KR100225591B1 - 폐가스 처리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐가스 집진처리장치의 설치면적을 저감시키고, 폐가스 집진처리장치 내로 유입된 유독성 폐가스를 산화-냉각시켜 형성된 미세 파티클을 필터링 공정없이 포집공정에 의해서만 집진하는 방법 및 이를 구현하기 위한 장치에 관한 것으로 이를 구현하기 위하여 포집공정 후 시행되는 집진공정을 수행하는 사이클론 분리기의 직경을 가변시켜 질량차가 있는 부산물을 원심력 차이에 의하여 집진함으로써, 부가적인 필터링 공정이 필요없는 폐가스 처리장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

폐가스 처리방법 및 장치

본 발명은 폐가스 처리방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐가스 처리장치의 설치면적을 저감시키고, 폐가스 처리장치 내로 유입된 유독성 폐가스를 산화-냉각시켜 형성된 미세 파티클을 필터링 공정없이 포집공정에 의해서만 집진하는 방법 및 이를 구현하기 위한 장치에 관한 것이다.

최근들어 비약적인 발전과 개발을 거듭하고 있는 산업으로는 컴퓨터, 정보, 전기, 영상 산업등이 있을 수 있지만, 이들 산업의 발전과 개발의 필요충분조건으로는 무엇보다도 반도체 산업의 발전에 그 근거를 두고 있음은 부인할 수 없다.

이와 같은 반도체 산업의 발달은 여러 산업 분야에 지대한 영향을 미치고 있지만 반도체 산업 발달의 이면에는 반도체를 생산하기 위한 제조 공정중 발생하는 유독성 폐가스에 의한 환경 오염 가능성이 내재되어 있다.

반도체 제조 공정에 주로 사용되는 반응 가스로는 예를 들어 실란, 암모니아, 산화질소, 아르신 포스핀, 디보론 보론, 트리클로라이드 등이 있을 수 있으며, 열거된 반응 가스들은 작업자의 부주의에 의한 흡입 또는 단순 피부접촉에 의해서도 치명적인 상해를 입을 수 있을 정도의 유독성 가스(toxic gas)들로, 이 유독성 가스들은 미량만이 반도체 제조 공정에 직접적으로 관여하고, 잉여 반응가스들은 폐가스 처리장치에 의해 처리된후, 대기중에 방출된다.

만일, 대기중에 방출된 처리가스중 처리되지 않은 유독성 반응 가스가 존재할 경우 이 유독성 반응 가스가 환경에 미치는 폐해는 이루 말하기 힘들 정도로 크다.

이로 인하여 공정중 사용되고 발생한 잉여 반응가스들은 대기중으로 방출되기 이전에 폐가스가 함유하고 있는 유독성 성분이 완전하게 처리되어야 함은 엄격하게 환경적, 법적으로 의무화되어 있는 실정으로, 이에 대응하여 최근에는 반도체 제조 공정중 발생한 폐가스를 처리하는 다양한 장치 및 방법이 개발되고 있다.

종래 반도체 제조 공정중 발생한 폐가스의 처리는 방법적으로 크게 보아 습식 처리방법과, 건식 처리방법이 있을 수 있지만, 이 두 방법은 모두 하기의 문제점을 내포하고 있는 바, 그 처리방법과 문제점을 살펴보기로 한다.

먼저, 폐가스 습식 처리방법을 살펴보면 다음과 같다.

폐가스 습식 처리방법은 소정 밀폐 영역을 갖는 반응 챔버내로 유입된 폐가스에 포함되어 있는 유독성분을 반응 챔버로 공급된 물과 화학적으로 반응시켜 수용성 유독성분을 침전물, 폴리머의 형태로 수집하여 이를 반응 챔버의 소정 영역에 형성된 드레인으로 배출하는 것으로, 유독성분의 처리 측면에 있어서는 우수한 성능을 갖고 있다고 할 수 있으나, 처리공정중 물과 화학적으로 반응된 반응액에 의해 반응챔버와 드레인의 손상이 빈번하게 발생하게 된다.

또한, 반응 챔버 내부에서 비산 무화된 미세 직경을 갖는 반응액이 배기통로쪽으로 기체상의 폐가스와 같이 배기됨으로써 배기덕트의 부식이 발생하게 되고 이에 따라서 따라 배기덕트로부터의 폐가스 누설이 발생될 수 있는 문제점이 있었다.

한편, 처리된 반응액은 반드시 수질 오염이 발생하지 않도록 재처리되어야함으로 이에 따른 처리 비용이 증대되는 문제점도 내포하고 있다.

이와같은 문제점으로 인하여 습식 폐가스 처리방법과는 다른 메카니즘을 갖는 폐가스 처리 방식을 필요로 한 바, 개발된 다른 방식으로는 폐가스 건식 처리방법이 있을 수 있다.

폐가스 건식 처리방법은 주로 공기와 유독성 가스를 화학 반응시켜 유독성 가스를 고체상의 파티클인 폴리머(polymer)와 정체 가스로 분리시키고, 이들중 폴리머만을 석출하여 포집하는 방법이다.

폐가스 건식 처리장치 및 방법은 반도체 제조 장치로부터 유도 공급된 폐가스를 연소 반응용 공기 및 급격한 폭발을 자제시키는 역할을 하는 질소와 같은 불활성기체와 혼합하는 혼합부와, 혼합부에 의해 혼합된 혼합 기체를 공급받아 혼합 기체에 연소 반응이 일어나도록 고온 환경을 제공하는 연소챔버와, 연소챔버에서 산화된 제2생성물들이 냉각되면서 폴리머 형태로 석출되도록 연소챔버와 연결된 석출챔버와, 석출된 폴리머를 포집하기 위하여 석출챔버와 연결된 포집챔버 및 포집챔버에서 포집되지 않은 아주 미세한 폴리머를 필터링하는 필터부를 구비하고 있다.

