KR100385157B1 - Method Of Treating perfluoro Compound Gas and Apparatus For Treating The Same - Google Patents

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Abstract

상압하에서 고온 플라즈마를 이용하여 높은 효율로 처리할 수 있는 과불화 화합물 가스의 처리 방법 및 이를 위한 장치가 개시되어 있다. 먼저, 상압하에서 소정의 반응기 내에 구비된 음극 및 양극에 전원을 인가하여 아크 방전에 의한 플라즈마를 발생시키도록 한다. 상기 반응기 내에 과불화 화합물 가스를 주입하고 이를 플라즈마에 의해 분해시키도록 한다. 분해된 가스를 냉각시키고 처리함으로써 지구 온난화와 환경 오염의 원인이 되는 과불화 화합물 가스를 무해한 성분으로 변화시키게 된다. 본 발명의 장치에 사용되는 음극과 양극은 튜브 형태로서 균일한 플라즈마 형성이 유도되고 전극 소모가 균일하게 분산되어 수명이 길다.Disclosed are a method for treating perfluorinated compound gas and an apparatus therefor, which can be treated at high efficiency using a high temperature plasma under atmospheric pressure. First, power is applied to a cathode and an anode provided in a predetermined reactor under normal pressure so as to generate plasma by arc discharge. Injecting a perfluorinated compound gas into the reactor and decomposing it by plasma. By cooling and treating the decomposed gases, the perfluorinated compound gases that cause global warming and environmental pollution are transformed into harmless components. Cathodes and anodes used in the apparatus of the present invention are tube-shaped, induce uniform plasma formation, uniformly dissipate electrode consumption, and have a long lifetime.

Description

과불화 화합물 가스의 처리 방법 및 이를 위한 장치{Method Of Treating perfluoro Compound Gas and Apparatus For Treating The Same}Method of treating perfluorinated compound gas and apparatus therefor {Method Of Treating perfluoro Compound Gas and Apparatus For Treating The Same}

본 발명은 과불화 화합물 가스의 처리 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 장시간의 대기 잔류 시간을 가지고 있으며 지구온난화의 원인이 되는 과불화 화합물 가스를 높은 효율로 용이하게 처리할 수 있는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for treating perfluorinated compound gas and a device therefor, and more particularly, to a method capable of easily treating a perfluorinated compound gas having a high atmospheric residence time and causing global warming with high efficiency. And an apparatus therefor.

과불화 화합물 가스는 적외선 흡수력이 강하고 대기 잔류 시간이 길기 때문에, 높은 지구 온난화 잠재력(GWP; Global Warming Potential)을 나타내는 물질이다. 이들 과불화 화합물 가스는 주로 반도체 장치의 제조를 위한 공정중에서 진공을 이용하여 박막을 형성하기 위한 CVD(chemical vapor deposition) 공정의 수행이나 플라즈마 식각 공정에서 많이 사용되고 있다. 그런데, 이들이 공정중에 전량 소비되지 않기 때문에 미반응 가스가 잔류되는 경우가 많으며 이에 더하여 부차적으로 생성되는 가스가 발생되는 경우도 있다. 심지어는 원료 가스가 그대로 진공 펌프에서 배출되는 경우도 있다.Perfluorinated compound gases exhibit high global warming potential (GWP) due to their strong infrared absorption and long atmospheric residence time. These perfluorinated compound gases are mainly used in performing a chemical vapor deposition (CVD) process or a plasma etching process to form a thin film using a vacuum during the process for manufacturing a semiconductor device. However, since they are not consumed in the entire process, unreacted gas is often left, and in addition, there are cases where secondary gas is generated. In some cases, the source gas is discharged from the vacuum pump as it is.

대표적인 과불화 화합물 가스의 GWP와 대기 잔류시간은 다음 표 1에 나타난 바와 같다. 이들 가스중 가장 강한 결합력을 가진 CF4(C-F 결합에너지가 112∼116Kcal/mol임)의 경우 약 50000년의 대기잔류시간을 가지며, 이는 12.5eV의 에너지에 의해 분해되기 시작하며 35eV 이상의 에너지에 의해 완전 분해가 이루어지는 것으로 알려져 있다.The GWP and atmospheric residence time of representative perfluorinated compound gases are shown in Table 1 below. The strongest binding force among these gases, CF 4 (CF binding energy is 112 to 116 Kcal / mol), has an atmospheric residence time of about 50000 years, which begins to decompose by an energy of 12.5 eV and more than 35 eV. It is known that complete decomposition occurs.

지구온난화 가스Global warming gas GWP(100ITH)GWP (100ITH) 대기잔류시간(년)Atmospheric retention time (year) CO2 CO 2 1One 50∼20050 to 200 CF4 CF 4 65006500 5000050000 C3F8 C 3 F 8 70007000 26002600 C2F6 C 2 F 6 92009200 1000010000

이러한 과불화 화합물이 대기 중으로 배출되면 지구온난화 및 오존층 파괴와 같은 대기 환경 오염을 발생시키게 된다. 지구온난화에 큰 영향을 미치는 과불화 화합물의 배출량을 줄이기 위해 많은 국가들이 노력하고 있으며 여러 국가들이 참여하여 교토(Kyoto) 협약을 체결하였다. 이 협약에 참가한 국가들은 2008∼2012년 까지 일정량의 과불화 화합물 가스를 줄이기로 협정을 맺었으며, WSC(World Semiconductor Council)에서는 2010년 까지 1995년 기준 방출량의 10%를 줄이기로 선언하였다.When these perfluorinated compounds are released into the atmosphere, they cause air pollution such as global warming and ozone layer destruction. Many countries are working to reduce emissions of perfluorinated compounds that have a significant impact on global warming, and several countries have joined the Kyoto Convention. Participating countries agreed to reduce a certain amount of perfluorinated gas by 2008-2012, and the World Semiconductor Council (WSC) declared to reduce 10% of its 1995 emissions by 2010.

과불화 화합물 가스의 배출 감소를 위한 노력이 다양하게 이루어져 왔는데, 종래의 방법으로는 대체가스 개발, 공정의 최적화에 의한 가스 배출량 감축, 포획/재활용(capture/recycle) 방법, 처리 장치에 의한 가스 분해 방법 등이 있다. 반도체 장치의 제조를 위한 공정중에서 CVD 공정에 있어서는 배출량 감소를 위한 공정 최적화와 대체 가스의 개발이 현저한 진보를 이루어 배출 가스의 양을 많이 감소시킨 반면, 식각 공정에는 공정의 영향 유무에 대한 엄격한 요구 사항들로 인해 배출 가스의 양이 여전히 많아서 이에 대한 효율적인 제거 방법의 개발이 요구되는 실정이다.Various efforts have been made to reduce the emissions of perfluorinated compounds. Conventional methods include alternative gas development, reduction of gas emissions by optimization of processes, capture / recycle methods, and gas decomposition by treatment equipment. Method and the like. In the process for manufacturing semiconductor devices, in the CVD process, the process optimization for reducing the emission and the development of alternative gas have made remarkable advances, greatly reducing the amount of emission gas, whereas the etching process has strict requirements for the influence of the process. Due to the large amount of exhaust gas is still required to develop an efficient removal method for this.

