KR100365666B1 - 중주파수 플라즈마원를 이용한 파티클 제거 및클로로플루오로카본 화합물 분해장치 - Google Patents

중주파수 플라즈마원를 이용한 파티클 제거 및클로로플루오로카본 화합물 분해장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 및 산업용 화학기상증착, 물리적기상층착, 건식식각, 표면개질 공정에서 반응원료에 의해서 다량으로 발생되는 파티클과 배기관을 통해 대기중으로 배출되는 오존층 파괴의 주요물질인 클로로플루오로카본(CFC) 화합물을 비교적 임피던스 매칭과 설치하기가 용이한 중주파수 플라즈마원을 이용한 파티클 제거 및 클로로플루오로카본(CFC) 화합물 분해 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는, 공정실에서 반응기체가 공정 반응후에 펌프에 의해 강제 배기되는 배기관에서 상기 공정실측과 상기 펌프측에 각각 전기적으로 격리된 상태로 설치되어 중주파수 플라즈마원에 의하여 플라즈마 반응을 일으키도록 하는 플라즈마발생부를 포함하여 구성된다.

Description

중주파수 플라즈마원를 이용한 파티클 제거 및 클로로플루오로카본 화합물 분해장치 {particle removal and chlorofluorocarbons compound decomposition system using middle frequency plasma source}
본 발명은 중주파수 플라즈마원을 이용한 파티클 제거 및 클로로플루오로카본(CFC) 화합물 분해 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 및 산업용 화학기상증착(CVD), 물리적기상증착(PVD), 건식식각(Dry etching) 및 건식표면개질(Dry surface modification) 공정에서 반응원료에 의해서 다량으로 발생되는 파티클과 배기관을 통해 대기중으로 배출되는 오존층 파괴의 주요물질인 클로로플루오로카본(CFC) 화합물을 비교적 임피던스 매칭과 설치하기가 용이한 중주파수 플라즈마원을 이용하여 제거 및 분해하는 장치에 관한 것이다.
종래, 반도체 및 산업용 화학기상증착장치, 물리적기상증착장치, 건식식각장치 및 건식표면개질장치 등에는 주로 파티클을 포획하기 위해 배기펌프와 배기관 사이에 냉각수를 이용한 콜드 트랩을 설치하거나 또는 별도의 플라즈마 발생실이 있는 일체형의 유도결합형 플라즈마장치를 측면에 설치하여 플라즈마 발생실에서 가스를 이온화하여 배기관으로 활성종(라디칼)을 공급하여 퍼플루오로 컴퍼운드(Perfluoro-compound; PFC)의 방출을 감소시키도록 되어 있었다.
상기 콜드 트랩을 설치하는 경우에는 일정한 세정주기를 두어 공정 휴지기에 콜드 트랩을 배기관로부터 탈착하여 각종 세정용액으로 습식 세정을 행한 후에 항온항습조에서 건조하여 재 부착하도록 되어 있으며, 이는 세정용액의 폐수처리 문제와 주기적인 장비의 멈춤으로 인해 제품생산비의 증가와 생산수율 감소를 초래하는 문제점을 안고 있다.
또한 이러한 배기관의 구조적 배열은 클로로 및 플루오루 계열의 할로겐족 유해 화합물의 중화와 분해를 할 수 없기 때문에 반드시 펌프 후단에 별도의 스크러버(scrubber)를 구비해야만 한다.
