KR102661030B1 - 플라즈마 발생 장치, 및 플라즈마 발생 장치를 포함하는 공정 처리 장치 - Google Patents

플라즈마 발생 장치, 및 플라즈마 발생 장치를 포함하는 공정 처리 장치 Download PDF

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Abstract

플라즈마 발생 장치는, 일측에 가스 주입구과 형성된 반응기 본체, 및 상기 반응기 본체의 타측에 연결되며 그 내부에 포집 공간을 갖는 포집기를 포함한다. 상기 반응기 본체와 상기 포집기는 그 내부에 플라즈마 채널이 형성되는 반응 공간을 제공한다.

Description

플라즈마 발생 장치, 및 플라즈마 발생 장치를 포함하는 공정 처리 장치{A plasma generator including the same, and processing apparatus including the plasma generator}
본 발명은 플라즈마 발생 장치, 및 이를 포함하는 공정 처리 장치에 관한 것이다.
디스플레이나 반도체를 제조하기 위해서는 증착, 애싱, 식각, 세정 등의 공정이 저압에서 수행되어야 할 경우가 많다. 특히, 집적 회로(ICs) 제조 공정에서 박막을 처리하는데 사용할 수 있는 입증된 기술들 중에서, 화학기상 증착법(CVD)은 상업화된 공정에서 종종 사용된다. CVD의 변형인 원자층 증착(ALD)은 이제 균일성, 뛰어난 스텝 커버리지(step coverage) 및 기판 크기를 증가시키기 위한 비용 효율적 규모성(cost effective scalability)를 달성하기 위한 가능성 있는 우수한 방법으로 알려지고 있다.
이러한 신공정인 ALD 공정 시스템에서는 공정 웨이퍼의 크기 증가에 따라 공정 가스량이 증가된다. 이러한 공정 부산물의 증가는 공정 시스템에서 배기가스를 배출시키기 위한 펌프 동작에 영향을 미치고, 펌프의 유지 보수로 인해 메인 공정 프로세스에 악영향을 미치게 된다.
본 발명은 반도체 공정 등에서 발생하는 공정 부산물을 효과적으로 제거하기 위한 플라즈마 발생 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 플라즈마 발생 장치를 채용한 공정 처리 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는, 일측에 가스 주입구가 형성되는 반응기 본체; 및 상기 반응기 본체의 타측에 연결되며 그 내부에 포집 공간을 갖는 포집기;를 포함하되, 상기 반응기 본체와 상기 포집기는 그 내부에 플라즈마 채널이 형성되는 반응 공간을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 포집기는 상기 포집 공간을 둘러싸는 포집용 컨테이너를 포함하며, 상기 반응 공간의 일부와 상기 포집 공간의 일부는 서로 중첩할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 본체는 적어도 두 개의 가지들로 분기되어 각각의 가지가 상기 포집기에 연결되는 토로이달의 일부에 해당하는 형상을 가지고, 상기 반응기 본체에 제공되는 적어도 하나의 절연부를 더 포함하며, 상기 절연부는 상기 반응기 본체를 구성하는 바디 사이와, 상기 반응기 본체와 상기 포집기 사이 중 적어도 하나가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 본체의 각각의 가지에 연결되어 상기 반응 공간의 일부를 형성하기 위한 반응기 도킹부; 상기 포집기로부터 상기 반응기 본체측으로 연장되어 상기 반응기 도킹부를 안착시키기 위한 포집기 도킹부; 상기 반응기 도킹부와 상기 포집기 도킹부 사이에 삽입되는 실링부재; 및 상기 반응기 도킹부와 상기 포집기 도킹부를 서로 체결하는 체결수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 도킹부는 상기 반응기 본체와 상기 포집용 컨테이너 사이에 제공되어 상기 반응 영역의 적어도 일부를 한정하는 영역 한정 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 절연부는 상기 반응 공간을 실링하는 적어도 2개의 실링부재를 포함하되, 상기 실링부재는 상기 반응기 본체의 내측에서 외측을 향하는 제1 방향을 따라 순차적으로 배치되거나, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.
상기 절연부는 상기 실링 부재가 상기 반응 공간에 노출되지 않도록 상기 반응 공간과 상기 실링 부재 사이에 제공된 제1 절연 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 절연 부재의 단면은, 지면에 수직한 선에 비대칭 형상으로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 본체는 상기 가스 주입구를 기준으로 상기 축에 수직한 방향으로 양 갈래로 갈라진 제1 및 제2 가지부들을 포함하며, 상기 제1 및 제2 가지부들은, 상기 가스 주입구와 평행한 방향으로 각각 연장되는 제1 및 제2 평행부들; 상기 가스 주입구와 상기 제1 평행부를 연결하는 제1 어깨부; 및 상기 가스 주입구와 상기 제2 평행부를 연결하는 제2 어깨부를 포함하며, 상기 제1 및 제2 어깨부들에 있어서 상기 플라즈마 형성 공간에 접하는 내측면은 대응하는 각각의 제1 및 제2 평행부 대비 플라즈마 채널로부터의 이격 거리가 멀 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 본체의 온도를 센싱하는 온도 센서; 상기 반응기 본체에 제공된 적어도 1개의 냉각부; 및 상기 온도 센서가 센싱한 온도를 기초로 상기 반응기 본체 및 상기 냉각부 중 적어도 하나의 온오프 상태를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각부는 상기 반응기 본체로부터 이격되고, 상기 반응기 본체와 상기 냉각부 사이에 도전체로 제공되며 상기 반응기 본체와 상기 냉각부 사이의 열 전달을 완충하는 완충 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 본체와 상기 냉각부 사이에 제공되며, 상기 반응기 본체의 온도를 상승시키는 열을 제공하는 가열부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 본체에 장착되어 상기 반응 공간 내에 플라즈마 방전을 개시하는 점화기를 더 포함하되, 상기 점화기는 상기 반응기 본체로부터 연장된 점화포트; 적어도 일부가 상기 점화 포트 내에 제공된 점화 전극; 및 상기 점화 포트와 상기 점화 전극 사이에 제공되며 상기 점화 전극으로부터 이격되어 배치된 실링 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 점화 포트는 상기 반응기 본체와 서로 분리되지 않는 일체로 제공되고, 상기 점화 포트는 상기 반응기 본체로부터 돌출 연장된 연장부; 및 상기 연장부의 상기 반응기 본체와 반대측 단부에 제공된 플랜지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 점화 전극은 일 단이 상기 반응기 본체 측을 향하는 전극 본체; 및 상기 전극 본체에 연결되며 상기 전극 본체보다 넓은 직경을 갖는 헤드부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 포집기는, 상기 배기 가스의 유로 상에 배치되며 상기 파우더를 포집하기 위한 포집 공간을 제공하는 하우징; 및 상기 포집 공간 내에 제공되며 상기 배기 가스의 유로의 방향을 변경시키는 유로 가이드;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유로 가이드는 상기 포집 공간을 2개 이상의 공간으로 구획하는 격벽부를 더 포함하되, 상기 격벽부는 상기 포집기 내에서 상기 반응기 본체에 연결된 제1 배기부에 인접하여 배치되며 상기 배기 가스의 유로를 가이드하는 판상부; 및 상기 판상부를 사이에 두고 상기 제1 배기부와 이격되어 배치된 연통부를 포함하며, 상기 연통부는 상단이 개구되며 하단이 상기 제1 배기부와 이격되어 배치되며 상기 배기가스가 배출되는 제2 배기부에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 하우징은, 상기 포집 공간에 포집된 파우더를 제거하기 위해 개폐 가능한 청소포트가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 일단이 상기 가스 주입구에 제공되되, 타단 측에 상기 반응기 본체 내로 연통되는 2개 이상의 개구들을 갖는 커넥터를 더 포함하되, 상기 커넥터는, 본체; 및 상기 본체에 연결되며 상기 개구들 중 하나로서 공정 부산물이 주입되는 메인 주입구; 및 상기 본체에 연결되며 상기 개구들 중 다른 하나로서 부가 가스가 주입되는 보조 주입구를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 본체의 전단에는 기판을 처리하는 공정 챔버에 연결되고, 상기 포집기의 후단에는 배기 펌프가 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 포집기 공간 내부까지 플라즈마 방전 채널을 형성시켜 부산물 처리 효율을 향상시키고, 반응기 본체 일부를 제외하여　본체 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 부산물에 의해 영향받는 펌프 동작 시간을 연장시켜 메인 공정 프로세스의 공정시간을 확보 가능한 플라즈마 발생 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 발생 장치에 채용되는 반응기 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 발생 장치를 포함한 공정 처리 장치를 제공한다.
도 1은 플라즈마 발생 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 점화기를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포집기를 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 포집기의 사시도이며, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 포집기의 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 포집기의 사시도로서, 포집기의 외부에 냉각부가 형성된 것을 도시한 도면이다.
도 7은 플라즈마 채널이 형성된 영역에서 변압기 장착 영역과 비장착 영역을 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 도시한 단면도이다.
도 9a는 커넥터가 연결된 플라즈마 발생 장치를 도시한 것이며, 도 9b는 도 9a의 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 구체적으로 도시한 것이다.
도 10a 내지 도 10e는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연부의 단면도를 도시한 것들이다.
도 11은 부가 가스 주입구가 추가로 장착된 플라즈마 발생 장치를 도시한 단면도이다.
도 12는 플라즈마 발생 장치의 일부를 도시한 것으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨부의 단면을 도시한 것이다.
도 13a 및 도 13b는 플라즈마 발생 장치의 일부를 도시한 것으로서 측면에서 바라볼 때의 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨부의 단면을 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 15a 및 도 15b은 도 14의 플라즈마 발생 장치를 좀더 구체적으로 도시한 단면도이다.
도 16는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기의 일부를 도시한 것으로서, 도 14의 P2 부분에 대응하는 단면도이다.
도 17은 상술한 반응기 및 냉각부 구동 방법에 의해 공정 시작 모드, 공정 진행 모드, 및 공정 종료 모드를 진행하는 경우의 반응기의 온도를 도시한 그래프이다.
도 18는 이동 부재가 제공된 플라즈마 발생 장치를 도시한 사시도이다.
도 19a 및 도 19b는 도 18의 플라즈마 발생 장치의 단면도들이다.
도 20a 내지 도 20d는 다양한 형상을 갖는 이동 부재들을 장착한 플라즈마 발생 장치를 도시한 단면도들이다.
도 21a 내지 도 21c는 본 발명의 일 실시예에 따른 영역 한정 부재가 장착된 플라즈마 발생 장치를 도시한 도면으로서, 도 21a는 사시도, 도 21b는 도 21a의 단면도, 도 21c는 도 21a의 영역 한정 부재를 도시한 사시도이다.
도 22a 내지 도 22c는 본 발명의 일 실시예에 따른 영역 한정 부재가 장착된 플라즈마 발생 장치를 도시한 도면으로서, 도 22a는 사시도, 도 22b는 도 22a의 단면도, 도 22c는 도 22a의 영역 한정 부재를 도시한 사시도이다.
도 23a 내지 도 23d는 본 발명의 일 실시예에 따른 영역 한정 부재가 장착된 플라즈마 발생 장치를 도시한 도면으로서, 도 23a는 사시도, 도 23b는 도 23a의 단면도, 도 23c 및 도 23d는 도 23a의 영역 한정 부재를 도시한 사시도들이다.
도 24a 내지 도 24c는 도킹부를 갖는 본 발명의 일 실시예예 따른 플라즈마 발생 장치를 개념적으로 간단히 도시한 것으로서, 도 24a는 사시도, 도 24b 및 도 24c는 도 24a의 일부분에 대한 단면도이다.
도 25은 본 발명의 일 실시예예 따른 플라즈마 발생 장치를 개념적으로 간단히 도시한 것이다.
도 26는 본 발명의 일 실시예들에 따른 공정 처리 장치를 도시한 개략도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 반도체 공정 등에 사용되는 플라즈마 발생 장치의 반응기에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마는 가스와 연관된 대전 입자의 집합을 포함하는 물질, 또는 물질의 상태를 의미한다. 여기서 사용되는 것에 따르면, 플라즈마는 라디칼과 같이 이온화된 종, 이온화된 종과 결합된 중성자 및/또는 분자를 포함할 수 있다. 반응기 내의 물질은, 점화 후, 플라즈마 상태에서 종으로 단독해서 구성되어 있는 그러한 물질에 한정되지 않으며 모두 플라즈마로 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기는 가스 및/또는 플라즈마를 포함하고 내부에서 플라즈마가 점화 및/또는 지속될 수 있는 컨테이너 또는 컨테이너의 일부를 의미한다. 반응기는 플라즈마 발생 장치에 포함되는 다양한 다른 부품, 예를 들어, 발전기와 냉각 부품과 같은 다른 부품들과 결합될 수 있다. 반응기는 다양한 형상을 갖는 채널을 한정할 수 있다. 예를 들면, 채널은 선 형상을 가질 수 있고, 또는 고리 형상(토로이드형 플라즈마를 제공하기 위함)을 가질 수 있다.
플라즈마 발생 장치는 반도체 공정을 위한 공정 챔버의 전단계 또는 후단계에 배치되는 것일 수 있다. 반도체 공정을 위한 공정 챔버는 기판의 식각, 증착, 세정 공정 등을 수행하기 위한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 플라즈마 발생 장치의 반응기, 상기 반응기를 포함하는 플라즈마 발생 장치, 및 상기 플라즈마 발생 장치를 포함하는 공정 처리 장치일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생 장치는 플라즈마 시스템을 의미하는 것으로서, 설명한 부품 이외에도 추가적인 공정 부품을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 시스템은 하나 이상의 반응기, 전력 공급 부품, 계측 부품, 제어 부품, 등이나 그 이외의 다양한 다른 부품을 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기, 및/또는 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치는 반도체 공정 등에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기, 및/또는 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치는 공정 중에 발생하는 배기 가스 처리를 위해 사용될 수 있다.
도 1은 플라즈마 발생 장치를 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 플라즈마 발생 장치(10)는 반응기 시스템(100), 변압기(150), 및 전원 공급부(180)를 포함할 수 있다.
반응기 시스템(100)는 플라즈마 발생 장치의 주요 구성으로서, 플라즈마 채널(133)을 형성하는 내부 공간을 제공하는 반응기 본체(110)와, 상기 반응기 본체(110)에 연결되며 그 내부에 포집 공간(129)을 갖는 포집기(120)를 포함한다.
반응기 본체(110)는 토로이드의 일부에 해당하는 형상을 가지며 그 내부에 플라즈마 채널(133)이 형성되는 공간(130; 이하, 반응기 시스템(100) 내부 공간, 플라즈마 채널 공간 등으로 지칭된다)이 제공된다. 반응기 본체(110) 내에는 플라즈마 채널(133)이 형성되어 플라즈마의 흐름이 이루어진다. 플라즈마 채널(133)은 가스 및/또는 플라즈마를 포함할 수 있고, 가스 종 및 플라즈마 종을 받거나 이송하기 위하여 반응기의 하나 이상의 유입구와 하나 이상의 유출구를 통해 교환될 수 있다. 플라즈마 채널(133)은 소정의 길이를 가지는 바, 여기서 플라즈마 채널(133)의 길이는 플라즈마가 존재할 수 있는 총 경로의 길이를 의미한다. 도면에서는 플라즈마 채널(133)이 형성되는 영역 중 단면 상에서의 플라즈마의 농도가 가장 높은 점을 이은 선의 형태로 표시하였다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 시스템은 채널 내에 직류 또는 교류 전기장를 인가하는 수단을 포함할 수 있으며, 상기 전기장을 이용하여 플라즈마 채널(133) 내에서 플라즈마를 유지할 수 있고, 단독으로 또는 다른 수단과 협력하여 플라즈마 채널(133) 내의 플라즈마를 점화할 수 있다.
