KR100733413B1 - 가스 분석 장치와 그를 이용한 케미컬 필터 가속 평가장치 및 가스 분석 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 저농도의 측정 장치를 이용하여 고농도의 가스를 측정할 수 있는 가스 분석 장치와 이를 이용한 케미컬 필터 가속 평가 장치 및 가스 분석 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 산소를 포함하는 측정용 가스의 농도를 측정하되, 1ppm 보다 낮은 농도를 측정할 수 있는 가스 분석수단; 및 1ppm 보다 높은 농도를 갖는 상기 측정용 가스에 희석용가스를 소정의 비율로 혼합하여 상기 가스분석수단이 측정 가능한 농도로 희석시켜 1ppm 보다 낮은 농도를 갖는 측정용 가스를 상기 가스 분석수단에 제공하는 가스 희석수단을 포함하는 가스 분석 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 가스 분석 장치; 반도체 제조 라인에 유입되는 공기에서 케미컬 가스 성분을 제어하기 위한 케미컬 필터; 및 상기 케미컬 필터에 가스를 공급하기 위한 가스 실린더를 구비하며, 상기 가스 분석 장치는, 상기 케미컬 필터의 전단에서는 상기 가스 희석부에 의해 소정의 배율로 희석된 가스의 농도를 측정하고, 상기 케미컬 필터의 후단에서는 상기 가스 희석부를 사용하지 않고 가스의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 케미컬 필터 가속 평가 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 가스 분석 장치를 이용하여 가스를 분석하는 방법에 있어서, 1ppm 보다 큰 농도의 측정용 가스를 1ppm 보다 낮은 농도로 희석시키는 단계; 및 상기 희석된 측정용 가스의 농도를 측정하는 단계를 포함하는 가스 분석 방법을 제공한다.
가스 분석 장치. 가스 희석 시스템, FFU, 가속 평가, 케미컬 필터, 플로우 미터, 가스 분석기.
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분석 장치를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 가스 분석 장치를 케미컬 필터 가속 평가 장치에 적용시킨 일예를 도시한 도면.
도 3은 도 2를 도시한 사진.
도 4는 도 2의 가속 평가 장치를 실제 반도체 라인에 적용시킨 가속 평가 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 상기한 본 발명의 가스 분석 장치를 이용한 가스 분석 방법을 개략적으로 도식화한 플로우 챠트.
도 6은 도 4의 인-라인 가스 분석기 중 NO 측정용 가스 분석기를 이용하여 농도를 측정한 그래프.
도 7은 도 4의 인-라인 가스 분석기 중 NO2 측정용 가스 분석기를 이용하여 농도를 측정한 그래프.
도 8은 도 4의 인-라인 가스 분석기 중 SO2 측정용 가스 분석기를 이용하여 농도를 측정한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 가스 희석부 11 : 가스 분석부
101, 102 : 플로우 미터 103 : 밸브
본 발명은 가스 분석 장치에 관한 것으로, 특히 가스 희석 시스템을 이용하여 그 모니터링 범위를 확대시킬 수 있는 가스 분석 장치에 관한 것이다.
현재, 트레이스 레벨(Trace level)인 NO, NO2, SO2, NH4, O3 성분의 인-라인(In-line) 모니터링(Monitoring) 장치는 반도체 산업에서 클린 룸(Clean room) 관리를 위해서 그리고, 기상학적인 대기 오염 측정을 위해서 사용되고 있다.
하지만, 트레이스 레벨 측정 장치의 측정 범위가 대개 0 ∼ 200ppb(10억 분의 1) 또는 1000ppb의 범위에서만 사용이 가능하며, 만일 1000ppb(1ppm(1백만 분의 1)) 이상인 경우에는 측정이 불가능하기 때문에 1ppm 이상 측정이 필요한 경우 별도의 고농도 측정 장치를 사용해야 한다.
