KR102264128B1 - 질소산화물 저감을 위한 반도체 공정용 스크러버 장치 및 스크러버 시스템 - Google Patents

질소산화물 저감을 위한 반도체 공정용 스크러버 장치 및 스크러버 시스템 Download PDF

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Abstract

반도체 공정용 스크러버 장치는 유해가스가 유입되는 유입부; 상기 유입부 일측 단부에 연결되는 플라즈마 발생기; 상기 플라즈마 발생기 일측 단부에 연결되어, 상기 플라즈마 발생기를 통과한 가스를 연소시켜 정화 처리하는 반응부; 및 상기 반응부의 중심부 내로 요소수를 분사하는 적어도 하나의 노즐을 포함하고, 상기 노즐은 상기 반응부 수직방향 높이의 약 1/2 위치에 배치되며, 상기 노즐의 분사각도는 가스 진행 방향과 대략 수직이고, 상기 반응부의 중심부의 내부 온도는 약 950℃ 내지 1100℃이다.

Description

질소산화물 저감을 위한 반도체 공정용 스크러버 장치 및 스크러버 시스템{NOx REMOVAL SCRUBBER AND SCRUBBER SYSTEM FOR SEMICONDUCTOR PROCESS}
본 발명은 스크러버 장치 및 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반응부 내 발생하는 질소산화물 저감을 위한 스크러버 장치 및 스크러버 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체는 회로 설계, 마스크 제작, 노광, 식각, 확산, 박막, 세정, 연마 등 다양한 제조 공정을 거쳐 제조되는데, 이와 같은 제조 공정 중 유독성 가스 및 화학 약품 등이 사용된다. 따라서 반도체 공정 중 배출 가스에는 유해성분이 다량 함유될 수 있다.
이와 같은 반도체 제조 공정에서 배출되는 유해가스는 유독성, 폭발성 및 부식성이 강하기 때문에 인체에 유해할 뿐만 아니라 그대로 대기 중에 방출될 경우에는 환경오염을 유발할 수도 있다. 이러한 유해가스의 유해성분을 기준치 이하로 낮추기 위해서는 정화처리 과정을 반드시 거치도록 법적으로 의무화되어 있다.
유해가스를 처리하기 위하여 후처리 공정으로 스크러버(scrubber)가 사용될 수 있는데, 반도체 산업에서 사용되는 스크러버는 반도체 제조공정 중에 발생하는 각종 독성가스 및 산성가스, 가연성가스(SiH4, SiH6, As3, PH3 등), 환경유해가스(PFC계: SF6, NF3, CF4, C2F6, C3F8 등)를 정제해 배출하는 장비로 세정방식에 따라 습식(wet), 건식(dry), 연소식(burn), 흡착식, 플라즈마식 등으로 분류된다.
특히, 플라즈마 스크러버는 고온 및 높은 화학적 활성을 이용하여 온난화 지수가 높고, 열적, 화학적으로 매우 안정한 난분해성 물질 등을 처리하는데 매우 효과적이다. 또한, 낮은 운전 비용 및 사용의 편리성 등의 장점을 가진다. 이러한 장점들로 인해 플라즈마 스크러버는 경쟁력 있는 기술로 인정받고 있다.
