KR102498578B1 - 초순수 제조 시스템의 관리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는, 초순수 제조 시스템은, 피처리수가 통과하는 수용 공간을 갖는 보론 제거 타워 및 상기 보론 제거 타워의 상기 수용 공간을 충전하는 보론 흡착 수지를 포함하고, 상기 보론 흡착 수지는 상기 수용 공간 내의 상기 피처리수의 흐름 방향을 따라 배치된 복수의 샘플 수지층을 포함하며, 상기 보론 제거 타워는 상기 복수의 샘플 수지층으로부터 얻어진 샘플 처리수를 배출하는 복수의 층별 샘플 포트를 포함하고, 상기 관리 방법은, 상기 보론 흡착 수지를 통과하도록 피처리수를 상기 보론 제거 타워에 공급하는 단계; 상기 복수의 층별 샘플 포트로부터 얻어진 각각의 샘플 처리수로부터 잔류 보론의 양을 측정하는 단계; 상기 잔류 보론의 양에 기초하여, 상기 복수의 샘플 수지층 중 관류점에 도달한 누설 샘플 수지층을 판단하는 단계; 상기 누설 샘플 수지층의 위치로부터 상기 보론 흡착 수지의 누설 영역의 깊이를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 누설 영역의 깊이 및 상기 누설 샘플 수지층의 판단까지의 운영 기간을 기초하여 상기 보론 흡착 수지의 수명을 환산하는 단계를 포함하는 초순수 제조 시스템의 관리 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 초순수 제조 시스템의 관리 방법에 관한 것이다.
초순수(Ultra Pure Water)는 반도체 제조 공정에서 널리 이용되는 중요한 용매로써 여러 단계에서 다양한 목적으로 이용되고 있다. 초순수에 포함된 불순물 성분은 반도체 제조 공정, 예를 들어 노광 공정 등에서 제품 불량을 유발하는 위험 요인으로 작용할 수 있다. 초순수에 포함된 불순물 성분은 초순수의 품질의 주요 항목으로 설정되어 주기적인 모니터링의 대상으로 관리되고 있다. 최근에는 반도체 소자의 집적도가 증가되고 사이즈가 감소하는 추세에 따라, 초순수에 포함된 불순물 제거는 공정 관리의 중요한 이슈로 취급되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 우수한 품질의 초순수를 제조하는 초순수 제조 시스템의 효율적인 관리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예는, 초순수 제조 시스템의 관리 방법으로서, 상기 초순수 제조 시스템은, 피처리수가 통과하는 수용 공간을 갖는 보론 제거 타워 및 상기 보론 제거 타워의 상기 수용 공간을 충전하는 보론 흡착 수지를 포함하고, 상기 보론 흡착 수지는 상기 수용 공간 내의 상기 피처리수의 흐름 방향을 따라 배치된 복수의 샘플 수지층을 포함하며, 상기 보론 제거 타워는 상기 복수의 샘플 수지층으로부터 얻어진 샘플 처리수를 배출하는 복수의 층별 샘플 포트를 포함하고, 상기 관리 방법은, 상기 보론 흡착 수지를 통과하도록 피처리수를 상기 보론 제거 타워에 공급하는 단계; 상기 복수의 층별 샘플 포트로부터 얻어진 각각의 샘플 처리수로부터 잔류 보론의 양을 측정하는 단계; 상기 잔류 보론의 양에 기초하여, 상기 복수의 샘플 수지층 중 관류점에 도달한 누설 샘플 수지층을 판단하는 단계; 상기 누설 샘플 수지층의 위치로부터 상기 보론 흡착 수지의 누설 영역의 깊이를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 누설 영역의 깊이 및 상기 누설 샘플 수지층의 판단까지의 운영 기간을 기초하여 상기 보론 흡착 수지의 수명을 환산하는 단계를 포함하는 초순수 제조 시스템의 관리 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는, 전기 탈이온 장치 및 보론 제거 장치를 포함하는 초순수 제조 시스템의 관리 방법으로서, 상기 전기 탈이온 장치로부터 유출되는 피처리수가 상기 보론 제거 장치로 직접 유입되고, 상기 보론 제거 장치는, 상기 피처리수가 통과하는 수용 공간을 갖는 복수의 보론 제거 타워 및 상기 복수의 보론 제거 타워 각각의 상기 수용 공간을 충전하는 보론 흡착 수지를 포함하고, 상기 보론 흡착 수지는 상기 수용 공간 내의 상기 피처리수의 흐름 방향을 따라 배치된 복수의 샘플 수지층을 포함하며, 상기 복수의 보론 제거 타워의 각각은 상기 복수의 샘플 수지층으로부터 얻어진 샘플 처리수를 배출하는 복수의 층별 샘플 