KR102600758B1 - Cda용 정제시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CDA용 정제유닛 및 이를 포함하는 CDA용 정제시스템에 관한 것으로서, 하나 이상으로 구비되는 CDA정제컬럼; 상기 CDA정제컬럼의 내부에 충진되어 CDA에 혼입된 불순물을 제거하는데 사용되는 흡착재;를 포함하되, 상기 흡착재는 제올라이트, 규조토, 벤토나이트, 일라이트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 조합된 흡착성 소재 65~75중량%와, 미네랄 바인더 25~35중량%가 혼합된 혼합물로 이루어지는 CDA용 정제유닛과 이를 포함하여 설비 체계로 구성되는 CDA용 정제시스템을 제안한다.
본 발명에 따르면, CDA(청정건조공기)로부터 제조시 또는 사용에 의해 혼입된 CO2, H2O 및 총유기탄소(TOC), 아민, 암모니아, 황, 내화화합물, 프탈레이트, 및 질소산화물(NOx) 등을 포함한 각종 불순물 성분들을 용이하게 흡착하여 정제 처리할 수 있으며, CDA(청정건조공기)로부터 제조시 또는 사용에 의해 혼입된 각종 불순물들의 수준을 기준치 이하로 낮춰 고순도 또는 초고순도 상태로 정제할 수 있고 대상 가스인 CDA에 대한 정제효율을 높일 수 있다.
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Description
본 발명은 청정건조공기(Clean Dry Air; CDA)의 공정용 가스를 정제(精製; purification) 처리하기 위한 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 제조공정을 비롯하여 각종 정밀 생산공정 등에 사용되는 CDA(청정건조공기)로부터 제조시 또는 사용에 의해 혼입된 각종 불순물 성분들을 용이하게 흡착하여 정제 처리할 수 있도록 하며 대상 가스인 CDA(청정건조공기)에 대한 정제효율을 높일 수 있도록 한 CDA용 정제유닛 및 이를 포함하는 CDA용 정제시스템에 관한 것이다.
일반적으로 CDA(Clean Dry Air)는 반도체 제조공정을 비롯한 정밀 생산공정 등에 공급되어 사용되는 청정건조공기로서, 외부 공기를 공기압축기에서 고압으로 토출시킨 후 먼지나 수분 등을 비롯한 오염물질을 제거한 상태로 깨끗하고 건조한 공기를 의미한다.
이러한 CDA(Clean Dry Air)는 보통 질소(N2)나 산소(O2) 또는 아르곤(Ar) 등의 공정용 가스와 함께 반도체 장비의 작동을 위한 공압밸브 측 동작 제어용으로 많이 사용되고 있다.
하지만, 이와 같은 CDA(Clean Dry Air)는 반도체 제조공정을 비롯한 정밀 생산공정 등에 공급되어 사용되는 동안 CO2, H2O 및 총유기탄소(TOC), 아민, 암모니아, 황, 내화화합물, 프탈레이트, 및 질소산화물(NOx) 등을 포함한 각종 불순물이 혼입되는 문제점이 있다.
이에, 재사용을 위해서는 정제공정을 이용한 정제 작업을 통해 CDA에 혼입된 각종 불순물들을 제거하여야 하며, 이러한 정제공정을 통해 공정에 투입되어 사용되었던 CDA를 고순도 이상으로 만들어내는 작업이 요구된다.
그러나, 종래에는 CDA(청정건조공기)로부터 이들의 사용에 의해 혼입된 각종 불순물 성분들을 정제 처리하는데 기술적 한계 및 어려움이 존재하는 실정에 있으며, 사용되었던 CDA로부터 이에 혼입된 각종 불순물들을 기준값 이하로 낮추는데 애로점이 있는 등 정제효율이 그다지 높지 않았다.
