KR101277768B1 - 진공 펌프 수명 연장을 위한 원거리 플라즈마 반응기 - Google Patents

진공 펌프 수명 연장을 위한 원거리 플라즈마 반응기 Download PDF

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Abstract

진공 펌프의 내부에 적층된 분말을 세정하여 진공 펌프의 배기 능력을 향상시키고 진공 펌프의 수명을 연장시킬 수 있는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기를 제공한다. 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기는, 진공 펌프의 내부 공간과 연결된 플라즈마 생성 공간을 형성하며 내부에서 생성된 플라즈마를 진공 펌프의 펌핑 압력을 이용하여 제트의 형태로 진공 펌프에 제공하는 플라즈마 반응관을 포함한다.

Description

진공 펌프 수명 연장을 위한 원거리 플라즈마 반응기 {REMOTE PLASMA DEVICE FOR THE IMPROVEMENT OF VACUUM PUMP LIFETIME}
본 발명은 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체/박막 디스플레이/태양 전지 등의 제조 라인 중 공정 챔버에 연결된 진공 펌프에 설치되어 진공 펌프의 내부에 적층된 분말을 세정하기 위한 원거리 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
반도체/박막 디스플레이/태양 전지 등의 제조를 위해서는 진공 챔버에서 식각, 증착, 세정, 애싱, 및 질화처리 등 다양한 작업이 이루어진다. 이러한 공정 챔버에서는 해당 작업 수행 후 SiO2, SiNx, ZrO2, HfO2, 및 금속과 같은 입자상 물질들과 유기물 및 다양한 공정 가스들이 배출된다.
이 중 입자상 물질들은 공정 챔버와 진공 펌프를 연결하는 이음관을 통과하면서 냉각 과정을 거친 후 분말 형태로 성장하게 되며, 시간이 지남에 따라 진공 펌프 내부의 터빈 블레이드에 쌓이게 된다. 도 5는 이음관 내부 및 진공 펌프 내부에 분말들이 적층된 상태를 나타낸 사진이다. 이러한 분말의 적층은 진공 펌프의 배기 능력을 저하시키므로 진공 펌프의 수명을 단축시킨다.
본 발명은 공정 챔버의 반응 가스를 배기시키는 진공 펌프에 있어서, 진공 펌프의 내부에 적층된 분말을 세정하여 진공 펌프의 배기 능력을 향상시키고 진공 펌프의 수명을 연장시킬 수 있는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정 챔버와 연결된 진공 펌프에 설치되어 진공 펌프에 적층된 분말들을 세정하기 위한 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기에 있어서, 진공 펌프의 내부 공간과 연결된 플라즈마 생성 공간을 형성하며, 내부에서 생성된 플라즈마를 진공 펌프의 펌핑 압력을 이용하여 제트의 형태로 진공 펌프에 제공하는 플라즈마 반응관을 포함하는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기를 제공한다.
원거리 플라즈마 반응기는 플라즈마 반응관의 내부로 세정 가스를 공급하는 가스 공급관을 더 포함할 수 있다. 세정 가스는 CF4, C2F6, NF3, SF6, O2, 및 H2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
가스 공급관은 서로 다른 세정 가스를 저장하는 복수의 가스 공급부 및 유량 제어부와 연결되어 세정 가스의 성분 비와 유량을 제어할 수 있다.
원거리 플라즈마 반응기는 플라즈마 반응관의 외주면에 설치된 유도 코일과, 유도 코일에 전력을 공급하는 전원부를 더 포함할 수 있다.
다른 한편으로, 원거리 플라즈마 반응기는 플라즈마 반응관의 외주면에서 상호 이격 배치된 제1 및 제2 전극과, 제1 및 제2 전극에 전력을 공급하는 전원부를 더 포함할 수 있다.
플라즈마 반응관은 유전체 튜브로 제조될 수 있다.
다른 한편으로, 플라즈마 반응관은 애노드 전극으로 기능할 수 있다. 원거리 플라즈마 반응기는 플라즈마 반응관의 내부에 설치된 캐소드 전극과, 플라즈마 반응관과 캐소드 전극에 전력을 공급하는 전원부를 더 포함할 수 있다.
