KR100465523B1

KR100465523B1 - 냉각구조가 개선된 폐가스처리장치

Info

Publication number: KR100465523B1
Application number: KR10-2002-0023143A
Authority: KR
Inventors: 이병일; 정성진; 이만수; 정창욱; 이근식
Original assignee: 유니셈 주식회사
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2005-01-13
Also published as: KR20030084431A

Abstract

본 발명은 냉각구조가 개선된 폐가스처리장치에 관한 것으로서, 폐가스를 고온의 분위기에서 가열하여 산화시켜 분체 상태로 상 변화시키는 건식처리수단과; 상기 건식처리수단의 하부와 연결됨과 아울러 냉각수를 수용시켜 충만 상태에 이르면 그 내부로 넘쳐흐르도록 하는 냉각수수용홈을 갖는 플랜지가 마련된 중공의 관으로 이루어지는 냉각수단 및; 상기 냉각수가 넘쳐흐르는 상부에 소정온도로 예열된 가스를 공급하는 가스공급수단을 포함하며, 상기 냉각수수용홈을 통해 넘쳐흐르는 냉각수가 원주방향으로 회전하면서 넘쳐흐르도록 구성된 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 낮은 온도분위기를 갖는 냉각수단과, 높은 온도분위기를 갖는 건식처리수단의 결합부 부근에서 급격한 온도차가 발생하거나 수증기가 역류하여 분체가 응집하는 문제를 소정의 온도로 예열된 가스를 공급함에 따라 해소시키고, 냉각수가 비산하거나 분체의 응집에 따른 와류가 발생하여 결합부 부근에 분체의 응집이 촉진되는 것을 커버부재를 설치하여 해소시킨다.

또한, 냉각수를 선회시켜 공급함에 따라 유속차 및 유속 분포의 불균일 발생을 해소시켜 유속이 낮은 부분에 분체가 응집되는 현상을 해소시킨다.

따라서, 본 발명은 분체 및 폐가스의 흐름을 방해하는 와류 및 분체 응집부를 해소시켜 분체 및 폐가스의 흐름을 원활하게 하는 이점을 갖는다.

Description

냉각구조가 개선된 폐가스처리장치{Effluent Management System Having Improved Quenching Structure}

본 발명은 냉각구조가 개선된 폐가스처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건식처리수단을 통과하면서 가열된 가스의 온도를 냉각시키는 냉각구조를 개선하여 폐가스의 경로 상에 분체가 응집되는 것을 해소시켜 원활한 배기가 이루어지도록 하는 냉각구조가 개선된 폐가스처리장치에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하기 위하여 다양한 종류의 제조설비와 제조공정이 필요하며, 반도체 소자를 제조하기 위한 공정 중 CVD(Chemical Vapor Deposition), 플라즈마에칭, 에피택시증착, 스퍼터링 공정 등에서는 공정 특성상 SiH₄, Si₂H₆, SiF₄, Si₄F₆, DCS(SiH2Cl), NH₃, AsH₃, 4PH₃, B₂H₆, GeH₄, WF₆, TEOS, TEB, TEPO, TMB, TMP,TDMAT, NF₃, CF₄, C₂F₆, C₃F₈등의 각종 유독성, 부식성, 인화성 가스를 사용하는 것이 일반적이다.

따라서, 반도체 소자의 제조공정에 사용된 유독성 가스들을 아무런 순화과정 없이 대기 중으로 방출할 경우 대기를 오염시킴으로써 인체 및 생태계에 심각한 영향을 미치므로 종래의 반도체 소자의 제조라인에서는 일정한 장소에 폐가스 처리장치를 설치하고, 이 폐가스 처리장치를 이용하여 반도체 소자의 제조공정에서 발생된 유독성 가스들을 일정 기준값 이하로 정화시켜 대기로 배출하고 있다.

상술한 폐가스 처리장치의 일부 구성으로 반도체 공정설비로부터 공급된 폐가스 및 폐가스를 산화시키기 위한 공기, 공기와 폐가스의 급격한 폭발을 방지하는 불활성가스를 챔버로 공급받아 챔버 외주에 설치된 히터를 사용하여 소정온도로 가열하여 산화시켜 혼합기체를 고체상의 분체로 상변화시켜서 포집하는 건식처리장치가 있다.

상기 건식처리장치의 하단에는 상기 건식처리장치의 고온의 분위기에서 가열된 가스를 냉각시키는 냉각수단이 설치되어 사용되고 있다.

