다층 라미네이트 및 분배 패키지와 저장 및 분배 방법 document_id A220623054518

다수의 산업적인 용례에서, 화학 반응제 및 조성물은 고순도 상태로 공급되도록 요구되고, 공급된 재료가 패키지의 충전, 저장, 운송 및 최종 분배 작업에 걸쳐서 순수하고 적합한 형태로 유지되는 것을 보장하기 위해 특수화된 패키징이 개발되어 왔다. 마이크로 전자 디바이스 제조 분야에서, 적합한 패키징에 대한 요구가 광범위한 액체 및 액체 함유 조성물에 대해 특히 강제되고 있는데, 이는 패키징된 재료 내에 임의의 오염물이 있거나 및/또는 패키지 내의 수납 재료로 주변 오염물이 임의로 침투하면 이러한 액체 또는 액체 함유 조성물로 제조된 마이크로 전자 디바이스 제품에 악영향을 미쳐, 마이크로 전자 디바이스 제품에 결함이 발생하거나 또는 심지어는 이들 제품을 의도된 용도로 사용할 수 없게 되기 때문이다. 이를 고려한 결과로서, 포토레지스트, 에칭제, 화학 기상 증착 반응제, 용매, 웨이퍼 및 도구 세척 제제(formulation), 화학 기계적 연마 조성물 등과 같이 마이크로 전자 디바이스 제조에 사용되는 액체 및 액체 함유 조성물에 대해 여러 가지 유형의 고순도 패키징이 개발되어 왔다. 이러한 용도로 사용되는 한 가지 유형의 고순도 패키징은, 덮개(lid) 또는 커버와 같은 보유 구조체에 의해 강성 외부 팩(pack)에서 적소에 고정되는 가요성 라이너 또는 백(bag)에 액체 또는 액체 기반의 조성물 혹은 다른 재료를 수용하는 것인 강성 외부 팩을 구비한다. 이러한 패키징은 일반적으로 강성 외부 팩의 특정 형태에 따라서 "백-인-박스(bag-in-box)", "백-인-컨테이너(bag-in-container)" 또는 "백-인-드럼(bag-in-drum)" 패키징으로 다양하게 부른다. 패키징의 강성 외부 팩은, 예를 들면 고밀도 폴리에틸렌 또는 다른 폴리머 혹은 금속으로 형성될 수 있고, 라이너는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 저밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 기반의 다층 라미네이트, PTFE 기반의 다층 라미네이트, 폴리우레탄 등과 같은 폴리머 필름 재료로 형성되어 미리 세척되고 살균된 접이식 백으로 제공될 수 있으며, 이들 재료는 라이너 내에 수납될 수납 액체 또는 액체 기반의 재료에 대해 불활성을 갖도록 선택된다. 이러한 유형의 패키징은 에이티엠아이 인크(ATMI, Inc.)(미국 코네티컷주 댄버리 소재)로부터 상표명 나우팩(NOWPAK)으로 상업적으로 입수 가능하다. 액체 및 액체 기반의 조성물의 이러한 라이너 패키징을 수반하는 분배 작업에서, 액체는 침지 튜브(dip tube)가 수납 액체에 침치되어 있는 상태로 침지 튜브를 포함하는 분배 조립체를 라이너의 포트에 연결함으로써 라이너로부터 분배된다. 이에 따라, 분배 조립체가 라이너에 결합된 후에, 유체 압력이 라이너의 외부면에 인가되므로, 라이너가 점진적으로 수축되면서 결합된 유체 회로로 배출하기 위해 분배 조립체를 통해 최종 사용 장소로 액체를 강제 이동시킨다. 대안으로, 패키지로부터 액체를 흡입하기 위해, 라이너의 출구에 또는 라이너의 출구에 연결된 분배 조립체에 음압(negative pressure)이 인가될 수 있다. 액체 재료가 이러한 유형의 라이너 기반 패키지에 선적될 때, 과도한 기계적 변형이 컨테이너에서 발생되지 않도록 하면서 액체의 열 팽창 및 수축을 수용하기 위한 헤드 스페이스(headspace) 가스로서의 가스 공간이 일반적으로 액체 상부에 유지된다. 그러나, 액체는 이에 따라 패키지의 운송 및 다른 이동 중에 교반되기 때문에, 기포가 패키징된 액체 내에 비말 동반될 수 있다. 