그러나, 플라즈마 스크러버가 유해가스를 처리할 때, 고온 상태에서 질소와 산소가 반응하여 질소산화물이 부수적으로 발생한다. 이러한 질소산화물(NOx)은 질소와 산소로 이루어진 화합물, 또는 이들의 혼합물을 지칭하는 것으로, 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 일산화이질소(N2O), 삼산화질소(N2O3), 사산화질소(N2O4) 등이 있다. 이러한 질소산화물은 인체에 유해하며, 대기 오염을 일으킨다. 따라서, 스크러버 사용시 질소산화물을 저감할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 반응부 내에서 발생하는 질소산화물을 저감시키기 위한 반도체 공정용 스크러버 장치 및 시스템을 제공하는 것이다. 또한, 특정 위치에서 특정 각도로 요소수를 분사하는 노즐을 구비하여, 질소산화물 저감 효율을 높이는 반도체 공정용 스크러버 장치 및 시스템을 제공하는 것이다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 공정용 스크러버 장치는 유해가스가 유입되는 유입부; 상기 유입부 일측 단부에 연결되는 플라즈마 발생기; 상기 플라즈마 발생기 일측 단부에 연결되어, 상기 플라즈마 발생기를 통과한 가스를 연소시켜 정화 처리하는 반응부; 상기 반응부의 중심부 내로 요소수를 분사하는 적어도 하나의 노즐을 포함하고, 상기 노즐은 상기 반응부 수직방향 높이의 약 1/2보다 높은 위치에 배치되며, 상기 노즐의 분사각도는 가스 진행 방향과 대략 수직이고, 상기 반응부의 중심부 내부 온도는 약 950℃ 내지 1100℃일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정용 스크러버 장치는, 요소수를 저장하는 요소수탱크; 및 상기 요소수탱크에 저장된 요소수를 상기 노즐에 정량 공급하는 요소수 공급장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정용 스크러버 장치에서, 상기 노즐은, 요소수 유입구 및 기체 유입구를 구비하는 바디; 상기 바디와 인접하며 상기 요소수 유입구로부터 연결되어 요소수를 공급하는 요소수공급통로와, 상기 기체 유입구로부터 연결되어 기체를 공급하는 환형의 기체공급통로를 구비하며, 상기 기체공급통로는 상기 요소수공급통로 둘레로부터 일정한 간격을 두고 배치되는 제1 캡; 상기 요소수공급통로의 일측과 연결되어, 상기 요소수를 분사하는 요소수분사구; 및 상기 제1 캡과 인접하며, 상기 요소수분사구를 감싸고, 상기 기체공급통로의 일측과 연결되어 상기 기체를 분사하는 2개의 기체분사구를 구비하며, 상기 요소수분사구는 상기 2개의 기체분사구 사이에 배치되는 제2 캡을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정용 스크러버 장치에서, 상기 제2 캡은, 축선에 대하여 수직인 면인 중앙면을 포함하고, 상기 중앙면으로부터 양쪽으로 연장되는 2개의 완만한 경사면을 포함하여, 분사물이 축적되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정용 스크러버 장치에서, 상기 제2 캡은 기체유량조절부를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정용 스크러버 장치에서, 상기 기체는 N2일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정용 스크러버 장치에서, 상기 반응부는 메인챔버 및 히팅챔버를 구비하고, 상기 노즐은 상기 히팅챔버 수직방향 높이의 약 1/3보다 높은 위치에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정용 스크러버 장치에서, 상기 요소수는 약 5 ccm 내지 30 ccm이 주입되고, 상기 N2는 약 10 lpm 내지 50 lpm이 주입될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 공정용 스크러버 시스템은 유해가스가 유입되는 유입부; 상기 유입부 일측 단부에 연결되는 플라즈마 발생기; 상기 플라즈마 발생기 일측 단부에 연결되어, 상기 플라즈마 발생기를 통과한 가스를 연소시켜 정화 처리하는 반응부; 상기 반응부의 중심부 내로 요소수를 분사하는 적어도 하나의 노즐; 상기 반응부 하부에 위치하여, 상기 반응부를 통과한 가스가 유입되어 물에 접촉되도록 하는 워터탱크; 및 상기 워터탱크 상부에 설치되어, 상기 워터탱크로부터 상승하는 가스에 포함되어 있는 이물질을 제거하는 습식타워를 포함하고, 상기 노즐은 상기 반응부 수직방향 높이의 약 1/2보다 높은 위치에 배치되며, 상기 노즐의 분사각도는 가스 진행 방향과 대략 수직이고, 상기 반응부의 중심부의 내부 온도는 약 950℃ 내지 1100℃일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정용 스크러버 시스템에서, 상기 반응부는 메인챔버 및 히팅챔버를 구비하고, 상기 노즐은 상기 히팅챔버 수직방향 높이의 약 1/3보다 높은 위치에 배치될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 요소수 분사 노즐을 구비한 반도체 공정용 스크러버 장치 및 시스템은 반응부 내의 질소산화물을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버 시스템의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버 장치의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버 장치에 사용되는 노즐의 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버 장치에 사용되는 노즐의 사진이다.
