KR100347746B1 - Freon gas decomposition apparatus used high temperature plasma - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수천도 이상의 고온을 발생시키는 고온 열프라즈마를 이용하여 프레온 가스를 1차 분해한 다음, 2차로 생성되는 물질들을 수용액챔버를 이용하여 처리함으로써 최종 배기단에서 무해한 가스를 배출시키도록 하는 고온 플라즈마를 이용한 프레온가스 분해장치에 관한 것이다. 본 발명은, 상단부에 가스 유입구가 형성되고, 그 하단으로 반응챔버가 형성되어 그 내부에서 (+)(-)전극의 스파크에 의한 불꽃을 형성하여 처리대상 프레온 가스를 고온의 플라즈마 상태로 만들고, 여기에 H2O를 첨가하여 플라즈마 부분 이후 CO2와 HF 상태로 만드는 플라즈마건과; 상기 플라즈마건과 연결된 연결관을 통하여 처리된 가스를 유입하고, 전체공간에 냉각수용액을 고루 분사하여 상기 플라즈마건을 거쳐 나온 가스나 할로겐(CF4가스에서는 F)을 2차 처리를 하는 수용액챔버와; 저장탱크로부터 상기 수용액챔버로 물을 공급하도록 상기 수용액챔버에 하단부에 세팅되는 펌핑유닛과; 아래의 부분에는 상기 수용액챔버에 연결되는 수용액챔버 연결부가 형성되고, 중단부에는 습기를 제거하는 제습기가 형성되고, 상단부에는 외부로의 가스배출구 및 그 일측으로 바이패스 연결부가 설치된 배기관과; 상기 가스 유입구 및 바이패스 연결부 사이에 형성되며, 메인 장비에서 관이 막히는 현상이 발생하였을 경우, 그 압력을 감지하여 밸브를 개방시킴으로써, 유입 가스를 외부로 바이패스시키는 바이패스유닛으로 구성된다.The present invention uses a high temperature thermal plasma to generate a high temperature of thousands of degrees or more, and then decomposes the freon gas first, and then treats the secondary materials using an aqueous solution chamber to discharge harmless gases from the final exhaust stage. It relates to a freon gas decomposition device using a plasma. The present invention, the gas inlet is formed in the upper end, the reaction chamber is formed at the lower end to form a spark by the spark of the (+) (-) electrode therein to make the processed freon gas into a high-temperature plasma state, A plasma gun which adds H 2 O to CO 2 and HF after the plasma portion; An aqueous chamber in which the treated gas is introduced through a connection pipe connected to the plasma gun, and the cooling water solution is evenly injected into the entire space to perform secondary treatment of the gas or halogen (F in CF 4 gas) that has passed through the plasma gun; ; A pumping unit set at a lower end of the aqueous solution chamber to supply water from the storage tank to the aqueous solution chamber; An aqueous solution chamber connection part connected to the aqueous solution chamber at a lower part thereof, a dehumidifier for removing moisture formed at the stop part, and an exhaust pipe having a gas outlet to the outside and a bypass connection part installed at one side thereof; It is formed between the gas inlet and the bypass connection portion, when the pipe blockage occurs in the main equipment, it consists of a bypass unit for bypassing the inlet gas to the outside by sensing the pressure to open the valve.
Description
본 발명은 고온 플라즈마를 이용한 프레온가스 분해장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 반도체 제조공정에서 사용된 프레온가스를 고온 플라즈마 기법을 이용하여 신속히 분해·처리하기 위한 고온 플라즈마를 이용한 프레온가스 분해장치에 관한 것이다.The present invention relates to a freon gas decomposition apparatus using a high temperature plasma, and more particularly, to a freon gas decomposition apparatus using a high temperature plasma for rapidly decomposing and treating a freon gas used in a semiconductor manufacturing process using a high temperature plasma technique. .
잘 알려진 바와 같이 프레온(Freon)이란 탄화수소인 플루오르치환체에 대한 미국 뒤퐁사의 상품명으로, 대개의 경우 플루오르 이외에도 염소나 할로겐을 함유하며, 할로카본(halocarbon)으로 총칭되는 화합물(예로서, PFC, FFC, CFCS, HFC 및 HCFC 등...)에 속한다. 프레온은 사염화탄소·클로로포름·테트라클로로에틸렌 등 탄화수소의 클로로치환체에 촉매를 사용하여 플루오르수소(경우에 따라서는 플루오르수소와 염소)를 작용시키는 방법 등으로 만들어진다.As is well known, Freon is a trade name of the US DuPont Company for fluorosubstituted hydrocarbons, which in most cases contain chlorine or halogen in addition to fluorine and are collectively referred to as halocarbons (e.g., PFC, FFC, CFC S , HFC and HCFC etc ...). Freon is produced by a method of reacting hydrogen fluorine (in some cases, fluorine and chlorine) by using a catalyst for chloro substituents of hydrocarbons such as carbon tetrachloride, chloroform and tetrachloroethylene.
