KR20180133151A - Low-pressure plasma reactor for the increase in abatement efficiency of pollutions - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저압 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용량성 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP)를 이용하는 오염 물질 제거율 향상을 위한 저압 플라즈마 반응기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low-pressure plasma reactor, and more particularly, to a low-pressure plasma reactor for improving pollutant removal rate using capacitively coupled plasma (CCP).
반도체, 디스플레이, 태양 전지 등의 제조 라인에는 식각, 증착, 세정 등이 이루어지는 공정 챔버가 설치되며, 공정 챔버는 진공 펌프와 연결되어 공정 가스를 배출한다. 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.In the manufacturing line of semiconductors, displays, and solar cells, a process chamber in which etching, deposition, and cleaning are performed is installed, and the process chamber is connected to a vacuum pump to discharge the process gas. There are various pollutants in the process gas. For example, in the etching process, greenhouse gases such as CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 and C 4 F 8 are discharged. In the deposition process, the undecomposed precursor is discharged. In the process, greenhouse gases such as NF 3 and SF 6 and particles by-products are discharged.
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.GHGs are substances that cause global warming, and emission regulations are getting worse, and particulate by-products accumulate inside the vacuum pump, which lowers the durability of the vacuum pump. Undegraded precursors that are not used for deposition accumulate inside the vacuum pump or between the vacuum pump and the scrubber, which can cause an explosion when over-expanded and can cause a fire if exposed to the atmosphere.
본 발명은 진공 펌프의 전단에서 플라즈마를 이용하여 오염 물질을 분해 및 제거하는 안정화 처리 기술에 있어서, 고밀도 플라즈마를 발생시켜 오염 물질의 분해율을 100% 가까이 상승시킬 수 있는 저압 플라즈마 반응기를 제공하고자 한다.The present invention provides a low-pressure plasma reactor capable of generating a high-density plasma and raising a decomposition rate of contaminants by 100% in a stabilization treatment technique for decomposing and removing contaminants using plasma at the front end of the vacuum pump.
본 발명의 일 실시예에 따른 저압 플라즈마 반응기는 절연체, 제1 접지 전극, 고전압 전극, 제2 접지 전극, 및 자기장 발생부를 포함한다. 절연체는 공정 가스가 통과하는 관형으로 이루어진다. 제1 접지 전극은 절연체와 진공 펌프를 연결하는 관형으로 이루어진다. 고전압 전극은 제1 접지 전극과 거리를 두고 절연체의 외면에 위치하며, 교류 전원부와 연결되어 구동 전압을 인가받는다. 제2 접지 전극은 제1 접지 전극의 내부에 위치하며, 공정 가스의 이송 방향을 따라 절연체의 내부 중심과 마주하는 대향부를 포함한다. 자기장 발생부는 제1 접지 전극의 외측에 설치되어 제2 접지 전극 주위로 자기장을 인가한다.A low pressure plasma reactor according to an embodiment of the present invention includes an insulator, a first ground electrode, a high voltage electrode, a second ground electrode, and a magnetic field generator. The insulator is tubular through which the process gas passes. The first ground electrode is of a tubular shape connecting the insulator and the vacuum pump. The high voltage electrode is located on the outer surface of the insulator at a distance from the first ground electrode, and is connected to the AC power source to receive the driving voltage. The second grounding electrode is located within the first grounding electrode and includes an opposing portion that faces the inner center of the insulator along the transfer direction of the process gas. The magnetic field generator is installed outside the first ground electrode to apply a magnetic field around the second ground electrode.
제1 접지 전극은 절연체의 후단에 연결된 제1 부분과, 제1 부분의 후단에 연결된 제2 부분을 포함할 수 있다. 제1 부분의 직경은 절연체의 직경 및 제2 부분의 직경보다 클 수 있다.The first ground electrode may include a first portion connected to the rear end of the insulator and a second portion connected to the rear end of the first portion. The diameter of the first portion may be greater than the diameter of the insulator and the diameter of the second portion.
