JP2014508029A - 排気流体処理装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、半導体、ディスプレイパネル及び太陽光電池製造装置の工程チャンバ10で発生した流体を外部に排気する排気流体処理装置に関し、排気流体処理装置は、工程チャンバ10に連結され、工程チャンバ10の内部を真空化し、工程チャンバ10内で発生した流体を外部に排気する真空ポンプ100と、プラズマが形成され、工程チャンバ10内で発生した流体の分解反応が起きるプラズマ反応器200とを含み、プラズマ反応器200は、工程チャンバ10と真空ポンプ100との間に設けられ、流体の分解反応が起きる空間を提供する絶縁性の導管210と、導管210の外周面に設けられ、プラズマが形成されるように電圧を印加される少なくとも１つ以上の電極部220と、電気伝導性の弾性体で形成され、導管210及び電極部220を密着させるように導管210と電極部220との間に介在される緩衝部230とを含んで構成される。
Description
本発明は、排気流体処理装置に関し、より詳細には、プラズマを利用して半導体、ディスプレイパネル及び太陽光電池などの製造工程中に工程チャンバで発生する未反応ガス、廃ガスなどの工程副産物を除去するための排気流体処理装置に関する。
半導体、ディスプレイパネルまたは太陽光電池などの製造工程中にアッシング（ashing）、エッチング、蒸着、洗浄及び窒化処理などの工程は、低圧の工程チャンバで進行される。
このような製造工程で使用されるガスとしては、(1) 揮発性有機化合物（トリクロロエチレン、1、1、1-トリクロロエタン、メタノール、アセトアルデヒドなど）、(2) 酸（acid）系、(3) 悪臭誘発物質、(4) 自然発火気体、(5) 地球温暖化誘発物質（ペルフルオル化合物）などがあり、前記製造工程を経て、未反応ガス、廃ガスなどの工程副産物が生成される。
このような製造工程で使用されるガスとしては、(1) 揮発性有機化合物（トリクロロエチレン、1、1、1-トリクロロエタン、メタノール、アセトアルデヒドなど）、(2) 酸（acid）系、(3) 悪臭誘発物質、(4) 自然発火気体、(5) 地球温暖化誘発物質（ペルフルオル化合物）などがあり、前記製造工程を経て、未反応ガス、廃ガスなどの工程副産物が生成される。
前記一連の製造工程で発生する未反応ガス、廃ガスなどの工程副産物のうちHF、フルオル化物及び塩化物などは、真空ポンプと配管内部を通じて移動しながら金属表面などに対して腐食を誘発し、また、大部分の前記言及された製造工程で使用されるガスは、環境汚染物質であるから、大気中に最終排出される前に必ず除去されなければならない。
そして、前記製造工程で発生する微細粒子及び金属などは、継ぎ管を含めた流体が移送される多様な移送経路に設けられる部品を通過しながら冷却あるいは圧力の変化などによる相変異過程を経た後、粉末形態に変わり、このような粉末は、真空ポンプの寿命を短縮させる主要因である。また、ペルフルオル化合物は、環境規制により大気中への排出が統制されている傾向にある。
したがって、従来の技術では、真空ポンプの前方又は後方にトラップなど器具を設置し、加熱、冷却等の方法で低圧の工程チャンバで発生する工程副産物などを除去している。
また現在まで一部適用されているプラズマ処理装置は、真空ポンプの後方に設置され、大気で運転される常圧プラズマ方式であって、多量のエネルギー使用、高価の装置費用などの問題点を持っている。さらに、工程チャンバで生成された工程副産物などが真空ポンプに流入される場合には、前記工程副産物などの蓄積に起因して真空ポンプの稼動を中止しなければならないという問題点がある。
一方、真空ポンプの前方に設置されるプラズマ反応器は、工程副産物などを効率的に分解することによって、エネルギーの無駄使いを防止することができ、特に工程副産物などの粒子サイズを制御することができ、真空ポンプに流入される固体性工程副産物の流動性をさらに向上させて、真空ポンプ内部での蓄積量を減少させることができるので、真空ポンプの寿命を延長するのに寄与することができる。
このように、真空ポンプの前方に設置され、低圧プラズマを生成するプラズマ反応器は、主に誘導結合プラズマ方式（inductive coupled plasma）または無線周波数（RF）駆動方式を使用する。
