KR102636955B1

KR102636955B1 - 가스 처리 시스템

Info

Publication number: KR102636955B1
Application number: KR1020187003226A
Authority: KR
Inventors: 시몬 매그니; 제롬 뵈네르; 민경 노; 진옥 이; 지영 손
Original assignee: 에드워즈 리미티드
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2024-02-14
Also published as: GB2540992A; EP3332618A1; US20180243687A1; GB201513777D0; TW201711081A; KR20180036717A; TWI702631B; WO2017021693A1

Abstract

가스 처리 시스템의 플라즈마 토치에, 이 플라즈마 토치는 적어도 2 개의 처리 챔버로부터 받는 배출 가스를 처리하도록 구성됨, 전력을 공급하도록 구성된 전원 공급 장치에 의한 전력 출력을 제어하는 방법이 제어기 및 가스 처리 시스템과 함께 개시된다. 상기 방법은 상기 플라즈마 토치에 배출 가스 스트림을 현재 공급하고 있는 다수의 처리 챔버를 표시하는 것을 포함하는 적어도 하나의 입력 신호를 수신하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 입력 신호에 응답하여, 상기 플라즈마 토치에 공급되는 플라즈마 소스 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 신호를 출력함으로써 상기 전원 공급 장치에 의한 상기 전력 출력을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

가스 처리 시스템

본 발명의 분야는 다수의 처리 챔버로부터 나오는 가스 스트림을 처리하기 위해 플라즈마 토치에 전기 에너지를 공급하도록 구성된 전원 공급 장치에 의한 전력 출력의 제어에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 가스 스트림을 처리하는 장치와, 가스 스트림의 유량을 조절하는 유량 조절 장치에 관한 것이다.

예를 들어 반도체 또는 평판 디스플레이 제조 산업에서 사용되는 제조 공정에서 나오는 배출 가스 스트림을 처리하기 위해 플라스마를 발생시킬 수 있다. 이러한 제조 과정에서, 공정 툴로부터 펌핑되는 배출 가스 스트림에는 잔류 플루오르화 또는 퍼플루오르화 화합물(PFC) 및 기타 화합물이 존재한다. 이들 화합물은 배출 가스 스트림으로부터 제거하기가 어렵고, 그 화합물들이 환경으로 방출되는 것은, 그들이 비교적 높은 온실 활동을 갖고 있는 것으로 알려져 있고 경우에 따라서는 유독성일 수 있기 때문에, 바람직하지 않다.

저감 장치용 플라즈마가 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 여러 공정 챔버의 배출구에 마이크로파 플라즈마 저감 장치가 연결될 수 있다. 각 장치에는 그 자신의 마이크로파 발생기가 필요한데, 이는 시스템에 상당한 비용을 추가시킬 수 있다. 플라즈마 토치 저감 장치는 규모 가변성(scalability)의 측면과 분말(배출물 스트림에 존재하거나 저감 반응에 의해 발생됨)을 다룬다는 측면에서 마이크로파 플라즈마 저감 장치에 비해 유리하다.

플라즈마 토치는 분해 방전을 시작하기 위해서는 소스 가스가 사이에서 흐르는 애노드와 캐소드 사이에 높은 전기장이 인가되는 것을 필요로 한다. 애노드와 캐소드 사이에 충분한 전류가 제공되면, 소스 가스의 이온화가 유지되고 애노드 출구에 플라즈마 플룸(plasma plume)(또는 플레어)이 형성된다. 배출 가스 스트림이 플라즈마 플룸과 혼합되어, 바람직하지 않은 화합물이 분해된다. 플라즈마 토치는 상당한 전력을 소비할 수 있고, 높은 전기장 또는 높은 전류가 애노드와 캐소드 둘 다를 손상시킬 수 있다. 플라즈마를 통과하는 전류의 증가는 전압이 떨어뜨리게 되므로 플라즈마 토치로 공급되는 전력을 제어하기는 간단치가 않다.

국제 공개 제WO 2013/024248호는 화학 증착 공정의 산출물을 처리하기 위한 저감 장치에 사용하기 위한 플라즈마 토치를 개시하고 있다. 이러한 플라즈마 토치에 공급되는 전력의 제어는 종래에는 관리하기 어려웠고, 이러하기 때문에, 플라즈마 토치는 일반적으로 일정한 전력에서 작동되었던 점을 인지하고 있다. 또한, 어떤 한 공정이 각기 다른 시간에 각기 다른 가스를 산출하는 몇몇 상황에서 그러한 가스들은 효과적인 처리를 위해 토치로 공급되어야 할 전력을 각기 다른 양으로 필요로 할 수 있다는 것도 인지하고 있다. 이것은 일부 화합물이 다른 화합물보다 더 안정적이어서 그들을 분해하는 데에 더 높은 전력이 요구된다는 사실에 기인한다. 이 문제는 플라즈마 플레어로 공급되고 그 다음 플라즈마 토치의 작동 전력을 변화시키게 되는 전류 및 소스 가스의 양을 변화시킴으로써 해결됨으로써, 토치를 각기 다른 가스의 처리에 사용할 수 있게 한다.

일본 공개 특허 공보 제2006-303605호에는 토치의 시동 단계 동안과 그 다음 작동 동안에 플라즈마 토치로 공급되는 전류를 플라즈마 플룸 부근의 구성요소들의 온도에 따라 제어하는 방법이 개시되어 있다.

플라즈마 토치로의 전력 공급은 높은 전력 소비로 인해, 그리고 애노드의 침식 및 분말 침착으로 인한 전력 소비량의 변동으로 인해 문제가 될 수 있다. 따라서, 플라즈마 토치로 공급되는 전력을 제어하고 배출 가스 스트림을 처리하기 위한 개선된 기술을 제공하는 것이 바람직하다.

제 1 양태에 따르면, 가스 처리 시스템의 플라즈마 토치 - 이 플라즈마 토치는 적어도 2 개의 처리 챔버로부터 받는 배출 가스를 처리하도록 구성됨 - 에 전력을 공급하도록 구성된 전원 공급 장치에 의한 전력 출력을 제어하는 방법이 제공되는 바, 이 방법은 상기 플라즈마 토치에 배출 가스 스트림을 현재 공급하고 있는 다수의 처리 챔버를 표시하는 것을 포함하는 적어도 하나의 입력 신호를 수신하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 입력 신호에 응답하여, 상기 플라즈마 토치에 공급되는 플라즈마 소스 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 신호를 출력함으로써 상기 전원 공급 장치에 의한 상기 전력 출력을 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명은 전원 공급 장치에 의해 플라즈마 토치로 공급되는 전력을 변동시키는 것이 바람직할 수 있는 경우가 있음을 인지하고 있다. 이와 관련하여, 플라즈마 토치는 특정 전력 한계 사이에서 작동해야 하는데, 너무 낮은 전력 입력은 풀룸의 소멸(quenching)을 야기하는 반면, 너무 높은 전력 입력은 플라즈마 토치의 전극을 손상시킬 수 있으며 전원 공급 장치의 성능을 넘어설 수 있다. 이러한 이유로, 많은 플라즈마 토치는 플룸을 발생시키기에 충분하지만 토치를 손상시키지는 않는 일정한 전력에서 작동된다.

하나의 플라즈마 토치로 처리되는 처리 챔버가 다수인 경우에는 특별한 문제가 발생한다. 이러한 배치는 챔버 당 하나의 토치를 갖는 시스템에 비해서 하드웨어적 요구 사항과 서비스 요구 사항이 줄어든다는 이점을 가지지만, 그러한 토치의 전력 요건은 높으므로, 모든 처리 챔버를 처리하기에 충분한 일정한 전력으로 토치를 작동시키는 것은 전력 측면에서 비싸다. 낮은 전력을 언제 받아들일 수 있는지를 결정할 수 있고 그러한 상황을 검출해서 전원 공급 장치에 의한 전력 출력을 자동으로 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.

예를 들어, 플라즈마 토치에 배출 가스를 공급하는 처리 챔버가 다수 있는 경우, 그 챔버들 모두가 현재 가동 상태에 있지 않고 어쩌면 그들 중 하나 이상일 수 있는 부분 집합만이 현재 가동 상태에 있는 경우가 있을 수 있는데, 그러하기 때문에, 플라즈마 토치가 처리하는 배출물의 양은 상당히 변동될 수 있다. 플라즈마 토치에 배출 가스 스트림을 현재 공급하고 있는 처리 챔버의 수를 나타내는 입력 신호를 수신하기는 토치에 공급되는 전력을 언제 감소시킬 수 있는지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 전원 공급 장치로의 전력 출력은 전원 공급 장치에 의한 전류 및/또는 전압 출력의 레벨을 변동시키는 등의 여러 가지 방법으로 변동시킬 수 있지만, 플라즈마 소스 가스의 유량을 제어함으로써 전력을 제어하는 것이 유리할 수 있는데, 이러한 제어는 전극들 사이의 저항을 제어하게 되며 전력 출력을 제어하는 효과적인 방법이기 때문에 그렇다.

