KR20100027383A - System for eliminating waste gases by making us of plasmas at low and high pressure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플라즈마를 이용한 폐가스 제거 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 산업을 포함한 각종 전자산업에서 팬 및 펌프 등의 수단으로부터 배출되는 대기오염 유해가스를 제거하기 위해 저압 및 대기압에서 순차적으로 플라즈마를 지나게 함으로써 유해가스를 제거하는 저압 및 대기압 플라즈마를 이용한 폐가스 제거 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a waste gas removal system using plasma, and more particularly, to a system and method for removing waste gas from plasma, And atmospheric pressure plasma to remove harmful gas by passing the gas through the atmospheric plasma.
플라즈마로 발생되는 높은 반응성의 화학종들을 이용하여 금속이나 고분자 등의 표면 처리, 실리콘 웨이퍼, 글래스 등 다양한 유전체 식각, 플라즈마 화학기상증착 기술은 잘 알려져 있다. 공정의 미세화, 저온화의 필요성에 따라 공업적으로 활발히 이용되고 있는 것은 주로 대기압 저온 플라즈마로, 반도체공정에서의 식각 및 증착, 금속이나 고분자의 표면처리, 신물질의 합성 등에 유용하게 이용되고 있다. A variety of dielectric etching and plasma chemical vapor deposition techniques are well known, such as surface treatment of metals and polymers, silicon wafers, and glass, using highly reactive species generated by the plasma. Mainly used industrially actively due to miniaturization of process and lowering of temperature, it is mainly used at atmospheric pressure low temperature plasma, and is useful for etching and vapor deposition in semiconductor process, surface treatment of metal or polymer, and synthesis of new material.
플라즈마는 진공 또는 대기압에서 발생될 수 있으며, 그 온도에 따라 평균온 도가 수만 도에 달하고 이온화 정도가 높은 고온 플라즈마와 평균온도가 상온보다 약간 높고 이온화 정도가 미약한 저온 플라즈마로 구분할 수 있다. Plasma can be generated at vacuum or atmospheric pressure, and can be divided into a high-temperature plasma with an average temperature of tens of thousands and a high degree of ionization, and a low-temperature plasma with an average temperature slightly higher than room temperature and weakly ionized.
각종 반도체 디바이스의 제조나 근래 급격하게 발전된 액정의 제조에 있어서 사용 후 배출되는 가스는 독성이나 가연성이 있어 인체에 미치는 영향이 크고 또한 지구 온난화에 크게 영향을 미치기 때문에 이러한 유해가스를 최대한 처리한 후 배출시킬 필요가 있다. 근래에 반도체 디바이스의 제조공정에서 사용되는 가스를 그 공정별로 살펴보면 다음과 같다. In the production of various semiconductor devices and recently in the production of liquid crystal rapidly developed, since the gas emitted after use is toxic and flammable, it greatly influences the human body and greatly affects the global warming. Therefore, . Hereinafter, the gas used in the semiconductor device manufacturing process will be described as follows.
먼저, 에칭(etching) 공정에서는 주로 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 실리콘 니트라이드(silicon nitride) 및 폴리 크리스탈린 실시콘(polycrystalline silicon)을 에칭하는데 사용되는 CF4, SF6, CHF3, C2F6, SiF4, F2, HF, NF3 등의 플루오린 가스(fluorine gas)들과, 알루미늄과 실리콘을 에칭하는데 사용되는 Cl2, HCl, BCl3, SiCL4, CCl4, CHCl3 등의 클로라인 가스(chlorine gas)들과, 트렌치에칭(trench-etch) 또는 Cl2 와 함께 알루미늄의 에칭공정에 사용되는 HBr, Br2 등의 브로마인 가스(bromine gas)들이 있고, 다음 화학증착(CVD, Chemical Vapor Deposition)공정에서는 흔히 Silane, N2 및 NH3가 챔버내에 투입되어 사용된다. First, in the etching process, CF 4 , SF 6 , CHF 3 , and C 2 F, which are mainly used for etching silicon oxide, silicon nitride, and polycrystalline silicon, 6 , fluorine gases such as SiF 4 , F 2 , HF and NF 3 , and fluorine gases such as Cl 2 , HCl, BCl 3 , SiCl 4 , CCl 4 and CHCl 3 used for etching aluminum and silicon There are chlorine gases and bromine gases such as HBr and Br 2 used in the etching process of aluminum with trench-etch or Cl 2 , followed by chemical vapor deposition (CVD) , Chemical Vapor Deposition) process, Silane, N 2 and NH 3 are often used in the chamber.
