KR20230114371A - 가스 정화 필터 및 이를 포함하는 기판 처리 설비 - Google Patents

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박미라
장회구
신지웅
이기응
지연주
김지영
민준석
배두식
신동일
신상윤
이민선
이승빈
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 가스 정화 필터는, 가스 유입면을 갖는 제1 투기성(透氣性) 몸체; 상기 제1 투기성 몸체 상에 배치되며, 하기 [화학식 1]을 만족하는 인산계 화합물이 담지된 활성탄을 포함하는 제1 흡착층; 상기 제1 흡착층 상에 배치되며, SiO2/Al2O3 값이 약 50 이상인 소수성 제올라이트를 포함하는 제2 흡착층; 및 상기 제2 흡착층 상에 배치되고, 가스 유출면을 갖는 제2 투기성 몸체를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Hn+2PnO3n+1(n은 1이상의 정수이다.)

Description

가스 정화 필터 및 이를 포함하는 기판 처리 설비{Gas purifying filter and substrate treating apparatus including the same}
본 발명은 가스 정화 필터 및 이를 포함하는 기판 처리 설비에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 설비는, 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 팹 공정에서 형성된 반도체 소자의 전기적 특성을 검사하는 EDS(Electrical Die Sorting) 공정과, 반도체 소자들을 합성 수지로 봉지하고 개별화하기 위한 패키지 조립 공정을 포함할 수 있다.
이 중, 팹 공정에서는 증착, 포토, 식각, 세정 등과 같은 다수의 단위 공정들이 이루어질 수 있다. 각각의 단위 공정들은 파티클 등의 오염 물질이 엄격하게 제어된 청정 공간 내에서 수행되어야 한다. 예컨대, 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트를 감광시키는 노광 설비의 경우, 레티클에 형성된 소정의 패턴을 축소 투영하는 축소 렌즈 전후단으로 고순도의 공기가 공급되어야 한다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 반도체 제조 설비 내 오염을 방지할 수 있는 가스 정화 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 반도체 제조 설비 내의 오염을 방지하여 생산성이 향상된 기판 처리 설비를 제공하는 것이다.
예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터는, 가스 유입면을 갖는 제1 투기성(透氣性) 몸체; 상기 제1 투기성 몸체 상에 배치되며, 하기 [화학식 1]을 만족하는 인산계 화합물이 담지된 활성탄을 포함하는 제1 흡착층; 상기 제1 흡착층 상에 배치되며, SiO2/Al2O3 값이 약 50 이상인 소수성 제올라이트를 포함하는 제2 흡착층; 및 상기 제2 흡착층 상에 배치되고, 가스 유출면을 갖는 제2 투기성 몸체를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Hn+2PnO3n+1(n은 1이상의 정수이다.)
예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 설비는, 스피너 및 스캐너를 수용하는 작업 영역; 상기 작업 영역의 하부에 배치되어, 상기 스피너로부터 배출되는 배기 가스를 수용하는 하부 플리넘; 및 상기 하부 플리넘 내부에 배치되어 상기 스캐너와 연결되며, 제1 필터를 포함하는 공기 조절 캐비닛(air control cabinet)을 포함할 수 있다. 상기 제1 필터는, 가스 유입면을 갖는 제1 투기성(透氣性) 몸체; 상기 제1 투기성 몸체 상에 배치되며, 하기 [화학식 1]을 만족하는 인산계 화합물이 담지된 활성탄 포함하는 제1 흡착층; 상기 제1 흡착층 상에 배치되며, SiO2/Al2O3 값이 50 이상인 소수성 제올라이트를 포함하는 제2 흡착층; 및 상기 제2 흡착층 상에 배치되고, 가스 유출면을 갖는 제2 투기성 몸체를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Hn+2PnO3n+1(n은 1이상의 정수이다.)
예시적인 실시예들에 따른 가스 처리 필터는, 표면에 하이드록시기를 포함하고, 약 5 내지 약 20Å 크기의 기공을 갖는 활성탄을 포함하는 제1 흡착층; 및 상기 제1 흡착층 상에 배치되고, 약 5 내지 약 8Å 크기의 기공을 갖는 소수성 제올라이트를 포함하는 제2 흡착층을 포함할 수 있다. 상기 활성탄 및 상기 소수성 제올라이트의 총 중량 대비 상기 소수성 제올라이트의 중량은 약 5 내지 약 20 중량%일 수 있다.
반도체 제조 설비 내로의 오염물 유입을 방지할 수 있다. 예를 들어, 포토 스캐너(photo scanner) 설비 내로 트리메틸실레인(Trimethylsilane) 등의 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds, VOC)의 유입을 방지할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 설비를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 2a 내지 도 2c는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 포토 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터를 나타내는 단면도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터를 나타내는 단면도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터를 나타내는 단면도이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터를 나타내는 사시도이다.
도 7a 내지 도 7c는 는 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터를 도시하는 사시도이고, 도 7b는 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터를 도시하는 단면도이고, 도 7c는 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터를 나타내는 부분 사시도이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 설비를 나타내는 개략적인 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 다음과 같이 설명한다.
도 1을 참조하여, 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 설비에 대해 설명하기로 한다. 도 1은 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 설비를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 설비(10)는 하부 플리넘(100), 작업 영역(200), 상부 플리넘(300) 및 순환 통로(400)를 포함할 수 있다.
작업 영역(200)에서는 반도체 제조를 위한 다수의 단위 공정들(e.g., 증착, 포토, 식각, 세정 등)이 진행될 수 있다. 작업 영역(200)은 반도체 제조를 위한 단위 공정들이 진행되기 위한 청정 공간을 제공할 수 있다.
작업 영역(200)의 상부에는 작업 영역(200) 내로 정화된 공기를 공급하는 상부 플리넘(300)이 배치될 수 있다. 정화된 공기는 작업 영역(200)을 통과한 후 하부로 유출되어, 작업 영역(200)의 하부에 배치된 하부 플리넘(100)으로 이동할 수 있다. 작업 영역(200)으로부터 하부 플리넘(100)으로 배출된 가스는 순환 통로(400)를 통해 상부 플리넘(300)으로 이동하여, 작업 영역(200)으로 재유입될 수 있다.
도 1에 도시된 화살표(F1 내지 F9)는 기판 처리 설비(10) 내에서의 가스의 흐름을 도시한 것이다. 아래에서는, 기판 처리 설비(10) 내의 가스의 흐름에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판 처리 설비(10)의 외부로부터 하부 플리넘(100) 내부로 청정 공기(fresh air)가 유입될 수 있다(F1). 하부 플리넘(100)은 기판 처리 설비(10) 외부로부터 청정 공기를 유입하는 공기 유입부(110)를 포함할 수 있다.