포트를 포함하고, 상기 관리 방법은, 상기 복수의 보론 제거 타워 중 일부에 상기 피처리수의 통수 유량을 증가시켜 상기 보론 흡착 수지의 수명을 예측하는 수명 평가 방법을 통해 상기 보론 흡착 수지의 교체 시기를 판단하는 것을 포함하고, 상기 수명 평가 방법은, 상기 복수의 층별 샘플 포트로부터 얻어진 각각의 샘플 처리수로부터 잔류 보론의 양을 측정하는 단계; 상기 잔류 보론의 양에 기초하여, 상기 복수의 샘플 수지층 중 관류점에 도달한 누설 샘플 수지층을 판단하는 단계; 상기 누설 샘플 수지층의 위치로부터 상기 보론 흡착 수지의 누설 영역의 깊이를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 누설 영역의 깊이 및 상기 누설 샘플 수지층의 판단까지의 운영 기간을 기초하여 상기 보론 흡착 수지의 수명을 환산하는 단계를 포함하는 초순수 제조 시스템의 관리 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는, 초순수 제조 시스템의 관리 방법으로서, 상기 초순수 제조 시스템은, 피처리수가 통과하는 수용 공간을 갖는 보론 제거 타워 및 상기 보론 제거 타워의 상기 수용 공간을 충전하는 보론 흡착 수지를 포함하고, 상기 보론 제거 타워는 상기 보론 흡착 수지의 서로 다른 높이에 따른 각 부분들을 통과한 복수의 샘플 피처리수를 배출하는 복수의 층별 샘플 포트를 포함하고, 상기 관리 방법은, 상기 보론 제거 타워의 통수 유량을 증가시켜 상기 보론 흡착 수지의 수명을 예측하는 수명 평가 방법을 통해 상기 보론 흡착 수지의 교체 시기를 판단하는 것을 포함하고, 상기 수명 평가 방법은, 상기 복수의 샘플 피처리수 중 임의의 샘플 피처리수에서 잔류 보론의 양을 측정하는 단계; 상기 잔류 보론의 양에 기초하여, 관류점이 관찰된 상기 임의의 샘플 피처리수를 배출하는 누설 샘플 포트의 높이를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 상기 높이 및 상기 임의의 샘플 처리수에서 관류점에 도달하기까지의 운영 기간을 기초하여 상기 보론 흡착 수지의 수명을 환산하는 단계를 포함하는 초순수 제조 시스템의 관리 방법을 제공할 수 있다.
우수한 품질의 초순수를 제조하는 초순수 제조 시스템의 효율적인 관리 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 초순수 제조 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 초순수 제조 시스템의 일부를 나타내는 블록도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 초순수 제조 시스템의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 보론 제거 장치의 보론 제거 타워의 구조를 예시적으로 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 초순수 제조 시스템의 관리 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 초순수 제조 시스템의 일부를 나타내는 블록도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 초순수 제조 시스템의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 보론 제거 장치의 보론 제거 타워의 구조를 예시적으로 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 초순수 제조 시스템의 관리 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 다음과 같이 설명한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 초순수 제조 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 초순수 제조 시스템(100)은 제1 블록(1), 제2 블록(2), 제3 블록(3), 및 제4 블록(4)을 포함할 수 있다. 초순수 제조 시스템(100)은 원수에 포함된 불순물을 제거하여 생성된 초순수를 초순수의 사용 장소인 유즈 포인트(Point Of Use, POU)에 공급한다. 상기 원수는 수돗물, 우물물, 지하수, 공업용수, 반도체 제조 공장 등에서 사용되고 회수되어 처리된 물(회수수) 등이다.
