KR100578356B1 - 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스처리 방법 및 그 장치 - Google Patents

저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스처리 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저온 플라스마를 이용한 과플루오로화 화합물(perfluorinated or perfluoro compounds; PFC) 함유 배가스 처리 방법 및 그 장치 에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 처리 방법은 마그네트론을 이용하여 도파관 내에 700~3500MHz의 마이크로파를 조사하고 석영관 내로 투사시킴으로써 석영관 내에 글로우 방전을 일으키는 단계와; 과플루오로화 화합물 가스와 산소 가스의 부피비를 1:8~20로 조절한 혼합 가스를 글로우 방전 영역 내로 도입하여 저온 플라스마를 생성시킴으로써 과플루오로화 화합물을 제해 처리하는 단계로 구성되며, 본 발명에 따른 장치는 배가스 도입관과; 적어도 2매의 마그네트론과; 배가스 도입관이 중앙을 관통하고 마그네트론이 측방에 설치되며 마이크로파 투사공을 갖는 도파관과; 내측 하우징에 의해 고정되며 마이크로파 투사공에 당접하는 석영관으로 구성되고,] 본 발명에 따르면 다양한 종류의 과플루오로화 화합물 함유 배가스를 매우 효율적으로 제해할 수가 있음과 동시에, 설치 및 운전비를 현저히 감소시킬 수 있고, 설치 및 운전 작업이 간편하고 용이하며, 대용량 처리가 가능함과 아울러, 콤팩트화가 가능하고, 내구성도 우수하므로 높은 경제성을 갖고 있으며, 과플루오로화 화합물(PFC)뿐만 아니라, 일반적인 휘발성 유기 화합물(VOC)의 제해 처리에 있어서도 효과적이고도 경제적으로 적용될 수 있다.

Description

저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 방법 및 그 장치{TREATING METHOD FOR EXHAUST GAS INCLUDING PERFLUOR COMPOUND USING NON-THERMAL PLASMA AND APPARATUS THEREOF}
도 1은 본 발명에 따른 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 장치에 대한 단면도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
1: 본 발명의 저온 플라스마 처리 장치
2: 배가스 도입관 2a: 도입 개구
2b: 배출 개구 3: 도파관(導波管: wave guide)
3a: 개구 3b: 마이크로파 투사공
3c: 경사부 4: (메인) 석영관
4a: 확개부 5: 보조 석영관
6: (내측) 하우징 7: 외측 하우징
7a: 지지부
10: 마그네트론
11: 전자관(마이크로파관) 12: 파워라인
본 발명은 저온 플라스마를 이용한 과플루오로화 화합물(perfluorinated or perfluoro compounds; PFC) 함유 배가스 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 반도체 제조 설비나 액정표시장치 제조 설비 등으로부터 발생되는 과플루오로화 화합물을 함유하는 배가스를 저온 플라스마를 이용한 글로우 방전에 의하여 효율적이고도 경제적으로 처리할 수 있는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
반도체집적회로 또는 액정표시장치 등의 제조공정에서 배출되는 배가스 중에 함유되는 과플루오로화 화합물은 건식식각(dry etching)공정, 화학기상증착(chemical volatile deposition: CVD)공정 또는 채임버 세정공정 등에 일반적으로 사용되는 기상(gaseous phase) 화합물로서, 그 대표적인 예로서는, CF4, C2F6, C3F8, CHF3, NF3, SF6 등이 있다.
과플루오로화 화합물계 가스들은 비록 그 배출 총량은 이산화탄소의 수천 분의 1 정도에 불과하지만, 강한 결합성으로 인하여 대기 중으로 방출되면 라이프 타임이 매우 길어 거의 분해 또는 해리되지 않는 안정하고 유독한 화합물로서 일반적인 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound: VOC)에 대해 통상적으로 적용되고 있는 열 소각법으로는 효과적이고 경제적인 처리가 곤란하다.
현재 세계 각국은 그 사용 값을 엄격히 규제하고 있으며, 한국의 경우 허용 농도 값(Threshold Limit Value: TLV)을 0.5ppm 이하로 제한하고 있음과 아울러, 과플루오로화 화합물계 가스들은 지구온난화지수(Grobal Warming Potential: GWP)가 이산화탄소에 비하여 월등히 높은 지구온난화 유발 물질이므로 세계반도체협회(WSC)를 중심으로 과플루오로화 화합물 배출에 관한 자발적인 감축 규제가 진행 중에 있으며, 향후 그 규제의 정도는 더욱 심해질 것으로 예상되고 있는바, 반도체 관련 신규 라인 건설 시 이에 대한 적지 않은 투자가 요청되고 있다.
