KR101563193B1 - 공정설비에서 발생되는 배기가스 처리 플라즈마 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 공정 챔버에서 배출되는 배기가스를 분해하도록 공정챔버와 진공펌프 사이에 배치되는 플라즈마 반응기에 있어서, 상기 배기가스가 유동하는 도관; 상기 도관 상에 설치되는 제1 전극부; 상기 제1 전극부와 이격되어 배치되며, 상기 제1 전극부와 플라즈마 방전을 일으키는 제2 전극부; 상기 도관을 감싸며 구비되고, 상기 도관의 외주면과의 사이에 이격 공간이 형성된 하우징; 상기 도관의 표면온도, 상기 하우징의 표면온도 또는 상기 이격공간의 온도를 감지하는 온도센서; 및 상기 온도센서로부터 상기 도관의 표면온도 정보 또는 상기 하우징의 표면온도 정보 또는 상기 이격공간의 온도정보를 전송받아 상기 도관의 과열여부를 판단하고, 상기 도관의 과열 시 냉각시키는 냉각수단을 포함한다.

Description

공정설비에서 발생되는 배기가스 처리 플라즈마 반응기 {Facility for purifying exhaust gas which is generated in processing plasma reactor}
본 발명은 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정챔버에서 배출되는 배기가스를 분해할 수 있으며, 과열 시 냉각시킬 수 있는 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
반도체, 디스플레이 장치, 태양전지 등의 제조공정에는 기능성 박막 형성, 건식식각 등과 같은 공정이 적용된다. 이러한 공정은 일반적으로 진공챔버에서 이루어지고, 기능성 박막형성에는 다양한 종류의 금속, 비금속 전구체들이 공정 가스로 이용되며, 건식식각에도 다양한 종류의 에칭 가스가 이용된다.
공정챔버를 배기하기 위한 시스템은 공정챔버, 진공펌프, 스크러버 등으로 이루어지는 각 구성요소들은 서로 배기라인을 통하여 연결된다. 이때, 공정챔버에서 배기되는 가스는 공정에 따라 차이가 있지만, 기체분자 혹은 에어로졸 상태의 미반응 전구체(precursor), 고체성 시드 크리스탈(seed crystal) 등을 포함할 수 있고, 비활성 가스를 캐리어 가스로 더 포함할 수 있다. 이러한 배기가스들은 배기라인을 따라 진공펌프로 유입되는데, 진공펌프의 내부에서는 100℃ 이상의 고온상태에서 배기가스들의 압축이 일어나므로, 배기가스들의 상변이가 쉽게 일어나 진공펌프 내부에 고체성 부산물이 쉽게 형성되고 축적되고, F, Cl 등을 포함하는 부식성 가스의 부산물들에 부식되어 진공펌프의 고장 원인이 된다.
배기가스에 의한 진공펌프 고장을 개선하기 위한 종래의 방법으로는 배기가스를 펌핑 중인 진공펌프 내부로 퍼징 가스(purging gas)를 주입하여 배기가스 중에서 고체성 부산물을 형성할 수 있는 성분의 분압을 낮춰주어 부산물 형성을 최대한 억제하는 것이다. 가장 일반적으로 사용되는 퍼징 가스는 드라이 에어(dryair) 또는 질소이다.
배기가스에 의하여 진공펌프 내부에 고상의 입자 등이 축적되는 문제점을 해결하기 위한 보다 적극적인 방법은 핫 트랩 또는 콜드 트랩을 배기라인에 설치하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 높은 에너지 소비와 낮은 처리 효율로 한계를 가지고 있다. 이러한 문제점을 종합적으로 개선하기 위하여 진공펌프의 전단에 저압 플라즈마 장치를 추가하여 메인장비-저압 플라즈마 장치-진공펌프-스크러버 형태로 전체 배기시스템을 재구성하는 새로운 접근이 시도되어 좋은 효과를 얻고 있다. 한국등록특허 제1065013호는 AC 구동 전압을 인가하여 도관 장벽에 방전을 일으키는 방법으로 배기가스를 분해하는 플라즈마 반응기 기술을 개시하고 있다.
