KR102452085B1 - Plasma pre-treatment reactor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기용 플라즈마 리액터에 관한 것이다. 본 발명에 의한 배기용 플라즈마 리액터는 공정부산물 가스로 점화되는 점화부를 포함하는 제1 바디와, 상기 제1 바디와 체결되는 가스입구, 상기 제1 바디 하부에 연결되고, 상기 가스입구를 통하여 유입되는 공정부산물 가스가 분해되는 반응이 일어나는 다수의 플라즈마 방전관, 상기 다수의 플라즈마 방전관이 잇닿아 하부의 홀과 연결되도록 형성된 제2 바디, 상기 다수의 플라즈마 방전관을 각각 둘러싸는 마그네틱코어를 포함한 클램핑부를 포함한다. 본 발명의 배기용 플라즈마 리액터에 의하면, 배기용 플라즈마 리액터는 공정챔버에서 처리된 가스를 높은 분해효율을 갖도록 플라즈마로 처리하는 동시에 수증기를 가스입구에서 분사함으로 플라즈마로 분해된 후 생성될 수 있는 부생성물을 제거할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 배기용 플라즈마 리액터는 공정챔버에서 반도체 또는 디스플레이용 공정을 시행한 후 배출되는 공정부산물가스나 공정챔버의 클리닝을 실시한 후 배출되는 클리닝부산물가스 모두를 처리할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a plasma reactor for exhaust. The plasma reactor for exhaust according to the present invention includes a first body including an ignition unit ignited by a process by-product gas, a gas inlet coupled to the first body, a gas inlet coupled to the lower portion of the first body, and flowing in through the gas inlet A plurality of plasma discharge tubes in which a reaction of the process by-product gas is decomposed, a second body formed so that the plurality of plasma discharge tubes are connected to one another and connected to a hole below, and a clamping part including a magnetic core surrounding the plurality of plasma discharge tubes, respectively . According to the plasma reactor for exhaust of the present invention, the plasma reactor for exhaust processes the gas treated in the process chamber with plasma to have a high decomposition efficiency, and at the same time sprays water vapor from the gas inlet, thereby decomposing into plasma and then generating by-products. can be removed. In addition, the plasma reactor for exhaust according to the present invention has the effect of treating both the process by-product gas discharged after performing a semiconductor or display process in the process chamber and the cleaning by-product gas discharged after cleaning the process chamber.

Description

배기용 플라즈마 리액터{Plasma pre-treatment reactor}Plasma pre-treatment reactor

본 발명은 플라즈마 리액터에 관한 것으로, 구체적으로는 기판처리공정에 사용된 배기가스를 정화하는 플라즈마를 발생시키는 배기용 플라즈마 리액터에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma reactor, and more particularly, to a plasma reactor for exhaust that generates plasma for purifying exhaust gas used in a substrate processing process.

PFCs(perfluorocompounds)는 반도체/디스플레이 공정중 플라즈마를 이용한 식각, 세정 과정에 사용되는 기체로서 반도체/디스플레이 시장의 확장과 함께 사용량도 꾸준히 증가되어 왔다. 반도체/디스플레이 공정에 사용되는 PFCs는 CF4, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8, NF3, SF6 등을 들 수 있는데 이들은 지구 온난화가스의 대표적인 물질로 분류되어 있다. PFCs (perfluorocompounds) are gases used in the etching and cleaning processes using plasma during the semiconductor/display process, and their usage has been steadily increasing along with the expansion of the semiconductor/display market. PFCs used in the semiconductor/display process include CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 8 , NF 3 , and SF 6 , which are classified as representative substances of global warming gas. have.

