KR20060095594A - Plasma scrubber for elimination of waste cleaning gases emitted from semiconductor industries - Google Patents

Plasma scrubber for elimination of waste cleaning gases emitted from semiconductor industries Download PDF

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KR20060095594A
KR20060095594A KR1020050016333D KR20050016333D KR20060095594A KR 20060095594 A KR20060095594 A KR 20060095594A KR 1020050016333 D KR1020050016333 D KR 1020050016333D KR 20050016333 D KR20050016333 D KR 20050016333D KR 20060095594 A KR20060095594 A KR 20060095594A
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홍용철
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Abstract

개시된 본 발명은 반도체 공정에서 사용되는 삼불화질소(NF3), 육불화황(SF6) 등을 포함하는 반도체 세정폐가스를 분해하여, 사용 후 배출되는 가스에 공기와 부가가스를 적절히 혼합시켜 더욱 효과적으로 반도체 세정폐가스를 제거할 수 있도록 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 플라즈마 스크러버에 관한 것으로서, 전자파 에너지를 유입하여 전장으로 변환하고 반도체 세정공정에서 로터리 펌프를 통해 배출되는 폐가스가 이 전장에 노출되게 하여 폐가스 속에 섞여있는 오염물질을 제거하는 방법에 있어서, (a) 로터리 펌프에서 배출되는 폐가스를 방전관으로 유입시키는 과정; (b) 마그네트론에서 나온 전자파가 점진적으로 작아지는 도파관을 통과하면서 도파관 끝단으로 전파하고 다시 방전관으로 반사시켜 방전관으로부터 최대의 전장이 유도되도록 하는 과정; (c) 점화장치를 이용하여 방전관에 1기압 플라즈마를 발생시켜 폐가스 분자들을 분해시키는 과정; (d) 상기 분해된 폐기 가스 분자에 반응가스를 첨가시켜 폐가스 속의 오염물질을 산화시키고 처리하기 쉬운 부산물 가스로 재결합시키는 과정; 및 (e) 상기 부산물 가스들을 통상의 습식 스크러버로 유입시키는 과정으로 이루어진다.The disclosed invention decomposes a semiconductor cleaning waste gas including nitrogen trifluoride (NF 3 ), sulfur hexafluoride (SF 6 ), and the like, which is used in a semiconductor process. The present invention relates to a plasma scrubber using an electromagnetic plasma torch that can effectively remove semiconductor cleaning waste gas. A method for removing mixed contaminants, the method comprising: (a) introducing waste gas discharged from a rotary pump into a discharge tube; (b) propagating the electromagnetic wave from the magnetron to the waveguide end while gradually passing down the waveguide and reflecting it back to the discharge tube to induce the maximum electric field from the discharge tube; (c) decomposing waste gas molecules by generating 1 atmosphere of plasma in a discharge tube using an ignition device; (d) adding a reaction gas to the decomposed waste gas molecules to oxidize contaminants in the waste gas and recombine it into a byproduct gas that is easy to treat; And (e) introducing the byproduct gases into a conventional wet scrubber.

전자파, 플라즈마, 토치, 대기압, 세정가스, NF3, SF6  Electromagnetic Waves, Plasma, Torch, Atmospheric Pressure, Cleaning Gas, NF3, SF6

Description

반도체 세정 폐가스 제거를 위한 플라즈마 스크러버{PLASMA SCRUBBER FOR ELIMINATION OF WASTE CLEANING GASES EMITTED FROM SEMICONDUCTOR INDUSTRIES}Plasma scrubber for semiconductor cleaning waste gas removal {PLASMA SCRUBBER FOR ELIMINATION OF WASTE CLEANING GASES EMITTED FROM SEMICONDUCTOR INDUSTRIES}

도 1은 본 발명에 따른 반도체 세정 폐가스 처리를 위한 전자파 플라즈마 토치의 적용을 설명하는 블록도,1 is a block diagram illustrating the application of an electromagnetic plasma torch for treating semiconductor cleaning waste gas according to the present invention;

도 2는 도 1에 적용된 전자파 플라즈마 토치 시스템의 전체도,2 is an overall view of an electromagnetic plasma torch system applied to FIG.

도 3은 도 2의 참조 숫자 110으로 표시된 전자파 플라즈마 토치 반응기의 종단면도,3 is a longitudinal sectional view of the electromagnetic plasma torch reactor indicated by reference numeral 110 of FIG.

도 4는 도 2의 참조 숫자 110으로 표시된 전자파 플라즈마 토치 반응기의 횡단면도,4 is a cross-sectional view of the electromagnetic plasma torch reactor indicated by reference numeral 110 of FIG. 2, FIG.

도 5는 전자파 플라즈마 토치와 통상의 습식 스크러버를 통과한 삼불화질소(NF3) 량을 적외선 분광 측정기 (FTIR)를 이용하여 시간경과와 플라즈마 파워에 따라 측정한 결과를 나타낸 그래프,5 is a graph showing the results of measuring the amount of nitrogen trifluoride (NF 3 ) passing through the electromagnetic plasma torch and a conventional wet scrubber according to time-lapse and plasma power using an infrared spectrometer (FTIR),

도 6은 전자파 플라즈마 토치와 통상의 습식 스크러버를 통과한 육불화황(SF6) 량을 적외선 분광 측정기 (FTIR)를 이용하여 시간경과와 플라즈마 파워에 따라 측정한 결과를 나타낸 그래프,6 is a graph showing the results of measuring the amount of sulfur hexafluoride (SF 6 ) passing through an electromagnetic plasma torch and a conventional wet scrubber according to time-lapse and plasma power using an infrared spectrometer (FTIR),

도 7은 전자파 플라즈마 토치와 통상의 습식 스크러버를 통과한 육불화황 (SF6) 량을 적외선 분광 측정기 (FTIR)를 이용하여 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the results of measuring the amount of sulfur hexafluoride (SF 6 ) passed through an electromagnetic plasma torch and a conventional wet scrubber using an infrared spectrometer (FTIR).

