KR980010413A - 대기 중의 미량 암모니아 가스 농도 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
장치 내부의 암모니아 가스 농도를 작게 유지하기 위해 확산 스크라버(diffusion scrubber)를 이용한 암모니아 가스의 자동 측정 장치를 개시한다. 샘플링을 위해 사용되는 확산 스크러버와, 측정의 자동화를 위한 타이머(Timer) 및 솔레노이드(solenoid) 밸브 부분과, 측정을 위한 펌프(pump), 주입기(injector), 오븐(oven)과 형광 검출기, 및 조정(calibration)을 위한 표준 가스 발생 장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 대기 중의 미량 암모니아 가스농도 측정장치를 제공하는 것이다. 상기 확산 스크러버는 테프론 재질의 다공성 맴브레인 튜브와 이를 감싸는 지지관으로 이루어져 있고, 테프론 맴브레인 내부에는 샘플링을 위한 이온 제거 용액(D.I.water)이, 외부에는 측정하고자 하는 공기가 흐르도록 한다. 따라서, 본 발명에 의하면 확산 스크러버를 이용한 연속적인 샘플링과 형광 분석 방법을 이용하여, 반도체 제조 공정시 많은 특성 열화를 가져오는 염기성 불순물인 암모니아의 대기 농도를 자동적으로 정확하게 측정하여 반도체 제조 장치내 암모니아 가스 농도를 작게 유지하게 할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 장치 제조시 암모니아 가스의 농도 측정 장치에 관한 것으로, 특히 대기 중의 미량 암모니아 가스농도 측정장치에 관한 것이다.
반도체 장치가 고집적화함에 따라 패턴 형성 공정시 화학 증폭형 레지스트를 사용해야 할 필요성이 증대되었다. 그러나 화학 증폭형 레지스트는 공기중의 암모니아와 같은 염기성 불순물에 의해 공정 특성이 열화되는 단점을 갖고 있다.
이러한 상황을 방지하기 위해서는 반도체 제조 공정시 사용되는 스테퍼, 코더 등의 장치 내부의 암모니아 가스의 농도를 작게 유지하는 것이 필요하며 이를 위해 화학적 필터링 등의 방법을 사용하고 있다. 또한, 이러한 상황에서는 공정 조건의 유지 및 필터 등의 수명 관리를 위해서 암모니아의 실제 대기 중의 농도를 측정하는 것이 매우 중요해 졌다. 그러나 실제로 문제가 되는 암모니아 가스의 농도 범위가 약 10ppb 이하여서 이를 측정하는 방법에서도 정확성과 재현성 등의 문제가 되었다.
종래에 이와같은 미량 가스의 농도를 측정하는 방법에는 주로 임핀져(impinger) 방법이 쓰여 왔다. 이 방법은 주로 용기내에 일정한 양의 물(H2O)을 준비한 다음 이곳에 측정하고자 하는 장소의 대기를 강제로 버블링(bubbling)시켜 공기중의 가스 종이 녹아 들어가게 하여, 일정 수량 일정 유량으로 샘플링(sampling)한 후 이 샘플링된 가스 종을 이온 크로마토 그래피(HPIC)를 이용해 분석하는 방법이다. 이러한 방법을 사용할 경우 암모니아가 준비된 물에 100% 녹아 들어가지 않고, 실제로 통과된 공기의 양을 정확하게 측정하기 어려워 정량적인 시료 채취가 되지 않는 문제가 있다. 그러므로 실제 대기 중에 존재하는 암모니아 양을 정확히 측정하지 못하는 문제와 함께 샘플링과 분석에 최소 2시간 이상의 장시간이 필요하며 시료로 준비된 물을 담는 용기의 세척 등의 문제로 인하여 측정을 자동화하기 어려운 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기 문제점을 극복하여 화학 증폭형 레지스터를 사용할 때 장치 내부의 암모니아 가스 농도를 작게 유지하기 위해 확산 스크라버(diffusion scrubber)를 이용한 암모니아 가스의 자동 측정 장치를 제공하는 것이다.
도1은 본 발명에 의한 미량 암모니아 가스의 측정 장치의 개략도.
도2는 대기 중의 암모니아 가스를 포집하기 위해 사용된 확산 스크러버(diffusion scrubber)의 도식도.
도3은 본 발명의 측정을 위한 표준 농도 보정 곡선 그래프.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 암모니아 가스 농도의 측정 장치는, 샘플링을 위해 사용되는 확산 스크러버와,측정의 자동화를 위한 타이머(Timer) 및 솔레노이드(solenoid) 밸브 부분과,측정을 위한 펌프(pump), 주입기(injector), 오븐(oven)과 형광 검출기, 및 조정(calibration)을 위한 표준 가스 발생 장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 대기 중의 미량 암모니아 가스농도 측정장치를 제공하는 것이다.
