반도체 제조공정에서 에칭 및 세정용가스로 사용되는 가스에는 CF4, CHF3, NF3, SF6와 같은 불화온실가스들이 있으며, 이들의 수요는 현재 계속 늘어나고 있는 추세이다. 또한, 이들의 대기중 배출량이 CO2에 비해 매우 적지만, 지구온난화지수가 CO2의 수천 배에 달하기 때문에 지구온난화에 미치는 영향을 무시할 수 없는 실정이다. 특히, NF3는 매우 안정한 물질로서 그 수명은 약 740년으로 추정되고 있으며, 또한 CO2 대비 지구온난화지수인 GWP가 17,000에 달하기 때문에 대기상으로 배출되기 전에 반드시 제거되어야 한다. 따라서 최근, ...
반도체 제조공정에서 에칭 및 세정용가스로 사용되는 가스에는 CF4, CHF3, NF3, SF6와 같은 불화온실가스들이 있으며, 이들의 수요는 현재 계속 늘어나고 있는 추세이다. 또한, 이들의 대기중 배출량이 CO2에 비해 매우 적지만, 지구온난화지수가 CO2의 수천 배에 달하기 때문에 지구온난화에 미치는 영향을 무시할 수 없는 실정이다. 특히, NF3는 매우 안정한 물질로서 그 수명은 약 740년으로 추정되고 있으며, 또한 CO2 대비 지구온난화지수인 GWP가 17,000에 달하기 때문에 대기상으로 배출되기 전에 반드시 제거되어야 한다. 따라서 최근, 교토의정서 규제대상 온실가스 중에는 NF3를 포함한 불화온실가스를 배출감축 최우선 후보로 지정하고 있다. NF3와 같은 불화온실가스를 분해하기 위한 반응으로는 산소에 의한 산화반응, 물에 의한 가수분해반응이 있으며 이를 위한 촉매로는 고체산 촉매가 적합하다고 알려져 있다. 본 연구에서는 고체산 상용촉매들을 이용하여 열분해와 가수분해 반응에 대한 스크린 테스트를 진행하였으며, 그 결과 성능이 가장 우수했던 γ-Al2O3와 ZrO2를 이용하여 다양한 조건에서 NF3 분해반응을 수행하였다. γ-Al2O3 촉매의 경우 반응 후 불소화합물인 AlF3가 형성되어 성능이 저하되는 것으로 나타났다. 가수분해의 경우 촉매의 불소화를 억제하여 장시간의 테스트를 진행한 결과 열분해보다 더 유리함을 확인 할 수 있었다. 또한 가수분해반응에서 촉매활성을 증진시키고자 Sulfate 담지촉매를 제조하였으며, 그 결과 촉매활성이 향상되어 반응온도 400 ℃, 공간속도 15,000 ml/g-cat·h에서 35시간 동안 100% NF3 분해전화율이 유지되었다. ZrO2의 경우 열분해 반응에서는 낮은 성능을 보였지만, 가수분해의 경우 훨씬 좋은 성능을 나타내어 400 ℃, 공간속도 15,000 ml/g-cat·h에서 50% 정도의 전화율을 나타내었다. ZrO2는 Al2O3와 달리 반응전후 촉매의 변형이 발생되지 않았으며, 또한 반응동안 성능이 저하되는 현상이 나타나지 않았다. 반응 전후의 촉매의 특성은 XRD, SEM, EDX, BET 에 의해 분석되었다. 또한 NF3 가수분해생성물을 조사하기 위한 FT-IR분석을 수행한 결과, NO, NO2의 NOx 가 발생하는 것으로 확인되었다. 따라서 NF3 가수분해공정을 위해서는 NOx를 처리 할 수 있는 적절한 설비가 구비되어야 할 것으로 판단된다.
반도체 제조공정에서 에칭 및 세정용가스로 사용되는 가스에는 CF4, CHF3, NF3, SF6와 같은 불화온실가스들이 있으며, 이들의 수요는 현재 계속 늘어나고 있는 추세이다. 또한, 이들의 대기중 배출량이 CO2에 비해 매우 적지만, 지구온난화지수가 CO2의 수천 배에 달하기 때문에 지구온난화에 미치는 영향을 무시할 수 없는 실정이다. 특히, NF3는 매우 안정한 물질로서 그 수명은 약 740년으로 추정되고 있으며, 또한 CO2 대비 지구온난화지수인 GWP가 17,000에 달하기 때문에 대기상으로 배출되기 전에 반드시 제거되어야 한다. 따라서 최근, 교토의정서 규제대상 온실가스 중에는 NF3를 포함한 불화온실가스를 배출감축 최우선 후보로 지정하고 있다. NF3와 같은 불화온실가스를 분해하기 위한 반응으로는 산소에 의한 산화반응, 물에 의한 가수분해반응이 있으며 이를 위한 촉매로는 고체산 촉매가 적합하다고 알려져 있다. 본 연구에서는 고체산 상용촉매들을 이용하여 열분해와 가수분해 반응에 대한 스크린 테스트를 진행하였으며, 그 결과 성능이 가장 우수했던 γ-Al2O3와 ZrO2를 이용하여 다양한 조건에서 NF3 분해반응을 수행하였다. γ-Al2O3 촉매의 경우 반응 후 불소화합물인 AlF3가 형성되어 성능이 저하되는 것으로 나타났다. 가수분해의 경우 촉매의 불소화를 억제하여 장시간의 테스트를 진행한 결과 열분해보다 더 유리함을 확인 할 수 있었다. 또한 가수분해반응에서 촉매활성을 증진시키고자 Sulfate 담지촉매를 제조하였으며, 그 결과 촉매활성이 향상되어 반응온도 400 ℃, 공간속도 15,000 ml/g-cat·h에서 35시간 동안 100% NF3 분해전화율이 유지되었다. ZrO2의 경우 열분해 반응에서는 낮은 성능을 보였지만, 가수분해의 경우 훨씬 좋은 성능을 나타내어 400 ℃, 공간속도 15,000 ml/g-cat·h에서 50% 정도의 전화율을 나타내었다. ZrO2는 Al2O3와 달리 반응전후 촉매의 변형이 발생되지 않았으며, 또한 반응동안 성능이 저하되는 현상이 나타나지 않았다. 반응 전후의 촉매의 특성은 XRD, SEM, EDX, BET 에 의해 분석되었다. 또한 NF3 가수분해생성물을 조사하기 위한 FT-IR분석을 수행한 결과, NO, NO2의 NOx 가 발생하는 것으로 확인되었다. 따라서 NF3 가수분해공정을 위해서는 NOx를 처리 할 수 있는 적절한 설비가 구비되어야 할 것으로 판단된다.