＜도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명＞<Explanation of code about main part of drawing>

30: 로터리 펌프 42: 반도체 세정폐가스30: rotary pump 42: semiconductor cleaning waste gas

46: 방전관 고정체 60: 습식 스크러버46: discharge tube fixture 60: wet scrubber

85: 적외선 분광기 90: 마이크로웨이브 도파관85: infrared spectrometer 90: microwave waveguide

92: 마그네트론 120: 방전관92: magnetron 120: discharge tube

150: 플라즈마150: plasma

본 발명은 전자파 플라즈마 토치를 이용한 반도체 세정폐가스 처리 플라즈마 스크러버에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor cleaning waste gas treatment plasma scrubber using an electromagnetic plasma torch.

특히, 반도체 공정에서 가장 많이 사용되는 삼불화질소와 육불화황 가스를 파괴하여, 사용 후 배출되는 가스에 공기나 부가가스를 적절히 혼합시켜 더욱 효율적으로 폐가스를 제거할 수 있도록 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 플라즈마 스크러버에 관한 것이다.In particular, by using the electromagnetic plasma torch that destroys nitrogen trifluoride and sulfur hexafluoride gas, which are most used in the semiconductor process, and can properly remove waste gas by appropriately mixing air or additional gas with the gas discharged after use. It relates to a plasma scrubber.

지구 온난화의 주범 중의 하나가 첨단산업체에서 사용되고 있는 산업기체이다. 그 대표적인 가스가 불화 계열 가스이다. 예를 들어, 이 가스들이 한번 대기로 방출되면 오랜 세월동안 대기에 존재하면서 지표면에서 방출되어야 할 적외선을 차단하여 지표의 대기온도가 높아지도록 하는 역할을 하게 된다. 그러므로 산업체에서 사용되고 있는 불화 계열 가스를 대기로 방출하기 전에 완전히 파괴하여 배출하여야 하는 국제적 규제가 강화되고 있다. 2005년 2월 16일부터 도쿄의정서가 발효됨에 따라 온실가스 감축은 환경규제 뿐만 아니라 경제규제라고 해도 과언이 아닐 정도로 국가 경제에 큰 영향을 줄 것이다.One of the main culprit of global warming is the industrial gas used by high-tech industries. The representative gas is fluorinated gas. For example, once these gases are released into the atmosphere, they will remain in the atmosphere for many years and block the infrared radiation that must be emitted from the surface, thereby increasing the surface's atmospheric temperature. Therefore, international regulations are being tightened to completely destroy and release fluorinated gases used in industry before they are released into the atmosphere. As the Tokyo Protocol enters into force on February 16, 2005, the reduction of greenhouse gases will have a big impact on the national economy, which is not an exaggeration to say as well as environmental regulations.

이러한 맥락에서, 불화 계열 가스를 제거하고자 하는 연구가 여러 방면에서 진행되고 있었다. 그 중에 하나가 플라즈마를 이용하여 이 분자들을 이온화시키고 무해한 다른 분자로 만들어 배출하려는 노력이었다. 종전의 기술은 RF Source를 이용하여 진공 중에서 이러한 분자를 제거하는 것이었다. 진공 중에서 이러한 분자를 제거한다면, 비록 그 방법이 성공한다 하더러도, 진공에서 실시되고 있는 반도체 공정 라인과 함께 부착되어야 하는데, 이로 인하여 이 RF장비가 다른 반도체 공정장비의 원만한 작동을 저해하거나 때론 완전히 마비시킬 수도 있다는 문제점이 있다. 결국, 반도체 공정 라인과는 무관한 진공 밖 1기압에서 제거작업을 할 수 있는 장치를 요구하기에 이르렀다.In this context, research has been underway in many ways to remove fluorinated gases. One of them was the effort to ionize these molecules using plasma and turn them into other harmless molecules. Previous techniques have used RF sources to remove these molecules in vacuum. If these molecules are removed in a vacuum, even if the method succeeds, they must be attached with the semiconductor processing line being implemented in a vacuum, which would impede the RF device's smooth operation and sometimes completely The problem is that it can be paralyzed. As a result, there has been a demand for a device capable of removing at a pressure of 1 atm out of vacuum, which is independent of the semiconductor processing line.

본 발명은 상기와 같은 요구에 응하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 대기 환경오염을 방지하기 위한 전자파 플라즈마 토치를 이용한 플라즈마 스크러버를 제공함에 있다.The present invention has been made in response to the above requirements, and an object of the present invention is to provide a plasma scrubber using an electromagnetic plasma torch to prevent air pollution.