프레온은 무색무취의 기체 또는 액체로서, 화학적·열적으로 안정되고 부식성·독성이 낮으며 인화성이 없으며, 화장품용 에어로졸제, 냉방·냉장·냉동용 냉매, 고급 용제, 세정제, 진화제, 우레탄·폴리스티렌폼 등의 발포제 플루오르수지원료로 사용된다. 사용 후, 대기 속에 방출된 이들 할로카본류는, 안정하기 때문에 그대로 대류권에 축적되어 있으나, 결국에는 성층권으로 흘러 들어가 태양자외선에 의해 분해되어 생기는 염소원자가 오존층을 파괴한다. 여기서, 오존층은 지상 생물의 생존을 위해서는 불가결한 존재이다. 그 이유는 오존층이 유입되는 태양의 자외선을 상공에서 흡수하여 지상 생물에게 해로운 자외선이 쏘이지 않도록 보호하고 있기 때문이다.Freon is a colorless odorless gas or liquid, which is chemically and thermally stable, has low corrosiveness and toxicity, and is not flammable. It is used as a fluorine water support material for foam and other foaming agents. After use, these halocarbons released into the atmosphere are accumulated in the troposphere because they are stable, but eventually chlorine atoms, which flow into the stratosphere and are decomposed by solar ultraviolet rays, destroy the ozone layer. Here, the ozone layer is indispensable for the survival of terrestrial organisms. This is because it absorbs the ultraviolet rays of the sun that enters the ozone layer from above and protects them from harmful ultraviolet rays.
따라서, 상기와 같은 오존층을 보호하기 위한 종래의 프레온가스 처리방법으로는, 연소/열분해법, 플라즈마분해법, 촉매분해법, 시약분해법 및 초임계수분해법 등이 주로 사용되고 있다.Therefore, as a conventional freon gas treatment method for protecting the ozone layer as described above, combustion / pyrolysis, plasma decomposition, catalytic decomposition, reagent decomposition, and supercritical hydrolysis are mainly used.
상기 연소/열분해법은 석유류의 연소에 의한 내연 및 외연식 연소장치에서 프레온류를 연소시키는 방식으로 PFC의 열분해는 약 2000℃ 이상의 온도가 필요하고, 일반적으로 소각로를 활용할 경우 혼합물의 형태로 공급되어 분해 배출 가스를 확인하여야 하며, 혼합물의 미세한 부생성물의 확인이 필요하다.The combustion / pyrolysis method is to burn freons in internal and external combustion apparatuses by petroleum combustion. PFC pyrolysis requires a temperature of about 2000 ° C. or more. Decomposition gases should be identified and the fine by-products of the mixtures need to be identified.
상기 플라즈마분해법은 고온 플라즈마와 저온 플라즈마방식이 있는데, 고온 플라즈마의 경우 보통 대기압 하에서 연속적으로 분해 반응을 행하며 플라즈마 상태의 중심부 최고 온도는 10,000℃ 근처에 달하고, 그 고온 유체에 PFC 가스등을공급하여 고속으로 완전 분해할 수 있다. H2, O2, H2O 등을 첨가하여 얻은 분해 생성물들은 분리 공정을 통하여 산업적으로 재활용할 수 있다. 한편, 저온 플라즈마는 수 ㎒의 전장이 결려있는 부위로 가스를 통과시켜 분해하는 방법으로, H2또는 O2를 첨가하기도 한다. 이 저온 플라즈마방식은 파워 공급의 문제로 처리용량에 한계가 있으며, 튜브의 재질면에서도 한계가 있다. 또한, H2또는 O2의 공급 라인 형성이 어려운 문제점이 있다.The plasma decomposition method includes a high temperature plasma and a low temperature plasma method. In the case of a high temperature plasma, the decomposition reaction is usually performed continuously under atmospheric pressure. Can be disassembled completely. Decomposition products obtained by adding H 2 , O 2 , H 2 O and the like can be industrially recycled through a separation process. On the other hand, low-temperature plasma is a method in which gas is decomposed by passing gas through a site having a few MHz electric field, and H 2 or O 2 may be added. This low temperature plasma method has a limitation in processing capacity due to a problem in power supply, and also has a limitation in terms of the material of the tube. In addition, it is difficult to form a supply line of H 2 or O 2 .