현재 반도체/디스플레이 공정에서 배출되는 PFCs를 처리하는 방법으로는 플라즈마, 화학 필터링, 촉매 반응, 열분해, 소각 등을 들 수 있다. 이 중 플라즈마에 의한 PFCs처리 방법은 장비 크기가 작고, 설치가 간단하며, 운전변수 조절이 간편하다. PFCs 처리에 플라즈마를 이용하는 방식은 플라즈마 반응기의 설치 위치에 따라 진공펌프 후단에 설치하는 상압 열플라즈마와 진공펌프 전단에 설치하는 저압 글로우 플라즈마로 나눌 수 있다. 상압 열플라즈마 방법은 온도가 수천도 K 이상인 아크 방전을 이용하여 PFCs를 열분해 처리하는 방식으로, 국내 반도체 공정에 일부 채택되어 사용되고 있다. 그러나, 상압 처리방식은 열플라즈마의 높은 온도에 의해 분해율 면에서는 탁월한 장점을 갖지만, 단위 g당 소모되는 전력에 해당하는 에너지 효율 면에서는 다른 처리 방식에 비해 큰 약점을 지니고 있다. 이는 상압에서는 부피가 큰 플라즈마를 얻기 어려워 처리가스로 효율적인 열전달이 어렵고, 진공펌프에 사용되는 정화가스인 질소를 처리가스와 함께 분해하기 때문에 전력이 낭비된다. 반면, 저압 플라즈마 방식은 진공펌프 전단에서 PFCs를 분해/처리함으로써 정화 가스인 질소가열에 소모되는 에너지 낭비를 피할 수 있을 뿐 아니라, 부피가 큰 플라즈마를 손쉽게 얻을 수 있어 처리가스로의 효율적인 열전달이 가능한 장점을 갖는다. 또한, 저압 플라즈마 방식은 식각공정에서 발생하는 입자들 크기와 부산물의 화학종을 제어할 수 있어서 진공펌프 수명을 획기적으로 늘릴 수 있는 기능성도 가지고 있다.Currently, methods for treating PFCs emitted from semiconductor/display processes include plasma, chemical filtering, catalytic reaction, thermal decomposition, and incineration. Among them, the PFCs treatment method by plasma has a small equipment size, simple installation, and easy operation variable control. The method of using plasma for PFCs treatment can be divided into atmospheric thermal plasma installed at the rear of the vacuum pump and low pressure glow plasma installed at the front of the vacuum pump, depending on the installation location of the plasma reactor. The atmospheric pressure thermal plasma method is a method of thermally decomposing PFCs using arc discharge with a temperature of several thousand degrees K or more, and has been partially adopted and used in domestic semiconductor processes. However, the atmospheric pressure treatment method has an excellent advantage in terms of decomposition rate due to the high temperature of the thermal plasma, but has a major weakness compared to other treatment methods in terms of energy efficiency corresponding to the power consumed per unit g. It is difficult to obtain a bulky plasma at normal pressure, which makes it difficult to efficiently transfer heat to the processing gas, and power is wasted because nitrogen, a purification gas used in a vacuum pump, is decomposed together with the processing gas. On the other hand, the low-pressure plasma method not only avoids wasted energy consumed in heating nitrogen, which is a purification gas, by decomposing/treating PFCs at the front end of the vacuum pump, but also enables efficient heat transfer to the processing gas by easily obtaining bulky plasma. has In addition, the low-pressure plasma method can control the size of particles and chemical species of by-products generated in the etching process, so that the vacuum pump lifespan can be dramatically increased.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전력낭비를 줄이고 배기용 플라즈마 리액터를 통하여 효율적인 공정부산물을 분해하며, 분해 후 부생성되는 물질을 2차적으로 분해하기 위하여 플라즈마 처리와 더불어 수증기를 동시에 인가하여 효율적인 유해가스를 분해하는 배기용 플라즈마 리액터를 제공한다.The present invention is to solve the problems of the prior art, and to reduce power consumption, efficiently decompose process by-products through a plasma reactor for exhaust, and to secondary decompose the by-products after decomposition by plasma treatment and water vapor To provide a plasma reactor for exhaust that efficiently decomposes harmful gases by simultaneously applying

본 발명은 배기용 플라즈마 리액터에 관한 것이다. 본 발명의 배기용 플라즈마 리액터는 공정부산물 가스로 점화되는 점화부를 포함하는 제1 바디; 상기 제1 바디와 체결되는 가스입구; 상기 제1 바디 하부에 연결되고, 상기 가스입구를 통하여 유입되는 공정부산물 가스가 분해되는 반응이 일어나는 다수의 플라즈마 방전관; 상기 다수의 플라즈마 방전관이 잇닿아 하부의 홀과 연결되도록 형성된 제2 바디; 상기 다수의 플라즈마 방전관을 각각 둘러싸는 마그네틱코어를 포함한 클램핑부를 포함한다.The present invention relates to a plasma reactor for exhaust. A plasma reactor for exhaust of the present invention includes: a first body including an ignition unit ignited with a process by-product gas; a gas inlet coupled to the first body; a plurality of plasma discharge tubes connected to the lower part of the first body and in which a reaction of decomposing a process by-product gas introduced through the gas inlet occurs; a second body formed such that the plurality of plasma discharge tubes are connected to each other and are connected to the lower hole; and a clamping part including a magnetic core surrounding each of the plurality of plasma discharge tubes.

그리고, 상기 플라즈마 방전관은 육면체형상 내부에 원통형의 플라즈마 방전채널이 형성되는 관을 포함한다.In addition, the plasma discharge tube includes a tube in which a cylindrical plasma discharge channel is formed inside a hexahedron.

또한, 상기 플라즈마 방전관은 전기적으로 하부는 접지되고, 상기 제1 바디와 연결되는 상기 플라즈마 방전관 상부는 전기적으로 절연된다.In addition, a lower portion of the plasma discharge tube is electrically grounded, and an upper portion of the plasma discharge tube connected to the first body is electrically insulated.

또한, 상기 마그네틱코어를 포함한 클램핑부와 상기 제1 바디의 사이에 삽입되어 상기 플라즈마 방전관, 상기 마그네틱코어를 포함한 클램핑부, 및 상기 제1 바디를 체결시키는 인렛서포트부를 포함한다. In addition, it is inserted between the clamping portion including the magnetic core and the first body includes the plasma discharge tube, the clamping portion including the magnetic core, and an inlet support portion for fastening the first body.

본 발명에 따르면 배기용 플라즈마 리액터는 공정챔버에서 처리된 가스를 높은 분해효율을 갖도록 플라즈마로 처리하는 동시에 수증기를 가스입구에서 분사함으로 플라즈마로 분해된 후 생성될 수 있는 부생성물을 제거할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 배기용 플라즈마 리액터는 공정챔버에서 반도체 또는 디스플레이용 공정을 시행한 후 배출되는 공정부산물가스나 공정챔버의 클리닝을 실시한 후 배출되는 클리닝부산물가스 모두를 처리할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the plasma reactor for exhaust can remove by-products that can be generated after being decomposed into plasma by treating the gas treated in the process chamber with plasma to have high decomposition efficiency and simultaneously injecting water vapor from the gas inlet. In addition, the plasma reactor for exhaust according to the present invention has the effect of treating both the process by-product gas discharged after performing a semiconductor or display process in the process chamber and the cleaning by-product gas discharged after cleaning the process chamber.