상기 유도결합형 플라즈마 발생장치를 설치하는 경우에는 절연체관(주로 알루미나관, 석영관 등)에 일정 회전수의 코일을 감아 여기에 일정 주파수의 전원(RF; 13.56MHz)을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 독립된 플라즈마 발생실을 갖는 구조로 되어 있다. 이는 부하단에 임피던스 매칭을 이루기가 힘들며, 또한 전원장치와 매칭 네트위크 및 기타 구성부품들이 고가이며, 배기관과 같은 곳에 직접 부착하기가 힘들다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 종래의 물리적인 파티클 제거방안 및 유도결합형 플라즈마원을 이용한 유해화합물처리장치의 한계성을 극복하고, 효율적으로 파티클을 제거하여 고품질의 제품생산과 생산수율의 극대화를 달성하며 나아가 오존층 파괴의 주요물질인 유해화합물(CFC, PFC, HFC 등)을 중화 및 분해처리하여 환경오염을 방지할 수 있는 중주파수 플라즈마원을 이용한 파티클 제거 및클로로플루오로카본(CFC) 화합물 분해 장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
이를 위하여 본 발명은 부하단의 임피던스 매칭 및 장치의 부착, 가격면에서 이점을 갖고 있는 중주파수 플라즈마원을 배기관부에 직접 인가하여 파티클 제거와 유해화합물(CFC, PFC, HFC 등)의 중화 및 분해를 동시에 처리할 수 있도록 하는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 중주파수 플라즈마원을 이용한 파티클 제거 및 클로로플루오로카본(CFC) 화합물 분해 장치는, 공정실에서 반응기체가 공정 반응후에 펌프에 의해 강제 배기되는 배기관에 있어서 상기 공정실측과 상기 펌프측에 각각 전기적으로 격리된 상태로 설치되어 중주파수 플라즈마원에 의하여 플라즈마 반응을 일으키도록 하는 플라즈마발생부를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 효율적으로 동시에 파티클 제거와 유해화합물(CFC, PFC, HFC 등)의 중화 및 분해를 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중주파수 플라즈마원를 이용한 파티클 제거 및 클로로플루오로카본(CFC) 화합물 분해 장치를 설명하기 위한 개략 구성도이다.
도2는 도1의 플라즈마발생부의 양극전극으로 사용되는 양극 봉과 음극전극으로 사용되는 배기관의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도3은 도1의 절연연결부의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중주파수 플라즈마원를 이용한 파티클 제거 및 클로로플루오로카본 화합물 분해 장치를 설명하기 위한 개략 구성도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >
100 : 주 공정실 110 : 공정가스도입관
115 : 가스링 120 : 배기관
122 : 배기밸브 124a,124b : 연결부
130a,130b : 절연연결부 130 : 음극 배기관
140 : 양극 봉(rod) 150 : 배기펌프
160 : 중주파수 전원부 160a : 양극전극부
160b : 음극전극부 165 : 피드쓰루형 전원공급단자
170a,170b : 가스도입관 175a,175b : 밸브
200,300 : 시창
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중주파수 플라즈마원를 이용한 파티클 제거 및 클로로플루오로카본(CFC) 화합물 분해 장치를 설명하기 위한 개략도이고, 도 2는 도1의 플라즈마발생부의 양극전극으로 사용되는 양극 봉과 음극전극으로 사용되는 배기관의 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도3은 도1의 절연연결부의 단면 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 주 공정실(100)은 요구되는 진공도와 균일 유체 흐름을 형성하면서 공정가스도입관(110)으로부터 가스링(115)을 통해서 유입된 공정가스의 반응을 최적의 상태로 만들어주도록 설계되어 있고, 상기 주 공정실(100)의 배출구(120a)에는 주 공정실(100)내의 반응기체를 배기시키기 위한 배기펌프(150)가 배기밸브(122)와 플라즈마발생부 및 배기관(120)을 통해서 연결되어 있다.
상기 플라즈마발생부는 그 양단에 상기 배기밸브(122)측 및 배기펌프(150)측과 각각 연결하기 위한 연결부(124a,124b)와, 상기 배기밸브(122)측 및 배기펌프(150)측과 각각 전기적으로 절연하기 위한 절연연결부(130a,130b)와, 상기 절연연결부(130a,130b)사이에 설치된 음극배기관(130)과, 이 음극 배기관(130)의 중심에 설치되는 양극 봉(140)과, 상기 양극 봉(140)에 양극 전극부(160a)를 통해서 양의 중주파수 전원을 공급함과 동시에 상기 음극 배기관(130)에 음극 전극부(160b)를 통해서 음의 중주파수 전원을 공급하는 중주파수 전원부(160)를 포함하고 있다.