그러나, 이와 같은 폐가스 건식처리장치는 발생한 미세 입자가 폐가스 건식 처리장치의 일부분을 막히게 할 수 있음으로 주기적으로 장치를 해체하여 클리닝하여야 하고, 또한, 고가의 필터를 사용하여 폐가스 처리장치의 원가를 상승시키는 문제점 등이 있었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 폐가스 습식 처리장치 및 폐가스 건식 처리장치의 문제점을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 반도체 공정중 발생한 폐가스를 연소-냉각-석출-포집하는 공정을 거친 후, 필터링과 같은 후속공정 없이 대기중에 방출되도록 하여 폐가스 처리 공정을 간소화하고, 폐가스 처리장치의 구성을 간소화하여 폐가스 처리장치의 설치 면적을 감소시켜 일정 면적을 갖는 폐가스 처리 캐비넷의 내부에 일체로 구성한 폐가스 처리방법 및 이를 구현하기 위한 폐가스 처리장치를 제공함에 있다

제1도는 본 발명에 의한 폐가스 처리장치를 전체적으로 도시한 블록도.

제2도는 제1도의 가열부을 일부분만 발췌 도시한 부분절개 사시도.

제3도는 제1도의 포집부를 일부분만 발췌 도시한 부분절개 사시도.

제4도는 제3도의 원내 확대 도면.

제5도는 제4도의 집진부를 도시한 외관 사시도.

제6도는 본 발명에 의한 폐가스 처리장치을 수납하는 캐비넷을 도시한 사시도.

본 발명의 처리방법에 따르면, 폐가스를 가열하는 단계와, 가열단계에서 생성된 폴리머와 폴리머의 일부를 포함한 정제가스를 분리하여 포집하는 단계와, 포집단계에서 분리된 폴리머의 일부를 포함한 정제가스에 각각 다른 크기의 원심력을 연속적으로 가하여 정제가스로부터 폴리머를 재포집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 폐가스를 가열하기 전에 폐가스에 공기와 불활성 가스를 공급하여 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 포집단계는 폴리머 및 폴리머의 일부를 포함한 정제가스를 냉각 응축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 포집단계는 냉각 응축되어 소정 영역에 피착된 폴리머를 긁어 수거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

폐가스 불활성 가스 및 반응 공기를 혼합하여 가열하는 폐가스 가열부와; 폐가스 가열부로부터 생성된 폴리머와 폴리머의 일부를 포함하는 정제가스를 분리하여 포집하기 위한 제1포집부와, 제1포집부로부터 분리된 폴리머의 일부를 포함하는 정제가스에 서로 다른 크기의 원심력을 연속적으로 가하여 상기 정제가스로부터 상기 폴리머를 포집하는 제2포집부와, 폐가스 가열부, 제1포집부 및 제2포집부에 대기압보다 낮은 부압을 발생하는 부압 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 폐가스 가열부는 폐가스 불활성 가스 및 반응 공기를 혼합하는 매니폴더와, 혼합된 기체를 가열하여 폴리머와 폴리머의 일부를 포함하는 정제가스를 생성하는 가열챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 제1포집부는 폐가스 가열부로부터 생성된 폴리머와 폴리머의 일부를 포함하는 정제가스를 냉각시키는 냉각 유니트와, 냉각에 의해 폴리머가 피착되는 원통형상의 포집챔버와, 폴리머의 일부를 포함하는 정제가스를 제2포집부로 안내하기 위해 포집챔버에 소정간격 이격되어 설치되어 포집챔버를 밀폐하는 포집챔버 커버와, 피착된 폴리머를 긁어내기 위한 스크레이핑 유니트와, 긁어낸 폴리머를 수거하기 위한 리테이너를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 냉각 유니트는 포집챔버를 감싸도록 소정간격 이격되어 설치된 원통형상의 냉각수 튜브 커버와, 냉각수 튜브 커버와 포집챔버 사이에 설치된 냉각수 튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 스크레이핑 유니트는 포집챔버의 하단과 결합되며, 제1마찰방지부재가 외측벽을 따라 돌출형성된 원통형상의 제1지지부재와, 제1지지부재의 하단에 결합되는 로크너트에 의해 제1마찰부재와 소정의 간격을 유지하며 제1마찰방지부재와 대칭형상의 제2마찰방지부재와, 제1 및 제2마찰방지부재 사이에 회전가능하게 삽입되는 기어 유니트와, 기어 유니트에 고정되어 회전하는 제2지지부재와, 포집챔버 커버 외측에 설치되어 기어 유니트에 동력을 전달하는 모터를 포함하며, 기어 유니트는 링형상의 기어 몸체와, 기어몸체로부터 일체로 돌출 형성되고 하부면에 치열이 형성된 기어와, 기어 몸체에 고정된 커버용 스크레이퍼를 포함하며, 제2지지부재는 기어 몸체에 고정되는 원통형상의 지지몸체와, 상기 지지몸체에 일단이 고정되고 내측으로 연장되어 타단이 축고정 너트에 연결된 복수개의 지지바들과, 축고정 너트의 상부에 나사결합된 제1축에 고정된 포집챔버용 스크레이퍼와, 축고정 너트의 하부에 나사결합된 제2축에 고정된 리테이너용 스크레이퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 커버용 스크레이퍼는 포집챔버를 감싸도록 소정간격 이격되어 설치된 원통형상의 냉각수 튜브 커버의 외측벽에 부착된 폴리머를 긁어내기 위한 냉각수 튜브 커버용 스크레이퍼와, 냉각수 튜브 커버용 스크레이퍼와 소정간격 평행하게 이격되어 고정되고, 포집챔버 커버의 내측벽에 부착된 폴리머를 긁어내기 위한 포집챔버 커버용 스크레이퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 제1포집부는 리테이너 하부에 연결된 제1배출관을 경유하여 수거된 폴리머를 저장하며, 포집챔버 커버에 연결된 제2배출관을 경유하는 정제가스를 혼입하여 제2포집부로 배출하는 폴리머 수거함을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 제2포집부는 각각의 직경이 점차 감소하도록 직렬로 연결된 복수개의 싸이클론 분리기들과, 싸이클론 분리기들 각각의 하부에 연결된 폴리머 수거함을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 부압발생부는 싸이클론 분리기들중 최종 싸이클론 분리기에 연결되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명 폐가스 처리방법 및 그 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 폐가스 처리방법의 일실시예에 따르면, 먼저, 반도체 제조 장치로부터 배출된 유독성 반응 가스를 산화시키기 위한 공기 및 유독성 반응 가스의 급격한 폭발을 억제하기 위한 질소와 같은 불활성 가스와 혼합하여 혼합 가스를 일차적으로 형성한다.