도 1은 배기가스 정화시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 배기용 플라즈마 리액터를 도시한 측면도이다.
도 3은 배기용 플라즈마 리액터를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 다수의 플라즈마 방전관이 포함된 배기용 플라즈마 리액터의 평면도이다.
도 5내지 도 6은 증기분사구가 포함된 배기용 플라즈마 리액터의 도면이다.
도 7내지 도 8은 배기용 플라즈마 리액터의 점화전극을 도시한 도면이다.
도 9은 배기용 플라즈마 리액터용 마그네틱 코어 어셈블리의 도면이다.
도 10은 마그네틱 코어의 조합을 도시한 도면이다.
도 11은 배기용 플라즈마 리액터의 1차 권선홀을 도시한 도면이다.
도 12 내지 도 15는 1차 권선이 권선되는 다양한 실시예를 도시한 도면이다.1 is a schematic diagram showing an exhaust gas purification system.
2 is a side view showing a plasma reactor for exhaust.
3 is an exploded perspective view illustrating a plasma reactor for exhaust.
4 is a plan view of a plasma reactor for exhaust including a plurality of plasma discharge tubes.
5 to 6 are views of a plasma reactor for exhaust including a steam injection port.
7 to 8 are views illustrating ignition electrodes of a plasma reactor for exhaust.
9 is a view of a magnetic core assembly for a plasma reactor for exhaust.
10 is a diagram illustrating a combination of magnetic cores.
11 is a view showing a primary winding hole of a plasma reactor for exhaust.
12 to 15 are views illustrating various embodiments in which the primary winding is wound.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. This example is provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the shape of elements in the drawings may be exaggerated to emphasize a clearer description. It should be noted that the same configuration in each drawing is sometimes illustrated with the same reference numerals. Detailed descriptions of well-known functions and configurations determined to unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 배기가스 정화시스템에 대하여 설명한다.Hereinafter, an exhaust gas purification system will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 배기가스 정화시스템을 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing an exhaust gas purification system.

반도체 및 디스플레이 공정을 위한 공정챔버(10)는 후단에 배기라인(12) 및 펌프(16)가 연결되어 있다. 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. 먼저, 에칭(etching) 공정에서는 주로 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 실리콘 니트라이드(silicon nitride) 및 폴리 크리스탈린 실시콘(polycrystalline silicon)을 에칭하는데 사용되는 CF 4 , SF 6 , CHF 3 , C 2 F 6 , SiF 4 , F 2 , HF, NF 3 등의 플루오린 가스(fluorine gas)들과, 알루미늄과 실리콘을 에칭하는데 사용되는 Cl 2 , HCl, BCl 3 , SiCL 4 , CCl 4 , CHCl 3 등의 클로라인 가스(chlorine gas)들과, 트렌치에칭(trench-etch) 또는 Cl 2 와 함께 알루미늄의 에칭공정에 사용되는 HBr, Br 2 등의 브로마인 가스(bromine gas)들이 있고, 다음 화학증착(CVD, Chemical Vapor Deposition)공정에서는 흔히 Silane, N 2 및 NH 3 가 챔버내에 투입되어 사용된다. 특히 PECVD 공정에서는 챔버 내를 세정하기 위해 PFC 또는 ClF 3 가 사용되며 이 때 SiF 4 를 생성할 수 있다. 이러한 가스들은 유독성, 부식성, 산화성이 강하여 그대로 배출될 경우에는 인체, 지구 환경은 물론 생산설비 자체에도 많은 문제점을 일으킬 염려가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배기가스 정화시스템에 따르면, 특히 유해한 PFCs(perfluorocompounds)계열의 가스를 펌프(16)를 통하여 바로 배출하는 것이 아니라 배기용 플라즈마 리액터(14)로 유해한 가스를 분해한 후 배기시킨다. 도시된 바와 같이 배기용 플라즈마 리액터(14)로 처리가 되지 못한 가스 예를 들어, 부생성물(by-product), 불용성 가스, 발화성 가스등이 있을 시에 2차적으로 배출가스를 분해하기 위한 스크러버(18)를 사용할 수 있다. 스크러버(18)는 습식 또는 건식 또는 연소식과 건식의 조합으로 이루어진 스크러버가 가능하다. 배기용 플라즈마 리액터(14)와 스크러버(18)는 각각 사용될 수 있으며 이들의 조합으로 시스템을 구성할 수 있다. 이들의 조합으로 구성될 시에는 배기펌프단 전단에 위치한 배기용 플라즈마 리액터(14)의 수리 및 고장시 스크러버(18)를 통하여 유해가스를 분해할 수 있으므로, 공정 챔버(10)의 반도체 및 디스플레이 공정이 배기용 플라즈마 리액터(14)의 고장여부와 상관없이 진행될 수 있는 장점이 있다.An exhaust line 12 and a pump 16 are connected to the rear end of the process chamber 10 for semiconductor and display processes. In the manufacture of various semiconductor devices or the production of liquid crystals, which have been developed rapidly in recent years, the gas emitted after use is toxic or flammable, so it has a large effect on the human body and also has a great effect on global warming. need to do The gas used in the recent semiconductor device manufacturing process is as follows. First, in the etching process, CF 4 , SF 6 , CHF 3 , C 2 F mainly used to etch silicon oxide, silicon nitride and polycrystalline silicon. 6 , SiF 4 , F 2 , HF, NF 3 fluorine gases such as, Cl 2 , HCl, BCl 3 , SiCL 4 , CCl 4 , CHCl 3 used to etch aluminum and silicon, etc. Chlorine gases and bromine gases such as HBr and Br 2 used in the etching process of aluminum together with trench-etch or Cl 2 are followed by chemical vapor deposition (CVD). In the , Chemical Vapor Deposition) process, Silane, N 2 and NH 3 are often introduced into the chamber and used. In particular, in the PECVD process, PFC or ClF 3 is used to clean the chamber, and SiF 4 can be generated at this time. These gases are highly toxic, corrosive, and oxidizing, and when released as they are, there is a concern that many problems may arise not only in the human body, the global environment, but also in the production facility itself. Therefore, according to the exhaust gas purification system according to the present invention, the harmful gas is not discharged directly through the pump 16, but the harmful gas is decomposed by the plasma reactor 14 for exhaust, and then exhausted. . As shown, a scrubber 18 for secondary decomposition of exhaust gas when there is a gas that has not been processed by the plasma reactor 14 for exhaust, for example, by-product, insoluble gas, ignitable gas, etc. ) can be used. The scrubber 18 may be a scrubber composed of a wet or dry type, or a combination of a combustion type and a dry type. The plasma reactor 14 and the scrubber 18 for exhaust may be used respectively, and a combination thereof may constitute a system. In the case of a combination of these, harmful gases can be decomposed through the scrubber 18 in the event of repair or failure of the plasma reactor 14 for exhaust located at the front end of the exhaust pump stage, so that the semiconductor and display process of the process chamber 10 There is an advantage that can proceed regardless of whether the plasma reactor 14 for exhaust is faulty.

