KR20040025749A - 공기 정화 장치 - Google Patents
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Abstract
공기 중의 분자상 오염물질을 용이하게 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 오염제거장치에 의한 역오염을 방지할 수 있는 공기 정화 장치가 개시되어 있다. 이러한 공기 정화 장치는 하부 구조물, 하부 구조물상에 위치하고, 빛과 반응하여 공기오염물질을 제거하는 광촉매가 포함된 광촉매 함유층, 그리고 광촉매 함유층상에 위치하고, 광촉매에 의한 역오염을 방지하는 보호층을 가진다. 광촉매를 사용하여 공기중의 오염물질을 용이하게 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 광촉매에 의한 역오염을 방지할 수 있으며, 이러한 공기 정화 장치를 반도체소자 제조용 청정실 또는 설비에 적용하는 경우 효율적인 오염제어가 가능해져 수율과 생산성의 향상을 가져올 수 있게 된다.
Description
본 발명은 공기 정화 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 광촉매를 이용하여 공기중의 오염물질을 제거하는 공기 정화 장치에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 고집적화로 인하여 디자인 룰(design rule)은 서브마이크론(submicron) 시대로 접어들었고, 이러한 경향을 뒷받침하기 위한 새로운 기술의 발전은 더욱 가속화되고 있다. 구체적으로, 반도체 연구기관인 세마텍(SEMATECH)에 따르면 2002년에는 0.13 ㎛의 디자인 룰의 기술을 적용한 디 램(Dynamic Random Access Memory; DRAM)의 양산화가 가능하며, 이러한 고집적화 경향에 비례한 수율 및 생산성 향상을 달성하기 위하여 반도체 제조 환경에서의 오염 제어의 중요성이 부각되고 있다.
종래 반도체 제조 환경에서의 오염 제어는 주로 금속 오염 및 입자 오염에 초점이 맞추어져 왔으나, 에어 필터(air filter)의 지속적인 개발에 의해 0.1 ㎛ 이하의 입자까지도 제어가 이루어지고 있다. 이에 비해, 공기 오염(ambient contamination)으로 총칭되는 청정실(clean room) 대기 중의 분자상 오염은 화학적으로 눈에 보이지 않는(nonvisual) 특성 때문에 오염 제어 기술 관점에서 입자에 비하여 상대적으로 많은 연구 및 제어 시스템 개발이 이루어지지 않고 있다.
그러나, 광증폭형 레지스터에서 암모니아 오염에 의해 발생하는 티-톱(T-top) 불량이나, 유기물에 의한 게이트 산화막의 내성 저하의 경우와 같이 공기 오염에 의한 공정 불량 사례가 보고되고 있어, 공기 오염에 대한 제어 기술이 절실히필요한 상태이다.
상술한 분자 오염에 의한 공정 불량 발생 등의 문제를 해결하기 위하여 물 분사 시스템(Water Showering System; WSS) 및 각종 화학 필터(chemical filter)를 설치하여 제어하고 있다.
WSS는 노즐을 통하여 분사된 물이 형성하는 미세한 크기의 액적과 부유 분진과의 충돌 흡착 원리에 의해 오염물을 제거하는 것으로서, 기류에 포함된 부유 분진이 액적에 접근하여 충돌하면서 포집되어 제거되는 원리를 이용한다. 그러나 WSS의 경우에는 외부로부터 유입되는 오염에 대한 제어만 가능하고 내부 발생 오염에 대해서는 제어가 불가능하다는 단점이 있다.
청정실에서 채용되는 대표적인 화학 필터로는 활성 탄소 필터와 이온 교환 수지(Ion Exchange Fiber; IEF) 필터 등을 예시할 수 있다. 활성 탄소 필터는 활성 탄소를 잘게 파쇄하여 압축성형하고 여기에 특정 성분을 포집할 수 있는 침착물을 코팅한 것으로서, 주로 오존, 유기물, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등을 제거하기 위한 목적으로 사용된다. 그리고, IEF 필터는 섬유질에 다양한 작용기를 침착시켜 제조되며 이온을 포집하기 위한 목적으로 사용되는데 주로 암모니아와 같은 양이온을 제거하게 된다.