이어서, 혼합가스는 가열된 밀폐 공간으로 유입되어 혼합가스에 포함되어 있는 산소와 유독성 반응 가스는 상호 화학반응하여 유독성 반응 가스는 산화되어, 미세 입자 크기를 갖는 2차 생성물인 폴리머와 정제가스가 생성된다.

계속해서, 정제 가스와 폴리머는 외부에서 가해진 열과 산화열에 의하여 고온의 상태로 포집 공정으로 유도된다. 포집 공정에서는 고온 상태의 정제 가스와 폴리머를 냉각시켜 미세한 입자 크기를 갖는 다수의 폴리머가 보다 큰 덩어리로 응축되도록 하여 후술하는 포집챔버 내측벽에 피착한 후 스크레이퍼를 이용하여 폴리머를 긁어 제거함과 동시에 미세한 입자 크기의 폴리머를 일부 포함하는 정제가스를 분리하게 된다.

이와 같이 포집 공정이 종료된 정제 가스에는 아직도 포집되지 않은 미세 폴리머가 존재하게 되고, 또한 스크레이퍼에 의하여 공간 벽면에 피착된 폴리머를 긁는 과정에서도 다시 중력에 그다지 영향을 받지 않을 정도로 미세한 폴리머가 재생성되므로 이 미세 폴리머들은 다시 정제 가스속으로 재혼입되어 배기될 수 있어, 포집 공정 이후에는 다시 한번 미세한 폴리머를 다시 포집하는 재포집공정을 수행한다.

재포집 공정에서는 두가지 공정이 동시에 진행된다.

첫번째 공정은 중력 방향으로 스크레이퍼에 의하여 모아진 비교적 큰 입자 크기를 갖는 폴리머들을 한곳으로 이송하여 정제된 가스와 혼입되는 것을 방지하는 것이고, 두 번째 공정은 정제된 가스에 포집되지 않고 혼재되어 있는 미세한 폴리머를 분리하여 수거하는 것이다.

이와 같이 미세 폴리머가 혼재되어 있는 정제가스로부터 폴리머만을 분리하여 수거하기 위하여 정제가스에 원심력을 가하는 방법이 사용된다.

여기서 중요한 것은, 일반적으로 기체-고체 혼합기에 원심력을 가하면 기체에 비하여 중량이 매우 큰 고체에는 더 큰 원심력을 받게 되어 기체로부터 분리가 가능하다. 따라서, 폴리머를 포함하는 정제가스는 일차적으로 작은 입자를 포함하는 정제가스와 폴리머로 분리된 후, 폴리머는 별도의 공간에 분리 수납된다.

이와 같이 1차 분리 수거된 정제가스에는 아직도 입자의 크기가 작은 폴리머가 혼재되어 있음으로, 이 정제가스에 1차 분리 수거될 때의 원심력보다 더 큰 원심력을 다시 한번 가하여 입자의 크기가 작은 폴리머를 2차로 분리 수거한다. 이와 같은 과정을 수회 반복하여 정제가스내에 포함된 폴리머의 밀도가 환경 및 법적 허용치에 도달할 때까지 분리 수거공정을 반복하여 수행한다.

계속하여, 폴리머의 밀도가 환경 및 법적 허용치에 도달하면 정제가스를 배기 덕트(vent)를 통해 대기중으로 방출한다.

이하, 본 발명에 의한 폐가스 처리방법을 구현하기 위한 폐가스 처리장치의 구성 및 작용 구체적으로 설명한다.

본 발명에 의한 폐가스 처리장치는 전체적으로 보아 도1에 도시된 바와 같이 유독성 가스 (toxic gas)와 공기 및 불활성 가스를 혼합하는 매니폴더(manifold; 150)와, 매니폴더(150)로부터 혼합된 혼합기를 유입받아 이를 가열하여 혼합기의 산화 반응을 수행하는 가열챔버(170)로 형성된 가열부(100)와, 가열챔버(170)로부터 산화되어 생성된 정제 가스 및 고체 폴리머를 분리하여 폴리머를 냉각 응축하여 포집하는 포집부(200)와, 정제가스 중에 혼재되어 있는 미세 폴리머를 포집부로부터 유입받아 정제가스로부터 미세 폴리머를 분리하여 포집하는 다단 싸이클론 메카니즘을 갖는 재포집부(300) 및 가열부(100), 포집부(200), 집진부(300)에 대기압보다 낮은 부압을 발생시키는 블로워(blower; 500)를 포함한다.

한편, 상기한 각 구성부분들은 도6에 도시되는 캐비넷(400)에 모두 수납되는 바, 이에 대한 상세한 것은 후술한다.

도2는 매니폴더(150)와 가열 챔버(170)를 부분 절개 도시한 가열부(100)의 부분 절개 사시도이다.

매니폴더(150)는 전체적으로 보아 반도체 제조 장비로부터 공급된 폐가스가 일차적으로 유입되는 제1유입헤드(152)와, 제1유입헤드(152)와 결합되는 제2유입헤드(158)과, 제1유입헤드(152) 및 제2유입헤드(158)를 고정시키기 위한 유입헤드 플랜지(159)와, 유입헤드 플랜지(159)를 가열챔버(170)와 밀봉된 상태로 연통되도록 하는 개스킷(159a)로 구성되어 있다.

이들을 보다 상세하게 설명하면, 제1유입헤드(152)는 소정 높이를 갖는 원통 형상으로 원통에는 한 쌍의 폐가스 유입공(152a)이 제1유입헤드(152)의 양단부를 관통한 상태로 형성되어 있다. 제1유입헤드(152)에는 제1유입헤드(152) 하단부로부터 제1유입헤드(152)의 직경보다 작고, 소정 깊이를 갖는 리세스(152b)가 형성되어 있으며, 리세스(152b)의 내주면에는 암나사부가 형성되어 있다. 또한 하단부 외주면에는 수나사부가 형성된다.

