KR20200140300A - 초순수를 제공하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초순수, 특히 반도체 제조에 사용하기 위한 초순수를 제공하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 내부 원통형 쉘, 외부 원통형 쉘 및 내부 쉘 및 외부 쉘 사이의 채널형 체적을 갖는 적어도 하나의 원통형 반응기를 포함한다. 본 발명에 따르면, - 상기 내부 원통형 쉘은 적어도 하나의 UV 방출 장치를 수용하며, - 상기 외부 원통형 쉘은 UV 방사선을 반사하기 위한 적어도 하나의 수단을 포함하며, - 상기 채널형 체적은 반응기를 통해 물을 흐르게 하도록 제공된다.
Description
본 발명은 초순수를 제공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 제조에 사용하기 위한 초순수를 제공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 칩(로직 칩, DRAM(Dynamic Random Access Memory), NAND 플래시 메모리 등), 집적 회로, 마이크로시스템, 의료 기기, 센서 등의 전자 부품 생산에서 세정 매체로 초순수가 필요하다. 초순수의 품질에 대한 이미 높은 요구 사항은 이들 전자 부품의 나노미터 스케일에 대한 지속적인 구조 소형화를 고려하여 여전히 증가하고 있다. 따라서, 예를 들어 입자 함량, 금속 불순물, 이온 함량 및 TOC(Total Organic Carbon) 함량은 가능한 한 낮아야 한다(TOC의 경우 sub ppb(10억 분의 1) 수준으로부터 이온에 대한 ppt(조분의 1)까지 금속에 대한 ppq(천조 분의 1)까지).
일반적으로 초순수의 생산은 소위 전처리, 소위 메이크업 및 소위 폴리싱 섹션으로 분류되는 여러 공정 단계에서 발생한다. 최종 폴리싱 단계는 마이크로 전자 공학 및 유사한 기술의 요구사항을 충족시키기 위해 전처리 및 메이크업 섹션을 통해 전처리된 물을 처리한다.
결과적으로, 부식 및 금속 입자가 처리된 물로 방출되지 않도록 해야 한다. 이러한 맥락에서, 초순수의 금속 입자 함량은 적어도 0.1 ppt(조 분의 1) 미만인 것이 바람직하다.
그러나, 최신 기술에 따르면, 초순수 폴리싱 단계에서 사용되는 용기(예를 들어, 최첨단 광분해 반응기(UV/VUV-반응기)는 폴리머 물질이 장기간에 걸쳐 자외선(400 nm 미만)에 견디지 않기 때문에 모두 스테인리스 강으로 만들어진다.
이러한 맥락에서, “UV”는 “자외선(방사선)”을 의미한다. “VUV”는 “진공 자외선(방사선)”을 의미한다.
또한, 종래 기술에서, 일반적으로 적어도 3 개의 개별 장치가 폴리싱 단계에서 사용되어 초순수, 즉 UV 반응기, 적어도 하나의 이온 교환 수지를 포함하는 장치 및 지지체 상에 고정된 적어도 하나의 촉매를 포함하는 장치를 생성한다. 이들 장치와 플랜트의 배열은 많은 공간을 차지한다.
따라서, 한편으로는 이 초순수 생산의 폴리싱 단계에서 물과 금속 및 그 합금(예를 들어, 강) 사이의 접촉이 점점 줄어들수록 초순수 생산, 특히 반도체 사용에 대한 일반적인 시장 수요가 있다. 다른 한편, 현재 알려진 장치의 단점을 극복하는 초순수를 제공하기 위한 개선된 장치가 필요하다. 특히, 종래 기술로부터 공지된 장치의 높은 공간 요구를 감소시키는 장치를 찾을 필요가 있다.
이러한 단점을 극복하고 이러한 요구를 충족시키기 위해 본 발명은 초순수, 특히 제1항의 특징을 갖는 반도체 제조에 사용하기 위한 초순수를 제공하기 위한 장치를 제공한다. 본 발명의 장치의 바람직한 실시예는 제1항에 종속된 청구항에서 정의된다.
또한, 본 발명은 제15항의 특징을 갖는 초순수를 제공하기 위한 방법 및 제16항의 특징을 갖는 본 발명의 장치의 독창적인 용도를 제공한다.
모든 청구항의 표현은 본 명세서에 참고로 명시적으로 포함된다.
