KR102623388B1 - 액체 입자 계수기 및 이를 구비한 액체 입자 모니터링 시스템 - Google Patents

액체 입자 계수기 및 이를 구비한 액체 입자 모니터링 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102623388B1
KR102623388B1 KR1020210110103A KR20210110103A KR102623388B1 KR 102623388 B1 KR102623388 B1 KR 102623388B1 KR 1020210110103 A KR1020210110103 A KR 1020210110103A KR 20210110103 A KR20210110103 A KR 20210110103A KR 102623388 B1 KR102623388 B1 KR 102623388B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid
particle
particles
counter
liquid particle
Prior art date
Application number
KR1020210110103A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230027855A (ko
Inventor
이남영
홍지중
이대성
Original Assignee
주식회사 디엔제이테크
주식회사 마인즈아이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 디엔제이테크, 주식회사 마인즈아이 filed Critical 주식회사 디엔제이테크
Priority to KR1020210110103A priority Critical patent/KR102623388B1/ko
Publication of KR20230027855A publication Critical patent/KR20230027855A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102623388B1 publication Critical patent/KR102623388B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1404—Handling flow, e.g. hydrodynamic focusing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1425—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry using an analyser being characterised by its control arrangement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1429—Signal processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0023—Investigating dispersion of liquids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0092—Monitoring flocculation or agglomeration

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)

Abstract

액체 입자 모니터링 시스템으로서, 하나 이상의 액체 공급 라인에 각기 연결되는 하나 이상의 액체 입자 계수기, 상기 하나 이상의 액체 공급 라인에 연결되는 스펙트럼 계수기, 상기 스펙트럼 계수기와 상기 하나 이상의 액체 공급 라인을 각기 연결하고 밸브를 구비하는 하나 이상의 연결관 및 상기 하나 이상의 액체 입자 계수기와 연결되어 계측 결과를 수신하고 상기 밸브를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 하나 이상의 입자 계수기에서 수신한 계측 결과에 따라 상기 밸브를 제어한다.

Description

액체 입자 계수기 및 이를 구비한 액체 입자 모니터링 시스템{LIQUID PARTICLE COUNER AND LIQUID PARTICLE MONITORING SYSTEM WITH THE SAME}
본 발명은 액체 입자 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 액체 입자 계수기와 이를 구비한 실시간 인라인 액체 입자 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체, 약학, 바이오, 미세전자 및 기타 클린룸 환경, 살균, 청정 생산이 요구 되는 산업들에서 사용되는 다양한 액체들은 적합한 순도가 보장된 상태로 이용되어야 하므로, 액체 내 미립자 오염물에 대한 엄격 관리가 요구된다.
특히 유체가 불필요한 입자로 오염된 경우 신속히 확인하여 공정을 초기 단계에 중지함으로써 불량품 제조로 인한 낭비를 방지할 수 있다. 예를 들어, 세정제 등 액체 물질들은 적합한 순도를 보장하고 유체 내 부유하는 불필요한 입자들이 허용 오차 범위 내에 있는지 지속적으로 모니터된다. 다양한 습식 공정에서 적용된 솔루션 ( e. g, 과산화수소, 포토레지스트, IPA 등 정화 용액, 암모니아, 디벨로퍼와 기타)에 있는 입자와 불순물은 반도체 제조 시 수율 및 품질에 영향을 미친다.
한편 CMP(Chemical mechanical polishing)를 위한 폴리싱제의 경우에도 적절한 수준으로 입자가 포함되어야 원하는 폴리싱 성능을 발휘할 수 있으므로 입자 크기 및 갯수에 대한 모니터링이 필요하다.
따라서 공정에서 사용되는 솔루션에 대해서는 실시간으로 입자의 입도 분포의 24 시간 온라인 모니터링을 통하여 품질 관리를 할 필요가 있다.
광학적 액체 입자 계수기(Liquid Particle Counter, LPC)는 반도체, 약학, 바이오 및 미세전자 산업을 포함하는 다양한 산업분야에 활용되고 있다. liquid particle counter의 작용 과정을 간단히 설명하면, 레이저를 액체가 흐르는 관에 조사하면 액체 내의 입자 또는 버블(bubble)에 의해 레이저가 산란된다. 이때의 산란은 Rayleigh scattering 이고 산란광의 intensity를 측정하여 입자의 크기와 개수를 측정한다. LPC는 Rayleigh scattering 을 이용한 것이므로 30nm 이상 크기의 입자(organic or inorganic)의 검출에 유용하다. 그러나, 30nm 이하의 더 작은 입자의 경우 산란광의 세기가 너무 약하거나 산란이 일어나지 않음으로 인해 측정이 되지 않는 문제가 있다. 따라서 LPC의 경우 4nm 이상 30nm 이하의 입자를 검출할 수 없어 실제로는 더 불순물이 많음에도 불구하고 순도가 높은 것으로 판단되는 실정이다.