대향부는 제1 부분의 내벽과 거리를 두고 제1 부분의 내부에 위치할 수 있으며, 대향부와 제1 부분의 내벽 사이에 적어도 두 개의 지지부가 위치할 수 있다. 자기장 발생부는 제2 부분의 외측에서 제2 부분을 한 바퀴 둘러싸도록 설치될 수 있다.The opposing portion may be located within the first portion at a distance from the inner wall of the first portion and at least two supports may be located between the opposing portion and the inner wall of the first portion. The magnetic field generating part may be installed so as to surround the second part on the outer side of the second part.
본 발명에 따르면, 자기장 발생부는 접지 전극 내부에 강한 자기장을 인가하며, 자기장은 오염 물질 분해에 불리한 포지티브 펄스 구간에서 플라즈마의 밀도를 높인다. 따라서 저압 플라즈마 반응기는 접지 전극에 인가된 자기장에 의해 포지티브 펄스 구간에서 고밀도 플라즈마를 얻을 수 있으며, 오염 물질의 분해율을 높일 수 있다.According to the present invention, the magnetic field generating section applies a strong magnetic field inside the ground electrode, and the magnetic field increases the density of the plasma in the positive pulse section which is disadvantageous to the pollutant decomposition. Therefore, the low-pressure plasma reactor can obtain a high-density plasma in the positive pulse section by the magnetic field applied to the ground electrode, and can increase the decomposition rate of contaminants.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 플라즈마 반응기를 포함하는 공정 설비의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 저압 플라즈마 반응기 중 제2 접지 전극의 좌측면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 저압 플라즈마 반응기의 작동 상태를 나타낸 개략도이다.
도 5는 도 2에 도시한 저압 플라즈마 반응기의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 5에 도시한 네가티브 펄스 구간에서 얻은 방전 이미지를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5에 도시한 포지티브 펄스 구간에서 얻은 방전 이미지를 나타낸 도면이다.1 is a configuration diagram of a process facility including a low-pressure plasma reactor according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a low pressure plasma reactor according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a left side view of a second ground electrode of the low-pressure plasma reactor shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a schematic view showing an operating state of the low-pressure plasma reactor shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is a graph showing current-voltage characteristics of the low-pressure plasma reactor shown in FIG. 2. FIG.
6 is a view showing a discharge image obtained in the negative pulse section shown in FIG.
7 is a diagram showing a discharge image obtained in the positive pulse section 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 플라즈마 반응기를 포함하는 공정 설비의 구성도이다. 도 1의 공정 설비는 반도체, 디스플레이, 태양 전지 등의 저압 공정 설비일 수 있다.1 is a configuration diagram of a process facility including a low-pressure plasma reactor according to an embodiment of the present invention. The process equipment of FIG. 1 may be a low-pressure process equipment such as semiconductor, display, and solar cell.
