KR101995469B1 - Plasma torch - Google Patents
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Abstract
개시되는 플라즈마 토치는, 상·하부에 서로 이격되어 위치하는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극에 마주하는 상면과, 상기 제2 전극에 의해 형성되는 둘레 면과, 개방된 하면을 가지며, 플라즈마가 형성되는 공간으로 제공하는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버의 하부에 배치되며, 외부에서 공급되는 폐가스가 상기 플라즈마에 의해 처리되는 토치챔버; 상기 플라즈마 챔버를 형성하는 상기 제2 전극의 내면에 형성되며, 상기 플라즈마 챔버의 하면을 향하도록 구비되는 방전유지면; 및 상기 플라즈마 챔버의 하면을 향하는 방향으로 상기 방전유지면의 하류에 배치되며 플라즈마 형성을 위한 방전가스를 공급하는 제2 방전가스 공급부;를 포함한다.The plasma torch includes: a first electrode and a second electrode that are spaced apart from each other at upper and lower portions; A plasma chamber having a top surface facing the first electrode, a peripheral surface formed by the second electrode, an open bottom surface, and a space in which plasma is formed; A torch chamber disposed at a lower portion of the plasma chamber, wherein a waste gas supplied from the outside is processed by the plasma; A discharge sustaining surface formed on an inner surface of the second electrode forming the plasma chamber and facing the lower surface of the plasma chamber; And a second discharge gas supply unit disposed downstream of the discharge sustaining surface in a direction toward the lower surface of the plasma chamber and supplying a discharge gas for plasma formation.
Description
본 발명(Disclsoure)은, 플라즈마 토치에 관한 것으로서, 구체적으로 공정 폐가스에 포함된 부식가스에 의해 전극의 부식되는 것을 방지할 수 있는 전극구조를 가지는 플라즈마 토치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma torch and, more particularly, to a plasma torch having an electrode structure capable of preventing the electrode from being corroded by the corrosive gas contained in the process waste gas.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).Herein, the background art relating to the present invention is provided, and they are not necessarily referred to as known arts.
반도체 제조 공정이나 LCD 제조 공정 등에서 배출되는 배기 가스는 유독성, 폭발성 및 부식성이 강하기 때문에 인체에 유해할 뿐만 아니라 그대로 대기중으로 방출될 경우에는 환경 오염을 유발하는 원인이 되기도 한다.Exhaust gases emitted from the semiconductor manufacturing process and the LCD manufacturing process are toxic, explosive, and corrosive, which is not only harmful to human body but also causes environmental pollution if released into the atmosphere.
따라서, 이러한 배기가스는 유해성분의 함량을 허용 농도 이하로 낮추는 정화처리과정이 필요하다. Therefore, such an exhaust gas requires a purification treatment process for lowering the content of harmful components to a permissible concentration or less.
예를 들면, 반도체 공정에서는 실란(SiH4), 아르신(AsH3), 포스핀(PH3), TEOS 등의 유해성분이 사용되는 데, 이와 같은 가스는 발화성 및 독성이 있으므로, 사용이 끝난 폐가스는 배기 시스템을 통하여 대기로 배출되기 전에 폐가스 정화장치를 이용해 정화과정을 거치게 된다.For example, harmful components such as silane (SiH4), arsine (AsH3), phosphine (PH3), and TEOS are used in the semiconductor process. Since these gases are ignitable and toxic, A purification process is performed using a waste gas purifying device before being discharged to the atmosphere through the exhaust gas purification device.
폐가스 정화과정은 플라즈마 토치에서 발생되는 고 에너지의 아크 플라즈마를 이용하여 폐가스를 분해 및 처리하고, 그 부산물을 처리하여 배기하는 과정을 거치게 된다.The waste gas purification process uses a high-energy arc plasma generated from the plasma torch to decompose and treat the waste gas, and the by-product is treated and exhausted.
종래 플라즈마 토치에 의한 폐가스 처리는, 폐가스에 포함되는 부식가스(예: Cl2, F2, BCl3, HF, PFCs Gas 등)에 의한 플라즈마 토치의 전극, 특히 부식가스에 노출되는 애노드(anode) 전극의 하단부에서 부식가스에 의한 부식이 발생하는 문제가 있었다.The waste gas treatment by the conventional plasma torch is performed by using an electrode of a plasma torch by corrosion gas (for example, Cl 2 , F 2 , BCl 3 , HF, PFCs Gas, etc.) contained in the waste gas, There is a problem that corrosion due to corrosion gas occurs at the lower end of the electrode.
