제산 AMC 이온교환 케미컬 필터
제품 개요
주요 규격
- 대상 가스
- 강산: HF, HCl, HNO₃, HBr, H₂SO₄, SO₂. 약산: 아세트산, 개미산, 아질산(HNO₂). 의도적으로 대상 외: 암모니아·아민류, NOx, VOC 및 에스터류, 오존, 염소, 유기인계 도판트
- 제거 효율
- 초기 SO₂ 제거 효율: 복합 플리츠 128 mm 및 발포체 97.4%, 복합 플리츠 68 mm는 95% 이상
- 구조 형식
- 복합 플리츠(수지 입자를 섬유 구조에 매립 후 절곡) / 발포체(수지 비드를 개방 셀 폴리우레탄 폼에 고정)
- 최고 사용 온도
- 권장 운전 온도 40°C 이하
규격 총표
- 흡착재
- 폴리스티렌/디비닐벤젠 다공성 폴리머, 말단 음이온 관능화. 골격은 불활성이며 흡착 기공이 없고 수성 산 함침도 없습니다
- 구조 형식
- 복합 플리츠(수지 입자를 섬유 구조에 매립 후 절곡) / 발포체(수지 비드를 개방 셀 폴리우레탄 폼에 고정)
- 프레임
- 아노다이징 알루미늄
- 대상 가스
- 강산: HF, HCl, HNO₃, HBr, H₂SO₄, SO₂. 약산: 아세트산, 개미산, 아질산(HNO₂). 의도적으로 대상 외: 암모니아·아민류, NOx, VOC 및 에스터류, 오존, 염소, 유기인계 도판트
- 충전량
- 체적 교환 용량은 함침 활성탄의 약 4 배(당량/L)
- 제거 효율
- 초기 SO₂ 제거 효율: 복합 플리츠 128 mm 및 발포체 97.4%, 복합 플리츠 68 mm는 95% 이상
- 최고 사용 온도
- 권장 운전 온도 40°C 이하
- 최고 상대습도
- 권장 상대습도 30~60%
- 인증
- 2차 배출 없음 — NOx를 축적하지 않고, pH 저하에 따른 약산 방출도, 에스터 분해에 의한 아세트산 방출도 없습니다
복합 플리츠 규격
| 厚度 | 프레임 높이×너비 | 여재 면적 | 흡착제 순중량 | 총중량 | 정격 풍량 | 정격 압력손실 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 68 mm | 800×485 mm | 4.75 m² | 2.68 kg | 4.16 kg | 1,000 m³/h | 12.9 Pa |
| 68 mm | 742×742 mm | 7.04 m² | 3.77 kg | 5.85 kg | 1,420 m³/h | 12.9 Pa |
| 68 mm | 800×690 mm | 7.04 m² | 3.77 kg | 5.85 kg | 1,420 m³/h | 12.9 Pa |
| 128 mm | 800×485 mm | 9.51 m² | 5.25 kg | 8.23 kg | 1,000 m³/h | 19.8 Pa |
| 128 mm | 742×742 mm | 13.98 m² | 7.53 kg | 11.69 kg | 1,420 m³/h | 19.8 Pa |
| 128 mm | 800×690 mm | 13.98 m² | 7.53 kg | 11.69 kg | 1,420 m³/h | 19.8 Pa |
발포체 규격
| 厚度 | 프레임 높이×너비 | 흡착제 순중량 | 총중량 | 정격 풍량 | 정격 압력손실 |
|---|---|---|---|---|---|
| 48 mm | 800×690 mm | 3.37 kg | 5.06 kg | 1,420 m³/h | 20.8 Pa |
| 48 mm | 800×485 mm | 2.38 kg | 3.57 kg | 1,000 m³/h | 20.8 Pa |
| 68 mm | 800×690 mm | 4.96 kg | 7.53 kg | 1,420 m³/h | 31.6 Pa |
| 68 mm | 800×485 mm | 3.47 kg | 5.35 kg | 1,000 m³/h | 31.6 Pa |
| 88 mm | 800×690 mm | 6.64 kg | 12.00 kg | 1,420 m³/h | 42.5 Pa |
| 88 mm | 800×485 mm | 4.66 kg | 8.43 kg | 1,000 m³/h | 42.5 Pa |
정격 풍량은 모두 면풍속 0.71 m/s 기준입니다. 비표준 치수와 두께는 현장 조건에 맞추어 제작합니다.