상기 촉매분해법은 고체 촉매 상에서 PFC와 수증기가 포함된 공기를 대기압에서 연속적으로 통과시켜 분해하는 방법이다. 고성능 고체촉매는 제올라이트류, 알루미나, 혼합산화물계, 에탄 등으로 보고되고 있다. 예로서 NF3가스와 수증기를 공기에 혼합시킨 유체를 유속 500㎖/min으로 H형 제올라이트 촉매와 500℃에서 접촉시키면 98% 정도의 분해가 일어나고 HCL, HF, CO, CO2가 생성된다. 촉매 반응시 연속적 반응에 대한 촉매의 내구성이 문제시되므로,-알루미나 촉매에서의 정상적인 활성을 200시간 이상 유지해야 확인할 수 있게되는 문제점을 가지고 있다. 또한, 촉매의 선정이 어렵고, 장비가 정상상태로 준비되는 시간이 길며, 그 가격이 고가인 문제점도 있다.The catalytic decomposition method is a method in which air containing PFC and water vapor is continuously passed at atmospheric pressure on a solid catalyst to decompose. High performance solid catalysts have been reported as zeolites, alumina, mixed oxides, ethane and the like. For example, when a fluid mixed with NF 3 gas and water vapor in air is brought into contact with an H-type zeolite catalyst at 500 ° C. at a flow rate of 500 ml / min, about 98% of decomposition occurs and HCL, HF, CO, and CO 2 are produced. Since the durability of the catalyst to the continuous reaction during the catalytic reaction is a problem, -The problem is that the normal activity in the alumina catalyst must be maintained for 200 hours or more. In addition, it is difficult to select a catalyst, a long time that the equipment is prepared in a steady state, and there is a problem that the price is expensive.
상기 시약분해법은 Sodium naphthalenide(Na+naph-)시약을 유기 용매에 용해시킨 기체 또는 액체의 PFC와 반응시켜 시약중의 Na+이온과 PFC 중의 Cl-및 F-와의반응에서 NaCl 및 Naf를 생성시켜 PFC를 환원식으로 분해하는 방법이다. THF촉매를 용매와 naph-6몰을 가하여 PFC의 분해를 0℃ 400min 행한 결과, 탈불소율이 67%로 큰 효율을 기대하기는 어려워 보인다. 탈불소화의 분해속도를 상승시키기 위해 naph-시약을 과잉으로 가하고 반응 온도를 40℃이상 상승시킴과 동시에 첨가제를 가함으로써 쉽게 이루어진다.The reagent decomposition method reacts sodium naphthalenide (Na + naph − ) reagent with PFC in gas or liquid dissolved in an organic solvent to produce NaCl and Naf in the reaction between Na + ions in the reagent and Cl − and F − in PFC. It is a method of decomposing PFC by reduction. When the THF catalyst was added with a solvent and naph - 6 mol to decompose the PFC at 0 ° C. for 400 min, it is difficult to expect a high efficiency with a defluorination rate of 67%. In order to speed up the decomposition of defluorination, it is easily achieved by adding an excess of naph - reagent, raising the reaction temperature above 40 ℃, and adding additives.
상기 초임계수분해법은 물의 임계점(374℃, 218기압)을 초과한 상태에서 액체와 기체와는 다른 초임계상태가 되므로, 가수분해반응이 용이하게 진행되는 것을 이용하는 방법이다. 400℃, 320기압 이상에서 프레온류들이 분해되는 것으로 알려져 있다.The supercritical hydrolysis is a method in which the hydrolysis reaction proceeds easily because the supercritical state differs from the liquid and the gas in a state where the critical point of water (374 ° C., 218 atm) is exceeded. It is known that freons are decomposed at 400 ° C. and above 320 atm.
이상에서 설명한 바와 같이 플라즈마방식이 타 방식에 비해 처리 효율 면에서 탁월함이 입증되고 있으나, 이 방식을 이용하여 프레온가스를 처리하는 구체적인 장치, 특히 고온 플라즈마를 이용하는 방식은 현재까지 아직 개발되지 못하고 있는 실정이다.As described above, the plasma method has proved to be superior in terms of processing efficiency compared to other methods, but a specific apparatus for treating freon gas using this method, in particular, a method using high temperature plasma has not yet been developed. to be.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 수천도 이상의 고온을 발생시키는 고온 열프라즈마를 이용하여 프레온 가스를 1차 분해한 다음, 2차로 생성되는 물질들을 수용액챔버를 이용하여 처리함으로써 최종 배기단에서 무해한 가스를 배출시키도록 하는 고온 플라즈마를 이용한 프레온가스 분해장치를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, the object is to firstly decompose the freon gas using a high temperature thermal plasma generating a high temperature of thousands of degrees or more, and then to produce the secondary materials of the aqueous solution chamber It is to provide a freon gas decomposition device using a high-temperature plasma to discharge the harmless gas from the final exhaust stage by treating with.
또한, 2차처리시 냉각수용액을 수용액챔버의 전체 공간에 고루 살포하여 반응효율을 높이고, 노즐부위에 특정 가스를 분사하여 부산물이 부착되어 그 노즐이 막히는 것을 방지하는 고온 플라즈마를 이용한 프레온가스 분해장치를 제공함에 있다.In addition, during the secondary treatment, the freon gas decomposition device using a high-temperature plasma that sprays the cooling water solution evenly over the entire space of the aqueous chamber to increase the reaction efficiency, and sprays a specific gas to the nozzle part to prevent the by-products from clogging the nozzle. In providing.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 고온 플라즈마를 이용한 프레온가스 분해장치의 구성도로서, 도 1a는 정면도, 도 1b는 측면도, 그리고 도 1c는 A-A′선의 단면도이다.1A to 1C are schematic diagrams of a freon gas decomposition apparatus using a high temperature plasma according to the present invention, FIG. 1A is a front view, FIG. 1B is a side view, and FIG.
