초록 ▼

■ 전자산업공정 NOx, 및 난분해성, 독성, 산성물질(HCI, HF) 동시처리를 위한 하이브리드 기술 개발
개발 목적 및 필요성
전자산업 공정에서는 매우 많은 종류의 유해 가스가 발생되는데 이를 처리하기 위한 현재의 스크러버 기술로는 한계에 직면해 있기 때문에 기존 처리장치의 단점을 상호 보완하는 대용량 친환경 고효율 Hybrid 배기가스 처리장치를 개발하고자 함.

연구개발 결과
• 전자산업 공정에서 발생하는 과불화탄소(PFCs) 중 삼불화질소(NF₃)는 인체에 매우 유독하며 대기 중으로 배출 시 강력

■ 전자산업공정 NOx, 및 난분해성, 독성, 산성물질(HCI, HF) 동시처리를 위한 하이브리드 기술 개발
개발 목적 및 필요성
전자산업 공정에서는 매우 많은 종류의 유해 가스가 발생되는데 이를 처리하기 위한 현재의 스크러버 기술로는 한계에 직면해 있기 때문에 기존 처리장치의 단점을 상호 보완하는 대용량 친환경 고효율 Hybrid 배기가스 처리장치를 개발하고자 함.

연구개발 결과
• 전자산업 공정에서 발생하는 과불화탄소(PFCs) 중 삼불화질소(NF₃)는 인체에 매우 유독하며 대기 중으로 배출 시 강력한 온실효과를 나타내는 지구 온난화 가스이다.
• 따라서, 이롤 처리하기 위해 연소식, 플라즈마식, 전기히터식, 흡착(촉매)식 등의 기술이 적용된 스크러버들이 운영 중에 있으나 각각의 기술로는 한계가 있기 때문에 여러 가지 기술이 복합된 하이브리드 스크러버 기술 개발이 필요한 시점이다.
• 이에 따라, 본 연구는 고효율 전자빔, 무산소 복사열 반응기, 사이클론(cyclone)을 결합한 하이브리드 시스템(Hybrid system)을 개발하는데 목적을 두고 있다.
• 한국원자력연구원의 고효율 전자빔 가속기와 씨에스케이(주)의 저NOx 무산소 복사열 반응기, 평택대학교의 싸이클론을 결합한 하이브리드 시스템(Hybrid system)을 구축한 후 공정 모사 가스로 N₂ 2,000 Lmin, NF₃ 5,000 2,000 ppm을 주입하여 하이브리드 시스템(Hybrid system)의 NF₃ 분해율 및 NF₃ 분해 시 필연적으로 발생하는 HF 등의 분해율을 확인한 결과 NF₃ 및 HF 모두 99% 이상의 처리효율을 보였다.
• 또한 NOx 저감을 구현하기 위하여 O₃을 사용하여 공정 중 발생하는 NO를 NO₂로 산화시킨 후, 세정식 스크러버를 이용하여 NO₂를 물에 녹여 저감하는 방법을 사용하였다. 그 결과 O₃를 사용하였을 경우, 약 0 % 이상의 NOx 저감 효과를 얻을 수 있었다. (400 ppm에서 20 ppm 이하로 감소)
• 이러한 실험 결과를 바탕으로 20,000 L/min 급 무산소 복사열 반응기 설계 인자를 구축하여 최적 설계를 진행하였다.

성능사양 및 기술개발수준
• 5,000 L/min 급 Hybrid system는 승온 후, 온도 유지를 위한 전력 사용량이 약 8 kW 정도를 사용하면서 5,000 20,000 ppm 수준의 NF₃를 99% 이상으로 분해시킬 수 있으며, NF₃ 분해 시 필연적으로 발생하는 HF 또한 99% 이상을 처리할 수 있음. 이 때, CO, NOx 발생량은 20 ppm 이하로 본 연구의 개발 목표를 만족함.
• 또한, 20,000 L/min 급 무산소 복사열 반응기는 약 41 kW의 유지전력을 사용하면서 NF₃ 99% 이상의 분해율을 보일 수 있도록 최적 설계가 진행되었으며, 안전을 위한 Safety interlock을 구성하여, 안정성이 고려된 최적 운전 조건을 마련하였음.

