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과불화합물(PFCs) 가스 처리를 위한 고효율 열플라즈마 스크러버 기술 개발 동향
박현우 ( Hyun-woo Park ),차우병 ( Woo Byoung Cha ),엄성현 ( Sunghyun Uhm ) 한국공업화학회 2018 공업화학 Vol.29 No.1
반도체 및 디스플레이 제조공정 중에 화학기상증착(CVD), 식각(etching), 세정(cleaning) 공정에서 배출되는 과불화합물(PFCs)를 포함한 폐 가스 처리를 위해서 POU (point of use) 가스 스크러버 시스템을 도입하여 사용하고 있다. 과불화합물은 지구온난화 지수(GWP, global warming potential)와 대기 중 자연분해되는 기간(lifetime)이 CO<sub>2</sub>에 비해 수천 배높은 온실가스로 분류되어 있으며, 과불화합물의 열분해를 위해서는 3,000 K 이상의 고온이 요구되는 것이 일반적이다. 이러한 특징 때문에 과불화합물을 효과적으로 제어하기 위한 방법으로 열플라즈마 기술을 도입하고자 하는 노력들이 진행되어 왔으며, POU 가스 스크러버 기술을 개발하여 산업적으로 이용하고자 하였다. 열플라즈마 기술은 플라즈마 토치 기술, 전원공급장치 기술 및 플라즈마 토치-전원공급장치 매칭 기술 최적화를 통해 안정적으로 플라즈마발생원을 유지시키는 것이 중요하다. 또한, 과불화합물 고효율 처리를 위한 고온의 플라즈마와 폐 가스의 효과적인 혼합이 주요 기술요인으로 확인되었다. 본 논문에서는 반도체 및 디스플레이 공정 폐 가스 처리를 위한 후처리 공정에 대한 기술적 정보를 제공함과 동시에 POU 플라즈마 가스 스크러버에 대한 기술개발 동향을 파악함으로써 향후 연구개발이 요구되는 핵심사항에 대해 논의하고자 한다. POU (point of use) scrubbers were applied for the treatment of waste gases including PFCs (perfluorocompounds) exhausted from the CVD (chemical vapor deposition), etching, and cleaning processes of semiconductor and display manufacturing plant. The GWP (global warming potential) and atmosphere lifetime of PFCs are known to be a few thousands higher than that of CO<sub>2</sub>, and extremely high temperature more than 3,000 K is required to thermally decompose PFCs. Therefore, POU gas scrubbers based on the thermal plasma technology were developed for the effective control of PFCs and industrial application of the technology. The thermal plasma technology encompasses the generation of powerful plasma via the optimization of the plasma torch, a highly stable power supply, and the matching technique between two components. In addition, the effective mixture of the high temperature plasma and waste gases was also necessary for the highly efficient abatement of PFCs. The purpose of this paper was to provide not only a useful technical information of the post-treatment process for the waste gas scrubbing but also a short perspective on R&D of POU plasma gas scrubbers.
PFCs 가스의 고온열분해 처리를 위한 열 플라즈마 스크러버 시스템 개발
황상연(Sang Yeon Hwang),이동헌(Dong Hun Lee),엄성현(Sung Hyun Uhm),차우병(Woo Byoung Cha) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계
온실가스로 분류되는 PFCs는 불소가 함유된 화학물질로 식각, 화학기상증착 등과 같은 반도체 공정에서 주로 사용되고 있으며 배출 총량 기준으로는 CO2의 수천 분의 일에 불과하지만 지구온난화 지수가 수천에서 수만에 이르는 심각한 지구온난화 물질에 해당된다. 기존 PFCs 제거 기술은 2차 부산물(HF, NOx, SOx) 발생 및 열효율에 따른 성능 저하 문제가 있으며 PFCs 중 매우 안정한 물질인 CF4의 경우 고온에서 화학 반응장이 형성되어야 하므로 제거에 한계를 가지고 있다. 이로 인해 최근 플라즈마를 발생 전자와 기체 분자의 충돌에 의해 직접 분해하거나 열 플라즈마를 이용하여 고온 반응 조건에서 열분해 하는 기술이 개발되고 있다. 그러나 현재까지 개발된 열 플라즈마 스크러버의 경우 에너지 소모량 및 열손실이 높아 처리 효율을 높이면서 소비에너지를 절감 할 수 있는 시스템 최적화 기술 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 PFCs 가스를 열 플라즈마 고온영역에 직접 분사함으로써 고효율 처리가 가능하고 NOx 배출 최소화 및 부식성 가스와 파우더의 효과적인 제거가 가능한 스크러버 시스템을 개발하였으며, 실험을 통해 전원 공급 장치와 플라즈마 발생 장치의 매칭 안정성과 PFCs 가스의 제거 성능을 확인하였다.