KR20070035565A - Atmospheric plasma treatment of gaseous hazardous emissions - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 또는 가스 혼합물 특히 불화된 가스상 유해 방출물의 변환을 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 가스 또는 가스 혼합물의 적어도 1개의 분자의 2개의 원자들 사이의 적어도 1개의 결합이 가스 또는 가스 혼합물에 적용되는 전기장 및/또는 자기장의 영향 하에서 끊어진다. 가스 또는 가스 혼합물 스트림은 전기장 및/또는 자기장을 통해 가스 분자에 의해 이동되는 거리를 증가시키고 이러한 방식으로 가스 또는 가스 혼합물 분자의 변환의 효과를 증가시키기 위해 비선형 방식으로 전기장 및/또는 자기장을 통해 주입된다.The present invention relates to a process for the conversion of gaseous or gaseous mixtures, in particular fluorinated gaseous hazardous emissions. According to the invention, at least one bond between two atoms of at least one molecule of a gas or gas mixture is broken under the influence of an electric and / or magnetic field applied to the gas or gas mixture. The gas or gas mixture stream is injected through the electric and / or magnetic field in a non-linear manner to increase the distance traveled by the gas molecules through the electric and / or magnetic field and to increase the effect of the conversion of the gas or gas mixture molecules in this way. do.
가스 유해 방출물의 대기압 플라즈마 처리, 전기장, 자기장, 분자 결합의 파열 효과, 비선형 방식 Atmospheric pressure plasma treatment of gaseous emissions, electric field, magnetic field, bursting effect of molecular bonds, nonlinear method
Description
본 발명은, 분자를 구성하는 2개의 원자들 사이에 적어도 1개의 결합을 갖는 적어도 일부의 분자를 함유하는 제1 가스 또는 가스 혼합물을 변환시키고 그에 의해 이러한 변환으로부터 유도되는 액체 및/또는 고체 생성물을 함유할 수 있는 제2 가스 또는 가스 혼합물을 형성하며, 분자의 2개의 원자들 사이의 적어도 1개의 결합이 제1 가스 또는 가스 혼합물에 적용되는 전기장 및/또는 자기장의 작용 하에서 파열되는, 방법에 관한 것이다.The present invention converts a first gas or gas mixture containing at least some molecules with at least one bond between two atoms constituting the molecule and thereby results in a liquid and / or solid product derived from such a conversion. To form a second gas or gas mixture which may contain, wherein at least one bond between two atoms of the molecule is ruptured under the action of an electric and / or magnetic field applied to the first gas or gas mixture will be.
유해 방출물의 파괴에 적용되는 이러한 형태의 방법이 특히 제US-A-5,965,786호로부터 공지되어 있다.Processes of this type which are applied to the destruction of hazardous emissions are known in particular from US Pat. No. 5,965,786.
플라즈마가 특히 반도체의 제조를 위한 얇은 층의 증착 및 식각을 위한 공정에 의해 방출되는 배출물로부터의 오염물의 제거에 적용된다. 이들 유해 방출물(불화 가스, 부식성 할로겐화 화합물, 가스상 수소화물, 유기 금속 전구체 등)은 각각의 펌프를 위한 15 내지 60 ℓ의 질소의 유동 내에 비교적 높은 농도로 1차 진공 펌프로부터의 배기물 내에 존재한다. 이들 대량의 유해한 분자의 대부분을 변환시키기 위해, 대기압에서의 마이크로파 방전(microwave discharge)이 대량의 해 리성 비탄성 충돌(dissociative inelastic collision)이 야기될 수 있게 하는 그 높은 전자 밀도(1012 내지 1015 ㎝-3)로 인해 다른 것들보다 바람직하다.Plasma is particularly applied to the removal of contaminants from emissions emitted by processes for the deposition and etching of thin layers for the manufacture of semiconductors. These hazardous emissions (fluoride gas, corrosive halide compounds, gaseous hydrides, organometallic precursors, etc.) are present in the exhaust from the primary vacuum pump at relatively high concentrations in a flow of 15 to 60 liters of nitrogen for each pump. do. In order to convert most of these large quantities of harmful molecules, microwave discharges at atmospheric pressure can cause large dissociative inelastic collisions (10 12 to 10 15 cm). -3 ) is preferred over others.
대기압 마이크로파 플라즈마의 하나의 특징이 무거운 입자(중성 입자 및 이온)에 의해 흡수되는 비교적 높은 평균 에너지이다. 가스의 온도는 실제로 방전물을 함유하는 유전체 챔버의 축의 영역 내에서 2727 ℃(3000 K) 내지 6727 ℃(7000 K)에 도달할 수 있다. 이러한 챔버(예컨대, 유전체 튜브)의 벽은 그 물리적으로 고유한 성질(physical integrity)에 맞게 가장 낮은 온도에서 남아 있다. 벽은 또한 바람직하게는 벽과 접촉하는 열-보유 유전성 유체(heat-carrying dielectric fluid)의 순환에 의해 냉각된다. 그러므로, 반경 방향 온도 구배가 축부로부터 주연부로 감소하는 상태로 존재한다. 온도가 떨어질 때, 가스의 밀도가 증가하며, 이온화가 덜 일어나며, 대전된 입자의 재결합이 촉진된다. 이와 같이, 전자 밀도는 축부로부터 주연부로 온도가 감소하는 것과 동시에 감소한다. 시각적으로, 방전물의 광도(luminous intensity)는 축부로부터 더 멀리 떨어지면서 감쇠된다는 것이 밝혀져 있다. 어떤 경우에, 전자 밀도는 튜브의 반경보다 작은 축 방향 위치에 대해 매우 낮아지며, 방전물은 더 이상 튜브의 반경의 단면을 충전하지 못한다. 그러면, 방전물은 수축되었다고 말해진다.One feature of atmospheric microwave plasmas is the relatively high average energy absorbed by heavy particles (neutral particles and ions). The temperature of the gas can actually reach 2727 ° C. (3000 K) to 6727 ° C. (7000 K) in the region of the axis of the dielectric chamber containing the discharge. The walls of such chambers (eg, dielectric tubes) remain at the lowest temperatures to match their physical integrity. The wall is also preferably cooled by circulation of a heat-carrying dielectric fluid in contact with the wall. Therefore, the radial temperature gradient exists in a decreasing state from the shaft portion to the peripheral portion. When the temperature drops, the density of the gas increases, less ionization occurs, and recombination of charged particles is promoted. As such, the electron density decreases at the same time as the temperature decreases from the shaft to the perimeter. Visually, it is found that the luminous intensity of the discharge is attenuated further away from the shaft. In some cases, the electron density is very low for axial positions less than the radius of the tube, and the discharge no longer fills the cross section of the radius of the tube. The discharge is then said to shrink.
