KR101063515B1 - 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기 - Google Patents

오염 물질 제거용 플라즈마 반응기 Download PDF

Info

Publication number
KR101063515B1
KR101063515B1 KR1020100091074A KR20100091074A KR101063515B1 KR 101063515 B1 KR101063515 B1 KR 101063515B1 KR 1020100091074 A KR1020100091074 A KR 1020100091074A KR 20100091074 A KR20100091074 A KR 20100091074A KR 101063515 B1 KR101063515 B1 KR 101063515B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
electrode
driving
plasma reactor
dielectric
Prior art date
Application number
KR1020100091074A
Other languages
English (en)
Inventor
허민
이대훈
이재옥
차민석
김관태
송영훈
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020100091074A priority Critical patent/KR101063515B1/ko
Priority to EP10013598.7A priority patent/EP2312612B1/en
Priority to JP2010230295A priority patent/JP5473001B2/ja
Priority to US12/905,227 priority patent/US8852520B2/en
Priority to CN201010514577.6A priority patent/CN102085470B/zh
Application granted granted Critical
Publication of KR101063515B1 publication Critical patent/KR101063515B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32853—Hygiene
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/32541—Shape

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

오염 물질 제거용 플라즈마 반응기는 내부 공간을 형성하는 유전체와, 유전체의 양단에 고정된 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극과, 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극과 거리를 두고 유전체의 외면에 고정되며 각자의 교류 전원부와 연결되어 제1 교류 전압과 제2 교류 전압을 각각 인가받는 제1 구동 전극 및 제2 구동 전극을 포함한다. 제1 교류 전압과 제2 교류 전압은 180°의 위상차를 가지며, 제1 교류 전압과 제2 교류 전압의 진폭은 방전 구동 전압 진폭의 절반 값을 가진다.

