KR102508353B1 - 가스 처리 장치 - Google Patents

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김성범
오승진
이수철
김유성
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주식회사 원익홀딩스
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Abstract

본 발명은 가스 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가스 처리 장치는 반도체 장비로부터 유입되는 폐가스에 대한 1차 정화 처리가 수행되는 리액터, 상기 리액터에서 1차 정화 처리된 폐가스에 대한 전기 집진 방식의 2차 정화 처리가 수행되는 전기 집진기, 상기 전기 집진기에 전기 집진을 위한 전력을 공급하는 EP 파워 서플라이, 상기 리액터로 퍼지 가스(purge gas)를 공급하는 퍼지 가스 공급부, 상기 퍼지 가스 공급부와 상기 리액터 사이에 설치되어 상기 퍼지 가스의 공급 여부를 결정하는 퍼지 가스 공급 밸브 및 상기 EP 파워 서플라이로부터 전달받은 전류 신호와 기 설정된 전류 임계치를 비교한 결과에 따라 상기 퍼지 가스 공급 밸브의 개폐를 제어함으로써 상기 리액터로의 퍼지 가스 공급 여부를 제어하는 제어기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 반도체 장비로부터 유입되는 폐가스에 실란(SiH4) 가스와 같은 분진 생성 가스가 포함되어 있는지 여부를 별도의 추가적인 검출 장치를 사용하지 않고 신뢰성 있게 판단하고, 그 판단 결과에 따라 폐가스 처리 과정에서 사용되는 퍼지 가스 공급을 적절하게 조절할 수 있기 때문에, 폐가스를 처리하는 과정에서 사용되는 퍼지 가스의 사용량을 크게 줄일 수 있다.

Description

가스 처리 장치{GAS PROCESSING DEVICE}
본 발명은 가스 처리 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 장비로부터 유입되는 폐가스에 실란(SiH4) 가스와 같은 분진 생성 가스가 포함되어 있는지 여부를 별도의 추가적인 검출 장치를 사용하지 않고 신뢰성 있게 판단하고, 그 판단 결과에 따라 폐가스 처리 과정에서 사용되는 퍼지 가스(purge gas) 공급을 적절하게 조절할 수 있는 가스 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 산업에서 배출되는 주요 과불화화합물(Perfluorinated Compounds, PFCs)에는 CF4, C2F6, C3F8, C4F10, CHF3, SF6, NF3 등이 있으며, 제조공정 중 광범위하게 사용되고 있다.
과불화화합물의 대체 또는 저감을 위한 전 세계적인 많은 연구에도 불구하고 현재까지 과불화화합물을 완전 대체할 만한 대체 물질은 없으며, 따라서 발생되는 과불화화합물의 저감을 위해 공정 최적화, 분리/회수를 통한 재활용 및 제거할 수 있는 다양한 기술들에 대한 연구가 진행 중이다. 다양한 방법 중 새로운 대체 물질의 개발이나 폐가스의 분리 및 회수와 같은 방식은 온실화의 원인 물질의 대체 또는 자원의 재활용 측면에서의 유리한 장점이 있으나, 현 공정의 변경 또는 품질 저하와 같은 문제점의 발생 가능성이 있기 때문에 산업 현장에서는 과불화물을 직접 분해, 제거하는 방식을 선호하고 있다.
이러한 과불화화합물의 분해/제거에는 스크러버(scrubber)라는 처리 장치가 사용되며, 주요 분해 처리 기술로는 연소, 열분해, 플라즈마, 촉매 기술 등이 사용되고 있다. 그러나 과불화화합물의 주요 물질들은 화학적으로 매우 안정한 난분해성 가스로서, 과불화화합물의 제거를 위해서는 상당한 고온이 필요하며 물질의 분해에는 과도한 에너지의 사용이 요구된다.
반도체 공정에 사용되는 가스는 앞서 설명한 과불화화합물 외에도 SiH4, NH3, PH3, WF6, BCl3, HBr, SiCl4, SiH2Cl2, Ar, N2, CO2, He 등의 다양한 가스들이 사용되며, 이러한 가스들은 전기 열분해 방식, 연소 소각 방식, 열 플라즈마 방식, 촉매 방식, 흡착 방식의 리액터(reactor)에서 분해된 후, 리액터 후단의 전기 집진기를 거쳐 집진되어 처리된 후, 독성이 제거된 정화 가스가 외부로 배출된다.
