KR100349698B1

KR100349698B1 - 개량된 기상 오염물 저감 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100349698B1
Application number: KR1019990055388A
Authority: KR
Inventors: 헤르만티모시엘; 엘리스잭; 창플로리스와이; 클락다니엘오; 플리포벨린다; 이노리데이비드; 카룹케이스; 모젠라엔더마크; 마오아론
Original assignee: 어드밴스드 테크놀러지 머티리얼즈, 인코포레이티드
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2002-08-22
Also published as: US20010055555A1; AU4469200A; WO2000062905A1; US6511641B2; US6261524B1; TWI238740B; KR20000067820A

Abstract

본 발명은 기류(氣流) 중의 오염물을 처리하는 장치 및 방법을 제공한다. 기류 중의 오염물을 처리하는 장치는 반응 챔버 내에서 기류와 다른 산화성 기체 및 불활성 기체가 혼합되도록 하기 위한 관형의 유입구를 포함한다. 반응 챔버는 오리피스를 구비하고 가열 요소에 의해 가열되며, 냉각 또는 가열된 공기는 상기 오리피스를 통해 중앙 반응 챔버로 유입된다. 바람직하기로는 650-950℃의 온도 범위 내에서 기체 흐름에 추가 기체를 부가하여 NO_X의 생성을 최소화하거나 저감시키는 방법이 제공된다.

Description

개량된 기상 오염물 저감 장치 및 방법{ADVANCED APPARATUS AND METHOD FOR ABATEMENT OF GASEOUS POLLUTANTS}

본 발명은 유기 오염물 및 무기 오염물이 함유된 기류(氣流)를 처리하고, 반도체 재료 및 소자, 마이크로일렉트릭 제품의 제작, 콤팩트 디스크 및 기타 메모리 소자의 제조시 발생되는 기류의 처리와 같은 용례에 적합한 기류 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 재료, 소자, 제품 및 메모리 제품의 제조시 발생하는 기상(氣相) 유출물은 처리 설비에서 사용되고 생성되는 광범위한 종류의 화학 물질 화합물을 포함하고 있다. 이들 유출물에는 유기 화합물과 무기 화합물, 포토레지스트 및 기타 시약(reagent)의 분해 생성물, 상기 설비로부터 배출되기 전에 폐기류로부터 제거하여야 하는 광범위한 종류의 기타의 기체가 함유되어 있다. 산업 분야에서 통상적으로 발생하는 단일 성분 또는 다성분 조성물과 같은 유출물은 고순도의 산소, 공기, 질소 산화물, 또는 기타 시약 등의 옥시던트와 혼합되고, 중앙 반응 챔버 내의 고온에서 열적으로 반응 및/또는 산화된다.

반도체 제조 공정에 있어서, 각종의 처리 작업시 가연성의 기류가 생성될 수 있다. 수소와 각종 수소화물, VOC, PFC, HAP 등이 존재할 수 있으며, 이들은 공기, 산소 또는 질소 산화물, 염소, 불소 등과 같은 다른 옥시던트 종(種)과 혼합될 경우 반응성 혼합물을 형성한다.

그러나, 작업장에서 발생되는 폐기체의 조성은 계속되는 처리 단계들이 수행됨에 따라 시간이 지날수록 크게 변할 수도 있다. 또한, 전형적인 반도체 처리 설비에 사용되는 여러가지 다른 조제 화합물(recipe chemistries)과 함께 여러가지 상이한 웨이퍼 처리 기구가 존재한다.

폐기류의 이러한 조성 변화, 그리고 설비의 작동 중에 연속적으로 그 폐기류를 적절하게 처리하여야 하는 필요성 때문에, 취해지고 있는 일반적인 접근법은, 처리 설비 전체에 하나의 대규모 폐기류 처리 시스템을 제공하는 것이다. 이러한 처리 시스템은 거의 항상 그 처리 용량의 관점에서 필요 이상 크게 설계되고 있으며, 통상 복합적 반응성 화학 물질 위험을 부여하는 일이 없이 많은 종류의 혼합된 화학 물질 흐름을 안전하게 처리하는 능력을 갖추고 있지 않다. 종종 촉매 화학 물질을 사용하는 대규모 산화 유닛과 관련된 막대한 자본 비용 외에도, 오염물 저감 성능 목표를 달성하기 위하여 극도로 희박한 혼합된 기류를 적절히 높은 온도로 가열하는 것과 관련된 작동 비용도 문제가 된다.또한, 기체 유출물과 큰 관련이 있는 문제 중 하나는 산성 연무, 산성 증기, 산성 기체 및 NO_X(NO, NO₂)의 형성이다.