액체 재료가 높은 점성을 가지면, 이러한 기포, 특히 작은 기포는 매우 장시간 동안 액체 재료 내에 존속될 수 있다. 이러한 기포는 액체의 사용에 있어서 극도로 유해한데, 이는 품질 보증 샘플링 및 실제 분배 작업에서 일반적으로 이용되는 입자 분석기에 의해 비말 동반된 기포가 입자로서 취급되기 때문이다. 이러한 입자 분석기는 의도된 용도에 대한 액체의 순도를 모니터링하기 위해 사용되는 것이다. 비말 동반된 미세 기포의 존재에 기인하여 입자를 잘못 카운트하면 실제로는 원하는 순도 특성을 갖는 액체 재료의 거절 또는 재가공을 초래할 수 있다. 부가적으로, 액체 매체 내에 미세 기포가 존재하면 내부에 가스가 존재한다는 점에서 문제가 있을 수도 있다. 비말 동반된 가스는 액체 재료의 후속 처리를 방해할 수 있고, 또는 상기 액체 재료로 제조된 제품에 악영향을 미칠 수 있으며, 이러한 제품에 결함을 발생시키거나 또는 심지어는 의도된 용도로 사용되지 못하도록 할 수 있다. 따라서, 라이너 패키징된 액체 재료 내에 기포가 형성되지 않도록 하는 것은 재료에 대한 입자 카운트 측정의 정확성 및 신뢰성과 관련하여 중요할 뿐만 아니라 액체 재료를 사용하는 최종 제품의 효율적인 처리 이외에도 상기 제품의 효율적인 제조를 위해 중요하다. 이제, 라이너 자체를 고려하면, 라이너는 바람직하게는 라이너를 통한 내부 액체로의 분위기 가스의 침투를 제한하기 위해 낮은 투과성을 특징으로 한다. 높은 투과성의 라이너는 가스 침투를 위한 접촉 영역 및 라이너 내에 수납된 액체 재료와의 접촉의 증가를 초래한다. 따라서, 라이너의 주위 환경에 있는 가스에 대해 우수한 배리어 특성을 갖는 라이너 필름 재료는, 이러한 분위기 가스에 의해 악영향을 받는 액체 재료의 수납을 위한 라이너 기반 패키징의 이용에 있어서 중요하거나 또는 중요할 수 있다. 다수의 용례에 있어서 일차적으로 중요한 라이너의 다른 특징은, 라이너의 입자 생성 특성, 즉 예를 들면 라이너의 팽창 및 수축, 라이너의 만곡 및 병진 운동 등의 조건 하에서 내부에 수납된 액체 재료 내로 입자를 탈락(shed)시키는 라이너의 민감성(susceptibility)이다. 라이너 내의 액체 재료의 품질 및 순도를 유지하기 위해, 라이너에 의한 이러한 입자 탈락을 최소화시키고 바람직하게는 없애는 것이 바람직하다. 그 결과, 입자 탈락 방지 특성을 갖는 라이너 필름 재료의 개발에 대한 노력이 집중되어 왔다. 다수의 라이너가 광범위한 재료의 라이너 기반 패키징에 상업적으로 이용 가능하다. 이러한 라이너 중 하나는 에이티엠아이 인크(미국 코네티컷주 댄버리 소재)로부터 상표명 울트라(ULTRA)로 상업적으로 입수 가능하고, 상기 울트라는 필름 재료로서 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함한다. 이러한 라이너는 극도로 낮은 입자 카운트 및 이에 따른 우수한 입자 탈락 방지 특성을 특징으로 할 뿐만 아니라 폴리테트라플루오로에틸렌 필름 재료를 사용함으로써 우수한 화학적 불활성을 갖는다. 다른 라이너 제품은 에이티엠아이 인크(미국 코네티컷주 댄버리 소재)로부터 상표명 N400(이전 상표명 FX)으로 상업적으로 입수 가능하고, 이 N400은 다층 라미네이트로 제조되며, 라미네이트 내에 특정하게 조성된 폴리에틸렌계 필름 재료를 사용함으로써 결과적으로 극도로 낮은 가스 투과율뿐만 아니라 우수한 불활성을 특징으로 한다. 전술한 폴리테트라플루오로에틸렌 필름을 포함하는 라이너는 상업적으로 큰 성공을 이루었다. 그러나, 다수의 용례에서, 전술한 바와 같이 라이너의 외부면 상에 압력을 인가함으로써 분배 작업을 실시하여 라이너를 점진적으로 압착 및 압축하고 이에 따라 라이너로부터 액체 재료의 배출을 실시하는 것이 바람직하다. 