수 있다. 자석(332)은 필터공간(311)을 경유하는 필터링 대상에 섞인 금속성 물질을 분리한다. 상기 필터부를 통해, 정제된 고상발포제 또는 제1 미소구체를 마련할 수 있다.
거치부(331)는 필터 하우징(31)의 외부로 인출될 수 있다. 상기 거치부의 인출은 필터 하우징(31)에서 필터덮개(32)가 분리하는 방식으로 진행될 수 있다. 자석(332) 또한 거치부(331)에서 분리될 수 있다. 자석과 거치부의 분리에 의해 거치부(331) 주변에 자기력이 제거되면서 거치부(331)의 외부 둘레에 붙은 금속성 물질은 거치부(331)에서 떨어질 수 있다.
필터링대상인 고상발포제에서 분리된 금속성 물질은 거치부(331)에 달라붙고, 거치부(331)에 금속성 물질 등이 제거되어 정제된 고상발포제는 필터 배출구(321)를 통해 필터 하우징(31)의 외부로 배출되어 배관을 따라 유동하여 분급부(50)로 공급될 수 있다.
필터부(30a)를 통과하면서 금속성 물질 등이 제거된 정제된 고상발포제는 분급부(50)로 공급되어 입경, 밀도 등에 따라 분류될 수 있다.
도 4 및 도 5를 더 참고하면, 분급부(50)는 내부에 분급공간(511)이 형성된 분급 하우징(51), 분급공간(511)과 연결된 가스 공급홀(515), 및 분급공간(511)과 연결된 분급 배출홀을 포함한다. 분급부(50)는 분급공간(511)에 위치하여 가스 공급홀(515)과 이웃하게 배치된 와류발생부재(53)를 더 포함할 수 있다. 분급부(50)는 분급 하우징(51)에 배치된 진동발생부(56)를 더 포함할 수 있다. 분급부(50)는 분급 교반부(55)를 더 포함할 수 있다. 분급부(50)는 회수부(57)를 더 포함할 수도 있다.
분급 하우징(51)의 내부에는 제1 배관(10a)을 통해 고상발포제가 유입되는 분급공간(511)이 형성되어 있다. 상기 고상발포제는 필터부(30a)를 경유하거나 경유하지 않은 것일 수 있다. 분급 하우징(51)은 분급공간(511)의 중앙에서 상하 방향으로 배치된 중심축(511a)의 길이 방향으로 측정한 최대 높이인 분급공간(511)의 내부 높이가 중심축(511a)의 수직한 방향으로 측정한 최대 폭인 분급공간(511)의 폭 보다 더 크다. 그 크기는 1.5배 이상 큰 것일 수 있으며, 3배 이상 큰 것일 수도 있다. 이렇게 폭에 비해 충분하게 큰 높이를 갖는 경우 고상발포제의 분류가 보다 효율적으로 진행될 수 있다.
분급 하우징(51)의 외부 둘레에는 상하 길이 방향을 따라 분급 유입홀(512)들이 간격을 두고 적어도 하나 이상 형성되어 있다. 분급 유입홀(512)은 분급 하우징(51)의 하부 둘레에 형성될 수 있다. 상기 분급 유입홀(512)은 제1 배관(10a)을 통해 공급부(40)와 분급공간(511)을 연결한다. 분급 유입홀(512)은 분급 하우징(51)의 하면을 기준으로 그 높이의 60% 이하에 위치할 수 있고, 50% 이하에 위치할 수도 있다. 분급 유입홀(512)은 분급 하우징(51)의 길이에서 하면을 기준을 50% 이하의 위치에 1 내지 5개가 일정한 간격을 두고 형성될 수 있다.
분급 배출홀은 제1 미소구체 배출홀(513)과 제2 미소구체 배출홀(514)을 포함한다. 분급 배출홀은 제3 미소구체 배출홀(도시하지 않음)을 더 포함할 수도 있다. 이에, 분급 하우징(51)에는 고상발포제에서 분류된 제1 미소구체, 제2 미소구체 및/또는 제3 미소구체는 분급 배출홀을 통해 배출될 수 있다.
제1 미소구체 배출홀(513)과 제2 미소구체 배출홀(514)은 분급 하우징(51)의 상하 길이 방향을 따라 간격을 두고 복수 형성되어 있다. 제3 미소구체 배출홀 또한 분급 하우징(51)의 상하 길이 방향을 따라 간격을 두고 복수 형성될 수 있다.
제1 미소구체 배출홀(513)과 제2 미소구체 배출홀(514)은 분급 하우징(51)의 하면에서부터 높이를 달리하여 위치할 수 있다. 또한, 제1 미소구체 배출홀(513)은 분급 하우징(51)의 하부측에 형성되어 있고, 제2 미소구체 배출홀(514)은 분급 하우징(51)의 상부측에 형성되어 있다. 제1 미소구체 배출홀(513)과 제2 미소구체 배출홀(514)은 분류 정도, 입자 크기 분포를 달리하는 고상발포제에서 분류된 제1 미소구체와 제2 미소구체를 회수할 수 있다.