도 2는 배기용 플라즈마 리액터를 도시한 측면도이고, 도 3은 배기용 플라즈마 리액터를 도시한 분해 사시도이다.2 is a side view illustrating a plasma reactor for exhaust, and FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a plasma reactor for exhaust.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 배기용 플라즈마 리액터(14)는, 가스입구(20) 및 가스출구(32)를 통하여 공정부산물인 가스가 유입 및 유출된다. 가스입구(20)를 통하여 유입된 가스는 제1 바디(22), 다수의 마그네틱 코어(28)가 장착된 다수의 플라즈마 방전관(26)이 포함되는 제2 바디(27)를 거쳐 가스출구(32)를 통과하며 분해된다. 가스입구(20) 및 가스출구(32)는 도시하지는 않았으나 배기라인에 연결되며 재질은 SUS를 사용한다. 제1 바디(22), 다수의 마그네틱 코어(28)가 장착된 다수의 플라즈마 방전관(26)이 포함되는 제2 바디(27)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어져 있다. 플라즈마 방전관(26)은 육면체형상 내부에 원통형의 플라즈마 방전채널이 형성되는 관이 포함된다. 제2 바디(27)는 다수의 플라즈마 방전관(26)이 잇닿아 하부의 홀과 연결되도록 형성된다. 따라서, 제2 바디(27)는 플라즈마 방전관(26)은 부착되어 돌출된 형상을 갖는다. 플라즈마 방전관(26)은 전기적으로 아래는 접지되어 있고, 플라즈마 방전관(26)이 제1 바디(22) 하부와 닫는 부분은 전기적으로 절연되어 있다. 이러한 이유는 가스가 들어오는 입구에서 가스를 먼저 분해하여 분해효율을 높이고 내려오는 것이 바람직하다. 마그네틱코어(28)는 배기용 플라즈마 리액터(14)에 플라즈마 방전을 일으키기 위한 것으로, 다량의 배기가스량을 처리하기 위하여 구성된 다수의 플라즈마 방전관(26)의 주변을 따라 장착된다. 클램핑부(30)는 다수의 마그네틱코어(28)를 포함한다.As shown in FIGS. 2 and 3 , in the plasma reactor 14 for exhaust, gas, which is a process by-product, flows in and out through the gas inlet 20 and the gas outlet 32 . The gas introduced through the gas inlet 20 passes through the second body 27 including the first body 22 and the plurality of plasma discharge tubes 26 on which the plurality of magnetic cores 28 are mounted, and the gas outlet 32 ) and is decomposed. Although not shown, the gas inlet 20 and the gas outlet 32 are connected to the exhaust line and the material is SUS. The first body 22 and the second body 27 including the plurality of plasma discharge tubes 26 to which the plurality of magnetic cores 28 are mounted are made of aluminum or an aluminum alloy. The plasma discharge tube 26 includes a tube in which a cylindrical plasma discharge channel is formed inside a hexahedron. The second body 27 is formed such that a plurality of plasma discharge tubes 26 are connected to each other and are connected to the lower hole. Accordingly, the second body 27 has a protruding shape to which the plasma discharge tube 26 is attached. The plasma discharge tube 26 is electrically grounded below, and the plasma discharge tube 26 is electrically insulated from the lower portion of the first body 22 and the closing portion. For this reason, it is preferable to first decompose the gas at the inlet where the gas enters to increase the decomposition efficiency and come down. The magnetic core 28 is for generating plasma discharge in the plasma reactor 14 for exhaust, and is mounted along the periphery of a plurality of plasma discharge tubes 26 configured to treat a large amount of exhaust gas. The clamping part 30 includes a plurality of magnetic cores 28 .