한편, 종래 선행기술에 있어서는 국내등록특허 제10-0402429호에서 '고청정 건조공기의 제조장치', 국내공개실용신안 제20-2013-0002811호에서 '공기의 초저온 증류에 의한 가압 정제 공기 및 액체 생성물의 제조를 위한 장치', 및 국내등록특허 제10-0462672호에서 '반도체 제조용 공정가스의 정제장치' 등의 기술을 개시하고 있으며, 이를 참조할 수 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 반도체 제조공정을 비롯하여 각종 정밀 생산공정 등에 사용되는 CDA(청정건조공기)로부터 제조시 또는 사용에 의해 혼입된 CO2, H2O 및 총유기탄소(TOC), 아민, 암모니아, 황, 내화화합물, 프탈레이트, 및 질소산화물(NOx) 등을 포함한 각종 불순물 성분들을 용이하게 흡착하여 정제 처리할 수 있도록 한 CDA용 정제유닛 및 이를 포함하는 CDA용 정제시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 CDA(청정건조공기)로부터 이에 혼입된 각종 불순물들의 수준을 기준치 이하로 낮춰 고순도 또는 초고순도 상태로 정제할 수 있도록 하며, 대상 가스인 CDA에 대한 정제효율을 높일 수 있도록 한 CDA용 정제유닛 및 이를 포함하는 CDA용 정제시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 CDA(청정건조공기)의 정제 처리를 위한 정제모드와 정제처리용 흡착물질 자체를 재생시키기 위한 재생모드를 각각 연속 공정으로 수행할 수 있도록 구조배치설계하고, 재생모드의 사용시 정제모드를 통해 정제 처리한 CDA를 이용하여 역세척할 수 있도록 한 CDA용 정제유닛 및 이를 포함하는 CDA용 정제시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 반도체공정 중 포토장비(ASML, CANON, CYMER, Nikon 등) 공급용으로 사용 가능하며, 노광 프로세스에 영향을 주는 수분(H2O)과 휘발성 유기물(Volatile orgnic) 및 비휘발성 유기물(Non Volatile ornic) 등의 유기물[Total volatile acids(as SO2), Total volatile bases(as NH3), Refractory compounds(as HMDSO), TOCnv and TOCv(as Toluene(C6H5CH4))]을 10ppt 이하로 정제할 수 있도록 한 CDA용 정제유닛 및 이를 포함하는 CDA용 정제시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CDA용 정제유닛은, 반도체 제조공정을 비롯하여 각종 정밀 생산공정 등에 사용되는 청정건조공기(CDA)로부터 제조시 또는 사용에 의해 혼입된 각종 불순물 성분들을 제거하여 정제 처리하기 위한 CDA용 정제유닛에 있어서, 하나 이상으로 구비되는 CDA정제컬럼; 상기 CDA정제컬럼의 내부에 충진되어 CDA에 혼입된 불순물을 제거하는데 사용되는 흡착재;를 포함하며, 상기 흡착재는 제올라이트, 규조토, 벤토나이트, 일라이트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 조합된 흡착성 소재 65~75중량%와, 미네랄 바인더 25~35중량%가 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 흡착재는 분말 또는 펠릿 타입으로 구비되어 CDA정제컬럼의 내부공간 상에 20~100%가 충진되고 밀도 0.3~2.3g/㎤이며, 상기 미네랄 바인더는 결합성 소재로 기능하기 위한 것으로서, 칼슘(Ca), 칼륨(K), 인(P), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 아연(Zn), 철(Fe), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 셀레늄(Se) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 조합된 구성일 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CDA용 정제시스템은, 반도체 제조공정을 비롯하여 각종 정밀 생산공정 등에 사용되는 청정건조공기(CDA)로부터 제조시 또는 사용에 의해 혼입된 각종 불순물 성분들을 제거하여 정제 처리하기 위한 CDA용 정제시스템에 있어서, 각종 불순물 성분들이 혼입된 상태의 CDA를 주입하기 위한 CDA주입구; 상기 CDA주입구에 연결되어 정제 대상인 CDA를 경로 상에 공급하기 위한 CDA공급유로; 상기 CDA공급유로에 시작단이 연결되고, 공급되는 CDA의 정제 공정을 수행하기 위한 유로로서, 분기되는 둘 이상의 유로를 가질 수 있으며 끝단이 정제CDA배출구에 연결되는 정제처리유로; 상기 분기되는 둘 이상의 유로를 갖는 정제처리유로 상에 각각 구비되는 CDA정제컬럼; 상기 CDA정제컬럼 각각의 내부에 충진되어 불순물을 제거하는데 사용되는 흡착재; 상기 CDA정제컬럼 각각의 선단과 후단에 배치되는 유입오토밸브 및 배출오토밸브;를 포함하며, 상기 정제처리유로 상에 연결 구비된 둘 이상의 CDA정제컬럼 중에서 어느 하나의 CDA정제컬럼에 대해 정제모드가 아닌 재생모드로 사용하여 불순물 제거용 흡착재를 재생시키도록 공정 처리하되, 정제모드의 CDA정제컬럼을 통해 정제된 CDA를 역유입하여 흘려보냄으로써 역세척한 후, 역세척에 사용한 정제된 CDA에 대해 열교환기를 경유하여 재생 및 릴리프 벤트구로 유도 배출되게 구성하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 CDA공급유로의 초입부 상에 구비되고, CDA공급유로를 통해 공급되는 CDA를 샘플링하여 상태 분석하기 위한 공급CDA 샘플분석부; 상기 CDA공급유로의 초입부 상에 공급되는 CDA의 질량 측정을 통해 총 유량을 측정함으로써 CDA의 유량을 체크 및 조절하기 위한 CDA질량유량측정기; 상기 정제CDA배출구에 연결되는 정제처리유로의 끝단부 상에 구비되고, CDA정제컬럼을 통해 정제된 CDA를 샘플링하여 상태 분석하기 위한 정제CDA 샘플분석부;를 포함하는 구성일 수 있다.
