KR100626373B1

KR100626373B1 - 초순수 제조 시스템

Info

Publication number: KR100626373B1
Application number: KR1020040025099A
Authority: KR
Inventors: 이해성; 손한수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2006-09-20
Also published as: KR20050099878A

Abstract

본 발명은 초순수를 제조하는 과정에서 소비되는 전력을 절감할 수 있는 초순수 제조 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 초순수 제조 시스템은 다양한 여과장치들을 거치는 과정에서 접촉 및 자연 발화로 여과수의 온도가 상승하게 되는데, 이 여과수의 온도를 초순수 제조에 사용되는 원수를 이용하여 낮추는 열교환수단을 제공하는데 있다. 이 열교환수단은 원수집수조로부터 원수를 공급하는 공급라인, 공급라인을 통해 공급받은 원수를 사용하여 여과수의 온도를 낮추는 열교환기, 열교환기에서 사용된 원수를 원수집수조로 공급하는 회수라인을 포함한다.

Description

초순수 제조 시스템{SYSTEM MAKING DI WATER}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초순수 제조 시스템의 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

102 : 원수집수조

104 : 1차 열교환기

110 : 전처리부

130 : 탈이온처리부

142 : 순수 집수조

144 : 열교환수단

본 발명은 초순수 제조 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 초순수를 제조하는 과정에서 소비되는 전력을 절감할 수 있는 초순수 제조 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체소자 제조공정은 웨이퍼 상에 확산, 사진, 식각, 이온주입 및 증착 등 일련의 공정을 거쳐 완성된다.

이와 같은 공정으로 제조되는 반도체소자는 패턴(Pattern)의 미세화와 고집적화가 되어감에 따라 공정 중에 발생하는 불순 파티클이나 각종 오염물에 의한 미세오염으로 제품수율이나 신뢰성에 상당한 영향을 받게 된다. 이에 대부분의 반도체소자를 제조하기 위한 공정진행 전후에는 웨이퍼를 매우 청결한 상태로 세정하는 세정공정을 진행하게 되며, 이러한 세정공정에서 주로 사용되는 것이 바로 초순수이다.

이하, 초순수의 제조방법을 구체적으로 설명하면, 초순수는 통상 광역상수(이하, '원수'라 함)를 공급받은 다음 이 광역상수에서 미립자, 이온, 고농도 유기물, 생균 등을 단계별로 제거하는 전처리 단계, 순수 단계, 초순수 단계를 순차적으로 경유하도록 함으로써 반도체소자 제조공정에 정상공급되는 초순수로 제조된다.

일반적인 초순수 제조 시스템은 3개의 열교환기가 설치되어 초순수의 온도를 조절하고 있다. 최초 원수 열교환기에서는 30도 이상의 냉각용수를 공급하여 겨울철 10도 이하의 원수 온도를 상승시킨다. 그리고, 2번째 열교환기에서는 자외선 살균램프에서 박테리아 제거를 위해 박테리아가 서식하기 좋은 조건인 23-24도의 온도를 초순수를 유지시켜준다. 상기 2번째 열교환기에서 23-24도로 조절된 초순수의 온도는 각각의 설비들을 거치는 과정에서 접촉 및 자연 발열로 3도의 온도상승 현상이 발생되게 되는데, 이를 다시 최적의 온도인 24도로 조절하기 위해 최종 열교환기가 설치되어 운영중이며, 이 최종 열교환기에서는 5도 냉수를 만들어 초순수의 온도를 24도로 조절시켜주게 된다.

