KR20190066941A - 반도체 제조 공정의 복합오염물질 저감 장치 - Google Patents

반도체 제조 공정의 복합오염물질 저감 장치 Download PDF

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Abstract

반도체 제조 공정으로부터 배출되는 복합오염물질을 높은 효율로 처리하는 복합오염물질 저감 장치가 제공된다. 이는 복합오염물질로부터 일부 오염물질들을 포집하는 전기 집진부와, 전기 집진부로부터 이송되는 복합오염물질에 O3를 공급하여 복합오염물질을 산화시키는 O3 산화 챔버부와, O3 산화 챔버부로부터 이송되는 복합오염물질을 환원시키는 환원조를 포함한다. NOx의 농도값을 검출하여 O3과 환원제의 투입량을 조절하여 높은 처리 효율을 가질 수 있으며, 기존의 2차 처리 스크러버군을 바람직하게 대체할 수 있다.

Description

반도체 제조 공정의 복합오염물질 저감 장치{REDUCTION APPARATUS FOR COMPLEX POLLUTANTS FROM SEMICONDUCTOR PROCESS}
본 발명은 오염물질 저감 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산화/환원기술을 이용하여 반도체 제조 공정에서 발생되는 복합오염물질을 저감시키는 장치에 관한 것이다.
최근 반도체 및 디스플레이 수요증가에 따라 반도체 제조 공정에서 불소화합물의 사용이 날로 증가하고 있다. 불소화합물은 온실가스의 하나로 규제가 강화되고 있으며, 이러한 불소화합물의 처리를 위해 POU 장비인 1차 처리 스크러버를 배치하여 공정 설비로부터 배출되는 가스를 플라즈마 처리하고 있다. 이렇게 1차 처리된 후 발생되는 복합오염물질이 발생하며, 이를 처리하기 위해, 대형 습식 스크러버나 정전유전 장치를 포함하는 2차 처리 스크러버를 추가적으로 배치한 후, 헤드부에서 통합하여 습식 스크러버로 처리한 후 배출한다.
도 1은 종래의 반도체 제조 시설의 오염물질 저감 설비 플로우를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 반도체 제조 시설의 오염물질 저감 장치는 각 공정 설비로부터 배출되는 가스를 POU 스크러버로 1차 처리하고, 전처리 스크러버, 멀티 스크러버, 및 정전유전 장치를 포함하는 2차 처리 장치를 통해 2차 처리한 후 헤드부에서 통합하여 습식 스크러버로 처리한 후 배출한다. 2차 처리를 위한 대형 스크러버와 정전유전 장치 등은 통상 건물의 옥상에 배치하게 된다.
도시한 종래의 반도체 제조 시설의 오염물질 저감 장치는 입자(PM), 수용성가스 등의 저감은 가능하나 NOx 저감 기능이 없으므로 신규 장비 추가 설치가 필요한 실정이지만, 세정 공정에서 배출되는 오염물질의 농도 차이가 발생하기 때문에 후류의 습식 스크러버의 용량 확대가 필요하고 이는 운영비를 높이게 되는 결과를 낳는다. 나아가, 기존 옥상 장비 높이가 20m 이상 되므로 신규 공장 지붕 높이 확보에 현실적인 어려움도 있다.
NOx 배출총량규제와 PM2.5 대기규제 강화로 인해 반도체 제조사에서는 후처리 장치 성능 개선 및 대기오염물질 무배출 기술이 필요하지만, 기존 장치가 비대하고 고가이기 때문에, 대체 기술 적용 시 고비용 및 전체 배기라인 수정 등의 문제가 있다.
한국특허출원 10-2013-0086531
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 반도체 제조 설비에서 발생하는 복합오염물질(NOx, HF, HCl, PM 등)을 고효율로 처리하여 기존 설비를 대체할 수 복합오염물질 저감 장치를 제공한다.
본 발명은 반도체 제조 설비의 오염물질 1차 처리 장치인 POU 스크러버의 후류에 배치되어 2차로 발생하는 복합오염물질을 처리하는 저감 장치를 제공한다.
본 발명은 기존 2차 오염물질 저감 장치를 대체할 뿐만 아니라 NOx의 처리 기능이 포함하고 설치 공간이 최소화되는 복합물질 저감 장치를 제공한다.
본 발명은 반도체 제조 공정에서 배출되는 PM, HF, HCl, NOx를 포함하는 복합오염물질 저감 장치를 제공하며, 이는: 복합오염물질로부터 일부 오염물질들을 포집하는 전기 집진부; 상기 전기 집진부로부터 이송되는 복합오염물질에 O3를 공급하여 복합오염물질을 산화시키는 O3 산화 챔버부; 및 상기 O3 산화 챔버부로부터 이송되는 복합오염물질을 환원시키는 환원조;를 포함한다.
상기 O3 산화 챔버부는 상기 전기 집진부와 상기 환원조 사이의 이송관에 배치되어 상기 전기 집진부에서 상기 환원조로 이송되는 복합오염물질에 O3를 공급하는 것일 수 있다.
