KR20170130815A - Edi를 이용한 초순수 제조 시스템 - Google Patents

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KR20170130815A KR1020160061494A KR20160061494A KR20170130815A KR 20170130815 A KR20170130815 A KR 20170130815A KR 1020160061494 A KR1020160061494 A KR 1020160061494A KR 20160061494 A KR20160061494 A KR 20160061494A KR 20170130815 A KR20170130815 A KR 20170130815A
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Abstract

본 발명은, 순수 생성 모듈에서 생성된 순수를 EDI 모듈을 이용해 정제한 후, 초순수 생성 모듈을 통과시킴으로써, 초순수의 순도가 보다 향상될 수 있는 이점이 있다.

Description

EDI를 이용한 초순수 제조 시스템{Ultra-pure water production system using electrical de-ionization}
본 발명은 EDI를 이용한 초순수 제조 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초순수를 보다 효과적으로 필터링하여 초순수의 순도를 보다 향상시킬 수 있는 EDI를 이용한 초순수 제조 시스템에 관한 것이다.
반도체소자는 패턴(Pattern)의 미세화와 고집적화가 되어감에 따라 공정 중에 발생하는 불순 파티클이나 각종 오염물에 의한 미세오염으로 제품수율이나 신뢰성에 상당한 영향을 받게 된다. 이에 대부분의 반도체 소자를 제조하기 위한 공정진행 전후에는 웨이퍼를 매우 청결한 상태로 세정하는 세정공정을 진행하게 되며, 이러한 세정 공정에서 주로 사용되는 것이 바로 초순수이다. 더욱이, 이러한 초순수는 화학, 바이오, 제약 등의 제조 공정상에서도 광범위하게 이용되고 있다.
종래에 일반적으로 사용되는 초순수 제조 장치에서는 초순수 제조 과정에서 초순수의 농도가 설정치 이하인 경우, 이를 발견한 사용자가 초순수 제조 장치의 설정을 제어하여 자체적으로 여과 순환을 시킬 수 있는 기능이 부재한 문제점이 있었다.
또한, 오로지 초순수의 생성에 치우쳐서 용도에 맞게 순수와 초순수를 각각 선택적으로 이용하는 것이 용이하지 못한 문제점이 있었다.
따라서, 사용자가 용이하게 초순수의 순도를 관리하고 사용 목적에 알맞게 초순수와 순수를 사용하기 어려운 단점을 가진다.
한국공개특허 제10-0191234호
본 발명의 목적은, 초순수의 순도를 향상시킬 수 있는 EDI를 이용한 초순수 제조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 EDI를 이용한 초순수 제조 시스템은, 외부로부터 공급되는 원수를 필터링하여 순수를 생성하는 순수 생성 모듈과; 상기 순수 생성 모듈에서 생성된 순수를 정제하는 EDI(Electrical De-ionization) 모듈과; 상기 EDI 모듈에서 이온이 제거된 순수를 저장하는 저장 탱크 모듈과; 상기 저장 탱크 모듈에서 공급되는 순수를 필터링하여 초순수를 생성하는 초순수 생성 모듈과; 상기 초순수 생성 모듈에서 생성된 초순수를 외부로 토출하는 디스펜서 모듈을 포함한다.
본 발명은, 순수 생성 모듈에서 생성된 순수를 EDI 모듈을 이용해 정제한 후, 초순수 생성 모듈을 통과시킴으로써, 초순수의 순도가 보다 향상될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 EDI를 이용한 초순수 제조 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 EDI 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 EDI를 이용한 초순수 제조 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초순수 제조 시스템(100)은, 순수 생성 모듈(110), 저장 탱크 모듈(120), 초순수 생성 모듈(130), 디스펜서 모듈(140), 순환 라인(150) 및 EDI(Electrical De-ionization) 모듈(200)을 포함한다.
상기 순수 생성 모듈(110)은, 외부로부터 공급되는 원수를 필터링하여 고입자를 제거하는 1차 필터(111)와, 상기 1차 필터(111)에서 여과된 여과 원수의 불순물을 가압 및 여과하여 순수를 생성하는 역삼투압 필터(112)와, 상기 순수의 상태 정보를 감지하여 제1순도 정보를 생성하는 제1순도 정보 생성부(113)를 포함한다.
