WO2014208808A1 - 과불화화합물의 분리 및 재활용시스템 - Google Patents

과불화화합물의 분리 및 재활용시스템 Download PDF

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    • Y02C20/30—Capture or disposal of greenhouse gases of perfluorocarbons [PFC], hydrofluorocarbons [HFC] or sulfur hexafluoride [SF6]

Definitions

  • the present invention relates to a separation and recycling system of perfluorinated compounds, and more particularly, in a process for effectively separating and removing or recycling perfluorinated compounds including sulfur hexafluoride mainly generated in a semiconductor production process.
  • the present invention relates to a separation and recycling system of a perfluorinated compound, which is developed to prevent a breakdown of a separator and a decrease in efficiency by applying a constant pressure to each separator when passing through a plurality of separators.
  • sulfur hexafluoride is produced by using a plasma facility to generate F- ions, and the etching process reacts with an insulator to etch it, thereby providing a lot of dust and sulfur hexafluoride ( ) And silicon hexafluoride ( ) And the like.
  • CVD cleaning process chamber cleaning
  • insulator plasma etching method
  • the present invention was developed to solve the above problems, the object of which is the pressure acting on each separator in the process of separating the nitrogen by the gas containing the perfluorinated compound, nitrogen and various impurities are separated into a plurality of separators This is to develop a system for separating and recycling perfluorinated compounds which can be separated and operated at a set pressure.
  • the present invention is to develop a perfluorinated compound separation and recycling system that can maximize the separation characteristics of the gas in order to easily separate various gases including perfluorinated compounds generated in the electronics industry.
  • the present invention uses a perfluorinated compound, such as a dry etching process and a CVD cleaning chamber, or separates and recycles a perfluorinated compound for treating a gas including dust generated in a flue gas generating facility.
  • a perfluorinated compound such as a dry etching process and a CVD cleaning chamber
  • An expansion pipe into which the flue gas generated in at least one flue gas generating facility is introduced so that the cross-sectional area of the pipeline is tapered, and a buffer tank extending in the vertical downward direction from the expansion pipe;
  • a horizontal distribution pipe having one side connected to the other side on which the expansion pipe of the buffer tank is formed and extending in the horizontal direction;
  • the lower end is connected to the horizontal distribution pipe and extends vertically to form a separation membrane for passing small nitrogen particles therein and preventing impurity gas containing a perfluorinated compound therethrough and spaced apart at regular intervals.
  • a separation filter ;
  • An impurity gas discharge pipe configured to collect impurity gas that has not passed through the separation membrane in the plurality of membrane separation filters and move them to a reprocessing chamber;
  • a plurality of the membrane separation filter is equipped with a first back pump to collect and suck the nitrogen gas passing through the separation membrane, the nitrogen gas sucked from the first back pump is separated by the auxiliary membrane separation filter again impurity gas
  • a first nitrogen gas recycling pipe for discharging to the impurity gas discharge pipe and moving the nitrogen gas to be recycled;
  • a second back pump pump that sucks nitrogen gas that has passed through the separation membrane in the auxiliary membrane separation filter, and moves to recycle the high purity nitrogen gas sucked from the second back pump; ;
  • First and second detection sensors configured to detect sulfur hexafluoride and nitrogen trifluoride, respectively, in the pipeline immediately after passing through the first to second back pumps of the first to second nitrogen gas recycling pipes; It is characterized in that it is composed of a return pipe that is selectively connected to the pipeline immediately after the back-up pump by the first and second three-phase valve, and then collected and re-enter the buffer tank again.
  • the heating device is mounted to the inside of the horizontal distribution pipe to which the buffer tank is connected to be heated up to a set temperature by mounting a heating wire therein.
  • two horizontal diaphragm flanges each having an outer diameter in close contact with the inner diameter of the horizontal distribution tube and having a circular hole in the center thereof are mounted on the horizontal distribution pipe just before meeting with the buffer tank and one end of the diaphragm flange.
  • the outer surface of the circular hole is characterized in that the mesh tube is inserted both sides are inserted.