공기 유입부(110)는 하부 플리넘(100) 내부로 청정 공기를 수용하고, 유입된 공기를 순환 통로(400)를 향해 이동시킬 수 있다(F2). 필요에 따라, 공기 유입부(110)는 순환 펌프를 포함할 수도 있다. 공기 유입부(110)에 의해 청정 공기가 상부로 이동함에 따라, 하부 플리넘(100) 내부에 수용되어 있던 가스 중 일부가 함께 상부로 이동할 수 있다. 하부 플리넘(100)과 순환 통로(400) 사이에 드라이 코일(Dry coil)(310)이 배치될 수 있다. 하부 플리넘(100)으로부터 순환 통로(400)로 이동하는 혼합 가스는 드라이 코일(310)을 통과할 수 있다. 반도체 제조 공정이 진행되는 작업 영역(200) 내부는, 생산 제품의 정밀도와 비례하여 온도 및 습도 조건의 정밀한 제어가 요구될 수 있다. 드라이 코일(310)은 외부로부터 유입된 청정 공기와 작업 영역(200)으로부터 배출된 배기 가스의 혼합 가스에 대한 열 교환 과정을 수행할 수 있다. 드라이 코일(310)은 작업 영역(200) 내부에서 요구되는 온도 및 습도 조건을 지속적으로 유지시켜 줄 수 있다.
드라이 코일(310)을 통과한 가스는 순환 통로(400)로 유입될 수 있다(F3). 가스는 순환 통로(400)를 따라 상부로 이동할 수 있다. 이후, 가스는 작업 영역(200) 상부에 배치된 상부 플리넘(300)으로 이동할 수 있다(F4, F6).
상부 플리넘(300)으로 이동한 가스는 작업 영역(200) 내부로 유입될 수 있다(F5, F7).
작업 영역(200)의 천장에는 팬 필터 유닛들(230)이 배치될 수 있다. 상부 플리넘(300)에 수용된 가스는 팬 필터 유닛들(230)을 통과하여 작업 영역(200) 내부로 유입될 수 있다. 각각의 팬 필터 유닛들(230)은 팬(미도시) 및 하나 이상의 필터들(미도시)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 필터는 팬의 하부에 제공될 수 있다.
팬 필터 유닛들(230)의 팬의 동작에 의해 상부 플리넘(300)의 가스가 작업 영역(200) 내부로 유입될 수 있다. 예시적인 실시예예서, 팬은 가스에 유동을 일으키는 날개차를 포함할 수 있다. 날개차는 예를 들어, 원주 상에 등간격으로 배치되는 다수의 날개를 가지고 회전하는 원통일 수 있다. 하나 이상의 필터들은 상부 플리넘(300)으로부터 유입되는 가스에 포함된 오염 물질을 제거할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 필터들은 헤파(High Efficiency Particulate Air, HEPA)　필터, 울파(Ultra-Low Penetration Air, ULPA) 또는 화학　필터(Chemical Filter, CF)일 수 있다. 상부 플리넘(300)으로부터 팬 필터 유닛들(230)을 통과하여 오염 물질이 제거된 청정 공기가 작업 영역(200) 내부로 유입될 수 있다.
작업 영역(200)에서 반도체 제조를 위한 다수의 공정들이 수행될 수 있다. 예를 들어, 작업 영역(200)에서는 증착, 포토, 식각, 세정 등과 같은 다수의 단위 공정들이 진행될 수 있다. 작업 영역(200) 내부에는 단위 공정들을 진행하기 위한 다수의 설비들이 구비될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 작업 영역(200) 내부에는 포토 공정을 진행하기 위한 스피너(210) 및 스캐너(220)가 구비될 수 있다. 스피너(210)에서는 포토레지스트(photoresist)의 도포 공정 및 현상 공정이 수행될 수 있다. 스캐너(220)에서는 축소 렌즈(도 2의 1600) 등을 이용한 포토레지스트의 노광 공정이 수행될 수 있다.
작업 영역(200) 내부의 공기는, 작업 영역(200)의 아래에 배치된 하부 플리넘(100)으로 이동할 수 있다(F8).
작업 영역(200)으로부터 배출된 가스는, 공기 유입부(110)로부터 유입된 청정 공기와 함께 혼합되어, 드라이 코일(310)을 통과하여 순환 통로(400)로 유입될 수 있다(F3). 순환 통로(400)로 유입된 혼합 가스는 상부 플리넘(300)으로 이동하여(F4, F6), 팬 필터 유닛(230)을 통과한 뒤, 작업 영역(200)으로 재유입될 수 있다(F5, F7). 이와 같이, 작업 영역(200)으로부터 배출된 배기 가스는 기판 처리 설비(10) 내부를 순환하며 정화되어, 다시 작업 영역(200) 내부로 유입될 수 있다.
하부 플리넘(100)에 유입된 가스 중 일부는 상술한 순환 경로를 거치지 않고, 작업 영역(200) 내부로 바로 유입될 수 있다(F9). 다만, 공기 유입부(110)로부터 유입된 청정 공기 중의 의도하지 않은 오염 물질 등에 의해, 하부 플리넘(100) 내부의 가스에 오염 물질이 포함되어 있을 수 있다. 하부 플리넘(100) 내부의 가스가 순환 경로를 거치지 않고 스캐너(220) 내부로 유입되는 경우, 스캐너(220) 내부에 오염 물질이 유입될 수 있다. 예를 들어, 스캐너(220) 내부로 유입되는 가스에 저분자량 실리콘(Si)계 오염 물질, 예를 들어, 트리메틸실란올(TMS)을 포함될 수 있다.
유입 가스 중에 포함된 트리메틸실란올에 의해, 스캐너(220) 내부의 축소 렌즈(도 2b의 1600) 표면이 오염될 수 있다. 트리메틸실란올은 크기가 약 4.2Å 내지 약 4.9Å 정도로 작고, 분자량이 약 90.2g/mol 정도로 작아, 스캐너(220) 내부로의 유입이 용이할 수 있다. 스캐너(220) 내부로 유입된 트리메틸실란올은, 스캐너 내부의 레이저 등의 광원에 의해 이산화규소(SiO2)로 분해될 수 있다. 이산화규소(SiO2)는 스캐너(220) 내부의 축소 렌즈(도 2b의 1600)에 부착되어, 렌즈 헤이즈(haze)를 유발할 수 있다. 이로 인해, 스캐너(220)에서의 노광 공정의 정밀도가 낮아지고, 제품 불량이 발생할 수 있다. 스캐너(220) 내부의 렌즈 교체 주기가 짧아져 공정 효율이 저해될 수도 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 설비(10)는, 스캐너(220) 내로 오염 물질이 유입되는 것을 방지하기 위해, 하부 플리넘(100)과 스캐너(220) 사이에 공기 조절 캐비닛(Air control cabinet)(120)을 포함할 수 있다. 공기 조절 캐비닛(120)은 하부 플리넘(100)으로부터 스캐너(220) 내로 유입되는 공기를 필터링하여, 공기에 포함된 오염 물질을 제거할 수 있다.