Description

오염 물질 제거용 플라즈마 반응기 {PLASMA REACTOR FOR ABATEMENT OF HAZARDOUS MATERIAL}
본 발명은 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디스플레이 또는 반도체 제조 공정 중 저압 공정 챔버에서 발생하는 오염 물질을 제거하기 위한 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
디스플레이 또는 반도체 제조 공정 중 애싱(ashing), 식각, 증착, 세정, 및 질화처리 등의 공정이 저압 공정 챔버에서 진행된다. 이러한 저압 공정에 사용되는 가스로는 ① 휘발성 유기화합물(트리클로로에틸렌, 1,1,1-트리클로로에탄, 메탄올, 아세트알데히드 등), ② 산(acid) 계열(HNO3, H2SO4, HCl, F2, HF, Cl2, BCl3, NOx 등), ③ 악취 유발 물질(NH3, H2S 등), ④ 자연발화 기체(SiH4, Si2H6, PH3, AsH3 등), ⑤ 지구 온난화 유발 물질(퍼플루오르 화합물) 등이 있다.
전술한 저압 공정을 거치면 미세입자, HF, 플루오르화합물, 염화물, SiO2, GeO2, 금속, NOx, NH3, 하이드로카본, 및 퍼플루오르 화합물 등의 오염 물질이 생성된다.
이 중 HF, 플루오르화물, 및 염화물은 진공 펌프 또는 이음관(저압 공정 챔버와 진공 펌프를 연결하는 관)의 부식을 유발하며, 공기 중으로 배출되기 전에 반드시 처리되어야 하는 유해 물질이다. 미세입자, SiO2, GeO2, 및 금속 등은 이음관을 통과하면서 냉각 과정을 거친 후 분말 형태로 바뀌는데, 이러한 분말은 진공 펌프의 수명을 단축시키는 주요인이다. 그리고 퍼플루오르 화합물은 환경 규제에 의해 대기 중 배출이 통제되고 있는 추세이다.
따라서 진공 펌프의 전방(즉 이음관)에 플라즈마 반응기를 설치하여 저압 공정 챔버에서 발생하는 오염 물질을 제거하고 있다. 진공 펌프의 전방에 설치되어 저압 플라즈마를 생성하는 플라즈마 반응기는 주로 유도 결합 플라즈마 방식(inductive coupled plasma)의 전극 구조와 무선주파수(RF) 구동 방식을 사용한다.
유도 결합 플라즈마 방식은 코일 모양의 전극 양 단부에 전압을 인가하여 플라즈마를 생성한다. 그런데 이러한 플라즈마 반응기는 장치 자체가 고가이고, 특히 무선주파수(RF) 전원 공급기의 가격이 매우 높으며, 플라즈마 유지를 위한 전력 소모가 크기 때문에 설치 비용과 유지 비용이 높은 문제가 있다.
본 발명은 진공 펌프의 전방에 설치되어 저압 플라즈마를 생성하는 플라즈마 반응기에 있어서, 설치 비용과 유지 비용을 줄이면서도 오염 물질의 처리 효율을 높이고, 장시간 안정적인 운전이 가능하며, 전원 공급기의 무효 전력을 줄일 수 있는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기는 서로간 거리를 두고 위치하는 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극과, 제1 유전체 영역을 사이에 두고 제1 접지 전극의 내측에 위치하며 제1 교류 전압을 인가받는 제1 구동 전극과, 제2 유전체 영역을 사이에 두고 제1 구동 전극과 분리되고 제3 유전체 영역을 사이에 두고 제2 접지 전극의 내측에 위치하며 제2 교류 전압을 인가받는 제2 구동 전극을 포함한다. 제1 교류 전압과 제2 교류 전압은 180°의 위상차를 가지며, 제1 교류 전압과 제2 교류 전압의 진폭은 방전 구동 전압의 진폭의 절반 값을 가진다.
방전 구동 전압은 제1 교류 전압과 제2 교류 전압 중 어느 하나와 같은 위상을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기는 저압 공정 챔버와 진공 펌프 사이에 위치하고 저압 플라즈마를 생성하여 저압 공정 챔버에서 발생된 오염 물질을 제거하며, 내부 공간을 형성하는 유전체와, 유전체의 양단에 고정된 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극과, 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극과 거리를 두고 유전체의 외면에 고정되며 각자의 교류 전원부와 연결되어 제1 교류 전압과 제2 교류 전압을 각각 인가받는 제1 구동 전극 및 제2 구동 전극을 포함한다. 제1 교류 전압과 제2 교류 전압은 180°의 위상차를 가지며, 제1 교류 전압과 제2 교류 전압의 진폭은 구동 전압의 진폭의 절반 값을 가진다.
방전 구동 전압은 제1 교류 전압과 제2 교류 전압 중 어느 하나와 같은 위상을 가질 수 있다.
제1 접지 전극과 유전체 및 제2 접지 전극은 고리 모양으로 형성되고, 한 방향을 따라 이어져 관을 구성할 수 있다. 제1 접지 전극과 제2 접지 전극 중 어느 하나는 저압 공정 챔버와 연결되고, 다른 하나는 진공 펌프와 연결될 수 있다.
제1 구동 전극과 제2 구동 전극은 유전체를 둘러싸는 고리 모양으로 형성되며, 서로간 거리를 유지할 수 있다.
오염 물질 제거용 플라즈마 반응기는 제1 구동 전극과 제2 구동 전극 사이에 위치하는 적어도 하나의 구동 전극과 적어도 2개의 접지 전극을 더 포함할 수 있다.
적어도 하나의 구동 전극은 제3 구동 전극이고, 적어도 2개의 접지 전극은 제1 구동 전극과 제3 구동 전극 사이에 위치하는 제3 접지 전극과, 제2 구동 전극과 제3 구동 전극 사이에 위치하는 제4 접지 전극을 포함할 수 있다. 제3 구동 전극은 방전 구동 전압을 인가받을 수 있다.
제3 구동 전극과 제3 접지 전극 및 제4 접지 전극은 유전체를 둘러싸는 고리 모양으로 형성되며, 서로간 거리를 유지할 수 있다.