도 2 및 3은 본 발명에 따른 플라즈마건을 상세히 나타낸 구성도.2 and 3 is a schematic view showing a plasma gun according to the invention in detail.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 수용액챔버를 상세히 나타낸 구성도.4 and 5 is a configuration diagram showing the aqueous solution chamber according to the present invention in detail.
도 6은 본 발명에 따른 펌핑유닛을 상세히 나타낸 구성도.6 is a configuration diagram showing in detail the pumping unit according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 배기관을 상세히 나타낸 구성도.7 is a configuration diagram showing in detail the exhaust pipe according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 바이패스유닛을 상세히 나타낸 구성도.8 is a block diagram showing in detail the bypass unit according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 플라즈마건 110 : 가스 유입구100: plasma gun 110: gas inlet
120 : 반응챔버 200 : 수용액챔버120: reaction chamber 200: aqueous chamber
210 : 물분사판 211 : 저면 구멍210: water spray plate 211: bottom hole
220 : 압서버 230 : 유입관220: pressure server 230: inlet pipe
240 : 내벽클리닝유닛 250 : 연결관240: inner wall cleaning unit 250: connector
300 : 펌핑유닛 310, 320 : 펌프300: pumping unit 310, 320: pump
311, 321 : 이동레일 330 : 저장탱크311, 321: moving rail 330: storage tank
400 : 배기관 410 : 바이패스부400: exhaust pipe 410: bypass unit
420 : 제습기 421 : 다공관420: dehumidifier 421: porous tube
422 : 압서버 430 : 수용액챔버 연결부422: pressure server 430: aqueous chamber connection
440 : 가스배출구 500 : 바이패스유닛440: gas outlet 500: bypass unit
510 : 밸브 520 : 흡착제510: valve 520: adsorbent
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 상단부에 가스 유입구가 형성되고, 그 하단으로 반응챔버가 형성되어 그 내부에서 (+)(-)전극의 스파크에 의한 불꽃을 형성하여 처리대상 프레온 가스를 고온의 플라즈마 상태로 만들고, 여기에 H2O를 첨가하여 플라즈마 부분 이후 CO2와 HF 상태로 만드는 플라즈마건과; 상기 플라즈마건과 연결된 연결관을 통하여 처리된 가스를 유입하고, 전체공간에 냉각수용액을 고루 분사하여 상기 플라즈마건을 거쳐 나온 가스나 할로겐(CF4가스에서는 F)을 2차 처리를 하는 수용액챔버와; 저장탱크로부터 상기 수용액챔버로 물을 공급하도록 상기 수용액챔버에 하단부에 세팅되는 펌핑유닛과; 아래의 부분에는 상기 수용액챔버에 연결되는 수용액챔버 연결부가 형성되고, 중단부에는 습기를 제거하는 제습기가 형성되고, 상단부에는 외부로의 가스배출구 및 그 일측으로 바이패스 연결부가 설치된 배기관과; 상기 가스 유입구 및 바이패스 연결부 사이에 형성되며, 메인 장비에서 관이 막히는 현상이 발생하였을 경우, 그 압력을 감지하여 밸브를 개방시킴으로써, 유입 가스를 외부로 바이패스시키는 바이패스유닛으로 구성된다.Features of the present invention for achieving the above object, the gas inlet is formed in the upper end, the reaction chamber is formed at the lower end to form a spark by the spark of the (+) (-) electrode therein Freon to be processed Making a gas into a high temperature plasma state, and adding H 2 O to the CO 2 and HF states after the plasma portion; An aqueous chamber in which the treated gas is introduced through a connection pipe connected to the plasma gun, and the cooling water solution is evenly injected into the entire space to perform secondary treatment of the gas or halogen (F in CF 4 gas) that has passed through the plasma gun; ; A pumping unit set at a lower end of the aqueous solution chamber to supply water from the storage tank to the aqueous solution chamber; An aqueous solution chamber connection part connected to the aqueous solution chamber at a lower part thereof, a dehumidifier for removing moisture formed at the stop part, and an exhaust pipe having a gas outlet to the outside and a bypass connection part installed at one side thereof; It is formed between the gas inlet and the bypass connection portion, when the pipe blockage occurs in the main equipment, it consists of a bypass unit for bypassing the inlet gas to the outside by sensing the pressure to open the valve.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 고온 플라즈마를 이용한 프레온가스 분해장치의 구성도로서, 도 1a는 정면도, 도 1b는 측면도, 그리고 도 1c는 A-A′선의 단면도이다.1A to 1C are schematic diagrams of a freon gas decomposition apparatus using a high temperature plasma according to the present invention, FIG. 1A is a front view, FIG. 1B is a side view, and FIG.
