KR101934561B1 - 이중배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 스크러버 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, PFC(과불화 화합물, Perfluorinated compound)을 방출하는 반도체 공정에서의 폐가스를 효율적으로 처리하는 이중배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중배관구조를 갖는 플라즈마 스크러버시스템은, 이중 배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템에 있어서, CF4와 SF6를 포함하는 반도체 폐가스인 과불화화합물(PFC)을 공급하는 폐가스 공급관; 상기 폐가스 공급관으로부터 공급되는 과불화화합물(PFC)을 유입하여 가열하는 폐가스 유입부와 플라즈마 토치가 배치되어 외부에서 유입되는 질소(N2)가스를 통해서 플라즈마를 만들기 위한 플라즈마가 발생하는 플라즈마 반응기 및 상기 폐가스 유입부와 플라즈마 반응기를 분획하는 이중배관을 포함하는 반응기;와, 상기 반응기에서 분해된 폐가스의 역반응을 방지하기 위한 반응 활성부; 와 상기 수분의 공급으로부터 발생되는 부산물인 불산을 용해하고 배출하기 위한 드레인을 포함하는 냉각부 및 냉각된 가스를 수분공급을 통해 제거하기 위한 충전층과 노즐을 포함하는 스크러버를 포함하여 세정된 폐가스를 외부로 배출하는 처리가스관과 스크러버를 통해 용해된 불산폐수를 배출시키는 드레인을 포함하는 것일 수 있다.

Description

이중배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템{PLASMA SCRUBER SYSTEM WITH DOUBLE PIPE STRUCTURE}

본 발명은 플라즈마 스크러버 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, PFC(과불화 화합물, Perfluorinated compound)을 방출하는 반도체 공정에서의 폐가스를 효율적으로 처리하는 이중배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 공정은, 실리콘 기판에 사진, 확산, 식각, 화학 기상 증착 및 금속 증착 등의 공정을 반복 수행함으로써, 반도체 소자 또는 장치로 제작된다.

이들 반도체 장치 및 소자의 제조 공정 중에 확산, 식각, 화학 기상 증착 등의 공정은 밀폐된 공정 챔버 내에 공정가스를 공급하여 이들 공정 가스로 하여금 웨이퍼 상에서 반응을 일으키도록 하는 것이다.

한편 사용되는 공정가스는 통상 유독성, 가연성 및 부식성 등 그 특성이 강한 것이 사용되고, 이들 공정가스는 제조 설비의 공정 과정에서 약 10%만이 각종 반응에 참여하고, 나머지 약 90% 정도의 공정 가스는 미반응 상태에서 제조 설비로부터 배출되는 특성을 갖고 있다.

이러한 특성을 갖는 배출가스를 배출함에 있어서, 배출가스가 별도의 정화 과정 없이 외부로 유출될 경우 주변 제조설비의 손상과 함께 심각한 환경 오염 및 작업자의 안전사고를 초래할 수 있는 가능성이 증대될 수 있는 위험성을 내포하고 있다.

따라서 각 제조 설비에서 배기 덕트로 연결되는 가스 배출라인 상에는 배출가스를 안전한 상태로 분해 또는 정화시키기 위한 스크러버 시스템이 설치된다.

한편 스크러버 시스템의 공정 가스 분해방법은 공정가스의 성질 즉 일반공기와 접촉 시 폭발적으로 반응하는 성질, 연소하는 성질, 가스 처리제와 반응하는 성질 및 물에 용해되는 성질을 이용하는 것으로 크게 건식과 습식으로 구별할 수 있다.

도 1은 종래의 폐가스 처리장치의 구성을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 폐가스 정화처리장치(1000)는 반도체 장비에 연결되어서 처리해야 할 폐가스가 주입되어 1차적으로 정화처리하기 위한 버너 조립체(100), 상기 버너조립체(100)로부터 1차적으로 처리된 폐가스를 전달받아서 습식으로 정화처리하기 위한, 버너 조립체(100)에 연결배관(240, 242)에 의하여 병렬로 연결된 제1습식 세정부(200) 및 제2 습식 세정부(300)를 포함할 수 있다.

종래의 버너는 연소효율과 폐가스 유입구의 크기의 기술적인 한계로 과불화합물(PFC) 가스에 대한 처리 효율이 낮았으며, 부식에도 매우 약한 특징을 가지고 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 폐가스 유입구를 확장시켜 종래의 버너에 대비하여 약 3배 이상 확장 시키는 등의 방법을 사용하여 폐가스 유입에 따른 관로 폐색이 없으며, 상대유입속도가 낮아 직접 화염에서의 체류시간을 길게 주어 분해하기 어려운 PFC가스를 99% 이상 처리할 수 있도록 설계를 하였다.

