KR20180033784A - Low pressure process equipment with arc plasma reactor - Google Patents

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KR20180033784A KR1020160123170A KR20160123170A KR20180033784A KR 20180033784 A KR20180033784 A KR 20180033784A KR 1020160123170 A KR1020160123170 A KR 1020160123170A KR 20160123170 A KR20160123170 A KR 20160123170A KR 20180033784 A KR20180033784 A KR 20180033784A
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허민
이재옥
강우석
송영훈
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한국기계연구원
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Abstract

The present invention provides a low pressure process facility capable of extending a lifespan of a vacuum pump. The low pressure process facility comprises a process chamber, the vacuum pump, a vacuum pipe, and an arc plasma reactor. The process chamber performs at least one of vapor deposition, cleaning and etching processes. The vacuum pump discharges a process gas used in the process chamber. The vacuum pipe connects the process chamber and the vacuum pump, and includes a first pipe part which includes a first end part in contact with the vacuum pump and a second end part on the opposite side thereof, and a second pipe part which is connected to a side surface of the first pipe part and communicates with the process chamber. The arc plasma reactor is installed in the second end part, and sprays a plasma jet into the first pipe part.

Description

아크 플라즈마 반응기를 구비한 저압 공정 설비 {LOW PRESSURE PROCESS EQUIPMENT WITH ARC PLASMA REACTOR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a low pressure process equipment having an arc plasma reactor,

본 발명은 공정 챔버와 진공 펌프를 포함하는 저압 공정 설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정 챔버에서 배출되는 입자 부산물들이 진공 펌프에 쌓이지 않도록 하여 진공 펌프의 수명을 연장시키기 위한 저압 공정 설비에 관한 것이다.The present invention relates to a low-pressure process facility including a process chamber and a vacuum pump, and more particularly, to a low-pressure process facility for prolonging the life of a vacuum pump by preventing particulate by-products discharged from the process chamber from accumulating in the vacuum pump .

반도체, 디스플레이, 태양전지 등의 제조 라인에는 증착, 식각, 세정 등의 작업이 이루어지는 공정 챔버가 설치된다. 공정 챔버는 진공 배관을 통해 진공 펌프와 연결되며, 공정 챔버에서 식각, 증착, 세정 등에 사용된 공정 가스는 진공 펌프의 진공압에 의해 공정 챔버 외부로 배출된다.In a manufacturing line of semiconductors, displays, and solar cells, a process chamber in which deposition, etching, and cleaning operations are performed is installed. The process chamber is connected to a vacuum pump through a vacuum line, and the process gas used for etching, deposition, cleaning, and the like in the process chamber is discharged to the outside of the process chamber by the vacuum pressure of the vacuum pump.

증착 공정의 경우, 증착 과정에서 다량의 입자 부산물이 발생하는데, 입자 부산물은 증착막의 결함을 유발할 수 있다. 따라서 증착 이후 퍼지 공정을 진행하여 미반응 전구체와 입자 부산물들을 공정 챔버 외부로 배출시킨다. 퍼지 후에도 공정 챔버에 남아 있는 입자 부산물들은 플라즈마를 이용한 세정 공정에 의해 가스성 물질로 변환되고, 세정 이후 다시 퍼지 공정이 진행되어 외부로 배출된다.In the case of the deposition process, a large amount of by-products of the particles are generated during the deposition process, and the by-products of the particles may cause defects in the deposited film. Thus, after deposition, the purging process proceeds to discharge unreacted precursors and particle byproducts out of the process chamber. Even after the purge, the by-products of the particles remaining in the process chamber are converted into gaseous substances by a cleaning process using plasma, and after the cleaning process, the purge process proceeds and is discharged to the outside.

공정 챔버에서 배출되는 미반응 전구체와 입자 부산물들은 진공 배관과 진공 펌프 내부에 축적되며, 이는 진공 펌프의 수명 저하로 이어진다.Unreacted precursors and particle by-products discharged from the process chamber accumulate inside the vacuum tube and the vacuum pump, leading to a reduction in the life of the vacuum pump.

본 발명은 공정 챔버와 진공 펌프를 포함하는 저압 공정 설비에 있어서, 공정 챔버에서 배출되는 미반응 전구체와 입자 부산물들이 진공 펌프에 축적되지 않도록 함으로써 진공 펌프의 수명을 연장시킬 수 있는 저압 공정 설비를 제공하고자 한다.The present invention provides a low-pressure process facility that can extend the service life of a vacuum pump by preventing unreacted precursors and particle by-products discharged from the process chamber from accumulating in the vacuum pump in a low-pressure process facility including a process chamber and a vacuum pump I want to.