일 예로, 분급 하우징(51)의 하면에는 분급공간(511)과 연결된 가스 공급홀(515)이 형성될 수 있다. 다른 일 예로, 가스 공급홀(515)은 분급 하우징(51)의 둘레면에 형성될 수도 있다. 가스 공급홀(515)에는 질소(N2)가스 또는 건조공기를 공급하는 가스공급부(52)가 연결될 수 있다. 건조공기는 습도가 3 중량% 이하인 공기를 의미한다. 질소 가스의 경우 고상발포제의 표면에 존재할 수 있는 수분을 보다 효과적으로 제거할 수 있고, 특히 수분율이 낮아진 미소구체를 제공할 수 있다. 수분율이 낮아진 미소구체는 제조된 연마층과 이를 이용하여 연마된 웨이퍼 등의 기판에 결함 감소 효과를 가져올 수 있다. 또한, 수분율이 낮아진 미소구체는 미소구체의 표면 등에 포함된 수분으로 인하여 발생할 수 있는 부반응에 의해 발생할 수 있는 결함 발생을 실질적으로 막아 제조된 연마패드와 이를 이용하여 연마된 웨이퍼 등에 결함 감소 효과를 가져올 수 있다. 이에 따라 연마된 기판 상에 보다 디펙 형성이 감소시킬 수 있는 연마층을 제조할 수 있다.
와류발생부재(53)는 분급공간(511)의 하부에 배치될 수 있다. 가스 공급홀(515)을 통해 분급공간(511)으로 유입된 질소가스 또는 건조공기(이하 유동가스라 함)는 와류발생부재(53)를 통과한다. 유동가스는 분급공간(511)으로 주입될 때에 와류발생부재(53)를 통과할 수 있고, 중심축(511a)과 수직한 단면 전체적으로 일정한 유량과 강도로 유동가스가 주입될 수 있고, 분급공간(511)의 전체적으로 고른 분급 효과를 가져올 수 있다.
와류발생부재(53)는 다수의 통공을 갖는 막형 부재를 포함할 수 있다. 통공은 미소구체 직경(D50)의 20% 이하인 직경을 가질 수 있고, 15% 이하인 직경을 가질 수 있으며, 10% 이하인 직경을 가질 수 있다.
와류발생부재(53)는 유동가스의 분산하는 효과와 함께 고상발포제가 가스 공급홀 또는 이를 위한 연결관 측으로 유입되는 것을 막는 역할을 할 수 있다.
와류발생부재(53)는 10 ㎛ 이하 또는 5 ㎛ 이하의 통공들이 다수 형성되는 멤브레인을 포함할 수 있다. 이러한 멤브레인 형태의 와류발생부재(53)로 적용하는 경우, 고상발포제가 와류발생부재(53)의 아래로 빠지지 않아 효율적인 공정 운영이 가능하다.
와류발생부재(53)를 통과한 유동가스는 분급공간(511)의 하부에서 상부로 상승기류를 형성할 수 있다. 유동가스는 와류발생부재에 의하여 와류가 형성되어 분급공간(511)에서 회전하며 상승될 수 있다. 유동가스의 상승은 고상발포제가 상승 후 떨어지는 속도에 차이를 만들고, 이에 따라 고상발포제가 입경에 따라 분류될 수 있다.
분급 하우징(51)의 상면에는 분급공간(511)으로 유입된 유동가스가 배출되는 가스 배출홀(516)이 형성될 수 있다. 가스 배출홀(516)에는 배출되는 유동가스에 포함된 이물질, 잔여 미소구체 등을 필터링하는 배출필터(54)가 배치될 수 있다.
진동발생부(56)는 분급 하우징(51)에 배치될 수 있다. 진동발생부(56)는 중심축(511a)을 중심으로 상하로 움직이는 수직방향, 좌우로 움직이는 수평방향, 또는 상하좌우로 모두 진동을 가하는 수직수평방향으로 진동이 분급부(50)에 발생할 수 있도록 유도할 수 있다. 진동발생부(56)는 중심축(511a)을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 상기 분급 하우징(51)을 회전시킬 수 있다. 이에, 분급 하우징(51)은 진동발생부(56)에 의해 수직방향, 수평방향 또는 수직수평방향으로 회전할 수 있다.
분급공간(511)으로 유입된 고상발포제의 분류는 다음과 같이 진행될 수 있다.
공급부(40)의 고상발포제는 제1 펌프(20a)의 작동으로 제1 배관(10a)을 따라 이동하여 분급 유입홀(512)들 중 어느 한 분급 유입홀(512)을 통해 분급공간(511)으로 유입될 수 있다. 분급공간(511)에서는 유동가스를 공급받아 고상발포제를 분류한다.
분급공간(511)으로 유입된 유동가스는 와류발생부재(53)를 통과하면서 가스 배출홀(516)의 방향으로 유동한다. 이때 유동가스는 회전 또는 와류를 발생시키면서 유동한다(도 5의 분급공간 내의 점선 화살표: A로 표시). 유동가스는 가스 배출홀(516)이 형성된 상부로 유동한다.
분급공간(511)으로 유입된 고상발포제는 유동하는 유동가스를 따라 상승하다가 유동가스의 흐름이 약해지거나 외부에서 전달되는 회전력, 진동 등에 따라 발생하는 하강류에 의해 분급공간(511) 내에서 하강 되는 것이 촉진될 수 있다(도 5에서 고상발포체의 흐름은 이점쇄선 화살표: B로 표시, 진동 화살표: C로 표시). 이 때 분급공간(511)의 공기의 흐름이 공기세포의 순환 흐름을 형성해, 그 고상발포제의 크기에 비해서 입자가 무거운 것이나 너무 가벼운 경우, 또는 입자의 형상이 현저하게 다른 것들은 상승 또는 하강의 속도가 달라지며 분류된다.
즉, 유동가스의 흐름에 따라 고상발포제가 분급공간(511)에서 부유하고, 중력, 진동 등의 영향에 따라 고상발포제가 그 무게와 크기에 따라 다른 속도로 하강하면서, 크기에 따라 분류되어 회수될 수 있다.