도 1을 참고하면, 공정 설비(100)는 식각, 증착, 또는 세정 등의 작업이 진행되는 공정 챔버(11)와, 공정 챔버(11)와 연결되어 공정 챔버(11)에서 사용된 공정 가스를 배출시키는 진공 펌프(12)와, 공정 챔버(11)와 진공 펌프(12) 사이에 설치된 저압 플라즈마 반응기(210)를 포함한다. 1, the
저압 플라즈마 반응기(210)는 공정 챔버(11)와 진공 펌프(12)를 연결하는 배관인 것과 동시에 공정 가스 중의 오염 물질을 제거하는 친환경 장치이다. 저압 플라즈마 반응기(210)는 진공 펌프(12)의 전방에 위치하며, 공정 챔버(11)와 같은 저압 상태를 유지한다. 여기서, 저압은 대략 0.1Torr 내지 10Torr의 범위에 속하는 압력을 의미하나, 전술한 범위로 한정되지 않는다.The low
공정 챔버(11)와 저압 플라즈마 반응기(210) 사이의 배관에 반응 가스 주입구(13)가 접속될 수 있다. 반응 가스는 O2와 H2O 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2) 등의 캐리어 가스와 함께 배관 내부로 주입되어 공정 가스에 혼합될 수 있다.A reaction gas inlet 13 may be connected to a pipe between the
저압 플라즈마 반응기(210)는 내부에 플라즈마를 생성하여 공정 가스에 포함된 각종 오염 물질(온실 가스, 미분해 전구체, 입자 부산물 등)을 분해한다. 분해된 성분들은 반응 가스와 화학 결합하여 무해한 원소로 변한다. 플라즈마는 반응 종들과 고에너지 전자들을 풍부하게 함유하고 있으므로 오염 물질의 분해된 성분들과 반응 가스간 화학 반응을 촉진시킨다.The low-
다음에 설명하는 저압 플라즈마 발생기(210)는 용량성 결합 플라즈마(CCP)를 발생시키고, 자기장을 이용하여 포지티브 펄스 구간에서 고밀도 플라즈마를 발생시킴으로써 오염 물질의 분해율을 높이는 특성을 가진다.The low
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 플라즈마 반응기의 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시한 저압 플라즈마 반응기 중 제2 접지 전극의 좌측면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a low-pressure plasma reactor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a left side view of a second ground electrode of the low-pressure plasma reactor shown in FIG.
도 2와 도 3을 참고하면, 저압 플라즈마 반응기(210)는 공정 가스가 흐르는 관형의 절연체(20)와, 절연체(20)와 진공 펌프(12)를 연결하는 관형의 제1 접지 전극(31)과, 절연체(20)의 외면에 위치하는 고전압 전극(40)과, 제1 접지 전극(31)의 내부에 위치하는 판형의 제2 접지 전극(32)과, 제1 접지 전극(31)의 외부에 설치된 자기장 발생부(50)를 포함한다.2 and 3, the low-
절연체(20)는 일정한 직경을 지닌 원통 모양으로 형성될 수 있고, 알루미나, 유리, 석영 등으로 제조될 수 있다. 절연체(20)의 일측 단부는 투명판(21)으로 밀폐될 수 있으며, 절연체(20)의 몸통 중 고전압 전극(40)의 전단에 가스 주입구(22)가 위치할 수 있다. 반응 가스와 혼합된 공정 가스는 가스 주입구(22)를 통해 절연체(20) 내부로 주입된다.The
투명판(21)의 외측에는 절연체(20) 내부의 방전 이미지를 촬영하기 위한 장치, 예를 들어 아이씨씨디(ICCD, Intensified Charged Coupled Device, 강화형 고체 촬상 소자)(60)(도 1 참조)가 위치할 수 있다.An ICCD (Intensified Charged Coupled Device) 60 (see FIG. 1) for photographing a discharge image inside the
제1 접지 전극(31)은 절연체(20)와 진공 펌프(12)를 연결하는 접지된 금속 배관으로서, 직경이 서로 다른 적어도 두 개의 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 접지 전극(31)은 공정 가스의 흐름 방향을 따라 연속 배열된 제1 부분(31a)과 제2 부분(31b) 및 제3 부분(31c)을 포함할 수 있다.The