버너 조립체(100) 내에서 PFC가 분해되는 화학식 들은 다음과 같다.

[화학식 1]

C4F8+4CH4+8O2→8HF+8CO2+4H2O

[화학식 2]

C3F8+3CH4+6O2→8HF+6CO2+2H2O

[화학식 3]

2C2F6+4CH4+9O2→12HF+8CO2+2H2O

[화학식 4]

CF4+2CH4+4O2→4HF+3CO2+2H2O

하지만 이러한 분해식들, 즉 화학식 1 내지 4에 의할 경우 불순물의 발생과 많은 CO2의 발생 등의 문제가 있었다.

대한민국 특허공개특허공보 제1020060095594호(반도체 세정 폐가스 제거를 위한 플라즈마 스크러버)

본 발명의 목적은, 반도체 폐가스 처리용 플라즈마 스크러버 시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는, 플라즈마 반응이 일어나는 반응기의 내부에 폐가스가 유입되는 유입부에 이중 배관을 설치하여 폐가스가 분해되는데 필요한 열효율을 높이고 분해된 폐가스가 다시 결합하는 현상이 발생하는 것을 방지하기 위하여 활성제로서 수분을 공급하고 이러한 활성제 공급에 의한 부산물인 고온의 불산(HF) 을 냉각 시키기 위한 냉각부와, 상기 냉각부에서 냉각된 불산(HF)을 처리하기 위한 스크러버를 포함하는 이중 배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 반응기의 내부를 폐가스 유입부와 상기 폐가스 유입부를 통과하는 폐가스를 이중 배관 구조를 갖는 반응기를 통해 승온시켜 플라즈마 토치에 의한 분해 반응이 용이하도록 승온된 상태에서 플라즈마 반응가스인 질소가스를 공급하여 플라즈마 토치에서 플라즈마 분해 반응을 유도하고, 이와 같이 분해된 폐가스의 역반응을 방지하고, 부산물인 불산(HF) 가스를 습식으로 처리하기 위한 스크러버를 통해서 수분을 분사하여 불산을 용해시키고 정화된 폐가스를 외부로 배출하는 배기부를 이용하여 폐가스 처리를 위하여 이중 배관을 갖는 플라즈마 스크러버를 이용한 폐가스 처리방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 따른 이중 배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템은, CF4와 SF6를 포함하는 반도체 폐가스인 과불화화합물(PFC)을 공급하는 폐가스 공급관; 상기 폐가스 공급관으로부터 공급되는 과불화화합물(PFC)을 유입하여 가열하는 폐가스 유입부와 상기 폐가스유입부와 플라즈마 토치가 배치되어 외부에서 공급되는 질소(N2)가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 플라즈마가 발생하는 플라즈마 반응기 및 상기 폐가스 유입부와 플라즈마 반응기를 분획하는 이중배관을 포함하는 반응기; 상기 반응기에서 분해된 폐가스의 역반응을 방지하기 위한 반응활성부; 및 상기 수분의 공급으로부터 발생되는 고온의 불산 가스를 냉각시키기 위한 냉각부 및 냉각된 가스를 수분공급을 통하여 제거하기 위한 충전층과 노즐을 포함하는 스크러버를 포함하여 세정된 폐가스를 외부로 배출하는 처리가스관과 스크러버를 통해 용해된 불산 폐수를 배출시키는 드레인을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이중배관을 포함하는 플라즈마 스크러버 시스템을 이용한 폐가스 처리방법은, 가스 공급관으로부터 CF4와 SF6을 포함하는 폐가스를 폐가스 공급관을 통해서 반응기의 폐가스 유입부로 공급하는 단계(s10);와 상기 폐가스 유입부로 공급된 폐가스는 이중 배관으로 분획화된 플라즈마 반응기로 공급되어 온도를 가열시키는 단계(S20);와, 상기 플라즈마 반응기에서는 상기 플라즈마 반응기로 공급되는 질소가스를 플라즈마 상태로 만드는 단계(s30);와, 상기 플라즈마 상태로 만들어진 질소가스를 통하여 상기 가열된 폐가스를 분해하는 단계(s40);와, 상기 분해된 폐가스 중에서 불소 성분이 다시 역반응하는 것을 방지하기 위해서, 반응활성부에서 공급되는 활성제로서 사용되는 물과 분해된 폐가스를 반응시키는 단계(s50);와, 상기 분해된 폐가스와 활성제가 반응하여 불산을 형성하는 단계(s60);와, 상기 형성된 고온의 가스를 물의 잠열을 이용하여 냉각시키는 단계(s70);와, 냉각된 가스를 스크러버를 통해서 노즐을 이용하여 수분을 분사하여 불산 가스를 용해하는 단계(s80);와 상기 불산이 제거된 가스를 처리 가스관을 통해서 외부로 배출하는 단계(s90);와 상기 스크러버에서 용해된 불산 수용액을 배출시키는 단계(s100)를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 폐가스가 반응기로 유입되는 경로를 폐가스 유입부와 상기 폐가스 유입부와 플라즈마 반응기를 구획할 수 있는 이중배관을 통해서 순환되어 들어오는 폐가스에 대한 가열 공정을 수행하고 이와 같은 가열 공정을 통해 상승된 온도를 갖는 폐가스에 대한 플라즈마에 의한 열분해를 수행할 수 있는 이중배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템을 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이중배관 구조를 갖는 반응기를 통해서 처리 용량을 극대화하여 분당 600L정도의 폐가스를 처리할 수 있고, 진공 상태 유지로 인한 500V의 고전압을 인가하는 경우 약 1000회당 2-3회의 점화 실패율을 나타내는 현상을 해결하기 위한 방안으로, 플라즈마 챔버 본체와 절연영역을 통해 연결되되, 상기 유도기전력이 전달되는 플로우팅 챔버를 포함하여 상기 교류전원 공급부로부터 공급되는 교류전력의 위상 변화에 기인한 플라즈마 챔버 본체와 상기 플로우팅 챔버 사이에서 큰 전압차가 발생함으로써 플라즈마 점화가 용이하게 발생되고 이와 같이 발생된 플라즈마는 공정 챔버로 공급될 수 있는 이중 배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 폐가스 처리장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 트랜스포머 결합 플라즈마 소스의 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 플라즈마 반응기를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배관 구조를 갖는 플라즈마스크러버 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템을 이용한 폐가스 처리공정을 모식적으로 보여주는 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관련없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템의 구성에 대하여 살펴본다.