따라서, 플라즈마 토치가 하나 초과한 처리 챔버를 처리하는 경우, 플라즈마 토치에 배출 가스를 현재 공급하고 있는 처리 챔버의 개수를 나타내는 신호가 제공되면 바람직한데, 이는 플라즈마 토치에 의한 전력 출력의 제어에 사용될 수 있기 때문에 그렇다. 많은 챔버들로부터 나오는 배출물을 처리하는 플라스마 토치는 필연적으로 비교적 많은 양의 전력을 소비하게 되는데, 전력 소비를 줄일 수 있다는 것은 경우에 따라서는 아주 유리할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 다수의 처리 챔버들을 나타내는 것을 포함하는 상기 적어도 하나의 입력 신호는 상기 처리 챔버들 각각으로부터 수신된 신호를 포함한다.

배출물을 현재 공급하고 있는 처리 챔버의 개수 표시는 여러 가지 방법으로 결정될 수 있으며, 처리 챔버들 각각으로부터 받는 신호로부터 결정될 수 있다. 신호는, 대응하는 처리 챔버로부터 배출물을 공급하는 펌프가 현재 운전 중인지 여부를 나타내는 신호; 및/또는 처리 챔버와 관련된 우회 밸브가 현재, 배출 가스를 그 처리 챔버로부터 플라즈마 토치로 공급하는 위치에 있는지, 혹은 플라즈마 토치를 우회해서 배출 가스를 배출시키는 위치에 있는지 여부를 나타내는 신호; 및/또는 처리 챔버에서 일어나고 있는 현재의 처리를 표시하기 - 이 표시는 처리 챔버가 현재 배출물을 발생시키고 있는지 여부를 나타낼 수 있음 - 를 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 처리 챔버들 각각은 우회 밸브를 포함하고, 상기 우회 밸브는 제 1 상태에서는 상기 배출물을 상기 대응하는 처리 챔버로부터 상기 플라즈마 토치로 공급하되 제 2 상태에서는 상기 배출물을 상기 플라즈마 토치에 공급하지 않도록 구성되며, 상기 방법은 상기 우회 밸브들 중 적어도 하나를 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 신호를 출력하는 추가 단계를 포함한다.

일부 실시예들에서, 상기 방법은 전원 공급 장치에 의한 전력 출력을 제어하는 것 외에, 다수의 처리 챔버들 중 하나가 현재 어떤 배출 가스도 발생시키지 않고 있다는 것이 검출된 때에 그 챔버에 의해 산출된 가스들은 모두 배출될 수 있도록, 각 처리 챔버와 관련된 우회 밸브의 상태를 추가로 제어할 수 있다. 이러한 추가 제어는 플라즈마 토치에 의한 전력 출력을 감소시킬 뿐만 아니라 다른 처리 챔버에 의해 산출된 배출물의 희석을 감소시키기도 하는데, 이는 희석이 가스 처리의 효능을 감소시키므로 유리하다.

일부 실시예들에서, 작동 상태와 비작동 상태 사이에서 전환되는 다수의 펌프들 중 적어도 하나를 결정한 것에 응답하여, 상기 펌프가 작동하지 않을 때에는 상기 대응하는 적어도 하나의 우회 밸브가 배출물을 상기 플라즈마 토치에 공급하지 않도록, 상기 대응하는 적어도 하나의 우회 밸브를 상기 제 1 상태와 상기 제 2 상태 사이에서 전환되도록 제어한다.

또한, 처리 챔버가 유휴 상태에 있기 때문에 그 처리 챔버로부터 플라즈마 토치로 배출물을 공급하는 펌프들 중 하나가 비작동 상태로 되는 경우, 배출 위치로 전환되는 우회 밸브는 처리 챔버 내에서 발생하는 압력 상승을, 이 압력 상승은 처리 챔버로부터 그 처리 챔버의 유입부 쪽으로의 가스 역류를 야기할 수 있음, 방지하거나 적어도 감소시킨다.

다른 실시예들에서, 우회 밸브를 제어하기 위한 신호는 유휴 상태와 작동 상태 사이에서 전환되는 적어도 하나의 처리 챔버를 결정하는 것에 응답하여 출력된다.

일부 실시예들에서, 상기 방법은 상기 배출 가스 스트림을 처리하기 위한 시약(reagent)의 유량을, 상기 플라즈마 토치에 배출물을 현재 공급하고 있는 상기 다수의 처리 챔버들에 의존하여, 제어하기 위한 추가 제어 신호를 출력하는 추가 단계를 포함한다.

일부 경우에서, 플라즈마에 더하여 시약도 배출 가스 흐름을 처리하는 데 사용할 수 있다. 예를 들어, 화학 물질을 산화시키기 위해 산소 등의 화학 물질과 수증기가 첨가될 수 있는데, 그 첨가되는 양을, 요구되는 화학 양론에 맞추기 위해, 현재 배출물을 공급하고 있는 처리 챔버들의 개수의 함수로서 변동시킬 있으면 유리하다. 이는 NO_x 배출량과 운전비용을 줄일 수 있으며, 방출되는 유해 화학 물질의 양과 플라즈마 토치의 부품들 및 플라즈마 토치의 하류 부분들의 수명 모두에 유익한 영향을 미친다.

일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 토치는 적어도 2 개의 애노드를 포함하며, 상기 플라즈마 소스 가스는 상기 플라즈마 토치 내의 적어도 두 지점에 적어도 두 개의 플라즈마 소스 가스 스트림 형태로 해서 상기 플라즈마 토치로 공급되고, 상기 플라즈마 소스 가스 스트림의 상기 유량을 제어하는 상기 단계는 상기 적어도 두 개의 플라즈마 소스 가스 스트림 각각의 유량을 독립적으로 제어하는 것을 포함한다.

플라즈마 토치는 하나 이상의 애노드를 포함할 수 있고, 이 때 소스 가스 유동은 각각의 애노드 위에서 플라즈마 토치로 도입된다. 각각의 가스 유동에 있어서의 변화는 각기 다른 효과를 나타내는데, 이온화가 일어나는 가스 유동은 공급되는 전력에 영향을 미치고, 플룸 주위의 가스 유동은 플라즈마 토치 플룸을 안정화시켜서 부품들을 보호하는 데 도움이 된다. 두 개의 가스 유동이 작동에 상이하게 영향을 미치기 때문에, 두 개의 가스 유동을 입력 신호에 따라 독립적으로 제어하는 것이 유리할 수 있다. 이와 관련하여, 이온화되고 플룸을 공급하는 소스 가스 유동은 토치에 의해 소비되는 전력을 제어하기 위해 제어되는 것이다.

일부 실시예들에서, 플라즈마 토치로의 전류 출력, 플라즈마 토치로의 전압 출력, 및 플라즈마 토치에 공급되는 플라즈마 소스 가스의 유량 중 적어도 하나를 포함하는 추가 입력 신호를 수신하고 모니터하는 것이 바람직할 수 있다. 이들 양 각각은 전력 장치에 의한 현재의 전력 출력의 표시를 제공하며, 특정 상황에서는 변경될 수 있으므로, 이들을 모니터하는 것이 바람직할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 전원 공급 장치는 사전에 결정된 실질적으로 일정한 DC 전류를 상기 플라즈마 토치에 공급하도록 구성된다.

실질적으로 일정한 DC 전류를 공급받는 플라즈마 토치를 구비하는 것이 유리할 수 있다. DC 전원 공급 장치는 AC 전원 공급 장치와 동일한 부하 정합 요건을 갖지 않아서 제조하기가 더 간단하고 구현 비용이 대체로 더 저렴하다는 이점을 갖는다. DC 전원 공급 장치가 사용되는 경우, 플라즈마 플룸을 유지하기 위해 전극에 일정한 전류가 공급될 수 있다. 이러한 경우, 플라즈마 토치에 공급되는 소스 가스의 유량을 변동시킴으로써, 저항이 변동될 것이고, 전류가 일정하게 유지되는 경우에는 공급되는 전력도 또한 예측 가능하게 변동될 것이다. 플라즈마 토치에 공급되는 사전에 결정된 값의 일정한 전류 제어가 필요한 경우에, 공급되는 전력의 추가 제어가 달성될 수 있다. 이러한 제어는, 플라즈마 토치의 특성이 시간이 지남에 따라 변하고, 그 결과 전력을 요구되는 한계 이내로 유지하는 것이 소스 가스의 유량을 단순히 변동시키는 것에 의해서는 불가능할 수 있으며 다른 전류가 요구되는 경우에, 필요할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 적어도 하나의 입력 신호는 상기 전원 공급 장치에 의한 상기 전력 출력을 나타내는 신호를 포함하고, 상기 방법은 상기 전력 출력의 변화를 모니터하는 추가 단계와, 상기 변화가 상기 전원 공급 장치에 의한 전력 출력을 사전에 결정된 한계를 벗어나게 하는 경우, 상기 전원 공급 장치에 의한 전력 출력을 상기 사전에 결정된 한계 이내에 있도록 조정하는 제어 신호를 출력하는 단계를 포함한다.