제1 부분(31a)의 직경은 절연체(20) 및 제2 부분(31b)의 직경보다 클 수 있고, 제2 부분(31b)의 직경은 절연체(20)의 직경과 같을 수 있다. 제2 부분(31b)은 제1 부분(31a)보다 길게 형성될 수 있다. 공정 가스는 제3 부분(31c)을 통과하면서 흐름 방향이 직각으로 꺾일 수 있다.The diameter of the
고전압 전극(40)은 절연체(20)를 한 바퀴 둘러싸는 원통형 전극으로서, 교류 전원부(45)에 연결되어 구동 전압을 인가받는다. 고전압 전극(40)은 절연체(20)보다 작은 길이로 형성되어 가스 주입구(22) 및 제1 접지 전극(31a)과 소정의 거리를 두고 이격된다.The
고전압 전극(40)에 인가되는 구동 전압(Vs)은 수 kV의 크기 및 수 kHz 내지 수백 kHz의 주파수를 가질 수 있으며, 운전 전압은 양의 값(1/2Vs)과 음의 값(-1/2Vs)이 주기적으로 변하는 펄스 형태로 구현될 수 있다. 구동 전압(Vs)은 삼각 파형, 싸인 파형, 사각 파형 중 어느 하나의 펄스 파형을 가질 수 있다.The driving voltage Vs applied to the
제2 접지 전극(32)은 제1 접지 전극(31)의 내부에 위치하며 공정 가스의 이송 방향을 따라 절연체(20)의 내부 중심과 마주하는 대향부(32a)를 포함한다. 구체적으로, 제2 접지 전극(32)은 제1 부분(31a)의 내부에 위치하는 원판 모양의 대향부(32a)와, 대향부(32a)와 제1 부분(31a)의 내벽을 연결하는 적어도 두 개의 지지부(32b)를 포함한다.The
대향부(32a)는 공정 가스의 배출 경로를 가로지르도록 설치되며, 지지부(32b)에 의해 제1 부분(31a)의 내벽에 고정되어 정해진 위치를 유지하면서 제1 접지 전극(31)과 통전된다. 대향부(32a)는 절연체(20)의 단부 및 제2 부분(31b)과 이격되며, 절연체(20)의 직경보다 큰 직경으로 형성된다. 대향부(32a)에 부딪힌 공정 가스는 대향부(32a)와 제1 부분(31a) 사이의 공간을 통해 제2 부분(31b)으로 배출된다.The opposing
대향부(32a)를 둘러싸는 제1 부분(31a)은 절연체(20)의 단부와 접하면서 제1 접지 전극(31) 가운데 직경이 가장 큰 부분이므로, 대향부(32a)는 제1 부분(31a)의 내부에서 절연체(20)의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다.The
자기장 발생부(50)는 제1 접지 전극(31)의 외측에 설치되며, 제2 접지 전극(32) 주위로 자기장을 인가한다. 자기장 발생부(50)는 제1 접지 전극(31)의 제2 부분(31b)을 한 바퀴 둘러싸는 형태로 설치될 수 있으며, 전원과 연결된 솔레노이드 또는 영구 자석으로 구성될 수 있다.The magnetic
도 4는 도 2에 도시한 저압 플라즈마 반응기의 작동 상태를 나타낸 개략도이다.FIG. 4 is a schematic view showing an operating state of the low-pressure plasma reactor shown in FIG. 2. FIG.
도 4를 참고하면, 고전압 전극(40)에 교류 구동 전압을 인가하면 고전압 전극(40)과 제1 및 제2 접지 전극(31, 32)의 전압 차에 의해 저압 플라즈마 반응기(210) 내부에 용량성 결합 플라즈마(CCP) 방전이 유도된다. 플라즈마는 인가 전압이 유지되는 동안 생성과 유지 및 소멸 과정을 반복하면서 아크(arc)로 전이되지 않고 글로우(glow) 영역에 머물면서 공정 챔버에서 배출된 오염 물질을 제거한다.4, when an AC driving voltage is applied to the
이 과정에서 제2 접지 전극(32)의 대향부(32a)가 공정 가스의 이송 방향을 따라 절연체(20)의 내부 중심과 마주하고 있으므로, 고전압 전극(40)과 대향부(32a) 사이에 강한 플라즈마가 발생한다. 즉 절연체(20)와 마주하는 대향부(32a)의 일측에 강한 플라즈마가 생성된다.In this process, the opposing
저압 플라즈마 반응기(210) 내부에서 플라즈마는 쉬스(sheath) 영역(A10)과 양광주(positive column) 영역(A20)을 포함한다. 쉬스 영역(A10)은 양광주 영역(A20)과 저압 플라즈마 반응기(210)의 내부 표면 사이에 위치한다. 대부분의 전력은 쉬스 영역(A10)에서 소모되므로, 양광주 영역(A20)보다 쉬스 영역(A10)에서 오염 물질의 분해율이 높다.Within the low
