KR20170064293A - 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기 - Google Patents

오염 물질 제거용 플라즈마 반응기 Download PDF

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KR20170064293A
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한국기계연구원
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Abstract

오염 물질 제거용 플라즈마 반응기는, 공정 가스의 이송 방향을 따라 일렬로 위치하는 제1 접지 전극, 절연체, 및 제2 접지 전극으로 구성된 반응관과, 절연체 외면에 고정되고 저주파 전원과 연결되어 절연체 내부로 저밀도의 제1 플라즈마를 발생시키는 관형 전극과, 관형 전극과 거리를 두고 절연체 외면에 고정되며 고주파 전원과 연결되어 절연체 내부로 고밀도의 제2 플라즈마를 발생시키는 코일형 전극을 포함한다. 공정 가스는 제1 플라즈마와 제2 플라즈마를 차례로 거치며 안정화 처리가 이루어진다.

Description

오염 물질 제거용 플라즈마 반응기 {PLASMA REACTOR FOR ABATEMENT OF POLLUTIONS}
본 발명은 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정 챔버에서 발생하는 각종 오염 물질을 진공 펌프의 전단에서 분해 및 제거하는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
반도체, 디스플레이, 태양전지 등의 제조 라인에는 식각, 증착, 세정 등이 이루어지는 공정 챔버가 설치되며, 공정 챔버는 진공 펌프와 연결되어 공정 가스를 배출하게 된다. 공정 가스에는 다양한 오염 물질이 존재하는데, 예를 들어 식각 공정에서는 CF4, CHF3, C2F6, C4F8 등의 온실 가스가 배출되고, 증착 공정에서는 미분해 전구체가 배출되며, 세정 공정에서는 NF3, SF6 등의 온실 가스와 입자 부산물이 배출된다.
온실 가스는 지구 온난화를 유발하는 물질로서 배출량 규제가 심해지고 있고, 입자 부산물은 진공 펌프 내부에 축적되어 진공 펌프의 내구성을 저하시킨다. 증착에 사용되지 않고 배출되는 미분해 전구체는 진공 펌프의 내부 또는 진공 펌프와 스크러버 사이에 축적되는데, 과다 부피 팽창 시 폭발을 유발할 수 있고, 대기 중에 노출되는 경우 화재를 일으킬 수 있다.
본 발명은 공정 챔버에서 발생하는 각종 오염 물질을 플라즈마를 이용하여 진공 펌프의 전단에서 분해 및 제거하는 안정화 처리 기술에 있어서, 오염 물질 분해율의 압력 의존성을 낮추고, 플라즈마 운전 영역을 확대시킬 수 있는 플라즈마 반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기는 반응관, 관형 전극, 및 코일형 전극을 포함한다. 반응관은 공정 가스의 이송 방향을 따라 일렬로 위치하는 제1 접지 전극, 절연체, 및 제2 접지 전극으로 구성된다. 관형 전극은 절연체 외면에 고정되고, 저주파 전원과 연결되어 절연체 내부로 저밀도의 제1 플라즈마를 발생시킨다. 코일형 전극은 관형 전극과 거리를 두고 절연체 외면에 고정되며, 고주파 전원과 연결되어 절연체 내부로 고밀도의 제2 플라즈마를 발생시킨다. 공정 가스는 제1 플라즈마와 제2 플라즈마를 차례로 거치며 안정화 처리가 이루어진다.
절연체는 양단이 개방된 유전체 튜브로 이루어질 수 있고, 절연체의 직경은 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극의 직경보다 클 수 있다. 제1 접지 전극과 제2 접지 전극 각각은 균일 직경부와, 균일 직경부로부터 절연체를 향하여 직경이 점진적으로 커지는 가변 직경부를 포함할 수 있다.
저주파 전원은 1MHz 미만의 구동 주파수와 1kV 이상의 전압을 가지는 교류 전원일 수 있고, 제1 플라즈마는 용량성 결합 플라즈마일 수 있다. 고주파 전원은 1MHz 이상의 구동 주파수와 1kV 미만의 전압을 가지는 무선 주파수 전원일 수 있고, 제2 플라즈마는 유도성 결합 플라즈마일 수 있다. 반응관의 내부 압력은 0.05Torr 내지 0.5Torr의 범위에 속할 수 있다.