여기서 고상발포제는 평균 입경이 5 내지 200 ㎛인 제1 미소구체와, 평균 입경이 5 ㎛ 미만인 제2 미소구체로 분급될 수 있다. 고상발포제 중 손상되거나 밀도가 지나치게 높은 것은 제3 미소구체일 수도 있다. 이에 분급공간(511)에서는 고상발포제를 제1 내지 제3 미소구체로 분류할 수 있다. 분급되는 고상발포제의 입경은 연마패드의 설계에 따라 달라질 수 있다.
이렇게 유동가스 등의 영향으로 상승 또는 하강하는 고상발포제들은 분급 하우징(51)의 높이에 따라 형성된 제1 미소구체 배출홀(513), 제2 미소구체 배출홀(514), 제3 미소구체 배출홀(도시하지 않음)을 통해 분급 하우징(51)의 밖으로 배출될 수 있다.
한편, 고상발포제를 분류함에 있어, 앞에서 설명한 유동가스를 공급하는 방식으로 진행될 수 있고, 유동가스가 공급되어 공기의 흐름이 형성되어 있는 분급공간(511)에 분급 유입홀(512)로부터 고상발포제가 유입되는 방식으로 진행될 수 있으며, 위에서 언급한 두 가지 방식이 동시에 적용될 수도 있다.
고상발포제로 중공미소구체가 적용되는 경우, 개별 진공미소구체의 무게가 상당히 가볍기 때문에, 유동가스에 의하여 상승된 중공미소구체가 하강하는 것에 상당히 긴 시간이 걸리거나, 유동가스의 흐름이 존재하는 동안은 실질적으로 잘 하강이 진행되지 않을 수 있고, 이는 분급 효율을 떨어뜨릴 수 있다.
본 발명에서는 중공미소구체의 하강을 촉진할 수 있는 방법으로 진동발생부를 통해 진동과정을 적용할 수 있다.
진동과정은, 진동발생부를 통해 분급 하우징(51)에 중심축(511a)을 중심으로 상하로 움직이는 수직방향진동, 좌우로 움직이는 수평방향진동, 또는 상하좌우로 모두 진동을 가하는 수직수평방향진동을 순차로 또는 동시에 가할 수 있다.
또한, 진동과정은 분급 하우징(51)을 중심축(511a)을 기준으로 시계방향으로 회전시키거나 반시계방향으로 회전시키거나 시계방향과 반시계방향의 회전을 반복하여 진행하는 회전시키는 방식이 적용될 수 있다.
진동과정에 적용되는 진동은 100 내지 10,000 Hz의 진동일 수 있고, 500 내지 5,000 Hz의 진동일 수 있으며, 700 내지 3,500 Hz의 진동일 수 있다. 이러한 범위로 상기 진동을 적용하는 경우, 보다 효율적으로 고상발포제를 분류할 수 있다.
작고 가벼운 고상발포제 특성상, 유동가스의 상승으로 고상발포제가 상승 후 떨어지는 속도 차이에 의해 분류 가능하나, 유동가스에 의해 상승하여 쉽게 하강하지 않는 중공미세구체를 진동에 의해 더 빨리 하강시킬 수 있다. 즉, 이러한 진동과정은 고상발포제가 분급공간(511)에서 하강 되는 것을 촉진하는 하강진동(down force vibrating)의 방식으로 진행될 수 있고, 진동과정이 더 진행되면 보다 효율적이고 효과적인 분급이 진행될 수 있으며, 이러한 과정을 거쳐 형성된 연마층은 보다 결함이 적은 웨이퍼를 제조할 수 있다.
분급되는 고상발포제의 입경은 주입되는 유동가스의 유속, 제1 미소구체 배출홀(513)의 위치, 진동의 정도 등으로 조절될 수 있다.
분류된 제1 미소구체의 수분율이 3 중량% 이하일 수 있다. 분류된 제1 미소구체의 수분율이 2.8 중량% 이하일 수 있다. 분류된 제1 미소구체의 수분율이 2.6 중량% 이하일 수 있다. 분류된 제1 미소구체의 수분율이 2.0 중량% 이하일 수 있다. 분류된 제1 미소구체의 수분율이 수분율이 1.5 중량% 이하일 수 있다. 분류된 제1 미소구체의 수분율이 0.01 중량% 이상일 수 있다.
분류된 제1 미소구체들은 아래 식 (1)로 계산되는 입자분포(P)값으로 0.5 내지 2의 값을 가질 수 있다.
식 (1): P=(D90-D10)/D50
식 (1)에서 DN은 0 내지 100%의 직경 분포에서 N%에서의 유기입자 직경을 의미한다.
이렇게 분급된 제1 미소구체들은 실질적으로 미발포입자나 결함이 있는 입자를 포함하지 않아, 보다 우수한 품질의 연마층을 형성할 수 있다.
도 6을 더 참고하면, 분급 교반부(55)는 중심축(511a)과 평행 또는 평행하지 않은 회전축을 따라 회전하여 분급공간(511) 내를 회전한다. 분급 교반부(55)는 분급 하우징(51)의 공기 등이 회전, 혼합될 수 있도록 하며, 고상발포제의 분급이 보다 효율적으로 진행될 수 있도록 돕는다.
분급 교반부(55)는 스터러를 포함할 수 있다. 스터러는 중심축(511a)과 평행하게 위치하는 샤프트(551) 및 샤프트(551)와 연결되어 분급공간(511)의 둘레 방향으로 돌출된 다수개의 교반날개(552)를 포함한다.
