KR102074114B1 - 초순수 제공 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
반도체 제조 작업에 초순수를 제공하는 방법 및 시스템이 제공된다. 상기 초순수는 유리기 포집 시스템 및 유리기 제거 시스템을 이용함으로써 처리된다. 상기 유리기 포집 시스템은 과황산암모늄과 같은 유리기 전구물질 화합물과 함께 화학선을 이용할 수 있다. 상기 유리기 제거 시스템은 환원제의 사용을 포함할 수 있다. 상기 초순수는 이온 교환 매체 및 탈기 장치를 이용함으로써 더 처리될 수 있다. 초순수에 대한 전구물질 화합물의 첨가, 화학선의 강도, 및 환원제의 첨가를 조절하기 위해 컨트롤 시스템이 이용될 수 있다.
Description
본 발명은 초순수(ultrapure water) 제공 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히, 반도체 디바이스 또는 그 부품의 제조 중에 사용될 수 있는 초순수의 오염물 레벨을 낮추거나 또는 유지하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
미국특허 제4,277,483호에서, Ejzak은 수용액 내의 탄소 및 그 밖의 유기물의 양을 측정하는 방법 및 장치를 개시하고 있다. 자외선을 채용하는 다단식 리액터가 시료의 산화를 촉진하는데 사용된다. 조사(irradiation) 전에 산소와 과황산 나트륨과 같은 산화제가 수용액에 도입된다.
미국특허 제6,991,735호에서, Martin은 유리기(free radical) 생성기 및 급수 시스템 살균 방법을 개시하고 있다.
본 발명의 하나 이상의 양태는 초순수를 반도체 제조 유닛에 제공하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 방법은, 약 25ppb 미만의 총 유기 탄소(TOC: total organic carbon) 값을 갖는 유입 용수(inlet water)를 제공하는 단계, 적어도 하나의 유리기 전구물질 화합물(free radical precursor compound)을 상기 용수에 도입하는 단계, 상기 적어도 하나의 유리기 전구물질 화합물을 적어도 하나의 유리기 포집 종(free radical scavenging species)으로 변환하는 단계, 상기 초순수를 생성하기 위해 상기 용수로부터 임의의 미립자의 적어도 일부를 제거하는 단계, 및 상기 초순수의 적어도 일부를 상기 반도체 제조 유닛에 전달하는 단계 중 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 유입 용수의 TOC 값에 적어도 부분적으로 의거하여 상기 적어도 하나의 전구물질 화합물의 첨가율을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 양태는 반도체 제조 유닛에 초순수를 제공하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 시스템은 약 25ppb 미만의 TOC 값을 갖는 용수의 공급원, 상기 용수 공급원에 유체유동 가능하게 연결되며 상기 용수 공급원으로부터의 용수를 조사하도록 구성된 화학선 리액터(actinic radiation reactor), 상기 용수에 유리기 전구물질 화합물을 도입하도록 배치된 전구물질 화합물 공급원, 및 상기 화학선 리액터의 하류 및 상기 반도체 제조 유닛에 유체유동 가능하게 연결된 초순수 분배 시스템의 상류에 유체유동 가능하게 연결된 미립자 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 양태는 용수를 처리하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 상기 시스템은 적어도 15㏁의 저항률을 갖는 용수의 공급원에 유체유동 가능하게 연결된 유리기 포집 시스템, 상기 유리기 포집 시스템의 하류에 유체유동 가능하게 연결된 미립자 제거 시스템, 상기 미립자 제거 시스템의 하류에 유체유동 가능하게 연결된 초순수 전달 시스템, 및 상기 초순수 전달 시스템을 상기 유리기 포집 시스템에 유체유동 가능하게 연결하는 용수 회수 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 양태는, 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되는 결과로서, 약 25ppb 미만의 TOC 값을 갖는 유입 용수에 적어도 하나의 유리기 전구물질 화합물의 첨가를 조절하는 방법을 상기 적어도 하나의 프로세서가 수행하도록 지시하는 명령을 규정하는 컴퓨터 판독가능 신호가 저장되어 있는 컴퓨터 판독가능 매체에 관한 것이다. 상기 실행된 방법은 상기 유입 용수의 TOC 값에 적어도 부분적으로 의거하여 하나 이상의 드라이브 신호를 발생시키는 단계, 및 상기 적어도 하나의 전구물질 화합물의 적어도 하나의 공급원에 상기 하나 이상의 드라이브 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 공급원은 상기 유입 용수에 상기 적어도 하나의 전구물질 화합물을 도입하도록 배치된다.
본 발명의 하나 이상의 양태는 용수를 처리하는 시스템에 관한 것일 수도 있다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 시스템은 일차 화학선 리액터, 및 상기 일차 화학선 리액터에 적어도 하나의 과황산염 전구물질 화합물을 도입하도록 배치된 과황산염 전구물질 화합물의 공급원을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 상기 일차 화학선 리액터의 상류에 위치된 총 유기 탄소(TOC) 농도 센서, 및 상기 일차 화학선 리액터의 하류에 위치된 과황산염 농도 센서를 포함할 수도 있다. 상기 일차 화학선 리액터의 하류에 적어도 하나의 환원제를 도입하도록 배치된 환원제 공급원, 및 상기 적어도 하나의 환원제의 첨가 지점의 하류에 위치된 환원제 농도 센서가 제공될 수도 있다. 상기 시스템은, 상기 TOC 농도 센서, 상기 과황산염 농도 센서, 및 상기 환원제 농도 센서 중 적어도 하나로부터 적어도 하나의 입력 신호를 수신하고, 상기 일차 화학선 리액터에 상기 과황산염 전구물질 화합물이 도입되는 비율, 상기 일차 화학선 리액터 내의 화학선의 강도, 및 상기 시스템에 상기 환원제가 도입되는 비율 중 하나를 조절하는 적어도 하나의 컨트롤 신호를 발생시키도록 작동 가능하게 결합된 컨트롤러를 포함할 수도 있다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 용수를 처리하는 상기 시스템은 상기 일차 화학선 리액터의 상류에 위치된 역삼투 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 시스템은 상기 일차 화학선 리액터의 하류에 위치된 이차 화학선 리액터를 더 포함할 수도 있다. 상기 시스템은 상기 일차 화학선 리액터의 하류에 위치된 미립자 필터를 더 포함할 수도 있다. 상기 시스템은 상기 일차 화학선 리액터의 하류에 위치된 한외여과 장치를 더 포함할 수도 있다. 열교환기, 탈기장치, 미립자 필터, 이온 정화 장치, 및 이온 교환 칼럼으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 단위 조작이 상기 시스템에 제공될 수도 있다. 상기 이온 교환 칼럼은 TOC 농도 센서의 상류에 위치될 수 있다.
상기 시스템은 역삼투 필터, 전기투석 디바이스, 전기 탈이온 디바이스, 증류 장치, 이온 교환 칼럼, 및 그 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 단위 조작을 포함하는 상기 일차 화학선 리액터의 상류에 위치된 용수 공급원을 포함할 수도 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 용수 공급원으로부터의 용수는 약 25ppb 미만의 TOC를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 상기 일차 화학선 리액터의 하류에 위치된 TOC 농도 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 환원제는 이산화황일 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 양태는 용수를 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 방법은 처리될 용수를 제공하는 단계, 상기 처리될 용수의 총 유기 탄소(TOC) 값을 측정하는 단계, 상기 처리될 용수의 상기 측정된 TOC 값의 적어도 하나의 입력 신호에 부분적으로 의거하여 상기 처리될 용수에 과황산염 음이온을 도입하는 단계, 상기 과황산염 음이온을 함유하는 용수를 일차 리액터에 도입하는 단계, 조사된 용수 스트림을 생성하기 위해, 상기 리액터 내에서 상기 용수 내의 과황산염 음이온을 자외광에 노출시키는 단계, 상기 처리될 용수의 TOC 값, 상기 리액터 하류의 상기 용수의 과황산염 값, 및 과황산염 음이온의 첨가율로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 입력 신호에 부분적으로 의거하여 상기 자외광의 강도를 조절하는 단계, 및 환원제를 상기 조사된 용수에 도입하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 일차 리액터의 하류에 위치된 이차 리액터 내에서 상기 조사된 용수를 자외광에 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 용수로부터 용존 고형물 및 용존 가스를 제거하는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 방법은 상기 처리될 용수를 리액터 베슬에 제공하기 전에 상기 처리될 용수를 처리하는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 방법은 상기 조사된 용수 내의 환원제 농도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 측정된 환원제 농도에 의거하여 상기 조사된 용수에 상기 환원제를 도입하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 환원제는 이산화황일 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 양태는 액체 스트림 내의 화합물의 농도를 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 액체 스트림의 제 1 도전율을 측정하는 단계, 상기 액체 스트림을 조사하는 단계, 조사 후에 상기 액체 스트림의 제 2 도전율을 측정하는 단계, 및 상기 제 1 도전율 측정 및 상기 제 2 도전율 측정에 부분적으로 의거하여 상기 액체 스트림 내의 상기 화합물의 농도를 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 측정되는 화합물은 과황산염일 수 있다. 상기 액체 스트림을 조사하는 단계는 상기 과황산염을 포함하는 화합물의 적어도 일부를 황산 이온으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 측정되는 화합물은 이산화황일 수도 있다. 상기 액체 스트림을 조사하는 단계는 상기 이산화황을 포함하는 화합물의 적어도 일부를 황산 이온으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 액체 스트림의 상기 제 1 도전율을 측정하기 위해 상기 액체 스트림을 제 1 도전율 셀에 도입하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 액체 스트림의 상기 제 2 도전율을 측정하기 위해 상기 액체 스트림을 제 2 도전율 셀에 도입하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 제 1 도전율을 측정하기 전에 화학선 리액터 내에서 상기 액체 스트림을 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 화학선 리액터 내에서 상기 액체 스트림을 조사하기 전에 과황산염 전구물질 화합물을 상기 액체 스트림에 도입하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 양태는 액체 스트림에의 환원제의 도입을 제어하는 시스템으로서, 상기 액체 스트림과 유체 연통하는 과황산염 농도 센서, 상기 과황산염 농도 센서 하류의 상기 액체 스트림에 이산화황을 도입하도록 배치된 이산화항 공급원, 상기 이산화황 공급원의 하류에 위치되는 상기 액체 스트림과 유체 연통하는 이산화황 농도 센서, 및 상기 과황산염 농도 센서 및 상기 이산화항 농도 센서 중 하나로부터의 적어도 하나의 입력 신호에 의거하여 상기 액체 스트림에 도입된 상기 이산화황의 첨가율 및 양 중 적어도 하나를 조정하는 컨트롤 신호를 발생시키도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 과황산염 농도 센서는 적어도 하나의 도전율 셀을 포함할 수 있다. 상기 과황산염 농도 센서는 자외광 공급원을 포함할 수도 있다. 상기 이산화황 농도 센서는 도전율 셀을 포함할 수 있다. 상기 이산화황 농도 센서는 자외광 공급원을 포함할 수도 있다. 상기 시스템은 상기 이산화황 농도 센서의 상류에 위치된 화학선 리액터를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 일차 화학선 리액터에 적어도 하나의 과황산염 전구물질 화합물을 도입하도록 배치된 과황산염 전구물질 화합물 공급원을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 상기 화학선 리액터의 상류에 위치된 총 유기 탄소 농도 센서를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 상기 화학선 리액터의 하류에 위치된 총 유기 탄소 농도 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 양태는 베슬, 및 상기 베슬 내의, 제 1 병렬 튜브 세트 및 제 2 병렬 튜브 세트를 포함하는 제 1 튜브 어레이를 포함하는 화학선 리액터에 관한 것이다. 상기 제 2 병렬 튜브 세트의 각 튜브는 상기 제 1 병렬 튜브 세트의 각 튜브의 각각의 길이방향 축선에 직교하는 각각의 길이방향 축선을 가질 수 있고, 각 튜브는 적어도 하나의 자외선 램프를 포함한다.
일부 실시예에 있어서, 상기 화학선 리액터는 제 3 병렬 튜브 세트 및 제 4 병렬 튜브 세트를 포함하는 제 2 튜브 어레이를 더 포함할 수 있다. 상기 제 4 병렬 튜브 세트의 각 튜브는 상기 제 3 병렬 튜브 세트의 각 튜브의 각각의 길이방향 축선에 직교하는 각각의 길이방향 축선을 가질 수 있다. 각 튜브는 적어도 하나의 자외선 램프를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 제 4 세트의 각 튜브는 상기 제 2 병렬 튜브 세트 및 상기 제 1 병렬 튜브 세트 중 하나의 각 튜브의 각각의 길이방향 축선에 직교하는 각각의 길이방향 축선을 가질 수 있다.
상기 제 2 튜브 어레이는 상기 제 1 어레이에 의해 규정된 평면으로부터 소정의 거리에 위치될 수 있는 평면을 규정하도록 배치될 수 있다. 각 튜브의 각 단부는 상기 베슬의 벽에 고정될 수 있다. 상기 제 1 어레이 및 상기 제 2 어레이 중 적어도 하나의 어레이의 튜브들은 상기 베슬의 내용적을 가로질러 연장된다. 상기 제 1 병렬 튜브 세트 및 상기 제 2 병렬 튜브 세트 중 하나는 상기 제 3 병렬 튜브 세트 및 상기 제 4 병렬 튜브 세트 중 하나로부터 소정의 거리에 위치될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 양태는 베슬 내에서 액체를 조사하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 베슬 내에서 화학선을 제 1 조명 벡터에 평행하게 투영하도록 각각 배치되어 있는 제 1 자외선 램프 세트를 구동시키는 단계, 및 상기 베슬 내에서 화학선을 상기 제 1 조명 벡터에 실질적으로 수직한 제 2 조명 벡터에 평행하게 투영하도록 각각 배치되어 있는 제 2 자외선 램프 세트를 구동시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 제 1 자외선 램프 세트의 강도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 제 2 자외선 램프 세트의 강도를 조절하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 방법은 상기 베슬에 도입된 액체의 총 유기 탄소(TOC) 농도, 과황산염 농도, 및 유량 중 적어도 하나의 측정에 의거하여 상기 제 1 자외선 램프 세트 및 상기 제 2 자외선 램프 세트의 적어도 하나의 램프를 구동시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 베슬에 도입된 액체의 총 유기 탄소(TOC) 농도, 과황산염 농도, 및 유량 중 적어도 하나의 측정에 의거하여 상기 제 1 자외선 램프 세트 및 상기 제 2 자외선 램프 세트의 적어도 하나의 램프를 비-구동시키는 단계를 포함할 수 있다.
첨부 도면들은 실척으로 도시되어 있지 않다. 도면들에서, 여러 도면들에 도시되어 있는 각각 동일하거나 또는 거의 동일한 부품은 유사한 참조번호로 표기된다. 명료화를 위해, 도면마다 모든 부품에 부여되어 있지 않을 수도 있다.
도면들에서:
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 시스템을 나타내는 개요도이고;
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 시스템을 나타내는 개요도이고;
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 베슬을 나타내는 개요도이고;
도 4a는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 베슬을 나타내는 개요도이고;
도 4b는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 베슬을 나타내는 개요도이고;
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 센서 및 컨트롤러 시스템을 나타내는 개요도이고;
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 실행할 수 있는 프로세서 또는 컨트롤 시스템을 나타내는 개요도이고;
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른 초순수 생성물의 수질을 도시하는 그래프이고;
도 8은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 총 유기 탄소(TOC) 농도와 시간의 관계를 도시하는 그래프이고;
도 9는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 총 유기 탄소(TOC) 농도와 시간의 관계를 도시하는 그래프이고;
도 10은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 총 유기 탄소(TOC) 농도와 시간의 관계를 도시하는 그래프이고;
도 11은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 총 유기 탄소(TOC) 농도와 시간의 관계를 도시하는 그래프이고;
도 12는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 잔류 과황산염과 시간의 관계를 도시하는 그래프이고;
도 13은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 이산화황 농도와 도전율 변화의 관계를 도시하는 그래프이다.