한편, 아래 화학반응식 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 이러한 가스들 중에서 실란(SiH4) 가스를 처리하는 과정에서 실리카(SiO2) 분말이 생성된다.
[화학반응식 1]
SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O
이러한 실리카 분말을 방치할 경우, 리액터 등의 장비 내부에 적체되어 가스 처리 효율이 저하되기 때문에, 실란 가스를 처리하는 과정에서는 필수적으로 퍼지 가스가 공급되어야 한다.
그러나, 반도체 장비가 사용한 후 배출하는 폐가스는 반도체 공정의 종류에 따라 다양하며, 실란 가스가 포함되지 않은 폐가스 처리를 위해 고가의 퍼지 가스를 공급하게 되면, 불필요한 자원 낭비가 발생한다는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 가스 처리 장치에 유입되는 폐가스의 종류를 분별하기 위해 분석기 삽입, 검지관 삽입 등의 시도가 있었지만, 장치 비용 상승, 검지 정확도 등의 문제로 인하여 적용에 한계가 있다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-2233714호(등록일자: 2021년 03월 24일, 명칭: 습식 스크러버) 공개특허공보 제10-2003-0059509호(공개일자: 2003년 07월 10일, 명칭: 실리콘 컴파운드의 제조방법)
본 발명의 기술적 과제는 반도체 장비로부터 유입되는 폐가스에 실란(SiH4) 가스와 같은 분진 생성 가스가 포함되어 있는지 여부를 별도의 추가적인 검출 장치를 사용하지 않고 신뢰성 있게 판단하고, 그 판단 결과에 따라 폐가스 처리 과정에서 사용되는 퍼지 가스(purge gas) 공급을 적절하게 조절함으로써 폐가스를 처리하는 과정에서 사용되는 퍼지 가스의 사용량을 크게 줄일 수 있는 가스 처리 장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 가스 처리 장치는 반도체 장비로부터 유입되는 폐가스에 대한 1차 정화 처리가 수행되는 리액터, 상기 리액터에서 1차 정화 처리된 폐가스에 대한 전기 집진 방식의 2차 정화 처리가 수행되는 전기 집진기, 상기 전기 집진기에 전기 집진을 위한 전력을 공급하는 EP 파워 서플라이, 상기 리액터로 퍼지 가스(purge gas)를 공급하는 퍼지 가스 공급부, 상기 퍼지 가스 공급부와 상기 리액터 사이에 설치되어 상기 퍼지 가스의 공급 여부를 결정하는 퍼지 가스 공급 밸브 및 상기 EP 파워 서플라이로부터 전달받은 전류 신호와 기 설정된 전류 임계치를 비교한 결과에 따라 상기 퍼지 가스 공급 밸브의 개폐를 제어함으로써 상기 리액터로의 퍼지 가스 공급 여부를 제어하는 제어기를 포함한다.
본 발명에 따른 가스 처리 장치에 있어서, 상기 제어기는 상기 EP 파워 서플라이로부터 전달받은 전류 신호가 상기 전류 임계치 이하인 경우, 상기 리액터로 유입되는 폐가스에 분진 생성 가스가 포함되어 있는 것으로 판단하여, 상기 퍼지 가스 공급 밸브를 개방함으로써 상기 퍼지 가스를 상기 리액터로 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스 처리 장치에 있어서, 상기 제어기는 상기 EP 파워 서플라이로부터 전달받은 전류 신호가 상기 전류 임계치를 초과하는 경우, 상기 리액터로 유입되는 폐가스에 상기 분진 생성 가스가 포함되어 있지 않은 것으로 판단하여, 상기 퍼지 가스 공급 밸브의 폐쇄 상태를 유지함으로써 상기 퍼지 가스가 상기 리액터로 공급되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스 처리 장치에 있어서, 상기 제어기는 상기 EP 파워 서플라이로부터 전달받은 전류 신호가 상기 전류 임계치 이하인 경우, 상기 전류 임계치와 상기 전류 신호의 차이값에 비례하도록 상기 퍼지 가스 공급 밸브의 개도율을 제어함으로써 상기 전류 임계치와 상기 전류 신호의 차이값에 비례하는 유량을 갖는 퍼지 가스가 상기 리액터로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스 처리 장치에 있어서, 상기 퍼지 가스는 상기 리액터에서 상기 분진 생성 가스로부터 생성되는 분진의 적체를 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스 처리 장치에 있어서, 상기 퍼지 가스는 질소 가스 또는 비활성 가스인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스 처리 장치에 있어서, 상기 리액터는 전기 