KR101451832B1 - 과불화 화합물 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 과불화 화합물(perfluorinated compounds, PFCs)이 유입 후 유출되도록 형성되고 제1영역과 제2영역을 구비하는 챔버와, 상기 제1영역에 전자빔을 조사하여 상기 과불화 화합물을 분해하도록 형성되는 전자빔 조사장치, 및 상기 제2영역에 설치되어 상기 전자빔에 의하여 분해되지 않은 상기 과불화 화합물을 분해하도록 형성되며 상기 챔버로부터 전달되는 열에 의해 가열되어 활성이 향상되도록 이루어지는 촉매유닛을 포함하는 과불화 화합물 처리 시스템을 제공한다.

Description

과불화 화합물 처리 시스템{PERFLUORINATED COMPOUNDS TREATMENT SYSTEM}
본 발명은 전자빔 및 촉매를 이용하여 과불화 화합물을 처리하도록 이루어지는 시스템에 관한 것이다.
삼불화질소(NF3), 육불화황(SF6) 등의 과불화 화합물은 반도체 공정을 포함한 다양한 산업활동을 통해 발생된다. 과불화 화합물은 지구온난화지수[GWP(Global Warming Potential)]가 높은 온실가스이다. 이러한 과불화 화합물을 처리하기 위하여, 산화식, 연소식, 전기히터식, 플라즈마식 등의 기술들이 제안되고 있다.
산화식이나 연소식은, 과불화 화합물을 처리하기 위해서 약 1,000℃ 이상의 온도를 필요로 하고, 공기 중의 산소와 결합하여 SOx, NOx 등 주요 대기오염물질을 발생시킨다. 또한, 전기히터식이나 플라즈마식의 경우 에너지가 과다하게 소비되며, 특히 플라즈마식의 경우 많은 양의 과불화 화합물을 처리하기 어려운 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여, 전자빔의 높은 에너지를 이용하여 과불화 화합물을 분해하고, 촉매를 이용하여 분해율을 높이는 기술이 제안되고 있다. 전자빔 조사장치를 통과한 가스는 촉매를 통과하게 되는데, 분해율을 향상시키기 위하여 촉매를 활성 온도까지 가열하기 위해서는 촉매에 별도의 에너지를 투입하여야 한다.
본 발명은 보다 효율적이고 경제적으로 과불화 화합물을 처리할 수 있는 전자빔 및 촉매를 이용한 과불화 화합물 처리 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 과불화 화합물 처리 시스템은, 과불화 화합물(perfluorinated compounds, PFCs)이 유입 후 유출되도록 형성되고 제1영역과 제2영역을 구비하는 챔버와, 상기 제1영역에 전자빔을 조사하여 상기 과불화 화합물을 분해하도록 형성되는 전자빔 조사장치, 및 상기 제2영역에 설치되어 상기 전자빔에 의하여 분해되지 않은 상기 과불화 화합물을 분해하도록 형성되며 상기 챔버로부터 전달되는 열에 의해 가열되어 활성이 향상되도록 이루어지는 촉매유닛을 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 챔버는 일방향으로 연장되게 형성되고, 상기 제1영역은 상기 제2영역 전방에 구비된다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 제1영역에 대응되는 상기 챔버의 외주면에는 상기 전자빔이 통과 가능한 윈도우가 형성되며, 상기 전자빔 조사장치는 상기 윈도우를 덮도록 설치된다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 촉매유닛은 선택적으로 교체 가능하게 설치되는 복수의 촉매층을 포함한다.
상기 복수의 촉매층은, 상기 전자빔의 직접적인 조사에 의한 손상이 방지되도록, 상기 전자빔 조사장치에서 조사되는 상기 전자빔의 조사 방향과 주로 평행하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 촉매유닛은, 상기 복수의 촉매층을 지지하고 상기 제2영역에 대응되는 상기 챔버의 내벽에 설치되어 상기 복수의 촉매층으로 열을 전달하도록 형성되는 열전달판을 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 제1영역에 대응되는 상기 챔버를 감싸도록 설치되고 냉각 유체의 순환을 통하여 상기 제1영역의 온도를 조절하도록 이루어지는 제1냉각자켓, 및 상기 제2영역에 대응되는 상기 챔버를 감싸도록 설치되며, 냉각 유체의 순환을 통하여 상기 제2영역의 온도를 조절하도록 이루어지는 제2냉각자켓을 더 포함한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 과불화 화합물 처리 시스템은, 상기 챔버로부터 유출되는 가스를 분석하여, 상기 과불화 화합물의 농도가 기설정된 농도 이상인 경우 제1밸브를 열어 상기 가스가 상기 챔버로 유입되도록 하고, 상기 과불화 화합물의 농도가 기설정된 농도 이하인 경우 제2밸브를 열어 상기 가스를 방출시키도록 형성되는 가스분석기를 더 포함한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 과불화 화합물은 반도체 공정에서 발생하는 난분해성 온실가스가 될 수 있다.
