KR20090096087A - 폐가스 처리장치 - Google Patents

Abstract

반도체, 평판 디스플레이 등의 제조에 사용된 인체 유해물질, 공해유발물질 등을 포함하는 폐가스의 처리장치가 개시된다. 본 발명에 따른 폐가스 처리장치는 아크 방전을 이용하여 폐가스를 정화 처리하는 열처리부, 상기 열처리부를 고정하며 상기 폐가스의 처리가 이루어지는 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버의 측면에 구비되는 하나 이상의 폐가스 유입구, 상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 열처리부에서 발생하는 화염의 중앙부로 상기 폐가스를 유도하는 유동경로 및 상기 챔버를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각부를 포함하여 구성된다. 따라서, 본 발명에 의하면 아크 전극주변의 구성부품들이 상기 폐가스에 노출되지 않아 부식현상을 방지함으로써, 수명을 연장할 수 있다.

반도체, 디스플레이, 폐가스 처리, 챔버, 플라즈마, 퍼지가스

Description

폐가스 처리장치{Waste Gas Processing}

본 발명은 폐가스 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 챔버 내에서 열 분해 하기 위한 폐가스를 아크 토치의 전극 측으로 구성하지 않고, 상기 챔버의 측면을 통해서 상기 폐가스를 유입하여 상기 챔버 내부에 유동경로를 통해 화염의 중앙 부로 유도함으로써, 수명을 연장할 뿐만 아니라 상기 폐가스를 고온에서 효과적으로 처리할 수 있도록 구성된 폐가스 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 산업은 그 유용성만큼이나 복잡하면서도 매우 정교한 정밀도를 요구하는 많은 종류의 제조설비 및 제조공정을 필요로 한다. 이러한 반도체 제조공정이나 LCD 제조공정 등은 그 공정 특성상, 인체에 치명적인 각종 유독성, 부식성, 인화성 가스를 다량으로 사용하는 것이 일반적이다.

예를 들어 대표적인 반도체 제조 공정 중 하나인 CVD(Chemical Vapor Deposition)공정에서는 다량의 실란, 디클로실란, 암모니아, 산화질소, 아르신, 포스핀, 디보론, 보론, 트리클로라이드 등의 유독성 가스를 사용한다.

이러한, CVD공정 이외에도 플라즈마에칭, 에피택시증착, 스퍼터링 등과 같은 여러 종류의 반도체 공정들에서도 상술한 각종 유독성가스를 다량으로 사용하고 있 다.

그런데, 상술한 바와 같은 반도체 제조공정이나 LCD 제조공정에 사용되는 가스는 그 독성이 매우 심각하여 제조공정 후에 이 유독성가스를 아무런 순화과정 없이 대기 중으로 무단 방출할 경우, 인체 및 생태계에 심각한 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 종래의 생산라인에서는 라인 내부의 일정 영역에 폐가스를 전담 처리할 수 있는 폐가스처리장치를 배치하고, 이 폐가스처리장치를 이용하여 반도체 제조 공정 중 발생하는 유독성가스의 유해성분의 함량을 허용농도 이하로 낮추는 무해화 처리과정을 필수적으로 거쳐서 대기 중으로 배출시켜야 한다.

이러한 무해화 처리과정은 가열 분해 후 다른 가스와의 혼합을 통해 고체 분말 형태로 석출하거나, 수용성 가스의 경우 물에 용해시켜서 배출하는 방법을 사용하고 있다.

상기의 폐가스를 가열하여 분해하는 방법으로는 플라즈마 아크 토치를 사용하거나 히터를 사용하는 방식이 있다. 상기 히터를 사용하는 방법은 상대적으로 적은 비용으로 가스를 처리할 수 있는 장점이 있지만, 히터에 의한 간접 가열방식을 사용하기 때문에 폐가스를 고온 처리하기가 용이하지 않은 문제점이 있다. 특히, 폐가스 중 C₂F₄, CF₄, C₃F₈, NF₃, SF₆ 등과 같은 PFC 가스는 통상 900℃ 이상의 온도에서 분해가 가능하나, 상기 폐가스를 분해할 수 있는 정도의 고온을 유지하기가 용이하지 않은 문제점이 있다.