플라즈마 토치의 요구 전력은 또한 손상되거나, 부식되거나, 그리고/또는 분말 침착을 겪을 수 있는 플라즈마 토치의 애노드에서의 시간 경과에 따른 변화에도 영향을 받는다. 이는 정전류 전원 공급 장치에서는 특정 전류를 발생시키는 데 필요한 전압 레벨의 변화를 초래하거나, 정전압 전원 공급 장치에 있어서는 정전압에 의해 발생되는 전류의 변화를 초래한다. 전력 레벨의 변화를 모니터함으로써 전력 제어 시스템은 전원 공급 장치에 의해 소비되는 전력이 사전에 결정된 한계를 벗어나는지를 알 수 있게 되고, 이 경우, 전력 출력은 몇몇 경우에서는 소비되는 전력을 원하는 레벨 이내로 되돌리기 위해 플라즈마 소스 가스의 유량을 조정함으로써 조정될 수 있다.

일부 실시예들에서, 전원 공급 장치에 의한 전력 출력을 조정하기 위한 제어 신호를 출력하기 전에, 상기 방법은 상기 플라즈마 소스 가스의 유량을 조정함으로써 상기 전력을 조정하는 것이 상기 유량을 사전에 결정된 유량 한계를 벗어나게 하는지 여부를 결정하는 추가의 단계와, 그렇게 벗어나게 하는 경우에는, 상기 전력 출력이 상기 사전에 결정된 전력 한계 이내에 들도록 상기 전원 공급 장치에 의한 상기 전류 또는 전압 출력의 레벨을 조정하기 위한 제어 신호를 출력하는 단계를 포함한다.

플라즈마 토치에 의해 공급되는 전력은 플라즈마 소스 가스의 유량을 조정함으로써 특정 양으로만 변동될 수 있는데, 이는 상기 유량이 변동될 때 넘어서지 않아야 할 한계가 있으며 한계를 벗어나게 되면 플라즈마 플레어가 소멸되는 등의 작동상의 문제가 초래될 수 있기 때문에 그렇다. 따라서, 특정 지점에서, 전력을 사전에 결정된 한계 이내로 유지하기 위해서는, 전력이 사전에 결정된 한계 이내로 유지될 수 있게 전류 및/또는 전압 출력을 변화시킴으로써 전원 공급 장치에 의한 전력 출력을 변경하는 것이 바람직할 수 있고 그리고/또는 요구될 수 있다. 전원 공급 장치가 정전류 전원 공급 장치인 경우, 정전류는 실질적으로 일정한 다른 값으로 변동되는 반면, 정전압 전원 공급 장치인 경우, 변경되는 것은 일정한 값의 전압이다.

일부 실시예들에서, 상기 방법은 상기 전원 공급 장치에 의한 상기 전류 출력 또는 상기 전압 출력 중 하나가 적어도 하나의 사전에 결정된 값에 도달했다는 결정에 응답하여 애노드 검사 신호를 출력하는 추가 단계를 포함한다.

소스 가스 유량의 변화가 더 이상 충분하지 않으므로 전원 공급 장치의 정전류 레벨 또는 정전압 레벨을 변경함으로써 전력 레벨의 변화가 보상된 경우, 이는 애노드의 침식 또는 애노드로의 분말 침착이 플라즈마 토치 기능의 상당한 변화를 야기한다는 표시이며, 애노드를 세정 또는 교체가 필요할 수 있으므로 검사하는 것이 좋을 수 있다. 이와 관련하여, 플라즈마 토치 조작자가 플라즈마 토치의 전력 소비량을 인지하여 그 전력 소비량을 시간 경과에 따라 과도하게 변동되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2 양태는 프로세서에 의해 실행되는 때에 상기 프로세서를 본 발명의 제 1 양태에 따른 방법에 있어서의 단계들을 수행하도록 제어할 수 있게 실시될 수 있는 컴퓨터 프로그램을 제공한다.

본 발명의 제 3 양태는 저감 시스템의 플라즈마 토치에 전력을 공급하도록 구성된 전원 공급 장치에 의한 전력 출력을 제어하는 제어기를 제공하는 바, 이 제어기는 상기 플라즈마 토치에 배출물을 현재 공급하고 있는 다수의 처리 챔버를 표시하는 것을 포함하는 적어도 하나의 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력부; 상기 적어도 하나의 입력 신호에 의존해서 적어도 하나의 제어 신호를 발생시키도록 구성된 로직, 여기서 상기 적어도 하나의 제어 신호는 상기 플라즈마 토치에 공급되는 플라즈마 소스 가스의 유량을 제어함으로써 상기 전원 공급 장치에 의한 상기 전력 출력을 제어함; 및 상기 발생된 제어 신호를 출력하는 출력부를 포함한다.

일부 실시예들에서, 상기 전원 공급 장치는 사전에 결정된 실질적으로 일정한 DC 전류를 공급하도록 구성된다.

상기 전원 공급 장치는 AC 전원 공급 장치나 혹은 DC 전원 공급 장치일 수 있지만, DC 전원 공급 장치를 사용하는 것이 유리할 수 있다. DC 전원 공급 장치는 일반적으로 더 간단하고 저렴하며, 전력 신호의 반사를 피하기 위해 부하를 정합시키는 것을 필요로 하지 않는다.

일부 실시예들에서, 제어기 내의 상기 로직은 본 발명의 제 2 양태에 따른 컴퓨터 프로그램을 포함하는 프로그램 가능 제어 로직을 포함한다. 대안적으로, 제어기 내의 상기 로직은 하드웨어로 구현될 수 있다.

본 발명의 제 4 양태는 다수의 처리 챔버들로부터 나오는 가스 스트림을 처리하는 가스 스트림 처리 장치를 제공하는 바, 이 가스 스트림 처리 장치는, 전기 에너지에 의해 작동될 때에 소스 가스로부터 플라즈마 플룸을 발생시키는 플라즈마 토치; 상기 플라즈마 토치에 전기 에너지를 공급하는 전원 공급 장치; 상기 플라즈마 토치로 들어가는 플라즈마 소스 가스의 유량을 조절하는 유량 조절기; 및 상기 전원 공급 장치에 의한 전력 출력을 제어하는, 본 발명의 제 3 양태에 따른 제어기를 포함한다.

일부 실시예들에서, 상기 유량 조절기는 유입 채널 및 배출 채널, 여기서 상기 유입 채널은 유입 매니폴드와 유체 연통되고 상기 배출 채널은 배출 매니폴드와 유체 연통됨; 상기 유입 매니폴드로부터 상기 배출 매니폴드까지 이어지는 복수의 유동 채널; 및 상기 제어기로부터 수신된 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 유동 채널 중 하나 이상을 폐색시키도록 상기 유입 매니폴드 또는 상기 배출 매니폴드 중 하나의 내부에서 이동할 수 있게 동작될 수 있는 이동 가능한 폐색 부재 - 여기서 상기 폐색 부재의 이동은 상기 플라즈마 소스 가스를 상기 유입 채널로부터 상기 배출 채널로 유동시키는 데 이용되는 다수의 채널을 변동시키도록 동작됨으로써 상기 플라즈마 토치에 공급되는 상기 소스 가스의 유량을 변동시킴 - 를 포함한다.

플라즈마 가스의 유량을 간단하고 효과적이며 저렴하면서도 정확하게 제어하는 방법은, 유입 매니폴드와 배출 매니폴드 사이에 복수의 유동 채널들을 갖는 장치를 사용하여, 상기 채널들의 폐색 또는 개방이, 유체 유동에 사용 가능하며 그에 따라 유체 유량에 사용 가능한 유효 단면적에 영향을 미치도록 하는 것이다. 또한 유량을 이러한 방식으로 제어하는 것은 본질적으로 반복 가능하여, 시간 경과에 따른 정확도가 향상된다.

상기 매니폴드들 사이의 채널들은 다수의 형태를 가질 수 있지만, 일부 실시예들에서는 그 채널들은 평행한 채널이고, 일부 경우에서 그 채널들은 동일한 단면적을 가질 수 있는 반면에 다른 경우에서는 상이한 단면적을 가질 수 있다. 이와 관련하여, 채널의 단면적은 채널을 통해서 유동하는 가스의 양에 영향을 미치므로, 각기 다른 단면을 갖는 채널들을 구비하게 되면 어느 채널이 폐색되는지에 따라 정확도를 달리하면서 유량을 변경할 수 있게 된다. 그러나 동일한 단면적의 채널들을 구비하게 되면 유체 유량을 비례 방식으로 제어하는 간단하고 효과적인 방법이 제공된다. 이것은 요구 전력의 변화가 온라인 또는 오프라인으로 되는 하나 이상의 처리 챔버로 인해 비례하여 변동될 수 있는 경우에 유리할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 유량 조절기는 상기 폐색 부재의 이동을 제어함으로써 폐색되는 채널의 개수를 제어하는 스테퍼 모터를 포함한다.