도면들에서:
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 시스템을 나타내는 개요도이고;
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 시스템을 나타내는 개요도이고;
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 베슬을 나타내는 개요도이고;
도 4a는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 베슬을 나타내는 개요도이고;
도 4b는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 베슬을 나타내는 개요도이고;
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 센서 및 컨트롤러 시스템을 나타내는 개요도이고;
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 실행할 수 있는 프로세서 또는 컨트롤 시스템을 나타내는 개요도이고;
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른 초순수 생성물의 수질을 도시하는 그래프이고;
도 8은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 총 유기 탄소(TOC) 농도와 시간의 관계를 도시하는 그래프이고;
도 9는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 총 유기 탄소(TOC) 농도와 시간의 관계를 도시하는 그래프이고;
도 10은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 총 유기 탄소(TOC) 농도와 시간의 관계를 도시하는 그래프이고;
도 11은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 총 유기 탄소(TOC) 농도와 시간의 관계를 도시하는 그래프이고;
도 12는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 잔류 과황산염과 시간의 관계를 도시하는 그래프이고;
도 13은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 이산화황 농도와 도전율 변화의 관계를 도시하는 그래프이다.
본 발명의 하나 이상의 양태는 수처리 또는 정화 시스템 및 기술에 관련될 수 있다. 본 발명의 다양한 시스템 및 기술은 통상적으로 프로세스 유체 또는 스트림에서 바람직하지 않은 종(species)을 제거하는 하나 이상의 단위 조작을 이용 또는 포함한다. 프로세스 스트림 내의, 통상적으로 바람직하지 않거나 부적당한 다양한 목표 종 또는 화합물의 비선택적 또는 선택적 제거나, 농도 또는 레벨의 저감이 용이하도록, 직렬 또는 병렬 흐름 배치구조에, 또는 직렬 및 병렬 흐름 배치구조의 조합에 복수의 단위 조작이 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 시스템 및 기술은 시스템의 단위 조작으로부터 생성된 종 또는 부산물 종의 농도 조정이 용이하도록 하나 이상의 단위 조작을 이용할 수 있다. 본 발명의 일부 양태는, 경우에 따라, 불순물 또는 오염물 레벨이 낮은 것을 특징으로 할 수 있는 용수를 처리 또는 정화하는 기술 및 시스템 또는 그 구성요소에 관련될 수 있다. 본 발명의 일부 유리한 양태는 초순수를 제공하는 시스템 및 기술에 관련될 수 있다. 본 발명의 특히 유리한 양태는 반도체 처리 또는 제조 작업에서의 사용을 위해 초순수를 제공하는 시스템 및 기술에 관련될 수 있다. 경우에 따라, 본 발명은 용수 또는 초순수를 함유하는 수로의 용수 또는 초순수 특성을 유지하도록, 순환하는 용수 또는 초순수 시스템에 보충수를 제공하는 시스템 및 기술을 제공한다. 본 발명의 시스템 및 기술은, 경우에 따라, 처리된 용수 또는 초순수에 보충수나 유입 용수 또는 초순수를 혼합할 수 있다. 본 발명의 또 다른 양태는 수처리 또는 정화 시스템에서 사용하기에 적합한 컨트롤 시스템 및 기술에 관련될 수 있다. 본 발명의 또 다른 양태는 초순수를 제공함으로써 반도체 제조 작업을 용이하게 하는 컨트롤 시스템 및 기술에 관련될 수 있다. 실제로, 본 발명의 일부 양태는 피드포워드 또는 피드백 해법, 또는 양자 모두를 이용함으로써 용수 또는 초순수의 처리 또는 정화를 용이하게 하는 컨트롤 시스템 및 기술에 관련될 수 있다. 본 발명의 또 다른 양태는 용수 또는 초순수, 또는 액체 스트림 내의 목표 종 또는 화합물의 레벨 또는 농도를 측정하는 기술에 관련될 수 있다. 상기 측정 기술은 초순수의 제공을 용이하게 하는 컨트롤 시스템 및 기술을 이용할 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 양태에 따르면, 그 일부 실시예는 용수를 처리하는 시스템을 수반할 수 있다. 본 발명의 시스템 및 기술은 상류 프로세스의 부산물의 농도를 제거 또는 적어도 낮추는 단위 조작으로 하나 이상의 보조 프로세스 절차와 함께 유리기 포집을 수행하는 조건을 생성하기 위해 정화된 용수의 이용에 의존하는 제 1 프로세스 절차를 수반할 수 있다. 용수를 처리하는 시스템은 하나 이상의 상류 프로세스로부터의 부산물을 함유할 수 있는 적어도 하나의 용수 공급원에 유체유동 가능하게 연결된 적어도 하나의 유리기 포집 시스템을 포함할 수 있다. 본 발명의 특정 양태에서는, 상기 적어도 하나의 용수 공급원은 순수, 또는 초순수일 수 있으며, 적어도 15㏁㎝의 저항률을 갖는 용수인 것이 바람직하다. 용수를 처리하는 시스템은, 적어도 하나의 유리기 포집 시스템의 하류에 유체유동 가능하게 연결되는 적어도 하나의 미립자 제거 시스템 및 적어도 하나의 미립자 제거 시스템의 하류에 유체유동 가능하게 연결되는 적어도 하나의 초순수 전달 시스템을 포함하거나, 또는 이들에 유체유동 가능하게 결합될 수도 있다. 또한, 용수를 처리하는 시스템은, 통상적으로 적어도 하나의 초순수 전달 시스템을 적어도 하나의 유리기 포집 시스템에 유체유동 가능하게 연결하는 적어도 하나의 용수 회수 시스템을 또한 포함한다. 유리기 포집 시스템은, 경우에 따라, 본질적으로 적어도 하나의 전구물질 화합물의 적어도 하나의 공급원으로 구성되거나, 또는 바람직하게는, 그 공급원을 포함할 수 있다. 통상적으로, 적어도 하나의 전구물질 화합물의 적어도 하나의 공급원은 적어도 하나의 용수 공급원으로부터의 용수의 적어도 일부에 적어도 하나의 유리기 전구물질 화합물을 도입하도록 배치 또는 구성되어 배열된다. 유리기 포집 시스템은, 또한, 적어도 하나의 전구물질 화합물을 용수 내의 적어도 하나의 유리기 포집 종으로 개시 또는 변환할 수도 있는 적어도 하나의 추가의 대체 가능한 장치를 갖거나 갖지 않고서, 본질적으로 적어도 하나의 화학선 공급원으로 구성되거나, 또는 그 공급원을 포함할 수 있다. 또 다른 경우에는, 미립자 제거 시스템은 적어도 하나의 한외여과 장치를 포함할 수 있다. 통상적으로, 적어도 하나의 한외여과 장치는 적어도 하나의 화학선 공급원 또는 적어도 하나의 유리기 개시 장치의 하류에, 및 바람직하게는 적어도 하나의 초순수 전달 시스템의 상류에 유체유동 가능하게 연결된다.
본 발명의 적어도 하나의 추가 양태에 따르면, 그 일부 실시예는 초순수를 반도체 제조 유닛에 제공하는 시스템을 수반할 수 있다. 상기 시스템은 적어도 하나의 화학선 리액터에 유체유동 가능하게 연결된 하나 이상의 용수 공급원을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 리액터는 용수 공급원으로부터의 용수를 조사하도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 시스템은 하나 이상의 전구물질 화합물 공급원을 더 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 전구물질 화합물 공급원은 하나 이상의 유리기 전구물질 화합물을 하나 이상의 용수 공급원으로부터의 용수에 도입하도록 배치될 수 있다. 상기 시스템은 하나 이상의 화학선 리액터 중 적어도 하나의 하류에, 및 바람직하게는, 초순수 분배 시스템의 상류에 유체유동 가능하게 연결되는 적어도 하나의 미립자 필터를 포함할 수도 있다. 초순수 분배 시스템은, 본 발명의 일부 유리한 실시예에 있어서는, 반도체 제조 유닛에 유체유동 가능하게 연결된다. 용수 공급원은, 통상적으로 총 유기 탄소(TOC) 값이 약 25ppb 미만인 용수를 제공한다. 초순수를 제공하는 시스템은, 초순수 분배 시스템을, 통상적으로는 그 유출 포트를 상기 용수 공급원, 화학선 리액터, 및 미립자 필터 중 적어도 하나에 유체유동 가능하게 연결하는 재생 라인을 더 포함할 수 있다.
일부 양태에 따르면, 본 발명의 일부 실시예는 초순수를 반도체 제조 유닛에 제공하는 방법을 수반할 수 있다. 상기 방법은, TOC 값이 약 25ppb 미만인 유입 용수를 제공하는 단계, 적어도 하나의 유리기 전구물질 화합물을 상기 유입 용수에 도입하는 단계, 및 적어도 하나의 유리기 전구물질 화합물을 적어도 하나의 유리기 포집 종으로 변환하는 단계 중 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은, 상기 유입 용수로부터 임의의 미립자의 적어도 일부를 제거해서 초순수를 생산하는 단계, 및 상기 초순수의 적어도 일부를 반도체 제조 유닛에 전달하는 단계 중 하나 이상의 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 양태에 따르면, 본 발명의 일부 실시예는, 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행된 결과로서, 적어도 하나의 유리기 전구물질 화합물의 유입 용수 내로의 첨가를 조절하는 방법을 수행하도록 상기 적어도 하나의 프로세서에 지시하는 명령을 규정하는, 컴퓨터 판독가능 신호가 기록되어 있는 컴퓨터 판독가능 매체를 수반할 수 있다. 상기 유입 용수는, 경우에 따라, 순수 또는 초순수일 수 있지만, 약 25ppb 미만의 TOC 값을 갖는 것이 바람직하다. 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행 가능한 방법은, 상기 유입 용수의 TOC 값에 적어도 부분적으로 의거하여 하나 이상의 드라이브 신호를 발생시키는 단계, 및 적어도 하나의 전구물질 화합물을 상기 유입 용수에 도입하도록 배치되는, 적어도 하나의 전구물질 화합물의 적어도 하나의 공급원에 상기 하나 이상의 드라이브 신호를 전송하는 단계 중 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명의 일부 실시예는 용수를 처리하는 시스템을 구비할 수 있다. 상기 시스템은 일차 화학선 리액터를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 일차 화학선 리액터에 적어도 하나의 과황산염 전구물질 화합물을 도입하도록 배치된 과황산염 전구물질 화합물 공급원을 더 포함할 수 있다. 상기 시스템은 일차 화학선 리액터의 상류에 위치된 총 유기 탄소(TOC) 농도 센서와 같은 하나 이상의 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 시스템은 일차 화학선 리액터의 하류에 위치된 과황산염 농도 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 시스템은 환원제 공급원을 더 포함할 수 있다. 상기 환원제는 일차 화학선 리액터의 하류에 적어도 하나의 환원제를 도입하도록 배치될 수 있다. 환원제 농도 센서도 제공될 수 있다. 환원제 농도 센서는 적어도 하나의 환원제의 첨가 지점의 하류에 위치될 수 있다. 컨트롤러도 제공될 수 있다. 상기 컨트롤러는 TOC 농도 센서, 과황산염 농도 센서, 및 환원제 농도 센서 중 적어도 하나로부터 적어도 하나의 입력 신호를 수신하도록 작동 가능하게 결합될 수 있다. 상기 컨트롤러는 일차 화학선 리액터에 과황산염 전구물질 화합물이 도입되는 비율, 일차 화학선 리액터 내의 화학선의 강도, 및 상기 시스템에 환원제가 도입되는 비율 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 용수를 처리하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 처리될 용수를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 처리될 용수의 TOC 값을 측정하는 단계, 및 적어도 부분적으로는 상기 처리될 용수의 측정된 TOC 값의 적어도 하나의 입력 신호에 의거하여 상기 처리될 용수에 과황산염 음이온을 도입하는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 방법은 과황산염 음이온을 함유하는 용수를 일차 리액터에 도입하는 단계, 및 상기 용수 내의 과황산염 음이온을 상기 리액터 내에서 자외선에 노출시켜 조사된 용수 스트림을 생성하는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 방법은, 적어도 부분적으로는 상기 처리될 용수의 TOC 값, 상기 리액터 하류의 용수의 과황산염 값, 및 과황산염 음이온의 첨가 비율로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 입력 신호에 의거하여 자외선의 강도를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 조사된 용수에는 환원제가 도입될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 액체 스트림 내의 화합물의 농도를 측정하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 액체 스트림 내의 제 1 도전율을 측정하는 단계, 및 상기 액체 스트림의 적어도 일부를 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 조사 단계 이후에 상기 액체 스트림의 제 2 도전율을 측정하는 단계, 및 적어도 부분적으로는 상기 제 1 도전율 측정치 및 제 2 도전율 측정치에 의거하여 상기 화합물의 농도를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에서는, 상기 화합물은 과황산염 또는 이산화황일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 액체 스트림에의 이산화황의 도입을 제어하는 방법이 제공된다. 상기 시스템은 상기 액체 스트림과 유체 연통하는 과황산염 농도 센서를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 이산화황 공급원을 더 포함할 수 있다. 이산화황은 과황산염 농도 센서 하류의 액체 스트림에 이산화황을 도입하도록 배치될 수 있다. 상기 시스템은 이산화황 공급원의 하류에 위치되어 액체 스트림과 유체 연통하는 이산화황 농도 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 시스템은 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는 과황산염 농도 센서 및 이산화황 스트림 중 어느 하나로부터의 적어도 하나의 입력 신호에 의거하여 액체 스트림에 도입된 이산화황의 첨가 비율 및 양 중 적어도 하나를 조절하는 컨트롤 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 화학선 리액터가 제공된다. 화학선 리액터는 베슬, 및 베슬 내의 제 1 튜브 어레이를 포함할 수 있다. 제 1 튜브 어레이는 제 1 병렬 튜브 세트 및 제 2 병렬 튜브 세트를 포함할 수 있다. 각각의 튜브는 적어도 하나의 자외선 램프를 포함할 수 있으며, 제 1 병렬 튜브 세트의 각각의 튜브는 그 길이방향 축선이 제 2 병렬 튜브 세트의 길이방향 축선에 대하여 직교하도록 위치된다.
어느 것이나 본 발명의 하나 이상의 양태에 관련될 수 있는, 하나 이상의 실시예에 있어서, 본원에 개시된 시스템 및 기술은, 상기 시스템의 적어도 하나의 단위 조작 또는 구성요소나, 또는 프로세스 스트림의 하나 이상의 특성 또는 물리적 성질의 적어도 하나의 작동 파라미터, 상태 또는 조건을 조정 또는 조절하거나, 또는 적어도 조정 또는 조절을 용이하게 하는 하나 이상의 서브시스템을 이용할 수 있다. 상기와 같은 조정 및 조절 형태를 용이하게 하기 위해, 본 발명의 하나 이상의 실시예는 하나 이상의 구성요소 또는 프로세스의 상황, 상태, 또는 조건을 제공하는 컨트롤러 및 지시 장치를 이용할 수 있다. 예컨대, 적어도 하나의 센서는, 예컨대 공급원으로부터의 용수, 유리기 포집 시스템에 진입 또는 진출하는 용수, 미립자 제거 시스템에 진입 또는 진출하는 용수, 또는 화학선 리액터 또는 하나 이상의 다른 하류 프로세스에 진입 또는 진출하는 용수의 세기 성질(intensive property) 또는 크기 성질(extensive property)의 표시를 제공하는데 이용될 수 있다. 따라서, 특히 유리한 실시예에 따르면, 본 발명의 시스템 및 기술은, 하나 이상의 센서, 또는 성분 분석기와 같은 다른 지시 장치나, 또는 예컨대 상기 시스템의 임의의 단위 조작에 진입 또는 진출하는 용수의 상태, 조건, 특성, 또는 품질의 표시를 제공하는 도전율 셀을 수반할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 시스템(100)을 개략적으로 구현한다. 시스템(100)은 초순수로 간주될 수 있는 용수를 포함하는, 용수를 제공하는 수처리 또는 정화 시스템을 나타낼 수 있다. 본 발명의 특히 유리한 일부 실시예에 있어서, 시스템(100)은 반도체 제조 설비에서 사용하기에 적합한 초순수를 제공하거나, 또는 적어도 초순수 품질을 유지하는 정화 시스템에 관련되거나 또는 나타낼 수 있다. 본 발명의 또 다른 양태는 처리된 초순수를 하나 이상의 반도체 제조 유닛(도시되지 않음)에 제공하기 위해 초순수를 이용하는 것으로서 간주될 수 있는 시스템(100)을 수반한다. 따라서, 본 발명의 일부 양태에 따르면, 시스템(100)은 하나 이상의 용수 공급원(110)으로부터의 보충수 또는 유입 용수에 존재할 수 있는 하나 이상의 불순물 또는 오염물의 농도, 함량, 또는 레벨을 낮추고, 처리된 용수를 초순수를 이용하는 시스템에 제공하는 수처리 시스템일 수 있다.