저압 플라즈마 반응기(210)의 내부 압력이 높아질수록 쉬스 영역(A10)은 작아지고, 양광주 영역(A20)은 확대된다. 대향부가 없는 저압 플라즈마 반응기의 구조에서는 압력이 높아질수록 양광주 영역(A20)이 확대되어 오염 물질의 분해율이 낮아질 수 있다. 이 경우 저압 플라즈마 반응기의 중심부를 통과하는 오염 물질들은 분해되지 않고 그대로 진공 펌프로 유입될 수 있다.As the internal pressure of the low-
그러나 제1 실시예의 저압 플라즈마 반응기(210)에서는 절연체(20)를 향한 대향부(32a)의 일측에 쉬스 영역(A10)이 형성된다. 따라서 저압 플라즈마 반응기(210)의 중심부를 통과하면서 분해가 완전히 일어나지 않은 오염 물질들은 대향부(32a) 일측의 쉬스 영역(A10)을 통과하면서 완전히 분해된다.However, in the low-
그 결과, 제1 실시예의 저압 플라즈마 반응기(210)는 높은 압력에서 오염 물질의 분해율을 높일 수 있으며, 오염 물질 분해율의 압력 의존성을 낮추어 보다 넓은 압력 범위에서 높은 분해 성능을 발휘할 수 있다.As a result, the low-
또한, 자기장 발생부(50)가 대향부(32a)의 후방에 강한 자기장을 인가한다. 외부에서 제1 접지 전극(31)의 내부로 강한 자기장을 인가하면, 전자는 자기장을 중심으로 회전한다. 그 결과, 제1 접지 전극(31) 내벽으로의 전자 손실이 감소하고 중성 기체와의 충돌 회수가 증가하면서 고밀도 플라즈마를 얻을 수 있다.Further, the magnetic
도 5는 도 2에 도시한 저압 플라즈마 반응기의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다. 도 5에서 고전압 전극에 인가된 구동 전압의 주파수는 80kHz(12.5μs의 주기)이다.FIG. 5 is a graph showing current-voltage characteristics of the low-pressure plasma reactor shown in FIG. 2. FIG. In Fig. 5, the frequency of the driving voltage applied to the high voltage electrode is 80 kHz (period of 12.5 mu s).
도 5를 참고하면, 방전 전류는 인가 전압에 대해 소정의 위상 차를 두고 뒤를 따르는 전형적인 용량성 결합 플라즈마(CCP)의 특성을 보인다.Referring to FIG. 5, the discharge current shows the characteristic of a typical capacitive coupled plasma (CCP) followed by a predetermined phase difference relative to the applied voltage.
고전압 전극이 양(+)의 극성을 가질 때 발생하는 방전을 포지티브 펄스(positive pulse)라 하고, 고전압 전극이 음(-)의 극성을 가질 때 발생하는 방전을 네가티브 펄스(negative pulse)라 한다. 포지티브 펄스에서 고전압 전극은 애노드(adnoe)가 되고, 네가티브 펄스에서 고전압 전극(40)은 캐소드(cathode)가 된다.The discharge that occurs when the high voltage electrode has a positive polarity is referred to as a positive pulse and the discharge that occurs when the high voltage electrode has a negative polarity is referred to as a negative pulse. In the positive pulse, the high voltage electrode becomes an anode, and in the negative pulse, the
도 6은 도 5에 도시한 네가티브 펄스 구간에서 얻은 방전 이미지를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 5에 도시한 포지티브 펄스 구간에서 얻은 방전 이미지를 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a view showing a discharge image obtained in the negative pulse section shown in FIG. 5, and FIG. 7 is a view showing a discharge image obtained in the positive pulse section shown in FIG.