외부의 원수 공급원으로부터 상기 1차 필터(111)로 원수를 안내하는 유로 상에는 인입 밸브(114)가 설치된다.
상기 1차 필터(111)와 상기 역삼투압 필터(112)를 연결하는 유로 상에는 원수 가압 펌프(115)가 설치된다. 상기 원수 가압 펌프(115)는 상기 역삼투압 필터(112)에서 여과가 원활하게 이루어지는데 필요한 압력을 제공한다.
상기 역삼투압 필터(112)에는 필요에 따라 순수를 배출시키기 위한 토출 유로(118)가 연결되고, 상기 토출 유로(118)상에는 드레인 밸브(116)가 설치된다.
상기 제1순도 정보 생성부(113)는, 전도도 센서(Conductivity cell)이라고도 하며, 상기 순수의 산도를 측정하는 PH센서(미도시)를 포함한다. 상기 순수의 순도는, 전기 전도도 측정 방식을 사용하여 이물질의 함유를 파악할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 전기 전도도 측정 방식 이외에 다른 여러 가지 다양한 방식들도 사용가능하다.
상기 역삼투압 필터(112)와 상기 저장 탱크 모듈(120)은 순수 저장 유로(125)에 의해 연결된다.
상기 순수 저장 유로(125)와 상기 토출 유로(118)는 바이패스 유로(119)로 연결된다. 상기 바이패스 유로(119)는, 상기 순수 저장 유로(125)에서 상기 EDI 모듈(200)이 설치된 지점보다 상류 지점에서 분기되어 형성된다.
상기 순수 저장 유로(125)와 상기 바이패스 유로(119)의 연결지점에는 삼방밸브(117)가 설치된다. 상기 역삼투압 필터(112)를 통과한 순수의 순도가 미리 설정된 기준치 이하인 경우, 상기 시스템을 제어하는 제어모듈(미도시)이 상기 삼방밸브(117)를 제어하여 상기 역삼투압 필터(112)에서 나온 순수를 상기 바이패스 유로(119)를 통해 상기 토출 유로(118)로 토출할 수 있다.
상기 EDI 모듈(200)은, 상기 순수 저장 유로(125)에서 상기 제1순도 정보 생성부(113)와 상기 저장 탱크 모듈(120)사이에 설치된다. 상기 EDI 모듈(200)은, 상기 순수 저장 유로(125)에서 상기 바이패스 유로(119)가 분기되는 지점보다 하류 지점에 설치된다.
상기 EDI 모듈(200)은, 상기 순수 생성 모듈(110)에서 생성된 순수를 정제하는 역할을 한다. 상기 EDI 모듈(200)은, 직류 전류를 이용해서 순수로부터 이온을 분리한다.
도 2를 참조하면, 상기 EDI 모듈(200)은, 복수의 셀들이 여러개로 적층되어 배치된다. 상기 EDI 모듈(200)은, 양극판(Anode)(201), 음극판(Cathode)(202), 이온 교환 수지(Resin)(212)가 포함된 생산실(Dilute chamber)(210), 상기 생산실(210)의 일측에 배치되고 양이온은 투과하고 음이온은 투과하지 못하는 양이온 투과막(Cation Permeation Membrane)(220), 상기 생산실(210)의 타측에 배치되고 음이온은 투과하고 양이온은 투과하지 못하는 음이온 투과막(Anion Permeation Membrane)(230), 상기 양이온 투과막(220)과 상기 음이온 투과막(230)을 통과한 이온이 농축되는 농축실(Concentrate chamber)(240)을 포함한다. 상기 양극판(201)과 상기 음극판(202)에 전류를 인가하면, 순수의 이온들이 상기 생산실(210)에서 분리되어 상기 농축실(240)로 이동되어, 상기 생산실(210)에서 이온이 제거된 순수가 생성된다. 상기 EDI 모듈(200)은, 이온 교환막을 사용하기 때문에, 화학 원료 사용 감소와 환경 오염의 저감 효과를 얻을 수 있다.