도 5는 노즐 종류에 따른 질소산화물 저감율을 나타내는 표이다.
도 6은 인가전력에 따른 온도분포도이다.
도 7은 N2 유입량에 따른 온도분포도이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시 예를 통하여 보다 분명해질 것이다.
이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어 있다”거나 "접속되어 있다”고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어 있다”거나 또는 "직접 접속되어 있다”고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 인접하는"과 "∼에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시예들을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버 시스템의 단면도이며; 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버 장치의 단면도이며; 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버 장치에 사용되는 노즐(200)의 후면도이며; 도 3b는 노즐(200)의 측면도이며; 도 3c는 노즐(200)의 단면도이며; 도 3d는 노즐(200)의 정면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물(NOx) 저감을 위한 반도체 공정용 스크러버 장치(100)는 유해가스가 유입되는 유입부(110), 플라즈마 발생기(120), 반응부(130), 상기 반응부(130)의 중심부 내로 요소수를 분사하는 적어도 하나의 노즐(200)을 포함할 수 있다.
반도체 공정 후 배출되는 유해가스는 상기 유입부(110)를 통해 스크러버(100) 내로 유입된다. 상기 유해가스는 반도체 공정에서 사용되는 PFC 계열의 가스를 포함할 수 있다. 이러한 PFC 계열의 유해가스에는 CF4, C2F6, C3F8, CHF3, SF6 등이 있을 수 있다. 상기 유입부(110)는 복수개의 유입 챔버를 포함할 수 있다. 상기 유입부(110)의 일측 단부에 플라즈마 발생기(120)가 연결될 수 있다.
상기 플라즈마 발생기(120)는 유해가스를 열분해시키기 위한 화염을 생성하는데, 상기 화염은 플라즈마 형성 가스인 질소(N2), 캐소드 전극체 및 애노드 전극체의 상호작용에 의해서 발생될 수 있다. 다만, 플라즈마 형성 가스는 N2에만 한정되는 것은 아니고, 플라즈마를 발생시킬 수 있는 불활성 가스이면 충분하다. 상기 플라즈마의 온도는 약 2000℃ 내지 3000℃ 정도일 수 있다. 다만, 가스의 종류, 유입량, 압력 조건 등에 따라 상기 온도는 달라질 수 있다. 일반적으로, 고체상태인 물질에 에너지를 가하면 순차적으로 액체, 기체로 변한다. 이러한 기체 상태의 물체에 가열이나 방전에 의해 에너지를 더욱 더 가하면 기체는 더 작은 입자인 원자, 이온, 전자 등으로 해리되는데, 이러한 상태를 "플라즈마 상태"라고 한다. 플라즈마 상태는 전리된 상태이기 때문에 고체, 액체, 기체 상태와는 달리 전기가 흐르고, 전체적으로 양이온(+)과 음이온(-)이 평행을 이루고 있기 때문에 전기적으로는 중성이다. 이러한 플라즈마를 이용한 스크러버는 높은 반응성을 가진다.