본 발명에 따르면, 상기 언급된 장치는 내부 원통형 쉘, 외부 원통형 쉘 및 내부 쉘과 외부 쉘 사이의 채널형 체적을 갖는 적어도 하나의 원통형 반응기를 포함한다. 상기 내부 원통형 쉘은 적어도 하나의 UV 방출 장치를 수용한다. 상기 외부 원통형 쉘은 UV 방사선를 반사하기 위한 적어도 하나의 수단을 포함한다. 그리고 상기 채널형 체적은 반응기를 통해 물을 흐르게 하기 위해 제공된다.
즉, 본 발명의 장치는 동심으로(concentrically) 배열된 2 개의 튜브 또는 파이프를 포함한다. 이러한 배열로 인해 2 개의 튜브/파이프 사이에 환형 단면 영역을 갖는 공간이 형성된다. 적어도 하나의 UV 방출 장치는 내부 튜브/파이프 내에 배열된다. 물은 내부 튜브/파이프 및 외부 튜브/파이프 사이의 공간을 통해 흐른다. 외부 튜브/파이프는 UV 방사선을 반사하기 위한 적어도 하나의 수단을 포함한다.
위에서 이미 설명한 것처럼, 용어 “초순수”(UPW)는 매우 엄격한 사양으로 정제된 물이다. 이 물은 정의 상 H20, H+ 이온 및 OH- 이온만을 평형 상태로 포함해야 한다. 이미 언급한 바와 같이, 초순수는 가능하게는 낮은 순도 등급에서 주로 반도체 산업과 제약 산업에서 사용된다.
본 발명에 따르면, 용어 “UV 방출 장치”는 10 nm과 400 nm 사이의 파장을 갖는 전자기 방사선을 방출할 수 있는 모든 소스를 포함해야 한다. 이러한 소스는 단파 자외선 램프, 할로겐 램프, 가스 방전 램프, 액시머(excimer) 램프와 같이 소위 UV 램프일 수 있으며 자외선 LED 및 자외선 레이저일 수도 있다.
바람직하게는, UV 램프는 가스 분위기, 특히 공기, 질소(N2) 또는 다른 불활성 가스, 예를 들어 아르곤과 같은 비활성 가스의 분위기에서 내부 쉘(원통) 내에 배치된다.
본 발명의 장치의 바람직한 실시예에서, 내부 원통형 쉘은 SiO2(석영), 특히 합성 결정질 SiO2로 제조된다. 이러한 석영 재료, 특히 석영 유리는 자외선에 대한 우수한(최대) 광 투과율을 갖는다. 이러한 재료는 “합성 UV 등급 용융 실리카”로 알려진다. 이러한 재료는 고순도 합성으로 생성된 용융 석영 재료로 구성된다.
본 발명에 따르면, UV 방출 장치는 380 nm 이하의 파장을 갖는 방출 스펙트럼을 갖는 것이 바람직하며, 바람직하게는 상기 방출 스펙트럼은 200 nm 이하의 방출 피크를 포함한다. 이러한 맥락에서, 방출 스펙트럼이 적어도 185 nm 및 254 nm의 방출 피크를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
UV 방출 장치의 바람직한 예로서, 수은 저압 UV 램프는 대략 254 nm의 파장을 갖는 90% UV 광과 대략 185 nm의 파장을 갖는 10% UV 광을 방출한다. 특히 파장이 185 nm인 UV 광은 물에서 OH- 라디칼을 생성하여 미량의 유기 불순물을 유기 산으로 산화시키거나 이러한 유기 불순물을 예를 들어 CO2/HCO3 --이온으로 또는 SO4 2-, Cl--이온 및 NO3 --이온으로 광물화할 수 있다. 생성된 물질은 초순수를 위한 추가 폴리싱 단계에서 이온 교환 수지에 의해 완전히 제거될 것이다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 장치의 외부 원통형 쉘이 (또한) SiO2(석영)으로 제조되는 것이 바람직하다. UV 방출 장치로부터 나오는 UV 광은 이미 채널형 체적에서 처리될 물을 통과했기 때문에 외부 원통현 쉘에 대한 재료로서 UV 투과율이 낮은 석영 재료(초순수 합성 결정질 SiO2에 비해)를 사용하는 것으로 충분하다.
본 발명의 장치에서 UV 방사선을 반사하기 위한 수단을 참조하면, 다른 수단의 사용이 가능하다. 예를 들어, 쉴드의 사용, 특히 외부 표면에서 외부 원통형 쉘을 둘러싸는 호일의 사용이 가능하다. 이러한 쉴드는 UV 반사 금속, 특히 알루미늄으로 만들 수 있다.
