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KR20060010540A - 반도체 공정용 불소가스제조장치 - Google Patents

반도체 공정용 불소가스제조장치 Download PDF

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KR20060010540A
KR20060010540A KR1020040059275A KR20040059275A KR20060010540A KR 20060010540 A KR20060010540 A KR 20060010540A KR 1020040059275 A KR1020040059275 A KR 1020040059275A KR 20040059275 A KR20040059275 A KR 20040059275A KR 20060010540 A KR20060010540 A KR 20060010540A
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South Korea
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fluorine gas
gas
semiconductor process
tank
filter
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KR1020040059275A
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문상영
김선갑
전재강
신상호
장성정
한동훈
김왕근
이상곤
김종산
한중기
김호왕
남태영
하상선
Original Assignee
주식회사 아토
삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 반도체 공정용 불소가스 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불소가스 발생장치에서 발생되는 불소가스의 불순물을 제거하는 필터장치를 구비하여 반도체 공정으로 투입되는 불소가스의 순도를 향상시킬 수 있는 반도체 공정용 불소가스 제조장치에 관한 것이다.

Description

반도체 공정용 불소가스제조장치{Apparatus for Manufacturing Fluoride Gas Using in Semiconductor Process}
도 1은 불소가스 발생부의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 불소가스 제조장치의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 불소가스 필터링부의 단면도
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 - 전해조 12 - 상부커버
20 - 전극판 22 - 양극판
23 - 불소방 24 - 음극판
25 - 수소방 30 - 격벽
100 - 불소가스 발생부
200 - 불소가스 필터일부 210 - 탱크
220 - 가스유입관 230 - 히터
240 - 전해액배출관 250 - 필터
255 - 불화가스 흡착부 260 - 가스공급관
본 발명은 반도체 공정용 불소가스 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불소가스 발생장치에서 발생되는 불소가스의 불순물을 제거하는 필터장치를 구비하여 반도체 공정으로 투입되는 불소가스의 순도를 향상시킬 수 있는 반도체 공정용 불소가스 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 불소가스는 반도체 제조분야에서 많이 사용되는 중요한 가스로서 불소가스 자체로 사용되거나, 반도체의 클리닝 가스나 드라이 에칭용 가스로 사용되는 삼불화 질소가스(이하 NF3 가스), 불화 네온가스(이하, NeF 가스), 불화 아르곤 가스(이하, ArF 가스), 불화 크립톤 가스(이하, KrF가스)의 합성에 사용된다. 반도체 제조분야에 사용되는 불소가스 또는 합성가스는 불순물이 적은 고순도 가스가 사용된다.
반도체 제조분야에서 불소가스는 불소가스가 충전된 가스봄베로부터 필요한 부분으로 공급되어 왔다. 그러나 이러한 가스봄베를 이용한 불소가스의 공급시에는 고압으로 충진되어 있는 가스봄베의 보관, 가스봄베의 재고관리, 안전성의 확보 등이 문제되어 왔다. 따라서 최근에는 불소가스가 필요한 현장에 불소가스 제조장치를 설치하여 불소가스를 직접 공급하는 방법이 사용되고 있다.
일반적으로 반도체 공정용 불소가스를 제조하기 위한 반도체 공정용 불소가스 제조장치는, 도 1을 참조하여 보면, 전해조(10)와 전극판(20) 및 격벽(30)을 포함하여 형성된다.
상기 전해조(10)는 Ni, 모넬, 스테인레스 재질을 사용하여 박스 타입으로 형성되며, 내부에는 KF·2HF 전해액(11)이 소정 높이까지 채워진다. 상기 전해조(10)의 상부는 상부커버(12)에 의하여 밀폐되며, 상부커버(12)에는 상기 전극판(20)의 양극판(22)에 전기를 공급하기 위한 양극탭(14)과 음극판(24)에 전기를 공급하기 위한 음극탭(15) 및 전해액의 전기분해에 의하여 발생되는 불소가스와 수소가스를 배출하기 위한 배출관(16,17)을 포함하여 형성된다. 또한 전해조의 하부에는 음극판(24)과 음극탭(15)을 지지하기 위한 지지수단(18)이 형성된다.
상기 전극판(20)은 양극판(22)과 음극판(24)으로 형성되며, 상기 전해조(10)의 상부커버(12) 및 전해조(10)에 절연되면서 고정되고 각각 양극탭(14)과 음극탭(15)에 의하여 전원공급장치(도면에 표시되지 않음)에 연결된다.
