KR20160096871A - 유해가스 처리설비 - Google Patents

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KR20160096871A
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이원주
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코어 플라즈마 테크놀로지 아이엔씨
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Abstract

본 발명은, 공정챔버에서 발생된 유해가스를 배출시키는 진공펌프; 및 상기 공정챔버와 상기 진공펌프를 연결하는 배관에 연통되게 설치되며, 상기 공정챔버에서 배출되는 상기 유해가스가 유동하는 동안 마이크로웨이브에 의하여 생성되는 플라즈마로 상기 유해가스 내 유해물질들을 분해시키는 플라즈마 생성장치를 포함한다.

Description

유해가스 처리설비{Facility for purifying harmful gas}
본 발명은 유해가스 처리설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체나 디스플레이 공정 중 발생되는 유해가스 내 유해물질 및 입자들을 분해시켜 제거할 수 있는 유해가스 처리설비에 관한 것이다.
반도체나 디스플레이 제조를 위해서는 저압의 공정 챔버 내에 다양한 원료들을 주입하고, 애싱(ashing), 증착, 식각, 사진, 세정 및 질화 등의 공정들을 수행한다. 이러한 공정들에서는 각종 휘발성 유기화합물, 산, 악취 유발 기체, 발화성 물질, 환경규제 물질(특히, PFCs, CF4, NF3 등)에 해당하는 물질들이 포함된 유해가스가 생성된다. 따라서 이러한 유해가스 내 오염 물질들을 제거하기 위해 공정 챔버들을 진공 상태로 만들고, 후단에 진공 펌프를 설치하여 유해가스를 정화시킨 후 대기로 방출하고 있다.
종래에는 공정설비에서 발생되는 유해가스 처리설비로 도 1에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(10)의 하부에 유해가스 내 유해물질들을 제거하는 플라즈마 반응기(30)가 설치되고, 상기 플라즈마 반응기(30)의 하부에는 진공펌프(50)가 설치되어 있다. 상기 공정 챔버(10)와 상기 플라즈마 반응기(30) 사이는 배관(20)이 설치되어 있으며, 상기 플라즈마 반응기(30)와 상기 진공펌프(50) 사이에도 배관(20)이 설치되어 있다. 이러한 유해가스 처리설비에 설치되는 통상의 플라즈마 반응기(30)는 무선주파수(RF)와 유도성 결합 플라즈마(inductively coupled plasma) 방식을 적용하는데, 이 방식은 방전 안정성이 낮기 때문에 방전을 안정화시키기 위한 추가 장치가 요구된다.
이러한 플라즈마 반응기의 문제점을 해결하기 위하여 등록특허 제10-1278682호, 등록특허 제10-1063515호에 개시된 바와 같은 플라즈마 반응기가 개발되었다. 개발된 플라즈마 반응기는 AC 방전에 의한 방법으로 플라즈마 방전이 발생하기 때문에, 전기 사용량이 매우 큰 문제점이 있고, 유해가스의 유동량이 많은 도관의 가운데 부분으로는 플라즈마의 강도가 약해서 유해가스의 분해 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이로 인해 유해가스 내 유해물질들이 분해되지 않은 상태로 진공펌프로 유동되면 진공펌프 내부에 축적되어 진공펌프의 고장을 유발하거나, 분해되지 않은 유해가스 내 유해물질이 대기 중으로 배출되어 환경을 오염을 유발시키는 문제점이 있다.
본 발명은 반도체나 디스플레이 공정 중 발생되는 유해가스 내 유해물질 및 입자들을 분해시켜 제거할 수 있는 유해가스 처리설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 공정챔버에서 발생된 유해가스를 배출시키는 진공펌프; 및 상기 공정챔버와 상기 진공펌프를 연결하는 배관에 연통되게 설치되며, 상기 공정챔버에서 배출되는 상기 유해가스가 유동하는 동안 마이크로웨이브에 의하여 생성되는 플라즈마로 상기 유해가스 내 유해물질들을 분해시키는 플라즈마 생성장치를 포함하는 유해가스 처리설비를 제공한다.
본 발명에 유해가스 처리설비는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 마이크로웨이브 타입의 플라즈마 생성장치를 구비함으로써 유해가스가 배관을 유동하는 동안 마이크로웨이브에 의하여 생성되는 플라즈마로 유해가스 내 유해물질들을 분해시킬 수 있어 유해가스의 처리 성능이 보다 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
둘째, 공정챔버와 진공펌프를 연결하며, 플라즈마 생성장치가 설치된 배관 중 일부를 절곡 형성함으로써, 플라즈마 생성장치에서 분사되는 플라즈마와 유해가스 내 유해물질들이 접촉되는 시간이 증가하고, 이에 따라 유해가스 내 유해물질들의 분해시간도 증가하여 유해가스의 처리 성능이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
셋째, 마이크로웨이브 타입의 플라즈마를 이용하기 때문에, 전기 사용량이 매우 작아, 설비의 유지 비용이 절감된다.
넷째, 유해가스가 플라즈마 생성장치의 제2 하우징으로 유입되도록 제1 배관과 제2 배관의 사이에 플라즈마 생성장치를 설치함으로써, 유해가스가 개시방전과 플라즈마를 생성하는 방전가스의 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 방전가스를 공급하는 비용을 절감할 할 수 있다.