저주파 전원과 관형 전극은 각각 제1 저주파 전원과 제1 관형 전극일 수 있고, 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기는 제2 관형 전극을 더 포함할 수 있다. 제2 관형 전극은 코일형 전극과 거리를 두고 절연체 외면에 고정되며, 제2 저주파 전원과 연결되어 절연체 내부로 저밀도의 제3 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 공정 가스는 제1 플라즈마와 제2 플라즈마 및 제3 플라즈마를 차례로 거치며 안정화 처리가 이루어질 수 있다.
제2 저주파 전원은 1MHz 미만의 구동 주파수와 1kV 이상의 전압을 가지는 교류 전원일 수 있고, 제3 플라즈마는 용량성 결합 플라즈마일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 플라즈마 운전 영역(압력 범위)을 확대시킬 수 있고, 오염 물질 분해율의 압력 의존성을 낮출 수 있다. 본 실시예의 플라즈마 반응기는 공정 설비의 사양과 압력 조건이 다른 다양한 제조 설비에 용이하게 장착될 수 있으며, 공정 가스에 포함된 오염 물질을 95% 이상의 높은 분해율로 제거할 수 있다.
도 1은 플라즈마 반응기를 구비한 공정 설비의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시한 플라즈마 반응기 중 관형 전극에 인가되는 구동 전압의 파형 예시를 나타낸 도면이다.
도 5는 CCP 영역에서 압력 변화에 따른 플라즈마 변화를 나타낸 사진이다.
도 6은 CCP 영역과 ICP 영역에서 전력 변화에 따른 플라즈마 변화를 나타낸 사진이다.
도 7은 제1 실시예의 플라즈마 반응기와 제1 및 제2 비교예의 플라즈마 반응기에서 측정한 압력-분해율 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 플라즈마 반응기를 구비한 공정 설비의 구성도이다. 도 1의 공정 설비는 반도체, 디스플레이, 태양전지 등의 제조를 위한 저압 공정 설비일 수 있다.
도 1을 참고하면, 공정 설비는 식각, 증착, 세정 등의 작업이 이루어지는 공정 챔버(110)와, 배관(120)을 통해 공정 챔버(110)와 연결되며 공정 챔버(110)에서 사용된 공정 가스를 배출시키는 진공 펌프(130)와, 공정 챔버(110)와 진공 펌프(130) 사이에 설치되는 플라즈마 반응기(200)를 포함한다. 플라즈마 반응기(200)는 배관(120)을 접지 전극으로 사용할 수 있다.
플라즈마 반응기(200)는 진공 펌프(130)의 전방에 위치하며, 그 내부는 공정 챔버(110)와 같은 저압 상태를 유지한다. 여기서, 저압은 대략 0.1Torr 내지 10Torr의 범위에 속하는 압력을 의미하나, 전술한 범위로 한정되지 않는다.
플라즈마 반응기(200) 전단의 배관(120)에는 플라즈마 반응기(200)로 반응 가스를 공급하는 가스 주입구(121)가 제공된다. 반응 가스는 O2와 H2O 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 반응 가스를 이송하는 캐리어 가스로서 아르곤, 헬륨, 질소 등이 사용될 수 있다.
플라즈마 반응기(200)는 그 내부에 플라즈마를 생성하여 공정 가스에 포함된 각종 오염 물질(온실 가스, 미분해 전구체, 및 입자 부산물 등)을 분해한다. 분해된 성분들은 반응 가스와 화학 결합하여 무해한 원소로 변한다. 플라즈마는 반응종들(reactive species)과 고에너지 전자들을 풍부하게 함유하고 있으므로 오염 물질의 분해된 성분들과 반응 가스간 화학 반응을 촉진시킨다.
다음에 설명하는 제1 및 제2 실시예의 플라즈마 반응기(200, 300)는 공정 가스의 이송 방향을 따라 용량성 결합 플라즈마와 유도성 결합 플라즈마를 나란히 발생시키는 구조를 가진다. 이호 인해 제1 및 제2 실시예의 플라즈마 반응기(200, 300)는 플라즈마 운전 영역(압력 범위)을 확대시키면서 오염 물질 분해율의 압력 의존성을 낮출 수 있다.
도 2와 도 3은 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 단면도와 사시도이다.
도 2와 도 3을 참고하면, 제1 실시예의 플라즈마 반응기(200)는 제1 접지 전극(210)과 제2 접지 전극(220) 및 절연체(230)로 구성된 반응관(240)과, 절연체(230)의 외면에 고정되며 저주파 전원(250)과 연결되는 관형 전극(260)과, 관형 전극(260)과 거리를 두고 절연체(230)의 외면에 고정되며 고주파 전원(270)과 연결되는 코일형 전극(280)을 포함한다.
