KR101611255B1 - 유해가스 처리설비 - Google Patents

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KR101611255B1
KR101611255B1 KR1020150164768A KR20150164768A KR101611255B1 KR 101611255 B1 KR101611255 B1 KR 101611255B1 KR 1020150164768 A KR1020150164768 A KR 1020150164768A KR 20150164768 A KR20150164768 A KR 20150164768A KR 101611255 B1 KR101611255 B1 KR 101611255B1
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이원주
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코어 플라즈마 테크놀로지 아이엔씨
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Abstract

본 발명은, 유해가스 처리설비에 관한 것으로, 마이크로웨이브를 생성하는 하나 또는 복수 개의 마이크로웨이브 발생유닛; 상기 마이크로웨이브 발생유닛에서 생성된 상기 마이크로웨이브가 공급되는 도파로가 형성된 복수 개의 웨이브 가이드들; 상기 공정챔버로부터 배출되는 상기 유해가스가 유동되는 제1 배관과, 상기 진공펌프를 향해 상기 유해가스가 유동되는 제2 배관 사이에 설치되며, 외측에 상기 웨이브 가이드들이 상기 유해가스의 유동 방향을 따라 설정 간격 이격되며 연결되어 있어 내부에는 상기 유해가스 내 유해물질을 분해할 수 있도록 상기 각 웨이브 가이드로부터 상기 마이크로웨이브가 유입되면, 유입된 상기 마이크로웨이브가 내부에서 반사되면서 상기 마이크로웨이브에 의하여 플라즈마 방전이 발생되는 복수 개의 플라즈마 방전영역이 형성된 플라즈마 방전챔버; 및 상기 플라즈마 방전챔버 내부에 배치되되, 상기 복수 개의 플라즈마 방전영역이 이격된 길이보다 더 길게 형성되어 상기 복수 개의 플라즈마 방전영역을 동시에 커버하고, 상기 공정챔버로부터 유입되는 상기 유해가스의 전체 또는 일부가 유동하도록 중공의 튜브 형상으로 형성되어 상기 플라즈마 방전을 위한 이온 또는 전자가 상기 플라즈마 방전챔버와 접촉되어 외부로 누설되는 것을 방지하는 차폐부재를 포함한다.

Description

유해가스 처리설비{Facility for purifying harmful gas}
본 발명은 유해가스 처리설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정챔버로부터 배출되는 유해가스 내 유해물질의 제거율이 높을 뿐만 아니라 비용이 절감되는 유해가스 처리설비에 관한 것이다.
반도체나 디스플레이 제조를 위해서는 저압의 공정챔버 내에 다양한 원료들을 주입하고, 애싱(ashing), 증착 식각, 사진, 세정 및 질화 등의 공정들을 수행한다. 이러한 공정들에서는 각종 휘발성 유기화합물, 산, 악취 유발 기체, 발화성 물질, 온실가스나 PFCs와 같은 환경규제 물질에 해당하는 물질들이 포함된 유해가스가 생성되거나 이용된다. 따라서 이러한 유해가스 내 오염 물질들을 제거하기 위해 공정챔버들을 진공 상태로 만들고, 후단에 진공펌프를 설치하여 유해가스를 정화시킨 후 대기로 방출하고 있다.
종래에는 공정설비에서 발생되는 유해가스 처리설비로 도 1에 도시된 바와 같이, 공정챔버(10)의 하부에 유해가스 내 유해물질들을 제거하는 플라즈마 반응기(30)가 설치되고, 상기 플라즈마 반응기(30)의 하부에는 진공펌프(50)가 설치되어 있다. 상기 공정챔버(10)와 상기 플라즈마 반응기(30) 사이는 배관(20)이 설치되어 있으며, 상기 플라즈마 반응기(30)와 상기 진공펌프(50) 사이에도 배관(20)이 설치되어 있다.
이러한 유해가스 처리설비에 설치되는 통상의 플라즈마 반응기(30)는 무선주파수(RF)와 유도성 결합 플라즈마(inductively coupled plasma) 방식을 적용하는데 이 방식은 방전 안정성이 낮기 때문에 방전을 안정화시키기 위한 추가 장치가 요구된다.
이러한 플라즈마 반응기의 문제점을 해결하기 위하여 등록특허 제10-1278682호, 등록특허 제10-1063515호에 개시된 바와 같은 플라즈마 반응기가 개발되었다. 개발된 플라즈마 반응기는 AC 방전에 의한 방법으로 플라즈마 방전이 발생하기 때문에, 고전압/고전류의 구동에 의하여 전기 사용량이 매우 큰 문제점이 있고, 유해가스의 유동량이 많은 도관의 가운데 부분으로는 플라즈마의 강도가 약해서 유해가스의 분해 성능이 저하되는 문제점이 있다.
