KR101611955B1 - 공정설비에서 발생되는 배기가스 처리 플라즈마 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 공정챔버에서 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 일으켜서 상기 배기가스를 분해하는 제2 전극부; 및 상기 배기가스의 유동 흐름을 상기 플라즈마 방전이 집중되는 영역으로 유도하는 흐름유도 가이드를 포함한다.

Description

공정설비에서 발생되는 배기가스 처리 플라즈마 반응기 {Plasma reactor for purifying exhaust gas of the process facility}
본 발명은 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스의 흐름을 도관의 내주면을 향한 방향으로 유도하면서, 스월의 형태로 형성되도록 하여 플라즈마 방전에 의한 배기가스의 분해 효율을 향상시킬 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(dry air) 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.
그런데 배기가스의 유동 흐름을 살펴보면, 배기가스는 주로 도관의 내부 중앙으로 유동되며 도관의 내주면 가까이 즉, 플라즈마 방전이 집중되는 영역으로는 배기가스가 잘 유동되지 않는다. 반면, 플라즈마 방전은 주로 도관의 내주면 가까이에서 집중적으로 일어나기 때문에 도관의 내부 중앙에서 주로 유동되는 배기가스의 일부분이 플라즈마 방전에 의해 분해되지 않는 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명은 배기가스의 흐름을 도관의 내주면을 향한 방향으로 유도하면서, 스월의 형태로 형성되도록 하여 플라즈마 방전에 의한 배기가스의 분해 효율을 향상시킬 수 있는 플라즈마 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 공정챔버에서 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 일으켜서 상기 배기가스를 분해하는 제2 전극부; 및 상기 배기가스의 유동 흐름을 상기 플라즈마 방전이 집중되는 영역으로 유도하는 흐름유도 가이드를 포함하는 플라즈마 반응기를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 공정챔버에서 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; 및 상기 배기가스의 유동 흐름을 상기 플라즈마 방전이 집중되는 영역으로 유도하는 흐름유도 가이드를 포함하는 플라즈마 반응기를 제공한다.
본 발명에 따른 플라즈마 반응기는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 도관의 내부에 흐름유도 가이드를 구비함으로써 배기가스가 도관의 내부 중앙으로만 유동하지 않고, 플라즈마 방전이 집중되는 영역으로 배기가스의 흐름을 유도하여 할 수 있다. 특히, 흐름유도 가이드에 의해 배기가스의 흐름이 플라즈마 방전이 집중되는 영역에 가까워지면 플라즈마 방전과 접촉되는 배기가스의 양이 많아지므로, 배기가스의 분해 효율을 향상시키는 효과를 가질 수 있다.
둘째, 반응성 가스를 주입함으로써 배기가스가 스월 형태로 변화하여 도관 내부를 유동하게 할 수 있다. 스월 형태는 플라즈마 방전이 집중되는 영역 가까이에 더 많은 양의 배기가스를 유도하므로 플라즈마 방전과 더 많이 접촉하여 더 많은 양의 배기가스를 분해시킬 수 있다. 특히, 반응성 가스는 배기가스 유입되는 방향을 향해 주입되므로 도관 내부로 유입되는 반응성 가스가 배기가스를 밀어내면서 배기가스가 도관 내부에 머무르는 시간을 지연시킬 수 있어 배기가스의 분해 효율을 더 많이 향상시키는 효과를 가질 수 있다.
도 1은 공정챔버, 진공펌프, 스크러버 및 플라즈마 반응기의 연결관계를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구조가 도시된 종단면도이다.
도 3은 도 2에 따른 플라즈마 반응기의 구조가 도시된 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구조가 도시된 종단면을 포함하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구조가 도시된 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구조가 도시된 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 흐름유도 가이드의 다른 실시 형태가 도시된 사시도이다.
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 상기 진공펌프(150)의 내면 또는 상기 스크러버(미도시)에 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 미세입자의 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 금속막이 형성되는 것을 방지하여 보호한다.
도 2 및 도 3을 참조하여 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기(200)는 도관(210), 제1 전극부(220), 제2 전극부(230)들, 완충부(미도시), 하우징(240) 및 흐름유도 가이드(250)를 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.