공기 조절 캐비닛(120)은 필터(130)를 포함할 수 있다. 필터(130)는 하부 플리넘(100)으로부터 유입되는 배기 가스 내의 오염 물질을 1차적으로 제거할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 공기 조절 캐비닛(120)은, 필터(130)를 포함하여 유기계 오염 물질을 효율적으로 제거할 수 있다. 필터(130)는 저분자량의 실리콘(Si)계 오염 물질, 예를 들어 TMS를 효율적으로 제거할 수 있다. 필터(130)의 구조, 오염 물질 제거 원리 등에 대해서는, 도 3을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
공기 조절 캐비닛(120)은 필터(130) 외의 다른 필터를 더 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 공기 조절 캐비닛(120)은 제1 필터(130) 및 제2 필터(140)를 더 포함할 수 있다.
제2 필터(140)는 제1 필터(130)에서 제거하지 못한 나머지 오염 물질들을 제거할 수 있다. 예를 들어, 제2 필터(140)는 유기계 또는 무기계 화합물을 제거할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 필터(140)에서는 활성탄 및 이온 교환 수지 중 하나 이상을 포함하는 하이브리드 필터(Hybrid Filter)일 수 있다. 다만, 제2 필터(140)의 구성 물질은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제2 필터(140)는 유해 가스 제거 활성을 갖는 금속산화물 분말을 포함하는 화학 필터일 수도 있다.
하부 플리넘(100)으로부터 공기 조절 캐비닛(120) 내부로 유입된 공기는, 제1 필터(130)와 제2 필터(140)를 순차적으로 통과할 수 있다. 필요에 따라, 공기 조절 캐비닛(120)은 제1 및 제2 필터들(130, 140) 외의 다른 필터들을 더 포함할 수 있다.
도 1의 실시예에서, 제1 필터(130)와 제2 필터(140)의 크기를 동일하게 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 필터들의 크기는 서로 다를 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 필터(140)는 제1 필터(130)에 포함된 소재의 약 10배 이상의 소재를 포함할 수 있다. 제2 필터(140)의 부피는 제1 필터(130)의 부피의 약 10배 이상일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 필터(130)는 유기계 오염 물질, 예를 들어 TMS를 효율적으로 제거할 수 있다. 이로써, 작업 영역(200) 내에서 수행되는 반도체 제조 공정의 정밀도 및 효율을 향상시킬 수 있다.
아래에서는, 도 1과 도 2a 내지 도 2c를 함께 참조하여, 작업 영역(200) 내에서 수행되는 공정의 일 예로서, 포토 공정에 대해 설명하기로 한다.
포토 공정은 작업 영역(200) 내의 스피너(210) 및 스캐너(220)를 사용하여 수행될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 스피너(210)에서는 포토레지스트의 도포 공정(도 2a) 및 현상 공정(도 2c)이 수행되고, 스캐너(220)에서는 포토레지스트의 노광 공정(도 2b)이 수행될 수 있다.
도 2a를 참조하면, 기판(1000) 상에 식각 대상막(1100), 반사 방지막(1200) 및 포토레지스트 막(1300)을 순차적으로 형성할 수 있다.
기판(1000)은 예를 들어, 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 실리콘-온-인슐레이터(Silicon-On-Insulator: SOI) 기판, 게르마늄-온-인슐레이터(Germanium-On-Insulator: GOI) 기판 등과 같은 반도체 기판을 사용할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 기판(1000)은 GaP, GaAs, GaSb 등과 같은 III-V족 화합물을 포함할 수도 있다.
식각 대상막(1100)은 포토레지스트 패턴으로부터 이미지가 전사되어 소정의 패턴으로 변환되는 층을 의미할 수 있다. 식각 대상막(1100)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 등과 같은 절연 물질을 포함하도록 형성될 수 있다. 다만, 식각 대상막(1100)의 물질은 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 식각 대상막(1100)은 금속, 금속 질화물, 금속 실리사이드, 금속 실리사이드 질화막 등과 같은 도전 물질을 포함하도록 형성되거나, 폴리실리콘과 같은 반도체 물질을 포함하도록 형성될 수 있다.
식각 대상막(1100)은 예를 들어, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 공정, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD) 공정, 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition: LPCVD) 공정, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition: HDP-CVD) 공정, 스핀 코팅(spin coating) 공정, 스퍼터링(sputtering) 공정, 원자층 증착 (Atomic Layer Deposition: ALD) 공정, 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition: PVD) 공정 들 중 적어도 하나의 공정에 의해 형성될 수 있다.
반사 방지막(1200)은 방향족 유기 물질(e.g., 페놀 수지, 노볼락 수지 등) 또는 무기 물질(e.g., 실리콘 산질화물 등)을 사용하여 형성될 수 있다. 반사 방지막(1200)은 스핀 코팅, 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating) 등의 막 도포 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 실시예들에 따라, 반사 방지막(1200)의 형성은 생략될 수도 있다.
포토레지스트 막(1300)은 유기 물질(e.g., 헥사메틸디실록산(Hexamethyldisiloxane, 이하 'HMDSO')) 등을 사용하여 형성될 수 있다. 포토레지스트 막(1300)은 스핀 코팅 공정, 딥 코팅 공정, 스프레이 코팅 공정 등과 같은 막 도포 공정을 통해 형성될 수 있다. 실시예들에 따라, 포토레지스트 조성물을 도포하여 예비 포토레지스트 막을 형성한 후, 베이킹(baking) 공정과 같은 경화 공정을 통해 포토레지스트 막(1300)이 형성될 수도 있다.
도 2b를 참조하면, 포토레지스트 막(1300) 상에 노광 공정을 수행할 수 있다.
포토레지스트 막(1300) 상부에 노광 마스크(1400)를 배치하고 노광 마스크(1400)에 포함된 개방부를 통해 광을 조사할 수 있다. 개방부를 통과한 빛은 회절 현상에 의해 사방으로 퍼질 수 있다. 기판(1000)과 노광 마스크(1400) 사이에 축소 렌즈(1600)를 배치할 수 있다. 노광 마스크(1400)를 통과하여 퍼진 빛을 축소 렌즈(1600)로 모아주어, 노광 마스크(1400)의 미세 형상을 기판(1000) 상에 정밀하게 반영할 수 있다.
노광 공정에 사용되는 광원은 특별히 제한되지 않는다. 노광 공정에 서용되는 광원으로서, 예를 들어 ArF, KrF, 전자빔, I-line, 극자외선(EUV) 광원 등을 사용할 수 있다.
노광 공정에 의해 포토레지스트 막(1300)은 노광부(1330) 및 비노광부(1350)로 구분될 수 있다. 노광부(1330)는 광원과 반응하여 예를 들어, 화학적 구조가 변성될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 현상(developing) 공정을 통해 포토레지스트 막(도 2b의 1300)의 노광부(도 2b의 1330)를 선택적으로 제거할 수 있다. 이에 따라, 식각 대상막(1100) 또는 반사 방지막(1200) 상에는 잔류하는 포토레지스트 막(도 2b의 1300)의 비노광부(도 2b의 1350)에 의해 포토레지스트 패턴(1500)이 정의될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 도 2a에 도시된 코팅(coating) 공정 및 도 2c에 도시된 현상 공정은 스피너(210)에서 수행되고, 도 2b에 도시된 노광(exposing) 공정은 스캐너(220)에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예들에서, 도 2a에 도시된 코팅(coating) 공정은 스피너(210)에서 수행되고, 도 2b에 도시된 노광(exposing) 공정은 스캐너(220)에서 수행되며, 도 2c에 도시된 현상 공정은 별도의 설비에서 수행될 수도 있다.