예시적으로 나타낸 바와 같이, 시스템(100)은 하나 이상의 제 2 또는 이차 처리열 또는 시스템(102)에 결합된 하나 이상의 제 1 또는 일차 처리열 또는 시스템(101)을 포함할 수 있다. 시스템(100)은 적어도 하나의 이차 처리 시스템에, 및 경우에 따라 더 유리한 구성에서는, 적어도 하나의 일차 처리 시스템에 유체유동 가능하게 연결된 적어도 하나의 용수 분배 시스템(103)을 더 포함할 수 있다. 더 유리한 실시예는, 일차 처리 시스템, 이차 처리 시스템, 및 용수 분배 시스템 중 적어도 하나에 적어도 하나의 유동 방향 컨트롤 디바이스를 수반하는 구성을 수반할 수 있다. 유동 방향 컨트롤 디바이스의 비제한적인 예로서는 체크 밸브 및 위어(weirs)가 있다.
공급원(110)은 낮은 불순물 레벨로 구성되거나, 본질적으로 그와 같이 구성되거나, 또는 포함하는 용수를 제공한다. 특히, 공급원(110)으로부터의 용수는, 우레아(urea)로서 약 25ppb 미만의 또는 심지어 약 20ppb 미만의 총 유기 탄소 레벨 또는 값, 및 적어도 약 15㏁㎝ 또는 심지어 적어도 약 18㏁㎝의 저항률로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 특성을 갖는 초순수로 구성되거나, 본질적으로 그와 같이 구성되거나, 또는 포함한다. 제 1 또는 일차 처리 시스템(101)은 리액터(120)에 유체유동 가능하게 연결된 적어도 하나의 전구물질 처리용 화합물 공급원(122)을 더 포함할 수 있다.
공급원(110)으로부터 시스템(100)에 도입된 용수는 통상적으로, 또는 바람직하게는 불순물 레벨이 낮은 것이 특징이 될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일부 실시예는, 역삼투, 전기투석, 전기 탈이온, 증류, 이온 교환, 또는 이들 작업의 조합을 이용하는 것과 같은 하나 이상의 처리열(도시되지 않음)에 의해 미리 처리 또는 정화된 순수 또는 초순수 또는 그 혼합물을 이용한다. 주지한 바와 같이, 본 발명의 유리한 실시예는, 통상적으로 낮은 도전율 또는 적어도 약 15㏁㎝의, 바람직하게는 적어도 약 18㏁㎝의 높은 저항률을 갖거나, 및/또는 예컨대 통상적으로 우레아 또는 다른 탄소 화합물 또는 대용물로서, 약 50ppb 미만의, 바람직하게는 약 25ppb 미만의 총 유기 탄소 레벨로서 낮은 오염물 레벨을 갖는, 공급원(110)으로부터 유입하는 초순수를 수반한다. 특정 실시예에 있어서는, 상기 유입 용수는 1ppb 정도로 낮은 것일 수 있다. 다른 실시예에 있어서는, 상기 유입 용수는 0.5ppb 정도로 낮은 것일 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서는, 상기 유입 용수의 저항률은 약 1㏁㎝일 수 있다.
본 발명의 일부 특정 실시예에 있어서, 제 1 처리 시스템(101)은 적어도 하나의 유리기 포집 시스템으로 특정되거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 유리기 포집 시스템(101)은 적어도 하나의 용수 공급원(110)에 유체유동 가능하게 연결된 조사 리액터와 같은 적어도 하나의 유리기 포집재 리액터(120)를 포함할 수 있다. 리액터(120)는 플러그 유동 리액터 또는 연속 교반 탱크 리액터, 또는 그 조합일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 플러그 유동 리액터는 리액터 내부의 램프들에 의한 조명의, 단락과 같은, 암전 또는 낮은 조사 강도의 구역의 가능성을 방지하는데 사용될 수 있다. 플러그 유동 리액터는, 병렬의 비-난류 경로를 갖는, 리액터를 통한 유체의 층류 경로를 용이하게 하는 조건하에서 작동하는 리액터로서 규정될 수 있다. 리액터(120)는, 통상적으로 리액터 내를 흐르는 용수 내의 유리기 종을 포집하거나, 열화시키거나, 또는 적어도 하나의 불순물, 통상적으로 유기 탄소계 불순물을 불활성 화합물로, 용수로부터 제거될 수 있는 하나 이상의 화합물로, 또는 적어도 하나의 불순물에 대하여 적어도 보다 용이하게 제거될 수 있는 화합물로 변환시키기에 충분한 체류 시간을 제공하는 사이즈로 된다.
상기 리액터는, 추가적으로 상기 시스템의 기대 유량에 의거하여 리액터에서의 충분한 또는 바람직한 체류 시간을 제공하는 사이즈로 될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 상기 시스템을 통과하는 용수의 유량은 시스템 하류의 처리된 용수에 대한 수요, 또는 시스템 상류에서 이용되는 용수의 유량, 또는 양자 모두에 의거할 수 있다. 특정 예에 있어서, 상기 시스템을 통과하는, 또는 각각의 리액터를 통과하는 용수의 유량은 약 1gpm(gallon per minute; 분당 갤런) 내지 2000gpm일 수 있다. 특정 예에 있어서는, 상기 유량은 약 400gpm 내지 약 1300gpm일 수 있다. 다른 특정 예에 있어서는, 상기 유량은 약 400gpm 내지 약 1900gpm일 수 있다. 상기 리액터와, 펌프 및 플로우 밸브와 같은 상기 시스템의 다른 단위 조작 및 장비는 약 400gpm 내지 약 1900gpm의 유량의 변동 또는 변화를 고려해서 선택되는 사이즈로 될 수 있다.
유리기 포집 시스템에 있어서, 용수 내의 유기 화합물은 하나 이상의 유리기 종에 의해, 하나 이상의 하류의 단위 조작에서 제거될 수 있는 이산화탄소로 산화될 수 있다. 리액터(120)는 하나 이상의 전구물질 화합물을 하나 이상의 유리기 포집 종으로 변환하는 적어도 하나의 유리기 활성화 디바이스를 포함할 수 있다. 예컨대, 리액터(120)는 용수를 조사하거나 또는 용수에 화학선을 제공해서 전구물질 화합물을 하나 이상의 유리기 종으로 분할하기 위해 하나 이상의 반응 챔버 내에 하나 이상의 램프를 포함할 수 있다.
상기 리액터는 챔버들 사이의 하나 이상의 배플(baffle)에 의해 2개의 챔버로 분할될 수 있다. 상기 배플은 리액터에 대한 혼합 또는 난류를 제공하는데 사용될 수 있거나, 또는 챔버 내부와 같은 리액터 내부를 통한 층류의 병렬 유로의 혼합 방지 또는 촉진에 사용될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 리액터 유입구는 제 1 챔버와 유체 연통하고, 리액터 유출구는 제 2 챔버와 유체 연통한다.
일부 실시예에 있어서, 각각의 챔버 내의 용수를 약 185㎚, 220㎚, 및/또는 254㎚의 광으로, 또는 약 185㎚ 내지 254㎚ 범위의 다양한 파워 레벨의 광으로 조사하기 위해, 각각 적어도 하나의 자외선(UV) 램프를 갖는 적어도 3개의 리액터 챔버가 리액터(120) 내에 직렬로 배치된다. 직렬 배치된 리액터들로 이루어지는 세트들이 병렬로 배치될 수 있다. 예컨대, 직렬의 제 1 리액터 세트는 직렬의 제 2 리액터 세트와 병렬로 놓일 수 있으며, 각 세트는 3개의 리액터를 구비해서, 리액터가 총 6개이다. 각 세트의 하나 이상의 리액터 중 어느 것은 상시 가동중일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 모든 리액터가 가동중일 수 있는 한편, 다른 실시예에 있어서는, 단지 하나의 리액터 세트만이 가동중일 수 있다.
유리기 포집 시스템의 구성요소로서의 화학선 시스템의 시판중인 공급원은, 예컨대 AQUAFINE® UV system과 같은, 미국 일리노이주 네이퍼빌(Naperville, Illinois) 소재의 Quantrol사의 것, 미국 켄터키 에를랭거(Erlanger, Kentucky) 소재의 Aquionics Incorporated사의 것이 있다.
주지한 바와 같이, 본 발명은 단일의 전구물질 화합물에 한정되는 것은 아니며, 복수의 전구물질 화합물을 이용할 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 전구물질 화합물은 바람직하지 않은 종들을 열화시키는데 사용될 수 있다. 다른 실시예에 있어서는, 전구물질 화합물은 바람직하지 않은 성분을, 이온화된 종들 또는 약하게 하전된 종들과 같은 제거 가능한 조성으로 변환하는데 사용될 수 있다. 복수의 전구물질 화합물은 복수의 유리기 종을 발생시키는데 이용될 수 있다. 이 상보적인 방식은, 제 1의 유리기 포집 종들이 제 1 유형의 바람직하지 않은 화합물을 선택적으로 열화시키고, 제 2의 유리기 종들이 바람직하지 않은 다른 화합물을 선택적으로 열화시키는 조건에서 유리할 수 있다. 선택적으로, 제 1 변환종들 또는 제 1 유리기 종들로 용이하게 변환될 수 있는 제 1 전구물질 화합물을 이용할 수 있다. 이후, 제 1 유리기 종들은 제 2 전구물질 화합물을 제 2 변환종들 또는 제 2 유리기 종들로 변환할 수 있다. 이러한 연쇄 반응 세트는, 제 1 유리기 종들이 제 1 유형의 바람직하지 않은 화합물을 선택적으로 열화시키거나 변환하고 또한 제 2 유리기 종들이 다른 바람직하지 않은 화합물을 선택적으로 열화시키거나 변환하는 조건에서, 또는 바람직하지 않게 높은 에너지 레벨을 필요로 하는 제 2 전구물질 화합물의 제 2 유리기 종들로의 변환 또는 활성화의 경우에 유리할 수 있다. 복수의 화합물은 복수의 포집 종을 제공하는데 사용될 수 있다.
하나 이상의 전구물질 화합물은, 유리기 포집 종들로 변환될 수 있거나 또는그러한 변환을 용이하게 하는 임의의 화합물일 수 있다. 비제한적인 예로서, 알칼리 및 알칼리금속 과황산염 및 과황산암모늄 또는 과황산암모늄 등의 과황산염, 과산화수소, 알칼리 및 알칼리금속 과산화물 등의 과산화물, 알칼리 및 알칼리금속 과붕산염 등의 과붕산염, 알칼리 및 알칼리금속 과산화이황화물 및 과산화이황화암모늄 등의 과산화이황화염, 과산화이황산, 과산화일황산 또는 카로산 등의 산, 및 오존 뿐만 아니라 피라나 용액(piranha solution) 등의 그 조합을 들 수 있다. 하나 이상의 전구물질 화합물의 양은 오염물질의 유형에 따라 가변적이다. 상기 전구물질 화합물은, 용이하게 제거되지 않거나 및/또는 반도체 디바이스를 바람직하지 않게 오염시킬 수 있는 나트륨 종을 생성할 수 있는 과황산나트륨을 포함하는 전구물질 화합물과는 달리, 반도체 제조 작업의 오염물로 간주되지 않는 부산물을 제공하기 쉽거나, 또는 예컨대 이온 교환 시스템에 의해 용이하게 제거될 수 있다는 이유로, 반도체 제조 작업에서 유리할 수 있는 과황산암모늄으로 구성될 수 있거나, 또는 본질적으로 과황산암모늄으로 구성된다.
경우에 따라, 시스템(100)은 적어도 하나의 탈기장치(160), 및 선택적으로 리액터(120) 하류의 적어도 하나의 미립자 필터를 포함할 수 있다. 경우에 따라, 시스템(100)은 임의의 이온종 또는 하전된 종의 적어도 일부를 용수에서 제거하는 적어도 하나의 장치를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 포집 시스템(101) 또는 미립자 제거 시스템(102)의 하나 또는 둘 모두에서의 시스템(100)은 이온 교환 매체의 베드, 또는 전기투석 장치 또는 전기 탈이온 장치와 같은 전동식 이온 정화 장치를 포함할 수 있다. 본 발명의 특히 유리한 구성에 있어서, 시스템(100)은, 시스템(100)을 통한 용수의 유로를 따라 서로 직렬로 배치되는, 이온 교환 수지 베드를 포함하는 제 1, 일차 또는 리딩(leading) 이온 교환 칼럼(140L) 및 마찬가지로 이온 교환 수지 베드를 포함하는 제 2, 래깅(lagging) 또는 폴리싱(polishing) 이온 교환 칼럼(140P)을 포함할 수 있다. 이온 교환 칼럼은 음이온 교환 매체 및 양이온 교환 매체의 혼합 베드를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 구성을 이용할 수도 있다. 예컨대, 리드 이온 교환 칼럼(140L)은 직렬로 배열된 층들 또는 칼럼들을 포함할 수 있고, 제 1 층 또는 칼럼은 주로 음이온 교환 매체를 포함할 수 있으며, 제 2 칼럼은 주로 양이온 교환 매체를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 폴리시 칼럼(140P)이 음이온 교환 매체 및 양이온 교환 매체의 혼합 베드를 포함할 수 있지만, 폴리시 칼럼(140P)은 일종의 교환 매체로 이루어진 직렬로 배열된 층들 또는 칼럼들을 포함할 수 있고, 제 1 칼럼은 주로 음이온 교환 매체를 포함할 수 있으며, 제 2 칼럼은 주로 양이온 교환 매체를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 층 또는 칼럼 중 어느 것은 140L을 포함하는 단일의 베슬 내부에 배치될 수 있으며, 칼럼들에 내포된 매체로 이루어진 층상 베드로서 구현된다. 이온 교환 칼럼들(140L 및 140P) 내의 이온 교환 매체는, 공급원(110)으로부터의 용수 내의 또는 유리기 포집 프로세스의 부산물로서의 황산염 종들, 이산화탄소, 및 암모니아 또는 암모늄과, 임의의 다른 바람직하지 않은 종들 또는 오염물을 제거하는 것들을 포함하는 임의의 적절한 수지일 수 있다. 상기 이온 교환 칼럼들은 음이온 및 양이온 수지를 함유하는 혼합 베드의 이온 교환 칼럼일 수 있다.
사용 가능한 시판중인 매체 또는 이온 교환 수지는, 미국 펜실베이니아 워렌데일(Warrendale, Pennsylvania) 소재의 Siemens Water Technologies Corp.로부터의 NR30 MEG PPQ, USF™ MEG PPQ, 및 USF™ NANO 수지, 및 미국 미시간 미들랜드(Midland, Michigan) 소재의 The Dow Chemical Company로부터의 DOWEX® 수지를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일부 다른 실시예에 있어서, 제 2 처리 시스템(102)은 미립자 제거 시스템을 포함할 수 있거나, 또는 그것이 특징일 수 있다. 예컨대, 시스템(100)은 적어도 하나의 미립자 필터(150)를 더 포함할 수 있다. 필터(150)는 통상적으로 적어도 목표 사이즈의 입자를 제거 또는 포집하는 여과막을 포함한다. 예컨대, 필터(150)는 분배 시스템(103)에 연결된 사용 지점의 서비스 요건에 따라, 적어도 약 10미크론의, 어떤 경우에는 적어도 약 1미크론의, 다른 경우에는 적어도 약 0.05미크론의, 그리고 또 다른 경우에는 적어도 약 0.02미크론의 평균 입경을 가진 입자 모두를 또는 적어도 대부분을 포획하는 여과 매체 또는 하나 이상의 막으로 구성될 수 있다. 필터(150)는 약 0.01미크론보다 큰 입자를 유지하는 막을 가진 카트리지 필터를 포함할 수 있다.
미립자 필터(도시되지 않음)는 공급원(122)으로부터 하나 이상의 전구물질 화합물이 들어 있는 미립자를 제거하기 위해 선택적으로 이용될 수 있다. 이 필터, 예컨대 필터(150)는 0.02미크론보다 큰 미립자를 제거할 수도 있다.