본 발명의 일 실시예에 따른 저압 공정 설비는 공정 챔버, 진공 펌프, 진공 배관, 아크 플라즈마 반응기를 포함한다. 공정 챔버에서는 증착, 세정, 식각 중 적어도 하나의 공정이 진행된다. 진공 펌프는 공정 챔버에서 사용된 공정 가스를 배출시킨다. 진공 배관은 공정 챔버와 진공 펌프를 연결하며, 진공 펌프와 접하는 제1 단부와 그 반대측의 제2 단부를 포함하는 제1 배관부와, 제1 배관부의 측면에 접속되며 공정 챔버와 연통하는 제2 배관부를 포함한다. 아크 플라즈마 반응기는 제2 단부에 설치되며, 제1 배관부의 내부로 플라즈마 제트를 분사한다.The low pressure process equipment according to an embodiment of the present invention includes a process chamber, a vacuum pump, a vacuum pipe, and an arc plasma reactor. In the process chamber, at least one of vapor deposition, cleaning, and etching is performed. The vacuum pump discharges the process gas used in the process chamber. The vacuum piping includes a first piping section connecting a process chamber and a vacuum pump, the first piping section including a first end contacting the vacuum pump and a second end opposite to the first end, a second piping section connected to a side surface of the first piping section, And a piping section. The arc plasma reactor is installed at the second end, and injects the plasma jet into the first pipe section.

저압 공정 설비는, 제1 배관부에 설치되어 제1 배관부의 내부로 제1 배관부의 길이 방향과 나란한 자기장을 인가하는 자기장 인가부를 더 포함할 수 있다. 자기장 인가부는 영구 자석과 솔레노이드 중 어느 하나로 구성될 수 있다.The low pressure process facility may further include a magnetic field applying unit installed in the first pipe unit and applying a magnetic field parallel to the longitudinal direction of the first pipe unit into the first pipe unit. The magnetic field applying unit may be configured of any one of a permanent magnet and a solenoid.

진공 배관은 금속으로 제작될 수 있고, 접지될 수 있다. 제2 배관부는 제1 배관부의 제2 단부와 접할 수 있다. 진공 배관은 공정 챔버 및 제2 배관부와 연통하는 제3 배관부를 더 포함할 수 있고, 공정 챔버는 10㎛ 이상 크기의 파티클을 포집하는 파티클 트랩과 제3 배관부에 의해 직선으로 연결될 수 있다. 제3 배관부는 제1 배관부와 나란할 수 있고, 제2 배관부는 제1 배관부 및 제3 배관부와 교차할 수 있다.Vacuum piping can be made of metal and can be grounded. The second piping portion may be in contact with the second end of the first piping portion. The vacuum pipe may further include a third pipe portion communicating with the process chamber and the second pipe portion, and the process chamber may be linearly connected by the third pipe portion and the particle trap collecting particles having a size of 10 mu m or more. The third piping portion may be parallel to the first piping portion, and the second piping portion may intersect the first piping portion and the third piping portion.

아크 플라즈마 반응기는, 내부에 반응 공간을 구비한 접지 전극과, 반응 공간에 노출된 뾰족한 선단부를 구비한 구동 전극과, 접지 전극과 구동 전극을 절연시키며 적어도 하나의 가스 주입구를 가지는 절연체를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 가스 주입구는 가스 공급부와 연결되어 방전 가스로서 아르곤과 질소 중 적어도 하나를 공급받을 수 있다.The arc plasma reactor may include a ground electrode having a reaction space therein, a driving electrode having a pointed tip exposed in the reaction space, and an insulator having at least one gas inlet and insulated from the ground electrode and the driving electrode. have. At least one gas injection port may be connected to the gas supply unit to receive at least one of argon and nitrogen as a discharge gas.

반응 공간은 직경이 일정한 제1 공간과, 제1 공간의 상측과 하측에 각각 위치하는 깔때기 모양의 제2 공간 및 제3 공간으로 구분될 수 있다. 제1 공간은 반응 공간의 중앙에서 가장 작은 직경으로 형성될 수 있고, 제2 공간과 제3 공간은 제1 공간으로부터 멀어질수록 큰 직경으로 형성될 수 있다.The reaction space may be divided into a first space having a constant diameter and a second space and a third space having a funnel shape located respectively on the upper and lower sides of the first space. The first space may be formed with the smallest diameter at the center of the reaction space, and the second space and the third space may be formed with a larger diameter away from the first space.

접지 전극은 제1 배관부의 제2 단부에 고정되는 플랜지를 포함할 수 있고, 진공 배관과 함께 접지될 수 있다.The ground electrode may include a flange secured to the second end of the first tubing, and may be grounded together with the vacuum tubing.

본 실시예들에 따르면, 진공 펌프에 미분해 전구체와 입자 부산물들이 쌓이는 것을 최소화하여 진공 펌프의 사용 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 진공 부품들이 없는 진공 펌프의 바로 전방에 플라즈마 제트를 분사함에 따라, 플라즈마 제트에 의한 진공 부품들의 손상과 불량 발생을 최소화할 수 있다.According to the embodiments, the accumulation of the undegraded precursor and the particle byproducts in the vacuum pump can be minimized, and the service life of the vacuum pump can be extended. In addition, as the plasma jet is injected directly in front of the vacuum pump without vacuum components, the damage and defects of the vacuum components caused by the plasma jet can be minimized.

