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  반도체 공정에서 수소 폭발 위험성
  글쓴이 : 써언민   고유ID : tjsals9175     날짜 : 23-02-08 17:26     조회 : 277    
안녕하십니까. 수소 폭발 위험성 관련해서 질문 드립니다.
현재 반도체 공정(ALD-TiN)에서 TiCl4, NH3, H2, NF3 등과 같은 gas를 사용하고 있습니다.
수소의 농도를 LFL 이하로 관리해 주면 폭발의 위험성은 없다고 생각되기는 하지만..
H2와 NF3가 만났을 때나 다른 gas와 만났을 때 폭발하거나 연소의 위험성이 있는지 문의 드립니다.
NF3는 Plasma를 이용하여 F Radical 형태로 공급하고 있습니다.
공정 조건은 아래와 같습니다.
H2: 10 slm
NF3: 3 slm
NH3: 5 slm
TiCl4: 0.5 slm
공정압력: 약 1 torr
위와 같은 조건에서 수소 폭발이나 연소의 위험성이 있나요?

스테파노 Stefano   23-02-09 02:52
(1)NF3는 강한 산화력을 가지고 있으므로 금속, NH3, H2 등과 아래의 반응을 일으킬 수 있겠으나 실제로 이들 반응을 일으킬 수 있는 활성화 에너지를 공급할 수 있는 온도가 얼마인지 자료를 찾아봐야 할 것입니다.

6M(금속) + 2NF3 -->N2+ 6MF
NH3 + NF3 ------->N2+ 3HF
3H2+ 2NF3-------->N2 + 6HF
3TiCl4 + 4NF3 ---->2N2 + 3TiF4 + 6Cl2

(2) 이들 반응의 진행가능여부는 반응물들과 생성물들의 Free Energy를 조사해서 생성물의 Free Energy가 반응물보다 작아지면 반응이 일어날 수 있음을 확인할 수 있습니다.

(3) 반응이 폭발적으로 일어날 수 있는가의 여부는 가스분자들이 충돌하여 반응을 개시하게 되면 이 에너지가 다른 분자에 전달되어 연쇄만응을 일으킬 수 있는 에너지를 다른 분자에게 전달될 수 있는가를 평가해 봐야 할 것이나  압력이 아주 낮은 경우 에너지 밀도도 낮고 모두 반응을 일으킨다고 해도 해도  방출되는 에너지도 크지 않아 연쇄반응에 의한 폭발을 일으킬 수가  없을 것입니다.

(4) 해당 가스들이 공정장치에서 새어나와 공기중에서 폭발범위에 들어갈 수 있을 정도의 농도에 이르게 되면 어떤 점화원에 의해서든 반드시 폭발할 위험은 도사리고 있습니다.  이 조건은 질문의 영역 밖의 상황에 해당합니다.
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