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KR100454085B1 - Emission Control Method of Perfluorocompound Gases using Microwave Plasma Torch - Google Patents

Emission Control Method of Perfluorocompound Gases using Microwave Plasma Torch Download PDF

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KR100454085B1
KR100454085B1 KR10-2001-0058109A KR20010058109A KR100454085B1 KR 100454085 B1 KR100454085 B1 KR 100454085B1 KR 20010058109 A KR20010058109 A KR 20010058109A KR 100454085 B1 KR100454085 B1 KR 100454085B1
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홍용철
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엄환섭
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Abstract

개시된 본 발명은 반도체 공정에서 사용되는 불화탄소 가스를 파괴하여, 사용 후 배출되는 가스에 산소나 공기를 적절히 혼합시켜 더욱 효율적으로 불화탄소 가스를 제거할 수 있도록 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어방법에 관한 것으로서, 전자파 에너지를 유입하여 전장으로 변환하고 폐기가스가 이 전장에 노출되게 하여 폐기가스 속에 섞여있는 오염물질을 제거하는 방법에 있어서, (a) 방전관을 통하여 폐기 가스를 유입시키는 과정; (b) 마그네트론에서 나온 전자파가 점진적으로 작아지는 도파관을 통과하면서 도파관 끝단으로 전파하고 다시 방전관으로 반사시켜 방전관으로부터 최대의 전장이 유도되도록 하는 과정; (c) 점화장치를 이용하여 방전관에 1기압 플라즈마를 발생시켜 폐기 가스 분자들을 분리시키는 과정; 및 (d) 상기 분리된 폐기 가스 분자에 반응가스를 첨가시켜 폐기가스 속의 오염물질을 산화하고 재결합시켜 오염물질을 파괴시키는 과정으로 이루어진다.The present invention discloses a fluorocarbon gas using an electromagnetic plasma torch that destroys the fluorocarbon gas used in a semiconductor process to remove the fluorocarbon gas more efficiently by appropriately mixing oxygen or air with the gas discharged after use. A method of controlling emission, comprising: converting electromagnetic energy into an electric field and exposing the waste gas to the electric field to remove contaminants mixed in the waste gas. process; (b) propagating the electromagnetic wave from the magnetron to the waveguide end while gradually passing down the waveguide and reflecting it back to the discharge tube to induce the maximum electric field from the discharge tube; (c) separating the waste gas molecules by generating 1 atmosphere of plasma in a discharge tube using an ignition device; And (d) adding a reaction gas to the separated waste gas molecules to oxidize and recombine the contaminants in the waste gas and destroy the contaminants.

Description

전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어방법{Emission Control Method of Perfluorocompound Gases using Microwave Plasma Torch}Emission Control Method of Perfluorocompound Gases using Microwave Plasma Torch}

본 발명은 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어방법에 관한 것이다.특히, 반도체 공정에서 사용되는 불화탄소 가스를 파괴하여, 사용 후 배출되는 가스에 산소나 공기를 적절히 혼합시켜 더욱 효율적으로 불화탄소 가스를 제거할 수 있도록 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling emission of carbon fluoride gas using an electromagnetic plasma torch. Particularly, fluorine carbon fluoride gas used in a semiconductor process is destroyed, and oxygen or air is properly mixed with the gas discharged after use to fluorine more efficiently. A method of controlling emission of carbon fluoride gas using an electromagnetic plasma torch capable of removing carbon gas.

지구 온난화의 주범 중의 하나가 첨단산업체에서 사용되고 있는 산업기체이다. 그 대표적인 가스가 불화탄소 계열 가스이다. 예를 들어, CF4가스는 한번 대기로 방출되면 오랜 세월동안 대기에 존재하면서 지표면에서 방출되어야 할 적외선을 차단하여 지표의 대기온도가 높아지도록 하는 역할을 하게 된다. 그래서, 산업체에서 사용되고 있는 불화탄소 계열 가스를 대기로 방출하기 전에 완전히 파괴하여 배출하여야 하는 국제적 규제가 강화되고 있다. 이러한 맥락에서, 불화탄소 계열 가스를 파괴하고자 하는 연구가 여러 방면에서 진행되고 있었다. 그 중에 하나가 플라즈마를 이용하여 이 분자들을 이온화시키고 무해한 다른 분자로 만들어 배출하려는 노력이었다. 종전의 기술은 RF Source를 이용하여 진공 중에서 이러한 분자를 파괴하는 것이었다. 진공 중에서 이러한 분자를 파괴한다면, 비록 그 방법이 성공한다 하더러도, 진공에서 실시되고 있는 반도체 공정 Line과 함께 부착되어야 하는데, 이로 인하여 이 RF장비가 다른 반도체 공정장비의 원만한 작동을 저해하거나 때론 완전히 마비시킬 수도 있다는 문제점이 있다.그래서, 반도체 공정 Line과는 무관하게 진공상태가 아닌 1기압 상태에서 제거작업을 할 수 있는 장치를 요구하기에 이르렀다.One of the main culprit of global warming is the industrial gas used by high-tech industries. The representative gas is a fluorocarbon series gas. For example, CF 4 gas, once released into the atmosphere, serves to increase the atmospheric temperature of the surface by blocking the infrared radiation that must be emitted from the surface while remaining in the atmosphere for many years. Thus, international regulations are being tightened to completely destroy and discharge carbon fluoride-based gases used in industry before they are released into the atmosphere. In this context, research has been underway in many ways to destroy fluorocarbon gases. One of them was the effort to ionize these molecules using plasma and turn them into other harmless molecules. Previous techniques have used the RF Source to destroy these molecules in vacuum. If these molecules are destroyed in a vacuum, even if the method succeeds, they must be attached with the semiconductor processing line being carried out in a vacuum, which may cause the RF equipment to interfere with the smooth operation of other semiconductor processing equipment or sometimes to There is a problem of paralysis, which leads to the demand for a device capable of removing at a pressure of 1 atm rather than a vacuum regardless of a semiconductor processing line.