상기 반응부(130)는 상기 플라즈마 발생기(120)의 일측 단부에 연결되어, 상기 플라즈마 발생기(120)를 통과한 유해가스를 연소시켜 정화 처리할 수 있다. 상기 반응부(130)는 유해가스가 플라즈마에 의해 연소되도록 하는 소정의 내부 공간을 제공할 수 있는데, 상기 내부 공간에서는 유해가스가 열분해되어 처리하기 쉬운 물질로 전환된다. 상기 반응부(130) 중심부의 내부 온도는 대략 950℃ 내지 1100℃정도일 수 있다. 다만, 가스의 종류, 유입량, 압력 조건 등에 따라 상기 온도는 달라질 수 있다. 또한, 상기 반응부(130)는 고온 반응을 견뎌야 하므로, 내열성이 우수한 재질을 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 반응부(130)는 플라즈마 발생기(120)의 일측 단부와 연결되는 메인챔버(131) 및 상기 메인챔버(131)의 일측 단부와 연결되어 하부가 워터탱크(3000)와 인접하는 히팅챔버(132)를 구비할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 메인챔버(131)는 하부로 갈수록 직경이 넓어지는 형상, 상기 히팅챔버(132)는 원통 형상일 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 메인챔버(131) 및 히팅챔버(132)는 다양한 형상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 메인챔버(131) 및 히팅챔버(132)는 하부로 갈수록 직경이 좁아지는 깔때기 형상일 수도 있다. 또한, 상기 반응부(130)에서는 냉각을 통해 유해가스가 재생성되는 것을 방지할 수도 있다.
상기 노즐(200)은 상기 반응부(130)의 중심부 내로 요소수를 분사할 수 있다. 따라서, 상기 반응부(130)에서는 상기 노즐(200)을 통해 고온 영역에 요소수를 직접 분사함에 따라 유해한 질소산화물을 무해한 기체 질소(N2)와 수증기(H2O)로 전환시키는 선택적 무촉매 환원 반응(Selective Non-Catalytic Reduction)이 일어날 수 있다. 이러한 반응을 통해, 본 발명은 유해가스가 고온 열분해할 때 발생하는 부산물인 질소산화물을 저감시킬 수 있다. 상기 노즐(200)은 상기 반응부(130) 수직방향 높이의 약 1/2보다 높은 위치에 배치될 수 있으며, 상기 노즐(200)의 분사각도는 가스 진행 방향과 대략 수직일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 노즐(200)은 상기 히팅챔버(132) 수직방향 높이의 약 1/3보다 높은 위치에 배치되며, 상기 노즐(200)의 분사각도는 가스 진행 방향과 대략 수직일 수 있다. 특히, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, "H"로 표시한 위치에서 요소수를 분사하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버 장치(100)에서, 노즐(200)이 상기와 같이 반응부(130)의 특정 위치에서 특정 각도로 요소수를 분사하는 경우, 반응부(130) 내부의 질소산화물을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 다만, 노즐의 장착 위치 및 분사각도는 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 노즐은 반응부(130)의 임의의 지점에 장착되어 요소수를 분사할 수도 있으며, 다양한 분사각도를 가질 수도 있다. 예를 들면, 상기 노즐(200)은 상기 반응부(130)의 하부 영역에 위치하며, 상기 노즐(200)의 분사각도는 가스 진행 방향과 약 120°를 이룰 수도 있다. 또한, 상기 노즐(200)은 복수개로 구비될 수 있는데, 일부 노즐들은 메인챔버(131)에, 다른 노즐들은 히팅챔버(132)에 장착될 수 있다. 상기 복수개 노즐들의 분사각도는 다양할 수 있다. 또한, 상기 노즐(200)은 노즐캡의 형상에 따라 풀콘(Fullcone) 노즐, 플랫(Flat) 노즐, 중공(Hollow) 노즐 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 노즐(200)은 외부 혼합 방식인 것이 바람직하나, 내부 혼합 방식인 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정용 스크러버 장치(100)는 요소수를 저장하는 요소수탱크(170); 및 상기 요소수탱크(170)에 저장된 요소수를 상기 노즐(200)에 정량 공급하는 요소수 공급장치(160)를 더 포함할 수 있다. 상기 노즐(200)은 상기 요소수 공급장치(160)로부터 요소수를 공급받아 반응부(130) 내부에 요소수를 분사할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정용 스크러버 장치(100)에 있어서, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 노즐(200)은 요소수 유입구(253) 및 기체 유입구(251)를 구비하는 바디(205), 상기 바디(205)와 인접하는 제1 캡(203), 요소수분사구(240) 및 상기 제1 캡(203)과 인접하는 제2 캡(201)을 포함할 수 있다.