본 실시예의 플라즈마 반응기는 설치 비용과 유지 비용을 줄이면서도 플라즈마의 길이와 균일도를 높여 오염 물질을 보다 효과적으로 처리할 수 있고, 방전의 안정성을 높여 장시간 안정적으로 운전할 수 있다. 또한, 본 실시예의 플라즈마 반응기는 교류 전원부 회로에서 소모되는 무효 전력을 낮추어 오염 물질 제거에 필요한 소비 전력을 효과적으로 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 포함하는 저압 공정 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 플라즈마 반응기 중 제1 구동 전극과 제2 구동 전극에 각각 인가되는 제1 교류 전압과 제2 교류 전압의 파형 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2에 도시한 플라즈마 반응기의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시한 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 8은 도 6에 도시한 플라즈마 반응기의 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 포함하는 저압 공정 시스템의 구성도이다. 도 1의 저압 공정 시스템은 디스플레이 또는 반도체 제조 공정에 적용된다.
도 1을 참고하면, 저압 공정 시스템(100)은 저압 공정 챔버(10)와, 이음관(11)을 통해 저압 공정 챔버(10)에 연결되는 진공 펌프(12)와, 이음관(11)에 설치되는 플라즈마 반응기(20)를 포함한다. 플라즈마 반응기(20)는 진공 펌프(12)의 전방에 설치되며, 그 내부에 저압 공정 챔버(10)와 같은 저압 상태를 유지한다. 플라즈마 반응기(20)의 전방에는 반응 기체 주입부(13)가 위치하고, 플라즈마 반응기(20)의 후방에는 스크러버(14)와 필터(15)가 위치한다.
저압 공정 챔버(10)에서 애싱, 식각, 증착, 세정, 및 질화처리 등의 공정이 수행되며, 이 공정을 거치면 유해 기체, 분말 물질, 퍼플루오르 화합물 등의 각종 오염 물질들이 생성된다.
플라즈마 반응기(20)는 그 내부에 저압 고온의 플라즈마를 생성하여 유해 기체와 퍼플루오르 화합물을 분해시킨다. 분해된 성분들은 반응 기체들과 결합하여 무해한 원소로 변한다. 플라즈마는 전자 또는 여기 원자와 같은 반응 물질들을 풍부하게 함유하고 있으므로 분해된 기체와 반응 기체간의 화학반응을 촉진시킨다.
스크러버(14)는 산(acid) 계열의 기체를 중화시켜 진공 펌프(12)의 성능을 높인다. 분말 물질은 플라즈마의 높은 열에 의해 기화되어 진공 펌프(12) 내부에 축적되지 않고 공기 중으로 배출됨으로써 진공 펌프(12)의 수명을 높인다. 이때 일부의 분말 물질이 기화되지 않고 남을 수 있는데, 필터(15)가 기화되지 않은 분말 물질을 걸러 진공 펌프(12)로 유입되지 않도록 한다.
본 실시예의 플라즈마 반응기(20)는 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge) 방식으로 플라즈마를 발생시키고, 고리 모양의 전극 구조를 가지며, 수 kHz 내지 수백 kHz의 교류 주파수 구동 특성을 가진다. 전술한 특성들은 모두 플라즈마 반응기(20)의 설치 비용과 유지 비용을 줄이면서 오염 물질 처리 효율을 높이고, 장시간 안정적인 운전을 가능하게 한다. 도 2 내지 도 8을 참고하여 플라즈마 반응기의 세부 구조와 작용에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시한 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 2와 도 3을 참고하면, 제1 실시예의 플라즈마 반응기(210)는 유전체(21)와, 유전체(21)의 양단에 고정된 제1 및 제2 접지 전극(31, 32)과, 유전체(21)의 외면에 고정된 제1 및 제2 구동 전극(41, 42)을 포함한다. 제1 구동 전극(41)과 제2 구동 전극(42)에는 각각 제1 교류 전원부(51)와 제2 교류 전원부(52)가 연결된다.
제1 및 제2 접지 전극(31, 32)은 고리 모양으로 형성되며, 금속(예: 스테인리스 강)으로 제조된다. 제1 및 제2 접지 전극(31, 32) 중 어느 하나는 저압 공정 챔버(10)와 연결된 이음관일 수 있고, 다른 하나는 진공 펌프(12)와 연결된 이음관일 수 있다. 이 경우, 기존 이음관을 분리시키고 분리된 이음관을 접지시키는 방법으로 제1 및 제2 접지 전극(31, 32)을 용이하게 제조할 수 있다.
유전체(21) 또한 고리 모양으로 형성되며, 제1 접지 전극(31)과 제2 접지 전극(32) 사이에 고정되어 2개의 접지 전극(31, 32)을 연결시킨다. 이로써 한 방향으로 이어진 제1 접지 전극(31)과 유전체(21) 및 제2 접지 전극(32)이 관을 형성하여 저압 공정 챔버(10)와 진공 펌프(12)를 연결시킨다. 유전체(21)는 세라믹 또는 쿼츠(quartz) 등으로 제조될 수 있다.
제1 및 제2 구동 전극(41, 42)은 유전체(21)를 둘러싸는 고리 모양으로 형성되며, 제1 및 제2 교류 전원부(51, 52)로부터 각각 플라즈마 생성에 필요한 제1 교류 전압과 제2 교류 전압을 인가받는다. 제1 구동 전극(41)은 제1 접지 전극(31) 및 제2 구동 전극(42)과 소정의 거리를 유지하며, 제2 구동 전극(42)은 제2 접지 전극(32)과 소정의 거리를 유지한다.