도시된 바와 같이 본 발명은, 상단부에 가스 유입구(110)가 형성되고, 그 하단으로 반응챔버(120)가 형성되어 그 내부에서 (+)(-)전극의 스파크에 의한 불꽃을 형성하여 처리대상 프레온 가스를 고온의 플라즈마 상태로 만들고, 여기에 H2O를 첨가하여 플라즈마 부분 이후 CO2와 HF 상태로 만드는 플라즈마건(100)과; 상기 플라즈마건(100)과 연결된 연결관(250)을 통하여 처리된 가스를 유입하고, 전체공간에 냉각수용액을 고루 분사하여 상기 플라즈마건(100)을 거쳐 나온 가스나 할로겐(CF4가스에서는 F)을 2차 처리를 하는 수용액챔버(200)와; 저장탱크(330)로부터 상기 수용액챔버(200)로 물을 공급하도록 상기 수용액챔버(200)에 하단부에 세팅되는 펌핑유닛(300)과; 아래의 부분에는 상기 수용액챔버(200)에 연결되는 수용액챔버 연결부(430)가 형성되고, 중단부에는 습기를 제거하는 제습기(420)가 형성되고, 상단부에는 외부로의 가스배출구(440) 및 그 일측으로 바이패스 연결부(410)가 설치된 배기관(400)과; 상기 가스 유입구(110) 및 바이패스 연결부(410) 사이에 형성되며, 메인 장비에서 관이 막히는 현상이 발생하였을 경우, 그 압력을 감지하여 밸브(510)를 개방시킴으로써, 유입 가스를 외부로 바이패스시키는 바이패스유닛(500)으로 구성된다.As shown, the present invention, the gas inlet 110 is formed at the upper end, the reaction chamber 120 is formed at the lower end to form a spark by the spark of the (+) (-) electrode therein to be treated A plasma gun 100 which makes the freon gas into a high temperature plasma state and adds H 2 O to the CO 2 and HF states after the plasma portion; The treated gas is introduced through the connection pipe 250 connected to the plasma gun 100, and the coolant solution is evenly sprayed into the entire space, and the gas or halogen (F in the CF 4 gas) exits the plasma gun 100. An aqueous chamber 200 for secondary treatment; A pumping unit (300) set at a lower end of the aqueous solution chamber (200) to supply water from the storage tank (330) to the aqueous solution chamber (200); The lower portion is formed with an aqueous solution chamber connecting portion 430 connected to the aqueous solution chamber 200, a dehumidifier 420 for removing moisture is formed at the stop portion, the gas outlet 440 to the outside at the upper end and An exhaust pipe 400 provided with a bypass connection portion 410 on one side; Is formed between the gas inlet 110 and the bypass connecting portion 410, when the pipe blockage occurs in the main equipment, by detecting the pressure to open the valve 510, bypass the inlet gas to the outside It consists of a bypass unit (500).
도 2 및 3은 본 발명에 따른 플라즈마건을 상세히 나타낸 구성도이다.2 and 3 is a configuration diagram showing in detail the plasma gun according to the present invention.
도시된 바와 같이, 플라즈마건(100)은 본 발명의 핵심을 이루는 부분으로 처리대상 가스를 플라즈마 상태, 즉 원자, 이온, 여기분자 등의 상태로 만들어 이 부분에 약간의 H2O를 첨가하여 플라즈마 부분 이후 CO2와 HF 상태로 만든 다음 수용액챔버(200)로 보내어 2차 처리한다. 여기서, 상기 플라즈마건(100)의 반응챔버(120)는 그 외주면에 세라믹과 석영관을 형성하여 적정온도를 유지하도록 한다.As shown, the plasma gun 100 is a part of the core of the present invention to make the gas to be treated in a plasma state, that is, atoms, ions, excitation molecules, etc., and add a little H 2 O to the plasma. After the part is made to CO 2 and HF state and then sent to the aqueous solution chamber 200 to the secondary treatment. Here, the reaction chamber 120 of the plasma gun 100 to form a ceramic and quartz tube on the outer peripheral surface to maintain a proper temperature.
일반적으로 플라즈마란 고체, 액체, 기체 이후 제4의 상태 불리며, 원자, 분자, 이온 등이 포함된 전리 기체로서 전기적으로 중성인 상태를 말한다. 원래 절연체인 기체는 높은 전기장을 갖는 전극 사이를 통과하면서 절연 파괴가 이루어지며 이를 "기체가 방전된다." 또는 "플라즈마가 발생된다"라고 한다. 플라즈마는 직류 전기아크와 같이 전극을 이용해서 뿐만 아니라 RF방전, 충격파, 초단파, 레이저, 고에너지 입자파 등과 같이 전극 없이도 다양한 방법으로 발생시킬 수 있다. 일반적으로 플라즈마는 평형 플라즈마로 불리는 열플라즈마와, 비평형 플라즈마로 불리는 저온플라즈마로 구분할 수 있다.In general, a plasma is called a fourth state after a solid, liquid, or gas, and refers to an electrically neutral state including an ion, a molecule, an ion, and the like. Gas, originally an insulator, passes through electrodes with high electric fields, causing dielectric breakdown, which "discharges" the gas. Or " plasma is generated ". Plasma can be generated in various ways without using electrodes such as RF discharges, shock waves, microwaves, lasers, high energy particle waves, etc., as well as using electrodes like direct current arcs. In general, plasma can be classified into thermal plasma called balanced plasma and low temperature plasma called unbalanced plasma.