특히, 플라즈마가 방전하는 동시에 유해가스 내 유해물질이 분해되므로 유해가스 처리설비를 보다 컴팩트하게 제조할 수 있다.
도 1은 종래의 공정설비에서 발생되는 배기가스 처리설비가 도시된 간략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 처리설비가 도시된 간략도이다.
도 3은 도 2에 따른 유해가스 처리설비의 플라즈마 생성장치의 구성이 도시된 간략도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유해가스 처리설비가 도시된 간략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유해가스 처리설비가 도시된 간략도이다.
도 2 내지 도 6에는 본 발명에 따른 유해가스 처리설비가 도시되어 있다.
먼저 도 2를 참조하여 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 처리설비는, 공정챔버(110), 플라즈마 생성장치(130), 진공펌프(150) 및 스크러버(170)를 포함한다. 먼저, 상기 공정챔버(110)는 반도체 또는 디스플레이의 다양한 작업 공정이 이루어지는 것으로서, 애싱(ashing), 증착, 식각, 사진, 세정 및 질화 등이 수행되는 챔버이다.
본 실시예에서는 상기 공정챔버(110)에서 에칭(etching) 공정이 이루어지는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 상기 에칭 공정에서는 다양한 공정가스 및 반응가스가 공급이 되며, 상기 에칭 공정에서 사용되는 상기 공정가스는 육불화황(SF6), 사불화탄소(CF4), 삼불화질소(NF3)와 같은 물질이 이용되기도 하며, 다른 공정가스가 CF4, NF3 등의 유해 부산물들을 생성하기도 한다.
상기 진공펌프(150)는 상기 공정챔버(110), 후술될 상기 배관(120)의 내부를 대기압보다 기압이 낮은 진공상태로 만들고, 상기 공정챔버(110)에서 상기 에칭 공정이 끝난 후 잔류된 유해가스를 배출할 수 있도록 펌핑하는 역할을 하는 것이다. 한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 진공펌프(150)의 후단에는 배기관(미도시)이 설치되어 상기 유해가스가 상기 배기관을 통해 대기 중으로 배출되거나, 습식 스크러빙 장치 등의 유해가스 후처리 설비가 추가적으로 설치될 수 있다. 상기 진공펌프(150)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 공정챔버(110)의 하부에 상기 공정챔버(110)와 이격되어 배치된다.
상기 공정챔버(110)에서 에칭 공정에 의해 생성된 유해가스에는 상기 에칭 공정 시 미반응한 원료 및 공정 부산물 등이 유해물질로 포함되어 있다. 따라서 이러한 유해가스 내 유해물질을 제거하기 위해 상기 공정챔버(110)와 상기 진공펌프(150) 사이의 상기 배관(120) 상에는 상기 플라즈마 생성장치(130)가 설치된다.
상기 플라즈마 생성장치(130)는 전술한 바와 같이 상기 공정챔버(110)와 상기 진공펌프(150)를 연결하는 상기 배관(120)의 내부로 마이크로웨이브에 의하여 생성되는 플라즈마를 분사할 수 있도록 상기 배관(120) 상에 설치되며, 상기 공정챔버(110)에서 배출되는 상기 유해가스 내 유해물질들을 상기 플라즈마로 분해시킨다. 따라서 본 실시예에서 상기 플라즈마 생성장치(130)는 마이크로웨이브 타입의 플라즈마 생성장치가 적용된다.
도 3을 참조하여 상기 플라즈마 생성장치(130)를 보다 구체적으로 살펴보면, 마이크로웨이브 발생유닛(131), 도파관(132) 및 방전관(133)을 포함한다. 상기 마이크로웨이브 발생유닛(131)은 예시적으로 마그네트론이 적용되며, 마이크로웨이브를 발생시켜 상기 도파관(132)으로 공급한다. 상기 마이크로웨이브 발생유닛(131)은 일반적으로 10MHz ~ 100GHz 대역의 마이크로웨이브를 공급하며 본 실시예에서는 2.4GHz의 마이크로웨이브를 공급하는 것을 예로 든다.
상기 도파관(132)으로는 상기 마이크로웨이브 발생유닛(131)에서 발생된 상기 마이크로웨이브가 공급된다. 상기 도파관(132)은 마이크로웨이브 도파로가 형성되어 있으며, 상기 마이크로웨이브 발생유닛(131)으로부터 전달되는 상기 마이크로웨이브가 유입되는 방향으로 전달되도록 반사시키는 반사판(미도시)을 내부에 구비할 수 있다. 상기 방전관(133)은 상기 도파관(132)의 내측에 삽입되어 설치된다.
상기 방전관(133)의 길이는 상기 도파관(132)으로부터 상기 제1 하우징(134a)의 선단까지의 길이와 동일하게 형성되거나, 상기 도파관(132)으로부터 상기 제1 하우징(134a)의 선단까지의 길이보다 더 길게 형성된다. 본 실시예에서는 상기 방전관(133)의 길이가 상기 도파관(132)으로부터 상기 제1 하우징(134a)의 선단까지의 길이보다 더 길게 형성된 것을 예로 들어 설명한다.