유전체(21)는 제1 접지 전극(31)과 제1 구동 전극(41) 사이에 위치하는 제1 유전체 영역(A10)과, 제1 구동 전극(41)과 제2 구동 전극(42) 사이에 위치하는 제2 유전체 영역(A20)과, 제2 구동 전극(42)과 제2 접지 전극(32) 사이에 위치하는 제3 유전체 영역(A30)을 포함한다. 제1 내지 제3 유전체 영역(A10, A20, A30)은 같은 폭을 가질 수 있다.
도 4는 도 2에 도시한 플라즈마 반응기 중 제1 구동 전극과 제2 구동 전극에 각각 인가되는 제1 교류 전압과 제2 교류 전압의 파형 예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, 제1 교류 전압과 제2 교류 전압은 서로 180°의 위상차를 가지며, 한 주기마다 양의 전압과 음의 전압이 교대로 인가된다. 제1 및 제2 교류 전압의 진폭(1/2Vd)은 방전 구동 전압의 진폭(Vd)의 절반 값으로 이루어진다. 여기서, '방전 구동 전압'은 방전을 개시하고 이를 유지할 수 있는 구동 전압으로 정의되며, 플라즈마 반응기(210)의 형상 조건과 오염 물질의 상태에 따라 다양한 값으로 설정될 수 있다.
제1 및 제2 교류 전압은 1kHz 내지 999kHz의 주파수를 가지며, 사인(sine) 파형, 사각 파형, 및 삼각 파형 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 도 4에서는 제1 및 제2 교류 전압이 사인 파형인 경우를 예로 들어 도시하였다.
도 5는 도 2에 도시한 플라즈마 반응기의 개략도이다.
도 5를 참고하면, 제1 구동 전극(41)과 제2 구동 전극(42) 각각에 제1 교류 전압과 제2 교류 전압을 인가하면 전극들(31, 41, 42, 32) 사이의 전압 차에 의해 플라즈마 반응기(210) 내부에 플라즈마 방전이 유도된다.
구체적으로, 제1 구동 전극(41)에 양의 전압(1/2Vd)이 인가되고, 제2 구동 전극(42)에 음의 전압(-1/2Vd)이 인가될 때, 제2 유전체 영역(A20)에는 제1 교류 전압과 제2 교류 전압의 차이에 해당하는 전압, 즉 방전 구동 전압(Vd)과 같은 크기의 전압이 인가된다. 제1 유전체 영역(A10)에는 제1 교류 전압과 같은 크기의 전압(1/2Vd)이 인가되고, 제3 유전체 영역(A30)에는 제2 교류 전압과 같은 크기의 전압(-1/2Vd)이 인가된다.
제1 실시예의 플라즈마 반응기(210)에서 제2 유전체 영역(A20)에 인가되는 전압, 즉 방전 구동 전압(Vd)이 곧 운전 전압이 된다. 방전은 운전 전압이 내부 기체의 항복 전압(breakdown voltage)보다 높을 때 발생하며, 방전 전류는 시간에 따라 계속 증가하다가 유전체(21) 위에 벽전하가 쌓이는 양이 많아짐에 따라 감소한다.
즉, 방전 개시 이후 방전 전류가 높아짐에 따라 플라즈마 내의 공간 전하들이 유전체(21) 위에 쌓여 벽전하가 생성된다. 벽전하는 외부에서 걸리는 전압을 억제하는 기능을 하며, 이러한 유전체(21)의 벽전압(wall voltage)에 의해 시간이 지남에 따라 방전이 약해진다. 플라즈마 방전은 인가 전압이 유지되는 동안 생성과 유지 및 소멸 과정을 반복한다.
따라서 플라즈마 방전은 아크(arc)로 전이되지 않고 글로우(glow) 영역에 머물면서 저압 공정 챔버(10)에서 발생된 오염 물질을 제거한다. 방전이 아크로 전이되면 좁은 영역에 아크가 집중되므로 전극의 손상을 유발한다. 그러나 제1 실시예의 플라즈마 반응기(210)는 유전체(21)의 벽전하를 이용하여 방전이 아크로 전이되는 것을 방지하므로 전극들의 수명을 연장시킬 수 있다.
이때 제1 교류 전압과 제2 교류 전압이 서로 180°의 위상차를 가지면서 방전 구동 전압(Vd) 대비 절반의 진폭을 가짐에 따라, 플라즈마 반응기(210)는 교류 전원부 회로에서 소모되는 무효 전력을 효과적으로 낮출 수 있다.
교류 전원부 회로의 전체 무효 전력은 제1 내지 제3 유전체 영역(A10, A20, A30) 각각의 무효 전력을 더한 값이다. 각 유전체 영역(A10, A20, A30)의 무효 전력은 유전체(21)의 캐패시턴스와 구동 주파수에 비례하고, 해당 유전체 영역에 인가되는 전압의 제곱에 비례한다. 제1 내지 제3 유전체 영역(A10, A20, A30)에서 유전체(21)의 캐패시턴스와 구동 주파수는 동일하므로, 무효 전력은 각 유전체 영역(A10, A20, A30)에 인가되는 전압의 제곱에 비례한다.
제1 내지 제3 유전체 영역(A10, A20, A30) 모두에 동일한 방전 구동 전압(Vd)이 인가되는 경우를 제1 비교예라 가정하면, 제1 및 제3 유전체 영역(A10, A30)에 인가되는 전압은 방전 구동 전압(Vd)의 절반이므로 제1 및 제3 유전체 영역(A10, A30)의 무효 전력은 제1 비교예 대비 1/4로 감소한다. 따라서 교류 전원부 회로의 전체 무효 전력은 제1 비교예 대비 절반으로 감소한다.
교류 전원부 회로의 소비 전력은 방전에 소모되는 전력인 유효 전력과, 방전에 소모되지 않는 무효 전력의 합으로 이루어진다. 제1 실시예의 플라즈마 반응기(210)는 전술한 바와 같이 무효 전력을 최소화함으로써 오염 물질 제거에 필요한 소비 전력을 효과적으로 낮출 수 있다.
또한, 제1 실시예의 플라즈마 반응기(210)는 기존의 이음관을 접지 전극(31, 32)으로 활용함으로써 저압 공정 시스템(100)에 플라즈마 반응기(210)를 용이하게 설치할 수 있다. 그리고 구동 전극(41, 42)이 장치 외부, 즉 유전체(21)의 외면에 위치하므로, 진공 펌프(12)의 작동을 중단시키지 않고도 구동 전극(41, 42)의 모양이나 접지 전극(31, 32)과의 간격 등을 자유롭게 조절할 수 있고, 구동 전극(41, 42)의 교체도 쉽게 할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 접지 전극(31, 32)과 제1 및 제2 구동 전극(41, 42)이 고리 모양으로 형성되므로 플라즈마의 균일도(uniformity)가 높아지고, 제1 및 제2 구동 전극(41, 42)을 충분한 폭으로 형성함으로써 오염 가스의 플라즈마 내 잔류 시간을 증가시킬 수 있다. 이러한 플라즈마의 높은 균일도와 잔류 시간 증가는 오염 물질의 처리 효율 향상으로 이어진다. 이때, 처리 효율은 “분해율/소비 전력”으로 정의되며, 동일한 소비 전력 조건에서 보다 많은 양의 오염 물질을 처리할 수 있다.