경우에 따라, 미립자 제거 시스템(102)은, 바람직하지 않은 사이즈 특성을 갖는 입자가 생성수(product water)와 함께 용수 분배 시스템에 유입하는 것을 방지하는 막을 각각 포함하는, 하나 이상의 한외여과 장치(172 및 174)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 적어도 2개의 한외여과 장치는, 예컨대 약 0.1미크론보다 큰, 또한 일부 경우에는 0.05미크론보다 큰, 또 다른 경우에는 0.02미크론보다 큰 미립자를 용이하게 제거하도록 직렬로 배치된다. 예컨대, 한외여과 장치(172 및 174)는, 0.05미크론보다 큰 미립자의 목표하는 또는 원하는 농도를 사용 지점에 대한 생성수의 리터당 약 100개보다 적은 레벨로 낮추거나 또는 제공하는 막을 포함할 수 있다. 한외여과 장치(172 및 174)의 구성 및 배치구조는 초순수 생성물 내의 미립자의 목표 미립자 농도 및 사이즈에 의존할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 필터(172)는 적어도 목표 사이즈의 미립자 대부분을 제거하고, 필터(174)는 용수 분배 시스템에 대한 미립자의 농도가 목표하는 또는 원하는 미립자 농도 이하의 레벨로 되는 것을 보증하는 폴리시로서 기능한다. 상기와 같은 형태에서는, 필터(172)로부터의 농축수 스트림은 통상적으로 대부분의 포집된 미립자를 함유하고, 배출되거나 또는 폐기되거나 또는 다른 프로세스에서 사용될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 농축수 스트림의 적어도 일부는 미립자의 적어도 일부분을 포집하는 막 또는 매체를 포함하는 미립자 필터(180)에 도입되고, 미립자의 상당 부분이 제거되는 농축 스트림은, 분배 시스템(103)으로부터의 회수 또는 순환하는 미사용 초순수 생성수, 유리기 포집 시스템(101)에 도입되는 공급원(110)으로부터의 유입 용수, 리액터(120), 필터(150), 탈기장치(160), 리드 이온 교환 칼럼(140L) 또는 폴리시 이온 교환 칼럼(140P)으로부터의 적어도 부분적으로 처리된 용수, 또는 그들의 조합과 같은 시스템(100)의 상류의 단위 조작(상술한 것에 한정되는 것은 아님)에 안내되어 혼합될 수 있다. 필터(150)와 마찬가지로, 필터(180)도 어떤 사이즈의 미립자 물질의 레벨을 특정한 또는 목표하는 레벨로 제거 또는 낮추도록 구성될 수 있다.
탈기장치(160)는 용수 내의 임의의 용존 가스 또는 전구물질 화합물의 다른 가스 부산물의 농도를 낮추는 막 접촉기 또는 임의의 단위 조작을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 탈기장치는 용수 내의 용존 산소 함량, 용존 질소 함량, 및 용존 이산화탄소 함량의 어느 것을 낮춘다. 통상적으로, 탈기장치(160)는 용수로부터의 용존 가스의 제거를 용이하게 하는 접촉막 및 진공원(162)을 이용한다. 본원에서 이용될 수 있는 탈기장치의 비제한적인 예는 미국 노스캐롤라이나 샬롯(Charlotte, North Carolina) 소재의 Membrana로부터의 LIQUI-CEL® 막 접촉기로서 시판되고 있는 것을 포함한다.
다른 부수적인 단위 조작들은, 반도체 제조 유닛일 수 있는 사용 지점에 제공된 용수의 적어도 하나의 세기 또는 크기 성질을 조절하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 칠러(chiller)(130)와 같은 열교환기는 초순수 분배 시스템(103)의 상류에 배치되어, 적어도 하나의 반도체 제조 유닛에 전달 가능한 초순수의 적어도 일부의 온도를 낮춘다. 도시된 바와 같이, 칠러(130)는 리액터(120)의 하류에서 탈기장치(160)의 상류에 배치된다. 그러나, 본 발명은 예시적으로 나타낸 배치구조에 한정되지 않으며, 하나 이상의 열교환기가 미립자 제거 시스템(102)의 하류에서 용수 분배 시스템(103)의 상류의 초순수 생성물과 열교환할 수 있다. 실제로는, 복수의 열교환기가 이용될 수 있다. 예컨대, 히터와 같은 제 1 열교환기는 전구물질 화합물을 하나 이상의 유리기 포집 종으로 개시 또는 변환하는 것을 돕도록 적어도 하나의 유리기 전구물질 화합물을 갖는 용수를 가열할 수 있으며, 칠러와 같은 제 2 열교환기는 처리된 초순수를 용수 분배 시스템을 통해 전달하기 전에 냉각시킬 수 있다.
또 다른 부수적인 시스템은, 예컨대 시스템(100)을 통해 용수를 순환시키는 추진력을 제공하는 하나 이상의 펌프(166)를 포함한다. 펌프(166)는 양변위 펌프 또는 원심 펌프일 수 있다. 펌프(166)는 바람직하지 않게 생성수의 오염물 특성에 기여하지 않는 구성요소를 포함하는 것이 바람직하다.
용수 분배 시스템(103)은 하나 이상의 반도체 제조 유닛과 같은 하나 이상의 사용 지점(도시되지 않음)에 유체연통 가능하게 연결되어 초순수 생성물을 제공하는 유입 포트 및 적어도 하나의 유출 포트를 포함할 수 있다.
경우에 따라, 예컨대, 상기 용수 분배 시스템은, 유리기 포집 시스템(101), 미립자 제거 시스템(102), 또는 둘 모두에 유체유동 가능하게 연결된 유입 포트 및 적어도 하나의 사용 지점에 유체유동 가능하게 연결된 적어도 하나의 생성물 유출구를 갖는 매니폴드(190)와, 상기 유리기 포집 시스템 및 미립자 제거 시스템 중 하나 또는 둘 모두에 대하여 또는 시스템(100) 내의 임의의 지점 내로 미사용 생성수를 재생시키기 위해 하나 이상의 순환 시스템(178 및 179)에 유체유동 가능하게 연결된 적어도 하나의 회수 유출 포트를 포함한다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 시스템(200)을 개략적으로 구현한다. 시스템(200)은 초순수로 간주될 수 있는 용수를 포함하는, 용수를 제공하는 수처리 또는 정화 시스템을 나타낼 수 있다. 본 발명의 특히 유리한 일부 실시예에 있어서, 시스템(200)은 반도체 제조 설비에 적합한 초순수를 제공하거나, 적어도 초순수 품질을 유지하는 정화 시스템에 관련되거나 또는 나타낼 수 있다. 본 발명의 또 다른 양태는 처리된 초순수를 하나 이상의 반도체 제조 유닛(도시되지 않음)에 제공하기 위해 초순수를 이용하는 것으로서 고려될 수 있는 시스템(200)을 수반한다. 본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 시스템(200)은 초순수를 제공할 수 있는 도 1의 시스템(100), 또는 시스템의 적어도 일부에 의해 처리하기에 적합한 초순수를 제공하는 정화 시스템에 관련되거나 또는 나타낼 수 있다. 따라서, 본 발명의 일부 양태에 따르면, 시스템(200)은 하나 이상의 용수 공급원(210)으로부터의 보충수 또는 유입 용수에 존재할 수 있는 하나 이상의 불순물 또는 오염물의 농도, 함량, 또는 레벨을 낮추고, 처리된 용수를 초순수를 이용하는 시스템에 제공하는 수처리 시스템일 수 있다.
시스템(100)과 마찬가지로, 처리 시스템(200)은 하나 이상의 목표 종의 적어도 일부를 탈기 시스템, 미립자 제거 시스템, 및 이온 포집, 포획 또는 교환 시스템 등(이들에 한정되는 것은 아님)의 임의의 하나 이상의 분리 단위 조작에서 제거될 수 있는 종들로 변환 또는 변환하는 서브시스템들 또는 구성요소들을 포함할 수 있다.
예시적으로 도시된 바와 같이, 시스템(200)은 일련의 단위 조작(212, 214, 및 216)을 포함할 수 있다. 용수 공급원(210)으로부터의 처리될 용수는 선택적으로 역삼투 유닛에 도입되어 용수 스트림으로부터 미립자를 제거할 수 있다. 전구물질 화합물의 공급원(216)으로부터의 전구물질 화합물은 역삼투 유닛(212)으로부터 여과액(214)에 도입될 수 있다. 전구물질 화합물을 내포하고 있는 여과액 스트림은 유리기 포집 시스템(218)에 도입될 수 있다. 유리기 포집 시스템(218)은 적어도 하나의 용수 공급원(210)에 유체유동 가능하게 연결된 적어도 하나의 유리기 제거재 리액터 또는 화학선 리액터를 포함할 수 있다.
유리기 포집 시스템(218)은 각각 직렬로 또는 병렬로 배열될 수 있는 하나 이상의 리액터 또는 베슬을 포함할 수 있다. 특정 실시예에 있어서는, 직렬로 배열된 리액터들로 이루어진 세트들이 병렬로 배열될 수 있다. 예컨대, 직렬의 제 1 리액터 세트 또는 열은 마찬가지로 직렬의 다른 리액터 세트 또는 열과 병렬로 놓일 수 있으며, 각 세트는 3개의 리액터를 구비해서, 유리기 포집 시스템(218)에서는 리액터가 총 6개이다. 각 세트의 하나 이상의 리액터 중 어느 것은 상시 가동중일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 모든 리액터가 가동중일 수 있는 한편, 다른 실시예에 있어서는, 단지 하나의 리액터 세트만이 가동중일 수 있다. 유리기 포집 시스템(218)은 일차 화학선 리액터로 간주될 수도 있다.
상기 리액터는 플러그 유동 리액터 또는 연속 교반 탱크 리액터, 또는 그 조합일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 플러그 유동 리액터는 리액터 내부의 램프들에 의한 조명의, 단락과 같은, 암전 또는 낮은 조사 강도의 구역의 가능성을 방지 또는 낮추도록 사용될 수 있다. 상기 리액터는 통상적으로 리액터 내를 흐르는 용수 내의 유리기 종을 포집하거나, 열화시키거나, 또는 적어도 하나의 불순물, 통상적으로 유기 탄소계 불순물을 불활성의 또는 이온화된 화합물로, 또는 용수로부터 제거될 수 있는 하나 이상의 화합물로, 또는 적어도 하나의 불순물에 대하여 적어도 보다 용이하게 제거될 수 있는 화합물로 변환시키기에 충분한 체류 시간을 제공하는 사이즈로 된다. 상기 리액터는, 추가적으로 시스템의 기대 유량에 의거하여 리액터에서의 충분한 체류 시간을 제공하는 사이즈로 될 수 있다. 상기 리액터는 시스템을 통과하는 용수의 유량에 의거하는 사이즈로 될 수도 있다. 특정 실시예에 있어서, 상기 시스템을 통과하는 용수의 유량은 시스템 하류의 처리된 용수에 대한 수요, 또는 시스템 상류에서 이용되는 용수의 유량에 의거할 수 있다. 특정 예에 있어서, 상기 유량은 약 1gpm(gallon per minute; 분당 갤런) 내지 2000gpm일 수 있다. 특정 예에 있어서는, 상기 유량은 약 500gpm 내지 약 1300gpm일 수 있다. 다른 특정 예에 있어서는, 상기 유량은 약 1300gpm 내지 약 1900gpm일 수 있다.
유리기 포집 시스템에 있어서, 용수 내의 유기 화합물은 하나 이상의 유리기 종에 의해, 하나 이상의 하류의 단위 조작에서 제거될 수 있는 이산화탄소로 산화될 수 있다. 상기 리액터는 하나 이상의 전구물질 화합물을 하나 이상의 유리기 포집 종으로 변환하는 적어도 하나의 유리기 활성화 디바이스를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 리액터는 하나 이상의 전구물질 화합물을 하나 이상의 유리기 종으로 활성화, 변환 또는 분할하는 화학선을 용수에 조사하거나 또는 제공하기 위해 하나 이상의 반응 챔버 내에 하나 이상의 램프를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 리액터는 적어도 하나의 불순물, 통상적으로 유기 탄소계 불순물을 포집하거나, 열화시키거나, 또는 불활성의, 이온화된, 또는 제거 가능한 화합물, 또는 용수로부터 제거될 수 있는 하나 이상의 화합물, 또는 적어도 하나의 불순물에 대하여 적어도 보다 용이하게 제거될 수 있는 화합물로 변환하는데 필요한 자외선 램프의 개수에 의거하는 사이즈로 될 수 있다. 필요한 램프의 개수는 램프들에 의해 발광된 자외광의 램프 강도 및 스펙트럼 파장을 포함하는 램프 성능 특성에 적어도 부분적으로 의거할 수 있다. 필요한 램프의 개수는 유입 용수 스트림 내의 기대 TOC 농도 또는 양 및 공급 스트림 또는 리액터에 추가된 과황산염의 양 중 적어도 하나에 적어도 부분적으로 의거할 수 있다.
조사된 용수 스트림(220)은 유리기 포집 시스템(218)을 나갈 수 있으며, 하나 이상의 화학선 리액터(221)를 포함할 수도 있는 이차 조사 시스템에 선택적으로 도입될 수 있다. 이차 화학선 리액터(221)는 하나 이상의 자외선 램프를 각각 포함하는 하나 이상의 베슬을 포함할 수 있다. 시스템(218)과 마찬가지로, 각각의 베슬은 직렬로 또는 병렬로 배열될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 직렬로 배열된 이차 리액터들로 이루어진 세트들이 병렬로 배열될 수 있다. 예컨대, 직렬로 배열된 이차 리액터들로 이루어진 2개 이상의 세트가 병렬로 놓일 수 있으며, 직렬로 배열된 이차 리액터들로 이루어진 각 세트는 2개 이상의 리액터를 구비한다. 각 세트의 하나 이상의 이차 리액터 중 어느 것은 상시 가동중일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 모든 이차 리액터가 가동중일 수 있는 한편, 다른 실시예에 있어서는, 단지 하나의 이차 리액터 세트만이 가동중일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 자외선 램프는 약 185㎚ 내지 약 254㎚ 범위의 파장으로 자외광을 발광할 수 있다.
시스템(200)은 추가의 조사된 용수 스트림(222)에 이산화황과 같은 하나 이상의 중화제 또는 환원제를 도입할 수 있는 환원제 공급원(224)을, 예컨대 추가 지점(230)에 구비할 수 있다. 상기 중화제 또는 환원제는 조사된 용수 스트림(222) 내의 임의의 잔류 전구물질 화합물 또는 그 유도체를 원하는 레벨로 낮추거나 또는 중화할 수 있는 임의의 화합물 또는 종일 수 있다.
스트림(226)은 하나 이상의 하류 프로세스(228)에 도입될 수 있거나, 또는 반도체 제조 프로세스에서와 같은 원하는 적용분야에서 초순수로서 사용될 수 있다.
일부 유리한 실시예에 있어서, 시스템(200)은 임의의 비-용존 물질을 더 제거하는 미립자 필터와 같은 하나 이상의 단위 조작을 더 포함할 수 있다. 한외여과 장치와 같은 미립자 필터는 일차 화학선 리액터(218)의 하류에 위치될 수 있다.
더 유리한 실시예는 시스템에서 적어도 하나의 유동 방향 컨트롤 디바이스를 수반하는 구성을 수반할 수 있다. 유동 방향 컨트롤 디바이스의 비제한적인 예로서는 체크 밸브 및 위어가 있다.
임의의 공급원(110 및 210)은 낮은 불순물 레벨로 구성되거나, 본질적으로 그와 같이 구성되거나, 또는 포함하는 용수를 제공할 수 있다. 특히, 공급원(110 또는 210)으로부터의 용수는, 우레아로서 약 25ppb 미만의 또는 심지어 약 20ppb 미만의 총 유기 탄소 레벨 또는 값, 및 적어도 약 15㏁㎝ 또는 심지어 적어도 약 18㏁㎝의 저항률로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 특성을 갖는 초순수로 구성되거나, 본질적으로 그와 같이 구성되거나, 또는 포함한다. 유리기 포집 시스템(101)은 리액터(120)에 유체유동 가능하게 연결된 적어도 하나의 전구물질 화합물 공급원(122)을 더 포함할 수 있다.
공급원(110) 및 공급원(210)으로부터 시스템(100) 및/또는 시스템(200)에 도입된 용수는, 통상적으로, 또는 바람직하게는 불순물 레벨이 낮은 것이 특징이 될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일부 실시예는 역삼투, 전기투석, 전기 탈이온, 증류, 이온 교환, 또는 이들 작업의 조합을 이용하는 것과 같은 하나 이상의 처리열(도시되지 않음)에 의해 미리 처리 또는 정화된 순수 또는 초순수 또는 그 혼합물을 이용한다. 주지한 바와 같이, 본 발명의 유리한 실시예는, 통상적으로 낮은 도전율 또는 적어도 약 15㏁㎝의, 바람직하게는 적어도 약 18㏁㎝의 높은 저항률을 갖거나, 및/또는 예컨대 통상적으로 우레아 또는 다른 탄소 화합물 또는 대용물로서, 약 50ppb 미만의, 바람직하게는 약 25ppb 미만의 총 유기 탄소 레벨로서 낮은 오염물 레벨을 갖는, 공급원(110) 및/또는 공급원(210)으로부터 유입하는 초순수를 수반한다.