이는 플라즈마 토치의 수명(Life Time)을 단축시키는 원인이 된다.This shortens the life time of the plasma torch.
본 발명(Discloure)은, 애노드 전극의 하단에 위치되는 방전 유지 부분을 애노드 전극의 중앙부로 이동되도록 함으로써, 방전 유지 부분이 부식가스에 노출되는 것을 방지할 수 있는 플라즈마 토치의 제공을 일 목적으로 한다.The object of the present invention is to provide a plasma torch capable of preventing the discharge sustaining portion from being exposed to corrosive gas by moving the discharge sustaining portion located at the lower end of the anode electrode to the central portion of the anode electrode .
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).The present invention is not intended to be exhaustive or to limit the scope of the present invention to the full scope of the present invention. of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 플라즈마 토치는, 상·하부에 서로 이격되어 위치하는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극에 마주하는 상면과, 상기 제2 전극에 의해 형성되는 둘레 면과, 개방된 하면을 가지며, 플라즈마가 형성되는 공간으로 제공하는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버의 하부에 배치되며, 외부에서 공급되는 폐가스가 상기 플라즈마에 의해 처리되는 토치챔버; 상기 플라즈마 챔버를 형성하는 상기 제2 전극의 내면에 형성되며, 상기 플라즈마 챔버의 하면을 향하도록 구비되는 방전유지면; 및 상기 플라즈마 챔버의 하면을 향하는 방향으로 상기 방전유지면의 하류에 배치되며 플라즈마 형성을 위한 방전가스를 공급하는 제2 방전가스 공급부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma torch comprising: a first electrode and a second electrode that are spaced apart from each other at upper and lower portions; A plasma chamber having a top surface facing the first electrode, a peripheral surface formed by the second electrode, an open bottom surface, and a space in which plasma is formed; A torch chamber disposed at a lower portion of the plasma chamber, wherein a waste gas supplied from the outside is processed by the plasma; A discharge sustaining surface formed on an inner surface of the second electrode forming the plasma chamber and facing the lower surface of the plasma chamber; And a second discharge gas supply unit disposed downstream of the discharge sustaining surface in a direction toward the lower surface of the plasma chamber and supplying a discharge gas for plasma formation.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 플라즈마 토치에서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이 공간을 통해 플라즈마 형성을 위한 방전가스를 공급하는 제1 방전가스 공급부;를 가질 수 있다. In a plasma torch according to an aspect of the present invention, a first discharge gas supply unit for supplying a discharge gas for plasma formation through a space between the first electrode and the second electrode may be provided.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 플라즈마 토치에서, 상기 방전유지면은, 상기 제1 전극으로부터 상기 플라즈마 챔버의 하면을 향하는 방향으로 상기 제2 전극의 내면에 형성된 하향 단차로 구비될 수 있다.In the plasma torch according to an aspect of the present invention, the discharge sustaining surface may be provided with a downward step formed on the inner surface of the second electrode in a direction from the first electrode toward the lower surface of the plasma chamber.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 플라즈마 토치에서, 상기 방전유지면은, 상기 제2 전극의 길이방향으로 중앙부에 형성될 수 있다.In the plasma torch according to an aspect of the present invention, the discharge sustaining surface may be formed at a central portion in the longitudinal direction of the second electrode.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 플라즈마 토치에서, 상기 제2 방전가스 공급부는, 상기 방전유지면에 인접하게 위치될 수 있다.In the plasma torch according to an aspect of the present invention, the second discharge gas supply part may be located adjacent to the discharge sustaining surface.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 플라즈마 토치에서, 상기 제2 방전가스 공급부는, 상기 제2 전극의 내면 둘레방향으로 등간격으로 배치될 수 있다.In the plasma torch according to an aspect of the present invention, the second discharge gas supply unit may be arranged at equal intervals in the circumferential direction of the inner surface of the second electrode.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 플라즈마 토치에서, 상기 제2 방전가스 공급부는, 상기 제2 전극의 내면과 직교하는 방향으로 방전가스를 공급하도록 형성될 수 있다.In the plasma torch according to an aspect of the present invention, the second discharge gas supply part may be formed to supply the discharge gas in a direction perpendicular to the inner surface of the second electrode.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 플라즈마 토치에서, 상기 제2 방전가스 공급부는, 상기 제2 전극의 내면에 대해 접선방향으로 방전가스를 공급하도록 형성될 수 있다.In the plasma torch according to an aspect of the present invention, the second discharge gas supply part may be formed to supply a discharge gas in a tangential direction with respect to the inner surface of the second electrode.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 플라즈마 토치에서, 상기 플라즈마 챔버의 하부에 외부에서 공급되는 폐가스를 상기 플라즈마에 의해 처리하는 토치챔버가 배치되는 것을 특징으로 한다.In a plasma torch according to an aspect of the present invention, a torch chamber for treating the waste gas supplied from the outside at the lower portion of the plasma chamber by the plasma is disposed.
