본 연구에서는 PDMS (poly-dimethylsiloxane)와 PEBAX (polyether block amides) 분리막을 이용해 N2, O2, CF4와 SF6의 단일 기체 투과특성에 관하여 연구하였다. 다양한 압력으로 공급된 기체의 투과유량을 진공가압 연속흐름방식으로 측정하였으며, 이를 이용하여 투과도를 산정하였다. PDMS 분리막에서는 상부의 압력이 증가할수록 SF6를 제외한 다른 기체의 투과도는 감소하였다. 또한 SF6의 투과도가 CF4보다 높게 나타나고 있으며 이것은 SF6가 더 높은 임계온도를 가지고 있기 때문이다. PDMS 분리막에서 투과도는 O2 > N2 > SF6 > CF4 순으로 감소하였다. 반면에 PEBAX 분리막에서 기체의 투과 경향은 O2 > N2 > CF4 > SF6 순으로 감소하였다. 이러한 경향은 각 기체의 운동 반경의 크기(AA)(SF6 > CF4 > N2 > O2) 순서와 반대로 나타났다. SF6/CF4의 순수 기체의 선택도는 PDMS 분리막에서 0.7 MPa일 때 2.1로 나타났다.

중공사 고분자 분리막을 이용한 SF6를 분리 농축을 위한 운전조건을 결정하기 위해서는, 온도와 압력이 투과특성에 미치는 영향에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 다양한 온도와 압력이 부과된 조건에서 단일기체 투과실험을 수행하여, 중공사 고분자 분리막(PSF, PC, PI)을 통한 기체(N2, O2, SF6, CF4)의 투과특성을 연구하였다. 실험결과, 기체의 투과플럭스는 온도와 압력의 증가에 따라 일반적으로 증가하는 것으로 나타났으나, 분리막에 따른 투과플럭스의 차이가 관찰되었으며, 온도, 압력에 따른 투과플럭스 변화율은 기체의 특성(분자크기)에 따라 다른 것으로 나타났다. 온도 압력에 대한 투과플럭스를 3차원적으로 표현했을 때, 투과플럭스는 근사적인 평면 위에서 변화하는 것으로 관측되었다. 온도와 압력에 의한 투과플럭스 변화를 열역학적으로 분석하였으며, 투과플럭스 예측을 위한 경험적 모델로 평면특성의 1차 다항식 모델과 곡면 특성을 가진 2차 다항식 모델을 제안하였다. 그 결과 두 경험적 모델 모두 관측자료에 대한 높은 적합도를 보여 적용가능성을 확인하였다.

중전기의 유지 보수 및 교체 과정에서 절연체로 사용된 SF6 가스는 교체 충전과 정제과정에서 유입되는 공기와의 아크 방전에 의해 많은 종류의 부산물(N2, O2, CF4, SO2, H2O, HF, SOF2, CuF2, WO3 등)이 발생된다. 부산물 중에서도 대부분을 차지하는 것이 N2, O2, CF4이며, SF6가스를 재사용하기 위해서는 이들을 효과적으로 분리 회수하는 공정이 필요하다. 주요 부산물인 N2, O2, CF4와의 분리 효율 측면에서 분리막법은 기존의 흡착, 심냉법에 비하여 상대적으로 높은 효율을 보이고 있어 이에 대한 관심 또한 증가하고 있다. 따라서 본 논문에서는 중전기 산업에서 발생되는 SF6 가스 함유 농도 90 vol% 이상의 가스에 대하여 분리막법을 적용하여 N2, O2, CF4와 SF6 가스의 온도와 배출유량의 변화에 따른 분리 회수 가능성을 관찰하였다. PSF와 PC 중공사 분리막을 이용하여 고농도 SF6에 대한 분리 회수 실험 결과, PSF 분리막의 최대 회수율은 압력 0.3 MPa, 온도 25℃, 배출유량 150 cc/min에서 92.7%를 나타내었으며, PC 분리막에서는 압력 0.3 MPa, 온도 45℃, 배출유량 150 cc/min 일 때 74.8%의 최대 회수율을 나타내었다. 또한, 사용된 두 가지 분리막과 운전 조건에서 주요 부산물인 N2, O2, CF4의 최대 제거율은 각각 약 80%, 74%, 그리고 58.9%가 관찰되었다. 이로부터 분리막 공정은 고농도 폐 SF6 가스에서 주요 부산물로부터 SF6의 효과적인 분리 및 회수가 가능한 공정으로 적용할 수 있는 가능성을 파악 할 수 있었다.