채널을 폐색하기 위해 직선형으로 움직이는 폐색 부재는 제어 신호에 응답하여 조절되는 유량을 간단히 제어할 수 있게 하는 스테퍼 모터에 의해 제어될 수 있다.

일부 실시예들에서, 플라즈마 토치에 시약이 투입될 수 있고, 플라즈마 토치에 배출물을 현재 공급하고 있는 처리 챔버의 개수에 따라 플라즈마 토치에 투입되는 시약의 양을 조절하는 데 유량 조절기도 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 채널의 개수가 챔버 개수 또는 챔버 개수의 배수와 같고, 따라서 각각의 새로운 챔버가 온라인으로 될 때에는 하나의 새로운 채널 또는 다수의 새로운 채널이 개방되고, 챔버가 오프라인이 될 때에는 하나의 대응하는 채널 또는 다수의 채널이 닫히게 되면 유리할 수 있다. 이러한 방식에서, 토치에 공급되는 시약의 양은 작동되는 챔버의 개수에 비례하는 방식으로 변동시킬 수 있다. 유사한 시스템이 플라즈마 소스 가스 유동에 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 토치는 대응하는 복수의 처리 챔버로부터 나오는 배출 가스 스트림을 받기 위한 복수의 유입부를 포함한다.

일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 토치는 4 개의 처리 챔버로부터 나오는 배출 가스 스트림을 받기 위한 4 개의 유입부를 포함한다.

일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 토치는 원통형 애노드와, 상기 원통형 애노드 내에 적어도 일부가 위치하는 캐소드를 포함하며, 상기 전원 공급 장치는 상기 원통형 애노드에 전기 신호를 공급한다.

일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 토치는 복수의 플라즈마 소스 가스 유입부를 갖는 복수의 애노드를 포함하고, 각각의 플라즈마 소스 가스 유입부에 공급되는 플라즈마 소스 가스는 유량 조절기에 의해 제어된다.

본 발명의 제 5 양태는 유체의 유동을 조절하는 유량 조절기를 제공하는 바, 이 유량 조절기는 유입 채널 및 배출 채널, 여기서 상기 유입 채널은 유입 매니폴드와 유체 연통되고 상기 배출 채널은 배출 매니폴드와 유체 연통됨; 상기 유입 매니폴드로부터 상기 배출 매니폴드까지 이어지는 복수의 유동 채널; 및 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 유동 채널 중 하나 이상을 폐색시키도록 상기 유입 매니폴드 또는 상기 배출 매니폴드 중 하나의 내부에서 이동할 수 있게 동작될 수 있는 이동 가능한 폐색 부재 - 여기서 상기 폐색 부재의 이동은 상기 유체를 상기 유입 채널로부터 상기 배출 채널로 유동시키는 데 이용되는 다수의 채널을 변동시키도록 동작됨으로써 상기 유량 조절기로부터 공급되는 상기 유체의 유량을 변동시킴 - 를 포함한다.

일부 실시예들에서, 상기 유량 조절기의 상기 복수의 채널들은 실질적으로 평행한 채널이다.

일부 실시예들에서, 상기 복수의 채널들은 실질적으로 동일한 단면적을 가지지만, 다른 실시예에서는 상이한 단면적들을 갖는다.

일부 실시예들에서, 상기 폐색 부재는 상기 유입 매니폴드 또는 배출 매니폴드 중 하나 내에서 직선형으로 움직이도록 동작할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 유량 조절기는 상기 폐색 부재의 이동을 제어함으로써 폐색되는 채널의 개수를 제어하는 스테퍼 모터를 추가로 포함한다.

또 다른 특정 및 바람직한 양태들은 첨부된 독립 청구항 및 종속 청구항에 기재되어 있다. 종속 청구항들의 특징들은 독립 청구항들의 특징들과 적절히 조합될 수 있고, 그리고 청구범위에 명시적으로 기재된 것들 이외의 것들과 조합될 수 있다.

하나의 장치 특징이 하나의 기능을 제공하도록 실시될 수 있다는 것으로 설명되는 경우, 이는 그 기능을 제공하거나 그 기능을 제공하도록 적합화 또는 구성되는 장치 특징을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

이제부터는 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 아래와 같은 첨부된 도면을 참조하여 더 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 가스 처리용 플라즈마 토치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 토치 및 일 실시예에 따른 제어기를 포함하는 저감 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 플라즈마 토치에 전력을 공급하는 전력 공급 유닛의 전압 및 전류가 소스 가스 유량에 따라 어떻게 변화하는지를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 제어 시스템의 입력 및 출력 신호를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 2 개의 소스 가스 유입부를 갖는 이중 애노드 플라즈마 토치를 도시하는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 다수의 처리 챔버로부터 플라즈마 토치로의 다수의 유입부를 도시하는 도면이다.
도 7은 4 챔버 식각을 위한 전력 변조를 보이며, 유량의 변화가 플라즈마 토치의 전원 공급 장치로의 전력 입력에 어떻게 영향을 미치는지를 보이는 도면이다.
도 8은 플라즈마 토치에 공급되는 전력을 입력된 공정 온라인 신호의 함수로서 자동 제어하는 방법에 있어서의 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 소스 가스 또는 시약을 조절하는 비례 유동 튜브 유량 조절기를 도시하는 도면이다.
도 10은 애노드 침식으로 인한 전압 변동이 있는 경우에 조절된 고정 전력을 달성하기 위해 수행되는 단계들을 도시한 흐름도이다.

도 1은 일 실시예에 따른 가스 처리용 플라즈마 토치(10)를 도시하고 있다. 플라즈마 토치(10)는 DC 전원 공급 장치(90)로부터 실질적으로 일정한 전류를 공급받는 캐소드 및 애노드를 구비한다. 불활성 소스 가스(70)가 캐소드와 애노드 사이에서 흐르고, 이들 전극 사이의 전기장은 가스를 이온화하고 플라즈마 플룸을 형성하는 불활성 가스를 통한 전기 방전을 일으킨다. 플라즈마 플룸의 중심부 온도는 4,000℃ 내지 6,000℃일 수 있다. 예를 들어 반도체 식각 공정에서 처리 챔버로부터 배출된 처리 가스(25)와 마찬가지로 시약(20)이 플라즈마 플룸에 투입된다. 가스들과 플라즈마가 혼합 영역(30)을 통과하고, 이 혼합 영역에서 시약(20)과 처리 가스(25)와 플라즈마 플룸이 혼합된다. 플라스마 플룸의 높은 온도와 시약의 존재로 인해 처리 가스 내의 화학 물질이 반응하거나 분해되어 덜 유해하거나 덜 오염시키는 다른 화학 물질을 형성한다. 이러한 방식으로, 처리 챔버에서 배출되는 배출물 처리 가스를 처리하여 온실 가스 및 유독 가스를 제거할 수 있다.

처리 가스를 효과적으로 처리하고 애노드의 손상을 줄이기 위해서는, 시약의 양은 처리될 처리 가스의 양과 반응하는 데 필요한 양에 상응하도록 조절되어야 한다. 마찬가지로, 정전류 DC 전원 공급 장치에 의해 공급되는 전력이 제어되도록 하고 처리 가스의 과도한 희석이 줄어들도록 하기 위해 불활성 가스의 유량도 제어되어야 한다.

플라즈마 토치(10)에서 받아들이는 처리 가스(25)는 다수의 처리 챔버로부터 받아들여질 수 있다. 이와 관련하여, 처리 챔버로부터 배출된 배출물 또는 처리 가스는 처리할 필요가 있게 되며, 각각의 처리 챔버에 그 자체의 플라즈마 토치를 제공함에 있어서는 하드웨어, 서비스 제공, 및 제어 측면의 간접비가 상당해진다. 하나의 토치에 다수의 챔버로부터 나오는 배출물을 처리하기에 충분한 전력을 제공하는 것이 이러한 간접비를 줄이는 효과적인 방법이 될 수 있다. 그러나, 전원 공급 장치에 의한 전력 출력이 효과적으로 제어될 수 없다면, 그러한 해결책은 전력 소비 간접비가 상당해진다.

도 2는 다수의 챔버(40, 42) 각각이 배출 가스를 우회 밸브(50, 52)를 통해 플라즈마 토치(10)로 공급하는 실시예를 도시하고 있다. 시약이 유입부(60)를 통해 투입되고, 공급되는 시약의 양은 유량 조절기(62)에 의해 제어된다.

플라즈마 토치(10)에 공급하는 챔버가 다수 있는 경우에는, 어느 시점에서도 플라즈마 토치에 공급되는 배출물의 양의 변동이 상당할 수 있으며, 각 챔버들의 처리 사이클이 동기화되지 않아서 어느 시점에서도 하나 이상이 유휴 상태에 있게 되어 현재 배출물을 공급하지 않게 되어 있을 수 있는 경우에는 특히 그러하다. 따라서 플라즈마 토치의 고성능을 유지하고 불필요한 전력 소비를 줄이기 위해서는 플라즈마 토치에 공급되는 전력을 신중하게 제어하는 것이 필요하다.