가스 주입구(170)는 플라즈마 채널 형성 공간으로 가스를 공급하기 위한 것으로서, 일단이 외측으로 개구되고 타단이 토로이드에 연결되어 플라즈마 채널 형성 공간에 연통하는 소정의 직경을 갖는 개구를 갖는 형태로 제공된다.
반응기 본체(110)는 가스 주입구(170)가 설치된 영역을 기준으로 하여 적어도 두 개의 가지들로 분기될 수 있다. 예를 들어, 반응기 본체(110)는 도시된 바와 같이 제1 가지(110a) 및 제2 가지(110b)로 분기될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 반응기 본체(110)는 네 개의 가지들, 또는 이와 다른 개수의 가지들로 분기 될 수 있다. 각각 분기된 가지들은 하부에 제공된 포집기(120)에 각각 연결된다.
적어도 두 개의 가지들은 상기 두 적어도 두 개의 가지들 사이를 지나는 선이나 면에 대해 실질적으로 서로 대칭으로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 제1 가지(110a) 및 제2 가지(110b)는 가스 주입구(170)를 수직하게 지나면서 점화기(140)를 지나는 선이나 면을 기준으로 양측으로 대칭일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기 본체(110)는 분리되지 않는 일체로 제공될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 정밀 주조법을 이용하여 별도의 용접없이 분리되지 않는 일체로 제조될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 반응기 본체(110)는 적어도 2개 이상의 부분(즉 다수개의 서브 바디들)으로 구성되어 용접 등을 통해 서로 연결될 수 있다.
정밀 주조법(lost wax scheme)은 고체 상태의 금속을 변형 저항이 작은 액체 상태로 용해하여, 만들고자 하는 모양의 주형에 이 액체 금속을 주입하고 응고시켜 원하는 모양의 제품을 한번에 만들어 내는 기술이다. 이를 위해, 제품과 동일한 모형을 금형을 통해 왁스 패턴으로 제조하고, 이 왁스 패턴을 내화물 입자로 도포한 후, 가열해 왁스를 녹여내어 제거하면 주형이 완성된다. 이 주형에 원하는 금속을 녹여 주형에 부은 후 굳힌 다음 주형을 제거함으로써 최종적인 금속의 형상 결과물을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응기 본체(110)가 복수개의 서브 바디들로 제공되는 경우, 각각의 서브 바디들은 정밀 주조법으로 제조될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 반응기 본체(110)를 이루는 재료로서 다양한 금속으로 사용되며, 예를 들어, 스테인레스 강(SUS), 알루미늄 합금 등이 사용될 수 있다.
반응기 본체(110)는 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 반응기 본체(110)가 도전성 재료로 이루어지는 경우 다양한 금속성 재료 또는 피복된 금속성 재료로 제조될 수 있다. 상기 반응기 본체(110)는 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속성 재료, 또는 양극 산화처리된 알루미늄, 니켈 도금된 알루미늄 등으로 제조될 수 있다.
도면에 있어서, 외부로부터 가스 주입구(170)로 가스의 이동 방향은 IN으로 표시하였다.
반응기 본체(110)에는 플라즈마 방전을 점화하기 위한 점화기(140)가 제공될 수 있다. 본 발명에 있어서, 점화는 플라즈마를 형성하기 위하여 가스 내의 초기 붕괴의 원인이 되는 공정이다. 상기 점화기(140)는 다양한 위치에 배치될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 가스 주입구(170) 근처에 배치될 수 있다. 점화기(140)에는 플라즈마 점화를 위한 점화 가스가 주입되는 점화 가스 주입구(미도시)를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 점화기(140)를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 점화기(140)는 본체로부터 연장된 점화 포트(141)와, 적어도 일부가 점화 포트(141) 내에 제공된 점화 전극(149), 및 점화 포트(141)와 점화 전극(149) 사이에 제공되며 점화 전극(149)으로부터 이격되어 배치된 실링 부재(147)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 점화 포트(141)는 반응기 본체로부터 돌출되어 형성된다. 상세하게는 점화 포트(141)는 반응기 본체로부터 돌출되어 연장된 연장부(141a)와, 반응기 본체와 반대측 연장부(141a)의 단부측에 제공된 플랜지(141b)를 포함한다. 여기서, 연장부(141a)는 소정의 내경을 갖는 배관 형상으로 제공되며 중심부의 공간이 반응기 본체와 연결된다. 플랜지(141b)는 연장부(141a)의 연장 방향에 수직한 방향으로 퍼지는 형상, 즉, 외부로 돌출된 형상을 가지며, 상기 연장부(141a)의 중심부 공간 부분에 대응하여 개구된 원반 형상을 가질 수 있다.
점화 전극(149)은 단차를 갖는 형상으로 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 점화 전극(149)은 일측으로 길게 돌출된 전극 본체(149a)와 상기 전극 본체(149a)에 연결되되 전극 본체(149a)보다 더 큰 직경을 갖는 헤드부(149b)를 포함한다. 전극 본체(149a)는 중심축을 갖는 원통형으로 제공될 수 있으며, 헤드부(149b)는 전극 본체(149a)의 중심축과 동일한 중심축을 갖는 소정 직경의 원통형으로 제공되되, 전극 본체(149a)의 직경보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 헤드부(149b)는 전극 본체(149a)의 연장 방향에 대해 전극 본체(149a)보다 더 작은 길이를 가지며, 전체적으로 보아 전극 본체(149a)와 헤드부(149b)는 못과 비슷한 형상으로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 점화 전극(149)은 반응기 본체(110)와 축전 결합되어 있는 전극으로서, 전압은 반응기 내의 가스 점화를 위해 점화 전극(149)에 인가될 수 있다. 점화 전압은, 예를 들면 점화 전극(149)과 기준 전극 사이 또는 점화 전극(149)과 전도성의 반응기 본체(110) 사이에서 인가될 수 있다. 예를 들어, 점화 전압은, 점화 전극(149)의 전극 본체(149a)와 반응기 본체(110)으로부터 연장된 점화 포트(141)의 연장부(141a)와의 사이에 인가됨으로써 점화가 시작될 수 있다. 하나 이상의 점화 전극(149)은 반응기의 내부 표면 또는 외부 표면에 인접할 수 있다. 상기 기준 전극은 하나 이상의 점화 전극(149)과 협력하여 작용하는 반응기의 하나 이상의 전극 및/또는 하나 이상의 전도부와 연관되어 넓게 해석될 수 있다.
헤드부(149b) 상에는 점화 전극(149)을 보호하는 커버(149c)가 제공될 수 있다. 커버(149c)는 외부로 노출된 헤드부(149b)를 전부 커버할 수 있도록 상면과 측면을 모두 감싸는 형태로 제공될 수 있다.
점화 전극(149)은 적어도 일부가 상기 점화 포트(141) 내의 배관 형상의 연장부(141a) 중심부 공간 내에 삽입되는 바, 예를 들어, 일 방향으로 돌출된 전극 본체(149a)가 상기 점화 포트(141) 내의 연장부(141a) 중심부 공간 내로 삽입된다. 상기 헤드부(149b)는 본체와 분리되지 않는 일체로 형성된다.
상기 점화 전극(149)이 점화 포트(141)에 삽입될 때, 점화 포트(141)의 연장부(141a)는 상기 점화 전극(149)의 둘레를 둘러쌀 수 있다. 여기서, 연장부(141a)는 점화 전극(149)과의 사이에 점화 가스가 주입될 수 있는 주입 공간이 있도록 소정 거리로 이격된 형태로 둘러싼다. 즉, 점화 포트(141)의 연장부(141a)의 내경을 제1 직경(D1)이라고 하고, 점화 전극(149)의 외경을 제2 직경(D2)이라고 하면, 제1 직경(D1)은 제2 직경(D2)보다 클 수 있다.
점화 전극(149)은 금속 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 점화 전극(149)은 알루미늄으로 구성될 수 있다. 그러나, 점화 전극(149)의 재료는 이에 한정되는 것은 아니다. 도시하지는 않았지만 점화 전극(149)은 일차권선으로 전력을 공급하는 전원 공급부에 함께 연결될 수도 있고, 별도의 전원 공급원에 연결될 수 있다.
점화 포트(141)와 점화 전극(149) 사이에는 실링 부재(147)가 제공된다. 실링 부재(147)는 반응기 본체와 연결된 점화 포트(141) 내의 공간을 외부로부터 진공 봉지하기 위한 것이다. 반응기는 플라즈마 발생을 위하여 진공 상태를 유지해야 하므로 반응기의 내부 플라즈마 형성 공간과 점화기(140)의 밀폐가 매우 중요하다. 이러한 밀폐력을 향상시키기 위하여 실링 부재(147)가 제공되며, 이를 위해 실링 부재(147)는 링 형상의 탄성 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 실링 부재(147)는 점화 전극(149)과 소정 거리(D) 이격된 위치에 제공된다. 실링 부재(147)는 점화 전극(149)의 전극 본체(149a)로부터 소정 거리(D) 이격된 상태로 점화 전극(149)의 전극 본체(149a)의 둘레에 배치된다. 실링 부재(147)가 점화 전극(149)으로부터 이격됨으로써, 점화 전극(149)의 둘레에 근접 배치되는 구조와 달리, 실링 부재(147)의 충격에 의한 손상, 예를 들어 열에 의한 손상이 최소화 될 수 있다. 실링 부재(147)의 손상이 최소화됨으로써 반응기 본체, 및 점화 포트(141) 내의 공간이 안정적으로 봉지될 수 있다. 또한 실링 부재(147)의 열에 의한 손상이 최소화됨으로써 점화기(140) 근처에 실링 부재(147)의 열 손상에 의한 파티클 및 점화 반응의 진행 등에 의한 파티클 등이 쌓이는 것이 최소화될 수 있으며, 이에 따라 점화 효율이 향상된다.
실링 부재(147)는 실시예에 따라 복수 개로 제공될 수 있는 바, 상기 실링 부재(147) 중 점화 포트(141)의 플랜지(141b)에 가장 가까운 위치에 배치된 실링 부재(147)는, 특히, 점화 전극(149)으로부터 이격된, 점화 포트(141)의 플랜지(141b) 상의 임의의 지점에 위치할 수 있다. 이로서, 점화 포트(141)에 가장 가까운 실링 부재(147)는 점화 전극(149)으로부터의 열에 의한 손상이 최소화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 점화 전극(149)과 플랜지(141b) 사이에는 가스 공급부(143)가 제공될 수 있다. 상기 가스 공급부(143)는 점화를 용이하게 하기 위한 점화 가스를 상기 연장부(141a)가 이루는 배관 형태의 공간에 제공할 수 있다. 가스 공급부(143)는 점화 가스를 배관 형태의 공간에 제공하기 위한 가스 주입구(143i)와, 가스 주입구(143i)로부터 배관 형태의 공간으로 제공하는 유로(143p)를 포함한다. 상기 유로(143p)가 상기 배관 형태의 공간에 접하는 곳에는 가스 공급홀(143h)이 제공된다. 가스 주입구(143i)는 1개 이상으로 제공될 수 있으며, 유로(143p) 또한 각 가스 주입구(143i)에 대해 1개 이상으로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가스 공급홀(143h)은 후술할 절연 부재(145)를 마주보는 위치로 배치될 수 있다. 이는 가스 공급홀(143h)을 통해 배출되는 가스의 이동 방향을 제어하기 위한 것이다. 특히 가스 공급홀(143h)은 플랜지(141b)가 배치되는 반대쪽으로 가스가 분사될 수 있도록 형성될 수 있다. 분사된 가스는 절연 부재(145)에 반사된 후 이후 반응기 본체의 공간 측으로 이동하게 된다. 점화 가스가 상기한 경로로 이동함으로써 점화 효율이 향상되는 효과가 있다.
상기 가스로는 다양한 것이 있을 수 있으나, 비활성 가스가 사용될 수 있다. 비활성 가스는 많은 상황에서 무반응성 또는 반응을 하더라도 낮은 반응 속도를 갖는 가스를 의미한다. 비활성 가스는 예를 들어, 아르곤, 네온, 질소, 제논, 라돈, 크립톤, 아르곤과 산소의 혼합 가스 등과 같은 낮은 이온화 전위를 갖는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 비활성 가스가 아닌 가스는 반응성 가스이다. 반응성 가스는 하나 이상의 화학 반응에 참가하는 경향이 있는 몇몇 종을 포함한 가스를 의미한다. 특히, 활성 가스는 반응성이 높은 가스로서, 이온, 자유 라디컬, 중성 반응 원자 및 분자 중 어느 하나일 수 있다.
상기 점화 가스는 플라즈마 챔버 내로 도입됨으로써 플라즈마를 점화할 때 필요한 전압을 감소시킬 수 있다.
플랜지(141b)와 점화 전극(149)의 사이, 예를 들어, 가스 공급부(143)와 점화 전극(149)의 사이, 및/또는 플랜지(141b)와 가스 공급부(143) 사이에는 절연 부재(145)가 제공될 수 있다. 절연 부재(145)는 점화 포트(141)와 점화 전극(149) 사이를 절연하기 위해 제공될 수 있으며, 점화 전극(149)과 점화 포트(141) 사이의 절연 상태를 유지시킴으로써 둘 사이의 용량성 결합을 가능하게 한다.
절연 부재(145)는 점화 포트(141)와 점화 전극(149)을 효과적으로 절연하고 점화 전극(149)을 지지하며 내부 반응기의 공간을 밀폐할 수 있는 한도 내에서 다양한 개수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(145)는 점화 포트(141)의 플랜지(141b)와 점화 전극(149)의 헤드부(149b) 사이, 구체적으로 가스 공급부(143)와 점화 전극(149)의 헤드부(149b) 사이에 제공될 수 있다. 절연 부재(145)는 가운데가 개구된 링 형상으로 제공될 수 있으며, 가운데 개구된 부분으로 점화 전극(149)의 전극 본체(149a)가 삽입될 수 있다.
절연 부재(145)는 복수 개로 제공될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 절연 부재(145)는 절연 부재(145)는 전극 본체(149a)의 외주면과 직접 접촉하는 링 형상의 제1 절연 부재(145a)와, 제1 절연 부재(145a)보다 더 큰 직경을 갖는 링 형상의 제2 절연 부재(145b)를 포함할 수 있다. 제1 절연 부재(145a)와 제2 절연 부재(145b)는 일체로 형성될 수도 있고 별개의 구성으로 형성될 수도 있다. 제1 및 제2 절연 부재(145a, 145b)가 서로 분리된 별개로 이루어진 경우, 링 형상의 제2 절연 부재(145b)의 내측에 링 형상의 제1 절연 부재(145a)가 배치될 수 있으며, 제2 절연 부재(145b)의 링의 내측면이 제1 절연 부재(145a)의 링의 외측면과 직접 접촉할 수 있다.
