KR20040073614A - 조합형 케미칼 필터의 제작 방법 - Google Patents

조합형 케미칼 필터의 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 산업이나 일반 산업분야의 공조기 등에서 발생하는 염기성 가스인 NH3, Amine, NMP와 산성가스인 SOx, NOx를 동시에 제거하기위한 조합형 케미칼 필터 및 이의 제작 방법에 관한 것이다. 조합형 케미칼 필터의 구성은 NH3, Amine과 같은 염기성 가스를 제거할 수 있는 제 1 흡착층과 SOx, NO2와 같은 산성가스를 제거할 수 있는 제 2 흡착층 그리고 중간에 이온교환수지를 이용한 필터 메디아를 삽입하는 구조로 되어 있다. 본 발명의 특징은 단일가스만 제거하는 것이 아니라 복합 가스를 동시에 제거할 수 있기 때문에 한정된 좁은 공간내에서 낮은 압력강하와 소규모 크기로 설치할 수 있기 때문에 설치비 및 유지관리비가 절감된다. 또한 대응하는 가스에 대한 흡착제의 흡착특성을 고려하여 흡착층을 구분하여 배열하기 때문에 조합형 케미칼 필터의 유해가스 제거효율을 극대화시킬 수 있다.

Description

조합형 케미칼 필터의 제작 방법{The method of manufacturing of hybrid type chemical filter}
본 발명은 일반 반도체 분야에서 케미칼 가스를 극저농도까지 제거할 수 있을 뿐만 아니라 NH3, Amine, SOx, NO2. NMP를 동시에 제거할 수 있는 조합형 케미칼 필터 제작 방법에 관한 것이다.
반도체에서 사용되어지고 있는 장치와 같은 정밀 제품은 일반적으로 규정 크기 이상의 오염 물질들이 제거된 클린룸 내에서 제조된다. 특히 반도체 제조를 위한 클린룸의 오염은 반도체 제조 수율에 직결되는 중요한 요소이다. 최근의 반도체 장치는 고집적화되고 있는 추세이며, 상기와 같은 반도체를 제조하기 위해서는 오염 물질의 제거는 필수적이다. 클린룸내의 미세한 오염 물질에 의해서 반도체 장치에는 불량률이 유발될 수 있기 때문에 클린룸내의 청정지수를 더욱 엄격히 관리하고 있다. 클린룸을 관리하기 위한 오염 물질은 미세한 먼지와 같은 입자상 물질과 산성, 염기성 가스와 같은 가스상 물질로 구분한다.
일반적으로 반도체의 클린룸 내부의 오염물들은 케미칼 필터에 의해 제어된다. 상기 설명한 케미칼 필터는 일반적으로 첨착활성탄, 이온교환수지, 이온교환부직포를 메디아로서 사용하여 케미칼 가스를 포집하는 방식을 사용하고 있다. 케미칼 가스를 제거하기 위한 메디아로서 사용되는 첨착활성탄은 활성탄의 표면 또는 세공내에 특정한 금속염을 첨착시킨 것이며, 이온교환수지와 이온교환부직포는 stylene계의 고분자 수지에 관능기(SO3H, OH)를 부착시킴으로서 특정한 가스를 제거할 수 있도록 하였다.
종래의 케미칼 필터는 하나의 오염물 또는 동일한 종류의 오염물만을 제거하 수 있도록 구성되어 있다. 그런데, 상기 클린룸 내에 유입되는 공기 중에는 다양한 종류의 오염물이 혼재하기 때문에 다양한 종류의 오염물들을 제어하기 위해 오염물들을 제어할 수 있는 각각의 케미칼 필터들을 다단으로 설치하여 사용하고 있다. 그러나, 상기와 같은 케미칼 필터들을 각각 설치하는 경우 상기 케미칼 필터들을 설치하기 위한 넓은 공간이 필요하다. 또한 상기 케미칼 필터들의 구입비용, 설치비용과 운전비용 등이 증가하게 된다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여는 케미칼 필터는 2가지 또는 3가지 이상의 오염물질을 동시에 제거할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
이러한 메디아들은 단일 가스 또는 같은 성질의 가스 제거에 사용이 용이하며, 복합가스에는 적용하기가 어렵다. 또한 성질이 다른 복합가스를 제거하기 위해서는 산성 가스를 제거할 있는 케미칼 필터와 염기성 가스를 제거할 수 있는 케미칼 필터를 직렬로 사용하여야 하기 때문에 공간을 많이 차지하는 불편함이 있으며, 케미칼 필터가 추가로 설치되기 때문에 관리하기가 어렵다.
