KR100951631B1 - Plasma reactor for eliminating waste gases and gas scrubber using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 산업을 포함한 각종 산업으로부터 배출되는 대기오염 유해가스를 제거하기 위한 플라즈마 반응기와 이를 이용한 스크러버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유해가스가 배출되는 배출구와 통상의 습식 스크러버 사이에 설치되는 글라이딩 플라즈마 반응기와 초고주파 플라즈마 반웅기, 상기 플라즈마 반응기들로부터 발생된 플라즈마 화염으로 상기 유해가스를 통과시켜 유해가스를 제거하는 플라즈마 가스 스크러버를 제공하게 된다.The present invention relates to a plasma reactor for removing harmful air pollutants emitted from various industries, including the semiconductor industry, and a scrubber using the same. More particularly, the present invention relates to a gliding provided between a discharge port through which harmful gases are discharged and a conventional wet scrubber. The present invention provides a plasma gas scrubber for removing harmful gases by passing the harmful gases through a plasma reactor, an ultra-high frequency plasma reaction vessel, and a plasma flame generated from the plasma reactors.

플라즈마, 스크러버, 폐가스, PFC Plasma, Scrubber, Waste Gas, PFC

Description

폐가스 분해용 플라즈마 반응기와 이를 이용한 가스 스크러버{PLASMA REACTOR FOR ELIMINATING WASTE GASES AND GAS SCRUBBER USING THE SAME}Plasma reactor for waste gas decomposition and gas scrubber using the same {PLASMA REACTOR FOR ELIMINATING WASTE GASES AND GAS SCRUBBER USING THE SAME}

본 발명은 폐가스 분해용 플라즈마 반응기와 이를 이용한 가스 스크러버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 산업을 포함한 각종 산업에서 팬 및 펌프 등의 수단으로부터 배출되는 대기오염 유해가스를 제거하기 위한 플라즈마 반응기와 이를 이용한 가스 스크러버에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma reactor for waste gas decomposition and a gas scrubber using the same, and more particularly, to a plasma reactor for removing harmful air pollutants emitted from a means such as a fan and a pump in various industries including the semiconductor industry. It relates to a gas scrubber.

각종 반도체 디바이스의 제조나 근래 급격하게 발전된 액정의 제조에 있어서 사용 후 배출되는 가스는 독성이나 가연성이 있어 인체에 미치는 영향이 크고 또한 지구 온난화에 크게 영향을 미치기 때문에 이러한 유해가스를 최대한 처리한 후 배출시킬 필요가 있다. 근래에 반도체 디바이스의 제조공정에서 사용되는 가스를 그 공정별로 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 에칭(etching) 공정에서는 주로 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 실리콘 니트라이드(silicon nitride) 및 폴리 크리스탈린 실시콘(polycrystalline silicon)을 에칭하는데 사용되는 CF4, SF6, CHF3, C2F6, SiF4, F2, HF, NF3 등의 플루오린 가스(fluorine gas)들과, 알루미늄과 실리콘을 에 칭하는데 사용되는 Cl2, HCl, BCl3, SiCL4, CCl4, CHCl3 등의 클로라인 가스(chlorine gas)들과, 트렌치에칭(trench-etch) 또는 Cl2 와 함께 알루미늄의 에칭공정에 사용되는 HBr, Br2 등의 브로마인 가스(bromine gas)들이 있고, 다음 화학증착(CVD, Chemical Vapor Deposition)공정에서는 흔히 Silane, N2 및 NH3가 챔버내에 투입되어 사용된다. 특히 PECVD 공정에서는 챔버 내를 세정하기 위해 PFC 또는 ClF3가 사용되며 이 때 SiF4를 생성할 수 있다. 이러한 가스들은 유독성, 부식성, 산화성이 강하여 그대로 배출될 경우에는 인체, 지구 환경은 물론 생산설비 자체에도 많은 문제점을 일으킬 염려가 있다.In the manufacture of various semiconductor devices or in the manufacture of liquid crystals, which have been rapidly developed in recent years, the gases emitted after use are toxic or flammable and have a great effect on the human body and greatly affect global warming. I need to. Recently, the gas used in the manufacturing process of a semiconductor device is described by the process as follows. First, in the etching process, CF 4 , SF 6 , CHF 3 , C 2 F are mainly used to etch silicon oxide, silicon nitride and polycrystalline silicon. Fluorine gases such as 6 , SiF 4 , F 2 , HF and NF 3 , and Cl 2 , HCl, BCl 3 , SiCL 4 , CCl 4 , CHCl 3, etc. used to etch aluminum and silicon Chlorine gases and bromine gases such as HBr and Br 2 used in trench-etch or etching of aluminum together with Cl 2. In CVD (Chemical Vapor Deposition) process, Silane, N 2 and NH 3 are commonly used in the chamber. Particularly in the PECVD process, PFC or ClF 3 is used to clean the inside of the chamber, which can produce SiF 4 . These gases are toxic, corrosive, and oxidative, and when released as they are, there is a risk of causing a lot of problems for the human body, the global environment, and the production facilities themselves.