플라즈마란 초고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체 상태를 말한다. 이때는 전하분리도가 상당히 높으면서도 전체적으로 양과 음이 전하수가 같아서 중성을 띠게 된다.

일반적으로 물질의 상태는 고체, 액체, 기체 등 세가지로 나타난다. 플라즈마는 흔히 제4의 물질 상태라고 부른다. 고체에 에너지를 가하면 액체, 기체 로 되고, 다시 이 기체 상태에 높은 에너지를 가하면 수만℃에서 기체는 전자와 원자핵으로 분리되어 플라즈마 상태가 되기 때문이다.

플라즈마 방전은 이온, 자유래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조공정 예를 들어 식각, 증착, 세정, 에싱 등 다양하게 사용되고 있다.

최근 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 LCD(Liquid Crystal Display) 글라스 기판은 더욱 대형화되고 있다. 그러므로 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어능력이 높고 대면적의 처리능력을 갖는 확장성이 용이한 플라즈마 소스가 요구되고 있는 실정이라고 할 수 있다.

플라즈마를 사용한 반도체 제조공정에서 원격플라즈마의 사용은 매우 유용한 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 공정챔버의 세정이나 포토레지스트 스트립을 이용한 에칭(etching) 공정이 유용하게 사용되고 있다.

원격플라즈마 반응기(또는 원격 플라즈마 발생기라 칭함)는 변압기 결합 플라즈마 소스(transformer coupled plasma source;TCPs)를 사용한 것과 유도 결합 플라즈마 소스(Inductively Coupled Plasma source)를 사용한 것이 있다. 변압기 결합 플라즈마 소스를 사용한 원격 플라즈마 반응기는 토로이달 구조의 반응기 몸체에 일차 권선을 갖는 마그네틱 코어가 장착된 구조를 갖는다.

도 2는 트랜스포머 결합 플라즈마 소스의 구조를 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 튜브형태의 플라즈마 챔버(4)와 튜브형태의 플라즈마 챔버를 감싸는 구조의 마그네틱중심(3)과, 교류전원(1)으로부터의 전원을 공급받는 트랜스포머 권선(2)과 플라즈마 챔버(4)로부터 플라즈마를 공급받는 공정챔버(5)를 포함할 수 있다.

여기서 마그네틱 중심(3)에는 트랜스포머 권선(2)이 권선되어 1차 권선 역할을 수행하고, 플라즈마 챔버(4) 내에서 유도되는 리액터 방전 지붕(6)는 2차 권선의 역할을 수행한다.

플라즈마 챔버(4) 내로 외부에서 폐가스가 공급되고 트랜스포머 1차 권선(2)으로 교류전원 (1)으로부터 교류전류가 공급되면 플라즈마 챔버(4) 내에서 리액터 방전루프(6)가 유도되어 플라즈마 방전이 발생한다.