여기에서, 상기 정제CDA 샘플분석부는, 상기 CDA정제컬럼을 통해 정제된 CDA를 샘플링 채취하기 위한 정제CDA 샘플링라인; 상기 정제CDA 샘플링라인에 연결 구비되는 정제CDA 샘플분석기; 상기 정제CDA 샘플링라인에서 분기되고 끝단이 재생 및 릴리프 벤트구에 연결되는 정제CDA 샘플링분기라인; 상기 정제CDA 샘플링분기라인 상에 구비되는 H2O센서; 상기 정제CDA 샘플링분기라인 상에 구비하되, H2O센서의 전단에 순차 설치되는 개폐밸브 및 오리피스; 상기 정제CDA 샘플링분기라인 상에 구비하되, H2O센서의 후단에 순차 설치되는 개폐밸브 및 체크밸브;를 포함하는 구성일 수 있다.
여기에서, 상기 CDA공급유로 상에서 분기되고 끝단이 정제CDA배출구로 향하는 정제처리유로에 연결되는 바이패스유로; 상기 바이패스유로 상에 구비되는 바이패스탱크; 상기 바이패스탱크의 후단에 위치되는 바이패스유로에서 분기되고 끝단이 재생 및 릴리프 벤트구로 연결되는 바이패스분기유로; 상기 바이패스유로 상에 구비하되, 바이패스탱크의 전후단에 각각 설치되는 전단개폐밸브 및 후단개폐밸브; 상기 바이패스분기유로 상에 순차 설치되는 개폐밸브 및 오리피스;를 포함하는 구성일 수 있다.
여기에서, 상기 분기되는 둘 이상의 유로를 갖는 정제처리유로 상에 구비되는 CDA정제컬럼 각각에는 정제모드 또는 재생모드로 사용시 필요에 따라 가열 처리하도록 가열수단이 설치되고, 상기 가열수단의 작동시 CDA정제컬럼 내 온도를 체크하기 위한 온도감지센서가 함께 설치되는 구성일 수 있다.
이하에서 더욱 다양한 실시예들이 기재 및 설명될 수 있으며, 본 발명이 갖는 기술에 대해 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따르면, 반도체 제조공정을 비롯하여 각종 정밀 생산공정 등에 사용되는 CDA(청정건조공기)로부터 제조시 또는 이들의 사용에 의해 혼입된 CO2, H2O 및 총유기탄소(TOC), 아민, 암모니아, 황, 내화화합물, 프탈레이트, 및 질소산화물(NOx) 등을 포함한 각종 불순물 성분들을 용이하게 흡착하여 정제 처리할 수 있다.
본 발명에 따르면, CDA(청정건조공기)로부터 제조시 또는 이들의 사용에 의해 혼입된 각종 불순물들의 수준을 기준치 이하로 낮춰 고순도 또는 초고순도 상태로 정제할 수 있으며, 대상 가스인 CDA에 대한 정제효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체공정 중 포토장비(ASML, CANON, CYMER, Nikon 등) 공급용으로 사용 가능하며, 노광 프로세스에 영향을 주는 수분(H2O)과 휘발성 유기물(Volatile orgnic) 및 비휘발성 유기물(Non Volatile ornic) 등의 유기물[Total volatile acids(as SO2), Total volatile bases(as NH3), Refractory compounds(as HMDSO), TOCnv and TOCv(as Toluene(C6H5CH4))]을 10ppt 이하로 정제할 수 있다.
