KR100774810B1 - Ｈｆ 가스 및 수분 제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 HF 가스를 제거하기 위해 설치한 스크러버에서 부산물로 생성되는 미반응 HF 가스와 수분이 메인 덕트로 이전되는 것을 사전에 방지하여 배기라인에의 부식 발생을 막는 HF 가스 및 수분 제거 장치에 관한 것이다.

본 발명의 HF 가스 및 수분 제거 장치는 통 형상의 반응기 몸체; 상기 반응기 몸체 내부의 서로 다른 두 지점에 설치되는 두 개의 타공판; 제올라이트를 포함하는 수분 흡수재와 알루미나졸을 포함하는 유무기 결합제를 초순수물과 혼합하여 상온에서 교반하는 단계, 상기 교반된 혼합물을 100˚C 이상의 온도에서 1시간 30분 동안 건조하는 단계, 상기 건조된 혼합물을 상온에서 대기에 노출하여 자연숙성시키는 단계, 및 상기 자연숙성된 혼합물을 하이콤(Honeycomb) 형태로 압출 성형하는 단계를 포함하는 과정을 거쳐서 완성되어 수분을 제거하기 위한 흡수층이 충진되는 상기 타공판 중 하측 타공판의 상단에 위치한 흡수층 지지체; 상기 타공판 중 상측 타공판의 상단에 안착되는 디미스터(demister); 스트론튬 염기성 화합물과 칼슘 화합물을 포함하는 유해가스 활성물질과 메틸셀룰로이드를 포함하는 유무기 결합제를 초순수물과 혼합하여 교반하는 단계, 상기 교반된 혼합물을 100˚C 이상의 온도에서 1시간 30분 동안 건조하는 단계, 상기 건조된 혼합물을 상온에서 대기에 노출하여 자연숙성시키는 단계, 및 상기 자연숙성된 혼합물을 펠렛(pellet) 형태로 압출 성형하는 단계를 포함하는 과정을 거쳐서 완성되어 HF 가스를 제거하기 위한 흡착층이 충진되는 상기 상측 타공판과 하측타공판 사이에 위치한 흡착층 지지체; 및 스크러버와 연결되는 제1 배관과 배기라인에 연결되는 제2 배관을 하는 것을 특징으로 한다.

HF 가스, 불소계 가스, 흡착제, 흡수제

Description

ＨＦ 가스 및 수분 제거 장치{Apparatus for trapping HF gas and moisture}

도 1은 본 발명에 의한 HF 가스 제거 장치의 간략 구조도.

도 2는 본 발명의 HF 가스 제거 장치에 사용되는 흡착제의 제조 공정을 순차적으로 도시한 플로우챠트.

도 3은 본 발명의 HF 가스 제거 장치에 사용되는 흡수제의 제조 공정을 순차적으로 도시한 플로우챠트.

도 4는 본 발명의 HF 가스 제거 장치에 의한 HF 가스의 제거 효율을 그래프로 도시한 것.

도 5는 본 발명의 HF 가스 제거 장치에 의한 수분 흡수량의 실험치를 도시한 도표.

<본 발명의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 반응기 몸체 111, 112 : 타공판

120 : 디미스터 130 : 흡착층 지지체

140 : 흡수층 지지체 151, 152 : 제1, 2 배관

본 발명은 반도체 제조 공정 중 HF 가스 및 수분을 제거하기 위한 트랩 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 HF 가스를 제거하기 위해 설치한 스크러버(Heat & Wet Scrubber)에서 부산물로 생성되는 미반응 HF 가스와 수분이 메인 덕트로 이전되는 것을 사전에 방지하여 배기라인에의 부식 발생을 막는 장치에 관한 것이다.

반도체 공정 중 특히 세정 공정에서 불소계 화합물이 생성되는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 즉, 플라즈마 방식에 의하면 챔버 내의 온도가 낮아 (350℃) F₂가스는 상대적으로 적게 생성되지만 미반응 상태의 불소계 화합물(HF,NF₃)이 다량 발생되어 건조 펌프를 통해 후처리 설비인 스크러버(Scrubber) 시스템으로 유입된다. 또한, PRS(Plasma Remote System) 방식에 의하면 마이크로파를 이용하여 NF₃를 F₂로 분해하므로 세정 효과는 뛰어나지만 반응 불소계 화합물(F₂, HF)이 다량으로 발생되어 건조 펌프를 통해 후처리 설비인 스크러버 시스템으로 유입된다.

이와 같이 스크러버에 유입된 불소계 화합물들은 1차적으로 히터에 의해 열분해된 후 습식 스크러빙을 통해 HF 가스가 제거된다. 이때, 상기 열분해 후에 생성되는 미반응 불소계 화합물과 물이 결합하여 미스트(Mist)가 생성되고 이것이 다시 HF화 되어 배기라인 쪽으로 이전되는데, 이러한 HF는 메인 덕트의 배기라인에 심각한 부식을 초래한다.

