2007.5.25
현재가 9,300원 시총 350억
PBR=2.53 PER=6.31 ROE=40

1. 기존의 가스스크러버가 Burn-Wet scrubber로 대체. 아직도 이 부분이
교체 수요가 많이 남아있는가?



PFC란 Per Fluoro Compound의 약자로서 과불화화합물이나 과불화탄소라고 사용되어지고 있다. PFC는 반도체 공정중 M/E, CVD 공정에서 일반적으로 사용되며, 산업적으로는 변압기에서 SF6가 사용되어지고 있다. 이와같이 PFC는 그 사용범위가 넓은편은 아니다. PFC가 CFC와 혼동되어 사용되는 경우가 종종 있으며, CFC는 Chloro Fluoro Compound의 약자로서 HCF3 등이 주로 냉매에 많이 사용되어 지고 있다. CFC도 비교적 안정한 화합물로서, 대기 상층에서 오존을 소멸시키기 때문에 사용금지 약품으로 되어 있다.
PFC는 매우 안정한 화합물로서 CF4, C2F6, C3F8, C4F10, SF6, NF3 의 6종을 칭한다. PFC는 원칙적으로 인체에 무해하나, 지구상에서 분해되는 시간이 1,000~10,000년 이상 걸리기 때문에 지구에 잔존하는 시간이 상당히 길며, 이 PFC는 지구의 복사열의 방출을 막아서 지구 온난화 현상을 일으킨다. 지구온난화 물질은 이산화탄소가 대표적이며, 총량 규모에서 PFC보다 훨씬 많다.
그러나, 이산화탄소는 그 발생 장소가 다양하여 발전소, 소각로, 자동차, 일반가정, 산업전반에서 생성되므로, 그 억제가 사실상 불가능한 현실이다. 그러나 PFC의 경우 발생되는 장소가 반도체 사업에 대부분 국한되어 있기 때문에, 그 처리가 가능하며 대체 물질 개발이나 대체공정개발 등 저감운동이 필요하게 되고, 세계 반도체 협회는 이 PFC 사용에 따른 책임을 지고 국가별 PFC 감축 방안을 제시하고 자발적 규제를 실시할 예정이다.
PFC처리기술에 앞서 일반적인 PFC 저감방안을 검토해 보면 대략 다음과 같다.
  1. PFC 대체 물질 개발 혹은 대체 공정 개발
  2. PFC의 효율적 사용
  3. PFC회수 및 재사용
  4. 배출된 PFC 처리기술

PFC 저감을 위하여 위 4가지 방법을 모두 사용할 수 있으나, 각각의 방법에 대하여 간략히 기술하면 다음과 같다.

가장 근원적 방법이며 가장 어려운 방법이지만, 실제로 많은 연구가 진척되어 왔다. PFC의 문제점은 반응온도가 높고 분해가 잘 되지 않는다는 점에서, C4F8O 및 F2 등 대체물질이 개발되어 현재 생산단계에 있다. 이러한 대체물질의 개발은 대체 공정의 개발이나 공정의 변경이 요구되어진다.

공정에 주입되는 PFC가스의 약 50%정도는 공정에서 분해되고 나머지 50%는 대기중으로 방출되므로 따라서 공정 중에서 분해효율을 높이는 것에 대해서 연구되어 지고 있으며, 이 분해효율을 높이기 위하여 NO 혹은 O2를 첨가하여 분해효율을 높이는 방법이 현재 사용되어 지고 있다.

배출된 PFC 회수 및 재사용 방법으로는 일반적으로 활성탄 흡착, 제올라이트 흡착 등을 생각할 수 있으나, 장치의 크기가 크고, 회수되는 PFC의 순도가 낮은 점 등을 고려할 때 현재 가장 채택하기 어려운 방법 중 하나이다.

방출되는 PFC가스는 다음과 같이 제어 할 수 있다.

  - LPG가스에 의한 연소
  - 전기 히터에 의한 산화방법
  - 수소가스에 의한 연소
PFC는 고온에서 연소가 가능하기 때문에 화석연료나 전기에너지로 연소시켜 분해할 수 있다.