상기 제1 전극부(220)는 상기 도관(210)외 외주면을 둘러싸도록 외삽되게 설치된다. 따라서 상기 제1 전극부(220)는 상기 도관(210)의 외주면을 둘러싸며 설치될 수 있도록 튜브 형태로 형성된다. 후술되는 상기 제2 전극부(230)와 상호 이격되어 있어 상기 제2 전극부(230)와의 사이에 플라즈마 방전을 일으킨다. 상기 제1 전극부(220)는 구동전극의 기능을 한다. 이에 따라 상기 제1 전극부(220)는 AC 전압이 인가된다. 도 2를 참조하면, 상기 제1 전극부(220)는 상기 도관(210)의 길이 방향을 따라 길이가 길게 연장되어 형성된다. 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)는 상기 제1 전극부(220)와 마찬가지로, 상기 도관(210)의 외주면을 둘러싸며 형성되며, 전술한 바와 같이 상기 제1 전극부(220)와 이격되어 형성된다. 본 실시예에서는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전극부(220)의 하측 방향에 상기 제1 전극부(220)와 상호 이격되어 형성되는 것이다. 상기 제2 전극부(230)들은 전술한 상기 제1 전극부(220)와 플라즈마 방전을 일으킬 수 있는 접지전극 기능을 한다. 따라서 상기 제2 전극부(230)들은 금속체로 형성된다. 또는 상기 제1 전극부(220)에는 상대적인 (+)전압이 인가되고, 상기 제2 전극부(230)에는 상대적인 (-)전압이 인가될 수도 있다.
상기 배기가스는 상기 도관(210)의 어느 한 측 방향으로 유입되어 유동된 후, 다른 한 측 방향으로 배출된다. 따라서 상기 도관(210)의 양 측 중 어느 한 측은 배기가스 유입구(201)로 형성되고, 다른 한 측은 배기가스 배출구(202)로 형성된다. 본 실시예에서는 상기 제1 전극부(220)가 상기 배기가스 유입구(201)와 가까이에 형성되고, 상기 제2 전극부(230)가 상기 배기가스 배출구(202)와 가까이에 형성된다.
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 흐름유도 가이드(250)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 도관(210)과 동축을 갖도록 배치된다. 따라서 상기 도관(210)의 내부를 유동하는 상기 배기가스가 상기 흐름유도 가이드(250)에 의해 상기 도관(210)의 내부 중앙으로만 유동되는 것이 아니라, 플라즈마 방전이 집중되는 영역으로 유도된다.
상기 흐름유도 가이드(250)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 도관(210)의 길이 방향을 따라 길게 연장 형성된다. 상기 흐름유도 가이드(250)의 횡단면 형상은 상기 도관(210)의 횡단면 형상과 대응되게 형성된다. 본 실시예에서는 상기 도관(210)이 원기둥의 형태로 형성된다. 상기 도관(210)의 횡단면의 형상이 원형이므로 상기 흐름유도 가이드(250)의 횡단면의 형상도 원형으로 형성된다. 보다 구체적으로는 상기 원기둥의 횡단면 크기가 길이 방향을 따라 전부 동일한 것이 아니라 상기 배기가스 유입구(201)에서 상기 배기가스 유출구(202)를 향한 방향으로 갈수록 점진적으로 커지게 형성된다. 따라서 본 실시예에서의 상기 흐름유도 가이드(250)는 예를 들어 원뿔 형태로 형성될 수도 있고, 도 2, 도 4에 도시된 바와 같은 횡단면의 크기가 점진적으로 커지는 원기둥의 형상으로 형성될 수도 있다.
그러나 상기 도관(210) 및 상기 흐름유도 가이드(250)가 원통형이나 원기둥, 원뿔의 형태에 한정되는 것은 아니므로, 상기 도관(210)의 형상이 달라지면 상기 흐름유도 가이드(210)의 형상도 상기 도관(210)의 횡단면의 형상에 대응되게 달라질 수 있다. 한편, 상기 흐름유도 가이드(250`)는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 흐름유도 가이드(250`)의 둘레면에 나선형의 흐름유도 홈(251`)이 형성될 수도 있다. 따라서 상기 배기가스의 일부가 상기 흐름유도 가이드(250`)의 상기 흐름유도 홈(251`)을 따라 유동되면서 스월 형태로 변화되어 상기 도관(210)을 유동할 수도 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 흐름유도 가이드(250)의 하부에 상기 흐름유도 가이드(250)를 상기 도관(210)의 내부에 고정시키는 고정부재(255)를 더 포함한다. 상기 고정부재(255)는 고정 플랜지(255a)와, 고정 가이드(255b)들을 포함한다. 상기 고정플랜지(255a)는 중공이 형성된 링(ring)과 같은 형태로 형성된다. 상기 고정 플랜지(255a)는 상기 도관(210)과 상기 배기가스 유입구(201) 사이에 배치되어 체결부재에 의해 체결 결합된다. 상기 고정 가이드(255b)들은 상기 흐름유도 가이드(250)와 상기 고정 플랜지(255a)를 연결한다. 상기 고정 가이드(255b)들은 상기 흐름유도 사이드(250) 및 상기 고정 플랜지(255a)의 둘레 방향을 따라 상호 이격되어 복수 개 구비된다.
