KR101946936B1 - 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기 및 이를 구비하는 유해가스 처리 장치 - Google Patents

유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기 및 이를 구비하는 유해가스 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정 등에서 발생하는 유해가스를 마이크로웨이브 플라즈마를 이용하여 처리하는 기술에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면, 처리대상 유해가스가 유입되는 가스 유입구와, 처리된 가스가 배출되는 가스 배출구가 형성되고, 외부로부터 마이크로웨이브가 도입되는 플라즈마 방전 챔버; 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하도록 상기 플라즈마 방전 챔버 내부에 설치되고, 마이크로웨이브에 의한 플라즈마 방전이 이루어지는 반응부; 및 상기 플라즈마 방전 챔버로 도입된 마이크로웨이브를 상기 반응부로 방출하는 안테나부를 포함하며, 상기 반응부는, 내부에 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하는 통로를 제공하는 관부재와, 상기 관부재의 내부에 수용되는 내부 부재를 구비하며, 상기 내부 부재는 상기 관부재의 내주면과 이격되어서 위치하는 차폐 부재와, 상기 차폐 부재의 내부에 수용된 전자파 반사 부재를 구비하며, 상기 관부재의 내주면과 대향하는 상기 차폐 부재의 외주면은 유전체로 이루어지고, 상기 관부재의 내주면과 대향하는 상기 전자파 반사 부재의 외주면의 적어도 일부는 금속으로 이루어지는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기가 제공된다.

Description

유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기 및 이를 구비하는 유해가스 처리 장치 {MICROWAVE PLASMA REACTOR FOR TREATING HARMFUL GAS AND APPARATUS FOR TREATING HARMFUL GAS WITH THE SAME}
본 발명은 반도체 제조 공정 등에서 발생하는 유해가스를 마이크로웨이브 플라즈마를 이용하여 처리하는 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유해가스 처리 효율을 향상시키는 마이크로웨이브 플라즈마 반응기 및 이를 구비하는 유해가스 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 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.
특히, CF4, SF6, C2F6, C3F8 등 PFCs(Perfluorocarbon; 과불화탄소)로 지칭되는 가스들은 식각 공정, 박막 증착 및 반응기 세척 단계 등에서 광범위하게 사용되고 있으며, 이러한 PFCs는 대부분 비활성 기체로 대기 중 자연 분해 시간이 매우 길고 오존층 파괴의 주범으로 인식되고 있어서 반도체 공정에서의 사용에 강력한 규제가 진행되고 있다.
이에, 종래에는 상기한 공정에서 배출되는 유해가스 내 오염 물질 들을 제거하기 위하여, 진공펌프를 설치하여 공정챔버들을 진공 상태로 만들고 이에 마이크로웨이브를 이용하여 플라즈마 방전을 발생시키고 이를 이용하여 유해가스를 처리하는 유해가스 처리설비를 통하여 유해가스를 정화시킨 후 대기로 방출하는 기술이 개발되고 있다.
그런데, 상기한 종래의 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 유해가스 처리설비는 방전공간 내 마이크로웨이브가 균일하고 효율적으로 공급되지 않아 플라즈마 방전효율이 낮아져서 유해물질의 제거율이 저하되는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1278682 "비균일 직경을 가지는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기" (2013.06.26.)
본 발명의 목적은 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기 및 이를 구비하는 유해가스 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유해가스 처리 효율을 향상시키는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기 및 이를 구비하는 유해가스 처리장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 처리대상 유해가스가 유입되는 가스 유입구와, 처리된 가스가 배출되는 가스 배출구가 형성되고, 외부로부터 마이크로웨이브가 도입되는 플라즈마 방전 챔버; 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하도록 상기 플라즈마 방전 챔버 내부에 설치되고, 마이크로웨이브에 의한 플라즈마 방전이 이루어지는 반응부; 및 상기 플라즈마 방전 챔버로 도입된 마이크로웨이브를 상기 반응부로 방출하는 안테나부를 포함하며, 상기 반응부는, 내부에 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하는 통로를 제공하는 관부재와, 상기 관부재의 내부에 수용되는 내부 부재를 구비하며, 상기 내부 부재는 상기 관부재의 내주면과 이격되어서 위치하는 차폐 부재와, 상기 차폐 부재의 내부에 수용된 전자파 반사 부재를 구비하며, 상기 관부재의 내주면과 대향하는 상기 차폐 부재의 외주면은 유전체로 이루어지고, 상기 관부재의 내주면과 대향하는 상기 전자파 반사 부재의 외주면의 적어도 일부는 금속으로 이루어지는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기가 제공된다.