상기 음극 배기관(130)과 연결부(124a,124b) 및 절연연결부(130a,130b)는 서로 연통되어 있음과 동시에 상기 배기관(120)과도 연통되어 있으며, 상기 연결부(124a,124b)는 배기관과의 착탈의 용이성을 위하여 클램프 조인트 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또, 상기 중주파수 전원부(160)의 양극 전극부(160a)와 음극 전극부(160b)는 도2에 도시한 바와 같이 음극 배기관(130)의 진공유지와 전원 공급을 동시에 달성할 수 있도록 하기 위하여 피드쓰루형 전원공급단자(165)를 통해서 각각 양극봉(140) 및 음극 배기관(130)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 상기 절연연결부(130a,130b)는, 도3의 단면도에 도시한 바와 같이, 음극 배기관(130) 및 양극 봉(140) 사이의 전기적 절연과, 배기관(120) 및 연결부(124a,124b)와의 전기적 절연을 동시에 달성할 수 있는 구성으로 되어 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 음극 배기관(130) 및 상기 양극 봉(140)의 각 몸체는 전기 전도성이 양호한 도체임과 동시에 반응기체가 직접 접촉해서 지나가기 때문에 내식성이 우수한 재질로 되어 있는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 음극 배기관(130) 및 상기 양극 봉(140)은 각각 중 주파수 플라즈마 발생장치의 음극 전극 및 양극 전극으로 작용하게 된다.
또한, 도1에 도시한 바와 같이 플라즈마발생부에는 음극 배기관(130)을 통해 배기되는 배기가스중의 유해화합물을 중화시키고 또한 내부 압력을 조절하기 위한 가스를 도입하기 위한 가스도입관(170a,170b)이 설치되어 있고, 이 가스도입관(170a,170b)에는 각각 가스의 도입을 제어하기 위한 밸브(175a,175b)가 설치되어 있다. 또, 상기 중화 및 압력조절용 가스는 상기 주 공정실(100)내에 도입되는 반응가스의 종류에 따라 적절하게 선택되면 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 중주파수 플라즈마원를 이용한 파티클 제거 및 클로로플루오로카본(CFC) 화합물 분해 장치에 있어서는, 주 공정실(100)에서 예를 들면 화학적 기상 증착 공정, 물리적 기상 증착 공정, 건식 식각 공정 또는 건식 표면 개질 공정 등이 이루어진 다음에, 배기밸브(122)를 열고주 공정실(100) 내부의 반응가스를 배기펌프(150)에 의하여 배기시킬 때에 중주파수 전원공급장치(160)를 구동하여 양극 봉(140)에 중주파수의 양극 전원을 인가하고 음극 배기관(140)에 중주파수의 음극전원을 인가한다. 이에 따라, 주 공정실(100)내에서 반응에 참여하지 못하고 처음 도입상태와 같은 상태를 유지하는 반응가스와 그리고 반응에 의한 2차 생성물질 및 파티클을 포함하여 배출되는 배기가스가 상기 음극 배기관(130) 내부에서 플라즈마 반응을 일으키게 되어, 상기 배기가스에 포함된 파티클이 제거됨과 동시에 유해화합물(CFC, PFC, HFC 등)이 중화되거나 분해되게 된다.
또한, 주 공정실(100) 내부의 반응가스를 배기펌프(150)에 의하여 배기시킬 때에, 상기 가스도입관(170a,170b)의 밸브(175a,175b)를 열고 중화 및 압력조절용 가스를 상기 음극 배기관(130)의 내부에 도입하여 배기관의 압력을 적정하게 조절하면 상기 배기가스에 포함된 파티클의 제거와 유해화합물의 중화 및 분해를 더 효율적으로 실시할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중주파수 플라즈마원를 이용한 파티클 제거 및 클로로플루오로카본(CFC) 화합물 분해 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4의 실시예는 주 공정실(100)의 주 배기관(120)에 플라즈마발생부가 설치되어 있음과 동시에, 또한 주 공정실(100)의 시창(200) 또는 그와 유사한 여분의 포트에 배기관(210,310)을 배기펌프(150)와 연통 가능하도록 설치하고, 상기 배기관(210,310)에 배기밸브(215,315) 및 플라즈마발생부를 설치한 구성으로 되어 있다.