주연부를 향한 전자 밀도의 이러한 반경 방향 분포의 형태는 특히 플라즈마의 동작 파라미터, 즉 질소 내에서의 다양한 오염물 가스의 성질 및 농도, 총 유량 그리고 마이크로파 출력에 의존한다. 이러한 반경 방향 분포의 형태는 또한 방전 튜브의 내경 그리고 방전 튜브가 제조되는 재료의 성질(특히 열 전도도를 통해) 등의 사전에 고정된 파라미터에 의존한다.The form of this radial distribution of electron density towards the periphery depends in particular on the operating parameters of the plasma, namely the nature and concentration of the various contaminant gases in nitrogen, the total flow rate and the microwave power. The shape of this radial distribution also depends on previously fixed parameters such as the inner diameter of the discharge tube and the nature of the material from which the discharge tube is made (particularly via thermal conductivity).
전자 밀도 및 가스 온도의 반경 방향 분포는 가스상 매체와 튜브의 벽 사이의 열 교환 관계 결국 튜브의 신뢰성에 영향을 준다는 것이 이해될 수 있다. 1% 정도의 질소 함량으로부터의 헬륨 및 수소 등의 일부의 가스가 방전물의 반경 방향 팽창을 촉진시키므로 튜브의 벽의 부근에서 가스 온도를 증가시키는 효과를 갖는다는 것이 밝혀졌다. 이러한 방식으로, 열 효과에 의한 튜브의 벽의 노화(aging)가 현저해진다.It can be understood that the radial distribution of the electron density and the gas temperature affects the heat exchange relationship between the gaseous medium and the wall of the tube and eventually the reliability of the tube. It has been found that some gases, such as helium and hydrogen, from nitrogen contents on the order of 1% promote radial expansion of the discharge and thus have an effect of increasing the gas temperature in the vicinity of the wall of the tube. In this way, the aging of the wall of the tube due to the thermal effect becomes significant.
다른 가스가 반대 효과를 갖고 방전물의 반경 방향 수축을 촉진시킨다는 것이 또한 밝혀졌다. 이러한 경우에, 플라즈마는 축 상에 중심 설정된 상태로 일정하게 남아 있지 않고 튜브의 단면 내에서 무작위로 이동한다는 것이 일반적으로 관찰된다. 플라즈마가 중심 이탈되고 튜브의 벽에 접근할 때, 이것은 훨씬 더 높은 에너지 상태에서 열역학적 평형(thermodynamic equilibrium)으로부터 벗어난 전자의 작용뿐만 아니라 또한 매우 높은 가스 온도에 일시적으로 노출된다. 이러한 제한적인 경우는 충분히 긴 기간 동안 벽과 접촉하면 벽 상에 극히 국부화된 응력을 생성시키는 1개 이상의 매우 밀집한 필라멘트로서 존재하는 경우이다. 그러므로, 열 기계 과부하(thermomechanical overload)에 의해 벽을 파열시킬 위험성, 높은 에너지의 불화 화학종에 의한 튜브의 벽의 지점 침식(point erosion)의 위험성 그리고 또한 벽 상에서의 플라즈마의 접촉의 지점에 대향하는 튜브의 외부 표면 상에서의 유전성 냉각 유체의 탄화(carbonization)의 위험성이 있다.It has also been found that other gases have the opposite effect and promote radial shrinkage of the discharge. In this case, it is generally observed that the plasma moves randomly within the cross section of the tube without remaining constant centered on the axis. When the plasma is decentralized and approaches the wall of the tube, it is temporarily exposed to very high gas temperatures as well as the action of electrons deviating from the thermodynamic equilibrium at much higher energies. This limiting case is the case where there is one or more very dense filaments which, when in contact with the wall for a sufficiently long period, create extremely localized stresses on the wall. Therefore, the risk of rupture of the wall by thermomechanical overload, the risk of point erosion of the wall of the tube by high energy fluoride species and also the point of contact of the plasma on the wall There is a risk of carbonization of the dielectric cooling fluid on the outer surface of the tube.
이러한 형태의 문제점에 대한 제1 해결책이 알루미늄 질화물 등의 매우 높은 성능의 재료로 제조된 튜브를 사용하는 것으로 구성되며, 이로써 이러한 열화 현상은 극히 드물며, 그 발생을 예측하는 것은 불가능하지 않다. 특히, 수축 현상 및 필라멘트화(filamentation)를 지배하는 파라미터는 일반적으로 모두 대체로 알려지지 않은 매우 가변적인 비율로 다양한 할로겐화 가스, 아르곤 등의 플라즈마성 가스 그리고 헬륨, 수소 또는 다른 화학 첨가물 등의 다양한 첨가제, 또는 훨씬 무거운 희유 가스를 이용할 수 있는 사용자의 방법의 레시피의 특성에 의해 설정된다.The first solution to this type of problem consists in using tubes made of very high performance materials such as aluminum nitride, whereby this deterioration is extremely rare and it is not impossible to predict the occurrence. In particular, the parameters governing shrinkage and filamentation are generally largely unknown, with varying proportions of various additives such as various halogenated gases, plasma gases such as argon and helium, hydrogen or other chemical additives, or It is set by the nature of the recipe of the user's method that can use a much heavier rare gas.
더욱이, 플라즈마와 벽의 접촉 현상은 그 자체로 완전히 무작위성이므로, 동작 그에 따라 설치의 안전성을 손상시킬 위험성을 야기하는 이들 현상에 대해 보호하는 것은 매우 어렵다.Moreover, the contact of the plasma with the wall is completely random in itself, so it is very difficult to protect against these phenomena which pose a risk of impairing the safety of the operation and therefore of the installation.
추가로, 플라즈마의 반경 방향 밀도 구배의 존재는 또한 유해 방출물의 파괴를 위한 시스템의 성능을 제한하는 데 있어서 큰 역할을 한다. 실제로, 챔버의 주연부 영역은 더 저온이고 전자가 공핍된다. 결국, 오염물 분자의 해리가 중심 영역 내에서보다 덜 일어나며, 그 분해물로부터의 그 재형성이 (비교적 높은 절대 농도가 존재한다는 사실로 인해) 촉진된다. 이러한 낮은 에너지의 주연부 영역 내에 남아 있는 상태에서 챔버를 통과하는 오염물 가스 분자는 축에 근접하게 통과된 경우보다 훨씬 낮은 해리될 확률을 갖는다. 분자는 그 통과 동안에 확산, 대류 또는 난류에 의해 더 고온의 중심 영역을 향해 이동한다고 생각될 수 있다. 그러나, 질소 내에서, 플라즈마 컬럼(plasma column)은 비교적 짧으며, 통과의 속도는 1차 펌프를 떠나는 질소의 총 유동이 고려되면 비교적 높으며, 그 결과 물질의 교환을 위 한 이들 공정은 완료될 시간을 거의 갖지 못한다.In addition, the presence of the radial density gradient of the plasma also plays a large role in limiting the performance of the system for the destruction of harmful emissions. In fact, the periphery region of the chamber is colder and depletes electrons. Eventually, dissociation of contaminant molecules occurs less than in the central region, and their reformation from the degradation is promoted (due to the fact that a relatively high absolute concentration exists). Contaminant gas molecules passing through the chamber while remaining within this low energy periphery region have a much lower probability of dissociation than if they passed near the axis. The molecule can be thought to move toward the hotter central region by diffusion, convection or turbulence during its passage. However, in nitrogen, the plasma column is relatively short and the rate of passage is relatively high considering the total flow of nitrogen leaving the primary pump, so that these processes for material exchange are time to complete. Have very little.
