Decomposition and Removal Efficiency of Tetrafluoromethane in Plasma-wet Scrubber System = 플라즈마 습식 스크러버를 이용한 사불화탄소 분해 및 제거 효율 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Tetrafluoromethane (CF4), widely used in the semiconductor industry, is a highly stable and potent greenhouse gas. Plasma decomposition technology breaks down CF4 into reactive species such as CF3, CF2, CF, and F, which play a critical role in determining the treatment efficiency of downstream wet scrubbers. This study aims to elucidate the chemical forms of fluorine in the scrubber process and to determine how much of it dissolves into the liquid phase and how much is released into the gas phase. To this end, the types and concentrations of radicals generated in the plasma chamber were characterized using a dedicated sampling port coupled with quadrupole mass spectrometry (QMS), and the fluorine captured in the scrubber drain was quantitatively analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC), enabling evaluation of the overall fluorine mass balance and its conservation across the entire system, including both the upstream and downstream of the scrubber. The results are expected to demonstrate that not only the degree of CF₄ decomposition but also the distribution and concentration of radicals such as CF₃, CF₂, CF, and F strongly influence the downstream wet scrubbing process and the overall DRE.

국문 초록 (Abstract)

사불화탄소는 반도체 산업에서 널리 사용되는 가스로, 매우 안정하면서도 강력한 온실가스이다. 플라즈마 분해 기술은 CF₄를 CF₃, CF₂, CF, F와 같은 반응성이 큰 라디칼 종으로 분해하며, 이들은 이후 단계의 습식 스크러버 처리 효율을 결정하는 데 중요한 역할을 한다.
본 연구의 목적은 스크러버 공정에서 불소가 어떠한 화학종으로 존재하며, 이들이 액상에 얼마나 용해되고 기상으로 얼마나 배출되는지를 규명하는 데 있다. 이를 위해 플라즈마 챔버에서 생성된 라디칼의 종류와 농도를 전용 샘플링 포트를 통해 사중극자 질량분석기(QMS)로 분석하고, 스크러버 드레인에 포집된 불소를 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)로 정량하여, 스크러버 전·후단을 포함한 전체 시스템에서 불소의 질량수지와 보존 관계를 평가하였다. 이러한 결과를 통해, CF₄의 분해 정도뿐만 아니라 CF₃, CF₂, CF, F와 같은 라디칼의 분포와 농도 역시 후단 습식 스크러빙 공정 및 전체 DRE에 강한 영향을 미친다는 점을 보여줄 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• List of Figures iii
• List of Tables iv
• Abstract v
• Chapter 1. Introduction 1
• 1. Importance of Reducing PFC Greenhouse Gas Emissions 1
• 2. PFC Abatement Method 3
• 3. Scrubber Efficiency 6
• 4. Research Objectives 6
• Chapter 2. Theoretical Background 8
• 1. Mechanism of CF4 abatement 8
• 2. Mechanism of CF4 Decomposition in Plasma with H2O and Air 9
• Chapter 3. Materials and Method 11
• 1. Experimental setup of the plasma wet scrubber 11
• Chapter 4. Results & Discussion 14
• 1. Results at 50 sccm CF4 flow rate 14
• 2. Results at 100 sccm CF4 flow rate 20
• 3. Analysis of exhaust gas using FT-IR 23
• Chapter 5. Conclusion 25
• References 27
• Korean Abstract 30