JP5915952B2 - パーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステム - Google Patents
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Description
本発明はパーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステムに関するもので、より詳しくは、主に半導体の生産工程で発生する六フッ化硫黄を含むパーフルオロ化合物を效果的に分離して、これを除去または再利用することができるようにする工程で、複数の分離膜を通過する時、それぞれの分離膜に一定の圧力が作用して分離膜の破損及び效率が低下されることを防止するために開発されたパーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステムに関するものである。
最近、地球温暖化による気候及び生態系の変化がますます著しく現われることにつれて、それに対する関心が日々に増加され、その主要原因と言える温室ガスの排出規制に対する関心も全世界的に高まっている。
しかし、大部分の人たちは、温室ガスは化石燃料による二酸化炭素（ＣＯ２）のみを思い浮かべるが、メタン（ＣＨ４）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）及びパーフルオロ化合物（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）であるハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣｓ）と、パーフルオロカーボン（ＰＦＣｓ）及び六フッ化硫黄（ＳＦ６）なども地球温暖化の主な原因になっている。
これは急激に増える二酸化炭素の使用量に比べて、その比重が１２．２％で、相当大量が排出されたことを意味し、半導体、ディスプレー、ＬＥＤ、太陽光などを含む韓国の主力産業と言える電子関連分野でたくさん排出するパーフルオロ化合物が占める比率は４．４％で、これも相当多い比率を占めていると言える。
特に、基板に所定パターンを形成するために、六フッ化硫黄をプラズマ設備を利用してＦ−イオンを生成し、これを利用して絶縁体と反応して蝕刻するエッチング工程では、たくさんの粉じんと六フッ化硫黄（ＳＦ６）と六フッ化シリコーン（ＳｉＦ６）などを排出する。
また、ＣＶＤ洗浄チャンバ（ｃｈａｍｂｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ）工程は、プラズマエッチング方法を利用して絶縁体（ＳｉＯ２）でコーティングされたコーティング層を除去するためのもので、主に（ＮＦ３）ガスを用いるが、この時、粉じん、ＮＦ３、Ｆ２、ＳｉＦ４などを排出する。
このような粉じんを含む各種ガスは、ポンプ及び装備を保護するために、多量の窒素と混合された後、ドライポンプに吸入されて、現在大部分ガススクラバー（ｇａｓ ｓｃｒｕｂｂｅｒ）のみ設置されている後処理施設に送られる。
最近には、粒子が最も小さい窒素だけ通過するようにする分離膜を利用して窒素とその他パーフルオロ化合物を分離して、窒素は再利用し、パーフルオロ化合物は再処理施設に送るようにする多様なリサイクルシステムが開発されている。
しかし、このような分離膜の場合、圧力が大きい場合、分離膜が破損される虞が急激に増加し、反対に、圧力が低い場合、分離效率が低下されため、適切な圧力の維持が重要であるが、一つの管路から複数の管路に分岐されて分離膜を経た後合わされる構造では、それぞれの分離膜に異なる圧力が作用するようにして、分離膜が破損され、效率が低下される問題点があった。
本発明は上記のような問題点を解決するために開発されたもので、その目的は、パーフルオロ化合物と窒素、そして各種不純物が含まれたガスが複数の分離膜に分岐されて窒素を分離させる過程で、それぞれの分離膜に作用する圧力が同一に作用して設定された圧力で分離されることができるようにするパーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステムを開発することにある。
また、本発明の他の目的は、電子産業で生成されるパーフルオロ化合物を含む各種ガスを容易に分離するために、気体の分離特性を極大化することができるパーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステムを開発することにある。