상기 O3 산화 챔버부의 선단부위에 배치되어 복합오염물질 중 NOx의 농도를 감지하는 디텍터와, 상기 디텍터의 감지값에 따라 상기 산화 챔버부의 오존 발생기를 제어하여 O3의 공급량을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 전기 집진부는 코로나 방전을 이용할 수 있고, 상기 전기 집진부에서 HF, HCl, NOx, PM을 포집하고, 코로나 방전에 의한 플라즈마 반응 및 공기와의 반응에 의해 일부 NOx를 NO2로 변환하는 부분적 산화가 이루어질 수 있다.
상기 O3 산화 챔버부에서 NOx로부터 NO2가 생성될 수 있다.
상기 환원조는 상기 O3 산화 챔버부로부터 전달되는 복합오염물질에 환원제를 분사하는 환원제 분사부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 디텍터의 NOx 감지값에 따라 상기 환원제 분사부를 제어하여 분사되는 환원제의 량을 조절할 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 제조 공정으로부터 발생되는 PM, HF, HCl, NOx를 복합오염물질을 높은 효율로 저감할 수 있는 장치가 제공된다. 특히, 본 발명의 복합오염물질 저감 장치는 기존에 운용인 대형의 2차 스크러버를 대체하면서 추가적으로 NOx를 처리할 수 있다.
도 1은 종래의 반도체 제조 시설에서 이용되는 오염물질 저감 설비의 배치 플로우를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 복합오염물질 저감 장치가 적용된 반도체 제조 시설의 오염물질 저감 설비의 배치 플로우를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 반도체 제조 공정의 복합오염물질 저감 장치를 도시한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 반도체 제조 공정의 복합오염물질 저감 장치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 반도체 제조 공정의 복합오염물질 저감 장치에 채용된 전기 집진부의 주요부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 반도체 제조 공정의 복합오염물질 저감 장치의 환원부를 도시한 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 복합오염물질 저감 장치가 적용된 반도체 제조 시설의 오염물질 저감 설비의 배치 플로우를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 반도체 제조 공정에서 배출되는 PM, HF, HCl, NOx를 포함하는 복합오염물질을 저감시키는 장치를 제공한다. 이러한 본 발명의 복합오염물질 저감 장치는, 예를 들어 도 2에 나타낸 바와 같이 반도체 공정 설비의 직후에 배치된 POU 스크러버에서 처리된 후 배출되는, NOx를 포함하는 복합오염물질을 처리하는데 바람직하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 복합오염물질 저감 장치는 도 1에 도시한 바와 같은 종래의 2차 스크러버 장치들인 대형 스크러버, 정전유전 장치 등을 대체하여 적용되어, 상술한 복합오염물질들을 높은 효율로 처리할 수 있다. 본 발명의 장치에서는 복합오염물질에 대해 전기 집진하여 포집가능한 일부 오염물질을 포집한 후 복합오염물질에 대하여 O3을 공급하여 NOx를 NO2로 산화시킨 후 환원조에서 환원한다. O3의 공급을 위한 산화 챔버는 전기 집진부에서 환원조로 연결되는 이송관에 설치하여 운영할 수 있다. 또한, NOx의 농도를 검출하여 O3 산화 챔버에서 적정한 O3을 공급하고, 환원조에서 적정한 환원제를 투입한다. 환원조에서는 주로 NO2가 환원되지만, 잔류하는 O3의 환원 및 잔여 HF와 미세먼지가 흡수 처리된다. 나아가, 본 발명의 복합오염물질 저감 장치는 세정 공정으로부터 배출되는 오염물질의 처리와는 분리하여 처리할 수 있고, 그럼으로써 세정 공정으로부터 발생되는 오염물질 처리에 대한 운영비가 절감될 뿐만 아니라, 복합오염물질 처리에 대한 고효율을 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 반도체 제조 공정의 복합오염물질 저감 장치를 도시한 블럭도이다. 도 4는 본 발명의 반도체 제조 공정의 복합오염물질 저감 장치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 반도체 제조 공정의 복합오염물질 저감 장치에 채용된 전기 집진부의 주요부를 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 반도체 제조 공정의 복합오염물질 저감 장치의 환원부를 도시한 도면이다.
도 3 및 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합오염물질 저감 장치는 전기 집진부(10)와, O3 산화 챔버부(30)와, 환원조(50)를 포함한다. 또한 본 발명의 복합오염물질 저감 장치는 복합오염물질의 NOx 농도를 검출하는 디텍터(70)와 제어부(90)를 포함할 수 있다.