상세 설명
산성 AMC를 활성탄과 분리해 처리해야 하는 이유
반도체 공정에서 결함을 일으키는 산은 거의 모두 H-X 형의 양성자산(수소 이온을 내놓는 산)이며 루이스 산은 실무에서 무시해도 됩니다. 이들의 공통점은 반응성이 강하고 부식을 일으키며 염기와 반응해 염 결정을 만들고 해리 상수가 낮다는 것, 즉 산성이 강하다는 점입니다. 정말 성가신 것은 산 전구체입니다. 그 자체는 산이 아니지만 수분을 흡착한 뒤 표면에서 산으로 바뀝니다. - 이산화황은 물을 만나면 아황산이 되고 다시 산화되어 황산이 됩니다. 반응이 빠르고 산성이 강해 가장 활발한 전구체입니다. - 이산화질소는 물을 만나면 아질산과 질산이 됩니다. 효율은 낮지만 꾸준히 일어납니다. - PGMEA(옐로 존에서 가장 흔히 쓰는 용제)는 가수분해되어 PGME와 아세트산을 내놓는 잠복형 전구체로, 필터 내부에 들어가서야 반응이 일어나기도 합니다. 유의할 점은 황화수소와 질소산화물 자체는 산이 아니라는 것입니다. 이들을 총 산량에 넣으면 판단이 흐려집니다. 정말 물어야 할 것은 이 공정, 이 장비가 두려워하는 산이 어느 것인가이지, 임핀저 병에서 음이온이 얼마나 검출되는가가 아닙니다. 농도의 출처도 자주 오해받습니다. 외기의 산 농도는 사실 매우 낮고 전구체 농도도 전반적으로 줄고 있습니다(화산 활동과 바이오매스 연소는 예외). 공장 주변은 굴뚝 배출 때문에 높을 수 있습니다. 그러나 진짜 대부분의 출처는 공장 안에 있습니다. 습식 식각의 할로겐화 수소산, 건식 식각의 질소 화합물, 그리고 옐로 존의 에스터계 용제입니다.두 여재의 메커니즘 차이
활성탄은 미세공 탄소재이며 원료는 대개 천연 유기물이나 석탄으로, 그 자체가 순수하고 불활성인 흑연 구조는 아닙니다. 함침형 활성탄은 약제를 공극 안에 실은 것이라 공극은 담체 역할만 합니다. 여기서 세 가지 부작용이 필연적으로 따라옵니다: - 물리 흡착이 반드시 일어나 휘발성 유기물과 에스터류가 어김없이 빨려 들어갑니다 - 표면에서 산화환원 반응이 반드시 일어나 질소산화물이 전환되어 저장됩니다 - 흡착이 가역적이라 강산이 들어오면 앞서 흡착한 약산을 밀어내며, pH가 떨어질 때 특히 뚜렷합니다 이온교환 수지는 폴리스티렌／디비닐벤젠 다공성 고분자에 말단으로 음이온 관능기를 붙인 것입니다. 골격 자체가 깨끗하고 불활성이며 관능기가 고르게 퍼져 있습니다. 약제를 공극 벽에 발라 공경에 따라 농도가 달라지는 함침탄과 다릅니다. 특성은 정반대입니다: - 흡착 공극이 없어 에스터류와 휘발성 유기물을 물리 흡착하지 않습니다 - 공극과 흡착계 안에서 산화환원이 일어나지 않아 질소산화물을 저장하지 않습니다 - 산과 관능기는 화학 결합이라 환경이 바뀌어도 기류로 다시 방출되지 않습니다선택성이 가져다주는 것
이온교환 수지로 바꿨을 때 방호 목표별 성능의 이동
같은 목표 물질군이 두 여재에서 갖는 상대 성능(0–100)
산류 목표는 위로 가고 비목표 물질은 한 줄로 바닥까지 떨어집니다. 결함이 아니라 설계 의도입니다. 활성탄의 공극은 무엇이든 받아들이므로 용량이 유기물과 질소산화물에 나뉩니다. 이온교환 수지는 음이온 작용기만 반응해 용량이 전부 산에 남습니다. 대가는 암모니아, 염소, 오존, 유기 인계 도판트를 전혀 처리하지 않는다는 것이며, 이것들도 함께 관리해야 하는 곳에서는 여전히 활성탄을 곁들여야 합니다.