한편 이러한 플라즈마 챔버(4)는 플라즈마 챔버(4)의 쇼트를 방지하기 위한 유전체 영역(절연구간, 7)이 구성된다. 다시 말해 플라즈마 챔버(4)는 도체로 형성된 환형 구조이기 때문에 유전체 절연영역이 플라즈마 챔버(4)에 없으면 플라즈마 챔버(4) 내부로 유도되어야 할 유도 기전력이 전부 플라즈마 챔버(4)에서 소진되어 플라즈마 챔버(4) 내부로 유도기전력이 유도되지 않게 된다. 그러므로 플라즈마 챔버(4)에는 유전체 영역이 구비되어 플라즈마 챔버(4) 내부로 유도기전력이 유도될 수 있도록 한다. 이러한 유전체 영역(7)은 세라믹 등 유전체 물질로 구성될 수 있다.

도 3은 플라즈마 반응기를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 플라즈마 반응기(10)는 플라즈마 챔버 본체(14a), 제1, 2 플로우팅 챔버(14b, 14c), 마그네틱 코어(13) 및 교류전원공급부(11)으로 구성될 수 있다. 플라즈마 반응기(10)는 내부에 플라즈마 방전을 위한 방전공간을 갖는다.

플라즈마 반응기(10)는 가스주입구(16a)와 가스배출구(16b)가 구비된다. 가스주입구(16a)는 플라즈마 방전을 위한 공정가스인 질소 공급원(112)과 연결되고, 질소공급원(112)으로부터 공급된 공급가스인 질소(N2)는 가스 주입구(16a)를 통해 플라즈마 반응기(10) 내로 유입된다. 가스 배출구(16b)는 공정챔버(미도시)와 연결되고 가스 배출구(16B)를 통해 플라즈마 반응기(10) 내에서 발생된 플라즈마가 공정챔버로 공급될 수 있다.

플라즈마 반응기(10)는 루프형태의 방전경로가 형성되고, 플라즈마 챔버 본체(14a), 제1, 2 플로우팅 챔버(14b, 14c) 및 절연영역(19)로 구성될 수 있다.

플라즈마 챔버 본체(14a)는 마그네틱 코어(13)가 설치되며 마그네틱 코어(13)를 통해 직접 전압이 유도된다. 제1,2 플로우팅챔버(14b, 14c)는 플라즈마 챔버 본체(14a)를 통해 직접 전압이 유도된다. 제1, 2플로우팅 챔버(14b, 14c)는 플라즈마 챔버 본체(14a)를 중심으로 절연영역(19)을 통해 연결된다. 제1,2 플로우팅 챔버(14b, 14c)는 플라즈마 챔버 본체(14a)에서 유도된 유도기전력이 간접적으로 전달될 수 있도록 플로우팅된다.

여기서 플라즈마 챔버 본체(14a)와 제1,2 플로우팅 챔버 본체(14b, 14c)는 알루미늄과 같은 도체 또는 세라믹과 같은 유전체(부도체)로 형성될 수 있다. 한편 알루미늄과 같은 도체로 플라즈마 챔버 본체(14a)와 제1, 2플로우팅 챔버(14b, 14c)를 형성하는 경우, 절연영역(19)은 유전체로 형성될 수 있으며, 특히 유전체 중 세라믹으로 형성될 수 있다. 절연영역(19)은 플라즈마 반응기(10)와 진공절연을 위한 고무를 포함할 수 있다.

마그네틱 코어(13)는 플라즈마 챔버 본체(14a)에 설치된다. 마그네틱 코어(13)에는 트랜스포머 1차 권선(12)이 권선된다. 교류전원공급부(11)는 마그네틱 코어(13)에 권선된 트랜스포머 1차권선(12)으로 교류 전력을 공급한다.

교류전원공급부(11)는 설정된 주파수(Hz)에 따라 반전된 위상의 교류전력을 트랜스포머 1차권선(12)으로 공급할 수 있다. 본 발명에서는 두 개의 마그네틱 코어(13)에 권선된 트랜스포머 1차 권선(12)에 서로 다른 교류전워공급부(11)를 연결한 것을 도시하였으나, 하나의 교류전원공급부(11)을 이용하여 교류전력을 공급할 수도 있다.

또한 절연영역(19)은 교류전원공급부(11)로부터 공급되는 교류전력의 전압세기에 따라 그 너비가 결정될 수 있다.