제1유입헤드(152)의 측면에는 한 쌍의 불활성 가스포트(156b)가 상호 대향하여 폐가스 유입공(152a)과 연통되도록 형성된다. 또한, 같은 측면에 불활성 가스포트(156b)와 직교하여 상호 대향하는 한 쌍의 공기공급포트(156d)가 형성된다. 또한, 제2유입헤드(158)에는 양단을 관통하는 두 쌍의 관통공(156a, 156c)이 형성되며, 이들 중 한 쌍의 관통공(156a)은 제1유입헤드(152)로부터 혼합된 폐가스와 불활성가스가 통과하며, 나머지 한 쌍의 관통공(156c)에는 제1유입헤드(152)의 공기공급포트(156d)로부터 공급된 공기가 통과한다.

제2유입헤드(158)의 외주면에는 수나사부가 형성되어, 제1유입헤드(152)의 리세스(152b)의 내주면에 형성된 암나사부와 결합된다.

또한, 링형상의 유입헤드 플랜지(159)의 내측면에는 암나사부가(159b)가 형성되어 상기 제1유입헤드(152) 하단부 외주면에 형성된 수나사부와 결합된다.

이와 같이 유입헤드와 결합된 유입헤드 플랜지(159)는 개스킷(159a)를 개재한 상태로 가열 챔버(170)와 결합된다.

가열 챔버(170)는 인너 튜브(175) 및 아웃터 튜브(174)와, 인터 튜브(175)와 아웃터 튜브(174) 사이에 설치된 히터(172), 아웃터 튜브(174)를 감싸는 냉각수가 흐르는 냉각수 튜브(173)로 이루어지며, 냉각수 튜브(173)의 외측에는 아웃터 튜브(174)에 대향하여 스테인레스 재질로 얇은 판상의 냉각수 튜브 커버(173a)가 소정 간격 이격되어 설치된다

아웃터 튜브(174)는 소정 직경을 갖는 원통 형상으로, 그 내부에는 아웃터 튜브(174)보다 직경이 작은 인너 튜브(175)가 삽입되고, 아웃터 튜브(174)의 외주면에는 냉각수가 흐르는 냉각수 튜브(173)가 나선형으로 감겨진다.

또한, 아웃터 튜브(174)의 상단부에는 매니폴더 플랜지(159)와 결합되는 아웃터 튜브 상부 플랜지(174a)가 형성되어 있고, 하단부에는 후술될 포집챔버 플랜지와 결합되도록 아웃터 튜브 하부 플랜지(174b)가 형성되어 있다.

한편, 아웃터 튜브 하부 플랜지(174b)에는 제1연결 플랜지(176)가 개스킷(174c)에 의해 밀봉 결합되는데, 제1연결 플랜지(176)는 아웃터 튜브(174)에 삽입되는 직경을 갖는 원통 몸체(176b)와, 이 몸체의 중간부분에 원주면을 따라서 외부로 돌출된 링 형상의 플랜지(176a)로 형성된다.

한편, 제1연결 플랜지(176)의 원통 몸체(176b)의 하단부에는 후술될 포집챔버 플랜지와 기밀하게 결합되도록 개스킷(176c)가 결합된다.

아웃터 튜브(174)에 삽입된 인너 튜브(175)는 아웃터 튜브(174)의 일정 위치에 고정되어야 함으로, 바람직하게 인너 튜브(175)의 상단부에는 인너 튜브 플랜지(175a)가 형성되어 있어, 인너 튜브 플랜지(175a)는 아웃터 튜브 상부 플랜지(174a)에 안착된 상태로 기밀하게 결합된다.

이와 같이 구성된 아웃터 튜브(174)와 인터 튜브(175)의 이격 공간에는 히터(172)가 개재되어 있다. 히터(172)는 절연물질로 이루어진 소정 두께의 원통 형상으로 벽면 내부에 열선(172a)이 소정 패턴으로 묻혀있다.

이와 같이 구성된 가열챔버(170)의 아웃터 튜브 하부 플랜지(174b)에 결합되어 있는 연결 플랜지(176)의 하단부는 다시 포집부(200)와 기밀하게 밀봉되어 연통되어 있다.

도3을 참조하면, 포집부(200)는 가열챔버(170)로부터 생성된 폴리머와 폴리머와 혼재되어 있는 정제가스를 일정온도까지 냉각시키는 냉각유니트와, 냉각유니트에 의하여 폴리머가 피착되는 원통형상의 포집챔버(251)와, 폴리머의 일부를 포함하는 정제가스를 후술될 재포집부(300)로 안내하기 위해 상기 포집챔버(251)로부터 소정 간격 이격되어 설치되어 포집챔버(251)를 외부에 대하여 밀폐하는 포집챔버 커버(270)와, 피착된 폴리머를 긁어내기 위한 스크래이핑 유니트(253)와, 스크래이핑 유니트가 긁어낸 폴리머를 수거하기 위한 리테이너(272)를 포함하고 있다.

이들 각각의 구성요소를 도4의 확대도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

포집챔버(251)의 상단부에는 상부 플랜지(251a)가 형성되어 있으며, 상부 플랜지(251a)의 상단 외주면에는 제1연결 플랜지(176)와 밀봉 결합되도록 개스킷홈(242)이 형성되어 있는 제2연결 플랜지(240)가 결합된다.

또한, 포집챔버(251)의 하단부 외주면에는 외주면을 따라 소정 높이로 돌출된 하부 플랜지(251c)가 형성되어 있고, 이 포집챔버 하부 플랜지(251c)에는 소정 간격으로 나사공이 형성되어 있다.

이와 같이 형성된 포집챔버(251)의 외주면에는 냉각유니트가 설치된다.

냉각유니트는 다시 냉각수 튜브(252)와, 냉각수 튜브커버(251b)로 구성된다.