도 1을 다시 참고하면, 회수부(57)는 분급 하우징(51)과 이웃하게 배치되어 있으며, 내부에는 회수공간(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 회수공간은 제2 미소구체 배출홀(514)을 통해 분급공간(511)과 연결되어 있다. 분급공간(511)에서 제2 미소구체 배출홀(514)을 통해 배출된 제2 미소구체는 회수공간에 유입되어 저장될 수 있다.
제1 미소구체 배출홀(513)은 제2 펌프(20b)가 배치된 제2 배관(10b)을 통해 저장부(60)와 연결될 수 있다. 분급공간(511)에서 분류된 제1 미소구체는 제2 배관(10b)을 따라 저장부(60)로 이동할 수 있다. 이때 제1 미소구체는 제2 배관(10b)에 배치된 필터부(도시하지 않음)를 경유하면서 제1 미소구체에 포함된 금속성 물질이 제거될 수 있다. 필터부는 제1 배관(10a)에 배치된 필터부(30a)와 동일하므로 중복된 설명은 생략하기로 한다. 제2 펌프(20b) 또한 제1 펌프(20a)의 동일하므로 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 1을 다시 참고하면, 저장부(60)는 내부에 저장공간(61a)이 형성된 저장 하우징(61), 저장공간(61a)과 연결된 저장 가스공급부(62), 및 저장공간(61a)에 배치되어 있는 저장 교반부(63)를 포함할 수 있다. 저장부(60)는 제2 배관(10b)을 통해 저장공간(61a)으로 유입된 제1 미소구체를 저장한다.
저장 하우징(61)은 상하 방향으로 길이를 가지며 제2 배관(10b)이 연결된 제1 미소구체 유입홀(611a)이 형성된 제1 몸체(611), 제3 배관(10c)이 연결된 제1 미소구체 혼합 배출홀(512a)이 형성된 제2 몸체(612)를 포함할 수 있다. 제1 몸체(611)와 제2 몸체(612)는 서로 연결되어 있으며 그 내부에는 저장공간(61a)이 형성된다. 제2 몸체(612)는 제1 몸체(611)와 연결된 부분에서 멀어질수록 단면적이 협소 해질 수 있다. 즉, 제2 몸체(612)는 사이클론 구조를 가질 수 있다.
제2 배관(10b)을 이동하여 제1 미소구체 유입홀(611a)을 통해 저장공간(61a)으로 유입된 제1 미소구체는 제1 미소구체 혼합 배출홀(612a) 방향으로 점차 하강하게 된다. 이때 저장공간(61a)에는 하강기류가 형성되면서 하강하는 제1 미소구체는 혼합될 수 있다.
저장 가스공급부(62)는 제1 몸체(611)와 연결되어 저장공간(61a)으로 유동가스를 주입할 수 있다. 유동가스의 흐름을 따라 제1 미소구체가 혼합될 수 있다.
저장 교반부(63)는 저장공간(61a)에 회전할 수 있게 배치된 샤프트(631) 및 샤프트(631)에서 외측 방향으로 돌출된 복수의 교반날개(632)를 포함할 수 있다. 저장 교반부(63)는 제1 미소구체 하강 시 또는 제1 미소구체가 저장공간(61a)에 저장되어 있을 때 혼합 등의 목적으로 회전할 수 있다.
저장 교반부(63)의 회전으로 제1 미소구체는 혼합되면서 하강할 수 있다. 또한, 저장 교반부(63)는 저장공간(61a)에 저장된 제1 미소구체를 혼합하여 제1 미소구체가 뭉치지 않도록 돕는다.
한편, 제1 미소구체 혼합 배출홀(512a)은 제3 펌프(20c)가 배치된 제3 배관(10c)을 통해 포장부(70)와 연결될 수 있다. 제3 펌프(20c)의 작동으로 저장공간(61a)의 제1 미소구체는 제3 배관(10c)을 따라 이동하여 포장부(70)로 유입될 수 있다. 제3 펌프(20c)의 구성요소는 제1 펌프(20a)의 실시예와 동일하므로 중복된 설명은 생략하기로 한다.
제3 배관(10c) 상에는 유동하는 제1 미소구체를 포함하는 필터링 대상에서 금속성 물질을 분리하는 필터부(30b)가 배치될 수 있다. 필터부(30b)는 제3 펌프(20c)와 저장부(60)의 사이에 배치될 수 있다. 제1 미소구체는 필터부(30b)의 내부를 경유하고 이때 금속성 물질은 자석의 자기력에 의해 거치부에 붙어 제거될 수 있다. 이러한, 필터부(30b)의 구성요소는 필터부(30a)의 실시예와 동일하므로 중복된 설명은 생략하기로 한다.
포장부(70)는 제3 배관(10c)을 따라 유동한 제1 미소구체가 유입되어 저장되며 제1 미소구체를 기설정된 단위로 구분하여 포장할 수 있다.
본 실시예에 따른 고상발포제 분급 정제 장치는 필터부에 의해 고상발포제 또는 제1미소구체를 포함하는 필터링 대상에서 금속성 물질을 분리할 수 있다. 이에 금속성 물질에 의한 연마패드 불량을 방지하게 되면서 웨이퍼 손상을 방지하므로 경제성이 향상될 수 있다.