또한, 상기 과불화 화합물 처리 시스템은, 상기 과불화 화합물과 상기 반도체 공정에 이용되는 질소 가스를 혼합하여 상기 챔버로 유입시키도록 형성되는 가스혼합기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 촉매유닛은 챔버 내의 전자빔 비조사 영역(즉, 제2영역)에 구비되므로, 챔버로부터 전달되는 열에 의해 가열되어 활성이 향상될 수 있다. 따라서, 촉매층을 활성 온도까지 가열하기 위하여 별도의 에너지가 투입될 필요가 없어 보다 경제적인 시스템이 구축될 수 있으며, 촉매층의 활성화로 과불화 화합물의 분해율이 보다 향상될 수 있다.
상기 구조에 의하면, 전자빔은 촉매유닛에 직접 조사되지 않아 촉매층의 손상이 방지될 수 있다. 촉매유닛은 전자빔의 조사 방향과 주로 평행하도록 배치되는 복수의 촉매층으로 구성되어, 손상이 비교적 빨리 일어나는 전자빔 조사 영역에 인접하여 설치되는 촉매층만을 선택적으로 교체할 수 있으므로, 비용 및 폐기물이 저감될 수 있다.
아울러, 열전달판이 챔버의 내벽에 설치되어 촉매층으로의 열전달이 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 제1 및 제2냉각자켓을 통하여 제1 및 제2영역의 온도가 독립적으로 제어될 수 있으며, 가스분석기를 이용하여 과불화 화합물이 최종적으로 특정 농도 이하로 배출되도록 제어될 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 과불화 화합물 처리 시스템의 일 예를 보인 개념도.
도 2는 도 1의 선택적으로 교체 가능한 촉매층을 보인 개념도.
도 3은 도 1에 도시된 챔버의 온도를 제1 및 제2영역별로 제어할 수 있는 구조의 일 예를 보인 개념도.
도 4는 도 1의 가스분석기의 가스 처리 방법을 보인 순서도.
이하, 본 발명에 관련된 과불화 화합물 처리 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명과 관련된 과불화 화합물 처리 시스템(100)의 일 예를 보인 개념도이다.
도 1을 참조하면, 과불화 화합물 처리 시스템(100)은 챔버(110), 전자빔 조사장치(120) 및 촉매유닛(130)을 포함한다.
본 발명에서 처리하고자 하는 삼불화질소(NF3), 육불화황(SF6) 등의 과불화 화합물[PFCs(perfluorinated compounds)]은 반도체 공정을 포함한 다양한 산업활동을 통해 발생된다. 예를 들어, 과불화 화합물은 반도체 공정(예를 들어, 에칭 공정, 화학 증착 공정 등) 중에 발생하는 난분해성 온실가스가 될 수 있다.
챔버(110)는 과불화 화합물이 유입된 후 전자빔과 촉매층(131)에 의한 분해 과정을 거쳐 적절한 농도 이하로 유출되도록 형성된다. 상기 분해 과정은, 예를 들어, 2NF3→N2+3F2(불소를 불화수소로 유도하기 위하여 수소가 투입될 경우, 2NF3+3H2→N2+6HF), SF6→S+3F2(불소를 불화수소로 유도하기 위하여 수소가 투입될 경우, SF6+3H2→S+6HF)로 나타날 수 있다.
본 발명의 과불화 화합물 처리 시스템(100)이 반도체 공정을 통하여 발생된 과불화 화합물을 처리하는 것으로 가정하는 경우, 과불화 화합물은 반도체 공정에 이용되는 질소 가스와 혼합된 상태로 챔버(110)로 유입되게 된다. 다만, 상기 질소 가스는 과불화 화합물 처리 과정에서 반응을 일으키지는 않는다. 이때, 가스혼합기(140)는 과불화 화합물과 질소 가스를 일정한 농도로 혼합하여 챔버(110)로 유입시키도록 구성될 수 있다.