본 발명은 또한 플라즈마 내의 NF3 등의 분자의 열분해(cracking)에 의해 얻어지는 불소(F2) 등의 가스의 발생기에 관한 것이다. 이러한 방법 그리고 관련된 발생기는 본 출원인의 이름으로 2005년 6월 29일자로 출원되고 그 본문이 참조로 본원에 합체되는 국제 특허 제PCT/FR05/01652호에 기재되어 있다.The present invention also relates to a generator of a gas such as fluorine (F 2 ) obtained by cracking molecules such as NF 3 in a plasma. Such methods and related generators are described in International Patent No. PCT / FR05 / 01652, filed June 29, 2005, in the name of the applicant and incorporated herein by reference.
본 발명은 다음과 같은 방식으로, 즉The present invention is in the following manner, namely
- 한편으로, 방전 튜브의 내구성 및 신뢰성을 개선시키기 위해 플라즈마의 직경 면에서의 변동 그리고 무작위성 축 방향 중심-이탈(off-centering)에 대항함으로써,On the one hand, by countering fluctuations in the diameter of the plasma and random axial off-centering to improve the durability and reliability of the discharge tube,
- 다른 한편으로, 주입되는 출력에 대한 변환 효율을 증가시킬 뿐만 아니라 또한 시스템 내에서 평균적으로 이용 가능한 과잉의 활성 화학종을 더 양호하게 이용하기 위해 오염물 가스 분자가 플라즈마의 밀집 영역 내에서 상당히 더 긴 경로를 강제로 따르게 함으로써,On the other hand, contaminant gas molecules are significantly longer in the dense region of the plasma to not only increase the conversion efficiency for the injected output but also to better utilize the excess active species available on average within the system. By forcing the path to follow,
챔버 내에서 특히 튜브 내에서 마이크로파 플라즈마에 의해 제시되는 문제점에 특히 대응하는 것을 가능케 한다.It makes it possible in particular to counter the problems presented by the microwave plasma in the chamber, in particular in the tube.
본 발명에 따른 방법은 가스 또는 가스 혼합물의 스트림이 전기장 및/또는 자기장을 통해 가스 분자에 의해 이동되는 거리를 증가시키고 그에 따라 가스 또는 가스 혼합물의 분자의 파괴의 효과를 증가시키기 위해 비선형 방식으로 전기장 및/또는 자기장을 통해 주입되는 것을 특징으로 한다.The method according to the invention provides an electric field in a non-linear manner in order to increase the distance that the stream of gas or gas mixture is moved by the gas molecules through the electric and / or magnetic field and thus increase the effect of the destruction of the molecules of the gas or gas mixture. And / or injected through a magnetic field.
바람직하게는, 가스 또는 가스 혼합물은 가스 또는 가스 혼합물의 접선 방향 이동의 양이 가스 또는 가스 혼합물의 축 방향 이동의 양보다 큰 상태로 전기장 및/또는 자기장 내로 주입되며, 추가로 접선 방향 이동의 양은 축 방향 이동의 양보다 훨씬 크다.Preferably, the gas or gas mixture is injected into the electric and / or magnetic field with the amount of tangential movement of the gas or gas mixture being greater than the amount of axial movement of the gas or gas mixture, and further the amount of tangential movement is Much greater than the amount of axial movement.
본 발명의 하나의 특징에 따르면, 가스 또는 가스 혼합물의 적어도 일부가 전기장 및/또는 자기장의 작용이 적용되기 전에 공동 바람직하게는 튜브형 공동 내로 접선 방향 속도 성분을 갖는 상태로 주입된다.According to one feature of the invention, at least a portion of the gas or gas mixture is injected with the tangential velocity component into the cavity, preferably the tubular cavity, before the action of the electric and / or magnetic fields is applied.
바람직하게는, 가스 또는 가스 혼합물은 접선 방향 성분을 포함하는 복수개의 주입부에 의해 주입된다.Preferably, the gas or gas mixture is injected by a plurality of injections comprising tangential components.
양호한 변형예에 따르면, 접선 방향 주입부는 원주부에 걸쳐 규칙적으로 분포된다.According to a preferred variant, the tangential injections are regularly distributed over the circumference.
다양한 변형 실시예가 가능하며, 특히,Various modifications are possible, in particular,
주입부 또는 가스 혼합물이 모두 동일한 평면 내에 위치되거나,The inlets or gas mixtures are all located in the same plane,
주입부는 상이한 평면 내에 위치된다.The injection section is located in a different plane.
동일한 평면 내에 위치되는 주입부가 이러한 평면 내에 규칙적으로 분포된다.Injections located in the same plane are regularly distributed in this plane.
하나의 변형 실시예에 따르면,According to one variant embodiment,
적어도 1개의 평면이 단지 1개의 주입부를 가지며, 및/또는At least one plane has only one injection portion, and / or
적어도 1개의 평면이 180˚로 된 2개의 주입부를 가지며, 및/또는At least one plane has two injection sections of 180 °, and / or
적어도 1개의 평면이 120˚로 된 3개의 주입부를 가지며, 및/또는At least one plane has three injection sections of 120 °, and / or
적어도 1개의 평면이 90˚로 된 4개의 주입부를 갖는다.At least one plane has four injection sections of 90 °.
일반적으로, 주입 평면 또는 평면들은 전기장 및/또는 자기장이 적용되는 튜브 또는 공동의 축에 직각이다. 그러나, 본 발명의 하나의 변형예에 따르면, 주입부들 중 적어도 1개가 공동을 향한 또는 공동 내로의 가스를 위한 원하는 유동 방향에 평행한 주입 가스의 속도 성분을 제공하도록 배향된 오리피스를 통해 형성된다. 이와 같이, 일반적으로 그 사용 동안에 수직으로 배열되며 가스가 하향으로 유동하는 공동 특히 튜브형 공동 내로의 가스 주입부의 경우에, 수평으로 이러한 주입부를 형성하지 않고 0˚와 90˚ 사이로, 바람직하게는 20˚와 70˚ 사이로, 더 바람직하게는 약 45˚로 공동의 수직 축에 대해 하향으로 경사진 방향으로 이러한 주입부를 형성하는 것이 어떤 경우에 바람직하다.In general, the injection plane or planes are perpendicular to the axis of the tube or cavity to which the electric and / or magnetic fields are applied. However, according to one variant of the invention, at least one of the injections is formed through an orifice oriented to provide a velocity component of the injection gas parallel to the desired flow direction for the gas towards or into the cavity. As such, in the case of a gas inlet into a cavity, in particular vertically arranged during its use and in which gas flows downward, in particular a tubular cavity, between 0 ° and 90 °, preferably 20 °, without forming such an injection part horizontally. It is desirable in some cases to form such an injection section in a direction inclined downwardly with respect to the vertical axis of the cavity between and 70 °, more preferably about 45 °.