또한, 고상발포제는 제1 미소구체 내지 제3 미소구체로 분급 처리하고, 필터링 대상에서 금속성 물질을 분리한 후 연마패드 제조에 적용된다. 연마패드 제조과정에서 미소구체의 수분 등에 의해 발생할 수 있는 부가 반응을 억제할 수 있다. 또한, 밀도가 높은 이물, 덩어리, 미발포 고상발포제 등을 고분자 수지와 혼합하기 전에 미리 제거하여, 제조된 연마패드의 품질을 더욱 향상시키고, 상기 연마패드로 연마되는 웨이퍼 등의 제품에 결함(defect) 수를 현저하게 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고상발포제 분급 정제 장치는, 분급부(50), 그리고 필터부(30a, 30b)를 포함한다. 분급부(50)는 분급 하우징(51), 가스 공급홀(515) 및 분급 배출홀을 포함한다. 분급 배출홀은 제1 미소구체 배출홀(513)과 제2 미소구체 배출홀(514)을 포함할 수 있다. 분급부(50)는 고상발포제를 제1 미소구체와 제2 미소구체로 분류가능한 분급공간(511)을 갖는다. 질소가스 또는 건조가스(유동가스)는 가스 공급홀(515)을 통해 분급공간(511)으로 공급될 수 있다. 유동가스는 분급공간(511)에서 고상발포제 분류를 도모한다. 분류된 제1 미소구체는 분급 배출홀(513)을 통해 배출될 수 있다. 필터부(30a, 30b)는 고상발포제 또는 제1 미소구체의 이동 경로(제1 배관, 제3 배관) 상에 배치되어 고상발포제 또는 제1 미소구체에서 금속성 물질을 분리할 수 있다.
본 실시예에 따른 분급부, 필터부는 도 1 내지 도 6의 실시예에 따른 분급부 및 필터부와 동일한 구성 및 작용효과를 가지므로 중복된 설명은 생략한다.
이외 다른 구성은 도 1 내지 도 6의 실시예의 구성이 그대로 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고상발포제 분급 정제 장치는, 분급부(50), 저장부(60) 및 자성 필터부를 포함하며, 분급부(50)는 분급 하우징(51), 분급 교반부(55) 및 분급 배출홀을 포함한다. 분급 배출홀은 제1 미소구체 배출홀(513)과 제2 미소구체 배출홀(514)을 포함할 수 있다. 분급 교반부(55)는 샤프트(551) 및 교반날개(552)를 포함하며, 그리고 저장부(60)는 저장 하우징(61)과 저장 교반부(63)를 포함한다. 자성 필터부는, 고상발포제 또는 제1 미소구체를 포함하는 필터링 대상의 이동 경로인 분급부(50)의 전단, 분급부(50)와 저장부(60)의 사이, 저장부(60)의 후단, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 어느 하나의 위치에 배치되어 필터링 대상에서 금속성 물질을 분리한다.
본 실시예에 따른 분급부, 저장부 및 자성 필터부는 도 1 내지 도 6의 실시예에 따른 분급부, 저장부 및 필터부와 동일한 구성 및 작용효과를 가지므로 중복된 설명은 생략한다.
이외 다른 구성은 도 1 내지 도 6의 실시예의 구성이 그대로 적용될 수 있다.
일 실시예에 따른 고상발포제의 분급 정제 방법은, 분급단계와 필터단계를 포함하여, 정제 및 분급된 고상발포제를 제공한다.
상기 분급단계는 분급공간에 제공된 유동가스에 의하여 상승된 고상발포체를 하강 속도에 따라 제1 미소구체와 제2 미소구체로 분류하는 단계이다.
상기 필터단계는 상기 제1 미소구체가 필터부를 통과하며 자성필터에 의하여 금속성 물질과 분리되어 정제되는 단계이다.
상기 분급단계는 진동발생부를 통해 상기 제1미소구체와 상기 제2미소구체의 하강을 촉진하는 진동과정을 적용할 수 있다.
상기 진동과정은, 상기 진동발생부를 통해 상기 분급공간(511)을 그 중심축(511a)을 중심으로 i) 상하로 움직이는 수직방향진동, ii) 좌우로 움직이는 수평방향진동 및 iii) 상하좌우로 모두 진동을 가하는 수직수평방향진동 중 적어도 하나를 가할 수 있다.
상기 진동과정은 상기 수직방향진동, 상기 수평방향진동 및 상기 수직수평방향진동을 임의의 순서로 또는 동시에 가할 수 있다.
상기 진동과정은, 상기 분급공간(511)을 그 중심축(511a)을 기준으로 i) 시계방향으로 회전시키는 방식, ii) 반시계방향으로 회전시키는 방식 및 iii) 시계방향과 반시계방향의 회전을 반복하여 진행하여 회전시키는 방식 중 적어도 하나를 적용할 수 있다.
상기 진동과정에 적용되는 진동은 100 내지 10,000 Hz의 진동일 수 있고, 500 내지 5,000 Hz의 진동일 수 있으며, 700 내지 3,500 Hz의 진동일 수 있다. 이러한 범위로 상기 진동을 적용하는 경우, 보다 효율적으로 고상발포제를 분류할 수 있다.
작고 가벼운 고상발포제 특성상, 유동가스의 상승으로 고상발포제가 상승 떨어지는 속도 차이에 의해 분류 가능하나, 유동가스에 의해 상승하여 쉽게 하강하지 않는 중공미세구체를 진동에 의해 더 빨리 하강시킬 수 있다. 즉, 이러한 진동과정은 고상발포제가 분급공간(511)에서 하강 되는 것을 촉진하는 하강진동(down force vibrating)의 방식으로 진행될 수 있고, 진동과정이 더 진행되면 보다 효율적이고 효과적인 분급이 진행될 수 있으며, 이러한 과정을 거쳐 형성된 연마층은 보다 결함이 적은 웨이퍼를 제조할 수 있다.