상기 요소수 유입구(253)를 통해 요소수가 주입되고, 상기 기체 유입구(251)를 통해 N2가 주입될 수 있다. 상기 노즐(200)이 상기 반응부(130) 내부 고온 영역에 요소수를 분사함으로써, 선택적 무촉매 환원 반응이 일어나고, 질소산화물을 제거할 수 있다. 다만, 상기 기체는 N2에 한정되는 것은 아니고, 요소수 분사를 용이하게 하여 질소산화물을 저감시킬 수 있는 기체면 충분하다. 또한, 상기 노즐(200)에서, 요소수는 약 5 ccm 내지 30 ccm이 주입되고, N2는 약 10 lpm 내지 50 lpm이 주입될 수 있다. 다만, 상기 주입양에 한정되는 것은 아니고, 유해가스 처리 과정 중 반응부(130) 내부에서 발생하는 질소산화물을 저감시킬 수 있는 양이면 충분하다.
상기 제1 캡(203)은, 상기 요소수 유입구로부터 연결되어 요소수를 공급하는 요소수공급통로(230)와, 상기 기체 유입구(251)로부터 연결되어 기체를 공급하는 환형의 기체공급통로(210)를 구비할 수 있다. 상기 기체공급통로(210)는 상기 요소수공급통로(230)의 둘레로부터 일정한 간격을 두고 배치될 수 있다.
상기 요소수분사구(240)는 상기 요소수공급통로(230)의 일측과 연결되어 요소수를 분사할 수 있다. 다만, 직접적으로 연결되는 것에 한정되는 것은 아니고, 상기 요소수공급통로(230)와 상기 요소수분사구(240) 사이에 요소수가이드(280)가 위치할 수 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 요소수가이드(280)는 직경이 좁아지는 형상으로, 상기 요소수가 상기 요소수분사구(240)를 통해 분사되도록 안내하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 요소수분사구(240)를 구비하는 돌출부(208)가 상기 제1 캡(203)으로부터 일체로 형성될 수도 있고, 상기 제1 캡(203)과 결합되는 별도의 구성으로 존재할 수도 있다.
상기 제2 캡(201)은 상기 제1 캡(203)과 인접하며, 상기 요소수분사구(240)를 감싸고, 2개의 기체분사구(270)를 구비할 수 있다. 상기 요소수분사구(240)는 상기 2개의 기체분사구(270) 사이에 배치될 수 있다. 상기 기체분사구(270)는 상기 기체공급통로(210)의 일측과 연결되어 상기 기체를 분사할 수 있다. 다만, 직접적으로 연결되는 것에 한정하는 것은 아니고, 상기 기체공급통로(210)와 상기 기체분사구(270) 사이에 기체가이드(290)가 위치할 수 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 기체가이드(290)는 원통 형상일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 형상을 구비할 수 있다. 상기 기체가이드(290)는 상기 기체가 상기 기체분사구(270)를 통해 분사되도록 안내하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 기체분사구(270)는 복수개로 구비될 수 있으며, 상기 기체분사구(270)의 수와 동일한 수의 기체가이드(290)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 2개의 기체가이드(290)의 일측 단부로부터 연결되는 2개의 기체분사구(270)가 요소수분사구(240)의 상하 또는 좌우에 위치할 수 있다.