반도체집적회로 또는 액정표시장치 등의 제조공정에서 배출되는 과플루오로화 화합물이 함유된 배가스 처리를 위한 종래의 전형적인 방법으로서는, 습식 처리 법, 연소법, 열분해법, 열화학처리법, 고온 플라스마 처리법을 들 수 있다.
습식 처리법은, 예컨대, 웨이퍼에 대한 건식 식각, 화학기상증착 반응 과정을 경유한 배가스를 습식 스크러버(wet gas scrubber)의 내부로 도입시켜, 펌프의 구동에 의한 순환수 또는 다른 용매와 접촉시켜 그에 용해시키거나, 또는 그와 반응시켜 용매와 함께 배출시키는 방식으로서, 이 방법은 일단 사용된 용매는 배출시키게 되므로 다량의 용매 사용으로 처리 효율이 낮고, 스크러버의 부식 문제가 심각하며, 스크러버 내에 미반응 물질이 잔류하게 되고, 반응 고형물 형성에 의해 배출구가 폐색될 우려가 있으며, 폐용매를 재처리하기 위한 별도의 정화 부대설비가 필요하므로 운전 및 유지비용이 상승하게 되는 등의 단점이 있다.
연소법은 배가스를 연소실 내부로 도입시킨 다음, 연소 효율 향상을 위한 산소(O2) 도입 하에 메탄(CH4) 또는 수소(H2) 등을 연료로 사용하여 배가스를 연소시킨 다음, 연소된 가스를 상기한 바와 같은 습식 가스 스크러버를 이용하여 처리하 는 방식으로서, 가연성인 배가스를 직접 연소시키므로 안전성에 문제가 있고, 연소 시의 부산물로서 HF, NOx, CO2 등과 같은 다양한 종류의 연소 부산물이 생성되며 그에 따라 제해(除害)효율(성능)의 정확한 평가가 곤란하고, 습식 가스 스크러버를 이용하므로 상기한 습식 처리법이 갖고 있는 문제점을 그대로 수반하게 된다는 단점이 있다.
열분해법은 배가스를 히터를 이용하여 약 800∼1200℃의 온도로 가열, 처리하여 분해하는 방식으로서, 히터를 사용하므로 가연성 배가스를 처리함에 있어서 안정성 측면에서 연소법 보다는 유리하나, 에너지 사용량이 크며, 부식성이 강한 배가스와의 접촉으로 인한 열선의 부식 우려가 크고, 히터 엘리먼트의 컨트롤러 등이 히트 페이드(heat fade) 현상에 의한 성능 저하 현상이 나타나며, 히터의 단선 우려가 있고, 제해 효율도 높지 않다는 문제점이 있다.
열화학 처리법은 열분해법과 마찬가지로 배가스를 히터로 가열하여 열분해시킨 다음, 수지 흡착제나 촉매 등이 충진된 필터 카트리지를 통과시킴으로써 배가스를 제해 처리하는 방식이나, 이 방법은 처리 효율이 낮고, 안정성이 높은 CF4 등의 처리가 곤란한 외에, 필터 카트리지에 의한 이차 오염의 우려가 있으며, 전술한 열분해법이 갖고 있는 제반 문제점을 수반하게 된다는 단점이 있다.
고온 플라스마 처리법은 약 10,000K의 분자 플라스마 상태에서 처리 가스를 고압 하에 노출시킨 후 급냉하여 제거하는 등 고온 플라스마를 이용하여 과플루오로화 화합물을 제거하는 방식이나, 이 방법은 고압 장비가 필요하고 전극의 버닝 (burning) 현상에 따른 전극 열화 문제가 있으며, 고온의 열 플라스마를 이용할 경우 처리 가스를 최소 600℃ 이상의 고온 상태로 가열시키거나 유지하여야 하므로 추가적인 상당한 량의 에너지 소모가 수반되는 한편, 투입된 노력과 비용에 비하여 처리량과 그 성능은 충분히 만족스러운 것은 못 되었다.