그리하여 과불화 화합물 처리 방법으로 연소분해법, 촉매분해법, 플라즈마 분해법 등이 개발되어 알려져 있다. 연소 분해법은 1200℃ 이상의 높은 온도를 이용하여 과불화 화합물 가스를 분해하는 것으로서, 이러한 고온의 운전 환경은 발열체의 온도를 1000℃로 가열한 상태에서 수소 가스를 투입하여 연소시키는 것에 의해 만들어진다. 이 때, 고온의 반응기 내로 과불화 화합물이 유입되어 분해가 이루어지는 것이다.Thus, a combustion decomposition method, a catalytic decomposition method, a plasma decomposition method and the like have been developed and known as a perfluorinated compound treatment method. The combustion decomposition method decomposes a perfluorinated compound gas using a high temperature of 1200 ° C. or higher, and such a high temperature operating environment is produced by injecting hydrogen gas into a combustion state while heating the temperature of the heating element to 1000 ° C. At this time, the perfluorinated compound flows into the high temperature reactor and decomposition occurs.

그런데, 연소분해법의 경우 연소 과정에서 NOx, SOx 등과 같은 2차 생성물이 발생되며, 이들 2차 생성물에 대한 후처리가 필요하다는 문제점이 있다. 또한 발열체의 주기적인 교체가 필요하고 고온을 유지시키기 위한 전력 소모량이 크다는 문제점을 가지고 있다.However, in the case of the combustion decomposition method, secondary products such as NOx, SOx, etc. are generated in the combustion process, and there is a problem that post-treatment of these secondary products is required. In addition, there is a problem in that it is necessary to periodically replace the heating element and the power consumption to maintain a high temperature.

촉매 분해법은 배출된 과불화 화합물 가스를 물에 통과시킨 후, 이를 300∼800℃로 가열시킨 촉매로 충진된 관내로 유입시켜 공기와 물의 환경에서 촉매에 의해 분해시키는 방법이다. 그런데 이러한 촉매 분해법은 각각의 가스에 대한 촉매제 개발이 선행되어야 하며, 미지의 혼합 가스에 대한 처리가 불명확하다는 단점을 가지고 있다. 또한 주기적인 촉매제의 교체가 필요하고 가스 배관의 미립자 발생으로 인한 배관의 막힘 현상의 문제에 대한 해결책이 선행되어야 한다는 문제가 있다.Catalytic decomposition is a method of passing the discharged perfluorinated compound gas through water and then introducing it into a tube filled with a catalyst heated to 300 to 800 ° C. to decompose by a catalyst in an environment of air and water. However, this catalytic decomposition method has to be preceded by the catalyst development for each gas, and has the disadvantage that the treatment for the unknown mixed gas is unclear. In addition, there is a problem that a periodic replacement of the catalyst and a solution to the problem of clogging of the pipe due to the generation of particulates in the gas pipe must be preceded.

플라즈마 분해법은 고온 및 저온 플라즈마를 이용하여 배출 가스를 쉽게 처리할 수 있는 물질로 변화시킴으로서 과불화 화합물 가스를 처리하는 방법이다. 플라즈마 분해법은 고온 플라즈마의 경우 배출 가스 처리에는 적절하나 고온으로 인한 전력 손실이 크며, 장치의 규모가 대형이라는 단점을 가지고 있다. 또한 기존의 플라즈마의 발생을 위해 사용되는 전극은 환 봉 형태로서 공정이 진행되면 전극 끝이 불균일하게 빨리 닳아 버린다는 문제가 있다.Plasma decomposition is a method of treating perfluorinated compound gas by changing the exhaust gas into a material that can be easily treated using high and low temperature plasma. Plasma decomposition is suitable for exhaust gas treatment in the case of high temperature plasma, but has the disadvantage of large power loss due to high temperature and large size of the device. In addition, the electrode used for the generation of a conventional plasma has a problem that the end of the electrode wears out unevenly quickly as the process proceeds in the form of a round rod.

저온 플라즈마, 특히 고주파 유도결합 플라즈마를 이용한 과불화 화합물 가스 처리 방식에서는 가스의 처리 용량에 따라 플라즈마 반응기의 크기가 증가될수록 플라즈마 밀도와 에너지가 현저하게 감소되어 과불화 화합물 가스에 대한 처리율이 현저히 감소한다는 문제가 있다. 또한 플라즈마 내의 이온들에 의한 반응기 내벽의 식각으로 인하여 반응기의 수명이 극도로 짧아진다. 이러한 식각 반응의 식각률을 감소시키고 과불화 화합물 가스의 처리율을 높이기 위하여 낮은 플라즈마 방전 전력에 수증기, 수소, 산소 등의 분해촉진제를 사용하여 처리하는 방식이 개발되어 있다.In the low temperature plasma, especially the high-frequency inductively coupled plasma treatment method, the plasma density and energy are significantly decreased as the size of the plasma reactor increases according to the processing capacity of the gas, thereby significantly reducing the throughput for the perfluorinated compound gas. there is a problem. In addition, the lifetime of the reactor is extremely short due to the etching of the reactor inner wall by the ions in the plasma. In order to reduce the etching rate of the etching reaction and increase the treatment rate of the perfluorinated compound gas, a treatment method using a decomposition accelerator such as steam, hydrogen, and oxygen at low plasma discharge power has been developed.

그러나 분해 촉진제의 사용으로 인해 반도체 제조 공정의 압력을 상승시키고, 수소 혹은 수증기의 분해 촉진제를 사용할 경우 HF 화합물을 생성시켜 반도체 공정 펌프의 부식을 가져온다. 또한 짧은 공정시간으로 인해 플라즈마의 이온화 반응이 완전히 진행되지 않기 때문에 과불화 화합물 가스를 완벽하게 처리하는데 어려움이 있다.However, the use of decomposition accelerators raises the pressure in the semiconductor manufacturing process, and the use of hydrogen or steam decomposition promoters produces HF compounds which lead to corrosion of the semiconductor process pump. In addition, since the ionization reaction of the plasma does not proceed completely due to the short process time, it is difficult to completely process the perfluorinated compound gas.

따라서 본 발명에서는 상술한 문제점을 감안하여 과불화 화합물 가스의 처리에 있어서 아크 방전을 이용한 고온 플라즈마를 이용하여 높은 효율로 상기 가스를 처리할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems and it is intended to provide a method capable of treating the gas with high efficiency by using a high temperature plasma using arc discharge in the treatment of the perfluorinated compound gas.

본 발명의 다른 목적은 상기한 방법을 용이하게 적용할 수 있으며 특히 음극과 양극을 튜브형으로 제작함으로써 수명이 연장된 과불화 화합물 가스의 처리 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus for treating perfluorinated compound gas, which can be easily applied to the above-described method and in particular, has a prolonged lifetime by fabricating a cathode and an anode in a tubular shape.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과불화 화합물 가스의 처리 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.1 is a process flowchart showing a method of treating perfluorinated compound gas according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 과불화 화합물 가스의 처리 장치의 배치를 나타내기 위한 공정 흐름도이다.2 is a process flow diagram showing an arrangement of a treatment apparatus for perfluorinated compound gas according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 과불화 화합물 가스 처리 장치에서 반응기 부분에 대한 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a reactor portion in a perfluorinated compound gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4a 내지 4g는 본 발명에 따른 과불화 화합물 가스 처리 장치에 적용될 수 있는 음극 및 양극의 다양한 구조를 예시하는 도면이다.4A to 4G illustrate various structures of a cathode and an anode that can be applied to a perfluorinated compound gas treating apparatus according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 과불화 화합물 가스 처리 장치의 반응기 내에서 플라즈마가 발생되는 유형을 예시하는 도면이다.5 is a diagram illustrating the type of plasma generated in the reactor of the perfluorinated compound gas treatment apparatus according to the present invention.

도 6a 내지 6e는 본 발명에 따른 장치에 의해 과불화 화합물 가스를 처리할 때 처리되는 가스의 반응 메카니즘을 나타내는 개략도로서, 도 6d는 습식 장치를 사용하여 처리하는 경우에 대한 것이고, 도 6e는 건식 장치를 사용하여 처리하는 경우에 대한 것이다.6a to 6e are schematic diagrams illustrating the reaction mechanism of the gas to be treated when treating the perfluorinated compound gas by the device according to the present invention, Figure 6d is for the case of using a wet apparatus, Figure 6e is a dry For the case of using the device.