상기 리액터들에서는 거기에 내포된 유체를 조명 또는 조사하기 위해 하나 이상의 램프가 이용될 수 있다. 본 발명의 특정 실시예는 하나 또는 복수의 조명 기간 동안 하나 이상의 조명 강도 레벨로 유체를 조사하기 위해 내부에 복수의 램프가 각각 유리하게 배치 또는 위치되어 있는 리액터들을 수반할 수 있다. 본 발명의 추가의 양태는 복수의 동시 조명 강도를 수용하거나 또는 가능하게 하는 구성에서 임의의 리액터 내부에 하나 이상의 램프를 이용하는 것을 수반할 수 있다.
자외선 램프는 용수에 원하는 만큼 화학선을 조사 또는 제공하기 위해 유리기 포집 시스템의 하나 이상의 리액터 내부에 유리하게 위치 또는 분포될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 리액터 전체에 화학선을 균일하게 분포시키기 위해 하나 이상의 리액터 내부에 램프들을 분포시키는 것이 바람직하다. 시스템(218) 및 리액터(221)의 어느 것에 있어서, 유리기 포집 시스템의 자외선 램프는 다양한 강도 또는 다양한 파워 레벨의 조명을 제공하도록 조절될 수 있다. 예컨대, 로우, 미디엄, 또는 하이 모드와 같은 어두운 모드, 정격 모드, 및 밝은 모드 등의 복수의 조명 모드로 작동하도록 조절될 수 있는 자외선 램프가 사용될 수 있다.
리액터 내부의 하나 이상의 슬리브 또는 튜브 내에 놓임으로써 하나 이상의 화학선 리액터 내부에는 하나 이상의 램프가 위치될 수 있다. 상기 튜브들은 램프들을 제위치에 유지해서 램프들을 리액터 내의 용수로부터 보호할 수 있다. 상기 튜브들은 화학선에 의해 및 리액터 내부의 용수 또는 용수의 성분들에 의해 실질적으로 열화되지 않으면서도 화학선의 통과를 허용하는 임의의 재료로 이루어질 수 있다. 상기 튜브들은 원형의 단면적을 가질 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 상기 튜브들은 원통형일 수 있으며, 그 구성 재료는 석영일 수 있다. 각각의 튜브는 하나 이상의 다른 튜브와 동일하거나 또는 상이한 형상 또는 사이즈로 될 수 있다. 상기 튜브들은 다양한 구성으로 리액터 내부에 배열될 수 있으며, 예컨대 상기 슬리브들은 리액터의 길이 또는 폭의 일부분을 가로질러 또는 전체를 가로질러 연장될 수 있다. 상기 튜브들은 리액터의 내용적을 가로질러 연장될 수도 있다.
시판중인 자외선 램프 및/또는 석영 슬리브로서는, 미국 뉴저지 페어필드(Fairfield, New Jersey) 소재의 Hanovia Specialty Lighting, 미국 위스콘신 비버 댐(Beaver Dam, Wisconsin) 소재의 Engineered Treatment Systems, LLC (ETS), 및 독일 하나우(Hanau, Germany) 소재의 Heraeus Noblelight GmbH의 것이 있다. 선택된 석영 재료는 프로세스에서 사용될 특정 파장 또는 파장들에 적어도 부분적으로 의거할 수 있다. 석영 재료는 하나 이상의 파장들에서 자외선 램프의 에너지 요건을 최소화하도록 선택될 수 있다. 석영의 조성은 자외광의 원하는 또는 적절한 투과율을 리액터 내의 용수에 제공하거나, 및/또는 용수에 대한 자외광의 원하는 또는 적절한 투과율 레벨을 유지하도록 선택될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 상기 투과율은 소정의 기간 동안 적어도 약 50%일 수 있다. 예컨대, 상기 투과율은 소정의 기간 동안 약 80% 이상일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 상기 투과율은 약 6개월 내지 약 1년 동안 약 80% 내지 90%의 범위일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 상기 투과율은 약 2년까지의 기간 동안 약 80% 내지 90%의 범위일 수 있다.
상기 튜브들은 리액터의 내용물이 슬리브들 또는 튜브들에 진입하지 못하도록 각 단부가 밀봉될 수 있다. 상기 튜브들은 리액터의 사용 내내 제자리에 유지되도록 리액터 내부에 고정될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 상기 튜브들은 리액터의 벽에 고정된다. 상기 튜브들은 대상물들을 서로 고정하는 적절한 기계식 기술, 또는 다른 종래의 기술을 이용하여 벽에 고정될 수 있다. 상기 튜브들을 고정하는데 사용된 재료들은 불활성인 것이 바람직하며, 리액터의 작업을 간섭하지 않거나, 또는 용수의 순도에 부정적인 영향을 주지 않거나, 또는 오염물을 용수에 방출하지 않게 된다.
상기 램프들은 리액터 내부에서 서로 병렬로 배열될 수 있다. 상기 램프들은 리액터 내부에서 서로에 대하여 다양한 각도로 배열될 수도 있다. 예컨대, 특정 실시예에 있어서, 상기 램프들은 서로에 대하여 대략 직각 또는 수직을 이루도록 대략 90도의 각도를 형성하는 조명 경로들에 또는 작용 구역들에 배열될 수 있다. 이렇게 상기 램프들은 수직 축선 또는 수평 축선상에서, 또는 그들 사이의 임의의 축선상에서 대략 90도 각도를 형성하도록 배열될 수 있다.
특정 실시예에 있어서, 상기 리액터는 제 1 병렬 튜브 세트 및 제 2 병렬 튜브 세트를 포함하는 리액터 또는 베슬 내의 튜브 어레이를 포함할 수 있다. 각 튜브는 적어도 하나의 자외선 램프를 포함할 수 있으며, 제 1 세트의 병렬 튜브들 각각은 제 2 병렬 튜브 세트에 대하여 원하는 각도가 되도록 배열될 수 있다. 상기 각도는, 특정 실시예에서는, 대략 90도일 수 있다. 제 1 어레이 및 제 2 어레이 중 어느 하나의 또는 둘 모두의 튜브들은 리액터의 내용적을 가로질러 연장될 수 있다. 제 1 세트 및 제 2 세트의 튜브들은 리액터 내부에서 대략 동일한 높이에 배열될 수 있다.
추가의 구성은 리액터 내의 각각의 점유 또는 작용 구역들에서 균일한 강도 레벨를 제공하도록 배치되는 튜브들 및/또는 램프들을 수반할 수 있다. 추가의 구성은 하나 이상의 램프가 내포되어 있는 등거리로 배열된 튜브들을 수반할 수 있다.
상기 리액터는 리액터 또는 베슬 내부에 배열된 하나 이상의 튜브 어레이를 포함할 수 있다. 제 2 튜브 어레이는 제 3 병렬 튜브 세트 및 제 3 병렬 튜브 세트에 직교하는 제 4 병렬 튜브 세트를 포함할 수 있으며, 각각의 튜브는 적어도 하나의 자외선 램프를 포함한다. 제 4 병렬 튜브 세트는 제 2 병렬 튜브 세트 및 제 1 병렬 튜브 세트 중 적어도 하나에도 직교할 수 있다.
특정 실시예에 있어서, 리액터 또는 베슬 내부의 각각의 어레이는 리액터 내부의 다른 어레이로부터 소정의 거리 또는 높이에 위치될 수 있다. 2개의 어레이 세트간의 상기 소정의 거리는 동일하거나 상이할 수 있다.
도 3은 시스템(100)에서 또는 시스템(200)에서 또는 둘 모두에서 사용될 수 있는 리액터 베슬(300)의 단면도를 예시적으로 도시한다. 리액터 베슬(300)은 통상적으로 입구(310) 및 출구(320)와, 리액터 베슬(300)을 상부 챔버(325) 및 하부 챔버(330)로 분할하는 배플(315)을 포함한다. 리액터 베슬(300)은 입구(310)를 통해 도입된 용수를 베슬 전체에 분포시키도록 구성될 수 있는 매니폴드(305)도 포함할 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 매니폴드(305)는 용수를 베슬 전체에 균일하게 분포시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 매니폴드(305)는 리액터가 플러그 유동 리액터로서 작동하는 베슬 전체에 용수를 균일하게 분포시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 리액터 베슬은 리액터 베슬을 2개 이상의 챔버로 분할하도록 하나 이상의 배플(315)을 포함할 수 있다. 배플(315)은 리액터에 혼합 또는 난류를 제공하는데 사용될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 리액터 입구(310)는 하부 챔버(330)와 유체 연통하고, 리액터 출구(320)는 상부 챔버(325)와 유체 연통한다.
일부 실시예에 있어서, 각각의 챔버 내의 용수를 원하는 또는 다양한 파워 레벨로 약 185㎚ 내지 약 254㎚ 범위의, 220㎚, 및/또는 254㎚의 광으로 조사하도록 배치된 적어도 하나의 자외선(UV) 램프를 각각 구비하는 적어도 3개의 리액터 챔버가 리액터(120) 내에 직렬로 배열된다.
상기 리액터 베슬은 튜브들, 예컨대 튜브들(335a-c 및 340a-c) 내부에 위치된 복수의 자외선 램프를 또한 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 리액터 베슬(300)은 제 1 병렬 튜브 세트, 즉 튜브들(335a-c) 및 제 2 병렬 튜브 세트(도시되지 않음)를 포함한다. 제 1 세트의 병렬 튜브들로 이루어진 각 세트는 제 1 어레이(345)를 형성하도록 제 2 세트에 대략 직교한다. 튜브들(335a-c) 및 제 2 병렬 튜브 세트는 서로에 대하여, 리액터 베슬(300) 내에서 대략 동일한 높이에 위치된다.
또한, 상기 리액터 베슬은 제 3 병렬 튜브 세트 및 제 4 병렬 튜브 세트를 포함할 수 있다. 제 1 세트의 병렬 튜브들로 이루어진 각 세트는, 예컨대 제 2 어레이(350)를 형성하도록 제 2 세트에 대략 직교한다. 예시적으로 도시된 바와 같이, 튜브들(340a-c) 및 제 2 병렬 튜브 세트는 서로에 대하여, 리액터 베슬(300) 내에서 대략 동일한 높이에 위치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 어레이(345)는 제 2 어레이(350)로부터 소정의 거리에 위치될 수 있다. 베슬(300)은, 각각 선택적으로 제 1 어레이(340) 및 제 2 어레이(345)와 유사한 구성을 갖는 제 3 어레이(355) 및 제 4 어레이(360)를 추가로 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 제 1 튜브(335b)는 제 2 튜브(340b)에 직각으로 배열되어 제 1 어레이를 형성할 수 있다. 또한, 튜브들, 즉 튜브(365a) 및 튜브(365b)로 이루어진 세트는 튜브들, 즉 튜브(370a) 및 튜브(370b)로 이루어진 다른 세트에 직각으로 배열되어 제 2 어레이를 형성할 수 있다. 램프들(414, 420, 422, 및 424)을 포함하는 제 2 어레이의 램프들의 위치는 도 4a에 도시된다. 제 1 어레이의 램프들(426 및 428) 및 제 2 어레이의 램프들(414, 420, 422, 및 424)을 포함하는 제 1 어레이 및 제 2 어레이에서의 램프들의 위치는 도 4b에 도시된다.
상기 램프들은 크기, 강도, 및 램프에 전달되는 파워를 포함하는 램프의 다양한 성질에 의존하여 패턴을 발생시킬 수 있다. 램프에 의해 발생된 광 패턴은 램프가 광을 발광하게 되는 공간의 표준 용적이다. 특정 실시예에 있어서, 광 패턴 또는 조명 용적은, 램프가 화학선을 조사하거나 또는 제공해서, 전구물질 화합물을 하나 이상의 유리기 종으로 분할 또는 변환할 수 있는 공간의 면적 또는 용적으로서 규정된다.
리액터(400)의 단면도를 예시적으로 도시하는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 세트의 튜브들(410a-c)은 서로 병렬로 배열되고, 제 2 세트의 튜브들(412a-c)은 서로 병렬로 배열된다. 도시된 바와 같이, 제 1 세트의 튜브들(410a-c)은 제 2 세트의 튜브들(412a-c)에 대하여 직각으로 배열된다. 램프(414)와 같은 램프들은 튜브들(410a-c 및 412a-c) 내부에 분산되며, 조명시에 광 패턴(416)을 발생시킬 수 있다.
하나 이상의 자외선 램프, 또는 램프들로 이루어진 세트는 화학선을 조명 벡터에 평행하게 투영하는 것이 특징이 될 수 있다. 상기 조명 벡터는 하나 이상의 램프가 화학선을 발광하는 방향으로서 규정될 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 램프(420 및 422)를 포함하는 제 1 램프 세트는 조명 벡터(418)에 평행하게 화학선을 투영하도록 배치된다.
각각 제 1 조명 벡터에 평행하게 화학선을 투영하도록 배치되는 제 1 자외선 램프 세트가 구동될 수 있다. 각각 제 2 조명 벡터에 평행하게 화학선을 투영하도록 배치되는 제 2 자외선 램프 세트도 구동될 수 있다. 제 1 자외선 램프 세트 및 제 2 자외선 램프 세트 중 적어도 한 세트의 조명 방향 및 강도 중 적어도 하나가 조절될 수 있다. 자외선 램프들로 이루어진 각 세트는 하나 이상의 자외선 램프를 포함할 수 있다.
이용된 또는 구동된 램프의 개수 및 사용중인 램프의 구성은 시스템의 특정한 작동 조건 또는 요건에 의거하여 선택될 수 있다. 예컨대, 특정 프로세스에 이용된 램프의 개수는 시스템의 특성 또는 측정된 또는 계산된 파라미터에 의거하여 선택되어 제어될 수 있다. 예컨대, 유입 용수 또는 처리된 용수의 측정된 파라미터는 TOC 농도, 온도, 및 유량 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 구동된 램프의 개수도 시스템에 첨가된 과황산염의 농도 또는 양에 의거하여 선택되어 제어될 수 있다. 예컨대, 처리될 용수의 유량이 특정 임계값, 예컨대 1300gpm과 같은 공칭 또는 설계 유량 이하이면, 특정 구성의 12개의 램프가 사용될 수 있는 반면, 처리될 용수의 유량이 상기 임계값 이상이면 더 많은 램프가 사용될 수 있다. 예컨대, 유량이 1300gpm에서, 선택된 보다 높은 임계값으로 증가하면, 추가의 램프가 구동될 수 있다. 예컨대, 처리될 용수의 유량이 1900gpm에 이르면, 24개의 램프가 사용될 수 있다. 따라서, 용수의 유량은 부분적으로는 각 리액터 내의 램프 및/또는 구동된 램프의 개수의 결정 요인일 수 있다.
특정 실시예에 있어서, 자외선 램프들은 하나 이상의 조명 강도 레벨로 작동될 수 있다. 예컨대, 로우, 미디엄, 또는 하이 모드와 같은 어두운 모드, 정격 모드, 및 밝은 모드 등의 복수의 조명 모드로 작동하도록 조절될 수 있는 하나 이상의 램프가 사용될 수 있다. 하나 이상의 램프의 조명 강도는, TOC 농도, 온도, 및 유량을 포함하는, 유입 용수 또는 처리된 용수의 측정된 파라미터들과 같은, 시스템의 측정된 또는 계산된 파라미터들 또는 특성들에 의거하여 조절 및 제어될 수 있다. 하나 이상의 램프의 조명 강도도 시스템에 첨가된 과황산염의 농도 또는 양에 의거하여 조절 및 제어될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 램프는 제 1 TOC 농도와 같은, 시스템의 측정된 파라미터의 소정의 임계값까지는 어두운 모드에서 사용될 수 있다. 상기 측정된 또는 계산된 TOC 농도가 상기 임계값 이상일 수 있는 제 2 TOC 농도에 이르거나 그 이상인 경우에는, 상기 하나 이상의 램프는 정격 모드로 조절될 수 있다. 상기 측정된 또는 계산된 TOC 농도가 제 2 임계값에 이르거나 그 이상일 경우에는, 상기 하나 이상의 램프는 밝은 모드로 더 조절될 수 있다.