상기와 같은 가스들은 반도체 제조장치내에 주입되어 에칭이나 CVD 공정 등에 사용된 후에 배출되는데, 그 배기가스에는 미반응 가스가 극소량 함유되어 있다. 종래에는 이러한 미반응 가스가 함유되어 있는 배기가스를 그대로 대기 중으로 배출해 왔으나, 전술한 문제로 인해 현재에는 가스 스크러버를 사용하여 반도체 제조공정 등에서 배출되는 가스를 처리함으로써 인체에 미치는 영향이나 지구 온난화에 미치는 영향을 최소화하려는 추세에 있다. 가스 스크러버는 일반적으로 반도체나 액정의 제조공정에서 배출되는 가스를 처리하는 장치를 말하며 이러한 가스 스크러버는 크게 각 장치의 바로 후단에 붙는 1차 가스 스크러버 그리고 1차 가스 스크러버의 다음에 설치되는 2차 가스 스크러버로 구분된다. 나아가 1차 가스 스크러버는 크게 건식 가스 스크러버, 연소식 가스 스크러버, 습식 가스 스크러버로 구분 되지만, 근래에는 연소식과 습식 또는 연소식과 건식을 혼합한 형태 등 변형된 제품도 생산되고 있다. 종래에 일반적으로 널리 사용되는 가스 스크러버는 챔버를 통과하는 가스에 물을 분사시켜 정화 및 냉각을 행하는 습식 가스 스크러버이다. 습식 가스 스크러버는 단순한 공정과 간단한 구조로 제작이 용이하고 대용량화 할 수 있는 장점이 있으나, 불용성 가스는 처리가 불가능하고 수소기를 포함하는 발화성 가스의 처리에 부적합한 단점이 있다. 또한 많은 양의 폐수를 발생시켜 별도의 폐수 처리 설비를 필요로 하기 때문에 운전 및 유지비용이 상승되어 경제적이지 못하다. 연소식 가스 스크러버는 수소버너의 버너속에 배기 가스를 통과시키는 직접연소방식과 열원에 의해 형성된 고온의 챔버에 배기 가스를 통과시키는 간접연소방식으로 구분된다. 그러나 이러한 연소식 가스 스크러버는 발화성 가스의 처리효율은 우수하나 PFC 등의 안정한 물질을 분해하기에는 온도가 충분하지 않아 난분해성 유해가스의 처리에는 부적합하고, 2차 유해물질인 부생성물(by-product)의 처리를 위한 추가적인 세정 공정도 필요로 하는 문제점이 있다.Such gases are injected into a semiconductor manufacturing apparatus and used after etching, CVD, or the like, and are discharged. The exhaust gas contains a very small amount of unreacted gas. Conventionally, the exhaust gas containing such unreacted gas has been discharged to the atmosphere as it is, but due to the above-mentioned problem, the gas scrubber is used to treat the gas discharged from the semiconductor manufacturing process, etc. There is a trend to minimize the impact. A gas scrubber generally refers to a device for processing a gas discharged from a semiconductor or liquid crystal manufacturing process. The gas scrubber is mainly a primary gas scrubber that is directly attached to the rear of each device and a secondary gas that is installed after the primary gas scrubber. It is divided into scrubbers. Furthermore, primary gas scrubbers are largely classified into dry gas scrubbers, combustion gas scrubbers, and wet gas scrubbers, but recently, modified products such as combustion and wet or a mixture of combustion and dry are also produced. BACKGROUND ART A gas scrubber generally widely used is a wet gas scrubber that purifies and cools by spraying water on a gas passing through a chamber. Wet gas scrubber has the advantage of being easy to manufacture and large capacity in a simple process and simple structure, but insoluble gas is impossible to process and inadequate for the treatment of ignitable gas containing a hydrogen group. In addition, since a large amount of wastewater is generated and a separate wastewater treatment facility is required, operation and maintenance costs are increased, which is not economical. Combustion gas scrubbers are classified into a direct combustion method through which exhaust gas passes through a burner of a hydrogen burner and an indirect combustion method through which exhaust gas passes through a high temperature chamber formed by a heat source. However, these combustion gas scrubbers have excellent treatment efficiency for flammable gases, but are not suitable for the treatment of non-degradable harmful gases because they are not sufficiently hot to decompose stable substances such as PFC, and are by-products. There is also a need for an additional cleaning process for the treatment of.

