KR100814574B1 - 불소공급배관의 표면처리방법 - Google Patents

불소공급배관의 표면처리방법 Download PDF

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KR100814574B1
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Abstract

본 발명은 불소공급배관의 표면처리방법에 관한 것으로 불소 기체를 원료로 사용하는 기체레이저 및 불소 기체를 이용하는 반도체 세정장비 등에 적용가능한 불소공급배관의 표면처리방법으로서, 제 3밸브가 열린 상태에서 불활성 기체가 저장된 실린더를 열어 불활성 기체가 1기압 내지 30기압으로 배관 내부를 흐르도록 유지하는 제 1 단계(S202); 상기 불활성 기체의 공급을 차단하고, 불소공급배관 내부를 진공상태로 만든 후, 제 3밸브를 닫힌 상태로 유지하는 제 2 단계(S204); 상기 불소공급배관에 설치된 제 1밸브 및 제 2밸브를 열고, 불소 실린더를 열어 불소 기체로 상기 불소공급배관의 내부가 60 torr 내지 80 torr가 되도록 충진한 후 30분 정도 유지하는 제 3단계(S206); 상기 불소공급배관의 내부의 충진압력이 600 torr 내지 650 torr 가 되도록 불소 기체로 충진하고, 불소 실린더를 닫고 30분 정도 유지한 후, 제 3 밸브를 열어 충진된 불소 기체를 진공배기하는 제 4단계(S210); 불소 실린더를 열어 상기 불소공급배관의 내부를 불소 기체로 1 기압 내지 2기압으로 충진하고 30분 정도 유지하는 제 5단계(S212); 상기 불소공급배관의 내부가 2기압 내지 10기압이 되도록 불소 기체를 충진하고 30분 정도 유지하는 제 6단계(S214); 불활성 기체가 저장된 실린더를 열어 불소공급배관 내부를 불활성 기체로 1기압 내지 30기압으로 충진하는 제 7단계(S218)로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 불소공급배관의 표면처리방법은 종래 기술의 문제점인 불소공급배관의 표면처리시간이 24시간 이상으로 길다는 문제를 3시간 이상으로 보다 짧은 시간에 불소공급배관의 표면처리를 할 수 있으며, 나아가 경제성 및 생산성 향상에 기여하는 장점이 있다.
불소 기체, 불소공급배관, 불활성 기체, 불소 실린더, 밸브, 압력조절기, 플러그 , 진공탱크, 진공펌프, 중화장치

Description

불소공급배관의 표면처리방법{Treatment Method of surface of gas pipe for supplying fluorine gas}
도 1은 종래 불소공급배관의 표면처리방법을 나타낸 흐름도,
도 2는 본 발명에 따른 불소공급배관의 표면처리를 위한 장치구성도,
도 3은 본 발명에 따른 불소공급배관 부동태 처리방법을 나타낸 흐름도를 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 불소공급배관 2: 불소 실린더
4: 불활성 기체가 담긴 실린더 6: 제 1 밸브
8: 압력 조정기 10:제 2 밸브
12: 제 3 밸브 14: 진공탱크
16: 진공펌프 18: 중화장치
20: 플러그
본 발명은 불소공급배관의 표면처리방법으로서, 보다 상세하게는 불소 기체 를 사용하는 레이저 및 반도체 세정장비 등에 활용할 수 있고, 처리시간이 빠른 것을 특징으로 하는 불소공급배관의 표면처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 기체레이저 및 반도체 세정장비 등에 사용되는 불소 기체는 부식성이 강하고 반응성이 매우 크다. 따라서, 이들 장치에 불소 기체를 공급하는 배관 내부에 불순물이 존재할 경우 불소 기체는 불순물과 급격한 반응을 일으켜 배관을 손상시키며, 배관 내에 수분이 존재하는 경우 가수분해를 일으킨다. 즉, 불화수소 등 강한 부식성 산을 발생하므로 배관 내부 및 공급배관에 설치된 압력조절기, 밸브 등을 손상시키는 문제가 있다. 따라서 상기 불소공급장치의 손상을 방지하기 위하여 불소공급배관의 표면처리방법이 요구된다.