도 1은 벽을 따라 기체가 도입되는 챔버와 임의의 기체 분배기를 보여주는 본 발명에 따른 흡입 도관의 선도이다.

도 2는 본 발명에 따른 가열 반응기를 보여주는 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 액체 보텍스 구조를 보여주는 단면도이다.

도 3a는 본 발명에 따른 액체 보텍스 구조의 다른 예를 보여주는 단면도이다.

도 4는 열 반응기와 충전층 액체 스크러버를 구비한 장치의 선도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

60 : 충전층 액체 스크러버

61 : 도관

61A, 68 : 포트

63, 66 : 패킹

64, 67, 78 : 분무기

74 : 가열 반응기

76 : 액체 보텍스

본 발명은 NO_X의 형성을 최소화하거나 배제할 뿐만 아니라, 덜 산성인, 따라서 덜 부식성인 유출물을 생성하도록 반응기에 첨가물을 적절하게 주입함으로써 NO_X의 형성을 줄이는 방법을 제공한다.본 발명은 사용 지점에서 이용할 수 있는 소형의 전용 유닛을 제공한다. 이러한 유닛은 체적 용량, 화학적 복합성, 열 발생 및 전력 소모와 관련하여 필요 이상 크게 설계됨이 없이 단일, 또는 일군의 유사한 화학 처리 도구, 개별적인 처리 작업, 또는 일군의 상호 양립할 수 있는 오염물 저감 처리 작업에 맞도록 설계되어, 오염물을 효과적이고도 능률적으로 제거한다.본 발명은 적어도 1종의 기상 시약(추가의 기체, 액체 및/또는 고체 시약과 함께 또는 이러한 시약 없이)을 도입하는 적어도 1개의 2차 유입구가 마련된 도관을 통해 오염물 함유 기류를 반응기 챔버 내로 도입하여 혼합함으로써, 그리고 선택적으로는 가열함으로써, 상기 기류에 제어된 반응을 유발시켜 상기 기류 중의 화학적 오염물을 저감시키는 방법을 제공한다. 상기 원하는 시약은 혼합류에 현장에서 발생(예를 들어, 열에 의해 형성)시킬 수도 있다. 유입구를 통해 및/또는 직접 또는 전구 물질로서 반응기 챔버 내로 첨가되는 상기 시약은 수소, 탄화수소, 암모니아, 공기, 산소, 수증기, 알코올, 에테르, 칼슘 화합물, 아민, 그리고 이들 기체, 액체 및/또는 고체의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택할 수도 있다. 예를 들어, 암모니아/공기 및 암모니아/산소와 같은 혼합물이 유용한 시약인 것으로 밝혀졌다. 오염물 함유 기류와 시약과의 반응은 약 650℃ 내지 950℃의 온도 범위 내에서 이루어진다.본 발명은 기류로부터 오염물을 제거하는 장치를 제공한다. 이 장치는 반응전 주입 섹션, 가열 반응기 섹션, 그리고 액체 스크러버 섹션을 포함하고 있어 저감 성능 목표를 달성한다. 한 가지 실시 형태에서, 상기 반응전 주입 섹션 및/또는 메인 열 반응 챔버에는, 메인 반응기 섹션에서의 입자의 누적을 저감 또는 완화시키는 방식으로 기체를 도입하기 위한 포트가 마련된다.상기 열 반응기에는 적어도 1개의 유입구가 마련되며, 이 유입구는 화염이 형성될 수 있는 영역(고온 영역 또는 반응 영역)을 형성하는 반응기 내의 튜브로 일부가 돌출하여 반응기 내에서 종결되는 도관을 포함한다.상기 열 반응기는 가열 요소를 수용하는 중앙 챔버와, 상기 가열 요소와 외벽 사이의 외측 공기 공간과 연통하는 측면 입구와, 선택적으로 상기 외측 공기 공간과 연통하는 내측 공기 공간을 포함한다. 또한 선택적으로, 기체, 액체 및/또는 고체를 상기 튜브의 개방 단부로부터 소정 거리에서 중앙 챔버 내로 도입하는 분배기가 마련되어 있다.한 가지 실시 형태에서, 분배기는 고온 영역 밖에 배치된다. 상기 내측 공기 공간은 내벽과 가열 요소, 그리고 기체, 액체 및/또는 고체를 내벽과, 유입구 섹션, 및/또는 중앙 챔버 개방 단부를 통해 중앙 챔버 내로 도입하는 오리피스 수단에 의해 형성된다. 상기 오리피스 수단은 도관의 개방 단부에 형성된 고온 영역의 상류 및/또는 하류에 배치될 수도 있다. 상기 열 반응기로부터 나오는 기체는 보텍스 및/또는 분무 챔버를 포함하는 액체 냉각 섹션을 통과하면서 냉각된다.다음에, 상기 연소 챔버로부터 나오는 냉각된 기체는 향류(向流) 및/또는 동류(同流) 충전층 액체 스크러버(packed bed liquid scrubber)를 통과하는데, 이곳을 통해 기류가 유동 액체와 함께 또는 유동 액체에 대항하여 흐르게 함으로써 화학적 오염물을 스크러빙(scrubbing) 및 트래핑(trapping)하고 입자를 응집한다. 상기 충전층 상부에 기체를 도입하여 배기 가스의 이슬점을 낮추기 위한 유입구가 마련된다.본 발명은 선택적으로, 본 발명을 원하는 작동 조건 및/또는 최적의 작동 조건에서 제어 및/또는 모니터링하기 위한 기체, 액체 및/또는 고체 감지 수단도 구비한다.도 1을 참조하면, 선택적으로 반응전 챔버 섹션의 하나 이상의 유입구(11)를 통해 선택적으로 처리 가스가 도입되는 반응 챔버(10)의 입구 단부가 도시되어 있다. 유입구(11)의 하부는 환형 챔버(12)에 의해 둘러싸여 있으며, 시약 기체, 액체 및/또는 고체, 공기 또는 산소가 포트(13)를 통해 상기 환형 챔버 내로 도입되고, 유입구(11)의 출구측에 있는 외측 포트(14)를 통해 반응 챔버 내로 빠져나간다. 질소나 다른 기체의 도입을 위해 또 하나의 환형 챔버(15)가 제공되는데, 이들 기체는 포트(16)를 통해 환형 챔버(15)로 들어가고, 반응기 벽(18)(또는 다른 중요한 주입 지점)의 내면을 따라 기체를 아래 방향으로 흐르게 하는 원주 포트(17)에서 빠져 나간다. 반응기 벽을 따라 이루어지는 기체의 흐름은 입자 물질이 축적되는 것을 감소 또는 완화시킨다.