상기의 선행기술에서는 도관 장벽 방전이 일어나는 동안에 플라즈마 내의 온도가 상승하면 F, Cl 등을 포함하는 부식성 가스의 부산물들이 지속적으로 도관과 충돌하면서 도관 표면이 스퍼터링 또는 식각되게 되므로 유전체 물질이 손상되거나 파손되어 환경조건이 변화하고, 미처 분해되지 못한 배기가스가 누설될 가능성이 있다.
본 발명은 공정챔버에서 배출되는 배기가스를 분해할 수 있으며, 과열 시 냉각시킬 수 있는 플라즈마 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 공정 챔버에서 배출되는 배기가스를 분해하도록 공정챔버와 진공펌프 사이에 배치되는 플라즈마 반응기에 있어서, 상기 배기가스가 유동하는 도관; 상기 도관 상에 설치되는 제1 전극부; 상기 제1 전극부와 이격되어 배치되며, 상기 제1 전극부와 플라즈마 방전을 일으키는 제2 전극부; 상기 도관을 감싸며 구비되고, 상기 도관의 외주면과의 사이에 이격 공간이 형성된 하우징; 상기 도관의 표면온도, 상기 하우징의 표면온도 또는 상기 이격공간의 온도를 감지하는 온도센서; 및 상기 온도센서로부터 상기 도관의 표면온도 정보 또는 상기 하우징의 표면온도 정보 또는 상기 이격공간의 온도정보를 전송받아 상기 도관의 과열여부를 판단하고, 상기 도관의 과열 시 냉각시키는 냉각수단을 포함하는 플라즈마 반응기를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 공정 챔버에서 배출되는 배기가스를 분해하도록 공정챔버와 진공펌프 사이에 배치되는 플라즈마 반응기에 있어서, 상기 배기가스가 유동하는 도관; 상기 도관을 감싸며, 외부로부터 전류가 인가되어 상기 도관 내에 RF 플라즈마를 발생시켜서 상기 배기가스를 분해하는 코일부; 상기 도관을 감싸며 구비되고, 상기 도관의 외주면과의 사이에 이격 공간이 형성된 하우징; 상기 도관의 표면온도, 상기 하우징의 표면온도 또는 상기 이격공간의 온도를 감지하는 온도센서; 및 상기 온도센서로부터 상기 도관의 상기 도관의 표면온도 정보 또는 상기 하우징의 표면온도 정보 또는 상기 이격공간의 온도정보를 전송받아 상기 도관의 과열여부를 판단하고, 상기 도관의 과열 시 냉각시키는 냉각수단을 포함하는 플라즈마 반응기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 공정 챔버에서 배출되는 배기가스를 분해하도록 공정챔버와 진공펌프 사이에 배치되는 플라즈마 반응기에 있어서, 상기 배기가스가 유동하는 도관; 상기 도관 상에 설치되는 제1 전극부; 상기 제1 전극부와 이격되어 배치되며, 상기 제1 전극부와 플라즈마 방전을 일으키는 제2 전극부; 상기 도관을 감싸며 구비되고, 상기 도관의 외주면과의 사이에 이격 공간이 형성된 하우징; 및 상기 이격공간으로 연통되게 연결되어, 상기 도관의 과열을 방지하도록 상기 이격공간으로 냉매를 공급하는 냉각수단을 포함하는 플라즈마 반응기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 공정 챔버에서 배출되는 배기가스를 분해하도록 공정챔버와 진공펌프 사이에 배치되는 플라즈마 반응기에 있어서, 상기 배기가스가 유동하는 도관; 상기 도관을 감싸며, 외부로부터 전류가 인가되어 상기 도관 내에 RF 플라즈마를 발생시켜서 상기 배기가스를 분해하는 코일부; 상기 도관을 감싸며 구비되고, 상기 도관의 외주면과의 사이에 이격 공간이 형성된 하우징; 및 상기 이격공간으로 연통되게 연결되어, 상기 도관의 과열을 방지하도록 상기 이격공간으로 냉매를 공급하여 상기 도관을 냉각시키는 냉각수단을 포함하는 플라즈마 반응기를 제공한다.
본 발명에 따른 플라즈마 반응기는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 온도센서를 구비하고 온도센서를 이용하여 도관의 표면온도, 하우징의 표면온도 또는 이격공간의 온도를 감지함으로써, 도관의 과열 여부를 판단할 수 있다.