제1 블록(1)은 전처리부이며, 원수 중의 현탁 물질을 제거하여 전처리수를 생성하고, 상기 전처리수를 제2 블록(2)에 공급한다. 제1 블록(1)은 예를 들어, 원수 중의 현탁 물질을 제거하기 위한 모래 여과 장치, 정밀 여과 장치 등을 적절히 선택하여 구성되고, 추가로 필요에 따라 원수의 온도 조절을 행하는 열교환기 등을 구비하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 블록(1)은 활성탄 필터 등으로 염소(Cl) 및 부유물질(Suspended Solids, SS)를 제거하는 활성탄 장치, 한외여과 장치, 및 역삼투(RO) 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 원수의 수질에 따라서, 제1 블록(1)은 생략할 수도 있다.
제2 블록(2)은 제1 순수 제조부 또는 일차 순수 시스템이며, 전처리수 중의 염류나 이온성 유기물, 콜로이드성 유기물을 제거하는 역삼투 장치, 탈기 장치(탈탄산압, 진공 탈기 장치, 막 탈기 장치 등), 및 자외선 산화 장치(TOC-UV) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 블록(2)은 전처리수 중의 박테리아, 유기물을 제거하여 제1 차 순수를 제조하고, 상기 제1 차 순수를 제3 블록(3)에 공급한다. 실시예에 따라, 역삼투 장치를 2단 직렬로 접속하여, 2단 역삼투 장치로 할 수 있다. 탈기 장치는 역삼투 장치에서 얻어지는 처리수 중의 용존 이산화탄소를 제거하는 장치이다. 자외선 산화 장치는, 피처리수에 자외선을 조사하는 자외선 램프를 가지며, 피처리수 중의 생균, 박테리아 등을 분해하여 살균 처리하는 장치이다.
제3 블록(3)은 제2 순수 제조부 또는 서브 시스템이며, 이온 교환 장치(양이온 교환 장치, 음이온 교환 장치, 혼상식 이온 교환 장치 등), 자외선 산화 장치, 및 탈기 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제3 블록(3)은 제1차 순수 중의 이온 성분 및 비이온 성분, 용존 가스를 제거하여 제2 차 순수를 제조하고, 상기 제2 차 순수를 제4 블록(4)에 공급한다. 제3 블록(3)은 보론을 제거하는 보론 제거 장치를 포함할 수 있다. 이에 대하여, 도 2를 참조하여 더 설명하기로 한다.
제4 블록(4)은 폴리싱(polishing)부이며, 폴리셔 장치를 포함하며, 필요에 따라 열교환기, 자외선 산화 장치, 이온 교환 장치, 탈기 장치, 및 한외여과 장치 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 폴리셔 장치는 이온 교환 수지를 포함하고, 피처리수의 이온성 물질을 제거할 수 있다. 제4 블록(4)에서는 자외선 산화 장치를 이용해 극미량의 유기물을 자외선으로 산화 분해시켜 제거한 후 한외여과 장치를 거쳐 최종 반도체 등급의 초순수를 제조할 수 있다.
제1 내지 제3 블록(1, 2, 3)은 순수를 제조하는 메이크-업(make-up) 공정을 포함하며, 제4 블록(4)은 초순수를 제조하는 폴리싱(polishing) 공정을 포함할 수 있다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 초순수 제조 시스템의 일부를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 초순수 제조 시스템(100)의 제3 블록(3)은, 예를 들어, 프리 필터(P/F)(31), 막 탈기 장치(MDG)(32), 전기 탈이온 장치(CEDI)(33), 보론 제거 장치(BSR)(34), 저수 피트(35), 자외선 산화 장치(TOC-UV)(36), 및 이온 교환 장치(MB)(37)를 포함할 수 있다.
프리 필터(Prefilter)(31)는 마이크로 필터로 구성되며, 피처리수 중의 부유물질(SS) 등을 제거할 수 있다. 프리 필터(31)는 복수개로 배치될 수 있다. 프리 필터(31)는 피처리수로부터 예를 들어 약 1 um 이상의 입자를 필터링할 수 있다.
막 탈기 장치(32)는 피처리수 중의 이산화탄소 및/또는 산소를 제거할 수 있다. 막 탈기 장치(32)는 중공사막을 사용하여 액체 중에 용존하는 기체를 분리할 수 있는 장치이다. 막 탈기 장치(32)는 중공사막의 재질로서 다공질의 폴리프로필렌(PP)이나 폴리메틸펜텐(PMP) 등의 소수성 막이 사용되어, 액체는 통과시키지 않고, 기체만 통과시키는 특징이 있다. 막 탈기 장치(32)는 그 내부에 다공질의 중공사가 충전된 막 탈기 모듈을 갖고 있고, 이 중공사막에 의해 피처리수가 통류하는 액체의 유로와, 피처리수에서 분리된 용존 가스가 통류하는 기체의 유로로 나누어져 형성되어 있다.