이 실시예에서, 플라즈마 토치(10)에 공급되는 소스 가스(70)의 양은 유량 조절기(72)에 의해 제어된다. 제어 로직(80)이 유량 조절기(72)를 사전에 결정된 유량을 공급하게 제어한다. 이 사전에 결정된 유량은 작동하는 처리 챔버의 수에 따라 변한다. 이 실시예에서, 전원 공급 장치(90)는 실질적으로 일정한 DC 전류를 플라즈마 토치(10)에 공급하도록 구성된다. 소스 가스의 유량을 제어하면 전극들 간의 저항과 소비되는 전력량이 제어된다. 따라서, 제어기(80)는 소스 가스(70)의 유량을 제어함으로써, 플라즈마 토치에 의해 소비되는 전력을 제어한다. 유사하게, 정전압에 전원 공급 장치에 있어서는, 유량 제어가 저항을 변화시킬 것이고 그에 따라 정전압에 의해 발생되는 전류를 변화시키게 되는데, 이러한 방식으로 소스 가스 유량을 제어함으로써 전원 공급 장치에 의한 전력 출력이 제어될 것이다.

제어 로직(80)은 처리 챔버(40, 42)로부터 신호를 수신하고, 그들 신호로부터, 상기 처리 챔버들이 현재 작동 중인지 그리고/또는 처리 사이클의 어느 부분에 현재 처해 있는지를 결정한다. 필요 전력을 결정하고 소스 가스의 유량을 유량 조절기를 통해 제어하는 데 이들 신호를 이용한다. 제어 로직(80)은 또한 처리 챔버들의 작동 상태에 따라 우회 밸브(50, 52)를 제어할 수 있게 구성되어서, 처리 챔버들이 처리가 요구되는 배출 가스를 발생시키지 않고 있는 경우에는 산출될 수 있는 임의의 다른 가스가 배출될 수 있도록 한다. 이는 이들 임의의 다른 가스가 처리가 필요한 배출 가스를 희석시키는 것을 방지한다.

주지한 바와 같이, 제어 로직(80)은 어느 처리 챔버가 현재 유휴 상태인지 그리고 어느 신호가 처리 챔버로부터 받은 신호가 아닌지를 결정할 수 있고, 제어기는 이에 응답하여 우회 밸브(50, 52)에 제어 신호를 보내어서, 처리 챔버가 현재 작동하지 않고 있을 때에는 우회 밸브가 처리 챔버와 플라즈마 토치의 배출구(12) 사이에 유동 경로를 생성하게끔 설정되도록 해서, 비작동 처리 챔버로부터는 가스가 모두 배출되어 플라즈마 토치로 가지 않도록 한다. 이는 현재 일어나고 있는 처리가 없어서 처리가 필요한 가스가 없기 때문에 용인될 수 있는 것이다. 플라스마 토치의 한 가지 특징은, 처리할 가스의 희석으로 그의 효과가 달라지므로, 처리가 필요하지 않은 가스를 플라즈마 플룸 안으로 주입하게 되면 처리되어야 할 가스의 희석이 야기되어 토치의 효율이 떨어지게 된다는 것이다. 따라서, 처리 챔버가 작동하지 않을 때에는 가스를 처리 챔버로부터 토치를 우회하게 하는 우회 밸브를 제공함으로써 다중 챔버 저감 시스템의 효율을 상당히 증가시킬 수 있다. 또한, 우회 밸브는 처리 챔버 내에서 증강되는 압력을 완화시킬 수 있고, 가스가 처리 챔버로부터 가스 유입부 쪽으로 역류할 가능성을 줄여줄 수 있다. 처리 챔버로부터 수신된 신호에 기초한 이들 우회 밸브들에 대한 자동 제어를 제공함으로써 효과적이고 효율적인 시스템이 제공된다.

이 실시예에서, 소스 가스(70)의 유량은 얼마나 많은 처리 챔버(40, 42)가 현재 가동 상태인지에 따라 유동 조절기(72)에 의해 제어된다. 이와 관련하여, 표시를 용이하게 하기 위해 2 개의 처리 챔버만 보이고 있지만, 하나의 플라즈마 토치에 배출물을 각각 공급하는 처리 챔버가 상당히 더 많이 있을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 제어 로직(80)은, 각각의 처리 챔버들로부터 받은 신호 및/또는 우회 밸브(50, 52)로부터 받은 신호로부터, 어느 챔버가 배출 가스를 플라즈마 토치에 공급하고 있는지를 결정하고, 그에 따라 소스 가스의 유량을 조정한다. 이와 관련하여, 처리 챔버들은 처리 사이클 중의 그들의 현재 지점의 표시를 송신하거나 또는 가스를 챔버로 펌핑하는 펌프로부터의 표시를 송신하거나, 또는 우회 밸브들로부터 그들의 상태를 나타내는 신호가 수신될 수 있다. 이와 관련하여, 우회 밸브들은 처리 챔버와 관련된 제어 로직에 의해 제어될 수 있고, 이 경우 배출 가스가 플라즈마 토치로 보내지는지 여부를 나타내는 그들의 상태가 제어기로의 입력으로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 우회 밸브들 자신은 처리 챔버의 처리 상태를 나타내는 다른 신호들을 처리 챔버들로부터 수신하고 있는 전원 공급 장치를 제어하는 제어기에 의해 제어된다. 어느 경우에서도, 어느 챔버가 현재 배출 가스를 플라즈마 토치로 공급하고 있는지를 나타내는 수신된 신호는 제어기에 의해 사용되어, 플라즈마 토치로 유동하는 소스 가스의 필요 유량이 결정되고 이 방식에서는 토치에 공급되는 전력이 결정된다. 이러한 전력 제어 능력은 전력 소비량을 줄이고, 시스템의 효율을 향상시킨다.

도 3a는 전압이 상이한 출력 전류를 갖는 소스 가스의 유량에 따라 어떻게 변화하는지를 개략적으로 도시하고 있다. 따라서, 소스 가스의 유량이 증가함에 따라, 전류를 유지하는 데 필요한 전압도 또한 초기에는 증가하다가, 특정 지점에서 멈추게 된다. 도 3b는 소스 가스의 상이한 유량들에 대해서 전압이 전류에 따라 어떻게 변화하는지를 보이는 상기와 유사한 그래프를 도시하고 있다. 알 수 있는 바와 같이, 소스 가스 유량이 증가함에 따라, 동일한 전류를 발생시키는 데 더 높은 전압이 필요한 반면, 동일한 소스 가스 유량에 있어서는 전류가 증가함에 따라 전압이 떨어진다. 전류가 증가함에 따라 전압이 떨어지는 이러한 양상은 플라즈마 토치로의 전력 공급을 전압과 전류만으로는 제어하기 어렵게 만드는데, 이는 소스 가스 유량의 변화를 제어하는 것이 왜 효과적인 제어 수단이 될 수 있는지에 대한 이유가 된다.

도 4는 도 2의 제어기(80)를 좀 더 상세하게 개략적으로 도시하고 있다. 제어기(80)는 다수의 입력 신호를 수신하고 다수의 제어 신호를 출력한다. 이 실시예에서, 제어기는 플라즈마 토치로 전달되는 불활성 소스 가스의 유량을 나타내는 입력 신호를 수신하고, 또한 배출 가스를 플라즈마 토치로 공급하는 다수의 처리 챔버로부터 입력 신호를 수신한다. 입력 신호는 처리 챔버 펌프가 켜져 있는지 여부 및/또는 처리가 현재 유휴 상태인지 여부를 나타낸다. 제어기는 또한 전원 공급 장치가 출력하는 현재의 전압 및 전류를 나타내는 전압 및 전류 신호를 전원 공급 장치로부터 수신한다. 제어기는 이 입력 신호들을 처리하여서, 그로부터 우회 밸브를 제어하는 출력 제어 신호를, 즉 상이한 처리 챔버들로부터 나온 배출물이, 대응하는 처리 챔버들이 유휴 상태일 때 그리고/또는 그 챔버들의 펌프가 작동하지 않을 때에는, 플라즈마 토치로 전달되지 않도록 우회 밸브를 제어하는 출력 제어 신호를, 발생시킨다. 제어기는 또한 플라즈마 토치에 공급되는 소스 가스의 유량을 현재 작동하는 챔버의 수에 따라 제어한다. 일부 실시예들에서, 제어기는 또한 플라즈마 토치에 공급되는 시약 가스의 유량을 현재 작동하는 챔버의 수에 따라 제어한다.

일부 실시예들에서, 제어기는 또한 전원 공급 장치에 의해 공급되는 전압 및/또는 전류를 제어할 것이다. 소스 가스의 유량 제어가 전력을 요구된 한계 내로 제어하기에 충분하지 않은 일부 경우에서, 제어기는 전원 공급 장치에 의한 전력 출력을 전압 또는 전류 출력 중 적어도 하나를 변경함으로써 제어할 것이다. 이와 관련하여, 전력을 요구된 한계 범위 내로 유지하기 위해 변경되는 것은, 이 실시예에 도시된 것과 같은 정전류 전원 공급 장치의 경우에서는, 전류가 될 것이다.