상기 EDI 모듈(200)은, 상기 농축실(240)에서 농축된 농축수를 외부로 배출하는 농축수 토출유로(301)와, 상기 농축수 토출유로(301)에서 분기되어 상기 농축수 중 적어도 일부를 상기 역삼투압 필터(112)의 유입측으로 순환시키는 농축수 순환유로(302)와, 상기 농축수 토출유로(301)와 상기 농축수 순환유로(302)가 분기되는 지점에 설치된 농축수 단속밸브(303)를 더 포함한다. 상기 농축수 단속밸브(303)는 상기 제어모듈(미도시)의 제어에 따라 상기 농축수 토출유로(301)와 상기 농축수 순환유로(302)를 선택적으로 개폐하는 삼방밸브이다.
상기 저장 탱크 모듈(120)은, 상기 EDI 모듈(200)에서 생성된 순수를 저장한다. 상기 저장 탱크 모듈(120)에는 저장된 순수의 수위를 감지하는 수위 감지 센서(미도시)가 구비된다. 상기 저장 탱크 모듈(120)에는 외부로부터 유입되는 공기에 함유된 오염물질을 여과하는 에어벤트 필터(미도시)가 구비된다. 상기 저장 탱크 모듈(120)에는 저장된 순수를 외부로 토출하는 토출구(121)와, 상기 순수의 토출을 단속하는 드레인 밸브(124)가 설치된다.
상기 저장 탱크 모듈(120)과 상기 초순수 생성 모듈(130)을 연결하는 연결유로(126) 상에는 순수 또는 초순수가 상기 저장 탱크 모듈(120)로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브(122)가 설치된다. 또한, 상기 연결유로(126)상에는 상기 저장 탱크 모듈(120)에서 나온 순수를 가압하는 순수 가압 펌프(123)가 설치된다.
상기 초순수 생성 모듈(130)은, 상기 저장 탱크 모듈(120) 내의 순수를 살균하는 살균부(131)와, 상기 살균부(131)에서 살균된 순수의 불순물을 여과하여 초순수를 생성하는 2차 필터(132)와, 상기 2차 필터(132)에서 여과된 초순수의 저항을 감지하여 제2순도 정보를 생성하는 제2순도 정보 생성부(133)와, 상기 제2순도 정보 생성부(133)를 통과한 초순수를 상기 디스펜서 모듈(140)로 안내하는 초순수 토출유로(134)를 포함한다.
상기 살균부(131)는 UV 램프를 사용하여 상기 순수에 대하여 자외선 살균 처리를 한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 자외선 이외에 다른 살균 방법을 사용하는 것도 물론 가능하다.
상기 2차 필터(132)는, 상기 살균부(131)를 통과한 순수에 잔류하는 불순물을 제거하여 상기 순수를 초순수로 여과시킨다.
상기 제2순도 정보 생성부(133)는, 저항 셀(Resistivity cell)이라고도 하며, 상기 초순수에 대하여 저항을 감지함으로써 제2순도 정보를 생성한다. 상기 제2순도 정보 생성부(133)는 초순수의 산도 측정 가능하도록 PH센서가 구비된다. 상기 제 2 순도 정보 생성부(133)는 총유기탄소량(TOC, Total organc carbon)을 측정하는 TOC 센서를 포함하여 상기 제 2 순도 정보에 포함된 총유기탄소량 농도를 기준으로 순도치를 측정하게 된다. 하지만, 상기 순도치는 총유기탄소량에 한정되지 않고, 다양한 수질 평가 지표가 하나 또는 복수개 조합되어 순도치로 이용될 수도 있다.
상기 초순수 토출유로(134)에는 상기 디스펜서 모듈(140)로 초순수의 토출을 단속하는 솔레노이드 밸브(135)가 설치된다.
상기 디스펜서 모듈(140)은, 상기 초순수 생성 모듈(130)에서 생성된 초순수를 외부로 토출한다.
상기 순환 라인(150)은, 상기 초순수의 순도가 미리 설정된 기준치 이하이면, 상기 제2순도 정보 생성부(133)를 통과한 초순수를 상기 초순수 생성 모듈(130)의 상류측으로 다시 순환시키는 유로이다. 상기 순환 라인(150)은, 상기 제2순도 정보 생성부(133)를 통과한 초순수를 상기 순수 가압펌프(123)와 상기 저장 탱크 모듈(120)사이로 순환시킨다. 상기 순환 라인(150)에는 상기 초순수의 순환을 위해 상기 초순수의 압력을 감소시키는 감압 밸브(151)가 구비된다.