특히 최근 반도체 분야에서 선폭이 3nm까지 이르고 있어, 30nm 이하의 미세한 불순물 입자도 관리되어야 할 필요가 있다. 나아가, 입도(particle size) 뿐 아니라 갯수 측면에서도 103 개/cc 수준의 순도를 가지도록 액체를 관리하고자 하는 현장의 요구가 있다.
한편, 미국 특허 6,544,484호 등은 액체 내의 보다 미세한 입자를 입도 분포 별로 카운팅하기 위한 스펙트럼 계수기를 게시하고 있다.
도 1에 의하면, 용액 믹싱 장치에 의해 소정 비율로 희석되고 믹싱된 샘플 용액은 스펙트럼 계수기(analysis equipment)에서 입자 모니터링이 이루어진다. 스펙트럼 분석기는 에어로졸화 장치, 입자 사이즈 분류기(42), CPC(44)를 포함한다.
샘플 용액은 먼저 에어로졸화 장치에 의해 다수의 에어로졸 입자로 에어로졸화(aerosolize)된다. 에어로졸 입자는 라인을 통해 출력된 후, 입자 분류기로 유입되어 그 사이즈 별로 분류되어 배출된다. 분류를 위해서는 예를 들어 DMA(differential mobility analyzer)가 이용될 수 있다. DMA는 먼저 에어로졸 입자를 soft X-ray 또는 방전 등의 방법에 의해 이온화한 다음 이온화된 입자를 전기장이 가해지는 통로로 유입한다. 유입된 이온화 입자는 가해지는 전기장과 입자 사이즈에 따라 분류 채널에 수집되게 할 수 있다. 즉, 스캔 전압을 변경함으로써 이온화된 에어로졸 입자를 사이즈 별로 수집할 수 있다. 이러한 과정에 의해 에어로졸 입자는 분류될 수 있다. 분류된 기체화 입자는 응축 미량 계산기(CPC, Condensation particle counter)에 사이즈 별로 순차 제공되고, CPC에서, 선택된 에어로졸 입자는 부틸 알코올 또는 또 다른 휘발성 액체로 포화된 가스 흐름을 통과하며, 쉬운 검출을 위해 유효 사이즈로 각각의 입자에 응축되어 입자는 성장한다. U. S. 특허 4, 790, 650호는 응축 미량 계산기를 기술한다. 성장된 입자는 LPC 또는 다른 입자 카운터에 의해 광학적으로 검출된다. 상기 방법을 적용함으로써 30 nm 이하의 미세한 입자의 검출이 가능하게 되었다.
그러나 이러한 방법은 측정 신뢰도에 문제가 있고, 측정 시간이 오래 걸린다. 도 2는 도 1과 같은 분석기에 의해 측정된 액체 입자 사이즈별 갯수를 나타낸 것이다. 도 2의 A는 액체(1cc) 내 입자의 갯수가 106개 이상인 경우로서 측정값의 분포가 정규 분포를 나타내고 있으나, 입자의 갯수가 104 개 정도인 B의 경우 측정값의 요동이 있음을 확인할 수 있다. 입자의 갯수가 103 개 미만인 C의 경우 측정값의 요동이 매우 심하여 측정값의 신뢰도가 낮다.
따라서 불순물의 갯수가 적을 수록 측정값의 신뢰도가 떨어진다. 입자 농도가 높거나 상당할 경우에는 스펙트럼 계수기의 신뢰도가 있으나 입자 농도가 낮아 불순물 농도가 낮은 경우 데이터 균일성이 낮고 통계 편차가 커서 측정 품질을 신뢰하기 어렵다. 또한, 또한 측정 신뢰도를 올리기 위해 여러번 측정을 하려면 분류 과정에서 시간이 많이 소요되어 1시간 이상이 걸리게 되고 실시간 피드백이 되지 않아 공정 라인에 적용하기 어려웠다. 종래에는 이러한 문제점을 해결하지 못해 실시간으로 액체 입자 모니터링을 하기 보다는 샘플링 개념으로 액체 품질을 모니터링 하고 있었다.
(특허문헌 1) US 6544484 B
본 발명의 상기 문제를 해결하여 실시간으로 인라인 상에서 액체 입자를 검출하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 또한 고순도 액체 내에서 30nm 미만의 입도를 가진 입자를 고속 모니터링할 수 있는 신뢰성 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 공정 라인 상에 적용되어 액체 입자의 다양한 입도 및 농도 범위에 능동적으로 대응하여 신속하면서 높은 정확도를 가지는 입자 모니터링 시스템 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 의한 액체 입자 계수기는액체를 에어로졸화 하여 에어로졸 입자를 출력하는 에어로졸화 장치와, 상기 건조기에 연결되어 상기 입자가 증기를 흡수하여 사이즈가 성장될 수 있도록 응축하고 응축된 입자를 광학적 카운터에 의해 측정하는 CPC를 포함한다.