그럼에도 불구하고, 본 발명에 따르면 상기 UV 방사선을 반사하기 위한 수단은 적어도 하나의 코팅이며, 이는 특히 상기 외부 원통형 쉘의 외부 표면에도 제공될 수 있는 것이 바람직하다. 또한 코팅은 예를 들어 알루미늄과 같은 금속인 임의의 UV 반사 재료로 만들어질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 코팅이 SiO2, 바람직하게는 비정질 SiO2로 제조되는 것이 바람직하다.
원칙적으로 본 발명의 장치에서 채널형 체적의 치수는 중요하지 않다. 그러나, UV 광으로 물을 효과적으로 처리하기 위해서는 채널형 체적이 0.1 mm 내지 100 mm의 폭을 갖는 것이 바람직하다. 특히 상기 폭은 2 mm 내지 50 mm, 바람직하게는 2 mm 내지 15 mm이다.
본 발명에 따르면, 하나의 연속적인 채널형 체적이 내부 원통형 쉘과 외부 원통형 쉘 사이에 제공될 수 있다. 이 경우 처리될 물은 채널형 체적을 따라 2 개의 쉘 사이를 방해받지 않고 흐른다. 그러나, 본 발명에 따르면 상기 채널형 체적이 (쉘을 따라) 직렬로 배열된 적어도 2 개의 챔버형 섹션으로 구성되는 것도 가능하고 바람직하다. 이들 실시예에서 물은 각 섹션에서 개별적으로 UV 광으로 처리된다. 이들 실시예는 또한 내부 원통형 쉘에 하나 초과의 UV 방출 장치가 제공되는 경우 유리하게 사용될 수 있다. 이러한 경우에 하나의 UV 방출 장치가 채널형 체적의 각 섹션에 제공되어 물이 다른 방출 장치의 UV 광에 의해 차례로 처리될 수 있다.
본 발명의 장치의 다른 바람직한 실시예에서, 채널형 체적은 상기 체적에서 흐르는 물의 난류를 생성하기 위한 수단을 포함한다. 이 조치를 통해 UV 광과 물 사이의 접촉과 물 속 성분의 접촉이 강화될 것이고 UV 처리의 효율성이 높아진다. 예를 들어, 유기 불순물과의 반응을 위해 물에서 OH 라디칼의 개선된 균질 분포가 있을 것이다. 이러한 OH 라디칼은 주로 내부 쉘에 가까운 물에서 UV 방출 장치 근처에서 형성되며 상기 수단에 의해 물 체적에 더 잘 분포된다.
난류를 생성시키기 위한 상기 수단은 바람직하게는 채널형 체적에 견고하게 설치된 정적 수단이다. 특히 상기 수단은 나선형 구성요소, 바람직하게는 SiO2로 만들어진 나선형 구성요소이다. 이러한 맥락에서, 높은 UV 투과율, 화학적 안정성 및 UV 광에 대한 안정성 때문에 앞서 언급한 결정질 SiO2로 만든 나선형 구성 요소를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 바람직한 실시예에서 본 발명의 장치는 원통형 반응기의 외부 원통형 쉘을 둘러싸는 원통형 쉴드를 포함한다. 이 추가 원통형 쉴드는 튜브 또는 파이프 하우징과 같이 형성되며 바람직하게는 약간 더 큰 치수로만 원통형 반응기를 보호한다. 이 추가 쉴드는 또한 초순수를 제공하기 위한 장치에 포함된 추가 구성 요소에 대한 경계면을 정의한다.
상기 추가 원통형 쉴드는 바람직하게는 플라스틱으로 제조되거나 적어도 플라스틱으로 제조된 표면을 갖는다.
본 발명에 따르면, 원칙적으로 본 발명의 장치의 전체 치수는 중요하지 않다. 그러나, 원통형 쉴드(적용 가능한 경우)를 포함하는 본 발명의 장치(반응기)가 500 mm 내지 3000 mm, 특히 1000 mm 내지 2000 mm의 길이/높이 및 100 mm 내지 500 mm, 바람직하게는 200 mm 내지 400 mm의 직경을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 원통형 반응기는 용기, 특히 원통형 용기에 포함된다. 이 용기는 강, 스테인리스 강 또는 티타늄 및 티타늄 합금과 같은 다른 금속 재료로 만들 수 있다. 그러나, 바람직하게는 이 용기는 (또한) 플라스틱 재료로 제조되거나 적어도 플리스틱 재료로 제조된 표면을 갖는다.
본 발명에 따르면, 상기 용기가 최대 15 bar의 압력으로 사용될 수 있는 압력 용기인 것이 바람직하다.