또한, 상기 플라즈마 아크 토치를 사용하여 열 분해하는 방법은 고온의 열 플라즈마를 이용하여 직접 폐가스를 가열하기 때문에 분해 효율이 높다. 그러나 고온의 플라즈마 방전에 의해 전극의 수명이 짧아 잦은 교체작업이 필요하여 비용이 증가하는 문제점이 있다. 더욱이, 기존의 상기 플라즈마 아크 토치를 사용하여 열 분해하는 방법에 사용되는 처리장치에서는 폐가스가 상기 플라즈마 토치의 전극 측으로 유입되어 상기 폐가스가 플라즈마 아크에 노출되도록 구성되어 있는데, 이로 인하여 아크 전극 주변의 구성부품들이 상기 폐가스에 노출되면서 부식 현상이 자주 발생하게 되었다. 따라서, 고가의 부품인 상기 전극의 수명이 더욱 짧아져 제조 비용뿐만 아니라 유지 보수비용이 증가하는 문제점이 나타났다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 챔버 내에서 열 분해 하기 위한 폐가스 유입구를 아크 토치의 전극 측으로 구성하지 않고, 상기 챔버의 측면을 통해서 상기 폐가스를 유입하여 상기 챔버 내부 화염의 중앙 부로 유도하는 유동경로를 포함하는 폐가스 처리장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 폐가스가 유입되는 유입구를 상기 챔버의 가장자리를 따라 상기 챔버의 측면에 복수 개를 구비하여 상기 챔버 내로 유입되는 상기 폐가스가 나선형태의 기류를 형성하여 열처리부에서 발생하는 화염에 노출되는 체류시간을 증가시켜 상기 폐가스의 정화 처리 효율을 향상시키는 폐가스 처리장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 아크 방전을 이용하여 폐가스를 정화 처리하는 열처리부, 상기 열처리부를 고정하며 상기 폐가스의 처리가 이루어지는 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버의 측면에 구비되는 하나 이상의 폐가스 유입구, 상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 열처리부에서 발생하는 화염의 중앙부로 상기 폐가스를 유도하는 유동경로 및 상기 챔버를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각부를 포함하는 폐가스 처리장치를 제공한다.

본 발명에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 열처리부는 상기 챔버의 상부에 위치하고, 플라즈마 토치를 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 폐가스 유입구는 상기 챔버의 가장자리를 따라 상기 챔버의 측면에 복수 개로 이루어 질 수 있는데, 이 경우 상기 폐가스는 상기 챔버 내로 유입되면서 나선형태의 기류를 형성하도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 유동경로는 상기 폐가스 유입구를 통하여 유입된 상기 폐가스를 상기 열처리부에서 발생하는 화염의 중앙부로 유도하기 위하여 상기 챔버 내부의 측면부에 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 유동경로는, 상기 챔버 내의 고온이 상기 챔버 외부로 배출되는 것을 방지하기 위한 단열재로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 챔버와 상기 냉각부 사이에 구비되어 열 분해된 상기 폐가스가 재결합하는 것을 방지하기 위한 재결합 방지 가스 유입구를 더 포함하여 이루어 질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 냉각부는 상기 폐가스가 열 분해될 때 발생하는 파우더가 적층됨으로써 발생되는 부식을 방지하기 위하여 냉각부의 상부의 경사면에 수막을 형성하여 냉각 및 파우더 적층을 방지하기 위한 차단판을 더 포함하여 이루어 질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 차단판에 적층되는 파우더를 제거하기 위하여 상기 차단판 상에서 고압의 가스를 상기 냉각부의 내부 로 분사하는 유입구를 더 포함하여 이루어 질 수 있다.

상기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 폐가스 처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 폐가스 유입구를 플라즈마 토치의 전극 측으로 구성하지 않기 때문에, 아크 전극 주변의 구성부품들이 폐가스에 노출되면서 생기는 부식 현상을 원천적으로 방지하고 수명을 연장할 수 있다.