플라즈마에 의한 프레온 분해 원리를 살펴보면, 분해되는 프레온 및 생성반응에 필요한 수소, 산소원으로서 H2와 O2가스 상태로 플라즈마 중심부에 혼합가스의 상태로 주입한다. 프레온 분자는 탄소, 불소원자로 구성되어 있으며, 운자간의 결합력이 매우 강하기 때문에 이를 분해하기 위해서는 외부에서 에너지를 얻는 흡열반응이 되어야 한다. DC열 플라즈마는 음극과 양극의 전기 에너지에 의한 아크가 발생하고, 불활성 가스로부터 고온의 플라즈마 불꽃을 얻게 된다.Looking at the principle of the freon decomposition by the plasma, hydrogen and oxygen source for the decomposition of the freon and the production reaction, H 2 and O 2 as a gas state is injected into the center of the plasma as a mixed gas. Freon molecules are composed of carbon and fluorine atoms, and the binding force between them is very strong, so in order to decompose them, they must be endothermic to obtain energy from outside. In the DC thermal plasma, an arc is generated by the electrical energy of the cathode and the anode, and a high temperature plasma flame is obtained from an inert gas.
이러한 플라즈마는 약 10,000℃의 온도를 갖게 되며, 아울러 매우 큰 에너지 밀도를 갖게되어 원자, 이온, 여기분자, 레디컬(radical)등의 화학종의 분해가 일어난다. 또한, 플라즈마 중에 발생하는 강한 휘도를 갖는 빛으로 인해 플라즈마 불꽃의 바깥쪽을 통과하는 프레온 및 수소, 산소 원자간 결합의 해리를 촉진시킨다. 즉, 열분해와 광분해의 상호작용으로 반응은 촉진되어지고 수㎳정도의 매우 빠른 분해 속도를 가지고 플라즈마를 통과하는 프레온을 균일하게 분해할 수 있다. 여기서, 해리(解離; dissociation)란 분자 또는 결정의 분해방식 가운데 하나로서, 분자가 보다 작거나 또는 보다 간단한 분자나 원자단·이온·원자로 분해하는 경우, 또는 결정이 기체분자를 방출하거나 용액이 되어 이온으로 분해하는 것을 말한다.The plasma has a temperature of about 10,000 ° C., and also has a very large energy density, resulting in decomposition of chemical species such as atoms, ions, excitation molecules, and radicals. In addition, the light having a strong brightness generated in the plasma facilitates the dissociation of the bond between the freon, hydrogen, and oxygen atoms passing through the outside of the plasma flame. In other words, the interaction between pyrolysis and photolysis promotes the reaction and can evenly decompose the freon through the plasma with a very fast decomposition rate of several orders of magnitude. Here, dissociation is one of decomposition methods of molecules or crystals, and when a molecule is decomposed into smaller or simpler molecules, atomic groups, ions, or atoms, or crystals release gas molecules or become solutions, Decompose into
화학종에서 해리되는 프레온 및 수소와 산소는 플라즈마 불꽃을 벗어나면서 빠른 냉각속도를 갖고 원자, 이온 여기분자, 레디컬 등의 재결합을 통하여 열역학적으로 안정한 염화수소, 불화수소, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 고온 산성 가스를 방출하게 된다. 고온의 산성 가스는 유해물이 부생되어지는 300℃ 근처의 온도 영역을 매우 짧은 시간에 통과하여 직접 수용액에 닿게 하는 방법으로 약 30℃에서 급냉한다. 급냉된 방출 혼압 가스중, 염화수소, 불화수소는 중화반응을 통해 무해화 재자원화 할 수 있으며, 반응하지 않은 일산화탄소, 이산화탄소 등의 가스들은 대기로 방출된다.Freon, hydrogen and oxygen dissociated from chemical species have high cooling rate as they escape from the plasma flame and are thermodynamically stable high temperature acid gases such as hydrogen chloride, hydrogen fluoride, carbon monoxide and carbon dioxide through recombination of atoms, ion excitation molecules and radicals. Will emit. The hot acid gas is quenched at about 30 ° C. in such a way that it passes directly through the temperature range near 300 ° C. where the harmful substances are produced by direct contact with the aqueous solution. Hydrogen chloride and hydrogen fluoride can be recycled harmlessly by neutralization in the quenched released mixed gas, and unreacted gases such as carbon monoxide and carbon dioxide are released into the atmosphere.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 수용액챔버를 상세히 나타낸 구성도이다.4 and 5 is a configuration diagram showing in detail the aqueous chamber according to the present invention.