용기, 바람직하게는 원통형 용기는 본 발명에 따른 하나 초과의 원통형 반응기, 특히 어레이로 배열된 다수의 반응기를 포함할 수 있다. 이 방법으로, 더 많은 양의 물이 본 발명의 장치로 처리될 수 있다. 일반적으로 그리고 바람직하게는 원통형 반응기는 처리될 물이 바닥에서 원통형 반응기로 들어가 상부에서 원통형 반응기를 나가는 방식으로 용기에 설치된다.
본 발명의 장치의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 용기(원통형 반응기를 포함함)와 외부 원통형 쉘 사이의 체적의 적어도 일부 또는 용기와 외부 원통형 쉘을 둘러싸는 쉴드 사이의 체적의 적어도 일부가 반응기를 통해 흐르는 물의 하나 이상의 추가 처리 단계에 대해 제공된다. 이 조치를 통해 전체 장치의 공간 절약형 설계가 가능하다.
마지막으로 언급된 실시예에서, 상기 체적(물을 추가 처리하기 위함)이 적어도 부분적으로 적어도 하나의 흡수 재료, 바람직하게는 적어도 하나의 이온 교환 수지로 채워지는 것이 바람직하다. 또한 마지막에 언급된 실시예에서, 상기 체적(물을 추가 처리하기 위함)이 적어도 부분적으로 적어도 하나의 촉매로 채워지는 것이 바람직하며, 바람직하게는 상기 촉매는 지지체 상에 고정된다.
마지막에 언급된 실시예에서 (외부) 체적(물을 추가 처리하기 위함)은 바람직하게는 원통형 반응기를 빠져 나가는 물에 의해 통과되고 노즐을 통해 용기의 바닥에서 수집된다. 그런 다음 완전히 처리된 폴리싱 단계의 초순수가 용기에서 빠져 나온다.
촉매는 일반적으로 알칼리성 지지체(즉, OH 형태의 음이온 교환 수지)에 고정된다. 촉매는 바람직하게는 높은 표면적을 갖는 원소 형태의 귀금속, 특히 팔라듐 또는 백금으로부터 선택될 수 있다. 금속의 농도는 예를 들어 수지 리터 당 1g일 것이다. 촉매를 포함하는 수지는 혼합층 수지(mixed bed resin) 위에 적층될 수 있다. 이는 또한 촉매 수지의 50% 내지 95% 함량, 바람직하게는 10% 내지 30%의 측면에서 음이온 수지 또는 혼합층 수지와 혼합된 5% 내지 15% 촉매의 혼합물로서 혼합층(이온 교환) 수지 상에 적층될 수 있다.
바람직하게는, 충전 재료가 음이온 교환 수지 지지체 상의 귀금속 촉매(특히 PD0 또는 PT0)으로 구성되는 경우, 가능하면 혼합층 수지와 혼합되거나 층을 이루는 경우, 원통형 반응기에서 생성된 H2O2(과산화수소)(일반적으로 1 내지 100 ppb(10억분의 1))는 물(H2O)과 산소(O2)를 생성하기 위한 촉매 반응에 의해 제거된다. 전체 장치의 급수 흐름에 약간의 수소 가스(H2)를 추가하면 용존 산소(위의 H2O2에서 생성된 것과 같음)를 촉매 반응으로 제거하여 물을 생성할 수 있다. OH 라디칼을 생성하는 광분해 반응은 또한 다음 화학 방정식에 따라 일부 H 라디칼을 생성한다:
H2O(λ<200 nm) = OH* + H*
라디칼 재결합을 통해 2 개의 OH 라디칼에서 보다 안정적인 H2O2가 생성되고 2 개의 H 라디칼에서 일부 H2 가스가 생성된다.
생성된 H2 가스는 귀금속 촉매(PD0 및/또는 PT0)에 참여하여 H2O2를 H2O + O2로 그리고 O2를 H2O로 환원시킨다.
그 결과 잔류 수준이 10 ppb 미만, resp. < 1 ppb H2O2인 초순수는 본 발명의 전체 장치의 출구에 제공될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 장치에 더하여, 본 발명은 또한 초순수, 특히 반도체 제조에 사용하기 위한 초순수를 제공하기 위한 방법을 포함한다.
이 방법에서 물은 본 발명의 장치에서 원통형 반응기의 내부 원통형 쉘 및 외부 원통형 쉘 사이에 제공된 채널형 체적을 통해 흐른다.