본 발명은 상기와 같은 요구에 응하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 대기 환경오염을 방지하기 위한 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어방법을 제공함에 있다.또한, 본 발명의 다른 목적은 전자파로 플라즈마 토치를 만들고 그 토치를 이용하여 컴퓨터나 반도체 산업 등 첨단산업에서 사용하고 있는 불화탄소 가스들을 파괴하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어방법을 제공함에 있다.또한, 본 발명의 또다른 목적은 첨단산업의 표면세정에 사용되고 있는 불화탄소가스들을 진공에서 파괴할 필요없이 전자파로 플라즈마 토치를 만드는 것은 1기압에서 수행할 수 있으므로, 불화탄소가스를 1기압에서 파괴할 수 있도록 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어방법을 제공함에 있다.The present invention has been made in response to the above demands, and an object of the present invention is to provide a method for controlling emission of carbon fluoride gas using an electromagnetic plasma torch to prevent air pollution. The present invention provides a method of controlling the emission of carbon fluoride gas using an electromagnetic plasma torch that makes a plasma torch using electromagnetic waves and destroys fluorocarbon gases used in high-tech industries such as the computer and semiconductor industries. Another purpose is to make plasma torch with electromagnetic waves at 1 atmosphere without destroying the fluorocarbon gases used for surface cleaning in the high-tech industry in vacuum, so that the fluoride gases can be destroyed at 1 atmosphere. In providing a method of controlling emission of carbon fluoride gas using a plasma torch All.

도 1은 본 발명에 따른 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어장치를 설명하기 위한 블록도,1 is a block diagram illustrating an emission control apparatus for carbon fluoride gas using an electromagnetic plasma torch according to the present invention;

도 2는 전자파 토치 시스템의 단면도,도 3은 도 1에 적용된 토치 반응기의 단면도,2 is a sectional view of an electromagnetic torch system, FIG. 3 is a sectional view of a torch reactor applied to FIG.

도 4는 토치 반응기를 통과한 불화탄소 (CF4) 량을 적외선 분광 측정기 (FT-IR)를 이용하여 측정한 결과를 나타낸 그래프,4 is a graph showing the results of measuring the amount of fluorocarbon (CF 4 ) passing through the torch reactor using an infrared spectrometer (FT-IR),

도 5는 전자파 플라즈마 발생전과 후의 배출가스 성분을 질량 분석기 (QMS)를 이용하여 측정한 결과를 나타낸 그래프,5 is a graph showing the results of measuring the exhaust gas components before and after the generation of electromagnetic plasma using a mass spectrometer (QMS),