그러나 화학적 필터의 경우에는 외부 유입 및 내부 발생 오염에 대한 제어가 가능하나 초기 투자비뿐만 아니라 유지비용이 많이 소요된다는 단점이 있어 새로운 오염제어기술이 필요한 상태이다.
상술한 문제점을 해결하고, 반도체 제조 청정실 및 설비 내의 공기 오염을효과적으로 제어하기 위하여 광촉매를 이용한 반도체 제조 청정실 및 설비내의 공기 정화 장치가 다수 알려져 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 광촉매를 이용한 공기 정화 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 광촉매를 이용한 공기 정화 장치는 하부 구조물(10), 및 광촉매 함유층(20)을 포함한다.
상기 하부 구조물(10)은 반도체 제조를 위한 청정실의 벽면, 반도체 제조를 위한 각종 설비, 또는 별도의 패널 등 광촉매를 도포할 수 있는 공기정화가 필요한 곳에 위치하는 물체이면 어느 것이건 가능하다.
상기 광촉매 함유층(20)은 상기 다양한 하부구조물에 도포하여 형성하며, 빛과 반응하는 광촉매를 이용하여 실제로 공기중의 오염물질을 제거하는 역할을 한다. 구체적으로 광촉매 반응은 광촉매 활성을 지닌 반도체 물질에 밴드 갭(bandgap) 이상의 에너지를 가함으로서 생성되는 전자/정공 쌍으로부터 환원/산화 반응을 이용한 방법으로, 광촉매에서 얻는 높은 산화/환원 전위는 대부분의 환경 오염 물질을 정화시킬 수 있어, 대기오염 물질 및 악취를 제거하고, 뛰어나 항균 작용을 한다.
예를 들어, 대한민국 공개 특허 제10-2001-0082956호(2001년 08월 31일 공개)에는 광촉매를 이용한 정화시스템을 개시하고 있는데, 구체적으로 상기 정화시스템은 외부에서 유입되는 유체를 정화시키는 광촉매가 상기 유체와 분리된 형태로 형성되어 상기 유체를 정화시키는 광촉매 구조물과 상기 광촉매 구조물의 내부에형성된 광원으로 구성된 복수 개의 셀로 이루어진 고정화된 광촉매 반응기와, 상기 고정화된 광촉매 반응기로의 유체 유입 및 상기 고정화된 광촉매 반응기에서 정화된 유체를 외부로 유출하는 통로부를 포함하여 구성되어 있다.
그러나 상기와 같이 단순히 광촉매만을 사용하는 경우, 공기 중의 환경 오염 물질을 정화할 수 있는 효과가 있지만, 광촉매가 포함된 도료를 도포한 후에 시간이 지남에 따라 광촉매가 도료로부터 떨어져 나가 2차 오염원으로 작용하는 문제점이 있다.
도 2는 도 1에 도시한 공기 정화 장치를 사용하는 경우 나타나는 역오염을 나타내는 모식도이다.
도 2를 참조하면, 광촉매로 TiO2를 사용하는 경우 광촉매 반응후 광촉매(22) Ti가 광촉매 함유층(20)으로부터 이탈되어 새로운 오염원으로 작용하는 것을 나타낸다.
도 3은 상기 도 1에 도시한 공기 정화 장치를 반도체 제조과정에 적용한 경우 관찰되는 불량발생을 나타내는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)사진이다. 이는 실제 반도체 제조공정에서 공기 정화 장치에 광촉매를 사용하는 경우 광촉매 함유층의 Ti가 이탈되어 반도체 칩 상에서 관찰되는 사진이다. 이는 새로운 오염원으로 작용하여 반도체 제조공정의 불량발생 요인이 되며, 생산성을 저하시키는 원인이 된다.