제1 접지 전극(210)은 공정 챔버(110)와 연결되고, 제2 접지 전극(220)은 진공 펌프(130)와 연결된다. 공정 설비의 금속 배관이 접지되어 제1 및 제2 접지 전극(210, 220)으로 기능할 수 있다. 절연체(230)는 제1 접지 전극(210)과 제2 접지 전극(220)을 연결하는 관으로서 세라믹 또는 유리와 같은 유전체로 형성된다. 공정 가스는 반응관(240)을 따라 이동하며, 절연체(230)의 내부 공간에서 실질적인 플라즈마 발생과 오염 물질 분해가 이루어진다.
절연체(230)의 직경은 공정 가스의 이송 방향을 따라 일정하며, 절연체(230)의 내경은 제1 및 제2 접지 전극(210, 220)의 내경보다 클 수 있다. 이 경우 플라즈마 처리 공간을 확장시키고, 플라즈마 영역에 대한 오염 물질의 체류 시간을 늘려 오염 물질의 분해율을 높일 수 있다.
제1 접지 전극(210)과 제2 접지 전극(220) 각각은 균일 직경부(211, 221)와 가변 직경부(212, 222)를 포함한다. 가변 직경부(212, 222)는 균일 직경부(211, 221)와 절연체(230) 사이에 위치하고, 균일 직경부(211, 221)와 접하는 일단으로부터 절연체(230)를 향하여 내경이 점진적으로 커지는 깔때기 모양으로 이루어진다.
관형 전극(원통형 전극)(260)은 제1 접지 전극(210)과 일정 거리를 두고 절연체(230)의 외면에 고정되며, 저주파 전원(250)과 연결된다. 저주파 전원(250)은 1MHz 미만(대략 수 kHz 내지 수백 kHz)의 구동 주파수와 1kV 이상(대략 수 kV)의 전압을 가지는 교류 전원이다. 도 4는 도 2에 도시한 플라즈마 반응기(200) 중 관형 전극(260)에 인가되는 구동 전압의 파형 예시를 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, 관형 전극(260)에 인가되는 구동 전압(Vs)은 대략 1 kHz 내지 999kHz 주파수의 고전압이며, 운전 전압은 양의 값(1/2Vs)과 음의 값(-1/2Vs)이 주기적으로 변하는 형태를 나타낸다. 도 4에서는 사각 파형을 예로 들어 도시하였으나, 삼각 파형 및 싸인 파형 등 다양한 파형이 적용될 수 있다.
도 2와 도 3을 참고하면, 관형 전극(260)에 전술한 구동 전압(Vs)이 인가되면 제1 접지 전극(210)과 관형 전극(260)의 전압 차에 의해 절연체(230) 내부에 플라즈마 방전이 유도된다. 방전은 운전 전압이 내부 기체의 항복 전압보다 높을 때 발생한다. 이때 절연체(230)는 유전체이므로, 방전 전류는 시간에 따라 계속 증가하다가 표면에 벽전하가 쌓이는 양이 많아짐에 따라 감소한다.
즉 방전 개시 이후 방전 전류가 높아짐에 따라 플라즈마 내부의 공간 전하들이 절연체(230) 표면에 쌓여 벽전하가 생성되고, 절연체(230)의 벽전압에 의해 시간이 지남에 따라 방전이 약해진다. 플라즈마 방전은 인가 전압이 유지되는 동안 생성과 유지 및 소멸 과정을 반복한다. 따라서 방전은 아크(arc)로 전이되지 않고 글로우(glow) 영역에 머물면서 공정 챔버(110)에서 배출된 오염 물질을 분해한다.
이때 절연체(230)는 제1 접지 전극(210)의 가변 직경부(212)와 마주하고 있으므로, 플라즈마 방전이 유도될 때 방전 패스가 단축된다. 즉 가변 직경부(212)가 일부 대향 방전(두 개의 전극이 마주할 때 일어나는 방전)과 유사한 효과를 유발한다. 따라서 같은 소비 전력에서 보다 강한 플라즈마가 생성되므로 방전 효율을 높일 수 있다.
코일형 전극(280)은 관형 전극(260) 및 제2 접지 전극(220)과 일정 거리를 두고 절연체(230)의 외면에 고정되며, 고주파 전원(270)과 연결된다. 고주파 전원(270)은 1MHz 이상의 구동 주파수와 1kV 미만(대략 수백 V)의 전압을 가지는 무선 주파수(RF) 전원일 수 있다. 코일형 전극(280)은 나선형 안테나로서 절연체(230) 외벽에 복수회 권선되고, 절연체(230) 내부로 유도 기전력을 전달하여 플라즈마를 발생시킨다.