전기 탈이온 장치(33)는 이온 교환막, 이온 교환 수지, 전극으로 구성되며, 양이온 교환막과 음이온 교환막이 교대로 배치되고, 그 사이에 이온 교환 수지가 충진된 장치일 수 있다. 양단의 전극에 직류 전원을 공급하면 피처리수의 양이온은 양이온 교환막을 통과하여 음극 방향으로 이동하고, 음이온은 음이온 교환막을 통과하여 양극 방향으로 이동한다. 전기 탈이온 장치(33)는 희석조, 농축조, 전극조로 3개의 격실(compartment)로 나누어져 있으며, 희석조에 충진된 이온 교환 수지는 전기 저항을 낮추어 전류가 잘 흐르게 하고 이온 이동도를 높이는 역할을 한다. 전기 탈이온 장치(33)는 연속식 전기 탈이온 장치(CEDI)일 수 있다. 전기 탈이온 장치(33)는 피처리수의 보론을 약 98%이상 제거할 수 있다.
보론 제거 장치(34)가 전기 탈이온 장치(33)의 후단에 연결될 수 있다. 전기 탈이온 장치(33)를 2단으로 구성하면, 2단의 전기 탈이온 장치(33) 사이에 부스팅 펌프가 배치될 필요가 있다. 반면, 이와 달리 보론 제거 장치(34)를 1단의 전기 탈이온 장치(33)의 후단에 연결하면, 보론 제거 효율을 높일 수 있고, 부스팅 범프가 필요 없으므로 전력 사용량 및 설비 면적 사용량을 획기적으로 감소시킬 수 있다. 보론 제거 장치(34)를 이용하여 피처리수 중의 보론 농도를 1ppt 이하로 감소시킬 수 있다. 보론 제거 장치(34)는 보론 흡착 수지 및 이를 수용하는 보론 제거 타워를 포함할 수 있다(도 4 참고). 보론 제거 장치(34)의 수명 예측 방법을 통해(도 5 참고) 초순수 제조 시스템을 효율적으로 관리할 수 있다.
저수 피트(35)는 제조되는 순수 또는 초순수의 유량 및 수질을 안정적으로 유지하기 위해 여러 장치들 사이에 버퍼 기능을 하기 위해 제공될 수 있다. 저수 피트(35)는 보론 제거 장치(34)의 후단에 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 저수 피트(35)는 블록 내 다른 곳에 위치하거나 또는 생략될 수도 있다.
자외선 산화 장치(36)는 보론 제거 장치(34)의 후단에 연결될 수 있다. 자외선 산화 장치(36)는 예를 들어, 약 185 nm 부근의 파장을 갖는 자외선 조사가 가능한 자외선 램프를 갖고, 이 자외선 램프에 의해 피처리수에 자외선을 조사함으로써 피처리수 중의 TOC를 산화 분해한다. 자외선에 의해, 물이 분해되어 OH 라디칼을 생성하고, 이 OH 라디칼이 피처리수에 함유되는 유기물을 산화 분해한다. 보론 제거 장치(34)의 보론 흡착 수지는 피처리수 중으로 유기물을 용출하게 된다. 피처리수 중에 포함된 유기물은 주로 보론 흡착 수지가 분해되어 생성되는 유기물 성분, 미량 잔류하는 원수 유래의 유기물 성분 및 배관 등에 의해 유리된 유기물 성분 등일 수 있다. 자외선 산화 장치(36)는 피처리수 중의 총 유기 탄소 농도를 약 30 ppb에서 약 3 ppb까지 낮출 수 있다.
이온 교환 장치(37)는 자외선 산화 장치(36)의 후단에 연결될 수 있다. 이온 교환 장치(37)는 피처리수 중에 포함된 양이온과 음이온을 제거할 수 있다. 이온 교환 장치(37)는 자외선 산화 장치(36)가 보론 제거 장치(34)로부터 용출된 유기물을 제거하는 과정에서 생성된 TOC 분해 부산물 또는 유기 이온을 제거할 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 초순수 제조 시스템의 일부를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 초순수 제조 시스템(100)에서, 전기 탈이온 장치(33)로부터 유출된 피처리수가 유즈 포인트(POU)까지 공급되기까지 거치는 장치들의 일 예가 도시된다. 초순수 제조 시스템(100)은 보론 제거 장치(34), 제1 자외선 산화 장치(36), 제1 이온 교환 장치(37), 제2 자외선 산화 장치(46), 제2 이온 교환 장치(47)를 포함할 수 있다.