본 발명에 따르면, CDA(청정건조공기)의 정제 처리를 위한 정제모드와 정제처리용 흡착물질 자체를 재생시키기 위한 재생모드를 각각 연속 공정으로 수행할 수 있고, 재생모드의 사용시 정제모드를 통해 정제 처리한 CDA를 이용하여 역세척할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CDA용 정제유닛을 포함하는 CDA용 정제시스템을 나타낸 설비 계통도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CDA용 정제시스템을 나타낸 설비 계통도로서, 정제모드와 재생모드 및 바이패스모드에 대한 처리과정을 구분 표시하여 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CDA용 정제시스템을 나타낸 설비 계통도로서, 정제모드와 재생모드 및 바이패스모드에 대한 처리과정을 구분 표시하여 나타낸 도면이다.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CDA용 정제유닛을 포함하는 CDA용 정제시스템을 나타낸 계통도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CDA용 정제시스템의 계통도로서 정제모드와 재생모드 및 바이패스모드에 대한 처리과정을 화살표 및 색상 구분으로 표시하여 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 청정건조공기(Clean Dry Air; CDA)용 정제유닛 및 정제시스템은 제올라이트 등의 흡착성 소재와 미네랄 바인더가 혼합된 흡착재를 사용하여 CDA로부터 제조시 또는 사용에 의해 혼입된 각종 불순물들을 흡착 제거하여 정제 처리하기 위한 것이며, 필요에 따라 재생 처리를 함께 수행할 수 있게 한 구성이다.
본 발명의 실시예에 따른 청정건조공기(Clean Dry Air; CDA)용 정제유닛을 포함하는 정제시스템은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 피대상물인 청정건조공기(Clean Dry Air; CDA)를 주입 및 공급하고 정제 처리한 후 정제된 가스로 배출하기 위한 배관 라인과 이러한 배관라인 상에 연결 구비되는 구성부들을 포함한다.
상세하게, 각종 불순물 성분들이 혼입된 상태의 CDA(청정건조공기; Clean Dry Air)를 주입하기 위한 CDA주입구(1)와, 상기 CDA주입구(1)에 연결되어 정제 대상인 CDA를 경로 상에 공급하기 위한 CDA공급유로(2)를 포함한다.
상기 CDA공급유로(2) 상에는 초입부에 공급CDA 샘플분석부(3) 및 CDA질량유량측정기(4)를 구비할 수 있다.
상기 공급CDA 샘플분석부(3)에서는 CDA공급유로(2)를 통해 공급되는 CDA를 샘플링하여 상태 분석하기 위한 것으로서, 순도측정기 등을 포함할 수 있다.
상기 공급CDA 샘플분석부(3)에서는 공급되는 CDA의 샘플링 처리를 위한 구성으로서, 이후 정제된 CDA와의 순도 비교를 통해 정제된 정도를 가늠할 수 있는 데이터로 사용할 수 있다.
상기 CDA질량유량측정기(4)에서는 CDA공급유로(2)를 통해 공급되는 CDA의 질량 측정을 통해 총 유량을 측정함으로써 CDA의 유량을 체크 및 조절하기 위한 것으로서, 공급되는 CDA의 부피가 아니라 질량을 측정함으로써 온도나 압력으로 인한 기체(피대상물; CDA)의 부피 변화와 상관없이 유량을 측정할 수 있게 되므로 보다 정확하고 신뢰성 있는 유량 측정을 수행 및 이를 활용할 수 있다.
본 발명에서는 상기 CDA공급유로(2)에 시작단이 연결되고, 공급되는 CDA의 정제 공정을 수행하기 위한 유로로서, 분기되는 둘 이상의 유로를 가질 수 있으며 끝단이 정제CDA배출구(6)에 연결되는 정제처리유로(5)를 포함한다.
상기 정제처리유로(5)에 대해 도 1 및 도 2에서는 3개의 분기유로를 형성함을 보여주고 있으나, 2개 내지 N(자연수)개의 구성도 가능하다.
상기 정제처리유로(5) 상에는 분배된 CDA정제컬럼(7)이 구비된다.
이때, 상기 CDA정제컬럼(7)은 설치되는 각각의 선단과 후단에 위치하여 정제처리유로(5) 상에 CDA의 유입 제어를 위한 유입오토밸브(8a)와 CDA의 배출 제어를 위한 배출오토밸브(8b)가 구비된다.
여기에서, 상기 정제처리유로(5) 상에 각각 구비되는 분배된 2개 이상의 CDA정제컬럼(7)은 정제모드 또는 재생모드로 선택적 사용이 가능하며, 정제모드와 함께 재생모드를 동시에 수행하는데 사용할 수도 있다.