둘째, 온도센서와 함께 냉각수단을 구비함으로써, 도관이 과열 상태인 것으로 판단되면 냉매를 주입하여 도관을 냉각시켜 과열에 의한 도관의 손상을 방지할 수 있다. 따라서 도관을 포함한 플라즈마 반응기의 수명이 연장되는 효과를 가질 수 있다.
셋째, 제1 전극부를 감싸는 절연부가 설치되므로, 냉각수를 이용하여 도관을 냉각시킬 수 있다. 특히, 절연부는 온도센서도 보호할 수 있어 냉각수에 의한 온도센서의 오작동이나 손상도 방지할 수 있다. 절연부를 더 설치함으로써, 냉매를 가스에 한정하지 않고 다양한 종류의 냉매를 사용할 수 있다.
도 1은 공정챔버, 진공펌프, 스크러버 및 플라즈마 반응기의 연결관계를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구조가 도시된 단면도이다.
도 3은 도 2에 따른 플라즈마 반응기의 냉각수단이 도시된 블록도이다.
도 4는 도 2에 따른 플라즈마 반응기의 구조가 도시된 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구조가 도시된 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구조가 도시된 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구조가 도시된 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구조가 도시된 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구조가 도시된 단면도이다.
도 1 내지 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기에 대해 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성에 대한 구체적인 설명에 앞서, 상기 플라즈마 반응기(200)는 공정챔버(110)에서 배출되는 금속 전구체, 비금속 전구체 및 공정가스, 클리닝(cleaning) 가스의 부산물들을 포함하는 배기가스를 분해하도록 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 공정챔버(110)와 진공펌프(130) 사이에 배치된다. 상기 공정챔버(110)내 배기가스가 상기 진공펌프(130)에 의해 배출되면 상기 플라즈마 반응기(200)에 의해 분해되고, 정화된 후 상기 진공펌프(130)로 유동된다. 그러나 상기 플라즈마 반응기(200)가 반드시 상기 공정챔버(110)와 상기 진공펌프(130) 사이에 배치되어야 하는 것은 아니다. 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 진공펌프(130)와 상기 스크러버(150) 사이에 배치될 수도 있다. 또한, 상기 플라즈마 반응기(200)를 복수 개 설치하여 상기 배기가스의 분해 및 정화 과정을 여러 번 반복할 수도 있다. 상기 공정챔버(110), 상기 플라즈마 반응기(200), 상기 진공펌프(130) 및 상기 스크러버(150)는 상호가 배기라인에 의해 연결된다.
상기 공정챔버(110)는 내부가 진공환경으로 조성되어 애싱(ashing), 증착, 식각, 사진, 세정 및 질화 등의 공정들을 수행한다. 본 실시예에서는 상기 공정챔버(110)에서 박막형성 또는 건식식각이 이루어지는 것을 예로 들어 설명한다.
미반응 금속성 전구체 분자들이 분해된 후 금속성 부산물을 형성하거나, 미반응 비금속성 전구체 분자들이 분해된 후 비금속성 부산물을 형성할 경우, 상기 진공펌프(130)의 내면 또는 상기 스크러버(150)의 내면에 축적되어 많은 문제점을 야기한다. 반응성 가스는, 상기 미반응 금속성 전구체 분자들 또는 상기 미반응 비금속 전구체 분자들이 분해 된 후, 금속성 부산물 또는 비금속성 부산물을 형성하지 않고 금속 산화물 또는 비금속 산화물을 형성하도록 유도한다. 또한, F 원자 또는 Cl 원자를 포함하는 미반응 공정가스 및 미반응 클리닝가스 분자들의 분해 시 생성되어, 상기 진공펌프(150)에 유입 시 상기 진공펌프(150) 내면에 형성된 금속 표면과 반응하여 부식/식각을 야기하는 활성화된 F- 혹은 Cl- 들을, HF, HCl, 금속원자 -F-0, 금속원자 -Cl-0 또는 금속원자 -F-Cl-0를 포함하는 비결정 합금 형태로 바꿔줄 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 플라즈마 반응기(200)는 상기 공정챔버(110)에서 상기 배기가스와 함께 배출된 금속 전구체, 비금속 전구체 및 공정가스, 클리닝(cleaning) 가스의 부산물들을 분해하여 상기 진공펌프(130) 및 상기 스크러버(150)로 유입되거나 금속막, 비금속막이 형성되는 것을 방지하여 보호한다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기(200)는 도관(210), 제1 전극부(220), 제2 전극부(230)들, 완충부(미도시), 하우징(240), 온도센서(250) 및 냉각수단(260)을 포함한다. 먼저, 상기 플라즈마 반응기(200)의 상기 도관(210)은 상기 배기가스가 유동하는 유동 경로로서, 내부가 길이 방향을 따라 관통된 원통형으로 형성된다. 상기 도관(210)은 알루미나, 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3), 사파이어, 석영관, 유리관 등의 고유전체로 형성된다. 특히, 알루미나와 이트리아 혼합파우더를 소결하여 사용하거나, 알루미나 소재에 내스퍼터링이 뛰어난 이트리아 등을 융사하여 코팅하면 내식각성이 향상된다.