(대기압 또는 대기압에 가까운 압력에서) 식각 및 증착 반응기의 펌프로부터의 출구에서 위치되는 플라즈마 장치의 동작 조건은 일반적으로 여러 개의 식각 챔버로부터의 배기물이 오염 제거 유닛에 동시에 연결되고 동시에 동작할 때 80 slm(liter per minute)을 초과하는 입구에서의 총 유동을 흡수하는 것을 가능케 한다. 그 다음에, 가스는 기본적으로 질소로 구성된다. PFC 등의 가장 안정된 분자의 양호한 변환 효율을 얻기 위해, 필요한 총 출력은 일반적으로 3 ㎾를 초과하여야 하며, 공동 특히 방전 튜브의 외부 벽의 냉각이 제공된다.The operating conditions of the plasma apparatus located at the outlet from the pump of the etching and deposition reactors (at atmospheric or near atmospheric pressure) are generally 80 when the exhausts from several etching chambers are simultaneously connected to the decontamination unit and operated simultaneously. It is possible to absorb the total flow at the inlet above slm (liter per minute). The gas then consists essentially of nitrogen. In order to obtain good conversion efficiency of the most stable molecules, such as PFCs, the total power required should generally exceed 3 kPa, provided cooling of the cavity, in particular the outer wall of the discharge tube.
본 발명의 실시는 일반적으로 시스템의 축 방향 대칭성을 유지시키는 경향이 있는 수력학적 힘(hydrodynamic force)의 시스템을 수립하는 것 그리고 특히 전자기 또는 열적 성질의 무작위성 교란(random disturbance)이 축 방향 위치로부터 플라즈마를 변위시키는 것을 방지하는 것을 가능케 한다.The practice of the present invention is generally to establish a system of hydrodynamic forces that tend to maintain the axial symmetry of the system, and in particular that random disturbances of electromagnetic or thermal properties may cause the plasma from the axial position. Makes it possible to prevent displacement of the device.
본 발명의 장점들 중에서 다음의 장점이 주목될 것이다.Among the advantages of the present invention, the following advantages will be noted.
- 벽의 평균 온도 면에서의 감소, 이것은 방전 튜브의 예방적 관리 작업을 추가로 벌려 놓는 것을 이러한 방식으로 가능케 하며,Reduction in the average temperature of the wall, which makes it possible in this way to further open the preventive maintenance work of the discharge tube,
- 공동(예컨대, 튜브)의 벽으로부터 떨어진 상태에서의 플라즈마의 유지, 이것은 1000 ℃의 정도의 온도에 도달할 수 있는 이러한 벽의 온도 면에서의 국부화된 상승을 방지한다.Maintenance of the plasma away from the walls of the cavities (eg tubes), which prevents localized rise in temperature of these walls which can reach temperatures on the order of 1000 ° C.
본 발명에 따른 유체의 유동은 바람직하게는 (축 방향 대칭성을 갖는 공동이 사용될 때) 유동에 나선형 이동을 제공함으로써 그리고 또한 높은 플라즈마 에너지 및 낮은 플라즈마 에너지의 영역들 사이에서의 난류에 의해 물질의 교환을 촉진시킴으로써 활성 영역 내에서의 가스의 경로를 상당히 연장시키는 것을 가능케 한다.The flow of the fluid according to the invention preferably exchanges material by providing helical movement to the flow (when a cavity with axial symmetry is used) and also by turbulent flow between regions of high plasma energy and low plasma energy. It is possible to significantly extend the path of the gas in the active region by promoting.
실제로, 어떤 개수의 구속 요건에 따르는 것이 특히 나선형 이동을 유지시키는 것이 원해질 때 바람직하다. 바람직하게는,Indeed, compliance with any number of restraint requirements is particularly desirable when it is desired to maintain helical movement. Preferably,
- 장치의 소형화는 우선 가능하다면 본 발명에 따른 가스의 주입부를 포함하지 않는 장치에 임의의 상당한 추가의 체적을 추가하지 않는 상태에서 보존되어야 하며,The miniaturization of the device should first be preserved, if possible, without adding any significant additional volume to the device that does not comprise an injection of gas according to the invention,
- 반도체를 제조하는 반응기로부터 나오는 유해 방출물의 파괴를 위한 사용의 경우에 1차 펌프로부터의 배기물의 동작 압력에 의해 부과되는 제한된 압력 손실이 또한 처리될 가스 유동에 대해 보존되어야 한다.The limited pressure loss imposed by the operating pressure of the exhaust from the primary pump in the case of use for the destruction of harmful emissions from the reactor making the semiconductor must also be preserved for the gas flow to be treated.
일반적인 방식에서, 가스 주입부는 바람직하게는 접선 방향일 것이고, 상류로부터 방전 튜브로 유해 방출물 가스의 스트림을 가져오는 파이프를 연결하는 플랜지 내에 제공되는 1개 이상의 채널에 의해 형성될 것이다.In a general manner, the gas inlet will preferably be tangential and will be formed by one or more channels provided in the flanges connecting the pipes that bring the stream of noxious emissions gas from upstream to the discharge tube.
특히 가스의 나선형 이동의 경우에, 이러한 이동을 얻기 위해 사용되는 이러한 추진 가스 스트림은 1차 펌프로부터 배기물로부터 나오는 전술된 가스상 유해 방출물로 감소될 수 있다. 안정된 방식으로 이러한 이동을 유지시키기 위해, 가스의 접선 방향 이동의 양은 일반적으로 바람직하게는 그 축 방향 이동의 양보다 상당히 커야 한다. 이것은 각각이 방전 튜브의 직경보다 상당히 작은 단면을 갖는 연결 공급 튜브의 영역에서 가스를 위한 접선 방향 입구 채널을 제공하는 것을 포함한다. 이것은 1차 펌프로부터의 배기물에서의 총 과잉 압력이 허용된 실제 한계를 초과하도록 어떤 수치에 도달하지 않아야 하는 장치의 압력 손실에 상당한 성분을 추가한다.Especially in the case of helical movement of the gas, this propellant gas stream used to obtain this movement can be reduced to the aforementioned gaseous hazardous emissions from the exhaust from the primary pump. In order to maintain this movement in a stable manner, the amount of tangential movement of the gas should generally be considerably greater than the amount of its axial movement. This involves providing a tangential inlet channel for the gas in the region of the connecting feed tube, each having a cross section significantly smaller than the diameter of the discharge tube. This adds a significant component to the pressure loss of the device where the total excess pressure in the exhaust from the primary pump must not reach any value such that the actual limit exceeded is allowed.