냉각수 튜브(252)는 포집챔버(251)를 감싸도록 소정 간격 이격되어 소정 패턴으로 설치되고 냉각수 튜브(252)에는 냉각수가 흐름으로써 포집챔버(251)를 냉각시킨다.

한편, 포집챔버(251)의 외주면에 냉각수 튜브(252)가 그대로 노출될 경우, 냉각수 튜브(252)와 포집챔버(251) 사이에 이물질이 끼게되어 냉각수에 의한 냉각 효율 저하 및 청소등이 어렵게 된다.

이에 따라서, 포집챔버(251)의 외주면에 냉각수 튜브(252)가 설치된 후, 냉각수 튜브(252)의 외측으로 포집챔버(251)의 외측면에 대향하여 얇은 스테인레스판인 냉각수 튜브 커버(251b)가 둘러진다.

이때, 냉각수 튜브 커버(251b)의 양단부중 일측은 포집챔버 상부 플랜지(251a)와 용접 및 나사체결의 방법으로 고정되고, 타측은 포집챔버 하부 플랜지(251c)와 결합되도록 한다.

한편, 이와 같은 냉각유니트에 의하여 포집챔버(251)에 응축 피착된 폴리머들을 긁어내지 않을 경우 배관의 막힘등이 발생할 수 있음으로 인하여, 피착된 폴리머를 긁어내기 위한 장치는 필수적이다.

이와 같은 기능을 갖음으로써 피착된 폴리머를 긁어 제거하는 스크래이핑 유니트를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

스크레이핑 유니트는 포집챔버(251)와 결합되어 고정되는 제1지지부재(254)와, 제1지지부재(254)에 회전 가능하게 결합된 기어유니트(253a)와, 기어유니트(253a)에 고정되어 회전하는 제2지지부재(254f)와, 제1지지부재(254)와 결합되어 기어 유니트(253a)를 회전 가능하게 지지하는 로크너트(253e)와, 기어유니트(253a)와 제1지지부재(254) 사이의 마찰을 최소화시키는 한 쌍의 마찰방지부재(254c)(254d) 및 기어유니트(253a)를 구동시키는 모터(280)등으로 구성되어 있다.

제1지지부재(254)를 보다 상세히 설명하면, 제1지지부재(254)는 짧은 원통 형상으로, 원통의 일측 단부는 원통에 대하여 외측으로 90°절곡된 플랜지(254a)가 형성되어 있고, 이 플랜지(254a)에는 소정 간격으로 나사공이 형성되어 있다.

이 나사공의 위치는 포집챔버 하부 플랜지(252c)의 나사공의 간격 및 형상과 동일하게 형성되어 있다.

제1지지부재(254)의 플랜지(254a)에 형성된 나사공과, 포집챔버 하부 플랜지(251c)의 나사공을 상호 일치시킨 다음 나사체결하여 포집챔버 하부 플랜지(251c)에 제1지지부재(254)를 고정 결합한다.

한편, 제1지지부재(254)의 외주면에는 제1마찰방지부재(254c)가 설치된다,

제1마찰방지부재(254c)의 재질은 테프론이며, 제1마찰방지부재(254c)의 형상은 제1지지부재(254)의 외주면에 끼워지는 내경을 갖는 원통 형상으로 원통의 상단부에는 외측으로 90°절곡된 절곡부가 형성되어 있다.

이 제1마찰방지부재(254c)의 외주면으로는 기어유니트(253a)가 삽입된다.

기어유니트(253a)는 전체적으로 보아 링형상의 기어 몸체(253a')와, 기어 몸체(253a')에 형성된 기어(253a)와, 기어몸체(253a')에 형성된 커버용 스크레이퍼(253c)를 포함하고 있다.

기어 몸체(253a')는 제1마찰방지부재(254c)에 끼워지는 내경을 갖는 원통 형상으로, 기어 몸체(253a')의 외주면에는 띠 형상으로 외주면을 따라서 소정 길이 돌출된 기어(253a)가 형성되어 있다.

기어(253a)의 밑면을 따라 치열이 형성되며, 바람직하게 소정의 각도로 기울어진 직선 베벨기어의 형태를 갖고 있다.

또한, 기어 몸체(253a')에는 기어 몸체(253a')에 직접 결합된 커버용 스크레이퍼(253c)가 구비되어 있다.

이 커버용 스크레이퍼(253c)는 포집챔버(251)를 감싸도록 소정간격 이격되어 설치된 원통 형상의 냉각수 튜브 커버(251b)의 외측벽에 부착된 폴리머를 긁어내기 위한 냉각수 튜브 커버용 스크레이퍼(253c')와, 냉각수 튜브 커버용 스크레이퍼(253c')와 소정 간격 평행하게 이격되어 고정되고 앞에서 간략하게 언급된 포집챔버 커버(270)의 내측벽에 부착된 폴리머를 긁어내기 위한 포집챔버 커버용 스크레이퍼(253c)이다.

이와 같이 형성된 기어유니트(253a)가 제1지지몸체(254)에 삽입된 후, 기어유니트(253a)가 제1지지몸체(254)로부터 이탈되는 것을 방지 및 마찰을 저감시키기 위하여 기어유니트(253a)가 제1지지몸체(254)에 삽입된 상태로 다시 제2마찰방지부재(254d)가 기어 몸체(253a')의 내경면과 제1지지몸체(254)의 외주면 사이에 끼워진다.

이 제2마찰방지부재(254d)는 제1마찰방지부재(254c)와 대칭된 형상이기 때문에 기어유니트(253a)의 기어몸체(253a')는 이 제1, 제2마찰방지부재(254c)(254d)에 의하여 이탈 및 마찰되는 것을 최소화한다.

기어유니트(253a)의 지지강성을 높이기 위하여 제2마찰방지부재(254d)의 밑면에는 링 형상의 로크 너트(253e)가 위치한다.

이 로크 너트(253e)에는 나사공(253e')이 다수개 형성되어 있고, 이 나사공(253e')에 결합된 나사는 다시 제1지지몸체(254)의 단부에 나사 체결되어 기어유니트(253a)를 안전하게 지지한다.