본 발명의 수용액챔버(200)는 플라즈마건(100)을 거쳐 나온 가스나 할로겐(CF4가스에서는 F)을 처리하기 위하여 설치하는데, 주로 반도체 제조공정에서 공정후 챔버를 클리닝하기 위한 목적으로 사용한다. 장비의 운영상 그리고 효율상 수용액챔버(200)를 어떻게 설치하느냐가 아주 중요한 문제이며, 적절하지 못하게 설치된 수용액챔버(200)는 파우더(powder)가 성장할 수 있는 계기를 만들어 준다. 따라서 본 발명에서는 장비 자체내에 순환 시스템(recirculation system)을 설치하여 파우더와 가스의 처리에 대한 문제를 해결하고, 자원소모도 절감하도록 설계되었다.The aqueous solution chamber 200 of the present invention is installed to process gas or halogen (F in CF 4 gas) that has passed through the plasma gun 100, and is mainly used for cleaning the chamber after the process in the semiconductor manufacturing process. . Operation and efficiency of the equipment is how to install the aqueous solution chamber 200 is a very important problem, the improperly installed aqueous solution chamber 200 makes the instrument (powder) can grow. Therefore, the present invention is designed to solve the problem of the treatment of powder and gas by installing a recirculation system (recirculation system) in the equipment itself, and to reduce the resource consumption.
즉, 본 발명의 상기 수용액챔버(200)는 도시된 바와 같이, 상기 연결관(250)의 일측으로부터 첨가가스(N2)를 유입하도록 하는 유입관(230)과; 상기 연결관(250)의 외주면에 설치되어 그 연결관(250) 내벽으로 물을 흐르게 하는 내벽클리닝유닛(240)과; 상기 내벽클리닝유닛(240) 하단에 설치되며, 그 상부로 일정량의 물을 저장하고, 다수의 저면 구멍(211)을 통하여 저장된 물을 하방으로 분사시켜 가스와 접촉케 하는 물분사판(210)과; 상기 물분사판(210) 하단에 설치되고 물과 가스의 반응을 용이하게 하는 다공체 스틸의 압서버(220)를 포함한다.That is, the aqueous solution chamber 200 of the present invention, as shown, the inlet pipe 230 to introduce the additional gas (N 2 ) from one side of the connecting pipe 250; An inner wall cleaning unit 240 installed on an outer circumferential surface of the connection pipe 250 to allow water to flow into an inner wall of the connection pipe 250; A water spraying plate 210 installed at a lower end of the inner wall cleaning unit 240 and storing a predetermined amount of water in an upper portion thereof, and spraying the stored water downward through a plurality of bottom holes 211 to contact the gas; It is installed on the bottom of the water spray plate 210 and includes a pressure server 220 of the porous steel to facilitate the reaction of water and gas.
도 6은 본 발명에 따른 펌핑유닛을 상세히 나타낸 구성도이다.6 is a configuration diagram showing in detail the pumping unit according to the present invention.
도시된 바와 같이, 펌핑유닛(300)은 수용액챔버(200)로 공급되는 물의 양을 줄이고, 효율을 증가시키기 위하여 수용액챔버(200)에 하단부에 세팅된다. 또한 2대의 펌프(310)(320)를 설치하여 통상시에는 하나의 주 펌프(310)로 구동되다가,이상 발생시 자동으로 스텐-바이 펌프(320)로 전환되어 사용상 문제가 발생하지 않도록 배치하였다. 펌프(310)(320) 아래에는 각각의 이동레일(311)(321)을 설치하여 펌프의 수리가 필요할 경우 편리하고 빠르게 조치할 수 있도록 하였다.As shown, the pumping unit 300 is set at the lower end in the aqueous solution chamber 200 to reduce the amount of water supplied to the aqueous solution chamber 200, and increase the efficiency. In addition, two pumps 310 and 320 are installed to be driven by one main pump 310 in normal operation, and are automatically switched to the stand-by pump 320 when an abnormality occurs so as to prevent problems in use. Under each of the pumps 310 and 320, each of the moving rails 311 and 321 is installed to allow for convenient and quick action when the pump needs to be repaired.
도 7은 본 발명에 따른 배기관을 상세히 나타낸 구성도이다.7 is a configuration diagram showing in detail the exhaust pipe according to the present invention.
도시된 바와 같이, 배기관(400)은 크게 3부분으로 나누어진다. 제일 아래의 부분에는 수용액챔버(200)에 연결되는 수용액챔버 연결부(430)가 형성되고, 중단부에는 습기를 제거하고, 이 습기의 역류를 방지하는 제습기(420)가 형성되고, 마지막으로 제일 상단부에는 비상시 메인장비에 영향을 미치지 않도록 하기 위하여 유입 가스를 바이패스시키는 바이패스부(410)가 설치된다. 상기 배기관(400)의 제습기(420)는 습기의 역류를 방지하도록 하는 다공체 스틸의 압서버(422)와, 상기 압서버(422)의 상,하측에 배치되는 다공관(421)으로 구성된다.As shown, the exhaust pipe 400 is divided into three parts. The lowermost portion is formed with an aqueous solution chamber connecting portion 430 connected to the aqueous solution chamber 200, and a dehumidifier 420 for removing moisture and preventing backflow of the moisture is formed at the stop portion. In the emergency, the bypass unit 410 for bypassing the inlet gas in order not to affect the main equipment is installed. The dehumidifier 420 of the exhaust pipe 400 includes a pressure server 422 made of porous steel to prevent backflow of moisture, and a porous pipe 421 disposed above and below the pressure server 422.