실험에 사용된 저압 플라즈마 반응기의 내부 압력은 0.5Torr이고, 투명판 외측에 설치된 ICCD를 이용하여 방전 이미지를 측정하였다. 구체적으로, 트리거 펄스와 인가 전압을 동기화하여 0.2μs의 시간 간격으로 스캔하며 방전 이미지를 측정하였다.The internal pressure of the low pressure plasma reactor used in the experiment was 0.5 Torr, and the discharge image was measured using ICCD installed outside the transparent plate. Specifically, the discharge image was measured by synchronizing the trigger pulse and the applied voltage at a time interval of 0.2 μs.
도 6과 도 7을 참고하면, 네가티브 펄스와 포지티브 펄스 모두에서 인가 전압이 높아짐에 따라 방전 세기가 강해지다가 다시 약해지는 것을 확인할 수 있다. 네가티브 펄스에서 플라즈마 강도는 1.6μs에서 최대값을 나타내고, 포지티브 펄스에서 플라즈마 강도는 7.6μs에서 최대값을 나타낸다.Referring to FIGS. 6 and 7, it can be seen that as the applied voltage increases in both the negative and positive pulses, the discharge intensity becomes stronger and weaker again. In the negative pulse, the plasma intensity shows the maximum value at 1.6 μs, and the plasma intensity at the positive pulse shows the maximum value at 7.6 μs.
도 6과 도 7에 나타난 바와 같이, 네가티브 펄스의 방전 세기는 포지티브 펄스의 방전 세기보다 높고, 네가티브 펄스의 방전 유지 기간(대략 5.0μs)은 포지티브 펄스의 방전 유지 기간(대략 3.0μs)보다 길다. 이러한 결과는 고전압 전극에 형성되는 DC 셀프-바이어스 전압(DC self-bias voltage)에 기인한다.As shown in Figs. 6 and 7, the discharge intensity of the negative pulse is higher than the discharge intensity of the positive pulse, and the discharge sustaining period (approximately 5.0 mu s) of the negative pulse is longer than the discharge sustaining period of the positive pulse (approximately 3.0 mu s). This result is due to the DC self-bias voltage being formed on the high voltage electrode.
용량성 결합 플라즈마(CCP)에서 쉬스 영역의 두께는 플라즈마 밀도 및 운전 압력에 반비례한다. 그리고 플라즈마 방전을 일으키는 두 개의 전극(고전압 전극과 접지 전극)이 다른 면적을 가지는 경우, DC 바이어스 전압이 쉬스 영역을 가로질러 발생하며, 이를 DC 셀프-바이어스 전압이라 한다.The thickness of the sheath region in capacitively coupled plasma (CCP) is inversely proportional to plasma density and operating pressure. And, when two electrodes (high voltage electrode and ground electrode) causing plasma discharge have different areas, a DC bias voltage occurs across the sheath region, which is referred to as a DC self-bias voltage.
제1 실시예의 저압 플라즈마 반응기(210)에서 고전압 전극(40)의 면적은 배관으로 기능하는 제1 접지 전극(31)의 면적보다 작다. DC 셀프-바이어스 전압은 면적이 작은 고전압 전극(40)에서 더 높게 발생하며, 이로 인해 고전압 전극(40)이 캐소드일 때 방전 세기가 강하고 방전이 오래 유지된다.The area of the high-
자기장 발생부(50)는 고전압 전극(40) 주위가 아닌 제1 접지 전극(31) 내부에 강한 자기장을 인가하며, 자기장은 오염 물질 분해에 불리한 포지티브 펄스 구간에서 플라즈마의 밀도를 높인다. 즉 제1 접지 전극(31)에 인가된 자기장에 의해 포지티브 펄스 구간에서 고밀도 플라즈마를 얻을 수 있으며, 오염 물질의 분해율을 높일 수 있다.The
한편, 자기장 발생부(50)에 의한 오염 물질의 분해율 향상은 대략 0.3Torr 이상의 압력 범위에서 효과적일 수 있다. 대략 0.3Torr보다 낮은 압력에서는 플라즈마를 통과하는 공정 가스의 잔류 시간이 감소하고 플라즈마가 길이 방향으로 짧아지는 경향이 있으므로, 자기장 인가에 따른 효과가 제한적일 수 있다.On the other hand, the improvement of the degradation rate of the pollutant by the
하기 표 1에 자기장 발생부가 없는 비교예의 저압 플라즈마 반응기와, 실시예의 저압 플라즈마 반응기에서 측정된 이산화질소(N2O)의 분해율을 나타내었다. 비교예는 자기장 발생부가 없는 것을 제외하고 실시예의 저압 플라즈마 반응기와 동일한 구성으로 이루어진다.Table 1 below shows the decomposition rates of nitrogen dioxide (N 2 O) measured in the low pressure plasma reactor of the comparative example without the magnetic field generator and the low pressure plasma reactor of the embodiment. The comparative example has the same configuration as the low-pressure plasma reactor of the embodiment except that there is no magnetic field generator.