램프들 및 그 조명 강도는 동일한 또는 상이한 측정 파라미터들 및 값들을 조절용 임계치로서 이용하여 함께 또는 개별적으로 제어될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 리액터는 제 1 램프 구성 및 제 1 램프 강도를 나타내는 제 1 모드에서 작동할 수 있다. 리액터는 시스템의 하나 이상의 파라미터의 선택된 또는 원하는 값까지의 또는 특정한 범위의 제 1 모드에서 작동할 수 있다. 예컨대, 리액터는, TOC 농도, 과황산염의 첨가량 및/또는 비율, 및 유입 용수의 유량 또는 리액터를 통과하는 용수의 유량 중 하나 이상의, 제 1 임계값과 같은, 선택된 또는 원하는 값까지의 또는 특정 범위의 제 1 모드에서 작동할 수 있다. 하나 이상의 파라미터의 선택된 또는 원하는 값, 또는 제 1 임계값 이상에서는, 상기 리액터는 제 2 램프 구성 및 제 2 램프 강도 중 적어도 하나를 나타내는 제 2 모드에서 작동할 수 있다. 리액터는 시스템의 하나 이상의 파라미터의 제 2 임계값과 같은 선택된 또는 원하는 값까지의 또는 특정 범위의 제 2 모드에서 작동할 수 있다. 제 2 임계값 이상에서는, 상기 리액터는 제 3 램프 구성 및 제 3 램프 강도 중 적어도 하나를 나타내는 제 3 모드에서 작동할 수 있다.
상기 시스템은 하나 이상의 선택된 또는 원하는 임계값에 의거하여, 제 3 모드로부터 제 2 모드까지의 또는 제 2 모드로부터 제 1 모드까지의 조절을 허용하도록 리액터가 작동할 수 있게 설계될 수도 있다. 상기 시스템은 하나 이상의 임계 레벨이 선택되어 시스템에 입력될 수 있게 작동될 수 있으며, 또한 상기 시스템은 하나 이상의 작동 모드에서 작동될 수 있다.
일부 특정 실시예에 있어서, 예컨대, 제 1 모드는 시스템의 설계 유량 용량의 30% 미만에서, 또는 유입 용수의 목표 TOC 농도의 30% 미만의 TOC 농도에서, 또는 리액터에 첨가될 수 있는 과황산염의 최대 첨가량 또는 첨가율의 30% 미만에서 작동하는 시스템을 나타낼 수 있다. 제 2 모드는 시스템의 설계 유량 용량의 30% 내지 100%에서, 또는 유입 용수의 목표 TOC 농도의 30% 내지 100%의 TOC 농도에서, 또는 리액터에 첨가될 수 있는 과황산염의 최대 첨가량 또는 첨가율의 30% 내지 100%에서 작동하는 시스템을 나타낼 수 있다. 제 3 모드는 시스템의 설계 유량 용량의 100% 이상에서, 또는 유입 용수의 목표 TOC 농도의 100% 이상의 TOC 농도에서, 또는 리액터에 첨가될 수 있는 과황산염의 최대 첨가량 또는 첨가율의 100% 이상에서 작동하는 시스템을 나타낼 수 있다.
TOC 측정은 시스템, 예컨대 시스템(100) 또는 시스템(200)을 통과하는 용수의 유로를 따라 하나 이상의 지점에서 이루어질 수 있다. TOC 측정은 화학선 리액터 또는 용수 스트림에 대한 전구물질 화합물의 첨가 전에 수행될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, TOC 측정은 TOC 측정을 간섭할 수 있는 용수 샘플로부터 이온 결합 화합물을 제거하기 위해 혼합 베드 이온 교환 칼럼을 통해 처리된 용수 샘플상에서 이루어진다. 상기 혼합 베드 이온 교환 칼럼은, 용수로부터 수지상으로의 이온 종들의 전달을 허용함으로써 이들 종의 적어도 일부를 용수로부터 제거하는 음이온 및 양이온 수지를 포함할 수 있다. 용수로부터 이온 종들을 제거함으로써, TOC 측정이 보다 정밀하게 수행될 수 있다. 특정 예에 있어서, 상기 혼합 베드 이온 교환 칼럼은 역삼투 유닛의 하류에, 및 화학선 리액터의 상류에 위치될 수 있다. 상기 혼합 베드 이온 교환 칼럼은 미국 펜실베이니아 워렌데일(Warrendale, PA) 소재의 Siemens Water Technologies Corp.로부터의 USF™ NANO 수지를 이용할 수 있다.
TOC 측정은 일차 화학선 리액터(218)의 하류에서 또는 이차 화학선 리액터(221)의 하류에서 이루어질 수도 있다.
본 발명의 일부 양태에 있어서, 처리될 또는 처리된 용수 내의 화합물의 측정이 수행될 수 있다. 이는 용수의 특성을 측정하는 것을 수반할 수 있다. 상기 측정은 용수 내의 제 1 종들을 목표 종들로 변환하거나, 또는 용수의 특성을 바꾸고 나서, 용수의 특성을 재측정하는 것을 수반할 수도 있다. 특정 예에 있어서, 상기 목표 종들은 황산 이온일 수 있다. 화합물의 측정은, 예컨대 1ppm 미만의 레벨에 이르기까지 수행될 수 있다. 일부 예에 있어서, 상기 화합물의 측정은, 예컨대 100ppb, 1ppb, 또는 0.5ppb 미만의 레벨에 이르기까지 수행될 수 있다.
특정 실시예에 있어서, 용수 내의 화합물의 측정은 용수 또는 액체 스트림의 제 1 도전율을 측정하는 것, 용수 또는 액체 스트림의 적어도 일부를 조사하는 것, 조사 후의 용수 또는 액체 스트림의 제 2 도전율을 측정하는 것, 및 제 1 도전율 측정 및 제 2 도전율 측정에 적어도 부분적으로 의거하여 화합물의 농도를 계산하는 것을 수반할 수 있다. 측정되는 화합물은 과황산염일 수 있다. 용수 또는 액체 스트림을 조사하는 것은 과황산염을 포함하는 화합물의 적어도 일부를 황산 이온으로 변환하는 것을 포함할 수 있다. 측정되는 화합물은 이산화황과 같은 환원제일 수도 있다. 용수 또는 액체 스트림을 조사하는 것은 이산화황을 포함하는 화합물의 적어도 일부를 황산 이온으로 변환하는 것을 포함할 수 있다. 용수 내의 화합물의 측정은, 예컨대 시스템(100) 또는 시스템(200)에서 처리되는 용수 스트림에서 수행될 수 있거나, 또는 시스템(100) 또는 시스템(200)에서 처리되는 용수의 사이드 스트림에서 수행될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 센서(207)를 사용하면, 용수 또는 액체 스트림 내의 화합물의 양의 측정이, 예컨대 농도 또는 도전율 측정에 의해 제공될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 베슬(220)의 용수 스트림 출력의 제 1 도전율이 측정될 수 있다. 이 용수 스트림은 자외광에 의해 조사될 수 있으며, 용수 스트림의 제 2 도전율이 측정될 수 있다. 제 1 도전율 측정을 제 2 도전율 측정과 비교함으로써, 용수 스트림 내의 과황산염의 농도 또는 양을 결정할 수 있다. 일부 실시예에 있어서는, 자외광을 이용하는 대신에 촉매를 사용할 수 있다.
유사하게, 센서(208)를 사용하면, 용수 또는 액체 스트림 내의 환원제의 양의 측정이 제공될 수 있다. 환원제 공급원(224)으로부터 환원제의 첨가 지점(230)보다 하류의 용수 스트림의 제 1 도전율은 센서(208)를 사용하여 측정될 수 있다. 이 용수 스트림은 자외광에 의해 조사될 수 있으며, 이후 용수 스트림의 제 2 도전율이 측정될 수 있다. 제 1 도전율 측정을 제 2 도전율 측정과 비교함으로써, 용수 스트림 내의 환원제의 농도 또는 양을 결정할 수 있다. 일부 실시예에 있어서는, 자외광을 이용하는 대신에 촉매를 사용할 수 있다.
센서(207) 및 센서(208)를 이용하는 본 발명의 일 실시예는 도 5에 도시된다. 일차 화학선 리액터 또는 이차 화학선 리액터로부터의 출력일 수 있는 용수 스트림(520)은 센서(507)에 의해 측정될 수 있다. 센서(507)는 용수 스트림(520)의 제 1 도전율을 측정할 수 있다. 이후, 이 용수 스트림은 자외광에 의해 조사될 수 있으며, 용수 스트림(520)의 제 2 도전율이 측정될 수 있다. 컨트롤러(532)를 사용하여, 제 1 도전율 측정을 제 2 도전율 측정과 비교함으로써, 용수 스트림 내의 과황산염의 농도 또는 양을 결정할 수 있다.
유사하게, 센서(508)를 사용하면, 용수 또는 액체 스트림(526) 내의 이산화황과 같은 환원제의 양의 측정이 제공될 수 있다. 환원제의 첨가 지점(530)보다 하류의 용수 스트림(526)의 제 1 도전율은 센서(508)를 사용하여 측정될 수 있다. 상기 센서는 용수 스트림(526)을 자외광으로 조사할 수 있으며, 이후 용수 스트림(526)의 제 2 도전율이 측정될 수 있다. 컨트롤러(532)를 사용하여, 제 1 도전율 측정을 제 2 도전율 측정과 비교함으로써, 용수 스트림 내의 환원제의 농도 또는 양을 결정할 수 있다. 이후, 센서(508)의 출력 용수 스트림(528)이 시스템을 통해 계속될 수 있다.
용수 스트림(520) 및 용수 스트림(526) 내의 과황산염의 계산된 농도 또는 양 및 환원제의 계산된 농도 또는 양 중 적어도 하나는 용수 스트림(522)에 첨가된 환원제의 비율 또는 양을 제어하기 위해 컨트롤러(532)에 의해 이용될 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 있어서, 환원제의 비율 또는 양은 센서(507)를 사용하여 측정된 과황산염의 계산된 농도에 의거하여 환원제의 최소량을 제공하기 위해 제어된다. 상기 환원제의 비율 또는 양은 센서(508)를 사용하여 측정된 환원제의 계산된 농도에 의거하여 환원제의 최소량을 제공하기 위해 제어될 수도 있다.
특정 실시예에 있어서, 예컨대 스트림(222 또는 522) 내의 과황산염(S2O8) 농도는 하기의 식에 의거하여 계산될 수 있다:
S2O8 (ppb) = [도전율 셀 2 (μS) - 도전율 셀 1 (μS)] x γ,
여기서, γ는 예컨대 황산염의 도전율 및 과황산염의 도전율에 의거하여 결정된 상수이다.
도 5가 2개의 도전율 셀을 포함하는 센서(507) 및 센서(508) 각각에 의해 도시되어 있지만, 센서(507) 및 센서(508) 각각은, 용수 샘플의 제 1 도전율이 측정되고, 용수 샘플의 조사가 발생하고, 용수 샘플의 제 2 도전율이 측정되는 1개의 도전율 셀을 포함할 수 있음을 생각할 수 있다. 상술한 등식은 과황산염 농도를 결정하는데 사용될 수 있으며, 여기서 '도전율 셀 2'는 용수의 제 2 측정 도전율을 나타내고, '도전율 셀 1'은 용수의 제 1 측정 도전율을 나타낸다.
특정 실시예에 있어서, 화학선 리액터를 나가는 조사된 용수 내의 잔류 과황산염을 목표 레벨로 낮추거나 또는 중화시키는 것이 바람직하다. 이는, 잔류 과황산염을 낮추고 TOC를 낮추는 것을 도울 수 있는, 일차 화학선 리액터의 하류에 추가적인 자외선 램프 또는 화학선 램프를 포함함으로써 달성될 수 있다. 예컨대, 도 2는 용수 내의 잔류 과황산염을 낮추고 TOC를 낮추는 것을 돕기 위해 추가될 수 있는 이차 화학선 리액터(220)를 포함한다.
용수 스트림 내의 잔류 과황산염을 낮추거나 또는 중화시키기 위해, 촉매 또는 환원제를 이용하는 등의 기술이 사용될 수 있다. 환원제는 중아황산염 및 이산화황을 포함할 수 있다. 상기 환원제는 과황산염 및 환원제 측정에 의거하여, 또는 시스템의 다른 특성 또는 성질에 의거하여 용수 스트림에 첨가될 수 있다. 첨가율은 시스템의 수요가 변화됨에 따라 프로세스 도중에 조절될 수 있다.
시스템(100 및 200)은 하나 이상의 컨트롤 시스템 또는 컨트롤러(105 및 232)를 더 포함할 수 있다. 컨트롤 시스템(105 및 232)은 처리 시스템(100 및 200)의 프로세스 스트림, 구성요소, 또는 서브시스템 중 적어도 하나의 성질, 특성, 상태 또는 조건 중 적어도 하나의 표시 또는 표현을 제공하도록 구성되어 배치된 하나 이상의 센서 또는 입력 디바이스에 연결되는 것이 보통이다. 예컨대, 컨트롤 시스템(105)은 공급원(110) 및 센서(106, 107, 및 108) 중 어느 하나 이상으로부터의 입력 신호를 수신하도록 작동 가능하게 결합될 수 있다. 컨트롤 시스템(232)은 공급원(210) 및 센서(206, 207, 208, 및 209) 중 어느 하나 이상으로부터의 입력 신호를 수신하도록 작동 가능하게 결합될 수 있다. 상기 입력 신호들은 공급원(110)으로부터의 용수, 또는 시스템 내의 용수 스트림의 임의의 세기 성질 또는 임의의 크기 성질을 나타낼 수 있다. 예컨대, 입력 신호들은 도 1의 이온 교환 칼럼(140L) 및 이온 교환 칼럼(140P)으로부터 처리된 초순수의 임의의 세기 성질 또는 임의의 크기 성질을 나타낼 수 있다. 상기 입력 신호들은 역삼투 유닛(212), 이차 화학선 리액터(220), 또는 환원제 첨가 지점(230) 이후로부터 처리된 초순수의 임의의 세기 성질 또는 임의의 크기 성질을 나타낼 수도 있다. 예컨대, 공급원(110) 또는 공급원(210)으로부터의 하나 이상의 입력 신호는 유입 용수 또는 보충수의 저항률 또는 도전율, 유량, TOC 값, 온도, 압력, 금속의 농도, 박테리아 레벨 또는 양, 용존 산소 함량, 및/또는 용존 질소 함량의 표시를 제공할 수 있다. 입력 디바이스 또는 센서(106, 107 및 108과, 206, 207, 208, 및 209)는 시스템(100) 또는 시스템(200)을 통해 적어도 부분적으로 처리된 용수의 어느 하나 이상의 상기와 같은 표현을 마찬가지로 제공할 수 있다. 특히, 어느 하나의 센서는 적어도 부분적으로 처리된 용수 또는 초순수 내의 온도, 도전율, 또는 특정 화합물 또는 종들의 농도의 표시를 제공할 수 있다. 비록 센서(106, 107 및 108과, 206, 207, 208, 및 209)만이 특별히 도시되어 있지만, 예컨대 시스템(100 및 200) 내의 하나 이상의 온도, 도전율 또는 저항률 센서를 포함하는 추가적인 센서가 이용될 수 있다.