상기 시창(200; 300)에 설치된 플라즈마발생부는 그 양단에 상기 배기밸브(215; 315)측의 배기관 및 배기펌프(150)측의 배기관과 각각 연결하기 위한 연결부(220a,220b; 320a,320b)와, 상기 배기밸브(215; 315)측의 배기관 및 배기펌프(150)측의 배기관과 각각 전기적으로 절연하기 위한 절연연결부(225a,225b; 325a,325b)와, 상기 절연연결부(225a,225b; 325a,325b)사이에 설치된 음극배기관(230; 330)과, 이 음극 배기관(230; 330)의 중심에 설치되는 양극 봉(240; 340)과, 상기 양극 봉(240; 340)에 양극 전극부(260a; 360a)를 통해서 양의 중주파수 전원을 공급함과 동시에 상기 음극 배기관(230; 330)에 음극 전극부(260b; 360b)를 통해서 음의 중주파수 전원을 공급하는 중주파수 전원부(260; 360)를 포함하고 있다.
상기 음극 배기관(230; 330)과 연결부(220a,220b; 320a,320b) 및 절연연결부(225a,225b; 325a,325b)는 서로 연통되어 있음과 동시에 상기 배기관(210; 310)과도 연통되어 있으며, 상기 연결부(220a,220b; 320a,320b)는 배기관(210; 310)과의 착탈의 용이성을 위하여 클램프 조인트 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또, 상기 중주파수 전원부(260; 360)의 양극 전극부(260a; 360a)와 음극 전극부(260b; 360b)는 도2에 도시한 바와 같이 음극 배기관(230; 330)의 진공유지와 전원 공급을 동시에 달성할 수 있도록 하기 위하여 피드쓰루형 전원공급단자(165)를 통해서 각각 양극 봉(240; 340) 및 음극 배기관(230; 330)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 상기 절연연결부(225a,225b; 325a,325b)는 도3에 도시한 바와 같이 음극 배기관(230; 330) 및 양극 봉(240; 340) 사이의 전기적 절연과, 배기관(210; 310) 및 연결부(220a,220b; 320a,320b)와의 전기적 절연을 동시에 달성할 수 있는 구성으로 되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 도4에 도시한 바와 같이 시창(200; 300)에 연결된 플라즈마발생부에는 음극 배기관(230; 330)을 통해 배기되는 배기가스중의 유해화합물을 중화시키고 또한 내부 압력을 조절하기 위한 가스를 도입하기 위한 가스도입관(270a,270b; 370a,370b)이 설치되어 있고, 이 가스도입관(270a,270b; 370a,370b)에는 각각 가스의 도입을 제어하기 위한 밸브(275a,275b; 375a,375b)가 설치되어 있다. 또, 상기 중화 및 압력조절용 가스는 상기 주 공정실(100)내에 도입되는 반응가스의 종류에 따라 적절하게 선택되면 된다.
상기에서 중주파수 전원부(160,260,360)는 별도의 구성이 아니라, 하나의 중주파수 전원부로 구성되어 있어도 되며, 또한 본 실시예와 도1의 실시예에서 연결부(124a,124b; 220a,220b; 320a,320b)와 절연연결부(130a,130b; 225a,225b; 325a,325b)는 별도의 구성이 아니라 일체로 구성되어있어도 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 중주파수 플라즈마원를 이용한 파티클 제거 및 클로로플루오로카본(CFC) 화합물 분해 장치에 있어서는, 주 공정실(100)에서 예를 들면 화학적 기상 증착 공정, 물리적 기상 증착 공정, 건식 식각 공정 또는 건식 표면 개질 공정 등이 이루어진 다음에, 배기밸브(122; 215; 315)를 열고 주 공정실(100) 내부의 반응가스를 배기펌프(150)에 의하여 배기시킬때에 중주파수 전원공급장치(160; 260; 360)를 구동하여 음극 봉(140; 240; 340)에 중주파수의 양극 전원을 인가하고 음극 배기관(140; 240; 340)에 중주파수의 음극전원을 인가한다. 이에 따라, 주 공정실(100)내에서 반응에 참여하지 못하고 처음 도입상태와 같은 상태를 유지하는 반응가스와 그리고 반응에 의한 2차 생성물질 및 파티클을 포함하여 배출되는 배기가스가 상기 음극 배기관(130; 230; 330) 내부에서 플라즈마 반응을 일으키게 되어, 상기 배기가스에 포함된 파티클이 제거됨과 동시에 유해화합물(CFC, PFC, HFC 등)이 중화되거나 분해되게 된다. 