도 7a 및 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 장치내에서 CF4가스의 플라즈마 반응전(7a) 및 반응후(7b)에 대한 질량 분석 스펙트럼이다.7A and 7B are mass spectrometry spectra for before and after plasma reaction 7a and 7b of CF 4 gas in an apparatus according to one embodiment of the invention.

도 8a 및 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 장치내에서 C4F8가스의 플라즈마 반응전(8a) 및 반응후(8b)에 대한 질량 분석 스펙트럼이다.8A and 8B are mass spectrometry spectra for before and after plasma reaction 8a and 8b of C 4 F 8 gas in an apparatus according to one embodiment of the invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: PFC 가스 50: 고온 플라즈마 반응기10: PFC gas 50: high temperature plasma reactor

60: 냉각기 70: 반응가스 처리 장치60: cooler 70: reaction gas treatment device

52: 음극 54, 56: 제1 및 제2 양극52: cathode 54, 56: first and second anode

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는In order to achieve the above object, in the present invention

상압하에서 소정의 반응기 내에 구비된 음극 및 양극에 전원을 인가하여 아크 방전에 의한 플라즈마를 발생시키는 단계;Generating plasma by arc discharge by applying power to a cathode and an anode provided in a predetermined reactor under atmospheric pressure;

상기 반응기 내에 과불화 화합물 가스를 주입하는 단계;Injecting a perfluorinated compound gas into the reactor;

주입된 상기 과불화 화합물 가스를 상기 플라즈마에 의해 분해시키는 단계;Decomposing the injected perfluorinated compound gas by the plasma;

분해된 가스를 냉각시키는 단계; 및Cooling the cracked gas; And

냉각된 가스를 처리하는 단계를 포함하며,상기 양극은 제1양극 및 제2양극으로 이루어지고,상기 플라즈마를 발생시키는 단계는, 상기 음극 및 상기 제1양극 사이에 5~50KV의 전압이 걸리고, 100~1000mA의 전류가 흐르도록 전원을 인가하는 단계; 및상기 음극 및 상기 제2양극 사이에 5~50V의 전압이 걸리고, 100~1000A의 전류가 흐르도록 전원을 인가하는 단계로 이루어지는 과불화 화합물 가스의 처리 방법을 제공한다.Processing the cooled gas, The anode is made of a first anode and a second anode, The step of generating a plasma, the voltage between 5 and 50KV between the cathode and the first anode, Applying power so that a current of 100 to 1000 mA flows; And applying a power source such that a voltage of 5 to 50 V is applied between the cathode and the second anode, and a current of 100 to 1000 A flows.

처리 가능한 과불화 화합물 가스로서는 CF4, C2F6, C3F8, C4F8, C5F8등의 탄소와 수소가 포함된 가스, CHF3, CH2F2등과 같은 수소가 포함된 가스, NF3, SF6등과 같은 질소와 황이 포함된 가스 등이다.Gases containing carbon and hydrogen, such as CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 8 , C 5 F 8 , and hydrogen such as CHF 3 , CH 2 F 2, etc. Included gases, such as NF 3 , SF 6 and the like, and gases containing sulfur and the like.

상기한 본 발명의 다른 목적은Another object of the present invention described above

과불화 화합물 가스를 주입하기 위한 주입관;An injection tube for injecting a perfluorinated compound gas;

상기 주입관에 연통되며 상기 과불화 화합물 가스를 수납하여 아크 방전에 의한 고온 플라즈마로 분해시키기 위한 튜브형의 고온 플라즈마 반응기;A tubular high temperature plasma reactor communicating with the injection tube and configured to receive the perfluorinated compound gas and decompose it into a high temperature plasma by arc discharge;

상기 반응기 내에 구비되는 튜브형의 음극, 양극 및 반응관;A tubular cathode, anode, and reaction tube provided in the reactor;

분해된 가스를 냉각시키기 위한 냉각 장치; 및A cooling device for cooling the cracked gas; And

냉각된 가스를 처리하기 위한 처리 장치를 포함하며,상기 양극은 점화를 위한 제1양극 및 아크 방전의 형성을 위한 제2양극으로 이루어지는 과불화 화합물 가스의 처리 장치에 의해 달성된다.A processing apparatus for processing a cooled gas, wherein the anode is achieved by a processing apparatus for a perfluorinated compound gas comprising a first anode for ignition and a second anode for formation of an arc discharge.

본 발명에서는 특히 반도체 산업의 각종 공정에 많이 사용되고 있는 과불화 화합물 배출 가스를 상압하에서 아크 방전에 의한 고온 플라즈마를 이용하여 처리하도록 하여 저렴한 비용으로 과불화 화합물 가스를 처리할 수 있도록 한 것이다.In the present invention, the perfluorinated compound exhaust gas, which is frequently used in various processes in the semiconductor industry, is treated by using a high temperature plasma by arc discharge under atmospheric pressure so that the perfluorinated compound gas can be treated at low cost.

이하, 본 발명에 따른 과불화 화합물 가스 처리 방법을 상세히 설명하도록 한다. 도 1에는 본 발명에 따른 과불화 화합물 가스의 처리 방법을 나타내는 공정 흐름도를 나타내었다.Hereinafter, the perfluorinated compound gas treatment method according to the present invention will be described in detail. 1 is a process flowchart showing a method for treating perfluorinated compound gas according to the present invention.

먼저, 반도체 장치의 제조를 위한 플라즈마 에칭 공정, CVD 공정 등의 수행시 과불화 화합물 가스(PFC 가스)가 배출되고 어느 정도의 유량을 가지면 이를 분해해야 될 기점을 판단하도록 한다. 그 다음, 상압하에서 소정의 반응기내에 아크 방전에 의한 고온 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 반응기 내에 구비된 음극 및 양극에 전원을 인가하도록 한다. 기존의 유도 결합 플라즈마를 이용한 과불화 화합물 가스 처리 방식에서는 감압하에서 분해 반응을 수행한 것에 반하여, 본 발명에서는 상압하에서 고온 플라즈마를 발생시켜 분해 반응을 수행하도록 하고 있다.First, when performing a plasma etching process, a CVD process, etc. for manufacturing a semiconductor device, if the perfluorinated compound gas (PFC gas) is discharged and has a certain flow rate, it is determined to determine the starting point of decomposition. Then, power is applied to the negative electrode and the positive electrode provided in the reactor so as to generate a high temperature plasma by arc discharge in a predetermined reactor under normal pressure. In the conventional perfluorinated compound gas treatment method using an inductively coupled plasma, the decomposition reaction is performed under reduced pressure, whereas in the present invention, the decomposition reaction is performed by generating a high temperature plasma under normal pressure.

감압 상태가 아닌 상압 상태에서는 전자 및 이온의 평균 이동 거리(mean free path)가 짧기 때문에 코로나 방전, 글로우 방전 등과 같은 낮은 에너지의 플라즈마가 발생된다. 따라서 CF4와 같이 강한 결합 구조를 가지고 있는 과불화 화합물 가스의 분해를 위해서는 직류 전원을 인가하여 고온 플라즈마를 형성하는 것이 효과적이다.In the normal pressure state rather than the decompression state, since the mean free path of electrons and ions is short, low energy plasma such as corona discharge and glow discharge is generated. Therefore, in order to decompose the perfluorinated compound gas having a strong bonding structure such as CF 4 , it is effective to form a high temperature plasma by applying a DC power.