상기 차폐 부재는 상기 관부재와 동축으로 배치되는 기둥형상일 수 있다.
상기 차폐 부재는 내부가 밀폐된 중공형이거나, 중공형의 원기둥 형상일 수 있다.
상기 전자파 반사 부재는 상기 제1 부재 내에서 동축으로 배치될 수 있다.
상기 전자파 반사 부재의 외주면과 상기 관부재의 내주면 사이의 이격거리는 λ/4±λ/8(여기서, λ는 마이크로웨이브의 파장)인 것이 바람직하다.
상기 전자파 반사 부재는 중공형이거나, 중실형일 수 있다.
상기 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기는 상기 내부 부재를 상기 관부재에 고정시키는 지지 수단을 더 포함할 수 있으며, 상기 지지 수단은 상기 내부 부재의 길이방향 양단부에 각각 고정되는 메쉬 형태의 제1 지지 부재와 제2 지지 부재를 구비할 수 있다.
상기 안테나부는 상기 반응부를 외부에서 둘레방향을 따라서 둘러싸는 안테나 몸체를 구비하며, 상기 안테나 몸체에는 상기 반응부를 향해 형성되는 다수의 슬롯이 형성될 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면,
마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발생기; 상기 마이크로웨이브 발생기에서 발생한 마이크로웨이브를 이용하여 플라즈마 방전을 발생시켜서 유해가스를 처리하는 마이크로웨이브 플라즈마 반응기; 및 상기 마이크로웨이브 발생기에서 발생한 마이크로웨이브를 상기 마이크로웨이브 플라즈마 반응기로 전송하는 마아크로웨이브 전송부를 포함하며, 상기 마이크로웨이브 플라즈마 반응기는, 처리대상 유해가스가 유입되는 가스 유입구와, 처리된 가스가 배출되는 가스 배출구가 형성되고, 상기 마이크로웨이브 전송부를 통해 전송된 마이크로웨이브가 도입되는 플라즈마 방전 챔버와, 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하도록 상기 플라즈마 방전 챔버 내부에 설치되고, 마이크로웨이브에 의한 플라즈마 방전이 이루어지는 반응부와, 상기 플라즈마 방전 챔버로 도입된 마이크로웨이브를 상기 반응부로 방출하는 안테나부를 구비하며, 상기 반응부는, 내부에 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하는 통로를 제공하는 관부재와, 상기 관부재의 내부에 수용되는 내부 부재를 구비하며, 상기 내부 부재는 상기 관부재의 내주면과 이격되어서 위치하는 차폐 부재와, 상기 차폐 부재의 내부에 수용된 전자파 반사 부재를 구비하며, 상기 관부재의 내주면과 대향하는 상기 차폐 부재의 외주면은 유전체로 이루어지고, 상기 관부재의 내주면과 대향하는 상기 전자파 반사 부재의 외주면의 적어도 일부는 금속으로 이루어지는 유해가스 처리장치가 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 처리대상 유해가스가 통과하며 마이크로웨이브 플라즈마 방전에 의한 유해물질 분해가 이루어지는 관부재 내에 중심부의 공간을 차지하는 내부 부재가 위치하므로, 관부재 내에서 유해가스의 흐름을 플라즈마 방전 밀도가 높은 부분으로 유도함으로써, 마이크로웨이브 플라즈마 방전에 의한 유해가스 처리 효율이 현저하게 증가된다.