플라즈마를 이용한 오염 가스 제거 과정에서, 오염 가스의 종류 및 양에 따라 이들을 완전 분해하기 위한 플라즈마 조건이 달라질 수 있다. 오염 가스 분해에 가장 큰 영향을 주는 특성으로는 플라즈마의 온도와 밀도를 들 수 있다.
제1 실시예의 플라즈마 반응기(210)에서는 오염 가스의 분해가 어려울 물질일수록 또는 오염 가스의 양이 많을수록 제1 및 제2 교류 전압의 진폭 또는 구동 주파수를 높이거나 인가 전압의 기울기를 크게 하는 방법으로 투입 전력을 가변시켜 플라즈마의 온도와 밀도를 높인다. 따라서 다양한 작동 환경에서도 오염 가스를 완전 분해하여 제거 성능을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이고, 도 7과 도 8은 각각 도 6에 도시한 플라즈마 반응기의 단면도와 개략도이다.
도 6 내지 도 8을 참고하면, 제2 실시예의 플라즈마 반응기(220)는 제1 구동 전극(41)과 제2 구동 전극(42) 사이에 적어도 하나의 구동 전극과 적어도 2개의 접지 전극을 추가한 구성을 제외하고 전술한 제1 실시예의 플라즈마 반응기와 유사한 구성으로 이루어진다. 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용하며, 제1 실시예와 중복되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
제1 구동 전극(41)과 제2 구동 전극(42) 사이에 제3 구동 전극(43)이 위치하고, 제3 구동 전극(43)의 양측에 제3 접지 전극(33)과 제4 접지 전극(34)이 위치할 수 있다. 제3 구동 전극(43)은 제3 및 제4 접지 전극(33, 34)과 소정의 거리를 유지하며, 제3 접지 전극(33)과 제4 접지 전극(34)은 각각 제1 구동 전극(41) 및 제2 구동 전극(42)과 소정의 거리를 유지한다.
제3 구동 전극(43)은 제3 교류 전원부(53)와 연결되어 이로부터 제3 교류 전압을 인가받는다. 제3 교류 전압은 도 4에 도시한 방전 구동 전압(Vd)과 동일하다. 즉, 제3 교류 전압은 제1 교류 전압과 같은 위상을 가지며 제3 교류 전압의 진폭은 제1 교류 전압 진폭의 2배이다.
유전체(21)는 6개의 유전체 영역을 포함한다. 제1 내지 제6 유전체 영역(A10, A20, A30, A40, A50, A60)은 각각 제1 접지 전극(31)과 제1 구동 전극(41) 사이, 제1 구동 전극(41)과 제3 접지 전극(33) 사이, 제3 접지 전극(33)과 제3 구동 전극(43) 사이, 제3 구동 전극(43)과 제4 접지 전극(34) 사이, 제4 접지 전극(34)과 제2 구동 전극(42) 사이, 및 제2 구동 전극(42)과 제2 접지 전극(32) 사이에 위치한다. 제1 내지 제6 유전체 영역(A10, A20, A30, A40, A50, A60)은 같은 폭을 가질 수 있다.
플라즈마 반응기(220)의 작동 과정에서, 제3 및 제4 유전체 영역(A30, A40)에는 방전 구동 전압과 같은 크기의 전압(Vd)이 인가된다. 그리고 제1 및 제2 유전체 영역(A10, A20)에는 제1 교류 전압과 같은 크기의 전압(1/2Vd)이 인가되며, 제5 및 제6 유전체 영역(A50, A60)에는 제2 교류 전압과 같은 크기의 전압(-1/2Vd)이 인가된다. 제2 실시예의 플라즈마 반응기(220)에서 제3 및 제4 유전체 영역(A30, A40)에 인가되는 전압, 즉 방전 구동 전압(Vd)이 곧 운전 전압이 된다.
제1 내지 제6 유전체 영역(A10, A20, A30, A40, A50, A60) 모두에 동일한 방전 구동 전압(Vd)이 인가되는 경우를 제2 비교예라 가정하면, 제1 유전체 영역(A10), 제2 유전체 영역(A20), 제5 유전체 영역(A50), 및 제6 유전체 영역(A60)에 인가되는 전압은 방전 구동 전압(Vd)의 절반이므로, 이들 네 유전체 영역(A10, A20, A50, A60)의 무효 전력은 제2 비교예 대비 1/4로 감소한다. 따라서 교류 전원부 회로의 전체 무효 전력은 제2 비교예 대비 절반으로 감소한다.
제2 실시예의 플라즈마 반응기(220)는 플라즈마의 길이를 크게 하여 오염 가스의 플라즈마 내 잔류 시간을 늘림으로써 오염 가스의 제거 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 구동 전극의 면적이 과도할 때 벽전하가 쌓이는 시간이 지체되어 구동 전극의 극성이 바뀌기 전까지 충분한 벽전하가 쌓이지 않을 수 있는데, 제2 실시예의 플라즈마 반응기(220)에서는 구동 전극(41, 42, 43)의 폭이 작아짐에 따라 벽전하가 불충분하게 쌓이는 현상을 예방하여 방전의 안정성을 높일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 저압 공정 시스템 10: 저압 공정 챔버
11: 이음관 12: 진공 펌프
13: 반응 기체 주입부 14: 스크러버
15: 필터 20, 210, 220: 플라즈마 반응기
21: 유전체 31: 제1 접지 전극
32: 제2 접지 전극 41: 제1 구동 전극
42: 제2 구동 전극 51: 제1 교류 전원부
52: 제2 교류 전원부