보론 제거 장치(34)는 전기 탈이온 장치(33)의 처리수가 통수되는 장치이다. 보론 제거 장치(34)는 서로 병렬로 연결된 복수의 보론 제거 타워(11)를 포함할 수 있다. 보론 제거 타워(11)는 피처리수가 통과하는 수용 공간을 갖고, 상기 수용 공간에는 보론 흡착 수지(12)가 충전될 수 있다. 보론 제거 타워(11)에서의 통수 속도는 장기간 보론을 제거하는 관점에서, 공간 속도(space velocity)가 1~100(1/h)인 것이 바람직할 수 있다. 보론 제거 타워(11)에서 보론의 흡착에 의한 제거 효율을 최적화하기 위하여, 공간 속도는 약 60(1/h)인 것이 바람직할 수 있다.
제1 자외선 산화 장치(36)는 보론 제거 장치(34)의 후단에 연결될 수 있다. 복수의 보론 제거 타워들(11)로부터 배출된 피처리수가 제1 자외선 산화 장치(36)로 유입될 수 있다. 보론 제거 장치(34)를 통수한 피처리수는 제2 자외선 산화 장치(46)를 거쳐 유즈 포인트(POU)로 공급될 수 있다.
제1 이온 교환 장치(37)는 이온 교환 타워와 상기 이온 교환 타워를 적어도 일부 충진하는 이온 교환 수지를 포함할 수 있다. 제1 이온 교환 장치(37)는 복수개가 병렬로 연결된 상태일 수 있다. 상기 이온 교환 수지는 강산성 양이온 교환 수지 및/또는 강염기성 음이온 교환 수지를 포함할 수 있다. 보론 제거 장치(34)를 통수한 피처리수는 제2 이온 교환 장치(47)를 거쳐 유즈 포인트(POU)로 공급될 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 보론 제거 장치의 보론 제거 타워의 구조를 예시적으로 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 초순수 제조 시스템의 관리 방법을 도시한 흐름도이다. 상기 관리 방법은, 보론 흡착 수지의 수명을 예측하는 수명 평가 방법을 통해 보론 흡착 수지의 교체 시기를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 보론 제거 장치(34)는 보론 제거 타워(11), 보론 제거 타워(11)의 수용 공간의 적어도 일부를 충전하는 보론 흡착 수지(12), 전기 탈이온 장치(33)로부터 유출된 피처리수를 보론 제거 타워(11)로 유입시키는 유입부(10), 및 보론 흡착 수지(12)를 통수한 처리수를 보론 제거 타워(11)로부터 외부로 유출시키는 배출부(13)를 포함할 수 있다. 유입부(10)로부터 보론 제거 타워(11)로 유입된 피처리수는, 보론 흡착 수지(12)를 통수하며 피처리수 중에 존재하는 보론은 보론 흡착 수지(12)에 흡착되고, 보론이 제거된 처리수는 배출부(13)를 통해 배출될 수 있다. 보론 제거 타워(11)는 원통 형상의 수지탑 구조를 가지며, 보론 흡착 수지(12)가 내부에 충전되어 구성될 수 있다. 보론 흡착 수지(12)는 폴리스티렌 수지나 페놀 수지에 보론 흡착기로서 알코올기를 갖는 관능기를 부가시킨 수지를 사용할 수 있다. 보론 흡착 수지(12)로는 높은 보론 흡착능을 갖는 메틸글루카민기를 포함하는 이온 교환 수지가 특히 바람직하다. 상기 관리 방법은, 배출부(13)로 배출되는 처리수의 잔류 보존 농도를 1 ppt 이하로 관리하는 방법일 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 보론 흡착 수지(12)를 통과하도록 피처리수를 보론 제거 타워(11)에 공급할 수 있다(S10).