또한, 내부 부재가 유전체로 이루어진 제1 부재와 제1 부재의 내부에 수용된 금속재질의 제2 부재를 구비하므로, 제2 부재에 의해 마이크로웨이브가 반사되어 방전 공간으로 공급되므로, 플라즈마 방전 공간에서의 플라즈마 밀도가 더욱 높아져서 유해가스 처리 효율이 더욱 증가하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 반응기를 구비하는 유해가스 처리장치를 이용한 유해가스 처리설비의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 마이크로웨이브 플라즈마 반응기를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 마이크로웨이브 플라즈마 반응기의 내부가 보이도록 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단하여 도시한 종단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 마이크로웨이브 플라즈마 반응기의 내부가 보이도록 도 3의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단하여 도시한 횡단면도이다.
도 5는 도 2에서 반응부를 도시한 사시도로서, 내부가 보이도록 단면을 도시한 것이다..
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 부재를 도시한 종단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
먼저, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 구성 중심으로 상세하게 설명한다. 도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 반응기를 구비하는 유해가스 처리장치를 이용한 유해가스 처리설비의 구성이 블록도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 유해가스 처리설비는 처리대상 유해가스를 발생시키는 공정챔버(10)와, 공정챔버(10)에서 유해가스를 배출시키기 위한 진공펌프(20)와, 공정챔버(10)와 진공펌프(20)의 사이에 위치되어서 공정챔버(10)로부터 배출되는 유해가스를 처리하는 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 처리장치(100)와, 진공펌프(20)보다 하류에 위치하여 진공펌프(20)를 통과한 가스를 처리하는 스크러빙 장치(30)를 구비한다. 본 발명의 특징은 유해가스 처리장치(100)로서, 도 1에 블록도로서 도시된 유해가스 처리설비에서 유해가스 처리장치(100)를 제외한 나머지 구성들은 본 발명과 관련된 통상의 기술분야 범위 내에서 변경되고 수정될 수 있다.
유해가스 처리장치(100)는 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발생기(110)와, 마이크로웨이브 발생기(110)에서 발생한 마이크로웨이브를 이용하여 플라즈마 방전을 발생시켜서 유해가스를 처리하는 마이크로웨이브 플라즈마 반응기(120)와, 마이크로웨이브 발생기(110)에서 발생한 마이크로웨이브를 마이크로웨이브 플라즈마 반응기(120)로 전송하는 마이크로웨이브 전송부(190)를 포함한다. 유해가스 처리장치(100)는 마이크로웨이브 플라즈마를 이용하여 공정챔버(10)로부터 배출되는 유해가스를 처리한다.
마이크로웨이브 발생기(110)는 마이크로웨이브를 발생시키는 구성으로서, 마이크로웨이브 생성에 통상적인 구성의 마그네트론(magnetron)이 사용될 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 마이크로웨이브 발생기(110)에서 생성된 마이크로웨이브는 마이크로웨이브 전송부(190)를 통해 마이크로웨이브 플라즈마 반응기(120)로 전송된다.
마이크로웨이브 플라즈마 반응기(120)는 마이크로웨이브 발생기(110)에서 발생하여 마이크로웨이브 전송부(190)를 통해 전송된 마이크로웨이브를 이용하여 유해가스 처리를 위한 플라즈마 방전을 발생시킨다. 마이크로웨이브 플라즈마 반응기(120)가 도 2에는 사시도로서 도시되어 있고, 도 3에는 종단면도로서 도시되어 있으며, 도 4에는 횡단면도로서 도시되어 있다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 마이크로웨이브 플라즈마 반응기(120)는 마이크로웨이브 전송부(190)를 통해 마이크로웨이브가 도입되는 플라즈마 방전 챔버(130)와, 마이크로웨이브 플라즈마 방전에 의해 유해가스가 처리되는 반응부(140a)와, 플라즈마 방전 챔버(130)로 도입된 마이크로웨이브를 반응부(140a)로 방출하는 안테나부(180)를 포함한다.
플라즈마 방전 챔버(130)는 공정챔버(도 1의 10)로부터 배출되는 유해가스가 유동하는 제1 배관(11)과 진공펌프(도 1의 20)를 향해 유해가스가 유동하는 제2 배관(12) 사이에 설치된다. 플라즈마 방전 챔버(130)의 일단(도면에서 상단)에는 제1 배관(11)을 통해 유입되는 유해가스가 유입되는 가스 유입구(131)가 형성되고 타단(도면에서 하단)에는 제2 배관(12)을 통해 처리가스가 배출되는 가스 배출구(132)가 형성된다. 플라즈마 방전 챔버(130)의 외측면에는 마이크로웨이브 전송부(190)가 연결되며, 마이크로웨이브 전송부(190)를 통해 전송되는 마이크로웨이브가 도입되는 마이크로웨이브 도입구(133)가 형성되어 있다. 플라즈마 방전 챔버(130)의 내부공간에는 반응부(140a)와 안테나부(180)가 설치된다.
