초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
반도체 공정 유해 배가스를 처리하기 위해 POU 스크러버가 상용화 되어 있으나,과도한 전기 에너지 사용 및 제거 성능 저하 등의 문제로 대체 기술 개발이 활발히 진행되고 있으며 본 연구개발에서는 반도체 공정 기존 POU 스크러버의 효율저하 문제 및 전단 Pump 배관 막힘 현상으로 잦은 PM-운영 비용, 과다 에너지 사용, 처리과정 중 많은 By-Products를 발생시키는 문제점 등을 개선하기 위한 Pump & Scrubber 일체형 기술을 개발하고자 함.
연구 내용은 반도체 공정 기초 현장 조

□ 연구의 목적 및 내용
반도체 공정 유해 배가스를 처리하기 위해 POU 스크러버가 상용화 되어 있으나,과도한 전기 에너지 사용 및 제거 성능 저하 등의 문제로 대체 기술 개발이 활발히 진행되고 있으며 본 연구개발에서는 반도체 공정 기존 POU 스크러버의 효율저하 문제 및 전단 Pump 배관 막힘 현상으로 잦은 PM-운영 비용, 과다 에너지 사용, 처리과정 중 많은 By-Products를 발생시키는 문제점 등을 개선하기 위한 Pump & Scrubber 일체형 기술을 개발하고자 함.
연구 내용은 반도체 공정 기초 현장 조사를 통해 설계 Base를 도출한 50SLM급 Plasma 발생장치를 제작하고, 성능 실험/ 기존 공정의 저감 효율 대비 특성 및 비교 분석을 1차년도에 진행하고, 2차년도에서는 System Scale-Up 설계 기술 확보 및 제작, 성능 Test를 진행하였으며, 최종 3차년도는 통합시스템을 현장 적용하기 위한 100LPM급 장비 보완 설계/제작을 완료하여 Test 현장에 구축하고, 3개월 이상의 연속운전 Test를 통해 장비의 안정성 및 효율 성능 검증을 완료하고,개발 기술 사업화 활용을 위한 제품화 매뉴얼을 제작한다.

□ 연구개발성과
ㅇ 1차년도
- 반도체 공정의 사용 가스 성상 및 현황 조사를 통해 설계 조건을 결정하여 연구개발 장비의 설계 Base를 도출하였음.
- 플라즈마 불꽃 분사로 개선으로 인입가스와의 접촉률을 증가 시키며, Arc가 튀는 지점/ 발생 Arc 중심점을 N2 가속 회전에 유리하게 하여 저전력 최적 Plasma 설계 인자 확보 실험 후 구조를 개선한 플라즈마 토치 / 반응기 제작 완료.
- 내부식성 고온 챔버 설계 및 에너지 회수형 챔버 설계
외부로부터 열손실을 막기 위해 Castable층을 적용하였으며, 내부 2중 구조로 제작하여 가스에 노출되는 부분을 Ceramic pipe로 제작하였음.
- 저전력 환경 적용 전원 공급 장치 개발
- 모사가스 적용실험으로 SF6 90% 이상 / NF3 95% 이상 / CF4 약 90%이상 처리 확인 함.
- 운전 조건별 50LPM급 개발 장비 적용 Test를 통해 수분 공급에 따른 효율변화를 확인 함.
- 경제성 분석 (통합 시스템 1차년도 용량 기준)
Burn&Wet 타입 대비 70% /Plasma&Wet 타입 대비 74% 유지비용 절감.

ㅇ 2차년도
- 전년도 확보 인자를 통한 Scale up 최적화 설계로 토치 수명 연장을 위한 Factor 도출
- Field Test용 100LPM 급 Pump&Scrubber 일체형 온실가스 저감 장치 제작
토치 구조 개선을 통한 내부 Leak 방지 및 N2 회전 흐름이 원활한 모델 구상 전체 Gas 처리 용량은 증가하나 장비 Size는 최소화함.
- 반응기 연속 운전 및 전극 내구성 Test
Torch 양극의 수명 연장 및 절연체 재질과 두께의 최적 수치를 확인하여 적용 제작하여 토치 구조별 부식 정도를 육안을 통하여 Test를 진행하였음.
- 안정적 운전을 위한 PLC Base Touch Screen 프로그램 개발
장비의 안정적인 운전을 위해 I/O List 및 Interlock check가 가능하도록 프로그램 개발 완료.
- 통합 시스템 구성 Test는 100LPM급 기준 자체 E.P Zone을 추가 구성하여 Compact한 Size 의 시스템을 구성하며 처리효율 Test를 통해 자체 효율 검증(NF3 98%, CF4,SF6 95%이상) 완료.