열분해 방식의 리액터, 연소 소각 방식의 리액터, 열 플라즈마 방식의 리액터, 촉매 방식, 흡착 방식의 리액터 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반도체 장비로부터 유입되는 폐가스에 실란(SiH4) 가스와 같은 분진 생성 가스가 포함되어 있는지 여부를 별도의 추가적인 검출 장치를 사용하지 않고 신뢰성 있게 판단하고, 그 판단 결과에 따라 폐가스 처리 과정에서 사용되는 퍼지 가스(purge gas) 공급을 적절하게 조절할 수 있기 때문에, 폐가스를 처리하는 과정에서 사용되는 퍼지 가스의 사용량을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 처리 장치를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 전기 집진기 내부의 방전공간의 물질 분포 상태에 따른 EP 파워 서플라이의 전류가 변동되는 현상을 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 처리 장치의 구체적이고 예시적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 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.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 처리 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 전기 집진기 내부의 방전공간의 물질 분포 상태에 따른 EP 파워 서플라이의 전류가 변동되는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 처리 장치(20)는 리액터(100), 전기 집진기(300), EP 파워 서플라이(400), 퍼지 가스 공급부(500), 퍼지 가스 공급 밸브(600) 및 제어기(700)를 포함한다.
이하에서는, 본 발명의 도입 이유 및 기본적인 원리를 먼저 설명한 이후, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 처리 장치(20)의 세부 구성을 설명한다.
앞서 발명의 배경이 되는 기술에서 간략하게 설명한 바 있지만, 반도체 공정에는 CF4, C2F6, C3F8, C4F10, CHF3, SF6, NF3 등의 과불화화합물 외에도 SiH4, NH3, PH3, WF6, BCl3, HBr,SiCl4, SiH2Cl2, Ar, N2, CO2, He 등의 다양한 가스들이 사용되며, 이러한 가스들은 전기 열분해 방식, 연소 소각 방식, 열 플라즈마 방식, 촉매 방식, 흡착 방식의 리액터(100)에서 분해된 후, 리액터(100) 후단에 설치된 전기 집진기(300)를 거쳐 집진되어 처리된 후, 독성이 제거된 정화 가스가 외부로 배출된다.
한편, 아래 화학반응식 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 이러한 가스들 중에서 실란(SiH4) 가스를 처리하는 과정에서 실리카(SiO2) 분말이 생성된다.
[화학반응식 1]
SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O
이러한 실리카 분말을 방치할 경우, 리액터(100) 등의 장비 내부에 적체되어 가스 처리 효율이 저하되기 때문에, 실란 가스를 처리하는 과정에서는 필수적으로 퍼지 가스가 공급되어야 한다. 이하의 설명에서 실란 가스는 여러 분진 생성 가스의 하나임을 밝혀둔다.
그러나, 반도체 장비(10)가 사용한 후 배출하는 폐가스는 반도체 공정의 종류에 따라 다양하며, 실란 가스가 포함되지 않은 폐가스 처리를 위해 고가의 퍼지 가스를 공급하게 되면, 불필요한 자원 낭비가 발생한다는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 가스 처리 장치(20)에 유입되는 폐가스의 종류를 분별하기 위해 분석기 삽입, 검지관 삽입 등의 시도가 있었지만, 장치 비용 상승, 검지 정확도 등의 문제로 인하여 적용에 한계가 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 반도체 장비(10)로부터 유입되는 폐가스에 실란(SiH4) 가스가 포함되어 있는지 여부를 별도의 추가적인 검출 장치를 사용하지 않고 신뢰성 있게 판단하고, 그 판단 결과에 따라 폐가스 처리 과정에서 사용되는 퍼지 가스(purge gas) 공급을 적절하게 조절함으로써 폐가스를 처리하는 과정에서 사용되는 퍼지 가스의 사용량을 크게 줄일 수 있는 가스 처리 장치(20)를 제공한다.