상기 양극판(22)은 다공질의 흑연성형체, 니켈, 백금 등이 재질이 사용되어 형성된다. 상기 양극판(22)은 상기 전해조(10)의 중앙에 위치되도록 상기 상부커버(12)의 중앙에 고정된다. 상기 양극판(22)에서는 전해액(11)의 전기분해 반응에 의하여 불소가스가 발생되며, 불소가스는 전해액(11)이 양극판(22)에 잘 적셔지지 않으므로 대부분 양극판(22)의 표면을 따라 전해조(10)의 상부로 상승하게 된다. 상기 전해조(10)의 상부에서 전해액(11)의 표면과 상기 격벽(30) 및 상부커버(12)에 의하여 형성되는 공간은 불소방(23)으로서 양극판(22)에서 발생되는 불소가스가 포집된다.
상기 음극판(24)은 통상 니켈 재질로 상기 양극판(22)과 소정거리 이격되어 상기 양극판(22)의 양면에 대향되도록 형성되며, 상기 전해조(10) 하부의 지지수단 (18)에 의하여 지지되어 고정된다. 상기 음극판(24)에서는 전기분해 반응에 의하여 수소가스가 발생되며, 전해액(11)이 잘 적셔지므로 수소가스는 상기 음극판(24)에서 멀리 떨어진 곳까지 이동되면서 상승하게 된다. 상기 전해조(10)의 상부에서 전해조(10)의 외벽과 전해액(11)의 표면과 격벽(30) 및 상부커버(12)에 의하여 형성되는 공간은 수소방(25)으로서 음극판(24)에서 발생되는 수소가스가 포집된다.
상기 격벽(30)은 니켈 또는 모넬 또는 스테인레스 재질로 형성되어 상기 양극판(22)과 음극판(24) 사이에서 상기 전해액(11)의 소정깊이까지 잠기도록 상기 상부커버(12)에 고정되며, 상기 전해조(10)에서 전해액(11)의 상부 공간을 두 개의 공간으로 분리하게 된다. 즉 상기 격벽(30)은 상기 전해조(10)의 상부공간을 상기 양극판(22)이 위치하여 불소가스가 포집되는 불소방(23)과 상기 음극판(24)이 위치하여 수소가스가 포집되는 수소방(25)으로 분리하게 된다.
한편, 상기 전해조(10)에 충진된 KF·2HF 전해액에서 일어나는 전기분해 반응은 상기 양극판(22)과 음극판(24) 사이에 전압이 인가되어 진행된다. 이러한 전기분해 반응에 의하여 양극판(22)과 음극판(24)에서 불소가스와 수소가스가 제조되는 반응식은 다음과 같다.
양극반응(anode reaction)
(HF)nF- = (HF)n + ½F2 + e- ------------식(1)
음극반응(cathode reaction)
(HF)nH+ + e- = (HF)n + ½H2 ------------식(2)
따라서 상기 양극판(22)에서는 불소가스가 발생되어 상기 양극판(22)을 따라 상승하며, 상기 불소방(23)에 포집되어 상기 상부커버(12)에 형성된 불소 배출관(16)을 통하여 배출하게 된다. 상기 음극판(24)에서는 수소가스가 발생되어 상부로 상승하며, 상기 수소방(25)에 포집되어 상기 상부커버(12)에 형성된 수소 배출관(17)을 통하여 배출하게 된다.
상기와 같은 불소가스 발생과정에서는 상기 전해조(10)의 전해액(11)이 별도의 가열장치(도면에 표시하지 않음)에 의하여 80도 이상으로 가열된 상태로 유지되어 진행되므로 전기분해 반응 중에는 전해액이 증발되어 형성되는 비말, 불화가스등불순물이 발생된다. 이러한 불순물은 불소 배출관(16) 또는 수소 배출관(17)을 통하여 배출되는 불소가스 또는 수소가스와 함께 배출된다. 이러한 불순물의 일부는 상기 불소 배출관(16) 또는 수소 배출관(17)의 소정위치에 누적되어 쌓이게 되며, 일부는 공정으로 흘러가게 된다.
