반도체용 특수가스 공급장치의 위험성

반도체산업에서 주로 사용하는 특수가스는 대부분이 그 취급과정에서 가스가 누출되면 작업자에게 치명적 손상을 가할 수 있는 독성을 지닐 뿐만 아니라 화재·폭발위험이 높은 가스에 해당한다.

 

 

 

반도체용 특수가스 공급장치의 위험성

반도체공정에 특수가스를 공급하는 가스캐비닛(Gas Cabinet)은 고압으로 충전되어 있는 가스실린더를 가스캐비닛에 병렬로 배치하여 사용하는 공급 시스템으로서 가스실린더에 충전된 가스의 충전압력이 중요한 요소로 작용한다.

 

 

특수가스 공급 시스템

제조설비에 공급되는 가스는 제조공정에 사용되기 때문에 공정가스(Process Gas)라고도 한다. 공정가스를 제조설비에 공급하는 방법으로는 외곽 공급실 트레일러(Trailer)로부터 가스룸에 공정가스를 공급하는 트레일러 가스공급 설비, ISO 튜브 트레일러(Tube Trailer)로부터 분배장치(VMB, Valve Manifold Box)를 통해 공정가스를 공급하는 ISO 튜브 트레일러 가스공급 설비, 벌크 특수가스를 Y실린더로부터 공급받아 분배장치를 통해 공정가스를 공급하는 벌크 특수가스 공급(BSGS, Bulk Specialty Gas Supply)시스템, 위험성이 높은 특수가스가 충전된 가스실린더와 공급장치인 가스캐비닛(Gas Cabinet)을 이용한 가스캐비닛 공급 시스템, 가스공급설비로부터 공급받은 가스를 일정 압력으로 분배하는 VMB 공급 시스템 등으로 반도체용 특수가스 공급시스템을 다음 그림과 같이 세분화되어 있다.

 

<그림 1> Specialty gas supply system.

 

 

특수가스 실린더 취급 절차

전자 및 반도체산업에서 사용하는 특수가스의 일반적 사용 절차는 다음 그림과 같이 가스실린더의 입고, 가스실린더 저장, 가스실린더 교체, 사용된 가스실린더의 폐기 등의 순서로 이루어진다. 

 

<그림 2> Procedure for the use of specialty gases.

특히 액화가스나 고압가스를 저장하는 가스실린더의 경우 실린더의 저장·교체작업 시 특수가스 누출에 의한 위험성이 높다. 이러한 위험성으로 인해 불활성가스를 제외한 다른 가스의 실린더는 각 화학물질을 별도의 분리된 캐비닛에 보관한다. 또한 화학물질이 같은 분류기호를 가지지 않는 경우에는 서로 다른 가스캐비닛에 보관하여야 하며, 자극성이 있는 화학
물질은 자극성이 없는 화학물질과 함께 하나의 가스캐비닛에 보관할 수 있다. 
서로 혼합할 수 없는 물질은 각각의 가스캐비닛에 실린더를 분리·보관하여야 한다. 이러한 특성을 반영하여 반도체 제조공정에서 사용하고 있는 가스실린더는 전용의 가스캐비닛 내에 저장하여 분리·보관하고 있다. 

 

 

특수가스 보관에 관한 일반 사항

반도체용 특수가스를 저장·보관하는 가스캐비닛은 물질의 누출 등에 따른 위험성에 대비할 수 있는 안전한 방법으로 운영되어야 한다. 가스캐비닛은 화재로 인한 위험물질의 누출과 확산 등을 예방하기 위해 불연성 재료를 사용하고, 감시카메라를 설치하여야 한다.

누출된 가스는 별도의 처리설비로 배출하기 위한 배기설비 및 정전기 방지장치를 갖추어야 하며, 배관접속 및 기기사용 시 점검할 수 있는 구조로 제작되어야 한다. 가스 상호간의 반응을 고려하여 가스종류별로 구분하여 보관하고, 가스종류별 물성에 맞는 적합한 재료를 선정한다. 
가스캐비닛의 배기설비, 경보장치, 긴급차단장치 및 압력센서 등은 비상전원장치에 연동되어야 한다. 인화성, 부식성 및 독성 가스를 저장하고 있는 가스캐비닛에는 감시설비를 설치해야 하고, 감시설비가 작동 시 실린더의 설치장소에서 공정가스의 흐름을 자동으로 차단해야 하고, 비상제어설비에 경보를 발해야 한다.
가스캐비닛은 취급하는 가스의 명칭과 해당가스의 농도에 대한 정보 표지를 부착해야 하고, 가스캐비닛 내부에 있는 모든 가스 배관과 밸브는 해당용도를 표시한 표지를 부착하여야 한다. 가스캐비닛에 저장하는 가스실린더는 2개 이하이어야 하며, 이들 가스실린더 중 하나 만이 공정배관에 접속되어야 한다.
자연발화성 가스(실란, 디실란 등)를 저장하는 가스실린더 재질은 스틸 또는 알루미늄이어야 하며 가스실린더에서 화재가 발생 시 인접한 실린더에 화염의 영향을 방지하기 위해 이러한 구역을 나타내도록 실린더 사이에 스틸 재질의 칸막이를 설치하여야 한다. 
고압가스를 저장하는 실린더, 배관의 누출원 등에서 가스가 누출되는 경우 누출량은 이상기체의 단열팽창을 기초하여 추정할 수 있으며 내부압력이 임계압력보다 높다면 누출가스는 음속가스의 누출률을 적용, 아음속일 경우 아음속가스의 누출률을 적용하며, 공기 중 인화성 물질의 농도가 폭발한계 내에 위치하는 경우 폭발위험장소로 구분하여 관리하여야 한
다. 

 

Reference : KIGAS Vol. 25, No. 2, April, 2021