Claims (11)

  1. 서로간 거리를 두고 위치하는 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극;
    제1 유전체 영역을 사이에 두고 상기 제1 접지 전극의 내측에 위치하며, 제1 교류 전압을 인가받는 제1 구동 전극; 및
    제2 유전체 영역을 사이에 두고 상기 제1 구동 전극과 분리되고, 제3 유전체 영역을 사이에 두고 상기 제2 접지 전극의 내측에 위치하며, 제2 교류 전압을 인가받는 제2 구동 전극
    을 포함하고,
    상기 제1 교류 전압과 상기 제2 교류 전압은 180°의 위상차를 가지며,
    상기 제1 교류 전압과 상기 제2 교류 전압의 진폭은 방전 구동 전압의 진폭의 절반 값을 가지는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방전 구동 전압은 상기 제1 교류 전압과 상기 제2 교류 전압 중 어느 하나와 같은 위상을 가지는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  3. 저압 공정 챔버와 진공 펌프 사이에 위치하며, 저압 플라즈마를 생성하여 저압 공정 챔버에서 발생된 오염 물질을 제거하는 플라즈마 반응기에 있어서,
    내부 공간을 형성하는 유전체;
    상기 유전체의 양단에 고정된 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극;
    상기 제1 접지 전극 및 상기 제2 접지 전극과 거리를 두고 상기 유전체의 외면에 고정되며, 각자의 교류 전원부와 연결되어 제1 교류 전압과 제2 교류 전압을 각각 인가받는 제1 구동 전극 및 제2 구동 전극
    을 포함하고,
    상기 제1 교류 전압과 상기 제2 교류 전압은 180°의 위상차를 가지며,
    상기 제1 교류 전압과 상기 제2 교류 전압의 진폭은 방전 구동 전압의 진폭의 절반 값을 가지는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방전 구동 전압은 상기 제1 교류 전압과 상기 제2 교류 전압 중 어느 하나와 같은 위상을 가지는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 접지 전극과 상기 유전체 및 상기 제2 접지 전극은 고리 모양으로 형성되고, 한 방향을 따라 이어져 관을 구성하는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 접지 전극과 상기 제2 접지 전극 중 어느 하나는 상기 저압 공정 챔버에 연결되고, 다른 하나는 상기 진공 펌프와 연결되는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 구동 전극과 상기 제2 구동 전극은 상기 유전체를 둘러싸는 고리 모양으로 형성되며, 서로간 거리를 유지하는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1 구동 전극과 상기 제2 구동 전극 사이에 위치하는 적어도 하나의 구동 전극과 적어도 2개의 접지 전극을 더 포함하는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구동 전극은 제3 구동 전극이고,
    상기 적어도 2개의 접지 전극은 상기 제1 구동 전극과 상기 제3 구동 전극 사이에 위치하는 제3 접지 전극과, 상기 제2 구동 전극과 상기 제3 구동 전극 사이에 위치하는 제4 접지 전극을 포함하는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 구동 전극은 상기 방전 구동 전압을 인가받는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제3 구동 전극과 상기 제3 접지 전극 및 상기 제4 접지 전극은 상기 유전체를 둘러싸는 고리 모양으로 형성되며, 서로간 거리를 유지하는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
KR1020100091074A 2009-10-16 2010-09-16 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기 KR101063515B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100091074A KR101063515B1 (ko) 2010-09-16 2010-09-16 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기
EP10013598.7A EP2312612B1 (en) 2009-10-16 2010-10-13 Plasma reactor for abating hazardous materials and driving method thereof
JP2010230295A JP5473001B2 (ja) 2009-10-16 2010-10-13 汚染物質除去用プラズマ反応器及び駆動方法
US12/905,227 US8852520B2 (en) 2009-10-16 2010-10-15 Plasma reactor for abating hazardous materials and driving method thereof
CN201010514577.6A CN102085470B (zh) 2009-10-16 2010-10-15 用于去除污染物质的等离子体反应器及其驱动方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100091074A KR101063515B1 (ko) 2010-09-16 2010-09-16 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101063515B1 true KR101063515B1 (ko) 2011-09-07