특히, 상기 제2 캡(201)은 축선(A)에 대하여 수직(Y)인 면인 중앙면(241)을 포함하고, 상기 중앙면(241)으로부터 양쪽으로 연장되는 2개의 완만한 경사면(242)을 포함할 수 있다. 다만, 상기 경사면(242)은 2개로 한정되는 것은 아니며, 복수개일 수도 있다. 상기 제2 캡(201)의 형상은 분사물이 축적되는 것을 방지하고, 정밀하고 균일한 분사 형태를 만들어 줄 수 있다. 따라서, 상기 형상을 가지는 노즐(200)을 사용하는 본 발명에 따른 스크러버 장치(100)는 발생부(130) 내의 질소산화물을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 상기 요소수분사구(240)와 기체분사구(270)는 상기 중앙면(241)에 형성되어, 각각 요소수 및 기체를 분사할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 공정용 스크러버 장치(100)에서, 상기 제2 캡(201)은 상기 제1 캡(203)과 연결될 때, 소정의 공간인 기체유량조절부(260)를 구비할 수 있다. 기체 유량이 과도하게 높은 경우, 오히려 질소산화물 저감율이 떨어질 수 있기 때문에, 상기 기체공급통로(210)와 상기 기체분사구(270)사이 기체유량조절부(260)가 위치할 수 있다. 이는 주입되는 기체 전부가 기체분사구(270)를 통해 분사되는 것을 막기 위함이다. 상기 기체유량조절부(160)는 가공을 통해서 형성될 수 있다.
또한, 상기 노즐(200)은 어댑터(202), 플러그(207) 및 적어도 하나의 개스킷(204, 206)을 더 포함할 수 있다. 상기 어댑터(202)는 상기 제1 캡(203) 및 제2 캡(201)을 감싸며 상기 노즐(200)이 장치에 고정될수 있도록 한다. 또한 제1 개스킷(204)은 상기 바디(205)와 상기 제1 캡(303) 사이에 끼워질 수 있으며, 제2 개스킷(206)은 상기 플러그(207)와 상기 바디(205) 사이에 끼워질 수 있는데, 이러한 개스킷(204, 206)들은 노즐(200)의 구성 부품들의 연결 지점에서 기밀 유지에 도움을 줄 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물(NOx) 저감을 위한 반도체 공정용 스크러버 시스템(1000)은 유해가스가 유입되는 유입부(110); 상기 유입부 일측 단부에 연결되는 플라즈마 발생기(120); 상기 플라즈마 발생기 일측 단부에 연결되어, 상기 플라즈마 발생기를 통과한 가스를 연소시켜 정화 처리하는 반응부(130); 상기 반응부(130)의 중심부 내로 요소수를 분사하는 적어도 하나의 노즐(200); 워터탱크(3000) 및 습식타워(4000)를 포함할 수 있다. 또한, 요소수를 저장하는 요소수탱크(170) 및 상기 요소수탱크(170)에 저장된 요소수를 상기 노즐(200)에 정량 공급하는 요소수 공급장치(160)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물(NOx) 저감을 위한 반도체 공정용 스크러버 시스템(1000)에 있어서, 상기 워터탱크(3000)는 상기 반응부(130) 하부에 위치하여 상기 반응부(130)를 통과한 가스가 유입되어 물에 접촉되도록 할 수 있다. 상기 워터탱크(3000)를 통과하면서, 유해가스 처리 과정에서 발생하는 파우더 및 수용성 가스가 물에 녹을 수 있다. 또한, 상기 습식 타워(4000)는 상기 워터 탱크 상부에 설치되어, 상기 워터 탱크(3000)로부터 상승하는 가스에 포함되어 있는 이물질을 제거할 수 있다. 따라서, 상기 습식 타워(4000)를 통과한 가스는 무해한 가스로서 외부에 배출된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물(NOx) 저감을 위한 반도체 공정용 스크러버 시스템(1000)에 있어서, 전술한 바와 같이, 상기 노즐(200)은 상기 반응부(130) 수직방향 높이의 약 1/2보다 높은 위치에 배치되며, 상기 노즐(200)의 분사각도는 가스 진행 방향과 대략 수직일 수 있다. 특히, 상기 노즐(200)은, 도 6 및 도 7에서 도시된 바와 같이, "H"로 표시한 위치에서 가스 진행 방향과 대략 수직으로 요소수를 분사하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 노즐(200)이 반응부(130)의 특정 위치에서 특정 각도로 요소수를 분사하는 경우, 반응부(130) 내부의 질소산화물 저감 효율을 높일 수 있다. 다만, 노즐의 장착 위치 및 분사 각도가 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 노즐은 반응부(130)의 임의의 지점에 장착될 수 있으며, 다양한 분사각도를 가질 수 있다. 또한, 상기 노즐(200)은 복수개로 구비될 수도 있다.