아래 표 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합오염물질 저감 장치의 각 구성요소에서 처리되는 오염물질를 나타낸다.
번호 구성 요소 처리내용 비고
10 전기집진부 (1) HF, HCl, NOx 미세먼지등 포집
(2) Plasma 반응 및 공기와 반응하여 NO2 등 생성 (NO + O2 + E.P 방전 "e" → NO2)		 포집/
일부 산화
30 O3 산화 챔버부 (1) NOx 산화 → NO2
(2) NOx Detector (NOx 농도 감지)로 NOx 농도값에 따라 도출된 O3 적정량 공급		 산화
50 환원조 (1) NO2+A2B= N2+A2BO4 반응으로 NO2를 환원작용처리
예) NO2 + Na2S → Na2SO4
HF + Na2S → NAF
HCl + Na2S → NACl
(2) NOx Detector (NOx 농도 감지)로 NOx 농도값에 따라 도출된 환원제 적정량 공급		 환원
전기 집진부(10)는 복합오염물질로부터 포집가능한 일부 오염물질들을 포집하여 처리한다. 이를 위해, 전기 집진부(10)는, 도 3b와 도 5에 나타낸 바와 같이, 전극봉(11), 전극판(13), 파워인가부(15), 세정수 분사부(17)를 포함한다.
전기 집진부(10)에서는 HF, HCl, NOx 미세먼지(PM) 등이 전극판(13)으로 포집되며, 전극판(13)에 붙은 오염물질들을 세정수 분사부(17)를 이용하여 하부로 낙하시켜서 처리한다. 또한 본 발명의 전기 집진부(10)는 코로나 방전을 이용하기 때문에 플라즈마가 발생하며, 플라즈마 반응 및 공기와의 반응에 의해 일부 NO가 산화되어 NO2를 생성할 수 있다. 이렇게 전기 집진부(10)에서 일부 NO2가 생성되기 때문에, 아래에서 설명되는 NOx 디텍터(70)가 O3 산화 챔버부(30)의 선단 부위에 배치됨으로써 보다 더 정확한 NOx 농도값을 구할 수 있다.
O3 산화 챔버부(30)는 전기 집진부(10)를 통과한 복합오염물질에 대해 O3을 공급하여 NOx를 NO2로 산화시킨다. 도 4에서 보이는 바와 같이, O3 산화 챔버부(30)는 전기 집진부(10)와 환원조(50) 사이의 이송관에 배치되어 이송되는 복합오염물질에 O3을 공급하도록 할 수 있다.
O3 산화 챔버부(30)는 챔버(31) 및 O3 생성기(33)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디텍터(70)는 O3 산화 챔버부(30)의 선단 부위에 배치되어 NOx의 농도를 검출하고, 제어부(90)는 디텍터(70)가 검출한 NOx의 농도값에 따라 O3 생성기(33)를 제어하여 O3 공급량을 조절할 수 있다.
환원조(50)는 본체(51) 및 환원제 분사부(53)를 포함한다. 환원조(50)는 O3 산화 챔버부(30)로부터 전달된 복합오염물질에 대하여 환원제를 분사하여 환원처리한다. 이를테면, 환원조(50)에서는 NO2를 N2로 환원시킴과 더불어, 잔여 O3의 환원과 HF, HCl 등의 잔여 오염물질을 환원처리할 수 있다.
바람직하게는 제어부(90)는 디텍터(70)의 NOx 농도값에 따라 환원제 분사부(53)를 제어하여 환원제의 분사량을 조절할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 복합오염물질 저감 장치는 NOx의 농도를 검출하여 그에 적정한 량의 O3 및 환원제를 공급하도록 자동제어를 수행함으로써, 효율과 경제성이 있는 처리가 구현될 수 있다. 더구나, 일부 NOx의 산화가 이루어지는 전기 집진부(10) 후류이자 O3 산화 챔버(30)부의 선단 부위에서 NOx의 농도를 검출함으로써 보다 정밀한 O3 및 환원제의 공급량을 도출할 수 있다. 나아가, 본 발명의 복합오염물질 저감 장치는 기존 설비에서 사용되던 대형/대용량의 2차 처리 스크러버를 대체하면서도 NOx를 포함하는 복합오염물질을 처리할 수 있다. 또한, 복합오염물질 중 일부 오염물질을 일차적으로 전기 집진으로 포집하고, 환원조(50)로 이송하는 과정에서 O3를 복합오염물질에 투입하여 산화 반응을 유도하는 방식을 채택함으로써 전체 장치를 상대적으로 컴팩트화할 수 있는 이점을 가진다. 이러한 이점은 기존에 운용 중인 반도체 제조 시설에 적합하게 적용되어 2차 처리 스크러버 설비군을 대체할 뿐만 아니라, 그 자체로도 높은 처리 효율을 가진다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
10: 전기 집진부 11: 전극봉
13: 전극판 15: 파워인가부
17: 세정수 분사부 30: O3 산화 챔버부
31: 챔버 33: O3 생성기
50: 환원조 51: 환원조 본체
53: 환원제 분사부 70: NOx 디텍터
90: 제어부