또한, 본 발명의 다른 목적은 전자파로 플라즈마 토치를 만들고 그 토치를 이용하여 컴퓨터나 반도체 산업 등 첨단산업에서 사용하고 있는 세정 가스들을 파괴하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 세정폐가스 플라즈마 스크러버를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a cleaning waste gas plasma scrubber using an electromagnetic plasma torch that makes a plasma torch with electromagnetic waves and destroys cleaning gases used in high-tech industries such as computers and semiconductor industries by using the torch.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 첨단산업의 표면세정에 사용되고 있는 불화 계열 가스들을 진공에서 파괴할 필요 없이 전자파로 플라즈마 토치를 만드는 것은 1기압에서 수행할 수 있으므로, 불화계열 가스를 1기압에서 파괴할 수 있도록 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화계열 가스의 방출제어방법을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to create a plasma torch with electromagnetic waves at one atmosphere without destroying the fluorinated gas used in the surface cleaning of the high-tech industry in a vacuum, the fluorine-based gas is destroyed at one atmosphere The present invention provides a method for controlling emission of fluorinated series gas using an electromagnetic plasma torch.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 전자파 에너지를 유입하여 전장으로 변환하고 반도체 세정공정에서 로터리 펌프를 통해 배출되는 폐가스가 이 전장에 노출되게 하여 폐가스 속에 섞여있는 오염물질을 제거하는 방법에 있어서, (a) 로터리 펌프에서 배출되는 폐가스를 방전관으로 유입시키는 과정; (b) 마그네트론에서 나온 전자파가 점진적으로 작아지는 도파관을 통과하면서 도파관 끝단으로 전파하고 다시 방전관으로 반사시켜 방전관으로부터 최대의 전장이 유도되도록 하는 과정; (c) 점화장치를 이용하여 방전관에 1기압 플라즈마를 발생시켜 폐가스 분자들을 분해시키는 과정; (d) 상기 분해된 폐가스 분자에 반응가스를 첨가시켜 폐가스 속의 오염물질을 산화시키고 처리하기 쉬운 부산물 가스로 재결합시키는 과정; 및 (e) 상기 부산물 가스들을 통상의 습식 스크러버로 유입시키는 과정으로 이루어진다.One embodiment of the present invention for achieving the above object is to convert the electromagnetic energy into the electric field and to remove the pollutants mixed in the waste gas by exposing the waste gas discharged through the rotary pump in the semiconductor cleaning process to the electric field. A method, comprising: (a) introducing waste gas discharged from a rotary pump into a discharge tube; (b) propagating the electromagnetic wave from the magnetron to the waveguide end while gradually passing down the waveguide and reflecting it back to the discharge tube to induce the maximum electric field from the discharge tube; (c) decomposing waste gas molecules by generating 1 atmosphere of plasma in a discharge tube using an ignition device; (d) adding a reactive gas to the decomposed waste gas molecules to oxidize contaminants in the waste gas and recombine it into a by-product gas that is easy to treat; And (e) introducing the byproduct gases into a conventional wet scrubber.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 전자파 플라즈마 토치를 이용한 반도체 세정 폐가스 플라즈마 스크러버에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a semiconductor cleaning waste gas plasma scrubber using an electromagnetic plasma torch will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 세정 폐가스 처리를 위한 전자파 플라즈마 토치의 적용을 설명하는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating the application of an electromagnetic plasma torch for the semiconductor cleaning waste gas treatment according to the present invention.

일반적으로 반도체 세정 폐가스는 진공 챔버와 연결된 터보 펌프(1차 펌프)와 로터리 펌프(2차 펌프)를 통해서 배출되고 있으며 2차 펌프로 사용되는 로터리 펌프는 질소 퍼징에 의해 작동된다. 따라서 반도체 세정 폐가스는 불화 계열의 가스와 질소로 이루어져 있다. 더욱이 공정 조건에 따라 실란 계열의 가스도 사용되고 있다. 첨부 도면 도 1에 도시된 바와 같이, 미반응 불화 계열의 가스들은 반도체 진공 챔버(10)와 터보 펌프(20), 로터리 펌프(30)를 통해 배출된다. 상기 설명한 바와 같이, 질소 퍼징에 의해 작동되는 로터리 펌프(30)를 통과하면서 미반응 불화 계열의 가스들은 질소 가스와 함께 대기로 배출된다. 따라서 반도체 세정 폐가스(42)는 불화계열의 가스, 실란 계열의 가스, 질소 가스 등으로 이루어져 있다. 반도체 세정 폐가스(42)는 연결관(40)을 통해 대기압 전자파 플라즈마 토치(100)로 유입된다. 이 반도체 세정 폐가스(42)는 전자파 플라즈마 토치와 부가가스에 의해 분해되고 물에 용해되기 쉬운 부산물 가스로 변환된다. 예를 들어, 플로린(F)는 수소(H)와 결합하여 물에 용해되기 쉬운 불산(HF)으로 변환된다. 전자파 플라즈마 토치에 의해 처리된 반도체 세정 폐가스(42)는 연결관(50)을 통해 통상의 습식 스크러버(60)로 유입된다. 상기 설명한 바와 같이, 물에 용해되기 쉬운 플라즈마 부산물 가스들은 통상의 습식 스크러버(60)를 거치면서 물에 용해되고 배기가스(80)는 배기관(70)을 통해 대기로 배출된다.Generally, semiconductor cleaning waste gas is discharged through a turbo pump (primary pump) and a rotary pump (secondary pump) connected to a vacuum chamber, and a rotary pump used as a secondary pump is operated by nitrogen purging. Therefore, semiconductor cleaning waste gas is composed of fluorinated gas and nitrogen. Moreover, depending on the process conditions, silane-based gases are also used. As shown in FIG. 1, unreacted fluoride-based gases are discharged through the semiconductor vacuum chamber 10, the turbo pump 20, and the rotary pump 30. As described above, the unreacted fluorinated gas is discharged to the atmosphere together with the nitrogen gas while passing through the rotary pump 30 operated by nitrogen purging. Therefore, the semiconductor cleaning waste gas 42 is made of fluorinated gas, silane-based gas, nitrogen gas, or the like. The semiconductor cleaning waste gas 42 is introduced into the atmospheric pressure electromagnetic plasma torch 100 through the connection pipe 40. The semiconductor cleaning waste gas 42 is decomposed by an electromagnetic plasma torch and an additional gas and converted into a by-product gas that is easily dissolved in water. For example, florin (F) is combined with hydrogen (H) and converted to hydrofluoric acid (HF), which is easily soluble in water. The semiconductor cleaning waste gas 42 treated by the electromagnetic plasma torch is introduced into the conventional wet scrubber 60 through the connecting pipe 50. As described above, the plasma by-product gases which are easily dissolved in water are dissolved in water while passing through a conventional wet scrubber 60 and the exhaust gas 80 is discharged to the atmosphere through the exhaust pipe 70.

상기와 같이 적용된 전자파 플라즈마 토치를 이용한 반도체 세정폐가스 플라즈마 스크러버의 작용 및 구성은 도 2와 같다.The operation and configuration of the semiconductor cleaning waste gas plasma scrubber using the electromagnetic plasma torch applied as described above are illustrated in FIG. 2.

도 2는 도 1에 적용된 전자파 플라즈마 토치 시스템의 전체도이다.FIG. 2 is a general view of the electromagnetic plasma torch system applied to FIG. 1.