몇몇 경우에, 고온 영역 또는 반응 영역이 반응 챔버 내부의 유입구(11)의 출구측에 생성되고, 다른 시약을 도입하는 것이 바람직하거나 필요할 수도 있다. 이러한 목적을 위해, 기체, 액체 및/또는 고체 분배기(19)가 유입구(11)의 하류 측에, 반응 영역이나 고온 영역의 내부 또는 외측에 선택적으로 제공된다.

본 발명에 따른 장치를 사용하는 바람직한 실시 형태는 화학적 오염물 함유 기류와 1종 이상의 시약을 제어 혼합하고, 이에 앞서 및/또는 이 이후에 그 혼합물을 제어된 상태로 유지되고 있는 메인 반응 챔버를 통해 흐르게 하여, 이러한 통과 중에 원하는 반응이 일어나도록 함으로써, 상기 화학적 오염물 함유 기류 중의 화학적 오염물을 저감시킨다. 특히 바람직한 시약으로는 수소, 탄화수소, 암모니아, 공기, 산소, 수증기, 알코올, 에테르, 칼슘 화합물 및 아민이 있다. 알코올은 메탄올, 에탄올 등과 같은 저급 알콜이다. 에테르는 디메틸에테르, 메틸에틸에테르 등과 같은 저급 에테르이다. 아민은 메틸아민, 디메틸아민 등과 같은 저급 아민이다. 특히 바람직한 혼합물은 암모니아와 산소 또는 공기의 혼합물이다. 이 혼합물은 염소 및/또는 불소와 같은 할로겐을 함유하고 있는 기류에 특히 바람직하다. 따라서, 암모니아, 암모니아와 공기, 또는 암모니아와 산소가 약 650℃~950℃의 온도 범위의 반응 챔버의 혼합 영역에서 제어된 상태 하에서 처리 기체에 첨가된다. 이 방법의 특별한 이점은 스크러버로부터 나오는 액체의 pH가 약 3~10으로 상승되어, 통상적으로 형성되었던 강한 산성 액체 및 증기보다 상당히 덜한 부식 환경을 형성한다는 것이다.

시동 시에 최적의 성능을 달성하도록 산소 또는 다른 기체, 액체 및/또는 고체가 혼합 영역의 하류측에서 첨가될 수도 있으며, 혼합물 및/또는 온도는 세정 사이클 중에 재조절될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하류측에서의 기체 도입은 기체를 하류로 안내하는 튜브, 즉 분배기(19)를 통해 이루어질 수도 있으며, 또는 매니폴드나 인젝터와 같은 다른 기체 분배 장치를 통해 이루어질 수도 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 열 반응기가 도시되어 있다. 처리 가스는 반응기의 상부에서 유입구(도시 생략)를 통해 중앙 챔버(40) 내로 들어간다. 가열 요소(41A)가 전기 가열되어 내벽(42)의 표면을 고온으로 만든다. 가열 요소(41A)는 챔버(40)를 환형으로 둘러싸게 배치되어 있는 것으로 도시되어 있다. 선택적으로, 가열 요소(41B)가 챔버(40) 내에 배치될 수도 있다. (냉각되거나 가열된) 공기는 챔버(40)의 유입구 단부 및/또는 출구 단부 중 임의의 곳에서, 또는 도시하지 않은 이들 사이의 하나 및/또는 복수 개의 주입 지점 어딘가에서 반응 챔버(40) 내로 도입될 수도 있다.