따라서, 배기관(400)에서는 수용액챔버(200)를 거치고 나온 기류를 다시 한번 물을 사용하여 처리하게 되고, 기류에 과다하게 포함된 물을 제습하여 습기의 역류를 방지한다.Therefore, in the exhaust pipe 400, the air stream passing through the aqueous solution chamber 200 is once again treated with water, and dehumidifying water contained in the air stream excessively to prevent backflow of moisture.
도 8은 본 발명에 따른 바이패스유닛을 상세히 나타낸 구성도이다.8 is a configuration diagram showing in detail the bypass unit according to the present invention.
도시된 바와 같이, 바이패스유닛(500)은 메인 장비에서 예기치 못한 문제, 예로서 파우더 또는 물등으로 인하여 관이 막히는 현상이 발생하였을 경우, 메인 장비에서 진행중인 공정에 영향을 끼치지 않게 하는데 설치 목적이 있다.As shown in the drawing, the bypass unit 500 does not affect the process in progress in the main equipment when an unexpected problem, for example, clogging due to powder or water, occurs in the main equipment. have.
더욱이, 상기 바이패스유닛(500)에는 외부로 바이패스되는 가스중 유해물질을 흡착시키는 흡착제(520)를 구비한다. 따라서, 본 발명의 바이패스유닛(500)은종래의 일반적인 바이패스 시스템과는 달리 바이패스 라인에 가스를 처리할 수 있는 기기를 설치하여 비상시 바이패스유닛(500)이 작동되어도 가스처리에는 전혀 문제가 발생하지 않는다.In addition, the bypass unit 500 includes an adsorbent 520 for adsorbing harmful substances in the gas bypassed to the outside. Therefore, the bypass unit 500 of the present invention, unlike the conventional bypass system by installing a device that can process the gas in the bypass line, even if the bypass unit 500 is operated in an emergency, there is no problem in the gas treatment. Does not occur.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such modifications are intended to fall within the scope of the appended claims.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 수천도 이상의 고온을 발생시키는 고온 열프라즈마를 이용하여 프레온 가스를 1차 분해한 다음, 2차로 생성되는 물질들을 수용액챔버를 이용하여 처리함으로써 최종 배기단에서 대략 99% 이상의 무해한 가스를 배출시키게 되는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the first decomposition of the freon gas using a high-temperature thermal plasma generating a high temperature of thousands of degrees or more, and then the second generated material by using an aqueous solution chamber to roughly the final exhaust stage It is effective to emit more than 99% of harmless gas.
또한, 냉각수용액을 냉각수용액챔버의 전체 공간에 고루 살포하여 2차 반응효율을 높이고, 노즐부위에 특정 가스를 분사하여 부산물이 부착되어 노즐이 막히는 것을 방지하는 효과가 있다.In addition, the cooling water solution is spread evenly over the entire space of the cooling water solution chamber to increase the secondary reaction efficiency, and by spraying a specific gas to the nozzle portion has an effect of preventing clogging of the nozzles by attachment.
또한, 2대의 펌프를 이용하여 통상시에는 하나의 주 펌프로 구동되다가, 이상 발생시 자동으로 스텐-바이 펌프로 전환되어 사용상 문제가 발생하지 않으며, 펌프 아래의 이동레일을 이용하여 펌프의 수리가 필요할 경우 편리하고 빠르게 조치할 수 있는 효과도 있다.In addition, by using two pumps, it is normally driven by one main pump, and when an abnormality occurs, it is automatically converted to a stand-by pump so that there is no problem in use, and the pump needs to be repaired using a moving rail under the pump If you have a convenient and quick action.
또한, 메인 장비에서 예기치 못한 문제, 예로서 파우더 또는 물등으로 인하여 관이 막히는 현상이 발생하였을 경우, 바이패스유닛을 통하여 메인 장비에서 진행중인 공정에 영향을 끼치지 않게 하며, 바이패스 라인에 가스를 처리할 수 있는 흡착제를 구비하여 비상시 바이패스유닛이 작동되어도 가스처리에는 전혀 문제가 발생하지 않는 효과도 있다.In addition, if an unexpected problem occurs in the main equipment such as powder or water, the pipe may be blocked, so that the process in the main equipment is not affected by the bypass unit and gas is processed in the bypass line. There is also an effect that does not cause any problems in the gas treatment even if the bypass unit is operated in an emergency by having an adsorbent that can be.
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