도 1 및 도 2a 내지 도 2c를 함께 참조하면, 스캐너(220) 내부로 F9 경로를 따라 유입되는 가스 중에 오염 물질이 포함된 경우, 스캐너(220) 내부의 축소 렌즈(1600)가 오염될 수 있다. 예를 들어, 스캐너(220) 내부로 TMS 등의 저분자량 실리콘(Si)계 오염 물질을 포함하는 가스가 유입되는 경우, TMS는 크기가 약 4.2Å 내지 약 4.9Å 정도로 작고, 분자량이 약 90.2g/mol 정도로 작아, 일반적인 탄소 기반 필터들(carbon-based filters)로는 제거가 어려울 수 있다. TMS 중 일부가 정화되지 않고, 스캐너(220) 내부로 유입되는 경우, TMS는 스캐너(220) 내부의 광원에 의해 이산화규소(SiO2)로 분해되어, 스캐너(220) 내부의 축소 렌즈(도 2b의 1600)에 부착될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 공기 조절 캐비닛(120)은 도 3에 도시된 필터(130)를 포함하여, 작업 영역(200) 내의 스캐너(220) 내부로 유입되는 가스로부터 TMS 등의 저분자량 실리콘(Si)계 오염 물질을 효과적으로 제거할 수 있다. 이로써, 스캐너(220) 내부의 축소 렌즈(1600)의 헤이즈를 방지할 수 있다.
아래에서는, 도 3을 참조하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 필터(130)에 대해 설명하기로 한다.
필터(130)는 제1 투기성 몸체(133), 제1 투기성 몸체(133) 상에 배치된 제1 흡착층(136), 제1 흡착층(136) 상에 배치된 제2 흡착층(139), 및 제2 흡착층(139) 상에 배치된 제2 투기성 몸체(133)를 포함할 수 있다.
공기는 제1 투기성 몸체(133)로 유입되어(F9), 제1 흡착층(136) 및 제2 흡착층(139)을 통과하여, 제2 투기성 몸체(133)로부터 유출될 수 있다(F10).
제1 및 제2 투기성 몸체(133)들은 기체 투과성을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 제1 투기성 몸체(133)는 예를 들어, 부직포, 여과지, 스펀지, 직물 등을 포함할 수 있다. 오염 물질은 제1 투기성 몸체(133)를 통과하여, 제1 및 제2 흡착층들(136, 139)에 흡착될 수 있다. 제1 및 제2 투기성 몸체(133)는 가스를 통과시키며, 제1 및 제2 흡착층들(136, 139)을 고정시킬 수 있다. 제1 투기성 몸체(133)는 가스 유입면을 포함하고, 제2 투기성 몸체(133)는 가스 유출면을 포함할 수 있다.
다만 실시예들에 따라, 제1 및 제2 투기성 몸체들(133) 중 하나 이상은 생략될 수 있다. 예를 들어, 공기는 제1 흡착층(136)으로 유입되어, 제2 흡착층(139)으로 유출될 수도 있다.
제1 흡착층(136)은 표면에 하이드록시기(-OH)를 포함하는 활성탄을 포함할 수 있다. 활성탄은 인산계 화합물이 담지되어, 표면에 하이드록시기가 형성될 수 있다. 인산계 화합물은 아래 [화학식 1]을 가질 수 있다. [화학식 1]에서 n 값은 1 이상의 정수일 수 있다. n 값의 상한은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 100 이하의 정수일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 인산계 화합물은 H4P2O7을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 인산계 화합물은 서로 다른 n 값을 갖는 2종 이상의 화합물을 포함할 수도 있다.
[화학식 1]
Hn+2PnO3n+1
제1 흡착층(136)에 포함된 인산계 화합물이 담지된 활성탄은, 공기 중의 오염 물질을 물리적으로 흡착 제거할 수 있다. 오염 물질은 활성탄의 기공에 의해 제거될 수 있다. 활성탄은 입자 내부에 기공을 포함하여 넓은 표면적을 가질 수 있다. 활성탄은 예를 들어, 반데르발스 결합에 의해 공기 중의 오염 물질을 제거할 수 있다.
제1 흡착층(136)에 포함된 인산계 화합물이 담지된 활성탄은, 공기 중의 오염 물질을 화학적으로도 제거할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 활성탄(AC) 표면의 하이드록시기는 TMS와 화학 결합하여, 공기 중의 TMS를 제거할 수 있다. 화학적 흡착은 오염 물질에 대한 환원 반응에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 하이드록시기는 TMS와 공유 결합을 형성하여, 물리적 흡착에 비해 우수한 고정력을 가질 수 있다.
제1 흡착층(136)에 포함된 인산계 화합물이 담지된 활성탄은, 활성탄 100 중량%에 대하여 인산계 화합물이 약 5 중량% 내지 약 15 중량% 로 담지될 수 있다. 인산계 화합물의 양이 5 중량% 미만인 경우, 활성탄의 하이드록시기에 의한 TMS 등의 오염 물질과의 화학 반응이 충분하지 않을 수 있다. 인산계 화합물의 양이 15 중량% 이상인 경우, 인산계 화합물이 활성탄의 기공을 막아서, 활성탄에 의한 오염 물질의 물리적 제거가 충분하지 않을 수 있다. 인산계 화합물의 양이 약 5 중량% 내지 약 15 중량%의 범위를 가짐으로써, 오염 물질의 제거 효율이 향상되며, 필터 지속 시간이 우수할 수 있다.
제1 흡착층(136)에 포함된 인산계 화합물이 담지된 활성탄은, 약 20mesh 내지 약 60mesh의 입자 크기를 가질 수 있다. 활성탄의 입자 크기가 작을수록, 저농도의 오염 물질 제거가 유리하며, 활성탄의 입자 크기가 클수록, 고농도의 오염 물질 제거가 유리할 수 있다. 제1 흡착층(136)에 포함된 활성탄의 입자 크기가 상술한 범위를 가짐으로써, 가스 중에 포함된 TMS 등의 저분자량 실리콘계 오염 물질을 효율적으로 제거할 수 있다.
제1 흡착층(136)에 포함된 인산계 화합물이 담지된 활성탄은, 약 5Å 내지 약 20Å의 크기의 기공을 가질 수 있다. TMS의 크기가 약 4.2Å 내지 약 4.9Å이므로, 활성탄은 TMS와 유사하거나 TMS보다 큰 크기의 기공을 포함할 수 있다. 활성탄의 기공이 약 5Å 이상인 경우, TMS가 활성탄의 기공으로 용이하게 흡착될 수 있다. 활성탄의 기공의 크기가 20Å 이하인 경우, 기공에 흡착되지 않고 기공을 통과하여 빠져나가는 TMS를 줄일 수 있다.