예를 들면, 반도체 공장의 클린 룸으로 유입되는 외부 공기의 불순물을 제거하기 위해서는 현재 케미컬 에어 필터(Chemical air filter)를 설치할 예정으로 사전에 필터의 성능 및 수명(Life time)을 확인코자 실제 대상 가스를 고농도로 주입하여 가속 평가를 실시한다. 이 때, 필터의 전단의 고농도를 정확히 측정하기 위해서는 고농도 측정 장치가 필요하며, 필터의 후단에서는 저농도의 측정 장치가 별도로 필요하게 되어 많은 비용이 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 저농도의 측정 장치를 이용하여 고농도의 가스를 측정할 수 있는 가스 분석 장치와 이를 이용한 케미컬 필터 가속 평가 장치 및 가스 분석 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 산소를 포함하는 측정용 가스의 농도를 측정하되, 1ppm 보다 낮은 농도를 측정할 수 있는 가스 분석수단; 및 1ppm 보다 높은 농도를 갖는 상기 측정용 가스에 희석용가스를 소정의 비율로 혼합하여 상기 가스분석수단이 측정 가능한 농도로 희석시켜 1ppm 보다 낮은 농도를 갖는 측정용 가스를 상기 가스 분석수단에 제공하는 가스 희석수단을 포함하는 가스 분석 장치를 제공한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상기 가스 분석 장치; 반도체 제조 라인에 유입되는 공기에서 케미컬 가스 성분을 제어하기 위한 케미컬 필 터; 및 상기 케미컬 필터에 가스를 공급하기 위한 가스 실린더를 구비하며, 상기 가스 분석 장치는, 상기 케미컬 필터의 전단에서는 상기 가스 희석부에 의해 소정의 배율로 희석된 가스의 농도를 측정하고, 상기 케미컬 필터의 후단에서는 상기 가스 희석부를 사용하지 않고 가스의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 케미컬 필터 가속 평가 장치를 제공한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상기 가스 분석 장치를 이용하여 가스를 분석하는 방법에 있어서, 1ppm 보다 큰 농도의 측정용 가스를 1ppm 보다 낮은 농도로 희석시키는 단계; 및 상기 희석된 측정용 가스의 농도를 측정하는 단계를 포함하는 가스 분석 방법을 제공한다.
본 발명은, 1ppm 이하의 측정 범위를 갖는 저농도 측정 장치를 에어 또는 불순물 가스(Impurity gas)와 측정하고자 하는 고농도 대상 가스를 정확한 비율로 희석시켜서 저농도 측정장치로 고농도를 정확히 평가할 수 있도록 한다. 이 때, 가스와 에어의 희석 비율을 정확히 파악할 수 있는 플로우 미터(Flow meter)나 디지털 플로우 미터를 이용하여 손쉽게 공기 희석 후 고농도 가스의 양을 측정할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분석 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 가스 분석 장치는 1ppm 이하의 농도를 측정할 수 있는 가스 분석부(11)와, 1ppm 이상의 농도를 갖는 측정용 가스 G1과 혼합용 가스 또는 에어 G2를 일정 비율로 혼합하여 희석된 가스 G3를 가스 분석부(11)에 제공하기 위한 가스 희석부(10)를 구비하여 구성된다.
가스 희석부(10)는 측정용 고농도 가스 G1을 제공하는 플로우 미터(102)와, 희석용 가스 G2를 제공하는 플로우 미터(101)와, 플로우 미터(102)로부터 제공되는 고농도 측정 가스 G1의 양을 조절하기 위한 밸브(103)를 구비한다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 가스 분석 장치는, 1ppm 까지의 측정 범위를 갖는 가스 분석부(11)로 1ppm 이상의 가스 성분 G1을 모니터링 할 수 있도록 가스 희석부(10)를 이용하여 고농도 가스 G1을 희석용 가스 G2와 희석시킨다.
도 2는 도 1의 가스 분석 장치를 케미컬 필터 가속 평가 장치에 적용시킨 일예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 케미컬 필터 가속 평가 장치는, 도 1의 구성을 갖는 가스 분석 장치(100)와, 반도체 제조 라인에 유입되는 공기에서 케미컬 가스 성분을 제어하기 위한 케미컬 필터(13)와, 케미컬 필터(13)에 가스를 공급하는 가스 실린더(12)를 구비하여 구성된다.