절연 부재(145)는 내열성 절연 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(145)는 세라믹이나 사파이어와 같은 재료로 형성될 수 있다. 절연 부재(145)가 복수 개로 제공되는 경우, 각 절연 부재(145)의 재료는 동일할 수도 있고 달리 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 절연 부재(145a, 145b)는 모두 사파이어로 형성될 수도 있고, 모두 세라믹으로 형성 될 수 있으며, 하나는 사파이어, 하나는 세라믹으로 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 점화 포트(141)의 플랜지(141b)로부터 점화 전극(149) 사이에 순차적으로 가스 공급부(143) 및 절연 부재(145)가 배치된 것을 도시하였으나, 이는 일예를 설명한 것으로서, 일부 구성요소가 생략되거나 그 순서가 바뀔 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이 점화 포트(141)와 점화 전극(149)의 사이에는 반응기 내부에 연결된 배관 형태의 공간을 외부로부터 실링하기 위한 실링 부재(147)가 제공 될 수 있는 바, 상기 실링 부재(147)는 복수 개로 제공될 수 있다. 실링 부재(147)가 복수 개로 제공되는 경우, 실링 부재(147)는 점화 포트(141)와 가스 공급부(143) 사이, 가스 공급부(143)와 절연 부재(145) 사이, 절연 부재(145)와 점화 전극(149) 사이 중 적어도 하나에 제공될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 실링 부재(147)는 점화 포트(141)와 가스 공급부(143) 사이의 제1 실링 부재(147a), 가스 공급부(143)와 절연 부재(145) 사이의 제2 실링 부재(147b), 및 상기 절연 부재(145)와 점화 전극(149) 사이의 제3 실링 부재(147c)를 포함할 수 있다.
제1 실링 부재(147a)는 플랜지(141b)와 가스 공급부(143) 사이를 완전히 밀폐함으로써 반응기 내부를 진공으로 유지한다. 제2 실링 부재(147b)는 가스 공급부(143)와 절연 부재(145) 사이 및/또는 제3 실링 부재(147c)는 절연 부재(145)와 점화 전극(149) 사이에서 인접한 두 구성 요소 사이를 완전히 밀폐함으로써 반응기 내부를 진공으로 유지한다. 상기 제2 및 제3 실링 부재(147b, 147c)가 제1 실링 부재(147a)에 더해 설치 됨으로써, 제1 실링 부재(147a)에 일부 열에 의한 손상이 있더라도, 반응기 내부의 밀폐는 안정적으로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 점화 포트(141)와 가스 공급부(143) 사이, 가스 공급부(143)와 절연 부재(145) 사이, 절연 부재(145)와 점화 전극(149) 사이 각각에 실링 부재(147)가 제공된 것을 일 예로서 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 실링 부재(147)는 점화 포트(141)와 가스 공급부(143) 사이, 가스 공급부(143)와 절연 부재(145) 사이, 절연 부재(145)와 점화 전극(149) 사이 중 하나에 제공될 수도 있고, 두 위치에 제공될 수도 있고 세 위치 모두에 제공될 수도 있다.
상술한 구조를 갖는 반응기는 점화기에 있어서의 내열 성능, 특히, 실링 부재의 내열 성능이 향상됨으로써 진공 유지 효과가 크다. 이에 따라, 상기 반응기를 채용하는 플라즈마 발생 장치의 경우도 내열 성능이 향상됨으로써 성능 향상은 물론 내구성이 향상된다.
상기한 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치는, 점화 가스가 가스 공급부를 통해 유입되고 점화 전극으로 전력이 인가되며, 반응기 내부의 유입구를 통해 내부로 공정가스가 유입되면, 반응기 내부의 플라즈마 방전 채널로 기전력을 전달되어 플라즈마가 방전된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 방전을 위한 점화기의 실링 부재가 점화기 내의 점화 전극으로부터 이격되어 설치됨으로써 실링 부재의 손상에 의한 진공 파괴 등의 문제점이 해결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 구성 요소들은 다양한 형태로 변경될 수 있으며, 예를 들어, 상술한 실시예와 다른 형상이나 크기로 제조될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 변압기(150)는 반응기 본체(110)에 설치된다. 변압기(150)는 반응기 본체(110) 내부의 플라즈마 채널 형성 공간 내에 플라즈마의 발생을 위한 유도 기전력을 제공한다. 이를 위해 변압기(150)는 마그네틱 코어 및 마그네틱 코어에 권선되는 일차 권선 코일을 포함할 수 있다. 마그네틱 코어는 페라이트 코어일 수 있다. 변압기(150)의 코어는 플라즈마 방전 채널의 일부를 쇄교하도록 반응기 본체(110)에 배치되고, 그 코어에 일차 권선 코일이 권선될 수 있다.
권선 코일에는 배선(181)을 통해 전원 공급부(180)가 연결된다. 전원 공급부(180)는 RF 전원을 생성하는 RF 생성기(RF Generator), 임피던스 매칭을 위한 RF 매칭기(RF matcher)를 포함할 수 있다. 전원 공급부(180)는 권선 코일에 전원(180)을 공급하여 구동한다. 일차 권선 코일이 구동되면 반응기 본체(110) 내부의 플라즈마 방전 채널이 이차 권선으로 기능하여 플라즈마 채널 형성 공간 내에서 플라즈마가 방전될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 코어는 가스 주입구(170)의 양쪽으로 가스를 분기시키는 대칭형 구조의 우측과 좌측 각각에 일대일로 장착되는 대칭적 구조를 형성할 수 있다. 그러나, 코어의 위치는 이에 한정되는 것은 아니다.
반응기 본체(110)에는 그 내부에 포집 공간(129)을 갖는 포집기(120)가 연결된다. 즉, 반응기 본체(110)는 토로이달 형상을 이루는 별도의 블록 없이 곧바로 포집기(120)에 연결될 수 있다. 포집기(120)는 포집 공간(129)을 둘러 싸는 형태로 제공된다.
포집기(120)는 반응기 본체(110)의 가지들, 즉, 제1 가지(110a) 및 제2 가지(110b)에 각각 연결되는 개구들을 가지며 그 개구들을 통해 포집 공간(129)과 반응기 본체(110)의 반응 공간(130)이 곧바로 연결된다. 분기된 가지들은 합기되지 않은 상태로 포집기(120)에 연결된다. 여기서, 포집기(120)는 반응기 본체(110)에 별도의 배출구(127) 없이 플라즈마 발생 장치의 반응기 일부에 곧바로 연결될 수 있다. 토로이달 형상의 반응기 일부가 포집기(120)에 연결되어 토로이드 형상의 채널이 포집기(120) 상부 내에 확장되어 형성된다. 본 실시예의 경우, 토로이달 형상의 플라즈마 채널(133)이 포집기(120) 내까지 연장되는 형태이기 때문에 반응 공간(130), 즉, 플라즈마 채널(133)이 형성되는 공간의 일부와 포집 공간(129)의 일부는 서로 중첩할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 채널 형성을 위해 포집기(120) 내의 포집 영역과 중첩되는 반응 영역의 크기는 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 포집기(120) 내에 제공되는 반응 영역의 크기는 변압기(150)(상세하게는 코어)가 장착된 영역과 비장착된 영역에 대응하여 소정 크기 이하로 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포집기(120)에는 상기 포집 공간 내에 제공되며 상기 배기 가스의 유로의 방향을 변경시키는 유로 가이드가 제공될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포집기(120)를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집기(120)는 파우더를 포집하기 위한 포집 공간(TA)을 제공하는 하우징(121), 상기 포집 공간 내에 제공되며 상기 배기 가스의 유로의 방향을 변경시키는 유로 가이드를 포함한다.
하우징(121)은 제1 및 제2 배기부(129a, 129b)를 포함한다.
여기서, 파우더를 포함하는 배기 가스는 하우징(121) 내에서 제1 배기부(129a)으로부터 제2 배기부(129b)까지 형성된 유로(FL)(도면에서 화살표로 표시됨)를 따라 이동한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유로(FL)는 하우징(121) 내에서 2회 이상 이동 방향이 바뀐다.
하우징(121)은 그 내부에 포집 공간(TA)을 제공한다. 이를 위해 하우징(121)은 직육면체 형상으로 제공될 수 있다. 그러나, 하우징(121)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 이하 후술할 내용과 양립되지 않는 경우를 제외하고 다양한 형상으로 제공될 수 있다.
제1 배기부(129a)는 포집기(120)의 하우징에 제공되어 반응기(110)와 연결되며, 포집기(120) 측으로 반응기(110)로부터의 가스들이 유입되는 유입구로서 기능한다. 상기 유입되는 가스는 플라즈마와 반응한 배기 가스의 상 변화에 의해 생성된 파우더와, 반응하지 않은 배기 가스가 포함될 수 있다. 제1 배기부(129a)는 포집기(120)의 일측, 예를 들어, 포집기(120)의 상부에 배치될 수 있다.
제2 배기부(129b)는 포집기(120)의 하우징에 제공되어 외부의 다른 구성, 예를 들어, 배기 펌프에 연결된다. 제1 배기부(129a)는 포집기(120) 내의 가스들이 배출되는 배출구(170b)로서 기능한다. 상기 배출되는 가스는 파우더가 제거된 반응하지 않은 배기 가스들을 포함할 수 있다. 제2 배기부(129b)는 제1 배기부(129a)와 이격된 하우징(121)의 타측, 예를 들어, 하우징(121)의 하부에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 및 제2 배기부(129a, 129b)는 전체적인 형상이 단순히 개구(opening)로만 이루어질 수도 있고 일 방향으로 연장된 관 형상을 가질 수 있다. 이러한 제1 및 제2 배기부(129a, 129b)의 형상은 배기 가스가 포집기(120) 내에서 이동하는 경로에 따라 달라질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 포집기(120)가 직육면체 형상을 이루는 경우, 포집기(120) 저면을 기준으로 가로 세로 방향을 각각 x축 방향과 y축 방향, 높이 방향을 z축 방향이라고 하면, 제2 배기부(129b)는 z축 방향으로 연장된 관 형상을 가질 수 있다.
유로 가이드는 포집 공간(TA)을 2개 이상의 공간으로 구획하는 격벽부(123)를 포함한다.
격벽부(123)는 포집기(120) 내의 공간을 파우더가 저장되는 저장 공간(R1)과, 저장 공간(R1)과 연통되며 배기 가스가 제2 배기부(129b)로 배출되는 경로를 제공하는 연결 공간(R2)으로 분리한다.
저장 공간(R1)과 연결 공간(R2) 사이에는 가스가 이동될 수 있도록 개구가 형성되며 상기 개구를 통해 저장 공간(R1)으로부터 연결 공간(R2)으로 가스가 이동한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에서는 격벽부(123)는 포집기(120) 내에서 제1 배기부(129a)에 인접하여 배치되며 배기 가스의 유로(FL)를 가이드하는 판상부(125)와, 판상부(125)를 사이에 두고 제1 배기부(129a)과 이격되어 배치된 연통부(127')를 포함한다.
판상부(125)는 판상으로 제공되어 연통부(127')과 함께 저장 공간(R1)과 연결 공간(R2)을 구획한다. 판상부(125)는 적어도 일부가 z축에 대해 경사질 수 있으며, 저장 공간(R1) 내에서 유로(FL)가 하부 방향으로 형성되도록 가이드 할 수 있다. 판상부(125)는 연결 공간(R2) 내 일부에서 유로(FL)가 상부 방향으로 형성되도록 가이드 할 수 있다. 여기서, 판상부(125)는 포집기(120) 내부 폭과 같게 형성될 수 있으며, 예를 들어, 하부에서 저장 공간(R1)과 연결 공간(R2) 사이의 일부가 연결되도록 포집기(120) 내부 폭보다 작게 형성될 수 있다.
연통부(127')는 배관의 형상을 가지며 상단이 개구되고 하단이 제2 배기부(129b)에 연결될 수 있다. 연통부(127')의 개구된 상단은 저장 공간(R1)과 연결 공간(R2) 사이 형성된 개구보다 z축 방향으로 더 높은 위치에 제공될 수 있다. 배기 가스는 연통부(127')의 상단 개구를 통해 연통부(127')로 이동한다. 이에 따라 하부의 제2 배기부(129b) 방향으로 하강하는 유로(FL)를 따라 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 연통부(127')는 z축에 수직한 방향으로 잘랐을 때 단면이 사각형인 것을 일 예로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 원이나 타원, 기타 다른 형상을 가질 수 있음은 물론이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 포집기의 사시도이며, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 포집기의 측단면도이다.
도 5a 및 도 5b을 참조하면, 포집기(120)는 포집기(120)의 내부에는 상기 배기 가스를 냉각시키는 냉각부(131)가 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 상술한 실시예 중 연통부(127')가 설치된 포집기(120)를 예로 들어 설명하며, 다른 형태의 포집기에도 이러한 냉각부(131)가 설치될 수 있음은 물론이다.
냉각부(131)는 포집 공간(TA)에 배치되며, 특히, 포집 공간(TA) 내에서도 제1 배기부(129a)을 통해 주입된 배기 가스가 이동하는 경로에 배치된다.
냉각부(131)는 배관(131p), 및 상기 배관(131p) 내에 제공된 냉각 유체를 포함할 수 있다. 배관(131p)은 포집기(120)의 내부에서 포집기(120) 내부 공간, 특히 저장 공간(R1)에서의 온도를 낮출 수 있도록 다양한 위치에 다양한 개수로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 배기 가스의 유로 상에 냉각부(131)가 2개 배치된 것을 일 예로서 표시하였다.
냉각부(131)의 배관(131p)은 포집부 내에서 U자형으로 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 배관(131p)은 배기 가스가 이동하는 유로 상에 배치되어 배기 가스의 온도를 효율적으로 낮출 수가 있는 것으로 족하며 그 형상이 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배관은 M자형으로 제공될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 냉각부(131)의 배관(131p)의 길이는 다양할 수 있다. 예를 들어, 상측 냉각부(131)의 배관(131p)의 길이는 더 길게 형성되고 하측 냉각부(131)의 배관(131p)의 길이는 더 짧게 형성될 수 있다. 이러한 배관(131p)의 길이는 포집기(120) 내부 공간의 형상, 격벽부(123)의 형상과 배치 위치, 배기 가스의 유로 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 냉각 유체는 낮은 온도로 제공되어 인접한 영역의 열을 흡수할 수 있는 유체로서 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 물, 냉매, 배기 가스와 같은 유체일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 냉각부를 통해 배기 가스의 온도가 낮아짐으로써 파우더의 포집이 용이해진다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 실시예에서는 냉각부가 포집기의 내부에 형성된 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 포집기 내부의 온도를 낮추기 위한 냉각부는 포집기의 외부에도 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 냉각부(131)는 포집기(120)로부터 탈착 가능하며, 냉각부(131)를 제거한 경우, 냉각부(131)가 제공되었던 부분은 포집기(120)의 내부를 청소하기 위한 청소 포트로 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 포집기의 사시도로서, 포집기의 외부에 냉각부가 형성된 것을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각부는 하우징(121)의 외면에 설치될 수 있다. 하우징(121)의 포집 공간내에 배치된 냉각부(131)를 제1 냉각부(131)라고 하고, 포집 공간(TA)의 밖, 하우징(121)의 외면에 배치된 냉각부를 제2 냉각부(1133)라고 하면, 상기 제2 냉각부(1133)는 배관(1133p) 및 그 내부의 냉각 유체를 포함할 수 있다. 배관(1133p)은 단일 개수, 또는 복수의 개수로 제공될 수 있다.