제1 흡착층(136)에 포함된 인산계 화합물이 담지된 활성탄은, 약 1,000m2/g 내지 3,000m2/g의 비표면적을 가질 수 있다. 활성탄의 비표면적이 상기 범위를 가짐으로써, 활성탄에 의한 공기 내 오염 물질의 흡착 효율이 향상될 수 있다. 이에 따라, 필터의 오염 물질의 제거 효율이 향상될 수 있다.
제1 흡착층(136)에 포함된 활성탄의 종류, 형상 등은 제한되지 않는다. 활성탄은 예를 들어, 야자계 활성탄, 석탄계 활성탄 등을 포함할 수 있다. 활성탄은 입상, 구형 또는 펠렛 형상일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 활성탄은 야자계 활성탄을 포함할 수 있다.
스캐너(220) 내부로 유입되는 가스는, TMS 외에도, 다른 오염 물질들이 더 포함될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 가스에는 TMS, 톨루엔, 퍼플루오로트리프로필아민 등이 포함될 수 있다. 상술한 오염 물질들은 제1 흡착층(136)의 활성탄에 의해 흡착될 수 있다. 다만, 상술한 오염 물질들 중 크기가 가장 작은 TMS는, 제1 흡착층(136)에서 쉽게 탈착될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 필터(130)는 제1 흡착층(136) 상에 배치되는 제2 흡착층(139)을 포함하여, 제1 흡착층(136)으로부터 탈착된 또는 흡착되지 못한 TMS를 2차적으로 제거할 수 있다.
제2 흡착층(139)은 제1 흡착층(136)과 함께, 공기 중의 오염 물질을 흡착하여 제거할 수 있다. 제2 흡착층(139)은 제1 흡착층(136)을 보조하여, 가스 정화 필터(130)의 내구성 및 수명을 향상시킬 수 있다.
제2 흡착층(139)은 소수성 제올라이트를 포함할 수 있다. 소수성 제올라이트는 친수성 제올라이트와 달리, 유해 가스 중에 포함된 수증기와 반응하지 않을 수 있다. 이에 따라, 유해 가스 중에 포함된 수증기가 제올라이트와 먼저 반응하여, TMS 등과 같은 다른 유해 가스와 반응하지 못하게 되는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.
제2 흡착층(139)에 포함된 소수성 제올라이트의 SiO2/Al2O3 값은 약 50 이상일 수 있다. 제2 흡착층(139)은 예를 들어, Y형 제올라이트일 수 있다. 제올라이트의 SiO2/Al2O3 값이 상기 범위를 가짐으로써, 제올라이트의 수증기와의 반응성이 감소되어, 유해 가스와의 반응성이 저하되는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 제2 흡착층(139)에 포함된 소수성 제올라이트의 SiO2/Al2O3 값은 예를 들어, 약 100 이상일 수 있다. 제2 흡착층(139)은 베타 제올라이트일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 흡착층(139)은 Y형 제올라이트 및 베타 제올라이트 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제2 흡착층(139)에 포함된 제올라이트의 기공의 크기(d2)는, 약 5Å 이상 약 20Å 이하일 수 있다. 제올라이트의 기공의 크기가 상기 범위를 만족하는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 오염 물질(PL)을 제올라이트(ZL)의 기공에 용이하게 흡착될 수 있다. 오염 물질로서, 예를 들어, TMS의 크기(d1)는 약 4.2Å 내지 약 4.9Å일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 흡착층(139)에 포함된 제올라이트의 기공의 크기(d2)는 약 5Å 이상 약 8Å 이하일 수 있다.
제1 흡착층(136)에 포함된 인산계 화합물이 담지된 활성탄 및 제2 흡착층(139)에 포함된 소수성 제올라이트의 총 중량 대비, 인산계 화합물이 담지된 활성탄의 중량은 약 80 내지 약 95 중량%일 수 있다. 제1 흡착층(136)에 포함된 인산계 화합물이 담지된 활성탄 및 제2 흡착층(139)에 포함된 소수성 제올라이트의 총 중량 대비, 소수성 제올라이트의 중량은 약 5 내지 약 20 중량%일 수 있다. 상기 범위를 만족하여, 하부 플리넘(도 1의 100)에 수용되어 F9의 경로로 이동하는 유해 가스에 포함된 TMS, 톨루엔 및 퍼플루오로트리프로필아민이 제1 흡착층(136)의 활성탄에 충분히 흡착되면서도, 활성탄에서 탈착된 TMS가 제2 흡착층(139)의 소수성 제올라이트에 흡착되어 TMS의 선택적 제거 효율이 향상될 수 있다.
도 4, 도 5, 도 6 및 도 7a 내지 도 7c는 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터를 나타낸 도면들이다. 도 4 내지 도 7c의 실시예들에서, 앞선 도 3과 동일한 도면 번호를 가지지만 알파벳이 다른 경우에는, 도 3과 다른 실시예를 설명하기 위한 것이다. 앞서 서술한 동일한 도면 번호에서 설명한 특징은 동일하거나 유사할 수 있다.
도 4를 참조하면, 가스 정화 필터(130a)는 제1 및 제2 투기성 몸체들(133a) 사이에, 교대로 배치되는 제1 흡착층들(136a) 및 제2 흡착층들(139a)을 포함한다는 점에서, 도 3의 실시예와 차이가 있다.
유해 가스는 제1 투기성 몸체(133a)로 유입된 후(F9), 복수의 제1 및 제2 흡착층들(136a, 139a)을 교대로 통과하여, 제2 투기성 몸체(133a)를 통해 유출될 수 있다(F10).
제1 흡착층(136a)에 의해 흡착되지 못하거나, 제1 흡착층(136a)에 흡착된 후 탈착된 TMS는 제2 흡착층(139a)에서 재흡착되어 제거될 수 있다. 가스 정화 필터(130a)는 복수 개의 제1 및 제2 흡착층들(136a, 139a)을 포함하여, TMS의 재흡착 빈도를 증가시킬 수 있다. 이로써, 가스 정화 필터(130a)의 TMS 제거 효율이 향상될 수 있다.
도 5를 참조하면, 가스 정화 필터(130b)는 제1 및 제2 투기성 몸체들(133a) 사이에, 복수의 제1 흡착층들(136a) 및 복수의 제2 흡착층들(139a)을 포함한다는 점에서, 도 3의 실시예와 차이가 있다. 도 5의 가스 정화 필터(150b)는, 제1 흡착층들(136b)및 제2 흡착층들(139b) 각각이 연속 배치된다는 점에서, 도 4의 실시예와 차이가 있다.
가스 정화 필터(150b)는 제1 및 제2 흡착층들(136b, 139b)이 연속 적층된 부분을 포함하므로, 각 흡착층들에서 제거할 수 있는 TMS의 양이 증가할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 연속한 두 층의 제1 흡착층들(136b)에서 다량의 TMS를 흡착한 후, 제1 흡착층들(136b)로부터 탈착되는 TMS를 연속한 두 층의 제2 흡착층들(139b)에서 재흡착할 수 있다. 이로써, 가스 정화 필터(130b)의 TMS 제거 효율이 향상될 수 있다.