여기에서, 상기 CDA정제컬럼(7) 중 어느 하나가 정제모드로 사용된 경우 정제된 CDA는 정제CDA배출구(6)로 유도되어 배출되고, 상기 CDA정제컬럼(7) 중 다른 하나가 재생모드로 사용된 경우 정제모드의 CDA정제컬럼을 통해 정제된 CDA를 재생모드의 CDA정제컬럼으로 역유입하여 흘려보냄으로써 역세척하는 구성을 갖도록 설계한다. 그리고 역세척에 사용한 정제된 CDA에 대해 열교환기(50)를 경유하여 재생 및 릴리프 벤트구(9)로 유도 배출되게 설계한다.
상기 정제모드는 CDA정제컬럼(7)의 내부에 CDA에 혼입된 불순물을 흡착 제거하기 위한 불순물 제거용 흡착재를 충진한 상태에 CDA를 흘려보내 불순물의 흡착 제거를 통한 CDA 정제를 수행하기 위한 것이다.
상기 재생모드는 CDA정제컬럼(7)의 내부에 충진된 불순물 제거용 흡착재를 정제모드로 사용함에 따라 흡착효능이 저하되었을 때, 이를 재사용 가능하게 재생공정 처리를 수행하기 위한 것이다.
상기 분기되는 둘 이상의 유로를 갖는 정제처리유로(5) 상에 구비되는 분배된 CDA정제컬럼(7) 각각에는 정제모드 또는 재생모드로 사용시 필요에 따라 가열 처리를 수행하기 위한 가열수단(20)이 설치되고, 상기 가열수단(20)의 작동시 CDA정제컬럼(7) 내 온도를 체크하기 위한 온도감지센서(30)가 함께 설치될 수 있다.
앞서 기재한 바와 같이, 상기 정제처리유로(5) 상에 구비되는 CDA정제컬럼(7)의 각각에는 그 내부에 불순물 제거용 흡착재가 충진되어 CDA에 혼입된 각종 불순물들을 제거하는데 사용된다.
상기 흡착재는 흡착성 소재 65~75중량%와 미네랄 바인더 25~35중량%가 혼합된 혼합물로 이루어진다.
상기 흡착성 소재로는 제올라이트, 규조토, 벤토나이트, 일라이트 등을 예로 들 수 있으며, 이들 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 조합할 수 있다.
상기 미네랄 바인더는 결합성 소재로 기능하기 위한 것으로서, 칼슘(Ca), 칼륨(K), 인(P), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 아연(Zn), 철(Fe), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 셀레늄(Se) 등을 예로 들 수 있으며, 이들 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 조합할 수 있다.
상기 흡착재는 분말 또는 펠릿 타입으로 구비되는 것으로서, 밀도 0.3~2.3g/㎤의 조건을 만족함이 바람직하다.
상기 흡착재는 CDA정제컬럼(7)의 내부공간 상에 20~100%가 충진될 수 있다.
상기 흡착재는 흡착성 소재 65~75중량%와 미네랄 바인더 25~35중량%가 혼합된 혼합물로 구성함으로써 CDA에 혼입된 CO2, H2O 및 총유기탄소(TOC), 아민, 암모니아, 황, 내화화합물, 프탈레이트, 및 질소산화물(NOx) 등을 포함한 각종 불순물 성분들을 흡착하여 용이하게 정제 처리할 수 있으며, 출구 불순물에 대해 ppb(parts per billion) 수준 이하로 감소시킬 수 있다.
본 발명에서는 상기 정제CDA배출구(6)에 연결되는 정제처리유로(5)의 끝단부 상에 구비되고, CDA정제컬럼(7)을 통해 정제된 CDA를 샘플링하여 상태 분석하기 위한 정제CDA 샘플분석부(10)를 포함한다.
상기 정제CDA 샘플분석부(10)는 상기 CDA정제컬럼(7)을 통해 정제된 CDA를 샘플링 채취하기 위한 정제CDA 샘플링라인(11)과, 상기 정제CDA 샘플링라인(11)에 연결 구비되는 정제CDA 샘플분석기(12)와, 상기 정제CDA 샘플링라인(11)에서 분기되고 끝단이 재생 및 릴리프 벤트구(9)에 연결되는 정제CDA 샘플링분기라인(13)과, 상기 정제CDA 샘플링분기라인(13) 상에 구비되는 H2O센서(14)와, 상기 정제CDA 샘플링분기라인(13) 상에 구비하되 H2O센서(14)의 전단에 순차 설치되는 개폐밸브(15) 및 오리피스(16)와, 상기 정제CDA 샘플링분기라인(13) 상에 구비하되 H2O센서(14)의 후단에 순차 설치되는 개폐밸브(17) 및 체크밸브(18)를 포함하는 구성일 수 있다.