즉, 도 2 내지 도 5을 참조하여 보면, 상기 방전관(133)은 일측이 상기 도파관(132)의 내측에 삽입되어 설치되면서, 타측은 상기 배관(120)의 내부로 수용될 수 있을 만큼 길이가 길게 연장되어 형성된다. 특히, 상기 방전관(133)은 일측이 상기 도파관(132)에 연결된 상기 제2 하우징(134b)의 내부에 위치하며, 타측은 상기 도파관(132)과 연결된 상기 제1 하우징(134a)의 선단을 지나 상기 배관(123)의 내부로 위치할 정도로 길이가 길게 형성된다. 이는 상기 방전관(133)에서 생성된 플라즈마의 이온이, 후술할 제1 하우징(134a)(주로, 금속과 같은 도전체로 형성됨)이나, 상기 플라즈마 생성장치(130)와 상기 배관(120)이 연결되는 이음 부분으로 상기 플라즈마가 새어나가는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 상기 방전관(133)을 길게 연장하여 형성하면, 상기 플라즈마가 상기 배관(120)에서 보다 안정적으로 길게 확산되는 효과를 갖는다.
상기 방전관(133)에서는 상기 마이크로웨이브 발생유닛(131)으로부터 전달되는 상기 마이크로웨이브와 상기 반사판(미도시)에서 반사되어 전달되는 마이크로웨이브가 보강 간섭이 발생하면서 전계가 집중되어, 개시 방전이 일어난다. 상기 개시 방전은 후술되는 바와 같이, 상기 플라즈마 생성장치(130)의 내부(제2 하우징의 내부)로 공급되는 방전가스에 의해 상기 플라즈마를 생성한다. 이때, 상기 방전가스만 공급되는 것에 한정되지 않고, 상기 방전가스와 함께 반응가스도 공급될 수 있다. 특히, 상기 반응가스를 함께 공급함으로써 상기 플라즈마에 분해율이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
한편, 상기 플라즈마 생성장치(130)는 상기 도파관(132)을 감싸면서 고정되는 상기 제1 하우징(134a) 및 제2 하우징(134b)을 더 포함한다. 상기 제1 하우징(134a)의 내부에는 길이 방향을 따라 중공(미표기)이 형성되어 있으며, 상기 중공(미표기)에 의해 상기 제1 하우징(134a)이 상기 방전관(133)에서 생성되는 상기 플라즈마를 분출을 가이드하는 역할을 한다. 본 실시예에서는 상기 제1 하우징(134a)의 선단이 상기 배관(120)의 상기 제2 배관부(122)와 연통된다.
상기 제1 하우징(134a)과 상기 배관(120) 사이에는 상기 제1 하우징(134a)과 상기 배관(120) 사이의 밀폐력을 향상하기 위해 진공실링부재(137)가 구비된다. 보다 구체적으로는 상기 제1 하우징(134a)의 선단에 실링홈(134a-2)이 형성되어 있고, 상기 실링홈(134a-2)에 상기 진공실링부재(137)가 결합된다. 상기 진공실링부재(137)는 예시적으로 오링(o-ring) 또는 카퍼 실링(copper sealing) 등을 포함한다. 본 실시예에서는 상기 진공실링부재(137)가 오링(o-ring)으로 적용되는 것을 예로 든다.
한편, 상기 제1 하우징(134a)에는 상기 도파관(132)과의 사이에도 밀폐력을 향상하기 위해 진공실링부재(137)를 더 구비할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 하우징(134a)에는 상기 도파관(132)과 고정되는 측에 상기 진공실링부재(137)를 고정하기 위한 실링홈(134a-1)을 형성하고, 상기 실링홈(134a-1)에 상기 진공실링부재(137)를 구비하여 밀폐력을 향상할 수 있다.
상기 제2 하우징(134b)은 상기 제1 하우징(134a)과 함께 상기 도파관(132) 및 상기 방전관(133)을 고정하며 설치된다. 상기 제2 하우징(134b)의 둘레면에는 방전가스 공급부(134)가 형성되어 있고, 상기 제2 하우징(134b)의 내부에는 상기 제1 하우징(134a)이 내부에 형성된 상기 중공(미표기)과 연통되는 중공(미표기) 상기 제2 하우징(134b)의 길이 방향을 따라 형성되어 있다. 상기 방전가스 공급부(134)를 통해 상기 제2 하우징(134b)의 내부(중공)로 방전가스를 공급하며, 보다 구체적으로는 상기 방전관(133)을 향해 방전가스가 공급된다. 그리고 전술한 바와 같이 상기 방전가스와 상기 반응가스가 함께 공급될 수도 있다.
따라서 상기 방전관(133)에서는 상기 마이크로웨이브 발생유닛(131)으로부터 전달되는 마이크로웨이브와, 상기 반사판(미도시)으로부터 반사되는 마이크로웨이브에 의해 개시 방전으로 개시방전이 일어나며, 상기 개시방전과 상기 방전가스에 의해 상기 플라즈마가 생성된다. 상기 방전관(133)은 상기 마이크로웨이브가 투과 가능한 소재로 형성되며, 예를 들어 쿼츠, 세라믹, 플라스틱 및 탄소 중 어느 하나를 포함한다. 특히, 상기 세라믹, 플라스틱, 탄소는 진공에서 내구성이 좋은 장점을 갖는다.