제2 냉각부(1133)는 하우징(121)의 외면에서 내부 포집 공간(TA)에 균일하게 냉기를 제공하기 위해 하우징(121) 외면에 소정 간격마다 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 냉각부(1133)를 이루는 배관(1133p)을 길게 연장시켜 지그재그 형태로 배치하되, 서로 인접하게 배치된 배관(1133p)이 전체적으로 볼 때 균일한 간격을 가질 수 있다. 그러나, 이러한 제2 냉각부(1133)의 배관(1133p)의 배치는 필요에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 저장 공간(R1)측에 가까운 영역에 제2 냉각부(1133)의 배관이 상대적으로 밀도가 높게 배치될 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 배관(1133p)은 연장 방향에 대한 단면이 직사각 형상인 것을 도시하였으나, 이는 일 예로서 도시된 것이다. 배관(1133p)의 단면은 원, 타원, 반원, 기타 다각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다.
상술한 실시예들에 있어서, 포집기(120) 내부와 포집기(120) 외부에 냉각부(1133, 1133p)가 형성된 것을 도시하였으나, 본 발명의 일 실시예에서는 포집기(120)의 내부 및 외부 모두에 형성될 수도 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 플라즈마 발생 장치는 반도체 공정 등에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기, 및/또는 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치는 공정 중에 발생하는 배기 가스 처리를 위해 사용될 수 있다.
도 7은 플라즈마 채널이 형성된 영역에서 변압기 장착 영역과 비장착 영역을 도시한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 플라즈마 채널이 형성된 영역은 변압기의 마그네틱 코어 장착 영역 (A1)과 마그네틱 코어가 비장착된 영역(A2)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 포집기(120) 내에서의 반응 영역의 플라즈마 채널(133)의 길이는 변압기(150)의 마그네틱 코어가 장착된 영역(A1)의 채널의 길이의 약 50% 이하의 비율을 가질 수 있다. 본 실시예에 있어서, 설명의 편의를 위해 플라즈마 채널(133)은 플라즈마 채널(133)이 형성되는 영역에서 단면 상에서의 플라즈마의 농도가 가장 높은 점을 이은 선의 형태로 표시되었다. 반응기 본체(110) 내부의 플라즈마 채널(133)은 반응기 본체(110)의 토로이드의 단면 상에서의 플라즈마 농도가 가장 높은 점(예를 들어, 토로이드 단면 상에서의 중심)을 잇는 가상의 선이며, 포집기(120) 내 반응 영역의 플라즈마 채널(133)은 반응기 본체(110) 내의 플라즈마 형성 공간과 이어지되 포집기(120) 내에서 단면상에서의 플라즈마의 농도가 가장 높은 부분을 잇는 선이다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 포집기(120)는 배기가스 플라즈마 에너지를 인가받아 공정 부산물이 고체 상태의 파우더(powder)로 생성되면, 그 파우더를 포집한다. 일부 공정 부산물은 플라즈마 처리에 의해 기상(gas phase)으로 분해되어 배출될 수 있다.
포집기(120)의 일측에는 파우더가 포집기(120)에서 포집된 후의 배기 가스를 외부로 배출시키고, 챔버 내부를 진공상태로 만드는 배기 펌프(미도시)가 설치될 수 있다.
배기 가스는 공정을 진행하면서 발생되거나 공정을 진행하면서 공정 챔버(20)로부터 반응하지 않은 상태로 유입되는 공정 부산물을 포함하는 것으로서 그 종류는 한정되는 것은 아니다. 배기 가스에 포함된 공정 부산물은 예를 들어 PFCs(perfluorocompounds), 전구체(Zr-precursor, Si-precursor, Ti-precursor, Hf-precursor 등), TiCl4, WF6, SiH4, Si2H6, SiH2Cl2, NF3, NH3, NH4Cl, TiO2, WN, ZrO2, TiN 등을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 이러한 포집기(120)를 포함함으로써, 공정 챔버(20)를 거친 후 배기 가스에 포함된 공정 부산물이 처리된 가스를 제공하며, 이에 따라 배기 펌프에 악영향을 주지 않고 상기 배기 펌프의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 포집기(120)에는 플라즈마 채널 형성 공간 및 포집 공간(129)을 거친 가스가 가스가 외부로 배출되는 배출구(127)가 설치된다.
배출구(127)는 반응기 본체(110)와 포집기(120) 사이의 연결 부분과 이격되며 외측으로 개구된 형태로 제공된다. 본 발명의 일 실시예에서는 도면 상에서 가스 주입구(170)가 반응기 본체(110)의 상부에, 배출구(127)가 포집기(120)의 하부에 제공된 것을 일예로서 나타내었다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가스 주입구(170)의 일단과 배출구(127)의 타단은 플라즈마 발생 장치를 이루는 다른 추가적인 구성요소에 연결될 수 있으며, 예를 들어 가스 주입구(170)의 일단은 상부 어댑터에, 배출구(127)의 타단은 하부 어댑터에 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 배출구(127)에서의 가스의 이동 방향은 OUT으로 표시되었다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가스 주입구(170)의 내벽은 반응기 본체의 내측으로 연장될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 주입구의 내벽이 플라즈마 본체의 플라즈마 채널 공간 내로 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가스 주입구의 일단에는 커넥터가 연결될 수 있다.
도 9a는 커넥터가 연결된 플라즈마 발생 장치를 도시한 것이며, 도 9b는 도 9a의 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 구체적으로 도시한 것이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 커넥터(CNT)는 일단이 주입구(1119a)에 연결되며, 반응기 내로 연통되는 복수 개의 개구들을 갖는다. 복수 개의 개구들은 가스의 주입구일 수도 있고 유지 보수를 위한 것일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수 개의 개구들 중 하나 이상, 예를 들어, 2개의 개구는 가스의 주입 경로로 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 커넥터(CNT)는 일측이 주입구에 연결되는 커넥터 본체(BD)와, 상기 커넥터 본체(BD)의 타측에 연결되며 공정 부산물이 주입되는 메인 주입구(MC), 및 상기 커넥터 본체(BD)의 타측에 연결되며, 오존과 같은 부가 가스가 주입되는 보조 주입구(AC)를 포함한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터(CNT)는 적어도 2구의 입구를 갖는 형태로 제공될 수 있으며 두 입구 모두 가스의 주입구로 사용될 수 있다. 커넥터(CNT)가, 2구의 입구를 갖는 경우, 하나는 메인 주입구(MC)이고, 나머지 하나는 보조 주입구(AC)에 해당할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 공정 부산물은 커넥터(CNT)의 메인 주입구(MC)를 통해 공정 챔버(20)로부터 통해 플라즈마 발생 장치(1100)의 반응기(1110)로 제공된다. 부가 가스는 플라즈마 및 공정 부산물과의 반응하는 것으로서, 오존 가스 및/또는 유기 화합물(예를 들어 메틸기 함유 유기 화합물)일 수 있다.
플라즈마 발생 장치(1100)는 플라즈마 에너지 및/또는 정화 가스 등을 공정 부산물에 제공함으로써 공정 부산물의 유해 성분들을 연소시키거나 정화시킨다. 부가 가스는 공정 부산물의 유해 성분들이 플라즈마와 반응하는 과정에서 파우더와 같은 물질로 변환시킬 때 반응을 촉진하거나 함께 반응하는 것으로 선택될 수 있다. 공정 챔버에서 증착 공정에 의해 생성된 공정 부산물에는 공정 챔버에서 증착 공정 시 생성되는 금속 전구체, 비금속 전구체 및 공정 부산물, 클리닝(cleaning) 가스의 부산물들이 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 커넥터(CNT)는 상기 커넥터 본체(BD)에 연결된 유지 보수용 유지 보수용 개구(DC)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 커넥터(CNT)는 메인 주입구(MC), 보조 주입구(AC), 및 유지 보수용 개구(DC)를 갖도록 3구 커넥터로 제공될 수 있다. 3구 커넥터로 제공되는 경우, 3구중 하나는 메인 주입구(MC), 나머지 2구 중 하나는 보조 주입구(AC), 나머지 하나는 유지 보수용 개구(DC)일 수 있다. 여기서, 3구 커넥터(CNT)로 제공될 때 메인 주입구(MC)는 3구 중 가운데에 있는 것일 수 있으며, 메인 주입구(MC)의 양측으로 보조 주입구(AC) 및 유지 보수용 개구(DC)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유지 보수용 개구(DC)는 메인 주입구(MC)를 사이에 두고 보조 주입구(AC)에 대칭되는 위치에 제공될 수 있다. 그러나, 유지 보수용 개구(DC)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나, 메인 주입구(MC), 보조 주입구(AC), 및 유지 보수용 개구(DC)의 위치나 형상은 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 위치나 형상으로 변경될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 메인 주입구는 주로 공정 부산물이 주입되는 입구로서 기능하나, 메인 주입구를 통해 조건 공정 부산물만이 주입될 필요는 없으며, 상황에 따라 공정 부산물과 부가 가스의 혼합물이 주입될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유지 보수용 개구(DC)는 반응기(1110)를 클리닝 하기 위한 것일 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정 부산물이나 부가 가스 주입을 위한 메인 주입구(MC) 이외에 별도의 보조 주입구(AC)를 설치하여 부가 가스를 용이하게 반응기(1110) 내로 주입함으로써, 플라즈마 반응 및/또는 파우더 생성 반응이 더욱 효과적으로 일어나게 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 커넥터에 별도의 클리닝용 더미 주입부(1171)을 설치함으로써, 용이하게 커넥터(CNT) 및 반응기(1110)의 내부, 특히, 반응기(1110)의 상부 측에 쌓인 파우더와 같은 이물질들을 효과적으로 단시간에 클리닝할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예는 유지 보수 시간이 감축되는 것은 물론 유지 비용이 감소하는 효과가 있다.
도 9b를 참조하면, 플라즈마 발생 장치(110)는 반응기(1110), 주입구(1119a), 배출구(1119b), 커넥터(CNT), 및 포집기(1170)를 포함할 수 있다.
포집기(1170)는 도 9b에 도시된 바와 같이 배출구(1170b)에 연결된 것이 아니라 반응기(1110) 일부에 곧바로 연결될 수도 있다. 본 실시예에서는, 토로이달 형상의 반응기 일부가 절연부(1120)를 사이에 두고 포집기(1170)에 연결되어 토로이드 형상의 채널이 포집기(1170) 내에 형성된다. 포집기(1170)는 반응기(1110)의 가지들, 즉, 제1 가지(1110a) 및 제2 가지(1110b)에 각각 연결될 수 있다. 분기된 가지들은 합기되지 않은 상태로 포집기(1170)에 연결될 수 있으며, 포집기(1170) 내에서 출구 하우징(1110c)에 의해 포집기 내에서 합쳐질 수 있다. 출구 하우징(1110c)은 상구부가 반응기의 제1 및 제2 가지에 연결되고 하부가 배출구로서 개구된 사각 깔대기 형상으로 제공될 수 있다.
본 실시예의 경우, 토로이달 형상의 플라즈마 채널이 포집기(1170) 내까지 연장되는 형태이기 때문에 포집기(1170) 내의 공정 부산물까지 포함하여 연소, 분해, 정화시킬 수 있다.
따라서, 상술된 공정 부산물 처리 장치는 공정 처리 장치 중 하나로서, 플라즈마 발생 장치(110) 및 상기 플라즈마 발생 장치(110)에 연결된 포집기(1170)를 포함함으로써, 공정 챔버(20)를 거친 후 공정 부산물에 포함된 공정 부산물이 처리된 가스를 제공하며, 이에 따라 배기 펌프에 악영향을 주지 않고 상기 배기 펌프의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(110)는 공정 챔버(20)에서 이루어지는 공정의 후단계에 사용되어 공정 챔버(20)로부터 나오는 공정 부산물을 처리하는 용도로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 출구 하우징(1110c)이 반응기(1110)의 일부로서 존재함으로 인해 반응기(1110) 내부의 플라즈마 형성 공간(1130)에서의 플라즈마의 밀도를 원하는 수준으로 유지할 수 있다. 반응기(1110) 내에서는 플라즈마와 가스와의 반응이 충분히 진행될 수 있을 정도로 플라즈마가 유지되어야 할 필요가 있으며, 출구 하우징(1110c)은 플라즈마 형성 공간을 포집기(1170) 내부로까지 확장하면서 플라즈마 형성 공간을 폐루프 형상이 되도록 한다. 특히, 반응기(1110) 내에서도 중력에 의해 플라즈마의 하부 쏠림 현상이 있을 수 있는 바, 이러한 출구 하우징(1110c)이 제공됨으로써 반응기(1110) 내의 하부 부분에서의 가스와의 반응을 최적화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 출구 하우징(1110c)에는 플라즈마와 공정 부산물과의 반응과 관련한 부가 가스를 추가적으로 주입하기 위한 별도 부가 주입 배관(1191)이 설치될 수 있다. 상기 부가 주입 배관(1191)은 예를 들어, 오존(O3) 가스 및/또는 유기 화합물(예를 들어 메틸기 함유 유기 화합물)를 배출구를 통해 반응기(1110) 내부의 플라즈마 형성 공간(1130)에 제공할 수 있다. 주입되는 부가 가스의 종류는 이에 한정되는 것은 아니다. 부가 주입 배관을 통해 제공되는 부가 가스는 커넥터(CNT)의 보조 주입구(AC)를 통해 제공되는 부가 가스와 실질적으로 동일할 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 부가 주입 배관을 통해 제공되는 부가 가스의 종류는 이와 다를 수도 있다.
출구 하우징(1110c)이 제공된 영역은 반응기에서 생성된 플라즈마 밀도가 상대적으로 높은 영역으로서, 상기 영역에 부가 가스를 제공함으로써 공정 부산물의 분해 반응을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 지르코늄계 공정 부산물과 오존 가스와의 결합으로 인해 산화지르코늄 파우더가 생성되는 반응이 가속화될 수 있다. 출구 하우징(1110c)이 제공된 반응기(1110)의 하부 부분은 반응기(1110)의 각 부분 중 포집기(1170)에 연결된 배기 펌프와 거리가 가까운 부분으로서, 배기 펌프에 의해 당겨지는 힘으로 인해 플라즈마 밀도가 높게 나타나기 때문이다.
도면에서 자세하게 도시하지는 않았으나, 출구 하우징(1110c)에 연결된 부가 가스 주입 배관(1191)은 출구 하우징(1110c)가 사각 깔때기 형상인 경우, 사각 깔때기에 직접 오존 포트를 결합하기 어렵기 때문에 양쪽이 개방된 형상을 가질 수 있다. 사각 깔때기는 오존과 같은 부가 가스가 들어갈 수 있도록 개구가 측면에 형성될 수 있으며, 부가 가스 주입 배관은 직선 또는 곡선의 형태로 상기 형태의 개구에 연결될 수 있다. 개구는 다양한 형상, 예를 들어, 원형상일 수 있으며, 부가 가스 주입 배관은 S자 형태로 굴곡질 수도 있다.
본 실시예의 경우, 토로이달 형상의 플라즈마 채널(133)이 포집기(1170) 내까지 연장되는 형태이기 때문에 반응 공간(1130), 즉, 플라즈마 채널(133)이 형성되는 공간(1130)의 일부와 포집 공간(1171)의 일부는 서로 중첩할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 채널 형성을 위해 포집기(1170) 내 출구 하우징(1110c)이 제공되며, 출구 하우징에 제공된 배출구의 크기를 조절함으로써 플라즈마 채널 형성을 위한 공간(1130)의 크기를 다양하게 조절할 수 있다.