즉 고전압인 경우에는 저전압에 비해 상대적으로 그 너비가 넓도록 할 수 있다. 다시 말해 절연영역(19)을 이용하여 플라즈마 챔버 본체(14a)와 제1,2 플로우팅 챔버(14b, 14c) 사이의 간격을 조절할 수 있다. 예를 들어, 교류로 플라즈마 챔버 본체(14a)와 제1,2 플로우팅 챔버(14b, 14c)사이의 간격이 넓도록 절연영역(19)을 형성한다.

그리고 플라즈마 챔버본체(14a)와 제1,2 플로우팅챔버(14b, 14c)가 도체로 형성되는 경우 마그네틱 코어(13)를 통해 직접적으로 전압이 유기되지 않는 영역, 즉 제1, 2 플로우팅 챔버(14b, 14c)는 플라즈마 공정 (process) 이후 대전된 전하의 방전을 위해 고저항(R)으로 접지시키는 것이 바람직하다. 또한 플라즈마 챔버본체(14a)와 제1,2 플로우팅 침버(14b, 14c)는 루프 형태로 구성됨을 알 수 있다.

플라즈마 반응기(10)의 가스주입구(16a)로 가스가 유입되고, 교류전원공급부(11)로부터 교류전력이 공급되어 트랜스포머 1차 권선(12)이 구동되면, 플라즈마 반응기(10) 내에 유도되는 리액터방전 루프(15)에 의해 플라즈마 방전공간에서 플라즈마가 발생된다. ㅌ랜스포머 1차권선(12)으로 교류전력이 공급되면, 플라즈마 챔버 본체(14a)의 일측에는 +가 대전되고, 다른 일측은 -가 대전되는 현상이 교류전력의 주파수에 따라 교번적으로 발생된다.

절연영역(19)은 마그네틱 코어(13)와 인접하게 구성됨으로써 플라즈마 챔버 본체(14a)와 제1, 2플로우팅 챔버(14b, 14c)사이에 큰 전압차가 발생한다 이 때 제1,2 플로우팅 챔버(14b, 14c)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 절연영역(19)에 의해 플라즈마 챔버본체(14a)에서 유기된 전압에 바로 반응하지 않고 이전의 + 또는 -상태를 유지하고자 한다. 따라서 예를 들어 플라즈마 챔버본체(14a)에 500V고전압을 인가하는 경우 독립된 제1,2 플로우팅 챔버(14b, 14c)는 위상반전되더라도 약 450V의 전압을 유지하여 이는 마그네틱 코어(13)를 통해 유기된 전압과 서로 반대의 위상차를 갖게 되므로 공급전압을 1/2로 줄이는 경우에 플라즈마 점화시 동일 내지 유사한 효과를 볼 수 있으며, 그와 같은 경우에 아크 방전에 의한 플라즈마 챔버 본체(14a)나 제1, 2 플로우팅 챔버(14b, 14c)에 발생할 수 있는 손상을 감소시킬 수 있다.

또한 공급전압을 500V로 유지하는 경우 약 950V의 전압을인가한 것과 동일한 효과를 나타내므로 플라즈마 방전이 약 2배 가량 원활해지는 효과를 볼 수 있다.

예를 들어 플라즈마 챔버(4) 내부가 8Torr의 저기압에서 500V 고전압을 인가하는 경우 약 1000회당 2~3회의 점화 실패율을 나타내었다. 이러한 점화실패의 경우 재점화를 위한 작업이 필요함은 물론 아크 방전에 의한 플라즈마 챔버(4) 내부의 손상이 발생되는 문제점에 대하여 플로우팅 영역과 마그네틱 코어(13)가 설치되는 영역을 분리하고, 교류전력의 전위차에 따른 큰 전압차를 이용하여 종래의 점화 시 필요한 전압보다 낮은 전압으로도 플라즈마 방전이 가능하다. 그러므로 플라즈마 점화 실패로 인하여 재점화가 불필요해지며, 아크 방전에 의한 플라즈마 반응기(10)의 손상을 최소화할 수 있다.

또한 종래에 비해 동일 전압을 공급하는 경우 가스 플로우 유량 압력이 낮은 상태에서도 플라즈마 방전을 위한 점화를 용이하게 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배관(210) 구조를 갖는 플라즈마 스크러버시스템은, 상술한 바와 같은 이중 배관(210) 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템에 있어서, CF4와 SF6를 포함하는 반도체 폐가스인 과불화화합물(PFC)을 공급하는 폐가스 공급관(110)과 상기 폐가스 공급관(110)으로부터 공급되는 과불화화합물(PFC)을 유입하여 가열하는 폐가스 유입부와 플라즈마 토치가 배치되어 외부에서 유입되는 질소(N2)가스(112)를 통해서 상기 폐가스 유입부(205)로부터 공급되는 폐가스를 분해하기 위한 플라즈마가 발생하는 플라즈마 반응기(10) 쪽으로 투입될 수 있다.

