[논문]반도체 공정용 기능수의 용해오존 분해장치에 관한 연구

문세호; 채상훈; 손영수

반도체 공정용 기능수의 용해오존 분해장치에 관한 연구
A Study on Dissolved Ozone Decomposer in Ozonated Water for Semiconductor Process 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. SD, 반도체, v.48 no.5 = no.407, 2011년, pp.6 - 11

문세호 (호서대학교 전자공학과) , 채상훈 (호서대학교 전자공학과) , 손영수 (한국기계연구원 나노융합시스템연구본부)

초록
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반도체 및 LCD 세정공정에 사용된 오존수 속의 용해오존을 분해할 수 있는 시스템을 개발함으로써 향후 고성능-저가격의 반도체, LCD PR 박리 및 세정 공정에 적용할 수 있는 핵심 공정기술을 확보하였다. 이 기술을 적용하면 반도체 웨이퍼 및 LCD 평판의 PR 박리 세정 공정을 보다 빠르고 저렴한 비용으로 수행할 수 있으므로 반도체 및 LCD 공정 생산성의 향상을 꾀할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

We have developed dissolved ozone decompose system in the used ozonated water for the semiconductor and LCD fabrication processes, which will be base of obtaining core process technology in the high performance, low price semiconductor and LCD fabrications. Using this technology, it is possible for ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

첫째, UV 조사법에 의한 단일 메카니즘으로 수중 오존 분해 시험을 하였다. 본 연구에서는 UV 광화학 반응에 의한 오존의 붕괴를 유도 하는 것을 기본으로 한다. 따라서 UV 조사를 통한 단일 붕괴 방법에 의한 시험을 가장 먼저 진행 하였다.
본 연구에서는 이러한 UV 분해법의 문제점을 개선하기 위하여 UV와 촉매를 병행한 오존 분해 방법을 개발하고자 한다.
본 연구에서는 자외선(UV) 분해법에 촉매법을 병행한 효과적인 용존 오존 제거 장치를 개발하고자 한다.
둘째, UV 조사법과 병행하여 UV를 도와서 광화학 반응을 활성화시킬 수 있는 Ti계 광촉매를 오존 분해장치 관로에 투입하여 효과를 시험하도록 하였다. 즉, UV 조사법과 더불어 광촉매에 의한 광화학 반응의 활성도 증가 효과를 보기 위한 실험을 하였다. 셋째, UV 조사법과 Mn계 일반촉매를 병용하는 시험을 진행하였다.

가설 설정

그림 3은 전체 시스템을 나타낸 것으로써 왼쪽으로부터 오존분해장치, 기능수 세정장치(cleaning bath), 오존용해 기능수 생성장치(ozonated DI water generator)로 이루어져있다. 시험용 시스템을 구성함에 있어서 오존용해 기능수의 생성 장치로부터 10～ 20ppm의 오존 용해수를 생성하여 세정을 한다고 가정하였으며, 생성된 오존수를 오존 분해장치에 통과시켜 투입 전후의 오존 용해 농도의 변화량을 측정하였다. 오존분해를 위한 시험기의 UV 램프는 253.