상기 확산 스크러버는 테프론 재질의 다공성 맴브레인 튜브와 이를 감싸는 지지관으로 이루어져 있고, 테프론 맴브레인 내부에는 샘플링을 위한 이온 제거 용액(D.I.water)이, 외부에는 측정하고자 하는 공기가 흐르도록 한다.
상기 형광 검출기는 형광 유도체 버퍼를 이용하여 여기(excitation) 파장을 365nm, 방출(emission) 파장을 425nm인 조건에서 측정한다.
상기 솔레노이드 밸브(solenoid valve), 상기 자동 주입기 및 상기 타이머 등은 측정의 자동화를 위해 조합하여 구성한다.
따라서, 본 발명에 의하면 확산 스크러버를 이용한 연속적인 샘플링과 형광 분석 방법을 이용하여, 반도체 제조 공정시 많은 특성 열화를 가져오는 염기성 불순물인 암모니아의 대기 농도를 자동적으로 정확
하게 측정하여 반도체 제조 장치내 암모니아 가스 농도를 작게 유지하게 할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 대기 중의 미량 암모니아 가스농도 측정장치의 개략도이다.
도 1에 나타난 장치의 구성은 확산 스크러버(10);와 측정의 자동화를 위한 타이머(Timer:34)와 솔레노이드(solenoid) 밸브 부분(26,28,30,32);과 측정을 위한 펌프(pump:40), 주입기(injector:44), 오븐(oven:46)과 형광 검출기(48);및 조정(calibration)을 위한 표준 가스 발생장치(24)로 이루어진다.
도 2는 도 1에서의 확산 스크러버를 자세히 보인 것이다. 도 2의 확산 스크라버에서 보면 가스가 가스 입구(GAS INLET)를 통해 가스 출구(GAS OUTLET)를 나가는 동안 테프론 재질의 다공성 맴브래인 관(2,4)을 통해서 그 안을 흐르는 이온 제거 수용액(D.I.water)에 용해되어 샘플링된다. 우측 도면에는 대기 중의 암모니아 가스가 다공성 맴브레인 관을 통해 녹아 들어가는 모습을 도식적으로 표현한 것으로 맴브레인 관의 구멍보다 큰 입자는 그대로 가스 출구(GAS OUTLET)을 통해 나가는 것을 볼 수 있다.
대기로부터 기체 상태의 암모니아를 샘플링하기 위해서는 도 2와 같은 확산 스크라버를 사용하며 확산 스크라버는 테프론(Teflon) 재질의 다공성 멤브레인(membzane) 튜브 내부로 이온 제거 수용액(D.I. water)이 흐르고 그 외부에는 샘플링하고자 하는 공기를 진공이나 펌프를 이용해 흘러 주도록 고안되어 있다. 멤브레인 관(membrane tube)의 외부를 흐르는 공기중의 가스 성분은 다공성 멤브레인을 통과하여 멤브레인 관의 내부를 흐르는 이온 제거 수용액(D.I. water)에 용해되어 샘플링되게 된다.
이 방법에 의해 샘플링된 암모니아는 도 1의 페리스태틱 펌프(40)에 의해 펌핑되어 자동주입기(44)를 채우게 되며 이때, 샘플 수분은 평상시에는 폐기물 처리되는 상태이며, 측정하고자 할 경우 외부 신호로 조작되어 자동 주입기의 작동에 의해 형광 물질을 포함한 버퍼 용액(42)과 합쳐진 후 40℃∼80℃범위로 조절된 오븐(46)을 통과하여 형광 물질로 변화하게 된다.
버퍼 용액의 제법을 자세히 설명하면 다음과 같다.
첫째, 0.1M 인산염(Phosphate) 버퍼 용액을 준비한다.
① 1 L.P.E 병 2개와 100mL.P.E. 병 2개를 5:1로 희석시킨 HCl 수용액에 하루 동안 담가 준다. 사용하기 직전에 꺼내어 이온 제거 수용액(D.I. water)으로 깨끗이 헹구어 준다.
② 7.1g Na2PHO4(Sodium biphosphate)를 900 mL 이온 제거 수용액(D.I.Water)에 용해시킨 후에, 이온 제거 수용액(D.I.Water)을 첨가하여 전체 용액의 양을 1L로 만들어 준다.
③ PH 전극을 이온 제거 수용액(D.I.Water)으로 씻어 준다.
④ ②의 용액에 2M NaOH(Sodium hydroxide)용액을 스포이드(Spoid)로 한방울씩 천천히 첨가하면서 PH를 11로 정확하게 맞추어 준다. 이때, 용액은 자기 교반기(magnetic stirror)를 이용하여 격렬하게 저어 준다.