상기 H2O센서(14)는 정제된 CDA에 수분이 어느 정도 포함되어 있는지를 감지하기 위한 구성이다.
또한, 본 발명에서는 상기 CDA공급유로(2) 상에서 분기되고 끝단이 정제CDA배출구(6)로 향하는 정제처리유로(5)에 연결되는 바이패스유로(40)를 포함한다.
상기 바이패스유로(40) 상에는 바이패스탱크(41)가 설치되어 구비된다.
상기 바이패스유로(40) 상에는 바이패스탱크(41)의 전후단에 각각 전단개폐밸브(42) 및 후단개폐밸브(43)가 설치된다.
상기 바이패스탱크(41)의 후단에 위치되는 바이패스유로(40)에서 분기되고 끝단이 재생 및 릴리프 벤트구(9)로 연결되는 바이패스분기유로(44)를 포함한다.
상기 바이패스분기유로(44) 상에는 개폐밸브(45) 및 오리피스(46)가 순차 설치된다.
여기에서, 상기 바이패스유로(40) 및 바이패스탱크(41)는 CDA공급유로(2)를 통해 공급되는 CDA에 있어 혼입된 불순물이 레벨 수준 이하 등 아주 미약하여 정제 공정이 필요없는 경우, 공급 초입부분에서 바로 바이패스 처리하기 위한 용도이다.
여기에서, 상기 바이패스분기유로(44)는 CDA정제컬럼(7)을 사용한 정제모드나 재생모드 처리시 CDA정제컬럼(7) 내에서 과압이 발생되면, 유로 개방을 통해 CDA정제컬럼(7)에서 발생된 과압 부분을 재생 및 릴리프 벤트구(9)로 바로 유도하여 배출시키기 위한 용도이다.
또한, 상기 바이패스유로(40) 및 바이패스탱크(41)는 CDA공급유로(2)를 통해 공급되는 CDA에 있어 CDA의 공급 과잉시 초과분을 바이패스시키는데 사용함과 동시에 상기 바이패스분기유로(44)를 개방하여 바이패스되는 CDA의 과잉 분량을 재생 및 릴리프 벤트구(9)로 유도하여 배출하는 용도로 사용될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 청정건조공기(Clean Dry Air; CDA)용 정제유닛을 포함하는 정제시스템의 동작을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
설명의 편의 및 이해도를 높이기 위해 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 정제처리유로(5) 상에 3개의 CDA정제컬럼을 병렬 배치하는 설계를 위주로 설명하는 것으로 하며, 3개의 분배된 CDA정제컬럼에 대해서는 7a, 7b, 7c로 부호를 붙여 구분하기로 한다.
이때, 3개의 CDA정제컬럼(7a)(7b)(7c)에는 각각 동일한 조성을 갖는 흡착재가 동일한 조건으로 내부에 충진된다.
먼저, 정제모드에 대해 설명하면, 정제처리유로(5) 상에 설치된 2개의 CDA정제컬럼(7a)(7b)을 CDA의 정제 처리를 위한 정제컬럼으로 사용한다.
CDA주입구(1)를 통해 CDA공급유로(2)로 공급되는 불순물이 혼입된 CDA는 정제처리유로(5) 상에 설치된 2개의 CDA정제컬럼(7a)(7b)으로 각각 유입되어 내부에 충진된 흡착재와 접촉된 후 배출된다.
이때, 불순물이 혼입된 CDA는 2개의 CDA정제컬럼(7a)(7b) 각각에서 흡착재와의 접촉에 따라 불순물이 흡착재에 흡착되어 제거된다.
즉, CDA에 혼입된 CO2, H2O 및 총유기탄소(TOC), 아민, 암모니아, 황, 내화화합물, 프탈레이트, 및 질소산화물(NOx) 등을 포함한 각종 불순물 성분들이 ppb(parts per billion) 수준 이하로 감소되고, 정제된 CDA는 정제CDA배출구(6)로 유도 배출된다.
그리고, 재생모드에 대해 설명하면, 정제모드에 사용하지 않았던 나머지 1개의 CDA정제컬럼(7c)을 사용하여 실시하며, 정제모드의 실행시 함께 공정 처리한다.
이때, 정제모드에 사용하지 않았던 나머지 1개의 CDA정제컬럼(7c)은 이미 정제 처리공정에 다수 회 사용한 것으로서, CDA정제컬럼(7c) 내에 충진된 흡착재가 불순물 흡착에 의해 오염된 상태에 있음을 전제 조건으로 한다.