전원부는 교류(AC), 직류(DC), 무선주파수(RF), 및 극초단파(microwave) 중 어느 하나의 방식으로 구동할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 공정 챔버와 연결된 진공 펌프에 설치되어 진공 펌프에 적층된 분말들을 세정하기 위한 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기에 있어서, 진공 펌프의 내부 공간과 연결된 플라즈마 생성 공간을 형성하며 내부에서 생성된 플라즈마를 진공 펌프의 펌핑 압력을 이용하여 제트의 형태로 진공 펌프에 제공하는 두 개 이상의 플라즈마 반응관을 포함하고, 두 개 이상의 플라즈마 반응관은 진공 펌프의 외측에서 서로간 거리를 두고 설치되는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기를 제공한다.
두 개 이상의 플라즈마 반응관은 같은 방식으로 플라즈마를 생성하는 같은 종류의 반응관으로 구성될 수 있다.
원거리 플라즈마 반응기는 진공 펌프의 내부로 플라즈마 제트를 주입함으로써 진공 펌프 내에 적층되어 있는 분말을 증발시키고 분말이 기화된 입자와 세정 가스 사이의 화학반응을 통해 진공 펌프 내부에서 분말들을 제거함으로써 진공 펌프의 배기 능력을 향상시키고 사용 수명을 연장시킨다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 원거리 플라즈마 반응기를 포함한 반도체/박막 디스플레이/태양 전지 제조 설비의 일부를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 원거리 플라즈마 반응기를 포함한 반도체/박막 디스플레이/태양 전지 제조 설비의 일부를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 원거리 플라즈마 반응기를 포함한 반도체/박막 디스플레이/태양 전지 제조 설비의 일부를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 원거리 플라즈마 반응기를 포함한 반도체/박막 디스플레이/태양 전지 제조 설비의 일부를 나타낸 개략도이다.
도 5는 이음관 내부 및 진공 펌프 내부에 분말들이 적층된 상태를 나타낸 사진이다.
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 제1 실시예에 따른 원거리 플라즈마 반응기를 포함한 반도체/박막 디스플레이/태양 전지 제조 설비의 일부를 나타낸 개략도이다.
도 1을 참고하면, 반도체/박막 디스플레이/태양 전지의 제조 설비는 크게 공정 챔버(10)와, 이음관(15)을 통해 공정 챔버(10)와 연결되어 공정 챔버(10) 내부의 반응 가스를 배기시키는 진공 펌프(20)를 포함한다.
공정 챔버(10)는 식각, 증착, 세정, 애싱, 및 질화처리 등이 이루어지는 챔버로서, 공정 챔버(10) 내부로 반응 가스를 주입하면서 웨이퍼 표면에 식각 작업을 실시하거나 증착 작업 등을 실시하게 된다. 이러한 공정 챔버(10)에서는 SiO2, SiNx, ZrO2, HfO2, 및 금속과 같은 입자상 물질들과 유기물 및 다양한 공정 가스들이 배출된다.
특히 공정 챔버(10)가 화학기상증착(CVD) 챔버인 경우 진공 펌프(20)로 보다 많은 입자상 물질들이 배출된다. 공정이 진행됨에 따라 공정 챔버(10)에서 배출되는 입자상 물질들은 진공 펌프(20)의 터빈 블레이드(21)에 분말 형태로 적층되어 진공 펌프(20)의 사용 수명을 단축시킨다.
본 실시예의 원거리 플라즈마 반응기(310)는 진공 펌프(20)에 연결 설치되어 진공 펌프(20)의 내부 공간으로 플라즈마 제트를 분사한다. 플라즈마 제트는 진공 펌프(20)의 내부에 적층된 분말을 기화시키고, 세정 가스를 이용하여 기화된 분말을 화학적으로 안정된 원소로 변환시킨다.