도 6을 참조하면, 가스 정화 필터(130c)는 지그재그 형상을 갖는다는 점에서, 앞선 실시예들과 차이가 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 가스 정화 필터(130c)는 각각 지그재그 형상을 갖는 제1 투기성 몸체(133c), 제1 흡착층(136c), 제2 흡착층(139c) 및 제2 투기성 몸체(133c)가 적층된 구조를 가질 수 있다. 가스 정화 필터(130c)는 지그재그 형상을 가져, 유해 가스와의 접촉 면적이 증가할 수 있다. 이로써, 유해 가스 내의 오염 물질의 제거 효율이 향상될 수 있다. 가스 정화 필터(130c)의 형상은 지그재그 형상에 한정되는 것은 아니며, 가스와의 접촉 면적을 향상시킬 수 있는 다른 형상(e.g., 물결 형상)을 가질 수도 있다.
가스 정화 필터(130c)는 프레임(FRc) 내부에 하나 이상 배치될 수 있다. 가스 정화 필터(130c)가 복수 개 배치되는 경우, 프레임(FRc) 및 벽들(Wc)에 의해 가스 정화 필터(130c)가 지지될 수 있다. 다만, 프레임(FRc)의 형상, 벽(Wc)의 개수 등은 변경될 수 있다. 예를 들어, 프레임(FRc)은 공기 유입 및 유출 방향에 수직하게, 프레임(FRc)의 상면 및 하면에 배치되는 메쉬형의 플레이트가 더 포함할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 는 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터를 도시하는 사시도이고, 도 7b는 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터를 도시하는 평면도이고, 도 7c는 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터를 나타내는 부분 사시도이다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 가스 정화 필터(130d)는 지그재그 형상을 가지며, 원통형의 프레임 내부에 배치될 수 있다.
가스 정화 필터(130d)는 외측 및 내측 프레임(FR2) 사이에 배치될 수 있다. 공기는 외측 프레임(FR2)을 통해 유입될 수 있다(F9). 유입된 공기는 가스 정화 필터(130d)를 통과하여, 상부 프레임(FR1)을 통해 유출될 수 있다(F10). 예시적인 실시예에서, 외측 및 내측 프레임(FR2) 및 상부 프레임(FR1)은 기체가 통과할 수 있는 메쉬형의 플레이트일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하부 프레임(FR3)은 기체가 통과할 수 없는 플레이트일 수 있다.
도 8 및 도 9는 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터의 제조 공정을 도시한 흐름도들이다. 도 8 및 도 9는 각각 도 3의 가스 정화 필터(130)의 제조 공정을 설명하기 위한 것이다.
도 8을 도 3과 함께 참조하면, 제1 투기성 몸체(133) 상에 제1 용융 접착제를 도포할 수 있다(S10).
제1 용융 접착제는 약 40℃ 내지 약 140℃의 용융점을 가질 수 있다. 제1 용융 접착제는 예를 들어, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리이소프로필렌 및 스테렌-이소프로필렌 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 용융 접착제 상에 인산계 화합물이 담지된 활성탄을 도포할 수 있다(S11).
제1 용융 접착제 및 활성탄을 냉각하여 제1 흡착층(136)을 형성할 수 있다(S12). 냉각된 제1 용융 접착제에 의해 제1 흡착층(136)의 내구성 및 제1 투기성 몸체(133)와의 밀착력이 향상되어, 가스 정화 필터(130)의 안정성이 향상될 수 있다.
제1 흡착층(136) 상에 제2 용융 접착제를 도포할 수 있다(S13).
제2 용융 접착제는 약 40℃ 내지 약 140℃의 용융점을 가질 수 있다. 제1 용융 접착제는 예를 들어, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리이소프로필렌 및 스테렌-이소프로필렌 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제2 용융 접착제는 제1 용융 접착제와 동일하거나 다른 물질을 포함할 수 있다.
제2 용융 접착제 상에 소수성 제올라이트를 도포할 수 있다(S14).
제2 용융 접착제 및 소수성 제올라이트 상에, 제2 투기성 몸체(133)를 도포할 수 있다(S15).
제2 용융 접착제 및 제올라이트를 냉각하여 제2 흡착층(139)을 형성할 수 있다(S16). 제2 흡착층(139)이 제2 용융 접착제를 포함함으로써, 가스 정화 필터(130)의 내충격성 및 내구성이 향상될 수 있다.
상술한 S10 내지 S16 단계를 수행하여, 도 3에 도시된 가스 정화 필터(130)를 제조할 수 있다.
다음으로, 도 9을 도3과 함께 참조하면, 인산계 화합물이 담지된 활성탄을 제1 용매에 용해시켜 제1 용액을 생성할 수 있다(S20).
상기 인산계 화합물이 담지된 활성탄은, 활성탄을 인산계 화합물이 용해된 용액에 함침시킨 후, 건조 및 소성하여 제조될 수 있다.
함침은 인산계 화합물이 용해된 용액에 활성탄을 첨가한 후, 상온에서 약 30분 내지 약 2시간 동안 방치함으로써 수행될 수 있다.
건조는 활성탄이 함침된 용액을 약 90℃ 내지 약 120℃의 온도 조건에서, 약 10시간 내지 약 15시간 동안 방치함으로써 수행될 수 있다.
소성은 건조된 활성탄을 약 150℃ 내지 450℃의 온도에서 방치함으로써 수행될 수 잇다. 소성을 상기 범위의 온도에서 수행함으로써, 인산계 화합물이 활성탄에 균일하게 담지되고, 활성탄에 포함된 수분량이 감소될 수 있다. 이에 따라, 가스 정화 필터의 수명 및 내열성이 향상될 수 있다. 소성 온도는 예를 들어, 약 300℃ 내지 약 400℃일 수 있다. 소성은 약 1시간 내지 약 5시간 동안 수행될 수 있다.
다만, 인산계 화합물이 담지된 활성탄의 제조 방법은 상술한 것에 한정되지 않으며, 각 단계에서의 온도, 시간 등은 활성탄의 양, 인산계 화합물의 농도 등에 따라 변경될 수 있다.
제1 투기성 몸체(133) 상에 S20에서 생성된 제1 용액을 도포한 후, 제1 용매를 제거하여 제1 흡착층을 형성할 수 있다(S21).
제올라이트를 제2 용매에 용해시킨 제2 용액을 생성할 수 있다(S22). S22 단계는 S20 전, S20 후 S21 전, 또는 S21 후에 수행될 수 있다. S22의 수행 순서는 한정되지 않는다.
S21에서 형성된 제1 흡착층 상에 제2 용액을 도포한 후, 제2 용매를 제거하고 제2 흡착층(139)을 형성할 수 있다(S23).
상술한 S20 내지 S23 단계를 수행하여, 도 3에 도시된 가스 정화 필터(130)를 제조할 수 있다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 설비(10a)를 나타내는 개략적인 구성도이다. 도 10의 실시예에서, 도 1에서 서술한 동일한 도면 번호에서 설명한 특징은 동일하거나 유사할 수 있다.