CDA정제컬럼(7c) 내에서 오염된 상태에 있는 흡착재의 재생을 위해, 정제모드에 사용되고 있는 2개의 CDA정제컬럼(7a)(7b)에 의해 정제 처리된 CDA를 후단에서 역유입시킨 후 전단을 통과하여 재생 및 릴리프 벤트구(9)로 유도 배출시킨다.
오염된 흡착재를 갖는 CDA정제컬럼(7c)에서는 정제된 CDA의 역유입에 의해 역세척을 수행하게 되며, 오염된 흡착재에 대해 다시 사용 가능한 상태로 재생시킨다.
이와 같은 재생모드는 정제모드와 함께 실행하고, 정제모드 과정으로부터 산출된 정제 CDA를 활용하므로 별도의 에너지원 및 오염제거원을 투입할 필요가 없게 되며, 간편하면서도 경제성을 가지고 흡착재를 재생시켜 다시 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 정제모드와 함께 재생모드를 동시에 실시하므로 기존에 비해 재생공정에 소요되는 시간을 절감할 수 있다.
이에 따라, 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 CDA용 정제유닛 및 이를 포함하는 CDA용 정제시스템을 통해서는 CDA(청정건조공기)로부터 제조시 또는 사용에 의해 혼입된 CO2, H2O 및 총유기탄소(TOC), 아민, 암모니아, 황, 내화화합물, 프탈레이트, 및 질소산화물(NOx) 등을 포함한 각종 불순물 성분들을 흡착하여 용이하게 정제 처리할 수 있으며, CDA(청정건조공기)로부터 이들의 사용에 의해 혼입된 각종 불순물들의 수준을 기준치 이하로 낮춰 고순도 또는 초고순도 상태로 정제할 수 있고 대상 가스인 CDA에 대한 정제효율을 높일 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
특히, 반도체공정 중 포토장비(ASML, CANON, CYMER, Nikon 등) 공급용으로 더욱 유용하게 사용할 수 있으며, 노광 프로세스에 영향을 주는 휘발성 유기물(Volatile orgnic) 및 비휘발성 유기물(Non Volatile ornic) 등의 유기물을 10ppt 이하로 정제할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
또한, CDA정제컬럼에 대해서는 정제모드와 재생모드를 번갈아가며 실행할 수 있으므로 시스템의 전반적인 운용성과 효율성 및 경제성을 추구할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되지 않는다 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 권리범위 내에 속한다 할 것이다.
1: CDA주입구 2: CDA공급유로
3: 공급CDA 샘플분석부 4: CDA질량유량측정기
5: 정제처리유로 6: 정제CDA배출구
7: CDA정제컬럼 9: 재생 및 릴리프 벤트구
10: 정제CDA 샘플분석부 11: 정제CDA 샘플링라인
12: 정제CDA 샘플분석기 13: 정제CDA 샘플링분기라인
14: H2O센서 20: 가열수단
30: 온도감지센서 40: 바이패스유로
41: 바이패스탱크 44: 바이패스분기유로
50: 열교환기
3: 공급CDA 샘플분석부 4: CDA질량유량측정기
5: 정제처리유로 6: 정제CDA배출구
7: CDA정제컬럼 9: 재생 및 릴리프 벤트구
10: 정제CDA 샘플분석부 11: 정제CDA 샘플링라인
12: 정제CDA 샘플분석기 13: 정제CDA 샘플링분기라인
14: H2O센서 20: 가열수단
30: 온도감지센서 40: 바이패스유로
41: 바이패스탱크 44: 바이패스분기유로
50: 열교환기
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- 반도체 제조공정을 비롯하여 각종 정밀 생산공정 등에 사용되는 청정건조공기(CDA)로부터 제조시 또는 사용에 의해 혼입된 각종 불순물 성분들을 제거하여 정제 처리하기 위한 CDA용 정제시스템에 있어서,
각종 불순물 성분들이 혼입된 상태의 CDA를 주입하기 위한 CDA주입구;
상기 CDA주입구에 연결되어 정제 대상인 CDA를 경로 상에 공급하기 위한 CDA공급유로;
상기 CDA공급유로에 시작단이 연결되고, 공급되는 CDA의 정제 공정을 수행하기 위한 유로로서, 분기되는 둘 이상의 유로를 가질 수 있으며 끝단이 정제CDA배출구에 연결되는 정제처리유로;
상기 분기되는 둘 이상의 유로를 갖는 정제처리유로 상에 각각 구비되는 CDA정제컬럼;
상기 CDA정제컬럼 각각의 내부에 충진되어 불순물을 제거하는데 사용되는 흡착재;
상기 CDA정제컬럼 각각의 선단과 후단에 배치되는 유입오토밸브 및 배출오토밸브;
상기 CDA공급유로 상에서 분기되고 끝단이 정제CDA배출구로 향하는 정제처리유로에 연결되는 바이패스유로;