이처럼, 기존에는 초순수의 온도를 낮추기 위해 사용되는 냉수(5도)를 만들기 위한 전력수요가 많은 것이 현실이다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 초순수의 온도를 낮추는데 필요한 전력비용을 줄일 수 있는 새로운 형태의 초순수 제조 시스템을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초순수 제조 시스템은 원수가 집수되는 원수집수조와; 상기 원수의 온도를 상승시키기 위한 1차 열교환기; 상기 1차 열교환기를 거친 원수를 전처리 여과하기 위한 전처리부; 상기 전처리부에서 여과된 1차 여과수가 집수되는 전처리 집수조; 상기 1차 여과수를 세균이 서식하기 좋은 온도로 상승시키기 위한 2차 열교환기; 상기 2차 열교환기를 거친 1차 여과수를 정밀 여과처리하고, 미생물을 번식을 억제시키고 양음이온을 포함한 이물질을 제거하는 탈이온처리부; 상기 탈이온처리부를 거친 2차 여과수가 집수되는 순수 집수조; 및 상기 2차 여과수의 초순도화 처리를 위한 고순도화 처리부를 포함하되; 상기 2차 여과수는 상기 고순도화 처리부로 투입되기 전에 상기 원수와의 열교환을 통해 온도를 낮추는 열교환 수단을 갖는다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 열교환수단은 상기 원수집수조로부터 원수를 공급하는 공급라인; 상기 공급라인을 통해 공급받은 원수를 사용하여 상기 2차 여과수의 온도를 낮추는 3차 열교환기; 상기 3차 열교환기에서 사용된 원수를 상기 원수집수조로 공급하는 회수라인을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 열교환수단은 상기 3차 열교환기에서 사용된 원수를 다시 상기 공급라인을 통해 재 공급하기 위하여 상기 공급라인과 상기 회수라인을 연결하는 순환라인과, 상기 순환라인상에 설치되는 온도조절용 밸브를 더 포함하여, 상기 3차 열교환기에서의 온도조절이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 열교환수단은 상기 3차 열교환기를 통해 배출되는 상기 2차 여과수의 온도를 측정하는 온도 센서와; 상기 온도 센서로부터 측정 온도를 제공받아 상기 순환라인에 설치된 상기 온도조절용 밸브를 제어하는 온도 제어부를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 초순수 제조 시스템은 원수가 집수되는 원수집수조와; 상기 원수를 여과하기 위한 여과 장치들을 갖는 처리부; 상기 여과장치들을 거치는 과정에서 접촉 및 자연 발열로 온도 상승되는 여과수의 온도를 낮추기 위한 열교환 수단을 포함하되; 상기 열교환수단은 상기 원수집수조로부터 원수를 공급하는 공급라인; 상기 공급라인을 통해 공급받은 원수를 사용하여 상기 여과수의 온도를 낮추는 열교환기; 상기 열교환기에서 사용된 원수를 상기 원수집수조로 공급하는 회수라인을 포함한다.

예컨대, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.

도 1을 참조하면, 초순수 제조 시스템(100)은 초순수 제조 순서에 따라 원수가 집수되는 원수집수조(Raw Water Pit;102), 상기 원수의 온도를 상승시키기 위한 1차 열교환기(Raw Water Heat Exchanger;104), 상기 1차 열교환기(104)를 거친 원수를 전처리 여과하기 위한 전처리부(110), 상기 전처리부(110)에서 여과된 1차 여과수가 집수되는 전처리 집수조(122), 상기 1차 여과수를 세균이 서식하기 좋은 온도로 상승시키기 위한 2차 열교환기(124), 상기 2차 열교환기(124)를 거친 1차 여과수를 정밀 여과처리하고, 미생물을 번식을 억제시키고 양음이온을 포함한 이물질을 제거하는 탈이온처리부(130), 상기 탈이온처리부(130)를 거친 2차 여과수가 집수되는 순수 집수조(142), 상기 2차 여과수가 고순도화 처리부(150)로 투입되기 전에 상기 원수와의 열교환을 통해 온도를 낮추는 열교환 수단(144), 상기 2차 여과수의 초순도화 처리를 위한 고순도화 처리부(150), 초순수 저장탱크, 초순수 열교환기 및 최종 처리부를 포함한다.

상기 원수집수조(102)에 집수된 원수는 1차 열교환기(104)를 거쳐 상기 전처리부(110)로 보내져 전처리 여과과정을 거친다. 상기 전처리부(110)는 수중의 부유물질(SS, suspended solid)과 염소(Cl-)성분 제거하는 샌드필터(Sand Filter;112), 전처리 저장조(Pretreated Water Pit;114), Recovery Water에 함유된 과산화수소(H2O2)및 염소성분을 제거하는 활성탄충진타워(Activated Carbon Tower;116), 수중의 Ca+2, Mg+2, Na+, K+ ... 등 양이온 제거하는 양이온 교환 타워(Strong Cation Exchanger Resin Tower;117), 수중의 HCO3- , CO2 gas 제거하는 탈기 타워(Degasifier Tower;118), 수중의 SO4-2, HCO-3, Cl-, SiO-2 ...등 음이온을 제거하는 음이온 교환 타워(Weak Anion&Strong Anion Exchanger Resin Tower;119)를 포함하며, 원수는 이러한 여러 여과장치들을 거치면서 전반적인 이물질이 제거된다.