제안 방법

Mn계 촉매는 본 과제의 주요 오존 붕괴 요소인 자외선과는 아무 상호 작용이 없다. 그러나 UV를 사용할 경우에는 광원으로부터 멀리 떨어진 곳에서는 광도의 저하에 의한 손실을 피할 수 없으므로, 광원으로부터 멀리 떨어져 광도의 저하가 일어나는 위치에서 광원 없이 작용할 수 있는 Mn계 촉매를 배치함으로써 Mn계 촉매의 부수적인 효과를 관찰하는 실험을 수행하였다. 그 결과 각각의 방법에 의한 결과는 다음과 같이 나타났다.
따라서 UV 조사를 통한 단일 붕괴 방법에 의한 시험을 가장 먼저 진행 하였다. 둘째, UV 조사법과 병행하여 UV를 도와서 광화학 반응을 활성화시킬 수 있는 Ti계 광촉매를 오존 분해장치 관로에 투입하여 효과를 시험하도록 하였다. 즉, UV 조사법과 더불어 광촉매에 의한 광화학 반응의 활성도 증가 효과를 보기 위한 실험을 하였다.
본 연구에서는 UV 광화학 반응에 의한 오존의 붕괴를 유도 하는 것을 기본으로 한다. 따라서 UV 조사를 통한 단일 붕괴 방법에 의한 시험을 가장 먼저 진행 하였다. 둘째, UV 조사법과 병행하여 UV를 도와서 광화학 반응을 활성화시킬 수 있는 Ti계 광촉매를 오존 분해장치 관로에 투입하여 효과를 시험하도록 하였다.
7nm(UV-C)의 파장 및 136㎼/㎠ 조도를 기본으로 하며, 오존수가 통과하는 공간은 스텐리스 스틸로 제작하여 최대 20 LPM(litter per minute)의 오존수를 적용할 수 있게 하였다. 또한 시험에 적용된 장비는 초기 설계에서는 촉매 적용 방법을 외장형으로 설계 하였으나 효율을 높이기 위하여 관로 속에 UV 램프와 동시 내장형으로 변경하였으며, 그림 4와 같이 오존 반응 셀(cell) 상부와 하부에 투명한 창을 장착하여 실험 상황을 관찰하기 위한 관찰 창의 기능을 하도록 개량하였다.
그림 5에서 왼쪽은 티타늄(Ti)계 광촉매, 오른쪽은 망간(Mn)계 일반촉매로써 입자 크기는 각각 2mm, 4mm(±20%)이다. 본 실험에서는 광원으로부터 거리가 먼 지점에 촉매를 위치시키기 위하여 UV 램프로부터 가장 멀리 떨어진 관로의 내측 벽면에 촉매를 장착하였다.
즉, UV 조사법과 더불어 광촉매에 의한 광화학 반응의 활성도 증가 효과를 보기 위한 실험을 하였다. 셋째, UV 조사법과 Mn계 일반촉매를 병용하는 시험을 진행하였다. Mn계 촉매는 기상오존의 제거를 위하여 개발되었다.
오존수 생성장치는 오존접촉기(ozone contactor)라고도 하며, 최대 80ppm의 오존수를 약 100 LPM까지 공급할 수 있다. 실제 실험에서는 탁도 0, 온도 18℃인 순수(DI water)를 이용하여 농도 20ppm인 오존수를 생성한 후 10 또는 20 LPM에 해당하는 양을 시험기로 공급하였다. 오존가스 발생은 고순도 산소가스를 원료로 하는 고주파 고전압 코로나 방전에 의한 오존 발생장치(ozone generator)를 이용하였다.
시험용 시스템을 구성함에 있어서 오존용해 기능수의 생성 장치로부터 10～ 20ppm의 오존 용해수를 생성하여 세정을 한다고 가정하였으며, 생성된 오존수를 오존 분해장치에 통과시켜 투입 전후의 오존 용해 농도의 변화량을 측정하였다. 오존분해를 위한 시험기의 UV 램프는 253.7nm(UV-C)의 파장 및 136㎼/㎠ 조도를 기본으로 하며, 오존수가 통과하는 공간은 스텐리스 스틸로 제작하여 최대 20 LPM(litter per minute)의 오존수를 적용할 수 있게 하였다. 또한 시험에 적용된 장비는 초기 설계에서는 촉매 적용 방법을 외장형으로 설계 하였으나 효율을 높이기 위하여 관로 속에 UV 램프와 동시 내장형으로 변경하였으며, 그림 4와 같이 오존 반응 셀(cell) 상부와 하부에 투명한 창을 장착하여 실험 상황을 관찰하기 위한 관찰 창의 기능을 하도록 개량하였다.
본 시험은 세 가지 방법으로 진행하였다. 첫째, UV 조사법에 의한 단일 메카니즘으로 수중 오존 분해 시험을 하였다. 본 연구에서는 UV 광화학 반응에 의한 오존의 붕괴를 유도 하는 것을 기본으로 한다.