활용계획
• 5,000 L/min 급과 20,000 L/min 급 대용량 무산소 복사열 반응기를 이용하여 SDC 및 LG Display 공정에 대용량 옥상 스크러버 형태로 적용 가능하며, 1,000 L/min 급으로 Down sizing 진행하여 Fab. 내부에 POU 크러버로 활용할 계획중에 있음.

주요성과
특허 - 출원 (국내): 3건, 출원 (국외): 0건, 등록 (국내): 1건, 출원 (국외): 0건
논문 - SCI급: 0건, 일반: 0건
인증 - 신기술인증: 0건, 신기술검증: 0건
매출 - 국내매출: 5615 백만원, 해외수출: 0백만원


■ 전자빔 기술을 이용한 반도체 공정의 독성 가스 처리기술 개발
개발 목적 및 필요성
본 연구의 목적은 전기/전자 및 반도체 산업공정에서 배출되는 난분해성 및 독성을 가지고 있는 NF₃ (nitrogen trifluoride) 가스를 전자빔 기술 (Electron beam technology)을 활용하여 저감 및 처리 기술을 개발하여 반도체 산업공정에 적용 가능한 오염물질 배출량을 최소화하는 대용량 친환경 하이브리드 배기가스 처리장치를 개발하는 것이다. 전자산업이 발달한 우리나라 산업구조 상 NF₃의 사용량은 점차 증가하고 있으므로 유독성 가스 정화 및 PFCs 가스의 배출량 절감에 기여하고 나아가 기술을 선점하여 환경규제를 무기화하고 있는 무역정책에서 한발 앞선 경쟁력을 확보하기 위함이다.

연구개발 결과
･ 주요연구내용
- 최적NF₃ 가스 처리를 위한 경제적인 전자빔 조사(흡수)선량 선정
- 최적의 효율을 위한 additive gas 선정
- 독성물질 (NF₃) 처리효율 80 % 이상
- 처리용량 5,000/20,000 LPM 규모의 (슈퍼)대용량 가스 처리기술 및 설계인자 도출
･ 주요연구성과
- 2,000 LPM급 Pilot 규모 처리시스템 설계 및 제작
- NF₃ 1,000 ppm, 2,000 LPM 조건에서 처리효율 80 % 이상 확보
- 최적 운전인자 확보 (kGy, additive gas)
- 20,000 LPM 규모 전자빔 처리장치 설계인자확보

성능사양 및 기술개발수준
전자빔을 이용한 대기제어기술에 대한 기초적인 연구는 국내외적으로 다양하게 시도 되어 왔고 선진국의 경우 산업체에서 발생되는 NOx, SOx 등의 제어에 실제 적용 중인 반면, 반도체 공정에서 발생되는 독성가스(NF₃)에 대한 연구는 아직 보고된바 없는 생소한 연구이다. 특히 2,000 LPM급 처리공정시스템을 구축, 실제 운전을 통하여 대용량 5,000/20,000 LPM급 NF₃ 전자빔제어 시스템 설계 인자도출은 세계최초라고 판단된다.

활용계획
전기/전자 및 반도체 산업공정에서 배출되는 NF₃ 가스를 처리하는데 활용하여 PFC 가스 배출량 절감에 기여하고, 전 세계적으로 보급되지 않은 기술이라는 점과 첨단 환경오염 방지 기술이라는 측면을 적극 활용하여 무역정책에 한발 앞선 경쟁력 확보한다.

주요성과
특허 - 출원 (국내): 3건, 출원 (국외): 0건, 등록 (국내): 0건, 출원 (국외): 0건
논문 - SCI급: 1건, 일반: 4건
인증 - 신기술인증: 0건, 신기술검증: 0건
매출 - 국내매출: 백만원, 해외수출: 백만원
기타 성과: 국내외 학술발표 9건


■ 전자산업 공정상의 발생하는 복합오염물질(미세입자, 산성가스 등) 대용량 동시처리기술개발
개발 목적 및 필요성
최근 전자산업의 급속한 발전으로 인해 많은 입자성 물질이 배출되고 있으며, 이는 인체 미치는 영향이 매우 크다. 하지만 종래의 기술(전기집진기, 여과기, Scrubber, Cyclone 등)이 한계에 도달하식 강화된 환경 규제에 맞는 새로운 처리 기술이 필요한 상황이다.