상기 진공실링부재(137)는 상기 제2 하우징(134b)과 상기 도파관(132) 사이에도 구비된다. 상기 제2 하우징(134b)의 일측, 상기 제2 하우징(134b)이 상기 도파관(132)과 접하는 일측에 실링홈(134b-1)이 형성되어 있어, 상기 실링홈(134b-1)에 상기 진공실링부재(137)가 결합된다. 한편, 상기 제2 하우징(134b)의 타측에는 상기 제2 하우징(134b)을 차폐하는 차폐 플랜지(미표기)가 체결부재에 의해 결합된다. 상기 제2 하우징(134b)의 타측에도 실링홈(134b-2)이 형성되어 있어 상기 진공실링부재(137)가 상기 실링홈(134b-2)에 결합되어 상기 제2 하우징(134b)과 상기 차폐 플랜지 사이의 밀폐력을 향상시킨다.
상기 방전가스 공급부(134)를 통해 공급되는 방전가스는 예를 들어, 질소(N2) 또는 스팀(steam) 등이 포함된다. 전술한 바와 같이, 상기 방전관에서 상기 마이크로웨이브에 의해 개시방전이 일어나면 상기 방전가스 공급부(134)를 통해 공급되는 상기 방전가스에 의하여 상기 플라즈마가 생성되고 상기 배관(120)의 내부로 상기 플라즈마가 분사되는 것이다. 다만, 전술한 바와 같이 상기 방전가스만 공급되는 것에 한정되지 않고, 상기 방전가스와 상기 반응가스가 함께 공급될 수도 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 플라즈마 생성장치(130)는 순환기(135) 및 파장 조절기(136)를 더 포함한다. 상기 순환기(135)는 상기 마이크로웨이브 발생유닛(131)에서 공급된 상기 마이크로웨이브를 출력함과 아울러 임피던스 부정합으로 반사되는 마이크로웨이브 에너지를 소멸시켜 상기 마이크로웨이브 발생유닛(131)을 보호한다. 상기 파장 조절기(136)는 상기 도파관(132)으로 공급되는 상기 마이크로웨이브가 상기 플라즈마를 생성하는데 필요로 하는 파장으로 공급될 수 있도록 상기 마이크로웨이브의 파장을 조절하는 역할을 한다.
상기 마이크로웨이브 발생유닛(131)에서 설정된 주파수의 파장으로 상기 마이크로웨이브가 공급되지만 상기 도파관(132) 및 상기 방전관(133)으로 전달되는 동안 상기 마이크로웨이브 발생유닛(131)에서 공급한 주파수의 파장으로 전달되지 않을 수 있다. 상기 파장 조절기(136)를 구비함으로써, 상기 마이크로웨이브 발생유닛(131)에서 공급된 주파수의 파장으로 상기 도파관(132) 및 상기 방전관(133)으로 전달되도록 상기 마이크로웨이브의 파장을 조절할 수 있다.
상기 진공실링부재(137)는 상기 도파관(132)과 상기 파장 조절기(136) 사이에도 구비된다. 상기 도파관(132)의 선단, 구체적으로는 상기 도파관(132)이 상기 파장 조절기(136)와 결합되는 단부에 실링홈(132a)이 형성된다. 상기 실링홈(132a)에 상기 진공실링부재(137)가 결합되어 상기 도파관(132)과 상기 파장 조절기(136) 사이의 밀폐력을 향상시켜 진공이 손실되는 것을 방지한다.
전술한 바와 같은 상기 플라즈마 생성장치(130)에서 분사되는 상기 플라즈마는 상기 유해가스가 유동하는 방향과 동일한 방향으로 분사될 수 있도록 상기 플라즈마 생성장치(130)가 설치되어야 한다. 따라서 본 실시예에서는 상기 플라즈마 생성장치(130)의 상기 플라즈마와 상기 유해가스가 유동하는 방향이 동일해지도록 상기 배관(120)의 일부가 절곡되어 형성된다.
만약 상기 배관이 절곡되지 않고 종래와 같이 일직선의 형태로 형성된다면, 상기 플라즈마 생성장치(130)에서 분사되는 상기 플라즈마의 길이가 길어지지 않아 상기 플라즈마와 상기 유해가스가 접촉하는 시간이 짧아 상기 유해가스를 처리하는 성능이 향상되지 못하고, 상기 플라즈마의 에너지가 높기 때문에 상기 배관이 상기 플라즈마에 의해 손상될 수 있다. 그러나 이는 본 실시예에서만 한정되는 것일 뿐, 상기 배관(120)이 항상 절곡되어 형성되어야 하는 것은 아니다.
도 2를 참조하여 상기 플라즈마 생성장치(130)와 상기 진공펌프(150)를 연결하는 상기 배관(120)의 형상을 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 배관(120)은 상기 공정챔버(110)로부터 배출된 상기 유해가스가 유입되는 제1 배관부(121), 상기 제1 배관부(121)의 선단으로부터 연장되되, 상기 제1 배관부(121)와 교차하는 방향으로 절곡되는 제2 배관부(122) 및 상기 제2 배관부(122)의 선단으로부터 연장되되, 상기 제1 배관부(121)와 동일한 방향으로 절곡되며, 상기 유해가스를 상기 진공펌프(150)로 유입시키는 제3 배관부(123)를 포함한다.