수명 실증
60개월을 쓴 뒤의 강산 제거 효율
FFU용 이온교환 필터를 강산 혼합 가스로 시험
5년 동안 효율이 8.5퍼센트포인트만 떨어졌고 그 비결은 흡착하지 않아도 될 것을 흡착하지 않는 것입니다. 같은 기간에 활성탄의 용량은 이미 유기물과 질소산화물이 태반을 차지해 산에 남는 용량이 거의 없습니다. 현장에서 이에 대응하는 성적은 플루오린화수소가 클린룸 목표값의 3분의 1 아래로 유지되고, 부산물인 삼플루오린화붕소가 낳는 붕소 농도도 목표값의 절반뿐이라는 것입니다.
여재 구조: 복합 플리츠형과 발포체형은 어떻게 고르나
같은 이온교환 수지라도 담체 구조가 다르면 압력손실과 수명이 정반대 방향으로 갑니다. 이 절의 두 그림은 함께 놓고 봐야 하며, 한쪽만 보면 잘못 고르게 됩니다. 압력손실: 플리츠형은 여재를 몇 제곱미터의 유효 면적으로 펼쳐 기류가 실제로 지나는 속도가 흡입 면풍속보다 훨씬 낮습니다. 발포체형은 평판이라 흡입 면적이 곧 프레임 면적입니다.다섯 여재 사양의 초기 압력손실
같은 면풍속 눈금에서 세 작동점: 0.5 / 0.71(정격) / 1.0 m/s
같은 68 mm 두께라도 복합 플리츠의 압력손실은 발포체의 4할뿐입니다. 플리츠는 여재 면적을 7.1 m²까지 펼치지만 발포체는 평판이라 흡입 면적이 곧 프레임 면적입니다. 그러니 두께만 떼어 압력손실을 비교할 수 없고 구조와 함께 봐야 합니다. 반대로 발포체가 얻는 것은 단위 부피당 흡착제가 더 많다는 것이고 수명이 길다는 점이며 같은 취사선택의 양 끝입니다. 면풍속이 4할 늘면 압력손실이 약 6할 오르므로, 선정할 때 면풍속을 낮추는 것(한 치수 큰 프레임을 쓰는 것)이 여재를 바꾸는 것보다 송풍기 전력을 더 아끼는 경우가 많습니다.
다섯 여재 사양의 수명을 누적 선량으로 표시
가로축은 누적 SO₂ 선량입니다. 두 구조의 원래 시험 농도가 달라 선량으로 환산해야 비교할 수 있습니다
날수를 선량(농도 × 시간)으로 바꿔야 두 구조가 같은 자에 놓입니다. IRDS가 AMC에 대해 취하는 입장도 같습니다. 임계 농도는 없고 선량만 있습니다. 현장으로 환산하면 10 ppbv 환경에서 복합 플리츠 128 mm는 약 871일, 발포체 88 mm는 약 1,290일을 버팁니다. 압력손실 그림과 함께 보면 취사선택이 온전히 보입니다. 같은 68 mm라도 복합 플리츠는 압력손실이 4할뿐이지만 수명도 절반입니다. 발포체가 단위 부피당 흡착제를 더 많이 담기 때문입니다. 송풍기 전력이 빠듯하면 플리츠를, 교체 공수가 비싸면 발포체를 고르십시오.
사례 1: 웨이퍼 이송 장비 FFU(28개월)
같은 공장, 같은 기류 구간에 두 여재를 각각 한 배치씩 설치하고 28개월 뒤 떼어 내어 여재 분석과 효율 재검증을 했습니다.28개월을 쓴 뒤 여재에 무엇이 쌓였나
웨이퍼 반송 장비 FFU 필터를 뜯어 분석, 단위는 그램
활성탄이 먹은 것의 87%는 산과 상관이 없습니다. 유기물과 질소산화물이 공극을 먼저 채워 산에 남는 용량은 26그램뿐입니다. 이온교환 수지는 흡착 공극이 없고 음이온 작용기만 반응하므로 총 부하가 10분의 1이고 그중 4분의 3이 산입니다. 같은 치수, 같은 풍량에서 수명 차이가 나는 이유가 이것입니다. 더 많이 흡착해서가 아니라 흡착하지 않아도 될 것에 용량을 낭비하지 않았기 때문입니다.