마지막으로, 본 발명은 초순수의 생산, 특히 반도체 제조에 사용하기 위한 초순수의 생산에서 본 발명의 장치를 사용하는 것을 포함한다. 이러한 사용으로 상기 초순수와 금속 또는 합금의 접촉이 최소화되거나 심지어 회피된다. 바람직하게는 이러한 사용은 초순수 생산의 폴리싱 단계에서 발생한다.
본 발명은 다수의 장점과 관련된다.
첫째, 설명된 특징을 갖는 적어도 하나의 원통형 반응기를 포함하는 본 발명의 장치를 사용하면 물과 금속 또는 금속 합금의 접촉이 최소화되거나 심지어 회피될 수 있다는 것이 언급되어야 한다. 본 발명에서, 내부 원통형 쉘, 외부 원통형 쉘 및 2 개의 쉘 사이의 채널형 체적은 금속을 포함하지 않는 재료, 특히 석영 재료로 만들어진다. 이는 UV 조사 후 상기 물의 추가 처리 단계에 사용되는 임의의 재료에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 본 발명에 따른 UV 조사가 더 효과적이다. 일반적으로 파장이 185 nm인 UV 광은 대략 10 mm 내지 11 mm 후에 물에 흡수된다. 254 nm의 파장 길이를 갖는 UV 광은 대략 물을 완전히 통과시킬 수 있다. 결과적으로, 외부 원통형 쉘의 UV 방사선을 위한 반사 수단은 2 가지 효과를 갖는다. 첫째, 파장이 254 nm인 파장 길이를 갖는 UV 광은 물로 다시 반사되어 OH 라디칼의 양의 농도는 H2O2(OH 라디칼의 재결합에 의해 형성됨)를 OH 라디칼로 다시 해리시켜 증가시킬 수 있다. 둘째, UV 광을 반사함으로써 원통형 반응기 외부의 UV 방사선으로 인한 손상을 최소화하거나 방지할 수 있다.
마지막으로, 본 발명은 UV/VUV-광분해, 촉매 과산화물 처리 및 혼합층 이온 교환 수지에 의한 초순수에서 (금속)이온의 제거, H2O2의 제거 및 유기 불순물(TOC)의 제거를 금속, 특히 강 부품과 물의 임의의 접촉 없이 3 개의 개별 장치 대신 하나의 장치로 결합한다.
전체 발명의 추가적인 이점 및 특징은 종속항과 관련된 도면 및 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 명확해질 것이다. 개별적인 특징은 본 발명의 일 실시예에서 단독으로 또는 결합하여 실현될 수 있다. 도면 및 실시예는 단지 본 발명의 예시 및 더 나은 이해를 위한 것이며, 어떠한 방식으로든 본 발명을 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다.
도 1a는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2a 및 2b는 도 1에 따른 본 발명의 장치의 필수 부품의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 본발명의 장치의 다른 추가 개략 상세도이다.
도 4는 나선형 구성 요소를 갖는 본 발명에 따른 다른 장치의 개략적인 상세도이다.
도 5는 나선형 구성 요소를 갖는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 등각 투상도이다.
도 2a 및 2b는 도 1에 따른 본 발명의 장치의 필수 부품의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 본발명의 장치의 다른 추가 개략 상세도이다.
도 4는 나선형 구성 요소를 갖는 본 발명에 따른 다른 장치의 개략적인 상세도이다.
도 5는 나선형 구성 요소를 갖는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 등각 투상도이다.
도 1에 따른 장치(1)는 관 형상의 하나의 긴 원통형 반응기(2)를 포함한다. 이 원통형 반응기(2)는 내부 쉘(3), 외부 쉘(4) 및 내부 쉘(3) 및 외부 쉘(4) 사이의 채널(5)(채널형 체적)을 갖는다. 즉, 원통형 쉘(3)은 원통형 외부 쉘(4)에 동심으로 배열된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 내부 원통형 쉘(3)은 예를 들어 수은 저압 UV 램프인 UV 방출 장치(6)를 수용한다.
외부 원통형 쉘(4)의 외부 표면에는 UV 방사선에 대한 반사 수단으로서 코팅(7)이 있다. 이는 도 1에 상세히 도시되어 있지 않지만 대응하는 코팅은 도 2a 및 2b에 명시적으로 도시된다.
본 발명의 장치(1)에서 처리된 물은 채널(5)을 통해 장치(1)의 바닥으로부터 상부로 흐른다. 이는 도 1의 가장 아래에 있는 왼쪽 화살표로 설명된다.