  • the buffer tank is bent horizontally at the bottom and then bent back to the vertical top is characterized in that it is configured to be connected to the horizontal distribution pipe by a connection pipe connected to the middle lower portion of the horizontal distribution pipe.
  • the inside of the horizontal distribution pipe connected to the connecting pipe is characterized in that the pressure relief diaphragm is further formed so that the gas flows in both directions by horizontally extending from the inlet connected to the connecting pipe to extend horizontally.
  • a gas containing perfluorinated compound, nitrogen, and various impurities is branched into a plurality of separators to separate nitrogen, and thus the pressures applied to the separators may be equally acted to separate the set pressures. It is effective in reducing the breakage of the separator and increasing the separation efficiency.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a process of discharging impurity gas according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a conceptual diagram showing a nitrogen gas separation process according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a high purity nitrogen gas separation process according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a return process when a breakage of a branch according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a conceptual view illustrating a buffer tank and a horizontal distribution pipe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual view illustrating a buffer tank and a horizontal distribution pipe according to a first further embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a conceptual view illustrating a buffer tank and a horizontal distribution pipe according to a second additional embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a conceptual view illustrating a buffer tank and a horizontal distribution pipe according to a third additional embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a conceptual view illustrating a buffer tank and a horizontal distribution pipe according to a fourth additional embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a process of discharging impurity gas according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a conceptual diagram showing a nitrogen gas separation process according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is an embodiment of the present invention 4 is a conceptual diagram illustrating a high-purity nitrogen gas separation process according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a return process upon breakage of a branch film according to an embodiment of the present invention
  • a horizontal distribution pipe 2 having one side connected to the other side on which the expansion pipe 11 of the buffer tank 1 is formed and extending in the horizontal direction;
  • the lower end is connected to the horizontal distribution pipe (2) and extends vertically to form a separation membrane is formed so as to pass through the small particle size nitrogen and the impurity gas containing the perfluorinated compound therein and spaced apart at regular intervals A plurality of membrane separation filters 3;
  • a first back pump (51) is installed to collect and suck the nitrogen gas passed through the separation membrane in the plurality of membrane separation filters (3), and the auxiliary gas separation of the nitrogen gas sucked from the first back pump (51).
  • a first nitrogen gas recycling pipe (5) which is separated by the filter (52) again and discharges the impure gas into the impurity gas discharge pipe (4) and moves the nitrogen gas to be recycled;
  • a second back pump 61 for sucking nitrogen gas that has passed through the separation membrane is mounted, and the high purity nitrogen gas sucked from the second back pump 61 can be recycled.
  • the first and second to sense the sulfur hexafluoride and nitrogen trifluoride in the pipeline immediately after passing through the first to second back pump (51, 61) of the first to second nitrogen gas recycling pipe (5, 6), respectively 2 are selectively connected to the pipeline immediately after passing through the sensing sensors 71 and 72 and the first to second back pumps 51 and 61 by the first and second three-phase valves 73 and 74, respectively.
  • the separation and recycling system of the perfluorinated compound is characterized by consisting of a return pipe (7) to re-enter the buffer tank (1) again.
  • the membrane separation filter 4 which is branched and connected first, has a strong pressure and the pressure increases as the distance increases.
  • the most important pressure in the separation process by the separation membrane is relatively strong or weak, and in the case of strong separation, the separation membrane is damaged and weakly to solve the problem of extremely low separation efficiency.
  • the present invention first forms a space in which a certain amount of gas can be collected by the buffer tank 1 and the horizontal distribution pipe 2 instead of a simple pipe, and the gas flows out into each membrane separation filter 3. Moreover, it is to provide an expanded space which is advantageous to maintain a constant pressure.
  • This expanded space can provide the pressure supplying the gas to the membrane separation filter 4 at an optimum pressure, thereby preventing the membrane from being damaged by strong pressure, and conversely, separating the nitrogen gas by weak pressure. It is possible to obtain the durability and the best separation efficiency by preventing the efficiency from falling sharply.