농도 급등 전후의 효율 차이
28개월을 쓴 필터, 이산화황 흡기 농도 20 ppbv
급등이야말로 케미컬 필터의 진짜 시험입니다. 공정 누출, 이웃 공장 배출, 계절성 외기 악화로 농도가 몇 시간 만에 한 자릿수 뛸 수 있습니다. 활성탄은 급등에서 18.8퍼센트포인트가 떨어집니다. 공극에 이미 흡착된 물질이 더 강한 산에 밀려 나오므로 양쪽에서 피를 흘리는 셈입니다. 이온교환은 화학 결합이라 밀려 나오는 메커니즘이 없어 13.5퍼센트포인트만 떨어집니다. 급등 후의 66.3%가 활성탄의 급등 전 70.2%를 거의 따라잡습니다.
사례 2: 코터·디벨로퍼 흡기(5년)
5년 뒤 필터는 아세트산을 흡착하고 있나 내뱉고 있나
코터·디벨로퍼 온습도 관리단 흡기 필터, 아세트산 흡기 농도 4 ppbv
활성탄이 공정에 쓰이는 PGMEA 용제를 공극에 빨아들인 뒤 오랫동안 습하고 더운 환경에서 가수분해되어 아세트산을 내놓고 하류로 방출합니다. 필터가 방어선에서 배출원으로 바뀐 것이며 순 배출 4.14 ppbv가 측정되어 온도 관리 설비의 열교환기를 곧바로 침식했습니다. 청정 공기로 다섯 시간 퍼지해도 방출량이 0.51 ppbv까지밖에 내려가지 않는데, 아세트산이 표면 잔류물이 아니라 계속 생성되고 있다는 뜻입니다. 이온교환 수지는 흡착 공극이 없고 에스터류를 흡착하지 않으므로 분해될 저장물도 없어 5년 뒤에도 여전히 순 제거를 하고 있습니다.
사례 3: 포토마스크와 블랭크 마스크 보관 캐비닛
포토마스크 보관함의 산 농도 여유와 6년 뒤의 잔여 효율
위: 노출 마스크 보관함을 3년 쓴 뒤의 농도 측정／아래: 마스크 보관함을 6년 쓴 뒤의 효율
노출 마스크는 캐리어의 보호가 없어 표면에 황산암모늄이나 아세트산염 결정이 생기면 곧바로 노광 결상에 영향을 주므로 관리값을 200 pptv 수준으로 정합니다. 필터 하류에서 정량 한계보다 낮게 측정되었다는 것은 여유가 겨우 합격인 정도가 아니라 아예 재지지 않는다는 뜻입니다. 6년을 쓴 다른 마스크 보관함의 필터는 이산화황에 대해 여전히 88.1%, 아세트산에 대해 78.2%를 냈습니다. 약산의 감쇠가 강산보다 빠른 것은 예상된 거동입니다. 약산과 작용기의 결합이 약해 나중에 오는 강산에 밀려나기 때문이며 교체 주기는 약산을 기준으로 잡아야 합니다.
사례 4: 외기 유닛의 겨울철 이산화황
외기 유닛 필터: 무엇이 쌓였고 얼마나 버텼나
위: 뜯어낸 뒤의 부하 성분 비율／아래: 사용 연수에 따른 잔여 효율
이온교환 필터는 8년을 쓴 뒤 49.4%가 남습니다. 그것만 보면 활성탄이 0.5년일 때의 90.2%에 못 미치지만 그것은 열여섯 배의 시간입니다. 위쪽 줄이 이유를 설명합니다. 활성탄 부하의 43~46%가 유기물이라, 겨울에 이산화황이 들어오기도 전에 공사 기간의 디젤 배기와 외기의 휘발성 유기물이 용량을 먼저 먹어 버립니다. 이온교환은 유기물을 전혀 흡착하지 않아 부하가 거의 전부 산의 염이며 용량이 첫날부터 8년째까지 산에만 쓰입니다. 선정할 때 볼 것은 우리 교체 주기 안에서 효율이 충분한가이지 새것일 때 누가 높은가가 아닙니다. 반대로 현장에서 유기물과 질소산화물도 함께 눌러야 한다면 이온교환만으로는 모자랍니다.