도 1은 추가로:
- 내부 쉘(3) 및 외부 쉘(4) 사이의 원통형 반응기(2)의 기계적 안정성을 증가시키는 지지 로드(8),
- UV 방출 장치(6)의 전력 공급을 위한 케이블(9),
- 외부 쉘(4)을 둘러싸는 긴 원통형 쉴드(10),
- 원통형 반응기(2)를 수용하고 쉴드(10) 및 용기(11) 사이의 체적(12)을 정의하는 원통형 용기(11), 및
- 예를 들어, 반응기를 통해 흐르는 물의 추가 처리 단계를 위한 지지체 상에 고정된 이온 교환 수지 및/또는 촉매인 흡수 재료(13)를 도시한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도 1의 장치(1)에서 내부 쉘(3)은 합성 초순수 결정질 석영으로 제조되고 외부 쉘(4)은 결정질 표준 석영으로 제조된다. 쉘(4)의 외부 표면 상의 UV 반사 코팅(7)은 또한 비정질 실리카로 만들어 진다.
도 2a는 장치(1)의 상부 부분으로부터의 더 큰 도면을 포함하고(도 1 참조), 도 2b는 장치(1)의 하부 부분의 더 큰 도면을 포함한다(도 1 참조).
또한, 도 2a에 따르면, 원통형 반응기(2)는 내부 원통형 쉘(3)(UV 방출 장치(6)를 수용함), 외부 원통형 쉘(4)(그 외부 표면에 UV 반사 코팅(7)을 포함함) 및 내부 쉘(3) 및 외부 쉘(4) 사이의 채널(5)을 포함한다.
또한, 도 2a는 UV 방출 장치(6)를 위한 전원 공급 케이블(9)을 도시한다. 또한 원통형 쉴드(10), 용기(11)가 도시되며, 이들 사이에 체적(12)을 정의한다.
도 2a의 화살표는 또한 장치(1)에서 처리된 물이 채널(5)에서 바닥으로부터 상부로 흐르고, 그 후 체적(12)을 통해 상부로부터 바닥으로 흐르도록 방향을 재지정하는 것을 도시한다.
또한, 도 2b에서 장치(1)의 동일한 구성 요소가 도 2a에서와 같이 예시된다. 따라서, 원통형 반응기(2)는 내부 원통형 쉘(3), 외부 원통형 쉘(4) 및 내부 쉘(3)과 외부 쉘(4) 사이의 채널(5)(채널형 체적)을 포함한다. UV 방출 장치/램프(6)는 내부 쉘(3) 내에 배열된다. 코팅(7)은 UV 반사 수단으로서 외부 쉘(4)의 외부 표면에 제공된다. 또한, 내부 쉘(3)과 외부 쉘(4) 사이의 지지 로드(8)가 도 2b에 도시된다.
외부 쉘(4)은 실린더(10)에 의해 차폐된다. 용기(11)는 원통형 쉴드(10) 및 용기(11) 사이의 체적(12)을 갖는 원통형 반응기(2)를 수용한다.
장치(1)에서 더 정제될 물은 바닥(“입구” 참조)에서 장치로 흐른 다음 채널(5)을 통해 장치(1)의 상부로 흐른다(도 2a의 도시 참조).
방향 전환된 물 흐름은 추가 처리를 위해 체적(12)을 통해 흐르고 그 바닥에서 장치(1)를 빠져나간다(도 2b의 “출구” 참조).
도 3은 장치(1)의 2 개의 다른 상세도, 즉 장치(1)의 원통형 반응기(2)의 바닥 부분을 도시한다.
이러한 맥락에서, 좌측 도 3은 내부 쉘(3)과 외부 쉘(4) 사이에 지지 로드(8)가 있는 내부 원통형 쉘(3) 및 외부 원통형 쉘(4)의 단면도를 도시한다. 또한, 내부 쉘(3)과 외부 쉘(4)은 그 사이에 채널형 체적/채널(5)을 정의한다. 처리될 물은 바닥에서부터 원통형 반응기(2)의 상부까지 채널(5)로 흐를 것이다(도 3에 도시되지 않음).
도 3의 우측의 상세도는 지지 로드(8)의 위치에서 도 3의 좌측 도면의 단면도이다. 내부 쉘, 외부 쉘(4) 및 채널(5) 외에, 이 단면도는 또한 120˚의 반경 거리에 있는 3 개의 지지 로드(8)가 있는 것을 도시한다.
도 3의 좌측 도면에서 외부 쉘(4)의 외부 표면에 도시된 UV 반사 코팅(7)은 도 3의 우측 도면에 도시되지 않는다.
도 4는 본 발명의 장치에서 다른 원통형 반응기(2)의 상세도를 도시하며, 이는 나선형 구성 요소의 형태로 난류를 생성하기 위한 정적 수단의 존재에 의해 도 1 내지 3에 도시된 원통형 반응기(2)와 다르다.