도 5는 2 개의 애노드와, 2 개의 소스 또는 불활성 가스 유동인 유동 1 및 유동 2 - 이 경우에서는 질소임 - 가 있는 플라즈마 토치의 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 2단 애노드를 제공하면, 더 긴 플라즈마 반응 영역이 생성되어서 파괴 효율이 더 높아지고, 더 우수한 혼합이 일어날 수 있다. 2 개의 질소 유동에 대한 제어는 성능을 향상시킬 수 있으므로, 일부 실시예에서, 제어기(80)는 2 개의 소스 가스 유입구 각각에 대해 독립적인 제어를 하게 될 것이다. 제 1 질소 유동은, 전기 방전이 발생하는 곳이 플라즈마 플레어이므로 플라즈마 플레어로의 전력 입력을 결정하는 반면에, 제 2 질소 유동은 플룸의 안정성을 제어하고 변동을 줄이는 데 도움이 된다. 상기 유동들은 또한 희석에 영향을 미치기도 하므로, 이들 두 유동을 현재 작동 중인 처리 챔버의 수에 따라 주의 깊게 제어하면 효율이 향상될 수 있는 바, 화학 물질의 분해가 증가되고 사용되는 전력이 줄어든다.

도 6은 일 실시예에 따른 플라즈마 토치의 외부를 개략적으로 도시하고 있다. 이 도면은 플라즈마 토치의 캐소드(15)와, 배출 가스를 4 개의 상이한 처리 챔버로부터, 플라즈마 플룸을 포함하는 반응 튜브(32)로 제공하는, 동일 간격으로 이격된 원주 방향 위치들에 있는 다수의 처리 가스 유입구(27)를 도시하고 있다. 플라즈마 토치 외부의 유사한 지점에 적어도 하나의 시약 유입부(도시되지 않음)가 추가로 있을 수 있다. 소스 가스 유동은 이 도면의 상측에서 투입된다.

도 7은 4 챔버 식각 공정을 위한 전력 변조를 나타내는 표를 보여주고 있으며, 플라즈마 토치에 필요한 전력이 현재 온라인 상태에 있는 다수의 처리 챔버에 따라 어떻게 변화하는지를 예시하고 있다. 이 실시예에서는, 4 개의 챔버의 저감에 필요한 전력 요구량을 전달할 수 있는 단일 토치가 반응/유입 부분 및 수세정기와 조합되어 사용된다. 이 실시예에서, 4 개의 유입물(inlet)은 플라즈마 플룸의 측면으로 주입되어, 오리피스 또는 원뿔을 통해 플룸의 고온 부분 안으로 운반된다. 상기 유입물들은 후속해서 건조 상태 또는 습한 상태일 수 있는 반응 튜브로 운반될 수 있다. 최종 잔류 저감 부산물은 예를 들어 습식 세정기에서 처리된다. 4 개의 유입물들은 앞에서 언급한 바와 같이 우회 밸브에 의해 제어되고, 처리 챔버에 연결된 각 펌프로부터 배출물을 운반한다. 각각의 유입 챔버를 위한 처리 챔버는 펌프의 작동 상태인 온/오프 신호와 함께 제공된다.

전원 공급 장치(PSU)는 제어기(80)의 형태의 프로그램 가능한 로직 제어 장치에 인터페이스되고, 토치 전류의 요구되는 양에 대한 신호뿐만 아니라 요구 신호 온/오프를 수신할 수 있다. PSU는 또한 토치 애노드를 통해 흐르는 불활성 가스에 거의 비례하여 변동되는 토치 전압의 판독치도 제공할 수 있다.

프로그램 가능 로직 제어기(PLC)도 또한, 비례 제어 밸브를 이용하거나 혹은 일부 실시예들에서는 도 9와 관련하여 뒤에 설명하는 비례 유동 튜브를 이용하여서, 우회 밸브를 토치 소스 가스 유동과 함께 앞에서 언급한 바와 같이 제어할 수 있다. 어떤 인정된 식각 레시피를 위한 PLC는 PSU에 의한 전력 출력 값, 즉 PSU로부터의 전류 및 토치 불활성 가스 유동을 통과하는 전압을, 공정이 온(on)이라는 표지가 붙여진(flagged) 챔버의 수에 대응해서, 설정할 수 있다. 공정이 오프(off)라는 표지가 붙여진 챔버들의 펌프들로부터 나온 불활성 가스는, 이 유출물 중에는 처리할 배출 가스가 없으므로, 안전성 또는 저감 효율을 떨어뜨림이 없이 우회 밸브로 보내진다.

4 개의 처리 챔버의 저감에 대응하는 전력의 표를 도 7에서 보여주고 있다. 이 실시예에서, 4 개의 처리 챔버는 유사한 처리 레시피 및 동일한 펌프 세정 유동을 갖는다. 4 개의 처리 챔버가 온라인 상태일 때 저감 장치로 가는 총 유량은 각 챔버의 펌프 유량의 4배이며, 희석(일반적으로 10slm 당 1kW) η에 비례하는 전력 효율을 상정하면, 이 경우 필요한 전력은 P₄ = η x F이다. P_r은 4 개의 챔버 모두가 배출물을 공급하지는 않는 경우에 필요한 전력이다. 플라즈마에 공급되는 전력을 P_r = A_x x P₄로 정의할 때, 전력 P₄는 x 개의 "공정 온(on) 신호"가 있을 때에 온라인 상태인 3개, 2개, 1개의 우회 밸브에 대응하는 배율 인수 A₃, A₂, A₁을 가지고 줄일 수 있다. 이를 도 7의 표에 보이고 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 요구되는 P는 토치로의 전류 공급이 안정적인 경우에 최소 전력을 나타내는 P_min보다 커야 한다. 이와 관련하여, 소멸되지 않은 플룸을 발생시키기 위한 최소한의 전력이 있어야 한다. 알 수 있는 바와 같이, 온라인 상태의 챔버 수가 증가함에 따라, 토치에 공급되는 전력도 역시 증가한다. 전력은 최소 전력 이하로 감소되어서는 안 되며, 따라서, 이 실시예에서는, 하나 또는 두 개의 처리 챔버가 온라인 상태에서, 동일한 양의 전력이 사용된다. 그러나 어느 시점에서도 3 개의 처리 챔버들이 작동하지 않는 경우는 아주 드물고, 하나의 처리 챔버가 단독으로 작동하는 상황은 거의 없다는 것을 이해해야 한다. 이 실시예에서, 처리 챔버들 모두가 동일한 공정의 주역을 담당하고 동일한 용량을 가지므로, 요구되는 전력은 현재 작동 중인 챔버의 수에 비례하여 변동된다. 일부 경우에서, 처리 사이클 중의 상이한 부분들이 상이한 가스 및/또는 상이한 양의 가스를 산출할 수 있다. 또한, 처리 챔버들은 상이한 용량을 가질 수 있으며, 상이한 공정의 주역을 담당할 수 있다. 이와 같은 경우, 제어기는 각 처리 챔버로부터 나오는 신호를 공정 및 용량에 대한 지식과 관련하여 사용해서 필요한 전력을 결정하고 소스 가스 유량을 필요에 따라 변동시킬 수 있다. 다수의 처리 챔버들이 상이한 공정의 주역을 담당하는 경우에 그 공정들은, 공정들이 상이한 온도를 필요로 하는 경우에는 단일 플라즈마 토치를 사용한다는 것은 더 이상 효과적이거나 효율적이지 않다는 것이 명백하므로, 처리하는 동안에 유사한 온도를 필요로 하는 배출 가스를 산출하는 공정이어야 한다는 점을 주지해야 한다.