전원공급장치(200)는 전자파를 발진하는 마그네트론(92)에 전력을 공급하고 마그네트론(92)에서 발진된 전자파는 순환기(94)를 지나 방향성 결합기(96)로 전송된다. 상기 순환기(94)는 마그네트론(92)으로 반사되는 반사파를 완전히 흡수하여 마그네트론(92)을 보호하는 한편, 마그네트론(92)에서 발진된 전자파를 상기 방향성 결합기(96)로 전달한다. 방향성 결합기(96)는 입사파와 반사파의 크기를 모니터링 하는 한편 상기 순환기(94)를 통해 전달된 전자파를 출력하며 3-스터브 튜너(98)는 상기 방향성 결합기(96)로부터 입력되는 전자파에 대해 임피던스 매칭을 시켜 전자파 에너지 전달을 최대로 해준다. 상기 3-스터브 튜너(98)를 통해 전달된 전자파는 점진적으로 작아지는 마이크로웨이브 도파관(90)으로 유입되어 가스공급부로부터 주입되는 와류가스 및 점화장치에 의해 방전관 내에 플라즈마가 발생되게 된다. 상기 와류가스, 점화장치, 방전관은 도 3을 설명할 때에 상세히 설명될 것이다. 방전관 내에 생성된 플라즈마로 반도체 세정폐가스(42)는 연결관(40)을 통해 유입된다. 전자파 플라즈마 토치에 의해 분해된 반도체 세정폐가스(42)는 연결관(50)을 통해 상기 설명한 통상의 습식 스크러버(60)로 유입되고 배기가스(80)는 배기관(70)을 통해 대기로 배출된다. 방전관을 고정시켜주는 고정체(46)와 로터리 펌프(30)와 연결된 연결관(40)은 플랜지(44)에 의해 결합되고 마이크로웨이브 도파관(90)에 결합된 연결관(50)과 통상의 습식 스크러버(60)는 플랜지(52)에 의해 결합 된다. 적외선 분광기(85)는 불화계열의 가스들을 모니터링하기 위해 반도체 산업의 현장과 연구기관의 실험실에서 가장 많이 사용된다. 전자파 플라즈마 토치(100)와 통상의 습식 스크러버(60)를 통과한 후 배출되는 배기가스(80)는 반도체 세정가스의 존재 유무와 농도를 모니터링하기 위하여 가스 체취관(82)을 통해 적외선 분광기(85)로 분석된다. 따라서 본 발명의 효과를 설명하기 위한 적외선 분광기(FTIR) 데이터가 실시 예에서 제시될 것이다.The power supply 200 supplies electric power to the magnetron 92 that oscillates electromagnetic waves, and the electromagnetic waves oscillated from the magnetron 92 are transmitted to the directional coupler 96 through the circulator 94. The circulator 94 fully absorbs the reflected waves reflected by the magnetron 92 to protect the magnetron 92, and transmits the electromagnetic waves oscillated from the magnetron 92 to the directional coupler 96. The directional coupler 96 monitors the magnitude of the incident and reflected waves while outputting the electromagnetic waves transmitted through the circulator 94 and the three-stub tuner 98 is impedance matched to the electromagnetic waves input from the directional coupler 96. To maximize electromagnetic energy transfer. Electromagnetic waves transmitted through the 3-stub tuner 98 are introduced into the microwave waveguide 90 which gradually decreases and plasma is generated in the discharge tube by the vortex gas and the ignition device injected from the gas supply unit. The vortex gas, the ignition device, and the discharge tube will be described in detail when describing FIG. 3. The semiconductor cleaning waste gas 42 is introduced into the plasma generated in the discharge tube through the connection tube 40. The semiconductor cleaning waste gas 42 decomposed by the electromagnetic plasma torch is introduced into the conventional wet scrubber 60 described above through the connecting pipe 50 and the exhaust gas 80 is discharged to the atmosphere through the exhaust pipe 70. The connecting tube 40 connected to the rotary pump 30 and the fixed body 46 holding the discharge tube is coupled to the microwave waveguide 90 and connected to the microwave waveguide 90 by a conventional wet type. The scrubber 60 is coupled by the flange 52. Infrared spectroscopy 85 is most commonly used in the field of the semiconductor industry and in laboratories of research institutes for monitoring fluorinated gases. Exhaust gas 80 discharged after passing through the electromagnetic plasma torch 100 and the normal wet scrubber 60 is infrared spectrometer 85 through the gas body pipe 82 to monitor the presence and concentration of the semiconductor cleaning gas. Is analyzed. Therefore, infrared spectroscopy (FTIR) data for explaining the effects of the present invention will be presented in the examples.

도 3은 도 2의 참조 숫자 110으로 표시된 전자파 플라즈마 토치 반응기의 종단면도이다.3 is a longitudinal cross-sectional view of the electromagnetic plasma torch reactor indicated by reference numeral 110 of FIG. 2.