上記のような目的を達するために、本発明は、ドライエッチング工程とＣＶＤ洗浄チャンバなどのパーフルオロ化合物を利用したり生成される排ガス発生施設で発生する粉じんを含むガスを処理するパーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステムにおいて、一つ以上の排ガス発生施設で発生する排ガスが流入され、管路の断面積がテーパー状に拡張される拡張管と、上記拡張管で垂直下方に長く延長されるバッファータンクと；一側が上記バッファータンクの拡張管が形成された他側に連結されて、水平方向に長く延長される水平分配管と；下端は上記水平分配管に連結され、垂直上部に延長されて、内部に粒度の小さい窒素は通過し、パーフルオロ化合物を含む不純ガスは通過することができないようにする分離膜が形成され、所定間隔で離隔されて装着される複数の膜分離フィルターと；複数の上記膜分離フィルターで分離膜を通過しない不純ガスを聚合して再処理室に移動させる不純ガス排出管路と；複数の上記膜分離フィルターで分離膜を通過した窒素ガスを聚合して吸いこむ第１真空ポンプが装着され、上記第１真空ポンプで吸入された窒素ガスを補助膜分離フィルターによって再び分離して、不純ガスは不純ガス排出管路で排出し、窒素ガスは再利用することができるように移動させる第１窒素ガスリサイクル管路と；上記補助膜分離フィルターで分離膜を通過した窒素ガスを吸いこむ第２真空ポンプが装着され、上記第２真空ポンプで吸入された純度の高い窒素ガスを再利用することができるように移動させる第２窒素ガスリサイクル管路と；上記第１窒素ガスリサイクル管路の第１真空ポンプ及び第２窒素ガスリサイクル管路の第２真空ポンプを経た直後の管路の六フッ化硫黄と三フッ化窒素をそれぞれ感知するようにする第１感知センサー及び第２感知センサーと、第１真空ポンプ及び第２真空ポンプを経た直後の管路にそれぞれ第１三相バルブ及び第２三相バルブによって選択的に連結された後聚合して、上記バッファータンクに再び再進入されるようにするリターン管路とで構成されることを特徴とする。
同時に、上記バッファータンクが連結された水平分配管の内側には内部に熱線が装着されて、設定された温度まで上昇するようにする加熱装置が装着されることを特徴とする。
また、上記水平分配管には外径が水平分配管の内径に相応して密着され、中央には円形孔が形成される２つの円板型隔膜フランジの一端と上記バッファータンクと接触する直前にそれぞれ装着され、上記隔膜フランジの円形孔に外径が相応して両側が挿入されるメッシュ管が装着されることを特徴とする。
同時に、上記バッファータンクは、下端には水平に折曲された後再び垂直上部に折曲されて上記水平分配管の中間下部と連結される連結管によって水平分配管と連結されるように構成されることを特徴とする。
また、上記連結管と連結される水平分配管の内部には連結管と連結される入口で上部に離隔されて水平に延長されることによって、流入されたガスが両方向に移動するようにする圧力緩和隔膜がさらに形成されることを特徴とする。
上述したように、本発明はパーフルオロ化合物と窒素そして各種不純物が含まれたガスが複数の分離膜に分岐されて、窒素を分離させる過程で、それぞれの分離膜に作用する圧力が同一に作用して、設定された圧力で分離されることができるようにして、分離膜の破損が減少し、分離效率が向上されるという效果を奏する。
また、内部のガスを適正な温度で加熱することができるようにして、気体の拡散速度を増加させ、分離效率を向上させることができるという效果を奏する。
以下、本発明の構成を添付された図面によって当業者が容易に理解して再現することができるように詳細に説明すれば次の通りである。
図１は本発明の一実施例による不純ガス排出過程を示す概念図で、図２は本発明の一実施例による窒素ガス分離過程を示す概念図であり、図３は本発明の一実施例による純度の高い窒素ガス分離過程を示す概念図であり、図４は本発明の一実施例による分離膜が破損された際のリターン過程を示す概念図であり、図５は本発明の一実施例によるバッファータンクと水平分配管を示す概念図として、ドライエッチング工程とＣＶＤ洗浄チャンバなどのパーフルオロ化合物を利用したり生成される排ガス発生施設で発生する粉じんを含むガスを処理するパーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステムにおいて、
一つ以上の排ガス発生施設で発生される排ガスが流入され、管路の断面積がテーパー状に拡張される拡張管１１と、上記拡張管１１で垂直下方に長く延長されるバッファータンク１と；
一側が上記バッファータンク１の拡張管１１が形成された他側に連結されて、水平方向に長く延長される水平分配管２と；