본 발명자에 의해 이미 첨착활성탄과, 이온교환수지를 바인더를 이용하여 금속망체에 부착시키는 방법(국내특허 No. 54198, 1999.12.01, 국내특허 No. 12618, 2001,03,12))은 단일가스에 대하여 제거효율 및 성능을 향상시키는 방법이다.
본 발명은 상기와 같은 방법으로 이루어진 것이다. 본 발명은 반도체 제조 공정 등에서 성질이 다른 복합가스를 효율적으로 제거하는데 목적이 있다. 본 발명에 의한 조합형 케미칼 필터는 다양한 유해가스를 효율적으로 처리가 가능하기 때문에 필터의 다단 설치에 의한 설치비 및 운전비를 절감할 수 있으며, 공간을 최소화 할 수 있기 때문에 공간을 효율적으로 사용이 가능하다.
본 발명에 의한 조합형 케미칼 필터는 NH3와 같은 염기성 가스를 제거할 수 있는 제 1 흡착층과, SOx와 같은 산성가스를 제거할 수 있는 제 2 흡착층과 중간에 이온교환방식을 이용한 흡착 메디아를 삽입함으로서 달성한다.
도 1은 본 발명에 의한 조합형 케미칼 필터 여재의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 조합형 케미칼 필터를 구성하는 Tray의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 조합형 케미칼 필터의 조립도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 조합형 케미칼 필터 (2) : 제 1 흡착층
(3) : 제 2 흡착층 (4) : 이온교환수지
(5) : Tray (6) : 타공판
본 발명에 의한 조합형 케미칼 필터는 반도체 공정의 클린룸의 유해가스를 제어하기 위하여 사용되며, 유해가스를 복합적으로 제거할 수 있는 특징을 지니고 있다는데 그 유용성이 있다.
본 발명에 따른 복합가스를 제거하기 위한 조합형 케미칼 필터의 구성과 그 작용에 대한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
그림 1은 복합가스를 제거하기 위한 메디아의 구성도이다. 조합형 케미칼 필터(1)의 구성은 NH3와 같은 염기성 가스를 제거할 수 있는 제 1흡착층(2)과 SOx와 같은 산성 가스를 제거할 수 있는 제 2 흡착층(3)으로 구성되어있다. 복합가스를제거하기 위해서는 제 1 흡착층(2) 위에 제 2 흡착층(3)이 적층되며, 흡착 성능을 향상시키기 위하여 제 1 흡착층(2)과 제 2 흡착층(3) 사이에 본 발명자에 의해 특허 출원된 이온교환수지(4)를 메쉬에 부착시키는 방법(국내특허 No. 12618, 2001. 3. 12)으로 제조된 메디아를 삽입한다.
제 1 흡착층(2)은 NH3와 같은 염기성 가스를 제거할 수 있는 첨착활성탄으로 일반 활성탄에 H3PO4, H2SO4와 같은 산 물질 중에서 어느 한 물질을 사용한 것으로서, NH3와 같은 염기성 가스를 제거하는 메카니즘은 아래와 같다.
NH3+ H3PO4---> (NH4)2HPO4
NH3+ H2SO4---> (NH4)2SO4
제 1 흡착층(2)으로 사용되는 첨착활성탄의 첨착물인 H3PO4, H2SO4의 양은 중량비로 5-40'%정도가 첨착되어 사용된다.
제 2 흡착층(3)은 SO2와 같은 산성가스를 제거할 수 있는 첨착활성탄으로 일반활성탄에 KOH, K2CO3, KI와 같은 염기성 물질 중에서 어느 한 물질을 사용한 것으로서, SO2, NO2와 같은 산성가스를 제거하는 메카니즘은 아래와 같다.
SO2+ 2KOH ---> K2SO4+ H2
SO2+ K2CO3---> K2SO4+ CO2
SO2+ 2KI + O2---> K2SO4+ I2
2NO2+ 2KOH ---> 2KNO3+H2
제 2 흡착층(3)으로 사용되는 첨착활성탄의 첨착물인 KOH, K2CO3, KI의 양은 중량비로 5-20% 정도가 첨착되어 사용된다.