둘째, 폐가스 유입구를 플라즈마 토치의 하측에 구성하더라도 내부의 유동경로를 통해 화염의 중앙부로 유도되기 때문에, 폐가스를 고온에서 효과적으로 처리할 수 있다.

셋째, 복수 개의 폐가스 유입구가 접선 방향에 위치하여 화염에 노출되는 폐가스 체류시간을 증가시킴으로써, 폐가스 처리효율을 향상시킬 수 있고 화염 생성을 위한 토치 소비전력을 최소화할 수 있다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

우선, 도 1 내지 도4를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 도 1의 챔버와 유입구의 결합 상태도이며, 도 3은 도 1의 냉각부 구성도이고, 도 4는 도 2의 변형 상태도 이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 폐가스 처리장치는, 아크 방전을 이용하여 폐가스를 정화 처리하는 열처리부(100), 상기 열처리부(100)를 고정하며 상기 폐가스의 처리가 이루어지는 처리공간(210)을 제공하는 챔버(200), 상기 챔버(200)의 측면에 구비되는 하나 이상의 폐가스 유입구(300), 상기 챔버(200)의 내부의 상기 처리공간(210) 외측에 구비되고, 상기 열처리부(100)에서 발생하는 화염의 중앙부로 상기 폐가스를 유도하는 유동경로(320) 및 상기 챔버(200)를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각부(400)를 포함하여 이루어진다.

상기 열처리부(100)는 상기 챔버(200)의 상부에 위치하고, 아크 방전을 이용한 플라즈마 토치를 사용할 수 있다. 이러한 상기 열처리부(100)는 플라즈마 토치를 이용하여 상기 챔버(202) 내부의 처리공간(210)에 고온의 열을 공급하여 상기 폐가스가 열 분해 되는 역할을 담당한다.

상기 챔버(200)는 상기 유입구(300)를 통하여 유입된 상기 폐가스가 상기 열처리부(100)의 플라즈마 토치에서 발생하는 화염에 의하여 열 분해되는 처리공간(210)을 제공하고, 상기 챔버(200)는 실린더 형태로 구비될 수 있다.

본 실시예에서는 상기 챔버(200)의 형태가 실린더 형태로 구비된 것을 예시하고 있지만, 이에 한정하지 않고 설계 조건에 맞게 다양하게 변화될 수 있다.

이에 더해, 상기 챔버(200)의 하부와 상기 냉각부(400)의 상부 사이에 구비 되어 상기 챔버(200) 내부의 처리공간(210)에서 열 분해된 상기 폐가스가 상기 냉각부(400)로 유입되기 전에 재결합하는 것을 방지하기 위한 재결합 방지 가스 유입구(280)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 재결합 방지 가스 유입구(280)를 통하여 유입된 재결합 방지 가스는 상기 챔버의 하부에 구비된 재결합 방지 가스 분사구(282)를 통하여 상기 챔버(200) 내부의 처리공간(210)에서 열 분해된 상기 폐가스가 상기 냉각부(400)로 유입되기 전에 분사된다. 여기에서, 상기 재결합 방지 가스로는 질소가스, 산소가스 등을 들 수 있으며, 이밖에 고온분위기에서 활성을 나타내는 가스를 모두 사용할 수 있다.

상기 폐가스 유입구(300)는 상기 챔버(200)의 가장자리 즉, 상기 챔버(200)의 접선방향을 따라, 상기 챔버(200)의 측면에 복수 개로 구비된다.

도 2에서는 상기 폐가스 유입구(300)가 상기 챔버(200)의 가장자리를 따라서 4개가 구비되어 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 다른 예로써, 상기 폐가스 유입구(300)가 2개가 구비되어 있는 상태를 도 4에서 도시하고 있다.

이와 같이, 상기 폐가스 유입구(300)는 상기 챔버(200)의 가장자리를 따라서 적어도 하나 구비되고, 그 개수는 설계 조건에 맞게 다양하게 변화될 수 있다.