상기 액체 입자 계수기는 에어로졸화장치에 연결되어 출력된 상기 에어로졸 입자의 흐름에 열을 가하여 에어로졸 입자 표면의 액체와 버블을 증발시키는 건조기를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 건조기의 배출부는 상기 CPC의 입력부에 연결되어 상기 건조기에서 출력된 입자는 상기 CPC로 입력되어 응축되고 측정된다.
본 발명의 일 측면에 의한 액체 입자 모니터링 시스템은, 하나 이상의 액체 공급 라인에 각기 연결되는 하나 이상의 액체 입자 계수기, 상기 하나 이상의 액체 공급 라인에 연결되는 스펙트럼 계수기, 상기 스펙트럼 계수기와 상기 하나 이상의 액체 공급 라인을 각기 연결하고 밸브를 구비하는 하나 이상의 연결관 및 상기 하나 이상의 액체 입자 계수기와 연결되어 계측 결과를 수신하고 상기 밸브를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 하나 이상의 입자 계수기에서 수신한 계측 결과에 따라 상기 밸브를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 액체 입자 계수기는, 액체를 에어로졸화 하여 에어로졸 입자를 출력하는 에어로졸화 장치와, 상기 에어로졸 입자가 증기를 흡수하여 사이즈가 성장될 수 있도록 응축하고 응축된 입자를 광학적 카운터에 의해 측정하는 CPC를 포함한다. 상기 스펙트럼 입자 계수기는, 액체를 에어로졸화 하여 에어로졸 입자를 출력하는 에어로졸화 장치, 상기 에어로졸 입자를 사이즈 별로 분류하는 분류기, 및 분류기에 의해 분류된 소정 사이즈의 입자가 증기를 흡수하여 사이즈가 성장될 수 있도록 응축하고 응축된 입자를 광학적 카운터에 의해 측정하는 CPC를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 하나 이상의 액체 입자 계수기의 측정 결과 입자 농도가 소정 농도를 초과한 경우, 해당 액체 공급 라인에 연결된 밸브를 오픈하여 상기 스펙트럼 입자 계수기에 액체를 도입하여 해당 액체 공급 라인의 액체 입자 농도를 측정하도록 제어하는 것이 바람직하다.
상기 액체 입자 모니터링 시스템에 의해 실행되는 액체 입자 모니터링 방법은, 하나 이상의 액체 공급 라인에 각기 연결되는 하나 이상의 액체 입자 계수기가 각기 액체 입자 농도를 측정하는 단계; 상기 하나 이상의 액체 입자 계수기 중 하나에 의해 소정 농도를 초과한 측정값이 측정되면, 경고를 출력하고 소정 농도를 초과한 측정값이 측정된 액체 공급 라인으로부터 스펙트럼 계수기로 연결되는 밸브를 개방하여 해당 액체 공급 라인의 액체를 스펙트럼 계수기로 유입하는 단계; 및 스펙트럼 계수기가 해당 액체 공급 라인의 액체 농도를 측정하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 액체 입자 모니터링 시스템은, 액체 공급 라인에 연결되는 제1 액체 입자 계수기, 상기 액체 공급 라인에 추가로 연결되는 제2 액체 입자 계수기, 및 제어기를 포함한다.
상기 제1 액체 입자 계수기는 액체를 에어로졸화 하여 에어로졸 입자를 출력하는 에어로졸화 장치와, 상기 에어로졸 입자가 증기를 흡수하여 사이즈가 성장될 수 있도록 응축하고 응축된 입자를 광학적 카운터에 의해 측정하는 CPC를 포함한다.
상기 제2 액체 입자 계수기는 광학적 액체 입자 계수기로, 소정 사이즈 이상의 입자 농도, 예를 들어 30nm 이상의 직경을 가진 입자의 농도를 측정하고, 상기 제1 및 제2 액체 입자 계수기는 동일한 라인의 유체 회로 상의 액체 입자 농도를 측정한다.
제어기는 상기 제1 액체 입자 계측기에 의해 측정된 입자 사이즈별 농도 맵과 상기 제2 액체 입자 계측기에 의해 측정된 입자 사이즈별 농도 맵에 기초하여 소정 사이즈 이하의 입자 농도 맵을 획득한다.