더욱이 1개의 플라즈마 반응기만으로는 유해가스의 분해성능을 향상시키는데 한계가 있는데, 이를 보강하기 위해 2개의 플라즈마 반응기를 설치하게 되면 설비의 비용이 거의 2배가 되므로, 초기 투자비용이 크게 증가되는 문제점이 있다.
대한민국등록특허 제10-1063515호
본 발명은 공정챔버로부터 배출되는 유해가스 내 유해물질의 제거율이 높을 뿐만 아니라 비용이 절감되는 유해가스 처리설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 진공펌프에 의해 진공상태로 공정이 수행되는 하나 또는 복수 개의 공정챔버에서 배출되는 유해가스를 처리하는 설비에 있어서, 마이크로웨이브를 생성하는 하나 또는 복수 개의 마이크로웨이브 발생유닛; 상기 마이크로웨이브 발생유닛에서 생성된 상기 마이크로웨이브가 공급되는 도파로가 형성된 복수 개의 웨이브 가이드들; 상기 공정챔버로부터 배출되는 상기 유해가스가 유동되는 제1 배관과, 상기 진공펌프를 향해 상기 유해가스가 유동되는 제2 배관 사이에 설치되며, 외측에 상기 웨이브 가이드들이 상기 유해가스의 유동 방향을 따라 설정 간격 이격되며 연결되어 있어 내부에는 상기 유해가스 내 유해물질을 분해할 수 있도록 상기 각 웨이브 가이드로부터 상기 마이크로웨이브가 유입되면, 유입된 상기 마이크로웨이브가 내부에서 반사되면서 상기 마이크로웨이브에 의하여 플라즈마 방전이 발생되는 복수 개의 플라즈마 방전영역이 형성된 플라즈마 방전챔버; 및 상기 플라즈마 방전챔버 내부에 배치되되, 상기 복수 개의 플라즈마 방전영역이 이격된 길이보다 더 길게 형성되어 상기 복수 개의 플라즈마 방전영역을 동시에 커버하고, 상기 공정챔버로부터 유입되는 상기 유해가스의 전체 또는 일부가 유동하도록 중공의 튜브 형상으로 형성되어 상기 플라즈마 방전을 위한 이온 또는 전자가 상기 플라즈마 방전챔버와 접촉되어 외부로 누설되는 것을 방지하는 차폐부재를 포함하는 유해가스 처리설비를 제공한다.
본 발명에 따른 유해가스 처리설비는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 하나의 플라즈마 방전챔버에 복수 개의 웨이브 가이드를 연결하여 플라즈마 방전이 발생되는 플라즈마 방전영역을 복수 개 형성함으로써, 유해가스가 플라즈마 방전챔버를 유동하는 동안 플라즈마 방전에 복수 회 노출되어 유해가스 내 유해물질의 분해력이 향상되는 효과를 가질 수 있다.
특히, 유해가스가 유동하는 방향에 따라 먼저 보강간섭에 의한 플라즈마 방전이 개시된 후, 유해물질이 분해된 미세입자들에 의해 플라즈마 방전이 확산되므로 유해가스 내 유해물질의 분해력이 더욱 향상되는 효과를 가질 수 있다.
둘째, 차폐부재의 길이가 플라즈마 방전챔버 내 플라즈마 방전영역들이 이격되는 길이보다 더 길게 형성되므로, 플라즈마 방전영역에서 이온 또는 전자가 플라즈마 방전챔버와 접촉되어 외부로 누설되는 것을 방지할 뿐 아니라, 플라즈마 방전영역들 사이에서도 이온 또는 전자가 플라즈마 방전챔버와 접촉되어 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있어 유해가스 처리설비의 효율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 하나의 차폐부재로 복수 개의 방전영역을 동시에 커버하므로, 유해가스 처리설비가 전체적으로 컴팩트해지고, 제조시간 및 제조비용이 감소되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 유해가스 처리설비가 도시된 간략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 처리설비가 도시된 간략도이다.
도 3은 도 2의 A-A`의 단면이 도시된 횡단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B`의 단면이 도시된 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유해가스 처리설비가 도시된 간략도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유해가스 처리설비가 도시된 간략도이다.
도 2 내지 도 6에는 본 발명에 따른 유해가스 처리설비가 도시되어 있다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명에 따른 유해가스 처리설비는 진공펌프에 의해 진공상태로 공정이 수행되는 공정챔버에서 발생된 유해가스를 배출시켜 상기 유해가스를 처리하는 설비이다.
도 2를 참조하여 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 처리설비(100)는, 공정챔버(110), 마이크로웨이브 발생유닛(미도시), 웨이브 가이드(140a, 140b)들, 플라즈마 방전챔버(130), 차폐부재(170) 및 진공펌프(150)를 포함한다.
