반도체 제조에서 극저온 분배 시스템은 단순히 액체 질소나 아르곤을 한 지점에서 다른 지점으로 이송하는 것 이상의 역할을 수행해야 합니다. 유체는 사용 지점까지 안정적이고 깨끗하며 단상 상태를 유지해야 합니다. 미량의 열 유입조차도 플래시 가스 발생, 압력 변동 또는 수분 오염을 유발하여 공정 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다.

그래서진공 절연 파이프이러한 시스템은 기존의 폼 단열 배관 대신 반도체 제조 공장에서 흔히 사용됩니다. 적절하게 관리되는 시스템과 결합될 경우,동적 진공 펌프 시스템이를 통해 전체 이송 라인에 걸쳐 장기적인 진공 안정성을 유지하면서 전체 열 누출량을 3W/m 미만으로 유지할 수 있습니다.

반도체 응용 분야에서 진공 절연은 단순히 파이프를 감싸는 수동적인 층으로만 여겨져서는 안 됩니다. 이는 측정 가능한 진공 성능과 장기적인 유지보수성을 요구하는 능동적인 열 관리 시스템입니다. 고정밀 칩 제조 환경에서는 유체 포화 온도가 조금만 상승해도 냉각 회로, 정화 시스템 또는 공정 제어 장비에 문제를 일으키는 2상 유동 현상이 발생할 수 있습니다.

극저온 반도체 시스템에서 열 누출이 중요한 이유는 무엇일까요?

모든 극저온 이송 라인은 세 가지 주요 열 전달 형태의 영향을 받습니다.

• 환형 공간을 가로지르는 방사선
• 잔류 분자로 인한 기체 전도
• 지지대 및 스페이서를 통한 고체 전도

제대로 설계된 경우진공 절연 파이프일반적으로 환형 압력은 1×10⁻⁴ Pa 미만으로 감소합니다. 이러한 진공 수준에서는 남아 있는 기체 분자의 평균 자유 경로가 환형 간격보다 훨씬 커지므로 기체 열전도가 크게 감소합니다.

복사열 전달은 다층 단열재(MLI)를 사용하여 제어됩니다. 이 단열재는 반사성 포일과 낮은 열전도율을 가진 스페이서 소재가 번갈아 쌓인 층으로 구성됩니다. 적절한 층 밀도와 시공 방법을 적용하면 복사열 유속을 제곱미터당 수 와트 수준으로 줄일 수 있습니다.

나머지 열 전달 경로는 주로 기계적 지지대에서 발생합니다. 이러한 영향을 최소화하기 위해 G-10 유리섬유나 토론(Torlon®)과 같은 저전도성 재료가 일반적으로 사용됩니다. 이러한 지지대는 작동 중 열 수축, 진동 및 지진 하중을 견딜 수 있을 만큼 충분한 기계적 강도를 가져야 합니다.

장거리 이송 시 진공 단열과 발포 단열의 차이는 매우 두드러집니다. 제대로 관리된 진공 시스템은 수년간 안정적인 단열 성능을 유지할 수 있는 반면, 발포 단열재는 대기 중의 습기를 서서히 흡수합니다. 습기가 단열 구조 내부로 들어가 얼게 되면 단열 효율은 시간이 지남에 따라 저하되는 것이 일반적입니다.

실제 반도체 액체질소 분배 시스템에서는,진공 단열 배관특히 긴 옥외 구간이나 연속 작동 주 배관에서 기존의 발포 단열 배관에 비해 증발량을 크게 줄일 수 있습니다.

동적 진공 펌프 시스템

정적 진공 재킷의 문제점 중 하나는 가스 방출, 헬륨 투과 또는 미세 누출로 인해 시간이 지남에 따라 진공 품질이 서서히 저하될 수 있다는 것입니다.

이를 해결하기 위해 대구경진공 절연 파이프시스템에는 다음과 같은 기능을 탑재할 수 있습니다.동적 진공 펌프 시스템이 시스템은 일반적으로 환형 진공을 원래 설계 상태로 주기적으로 복원하는 소형 터보분자 펌프 또는 스크롤 펌프 장치를 포함합니다.

진공도는 냉음극 게이지를 사용하여 지속적으로 모니터링됩니다. 펌프는 압력이 목표 설정값을 초과할 때만 작동하므로 전력 소비와 유지 보수 요구 사항이 비교적 낮게 유지됩니다.

대만 신추의 한 반도체 설비 업그레이드 프로젝트에서는 능동형 진공 펌핑 시스템을 통해 노후된 액체 질소(LN₂) 이송 헤더의 열 성능을 생산 라인 가동 중단 없이 원래 작동 조건에 가깝게 회복할 수 있었습니다. 신규 프로젝트의 경우에도 능동형 진공 유지 관리는 시스템 수명 기간 동안 장기적인 절연 안정성에 대한 운영자의 신뢰를 높여줍니다.

재료 및 시스템 설계

반도체 및 초고순도 응용 분야의 경우, 내부 공정 파이프는 일반적으로 304L 또는 316L 스테인리스강으로 제작됩니다. 내부 표면은 산소 청정 환경 요구 사항을 충족하고 오염 위험을 최소화하기 위해 세척, 퍼징 및 부동태 처리됩니다.

외부 재킷은 설치 환경에 따라 도장된 탄소강 또는 스테인리스강을 사용할 수 있습니다. 클린룸과 인접한 구역에서는 부식이나 표면 오염을 방지하기 위해 스테인리스강 외부 재킷이 선호되는 경우가 많습니다.