도 10의 기판 처리 설비(10a)는 하부 플리넘(100)의 내부에 유기 오염 분석기(240)를 더 포함한다는 점에서, 기판 처리 설비(10)와 차이가 있다.
유기 오염 분석기(240)는 공기에 포함된 오염 물질 각각에 대하여 농도를 정량적 또는 정성적으로 측정할 수 있다. 유기 오염 분석기(240)는 하부 플리넘(100)의 공기 중 오염 물질을 측정한 제1 농도, 하부 플리넘(100)의 공기가 공기 조절 캐비닛(120)의 제1 필터(130)를 통과한 후의 공기 중 오염 물질을 측정한 제2 농도, 및 스캐너(220) 내로 유입된 공기 중의 오염 물질을 측정한 제3 농도를 측정할 수 있다. 제1 내지 제3 농도들은 측정 위치에 설치된 샘플링 튜브에 의해 측정될 수 있다.
유기 오염 분석기(240)에서 측정된 제1 농도 및 제2 농도를 비교하면, 제1 필터(130)의 효율 및 수명을 평가할 수 있다. 유기 오염 분석기(240)에서 측정된 제2 농도 및 제3 농도를 비교하면, 제2 필터(140)의 오염 변화량을 평가할 수 있다. 유기 오염 분석기(240)에서 측정된 제3 농도를 관찰하여, 스캐너(220) 내의 축소 렌즈(도 2b의 1600)의 오염 변화량을 평가할 수 있다.
도 10의 기판 처리 설비(10a)는 유기 오염 분석기(240)를 더 포함하여, 제1 및 제2 필터들(130, 140)의 효율 및 수명을 평가할 수 있고, 스캐너(220) 내의 렌즈가 배치된 영역 환경의 오염 정도를 평가할 수 있다.
이하 구체적인 실시예를 참고하여 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 가스 정화 필터를 더욱 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
부직포 상에 폴리프로필렌 공중합체를 용융시켜 도포하였다. 용융된 폴리프로필렌 공중합체 상에 인산이 하기 표 1과 같이 담지된 활성탄을 도포하였다.
이후, 부직포 및 활성탄을 냉각시켜, 부직포 상에 제1 흡착층을 형성하였다.
이후, 제1 흡착층 상에 용융된 폴리프로필렌 공중합체를 다시 도포하였다.
이후, 하기 표 1에 기재된 제올라이트를 용융된 폴리프로필렌 공중합체에 도포하고, 다른 부직포로 덮었다.
이후, 적층체를 냉각시켜 제1 흡착층 상에 제2 흡착층을 형성하여, 가스 정화 필터를 제조하였다.
[비교예 1]
제2 흡착층을 형성하지 않은 점, 및 제1 흡착층의 활성탄에 인산을 담지하지 않은 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 가스 정화 필터를 제조하였다.
[비교예 2]
제2 흡착층을 형성하지 않은 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 가스 정화 필터를 제조하였다.
[비교예 3]
제1 흡착층을 형성하지 않은 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 가스 정화 필터를 제조하였다.
[비교예 4]
제1 흡착층과 제2 흡착층의 비율을 달리한 점을 제외하고, 제1 실시예와 동일한 방법으로 가스 정화 필터를 제조하였다.
구분 인산 담지된 활성탄 제올라이트 필터 내 제올라이트의 함량(%)
활성탄 기공 크기
(Å)		 인산 담지량
(%)		 종류 기공 크기
(Å)		 SiO2/Al2O3
실시예 1 5 10 베타 제올라이트 6.5 110 10
비교예 1 5 0 - - - 0
비교예 3 5 10 - - - 0
비교예 3 - - 베타 제올라이트 6.5 110 100
비교예 4 5 10 베타 제올라이트 6.5 110 30
실시예 1 및 비교예 1 내지 4에 대하여, 아래의 실험예 1 내지 4를 수행하였다.
실험예 1 및 실험예 2는, 복합 가스 환경에서의 TMS 흡착 성능을 확인하기 위해, 실시예 1 및 비교예 1에 대하여, TMS, 톨루엔, 퍼플루오로트리프로필아민의 복합 가스를 각각 고농도 및 저농도로 주입하여, 파과 시간을 평가하였다.
[실험예 1]
실시예 1, 비교예 1 및 비교예 4의 가스 정화 필터를 약 5cm의 지름을 갖는 원형으로 잘라내어, 온도 23℃, 상대습도 45%의 조건 하에서, TMS, 톨루엔 및 퍼플루오로트리프로필아민이 각각 10ppm 인입되는 농도 조건을 설정하였다. 이후, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 4의 각각의 가스 정화 필터의 흡착 성능을 평가하였다.
실시예 1, 비교예 1 및 비교예 4의 각각의 가스 정화 필터에 유해 가스가 통과하기 시작하는 시간부터, 파과되어 제거 효율이 90%가 되는 시간(이하, '파과 시간')을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다.
[실험예 2]
실시예 1, 비교예 1 및 비교예 4의 가스 정화 필터를 약 5cm의 지름을 갖는 원형으로 잘라내어, 온도 23℃, 상대습도 45%의 조건 하에서, TMS가 10ppm, 톨루엔 및 퍼플루오로트리프로필아민이 각각 50ppm씩 인입되는 농도 조건을 설정하였다. 이후, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 4의 각각의 가스 정화 필터의 흡착 성능을 평가하였다.
실시예 1, 비교예 1 및 비교예 4의 파과 시간을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다.
구분 실험예 1(저농도 복합 가스) 실험예 2(고농도 복합 가스)
TMS 파과 시간 (분) 톨루엔 파과 시간 (분) 퍼플루오로트리프로필아민 파과시간 (분) TMS 파과 시간 (분) 톨루엔 파과 시간 (분) 퍼플루오로트리프로필아민 파과시간 (분)
실시예 1 640 730 710 150 180 110
비교예 1 590 775 750 110 190 120
비교예 4 550 630 550 130 170 100
다음으로, 실험예 3 및 실험예 4는 인산계 화합물이 담지된 활성탄, 인산계 화합물이 담지되지 않은 활성탄, 제올라이트 각각의 유해 가스에 대한 흡착 성능을 비교 확인하기 위해, 비교예 1 내지 3에 대한 실험을 수행하였다.
[실험예 3]
비교예 1 내지 3이 가스 정화 필터 20cc에, 온도 23℃, 상대습도 45%의 조건 하에서, TMS가 10ppm 인입되는 농도 조건을 설정하였다. 이후, 비교예 1 내지 3의 흡착 성능을 평가하였다.
비교예 1 내지 3의 파과 시간을 측정하여, 아래 표 3에 나타내었다.
[실험예 4]
비교예 1 내지 3의 가스 정화 필터 20cc에, 온도 23℃, 상대습도 45%의 조건 하에서, TMS 및 톨루엔이 각각 10ppm 인입되는 농도 조건을 설정하였다. 이후, 비교예 1 내지 3의 흡착 성능을 평가하였다.
비교예 1 내지 3의 파과 시간을 측정하여, 아래 표 3에 나타내었다.