근래에는 경제성, 안정성 및 효율성 등의 이유로 연소식과 습식을 병용한 가스 스크러버가 사용되고 있다. 그러나, 종래의 혼합형 가스 스크러버는 그 버닝 챔버의 내경이 작고 길이가 길어야만 충분한 연소온도를 얻을 수 있기 때문에 설치면적을 많이 차지하고 고온의 가스가 오랜 시간 버닝챔버에 머물러 부식에 매우 취약한 문제점이 있었다. 그리고 고온의 버닝챔버를 통과한 가스와 물이 접촉되는 부분의 구조적 결함으로 파우더가 쌓여 유지, 보수의 비용이 많이 소요되고 주공정의 가동 중단으로 생산성을 저하시키는 문제점이 있었다.Recently, a gas scrubber using a combination of a combustion type and a wet type has been used for reasons of economy, stability, and efficiency. However, the conventional mixed gas scrubber has a problem that the inner diameter of the burning chamber is small and the length is long, so that a sufficient combustion temperature can be obtained. In addition, there is a problem in that powder is accumulated due to structural defects in a part where the gas and water contact with the high temperature burning chamber are in contact with each other.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반도체 산업을 포함한 각종 산업에서 펌프 및 팬 등의 수단에 의해 대기로 배출되는 유해가스를 플라즈마 반응기로 유입시켜 안정적으로 플라즈마를 유지 및 유도할 수 있는 플라즈마 반응기를 제공함에 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, it is possible to maintain and guide the plasma stably by introducing harmful gas discharged into the atmosphere by means of pumps and fans in various industries including the semiconductor industry into the plasma reactor It is an object to provide a plasma reactor.

또한 상기 플라즈마 반응기로부터 발생된 플라즈마로 반도체 산업을 포함한 각종 산업에서 펌프 및 팬 등의 수단에 의해 대기로 배출되는 유해가스를 통과시켜 제거하는 가스 스크러버를 제공하는데 목적이 있다.In addition, it is an object of the present invention to provide a gas scrubber for removing the harmful gas discharged to the atmosphere by means of pumps and fans in various industries including the semiconductor industry to the plasma generated from the plasma reactor.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고주파를 발진하는 고주파 발진기; 상기 고주파 발진기에 전력을 공급하는 전원공급부; 상기 고주파 발진기에서 발진된 고주파를 전송하는 도파관; 상기 도파관을 통해 전송된 고주파 및 외부로부터 주입된 와류가스가 유입되는 방전관; 상기 방전관이 설치되며 접지전극으로서 작용하는 방전관 지지체; 상기 방전관 지지체 내부에 설치되어 상기 방전관 지지체와 방전을 일으켜 플라즈마를 발생시키는 동시에 상기 플라즈마를 상기 방전관 내부로 유입시키는 고전압 전극; 상기 고전압 전극으로부터 발생된 플라즈마와 상기 도파관을 통해 상기 방전관으로 전송된 고주파에 의해 발생된 고주파 플라즈마; 상기 플라즈마들로 유해가스를 주입하는 유해가스 주입부; 및 통상의 습식 스크러버와 연결됨과 동시에 상기 플라즈마 화염출구를 제공하는 연결관;을 포함하는 플라즈마 반응기를 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a high frequency oscillator oscillating high frequency; A power supply unit supplying power to the high frequency oscillator; A waveguide for transmitting the high frequency oscillated by the high frequency oscillator; A discharge tube into which high frequency transmitted through the waveguide and vortex gas injected from the outside are introduced; A discharge tube support provided with the discharge tube and serving as a ground electrode; A high voltage electrode installed inside the discharge tube support to generate a plasma with the discharge tube support to generate a plasma and to introduce the plasma into the discharge tube; A high frequency plasma generated by a plasma generated from the high voltage electrode and a high frequency transmitted to the discharge tube through the waveguide; A noxious gas injecting unit for injecting noxious gases into the plasmas; And a connection tube connected to a conventional wet scrubber and providing the plasma flame outlet.