또한, 자기장 인가부를 이용하여 제1 배관부 내부로 강한 수직 방향 자기장을 인가함에 따라, 플라즈마 제트의 밀도를 높여 진공 펌프를 향하는 입자 부산물들을 더욱 효과적으로 분해할 수 있다.Further, by applying a strong vertical magnetic field to the inside of the first pipe section using the magnetic field applying section, the density of the plasma jet can be increased to more effectively decompose the particle byproducts directed to the vacuum pump.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 저압 공정 설비의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 저압 공정 설비 중 아크 플라즈마 반응기의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저압 공정 설비의 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시한 저압 공정 설비 중 자기장 인가부의 작용을 설명하기 위한 개략도이다.1 is a configuration diagram of a low-pressure process facility according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of an arc plasma reactor among the low-pressure process equipment shown in FIG.
3 is a block diagram of a low-pressure process facility according to a second embodiment of the present invention.
4 is a schematic view for explaining the action of the magnetic field applying unit in the low pressure process equipment shown in FIG.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때 이는 다른 부분의 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 그리고 "~위에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것을 의미하며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하지 않는다.When an element such as a layer, a film, an area, a plate, or the like is referred to as being "on" another element throughout the specification, it includes not only the element "directly above" another element but also the element having another element in the middle. And "above" means located above or below the object portion, and does not necessarily mean that the object is located on the upper side with respect to the gravitational direction.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것이므로, 본 발명은 도시한 바로 한정되지 않는다.When an element is referred to as "including" an element throughout the specification, it means that the element may further include other elements unless specifically stated otherwise. The sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, and the present invention is not limited to the illustrated ones.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 저압 공정 설비의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of a low-pressure process facility according to a first embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 저압 공정 설비(100)는 반도체, 디스플레이, 태양전지 등의 제조 라인에 포함된 공정 설비일 수 있다. 저압 공정 설비에서 저압은 대략 0.1Torr 내지 10Torr의 범위에 속하는 압력일 수 있으나, 예시한 범위로 한정되지 않는다.The low pressure process facility 100 shown in FIG. 1 may be a process facility included in a manufacturing line of a semiconductor, a display, a solar cell, or the like. In low pressure process equipment, the low pressure may be a pressure in the range of approximately 0.1 Torr to 10 Torr, but is not limited to the illustrated range.

도 1을 참고하면, 제1 실시예의 저압 공정 설비(100)는 증착, 세정, 식각 등의 작업이 이루어지는 공정 챔버(10)와, 공정 챔버(10)에서 사용된 공정 가스를 배출시키기 위한 진공 펌프(20)와, 공정 챔버(10)와 진공 펌프(20)를 연결하는 진공 배관(30)과, 진공 배관(30)에 설치된 아크 플라즈마 반응기(40)를 포함한다.1, the low-pressure process equipment 100 of the first embodiment includes a process chamber 10 in which operations such as deposition, cleaning, and etching are performed, a vacuum pump 10 for discharging the process gas used in the process chamber 10, A vacuum pipe 30 connecting the process chamber 10 and the vacuum pump 20 and an arc plasma reactor 40 provided in the vacuum pipe 30.

진공 펌프(20)는 로터리 펌프 등으로 구성될 수 있고, 진공압을 이용하여 공정 챔버(10)에서 사용된 공정 가스를 배출시키는 기능을 한다. 저압 공정 설비(100)는 10㎛ 이상 크기의 파티클을 포집하는 파티클 트랩(50)을 포함할 수 있다. 파티클 트랩(50)은 공정 챔버(10)의 후방에서 진공 펌프(20)와 병렬로 설치될 수 있다.The vacuum pump 20 may be constituted by a rotary pump or the like and discharges the process gas used in the process chamber 10 by using the vacuum pressure. The low pressure process facility 100 may include a particle trap 50 that collects particles 10 micrometers or more in size. The particle trap 50 may be installed in parallel with the vacuum pump 20 at the rear of the process chamber 10.

진공 배관(30)은 스테인리스 강과 같은 금속으로 제작되며, 접지되어 전위를 0으로 유지한다. 진공 배관(30)은 진공 펌프(20)에 연결된 제1 단부(311)와 그 반대측의 제2 단부(312)를 포함하는 제1 배관부(31)와, 제1 배관부(31)의 측면에 접속되며 공정 챔버(10)와 연통하는 제2 배관부(32)를 포함한다.The vacuum pipe 30 is made of a metal such as stainless steel and grounded to maintain the potential at zero. The vacuum piping 30 includes a first piping section 31 including a first end 311 connected to the vacuum pump 20 and a second end 312 opposite to the first piping section 31, And a second piping section (32) connected to the process chamber (10) and communicating with the process chamber (10).

제2 배관부(32)는 제1 배관부(31)의 제1 단부(311)보다 제2 단부(312)에 더 가깝게 위치하며, 제2 단부(312)와 접할 수 있다. 제2 배관부(32)는 공정 챔버(10)와 파티클 트랩(50)을 직선으로 연결하는 제3 배관부(33)의 측면에 접속될 수 있다. The second pipe portion 32 is positioned closer to the second end portion 312 than the first end portion 311 of the first pipe portion 31 and can be in contact with the second end portion 312. The second piping portion 32 may be connected to a side of the third piping portion 33 that connects the process chamber 10 and the particle trap 50 in a straight line.