공정 가스의 이송 방향을 따라 관형 전극(260)과 코일형 전극(280)이 순차적으로 위치한다. 관형 전극(260)과 저주파 전원(250)은 절연체(230) 내부로 제1 플라즈마를 발생시키고, 코일형 전극(280)과 고주파 전원(270)은 절연체(230) 내부로 제2 플라즈마를 발생시킨다. 공정 가스는 제1 플라즈마와 제2 플라즈마를 차례로 거치면서 안정화 처리가 이루어진다.
관형 전극(260)과 저주파 전원(250)에 의한 제1 플라즈마는 용량성 결합 플라즈마(CCP, Capacitively Coupled Plasma)이고, 코일형 전극(280)과 고주파 전원(270)에 의한 제2 플라즈마는 유도성 결합 플라즈마(ICP, Inductively Coupled Plasma)이다. 관형 전극(260)이 절연체(230)와 함께 CCP 영역을 형성하고, 코일형 전극(280)이 절연체(230)와 함께 ICP 영역을 형성한다.
진공 펌프(130) 전단의 압력은 공정 챔버(110)의 압력, 배관(120)의 직경, 진공 펌프(130)의 배기 능력, 공정 챔버(110)와 진공 펌프(130) 사이의 거리 등에 따라 변하며, 공정 설비마다 설정 압력이 다르다. 그런데 CCP와 ICP 모두 압력에 따라 분해율이 급격하게 변하는 특성이 있으므로, 분해율의 압력 의존성을 낮추어야 한다.
제1 실시예의 플라즈마 반응기(200)는 CCP 또는 ICP를 단독으로 사용하지 않고 CCP와 ICP를 혼합 사용함으로써 분해율의 압력 의존성을 낮춘다.
CCP는 저주파 구동에 의해 저전류-고전압 특성과, 전자 온도가 높고 전자 밀도가 낮은 특성을 가진다. 또한 CCP는 방전 안정성이 높은 대신, 압력 변화에 따라 절연체(230)의 반경 방향에 따른 플라즈마 밀도 변화와 절연체(230)의 길이 방향에 따른 플라즈마 길이 변화가 크다.
구체적으로, CCP의 경우 압력이 높아짐에 따라 절연체(230) 중심부에서 플라즈마 밀도가 낮아지며, 압력이 낮아짐에 따라 플라즈마 길이가 길어진다(제1 접지 전극(210) 측으로 플라즈마 발생 영역이 늘어난다). 이와 같이 CCP의 경우 플라즈마 밀도와 플라즈마 길이의 압력 의존성이 높다.
도 5는 CCP 영역에서 압력 변화에 따른 플라즈마 변화를 나타낸 사진이다. 도 5에서 CCP 전력은 600W이고, 공정 가스(CF4)와 반응 가스(O2)의 유량은 각각 100sccm이다.
도 5를 참고하면, 같은 전력 조건에서 압력이 높아질수록 절연체 중심부(r=0)에서 플라즈마 세기가 약해지는 것을 확인할 수 있다. 오염 물질은 플라즈마 세기가 강한 영역에서 잘 분해되므로, CCP의 경우 압력이 높아질수록 분해율이 낮아진다.
ICP는 고주파 구동에 의해 고전류-저전압 특성과, 전자 온도가 낮고 전자 밀도가 높은 특성을 가진다. 또한 ICP는 방전 안정성이 낮고 플라즈마 운전 영역(압력 범위)이 좁은 대신, 압력 변화에 따른 플라즈마 밀도 변화와 플라즈마 길이 변화가 적다. 즉 ICP의 경우 플라즈마 밀도와 플라즈마 길이의 압력 의존성이 낮으며, 압력이 높아질수록 높은 분해율을 나타낸다.
도 6은 CCP 영역과 ICP 영역에서 전력 변화에 따른 플라즈마 변화를 나타낸 사진이다. 도 6에서 절연체 내부 압력은 0.1Torr이고, 공정 가스(CF4)와 반응 가스(O2)의 유량은 각각 100sccm이다.
도 6을 참고하면, CCP와 ICP 모두 절연체 표면에서 플라즈마 세기가 약하고, CCP의 경우 절연체 중심부에서 플라즈마 세기가 강하며, ICP의 경우 절연체 중심부와 표면 사이의 중간 영역에서 플라즈마 세기가 강한 것을 확인할 수 있다. 플라즈마 세기는 전력에 비례하며, 오염 물질의 분해율 또한 전력에 비례한다.