포집기(1170)는 포집 공간(1171) 내에 제공되며 포집 공간(1171)을 2개 이상으로 구획하는 가이드 부재(1173)를 포함할 수 있다. 가이드 부재(1173)는 판상으로 마련되거나 파이프 형태의 배기 라인으로 마련될 수 있다. 포집기(1170) 내로 진행하는 가스의 유로는 포집기(1170) 내에서 가이드 부재(1173)에 의해 적어도 2회 이상 방향이 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 포집기(1170)에는 공정 부산물의 반응물이 포집된 후 나머지 가스가 배출되는 포집기 배출구(1175)가 제공된다. 포집기 배출구(1175)는 포집기(1170)의 하부, 즉 하우징의 저면에 배치될 수 있다.
도 9a 및 도 9b에 있어서, 설명되지 않은 부호 1140 및 1150는 각각 점화기, 변압기이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 포집기는 반드시 구비되어야 하는 것은 아니며, 또는 구비되더라도 반드시 도시된 것과 동일한 형태를 가져야 하는 것은 아니다. 포집기는 상황에 따라 생략되거나 다른 형태로 구현될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기 본체(110)와 포집기(120) 사이에는 절연부(160)가 제공될 수 있다. 절연부(160)는 반응기 본체(110) 및/또는 포집기(120)가 도전성 재료로 이루어진 경우 유도된 전류가 반응기 본체(110) 및/또는 포집기(120)에 흐르는 것을 방지하기 위한 것으로서, 전기적 절연을 위해 제공된다.
절연부(160)는 토로이드의 단면에서의 원 형상에 대응한 링 형상으로 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 절연부(160)는 반응기 본체(110) 각 가지들과 포집기(120) 사이에 제공될 수 있으나, 개수 및 장착 위치는 달라질 수 있다. 예를 들어, 반응기 본체(110) 상에 소정 선이나 면에 대해 비대칭 형상으로 배치될 수 있다. 이에 더해, 반응기 본체(110)가 다수 개의 바디, 예를 들어, 2개 이상의 바디로 이루어지는 경우, 서로 인접한 두 개의 바디 사이마다 절연부(160)가 제공될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 절연부(160)는 상기 반응기 본체(110)를 구성하는 바디 사이와, 상기 반응기 본체(110)와 상기 포집기(120) 사이 중 적어도 하나가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 절연부(2160)은 다양한 형태로 제공될 수 있다.
도 10a 내지 도 10e는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연부(2160)의 단면도를 도시한 것들이다.
먼저, 도 10a 및 도 10e를 참조하면, 절연부(2120)는 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)를 이격시키면서 플라즈마 채널 형성 공간(2130)을 실링하는 적어도 2개의 실링 부재(2121)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)는 각각 절연부가 배치되는 영역에서 외측 방향으로 돌출된 플랜지 구조를 갖는다. 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)가 플랜지 구조를 가짐으로써, 플라즈마 채널 형성 공간(2130)을 정의하는 반응기 본체의 내측으로부터 외측 방향으로 소정 위치 이격된 지점에 실링 부재를 설치하는 것이 가능하다. 반응기 본체의 플라즈마 채널 형성 공간(2130)은 공정에 따라 고온으로 유지되는 경우가 있으며, 이렇게 플랜지 구조를 통해 실링 부재를 고온 영역으로부터 이격시킴으로써 실링 부재의 열로부터의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)의 단부가 플랜지 구조를 가짐으로써 이후 실링 부재의 냉각을 위한 냉각부도 반응기 본체의 플라즈마 형성 공간(2130)으로부터 이격시켜 설치 가능하다. 이에 따라, 실링 부재의 냉각을 위해 필요한 냉각부를 이격시켜 반응기 본체가 이루는 플라즈마 형성 공간(2130)의 온도 하강을 방지할 수 있다. 다시 말해 플라즈마 형성 공간(2130)에 인접한 반응기 본체의 온도를 유지하면서도 실링 부재의 냉각을 가능하게 할 수 있다. 냉각부에 대해서는 후술한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실링 부재(2121)는 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)의 사이에서 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)의 외곽을 따라 제공될 수 있으며, 이에 따라 닫힌 형상(closed shape)를 갖는다. 즉, 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)의 외곽에 대응하는 링 형상으로 제공된다. 실링 부재(2121)는 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b) 사이에서 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)가 이루는 내부 공간(2130)을 외부로부터 실링하기 위한 것이다. 상기 실링 부재(2121)는 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b) 사이에서 압착되어 상기 반응기 내부를 외부로부터 완전히 밀폐한다. 이에 따라, 실링 부재(2121)에 의해 플라즈마 발생 장치(210)의 반응기 내부가 진공 상태로 유지될 수 있다.
실링 부재(2121)는 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b) 사이에서 반응기 내부를 효과적으로 밀폐하기 위해 탄성이 있는 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 실링 부재(2121)는 반응기의 높은 고온에도 안정한 내열성 재료로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 실링 부재(2121)는 탄성이 있으며 내열성이 있는 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 실링 부재(2121)는 실리콘 수지로 이루어질 수 있다.
상기 실링 부재(2121)는 복수 개로 이루어진다. 실링 부재(2121)가 복수 개로 이루어짐으로써 실링 부재(2121)의 손상이 일어나더라도 반응기 내부가 외부로부터 안정적으로 실링될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 실링 부재는 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 반응기 본체의 내측에서 외측을 향하는 제1 방향을 따라 순차적으로 배치되거나, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.
실링 부재(2121)가 두 개로 이루어지는 경우, 각각을 제1 실링 부재(2121a)와 제2 실링 부재(2121b)라고 하면, 제1 실링 부재(2121a)와 제2 실링 부재(2121b)는 반응기 내부로부터 외측 방향으로 순차적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 실링 부재(2121b)가 링 형상일 때 그 링의 내부 직경은 제1 실링 부재(2121a)의 내부 직경보다 더 클 수 있으며, 제2 실링 부재(2121b)는 제1 실링 부재(2121a)의 외측에 배치될 수 있다. 이 경우, 내측의 제1 실링 부재(2121a)가 반응기 내부의 플라즈마에 의해 손상 되거나 열에 노출되어 손상되더라도 제2 실링 부재(2121b)에 의해 반응기 내부는 지속적으로 진공 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 실링 부재(2121a)와 제2 실링 부재(2121b)의 단면에서의 직경은 서로 동일한 것으로 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b) 사이의 간격이 일정한 경우, 제1 실링 부재(2121a)와 제2 실링 부재(2121b)의 단면에서의 직경은 서로 동일할 수 있으나, 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b) 사이의 간격이 제1 실링 부재(2121a)와 제2 실링 부재(2121b)가 제공된 영역에서 서로 다른 값을 갖는다면, 제1 실링 부재(2121a)와 제2 실링 부재(2121b)의 단면에서의 직경은 서로 다른 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 절연부(2120)는 실링 부재(2121)의 플라즈마에 의한 손상 및/또는 열 손상을 방지하는 절연 부재(2123)를 더 포함할 수 있다. 특히 상기 절연 부재(2123)는 반응기 내부의 플라즈마 형성시 발생하는 열에 의해 실링 부재(2121)가 손상됨으로써 내부 반응기의 진공이 파괴되는 현상을 방지한다. 상기 절연 부재(2123)는 상기 실링 부재(2121)의 열 손상을 방지하는 효과 이외에도 절연 구간에서의 쇼트 및 아크를 방지할 수도 있다. 플라즈마 발생 장치(210)의 구동시 발생하는 파티클에 의해 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b) 사이에 적층되는 경우, 상기 파티클에 의한 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b) 사이의 쇼트 및 아크가 발생할 수 있는 데, 절연 부재(2123)가 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b) 사이에 배치됨으로써 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)를 충분히 이격시킴으로써 이러한 쇼트 및 아크를 감소시킬 수 있다.
무엇보다도, 절연 부재(2123)는 실링 부재(2121)가 반응기 내부의 플라즈마에 노출되는 것을 막음으로써 실링 부재(2121)가 플라즈마에 의해 손상되는 것을 방지한다. 절연 부재(2123)는 탄성이 없는 재료로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 세라믹과 같은 내열성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 절연 부재(2123)는 비도전성 재료로 이루어짐으로써 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b) 사이가 전기적으로 절연되도록 한다. 또한 절연 부재(2123)는 열적으로도 주변 구성요소와 절연되도록 한다.
절연 부재(2123)는 닫힌 링 형상으로 제공되며, 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b) 사이를 절연한다. 또한, 절연 부재(2123)는 실링 부재(2121)에 인접한 위치에서 반응기 내부의 플라즈마와 열로부터 실링 부재(2121)를 보호할 수 있다.
절연 부재(2123)는 적어도 1개 이상으로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 절연 부재(2123)는 두 개로 제공될 수 있다. 절연 부재(2123)의 개수는 다양하게 설정될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 우선 절연 부재(2123)가 제1 절연 부재(2123a)와 제2 절연 부재(2123b)로, 2개인 것을 일예로서 설명한다.
복수 개의 절연 부재(2123)는 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 복수 개의 절연 부재(2123)의 크기는 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)를 효과적으로 이격 및 절연시키고, 실링 부재(2121)를 반응기 내부의 플라즈마와 고온으로부터 효과적으로 보호하는 역할 중 적어도 하나를 위해 다양하게 설정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기 내측으로부터 제1 절연 부재(2123a)와 제2 절연 부재(2123b)가 배치된 경우, 제1 절연 부재(2123a)는 제2 절연 부재(2123b)보다 더 큰 크기를 가질 수 있다. 제1 절연 부재(2123a)가 더 큰 크기를 가짐으로써 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b) 사이의 간격을 유지할 수 있으며, 절연 부재(2123)의 외측에 배치된 실링 부재(2121)를 일차적으로 보호하는 역할도 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 절연 부재(2123a)의 단면에서의 직경과 제2 절연 부재(2123b)의 단면에서의 직경은 소정의 값으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 절연 부재(2123a)의 단면에서의 최소 직경은 제2 절연 부재(2123b)의 단면에서의 최소 직경에 대해 약 2 내지 약 9배로 제공될 수 있으며, 제1 절연 부재(2123a)의 단면에서의 최대 직경은 제2 절연 부재(2123b)의 단면에서의 최대 직경에 대해 약 1 내지 약 3배로 제공될 수 있다. (여기서 단면에서의 직경이라고 하면, 링 형상의 절연 부재(2123)에 있어서 링이 이루는 평면에 수직한 면으로 잘랐을 때, 링의 단면을 의미한다.) 본 실시예에 있어서, 상기 제1 절연 부재(2123a)의 단면에서의 직경이 제2 절연 부재(2123b)의 단면에서의 직경보다 작은 경우, 절연을 위한 제1 및 제2 바디(2110a, 2110b)와의 간격을 충분히 확보하기 힘들며, 큰 경우에는 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)의 조립성이 감소한다.
다시 도 10a를 살펴보면, 제1 절연 부재(2123a)는 제2 절연 부재(2123b)보다 더 큰 폭과 더 큰 높이를 가질 수 있다. 제1 절연 부재(2123a)의 폭과 높이를 각각 제1 폭(W1)과 제1 높이(H1)라고 하고, 제2 절연 부재(2123b)의 폭과 높이를 각각 제2 폭(W2)과 제2 높이(H2)라고 하면, 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2)보다 크고, 제1 높이(H1)는 제2 높이(H2)보다 클 수 있다. 제2 절연 부재(2123b)는 제1 절연 부재(2123a)보다는 더 작은 크기로 제공될 수 있으나, 이 역시 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)를 효과적으로 이격 및 절연시키며 실링 부재(2121) 중 적어도 하나를 보호할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기의 플라즈마 채널 공간(2130)에 더 가까운 제1 절연 부재(2123a)의 크기가 제2 절연 부재(2123b)보다 크게 생성됨으로써, 반응기 내부 공간(2130)에 바로 접한 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b) 사이의 이격 거리가 상대적으로 더 커진다. 이에 따라, 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b) 사이에서 있을 수 있는 쇼트 또는 아크가 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 실링 부재(2121)와 절연 부재(2123)는 다양한 형태로 배치될 수 있다.
도 10a를 살펴보면, 제1 절연 부재(2123a)는 실링 부재(2121)가 반응기 내부 공간(2130)의 플라즈마에 노출되지 않도록 상기 반응기 내부 공간(2130)과 실링 부재(2121) 사이에 제공된다. 제2 절연부재(2123b)는 제1 바디와 제2 바디의 간격을 유지시켜준다.. 상세하게는, 제1 절연 부재(2123a)는 반응기 내부 공간(2130)과 제1 실링 부재(2121a) 사이에 제공될 수 있으며, 제2 절연 부재(2123b)는 제1 실링 부재(2121a)와 제2 실링 부재(2121b) 사이에 제공될 수 있으며, 제1 절연 부재(2123a)-제1 실링부재-제2 절연 부재(2123b)-제2 실링 부재(2121b) 순서로 배치된다. 여기서, 제1 절연 부재(2123a)는 제1 실링 부재(2121a)보다 링에서의 내경이 더 작게 제공될 수 있으며, 제2 절연 부재(2123b)는 링에서의 내경이 제1 실링 부재(2121a)보다 더 크고 제2 실링 부재(2121b)보다 더 작게 제공될 수 있다.
실링 부재(2121)와 절연 부재(2123)는 도 10a와 달리 다양한 형태로 배치될 수 있는바, 도 10c를 살펴보면, 제1 절연 부재(2123a)는 실링 부재(2121)가 반응기 내부 공간(2130)의 플라즈마에 노출되지 않도록 상기 반응기 내부 공간(2130)과 실링 부재(2121) 사이에 제공된다. 제2 절연 부재(2123b)는 제1 절연 부재(2123a)와 실링 부재(2121) 사이에 제공되어, 반응기 내부 공간(2130)과 실링 부재(2121) 사이를 다시 한번 막아준다. 상세하게는 제1 절연 부재(2123a) 및 제2 절연 부재(2123b)는 반응기 내부 공간(2130)과 제1 실링 부재(2121a) 사이에 순차적으로 제공될 수 있으며, 그 다음 제2 절연 부재(2123b) 외측에 제1 실링 부재(2121a)와 제2 실링 부재(2121b)가 제공될 수 있다. 이 경우, 제1 절연 부재(2123a)-제2 절연 부재(2123b)-제1 실링부재-제2 실링 부재(2121b) 순서로 배치된다.