  • the exhaust gas refers to the discharged gas, and particularly in the dry etching process, sulfur hexafluoride ( ), Promethium (PM) and silicon tetrafluoride ( ) And oxygen ( )and, And various dusts are discharged, and impurity gas refers to a state in which nitrogen is removed and the remaining gas is mixed.
  • the membrane separation filter (3) is a filter that uses the size of the particle in the case of nitrogen, the particle size is 3 ohms ( ⁇ ) and in the case of sulfur hexafluoride 5 ohms ( ⁇ ) to the structure so that only nitrogen can escape Omstrom refers to a length of 0.1 nanometers.
  • first to second back pumps (51, 61) is to suck the nitrogen in the membrane separation filter (3) or the auxiliary membrane separation filter 52 to increase the separation efficiency.
  • FIG. 6 is a conceptual view illustrating a buffer tank and a horizontal distribution pipe according to a first additional embodiment of the present invention, wherein a heating wire is installed inside the horizontal distribution pipe 2 to which the buffer tank 1 is connected to a predetermined temperature. An embodiment in which the heating device 21 is mounted to rise is presented.
  • the separator may be damaged, so a temperature of about 60 to 70 degrees is appropriate.
  • FIG. 7 is a conceptual view showing a buffer tank and a horizontal distribution pipe according to a second embodiment of the present invention, wherein the outer diameter of the horizontal distribution pipe 2 is in close contact with the inner diameter of the horizontal distribution pipe 2 and is circular in the center.
  • Two disk-shaped diaphragm flanges 22 in which holes are formed are respectively mounted at one end and just before meeting the buffer tank 1, and a mesh tube having both sides inserted correspondingly to an outer diameter in a circular hole of the diaphragm flange 22.
  • An embodiment is characterized in that 23 is mounted.
  • the gas is introduced to prevent the pressure gap from being rapidly introduced into the membrane separation filter 3 so as to buffer the pressure drop by the mesh tube 23.
  • FIG. 8 is a conceptual view illustrating a buffer tank and a horizontal distribution pipe according to a third additional embodiment of the present invention, wherein the buffer tank 1 is bent horizontally at the bottom and then bent vertically back to the horizontal distribution pipe (2).
  • the embodiment is configured to be connected to the horizontal distribution pipe (2) by a connecting pipe (12) connected to the middle lower part of the).
  • the pressure spreads evenly, so that it is connected at the central part so that the distribution of the pressure is as even as possible. It is an embodiment presented in order to be able to.
  • connection pipe 12 is connected to the inside of the horizontal distribution pipe 2 connected to the connection pipe 12.
  • a pressure relief diaphragm 24 is formed to be further spaced horizontally from the inlet so that the gas flows in both directions, so that the membrane separation filter 3 close to the connection pipe 12 is formed. It is also a preferred embodiment to prevent the strong pressure from acting.
  • extension tube 12 connector
  • heating device 22 diaphragm flange
  • first back-up pump 52 auxiliary membrane separation filter
  • first detection sensor 72 second detection sensor
  • first three-phase valve 74 second three-phase valve

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Abstract

본 발명은 과불화화합물의 분리 및 재활용시스템에 관한 것으로서, 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 배가스가 유입되어 관로의 단면적이 테이퍼지게 확장되는 확장관과, 상기 확장관에서 수직 아래 방향으로 길게 연장되는 버퍼탱크와; 일측이 상기 버퍼탱크의 확장관이 형성된 타측과 연결되는 수평분배관과; 하단은 상기 수평분배관과 연결되고 수직상부로 연장되어 일정 간격으로 이격되어 장착되는 다수의 막분리 필터와; 다수의 상기 막분리 필터에서 분리막을 통과하지 못한 불순가스를 취합하여 재처리실로 이동시키는 불순가스 배출관로와; 제1 백큠펌프가 장착되고, 상기 제1 백큠펌프에서 흡입된 질소가스를 보조 막분리필터에 의하여 다시 분리하여 불순가스는 불순가스 배출관로로 배출하고 질소가스는 재활용할 수 있도록 이동시키는 제1 질소가스 재활용관로와; 제2 백큠펌프가 장착되고, 상기 제2 백큠펌프에서 흡입된 순도 높은 질소가스를 재활용할 수 있도록 이동시키는 제2 질소가스 재활용관로로 구성됨을 특징으로 하는 과불화화합물의 분리 및 재활용시스템에 관한 것이다.