따라서, 불소가스를 반도체 공정 중에서 사용하기 위해서는 불소가스에서 상기와 같은 불순물을 제거하는 필터장치가 부착되어야 한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 창출된 것으로서, 불소가스 발생장치에서 발생되는 불소가스의 불순물을 제거하는 필터장치를 구비하여 반도체 공정으로 투입되는 불소가스의 순도를 향상시킬 수 있는 반도체 공정용 불소가스 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 안출된 본 발명의 반도체 공정용 불소가스 제조장치는 전해조와 전극판 및 격벽을 구비하는 불소가스 발생부와 상기 불소가스 발생부에서 발생되는 불소가스의 불순물을 제거하는 불소가스 필터링부를 포함하는 반도체 공정용 불소가스 제조장치에 있어서, 상기 불소가스 필터링부는 내부가 중공이며, 상부케이스와 하부케이스로 분리되는 탱크와, 상기 탱크의 상부에서 상기 탱크 내부의 소정 깊이까지 연장되어 형성되는 가스유입관과, 상기 하부 케이스의 외면에 장착되는 히터와, 상기 하부 케이스의 하부에 형성되어 전해액을 배출하는 전해액배출관과, 메쉬 타입으로 상기 탱크의 소정위치에서 상기 가스유입관이 하부로 관통되도록 설치되는 필터 및 상기 탱크의 상부에 형성되어 상기 필터를 통과한 불소가스를 외부의 반도체 공정으로 공급하는 가스공급관을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서 상기 필터는 상부에 불화가스 흡착제가 충진되는 불화가스 흡착부를 더 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 불화가스 흡착제는 불화나트륨 또는 소다라임이 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 공정용 불소가스 제조장치의 구성도를 나타낸다. 도 3은 본 발명에 따른 반도체 공정용 불소가스 제조장치에 장착된 불소가스 필터링부의 단면도를 나타낸다.
본 발명에 따른 반도체 공정용 불소가스 제조장치는, 도 2를 참조하면, 불소가스 발생부(100)와 불소가스 필터링부(200)를 포함하여 형성된다.
상기 불소가스 발생부(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전해조(10)와 전극판(20) 및 격벽(30)을 포함하여 형성된다. 상기 전해조(10)와 전극판(20) 및 격벽(30)의 구조 및 기능에 대하여는 상기에서 상술한 바와 같으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
다만, 본 발명에서 반도체 공정용 불소가스 제조장치에 포함되는 상기 불소가스 발생부(100)는 도 1에 도시된 구조의 불소가스 발생부의 구조에 한정되지 않으며, 전해조와 전극판 및 격벽을 포함하는 다양한 형태로 사용될 수 있다. 예를 들면 상기 전극판은 양극판과 음극판이 각각 2개씩 구비되어 구성될 수 있으며, 격벽 또한 2중으로 구비될 수 있다. 또한 상기 전해조의 하부에는 다양한 구조의 전해액 가열장치가 부가될 수 있으며, 전해조의 외벽에는 외벽을 냉각시키기 위한 다양한 냉각시스템이 장착될 수 있다.
도 3은 본 발명의 반도체 공정용 불소가스 발생장치에 사용되는 불소가스 필터링부의 단면도를 나타낸다.
상기 불소가스 필터링부(200)는 탱크(210)와 가스유입관(220)과 히터(230)와 전해액배출관(240)과 필터(250) 및 가스공급관(260)을 포함하여 형성된다.
상기 탱크(210)는 소정위치에서 상부케이스(212)와 하부케이스(214)로 분리되며, 상기 하부케이스(214)의 하부가 하방방향으로 돌출되는 둥근 형상 또는 각뿔 형상인 박스 형상으로 형성된다.
상기 가스유입관(220)은 상기 탱크(210)의 상부에서 내부로 관통되도록 형성되며, 상기 불소가스 발생부(100)에서 발생된 불소가스를 탱크(210) 내부로 공급하게 된다. 상기 가스유입관(220)은 상기 탱크(210) 내부에서 하부로부터 소정 높이까지 연장되어 형성된다.
상기 히터(230)는 상기 탱크(210)의 하부에 외면에 장착되며 탱크(210)의 하부를 가열하게 된다. 상기 히터(230)는 열선과 같이 전기가 공급되면 전기저항에 의하여 열을 발생시키는 요소로 구성될 수 있으며, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다. 상기 히터(230)는 별도의 스위치(도면에 표시하지 않음)에 의하여 전기가 공급되어 열을 발생하게 된다. 상기 불소가스 발생부(100)로부터 발생되어 별도의 배관(120)을 통하여 상기 가스유입관(220)으로 유입되는 불소가스는 미세한 전해액 비말이 포함되어 있으며, 상기 탱크(210)로 유입된 불소가스가 냉각되면서 미세한 전해액 비말이 전해염으로 고형화되어 탱크(210)의 하부에 쌓이게 된다. 상기 히터(230)는 탱크(219) 하부에 축적된 전해염을 일정한 온도로 가열하여 전해액 상태로 만들게 된다. 바람직하게는 상기 전해염은 80℃ 내지 100℃에서 용융되므로 상기 히터(230)는 상기 탱크(210)의 하부를 적어도 80℃로 가열시킬 수 있도록 형성된다.