이러한 압력 인가식 분배 작업에서, 폴리테트라플루오로에틸렌의 고유한 투과성 때문에 압축 가스는 폴리테트라플루오로에틸렌 필름에 침투하게 되므로, 라이너 내에 수납된 액체 재료에서 미세 기포가 형성될 가능성은 더 높아진다. 일반적으로, 라이너 제조시에 이용되는 필름 재료는 이들의 투과성 및 다른 물리적 특징과 화학적 특성에 있어서 매우 광범위하고 다양하다. 종래 기술에서는 라이너의 전체 특성을 최적화하기 위한 시도로서 라이너의 제조시에 다양한 다층 필름을 구현하여 왔다. 전술한 바와 같이, 폴리테트라플루오로에틸렌은, 그 화학적 불활성을 이유로, 예컨대 전술한 울트라 라이너에서 이용되어 왔다. 또한, 에틸렌 비닐 알코올(EVOH) 및 나일론은, 이들의 매우 낮은 투과 상수 때문에, 예를 들면 폴리에틸렌 뿐만 아니라 전술한 재료를 포함하는 전술한 N400(이전 상표명 FX) 다층 라미네이트에서 이용되어 왔다. N400 라미네이트는 다수의 액체 수납 용례에 있어서 양호한 성능 특성을 제공하지만, 다른 용례에서는 바람직하지 않을 수도 있는데, 이는 (i) 이러한 라미네이트의 내부층이 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 다른 재료만큼 화학적으로 불활성이지 않은 폴리에틸렌이고, (ⅱ) 폴리에틸렌은 폴리테트라플루오로에틸렌에 용접될 수 없으며, (ⅲ) 라이너 층 사이에 갇혀 있는 공기가 실질적으로 누설되고, (ⅳ) 이러한 라미네이트 내의 EVOH 필름이 질소에 대한 양호한 배리어를 제공하긴 하지만 수분에 대해서는 우수한 배리어를 제공하지 못하기 때문이다. 라이너 필름의 투과 배리어 특성의 전술한 과제와 관련된 문제점은 액체 재료 내로 침투된 가스가 용해되는 것이다. 라이너를 통해 압축 가스가 침투하면 가스의 용해도, 가스의 분압 및 헤드 스페이스 가스 내의 농도에 따라 액체 재료 내로 일부 가스가 반드시 용해될 것이다. 이러한 가스의 용해는 특히 라이너로부터의 액체의 가압 분배 중에 발생하기 쉽다. 그 후에 결과적으로 용해된 가스는, 우선 액체 재료가 분배되어 가스 용해가 실시되는 가압 분배 조건에 대해 하류측 유동 회로 및 프로세스 설비에서 압력이 감소될 때 액체 재료 내에 기포를 형성할 수 있다. 이들 기포는 이어서 액체 재료 및 이 액체 재료를 사용하여 제조된 제품의 처리에 악영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 포토레지스트, 상부 반사 방지 코팅(TARC 등) 및 저부 반사 방지 코팅(BARC 등)과 같은 재료의 가압 분배에 있어서, 0.1 내지 20 ㎛의 범위의 크기를 갖는 미세 기포의 형성은 이들 재료가 웨이퍼 상에 증착될 때 잠재적인 결함의 원인이 된다. 이들 재료는 일반적으로 가스 포화 조건(예를 들면, 공기로 포화됨)에서 컨테이너 내에 충전된다. 다음에 컨테이너가 압축되면, 더 많은 가스가 용액에 용해될 수 있다. 헤드 스페이스 가스가 액체 재료를 덮고 있는 라이너 기반 패키지에서, 헤드 스페이스로부터의 가스는 또한 라이너와 결합된 강성 컨테이너 사이의 환형 공간이 압축되면 액체 재료 내로 용해될 수 있다. 이후, 용해된 가스는, 라이너로부터 액체를 분배하는 도중에 이들의 충전 사이클 상의 분배 펌프에서와 같이 인가된 압력이 감소되면 액체 재료로부터 매우 쉽게 흡수된다. 종래 기술에서는, 예를 들면 고체, 액체 및 액체 함유 조성물과 같은 재료의 패키징에 있어서, 특히 라이너 기반 패키징에 있어서, 낮은 투과성 및 우수한 화학적 불활성을 갖는 개량된 라이너의 개발에 집중된 노력을 포함하는 개량과, 라이너의 충전 또는 라이너로부터의 재료의 분배를 위한 유동 회로 및/또는 패키지 마개에 라이너를 연결하기 위한 결합 배치 및 구조를 포함하는 라이너 기반 패키지 구조의 개량을 계속 추구하고 있다.