상기 바이패스유로 상에 구비되는 바이패스탱크;
상기 바이패스탱크의 후단에 위치되는 바이패스유로에서 분기되고 끝단이 재생 및 릴리프 벤트구로 연결되는 바이패스분기유로;
상기 바이패스유로 상에 구비하되, 바이패스탱크의 전후단에 각각 설치되는 전단개폐밸브 및 후단개폐밸브;
상기 바이패스분기유로 상에 순차 설치되는 개폐밸브 및 오리피스; 를 포함하며,
상기 정제처리유로 상에 연결 구비된 둘 이상의 CDA정제컬럼 중에서 어느 하나의 CDA정제컬럼에 대해 정제모드가 아닌 재생모드로 사용하여 불순물 제거용 흡착재를 재생시키도록 공정 처리하되, 정제모드의 CDA정제컬럼을 통해 정제된 CDA를 역유입하여 흘려보냄으로써 역세척한 후, 역세척에 사용한 정제된 CDA에 대해 열교환기를 경유하여 재생 및 릴리프 벤트구로 유도 배출되게 구성하는 것을 특징으로 하는 CDA용 정제시스템. - 제 3항에 있어서,
상기 CDA공급유로의 초입부 상에 구비되고, CDA공급유로를 통해 공급되는 CDA를 샘플링하여 상태 분석하기 위한 공급CDA 샘플분석부;
상기 CDA공급유로의 초입부 상에 공급되는 CDA의 질량 측정을 통해 총 유량을 측정함으로써 CDA의 유량을 체크 및 조절하기 위한 CDA질량유량측정기;
상기 정제CDA배출구에 연결되는 정제처리유로의 끝단부 상에 구비되고, CDA정제컬럼을 통해 정제된 CDA를 샘플링하여 상태 분석하기 위한 정제CDA 샘플분석부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 CDA용 정제시스템. - 제 4항에 있어서,
상기 정제CDA 샘플분석부는,
상기 CDA정제컬럼을 통해 정제된 CDA를 샘플링 채취하기 위한 정제CDA 샘플링라인;
상기 정제CDA 샘플링라인에 연결 구비되는 정제CDA 샘플분석기;
상기 정제CDA 샘플링라인에서 분기되고 끝단이 재생 및 릴리프 벤트구에 연결되는 정제CDA 샘플링분기라인;
상기 정제CDA 샘플링분기라인 상에 구비되는 H2O센서;
상기 정제CDA 샘플링분기라인 상에 구비하되, H2O센서의 전단에 순차 설치되는 개폐밸브 및 오리피스;
상기 정제CDA 샘플링분기라인 상에 구비하되, H2O센서의 후단에 순차 설치되는 개폐밸브 및 체크밸브; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 CDA용 정제시스템. - 삭제
- 제 3항에 있어서,
상기 분기되는 둘 이상의 유로를 갖는 정제처리유로 상에 구비되는 CDA정제컬럼 각각에는 정제모드 또는 재생모드로 사용시 필요에 따라 가열 처리하도록 가열수단이 설치되고,
상기 가열수단의 작동시 CDA정제컬럼 내 온도를 체크하기 위한 온도감지센서가 함께 설치되는 것을 특징으로 하는 CDA용 정제시스템. - 제 3항에 있어서,
상기 흡착재는,
제올라이트, 규조토, 벤토나이트, 일라이트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 조합된 흡착성 소재 65~75중량%와,
미네랄 바인더 25~35중량%가 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 CDA용 정제시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 흡착재는 분말 또는 펠릿 타입으로 구비되어 CDA정제컬럼의 내부공간 상에 20~100%가 충진되고 밀도 0.3~2.3g/㎤이며,
상기 미네랄 바인더는 결합성 소재로 기능하기 위한 것으로서, 칼슘(Ca), 칼륨(K), 인(P), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 아연(Zn), 철(Fe), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 셀레늄(Se) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 조합된 것을 특징으로 하는 CDA용 정제시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230085538A KR102600758B1 (ko) | 2023-07-03 | 2023-07-03 | Cda용 정제시스템 |
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| KR102600758B1 true KR102600758B1 (ko) | 2023-11-10 |
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ID=88742183
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