이와 같이 형성된 기어유니트(253a)의 기어(253a) 밑면에는 제2지지부재(254f)가 나사체결되어 고정된다.

제2지지부재(254f)는 기어(253a)에 고정되는 원통형상의 지지몸체(254f')와, 지지몸체(254f')의 내경면에 일단이 고정되고 내측으로 연장되어 그 중심에서 타단이 축고정 너트(254g)에 연결된 복수개의 지지바(254f)들과, 축고정 너트(254g)의 상부에 나사결합된 제1축(255)에 고정된 포집챔버용 스크레이퍼(253b)와, 축고정 너트(254g)의 하부에 나사결합된 제2축(256)에 고정된 리테이너용 스크레이퍼(253d)를 포함하고 있다.

이와 같이 형성된 포집챔버(251)는 포집챔버 커버(270)에 밀봉 결합된다.

포집챔버 커버 몸체(271)는 소정 길이를 갖는 원통 형상으로 원통의 양단부에는 포집챔버 커버 플랜지(271a)(271b)가 형성되고, 상단부에 위치한 포집챔버 커버 플랜지(271a)는 포집챔버 플랜지(240)와 결합되며, 하단부에 위치한 포집챔버 커버 플랜지는(271b)는 후술될 리테이너(272)와 결합된다.

리테이너(272)는 호퍼 형상으로 그 중앙에는 소정 길이를 갖는 원통형 폴리머 수거관(272a)과 결합되어 있고, 폴리머 수거관(272a)의 측면에는 직각으로 폴리머 배출관(274)이 연통되어 폴리머 수거함(290)으로 연결된다.

포집챔버 커버 몸체(271)의 외주면에는 두 개의 관통창이 형성되어 있는 바, 그 중 하나의 관통공에는 가스 배출관(273)과 결합되고, 다른 하나의 관통공에는 모터(280)의 축(282)이 결합된다.

이 축(282)에는 구동 기어(281)가 결합되고, 구동 기어(281)는 앞서 언급한 기어유니트(253a)에 형성되어 있는 치열과 치차결합되도록 형성되어 있다.

이 구동 기어(281)의 치열이 기어(253a)의 치열과 치차결합하기 위해서는 기어(253a)의 치열과 동일한 각도로 역경사진 형태이어야 가능하다.

한편, 포집챔버 커버(270)의 포집챔버 커버 몸체(271)와 연통되어 있는 가스 배출관(273)은 폴리머 수거함(290)에서 인출된 폴리머 배출관(275)과 병렬로 연통된다.

이 폴리머 배출관(275)의 단부는 다시 재포집부(300)와 연통된다. 이 폴리머 배출관(275)를 통해 정제 가스와 폴리머가 혼재된 혼합가스는 재포집부(300)의 사이클론 분리가(310)로 유입되어 분리된다.

이하, 사이클론 분리기(310)의 구성을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에서는 다단형 사이클론 분리기(310)가 사용되고 있는 바, 바람직하게 세 개의 다단형 사이클론 분리기를 사용하기로 하고 이들은 제1, 제2, 제3사이클론 분리기(311)(312)(313)라 정의하기로 한다.

도시된 바와 같이 제1, 제2, 제3사이클론 분리기(311)(312)(313)는 일반적으로 원통형 제1본체(310a)와 테이퍼진 원통형 제2본체(310b)가 연접된 형태를 하고 있으며, 제1본체(310a)의 상단은 캡(310c)으로 밀봉되어 있고, 제2본체(310b)의 하단은 폴리머 수거부(320)와 연통되어 있다.

또한, 이 폴리머 수거부(320)와 제1, 제2, 제3 사이클론 분리기(311)(312)(313)의 사이에는 제어 신호에 의해 개폐되는 에어 밸브(310e)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 캡(310c)의 중앙을 관통하여 가스 배출관(310d)이 형성되어 있고, 제1본체(310a)의 측면에는 가스 유입용 관통창(미도시)이 형성된다. 전단의 사이클론 분리기의 가스 배출관(310d)은 가스 유입용 관통창에 연결되는데, 정제 가스와 폴리머가 혼재된 혼재 가스가 제1본체(310a)의 내측 원주면을 따라 선회하도록 제1본체(310a)의 원주면에 대해 접선을 이루어 가스 유입용 관통창에 연결된다.

여기서, 매우 중요한 것은 제1, 제2, 제3 사이클론 분리기(311)(312)(313)는 의도적으로 점차 감소되는 직경을 갖고 있는 것으로, 이들을 보다 심층적으로 살펴보면 다음과 같다.

최초 포집을 수행하는 제1사이클론 분리기(311)의 직경이 가장 크게 형성되는 바, 이에 따라서 제1사이클론 분리기(311)의 내부에서는 소정 원심력이 발생하게 된다.

이 원심력은 정제 가스와 정제 가스속에 혼재되어 잇는 폴리머 모두에 작용하게 된다. 그렇지만 폴리머들중에는 직경이 큰 폴리머와 직경이 작은 폴리머가 다시 혼재되어 있음으로, 이들 폴리머에 동일한 원심력이 작용하게 될 때, 질량이 작은 폴리머들보다 질량이 큰 폴리머들이 더 큰 원심력을 받게 된다.

따라서, 질량이 큰 폴리머들은 제1 사이클론 분리기(311)의 내벽을 따라서 선회하면서 점차 중력 방향으로 다시 이동되다 결국 폴리머 수거함으로(320)으로 유입된다.

그렇지만 질량이 작은 폴리머들에는 그다지 큰 원심력이 작용되지 못하게 됨으로, 제1사이클론 분리기(311)의 내부의 하부까지 전진하게되지만 폴리머 수거함(320)으로는 들어가지 못한다.

이는 제1 사이클론 분리기(311)의 저면이 폴리머 수거함(320)에 의하여 막혀 있는 상태에서 캡(310c)과 연결되어 있는 가스 배출관(310d)에 블로워에 의한 부압이 형성되면 정제 가스가 빨려 올라가기 때문이다.