본 실시예에 있어서, 제1 바디(2110a) 및/또는 제2 바디(2110b)와 절연 부재(2123)가 맞닿은 부분의 제1 바디(2110a) 및/또는 제2 바디(2110b)는 모서리가 모따기 되어 라운딩 처리될 수 있다. 제1 바디(2110a) 및/또는 제2 바디(2110b)는 모서리가 모따기 되는 경우, 모서리 부분의 전하의 집적을 최대한 방지함으로써 아크 발생을 감소시킨다. 모서리 부분이 라운딩 처리되지 않는 경우, 상대적으로 다른 부분에 비해 뾰족한 형상을 가지게 되며, 이에 따라 전하의 집적이 일어나 피뢰침과 유사한 형태로 아크 방전을 유도할 수 있기 때문이다. 이에 더해, 절연부(2120)는 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)의 모서리를 라운딩 처리함으로써 라운딩된 부분에 있어서 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)의 서로 대응하는 부분이 서로 직접적으로 마주보는 것을 최대한 방지하며, 거리를 순차적으로 멀게 함으로써 아크 방전을 최대한 감소시킨다. 더욱이, 이러한 라운딩 처리를 통해 제1 및/또는 제2 바디(2110b)와 절연 부재(2123) 사이에 파티클이 적층되는 것이 감소되며 적층되더라도 이후 제1 및 제2 바디(2110a, 2110b) 사이에서 쇼트나거나 아크가 발생하는 것이 감소될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 실링 부재(2121)가 복수 개로 제공됨으로써 반응기 내부의 공간(2130)과 외부를 안정적으로 진공으로 봉지한다. 이에 더해, 절연 부재(2123)는 복수 개로 제공될 수 있어, 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b)를 절연시키면서 실링 부재(2121)를 효과적으로 보호할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 있어서, 절연 부재(2123)의 형상은 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 제1 절연 부재(2123a)의 형상은 특정 선에 대해 비대칭 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 절연 부재(2123a)의 단면은 도 10b에 도시된 바와 같이, 지면에 수직한 선에 비대칭으로 제공될 수 있는 바, 이러한 비대칭 형상을 통해 조립시 오조립의 가능성이 낮아진다. 예를 들어 제1 절연 부재(2123a)반대 방향으로 역조립되는 가능성을 낮춘다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 및 제2 바디(2110a, 2110b)의 내측면과 절연 부재(2123)의 반응기 내부 공간(2130) 측의 내측면은 다양한 형상을 가질 수 있다.
상술한 실시예에 있어서는, 제1 절연 부재(2123a)의 내측면은 제1 바디(2110a) 및 제2 바디(2110b)의 반응기 내부의 내측면과 동일면 상에 배치된 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 절연 부재(2123a)의 내측면은 제1 바디(2110a) 및 제2 바디(2110b)의 반응기 내부의 내측면으로부터 돌출될 수 있다. 여기서, 제1 절연 부재(2123a)의 내측면은 제1 바디(2110a) 및 제2 바디(2110b)의 반응기 내부의 내측면과 동일면 상에 있는 경우 및 제1 절연 부재(2123a)의 내측면은 제1 바디(2110a) 및 제2 바디(2110b)의 반응기 내부의 내측면으로부터 돌출된 경우 모두, 내측 절연링의 내경은 지면을 기준으로 수직한 형태로 구현될 수 있다.
도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연부(2120)를 도시한 것으로서, 제1 절연 부재(2123a)의 내측면이 제1 바디(2110a) 및 제2 바디(2110b)의 반응기 내부의 내측면으로부터 돌출된 것을 도시한 단면도이다. 이하의 실시예에서는 설명의 중복을 피하기 위해 상술한 실시예와 다른 점을 위주로 설명하며, 설명되지 않은 부분은 상술한 실시예에 따른다.
도 10d를 참조하면, 제1 절연 부재(2123a)의 내경(R2a, R2b)이 제1 바디(2110a)의 내경(R11)보다 작은 값으로 제공된다. 여기서, 제1 절연 부재(2123a)의 일부는 제1 바디(2110a)의 내측면으로부터 반응기 내부 공간측(즉, 내측)으로 돌출된 돌출부(PR)를 갖는다.
이렇게 절연 부재(2123)의 절연 부재(2123)에 의해 제1 바디(2110a) 및 제2 바디(2110b) 사이의 간극이 넓어지게 되므로 절연 부재(2123)가 설치되는 부분에는 파티클이 적재되지 않는다. 그러므로 절연부(2120)에 적재된 파티클에 의해 제1 바디(2110a)와 제2 바디(2110b) 간에 쇼트 또는 아크가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 절연 부재(2123a)는 반응기의 내측으로 노출된 돌출부(PR)의 내측면이 경사진 경사면(SL)을 가질 수 있다. 다시 말해, 제1 절연 부재(2123a)의 내측면이 제1 바디(2110a) 및/또는 제2 바디(2110b)의 반응기 내부의 내측면으로부터 돌출되되, 상기 제1 및 제2 바디(2110a, 2110b) 중 적어도 하나의 내측면에 대해 경사진 것을 도시한 도면이다. 또한 제1 절연 부재(2123a)는 상기 제1 및 제2 바디(2110a, 2110b) 중 적어도 하나의 내측면에 평행한 편평면(FS)을 가질 수도 있다.
상기 경사면(SL)은 하부 방향으로 갈수록 더 내경이 좁아지는 형태의 경사면(SL)에 해당한다. 좀더 설명하면, 제1 절연 부재(2123a)는 제1 바디(2110a)의 내측면으로부터 돌출된 형상을 가지되, 제1 바디(2110a)의 내경(R11)보다 더 좁은 내경을 갖도록 제공된다. 이때, 제1 절연 부재(2123a)에 있어서, 상측에서의 내경(R2a)과 하측에서의 내경(R2b)이 서로 다른 값을 가지며, 상측에서의 내경(R2a)보다 하측에서의 내경(R2b)이 더 작은 값을 가질 수 있다.
이렇게 제1 절연 부재(2123a)가, 제1 및 제2 바디(2110a, 2110b) 중 적어도 어느 하나의 내측면으로부터 돌출된 형상을 가지되, 제1 및 제2 바디(2110a, 2110b)의 내측면에 경사진 형상을 가지는 경우, 반응기 내부에서 파티클이 발생하더라도 경사면(SL)에 쌓이는 확률이 줄어든다. 이에 따라, 제1 및 제2 바디(2110a, 2110b) 사이에서 일어날 수 있는 쇼트나 아크가 현저하게 감소되는 효과가 있다.
여기서, 제1 절연 부재(2123a)의 외측에 있는 제2 절연 부재(2123b)는 플라즈마 채널 공간(2130)에 직접적으로 노출되지 않으며, 파티클이 적층될 가능성 또한 매우 낮기 때문에 경사면 등의 형태를 갖지 않아도 좋다. 이에 따라, 제2 절연 부재(2123b)의 측면은 경사면이 아닌 편평면으로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 바디(2110a, 2110b), 그리고, 절연부(2120)의 형상은 다양하게 변경될 수 있는 바, 제1 및 제2 바디(2110a, 2110b)의 내측면의 내경, 및 절연 부재(2123)의 돌출부(PR)에서의 형상은 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 절연 부재의 형상 및 이에 따른 제1 및 제2 실링 부재의 위치는 다양하게 변형될 수 있다.
도 10e를 참조하면, 절연 부재(2123a)는 플라즈마 채널 공간에 마주한 방향과 반대 방향으로 돌출된 돌기를 가질 수 있으며, 제1 및 제2 바디(2110a, 2110b)와 상기 절연 부재(2123a)의 돌기 사이에 제1 및 제2 실링 부재(2121a, 2121b)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 바디(2110a)와 절연 부재(2123a)의 돌기 사이에 제1 실링 부재(2121a)가 제공되고, 제2 바디(2110b)와 절연 부재(2123a)의 돌기 사이에 제2 실링 부재(2121b)가 제공될 수도 있다.
상술한 구조를 갖는 반응기 시스템, 상기 반응기 시스템을 포함하는 플라즈마 발생 장치는 플라즈마 형성 채널이 포집기 내부까지 확장되어 형성되며, 반응기 본체 자체가 포집기에 직접 연결되는 구조이다. 이에 따라 플라즈마 형성 채널이 포집기 내에 중첩 형성됨으로써 플라즈마에 의한 배기 가스의 반응성이 향상됨은 물론 부산물이 반응기 본체 내에 쌓이지 않고 곧바로 포집기에 쌓이는 효과가 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 공정 챔버에서의 반도체 기판 표면에서 증착되지 않은 공정 부산물이 이후의 배기관, 진공 펌프 내부, 그 외이 배기 경로 등에 증착될 가능성을 현저하게 감소시킨다. 이에 따라, 진공 펌프의 배기 효율 및 공정 챔버의 진공화 효율이 개선될 뿐 아니라 진공 펌프 자체의 고장의 빈도가 감소되게 하여 진공 펌프의 수명을 더욱 연장시킨다. 그 결과, 공정 장비의 생산 능력과 공정의 생산 수율이 증가된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기 본체에는 가스가 주입되는 가스 주입구 이외에, 주입구와 포집기 사이에 제공된 부가 가스 주입구가 더 설치될 수 있다.
도 11은 부가 가스 주입구가 추가로 장착된 플라즈마 발생 장치를 도시한 단면도이다.
도 11을 참조하면, 부가 가스 주입구(170a)는 가스 주입구(170)와 포집기(120) 사이, 예를 들어, 가스 주입구(170)와 가까운 가지들의 상측에 형성될 수 있다. 부가 가스 주입구(170a)는 반응 공간(130)으로 가스를 제공하기 위한 적어도 하나 이상의 가스 공급홀을 가진다. 부가 가스 주입구(170a)를 통해 추가적으로 가스가 반응 공간(130)내로 제공됨으로써, 반응 공간(130) 내에서 상층에서 가스를 반응 공간(130) 내에서 분배할 수 있으며, 특히, 가스 주입구(170) 근처에서 부산물이 적층되는 부분을 피해 가스를 반응 공간(130) 내에 분배할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 플라즈마는 부가 가스 주입구(170a)가 형성된 영역보다 하측에 주로 형성될 수 있다.
부가 가스 주입구(170a)를 통해 제공되는 가스는 다양할 수 있으며, 예를 들어, 가스는 산소일 수 있다. 산소를 공급하여 TiN을 처리하는 경우, 산화티타늄 파우더는 반응기 본체(110)의 가지부가 갈라지는 곳에 쌓이는 것이 감소되며, 하부의 포집기(120)의 포집 영역 내에 쌓이게 된다. 이에 따라, 반응기 본체(110)의 오염이 감소되어 사용 기간이 현저하게 늘어날 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기 본체(110)의 제1 가지(110a) 및 제2 가지(110b)의 형상, 즉 어깨부의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 단면 상에서 제1 가지(110a) 및 제2 가지(110b)의 외측 형상은 타원이나 원 형상이 아닌 사각형의 일부 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 부가 가스 주입구(170a)는 상술한 실시예에서의 절연부와 함께 형성될 수 있다. 예를 들어, 부가 가스 주입구(170a)는 절연부를 이루는 구성 요소의 일부와 일체로 형성되거나, 일체로 형성되지는 않더라도 조립 등을 통해 서로 결합된 형태로 형성될 수 있다.
도 12는 플라즈마 발생 장치의 일부를 도시한 것으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨부의 단면을 도시한 것이다. 도 13a 및 도 13b는 플라즈마 발생 장치의 일부를 도시한 것으로서 측면에서 바라볼 때의 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨부의 단면을 도시한 것이다.
도 12, 도 13a, 및 도 13b를 참조하면, 반응기 본체(3110)은 그 내부에 플라즈마 채널 공간(3130)이 제공되는 제1 및 제2 가지부(3113a, 3113b)를 갖는다.
본 발명의 실시예에 있어서, 제1 가지부와 제2 가지부가 하방으로 이어진 유선형 곡선이 아닌, 직각형으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 어깨부의 내측면은 하향하는 곡선으로 이루어져 있으며, 이러한 형상은 플라즈마 채널의 형상과 대체적으로 일치한다. 본 발명의 일 실시예에서는 어깨부(3113b)에 누적될 수 있는 이물질을 최소화하기 위해, 반응기 어깨부(3113b)가 유로에서 벗어난 위치에 제공되도록 어깨부(3113b)의 형상을 다양화할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 어깨부(3113b)의 이물질의 적층이 심한 곳에서 어깨부(3113b) 내측면을 다른 부분(예를 들어, 평행부)보다 플라즈마 채널로부터 더 먼 거리로 이격시킴으로써 이물질의 적층을 방지한다.
예를 들어, 어깨부(3113b)를 하방으로 이어진 유선형 곡선이 아닌, 직각형, 돔형, 경사형 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 어깨부(3113b)의 형상은 플라즈마 채널의 형상에 따라 달리 설정될 수 있음은 물론이다. 본 발명의 일 실시예에서는 어깨부(3113b)의 내측면 모서리는 소정 각도를 가지도록 접할 수도 있으며, 또는 라운딩 처리될 수도 있다. 또한, 어깨부(3113b) 내측면 모서리는 아예 일부가 곡면으로 이루어 질 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 어깨부(3113b)는 측면에서 볼 때의 형상 또한 하방으로 이어진 유선형 곡선이 아닌, 직각형, 돔형, 경사형 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 어깨부의 폭 또한 위치에 따라 다른 값을 가질 수 있다.
도 13a를 참조하면, 어깨부(3113b)는 측면에서 바라볼 때도 그 단면이 직각형의 형상을 가질 있다. 도 13b를 참조하면, 어깨부(3113b)는 직각형 이외의 형상을 가질 수 있으며, 또한, 어깨부(3113b)의 연장 방향을 따라 서로 다른 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기 본체에는 냉각부가 설치될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 15a 및 도 15b는 도 14의 플라즈마 발생 장치를 좀더 구체적으로 도시한 단면도이다. 도 16는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기의 일부를 도시한 것으로서, 도 14의 P2 부분에 대응하는 단면도이다.
도 14는 냉각부가 제공된 플라즈마 발생 장치를 도시한 단면도이다.
도 14를 참조하면, 냉각부(4160)는 반응기 중 마그네틱 코어가 제공된 부분을 제외한 반응기 본체(4110)에 대응하여 제공된 메인 냉각부(4161)와, 마그네틱 코어에 인접하여 제공되어 마그네틱 코어의 온도를 제어하기 위한 코어 냉각부(4163), 및 절연부(4120)에 제공되어 절연부(4120)의 온도를 제어하기 위한 절연부 냉각부(4165) 중 적어도 하나를 포함한다.
코어 냉각부(4163)는 반응기 본체(4110)와 마그네틱 코어 사이에 제공된 내측 코어 냉각부(4163a)와, 마그네틱 코어를 사이에 두고 반응기 본체(4110)와 이격되어 반응기 본체(4110)의 외측에 제공된 외측 코어 냉각부(4163b)를 포함할 수 있다. 내측 코어 냉각부(4163a)와 외측 코어 냉각부(4163b)는 둘 다 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 둘 중 하나만 제공될 수도 있다. 절연부 냉각부(4165)는 절연부(4120)에 제공될 수 있다.
그러나, 냉각부(4160)의 이러한 분류는 설명의 편의를 위한 것으로서, 각 냉각부(4160)의 구성들의 일부는 서로 연결되어 일체로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 메인 냉각부(4161)는 내측 코어 냉각부(4163a)와 서로 연결되어 하나의 유로를 형성할 수 있다. 또는 메인 냉각부(4161)는 내측 코어 냉각부(4163a) 및 절연부 냉각부(4165) 모두와 서로 연결되어 하나의 유로를 형성할 수도 있다.
상기 냉각부(4160), 즉, 메인 냉각부(4161), 코어 냉각부(4163), 및/또는 절연부 냉각부(4165) 각각은 그 내부에 냉각 유체가 이동하는 냉각 유체 배관(4167)이 제공될 수 있다. 상기 냉각 유체 배관(4167)에는 냉각을 위한 다양한 물질, 예를 들어, 물, 오일, 공기, 등이 제공될 수 있다. 상기 냉각 유체는 반응기의 온도나 마그네틱 코어의 온도보다 낮은 다양한 온도로 제공될 수 있으며, 예를 들어, 22도 내지 35도의 온도로 제공될 수 있다.