먼저, 상기 공정챔버(110)는 반도체 또는 디스플레이의 다양한 작업 공정이 이루어지는 것으로서, 애싱(ashing), 증착, 식각, 사진, 세정 및 질화 등의 공정이 수행되는 챔버이다. 본 실시에에서는 상기 공정챔버(110)에서 에칭(etching) 공정이 이루어지는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 상기 에칭 공정에서는 다양한 공정가스 및 반응가스가 공급이 되며, 상기 에칭 공정에서 사용되는 상기 공정가스는 사불화탄소(CF4), 삼불화질소(NF3) 등의 유해물질이 있다. 이렇게 유해한 공정가스 중에서 일부는 사용되지 않고, 상기 공정챔버(110)로부터 배출된다.
상기 진공펌프(150)는 상기 공정챔버(110) 및 상기 플라즈마 방전챔버(130)들의 내부를 대기압보다 기압이 낮은 진공상태로 만들고, 상기 공정챔버(110)에서 상기 에칭 공정이 끝난 후 잔류된 유해가스를 배출할 수 있도록 펌핑하는 역할을 하는 것이다. 상기 진공펌프(150)에 의하여, 상기 공정챔버(110)에서 상기 진공펌브(150) 까지는 진공 환경이 조성된다.
한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 진공펌프(150)의 후단에는 배기관(미도시)이 설치되어 상기 유해가스가 상기 배기관을 통해 대기 중으로 배출될 수 있다. 또는 상기 진공펌프(150)의 후단에 스크러버(미도시)가 추가로 더 설치될 수도 있다. 상기 스크러버(미도시)는 예시적으로 습식 스크러빙 장치 등이 적용된다.
상기 공정챔버(110)에서 에칭 공정에 의해 배출되는 유해가스에는 상기 에칭 공정 시 미반응한 원료 및 공정 부산물 등도 유해물질로 더 포함될 수도 있다. 따라서 이러한 유해가스 내 유해물질을 제거하기 위해 상기 공정챔버(110)와 상기 진공펌프(150) 사이에는 상기 플라즈마 방전챔버(130)들 및 상기 웨이브 가이드(140a, 140b)가 설치되며, 상기 웨이브 가이드(140a, 140b)를 통해 유입되는 마이크로웨이브에 의해 상기 플라즈마 방전챔버(130)들에서 발생되는 플라즈마에 의해 상기 유해가스 내 유해물질들의 분해가 더 잘 이루어져 상기 유해물질이 제거될 수 있다. 이에 대해서는 후술에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 마이크로웨이브 발생유닛(미도시)은 마이크로웨이브를 생성하는 것으로 하나 또는 복수 개 구비된다. 본 실시예에서는 복수 개의 상기 마이크로웨이브 발생유닛(미도시)이 구비되는 것을 예로 들어 설명한다. 상기 마이크로웨이브 발생유닛(미도시)에서 발생된 상기 마이크로웨이브는 후술되는 상기 플라즈마 방전챔버(130)에서 플라즈마 방전이 발생될 수 있도록 공급된다. 상기 마이크로웨이브 발생유닛(미도시)은 예시적으로 마그네트론이 적용되지만 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 마이크로웨이브 발생유닛(미도시)이 하나 구비되면 상기 마이크로웨이브 발생유닛(미도시)에서 생성되는 상기 마이크로웨이브를 분리하는 마이크로웨이브 스플리팅 유닛(미도시) 더 구비될 수 있다. 후술되는 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 플라즈마 방전챔버(130)로 상기 마이크로웨이브를 전달하는 상기 웨이브 가이드(140a, 140b)가 복수 개 구비되기 때문에 상기 마이크로웨이브 발생유닛(미도시)이 하나 구비되면, 상기 각 웨이브 가이드(140a, 140b)로 상기 마이크로웨이브를 공급할 수 있도록 상기 마이크로웨이브를 분리시키는 상기 마이크로웨이브 스플리팅 유닛(미도시)이 더 구비될 수 있는 것이다.
전술에서 상기 마이크로웨이브 발생유닛(미도시)에서 발생되는 상기 마이크로웨이브는 상기 플라즈마 방전챔버(130)들로 공급된다고 서술하였는데, 보다 구체적으로는 상기 웨이브 가이드(140a, 140b)들을 통해 공급되는 것이다. 즉, 상기 각 마이크로웨이브 발생유닛(미도시)에서 발생된 상기 마이크로웨이브는 상기 각 웨이브 가이드(140a, 140b)를 통해 상기 플라즈마 방전챔버(130)로 공급된다.
상기 웨이브 가이드(140a, 140b)는 전술한 바와 같이 상기 각 마이크로웨이브 발생유닛(미도시)에서 생성되어 공급된 상기 마이크로웨이브를 상기 플라즈마 방전챔버(130)로 전달할 수 있도록 도파로가 형성되어 있다. 즉, 상기 마이크로웨이브가 상기 웨이브 가이드(140a, 140b)의 도파로를 따라 유동되는 것이다.