도 1은 종래의 불소공급배관의 표면처리방법을 나타낸 흐름도이다. 도 1의 흐름도에 따라 종래의 불소공급배관의 표면처리방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 불소공급배관에 불활성 기체인 헬륨이나 질소 등을 1기압 이상으로 흘려보내 1차적으로 배관 내부에 존재하는 불순물을 제거한다.(S102) 이때, 사용하는 불활성 기체는 다른 기체에 비하여 안정성이 높기 때문에 불순물과 반응하지 않아 배관 내부에 존재하는 불순물을 제거하기에 적합하다.
상기 불순물 제거과정(S102)을 진행한 후, 진공펌프(16)을 사용하여 배관 내부를 진공화한다.(S104)
상기 배관 내부의 진공화(S104)를 진행한 후, 배관 내부에 체적비 5 % 정도의 불활성 기체와 희석된 불소 기체를 공급하여 1기압 내지 3기압 정도 되도록 충 진한다.(S106)
상기 과정(S106)으로 배관 내부에 불소 부동태 층인 불화철(FeF2)이나 불화크롬(CrF3)층 등이 형성되도록, 불소 기체가 충진된 공급배관을 최소 24시간 이상 유지하고, 그 후 불소를 후처리장치로 배출하고 다시 진공펌프(16)을 사용하여 배관내부를 진공화한다.(S108)
상기 과정(S108)에 의하여 진공 상태의 공급배관에 사용 전까지 불순물이 유입되지 않도록 순수 헬륨기체로 대기압(1기압)이상으로 충진한다.(S110)
종래의 불소공급배관의 표면처리방법의 경우, 불소공급배관의 내부 표면에 불소 부동태 층( 불화철(FeF2), 불화크롬(CrF3)층 등)이 형성되어 배관 내부나 압력조절기, 밸브 등의 손상을 방지할 수 있으나, 상기 종래의 방법은 불소공급배관의 표면처리과정에 24시간 이상이 소요되어 불소 기체를 사용하는 산업분야에서 생산성 저하, 경제적 손실 등의 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 불소공급장치가 설치된 상태에서 보다 짧은 시간에 불소공급배관의 표면처리방법을 제공하는데 있다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 불소공급배관장치를 이용한 불소공급배관의 표면처리방법으로서,
제 3밸브(12)가 열린 상태에서 불활성 기체가 저장된 실린더(4)를 열어 불활성 기체가 1기압 내지 30기압으로 배관 내부를 흐르도록 유지하는 제 1 단계(S202);
상기 불활성 기체의 공급을 차단하고, 불소공급배관(1) 내부를 진공상태로 만든 후, 제 3밸브(12)를 닫힌 상태로 유지하는 제 2 단계(S204);
상기 불소공급배관(1)에 설치된 제 1밸브(6) 및 제 2밸브(10)를 열고, 불소 실린더(2)를 열어 불소 기체로 상기 불소공급배관(1)의 내부가 60 torr 내지 80 torr가 되도록 충진한 후 30분 정도 유지하는 제 3단계(S206);
상기 불소공급배관(1)의 내부의 충진압력이 600 torr 내지 650 torr 가 되도록 불소 기체로 충진하고, 불소 실린더(2)를 닫고 30분 정도 유지한 후, 제 3 밸브(12)를 열어 충진된 불소 기체를 진공배기하는 제 4단계(S210);
불소 실린더(2)를 열어 상기 불소공급배관(1)의 내부를 불소 기체로 1 기압 내지 2기압으로 충진하고 30분 정도 유지하는 제 5단계(S212);
상기 불소공급배관(1)의 내부가 2기압 내지 10기압이 되도록 불소 기체를 충진하고 30분 정도 유지하는 제 6단계(S214);
불활성 기체가 저장된 실린더(4)를 열어 불소공급배관(1) 내부를 불활성 기체로 1기압 내지 30기압으로 충진하는 제 7단계(S218);를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 불소공급배관의 표면처리를 위한 불소공급장치의 기 본 설치 상태를 나타낸다.
불소공급배관(1)의 한쪽 끝에는 불소 기체를 저장하고 공급하는 불소 실린더(2) 및 배관 내부의 불순물 제거를 위해 공급되는 불활성 기체를 저장하는 실린더(4)가 연결되어 있다. 이때 불소 실린더(2)와 공급 배관(1)에는 불소 기체의 공급을 개시 또는 차단하는 제 1 밸브(6)가 설치되어있다.