한편, 상기 히터(230)는 상기 탱크(210)의 하부에 일정량의 전해염이 쌓인 경우에만 작동시키게 된다. 상기 탱크(210) 내부에서 불소가스를 필터링할 때는 상온으로 유지하여 불소가스 내에 포함되어 있는 전해액 비말이 용이하게 고형화될 수 있도록 한다.
상기 전해액배출관(240)은 상기 탱크(210)의 하부에 형성되며, 밸브(245)에 의하여 개폐된다. 상기 탱크(210)의 하부에 쌓이는 전해염이 상기 히터(230)에 의하여 가열되면서 전해액으로 용융되면 상기 밸브(245)를 개폐하여 전해염을 탱크(210)의 외부로 방출하게 된다. 상기 밸브(245)는 수동으로 작동되는 밸브로 구성될 수 있으며, 자동으로 작동되는 밸브로 구성될 수 있다. 상기 자동으로 작동되는 밸브로는 모터 또는 공압 또는 자력에 의하여 작동되는 다양한 밸브가 사용될 수 있다.
상기 필터(250)는 Ni, 모넬 스테인레스 스틸과 같은 내부식성이 있는 재질로 사용되며 바람직하게는 스테인레스 스틸에서 내부식성이 강한 SUS 316L과 같은 재질로 형성된다. 상기 필터(250)는 메쉬타입으로 형성되며 바람직하게는 10mesh 내지 200mesh로 형성된다. 상기 필터가 10 mesh 이하로 형성되면 불소가스의 미세한 전해액 비말이 필터(250)를 막게 되어 불소가스의 통과가 어렵게 되며, 필터를 자주 청소해 주어야 한다. 또한 상기 필터(250)가 200mesh보다 크게 형성되면 불소가스에 포함되어 있는 미세한 전해액 비말 등 불순물을 충분히 제거하지 못하게 된다.
상기 필터(250)는 상기 하부케이스(214) 상부 또는 상기 상부케이스(212)의 하부에 설치되며, 상기 가스유입관(220)이 하부로 관통된다. 따라서 상기 가스유입관(220)으로부터 유입되는 불소가스는 상기 하부케이스(214)와 필터(250) 사이로 공급된다. 상기 필터(250)의 하부로 공급된 불소가스는 상기 필터(250)를 지나면서 미세한 비말이나 불화가스 입자의 일부가 제거되어 상부로 이동하게 된다. 상기 필터(250)는 상기 하부케이스(214) 또는 상기 상부케이스(212)에 분리 가능하게 장착되며 주기적으로 청소될 수 있도록 한다.
상기 필터(250)의 상부에는 불화가스 흡착부(255)가 추가로 형성될 수 있다. 상기 불화가스 흡착부(255)는 내부에 불화나트륨 또는 소다라임 등 불화가스를 흡착할 수 있는 흡착제가 충진되며, 상기 필터(250)를 통과한 불소가스에 존재하는 불화가스(HF)를 흡착하여 제거하게 된다. 상기 불화가스 흡착부(255)는 상기 필터(250)의 상부에 설치되어 전해액 비말 등 불순물이 여과된 불소가스를 여과하게 되므로 흡착제의 성능을 장시간 유지하면서 불소가스를 여과할 수 있게 된다.
상기 가스공급관(260)은 상기 탱크(210)의 상부케이스(212) 소정위치에 설치되며, 외부의 반도체 공정라인 또는 반도체 장비로 연결된다. 따라서, 상기 가스유입관(220)으로부터 유입되어 상기 필터(250)를 통과하면서 불순물이 제거된 불소가스를 외부로 공급하게 된다. 상기 가스공급관(260)은 상기 탱크(210)와 일체로 형성될 수 있으며 분리 가능하게 형성될 수 있다. 또한 상기 가스공급관(260)은 공급되는 가스량에 따라 소정 직경으로 형성된다.
상기 탱크(210)와 가스유입관(220)과 전해액배출관(240)과 가스공급관(260)은 Ni, 모넬, 스테인레스스틸 재질 등 부식에 강한 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 전해액과 전해염 및 불소가스는 부식성이 매우 강하므로 부식에 강한 재질로 형성된다.
다음은 본 발명에 따른 반도체 공정용 불소가스 제조장치의 작용을 설명한 다.