상기 웨이브 가이드(140a, 140b)는 도 2에 도시된 바와 같이, 후술되는 상기 플라즈마 방전챔버(130)에 연결되도록 상기 유해가스가 유동되는 방향을 따라 설정 간격 이격되어 설치되며, 상기 웨이브 가이드(140a, 140b)를 통해 상기 마이크로웨이브는 상기 플라즈마 방전챔버(130)로 공급되고, 상기 마이크로웨이브가 상기 유해가스 내 유해물질을 분해할 수 있도록 플라즈마 방전을 발생시킨다. 본 실시예에서는 상기 웨이브 가이드(140a, 140b)가 두 개 구비된다.
본 실시예에서는 상기 웨이브 가이드(140a, 140b)가 상기 플라즈마 방전챔버(130)를 기준으로 상호 대칭되어 구비되는 것이 예시적으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 상기 웨이브 가이드(140a, 140b)가 상기 플라즈마 방전챔버(130)를 향해 평행하게 배치되거나, 상기 플라즈마 방전챔버(130)를 기준으로 상기 웨이브 가이드(140a, 140b)가 90°각도와 같이, 다양한 각도로 배치되어 구비될 수도 있다.
후술되겠지만, 본 실시예에서는 상기 플라즈마 방전챔버(130)에서 플라즈마 방전이 발생되는 플라즈마 방전영역이 두 곳 형성된다. 따라서 상기 플라즈마 방전영역에 대응되게 상기 플라즈마 방전챔버(130)에 각각 연결되도록 두 개의 상기 웨이브 가이드(140a, 140b)가 구비되는 것이다.
상기 플라즈마 방전챔버(130)는 상기 공정챔버(110)로부터 배출되는 상기 유해가스가 유동하는 제1 배관(121)과, 상기 진공펌프(150)를 향해 상기 유해가스가 유동되는 제2 배관(123) 사이에 배치되어 상기 제1 배관(121) 및 상기 제2 배관(120)에 착탈 가능하게 결합된다.
상기 플라즈마 방전챔버(130)는 내부에 길이 방향을 따라 관통된 내부공간이 형성되어 있으며, 전술한 바와 같이 상기 웨이브 가이드(140a, 140b)를 통해 상기 마이크로웨이브가 상기 내부공간으로 공급된다. 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 내부공간으로는 상기 공정챔버(110)로부터 배출되는 상기 유해가스가 유입되며, 상기 마이크로웨이브가 상기 유해가스 내 유해물질과 접촉하면서 플라즈마 방전을 발생시킨다. 따라서 상기 플라즈마 방전챔버(130)에는 상기 공정챔버(110)로부터 배출되는 상기 유해가스가 유입되는 유입측과, 상기 유해가스가 상기 진공펌프(150)로 배출되는 배출측이 형성되어 있다.
상기 플라즈마 방전챔버(130)의 내부면은 상기 각 웨이브 가이드(140a, 140b)를 통해 공급되는 상기 마이크로웨이브가 반사될 수 있도록 형성된다. 후술되겠지만, 상기 플라즈마 방전챔버(130)에서도 개시방전이 발생되는 영역에는 반사챔버(160)가 연장 형성되는데 상기 반사챔버(160)도 상기 마이크로웨이브가 반사될 수 있도록 형성된다. 한편, 상기 반사챔버(160)는 별도로 구비되어 상기 플라즈마 방전챔버(130)를 둘러싸도록 설치될 수도 있는데, 이러한 경우 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 내부 중 상기 반사챔버(160)가 둘러싸는 영역과 대응되는 영역을 제외한 나머지 영역이 반사될 수 있도록 형성되는 것이다. 즉, 상기 반사챔버(160)가 설치되는 영역과 대응되는 영역은 상기 마이크로웨이브가 투과될 수 있도록 형성될 수도 있다.
따라서 상기 플라즈마 방전챔버(130) 중 상기 마이크로웨이브가 투과되는 영역은 상기 마이크로웨이브를 투과시킬 수 있는 소재로 형성되며, 상기 마이크로웨이브를 투과시키는 소재는 쿼츠 소재, 세라믹 소재, 플라스틱 소재 및 탄소 소재 중 어느 하나 이상을 포함한다.
그러나 본 실시예에서는 상기 플라즈마 방전챔버(130)와 상기 반사챔버(160)가 모두 상기 마이크로웨이브를 반사시키도록 형성되므로, 상기 플라즈마 방전챔버(130) 및 상기 반사챔버(160)는 도전성 소재를 포함하여 형성된다.
상기 플라즈마 방전챔버(130)는 예를 들어 직육면체, 원기둥 등 다양한 형태로 형성된다. 본 실시예에서는 상기 플라즈마 방전챔버(130)가 원기둥의 형태로 형성된 것을 예로 들어 설명한다. 상기 플라즈마 방전챔버(130)는 상기 마이크로웨이브 발생유닛(미도시)으로부터 생성된 상기 마이크로웨이브에 의한 상기 플라즈마 방전이 발생되는 영역이 상기 유해가스가 유동하는 방향을 따라 복수 개 형성된다.