또한, 물탱크 내의 물이 순환되는 과정에서 정제된 순환수가 순환되기 보다는 산성 가스에 의해 오염된 폐수가 지속적으로 순환되므로, 상기 스크러버의 출력 (Heat & Wet Scrubber Outlet) 라인에서는 상시적으로 1∼5ppm 검지농도의 HF 가스 와 수분이 미스트화 되고, 이로 인해 발생하는 HF가 메인 덕트의 배기라인을 따라 2차 스크러버 시스템으로 유입된다. 따라서, 메인 덕트의 배기라인 내에서 HF 가스와 수분이 반응하여 배기라인 내벽을 부식시키고, 배관 내벽에 뚫린 구멍으로 가스가 유출되어 인체 및 장비에 심각한 오염을 유발시키는 한편 장비의 가동률을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 소정의 성분으로 제조된 흡착제 및 흡수제를 충진하여 HF 가스 및 수분을 효과적으로 제거하기 위한 수단을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

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위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 HF 가스 및 수분 제거 장치는 통 형상의 반응기 몸체; 상기 반응기 몸체 내부의 서로 다른 두 지점에 설치되는 두 개의 타공판; 제올라이트를 포함하는 수분 흡수재와 알루미나졸을 포함하는 유무기 결합제를 초순수물과 혼합하여 상온에서 교반하는 단계, 상기 교반된 혼합물을 100˚C 이상의 온도에서 1시간 30분 동안 건조하는 단계, 상기 건조된 혼합물을 상온에서 대기에 노출하여 자연숙성시키는 단계, 및 상기 자연숙성된 혼합물을 하이콤(Honeycomb) 형태로 압출 성형하는 단계를 포함하는 과정을 거쳐서 완성되어 수분을 제거하기 위한 흡수층이 충진되는 상기 타공판 중 하측 타공판의 상단에 위치한 흡수층 지지체; 상기 타공판 중 상측 타공판의 상단에 안착되는 디미스터(demister); 스트론튬 염기성 화합물과 칼슘 화합물을 포함하는 유해가스 활성물질과 메틸셀룰로이드를 포함하는 유무기 결합제를 초순수물과 혼합하여 교반하는 단계, 상기 교반된 혼합물을 100˚C 이상의 온도에서 1시간 30분 동안 건조하는 단계, 상기 건조된 혼합물을 상온에서 대기에 노출하여 자연숙성시키는 단계, 및 상기 자연숙성된 혼합물을 펠렛(pellet) 형태로 압출 성형하는 단계를 포함하는 과정을 거쳐서 완성되어 HF 가스를 제거하기 위한 흡착층이 충진되는 상기 상측 타공판과 하측타공판 사이에 위치한 흡착층 지지체; 및 스크러버와 연결되는 제1 배관과 배기라인에 연결되는 제2 배관을 하는 것을 특징으로 한다.

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이하, 본 발명의 명세서에 첨부된 도면을 참고하여 바람직한 실시예에 대해 상세히 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 HF 가스 제거 장치의 간략한 구조를 도시한 것이다.

반응기 몸체(100)는 직경 260mm, 높이 400mm 크기의 원형 또는 다각형 통 형상으로 형성되며 SUS 재질로 구현되는 것이 바람직하다.

타공판(111, 112)은 반응기 몸체(100) 내부의 서로 다른 두 지점에 설치되는 데, 구체적으로는 반응기 몸체(100)의 중단부 및 하단부에 각각 260mm의 직경 및 2mm 두께로 설치되는 것이 바람직하다.

디미스터(demister)(120)는 상측 타공판(111)의 상단에 150mm 높이로 안착되되며, 가스의 원활한 흐름을 돕는 한편 수분이 내부로 유입되는 것을 방지한다.

흡착층 지지체(130)는 두 타공판(111, 112) 사이에 충진되며, 직경 30mm의 펠렛(Pellet) 형태로 압축 성형되어 충진되는 경우 5.3L 가량의 부피를 차지하게 된다.

흡수층 지지체(140)는 상기 타공판 중 하측 타공판(112)의 상단에 충진되며, 직경 20mm, 두께 20mm의 하니콤(Honeycomb) 형태로 150mm 높이까지 충진될 수 있다.

반응기 몸체(100)의 상단에는 스크러버(Scrubber)와 연결하기 위한 제1 배관(151)이 구비되고, 반응기 몸체(100)의 상단에는 배기라인과 연결하기 위한 제2 배관(152)가 구비된다.

이하에서는 상기와 같은 구성의 HF 가스 및 수분 흡수 장치에 충진되는 흡수제 및 흡착제의 제조 방법을 단계별로 상세히 살펴보기로 한다.