각각의 냉각부(4160)에는 냉각 유체가 유입 및 배출되는 냉각 유체 유입구 및 냉각 유체 배출구가 제공된다. 냉각부(4160)가 복수 개로 제공될 때, 복수 개의 냉각부(4160)들 중 적어도 2개는 배관으로 연결되어 냉각 유체가 배관을 통해 이동할 수 있다.
냉각부(4160)에 제공되는 배관에는 밸브가 설치될 수 있으며 상기 밸브의 열림 정도를 조절하여 냉각부(4160) 내를 이동하는 냉각 유체의 유량을 조절할 수 있다. 냉각 유체의 유량은 온도의 하강 속도 및 최종적으로 낮추고자 하는 타겟 온도 등에 따라 달라질 수 있다. 이에 따라, 냉각 유체의 유량을 제어함으로써 반응기가 원하는 온도 범위 내에 적절한 시간 동안 유지될 수 있도록 제어가능하다.
도 15a에 있어서, 설명되지 않은 부호 4119a, 4130, 4150, 4170, 4171, 및 4175는 각각 주입구, 플라즈마 형성 공간, 변압기, 포집기, 포집공간, 및 포집기 배출구에 해당한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 본체와 상기 냉각부 사이에 제공되며, 상기 반응기 본체의 온도를 상승시키는 열을 제공하는 가열부를 더 포함할 수 있다.
도 15b는 가열부가 형성된 플라즈마 처리 장치를 도시한 것이다. 도 15b를 참조하면, 가열부(HTL)는 반응기에 인접하게 제공되어 반응기의 온도를 상승시키는 열을 제공한다. 가열부(HTL)는 필요에 따라 제공될 수도 있고 생략될 수도 있다. 가열부(HTL)는 반응기에 열을 제공할 수 있는 것이면 그 종류가 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 전원의 온/오프로 발열 여부를 제어할 수 있는 발열 배선의 형태로 제공될 수도 있다.
가열부(HTL)는 반응기의 온도가 소정 온도 이상이어야 하는 조건 하에서 반응기의 온도가 지나치게 낮은 경우 온되어, 반응기에 열을 제공함으로써 반응기의 온도를 원하는 온도 범위 내로 유지하는 역할을 한다. 또한, 반응기의 급격한 온도 변화가 예상되는 경우 가열부(HTL)를 온/오프함으로써 반응기의 급격한 온도 변화를 막을 수 있다.
이와 같이, 반응기 본체와 냉각부 사이에 제공되며 반응기의 온도를 상승시키는 열을 제공하는 가열부를 더 포함하는 경우, 냉각부는 가열부의 지나치게 상승되는 온도를 원하는 온도 범위 내로 유지시켜 줄 수 있다.
도 16을 참조하면, 냉각부(4160)는 반응기 본체(4110)로부터 소정 거리 이격될 수 있다. 이격된 반응기 본체(4110)와 상기 냉각부(4160) 사이에는 아무것도 제공되지 않은 상태, 즉 공기로 채워진 상태일 수도 있으나, 반응기 본체(4110)와 냉각부(4160) 사이의 열 전달을 완충하는 완충 부재(4160M)가 제공될 수 있다. 이는 반응기 본체(4110)와 냉각부(4160)가 직접 접촉하여 반응기 본체(4110)의 급격한 온도 변화 발생을 억제하고, 플라즈마 오프(Plasma off) 상태에서 플라즈마 온(Plasma on) 상태로 신속하게 변경 가능함으로써 전체 공정시간을 단축하기 위함이다. 즉, 반응기 본체(4110)는 플라즈마 오프 상태(공정 Stand-by 상태)에서 플라즈마 온 상태(공정 준비 상태)로 상태 변이될 때, 공정 프로세스를 처리하기 위한 소정의 온도 상태로 빠르게 준비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 완충 부재(4160M)는 소정의 열 전도율을 갖는 도전체일 수 있다. 다만, 완충 부재(4160M)의 재질은 공정 프로세스의 플라즈마 온/오프 시간에 따라 열 전도율을 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 완충 부재(4160M)는 금속으로 이루어지되, 부직포형(non-woven)으로 짜여진 금속으로 이루어질 수 있다. 또는 완충 부재(4160M)는 다공성 물질로 이루어질 수 있다. 이렇게 부직포형 금속으로 완충 부재가 제공된 경우, 완충 부재(4160M)와 반응기 본체(4110) 사이, 완충 부재(4160M)와 냉각부(4160) 사이의 접촉 면적에 따라 열전달 정도가 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 본체의 온도를 센싱하는 온도 센서; 상기 반응기 본체에 제공된 적어도 1개의 냉각부; 및 상기 온도 센서가 센싱한 온도를 기초로 상기 반응기 본체 및 상기 냉각부 중 적어도 하나의 온오프 상태를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
제어부(4190)는 온도 센서(TS)가 센싱한 온도를 기초로 반응기 및 냉각부(4160) 중 적어도 하나를 제어한다. 즉, 제어부(4190)는 공정의 단계에 따라 온도 센서(TS)가 감지한 온도가 소정 구간 내에 있을 때 반응기(예를 들어, 반응기 본체(4110) 및/또는 변압기(4150)) 및 냉각부(4160) 중 적어도 하나를 온 또는 오프할 수 있다.
예를 들어, 제어부는 플라즈마 발생 장치를 공정의 진행 관련하여 다음과 같은 네 가지 모드들로 진행될 수 있다. 1) 공정 시작 모드, 2) 공정 진행 모드, 3) 공정 휴지 모드, 및 4) 공정 종료 모드.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 발생 장치가 공정 시작 모드, 공정 진행 모드, 공정 휴지 모드, 및 공정 종료 모드 중 하나로 구동될 때, 제어부는 모드들 중 적어도 하나에서 반응기의 온도가 소정 구간 내에 있도록 반응기 및 냉각부 중 적어도 하나를 온 또는 오프시킬 수 있다.
도 17은 상술한 반응기 및 냉각부 구동 방법에 의해 공정 시작 모드, 공정 진행 모드, 및 공정 종료 모드를 진행하는 경우의 반응기의 온도를 도시한 그래프이다. 도 17에 있어서, 제1 및 제2 가지부 각각에 설치된 온도 센서를 제1 및 제2 센서로 하여 반응기의 온도를 측정하였으며, 공정 시작 모드, 공전 진행 모드, 및 공정 종료 모드에 해당되는 구간은 각각 PR1, PR2, PR3로 표시되었다.
도 17을 참조하면, 공정 시작 모드에서는 냉각부가 오프된 상태에서 반응기가 온 되기 때문에 매우 짧은 시간 동안 온도의 상승이 가능하다. 이에 따라 빠른 시간 내에 플라즈마 공정을 안정적으로 진행할 수 있는 온도를 만들 수 있다. 특히 도 17에서는 약 9분만에 반응기의 온도가 약 140도까지 상승한 것을 확인할 수 있다.
공정 시작 모드에서 소정 온도(예를 들어 150도)에 도달한 다음에는 반응기가 온인 상태에서 냉각부가 온 되면서 공정 진행 모드로 된다. 이에 공정 진행 모드에서는 냉각부의 구동에 따라 150도 이하의 온도, 예를 들어, 약 130도 정도의 온도를 안정적으로 유지할 수 있게 된다.
공정 진행이 완료된 후 공정을 종료하게 되는 경우, 반응기가 오프되면서 공정 종료 모드가 된다. 이때, 반응기가 오프될 때 냉각부도 함께 오프됨으로써, 반응기의 온도가 급격하게 하강하지 않고 약 80도 근방에서 천천히 하강하는 것을 확인할 수 있다(PR3 구간 참고). 이에 따라, 반응기의 온도의 급격한 변화에 따른 파손이 방지될 수 있다.본 발명의 일 실시예에 따르면, 포집기 내 포집 영역과 중첩하는 반응 공간은 다양한 부피로 제공될 수 있으며, 이를 조절하기 위한 이동 부재가 제공될 수 있다.
도 18는 이동 부재가 제공된 플라즈마 발생 장치를 도시한 사시도이며, 도 19a 및 도 19b는 도 5의 플라즈마 발생 장치의 단면도들이다.
도 18, 도 19a 및 도 19b를 참조하면, 포집기(120) 내에 반응기 본체(110)와 인접한 영역에는 반응 영역을 제한하는 이동 부재(125)가 제공될 수 있다.
이동 부재(125)는 포집 공간(129) 내에 제공되되 반응 상하좌우 중 적어도 한 방향, 또는 소정 각도로 회전하는 등으로 이동 가능할 수 있다.
이동 부재(125)는 반응 영역을 제한하는 플레이트(125a)와, 플레이트(125a)를 지지하는 지지 부재(125b)를 포함할 수 있다. 지지 부재(125b)는 플레이트(125a)가 포집기(120) 내의 적절한 위치에 배치되도록 지지한다. 지지 부재(125b)에는 모터 등이 추가 장착되어 플레이트(125a)의 위치를 지지 부재(125b) 상에서 다양하게 이동시킬 수 있다. 이를 통해, 이동 부재(125)는 상기 반응기 본체(110)로부터 가까워지거나 멀어짐으로써 상기 반응 공간(130)의 채널 영역의 크기를 제어한다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 이동 부재(125)는 반응기 본체(110)에 연결된 포집기(120) 최상부로부터 제1 거리(L1)에 장착될 수 있으며, 설정에 따라 이동하여 제1 거리(L1)보다 짧은 제2 거리(L2)로 이동할 수 있다. 또는 그 반대로 이동할 수 있으며, 제1 거리(L1)와 제2 거리(L2) 사이의 어떤 값을 갖는 거리로도 이동 가능하다.
상기 이동 부재(125)의 이동에 반응 공간(130)에서의 내부 컨덕턴스가 조절될 수 있다. 여기서, 컨덕턴스는 가스와 같은 유체가 진공 배관 내에 일정한 양이 통과할 때의 두 지점 사이의 압력 차이를 의미하는 바, 반응기 본체(110) 내 및 포집기(120) 내의 반응 공간(130)에서 가스가 일정한 양으로 통과할 때의 임의의 두 지점 사이의 압력 차이에 해당한다. 컨덕턴스에 따라, 임의의 두 지점에서의 가스 분자의 거동, 유속 등이 달라지며, 이에 따른 플라즈마 반응 정도도 달라진다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 이동 부재(125)는 상하 및/또는 좌우로 이동함으로써, 플라즈마 채널이 형성되는 공간 크기를 제어하며, 공간 크기의 변경에 따라 컨덕턴스가 조절될 수 있다. 컨덕턴스 조절에 의해 플라즈마 반응의 정도 또한 달라질 수 있는 바, 플라즈마 반응을 일으키는 기체나 반응 물질의 종류, 반응 시간 등에 따라 이동 부재(125)를 이동 부재(125)를 상하좌우로 이동시킴으로써 플라즈마 채널 형성 및 플라즈마 반응을 최적화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 포집기(120) 내 반응 영역을 제한하기 위한 장치로서, 상하 좌우 중 적어도 한 방향으로의 이동이 가능한 이동 부재를 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에서는 포집기 내 반응 영역을 제한하기 위해 제공되되 이동이 되지 않는 고정형 반응 영역 제한 장치가 제공될 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 이동 부재는 다양한 형상으로 제공될 수 있다.
도 20a 내지 도 20d는 다양한 형상을 갖는 이동 부재들을 장착한 플라즈마 발생 장치를 도시한 단면도들이다.
도 20a 내지 도 20d를 참조하면, 이동 부재(125)는 반응기 본체(110)에 대해 오목하거나 볼록한 형상, 예를 들어, 반응기 본체(110)에 대해 오목하거나 볼록한 형상 판상을 가질 수 있다. 예를 들어, 이동 부재(125)는 ∧, ∩, V, ∪ 형상 등일 수도 있다. 그러나, 이러한 이동 부재(125)의 형상은 예시적인 것으로서, 이와 다른 형상으로 제공될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 포집기 내 포집 영역과 중첩하는 반응 공간은 다양한 형상으로 제공될 수 있으며, 포집기와 반응기 본체 사이 또는 반응기 본체에 연결된 포집기 내에 반응 공간을 한정하는 영역 한정 부재가 제공될 수 있다.
도 21a 내지 도 21c는 본 발명의 일 실시예에 따른 영역 한정 부재가 장착된 플라즈마 발생 장치를 도시한 도면으로서, 도 21a는 사시도, 도 21b는 도 21a의 단면도, 도 21c는 도 21a의 영역 한정 부재를 도시한 사시도이다.
도 21a 내지 도 21c를 참조하면, 반응기 본체(110)는 토로이드를 이루는 하부 블록 없이 곧바로 영역 한정 부재(123)를 통해 포집기(120)에 연결될 수 있다. 영역 한정 부재(123)는 반응기 본체(110)와 포집기(120) 사이에 제공되어 연결 통로로 기능할 수 있다.
영역 한정 부재(123)는 상부에 반응기 본체(110)의 제1 및 제2 가지들(110a, 110b)에 각각 연통되도록 개구들을 가지며, 하부에 포집기(120) 내 포집 영역과 연통되도록 개구를 가진다. 이에 따라, 영역 한정 부재(123)는 반응 공간(130)을 한정하는 것 이외에, 플라즈마 반응 가스 및 플라즈마 반응에 의한 부산물이 이동하는 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 파우더와 같은 부산물이 반응 영역에서 발생한 경우, 영역 한정 부재(123)를 거쳐 하부의 포집기(120)로 이동하도록 한다. 플라즈마 반응 가스는 반응기 본체(110)의 가지들로부터 하부 방향으로 이동할 수 있으며, 영역 한정 부재(123)의 상부 개구로 들어와 영역 한정 부재(123)의 하부 개구로 나갈 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 영역 한정 부재는 다양한 형상으로 변형될 수 있다.
도 21a 내지 도 21c에서는 영역 한정 부재가 가지들의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장된 직관형으로 제공된 것을 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 22a 내지 도 22c는 본 발명의 일 실시예에 따른 영역 한정 부재가 장착된 플라즈마 발생 장치를 도시한 도면으로서, 도 22a는 사시도, 도 22b는 도 22a의 단면도, 도 22c는 도 22a의 영역 한정 부재를 도시한 사시도이다. 도 22a 내지 도 22c를 참조하면, 영역 한정 부재(123)는 반응기 본체(110)로부터 멀어질수록 내부 직경이 좁아지는 역사다리꼴이나 깔대기형으로 제공될 수 있다.
도 23a 내지 도 23d는 본 발명의 일 실시예에 따른 영역 한정 부재가 장착된 플라즈마 발생 장치를 도시한 도면으로서, 도 23a는 사시도, 도 23b는 도 23a의 단면도, 도 23c 및 도 23d는 도 23a의 영역 한정 부재를 도시한 사시도들이다. 도 23a 내지 도 23d를 참조하면, 영역 한정 부재(123)는 적어도 일부가 상기 가지들의 연장 방향과 경사진 방향으로 연장된 굴곡형으로 제공될 수 있다.
또한, 상술한 도 22a 내지 도 22c, 그리고, 도 23a 내지 도 23c와 같은 영역 한정 부재는 포집기 내의 포집 공간에 배치되어 분리되지 않는 형태로 제공될 수 있으나, 이와 달리, 포집기의 다른 구성으로부터 탈착 가능한 형태로 제공될 수 있고, 도킹부만 분리 및 교체 가능하여 유지보수에 장점이 있다.