본 발명에 의한 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 가스 스크러버는 고유속의 유해가스에 안정적인 플라즈마를 제공함으로서 운전 조건에 따라 가스 유량 및 조성의 변화가 있어도 유해가스를 효과적으로 제거하므로 안정적인 가스 스크러버를 제공해주는 효과가 있다.Plasma reactor according to the present invention and the gas scrubber using the same by providing a stable plasma to the harmful gas of high flow rate, even if there is a change in gas flow rate and composition according to the operating conditions effectively remove the harmful gas has the effect of providing a stable gas scrubber.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 반도체 공정에서 배출되는 유해가스를 처리하기 위한 플라즈마 스크러버의 적용을 보여주는 구성도이다.1 is a block diagram showing the application of a plasma scrubber for treating harmful gases discharged from a semiconductor process according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 일반적으로 반도체 공정에서 유해가스는 반도체 공정 챔버(10)에서 미반응된 가스로서 진공 연결관을 통해 터보 펌프(20)와 로터리 펌프(30)를 통해 순차적으로 대기 중으로 배출된다. 반도체 공정에서 사용되는 로터리 펌프(30)는 질소가스의 퍼징에 의해 작동하기 때문에 미반응된 유해가스는 질소가스와 함께 배출된다. 본 발명에서는 1기압에서 작동하는 플라즈마를 이용하여 로터리 펌프(30)에서 배출되는 유해가스를 제거하기 위하여 고주파 플라즈마와 글라이딩 플라즈마로 구성되는 복합 플라즈마(50)를 로터리 펌프(30) 후단에 설치하고 상기 복합 플라즈마(50)에서 처리된 유해가스는 통상의 습식 스크러버(80)를 지나 대기로 배출된다.Referring to FIG. 1, in general, in a semiconductor process, noxious gas is unreacted gas in a semiconductor process chamber 10 and is sequentially discharged into the atmosphere through a turbo pump 20 and a rotary pump 30 through a vacuum connection pipe. . Since the rotary pump 30 used in the semiconductor process is operated by purging nitrogen gas, unreacted harmful gas is discharged together with nitrogen gas. In the present invention, in order to remove the harmful gas discharged from the rotary pump 30 by using a plasma operating at 1 atm, a complex plasma 50 composed of a high frequency plasma and a gliding plasma is installed at the rear of the rotary pump 30 and the The noxious gas treated in the composite plasma 50 is discharged through the normal wet scrubber 80 to the atmosphere.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합 플라즈마 반응기(50)의 구성을 상세히 설명하는 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating in detail the configuration of the composite plasma reactor 50 according to the embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 복합 플라즈마 반응기(50)는 전원 공급부(5), 고주파 발진기(15), 방전관(40), 도파관(52), 방전관 지지체(56), 와류가스 주입부(58), 추가가스 공급부(64), 연료공급 지지체(60) 및 고전압 전극(70)을 포함한다.Referring to FIG. 2, the complex plasma reactor 50 of the present invention includes a power supply unit 5, a high frequency oscillator 15, a discharge tube 40, a waveguide 52, a discharge tube support 56, and a vortex gas injection unit 58. ), An additional gas supply unit 64, a fuel supply support 60, and a high voltage electrode 70.

전원 공급부(5)는 고주파 발진기(15)에 전원을 공급한다. 예를 들어, 상기 고주파 발진기(15)가 마이크로웨이브를 발진할 때는 그 주파수 영역대가 2400 MHz 내지 2500 MHz가 바람직하며 그때의 고주파 발진기(15)를 마그네트론이라 한다. 마그네트론에 전원을 공급할 때, 상기 전원공급부(5)로부터의 전압은 -3.0 ～ -4.5 kV가 바람직하다. 상기 고주파 발진기(15)로부터 발진되는 고주파(54)는 도파관(25)으로 유입된다. 상기 도파관(25)의 종단(52)으로부터 1/4λg (λg는 도파관 내의 파장) 떨어진 위치에 중심축을 갖는 방전관(40)은 상기 도파관(25)에 수직하게 설치되며 그 재질은 석영, 강화유리, 세라믹, 알루미나 등 고주파가 투과할 수 있는 유전체로 구성될 수 있다. 상기 방전관(40)은 방전관 지지체(56)에 의해 지지되며 방전관(40)으로 와류가스를 주입할 수 있는 와류가스 주입구(58a, 58b)가 설치된다. 상기 와류가스 주입구(58a, 58b)는 등간격을 가지도록 다수개로 설치될 수 있음은 물론이다. 상기 와류가스 주입구(58a, 58b)로부터 주입되는 와류가스는 상기 방전관 지지체(56)와 상기 방전관(40)의 내벽을 타고 와류를 형성하며 산소, 질소, 공기, 비활성 가스, 탄화수소 가스 및 그 혼합가스로 구성될 수 있으며 플라즈 마 가스로서 역할을 하는 동시에 상기 방전관(40) 내에 발생되는 플라즈마를 안정화시켜주며 고온의 플라즈마 복사열로부터 방전관(40)의 손상을 방지해주는 역할을 한다.The power supply unit 5 supplies power to the high frequency oscillator 15. For example, when the high frequency oscillator 15 oscillates the microwave, the frequency band is preferably 2400 MHz to 2500 MHz, and the high frequency oscillator 15 at that time is called a magnetron. When supplying power to the magnetron, the voltage from the power supply 5 is preferably -3.0 to -4.5 kV. The high frequency wave 54 oscillated from the high frequency oscillator 15 flows into the waveguide 25. A discharge tube 40 having a central axis at a position ¼ λ g (λ g is a wavelength in the waveguide) away from the end 52 of the waveguide 25 is installed perpendicular to the waveguide 25. The material is quartz and reinforced. Glass, ceramic, alumina, etc. may be composed of a dielectric that can transmit high frequency. The discharge tube 40 is supported by the discharge tube support 56 and is provided with vortex gas injection ports 58a and 58b for injecting vortex gas into the discharge tube 40. Of course, the vortex gas injection ports 58a and 58b may be provided in plural so as to have equal intervals. The vortex gas injected from the vortex gas injection ports 58a and 58b forms a vortex through the inner wall of the discharge tube support 56 and the discharge tube 40 and forms oxygen, nitrogen, air, an inert gas, a hydrocarbon gas, and a mixed gas thereof. It may be configured as a plasma gas and at the same time serves to stabilize the plasma generated in the discharge tube 40 and to prevent damage to the discharge tube 40 from high-temperature plasma radiation heat.