예를 들어, 제1 배관부(31)와 제3 배관부(33)는 서로 나란하고, 제2 배관부(32)는 제1 배관부(31) 및 제3 배관부(33)와 직교할 수 있다. 제1 배관부(31)와 제3 배관부(33)의 길이 방향은 중력 방향과 일치할 수 있고, 제2 배관부(32)의 길이 방향은 지면과 나란할 수 있다.For example, the first pipe section 31 and the third pipe section 33 are aligned with each other, and the second pipe section 32 is perpendicular to the first pipe section 31 and the third pipe section 33 . The longitudinal direction of the first pipe portion 31 and the third pipe portion 33 may coincide with the gravity direction and the longitudinal direction of the second pipe portion 32 may be parallel to the ground surface.

공정 챔버(10)가 증착 챔버인 경우, 증착 공정에서 다량의 입자 부산물들이 발생한다. 예를 들어, TEOS(SiCl4)와 산소(O2)를 이용하여 실리콘 산화막(SiO2)을 증착하는 경우, SiO2 입자 부산물들이 발생한다. 대부분의 입자 부산물들은 불소 가스를 이용한 퍼지 공정에서 미반응 전구체와 함께 공정 챔버(10) 외부로 배출되나, 일부 입자 부산물들이 공정 챔버(10) 내부에 잔류할 수 있다.When the process chamber 10 is a deposition chamber, a large amount of particle byproducts are generated in the deposition process. For example, when silicon oxide (SiO 2 ) is deposited using TEOS (SiCl 4 ) and oxygen (O 2 ), SiO 2 particle byproducts are generated. Most of the particle byproducts are discharged out of the process chamber 10 together with unreacted precursors in the fluorine gas purge process, but some particulate byproducts may remain in the process chamber 10.

따라서 퍼지 이후 세정 공정을 진행하여 공정 챔버(10)에 잔류한 입자 부산물들을 가스성 물질로 변환시켜 배출한다. SiO2 입자 부산물은 세정 공정에서 아래의 반응식에 의해 SiF4 가스로 변환된다. 아래의 반응식에서 (s)는 고체 상태(입자)를 나타내고, (g)는 가스 상태를 나타낸다.Accordingly, the post-purge cleaning process is performed to convert the particulate byproducts remaining in the process chamber 10 into gaseous substances and discharge them. SiO 2 particle by-products are converted into SiF 4 gas by the following reaction formula in the cleaning process. In the following reaction formula (s) represents a solid state (particle), and (g) represents a gas state.

SiO2(s) + 4F(g) → SiF4(g) + O2(g) 또는SiO 2 (s) + 4F (g) SiF 4 (g) + O 2 (g) or

SiO2(s) + 2F2(g) → SiF4(g) + O2(g)SiO 2 (s) + 2F 2 (g) SiF 4 (g) + O 2 (g)

세정 공정에 필요한 불소 라디칼은 NF3, CF4, CHF3, C2F6, C3H8 등의 가스를 플라즈마로 분해하여 얻는다. 그런데 세정 공정에서 가스성 물질로 변환되지 않은 일부 입자 부산물은 진공 배관(30)을 이동하면서 크기가 성장하여 미분해 전구체와 함께 진공 펌프(20) 내부에 축적된다. 또한, 세정 공정에서 생성된 불소 라디칼은 진공 배관(30)과의 충돌에 의해 F2 가스로 변환된다. The fluorine radicals required for the cleaning process are obtained by decomposing gases such as NF 3 , CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , and C 3 H 8 into plasma. However, some by-products of the particles which have not been converted into gaseous substances in the cleaning process grow in size while moving through the vacuum pipe 30 and are accumulated in the vacuum pump 20 together with the undigested precursor. Further, the fluorine radicals generated in the cleaning process are converted into F 2 gas by collision with the vacuum pipe 30.

결과적으로, 공정 챔버(10)에서 진공 배관(30)으로 미분해 전구체와 입자 부산물들 및 불소 가스가 배출되며, 미분해 전구체와 입자 부산물들은 진공 펌프(20) 내부에 축적되어 진공 펌프(20)의 수명을 단축시킨다. As a result, the undegraded precursor, particle byproducts, and fluorine gas are discharged into the vacuum tube 30 in the process chamber 10, and the undegraded precursor and the by-products are accumulated in the vacuum pump 20, Thereby shortening the life of the battery.

본 실시예의 저압 공정 설비(100)는 진공 배관(30) 중 진공 펌프(20)의 전방에 위치하는 제1 배관부(31)에 아크 플라즈마 반응기(40)를 설치하여 제1 배관부(31)의 내부로 플라즈마 제트를 발생시킨다. 구체적으로, 아크 플라즈마 반응기(40)는 제1 배관부(31)의 제2 단부(312)에 설치되어 진공 펌프(20)와 접하는 제1 단부(311)를 향해 플라즈마 제트를 발생시킨다.The low pressure process facility 100 of the present embodiment includes an arc plasma reactor 40 installed in a first piping section 31 located in front of a vacuum pump 20 of a vacuum piping 30 to form a first piping section 31, Thereby generating a plasma jet. Specifically, the arc plasma reactor 40 generates a plasma jet toward the first end portion 311, which is installed at the second end portion 312 of the first pipe portion 31 and contacts the vacuum pump 20.