챔버(110)는 일방향으로 연장되는 긴 파이프 형태로 형성되고, 전자빔이 조사되는 제1영역(111)과 촉매가 설치되는 제2영역(112)을 구비한다. 이때, 제1영역(111)은 제2영역(112) 전방에 위치하여, 과불화 화합물의 적어도 일부가 전자빔에 의해 분해된 후, 나머지의 적어도 일부가 촉매층(131)에 의해 분해되도록 구성된다.
전자빔 조사장치(120)는 제1영역(111)에 전자빔을 조사하여 과불화 화합물을 분해하도록 형성된다. 구체적으로, 제1영역(111)에 대응되는 챔버(110)의 외주면에는 전자빔이 통과 가능한 윈도우(113)가 형성된다. 윈도우(113)는, 예를 들어, 챔버(110)의 상단 개구부에 설치되는 티타늄 호일(titanium foil)이 될 수 있다. 전자빔 조사장치(120)는 윈도우(113)를 덮도록 설치되어 제1영역(111)에 전자빔을 조사하도록 이루어진다.
챔버(110)의 제1영역(111), 즉, 전자빔의 조사 영역을 벗어난 제2영역(112)에는 촉매유닛(130)이 설치되어 전자빔에 의해 분해되지 않은 과불화 화합물을 분해하도록 형성된다. 앞서 설명한 전자빔 조사장치(120)에 의하여 제1영역(111)에 전자빔이 조사되면 챔버(110)는 전자빔에 의해 가열되고, 촉매유닛(130)은 챔버(110)로부터 전달되는 열에 의해 가열되어 활성이 향상되도록 이루어진다. 촉매유닛(130)은 전자빔에서 발생되는 열에 의해 가열될 수도 있다.
상기 구조에 의하면, 촉매층(131)을 활성 온도까지 가열하기 위하여 별도의 에너지가 투입될 필요가 없어 보다 경제적인 시스템이 구축될 수 있으며, 촉매층(131)의 활성화로 과불화 화합물의 분해율이 보다 향상될 수 있다. 또한, 전자빔이 촉매유닛(130)에 직접 조사되지 않아 촉매층(131)의 손상이 방지될 수 있다.
도 2는 도 1의 선택적으로 교체 가능한 촉매층(131)을 보인 개념도이다.
도 2를 앞선 도 1과 함께 참조하면, 촉매유닛(130)은 선택적으로 교체 가능하게 설치되는 복수의 촉매층(131)을 포함한다. 복수의 촉매층(131)은, 전자빔의 직접적인 조사에 의한 손상이 방지되도록, 전자빔 조사장치(120)에서 조사되는 전자빔의 조사 방향과 주로 평행하도록 배치되는 것이 바람직하다.
본 도면에서는, 전자빔이 상하방향[즉, 챔버(110)의 폭방향]으로 조사되며, 촉매층(131)이 제2영역(112)에 전자빔의 조사 방향과 평행하게 설치된 것을 보이고 있다. 상기 구조에 의하면, 손상이 비교적 빨리 일어나는 전자빔 조사 영역에 인접하여 설치되는 촉매층(131a, 131b)만을 선택적으로 교체할 수 있으므로, 비용 및 폐기물이 저감될 수 있다.
아울러, 복수의 촉매층(131)은 열전달판(132)에 의하여 지지될 수 있다. 복수의 촉매층(131)을 수용하는 열전달판(132)은 열전도도가 높은 재질로 형성되고 제2영역(112)에 대응되는 챔버(110)의 내벽에 설치되어, 복수의 촉매층(131)으로 보다 많은 양의 열을 전달하도록 이루어진다. 이와 달리, 촉매층(131)은 별도의 열전달판(132) 없이 제2영역(112)에 대응되는 챔버(110)의 내벽에 직접 접촉하여 설치되도록 구성될 수도 있다.
도 3은 도 1에 도시된 챔버(110)의 온도를 제1 및 제2영역(111, 112)별로 제어할 수 있는 구조의 일 예를 보인 개념도이다.
도 3을 참조하면, 챔버(110)의 제1 및 제2영역(111, 112)의 온도는 각각 독립적으로 제어 가능하도록 구성될 수 있다. 본 도면에서는 챔버(110)에 제1 및 제2냉각자켓(161, 162)이 설치되어 이를 구현한 것을 보이고 있다.