특히 PECVD 공정에서는 챔버 내를 세정하기 위해 PFC 또는 ClF3가 사용되며 이 때 SiF4를 생성할 수 있다. 이러한 가스들은 유독성, 부식성, 산화성이 강하여 그대로 배출될 경우에는 인체, 지구 환경은 물론 생산설비 자체에도 많은 문제점을 일으킬 염려가 있다.Particularly in the PECVD process, PFC or ClF 3 is used to clean the chamber interior, where SiF 4 can be produced. These gases are highly toxic, corrosive and oxidizing, and if they are discharged as they are, there is a possibility of causing many problems in the human body, the global environment, and the production equipment itself.
상기와 같은 가스들은 반도체 제조장치내에 주입되어 에칭이나 CVD 공정 등에 사용된 후에 배출되는데, 그 배기가스에는 미반응 가스가 극소량 함유되어 있다. The above-mentioned gases are injected into a semiconductor manufacturing apparatus and then discharged after being used for etching or CVD, and the exhaust gas contains a very small amount of unreacted gas.
종래에는 이러한 미반응 가스가 함유되어 있는 배기가스를 그대로 대기 중으로 배출해 왔으나, 전술한 문제로 인해 현재에는 가스 스크러버를 사용하여 반도체 제조공정 등에서 배출되는 가스를 처리함으로써 인체에 미치는 영향이나 지구 온난화에 미치는 영향을 최소화하려는 추세에 있다. Conventionally, the exhaust gas containing such unreacted gas has been directly discharged to the atmosphere. However, due to the above-mentioned problems, the gas discharged from a semiconductor manufacturing process and the like is currently being treated using a gas scrubber, There is a trend to minimize the impact.
가스 스크러버는 일반적으로 반도체나 액정의 제조공정에서 배출되는 가스를 처리하는 장치를 말하며 이러한 가스 스크러버는 크게 각 장치의 바로 후단에 붙는 1차 가스 스크러버 그리고 1차 가스 스크러버의 다음에 설치되는 2차 가스 스크러버로 구분된다. The gas scrubber is a device for treating gas discharged from a semiconductor or a liquid crystal manufacturing process. The gas scrubber mainly comprises a primary gas scrubber attached to the rear end of each device, a secondary gas installed next to the primary gas scrubber, Scrubbers.
나아가 1차 가스 스크러버는 크게 건식 가스 스크러버, 연소식 가스 스크러버, 습식 가스 스크러버로 구분되지만, 근래에는 연소식과 습식 또는 연소식과 건식을 혼합한 형태 등 변형된 제품도 생산되고 있다. Furthermore, primary gas scrubbers are classified into dry gas scrubbers, combustion gas scrubbers, and wet gas scrubbers. In recent years, however, modified products such as a combustion type, a wet type or a combination of a combustion type and a dry type have been produced.
종래에 일반적으로 널리 사용되는 가스 스크러버는 챔버를 통과하는 가스에 물을 분사시켜 정화 및 냉각을 행하는 습식 가스 스크러버이다. Background of the Invention Conventionally, a gas scrubber widely used is a wet gas scrubber for purifying and cooling water by spraying gas through a chamber.
습식 가스 스크러버는 단순한 공정과 간단한 구조로 제작이 용이하고 대용량화 할 수 있는 장점이 있으나, 불용성 가스는 처리가 불가능하고 수소기를 포함하는 발화성 가스의 처리에 부적합한 단점이 있다. 또한 많은 양의 폐수를 발생시켜 별도의 폐수 처리 설비를 필요로 하기 때문에 운전 및 유지 비용이 상승되어 경제적이지 못하다. The wet gas scrubber has advantages in that it can be easily manufactured with a simple process and a simple structure and can be increased in capacity, but the insoluble gas is not processable and has a disadvantage that it is not suitable for the treatment of a pyrophoric gas including a hydrogen group. In addition, since a large amount of wastewater is generated and a separate wastewater treatment facility is required, the operation and maintenance cost is increased, which is not economical.
연소식 가스 스크러버는 수소버너의 버너속에 배기 가스를 통과시키는 직접연소방식과 열원에 의해 형성된 고온의 챔버에 배기 가스를 통과시키는 간접연소방식으로 구분된다. 그러나 이러한 연소식 가스 스크러버는 발화성 가스의 처리 효율은 우수하나 PFC 등의 안정한 물질을 분해하기에는 온도가 충분하지 않아 난분해성 유해가스의 처리에는 부적합하고, 2차 유해물질인 부생성물(by-product)의 처리를 위한 추가적인 세정 공정도 필요로 하는 문제점이 있다. The combustion gas scrubber is divided into a direct combustion mode in which exhaust gas is passed through a burner of a hydrogen burner and an indirect combustion mode in which an exhaust gas is passed through a high temperature chamber formed by a heat source. However, such a flue gas scrubber is excellent in the treatment efficiency of the flammable gas, but it is not suitable for the treatment of the decomposable harmful gas because the temperature is insufficient to decompose the stable substance such as PFC, and the by- There is a problem that an additional cleaning process is required for the treatment of the water.