도 1은 종래의 폐가스처리장치의 건식처리부의 구성 예를 일부 도시한 도면으로서, 상기 도면에 도시된 바와 같이 건식처리수단(100)과, 냉각수단(300)이 구성된다.

상기 건식처리수단(100)은 그 하단에 아웃터플랜지(111)가 마련된 아웃터튜브(110)와, 상기 아웃터튜브(110)의 내부에 소정간격을 두고 설치됨과 아울러 그하단에 이너플랜지(131)가 마련된 이너튜브(130)와, 상기 아웃터튜브(110) 및 이너튜브(130)의 사이에 설치되는 히터(150)로 구성된다.

상기 냉각수단(300)은 링부재(310)를 개재시켜 상기 아웃터튜브(110) 및 이너튜브(130)의 플랜지(111,131)와 접촉되어 결합되는 플랜지(311)가 마련됨과 아울러 그 내부가 빈 중공의 관(310)으로 이루진 것으로, 상기 플랜지부(311)에는 냉각수가 공급되어 수용되는 냉각수수용홈(311b)이 형성되고, 상기 냉각수수용홈(311b)에는 냉각수를 냉각수공급관(330)을 통해 공급하도록 냉각수공급구(311c)가 형성된다.

먼저, 도시되지 않은 반도체 제조설비로부터 폐가스가 공급되고 산화분위기를 형성하기 위한 공기가 상기 이너튜브(130)의 내부로 공급된다.

그와 같은 상태에서 히터(150)가 동작되면 상기 폐가스는 상기 이너튜브(130)의 내부에서 점차 가열되다 소정 온도에 도달하여 분해조건이 형성되며, 분해된 폐가스와 공기는 화학 반응하여 미립자 형태의 분체로 생성되어 배출되게 된다.

그 가열된 분체 및 미 처리된 폐가스는 냉각수단(300)을 통과하면서 냉각과정을 거친다.

즉, 냉각수공급구(311c)를 통해 냉각수수용홈(311b)에 냉각수가 가득차게 되면, 냉각수는 관(310) 내부로 넘쳐흘러 상기 관(310) 자체 및 내부를 통과하는 분체 및 폐가스를 냉각시키게 된다.

그런데 상술한 바와 같이 냉각수를 흘려 보내어 냉각작용을 실시함에 따라차가운 냉각수가 공급되는 부분과, 고온의 분위기를 형성하는 이너튜브(130)의 경계부 사이에서 급격한 온도차가 발생하거나 수증기가 역류하여 분체가 응집하거나 냉각수의 비산 또는 분체의 응집에 따른 와류가 발생하여 분체의 응집이 촉진되는 문제가 있다.

또한, 냉각수공급구(311c)가 냉각수수용홈(311b)의 바닥부에 형성되어 냉각수가 냉각수수용홈(311b)의 바닥으로부터 공급됨에 따라 냉각수공급구(311c) 부근은 강한 유속이 발생되고 그에 비해 냉각수공급구(311c)가 설치되지 않은 부분에서는 유속이 상대적으로 낮아 관(310) 내부로 넘쳐흐르는 냉각수의 유속이 일정하지 못하게 되는바, 도 2에 도시된 바와 같이 유속이 낮은 부분에는 분체가 응축되어 쌓이는 분체축적부(A)가 형성된다.

따라서, 관(310) 내부 유로를 차단하게 되어 분체 및 폐가스의 흐름을 방해하거나 심지어는 차단되는 경지에 이르게 된다.

상기 분체가 축적되는 현상은 온도는 물론 수증기의 역류 및 와류 발생, 유속의 불균형 등의 복합으로 더욱 심각한 현상을 초래하게 된다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 냉각수단의 구조를 개선하여 건식처리수단 및 냉각수단이 연결되는 결합부위에 온도차, 수증기 역류, 냉각수 비산 및 유속 불균일로 인해 발생되는 분체 응축현상을 해소시켜 분체 및 폐가스의 흐름을 원활하게 하는 냉각구조가 개선된 폐가스처리장치를 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폐가스를 고온의 분위기에서 가열하여 산화시켜 분체 상태로 상 변화시키는 건식처리수단과; 상기 건식처리수단의 하부와 연결됨과 아울러 냉각수를 수용시켜 충만 상태에 이르면 그 내부로 넘쳐흐르도록 하는 냉각수수용홈을 갖는 플랜지가 마련된 중공의 관으로 이루어지는 냉각수단 및; 상기 냉각수가 넘쳐흐르는 상부에 소정온도로 예열된 가스를 공급하는 가스공급수단을 포함한다.

