KR102035217B1 - 유해가스 처리기를 구비하는 배관 장치 및 이를 포함하는 유해가스 처리설비 - Google Patents

유해가스 처리기를 구비하는 배관 장치 및 이를 포함하는 유해가스 처리설비 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 배관장치는, 배기가스 중 미반응 가스에 첨가제를 추가하여, 파우더를 미리 인위적으로 생성시키고, 생성된 파우더를 미리 한번에 제거할 수 있으므로, 배출관의 내부에 파우더가 쌓이는 것을 방지할 수 있다. 또한, 파우더를 미리 인위적으로 생성한 후 제거함으로써, 스크러버로 유입되는 파우더의 양이 최소화되어, 스크러버의 수명이 증가될 수 있다.

Description

유해가스 처리기를 구비하는 배관 장치 및 이를 포함하는 유해가스 처리설비{PIPING APPARATUS WITH HARMFUL GAS TREATMENT APPARATUS USING PLASMA REACTION, AND FACILITY FOR TREATING HARMFUL GAS HAVING THE SAME}
본 발명은 유해가스 처리기를 구비하는 배관 장치 및 이를 포함하는 유해가스 처리설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공펌프의 후단에 첨가제를 주입하여 파우더를 인위적으로 생성한 후 이를 미리 제거하는 유해가스 처리기를 구비하는 배관 장치 및 이를 포함하는 유해가스 처리설비에 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.
일반적으로 공정챔버에서 발생한 유해가스를 포함하는 배기가스는 진공펌프를 통해 배출되고 배출된 배기가스는 스크러버에서 처리되는데, 진공펌프와 스크러버를 연결하는 배관에서 파우더가 발생하여 문제가 되고 있다. 이는 배관을 통과하는 배기가스에 포함된 염화암모늄(NH4Cl)이나 TEOS 같은 가스가 온도 하강 또는 압력 상승에 따른 승화로 인해 발생하는 것이다.
대한민국 공개특허 제10-2006-0065823호 "배기 라인의 클리닝 방법" (2006.06.14.)
본 발명의 목적은 진공펌프에서 나오는 배기가스에 첨가제를 추가하여 파우더를 인위적으로 생성하여 생성된 파우더를 미리 제거할 수 있는 유해가스 처리기를 구비하는 배관 장치 및 이를 포함하는 유해가스 처리설비를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 배관 장치는, 공정챔버에서 발생한 유해가스를 포함하는 배기가스를 배출하기 위한 진공펌프의 토출측에 연결된 배관 장치에 있어서, 상기 진공펌프의 후단에 연결되어, 상기 배기가스가 유동하는 제1통로를 제공하는 제1배출관; 및 상기 진공펌프와 상기 제1배출관 사이 또는 상기 제1배출관 상에 설치되는 유해가스 처리기를 포함하며, 상기 유해가스 처리기는, 상기 제1통로에서 미리 설정된 제1첨가 위치에 구비되어, 상기 배기가스에 포함된 성분들 중 상기 공정챔버에서 미반응되고 나온 미반응 가스들과 반응하는 제1첨가제를 주입하는 제1첨가제 주입부와, 상기 제1통로에 구비되어, 플라즈마를 분사하여 상기 미반응 가스와 상기 제1첨가제가 플라즈마 반응에 의해 파우더를 인위적으로 생성시키는 플라즈마 분사기와, 상기 제1통로에 구비되어, 상기 파우더를 회수하여 배출하는 제1파우더 배출부를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배관 장치는, 공정챔버에서 발생한 유해가스를 포함하는 배기가스를 배출하기 위한 진공펌프와, 상기 진공펌프에 의해 배출되는 상기 배기가스를 처리하는 스크러버 사이에 설치된 배관 장치에 있어서, 상기 진공펌프와 상기 스크러버를 연결하고, 상기 배기가스가 유동하는 제1통로를 제공하는 제1배출관; 상기 스크러버의 후단에 연결되어, 상기 스크러버에서 배출되는 상기 배기가스가 유동하는 제2통로를 제공하는 제2배출관; 및 상기 스크러버와 상기 제2배출관 사이 또는 상기 제2배출관 상에 설치되는 유해가스 처리기를 포함하며, 상기 유해가스 처리기는, 상기 제2통로에서 미리 설정된 제2첨가 위치에 구비되어, 상기 제2통로에 남은 미반응 가스들과 반응하는 제2첨가제를 주입하는 제2첨가제 주입부와, 상기 제2통로에 구비되어, 플라즈마를 분사하여 상기 미반응 가스와 상기 제2첨가제가 플라즈마 반응에 의해 파우더를 인위적으로 생성시키는 플라즈마 분사기와, 상기 제2통로에 구비되어, 상기 파우더를 회수하여 배출하는 제2파우더 배출부를 포함한다.
