KR101410712B1 - 과불화화합물의 분리 및 재활용시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 과불화화합물의 분리 및 재활용시스템에 관한 것으로서, 주로 반도체 생산공정에서 발생하는 육불화황을 포함하는 과불화화합물을 효과적으로 분리하고 이를 제거 또는 재활용할 수 있도록 하기 위하여 개발된 것으로;
드라이 에칭공정과 CVD 세정 챔버 등의 과불화화합물을 이용하거나 생성되는 배가스 발생시설에서 발생하는 분진을 포함하는 가스를 처리하는 과불화화합물의 분리 및 재활용시스템에 있어서;
하나 이상의 배가스 발생시설에서 발생하는 배가스를 흡입하는 제1 드라이 펌프와;
제1 챔버와, 상기 제1 챔버의 하부에 충진되는 물과, 물의 수면 바로 위로 상기 제1 드라이 펌프에서 흡입된 배가스가 유입되는 배가스 유입부와, 상기 배가스 유입부로 유입된 배가스가 상승하여 통과하도록 하는 알카리성 흡착제층과, 하부에 충진된 물의 일부가 유입되어 상기 알카리성 흡착제층의 상부로 물을 분사하는 다수의 물분사노즐과, 상기 물분사노즐의 상부에 형성되는 수분 흡착필터 및 상기 수분 흡착필터의 상부로 형성되는 배가스 배출부으로 구성되는 전처리 필터와;
제2 챔버와, 상기 제2 챔버 내부에 적어도 하나 이상 형성되어 3~4 옴스트롬(Å)의 직경을 가진 다수의 분리홀이 형성되고 상기 전처리 필터를 거친 배가스가 유입되어 질소는 상기 분리홀을 통과하여 질소 배출부로 배출되고 육불화황은 통과하지 못하여 육불화황 배출부로 배출하여 연소시키도록하는 막분리 필터와;
상기 질소 배출부로 배출된 질소를 흡입하는 제2 드라이 펌프와, 질소를 대기중에 배출하는 질소 배출배관과, 질소가 충진되는 질소 탱크와, 상기 제2 드라이 펌프로부터 상기 탱크로 질소를 공급하는 재공급배관과, 상기 질소 탱크에서 상기 제1 드라이 펌프로 질소를 공급하는 질소 공급배관으로 구성되는 질소 재활용 공급부로 구성됨을 특징으로 하는 과불화화합물의 분리 및 재활용시스템에 관한 것이다.

Description

과불화화합물의 분리 및 재활용시스템{The separation and recycling system for a perfluoro compounds}
본 발명은 과불화화합물의 분리 및 재활용시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게 설명하면 주로 반도체 생산공정에서 발생하는 육불화황을 포함하는 과불화화합물을 효과적으로 분리하고 이를 제거 또는 재활용할 수 있도록 하기 위하여 개발된 과불화화합물의 분리 및 재활용시스템에 관한 것이다.
최근 지구온난화에 의한 기후 및 생태계의 변화가 갈수록 두드러지게 나타남에 의하여 이에 대한 관심은 날로 증가되고 그 주요원인이라고 할 수 있는 온실가스의 배출 규제에 대한 관심도 전 세계적으로 높아지고 있다.
하지만 대부분의 사람들은 온실가스는 화석연료에 의한 이산화탄소(
Figure 112012014774606-pat00001
)만을 떠올리게 되고 있지만 메탄(
Figure 112012014774606-pat00002
), 아산화질소(
Figure 112012014774606-pat00003
) 및 과불화화합물(perfluoro compounds)인 수소불화탄소(
Figure 112012014774606-pat00004
)와, 과불화탄소(
Figure 112012014774606-pat00005
) 및 육불화황(
Figure 112012014774606-pat00006
) 등도 지구 온난화의 주요원인이 되고 있다.