반도체 세정폐가스(42)가 반응기내에 있는 방전관(120)을 지나게 된다. 방전관(120)은 석영 또는 세라믹 같은 절연체로 만들어져 있다. 방전관(120) 내에 전자파 에너지를 가장 효율적으로 전달하기 위하여 도파관(90)은 점점 작아지게 설계되어 있으며 방전관(120)의 중심축은 도파관(90)의 숏트된 끝단으로부터 관내 파장의 4분의 1 거리에 위치하였다. 전자파 진동수가 2.45 GHz 일 때에, 방전관으로 두께가 1.5 mm인 석영관을 쓰면 석영관 지름이 22에서 27mm일 때에 플라즈마 토치가 가장 잘 발생되는 것을 실험적으로 관찰하였다. 이때, 플라즈마 토치 불꽃의 지름이 약 20 mm 이다. 석영관의 내부 직경이 증가해도 불꽃 크기가 증가하지는 않는다. 방전관(120)내에 전극을 삽입하고 있는 점화장치(54a,54b)는 방전관(120)에 플라즈마를 발생시키기 위한 장치이다. 방전관 고정체(46)에 기울어져 설치되어 있는 점화장치(54a,54b)는 텅스텐 전극과 세라믹 튜브로 만들어져 있다. 세라믹 튜브는 방전관 고정체(46)와 텅스텐 전극을 절연하고 있다. 방전관(120) 내에 생성된 플라즈 마를 안정화시키기 위한 와류가스는 방전관 고정체(46)에 설치된 와류가스 주입관(56a,56b,56c,56d)을 통해 방전관(120)으로 주입된다. 와류가스 주입관은 방전관 고정체(46)에 기울어져 설치되어 있으며 와류 가스는 방전관(120)내에 소용돌이를 만들고 이로 인하여 플라즈마 불꽃(150)을 안정화할 뿐만 아니라, 섭씨 5천도가 넘는 플라즈마 불꽃(150)에서 방출되는 열로부터 석영으로 만들어진 방전관(120)의 내벽을 보호하기도 한다. 즉, 와류 가스는 방전관(120)을 보호하는 열 차단을 하며 토치 불꽃의 안정화에 중요한 역할을 하게 되는 것이다. 더욱이 와류가스 주입관(56a,56b,56c,56d)을 통하여 들어오는 와류 가스는 플라즈마 불꽃(150)과 섞이게 되는 첨가가스가 될 수 있으며 폐가스(42)의 분해가 더욱 잘되게 한다. 반도체 세정폐가스(42)의 오염물질은 플라즈마 불꽃을 통과해야하며 플라즈마 토치에 접하는 순간 분해되어 버린다. 그래서 배출가스 중에는 더 이상 오염물질인 불화 계열의 가스가 남아있지 않게 된다.The semiconductor cleaning waste gas 42 passes through the discharge tube 120 in the reactor. The discharge tube 120 is made of an insulator such as quartz or ceramic. The waveguide 90 is designed to be smaller and smaller in order to most efficiently transfer electromagnetic energy into the discharge tube 120. The central axis of the discharge tube 120 is located at a quarter of a wavelength of the tube from the short end of the waveguide 90. Located. It was experimentally observed that the plasma torch was best generated when the quartz tube having a thickness of 1.5 mm was used as the discharge tube when the electromagnetic wave frequency was 2.45 GHz. At this time, the diameter of the plasma torch flame is about 20 mm. Increasing the inner diameter of the quartz tube does not increase the flame size. The ignition devices 54a and 54b in which the electrodes are inserted in the discharge tube 120 are devices for generating plasma in the discharge tube 120. The ignition devices 54a and 54b which are inclined to the discharge tube fixing body 46 are made of a tungsten electrode and a ceramic tube. The ceramic tube insulates the discharge tube fixture 46 from the tungsten electrode. Vortex gas for stabilizing the plasma generated in the discharge tube 120 is injected into the discharge tube 120 through the vortex gas injection tube (56a, 56b, 56c, 56d) provided in the discharge tube fixture (46). The vortex gas injection tube is inclined to the discharge tube fixture 46, and the vortex gas forms a vortex in the discharge tube 120, thereby stabilizing the plasma flame 150, as well as the plasma flame (150 degrees Celsius or more) It also protects the inner wall of the discharge tube 120 made of quartz from the heat emitted from the). In other words, the vortex gas is a heat shield to protect the discharge tube 120 and plays an important role in the stabilization of the torch flame. Furthermore, the vortex gas entering through the vortex gas injection pipes 56a, 56b, 56c, and 56d may be an additive gas mixed with the plasma flame 150, and the decomposition of the waste gas 42 is better. Contaminants in the semiconductor cleaning waste gas 42 must pass through the plasma flame and decompose upon contact with the plasma torch. Thus, no more fluorinated gas remains in the exhaust gas.

도 4는 도 2의 참조 숫자 110으로 표시된 전자파 플라즈마 토치 반응기의 횡단면도이다.4 is a cross-sectional view of the electromagnetic plasma torch reactor indicated by reference numeral 110 of FIG. 2.

방전관(120) 내에 텅스텐 전극이 설치된 점화장치 54a와 54b는 180도 방향에 설치되어 있고 와류가스 주입관(56a,56b,56c,56d)들은 방전관(120) 내에 소용돌이를 만들도록 방전관(120)과 접선 방향으로 설치되어 있다. 와류가스 주입관은 본 발명에서와 같이 4개에 국한되지 않고 더 정교한 와류가스 생성을 위해서 더 많은 주입관을 설치할 수 있으며 와류가스 발생기를 방전관 고정체(46)에 설치하여 소용돌이를 방전관(120) 내에 만들 수 있다.The ignition devices 54a and 54b in which the tungsten electrodes are installed in the discharge tube 120 are installed in the 180 degree direction, and the vortex gas injection tubes 56a, 56b, 56c, and 56d are formed in the discharge tube 120 to form a vortex in the discharge tube 120. It is installed in the tangential direction. The vortex gas injection pipe is not limited to four as in the present invention, but more injection pipes can be installed for more precise vortex gas generation, and the vortex gas generator is installed in the discharge tube fixture 46 to vortex the discharge pipe 120. You can make it in

불화 계열가스들은 진공을 필요로 하는 반도체 산업에서 주로 이용되고 있으며 질소가스로 작동하는 로터리펌프에 의하여 진공챔버 밖으로 배출된다. 그래서 불화계열 가스가 섞여있는 주된 기체는 질소가스이다. 이 발명에 사용된 불화 계열 가스는 삼불화질소(NF3)와 육불화황(SF6)이다.Fluoride-based gases are mainly used in the semiconductor industry requiring vacuum and are discharged out of the vacuum chamber by a rotary pump operated by nitrogen gas. Therefore, the main gas mixed with fluorinated gas is nitrogen gas. Fluorine-based gases used in this invention are nitrogen trifluoride (NF 3 ) and sulfur hexafluoride (SF 6 ).

