KR20040076950A

KR20040076950A - 플라즈마방전집진기

Info

Publication number: KR20040076950A
Application number: KR1020030012272A
Authority: KR
Inventors: 윤종필
Original assignee: 삼성전자주식회사; 주식회사 아토
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-04
Also published as: KR100507239B1

Abstract

반도체 제조 공정의 폐가스를 정화하여 배출하는 배기 시스템의 일부를 구성하는 플라즈마방전집진기에 관한 발명으로서, 튜브형상의 집진극, 집진극의 내부에 삽입되는 튜브형상의 방전극, 집진극과 상기 방전극 사이에 설치되는 절연체로 구성되는 플라즈마방전부를 포함하여 구성되며, 집진극의 일측 단부는 폐가스유입관과 연결되며 타측단부는 폐가스유출관과 연결되어 폐가스의 배기 통로가 되고, 방전극의 일측 단부는 절연체와 결합하여 집진극과 전기적 절연을 이루고 타측 단부는 밀폐되어 있으며 방전극의 외주면을 따라 다수개의 침상의 돌기부가 소정의 간격으로 형성되어 있으며 방전극의 내부와 연결되는 연통구가 방전극의 외주면을 따라 다수개 형성되어 있고, 절연체에는 방전극의 개방된 일측단부에 기밀을 유지하도록 결합된 상태에서 방전극의 내부와 연결되는 압축기체흡입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하며 플라즈마방전부의 하부에는 포집된 고형 미립자인 파우더(Powder)를 수집하여 임시로 저장하는 더스트캔(Dust Can)이 설치된다.

Description

플라즈마방전집진기{Plasma Discharge Dust Collector}

본 발명은 반도체 제조 공정에서 발생하는 폐가스의 처리 과정에서 발생하는 SiO₂파우더(Powder)를 집진하여 처리하는 플라즈마방전집진기에 관한 것이다.

반도체 제조 공정 중에서 증착 및 확산, 식각 공정 등에는 실란(SiH₄)과 아르신(AsH₃) 등의 유해가스와 수소 등의 공정용 가스가 사용되는 바, 이와 같은 가스는 발화성 및 독성이 있으므로, 사용이 끝난 공정용 가스는 폐가스로 배기 시스템을 통하여 대기로 배출되기 전에 반드시 정화과정을 거쳐야 한다. 따라서, 반도체 제조 공정의 각 배기 시스템에는 폐가스를 정화하는 여러 가지 가스 스크러버 (Gas Scrubber)가 설치되어 운영되고 있으며, 처리 방식에 따라 일반적으로 습식 스크러버와 건식 스크러버로 구분된다.

습식 스크러버는 폐가스를 물(H₂O) 또는 가스 흡착성 액상 화학 약품에 통과시키거나 연무 상태로 분무시켜 흡착에 의한 방법으로 배출 가스를 제거하는 방식으로, 비교적 간단한 구성을 가지므로 제작이 용이하고 대용량화 할 수 있는 장점이 있으나, 발화성이 강한 수소기를 포함하는 가스의 처리에는 부적절하고, 액상의 화학 물질을 반응의 주체로 사용하는 경우에는 2차 오염 물질이 발생되어 지속적인유지 보수가 요구되는 문제점이 있으며, 건식 스크러버는 히터(Heater) 등의 열원을 이용하여 고온의 챔버(Chamber)를 형성하고, 이 챔버 속으로 공정용 가스를 통과시켜 폐가스를 열반응에 의해 고형 미립자화 하는 것으로, 비교적 안전하고 온도 제어가 용이한 바 습식 스크러버에 비하여 상대적으로 널리 사용되고 있다.

실란(SiH₄)가스를 상기한 건식스크러버를 이용하여 열반응 시키면 다음과 같이 반응하여 SiO₂파우더(Powder)라는 고형 미립자를 생성하게 된다.