또한, 주 공정실(100) 내부의 반응가스를 배기펌프(150)에 의하여 배기시킬 때에, 상기 가스도입관(170a,170b; 270a,270b; 370a,370b)의 밸브(175a,175b; 275a,275b; 375a,375b)를 열고 중화 및 압력조절용 가스를 상기 음극 배기관(130; 230; 330)의 내부에 도입하여 배기관의 압력을 적정하게 조절하면 상기 배기가스에 포함된 파티클의 제거와 유해화합물의 중화 및 분해를 더 효율적으로 실시할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 안에서 여러 가지로 변형 및 수정하여 실시할 수 있는 것이다. 이러한 변형 또는 수정이 본 발명의 특징을 이용하는 한 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 명심해야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 모든 진공시스템의 배기관의 위치와 길이에 무관하게 손쉽게 전극을 형성하여 플라즈마를 발생시킬 수 있으므로, 별도의 독립적인 플라즈마 발생실을 갖는 종래의 유도결합 플라즈마 방법에 비하여 성능및 효율 면에서나 장치의 가격 면에서 많은 이점을 갖고 있다. 따라서 점점 요구조건이 까다로운 반도체 및 산업용의 고품질 제품생산과 생산수율의 극대화를 달성할 수 있고, 나아가, 기구적인 구조가 매우 간단하여 양산공정에 적용하기에 대단히 용이하며, 특히 전술한바와 같이 착탈이 자유롭다.

Claims (4)

  1. 공정실에서 반응기체가 공정 반응후에 펌프에 의해 강제 배기되는 배기관에있어서 상기 공정실측과 상기 펌프측에 각각 전기적으로 격리된 상태로 설치되어 중주파수 플라즈마원에 의하여 플라즈마 반응을 일으키도록 하는 플라즈마발생부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 파티클 제거 및 클로로플루오로카본 화합물 분해장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생부는, 상기 주 공정실측의 주 배기관과의 전기적 절연을 위한 제1 절연 연결부와,
    상기 펌프측 주 배기관과의 전기적 절연을 위한 제2 절연 연결부와,
    상기 제1 및 제2 절연 연결부를 통해서 각각 주 공정실측 및 펌프측 주 배기관과 연통되어 있는 도전 재질의 외측 배기관과,
    상기 외측 배기관의 내부에서 상기 제1 및 제2 절연연결부에 의하여 지지됨과 동시에 상기 외측 배기관과 전기적으로 절연상태에 있는 도전 재질의 내측 봉과,
    상기 외측 배기관에 중주파수의 음극 전원을 인가함과 동시에 상기 내측 봉에 중주파수의 양극 전원을 인가하기 위한 중 주파수 전원공급장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 파티클 제거 및 클로로플루오로카본 화합물 분해장치.
  3. 제2항에 있어서, 일측이 상기 주 공정실의 시창 및 여분의 포트중 적어도 하나에 연결되고 타측이 상기 주 배기관을 통해서 배기펌프에 연결된 배기관과; 상기 배기관의 주공정실측에 설치된 배기밸브와; 상기 배기밸브측의 배기관과의 전기적 절연을 위한 제1 절연 연결부와; 상기 펌프측 배기관과의 전기적 절연을 위한 제2 절연 연결부와; 상기 제1 및 제2 절연 연결부를 통해서 각각 배기밸브측 및 펌프측 배기관과 연통되어 있는 도전 재질의 외측 배기관과; 상기 외측 배기관의 내부에서 상기 제1 및 제2 절연연결부에 의하여 지지됨과 동시에 상기 외측 배기관과 전기적으로 절연상태에 있는 도전 재질의 내측 봉과; 상기 외측 배기관에 중주파수의 음극 전원을 인가함과 동시에 상기 내측 봉에 중주파수의 양극 전원을 인가하기 위한 중 주파수 전원공급장치를 포함하여 구성된 플라즈마발생부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 파티클 제거 및 클로로플루오로카본 화합물 분해장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 배기가스의 중화와 상기 외측 배기관내의 압력조절을 위한 가스를 도입하는 적어도 하나의 가스 도입관이 상기 외측 배기관에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 파티클 제거 및 클로로플루오로카본 화합물 분해장치.
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