플라즈마 제트에 의해 진공 배관(30) 내부의 F2 중성 가스는 불소 라디칼로 변환된다. 불소 라디칼은 플라즈마 제트의 내부와 진공 펌프(20)의 내부에서 입자 부산물들과 화학 반응하여 입자 부산물들을 SiF4 가스와 O2로 분해시킨다. SiO2 입자 부산물이 가스성 물질로 변환되는 반응식은 전술한 세정 공정에서의 반응식과 동일하다.The F 2 neutral gas inside the vacuum pipe 30 is converted into a fluorine radical by the plasma jet. The fluorine radicals chemically react with the particle byproducts inside the plasma jet and inside the vacuum pump 20 to decompose the particle by-products into SiF 4 gas and O 2 . The reaction formula in which the SiO 2 particle by-product is converted into the gaseous substance is the same as the reaction formula in the above-described cleaning process.

또한, 플라즈마 제트로부터 얻어진 불소 라디칼은 진공 펌프(20) 내부에서 쌓여 있는 미반응 전구체와 아래와 같은 반응식으로 반응한다.The fluorine radicals obtained from the plasma jet react with unreacted precursors accumulated in the vacuum pump 20 by the following reaction formula.

TEOS(SiCl4) + 4F → SiF4(g) + 2Cl2 TEOS (SiCl 4 ) + 4F? SiF 4 (g) + 2Cl 2

이와 같이 아크 플라즈마 반응기(40)는 진공 펌프(20)의 전방에 위치하는 제1 배관부(31)의 내부로 플라즈마 제트를 분사함으로써 진공 펌프(20)를 향하는 입자 부산물들의 양을 효과적으로 줄일 수 있으며, 진공 펌프(20)에 누적된 입자 부산물들 및 미분해 전구체에 대해서도 이들을 효과적으로 분해할 수 있다.As such, the arc plasma reactor 40 can effectively reduce the amount of particle by-products directed to the vacuum pump 20 by injecting the plasma jet into the first piping section 31 located in front of the vacuum pump 20 , The particle by-products accumulated in the vacuum pump 20, and the undegraded precursor, can be effectively decomposed.

따라서 본 실시예의 저압 공정 설비(100)는 진공 펌프(20)에 미분해 전구체와 입자 부산물들이 쌓이는 것을 최소화하여 진공 펌프(20)의 사용 수명을 효과적으로 연장시킬 수 있다.Accordingly, the low-pressure process facility 100 of the present embodiment minimizes accumulation of the undegraded precursor and particle by-products in the vacuum pump 20, thereby effectively extending the service life of the vacuum pump 20. [

한편, 진공 배관(30)에는 압력 감지 센서, 기체 성분 감지 센서, 압력 조절용 밸브 등의 진공 부품들(도시하지 않음)이 설치되는데, 진공 부품들은 제1 배관부(31)를 제외한 부분에 설치될 수 있다. 즉, 아크 플라즈마 반응기(40)는 진공 부품들이 없는 진공 펌프(20)의 바로 전방에 플라즈마 제트를 분사하며, 이에 따라 플라즈마 제트에 의한 진공 부품들의 손상과 불량 발생을 최소화할 수 있다.Vacuum components (not shown) such as a pressure sensor, a gas component sensor, and a pressure control valve are installed in the vacuum pipe 30. Vacuum components are installed in a portion except for the first pipe portion 31 . That is, the arc plasma reactor 40 injects the plasma jet directly in front of the vacuum pump 20 without vacuum components, thereby minimizing the damage and defects of the vacuum components caused by the plasma jet.

공지의 글로우 방전 플라즈마 반응기는 고가의 마이크로웨이브 또는 고주파 전원을 사용하며, 유전체로서 상당량의 세라믹을 필요로 한다. 반면 본 실시예의 아크 플라즈마 반응기(40)는 수십 kHz의 교류 전원 또는 직류 전원을 사용하므로 마이크로웨이브 또는 고주파 전원 대비 전원 가격이 낮고, 재료비가 고가인 세라믹의 사용량이 극히 적다. Known glow discharge plasma reactors use expensive microwave or high frequency power sources and require a significant amount of ceramic as the dielectric. On the other hand, since the arc plasma reactor 40 of this embodiment uses an AC power source or a DC power source of several tens of kHz, the amount of the ceramic material having a low power source price and a high material cost is extremely small as compared with a microwave or a high frequency power source.

따라서 아크 플라즈마 반응기(40)는 공지의 글로우 방전 플라즈마 반응기와 같은 기능을 구현하면서 저압 공정 설비(100)의 제조 비용과 운용 비용을 낮추는 효과가 있다. 다만, 아크 플라즈마 반응기(40)는 전극 침식에 의해 금속 성분을 발생시킬 수 있으나, 진공 배관(30)에 금속 성분이 유입되어도 진공 펌프(20)의 운전에는 영향을 미치지 않는다.Accordingly, the arc plasma reactor 40 has the effect of lowering the manufacturing cost and operating cost of the low pressure process facility 100 while realizing the same function as the known glow discharge plasma reactor. However, even if the metal component flows into the vacuum pipe 30, the arc plasma reactor 40 does not affect the operation of the vacuum pump 20, although the arc plasma reactor 40 can generate metal components by electrode erosion.