보론 흡착 수지(12)는 보론 제거 타워(11)를 제1 높이(H1)로 충전할 수 있다. 보론 제거 타워(11)는 제1 높이(H1)보다 큰 높이(HT)를 가질 수 있다. 피처리수는 유입부(10)로부터 보론 제거 타워(11)의 수용 공간 내부로 공급될 수 있다. 보론 흡착 수지(12)는 보론 제거 타워(11)의 수용 공간 내의 피처리수의 흐름 방향을 따라 배치된 복수의 샘플 수지층을 포함하며, 보론 제거 타워(11)는 상기 복수의 샘플 수지층으로부터 얻어진 샘플 처리수를 배출하는 복수의 층별 샘플 포트(SP)를 포함할 수 있다. 복수의 층별 샘플 포트(SP)는 서로 다른 높이에 배치될 수 있다. 복수의 샘플 포트(SP)는 보론 흡착 수지(12)를 통수한 처리수를 일부 배출하는 배출부를 제공하며, 이를 통해 각 샘플 포트들(SP)에서 샘플 수지층을 통수한 처리수의 잔류 보론 농도를 측정할 수 있다. 복수의 샘플 포트(SP)는 복수의 보론 제거 타워(11)마다 구비될 수 있다. 예를 들어, 복수의 샘플 포트들(SP)은 보론 제거 타워(11)의 바닥으로부터 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 하나의 보론 제거 타워(11)에 구비되는 샘플 포트들(SP)의 개수는 실시예들에 따라 다양할 수 있다.
피처리수는 복수의 보론 제거 타워(11)에 각각 공급될 수 있다. 복수의 보론 제거 타워(11)에 공급되는 피처리수의 통수 유랑 및/또는 공간 속도(space velocity)는 서로 동일하거나 또는 서로 다를 수 있다. 일 예로, 보론 흡착 수지(12)의 수명을 예측하는 수명 평가 방법은, 복수의 보론 제거 타워(11) 중 일부에 피처리수의 통수 유량 및/또는 공간 속도를 증가시킨 후에, 누설 샘플 수지층을 판단하는 것에 기초하여 보론 흡착 수지(12)의 수명을 계산하는 것을 포함할 수 있다. 피처리수의 통수 유량 및/또는 공간 속도를 증가시키는 것은 가혹 테스트 조건일 수 있다. 예를 들어, 제1 보론 제거 타워에 제1 공간 속도로 피처리수를 통수시키고, 제2 보론 제거 타워에 상기 제1 공간 속도보다 큰 제2 공간 속도로 피처리수를 통수시킬 수 있다. 일 예로, 상기 제1 공간 속도는 약 60(1/hr)이고, 상기 제2 공간 속도는 상기 제1 공간 속도보다 약 1.5배 큰 약 90(1/hr)일 수 있다. 수명 평가 방법을 위해 보론 제거 타워(11)를 통과하는 피처리수의 증가된 통수 유량은 약 2.5 m3/h 내지 약 3.0 m3/h 일 수 있다. 복수의 보론 제거 타워들(11)의 통수 유량 또는 공간 속도를 다른 조건으로 세팅하므로, 도 3과 같이, 제1 이온 교환 장치(37)의 후단에 유량 균형을 맞추기 위하여 별도의 배수관(drain)(40)이 마련될 수도 있다.
다음으로, 복수의 층별 샘플 포트(SP)로부터 얻어진 각각의 샘플 처리수로부터 잔류 보론의 양을 측정할 수 있다(S20).
보론 제거 타워(11)를 통과하는 피처리수는 복수의 샘플 수지층을 순차적으로 통과하고, 그 과정에서 피처리수 중에 포함된 보론이 보론 흡착 수지(12)의 복수의 샘플 수지층에 흡착될 수 있다. 각각의 샘플 수지층을 통과한 샘플 처리수는 보론 제거 타워(11)에 구비된 복수의 층별 샘플 포트(SP)의 배출부로부터 얻을 수 있으며, 샘플 처리수에 잔류하는 보론의 양을 각각 측정할 수 있다.
다음으로, 잔류 보론의 양에 기초하여, 복수의 샘플 수지층 중 관류점(Break Trough Capacity)에 도달한 누설 샘플 수지층을 판단할 수 있다(S30).