상기 폐가스 유입부(205)와 플라즈마 반응기(10)를 분획하는 이중배관(210)을 포함하는 반응기(220);와, 상기 반응기(220)에서 분해된 폐가스의 재결합을 방지하기 위하여 분해되어 나오는 불소성분과 물을 분사하는 빈응 활성부(250); 와 상기 수분의 공급으로부터 발생되는 부산물인 불산을 용해하고 고온의 가스를 냉각하기 위한 냉각부(280); 와 상기 냉각부에서 용해된 불산 수용액을 배출하는 드레인(290)을 포함할 수 있다.

즉 도 4에 도시된 바와 같이, 이중 배관(210)은 내관(212)와 외관(214)를 포함할 수 있다. 이와 같이 이중 배관(210)으로 형성되어 있어서, 내관(212)과 외관(214) 사이에 배치되는 폐가스 유입부(205)로는 낮은 온도를 가지고 있는 기체가 공급되지만, 내관(212)으로 공급되는 플라즈마 반응을 통해 가열된 기체가 공급되는 과정을 통해서 가열될 수 있다. 예열 과정을 통해서 가열된 폐가스는 플라즈마 반응기(10)로 들어가기 전에 미리 가열된 상태일 수 있다.

상기 이중배관(210)은 플라즈마 반응기(10)와 폐가스가 유입되는 영역을 분획하는 일을 수행할 수 있다. 이와 같이 플라즈마 반응기(10)가 포함되는 부분과 폐가스가 유입되는 부분을 분획함으로써, 초기의 낮은 온도를 유지하고 있던 폐가스(예를 들면, CF4, 또는 SF6와 같은 불소성분을 포함하는 기체 들이 반도체 공정으로부터 산출되는 폐가스라고 할 수 있다.)가 이중배관(210)의 배치를 통해서 형성된 상대적으로 긴 경로를 지나가게 되고 가열된 조건이 되어 가면서 분해 반응의 효율을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

플라즈마 분해 반응은 고온의 상태에서 플라즈마를 발생시키기 위한 소스 가스로서 질소 가스를 사용하여 플라즈마를 발생시키고 반도체 공정에서 생산되는 폐가스에 대한 분해과정을 진행할 수 있다.

상기와 같은 과정을 통해, 기본적으로 반도체 공정에서 산출되는 폐가스(예를 들면 CF4, 또는 SF6와 같은 폐가스)에 대한 처리 작업이 완료된다고 할 수 있다.

이때 폐가스 들에 포함되어 있는 불소성분은 반응성이 좋은 특성을 갖고 있기 때문에 이들에 대한 후속처리 작업이 바로 필요하다고 할 수 있다.

즉 본원 발명에서는 이러한 조치를 위해서 수분인 물(H2O)을 공급할 수 있는 배출수단을 구비하여 반응활성부(250)를 형성할 수 있다. 즉 분해된 불소(F)는 수분과 반응하여 불산(HF)을 형성하게 되는 것이다. 만일 이 때 반도체 공정의 부산물이라고 할 수 있는 불소 성분이 포함된 가스를 그대로 놓아두게 되면 플라즈마 상태에서는 분해되어있는 상태로 된다고 할 수 있지만, 다시 탄소(C)와 황(S)과 같은 성분과 결합하여 다시 폐가스의 성상으로 되돌아가는 현상을 막고자 하는 것이다.

상기 냉각부(280)로 용해되지 않은 폐가스인 불산(HF)을 수분공급을 통하여 다시 제거하기 위한 노즐(310)을 포함하는 스크러버(350)를 포함하여 세정된 폐가스를 외부로 배출하는 처리가스관(312)을 포함하는 것일 수 있다.

즉 냉각부(280)에 용해되지 않은 불산은 일종의 환경 오염을 유발할 수 있는 원인 물질이라고 할 수 있는데, 본 발명에서는 이러한 플라즈마 반응기(10)에서 분해되어 산출되는 불소 성분에 대한 후속처리 공정인 반응활성부(250)에서 생성된 불산(HF)에 대한 처리 공정을 위해서 스크러버(350)를 반응기(220)를 통과한 기체 성분이 공급되어 나올 수 있도록 설치되고, 반도체 폐가스에 대한 처리 효율을 증가시키는 구성요소를 포함하고 있다고 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템의 평면도이다.