근래에는 경제성, 안정성 및 효율성 등의 이유로 연소식과 습식을 병용한 가스 스크러버가 사용되고 있다. 그러나, 종래의 혼합형 가스 스크러버는 그 버닝 챔버의 내경이 작고 길이가 길어야만 충분한 연소온도를 얻을 수 있기 때문에 설치면적을 많이 차지하고 고온의 가스가 오랜 시간 버닝챔버에 머물러 부식에 매우 취약한 문제점이 있었다. In recent years, gas scrubbers using both combustion type and wet type have been used for reasons of economical efficiency, stability and efficiency. However, the conventional mixed gas scrubber has a problem that a sufficient combustion temperature can be obtained only when the inner diameter of the burning chamber is small and the length is long, so that the installation area is large and the high temperature gas remains in the burning chamber for a long time and is very vulnerable to corrosion.
그리고 고온의 버닝챔버를 통과한 가스와 물이 접촉되는 부분의 구조적 결함으로 파우더가 쌓여 유지, 보수의 비용이 많이 소요되고 주공정의 가동 중단으로 생산성을 저하시키는 문제점이 있었다.In addition, there is a problem that the powder is piled up due to a structural defect in the portion where the gas and the water are in contact with each other through the burning chamber at a high temperature, which requires a large amount of maintenance and repairing costs.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반도체 산업을 포함한 각종 전자산업에서 공정 후 미반응 공정가스가 진공펌프를 통해 대기로 배출되며 대기로 배출되기 전, 저압 플라즈마로, 대기로 배출 후, 대기압 플라즈마로 미반응된 공정가스를 분해 제거하는 저압 및 대기압 플라즈마 분해 시스템을 제공함에 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for manufacturing a plasma processing apparatus, Pressure plasma decomposition system for decomposing and removing unreacted process gas by an atmospheric plasma.
또한 상기 저압 플라즈마와 상기 대기압 플라즈마로 구성되는 하이브리드 반도체 폐가스 분해 시스템을 제공함에 목적이 있다. And a hybrid semiconductor waste gas decomposition system composed of the low-pressure plasma and the atmospheric-pressure plasma.
또한 상기 플라즈마 시스템으로 반도체 산업을 포함한 각종 산업에서 펌프 및 팬 등의 수단에 의해 대기로 배출되는 유해가스를 통과시켜 제거하는 가스 스크러버를 제공하는데 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a gas scrubber for removing harmful gas discharged to the atmosphere by various means such as a pump and a fan in various industries including the semiconductor industry.
상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 저압 및 대기압 플라즈마를 이용한 폐가스 제거 시스템의 바람직한 일 실시예는, 진공 공정 챔버, 터보 펌프, 로터리 펌프로 구성된 공정 라인에서 상기 공정 챔버로부터 터보 펌프를 통해 로터리 펌프로 유입되는 상기 미반응 공정가스를 상기 터보 펌프와 상기 로터리 펌프 사이에 설치되어 처리하는 저압 플라즈마 수단과, 상기 로터리 펌프를 통해 대기로 배출되는 저압 플라즈마 수단으로 처리된 가스를 다시 한번 대기압 상태에서 완벽하게 제 거하는 대기압 플라즈마 수단과, 상기 미반응된 공정가스가 상기 저압 및 대기압 플라즈마 수단을 거치면서 수용성의 안정한 부산물을 습식으로 스크러빙하여 처리하는 통상의 습식 스크러버로 구성되는 것을 특징으로 한다. In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a waste gas removal system using a low pressure and atmospheric pressure plasma, comprising: a vacuum pump; Low pressure plasma means for providing and processing the unreacted process gas introduced into the turbo pump and the rotary pump, and a low pressure plasma means for returning the gas treated by the low pressure plasma means to the atmosphere through the rotary pump, And a conventional wet scrubber for wet scrubbing the water-soluble and stable by-products through the low-pressure and atmospheric-pressure plasma means.