바람직하게는 상기 양극이 제1 및 제2 양극으로 이루어진다. 그리고 아크 방전에 의한 플라즈마를 발생시키는 단계가 상기 음극 및 상기 제1 양극 사이에 5∼50KV의 전압이 걸리고, 100∼1000mA의 전류가 흐르도록 전원을 인가하는 단계 및 상기 음극 및 제2 양극 사이에 5∼50V의 전압이 걸리고, 100∼1000A의 전류가 흐르도록 전원을 인가하는 단계로 이루어져 고전압 환경으로 비교적 짧은 시간 내에 점화시키고 이어서 전극 손실이 적은 저전압 환경에서 과불화 화합물 가스의 분해가 이루어지도록 한다.Preferably, the anode consists of first and second anodes. And generating a plasma by arc discharge applies a voltage of 5 to 50 KV between the cathode and the first anode, and applies a power to flow a current of 100 to 1000 mA and between the cathode and the second anode. Applying power to apply a voltage of 5 to 50V and flowing a current of 100 to 1000A to ignite a high voltage environment in a relatively short time so that perfluorinated compound gas is decomposed in a low voltage environment with low electrode loss. .

고온 플라즈마가 발생된 반응기 내에 상기 과불화 화합물 가스를 주입하여 플라즈마에 의한 분해 반응이 진행되도록 한다. 바람직하게는, 상기 반응기 내에질소 및 산소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 보조 가스를 주입시키도록 한다. 이러한 보조 가스는 과불화 화합물 가스와 함께 주입하거나 이와는 별도의 경로로 주입할 수 있다. 주입된 보조 가스는 이온화에 도움을 주며, 제1 양극에 의해 점화된 아크 방전을 제2 양극 방향으로 밀어 주어 빠른 시간 내에 제2 양극과의 아크 방전이 형성되도록 도와 준다. 결국, 고전압으로 인하여 전극이 마모되는 현상을 지연시켜 주는 기능을 하게 된다. 따라서, 상기 보조 가스는 과불화 화합물 가스와 함께 주입되는 것 보다는 이와는 별도로 주입되는 것이 효과적이며, 구체적으로는 음극에 별도의 보조 가스 주입구를 형성하여 이를 통하여 주입하면 매우 양호한 효과를 얻을 수 있게 된다.The perfluorinated compound gas is injected into the reactor in which the high temperature plasma is generated to allow decomposition reaction by plasma to proceed. Preferably, at least one auxiliary gas selected from the group consisting of nitrogen and oxygen is injected into the reactor. Such auxiliary gas may be injected together with the perfluorinated compound gas or by a separate path from the gas. The injected auxiliary gas assists in ionization and pushes the arc discharge ignited by the first anode toward the second anode, thereby helping to form an arc discharge with the second anode in a short time. As a result, the function of delaying the wear of the electrode due to the high voltage. Therefore, the auxiliary gas may be injected separately from the injection of the auxiliary gas with the perfluorinated compound gas, and specifically, by forming a separate auxiliary gas inlet on the cathode and injecting the auxiliary gas through the auxiliary gas, a very good effect may be obtained.

상기 음극 및 상기 양극 사이에 형성된 플라즈마가 이들 사이에서 직선을 이루는 것보다 반원 형상의 곡선 형태로 유도되도록 하는 것이 처리 가스와의 접촉 영역을 증가시키기 때문에 바람직하다. 음극에서 양극으로 아크 방전을 일으킬 때 직선보다 타원형으로 유도하기 위해서 질소 가스 주입한다.It is preferable to cause the plasma formed between the cathode and the anode to be guided in a semicircular curved shape rather than to form a straight line therebetween, because it increases the contact area with the processing gas. Nitrogen gas is injected to induce an arc discharge from the cathode to the ellipse rather than a straight line.

또한 상기 과불화 화합물 가스와 상기 보조 가스는 주입시 주입 각도를 조절하는 것에 의해 반응기 내에서 와류를 형성하도록 하는 것이 바람직하다. 유입되는 가스가 와류를 형성하면 아크 방전이 전극 주위에 골고루 생성되고 가스와 플라즈마의 접촉 시간이 연장되고 접촉 환경이 균일하게 되는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the perfluorinated compound gas and the auxiliary gas is preferably to form a vortex in the reactor by adjusting the injection angle during injection. When the incoming gas forms a vortex, an arc discharge is evenly generated around the electrode, and the contact time between the gas and the plasma is extended and the contact environment is uniform.

또한 전원 인가시에 상기 음극 및 상기 양극은 연속적으로 냉각시키는 것이 좋은데, 구체적으로 이를 위하여 음극 및 양극의 외부에 냉각수를 공급할 수 있다. 냉각수를 공급하면 써말 피치(thermal pitch) 효과로 인하여 플라즈마가 냉각수로부터 멀어지려는 현상이 나타나서 결국 플라즈마가 튜브의 가운데 부분으로 모이게되고 전극 소모를 줄여주므로 전극이 보호되는 효과를 얻을 수 있다.In addition, when the power is applied, it is preferable that the cathode and the cathode are continuously cooled. Specifically, for this purpose, cooling water may be supplied to the outside of the cathode and the anode. When the cooling water is supplied, the plasma may move away from the cooling water due to the thermal pitch effect. As a result, the plasma may be collected at the center of the tube and the electrode consumption may be reduced, thereby protecting the electrode.

상기 음극 및 양극을 주기적으로 회전시키는 것에 의해 전반적으로 균일한 환경을 만들어 주고 전극이 균일하게 마모되도록 유도하는 것이 또한 바람직하다.It is also desirable to periodically rotate the cathode and anode to create an overall uniform environment and to induce the electrode to wear uniformly.

분해된 가스는 반응기 바깥으로 배출되고 냉각된 후 널리 사용되는 습식 또는 건식 방식에 의해 처리된다. 습식 방식은 배출되는 가스를 물에 버블링 시키는 것으로 수행된다. 이러한 처리를 통하여 H2O, O2, CO2등과 같은 무해한 성분으로 얻어지게 된다. 건식 방식에서는 배출되는 가스를 고체 흡착제에 통과시켜 고체상에 흡착시켜 제거하게 된다. 흡착제의 성분에 따라 SrF2, ZnF2, CuF2등과 같이 폐기가 용이한 화합물을 사용하게 된다.The cracked gas is discharged out of the reactor, cooled down and then treated by the widely used wet or dry method. The wet method is carried out by bubbling the exiting gas into water. Through this treatment, harmless components such as H 2 O, O 2 , CO 2, and the like are obtained. In the dry method, the discharged gas is passed through a solid adsorbent to be adsorbed and removed in the solid phase. Depending on the components of the adsorbent, such compounds as easy disposal such as SrF 2 , ZnF 2 , CuF 2 are used.

도 2에는 본 발명에 따른 과불화 화합물 가스의 처리 방법을 수행할 수 있는 장치의 배치를 나타내기 위한 공정 흐름도를 나타내었다.2 is a process flow diagram for showing the arrangement of an apparatus capable of carrying out the method for treating perfluorinated compound gas according to the present invention.