실험에 사용된 N2O의 유량은 500sccm이고, 플라즈마 출력은 1.4kW이며, 자기장 발생부를 구성하는 솔레노이드의 출력은 225W(15A, 17V)이다.The flow rate of N 2 O used in the experiment is 500 sccm, the plasma output is 1.4 kW, and the output of the solenoid constituting the magnetic field generating portion is 225 W (15 A, 17 V).
상기 표 1에 나타나 있듯이, 자기장 발생부를 구비한 실시예에 따른 저압 플라즈마 반응기의 N2O 분해율이 0.3Torr 이상의 압력 범위에서 비교예의 N2O 분해율보다 높은 것을 확인할 수 있다.As shown in Table 1, it can be seen that the N 2 O decomposition rate of the low pressure plasma reactor according to the embodiment having the magnetic field generator is higher than the N 2 O decomposition rate of the comparative example in the pressure range of 0.3 Torr or more.
또한, 하기 표 2에 자기장 발생부가 없는 비교예의 저압 플라즈마 반응기와, 실시예의 저압 플라즈마 반응기에서 측정된 사불화탄소(CF4)의 분해율을 나타내었다. 비교예는 자기장 발생부가 없는 것을 제외하고 실시예의 저압 플라즈마 반응기와 동일한 구성으로 이루어진다.In addition, the decomposition ratios of carbon tetrafluoride (CF 4 ) measured in the low pressure plasma reactor of the comparative example and the low pressure plasma reactor of the embodiment are shown in Table 2 below. The comparative example has the same configuration as the low-pressure plasma reactor of the embodiment except that there is no magnetic field generator.
실험에 사용된 CF4의 유량은 50sccm이고, 반응 가스로 첨가된 H2O의 유량은 100sccm이다. 플라즈마 출력은 1.4kW이고, 자기장 발생부를 구성하는 솔레노이드의 출력은 225W(15A, 17V)이다.The flow rate of CF 4 used in the experiment was 50 sccm, and the flow rate of H 2 O added as the reaction gas was 100 sccm. The plasma output is 1.4 kW, and the output of the solenoid constituting the magnetic field generator is 225 W (15 A, 17 V).
상기 표 2에 나타나 있듯이, 자기장 발생부를 구비한 실시예에 따른 저압 플라즈마 반응기의 CF4 분해율이 0.3Torr 이상의 압력 범위에서 비교예의 CF4 분해율보다 높은 것을 확인할 수 있다.As shown in Table 2, the decomposition rate of CF 4 in the low pressure plasma reactor according to one embodiment includes a magnetic field generating section is higher than the comparative example confirmed that CF 4 at a pressure range above 0.3Torr decomposition rate.