상술한 전처리부(110)의 여과장치들을 거친 1차 여과수는 상기 전처리 집수조(122)에 모아진 후, 2차 열교환기(124)에 의해 20-25도로 온도보정되어 유지되면서 상기 탈이온처리부(130)를 거치게 된다. 상기 2차 열교환기(Water Heat Exchanger)는 상기 1차 여과수의 온도를 미생물&박테리아의 서식환경에 맞도록 조절하며, 하절기에는 5℃ 냉수, 겨울철에는 Steam을 사용하여 상기 1차 여과수의 온도를 20-25도로 조절하게 된다.

한편, 상기 탈이온처리부(130)는 253nm의 살균선을 수중에 조사하여 미생물&박테리아의 DNA파괴하는 자외선 살균 램프(Ultraviolet Lamp-1;132), 수중의 5㎛ 이상의 미립자를 여과하는 필터(5㎛ Filter;134), 수중의 저분자및 고분자 물질등의 불순물을 여과하는 역삼투막(Reverse Osmosis Unit;135), 진공 Pump를 이용하여 수중의 용존산소 (DO)를 탈기하는 고효율 진공 탈기탑(High Efficiency-Vacuum Degasifier;136), 수중에 184.9nm의 O3선을 조사하여 남아 있는 TOC를 CO2와 H2O 의 단순한 산화물로 분해하는 자외선 살균램프(TOC-UV Lamp;137), TOC-UV에 의해 산화된 CO2등 이온을 제거하는 혼상 이온교환 타워(Mixied Bed Ion Exchanger Resin Tower;138)등을 포함하며, 1차 여과수는 이러한 여과장치들을 거치면서 정밀 여과처리된다.

상술한 상기 탈이온처리부(130)의 여과장치들을 거친 순수(2차 여과수)는 도 1에 표시된 온도와 같이 각각의 여과장치들을 거치는 과정에서 접촉 및 자연 발열로 초순수 열교환기 입구에서는 3℃의 온도상승 현상이 발생된다.

상기 열교환수단(144)은 초순수 제조용 원수와 순수와의 열교환을 통해 상술한 순수의 온도 상승 현상을 억제함으로써, 초순수 열교환기에서 순수를 24도로 조절하기 위한 5℃냉수를 만드는데 겨울철 5개월간 소비되는 냉동전력비(70,743kw-1개 라인 기준)를 절감하기 위한 것이다. 이를 위해, 상기 열교환수단(144)은 상기 원수집수조(102)로부터 원수를 공급하는 공급라인(145a), 상기 공급라인(135a)을 통해 공급받은 원수를 사용하여 상기 2차 여과수의 온도를 낮추는 3차 열교환기(146), 상기 3차 열교환기(146)에서 사용된 원수를 상기 원수집수조(102)로 공급하는 회수라인(145b), 상기 3차 열교환기(146)에서 사용된 원수를 다시 상기 공급라인(145a)을 통해 재 공급하기 위하여 상기 공급라인(145a)과 상기 회수라인(145b)을 연결하는 순환라인(145c), 상기 순환라인(145c)상에 설치되는 온도조절용 밸브(145d), 상기 3차 열교환기(146)를 통해 배출되는 상기 2차 여과수의 온도를 측정하는 온도 센서(147)와, 상기 온도 센서(147)로부터 측정 온도를 제공받아 상기 순환라인(145c)에 설치된 상기 온도조절용 밸브(145d)를 제어하는 온도 제어 부(148)를 포함한다.

이처럼, 상기 초순수 제조 시스템(100)은 초순수 제조용 원수와 열교환을 하면 초순수공급 최종 온도조절용 초순수 열교환기에서 겨울철 5개월간 소비되는 5℃ 냉동제조 소비전력 70,743kw(1개 라인 기준)을 절감할수 있는 것이다.

한편, 상기 순수 집수조(142)에 모아진 후, 상기 열교환 수단(144)에 의해 온도 보정이 이루어진 순수는 초순도화 처리를 위한 고순도화 처리부(150)를 거치게 된다.

상기 고순도화 처리부(150)는 253nm의 살균선을 수중에 조사하여 미생물&박테리아의 DNA파괴하는 자외선 살균램프(Ultraviolet Lamp-1;152), 수중의 1㎛ 이상의 미립자를 여과하는 필터(1㎛ Filter;154), 수중의 저분자및 고분자 물질등의 불순물을 여과하는 역삼투막(Reverse Osmosis Unit;156), 그리고 이렇게 여과된 초순수가 저장되는 초순수 저장 탱크(Relay-2 Tank;158)를 포함한다.