＜실시예 1＞<Example 1>

도 5는 전자파 플라즈마 토치와 통상의 습식 스크러버를 통과한 삼불화질소(NF3) 량을 적외선 분광 측정기(FTIR)를 이용하여 시간경과와 플라즈마 파워에 따라 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 사용된 장치는 첨부 도면 도 2와 같다. 이 실시예에서는 NF3을 함유한 질소가스를 유입가스로 사용하였으며 와류가스는 압축공기가 사용되었다. 이 때 주입한 질소가스와 압축공기의 유량은 각각 분당 20리터와 30리터이고 NF3은 분당 100 밀리리터가 주입되었다. NF3로 오염된 가스가 방전관에 발생된 플라즈마 토치 불꽃을 지난 후에 배출되는 배출가스 속에 남아있는 NF3의 농도를 측정하였다. 수평선은 시간(초)을 나타내고 수직선은 NF3의 농도를 ppm 단위로 나타내었다. 방전 전(Plasma off)에 1500 ppm 정도의 NF3이 1.2 kW의 플라즈마 파워에서는 99.6%가 분해가 되었고 1.4 kW에서는 거의 100% 분해된 것을 보여주고 있다. NF3의 플라즈마 분해로 발생되는 플로린(F)은 습식 스크러버를 통과하면서 불산(HF) 상태로 물에 용해되어 적외선 분광 그래프에서는 보이지 않고 있다. 상기 실시 조 건에서 삼불화질소(NF3)가 전자파 플라즈마 토치에 의해 100% 분해가 된다는 것이다.FIG. 5 is a graph showing the results of measuring the amount of nitrogen trifluoride (NF 3 ) passing through an electromagnetic plasma torch and a conventional wet scrubber according to time and plasma power using an infrared spectrometer (FTIR). The apparatus used is shown in FIG. 2. In this example, nitrogen gas containing NF 3 was used as the inlet gas, and vortex gas was compressed air. The flow rate of injected nitrogen gas and compressed air was 20 liters per minute and 30 liters per minute, respectively, and 100 milliliters per minute were injected for NF 3 . The concentration of NF 3 remaining in the exhaust gas discharged after the gas contaminated with NF 3 passed the plasma torch flame generated in the discharge tube was measured. The horizontal line represents time (seconds) and the vertical line represents the concentration of NF 3 in ppm. Before plasma (Plasma off), about 1500 ppm of NF 3 was decomposed 99.6% at 1.2 kW plasma power and nearly 100% at 1.4 kW. Florin (F) generated by plasma decomposition of NF 3 is dissolved in water in hydrofluoric acid (HF) state while passing through a wet scrubber, and is not visible on an infrared spectrograph. Nitrogen trifluoride (NF 3 ) is 100% decomposed by the electromagnetic plasma torch under the above conditions.

＜실시예 2＞<Example 2>

도 6은 전자파 플라즈마 토치와 통상의 습식 스크러버를 통과한 육불화황(SF6) 량을 적외선 분광 측정기(FTIR)를 이용하여 시간경과와 플라즈마 파워에 따라 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 사용된 장치는 첨부 도면 도 2와 같다. 이 실시예에서는 SF6을 함유한 질소가스를 유입가스로 사용하였으며 와류가스는 압축공기가 사용되었다. 이 때 주입한 질소가스와 압축공기의 유량은 각각 분당 10리터와 30리터이고 SF6은 분당 100 미리리터가 주입되었다. SF6로 오염된 가스가 방전관에 발생된 플라즈마 토치 불꽃을 지난 후에 배출되는 배출가스 속에 남아있는 SF6의 농도를 측정하였다. 방전 전(Plasma off)에 1550 ppm 정도의 SF6이 0.8 kW의 플라즈마 파워에서는 82%가 분해가 되었고 1.2 kW에서는 거의 96.5% 분해된 것을 보여주고 있다. SF6의 플라즈마 분해로 발생되는 플로린(F)은 실시예 1에서와 같이 불산(HF) 상태로 습식 스크러버를 통과하면서 물에 용해되어 적외선 분광 그래프에서는 보이지 않고 있다. 실시예 1와 비교해 볼 때, SF6가 NF3 보다는 분해하기 어렵다는 것이다. 따라서, 실시예 3에서는 첨가가스를 사용한 실험예를 설명하고 있다.6 is a graph showing the results of measuring the amount of sulfur hexafluoride (SF 6 ) passing through the electromagnetic plasma torch and a conventional wet scrubber according to time-lapse and plasma power using an infrared spectrometer (FTIR). The apparatus used is shown in FIG. 2. In this example, nitrogen gas containing SF 6 was used as the inlet gas, and vortex gas was used as compressed air. At this time, the flow rates of the injected nitrogen gas and compressed air were 10 liters and 30 liters per minute, and SF 6 was injected with 100 ml per minute. The concentration of SF 6 remaining in the exhaust gas discharged after the gas contaminated with SF 6 passed through the plasma torch flame generated in the discharge tube was measured. Before plasma (Plasma off), about 1550 ppm of SF 6 decomposed 82% at 0.8 kW plasma power and nearly 96.5% at 1.2 kW. Florin (F) generated by plasma decomposition of SF 6 is dissolved in water while passing through a wet scrubber in hydrofluoric acid (HF) as in Example 1, and is not visible in the infrared spectroscopy graph. Compared to Example 1, SF 6 is more difficult to decompose than NF 3 . Therefore, in Example 3, an experimental example using additive gas is described.