제2 액체 입자 계측기에 의해 측정된 입자 사이즈별 농도 맵을(T2) 제1 액체 입자 계측기에 의해 측정된 입자 사이즈별 농도 맵(T1)을 기초로 표준화하여 T2'를 획득한 후 T2'- T1함으로써 30nm 이하 사이즈 입자의 농도 맵을 획득할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 제1 액체 입자 계수기의 측정 대상 입자의 직경 범위는 제2 액체 입자 계수기의 측정 대상 입자 범위 보다 더 넓다. 예를 들어 제2 액체 입자 계수기는 30nm 이상의 직경을 가진 입자의 농도를 측정하고, 제1 액체 입자 계수기는 3nm 이상의 직경을 가진 입자의 농도를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 액체 내의 4 내지 30nm 사이즈의 입자 농도를 신뢰성 있게 측정할 수 있는 액체 입자 계수기가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 고순도 액체 내에서 30nm 미만의 입도를 가진 입자를 실시간 모니터링할 수 있는 신뢰성 있는 시스템과 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 공정 라인에서 다양한 입도 및 농도의 입자를 신속하면서 높은 정확도로 모니터링할 수 있다.
도 1은 스펙트럼 계수기의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 2는 스펙트럼 계수기에 의해 측정된 액체 입자 농도의 그래프들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 입자 계수기의 개략 구조도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 입자 계수기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 계수기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 입자 모니터링 시스템의 설치 구조를 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 입자 모니터링 시스템에서 입자 모니터링 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 도 6의 시스템에서 측정된 사이즈별 입자 농도 그래프들 간의 관계를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 또는 통신으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
스펙트럼 계수기는 설명한 바와 같이 입도가 작은 입자도 분류기에 의해 분류 수집한 후 작은 입자를 응축 과정을 통해 사이즈를 키워 광 조사 및 산란광 측정에 의해 측정할 수 있다. 따라서 종래의 LPC가 측정하지 못하던 작은 입자도 측정할 수 있으나, 입자 농도가 낮은 경우 스펙트럼 계수기는 통계 편차가 큰 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명의 발명자들은 스펙트럼 계수기가 입자 농도가 낮을 경우 데이터 편차가 큰 원인과 시간이 오래 걸리는 이유를 분석하였다. 분석 내용을 구체적으로 이하 설명한다.
스펙트럼 분석기에서 에어로졸화된 입자는 입자 분류기에서 그 사이즈 별로 분류되는데, 분류를 위해서 먼저 soft X-선 등에 의해 입자를 이온화한다. 이때 분석 결과 10nm 이하의 입자를 이온화 할 경우 이온화율이 대략 1 % 정도임을 확인하였다.
입자 농도가 높을 경우 예를 들어, 100만/cc 일 경우에는 1-2%도 어느 정도 샘플로서의 대표성을 가지지만 입자 농도가 낮아질 수록 1 내지 2 %는 샘플로서의 대표성이 낮아지게 된다. 이는 도 2에 나타난 바와 같으며 저농도에서 통계 오류가 크게 된다. 그러므로, 입자 농도가 높거나 상당할 경우에는 측정을 위해 취하는 단위 체적당 입자의 수가 일정하게 되어 스펙트럼 계수기의 신뢰도가 있으나 입자 농도가 낮아 불순물 농도가 낮은 경우 측정을 위해 취하는 단위 체적당 입자의 수가 일정하게 되지 못함으로 인해 데이터 균일성이 낮고 통계 편차가 커서 측정 품질을 신뢰하기 어렵다.
에어로졸 입자는 다음 과정에서 이온화에 의해 전하를 띤 입자를 전자기력에 의해 이동되고, 입자의 사이즈에 따라 이동 거리, 속도가 달라지는 점을 이용하여 분류된다. 그런데 앞 단계에서 에어로졸화된 입자의 수가 작을 경우 이 분류 과정에서 특정 전기장에 매칭되는 입자들만 수집되고 나머지는 버려지게 되므로 이 과정에서도 샘플의 대표성이 부족하게 된다.
측정 신뢰성 및 시간소요 원인을 정리하면, 첫째, 소프트 x-ray등에 의한 에어로졸 입자의 이온화 비율이 특히 10nm급의 작은 사이즈에서 1% 정도로 매우 낮아 측정 데이터의 신뢰도가 매우 낮고, 둘째, 이온화된 입자들의 수가 수만개 이상으로 크지 않은 경우 DMA를 사용한 소팅과정에서 특정전기장에 의해 선택되는 입자들 이외에는 버려지게 됨으로 인해 측정할때마다 반복정확도가 떨어지게 되고, 셋째, 통상적으로 0.1nm의 스텝으로 입도 4nm ~ 30nm 영역에서 스캔 측정하고 1회 측정의 낮은 데이터 신뢰도로 인해 수차례의 반복측정이 필요하므로 측정 시간이 많이 소요됨을 확인하였다.