본 발명에 따른 유해가스 처리설비는, 공정챔버에서 발생한 유해가스를 포함하는 배기가스를 배출하는 진공펌프와; 상기 진공펌프에 의해 배출되는 상기 배기가스를 처리하는 스크러버와; 상기 진공펌프와 상기 스크러버를 연결하고 상기 배기가스가 유동하는 통로를 제공하는 제1배출관과, 상기 제1배출관과 상기 진공펌프 사이 또는 상기 제1배출관 상에 설치되는 유해가스 처리기를 구비하는 배관 장치를 포함하며, 상기 유해가스 처리기는, 상기 제1통로에서 미리 설정된 제1첨가 위치에 구비되어, 상기 배기가스에 포함된 성분들 중 상기 공정챔버에서 미반응되고 나온 미반응 가스들과 반응하는 제1첨가제를 주입하는 제1첨가제 주입부와, 상기 제1통로에 구비되어, 플라즈마를 분사하여 상기 미반응 가스와 상기 제1첨가제가 플라즈마 반응에 의해 파우더를 인위적으로 생성시키는 플라즈마 분사기와, 상기 제1통로에 구비되어, 상기 파우더를 회수하여 배출하는 제1파우더 배출부를 포함한다.
본 발명에 따른 배관장치는, 배기가스 중 미반응 가스에 첨가제를 추가하여, 파우더를 미리 인위적으로 생성시키고, 생성된 파우더를 미리 한번에 제거할 수 있으므로, 배출관의 내부에 파우더가 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
또한, 파우더를 미리 인위적으로 생성한 후 제거함으로써, 스크러버로 유입되는 파우더의 양이 최소화되어, 스크러버의 수명이 증가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 처리기를 포함한 유해가스 처리설비의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 처리기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유해가스 처리기를 포함한 유해가스 처리설비의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 처리기를 포함한 유해가스 처리설비의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 유해가스 처리 설비는, 공정챔버(C), 진공펌프(P) 및 배관 장치를 포함한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 유해가스 처리 설비는 스크러버를 더 포함할 수도 있으며, 유해가스 처리 설비의 구성은 본 발명과 관련된 통상의 기술범위 내에서 변경되고 수정될 수 있다.
상기 공정챔버(C)는, TEOS(Si(OC2H5)4) 가스에 O2 또는 O3을 첨가하고 플라즈마 반응시켜 SiO2 파우더를 생성하고, 생성된 SiO2 파우더를 기판 등에 증착시키는 공정을 수행한다. 상기 공정챔버(C)에서 나오는 배기가스에는 상기 공정에서 미반응되고 나온 미반응 가스와, 상기 공정에서 증착되지 못하고 남은 SiO2 파우더 및 기타 가스가 포함된다. 상기 미반응 가스는, 상기 SiO2 파우더 생성 반응에서 미반응되고 나온 TEOS 가스이다.
상기 진공펌프(P)는, 상기 공정챔버(C)에서 발생한 유해가스를 포함하는 배기가스를 배출시키기 위한 펌프이다.