바람직하게는, 상기 저압 플라즈마 수단은 수 μm내지 수 mm의 구멍을 가진 동공음극 플라즈마로 구성되며 상기 대기압 플라즈마 수단은 2400-2450 MHz의 주파수로 발생되는 전자파 플라즈마로 구성된다.Preferably, the low pressure plasma method can μ m to several mm, and consists of a pupil plasma cathode with a hole of the atmospheric pressure plasma method is composed of the electromagnetic wave plasma is generated in a frequency range from 2400-2450 MHz.
또한 바람직하게는, 상기 동공음극 플라즈마는 다수개의 동공음극이 구비된다.Also, preferably, the pupil cathode plasma is provided with a plurality of pupil cathodes.
또한 바람직하게는, 상기 전자파 플라즈마는 고주파를 발진하는 고주파 발진기, 상기 고주파 발진기에 전력을 공급하는 전원공급부, 상기 고주파 발진기에서 발진된 고주파를 전송하는 도파관, 상기 도파관을 통해 전송된 고주파 및 외부로부터 주입된 와류가스가 유입되는 방전관, 상기 방전관이 설치되는 방전관 지지체, 상기 도파관을 통해 상기 방전관으로 전송된 고주파에 의해 발생된 고주파 플라즈마, 상기 플라즈마들로 유해가스를 주입하는 유해가스 주입부 및 통상의 습식 스크러버와 연결됨과 동시에 상기 플라즈마 화염출구를 제공하는 연결관을 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the electromagnetic plasma includes a high-frequency oscillator for generating a high-frequency wave, a power supply for supplying power to the high-frequency oscillator, a waveguide for transmitting the high-frequency wave generated by the high-frequency oscillator, A high-frequency plasma generated by a high frequency transmitted to the discharge tube through the waveguide, a harmful gas injection unit for injecting a harmful gas into the plasma, And a connection pipe connected to the scrubber and providing the plasma flame outlet.
본 발명에 의한 저압 및 대기압 플라즈마를 이용한 폐가스 제거 시스템은 공정챔버로부터 배출되는 미반응된 공정가스를 저압 플라즈마로, 상기 저압 플라즈마 로 처리된 상기 미반응 공정가스를 대기압 플라즈마로 한 번 더 처리함으로서 완벽히 제거하는 시스템을 제공해주는 효과가 있다.The system for removing waste gas using low pressure and atmospheric pressure plasma according to the present invention is characterized in that the unreacted process gas discharged from the process chamber is treated with low pressure plasma and the unreacted process gas treated with the low pressure plasma is treated once with atmospheric plasma There is an effect of providing a system for removing the image.
또한 반도체 공정에서 배출되는 상기 미반응된 공정가스를 제거하는 저압 및 대기압 플라즈마로 구성된 하이브리드 플라즈마 시스템을 제공해주는 효과가 있다.And a hybrid plasma system composed of a low pressure and an atmospheric plasma for removing the unreacted process gas discharged from the semiconductor process.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 저압 및 대기압 플라즈마의 공정에서의 적용을 보여주는 도면이다.1 is a view showing an application of the present invention to a low-pressure and atmospheric-pressure plasma process.
도 1을 참조하면, 진공 챔버(10)에서 반응하지 않게 배출되는 불화계열의 미반응 공정가스는 터보 펌프(20)와 로터리 펌프(50)를 통해 대기로 배출된다. 1, an unreacted fluorine-based unreacted process gas discharged unreacted in the
상기 터보 펌프(20)와 상기 로터리 펌프(50) 사이는 대기압 보다 낮은 저압상태가 유지되고 있으며 두 펌프 사이에 본 발명의 저압 플라즈마(30)가 설치된다. A low-pressure state is maintained between the
상기 저압 플라즈마(30)에서 처리된 상기 미반응 공정가스는 질소가스의 퍼징에 의해 작동되는 상기 로터리 펌프(50)를 지나 본 발명의 대기압 플라즈마(60)로 유입된다. The unreacted process gas processed in the
이때에 미반응 공정가스는 질소가스와 함께 상기 대기압 플라즈마(60)로 유입된다. 처리된 상기 미반응 공정가스로부터 발생하는 수용성의 부산물 가스는 통상의 습식 스크러버(90)로 유입되어 처리되어진다. 예를 들어, 플로린(F)은 수 소(H)와 결합하여 물에 용해하기 쉬운 불산(HF)로 변환된다.At this time, the unreacted process gas flows into the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저압 플라즈마(30)의 구성을 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining the configuration of the low-