상기 방전관 지지체(56)와 상기 방전관(40)의 중심축에 설치된 고전압 전극(70)은 고온, 고압에 견딜 수 있는 유전체로 만들어진 지지체(92)에 의해 지지되며 상기 지지체(92)는 상기 방전관 지지체(56)와 상호 연결되어 있다.The discharge tube support 56 and the high voltage electrode 70 provided on the central axis of the discharge tube 40 are supported by a support 92 made of a dielectric capable of withstanding high temperature and high pressure, and the support 92 is supported by the discharge tube support. Interconnected with (56).

상기 고전압 전극(70)의 모양은 축 방향으로 일정한 직경을 가지는 원기둥 모양을 하다가 점차 직경이 커지며 다시 좁아지는 모양(상협하광 모양)을 하고 있다. 상기 고전압 전극(70)의 모든 모서리는 둥근 모양을 하도록 구성된다. 상기 고전압 전극(70)과 접지 전극으로 작동하는 상기 방전관 지지체(56) 사이의 방전은 두 전극 사이에 가장 가까운 위치에서 시작되고 상기 와류가스에 의해 회전 유동하는 플라즈마(74)가 발생된다. 이때 발생되는 플라즈마는 직류 또는 교류 고전압 저전류에 발생되므로 전통적인 아크 방전 플라즈마와 전혀 다른 특성을 보여준다.The high voltage electrode 70 has a cylindrical shape having a constant diameter in the axial direction, and gradually increases in diameter and narrows again. All edges of the high voltage electrode 70 are configured to have a round shape. The discharge between the high voltage electrode 70 and the discharge tube support 56 serving as the ground electrode starts at the position closest between the two electrodes and generates a plasma 74 which rotates and flows by the vortex gas. Plasma generated at this time is generated in direct current or alternating current high voltage and low current, and thus exhibits completely different characteristics from the conventional arc discharge plasma.

상기 플라즈마(74) 화염 길이는 충분히 방전관(110) 내로 유입될 수 있을 만큼 길게 형성되어 상기 방전관(40) 내로 유입되는 고주파에 의해 고주파 플라즈마(110)가 발생되도록 한다. 예를 들어, 공기를 이용하여 상기와 같은 구조를 갖는 고주파 플라즈마 반응기에서 자동 점화되는 고주파 플라즈마를 발생시키기 위해서는 5 kW 이상의 높은 파워가 공급되어야 하지만 스파크와 같은 점화장치의 도움으로 고주파 플라즈마(110) 발생은 수백 와트에서도 가능하다.The flame length of the plasma 74 is long enough to flow into the discharge tube 110 so that the high frequency plasma 110 is generated by the high frequency introduced into the discharge tube 40. For example, in order to generate high frequency plasma that is automatically ignited in a high frequency plasma reactor having the above structure by using air, high power of 5 kW or more should be supplied, but high frequency plasma 110 is generated with the help of an ignition device such as a spark. Is available in hundreds of watts.