도 2 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 폐가스 유입구(300)를 따라 유입된 상기 폐가스가 챔버내벽(240)과 상기 처리공간(210) 사이에 구비되는 유동경로(320)를 따라 나선형태의 기류를 형성하도록 하는 역학을 담당한다. 따라서, 상기 폐가스가 상기 챔버(200) 내부의 처리공간(210)에 노출되는 체류시간을 증가시 키는 효과를 나타낼 수 있다.

상기 유동경로(320)는 챔버 벽(220)과 상기 폐가스가 참기 챔버 내부로 직접 유입되지 않도록 하기 위하여 구비된 폐가스 가이드(260) 사이에 형성된 공간으로 상기 폐가스 유입구를 통하여 유입된 상기 폐가스를 상기 열처리부에서 발생하는 화염의 중앙부로 유도하여 상기 폐가스를 고온에서 효과적으로 처리 할 수 있다.

상기 열처리부(100)의 화염에 의해 고온으로 유지되는 상기 처리공간(210)내부로 인하여 상기 챔버내벽(240)이 그대로 외부로 노출될 경우에는 화상을 일으킬 수 있기 때문에 상기 챔버내벽(240)을 냉각시키기 위하여 상기 챔버내벽(240)의 외부에 구비되는 챔버외벽(220)을 구비하여 상기 챔버내벽(240)과 상기 챔버외벽(220) 사이에 냉각유로를 형성하는 것이 바람직하다.

상기 냉각부(400)는 상기 챔버(200)의 하단에서 상호 연통되게 구비되고, 상기 챔버(200) 내부의 처리공간(210)에서 열 분해된 고온의 폐가스를 상온으로 냉각하는 역할을 담당한다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 냉각부(400)는 내벽(490)과 외벽(480), 상기 챔버(200)와 연통하는 플렌지(420), 상기 냉각부(400)의 상부 측면에 구비되는 퍼지가스 유입구(440), 상기 냉각부(400)의 하부 측면에 구비되는 냉각수 주입관(460)으로 구성되어 있다.

또한, 상기 냉각부(400)의 내부에는 상기 챔버(200) 내의 처리공간(210)에서 상기 폐가스가 열 분해되는 과정에서 발생하는 파우더의 적층을 방지하는 차단판(422), 상기 차단판(422) 상에 구비되고, 상기 퍼지가스 유입구(440)와 연통되어 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사구(442), 상기 냉각수 주입관(460)으로 주입된 냉각수의 흐름을 유도하는 냉각수 가이드(462)로 구성되어 있다.

상기 차단판(422)은, 상기 냉각부의 상부에 위치하여 상기 열처리부(100)에 의해 상기 챔버(20) 내의 처리공간(210)에서 상기 폐가스가 열 분해되는 과정에서 발생되는 파우더가 적층됨으로써 발생되는 부식을 방지하기 위하여 냉각부의 상부의 경사면에 수막을 형성하여 냉각 및 파우더 적층을 차단하고 오버플로우(over-flow)되는 냉각수가 상기 챔버(200)의 내부로 튀는 것을 방지하도록 경사지게 구비될 수 있다. 또한, 상기 차단판(422)에 적층되는 파우더는 상기 차단판(422) 상에 구비된 퍼지가스 분사구(442)를 통하여 분사되는 고압의 퍼지가스에 의하여 상기 냉각수와 함께 외부로 배출된다.

상기 냉각부(400)에서 냉각수 주입관(460)으로부터 유입된 냉각수가 상기 냉각부 외벽(480)과 상기 냉각부의 내벽(490) 사이로 안내되어 상기 냉각수 가이드(462)를 통하여 흐르게 된다. 따라서, 상기 냉각부(400)를 거친 처리 가스는 상온까지 냉각된 후 외부로 배출되게 된다.

다음으로, 도 5를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성을 설명하면 다음과 같다. 여기에서, 도5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성도이다.

본 실시예에 따른 폐가스 처리장치 역시 제1실시예와 그 구성에 있어서 큰 차이는 없으나 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(500) 내부의 처리공간(510) 외측에 구비되고, 상기 열처리부(100)에서 발생하는 화염의 중앙부로 상기 폐가스를 유도하는 유동경로(320)의 한 측면을 상기 챔버(500) 내의 처리공간(510)에서 발생한 고온이 상기 챔버(500) 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있는 단열재(560)로 구성된다.