열팽창으로 인한 수축 또한 신중하게 고려해야 합니다. 액체질소 이송관은 주변 온도와 작동 온도 사이에서 미터당 약 2.5~3mm 정도 수축할 수 있습니다. 이러한 수축을 흡수하기 위해 일반적으로 배관망 전체에 걸쳐 계산된 고정 위치에 벨로우즈형 팽창 보상기를 설치합니다.

움직임이나 유연성이 요구되는 경우,진공 절연 유연 호스조립체는 일반적으로 사용됩니다. 대표적인 설치 위치로는 탱크 연결부, 장비 연결부, 매니폴드 분기부 및 이동식 공정 스키드가 있습니다.

이러한 유연 호스는 진공 재킷 및 MLI 구조와 함께 주름진 내부 코어를 사용하여 견고한 진공 파이프와 유사한 구조를 갖습니다. 적절하게 설계된 어셈블리는 반복적인 극저온 열 순환 후에도 진공 상태를 유지할 수 있으며, 절연되지 않은 편조 호스에서 흔히 발생하는 외부 결빙 현상도 방지합니다.

진공 절연 밸브그리고상 분리기

열 손실 관리는 직선 배관 구간에만 국한되지 않습니다. 밸브와상 분리기또한 안정적인 극저온 유동 조건을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

A 진공 절연 밸브일반적으로 확장형 보닛과 진공 재킷 본체를 사용하여 중요한 밀봉 부위가 극저온에 노출되지 않도록 합니다. 이는 스템 패킹 주변의 결빙을 방지하고 밸브 구조 내부의 불필요한 결로 현상을 줄이는 데 도움이 됩니다.

진공 단열이 없으면 밸브는 시스템 내에서 열 손실이 집중되는 지점이 될 수 있습니다. 액체 극저온 환경에서 이는 국부적인 증기 기포, 불안정한 유동 조건 또는 수격 현상을 유발할 수 있습니다.

반도체 공정 시스템에서는 ASME B31.3 및 EN 13480 요구 사항에 따라 확장형 보닛 글로브 밸브와 상부 진입형 볼 밸브가 일반적으로 사용됩니다.

A 진공 절연 상 분리기이 장치는 액체가 민감한 하류 장비에 들어가기 전에 플래시 가스를 제거하는 데 사용됩니다. 반도체 응용 분야에서 불안정한 2상 유동은 공정 경보 또는 장비 인터록을 작동시킬 만큼 큰 압력 변동을 일으킬 수 있습니다.

대부분의 분리기는 기액 분리 효율을 향상시키기 위해 접선형 입구와 내부 데미스터 구조를 사용합니다. 많은 프로젝트에서 분리기는 공정 바닥 근처에 설치된 미니 탱크와 결합됩니다. 미니 탱크는 상당한 추가 열 부하를 발생시키지 않고 단기적인 수요 변동을 안정화하는 데 도움이 되는 국소 완충 용량 역할을 합니다.

반도체 프로젝트 예시

한국의 DRAM 설비 확장 프로젝트에는 침수 냉각 방식의 테스트 장비와 웨이퍼 가공 장비에 액체 질소를 공급하는 새로운 액체 질소 분배 네트워크가 필요했습니다.

설치에는 약 180미터 길이의 진공 절연 파이프가 포함되었으며, 이 파이프는 진공 절연 유연 호스 어셈블리를 통해 여러 공구 분기부에 연결되었습니다. 진공 절연 상 분리기와 2m³ 용량의 소형 탱크가 대량 저장 구역 근처에 설치되었습니다.

동적 진공 펌프 시스템은 주요 6인치 이송 라인의 환형 압력을 5×10⁻⁶ mbar 미만으로 유지했습니다.

시운전 중 안정적인 작동 조건에서 1차 헤더의 열 누출량을 측정한 결과 평균 약 1.3W/m로 나타났습니다. 1년간의 연속 가동 후에도 주기적인 진공 회복 사이클을 통해 단열 성능이 초기 기준 상태에 가깝게 유지되었습니다.

기존의 발포 단열 방식과 비교했을 때, 해당 설비는 액체 질소 손실이 현저히 감소하고 운영 안정성이 향상된 것으로 나타났습니다. 또한 공정 기록에 따르면 단열재 열화와 관련된 습기 오염 사례는 발생하지 않았습니다.

응용 프로그램

진공 단열 극저온 이송 시스템은 반도체 제조, LNG 인프라, 산업용 가스 유통 및 액체 수소 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

운영 환경은 다르지만 엔지니어링 목표는 동일합니다.

• 진공 안정성을 유지합니다
• 열 유입을 최소화
• 이송 과정 전반에 걸쳐 상 안정성을 유지합니다.

시스템 설계는 일반적으로 프로젝트 범위 및 지역 요구 사항에 따라 ASME B31.3, EN 13480 및 ISO 21029와 같은 국제 표준을 따릅니다.

반도체 설비에서 극저온 분배 시스템의 성능은 운전 효율, 액체 소모량, 그리고 장기적인 공정 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 배관, 밸브, 분리 장치, 그리고 진공 유지 시스템은 독립적인 구성 요소가 아닌 하나의 통합된 열 시스템으로 설계되어야 합니다.

At HL 극저온 기술당사는 EPC 계약업체, 가스 회사 및 반도체 시설과 협력하여 표준 카탈로그 구성이 아닌 실제 운영 조건, 열 부하 목표 및 설치 요구 사항을 기반으로 극저온 이송 솔루션을 개발합니다.

새로운 반도체 제조 공장 프로젝트를 계획 중이거나 기존 액체 질소(LN₂) 유통 네트워크를 업그레이드하려는 경우, 당사 엔지니어링 팀이 열 누출 성능, 진공 전략 및 장기 운영을 위한 시스템 구성을 평가하는 데 도움을 드릴 수 있습니다.