반응부(140a)는 플라즈마 방전 챔버(130)의 내부 공간에 설치되며, 반응부(140)에서는 유해가스를 처리하기 위한 마이크로웨이브 플라즈마 방전이 이루어진다. 도 5에는 반응부(140a)가 사시도로서 도시되어 있다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 반응부(140a)는 처리대상 유해가스가 통과하는 관부재(140)와, 관부재(140)의 내부에 배치되는 내부 부재(150)와, 내부 부재(150)를 지지하는 지지 수단(160, 170)을 구비한다.
관부재(140)는 양단이 개방된 관 형태로서, 플라즈마 방전 챔버(130)의 내부에 설치된다. 관부재(140)는 내부에 플라즈마 방전 챔버(130)의 가스 유입구(131)와 플라즈마 방전 챔버(130)의 가스 배출구(132)를 연결하는 통로를 제공한다. 관부재(140)의 개방된 일단(도면에서 상단)은 플라즈마 방전 챔버(130)의 가스 유입구(131)에 연결되어서 이를 통해 유해가스가 유입되고, 개방된 타단(도면에서 하단)은 플라즈마 방전 챔버(130)의 가스 배출구(132)에 연결되어서 이를 통해 처리된 유해가스가 배출된다. 관부재(140)는 플라즈마 방전을 위한 이온 및 전자가 외부로 누설되는 것을 방지하는 차폐 기능을 갖도록 알루미나, 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3), 사파이어, 석영 또는 유리 등의 유전체로 형성된다. 관부재(140)의 내부에는 내부 부재(150)가 배치되고, 관부재(140)의 양단에는 내부 부재(150)를 지지하기 위한 지지 수단(160, 170)이 고정된다. 본 실시예에서는 관부재(140)가 원형관 형상인 것으로 설명하지만, 이와는 달리 다른 형태(예를 들어, 사각관)일 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
내부 부재(150)는 관부재(140)의 내부에 동축으로 배치되는 기둥 형태로서, 관부재(140)와 동일한 횡단면 형상을 갖는 것이 바람직하다. 내부 부재(150)는 관부재(130)에 지지 수단(160, 170)에 의해 견고하게 지지된다. 내부 부재(150)는 차폐 부재(151)와, 차폐 부재(151) 내에 수용된 전자파 반사 부재(155)를 구비한다.
차폐 부재(151)는 내부 부재(150)의 외형을 결정하는 형태로서, 중공형이다. 본 실시예에서는 차폐 부재(151)가 원통형인 것으로 설명한다. 차폐 부재(151)는 내부가 밀폐되도록 길이방향 양단(도면에서 상단 및 하단)이 폐쇄된다. 차폐 부재(150)의 외주면(152)과 관부재(140)의 내주면(149) 사이의 통로로 처리대상 유해가스가 통과함으로써, 플라즈마 방전 강도가 상대적으로 높은 관부재(140)의 내주면(149)에 가까운 공간에서 플라즈마 반응에 의한 유해가스 내 유해물질에 대한 분해 반응이 일어나게 되므로, 처리 효율이 향상된다. 차폐 부재(151)는 플라즈마 방전을 위한 이온 및 전자가 처리대상 유해가스가 존재하지 않는 차폐 부재(151) 내로 누설되지 않도록 알루미나, 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3), 사파이어, 석영 또는 유리 등의 유전체로 형성된다. 차폐 부재(151)의 내부 공간에는 전자파 반사 부재(155)가 수용된다. 본 실시예에서는 차폐 부재(151) 전체가 유전체로 이루어지는 것을 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 이와는 달리, 차폐 부재(151)의 외부 표면만 유전체로 이루어질 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