본 실시예에서 상기 흐름유도 가이드(250)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 배기가스 유입구(201)와 상기 제1 전극부(220) 사이에 배치하도록 한다. 보다 구체적으로는 플라즈마 방전이 집중되는 영역보다 상류에 배치되는 것이다. 즉, 상기 배기가스가 상기 도관(210) 내부로 유입되는 초기에 상기 흐름유도 가이드(250)에 의해 상기 배기가스의 흐름이 플라즈마 방전이 집중되는 영역으로 유도될 수 있도록 하는 것이다. 이는 도 2 및 도 4에 도시되는 바와 같이, 상기 제1 전극부(220)와 상기 제2 전극부(230) 사이에 가장 강력한 플라즈마 방전이 일어나므로 상기 배기가스가 상기 제1 전극부(220)와 상기 제2 전극부(230) 사이까지 유동되기 전에 상기 배기가스의 흐름을 플라즈마 방전이 집중되는 영역으로 유도시키기 위한 것이다.
상기 흐름유도 가이드(250)에 의해 상기 배기가스가 플라즈마 방전이 집중되는 영역으로 유도되어 유동하면 상기 제1 전극부(220)와 상기 제2 전극부(230) 사이에서 발생되는 플라즈마 방전이 집중되는 영역에서 더 많은 양의 상기 배기가스가 플라즈마 방전과 접촉되므로 상기 배기가스의 분해 효율을 향상시키는 효과를 가질 수 있다.
한편, 상기 플라즈마 반응기(200)는 상기 도관(210)의 내부로 반응성 가스를 주입하는 가스 주입관(211)을 더 포함한다. 상기 가스 주입관(211)이 전술한 바와 같이, 상기 도관(210)의 내부로 반응성 가스를 주입하면 상기 배기가스가 상기 반응성 가스와 혼합되면서 스월(swirl: 회오리) 형태로 변한다. 그러나 상기 가스 주입관(211)에서 분사되는 상기 반응성 가스는 상기 배기가스를 스월 형태로 변화시키는 것에 한정되지 않는다. 상기 가스 주입관(211)은 도면에 도시된 바와 같이, 다방향으로 상기 반응성 가스를 주입할 수 있도록 단부에 복수 개의 노즐이 형성된다. 따라서 상기 노즐의 방향에 따른 스월이나 상기 배기가스와 다른 속도 성분 등을 가지도록 할 수 있어, 상기 반응성 가스와 혼합되는 상기 배기가스는 다양한 형태로 변화되어 상기 도관(210) 내부를 유동할 수 있다.
상기 플라즈마 반응기(200)에는 상기 가스 주입관(211)과 끼워져 결합되도록 홀이 형성된다. 본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배기가스 유입구(201)에 상기 홀이 형성된다. 상기 홀은 상기 배기가스 유입구(201)의 둘레 방향을 따라 하나 또는 복수 개 형성된다. 상기 홀은 상기 배기가스 유입구(201)의 둘레면 가상의 접선에 대해 설정 각도만큼 기울기를 갖도록 형성된다. 상기 홀은 플라즈마 방전이 집중되는 영역보다 상류에 형성되는 것이 가장 좋으나, 상기 흐름유도 가이드(250)와 동일한 가상의 수평선 상에 위치하여도 무방하다. 즉, 상기 제1 전극부(220)보다 상류에 배치하면 되는 것이다. 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 홀이 플라즈마 방전이 집중되는 영역보다 상류에 형성되어 있어 상기 배기가스가 상기 홀에 결합된 상기 가스주입관(211)을 통해 주입되는 상기 반응성 가스와 먼저 혼합된 후, 스월 형태로 변화하고 전술한 상기 흐름유도 가이드(250)에 의해 플라즈마 방전이 집중되는 영역으로 흐름이 유도되는 것이다.