즉, 이후 보다 상세히 설명하겠지만, 본 발명은 리액터(100)로 실란(SiH4) 가스가 유입되어 생성된 실리카(SiO2) 분말이 전기 집진기(300)를 통과하면서 집진극과 방전극 사이의 방전 공간에 저항체로 작용하여 EP 파워 서플라이(400)의 전류를 하강시키는 특성을 이용하여, 실란(SiH4) 가스의 유입 여부를 판단하여 선택적으로 퍼지 가스 공급 여부를 결정함으로써, 불필요한 퍼지 가스의 낭비를 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 처리 장치(20)의 세부적인 구성 및 그 동작을 상세히 설명한다.
리액터(100)는 반도체 장비(10)로부터 유입되는 폐가스에 대한 1차 정화 처리가 수행되는 구성요소이다.
예를 들어, 리액터(100)는 전기 열분해 방식의 리액터, 연소 소각 방식의 리액터, 열 플라즈마 방식의 리액터, 촉매 방식의 리액터 중에서 어느 하나로 구성될 수 있다.
전기 열분해 방식의 리액터는 전기 히터를 열원으로 한 간접 산화 방식을 사용하여, 예를 들어, 700℃ ~ 800℃의 고온에서 인화성 가스, 발화성 가스 및 과불화화합물 등을 분해하는 장치이다.
전기 열분해 방식의 리액터의 예시적인 처리 물질의 제거 메카니즘은 다음 반응식 1 내지 4의 산화 반응으로 표현할 수 있다.
[반응식 1]
SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O
[반응식 2]
2H2 + O2 → 2H2O
[반응식 3]
2SiH2Cl2 + 3O2 → 2SiO2 + 2H2O + 2Cl2
[반응식 4]
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
도면으로 표현하지는 않았으나, 예를 들어, 전기 열분해 방식의 가스 처리 장치는 전력을 에너지원으로 하여 동작하는 히터, 전기 열분해 방식의 리액터, 전기 열분해 방식으로 처리된 폐가스를 냉각하는 습식 탱크, 습식 탱크를 통과한 가스에 포함된 분진 입자를 전기 집진 방식으로 제거하는 전기 집진기로 구성될 수 있다. 예를 들어, 고온용 히터로는 칸탈(1,200℃), 탄화규소(1,350℃), 슈퍼칸탈(1,600℃) 등이 일반적으로 사용될 수 있다. 이러한 전기 열분해 방식의 가스 처리 장치는 열에 의한 분해 반응을 이용하므로, 연소나 플라즈마와 같은 반응에서 반응 부산물로 배출될 수 있는 일산화탄소(CO)나 탄화수소(hydrocarbon) 등의 배출이 없다는 장점 및 단순 구조로 인해 미세입자의 유입이 많거나 반응 후 미세입자가 많이 발생하는 공정에서의 활용성이 높다.
연소 소각 방식의 리액터는 LNG 등과 같은 연료와 산소 또는 공기와 같은 산화제에 의해 형성된 고온의 화염 또는 고온의 열을 이용하여 유입되는 과불화화합물, 인화성 가스, 발화성 가스 등을 가열 및 분해하는 장치이다.
예를 들어, 과불화화합물의 대표종인 CF4를 분해하기 위해서는 1600℃ 이상의 고온이 필요하며, 산소를 산화제로 사용하는 순산소 연소 방법이 일반적으로 사용되며, 연소 반응을 통해 과불화화합물의 분해 및 생성되는 부산물의 반응식을 아래 반응식 5 내지 7로 표현될 수 있다.
[반응식 5]
CF4 + 2CH4 + 4O2 → 4HF + 3CO2 + 2H2O
[반응식 6]
4NF3 + 4CH4 + 5O2 → 12HF + 4CO2 + 2H2O + 2N2
[반응식 7]
2SF6 + 4CH4 + 7O2 → 12HF + 4CO2 + 2H2O + 2SO2
분해 후 생성되는 물질로는 불화수소, 이산화탄소, 물이 있으며, 불화수소는 후단의 전기 집진기에서 흡수 제거될 수 있다.
열 플라즈마는 주로 직류 아크(DC Arc) 방전에 의해 발생시킨 전자, 이온, 중성입자로 구성된 기체로서 고온의 고속 젯트(jet) 화염 형태를 가진다. 열 플라즈마 방식의 리액터를 이용한 반도체 유해가스 제거는 2000년대 초반 연구가 시작되어 최근 관심이 집중되고 있다.