그러나, 유해 방출물을 처리하는 시스템은 일반적으로 가변 용량을 갖고 종종 영구적으로 동시에 배출하는 1개 내지 4개의 공정 반응기를 갖는 상태에서 사용된다. 나선형 이동을 유지시키기 위해, 특히 최대의 압력 손실을 관찰하면서, 가스 주입 채널의 직경이 처리될 유동에 맞춰질 것이다.However, systems for treating hazardous emissions are generally used with variable capacities and often with one to four process reactors which discharge at the same time permanently. In order to maintain the helical movement, the diameter of the gas injection channel will be adapted to the flow to be treated, especially while observing the maximum pressure loss.
넓은 범위에 걸친 가변 유속에 맞춰지기 위해, 예컨대 와동(vortex)을 개시시키는 추진 가스의 추가의 보조 스트림을 사용하는 것이 가능할 것이며, 이것에는 입구에서의 최대의 과잉 압력의 구속 요건이 반드시 적용되지는 않을 것이다. 더 정확하게는, 플라즈마에 의해 특히 마이크로파에 의해 유해 방출물을 처리하는 시스템을 동작시키는 것은 일반적으로 예컨대 압축 공기의 형태로 제공되는 1개 이상의 보조 반응성 가스 예컨대 공기, 산소, 증기 등의 추가를 요구한다. 또한, 매우 자주, 동작에 연결된 이유 때문에, 이러한 공기 스트림은 오염물을 변환시키는 화학 반응을 성취하기 위해 필요한 단순한 수치를 넘어 증가된다. 이러한 추가의 공기 스트림은 수 bar의 압력으로 반도체를 제조하는 공장의 분배 네트워크(distribution network)로부터 나올 수 있다. 이것은 이와 같이 작은 직경의 오리피스 상에서 완벽하게 양호하게 사용될 수 있다. 더욱이, 유입된 추가의 희석물은 본 발명에 따른 가스 스트림의 존재 특히 이들 가스의 나선형 이동에 의해 야기되는 오염물에 대한 파괴의 특정한 효율 면에서의 증가에 의해 크게 보상된다.In order to adapt to a wide range of variable flow rates, it would be possible to use an additional auxiliary stream of propellant gas, for example, to initiate a vortex, which does not necessarily apply to the constraint of maximum excess pressure at the inlet. Will not. More precisely, operating a system for treating hazardous emissions by plasma, in particular by microwave, generally requires the addition of one or more auxiliary reactive gases such as air, oxygen, steam, etc., provided in the form of compressed air, for example. . In addition, very often, for reasons connected to operation, this air stream is increased beyond the simple values needed to achieve chemical reactions that convert pollutants. This additional air stream may come from the distribution network of the factory making the semiconductor at a pressure of several bar. It can be used perfectly well on such small diameter orifices. Moreover, the additional dilutions introduced are largely compensated by the increase in the specific efficiency of destruction to the contaminants caused by the presence of the gas streams according to the invention, in particular by the helical movement of these gases.
구체적으로 말하자면, 주입 시스템은 여러 개의 형태를 취한다. 반경 방향 채널은 단지 1개의 높이에서 또는 여러 개의 높이에서 나타날 수 있다. 상류로부터 주입 채널로의 가스 급송(스트림의 분할)은 임의의 상당한 압력 손실을 추가하지 않도록 공지된 방식으로 제공된다.Specifically, the injection system takes several forms. Radial channels may appear at only one height or at several heights. Gas feeding (upstream of the stream) from the upstream to the injection channel is provided in a known manner so as not to add any significant pressure loss.
유전체 튜브가 예컨대 특허 제US-A-5,965,786호에 기재된 것과 같이 사용될 때, 튜브의 최대 내경은 방전물의 전자 밀도 반경 방향 구배 현상에 의해 지시된다. 튜브의 내경의 수치가 증가될 때, 모든 것이 추가로 동일한 상태에서, 오염물의 변환의 효율은 우선 단면의 증가에 따른 체류 시간의 증가 때문에 증가한다고 밝혀져 있다. 그러나, 어떤 수치를 넘으면, 효율은 방전물의 단면이 튜브의 점점 더 작은 분률의 단면을 충전하며 주연부 저온 영역의 반경 방향 연장부가 증가한다는 사실 때문에 떨어진다. 이와 같이, 증가한 비율의 오염물 분자가 낮은 반응 활동도의 영역 내의 튜브를 통과하기 쉬우며, 장치의 변환 수율은 감소한다.When a dielectric tube is used, for example as described in patent US-A-5,965,786, the maximum inner diameter of the tube is dictated by the electron density radial gradient phenomenon of the discharge. When the value of the inner diameter of the tube is increased, it is found that, with everything further being the same, the efficiency of the conversion of the contaminants first increases due to the increase in residence time with increasing cross section. However, beyond some value, the efficiency falls due to the fact that the cross section of the discharge fills the smaller and smaller fraction of the cross section of the tube and the radial extension of the peripheral cold zone increases. As such, increased proportions of contaminant molecules are likely to pass through the tubes in the region of low reaction activity and the conversion yield of the device is reduced.
가스에 나선형 이동을 추가함으로써, 변환 효율의 큰 저하가 없는 상태에서 가스의 이러한 이동이 없는 상태로 사용된 것보다 상당히 큰 유전체 튜브의 내경을 사용하는 것이 가능하다. 큰 직경의 튜브의 사용은 튜브 상에서의 열 응력을 현저하게 하지 않는 상태에서 그리고 큰 압력 손실을 갖지 않는 상태에서 플라즈마에 제공되는 출력을 증가시키면서 더 큰 유량이 처리될 수 있게 한다.By adding helical movement to the gas, it is possible to use an inner diameter of the dielectric tube that is significantly larger than that used without such movement of the gas in the absence of a significant decrease in conversion efficiency. The use of large diameter tubes allows larger flow rates to be processed while increasing the power provided to the plasma without significant thermal stress on the tubes and without large pressure losses.
본 발명이 다음의 도면에서 설명될 것이다.The invention will be explained in the following figures.
도1은 본 발명에 따른 가스 주입 시스템의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a gas injection system according to the present invention.
도2는 도1의 장치의 A를 따른 단면도이다.2 is a sectional view along A of the apparatus of FIG.
도3은 도1의 장치의 B를 따른 단면도이다.3 is a cross-sectional view along B of the apparatus of FIG.
도4 및 도5는 측정의 상이한 결과의 도면이다.4 and 5 are diagrams of the different results of the measurements.
도6은 단일의 스텝을 갖는 동적 주입 헤드의 수직 단면도이다.6 is a vertical sectional view of a dynamic injection head with a single step.
도7은 마찬가지로 2개의 스테이지를 갖는 동적 주입 헤드의 수직 단면도이다.Figure 7 is a vertical sectional view of a dynamic injection head likewise with two stages.