또한, 상기 반응부(130)는 플라즈마 발생기(120)의 일측 단부와 연결되는 메인챔버(131) 및 상기 메인챔버(131)의 일측 단부와 연결되어 하부가 워터탱크(3000)와 인접하는 히팅챔버(132)를 구비할 수 있다. 상기 노즐(200)은 상기 히팅챔버(132)의 수직방향 높이의 약 1/3보다 높은 위치에 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 노즐은 다양한 위치에서 다양한 각도로 요소수를 반응부 내로 분사할 수 있다.
또한, 상기 스크러버 시스템(1000)은 정량 튜빙 펌프 또는 로터리 피스톤 펌프를 더 포함할 수도 있다.
이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서의 유해가스 처리 과정에 대하여 설명한다. 인렛(2000)을 통하여 외부로부터 반도체 공정 폐가스가 유입된다. 유해가스 유입부(110)로부터 유해가스가 시스템 내로 유입되고, 플라즈마 발생기(120)는 고온의 플라즈마 화염을 발생시킨다. 상기 유해가스와 고온의 화염은 반응부(130) 내부에서 반응하고, 유해가스는 열 분해되어 처리된다. 상기 처리 과정에서 부산물이 질소산화물이 다량 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해, 상기 반응부(130)에는 노즐(200)이 설치되는데, 상기 노즐(200)은 상기 반응부(130) 내로 요소수를 분사한다. 이에 따라, 상기 반응부(130) 내에서는 질소산화물을 무해한 질소와 수증기로 전환하는 선택적 무촉매 환원 반응이 일어난다. 상기 반응부(130)를 통과한 가스는 상기 반응부(130) 하단에 위치하는 워터탱크(3000)를 통과하는데, 처리 과정 중 발생하는 수용성 가스 및 파우더가 물에 용해될 수 있다. 상기 워터탱크(3000)를 통과한 가스는 워터탱크(3000)의 상부에 설치된 습식타워(4000)를 지나게 되는데, 이때 상기 습식타워(4000)는 워터탱크(3000)로부터 상승하는 가스에 포함되어 있는 이물질을 제거할 수 있다. 상기 습식타워(4000)를 거친 가스는, 정화 처리된 무해한 가스로서 아웃렛(5000)을 통하여 외부로 배출된다.
도 5는 분사물 축적을 방지하는 노즐(200)의 질소산화물 저감율을 보여주는 표이다. 단순한 이류체 노즐과 비교할 때, 상기 노즐(200)은 질소산화물 저감 효율이 뛰어나다. 특히, 정량 튜빙펌프를 함께 사용한 경우, 요소수 30ccm 분사를 기준으로 약 93%의 저감 효율을 달성할 수 있다.
