초록 ▼

□ 최종목표
반도체 및 LCD공정용 PFCs 플라즈마 처리방식 및 복합후공정 방식들과 연계하여 25 Nm³/hr급과 50 Nm³/hr급 PFCs 처리용 플라즈마 장비의 기술을 개발하여 공정 최적화와 가격 경쟁력을 높이고, 실제 공정에서 사용 가능하도록 데모 테스트를 실시함과 동시에 관련 반도체/LCD 社 등의 사업화를 추진함.

□ 개발내용 및 결과
〇 데모테스트 성공 및 사업화
국내외 영업사와 협력하여 국내외 4건의 데모테스트를 수행하여 지속적인 연구개발과 장비개선

□ 최종목표
반도체 및 LCD공정용 PFCs 플라즈마 처리방식 및 복합후공정 방식들과 연계하여 25 Nm³/hr급과 50 Nm³/hr급 PFCs 처리용 플라즈마 장비의 기술을 개발하여 공정 최적화와 가격 경쟁력을 높이고, 실제 공정에서 사용 가능하도록 데모 테스트를 실시함과 동시에 관련 반도체/LCD 社 등의 사업화를 추진함.

□ 개발내용 및 결과
〇 데모테스트 성공 및 사업화
국내외 영업사와 협력하여 국내외 4건의 데모테스트를 수행하여 지속적인 연구개발과 장비개선으로 모두 성공판정을 받았으며, 적용된 공정별로 판매가 가능한 플라즈마 스크러버 모델 4개를 완성함.
〇 25 Nm³/hr급 및 50 Nm³/hr급 장치 개발 기존기술과 제품을 개선하여 95%이상의 고효율과 용량업그레이드를 실현하였으며，CF₂, C₂F₆ 등의 다양한 PFCs와 공정유해가스 처리에서도 업계에서 만족할 수 있는 90%이상의 고효율 처리기술 개발.
〇 가격경쟁력기술
중국 S사 데모테스트의 경우 기존 Burning type보다 15% 운전비용절감과 2〜3배 유지보수주기 연장으로 경제적인 비용절감효과를 얻었으며，대만 I사의 경우 플라즈마 발생기 반응기 개선으로 10%의 에너지 절감효과가 있었고 음극수명도 30% 향상되는 등 경제성이 현저히 개선됨.
〇 유해가스 저감기술
반응부 급냉구조 개선과 환원성 반응물 첨가로 유해가스의 제거 효율 향상 및 NOx 배출을 저감시킬 수 있었으며，HF, F₂ 배출억제를 위해 KOH, NaOH의 중화제 공급모들을. 개발하여 유해물질 배출을 저감함.
〇 내부식성 장치기술
HF, F₂ 생성으로 인한 장치부식을 억제하고자 장치내의 테프론 코팅 및 부품을 테프론 재질로 변환을 함으로서 장치 수명을 연장 함.
〇 연속운전 및 공정 최적화
연속운전에 필수적인 플라즈마 안정화를 위해 플라즈마 발생장치 및 전원 안정화 기술, 경제성 대비 효율의 최적화를 위한 시스템 및 운전 조건 설정 등 통하여 공정 최적화를 달성함.
〇 Powder 제거기술
습식 filter type은 파우더의 제거효과는 뛰어나지만 파우더가 탈착이 어렵고 연속공정에 적용하기 어렵고, cyclone type은 파우더 제거효과가 있으며 연속공정에 적용가능성이 확인하여 Multi—cyclone를 설계 • 제작하였다. 물리적 파우더 제거장치는 중국 S사 데모테스트에 적용된 모델로 노즐모양의 반응기에 파우더 축적 방지를 위해 punch tool과 가스 spray 분사장치를 제작하여 적용함으로서 연속공정에 적합하고 경쟁사 대비 유지보수주기를2 ~3배 연장하는 효과가 있음.
〇 기타 제반기술 습득 및 개발
상기 기술개발과 사업화를 위해 PFCs 분석기술 연구, 국내외 기술 및 특허 수집 분석，플라즈마 발생기 및 반응기 수치 해석，관련 산업의 사업화 타당성 조사를 실시하였다. 또한，PFC 분석기술 검토 및 연구, PFC 고효율 분해효율 측정에 관한 연구, 저전력 아크플라즈마를 이용한 PFCs 분해 연구 등을 통해 PFCs 처리경향성과 학술적인 이론과 실험을 병행하는 연구를 수행하였다.

상기와 같이 다각적인 이론 연구와 설계•제작•실험 그리고 실제 현장 테스트를 통하여 제조 현장에 사용 가능한 플라즈마 스크러버의 상용화 기술과 모델을 확립함.

□ 개발기술의 특징 •장점
특징
열플라즈마(Thermal plasma)는 고온, 높은 화학적 활성으로 대표되는 특성을 가짐. 따라서 이러한 특성을 이용할 경우 온난화지수가 매우 높고 열적, 화학적으로 매우 안정한 난분해성 물질인 PFCs 가스와 같은 물질의 처리에 매우 효과적임.
또한 작은 플라즈마 장치에 에너지를 집중시킬 수 있기 때문에 장치 및 공정이 상대적으로 매우 compact 함.