불소공급배관(1)의 다른 한쪽 끝에는 불소 기체를 사용하는 장치(예를 들면, 불소 기체를 이용한 레이저, 반도체 세정장비 등)가 놓여 지게 되므로 불소 기체를 공급하기 전까지 불순물이 유입되지 않도록 플러그(20)로 막아 둔다.
상기 불활성 기체를 저장하는 실린더(4) 및 불소 실린더(2)와 플러그(20)가 연결된 불소공급배관(1)에는 공급되는 기체의 압력을 조절하기 위한 압력조절기(8) 및 기체의 공급을 개시 또는 차단하는 제 2 밸브(10)가 설치되어있다.
불소 공급장치의 표면처리를 위한 부수적인 장치로서, 불소공급배관(1) 중 플러그(20)가 가까운 측에는 진공탱크(14), 진공펌프(16) 및 중화장치(18)가 배관으로 연결되어 있다. 진공탱크(14)는 진공펌프(16)를 이용하여 불소 공급 배관(1)의 내부를 진공으로 만드는 역할을 하고, 중화장치(18)는 진공펌프에서 배출되는 불소 기체를 내보내기 전에 불소 기체를 중화하는 역할을 한다.
상기 진공탱크(14), 진공펌프(16) 및 중화장치(18)와 불소공급배관(1)을 연결하는 배관에는 공급배관(1) 내부 기체의 외부로의 유출입을 관리하는 제 3 밸브(12)가 설치되어 있다.
이하, 도 3을 참조하여, 상기와 같은 구성을 갖는 불소공급배관장치를 이용 한 불소공급배관의 표면처리방법에 대한 바람직한 실시예로 각 단계를 살펴본다.
제 1단계로, 제 3 밸브(12)가 열린 상태에서, 불활성 기체를 저장하는 실린더(4)를 열어 불활성 기체가 불소공급배관 내부를 1기압 내지 30기압으로 흐르도록 유지한다.(S202)
본 단계(S202)에서, 불소공급배관 내부의 압력을 대기압인 1기압 이상으로 하는 이유는 1기압 미만의 기압으로 기체를 이동시키는 경우 대기압보다 낮아 의도하고자 하는 방향(도 2에서 우측방향)으로 불활성 기체가 이동하지 않는 문제가 있기 때문이다.
또한, 본 단계(S202)에서 사용되는 불활성 기체의 사용량과 실린더(2,4)의 압력, 경제적인 문제를 고려할 때 30기압 이하가 되도록 사용함이 바람직하나, 이에 국한되는 것은 아니다.
상기 불활성 기체는 안정성이 높아 반응성이 떨어지므로 불소공급배관(1)의 내부의 불순물 등과 반응하지 않고, 내부의 잔여기체 및 불순물을 제거하게 된다. 이때, 사용하는 불활성 기체로는 헬륨(He), 질소(N2) 기체 등이 있다.
또한, 불활성 기체가 불소공급배관(1)내부에 흐르도록 유지하는 시간은 본 발명인 불소공급배관 표면처리에 걸리는 시간을 고려할 때, 10초 내지 15초로 함이 바람직하다.
제 2단계로, 불활성 기체의 공급을 차단하고, 배관 내부에 남아있는 불활성 기체를 진공탱크(14)로 보내어 불소공급배관의 내부를 진공상태로 만든 후, 진공탱 크(14)와 연결된 제 3 밸브(12)를 닫힌 상태로 유지한다.(S204)
본 단계(S204)는 공급배관(1)의 내부를 진공화시켜 잔여 기체를 제거함으로써, 제 3단계에서 사용하는 불소 기체가 순도 98％ 이상을 유지하기 용이하도록 하기 위함이다.
제 3단계로, 불소공급배관(1)에 설치된 제 1밸브(6)와 제 2밸브(10)를 열고, 압력조절기(8)도 최대로 열어놓은 상태에서, 불소 실린더(2)를 열어 공급배관 내부를 60 내지 80 torr로 충진한 후 불소 실린더(2)를 닫고 30분 정도 유지한다(S206).
만약 충진압력이 60 torr 미만인 경우, 상기 단계(S206)의 지속 시간이 길어지며, 80 torr를 초과하는 경우 공급배관(1)의 설치 안정성에 무리를 줄 수 있고, 큰 충진압력으로 인하여 불소 기체와 공급배관의 급격한 반응을 야기시키는 등 안정적으로 일정한 두께의 불소 부동태 층을 형성하기 어려운 문제가 있다.