상기 초여과 필터(142)는, 상기 디스펜서 모듈(140)에 구비된다. 상기 초여과 필터(142)는 상기 디스펜서 모듈(140)에서 초순수를 외부로 토출하는 토출구에 설치된다. 상기 초여과 필터(142)는, 사용자의 필요에 따라 상기 디스펜서 모듈(140)에 착탈가능하다. 상기 초여과 필터(142)는 상기 디스펜서 모듈(140)의 내부에 장착되지 않고, 상기 디스펜서 모듈(140)의 토출구 외측에 장착됨으로써 착탈 및 교체가 용이하다.
상기 초여과 필터(142)는, 내부에 복수의 중공 섬유들이 상기 초순수가 순환하는 방향을 따라 길게 배치된 중공 섬유 타입(Hollow fiber type)으로 이루어진다. 상기 초여과 필터(142) 내부의 공극 크기는 약 0.005 내지 0.2μm이 사용된다. 상기 초여과 필터(142)의 길이는 약 165 내지 170mm이고, 지름은 약 60 내지 70mm이다.
상기 초여과 필터(142)는, 서로 다른 공극 크기를 갖는 적어도 2개의 필터가 상기 초순수가 순환하는 방향을 따라 직렬로 연결된다. 본 실시예에서는, 상기 초여과 필터(142)는, 하우징의 내부에 2개의 제1,2초여과필터가 직렬로 연결된 이중 필터인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 2개의 제1,2초여과필터 중 상기 초순수가 유입측에 배치된 필터의 공극이 토출측에 배치된 필터의 공극보다 크게 형성된다. 상기 초여과 필터(142)는 이중 필터로 이루어짐으로써 크기에 비해 여과 효율이 향상될 수 있다.
상기 초여과 필터(142)는 세균내 독소를 제거하는 바이오 필터가 사용된다.
또한, 상기 초순수 제조 시스템(100)은, 상기 제1순도 정보와 상기 제2순도 정보에 따라 순수를 외부로 드레인시키거나 초순수를 재순환시키도록 제어하는 제어모듈(미도시)을 더 포함한다.
상기와 같이 구성된 초순수 생산 시스템의 작동을 설명하면, 다음과 같다.
먼저, 상기 순수 생성 모듈(110)로 유입된 원수는 상기 1차 필터(111), 상기 역삼투압 필터(112)를 차례로 통과하면서 여과되어, 순수가 생성된다.
상기 순수 생성 모듈(110)에서 생성된 순수는 상기 EDI 모듈(200)로 유입된다.
상기 EDI 모듈(200)에 직류 전기를 통하면, 상기 EDI 모듈(200)로 유입된 순수의 이온들이 상기 생산실(210)에서 상기 농축실(240)로 이동되어, 상기 생산실(210)에서 이온이 제거된 순수가 생산될 수 있다. 상기 농축실(240)에 농축된 농축수는 외부로 배수하거나 상기 역삼투압 필터(112)로 유입되는 원수로 재사용가능하다.
상기 EDI 모듈(200)에서 생성된 순수는 상기 저장 탱크 모듈(120)에 저장된다.
상기 저장 탱크 모듈(120)내에 저장된 순수는 상기 초순수 생성 모듈(130)로 공급된다.
상기 초순수 생성 모듈(130)로 공급된 순수는 상기 살균부(131), 상기 2차 필터(132)차례로 통과하면서 여과되어, 초순수가 생성된다. 이 때, 상기 제2순도 정보 생성부(133)가 생성된 초순수의 저항을 감지하여 제2순도 정보를 생성한다.
상기 제2순도 정보 생성부(133)에서 생성된 제2순도 정보가 미리 설정된 기준치를 초과하면, 상기 디스펜서 모듈(140)을 통해 초순수를 외부로 토출한다.
상기 디스펜서 모듈(140)의 토출구에는 상기 초여과 필터(142)가 장착되어, 외부로 토출 직전인 사용 시점(Point of use)에서 한번 더 여과가 가능하기 때문에, 고품질의 순도를 갖는 초순수를 얻을 수 있다.