임의의 샘플 포트(SP)에서 샘플 수지층의 보론 흡착능의 수명이 다하게 되면, 샘플 수지층을 통과한 샘플 처리수에 포함된 잔류 보론의 양이 증가하기 시작하는 관류점에 도달할 수 있다. 누설 샘플 수지층은 복수의 샘플 포트(SP)의 복수의 샘플 수지층 중 관류점에 도달한 샘플 수지층일 수 있다. 특정 높이에서 보론 흡착 수지(12)가 관류점에 도달한 부분이 존재하면, 그보다 높은 레벨에서의 보론 흡착 수지(12)는 보론 흡착능을 상실한 상태일 수 있다. 또는, 그보다 낮은 레벨에서의 보론 흡착 수지(12)는 보론 흡착능이 잔존하는 상태일 수 있다.
다음으로, 누설 샘플 수지층의 위치로부터 보론 흡착 수지(12)의 누설 영역의 깊이를 산출할 수 있다(S40).
누설 영역의 깊이는, 보론 흡착 수지(12)의 총 높이(H1)에서 누설 샘플 수지층이 위치하는 샘플 포트, 예를 들어, P2에 해당하는 높이(H2)를 뺀 값으로 정의될 수 있다. 상기 높이(H2)는 보론 흡착능이 잔존하는 보론 흡착 수지(12)의 잔여 높이에 해당할 수 있다. 상기 높이(H2)는 관류점이 관찰된 샘플 피처리수를 배출하는 누설 샘플 포트의 높이에 해당할 수 있다.
다음으로, 산출된 누설 영역의 깊이 및 누설 샘플 수지층의 판단까지의 운영 기간을 기초하여 보론 흡착 수지(12)의 수명을 환산할 수 있다(S50). 보론 흡착 수지(12)의 수명은, 아래와 같은 식(1)로 계산될 수 있다.
SV 환산은, 통상 피처리수의 공간 속도 대비 가혹 테스트 조건에서의 피처리수의 공간 속도로 계산될 수 있다. 즉, SV 환산은 가혹 테스트 조건에서 피처리수의 통수 유량을 증가시킨 비율로 정의될 수 있다. 일 예로, SV 환산은 상기 제1 공간 속도 대 상기 제2 공간 속도의 비로 계산될 수 있다. SV 환산은 약 1.2 내지 약 2.0일 수 있다.
운영 기간은, 누설 샘플 수지층의 판단까지 초순수 제조 시스템을 운영한 기간에 해당할 수 있다. 운영 기간은, 임의의 샘플 처리수에서 보론 흡착 수지(12)의 특정 부분이 관류점에 도달할 때까지 초순수 제조 시스템을 운영한 기간에 해당할 수 있다.
보론 흡착 수지(12)는 관류점에 다다르면 보론 이온을 누설시키기 때문에, 유즈 포인트로 우수한 품질의 초순수를 제공하기 위하여, 보론 흡착 수지(12)의 적정 수명을 평가하는 것은 상당히 중요할 수 있다. 보론 흡착 수지(12)의 적정 수명을 평가하여야 보론 흡착 수지(12)의 적절한 교체 시기를 판단할 수 있기 때문이다. 본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 보론 제거 장치(34)를 운영하면서 일부 보론 제거 타워(11)에 수명 평가 방법으로 보론 흡착 수지(12)의 수명 예측이 가능하므로, 사용자가 보론 제거 장치(34)의 보론 흡착 수지(12)의 교체 시기를 사전에 알고 대체할 수 있도록 할 수 있다.