이때, 상기 과정(S206)에 사용되는 기체는 98 % 이상의 고순도를 갖는 희석되지 않은 불소를 사용함이 바람직하다. 98 % 이상의 순도를 갖는 불소를 사용하여 상기된 30분의 짧은 시간 동안 불소공급배관의 내부 표면처리를 할 수 있다. 물론 30분이 경과한 시간 동안 유지할 수 있으나, 표면처리시간의 시간적 경제성을 고려할 때 30분 정도가 바람직하다.
또한, 상기 불소공급배관(1)의 내부에 불화철(FeF2)이나 불화크롬(CrF3) 등의 불소 부동태층이 형성되도록, 불소공급배관(1)은 철 또는 크롬의 재질인 것을 사용함이 바람직하다.
상기 제 3단계(S206) 이후에, 불소 실린더(2)를 열어 충진압력을 220 내지 250 torr 로 충진한 후, 불소 실린더(2)를 닫고 30분 정도 유지하는 단계를 더 포함함이 바람직하다.(S208)
본 단계(S208)는 하기될 제 4단계(S210)에서의 충진압력을 높이기 위한 전단계로서, 제 4단계(S210)의 충진압력(600 torr 내지 650 torr)을 가하기 전에 그보다 작은 값의 충진압력을 가함으로써 불소공급장치의 안정성을 유지하기 위함이다. 이때 본 단계에서 사용하는 충진압력으로는 제 3단계 및 제 5단계의 충진압력을 고려할 때, 약 220 torr 내지 250 torr 로 함이 바람직하나, 상기 범위에만 국한되는 것은 아니다.
제 4단계로, 다시 불소 실린더(2)를 열어 불소공급배관(1) 내부의 충진압력이 600 내지 650 torr 가 되도록 충진한 후, 불소 실린더(2)를 닫고 30분 정도 유지하고, 그 후 진공탱크(14)와 연결된 밸브(12)를 열어 충진된 불소를 진공탱크(14)로 배출하고, 진공펌프(16)을 이용하여 진공탱크(14)를 진공배기한다.(S210)
본 단계(S210)의 불소 기체의 충진압력이 600 torr 미만인 경우, 지속시간이 길어지는 문제가 있고, 650 torr 를 초과하는 경우, 불소 공급장치와 불소공급배관의 내부표면의 안정성의 측면에서 문제가 있다.
제 5단계로, 제 3 밸브(12)를 닫고 제 1밸브(6)를 열어 불소공급배관(1)의 내부에 불소 기체를 1기압 내지 2기압으로 충진한 후, 불소 실린더(2)를 닫고 30분 정도 유지한다(S212).
본 단계(S212)에서는 대기압 및 충진되는 불소 기체의 이동 등을 고려하여 충진기압을 1기압 내지 2기압으로 한다.
제 6단계로, 불소 실린더(2)를 열어 10기압 이하로 충진한 후, 30분 정도 유지한다(S214).
본 단계(S214)는 불소공급배관(1) 내부에 형성된 불소 부동태 층인 불화철(FeF2)이나 불화크롬(CrF3)층 등을 내부 표면에 안정적으로 자리잡게 하기 위함이다. 이때, 충진되는 불소 기체의 압력은 제 6단계를 고려할 때, 2기압 내지 10기압으로 할 수 있다.
상기 제 6단계 이후에, 불소 실린더(2)를 다시 열어 공급배관 내부가 불소 실린더(2)와 같은 압력이 되도록 하고, 불소 실린더(2)를 닫고 30분 정도 유지한 후, 진공탱크(14)와 연결된 제 3 밸브(12)를 열어 배관 내부의 불소 기체를 배기하고 진공펌프를 작동시켜 배관 내부를 진공화한 후 진공탱크(14)와 연결된 제 3 밸브(12)를 닫아 유지하는 단계를 더 포함함이 바람직하다.(S216)
본 단계(S216)는 하기될 제 7단계(S218)에서 불소공급배관(1)을 불활성 기체로 충진하기 전에 내부에 잔여 불소 기체를 제거하기 위함이다.