컨트롤 시스템(105 및 232)은 어느 하나 이상의 입력 신호를 수신해서, 처리 시스템(100 및 200)의 어느 하나 이상의 단위 조작 또는 서브시스템에 하나 이상의 드라이브 신호, 출력 신호, 및 컨트롤 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 컨트롤 시스템(105 및 232)은, 예컨대 공급원(110 및/또는 210)으로부터의, 또는 시스템 내부의 다른 위치로부터의 용수의 유량, 또는 TOC 레벨, 또는 둘 모두의 표시를 수신할 수 있다. 이후, 컨트롤 시스템(105 및 232)은 필요에 따라 드라이브 신호를 발생시키고 전구물질 화합물의 공급원(122) 또는 공급원(216)에 전송해서, 리액터(120) 또는 리액터(218)에 진입하는 용수 스트림에 도입되는 전구물질 화합물의 첨가량을 조절할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 컨트롤 시스템(232)은, 예컨대 센서(207) 및 센서(208)로부터 용수 내의 특정 화합물 또는 종들의 농도 표시를 수신할 수 있다. 이후, 컨트롤 시스템(232)은 필요에 따라 드라이브 신호를 발생시키고 환원제의 공급원(224)에 전송해서, 첨가 지점(230)에서 용수 스트림에 도입되는 환원제의 첨가량을 조절할 수 있다. 상기 드라이브 신호는 통상적으로 하나 이상의 입력 신호 및 목표의 또는 소정의 값 또는 설정점에 의거한다. 예컨대, 공급원(110) 또는 공급원(210)으로부터의 유입 용수의 TOC 값의 표현을 제공하는 입력 신호가 목표 TOC 값 또는 허용가능한 TOC 값의 범위, 즉 공차 범위 이상인 경우에는, 상기 드라이브 신호는 공급원(122) 또는 공급원(216)으로부터의 전구물질 화합물의 첨가량 또는 첨가율을 증가시키도록 발생될 수 있다. 특정 목표값들은 통상적으로 현장에서 선택되는 값들이며, 설비마다 다를 수 있고, 하류의 사용 지점 요건에 의존할 수 있다. 이 구성은 오염물의 제거를 선제적으로 다룸으로써 바람직하지 않은 특성을 갖는 용수의 제공을 독창적으로 회피하고, 또한 시스템을 통해 유동하는 용수 및/또는 분석에 필요한 시간의 결과일 수 있는 시스템의 체류 또는 지연 응답 시간의 보상을 회피한다.
일부 실시예에 있어서, 컨트롤 시스템(105 및 232)은, 예컨대 유량, TOC 농도 또는 레벨, 및/또는 과황산염 첨가량 또는 첨가율의 표시를 수신하고, 드라이브 신호를 발생시켜서 리액터(120) 또는 리액터(218 또는 220)에, 구체적으로는 리액터의 램프들에 전송해서, 하나 이상의 작동중인 램프 중 적어도 하나 및 램프들의 강도를 조절 또는 변경할 수 있다. 상기 드라이브 신호는 하나 이상의 입력 신호 및 목표의 또는 소정의 값 또는 설정점, 또는 임계값에 의거할 수 있다. 예컨대, 공급원(110) 또는 공급원(210)으로부터의 유입 용수의 TOC 값의 표현을 제공하는 입력 신호가 목표 TOC 값 또는 임계값, 또는 허용가능한 TOC 값의 범위, 즉 공차 범위 이상이면, 상기 드라이브 신호는 램프 구성 및 램프 강도 중 적어도 하나를 조절함으로써 리액터의 작동 모드를 조절하도록 발생될 수 있다.
컨트롤 시스템(105 및 232)은 리액터(120, 218, 또는 220) 내의 적어도 하나의 방사선 공급원에 의해 방출된 출력 방사선의 강도 또는 파워를 구동 또는 조절하도록 추가적인 컨트롤 신호를 더 발생시켜서 전송할 수 있다. 따라서, 리액터들에 진입하는 용수 스트림 내의 전구물질 화합물의 첨가량 또는 첨가율이나, 또는 TOC의 레벨에 따라, 상기 컨트롤 신호는 적절히, 점증적으로 또는 비례적으로 증가 또는 감소될 수 있다. 이 형태는 하나 이상의 방사선 공급원의 내용 연한을 연장시키는 한편, 에너지 소비를 줄이도록 기능한다.
컨트롤 시스템(105 및 232)은 피드백 배치구조로 구성되어, 하나 이상의 컨트롤 신호를 발생시키고 전구물질 화합물 공급원(122 및 214) 중 어느 하나 또는 둘 모두에, 및 리액터(120, 218, 및 220)에, 및 환원제 공급원(224)에 전송할 수도 있다. 예컨대, 분배 시스템(103) 내의, 또는 센서(107 또는 108)로부터의 초순수 생성수의 TOC 값 또는 저항률은 공급원(122) 및 리액터(120) 중 어느 하나에 컨트롤 신호를 발생시키는데 이용될 수 있다.
TOC 변동이 높은 초반에는, 기구 지연을 보상하기 위해 피드포워드 컨트롤이 이용될 수 있다. 이 선제적인 해법은 통상적으로 오염물의 양에 대하여 과잉으로 전구물질 화합물을 투입한다. TOC 레벨이 안정된 기간 중에는, 피드포워드 컨트롤과 함께 또는 피드포워드 컨트롤을 이용하지 않고, 피드백 해법이 이용될 수 있다.
컨트롤 시스템(105)은, 예컨대 센서(107) 또는 센서(108)로부터의, 또는 둘 모두로부터의 입력 신호에 의거하여 칠러(130)에서의 열전달률을 조절하는 컨트롤 신호를 더 발생시켜서 전송할 수 있다. 상기 컨트롤 신호는 칠러(130)에 도입되는 냉각수의 유량 및/또는 온도를 증가 또는 감소시켜서, 처리된 용수를 원하는 또는 소정의 온도로 분배 시스템(103)에 제공할 수 있다.
컨트롤 시스템(105)은 펌프(166)를 구동하거나 또는 펌프를 통해 유동하는 적어도 부분적으로 처리된 용수의 유량을 조절하는 컨트롤 신호를 더 발생시켜서 전송할 수 있다. 상기 펌프가 가변 주파수 드라이브를 이용하면, 상기 컨트롤 신호는 목표 유량값을 달성하기 위해 펌프 모터 작동 레벨을 적절히 조절하도록 발생될 수 있다. 선택적으로, 작동 신호는 펌프(166)로부터의 적어도 부분적으로 처리된 용수의 유량을 조절하는 밸브를 작동시킬 수 있다.
본 발명의 컨트롤 시스템(105 및 232)은 도 6에 개략적으로 나타내진 하나 이상의 프로세서를 이용하여 수행될 수 있다. 컨트롤 시스템(105)은, 예컨대 Intel PENTIUM®-타입 프로세서, Motorola PowerPC® 프로세서, Sun UltraSPARC® 프로세서, Hewlett-Packard PA-RISC® 프로세서, 또는 임의의 다른 타입의 프로세서 또는 그 조합에 의거한 것들과 같은 범용의 컴퓨터일 수 있다. 선택적으로, 상기 컨트롤 시스템은 특별히 프로그램된, 특수 목적의 하드웨어, 예컨대 ASIC(application-specific integrated circuit) 또는 분석 시스템용으로 의도된 컨트롤러를 포함할 수 있다.
컨트롤 시스템(105 및 232)은, 예컨대 디스크 드라이브 메모리, 플래시 메모리 디바이스, RAM 메모리 디바이스, 또는 데이터를 저장하기 위한 다른 디바이스의 어느 하나 이상을 포함할 수 있는 하나 이상의 메모리 디바이스(650)를 포함할 수 있다. 메모리 디바이스(650)는 통상적으로 시스템(100 및 200) 및/또는 컨트롤 시스템(105 및 232)의 작동 중에 프로그램 및 데이터를 저장하기 위해 사용된다. 예컨대, 메모리 디바이스(650)는 일정 기간 동안의 파라미터에 관한 이력 데이터뿐만 아니라 작동 데이터를 저장하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예들을 수행하는 프로그래밍 코드를 포함하는 소프트웨어는 컴퓨터 판독 가능 및/또는 기입 가능한 비휘발성 기록 매체에 기록되고 나서, 통상적으로 후에 프로세서(605)에 의해 실행될 수 있는 메모리 디바이스(650)에 복사될 수 있다. 상기와 같은 프로그래밍 코드는 복수의 프로그래밍 언어, 예컨대 Java, Visual Basic, C, C#, 또는 C++, Fortran, Pascal, Eiffel, Basic, COBAL, 또는 그 임의의 다양한 조합 중 어느 것으로 기입될 수 있다.
컨트롤 시스템(105 및 232)의 구성요소들은, 예들 들면 동일한 디바이스 내부에 집적되는 구성요소들간의 하나 이상의 버스, 및/또는 예를 들면 분리되어 있는 별도의 디바이스들에 상주하는 구성요소들간의 네트워크를 포함할 수 있는 상호접속 메커니즘(610)에 의해 결합될 수 있다. 상기 상호접속 메커니즘은 통상적으로, 시스템의 구성요소들간에 통신, 예를 들면 데이터, 명령이 교환될 수 있게 한다.
컨트롤 시스템(105 및 232)은, 예컨대 키보드, 마우스, 트랙볼, 마이크로폰, 터치 스크린으로부터의 하나 이상의 입력 신호(i1, i2, i3, ..., in)를 수신하는 하나 이상의 입력 디바이스(620), 및 예컨대 인쇄 디바이스, 디스플레이 스크린, 또는 스피커에 하나 이상의 출력, 드라이브 또는 컨트롤 신호(s1, s2, s3, ..., sn)를 발생 및 전송하는 하나 이상의 출력 디바이스(630)를 포함할 수도 있다. 또한, 컨트롤 시스템(105 및 232)은, 시스템의 하나 이상의 구성요소들에 의해 형성될 수 있는 네트워크에 더하여 또는 그 대안으로서의 통신 네트워크(도시되지 않음)에 컨트롤 시스템(105 또는 232)을 접속할 수 있는 하나 이상의 인터페이스(660)를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 하나 이상의 입력 디바이스(620)는 통상적으로 시스템(100 및 200)의 하나 이상의 구성요소 또는 프로세스 스트림의 하나 이상의 조건, 파라미터, 또는 특성의 측정, 표시, 또는 표현을 제공하는 밸브, 펌프, 및 센서(106, 107, 및 108과 206, 207, 208, 및 209)와 같은 구성요소를 포함할 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다. 선택적으로, 센서들, 계측 밸브들 및/또는 펌프들, 또는 이들 구성요소 모두는 컨트롤 시스템(105 및 232)에 작동 가능하게 결합되는 통신 네트워크에 접속될 수 있다. 예컨대, 센서(106, 107, 및 108과 206, 207, 208, 및 209)는 컨트롤 시스템(105 및 232)에 직접 접속되는 입력 디바이스로서 구성될 수 있으며, 서브시스템(122 및 124)의 계측 밸브들 및/또는 펌프들은 컨트롤 시스템(105)에 접속되는 출력 디바이스로서 구성될 수 있고, 상술한 것 중 어느 하나 이상은 통신 네트워크를 통해 컨트롤 시스템(105 및 232)과 통신하기 위해 컴퓨터 시스템 또는 자동화 시스템에 결합될 수 있다. 상기와 같은 구성은 하나의 센서가 다른 센서로부터 상당한 거리에 놓이게 하거나, 또는 임의의 센서가 임의의 서브시스템 및/또는 컨트롤러로부터 상당한 거리에 놓이는 것을 허용하지만, 여전히 그들 사이에서 데이터를 제공한다.
컨트롤 시스템(105 및 232)은, 예컨대 하나 이상의 프로세서(605)에 의해 실행되는 프로그램 또는 그 부분들을 규정하는, 신호가 저장될 수 있는 컴퓨터 판독 가능 및/또는 기입 가능한 비휘발성 기록 매체와 같은 하나 이상의 기억 매체를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 기억 매체는, 예컨대 디스크 드라이브 또는 플래시 메모리이거나, 또는 그들을 포함할 수 있다. 통상의 작동시에, 프로세서(605)는, 본 발명의 하나 이상의 실시예를 수행하는 코드와 같은 데이터가, 하나 이상의 기억 매체로부터, 예컨대 하나 이상의 매체에 비해 보다 신속한 하나 이상의 프로세서에 의한 정보에의 액세스를 허용하는 메모리 디바이스(640)에 판독되게 할 수 있다. 메모리 디바이스(640)는, 통상적으로 프로세서(605)에 대한 정보 전달을 용이하게 하는 다이나믹 랜덤 액세스 메모리(DRAM) 또는 스태틱 메모리(SRAM) 또는 다른 적절한 디바이스와 같은 휘발성 랜덤 액세스 메모리이다.
컨트롤 시스템(105 및 232)이 본 발명의 다양한 양태를 실시할 수 있는 일 유형의 컴퓨터 시스템을 예로 하여 도시되어 있지만, 본 발명은 예시적으로 도시된 바와 같이, 소프트웨어로, 또는 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 것에 제한되는 것은 아님을 이해해야 한다. 실제로, 예컨대 범용의 컴퓨터 시스템 상에서 수행되기보다는, 상기 컨트롤 시스템, 또는 그 구성요소들 또는 서브시스템들이 전용의 시스템으로서 또는 전용의 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)로서 또는 분산된 컨트롤 시스템에서 수행될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 이상의 형태 또는 양태가 소프트웨어, 하드웨어 또는 펌웨어로, 또는 그 임의의 조합으로 수행될 수 있음을 이해해야 한다. 예컨대, 프로세서(605)에 의해 실행 가능한 알고리즘의 하나 이상의 세그먼트는 하나 이상의 네트워크를 통해 각각 통신할 수 있는 별도의 컴퓨터들에서 실행될 수 있다.
시스템(100)은 여과 장치(172 및 174)의 막들의 표면상에 유지된 임의의 잔류물, 미립자 또는 다른 물질을 살균 및/또는 제거하는 서브시스템(176)을 더 포함할 수 있다. 서브시스템(176)은 장치(172 및 174)의 막들의 온도 순환을 허용하는 하나 이상의 열교환기 및 펌프를 포함할 수 있다. 온도 순환은, 고온수 및 저온수를 장치(172 및 174)의 어느 것에 교대로 제공해서 임의의 유지된 물질의 제거를 용이하게 하는 그 성분의 팽창 및 수축을 허용하는 컨트롤 시스템(105)에 의해 제어될 수 있다. 도시되어 있지 않지만, 서브시스템(176)은 시스템(100)의 임의의 단위 조작에 연결되어, 당해 단위 조작의 세정 및 고온수 살균을 용이하게 할 수도 있다.
예
본 발명의 이들 및 다른 실시예들의 기능 및 장점은, 본 발명의 하나 이상의 시스템 및 기술의 이점 및/또는 장점을 설명하되, 본 발명의 범위 전체를 예시하는 것은 아닌, 하기의 예들로부터 더 잘 이해될 수 있다.
예 1
이 예는 도 1의 개략적인 도면에서 실질적으로 나타내진 바와 같은 본 발명의 기술을 이용하는 시스템을 기술한다.
상기 시스템(100)은 유입 용수의 공급원(110)에 유체유동 가능하게 연결되고, 표 1에 열거된 각각의 품질 및 특성을 갖는 반도체 제조 유닛에 초순수를 제공하도록 설계된다.
전구물질 화합물의 공급원(122)은 과황산암모늄을 제공하기 위해 펌프를 이용한다.
리액터(120)는 약 254㎚에서 UV선을 제공하는 직렬로 연결된 3개의 UV 램프 (SCD-120)를 포함한다.
칠러(130)는 수온을 3℃ 낮추도록 설계된 플레이트 및 프레임형 열교환기이다.
리드 이온 교환 칼럼(140L)은 USF™ MEG PPQ 이온 교환 수지로 이루어진 병렬 베드들을 포함한다.
미립자 필터(150)는 0.05미크론보다 큰 입자를 유지하도록 규격화된다.
탈기장치(160)는 30㎜Hg에서 진공원(162)에 병렬 연결되는 2개의 막 접촉기를 포함한다.
펌프(166)는 가변 속도 드라이브를 이용하고 100psig에서 35gpm을 제공하도록 규격화된다.
폴리시 이온 교환 칼럼(140P)은 USF™ MEG PPQ 이온 교환 수지로 이루어진 직렬 연결된 베드들을 포함한다.
한외여과 장치는 Asahi Chemical Company로부터의 OLT-5026G 한외여과막을 이용한다.
이용된 온라인 센서들은 표 2에 열겨된다.
표 1
표 2
초순수 생성물의 품질을 나타내는 도 7은, 원하는 특성을 갖는 용수가 본 발명의 시스템 및 기술("LUPW"라고 표기)에 의해 처리될 수 있으며, 기존의 급수 시스템("Polish"라고 표기)뿐만 아니라 대체 장치("Entegris"라고 표기)와 비교됨을 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은 유입 용수 품질의 변동 중에도 낮은 TOC 레벨을 유지할 수 있다.
예 2
이 예는 도 2의 개략적인 도면에서 실질적으로 나타내진 바와 같은 본 발명의 기술을 이용하는 시스템을 기술한다. 이 예에서는, 이차 화학선 리액터가 이용되지 않았고, 환원제 공급원(224)이 이용되지 않았다.
시스템(200)은 유입 용수의 공급원(210)에 유체유동 가능하게 연결 가능하며, 반도체 제조 유닛에 초순수를 제공하도록 설계된다.