또한, 기타의 처리법으로서는 배가스 중의 과플루오로화 화합물을 알루미늄과 반응시켜 AlF3 형태로 제거하는 방식이 제안되어 있기는 하나, 이 방법은 알루미늄의 사용에 따른 경제성 저하 및 반응 후 생성물 제거를 위한 부대시설이 필요한 등 전체적인 처리 설비 규모가 확대되고 유지 관리 측면에서 문제점이 있다.
따라서, 반도체집적회로 또는 액정표시장치 등의 제조공정에서 다량 배출되는 다양한 종류의 과플루오로화 화합물이 함유된 배가스를 효율적이고도 경제적으로 처리할 수가 있는 방법 및 장치의 개발이 오랜 기간 당업계에 요청되어왔다.
따라서 본 발명의 첫 번째 목적은 반도체집적회로 또는 액정표시장치 등의 제조공정에서 다량 배출되는 다양한 종류의 과플루오로화 화합물 함유 배가스를 효율적으로 제해(除害:abatement)할 수가 있는 과플루오로화 화합물 함유 배가스 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 설치 및 운전이 용이하며 경제적이고 대용량 처리가 가능한 경제적인 과플루오로화 화합물 함유 배가스 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 세 번째 목적은 상기한 첫 번째 및 두 번째 목적을 원활히 구현하기 위한 콤팩트화가 가능하고 내구성이 우수한 과플루오로화 화합물 함유 배가스 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기한 첫 번째 및 두 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태(樣態)에 따르면, 마그네트론을 이용하여 도파관 내에 700~3500MHz, 바람직하게는 1500~2800MHz, 더욱 바람직하게는 2400~2500MHz의 마이크로파를 조사하고 마이크로파 투사공을 통하여 그에 당접하는 석영관 내로 투사시킴으로써 석영관 내에 글로우 방전을 일으키는 단계와; 과플루오로화 화합물 가스와 산소 가스의 부피비를 1:8~20, 바람직하게는 1:14~18로 조절한 과플루오로화 화합물 함유 배가스와 산소 가스의 혼합 가스를 상기한 석영관 내의 글로우 방전 영역 내로 도입하여 저온 플라스마를 생성시킴으로써 상기한 과플루오로화 화합물을 제해 처리하는 단계로 구성되는 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 상기한 세 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 도입 개구와 배출 개구를 갖는 배가스 도입관과; 적어도 2매의 마그네트론과; 상기한 배가스 도입관이 중앙을 관통하고 상기한 마그네트론이 측방에 설치되며 상기한 배가스 도입관의 배출 개구가 관통하는 영역에 마이크로파 투사공을 갖는 도파관과; 상기한 배출 개구 쪽 배가스 도입관이 삽입되고 외주면이 내측 하우징에 의해 고정되며 상기한 마이크로파 투사공에 당접하여 위치하는 석영 관으로 구성되며, 마이크로파에 의한 석영관 내의 글로우 방전에 의해 상기한 배가스 도입관으로부터 도입되는 과플루오르화 화합물이 저온 플라스마 상태에서 제해되는 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 장치가 제공된다.
이하, 본 발명에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 이용되는 저온 플라스마는 고압의 전기 방전에 의해 발생되는 전자가 배가스 분자와 충돌하여 배가스 분자의 외곽 전자 상태가 변하게 되고 이에 따라 반응성이 풍부한 화학적 활성종인 라디칼, 여기 분자, 이온 등이 양 또는 음으로 하전되고 전기적으로는 전체적으로 중성 상태인 가스로서 전자의 온도만 높은 플라스마이다.
저온 플라스마는 전자의 온도만 높으므로 그 가스 온도가 당해 배가스의 온도이며, 일반적으로 고온 적용이 곤란한 재료나 조건에 적용 가능하고 장치가 간단하며 다양한 화학 반응을 유기할 수 있다.
이러한 저온 플라스마를 형성하는 방전에는 전극 사이에 상승 시간 수십 ns, 지속 시간 약 1㎲ 이하의 펄스 고전압을 인가하여 스트리머 방전을 일으키는 펄스 스트리머 방전, 공극 수 mm의 평행 전극 사이에 절연물을 끼워 넣고 교류 고전압을 인가하여 펄스 상의 방전을 일으키는 무성 방전, 입경 수 mm 정도의 세라믹 펠릿의 충진물 양측에 금속망 전극을 설치하고 여기에 교류 고전압을 인가하는 부분 방전, 불평등 전계 중에서 발생되며 전극 인근에 담청의 광이 생성되는 코로나 방전, 마그네트론 등을 이용한 마이크로파 방전 등을 들 수 있다.