연구개발 결과
MIS(Multi Inner Stage) Cyclone은 기존의 Cyclone의 원리를 이용하여 제작하였다. 입자상 물질 제거율 95% 이상의 뛰어난 집진 성능을 갖고 있으며, 가스상 물질 99% 처리, 수분 배출은 거의 되지 않는다. 특히 유량 변화에 따라 집진 성능의 차이가 없는 것이 가장 큰 특징이다.

성능사양 및 가술개발 수준
MIS Cyclone의 성능의 경우 최대 유량 5,000LPM이상, 최대 입자 집진율 95% 이상, 수분 입자 99% 이상 처리 가능하다. 또한 유지 및 보수비용이 거의 발생하지 않으며, 실제 공정상에 적용될 수 있도록 연구가 완료되었다.

활용계획
전자산업공정(반도체, LCD등)에 통합 시스템으로 활용이 가능하며 단일 시스템으로 화력발전소, 쓰레기 소각장 등에서 활용이 가능하다.

주요성과
특허 - 출원 (국내): 1건, 출원 (국외): 0건, 등록 (국내): 0건, 출원 (국외): 0건
논문 - SCI급: 0건, 일반: 2건
인증 - 신기술인증: 0건, 신기술검증: 0건
매출 - 국내매출: 0백만원, 해외수출: 0백만원


(출처 : 요약서 3, 153, 299P)

Abstract ▼

■ Development of hybrid technology for simultaneous treatment of highly refractory, toxic, acid gas pollutants generated from electric industry (NOx, HCI and HF)
IV. Results
• The Hybrid system is consisted high efficiency electron beam at The Korea Atomic Energy Research Institute's, HTR (Hig

■ Development of hybrid technology for simultaneous treatment of highly refractory, toxic, acid gas pollutants generated from electric industry (NOx, HCI and HF)
IV. Results
• The Hybrid system is consisted high efficiency electron beam at The Korea Atomic Energy Research Institute's, HTR (High-uniformity and Thermal recovery and storage Reactor) at CSK Inc. and a multi cyclone applied fully new concept of Pyeongtaek University. And Destruction and removal efficiency of NF₃ and its By-products were measured in the hybrid system.

• The NF₃ was decomposed in electron beam reactor partially and un-treated gas, effluent from electron beam, flow in to the HTR and then significant destroyed. Also the new concept multi cyclone was applied as a post-treatment process for removal of fine particle in semiconductor manufacturing process emitted.

• The removal efficiency of NF₃ in the Electron Beam Reactor was measured 85~90% in any tested range of NF₃ concentration from 5,000 to 20,000 ppm in N₂ flow rate of 2,000 L/min. And CO and NOx did not detected in any case due to electron beam reactor must be operated in anaerobic or anoxic conditions.

• The effluent gas form electronic beam reactor, un-treated NF₃ gas, was measured from several hundred ppm where is outlet sampling port of electron beam reactor. And then it was decomposed in HTR more 99.9%.

• As a result, the hybrid system can be destroy 99% of NF₃ also shown a CO emission free. But concentration of NOx was measured approximately 00 ppm, unfortunately.

• Why was the NOx produced in HTR with NF₃ destroyed even if the anaerobic status. Because NOx formation could be guessed 3 steps under anaerobic conditions. First, NF₃ was decomposed with pyrolysis reaction to F₂ and N₂ molecule. Second, Produced F₂ etched the AI₂O₃ surface (Thermal Energy Storage Material) and then was created AI₂F₃ powder and O₂. Third, N₂ and O₂ were transfer to NOx promptly.

• So for the reduction of NOx emission (less than 20 ppm), the oxidation method was applied using O₃ supplied. A NO₂ among to NOx, is more easy dissolved into the water better then NO, thus NO to NO₂ using O₃ which is pretty strong oxidant. As a results, NOx was reduced more than 95% compare with O₃ did not applied, and then 20 ppm of NOx emitted in exhaust outlet sampling port.

• Consequently, the optimal design of 20,000 L/min scale HTR was obtained through the various parameters and experimental results regarding 5,000 L/min pilot scale reactor.