다음으로, 아크 플라즈마 반응기(40)의 세부 구조에 대해 설명한다. 도 2는 도 1에 도시한 저압 공정 설비 중 아크 플라즈마 반응기의 확대도이다.Next, the detailed structure of the arc plasma reactor 40 will be described. FIG. 2 is an enlarged view of an arc plasma reactor among the low-pressure process equipment shown in FIG.

도 2를 참고하면, 아크 플라즈마 반응기(40)는 내부에 반응 공간(S)을 구비한 접지 전극(41)과, 반응 공간(S)에 노출된 뾰족한 선단부를 구비한 구동 전극(42)과, 접지 전극(41)과 구동 전극(42)을 절연시키는 절연체(43)를 포함한다. 구동 전극(42)은 전원(44)에 연결되어 고전압을 인가 받는다.2, the arc plasma reactor 40 includes a ground electrode 41 having a reaction space S therein, a driving electrode 42 having a pointed tip exposed in the reaction space S, And an insulator 43 for insulating the ground electrode 41 and the driving electrode 42 from each other. The driving electrode 42 is connected to the power source 44 and receives a high voltage.

접지 전극(41)은 원통 모양으로 형성되며, 제1 배관부(31)의 제2 단부(312)에 고정되는 플랜지(411)를 포함한다. 플랜지(411)는 통상의 기계적 결합 수단에 의해 제1 배관부(31)에 고정되며, 접지 전극(41)은 진공 배관(30)과 함께 접지되어 전위를 0으로 유지한다. 구동 전극(42)에 연결된 전원(44)은 수십 kHz 주파수의 교류 전원 또는 직류 전원일 수 있다.The ground electrode 41 is formed in a cylindrical shape and includes a flange 411 fixed to the second end 312 of the first pipe portion 31. The flange 411 is fixed to the first pipe portion 31 by a conventional mechanical coupling means and the ground electrode 41 is grounded together with the vacuum pipe 30 to keep the potential at zero. The power supply 44 connected to the driving electrode 42 may be an AC power source or a DC power source with a frequency of several tens of kHz.

절연체(43)에는 가스 공급부(45)와 연결된 적어도 하나의 가스 주입구(431)가 형성된다. 가스 공급부(45)는 가스 주입구(431)로 방전 가스를 공급하여 플라즈마를 낮은 전압에서 안정적으로 유지시킨다. 방전 가스로서 불활성 가스인 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)가 주입될 수 있다. 아르곤 또는 질소는 불소 라디칼에 의한 구동 전극(42)의 식각을 억제하는 기능을 한다.At least one gas inlet 431 connected to the gas supply part 45 is formed in the insulator 43. The gas supply part 45 supplies the discharge gas to the gas injection port 431 to stably maintain the plasma at a low voltage. Argon (Ar) or nitrogen (N 2 ), which is an inert gas, can be injected as a discharge gas. Argon or nitrogen functions to suppress the etching of the driving electrode 42 by the fluorine radical.

가스 주입구(431)로 주입된 방전 가스는 접지 전극(41) 내부의 반응 공간(S)으로 유입되고, 구동 전극(42)과 접지 전극(41)의 전위 차에 의해 반응 공간(S)에서 아크 플라즈마가 생성된다. 그리고 제1 배관부(31)의 내부로 플라즈마 제트가 분사되며, 공정 챔버(10)에서 배출된 입자 부산물들은 플라즈마 제트를 통과하면서 불소 라디칼과의 화학적 반응에 의해 가스성 물질로 분해된다.The discharge gas injected into the gas injection port 431 flows into the reaction space S in the ground electrode 41 and flows into the reaction space S in the reaction space S due to the potential difference between the drive electrode 42 and the ground electrode 41 Plasma is generated. Then, the plasma jet is injected into the first pipe portion 31, and the particle by-products discharged from the process chamber 10 are decomposed into gaseous substances by a chemical reaction with fluorine radicals through the plasma jet.

아크 플라즈마가 생성되는 접지 전극(41)의 반응 공간(S)은 직경이 일정한 제1 공간(S10)과, 제1 공간(S10)의 상측과 하측에 각각 위치하는 깔때기 모양의 제2 공간(S20) 및 제3 공간(S30)으로 구분될 수 있다.The reaction space S of the ground electrode 41 where the arc plasma is generated has a first space S10 having a constant diameter and a second space S20 having a funnel shape located respectively above and below the first space S10. And a third space S30.

제1 공간(S10)은 반응 공간(S)의 중앙에 위치하며 가장 작은 직경으로 형성된다. 제2 공간(S20)은 구동 전극(42)을 향해 개방된 공간으로서 제1 공간(S10)으로부터 멀어질수록 큰 직경으로 형성된다. 제3 공간(S30)은 제1 배관부(31)의 내부와 연통하며 제1 공간(S10)으로부터 멀어질수록 큰 직경으로 형성된다. The first space S10 is located at the center of the reaction space S and is formed with the smallest diameter. The second space S20 is formed as a space opened toward the driving electrode 42 and having a larger diameter as it moves away from the first space S10. The third space S30 communicates with the interior of the first pipe portion 31 and is formed to have a larger diameter as it moves away from the first space S10.