도 6은 배출가스의 질량 분석기 측정 결과 그래프이다.Figure 6 is a graph of the mass spectrometer measurement results of the exhaust gas.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 전자파 에너지를 유입하여 전장으로 변환하고 폐기가스가 이 전장에 노출되게 하여 폐기가스 속에 섞여있는 오염물질을 제거하는 방법에 있어서, (a) 방전관을 통하여 폐기 가스를 유입시키는 과정; (b) 마그네트론에서 나온 전자파가 점진적으로 작아지는 도파관을 통과하면서 도파관 끝단으로 전파하고 다시 방전관으로 반사시켜 방전관으로부터 최대의 전장이 유도되도록 하는 과정; (c) 점화장치를 이용하여 방전관에 1기압 플라즈마를 발생시켜 폐기 가스 분자들을 분리시키는 과정; 및 (d) 상기 분리된 폐기 가스 분자에 반응가스를 첨가시켜 폐기가스 속의 오염물질을 산화하고 재결합시켜 오염물질을 파괴시키는 과정으로 이루어진다.이하, 첨부한 도면을 참조하여 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어방법에 대해 설명하면 다음과 같다.도 1은 본 발명에 따른 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어장치를 설명하기 위한 블록도이다.첨부 도면 도 1에 도시된 바와같이, 석영 또는 세라믹 같은 절연체로 만들어져 있으며, 와류가스(30)에 의해 토치 불꽃을 안정화시키고, 폐기가스입구(16)로부터 유입되는 유입가스로부터 오염물질을 산화시키는 방전관(12)과, 상기 방전관(12) 내에 전극이 삽입되어 상기 방전관(12)에 플라즈마를 발생시키기 위한 점화장치(14)와, 전파전위(lateral spread response) 배가 회로로 구성된 전원공급장치(24)와, 상기 전원공급장치(24)로부터 전원을 공급받아 전자파를 발생시키는 마그네트론(22)과, 상기 마그네트론(22)을 냉각시키는 냉각장치(26)와, 상기 마그네트론(22)에서 발생되는 전자파를 상기 방전관(12)으로 전달하는 도파관(18-c), 3-스터브 튜닝장치(20), 도파관(18-b)과, 상기 방전관(12)으로부터 나오는 전자파를 다시 방전관(12)으로 반사시키는 도파관(18-a)과, 가스 출구(28)를 통해 출력되는 가스를 포집하는 포집챔버(32)와, 상기 포집챔버(32)에 포집된 가스를 분석하는 측정 장비 시스템(34)으로 구성된다.상기와 같이 구성된 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어장치의 작용은 다음과 같다.이제 상세히 도면을 참조하면, 도 1의 중요한 발명은 참조 숫자 10으로 표시된 방전 반응기이며, 공정에 사용된 가스(16)가 반응기내에 있는 방전관(12)을 지나게 된다. 방전관(12)은 석영 또는 세라믹 같은 절연체로 만들어져 있다. 전자파 진동수가 2.45 ㎓ 일 때에, 방전관으로 두께가 1.5 mm인 석영관을 쓰면 석영관 지름이 22에서 27mm일 때에 플라즈마 토치가 가장 잘 발생되는 것을 실험적으로 관찰하였다. 이때, 플라즈마 토치 불꽃의 지름이 약 20 mm 이다. 석영관의 내부 직경이 증가해도 불꽃 크기가 증가하지는 않는다. 후에 도 3을 설명할 때에 반응기에 관하여 더 설명을 할 것이다.전파 (Full Wave) 전위 배가 (Voltage Doubling)회로로 구성된 전원공급 장치(24)는 전자파를 발생하는 마그네트론(22)에 전력을 공급하게 된다. 마그네트론(22)의 효율은 온도에 민감하기 때문에, 냉각장치(26)는 적어도 1분에 1000 리터의 공기를 보낼 수 있어야 하며 마그네트론(22)을 충분히 냉각시켜 주어야 한다. 마그네트론(22)에서 발생된 전자파는 도파관(18-c)을 통하여 세 개의 조절장치(Three-Stub tuning Device)(20)를 지나고 다시 도파관(18-b)을 통하여 방전관(12)으로 들어가게 된다. 이 발명에 사용된 마그네트론(22)은 흔히 가정에서 사용하고 있는 전자파 오븐 (Oven)속에 들어있는 2.45 ㎓의 전자파 발진장치이다. 이 발명에 가장 많이 사용되었던 마그네트론(22)은 LG전자의 모델번호 2M257과 대우전자의 모델번호 2M218 그리고 삼성전자의 모델번호 OM75S였다. 방전관(12) 속에 있던 전자파 일부는 도파관(18-a) 전단까지 계속 전파한 다음 반사하여 다시 방전관(12)으로 반사하게 된다. 세 개의 조절장치(20)를 적절히 조절하면 전자파로 유도된 전장이 방전관(12)내에서 가장 강하게 된다. 방전관(12)내에 전극을 삽입하고 있는 점화장치(14)는 방전관(12)에 플라즈마를 발생시키기 위한 장치이다.점화장치(14)와 전자파로 공급된 전력은 반드시 방전관(12)속에 플라즈마 토치 불꽃을 발생한다.유입된 와류 가스(30)는 방전관(12)내에 발생된 토치 불꽃을 안정하게 한다. 방전관(12) 옆으로 유입되는 와류 가스는 방전관(12)내에 소용돌이를 만들고 이로 인하여 토치 불꽃을 안정화할 뿐만 아니라, 섭씨 5천도가 넘는 토치 불꽃에서 방출되는 열로부터 석영으로 만들어진 방전관(12)의 내벽을 보호하기도 한다. 즉, 와류 가스는 방전관(12)을 보호하는 열 차단을 하며 토치 불꽃의 안정화에 중요한 역할을 하게되는 것이다. 유입가스(16)속의 오염물질은 토치 불꽃을 통과해야하며 플라즈마 토치에 접하는 순간 산화되어 버린다. 그래서, 배출가스(28) 속에는 더이상 오염물질인 불화탄소가 남아있지 않게 된다. 두 개의 측정장비(34)를 이용하여 유입가스(16) 속에 들어있던 오염물질의 파괴효율을 측정하고 배출가스(28)속에 섞여 나오는 부산물의 종류를 확인하게 된다. 배출가스(28)를 포집 챔버(32)에 모으고 일부를 측정 장비 시스템(34)에 있는 분석기에 보낸다.도 2는 전자파 토치 시스템의 전체 단면도이다.첨부 도면 도 2에 도시된 바와 같이 방전관을 대표하는 석영관(12)은 이 발명의 핵심부분이며, 도파관(18)의 옆면이 도 2의 그늘진 부분으로 표시되어 있으며 전자파를 가장 효율적으로 방전관(12)에 전달하기 위하여 도파관(18)은 점점 작아지게 설계되어 있다. 방전관(12)의 중심 축은 도파관(18)의 가장 오른쪽 끝에서부터 관내 파장의 4분의 1 거리에 위치하였다.그리고, 도파관(18)에 구비된 세 개의 조절장치(20)의 각 조절기 사이의 거리도 역시 관내 파장의 4분의 1 거리가 되도록 하였다. 세 개의 조절장치(20)의 각 조절기의 깊이를 조절함으로서 전자파의 전력이 방전관(12)에서 가장 크게 할 수 있다. 유연한 강철 튜브인 Bellows(36)는 원통형의 구리 튜브(54)와 포집 챔버(Buffer Chamber)(32)에 연결되어 있다.도 3은 도 1의 참조숫자 10으로 표시된 토치 반응기의 단면도를 본 것이다. 플라즈마 토치 불꽃(60)은 강한 전장이 밀집된 점에 있는 기체의 전기적 절연파괴로 생긴다. 도파관(18)에 장착된 원통 구리튜브(54)는 전자파의 누출을 방지하고 밖으로부터 오는 충격으로부터 방전관을 보호한다. 원통 구리튜브(54)와 석영 방전관(12) 사이의 5 mm 갭은 플라즈마 토치 불꽃에서 방출되는 열로 인한 구리튜브(54)가 손상되는 것을 방지한다. 오염된 폐기가스를 유입시키는 강철 파이프(42)는 폐기가스가 토치 불꽃의 중심으로 들어가도록 유도한다. 강철 파이프(52)를 통하여 방전관(12)의 측면으로 들어온 와류 가스(30)는 방전관(12)내에 소용돌이를 만들고 토치 불꽃(60)을 안정하게 하며 불꽃에서 방출되는 열로부터 방전관(12)을 보호한다. 강철 파이프(52)를 통하여 들어오는 와류 가스(30)는 토치 불꽃(60)과 섞이게 되는 첨가 가스이며, 폐기 가스의 산화가 더욱 잘되게 한다. 첨부 도면 도 3에 약간 어둡게 표시된 것이 방전관(12)을 고정하는 석영 고정체(40)이다. 점화장치(14)는 텅스텐 전극(50)과 세라믹 튜브(44)로 만들어져 있다. 세라믹 튜브(44)는 석영 고정체(40)와 전극 고정체(58)로부터 전극을 절연하고 있다. 점화장치(14)에 있는 Teflon cap(46)은 텅스텐 전극(50)을 제어하고 교체하는데 편리하게 제작되었다. 점화장치(14)의 전선(48)이 텅스텐 전극(50)에 연결되어 있다.불화탄소 가스들은 진공을 필요로 하는 반도체 산업에서 주로 이용되고 있으며 질소가스로 작동하는 진공펌프에 의하여 진공챔버 밖으로 배출된다. 그래서, 불화탄소 가스가 섞여있는 주된 기체는 질소가스이다. 반도체 산업에 이용되는 대표적인 진공펌프는 1분에 불화탄소가스 0.02 리터(20sccm)를 함유하고 있는 질소가스를 5내지 10 리터씩 배출한다. 이 발명에 사용된 불화탄소는 Tetrafluoromethane(CF4) 이다. CF4를 함유한 질소가스를 유입가스로 사용하였으며 전자파 플라즈마 토치가 불화탄소가스를 효율적으로 파괴한다. 도면으로 도시되지 않았으나, Mass-Flow Controller(MFC)를 이용하여 CF4유량을 제어한다. CF4로 오염된 가스가 방전관에 발생된 플라즈마 토치 불꽃을 지난 후에 나오는 배출가스 속에 남아있는 CF4의 함유량을 측정한다. 불화탄소가스 계열 중에서 가장 안전한 오염물이 CF4가스이다. 그래서, CF4만 제거할 수 있다면, 다른 모든 불화탄소가스들을 제거할 수 있는 것이다.CF4오염제거의 실험 결과가 도 4와 5를 통해 도시되어 있다. 도 4는 토치 반응기를 통과한 CF4량을 적외선 분광 측정기 (FT-IR)로 측정하고, 그 측정 결과를 그래프로 표시한 것으로서, 이 실험에 사용된 분광기는 미국 Perkin Elmer회사가 제작한 모델번호 Paragon 1000-pc라는 분광기이다. 