상기 가스주입관(211)이 상기 배기가스 유입구(201)의 둘레면 가상의 접선에 대해 설정 각도만큼 기울기를 갖게 형성되면, 상기 가스주입관(211)을 통해 주입된 상기 반응성 가스가 상기 배기가스 유입구(201)의 내주면을 따라 유동되기 때문에 상기 배기가스와 혼합하여 상기 배기가스를 스월 형태로 변화시킬 수 있다. 또한, 상기 가스주입관(211)이 공급하는 상기 반응성 가스의 일부는 상기 배기가스 유입구(201)를 향한 방향으로 분사되는데, 상기 반응성 가스의 속도 성분이 상기 배기가스의 유동 방향과 반대되는 속도 성분을 가지므로 상기 배기가스를 밀어내어, 상기 배기가스가 상기 배기가스 배출구(202)를 향한 방향으로 유동되는 시간을 지연시키고 상기 도관(210) 내부에 체류되는 시간을 증가시키는 것이다.
따라서 상기 배기가스는 플라즈마 방전이 집중되는 영역과 가까워지도록 스월 형태로 변화하여 유동하면서도, 상기 반응성 가스에 의해 상기 도관(210) 내부에 머무르는 시간이 증가하여 상기 제1 전극부(220)와 상기 제2 전극부(230) 사이에 일어나는 플라즈마 방전에 더 많이 노출되어 더 많은 양의 상기 배기가스를 분해시키고 상기 배기가스의 분해 효율을 향상시키는 효과를 갖는다.
도 5에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기가 도시되어 있다. 도 5를 참조하여 보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기(200a)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기(200)의 구성과 대부분 동일하나 플라즈마 방전을 일으키는 구성요소에서 차이점을 갖는다. 따라서 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 플라즈마 반응기(200a)는, 제2 전극부(230a)들이 상기 도관(210)과 연통되도록 상기 도관(210)의 양 단에 연결되는 것이다. 이는 본 실시예에 해당하는 것으로, 상기 제2 전극부(230a)는 상기 도관(210)의 일 단에만 상기 도관(210)과 연통되게 연결될 수도 있다. 이때, 상기 제2 전극부(230a)는 배기가스 유입구가 될 수 있다. 상기 제2 전극부(230a)의 횡단면은 길이방향을 따라 점진적으로 작아지게 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 제2 전극부의 횡단면이 길이방향을 따라 균일하게 형성될 수도 있다.
이와 같은 본 실시예서는 상기 제1 전극부(220)와 상기 제2 전극부(230a) 사이의 플라즈마 방전이 집중되는 영역의 위치가 전술한 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기와 달라진다. 전술한 바와 같이, 상기 흐름유도 가이드(250)는 플라즈마 방전이 집중되는 영역보다 상류에 위치하여야 한다. 본 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 반응기(200a)와 배기라인(120)이 연결되는 위치에 설치된다. 상기 가스주입관(211)은 상기 흐름유도 가이드(250)보다 상류에 설치해야 하면 상기 배기라인(120)에 설치되어야 하는데, 상기 배기라인(120)에 상기 가스주입관(211)을 설치하기가 쉽지 않으므로 상기 제1 전극부(220)보다 상측에 구비된 상기 제2 전극부(230a)에 설치된다. 이때 상기 가스주입관(211)은 유전체, 예시적으로 세라믹으로 형성된다. 따라서 본 실시예에서는 상기 배기가스가 상기 배기라인(120)에서부터 스월 형태로 변화하면서 플라즈마 방전이 집중되는 영역에 가까워지도록 흐름이 유도된다.
도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기가 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 반응기(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.
본 실시예에서는 상기 코일부(230`)에 의해 플라즈마 방전이 집중되는 영역은 상기 도관(210)의 길이 방향 중앙 부분에 해당되므로, 상기 흐름유도 가이드(250) 및 상기 가스 주입관(211)이 전술한 일 실시예와 같은 위치에 설치되거나 형성되어도 무방하다.
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: 플라즈마 반응기
210: 도관 211: 가스 주입관
220: 제1 전극부
230, 230a: 제2 전극부들 240: 하우징
250: 흐름유도 가이드

Claims (19)

  1. 공정챔버에서 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 일으켜서 상기 배기가스를 분해하는 제2 전극부; 및
    상기 배기가스의 유동 흐름을 상기 플라즈마 방전이 집중되는 영역으로 유도하는 흐름유도 가이드를 포함하며,
    상기 도관의 일 단에는 배기가스 유입구가 설치되며,
    상기 흐름유도 가이드의 하부에 구비되어 체결부재에 의해 상기 배기가스 유입구와 체결 결합되는 고정부재를 더 포함하는 플라즈마 반응기.