도 8은 자동 전력 제어를 개별 챔버로부터 입력된 공정 온라인 신호의 함수로서 제공하기 위해 수행되는 단계들을 도시한 흐름도를 보여주고 있다. 플라즈마 토치가 켜질 때, 요구되는 전력은 4 개의 챔버 모두의 총 전력 P₄로 설정되고, 그 다음, 얼마나 많은 처리 챔버가 현재 켜져 있는지가 결정된다. 이것은 흐름도에서는 x로 표시된다. x = 4이면 필요 전력은 P₄로 유지되는 반면, x가 4보다 작으면 필요 전력은 감소되지만 필요한 최소 전력만큼만 유지된다. 현재 작동하는 챔버가 없는 경우에는 플라즈마 토치가 꺼진다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 조절기(102)를 도시하고 있다. 이 유량 조절기는 플라즈마 유량의 변화가 비례 방식으로, 이는 온 또는 오프 상태인 유사한 양의 화학 물질을 처리하는 챔버들의 수에 의존하여 발생하는 것과 유사한 방식으로 배출물의 양이 변화하는 경우에 적절함, 이루어질 수 있게 하는 간단하지만 효과적인 설계의 장점을 갖는다. 또한, 폐색 부재(100)를 직선 운동으로 이동시킴으로써, 이는 스테퍼 모터로 간단히 제어할 수 있게 하는 것임, 유동량이 변경된다. 유량 조절기(102)는 가스 스트림을 유입 매니폴드(112)를 통해 배출 튜브(120)로 공급하기 위한 유입 튜브(110), 평행한 유동 튜브들(115), 및 배출 매니폴드(122)를 구비한다. 이 실시예에서, 평행한 유동 튜브들(115)은 동일한 직경을 가지며, 따라서 그 각각의 폐색은 유량을 동일한 방식으로 변동시킨다. 스테퍼 모터(도시되지 않음)에 의한 폐색 부재(100) 제어는 평행한 튜브들(115)을 개방하거나 폐쇄해서 가스 유량에 이용 가능한 유동 면적을 증가 또는 감소시키는 것이다. 이러한 방식으로, 유량은 비례하는 양만큼 유량을 감소시키는 각 튜브의 폐쇄로 간단하고 쉽게 제어 가능한 방식으로 변동시킬 수 있다.

이 실시예에서, 유량 조절기(102)는 플라즈마 토치로 들어가는 불활성 가스 유량을 제어하는 데 사용된다. 이와 유사한 유량 조절기가 플라즈마 토치로 들어가는 시약 유량을 제어하는 데 사용된다. 이와 관련하여, 필요한 시약의 양도 또한 현재 가동 중인 처리 챔버의 수에 따라 변동될 것이며, 각 챔버에서 수행되는 처리가 동일하거나 유사한 경우에는 유사한 비례 요건을 가지게 될 것이다. 따라서, 이러한 비례 유량 조절기는 이러한 유동을 제어하는 데 효과적일 수 있다. 처리 챔버들 내부에서 일어나는 처리가 상이하거나 또는 처리 챔버들이 상이한 용량을 갖는 경우에는, 유사한 설계이지만, 시약 또는 소스 가스의 양의 예를 들어 4분의 1, 2분의 1, 또는 4분의 3을 요구하는 것 이상으로, 어쩌면 상이한 직경을 갖는 더 많은 수의 평행한 채널(115)들을 구비한 유량 조절기가 요구될 수 있으며, 상이한 백분율이 요구되고 그에 따라 제공되는 양에 상이한 변동을 주기 위해 아마도 상이한 크기의 추가 튜브들이 필요할 수 있다.

도 10은 애노드 침식 및/또는 분말 침착으로 인한 요구 전력의 변화를 보상하기 위해 전원 공급 장치에 의해 플라즈마 토치로 공급되는 전력을 제어하기 위해 수행되는 방법의 단계들을 도시한 흐름도를 보여주고 있다. 이 방법은 다중 챔버 시스템의 제어와 관련하여 애노드 침식 또는 분말 침착으로 인한 애노드의 변화를 보상하기 위해 수행될 수 있으며, 단일 챔버가 배출물을 플라즈마 토치로 공급하는 경우에는 단독으로 사용될 수 있다.

이 흐름도에서 알 수 있는 바와 같이, 토치 전력 관리 시스템이 켜짐으로 설정된 경우, 정전류 전원 공급 장치의 전류는 요구된 전력과 중앙값 전압에 의존하는 값으로 설정된다. 이 중앙값 전압은 최소 허용 전압과 최대 허용 전압 사이로 설정된다. 전원 공급 장치에 의해 출력되는 전류 및 전압이 지속적으로 모니터되고, 이 설정 전류를 생성하는 데 필요한 전압에 변동이 있는지 여부가 결정된다. 전압이 최소치 아래로 떨어지면, 전압이 최소치보다 높게 유지되도록 토치로의 질소 유량을 증가시킨다. 전압이 최대치를 넘어서면, 전압이 올바른 값으로 유지되도록 토치로의 질소 유량을 감소시킨다. 그러나 효과적인 플라즈마 토치를 제공하는 데 사용될 수 있는 질소 유량의 최소치 및 최대치가 있는데, 최소 유량에 도달하게 되면, 전력을 요구된 레벨로 유지하기 위해, 전원 공급 장치에 의한 전류 출력을 감소시켜서, 전원 공급 장치에 의해 소비되는 전력이 과도하게 상승하는 것을 방지한다. 이러한 방식으로, 전압 레벨과 전력 레벨을 요구되는 한계 내로 유지시켜서, 플라즈마 토치에 의해 출력되는 전력이 애노드 침식이 발생함에 따라 시간이 지나면서 점진적으로 변화하게 되는 것을 피한다. 애노드에 분말 침착이 발생하면 전압이 떨어지게 되는데, 이는 소스 가스의 유량 증가에 의해 보상될 수 있다. 이러한 가스 유량 증가는 애노드로부터 분말을 제거하는 데 도움을 줄 수 있으므로 유리할 수 있다.

특정 지점에서의 애노드 침식 또는 분말 침착은 이러한 방식의 추가 보상이 가능하지 않을 정도로 커질 수 있다. 따라서, 이 시스템을, 정전류 전원 공급 장치에 의한 전류 출력 또는 정전압 전원 공급 장치에 의한 전압 출력이 특정 레벨 - 이 레벨은 플라즈마 토치 또는 전원 공급 장치의 효율적인 작동이 곧 위태로워질 수 있는 지점에서 선택되는 것임 - 을 넘어 증가 또는 감소되었다고 판단된 때에 제어 로직이 "애노드 검사" 경고 신호를 발생시키는 경고 시스템과 함께 사용하면 편리하다. 이러한 경고 신호는 애노드를 검사해야 한다는 것과 경우에 따라서는 교체나 청소가 곧 필요할 수 있다는 것을 나타낸다.

도 10에 도시된 정전류 시스템에서, 애노드 경고 신호는, 전력을 그의 요구 한계 범위 내로 유지하는 데 필요한 전류의 변화가 임계 최소치 또는 임계 최대치를 넘어가게 하는 때에 발생된다.

요약하면, 제안된 시스템은 플라즈마 토치 저감 장치의 전력 소비를, 플라즈마 토치에 공급되는 소스 가스 유량을 제어함으로써, 그의 수요에 따라 맞추는 방법을 제공한다. 이는 플라즈마 토치용 조절 가능한 전원 공급 장치를 다중 챔버 시스템용 우회 밸브의 스마트 제어와 함께 사용하여 달성할 수 있다. 모의실험에 따르면, 다중 프로세스 시스템의 개별 에칭 챔버들의 결합된 듀티 사이클을 고려함으로써 최대 50%의 전력 절감을 달성할 수 있다.

플라즈마 토치에 공급되는 전력을 시약의 유량에 따라 제어하는 것에 더하여, 애노드 침식 및/또는 분말 침착으로 인해 변화할 수 있는 토치 전압 및/또는 전류를, 시간이 지나도 실질적으로 동일한 전력 소비량을 유지할 수 있도록 하는 방식으로, 조절하게 되는 추가적인 전력 제어 옵션이 추가될 수 있다. 이것은 장치의 전력 소모가 시간이 지남에 따라 변화하는 것을 피하거나 적어도 감소시키며, 토치 플라즈마 소스 가스 유량을 조정함으로써 우선 첫째로 수행될 수 있다. 이것이 이것의 연동 값(interlock value)에 도달하게 되면, 토치 전력은 공급되는 일정한 전압 또는 전류를 변동시킴으로써 변경시킬 수 있다. 실험실 시험에 따르면, 토치 전류 변동의 20% 내에서는 동일한 DRE(파괴 또는 제거 효율)가 동일한 전력에 의해 되돌려진다는 것이 밝혀졌다.

상기의 것에 더하여, CDA, 산소, 및 수증기와 같은 시약의 유량을 공정 온라인 신호들의 개수의 함수로서 제어하기는 요구되는 정확한 화학 양론을 맞추기 위해 수행될 수 있다. 이는 NOx 배출량과 운전비용을 줄일 수 있으며, DRE 및 부품들의 수명에 유익한 영향을 미친다.

또한, 도 9에 도시된 것과 같은 비례 제어 밸브 대신에 비례 유동 튜브를 포함하는 유량 조절기를 소스 가스 또는 시약 가스의 유량을 제어하는 데 사용할 수 있다. 이 장치는 전력 및 시약 제어에 사용하기 위한 저렴하고 간단한 유량 시스템을 제공할 수 있다.

이러한 DC 아크 토치 시스템은 고정된 단일 전력 DC 아크 토치 시스템이 현재 지배하고 있는 반도체 식각(semi-etch) 시장에서 특히 효과적이다. 반도체 식각 시장에서는 CF₄ 및 SF₆과 같은 안정적인 온실 가스를 파괴하는 데 높은 전력을 필요로 한다. 이들 화합물의 안정성은 그들의 저감을 위한 전력 요건이 매우 높다는 것을 의미하고, 따라서 전력을 요건에 따라 변동시킬 수 있는 시스템이 아주 유리할 수 있다. 요약하면, 반도체 식각 시스템과 FPD 식각 시스템 모두에 특히 적용 가능하며 처리 신호에 의존해서 우회 밸브를 제어하고 비례 유동 튜브 가스를 제어하는 저감 시스템을 갖춘 조정 가능한 전력 토치가 제공된다.