상술한 상기 고순도와 처리부(150)의 여과장치들을 거친 초순수는 초순수 저장 탱크(Relay-1 Tank;162)와, 최종 사용환경에 적합한 온도로 공급하기 위하여 5℃ 냉수를 사용하여 온도를 조절하는 초순수 열교환기(DI Water Heat Exchanger;164)를 거치고 최종 처리부인 수중에 184.9nm의 O3선을 조사하여 남아 있는 TOC를 CO2와 H2O의 단순한 산화물로 다시 분해하는 자외선 살균램프(TOC-UV Lamp;166), TOC UV Lamp 에서 산화된 TOC 성분(은이온)을 제거하는 유기 이온 교환 타워(OR Polisher Resin Tower;168), 수중에 함유된 미량의 양/음 이온 및 SiO2 성분제거하는 음이온 교환 타워(MB Polisher Resin Tower;170), 수중의 0.01~0.1 마 이크로미터(㎛ 100만분의 1 ｍ)크기의 미세한 입자들을 여과하는 한외 여과막(Ultra Filter;172)을 걸쳐 최종적으로 완벽하게 처리된다.

이상에서, 본 발명에 따른 초순수 제조 시스템의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 초순수의 온도를 낮추는데 필요한 전력비용을 줄일 수 있다.

Claims

삭제
초순수 제조 시스템에 있어서:

원수가 집수되는 원수집수조와;

상기 원수의 온도를 상승시키기 위한 1차 열교환기;

상기 1차 열교환기를 거친 원수를 전처리 여과하기 위한 전처리부;

상기 전처리부에서 여과된 1차 여과수가 집수되는 전처리 집수조;

상기 1차 여과수를 세균이 서식하기 좋은 온도로 상승시키기 위한 2차 열교환기;

상기 2차 열교환기를 거친 1차 여과수를 정밀 여과처리하고, 미생물을 번식을 억제시키고 양음이온을 포함한 이물질을 제거하는 탈이온처리부;

상기 탈이온처리부를 거친 2차 여과수가 집수되는 순수 집수조;

상기 2차 여과수의 초순도화 처리를 위한 고순도화 처리부; 및

상기 2차 여과수가 상기 고순도화 처리부로 투입되기 전에 상기 원수와의 열교환을 통해 온도를 낮추는 열교환 수단을 포함하되;

상기 열교환수단은

상기 원수집수조로부터 원수를 공급하는 공급라인;

상기 공급라인을 통해 공급받은 원수를 사용하여 상기 2차 여과수의 온도를 낮추는 3차 열교환기;

상기 3차 열교환기에서 사용된 원수를 상기 원수집수조로 공급하는 회수라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 시스템.
제2항에 있어서,

상기 열교환수단은

상기 3차 열교환기에서 사용된 원수를 다시 상기 공급라인을 통해 재 공급하기 위하여 상기 공급라인과 상기 회수라인을 연결하는 순환라인과,

상기 순환라인상에 설치되는 온도조절용 밸브를 더 포함하여,

상기 3차 열교환기에서의 온도조절이 가능한 것을 특징으로 하는 초순수 제조 시스템.
제3항에 있어서,

상기 열교환수단은

상기 3차 열교환기를 통해 배출되는 상기 2차 여과수의 온도를 측정하는 온도 센서와;

상기 온도 센서로부터 측정 온도를 제공받아 상기 순환라인에 설치된 상기 온도조절용 밸브를 제어하는 온도 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 시스템.
초순수 제조 시스템에 있어서:

원수가 집수되는 원수집수조와;

상기 원수를 여과하기 위한 여과 장치들을 갖는 처리부;

상기 여과장치들을 거치는 과정에서 접촉 및 자연 발열로 온도 상승되는 여과수의 온도를 낮추기 위한 열교환 수단을 포함하되;

상기 열교환수단은

상기 원수집수조로부터 원수를 공급하는 공급라인;

상기 공급라인을 통해 공급받은 원수를 사용하여 상기 여과수의 온도를 낮추는 열교환기;

상기 열교환기에서 사용된 원수를 상기 원수집수조로 공급하는 회수라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 시스템.