다른 일 실시예에 따른 고상발포제의 분급 정제 방법은, 고상발포제를 분급공간에 공급하는 공급단계; 상기 분급공간에 제공된 유동가스에 의하여 상승된 상기 고상발포체를 하강 속도에 따라 제1 미소구체와 제2 미소구체로 분류하는 분급단계; 상기 고상발포제 또는 상기 제1 미소구체를 포함하는 필터링 대상이 필터부를 통과하며 자성필터에 의하여 금속성 물질과 분리되어 정제되는 필터단계; 상기 제1 미소구체가 저장공간에 유입되어 저장되는 저장단계;를 포함한다.
상기 저장단계는, 상기 제2미소구체가 회수공간으로 회수되는 회수과정을 적용할 수 있다.
상기 분급단계는, 가스 공급홀(515)을 통해 상기 분급공간으로 상기 유동가스를 공급하는 분급가스공급과정을 적용할 수 있다.
상기 가스 공급홀(515) 등에 대한 자세한 설명은 위에서 한 설명과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
상기 분급단계는, 분급 배출홀을 통해 상기 제1 미소구체 및 상기 제2 미소구체를 배출하는 분급배출과정을 적용할 수 있다.
상기 분급 배출홀은 상기 분급공간과 상기 저장공간을 연결할 수 있다.
상기 분급 배출홀 등에 대한 자세한 설명은 위에서 한 설명과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
상기 분급공간, 상기 저장공간, 상기 회수공간 등에 대한 자세한 설명은 위에서 한 설명과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
상기 저장단계는, 저장 가스공급부(62)를 통해 상기 저장공간으로 유동가스를 주입하는 저장가스공급과정이 적용될 수 있다. 상기 유동가스의 흐름을 따라 제1 미소구체가 혼합될 수 있다.
상기 저장 가스공급부(62)는 저장공간에 연결되어 상기 저장공간으로 유동가스를 주입할 수 있다.
상기 저장단계는, 저장 교반부(63)를 통해 상기 저장공간에서 상기 제1미소구체를 혼합하면서 하강시키는 저장교반과정을 적용할 수 있다.
상기 저장 교반부(63)은 상기 저장공간에 배치된다.
상기 저장 교반부(63)는 저장공간에 회전할 수 있게 배치된 샤프트(631) 및 샤프트(631)에서 외측 방향으로 돌출된 복수의 교반날개(632)를 포함할 수 있다. 저장 교반부(63)는 제1 미소구체 하강 시 또는 제1 미소구체가 저장공간에 저장되어 있을 때 혼합 등의 목적으로 회전할 수 있다.
저장 교반부(63)의 회전으로 제1 미소구체는 혼합되면서 하강할 수 있다.
상기 저장 교반부(63)는 저장공간에 저장된 제1 미소구체를 혼합하여 제1 미소구체가 뭉치지 않도록 돕는다.
다른 일 실시예에 따른 고상발포제의 분급 정제 방법은, 분급공간에 제공된 유동가스에 의하여 상승된 상기 고상발포체를 하강 속도에 따라 제1 미소구체와 제2 미소구체로 분류하는 분급단계; 그리고 상기 제1 미소구체가 저장공간에 유입되어 저장되는 저장단계;를 포함하고, 상기 분급단계는 상기 분급공간 내를 회전하는 분급 교반부를 통해 분급교반과정을 적용하고, 상기 저장단계는 저장 교반부를 통해 상기 저장공간에서 상기 제1미소구체를 혼합하면서 하강시키는 저장교반과정을 적용하고, 필터단계를 상기 분급단계의 전, 상기 분급단계와 상기 저장단계의 사이, 또는 상기 저장단계의 후에 더 포함하고, 상기 필터단계는 상기 고상발포제 또는 상기 제1 미소구체를 포함하는 필터링 대상이 필터부를 통과하며 금속성 물질과 분리되어 정제되는 단계이다.
상기 분급단계는, 분급 배출홀을 통해 상기 제1 미소구체 및 상기 제2 미소구체를 배출하는 분급배출과정을 적용할 수 있다.
상기 분급 배출홀은 상기 분급공간과 상기 저장공간을 연결할 수 있다.
상기 분급 배출홀 등에 대한 자세한 설명은 위에서 한 설명과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
상기 분급 교반부(55)는 중심축(511a)과 평행 또는 평행하지 않은 회전축을 따라 회전하여 분급공간 내를 회전한다. 분급 교반부(55)는 분급 하우징(51)의 공기 등이 회전, 혼합될 수 있도록 하며, 고상발포제의 분급이 보다 효율적으로 진행될 수 있도록 돕는다.
상기 분급 교반부(55)는 스터러를 포함할 수 있다. 스터러는 중심축(511a)과 평행하게 위치하는 샤프트(551) 및 샤프트(551)와 연결되어 분급공간(511)의 둘레 방향으로 돌출된 다수개의 교반날개(552)를 포함할 수 있다.
상기 저장교반부(63) 등에 대한 자세한 설명은 위에서 한 설명과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
상기 고상발포제는 밀도가 100 kg/m3 이하일 수 있고, 밀도가 80 kg/m3 이하일 수도 있다. 상기 고상발포제는 밀도가 60 kg/m3 이하일 수 있다. 또한 상기 고상발포제는 밀도가 10 kg/m3 이상일 수 있다.
상기 고상발포제는 열 팽창된 마이크로 캡슐을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 고상발포제는 5 내지 200 ㎛의 평균 입경을 갖는 마이크로 벌룬 구조체일 수 있고, 평균 입경이 10 내지 50 ㎛인 것일 수도 있다.