전자파 반사 부재(155)는 차폐 부재(151)의 내부 공간에 동축으로 배치되는 기둥 형태로서, 차폐 부재(151)와 동일한 횡단면 형상을 갖는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 전자파 반사 부재(155)가 중공형인 원형 튜브 형태인 것으로 설명한다. 본 실시예에서는 전자파 반사 부재(155)가 중공형인 차폐 부재(151)에 꽉 끼워져서 수용됨으로써, 전자파 반사 부재(155)의 외주면과 차폐 부재(151)의 내주면이 밀착하는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 이와는 달리 전자파 반사 부재(155)와 차폐 부재(151)는 이격되도록 설치될 수도 있다. 전자파 반사 부재(155)는 금속재질로 이루어져서 차폐 부재(151)의 내부로 들어온 마이크로웨이브를 플라즈마 방전이 일어나는 차폐 부재(151)와 관부재(140) 사이의 공간으로 반사시킴으로써, 방전 공간 상의 플라즈마 밀도를 증가시키게 되고, 그에 따라 처리 효율이 더욱 향상된다. 관부재(140)의 내주면과 전자파 반사 부재(155)의 외주면 사이의 거리(도 5의 d)는 정합에 의한 마이크로웨이브 밀도 향상을 위하여 마이크로웨이브 파장의 1/4±α(여기서, α는 마이크로웨이브 파장의 1/8)인 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 제2 부재(155) 전체가 금속재질인 것으로 설명하지만, 이와는 달리 제2 부재(155)의 외주면 전체 또는 외주면 일부가 금속으로 이루어질 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
지지 수단(160, 170)은 관부재(130) 내부에서 내부 부재(150)가 위치를 유지하도록 지지한다. 지지 수단(160, 170)은 제1 지지 부재(160)와 제2 지지 부재(170)를 구비한다. 제1 지지 부재(160)는 가스가 원활하게 통과할 수 있는 메쉬(mesh) 형태로서, 처리대상 유해가스가 유입되는 관부재(130)의 개방된 일단(도면에서 상단)에 결합되고 중심부가 내부 부재(150)의 일단(도면에서 상단)과 결합된다. 제2 지지 부재(170)는 가스가 원활하게 통과할 수 있는 메쉬 형태로서, 처리된 가스가 배출되는 관부재(130)의 개방된 타단(도면에서 하단)에 결합되고, 중심부가 내부 부재(150)의 타단(도면에서 하단)과 결합된다. 관부재(130) 내의 마이크로웨이브가 외부로 누설되지 않도록 제1 지지 부재(160)와 제2 지지 부재(170)의 망눈은 마이크로웨이브의 파장의 1/4 이하를 갖는 것이 바람직하다.
도 3과 도 4를 참조하면, 안테나부(180)는 플라즈마 방전 챔버(130) 내에 반응부(140a)를 둘레방향을 따라 둘러싸도록 설치되어서, 플라즈마 방전 챔버(130)로 도입된 마이크로웨이브를 반응부(140a)로 균일하게 방출한다.
안테나부(180)는 마이크로웨이브가 도입되는 내부공간(181)이 형성되며 내부공간(181)의 마이크로웨이브가 방출되는 다수의 슬롯(182)들이 형성된 환형의 안테나부 몸체(185)를 구비한다. 또한, 안테나 몸체(185)에는 내부공간(181)으로 마이크로웨이브를 도입시키는 도입 개구부(186)가 형성된다. 다수의 슬롯(182)들은 반응부(140a)를 향해 둘레방향(원주방향)을 따라서 서로 이격되어 배치되어서 안테나부 몸체(185)의 내부공간(181)으로 도입된 마이크로웨이브를 반응부(140a)로 균일하게 방출시키는 역할을 한다. 본 실시예에서는 안테나 몸체(180)의 내주면이 반응부(140a)의 관부재(140)와 이격되는 것으로 도시되고 설명되지만, 이와는 달리 안테나 몸체(180)의 내주면과 관부재(140)는 밀착하도록 구성될 수도 있다.
마이크로웨이브 전송부(190)는 마이크로웨이브 발생기(110)에서 발생한 마이크로웨이브를 마이크로웨이브 플라즈마 반응기(120)로 전송한다. 마이크로웨이브 전송부(190)는 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 웨이브가이드(waveguide) 또는 동축케이블의 구성으로 이루어질 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이제, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 위에서 구성 중심으로 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 방전을 이용한 유해가스 처리장치(100)를 작용 중심으로 설명한다.