상기 배관장치는, 제1배출관(11)과 유해가스 처리기(100)를 포함한다.
상기 제1배출관(11)은, 상기 진공펌프(P)의 후단에 연결되어 상기 진공펌프(P)에서 펌핑된 배기가스가 유동하는 제1통로를 제공한다.
상기 유해가스 처리기(100)는, 상기 제1배출관(11)과 상기 진공펌프(P) 사이 또는 상기 제1배출관(11) 상에 설치된다.
상기 유해가스 처리기(100)는, 상기 배기가스에 포함된 성분들 중 상기 미반응 가스를 파우더로 인위적으로 생성하는 장치이다.
상기 미반응 가스는, TEOS(Si(OC2H5)4) 가스이다.
상기 유해가스 처리기(100)는, 제1첨가제 주입부(110)와, 플라즈마 분사기(122)와, 제1파우더 배출부(120)를 포함한다.
상기 제1첨가제 주입부(110)는, 미리 설정된 제1첨가 위치(A1)에 설치된다. 상기 제1첨가제 주입부(110)는, 미리 설정된 제1첨가제를 상기 제1통로의 내부로 주입하는 주입장치이다.
상기 제1첨가제는 상기 TEOS 가스와 반응하여 파우더를 생성할 수 있는 물질이 사용되며, 본 실시예에서는 O2 또는 O3을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 제1첨가제 주입부(110)는 상기 TEOS 가스에 상기 제1첨가제(O2 또는 O3)를 주입하는 장치이다.
상기 플라즈마 분사기(122)는, 상기 제1통로에 구비되어, 플라즈마를 분사하는 장치이다. 따라서, 상기 TEOS 가스와 상기 제1첨가제가 플라즈마 반응에 의해 SiO2 파우더를 인위적으로 생성할 수 있다.
상기 플라즈마 분사기(122)는, 상기 제1파우더 트랩(121)의 내부로 플라즈마를 분사하는 제1대기압 플라즈마 분사기이다.
상기 제1파우더 배출부(120)는, 상기 제1통로에 설치되어, 상기 제1첨가제와 상기 플라즈마 반응에 의해 인위적으로 생성된 파우더를 회수하여 배출하기 위한 장치이다.
상기 제1파우더 배출부(120)는, 제1파우더 트랩(121)을 포함한다.
상기 제1파우더 트랩(121)은, 상기 제1배출관(10)의 하부에서 연통되게 형성되어, 상기 제1배출관(10)의 내부에서 생성된 파우더가 중력방향으로 낙하되어 수집되도록 형성된 제1파우더 트랩이다.
상기 제1파우더 트랩(121)은, 원통형의 하우징(121a)과, 상기 하우징(121a)의 내주면에서 깊이 방향으로 서로 소정간격 이격되게 형성되어 상기 파우더는 하방향으로 안내하고 상기 배기가스는 차단하는 복수의 날개부(121b)와, 상기 하우징(121a)의 하부에 구비되어 수집된 파우더를 외부로 배출하는 파우더 배출구(121c)를 포함한다.
한편, 상기 실시예에 한정되지 않고, 상기 유해가스 처리부(100)는, 상기 제1파우더 트랩(121)을 통과한 유해가스를 촉매를 이용하여 분해하여 처리하는 촉매 처리부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 배관 장치의 작용을 설명하면, 다음과 같다.
상기 진공펌프(P)에서 배출되는 배기가스에 상기 제1첨가제를 주입하고, 상기 플라즈마 분사기(122)가 플라즈마를 분사한다.
상기 TEOS가스와 상기 제1첨가제가 플라즈마 반응에 의해 SiO2 파우더를 생성한다.
상기 TEOS 가스와 상기 제1첨가제가 플라즈마 반응에 의해 파우더를 생성하는 반응식은 다음과 같다.
<반응식>
Figure 112019015992606-pat00001
상기에서 생성된 SiO2 파우더는 상기 제1파우더 배출부(120)에서 회수된다.