제 7단계로, 불활성 기체를 저장하는 실린더(4)를 열어 불순물이 유입되지 않도록 진공 상태의 불소공급배관(1)의 내부를 1기압 이상으로 충진한다.(S218)
만약 불소공급배관(1)의 내부기압을 대기압인 1기압 미만으로 하면, 차후 불소 기체를 사용하는 장치를 플러그(20)를 제거하고 연결할 때, 대기 중의 미세한 불순물로 불소공급배관(1)의 내부가 오염될 수 있는 문제가 있기 때문에 1기압이상으로 한다. 또한, 본 단계에서 사용되는 불활성 기체의 사용량과 실린더(2)의 압력, 경제적인 문제를 고려하여 30기압 이하가 되도록 사용함이 바람직하나, 이에 국한되는 것은 아니다.
상기와 같이 표면처리된 불소공급장치는 배관의 끝에 연결된 플러그(20)를 제거하고 불소 기체를 사용하는 장치(예를 들면, 불소 기체를 이용한 레이저, 반도체 세정장비 등)에 연결되어 불소 기체 공급에 사용된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 불소공급배관의 표면처리방법은 희석되지 않은 고순도의 순수한 불소 기체를 사용하여 불소공급배관의 표면을 처리하는 방법은 종래의 방법보다 훨씬 짧은 시간에 표면처리를 할 수 있는 장점이 있다. 따라서 불소 기체가 필요한 레이저나 불소 세정장치 등에 이용시 종래보다 생산시간을 단축하는 효과를 기대할 수 있으며, 나아가 경제성 및 생산성 향상에 기여할 수 있는 장점이 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

Claims (4)

  1. 불소공급배관장치를 이용한 불소공급배관의 표면처리방법으로서,
    제 3밸브(12)가 열린 상태에서 불활성 기체가 저장된 실린더(4)를 열어 불활성 기체가 1기압 내지 30기압으로 배관 내부를 흐르도록 유지하는 제 1 단계(S202);
    상기 불활성 기체의 공급을 차단하고, 불소공급배관(1) 내부를 진공상태로 만든 후, 제 3밸브(12)를 닫힌 상태로 유지하는 제 2 단계(S204);
    상기 불소공급배관(1)에 설치된 제 1밸브(6) 및 제 2밸브(10)를 열고, 불소 실린더(2)를 열어 불소 기체로 상기 불소공급배관(1)의 내부가 60 torr 내지 80 torr가 되도록 충진한 후 30분 정도 유지하는 제 3단계(S206);
    상기 불소공급배관(1)의 내부의 충진압력이 600 torr 내지 650 torr 가 되도록 불소 기체로 충진하고, 불소 실린더(2)를 닫고 30분 정도 유지한 후, 제 3 밸브(12)를 열어 충진된 불소 기체를 진공배기하는 제 4단계(S210);
    불소 실린더(2)를 열어 상기 불소공급배관(1)의 내부를 불소 기체로 1 기압 내지 2기압으로 충진하고 30분 정도 유지하는 제 5단계(S212);
    상기 불소공급배관(1)의 내부가 2기압 내지 10기압이 되도록 불소 기체가 충진되게하고 30분 정도 유지하는 제 6단계(S214);
    불소 실린더(2)를 다시 열어 공급배관 내부가 불소 실린더(2)와 같은 압력이 되도록 하고, 불소 실린더(2)를 닫고 30분 정도 유지한 후, 진공탱크(14)와 연결된 제 3 밸브(12)를 열어 배관 내부의 불소 기체를 배기하고 진공펌프를 작동시켜 배관 내부를 진공화한 후 진공탱크(14)와 연결된 제 3 밸브(12)를 닫아 유지하는 단계,(S216) ; 및
    불활성 기체가 저장된 실린더(4)를 열어 불소공급배관(1) 내부를 불활성 기체로 1기압 내지 30기압으로 충진하는 제 7단계(S218);를 특징으로 하는 불소공급배관의 표면처리방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 3단계(S206) 후에, 불소 실린더(2)를 열어 충진압력을 220 torr 내지 250 torr 로 충진하고,불소 실린더(2)를 닫아 30분 정도 유지하는 단계(S208)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불소공급배관의 표면처리방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 불활성 기체는 헬륨 또는 질소 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 불소공급배관의 표면처리방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 불소공급배관(1)으로 철 또는 크롬의 재질인 불소공급배관(1)을 사용하는 것을 특징으로 하는 불소공급배관의 표면처리방법.
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