마이크로웨이브 발생기(110)에서 생성된 마이크로웨이브는 마이크로웨이브 전송부(190)를 통해 마이크로웨이브 플라즈마 반응기(120)로 전송된다. 마이크로웨이브 전송부(190)를 통해 플라즈마 반응기(120)로 전송된 마이크로웨이브는 플라즈마 방전 챔버(130)로 도입되고, 플라즈마 방전 챔버(130)로 도입된 마이크로웨이브는 안테나부(180)의 안테나 몸체(185)에 형성된 다수의 슬롯(182)을 통해 반응부(140a)로 균일하게 방출된다. 다수의 슬롯(182)을 통해 균일하게 방출된 마이크로웨이브는 반응부(140a)의 관부재(140) 내에서 중심부보다는 내주면 근처에서 강하게 형성된다. 이때, 마이크로웨이브는 내부 부재(150)의 유전체인 차폐 부재(151)를 통과하여 차폐 부재(151)의 내부로 들어간 후 금속재질인 전자파 반사 부재(155)에 반사되어서 관부재(140)와 차폐 부재(151) 사이에 형성된 플라즈마 방전 공간 상의 플라즈마 밀도가 더욱 높아지게 된다.
공정챔버(10)에서 발생한 유해물질 함유 유해가스는 플라즈마 방전 챔버(130)에 형성된 가스 유입구(131)를 통해 반응부(140a)의 관부재(140)로 유입되고, 관부재(140)로 유입된 유해가스는 마이크로웨이브 플라즈마 방전에 의해 유해물질 분해가 이루어진다. 관부재(140)로 유입된 처리대상 유해가스는 관부내(140)의 내부에 동축으로 배치되는 내부 부재(150)에 의해 관부재(140)의 중심부가 아닌 관부재(140)의 내주면과 내부 부재(150)의 외주면 사이에 형성된 공간을 통해 유동하게 된다. 이 공간은 마이크로웨이브가 강하게 형성되는 공간으로서, 모든 유해가스가 플라즈마 방전 밀도가 높은 이 공간을 지나가게 되므로 유해가스 처리 효율이 크게 향상된다.
상기 실시예에서는 내부 부재(150)의 전자파 반사 부재(155)가 중공형인 원형 튜브가 사용되는 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 부재(250)가 도시된 도 6에 도시된 바와 같이 차폐 부재(151) 내에 수용된 전자파 반사 부재(255)는 봉형태인 중실형으로 이루어질 수도 있다. 이 경우 제2 부재(255)는 전체가 금속 재질일 수도 있으나, 이와는 달린 외주면만이 또는 외주면의 일부만이 금속으로 이루어질 수도 있다.
상기 실시예에서는 내부 부재(150)가 차폐 부재(151)와 전자파 반사 부재(155, 255)의 두 개의 구성으로 이루어지는 것으로 설명하였으나, 이와는 달리 전자파 반사 부재(155, 255) 하나의 구성만으로 이루어질 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 유해가스 처리장치 110 : 마이크로웨이브 발생기
120 : 마이크로웨이브 플라즈마 반응기
130 : 플라즈마 방전 챔버 131 : 가스 유입구
132 : 가스 배출구 140a : 반응부
140 : 관부재 150 : 내부 부재
151 : 차폐 부재 155 : 전자파 반사 부재
160 : 제1 지지 부재 170 : 제2 지지 부재
180 : 안테나부 182 : 슬롯
190 : 마이크로웨이브 전송부

Claims (20)

  1. 처리대상 유해가스가 유입되는 가스 유입구와, 처리된 가스가 배출되는 가스 배출구가 형성되고, 외부로부터 마이크로웨이브가 도입되는 플라즈마 방전 챔버;
    상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하도록 상기 플라즈마 방전 챔버 내부에 설치되고, 마이크로웨이브에 의한 플라즈마 방전이 이루어지는 반응부; 및
    상기 플라즈마 방전 챔버로 도입된 마이크로웨이브를 상기 반응부로 방출하는 안테나부를 포함하며,
    상기 반응부는, 내부에 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하는 통로를 제공하는 관부재와, 상기 관부재의 내부에 수용되는 내부 부재를 구비하며,
    상기 내부 부재는 상기 관부재의 내주면과 이격되어서 위치하는 차폐 부재와, 상기 차폐 부재의 내부에 수용된 전자파 반사 부재를 구비하며,
    상기 관부재의 내주면과 대향하는 상기 차폐 부재의 외주면은 유전체로 이루어지고, 상기 관부재의 내주면과 대향하는 상기 전자파 반사 부재의 외주면의 적어도 일부는 금속으로 이루어지며,
    상기 전자파 반사 부재의 외주면과 상기 관부재의 내주면 사이의 이격거리는 λ/4±λ/8(여기서, λ는 마이크로웨이브의 파장)인 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  2. 처리대상 유해가스가 유입되는 가스 유입구와, 처리된 가스가 배출되는 가스 배출구가 형성되고, 외부로부터 마이크로웨이브가 도입되는 플라즈마 방전 챔버;
    상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하도록 상기 플라즈마 방전 챔버 내부에 설치되고, 마이크로웨이브에 의한 플라즈마 방전이 이루어지는 반응부; 및