위 1)의 산화방법과 원리는 유사하지만 고온반응을 촉매를 사용하여 반응온도를 낮추고, 산화효율을 높이는 연구가 진행되고 있다.


난분성 물질인 PFC를 강력한 에너지인 플라즈마를 사용해서 분해하는 방법이다.


PFC를 고온에서 반응하여 배출시킬 수도 있으나, PFC를 화학약품과 반응하여 반응생성물을 폐기물 처리하는 방법이며 이경우에도 PFC는 일정온도의 높은 온도가 필요하며 화확약품의 PFC 처리능력을 높이고 반응온도를 낮추는데 연구 초점을 맞추고 있다.


PFC가스를 활성탄, 제올라이트에 물리흡착하여, 분리 회수하는 방법이다.


배출된 PFC가스를 액체질소나 드라이아이스 등으로 냉동 고화시켜 분리시키는 방법이다.
이 여섯 가지 방법에서 공통으로 고려해야 할 점은 M/E공정과 CVD공정에서 분해되는 PFC가스는 반응생성물인 HF, F2 , SiF4 등과 미반응물인 PFC가 혼합되어 있으며, 이때 발생되는 HF, F2는 독한 산성가스이며, 부식성이 아주 높아 장치재료의 선정공정, 반응온도 설정 등에 주의해야 한다.
상기 6가지 방법은 각각 장단점을 가지고 있으며, 상업적으로는 산화법, 촉매산화법, 약제 반응법 등이 개발되어 있고 각각의 장단점을 살펴보면 다음과 같다.

가) 산화방법
산화방법은 가장 손쉽게 사용할 수 있는 방법이지만, 산화온도가 800~1,200℃ 고온이 필요하며 산화원료로서 LPG, 수소 등을 사용할 경우 화재위험이 있다. 한 개의 Line에 약 20대의 산화 장치가 설치되면 화재 발생 접점이 약 20개가 많아진다고 생각할 수 있다.
전기 산화방법은 원료사용 방법에서 발생되는 안전상의 문제가 다소 낮으나 전기 에너지 소모가 많다는 문제점이 있다. 또한 산화반응 후 PFC가 대부분 HF나 이산화탄소로 분해되기 때문에 후단에서 HF를 처리할 수 있는 습식 혹은 건식의 HF처리 장치가 별도로 필요하게 되어, 장치가 복잡하게 되는 문제점이 있다.

나) 촉매산화법
일반 산화방법과 마찬가지이지만 산화온도를 낮추는 장점이 있다. 일반적으로 산화온도가 800~1200℃ 정도이지만 촉매의 경우에 300~400℃가 낮아진 500~900℃정도에서 산화반응이 일어남으로써 에너지 사용을 절감할 수 있고, 안전성을 강화시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나 반응 후에 생성되는 HF, F2 등이 촉매의 성능을 급격히 저하시키기 때문에 촉매를 주기적으로 교체해야 되는 문제점이 있다. 또한 산화법과 마찬가지로 연소후에 발생되는 2차 오염물질인 HF 등의 처리 문제가 여전히 남아 있다.

다) 플라즈마 분해 방법
플라즈마는 거의 모든 난분해성 물질을 분해할 수 있다. 그러나 유입되는 기체의 양이 많을 경우 처리가 어렵다는 치명적인 단점을 가지고 있으며, 또한 프라즈마 배가스에 의한 파우더 생성 등으로 인한 장치의 유지 보수가 어려운 점이 있다. 현재까지 연구는 활발하지만 상업적으로 이용되기에는 해결해야 할 많은 문제점이 있다.

라) 약제 처리 방식
PFC 처리방식은 일반적으로 고온이 필요하며, 촉매산화방법으로 온도를 낮출수도 있고, 또한 화학약품을 사용하여 반응온도를 낮출수도 있다. 이 화학처리 방법은 PFC 분해되고 난 후에 발생되는 부산물인 HF, F2가 화학약품과 반응하여 배출가스가 전혀 없다는 장점을 가지고 있다. 그러나, 약제가 소모되기 때문에 주기적으로 약제를 교체해야 된다는 경제적인 문제점이 있다. 이는 환경적인 면과 경제적인 면을 고려하여 결정하여야 한다.