상기 제1 전극부(220)는 상기 도관(210)외 외주면을 둘러싸도록 외삽되게 설치되고, 후술되는 상기 제2 전극부(230)들과 상호 이격되어 있어 상기 제2 전극부(230)들과의 사이에 플라즈마 방전을 일으킨다. 상기 제1 전극부(220)는 상기 도관(210)의 외주면을 둘러싸며 설치될 수 있도록 튜브 형태로 형성된다. 상기 제1 전극부(220)는 구동전극의 기능을 한다. 따라서 상기 제1 전극부(220)는 구동전극이므로 AC 전압이 인가된다. 도 2를 참조하면, 상기 제1 전극부(220)는 상기 도관(210)의 길이 방향을 따라 길이가 길게 형성되나 이에 한정될 필요는 없다. 상기 제1 전극부(220)는 서로 다른 주기로 전압이 인가되도록 복수 개의 형태로 구비될 수도 있다. 상기 도관(210)과 상기 제1 전극부(220) 사이에는 튜브 구조의 완충부(미도시)가 삽입되어 있다. 상기 완충부는 전기 전도성을 갖는 물질로 형성되고, 상기 도관(210)과 상기 제1 전극부(220)가 밀착될 수 있도록 탄성을 갖는다.
상기 제2 전극부(230)들은 상기 도관(210)의 일 단 또는 양 단부에 상기 도관(210)과 연통되게 연결된다. 상기 제2 전극부(230)들은 상기 제1 전극부(220)와 플라즈마 방전을 일으키는 접지전극 기능을 한다. 따라서 상기 제2 전극부(230)들은 금속체로 형성된다. 상기 공정챔버(110)에서 배출된 상기 배기가스는 상기 제2 전극부(230)들 중 어느 하나의 상기 제2 전극부(230)를 통해 유입되고 상기 도관(210)을 유동한 후, 다른 하나의 상기 제2 전극부(230)을 통해 배출된다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2 전극부(230)들 중 어느 하나의 상기 제2 전극부(230)에는 배기가스 유입구(201)가 형성되고, 다른 하나의 상기 제2 전극부(230)에는 배기가스 배출구(203)가 형성된다. 도면에서는 상기 제2 전극부(230)의 횡단면이 길이방향을 따라 점진적으로 작아지게 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 제2 전극부의 횡단면이 길이 방향을 따라 균일하게 형성될 수도 있다.
상기 배기가스는 상기 배기가스 유입구(201)를 통해 유입되어 상기 도관(210)으로 유동되고, 상기 도관(210) 내부에 일정 압력의 상기 배기가스가 존재하게 된다. 이때, 구동전극인 상기 제1 전극부(220)에 AC 전압이 인가되면, 접지전극인 상기 제2 전극부(230)들과의 사이에서 전자의 이동이 시작되며 배기가스를 분해하도록 플라즈마 방전이 발생된다.
상기 하우징(240)은 상기 도관(210)의 외주면과, 상기 도관(210)의 외주면에 형성된 상기 제1 전극부(220)를 보호하도록 상기 도관(210)을 감싼다. 상기 하우징(240)은 상기 도관(210)의 외주면과의 사이에 이격 공간을 형성한다. 상기 하우징은 일반적으로 금속으로 이루어진다.