주입 지점의 위치는 반응기의 원하는 구조에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 통상 반응기의 입구 단부에 생성된 고온 영역에서 처리 가스와 시약이 도입된다. 최적의 화학적 특성 및 화학양론에 따라, 주입 지점은 고온 영역의 상류나 하류, 또는 고온 영역 내에 위치할 수 있다.

도 3을 참조하면, 액체 보텍스(liquid vortex;50)가 도시되어 있다. 기체는 챔버(40)의 바닥에서 반응기로부터 액체 보텍스(50)로 배출되는데, 이곳에서 액체는 통로(51)를 통해 접선 방향으로 외측 챔버(52) 내로 유입하여 와류 운동을 생성하며, 이 와류 운동에 의해 액체는 상승하여 내벽(53)을 넘어 메인 챔버(54) 내로 범람함으로써, 내표면의 온도를 제어하고 내벽 상에 연속한 액막을 유지한다. 이것은, 추가의 액체 분무와 함께, 액체와 기체, 액체 및/또는 고체 사이의 접촉을 허용하여 기체 흐름을 통상 100℃ 아래의 온도로 냉각시킬 수 있다. 액체 보텍스는 선택적으로 그 내부의 어느 저점까지 반응 챔버(40)를 연장시키는 삽입부(도시 생략)를 구비할 수도 있다.

액체가 노즐(51A)을 통해 기류에 직접 들어가는 변형예가 도 3a에 도시되어 있다.

다음에, 기체는 100℃ 미만으로 냉각된 상태로 액체 보텍스 섹션을 빠져 나온다.

도 4를 참조하면, 전술한 모든 특징을 이용하는 처리 설비의 형태가 도시되어 있다. 하나 이상의 작업장으로부터 나온 처리 기체는 유입구(70)를 통해 들어가고, 필요하다면 시약 기체, 액체 및/또는 고체, 산소나 다른 기체, 그리고 도 1과 관련하여 설명한 바와 같이 질소와 같은 불활성 퍼지 기체와 혼합된다. 이 설비의 용량은 하드웨어 구성 요소의 크기, 처리 기체와 시약의 종류 등에 좌우된다. 설비를 통과하는 기체의 유량은 통상 약 300 slm 미만이다. 다음에, 기체는 열 반응기(74)에서 처리되고, 라인(72) 및/또는 라인(75)을 통해 공기가 선택적으로 상기 열 반응기(74)에 도입된다. 열 반응기(74)의 바닥을 통해 나오는 기체는 액체 보텍스(76)를 통과한 다음 라인(77)을 통해[또한 선택적으로 물 분무기(78)를 통해] 충전층 액체 스크러버(60) 내로 유동한다. 열 반응기로부터 나온 기체는 도관(61)을 통해 빠져 나와 물 분무기를 통해 충전층 내장 패킹(63) 내로 들어가며, 기체는 연속적인 분무기(64)에 의해 제공되는 수류(水流)와 함께 및/또는 이에 대항하여 향류 및/또는 선택적으로는 동류 형태로 패킹을 통해 흐른다. 입자 함유 액체는 바닥으로 유동하여 배출 탱크 및/또는 재순환 탱크, 및/또는 배수로로 배출된다. 기체는 통상 포트(61A)를 통해 디미스터(demister) 섹션(65)으로 안내되어, 이곳에서 수분과 추가의 입자가 디미스터 패킹(66)을 통해 제거되며, 이 섹션의 세정은 연속적인 및/또는 간헐적인 분무기(67)에 의해 제공되는 액체에 의해 이루어진다. 공기가 포트(68)를 통해 도입되어, 직접 기체를 냉각시키며 배기 가스의 이슬점의 하락을 촉진한다. 다음에, 처리된 가스는 송기관(69)을 통해 배출된다.

본 발명에서 목표 성분을 모니터하기 위해 임의의 검출기를 배치할 수 있다. 다음에, 그 정보는 피드백되어 각각의 시약의 온도와 공급률 등과 같은 저감 매개 변수를 제어한다.