도 2를 참조하면, 본 발명에서 저압 플라즈마(30)는 동공음극(Hollow cathode) 플라즈마이다. 도 2(a)와 도 2(b)는 기본적인 동공음극 플라즈마 전극배열을 보여주고 있다. Referring to FIG. 2, in the present invention, the low-
도 2에서 유전체(36)는 샌드위치 형태로 전극(32,34) 사이에 설치되며 동공의 배열을 갖도록 상기 유전체(36)와 상기 전극(32,34)은 홀(38)이 구비되어 진다. 기본적으로 상기 홀의 크기는 수 μm내지 수 mm가 바람직하다. 2, the dielectric 36 is sandwiched between the
상기 전극(32,34)은 구리, 알루미늄, 스텐인레스 스틸, 텅스텐 등의 전도성 금속으로 이루어지며 상기 유전체(36)는 알루미나, 석영, 강화유리, 폴리머 등으로 구성될 수 있다. The
본 발명의 동공음극 플라즈마는 상기 두 전극(32,34) 사이에 전위차가 가해질 때, 국부적으로 전기장(Electric field)의 세기를 증대시키기 위해 사용되며 두 전극의 강한 전기장 영역에서 자유전자(Free electron)들은 사태(Avalanche) 공정에 의해 에너지가 증폭된다. The pupil cathode plasma of the present invention is used to increase the intensity of an electric field locally when a potential difference is applied between the two
외부에서 가해지는 전기장의 세기가 문턱 값(Threshold value)을 넘을 때, 전하의 수가 기하급수적으로 증가하게 되어 비로소 방전이 점화(Breakdown)된다. When the intensity of the external electric field exceeds the threshold value, the number of charges increases exponentially, and the discharge is ignored.
또한 2차 전자(Secondary electron)가 음극 표면으로부터 방출되고 더 높은 외부 전압이 인가되면, 입자들을 이온화시키기 위한 외부 전기장이 전류의 유지를 위해 더 이상 필요 없게 되는 스스로 유지되는 방전(Self-sustained discharge)이 발생하게 된다.Also, when secondary electrons are emitted from the cathode surface and a higher external voltage is applied, the self-sustained discharge, in which the external electric field for ionizing the particles is no longer needed for current retention, .
도 3은 몇몇 일반적인 가스들에 대한 파센 곡선(Paschen curve)을 보여주는 도면이다. Figure 3 is a plot showing the Paschen curve for some common gases.
도 3을 참조하면, 횡축의 pd는 torr 단위의 압력(p)과 cm 단위의 전극 거리(d)의 곱을 나타내며 종축은 pd의 값에 따른 절연파괴전압(Breakdown voltage) 값은 나타내고 있다. Referring to FIG. 3, pd in the abscissa represents the product of the pressure p in torr and the electrode distance d in cm, and the ordinate represents the breakdown voltage according to the value of pd.
상기 파센 곡선의 오른쪽 영역에서 절연파괴전압은 pd와 함께 선형적으로 증가한다. 이는 상대적으로 증가되는 압력과 큰 전극간 거리에 대해 하나의 전자가 이온화할 수 있는 확률이 매우 크기 때문이다. The breakdown voltage in the right region of the Paschen curve increases linearly with pd. This is because the probability of ionization of one electron with respect to a relatively increased pressure and a large interelectrode distance is very large.
파센 곡선의 왼쪽 영역에서 절연파괴전압은 pd가 감소함에 따라 급속적으로 증가한다. 작은 pd에 대해 이온화 충돌 확률이 매우 제한적이며 필요한 전자의 증폭을 위해서는 매우 강한 전기장이 필요하다. 반면에 전자들의 이온화 능력이 최대가 되면서 절연파괴전압이 최소가 되는 어떤 pd 값을 보여주고 있다. In the left region of the Paschen curve, the breakdown voltage increases rapidly as pd decreases. The probability of ionization collisions is very limited for small pd and very strong electric fields are required for the amplification of the required electrons. On the other hand, the ionization ability of the electrons is maximized, which shows a certain pd value at which the breakdown voltage is minimized.
도 4는 일정한 pd 값에서 압력(p)의 함수로서 전극간 거리를 보여주는 도면이다.4 is a plot showing the inter-electrode distance as a function of pressure (p) at a constant pd value.
도 4를 참조하면, 도 4는 최소의 절연파괴전압에 상응하는 pd 값에 대해 압 력에 따른 전극간 거리의 그래프이다. Referring to FIG. 4, FIG. 4 is a graph of the inter-electrode distance according to the pressure versus the pd value corresponding to the minimum dielectric breakdown voltage.