상기 온도센서(250)는 상기 하우징(240)의 내부에 설치된다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 도관(210)의 외주면에 부착되거나, 상기 하우징(240)의 내주면에 부착되어 상기 도관(210)의 표면온도, 상기 하우징(240)의 표면온도 또는 상기 도관(210)과 상기 하우징(240) 사이의 이격공간의 온도를 감지한다. 상기 온도센서(250)는 전술한 바와 같이, 상기 도관(210) 또는 상기 하우징(240)의 표면 온도, 상기 이격공간의 온도를 감지하여 후술되는 냉각수단(260)으로 온도 정보를 전송한다. 상기 플라즈마 반응기(200)를 보다 안전하게 사용하기 위해서는 상기 하우징(240)의 표면온도를 감지하기 보다는 상기 도관(210)의 표면온도를 감지하는 것이 더 좋으며, 본 실시예에서는 상기 도관(210)의 표면온도를 감지하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
상기 냉각수단(260)은 상기 도관(210) 내에서 상기 배기가스가 플라즈마 방전에 의해 분해되면서 발생되는 열에 의해 과열되는 것을 방지하기 위해 구비되는 것이다. 이는 상기 배기가스가 분해되면서 발생되는 열을 직접적으로 전달받는 것이 상기 도관(210)이기 때문이다. 상기 하우징(240)은 상기 도관(210)으로부터 열전달이 되므로, 상기 도관(210)의 과열 여부가 정확하게 판단되기 어려울 수 있다. 따라서 상기 온도센서(250)는 상기 하우징(240)의 표면보다 상기 도관(210)의 표면에 설치하는 것이 좋으며, 상기 하우징(240)의 표면온도 또는 이격공간의 온도 정보를 감지할 때에는 과열 여부를 판단하기 위한 기준이 되는 설정온도가 상기 도관(210)의 표면온도 정보를 감지할 때 보다 낮게 설정하는 것이 좋다.
상기 냉각수단(260)은 전술한 바와 같이 상기 도관(210)의 표면온도가 설정온도 이상이면, 냉매를 주입하여 상기 도관(210)을 냉각시키는 역할을 한다. 도 3을 참조하면, 상기 냉각수단(260)은 제어부(261), 냉매 주입밸브(263), 및 냉매 회수기(264)를 포함한다. 상기 제어부(261)는 상기 도관(210)의 과열 여부를 판단한다. 상기 제어부(261)는 상기 온도센서(250)로부터 상기 도관(210)의 표면온도 정보를 수신한다. 전술한 바와 같이, 상기 온도센서(250)는 상기 도관(210)의 외주면에 설치되어 상기 도관(210)의 표면온도 정보를 감지하고, 감지된 상기 도관(210)의 표면온도 정보를 상기 제어부(261)로 전송한다. 상기 제어부(261)는 미리 설정된 온도가 저장되어 있어, 상기 온도센서(210)로부터 전송되는 상기 도관(210)의 표면온도가 미리 설정된 온도 이상이면, 상기 도관(210)이 과열된 것으로 판단한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 제어부(261)에는 제1 설정온도와 제2 설정온도가 저장되어 있다. 상기 제1 설정온도는 상기 도관(210)의 과열을 판단하기 위한 기준이 되는 온도로서, 상기 도관(210)의 파손 방지를 위한 최고 온도이다. 상기 제어부(261)는 상기 도관(210)의 표면온도 정보가 상기 제1 설정온도 이상이면 상기 도관(210)을 과열 상태로 판단하고 냉각시킨다. 상기 제2 설정온도는 상기 도관(210)이 식었는지를 판단하기 위한 기준이 되는 온도이다. 상기 제2 설정온도는 상기 제1 설정온도와 같은 온도 값일 수도 있고, 상기 제1 설정온도보다 낮은 온도 값일 수도 있다. 상기 제2 설정온도와 상기 제1 설정온도가 같은 설정 값이면 상기 도관(210)을 냉각시키는 시간이 짧아지는 효과를 가질 수 있고, 상기 제2 설정온도가 상기 제1 설정온도보다 낮은 설정 값이면 상기 냉각수단(260)이 작동되는 시간이 길어지게 된다.