■ Development of toxic gas treatment technology from semiconductor process by electron beam
IV. Results
The decomposition of NF₃ using only an electron beam, and an electron beam in the presence of additive gases (H₂, O₂,and water vapor), was studied. The results in this study indicate that the decomposition of NF₃ gas is dependent on the total level of absorbed dose and the concentration of H₂ and less dependent on the additive H₂O. Additive O₂ was found to decrease the DRE of NF₃. In summary, hydrogen additive plays a significant role in the DRE of NF3. The results shown in this present study can be utilized to effectively abate the NF₃ gas from the semiconductor process. Additionally, It was observed that an increase in the concentration of H₂ enhanced the decomposition of NF₃, resulting in a higher formation of HF.


■ Development of high performance treatment technology for complex pollutants(minute particles, acid gases, etc.) from electronics industry process
IV. Results
To develop high capacity 5,000LPM MIS Cyclone, it has been studied and experimented for 3 years and actual cyclone picture is below.
This study developed low capacity MIS Cyclone first. After that, by applying the optimum design parameters and conditions, high capacity MIS Cyclone was manufactured with verification of STAR CCM which is computational fluid dynamics simulation program. And then we established 98% removal efficiency in 1~20㎛ fine particles, 96% in gaseous materials and 90% in moisture discharge suppression.