Description

과불화화합물의 분리 및 재활용시스템
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 하는 공정에서 다수의 분리막을 통과할 때 각각의 분리막에 일정한 압력이 작용하여 분리막의 파손과 효율이 저하되는 것을 방지하기 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 PCTKR2013006146-appb-I000001
)만을 떠올리게 되고 있지만 메탄(
Figure PCTKR2013006146-appb-I000002
), 아산화질소(
Figure PCTKR2013006146-appb-I000003
) 및 과불화화합물(perfluoro compounds)인 수소불화탄소(
Figure PCTKR2013006146-appb-I000004
)와, 과불화탄소(
Figure PCTKR2013006146-appb-I000005
) 및 육불화황(
Figure PCTKR2013006146-appb-I000006
) 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 PCTKR2013006146-appb-I000007
)과 육불화실리콘(
Figure PCTKR2013006146-appb-I000008
) 등을 배출하게 된다.
또한 CVD 세정 챔버(chamber cleaning) 공정은 플라즈마 에칭의 방법을 이용하여 절연체(
Figure PCTKR2013006146-appb-I000009
)로 코팅된 코팅층을 제거하기 위한 것으로 주로
Figure PCTKR2013006146-appb-I000010
가스를 사용하는데 이때 분진,
Figure PCTKR2013006146-appb-I000011
,
Figure PCTKR2013006146-appb-I000012
,
Figure PCTKR2013006146-appb-I000013
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.
최근에는 입자가 가장 작은 질소만 통화하도록 하는 분리막을 이용하여 질소와 기타 과불화화합불을 분리하여 질소는 재사용하고 과불화화합물은 재처리시설로 보내도록 하는 다양한 재활용 시스템이 개발되고 있다.
하지만 이러한 분리막의 경우 압력이 클 경우 분리막이 파손될 우려가 급격히 증가하며 반대로 압력이 낮으면 분리 효율이 떨어지게 되므로 적절한 압력의 유지가 중요하나 하나의 관로에서 여러 관로로 분기되어 분리막을 거친 후 합쳐지는 구조에서는 각각의 분리막에 다른 압력이 작용하게 되어 분리막의 파손되고 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 그 목적은 과불화화합물과 질소 그리고 각종 불순물이 포함된 가스가 다수의 분리막으로 분기되어 질소를 분리시키는 과정에서 각각의 분리막에 작용하는 압력이 동일하게 작용하여 설정된 압력으로 분리될 수 있도록 하는 과불화화합물의 분리 및 재활용시스템을 개발하는 것에 있다.
또한, 전자산업에서 생성되는 과불화화합물을 포함하는 각종 가스를 용이하게 분리하기 위해 기체의 분리특성을 극대화할 수 있는 과불화화합물 분리 및 재활용시스템를 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 배가스가 유입되어 관로의 단면적이 테이퍼지게 확장되는 확장관과, 상기 확장관에서 수직 아래 방향으로 길게 연장되는 버퍼탱크와;
일측이 상기 버퍼탱크의 확장관이 형성된 타측과 연결되어 수평 방향으로 길게 연장되는 수평분배관과;
하단은 상기 수평분배관과 연결되고 수직상부로 연장되어 내부에 입도가 작은 질소는 통과하고 과불화화합물을 포함하는 불순가스는 통과하지 못하도록 하는 분리막이 형성되며 일정 간격으로 이격되어 장착되는 다수의 막분리 필터와;
다수의 상기 막분리 필터에서 분리막을 통과하지 못한 불순가스를 취합하여 재처리실로 이동시키는 불순가스 배출관로와;
다수의 상기 막분리 필터에서 분리막을 통과한 질소가스를 취합하여 빨아들이는 제1 백큠펌프가 장착되고, 상기 제1 백큠펌프에서 흡입된 질소가스를 보조 막분리필터에 의하여 다시 분리하여 불순가스는 불순가스 배출관로로 배출하고 질소가스는 재활용할 수 있도록 이동시키는 제1 질소가스 재활용관로와;
상기 보조 막분리 필터에서 분리막을 통과한 질소가스를 빨아들이는 제2 백큠펌프가 장착되고, 상기 제2 백큠펌프에서 흡입된 순도 높은 질소가스를 재활용할 수 있도록 이동시키는 제2 질소가스 재활용관로와;
상기 제1 내지 제2 질소가스 제활용관로의 제1 내지 제2 백큠펌프를 지난 직후의 관로의 육불화황과 삼불화질소을 각각 감지하도록 하는 제1 및 제2 감지센서와, 제1 내지 제2 백큠펌프를 지난 직후의 관로에 각각 제1 및 제2 3상밸브에 의하여 선택적으로 연결된 후 취합하여 상기 버퍼탱크로 다시 재진입되도록 하는 리턴관로로 구성됨을 특징으로 한다.