수평선에 Wavenumber 1281 cm-1는 CF4를 대표하는 분광선이다. 이 실험에서는 유입가스로 매 분당 20 sccm의 CF4가 5 리터의 질소가스에 섞인 것을 사용하였다. 방전관에 전기방전이 생기지 않으면 CF4가스가 100 퍼센트 통과하는 것을 볼 수 있다. 그러나, 1 킬로와트의 전자파로 플라즈마 토치를 만들면 대부분의 CF4는 파괴된다. 만일 산소를 와류 가스로 첨가하면 CF4가스가 더욱 잘 파괴되는 것을 관찰할 수 있다. 전자파 방전 전과 후의 CF4함량을 질량 분석기로 측정한 데이터가 도 5에 나와있다. 이 실험에 사용된 질량 분석기는 미국 Kurt J. Lester회사가 만든 것으로 모델번호 AccuQuadTMRGA이다.도 5의 수평선의 m/z는 하전입자의 질량의 전하에 대한 비율이다. 배출가스에 가장 많이 함유된 것은 질소와 산소분자이다. 그러나, 가장 관심이 있는 기체는 CF4가스이다. 도 5는 CF4와 그리고 이 가스와 관련이 있는 가스들이다. 가는 선은 전자파 방전 전의 농도이고 두꺼운 선은 전자파 방전 후의 농도이다. 전자파 방전으로 CF4가 파괴될 때마다 그 부산물로 HF가 나오는 것을 질량 분석기를 통하여 관찰할 수 있었다.질량 분석기를 이용한 새로운 실험결과는 도 6에 도시된 그래프를 통해 알 수 있다. 도 6은 이온의 전류를 시간의 함수로 측정한 결과를 그래프로 도시한 것으로서, 도 6의 실험에 사용된 질량 분석기는 독일 Balzers Aktiengesellschaft사가 만든 모델번호 Balzers QME200 이다. 이 질량 분석기는 질량의 전하비가 영 (0)에서부터 200까지 측정할 수 있다. 분당 0.07 리터의 CF4가스가 5 리터의 압축공기와 섞여 있는 것으로 와류가스 없이 유입가스만으로 실험한 것이다. 압축공기는 일반적인 공기로 질소, 산소, 물, 일산화탄소, 이산화탄소 등이 섞여있는 것이다. 도 6은 CF4의 방전 전과 방전 후의 함량을 표시하며 다른 부산물 가스의 함량 변화량도 나타내고 있다. 공기 중에는 실제로 많은 양의 이산화탄소가 있다. 그래서 도 6에 나타난 이산화탄소 곡선은 전자파 방전에 의하여 이산화탄소가 증가한 량을 표시한 것이다. 이 실험에서는 CF4가 적어도 95 퍼센트 이상 파괴되는 것을 볼 수 있었다. 압축공기에 들어있는 일산화탄소, 메탄 그리고 수증기 분자들이 전자파 토치 불꽃 속을 지나가면서, 화학적으로 불안정한 여러 가지 분자들이 나오게 되며, 이것들이 불꽃에서 파괴된 CF4잔해들과 화합하여 이산화탄소, 불화수소 등을 만들게 된다. 도 6은 분명히 CF4분자가 전자파 방전에 의하여 파괴되는 것을 표시하며 방전 중에 이산화탄소나 불화수소를 만들고 있는 것도 보여주고 있다.이 발명은 반도체 산업에서 사용되고 있는 표면 세정가스를 처리하는 것이 주목적이나, 불화탄소 가스들을 파괴하는 것으로 한정된 것은 아니다. 앞에서 언급한 과학적인 자료와 분석을 통하여 얻은 지식으로 이 발명의 구조를 약간 변화하거나 다른 기체를 사용하면 더욱 새로운 것이 나올 수 있다. 이러한 맥락에서 우리는 여러 사항들을 청구항에 포함시킨다.An embodiment of the present invention for achieving the above object is a method for removing contaminants mixed in the waste gas by injecting electromagnetic energy into the electric field to convert the waste gas to the electric field, (a) Introducing waste gas through the gas; (b) propagating the electromagnetic wave from the magnetron to the waveguide end while gradually passing down the waveguide and reflecting it back to the discharge tube to induce the maximum electric field from the discharge tube; (c) separating the waste gas molecules by generating 1 atmosphere of plasma in a discharge tube using an ignition device; And (d) adding a reactive gas to the separated waste gas molecules to oxidize and recombine the contaminants in the waste gas to destroy the contaminants. Hereinafter, carbon fluoride using an electromagnetic plasma torch will be described with reference to the accompanying drawings. A method of controlling the emission of gas is as follows. FIG. 1 is a block diagram illustrating an apparatus for controlling emission of fluorocarbon gas using an electromagnetic plasma torch according to the present invention. As shown in FIG. A discharge tube 12 which is made of an insulator such as quartz or ceramic, which stabilizes the torch flame by the vortex gas 30, and oxidizes contaminants from the inlet gas flowing from the waste gas inlet 16, and the discharge tube 12. The ignition device 14 for generating a plasma in the discharge tube 12 by inserting an electrode therein, and the lateral spread response doubled. A power supply device 24 composed of a circuit, a magnetron 22 that receives power from the power supply device 24 to generate electromagnetic waves, a cooling device 26 that cools the magnetron 22, and the magnetron. The waveguide 18-c, the three-stub tuning device 20, the waveguide 18-b, and the electromagnetic wave emitted from the discharge tube 12 are again transferred to the discharge tube 12. Waveguide 18-a reflecting to discharge tube 12, collection chamber 32 for collecting gas output through gas outlet 28, and measurement equipment for analyzing the gas collected in collection chamber 32 The operation of the emission control apparatus of the fluorocarbon gas using the electromagnetic plasma torch configured as described above is as follows. Referring now to the drawings in detail, the important invention of FIG. Reactor, used in the process 16 is past the discharge tube 12 in the reactor. The discharge tube 12 is made of an insulator such as quartz or ceramic. It was experimentally observed that the plasma torch was best generated when the quartz tube having a thickness of 1.5 mm was used as the discharge tube when the electromagnetic wave frequency was 2.45 kHz. At this time, the diameter of the plasma torch flame is about 20 mm. Increasing the inner diameter of the quartz tube does not increase the flame size. A more detailed description will be made later with reference to the reactor. The power supply device 24, which is composed of a full wave potential doubling circuit, provides power to the magnetron 22 that generates electromagnetic waves. do. Since the efficiency of the