따라서, 광촉매를 이용한 공기 정화 장치를 반도체 제조를 위한 청정실 및설비에 적용하는 경우, 공기정화효율을 유지하면서 동시에 광촉매에 의한 역오염에 따른 반도체 소자의 불량 발생을 방지할 수 있는 기술이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 공기중의 오염물질을 용이하게 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 오염제거장치에 의한 역오염을 방지할 수 있는 공기 정화 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 광촉매를 이용한 공기 정화 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 공기 정화 장치를 사용하는 경우 발생하는 역오염을 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 1에 도시한 공기 정화 장치를 반도체 제조과정에 적용한 경우 관찰되는 불량발생을 나타내는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 정화 장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 광촉매의 공기 정화 메커니즘을 나타내는 모식도이다.
도 6은 광촉매를 이용한 질소산화물 제거 효율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 4에 도시한 단면도의 E 부분의 확대단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 하부 구조물도체 기판20 : 광촉매 함유층
22 : 광촉매 30 : 보호층
40 : 오염물질 40a :정화된 물질
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하부 구조물, 상기 하부 구조물상에 위치하고, 빛과 반응하여 분자상의 공기오염물질을 제거하는 광촉매를 포함하는 광촉매 함유층, 및 상기 광촉매 함유층상에 위치하고, 상기 광촉매에 의한 역오염을 방지하는 보호층을 포함하는 공기 정화 장치를 제공한다.
상술한 하부 구조물이란 반도체 제조를 위한 청정실의 벽면, 반도체 제조를 위한 설비 또는 별도의 패널일수 있고 패널인 경우 공기 청정화가 필요한 곳에 설치할 수 있다. 상기 광촉매로는 산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO), 황화 카드뮴(CdS) 또는 산화텅스텐(WO3) 등 종래에 알려진 광촉매 등을 사용할 수 있으며, 이러한 광촉매를 함유하는 도료를 제조하여 상기 패널 등에 도포함으로써 광촉매함유층을 형성하고, 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs), COx, 또는 NOx 등의 오염물질을 정화한다. 또한 상술한 보호층은 빛 및 공기오염물질은 통과시키고, 상기 광촉매는 통과시키지 않는 필터로써 구현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 광촉매를 사용하여 공기중의 오염물질을 용이하게 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 광촉매에 의한 역오염을 방지할 수 있다. 또한 이러한 공기 정화 장치를 반도체소자 제조시 청정실 또는 설비에 적용함으로써 효율적인 오염제어가 가능해져 수율과 생산성의 향상을 가져올 수 있게 된다.
이하, 본 발명을 첨부하는 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 정화 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 공기 정화 장치는 하부 구조물, 광촉매 함유층 그리고 보호층을 포함한다.
상기 하부 구조물(10)은 고도의 공기정화가 필요한 곳이면 어디든지 적용이 가능하다. 반도체 제조 과정에 적용하는 경우를 예로 들면, 상기 하부 구조물(10)은 반도체 제조를 위한 청정실의 벽면, 반도체 제조를 위한 설비일수도 있고, 이러한 설비나 장치에 직접 적용하기 힘든 경우는 별도의 패널일수도 있다. 이러한 패널에 후술하는 층들을 형성하여 패널을 공기정화가 필요한 곳에 설치할 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 공기 정화 장치는 광촉매 함유층(20)을 포함한다. 이러한 광촉매 함유층(20)은 광촉매(22)를 도료 등에 섞어서 상시 하부 구조물(10)상에 도포한다. 광촉매로는 산화티탄(TiO2), 산화 아연(ZnO), 황화 카드뮴(CdS) 또는 산화텅스텐(WO3) 등을 단독으로 또는 둘 이상 선택하여 혼합하여 사용할 수 있다.