이러한 영역 한정 부재는 반응기 본체 및/또는 포집부의 다른 구성요소와 도킹부를 통해 체결될 수 있다. 도킹부의 형상이나 체결 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 반응기 본체와 영역 한정 부재는 클램프 등을 이용하여 체결될 수도 있다. 또한, 영역 한정 부재와, 하부 포집기의 구성들은 연결 시 그 사이에 실링부재 (예를 들어, 오링)을 배치하는 등 다양한 형태로 체결될 수 있다.
도 24a 내지 24c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도킹부가 장착된 플라즈마 발생 장치를 도시한 것이다.
도 24a 내지 도 24c는 본 발명의 도킹부를 설명하기 위해 도시된 것으로서, 반응기 본체에 냉각부(4161, 4160)가 장착된 것을 일 예로서 도시하였다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 본체의 각각의 가지에 연결되어 상기 반응 공간의 일부를 형성하기 위한 반응기 도킹부(DK1), 상기 포집기(120)로부터 상기 반응기 본체 측으로 연장되어 상기 반응기 도킹부(DK1)를 안착시키기 위한 포집기 도킹부(DK2), 상기 반응기 도킹부(DK1)와 상기 포집기 도킹부(DK2) 사이에 삽입되는 실링 부재(OR), 및 상기 반응기 도킹부(DK1)와 상기 포집기 도킹부(DK2)를 서로 체결하는 체결수단(CLP)을 더 포함할 수 있다.
상기 체결 수단(CLP)은 두 도킹부(DK1, DK2)를 연결할 수 있는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니며 나사나 클램프 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 도킹부(DK1)는 상기 반응기 본체와 상기 포집기(120) 사이에 제공되어 상기 반응 영역의 적어도 일부를 한정하는 영역 한정 부재(123)를 포함할 수 있다.도킹부 하부에는 포집기(120)가 제공된다. 포집기(120)에는 상기 포집 공간에 포집된 파우더를 제거하기 위해 개폐 가능한 청소포트(CPT)가 제공될 수 있다. 상기 청소 포트(CPT)를 통해 용이하게 포집기 내부를 청소할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 설명되지 않은 부호는 도 21a 내지 도 21c, 도 22a 내지 도 22c, 도 23a 내지 도 23d 에서 표시된 부호와 동일한 구성요소를 지칭한다.본 발명의 일 실시예에 따르면, 영역 한정 부재가 포집기의 다른 구성으로부터 용이하게 분리하여 교체 가능하기 때문에 장치의 유지 보수에 유리하다. 예를 들어, 영역 한정 부재에 결함이 생길 경우, 반응기 전체를 교체하는 것이 아니라 영역 한정 부재만을 교체하는 형태로 쉽게 수리가 가능하다.
상술한 바와 같이, 영역 한정 부재는 다양한 형태로 제공될 수 있으며, 이러한 영역 한정 부재는 상황에 따라 선택적으로 상기 실시예들 중 어느 하나가 채용될 수 있으며, 필요에 따라 본 발명의 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 영역 한정 부재(123)가 포집기(120)의 구성요소로서 제공됨으로써, 반응 공간(130)이 효과적으로 제어되고, 플라즈마 반응 후 부산물을 효율적으로 포집기(120) 내에서 수집할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기 시스템, 및 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치는 용도에 따라 추가적인 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 25은 본 발명의 일 실시예예 따른 플라즈마 발생 장치를 개념적으로 간단히 도시한 것으로서, 플라즈마 발생 장치의 반응기 본체(110)에 포집기(30)가 연결되고, 반응기 본체(110)의 클리닝을 용이하게 하기 위한 부가 주입구(171)가 더 포함된 것이 도시되었다.
도 25을 참조하면, 플라즈마 발생 장치의 가스 주입구(170)에는 부가 주입구(171)가 플라즈마 발생 장치의 반응기와 일체로 또는 개별적인 부품으로 만들어 연결될 수 있다. 부가 주입구(171)는 공정 가스 주입을 위한 가스 주입구(170)에 연결되는 개구 1개와 이외에 반응기 본체(110)를 클리닝 하기 위한 복수의 개구로 이루어질 수 있다. 즉, 부가 주입구(171)는 적어도 두 개 이상으로 제공될 수 있으며, 예를 들어, 도 9b에 도시된 바와 같이 3개의 개구를 갖는 구조로 제공될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 3개의 개구 중 가운데 개구는 공정 가스 주입을 위한 개구이며, 가운데 개구의 양측에 제공된 2개의 개구는 반응기 본체(110)의 클리닝을 위한 개구들이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 양측에 제공된 클리닝을 위한 복수 개의 개구를 통해 반응기 본체(110) 내부가 양측에서 효과적으로 클리닝될 수 있다.
이와 같이, 공정 가스 주입을 위한 가스 주입구(170) 이외에 별도의 부가 주입구(171)을 설치함으로써, 용이하게 반응기 본체(110)의 내부, 특히, 반응기 본체(110)의 상부측에 쌓인 파우더와 같은 이물질들을 효과적으로 단시간에 클리닝할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예는 유지 보수 시간이 감축되는 것은 물론 유지 비용이 감소하는 효과가 있다. 종래 기술에서는, 반응기 본체(110)를 클리닝하기 위해 다른 구성(예를 들어, 공정 챔버(20) 또는 공정 챔버(20)와 반응기를 잇는 배기 라인 등)와 반응기 사이의 연결 구조를 모두 분해해야만 했으나, 본 발명에서는 그러한 분해 과정이 필요가 없기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도면에는 도시하지는 않았으나, 포집기(30)의 후단에는 포집기(30)로부터 배기 가스를 배출시키기 위한 배기펌프가 더 제공될 수 있다.본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 다양한 종류의 공정 처리 장치에 채용될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 발생 장치는 공정 챔버(20)에서 이루어지는 공정의 후단계에 사용되어 공정 챔버로부터 나오는 배기 가스를 처리하는 용도로 사용될 수 있다. 이하의 실시예에서는 설명의 중복을 피하기 위해 상술한 내용과 실질적으로 동일하거나 유사한 구성의 경우 내용 설명을 생략한다.
도 26은 본 발명의 일 실시예들에 따른 공정 처리 장치를 도시한 개략도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치로서, 공정 챔버(20)에서의 공정 이후 단계에 플라즈마 발생 장치가 연결된 것을 도시하였다.
도 26을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치는 공정 챔버(20), 공정 챔버(20)에 연결된 플라즈마 발생 장치를 포함한다.
공정 챔버(20)는 포토레지스트를 제거하는 애싱(ashing) 챔버일 수 있고, 절연막을 증착시키도록 구성된 CVD(Chemical Vapor Deposition) 챔버일 수 있고, 각종 절연막 구조 및 금속 배선(181) 구조들을 형성하기 위한 에칭 챔버일 수 있다. 또는 절연막이나 금속막 등을 증착시키키기 위한 PVD 챔버일 수도 있다.
공정 챔버(20)는 내부에 피처리 기판(23)을 지지하기 위한 서셉터(21)를 포함할 수 있다. 피처리 기판(23)은 예를 들어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판 등일 수 있으며 그 종류는 한정되는 것이 아니다.
플라즈마 발생 장치는 공정 챔버(20)의 배기가스에 플라즈마 에너지 및/또는 정화 가스 등을 인가함으로써 배기 가스의 유해 성분들을 연소시키거나 정화시키는 데 사용된다. 이를 위해, 상기 플라즈마 발생 장치의 가스 주입구(170)는 공정 챔버(20)의 배출구에 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 발생 장치에는 배기 가스의 유해 성분을 포집하기 위한 포집기(30)가 연결될 수 있으며, 도면에는 도시하지는 않았으나, 포집기(30)의 후단에는 포집기(30)로부터 배기 가스를 배출시키기 위한 배기펌프가 더 제공될 수 있다. 또한, 플라즈마 발생 장치에는 공정 챔버(20) 및/또는 플라즈마 발생 장치를 제어하는 제어부가 연결될 수 있다. 제어부는 공정 챔버(20) 및 플라즈마 발생 장치 전반을 제어하기 위한 구성 요소이다. 제어부는 전원 공급원과 연결되어 플라즈마 챔버에 공급되는 전원(180)을 제어한다. 제어는 플라즈마 발생 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 발생하여 플라즈마 챔버와 공정 챔버(20)의 동작을 제어할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 플라즈마 발생 장치 100 반응기 시스템
110 반응기 본체 120 포집기
123 영역 한정 부재
125 이동 부재 127 배출구
129 포집 공간 130 반응 공간
133 플라즈마 채널 140 점화기
150 변압기 160 절연부
170 가스 주입구 170a 부가 가스 주입구
180 전원 공급부 20 공정 챔버

Claims (20)

  1. 일측에 가스 주입구가 형성되는 반응기 본체;
    상기 반응기 본체의 타측에 연결되어 그 내부에 포집 공간을 가지며, 상기 포집 공간을 둘러싸는 포집용 컨테이너를 포함하는 포집기; 및
    상기 반응기 본체와 상기 포집기 사이에 제공되는 적어도 하나의 절연부를 포함하되,
    상기 반응기 본체와 상기 포집기는 그 내부에 플라즈마 채널이 형성되는 반응 공간을 제공하며, 상기 반응 공간의 일부와 상기 포집 공간의 일부는 서로 중첩하고,
    상기 포집기의 상면은 평면을 이루며, 상기 절연부는 상기 포집기의 상면에 위치하고 상기 반응기 본체의 내측에서 외측을 향하는 제1 방향을 따라 외측으로 연장된 돌출부를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 반응기 본체는 적어도 두 개의 가지들로 분기되어 각각의 가지가 상기 포집기에 연결되는 토로이달의 일부에 해당하는 형상을 가지며, 상기 절연부는 상기 돌출부와 상기 포집기의 상면 사이에 제공된 절연 부재를 더 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 반응기 본체의 각각의 가지에 연결되어 상기 반응 공간의 일부를 형성하기 위한 반응기 도킹부;
    상기 포집기로부터 상기 반응기 본체측으로 연장되어 상기 반응기 도킹부를 안착시키기 위한 포집기 도킹부;
    상기 반응기 도킹부와 상기 포집기 도킹부 사이에 삽입되는 실링부재; 및
    상기 반응기 도킹부와 상기 포집기 도킹부를 서로 체결하는 체결수단을 더 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 반응기 도킹부는
    상기 반응기 본체와 상기 포집용 컨테이너 사이에 제공되어 상기 반응 공간의 적어도 일부를 한정하는 영역 한정 부재를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 절연부는 상기 반응 공간을 실링하는 적어도 2개의 실링부재를 포함하되,
    상기 실링부재는 ,
    상기 제1 방향을 따라 순차적으로 배치되거나, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 순차적으로 배치되는 플라즈마 발생장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 절연 부재는 상기 실링 부재가 상기 반응 공간에 노출되지 않도록 상기 반응 공간과 상기 실링 부재 사이에 제공된 제1 절연 부재를 더 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 절연 부재의 단면은,
    지면에 수직한 선에 비대칭 형상으로 제공되는 것인 플라즈마 발생장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반응기 본체는 상기 가스 주입구를 기준으로 양 갈래로 갈라진 제1 및 제2 가지부들을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 가지부들은,
    상기 가스 주입구와 평행한 방향으로 각각 연장되는 제1 및 제2 평행부들;
    상기 가스 주입구와 상기 제1 평행부를 연결하는 제1 어깨부; 및
    상기 가스 주입구와 상기 제2 평행부를 연결하는 제2 어깨부를 포함하며, 상기 제1 및 제2 어깨부들에 있어서 상기 반응 공간에 접하는 내측면은 대응하는 각각의 제1 및 제2 평행부 대비 플라즈마 채널로부터의 이격 거리가 먼 플라즈마 발생 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반응기 본체의 온도를 센싱하는 온도 센서;
    상기 반응기 본체에 제공된 적어도 1개의 냉각부; 및
    상기 온도 센서가 센싱한 온도를 기초로 상기 반응기 본체 및 상기 냉각부 중 적어도 하나의 온오프 상태를 제어하는 제어부를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 반응기 본체로부터 이격되고,
    상기 반응기 본체와 상기 냉각부 사이에 도전체로 제공되며 상기 반응기 본체와 상기 냉각부 사이의 열 전달을 완충하는 완충 부재를 더 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  12. 제11항에 있어서 ,
    상기 반응기 본체와 상기 냉각부 사이에 제공되며, 상기 반응기 본체의 온도를 상승시키는 열을 제공하는 가열부를 더 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 반응기 본체에 장착되어 상기 반응 공간 내에 플라즈마 방전을 개시하는 점화기를 더 포함하되,
    상기 점화기는
    상기 반응기 본체로부터 연장된 점화포트;
    적어도 일부가 상기 점화 포트 내에 제공된 점화 전극; 및
    상기 점화 포트와 상기 점화 전극 사이에 제공되며 상기 점화 전극으로부터 이격되어 배치된 실링 부재를 포함하는 플라즈마 발생장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 점화 포트는 상기 반응기 본체와 서로 분리되지 않는 일체로 제공되고,
    상기 점화 포트는
    상기 반응기 본체로부터 돌출 연장된 연장부; 및
    상기 연장부의 상기 반응기 본체와 반대측 단부에 제공된 플랜지를 포함하는 플라즈마 발생장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 점화 전극은 일 단이 상기 반응기 본체 측을 향하는 전극 본체; 및
    상기 전극 본체에 연결되며 상기 전극 본체보다 넓은 직경을 갖는 헤드부를 포함하는 플라즈마 발생장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 포집기는,
    배기 가스의 유로 상에 배치되며 파우더를 포집하기 위한 포집 공간을 제공하는 하우징; 및
    상기 포집 공간 내에 제공되며 상기 배기 가스의 유로의 방향을 변경시키는 유로 가이드;를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 유로 가이드는
    상기 포집 공간을 2개 이상의 공간으로 구획하는 격벽부를 더 포함하되,
    상기 격벽부는
    상기 포집기 내에서 상기 반응기 본체에 연결된 제1 배기부에 인접하여 배치되며 상기 배기 가스의 유로를 가이드하는 판상부; 및
    상기 판상부를 사이에 두고 상기 제1 배기부와 이격되어 배치된 연통부를 포함하며,
    상기 연통부는 상단이 개구되며 하단이 상기 제1 배기부와 이격되어 배치되며 상기 배기가스가 배출되는 제2 배기부에 연결된 플라즈마 발생 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 하우징은 ,
    상기 포집 공간에 포집된 파우더를 제거하기 위해 개폐 가능한 청소포트가 제공되는 플라즈마 발생 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    일단이 상기 가스 주입구에 제공되되, 타단 측에 상기 반응기 본체 내로 연통되는 2개 이상의 개구들을 갖는 커넥터를 더 포함하되,
    상기 커넥터는,
    본체; 및
    상기 본체에 연결되며 상기 개구들 중 하나로서 공정 부산물이 주입되는 메인 주입구; 및
    상기 본체에 연결되며 상기 개구들 중 다른 하나로서 부가 가스가 주입되는 보조 주입구를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 반응기 본체의 전단에는 기판을 처리하는 공정 챔버에 연결되고,
    상기 포집기의 후단에는 배기 펌프가 연결되는 플라즈마 발생 장치.
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