도 5를 참조하면, 4군데에 형성된 폐가스 유입부(110)로부터 8개의 관(도면 번호 미부여) 쪽으로 폐가스가 공급될 수 있다. 이때 질소가스(112)를 통한 플라즈마가 발생할 수 있다. 이와 같이 폐가스가 공급되는 질소가스(N2)에 의하여 플라즈마 상태에서 분해되고 나면 뜨거워진 상태에서 상기 플라즈마 반응기(10)의 하측에 배치되어 있는 반응기(220) 쪽으로 투입될 수 있다.

이와 같이 반응기(220) 쪽으로 투입되는 가스는 불소 성분을 포함한 상태에서 분해되기 때문에 역반응이 일어나서 다시 PFC(Perfluorinated compound)로 되돌아갈 가능성이 크다.

본 발명에서는 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 이러한 역반응을 방지하기 위해서 수분을 공급할 수 있는 반응활성부(250)를 포함할 수 있다.

이때 반응활성부(250)에서 공급되는 수분과 불소 성분은 반응하여 고온의 불산(HF)이 형성될 수 있고, 고온의 불산에 대한 냉각과정이 냉각부(280)에서 발생할 수 있다.

이하에서는 폐가스를 플라즈마를 이용하여 분해하고 이렇게 분해된 폐가스의 생성물인 불산(HF)의 처리 공정에 대하여 상술한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템을 이용한 폐가스 처리공정을 모식적으로 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배관(210) 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템에 있어서 폐가스의 처리방법은, CF4와 SF6을 포함하는 폐가스를 폐가스 공급관(110을 통해서 반응기(220)의 폐가스 유입부(205)로 공급하는 단계(s10)를 진행할 수 있다. 본 발명에서 상기 폐가스 유입부(205)는 이중배관(205)에 의해서 플라즈마 반응기(10)가 배치되어 있는 부분과 구획화될 수 있다.

상기 폐가스 유입부(205)로 공급된 폐가스는 이중배관(205)로 분획화 되어 가열되고, 또한 루프형태를 띠고 있는 플라즈마 챔버본체(14a)와 제1,2 플로우팅 챔버(14b, 14c)를 포함하는 플라즈마 반응기로 공급될 수 있다(s20).

상기 플라즈마반응기(10)에서는 상기 플라즈마 반응기(10)로 공급되는 질소가스를 이온화하여 플라즈마 상태로 만드는 과정이 진행될 수 있다(s30).

상기 플라즈마 상태로 만들어진 질소가스를 통하여 상기 폐가스를 분해하는 단계(s40)가 진행될 수 있고, 이 때 폐가스에는 불소 성분을 주성분으로 포함하고 있기 때문에 분해되어 나오는 성분에는 불소 성분이 포함된 가스 또는 플라즈마 상태의 물질이 될 수 있다.

상기 분해된 폐가스 중에서 불소 성분이 다시 탄소 성분 또는 황성분과 재결합하는 것을 방지하기 위해서, 반응활성부(250)에서 공급되는 물과 분해된 폐가스를 반응시키는 단계(s50)를 통해서 불산(HF)을 형성할 수 있다.

본 발명의 폐가스 처리에서는 반도체 공정에 주로 사용되는 불소 성분으로부터 생성되는 불산(HF)에 대한 처리가 주요 한 목적이 된다고 볼 수 있다.

상기 형성된 불산을 냉각시키고 용해하기 위하여 상기 불산이 형성된 반응활성부(250)의 하측으로 냉각부(280)에 공급되는 물을 통해서 불산을 용해하는 과정이 진행될 수 있다. 상기 냉각부(280)의 하측에는 드레인을 포함할 수 있다. 이렇게 일차적으로 불산이 포함된 수용액에 대하여 제거하는 공정을 통해서 일차적으로 불산에 대한 제거가 가능할 수 있다.

상기 불산이 용해된 수용액을 외부로 배출하는 단계(s70)는 드레인(290)을 통해서 진행될 수 있다.

상기 냉각부(280)의 수용액을 통해서 용해되지 않은 불산을 스크러버(350)의 노즐(320)을 이용하여 수분을 분사하여 불산을 용해하여 불산을 제거할 수 있다.

상기 불산이 제거된 가스를 처리 가스관(312)을 통해서 외부로 배출하는 단계(s90)를 통과하게 되면 불산이 제거된 정화된 가스가 외부로 배출되어 반도체 폐가스 처리 공정에 대한 마무리 작업은 마무리가 된다고 볼 수 있다.