마그네틱코어(28)를 포함한 클램핑부(30)와 제1 및 제 2 바디(22,27)를 결합하기 위한 인렛서포트부(24)가 더욱 포함이 된다. 인렛서포트부(24)는 제1 바디(22)의 하부에 위치한다. 인렛서포트부(24)를 통하여 제1 및 제 2 바디(22,27)를 결합하는 과정은 다음과 같다. 먼저 마그네틱코어(28)가 포함된 클램핑부(30)를 제2 바디(27)의 플라즈마 방전관(26) 상부에 안착시킨다. 다음으로 제1 바디(22)를 상부에 위치시키고 인렛서포트부(24)를 삽입하여 클램핑부(30)로 체결된 마그네틱코어(28)와 제1 바디(22)를 도킹한다. 도킹된 제1 바디(22)상부에 볼트를 삽입하고 조이게 되면 마그네틱코어(28)를 포함한 클램핑부(30)가 인렛서포트(24)로 상승하며 제1 바디(22)와 결합된다. The clamping part 30 including the magnetic core 28 and the inlet support part 24 for coupling the first and second bodies 22 and 27 are further included. The inlet support part 24 is located below the first body 22 . The process of coupling the first and second bodies 22 and 27 through the inlet support unit 24 is as follows. First, the clamping part 30 including the magnetic core 28 is seated on the plasma discharge tube 26 of the second body 27 . Next, the magnetic core 28 and the first body 22 fastened by the clamping part 30 are docked by placing the first body 22 on the upper part and inserting the inlet support part 24 . When the bolt is inserted and tightened in the upper part of the docked first body 22 , the clamping part 30 including the magnetic core 28 rises to the inlet support 24 and is coupled to the first body 22 .

도 4는 다수의 플라즈마 방전관이 포함된 배기용 플라즈마 리액터의 평면도이다. 4 is a plan view of a plasma reactor for exhaust including a plurality of plasma discharge tubes.

가스입구(20) 및 가스출구(미도시)의 구경은 플라즈마 방전관(26)의 구경과 동일하다. 플라즈마 방전관(26)의 수가 다수일 시에는 다수의 구경을 합한 구경과 가스입구(20) 및 가스출구(미도시)의 구경이 동일하다. 따라서 배기가스 처리의 양 또는 처리 속도에 따라 달라지는 플라즈마 방전관(26)의 수에 관계없이 그 구경의 합은 가스입구(20) 및 가스출구(미도시)의 구경이 동일하다. 이는 공정챔버(10)와 배기용 플라즈마 리액터(14)가 동일한 펌프(16)와 연결되어 있으므로 공정시 배기용 플라즈마 리액터(14)로 인한 유속의 변화로 진공상태의 변화가 일어나지 않도록 진행하기 위함이다. The diameter of the gas inlet 20 and the gas outlet (not shown) is the same as that of the plasma discharge tube 26 . When the number of plasma discharge tubes 26 is a plurality, the diameter of the sum of the plurality of diameters is the same as that of the gas inlet 20 and the gas outlet (not shown). Accordingly, the sum of the diameters of the plasma discharge tubes 26 is the same as that of the gas inlet 20 and the gas outlet (not shown) regardless of the number of plasma discharge tubes 26 that vary depending on the amount of exhaust gas treatment or the treatment speed. This is because the process chamber 10 and the plasma reactor 14 for exhaust are connected to the same pump 16, so that the change in the vacuum state does not occur due to the change in flow rate due to the plasma reactor 14 for exhaust during the process. .

도 5내지 도 6은 증기분사구가 포함된 배기용 플라즈마 리액터의 도면이다.5 to 6 are views of a plasma reactor for exhaust including a steam injection port.

배기용 플라즈마 리액터에 사용되는 물라인은 배기용 플라즈마 리액터가 반응시 높아지는 온도를 제어하기 위한 PCW(process cooling water)라인과 배기가스 분해를 위한 수증기를 공급하는 기화라인 두 가지가 있다. 도시된 바와 같은 기화기(미도시)로부터 기화라인(36)을 통하여 공급되는 수증기는 수증기 분사홀(34)로 분사되어 가스입구(20)를 통하여 들어오는 공정부산가스와 만나 분해된다. 분해되는 원리는 일반적인 습식 가스 스크러버와 유사하며, 가스 해리 에너지는 본 발명에 따른 배기용 플라즈마 리액터를 통하여 일어나게 된다. 수증기 분사홀(34)은 도시된 바와 같이 다수의 홀로 구성되는데, 가스입구(20)를 중심으로 일측과 타측에 구성되어 균형있게 플라즈마 방전관(26)으로 유입될 수 있도록 한다. 플라즈마 방전관(26)의 수나 구경사이즈에 따라 수증기 분사홀(24)의 위치는 변할 수 있다. 그런데, 기화기로부터 기화라인(36)을 통하여 유입되는 수증기는 수증기 분사홀(34)과 직선으로 연결되어 있지 않다. 이는 유입 가스의 유속을 느리게 유도하여 플라즈마 방전관(26)으로 유니폼하게 수증기가 분사되도록 도 6에 도시된 바와 같이, 'ㄱ'자 형상으로 굽어지거나, 최소한 1회 이상의 유속조절구간을 둔다.There are two water lines used in the exhaust plasma reactor: a PCW (process cooling water) line for controlling the temperature that rises when the exhaust plasma reactor reacts, and a vaporization line for supplying water vapor for exhaust gas decomposition. Water vapor supplied through the vaporization line 36 from the vaporizer (not shown) as shown is sprayed into the vapor injection hole 34 and meets and decomposes with the process by-product gas entering through the gas inlet 20 . The decomposition principle is similar to that of a general wet gas scrubber, and gas dissociation energy is generated through the plasma reactor for exhaust according to the present invention. As shown, the water vapor injection hole 34 is composed of a plurality of holes, and is configured on one side and the other side with the gas inlet 20 as the center so that it can be introduced into the plasma discharge tube 26 in a balanced manner. The position of the water vapor injection hole 24 may be changed according to the number or diameter size of the plasma discharge tubes 26 . However, the water vapor introduced from the vaporizer through the vaporization line 36 is not connected to the vapor injection hole 34 in a straight line. As shown in FIG. 6, it is bent in a 'L' shape, or at least one flow rate control section is provided so that the steam is uniformly sprayed to the plasma discharge tube 26 by slowing the flow rate of the inflow gas.