상기 고상발포제는 열가소성 수지를 포함하는 외피; 및 외피 내부에 봉입된 발포제를 포함한 입자일 수 있고 입자가 팽창된 것일 수 있다. 상기 열가소성 수지 및 상기 발포제의 예시 등에 대한 자세한 설명은 위에서 한 설명과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
상기 고상발포제는 시판중인 상표명 익스판셀(expancel) 등이 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 고상발포제의 입경 등에 대한 자세한 설명은 위에서 한 설명과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
상기 유동가스는 건조공기 또는 질소가스이고, 상기 제1 미소구체는 수분율이 3 중량% 이하로 조절된다.
상기 자성필터는 상기 고상발포제 또는 제1 미소구체로부터 금속성 물질을 제거하여 금속성 이물질이 최소화된 분급된 고상발포제를 제공한다. 이를 통해 보다 디펙이 감소된 연마 특성을 갖는 연마층 등을 제공할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
1. 연마층의 형성
1) 미소중공구체의 분급
분급장치를 통해 분급을 진행하지 않은 중공미세구체(익스판셀, 평균입도 5.5 um, 수분율 3.5 %, 밀도 47.2 kg/m3)을 고상발포제의 분급 정제 장치에 도입했다. 비교예 1로, 자성필터를 적용하지 않고 분급만 진행한 것을, 비교예 2, 실시예 1과 실시예 2에는 질소가스를 분급과 정제를 진행한 후 회수한 것을 제시했다. 자성필터는 분급부의 후단 저장부와 분급부 사이에 배치해 실험을 진행했다. 진동회전은, 장치에 설치된 진동회전기를 작동하여 진행했고, 적용 여부는 아래 표 1에 제시했다.
수분율은 HX204 (메트레톨레도社)를 이용하여 샘플 당1 내지 3g 계량하여 120℃의 온도에서 1분30초 동안 가열하여 무게 증감을 확인하여 측정하였다.
밀도는 AccuPyc 1340 (Micromeritics社)를 이용하여 10cc 셀에 샘플을 넣어 무게 측정한 뒤 밀도를 측정했다.
평균입도는 S3500+(Microtrac社) 를 통해 에탄올 용매에 분산 하여 입도 측정하였다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2
유동가스 적용 안함 질소 가스 질소 가스 질소 가스
진동적용 유무 O O O O
자성필터 유무 X X O O
공정 후
수분율 (%)		 3.5 1 1.1 1
고상발포제밀도 (kg/m3) 47.2 45.2 45.2 45.1
물성
평균 입도(㎛)		 35.5 31.3 31.5 31.0
금속 제거율(mg/Kg) 0 0 98 106
상기 표 1을 참고하면, 비교예 1에 비하여 비교예 2, 실시예 1 및 2에서 모두 공정 후 수분율이 감소하는 것을 확인했고, 평균입도나 밀도의 경우, 정제 및 분급된 실시예의 경우가 더 낮은 값을 갖는다는 점을 확인했다. 금속 제거율의 경우도 자성필터를 적용하여 제거된 금속의 제거율이 실시예 1과 실시예 2에서 각각 98 mg/Kg 과 106 mg/Kg으로 나타나, 자성필터를 통해 금속성 이물질이 상당수 제거됨을 확인할 수 있었다.
2) 연마층의 제조
우레탄계 프리폴리머(NCO 9.1%, 중량평균분자량 1,200), 경화제(비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄)), 불활성가스(N2), 위에서 분급한 미소구체, 반응속도조절제(3차아민계 화합물) 등을 혼합물제조장치에 넣고 혼합하여 경화성혼합물을 제조하였다. 상기 미소구체는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 2 중량부 적용했다. 상기 경화성혼합물은 혼합된 후 몰드(가로 1,000 mm, 세로 1,000 mm, 높이 3 mm)에 주입하여 시트를 얻었다. 상기 시트는 표면연삭기로 연삭하고 팁을 이용히 그루브하는 과정을 거쳐 평균 두께 2 mm의 연마층을 각각 제조했다.
2. 연마층의 물성평가
CMP polishing 장비를 사용하여, TEOS-플라즈마 CVD법으로 제작한 산화규소막이 형성된 직경 300 ㎜의 실리콘 웨이퍼를 설치한 후, 실리콘 웨이퍼의 산화규소막 면을 아래로 하여 상기 다공성 폴리우레탄 연마패드를 붙인 정반 상에 세팅하였다. 이후, 연마 하중이 1.4 psi가 되도록 조정하고 121 rpm으로 연마패드를 회전시키면서 연마패드 상에 하소 실리카 슬러리를 190 ㎖/분의 속도로 투입하면서 정반을 115 rpm으로 60 초간 회전시켜 산화규소막을 연마하였다.
연마 후 실리콘 웨이퍼를 캐리어로부터 떼어내어, spin dryer에 장착하여 정제수(DIW)로 세정한 후 공기로 15 초 동안 건조하였다. 건조된 실리콘 웨이퍼를 광간섭식 두께 측정 장치를 사용하여 연마전후 막 두께 변화를 측정하고 연마율(Remove Rate)을 계산하였다.