전술한 아크 플라즈마 반응기(40)는 제2 공간(S20)에서 생성된 아크 플라즈마를 제1 공간(S10)에서 집중시킨 후 제3 공간(S30)을 통해 넓게 분사한다. 이 경우 플라즈마 제트의 강도를 높이면서 그 분포를 균일화할 수 있다. 따라서 아크 플라즈마 반응기(40)는 플라즈마 제트와 입자 부산물들의 반응성을 높여 입자 부산물들을 더욱 효과적으로 분해할 수 있다.The above-mentioned arc plasma reactor 40 concentrates the arc plasma generated in the second space S20 in the first space S10, and then spreads it widely through the third space S30. In this case, the intensity of the plasma jet can be increased and the distribution thereof can be made uniform. Thus, the arc plasma reactor 40 enhances the reactivity of the plasma jet and the particle by-products to more effectively decompose the particle by-products.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저압 공정 설비의 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시한 저압 공정 설비 중 자기장 인가부의 작용을 설명하기 위한 개략도이다.FIG. 3 is a block diagram of a low-pressure process facility according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic view for explaining an action of a magnetic field application unit in the low-pressure process facility shown in FIG.

도 3과 도 4를 참고하면, 제2 실시예의 저압 공정 설비(200)는 제1 배관부(31)를 둘러싸는 자기장 인가부(60)를 포함한다. 자기장 인가부(60)는 원통 모양의 영구 자석이거나, 전선으로 제1 배관부(31)를 원통 모양으로 길게 감은 솔레노이드로 구성될 수 있다. 솔레노이드는 전선을 전원에 연결시키면 영구 자석과 동일한 작용을 한다. 도 4에서는 원통 모양의 영구 자석을 예로 들어 도시하였다.Referring to FIGS. 3 and 4, the low-pressure process facility 200 of the second embodiment includes a magnetic field applying section 60 surrounding the first pipe section 31. The magnetic field applying unit 60 may be a cylindrical permanent magnet or a solenoid in which the first pipe portion 31 is wound in a cylindrical shape by a wire. The solenoid has the same effect as a permanent magnet when the wire is connected to a power source. In Fig. 4, a cylindrical permanent magnet is shown as an example.

자기장 인가부(60)는 플라즈마 제트가 분사되는 제1 배관부(31) 내부로 강한 수직 방향 자기장을 인가한다. 그러면 제1 배관부(31) 내부의 전자는 자기장을 중심으로 회전하게 된다. 도 4에서 A 점선은 자기장의 방향을 나타내고, B 나선은 전자의 회전 방향을 나타낸다. 따라서 제1 배관부(31) 내벽으로의 전자 손실이 감소하고, 전자와 중성 기체의 충돌 횟수가 증가하여 고밀도 플라즈마 제트를 얻을 수 있다.The magnetic field applying unit 60 applies a strong vertical magnetic field to the inside of the first piping unit 31 through which the plasma jet is injected. Then, the electrons in the first pipe section 31 rotate about the magnetic field. In Fig. 4, the dotted line A indicates the direction of the magnetic field, and the B helix indicates the direction of rotation of the electrons. Therefore, the electron loss to the inner wall of the first piping section 31 is reduced, and the number of times of collision of the electrons and the neutral gas increases, so that a high-density plasma jet can be obtained.

그 결과, 제2 실시예의 저압 공정 설비(200)는 고밀도 플라즈마 제트에 의해 제1 배관부(31) 내부에서 불소 라디칼의 발생을 증가시킬 수 있으며, 불소 라디칼과 입자 부산물들의 반응성을 높여 입자 부산물들을 더욱 효과적으로 분해할 수 있다. 제2 실시예의 저압 공정 설비(200)는 자기장 인가부(60)가 추가된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일한 구성으로 이루어진다.As a result, the low-pressure process facility 200 of the second embodiment can increase the generation of fluorine radicals in the first piping section 31 by the high-density plasma jet and increase the reactivity of the fluorine radicals and particle by- It can be decomposed more effectively. The low-pressure process facility 200 of the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the magnetic field applying unit 60 is added.

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.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

100, 200: 저압 공정 설비 10: 공정 챔버
20: 진공 펌프 30: 진공 배관
31: 제1 배관부 32: 제2 배관부
33: 제3 배관부 40: 아크 플라즈마 반응기
41: 접지 전극 42: 구동 전극
43: 절연체 50: 파티클 트랩
60: 자기장 인가부100, 200: Low pressure process facility 10: Process chamber
20: Vacuum pump 30: Vacuum piping
31: first piping part 32: second piping part
33: third piping section 40: arc plasma reactor
41: ground electrode 42: driving electrode
43: insulator 50: particle trap
60: magnetic field application unit

Claims (10)