본 실시예에서는 상기 플라즈마 방전챔버(130) 내에 보강간섭에 의해 플라즈마 방전이 개시되는 제1 영역(131, 이하 개시방전 영역을 병기)과, 상기 제1 영역(131)에서 유해가스 내 유해물질이 분해된 미세입자에 의해 플라즈마 방전이 확산되는 제2 영역(133, 이하 확산방전 영역을 병기)이 형성된다. 특히, 본 실시예에서는 상기 제1 영역(131)이 상기 제2 영역(133)보다 먼저 형성되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 플라즈마 방전챔버(130)에 상기 제1 영역(131)과 상기 제2 영역(133)이 형성되므로, 전술한 바와 같이 상기 플라즈마 방전챔버(130)에 두 개의 상기 웨이브 가이드(140a, 140b)가 연결되게 설치되는 것이다.
한편, 본 실시예에서는 하나의 상기 플라즈마 방전챔버(130)에 상기 플라즈마 방전이 발생되는 상기 제1 영역(131)과 상기 제2 영역(133)이 형성되는 것을 예로 들어 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예와는 다르게 상기 플라즈마 방전챔버를 복수 개 구비하여 설치함으로써, 각각의 상기 플라즈마 방전챔버에서 플라즈마 방전이 발생할 수도 있다. 이렇게 상기 플라즈마 방전챔버가 복수 개 구비될 때에는 이웃하는 상기 플라즈마 방전챔버를 연결하기 위해 연결부재(미도시)가 구비되어, 상기 연결부재(미도시)에 의해 상기 플라즈마 방전챔버들이 연결될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 상기 플라즈마 방전챔버(130)에는 반응가스 공급부(미도시)가 형성된다. 상기 반응가스 공급부(미도시)는 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 유입측에 가까이 형성되어 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 내부로 상기 유해가스가 유입될 때, 반응가스를 더 공급할 수 있다.
상기 반응가스는 예시적으로 수증기(H20), 기체 또는 액체 중 어느 하나가 사용된다. 상기 유해가스 내 유해물질은 종류가 매우 다양하기 때문에 상기 마이크로웨이브만으로 분해가 잘 이루어지지 않을 수 있다. 따라서 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 내부로 공급된 상기 반응가스가 상기 유해가스와 혼합되어 0/O2 라디칼(radical), OH 라디칼 형성에 도움을 주어 상기 마이크로웨이브와의 플라즈마 방전이 더 활발하게 발생될 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 반응가스는 상기 유해가스와 혼합되면서 상기 유해가스가 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 내부를 스월 형태로 유동시키기 때문에 상기 유해가스가 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 내부에서 지체하는 시간을 증가시켜 상기 마이크로웨이브와 플라즈마 방전을 발생시키는 시간을 증가시키고 이에 따라 상기 유해가스 내 유해물질의 분해성능을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.
상기 차폐부재(170)는 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 내부에 배치되며, 상기 플라즈마 방전을 위한 이온 또는 전자가 상기 플라즈마 방전챔버(130)와 접촉되어 외부로 누설되는 것을 방지한다. 상기 차폐부재(170)는 상기 마이크로웨이브를 투과시킬 수 있어야 하므로 석영 또는 세라믹 도관으로 형성된다. 따라서 플라즈마 방전 시, 생성되는 이온 또는 전자가 상기 플라즈마 방전챔버와 접촉되어 외부로 누설되는 것을 방지한다.
상기 차폐부재(170)는 보다 구체적으로 중공의 원통 기둥 형상(원통 튜브 형상)으로 형성되는데, 특히 본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 차폐부재(170)가 상기 플라즈마 방전챔버(130)에서 상기 제1 영역(131)과 상기 제2 영역(133)이 이격된 길이보다 더 길게 형성된다. 즉, 하나의 상기 차폐부재(170)가 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 상기 제1 영역(131)과 상기 제2 영역(133)을 동시에 커버하여 플라즈마 방전을 위한 이온 또는 전자가 상기 플라즈마 방전챔버(130)와 접촉되어 외부로 누설되는 것을 방지하는 것이다.
상기 차폐부재(170)의 길이를 상기 제1 영역(131) 및 상기 제2 영역(133)의 길이에 대응되게 짧게 형성하고 복수 개 구비하여 상기 플라즈마 방전챔버(170) 내에 상기 플라즈마 방전이 발생되는 각각의 영역에 대응되도록 상기 차폐부재(170)를 구비할 수도 있으나, 상기 차폐부재(170)는 상기 플라즈마 방전챔버(170)의 내부로 내삽되어 배치되는 것이므로 상기 제1 영역(131)과 상기 제2 영역(133)에 대응되도록 정확한 위치를 결정하는 것이 쉽지 않다. 또한, 상기 제1 영역(131)과 상기 제2 영역(133)에 각각 상기 차폐부재를 구비하면, 각각의 상기 차폐부재에 진공 실링을 해야하기 때문에 구조가 복잡해지고 비용이 증가되는 원인이 된다.