상기 가스공급수단은 상기 건식처리수단의 내부에 설치되어 가스를 상기 분체 배출방향과 동일한 방향으로 흐르도록 유로를 형성하는 가스공급튜브로 된 것이다.

상기 가스공급수단은 중공의 상태를 이루며 상면에 가스가 수용되는 가스수용홈이 마련되고, 상기 가스수용홈과 연통됨과 아울러 그 측방향에서 가스가 공급되도록 가스공급홀이 구성된 가스공급판으로 구성된다.

상기 가스는 N₂, O₂, Air, Ar, He 중 어느 하나이거나 그들의 조합으로 한다.상기 냉각수수용홈의 상부측에는 상기 냉각수수용홈을 통해 넘쳐흐르는 냉각수가 상기 가스공급수단이 설치된 측으로 비산되는 것을 방지하는 커버부재가 설치된다.

상기 냉각수수용홈에는 냉각수토출구가 상기 냉각수수용홈의 원주방향으로 향하도록 형성된 적어도 하나의 냉각수공급구가 설치된다.

상기 냉각수공급구는 그 외경이 상기 냉각수수용홈 폭 보다 작게 형성된다.

상기 냉각수공급구가 복수개가 설치될 경우 냉각수토출구의 방향이 동일한 방향을 취하도록 설치된다.

상기 냉각수수용홈 또는 상기 냉각수공급관에는 냉각수를 박동시키는 펄싱수단이 마련된다.

상기 냉각수단의 관은 그 하단으로 갈수록 직경이 작아지는 형태로 경사지게 형성된다.

도 1은 종래의 폐가스처리장치의 건식처리수단의 냉각수단이 구성된 예를 도시한 도면,

도 2는 상기 도 1의 A-A′를 따른 단면도,

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 폐가스처리장치의 일부를 도시한 도면,

도 4는 상기 도 3의 B-B′를 따른 단면도,

도 5A는 상기 도 4의 냉각수수용홈에 펄싱수단이 구성된 상태를 도시한 도면,

도 5B는 상기 도 4의 냉각수공급관에 펄싱수단이 구성된 상태를 도시한 도면,

도 6은 상기 도 3의 가스공급수단이 다른 형태로 구성된 예를 도시한 도면,

도 7은 냉각수단의 관이 소정의 각도로 경사지게 형성된 예를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

400 : 냉각수단 410 : 아웃터튜브

430 : 이너튜브 450 : 히터

600 : 냉각수단 610 : 관

611 : 냉각수수용홈 613 : 플랜지

620 : 냉각수공급구 621 : 냉각수토출공

650 : 펄싱수단 651 : 펄싱유체공급구

651a : 펄싱유체토출공 652 : 펄싱유체공급관

653 : 솔레노이드밸브 700 : 가스공급수단

710 : 가스공급튜브 730 : 가스공급판

731 : 가스수용홈 733 : 가스공급홀

이하, 첨부된 도 3 내지 도 7을 참조로 하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 폐가스처리장치의 구성 및 작용에 대해서 좀더 자세히 설명한다.

상기 도면에 도시된 바와 같이 건식처리수단(400)과 냉각수단(600)으로 구성된다.

상기 건식처리수단(400)은 아웃터튜브(410)와, 이너튜브(430)와, 히터(450)로 구성된다.

상기 냉각수단(600)은 상기 건식처리수단(400)의 하부와 연결됨과 아울러 냉각수를 수용시켜 충만 상태에 이르면 그 내부로 넘쳐흐르도록 하는 냉각수수용홈(611)을 갖는 플랜지(613)가 마련된 중공의 관(610)으로 이루어진다.

상기 냉각수수용홈(611)에는 상기 냉각수수용홈(611)의 원주방향으로 냉각수토출공(621)이 형성된 적어도 하나의 냉각수공급구(620)가 설치되며, 상기 냉각수공급구(620)는 그 외경(d)이 상기 냉각수수용홈(611)의 폭(D)보다 작게 형성되어 전체 유로가 통하도록 한다.

상기 냉각수공급구(620)가 복수개 설치될 경우 그 냉각수토출공(621)의 방향은 물론 동일한 방향을 취하도록 설치되어야 한다.

상기 냉각수공급구(620)에는 냉각수가 공급되는 냉각수공급관(622)이 연결된다.

상기와 같이 냉각수를 원주방향으로 공급시킴은 냉각수가 선회하면서 넘쳐흐르도록 하여 유속차 발생을 원천적으로 봉쇄하여 도 2에서와 같이 분체가 국부적으로 응집되는 것을 해소시키기 위함이다.

