KR101177272B1 - 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치 - Google Patents

화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치를 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치는, 캐소드 전극체와, 캐소드 전극체의 상단을 감싸도록 형성되는 상부 커버와, 상부 커버의 하단에 배치되는 몸체와, 몸체의 내부에 배치되며, 캐소드 전극체의 하단을 감싸도록 내측으로 돌출되어 형성되고, 내면의 일부가 수평방향으로 인입되도록 형성되는 와류생성부를 구비하는 애노드 전극체와, 상부 커버와 몸체 사이에 배치되어 상부 커버 및 몸체에 체결되며, 캐소드 전극체의 측면으로 워킹가스를 유입시키는 워킹가스주입구를 구비하는 제 1 인슐레이션부를 포함한다.

Description

화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치{Plasma torch for treating waste air of chemical vapor deposition processing}
본 발명은 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치에 관한 것이다.
용접, 절단, 표면처리, 폐기물 연소 등을 목적으로 특정 부분에 고열을 가하는 토치는 연소되는 연료의 형태에 따라서 다양한 구조로 제공되고 있다. 또한, 최근에는 두 개의 전극 사이에 고압의 전류가 인가되어 만들어진 플라즈마 상태에서 워킹 가스(질소, 산소, 수소, 아르곤, 헬륨, 메탄, 프로판 등)를 공급함으로써 보다 높은 연속열을 얻을 수 있도록 하는 플라즈마 토치가 널리 보급 사용되고 있는 실정이다.
특히, 반도체의 제조공정에 있어서 불소화합물 등 유해한 폐가스를 친환경적으로 처리, 배출하기 위해서는 10,000℃이상의 고온이 요구되는데, 불소화합물에는 PFC(PerFluoro Compound) 가스가 포함될 수 있다.
이때, PFC 가스의 경우 국제 교토의정서에 의하여 2013년부터 우리나라도 규제대상이 될 수 있다. 따라서 폐가스에서 PFC 가스를 효율적이고 신속하게 처리하는 것이 중요한 문제이다.
본 발명의 실시예들은 플라즈마를 효과적으로 발생시킴으로써 폐가스에 포함된 불소화합물을 효율적으로 분해하여 제거하는 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 캐소드 전극체와, 상기 캐소드 전극체의 상단을 감싸도록 형성되는 상부 커버와, 상기 상부 커버의 하단에 배치되는 몸체와, 상기 몸체의 내부에 배치되며, 상기 캐소드 전극체의 하단을 감싸도록 내측으로 돌출되어 형성되고, 내면의 일부가 수평방향으로 인입되도록 형성되는 와류생성부를 구비하는 애노드 전극체를 포함하는 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 상부 커부와 상기 몸체 사이에 배치되어 상기 상부 커버 및 상기 하부커버에 체결되는 제 1 인슐레이션부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 인슐레이션부는 상기 캐소드 전극체의 측면으로 워킹가스를 유입시키는 워킹가스주입구를 구비할 수 있다.
또한, 상기 워킹가스주입구는 복수개로 형성되고, 상기 복수개의 워킹가스주입구는 서로 반대방향으로 상기 워킹가스를 분사할 수 있다.
또한, 상기 제 1 인슐레이션부는 원형으로 형성되고, 상기 워킹가스주입구는 상기 제 1 인슐레이션부의 원주의 접선방향 또는 나선형으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 커버는 알루미늄으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 캐소드 전극체의 외측에 소정간격 이격되어 배치되는 단열체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단열체는 세라믹을 포함할 수 있다.
또한, 상기 애노드 전극체에 배치되는 자성체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 애노드 전극체의 외면은 평평하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 애노드 전극체의 내면에 배치되는 마모방지링을 포함할 수 있다.
또한, 상기 모마방지링은 텅스텐으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 플라즈마를 효과적으로 생성하여 폐가스에 포함된 불소화함물을 효과적으로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치를 보여주는 단면도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치(100)를 보여주는 단면도이다
도 1 을 참고하면, 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치(100)는 캐소드 전극체(110)를 포함한다.
캐소드 전극체(110)는 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 이때, 캐소드 전극체(110)는 하단이 원뿔형태로 형성될 수 있다.