우선, 높은 압력에서 절연파괴를 통해 방전이 개시되기 위해서는 강한 전기장과 전극간 거리가 작아야 한다. 그러므로 도 4에서 보듯이 수백 μm의 전극간 거리가 필요하다. First, a strong electric field and a distance between electrodes must be small in order to initiate discharge through breakdown at high pressure. Therefore, as shown in Fig. 4, an interelectrode distance of several hundred micrometers is required.
반대로, 낮은 압력에서 방전은 수 mm의 전극간 거리에서도 얻어질 수 있다. 이는 상기 터보 펌프(20)와 로터리 펌프(50) 사이의 상대적으로 낮은 압력에서 동공음극 플라즈마를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전극간 거리와 홀의 크기를 제어함으로서 용이하게 동공음극 플라즈마를 발생시킬 수 있다는 것을 의미한다. Conversely, discharge at low pressures can be obtained even at inter-electrode distances of a few millimeters. This can generate the pupil cathode plasma at a relatively low pressure between the
도 5 내지 도 6은 본 발명의 동공음극 플라즈마의 다양한 전극구조의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.5 to 6 are cross-sectional views illustrating various electrode structures of the pupil cathode plasma of the present invention.
도 5 내지 도 6에서, D는 유전체(36), 전극(32,34)으로 구성된 동공음극 구조에서 상(上)전극(34)의 거리, d는 하(下)전극(32)과 유전체(36)에서 좁은 거리를 나타낸다. 본 발명에서 미반응된 공정가스는 하전극(32)으로 들어가 상전극(34)으로 나오도록 구성된다. 5 to 6, D is the distance of the
도 5와 도 6에서 보듯이 d/D < 1 또는 d/D < 1의 값을 갖도록 다양한 홀(38)의 구조를 본 발명의 동공음극 플라즈마에 적용할 수 있다. As shown in FIGS. 5 and 6, the structure of the
도 5와 도 6에서의 다양한 홀(38)의 구조는 상기 홀(38) 내에서 다양한 비선형적 전기장의 분포를 갖도록 하여 미반응가스를 절연파괴시켜 분해시킬 수 있는 것이다. The structures of the
예를 들어, 도 5(a)에서 전기장의 분포는 하전극(32)에서 상전극(34)으로 방전 사다리와 같은 부채꼴 모양의 비선형적 전기장 분포를 가지며 도 6(a)에서는 도 5(a)의 반대 모양의 전기장 분포를 갖는다. For example, the distribution of the electric field in FIG. 5 (a) has a fan-like nonlinear electric field distribution like the discharge ladder from the
도 7은 본 발명에 따른 다수개가 설치된 동공음극 플라즈마 반응기의 횡단면도를 보여주는 도면이다.FIG. 7 is a cross-sectional view of a plurality of pore-cathode plasma reactors according to the present invention.
도 7을 참조하면, 다수개의 홀(40)이 구비된 동공음극 플라즈마 구조이며 도 5와 도 6의 다양한 전극구조가 적용됨은 물론이다. 도 7의 다수개의 홀(40)이 구비된 동공음극 플라즈마는 터보펌프(20)와 로터리 펌프(50)를 연결하는 연결관 내에 설치되어 넓은 단면적의 미반응 가스의 흐름에 대응할 수 있다. Referring to FIG. 7, it is a pore cathode plasma structure having a plurality of
도 8은 본 발명에 따른 다수개의 홀이 구비된 동공음극 플라즈마 반응기의 종단면도를 보여주는 도면이다.FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a cavity cathode plasma reactor having a plurality of holes according to the present invention.
도 8을 참조하면, 다수개의 홀이 구비된 동공음극 플라즈마 반응기(100)는 터보펌프(20)와 로터리 펌프(50)를 연결하는 연결관의 단면적의 모양에 따라 사각형 내지 원으로 구성될 수 있다. 또한 홀과 홀의 거리는 상호간의 방전에 영향을 주지 않은 범위가 바람직하며 더욱 바람직하게는 0.1 mm 내지 10 mm 범위의 거리가 되도록 한다.8, the cavity
도 9는 본 발명에 따른 연결관에 설치된 다수개의 홀이 구비된 동공음극 플 라즈마 반응기의 모듈을 보여주는 단면도이다.FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a module of a pupil cathode plasma reactor having a plurality of holes provided in a connection pipe according to the present invention.