케미컬 필터 가속 평가 장치는, 케미컬 필터(13)의 전단(131)에서 제어 대상 가스를 1ppm ∼ 20ppm 수준으로 제조하여 강제적으로 케미컬 필터(13)를 통과시킴으로써, 케미컬 필터(13)가 제어 대상 가스를 얼마나 제거해 주는 가를 평가한다.
이 때, 케미컬 필터(13)의 전단(131)과 후단(132)의 케미컬 성분의 농도가 다르기 때문에 각가의 측정 범위에 적합한 가스 분석부(11)가 필요하나, 상기한 본 발명의 가스 분석 장치(100)를 사용하게 되면, 1ppm 이하의 측정 범위를 갖는 가스 분석부(11)로 1ppm 이상의 고농도 가스 양을 에어 등과 적당한 비율로 희석하여 평가할 수 있다.
케미컬 필터(13)의 전단(131)에서는 측정 가스의 농도가 1ppm 이상으로 높으며, 후단(132)에서는 0.01ppm ∼ 1ppm이다. 가스 분석부(11)는 NO, NO2, SO2, O3
, 또는 NH3 등의 가스를 측정하기 위한 것으로, 측정 한계가 0.2ppm이다.
따라서, 측정 한계가 0.2ppm인 가스 분석부(11)를 가스 희석부(10)없이 사용할 경우에는 케미컬 필터(13)의 후단(132)의 가스 측정이 가능하고, 가스 희석부(10)를 사용할 경우에는 그 측정 한계를 능가하는 케미컬 필터(13)의 전단(131)의 가스 측정이 가능하다.
도 3은 도 2를 도시한 사진으로, 'V'는 밸브를 나타내고, 'F'는 플로우 미터를 나타낸다.
예컨대, 측정하고자 하는 가스의 농도가 1ppm 수준일 경우 가스 G2와 G1의 비율을 최소 5:1로 조절하여 측정한 것으로, 1ppm 농도가 불순물 가스 또는 에어와 5:1로 희석되어 0.2ppm으로 측정된다.
도 4는 도 2의 가속 평가 장치를 실제 반도체 라인에 적용시킨 가속 평가 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 가속 평가 시스템은 팬 필터 유닛(400, Fan Filter Unit; 이하 FFU라 함)과, 샘플 필터(401)와, 가스 희석 시스템(402)과, 인-라인 가스 분석기(403)와, 오존 발생 장치(404)와, 가스 실린더(405)와, 플로우 콘트롤러(406)와, 진공 샘플러(407, Vacuum sampler)를 구비한다.
FFU(400)는, 에어의 풍량을 조절하는 역할을 하며, 팬(Fan) 하단부에 울파(ULPA) 필터가 장착되어 가스와 에어를 희석시킨다. 이에 맞도록 현재 사용중인 샘플 필터(401)의 면 풍속은 0.42m/초이다.
한편, 입력되는 에어는 풍속계를 이용하여 그 풍속을 측정한다.
샘플 필터(401)는 하이브리드용으로 각 마스크 측에서 가속 평가 기준용을 제작하여 제공한다. 예컨대, NO, NO2, SO2, O3 등의 제작 기준은 '302×302×20'이다.
가스 희석 시스템(402)은, 트레이스 레벨 모니터링 장치로 필터 전, 후단의 이온 농도를 평가할 수 있도록 측정용 가스를 희석시킨다. 희석 비율은 1/1 ∼ 1/30이다.
인-라인 가스 분석기(43) 또한 트레이스 레벨 모니터링 장치로, 필터 전, 후단의 이온 농도를 평가한다, 예컨대, NO, NO2, SO2, O3 등의 측정 범위는 0ppb ∼ 200ppb(0.2ppm)이다. 각 가스 별로 별도의 가스 분석기가 존재한다.