실시예들은 실질적으로 일정한 제어 가능한 전류를 공급하는 DC 전원 공급 장치를 보이고 있지만, AC 전원 공급 장치가 사용될 수 있음을 이해하게 될 것이다. 또한, AC 전원 공급 장치는 정전압 전원 공급 장치일 수 있고, 이 경우, 소스 가스 유량의 변화는 그러한 전원 공급 장치에 의해 발생되는 전류를 변경하여서 그 전원 공급 장치에 의한 전력 출력을 변경한다.

본 명세서에서는 본 발명의 예시적인 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 상세히 개시되었지만, 본 발명은 그러한 정확한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 규정되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경 및 수정이 행해질 수 있음을 이해해야 한다.

10: 플라즈마 토치
12: 배출구
15: 캐소드
20: 시약
25: 처리 가스
27: 처리 가스 유입구
30: 혼합 영역
32: 반응 튜브
40, 42: 다수의 처리 챔버
50, 52: 우회 밸브
60: 시약 유입부
62: 시약 유량 조절기
70: 소스 가스
72: 소스 가스 유량 조절기
80: 제어기
90: 전원 공급 장치
102: 유입 매니폴드
105: 유량 조절기
110: 폐색 부재
112: 배출 매니폴드
115: 유동 튜브

Claims

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프로세서에 의해 실행되는 때에 상기 프로세서를 가스 처리 시스템의 플라즈마 토치 - 이 플라즈마 토치는 적어도 2 개의 처리 챔버로부터 받는 배출 가스를 처리하도록 구성됨 - 에 전력을 공급하도록 구성된 전원 공급 장치에 의한 전력 출력을 제어하는 방법의 단계들을 수행하도록 제어할 수 있게 실시될 수 있는, 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 방법은,
상기 플라즈마 토치에 배출 가스 스트림을 현재 공급하고 있는 다수의 반도체 처리 챔버를 표시하는 것을 포함하는 적어도 하나의 입력 신호를 수신하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 입력 신호에 응답하여, 상기 플라즈마 토치에 공급되는 플라즈마 소스 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 신호를 출력함으로써 상기 전원 공급 장치에 의한 상기 전력 출력을 제어하는 단계를 포함하는
컴퓨터 판독가능한 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램.
저감 시스템의 플라즈마 토치에 전력을 공급하도록 구성된 전원 공급 장치에 의한 전력 출력을 제어하는 제어기로서,
상기 플라즈마 토치에 배출물을 현재 공급하고 있는 다수의 반도체 처리 챔버를 표시하는 것을 포함하는 적어도 하나의 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력부;
상기 적어도 하나의 입력 신호에 의존해서 적어도 하나의 제어 신호를 발생시키도록 구성된 로직 - 여기서 상기 적어도 하나의 제어 신호는 상기 플라즈마 토치에 공급되는 플라즈마 소스 가스의 유량을 제어함으로써 상기 전원 공급 장치에 의한 상기 전력 출력을 제어함 -; 및
발생된 상기 적어도 하나의 제어 신호를 출력하는 출력부를 포함하는
제어기.
제 15 항에 있어서,
상기 전원 공급 장치는 일정한 DC 전류 전원 공급 장치를 포함하는,
제어기.
제 15 항에 있어서,
상기 로직은 컴퓨터 프로그램을 포함하는 프로그램 가능 제어 로직을 포함하는,
제어기.
다수의 반도체 처리 챔버로부터 나오는 가스 스트림을 처리하는 가스 스트림 처리 장치로서,
전기 에너지에 의해 작동될 때 플라즈마 소스 가스로부터 플라즈마 플룸을 발생시키기 위한 플라즈마 토치;
상기 플라즈마 토치에 전기 에너지를 공급하기 위한 전원 공급 장치;
상기 플라즈마 토치로의 상기 플라즈마 소스 가스의 유량을 조절하기 위한 유량 조절기; 및
제어기로서,
상기 플라즈마 토치에 배출 가스를 현재 공급하고 있는 다수의 반도체 처리 챔버를 표시하는 것을 포함하는 적어도 하나의 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력부;
상기 적어도 하나의 입력 신호에 의존해서 적어도 하나의 제어 신호를 발생시키도록 구성된 로직; 및
발생된 상기 적어도 하나의 제어 신호를 상기 유량 조절기로 출력하여 상기 플라즈마 토치에 공급되는 상기 플라즈마 소스 가스의 유량을 제어하는 출력부를 포함하는, 상기 제어기를 포함하는
가스 스트림 처리 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 유량 조절기는 유입 채널 및 배출 채널, 여기서 상기 유입 채널은 유입 매니폴드와 유체 연통되고 상기 배출 채널은 배출 매니폴드와 유체 연통됨;
상기 유입 매니폴드로부터 상기 배출 매니폴드까지 이어지는 복수의 유동 채널; 및
상기 제어기로부터 수신된 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 유동 채널 중 하나 이상을 폐색시키도록 상기 유입 매니폴드 또는 상기 배출 매니폴드 중 하나의 내부에서 이동할 수 있게 동작될 수 있는 이동 가능한 폐색 부재 - 여기서 상기 이동 가능한 폐색 부재의 이동은 상기 플라즈마 소스 가스를 상기 유입 채널로부터 상기 배출 채널로 유동시키는 데 이용되는 다수의 채널을 변동시키도록 동작됨으로써 상기 플라즈마 토치에 공급되는 상기 플라즈마 소스 가스의 유량을 변동시킴 - 를 포함하는
가스 스트림 처리 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 유량 조절기의 상기 복수의 유동 채널들은 평행한 유동 채널이고, 상기 복수의 유동 채널들 각각을 개방 또는 폐쇄시키는 것에 의해 각각의 상기 복수의 유동 채널의 단면적에 좌우되는 양만큼 유량이 변경되는,
가스 스트림 처리 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 유량 조절기는 상기 이동 가능한 폐색 부재의 이동을 제어함으로써 폐색되는 유동 채널의 개수를 제어하는 스테퍼 모터를 포함하는,
가스 스트림 처리 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 플라즈마 토치는 대응하는 복수의 반도체 처리 챔버로부터 나오는 배출 가스를 받기 위한 복수의 유입부를 포함하는,
가스 스트림 처리 장치.
제 22 항에 있어서,
상기 플라즈마 토치는 4 개의 반도체 처리 챔버로부터 나오는 배출 가스를 받기 위한 4 개의 유입부를 포함하는,
가스 스트림 처리 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 플라즈마 토치에 시약을 투입하기 위한 시약 유입 채널과, 상기 플라즈마 토치에 투입되는 상기 시약의 양을 상기 플라즈마 토치에 상기 배출 가스를 현재 공급하고 있는 상기 다수의 반도체 처리 챔버에 의존해서 조절하기 위한 시약 유량 조절기를 추가로 포함하는
가스 스트림 처리 장치.
제 24 항에 있어서,
상기 시약 유량 조절기는,
유입 채널 및 배출 채널, 여기서 상기 유입 채널은 유입 매니폴드와 유체 연통되고 상기 배출 채널은 배출 매니폴드와 유체 연통됨;
상기 유입 매니폴드로부터 상기 배출 매니폴드까지 이어지는 복수의 유동 채널; 및
상기 제어기로부터 수신된 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 유동 채널 중 하나 이상을 폐색시키도록 상기 유입 매니폴드 또는 상기 배출 매니폴드 중 하나의 내부에서 이동할 수 있게 동작될 수 있는 이동 가능한 폐색 부재 - 여기서 상기 이동 가능한 폐색 부재의 이동은 상기 시약을 상기 유입 채널로부터 상기 배출 채널로 유동시키는 데 이용되는 다수의 채널을 변동시키도록 동작됨으로써 상기 플라즈마 토치에 공급되는 상기 시약의 유량을 변동시킴 - 를 포함하는,
가스 스트림 처리 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 플라즈마 토치는 원통형 애노드와, 상기 원통형 애노드 내에 적어도 일부가 위치하는 캐소드를 포함하며, 상기 전원 공급 장치는 상기 원통형 애노드에 전기 신호를 공급하는,
가스 스트림 처리 장치.
제 26 항에 있어서,
상기 플라즈마 토치는 복수의 플라즈마 소스 가스 유입부를 갖는 복수의 애노드를 포함하고, 각각의 플라즈마 소스 가스 유입부에 공급되는 플라즈마 소스 가스는 유량 조절기에 의해 제어되는,
가스 스트림 처리 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 전원 공급 장치는 일정한 DC 전류 전원 공급 장치를 포함하는,
가스 스트림 처리 장치.
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