Claims (8)

  1. 반도체 제조 공정에서 배출되는 PM, HF, HCl, NOx를 포함하는 복합오염물질 저감 장치로서으로서:
    상기 복합오염물질로부터 일부 오염물질들을 포집하는 전기 집진부;
    상기 전기 집진부로부터 이송되는 복합오염물질에 O3를 공급하여 복합오염물질을 산화시키는 O3 산화 챔버부; 및
    상기 O3 산화 챔버부로부터 이송되는 복합오염물질을 환원시키는 환원조;를 포함하는 복합오염물질 저감 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 O3 산화 챔버부는 상기 전기 집진부와 상기 환원조 사이의 이송관에 배치되어 상기 전기 집진부에서 상기 환원조로 이송되는 복합오염물질에 O3를 공급하는 것인, 복합오염물질 저감 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 O3 산화 챔버부의 선단부위에 배치되어 복합오염물질 중 NOx의 농도를 감지하는 디텍터와, 상기 디텍터의 감지값에 따라 상기 O3 산화 챔버부의 O3 발생기를 제어하여 O3의 공급량을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것인, 복합오염물질 저감 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기 집진부는 코로나 방전을 이용하는 것인, 복합오염물질 저감 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전기 집진부에서 HF, HCl, NOx, PM을 포집하고, 코로나 방전에 의한 플라즈마 반응 및 공기와의 반응에 의해 일부 NOx를 NO2로 변환하는 부분적 산화가 이루어지는 것인, 복합오염물질 저감 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 O3 산화 챔버부에서 NOx로부터 NO2가 생성되는 것인, 복합오염물질 저감 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 환원조는 상기 O3 산화 챔버부로부터 전달되는 복합오염물질에 환원제를 분사하는 환원제 분사부를 포함하는 것인, 복합오염물질 저감 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 상기 디텍터의 NOx 감지값에 따라 상기 환원제 분사부를 제어하여 분사되는 환원제의 량을 조절하는 것인, 복합오염물질 저감 장치.
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