증착, 세정, 식각 중 적어도 하나의 공정이 진행되는 공정 챔버,
상기 공정 챔버에서 사용된 공정 가스를 배출시키기 위한 진공 펌프,
상기 공정 챔버와 상기 진공 펌프를 연결하며, 상기 진공 펌프와 접하는 제1 단부와 그 반대측의 제2 단부를 포함하는 제1 배관부와, 상기 제1 배관부의 측면에 접속되며 상기 공정 챔버와 연통하는 제2 배관부를 포함하는 진공 배관, 및
상기 제2 단부에 설치되며, 상기 제1 배관부의 내부로 플라즈마 제트를 분사하는 아크 플라즈마 반응기
를 포함하는 저압 공정 설비.A process chamber in which at least one of deposition, cleaning, and etching proceeds,
A vacuum pump for discharging the process gas used in the process chamber,
A first pipe section connecting the process chamber and the vacuum pump, the first pipe section including a first end contacting the vacuum pump and a second end opposite to the first end, the first pipe section being connected to the side surface of the first pipe section, A vacuum piping including a second piping section, and
An arc plasma reactor disposed at the second end and spraying a plasma jet into the first pipe section;
Low pressure process equipment. 제1항에 있어서,
상기 제1 배관부에 설치되어 상기 제1 배관부의 내부로 상기 제1 배관부의 길이 방향과 나란한 자기장을 인가하는 자기장 인가부를 더 포함하는 저압 공정 설비.The method according to claim 1,
And a magnetic field applying unit installed in the first pipe unit and applying a magnetic field parallel to the longitudinal direction of the first pipe unit into the first pipe unit. 제2항에 있어서,
상기 자기장 인가부는 영구 자석과 솔레노이드 중 어느 하나로 구성되는 저압 공정 설비.3. The method of claim 2,
Wherein the magnetic field applying unit is composed of a permanent magnet and a solenoid. 제1항에 있어서,
상기 진공 배관은 금속으로 제작되고 접지되며,
상기 제2 배관부는 상기 제1 배관부의 제2 단부와 접하는 저압 공정 설비.The method according to claim 1,
The vacuum tube is made of metal and grounded,
And the second piping section is in contact with the second end of the first piping section. 제4항에 있어서,
상기 진공 배관은 상기 공정 챔버 및 상기 제2 배관부와 연통하는 제3 배관부를 더 포함하고,
상기 공정 챔버는 10㎛ 이상 크기의 파티클을 포집하는 파티클 트랩과 상기 제3 배관부에 의해 직선으로 연결되는 저압 공정 설비.5. The method of claim 4,
Wherein the vacuum pipe further comprises a third pipe portion communicating with the process chamber and the second pipe portion,
Wherein the process chamber is linearly connected to the particle trap for trapping particles having a size of 10 mu m or more and the third pipe section. 제5항에 있어서,
상기 제3 배관부는 상기 제1 배관부와 나란하고,
상기 제2 배관부는 상기 제1 배관부 및 상기 제3 배관부와 교차하는 저압 공정 설비.6. The method of claim 5,
The third piping portion is aligned with the first piping portion,
And the second piping section crosses the first piping section and the third piping section. 제1항에 있어서,
상기 아크 플라즈마 반응기는,
내부에 반응 공간을 구비한 접지 전극,
상기 반응 공간에 노출된 뾰족한 선단부를 구비한 구동 전극, 및
상기 접지 전극과 상기 구동 전극을 절연시키며, 적어도 하나의 가스 주입구를 가지는 절연체
를 포함하는 저압 공정 설비.The method according to claim 1,
The arc plasma reactor comprises:
A ground electrode having a reaction space therein,
A driving electrode having a pointed tip exposed in the reaction space, and
An insulator having at least one gas injection port for insulating the ground electrode from the driving electrode,
Low pressure process equipment. 제7항에 있어서,
상기 적어도 하나의 가스 주입구는 가스 공급부와 연결되어 방전 가스로서 아르곤과 질소 중 적어도 하나를 공급받는 저압 공정 설비.8. The method of claim 7,
Wherein the at least one gas inlet is connected to a gas supply to supply at least one of argon and nitrogen as a discharge gas. 제7항에 있어서,
상기 반응 공간은 직경이 일정한 제1 공간과, 상기 제1 공간의 상측과 하측에 각각 위치하는 깔때기 모양의 제2 공간 및 제3 공간으로 구분되며,
상기 제1 공간은 상기 반응 공간의 중앙에서 가장 작은 직경으로 형성되고,
상기 제2 공간과 상기 제3 공간은 상기 제1 공간으로부터 멀어질수록 큰 직경으로 형성되는 저압 공정 설비.8. The method of claim 7,
The reaction space is divided into a first space having a constant diameter and a second space and a third space having a funnel shape located on the upper and lower sides of the first space,
The first space is formed to have the smallest diameter at the center of the reaction space,
Wherein the second space and the third space are formed with a larger diameter as the distance from the first space is increased. 제7항에 있어서,
상기 접지 전극은 상기 제1 배관부의 제2 단부에 고정되는 플랜지를 포함하고, 상기 진공 배관과 함께 접지되는 저압 공정 설비.8. The method of claim 7,
Wherein the ground electrode comprises a flange fixed to a second end of the first pipe portion and is grounded together with the vacuum pipe.
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