IPCC (Intergonvernmental Pane1 of Climate Change)에서 CO2의 23,900배에 해당하는 지구온난화지수를 가진 SF6 (Sulphur hexafluoride) 가스와 중전기 산업에서 아크 발생에 의해 생긴 SF6의 주요 분해 부산물 중 하나이며 CO2의 6,300배에 해당하는 지구온난화지수를 가진 CF4 (Tetrafluoromethane) 가스의 배출에 대한 규제가 적극 검토되고 있다. 본 연구는 O2, CF4에 대한 SF6의 분리 회수의 기초 연구로써, 상용화된 PSF (polysulfone), PC (tetra-bromo polycarbonate)와 PI (polyimide) 고분자 분리막을 사용하여 O2, CF4와 SF6 가스의 압력과 온도 변화에 따른 투과도 및 투과선택도 연구를 수행하였다. 압력 변화에 따른 O2의 투과도는 PSF 중공사 분리막에서 압력 1.1 MPa일 때, 37.5 GPU로 가장 높게 나타났고, SF6와 CF4의 경우 압력 1.1 MPa에서 PC 중공사 분리막이 각각 2.7 GPU와 2.5 GPU로 가장 높은 투과플럭스를 나타냈다. 온도 변화에 따른 O2의 투과플럭스는 막의 온도가 45℃일 때 PSF 중공사 분리막이 41.2 GPU로 가장 높게 나타났고, SF6와 CF4는 막의 온도가 25℃일 때, PC 중공사 분리막이 각각 2.4 GPU와 2.3 GPU로 가장 높은 투과플럭스를 나타냈다. 압력과 온도 변화에 따른 O2/SF6와 CF4/SF6의 투과선택도 결과, 높은 단일 기체 투과플럭스를 보인 PSF와 PC 중공사 분리막이 가장 낮은 투과선택도를 나타내고, 가장 낮은 투과플럭스를 보인 PI 중공사 분리막이 가장 높은 투과선택도를 나타냄을 확인할 수 있다.

This study investigated dry etching of acrylic in capacitively coupled SF6, SF6/O2 and SF6/CH4 plasma under a low vacuum pressure. The process pressure was 100 mTorr and the total gas flow rate was fixed at 10 sccm. The process variables were the RIE chuck power and the plasma gas composition. The RIE chuck power varied in the range of 25~150 W. SF6/O2 plasma produced higher etch rates of acrylic than pure SF6 and O2 at a fixed total flow rate. 5 sccm SF6/5 sccm O2 provided 0.11μm/min and 1.16μm/min at 25W and 150W RIE of chuck power, respectively. The results were nearly 2.9 times higher compared to those at pure SF6 plasma etching. Additionally, mixed plasma of SF6/CH4 reduced the etch rate of acrylic. 5 sccm SF6/5 sccm CH4 plasma resulted in 0.02μm/min and 0.07μm/min at 25W and 150W RIE of chuck power. The etch selectivity of acrylic to photoresist was higher in SF6/O2 plasma than in pure SF6 or SF6/CH4 plasma. The maximum RMS roughness (7.6 nm) of an etched acrylic surface was found to be 50% O2 in SF6/O2 plasma. Besides the process regime, the RMS roughness of acrylic was approximately 3~4 nm at different percentages of O2 with a chuck power of 100W RIE in SF6/O2 plasma etching.

SF6 (sulfur hexafluoride) gas has an extremely high global warming potential (GWP) because of strong absorption of infrared radiation and long atmospheric lifetime which cause the global warming effect. The objective of this study is to identify the effects of destruction and removal efficiency (DRE) of SF6 by the addition of oxygen, water vapor and hydrogen. The applied dose of ionization energy was 1,028 kGy(5 mA). The initial concentrations of SF6, O2, H2O and H2 gases were 1,000 ppm, 1,000 ppm, 3,000 ppm, 3,000 ppm, respectively. The DRE was increased about 2 times with O2 gas injection. The SF6 was completely removed with H2O and H2 gas injection. By-products formed by SF6 destruction were mainly HF and F2 gases. In addition, SF2, NF3, N2O, SO2, SO2F2, and NOx gases were produced.