우선, 흡수제(또는 흡수층 지지체)의 제조 방법을 도 2를 참고로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 전체 흡수제 중량에 대비하여 제올라이트 성분 10~90 중량%와 유기 결합체 또는 무기 결합체 1~10 중량%를, 1~20 중량%의 초순수 증류수와 상온에서 교반하여 혼합물을 제조한다(S201). 구체적으로는, 제올라이트 80g을 포함하는 수분 흡수재와, 알루미나졸 5g을 포함하는 유무기 결합제를 상온에서 15g의 초순수물과 혼합하여 교반한다. 이어서, 상기 교반된 혼합물을 100˚C 이상의 온도에서 1시간 30분 동안 건조한 후(S203), 대기에 노출된 상태에서 상기 건조된 혼합물을 상온에서 24시간 동안 자연숙성시킨다(S205). 이후, 상기 자연숙성된 혼합물을 소정의 형태로 압출 성형하되, 특히 하니콤(Honeycomb) 형태로 압출 성형하는 것이 바람직하다(S207).

다음으로, 흡착제(또는 흡착층 지지체)의 제조 방법을 도 3를 참고로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 전체 흡착제 중량에 대비하여 염기성 복합 금속 산화물 중 특정 금속 산화물 단독 또는 둘 이상의 금속 산화물 10~99 중량%와, 유기 결합제 및 무기 결합제 1~90 중량%를, 1~20 중량%의 초순수 증류수와 상온에서 교반하여 혼합물을 제조한다(S301). 구체적으로는, 스트론튬 염기성 화합물과 칼슘 화합물을 포함하는 유해가스 활성물질과, 메틸셀룰로이드를 포함하는 유무기 결합제를 초순수물과 혼합하여 교반한다. 이어서, 상기 교반된 혼합물을 120˚C 이상의 온도에서 1시간 30분 동안 건조한 후(S303), 대기에 노출된 상태에서 상기 건조된 혼합물을 상온에서 5시간 동안 자연숙성시킨다(S305). 이후, 상기 자연숙성된 혼합물을 소정의 형태로 압출 성형하되, 특히 펠렛(Pellet) 형태로 압출 성형하는 것이 바람직하다(S307).

이제, 상기의 방법으로 제조된 흡수제 및 흡착제를 통한 HF 가스 및 수분의제거 효율을 실제 실험치를 통해 확인해 보기로 한다.

도 4는 본 발명의 HF 가스 제거 장치에 의한 HF 가스의 제거 효율을 그래프로 도시한 것이다. 도면에서 보듯, 활성 시간이 140 mim에 이르기까지는 배기라인 으로 배출되는 HF 가스의 양이 현저하게 적음을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 HF 가스 제거 장치에 의한 수분 흡수량의 실험치를 도표로 도시한 것이다. 도표에서 보듯, 시간이 경과함에 따라 흡수제에 흡수된 수분의 양이 현저하게 늘어남을 알 수 있다(1.25g => 3.70g => 6.2g => 8.55g =>10.30g).

이상, 본 발명을 실시 예를 사용하여 설명하였으나 이들 실시예는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정과 변경을 가할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면, 소정의 성분으로 제조된 흡착제 및 흡수제를 충진한 장치를 통해 HF 가스 및 수분을 효과적으로 제거함으로써 배기 라인의 부식을 방지할 수 있고, 이로 인해 유해 가스로부터 인체 또는 공정 기계를 보호할 수 있다.

Claims (5)

1. 통 형상의 반응기 몸체;

   상기 반응기 몸체 내부의 서로 다른 두 지점에 설치되는 두 개의 타공판;

   제올라이트를 포함하는 수분 흡수재와 알루미나졸을 포함하는 유무기 결합제를 초순수물과 혼합하여 상온에서 교반하는 단계, 상기 교반된 혼합물을 100˚C 이상의 온도에서 1시간 30분 동안 건조하는 단계, 상기 건조된 혼합물을 상온에서 대기에 노출하여 자연숙성시키는 단계, 및 상기 자연숙성된 혼합물을 하이콤(Honeycomb) 형태로 압출 성형하는 단계를 포함하는 과정을 거쳐서 완성되어 수분을 제거하기 위한 흡수층이 충진되는 상기 타공판 중 하측 타공판의 상단에 위치한 흡수층 지지체;

   상기 타공판 중 상측 타공판의 상단에 안착되는 디미스터(demister);

   스트론튬 염기성 화합물과 칼슘 화합물을 포함하는 유해가스 활성물질과 메틸셀룰로이드를 포함하는 유무기 결합제를 초순수물과 혼합하여 교반하는 단계, 상기 교반된 혼합물을 100˚C 이상의 온도에서 1시간 30분 동안 건조하는 단계, 상기 건조된 혼합물을 상온에서 대기에 노출하여 자연숙성시키는 단계, 및 상기 자연숙성된 혼합물을 펠렛(pellet) 형태로 압출 성형하는 단계를 포함하는 과정을 거쳐서 완성되어 HF 가스를 제거하기 위한 흡착층이 충진되는 상기 상측 타공판과 하측타공판 사이에 위치한 흡착층 지지체; 및

   스크러버와 연결되는 제1 배관과 배기라인에 연결되는 제2 배관

   을 포함하는 HF 가스 및 수분 제거 장치.
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