먼저, 각종 공정에서 배출되는 과불화 화합물 가스(10a, 10b, 10c)는 바람직하게는 질소 가스와 함께 처리 장치로 주입된다. 필요에 따라 상기 가스는 여과 장치(20)에 의해 여과되고, 피스톤과 같은 압축 장치(30)에 의해 압축된 후 봄베(4)에 보관된다. 어느 정도의 양을 갖게 되면 분해를 위해 반응기(50)로 주입된다. 물론, 이러한 압축 및 보관을 위한 처리가 불필요한 경우에는 각종 공정에서 배출된 가스는 직접 반응기(50)로 주입될 수도 있다. 상기 반응기(50)의 내부는 냉제어 시스템(C), 플라즈마 제어 시스템(P) 및 유량 제어 시스템(G)에 의해 콘트롤된다. 상기 반응기(50) 내에서 분해된 가스는 냉각기(60)에 의해 냉각되고 반응 가스 처리 장치(70)에 의해 처리된 후 배출(80)된다.First, the perfluorinated compound gases 10a, 10b, 10c discharged from various processes are preferably injected into the treatment apparatus together with nitrogen gas. If necessary, the gas is filtered by the filtration device 20, compressed by a compression device 30 such as a piston, and then stored in the cylinder 4. Having a certain amount is injected into the reactor 50 for decomposition. Of course, when such a process for compression and storage is unnecessary, the gas discharged from various processes may be directly injected into the reactor 50. The interior of the reactor 50 is controlled by the cold control system C, the plasma control system P and the flow rate control system G. The gas decomposed in the reactor 50 is cooled by the cooler 60 and treated by the reaction gas treating apparatus 70 and then discharged 80.

도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 과불화 화합물 가스 처리 장치에서 반응기 부분에 대한 단면도를 나타내었다. 도 3을 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하도록 한다.Figure 3 shows a cross-sectional view of the reactor portion in the perfluorinated compound gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. 3 will be described in more detail the present invention.

도면으로부터, 반응기 부분은 크게 과불화 화합물 가스 주입관(51), 반응기(50), 반응 가스 배출관(59)으로 이루어지고, 상기 반응기(50)는 크게 제1 반응관(58a), 음극(52), 제2 반응관(58b), 제1 양극(54), 제3 반응관(58c), 제2 양극(56), 제4 반응관(58d) 및 커버(57)로 이루어져 있음을 알 수 있다. 상기 각 전극 및 반응관은 모두 동일한 평행선상에 배치되고 가운데가 빈 튜브형으로 이루어져 내부가 원통형의 중공부를 형성하고 있으며 모두 소정의 수단에 의하여 서로 연결되어 있다.From the figure, the reactor portion is largely composed of the perfluorinated compound gas injection tube 51, the reactor 50, and the reaction gas discharge tube 59, and the reactor 50 is largely the first reaction tube 58a, the cathode 52 ), The second reaction tube 58b, the first positive electrode 54, the third reaction tube 58c, the second positive electrode 56, the fourth reaction tube 58d and the cover 57. have. Each of the electrodes and the reaction tube are arranged on the same parallel line and the hollow tube is formed in the middle to form a hollow hollow portion, all of which are connected to each other by a predetermined means.

음극(52)에는 냉각수가 흐를수 있도록 형성된 냉각홈(52a), 냉각홈 뚜껑(52b) 및 질소, 산소와 같은 보조 가스를 주입하기 위한 가스 주입구(52c)가 형성되어 있고 제1 양극(54) 및 제2 양극(56)에는 각각 제1 및 제2 냉각홈(54a, 56a) 및 제1 및 제2 냉각홈 뚜껑(54b, 56b)이 구비되어 있다. 그리고 반응 가스 배출관(59)의 외주면에는 반응된 가스를 냉각시키기 위한 냉각수가 흐를 수 있는 냉각관(59a)이 구비되어 있다.The cathode 52 is provided with a cooling groove 52a, a cooling groove lid 52b, and a gas injection hole 52c for injecting an auxiliary gas such as nitrogen and oxygen, and the first anode 54 formed to allow the cooling water to flow. The second anode 56 includes first and second cooling grooves 54a and 56a and first and second cooling groove lids 54b and 56b, respectively. And the outer peripheral surface of the reaction gas discharge pipe 59 is provided with a cooling tube 59a through which a cooling water for cooling the reacted gas can flow.

봄베에 일정한 양의 가스가 차게 되고 일정한 압력이 되면 콘트롤러에 의해 과불화 화합물 가스(10)가 주입관(51)을 통하여 반응기(50) 내부로 주입되고, 이는전극과 반응관으로 이루어진 반응기 내부 공간을 이동하면서 음극과 양극에 인가된 직류 전원에 의해 형성된 고온 플라즈마에 의해 순간적으로 분해된 후 배출관(59)을 통하여 배출된다. 플라즈마를 발생시키기 위한 전원은 제너레이터를 사용하며 상압하에서 고온 플라즈마를 발생하게 된다. 주입된 가스는 플라즈마에 의해 이온화가 진행된 후 발생된 이온에 의해 반응기 내에서 질소, 산소 등의 가스와 반응하여 분해되면서 무해한 가스로 변하게 된다.When a certain amount of gas is filled in the cylinder and the pressure is constant, the perfluorinated compound gas 10 is injected into the reactor 50 through the injection tube 51 by the controller, which is an inner space of the reactor including an electrode and a reaction tube. While dissolving is instantaneously decomposed by a high temperature plasma formed by the DC power applied to the cathode and the anode is discharged through the discharge pipe (59). The power source for generating a plasma uses a generator and generates a high temperature plasma under normal pressure. The injected gas is decomposed and reacted with gases such as nitrogen and oxygen in the reactor by ions generated after ionization proceeds by plasma, and is converted into a harmless gas.

상기 주입관(51)과 배출관(59)은 바람직하게 스테인레스 스틸로 제작된다.The inlet tube 51 and the outlet tube 59 are preferably made of stainless steel.

튜브형으로 음극 및 양극을 제작하면 전극 소모가 분산되어 어느 한 부분만 불균일하게 빨리 닳아 버리는 문제가 없어서 수명이 연장되고 튜브내 전반에 걸쳐서 플라즈마를 형성하게 되어 균일한 플라즈마 처리 효과를 얻을 수 있게 된다.Producing a cathode and an anode in a tubular shape disperses electrode consumption, so there is no problem that only one part wears out unevenly quickly, thereby extending the life and forming a plasma throughout the tube, thereby obtaining a uniform plasma treatment effect.

본 발명자에 의한 반복적인 실험 결과, 상기 음극 및 상기 제1 양극 사이의 거리 및 상기 제1 양극 및 제2 양극 사이의 거리는 100mm 이하인 경우에 용이하게 플라즈마가 발생되며 이들 사이에는 일정한 간격을 유지하기 위하여 반응관이 구비된다. 더욱 바람직하게는 각 전극간에 20∼40mm의 간격을 갖도록 배치한다. 제1 양극은 점화를 위한 양극으로서 처음에 고전압 환경으로 점화시키고, 이어서 약 7∼8초가 지나면 음극과 제2 양극간의 저전압 환경하에서 고온 플라즈마가 발생되어 가스를 분해하게 된다. 약 10초 정도 지나면 제1 양극에 인가된 전압은 상실된다.As a result of repeated experiments by the present inventors, plasma is easily generated when the distance between the cathode and the first anode and the distance between the first anode and the second anode are 100 mm or less and to maintain a constant gap therebetween. A reaction tube is provided. More preferably, it arrange | positions so that it may have a space | interval of 20-40 mm between each electrode. The first anode is an anode for ignition and is first ignited in a high voltage environment, and after about 7 to 8 seconds, a high temperature plasma is generated in a low voltage environment between the cathode and the second anode to decompose the gas. After about 10 seconds, the voltage applied to the first anode is lost.