저압 플라즈마 반응기의 내부 압력이 높아짐에 따라 가스 밀도와 플라즈마 밀도는 모두 증가한다. 자기장 발생은 전자와 이온의 회전 운동을 돕기 때문에 가스 밀도의 증가 없이 플라즈마 밀도를 높인다. 따라서 표 1과 표 2에서 자기장 발생에 의한 오염 물질의 분해율 향상은 플라즈마 밀도가 높을수록, 즉 압력이 높을수록 더욱 뚜렷하게 나타난다.As the internal pressure of the low pressure plasma reactor increases, both the gas density and the plasma density increase. Magnetic field generation increases the plasma density without increasing the gas density because it helps the rotation of electrons and ions. Therefore, in Table 1 and Table 2, the improvement of the degradation rate of pollutants by magnetic field generation becomes more apparent as the plasma density increases, that is, as the pressure increases.
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: 공정 설비
11: 공정 챔버
12: 진공 펌프
210: 저압 플라즈마 반응기
20: 절연체
30: 접지 전극
31: 제1 접지 전극
32: 제2 접지 전극
32a: 대향부
40: 고전압 전극
45: 교류 전원부
50: 자기장 발생부100: Process equipment 11: Process chamber
12: Vacuum pump 210: Low pressure plasma reactor
20: insulator 30: ground electrode
31: first ground electrode 32: second ground electrode
32a: opposing portion 40: high voltage electrode
45: AC power supply unit 50:
Claims (4)
상기 공정 가스가 통과하는 관형의 절연체;
상기 절연체와 상기 진공 펌프를 연결하는 관형의 제1 접지 전극;
상기 제1 접지 전극과 거리를 두고 상기 절연체의 외면에 위치하며, 교류 전원부와 연결되어 구동 전압을 인가받는 고전압 전극;
상기 제1 접지 전극의 내부에 위치하며, 상기 공정 가스의 이송 방향을 따라 상기 절연체의 내부 중심과 마주하는 대향부를 가지는 제2 접지 전극; 및
상기 제1 접지 전극의 외측에 설치되어 상기 제2 접지 전극 주위로 자기장을 인가하는 자기장 발생부
를 포함하는 저압 플라즈마 반응기.A low pressure plasma reactor installed in a discharge path of a process gas from a process chamber toward a vacuum pump to remove contaminants contained in the process gas,
A tubular insulator through which the process gas passes;
A tubular first ground electrode connecting the insulator and the vacuum pump;
A high voltage electrode located on an outer surface of the insulator at a distance from the first ground electrode, the high voltage electrode being connected to the AC power source and receiving a driving voltage;
A second ground electrode located inside the first ground electrode and having a facing portion facing the inner center of the insulator along the transfer direction of the process gas; And
And a magnetic field generating unit installed outside the first ground electrode and applying a magnetic field around the second ground electrode,
Lt; / RTI >
상기 제1 접지 전극은 상기 절연체의 후단에 연결된 제1 부분과, 제1 부분의 후단에 연결된 제2 부분을 포함하며,
상기 제1 부분의 직경은 상기 절연체의 직경 및 상기 제2 부분의 직경보다 큰 저압 플라즈마 반응기.The method according to claim 1,
The first ground electrode includes a first portion connected to a rear end of the insulator and a second portion connected to a rear end of the first portion,
Wherein the diameter of the first portion is greater than the diameter of the insulator and the diameter of the second portion.
상기 대향부는 상기 제1 부분의 내벽과 거리를 두고 상기 제1 부분의 내부에 위치하며,
상기 대향부와 상기 제1 부분의 내벽 사이에 적어도 두 개의 지지부가 위치하는 저압 플라즈마 반응기.3. The method of claim 2,
Wherein the opposing portion is located inside the first portion at a distance from the inner wall of the first portion,
Wherein at least two support portions are positioned between the opposing portion and the inner wall of the first portion.
상기 자기장 발생부는 상기 제2 부분의 외측에서 상기 제2 부분을 한 바퀴 둘러싸도록 설치되는 저압 플라즈마 반응기.The method of claim 3,
Wherein the magnetic field generating unit is installed so as to surround the second part on the outer side of the second part.
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KR20200126775A (en) * | 2019-04-30 | 2020-11-09 | 한국기계연구원 | Plasmsa reaction apparatus for removing by-products and semiconductor process equipment |
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