논문 상세보기
PFCs (Perfluorocompounds)는 열･화학적으로 매우 안정한 특성을 가지고 있으며 반도체 및 전기전자, 제조, 제철 분야등 광범위하게 사용되고 있다. 생태계에서 강한 독성이 생물체에 축적되는 특징을 가지는 반면 대기중으로 배출된 PFCs의 가장 큰 문제점은 CO2의 수만배에 달하는 온실효과를 가지는 것이다. 특히 반도체 제조공정 중 CVD (Chemical Vapor Deposition)공정과 etching 공정에 주로 사용되는 NF3 (Nitrogen trifluoride)와 SF6 (Sulfur hexafluoride)는 지구온난화지수 (Global warming potential) 가 CO2 대비 약 17,000~24,000배에 달하며 lifetime 또한 740~3200년으로 지구온난화에 미치는 영향이 장시간 지속 될 것으로 생각된다. 따라서 PFCs의 대기 중 배출에 대한 규제는 더욱 강화 될 것으로 전망되며 우리나라 산업구조에서 반도체산업분야가 차지하는 비중이 큰 만큼 PFCs 배출 규제 대한 대비책 마련이 요구된다. 반도체 산업에서 배출되는 폐가스 중 PFCs를 처리하기 위해 연소 및 플라즈마, 촉매, 회수 등 여러가지 기술이 이용되고 있다. 회수법은 PSA(Pressure Swing Adsorption) 방식의 흡착제 또는 분리막을 이용하여 폐가스 속의 PFCs을 회수하는 방법으로 PFCs를 재활용한다는 것이 장점이지만 처리용량이 제한적이며 탈착과정에서 불화가스의 누출 가능성이 있고, 촉매와 마찬가지로 흡착제의 수명이 다하여 재사용이 불가능한 흡착제를 처리해야한다는 문제점을 가지고 있다. 전자빔(Electron-beam)은 진공상태에서 전자총(cathode)으로부터 방출되는 전자를 고전압에 의해서 빛의 속도로 가속시킨 높은 에너지의 전자들의 흐름집단을 말하며, 가속된 전자가 분자 또는 화합물에 조사되면 그 대상물질이 에너지를 흡수하여 이온화 및 여기 상태의 분자와 자유라디칼을 생성한다. 이러한 원리를 이용하여 대기제어분야에서 SOx, NOx, VOCs 처리 등에 적용되며 활발한 연구가 진행 중이다. 전자빔을 이용한 대기오염물질처리기술의 장점은 상대적으로 짧은 시간에 반응이 진행되어 처리속도가 매우 빠르고 연소식과 플라즈마에 비해 저온에서 운전되기 때문에 에너지효율 측면에서 경제성을 가진다고 보고되고 있다. 특히 연소에 의한 분해가 아니기 때문에 산소의 공급이 필요 없으며 이에 따라 SOx, NOx가 발생하지 않는 장점을 가지고 있다. 반도체 제조공정의 특성상 여러 공정을 거치면서 NF3, SF6 등 다양하고 복합적인 PFCs가 동시에 배출되기 때문에 효과적인 제어공정설계를 위해서는 각각의 단일물질에 대한 선행연구가 진행되어야 한다. 본 연구에서는 전자빔을 이용하여 반도체 산업에서 배출되는 PFCs의 대표적인 물질인 NF3와 SF6를 제어하는데 목적을 두고 있다. 전자빔 조사에 대한 분해효율(destruction and removal efficiency, DRE) 및 첨가제 주입(H2)에 따른 효율 상승효과 그리고 반응 후 생성물질(F2, HF, particles)의 농도 및 성분을 비교하여 차이점을 도출하고 그 원인분석에 대한 연구를 수행하였다.