magnetron 22 is temperature sensitive, the cooling device 26 must be able to deliver 1000 liters of air at least one minute and allow the magnetron 22 to cool sufficiently. Electromagnetic waves generated by the magnetron 22 pass through three-stub tuning devices 20 through the waveguide 18-c and then enter the discharge tube 12 through the waveguide 18-b. The magnetron 22 used in the present invention is an electromagnetic wave oscillation device of 2.45 kHz contained in an electromagnetic oven, which is commonly used in homes. The magnetron 22 most used in this invention was LG Electronics' model number 2M257, Daewoo Electronics' model number 2M218 and Samsung Electronics' model number OM75S. Part of the electromagnetic waves in the discharge tube 12 continues to propagate to the front end of the waveguide 18-a and then reflects back to the discharge tube 12. When the three adjusting devices 20 are properly adjusted, the electric field induced by electromagnetic waves is the strongest in the discharge tube 12. The ignition device 14 in which an electrode is inserted into the discharge tube 12 is a device for generating plasma in the discharge tube 12. The ignition device 14 and the electric power supplied to the electromagnetic wave always have a plasma torch flame in the discharge tube 12. The introduced vortex gas 30 stabilizes the torch flame generated in the discharge tube 12. The vortex gas flowing into the discharge tube 12 forms a vortex in the discharge tube 12 and thereby stabilizes the torch flame, as well as the inner wall of the discharge tube 12 made of quartz from the heat emitted from the torch flame of more than 5,000 degrees Celsius. It also protects. That is, the vortex gas is a heat shield to protect the discharge tube 12 and plays an important role in the stabilization of the torch flame. Contaminants in the inlet gas 16 must pass through the torch flame and are oxidized upon contact with the plasma torch. Thus, no more pollutant carbon fluoride remains in the exhaust gas 28. Using the two measuring devices 34 to measure the destruction efficiency of the pollutants contained in the inlet gas (16) and to determine the type of by-products mixed in the exhaust gas (28). The exhaust gas 28 is collected in the collection chamber 32 and partly sent to the analyzer in the measuring equipment system 34. FIG. 2 is an overall cross sectional view of the electromagnetic torch system. The quartz tube 12 is a key part of the present invention, and the side surface of the waveguide 18 is indicated by the shaded portion of FIG. 2, and the waveguide 18 becomes smaller in order to transmit electromagnetic waves to the discharge tube 12 most efficiently. It is designed to be forged. The central axis of the discharge vessel 12 is located at a quarter distance of the wavelength within the tube from the far right end of the waveguide 18. The distance between each regulator of the three regulators 20 provided in the waveguide 18 Also, it was made to be a quarter distance of the wavelength in the tube. By controlling the depth of each regulator of the three regulators 20, the power of the electromagnetic waves can be made the largest in the discharge tube (12). Bellows 36, a flexible steel tube, is connected to a cylindrical copper tube 54 and a Buffer Chamber 32. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the torch reactor indicated by reference numeral 10 of FIG. Plasma torch flame 60 results from electrical insulation breakdown of the gas at the point where the strong electric field is concentrated. The cylindrical copper tube 54 mounted to the waveguide 18 prevents leakage of electromagnetic waves and protects the discharge tube from the impact from the outside. The 5 mm gap between the cylindrical copper tube 54 and the quartz discharge tube 12 prevents the copper tube 54 from being damaged by the heat emitted from the plasma torch flame. A steel pipe 42 that introduces contaminated waste gas induces waste gas to enter the center of the torch flame. The vortex gas 30 entering the side of the discharge tube 12 through the steel pipe 52 forms a vortex in the discharge tube 12, stabilizes the torch flame 60, and protects the discharge tube 12 from heat emitted from the flame. do. The vortex gas 30 entering through the steel pipe 52 is an additive gas that mixes with the torch flame 60 and makes oxidation of the waste gas better. Slightly darkened in FIG. 3 is a quartz fixture 40 for fixing the discharge vessel 12. The ignition device 14 is made of a tungsten electrode 50 and a ceramic tube 44. The ceramic tube 44 insulates the electrode from the quartz fixture 40 and the electrode fixture 58. The Teflon cap 46 in the ignition device 14 is