장점
■ 열플라즈마의 고온과 높은 화학적 활성을 이용하기 때문에 짧은 처리 시간 대비 높은 처리 효율을 갖는 특성을 지님.
■ 오랜 기간 데모 테스트를 통하여 기술적으로는 장치의 처리 효율, 에너지 효율, 그리고 내구성 등의 향상을 이룰 수 있었으며, 경쟁사 대비 낮은 운전 비용, 사용의 편리성, 운전의 안정성등을 인정 받았음. 따라서 현재 개발된 장치는 실제 제조공정에 투입 가능한 상용 제품임.
■ 추가적으로 유해가스 저감기술，내부식성 향상, 파우더 적층 방지 기술 등을 적용하여 운전의 연속성을 향상 시킴. 특징

□ 기대효과 (기술적 및 경제적 효과)
기술적 효과
■ 국내외적으로 고온 플라즈마 기술을 이용하여 PFCs 등으로 대표되는 Non-C0₂ 가스 처리기술 개발하고 이를 상용화한 예는 국내가 유일함. 현재 세계적으로 반도체/LCD 산업의 "스크러버"는 천연가스 또는 LPG 가스를 PFCs 가스등과 함께 연소시켜 산화시키는 방법을 보편적으로 사용하고 있는 상황에서 본 과제를 통하여 국내는 물론 국제적으로 인정 받는 “플라즈마를 이용한 스크러버”의 개발은 매우 중요한 기술적 진보라 판단됨.
■ 기술 개발 및 데모 과정을 통하여 최소 3개월 이상 연속 운전이 가능한 플라즈마 발생장치(토치 및 전원)，에너지 절감형 플라즈마 반응기，높은 가스 처리효율，유해가스 저감, powder의 적층 방지 그리고 이러한 기술을 통합하여 안정되고 경제적인 운전이 가능한 공정 최적화 기술을 확보하였음.
■ 이는 현재 보편적으로 사용되고 있는 burn type 스크러버에 대응하여 기술적으로 경쟁력을 가진 것으로 데모 테스트 현장에서 인식하고 있음.

경제적 효과
■ "플라즈마 스크러버”와 관련된 모든 기술이 국내에서 개발되고 발전된 것이기 때문에 장치의 가격 경쟁력 측면에서 매우 유리한 상황임.
■ 데모 과정 중 운전 비용，부품 교체 비용 등 유지 관리 비용 측면에서도 경쟁 제품 대비 높은 평가를 받았음.
■ 이는 기술성, 경제성 측면에서 경쟁 제품에 대해 우위를 가진 것으로 판단됨. 이는 향후 상용화를 위한 영업적 측면에서 매우 유리한 고지를 선점할 수 있음.
■ 향후 적극적인 영업활동을 통하여 본 과제를 통해 개발된 "플라즈마 스크러버”를 반도체/LCD 산업뿐만 아니라 인접 산업에도 판매한다면 매우 커다란 사업화 실적이 기대됨.
기타
■ PFCs 가스이외에 또 다른 난분해성 가스인 CFCs, HFCs, 고농도의 퓨란，다이옥신 뿐만 소규모의 VOCs 등의 대기환경오염 물질 처리에 응용 가능
■집중된 에너지를 이용하여 재료를 순간적으로 증발，반응시킬 수 있어, 대상 원료에 제한 없이 건식 typed의 나노물질 제조 및 나노 신소재 합성분야 등의 기술적용이 가능함.

□ 적용분야
1. 반도체 / LCD 제조 산업
2. 태양 전지 제조 산업에서 배출되는 PFCs 및 기타 유해 가스 처리
3. 자동차 및 가전 냉매
4. 기타 난분해성 물질 분해 및 처리100자 내외