도 9를 참조하면, 다수개의 홀이 구비된 동공음극 플라즈마 반응기의 모듈(200)은 터보 펌프(20)와 연결하는 연결부(22), 다수개의 홀이 구비된 동공음극 플라즈마 반응기(100), 다수개의 홀이 구비된 동공음극 플라즈마 반응기(100)가 설치되는 설치관(24), 터보 펌프(50)와 연결하는 연결부(52)로 구성된다. 9, a
미반응된 가스(12)는 반응기(100)의 다수개의 홀을 통과하면서 동공음극 플라즈마에 의해 분해되어 처리된 가스(54)로서 로터리 펌프(50)로 유입되어 대기로 배출된다. 상기 모듈(200)을 이용하여 용이하게 공정라인에서 터보펌프(20)와 로터리 펌프(50) 사이에 설치될 수 있다. The
도 2 내지 도 9에서 언급된 동공음극 플라즈마는 직류에 의해 발생되는 것이 바람직하며 60 Hz ~ 10 GHz의 교류에 의해 발생될 수 있음은 물론이다.It should be noted that the pupil cathode plasma mentioned in FIGS. 2 to 9 is preferably generated by direct current and can be generated by alternating current of 60 Hz to 10 GHz.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 플라즈마 반응기의 구성을 상세히 설명하는 단면도이다. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an electromagnetic wave plasma reactor according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 본 발명의 전자파 플라즈마 반응기(300)는 전원 공급부(5), 고주파 발진기(15), 방전관(140), 도파관(125), 방전관 지지체(156), 와류가스 주입부(158), 추가가스 공급부(164) 및 연료공급 지지체(160)를 포함한다. 10, the
전원 공급부(5)는 고주파 발진기(15)에 전원을 공급한다. 예를 들어, 상기 고주파 발진기(15)가 마이크로웨이브를 발진할 때는 그 주파수 영역대가 2400 MHz 내지 2500 MHz가 바람직하며 그때의 고주파 발진기(15)를 마그네트론이라 한다. 마 그네트론에 전원을 공급할 때, 상기 전원공급부(5)로부터의 전압은 -3.0 ~ -4.5 kV가 바람직하다. The
상기 고주파 발진기(15)로부터 발진되는 고주파(154)는 도파관(125)으로 유입된다. The high-
상기 도파관(125)의 종단(152)으로부터 1/4g (g는 도파관 내의 파장) 떨어진 위치에 중심축을 갖는 방전관(140)은 상기 도파관(125)에 수직하게 설치되며 그 재질은 석영, 강화유리, 세라믹, 알루미나 등 고주파가 투과할 수 있는 유전체로 구성될 수 있다. End 152 from the 1/4 g (g is the wavelength in the waveguide), the
상기 방전관(140)은 방전관 지지체(156)에 의해 지지되며 방전관(140)으로 와류가스를 주입할 수 있는 와류가스 주입구(158a,158b)가 설치된다. 상기 와류가스 주입구(158a,158b)는 등간격을 가지도록 다수개로 설치될 수 있음은 물론이다. The
상기 와류가스 주입구(158a,158b)로부터 주입되는 와류가스는 상기 방전관 지지체(156)와 상기 방전관(140)의 내벽을 타고 와류를 형성하며 산소, 질소, 공기, 비활성 가스, 탄화수소 가스 및 그 혼합가스로 구성될 수 있으며 플라즈마 가스로서 역할을 하는 동시에 상기 방전관(140) 내에 발생되는 플라즈마를 안정화시켜주며 고온의 플라즈마 복사열로부터 방전관(140)의 손상을 방지해주는 역할을 한다. The vortex gas injected from the vortex
상기 고주파 플라즈마(110)에 지지체(160)에 설치되는 추가가스 공급부(164)로부터 추가가스를 공급하여 플라즈마 화학반응에 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 추가가스로서 탄화수소 가스를 공급할 경우, 플라즈마와 연료화염으로 구성되는 고온 대용량의 플라즈마 화염(120)을 만들 수 있다. An additional gas may be supplied to the
물론, 수증기, 산소, 수소 가스를 추가가스로 주입할 수 있으며, 질소가스와 미반응 공정가스로 구성되는 유해가스는 유해가스 주입부(170)로부터 주입되는 플로린 화합물의 유해가스를 분해 할 경우, 수소(H)가 붙은 추가가스는 유해가스를 플라즈마 화학반응을 통해 쉽게 처리될 수 있는 불산(HF)으로 변환한다. Of course, steam, oxygen, and hydrogen gas can be injected as an additional gas. When the noxious gas composed of the nitrogen gas and the unreacted process gas decomposes the noxious gas of the florine compound injected from the noxious
또한 상기 지지체(160) 상단에는 일예로서 통상의 습식 스크러버과 연결이 용이하도록 연결블록(162)이 설치될 수 있다. In addition, a connecting
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 플라즈마 반응기의 다른 구성을 보여주는 단면도이다. 11 is a cross-sectional view showing another configuration of the electromagnetic plasma reactor according to the embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 로터리 펌프(50)로부터 방출되는 유해가스는 연결관(132a,132b)을 통해 유해가스 주입부(134a,134b)로 주입된다. 본 실시예에서 방전관 지지체(156)의 하단부는 차단막(190)에 의해 막혀진다. 여기에서 유해가스 연결관은 다수개가 설치될 수 있음은 물론이다. Referring to FIG. 11, the noxious gas discharged from the
상기 유해가스 주입부(134a,134b)로 주입되는 유해가스는 회전유동하는 와류가스의 역할을 한다. 상기 유해가스는 전자파 플라즈마를 통과하게 되면서 플라즈마 부산물로 변환되고 플라즈마 가스 배기관(180)과 연결된 습식 스크러버(90)로 유입된다. The noxious gas injected into the noxious
도 12는 도 11의 유해가스 주입부의 일예를 보여주는 단면도이다. 12 is a cross-sectional view showing an example of the noxious gas injection unit of Fig.