한편, 도면에 나타난 바와 같이 음극(52)에 보조 가스 주입구(52c)를 형성하고 이를 통하여 보조 가스를 주입하게 된다. 가스 주입구(52c)는 튜브형의 음극(52)에 일정한 간격을 두고 다수개 형성될 수 있다. 이 때, 전극 자체를 회전시키거나, 가스 주입구의 형성시 일정한 각으로 빗각을 주어 형성함으로써 주입 가스의 방향을 조절하는 것에 의해, 보조 가스가 와류를 형성하도록 주입하면 플라즈마가 전극 주위에 골로루 생성되는 효과도 얻을 수 있고 제1 양극에 의해 점화된 플라즈마가 빠른 시간 내에 제2 양극으로 이동되는 효과도 얻을 수 있다.Meanwhile, as shown in the drawing, the auxiliary gas inlet 52c is formed in the cathode 52 and the auxiliary gas is injected therethrough. A plurality of gas injection holes 52c may be formed at regular intervals on the tubular cathode 52. At this time, by adjusting the direction of the injection gas by rotating the electrode itself or by forming a bevel angle at a constant angle when forming the gas injection hole, when the auxiliary gas is injected to form a vortex, plasma is generated around the electrode. It is also possible to obtain the effect that the plasma ignited by the first anode is moved to the second anode in a short time.

이러한 음극 및 양극을 제조하기 위한 재료로는 특별한 제한이 없으나 바람직하게는 구리, 금, 은, 철, 알루미늄, 이들의 합금 또는 이들중 어느 하나의 금속에 이들중 어느 하나의 금속으로 도금된 도금체로 제조하도록 한다.The material for manufacturing the cathode and the anode is not particularly limited, but is preferably a plated body plated with any one of these metals on copper, gold, silver, iron, aluminum, alloys thereof, or any metal thereof. To manufacture.

상기 음극 및 상기 양극은 튜브형의 상기 반응관과 연통되게 연결되는데, 바람직하게 이들은 모두 모서리부가 없게 형성된다. 전극을 튜브형으로 제작하면 기존의 막대형 전극에 비해 플라즈마 발생부위가 넓으므로 플라즈마 발생에 따른 전극의 손상이 전극 전반에 걸쳐 분산되므로 전극의 수명이 연장되는 효과를 얻을 수 있다. 같은 맥락으로 가능하면 뾰족한 모서리부가 없도록 형성함으로써 이곳이 집중적으로 마모되는 현상을 방지할 수 있을 것이다.The cathode and the anode are connected in communication with the tubular reaction tube, preferably they are all formed without edges. When the electrode is manufactured in a tubular shape, since the plasma generating part is wider than the conventional bar electrode, damage of the electrode due to the plasma generation is distributed throughout the electrode, thereby extending the life of the electrode. In the same vein, if possible, the formation of the sharp edges may prevent the intensive wear of the place.

도 4a 내지 4g에서는 본 발명에 따른 장치에 적용될 수 있는 음극 및 양극의 다양한 구조를 예시하고 있다. 이들은 모두 음극이나 양극에 적절한 조합으로 적용될 수 있으며, 이들은 모두 반응기 내부의 중공부에 노출되는 부분이 곡선 형상으로 제작되거나 가능하면 모서리부가 없도록 제작된 것이다. 도 4a 내지 4d에 나타난 전극은 모두 가스 주입구가 형성되어 있으므로 음극으로 적용하기에 용이하다. 본 발명에서 적용할 수 있는 전극으로는 도면에 도시된 구조에 특별히 한정되지는 않으며 튜브형이면 어느 것이나 가능하다. 더욱 바람직하게는 플라즈마의 최적 유로 제공을 위해 플라즈마 발생부 쪽으로 각을 줄 수도 있다.4A-4G illustrate various structures of a cathode and an anode that can be applied to the device according to the invention. They can all be applied in a suitable combination to the cathode or anode, all of which are manufactured so that the part exposed to the hollow part inside the reactor is curved or possibly without edges. The electrodes shown in FIGS. 4A to 4D are all easy to be applied to the cathode since gas injection holes are formed. The electrode applicable in the present invention is not particularly limited to the structure shown in the drawings, and any electrode can be used. More preferably, the angle may be angled toward the plasma generator to provide an optimal flow path of the plasma.

상기 반응관(58a, 58b, 58c, 58d)은 세라믹, 석영관 등과 같은 내열성 부도체로 형성하도록 하는데, 특히 석영관으로 반응관을 제작하면 이것이 일종의 촉매 역할을 수행하여 과불화 화합물 가스와 반응하여 SiF4와 같은 무해한 부산물을 형성하게 된다.The reaction tubes 58a, 58b, 58c, and 58d may be formed of heat-resistant insulators such as ceramics and quartz tubes. Particularly, when the reaction tubes are made of quartz tubes, the reaction tubes serve as a catalyst to react with the perfluorinated compound gas to form SiF. It will form harmless by-products such as 4 .

또한 상기 전극과 반응관기의 주변에는 아크 방전에 의한 고온 플라즈마의 방출을 막고 주변 환경을 보호하기 위하여 절연성 물질로 제조된 커버(57)가 구비된다. 이러한 커버는 백그라이트와 같은 절연성 물질로 제조된다.In addition, a cover 57 made of an insulating material is provided around the electrode and the reaction tube to prevent the discharge of the high temperature plasma by the arc discharge and to protect the surrounding environment. Such a cover is made of an insulating material such as backlight.

반응기(50) 내에서 분해된 가스는 배출관(59)으로 배출되는데 이 때 배출관의 외주면을 따라 흐르는 냉각수에 의해 냉각된다. 냉각된 가스는 이후 물에 용해시킬 수 있도록 구성된 습식 장치 또는 고체 흡착제에 흡착시킬 수 있도록 구성된 건식 장치에 의해 처리될 수 있다.Gas decomposed in the reactor 50 is discharged to the discharge pipe 59 is cooled by the cooling water flowing along the outer peripheral surface of the discharge pipe. The cooled gas may then be treated by a wet device configured to dissolve in water or a dry device configured to adsorb to a solid adsorbent.

도 5는 도 4에 나타난 과불화 화합물 가스 처리 장치의 반응기 내에서 플라즈마가 발생되는 유형을 예시하는 도면이다. 음극(52)으로부터 제2 양극(56)에 이르는 플라즈마는 주입된 가스의 영향으로 도면에 점선으로 나타낸 바와 같이 반원형으로 유도되어 가스와 플라즈마가 충분히 접촉할 수 있도록 하여 분해 효율은 더욱 증가 된다.5 is a diagram illustrating the type of plasma generated in the reactor of the perfluorinated compound gas treatment apparatus shown in FIG. The plasma from the cathode 52 to the second anode 56 is guided in a semi-circular shape as indicated by the dotted line in the drawing under the influence of the injected gas so that the gas and the plasma can be sufficiently contacted, so that the decomposition efficiency is further increased.

이하, 본 발명에 따른 장치에 의하여 가스가 분해 처리되는 메카니즘에 관하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a mechanism in which the gas is decomposed by the apparatus according to the present invention will be described.

도 6a 내지 6e에는 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 장치에 의해 과불화 화합물 가스를 처리할 때 처리되는 가스의 반응 메카니즘을 개략적으로 나타내었다.6a to 6e schematically show the reaction mechanism of the gas to be treated when treating the perfluorinated compound gas by the apparatus according to the present invention as described above.

도 6a를 참고하면, 배출된 과불화 화합물 가스가 분자 구조로 예시되어 있다. 도시된 가스로는 CF4, C2F6, C3F8, C4F8가 있는데 이는 예시를 위한 것이지 다른 가스에 대해서도 동일한 방식으로 적용될 수 있을 것이다.Referring to FIG. 6A, the emitted perfluorinated compound gas is illustrated in a molecular structure. The gas shown is CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 8 , which is for illustrative purposes and may be applied to other gases in the same manner.