도1에서, 가스 주입 장치(1)는 플라즈마가 (도면에 도시되지 않은 수단에 의해) 생성되는 유전체 튜브(5)와 실질적으로 동일한 직경을 갖는 측면 방향 원통형 개구 내에 형성되는 예컨대 단지 1개의 접선 방향 가스 주입부가 있는 제US-A-5,965,786호에 기재된 장치와 비교될 때 변형되었다. 수직으로 배향된 축(X- X')[유전체 튜브(5) 및 가스 주입 공동(4)의 축]이 고려되면, 처리될 가스 주입부가 X-X'에 직각인 평면 내에 위치되는 4개의 주입 오리피스(7, 8, 9, 10)(도1 및 도2)를 통해 부분(2)을 관통하여 이러한 예에 따라 형성된다. 이들 오리피스는 가스를 위한 주입 공동(4)과 재결합하기 위해 각각 채널(11, 12, 13, 14)에 의해 각각 연장된다. 이들 4개의 채널 및 오리피스는 이러한 예에 따르면 90˚로 각각 배향된다. 도2는 부분(2)을 통한 직각 평면(A-A)을 따른 단면도이다. 플라즈마가 활성화될 수 있게 하는 전극(3)은 가스를 위한 주입 공동의 위에 위치된다. 각각 서로에 180˚로 위치되는 제2 세트의 오리피스(20, 21) 및 가스 주입 채널(22, 23)이 직각 평면(B-B) 내에 위치된다(도3의 단면도 참조). 가스 예컨대 제조 플랜트 내에서 항상 이용 가능한 압축 공기 등의 어떤 압력(예컨대, 2 내지 10×105 ㎩) 하의 가스가 이들 오리피스 내로 주입된다. 이러한 가압 가스는 평면(A-A) 내의 4개의 오리피스로부터 유출되는 처리될 가스의 나선형 이동을 형성하기 위해 추진 효과를 가질 것이다.In Fig. 1, the gas injection device 1 is formed in a lateral cylindrical opening having a diameter substantially the same as that of the dielectric tube 5 in which plasma is produced (by means not shown in the figure), for example, in only one tangential direction It was modified when compared to the apparatus described in US-A-5,965,786 with gas injection. Considering the vertically oriented axis X-X '(the axes of the dielectric tube 5 and the gas injection cavity 4), four injections are placed in a plane perpendicular to X-X'. It is formed in accordance with this example by penetrating
파괴될 공정 가스가 또한 평면(B-B) 내로 주입될 수 있지만, 공기, 질소 그리고 아마도 어떤 압력 하에서 바람직하게는 1과 10×105 ㎩ 사이에서 파괴된 분자와의 반응을 촉진시키는 산화 가스를 주입하는 것이 선호된다. 다양한 가스의 모든 주입부 배향 특히 튜브의 축에 직각인 평면 내에 형성되지 않고 90˚ 미만의 각도[병류(co-current)] 또는 90˚를 초과하는 각도[향류(counter-current)]로 형성되는 배향이 가능하다.The process gas to be destroyed can also be injected into the plane BB, but injecting an oxidizing gas which promotes reaction with air, nitrogen and possibly under a pressure, preferably between 1 and 10 × 10 5 kPa, Is preferred. All injection orientations of the various gases, in particular not formed in a plane perpendicular to the axis of the tube, but formed at an angle below 90 ° [co-current] or at an angle above 90 ° [counter-current] Orientation is possible.
균일하게 분배되는 방식으로 예에서 4개의 채널(7, 8, 9, 10) 내로 급송하기 위한 총 유동의 우선적인 분할은 대개 그 내에서 가스 스트림이 혼합되고 그 상태가 균일화되며 펌프로부터의 배기부로부터 나오는 주 채널이 나타나는 균등화 챔버(equalizing chamber)(도시되지 않음)로부터 수행된다. 이러한 챔버는 비교적 대칭적인 방식으로 4개의 분기 채널을 분할한다. 가능하기만 하면, 유입 유동 그리고 이러한 챔버로부터의 분할된 유출 유동은 압력 손실을 추가하지 않기 위해 평행하여야 한다.In the example in a uniformly distributed manner, the preferential splitting of the total flow for feeding into the four
높은 유속에서[예컨대, 동시에 연결되는 4개의 챔버], 가스의 나선형 이동을 유지시킬 정도로 충분한 접선 방향 임펄스(impulse)를 갖기 위해 가스의 보조 스트림을 주입하는 채널(평면 B-B)을 사용할 것이 이러한 유속에서 필요하다. 그러나, 과불화된 분자의 화학 변환 반응(chemical conversion reaction)을 수행하기 위해 필요한 양의 산소를 제공하도록 역할하는 최소의 압축 유동을 이들 채널(22, 23)을 통해 주입하는 것이 가능하다.At high flow rates (eg four chambers connected simultaneously), it is desirable to use a channel (planar BB) that injects an auxiliary stream of gas to have tangential impulses sufficient to maintain the helical movement of the gas. need. However, it is possible to inject through these
파괴 실험이 5000 ppmv(parts per million by volume)의 전형적인 농도에서 SF6의 혼합물이 질소로써 희석된 상태에서 수행되었다. 산소가 처리될 SF6의 체적의 양의 대략 1.5배의 비율로 보조 반응성 가스로서 추가되었다. 도4는 균등화 챔버 내로의 가스를 위한 입구와 방전이 일어나는 유전체 튜브로부터 하류에 남아 있는 가스를 냉각시키도록 역할하는 열 교환기(도시되지 않음) 내에서 냉각된 후의 가스를 위한 출구 사이에서의 총 압력 손실뿐만 아니라 플라즈마에 제공된 마이크 로파 출력(정미)의 함수로서의 SF6의 파괴의 비율의 진행을 도시하고 있다.Fracture experiments were performed with a mixture of SF 6 diluted with nitrogen at a typical concentration of 5000 parts per million by volume (ppm). Oxygen was added as auxiliary reactive gas at a rate approximately 1.5 times the amount of volume of SF 6 to be treated. 4 shows the total pressure between the inlet for the gas into the equalization chamber and the outlet for the gas after cooling in a heat exchanger (not shown) that serves to cool the gas remaining downstream from the dielectric tube where the discharge occurs. The progression of the loss as well as the rate of breakdown of SF 6 as a function of the microwave output (net) provided to the plasma is shown.
본 발명을 실시하지 않은 그리고 본 발명을 실시한[즉, 튜브(4)와 가까운 직경부를 따라 단지 1개의 반경 방향 가스 입구를 갖는 부분(2)을 갖는 그리고 그 접선 방향 가스 주입부를 갖는 본 발명에 따른 부분을 갖는] 제USP 5,965,786호에 따른 동일한 장치(모든 것들이 그렇지 않았다면 동일함)의 성능은 상당히 개선된다.According to the invention which does not carry out the invention and has carried out the invention (i.e. with a
실제로, 본 발명에 따르면, 90%의 파괴의 비율이 대략 3000 W의 출력에서 얻어지며, 99%의 파괴의 비율이 3500 W의 출력에서 얻어진다. 본 발명이 없었으면, 실용적인 수치를 제공할 정도로 충분한 성능을 갖는 상태에서 80/리터/분(slm)의 유속을 처리하는 것이 가능하지 않다.Indeed, according to the invention, a rate of breakdown of 90% is obtained at an output of approximately 3000 W, and a rate of breakdown of 99% is obtained at an output of 3500 W. Without the present invention, it would not be possible to treat a flow rate of 80 / liter / minute (slm) with sufficient performance to provide a practical value.