이와 같이 상기 배관(120)을 절곡하여 형성함으로써, 상기 유해가스가 유동하는 방향과 동일한 방향으로 상기 플라즈마를 분사시킬 수 있다. 본 실시예에서는 상기 제2 배관부(122)에서 상기 플라즈마가 분사되는 방향과 상기 유해가스가 유동하는 방향이 동일해진다. 이와 같이 상기 플라즈마가 분사되는 방향과 상기 유해가스가 유동하는 방향이 동일하면 상기 플라즈마에서 상기 유해가스가 지체하는 시간이 길어져 상기 유해가스 내 유해물질들이 분해되는 양이 증가하여 상기 유해가스의 처리 성능이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
상기 플라즈마 생성장치(130)가 상기 배관(120)에 설치되는 위치를 보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 상기 플라즈마 생성장치(130)는 상기 유해가스가 상기 제2 배관부(122)를 유동하는 방향과 동일한 방향으로 상기 플라즈마가 분사되도록 설치된다. 또는 상기 유해가스가 상기 제2 배관부(122)를 유동하는 방향과 반대 방향으로 상기 플라즈마가 분사되도록 설치된다. 또한, 상기 유해가스가 상기 제2 배관부(123)를 유동하는 방향과 동일한 방향으로 상기 플라즈마가 분사되도록 설치될 수도 있다. 그리고 이에 한정되지 않고 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 플라즈마 생성장치(130)는 상기 유해가스가 상기 제1 배관부(121)로 유입되어 유동되는 방향과 반대 방향으로 상기 플라즈마가 분사되도록 설치될 수도 있다.
한편, 상기 배관(120)의 내부는 상기 진공펌프(150)에 의해 진공 상태를 유지하고 있기 때문에 상기 플라즈마 생성장치(130)에서 분사되는 플라즈마의 볼륨이 대기압 상태에서 분사되는 플라즈마의 볼륨보다 크게 형성된다. 따라서 상기 배관(120) 내부를 유동하는 많은 양의 상기 유해가스 내 유해물질들이 상기 플라즈마와 접촉하면서 분해될 수 있어 상기 유해가스 처리설비(100)의 유해가스 처리 성능을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다. 특히, 상기 플라즈마 생성장치(130)에서 분사되는 상기 플라즈마가 상기 유해가스가 유동하는 방향과 동일한 방향으로 분사되기 때문에 상기 유해가스가 상기 플라즈마에서 지체하는 시간이 증가하고, 이에 따라 상기 플라즈마와 상기 유해가스 내 유해물질들이 접촉되는 시간이 증가하여 보다 많은 양의 상기 유해가스 유해물질들을 분해시킬 수 있다.
이와 같이 플라즈마로 상기 유해가스 내 유해물질을 분해시키면 가스가 상기 진공펌프(150) 및 상기 스크러버(170)를 유동하더라도 축적되는 유해물질이 없거나 매우 소량이어서 상기 진공펌프(150) 및 상기 스크러버(170)의 고장 및 손상을 방지할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 유해가스 처리설비(100`)가 도시되어 있다. 도 4를 참조하여 보면, 상기 유해가스 처리장치(100`)는 상기 플라즈마 생성장치(130)가 전술한 일 실시예에 따른 상기 유해가스 처리장치(100)와 다른 방향으로 설치된다. 본 실시예에서는 상기 플라즈마 생성장치(130)에서 분사되는 상기 플라즈마가 상기 유해가스가 유동되는 방향과 반대 방향으로 분사되도록 설치된다.
본 실시예에 따른 상기 플라즈마 생성장치(130)에서 생성되는 플라즈마의 온도는 상당히 높기 때문에 유해물질이 플라즈마에 접촉하기만 하여도 분해율이 높다. 따라서 이와 같이 상기 플라즈마 생성장치(130)가 상기 유해가스가 유동되는 방향과 반대되는 방향으로 상기 플라즈마가 분사될 수 있도록 설치되면, 상기 플라즈마 생성장치(130)의 상기 플라즈마와 상기 유해가스 내 유해물질들이 더 많이 접촉되면서 더 많은 양의 유해가스 유해물질들을 분해시킬 수 있어 분해 성능이 더욱 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 유해가스 처리설비(100a)가 도시된 것이다. 도 5를 참조하여 보면, 본 실시예에서는 상기 플라즈마 생성장치(130)가 복수 개 설치되어 있다. 하나의 상기 플라즈마 생성장치(130)가 상기 제2 배관부(122)의 내부로 상기 플라즈마가 상기 유해가스가 유동되는 방향과 동일한 방향으로 분사되도록 설치되고, 다른 하나의 상기 플라즈마 생성장치(130)가 상기 제3 배관부(123)의 내부로 상기 플라즈마가 상기 유해가스가 유동되는 방향과 동일한 방향으로 분사되도록 설치된다. 이와 같이 상기 플라즈마 생성장치(130)가 복수 개 설치되면, 첫 번째 상기 플라즈마 생성장치(130)에 의해 분해되지 않은 상기 유해가스 내 유해물질들이 두 번째 상기 플라즈마 생성장치(130)에 의해 분해될 수 있어 상기 유해가스 내 유해물질들을 더 많이 분해시켜 상기 유해가스의 정화 처리 성능을 더욱 향상되며, 상기 진공펌프(150) 및 상기 스크러버(190)의 손상을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유해가스 처리설비(200)가 도시된 것이다. 상기 유해가스 처리설비(200)의 구성들은 전술한 실시예의 유해가스 처리설비(100, 100`, 100a)들과 동일하다. 다만, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 생성장치(130)가 설치되는 위치에 있어 전술한 실시예들과 차이를 갖는다.