예 1

도 1에 도시한 것과 같은 유입구가 마련된 도 4에 도시한 장치에서, 반도체 처리 기체에 존재하는 부산물인 F₂(불소)를 시험하였다. F₂의 20％ 사용에 기초하여, 달성된 저감[％DRE(decomposition removal efficiency);분해 제거 효율로서 측정]과 NO_X형성을 측정하였다. 기체 유량(표준 리터/분, slm 기준)을 최적으로 하고 반응기 입구에서 암모니아 기체를 첨가하여 표시된 DRE를 달성하였다.

시험 #	기체	유량, SLM	NH₃유량, SLM	펌프 퍼지,SLM	％ DRE	NO 검출량, PPM	NO₂검출량, PPM
1	F₂	1.0-4.0	3.0	50	99.9+	＜30 LDL*	＜30 LDL
2	F₂	1.0-2.0	1.0-3.0	100	99.9+	＜40 LDL	＜40 LDL

시험 1 - 3.0 SLM의 일정 유량의 NH₃를 사용하여 증가 유량(1.0-4.0 SLM)의 F₂를 처리하였다. DRE는 시험 중에 99.9％ 이상으로 유지되었다. 이와 같은 F₂의 DRE는 가장 폭넓은 유량 범위의 경우에도 시종일관 99％ 이상이었다.

시험 2 - NH₃의 유량을 1.0에서 3.0 SLM으로 변화시킴에 따라 F₂를 1.0 SLM 및 2.0 SLM에서 시험하였다. 이 경우에도, DRE는 99.9％ 이상으로 유지되었다.

* LDL은 R D 래버러토리에서 사용된 셋팅에서 사중극자 질량분석계(QMS)로 계산한 검출 하한(Lower Detection Limit)을 말하는 것이다. NO와 NO₂는 어떠한 QMS 판독치에도 기록되지 않았다.

예 2

유사한 장치에서, 반도체 처리 기체에 존재하는 부산물인 Cl₂(염소)를 시험하였다. Cl₂의 20％ 사용에 기초하여, 달성된 저감(％DRE)과 NO_X형성을 측정하였다. 기체 유량(표준 리터/분, slm 기준)을 최적으로 하고 반응기 입구에서 암모니아(NH₃) 기체를 첨가하여 표시된 DRE를 달성하였다.

시험 #	기체	유량, SLM	NH₃유량, SLM	펌프 퍼지,SLM	％ DRE	NO 검출량, PPM	NO₂검출량,PPM
1	Cl₂	1.0	1.0-6.0	240	96+	＜40 LDL*	＜40 LDL
2	Cl₂	0.25-1.5	1.5	100	94+	＜40 **	＜10
3	Cl₂	1.5	3.0	100	99.0	＜40	＜10

시험 1 - NH₃를 1.0에서 6.0 SLM으로 변화시킬 때 Cl₂는 1.0 SLM으로 일정하게 유지하였다. DRE는 96％ 이상으로 유지되었으며, NH₃의 유량을 보다 크게 하면 99.9％ 정도로 높아졌다.

시험 2 - Cl₂의 유량은 0.25에서 1.5 SLM으로 변화시킬 때 NH₃는 1.5 SLM으로 일정하게 유지하였다. DRE는 Cl₂의 유량이 0.25 SLM인 경우의 99.99％로부터 Cl₂의 유량이 1.50인 경우의 94％까지 변하였다.

시험 3 - Cl₂의 유량은 1.5 SLM으로 고정시킨 채 NH₃의 유량은 1.5 SLM에서 3.0 SLM으로 상승시켰다. 이 시험은 NH₃대 Cl₂의 몰비의 함수로서 DRE를 비교하기 위해 실시하였다. 동일한 몰비에서 NH₃의 유량이 높아지면 DRE도 커졌다.

** 이 데이타는 FTIR에 의해 얻어진 것이다. LDL은 1 PPM 부근이다.

예 3 - NF ₃

예 1에서 설명한 것과 유사한 장치에서, 저감 효율 및 산화질소 및/또는 질소산화물(NO_x)의 형성을 측정하기 위해 3불화질소(NF₃)를 시험하였다. 최소 수소 유입 농도*가 10％인 상태에서 시험한 유입물 NF₃의 모든 유량[0.125-0.5 표준 리터/분(slm)]에 대해 99.999％ 이상의 저감 효율이 달성되었다. 수소 유입 농도가 18％ 이상인 경우, NO_X형성은 기구의 분석 검출 한계 아래까지 억제되었다.

* 유입 농도란 각각의 유입구를 통해 장치로 유입되는 기체의 총 유량에 대한 수소의 유량(slm)의 비율을 지칭한다.