誘導結合プラズマ方式は、コイル形状の電極の両端部に電圧を印加してプラズマを生成するが、このようなプラズマ反応器は、装置自体が高価である問題点がある。そして、無線周波数駆動方式においては、無線周波数電源供給器の費用が非常に高く、プラズマ維持のための電力消費が多いため、設置及び維持費用が高いという問題点がある。
本発明は、前述した問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、真空ポンプの前方に設置され、低圧のプラズマを生成するプラズマ反応器を含むことによって、設置及び維持費用を低減することができる共に、工程副産物などの処理効率を向上させることができ、長時間安定的な運転が可能な排気流体処理装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、半導体、ディスプレイパネル及び太陽光電池製造装置の工程チャンバで発生した流体を外部に排気する排気流体処理装置であって、前記工程チャンバに連結され、前記工程チャンバの内部を真空化し、前記工程チャンバ内で発生した流体を外部に排気する真空ポンプと；プラズマが形成され、前記工程チャンバ内で発生した流体の分解反応が起きるプラズマ反応器と；を含み、前記プラズマ反応器は、前記工程チャンバと前記真空ポンプとの間に設けられ、前記流体の分解反応が起きる空間を提供する絶縁性の導管と、前記導管の外周面に設けられ、プラズマが形成されるように電圧を印加される少なくとも１つ以上の電極部と、電気伝導性の弾性体で形成され、前記導管と前記電極部を密着させるように前記導管と前記電極部との間に介在される緩衝部とを含んで構成される。
本発明による排気流体処理装置は、管形状のプラズマ反応器を具備することによって、既存の配管に容易に設置することができ、排気流体のフローに対する抵抗を最小化させて、真空ポンプによる排気性能を向上させることができる。
そして、前記プラズマ反応器は、工程副産物などが流動する導管の外部に環形状の電極構造を有することによって、工程副産物などと電極との直接的な接触を根本的に排除させて、電極の耐久性が向上するという長所がある。
また、プラズマを発生させるために交流電圧を使用することによって、既存の無線周波数（RF）駆動方式より構造的に簡単であり、装置の費用を節減することができる。
図１は、本発明の一実施例による排気流体処理装置を示す斜視図である。
図２は、本発明の一実施例による排気流体処理装置を示す側面図である。
図３は、本発明の一実施例によるプラズマ反応器を示す分解斜視図である。
図４は、本発明の一実施例によるプラズマ反応器を示す側断面図である。
図５〜図８は、本発明の一実施例による排気流体処理装置を概略的に示す構成図である。
図２は、本発明の一実施例による排気流体処理装置を示す側面図である。
図３は、本発明の一実施例によるプラズマ反応器を示す分解斜視図である。
図４は、本発明の一実施例によるプラズマ反応器を示す側断面図である。
図５〜図８は、本発明の一実施例による排気流体処理装置を概略的に示す構成図である。
以下、添付の図面を参照して本発明による実施例を詳しく説明する。この過程で図面に示された構成要素のサイズや形状などは、説明の明瞭性と便宜上、誇張されるように図示されることができる。また、本発明の構成及び作用を考慮して特別に定義された用語は、ユーザ、運用者の意図または慣例によって変わることができる。このような用語は、本明細書全般にわたった内容に基づいて定義されなければならない。
そして、本発明の思想は、提示される実施例に限定されず、本発明の思想を理解する当業者は、同一の思想の範囲内で他の実施例を容易に実施することができるが、これも、本発明の範囲内に属することは勿論である。
図１は、本発明の一実施例による排気流体処理装置を示す斜視図であり、図２は、本発明の一実施例による排気流体処理装置を示す側面図である。図１及び図２を参照して本発明による排気流体処理装置の具体的な構成及び作動状態について詳しく説明する。
図１及び図２を参照すれば、本発明による排気流体処理装置は、半導体、ディスプレイパネルまたは太陽光電池などの製造工程中にアッシング（ashing）、エッチング、蒸着、洗浄及び窒化処理などの工程を行う低圧の工程チャンバ10と継ぎ管20によって連結される。
すなわち、本発明による排気流体処理装置は、工程チャンバ10で排気される未反応ガス、廃ガスなどの工程副産物を浄化し、外部に排気するためのものであって、このために、低圧の工程チャンバ10と継ぎ管20を通じて連結される真空ポンプ100及び補助ポンプ300と、真空ポンプ100及び補助ポンプ300と連結され、工程チャンバ10で排気されるガス中に含有された未反応ガス、廃ガスなどの工程副産物を除去するためのプラズマ反応器200とを含む。