본 발명자는 이러한 문제의 원인을 해결하여 30nm 이하 직경의 입자 검출이 가능하면서도 고순도에서도 신뢰성 있는 측정 결과를 얻기 위해 본 발명자는 도 3의 액체 입자 계측기를 고안하였다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 액체 입자 계수기는 액체를 에어로졸화 하여 에어로졸 입자를 출력하는 에어로졸화 장치(aerosolizer), 에어로졸화장치에 연결되어 출력된 상기 에어로졸 입자의 흐름에 열을 가하여 에어로졸 입자 표면의 액체와, 입자를 함유하지 않은 에어로졸 입자, 그리고 버블을 증발시킴으로써 입자만을 남기기 위한 건조기, 건조기에서 배출되는 입자를 유입하여 상기 입자가 증기를 흡수하여 사이즈가 성장될 수 있도록 응축하고 응축된 입자를 광학적 카운터에 의해 측정하는 CPC를 포함한다. 액체 입자의 처리 순서는 에어로졸화 장치(aerosolizer), 건조기, CPC의 순서이고 액체 입자의 흐름도 이 순서로 이동가능하게 배치된다.
도 4를 참조하여 본 발명의 각 구성요소를 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 액체 입자 계수기는 액체 공급 라인의 분기부에 배치될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 액체 공급 라인으로부터 분기된 관로의 에어로졸화 장치는 전자 분무, 울트라소닉 네뷸라이저, 분무기 또는 임의의 액적 생성기일 수 있다. 액체 라인의 일부에서 분기되거나 또는 액체 라인의 중간에 배치된 유입구로부터 에어로졸화 장치로 유입된 액체는 에어로졸화 장치에 의해 에어로졸 입자를 생성하여 배출한다. 에어로졸화에 필요한 공기 압원은 고압공기 가이딩 유입구를 통하여 고압 공기를 액체관로에 공급한다. 고압공기로부터 생기는 중요한 구배비는 용액이 에어로졸 입자로 전환되게 한다.
에어로졸화 장치의 배출구는 건조기의 유입구에 연결되어, 에어로졸 입자는 건조기 유입구를 통해 건조기 내로 도입된다. 건조기는 발열체 히터가 배치된 관로를 에어로졸 입자가 통과하도록 구성되며, 히터에 의해 에어로졸 입자 표면의 잉여액과 버블을 제거한다. 버블은 에어로졸화 과정에서 생성되거나 원래의 액체에 존재하던 것으로 LPC와 같은 광학적 계수기에서는 입자와 마찬가지로 광을 산란시키므로 측정 오류의 원인이 된다. 건조기에 의해 버블이 제거됨으로써 실제 입자만 측정할 수 있게 된다.
건조기는 추가로 발열체 히터의 하류측에 공기 도입부와 배출부를 포함하여 공기에 의해 잉여액이나 버블을 배출부로 날려줄 수 있다.
건조기 배출구는 CPC의 입력부에 연결되어, 건조기에 의해 건조된 에어로졸 입자는 건조기 배출구를 통해 배출되어 CPC(condensation particle counter) 입력부로 유입된다. CPC는 기체화 입자가 증기를 흡수하고 쉘 층이 형성될 수 있도록 통과하는 기체화 입자를 응축시키는 포화 증기 챔버와, 광학적 계수기를 포함한다.
30nm 이하의 입자도 CPC에서 응축되어 사이즈가 커지므로 광학적 계수기는 4 nm 이상의 다양한 사이즈의 입자를 모두 계수할 수 있다.
이처럼 본 발명의 액체 입자 계수기는 분류기 없이 에어로졸화, 건조, 응축, 광학적 계수(cunting)과정을 거치므로, 30nm 이하의 입자를 포함한 매우 넓은 범위의 사이즈 입자에 걸쳐 액체 입자의 농도를 검출할 수 있다. 또한, 분류기에 의한 스캔을 거치지 않아 10초 이내에 라인을 흐르는 액체 입자를 측정할 수 있다. 따라서 공정 라인에서 실시간 입자 모니터링이 가능하다. 아울러 이온화 과정을 거치지 않아 신뢰도가 높은 측정 데이터를 얻을 수 있다.
한편, IPA(isopropyl alcohol)과 같이 휘발성이 높은 액체의 경우 에어로졸화 장치를 거친 후 버블이나 에어로졸 입자 표면의 잉여액이 휘발되므로, 건조기 없이 바로 CPC로 입자 응축 및 카운팅이 가능하다.
이하, 도 6 내지 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 입자 모니터링 시스템 및 모니터링 방법을 설명한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 입자 모니터링 시스템은 하나 이상의 액체 공급 라인에 적용될 수 있다. 바람직하기로는 복수의 액체 공급 라인에 각기 액체 입자 계수기를 연결할 수 있다. 복수의 공급 라인은 서로 독립된 라인 일수 있으나, 동일 유체 회로 상의 서로 다른 관리 지점일 수도 있다.