또한 유해가스에 대한 흡착성능을 증가시키기 위하여 제 1 흡착층(2)과 제 2 흡착층(3) 사이에 음이온교환수지(4-1)와 양이온교환수지(4-2)를 삽입하기도 한다. 이온교환수지(4)는 단일가스에 대하여 선택성이 우수하기 때문에 어느 한 가스에 대하여 흡착성능을 향상시킬 수 있다.
그림 2는 V-Bed 형태의 조합형 케미칼 필터(1)를 구성하는 Tray(5)를 나타낸 단면도이다. Tray의 재질은 SUS 또는 알루미늄으로 되어 있으며, 양면은 직경 5 mm의 타공판(6)으로 되어 있다. Tray(5)에 흡착제를 충전 및 조립하는 방법은 다음과 같다.
1) Tray(5)는 상부와 하부케이스로 분리되어 있으며, 물 또는 알콜을 이용하여 깨끗이 세척한 후 100℃ 이상에서 건조한다.
2) 유해가스 제거용 첨착활성탄을 준비한다.
3) 하부케이스에 먼저 제 1 흡착층(2)을 충전한다.
4) 제 1 흡착층(2)을 충전한 후 그 위에 양이온교환수지(4-2)와 음이온교환수지(4-1)가 부착되어 있는 망체를 적층한다.
5) 다시 그위에 제 2 흡착층(3)을 적층한다.
6) 하부케이스에 충전이 완료되면 상부케이스의 씌워 리벳으로 고정시킨다.
그림 3은 Tray(5)를 이용하여 조립된 조합형 케미칼 필터(1)의 조립도이다. 조합형 케미칼 필터(1)는 유해가스의 제거효율을 높이고, 압력손실을 줄이기 위하여 V-bed 형태로 제작되어 있다.
실시예 1
NH3, SOx, NMP를 제거할 수 있는 조합형 케미칼 필터(1)의 구성을 표 1에 나타내었다. 이와 같은 방법으로 구성된 조합형 케미칼 필터(1)의 여재를 이용하여 NH3와 SO2가스에 대한 흡착성능 시험을 수행하였다. NH3와 SO2가스에 대한 흡착성능 시험 조건을 표 2에 나타내었다.
표 1. 실시예 1에 의한 조합형 케미칼 필터의 적층 구조
구분 적층구조
실시예 1 첨착활성탄 + 음이온교환수지 + 양이온교환수지 + 음이온교환수지 + 양이온교환수지 + 첨착활성탄
표 2 실시예 1에 의한 NH3, SO2가스에 대한 흡착성능 시험 조건
구분 수치
Air Flow(L/min) 17
Linear Velocity(m/s) 0.15
Column Dia(mm) 50
Bed Depth(mm) 20
Target Gas NH3, SO2
Concentration(ppm) 20
Temperature(℃) 23
Humidity(%-RH) 45
실시예 1에 의한 NH3와 SO2가스에 대한 흡착성능 결과를 그림 1과 그림 2에 나타내었다. 그림에서 보는바와 같이 NH3와 SO2가스에 대한 흡착성능이 우수하게 나타나는 것을 볼 수 있다.
그림 1. 실시예 1에 대한 NH3흡착성능
그림 2. 실시예 1에 대한 SO2흡착성능
실시예 2, 3, 4
실시예 2, 3, 4에 대한 조합형 케미칼 필터(1)의 구성을 표 3에 나타내었으며, 실시예 1에서 나타낸 적층 방법이 아닌 제 1 흡착층(2)과 제 2 흡착층(3)을 비율로 혼합하여 충전하였다. 혼합비율은 Vol %로 하여 혼합하였다.
표 3 조합형 케미칼 필터의 구성
구분 구성
실시예 2 H3PO4-첨착활성탄(40 Vol%) + KOH-첨착활성탄(60 Vol%)
실시예 3 H3PO4-첨착활성탄(40 Vol%) + KI-첨착활성탄(60 Vol%)
실시예 4 H3PO4-첨착활성탄(60 Vol%) + KI-첨착활성탄(40 Vol%)
조합형 케미칼 필터(1)의 구성에 따른 NH3와 SO2에 대한 흡착성능 시험을 수행하였으며, 이에 대한 시험 조건은 표 4에 나타내었다.