＜실시예 3＞<Example 3>

도 7은 전자파 플라즈마 토치와 통상의 습식 스크러버를 통과한 육불화황 (SF6) 량을 적외선 분광 측정기(FTIR)를 이용하여 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 사용된 장치는 첨부 도면 도 2와 같다. 이 실시예에서는 SF6을 함유한 질소가스를 유입가스로 사용하였으며 와류가스는 압축공기가 사용되었다. 이 때 주입한 질소가스와 압축공기의 유량은 분당 20리터씩이고 SF6은 분당 100 미리리터가 주입되었다. 이 실험에서는 에틸렌(C2H4) 가스를 첨가가스로 주입하여 SF6의 분해효율을 증가시켰다. 이 때 C2H4는 분당 500 밀리리터가 주입되었으며 질소, SF6과 함께 혼합하여 전자파 플라즈마 토치로 주입되었다. SF6로 오염된 가스가 방전관에 발생된 플라즈마 토치 불꽃을 지난 후에 배출되는 배출가스 속에 남아있는 SF6의 흡광도를 측정하였다. 도 7의 (a)와 (b)는 각각 방전 전 및 후의 적외선 분광기의 흡광도를 보여주고 있다. 도 7의 (a)는 방전 전의 적외선 분광기 스펙트럼에서는 전자파 플라즈마 토치로 주입된 SF6과 C2H4의 흔적을 확인할 수 있다. 도 7의 (b)에서는, 방전 후 SF6은 90.1%가 분해된 것을 보여주고 있다.FIG. 7 is a graph showing the results of measuring the amount of sulfur hexafluoride (SF 6 ) passed through an electromagnetic plasma torch and a conventional wet scrubber using an infrared spectrometer (FTIR). The apparatus used is shown in FIG. 2. In this example, nitrogen gas containing SF 6 was used as the inlet gas, and vortex gas was used as compressed air. At this time, the flow rate of injected nitrogen gas and compressed air was 20 liters per minute and SF 6 was injected at 100 ml per minute. In this experiment, the decomposition efficiency of SF 6 was increased by injecting ethylene (C 2 H 4 ) gas into the additive gas. At this time, 500 ml of C 2 H 4 was injected per minute, mixed with nitrogen and SF 6, and injected into an electromagnetic plasma torch. The absorbance of SF 6 remaining in the exhaust gas discharged after the gas contaminated with SF 6 passed through the plasma torch flame generated in the discharge tube was measured. 7 (a) and 7 (b) show absorbances of an infrared spectrometer before and after discharge, respectively. FIG. 7A shows traces of SF 6 and C 2 H 4 injected into the electromagnetic plasma torch in the infrared spectrometer spectrum before discharge. In FIG. 7B, 90.1% of SF 6 was decomposed after discharging.

이 발명은 반도체 산업에서 사용되고 있는 불화 계열을 포함한 지구온난화가스를 처리하는 것이 주목적이나, 불화 계열가스들을 분해하는 것으로 한정된 것은 아니다. 앞에서 언급한 과학적인 자료와 분석을 통하여 얻은 지식으로 이 발명의 구조를 약간 변화하거나 다른 기체를 사용하면 더욱 새로운 것이 창출될 수 있다. 이러한 맥락에서 우리는 여러 사항들을 청구항에 포함시킨다.This invention is primarily intended for treating global warming gases including fluorinated series used in the semiconductor industry, but is not limited to decomposing fluorinated series gases. The knowledge gained from the scientific data and analyzes mentioned above may result in a slight change in the structure of the invention or the use of other gases to create new ones. In this context, we include several things in the claims.

따라서 본 발명은 전자파 플라즈마 토치를 이용하여 1기압 하에서 지구 온난화물질인 불화계열의 가스들을 손쉽게 파괴할 수 있도록 하여 오염물질이 대기 중으로 배출되는 것을 막을 수 있도록 하는 효과가 있다.Therefore, the present invention has an effect of preventing the discharge of contaminants into the atmosphere by easily destroying gases of fluorinated series, which are global warming materials, under an atmosphere using an electromagnetic plasma torch.

즉, 본 발명은 현재 첨단산업에서 표면세정에 사용되고 있는 온난화 가스를 완전히 제거할 수 있는 기반기술을 개발하여 1기압에서 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 반도체 공정의 진공 공정 Line과는 무관하게 사용될 수 있어 반도체 산업체에서 부담 없이 장착할 수 있도록 하는 효과가 있다.That is, the present invention can be used at 1 atm by developing a base technology that can completely remove the warming gas used for surface cleaning in the high-tech industry, and can be used regardless of the vacuum process line of the semiconductor process. There is an effect that can be installed without burden in the industry.

Claims (14)