도 6에 의하면, N개의 라인에 분기되게 또는 라인 중간에 각기 나노 액체 입자 계수기(NanoCounter1, NanoCounter2, ..., NanoCounter N)가 설치된다. 스펙트럼 계수기(Nano Spectrometer)는 상기 복수의 액체 공급 라인에 연결관에 의해 연결되는데, 각각의 연결관에는 밸브가 각기 구비된다. 상기 시스템은 복수의 액체 입자 계수기, 스펙터럼 계수기 및 벨브와 케이블에 의해 연결되어 계측 결과를 수신하고 상기 밸브를 제어하는 제어부(controller)를 포함한다.
또한, 이 스펙트럼 계수기는 라인에 연결하지 않고 이동식(portable)로 구성하여 문제가 발생한 라인에 가지고 가서 측정하는 방식으로도 운용할 수 있다.
추가로, 레일리 산란을 이용하는 LPC(LPC1, LPC2, ..., LPCN) 를 복수의 라인(Line 1, Line 2, .., Line N)에 각기 배치하여 액체 입자 계수기와 동일 라인의 액체 입자의 농도를 측정할 수 있다. 다만, 관을 흐르는 액체에 레이저를 조사하여 그 산란광을 이용하여 입자를 카운팅하는 LPC의 경우 30 nm 이상의 입자를 검출하게 된다.
여기에서 나노 액체 입자 계수기는 상술한 도 3, 4의 액체입자 계수기로, 에어로졸화 장치와, 건조기 및 CPC를 포함하고, 다양한 크기의 입자를 응축시켜 크기를 키운 후 광학적 방법에 의해 카운팅하는 계수기이다. 따라서 넓은 범위의 입자 사이즈 전체를 커버하여 전체 입자 수를 단시간 내에 측정할 수 있다.
상기 스펙트럼 입자 계수기는 도 5에 도시된 구조를 가지는 것으로, 액체를 에어로졸화 하여 에어로졸 입자를 출력하는 에어로졸화 장치, 건조기, 에어로졸 입자를 사이즈 별로 분류하는 분류기, 및 분류기에 의해 분류된 소정 사이즈의 입자가 증기를 흡수하여 사이즈가 성장될 수 있도록 응축하고 응축된 입자를 광학적 카운터에 의해 측정하는 CPC를 포함하는 것이다.
제어부는 Nanocounter의 측정 결과와 LPC 측정 결과를 수집하고, Ni > Nd 판단 (이상유무)하고, 이상발생시 Line 정지 알람 발생하고, NanoSpectrometer의 valve를 제어하고, NanoSpectrometer의 particle spectrum을 획득한다.
도 6, 7을 참조하면, 각 라인에 설치된 나노 액체 입자 계수기(Nano counter1, Nano counter2,...Nano counter N, )는 각 라인 내 액체 입자 농도(개/cc)를 산출하고 산출된 입자 농도는 각기 제어부에 의해 수집된다. 제어부는 N 개의 액체 입자 계수기의 측정 결과, 특정 나노 계수기의 입자 농도(Ni)가 소정 농도(Nd)를 초과한 경우, 예를 들어 계수기 2의 측정 값이 소정 농도 예를 들어 5000/cc 초과인 경우(N2 > Nd) 밸브 2를 열어 라인 2의 액체를 스펙트럼 계수기로 유입하여 스펙트럼 계수기에 의해 액체 입자를 사이즈별로 측정한다. 사이즈별 분류 과정에서 시간이 소요되지만 농도가 높을 경우 상대적으로 신뢰성 있는 측정값을 얻을 수 있다. 상기 소정 농도는 실험 결과에 따라 적절히 수정할 수 있다.
이처럼 나노 액체 입자 계수기를 이용하여 저농도에서 실시간으로 액체 회로 라인 내 액체 입자를 전체적으로 모니터링하되 소정 농도 이상의 입자가 검출되면 스펙트럼 계수기를 이용하여 사이즈별 농도를 측정하여 추가적 정보를 얻을 수 있다. 이러한 방식에 의해 고순도 액체에서 신뢰성 있으면서도 고속 입자 계수가 가능하고 또한 소정 이상의 불순물을 조기에 정확히 검출할 수 있어 향상된 모니터링이 가능하다.
도 6, 8을 참조하여, 나노 계수기(Nano counter)와 LPC에 의한 측정 결과의 상호 보완 및 30 nm 이하 사이즈의 액체 입자 검출 분포 맵을 획득 방법을 설명한다.
도 6에 의하면 동일 액체 회로 라인에 나노 계수기와 LPC가 인접 배치되어 실질적으로 동일한 액체 입자를 검출한다. 나노 계수기가 측정한 입자 농도는 30nm 이하 직경의 입자와 그 보다 큰 직경의 입자를 모두 포함하지만, LPC의 경우 30nm 이상의 입자만을 검출할 수 있다. 도 8의 (a)는 나노 계수기가 측정한 입자 농도이고, (b)는 LPC에 의해 측정된 것이다. 도 8에서 가로축은 입자의 직경이고 세로축은 입자 농도(개수/cc)이다.