상기 제어부(261)는 상기 도관(210)이 과열된 것으로 판단되면, 상기 냉매 주입밸브(263)를 통해 냉매를 상기 하우징(240)의 이격 공간으로 주입한다. 상기 냉매는 냉매가스 또는 냉각수를 포함한다. 상기 냉매가 저장된 저장용기(미도시)와 상기 냉매 주입밸브(263)가 연결되어 있어, 상기 제어부(261)가 상기 도관(210)이 과열된 것으로 판단하면 상기 냉매 주입밸브(263)를 통해 상기 냉매가 상기 하우징(240)의 이격 공간으로 주입되는 것이다. 한편, 상기 하우징(240)에는 상기 냉매 주입밸브(263)가 연통되게 연결될 수 있도록 냉매주입홀(241)이 형성되어 있다. 일반적으로는, 상기 냉매주입홀(241)을 통해 상기 하우징(240)과 상기 냉매 주입밸브(263)가 연통되게 연결되어 있다.
상기 하우징(240)에는 상기 냉매주입홀(241)과 대향되는 위치에 냉매배출홀(245)이 더 형성되어 있고, 상기 냉매배출홀(245)에는 상기 냉매 회수기(264)가 연통되게 연결되어 있다. 상기 냉매주입홀(241)을 통해 상기 하우징(240)의 이격 공간으로 주입되는 냉매는 상기 하우징(240)의 이격 공간을 유동하면서 상기 도관(210)을 냉각시킨 후, 상기 냉매배출홀(245)을 통해 상기 냉매 회수기(264)로 배출된다. 상기 냉매 회수기(264)는 예를 들어 탱크(264a)와 열교환기(264b)로 이루어진다. 상기 냉매 회수기(264)로 배출되는 상기 냉매는 상기 탱크(미도시)에 저장되어 상기 열교환기에 의해 쿨링된다. 혹은 상기 열교환기를 통해 먼저 쿨링된 후 상기 탱크에 저장될 수도 있다. 상기 냉매 회수기(264)에 저장되는 상기 냉매는 재활용되어 상기 도관(210)을 냉각시키기 위해 상기 냉매 주입밸브(261)를 통해 상기 하우징(240)의 상기 이격 공간으로 주입될 수도 있다. 전술에서 상기 냉매 회수기(264)를 탱크와 열교환기로 이루어진다고 서술하였으나, 이에 한정되지 않고 배관의 형태로 이루어질 수도 있다. 전술에서는 상기 냉매가 회수되어 재활용되는 개념으로 설명되었으나, 상기 냉매는 재활용되지 않고 상기 탱크에서 배출되어 버려질 수도 있다. 이때 상기 냉매는 공기가 이용되는 경우이며, 상기 냉매를 배출할 때에는 팬(fan)을 이용하여 외부로 배출시킬 수 있다.
상기 플라즈마 반응기(200)는 일반적으로 한번 작동이 되면 멈추지 않고 지속적으로 작동이 이루어지기 때문에 상기 배기가스를 분해하면서 발생되는 높은 온도의 열에 의해 손상될 수 있다. 특히, 상기 배기가스 분해 시 발생되는 열이 직접 가해지는 상기 도관(210)이 과열로 인해 가장 큰 손상의 위험이 있다. 그런데 본 발명의 일 실시예와 같이 상기 냉각수단(260)을 구비하면, 상기 도관(210)의 표면온도가 미리 설정해 둔 온도 이상이 되었을 때 냉매가스를 주입하여 과열된 상기 도관(210)을 냉각시켜주므로 상기 도관(210)의 손상을 방지하고 수명을 연장시키는 효과를 얻을 수 있다.