오존 발생 장치(404)는 PO2로 부터 산소 가스를 공급받아 측정에 필요한 O3(오존)를 제공한다. 즉, 순 산소(Pure O2, PO2)를 주입하여 %레벨로 O3를 발생시킨다.
가스 실린더(405)는 순도 96% 이상의 액화 가스(Liquid gas)를 각 가스 별로 제공한다. 가스 실린더(405)로부터 제공된 가스는 피드 라인을 통해 공급되어 에어와 일정 비율로 혼합된다.
플로우 콘트롤러(406)는, 액화 가스의 주입량을 조절하는 바, 조절 범위는 5cc ∼ 80cc이다.
진공 샘플러(407)는, 집진 장치(Impinger)를 이용하여 가스를 포집한 후, 이온 색층분석(Chromatography)으로 평가한다. 이 때, 공정 진행 시의 진공(Process vacuum)을 이용한다.
도 4의 구조를 갖는 가속 평가 시스템을 사용함으로써, 측정 한계가 0.2ppm인 가스 분석기를 이용하여 케미컬 필터의 전단과 후단의 가스 측정이 모두 가능하다.
도 5는 상기한 본 발명의 가스 분석 장치를 이용한 가스 분석 방법을 개략적으로 도식화한 플로우 챠트이다.
도 5를 참조하여 본 발명의 가스 분석 방법을 개략적으로 살펴본다.
NO, NO2, SO2, O3 등의 측정용 가스가 1ppm 이하의 저농도일 경우에는 가스 희석 시스템이 없이 ppb 단위의 저농도 측정용 가스 분석기 만으로 특정을 한다.
하지만, 측정용 가스가 ppm 단위의 고농도 일 경우(S501)에는 이를 소정의 가스와 혼합한다(S502). 소정의 가스는 반응성이 없는 가스나 에어이며, 각각 다른 플로우 미터를 이용하고, 그 끝단의 노즐을 통해 혼합되는 양을 조절한다.
혼합으로 인해 측정용 가스는 ppb 레벨로 희석된다(S503). 예컨대, 1ppm의 측정용 가스를 에어와 1:5로 희석시킴으로써, 0.2ppm(200ppb)의 저농도가 되므로 저농도 가스 측정용인 가스 분석기로 측정이 가능하다.
측정이 가능한 레벨로 희석된 가스를 가스 분속기를 이용하여 분석함으로써(S504), 이온 농도를 평가한다.
도 6은 도 4의 인-라인 가스 분석기 중 NO 측정용 가스 분석기를 이용하여 농도를 측정한 그래프이다.
도 6의 (a)는 측정 대상 가스인 10ppm의 NO를 52.67:1로 희석시킨 후, 시간 변화에 따라 그 농도의 변화를 측정한 것이다.
이 때, NO와 NO2가 동시에 측정되는 확인할 수 있다.
도 6의 (b)는 도 6의 (a)에 실제 희석 배율인 52.67:1을 적용하여 실제 농도로 환산한 결과로서, 도 6의 (a)와 같은 희석 비율을 이용한 농도 측정 결과에 희석 배율 곱함으로써, 도 6의 (b)와 같은 실제 농도를 추정할 수 있다.
여기서, 사용된 NO 가스 분석기의 측정 한계는 0.2ppm이나, 10,000ppb 즉, 10ppm의 농도까지 측정할 수 있음을 알 수 있다.
도 7은 도 4의 인-라인 가스 분석기 중 NO2 측정용 가스 분석기를 이용하여 농도를 측정한 그래프이다.
도 7의 (a)는 측정 대상 가스인 8,064ppb의 NO2를 32:1로 희석시킨 후, 시간 변화에 따라 그 농도의 변화를 측정한 것이다.
이 때, NO와 NO2가 동시에 측정되는 확인할 수 있다.
도 7의 (b)는 도 7의 (a)에 실제 희석 배율인 32:1을 적용하여 실제 농도로 환산한 결과로서, 도 7의 (a)와 같은 희석 비율을 이용한 농도 측정 결과에 희석 배율 곱함으로써, 도 7의 (b)와 같은 실제 농도를 추정할 수 있다.