상기 단열재(560)는 상기 처리공간(510) 내부의 고온으로 화상의 우려를 없애기 위하여 상기 챔버내벽(540)과 챔버외벽(520) 사이에 구비되는 냉각유로로 인하여 오히려 상기 처리공간의 온도가 낮아지는 것을 방지하기 위하여 상기 챔버내벽(540) 안쪽에 구비된다.

상기 챔버내벽(540)은 상기 단열재(560)를 지지해 주는 역할을 하면서 상기 냉각유로의 한 측면으로 담당하기도 한다.

상기 단열재(560)와 상기 챔버내벽(540) 사이에 형성된 유동경로(320)따라 상기 폐가스 유입구(300)로부터 유입된 상기 폐가스를 상기 열처리부(100)에서 발생하는 화염의 중앙부로 유도한다.

본 실시예에서 상기 단열재(560)는 상기 챔버(500) 내의 처리공간(510) 상에 구비되기 때문에 고온에서의 내열성이 뛰어난 고온단열재를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고온단열재로는 알루미나(Al2O3)와 같은 고온에서의 내열성이 뛰어난 재료를 사용할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성도;

도 2는 도 1의 챔버와 유입구의 결합 상태도;

도 3은 도 1의 냉각부 구성도;

도 4는 도 2의 변형 상태도; 및

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >

100: 열처리부 200, 500: 챔버

210, 510: 처리공간 220, 520: 챔버외벽

240, 540: 챔버내벽 260: 폐가스 가이드

280: 재결합 방지 가스 유입구 282: 재결합 방지 가스 분사구

300: 폐가스 유입구 320: 유동경로

400: 냉각부 420: 플렌지

422: 차단판 440: 퍼지가스 유입구

442: 퍼지가스 분사구 460: 냉각수 주입관

462: 냉각수 가이드 480: 냉각부 외벽

490: 냉각부 내벽

Claims (8)

1. 아크 방전을 이용하여 폐가스를 정화 처리하는 열처리부;

   상기 열처리부를 고정하며 상기 폐가스의 처리가 이루어지는 처리공간을 제공하는 챔버;

   상기 챔버의 측면에 구비되는 하나 이상의 폐가스 유입구;

   상기 챔버의 내부의 처리공간 외측에 구비되는 챔버내벽과 상기 챔버 외벽 사이에 상기 열처리부에서 발생하는 화염의 중앙부로 상기 폐가스를 유도하는 유동경로; 및

   상기 챔버를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각부;

   냉각부를 포함하는 폐가스 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 열처리부는,

   상기 챔버의 상부에 위치하고, 플라즈마 토치를 이용하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 폐가스 유입구는,

   상기 챔버의 가장자리를 따라 상기 챔버의 측면에 복수 개로 구비되어 상기 챔버 내로 유입되는 폐가스가 나선형태의 기류를 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 유동경로는,

   상기 챔버 내부에서 챔버내벽과 챔버외벽 사이에 위치하고, 상기 폐가스 유입구를 통하여 유입된 상기 폐가스가 상기 열처리부에서 발생하는 화염의 중앙부로 유도하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 챔버내벽은,

   고온에서 내열성이 뛰어난 고온단열재로 형성하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 챔버와 상기 냉각부 사이에 구비되어 열 분해된 상기 폐가스가 재결합하는 것을 방지하기 위한 재결합 방지 가스 유입구를 더 포함하는 폐가스 처리장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각부는,

   상기 폐가스가 열 분해될 때 발생하는 파우더가 적층되어 냉각수의 흐름을 방해하는 것을 방지하기 위한 고압의 가스를 상기 냉각부의 내벽으로 분사하는 유입구를 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.
8. 제 1항 또는 제 7항에 있어서,

   상기 냉각부는,

   상기 챔버 내에서 상기 폐가스가 상기 열처리부에 의해 열 분해되는 과정에서 발생하는 파우더가 적층되는 것을 방지하기 위하여 상기 냉각부의 상부에 경사지게 구비되는 차단판을 더 포함하는 폐가스 처리장치.

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