도 6은 인가 전력에 따른 온도분포도를 보여준다. 인가 전력이 높을 수록 반응부(130) 내부 온도가 증가하고, 고온 영역이 확장되는 것을 알 수 있다. 도 7은 인가 전력 10kw 기준으로, N2 유입량에 따른 온도분포도를 보여준다. 도 6 및 도 7에서 도시된 바와 같이, "H"로 표시한 위치에서 온도가 가장 높다는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 위치의 온도는 대략 950℃ 내지 1100℃ 정도이다. 따라서, 반도체 공정용 스크러버 장치(100)에서, 상기 노즐(200)을 상기 "H"로 표시한 위치에 장착하여 요소수를 분사하도록 하고, 반응부(130)의 내부 온도를 950℃ 내지 1100℃정도로 유지하는 경우, 질소산화물 저감 효율을 높일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 : 스크러버 장치
200 : 노즐
110 : 유입부
120 : 플라즈마 발생기
130 : 반응부
131 : 메인챔버
132 : 히팅챔버
160 : 요소수 공급장치
170 : 요소수탱크
1000 : 스크러버 시스템
3000 : 워터탱크
4000 : 습식타워

Claims (10)

  1. 유해가스가 유입되는 유입부(110);
    상기 유입부(110) 일측 단부에 연결되는 플라즈마 발생기(120);
    상기 플라즈마 발생기(120) 일측 단부에 연결되어, 상기 플라즈마 발생기를 통과한 가스를 연소시켜 정화 처리하는 반응부(130);
    상기 반응부(130)의 중심부 내로 요소수를 분사하는 적어도 하나의 노즐(200);
    상기 노즐(200)에 공급되는 요소수를 저장하는 요소수탱크(170); 및
    상기 요소수탱크(170)에 저장된 요소수를 상기 노즐(200)에 정량 공급하는 요소수 공급장치(160)를 포함하고,
    상기 노즐(200)은 상기 반응부(130) 수직방향 높이의 약 1/2 위치에 배치되며, 상기 노즐(200)의 분사각도는 가스 진행 방향과 대략 수직이고,
    상기 반응부(130)의 중심부의 내부 온도는 약 950℃ 내지 1100℃인
    반도체 공정용 스크러버 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐(200)은,
    요소수 유입구(253) 및 기체 유입구(251)를 구비하는 바디(205);
    상기 바디(205)와 인접하며 상기 요소수 유입구(253)로부터 연결되어 요소수를 공급하는 요소수공급통로(230)와, 상기 기체 유입구(251)로부터 연결되어 기체를 공급하는 환형의 기체공급통로(210)를 구비하며, 상기 기체공급통로(210)는 상기 요소수공급통로(230) 둘레로부터 일정한 간격을 두고 배치되는 제1 캡(203);
    상기 요소수공급통로(230)의 일측과 연결되어, 상기 요소수를 분사하는 요소수분사구(240); 및
    상기 제1 캡(203)과 인접하며, 상기 요소수분사구(240)를 감싸고, 상기 기체공급통로(210)의 일측과 연결되어 상기 기체를 분사하는 2개의 기체분사구(270)를 구비하며, 상기 요소수분사구(240)는 상기 2개의 기체분사구(270) 사이에 배치되는 제2 캡(201)을 포함하는
    반도체 공정용 스크러버 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 캡(201)은, 축선(A)에 대하여 수직(Y)인 면인 중앙면(241)을 포함하고, 상기 중앙면(241)으로부터 양쪽으로 연장되는 2개의 완만한 경사면(242)을 포함하여, 분사물이 축적되는 것을 방지하는
    반도체 공정용 스크러버 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 캡(201)은
    기체유량조절부(260)를 구비하는
    반도체 공정용 스크러버 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 기체는 N2인
    반도체 공정용 스크러버 장치.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 요소수는 약 5 ccm 내지 30 ccm이 주입되고,
    상기 N2는 약 10 lpm 내지 50 lpm이 주입되는
    반도체 공정용 스크러버 장치.
  9. 유해가스가 유입되는 유입부(110);
    상기 유입부 일측 단부에 연결되는 플라즈마 발생기(120);
    상기 플라즈마 발생기 일측 단부에 연결되어, 상기 플라즈마 발생기를 통과한 가스를 연소시켜 정화 처리하는 반응부(130);
    상기 반응부(130)의 중심부 내로 요소수를 분사하는 적어도 하나의 노즐(150);
    상기 반응부(130) 하부에 위치하여, 상기 반응부를 통과한 가스가 유입되어 물에 접촉되도록 하는 워터탱크(3000); 및
    상기 워터탱크(3000) 상부에 설치되어, 상기 워터탱크로부터 상승하는 가스에 포함되어 있는 이물질을 제거하는 습식타워(4000)를 포함하고,
    상기 노즐(200)은 상기 반응부(130) 수직방향 높이의 약 1/2 위치에 배치되며, 상기 노즐(200)의 분사각도는 가스 진행 방향과 대략 수직이고,
    상기 반응부(130)의 중심부의 내부 온도는 약 950℃ 내지 1100℃인
    반도체 공정용 스크러버 시스템.
  10. 삭제
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