Family

ID=44957139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100091074A KR101063515B1 (ko) 2009-10-16 2010-09-16 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101063515B1 (ko)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101278682B1 (ko) 2011-10-10 2013-06-26 한국기계연구원 비균일 직경을 가지는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기
KR20150104396A (ko) * 2014-03-05 2015-09-15 한국기계연구원 플라즈마 촉매 반응기
KR20150125309A (ko) * 2014-04-30 2015-11-09 한국기계연구원 친환경 공정을 위한 플라즈마 반응기
US9211500B2 (en) 2014-04-29 2015-12-15 Korea Institute Of Machinery & Materials Plasma reactor for abating hazardous material
US9472381B2 (en) 2014-04-30 2016-10-18 Korea Institute Of Machinery & Materials Plasma reactor for abatement of hazardous material
KR20180103112A (ko) * 2016-01-13 2018-09-18 엠케이에스 인스트루먼츠, 인코포레이티드 펌핑 라인에서의 증착물 클리닝을 위한 방법 및 장치
KR20200008444A (ko) 2018-07-16 2020-01-28 주식회사 뉴파워 프라즈마 플라즈마 반응기
US11745229B2 (en) 2020-08-11 2023-09-05 Mks Instruments, Inc. Endpoint detection of deposition cleaning in a pumping line and a processing chamber