예 4 - NO _X

다른 유사한 장치에서, 시스템의 NO_X저감 성능을 결정하기 위한 시험을 실시하였다. 100 표준 입방 센티미터/분(sccm)의 NO_X를 저감 장치 입구에 주입하였다. 시험 변수에는 700℃와 850℃의 열 반응기 설정점과, 5~18 slm의 수소 유입 농도가 포함된다. 수소 유입 농도가 18％인 상태에서, 700℃와 850℃에서 저감 효율은 각각 70％ 및 85％보다 높았다.

예 5

예 1에서 설명한 것과 유사한 장치에서, 처리 기체로서 약 700~840℃에서 변하는 온도에서 35 slm 유량으로 흐르는 아르곤을 사용하였고, 산소 및/또는 암모니아를 그 유동 흐름에 첨가하였다. 산소는 5 slm 또는 8 slm의 유량으로 첨가하였다. 암모니아는 0.25-6.0 slm의 증가율로 첨가하였다. 기체가 혼합되는 지점의 온도를 850℃로 일정하게 유지하였다. 생성물 흐름, 특히 산소, 질소, NO_X및 암모니아를 질량분석계에 의해 분석하였다. 산소와 암모니아의 조합을 사용하는 경우, 암모니아는 증가시키고 산소는 일정하게 유지하면, 초기에 암모니아의 농도와 함께 NO_X형성이 증가됨을 발견하였다. 한계치를 초과하면, NO_X농도가 감소되었다. 이것은 화학적 특성과 화학량론이 NO_X의 감소를 촉진하는 최적의 유량으로 산소와 암모니아가 유동하는 작동 상태를 나타낸다.

본 발명은 충분히 설명하였으며, 본 발명의 추가의 수정이 당업자에게는 분명할 것이다. 이러한 수정은 이하의 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위 내에 있다.

본 발명의 오염물 저감 장치 및 방법에 따르면, 반도체 제조 설비의 폐유체 흐름 중에 함유된 화학적 오염물의 처리에 있어, 반응기에 첨가제를 적절하게 도입함으로써 폐유체 흐름 중의 NO_X의 형성을 줄일 수 있으며, 또한 장치가 체적 용량, 화학적 복합성, 열 발생 및 동력 소비와 관련하여 필요 이상 크게 설계되지 않게 되어, 효과적이고도 능률적으로 오염물을 제거할 수 있다.

Claims

유출물 유체 흐름에 포함된 화학적 오염물을 저감시키기 위한 유출물 유체 흐름 처리 방법으로서,

(a) 열 처리에 의해 상기 유출물 유체 흐름 중의 화학적 오염물을 선택적으로 저감시키는 단계와,

(b) (i) 반응전 섹션으로서, 반응 챔버의 상류측에 위치하고, 추가 기체, 액

체 및 고체 중 적어도 1종을 반응전 섹션 내로 도입하기 위한 적어도 1

개의 2차 유입구가 마련된 적어도 1개의 도관을 포함하며, 상기 추가 기

체, 액체 및 고체 중 적어도 1종은 처리 시약으로서 상기 2차 유입구 내

로 도입되고, 상기 유출물 유체 흐름은 상기 추가의 기체, 액체 및 고체

중 적어도 1종과 반응하는 기류(氣流) 형태이며, 상기 유출물 유체 흐름

과 처리 시약이 혼합되어 형성하는 반응성 혼합물은 오염물 저감 반응을

위해 상기 반응 챔버 내로 후속하여 도입되는, 반응전 섹션과,

(ii) 열 처리 영역으로서, 상기 처리 시약의 열 처리 영역으로의 공급률

과 온도는 약 650℃로부터 약 950℃까지의 온도 범위의 반응 상태를 유

지하도록 제어되고, 상기 처리 시약의 공급원은 (1) 수증기와 수소 및

탄화수소 중 적어도 1종으로부터 선택되는 수소원과 (2) 기본 물질 중

적어도 1종으로 구성되는 군(群)에서 선택되는 시약을 포함하는, 열 처

리 영역

중 한 곳에서 상기 유출물 유체 흐름과 처리 시약을 반응시켜 반응성 혼합물을 형성하는 단계

를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 유출물 유체 흐름은 상기 반응 챔버의 상류측에 위치하는 반응전 섹션 내에서 상기 처리 시약과 혼합되어 반응성 혼합물을 형성하고, 이 혼합물은 오염물 저감 반응을 위해 상기 반응 챔버 내로 후속하여 도입되고, 상기 반응성 혼합물은 선택적으로 가열되는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 추가 기체는 수소를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 추가 기체는 암모니아를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 추가 기체는 공기를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 추가 기체는 산소를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 추가 기체는 암모니아와 산소를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 추가 기체는 암모니아와 공기를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 추가 기체는 수증기를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 추가 기체는 알코올을 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 추가 기체는 메탄올을 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 추가 기체는 에테르를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 12에 있어서, 상기 에테르는 디메틸에테르를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 추가 기체는 아민을 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 2, 청구항 4 내지 청구항 6 및 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 기체는 탄화수소를 더 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 14에 있어서, 상기 아민은 메틸아민을 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 흐름 중에서 저감되는 오염물의 하나는 NO_X인 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 2 내지 청구항 14항, 청구항 16 및 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기류와 추가 기체는 약 650℃~950℃의 온도 범위 내에서 반응하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
중앙 챔버와,

