Plasma - 대체 에너지원
Plasma 기술은 반도체 산업에 유연하며 미래지향적인 폐가스 처리 솔루션을 제공합니다. 특히 높은 지구온난화지수(GWP)를 가진 오염물질을 효율적으로 분해함으로써, 이 핵심 산업의 지속가능한 발전과 서브팹(Subfab) 영역의 탈탄소화에 중요한 기여를 합니다.
Plasma-Wet 공정은 어떻게 작동하는가?
Plasma에 의한 오염물질 분해는 물리적, 화학적 반응을 통해 이루어지며, 이 두 과정이 적절히 결합될 때 폐가스가 효과적으로 처리됩니다. 공정의 핵심은 두 개의 전극 사이에서 생성되는 고에너지 플라즈마 상태이며, 이는 전기 아크 (Electric Arc)로 시각적으로도 확인할 수 있습니다.
약 10,000 Kelvin에 달하는 아크의 온도는 자유전자와 이온을 생성합니다. 이 아크는 흐르는 N₂ 기반의 캐리어 가스 내에서 형성되며, 캐리어 가스는 아크에서 생성된 일부 전자와 이온을 반응기 쪽으로 운반합니다. 특히 아크의 높은 열 에너지가 캐리어 가스로 전달되면서 육안으로도 확인 가능한 일종의 플라즈마 플레임 (Plasma Flame)이 형성됩니다.
반응기 내부에서 플라즈마 플레임의 높은 온도와 에너지는 반도체 공정에서 유입된 가스 분자들과 직접 반응합니다. 강한 분자 결합은 플라즈마 플레임의 고에너지에 의해 분해되며, 특히 식각 공정에서 사용되는 매우 안정적인 PFC (Perfluorinated Compounds) 처리 시 이러한 고온 열분해 메커니즘이 큰 효과를 발휘합니다.
분해 과정에서 생성되는 구조들은 반응성이 높은 라디칼을 만들며, 이 라디칼은 다시 유해한 원래 형태로 재결합해서는 안 되고, 무해한 분자 화합물로 전환되어야 합니다. PFC의 구성 요소를 완전 분해하기 위해서는 추가적인 O₂와 H₂가 필요하며, 이는 반응 공간 내의 H₂O 형태로 존재합니다. 이를 통해 C는 CO₂로 산화 & F는 HF로 전환되는 반응이 나타납니다.
이때 생성된 HF는 스크러버에서 세정되어 폐가스 흐름에서 제거되며, 시스템 내부에서 중화 처리될 수 있습니다.
기술 적용 예시: STYRAX Plasma-Wet 시스템
당사의 혁신적인 STYRAX Plasma-Wet 시스템은 N₂를 캐리어 가스로 사용하는 DC 플라즈마와 7–15 kW 범위에서 조정 가능한 플라즈마 토치 전력을 활용하여, 공정 요구에 따라 유연하게 출력 설정이 가능합니다.
플라즈마 에너지가 폐가스에 직접 전달되기 때문에, 특히 PFC 계열 가스 처리 시 매우 높은 분해 효율을 확보할 수 있습니다. STYRAX 시스템은 다양한 공정가스 특성에 맞게 설정할 수 있어, 폭넓은 반도체 공정 환경에서 이상적인 솔루션입니다. 적용 분야에 따라 시스템을 맞춤 구성할 수 있으며, Etching 공정: PFC 가스 등 & CVD 공정: H₂, SiH₄ 등과 같은 공정에 대응할 수 있습니다.
STYRAX 시스템의 핵심 장점 중 하나는 98% 이상의 탁월한 가동률(Uptime)입니다. 이는 견고한 설계와 낮은 유지보수 요구 덕분이며, 플라즈마 토치의 전원부는 95% 이상의 AC/DC 변환 효율을 제공합니다. 이로 인해 폐가스 처리를 위해 필요한 에너지를 크게 줄일 수 있으며, 연간 수천 달러 규모의 폐가스 처리 비용 절감 효과를 기대할 수 있습니다.
최첨단 Plasma 기술을 활용한 지속가능한 폐가스 처리
Plasma 기술을 폐가스 처리 시스템에 적용하면 오염물질의 99% 이상을 효과적으로 분해할 수 있으며, Burner-Scrubber 시스템과 비교했을 때 더 높은 에너지 효율과 더 낮은 환경 부하를 제공합니다.
추가적인 장점
STYRAX 시스템의 또 다른 중요한 강점은 자원 절감입니다. 폐쇄형 세정 회로 (Closed Washing Circuit)와 결합할 경우 물 사용량을 크게 절감할 수 있습니다. 또한 옵션으로 가성소다(수산화나트륨, NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH) 용액을 투입하여 세정 효율을 높이면, 반도체 생산의 지속가능성을 한층 더 강화할 수 있습니다.
클린룸 공정 장비와 플라즈마 저감 장치를 연동하면 지능형 시스템 제어 (Intelligent Control)가 가능해지고, 이에 따라 에너지 소비의 동적 최적화 (Dynamic Energy Adjustment)가 이루어집니다. 여기에 시스템은 소프트웨어 기반의 공정 분석 기능을 통해 유입되는 가스 특성에 맞춰 반응·에너지 사용을 정밀하게 조정할 수 있습니다.
이러한 기능은 전체 효율을 더욱 향상시킬 뿐 아니라, 반도체 생산에서 환경 보호와 경제성 간의 균형을 동시에 강화하는 미래지향적 폐가스 저감 시스템임을 보여줍니다.
STYRAX는 전 세계적으로 판매되는 검증된 고신뢰성 시스템입니다. 시스템 개발 과정에서의 핵심 과제는 플라즈마 구성 요소를 추가하면서도 장비의 설치 면적 (footprint)을 증가시키지 않고, 별도의 서비스 공간을 요구하지 않으며, 성능 저하도 발생하지 않도록 하는 것이었습니다.
자체적으로 AC/DC 전원공급장치 (Power Supply)를 개발한 덕분에 기존 장비 구조 내 공간을 최적 활용할 수 있었고, 필요한 부분에만 최소한의 설계를 조정했습니다. 전기 시스템과 리액터 헤드는 개선되었지만, 그 외의 영역은 기존의 검증된 STYRAX 기술을 그대로 유지하고 있습니다. 이를 통해 설치 공간과 서비스 영역을 변경하지 않으면서도 성능 향상을 동시에 달성했습니다.
컨설팅
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