    상기 플라즈마 방전 챔버로 도입된 마이크로웨이브를 상기 반응부로 방출하는 안테나부를 포함하며,
    상기 반응부는, 내부에 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하는 통로를 제공하는 관부재와, 상기 관부재의 내부에 수용되는 내부 부재를 구비하며,
    상기 내부 부재는 상기 관부재의 내주면과 이격되어서 위치하는 전자파 반사 부재를 구비하며,
    상기 관부재의 내주면과 대향하는 상기 전자파 반사 부재의 외주면의 적어도 일부는 금속으로 이루어지며,
    상기 전자파 반사 부재의 외주면과 상기 관부재의 내주면 사이의 이격거리는 λ/4±λ/8(여기서, λ는 마이크로웨이브의 파장)인 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전자파 반사 부재는 외주면 전체가 금속으로 이루어지는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전자판 반사부재는 전체가 금속으로 이루어지는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  5. 삭제
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전자파 반사 부재는 중공형인 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전자파 반사 부재는 중실형인 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 관부재는 원형관 형상인 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  9. 처리대상 유해가스가 유입되는 가스 유입구와, 처리된 가스가 배출되는 가스 배출구가 형성되고, 외부로부터 마이크로웨이브가 도입되는 플라즈마 방전 챔버;
    상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하도록 상기 플라즈마 방전 챔버 내부에 설치되고, 마이크로웨이브에 의한 플라즈마 방전이 이루어지는 반응부; 및
    상기 플라즈마 방전 챔버로 도입된 마이크로웨이브를 상기 반응부로 방출하는 안테나부를 포함하며,
    상기 반응부는, 내부에 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하는 통로를 제공하는 관부재와, 상기 관부재의 내부에 수용되는 내부 부재를 구비하며,
    상기 내부 부재는 상기 관부재의 내주면과 이격되어서 위치하는 차폐 부재와, 상기 차폐 부재의 내부에 수용된 전자파 반사 부재를 구비하며,
    상기 관부재의 내주면과 대향하는 상기 차폐 부재의 외주면은 유전체로 이루어지고, 상기 관부재의 내주면과 대향하는 상기 전자파 반사 부재의 외주면의 적어도 일부는 금속으로 이루어지며,
    상기 전자파 반사 부재는 상기 차폐 부재 내에서 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 차폐 부재는 전체가 유전체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 차폐 부재는 상기 관부재와 동축으로 배치되는 기둥형상인 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 차폐 부재는 내부가 밀폐된 중공형인 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 차폐 부재는 원형관 형상인 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 내부 부재를 상기 관부재에 고정시키는 지지 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 지지 수단은 내부 부재의 길이방향 양단부에 각각 고정되는 메쉬 형태의 제1 지지 부재와 제2 지지 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 지지 부재와 상기 제2 지지 부재의 망눈은 마이크로웨이브의 파장의 1/4 이하인 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  17. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 안테나부는 상기 반응부를 외부에서 둘레방향을 따라 둘러싸서 마이크로웨이브의 이동을 안내하는 안테나 몸체를 구비하며,
    상기 안테나 몸체에는 상기 반응부를 향해 형성되어서 마이크로웨이브를 상기 반응기로 방출시키는 다수의 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 안테나 몸체는 상기 반응부를 둘러싸는 환형인 것을 특징으로 하는 유해가스 처리용 마이크로웨이브 플라즈마 반응기.