가열 요소와,

상기 중앙 챔버의 입구 단부 및 출구 단부와,

상기 입구 단부에 인접하게 상기 중앙 챔버 내에 위치하고, 상기 입구 단부에서 상기 중앙 챔버 내로 들어가는 기체가 추가로 반응 및 혼합되는 고온 영역 및

상기 중앙 챔버 내로 공기를 도입하고, 상기 고온 영역의 상류측에 위치하는 상기 중앙 챔버 내의 오리피스

를 포함하는 열 반응기.
중앙 챔버와,

가열 요소와,

상기 중앙 챔버의 입구 단부 및 출구 단부와,

상기 입구 단부에 인접하게 상기 중앙 챔버 내에 위치하고, 상기 입구 단부에서 상기 중앙 챔버 내로 들어가는 기체가 추가로 반응 및 혼합되는 고온 영역 및

상기 중앙 챔버 내로 공기를 도입하고, 상기 고온 영역의 하류측에 위치하는 상기 중앙 챔버 내의 오리피스

를 포함하는 열 반응기.
청구항 19 또는 청구항 20에 있어서, 상기 가열 요소는 상기 중앙 챔버 둘레에 환형으로 배치되는 열 반응기.
청구항 19 또는 청구항 20에 있어서, 상기 가열 요소는 상기 중앙 챔버 내부에 배치되는 열 반응기.
기류 중의 기상(氣相) 오염물 처리 장치로서,

중앙 챔버와, 가열 요소와, 상기 중앙 챔버의 입구 단부 및 출구 단부와, 외벽과 상기 가열 요소에 의해 형성되는 외측 공기 공간과 연통하는 측면 유입구와, 공기를 상기 중앙 챔버 내로 도입하는 오리피스를 포함하는 열 반응기와;

상기 열 반응기 내로 상기 기류를 안내하는 적어도 1개의 유입구로서, 이 유입구는 상기 열 반응기 내에서 일부가 종단되는 도관을 포함하며, 상기 도관의 일부는 그 단부를 넘어 돌출되는 튜브 내에 배치되어 튜브 내에 챔버를 형성하고, 상기 튜브에는 상기 열 반응기의 내부와 연통하는 개방 단부가 마련되는, 적어도 1개의 유입구와;

상기 열 반응기의 중앙 챔버의 입구 단부에 마련되어, 입자의 축적을 저감시키기 위해 시약을 상기 열 반응기의 중앙 챔버의 벽을 따라 상기 열 반응기의 중앙 챔버 내로 도입하는 포트와;

상기 튜브의 개방 단부의 하류에서 상기 중앙 챔버 내로 기체를 도입하는 기체 분배기

를 포함하고,

상기 도관은 다른 시약을 상기 도관 내로 도입하는 제2 유입구를 더 포함하는 기류 중의 기상 오염물 처리 장치.
청구항 23에 있어서, 상기 기체 분배기는 매니폴드를 포함하는 기류 중의 기상 오염물 처리 장치.
청구항 24에 있어서, 상기 기체 분배기는 인젝터를 포함하는 기류 중의 기상 오염물 처리 장치.
청구항 23에 있어서, 상기 기체 분배기는 상기 튜브의 개방 단부 부근에 형성되는 고온 영역 밖에 배치되는 기류 중의 기상 오염물 처리 장치.
청구항 23에 있어서, 상기 가열 요소는 상기 중앙 챔버 둘레에 환형으로 배치되는 기류 중의 기상 오염물 처리 장치.
청구항 23에 있어서, 상기 가열 요소는 상기 중앙 챔버 내부에 배치되는 것을 기류 중의 기상 오염물 처리 장치.
유출물 유체 흐름 처리 장치로서,

상기 유출물 유체 흐름을 수용하여 그 유체 흐름이 관통하여 흐를 수 있도록 구성되고, 상기 유출물 유체 흐름의 온도를 상승시켜 그 유체 흐름이 열 처리되도록 함으로써 유체 흐름 중의 오염물을 감소시키는 열 반응기 챔버와;