상기 냉매가 상기 냉각수인 경우에는 상기 절연부(225)를 더 포함한다. 상기 도관(210)의 외주면에는 구동전극의 기능을 하는 상기 제1 전극부(220)가 상기 도관(210)의 외주면에 외삽되어 설치되어 있기 때문에 상기 이격공간으로 상기 냉각수가 주입되면 상기 냉각수와 닿는 상기 제1 전극부(220)가 손상될 수 있고, 쇼트(short)의 문제가 발생할 수도 있다. 즉, 상기 절연부(225)는 상기 제1 전극부(220)를 보호하는 것이다. 상기 절연부(225)는 부도체 또는 유전체로 형성되며, 상기 도관(210)의 외주면에 외삽되어 설치될 수 있도록 튜브 형태로 형성된다. 또한, 상기 절연부(225)는 상기 온도센서(250)도 감싸고 있어 상기 냉각수로부터 상기 제1 전극부(220)와 상기 온도센서(250)를 보호한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기(200a)가 도시된 것이다. 도 5에 따른 상기 플라즈마 반응기(200a)는 도 2 내지 도 4에 따른 플라즈마 반응기(200)와 대부분의 구성에서 동일하다. 따라서 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 플라즈마 방전기(200a)는, 전술한 일 실시예와 달리, 상기 제2 전극부(230a)가 상기 도관(210)과 연통되게 연결되지 않고, 상기 제1 전극부(220)와 마찬가지로 상기 도관(210) 상에 외주면을 둘러싸도록 외삽되게 설치될 수도 있다. 이때, 상기 제2 전극부(230a)도 튜브 형태로 형성되며, 상기 도관(210) 상에 설치될 때에는 상기 제1 전극부(220)와 상호 이격되어 상기 도관(210) 상에 설치된다. 그리고 상기 제1 전극부(220)와 상기 제2 전극부(230a) 중 어느 하나에는 상대적인 양(+) 전압이 인가되고, 다른 하나에는 상대적인 음(-) 전압이 인가된다. 그리고 상기 제2 전극부(230a)가 상기 도관(210)의 외주면을 둘러싸도록 설치될 때에는, 상기 도관(210)의 양 단에는 상기 플라즈마 반응기(200)를 상기 공정챔버(110) 또는 상기 진공펌프(150)와 연결시키는 배기라인과 결합될 수 있도록 배기가스 유입구(201) 또는 배기가스 배출구(202)가 형성된 플랜지(미표기)가 결합되어 있을 수 있다.
도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기(200b)가 도시되어 있다. 도 6을 참조하여 보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기(200b)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기(200b)의 구성과 대부분 동일하나 플라즈마 방전을 일으키는 구성요소에서 차이점을 갖는다. 따라서 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 본 실시예에 따른 상기 플라즈마 방전기(200b)는, 상기 도관(210)의 외주면을 나선형으로 감싸는 코일부(230`)를 포함한다. 외부로부터 상기 코일부(230`)에 전류가 인가되면 상기 코일부(230`)에서 RF 플라즈마 방전이 발생되어 상기 도관(210)으로 유동된 상기 배기가스를 분해할 수 있다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기(200c)가 도시되어 있다. 도 7을 참조하여 보면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기(200c)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기(200)의 구성과 대부분 동일하다. 따라서 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 본 실시예에 따른 상기 플라즈마 반응기(200c)는, 도관(210), 제1 전극부(220), 제2 전극부(230)들, 완충부(미도시), 하우징(240) 및 냉각수단(260)을 포함한다. 즉, 본 실시예에서는 온도센서를 구비하지 않는다. 본 실시예에 따른 플라즈마 반응기(200c)는 상기 도관(210)의 표면온도, 상기 하우징(240)의 표면온도 또는 상기 이격공간의 온도를 감지하지 않고, 상기 냉각수단(260)을 통해 수시로 냉매를 상기 이격공간에 주입하여 상기 도관(210)이 과열되는 것을 방지하는 구조이다.
상기 냉각수단(260)을 통해 상기 냉매를 주입하는 것은 작업자에 의해 수동으로 이루어질 수도 있고, 도면에는 표시되지 않았으나 타이머(미도시)를 구비하여 설정된 시간마다 상기 냉각수단(260)이 상기 냉매를 주입할 수 있도록 제어할 수 도 있다.