도 7내지 도 8은 배기용 플라즈마 리액터의 점화전극을 도시한 도면이다.7 to 8 are views illustrating ignition electrodes of a plasma reactor for exhaust.

도시된 바와 같이, 제1 바디(22)는 내부에 유입되는 가스입구(20)를 통하여 들어오는 공정부산물가스를 점화하기 위한 점화전극부(40)가 포함된다. 점화전극부(40)는 가스입구(20)의 일측과 타측에 전기적으로 병렬로 연결되어 일측 또는 타측의 전극 점화에 문제가 생기더라도 점화가 될 수 있다. 도면에는 2개의 점화전극부(40)가 도시되어 있으나, 다수의 전극이 병렬로 연결로 되어 공정챔버로부터 배기되는 공정부산물가스를 항상 점화할 수 있도록한다. 배기되는 공정부산물가스량에 따라 또는 조건에 따라 모든 점화전극부(40)를 켜 플라즈마방전을 일으킬 수도 있다. 제1 바디(22) 내부의 플라즈마 방전관(미도시)과 연결된 천장부는 도시된 바와 같이 돔형상의 구조를 갖는다. 이는 점화전극부(40)를 위치시킬 수 있고, 가스가 고르게 분배될 수 있도록 분배효율을 극대화한 구조이다. 또한, 점화전극부(40)는 플라즈마 방전실과 각도를 갖는 관(42)으로 연결된다. 점화전극부(40)의 하부에는 중공영역(41)이 포함된다. 중공영역(41)은 유입된 가스가 머물면서 플라즈마가 상시 떠 있을 수 있도록 한다. 관(42)은 직선 또는 각도를 갖도록 형성되어 유체의 흐름을 조절할 수도 있고, 파티클이 덜 형성되어 가스점화가 더욱 잘 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 관(42)에 미세홀을 다수개 형성시켜 상기와 같은 기술적 효과를 유도할 수 도 있다.As shown, the first body 22 includes an ignition electrode unit 40 for igniting the process by-product gas that enters through the gas inlet 20 introduced therein. The ignition electrode unit 40 is electrically connected to one side and the other side of the gas inlet 20 in parallel, so that ignition can occur even if there is a problem in the ignition of one or the other side of the electrode. Although two ignition electrode units 40 are shown in the drawing, a plurality of electrodes are connected in parallel to always ignite the process by-product gas exhausted from the process chamber. Plasma discharge may be caused by turning on all the ignition electrode units 40 according to the amount of exhausted process by-product gas or conditions. The ceiling portion connected to the plasma discharge tube (not shown) inside the first body 22 has a dome-shaped structure as shown. This has a structure in which the ignition electrode part 40 can be positioned and distribution efficiency is maximized so that the gas can be evenly distributed. In addition, the ignition electrode unit 40 is connected to the plasma discharge chamber and the tube 42 having an angle. A hollow region 41 is included under the ignition electrode part 40 . The hollow region 41 allows the plasma to always float while the introduced gas stays there. The tube 42 may be formed to have a straight line or an angle to control the flow of the fluid, and less particles are formed so that gas ignition can be performed better. In addition, by forming a plurality of micro-holes in the tube 42, it is possible to induce the above technical effect.

점화전극(43)은 유전체 플레이트의 상부에 설치되어 플라즈마 챔버의 플라즈마 방전관으로 기전력을 전달한다. 점화전극(43)은 알루미늄으로 구성될 수 있는데 다른 대안의 금속 물질로 제작하는 것도 가능하다. 점화전극(43)은 일차권선(미도시)으로 전력을 공급하는 전원 공급원에 함께 연결될 수도 있고, 별도의 전원을 연결할 수 있다. 유전체 플레이트는 제1 절연 플레이트(45)와 제2 절연 플레이트(47)로 나뉘며 플라즈마 챔버의 개구된 영역에 설치된다. 도시된 바와 같이, 제1 절연 플레이트(45)는 편평한 형상이며, 제2 절연 플레이트(47)는 점화전극(43)을 지지하기 위한 것으로 점화전극(43)의 양측에 구성된다. 각각의 제1 및 제 2 절연 플레이트(45,47)에 제1, 2 실링부재(53,55)가 구비된다. 제1 실링부재(53)는 플라즈마 방전 시 플라즈마 가스가 반응기 몸체 내에서 점화전극(43)으로 유입되는 것을 방지한다. 또한 공정 진행 중 공정 챔버로부터 역류(backstream)되는 플라즈마에 의해 파티클(particle)이 형성되는 것을 방지한다. 제2 실링부재(55)는 플라즈마 방전관 내에서 발생된 플라즈마가 점화전극(43)으로 유입되는 것을 방지한다. 제1, 2 실링부재(53,55)는 O링을 사용한다. The ignition electrode 43 is installed on the dielectric plate to transmit electromotive force to the plasma discharge tube of the plasma chamber. The ignition electrode 43 may be made of aluminum, but it is also possible to fabricate another alternative metal material. The ignition electrode 43 may be connected together to a power supply supplying power through a primary winding (not shown), or a separate power source may be connected. The dielectric plate is divided into a first insulating plate 45 and a second insulating plate 47 and is installed in the open region of the plasma chamber. As shown, the first insulating plate 45 has a flat shape, and the second insulating plate 47 is for supporting the ignition electrode 43 and is configured on both sides of the ignition electrode 43 . First and second sealing members 53 and 55 are provided on each of the first and second insulating plates 45 and 47 . The first sealing member 53 prevents the plasma gas from flowing into the ignition electrode 43 in the reactor body during plasma discharge. In addition, the formation of particles by plasma flowing backstream from the process chamber during the process is prevented. The second sealing member 55 prevents the plasma generated in the plasma discharge tube from flowing into the ignition electrode 43 . The first and second sealing members 53 and 55 use O-rings.