원거리 플라즈마 반응기(310)는 유도성 결합 플라즈마(inductively coupled plasma) 방식, 용량성 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma) 방식, 및 아크 제트(arc jet) 방식 중 어느 하나로 이루어진다. 제1 실시예의 원거리 플라즈마 반응기(310)는 유도성 결합 플라즈마 방식으로 구성된다.
제1 실시예의 원거리 플라즈마 반응기(310)는 진공 펌프(20)에 고정되며 내부에 플라즈마 생성 공간을 형성하는 플라즈마 반응관(31)과, 플라즈마 반응관(31)의 외주에 설치되는 유도 코일(32)과, 유도 코일(32)에 전력을 인가하는 전원부(33)와, 플라즈마 반응관(31)의 내부로 세정 가스를 공급하는 가스 공급관(34)을 포함한다.
플라즈마 반응관(31)은 진공 펌프(20)에 고정되어 그 내부 공간이 진공 펌프(20)의 내부 공간과 연결된다. 플라즈마 반응관(31)은 일정 두께의 유전체 튜브로 이루어지며, 예를 들어 석영 또는 세라믹 등으로 제조될 수 있다. 플라즈마 반응관(31)의 외주면은 유도 코일(32)로 여러번 감기며, 유도 코일(32)의 양 단부는 전원부(33)와 연결되어 전원부(33)로부터 전력을 인가받는다.
가스 공급관(34)은 플라즈마 반응관(31)의 내부로 세정 가스를 공급한다. 세정 가스로는 CF4, CHF3, C2F6, NF3, SF6, O2, 및 H2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 세정 가스의 종류는 전술한 예들에 한정되지 않으며, 진공 펌프(20)의 내부에 적층되는 분말의 성분에 따라 변할 수 있다.
가스 공급관(34)은 서로 다른 세정 가스를 저장하는 복수의 가스 공급부(35) 및 유량 제어부(36)와 연결되어 플라즈마 반응관(31)으로 투입되는 세정 가스의 성분 비와 유량 등을 정밀하게 제어할 수 있다.
공정 챔버(10)와 진공 펌프(20)의 작동으로 진공 펌프(20)의 내부에 분말이 일정 수준 누적된 것이 확인되면 공정 챔버(10)의 가동을 중지시키고, 이음관(15)을 차단한다. 그 후 전원부(33)로부터 유도 코일(32)로 전력을 공급하여 플라즈마 반응관(31) 내부로 유도 전자장을 형성하고, 플라즈마 반응관(31) 내부로 세정 가스를 주입한다.
그러면 플라즈마 반응관(31) 내부에 플라즈마가 생성되고, 진공 펌프(20)의 펌핑 압력에 의해 플라즈마는 제트의 형태로 진공 펌프(20)로 유입된다. 즉, 플라즈마 반응관(31) 내부와 진공 펌프(20)의 압력 차이에 의해 플라즈마 반응관(31)으로부터 진공 펌프(20) 내부로 플라즈마 제트가 유입된다. 진공 펌프(20)로 유입된 플라즈마 제트는 진공 펌프(20)의 내부에 적층된 분말을 기화시키며, 기화된 분말은 세정 가스와의 화학 반응에 의해 안정된 원소로 변환된다.
원거리 플라즈마 반응기(310)의 작동 시간은 대략 수분 내지 수십 분이 될 수 있다. 원거리 플라즈마 반응기(310)는 진공 펌프(20)의 세정이 필요할 때에만 작동하므로 구동에 필요한 에너지를 절감할 수 있다. 진공 펌프(20)의 세정 후에는 이음관(15)을 개방하고 공정 챔버(10)를 재가동한다.
이와 같이 제1 실시예의 원거리 플라즈마 반응기(310)는 진공 펌프(20) 내부로 플라즈마 제트를 주입하여 진공 펌프(20) 내부의 분말을 세정함으로써 진공 펌프(20)의 배기 능력을 향상시키고 사용 수명을 연장시킨다.