conveniently made for controlling and replacing the tungsten electrode 50. An electric wire 48 of the ignition device 14 is connected to the tungsten electrode 50. Fluorocarbon gases are mainly used in the semiconductor industry requiring vacuum and are discharged out of the vacuum chamber by a vacuum pump operated by nitrogen gas. do. Thus, the main gas containing fluorocarbon gas is nitrogen gas. A typical vacuum pump used in the semiconductor industry discharges 5 to 10 liters of nitrogen gas containing 0.02 liters (20 sccm) of fluorocarbon gas per minute. Carbon fluoride used in this invention is Tetrafluoromethane (CF 4 ). Nitrogen gas containing CF 4 was used as the inlet gas, and the electromagnetic plasma torch effectively destroyed the fluorocarbon gas. Although not shown in the figure, the CF 4 flow rate is controlled using a Mass-Flow Controller (MFC). Measure the content of CF 4 remaining in the exhaust gas after the gas contaminated with CF 4 passes the plasma torch flame generated in the discharge tube. The safest contaminant in the fluorocarbon gas series is CF 4 gas. Thus, if 40,000 CF can be removed, the results of 4 .CF decontamination is to remove all other fluorocarbon gas is illustrated with reference to FIG 4 and 5. FIG. 4 shows the amount of CF 4 passing through the torch reactor using an infrared spectrometer (FT-IR), and shows the result of the measurement in a graph. The spectrometer used in this experiment was a model number manufactured by Perkin Elmer in USA. It is a spectrometer called Paragon 1000-pc. Wavenumber 1281 cm -1 on the horizontal line is a spectral line representing CF 4 . In this experiment, 20 sccm of CF 4 per minute was mixed with 5 liters of nitrogen gas as the inlet gas. If no electric discharge occurs in the discharge tube, it can be seen that 100% of CF 4 gas passes. However, making a plasma torch with 1 kilowatt of electromagnetic waves destroys most of CF 4 . If oxygen is added as a vortex gas, it can be observed that CF 4 gas is better destroyed. Data of the CF 4 content measured before and after the electromagnetic discharge by the mass spectrometer is shown in FIG. 5. The mass spectrometer used in this experiment was model number AccuQuad RGA manufactured by Kurt J. Lester, USA. The m / z of the horizontal line in Fig. 5 is the ratio of the charge of the mass of charged particles. The most contained in the exhaust gases are nitrogen and oxygen molecules. However, the gas of most interest is CF 4 gas. 5 is CF 4 and the gases associated with this gas. The thin line is the concentration before the electromagnetic discharge and the thick line is the concentration after the electromagnetic discharge. Whenever CF 4 was destroyed by the electromagnetic discharge, it was observed by mass spectrometry that HF emerged as a by-product. A new experimental result using the mass spectrometer can be seen through the graph shown in FIG. FIG. 6 is a graph showing the result of measuring the current of ions as a function of time. The mass spectrometer used in the experiment of FIG. 6 is model number Balzers QME200 manufactured by Balzers Aktiengesellschaft, Germany. The mass spectrometer can measure the charge ratio of mass from zero (0) to 200. 0.07 liters of CF 4 gas per minute were mixed with 5 liters of compressed air and tested with only the incoming gas without vortex gas. Compressed air is a mixture of nitrogen, oxygen, water, carbon monoxide and carbon dioxide. Figure 6 shows the content before and after the discharge of CF 4 and also shows the amount of change in the content of other by-product gas. There is actually a lot of carbon dioxide in the air. Therefore, the carbon dioxide curve shown in FIG. 6 indicates the amount of carbon dioxide increased by the electromagnetic discharge. In this experiment, it was found that CF 4 was destroyed at least 95 percent. As the carbon monoxide, methane and water vapor molecules in the compressed air pass through the electromagnetic torch flame, various chemically unstable molecules are released, which combine with the CF 4 debris destroyed in the flame to produce carbon dioxide and hydrogen fluoride. do. Fig. 6 clearly shows that CF 4 molecules are destroyed by the electromagnetic discharge and also shows that carbon dioxide or hydrogen fluoride is produced during the discharge. The present invention mainly deals with the surface cleaning gas used in the semiconductor industry, It is not limited to destroying carbon gases. The knowledge gained from the scientific data and analysis mentioned earlier may lead to newer changes if the structure of the invention is changed slightly or other gases are used. In this context, we include several things in the claims.