본 실시예에서는 상기 플라즈마 생성장치(130)가 상기 공정챔버(110)에서 배출된 상기 유해가스가 유동하는 제1 배관(220)과, 정화된 가스가 상기 진공펌프(150)로 유입되도록 유동하는 제2 배관(240) 사이에 설치된다.
본 실시예에서도 상기 방전관(133)의 길이는 상기 도파관(132)으로부터 상기 제1 하우징(134a)의 선단까지의 길이보다 더 길게 형성된 것을 예로 들어 설명한다. 도 6을 참조하여 보면, 상기 방전관(133)은 상기 도파관(132)의 내측에 삽입되어 설치되되, 일측이 상기 도파관(132)과 연결된 상기 제2 하우징(134b)의 내측에 위치하며, 타측은 상기 도파관(132)과 연결된 상기 제1 하우징(134a)의 선단을 지나 돌출될 수 있도록 길이가 길게 형성된다. 상기 방전관(133)의 타측은 후술되는 상기 챔버(140)의 내부로 돌출된다. 이와 같이 길이가 길게 형성된 상기 방전관(133)에 의해 상기 방전관(133)에서 생성된 플라즈마의 이온이, 제1 하우징(134a)(주로, 금속과 같은 도전체로 형성됨)이나, 상기 플라즈마 생성장치(130)와 후술되는 상기 챔버(140)와 연결되는 이음 부분으로 새어나가는 것을 방지한다.
전술한 바와 같은 상기 플라즈마 생성장치(130)에 의해 상기 공정챔버(110)에서 배출된 상기 유해가스가 상기 제1 배관(220)을 따라 유동되어 상기 제2 하우징(134b)으로 유입되면 상기 방전관(133)에서 일어나는 개시방전과 반응하여 상기 플라즈마 생성되는 동시에 상기 플라즈마에 의해 상기 유해가스 내 유해물질이 분해되어 정화되고, 정화된 가스는 상기 제1 하우징(134a)을 따라 유동되어 상기 제2 배관(240)으로 유입되고 상기 진공펌프(150)를 향해 유동된다.
특히, 상기 제2 하우징(134b) 및 상기 방전관(133) 각각의 횡단면 크기는 상기 제1 배관(220)의 횡단면 크기보다 더 크게 형성되는데 이는 상기 제2 하우징(134b) 내부 및 상기 방전관(133) 내부의 부피를 상기 제1 배관(220) 내부의 부피보다 크게 함으로써 상기 유해가스가 와류를 발생하게 하여, 상기 제2 하우징(134b) 및 상기 방전관(133)에서 정체하는 시간을 증가시켜 상기 유해가스 내 유해물질의 분해율이 향상되는 효과가 있다.
본 실시예에서는 상기 플라즈마 생성장치(130)의 상기 제2 하우징(134b)의 선단에 상기 차폐 플랜지(미표기)가 결합되는 대신, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1 배관(220)이 결합된다. 상기 진공실링부재(137)는 상기 제1 배관(220)과 상기 플라즈마 생성장치(130), 상기 플라즈마 생성장치(130)와 상기 제2 배관(240) 사이의 밀폐력을 향상시켜 상기 공정챔버(110)부터 상기 진공펌프(150)까지의 진공이 손실되는 것을 방지한다. 특히, 상기 진공실링부재(137)에 의해 상기 제1 배관(220)과 상기 플라즈마 생성장치(130) 사이, 상기 플라즈마 생성장치(130)와 후술되는 상기 챔버(240) 사이의 밀폐력을 향상시키면 진공이 손실되는 것을 방지할 뿐 아니라, 상기 유해가스의 누설도 방지되므로 상기 제1 배관(220)과 상기 플라즈마 생성장치(130) 사이, 상기 플라즈마 생성장치(130)와 후술되는 상기 챔버(240) 사이에 상기 진공실링부재(137)를 구비하는 것은 매우 중요하다.
본 실시예에서는 상기 플라즈마 생성장치(130)로 유동되는 상기 유해가스가 상기 플라즈마의 생성을 위해 방전가스의 역할을 하는 동시에 상기 플라즈마가 생성되면 상기 플라즈마에 의해 상기 유해가스 내 유해물질이 분해되는 것이다. 따라서 상기 제2 하우징(134b)으로 방전가스가 공급되지 않을 수도 있다. 다만, 본 실시예에서는 상기 플라즈마 생성장치(130)의 상기 방전가스 공급부(134)로 방전가스를 공급하는 대신 반응가스를 공급하여 상기 플라즈마 생성장치(130)에서 발생되는 상기 플라즈마에 의한 분해율을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.