プラズマ反応器200は、真空ポンプ100の前方に設置される方式であって、その内部が低圧の真空状態を維持し、プラズマ反応器の設置位置によって低圧の工程チャンバ10と同一であるように真空状態を維持する。
一方、プラズマ反応器200と補助ポンプ300を連結する配管には、反応気体注入部（図示せず）が配置され、真空ポンプ100の後方には、真空ポンプ100から排気されるガスを浄化するスクラバー400が提供される。
真空ポンプ100は、工程チャンバ10に連結され、工程チャンバ10の内部を真空化し、工程チャンバ10内で発生する工程副産物を排気するためのものである。そして、工程チャンバ10内で発生する工程副産物を円滑に排気することができるように補助ポンプ300をさらに備えることができる。この際、補助ポンプ300は、真空ポンプ100の排気速度を増加させる役目をする。
一方、補助ポンプ300は、図１及び図２に示されたように、工程チャンバ10とプラズマ反応器200との間に設けられ、これは、プラズマ反応器200の前方に配置される補助ポンプ300の排気作用によってプラズマ反応器200で生成される物質が工程チャンバ10側に逆流することを基本的に防止すると同時に、プラズマ反応過程で発生し得る圧力条件の変動現象が工程チャンバ10内部の圧力状態に影響を与えることを防止するためのものである。
プラズマ反応器200は、その内部に低圧プラズマを発生させて、プラズマの高い温度で工程チャンバ10内で生成、排気される流体中に含有された未反応ガス、廃ガスなどの工程副産物を分解させる。
このように分解された成分は、前記反応気体注入部（図示せず）を通じて注入される反応気体と結合し、無害な物質に変化する。プラズマは、電子または励起原子のような反応物質を豊かに含有しており、物理化学的反応に必要な十分なエネルギー環境を有しているので、分解された成分と反応気体間の化学反応を促進させる。
一方、前述したように、プラズマ反応器200内部の物質が工程チャンバ10に逆流することを防止し、工程チャンバ10内部の圧力状態を一定に維持するためにプラズマ反応器200は、補助ポンプ300と真空ポンプ100との間に連結されることができる。
スクラバー400は、真空ポンプ100から排気されるガスを浄化する役目をし、真空ポンプ100と排気管410によって連結される。
以下では、プラズマ反応器200の具体的な構成及び機能について説明する。図３は、本発明の一実施例によるプラズマ反応器200を示す分解斜視図であり、図４は、本発明の一実施例によるプラズマ反応器200を示す側断面図である。
図３及び図４を参照すれば、本発明による排気流体処理装置のプラズマ反応器200は、工程チャンバ10と真空ポンプ100との間に設けられる導管210と、導管210の外周面に設けられる少なくとも１つの電極部220と、導管210と電極部220との間に介在される緩衝部230とを含んで構成される。
導管210は、両端部が開口された円筒のような管形状に形成され、前述したように、工程チャンバ10内で生成、排気される流体中に含有された未反応ガス、廃ガスなどの工程副産物を分解させる空間を提供する。そして、導管210は、誘電体であって、絶縁性のセラミックまたはクオーツ（quartz）のような高誘電体で製造される。
一方、導管210は、円筒の管形状に形成されることによって、既存の配管に容易に設置することができる。すなわち、導管210の直径と既存の配管の直径が異なるとしても、別途の密閉部材を設けるだけで、容易な設置が可能である。
具体的に導管210の両端部に別途の連結フランジ246が設けられ、連結フランジ246が既存の配管と連結される。そして、導管210と既存の配管との間で工程チャンバ10で生成された工程副産物などの流体が漏出されることを防止するためにＯリング（O-ring）などの密閉部材が設けられる。
また、工程チャンバ10で排気される流体のフローに対する抵抗を最小化させることができるので、真空ポンプ100による排気性能を最大限維持させることができる。
導管210の外周面には、少なくとも１つの電極部220が設けられるが、電極部220は、導管210の内部でプラズマが放電されるように電源部270から電圧を印加される。すなわち、電源部270が電極部220に電圧を印加すれば、電極部220と接地電極280の電圧差によって導管210の内部にプラズマ放電が誘導される。