표 4 가스 흡착성능 시험 조건
구분 수치
Air Flow(L/min) 17
Linear Velocity(m/s) 0.15
Column Dia(mm) 50
Bed Depth(mm) 30
Target Gas NH3, SO2
Concentration(ppm) NH3(20), SO2(150)
Temperature(℃) 23
Humidity(%-RH) 45
조합형 케미칼 필터의 NH3가스 흡착성능에 대한 그래프를 그림 3과 4에 나타내었다. 실시예 2와 실시예 3에 대한 NH3흡착 성능 실험 결과 거의 유사한 흡착 특성을 나타내었다.
조합형 케미칼 필터의 SO2가스 흡착성능에 대한 그래프를 그림 5과 6에 나타내었다. 실시예 2와 실시예 3에 대한 SO2흡착 성능 실험 결과 KOH 첨착활성탄 보다 KI 첨착활성탄의 흡착성능이 약 4배이상 증가하였다
그림 3 NH3흡착성능(KOH-KI 첨착물질 변화)
그림 4 NH3흡착성능(혼합비율 변화)
그림 5 SO2흡착성능(KOH-KI 첨착물질 변화)
그림 6 SO2흡착성능(혼합비율 변화)
본 발명에 의한 조합형 케미칼 필터는 NH3, SOx를 동시에 제거할 수 있으며, 각각의 가스를 제거하기 위하여 다단으로 필터를 설치하지 않기 때문에 설치비 및 운전비를 절감할 수 있으며, 유해가스의 제거효율 또한 90% 이상의 높은 효율을 보이고 있다. 또한 설치면적을 최소화 할 수 있기 때문에 공간을 효과적으로 활용할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (10)

  1. 복합가스를 동시에 제거하기 위해 NH3와 같은 염기성 가스를 제거할 수 있는 흡착층과 SOx와 같은 산성가스를 제거할 수 있는 흡착층으로 구성된 조합형 케미칼 필터 여재 및 선택적으로 염기성 가스 및 산성가스를 제거할 수 있도록 흡착층 사이에 이온교환수지가 부착된 망체를 삽입한 조합형 케미칼 필터 메디아
  2. 제 1 항에 있어서,
    NH3와 같은 염기성 가스를 제거하는 목적으로 활성탄에 H3PO4, H2SO4등과 같은 산 첨착물질 중 어느 한 물질로 구성된 흡착제
  3. 제 2 항에 있어서,
    H3PO4, H2SO4등과 같은 산첨착물질의 첨착량은 활성탄의 중량을 기준으로 5-40%인 것을 특징으로 하는 흡착제
  4. 제 1 항에 있어서
    SOx와 같은 산성 가스를 제거하는 목적으로 활성탄에 KI, KOH, K2CO3등과 알카리 금속 첨착물질 중 어느 한 물질로 구성된 흡착제
  5. 제 4 항에 있어서
    KI, KOH, K2CO3등과 같은 알카리 금속 첨착물질의 첨착량은 활성탄의 중량을 기준으로 5-20% 인 것을 특징으로 하는 흡착제
  6. 제 1 항에 있어서
    복합가스를 동시에 제거하기 위하여 염기성 가스를 제거할 수 있는 흡착층 위에 산성가스를 제거할 수 있는 흡착층을 적층한 구조
  7. 제 1 항에 있어서
    복합가스를 동시에 제거하면서 특정한 가스를 선택적으로 향상시키기 위하여 이온교환수지가 부착되어 있는 망체를 염기성 가스와 산성 가스 제거용 흡착층 사이에 삽입하는 구조
  8. 복합가스를 동시에 제거하면서 복합가스에 대한 흡착성능을 조절하기 위하여 염기성 가스를 제거할 수 있는 흡착층과 산성가스를 제거할 수 있는 흡착층을 혼합하여 사용하는 조합형 케미칼 필터 메디아
  9. 제 8 항에 있어서
    염기성 가스 제거용 흡착제와 산성가스 제거용 흡착제를 혼합하는 과정에서 염기성 가스 제거용 흡착제의 비율을 30-70 부피비로 유지하고, 산성가스 제거용흡착제의 비율을 30-70 부피비로 하는 조합형 케미칼 필터 메디아
  10. 복합가스를 동시에 제거하는 필터 메디아를 tray 형태로 제작하여 1개의 tray를 V-Bed 형태로 여러 tray를 삽입하여 조합형 케미칼 필터를 구성하는 구조
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