한편, 캐소드 전극체(110)는 캐소드 전극체(110)의 내측에 형성되는 캐소드냉각홀(110a)을 구비할 수 있다. 이때, 캐소드냉각홀(110a)의 내측에는 냉각수가 외부로부터 유입되어 유동한다. 상기 냉각수는 캐소드냉각홀(110a)을 유동하면서 캐소드 전극체(110)의 온도가 상승하는 것을 방지한다.
화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치(100)는 캐소드 전극체(110)의 외측에 배치되는 상부 커버(130)를 포함한다. 상부 커버(130)는 캐소드 전극체(110)의 상단을 감싸도록 형성될 수 있다.
이때, 상부 커버(130)는 일측이 개방되도록 형성될 수 있다. 또한, 상부 커버(130)는 캐소드 전극(110)를 유동한 상기 냉각수가 유동하는 공간(130a)이 형성될 수 있다.
이때, 상부 커버(130)는 알루미늄으로 형성될 수 있다. 따라서 상부 커버(130)는 하측으로부터 전달되는 열을 효과적으로 방출할 수 있다.
한편, 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치(100)는 상부 커버(130)의 개방된 부분에 체결되어 상부 커버(130)를 밀폐시키는 커버(190)를 포함할 수 있다. 이때, 상부 커버(130) 또는 커버(190)에는 상기 냉각수가 외부로부터 유입되는 유입홀(미표기)이 형성될 수 있다.
커버(190)는 절연물질로 형성될 수 있다. 이때, 상기 절연물질은 폴리염화비닐 또는 테프론 등으로 형성될 수 있다. 따라서 커버(190)는 상부 커버(130)의 내부와 외부를 효과적으로 절연시킬 수 있다.
화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치(100)는 상부 커버(130)의 하측에 배치되는 제 1 인슐레이션부(150)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 인슐레이션부(150)는 캐소드 전극체(110)로 워킹 가스(Working gas)를 공급하는 워킹가스주입구(150a)가 형성될 수 있다.
상기 워킹 가스는 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 워킹 가스는 산소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 워킹 가스는 헬륨을 포함할 수 있다. 상기 워킹 가스는 질소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 워킹 가스는 아르곤, 메탄, 프로판 등을 포함할 수 있다.
제 1 인슐레이션부(150)는 원형으로 형성될 수 있다.
워킹가스주입구(150a)는 제 1 인슐레이션부(150)의 내측에 관통되도록 형성될 수 있다. 이때, 워킹가스주입구(150a)는 다양하게 형성될 수 있다.
예를 들면, 워킹가스주입구(150a)는 나선형으로 형성될 수 있다. 또한, 워킹가스주입구(150a)는 제 1 인슐레이션부(150)의 원주의 접선방향으로 형성될 수 있다.
한편, 워킹가스주입구(150a)는 복수개로 형성될 수 있다. 이때, 복수개의 워킹가스주입구(150a)는 제 1 워킹가스주입구(150a)와, 제 1 워킹가스주입구(150a)와 대향하도록 배치되는 제 2 워킹가스주입구(150c)를 포함할 수 있다.
제 1 워킹가스주입구(150a)는 제 2 워킹가스주입구(150c)에서 분사되는 워킹 가스와 반대방향으로 워킹 가스를 분사할 수 있다.
따라서 제 1 워킹가스주입구(150a) 및 제 2 워킹가스주입구(150c)에서 분사되는 워킹 가스들은 회전하여 나선형을 형성하므로 캐소드 전극체(110)에서 발생하는 플라즈마를 효과적으로 생성할 수 있다. 또한, 상기 워킹 가스들이 나선형으로 형성되어 하측에서 상측으로 전달되는 열을 차단할 수 있다.
제 1 인슐레이션부(150)는 상부 커버(130) 내부 공간(130a)의 상기 냉각수를 후술할 냉각홀(140a)로 이동시키는 냉각수유동홀(150b)가 형성될 수 있다. 이때, 냉각수유동홀(150b)는 제 1 인슐레이션부(150)를 관통하도록 형성될 수 있다.
한편, 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치(100)는 제 1 인슐레이션부(150)의 하측에 배치되는 몸체(140)를 포함한다. 이때, 몸체(140)는 상부 커버(130)로부터 유입되는 냉각수가 유동하는 냉각홀(140a)을 포함할 수 있다.
또한, 몸체(140)는 냉각홀(140a)을 유동하는 상기 냉각수가 외부로 배출되는 배출구(140b)를 포함할 수 있다.