다음, 상기 냉각수의 선회효과를 돕기 위해서 도 4 내지 도 5b에 도시된 바와 같은 펄싱수단(650)을 추가로 구성한다.

상기 펄싱수단(650)은 주기적으로 동작되어 공급되는 냉각수를 맥동시키는 역할을 수행하는 것으로서, 상기 냉각수공급구(620)를 통해 배출되도록 구성되거나, 또는 상기 냉각수공급구(620)와 별도로 구성할 수 있다.

도 4 및 도 5A는 상기 냉각수공급구(620)와 별도로 구성되는 예를 도시한 도면으로서, 도면에 도시된 바와 같이 상기 펄싱수단(650)은 냉각수수용홈(611)의 바닥부에 설치되는 펄싱유체공급구(651)와, 상기 펄싱유체공급구(651)와 연결되는 펄싱관(652)과, 상기 펄싱관(652)의 유로를 주기적으로 개폐시키는 솔레노이드밸브(653)로 구성된다.

상기 펄싱유체공급구(651)는 냉각수공급구(620)와 유사한 형태로 펄싱유체토출공(651a)이 냉각수수용홈(611)의 원주방향으로 형성되어 상기 냉각수공급구(620)의 냉각수토출공(621)의 방향과 동일한 방향을 취한다.

다음 도 5B는 상기 펄싱수단(650)이 냉각수공급관(622)과 연결된 상태를 도시한 도면으로서, 도면에 도시된 바와 같이 펄싱관(652)이 상기 냉각수공급관(622)에 연결되어 냉각수공급구(620)를 통해 토출되도록 구성된다.

이때에는 별도의 펄싱유체공급구(651)는 마련하지 않아도 된다.

상술한 내용에 있어 펄싱수단(650)이 냉각수공급구(620)와 이격된 위치 또는 상기 냉각수공급구(620)와 연결되는 상태로 설명하였으나, 그 배치관계를 두 가지 형태를 접목시켜 사용할 수도 있다.

도 5a 및 도 5b에서 미설명부호(654,655)는 냉각수 및 가스의 역류됨을 방지하는 체크밸브를 나타낸다.

다음, 상기 냉각수단(600) 및 건식처리수단(400)이 결합된 부근에 급격한 온도차가 발생되어 분체가 응집되는 것을 해소시키기 위한 일환으로서, 상기 냉각수가 넘쳐흐르는 상부측에는 소정 온도로 예열된 가스를 공급하는 가스공급수단(700)을 설치한다.

상기 가스공급수단(700)은 도 3,도 7에 도시된 바와 같이 상기 이너튜브(430)의 내부에 소정의 간격을 두고 설치되어 예열된 가스를 수직방향으로 공급하는 가스공급튜브(710)로 구성한다.

상기 가스공급튜브(710)는 이너튜브(430)의 하단부에 분체가 응집되는 것을 해소시킴과 아울러 이너튜브(430)가 일차적으로 가스와 반응하는 것을 차폐하는 역할을 수행하고, 계속적인 사용에 의해 이너튜브(430)가 부식되어 구멍이 생기게 되더라도 상기 가스공급튜브(710) 및 이너튜브(430)의 사이로 흐르는 가스의 압력으로 폐가스가 상기 이너튜브(430)에 접하는 것을 방지하는 역할도 수행한다.

또한, 폐가스가 계속 흘러들게 되더라도 상기 가스에 의한 희석효과로 인해 이너튜브(430)에 치명적인 부식이 생기게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

다음 도 6은 상기 가스공급수단(700)의 다른 예를 도시한 도면으로서, 도시된 바와 같이 냉각수가 넘쳐흐르는 상부측에 가스를 상기 분체가 배출되는 방향의 직교된 방향으로 공급하도록 구성할 수 있다.

그 구성은 중공의 상태를 이루며, 상면에 가스가 수용되는 가스수용홈(731)이 마련됨과 아울러 상기 가스수용홈(731)과 연통되는 가스공급홀(733)이 구성된 가스공급판(730)으로 이루어진다.

상기 가스공급홀(733)은 가스를 선회시키는 방향으로 공급하도록 가스공급판(730)의 측부로부터 관통 형성되어 이루어지며, 상기 가스공급홀(733)로부터 공급된 가스는 상기 가스수용홈(731)에 충만된 상태에 이르게 되면, 냉각수의 토출원리와 동일한 원리에 의해 선회되어 그 내부로 넘쳐흐르게 된다.

상기 공급되는 가스는 예열된 가스로 질소가스(N₂)가 가장 바람직하다.