도 6b를 참고하면, 도 6a에 나타난 바와 같은 가스가 반응기의 내부로 유입되고 제어 장치로부터의 콘트롤에 의해 음극과 양극에 전원이 인가되면, 유입된 가스는 반응기 내부에서 아크 방전에 의한 고온 플라즈마에 의한 분해 반응을 일으켜 라디칼, 이온 등을 생성하게 된다.Referring to FIG. 6B, when the gas as shown in FIG. 6A is introduced into the reactor and power is supplied to the cathode and the anode by control from the control device, the introduced gas is introduced into the high temperature plasma by arc discharge in the reactor. It causes decomposition reaction by to generate radicals, ions and the like.

도 6c를 참고하면, 생성된 라디칼, 이온등은 산소, 반응관의 SiO2성분 등과 반응하여 도시된 바와 같은 F2, COF2, CO2, SiF4등의 화합물을 형성하게 된다. 즉, 과불화 화합물 가스의 주성분인 탄소와 불소는 각각 반응관의 실리콘 및 공기중의 산소와 반응하여 처리가 용이한 화합물을 형성하는 것이다. 이렇게 형성된 화합물들은 습식이나 건식 처리 장치에 의해 쉽게 처리가 가능하다.Referring to FIG. 6C, the generated radicals, ions, and the like react with oxygen and SiO 2 components of the reaction tube to form compounds such as F 2 , COF 2 , CO 2 , and SiF 4 as shown. That is, carbon and fluorine, which are main components of the perfluorinated compound gas, react with silicon in the reaction tube and oxygen in the air, respectively, to form a compound that is easy to process. The compounds thus formed can be easily processed by wet or dry processing equipment.

도 6d를 참고하면, 도 6c에 나타난 화합물을 습식 장치를 사용하여 처리하는 경우에 대한 것으로서, 배출되는 가스를 물에 버블링 시키는 것으로 수행된다. 이러한 처리를 통하여 도 6c에서 생성된 화합물은 H2O, O2, CO2등과 같은 무해한 성분으로 얻어지게 된다.Referring to FIG. 6D, when the compound shown in FIG. 6C is treated using a wet apparatus, it is performed by bubbling the gas discharged into water. Through this treatment, the compound produced in FIG. 6C is obtained as a harmless component such as H 2 O, O 2 , CO 2, and the like.

도 6e를 참고하면, 도 6c에서 생성된 화합물을 건식 장치를 사용하여 처리하는 경우에 대한 것이다. 이는 배출되는 가스를 고체 흡착제에 통과시켜 고체상에 흡착시켜 제거하는 것으로 흡착제의 성분에 따라 SrF2, ZnF2, CuF2등과 같이 폐기가 용이한 화합물로 형성된다.Referring to FIG. 6E, the compound produced in FIG. 6C is treated by using a dry apparatus. This is to remove the gas discharged by passing through the solid adsorbent to adsorb the solid phase and is formed of a compound that is easy to dispose of, such as SrF 2 , ZnF 2 , CuF 2 depending on the components of the adsorbent.

이하, 도 2 및 도 3에 나타난 본 발명의 일실시예에 따른 장치를 사용하여 CF4및 C4F8가스를 처리한 결과를 살펴보기로 한다. 도 7a 및 7b는 CF4가스의 플라즈마 반응전(7a) 및 반응후(7b)에 대한 질량 분석 스펙트럼이고, 도 8a 및 8b는 C4F8가스의 플라즈마 반응전(8a) 및 반응후(8b)에 대한 질량 분석 스펙트럼이다.Hereinafter, the results of treating CF 4 and C 4 F 8 gases by using the apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 2 and 3 will be described. 7A and 7B are mass spectrometry spectra for the CF 4 gas before and after the plasma reaction 7a and 7b, and FIGS. 8A and 8B are before and after the plasma reaction 8a and 8b for the C 4 F 8 gas. Mass spectrometry spectra).

실험에 사용된 반응기는 내경이 50mm 이고 길이가 300mm 이며, 음극은 도 4b에 나타난 구조를 가지고 제1 및 제2 양극은 도 4f에 나타난 구조를 갖는다. 음극의 길이는 50mm이고, 가스는 3x50ℓ/min의 유량으로 주입되었다. 음극과 제1 양극간의 환경은 10∼25KV, 600mA의 고전압 환경을 유지할 수 있도록 8초간 전원을 인가하고, 이후 음극과 제2 양극간의 환경이 30V, 200A를 유지할 수 있도록 시간차를 두고 전원을 인가하도록 한다. 이들 가스의 처리 과정은 4중 극자 질량분석기를 이용하여 측정하였다.The reactor used for the experiment had an internal diameter of 50 mm and a length of 300 mm, the negative electrode having the structure shown in FIG. 4B, and the first and second positive electrodes having the structure shown in FIG. 4F. The cathode was 50 mm long and gas was injected at a flow rate of 3 × 50 L / min. Apply the power for 8 seconds so that the environment between the cathode and the first anode can maintain a high voltage environment of 10-25KV, 600mA, and then apply power with a time difference to maintain the environment between the cathode and the second anode 30V, 200A. do. The treatment of these gases was measured using a quadrupole mass spectrometer.

도면을 통하여 CF4, C4F8가스는 본 발명의 장치내에서 SiF4, CO 등과 같은 성분으로 변화되었음을 확인할 수 있다. 생성된 SiF4성분은 물에 대한 용해도가 높은 물질이므로 용이하게 처리될 수 있다. 이러한 처리를 통하여 CF4, C4F8가스는 90% 이상의 효율로 처리되었다.Through the drawings it can be seen that the CF 4 , C 4 F 8 gas is changed to a component such as SiF 4 , CO in the apparatus of the present invention. The resulting SiF 4 component is a material having high solubility in water, and thus can be easily processed. Through this treatment, CF 4 , C 4 F 8 gas was treated with an efficiency of 90% or more.

또한 이러한 장치를 사용하여 4.8KW의 파워에서 100 sccm의 유량으로 NF3를 처리하였을 때 질소 가스의 유량이 30 sccm 일 때 처리 효율은 97.6% 였으며 SF6의 경우는 6.4KW의 파워에서 100 sccm 으로 유입되었을 때 질소 유량이 30 sccm 인 경우, 78% 정도의 처리 효율을 나타내었다. 즉, 본 발명의 장치를 사용하면 탄소와 불소로 된 화합물 뿐아니라 질소나 황을 포함하는 과불화 화합물도 상당한 수준으로 처리할 수 있음을 알 수 있다.In addition, when NF 3 was treated at 100 sccm at a power of 4.8 KW, the treatment efficiency was 97.6% when the flow rate of nitrogen gas was 30 sccm, and SF 6 was 100 sccm at a power of 6.4 KW. When the nitrogen flow rate is 30 sccm when introduced, the treatment efficiency was about 78%. In other words, it can be seen that by using the apparatus of the present invention, not only carbon and fluorine compounds but also perfluorinated compounds including nitrogen and sulfur can be treated to a considerable level.

이상과 같은 본 발명의 장치를 설명함에 있어서, 특히 반도체 장치의 제조를 위한 공정에서 배출되는 가스를 예로하였는데, 이 경우 본 장치는 특히 반도체 제조 장치와 진공 배기장치 사이 또는 진공 배기 장치에 의해 저압의 상태가 유지되는 장소 등에 용이하게 설치할 수 있을 것이다. 또한 본 발명의 장치는 반도체 장치의 제조장치에 뿐만 아니라 LCD 제조를 위한 장치에도 용이하게 응용할 수 있을 것이다.In describing the apparatus of the present invention as described above, in particular, the gas discharged from the process for manufacturing the semiconductor device is taken as an example, in which case the apparatus is particularly low pressure between the semiconductor manufacturing apparatus and the vacuum exhaust apparatus or by the vacuum exhaust apparatus. It may be easily installed in a place where the state is maintained. In addition, the device of the present invention may be easily applied to devices for manufacturing LCDs as well as devices for manufacturing semiconductor devices.