즉, 상기 반응가스를 공급함으로써 상기 개시방전과 상기 반응가스에 의해 활성화 및 안정화된 플라즈마를 생성하면 상기 유해가스 내 유해물질들이 더 많이 분해될 수 있다. 그리고 상기 마이크로웨이브는 상기 방전가스에 최적인 주파수로 공급될 수 있도록 상기 방전가스의 종류에 따라 주파수가 조절될 수도 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 플라즈마 생성장치(130)가 전술한 실시예들과 달리 챔버(140)를 더 포함한다. 상기 챔버(140)는 도 6을 참조하여 보면 상기 제1 하우징(134a)과 상기 제2 배관(240) 사이에 배치된다. 따라서 상기 제1 하우징(134a)의 선단을 지나 돌출되는 상기 방전관(133)의 일측은 상기 챔버(140)의 내부에 배치된다. 상기 챔버(140)의 횡단면, 구체적으로는 상기 유해가스가 유동하는 방향과 교차하는 방향의 단면의 크기는 상기 방전관(133)의 횡단면의 크기보다 크며, 상기 제1 배관(220) 및 상기 제2 배관(240) 각각의 횡단면의 크기보다도 크게 형성된다.
특히, 상기 챔버(140)의 크기가 상기 제2 배관(240)의 크기보다 크게 형성됨으로써, 상기 유해물질이 분해된 가스가 상기 방전관(133)에서 상기 챔버(140)로 배출될 때 확산되면서 와류가 발생될 수 있으며 이에 따라 상기 챔버(140) 내에서 정체되는 시간이 증가하게 되고, 상기 챔버(140) 내에서 정체되는 동안 더 많이 분해되므로 분해율이 향상되는 효과가 있다.
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.
100, 100`, 100a: 유해가스 처리설비
110: 공정챔버 120: 배관
121: 제1 배관부 122: 제2 배관부
123: 제3 배관부 130: 플라즈마 생성장치
131: 마이크로웨이브 발생유닛 132: 도파관
133: 방전관 134a: 제1 하우징
134b: 제2 하우징 134: 방전가스 공급부
135: 순환기 136: 파장 조절기
137: 진공실링부재
150: 진공펌프 170: 스크러버
220: 제1 배관 240: 제2 배관

Claims (24)

  1. 공정챔버에서 발생된 유해가스를 배출시키는 진공펌프; 및
    상기 공정챔버에서 배출되는 상기 유해가스가 유동하는 동안 마이크로웨이브에 의하여 생성되는 플라즈마로 상기 유해가스 내 유해물질들을 분해시키는 플라즈마 생성장치를 포함하는 유해가스 처리설비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라즈마 생성장치는 상기 유해가스가 상기 공정챔버에서 상기 진공펌프로 유동되도록 설치된 배관의 내부로 상기 플라즈마가 분사되도록 상기 배관 상에 연통되게 설치되는 유해가스 처리설비.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 배관의 설정 부분 내에서 상기 유해가스의 유동방향과 동일한 방향으로 상기 플라즈마를 분사하여, 상기 유해가스가 상기 플라즈마 내에서 분해되는 시간을 증가시키는 유해가스 처리설비.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 배관의 설정 부분 내에서 상기 유해가스의 유동방향과 반대 방향으로 상기 플라즈마를 분사하여, 상기 유해가스가 상기 플라즈마 내에서 분해되는 시간을 증가시키는 유해가스 처리설비.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 플라즈마 생성장치는 상기 유해가스가 유동하는 방향과 동일한 방향 또는 반대 반향으로 상기 플라즈마가 분사되도록 복수 개 설치되는 유해가스 처리설비.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 배관은,
    상기 공정챔버로부터 배출되는 상기 유해가스가 유입되는 제1 배관부;
    상기 제1 배관부의 선단으로부터 상기 제1 배관부와 교차하는 방향으로 절곡되어 상기 유해가스가 유동하는 시간이 증가하도록 설정 길이만큼 연장되는 제2 배관부; 및
    상기 제2 배관부의 선단으로부터 연장되되, 상기 제1 배관부와 동일한 방향으로 절곡되어 상기 유해가스를 상기 진공펌프로 유입시키는 제3 배관부를 포함하는 유해가스 처리설비.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 플라즈마 생성장치는 상기 유해가스가 상기 제2 배관부를 유동하는 방향과 동일한 방향으로 상기 플라즈마가 분사되도록 설치되는 유해가스 처리설비.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 플라즈마 생성장치는 상기 유해가스가 상기 제2 배관부를 유동하는 방향과 반대 방향으로 상기 플라즈마가 분사되도록 설치되는 유해가스 처리설비.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 플라즈마 생성장치는 상기 유해가스가 상기 제3 배관부를 유동하는 방향과 동일한 방향으로 상기 플라즈마가 분사되도록 설치되는 유해가스 처리설비.