이는 급격하게 늘어나는 이산화탄소의 사용량에 비교하여 그 비중이 12.2%에 이를 정도라는 것은 상당히 많은 배출이 이루어짐을 뜻하는 것이며 반도체, 디스플레이, LED, 태양광 등을 포함하는 우리나라의 주력 산업이라고 할 수 있는 전자관련 분야에서 많이 배출하는 과불화화합물이 차지하는 비율은 4.4%로 이 역시 상당히 많은 비율을 차지하고 있다고 말할 수 있는 것이다.
특히 기판에 일정한 패턴을 형성하기 위하여 육불화황을 플라즈마 설비를 이용하여 F- 이온을 생성하고 이를 이용하여 절연체와 반응하여 식각하는 에칭 공정에서는 많은 분진과 육불화황(
Figure 112012014774606-pat00007
)과 육불화실리콘(
Figure 112012014774606-pat00008
) 등을 배출하게 된다.
또한 CVD 세정 챔버(chamber cleaning) 공정은 플라즈마 에칭의 방법을 이용하여 절연체(
Figure 112012014774606-pat00009
)로 코팅된 코팅층을 제거하기 위한 것으로 주로
Figure 112012014774606-pat00010
가스를 사용하는데 이때 분진,
Figure 112012014774606-pat00011
,
Figure 112012014774606-pat00012
,
Figure 112012014774606-pat00013
등을 배출하게 된다.
이러한 분진을 포함하는 각종 가스는 펌프 및 장비의 보호를 위하여 다량의 질소와 혼합된 후 드라이 펌프에 흡입되어 현재 대부분 가스 스크러버(gas scrubber)만 설치되어 있는 후처리 시설로 보내지게 된다.
하지만 현재의 가스 스크러버에 의한 기술은 전기 및 연료에 의하여 고온에서 제거하는 방식, 화학적 처리방식, 플라즈마를 이용한 처리방식이 있으나 운전비용의 많거나 대용량의 처리가 불가능하거나 처리 효율이 낮은 등의 각기 문제점을 가지고 있는 상황이었다.
하지만 Non-이산화탄소(
Figure 112012014774606-pat00014
) 계열의 온실가스에 대한 규제가 증가하면서 국가에서 특정 가스를 배출하는 시설에 대한 규제가 점차 강화되는 상황에서 보다 효율적으로 이를 제거하고 또 재활용할 수 있는 기술의 개발이 필요한 상황이다.
(특허 문헌 1) 대한민국특허등록 제10-0271694-0000호 (2000년08월18일) (특허 문헌 2) 대한민국특허공개 제10-2009-0113360호 (2009년10월30일) (특허 문헌 3) 대한민국특허등록 제10-0509304-0000호 (2005년08월11일) (특허 문헌 4) 대한민국특허등록 제10-0319783-0000호 (2001년12월21일) (특허 문헌 5) 대한민국특허등록 제10-0806011-0000호 (2008년02월14일) (특허 문헌 6) 대한민국특허등록 제10-0634173-0000호 (2006년10월09일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 그 목적은 전자산업에서 생성되는 과불화화합물을 포함하는 각종 가스 및 분진을 용이하게 분리하고 제거할 수 있는 과불화화합물 분리 및 재활용시스템을 개발하는 것에 있다.