구분 TMS 단독 평가 시 파과 시간(분) TMS 및 톨루엔 복합 평가
TMS 파과 시간(분) 톨루엔 파과 시간 (분)
비교예 1 660 230 430
비교예 2 1,100 660 440
비교예 3 320 270 50
상기 표 2 및 표 3을 참조하면, 실시예 1은 활성탄에 인산계 화합물이 담지되지 않거나, 제1 흡착층 및 제2 흡착층 중 어느 하나만을 포함하는 비교예들보다 우수한 파과시간을 나타내었다.
또한, 인산계 화합물이 담지된 활성탄과 제올라이트의 비율을 달리한 실시예 1과 비교예 4를 대비하면, 최적 흡착 비율을 가진 실시예 1이 TMS 파과시간이 높아 우수한 필터 성능을 갖는 것으로 확인되었다.
표 3을 참조하면, TMS 단독 평가 시에, 파과 시간은 인산계 화합물이 담지된 활성탄(비교예 2), 인산계 화합물이 담지되지 않은 활성탄(비교예 1) 및 제올라이트(비교예 3) 순서로 우수하게 나타났다.
반면, TMS 및 톨루엔의 복합 평가 시, TMS 파과 시간은 인산계 화합물이 담지된 활성탄(비교예 2), 제올라이트(비교예 3) 및 인산계 화합물이 담지되지 않은 활성탄(비교예 1) 순서로 우수하게 나타났다.
제올라이트(비교예 3)는, 인산계 화합물이 담지되지 않은 활성탄(비교예 1)보다 비표면적이 작아, TMS 단독 평가한 실험예 3에서 TMS 흡착량이 적게 나타났다.
반면, TMS 및 톨루엔 복합 평가 시에는, 제올라이트(비교예 3)의 TMS 흡착량이, 인산계 화합물이 담지되지 않은 활성탄(비교예 1)의 TMS 흡착량보다 증가하였다. 제올라이트(비교예 3)는 톨루엔의 분자 크기와 유사한 크기의 기공을 가지므로, 제올라이트(비교예 3)의 톨루엔 흡착량은 저하되고 TMS 흡착량은 증가될 수 있다. 이로 인해, 제올라이트(비교예 3)의 TMS 흡착량이 인산계 화합물이 담지되지 않은 활성탄(비교예 1)의 흡착량보다 증가하였다.
이로부터, 복합 가스 환경에서 인산계 화합물이 담지된 활성탄과 제올라이트를 동시에 사용하면, 인산계 화합물이 담지되지 않은 활성탄을 사용하는 경우보다 TMS를 선택적으로 흡착할 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 기판 처리 설비 100: 하부 플리넘
110: 공기 유입부 120: 공기 조절 캐비닛
130: 제1 필터 133: 투기성 몸체
136: 제1 흡착층 139: 제2 흡착층
140: 제2 필터 200: 작업 영역
210: 스피너 220: 스캐너
230: 팬 필터 유닛 240: 유기 오염 분석기
300: 상부 플리넘 310: 드라이 코일
400: 순환 통로

Claims (10)

  1. 가스 유입면을 갖는 제1 투기성(透氣性) 몸체;
    상기 제1 투기성 몸체 상에 배치되며, 하기 [화학식 1]을 만족하는 인산계 화합물이 담지된 활성탄을 포함하는 제1 흡착층;
    상기 제1 흡착층 상에 배치되며, SiO2/Al2O3 값이 50 이상인 소수성 제올라이트를 포함하는 제2 흡착층; 및
    상기 제2 흡착층 상에 배치되고, 가스 유출면을 갖는 제2 투기성 몸체를 포함하는, 가스 정화 필터.
    [화학식 1]
    Hn+2PnO3n+1(n은 1이상의 정수이다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인산계 화합물이 담지된 활성탄은, 상기 활성탄 100 중량%에 대하여 상기 인산계 화합물을 5 내지 15 중량%로 포함하는, 가스 정화 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 활성탄의 기공 크기는 5 내지 20Å이고,
    상기 소수성 제올라이트의 기공 크기는 5 내지 8Å인, 가스 정화 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투기성 몸체의 상기 가스 유입면에 유입되는 가스는, 트리메틸실란올(trimethylsilanol), 톨루엔(toluene) 및 퍼플루오로트리프로필아민(perfluorotripropylamine) 중 적어도 하나를 포함하는, 가스 정화 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인산계 화합물이 담지된 활성탄 및 상기 소수성 제올라이트의 총 중량 대비, 상기 인산계 화합물이 담지된 활성탄의 중량은 80 내지 95중량%이고,
    상기 인산계 화합물이 담지된 활성탄 및 상기 소수성 제올라이트의 총 중량 대비, 상기 소수성 제올라이트의 중량은 5 내지 20중량%인, 가스 정화 필터.
  6. 스피너 및 스캐너를 수용하는 작업 영역;
    상기 작업 영역의 하부에 배치되어, 상기 스피너로부터 배출되는 배기 가스를 수용하는 하부 플리넘; 및
    상기 하부 플리넘 내부에서 상기 스캐너의 하부에 배치되며, 제1 필터를 포함하는 공기 조절 캐비닛(air control cabinet)을 포함하고,
    상기 제1 필터는,
    가스 유입면을 갖는 제1 투기성(透氣性) 몸체;
    상기 제1 투기성 몸체 상에 배치되며, 하기 [화학식 1]을 만족하는 인산계 화합물이 담지된 활성탄 포함하는 제1 흡착층;
    상기 제1 흡착층 상에 배치되며, SiO2/Al2O3 값이 50 이상인 소수성 제올라이트를 포함하는 제2 흡착층; 및
    상기 제2 흡착층 상에 배치되고, 가스 유출면을 갖는 제2 투기성 몸체를 포함하는, 기판 처리 설비.
    [화학식 1]
    Hn+2PnO3n+1(n은 1이상의 정수이다.)
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하부 플리넘에 수용된 공기의 적어도 일부는, 상기 공기 조절 캐비닛을 통과하여 상기 스캐너 내부로 유입되는, 기판 처리 설비.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 공기 조절 캐비닛은 상기 제1 필터 상에 배치된 제2 필터를 더 포함하고,
    상기 제2 필터는 활성탄 및 이온 교환 수지 중 적어도 하나를 포함하는, 기판 처리 설비.
  9. 표면에 하이드록시기를 포함하고, 5 내지 20Å 크기의 기공을 갖는 활성탄을 포함하는 제1 흡착층; 및
    상기 제1 흡착층 상에 배치되고, 5 내지 8Å 크기의 기공을 갖는 소수성 제올라이트를 포함하는 제2 흡착층을 포함하고,
    상기 활성탄 및 상기 소수성 제올라이트의 총 중량 대비 상기 소수성 제올라이트의 중량은 5 내지 20 중량%인, 가스 정화 필터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 활성탄은 인산계 화합물이 담지된 활성탄이고,
    상기 인산계 화합물은 H4P2O7을 적어도 포함하는, 가스 정화 필터.



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