따라서 제어부가 수집한 나노 계수기로부터의 그래프 (a)에서 LPC의 그래프(b)를 차감하면 4 내지 30nm 사이의 입자 사이즈별 농도를 얻을 수 있다. 다만, 에어로졸화 비율을 고려하면 단순 차감이 아니라 나노 계수기로부터의 그래프 (a)를 LPC의 그래프(b)에 대응하도록 표준화하는 과정을 거쳐야 한다. 그래프 (a)의 30nm 이상에 대응하는 부분을 그래프(b)와 일치하도록 그래프 (a)를 전체적으로 변환한 후 그래프(b)를 차감하면 30nm 이하 입자 사이즈별 농도를 얻을 수 있다.
이처럼 스펙트럼 입자 계수기의 문제점을 해결하여 입자 농도가 낮을 경우에도 신뢰성이 있고 실시간 모니터링이 가능한 액체 입자 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.

Claims (7)

  1. 액체 입자 모니터링 시스템으로서,
    하나 이상의 액체 공급 라인에 각기 연결되는 하나 이상의 제1 액체 입자 계수기,
    상기 하나 이상의 액체 공급 라인에 연결되는 스펙트럼 계수기,
    상기 스펙트럼 계수기와 상기 하나 이상의 액체 공급 라인을 각기 연결하고 밸브를 구비하는 하나 이상의 연결관 및
    상기 하나 이상의 제1 액체 입자 계수기와 연결되어 계측 결과를 수신하고 상기 밸브를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 하나 이상의 제1 입자 계수기에서 수신한 계측 결과에 따라 상기 밸브를 제어하되, 상기 하나 이상의 제1 액체 입자 계수기의 측정 결과 입자 농도가 소정 농도를 초과한 경우, 해당 액체 공급 라인에 연결된 밸브를 오픈하여 상기 스펙트럼 계수기에 액체를 도입하여 해당 액체 공급 라인의 액체 입자 농도를 측정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 입자 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액체 입자 계수기는,
    액체를 에어로졸화 하여 에어로졸 입자를 출력하는 에어로졸화 장치와,
    상기 에어로졸 입자가 증기를 흡수하여 사이즈가 성장될 수 있도록 응축하고 응축된 입자를 광학적 카운터에 의해 측정하는 CPC를 포함하고,
    상기 스펙트럼 계수기는,
    액체를 에어로졸화 하여 에어로졸 입자를 출력하는 에어로졸화 장치,
    에어로졸 입자를 사이즈 별로 분류하는 분류기, 및
    분류기에 의해 분류된 소정 사이즈의 입자가 증기를 흡수하여 사이즈가 성장될 수 있도록 응축하고 응축된 입자를 광학적 카운터에 의해 측정하는 CPC를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 입자 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액체 입자 계수기는,
    액체를 에어로졸화 하여 에어로졸 입자를 출력하는 에어로졸화 장치,
    출력된 상기 에어로졸 입자의 흐름에 열을 가하여 에어로졸 입자 표면의 액체와 버블을 증발시킴으로써 입자만을 남기기 위한 건조기, 및
    상기 건조기에서 배출되는 입자를 유입하여 상기 입자가 증기를 흡수하여 사이즈가 성장될 수 있도록 응축하고 응축된 입자를 광학적 카운터에 의해 측정하는 CPC를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 입자 모니터링 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스펙트럼 계수기는 액체 입자를 사이즈별로 분류하여 측정하고,
    상기 스펙트럼 계수기는 하나 이상의 연결관에 의해 상기 하나 이상의 제1 액체 입자 계수기의 하류측에 각기 연결되는 것을 특징으로 하는 액체 입자 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 액체 공급 라인에 추가로 각기 연결되는 하나 이상의 제2 액체 입자 계수기를 포함하고,
    상기 하나 이상의 제2 액체 입자 계수기는 광학적 액체 입자 계수기로, 소정 사이즈 이상의 입자 농도를 측정하고, 제1 액체 입자 계수기는 제2 액체 입자 계수기의 측정 대상 입자 사이즈 범위 보다 더 넓은 범위의 측정 대상 입자 사이즈 범위를 가지고,
    상기 제1 및 제2 액체 입자 계수기는 동일한 라인의 유체 회로 상의 액체 입자 농도를 계측하는 것을 특징으로 하는 액체 입자 모니터링 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 제1 액체 입자 계수기의 측정 결과와 제2 액체 입자 계수기의 측정 결과를 수집하고,
    상기 제어부는 제1 액체 입자 계측기에 의해 측정된 입자 사이즈별 농도 맵과 제2 액체 입자 계측기에 의해 측정된 입자 사이즈별 농도 맵에 기초하여 소정 사이즈 이하의 입자 농도 맵을 획득하는 것을 특징으로 하는 액체 입자 모니터링 시스템.