그러나 본 실시예에서와 같이 상기 차폐부재(170)의 길이를 길게 형성하면, 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 내부에 내삽하는 것도 용이할 뿐 아니라, 상기 플라즈마 방전챔버(130)에서 상기 제1 영역(131) 및 상기 제2 영역(133)과, 상기 제1 영역(131) 및 상기 제2 영역(133) 사이의 공간까지 이온 또는 전자가 상기 플라즈마 방전챔버(130)와 접촉되어 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
상기 차폐부재(170)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 내부면에 밀착되도록 내삽된다. 그러나 이에 한정되지 않고, O-ring의 구조에 의해 이격되거나, 상기 차페부재(170)의 깨짐을 감지하는 센서를 위치시킬 수 있도록 이격될 수도 있다. 상기 차폐부재(170)가 상기 반사챔버(160)의 내부면으로부터 이격되면, 상기 차폐부재(170)와 상기 반사챔버(160)의 내부면 사이에 상기 차폐부재(170)의 내부 공정조건을 모니터링 하도록, 상기 사이 공간에 온도 센서 등의 다양한 센서를 설치할 수도 있으며, 상기 사이 공간으로 냉각 유체를 유입시켜서 상기 차폐부재(170) 등을 냉각할 수도 있다.
상기 차폐부재(170)가 상기 반사챔버(160)의 내부면으로부터 이격되는 설정 거리(LD)는 다음의 [수학식 1]에 의하여 결정된다. 그러나 상기 반사챔버(160)내에서 상기 차폐부재(170)가 이격되어 배치되는 유무에 관계없이 상기 마이크로웨이브의 보강간섭이 발생할 수 있기 때문에, 상기 유해물질의 분해가 효과적으로 수행될 수 있다. 다음의 [수학식 1]에서 ±1/8×λ는 오차 범위를 의미한다.
[수학식 1]
LD=(2n+1)/4×λ±1/8×λ
여기서, LD는 상기 이격거리이고, λ는 상기 마이크로웨이브의 파장이며, n은 0 또는 양의 정수이다.
한편, 본 실시예에 따른 상기 유해가스 처리설비(100)는 반사챔버(160) 및 메시부재(180)들을 더 포함한다. 상기 반사챔버(160)는 상기 플라즈마 방전챔버(130)로 유입되는 상기 마이크로웨이브 사이에 보강간섭을 발생시키는 것이다. 상기 반사챔버(160)는 상기 플라즈마 방전챔버(130)로부터 연장되어 형성되는데, 상기 반사챔버(160)의 횡단면의 크기가 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 횡단면의 크기보다 더 크게 형성된다, 상기 반사챔버(160)가 연장 형성되는 위치는 상기 웨이브 가이드(140a)가 연결되는 위치와 대응되는 위치이다.
즉, 본 실시예에서는 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 유입측과 가까운 상기 제1 영역(131)에 연결된 상기 웨이브 가이드(140a)와 대응되는 위치에 상기 반사챔버(160)가 연장 형성된다.
상기 마이크로웨이브 발생유닛(미도시)에서 발생된 상기 마이크로웨이브가 상기 웨이브 가이드(140a)를 통해 상기 플라즈마 방전챔버(130)로 유입되면, 상기 마이크로웨이브는 상기 반사챔버(160)로 유입되어 상기 반사챔버(160)에 의해 반사되고, 이때 상기 마이크로웨이브 발생유닛(미도시)으로부터 공급되어 상기 반사챔버(160)로 유입된 상기 마이크로웨이브와 접촉하면서 보강간섭을 발생시킨다. 이렇게 상기 반사챔버(160) 내에서 보강간섭이 발생하면 전계가 집중되어 플라즈마 방전이 개시되는 개시방전이 발생된다.
한편, 전술에서 상기 플라즈마 방전챔버(130) 내에는 상기 제1 영역(131)과 상기 제2 영역(133)이 형성된다고 서술하였다. 상기 유해가스가 유동되는 방향을 따라 먼저 형성된 상기 제1 영역(131)에는 전술한 바와 같이, 상기 반사챔버(160)에 의한 보강간섭으로 플라즈마 방전(개시방전)이 발생된다.
반면, 상기 제1 영역(131)과 설정 거리 이격된 상기 제2 영역(133)에는 상기 반사챔버(160)가 형성되지 않고, 상기 제1 영역(131)에서 발생된 플라즈마 방전에 의해 상기 유해가스 내 유해물질이 분해된 플라즈마 입자들이 상기 유해가스를 따라 상기 제2 영역(133)으로 유동되는데, 이때 상기 제2 영역(133)으로 유동된 상기 마이크로웨이브와 상기 플라즈마 입자가 충돌하면서 플라즈마 방전이 확산되어 발생된다(확산방전).