이상과 같은 본 발명의 방법에 의하면 CF4, C2F6, C3F8, C4F8, C5F8, NF3, SF6등과 같은 과불화 화합물 가스를 90% 이상 분해시켜 무해한 부반응물로 처리할 수 있게 된다. 이를 통하여 과불화 화합물 가스의 대기 방출에 인해 가속화되는 지구온난화 및 오존층 파괴 현상을 억제할 수 있게 된다.According to the method of the present invention as described above, it is harmless to decompose 90% or more of perfluorinated gas such as CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 8 , C 5 F 8 , NF 3 , SF 6, etc. It can be treated with side reactants. Through this, global warming and ozone layer destruction which are accelerated by the release of perfluorinated compound gas can be suppressed.

또한 본 발명의 장치는 소형으로서 상압하의 배관에 부착할 수 있으며 튜브형 음극에서 양극으로 다수의 플라즈마가 형성되고, 플라즈마 발생에 따른 전극의손상이 전극 전반에 걸쳐 분산되기 때문에 전극의 수명이 매우 길어지게 된다. 이에 따라 적은 유지, 보수 비용으로 높은 처리 효율을 얻을 수 있게 된다.In addition, the device of the present invention is compact and can be attached to a pipe under normal pressure, and a plurality of plasmas are formed from the tubular cathode to the anode, and the damage of the electrode due to the plasma generation is dispersed throughout the electrode, so that the lifetime of the electrode becomes very long. do. Accordingly, high processing efficiency can be obtained with low maintenance and repair costs.

이상에서는 본 발명의 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자라면 명확히 인지할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above according to an embodiment of the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

Claims (14)

상압하에서 소정의 반응기 내에 구비된 음극 및 양극에 전원을 인가하여 아크 방전에 의한 플라즈마를 발생시키는 단계;Generating plasma by arc discharge by applying power to a cathode and an anode provided in a predetermined reactor under atmospheric pressure; 상기 반응기 내에 과불화 화합물 가스를 주입하는 단계;Injecting a perfluorinated compound gas into the reactor; 주입된 상기 과불화 화합물 가스를 상기 플라즈마에 의해 분해시키는 단계;Decomposing the injected perfluorinated compound gas by the plasma; 분해된 가스를 냉각시키는 단계; 및Cooling the cracked gas; And 냉각된 가스를 처리하는 단계를 포함하며,Processing the cooled gas; 상기 양극은 제1양극 및 제2양극으로 이루어지고,The anode consists of a first anode and a second anode, 상기 플라즈마를 발생시키는 단계는, 상기 음극 및 상기 제1양극 사이에 5~50KV의 전압이 걸리고, 100~1000mA의 전류가 흐르도록 전원을 인가하는 단계; 및The generating of the plasma may include applying a power supply such that a voltage of 5 to 50 KV is applied between the cathode and the first anode and a current of 100 to 1000 mA flows; And 상기 음극 및 상기 제2양극 사이에 5~50V의 전압이 걸리고, 100~1000A의 전류가 흐르도록 전원을 인가하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 가스의 처리 방법.A method of treating perfluorinated compound gas, comprising applying a power source such that a voltage of 5 to 50 V is applied between the cathode and the second anode and a current of 100 to 1000 A flows. 제1항에 있어서, 상기 반응기 내에 질소 및 산소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 보조 가스를 상기 과불화 화합물 가스와 함께 주입하거나 상기 과불화 화합물 가스와 별도의 경로로 주입하는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 가스의 처리 방법.The method of claim 1, wherein at least one auxiliary gas selected from the group consisting of nitrogen and oxygen is injected into the reactor together with the perfluorinated compound gas or perfluorinated compound gas, which is injected in a separate path from the perfluorinated compound gas. Method of treating compound gas. 제1항에 있어서, 상기 과불화 화합물 가스 또는 상기 보조 가스를 주입시 와류를 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 가스의 처리 방법.The method for treating a perfluorinated compound gas according to claim 1, wherein a vortex is formed when the perfluorinated compound gas or the auxiliary gas is injected. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 전원 인가시 상기 음극 및 상기 양극을 연속적으로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 가스의 처리 방법.The method of claim 1, wherein the cathode and the anode are continuously cooled when the power is applied. 제1항에 있어서, 상기 음극 및 양극을 주기적으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 가스의 처리 방법.The method for treating perfluorinated compound gas according to claim 1, wherein the cathode and the anode are rotated periodically. 과불화 화합물 가스를 주입하기 위한 주입관;An injection tube for injecting a perfluorinated compound gas; 상기 주입관에 연통되며 상기 과불화 화합물 가스를 수납하여 아크 방전에 의한 고온 플라즈마로 분해시키기 위한 튜브형의 고온 플라즈마 반응기;A tubular high temperature plasma reactor communicating with the injection tube and configured to receive the perfluorinated compound gas and decompose it into a high temperature plasma by arc discharge; 상기 반응기 내에 구비되는 튜브형의 음극, 양극 및 반응관;A tubular cathode, anode, and reaction tube provided in the reactor; 분해된 가스를 냉각시키기 위한 냉각 장치; 및A cooling device for cooling the cracked gas; And 냉각된 가스를 처리하기 위한 처리 장치를 포함하며,A processing device for processing the cooled gas, 상기 양극은 점화를 위한 제1양극 및 아크 방전의 형성을 위한 제2양극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 가스의 처리 장치.And the anode comprises a first anode for ignition and a second anode for formation of an arc discharge. 제7항에 있어서, 상기 음극내에서 질소 및 산소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 보조 가스를 유입하기 위한 가스 주입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 가스의 처리 장치.8. The apparatus of claim 7, wherein a gas inlet for introducing at least one auxiliary gas selected from the group consisting of nitrogen and oxygen is formed in the cathode. 삭제delete 제7항에 있어서, 상기 음극 및 상기 양극에는 냉각수가 흐를 수 있는 냉각홈이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 가스의 처리 장치.8. The apparatus of claim 7, wherein the cathode and the anode are provided with cooling grooves through which cooling water can flow. 제7항에 있어서, 상기 음극 및 상기 양극 사이의 거리는 100mm 이하이며 이들 사이에는 반응관이 구비되는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 가스의 처리 장치.The apparatus of claim 7, wherein a distance between the cathode and the anode is 100 mm or less and a reaction tube is provided therebetween. 제7항에 있어서, 상기 음극 및 상기 양극은 튜브형의 상기 반응관과 연통되는 튜브형으로서, 모서리부가 없는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 가스의 장치.8. The device of claim 7, wherein the cathode and the anode are tubular in communication with the tubular reaction tube and have no corners. 제7항에 있어서, 상기 음극 및 상기 양극은 구리, 금, 은, 철, 알루미늄, 이들의 합금 또는 이들중 어느 하나의 금속에 이들중 어느 하나의 금속으로 도금된 도금체로 형성되는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 가스의 처리 장치.The method according to claim 7, wherein the cathode and the anode is formed of a plated body plated with any one of these metals in copper, gold, silver, iron, aluminum, alloys thereof, or any one of these metals. Apparatus for treating perfluorinated compound gas. 청구항 7항에 따른 장치를 반도체 장치 또는 LCD(liquid crystal display device)의 제조를 위한 CVD 공정 및/또는 플라즈마 식각 공정에서 배출된 과불화 화합물가스의 처리에 사용하는 방법.A method according to claim 7, which is used for the treatment of perfluorinated compound gas emitted in a CVD process and / or a plasma etching process for the manufacture of a semiconductor device or a liquid crystal display device (LCD).
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