본 발명을 실시하지 않은 장치를 사용함으로써 그리고 단지 60 slm의 유속을 갖는 상태에서, 5500 W를 초과하는 출력이 동일한 농도의 5000 ppmv의 SF6의 95%를 파괴시키기 위해 요구된다. 이것은 2500 W 미만의 출력이 요구되는 본 발명(60 slm 및 동일한 혼합물)과 비교된다.By using an apparatus that does not practice the present invention and with a flow rate of only 60 slm, an output exceeding 5500 W is required to destroy 95% of 5000 ppmv SF 6 of the same concentration. This compares with the present invention (60 slm and the same mixture) where a power of less than 2500 W is required.
80 slm에서의 추가의 측정은 결과가 1000과 5000 ppmv 사이의 SF6의 농도에 매우 적게 의존한다는 것을 보여주었다.Further measurements at 80 slm showed that the results depend very little on the concentration of SF 6 between 1000 and 5000 ppmv.
압력 손실은 어떤 동작 조건으로부터 기인할 수 있는 의도하지 않은 변동의 경우를 위한 어떤 여유를 갖는 상태에서 산업용으로 규정된 한계 내에서 완벽하게 남아 있다.The pressure loss remains perfectly within the limits specified for industrial use with some margin for unintended fluctuations that may result from certain operating conditions.
추가로, 급진적인 변화가 플라즈마의 공간적 분포 그리고 시간에 따른 그 안 정성에서 실제로 발견되었다. 플라즈마는 축 상에서 양호하게 중심 설정된 상태로 남아 있고, 가스의 나선형 주입이 없는 상태에서의 주입의 경우에서보다 작은 분명한 반경 방향 연장부를 갖는다. 시각화가 측면 방향 입사 상태에서 투명한 실리카 튜브를 통해 카메라로써 수행되었다. 이러한 시각화는 중심 이탈 상태에서의 불안정성의 부존재 그리고 튜브의 벽으로의 플라즈마의 부착의 부존재를 보여주었다. 튜브의 단면의 중심에서의 플라즈마의 고정 성질을 확인하는 축 방향 관찰이 또한 세라믹 튜브 내에서 수행되었다.In addition, radical changes were actually found in the spatial distribution of the plasma and its stability over time. The plasma remains well centered on the axis and has a clear radial extension that is smaller than in the case of injection without helical injection of gas. Visualization was performed with a camera through a transparent silica tube in lateral incidence. This visualization showed the absence of instability in the off-center state and the absence of adhesion of the plasma to the wall of the tube. An axial observation was also performed in the ceramic tube confirming the fixing properties of the plasma at the center of the cross section of the tube.
플라즈마에 의해 사출되는 열의 양은 본 발명을 실시하지 않는 상태에서보다 본 발명을 실시한 상태에서 적다는 것이 또한 밝혀졌다.It has also been found that the amount of heat injected by the plasma is less in the state in which the invention is carried out than in the state without the invention.
어떠한 손상 특히 부식성 불화 화합물에 의한 표면 상에서의 화학적 침식에 후속하는 동결 상태(frosting)도 튜브의 벽 상에서 인식되지 않는 상태에서 실리카 튜브 내에서 여러 시간에 걸쳐 공칭 조건 하에서 파괴 실험을 수행하는 것이 가능하였다. 비교로서, 본 발명을 실시하지 않은 상태에서 그리고 동일한 조건 하에서, 실리카 튜브가 수 분 내에 화학적 침식 및/또는 국부적 용해에 의해 천공된다.It was possible to conduct fracture experiments under nominal conditions over several hours in a silica tube without any damage, especially frosting following chemical erosion on the surface by corrosive fluorinated compounds. . As a comparison, in the absence of the invention and under the same conditions, the silica tube is perforated by chemical erosion and / or local dissolution within minutes.
50 및 60 slm의 총 유량에 대해, 동일한 주입 절차가 사용된다[공정 유해 방출물이 유전체 튜브의 대략 1/2의 직경을 갖는 4개의 접선 방향 채널을 통해 진입함 그리고 압축 공기가 채널(1, 8, 9, 10)의 대략 1/2의 직경을 갖는 2개의 채널(22, 23)을 통해 진입함]. 마이크로파 출력에 대한 파괴 비율은 80 slm에서보다 상당히 양호하며, 압력 손실은 떨어진다.For total flow rates of 50 and 60 slm, the same injection procedure is used (process hazardous emissions enter through four tangential channels having a diameter of approximately 1/2 of the dielectric tube and compressed air is the channel 1, Entering through two
총 유동이 50 slm 미만으로 감소될 때, 안정된 나선형 이동이 30 slm 정도로 낮은 유속을 위한 이러한 공급 구성에서 여전히 유지될 수 있다. 그러나, 약간 낮은 안정성이 가스 유동 내에서 인식된다.When the total flow is reduced below 50 slm, a stable helical movement can still be maintained in this feed configuration for flow rates as low as 30 slm. However, slightly lower stability is recognized in the gas flow.
그러므로, 낮은 유속에서, 예컨대 50 slm의 총 유량까지 공기 또는 질소의 추가의 유동을 증가시키면서 추가의 추진력을 제공하고 그에 의해 가스의 나선형 이동을 유지시키기 위해 보조 주입 채널(22, 23)을 사용하는 것이 바람직하다.Therefore, at lower flow rates, for example, using
이와 같이, 단지 1개의 식각 챔버가 동작 중일 때(유속이 대략 20 slm임), 30 slm의 공기 또는 질소가 공정 장비로부터의 배기물이 20 slm의 유속에 있을 때(1개임) 보조 주입 채널을 통해 추가된다.As such, when only one etching chamber is in operation (flow rate is approximately 20 slm), 30 slm of air or nitrogen is at a flow rate of 20 slm (1 piece) when the exhaust from the process equipment is one (1). Is added through.
10 slm의 공기 또는 질소가 공정 장비로부터의 배기물이 40 slm의 유속에 있을 때(2개의 식각 챔버가 동작 중임) 보조 주입 채널을 통해 추가된다.10 slm of air or nitrogen is added through the auxiliary injection channel when the exhaust from the process equipment is at a flow rate of 40 slm (two etch chambers in operation).
도5는 전술된 제1의 경우에서(20+30 slm) 정미 마이크로파 출력의 함수로서 파괴 비율 및 압력 손실에 대한 변화를 도시하고 있다. 곡선은 어떠한 과불화 가스의 농도에서도 특히 1000과 5000 ppm 사이에서 제2의 경우(40+10 slm)에 대해 매우 유사하다는 것이 주목되어야 할 것이다.FIG. 5 shows the change in failure rate and pressure loss as a function of net microwave power in the first case described above (20 + 30 slm). It should be noted that the curve is very similar at any concentration of perfluorinated gas, especially for the second case (40 + 10 slm) between 1000 and 5000 ppm.