따라서, 본 발명은 전자파로 발진한 플라즈마 토치를 이용하여 1기압 하에서 대기 온난화물질인 불화탄소 계열의 가스들을 손쉽게 파괴할 수 있도록 하여 오염물질이 대기중으로 유출되는 것을 막을 수 있도록 하는 효과가 있다.즉, 본 발명은 현재 첨단산업에서 표면세제에 사용되고 있는 온난화 가스를 완전히 제거할 수 있는 기반기술을 개발하여 1기압에서 사용할 수 있으므로 반도체 공정의 진공 공정 Line과는 무관하게 사용될 수 있어 반도체 산업체에서 부담 없이 장착할 수 있도록 하는 효과가 있다.또한, 본 발명은 1기압에서 전자파를 이용하여 효율적인 플라즈마 토치를 만들 수 있도록 하며, 불화탄소가스가 섞여있는 질소나 공기를 플라즈마 토치가 발생한 방전관에 효과적으로 유입될 수 있도록 하며, 1킬로와트의 전자파 출력으로 만든 플라즈마 토치를 이용하여 적어도 1분에 5리터 이상의 배출가스를 처리할 수 있도록 하는 효과가 있다.Accordingly, the present invention has an effect of preventing the pollutants from leaking into the atmosphere by easily destroying gases of fluorinated carbon, which are atmospheric warming materials, under an atmosphere using an electromagnetic wave-generated plasma torch. The present invention can be used at 1 atm by developing a base technology that can completely remove the warming gas used in surface cleaners in the high-tech industry, so it can be used independently of the vacuum process line of the semiconductor process. In addition, the present invention is to make an efficient plasma torch using electromagnetic waves at 1 atm, and nitrogen or air containing carbon fluoride gas can be effectively introduced into the discharge tube generated by the plasma torch. Plastic made from electromagnetic output of 1 kilowatt There is an effect to be able to process more than 5 liters of exhaust gas in at least one minute using the Zuma torch.