아울러, 상기 버퍼탱크가 연결된 수평분배관의 내측에는 내부에 열선이 장착되어 설정된 온도까지 상승하도록 하는 히팅장치가 장착됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 수평분배관에는 외경이 수평분배관의 내경에 상응하여 밀착되고 중앙에는 원형 홀이 형성되는 원판형의 격막플렌지 두 개가 일단과 상기 버퍼탱크와 만나기 직전에 각각 장착되고, 상기 격막플렌지의 원형 홀에 외경이 상응하여 양측이 삽입되는 메쉬관이 장착됨을 특징으로 한다.
아울러, 상기 버퍼탱크는 하단에는 수평으로 절곡된후 다시 수직 상부로 절곡되어 상기 수평분배관의 중간 하부와 연결되는 연결관에 의하여 수평분배관과 연결되도록 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결관과 연결되는 수평분배관의 내부에는 연결관과 연결되는 입구에서 상부로 이격되어 수평으로 연장됨으로 유입된 가스가 양 방향으로 이동하도록 하는 압력완화 격막이 추가로 형성됨을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 과불화화합물과 질소 그리고 각종 불순물이 포함된 가스가 다수의 분리막으로 분기되어 질소를 분리시키는 과정에서 각각의 분리막에 작용하는 압력이 동일하게 작용하여 설정된 압력으로 분리될 수 있도록 하여 분리막의 파손이 줄고 분리 효율이 높아지는 효과가 있다.
또한, 내부의 가스를 적정한 온도로 가열할 수 있도록 하여 기체의 확산속도를 증가시켜 분리효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 불순가스 배출과정을 나타낸 개념도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 질소가스 분리과정을 나타낸 개념도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 순도 높은 질소가스 분리과정을 나타낸 개념도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분기막 파손시 리턴과정을 나타낸 개념도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 버퍼탱크와 수평분배관을 나타낸 개념도
도 6은 본 발명의 제1 추가 실시 예에 따른 버퍼탱크와 수평분배관을 나타낸 개념도
도 7은 본 발명의 제2 추가 실시 예에 따른 버퍼탱크와 수평분배관을 나타낸 개념도
도 8은 본 발명의 제3 추가 실시 예에 따른 버퍼탱크와 수평분배관을 나타낸 개념도
도 9는 본 발명의 제4 추가 실시 예에 따른 버퍼탱크와 수평분배관을 나타낸 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 불순가스 배출과정을 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 질소가스 분리과정을 나타낸 개념도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 순도 높은 질소가스 분리과정을 나타낸 개념도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분기막 파손시 리턴과정을 나타낸 개념도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 버퍼탱크와 수평분배관을 나타낸 개념도로서, 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 배가스가 유입되어 관로의 단면적이 테이퍼지게 확장되는 확장관(11)과, 상기 확장관(11)에서 수직 아래 방향으로 길게 연장되는 버퍼탱크(1)와;
일측이 상기 버퍼탱크(1)의 확장관(11)이 형성된 타측과 연결되어 수평 방향으로 길게 연장되는 수평분배관(2)과;