본 발명에 따르면, 폐가스에 포함된 부식가스에 노출시 치명적인 방전유지면을 제2 전극의 내부로 이동시키므로, 부식가스에 의해 제2 전극의 하면이 부식되는 문제를 방지할 수 있다. 따라서 전극의 수명이 향상된다. According to the present invention, since the discharge sustaining surface, which is fatal when exposed to the corrosive gas contained in the waste gas, is moved to the inside of the second electrode, it is possible to prevent the lower surface of the second electrode from being corroded by the corrosive gas. Therefore, the lifetime of the electrode is improved.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 토치가 구비된 폐가스 처리 장치를 보인 도면.
도 2는 도 1에서 플라즈마 토치의 일 실시형태를 보인 도면.
도 3은 도 2에서 주요부를 확대한 도면.
도 4는 도 3에서 제2 방전가스 공급부를 보인 도면.
도 5는 도 4의 다른 예를 보인 도면.1 shows a waste gas treatment apparatus equipped with a plasma torch according to the present invention.
Fig. 2 shows one embodiment of the plasma torch in Fig. 1; Fig.
Fig. 3 is an enlarged view of a main part in Fig. 2; Fig.
Fig. 4 is a view showing a second discharge gas supplying portion in Fig. 3; Fig.
Fig. 5 shows another example of Fig. 4. Fig.
이하, 본 발명에 따른 플라즈마 토치를 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the plasma torch according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
다만, 본 발명의 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 본 개시와 동일한 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다양한 실시 형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 기술적 사상에 포함됨을 밝힌다.It is to be understood, however, that the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below, and those skilled in the art of the present invention, other than the scope of the present invention, It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 기술적 내용을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다. In addition, the terms used below are selected for convenience of explanation. Therefore, the technical meaning of the present invention should not be limited to the prior meaning, but should be properly interpreted in accordance with the technical idea of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 토치가 구비된 폐가스 처리 장치를 보인 도면, 도 2는 도 1에서 플라즈마 토치의 일 실시형태를 보인 도면, 도 3은 도 2에서 주요부를 확대한 도면, 도 4는 도 3에서 제2 방전가스 공급부를 보인 도면, 도 5는 도 4의 다른 예를 보인 도면이다.FIG. 1 is a view showing a waste gas treatment apparatus equipped with a plasma torch according to the present invention, FIG. 2 is a view showing an embodiment of a plasma torch in FIG. 1, FIG. 3 is an enlarged view of a main part in FIG. FIG. 3 is a view showing a second discharge gas supplying unit, and FIG. 5 is a view showing another example of FIG.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시형태에 따른 플라즈마 토치(100)는, 제1 전극(110), 제2 전극(120), 플라즈마 챔버(130), 토치챔버(10), 방전유지면(601), 제2 방전가스 공급부(150)를 포함한다.1 to 5, a
플라즈마 토치(100)는 반도체 등의 제조공정에서 발생하는 폐가스의 배출라인을 통해 공급되는 폐가스를 토치챔버(10)에서 플라즈마에 의하여 분해하여 폐가스의 오염도를 저하시킨 후, 반응챔버(20,Reaction chamber), 스크러버(30) 등을 경유하여 처리한 후 외부로 배출시킨다.The
플라즈마 토치(100)는, 상·하부에 서로 이격되어 위치하는 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)을 포함한다.The