There are many gases such as CF4, CHF3, SF6 and NF3 which has been widely used as etching and cleaning gas in semiconductor production. And demand for these gases are increasing each year. Especially, Nitrogen trifluoride (NF3) has an enormously large global warming potential of 17,000 times than th...
There are many gases such as CF4, CHF3, SF6 and NF3 which has been widely used as etching and cleaning gas in semiconductor production. And demand for these gases are increasing each year. Especially, Nitrogen trifluoride (NF3) has an enormously large global warming potential of 17,000 times than that of CO2 and long lifetime for the decomposition in atmospheric condition. Therefore, it is strictly required to remove the wasted NF3 by the Kyoto protocol and the development of safe and low cost method on NF3 decomposition is eagerly awaited. It is known that greenhouses gases containing fluorine are decomposed by oxidation and hydrolysis over solid acid catalyst. In this study, screen test was carried out in thermal decomposition and hydrolysis over various solid acid catalysts. NF3 hydrolysis over γ-Al2O3 and ZrO2, which have high efficiency in the screen test, was carried out in diverse condition for decomposition of NF3. In case of using γ-Al2O3, the conversion was reduced during reaction because γ-Al2O3 was transformed to AlF3. It was investigated that transformation of γ-Al2O3 to AlF3 was inhibited by the hydrolysis. So the hydrolysis was more effective than thermal decomposition in long term test. Supported sulfate catalysts were prepared in order to enhance the efficiency of decomposition. In the result of using supported sulfate catalysts, the conversion of NF3 was much higher than that of catalyst without sulfate. In case of using ZrO2, catalytic activity was very low in the thermal decomposition. On the other hand, it has high efficiency of NF3 decomposition in the hydrolysis and the conversion was about 50% at 15,000 ml/g-cat.·h. ZrO2 didn't transformed after reaction and the conversion was also maintained. Catalyst characterization was carried out with XRD, SEM, EDX, BET. And it was confirmed that NOx such as NO, NO2 was produced after decomposition of NF3. Therefore, it was considered that appropriate equipment should be needed for removal of NOx in the catalytic hydrolysis of NF3.
There are many gases such as CF4, CHF3, SF6 and NF3 which has been widely used as etching and cleaning gas in semiconductor production. And demand for these gases are increasing each year. Especially, Nitrogen trifluoride (NF3) has an enormously large global warming potential of 17,000 times than that of CO2 and long lifetime for the decomposition in atmospheric condition. Therefore, it is strictly required to remove the wasted NF3 by the Kyoto protocol and the development of safe and low cost method on NF3 decomposition is eagerly awaited. It is known that greenhouses gases containing fluorine are decomposed by oxidation and hydrolysis over solid acid catalyst. In this study, screen test was carried out in thermal decomposition and hydrolysis over various solid acid catalysts. NF3 hydrolysis over γ-Al2O3 and ZrO2, which have high efficiency in the screen test, was carried out in diverse condition for decomposition of NF3. In case of using γ-Al2O3, the conversion was reduced during reaction because γ-Al2O3 was transformed to AlF3. It was investigated that transformation of γ-Al2O3 to AlF3 was inhibited by the hydrolysis. So the hydrolysis was more effective than thermal decomposition in long term test. Supported sulfate catalysts were prepared in order to enhance the efficiency of decomposition. In the result of using supported sulfate catalysts, the conversion of NF3 was much higher than that of catalyst without sulfate. In case of using ZrO2, catalytic activity was very low in the thermal decomposition. On the other hand, it has high efficiency of NF3 decomposition in the hydrolysis and the conversion was about 50% at 15,000 ml/g-cat.·h. ZrO2 didn't transformed after reaction and the conversion was also maintained. Catalyst characterization was carried out with XRD, SEM, EDX, BET. And it was confirmed that NOx such as NO, NO2 was produced after decomposition of NF3. Therefore, it was considered that appropriate equipment should be needed for removal of NOx in the catalytic hydrolysis of NF3.
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