상기에 의해 설명되고 첨부된 도면에서 그 기술적인 면이 기술되었으나, 본 발명의 기술적인 사상은 그 설명을 위한 것이고, 그 제한을 두는 것은 아니며 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술적인 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적인 사상을 이하 후술 될 특허청구범위에 기재된 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 교류전원 2: 트랜스포머 권선
3 :마그네틱 중심 4: 플라즈마 챔버
6: 리액터 방전지붕 10: 플라즈마 반응기
11: 교류전원 공급부 12: 트랜스포머 1차권선
13; 마그네틱 코어 14a: 플라즈마 챔버 본체
14b: 제1 플로우팅 챔버 14c: 제2 플로우팅 챔버
15: 리액터 방전루프 16a: 가스 주입구
16b: 가스 배출구 19: 절연영역
110: 폐가스 공급관 112: 질소가스
220: 반응기 205: 폐가스 유입부
210: 이중 배관 212: 내관
214: 외관 250: 반응활성부
280: 냉각부 290: 드레인
350: 스크러버 310: 노즐
320: 베드층 312: 처리가스관

Claims (2)

1. 이중 배관 구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템에 있어서,
   CF4와 SF6를 포함하는 반도체 폐가스인 과불화화합물(PFC)을 공급하는 폐가스 공급관;
   상기 폐가스 공급관으로부터 공급되는 과불화화합물(PFC)을 유입하여 가열하는 폐가스 유입부와 플라즈마 토치가 배치되어 외부에서 유입되는 질소(N2)가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 플라즈마가 발생하는 플라즈마 반응기 및 상기 폐가스 유입부와 플라즈마 반응기를 분획하는 내관과 외관을 포함하는 이중배관을 포함하는 반응기;
   상기 반응기에서 분해된 폐가스의 역반응을 방지하기 위한 반응활성부;
   수분의 공급으로부터 발생되는 고온의 불산가스를 냉각시키기 위한 냉각부 및
   냉각된 가스를 수분공급을 통하여 제거하기 위한 충전층과 노즐을 포함하는 스크러버를 포함하여 세정된 폐가스를 외부로 배출하는 처리가스관과 스크러버를 통해 용해된 불산 폐수를 배출시키는 드레인;
   을 포함하고,
   상기 플라즈마 반응기에는 가스주입구와 가스배출구가 구비되며, 상기 가스주입구는 플라즈마 방전을 위한 공정가스를 공급하는 질소 공급원과 연결되고, 상기 질소공급원으로부터 공급된 공급가스인 질소(N2)는 상기 가스 주입구를 통해 상기 플라즈마 반응기 내로 유입되는 것을 특징으로 하는 이중배관구조를 갖는 플라즈마 스크러버 시스템.
2. CF4와 SF6을 포함하는 폐가스를 폐가스 공급관을 통해서 반응기의 폐가스 유입부로 공급하는 단계(s10);
   상기 폐가스 유입부로 공급된 폐가스는 이중배관으로 분획화된 플라즈마 반응기를 통해 가열되어 플라즈마 반응기로 공급되는 단계(s20);
   상기 플라즈마반응기에서는 상기 플라즈마 반응기로 공급되는 질소가스를 이온화하여 플라즈마 상태로 만드는 단계(s30);
   상기 플라즈마 상태로 만들어진 질소가스를 통하여 상기 폐가스를 분해하는 단계(s40);
   상기 분해된 폐가스 중에서 불소 성분이 다시 탄소 성분 또는 황성분과 재결합하는 것을 방지하기 위해서, 반응활성부에서 공급되는 물과 분해된 폐가스를 반응시키는 단계(s50);
   상기 분해된 폐가스와 물이 반응하여 불산을 형성하는 단계(s60);
   상기 형성된 불산을 냉각시키고 수용액으로 용해하기 위하여 상기 불산이 형성된 반응활성부의 하측으로 냉각부에 들어 있는 수용액을 통해서 불산을 용해하고, 드레인을 통해서 상기 불산이 용해된 수용액을 외부로 배출하는 단계(s70);
   상기 냉각부의 수용액을 통해서 용해되지 않은 불산을 노즐을 이용하여 수분을 분사하여 불산을 용해하는 단계; 및
   상기 불산이 제거된 가스를 처리 가스관을 통해서 외부로 배출하는 단계(s90)를 포함하고,
   상기 플라즈마 상태로 만드는 단계(s30)에서의 플라즈마 반응기에는 가스주입구와 가스배출구가 구비되며, 상기 가스주입구는 플라즈마 방전을 위한 공정가스를 공급하는 질소 공급원과 연결되고, 상기 질소공급원으로부터 공급된 공급가스인 질소(N2)는 상기 가스 주입구를 통해 상기 플라즈마 반응기 내로 유입되는 것을 특징으로 하는 이중 배관구조를 갖는 플라즈마 스크러버를 이용한 폐가스 처리방법.

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