여기서, 사용된 NO2 가스 분석기의 측정 한계는 0.2ppm이나, 2.5ppm의 농도까지 측정할 수 있음을 알 수 있다.
도 8은 도 4의 인-라인 가스 분석기 중 SO2 측정용 가스 분석기를 이용하여 농도를 측정한 그래프이다.
도 8의 (a)는 측정 대상 가스인 2,548ppb의 SO2를 5.2:1로 희석시킨 후, 시간 변화에 따라 그 농도의 변화를 측정한 것이다.
도 8의 (b)는 도 8의 (a)에 실제 희석 배율인 5.2:1을 적용하여 실제 농도로 환산한 결과로서, 도 8의 (a)와 같은 희석 비율을 이용한 농도 측정 결과에 희석 배율 곱함으로써, 도 8의 (b)와 같은 실제 농도를 추정할 수 있다.
여기서, 사용된 SO2 가스 분석기의 측정 한계는 0.2ppm이나, 0.5ppm의 농도까지 측정할 수 있음을 알 수 있다.
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 1ppm 이하의 측정 범위를 갖는 저농도 측정 장치를 에어 또는 불순물 가스와 측정하고자 하는 고농도 대상 가스를 정확한 비율로 희석시켜서 저농도 측정장치로 고농도를 정확히 평가할 수 있도록 함으로써, 고농도 측정 장치의 투자 비용을 줄일 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다. 예컨대, 각 가스 당 고농도 측정 장치는 약 1,500만원 정도이다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 고농도 가스 측정용 장비 투자비용을 줄여 생산 단가를 낮출 수 있어, 가격 경쟁력을 향상시키는 효과가 있다.
Claims (7)
- 산소를 포함하는 측정용 가스의 농도를 측정하되, 1ppm 보다 낮은 농도를 측정할 수 있는 가스 분석수단; 및1ppm 보다 높은 농도를 갖는 상기 측정용 가스에 희석용가스를 소정의 비율로 혼합하여 상기 가스분석수단이 측정 가능한 농도로 희석시켜 1ppm 보다 낮은 농도를 갖는 측정용 가스를 상기 가스 분석수단에 제공하는 가스 희석수단을 포함하는 가스 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 가스 분석 수단은 NO, NO2, SO2 또는 O3 중 어느 하나를 포함하는 측정용 가스의 농도를 측정하기 위한 것임을 특징으로 하는 가스 분석 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 가스 희석수단은 상기 측정용 가스에 상기 희석용가스로서 에어 또는 반응성이 없는 불순물 가스를 소정의 비율로 혼합하여 희석시키는 것을 특징으로 하는 가스 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 가스 희석수단은,상기 측정용 가스를 제공하는 제1플로우 미터와, 상기 측정용 가스와 희석될 희석용 가스를 제공하는 제2플로우 미터와, 상기 제1플로우 미터로부터 제공되는 상기 측정용 가스의 양을 조절하기 위한 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 의한 가스 분석 장치;반도체 제조 라인에 유입되는 공기에서 케미컬 가스 성분을 제어하기 위한 케미컬 필터; 및상기 케미컬 필터에 가스를 공급하기 위한 가스 실린더를 구비하며,상기 가스 분석 장치는,상기 케미컬 필터의 전단에서는 상기 가스 희석수단에 의해 소정의 배율로 희석된 가스의 농도를 측정하고, 상기 케미컬 필터의 후단에서는 상기 가스 희석수단을 사용하지 않고 가스의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 케미컬 필터 가속 평가 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 가스 실린더는 NO, NO2, SO2 또는 O3 중 어느 하나를 제공하는 것을 특징으로 하는 케미컬 필터 가속 평가 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 의한 가스 분석 장치를 이용하여 가스를 분석하는 방법에 있어서,1ppm 보다 큰 농도의 측정용 가스를 1ppm 보다 낮은 농도로 희석시키는 단계; 및상기 희석된 측정용 가스의 농도를 측정하는 단계를 포함하는 가스 분석 방법.
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