그러나, 본 발명에 있어서는 상기한 저온 플라스마를 생성할 수 있는 여러 방전 형태 중에서도 비교적 넓은 체적 범위에 걸쳐 균질한 플라스마 생성이 가능하며, 제어가 용이한 마이크로파 방전이 적용되며, 이러한 마이크로파 방전에 의한 저온 플라스마가 과플루오로화 화합물의 제해 처리에 가장 효과적이다.
상기한 마이크로파 방전은 클라이스트론, 마그네트론, 진행파관, 후진파관 등에 의한 것 중 마그네트론에 의한 것이 적용되며, 도파관 내에 700~3500MHz, 바람직하게는 1500~2800MHz, 더욱 바람직하게는 2400~2500MHz의 마이크로파를 조사하고 마이크로파 투사공을 통하여 그에 당접하는 석영관 내로 투사시킴으로써 석영관 내에 생성되는 글로우 방전을 이용한다.
한편, 본 발명에 따른 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 방법에 있어서는 저온 플라스마를 생성시키는 것만으로는 과플루오르화 화합물의 제해 처리는 충분치 못하며 과플루오르화 화합물 가스에 특정한 부피비로 산소 가스를 혼합한 혼합 가스를 적용할 필요가 있다.
본 발명에 있어서 과플루오로화 화합물 가스 : 산소 가스의 혼합비(부피비)는 일반적으로 1:8~20의 범위, 바람직하게는 1:14~18의 범위이다. 상기한 과플루오로화 화합물 가스에 대한 산소 가스의 부피비가 1:8을 초과하는 경우에는 제해 효율이 50% 미만으로 저하되므로 바람직하지 못하며, 역으로 상기한 부피비가 1:20 미만인 경우에는 그에 따른 제해 효율의 상승을 기대하기 어려울 뿐만 아니라 처리 대상 기체 유량의 증가에 따른 처리 효율의 저하가 문제될 수 있으므로 역시 바람직하지 못하다.
과플루오로화 화합물 가스 : 산소 가스의 혼합비(부피비)가 1:15이면 가장 안정한 형태의 과플루오로화물인 CF4의 99% 이상이 제해 처리된다.
본 발명의 호적(好適)한 예에 따르면, CF4의 99.3% 이상, C2F6의 99.8% 이상, C3F8의 99.3% 이상, C4F8의 99.4% 이상, C5F8 의 99.1% 이상, CHF3의 99.5% 이상, NF3의 99.9% 이상, SF6의 99.6% 이상, CH2F2의 99.7% 이상이 제거된다.
한편, 반도체집적회로 또는 액정표시장치 등의 제조공정에서 배출되는 과플루오로화 화합물 함유 배가스에는 상대적으로 불활성이고 경제성 있는 캐리어 가스로서 질소 가스가 다량 포함되어 있다.
본 명세서에 있어서 '제해(除害:abatement)'라는 용어는 광의로는 상기한 바와 같은 다양한 종류의 유독하며 부가적으로는 가연성인 과플루오로화 화합물을 인체에 무해하거나, 물과 같은 용매에 포집되거나, 필터 등에 흡착되거나, 화학 반응 카트리지에 의해 무해한 물질로 변환될 수 있는 등, 공지의 수단에 의해 처리 가능한 화학종으로 변환시키는 것을 의미하는 것으로 이해될 필요가 있으며, 협의로는 상기한 바와 같은 CF4, C2F6, C3F8, C4F 8, C5F8, CHF3, NF3, SF6, CH2 F2 등의 과플루오로화 화합물의 대부분이 분해, 또는 변환되어 존재하지 않는 상태를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 방법은 하기의 단계를 포함한다.