하단은 상기 수평분배관(2)과 연결되고 수직상부로 연장되어 내부에 입도가 작은 질소는 통과하고 과불화화합물을 포함하는 불순가스는 통과하지 못하도록 하는 분리막이 형성되며 일정 간격으로 이격되어 장착되는 다수의 막분리 필터(3)와;
다수의 상기 막분리 필터(3)에서 분리막을 통과하지 못한 불순가스를 취합하여 재처리실로 이동시키는 불순가스 배출관로(4)와;
다수의 상기 막분리 필터(3)에서 분리막을 통과한 질소가스를 취합하여 빨아들이는 제1 백큠펌프(51)가 장착되고, 상기 제1 백큠펌프(51)에서 흡입된 질소가스를 보조 막분리필터(52)에 의하여 다시 분리하여 불순가스는 불순가스 배출관로(4)로 배출하고 질소가스는 재활용할 수 있도록 이동시키는 제1 질소가스 재활용관로(5)와;
상기 보조 막분리 필터(52)에서 분리막을 통과한 질소가스를 빨아들이는 제2 백큠펌프(61)가 장착되고, 상기 제2 백큠펌프(61)에서 흡입된 순도 높은 질소가스를 재활용할 수 있도록 이동시키는 제2 질소가스 재활용관로(6)와;
상기 제1 내지 제2 질소가스 제활용관로(5, 6)의 제1 내지 제2 백큠펌프(51, 61)를 지난 직후의 관로의 육불화황과 삼불화질소을 각각 감지하도록 하는 제1 및 제2 감지센서(71, 72)와, 제1 내지 제2 백큠펌프(51, 61)를 지난 직후의 관로에 각각 제1 및 제2 3상밸브(73, 74)에 의하여 선택적으로 연결된 후 취합하여 상기 버퍼탱크(1)로 다시 재진입되도록 하는 리턴관로(7)로 구성됨을 특징으로 하는 과불화화합물의 분리 및 재활용 시스템을 나타내었다.
본원은 기존에는 단순 관로로 연결하고 각 막분리 필터(4)로 분기되는 방식을 택하였으나 이 경우에는 제일 먼저 분기되어 연결되는 막분리 필터(4)의 경우 강한 압력이 작용하고 멀어질수록 압력이 떨어져 분리막에 의한 분리 공정에서 가장 중요한 압력이 상대적으로 세거나 약하게 작용하게 되며 센 경우에는 분리막이 파손되고 약하면 분리효율이 극도로 떨어지는 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본원은 이러한 것을 해결하기 위하여 먼저 버퍼탱크(1)와 수평분배관(2)에 의하여 단순 관로가 아닌 일정량의 가스가 채류할 수 있는 공간을 형성하여 각 막분리필터(3)로 가스가 빠져나가더라고 일정한 압력을 유지하기 유리한 확장된 공간을 제공하는 것에 있는 것이다.
이러한 확장된 공간은 막분리필터(4)로 가스를 공급하는 압력을 최적의 압력으로 일정하게 제공할 수 있도록 하여 분리막이 강한 압력에 의하여 파손되는 것을 방지하고 또한 반대로 약한 압력에 의하여 질소가스의 분리효율이 급격하게 떨어지는 것을 방지하여 내구성과 최상의 분리효율을 얻을 수 있게 되는 것이다.
이때 배가스는 배출되는 가스를 칭하는 것으로 특히 드라이 에칭공정에서는 육불화황(
Figure PCTKR2013006146-appb-I000014
), 프로메튬(PM)과, 사불화실리콘(
Figure PCTKR2013006146-appb-I000015
)과, 산소(
Figure PCTKR2013006146-appb-I000016
)과,
Figure PCTKR2013006146-appb-I000017
및 각종 분진 등이 배출되며, 불순가스는 질소가 제거되고 나머지 가스가 혼합된 상태를 지칭한 것이다.
이때 버퍼탱크(1)에 공급되기 전에 전처리필터로 질소와 육불화황 그리고 삼불화질소만 남도록 하면 더욱 분리와 재처리 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 막분리 필터(3)는 입자의 크기를 이용한 필터로서 질소의 경우 입자크기가 3옴스트롬(Å)이며 육불화황의 경우 5옴스트롬(Å)으로 질소만 빠져나갈 수 있도록 하는 구조로, 옴스트롬(Å)은 0.1 나노미터의 길이를 말한다.