  7. 제1항의 액체 입자 모니터링 시스템에 의해 실행되는 액체 입자 모니터링 방법으로서,
    하나 이상의 액체 공급 라인에 각기 연결되는 상기 하나 이상의 제1 액체 입자 계수기가 각기 액체 입자 농도를 측정하는 단계;
    상기 하나 이상의 제1 액체 입자 계수기 중 하나에 의해 소정 농도를 초과한 측정값이 측정되면, 경고를 출력하고 소정 농도를 초과한 측정값이 측정된 액체 공급 라인으로부터 스펙트럼 계수기로 연결되는 밸브를 개방하여 해당 액체 공급 라인의 액체를 스펙트럼 계수기로 유입하는 단계; 및
    스펙트럼 계수기가 해당 액체 공급 라인의 액체 농도를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 입자 모니터링 방법.

KR1020210110103A 2021-08-20 2021-08-20 액체 입자 계수기 및 이를 구비한 액체 입자 모니터링 시스템 KR102623388B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210110103A KR102623388B1 (ko) 2021-08-20 2021-08-20 액체 입자 계수기 및 이를 구비한 액체 입자 모니터링 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210110103A KR102623388B1 (ko) 2021-08-20 2021-08-20 액체 입자 계수기 및 이를 구비한 액체 입자 모니터링 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230027855A KR20230027855A (ko) 2023-02-28
KR102623388B1 true KR102623388B1 (ko) 2024-01-11

Family

ID=85326505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210110103A KR102623388B1 (ko) 2021-08-20 2021-08-20 액체 입자 계수기 및 이를 구비한 액체 입자 모니터링 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102623388B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001004523A (ja) 1999-06-23 2001-01-12 Agency Of Ind Science & Technol 液中粒子計測装置およびその方法
US6544484B1 (en) 1999-06-18 2003-04-08 Tsi Incorporated Aerosol charge adjusting apparatus employing a corona discharge
KR101110391B1 (ko) 2002-01-22 2012-02-15 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 이산화탄소 중의 불순물 분석 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5374396A (en) * 1992-05-05 1994-12-20 Tsi Incorporated Syringe injection system for measuring non-volatile residue in solvents
KR101030329B1 (ko) * 2008-10-14 2011-04-20 (주)에이치시티 입자 측정 유니트

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6544484B1 (en) 1999-06-18 2003-04-08 Tsi Incorporated Aerosol charge adjusting apparatus employing a corona discharge
JP2001004523A (ja) 1999-06-23 2001-01-12 Agency Of Ind Science & Technol 液中粒子計測装置およびその方法
KR101110391B1 (ko) 2002-01-22 2012-02-15 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 이산화탄소 중의 불순물 분석 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230027855A (ko) 2023-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5098657A (en) Apparatus for measuring impurity concentrations in a liquid
TWI549745B (zh) 溶液混合裝置與混合方法以及溶液粒子監測系統與監測方法
US9625358B2 (en) Gas sampling apparatus and monitoring apparatus
KR100346933B1 (ko) 반응성 가스 및 독성 가스 중의 입자를 검출하는 장치 및방법
JP5607642B2 (ja) ガスサンプリング装置
US20080137065A1 (en) Measuring Analyte Concentrations in Liquids
US6892142B2 (en) Method of analyzing particles suspended in liquid and liquid-suspended particle analyzer for carrying out the method
JPH0399248A (ja) 凝縮核計数法を使用した粒子径測定法
TWI625759B (zh) 線上移送之分析樣本的分析系統及分析方法
KR101864851B1 (ko) 바이러스 검출 장치 및 바이러스 검출 방법
US20190219493A1 (en) Calibrated particle analysis apparatus and method
US5231865A (en) Diffusion gas diluter
CN108695135B (zh) 用于从气溶胶颗粒生成元素离子的离子源和方法
WO2021126346A1 (en) In-situ, real-time detection of particulate defects in a fluid
KR101030329B1 (ko) 입자 측정 유니트
US10101258B2 (en) Detection system for determining filtering effectiveness of airborne molecular contamination
CN109923637B (zh) 用于分析气溶胶粒子的化学组分的装置和方法
KR102623388B1 (ko) 액체 입자 계수기 및 이를 구비한 액체 입자 모니터링 시스템
Hess et al. A hyphenated smps–icpms coupling setup: Size-resolved element specific analysis of airborne nanoparticles
WO2014141994A1 (ja) 粒子分析方法及び粒子分析装置
GB2394290A (en) Method and apparatus for counting ions in a sample
JP2014185904A (ja) 水質測定方法
Wonaschuetz et al. Chemical composition of radiolytically formed particles using single-particle mass spectrometry
JP4180952B2 (ja) ワイドレンジ粒子カウンター
US20230384185A1 (en) On-line analysis system and method for specialty gasses

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right