Claims (10)

전자파 에너지를 유입하여 전장으로 변환하고 폐기가스가 이 전장에 노출되게 하여 폐기가스 속에 섞여있는 오염물질을 제거하는 방법에 있어서,In the method of removing the pollutants mixed in the waste gas by injecting electromagnetic energy into the electric field and expose the waste gas to the electric field, (a) 방전관을 통하여 폐기 가스를 유입시키는 과정;(a) introducing waste gas through a discharge tube; (b) 마그네트론에서 나온 전자파가 점진적으로 작아지는 도파관을 통과하면서 도파관 끝단으로 전파하고 다시 방전관으로 반사시켜 방전관으로부터 최대의 전장이 유도되도록 하는 과정;(b) propagating the electromagnetic wave from the magnetron to the waveguide end while gradually passing down the waveguide and reflecting it back to the discharge tube to induce the maximum electric field from the discharge tube; (c) 점화장치를 이용하여 방전관에 1기압 플라즈마를 발생시켜 폐기 가스 분자들을 분리시키는 과정; 및(c) separating the waste gas molecules by generating 1 atmosphere of plasma in a discharge tube using an ignition device; And (d) 상기 분리된 폐기 가스 분자에 반응가스를 첨가시켜 폐기가스 속의 오염물질을 산화하고 재결합시켜 오염물질을 파괴시키는 과정;(d) adding a reaction gas to the separated waste gas molecules to oxidize and recombine the contaminants in the waste gas to destroy the contaminants; 으로 이루어진 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어방법.Emission control method of carbon fluoride gas using an electromagnetic plasma torch consisting of. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 플라즈마 토치의 불꽃 온도가 섭씨 5천도인 것을 특징으로 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어방법.The flame temperature of the plasma torch is 5,000 degrees Celsius, characterized in that the emission control method of carbon fluoride gas using an electromagnetic plasma torch. 방전관을 통하여 가스를 유입시키는 과정;Introducing a gas through a discharge tube; 마그네트론에서 나온 전자파가 점진적으로 작아지는 도파관을 통과하면서 도파관 끝단으로 전파하고 다시 방전관으로 반사시켜 방전관으로부터 최대의 전장이 유도되도록 하는 과정;A process in which the electromagnetic wave from the magnetron passes through the waveguide gradually decreasing and propagates to the end of the waveguide and reflects back to the discharge tube to induce the maximum electric field from the discharge tube; 점화장치를 이용하여 방전관에 1기압 플라즈마를 발생시켜 가스 분자들을 분리시키는 과정; 및Separating gas molecules by generating 1 atmosphere of plasma in the discharge tube using an ignition device; And 상기 분리된 가스 분자에 반응가스를 첨가시켜 화학기체 반응을 분석하는 과정;Analyzing a chemical gas reaction by adding a reaction gas to the separated gas molecules; 으로 이루어진 화학 기체 분석 방법.Chemical gas analysis method consisting of. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,The method according to claim 1 or 3, 상기 마그네트론에서 2.45 ㎓ 전자파를 발생시키고, 0.6 킬로와트에서 1.4 킬로와트의 출력으로 작동하는 점화장치에 의해 1분에 5 리터 이상의 폐기가스가 처리되도록 하는 것을 특징으로 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어방법.Emission of carbon fluoride gas using an electromagnetic plasma torch, characterized in that the magnetron generates 2.45 GHz electromagnetic waves and is treated with at least 5 liters of waste gas per minute by an ignition device operating at an output of 0.6 kilowatts to 1.4 kilowatts. Control method. PFC, CFC, 그리고 HFC 등의 불순물이 함유되어 있는 폐기 가스를 처리하는 방법에 있어서,In the method for treating waste gas containing impurities such as PFC, CFC, and HFC, (a) 폐기가스를 직접 방전관으로 유입시켜 마그네트론에서 나온 전자파에 노출시키는 과정;(a) introducing waste gas directly into the discharge vessel and exposing it to electromagnetic waves from the magnetron; (b) 전자파를 이용하여 방전관에 플라즈마 토치를 만들고 불화탄소 가스를 상기 플라즈마 토치에 노출하여 산화시키고 부산물을 생성해내는 과정;(b) producing a plasma torch in a discharge tube using electromagnetic waves, exposing carbon fluoride gas to the plasma torch, oxidizing the same, and generating byproducts; (c) 와류 가스를 첨가가스로 사용하여 방전관에 공급하는 과정;(c) supplying the discharge tube using the vortex gas as an additive gas; (d) 첨가가스를 화학적으로 불안정한 분자를 생성하고, 상기 분자들이 플라즈마 토치에서 들뜬 화학물질로 작용하여 화학반응을 촉진하는 과정; 및(d) generating chemically labile molecules of the additive gas, the molecules acting as excited chemicals in the plasma torch to promote chemical reactions; And (e) 첨가가스가 와류 가스로 동작하여 토치의 방전관의 내벽을 냉각시키면서 소용돌이를 형성하는 과정;(e) forming a vortex while the additive gas is operated as a vortex gas to cool the inner wall of the discharge tube of the torch; 으로 이루어진 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어방법.Emission control method of carbon fluoride gas using an electromagnetic plasma torch consisting of. 삭제delete 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 마그네트론에서 2.45 ㎓ 전자파를 발생시키고, 0.6 킬로와트에서 1.4 킬로와트의 출력으로 작동하는 점화장치에 의해 1분에 5 리터 이상의 폐기가스가 처리되도록 하는 것을 특징으로 하는 전자파 플라즈마 토치를 이용한 불화탄소 가스의 방출제어방법.Emission of carbon fluoride gas using an electromagnetic plasma torch, characterized in that the magnetron generates 2.45 GHz electromagnetic waves and is treated with at least 5 liters of waste gas per minute by an ignition device operating at an output of 0.6 kilowatts to 1.4 kilowatts. Control method.
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