따라서, 제1 사이클론 분리기(311)에 작용된 원심력에 비하여 폴리머의 직경은 작을 경우 이 폴리머들은 폴리머 수거함(320)에 수거되지 못하고 다시 후진방향(여기서 후진방향이라 함은 중력의 반대 방향이 된다) 역류를 형성하면서 가스 배출관(310d)를 통하여 제2 사이클론 분리기(312)의 관통창 내부로 유입된다.

이때, 제2 사이클론 분리기(312)로 유입된 폴리머의 직경은 앞서 언급한 이유로 인하여 제1 사이클론 분리기(311)에서 수거된 폴리머의 직경보다 다소 작은 경향을 갖게 되는 바, 제2 사이클론 분리기(312)의 직경은 제1 사이클론 분리기(311)의 직경보다 작기 때문에 제1 사이클론 분리기(311)보다 더 큰 원심력이 발생된다.

이에 따라서, 제2 사이클론 분리기(312)에 유입된 혼합가스는 제1 사이클론 분리기(311)에 작용된 원심력보다 더 큰 원심력을 받게 되어 제2 사이클론 분리기(312)에서는 제1 사이클론 분리기(311)에서 포집된 폴리머보다 더욱 미세한 직경을 갖는 폴리머가 포집되게 된다.

이와 같이 제2 사이클론 분리기(312)에서는 이미 대부분의 폴리머가 포집된 상태이지만 아직도 정제가스 속에는 미량의 폴리머가 존재하므로 다시 제2 사이클론 분리기(312)로부터 정제 가스는 종말 집진을 수행하는 제3 사이클론 분리기(313)로 유입된다.

이때, 제3 사이클론 분리기(313)는 제2 사이클론 분리기(312)보다 더욱 작은 직경을 갖고 있음으로 정제가스와 정제가스 속에 미량 함유되어 있는 폴리머는 제2 사이클론 분리기(312)보다 더욱 증가된 원심력을 받게 되어 미립자 형태로 매우 작은 질량을 갖는 폴리머일지라도 이 제3 사이클론 분리기(313)을 벗어나지 못하고 모두 집진되게 된다.

상세히 설명한 바와 같이, 이와 같은 이유로 인하여 제1, 제2, 제3 사이클론 분리기(311)(312)(313)의 직경은 점차 감소되어야 한다.

이와 같은 구성을 갖는 폐가스 처리장치의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.

먼저, 반도체 제조 장치로부터 발생한 폐가스는 공기, 질소와 함께 매니폴더(150)의 제1 유입헤드(152)와 제2 유입헤드(158)를 통하여 가열챔버(170)로 혼합되어 유입된다.

이때, 가열챔버(170)로 유입된 폐가스-질소-산소 혼합기체는 가열챔버(170)의 고온 영역인 히터(172)를 통과하면서 폐가스중 산화력이 좋은 폐가스는 산호와 화학반응하여 극히 미세한 고체 입자인 2차 생성물로 상변화된다.

이때 질소는 폐가스와 산소가 급격히 반응하여 폭발되는 것을 방지하는 환경을 조성하는 역할을 한다.

이와 같이 2차 생성물로 상변화된 폐가스는 다시 가열챔버(170)로부터 포집챔버(251)로 유입된다.

이 2차 생성물은 외주면에 형성된 냉각수 튜브(252)에 의하여 비교적 저온 영역이 형성되어 있는 포집챔버(251)에 도달하게 되면, 2차 생성물은 냉각 및 상호 응축되는 과정을 거치면서 비교적 큰 2차 생성물 입자 덩어리로 재구성된다.

이것이 중합체인 폴리머가 되는 바, 이 폴리머는 비교적 차가운 저온의 포집챔버(251) 내측벽에 피착되고, 피착된 폴리머는 스크레이퍼들에 의하여 고체 덩어리 상태로 내측벽면으로부터 제거되어 분리 수납된다.

또한, 이 고체 덩어리 형태의 폴리머는 그 크기가 매우 커졌기 때문에 중력의 영향을 받게 되고, 이로 인하여 폴리머의 일부는 포집챔버(251)의 하방으로 점차 이동되고, 폴리머의 또다른 일부는 아직도 그 입자 크기가 작기 때문에 중력의 영향을 크게 받지 않고 정제된 폐가스와 혼재되어 부유되는 움직임을 보인다.

이와 같이 입자 크기가 다르게 형성된 폴리머는 두 가지 경로를 통해 처리되는 바, 그중 입자 크기가 매우 큰 폴리머는 중력에 의하여 하방으로 이송되어 포집챔버 커버(270)의 리테이너(272)를 통하여 석출물 수거함(290)으로 이동된다.

한편, 크기가 매우 작은 입자는 정제 가스와 혼재되어 포집챔버 커버(270)에 형성되어 있는 가스 배기관(273)을 통해 배기되어 직경이 상이한 제1, 제2, 제3 사이클론 분리기(311)(312)(313)를 통하면서 정제 가스에 혼재되어 있는 폴리머만을 다시 한번 분리하여 분리된 폴리머는 폴리머 수거부(320)로 이동된다.

본 발명에서는 반도체 제조 장치로부터 배출된 폐가스를 무공해 처리하여 환경오염을 감소시키고, 앞서 언급한 폐가스 처리장치의 설치 면적을 감소시키기 위하여 폐가스 처리장치를 모두 단일 캐비넷 안에 설치하여 폐가스 처리장치의 설치 면적을 감소시킨다. 이 캐비넷을 도6에 도시하였다.