진공 펌프(20)는 배출관(16)을 통해 후처리 장치, 예를 들어 스크러버(40)와 연결될 수 있다. 스크러버(40)에는 물을 분사하는 노즐(41)이 설치된다. 이에 따라 스크러버(40)로 투입된 진공 펌프(20)의 배출 가스 중 수용성 가스가 물에 용해되면서 이들을 분리 제거할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 원거리 플라즈마 반응기를 포함한 반도체/박막 디스플레이/태양 전지 제조 설비의 일부를 나타낸 개략도이다.
도 2를 참고하면, 제2 실시예의 원거리 플라즈마 반응기(320)는 용량성 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma) 방식으로 이루어진다.
제2 실시예의 원거리 플라즈마 반응기(320)는 진공 펌프(20)에 고정되며 내부에 플라즈마 생성 공간을 형성하는 플라즈마 반응관(31)과, 플라즈마 반응관(31)의 외주면에서 서로간 거리를 두고 고정되는 제1 전극(371) 및 제2 전극(372)과, 제1 전극(371) 및 제2 전극(372)과 연결되어 이들 전극에 전력을 인가하는 전원부(33)와, 플라즈마 반응관(31)의 내부로 세정 가스를 공급하는 가스 공급관(34)을 포함한다.
플라즈마 반응관(31)은 유전체 튜브로 이루어지며, 제1 전극(371) 및 제2 전극(372)은 플라즈마 반응관(31)의 반경 방향을 따라 서로 대향 배치될 수 있다. 제1 전극(371)과 제2 전극(372)에 전력을 인가함과 동시에 플라즈마 반응관(31) 내부로 세정 가스를 주입하면 대향 방전 방식으로 플라즈마 반응관(31) 내부에 플라즈마가 생성되고, 이 플라즈마는 진공 펌프(20)의 펌핑 압력에 의해 제트의 형태로 진공 펌프(20)로 유입된다.
세정 가스의 종류와 작동 과정 및 플라즈마 제트를 이용한 세정 원리 등은 전술한 제1 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 원거리 플라즈마 반응기를 포함한 반도체/박막 디스플레이/태양 전지 제조 설비의 일부를 나타낸 개략도이다.
도 3을 참고하면, 제3 실시예의 원거리 플라즈마 반응기(330)는 아크 제트(arc jet) 방식으로 이루어진다.
제3 실시예의 원거리 플라즈마 반응기(330)는 캐소드 전극(38)과, 세정 가스가 주입되는 내부 공간을 사이에 두고 캐소드 전극(38)을 둘러싸며 애노드 전극으로 기능하는 플라즈마 반응관(31)과, 캐소드 전극(38) 및 플라즈마 반응관(31)에 연결된 전원부(33)를 포함한다.
플라즈마 반응관(31)은 캐소드 전극(38)보다 큰 길이로 형성되며, 진공 펌프(20)의 내부 공간과 이어지는 플라즈마 배출구(311)를 형성한다. 캐소드 전극(38)은 플라즈마 배출구(311)를 향한 단부를 뾰족하게 형성한다. 원거리 플라즈마 반응기(330)는 플라즈마 배출구(311)를 통해 진공 펌프(20)로 아크 플라즈마 제트를 분사한다.
세정 가스의 종류와 작동 과정 및 플라즈마 제트를 이용한 세정 원리 등은 전술한 제1 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 제1 실시예 내지 제3 실시예의 원거리 플라즈마 반응기(310, 320, 330) 모두에서 전원부(33)는 교류(AC), 직류(DC), 무선주파수(RF), 극초단파(mircowave) 등 다양한 방식으로 구동할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 원거리 플라즈마 반응기를 포함한 반도체/박막 디스플레이/태양 전지 제조 설비의 일부를 나타낸 개략도이다.
도 4를 참고하면, 제4 실시예에서는 하나의 진공 펌프(20)에 대해 두 개 이상의 원거리 플라즈마 반응기가 구비된다. 도 4에서는 하나의 진공 펌프(20)에 대해 두 개의 원거리 플라즈마 반응기(30A, 30B), 즉 제1 플라즈마 반응기(30A)와 제2 플라즈마 반응기(30B)가 설치된 경우를 도시하였다.