상기 제1파우더 배출부(120)에서는, 상기 파우더는 중력에 의해 하방향으로 떨어져 수집된 후 외부로 배출된다.
상기와 같이, 미리 정해진 위치에서 파우더를 인위적으로 생성시킴으로써, 미리 정해진 위치에서 파우더를 한번에 제거하는 것이 가능하다.
따라서, 상기 제1배출관(11)의 내부에서 인지하지 못하는 위치에서 파우더가 쌓이는 것을 방지할 수 있다. 즉, 종래에는 파우더가 쌓이는 위치를 알 수 없으므로 파우더를 일괄 제거하는 것이 거의 불가능하였으나, 본 발명에서는 정해진 위치에서 파우더를 인위적으로 생성시킨 후 한번에 제거함으로써 파우더를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
본 실시예에서는 유해가스 처리기(100)가 진공펌프(P)의 외부에 설치되는 것으로 설명하는데, 이와는 달리 진공펌프(P)의 내부(진공펌프의 케이스 내부를 의미)에 설치될 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
유해가스 처리기가 진공펌프의 외부에 설치되는 경우 수평으로 연장되는 배출관에 설치되거나, 수직으로 연장되는 배출관 상에 설치되거나, 수평으로 연장되는 배관에 경사지게 연결되도록 설치될 수 있는데, 유해가스 처리기가 진공펌프의 외부에 설치되는 경우 유해가스 처리기의 교체와 같은 유지 보수의 측면에서 유리하며, 수평으로 연장되는 배관에 설치되는 경우 특히 배관 길이를 최소화할 수 있다. 유해가스 처리기가 진공펌프의 내부에 설치되는 경우 장치의 크기를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
본 실시예에서는, 상기 플라즈마 분사기(122)가 상기 제1파우더 배출부(120)에 구비된 것으로 예를 들어 설명하였으나, 상기 플라즈마 분사기(122)는 상기 제1첨가제 주입부(110)와 상기 제1파우더 배출부(120)사이에 별도로 구비될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유해가스 처리기를 포함한 유해가스 처리설비의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유해가스 처리기를 포함한 유해가스 처리설비는, 상기 진공펌프(P)에서 배출되는 상기 배기가스를 처리하는 스크러버(S)를 더 포함하고, 상기 유해가스 처리기(100)(200)는 제1첨가제 주입부(110), 제1파우더 배출부(120), 제2첨가제 주입부(210) 및 제2파우더 배출부(220)를 포함하는 것이 상기 일 실시예와 상이하고 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 구성에 대해서만 상세히 설명하기로 한다.
상기 제1첨가제 주입부(110)는 미리 설정된 제1첨가 위치(A1)에 구비된다.
상기 제1파우더 배출부(120)는, 상기 제1첨가 위치(A1)보다 후류측에 설치된다.
상기 제2첨가제 주입부(210)는 미리 설정된 제2첨가 위치(A2)에 구비된다.
상기 제1,2첨가제는 O2 또는 O3을 사용할 수 있다.
상기와 같이, 상기 파우더를 미리 인위적으로 생성한 후 제거함으로써, 상기 스크러버(S)로 유입되는 파우더의 양이 최소화되어, 상기 스크러버(S)의 부하가 감소되어 수명이 증가될 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.