下端は上記水平分配管２に連結され、垂直上部に延長されて、内部に粒度の小さい窒素は通過し、パーフルオロ化合物を含む不純ガスは通過することができないようにする分離膜が形成され、所定間隔に離隔されて装着される複数の膜分離フィルター３と；
複数の上記膜分離フィルター３で分離膜を通過しない不純ガスを聚合して再処理室に移動させる不純ガス排出管路４と；
複数の上記膜分離フィルター３で分離膜を通過した窒素ガスを聚合して吸いこむ第１真空ポンプ５１が装着され、上記第１真空ポンプ５１で吸入された窒素ガスを補助膜分離フィルター５２によって再び分離して、不純ガスは不純ガス排出管路４で排出し、窒素ガスは再利用することができるように移動させる第１窒素ガスリサイクル管路５と；
上記補助膜分離フィルター５２で分離膜を通過した窒素ガスを吸いこむ第２真空ポンプ６１が装着され、上記第２真空ポンプ６１で吸入された純度の高い窒素ガスを再利用することができるように移動させる第２窒素ガスリサイクル管路６と；
上記第１窒素ガスリサイクル管路５の第１真空ポンプ５１及び第２窒素ガスリサイクル管路６の第２真空ポンプ６１を経た直後の管路の六フッ化硫黄と三フッ化窒素をそれぞれ感知するようにする第１感知センサー７１及び第２感知センサー７２と、第１真空ポンプ５１及び第２真空ポンプ６１を経た直後の管路にそれぞれ第１三相バルブ７３及び第２三相バルブ７４によって選択的に連結された後聚合して、上記バッファータンク１に再進入されるようにするリターン管路７とで構成されることを特徴とするパーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステムを示す。
一つ以上の排ガス発生施設で発生される排ガスが流入され、管路の断面積がテーパー状に拡張される拡張管１１と、上記拡張管１１で垂直下方に長く延長されるバッファータンク１と；
一側が上記バッファータンク１の拡張管１１が形成された他側に連結されて、水平方向に長く延長される水平分配管２と；
下端は上記水平分配管２に連結され、垂直上部に延長されて、内部に粒度の小さい窒素は通過し、パーフルオロ化合物を含む不純ガスは通過することができないようにする分離膜が形成され、所定間隔に離隔されて装着される複数の膜分離フィルター３と；
複数の上記膜分離フィルター３で分離膜を通過しない不純ガスを聚合して再処理室に移動させる不純ガス排出管路４と；
複数の上記膜分離フィルター３で分離膜を通過した窒素ガスを聚合して吸いこむ第１真空ポンプ５１が装着され、上記第１真空ポンプ５１で吸入された窒素ガスを補助膜分離フィルター５２によって再び分離して、不純ガスは不純ガス排出管路４で排出し、窒素ガスは再利用することができるように移動させる第１窒素ガスリサイクル管路５と；
上記補助膜分離フィルター５２で分離膜を通過した窒素ガスを吸いこむ第２真空ポンプ６１が装着され、上記第２真空ポンプ６１で吸入された純度の高い窒素ガスを再利用することができるように移動させる第２窒素ガスリサイクル管路６と；
上記第１窒素ガスリサイクル管路５の第１真空ポンプ５１及び第２窒素ガスリサイクル管路６の第２真空ポンプ６１を経た直後の管路の六フッ化硫黄と三フッ化窒素をそれぞれ感知するようにする第１感知センサー７１及び第２感知センサー７２と、第１真空ポンプ５１及び第２真空ポンプ６１を経た直後の管路にそれぞれ第１三相バルブ７３及び第２三相バルブ７４によって選択的に連結された後聚合して、上記バッファータンク１に再進入されるようにするリターン管路７とで構成されることを特徴とするパーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステムを示す。
本発明は、従来、単純管路で連結されて、各膜分離フィルター４に分岐される方式を採択したが、この場合には、一番最初に分岐されて連結される膜分離フィルター４に強い圧力が作用し、遠くなるほど圧力が減小して分離膜による分離工程で最も重要な圧力が強かったり弱く作用することになり、強い場合には、分離膜が破損され、弱い場合には分離效率が極度に低下する問題点を解決するためのものである。
本発明は、このような問題を解決するために、まずバッファータンク１と水平分配管２によって単純管路ではない所定量のガスが停留することができる空間を形成して、各膜分離フィルター３でガスが抜け出ても、所定圧力を保持するのに有利な拡張された空間を提供する。
このような拡張された空間は、膜分離フィルター４にガスを供給する圧力を最適な圧力で一定に提供することができるようにして、分離膜が強い圧力によって破損されることを防止し、反対に、弱い圧力によって窒素ガスの分離效率が急激に低下することを防止して、耐久性と最上の分離效率を得ることができるようにするものである。