열 플라즈마는 5,000℃ ~ 수만℃ 이상의 고온을 얻을 수 있어 난분해성 물질 분해에 많은 이점을 가지고 있으나, 에너지의 소비량이 크고 처리 설비 용량이 증가할수록 전략 사용량 또한 크게 증가한다는 단점, 처리가스의 대부분인 질소가 플라즈마에서 산화되어 반응에 참여함으로써 반응 부산물인 질소산화물의 발생이 많은 단점, 방전극의 소모 및 부식이 빨라 빈번한 교체 등의 단점이 문제시 되고 있다. 그러나, 최근 이러한 문제점의 개선을 통한 저에너지 활용 고효율의 과불화화합물 저감 설비에 대한 연구가 활발히 진행 중이며, 현장 활용도 증가되고 있다.
촉매 방식의 리액터를 이용한 가스 처리는 식각 공정 등에서 일부 사용되고 있으며, 소용량의 옥내용 POU(Point Of Use)급 보다는 옥외에 설치되어 공정에서 나오는 가스를 통합하여 처리하는 플랜트급의 중앙처리장치 형태로 이용되고 있다.
예를 들어, 촉매 방식의 리액터는 축열식 연소 설비와 같은 열 회수 원리를 갖지만 촉매를 사용함으로써 반응에 필요한 에너지를 절감할 수 있는 큰 장점을 가진다.
예를 들어, 촉매는 반응 시 활성화 에너지(activation energy, Ea)를 낮춰 저온에서 유해 가스의 분해를 이끄는 장점이 있으며, CF4의 일반적 연소분해 온도는 1,600℃ 이상의 고온이 필요하나, 촉매 이용 시 700℃ 내외에서 분해가 가능함으로써 많은 양의 에너지 절감효과를 거둘 수 있다. 또한, 낮은 온도에서 운전되므로 질소산화물의 배출이 극히 적으며, 대유량/저농도 가스의 처리에 적합하다.
흡착 방식의 리액터를 이용한 가스 처리는 반도체 공정에서 배출되는 가스에 포함된 특정 유해 가스를 다양한 방식으로 흡착하여 제거하는 방식이다.
습식 탱크(200)는 리액터(100)와 전기 집진기(300) 사이에 설치되어 있으며, 리액터(100)에서 소정의 반응 과정을 거친 고온의 가스를 냉각하면서 전기 집진기(300)로 공급하는 기능을 수행한다.
전기 집진기(300)는 리액터(100)의 후단에 설치되어 있으며, 리액터(100)에서 1차 정화 처리된 후 습식 탱크(200)를 통과하여 공급되는 폐가스에 대한 전기 집진 방식의 2차 정화 처리를 수행하는 구성요소이다.
알려진 바와 같이, 전기 집진기(300)는 고전압에 의해 발생하는 정전기력을 이용하여 분진, 미스트(mist) 등의 입자들을 코로나 방전(corona discharge)으로 하전시켜, 전계를 이용해 집진극 표면으로 이동시켜 포집하는 장치이다
이러한 전기 집진기(300)는 입자를 처리하는 방식에 따라 건식, 습식, 미스트 집진기로 구분될 수 있고, 가스 유입 방향에 따라 수직형, 수평형 집진기로 구분될 수 있고, 집진극의 형태에 따라 원통형, 평판형 집진기로 구분될 수 있고, 하전 형식에 따라 일명 코트렐 집진기라 지칭되는 1단식 전기집진기 및 2단식 전기집진기로 구분될 수 있다.
이와 같이, 전기 집진기(300)는 다양한 형태로 구현될 수 있으나, 공통적으로, 코로나 방전을 일으키는 방전극과 방전극에서 방출된 음전하에 의해 음이온화된 분진을 포집하는 집진극, 집진극에 포집된 분진을 제거하는 추타(槌打)장치로 구성될 수 있다.
도 2에도 예시되어 있지만, 방전극과 집진극 사이에 고전압을 공급하면, 방전극 주위에 코로나 방전에 의한 전리현상이 발생하여 음전하가 방전극으로부터 집진공간을 통하여 집진극에 이르게 된다.