일반적으로 고주파 플라즈마의 점화는 방전관 안으로 삽입된 텅스텐 전극의 스파크 장치에 의해 고주파 플라즈마를 발생시킨다. 그러나 이런 스파크 장치는 발생된 고온의 고주파 플라즈마에 의해 빠르게 산화되어 스파크를 제공하지 못하게 된다. 또한 고주파 플라즈마는 주입되는 가스 유량에 민감하게 반응하여 플라즈마가 꺼지는 상황이 발생한다. 그러므로 변화하는 가스유량에 고주파 플라즈마가 꺼지지 않고 안정적으로 유지하기 위해서는 그 점화장치의 역할이 중요하게 된다. 본 발명에서 고전압 전극(70)으로부터 발생되는 플라즈마는 분당 5000리터 이상의 높은 유량에서도 꺼지지 않으며 그 플라즈마(74) 화염 길이도 충분히 길어 고주파 플라즈마를 용이하게 발생시킬 수 있다. 저온 아크와 같은 성질을 가지는 상기 플라즈마(74)의 화염온도는 섭씨 500-5000도에 이르며 또한 방전관 내의 압력변화에도 민감하지 않아 고주파 플라즈마를 안정적으로 점화시킬 수 있다. 그러므로 고전압 전극(70)으로부터 발생되는 플라즈마(74)는 고주파 플라즈마(110)의 점화를 위한 점화장치의 역할과 동시에 글라이딩 아크의 비열 플라즈마 영역으로부터의 높은 화학적 활성종들을 만들어 내기 때문에 플라즈마 화학반응을 향상시켜주는 역할을 하게 된다.In general, ignition of high frequency plasma generates high frequency plasma by a spark device of a tungsten electrode inserted into a discharge tube. However, such a spark device is rapidly oxidized by the generated high-frequency high-frequency plasma to provide no spark. In addition, the high frequency plasma is sensitive to the flow rate of the injected gas, the plasma is turned off. Therefore, the role of the ignition device becomes important in order to maintain the high frequency plasma stably without changing the gas flow rate. In the present invention, the plasma generated from the high voltage electrode 70 does not turn off even at a high flow rate of 5000 liters per minute or more, and the flame length of the plasma 74 is sufficiently long to easily generate high frequency plasma. The flame temperature of the plasma 74, which has properties such as low temperature arc, reaches 500-5000 degrees Celsius and is not sensitive to the pressure change in the discharge tube, thereby stably igniting the high frequency plasma. Therefore, the plasma 74 generated from the high voltage electrode 70 improves the plasma chemistry because the plasma 74 generates high chemical active species from the non-thermal plasma region of the gliding arc at the same time as the ignition device for ignition of the high frequency plasma 110. It will play a role.

접지 전극으로 작동하는 방전과 지지체(56)와 고전압 전극(70) 사이에서 발생된 플라즈마에 의해 쉽게 고온의 고주파 플라즈마(110)가 발생되고 발생된 상기 고주파 플라즈마(110)에 지지체(60)에 설치되는 추가가스 공급부(64)로부터 추가가스를 공급하여 플라즈마 화학반응에 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 추가가스로서 탄화수소 가스를 공급할 경우, 플라즈마와 연료화염으로 구성되는 고온 대용량의 플라즈마 화염(120)을 만들 수 있다. 물론, 수증기, 산소, 수소 가스를 추가가스로 주입할 수 있으며, 플로린 화합물의 유해가스를 분해할 경우, 수소(H)가 붙은 추가가스는 유해가스를 플라즈마 화학반응을 통해 쉽게 처리될 수 있는 불산(HF)으로 변환한다.The high-frequency high-frequency plasma 110 is easily generated by the discharge generated by the ground electrode and the plasma generated between the support 56 and the high-voltage electrode 70, and installed on the support 60 at the generated high-frequency plasma 110. Additional gas may be supplied from the additional gas supply unit 64 to assist in the plasma chemical reaction. For example, when supplying a hydrocarbon gas as an additional gas, it is possible to make a high-temperature large-capacity plasma flame 120 consisting of a plasma and a fuel flame. Of course, steam, oxygen, hydrogen gas can be injected as an additional gas, when decomposing the harmful gas of the fluorine compound, the additional gas with hydrogen (H) is a hydrofluoric acid that can be easily processed through a plasma chemical reaction Convert to (HF).

또한 상기 지지체(60) 상단에는 일예로서 통상의 습식 스크러버과 연결이 용이하도록 연결블록(62)이 설치될 수 있다.In addition, a connection block 62 may be installed at an upper end of the support 60 to facilitate connection with a conventional wet scrubber.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 이용한 플라즈마 가스 스크러버의 구성도이다.Figure 3 is a block diagram of a plasma gas scrubber using a plasma reactor according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 로터리 펌프(30)로부터 방출되는 유해가스는 연결관(32a,32b)을 통해 유해가스 주입부(34a,34b)로 주입된다. 여기에서 유해가스 연결관은 다수개가 설치될 수 있음은 물론이다. 상기 유해가스 주입부(34a,34b)로 주입되는 유해가스는 회전유동하는 와류가스의 역할을 한다. 상기 유해가스는 글라이딩 아크 플라즈마와 고주파 플라즈마를 통과하게 되면서 플라즈마 부산물로 변환되고 플라즈마 가스 배기관(90)과 연결된 습식 스크러버로 유입된다.Referring to FIG. 3, the harmful gas discharged from the rotary pump 30 is injected into the harmful gas injection parts 34a and 34b through the connection pipes 32a and 32b. Here, of course, a plurality of harmful gas connectors may be installed. The noxious gas injected into the noxious gas injection units 34a and 34b serves as a vortex gas that rotates and flows. The harmful gas is converted into plasma by-products while passing through the gliding arc plasma and the high frequency plasma, and flows into a wet scrubber connected to the plasma gas exhaust pipe 90.