오염 물질의 분해율은 전자 온도 및 전자 밀도가 높아질수록, 플라즈마 영역에 머무는 오염 물질의 체류 시간이 길어질수록 향상된다. 반면, 오염 물질의 분해율은 절연체의 반경 방향을 따라 플라즈마 밀도의 공간 분포가 불균일해질수록 낮아진다.
도 7은 제1 실시예의 플라즈마 반응기와 제1 및 제2 비교예의 플라즈마 반응기에서 측정한 압력-분해율 그래프이다. 제1 비교예의 플라즈마 반응기는 절연체 외면에 관형 전극만 배치한 CCP 반응기이고, 제2 비교예의 플라즈마 반응기는 절연체 외면에 코일형 전극만 배치한 ICP 반응기이다.
실험에 사용된 공정 가스(CF4)와 반응 가스(O2)의 유량은 각각 100sccm이고, 절연체 직경은 15cm이다. 제1 및 제2 비교예에서 CCP의 전력과 ICP의 전력은 각각 1kW이며, 제1 실시예에서 CCP의 전력과 ICP의 전력은 각각 1kW로서 총 전력은 2kW이다.
도 7을 참고하면, 제1 비교예의 경우 플라즈마 운전 영역(압력 범위)은 0.05Torr 내지 0.5Torr로서 넓은 반면(모든 압력 범위에서 운전이 가능한 반면) 압력이 높아짐에 따라 분해율은 낮아진다. 제1 비교예의 경우 압력이 0.05Torr일 때 대략 62%의 최대 분해율을 나타낸다.
제2 비교예의 경우 압력이 높아질수록 분해율도 높아지지만 0.3Torr 이상의 압력에서는 운전이 불가능한(플라즈마 운전 영역이 좁은) 한계가 있다. 제2 비교예의 경우 압력이 0.3Torr일 때 대략 68%의 최대 분해율을 나타낸다.
제1 실시예의 플라즈마 반응기(200)에서는 제1 플라즈마에서 발생한 전자가 하류로 이동하여 제2 플라즈마 영역에서 씨드(seed) 전자로 기능한다. ICP 단독에서는 0.3Torr 이상의 압력에서 운전이 불가능하였으나, 제1 실시예에서는 제2 플라즈마 영역으로 유입된 씨드 전자들로 인해 0.3Torr 이상의 압력에서도 플라즈마가 발생한다.
따라서 제1 실시예의 플라즈마 반응기(200)는 ICP를 사용하면서도 플라즈마 운전 영역을 0.05Torr 내지 0.5Torr 범위로 확대시킬 수 있다. 이때 플라즈마 운전 영역이 넓은 CCP 영역이 공정 가스의 상류측에 위치하며, 그 반대의 경우는 바람직하지 않다.
또한, 제1 실시예의 플라즈마 반응기(200)에서는 압력 변화에 따른 분해율 변화가 거의 없고, 0.05Torr 내지 0.5Torr 압력 범위에서 95% 이상의 높은 분해율을 나타낸다. 이러한 결과는 낮은 압력에서 분해율이 높은 CCP의 장점과 높은 압력에서 분해율이 높은 ICP의 장점이 씨너지 효과를 일으킨 것에 기인하며, 분해율의 압력 의존성이 개선된 것을 확인할 수 있다.
그 결과, 제1 실시예의 플라즈마 반응기(200)는 공정 설비의 사양과 압력 조건이 다른 다양한 제조 설비에 용이하게 장착될 수 있고, 넓은 압력 범위에 운전 가능하며, 공정 가스에 포함된 오염 물질을 높은 분해율로 제거할 수 있다.
도 8과 도 9는 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 단면도와 사시도이다.
도 8과 도 9를 참고하면, 제2 실시예의 플라즈마 반응기(300)는 제1 접지 전극(210)과 코일형 전극(280) 사이에 위치하는 제1 관형 전극(261)과, 코일형 전극(280)과 제2 접지 전극(220) 사이에 위치하는 제2 관형 전극(262)을 포함한다. 제1 및 제2 관형 전극(261, 262)은 저주파 전원(250)에 연결된다.