제1 전극(110)은 캐소드(Cathode), 제2 전극(120)은 애노드(Anode)를 의미한다.The
본 실시형태에서, 제1,2 전극(110,120) 중 어느 하나의 외면에 코일이 감겨져 구비될 수 있다. In this embodiment, a coil may be wound around the outer surface of any one of the first and
코일에 전류를 인가하면, 제1,2 전극(110,120)의 내측, 즉 플라즈마 챔버(130)에 자기장이 형성되며, 자기장에 의해 플라즈마 챔버(130)에 생성되는 플라즈마(P)의 흐름을 조절하여 폐가스의 처리효율을 높일 수 있다.When a current is applied to the coil, a magnetic field is formed inside the first and
한편, 제1,2 전극(110,120)의 냉각을 위한 냉각라인이 더 구비될 수 있다.Meanwhile, a cooling line for cooling the first and
제1,2 전극(110,120)은 상하방향으로 서로 이격되도록 구비된다. The first and
플라즈마 챔버(130)는, 제1 전극(110)에 마주하는 상면과, 제2 전극(120)에 의해 형성되는 둘레 면(140)과, 개방된 하면(135)을 가지며, 플라즈마(P)가 형성되는 공간으로 제공된다.The
이를 위해, 제2 전극(120)은 내부에 대략 원통형의 공간을 가진다. To this end, the
토치챔버(10)는, 플라즈마 챔버(130)의 하부에 배치되며, 외부에서 공급되는 폐가스가 제1,2 전극(110,120)에 의해 생성되는 플라즈마(P)에 의해 처리되는 공간이다.The
여기서, 플라즈마(P)는, 제1 방전가스 공급부(113)를 통해 공급되는 방전가스에 의해 형성되며, 플라즈마 아크 또는 플라즈마 플레임을 의미한다. Here, the plasma P is formed by the discharge gas supplied through the first discharge
제1 방전가스 공급부(113)는, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이 공간을 통해 플라즈마 형성을 위한 방전가스를 공급하는 구성이다.The first discharge
제1,2 전극(110,120)은 텅스텐, 구리, 그라파이트 등의 재질로 구비될 수 있다.The first and
방전유지면(601)은, 제1,2 전극(110,120)에 의해 생성된 플라즈마(P)가 제2 전극(120)의 하면 측으로 이동하는 것을 제한하기 위한 구성이다.The discharge sustaining surface 601 is a structure for restricting the movement of the plasma P generated by the first and
방전유지면(601)은, 플라즈마 챔버(130)를 형성하는 제2 전극(120)의 내면에 형성되며, 플라즈마 챔버(130)의 하면을 향하도록 구비된다.The discharge sustaining surface 601 is formed on the inner surface of the
구체적으로, 방전유지면(601)은, 제1 전극(110)으로부터 플라즈마 챔버(130)의 하면을 향하는 방향으로 제2 전극(120)의 내면에 형성된 하향 단차로 구비된다.Specifically, the discharge sustaining surface 601 is provided with a downward step formed on the inner surface of the
또한, 방전유지면(601)은, 제2 전극(120)의 길이방향으로 중앙부에 형성되는 것이 바람직하다.It is preferable that the discharge sustaining surface 601 is formed at a central portion in the longitudinal direction of the
제2 방전가스 공급부(150)는, 방전유지면(601)에서의 플라즈마(P)의 유지 및 플라즈마 챔버(130)의 하면으로 이동하는 것을 방지하기 위해 구성되는 것으로서, 플라즈마 챔버(130)의 하면을 향하는 방향으로 방전유지면(601)의 하류에 배치되며 플라즈마(P) 형성을 위한 방전가스를 공급한다.The second discharge
한편, 본 실시형태에서, 제2 방전가스 공급부(150)는, 방전유지면(601)에 인접하게 위치되는 것이 바람직하다.On the other hand, in the present embodiment, it is preferable that the second discharge
한편, 본 실시형태에서, 제2 방전가스 공급부(150)는, 제2 전극(120)의 내면 둘레방향으로 등간격으로 배치되는 것이 바람직하며, 방전가스의 공급이 제2 전극(120)의 내면과 직교하는 방향으로 공급되도록 형성될 수 있다(도 4 참조).In the present embodiment, it is preferable that the second discharge
이와 달리, 제2 방전가스 공급부(150)는, 제2 전극(120)의 내면에 대해 접선방향으로 방전가스를 공급하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는 방전가스의 와류를 형성하여 방전효율을 높이는 효과를 가진다.Alternatively, the second discharge
Claims (9)
상기 제1 전극에 마주하는 상면과, 상기 제2 전극에 의해 형성되는 둘레 면과, 개방된 하면을 가지며, 상기 개방된 하면을 향하여 폐가스 처리를 위한 플라즈마가 형성되는 공간으로 제공하는 플라즈마 챔버;