구체적으로, 제1냉각자켓(161)은 제1영역(111)에 대응되는 챔버(110)를 감싸도록 설치되고, 냉각 유체의 순환을 통하여 제1영역(111)의 온도를 조절하도록 이루어진다. 또한, 제2냉각자켓(162)은 제2영역(112)에 대응되는 챔버(110)를 감싸도록 설치되며, 냉각 유체의 순환을 통하여 제2영역(112)의 온도를 조절하도록 이루어진다.
상기 구조에 의하면, 제1 및 제2냉각자켓(161, 162)을 흐르는 냉각 유체의 온도, 유량 등을 적절하게 조절함으로써, 제1 및 제2영역(111, 112)의 온도가 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 촉매층(131)의 온도가 활성 온도 이상으로 과도하게 가열되지 않도록 제2냉각자켓(162)을 흐르는 냉각 유체를 적정 조건으로 순환시킴으로써, 촉매층(131)이 적정 활성 온도를 유지하도록 구성될 수 있다.
도 4는 도 1의 가스분석기(150)의 가스 처리 방법을 보인 순서도이다.
도 4를 앞선 도 1과 함께 참조하면, 가스분석기(150)는 챔버(110)로부터 유출되는 가스를 분석하여, 일정 기준에 따라 상기 가스를 방출 또는 재처리하도록 이루어진다.
구체적으로, 가스분석기(150)는 챔버(110)로부터 유출되는 가스의 농도를 측정한다(S10). 상기 가스에 포함된 과불화 화합물의 농도가 기설정된 농도를 초과하는 경우 제1밸브(151)를 열어 상기 가스가 다시 챔버(110)로 유입되도록 하고(S20, S30), 과불화 화합물의 농도가 기설정된 농도 이하인 경우 제2밸브(152)를 열어 상기 가스를 방출시키도록 형성된다(S20, S40). 이러한 가스분석기(150)를 이용하여 과불화 화합물이 최종적으로 특정 농도 이하로 배출되도록 제어될 수 있다.
이상에서 설명한 과불화 화합물 처리 시스템은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 과불화 화합물(perfluorinated compounds, PFCs)이 유입 후 유출되도록 형성되고, 제1영역과 제2영역을 구비하는 챔버;
    상기 제1영역에 전자빔을 조사하여 상기 과불화 화합물을 분해하도록 형성되는 전자빔 조사장치; 및
    상기 제2영역에 설치되어 상기 전자빔에 의하여 분해되지 않은 상기 과불화 화합물을 분해하도록 형성되고, 상기 챔버로부터 전달되는 열에 의해 가열되어 활성이 향상되도록 이루어지는 촉매유닛을 포함하며,
    상기 챔버는 일방향으로 연장되게 형성되고, 상기 제1영역은 상기 제2영역 전방에 구비되는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 처리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역에 대응되는 상기 챔버의 외주면에는 상기 전자빔이 통과 가능한 윈도우가 형성되며,
    상기 전자빔 조사장치는 상기 윈도우를 덮도록 설치되는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 촉매유닛은 선택적으로 교체 가능하게 설치되는 복수의 촉매층을 포함하는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 촉매층은, 상기 전자빔의 직접적인 조사에 의한 손상이 방지되도록, 상기 전자빔 조사장치에서 조사되는 상기 전자빔의 조사 방향과 평행하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 처리 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 촉매유닛은, 상기 복수의 촉매층을 지지하고 상기 제2영역에 대응되는 상기 챔버의 내벽에 설치되어 상기 복수의 촉매층으로 열을 전달하도록 형성되는 열전달판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 처리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역에 대응되는 상기 챔버를 감싸도록 설치되고, 냉각 유체의 순환을 통하여 상기 제1영역의 온도를 조절하도록 이루어지는 제1냉각자켓; 및
    상기 제2영역에 대응되는 상기 챔버를 감싸도록 설치되며, 냉각 유체의 순환을 통하여 상기 제2영역의 온도를 조절하도록 이루어지는 제2냉각자켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 처리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 챔버로부터 유출되는 가스를 분석하여, 상기 과불화 화합물의 농도가 기설정된 농도 이상인 경우 제1밸브를 열어 상기 가스가 상기 챔버로 유입되도록 하고, 상기 과불화 화합물의 농도가 기설정된 농도 이하인 경우 제2밸브를 열어 상기 가스를 방출시키도록 형성되는 가스분석기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 처리 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 과불화 화합물은 반도체 공정에서 발생하는 난분해성 온실가스인 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 과불화 화합물과 상기 반도체 공정에 이용되는 질소 가스를 혼합하여 상기 챔버로 유입시키도록 형성되는 가스혼합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과불화 화합물 처리 시스템.
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