이러한 특징에 따라 상기 확산방전이 발생되는 상기 제2 영역(133)의 전기장의 세기는 상기 개시방전이 발생되는 상기 제1 영역(131)의 전기장의 세기보다 작게 형성된다.
한편, 상기 플라즈마 방전챔버(130) 내로 유입되는 유해가스의 유량이 증가하게 되면, 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 횡단면적이 증가하게 된다. 이에 따라 상기 반사챔버(160)의 폭(C)도 커질 수밖에 없게 되는데, 상기 웨이브 가이드(140a)로부터 유입되는 상기 마이크로웨이브에 의한 에너지 총량은 실질적으로 변화가 없기 때문에, 상기 반사챔버(160)의 폭(C) 증가에 의하여 상기 플라즈마 방전챔버(130) 내에서 전자기장의 세기가 작아질 수밖에 없다.
이렇게 작아진 전자기장의 세기에 의하여 상기 제1 영역(131)에서 플라즈마 방전이 안정적으로 발생하지 않을 수 있는 바, 본 실시예에서는 이를 보완하기 위해 상기 반사챔버(160)의 평균 두께(T1)가 상기 웨이브 가이드(140a)의 평균 두께(T2)보다 작게 형성되고, 상기 반사챔버(160)의 평균 폭(C)이 상기 웨이브 가이드(140a)의 평균 폭(D)보다 크게 형성된다.
상기 메시부재(180)들은 상기 플라즈마 방전챔버(130) 내에 설치되는데, 보다 구체적으로는 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 유입측과 배출측에 각각 설치된다.
상기 메시부재(180)들은 상기 유해가스가 유입되거나 상기 유해가스 내 유해물질이 분해 처리된 가스는 관통하여 흐를 수 있으나, 상기 마이크로웨이브는 투과하지 못하도록 구비되는 것이다. 상기 각 메시부재(180)를 살펴보면, 복수 개의 홀(미도시)들이 형성되어 있어 상기 홀(미도시)들을 통해 상기 유해가스나, 상기 유해가스 내 유해물질이 분해 처리된 가스가 유입되거나 배출될 수는 있어도 상기 마이크로웨이브는 통과하지 못하고 반사된다.
상기 마이크로웨이브는 파장의 1/4에 해당하는 크기 이하의 홀은 관통하지 못하는 특징을 가지므로, 상기 메시부재(180)에 형성된 상기 복수 개의 홀(미도시)들의 각 홀의 크기가 상기 마이크로웨이브 발생유닛(미도시)으로부터 공급되는 상기 마이크로웨이브 파장의 1/4보다 작게 형성되어 상기 마이크로웨이브가 상기 메시부재(180)를 통과하지 못하고 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 내부에서 계속적으로 반사될 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 상기 유해가스 처리설비(100a, 100b)는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 상기 유해가스 처리설비가 도시된 것으로서, 도 2에 도시된 상기 유해가스 처리설비(100)와 대부분의 구성이 동일하고 일부 구성에 있어서만 차이점을 갖는다. 따라서 도면에 동일한 구성에는 동일한 도면부호를 기재하였고, 이하의 설명에서는 차이가 있는 부분에 대해서만 서술하기로 한다.
먼저, 도 5에 도시된 상기 유해가스 처리설비(100a)는 상기 반사챔버(160)가 복수 개 구비된다. 즉, 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 상기 제1 영역(131)에 상기 웨이브 가이드(140a)가 연결된 위치에 상기 반사챔버(160)가 연장 형성되어 있고, 상기 플라즈마 방전챔버(130)의 상기 제2 영역(133)에 상기 웨이브 가이드(140b)가 연결된 위치에 상기 반사챔버(160)가 연장 형성되어 있다.
이와 같이, 상기 반사챔버(160)가 복수 개 구비되면 상기 플라즈마 방전챔버(130) 내 상기 제1 영역(131) 및 상기 제2 영역(133)에서 발생되는 상기 플라즈마 방전이 모두 보강간섭에 의해 전계가 집중되므로 개시방전이 발생되며, 이때 상기 유해가스가 통과하면 상기 유해가스 내 유해물질의 분해력이 더욱 향상될 수 있다.