(출처 : 보고서 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 제출서 ... 2
• 제출문 ... 3
• 보고서 초록 ... 4
• 목차 ... 8
• 제1장 서론 ... 9
• 1절 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 9
• 1. 국제적 규제 ... 9
• 2. 처리기술의 수요시대 ... 9
• 3. 국내 반도체/LCD 산업의 국제경쟁력 확보 필요 ... 9
• 4. 해당 기술개발의 어려움 ... 10
• 2절 연구개발의 국내외 현황 ... 10
• 1. 해외 기술개발 동향시장 ... 10
• 2. 국내 기술개발 동향시장 ... 11
• 3절 연구개발대상 기술의 차별성 ... 11
• 1. 경쟁기술의 비교 ... 11
• 2. 기술성 ... 12
• 3. 환경성 ... 14
• 4. 경제성 ... 14
• 5. 기타 ... 14
• 6. 연구개발의 차별성 ... 14
• 제2장 연구개발의 목표 및 내용 ... 19
• 1절 연구의 최종목표 ... 19
• 2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ... 19
• 3절 연도별 추진체계 ... 22
• 제3장 연구개발 결과 및 활용계획 ... 23
• 1절 연구개발 결과 및 토의 (주관기관) ... 23
• 1. 25 Nm³/hr급 플라즈마 스크러버 demo test ① : 중국 SMIC 반도체社 ... 24
• 2. 25 Nm³/hr급 플라즈마 스크러버 demo test ② : 동부반도체 ... 28
• 3. 25 Nm³/hr급 플라즈마 스크러버 demo test ③ : 중국 Suntech 社 ... 29
• 4. 50 Nm³/hr급 Twin type 플라즈마 스크러버 demo test : 대만 Inotera社 ... 35
• 5. 50 Nm³/hr급 플라즈마 스크러버 모델 ... 42
• 6. 반도체 가스 처리 테스트 결과 : APSYS 자체 테스트 ... 46
• 7. 가격경쟁력 기술 ... 51
• 8. 복합 후 공정 처리기술 ... 53
• 9. 연속운전 및 최적화 기술 개발 ... 55
• 10. Powder 제거장치 개발 ... 56
• 11. PFCs 분석기술 개발 (위탁기관) ... 59
• 12. 국내외 기술 및 특허 수집 분석 ... 60
• 13. 수치해석 ... 67
• 14. 관련산업의 사업화 타당성 조사 ... 77
• 2절 연구개발 결과 및 토의 (위탁기관) ... 80
• 1. PFC 분석기술의 검토 및 연구 ... 81
• 2. PFCs 고효율 분해효율 측정에 관한 연구 ... 87
• 4. 저전력 아크플라즈마를 이용한 PFCs 분해연구 ... 104
• 3절 연구개발 결과 요약 ... 122
• 1. 데모테스트 및 사업화 ... 122
• 2. 효율테스트 결과 (FT-IR) ... 126
• 3. 플라즈마 스크러버 요소기술 개발 ... 127
• 4. 기반성과 ... 128
• 5. 학술적 연구(위탁기관) ... 128
• 4절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 129
• 1. RFP 대비 사업목표의 달성도 ... 129
• 2. 연도별 사업목표의 달성도 ... 131
• 5절 연도별 연구성과 ... 134
• 1. 1단계 연구성과 ... 135
• 2. 2-1단계 연구성과 ... 135
• 3. 2-2단계 연구성과 ... 136
• 4. 3단계 1차년도 연구성과 ... 137
• 6절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 138
• 7절 연구개발 결과의 활용계획 ... 138
• 1. 기업화 추진 방안 ... 138
• 2. 추가 연구 ... 139
• 3. 타 연구에의 응용 ... 139
• 4. 사업화 계획 및 효과 ... 139
• 5. 장비의 사후관리 ... 142
• 제4장 참고문헌 ... 143
• 제5장 첨부자료 ... 144
• 첨부 1. SMIC 데모테스트 자료 : Scrubber DRE test result (SMIC) ... 146
• 2. Suntech 데모테스트 자료 ... 154
• 첨부 2-1. Plasma Scrubber test report (Suntech 101130) ... 154
• 첨부 2-2. Tube test report (Suntech 101103) ... 166
• 3. Inotera 데모테스트 자료 ... 175
• 첨부 3-1. Twin scrubber ITRI test report (Inotera 110603) ... 175
• 첨부 3-2. Twin scrubber DRE test (Inotera) ... 187
• 첨부 4. SEMI-S2 인증 plasma scrubber (agent Tripplecores Korea) ... 191
• 첨부 5. SEMI-S2 인증 Plasma power supply (APSYS) ... 205
• 첨부 6. 특허출원 2009-43941, ... 227
• 첨부 7. 특허출원 2010-51000, ... 231
• 첨부 8. 특허출원 2011-50476, ... 235
• 첨부 9. APSYS PFCs 열분해로 전산모사 (100510) ... 239
• 첨부 10. Numerical Analysis on Counter Flow Reactors for an Efficient Treatment of PFCs (110322) ... 270
• 첨부 11. 반도체/LCD 산업의 온실가스 처리분야에 대한 CDM 사업화 자문 보고서 (에코프론티어 090528) ... 296
• 요약문 ... 298
• 목차 ... 300
• 1. 서론 ... 301
• 가. 연구 배경 및 필요성 ... 301
• 나. 연구 목적 ... 305
• 다. 연구 범위 및 방법 ... 306
• 2. 반도체 / LCD 사업장의 CDM 사업 가능성 ... 308
• 가. 반도체 / LCD 분야의 기후변화협약 관련 동향 분석 및 전망 ... 308
• 나. PFCs 플라즈마 소각기술의 개요 ... 314
• 다. 반도체 / LCD 분야 CDM 사업화 전망 ... 317
• 라. 플라즈마 소각기술의 CDM 사업 적용 검토 ... 322
• 3. 결론 및 활용방안 ... 329
• 가. 사업화 가능성 및 전망 요약 ... 329
• 나. 본 자료의 활용방안 ... 330
• 다. 기술의 활용 성과 ... 331
• 끝페이지 ... 333