一方、電極部220に印加される電圧は、交流電圧であって、従来の無線周波数（RF）駆動方式より構造的に簡単であり、装置の費用を節減することができる。
図３及び図４に示されたように、電極部220は、導管210の外周面でその一部を取り囲むように所定の長さを有する環形状に形成され、銅のような電気伝導度に優れた金属材質で形成される。
したがって、導管210の内部を流動する未反応ガス、廃ガスなどの工程副産物などと電極部220との直接的な接触を基本的に排除させることによって、電極部220の寿命が向上する。
そして、電極部220は、導管210の外周面に所定間隔で２個配置されるが、電極部220の個数によって本発明の内容が限定されるものではなく、プラズマ放電のために導管210に加えられるエネルギーによってその個数及び長さを調節することができることは当然である。
一方、前述したように、導管210は、セラミックまたはクオーツなどの絶縁性物質で形成され、電極部220は、銅やステンレス鋼のようなその他金属材質で形成され、このような材質は、互いに物性が異なっていて、特に、弾性と剛性が高いため、互いに完全に密着しにくいという点がある。
このように導管210と電極部220との間に離隔される空間が発生すれば、その空間で漏洩電流などの寄生放電（parasitic drain）が発生するので、導管210内部でのプラズマ放電効率が低下する。
また、導管210の内部では、略1000℃の高温でプラズマ放電現象が起き、電極部220は、電源部270から電圧を印加されながら抵抗熱が発生するようになり、導管210と電極部220の異なる熱膨脹率によって体積膨脹に差異が発生することによって、導管210及び電極部220の接触効率が低下し、そのため、上記と同様に、導管210内部でのプラズマ放電効率が低下する。
したがって、本発明の一実施例によれば、導管210と電極部220との密着性を向上させるように、導管210と電極部220との間に緩衝部230が介在される。
そして、導管210内部でプラズマ放電が発生するように、電極部220から導管210の外周面に電圧が印加されなければならないので、緩衝部230は、電気伝導性を有する物質でなければならないし、導管210と電極部220との間に介在され、互いに密着するようにするので、弾性を有しなければならない。
すなわち、緩衝部230は、伝導性高分子物質のような優れた電気伝導性を有する弾性体で形成されることができ、電気伝導性の緩衝部230を通じて電極部220から導管210の外周面に電圧が印加されることができ、弾性体である緩衝部230によって導管210と電極部220を互いに密着させることができる。
緩衝部230は、導管210と電極部220との間に介在されるので、導管210よりも直径が大きく、且つ電極部220よりも直径が小さく形成されることが好ましく、緩衝部230は、電極部220と同様に、導管210の一部を取り囲む環形状に形成され、その長さは、電極部220の長さに対応するように設けられることが好ましい。
一方、プラズマ反応器200は、導管210、電極部220及び緩衝部230が挿入される外部管240をさらに含んで構成され、外部管240は、導管210、電極部220及び緩衝部230がその内部に配置されるようにして、プラズマ反応器200が二重管形態を有するようにする。
絶縁性のセラミックまたはクオーツなどの高誘電体で形成される導管210は、プラズマ放電時に真空の状態で略1000℃の高い温度を受け、そのため、導管210自体にクラックまたは破損が生じるか、導管210及びその周囲配管の連結部位にクラックが発生することができる。
したがって、プラズマ反応器200を、外部管240が導管210の外部に配置される二重管形態で形成することによって、前述したように、導管210にクラックまたは破損が発生する場合、工程副産物などの流体が外部に漏出されることを防止することができる。
そして、導管210及び外部管240の両端部には、密閉フランジ242を設けることによって、導管210と外部管240との間の空間を確実に密閉することができる。すなわち、図３に示されたように、導管210及び外部管240の両端部にＯリング（O-ring）などのシール部材248を設け、密閉フランジ242を外部管240の両端部に結合させることによって、導管210と外部管240との間を密閉することができる。