10: 배관 장치 11: 제1배출관
12: 제2배출관 100, 200: 유해가스 처리기
110: 제1첨가제 주입부 120: 제1파우더 배출부
210: 제2첨가제 주입부 220: 제2파우더 배출부

Claims (10)

  1. TEOS(Si(OC2H5)4) 가스에 플라즈마 반응시켜 기판에 SiO2 를 증착시키는 공정을 수행하는 공정챔버에서 발생한 유해가스를 포함하는 배기가스를 배출하기 위한 진공펌프와, 상기 진공펌프에 의해 배출되는 배기가스를 처리하는 스크러버 사이에 설치된 배관 장치에 있어서,
    상기 진공펌프의 후단에 연결되어, 상기 배기가스가 유동하는 제1통로를 제공하는 제1배출관;
    상기 진공펌프와 상기 제1배출관 사이 또는 상기 제1배출관 상에 설치되는 유해가스 처리기; 및
    상기 유해가스 처리기는,
    상기 제1통로에서 미리 설정된 제1첨가 위치에 구비되어, 상기 배기가스에 포함된 성분들 중 상기 공정챔버에서 미반응되고 나온 미반응 가스와 반응하는 제1첨가제를 주입하는 제1첨가제 주입부와,
    상기 제1통로에 구비되어, 상기 제1통로를 통과하는 상기 미반응 가스와 상기 제1첨가제에 플라즈마를 분사하여, 플라즈마 반응에 의해 파우더를 인위적으로 생성하는 플라즈마 분사기와,
    상기 제1통로에 구비되어, 상기 파우더를 회수하여 배출하는 제1파우더 배출부를 포함하고,
    상기 플라즈마 분사기는,
    상기 제1배출관의 상부에 구비되어, 상기 플라즈마를 하향 분사하는 대기압 플라즈마 분사기(Atmospheric plasma sprayer)이고,
    상기 제1파우더 배출부는,
    상기 제1배출관의 하부에 연통되게 형성되어 상기 제1배출관의 내부에서 생성된 파우더가 중력 방향으로 낙하되어 수집되도록 형성된 제1파우더 트랩을 포함하고,
    상기 제1파우더 트랩은,
    하우징과,
    상기 하우징의 내주면에서 깊이 방향으로 서로 소정간격 이격되어, 상기 파우더는 하방향으로 안내하고 상기 배기가스는 차단하는 복수의 날개부와,
    상기 하우징의 하부에 구비되어 낙하되어 수집된 파우더를 외부로 배출하는 파우더 배출구를 포함하고,
    상기 미반응 가스는 TEOS(Si(OC2H5)4) 가스이고,
    상기 제1첨가제는 O2 또는 O3을 사용하여,
    상기 하우징의 내부에서는, 상기 TEOS(Si(OC2H5)4)가스와 상기 제1첨가제가 상기 플라즈마에 의해 반응하여 SiO2 파우더, H20 가스 및 CO2 가스를 생성하도록 반응하는 배관 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배관장치는,
    상기 스크러버의 후단에 연결되어, 상기 스크러버에서 배출되는 상기 배기가스가 유동하는 제2통로를 제공하는 제2배출관을 더 포함하는 배관 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 유해가스 처리기는,
    상기 제2통로에서 미리 설정된 제2첨가 위치에 구비되어, 상기 제2통로에 남은 미반응 가스와 반응하는 제2첨가제를 주입하는 제2첨가제 주입부와,
    상기 제2통로에 구비되어, 상기 제2통로를 통과하는 상기 미반응 가스와 상기 제2첨가제에 플라즈마를 분사하여, 플라즈마 반응에 의해 파우더를 인위적으로 생성하는 플라즈마 분사기와,
    상기 제2통로에 구비되어, 상기 파우더를 회수하여 배출하는 제2파우더 배출부를 더 포함하는 배관 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2파우더 배출부는,
    상기 제2배출관의 하부에서 연통되게 형성되어 상기 제2배출관의 내부에서 생성된 파우더가 중력 방향으로 낙하되어 수집되도록 형성된 제2파우더 트랩을 포함하는 배관 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 플라즈마 분사기는,
    상기 제2파우더 트랩의 내부로 플라즈마를 분사하는 대기압 플라즈마 분사기(Atmospheric plasma sprayer)를 더 포함하는 배관 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020190017647A 2019-02-15 2019-02-15 유해가스 처리기를 구비하는 배관 장치 및 이를 포함하는 유해가스 처리설비 KR102035217B1 (ko)

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