  19. 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발생기;
    상기 마이크로웨이브 발생기에서 발생한 마이크로웨이브를 이용하여 플라즈마 방전을 발생시켜서 유해가스를 처리하는 마이크로웨이브 플라즈마 반응기; 및
    상기 마이크로웨이브 발생기에서 발생한 마이크로웨이브를 상기 마이크로웨이브 플라즈마 반응기로 전송하는 마이크로웨이브 전송부를 포함하며,
    상기 마이크로웨이브 플라즈마 반응기는,
    처리대상 유해가스가 유입되는 가스 유입구와, 처리된 가스가 배출되는 가스 배출구가 형성되고, 상기 마이크로웨이브 전송부를 통해 전송된 마이크로웨이브가 도입되는 플라즈마 방전 챔버와, 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하도록 상기 플라즈마 방전 챔버 내부에 설치되고, 마이크로웨이브에 의한 플라즈마 방전이 이루어지는 반응부와, 상기 플라즈마 방전 챔버로 도입된 마이크로웨이브를 상기 반응부로 방출하는 안테나부를 구비하며,
    상기 반응부는, 내부에 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하는 통로를 제공하는 관부재와, 상기 관부재의 내부에 수용되는 내부 부재를 구비하며,
    상기 내부 부재는 상기 관부재의 내주면과 이격되어서 위치하는 차폐 부재와, 상기 차폐 부재의 내부에 수용된 전자파 반사 부재를 구비하며,
    상기 관부재의 내주면과 대향하는 상기 차폐 부재의 외주면은 유전체로 이루어지고, 상기 관부재의 내주면과 대향하는 상기 전자파 반사 부재의 외주면의 적어도 일부는 금속으로 이루어지며,
    상기 전자파 반사 부재의 외주면과 상기 관부재의 내주면 사이의 이격거리는 λ/4±λ/8(여기서, λ는 마이크로웨이브의 파장)인 것을 특징으로 하는 유해가스 처리장치.
  20. 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발생기;
    상기 마이크로웨이브 발생기에서 발생한 마이크로웨이브를 이용하여 플라즈마 방전을 발생시켜서 유해가스를 처리하는 마이크로웨이브 플라즈마 반응기; 및
    상기 마이크로웨이브 발생기에서 발생한 마이크로웨이브를 상기 마이크로웨이브 플라즈마 반응기로 전송하는 마이크로웨이브 전송부를 포함하며,
    상기 마이크로웨이브 플라즈마 반응기는,
    처리대상 유해가스가 유입되는 가스 유입구와, 처리된 가스가 배출되는 가스 배출구가 형성되고, 상기 마이크로웨이브 전송부를 통해 전송된 마이크로웨이브가 도입되는 플라즈마 방전 챔버와, 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하도록 상기 플라즈마 방전 챔버 내부에 설치되고, 마이크로웨이브에 의한 플라즈마 방전이 이루어지는 반응부와, 상기 플라즈마 방전 챔버로 도입된 마이크로웨이브를 상기 반응부로 방출하는 안테나부를 구비하며,
    상기 반응부는, 내부에 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 연결하는 통로를 제공하는 관부재와, 상기 관부재의 내부에 수용되는 내부 부재를 구비하며,
    상기 내부 부재는 상기 관부재의 내주면과 이격되어서 위치하는 전자파 반사 부재를 구비하며,
    상기 관부재의 내주면과 대향하는 상기 전자파 반사 부재의 외주면의 적어도 일부는 금속으로 이루어지며,
    상기 전자파 반사 부재의 외주면과 상기 관부재의 내주면 사이의 이격거리는 λ/4±λ/8(여기서, λ는 마이크로웨이브의 파장)인 것을 특징으로 하는 유해가스 처리장치.
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