ㅇ 3차년도
- 2차년도 연구개발 내용을 토대로 확보한 100LPM급 장비에 대하여 반도체 공정 내부 적용을 위한 자체 내구성 개선 및 수요자 현장 요구사항을 반영한 파트를 수정보완함.
- 실 장비 적용 현장 조사
각 현장의 오랜 기간의 정기 미팅을 통한 요구사항 반영 최종 장비는 총 2 Site에서 Test를 진행하였으며, 반도체 공정 Fab 內Site를 제공받아 3개월간의 연속운전을 실시함.
- 통합 시스템 실 적용 Test 결과
1) H社Turn On 90일 전/후 조건이 안정적인 평균 수치를 나타내었으며, NF3 효율은 98.7% 분해 성능을 확인하였고, 그 외 유지보수 및 안정적인 가동 상태 / 막힘현상 여부 , 부식 상태가 양호한 것을 확인한 것으로 Test가 종료됨.
2) M社현장 연속 운전 시 NF3 분해 효율 99.6% 이상의 성능을 확인 할 수 있었으며, HF (악취) 측정 결과 악취배수 Bay-Duct 측정 악취 대비 최대 4 단계 저감효과를 나타냄.
- 통합 시스템 구성 및 성능 평가 (자체)
연구개발 통합시스템 구성 성능 결과 NF3 99.99% / SF6 99.99% /CF4 99.99%의 분해효율을 확인하였으며, By-Products인 NOx의 경우 인입 186ppm 대비 배출농도 6ppm으로 96.77%의 제거 효율을 나타냄.
- 통합시스템 최적 운전 매뉴얼 작성
제작 매뉴얼은 제품 설명, 안전지침, 시스템 구성도, 시스템 운반 및 설치 , 시스템 동장, 시스템 유지관리에 대한 내용으로 제작 완료함.

□ 연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
최근 반도체 생산라인의 여러 곳에서 발생되는 배출가스를 본 시스템을 성공적으로 개발 시 온실가스 및 By-Products 처리를 필요로 하는 신규 반도체 생산라인에 활용이 가능함. 반도체 산업의 세계적 선두 기술력을 지는 국내 업체에서의 기술력 인정은 대만, 중국, 일본 등의 반도체, 디스플레이 제조업체로의 마케팅에도 상당한 도움이 되므로 본 기술의 수출 사업화의 전망도 매우 밝을 것으로 예상됨.
배기 가스량이 점차 증가하고 있는 반도체 공정의 NF₃, SF₆, CF₄ 함유 배기가스 처리장치로 적용하여 배기가스의 정화 및 배출량 절감효과 기대함.
- 반도체 제조공정에 확대 적용, 국제적 환경규제
전 세계적으로 보급되지 않은 기술이라는 점과 첨단 환경오염 방지기술이라는 측면에서 해외시장 공략을 통한 외화획득은 물론 환경규제를 무기화하고 있는 무역정책에서 한발 앞선 경쟁력을 확보함.
- 화학 공정 현장, LED, 반도체, LCD 등의 산업에서 배출하는 폭발성 가스, 독성가스, 프레온 가스, 악취, VOCs 등의 오염물질 배출 산업에 새로운 기술로 신규 시장을 국 내,외에 창출하여 연간 수십~수백 명의 고용 창출 효과를 얻을 수 있다. 특히, 기술집약적 산업인 반도체 분야에서의 신기술 개발로 향후 사업 응용 분야의 확대로 그 효과는 더 커질 것임.
또한 기존의 노후화된 가스 처리 장치를 대체함으로써 생산 과정에서 소요되는 비용의 절감효과와 동시에 복합오염물질 저감으로 유해가스처리 문제점에 완벽히 대응하며, 기존 시설이 이루어져있는 공장의 경우 신규 시설 설치에 애로사항을 해소할 수 있는 지속적인 연계 사업을 이어갈 것임.

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 7
• 표목차 ... 8
• 그림목차 ... 10
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 15
• 1-1. 연구개발 목적 ... 15
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 16
• 1-3. 연구개발 범위 ... 18
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 19
• 2-1. 연구 내용 ... 19
• (1차년도) ... 19
• (2차년도) ... 102
• (3차년도) ... 169
• 2-2. 연구 개발 성과 ... 215
• 2-3. 연구 결과 ... 233
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 237
• 3-1. 목표 ... 237
• 3-2. 목표 달성여부 ... 237
• 4. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 238
• 4-1. 연구개발결과의 활용방안 ... 238
• 4-2. 사업화 계획 및 기대효과 ... 239
• 끝페이지 ... 242