전자파 에너지를 유입하여 전장으로 변환하고 폐가스가 이 전장에 노출되게 하여 폐가스 속에 섞여있는 오염물질을 제거하는 방법에 있어서,In the method of injecting electromagnetic energy into the electric field and exposing the waste gas to the electric field to remove contaminants mixed in the waste gas, (a) 방전관을 통하여 폐가스를 유입시키는 과정;(a) introducing waste gas through a discharge tube; (b) 마그네트론에서 나온 전자파가 점진적으로 작아지는 도파관을 통과하면서 도파관 끝단으로 전파하고 다시 방전관으로 반사시켜 방전관으로부터 최대의 전장이 유도되도록 하는 과정;(b) propagating the electromagnetic wave from the magnetron to the waveguide end while gradually passing down the waveguide and reflecting it back to the discharge tube to induce the maximum electric field from the discharge tube; (c) 점화장치를 이용하여 방전관에 1기압 플라즈마를 발생시켜 폐가스 분자들을 분해시키는 과정; 및(c) decomposing waste gas molecules by generating 1 atmosphere of plasma in a discharge tube using an ignition device; And (d) 상기 분해된 폐가스 분자에 반응가스를 첨가시켜 폐가스 속의 오염물질을 산화하고 재결합시켜 처리하기 쉬운 부산물 가스로 변환시키는 과정;(d) adding a reaction gas to the decomposed waste gas molecules to oxidize and recombine contaminants in the waste gas into a by-product gas for easy treatment; 으로 이루어진 전자파 플라즈마 토치를 이용한 플라즈마 스크러버.Plasma scrubber using an electromagnetic plasma torch made of. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마그네트론에서 2.45 GHz 전자파를 발생시키고, 1 킬로와트에서 3킬로와트의 출력으로 작동하는 전자파 플라즈마 토치에 의해 분당 20 리터 이상의 폐가스가 처리되도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버.Plasma scrubber, characterized in that to generate 2.45 GHz electromagnetic waves in the magnetron, and to treat 20 liters or more of waste gas per minute by an electromagnetic plasma torch operating at an output of 1 kilowatt to 3 kilowatts. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전자파 플라즈마 토치로 폐가스가 유입되기 전에 분해율을 증가시키기 위해 반응가스를 폐가스에 첨가하는 것을 특징으로 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 플라즈마 스크러버.And a reaction gas is added to the waste gas to increase the decomposition rate before the waste gas flows into the electromagnetic plasma torch. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 방전관의 크기는 외경 10 ~ 40 밀리미터인 것을 특징으로 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 플라즈마 스크러버.The size of the discharge tube is a plasma scrubber using an electromagnetic plasma torch, characterized in that the outer diameter of 10 ~ 40 mm. NF3 그리고 SF6 등의 불순물이 함유되어 있는 반도체 폐가스를 처리하는 방법에 있어서,In the method for treating semiconductor waste gas containing impurities such as NF 3 and SF 6 , (a) 폐가스를 직접 방전관으로 유입시켜 마그네트론에서 나온 전자파에 노출시키는 과정;(a) injecting waste gas directly into the discharge vessel and exposing it to electromagnetic waves from the magnetron; (b) 전자파를 이용하여 방전관에 플라즈마 토치를 만들고 폐가스를 상기 플라즈마 토치에 노출하여 산화시키고 부산물을 생성해내는 과정;(b) making a plasma torch in a discharge tube using electromagnetic waves, exposing the waste gas to the plasma torch, oxidizing it, and generating byproducts; (c) 와류 가스를 첨가가스로 사용하여 방전관에 공급하는 과정;(c) supplying the discharge tube using the vortex gas as an additive gas; (d) 첨가가스를 화학적으로 불안정한 분자를 생성하고, 상기 분자들이 플라즈마 토치에서 들뜬 화학물질로 작용하여 화학반응을 촉진하는 과정;(d) generating chemically labile molecules of the additive gas, the molecules acting as excited chemicals in the plasma torch to promote chemical reactions; (e) 첨가가스가 와류 가스로 동작하여 토치의 방전관의 내벽을 냉각시키면서 소용돌이를 형성하는 과정; 및(e) forming a vortex while the additive gas is operated as a vortex gas to cool the inner wall of the discharge tube of the torch; And (f) 상기 폐가스 속의 NF3, SF6 등의 불순물 분자의 들뜬 화학종들과 첨가가스의 들뜬 화학종과의 결합으로 물에 용해되기 쉬운 부산물 가스로 변환시키는 과정;(f) converting the excited chemical species of impurity molecules such as NF 3 and SF 6 in the waste gas into by-product gases that are easily soluble in water by combining the excited chemical species of additive gas; 으로 이루어진 전자파 플라즈마 토치를 이용한 플라즈마 스크러버.Plasma scrubber using an electromagnetic plasma torch made of. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 마그네트론에서 2.45 GHz 전자파를 발생시키고, 1 킬로와트에서 3킬로와트의 출력으로 작동하는 전자파 플라즈마 토치에 의해 분당 20 리터 이상의 폐가스가 처리되도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버.Plasma scrubber, characterized in that to generate 2.45 GHz electromagnetic waves in the magnetron, and to treat 20 liters or more of waste gas per minute by an electromagnetic plasma torch operating at an output of 1 kilowatt to 3 kilowatts. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 폐가스는 반도체 제조 공정의 진공펌프에 의해 배출되고 진공펌프는 전자파 플라즈마 토치와 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버.The waste gas is discharged by a vacuum pump of the semiconductor manufacturing process, the vacuum pump is characterized in that the plasma scrubber is connected to the electromagnetic plasma torch. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 처리된 폐가스가 배기되는 전자파 플라즈마 토치의 가스 배출구가 통상의 습식 스크러버와 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버.And a gas outlet of the electromagnetic plasma torch from which the treated waste gas is exhausted is connected to a conventional wet scrubber. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 전자파 플라즈마 토치로 NF3 그리고 SF6 등의 불순물이 함유되어 있는 반도체 폐가스가 유입되기 전에 분해율을 증가시키기 위해 반응가스를 폐가스에 첨가하는 것을 특징으로 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 플라즈마 스크러버.And a reaction gas is added to the waste gas to increase the decomposition rate before the semiconductor waste gas containing impurities such as NF 3 and SF 6 flows into the electromagnetic plasma torch. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 불순물은 반도체 세정가스인 것을 특징으로 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 플라즈마 스크러버.The impurity is a plasma scrubber using an electromagnetic plasma torch, characterized in that the semiconductor cleaning gas. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 물에 용해되기 쉬운 플라즈마 부산물이 불산(HF)인 것을 특징으로 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 플라즈마 스크러버.Plasma scrubber using an electromagnetic plasma torch, characterized in that the plasma by-product easily dissolved in water is hydrofluoric acid (HF). 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 와류가스가 플라즈마 토치의 방전관으로 주입되기 전에 반응가스를 와류가스에 첨가하는 것을 특징으로 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 플라즈마 스크러버.And a reaction gas is added to the vortex gas before the vortex gas is injected into the discharge tube of the plasma torch. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 분당 20 ~ 60 리터의 질소가스를 배출하는 진공펌프가 전자파 플라즈마 토치 와 연결된 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버.Plasma scrubber, characterized in that the vacuum pump for discharging 20 to 60 liters of nitrogen gas per minute is connected to the electromagnetic plasma torch. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 전자파 플라즈마 토치와 통상의 습식 스크러버의 연결이 상하 수직 또는 수평 배열을 갖는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 플라즈마 스크러버.Plasma scrubber using the electromagnetic plasma torch has a vertical or horizontal arrangement of the electromagnetic plasma torch and the normal wet scrubber.
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