상기 열 반응기 챔버와 공급 관계로 결합되고, 상기 열 반응기 챔버 내의 유출물 유체 흐름에 처리 시약을 도입하여, 상기 유체 흐름이 열 반응기 챔버를 통과하여 흐르는 중에 상기 처리 시약이 상기 열 반응기 챔버 내에서 상기 유체 흐름과 혼합되어 반응하도록 구성되는 처리 시약 공급원과;

온도를 제어하고 상기 처리 시약의 공급률을 제어하여 상기 유출물 유체 흐름과 처리 시약의 반응 상태를 약 650℃ 내지 950℃의 온도 범위로 유지하는 모니터링 및 제어용 서브 장치

를 포함하고, 상기 처리 시약 공급원은,

(i) 수증기, 수소 및 탄화수소 중 적어도 1종으로부터 선택하는 수소 공급원

과;

(ii) 기본 물질

중 적어도 1종으로 구성된 군으로부터 선택하는 시약을 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 장치.
청구항 29에 있어서, 상기 열 반응기 챔버는 상기 유출물 유체 흐름이 하향 유동하여 통과하는 긴 유동 채널이 내부에 마련되어 수직 직립 상태로 배향되는 유출물 유체 흐름 처리 장치.
청구항 29에 있어서, 상기 처리 시약 공급원은 수증기를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 장치.
청구항 29에 있어서, 상기 처리 시약 공급원은 기본 물질을 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 장치.
청구항 32에 있어서, 상기 기본 물질은 아민을 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 장치.
청구항 32에 있어서, 상기 기본 물질은 암모니아를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 장치.
청구항 32에 있어서, 상기 모니터링 및 제어용 서브 장치는 상기 기본 물질 처리 시약의 공급률을 제어하며, 상기 열 반응기 챔버를 통과한 후의 상기 유출물 유체 흐름은 수성 매체에서 측정한 pH가 약 3 내지 약 10의 범위에 있는 유출물 유체 흐름 처리 장치.
청구항 29에 있어서, 상기 열 반응기의 챔버에 유출물 유체 흐름을 수용하는 관계로 배치되어 유출물 유체 흐름이 상기 열 반응기 챔버를 통과하여 흐르도록 하는 액체 보텍스를 더 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 장치.
청구항 36에 있어서, 상기 액체 보텍스는 상기 유출물 유체 흐름을 100℃ 미만의 온도로 냉각시키도록 구성되는 유출물 유체 흐름 처리 장치.
청구항 29에 있어서, 상기 열 반응기 챔버에 유출물 유체 흐름을 수용하는 관계로 배치되어 유출물 유체 흐름이 상기 열 반응기 챔버를 통과하여 흐르도록 하는 액체 스크러버를 더 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 장치.
청구항 29에 있어서, 상기 유출물 유체 흐름은 처리 장치에 대해 유출물 유체 흐름을 공급하는 관계로 배치되는 반도체 제조 설비에 의해 발생되는 유출물 유체 흐름 처리 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 유출물 유체 흐름 중의 화학적 오염물은 열 처리에 의해 감소시키고, 상기 유출물 유체 흐름은 상기 열 처리 영역에서 상기 처리 시약과 혼합하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 40에 있어서, 상기 열 처리 단계는 상기 처리 시약이 유출물 유체 흐름과 접촉하는 긴 유로(流路)를 따라 유출물 유체 흐름을 흐르게 하는 단계를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 40에 있어서, 상기 처리 시약은 수증기를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 40에 있어서, 상기 처리 시약 공급원은 기본 물질을 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 43에 있어서, 상기 기본 물질은 아민을 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 43에 있어서, 상기 기본 물질은 암모니아를 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 43에 있어서, 상기 기본 물질 처리 시약의 공급률은 상기 열 처리 단계 후의 상기 유출물 유체 흐름이 수성 매체에서 측정한 pH가 약 3 내지 약 10의 범위에 있도록 제어되는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 40에 있어서, 상기 유출물 유체 흐름을 액체 보텍스를 통해 흐르게 하는 단계를 더 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 47에 있어서, 상기 액체 보텍스는 상기 유출물 유체 흐름을 100℃ 미만으로 냉각시키도록 구성되는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 40에 있어서, 상기 유출물 유체 흐름을 액체로 스크러빙하는 단계를 더 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 40에 있어서, 상기 유출물 유체 흐름은 상기 처리 장치에 대해 유출물 유체 흐름을 공급하는 관계로 배치되는 반도체 제조 설비에 의해 발생되는 유출물 유체 흐름 처리 방법.
청구항 2에 있어서, 기체를 상기 반응 챔버로부터 액체 보텍스를 통해 배출시키는 단계를 더 포함하는 유출물 유체 흐름 처리 방법.