(A) 마그네트론을 이용하여 도파관 내에 700~3500MHz, 바람직하게는 1500~2800MHz, 더욱 바람직하게는 2400~2500MHz의 마이크로파를 조사하고 마이크로파 투사공을 통하여 그에 당접하는 석영관 내로 투사시킴으로써 석영관 내에 글로우 방전을 일으키는 단계; 및
(B) 과플루오로화 화합물 가스와 산소 가스의 부피비를 1:8~20, 바람직하게는 1:14~18로 조절한 과플루오로화 화합물 함유 배가스와 산소 가스의 혼합 가스를 상기한 석영관 내의 글로우 방전 영역 내로 도입하여 저온 플라스마를 생성시킴으로써 상기한 과플루오로화 화합물을 제해 처리하는 단계.
선택적으로는, 상기한 단계(B)를 경유하여 1차 제해 처리된 배가스를 다시 연속적으로 상기한 단계(B)와 동일한 단계를 적어도 1회 이상 다시 수행하는 것에 의해 과플루오로화 화합물에 대한 더욱 완전한 정도의 제해 처리를 수행할 수도 있으며, 이 경우 다시 산소 가스를 주입할 필요는 없으나, 필요하다면 1차 제해 처리 된 배가스 : 산소의 부피비가 1:0.08~0.20의 비가 되도록 산소 가스를 보충 공급할 수도 있다.
또한 본 발명에 있어서는 필요하다면 선택적 단계로서, 상기한 단계 (B)의 전, 후, 또는 동시에 과플루오로화 화합물 함유 배가스의 pH 조절 및 제해 보조를 위하여 기화시킨 중화제 또는 물을 플래싱(flashing)하는 단계(C)를 수행할 수도 있으며, 또한 상기한 단계 (B)에서 저온 플라스마 상태에서의 발광을 편광 분석하여 배가스의 반응 상태를 분광분석기를 이용하여 모니터링하고 그에 따라 마그네트론의 마이크로파 주파수를 제어하는 모니터링 및 제어 단계(D)를 병행할 수도 있음 은 물론이다.
상기한 단계(B)에서 배가스 도입관으로 도입되는 배가스는, 예컨대, 부스터 펌프에 의해 유입시킬 수 있으며, 제해 처리된 가스는, 예컨대, 드라이 펌프에 의해 수행될 수가 있고, 또한 선택적으로는 필요에 따라 배수관과 배기 덕트를 포함시킬 수도 있다.
이어서, 상기한 본 발명에 따른 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 방법을 효율적이고 경제적으로 수행하기 위한 본 발명에 따른 장치를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 장치(1)의 단면도로서, 상기한 장치(1)는 도입 개구(2a)와 배출 개구(2b)를 갖는 배가스 도입관(2)과, 적어도 2매의 마그네트론(10)과, 상기한 배가스 도입관(2)이 중앙을 관통하고 상기한 마그네트론(10)이 측방에 설치되며 상기한 배가스 도입관(2)의 배출 개구(2b)가 관통하는 영역에 마이크로파 투사공(3b)을 갖는 도파관(3)과, 상기한 배출 개구(2b) 쪽 배가스 도입관(2b)이 삽입되며 그 외주면이 내측 하우징(6)에 의해 고정되고 상기한 마이크로파 투사공(3b)에 당접하여 위치하는 석영관(4)으로 구성된다.
상기한 마그네트론(10)은 마이크로파가 고도로 균일하게 분포되도록 함과 아울러, 도파 효율을 높이고, 전자파의 어택(attack)을 방지하기 위하여 적어도 2매 이상을, 예컨대, 상호 대향하는 위치에 설치하는 것이 바람직할 수 있다.
또한 선택적으로는, 상기한 석영관(4)을 메인으로 하고, 그 보다 관체 두께 가 박형인 보조 석영관(5)을 그로부터 외측으로 길게 연장 형성시킴으로써 글로우 방전 생성 영역의 길이를 증대시키고, 이에 의하여 배가스 도입관(2)로부터 배출되는 과플루오로화 화합물을 함유하는 배가스의 저온 플라스마 상태를 연장시킬 수도 있다. 상기한 보조 석영관(5)은 하우징(6)(즉, 내측 하우징)의 외측에 위치하는 상대적으로 큰 직경의 외측 하우징(7) 내에 수용되며, 상기한 외측 하우징(7)으로부터 연장되는 지지부(7a)에 의하여 착탈 가능하게 견고히 고정될 수 있다.