제1 플라즈마 반응기(30A)와 제2 플라즈마 반응기(30B)는 같은 방식으로 플라즈마를 생성하는 같은 종류의 반응기일 수 있다. 제1 플라즈마 반응기(30A)와 제2 플라즈마 반응기(30B)는 진공 펌프(20)에 대해 소정의 경사각을 두고 비스듬하게 설치될 수 있다. 그러나 제1 및 제2 플라즈마 반응기(30A, 30B)의 설치 각도는 도시한 예에 한정되지 않으며, 다양하게 변할 수 있다.
하나의 진공 펌프(20)에 대해 두 개의 플라즈마 반응기(30A, 30B)가 설치됨에 따라, 진공 펌프(20)의 내부에 보다 넓은 영역에 걸쳐 보다 강한 플라즈마 제트를 분사할 수 있다. 따라서 진공 펌프(20) 내에 적층되어 있는 분말을 보다 효과적으로 증발시키고, 분말의 기화 입자들과 세정 가스 사이의 화학 반응을 통해 진공 펌프(20) 내부의 분말들을 보다 효과적으로 제거할 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.
10: 공정 챔버 15: 이음관
16: 배출관 20: 진공 펌프
310, 320, 330: 원거리 플라즈마 반응기
31: 플라즈마 반응관 32: 유도 코일
33: 전원부 34: 가스 공급관
35: 가스 공급부 36: 유량 제어부
371: 제1 전극 372: 제2 전극
38: 캐소드 전극 40: 스크러버
41: 노즐

Claims (11)

  1. 공정 챔버와 연결된 진공 펌프에 설치되어 진공 펌프에 적층된 분말들을 세정하기 위한 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기에 있어서,
    내부에 플라즈마 생성 공간을 형성하고, 상기 진공 펌프에 직접 부착되어 상기 플라즈마 생성 공간이 상기 진공 펌프의 내부와 연통되도록 하며, 내부에서 생성된 플라즈마를 상기 진공 펌프의 펌핑 압력을 이용하여 제트의 형태로 상기 진공 펌프에 분사하는 플라즈마 반응관
    을 포함하는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응관의 내부로 세정 가스를 공급하는 가스 공급관을 더 포함하는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 세정 가스는 CF4, C2F6, NF3, SF6, O2, 및 H2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스 공급관은 서로 다른 세정 가스를 저장하는 복수의 가스 공급부 및 유량 제어부와 연결되어 상기 세정 가스의 성분 비와 유량을 제어하는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응관의 외주면에 설치된 유도 코일; 및
    상기 유도 코일에 전력을 공급하는 전원부
    를 더 포함하는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응관의 외주면에서 상호 이격 배치된 제1 및 제2 전극;
    상기 제1 및 제2 전극에 전력을 공급하는 전원부
    를 더 포함하는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응관은 유전체 튜브로 제조되는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응관은 애노드 전극으로 기능하고,
    상기 플라즈마 반응관의 내부에 설치된 캐소드 전극; 및
    상기 플라즈마 반응관과 상기 캐소드 전극에 전력을 공급하는 전원부
    를 더 포함하는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기.
  9. 제5항, 제6항, 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원부는 교류(AC), 직류(DC), 무선주파수(RF), 및 극초단파(microwave) 중 어느 하나의 방식으로 구동하는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기.
  10. 공정 챔버와 연결된 진공 펌프에 설치되어 진공 펌프에 적층된 분말들을 세정하기 위한 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기에 있어서,
    상기 진공 펌프의 내부 공간과 연결된 플라즈마 생성 공간을 형성하며, 내부에서 생성된 플라즈마를 상기 진공 펌프의 펌핑 압력을 이용하여 제트의 형태로 상기 진공 펌프에 제공하는 두 개 이상의 플라즈마 반응관을 포함하고,
    상기 두 개 이상의 플라즈마 반응관은 상기 진공 펌프의 외측에서 서로간 거리를 두고 설치되는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 두 개 이상의 플라즈마 반응관은 같은 방식으로 플라즈마를 생성하는 같은 종류의 반응관으로 구성되는 진공 펌프용 원거리 플라즈마 반응기.
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