이러한 광촉매 함유층(20)의 광촉매(22)는 가시광선, 자외선, 또는 전기적에너지와 반응하여 VOCs, COx, 또는 NOx 등의 공기오염물질을 제거하고 악취를 제거하며, 항균작용을 한다.
광촉매에 의한 공기정화과정 및 그 효과를 도면을 참조하여, 살펴보면 다음과 같다.
도 5는 광촉매의 공기 정화 메커니즘을 나타내는 모식도이다.
도 5를 참조하면, 광촉매 반응은 광촉매 활성을 지닌 반도체 물질의 밴드 갭 이상의 에너지를 가함으로서 생성되는 전자/정공 쌍으로부터 환원/산화 반응을 이용한 방법으로, 광촉매에서 얻는 높은 산화/환원 전위는 대부분의 환경 오염 물질을 정화할 수 있어, 대기오염 물질 제거, 악취 제거, 항균 작용 등이 가능하다.
구체적으로, 가시광선, 자외선, 전기적인 에너지 등에 의해 전자를 방출하게 되는 ZnO, CdS, WO3, TiO2등은 촉매로서 작용하게 된다. 촉매는 화학 반응에서 자신은 변하지 않고 반응 속도를 변화시키거나 반응을 개시시키는 역할을 수행하는 화합물로서 상기 촉매는 빛 또는 전기 에너지에 의해 촉매 작용을 수행하는 것이다. 상기 화합물은 약 400Å 부근의 빛에너지에 의해 광전자를 방출하게 된다. 상기 파장 영역은 근자외선 또는 가시광선 영역으로서 이러한 에너지를 받으면 여기되어 광전자를 방출하는 것이다. 따라서 별도의 에너지를 적용하지 않더라도 자연광에 의해서도 전자가 방출되어 어느 정도의 오염 물질 제거 효과를 얻을 수 있게 된다.
상술한 역할을 수행하는 광촉매는 이러한 반응을 수행하여도 자신은 변화되지 않기 때문에 반영구적으로 사용할 수 있어서 일단 제조하면 이를 교체할 필요도 없으며 이의 유지 관리를 위한 비용 발생이 거의 없게 된다.
도 6는 광촉매를 이용한 질소산화물 제거 효율을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 광촉매로 TiO2를 3㎜ 도포한 4ℓ용기에 20 ppm 농도의 일산화질소(NOx)를 충진한 후 시간별 농도를 측정한 것으로서, 용기내의 일산화질소가 30 분 경과 후 99% 분해됨을 알 수 있다.
이러한 광촉매를 이용한 공기 정화 장치는 반도체 제조설비 뿐만 아니라 공기정화가 필요한 곳이면 어느 곳이든 사용이 가능하다. 예를 들면, 보도용 블록이나 건물의 외벽에 적용함으로써 대기 오염을 일정부분 정화시킬 수도 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 공기 정화 장치는 보호층(30)을 포함한다. 보호층(30)은 상기 광촉매 함유층상에 위치하고, 상기 광촉매에 의한 역오염을 방지한다.
도 7는 도 4에 도시한 단면도의 E 부분의 확대단면도이다.
도 7을 참조하면, 상기 보호층(30)은 광촉매 함유층(20)에 도포되어 있는데, 상기 두 개의 층 사이를 확대하여 보면, 빛과 공기오염물질(40)은 보호층(30)을 자유로이 통과하여, 광촉매에 의한 공기정화 작용이 수행되고, 그 결과 공기오염물질(40)은 정화된 물질(40a)로 변화한다. 그러나 광촉매(22)는 보호층(30)을 통과할 수 없어서 외부 공기로 이탈되지 않는다.