SiH₄+ 2O₂→ SiO₂+ H₂O

이와 같이 생성된 SiO₂파우더는 배기 시스템의 메인 덕트를 막히게 하거나 부식의 원인이 되므로 건식 스크러버에서 나온 SiO₂파우더를 포집하여 제거할 별도의 집진기가 요구된다. 따라서 가스 스크러버 후단에 분무(Water Spray)방식 이나 흡착방식의 집진기를 설치하여 포집하거나, 원심력집진기(Cyclone Collector)를 설치하여 포집하고 있으나, 분무방식이나 흡착방식의 경우 집진기능은 효과적으로 수행할 수 있는 반면 수질오염의 우려가 있어 물 또는 화학적 흡착제가 작업장에서 배출되기 전에 별도의 처리과정을 거쳐야 하는 문제점이 있으며, 원심력집진기의 경우는 고형 미립자인 SiO₂파우더의 비중이 워낙 가벼워 집진효과가 미진한 실정이다. 또한 플라즈마방전 방식에 의한 집진도 이루어지고 있으나 플라즈마방전이 계속적으로 이루어지는 경우 집진극으로 포집된 파우더가 집진극의 표면에 퇴적되어 플라즈마방전을 방해하고 이로 인하여 집진 기능이 저하되는 문제점이 발생하여퇴적된 파우더의 제거를 위하여 주기적인 퍼징(Purging) 작업이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.

첫째, SiO₂파우더의 포집 효과가 우수한 집진 수단을 제공한다.

둘째, 수질오염 방지를 위한 별도의 처리과정이나 처리장치가 필요 없는 집진 수단을 제공한다.

셋째, 집진 기능의 저하를 방지하기 위한 퍼징 수단을 제공한다.

넷째. SiO₂파우더의 포집과정과 포집된 SiO₂파우더의 제거과정을 단순화 하여 경제적인 집진수단 및 퍼징수단을 제공한다.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예의 플라즈마방전부의 구성을 나타내는 단면도이다.

도2는 본 발명의 바람직한 실시예의 방전극의 개략적인 단면도 및 사시도이다.

도3은 본 발명의 바람직한 실시예의 개략적인 구성도이다.

도4는 본 발명이 적용된 반도체 제조 공정의 배기시스템의 개락적인 구성도이다.

도5는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예를 나타내는 개략적인 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10:플라즈마방전부 20:방전극

21:침상판재 22:연통구

30:집진극 31:폐가스필터

40:절연체 41:압축기체흡입구

42:클리닝포트 50:더스트캔

51:호퍼 52:에어포트

53:진공포트 54:퍼징기체배출관

55:퍼징기체필터

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 제조 공정의 폐가스를 정화하여 배출하는 배기 시스템의 일부를 구성하게 된다. 본 발명은 튜브형상의 전기전도성 재질의 집진극, 집진극의 내부에 삽입되는 튜브형상의 전기 전도성 재질의 방전극, 집진극과 방전극 사이에 설치되는 절연체로 구성되는 플라즈마방전부를 포함하여 구성되는 플라즈마방전집진기로서, 집진극의 일측 단부는 폐가스유입관과 연결되며 타측 단부는 폐가스유출관과 연결되어 폐가스의 배기 통로가 되고, 방전극의 일측 단부는 절연체와 결합하여 집진극과 전기적 절연을 이루고 타측 단부는 밀폐되어 있으며 방전극의 외주면을 따라 다수개의 침상의 돌기부가 소정의 간격으로 형성되어 있으며 방전극의 내부와 연결되는 연통구가 방전극의 외주면을 따라 다수개 형성되어 있고, 절연체에는 방전극의 개방된 일측 단부에 기밀을 유지하도록 결합된 상태에서 방전극의 내부와 연결되는 압축기체흡입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한 플라즈마방전부의 하부에는 더스트캔이 설치되어 집진극에 포집된 고형 미립자를 수집하여 임시로 저장한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예의 개략적인 단면도로서, 방전극, 집진극 및 절연체로 구성된 플라즈마방전부를 도시하고 있으며, 도2는 방전극의 개략적인 단면도 및 사시도이다. 또한 도4는 본 발명인 플라즈마방전집진기를 포함하고 있는 반도체 제조 공정의 배기 시스템을 도시하고 있다.