전구물질 화합물의 공급원(216)은 과황산암모늄을 용수 스트림(214)에 제공한다.
일차 리액터(218)는, 3개의 직렬로 연결된 화학선 리액터로 이루어진 제 2 세트와는 병렬로 위치되는, 3개의 직렬로 연결된 화학선 리액터로 이루어진 제 1 세트를 포함한다. 각각의 리액터는 약 185㎚ 내지 약 254㎚ 범위의 UV선을 제공한다.
도 8은 총 유기 탄소(TOC) 농도 대 시간의 그래프를 나타내며, 여기서 리액터(218) 상류의 유입 용수 품질은 기호 ◆로 나타내진 데이터 점들에 의해 도시되고, 처리된 용수의 품질은 기호 *로 나타내진 테이터 점들에 의해 도시된다. 도 8은 총 유기 탄소(TOC) 레벨이 대략 1ppb 이하까지 낮춰질 수 있음을 도시한다.
도 8에 도시된 바와 같은 유입 용수 TOC에서 관찰된 노이즈 때문에, 초순수 수지(미국 펜실베이니아 워렌데일(Warrendale, Pennsylvania) 소재의 Siemens Water Technologies Corp.로부터의 USF™ NANO 수지)를 포함한 혼합 베드 칼럼이, 불규칙한 측정의 원인일 수 있는 이온성 조성을 제거하기 위해 유입 용수 TOC 농도 센서의 상류 및 역삼투막의 하류에 첨가되었다.
총 유기 탄소(TOC) 농도 대 시간의 그래프를 나타내는 도 9는 유입 용수 TOC 측정이 TOC 농도 센서 상류의 혼합 베드 칼럼의 사용을 통해 안정화될 수 있음을 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, TOC 레벨은 본 발명의 시스템 및 기술을 이용하여 대략 1ppb 이하로 낮춰질 수 있으며, 유입 용수 품질의 변동 중에도 낮은 TOC 레벨이 유지될 수 있다. 마찬가지로, 리액터(218) 상류의 유입 용수 품질은 기호 ◆로 나타내진 데이터 점들에 의해 도시되고, 리액터(218) 하류의 처리된 용수의 품질은 기호 *로 나타내진 데이터 점들에 의해 도시된다. 도 9는 유입 TOC의 높은 변동에서도 높은 레벨의 컨트롤이 달성될 수 있음을 보여준다. 예컨대, 첫째 날(Day 1)의 약 20:10 시간과 21:35 시간 사이, 및 둘째 날(Day 2)의 약 5:24 시간과 8:00 시간 사이의 TOC의 높은 변동 중에, 처리된 용수의 품질은 1ppb TOC 이하로 유지되었다.
예 3
이 예는 실질적으로 도 2의 개략적인 도면에 나타내진, 또한 예 2에 기술된 바와 같이, 본 발명의 기술을 이용하는 시스템을 기술한다.
총 유기 탄소(TOC) 농도 대 시간의 그래프를 나타내는 도 10 및 도 11은 유입 용수 TOC 레벨이 대략 3ppb 이하로 낮춰질 수 있으며, 본 발명의 시스템 및 기술을 이용하면, 거의 모든 예에서 1ppb 이하보다 낮음을 도시한다. 도 10은 우레아를 함유하는 유입 용수에 관한 데이터를 도시하고, 도 11은 이소프로필 알콜을 함유하는 유입 용수에 관한 데이터를 도시한다. 도 10에서는, 기간에 걸친 TOC 농도 변동이 도시된다. 본 발명의 시스템 및 기술이 우레아를 함유하는 용수를 처리하고, 처리된 용수를 낮은 TOC 농도로 지속적으로 제공할 수 있음은 확실하다. 도 11에서, TOC 농도는 셋째 날(Day 3)에 현저하게 급등한다. 본 발명의 시스템 및 기술은 이소프로필 알콜을 함유하는 용수를 처리해서 낮은 TOC 농도의 용수를 제공할 수 있으며, TOC 농도 급등을 관리하는 능력을 가져서 상기 처리된 용수 내의 TOC 농도를 3ppb 이하로 유지할 수 있다. 이 특정 예에서는, 예컨대 과황산염 펌프의 펌핑 용량을 증가시키는, 시스템의 수정을 통해, 처리된 용수의 TOC 농도를 낮게, 예컨대 1ppb 미만으로 달성하는 것이 가능해지게 된다.
예 4
이 예는 실질적으로 도 2의 개략적인 도면에 나타내진, 또한 예 2 및 예 3에 기술된 바와 같이, 본 발명의 기술을 이용하는 시스템을 기술한다.
과황산염 농도 측정은 용수 스트림의 제 1 도전율을 측정하고, 자외광을 용수 스트림에 가하고, 용수 스트림의 제 2 도전율을 측정하는 센서(207)를 이용하여 이루어졌다. 과황산염 농도는 하기의 등식에 의거하여 계산되었다,
S2O8 (ppb) = [도전율 셀 2 (μS) - 도전율 셀 1 (μS)] × γ,
여기서, γ는 예컨대 황산염의 도전율 및 과황산염의 도전율에 의거하여 계산된 상수이다.
도 12는 잔류 과황산염 대 시간의 그래프를 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이, 처리된 용수에서 상당한 양의 과황산염이 검출되었다. 처리된 용수 스트림에서 잔류 과황산염의 양을 줄이는 한편, 추가적인 TOC 저감을 가능하게 하기 위해, 일차 화학선 리액터의 하류에 이차 화학선 리액터가 추가되었다. 이차 리액터(221)는, 2개의 직렬로 연결된 화학선 리액터로 이루어진 3개의 추가 세트와 병렬로 위치되는, 2개의 직렬로 연결된 화학선 리액터로 이루어진 제 1 세트를 포함한다. 각각의 리액터는 약 185㎚ 내지 약 254㎚의 UV선을 제공한다.
또한, 처리된 용수 스트림 내의 잔류 과황산염을 낮추거나 또는 중화시키기 위해 스트림에 이산화황이 첨가되었다. 도 5에 도시된 바와 같이, 시스템에 첨가된 이산화황의 양을 측정 및 제어하기 위해 시스템에 이산화황 농도 센서도 추가되었다. 제 1 도전율 측정과 제 2 도전율 측정 사이의 도전율 변화에 대한 이산화황 농도가 용수 스트림 내의 이산화황의 양의 결정에 사용될 수 있는, 도 13에 나타내진 그래프를 이용하여 이산화황 측정이 계산될 수 있다.
본 발명의 일부 설명적인 실시예를 기술했지만, 예로서만 나타내진 전술한 내용은 단지 설명을 위한 것이며 제한하는 것이 아니라는 점은 당업자에게는 명백하다. 다수의 수정 및 다른 실시예는 당업자의 범위 내이며 본 발명의 범위 내에 들어가는 것으로서 고려된다. 특히, 본원에 나타내진 많은 예는 방법 단계들 또는 시스템 요소들의 특정 조합을 수반하지만, 이들 단계 및 요소가 동일한 목적을 달성하기 위해 다른 방식으로 조합될 수 있음을 이해해야 한다.
당업자라면, 본원에 기술된 파라미터들 및 구성들은 예시이며, 실제 파라미터들 및/또는 구성들은 본 발명의 시스템 및 기술을 사용하는 특정 적용분야에 의존하게 된다는 점을 인식해야 한다. 또한, 당업자는 단지 루틴한 실험을 사용하여 본 발명의 특정 실시예들의 동등물을 인식하거나 또는 확인할 수 있어야 한다. 그러므로, 본원에 기술된 실시예들은 예로서만 나타내진 것이며, 첨부된 특허청구범위 및 그 동등물의 범위 내에서, 본 발명이 특정하게 기술된 것과는 달리 실시될 수 있음을 이해해야 한다.
또한, 본 발명은 본원에 기술된 각 형태, 시스템, 서브시스템, 또는 기술과, 본원에 기술된 형태들, 시스템들, 서브시스템들, 또는 기술들의 2개 이상의 임의의 조합과, 형태들, 시스템들, 서브시스템들, 및/또는 방법들의 2개 이상의 임의의 조합에 관련되며, 상기와 같은 형태들, 시스템들, 서브시스템들, 및 기술들이 상호간에 모순되지 않으면, 특허청구범위에서 구현되는 바와 같은 본 발명의 범위 내의 것으로서 고려된다는 점을 인식해야 한다. 또한, 하나의 실시예에 관해서만 언급된 단계들, 요소들, 및 형태들은 다른 실시예들에서의 유사한 역할로부터 배제되는 것은 아니다.
본원에 사용된, 용어 "복수"는 2개 이상의 항목 또는 구성요소를 의미한다. 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 사용된 "포함하는", "구비하는", "지니는", "갖는", "내포하는", 및 "수반하는" 등의 용어는 확장 가능한 용어, 즉 "구비하되 한정하지 않음"을 의미한다. 따라서, 상기와 같은 용어들의 사용은 뒤에 열거되는 항목들, 및 그 등가물들과, 추가 항목들을 아우르는 것으로 여겨진다. 특허청구범위에 관하여, "구성되는" 및 "본질적으로 구성되는"이라는 이행구만이 폐쇄 또는 반폐쇄 이행구이다. 청구 요소를 변경하기 위해 특허청구범위에서 "제 1", "제 2", "제 3" 등과 같은 서수 용어를 사용하는 것은, 그 자체로 하나의 청구 요소의 다른 청구 요소에 비한 임의의 우선, 선행 또는 순서를 함축하거나, 또는 방법의 단계들을 수행하는 시계열적 순서를 함축하는 것이 아니라, 청구 요소들을 구별하기 위해, 특정 명칭의 하나의 청구 요소를 동일 명칭의 다른 청구 요소(서수 용어의 사용이 아니면)와 구별하기 위한 표식으로서만 사용된다.
Claims (13)
- 액체 스트림으로의 환원제의 도입을 제어하는 방법으로서,
산화제를 상기 액체 스트림에 도입하는 단계;
제 1 센서의 도전율 셀에서 상기 액체 스트림의 제 1 도전율을 측정하는 단계;
상기 제 1 센서의 도전율 셀에서 상기 액체 스트림에 자외광을 조사(irradiating)하여 조사된 액체 스트림을 제공하는 단계;
상기 제 1 센서의 도전율 셀에서 상기 조사된 액체 스트림의 제 2 도전율을 측정하는 단계;
상기 제 1 도전율 측정, 상기 제 2 도전율 측정 및 상기 산화제의 도전율에 의거한 상수에 의거하여 상기 액체 스트림 내의 상기 산화제의 농도를 계산하는 단계;
환원제를 상기 액체 스트림에 도입하여 환원된 액체 스트림을 제공하는 단계;
제 2 센서의 도전율 셀에서 상기 환원된 액체 스트림의 제 3 도전율을 측정하는 단계;
상기 제 2 센서의 도전율 셀에서 상기 환원된 액체 스트림에 자외광을 조사하여 조사된 환원된 액체 스트림을 제공하는 단계;
상기 제 2 센서의 도전율 셀에서 상기 조사된 환원된 액체 스트림의 제 4 도전율을 측정하는 단계;
상기 제 3 도전율 측정, 상기 제 4 도전율 측정 및 상기 환원제의 도전율에 의거한 상수에 의거하여 상기 환원제의 농도를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 산화제 농도 및 상기 계산된 환원제 농도 중 적어도 하나에 의거하여 상기 액체 스트림에 도입되는 환원제의 첨가 속도 및 양 중 적어도 하나를 조절하는 단계; 를 포함하는, 액체 스트림으로의 환원제 도입 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 산화제가 과황산염을 포함하는 것인, 액체 스트림으로의 환원제 도입 제어 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 환원제가 이산화황을 포함하는 것인, 액체 스트림으로의 환원제 도입 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 액체 스트림이 적어도 15㏁㎝의 저항률을 갖는 것인, 액체 스트림으로의 환원제 도입 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제 1 센서 상류의 액체 스트림이 적어도 1㏁㎝의 저항률을 갖는 것인, 액체 스트림으로의 환원제 도입 제어 방법.
- 적어도 15㏁㎝의 저항률을 갖는 액체 스트림 내의 산화제의 농도 및 환원제의 농도를 측정하는 방법으로서,
산화제를 상기 액체 스트림에 도입하는 단계;
제 1 센서의 도전율 셀에서 상기 액체 스트림의 제 1 도전율을 측정하는 단계;
상기 제 1 센서의 도전율 셀에서 상기 액체 스트림에 자외광을 조사하여 조사된 액체 스트림을 제공하는 단계;
상기 제 1 센서의 도전율 셀에서 상기 조사된 액체 스트림의 제 2 도전율을 측정하는 단계;
상기 제 1 도전율 측정, 상기 제 2 도전율 측정 및 상기 산화제의 도전율에 의거한 상수에 의거하여 상기 액체 스트림 내의 상기 산화제의 농도를 계산하는 단계;
환원제를 상기 액체 스트림에 도입하여 환원된 액체 스트림을 제공하는 단계;
제 2 센서의 도전율 셀에서 상기 환원된 액체 스트림의 제 3 도전율을 측정하는 단계;
상기 제 2 센서의 도전율 셀에서 상기 환원된 액체 스트림에 자외광을 조사하여 조사된 환원된 액체 스트림을 제공하는 단계;
상기 제 2 센서의 도전율 셀에서 상기 조사된 환원된 액체 스트림의 제 4 도전율을 측정하는 단계; 및
상기 제 3 도전율 측정, 상기 제 4 도전율 측정 및 상기 환원제의 도전율에 의거한 상수에 의거하여 상기 환원된 액체 스트림 내의 상기 환원제의 농도를 계산하는 단계; 를 포함하는, 액체 스트림 내의 산화제 농도 및 환원제 농도 측정 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 산화제가 과황산염을 포함하는 것인, 액체 스트림 내의 산화제 농도 및 환원제 농도 측정 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 환원제가 이산화황을 포함하는 것인, 액체 스트림 내의 산화제 농도 및 환원제 농도 측정 방법.
- 액체 스트림으로의 환원제의 도입을 제어하는 방법으로서,
산화제를 상기 액체 스트림에 도입하는 단계;
단일 도전율 셀을 포함한 농도 센서에 상기 액체 스트림의 일부를 도입하는 단계;
상기 도전율 셀에서 상기 액체 스트림의 일부의 도전율을 측정하는 단계;
상기 도전율 셀에서 상기 액체 스트림의 일부에 자외광을 조사하여 조사된 액체 스트림을 제공하는 단계;
상기 도전율 셀에서 상기 조사된 액체 스트림의 도전율을 측정하는 단계;
상기 액체 스트림의 일부의 도전율, 상기 조사된 액체 스트림의 도전율 및 상기 산화제의 도전율에 의거한 상수에 의거하여 상기 액체 스트림 내의 상기 산화제의 농도를 계산하는 단계;
환원제를 상기 액체 스트림에 도입하여 환원된 액체 스트림을 제공하는 단계;
상기 농도 센서에 상기 환원된 액체 스트림의 일부를 도입하는 단계;
상기 도전율 셀에서 상기 환원된 액체 스트림의 일부의 도전율을 측정하는 단계;
상기 도전율 셀에서 상기 환원된 액체 스트림의 일부에 자외광을 조사하여 조사된 환원된 액체 스트림을 제공하는 단계;
상기 도전율 셀에서 상기 조사된 환원된 액체 스트림의 도전율을 측정하는 단계;
상기 환원된 액체 스트림의 일부의 도전율, 상기 조사된 환원된 액체 스트림의 도전율 및 상기 환원제의 도전율에 의거한 상수에 의거하여 상기 환원된 액체 스트림 내의 상기 환원제의 농도를 계산하는 단계; 및
상기 산화제 농도 및 상기 환원제 농도에 의거하여 상기 액체 스트림으로의 상기 환원제의 도입을 조절하는 단계; 를 포함하는, 액체 스트림으로의 환원제 도입 제어 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 산화제가 과황산염을 포함하는 것인, 액체 스트림으로의 환원제 도입 제어 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 환원제가 이산화황을 포함하는 것인, 액체 스트림으로의 환원제 도입 제어 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 액체 스트림이 적어도 15㏁㎝의 저항률을 갖는 것인, 액체 스트림으로의 환원제 도입 제어 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 농도 센서 상류의 액체 스트림이 적어도 1㏁㎝의 저항률을 갖는 것인, 액체 스트림으로의 환원제 도입 제어 방법.
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