  10. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성장치는,
    마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발생유닛;
    상기 마이크로웨이브가 공급되어 전달되는 마이크로웨이브 도파로가 형성되며, 상기 마이크로웨이브를 전달되어 온 방향과 반대 방향으로 전달하도록 반사시키는 반사판을 구비하는 도파관;
    상기 도파관에 설치되며, 상기 마이크로웨이브 발생유닛으로부터 전달되는 마이크로웨이브와, 상기 반사판에서 반사되어 전달되는 마이크로웨이브에 의하여 플라즈마를 생성하는 방전관;
    상기 방전관 및 상기 도파관을 감싸며 설치되어, 상기 플라즈마의 분출 방향을 가이드할 수 있도록 내부에 중공이 형성된 제1 하우징; 및
    상기 제1 하우징의 중공과 연통되고, 상기 방전관이 설치되는 중공이 형성되며 상기 플라즈마와 반응하여 상기 플라즈마를 생성하도록 반응가스가 공급되는 제2 하우징을 포함하는 유해가스 처리설비.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 방전관의 길이는,
    상기 도파관으로부터 상기 제1 하우징의 선단까지의 길이와 동일하게 형성되거나, 상기 도파관으로부터 상기 제1 하우징의 선단까지의 길이보다 더 길게 형성되는 유해가스 처리설비.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 플라즈마 생성장치는,
    상기 마이크로웨이브 발생유닛에서 공급된 상기 마이크로웨이브가 설정 주파수로 전달될 수 있도록 상기 마이크로웨이브의 파장을 조절하는 파장 조절기(resonator)를 더 포함하는 유해가스 처리설비.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 플라즈마 생성장치는 밀폐력을 향상시킬 수 있도록 진공실링부재를 더 포함하는 유해가스 처리설비.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 진공실링부재는,
    상기 제1 하우징과 상기 배관 사이, 상기 제1 하우징과 상기 도파관 사이, 상기 제2 하우징과 상기 도파관 사이 및 상기 도파관과 상기 파장 조절기 사이에 각각 구비되는 유해가스 처리설비.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 방전관은 상기 마이크로웨이브를 투과시킬 수 있도록 쿼츠 소재, 세라믹 소재, 플라스틱 소재 및 탄소 소재 중 어느 하나 이상을 포함하는 유해가스 처리설비.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라즈마 생성장치는 상기 공정챔버에서 배출된 상기 유해가스가 유동되는 제1 배관과, 상기 유해가스가 상기 진공펌프로 유입되도록 유동되는 제2 배관 사이에 설치되는 유해가스 처리설비.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 플라즈마 생성장치는,
    마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발생유닛;
    상기 마이크로웨이브가 공급되어 전달되는 마이크로웨이브 도파로가 형성되며, 상기 마이크로웨이브를 전달되어 온 방향과 반대 방향으로 전달하도록 반사시키는 반사판을 구비하는 도파관;
    상기 도파관에 설치되며, 상기 마이크로웨이브 발생유닛으로부터 전달되는 마이크로웨이브와, 상기 반사판에서 반사되어 전달되는 마이크로웨이브에 의하여 플라즈마를 생성하는 방전관;
    상기 방전관 및 상기 도파관을 감싸며 설치되어, 상기 플라즈마로 상기 유해물질이 분해된 가스가 상기 제2 배관을 향해 배출되도록 내부에 중공이 형성된 제1 하우징; 및
    상기 플라즈마로 상기 유해물질이 분해되도록 상기 제1 배관을 통해 유입되는 상기 유해가스가 유동할 수 있고, 상기 방전관이 설치되는 중공이 형성되는 제2 하우징을 포함하는 유해가스 처리설비.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 플라즈마 생성장치는,
    상기 제1 하우징 및 상기 제2 배관을 연결하도록 배치되며, 상기 유해물질이 분해된 가스가 상기 제1 하우징에서 배출될 때 와류를 발생시켜 상기 제2 배관으로 유동되는 시간을 연장시키는 챔버를 더 포함하는 유해가스 처리설비.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 방전관의 길이는,
    상기 도파관으로부터 상기 제1 하우징의 선단까지의 길이와 동일하게 형성되거나, 상기 도파관으로부터 상기 제1 하우징의 선단까지의 길이보다 더 길게 형성되는 유해가스 처리설비.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 플라즈마 생성장치는,
    상기 마이크로웨이브 발생유닛에서 공급된 상기 마이크로웨이브가 설정 주파수로 전달될 수 있도록 상기 마이크로웨이브의 파장을 조절하는 파장 조절기(resonator)를 더 포함하는 유해가스 처리설비.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 플라즈마 생성장치는 밀폐력을 향상시킬 수 있도록 진공실링부재를 더 포함하는 유해가스 처리설비.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 진공실링부재는,
    상기 제1 하우징과 상기 제2 배관 사이, 상기 제1 하우징과 상기 도파관 사이, 상기 제2 하우징과 상기 도파관 사이, 상기 제2 하우징과 상기 제1 배관 사이 및 상기 도파관과 상기 파장 조절기 사이에 각각 구비되는 유해가스 처리설비.
  23. 청구항 17에 있어서,
    상기 방전관은 상기 마이크로웨이브를 투과시킬 수 있도록 쿼츠 소재, 세라믹 소재, 플라스틱 소재 및 탄소 소재 중 어느 하나 이상을 포함하는 유해가스 처리설비.
  24. 청구항 18에 있어서,
    상기 제2 하우징 및 상기 방전관 각각의 횡단면의 크기는 상기 제1 배관 및 상기 제2 배관 각각의 횡단면의 크기보다 크게 형성되며,
    상기 챔버의 횡단면의 크기는 상기 제2 하우징 및 상기 방전관 각각의 횡단면의 크기보다 크게 형성되는 유해가스 처리설비.
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KR102546997B1 (ko) * 2022-12-02 2023-06-23 이상주 반도체 배기가스 처리장치

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