이때 가스 중의 분진은 음전하를 흡수하여 음이온으로 하전된다. 음으로 하전된 분진은 전계의 작용에 의한 쿨롱힘(COLOUMB'S FORCE)에 의해서, 양으로 대전된 집진극 사이에 흡인력이 작용, 집진극에 부착된다. 집진극에 부착된 분진은 시간이 지남에 따라 점점 두껍게 누적되어 커다란 덩어리를 이루며, 집진판의 누적된 분진은 주기적으로 가해지는 추타장치의 충격에 의해 자중으로 떨어져 집진기 하부의 공간에 모여 외부의 저장소로 운반된다.
EP 파워 서플라이(400)는 전기 집진기(300)에 전기 집진을 위한 전력을 공급하는 구성요소이다.
구체적인 예로, EP 파워 서플라이(400)는 방전극과 집진극 사이에 고전압(예, 20,000V ~ 30,000V)을 인가하는 장치로서 변압기, 정류기 및 이들을 제어하는 장치로 구성될 수 있다.
퍼지 가스 공급부(500)는 리액터(100)로 퍼지 가스를 공급하는 구성요소이다. 퍼지 가스는 리액터(100) 내부의 가스 분포를 고르게 하여 리액터(100)에서 실란 가스로부터 생성되는 실리카(SiO2) 분말의 적체를 방지한다.
퍼지 가스 공급 밸브(600)는 퍼지 가스 공급부(500)와 리액터(100) 사이에 설치되어 있으며, 제어부의 제어에 따라 개폐되어 리액터(100)로의 퍼지 가스의 공급 여부를 결정하는 구성요소이다. 예를 들어, 퍼지 가스 공급 밸브(600)는 전동 방식의 솔레노이드 밸브일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제어기(700)는 EP 파워 서플라이(400)로부터 전달받은 전류 신호와 기 설정된 전류 임계치를 비교한 결과에 따라 퍼지 가스 공급 밸브(600)의 개폐를 제어함으로써 리액터(100)의 퍼지 가스 공급 여부를 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 전기 집진기(300) 내부의 방전 공간의 물질 분포 상태에 따른 EP 파워 서플라이(400)의 전류가 변동되는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 반도체 장비(10)로부터 리액터(100)로 공급되는 폐가스에 실란(SiH4) 가스가 포함되어 있다면, 리액터(100)에서는 아래 반응식 1에 의해 실란(SiH4) 가스로부터 실리카(SiO2) 분말이 생성된다.
[반응식 1]
SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O
이 실리카(SiO2) 분말은 전기 집진기(300)에 유입되어 집진극과 방전극 사이의 방전 공간에 저항체로 작용하여 EP 파워 서플라이(400)의 전류를 하강시킨다.
이에 따라, EP 파워 서플라이(400), 집진극, 방전 공간, 방전극으로 이루어지는 전류 루프를 흐르는 전류의 크기가 하강하게 된다.
이 전류의 하강 폭은 전기 집진기(300)를 구성하는 EP 파워 서플라이(400) 등의 장치 구성 조건에 따라 차이가 있으나, 본 발명자는 반복적인 실험을 통하여 폐가스에 실란 가스가 포함되어 있는 경우의 전류 변동 데이터를 확보하였으며, 이 값이 전류 임계치이다.
제어기(700)는 이러한 EP 파워 서플라이(400)의 전류 신호를 전달받아 반도체 장비(10)로부터 리액터(100)로 공급되는 폐가스에 실란(SiH4) 가스가 포함되어 있는지 여부를 판단하고, 실란(SiH4) 가스의 유입 여부에 따라 선택적으로 퍼지 가스 공급 여부를 제어함으로써, 불필요한 퍼지 가스의 낭비를 방지할 수 있다.
하나의 예로, 제어기(700)는, 1) EP 파워 서플라이(400)로부터 전달받은 전류 신호가 전류 임계치 이하인 경우, 리액터(100)로 유입되는 폐가스에 실란(SiH4) 가스가 포함되어 있는 것으로 판단하여, 퍼지 가스 공급 밸브(600)를 개방함으로써 퍼지 가스를 리액터(100)로 공급하고, 2) EP 파워 서플라이(400)로부터 전달받은 전류 신호가 전류 임계치를 초과하는 경우, 리액터(100)로 유입되는 폐가스에 실란 가스가 포함되어 있지 않은 것으로 판단하여, 퍼지 가스 공급 밸브(600)의 폐쇄 상태를 유지함으로써 퍼지 가스가 리액터(100)로 공급되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
다른 예로, 제어기(700)는, EP 파워 서플라이(400)로부터 전달받은 전류 신호가 전류 임계치 이하인 경우, 전류 임계치와 전류 신호의 차이값에 비례하도록 퍼지 가스 공급 밸브(600)의 개도율을 제어함으로써, 전류 임계치와 전류 신호의 차이값에 비례하는 유량을 갖는 퍼지 가스가 리액터(100)로 공급되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 퍼지 가스는 질소 가스 또는 비활성 가스일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 리액터(100) 내부에서 발생하는 화학 반응에 영향을 주지않는 임의의 물질이 퍼지 가스로 채택될 수 있다.