방전극(20)은 전기 전도성 재료의 튜브로 구성된다. 개방되어 있는 방전극(20)의 일측 단부는 절연체와 결합하여 집진극(30)과 전기적 절연을 이루게 되고, 타측 단부는 밀폐되어 있다. 도1 및 도2에는 방전극(20)과 같은 재질의 판재를 사용하여 용접한 경우만을 도시하고 있으나 밀폐방식은 방전극(20)과 같은 재질의 판재로 튜브의 입구를 용접하거나 튜브의 입구에 대응하는 캡(Cap)을 제작하여 억지끼움의 방식으로 밀봉할 수도 있다. 방전극(20)의 외부면에는 플라즈마방전이 용이하게 일어나도록 다수개의 침상의 돌기부가 소정의 간격으로 형성되어 있다. 도2에 도시된 바에 의하면 소정의 간격으로 침상이 형성된 침상판재(21)가방전극(20)의 외부면에 소정의 간격으로 배열되어 용접된 상태를 보여 주고 있으며, 침상판재(21)가 배열된 사이의 공간에는 방전극(20)의 내부와 연결되는 다수개의 연통구(22)가 형성되어 있다. 이와 같은 연통구(22)는 방전극의 내부와 외부를 연결하여 압축기체의 통로 역할을 수행한다. 방전극의 재질은 전기 전도성이 있는 금속 중에서 장비의 내구성을 확보하기 위해서 스테인레스스틸이 사용될 수 있다.

절연체(40)는 방전극(20)의 개방된 일측 단부에 결합되어 방전극(20)과 집진극(30) 사이의 전기적 절연을 이루게 된다. 절연체(40)는 전기 전도성이 없는 PVC나 TEFLON과 같은 합성수지로 만들어지며 방전극(20)의 개방된 일측 단부에 기밀을 유지하면서 결합될 수 있도록 방전극(20)의 개방된 일측 단부와 대응하는 형상을 지니고 있고, 방전극(20)과 기밀을 유지하도록 결합된 상태에서 방전극(20)의 내부와 연결되는 압축기체흡입구(41)가 형성되어 있다. 이와 같은 압축기체흡입구(41)를 통하여 방전극(20)의 내부로 압축기체가 유입되고, 유입된 압축기체는 방전극(20)에 형성된 다수개의 연통구(22)를 통하여 방전극(20)의 외부로 유출된다. 도1에 도시된 바에 의하면 절연체(40)는 캡형상의 합성수지로서 방전극(20)의 개방된 일측에 기밀을 유지하도록 결합되어 있으며, 절연체(40)의 중심부에는 압축기체흡입구(41)가 관통되어 있으며, 압축기체흡입구(41)에는 클리닝포트(42)가 장착되어 클리닝포트(42)를 통하여 압축기체가 방전극(20)의 내부로 유입된다.

집진극(30)은 전기 전도성 재료의 튜브로 구성되며 집진극(30)의 내부에는 방전극(20)이 삽입된다. 집진극(30)의 일측 단부는 폐가스유입관과 연결되며 타측단부는 폐가스유출관과 연결되어 집진극(30)의 내부면과 방전극(20)의 외부면 사이의 공간이 폐가스의 배기 통로가 된다. 폐가스유출관에는 폐가스필터(31)를 설치하여 배출되는 폐가스를 한 번 더 정화하여 메인 덕트를 통해 대기로 배출한다. 방전극의 재질은 전기 전도성이 있는 금속 중에서 장비의 내구성을 확보하기 위해서 스테인레스스틸이 사용될 수 있다.

더스트캔(50)은 도3에 도시한 바와 같이 집진극(30), 방전극(20), 및 절열체(40)로 구성되는 플라즈마방전부(10)의 하부에 설치되며 폐가스유입관과 연결된다. 도3에는 2개의 플라즈마방전부(10)가 도시되어 있으나 이에 한정되지 않고 하나 또는 다수개의 플라즈마방전부(10)가 선택적으로 동시에 사용될 수 있다. 더스트캔(50)은 플라즈마방전부(10)와 연결되는 상향 입구에는 깔대기 모양의 호퍼(51)가 형성되어 있으며, 폐가스유입관은 상부 일측에 연결된다. 더스트캔(50)은 플라즈마방전부(10)로부터 포집된 SiO₂파우더를 포함한 고형 미립자를 임시로 저장하게 된다. 저장된 고형 미립자는 일정 주기마다 외부로 배출시켜 더스트캔(50)을 비워 주어야 하는 바, 더스트캔(50)의 하부 일측에는 퍼징용압축기체를 분사하는 에어포트(52)가 장착되고, 포집된 고형 미립자를 더스트캔(50)의 외부로 배출하는 진공포트(53)가 하부 타측에 장착된다. 또한 더스트캔(50)의 상부 타측에는 퍼징용압축기체를 외부로 배출하는 퍼징기체배출관(55)을 설치할 수 있으며 퍼징기체배출관(55)에는 퍼징기체필터(55)를 설치하여 배출되는 퍼징기체를 정화하여 대기로 배출한다.