⑤ ④의 용액에 1.5mM HCHO(Formal dehyde)용액을 첨가한 후에 NaSO3(Sodium sulfite) 0.39g을 첨가하여 녹여 준다.
둘째, 2M NaOH 수용액을 준비한다.
①8g NaOH를 이온 제거 수용액(D.I. water)에 녹여 준다. 이때 전체 용액이 100mL가 되도록 해준다.
셋째, 1.5 mM HCHO 수용액을 준비한다.
①HCHO 용액이 37%일 때, 11.5mL HCHO를 이온 제거 수용액(D.I.Water)에 녹여 준다. 이때, 전체 용액이 100 mL가 되도록 해 준다.(단, HCHO 용액이 35% 일때는, 12.3 mL HCHO를 이온 제거 수용액(D.I. water)에 녹여, 전체 용액이 100 mL가 되도록 해 준다.)
넷째, 10mM OPA(ortho-Phthadialdehyde) 용액 1L를 준비한다.
① 1.34g OPA를 250 mL CH3OH(Methanol)에 녹인다.
② ①의 용액에 물을 첨가하여 전체 용액을 1L로 만들어 준다.
다섯째, 마지막으로 인산염(PHOSPHATE) 버퍼와 OPA 용액을 1:1 (V/V)의 비율로 섞어 준다.
오븐(46)에서 형광 물질로 변화된 암모니아는 형광 검출기(48)에서 측정하여 형광 유도체 버퍼를 이용하여 여기(excitation) 파장을 365nm, 방출(emission) 파장을 425nm인 조건에서 측정하여 크로마토그램을 얻게된다.
본 발명에서 측정을 자동화하기 위하여 가스의 유로 및 주입기를 조절하기 위해 타이머(34)와 솔레노이드 밸브(26,28,30,32)를 사용하였다. 표준 가스 발생장치(24)는 측정의 보정점을 찾기 위해 사용되며, 이 장치를 사용하여 표준 가스 농도에 대한 검출기 응답량 즉, 피크 영역을 측정한 결과가 도3에 나타나있다.
도3을 통해 측정 장치의 검출한계를 평가해본 결과 0.085ppb로 나타났으며, 우리가 반도체 공정에서 문제가 되는 암모니아 가스의 농도범위가 10ppb이므로 본 발명에 의한 장치는 10ppb이하 수준에서 아무런 문제 없이 사용가능함을 알 수 있다. 확산 스크러버의 내부 청소를 위해 순수 질소를 사용하여, 공기 펌프로 밖으로 강제 배출 시킴으로써 측정후에 남아있는 불순물 가스를 밖으로 몰아내는 역할을 한다.
이상, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.
따라서 본 발명에 의하면, 종래의 대기 중의 암모니아 측정 방법에 있어서 정량적인 시료채취가 되지 않아 정확한 측정이 어려워지고 샘플링과 분석에 장시간이 필요해지고, 용기의 세척등으로 인해 측정의 자동화가 어려웠는데, 본 발명은 종래의 대기중 암모니아 가스의 샘플링이 정량적이고 자동화 되어서 암모니아 가스의 대기중 농도 측정을 자동화 할 수 있다.
Claims (4)
- 샘플링을 위해 사용되는 확산 스크러버와, 측정의 자동화를 위한 타이머(Timer) 및 솔레노이드(solenoid) 밸브 부분과, 측정을 위한 펌프(pump), 주입기(injector), 오븐(oven)과 형광 검출기 및 조정(calibration)을 위한 표준 가스 발생 장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 대기 중의 미량 암모니아 가스농도 측정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 확산 스크러버는 테프론 재질의 다공성 맴브레인 튜브와 이를 감싸는 지지관으로 이루어져 있고, 테프론 맴브레인 내부에는 샘플링을 위한 이온 제거 용액(D.I.water)이, 외부에는 측정하고자 하는 공기가 흐르도록 한 것을 특징으로 하는 대기 중의 미량 암모니아 가스농도 측정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 형광 검출기는 형광 유도체 버퍼를 이용하여 여기(excitation) 파장을 365nm, 방출(emission) 파장을 425nm인 조건에서 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 대기 중의 미량 암모니아 가스농도 측정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브(solenoid valve), 상기 자동 주입기 및 상기 타이머 등은 측정의 자동화를 위해 조합하여 구성한 것을 특징으로 하는 대기 중의 미량 암모니아 가스농도 측정장치.※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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| KR20010078280A (ko) * | 2000-02-03 | 2001-08-20 | 가네꼬 히사시 | 극미량 가스 분석 장치 및 방법 |
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1996
- 1996-07-29 KR KR1019960031187A patent/KR980010413A/ko not_active Application Discontinuation
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