이러한 맥락에서, 도 4의 좌측 도면은 원통형 반응기(2), 내부 원통형 쉘(3), 외부 원통형 쉘(4) 및 이들 2 개의 쉘(3, 4) 사이의 채널(5)을 도시한다. 또한, 이 도면은 외부 쉘(4)의 외부 표면 상의 UV 반사 코팅(7)을 도시한다.
도 4의 좌측 도면에 따르면, 원통형 반응기(2)의 실시예에서 나선형 구성 요소(14)가 채널(5) 내에 제공된다. 이러한 나선형 구성 요소(14)는 바람직하게는 다수의 연속적인 나선형 세그먼트에서 원통형 반응기의 바닥으로부터 원통형 반응기의 상부까지 위로 감긴다.
앞서 설명한 바와 같이 나선형 구성 요소(14)는 산화되어야 하는 유가 분자와의 상호작용에서 UV 광에 의해 생성된 OH 라디칼의 더 나은 균질성을 얻기 위해 정적 혼합기 및 난류 촉진제의 기능을 갖는다.
오른쪽에 있는 도 4의 다른 도면에서, 구성 요소(14)의 전환점 위치에서의 단면도(도 1의 좌측 도면)가 도시된다. 이 단면도는 내부 쉘(3), 외부 쉘(4) 및 채널(5) 내의 나선형 구성 요소(14)를 도시한다.
나선형 구성 요소를 포함하는 장치 및 원통형 반응기의 더 나은 이해를 위해 도 5는 이러한 원통형 반응기(2)를 등각 투영도로 도시한다. 이 등각 투영도는 내부 원통형 쉘(3), 외부 원통형 쉘(4) 및 이들 2 개의 쉘(3, 4) 사이의 채널(5)을 도시한다. 또한, 도 5는 세그먼트의 형태로 채널(5)에서 감기는 나선형 구성 요소(14)를 도시한다.
실시예
참조 부호 1과 함께 도 1에 도시된 장치는 1700 mm의 높이/길이 및 그 단면적의 300 mm의 직경을 갖는다. 이 장치는 길이가 1500 mm인 원통형 반응기(도 1의 참조 부호 2)를 포함한다. 원통형 반응기의 내부 원통형 쉘(도 1의 참조 부호 3)은 300 W의 전력을 가진 수은 저압 램프를 수용한다. 채널형 체적(도 1의 참조 부호 5)의 폭은 원통형 반응기에서 11 mm이다.
또한, 실시예에서 사용된 장치는 UV-처리 단계 후 물을 추가로 처리하기 위한 촉매 수지 및 이온 교환 수지(도 1에서 참조 부호 12로 지정된 체적)를 포함한다. 실시예에서, 장치는 25 리터의 촉매 수지(1g/L PD0의 강염기 음이온 교환 수지)와 50 리터의 혼합층 이온 교환 수지(UPW 등급)를 함유한다.
설명된 장치를 사용하여 2 개의 급수 샘플(전처리 및 메이크 업 섹션을 통해 전처리됨)을 추가로 처리하여 초순수를 제공한다. 이러한 (전처리된) 초순수 샘플은 산화될 유기 분자로서 에탄올을 포함한다.
1. 첫 번째 급수 샘플은 9.3 ppb TOC를 포함하며 22℃의 온도에서 1 m3/h의 용량의 장치에서 처리된다.
본 발명의 원통형 반응기에서 UV-방사선으로 처리한 후 초순수는 6 ppb TOC 및 41 ppm H2O2를 함유한다. 촉매 수지와 혼합층 이온 교환 수지로 추가 처리한 후, 즉, 최종 폴리싱 단계 후 초순수는 0.9 ppb TOC 및 3 ppb H2O2를 갖는다.
2. 두 번째 급수 샘플은 30.3 ppb TOC를 포함하며 22℃의 온도에서 2 m3/h의 용량의 장치에서 처리된다.
본 발명의 원통형 반응기에서 UV-방사선으로 처리한 후 초순수는 23.1 ppb TOC 및 62.8 ppm H2O2를 함유한다. 촉매 수지와 혼합층 이온 교환 수지로 추가 처리한 후, 즉, 최종 폴리싱 단계 후 초순수는 2.9 ppb TOC 및 3.6 ppb H2O2를 갖는다.