도5은 본 발명의 바람직한 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 평면도로서 하나의 더스트캔(50)의 상부에 4개의 플라즈마방전부(10)로 구성되는 플라즈마방전집진기가 병렬로 2개 배열되어 있는 것을 도시하고 있다. 도5에서 알수 있는 바와 같이 플라즈마방전부(10)는 필요에 따라 다수개 설치할 수 있고, 동일한 플라즈마방전집진기를 다수개 병렬로 배열하여 한개 또는 다수개의 플라즈마방전집진기를 선택적으로 가동할 수 있어 일부 플라즈마방전집진기가 퍼징등의 이유로 가동이 중지되더라도 병렬적으로 배열된 다른 플라즈마방전집진기가 작동하여 고형미립자의 포집이 지속적으로 이루어지게 된다.

상기한 바와 같이 구성되는 본 발명인 플라즈마방전집진기의 작용을 살펴보면 다음과 같다. 반도체의 메인 장비에서 공정용으로 사용된 폐가스는 덕트를 통하여 대기로 배출되며 본 발명은 이와 같은 배기 시스템의 일부를 구성하게 된다. 폐가스는 폐가스유입관을 통하여 폐가스유입관에 비하여 상대적으로 단면적이 넓은더스트캔(50)의 상부 일측으로 유입되어 유속이 감소하게 되어 폐가스에 포함된 일부 고형 미립자 가운데 직경이 1㎛ 이상인 비교적 큰 입자는 자중에 의하여 더스트캔(50)의 하부로 자유낙하되어 더스트캔(50)에 저장되는 1차 포집이 이루어진다. 1차 포집을 거친 폐가스는 플라즈마방전부(10)와 연결되는 상향 입구에 형성된 깔대기 모양의 호퍼(51)를 통하여 플라즈마방전부(10)의 하부로 유입되어 상부로 유동하여 폐가스유출관으로 배출된다. 플라즈마방전부(10)의 방전극(20)과 집진극(30) 사이에 형성된 폐가스의 배기 통로를 통과하는 동안 전원이 인가된 방전극('-'전원)으로부터 집진극('+'전원)으로 플라즈마방전에 의해서 플라즈마방전부(10)의 하부에서 상부로 유동하는 폐가스에 포함된 SiO₂파우더와 같은 고형 미립자가 집진극(30)으로 이동하여 집진극(30)의 표면에 접착되는 2차 포집이 이루어진다. 플라즈마방전부(10)를 통과한 폐가스는 폐가스유출관을 통하여 메인덕트로 연결된다. 폐가스유출관에는 폐가스필터(31)를 더 장착하여 메인덕트를 통해 대기로 배출되기 전에 폐가스에 포함된 고형 미립자를 다시 한 번 걸러주는 3차포집이 이루어 진다. 이와 같이 3차에 걸쳐 폐가스에 포함된 고형 미립자를 완벽하게 포집한 후 정화된 폐가스를 대기로 배출한다. 상기와 같은 플라즈마방전을 이용한 고형 미립자의 포집 과정이 반복되면 집진극(30)의 표면에는 포집된 고형 미립자의 퇴적층이 쌓여 플라즈마방전을 방해하게 되어 포집기능이 저하되므로 주기적으로 집진극의 표면에 퇴적된 고형 미립자를 제거하여야 한다. 퇴적된 고형 미립자를 제거하기 위해서 압축기체흡입구(41)에 장착된 클리닝포트(42)를 통하여 압축기체를 방전극(20)의 내부로 유입시키면 유입된 압축기체는 방전극(20)의 표면에 형성된 다수개의 연통구(22)를 통하여 방전극(20)의 외부로 분사되어 집진극(30)의 표면에 퇴적된 고형 미립자를 타격하여 집진극(30)으로부터 분리시키고 분리된 고형 미립자는 플라즈마방전부(10)의 하부에 설치된 더스트캔(50)으로 자유낙하되어 저장된다. 더스트캔(50)에 저장된 고형 미립자는 외부로 배출하기 위해서 더스트캔(50)의 하부 일측에는 퍼징용압축기체를 분사하는 에어포트(52)가 장착되고, 포집된 고형 미립자를 더스트캔(50)의 외부로 배출하는 진공포트(53)가 하부 타측에 장착되어 있다. 에어포트(52)는 진공포트(53)만으로는 외부로 배출되지 않고 더스트캔의하부면에 접착되어 있는 고형 미립자에 압축 기체를 분사하여 더스트캔(50)의 하부면으로부터 분리시키는 기능을 수행하고 진공포트(53)는 고형 미립자를 흡입하여 외부로 배출시키는 기능을 수행한다. 더스트캔(50)의 상향 입구에 설치된 깔대기 모양의 호퍼(51)는 에어포트(52)를 이용하여 더스트캔(50)의 내부로 압축 기체를 분사할 경우 저장된 고형 미립자가 비산하여 플라즈마방전부(10)로 다시 유입될 가능성을 최소화 시킨다. 또한 에어포트(52)를 통한 압축기체의 분사와 진공포트(53)를 통한 흡입 작용이 동시에 이루어지는 경우 고형 미립자을 포함한 기체의 흐름이 더스트캔(50)의 바닥면을 따라 형성되어 고형미립자가 비산하여 플라즈마방전부(10)로 유입되는 것을 최소화 할 수 있다. 필요에 따라서는 별도의 퍼징기체배출관(55)과 퍼징기체필터(55)를 더스트캔(50)에 추가로 설치하여 에어포트(52)를 통하여 유입된 압축기체를 배출할 수도 있다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 플라즈마방전 방식을 채택하여 SiO₂파우더를 효율적으로 포집할수 있다.