도 9은 배기용 플라즈마 리액터용 마그네틱 코어 어셈블리의 도면이다.9 is a view of a magnetic core assembly for a plasma reactor for exhaust.

도시된 바와 같이, 마그네틱 코어 어셈블리는 클램핑부(30)와 클램핑부(30)에 구속된 다수의 마그네틱코어(28)를 포함한다. 클램핑부(30)는 마그네틱코어(28)의 일부를 감싸는 형상을 갖는다. 배기용 플라즈마 리액터에 배기가스를 처리하기 위한 플라즈마가 형성되면, 플라즈마 방전관 및 플라즈마 방전관을 둘러싼 마그네틱코어(28)의 온도가 올라가게 된다. 따라서 클램핑부(30)는 다수의 마그네틱코어(28)를 감싸는 역할로 제한하고, 클램핑부(30)로 인한 마그네틱코어(28)의 온도가 올라가는 것을 최대한 막기 위하여 도시된 바와 같이 대면적의 개구부를 두는 것이 바람직하다. 클램핑부(30)의 재질은 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하며, 석영 또는 다이일렉트릭 물질은 모두 가능하다.As shown, the magnetic core assembly includes a clamping portion 30 and a plurality of magnetic cores 28 constrained to the clamping portion 30 . The clamping part 30 has a shape surrounding a part of the magnetic core 28 . When plasma for treating exhaust gas is formed in the plasma reactor for exhaust, the temperature of the plasma discharge tube and the magnetic core 28 surrounding the plasma discharge tube is increased. Therefore, the clamping part 30 is limited to the role of enclosing the plurality of magnetic cores 28, and in order to prevent the temperature of the magnetic core 28 from rising due to the clamping part 30 as much as possible, a large-area opening is formed as shown. It is preferable to put The material of the clamping part 30 is preferably aluminum or an aluminum alloy, and quartz or a dielectric material may be used.

도 10은 마그네틱 코어의 조합을 도시한 도면이다.10 is a diagram illustrating a combination of magnetic cores.

마그네틱코어(28)는 ‘ㄷ’자 형상을 갖으며, 두 개가 결합되어 플라즈마 방전관을 둘러싸도록 구성된다. ‘ㄷ‘자 형상의 마그네틱코어(28)는 도시된 바와 같이, 다시 막대형의 자석으로 나뉜다. 막대형 자석은 각각 본딩되어 마그네틱코어(28)를 구성한다. The magnetic core 28 has a 'C' shape, and two are combined to surround the plasma discharge tube. As shown, the 'C'-shaped magnetic core 28 is again divided into a bar-shaped magnet. Each of the rod-shaped magnets is bonded to constitute the magnetic core 28 .

도 11은 배기용 플라즈마 리액터의 1차 권선홀을 도시한 도면이다. 11 is a view showing a primary winding hole of a plasma reactor for exhaust.

다수의 플라즈마 방전관(26)은 직육면체 구조물의 내부에 원형의 아이튜브형태의 원통형 관으로 구성되어 있다. 이러한 플라즈마 방전관(26) 내부에 플라즈마가 형성되는데, 원리는 다음과 같다. 플라즈마 방전관(26)에 플라즈마 발생을 위한 기전력이 전달되도록 도시되지는 않았으나 마그네틱 코어와 일차권선이 장착된다. 일차권선은 도 11에 도시된 바와 같이 1차 권선홀(44)을 통과하여 감기도록 한다. 일차 권선은 무선주파수를 발생시키는 전원공급원과 전기적으로 연결된다. 일차 권선에 구동되는 전류는 토로이달형의 원격 유도 결합 플라즈마를 형성하는 플라즈마 방전관(26)의 내측에 전류를 유도하여 결과적으로 플라즈마 방전관(26) 내측이 이차 권선이 된다. 1차 권선홀(44)은 도시된 바와 같이 삼각형상이거나, 왜곡된 삼각형상 또는 원형 또는 사각형 등으로 1차권선을 감는 회수나 전기적으로 연결되는 상태에 따라 그 형상이 변형될 수 있다.The plurality of plasma discharge tubes 26 are composed of a cylindrical tube in the form of a circular eye tube inside the rectangular parallelepiped structure. Plasma is formed inside the plasma discharge tube 26, and the principle is as follows. Although not shown, a magnetic core and a primary winding are mounted so that an electromotive force for plasma generation is transmitted to the plasma discharge tube 26 . The primary winding is wound through the primary winding hole 44 as shown in FIG. 11 . The primary winding is electrically connected to a power supply that generates a radio frequency. The current driven in the primary winding induces a current inside the plasma discharge tube 26 to form a toroidal remote inductively coupled plasma, and consequently the inside of the plasma discharge tube 26 becomes a secondary winding. The shape of the primary winding hole 44 may be changed according to the number of times the primary winding is wound in a triangular shape, a distorted triangular shape, a circle or a square shape, or the like, as shown in the figure, or the state of being electrically connected.

도 12 내지 도 15는 1차 권선이 권선되는 다양한 실시예를 도시한 도면이다.12 to 15 are views illustrating various embodiments in which the primary winding is wound.