도 6에 도시된 상기 유해가스 처리설비(100b)는 도 5와 반대로 상기 반사챔버(160)가 전혀 형성되지 않는다. 이와 같은 실시예의 상기 유해가스 처리설비(100b)는 도 2 및 도 5에 도시된 상기 유해가스 처리설비(100, 100a)에 비해 플라즈마 방전의 발생이 약할 수 있으나, 상기 공정챔버(110)에서 배출되는 유해가스의 유량이 적은 경우 도 6에 도시된 바와 같이 비교적 컴팩트한 상기 유해가스 처리설비(100b)만으로도 유해가스 내 유해물질을 충분히 처리할 수 있다. 또한, 컴팩트한 구성으로 제조비용을 절감할 수 있는 장점도 가질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100, 100a, 100b: 유해가스 처리설비
110: 공급챔버 121: 제1 배관
123: 제2 배관 130: 플라즈마 방전챔버
131: 제1 영역 133: 제2 영역
140a, 140b: 웨이브 가이드 150: 진공펌프
160: 반사챔버 170: 차폐부재
180: 메시부재

Claims (8)

  1. 진공펌프에 의해 진공상태로 공정이 수행되는 하나 또는 복수 개의 공정챔버에서 배출되는 유해가스를 처리하는 설비에 있어서,
    마이크로웨이브를 생성하는 하나 또는 복수 개의 마이크로웨이브 발생유닛;
    상기 마이크로웨이브 발생유닛에서 생성된 상기 마이크로웨이브가 공급되는 도파로가 형성된 복수 개의 웨이브 가이드들;
    상기 공정챔버로부터 배출되는 상기 유해가스가 유동되는 제1 배관과, 상기 진공펌프를 향해 상기 유해가스가 유동되는 제2 배관 사이에 설치되며, 외측에 상기 웨이브 가이드들이 상기 유해가스의 유동 방향을 따라 설정 간격 이격되며 연결되어 있어 내부에는 상기 유해가스 내 유해물질을 분해할 수 있도록 상기 각 웨이브 가이드로부터 상기 마이크로웨이브가 유입되면, 유입된 상기 마이크로웨이브가 내부에서 반사되면서 상기 마이크로웨이브에 의하여 플라즈마 방전이 발생되는 복수 개의 플라즈마 방전영역이 형성된 플라즈마 방전챔버; 및
    상기 플라즈마 방전챔버 내부에 배치되되, 상기 복수 개의 플라즈마 방전영역이 이격된 길이보다 더 길게 형성되어 상기 복수 개의 플라즈마 방전영역을 동시에 커버하고, 상기 공정챔버로부터 유입되는 상기 유해가스의 전체 또는 일부가 유동하도록 중공의 튜브 형상으로 형성되어 상기 플라즈마 방전을 위한 이온 또는 전자가 상기 플라즈마 방전챔버와 접촉되어 외부로 누설되는 것을 방지하는 차폐부재를 포함하는 유해가스 처리설비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라즈마 방전영역 중 일 플라즈마 방전영역에는 플라즈마 개시 방전이 발생하여 내부에서 유해물질이 분해되고,
    상기 유해가스의 유동방향을 따라 이격되는 상기 플라즈마 방전영역들 중 다른 하나 또는 복수의 플라즈마 방전영역에서는, 상기 플라즈마 개시 방전이 발생한 상기 플라즈마 방전영역에서 생성되어 배출되는 플라즈마 입자들에 의하여 확산 방전이 발생되는 유해가스 처리설비.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 확산 방전이 발생하는 상기 플라즈마 방전영역의 전기장의 세기가, 상기 플라즈마 개시 방전이 발생하는 상기 플라즈마 방전영역의 전기장의 세기보다 작게 형성되는 유해가스 처리설비.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수 개의 플라즈마 방전영역 중 일 플라즈마 방전영역에는 상기 웨이브 가이드를 따라 유동된 상기 마이크로웨이브가 반사되되, 상기 플라즈마 방전챔버 내에서 반사되는 상기 마이크로웨이브와 상기 웨이브 가이드를 통해 유입되는 상기 마이크로웨이브 사이에 보강간섭에 의해 전계를 집중시켜 개시 방전을 발생시키도록 상기 플라즈마 방전챔버로부터 횡방향으로 연장 형성되는 반사챔버를 더 포함하는 유해가스 처리설비.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 반사챔버의 횡단면의 크기는 상기 플라즈마 방전챔버의 횡단면의 크기보다 더 크게 형성되는 유해가스 처리설비.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수 개의 플라즈마 방전영역 중 상기 일 플라즈마 방전영역을 제외한 나머지 플라즈마 방전영역 중 다른 일 플라즈마 방전영역에서는 상기 일 플라즈마 방전영역에서 생성되어 배출되는 플라즈마 입자들에 의하여 확산 방전이 발생되는 유해가스 처리설비.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로웨이브 발생유닛이 하나 구비되는 경우,
    상기 마이크로웨이브 발생유닛으로부터 생성된 상기 마이크로웨이브를 상기 각 웨이브 가이드로 분리하여 공급하는 마이크로웨이브 스플리팅 유닛을 더 포함하는 유해가스 처리설비.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 반사챔버의 평균 두께는 상기 웨이브 가이드의 평균 두께보다 작게 형성되고, 상기 반사챔버의 평균 폭은 상기 웨이브 가이드의 평균 폭보다 크게 형성되는 유해가스 처리설비.
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