상기 불소가스 발생부(100)의 작동에 의하여 수소가스는 별도의 배관(110)을 통하여 외부의 저장소로 이동되며, 불소가스는 또 다른 배관(120)에 의하여 상기 불소가스 필터링부(200)로 공급된다. 상기 불소가스 발생부(100)에서 발생된 불소가스는 대략 전해액 온도를 갖게 된다. 따라서 상기 불소가스 내에는 미세한 전해액 비말이 액상 또는 기상상태로 존재하면서 불소가스와 함께 이송된다.
상기 불소가스 필터링부(200)로 공급되는 불소가스는 상기 탱크(210)의 상부에 형성된 상기 가스유입관(220)을 통하여 탱크(210)의 하부로 유입된다. 상기 탱크(210)로 유입된 불소가스가 상온상태를 유지하는 탱크(210) 내부에서 냉각되면, 불소가스 내에 존재하는 전해액 비말은 고형화되면서 불소가스와 분리되어 하부로 떨어지게 된다. 따라서 상기 탱크(210)의 하부에는 전해액 비말이 쌓여서 전해염이 축적된다.
상기 탱크(210)의 하부로 유입된 불소가스는 상기 필터(250)를 통과하면서 미분리된 전해액 비말이 분리되며 일부 불화가스와 같은 불순물 가스가 필터링 된다. 특히, 상기 필터의 상부에 장착되는 불화가스 흡착부(255)에는 불화가스를 흡착하여 제거하게 된다. 상기 필터(250)를 통과한 불소가스는 상기 탱크(210)의 상부에 형성된 가스공급관(260)을 통하여 반도체 공정으로 공급된다. 반도체 공정으로 공급되는 불소가스는 필요한 경우에 추가적인 필터링 시스템을 통하여 더 고순도로 공급될 수 있음은 물론이다.
한편 상기 탱크(210)의 하부에 일정량의 전해염이 축적되면 상기 히터(230) 를 작동하여 전해염을 용융시키게 된다. 전해염이 용융되어 전해액으로 되면 상기 밸브(245)를 열어 전해액을 탱크(210) 하부로 방출하게 된다. 상기 탱크(210)는 발생되는 전해염의 양을 모니터링하여 일정 주기로 전해염을 제거하면 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 반도체 공정용 불소가스 제조장치에 의하면 불소가스 발생장치에서 발생되는 불소가스의 불순물을 제거하는 필터장치에 의하여 전해액 비말 등 불순물을 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 탱크의 하부에 축적되는 전해염을 용융시켜 전해액 상태로 제거함으로써 불소가스 필터링부의 유지관리를 보다 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 전해조와 전극판 및 격벽을 구비하는 불소가스 발생부와 상기 불소가스 발생부에서 발생되는 불소가스의 불순물을 제거하는 불소가스 필터링부를 포함하는 반도체 공정용 불소가스 제조장치에 있어서,
    상기 불소가스 필터링부는
    내부가 중공이며, 상부케이스와 하부케이스로 분리되는 탱크;
    상기 탱크의 상부에서 상기 탱크 내부의 소정 깊이까지 연장되어 형성되는 가스유입관;
    상기 하부 케이스의 외면에 장착되는 히터;
    상기 하부 케이스의 하부에 형성되어 전해액을 배출하는 전해액배출관;
    메쉬 타입으로 상기 탱크의 소정위치에서 상기 가스유입관이 하부로 관통되도록 설치되는 필터; 및
    상기 탱크의 상부에 형성되어 상기 필터를 통과한 불소가스를 외부의 반도체 공정으로 공급하는 가스공급관을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 불소가스 제조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 필터는 상부에 불화가스 흡착제가 충진되는 불화가스 흡착부를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 불소가스 제조장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 불화가스 흡착제는 불화나트륨 또는 소다라임을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 불소가스 제조장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 필터는 Ni, 모넬 스테인레스 스틸 중 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 불소가스 제조장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 필터는 10mesh 내지 200mesh로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 불소가스 제조장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 필터는 상기 하부 케이스의 상부 또는 상기 상부케이스의 하부에 장착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 불소가스 제조장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액 배출관은
    상기 전해액 배출관의 소정위치에 형성되는 자동 밸브에 의하여 개폐되는 것 을 특징으로 하는 반도체 공정용 불소가스 제조장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 탱크와 가스유입관과 전해액배출관과 가스공급관은 Ni, 모넬, 스테인레스스틸 재질 중의 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 불소가스 제조장치.
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