대상 데이터

실제 실험에서는 탁도 0, 온도 18℃인 순수(DI water)를 이용하여 농도 20ppm인 오존수를 생성한 후 10 또는 20 LPM에 해당하는 양을 시험기로 공급하였다. 오존가스 발생은 고순도 산소가스를 원료로 하는 고주파 고전압 코로나 방전에 의한 오존 발생장치(ozone generator)를 이용하였다. 그림 6은 본 실험에서 사용한 오존가스 발생장치 나타낸 것이다.

성능/효과

UV 광원에 의한 수중 오존의 분해는 90%이상의 제거 효과가 입증 되었으며, 특히 망간계 촉매 병용 시험에서는 제거율 98%에 가까운 더욱 향상된 제거 성능을 보였다. 이는 광원에서 가까운 곳에서는 UV에 의해 대부분의 오존이 분해되며, 광원으로부터 멀리 떨어진 광이 미치지 못하는 장소에서는 Mn계 일반촉매가 우수한 잔류오존 분해 특성을 나타내기 때문이다.

후속연구

UV와 촉매의 병용은 AOP(advanced oxidation process) 방법의 한 종류로써, 기존의 기능수 적용의 최대 단점이던 고비용 설비를 저비용 화하여 기능수 적용을 확대 시킬 수 있을 것으로 예상된다. 이 기술이 개발됨으로써 친환경 정밀 세정 분야의 기능수 세정법 적용을 촉진 시킬 수 있는 기반이 확보되었으며, 현재 진행중인 초미세 반도체 공정의 정밀 세정 기술의 해법으로도 적용될 수 있다. 이 방법으로 오존수 세정을 확대 적용한다면 화학 약액의 사용 억제를 통한 수입 대체 효과도 기대할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	오존수는 어떻게 알려져 있는가?	오존수는 강력한 산화력으로 인하여 일정한 반감기 (half life time)를 갖는다고 알려져 있다. 사용된 세정수에 용해되어 있는 오존은 상온 상태에서 일정한 시간이 지나면 비교적 빠르게 붕괴되어 산소로 환원되는 특징이 있지만, 강력한 산화력으로 인하여 배출 배수관을 부식시킬 우려가 있다.
	화학적 오염 제거 방법은 무엇을 다량 사용하는가?	개발된 기술 중에는 대량생산에 따른 생산성 향상을 위하여 화학적 세정 방법이 오염 제거 방법으로 주로 사용되고 있다. 이러한 화학적 오염 제거 방법은 화학 약액을 다량 사용하게 된다. 화학 약액은 폐수의 배출을 수반하여 환경 처리 비용 부담으로 작용하게 되므로 환경 비용이 생산 코스트에 반영되어 반도체 및 LCD 제품 가격에 고비용 요소로써 반영될 뿐만 아니라, 반도체 제조 시설에 대한 주변 환경에 영향을 미칠 수 있다.
	오존의 분해 촉진 방법 중 촉매 분해법의 특징 및 장단점은?	- 촉매 분해법 : TiO2계 또는 MnO2계 촉매사용 장점 : 간단하고 저렴 단점 : 표면오염 시 급격한 성능 감소, 화약용액 혼합 시에 사용 곤란

참고문헌 (4)

김한성, 차안정, 배재흠, 이호열, 이명진, 박병덕, "수계/준수계 세정제의 개발 및 전자부품세정공정 적용연구", Clean Technolgy, 제10권 제2호, 61-72쪽, 2004년 10월.
채상훈, 손영수, "오존수를 이용한 감광막 제거 공정에 관한 연구", 전기전자재료학회 논문지, 제17권 제11호, 1143-1148쪽, 2004년 11월.

원문보기 상세보기
손영수, 채상훈, "PR 제거공정 적용을 위한 오존수 생성기술 연구", 전자공학회 논문지, 제41권 SD편 제12호, 13-19쪽, 2004년 12월.
문세호, 채상훈, "반도체/LCD PR 제거용 EC의 재이용 기술에 관한 연구", 전자공학회 논문지, 제46권 SD편 제10호, 25-30쪽, 2009년 10월.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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