또한, 배가스에서 육불화황과 질소를 분리하고 재처리하여 사용할 수 있도록 하는 과불화화합물 분리 및 재활용시스템을 개발하는 것에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 드라이 에칭공정과 CVD 세정 챔버 등의 과불화화합물을 이용하거나 생성되는 배가스 발생시설에서 발생하는 분진을 포함하는 가스를 처리하는 과불화화합물의 분리 및 재활용시스템에 있어서;
하나 이상의 배가스 발생시설에서 발생하는 배가스를 흡입하는 제1 드라이 펌프와;
제1 챔버와, 상기 제1 챔버의 하부에 충진되는 물과, 물의 수면 바로 위로 상기 제1 드라이 펌프에서 흡입된 배가스가 유입되는 배가스 유입부와, 상기 배가스 유입부로 유입된 배가스가 상승하여 통과하도록 하는 알카리성 흡착제층과, 하부에 충진된 물의 일부가 유입되어 상기 알카리성 흡착제층의 상부로 물을 분사하는 다수의 물분사노즐과, 상기 물분사노즐의 상부에 형성되는 수분 흡착필터 및 상기 수분 흡착필터의 상부로 형성되는 배가스 배출부으로 구성되는 전처리 필터와;
제2 챔버와, 상기 제2 챔버 내부에 적어도 하나 이상 형성되어 3~4 옴스트롬(Å)의 직경을 가진 다수의 분리홀이 형성되고 상기 전처리 필터를 거친 배가스가 유입되어 질소는 상기 분리홀을 통과하여 질소 배출부로 배출되고 육불화황은 통과하지 못하여 육불화황 배출부로 배출하여 연소시키도록하는 막분리 필터와;
상기 질소 배출부로 배출된 질소를 흡입하는 제2 드라이 펌프와, 질소를 대기중에 배출하는 질소 배출배관과, 질소가 충진되는 질소 탱크와, 상기 제2 드라이 펌프로부터 상기 탱크로 질소를 공급하는 재공급배관과, 상기 질소 탱크에서 상기 제1 드라이 펌프로 질소를 공급하는 질소 공급배관으로 구성되는 질소 재활용 공급부로 구성됨을 특징으로 한다.
아울러, 상기 육불화황 배출부로 배출되는 육불화황이 충진되는 육불화황 탱크와, 하나 이상의 배가스 발생시설에 육불화황을 공급하는 육불화황 공급배관으로 구성되는 육불화황 재활용 공급부가 추가로 형성됨을 특징으로 한다.
삭제
상술한 바와 같이 본 발명은 온실가스의 주범이 되는 온실 가스뿐만 아니라 각종 분진과 기타 가스를 전처리 필터와 막분리 필터에 의하여 단계적으로 용이하게 제거할 수 있도록 하여 대기 오염 및 온실가스 방출량을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 육불화황을 질소와 막분리 필터에 의하여 분리한 후 이를 다시 배가스 발생시설에서 재활용하여 사용할 수 있도록 하여 운전비용을 절감하고 및 원료의 재활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 개념도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리 필터의 구조를 나타낸 개념도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 막분리 필터의 구조를 나타낸 개념도
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 개념도
이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 습식필터의 구조를 나타낸 개념도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 막분리 필터의 구조를 나타낸 개념도로서, 드라이 에칭공정과 CVD 세정 챔버 등의 과불화화합물을 이용하거나 생성되는 배가스 발생시설(1)에서 발생하는 분진을 포함하는 가스를 처리하는 과불화화합물의 분리 및 재활용시스템에 있어서;
본원은 하나 이상의 배가스 발생시설(1)에서 발생하는 배가스를 흡입하는 제1 드라이 펌프(2)를 구비한다.
이때 배가스는 배출되는 가스를 칭하는 것으로 특히 드라이 에칭공정에서는 육불화황(
Figure 112012014774606-pat00015
), 프로메튬(PM)과, 사불화실리콘(
Figure 112012014774606-pat00016
)과, 산소(
Figure 112012014774606-pat00017
)과,
Figure 112012014774606-pat00018
및 각종 분진 등이 배출된다.
이러한 과불화화합물을 포함하는 각종 가스 및 분진은 제1 드라이 펌프(2)의 각 부품을 급속 부식시키는 성질이 있으므로 후술한 질소 재활용 공급부(5)에 의하여 질소를 혼합하여 장치의 손상을 방지하도록 하는 구성은 필수적이라고 하겠다.