건조된 실리콘 웨이퍼를 디펙 측정 장 비(제조사: Tenkor 사, 모델명: XP+)를 사용하여 연마후 디펙 수를 측정하였다. 디펙은 미세 스크레치나 채터마크를 의미한다. 300 mm 직경의 실리콘 웨이퍼를 적용해 평가한 결과로 아래 디펙의 수는 70685.83mm2 면적을 기준으로 평가한 결과이다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2
연마율 4095 A/min 4150 A/min 4098 A/min 4100 A/min
결함수 (개) 1550 800 120 110
상기 표 2의 결과를 참고하면, 비교예나 실시예들의 경우 모두 일정한 범위 내의 연마율을 보여서, 미소입자를 분급된 것을 적용하는지 여부가 연마율에 큰 차이를 가져오지는 않는 것으로 평가되었다. 그러나, 결함의 수에는 큰 차이를 보였는데, 특히 분급 과정에서 자성필터를 적용하는 경우 현저하게 결함의 수가 줄어든 것으로 확인되었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 고상발포제 분급 정제 장치 10a: 제1 배관
10b: 제2 배관 10c: 제3 배관
20a: 제1 펌프 20b: 제2 펌프
20c: 제3 펌프 30a, 30b: 필터부
31: 필터 하우징 311: 필터공간
312: 필터 유입구 32: 필터덮개
321: 필터 배출구 33: 필터부재
331: 거치부 332: 자석
40: 공급부 50: 분급부
51: 분급 하우징 511: 분급공간
511a: 중심축 512: 분급 유입홀
513: 제1 미소구체 배출홀 514: 제2 미소구체 배출홀
515: 가스 공급홀 516: 가스 배출홀
52, 62: 가스공급부 53: 와류발생부재
54: 배출필터 55: 분급 교반부
551, 631: 샤프트 552: 교반날개
56: 진동발생부 57: 회수부
60: 저장부 61: 저장 하우징
61a: 저장공간 611: 제1 몸체
611a: 제1 미소구체 유입홀 612: 제2 몸체
612a: 제1 미소구체 혼합 배출홀 63: 저장 교반부
632: 교반날개 70: 포장부

Claims (11)

  1. 분급공간에 제공된 유동가스에 의하여 상승된 고상발포체를 하강 속도에 따라 제1 미소구체와 제2 미소구체로 분류하는 분급단계; 그리고
    상기 제1 미소구체가 필터부를 통과하며 자성필터에 의하여 금속성 물질과 분리되어 정제되는 필터단계;를 포함하고,
    상기 분급단계는 진동발생부를 통해 상기 제1미소구체와 상기 제2미소구체의 하강을 촉진하는 진동과정을 적용하는,
    고상발포제의 분급 정제 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동과정은,
    상기 진동발생부를 통해 상기 분급공간을 그 중심축을 중심으로 상하로 움직이는 수직방향진동, 좌우로 움직이는 수평방향진동 및 상하좌우로 모두 진동을 가하는 수직수평방향진동 중 적어도 하나를 가하는,
    고상발포제의 분급 정제 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진동과정은,
    상기 진동발생부를 통해 상기 분급공간을 그 중심축을 중심으로 상하로 움직이는 수직방향진동, 좌우로 움직이는 수평방향진동 및 상하좌우로 모두 진동을 가하는 수직수평방향진동을 임의의 순서로 또는 동시에 가하는,
    고상발포제의 분급 정제 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진동과정은,
    상기 분급공간을 그 중심축을 기준으로 시계방향으로 회전시키는 방식, 반시계방향으로 회전시키는 방식 및 시계방향과 반시계방향의 회전을 반복하여 진행하여 회전시키는 방식 중 적어도 하나를 적용하는,
    고상발포제의 분급 정제 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 진동과정에 적용되는 진동은 100 내지 10,000 Hz의 진동인,
    고상발포제의 분급 정제 방법.
  6. 고상발포제를 분급공간에 공급하는 공급단계;
    상기 분급공간에 제공된 유동가스에 의하여 상승된 상기 고상발포체를 하강 속도에 따라 제1 미소구체와 제2 미소구체로 분류하는 분급단계;
    상기 고상발포제 또는 상기 제1 미소구체를 포함하는 필터링 대상이 필터부를 통과하며 자성필터에 의하여 금속성 물질과 분리되어 정제되는 필터단계; 그리고
    상기 제1 미소구체가 저장공간에 유입되어 저장되는 저장단계;를 포함하는,
    고상발포제의 분급 정제 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저장단계는 상기 제2 미소구체가 회수공간으로 회수되는 회수과정을 적용하는,
    고상발포제의 분급 정제 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 저장단계는,
    저장 가스공급부를 통해 상기 저장공간으로 유동가스를 주입하는 저장가스공급과정; 및
    저장 교반부를 통해 상기 저장공간에서 상기 제1미소구체를 혼합하면서 하강시키는 저장교반과정;을 적용하는,
    고상발포제의 분급 정제 방법.
  9. 분급공간에 제공된 유동가스에 의하여 상승된 상기 고상발포체를 하강 속도에 따라 제1 미소구체와 제2 미소구체로 분류하는 분급단계; 그리고
    상기 제1 미소구체가 저장공간에 유입되어 저장되는 저장단계;
    를 포함하고,
    상기 분급단계는 상기 분급공간 내를 회전하는 분급 교반부를 통해 분급교반과정을 적용하고,
    상기 저장단계는 저장 교반부를 통해 상기 저장공간에서 상기 제1 미소구체를 혼합하면서 하강시키는 저장교반과정을 적용하고,
    필터단계를 상기 분급단계의 전, 상기 분급단계와 상기 저장단계의 사이, 또는 상기 저장단계 후에 더 포함하고,
    상기 필터단계는 상기 고상발포제 또는 상기 제1 미소구체를 포함하는 필터링 대상이 필터부를 통과하며 자성필터에 의하여 금속성 물질과 분리되어 정제되는 단계인,
    고상발포제의 분급 정제 방법.
  10. 제1항, 제6항 및 제9항에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 고상발포제는 밀도가 100 kg/m3 이하인,
    고상발포제 분급 정제 방법.
  11. 제1항, 제6항 및 제9항에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동가스는 건조공기 또는 질소가스이고, 상기 제1 미소구체는 수분율이 3 중량% 이하인,
    고상발포제의 분급 정제 방법.
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