또한, 제1 내지 제2 백큠펌프(51, 61)의 경우 막분리 필터(3) 또는 보조 막분리 필터(52)에서 질소를 흡입하도록 하여 분리되는 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.
*또 상기 리턴관로(7)의 경우 제1 또는 제2 감지센서(71, 72)에서 육불화황이나 삼불화질소가 감지될 경우 분리막이 파손된 것이므로 가스를 처음으로 다시 보내도록 하는 것이다.
도 6은 본 발명의 제1 추가 실시 예에 따른 버퍼탱크와 수평분배관을 나타낸 개념도로서, 상기 버퍼탱크(1)가 연결된 수평분배관(2)의 내측에는 내부에 열선이 장착되어 설정된 온도까지 상승하도록 하는 히팅장치(21)가 장착되는 실시 예를 제시하였다.
상기 실시 예는 내부의 가스를 조금만 더 온도를 높여주어도 기체 분자의 움직임이 빨라지며 이에 따른 확산속도도 증가하여 분리막에서의 분리효율을 높일 수 있다.
다만 지나치게 높은 온도에서는 오히려 분리막이 파손될 우려가 있으므로 60~70도 정도의 온도가 적당하다.
도 7은 본 발명의 제2 추가 실시 예에 따른 버퍼탱크와 수평분배관을 나타낸 개념도로서, 상기 수평분배관(2)에는 외경이 수평분배관(2)의 내경에 상응하여 밀착되고 중앙에는 원형 홀이 형성되는 원판형의 격막플렌지(22) 두 개가 일단과 상기 버퍼탱크(1)와 만나기 직전에 각각 장착되고, 상기 격막플렌지(22)의 원형 홀에 외경이 상응하여 양측이 삽입되는 메쉬관(23)이 장착됨을 특징으로 하는 실시 예를 제시하였다.
상기 실시 예는 유입된 가스가 막분리 필터(3)로 급격하게 유입되면서 압력의 공백이 생기는 것을 방지하기 위하여 제시된 것으로 메쉬관(23)에 의하여 압력이 저하되는 것을 완충하도록 하는 것이다.
도 8은 본 발명의 제3 추가 실시 예에 따른 버퍼탱크와 수평분배관을 나타낸 개념도로서, 상기 버퍼탱크(1)는 하단에는 수평으로 절곡된후 다시 수직 상부로 절곡되어 상기 수평분배관(2)의 중간 하부와 연결되는 연결관(12)에 의하여 수평분배관(2)과 연결되도록 구성되는 실시 예를 제시하였다.
상기 실시 예는 전술한 실시 예와 같이 버퍼탱크(1)가 수평분배관(2)의 일측단에 연결되는 경우 압력이 고르게 퍼져 작용하기에 불리하므로 중앙부분에서 연결되도록 하여 최대한 압력의 분배가 고르게 될 수 있도록 하기 위하여 제시한 실시 예이다.
이때 도 9는 본 발명의 제4 추가 실시 예에 따른 버퍼탱크와 수평분배관을 나타낸 개념도로서, 상기 연결관(12)과 연결되는 수평분배관(2)의 내부에는 연결관(12)과 연결되는 입구에서 상부로 이격되어 수평으로 연장됨으로 유입된 가스가 양 방향으로 이동하도록 하는 압력완화 격막(24)이 추가로 형성되도록 하여 연결관(12)과 연결된 곳과 가까운 막분리 필터(3)에 강한 압력이 작용하는 것을 방지하도록 함도 바람직한 실시 예라고 할 수 있다.