마) 흡착제 처리 방법
흡착제 처리 방법은 일반적으로 활성탄이나 제올라이트를 사용하여 흡착하여 PFC를 제거할 수 있고, 이 물리흡착은 진공이나 고온조건에서 탈착하기 때문에 다른 장소에서(off site) 탈착가스를 연소 방법으로 처리해야만 근본적으로 PFC를 처리할 수 있다.

바) 저온 냉동법
가장 오래된 기술로서 가스를 고체로 만들어 분리시키는 방법이다. 액체 질소나 드라이아이스 등이 많이 사용되며 배출되는 가스의 양이 많을 때, 에너지 문제를 고려하여야 한다.
이 역시 저온을 유지하지 못할 경우에 가스가 배출되는 문제점이 있고, 또한 완벽히 처리하기 위하여 off site에서 재처리 연소시켜야 하는 근원적 문제점이 있다.
이와 같이 PFC처리가스를 위해서는 어느 한가지 방법뿐만 아니라, 위 상기 방법을 병행해서 사용하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

이 글에서는 참고적으로 약제 처리방식에 대하여 좀더 상세히 소개하고자 한다. PFC는 고온에서 물 혹은 산소 존재 하에서 다음과 같이 분해 반응을 일으킨다.

CF4 + 2H2O = CO2 + 4HF
이 반응은 약 1000 ℃ 부근에서 일어나지만 화학약품(약제)이 있는 경우 800 ℃ 부근에서 일어날 수 있다. 또한 반응생성물인 HF를 제거함으로써 후처리가 필요 없다는 장점이 있다.
그러나 대부분 금속산화물은 HF와 반응하며, 강도가 급격히 약해지고 부스러지는 단점이 있음으로 장치 내에서 약제가 분해되어 가스의 흐름을 방해하여 공정가동 중단이라는 사고를 겪게 된다. 따라서 약제 개발의 목표는 1)처리효율, 2)반응개시온도, 3)반응후 약제의 강도를 만족해야 한다. 실험대상 금속으로 Ca(OH)2, Al2O3, SiO2, MgO, Fe(OH)3, CoO, NiO, CuO, ZnO, MnO2 등 대부분 전이 금속에 대하여 행하였다. 이중 반응 후 강도을 유지하는 금속은 Al2O3와 MnO2 뿐이었으며, 반응개시온도를 측정하고, 처리량을 비교해 본 결과 MnO2가 가장 적합한 물질임을 발견하였다. 화학적 성질을 결정짓는 금속 물질이 정해지면 표면적, 기공부피 등에 영향을 주는 인자를 연구하여야 한다. 참고로 촉매 산화법에서는 NiO를 촉매로 사용하고 있다. 표면적, 기공부피 등을 증대하기 위하여 성형보조재인 바인더를 첨가하게 되며 중요한 연구과제이다. 이와 같이 개발된 약제를 이용한 처리 방법을 현장 적용테스트를 실시하여 좋은 결과를 얻는 바 있다.
이상에서 PFC 배출저감 및 처리기술에 대하여 간략히 서술하였다, PFC처리 기술은 어느 한 가지 방법으로 완전히 해결하기보다 복합된 기술을 도입하는 것이 바람직하다. 또한 PFC 분해가 일어난 다음의 생성물인 HF, F2 및 SiF4 등의 처리도 동시에 해결하여야 하며, 이로 인한 대기방지시설 혹은 폐수처리장의 부하도 검토 되어야 한다. PFC 저감이 비록 현재는 자발적이지만 향후 무역규제로 발전할 경향이 높으며, PFC 처리 장비 혹은 설비의 도입이 예상됨으로 반도체 장비의 국산화라는 점에서 국내의 PFC 처리 기술 및 설비 산업이 활성화되기를 기대한다.