한편, 상기 제2순도 정보 생성부(133)에서 생성된 제2순도 정보가 미리 설정된 기준치 이하이면, 상기 초순수를 상기 순환 라인(150)을 통해 순환시킨다.
상기 순환 라인(150)으로 바이패스된 초순수는 다시 상기 초순수 생성 모듈(130)로 유입된다.
상기와 같이, 생성된 초순수가 기준치이하인 경우, 초순수를 순환시켜 상기 초순수 생성 모듈(130)을 다시 통과시킴으로써, 초순수의 순도를 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 순수 생성 모듈 120: 저장 탱크 모듈
130: 초순수 생성 모듈 140: 디스펜서 모듈
150: 순환 라인 200: EDI 모듈

Claims (5)

  1. 외부로부터 공급되는 원수를 필터링하여 순수를 생성하는 순수 생성 모듈과;
    상기 순수 생성 모듈에서 생성된 순수를 정제하는 EDI(Electrical De-ionization) 모듈과;
    상기 EDI 모듈에서 이온이 제거된 순수를 저장하는 저장 탱크 모듈과;
    상기 저장 탱크 모듈에서 공급되는 순수를 필터링하여 초순수를 생성하는 초순수 생성 모듈과;
    상기 초순수 생성 모듈에서 생성된 초순수를 외부로 토출하는 디스펜서 모듈을 포함하는 EDI를 이용한 초순수 제조 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 순수 생성 모듈은, 상기 원수를 필터링하여 입자를 제거하는 필터와, 상기 필터에서 여과된 여과 원수의 불순물을 가압 및 여과하여 순수를 생성하는 역삼투압 필터와, 상기 역삼투압 필터에서 나온 순수를 상기 저장 탱크 모듈로 안내하는 순수 저장 유로와, 상기 순수 저장 유로 상에 설치되어 상기 역삼투압 필터에서 나온 순수의 상태 정보를 감지하여 순도 정보를 생성하는 순도 정보 생성부를 포함하고,
    상기 EDI 모듈은, 상기 순수 저장 유로에서 상기 순도 정보 생성부와 상기 저장 탱크 모듈 사이에 설치된 EDI를 이용한 초순수 제조 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 순수 저장 유로에서 상기 EDI 모듈이 설치된 지점보다 상류 지점에서 분기되어, 상기 순도 정보 생성부를 통과한 순수의 순도가 미리 설정된 기준치 이하이면 상기 순도 정보 생성부를 통과한 순수를 바이패스시켜 외부로 토출하는 바이패스 유로와;
    상기 바이패스 유로가 분기되는 지점에 설치된 삼방밸브를 더 포함하는 EDI를 이용한 초순수 제조 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 EDI 모듈은,
    양극판, 음극판, 이온 교환 수지가 포함된 생산실, 상기 생산실의 일측에 배치된 양이온 투과막, 상기 생산실의 타측에 배치된 음이온 투과막, 상기 양이온 투과막과 상기 음이온 투과막을 통과한 이온이 농축되는 농축실을 포함하는 EDI를 이용한 초순수 제조 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 EDI 모듈은, 상기 농축실에서 농축된 농축수를 외부로 배출하는 농축수 토출유로와, 상기 농축수 토출유로에서 분기되어 상기 농축수 중 적어도 일부를 상기 순수 생성 모듈로 순환시키는 농축수 순환유로와, 상기 농축수 토출유로와 상기 농축수 순환유로가 분기된 지점에 설치되어 상기 농축수 토출유로와 상기 농축수 순환유로를 선택적으로 개폐하는 삼방밸브를 더 포함하는 EDI를 이용한 초순수 제조 시스템.
KR1020160061494A 2016-05-19 2016-05-19 Edi를 이용한 초순수 제조 시스템 KR20170130815A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190079851A (ko) * 2017-12-28 2019-07-08 주식회사 이노메디텍 보론 제거 효율이 우수한 전기탈이온 장치
WO2022112195A1 (en) * 2020-11-26 2022-06-02 Merck Patent Gmbh Water purification system with inline measurement of total organic carbon and method of operating such system

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KR20190079851A (ko) * 2017-12-28 2019-07-08 주식회사 이노메디텍 보론 제거 효율이 우수한 전기탈이온 장치
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