一方、外部管240の外周面上には、配線孔244が設けられ、配線孔244を通じて電線などが引き込まれることによって、電源部270に電圧を印加することができる。
プラズマ反応器200は、導管210と外部管240との間の空間に設けられるセンサー部250をさらに含んで構成される。前述したように、導管210内部の高い熱衝撃や多様な内外部の物理的要因による応力の蓄積によって導管210自体にクラックまたは破損が生じるか、導管210及びその周囲配管の連結部位にクラックが発生する場合、センサー部250は、導管210から漏出される流体を感知し、プラズマ反応器200などの装置の作動を中止させることができる。
一方、プラズマ反応器200は、外部管240の外周面に設けられる冷却部260をさらに含んで構成され、冷却部260は、外部管240の外周面を取り囲む形状に形成されることによって、電極部220の過熱を防止する。
すなわち、導管210の外周面に設けられる電極部220は、電源部270から電圧を印加されることによって発生する抵抗熱だけでなく、その内部が高い温度でプラズマ放電を発生する導管210からも高熱を受けるようになり、それによる電極部220の破損を防止するために冷却部260が設けられる。
冷却部260の一端部には、流入口262と流出口264が設けられ、これを通じて冷却媒体が冷却部260の内部に引き込まれるかまたは排出される。
図５〜図８は、本発明の一実施例による排気流体処理装置を概略的に示す構成図である。図５〜図８を参照して本発明の排気流体処理装置の構成配置について詳しく説明する。
図５を参照すれば、工程チャンバ10と真空ポンプ100との間にプラズマ反応器200が設けられる。すなわち、プラズマ反応器200が真空ポンプ100の前方に設置されることによって、工程チャンバ10で排気される工程副産物などを効率的に分解することによって、エネルギーの無駄使いを防止することができ、特に工程副産物などの粒子サイズを制御することができ、真空ポンプ100に流入される固体性工程副産物の流動性をさらに向上させて、真空ポンプ100内部での蓄積量を減少させることができるので、真空ポンプ100の寿命を延長するのに寄与することができる。
一方、図６及び図７を参照すれば、プラズマ反応器200は、工程チャンバ10と真空ポンプ100との間で複数個に設けられ、直列または並列で連結される。すなわち、工程チャンバ10内部での工程によって２個以上の多数のプラズマ反応器200を多様な構造で配置させることによって、工程環境によって適切に工程副産物などの流体を浄化することができる。
具体的に、複数個のプラズマ反応器200が工程チャンバ10と真空ポンプ100との間で直列または並列で連結される場合には、各プラズマ反応器200に印加される電圧を差別化し、電圧変化による順次な浄化過程が可能である。すなわち、所定量の工程副産物は、いずれか１つのプラズマ反応器200で処理し、残りの工程副産物は、他の１つのプラズマ反応器200で処理することができるので、多数の工程副産物が同時に流入される場合にも、効率的な浄化過程が可能になる。
また、複数個のプラズマ反応器200にそれぞれ異なる反応気体を注入することによって、順次な浄化過程が可能である。すなわち、所定量の工程副産物は、いずれか１つのプラズマ反応器200でいずれか１つの反応気体と反応して処理し、残りの工程副産物は、他の１つのプラズマ反応器200で他の１つの反応気体と処理することができるので、工程副産物の種類によって効率的な浄化過程が可能になる。
一方、図８を参照すれば、真空ポンプ100の排気速度を増加させるために、プラズマ反応器200の前方には、補助ポンプ300が設けられる。前述したように、プラズマ反応器200の前方に配置される補助ポンプ300の排気作用によってプラズマ反応器200で生成される物質が工程チャンバ10側に逆流することを基本的に防止すると同時に、プラズマ反応過程で発生し得る圧力条件の変動現象が工程チャンバ10内部の圧力状態に影響を与えることを防止するためである。
補助ポンプ300が設けられる場合にも、図６〜図７に示されたように、プラズマ反応器200は、補助ポンプ300と真空ポンプ100との間で複数個に設けられ、直列または並列で連結される。これに対する機能及び効果は、前述したものと同様なので、省略する。