[부호의 설명]
1 : 버퍼탱크
11 : 확장관 12 : 연결관
2 : 수평분배관
21 : 히팅장치 22 : 격막플렌지
23 : 메쉬관 24 : 압력완화 격막
3 : 막분리 필터
4 : 불순가스 배출관로
5 : 제1 질소가스 재활용관로
51 : 제1 백큠펌프 52 : 보조 막분리 필터
6 : 제2 질소가스 재활용관로
61 : 제2 백큠펌프
7 : 리턴관로
71 : 제1 감지센서 72 : 제2 감지센서
73 : 제1 3상밸브 74 : 제2 3상밸브

Claims (5)

  1. 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 배가스가 유입되어 관로의 단면적이 테이퍼지게 확장되는 확장관(11)과, 상기 확장관(11)에서 수직 아래 방향으로 길게 연장되는 버퍼탱크(1)와;
    일측이 상기 버퍼탱크(1)의 확장관(11)이 형성된 타측과 연결되어 수평 방향으로 길게 연장되는 수평분배관(2)과;
    하단은 상기 수평분배관(2)과 연결되고 수직상부로 연장되어 내부에 입도가 작은 질소는 통과하고 과불화화합물을 포함하는 불순가스는 통과하지 못하도록 하는 분리막이 형성되며 일정 간격으로 이격되어 장착되는 다수의 막분리 필터(3)와;
    다수의 상기 막분리 필터(3)에서 분리막을 통과하지 못한 불순가스를 취합하여 재처리실로 이동시키는 불순가스 배출관로(4)와;
    다수의 상기 막분리 필터(3)에서 분리막을 통과한 질소가스를 취합하여 빨아들이는 제1 백큠펌프(51)가 장착되고, 상기 제1 백큠펌프(51)에서 흡입된 질소가스를 보조 막분리필터(52)에 의하여 다시 분리하여 불순가스는 불순가스 배출관로(4)로 배출하고 질소가스는 재활용할 수 있도록 이동시키는 제1 질소가스 재활용관로(5)와;
    상기 보조 막분리 필터(52)에서 분리막을 통과한 질소가스를 빨아들이는 제2 백큠펌프(61)가 장착되고, 상기 제2 백큠펌프(61)에서 흡입된 순도 높은 질소가스를 재활용할 수 있도록 이동시키는 제2 질소가스 재활용관로(6)와;
    상기 제1 내지 제2 질소가스 제활용관로(5, 6)의 제1 내지 제2 백큠펌프(51, 61)를 지난 직후의 관로의 육불화황과 삼불화질소을 각각 감지하도록 하는 제1 및 제2 감지센서(71, 72)와, 제1 내지 제2 백큠펌프(51, 61)를 지난 직후의 관로에 각각 제1 및 제2 3상밸브(73, 74)에 의하여 선택적으로 연결된 후 취합하여 상기 버퍼탱크(1)로 다시 재진입되도록 하는 리턴관로(7)로 구성됨을 특징으로 하는 과불화화합물의 분리 및 재활용 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 버퍼탱크(1)가 연결된 수평분배관(2)의 내측에는 내부에 열선이 장착되어 설정된 온도까지 상승하도록 하는 히팅장치(21)가 장착됨을 특징으로 하는 과불화화합물의 분리 및 재활용 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 수평분배관(2)에는 외경이 수평분배관(2)의 내경에 상응하여 밀착되고 중앙에는 원형 홀이 형성되는 원판형의 격막플렌지(22) 두 개가 일단과 상기 버퍼탱크(1)와 만나기 직전에 각각 장착되고, 상기 격막플렌지(22)의 원형 홀에 외경이 상응하여 양측이 삽입되는 메쉬관(23)이 장착됨을 특징으로 하는 과불화화합물의 분리 및 재활용 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 버퍼탱크(1)는 하단에는 수평으로 절곡된후 다시 수직 상부로 절곡되어 상기 수평분배관(2)의 중간 하부와 연결되는 연결관(12)에 의하여 수평분배관(2)과 연결되도록 구성됨을 특징으로 하는 과불화화합물의 분리 및 재활용 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 연결관(12)과 연결되는 수평분배관(2)의 내부에는 연결관(12)과 연결되는 입구에서 상부로 이격되어 수평으로 연장됨으로 유입된 가스가 양 방향으로 이동하도록 하는 압력완화 격막(24)이 추가로 형성됨을 특징으로 하는 과불화화합물의 분리 및 재활용 시스템.
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