단일의 스테이지를 갖는 동적 주입 헤드(dynamic injection head)가 도6에 도시되어 있으며, 이것은 가스 또는 가스 혼합물의 압력을 균등화하는 챔버(101)를 갖는다.A dynamic injection head with a single stage is shown in FIG. 6, which has a
처리될 가스는 가스 압력이 균등화되는 챔버(101) 내로 채널(100)을 거쳐 주입된다. 이러한 챔버는 처리될 가스가 주입부(106)를 거쳐 튜브(105)의 상부 부분, 그리고 챔버(101) 그리고 챔버(103)의 본체의 리드(102)를 통과하는 플라즈마 를 활성화시키는 전극 블록(104)을 둘러싸는 원통형 크라운부(crown)(101)로서 한정된다. 튜브(105)의 하부 부분은 유전체 튜브(도시되지 않음) 상으로 끼워지기 위해 도면 부호 107에서 넓혀진다.The gas to be treated is injected via the
2개의 스테이지를 갖는 동적 주입 헤드가 도7에 도시되어 있으며, 도7에서 도6과 동일한 요소는 동일한 도면 부호를 보유한다. 처리될 가스의 주입부가 상부 부분 상의 오리피스(201)를 통해 형성되며, 한편 보조 가스 주입부(질소, 아르곤)가 채널(204)을 통해 공급되는 압력 균등화 챔버(205)와 연통하는 "저부" 오리피스(203)를 통해 형성된다.A dynamic injection head with two stages is shown in FIG. 7, in which the same elements as in FIG. 6 bear the same reference numerals. The injection portion of the gas to be treated is formed via an orifice 201 on the upper portion, while the “bottom” orifice in which the auxiliary gas injection portion (nitrogen, argon) is in communication with the
동적 주입 헤드는 플라즈마가 수립되는 세라믹 튜브 상에 수직으로 직접적으로 설치된다.The dynamic injection head is mounted directly and vertically on the ceramic tube on which the plasma is established.
도6 및 도7에 도시된 헤드는 튜브의 강화된 보호를 제공하기 위해 생성된 플라즈마가 벽에 의도하지 않게 부착되지 않고 벽으로부터 충분히 분리되도록 튜브에 동축인 하향 변위를 갖는 상태에서 원형 이동을 가스에 제공한다. 이러한 방식으로 보호되는 세라믹 튜브(5)는 그 열적 부하가 25 내지 35%만큼 감소되게 하며, 이것은 결과적으로 가스의 하향 원형 이동이 없을 때보다 상당히 낮은 오일 온도를 가져온다.The heads shown in FIGS. 6 and 7 allow for circular movement with coaxial downward displacement in the tube so that the plasma generated to provide enhanced protection of the tube is not inadvertently attached to the wall and is sufficiently separated from the wall. To provide. The ceramic tube 5 protected in this way causes its thermal load to be reduced by 25 to 35%, which results in a significantly lower oil temperature than when there is no downward circular movement of the gas.
냉각 시스템 오일은 고온 세라믹 벽과 접촉 상태에서 열화되지 않는다[튜브의 외부 벽(오일측) 상에서의 탄소를 함유한 피착물의 부존재가 장치의 효과 그리고 튜브의 "표피 온도"의 균일성을 증명함].The cooling system oil does not degrade in contact with the hot ceramic wall (the absence of carbon-containing deposits on the outer wall (oil side) of the tube demonstrates the effect of the device and the uniformity of the "skin temperature" of the tube). .
장치의 예방적 관리의 빈도를 감소시키는 것이 가능하였다.It was possible to reduce the frequency of preventive care of the device.
동적 주입부의 효과적인 기능을 위해, 헤드의 기하학적 구성(주입기의 개수, 주입기의 직경, 입사각 등)에 따라 대략 2 내지 60 ℓ/m의 최소의 가스 유속으로 주입할 것이 일반적으로 필요하다.For the effective functioning of the dynamic injector, it is generally necessary to inject at a minimum gas flow rate of approximately 2 to 60 l / m depending on the geometry of the head (number of injectors, diameter of the injector, angle of incidence, etc.).
플라즈마의 영역 내의 영구 "와동" 상황 내에 남아 있게 하기 위해, 총 유량은 (0 내지 50 ℓ/m의) 또 다른 중성 가스 내에 질소의 추가의 유동을 추가함으로써 계속하여 조정되어야 한다(유속은 처리될 챔버의 개수에 따라 계산되며, 여러 개의 챔버가 병렬로 시스템에 연결됨).In order to remain in a permanent "vortex" situation in the region of the plasma, the total flow rate must continue to be adjusted by adding additional flow of nitrogen in another neutral gas (from 0 to 50 L / m) (flow rate to be processed) Calculated according to the number of chambers, several chambers are connected to the system in parallel).
모든 경우에, 처리될 1차 펌프 그리고 추가의 질소의 유속의 합계는 플라즈마의 최소의 동작 유속보다 커야 하며, 이것은 모든 경우에 2 ℓ/m 미만일 수 없다.In all cases, the sum of the flow rates of the primary pump and additional nitrogen to be treated must be greater than the minimum operating flow rate of the plasma, which in all cases cannot be less than 2 l / m.
전술된 본 발명은 표면파 플라즈마에 제한되지 않고 이것이 공진형 공동(resonating cavity)으로부터 되어 있거나 마이크로파 회로의 내부측에 있는 것 중 어느 하나의 방식으로 된 공동 특히 유전체 튜브 내에서 예컨대 중공 직사각형 안내부 내에서 유지되는 임의의 대기압 마이크로파 플라즈마에 관한 것이다.The invention described above is not limited to surface wave plasma and is in a cavity, in particular in a dielectric tube, in a hollow rectangular guide, in which it is either from a resonating cavity or in the interior of a microwave circuit. To any atmospheric microwave plasma maintained.
Claims (15)
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101026457B1 (en) * | 2008-09-02 | 2011-03-31 | (주)트리플코어스코리아 | Waste gas removal system using low pressure and atmospheric pressure plasma |
| KR101453860B1 (en) * | 2013-05-31 | 2014-10-22 | 한국기계연구원 | Plasma heater |
| KR20200105867A (en) * | 2017-12-28 | 2020-09-09 | 에이알씨에스 에너지 리미티드 | Fluid treatment device and method for exhaust system |
| CN112717739A (en) * | 2020-12-04 | 2021-04-30 | 中国科学技术大学 | Chemical substance mixing device and method suitable for high-speed flow field environment |
-
2005
- 2005-07-08 KR KR1020077000787A patent/KR20070035565A/en not_active Ceased
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| KR20200105867A (en) * | 2017-12-28 | 2020-09-09 | 에이알씨에스 에너지 리미티드 | Fluid treatment device and method for exhaust system |
| CN112717739A (en) * | 2020-12-04 | 2021-04-30 | 中国科学技术大学 | Chemical substance mixing device and method suitable for high-speed flow field environment |
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