도 8 및 도 9도 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 플라즈마 반응기(200d, 200e)가 도시된 것이며, 각각 도 5 및 도 6에 도시된 플라즈마 반응기(200a, 200b)의 구조와 유사하나 온도센서를 구비하지 않고 냉각수단(260)만 구비하여 연속적으로 냉매를 주입하여 상기 도관(210)의 과열을 방지하는 구조이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 공정챔버 130: 진공펌프
150: 스크러버
200, 200a, 200b, 200c, 200d, 200e: 플라즈마 반응기
210: 도관 220: 제1 전극부
230, 230a: 제2 전극부들 230`: 코일부
240: 하우징
250: 온도센서 260: 냉각수단
261: 제어부 263: 냉매 주입밸브
264: 냉매회수기
265: 보조 진공펌프

Claims (15)

  1. 공정 챔버에서 배출되는 배기가스를 분해하도록 공정챔버와 진공펌프 사이에 배치되는 플라즈마 반응기에 있어서,
    상기 배기가스가 유동하는 도관;
    상기 도관 상에 설치되는 제1 전극부;
    상기 제1 전극부와 이격되어 배치되며, 상기 제1 전극부와 플라즈마 방전을 일으키는 제2 전극부;
    상기 도관을 감싸며 구비되고, 상기 도관의 외주면과의 사이에 이격 공간이 형성된 하우징;
    튜브 형태로 상기 제1 전극부를 둘러싸도록 외삽되어 상기 이격 공간을 냉매가 유동하는 공간과 상기 냉매가 유동하지 않는 공간으로 구획하면서, 상기 제1 전극부를 상기 냉매가 유동하는 공간으로부터 밀폐시키는 절연부;
    상기 도관과 상기 절연부 사이의 공간에 상기 도관의 길이 방향으로 상기 제1 전극부와 이격되어 배치되며, 상기 도관의 표면온도를 감지하는 온도센서; 및
    상기 온도센서로부터 상기 도관의 표면온도 정보를 전송받아 상기 도관의 과열여부를 판단하고, 상기 도관이 과열된 것으로 판단되면 상기 냉매를 상기 이격 공간의 상기 냉매가 유동하는 공간으로 공급하여 상기 냉매가 유동하면서 상기 도관을 냉각시키는 냉각수단을 포함하는 플라즈마 반응기.
  2. 공정 챔버에서 배출되는 배기가스를 분해하도록 공정챔버와 진공펌프 사이에 배치되는 플라즈마 반응기에 있어서,
    상기 배기가스가 유동하는 도관;
    상기 도관을 감싸며, 외부로부터 전류가 인가되어 상기 도관 내에 RF 플라즈마를 발생시켜서 상기 배기가스를 분해하는 코일부;
    상기 도관을 감싸며 구비되고, 상기 도관의 외주면과의 사이에 이격 공간이 형성된 하우징;
    튜브 형태로 상기 코일부를 둘러싸도록 외삽되어 상기 이격 공간을 냉매가 유동하는 공간과 상기 냉매가 유동하지 않는 공간으로 구획하면서, 상기 코일부를 상기 냉매가 유동하는 공간으로부터 밀폐시키는 절연부;
    상기 도관과 상기 절연부 사이의 공간에 상기 도관의 길이 방향으로 상기 코일부와 이격되어 배치되며, 상기 도관의 표면온도를 감지하는 온도센서; 및
    상기 온도센서로부터 상기 도관의 표면온도 정보를 전송받아 상기 도관의 과열여부를 판단하고, 상기 도관이 과열된 것으로 판단되면 상기 냉매를 상기 이격 공간의 상기 냉매가 유동하는 공간으로 공급하여 상기 냉매가 유동하면서 상기 도관을 냉각시키는 냉각수단을 포함하는 플라즈마 반응기.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각수단은,
    상기 온도센서로부터 상기 표면온도 정보를 수신하여 상기 도관의 과열 여부를 판단하는 제어부;
    상기 제어부가 상기 도관의 과열을 판단하면, 상기 이격 공간으로 냉매를 주입하는 냉매 주입밸브; 및
    상기 냉매에 의해 상기 도관을 냉각시킨 후, 상기 냉매를 배출시키는 냉매 회수기를 포함하는 플라즈마 반응기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도센서가 전송한 상기 온도 정보가 제1 설정온도 이상이면 상기 도관이 과열된 것으로 판단하는 플라즈마 반응기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는 상기 냉매에 의해 상기 도관을 냉각시키면서, 상기 온도센서가 전송한 상기 온도 정보가 상기 제1 설정온도보다 낮은 제2 설정온도 이하이면 상기 이격 공간에서 상기 냉매를 배출시키는 플라즈마 반응기.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 냉매는 냉매가스 또는 냉각수 중 어느 하나를 포함하는 플라즈마 반응기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 냉매가스는 공기 또는 질소가스를 포함하는 플라즈마 반응기.
  10. 삭제
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 절연부는 부도체 또는 유전체로 형성되는 플라즈마 반응기.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극부는 상기 도관의 외주면에 외삽되도록 튜브 형태로 형성되는 플라즈마 반응기.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극부는 상기 도관의 일 단 또는 양 단에 상기 도관과 연통되게 연결되는 플라즈마 반응기.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2 전극부는 상기 도관의 외주면에 외삽되도록 튜브 형태로 형성되며, 상기 제1 전극부와 상호 이격되는 플라즈마 반응기.
  15. 삭제
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