(출처 : SUMMARY 12, 162, 306P)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 전자산업공정 NOx 및 난분해성, 독성, 산성물질(HCl, HF) 동시처리를 위한 하이브리드 기술 개발 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 서 ... 3
• 요 약 문 ... 6
• SUMMARY ... 10
• 목차 ... 14
• 표목차 ... 18
• 그림목차 ... 20
• 제1장 서론 ... 23
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 25
• 1. 연구개발의 중요성(필요성) ... 25
• 2. 연구개발의 국내외 현황 ... 37
• 3. 연구개발 대상 기술의 차별성 ... 41
• 제2절 연구개발의 목표 및 추진전략 ... 43
• 1. 연구개발의 목표 ... 43
• 2. 연구개발의 추진전략·체계 및 연구수행 방법 ... 46
• 제2장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 52
• 제1절 5,000 L/min 급 파일럿 스케일 반응기 설계인자 도출 및 설계 ... 54
• 1. HSC Chemistry 산출방식(calculation code)을 이용한 화학적 메카니즘 분석 ... 54
• 2. NF₃ 열분해 특성 파악을 위한 실험장치 구성 ... 55
• 3. NF₃ 열분해 특성 ... 59
• 4. 파일럿 스케일(Pilot scale) 반응기 설계 인자 도출 ... 62
• 제2절 5,000 L/min 급 파일럿 스케일 반응기 제작 및 성능 평가 ... 75
• 1. 무산소 복사열 반응기 제작 ... 75
• 2. 5,000 L/min 급 무산소 반응기 운전 및 결과 ... 79
• 3. 5,000 L/min 급 무산소 반응기의 운전 매뉴얼(Manual) ... 93
• 제3절 5,000 L/min 급 파일럿 스케일 Full system integration ... 95
• 1. 5,000 L/min 급 Super capacity full system의 결합 ... 95
• 2. 5,000 L/min 급 Super capacity full system의 운전 및 결과 ... 98
• 제4절 5,000 L/min 급 파일럿 스케일 Full system 최적 운전 조건 ... 108
• 1. 배관 및 흐름 경로(Flow path) 구성 ... 108
• 2. 각부 연계를 통한 자동화 시스템(Automation system) 설계 ... 111
• 3. 안전 잠금장치(Safety interlock) 구성 및 자동화 프로그램 제작 ... 112
• 제5절 20,000 L/min 급 파일럿 스케일 Full system 최적 운전 조건 ... 115
• 1. 설계인자 도출 및 기초 설계 ... 115
• 2. 수치해석을 통한 흐름 경로(Flow pathway) 구성 ... 121
• 제6절 하이브리드 시스템(Hybrid system)의 경제성 평가 ... 124
• 1. PFCs 처리 방법 간의 운영비 비교 ... 124
• 제3장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 128
• 제1절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 130
• 1. 1차년도 연구개발 목표의 달성도 ... 130
• 2. 2차년도 연구개발 목표의 달성도 ... 130
• 3. 3차년도 연구개발 목표의 달성도 ... 131
• 제2절 관련분야의 기술발전 기여도(환경적 성과 포함) ... 132
• 1. 각 분야별 기술발전 기여도 ... 132
• 제4장 연구개발결과의 활용계획 등 ... 135
• 제1절 연구개발 결과의 활용계획 ... 137
• 1. 연구성과 활용계획 ... 137
• 2. 과학기술적 성과 달성 계획 ... 139
• 3. 국체 협력 계획 ... 140
• 4. 인력활용·양성 계획 ... 141
• 5. 공공적 성과달성 계획 ... 141
• 제2절 NTIS에 등록한 연구시설·장비현황 ... 143
• 제5장 참고문헌 ... 145
• 전자빔 기술을 이용한 반도체 공정의 독성 가스 처리기술 개발 ... 151
• 제 출 문 ... 152
• 요 약 서 ... 153
• 요 약 문 ... 156
• SUMMARY ... 160
• 목차 ... 163
• 표목차 ... 166
• 그림목차 ... 168
• 제1장 서론 ... 172
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 174
• 1. 연구개발의 중요성(필요성) ... 174
• 2. 연구개발의 국내외 현황 ... 178
• 3. 연구개발 대상 기술의 차별성 ... 181
• 제2절 연구개발의 목표 및 추진전략 ... 185
• 1. 연구개발의 목표 ... 185
• 2. 연구개발의 추진전략체계 및 연구수행방법 ... 186
• 제2장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 192
• 제1절 실험장치 제작 및 시스템 구성 ... 194
• 1. 장치구성 ... 194
• 2. 측정 및 분석방법 ... 204
• 제2절 연구개발결과 및 토의 ... 235
• 1. 50 LPM급 반도체공정 독성가스 처리시스템 ... 235
• 2. 500 LPM급 반도체공정 독성가스 처리시스템 ... 243
• 3. 500 LPM급 반도체공정 독성가스 처리시스템 최적 분해효율 ... 263
• 4. 2,000 LPM급 반도체공정 독성가스 처리시스템 ... 267
• 5. 5,000/20,000 LPM급 반도체공정 독성가스 처리시스템 설계 ... 270
• 6. 전자빔 독성가스 처리시스템 경제성 평가 ... 273
• 제3장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 276
• 제1절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 278
• 제2절 관련분야의 기술발전 기여도(환경적 성과 포함) ... 280
• 제4장 연구개발결과의 활용계획 등 ... 282
• 제1절 연구개발 활용계획 ... 284
• 제5장 참고문헌 ... 288
• 부록 ... 293
• 전자산업 공정상의 발생하는 복합오염물질(미세입자, 산성가스 등) 대용량 동시처리기술개발 ... 297
• 제 출 문 ... 298
• 요 약 서 ... 299
• 요 약 문 ... 301
• SUMMARY ... 305
• 목차 ... 308
• 표목차 ... 310
• 그림목차 ... 312
• 제1장 서론 ... 316
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 318
• 1. 연구개발의 중요성(필요성) ... 318
• 2. 연구개발 대상 기술의 차별성 ... 330
• 제2절 연구개발의 목표 및 추진전략 ... 331
• 1. 연구개발의 목표 ... 331
• 2. 연구개발의 추진전략, 체계 및 연구수행방법 ... 333
• 제2장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 339
• 제1절 기초 자료 조사 및 1,000LPM급 MB Cyclone 설계 ... 341
• 1. 전자산업 공정 기초 조사 자료 ... 341
• 제2절 1,000LPM급 MIS Cyclone 연구수행결과 ... 389
• 1. 1,000LPM급 MIS Cyclone 연구실험 및 결과 도출 ... 389
• 제3절 5,000LPM급 MIS Cyclone 연구수행결과 ... 434
• 1. 5,000LPM급 MIS Cyclone ... 434
• 제3장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 456
• 제1절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 458
• 1. 1차년도 연구개발목표의 달성도 ... 458
• 2. 2차년도 연구개발목표의 달성도 ... 459
• 3. 3차년도 연구개발목표의 달성도 ... 459
• 4. 최종연구개발목표의 달성도 ... 460
• 제4장 연구개발결과의 활용계획 등 ... 462
• 제1절 연구개발결과의 활용방안 ... 464
• 1. 경제사회적 성과달성 계획 ... 464
• 제5장 참고문헌 ... 467
• 1. 국내문헌 ... 469
• 2. 국외문헌 ... 469
• 끝페이지 ... 470