この時、排ガスとは排出されるガスを称し、特にドライエッチング工程では、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、プロメチウム（ＰＭ）と、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）と、酸素（Ｏ２）、δＳＯｘ及び各種粉じんなどが排出され、不純ガスは窒素が除去され、残りガスが混合された状態を指称する。
この時、排ガスとは排出されるガスを称し、特にドライエッチング工程では、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、プロメチウム（ＰＭ）と、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）と、酸素（Ｏ２）、δＳＯｘ及び各種粉じんなどが排出され、不純ガスは窒素が除去され、残りガスが混合された状態を指称する。
この時、バッファータンク１に供給される前に前処理フィルターに窒素、六フッ化硫黄及び三フッ化窒素のみ残るようにすれば分離及び再処理效率をさらに向上させることができる。
また、上記膜分離フィルター３は粒子の大きさを利用したフィルターで、窒素の場合、粒子の大きさが３Åで、六フッ化硫黄の場合５Åで、窒素のみ抜けることができるようにした構造である。Åは０．１ナノメートルの長さを言う。
また、第１真空ポンプ５１及び第２真空ポンプ６１の場合、膜分離フィルター３または補助膜分離フィルター５２で窒素を吸いこむようにして、分離される效率を向上させることができるようにしたのである。
また、上記リターン管路７の場合、第１感知センサー７１または第２感知センサー７２で六フッ化硫黄や三フッ化窒素が感知される場合、分離膜が破損されたことであるので、ガスを再び初めに送るようにする。
図６は本発明の第１追加実施例によるバッファータンクと水平分配管を示す概念図で、上記バッファータンク１が連結された水平分配管２の内側には、内部に熱線が装着されて、設定された温度まで上昇するようにする加熱装置２１が装着される実施例を提示した。
上記実施例は内部ガスの温度を少しだけ高くしても気体分子の動きが早くなり、これによる拡散速度も増加して、分離膜での分離效率を向上させることができる。
ただ、温度が高すぎる場合にはむしろ分離膜が破損される虞があるので、６０〜７０度の温度が適当である。
図７は本発明の第２追加実施例によるバッファータンクと水平分配管を示す概念図で、上記水平分配管２には外径が水平分配管２の内径に相応して密着され、中央には円形孔が形成される円板型の２つの隔膜フランジ２２の一端と上記バッファータンク１と接触する直前にそれぞれ装着され、上記隔膜フランジ２２の円形孔に外径が相応して両側が挿入されるメッシュ管２３が装着されることを特徴とする実施例を提示した。
上記実施例は流入されたガスが膜分離フィルター３に急激に流入されながら圧力の空白が発生されることを防止するために提示されたもので、メッシュ管２３によって圧力が低下されることを緩衝するようにする。
図８は本発明の第３追加実施例によるバッファータンクと水平分配管を示す概念図で、上記バッファータンク１は、下端には水平に折曲された後再び垂直上部に折曲されて、上記水平分配管２の中間下部と連結される連結管１２によって水平分配管２と連結されるように構成される実施例を提示した。
上記実施例は前述した実施例のように、バッファータンク１が水平分配管２の一側端に連結される場合、圧力が均一に広がって作用するのに不利であるので、中央部分で連結されるようにして、圧力の分配がなるべく均一になることができるようにするために提示した実施例である。
この時、図９は本発明の第４追加実施例によるバッファータンクと水平分配管を示す概念図で、上記連結管１２と連結される水平分配管２の内部には、連結管１２と連結される入口で上部に離隔されて水平に延長されることによって、流入されたガスが両方向に移動するようにする圧力緩和隔膜２４がさらに形成されるようにして、連結管１２と連結された所と近い膜分離フィルター３に強い圧力が作用することを防止するようにすることも好ましいい実施例と言える。
１ バッファータンク
１１ 拡張管
１２ 連結管
２ 水平分配管
２１ 加熱装置
２２ 隔膜フランジ
２３ メッシュ管
２４ 圧力緩和隔膜
３ 膜分離フィルター
４ 不純ガス排出管路
５ 第１窒素ガスリサイクル管路
５１ 第１真空ポンプ
５２ 補助膜分離フィルター
６ 第２窒素ガスリサイクル管路
６１ 第２真空ポンプ
７ リターン管路
７１ 第１感知センサー
７２ 第２感知センサー
７３ 第１三相バルブ
７４ 第２三相バルブ
１１ 拡張管
１２ 連結管