이하에서는 도 3을 추가로 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 처리 장치(20)의 구체적이고 예시적인 동작을 설명한다.
도 3을 추가로 참조하면, 단계 S10에서는, 폐가스가 반도체 장비(10)로부터 가스 처리 장치(20)를 구성하는 리액터(100)로 유입되는 과정이 수행된다. 여기서, 반도체 장비(10)는 증착, 식각, 세정 등의 임의 공정이 수행되는 장비일 수 있다.
단계 S20에서는, 리액터(100)가 반도체 장비(10)로부터 공급받은 폐가스를 처리하는 과정이 수행된다. 예를 들어, 리액터(100)는 전기 열분해 방식의 리액터, 연소 소각 방식의 리액터, 열 플라즈마 방식의 리액터, 촉매 방식의 리액터 중에서 어느 하나일 수 있다.
단계 S30에서는, 리액터(100)에서 처리된 폐가스가 습식 탱크(200)로 유입되고 냉각되고, 습식 탱크(200)를 통과한 가스가 전기 집진기(300)로 유입되는 과정이 수행된다.
단계 S40에서는, 전기 집진기(300)가 리액터(100)에서 처리된 폐가스에 포함된 분진 입자를 전기 집진 방식으로 포집하는 과정이 수행된다.
단계 S50에서는, 전기 집진기(300)가 리액터(100)에서 처리된 폐가스에 포함된 분진 입자를 전기 집진 방식으로 포집하는 동안, 제어기(700)가 EP 파워 서플라이(400)의 전류 변동을 감지하는 과정이 수행된다.
만약, 반도체 장비(10)로부터 리액터(100)로 공급되는 폐가스에 실란(SiH4) 가스가 포함되어 있다면, 리액터(100)에서는 아래 반응식 1에 의해 실란(SiH4) 가스로부터 실리카(SiO2) 분말이 생성된다.
[반응식 1]
SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O
이 실리카(SiO2) 분말은 전기 집진기(300)에 유입되어 집진극과 방전극 사이의 방전 공간에 저항체로 작용하여 EP 파워 서플라이(400)의 전류를 하강시킨다.
이에 따라, EP 파워 서플라이(400), 집진극, 방전 공간, 방전극으로 이루어지는 전류 루프를 흐르는 전류의 크기가 하강하게 된다.
이 전류의 하강 폭은 전기 집진기(300)를 구성하는 EP 파워 서플라이(400) 등의 장치 구성 조건에 따라 차이가 있으나, 본 발명자는 반복적인 실험을 통하여 폐가스에 실란 가스가 포함되어 있는 경우의 전류 변동 데이터를 확보하였으며, 이 값이 전류 임계치이다.
단계 S60에서는, 제어기(700)가 EP 파워 서플라이(400)로부터 전달받은 전류 신호와 기 설정된 전류 임계치를 비교하는 과정이 수행된다. 즉, 제어기(700)는 이러한 EP 파워 서플라이(400)의 전류 신호를 전달받아 반도체 장비(10)로부터 리액터(100)로 공급되는 폐가스에 실란(SiH4) 가스가 포함되어 있는지 여부를 판단하고, 실란(SiH4) 가스의 유입 여부에 따라 선택적으로 퍼지 가스 공급 여부를 제어함으로써, 불필요한 퍼지 가스의 낭비를 방지할 수 있다. 단계 S60에서의 비교 결과, EP 파워 서플라이(400)로부터 전달받은 전류 신호가 전류 임계치 이하인 경우, 단계 S70으로 전환되고, 그렇지 않은 경우, 단계 S90으로 전환된다.
단계 S70은 EP 파워 서플라이(400)로부터 전달받은 전류 신호가 전류 임계치 이하인 경우에 수행되는 과정으로서, 단계 S70에서는, 제어기(700)가 리액터(100)로 유입되는 폐가스에 실란 가스가 포함된 것으로 판단하는 과정이 수행된다.