플라즈마 방전관(26)에 1차 권선(46)을 감는 방법은 다수의 플라즈마 방전관(26)의 1차 권선홀(44)을 따라 1회 이상 감는 방법, 또는 직렬로 연결하는 방법, 직렬 및 병렬로 혼합하여 연결하는 방법, 또는 다수의 전원공급원에 1차 권선(46)을 연결하는 방법, 병렬로 연결한 다음 각각의 플라즈마 방전관(26)에 인가되는 전원을 균일하게 유지시키도록 정류회로를 넣는 방법 등이 가능하다. 도시된 바와 같이 서로 이웃하는 플라즈마 방전관(26)의 자기장은 방향이 반대이다.The method of winding the primary winding 46 around the plasma discharge tube 26 is a method of winding one or more times along the primary winding holes 44 of the plurality of plasma discharge tubes 26, or a method of connecting in series, in series and in parallel. A method of mixing and connecting, a method of connecting the primary winding 46 to a plurality of power sources, a method of connecting in parallel, and then a method of inserting a rectifier circuit to keep the power applied to each plasma discharge tube 26 uniformly etc are possible. As shown, the magnetic fields of the plasma discharge tubes 26 adjacent to each other have opposite directions.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments of the present invention described above are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, it will be understood that the present invention is not limited to the form mentioned in the above detailed description. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims. It is also to be understood that the present invention includes all modifications, equivalents and substitutions falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10 : 공정챔버 12 : 배기라인
14 : 배기용 플라즈마 리액터 16 : 펌프
18 : 스크러버 20: 가스입구
22 : 제1 바디 24 : 인렛서포트부
26 : 플라즈마 방전관 27 : 제2 바디
28 : 마그네틱 코어 30 : 클램핑부
32 : 가스출구 34 : 수증기 분사홀
36 : 기화라인 40 : 점화전극부
42: 가스관 43 : 점화전극
44 : 1차권선 홀 45 : 제1 절연플레이트
46 : 1차권선 47 : 제2 절연플레이트
53 : 제1 실링부재 55 : 제2 실링부재10: process chamber 12: exhaust line
14: plasma reactor for exhaust 16: pump
18: scrubber 20: gas inlet
22: first body 24: inlet support part
26: plasma discharge tube 27: second body
28: magnetic core 30: clamping part
32: gas outlet 34: water vapor injection hole
36: vaporization line 40: ignition electrode part
42: gas pipe 43: ignition electrode
44: primary winding hole 45: first insulating plate
46: primary winding 47: second insulating plate
53: first sealing member 55: second sealing member

Claims (4)

공정부산물 가스로 점화되는 점화부를 포함하는 제1 바디;
상기 제1 바디와 체결되는 가스입구;
상기 제1 바디 하부에 연결되고, 상기 가스입구를 통하여 유입되는 공정부산물 가스가 분해되는 반응이 일어나는 다수의 플라즈마 방전관;
상기 다수의 플라즈마 방전관이 잇닿아 하부의 홀과 연결되도록 형성된 제2 바디;
상기 다수의 플라즈마 방전관을 각각 둘러싸는 마그네틱코어를 포함한 클램핑부; 및
기화기로부터 공급되는 수증기가 상기 가스입구를 통하여 유입되는 상기 공정 부산물 가스와 만날 수 있도록, 상기 제1 바디 외측면에서부터 상기 제1 바디 내측면에 형성되어 수증기 분사홀까지 유로로 형성되는 기화라인;
을 포함하고,
상기 수증기 분사홀은,
상기 제1 바디 내측면에서 상기 가스입구를 중심으로 일측 및 타측에 형성되고,
상기 기화라인은,
상기 수증기가 유입되는 유속을 느리게 유도할 수 있도록 적어도 일부가 절곡되어 형성되는 유속조절구간을를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기용 플라즈마 리액터.a first body including an ignition unit ignited with a process by-product gas;
a gas inlet coupled to the first body;
a plurality of plasma discharge tubes connected to the lower part of the first body and in which a reaction of decomposing a process by-product gas introduced through the gas inlet occurs;
a second body formed such that the plurality of plasma discharge tubes are connected to each other and are connected to the lower hole;
a clamping unit including a magnetic core surrounding each of the plurality of plasma discharge tubes; and
a vaporization line formed from an outer surface of the first body to an inner surface of the first body as a flow path to a water vapor injection hole so that water vapor supplied from a vaporizer can meet the process by-product gas introduced through the gas inlet;
including,
The water vapor injection hole is
It is formed on one side and the other side around the gas inlet on the inner surface of the first body,
The vaporization line is
and a flow rate control section formed by bending at least a part of the steam reactor to slow the flow rate at which the water vapor is introduced. 제1 항에 있어서,
상기 플라즈마 방전관은 육면체형상 내부에 원통형의 플라즈마 방전채널이 형성되는 관을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기용 플라즈마 리액터.The method of claim 1,
The plasma discharge tube is a plasma reactor for exhaust, characterized in that it includes a tube in which a cylindrical plasma discharge channel is formed in a hexahedral shape. 제1 항에 있어서,
상기 플라즈마 방전관은 전기적으로 하부는 접지되고, 상기 제1 바디와 연결되는 상기 플라즈마 방전관 상부는 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 배기용 플라즈마 리액터.The method of claim 1,
The plasma reactor for exhaust, characterized in that the lower portion of the plasma discharge tube is electrically grounded, and the upper portion of the plasma discharge tube connected to the first body is electrically insulated. 제1 항에 있어서,
상기 마그네틱코어를 포함한 클램핑부와 상기 제1 바디의 사이에 삽입되어 상기 플라즈마 방전관, 상기 마그네틱코어를 포함한 클램핑부, 및 상기 제1 바디를 체결시키는 인렛서포트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기용 플라즈마 리액터.The method of claim 1,
Plasma reactor for exhaust, which is inserted between the clamping part including the magnetic core and the first body and includes an inlet support part for fastening the plasma discharge tube, the clamping part including the magnetic core, and the first body. .
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