공정 가스의 이송 방향을 따라 제1 관형 전극(261)과 코일형 전극(280) 및 제2 관형 전극(262)이 순차적으로 위치한다. 제1 관형 전극(261)은 절연체(230) 내부로 제1 플라즈마를 발생시키고, 코일형 전극(280)은 절연체(230) 내부로 제2 플라즈마를 발생시키며, 제2 관형 전극(262)은 절연체(230) 내부로 제3 플라즈마를 발생시킨다.
공정 가스는 제1, 제2, 제3 플라즈마를 차례로 거치면서 안정화 처리가 이루어진다. 이때 제1 및 제3 플라즈마는 용량성 결합 플라즈마(CCP)이고, 제2 플라즈마는 유도성 결합 플라즈마(ICP)이다.
제2 실시예의 플라즈마 반응기(300)에서는 제1 및 제3 플라즈마에서 발생한 전자가 제2 플라즈마 영역으로 이동하여 제2 플라즈마 영역에서 씨드 전자로 기능한다. 이러한 씨드 전자들로 인해 0.3Torr 이상의 압력에서도 ICP를 구현할 수 있다.
제2 실시예의 플라즈마 반응기(300)는 제1 실시예와 마찬가지로 플라즈마 운전 영역을 확대시키고, 오염 물질 분해율의 압력 의존성을 낮출 수 있다. 제2 실시예의 플라즈마 반응기(300)에서 제1 및 제2 관형 전극(261, 262)을 제외한 나머지 구성은 전술한 제1 실시예와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
110: 공정 챔버 120: 배관
130: 진공 펌프 200, 300: 플라즈마 반응기
210: 제1 접지 전극 220: 제2 접지 전극
230: 절연체 240: 반응관
250: 저주파 전원 260: 관형 전극
261, 262: 제1, 제2 관형 전극 270: 고주파 전원
280: 코일형 전극

Claims (8)

  1. 공정 가스의 이송 방향을 따라 일렬로 위치하는 제1 접지 전극, 절연체, 및 제2 접지 전극으로 구성된 반응관;
    상기 절연체 외면에 고정되고, 저주파 전원과 연결되어 상기 절연체 내부로 저밀도의 제1 플라즈마를 발생시키는 관형 전극; 및
    상기 관형 전극과 거리를 두고 상기 절연체 외면에 고정되며, 고주파 전원과 연결되어 상기 절연체 내부로 고밀도의 제2 플라즈마를 발생시키는 코일형 전극
    을 포함하며,
    상기 공정 가스는 상기 제1 플라즈마와 상기 제2 플라즈마를 차례로 거치며 안정화 처리가 이루어지는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연체는 양단이 개방된 유전체 튜브로 이루어지고,
    상기 절연체의 직경은 상기 제1 접지 전극 및 상기 제2 접지 전극의 직경보다 큰 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 접지 전극과 상기 제2 접지 전극 각각은 균일 직경부와, 균일 직경부로부터 상기 절연체를 향하여 직경이 점진적으로 커지는 가변 직경부를 포함하는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저주파 전원은 1MHz 미만의 구동 주파수와 1kV 이상의 전압을 가지는 교류 전원이고,
    상기 제1 플라즈마는 용량성 결합 플라즈마인 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고주파 전원은 1MHz 이상의 구동 주파수와 1kV 미만의 전압을 가지는 무선 주파수 전원이고,
    상기 제2 플라즈마는 유도성 결합 플라즈마인 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반응관의 내부 압력은 0.05Torr 내지 0.5Torr 범위에 속하는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저주파 전원과 상기 관형 전극은 각각 제1 저주파 전원과 제1 관형 전극이고,
    상기 코일형 전극과 거리를 두고 상기 절연체 외면에 고정되며, 제2 저주파 전원과 연결되어 상기 절연체 내부로 저밀도의 제3 플라즈마를 발생시키는 제2 관형 전극을 더 포함하며,
    상기 공정 가스는 상기 제1 플라즈마와 상기 제2 플라즈마 및 상기 제3 플라즈마를 차례로 거치며 안정화 처리가 이루어지는 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 저주파 전원은 1MHz 미만의 구동 주파수와 1kV 이상의 전압을 가지는 교류 전원이고,
    상기 제3 플라즈마는 용량성 결합 플라즈마인 오염 물질 제거용 플라즈마 반응기.
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KR20190022946A (ko) * 2017-08-23 2019-03-07 세메스 주식회사 처리액 공급 유닛 및 기판 처리 장치
KR20200126775A (ko) * 2019-04-30 2020-11-09 한국기계연구원 공정 부산물 제거를 위한 플라즈마 반응장치 및 이를 구비한 반도체 공정 설비

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