  2. 공정챔버에서 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; 및
    상기 배기가스의 유동 흐름을 상기 RF 플라즈마가 집중되는 영역으로 유도하는 흐름유도 가이드를 포함하며,
    상기 도관의 일 단에는 배기가스 유입구가 설치되며,
    상기 흐름유도 가이드의 하부에 구비되어 체결부재에 의해 상기 배기가스 유입구와 체결 결합되는 고정부재를 더 포함하는 플라즈마 반응기.
  3. 공정챔버에서 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 일으켜서 상기 배기가스를 분해하는 제2 전극부; 및
    상기 배기가스의 유동 흐름을 상기 플라즈마 방전이 집중되는 영역으로 유도하는 흐름유도 가이드를 포함하며,
    상기 흐름유도 가이드는 상기 배기가스를 상기 도관의 측면 방향으로 유동하고,
    상기 흐름유도 가이드는 외주면에 상기 배기가스의 흐름을 스월 형태로 변화시킬 수 있도록 나선형의 흐름유도 홈이 형성되는 플라즈마 반응기.
  4. 공정챔버에서 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; 및
    상기 배기가스의 유동 흐름을 상기 RF 플라즈마가 집중되는 영역으로 유도하는 흐름유도 가이드를 포함하며,
    상기 흐름유도 가이드는 상기 배기가스를 상기 도관의 측면 방향으로 유동하고,
    상기 흐름유도 가이드는 외주면에 상기 배기가스의 흐름을 스월 형태로 변화시킬 수 있도록 나선형의 흐름유도 홈이 형성되는 플라즈마 반응기.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 전극부는 상기 도관의 외주면에 외삽되도록 튜브 형태로 형성되는 플라즈마 반응기.
  6. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 전극부는 상기 도관의 일 단 또는 양 단에 상기 도관과 연통되게 연결되는 플라즈마 반응기.
  7. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 전극부는 상기 도관의 외주면에 외삽되도록 튜브 형태로 형성되며, 상기 제1 전극부와 상호 이격되는 플라즈마 반응기.
  8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흐름유도 가이드는 상기 도관과 동축을 갖도록 배치되며, 상기 도관의 길이 방향을 따라 길게 연장 형성되는 플라즈마 반응기.
  9. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흐름유도 가이드는 횡단면의 크기가 상기 도관이 연장되는 길이 방향을 따라 점진적으로 커지는 플라즈마 반응기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 흐름유도 가이드의 횡단면의 형상이, 상기 도관의 횡단면의 형상과 동일하게 형성되는 플라즈마 반응기.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 흐름유도 가이드는 상기 플라즈마 방전이 집중되는 영역보다 상류에 배치되는 플라즈마 반응기.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 고정부재는,
    링의 형태로 형성되는 고정 플랜지; 및
    일단은 상기 고정 플랜지와 결합되고 타단은 상기 흐름유도 가이드의 하부에 결합되어 상기 고정 플랜지와 상기 흐름유도 가이드를 연결시키며, 상기 고정 플랜지의 둘레 방향을 따라 상호 이격되어 복수 개 구비되는 고정 가이드들을 포함하는 플라즈마 반응기.
  13. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 도관의 일 단에는 배기가스 유입구가 설치되며,
    상기 흐름유도 가이드의 하부에 구비되어 체결부재에 의해 상기 배기가스 유입구와 체결 결합되는 고정부재를 더 포함하는 플라즈마 반응기.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 고정부재는,
    링의 형태로 형성되는 고정 플랜지; 및
    일단은 상기 고정 플랜지와 결합되고 타단은 상기 흐름유도 가이드의 하부에 결합되어 상기 고정 플랜지와 상기 흐름유도 가이드를 연결시키며, 상기 고정 플랜지의 둘레 방향을 따라 상호 이격되어 복수 개 구비되는 고정 가이드들을 포함하는 플라즈마 반응기.
  15. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기가스가 스월(swirl)의 형태로 변화하여 유동할 수 있도록 상기 배기가스와 혼합되는 반응성 가스를 주입하는 가스 주입관을 더 포함하는 플라즈마 반응기.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 가스 주입관은 유전체로 형성되는 플라즈마 반응기.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 반응성 가스의 속도성분은 상기 배기가스의 유동방향과 반대되는 속도성분 또는 수직 방향 속도 성분을 가지는 플라즈마 반응기.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 가스 주입관이 삽입될 수 있도록 홀이 형성되며, 상기 홀은 상기 플라즈마 방전이 집중되는 영역보다 상류에 위치하는 플라즈마 반응기.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 가스 주입관은 상기 제1 전극부보다 상류에 설치되는 플라즈마 반응기.
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