단계 S80에서는, 제어기(700)가 퍼지가스 공급 밸브를 개방하여 퍼지 가스를 리액터(100)로 공급하는 과정이 수행된다.
단계 S90은 EP 파워 서플라이(400)로부터 전달받은 전류 신호가 전류 임계치를 초과하는 경우에 수행되는 과정으로서, 단계 S90에서는, 제어기(700)가 리액터(100)로 유입되는 폐가스에 실란 가스가 포함되지 않은 것으로 판단하는 과정이 수행된다.
단계 S100에서는, 제어기(700)가 퍼지가스 공급 밸브의 폐쇄상태를 유지하여 리액터(100)로의 퍼지 가스 공급을 차단하는 과정이 수행된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반도체 장비로부터 유입되는 폐가스에 실란(SiH4) 가스와 같은 분진 생성 가스가 포함되어 있는지 여부를 별도의 추가적인 검출 장치를 사용하지 않고 신뢰성 있게 판단하고, 그 판단 결과에 따라 폐가스 처리 과정에서 사용되는 퍼지 가스(purge gas) 공급을 적절하게 조절할 수 있기 때문에, 폐가스를 처리하는 과정에서 사용되는 퍼지 가스의 사용량을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
10: 반도체 장비
20: 가스 처리 장치
100: 리액터(reactor)
200: 습식 탱크(wet tank)
300: 전기 집진기(electric precipitator)
400: EP 파워 서플라이
500: 퍼지 가스 공급부
600: 퍼지 가스 공급 밸브
700: 제어기

Claims (7)

  1. 반도체 장비로부터 유입되는 폐가스에 대한 1차 정화 처리가 수행되는 리액터;
    상기 리액터에서 1차 정화 처리된 폐가스에 대한 전기 집진 방식의 2차 정화 처리가 수행되는 전기 집진기;
    상기 전기 집진기에 전기 집진을 위한 전력을 공급하는 EP 파워 서플라이;
    상기 리액터로 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부;
    상기 퍼지 가스 공급부와 상기 리액터 사이에 설치되어 상기 퍼지 가스의 공급 여부를 결정하는 퍼지 가스 공급 밸브; 및
    상기 EP 파워 서플라이로부터 전달받은 전류 신호와 기 설정된 전류 임계치를 비교한 결과에 따라 상기 퍼지 가스 공급 밸브의 개폐를 제어함으로써 상기 리액터로의 퍼지 가스 공급 여부를 제어하는 제어기를 포함하는, 가스 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 EP 파워 서플라이로부터 전달받은 전류 신호가 상기 전류 임계치 이하인 경우,
    상기 리액터로 유입되는 폐가스에 분진 생성 가스가 포함되어 있는 것으로 판단하여, 상기 퍼지 가스 공급 밸브를 개방함으로써 상기 퍼지 가스를 상기 리액터로 공급하는 것을 특징으로 하는, 가스 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 EP 파워 서플라이로부터 전달받은 전류 신호가 상기 전류 임계치를 초과하는 경우,
    상기 리액터로 유입되는 폐가스에 상기 분진 생성 가스가 포함되어 있지 않은 것으로 판단하여, 상기 퍼지 가스 공급 밸브의 폐쇄 상태를 유지함으로써 상기 퍼지 가스가 상기 리액터로 공급되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는, 가스 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 EP 파워 서플라이로부터 전달받은 전류 신호가 상기 전류 임계치 이하인 경우,
    상기 전류 임계치와 상기 전류 신호의 차이값에 비례하도록 상기 퍼지 가스 공급 밸브의 개도율을 제어함으로써 상기 전류 임계치와 상기 전류 신호의 차이값에 비례하는 유량을 갖는 퍼지 가스가 상기 리액터로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 가스 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 퍼지 가스는 상기 리액터에서 상기 분진 생성 가스로부터 생성되는 분진의 적체를 방지하는 것을 특징으로 하는, 가스 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 퍼지 가스는 질소 가스 또는 비활성 가스인 것을 특징으로 하는, 가스 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 리액터는 전기 열분해 방식의 리액터, 연소 소각 방식의 리액터, 열 플라즈마 방식의 리액터, 촉매 방식, 흡착 방식의 리액터 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 가스 처리 장치.
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