일 예로, 약 900 mm의 높이(H1)를 갖는 보론 흡착 수지(12)를 보론 제거 타워(112)에 준비하고, 샘플 포트들(SP)을 구성한 이후에, 가혹 조건인 90 (1/hr)의 공간 속도로 피처리수를 391일간 통수한 결과, 약 710 mm의 높이(H2)에 위치하는 샘플 포트(SP)가 미량의 보론을 누설하는 최하부 샘플 포트(SP)에 해당하였다. 본 발명의 실시예에 따라, 보론 흡착 수지(12)의 수명을 예측한 결과 보론 제거 타워(11)에 60 (1/hr)의 공간 속도로 피처리수를 통수할 경우, 약 2778일(약 7.5년 이상) 이후에 보론 흡착 수지(12)의 교체가 필요함을 알 수 있었다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경과 실시예들의 조합이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1, 2, 3, 4: 블록 11: 보론 제거 타워
12: 보론 흡착 수지 31: 프리 필터
32: 막 탈기 장치 33: 전기 탈이온 장치
34: 보론 제거 장치 36: 자외선 산화 장치
37: 이온 교환 장치 100: 초순수 제조 시스템
12: 보론 흡착 수지 31: 프리 필터
32: 막 탈기 장치 33: 전기 탈이온 장치
34: 보론 제거 장치 36: 자외선 산화 장치
37: 이온 교환 장치 100: 초순수 제조 시스템
Claims (10)
- 초순수 제조 시스템의 관리 방법으로서,
상기 초순수 제조 시스템은, 피처리수가 통과하는 수용 공간을 갖는 보론 제거 타워 및 상기 보론 제거 타워의 상기 수용 공간을 충전하는 보론 흡착 수지를 포함하고,
상기 보론 흡착 수지는 상기 수용 공간 내의 상기 피처리수의 흐름 방향을 따라 배치된 복수의 샘플 수지층을 포함하며, 상기 보론 제거 타워는 상기 복수의 샘플 수지층으로부터 얻어진 샘플 처리수를 배출하는 복수의 층별 샘플 포트를 포함하고,
상기 관리 방법은,
상기 보론 흡착 수지를 통과하도록 피처리수를 상기 보론 제거 타워에 공급하는 단계;
상기 복수의 층별 샘플 포트로부터 얻어진 각각의 샘플 처리수로부터 잔류 보론의 양을 측정하는 단계;
상기 잔류 보론의 양에 기초하여, 상기 복수의 샘플 수지층 중 관류점에 도달한 누설 샘플 수지층을 판단하는 단계;
상기 누설 샘플 수지층의 위치로부터 상기 보론 흡착 수지의 누설 영역의 깊이를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 누설 영역의 깊이 및 상기 누설 샘플 수지층의 판단까지의 운영 기간을 기초하여 상기 보론 흡착 수지의 수명을 환산하는 단계를 포함하는 초순수 제조 시스템의 관리 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 복수의 샘플 수지층은 상기 보론 제거 타워의 바닥으로부터 소정 간격을 이루도록 배치되는 초순수 제조 시스템의 관리 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 보론 제거 타워는 서로 병렬로 연결된 복수의 보론 제거 타워를 포함하는 초순수 제조 시스템의 관리 방법.
- 제3 항에 있어서,
상기 복수의 보론 제거 타워는, 제1 보론 제거 타워 및 제2 보론 제거 타워를 포함하고,
상기 피처리수를 상기 보론 제거 타워에 공급하는 단계에서, 상기 피처리수를 상기 제1 보론 제거 타워에 제1 공간 속도(space velocity)로 통수하고, 상기 피처리수를 상기 제2 보론 제거 타워에 상기 제1 공간 속도보다 큰 제2 공간 속도로 통수하는 초순수 제조 시스템의 관리 방법.
- 제4 항에 있어서,
상기 보론 흡착 수지의 수명을 환산하는 단계는, 하기 식(1)로부터 상기 보론 흡착 수지의 수명을 계산하는 단계를 포함하고,
...............식(1)
SV 환산은 상기 제1 공간 속도 대 상기 제2 공간 속도의 비로 정의되는 초순수 제조 시스템의 관리 방법.
- 제4 항에 있어서,
상기 제1 공간 속도는 60(1/h)이고,
상기 제2 공간 속도는 90(1/h)인 초순수 제조 시스템의 관리 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 보론 흡착 수지는 메틸글루카민기를 포함하는 이온 교환 수지를 포함하는 초순수 제조 시스템의 관리 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 초순수 제조 시스템은, 제1 블록, 제2 블록, 및 제3 블록을 포함하고,
상기 제3 블록은 전기 탈이온 장치 및 보론 제거 장치를 포함하고,
상기 보론 제거 장치는, 상기 보론 제거 타워 및 상기 보론 흡착 수지를 포함하고,
상기 보론 제거 장치는 상기 전기 탈이온 장치의 후단과 연결되는 초순수 제조 시스템의 관리 방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 제3 블록은, 상기 전기 탈이온 장치의 앞단과 연결되는 막 탈기 장치, 상기 보론 제거 장치의 후단과 연결되는 자외선 산화 장치, 및 상기 자외선 산화 장치의 후단과 연결되는 이온 교환 장치를 더 포함하는 초순수 제조 시스템의 관리 방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 제1 블록은 열교환기, 활성탄 장치, 한외여과 장치, 및 역삼투 장치 중 적어도 하나를 포함하는 초순수 제조 시스템의 관리 방법.
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