화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치(100)는 캐소드 전극체(110)의 외면으로부터 소정간격 이격되어 배치되는 단열체(180)를 포함할 수 있다. 이때, 단열체(180)는 제 1 인슐레이션부(150)와 몸체(140)의 내벽에 체결될 수 있다.
단열체(180)는 단열물질로 형성될 수 있다. 이때, 상기 단열물질은 세라믹을 포함할 수 있다. 따라서 단열체(180)는 상기 플라즈마에 의하여 발생하는 열을 효과적으로 차단할 수 있다.
한편, 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치(100)는 몸체(140)의 내측에 배치되는 애노드 전극체(120)를 포함한다.
애노드 전극체(120)는 몸체(140)의 중앙에 배치되어 상기 냉각홀을 밀폐시킨다. 또한, 애노드 전극체(120)는 일부에 캐소드 전극체(110)의 하단에서 발생하는 플라즈마의 와류를 생성하는 와류생성부(120a)를 포함할 수 있다.
이때, 와류생성부(120a)는 애노드 전극체(120)의 내측으로 인입되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 와류생성부(120a)는 애노드 전극체(120)의 내주면에 인입되도록 형성될 수 있다.
따라서 와류생성부(120a)는 캐소드 전극체(110)의 하단으로부터 발생되는 플라즈마의 와류를 효과적으로 생성할 수 있다.
한편, 애노드 전극체(120)의 외면은 평평하게 형성될 수 있다. 따라서 상기 냉각수는 상기 냉각홀을 용이하고 신속하게 이동함으로써 애노드 전극체(120)의 온도를 효과적으로 하강시킬 수 있다.
애노드 전극체(120)는 내면의 일부분이 돌출되도록 형성될 수 있다. 이때, 애노드 전극체(120)의 돌출되는 부분은 캐소드 전극체(110)의 하단을 감싸도록 형성될 수 있다. 또한, 애노드 전극체(120)의 돌출되는 부분은 경사가 형성되어 캐소드 전극체(110)의 하단에 형성된 원뿔 형상과 소정간격 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 애노드 전극체(120)의 돌출되어 형성되는 부분은 캐소드 전극체(110)의 하단과 아크를 발생시켜 상기 워킹 가스를 가열하여 상기 플라즈마를 형성시킬 수 있다.
화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치(100)는 애노드 전극체(120)의 내측에 배치되는 마모방지링(121)을 포함할 수 있다. 이때, 마모방지링(121)은 다양한 방법으로 애노드 전극체(120)에 체결될 수 있다.
예를 들면, 마모방지링(121)은 애노드 전극체(120)에 볼트로 체결될 수 있다. 또한, 마모방지링(121)는 별도의 체결부재(미도시)에 의하여 체결될 수 있다. 마모방지링(121)의 일부는 애노드 전극체(120)에 삽입되어 체결될 수 있다.
마모방지링(121)는 텅스텐으로 형성될 수 있다. 또한, 마모방지링(121)는 애노드 전극체(120)의 하단에 체결될 수 있다. 따라서 마모방지링(121)는 애노드 전극체(120)를 유동하는 상기 플라즈마에 의하여 애노드 전극체(120)가 마모되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치(100)는 몸체(140)의 하측에 배치되는 제 2 인슐레이션부(160)를 포함할 수 있다. 이때, 제 2 인슐레이션부(160)의 하측에는 매니폴드(미도시)가 배치될 수 있다.
화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치(100)는 애노드 전극체(120)에 배치되는 자성체(170)를 포함할 수 있다. 자성체(170)는 애노드 전극체(120)의 하측에 배치될 수 있다. 이때, 자성체(170)는 애노드 전극체(120)의 상측을 향하도록 배치될 수 있다.
자성체(170)는 애노드 전극체(120)로 자기력을 형성할 수 있다. 상기 플라즈마는 상기 자기력에 의하여 다양한 방향으로 경로가 변경될 수 있다. 이때, 상기 플라즈마는 상기 자기력에 의하여 측면으로 경로가 변경될 수 있다.
따라서 상기 플라즈마는 와류생성부(120a) 측으로 이동하여 효과적으로 와류를 형성할 수 있다. 또한, 자성체(170)는 상기에서 설명한 바와 같이 상기 플라즈마의 경로를 변경하여 애노드 전극체(120)의 하단부로 상기 플라즈마가 이탈하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치(100)의 작동을 살펴보면, 화학기상증착 공정에서 발생한 폐가스는 외부로부터 캐소드 전극체(110)의 하단으로 유동한다. 이때, 상기 폐가스는 불소화합물을 포함할 수 있다.