２ 水平分配管
２１ 加熱装置
２２ 隔膜フランジ
２３ メッシュ管
２４ 圧力緩和隔膜
３ 膜分離フィルター
４ 不純ガス排出管路
５ 第１窒素ガスリサイクル管路
５１ 第１真空ポンプ
５２ 補助膜分離フィルター
６ 第２窒素ガスリサイクル管路
６１ 第２真空ポンプ
７ リターン管路
７１ 第１感知センサー
７２ 第２感知センサー
７３ 第１三相バルブ
７４ 第２三相バルブ
Claims (5)
- パーフルオロ化合物が使用または生成される排ガス発生施設で発生する粉じんを含むガスを処理するパーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステムにおいて、
一つ以上の排ガス発生施設で発生する排ガスが流入され、管路の断面積がテーパー状に拡張される拡張管（１１）と、
前記拡張管（１１）の垂直下方に延伸されるバッファータンク（１）と、
前記バッファータンク（１）の端部の内、拡張管（１１）と連結されていない方の端部に、一端が連結されて水平方向に延伸される水平分配管（２）と、
下端は前記水平分配管（２）に連結され、垂直上部に延伸されて、窒素は通過し、パーフルオロ化合物を含む不純ガスは通過できないようにする分離膜が内部に形成され、所定間隔で離隔されて装着される複数の膜分離フィルター（３）と、
複数の前記膜分離フィルター（３）で分離膜を通過できなかった不純ガスを聚合して再処理室に移動させる不純ガス排出管路（４）と、
複数の前記膜分離フィルター（３）で分離膜を通過した窒素ガスを聚合して吸いこむ第１真空ポンプ（５１）が装着され、前記第１真空ポンプ（５１）で吸入された窒素ガスを補助膜分離フィルター（５２）によって再び分離して、不純ガスは不純ガス排出管路（４）で排出し、窒素ガスは再利用することができるように移動させる第１窒素ガスリサイクル管路（５）と、
前記補助膜分離フィルター（５２）で分離膜を通過した窒素ガスを吸いこむ第２真空ポンプ（６１）が装着され、前記第２真空ポンプ（６１）で吸入された純度の高い窒素ガスを再利用することができるように移動させる第２窒素ガスリサイクル管路（６）と、
前記第１窒素ガスリサイクル管路（５）の第１真空ポンプ（５１）及び第２窒素ガスリサイクル管路（６）の第２真空ポンプ（６１）を経過した直後の管路の六フッ化硫黄と三フッ化窒素をそれぞれ感知するようにする第１感知センサー（７１）及び第２感知センサー（７２）と、
第１真空ポンプ（５１）及び第２真空ポンプ（６１）を経た直後の管路にそれぞれ第１三相バルブ（７３）及び第２三相バルブ（７４）によって選択的に連結され、窒素ガスを聚合して、前記バッファータンク（１）に再進入されるようにするリターン管路（７）とで構成されることを特徴とするパーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステム。 - 前記バッファータンク（１）が連結された水平分配管（２）の内側には、設定された温度まで上昇するように内部に熱線が取り付けられた加熱装置（２１）が装着されることを特徴とする請求項１に記載のパーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステム。
- 前記水平分配管（２）には外径が水平分配管（２）の内径に相応して密着され、中央には円形孔が形成された円板型の隔膜フランジ（２２）二つが一端と前記バッファータンク（１）とが接触する直前にそれぞれ装着され、前記隔膜フランジ（２２）の円形孔に外径が相応して両側が挿入されるメッシュ管（２３）が装着されることを特徴とする請求項１に記載のパーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステム。
- 前記バッファータンク（１）は、下端には水平に折曲された後再び垂直上部に折曲されて、前記水平分配管（２）の中間下部と連結される連結管（１２）によって水平分配管（２）と連結されるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のパーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステム。
- 前記連結管（１２）と連結される水平分配管（２）の内部には、連結管（１２）と連結される入口から上部に離隔されて水平に延伸されることによって、流入されたガスが両方向に移動するようにする圧力緩和隔膜（２４）がさらに設けられたことを特徴とする請求項４に記載のパーフルオロ化合物の分離及びリサイクルシステム。
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