도시된 바와 같이 캐비넷(400)의 전면에는 이중도어(410)(420)가 형성되어 있고, 이 이중도어(410)(420)에는 공정을 제어하는 콘트롤 패널이 형성되어 있으며, 캐비넷(400)의 상부에는 폐가스가 유입되는 폐가스 유입배관(430)과 처리된 정제 가스가 배기되도록 블로워(500)가 장착되는 장착공(440)이 형성되어 폐가스 처리장치 모두가 이 캐비넷 안에 수납되도록 폐가스 처리장치가 레이아웃되어 있다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이 반도체 제조 공정에서 발생한 폐가스를 처리할 때 습식의 경우와 같이 부산물의 처리를 필요로 하지 않고 또한 직경이 서로 다른 사이클론 분리기로 인하여 폴리머를 매우 효율적으로 집진하여 사이클론 분리기 이외에 필터 장치를 필요로 하지 않음으로써 설비 설치 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

1. 폐가스를 가열하는 단계와; 상기 가열단계에서 생성된 폴리머와 상기 폴리머의 일부를 포함한 정제가스를 분리하여 포집하는 단계와; 상기 포집단계에서 분리된 폴리머의 일부를 포함한 정제가스에 각각 다른 크기의 원심력을 연속적으로 가하여 상기 정제가스로부터 상기 폴리머를 재포집하는 단계를 포함하는 폐가스 처리방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 폐가스를 가열하기 전에 상기 폐가스에 공기와 불활성 가스를 공급하여 혼합하는 단계를 더 포함하는 폐가스 처리방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 포집단계는 상기 폴리머 및 상기 폴리머의 일부를 포함한 정제가스를 냉각 응축하는 단계를 포함하는 폐가스 처리방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 포집단계는 상기 냉각 응축되어 소정 영역에 피착된 폴리머를 긁어 수거하는 단계를 더 포함하는 폐가스 처리방법.
5. 폐가스, 불활성 가스 및 반응 공기를 혼합하여 가열하는 폐가스 가열부와; 상기 폐가스 가열부로부터 생성된 폴리머와 상기 폴리머의 일부를 포함하는 정제가스를 분리하여 포집하기 위한 제1 포집부와; 상기 제1 포집부로부터 분리된 상기 폴리머의 일부를 포함하는 정제가스에 서로 다른 크기의 원심력을 연속적으로 가하여 상기 정제가스로부터 상기 폴리머를 포집하는 제2 포집부와; 상기 폐가스 가열부, 제1 포집부 및 제2 포집부에 대기압보다 낮은 부압을 발생하는 부압 발생부를 포함하는 폐가스 처리장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 포집부는 상기 폐가스 가열부로부터 생성된 폴리머와 상기 폴리머의 일부를 포함하는 정제가스를 냉각시키는 냉각 유니트와; 상기 냉각에 의해 상기 폴리머가 피착되는 원통형상의 포집챔버와; 상기 폴리머의 일부를 포함하는 정제가스를 상기 제2 포집부로 안내하기 위해 상기 포집챔버에 소정간격 이격되어 설치되어 상기 포집챔버를 밀폐하는 포집챔버 커버와; 상기 피착된 폴리머를 긁어내기 위한 스크레이핑 유니트와; 상기 긁어낸 폴리머를 수거하기 위한 리테이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 냉각 유니트는 상기 포집챔버를 감싸도록 소정간격 이격되어 설치된 원통형상의 냉각수 튜브 커버와; 상기 냉각수 튜브 커버와 상기 포집챔버 사이에 설치된 냉각수 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 스크레이핑 유니트는 상기 포집챔버의 하단과 결합되며 제1 마찰방지부재가 외측벽을 따라 돌출 형성된 원통형상의 제1 지지부재와; 상기 제1 지지부재의 하단에 결합되는 로크너트에 의해 상기 제1 마찰부재와 소정의 간격을 유지하며 상기 제1 마찰방지부재와 대칭형상의 제2 마찰방지부재와; 상기 제1 및 제2 마찰방지부재 사이에 회전가능하게 삽입되는 기어 유니트와; 상기 기어 유니트에 고정되어 회전하는 제2 지지부재와; 상기 포집챔버 커버 외측에 설치되어 상기 기어 유니트에 동력을 전달하는 모터를 포함하며, 상기 기어 유니트는 링형상의 기어 몸체와; 상기 기어몸체로부터 일체로 돌출 형성되고 하부면에 치열이 형성된 기어와; 상기 기어 몸체에 고정된 커버용 스크레이퍼를 포함하며, 상기 제2 지지부재는 상기 기어 몸체에 고정되는 원통형상의 지지몸체와; 상기 지지몸체에 일단이 고정되고 내측으로 연장되어 타단이 축고정 너트에 연결된 복수개의 지지바들과; 상기 축고정 너트의 상부에 나사결합된 제1축에 고정된 포집챔버용 스크레이퍼와; 상기 축고정 너트의 하부에 나사결합된 제2축에 고정된 리테이너용 스크레이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 커버용 스크레이퍼는 상기 포집챔버를 감싸도록 소정간격 이격되어 설치된 원통형상의 냉각수 튜브 커버의 외측벽에 부착된 상기 폴리머를 긁어내기 위한 냉각수 튜브 커버용 스크레이퍼와; 상기 냉각수 튜브 커버용 스크레이퍼와 소정간격 평행하게 이격되어 고정되고, 상기 포집챔버 커버의 내측벽에 부착된 상기 폴리머를 긁어내기 위한 포집챔버 커버용 스크레이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
10. 제6항에 있어서, 상기 제1 포집부는 상기 리테이너 하부에 연결된 제1 배출관을 경유하여 상기 수거된 폴리머를 저장하며, 상기 포집챔버 커버에 연결된 제2 배출관을 경유하는 상기 정제가스를 혼입하여 상기 제2 포집부로 배출하는 폴리머 수거함을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
11. 제5항에 있어서, 상기 제2 포집부는 각각의 직경이 점차 감소하도록 직렬로 연결된 복수개의 싸이클론 분리기들과; 상기 싸이클론 분리기들 각각의 하부에 연결된 폴리머 수거함을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 부압발생부는 상기 싸이클론 분리기들중 최종 싸이클론 분리기에 연결되는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
13. 제5항에 있어서, 상기 폐가스 가열부는 상기 폐가스, 불활성 가스 및 반응 공기를 혼합하는 매니폴더와; 상기 혼합된 기체를 가열하여 상기 폴리머와 상기 폴리머의 일부를 포함하는 정제가스를 생성하는 가열챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.

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