둘째, 수질오염 방지를 위한 별도의 처리과정이나 처리장치가 필요 없어 친환경적인 집진 수단을 제공할 수 있다.

셋째, 집진극으로 포집되어 집진극의 표면에 퇴적된 SiO₂파우더를 압축기체를 이용하여 효과적으로 제거하여 집진 기능의 저하를 방지할 수 있다.

넷째, SiO₂파우더의 포집과정과 포집된 SiO₂파우더의 제거과정을 단순화하여 경제성을 도모할 수 있다.

Claims

반도체 제조 공정의 폐가스를 정화하여 배출하는 배기 시스템의 일부를 구성하며,

튜브형상의 전기 전도성 재질의 집진극;

상기 집진극의 내부에 삽입되는 튜브형상의 전기 전도성 재질의 방전극;

상기 집진극과 상기 방전극 사이에 설치되는 절연체;로 구성되는 플라즈마방전부;를 포함하여 구성되는 플라즈마방전집진기에서,상기 집진극의 일측 단부는 폐가스유입관과 연결되며 타측단부는 폐가스유출관과 연결되어 폐가스의 배기 통로가 되고, 상기 방전극의 일측 단부는 상기 절연체와 결합하여 상기 집진극과 전기적 절연을 이루고 타측 단부는 밀폐되어 있으며 상기 방전극의 외주면을 따라 다수개의 침상의 돌기부가 소정의 간격으로 형성되어 있으며 상기 방전극의 내부와 연결되는 연통구가 상기 방전극의 외주면을 따라 다수개 형성되어 있고, 상기 절연체에는 상기 방전극의 개방된 일측단부에 기밀을 유지하도록 결합된 상태에서 상기 방전극의 내부와 연결되는 압축기체흡입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마방전집진기.
제1항에서, 상기 플라즈마방전부의 하부에 설치되며 폐가스유입관과 연결되는 더스트캔;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마방전집진기.
제1항에서, 상기 집진극의 상부에 연결되는 폐가스유출관에 설치되는 폐가스필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마방전집진기.
제2항에서, 상기 더스트캔은

상기 플라즈마방전부와 연결되는 상향 입구에는 깔대기 모양의 호퍼;가 형성되어 있고,

폐가스유입관이 상부 일측에 연결되고,

퍼징용압축기체를 분사하는 에어포트:가 하부 일측에 장착되고,

포집된 고형 미립자를 흡입하여 더스트캔 외부로 배출하는 진공포트;가 하부 타측에 장착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마방전집진기.
제4항에서,

상기 더스트캔의 상부 타측에 장착되어 퍼징용압축기체를 배출하는 퍼징기체배출관;

상기 퍼징기체배출관에 설치되는 퍼징기체필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마방전집진기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,

상기 플라즈마방전부가 다수개 병렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 플라즈마방전집진기.