상기 플라즈마 챔버를 형성하는 상기 제2 전극의 내면에 형성되며, 상기 플라즈마 챔버의 하면을 향하도록 구비되며, 상기 플라즈마의 방전이 이루어지는 방전유지면; 및
상기 플라즈마 챔버의 하면을 향하는 방향으로 상기 방전유지면의 하류에 배치되며 플라즈마 형성을 위한 방전가스를 공급하는 제2 방전가스 공급부;를 포함하고,
상기 제2 방전가스 공급부는, 상기 방전유지면에 인접하게 위치되고,
상기 제2 방전가스 공급부는, 상기 제2 전극의 내면 둘레방향으로 등간격으로 배치되며,
상기 제2 방전가스 공급부는, 상기 제2 전극의 내면에 대해 접선방향으로 방전가스를 공급하도록 형성되고,
상기 플라즈마 챔버의 하부에 외부에서 공급되는 폐가스를 상기 플라즈마에 의해 처리하는 토치챔버가 배치되며,
상기 방전유지면은 상기 폐가스에 포함되는 Cl2, F2, BCl3, HF 및 PFCs Gas로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 부식가스에 의해 상기 제2 전극이 부식되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.A first electrode and a second electrode spaced apart from each other at upper and lower portions;
A plasma chamber having a top surface facing the first electrode, a circumferential surface formed by the second electrode, an open bottom surface, and a space for forming a plasma for waste gas treatment toward the opened bottom surface;
A discharge sustaining surface formed on an inner surface of the second electrode forming the plasma chamber and facing the lower surface of the plasma chamber and discharging the plasma; And
And a second discharge gas supply unit disposed downstream of the discharge sustaining surface in a direction toward the lower surface of the plasma chamber and supplying a discharge gas for plasma formation,
Wherein the second discharge gas supply unit is located adjacent to the discharge sustaining surface,
Wherein the second discharge gas supply unit is disposed at equal intervals in the circumferential direction of the inner surface of the second electrode,
Wherein the second discharge gas supply unit is formed to supply a discharge gas in a tangential direction with respect to an inner surface of the second electrode,
A torch chamber for treating the waste gas supplied from the outside by the plasma is disposed under the plasma chamber,
Wherein the discharge sustaining surface prevents the second electrode from being corroded by at least one corrosive gas selected from the group consisting of Cl 2 , F 2 , BCl 3 , HF and PFCs Gas included in the waste gas. torch.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이 공간을 통해 플라즈마 형성을 위한 방전가스를 공급하는 제1 방전가스 공급부;를 가지는 플라즈마 토치.The method according to claim 1,
And a first discharge gas supply unit for supplying a discharge gas for plasma formation through a space between the first electrode and the second electrode.
상기 방전유지면은, 상기 제1 전극으로부터 상기 플라즈마 챔버의 하면을 향하는 방향으로 상기 제2 전극의 내면에 형성된 하향 단차로 구비되는 플라즈마 토치.The method of claim 2,
Wherein the discharge sustaining surface is provided with a downward step formed on an inner surface of the second electrode in a direction from the first electrode toward a lower surface of the plasma chamber.
상기 방전유지면은, 상기 제2 전극의 길이방향으로 중앙부에 형성되는 플라즈마 토치.The method of claim 3,
Wherein the discharge sustaining surface is formed at a central portion in the longitudinal direction of the second electrode.
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