이렇게 질소가 혼합된 배가스는 제1 챔버(31)와, 상기 제1 챔버(31)의 하부에 충진되는 물(32)과, 물(32)의 수면 바로 위로 상기 제1 드라이 펌프(2)에서 흡입된 배가스가 유입되는 배가스 유입부(33)와, 상기 배가스 유입부(33)로 유입된 배가스가 상승하여 통과하도록 하는 알카리성 흡착제층(34)과, 하부에 충진된 물의 일부가 유입되어 상기 알카리성 흡착제층(34)의 상부로 물(32)을 분사하는 다수의 물분사노즐(35)과, 상기 물분사노즐(35)의 상부에 형성되는 수분 흡착필터(36) 및 상기 수분 흡착필터(36)의 상부로 형성되는 배가스 배출부(37)으로 구성되는 전처리 필터(3)를 거치게 된다.
상기 전처리 필터(3)는 습식필터로서 질소(
Figure 112012014774606-pat00019
)와 육불화황(
Figure 112012014774606-pat00020
)을 제외한 프로메튬(PM)과, 사불화실리콘(
Figure 112012014774606-pat00021
)과, 산소(
Figure 112012014774606-pat00022
)과,
Figure 112012014774606-pat00023
및 각종 분진을 흡착시키는 것으로 최초 배가스가 산성을 띄고 있으므로 이를 정화하고 마지막 수분 흡착필터(36)에서 최종적으로 수분와 함께 미세 분진이 흡착을 하게 되면 최종적으로 질소(
Figure 112012014774606-pat00024
)와 육불화황(
Figure 112012014774606-pat00025
)만 남게 된다.
이러한 질소(
Figure 112012014774606-pat00026
)와 육불화황(
Figure 112012014774606-pat00027
)은 제2 챔버(41)와, 상기 제2 챔버(41) 내부에 적어도 하나 이상 형성되어 3~4 옴스트롬(Å)의 직경을 가진 다수의 분리홀(42)이 형성되고 상기 전처리 필터(3)를 거친 배가스가 유입되어 질소는 상기 분리홀(42)을 통과하여 질소 배출부(43)로 배출되고 육불화황은 통과하지 못하여 육불화황 배출부(44)로 배출하여 연소시키도록하는 막분리 필터(4)를 거치게 된다.
상기 막분리 필터(4)는 입자의 크기를 이용한 필터로서 질소의 경우 입자크기가 3옴스트롬(Å)이며 육불화황의 경우 5옴스트롬(Å)으로 질소만 상기 분리홀(42)을 빠져나갈 수 있도록 하는 구조이다.
이때 옴스트롬(Å)은 0.1 나노미터의 길이를 말한다.
배출된 육불화황의 경우 연소되는 성질을 이용한 고효율의 Burn-WET 스크러버 또는 Burn 스크러버에 의하여 연소하도록 하면 유입되는 육불화황의 농도가 높음에 따라 그 제거효율도 비약적으로 향상되는 것이다.
또한 분리된 질소의 경우 상기 질소 배출부(43)로 배출된 질소를 흡입하는 제2 드라이 펌프(51)와, 질소를 대기중에 배출하는 질소 배출배관(52)과, 질소가 충진되는 질소 탱크(53)와, 상기 제2 드라이 펌프(51)로부터 상기 탱크(53)로 질소를 공급하는 재공급배관(54)과, 상기 질소 탱크(53)에서 상기 제1 드라이 펌프(2)로 질소를 공급하는 질소 공급배관(55)으로 구성되는 질소 재활용 공급부(5)를 구성하여 재활용 순환하도록 하였으며, 질소는 대기중에 배출하여도 전혀 상관없는 기체이므로 선택적으로 배출 또는 재활용을 할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 개념도로서, 상기 육불화황 배출부(44)로 배출되는 육불화황이 충진되는 육불화황 탱크(61)와, 하나 이상의 배가스 발생시설(1)에 육불화황을 공급하는 육불화황 공급배관(62)으로 구성되는 육불화황 재활용 공급부(6)가 추가로 형성되는 실시 예를 제시하였다.