보호층(30)의 역할은 광촉매에 의한 역오염을 방지하는 것이지만, 동시에 광촉매에 의한 공기정화기능을 감소시키는 문제점을 발생시켜서는 아니된다. 즉 광촉매에 의한 역오염을 방지하기 위하여는 상기 광촉매 함유층(20)에서 이탈되는 광촉매(22)가 외부로 이탈되지 않도록 광촉매는 통과시키지 않아야 하고 동시에 광촉매에 의한 공기정화효과를 유지시키기 위해서는 광촉매와 반응하는 빛 및 공기오염물질은 광촉매함유층과 반응하도록 통과시킬 수 있어야 한다.
따라서 본 발명에 적용될 수 있는 보호층은 이러한 선택적 투과성을 가지는 필터이면 어느 것이건 가능하다. 즉 Ti 입자의 직경이 통상 5 내지 10 ㎛이고 공기오염물질 및 정화된 물질은 이보다 극히 작은 직경을 가지고 있으므로, Ti 입자는 통과시키지 않고 공기오염물질 및 정화된 물질은 자유로이 통과시키기 위해서는 직경이 10 ㎛이하인 구멍이 형성되어 있는 다공성의 섬유 또는 세라믹 재질의 멤브레인 필터 등이 사용될 수 있다. 종래 광촉매에 대한 연구 및 이를 이용한 공기 정화 장치는 공기정화 효율이 우수한 촉매의 개발에 집중되어 있었으나, 반도체 제조설비와 같이 고도의 청정도가 요구되고, 미세한 공기오염이 불량을 야기하고, 이로 인해 생산성에 지대한 영향을 미치는 경우 광촉매의 정화효율이 우수한 지라도 광촉매에 의한 역오염이 발생한다면, 공기청정장치로서의 역할을 다할 수 없게 되므로 역오염을 방지할 수 있는 본 발명과 같은 기술이 요구된다.
위에서 예시한 본 발명에 따른 장치를 사용하며, 저비용, 고효율 및 재생 가능 등의 광촉매의 이점을 최대한 이용하는 동시에 역오염을 방지할 수 있어, 반도체 소자 제조용 청정실 및 각종 설비내의 공기오염을 효과적으로 제거할 수 있고, 따라서 차세대 반도체 소자 제조 환경을 한 단계 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 광촉매를 사용하여 공기중의 오염물질 악취를 용이하게 제거할 수 있고, 항균 작용을 할 수 있을 뿐만 아니라, 광촉매에 의한 역오염을 방지할 수 있다. 또한 이러한 공기 정화 장치를 반도체 소자 제조시 청정실 또는 설비에 적용함으로써 효율적인 오염제어가 가능해져 수율과 생산성의 향상을 가져올 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 하부 구조물;상기 하부 구조물상에 위치하고, 빛과 반응하여 공기오염물질을 제거하는 광촉매를 포함하는 광촉매 함유층; 및상기 광촉매 함유층상에 위치하고, 상기 광촉매에 의한 역오염을 방지하는 보호층을 포함하는 공기 정화 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하부 구조물이 반도체 제조를 위한 청정실의 벽면, 반도체 제조를 위한 설비 또는 별도의 패널인 것을 특징으로 하는 공기 정화 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광촉매 함유층이 상기 광촉매를 포함하는 도료인 것을 특징으로 하는 공기 정화 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광촉매가 산화 티탄(TiO2), 산화 아연(ZnO), 황화 카드뮴(CdS) 및 산화텅스텐(WO3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 공기 정화 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 공기오염물질은 휘발성 유기화합물(volatileorganic compounds), 탄소산화물(COx), 또는 질소산화물(NOx)인 것을 특징으로 하는 공기 정화 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보호층이 상기 빛 및 공기오염물질은 통과시키고, 상기 광촉매는 통과시키지 않는 멤브레인 필터(membrane filter)인 것을 특징으로 하는 공기 정화 장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 멤브레인 필터가 직경 10 ㎛이하의 공극을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 공기 정화장치.
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| KR101103083B1 (ko) * | 2011-06-29 | 2012-01-06 | (주) 세이텍 | 슬라이딩 힌지용 탄성구동체 |
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