상기한 배가스 도입관(2)은 도파관(3)의 중앙을 관통하며, 그 일단의 도입 개구(2a)는 도파관의 외부에 위치하며 관통부(도면부호 미부여)는 마이크로파가 누설되지 않도록 밀폐되고, 타단의 배출 개구(2b)는 상기한 관통부의 대향면에 형성되는 마이크로파 투사공(3b)을 통하여 상기한 메인 석영관(4) 내에 삽지된다.
상기한 도파관(3)은 단면이 원통형 또는 직사각형 등으로 할 수 있으며 재질은 구리 또는 황동 관의 내벽을 은으로 도금한 것 또는 스테인레스 스틸로 제작된다. 마이크로파 투사공(3b)의 직경은 그를 관통하는 배가스 도입관(2)의 직경 보다 크고, 그 외주연은 도파관(3)의 내측으로 갈수록 넓어지는 경사부(3c)로 형성되어 있어서 도파관(3) 내의 마이크로파가 내측 하우징(6) 내에 삽지되어 있는 메인 석영관(4) 내로 용이하게 투사될 수 있도록 형성될 수 있다. 상기한 도파관(3)의 외측 적어도 일 개소에는 개구(3a)가 형성되고, 상기한 개구(3a)를 통하여 전자관(11)(마이크로파관)이 도파관(3) 내로 돌출되도록 마그네트론(10)이 장착된다. 상기한 마그네트론(10)의 수효는 본 발명에 있어 제한적이지 않고 임의적이다.
여기서, 미설명 부호 12는 파워라인 접속부이다.
한편, 상기한 도파관(3)의 마이크로파 투사공(3b)에 당접하여 설치되는 내측 하우징(6)의 내주면과 상기한 배가스 도입관(2)의 배출 개구(2b) 쪽 부분의 외주연은 메인 석영관(4)과 당접하며, 상기한 배출 개구(2b)는 상기한 메인 석영관(4) 내에 위치한다. 또한, 상기한 메인 석영관(4)의 외측 단부를 확개부(4a)로 형성하여글로우 방전에 의한 저온 플라스마 생성 영역이 "A"영역 뿐만 아니라, "B"영역으로도 원활하게 연장되도록 할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하여 배가스가 저온 플라스마를 형성하는 리텐션 타임(retention time)이 효과적으로 연장될 수가 있다.
참고로, 상기한 내측 하우징(6), 또는 내측 하우징(6)과 외측 하우징(7)을 포함한 전체를 도파관이라 칭할 수도 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 상기한 장치는 단일 장치로서도 그 효용성이 충분하나, 필요하다면, 상기한 장치를 병렬로 다수개 연결함으로써 제해 처리 용량의 증대가 가능함과 아울러, 상기한 장치를 직렬로 복수개 연결함으로써 제해 효율의 극대화가 가능하며, 또한 필요하다면 상기한 장치를 병렬 및 직렬로 복수개 내지 다수개 조합하여 설치 사용할 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하기로 하나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 5
도 1에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 저온 플라스마를 이용한 과플루오 르화 화합물 함유 배가스 처리 장치를 이용하고, 과플루오로화 화합물 중 가장 안정한 형태인 CF4를 지표로서 이용하여 하기의 조건으로 배가스를 제해 처리하였으며, 그 결과를 하기의 표 1에 나타낸다.
* 파워: AC220V, 5A
* 마그네트론 주파수: 2450MHz
* 상용 마그네트론 2매 대향 장착
* 저온 플라스마 생성 경로 길이: 15cm
* 총 유속: 81 ℓ/min ~ 101 ℓ/min
* 처리 배가스 조성(ℓ): CF4 1ℓ/min, N2 80ℓ/min, O2 0~20ℓ/min
* 제해 처리 후의 CF4 농도값 측정은 가스크로마토그라피를 이용하였다.