一方、前述した本発明による排気流体処理装置のプラズマ反応器200は、気体状態の未反応ガス、廃ガスなどと粉体状態の工程副産物のみに限定されるものではなく、半導体の製造工程中に原子層蒸着（ALD、atomic layer deposition）工程などで使用されている液体前駆体（liquid precursor）の処理にも効果的に適用されることができる。
以上、本発明による実施例が説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当該分野において通常的知識を有する者ならこれから多様な変形及び均等な範囲の実施例が可能であるという点を理解することができる。したがって、本発明の真正な技術的保護範囲は、次の特許請求範囲によって定められるべきである。
100 真空ポンプ
200 プラズマ反応器
210 導管
220 電極部
230 緩衝部
240 外部管
250 センサー部
260 冷却部
270 電源部
280 接地電極
300 補助ポンプ
400 スクラバー
200 プラズマ反応器
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280 接地電極
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Claims (11)
- 半導体、ディスプレイパネルまたは太陽光電池製造装置の工程チャンバで発生した流体を外部に排気する排気流体処理装置において、
前記工程チャンバに連結され、前記工程チャンバの内部を真空化し、前記工程チャンバ内で発生した流体を外部に排気する真空ポンプと；
プラズマが形成され、前記工程チャンバ内で発生した流体の分解反応が起きるプラズマ反応器と；を含み、
前記プラズマ反応器は、
前記工程チャンバと前記真空ポンプとの間に設けられ、前記流体の分解反応が起きる空間を提供する絶縁性の導管と、
前記導管の外周面に設けられ、プラズマが形成されるように電圧を印加される少なくとも１つ以上の電極部と、
電気伝導性の弾性体で形成され、前記導管及び前記電極部を密着させるように前記導管と前記電極部との間に介在される緩衝部と、を含んで構成される排気流体処理装置。 - 前記導管は、高誘電体で形成されることを特徴とする請求項１に記載の排気流体処理装置。
- 前記電極部は、前記導管を取り囲むように所定の長さを有する環形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の排気流体処理装置。
- 前記緩衝部は、前記電極部の内面で前記導管を取り囲む環形状に形成され、伝導性弾性体物質で形成されることを特徴とする請求項３に記載の排気流体処理装置。
- 前記プラズマ反応器は、
前記導管が挿入される外部管と、
前記導管と前記外部管との間の空間を密閉するように、前記導管及び前記外部管の両端部に設けられる密閉フランジと、をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の排気流体処理装置。 - 前記プラズマ反応器は、
前記導管から漏出される流体を感知するように、前記導管と前記外部管との間の空間に設けられるセンサー部をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の排気流体処理装置。 - 前記プラズマ反応器は、
前記電極部の過熱を防止するように前記外部管の外周面に設けられる冷却部をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の排気流体処理装置。 - 前記プラズマ反応器は、
前記電極部に交流電圧を印加する電源部をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の排気流体処理装置。 - 前記プラズマ反応器は、複数個に設けられ、前記工程チャンバと前記真空ポンプとの間で直列または並列で連結されることを特徴とする請求項１に記載の排気流体処理装置。
- 前記真空ポンプの排気速度を増加させるように前記工程チャンバと前記プラズマ反応器との間に設けられる補助ポンプ；をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の排気流体処理装置。
- 前記プラズマ反応器は、複数個に設けられ、前記補助ポンプと前記真空ポンプとの間で直列または並列で連結されることを特徴とすることを特徴とする請求項10に記載の排気流体処理装置。
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