Claims (16)
- 초순수, 특히 반도체 제조에 사용하기 위한 초순수를 제공하기 위한 장치(1)로서,
내부 원통형 쉘(3), 외부 원통형 쉘(4) 및 내부 쉘(3) 및 외부 쉘(4) 사이의 채널형 체적(5)을 갖는 적어도 하나의 원통형 반응기(2)를 포함하며,
- 상기 내부 원통형 쉘은 적어도 하나의 UV 방출 장치(6)를 수용하며,
- 상기 외부 원통형 쉘은 UV 방사선을 반사하기 위한 적어도 하나의 수단(7)을 포함하며,
- 상기 채널형 체적(5)은 반응기(2)를 통해 물을 흐르게 하도록 제공되는,
초순수를 제공하기 위한 장치. - 제1항에 있어서,
상기 내부 원통형 쉘(3)은 바람직하게는 최대 UV 투과율을 갖는 합성 결정질 SiO2로 제조되는,
초순수를 제공하기 위한 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 UV 방출 장치(6)는 380 nm 이하의 파장, 바람직하게는 200 nm 이하의 방출 피크, 특히 185 nm 및 254 nm의 방출 피크를 갖는 방출 스펙트럼을 갖는,
초순수를 제공하기 위한 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 원통형 쉘(4)은 바람직하게는 합성 결정질 SiO2의 UV 투과율보다 낮은 UV 투과율을 갖는 SiO2로 제조되는,
초순수를 제공하기 위한 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
UV 방사선을 반사하기 위한 상기 수단은, 바람직하게는 비정질 SiO2로 제조되는 적어도 하나의 코팅(7)인,
초순수를 제공하기 위한 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
UV 방사선을 반사하기 위한 상기 수단은, 상기 외부 원통형 쉘(4)의 외부 표면에 제공되는,
초순수를 제공하기 위한 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 채널형 체적(5)은 0.1 mm 내지 100 mm, 바람직하게는 2 mm 내지 50 mm, 특히 2 mm 내지 15 mm의 폭을 갖는,
초순수를 제공하기 위한 장치. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 채널형 체적은 직렬로 배열된 적어도 2 개의 챔버형 섹션으로 구성되는,
초순수를 제공하기 위한 장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 채널형 체적(5)은 상기 체적에서 흐르는 물의 난류를 생성하기 위한 수단(14)을 포함하며,
바람직하게는 상기 수단은 나선형 구성요소, 특히 SiO2로 만들어진 나선형 구성요소인,
초순수를 제공하기 위한 장치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원통형 반응기(2)는 상기 외부 원통형 쉘(4)을 둘러싸는 원통형 쉴드(10)를 추가로 포함하며,
바람직하게는 상기 쉴드는 플라스틱으로 만들어지거나 플라스틱으로 만들어진 표면을 갖는,
초순수를 제공하기 위한 장치. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원통형 반응기(11)는 용기(11), 특히 원통형 용기(11)에 포함되며,
특히 상기 용기는 플라스틱으로 만들어지거나 플리스틱으로 만들어진 표면을 갖는,
초순수를 제공하기 위한 장치. - 제11항에 있어서,
상기 용기 및 상기 외부 원통형 쉘(4) 사이 또는 상기 용기(11) 및 상기 외부 원통형 쉘(4)을 둘러싸는 상기 쉴드(10) 사이의 체적(12)의 적어도 일부는 반응기를 통해 흐르는 상기 물의 적어도 하나의 추가 처리 단계를 위해 제공되는,
초순수를 제공하기 위한 장치. - 제12항에 있어서,
상기 체적(12)은 적어도 하나의 흡수 재료(13), 바람직하게는 적어도 하나의 이온 교환 수지로 적어도 부분적으로 채워지는,
초순수를 제공하기 위한 장치. - 제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 체적(12)은 적어도 하나의 촉매(13)로 적어도 부분적으로 채워지며,
바람직하게는 상기 촉매는 지지체 상에 고정되는,
초순수를 제공하기 위한 장치. - 초순수, 특히 반도체 제조에 사용하기 위한 초순수를 제공하기 위한 방법으로서,
물은 제1항 내지 제14항 중 적어도 한 항에 따른 장치(1)에서의 원통형 반응기(2)의 내부 원통형 쉘(3) 및 외부 원통형 쉘(4) 사이에 제공되는 채널형 체적(5)을 통해 흐르는,
초순수를 제공하기 위한 방법. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 장치의 초순수 생산, 특히 반도체 제조에 사용하기 위한 초순수 생산에서의 용도로서, 상기 초순수와 금속 또는 합금의 접촉은 최소화되거나 방지되는,
장치의 초순수 생산에서의 용도.
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