* 검출기: electrical cooled MCT
처리 전 CF4량 (ℓ) O2 사용량 (ℓ) N2 량 (ℓ) 처리 후 CF4량 (cc) 제해 효율 (%) 저온 플라스마
비교예 1 1 0 80 1000 ─ off
비교예 2 1 0 80 635.9 36.4 on
비교예 3 1 1 80 642.4 35.7 on
비교예 4 1 3 80 602.0 39.8 on
비교예 5 1 5 80 580.0 42.0 on
실시예 1 1 7 80 510.0 49.0 on
실시예 2 1 10 80 132.7 86.7 on
실시예 3 1 13 80 21.5 97.9 on
실시예 4 1 15 80 8.2 99.2 on
실시예 5 1 18 80 9.1 99.1 on
실시예 6 1 20 80 9.7 99.0 on
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 방법 및 장치에 의하면, 반도체집적회로 또는 액정표시장치 등의 제조공정에서 다량 배출되는 다양한 종류의 과플루오로화 화합물 함유 배가스를 매우 효율적으로 제해할 수가 있으므로 향후 과플루오르화 화합물 함유 배가스 규제 법안이 요구하는 바를 충족시킬 수 있음과 아울러, 설치 및 운전비를 현저히 감소시킬 수 있고, 설치 및 운전 작업이 간편하고 용이하며 대용량 처리가 가능하고, 콤팩트화가 가능하며, 내구성도 우수한 등, 높은 경제성을 갖고 있으며, 본 발명의 방법 및 장치는 과플루오로화 화합물(PFC)에 대한 제해 처리뿐만 아니라, 일반적인 휘발성 유기 화합물(VOC)의 제해 처리에 있어서도 하드웨어적인 변경 없이 효과적이고도 경제적으로 광범위하게 적용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 하기의 단계로 구성되는 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물(perfluorinated or perfluoro compounds; PFC) 함유 배가스 처리 방법:
    (A) 마그네트론을 이용하여 도파관 내에 700~3500MHz의 마이크로파를 조사하고 마이크로파 투사공을 통하여 그에 당접하는 석영관 내로 투사시킴으로써 석영관 내에 글로우 방전을 일으키는 단계; 및
    (B) 과플루오로화 화합물 가스와 산소 가스의 부피비를 1:8~20로 조절한 과플루오로화 화합물 함유 배가스와 산소 가스의 혼합 가스를 상기한 석영관 내의 글로우 방전 영역 내로 도입하여 저온 플라스마를 생성시킴으로써 상기한 과플루오로화 화합물을 제해(除害:abatement) 처리하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 마이크로파의 주파수가 1500~2800MHz이고, 상기한 과플루오로화 화합물 가스와 산소 가스의 부피비를 1:14~18인 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 단계(B)를 경유하여 1차 제해 처리된 배가스에 대하여 다시 연속적으로 상기한 단계(B)와 동일한 제해 처리 단계를 적어도 1회 재수행하는 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기한 단계(B)에서 1차 제해 처리된 배가스 : 산소의 부피비가 1:0.08~0.20의 비가 되도록 산소 가스를 재해 처리 재수행 단계에서 보충 공급하는 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기한 단계 (B)에서 저온 플라스마 상태에서의 발광을 편광 분석하여 배가스의 반응 상태를 분광분석기를 이용하여 모니터링하고 그에 따라 마그네트론의 마이크로파 주파수를 제어하는 모니터링 및 제어 단계를 병행하는 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 방법.
  6. 도입 개구와 배출 개구를 갖는 배가스 도입관과;
    적어도 2매의 마그네트론과;
    상기한 배가스 도입관이 중앙을 관통하고 상기한 마그네트론이 측방에 설치되며 상기한 배가스 도입관의 배출 개구가 관통하는 영역에 마이크로파 투사공을 갖는 도파관과;
    상기한 배출 개구 쪽 배가스 도입관이 삽입되고 외주면이 내측 하우징에 의해 고정되며 상기한 마이크로파 투사공에 당접하여 위치하는 석영관으로 구성되며:
    마이크로파에 의한 석영관 내의 글로우 방전에 의해 상기한 배가스 도입관으로부터 도입되는 과플루오르화 화합물(perfluorinated or perfluoro compounds; PFC)이 저온 플라스마 상태에서 제해(除害:abatement)되는
    저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 보조 석영관이 상기한 석영관으로부터 외측으로 연장 형성되며 지지부에 의해 외측 하우징 내에 수용되는 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기한 마이크로파 투사공의 외주연은 도파관의 내측으로 갈수록 넓어지는 경사부로 형성되고, 상기한 석영관의 외측 단부에 확개부가 형성되며, 상기한 보조 석영관의 벽체는 상기한 석영관의 벽체 보다 박형인 저온 플라스마를 이용한 과플루오르화 화합물 함유 배가스 처리 장치.
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