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004022213A (ja) 2002-06-12 2004-01-22 Ulvac Japan Ltd 磁気中性線放電プラズマ処理装置
JP2004223365A (ja) 2003-01-21 2004-08-12 Rohm Co Ltd ガス処理装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004022213A (ja) 2002-06-12 2004-01-22 Ulvac Japan Ltd 磁気中性線放電プラズマ処理装置
JP2004223365A (ja) 2003-01-21 2004-08-12 Rohm Co Ltd ガス処理装置

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101278682B1 (ko) 2011-10-10 2013-06-26 한국기계연구원 비균일 직경을 가지는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기
KR101582628B1 (ko) * 2014-03-05 2016-01-05 한국기계연구원 플라즈마 촉매 반응기
KR20150104396A (ko) * 2014-03-05 2015-09-15 한국기계연구원 플라즈마 촉매 반응기
US9211500B2 (en) 2014-04-29 2015-12-15 Korea Institute Of Machinery & Materials Plasma reactor for abating hazardous material
US9472381B2 (en) 2014-04-30 2016-10-18 Korea Institute Of Machinery & Materials Plasma reactor for abatement of hazardous material
KR101589624B1 (ko) * 2014-04-30 2016-01-28 한국기계연구원 친환경 공정을 위한 플라즈마 반응기
KR20150125309A (ko) * 2014-04-30 2015-11-09 한국기계연구원 친환경 공정을 위한 플라즈마 반응기
KR20180103112A (ko) * 2016-01-13 2018-09-18 엠케이에스 인스트루먼츠, 인코포레이티드 펌핑 라인에서의 증착물 클리닝을 위한 방법 및 장치
KR20230010271A (ko) * 2016-01-13 2023-01-18 엠케이에스 인스트루먼츠, 인코포레이티드 펌핑 라인에서의 증착물 클리닝을 위한 방법 및 장치
KR102525048B1 (ko) * 2016-01-13 2023-04-21 엠케이에스 인스트루먼츠, 인코포레이티드 펌핑 라인에서의 증착물 클리닝을 위한 방법 및 장치
KR102557340B1 (ko) 2016-01-13 2023-07-19 엠케이에스 인스트루먼츠, 인코포레이티드 펌핑 라인에서의 증착물 클리닝을 위한 방법 및 장치
KR20200008444A (ko) 2018-07-16 2020-01-28 주식회사 뉴파워 프라즈마 플라즈마 반응기
US11745229B2 (en) 2020-08-11 2023-09-05 Mks Instruments, Inc. Endpoint detection of deposition cleaning in a pumping line and a processing chamber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101065013B1 (ko) 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기 및 이의 구동 방법
JP5473001B2 (ja) 汚染物質除去用プラズマ反応器及び駆動方法
KR101063515B1 (ko) 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기
JP5582657B2 (ja) 汚染物質除去用プラズマ反応器
KR101251464B1 (ko) 대향 방전 방식을 적용한 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기
KR101278682B1 (ko) 비균일 직경을 가지는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기
JP6018665B2 (ja) 汚染物質除去用プラズマ反応器
Lee et al. Application of pulsed corona induced plasma chemical process to an industrial incinerator
CN111508809B (zh) 霍尔效应增强电容耦合等离子体源、消除系统及真空处理系统
KR101589624B1 (ko) 친환경 공정을 위한 플라즈마 반응기
JP2020179398A (ja) 重原子を含有する化合物のプラズマ軽減
KR101642129B1 (ko) 친환경 공정을 위한 플라즈마 반응기
KR101026457B1 (ko) 저압 및 대기압 플라즈마를 이용한 폐가스 제거 시스템
KR101226603B1 (ko) 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리장치 및 처리방법
KR101299709B1 (ko) 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기
KR101609346B1 (ko) 플라즈마 발생장치
KR20170050616A (ko) 배기용 플라즈마 리액터
KR20170064293A (ko) 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기
Hur et al. Low‐Pressure Plasma After‐Treatment of Pollutants Emitted During Semiconductor Manufacturing
KR101299710B1 (ko) 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기
KR101542896B1 (ko) 친환경 공정을 위한 플라즈마 반응기
KR20110131526A (ko) 다수개의 플라스마 반응기를 포함하는 유해가스 처리장치 및 처리방법
KR101607637B1 (ko) 친환경 공정을 위한 플라즈마 반응기
KR102483353B1 (ko) 배기가스 정화 시스템
KR102467298B1 (ko) 점화전극부

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140605

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150609

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160608

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170621

Year of fee payment: 7