도 12를 참조하면, 유해가스 주입부(134a,134b,134c,134d)는 방전관 지지체(156)의 내벽과 접선방향으로 등간격을 이루어 다수개가 설치될 수 있다. 상기 유해가스 주입부(134a,134b,134c,134d)의 다수개의 설치는 와류가스로서의 유해가스를 균일하게 회전유동하도록 만들어주어 플라즈마 안정화뿐만 아니라 전자파 플라즈마에 의한 유해가스 처리효율을 증가시켜준다. 또한 상기 유해가스 주입부(134a,134b,134c,134d)의 설치 각도가 상 방향으로 0에서 90도 범위로 이루어질 수 있음은 물론이다. Referring to FIG. 12, the
도 1은 본 발명의 저압 및 대기압 플라즈마의 공정에서의 적용을 보여주는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 shows the application of the inventive low-pressure and atmospheric-pressure plasma processes. Fig.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저압 플라즈마의 구성을 설명하는 도면.2 is a diagram illustrating a configuration of a low-pressure plasma according to an embodiment of the present invention.
도 3은 몇몇 일반적인 가스들에 대한 파센 곡선(Paschen curve)을 보여주는 도면. Figure 3 shows a Paschen curve for some common gases.
도 4는 일정한 pd 값에서 압력(p)의 함수로서 전극간 거리를 보여주는 도면.Figure 4 shows the inter-electrode distance as a function of pressure (p) at a constant pd value.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 동공음극 플라즈마의 다양한 전극구조의 일 실시예를 보여주는 단면도.5 to 6 are cross-sectional views showing one embodiment of various electrode structures of the pupil cathode plasma of the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 다수개가 설치된 동공음극 플라즈마 반응기의 횡단면도를 보여주는 도면.FIG. 7 is a cross-sectional view of a plurality of pore cathode plasma reactors according to the present invention. FIG.
도 8은 본 발명에 따른 다수개의 홀이 구비된 동공음극 플라즈마 반응기의 종단면도를 보여주는 도면.8 is a longitudinal cross-sectional view of a cavity cathode plasma reactor having a plurality of holes according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 연결관에 설치된 다수개의 홀이 구비된 동공음극 플라즈마 반응기의 모듈을 보여주는 단면도.FIG. 9 is a sectional view showing a module of a cavity cathode plasma reactor having a plurality of holes provided in a connection pipe according to the present invention; FIG.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 플라즈마 반응기의 구성을 상세히 설명하는 단면도.10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an electromagnetic wave plasma reactor according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 플라즈마 반응기의 다른 구성을 보여주는 단면도.11 is a cross-sectional view showing another configuration of the electromagnetic plasma reactor according to the embodiment of the present invention.
도 12는 도 11의 유해가스 주입부의 일예를 보여주는 단면도. 12 is a cross-sectional view showing an example of the noxious gas injection unit of Fig.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*Description of the Related Art [0002]
10: 진공 챔버 20: 터보펌프10: vacuum chamber 20: turbo pump
30: 저압 플라즈마 40: 다수개의 홀30: Low pressure plasma 40: Multiple holes
50: 로터리 펌프 60: 대기압 플라즈마50: Rotary pump 60: Atmospheric plasma
90: 습식 스크러버 100: 동공음극 플라즈마 반응기90: Wet scrubber 100: Pore cathode plasma reactor
200: 동공음극 플라즈마 모듈 300: 전자파 플라즈마 반응기200: Pore cathode plasma module 300: Electromagnetic wave plasma reactor
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