도 4는 도5의 유해가스 주입부의 일예를 보여주는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing an example of the harmful gas injection unit of FIG.

도 4를 참조하면, 유해가스 주입부(34a,34b,34c,34d)는 방전관 지지체(56)의 내벽과 접선방향으로 등간격을 이루어 다수개가 설치될 수 있다. 상기 유해가스 주입부(34a,34b,34c,34d)의 다수개의 설치는 와류가스로서의 유해가스를 균일하게 회전유동하도록 만들어주어 플라즈마 안정화뿐만 아니라 복합 플라즈마에 의한 유해가스 처리효율을 증가시켜준다. 또한 상기 유해가스 주입부(34a,34b,34c,34d)의 설치 각도가 상 방향으로 0에서 90도 범위로 이루어질 수 있음은 물론이다.Referring to FIG. 4, a plurality of harmful gas injection units 34a, 34b, 34c, and 34d may be installed at equal intervals in the tangential direction with the inner wall of the discharge tube support 56. The installation of a plurality of the noxious gas injection units 34a, 34b, 34c, and 34d makes the noxious gas as a vortex gas to rotate uniformly, thereby increasing the noxious gas treatment efficiency by the complex plasma as well as stabilizing the plasma. In addition, the installation angle of the harmful gas injection unit (34a, 34b, 34c, 34d) may be made in the range of 0 to 90 degrees in the upward direction.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 이용한 플라즈마 가스 스크러버의 다른 예를 보여주는 구성도이다.5 is a block diagram showing another example of a plasma gas scrubber using a plasma reactor according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 도 3내지 4에서의 유해가스 주입부는 도파관(25)의 상단 영역에 설치된다. 지지체(60)에 설치되는 유해가스 주입부(84a,84b)는 축 방향과 수직하게 유해가스를 주입하도록 설치될 수 있을 뿐만 아니라, 회전유동하도록 상기 지지체(60)의 내벽과 접선방향으로 설치될 수 있음은 물론이다. 또한 상기 유해가스 주입부(84a,84b)는 상기 지지체(60)에 대해 0에서 90도의 범위에서 등간격으로 다수개가 설치될 수 있다.Referring to FIG. 5, the noxious gas injection unit in FIGS. 3 to 4 is installed at an upper region of the waveguide 25. The noxious gas injection units 84a and 84b provided on the support 60 may be installed to inject noxious gas perpendicularly to the axial direction, and may be installed in a tangential direction to the inner wall of the support 60 so as to rotate and flow. Of course it can. In addition, the harmful gas injection unit (84a, 84b) may be provided with a plurality of equal intervals in the range of 0 to 90 degrees with respect to the support 60.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 반도체 공정에서 배출되는 유해가스를 처리하기 위한 플라즈마 스크러버의 적용을 보여주는 구성도,1 is a block diagram showing the application of a plasma scrubber for treating harmful gases discharged from a semiconductor process according to an embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합 플라즈마 반응기(50)의 구성을 상세히 설명하는 단면도,2 is a cross-sectional view illustrating in detail the configuration of a composite plasma reactor 50 according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 이용한 플라즈마 가스 스크러버의 구성도,3 is a block diagram of a plasma gas scrubber using a plasma reactor according to an embodiment of the present invention;

도 4는 도5의 유해가스 주입부의 일예를 보여주는 단면도,4 is a cross-sectional view showing an example of the harmful gas injection unit of FIG.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 이용한 플라즈마 가스 스크러버의 다른 예를 보여주는 구성도이다.5 is a block diagram showing another example of a plasma gas scrubber using a plasma reactor according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

5: 전원공급부 15: 고주파 발진기5: power supply 15: high frequency oscillator

34: 유해가스 주입부 40: 방전관34: harmful gas injection unit 40: discharge tube

50: 플라즈마 반응기 54: 고주파50: plasma reactor 54: high frequency

56: 방전관 지지체 64: 추가가스 공급부56: discharge tube support 64: additional gas supply unit