다음, 상기 냉각수가 넘쳐흐르는 상부측에는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 커버부재(800)를 설치하여 냉각수가 상측으로 비산되지 않고 관(610)을 따라서 흐르도록 한다.

상기 커버부재(800)는 상기 냉각수단(600) 및 건식처리수단(400)의 사이에 개재되어 설치되는 링 형태의 판(810)으로 이루어지며, 그 내부는 소정의 각도로경사지게 경사부(811)가 형성되어 냉각수수용홈(611)으로부터 넘쳐흐르는 냉각수를 커버하여 냉각수를 하방향으로 흐르도록 한다.

이때, 상기 커버부재(800)는 충만 상태를 형성하는 냉각수수용홈(611)의 내벽보다 낮게 내려와야 된다.

도 7은 상기 냉각수단(400)을 구성하는 관(610)을 하방향으로 갈수록 직경의 크기가 축소되는 형태로 경사지게 형성시킴에 따라 분체 및 폐가스가 경사진 면을 타고 원활하게 흘러내릴 수 있고 선회효과가 크도록 구성한 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 낮은 온도분위기를 갖는 냉각수단과, 높은 온도분위기를 갖는 건식처리수단의 결합부 부근에서 급격한 온도차가 발생하거나 수증기가 역류하여 분체가 응집하는 문제를 소정의 온도로 예열된 가스를 공급함에 따라 해소시킨다.

그리고, 냉각수가 비산하거나 분체의 응집에 따른 와류가 발생하여 결합부 부근에 분체의 응집이 촉진되는 것을 커버부재를 설치하여 해소시킨다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

폐가스를 고온의 분위기에서 가열하여 산화시켜 분체 상태로 상 변화시키는 건식처리수단;

상기 건식처리수단의 하부와 연결됨과 아울러 냉각수를 수용시켜 충만 상태에 이르면 그 내부로 넘쳐흐르도록 하는 냉각수수용홈을 갖는 플랜지가 마련된 중공의 관으로 이루어지는 냉각수단 및;

상기 냉각수가 넘쳐흐르는 상부에 소정온도로 예열된 가스를 공급하는 가스공급수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각구조가 개선된 폐가스 처리장치.
제 1항에 있어서,

상기 가스공급수단은 상기 건식처리수단의 내부에 설치되어 가스를 상기 폐가스 배출방향과 동일한 방향으로 흐르도록 유로를 형성하는 가스공급튜브로 된 것을 특징으로 하는 냉각구조가 개선된 폐가스 처리장치.
제 1항에 있어서,

상기 가스공급수단은 중공의 상태를 이루며 상면에 가스가 수용되는 가스수용홈이 마련되고, 상기 가스수용홈과 연통됨과 아울러 그 측방향에서 가스가 공급되도록 가스공급홀이 구성된 가스공급판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각구조가 개선된 폐가스 처리장치.
제 1항에 있어서,

상기 가스는 N₂, O₂, Air, Ar, He 중 어느 하나이거나 그들의 조합인 것을 특징으로 하는 냉각구조가 개선된 폐가스 처리장치.
제 1항에 있어서,

상기 냉각수수용홈의 상부측에는 상기 냉각수수용홈을 통해 넘쳐흐르는 냉각수가 상기 건식처리수단 측으로 비산되는 것을 방지하는 커버부재가 설치된 것을 특징으로 하는 냉각구조가 개선된 폐가스 처리장치.
제 1항에 있어서,

상기 냉각수수용홈에는 냉각수토출구가 상기 냉각수수용홈의 원주방향으로 향하도록 형성된 적어도 하나의 냉각수공급구가 설치되며, 상기 냉각수공급구에는 냉각수공급관이 연결된 것을 특징으로 하는 냉각구조가 개선된 폐가스 처리장치.
제 6항에 있어서,

상기 냉각수공급구는 그 외부직경이 상기 냉각수수용홈의 폭보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 냉각구조가 개선된 폐가스 처리장치.
제 6항에 있어서,

상기 냉각수공급구가 복수개가 설치될 경우 냉각수토출구의 방향이 동일한 방향을 취하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각구조가 개선된 폐가스 처리장치.
제 6항에 있어서,

상기 냉각수수용홈의 바닥 또는 상기 냉각수공급관에는 냉각수를 박동시키는 펄싱수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 냉각구조가 개선된 폐가스 처리장치.
제 1항에 있어서,

상기 냉각수단의 관은 그 하단으로 갈수록 직경이 작아지는 형태로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 냉각구조가 개선된 폐가스 처리장치.