상기 실시 예는 주로 애칭공정에 사용되는 육불화황 가스를 과불화화합물을 분리하는 시스템과 연결하여 고순도의 육불화황 가스를 저장하고 재활용할 수 있도록 하는 방안을 제시한 것이다.
이때 상기 도면에서는 육불화황 탱크(61)에서 직접 육불화황 공급배관(62)으로 연결되는 형태로 도시되었으나 이는 직접적인 배관으로 공급할 수도 있으며 별도의 저장시설에서 각 산업현장에 차량 등을 이용하여 공급하는 흐름을 제시한 것이다.
삭제
삭제
1 : 배가스 발생시설
2 : 제1 드라이 펌프
3 : 전처리 필터
3' : PM필터 31 : 제1 챔버
32 : 물 33 : 배가스 유입부
34 : 알카리성 흡착제층 35 : 물분사노즐
36 : 수분 흡착필터 37 : 배가스 배출부
4 : 막분리 필터
41 : 제2 챔버 42 : 분리홀
43 : 질소 배출부 44 : 육불화황 배출부
5 : 질소 재활용 공급부
51 : 제2 드라이 펌프 52 : 질소 배출배관
53 : 질소 탱크 54 : 재공급 배관
55 : 질소 공급배관
6 : 육불화황 재활용 공급부
61 : 육불화황 탱크 62 : 육불화황 공급배관

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 드라이 에칭공정과 CVD 세정 챔버 등의 과불화화합물을 이용하거나 생성되는 배가스 발생시설(1)에서 발생하는 분진을 포함하는 가스를 처리하는 과불화화합물의 분리 및 재활용시스템에 있어서;
    하나 이상의 배가스 발생시설(1)에서 발생하는 배가스를 흡입하는 제1 드라이 펌프(2)와;
    제1 챔버(31)와, 상기 제1 챔버(31)의 하부에 충진되는 물(32)과, 물(32)의 수면 바로 위로 상기 제1 드라이 펌프(2)에서 흡입된 배가스가 유입되는 배가스 유입부(33)와, 상기 배가스 유입부(33)로 유입된 배가스가 상승하여 통과하도록 하는 알카리성 흡착제층(34)과, 하부에 충진된 물의 일부가 유입되어 상기 알카리성 흡착제층(34)의 상부로 물(32)을 분사하는 다수의 물분사노즐(35)과, 상기 물분사노즐(35)의 상부에 형성되는 수분 흡착필터(36) 및 상기 수분 흡착필터(36)의 상부로 형성되는 배가스 배출부(37)으로 구성되는 전처리 필터(3)와;
    제2 챔버(41)와, 상기 제2 챔버(41) 내부에 적어도 하나 이상 형성되어 3~4 옴스트롬(Å)의 직경을 가진 다수의 분리홀(42)이 형성되고 상기 전처리 필터(3)를 거친 배가스가 유입되어 질소는 상기 분리홀(42)을 통과하여 질소 배출부(43)로 배출되고 육불화황은 통과하지 못하여 육불화황 배출부(44)로 배출하여 연소시키도록하는 막분리 필터(4)와;
    상기 질소 배출부(43)로 배출된 질소를 흡입하는 제2 드라이 펌프(51)와, 질소를 대기중에 배출하는 질소 배출배관(52)과, 질소가 충진되는 질소 탱크(53)와, 상기 제2 드라이 펌프(51)로부터 상기 탱크(53)로 질소를 공급하는 재공급배관(54)과, 상기 질소 탱크(53)에서 상기 제1 드라이 펌프(2)로 질소를 공급하는 질소 공급배관(55)으로 구성되는 질소 재활용 공급부(5)와;
    상기 육불화황 배출부(44)로 배출되는 육불화황이 충진되는 육불화황 탱크(61)와, 하나 이상의 배가스 발생시설(1)에 육불화황을 공급하는 육불화황 공급배관(62)으로 구성되는 육불화황 재활용 공급부(6)로 구성됨을 특징으로 하는 과불화화합물의 분리 및 재활용시스템.
  3. 삭제
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