상기 폐가스가 유입될 때, 상기 워킹 가스는 워킹가스주입구(150a)를 통하여 회전하면서 캐소드 전극체(110)의 측면으로 유입된다.
이때, 캐소드 전극체(110)에 전류가 공급되면, 캐소드 전극체(110)의 표면에서 상기 워킹 가스가 반응하여 상기 플라즈마가 형성된다.
상기 플라즈마는 캐소드 전극체(110) 상면으로부터 측면 및 하면으로 유동한다. 이때, 상기 플라즈마는 와류생성부(120a)에 충돌한다. 상기 플라즈마는 와류생성부(120a)에 충돌하여 다양한 방향으로 이동한다.
캐소드 전극체(110)에서 발생하는 플라즈마와 와류생성부(120a)에서 반사되는 플라즈마는 서로 충돌하여 와류를 발생시킨다. 이때, 캐소드 전극체(110) 하단의 돌출되는 부분에서 발생하는 플라즈마는 와류생성부(120a)에 충돌한다. 따라서 상기 각 플라즈마는 서로 충돌하여 와류를 효과적으로 생성한다.
또한, 상기 와류에 의하여 상기 각 플라즈마와 상기 폐가스가 균일하게 혼합될 수 있다. 따라서 상기 폐가스에 포함된 상기 불소화합물은 효과적으로 제거될 수 있다.
한편, 상기 플라즈마는 캐소드 전극체(110)에서 발생하여 애노드 전극체(120)의 내측으로 이동할 수 있다. 이때, 상기 플라즈마가 다량 발생하면, 애노드 전극체(120)의 외부로 유출될 수 있다.
따라서 와류생성부(120a)는 캐소드 전극체(110)에서 발생되는 상기 플라즈마의 와류를 발생시킨다. 또한, 자성체(170)는 상기에서 설명한 바와 같이 상기 플라즈마의 경로를 변경시킨다. 이때, 상기 플라즈마가 애노드 전극체(120)의 하단에 형성되는 아크점의 위치를 효과적으로 균일하게 분산시킨다.
화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치(100)는 상기에서 설명한 바와 같이 화학기상증착 공정에서 발생하는 폐가스에 포함된 불소화합물을 효과적을 제거할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치
110 : 캐소드 전극체
111 : 캐소드 전극
120 : 애노드 전극체
120a : 와류생성부
130 : 상부 커버
140 : 몸체
150 : 제 1 인슐레이션부
150a : 워킹가스주입구
160 : 제 2 인슐레이션부

Claims (12)

  1. 캐소드 전극체와,
    상기 캐소드 전극체의 상단을 감싸도록 형성되는 상부 커버와,
    상기 상부 커버의 하단에 배치되는 몸체와,
    상기 몸체의 내부에 배치되며, 상기 캐소드 전극체의 하단을 감싸도록 내측으로 돌출되어 형성되고, 내면의 일부가 수평방향으로 인입되도록 형성되는 와류생성부를 구비하는 애노드 전극체와,
    상기 상부 커버와 상기 몸체 사이에 배치되어 상기 상부 커버 및 상기 몸체에 체결되며, 상기 캐소드 전극체의 측면으로 워킹가스를 유입시키는 워킹가스주입구를 구비하는 제 1 인슐레이션부를 포함하는 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 워킹가스주입구는 복수개로 형성되고,
    상기 복수개의 워킹가스주입구는 서로 반대방향으로 상기 워킹가스를 분사하는 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 인슐레이션부는 원형으로 형성되고,
    상기 워킹가스주입구는 상기 제 1 인슐레이션부의 원주의 접선방향 또는 나선형으로 형성되는 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  6. 청구항 1 에 있어서,
    상기 상부 커버는 알루미늄으로 형성되는 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐소드 전극체의 외측에 소정간격 이격되어 배치되는 단열체를 더 포함하는 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 단열체는 세라믹을 포함하는 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 애노드 전극체에 배치되는 자성체를 더 포함하는 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 애노드 전극체의 외면은 평평하게 형성되는 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 애노드 전극체의 내면에 배치되는 마모방지링을 포함하는 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 마모방지링은 텅스텐으로 형성되는 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
KR1020100087349A 2010-09-07 2010-09-07 화학기상증착 공정의 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치 KR101177272B1 (ko)

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