70: 고전압 전극70: high voltage electrode

Claims (13)

고주파를 발진하는 고주파 발진기;A high frequency oscillator oscillating high frequency; 상기 고주파 발진기에 전력을 공급하는 전원공급부;A power supply unit supplying power to the high frequency oscillator; 상기 고주파 발진기에서 발진된 고주파를 전송하는 도파관;A waveguide for transmitting the high frequency oscillated by the high frequency oscillator; 상기 도파관을 통해 전송된 고주파 및 외부로부터 주입된 와류가스가 유입되는 방전관;A discharge tube into which high frequency transmitted through the waveguide and vortex gas injected from the outside are introduced; 상기 방전관이 설치되며 접지전극으로서 작용하는 방전관 지지체;A discharge tube support provided with the discharge tube and serving as a ground electrode; 상기 방전관 지지체 내부에 설치되어 상기 방전관 지지체와 방전을 일으켜 플라즈마를 발생시키는 동시에 상기 플라즈마를 상기 방전관 내부로 유입시키는 고전압 전극;과A high voltage electrode installed inside the discharge tube support to generate a plasma with the discharge tube support to generate plasma and at the same time to introduce the plasma into the discharge tube; 상기 고전압 전극으로부터 발생된 플라즈마와 상기 도파관을 통해 상기 방전관으로 전송된 고주파에 의해 발생된 고주파 플라즈마에 추가가스를 공급하는 추가가스 공급부;를An additional gas supply unit supplying additional gas to the high frequency plasma generated by the high frequency plasma generated from the high voltage electrode and the high frequency transmitted to the discharge tube through the waveguide; 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.Plasma reactor comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고주파 발진기의 주파수 영역대가 2400 ～ 2500 MHz인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.And a frequency band of the high frequency oscillator is 2400 to 2500 MHz. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 방전관 지지체가 상기 고전압 전극의 상대 전극으로 작동하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.And the discharge vessel support acts as a counter electrode of the high voltage electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고전압 전극의 단부 모양이 상협하광의 모양을 하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.An end shape of the high voltage electrode is in the form of upper and lower light. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고전압 전극과 방전과 지지체에 인가되는 전원이 고전압 직류 및 교류인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.And the power applied to the high voltage electrode, the discharge, and the support are high voltage direct current and alternating current. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 와류가스는 공기, 산소, 질소, 비활성가스 및 탄화수소가스 중 선택된 적어도 하나 이상의 가스로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.The vortex gas is at least one gas selected from air, oxygen, nitrogen, inert gas and hydrocarbon gas plasma reactor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고주파 플라즈마의 점화가 저온 아크이면서 500℃～5000℃의 플라즈마에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.Ignition of the high-frequency plasma is a low-temperature arc, the plasma reactor characterized in that by the plasma of 500 ℃ to 5000 ℃. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 추가가스 공급부로부터 공급되는 가스가 탄화수소, 수증기, 산소, 및 비활성 가스 중 선택된 적어도 하나 이상의 가스로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.The gas supplied from the additional gas supply unit is at least one gas selected from hydrocarbons, water vapor, oxygen, and inert gas plasma reactor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 방전관 지지체에 유해가스 주입구가 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.Plasma reactor, characterized in that the harmful gas inlet is installed on the discharge tube support. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 유해가스 주입구로부터 주입되는 유해가스가 와류가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.Plasma reactor, characterized in that the harmful gas injected from the harmful gas injection port is a vortex gas. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 유해가스 주입구가 등간격으로 다수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.Plasma reactor, characterized in that the plurality of harmful gas injection holes are provided at equal intervals. 펌프 및 팬 등의 배출수단으로부터 배출되는 유해가스를 제거하는 가스 스크러버 장치에 있어서,In the gas scrubber device for removing the harmful gas discharged from the discharge means such as pumps and fans, 상기 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항으로 형성된 플라즈마 반응기를 펌프 및 팬 등의 배출수단과 통상의 습식 스크러버 사이에 설치하고;A plasma reactor formed of any one of claims 1 to 11 is provided between a discharge means such as a pump and a fan and a normal wet scrubber; 상기 플라즈마 반응기로 유해가스를 주입하여 유해가스를 제거하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기를 이용한 가스 스크러버.Gas scrubber using a plasma reactor, characterized in that for removing the harmful gas by injecting harmful gas into the plasma reactor. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 유해가스가 주입되는 유해가스 주입부가 상기 통상의 습식 스크러버와 플라즈마 반응기를 연결하는 지지체에 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기를 이용한 가스 스크러버.The gas scrubber using a plasma reactor, characterized in that the harmful gas injection unit is injected into the harmful gas is provided on the support connecting the normal wet scrubber and the plasma reactor.
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