KR20200049484A - 복수의 플라즈마 반응 처리가 가능한 플라즈마 반응기 - Google Patents

복수의 플라즈마 반응 처리가 가능한 플라즈마 반응기 Download PDF

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Abstract

복수의 플라즈마 처리를 통하여 오염 물질을 확실하게 분해하여 제거하고 입구 및 출구에 쌓이는 오염 물질도 제거할 수 있는 플라즈마 반응기가 개시된다. 상기 플라즈마 반응기는 제 1 전극 어셈블리 및 제 1 내부 접지를 가지는 입구 플라즈마 반응부 및 상기 입구 플라즈마 반응부에 연결되며, 적어도 하나의 제 2 전극 어셈블리를 가지는 메인 플라즈마 반응부를 포함한다. 여기서, 상기 전극 어셈블리들은 각기 유전체 및 전극을 가지고, 상기 입구 플라즈마 반응부는 1차 플라즈마 반응을 일으켜 오염 물질을 1차 분해하며, 상기 메인 플라즈마 반응부는 2차 플라즈마 반응을 일으켜 오염 물질을 2차 분해한다.

Description

복수의 플라즈마 반응 처리가 가능한 플라즈마 반응기{PLASMA REACTOR APPLICABLE PLURAL PLASMA PROCESS}
본 발명은 복수의 플라즈마 반응 처리가 가능한 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
기존 플라즈마 반응기는 유전체 주위를 원형으로 말아 놓은 형태로 1개의 전극 어셈블리를 사용한다.
따라서, 상기 전극 어셈블리에 문제가 발생하면 전원을 오프하여야 하였으며, 그 결과 플라즈마 반응을 수행하지 못하여 공정 챔버로부터 유입된 오염 물질이 진공 펌프로 흐르는 문제점이 있다.
또한, 상기 플라즈마 반응기의 입구 또는 출구에 부산물이 쌓여서 막는 현상이 발생하는 문제점이 있다.
KR 10-1882813 B
본 발명은 복수의 전극 어셈블리들을 가지는 플라즈마 반응기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 복수의 플라즈마 처리를 통하여 오염 물질을 확실하게 분해하여 제거하고 입구 및 출구에 쌓이는 오염 물질도 제거할 수 있는 플라즈마 반응기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 제 1 전극 어셈블리 및 제 1 내부 접지를 가지는 입구 플라즈마 반응부; 및 상기 입구 플라즈마 반응부에 연결되며, 적어도 하나의 제 2 전극 어셈블리를 가지는 메인 플라즈마 반응부를 포함한다. 여기서, 공정 타임 동안 상기 입구 플라즈마 반응부 및 상기 메인 플라즈마 반응부 모두 플라즈마 반응을 발생시키며, 아이들 타임 동안 상기 입구 플라즈마 반응부는 플라즈마 반응을 일으키며 상기 메인 플라즈마 반응부는 플라즈마 반응을 일으키지 않는다.
본 발명에 따른 플라즈마 반응기는 복수의 전극 어셈블리들을 사용하며, 그 결과 플라즈마 반응기의 수명 및 기능이 향상될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 반응기는 3번의 플라즈마 처리를 수행하며, 그 결과 오염 물질이 완벽하게 제거되고 입구 또는 출구에 쌓이는 오염 물질을 제거하여 입구 및 출구가 막히는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 도면이다.
도 3은 z1-z1 라인 및 x1-x1 라인을 따라 절단된 플라즈마 반응기를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 플라즈마 방전 흐름 및 오염 물질 흐름을 도시한 도면들이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명은 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 복수의 플라즈마 반응을 통하여 오염 물질을 완벽하게 제거하며, 특히 쌓이는 오염 물질을 제거하여 입구 또는 출구가 막히는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 반응기는 복수의 전극 어셈블리들을 구현하여 일부 전극 어셈블리가 정상적으로 동작하지 못하더라도 오염 물질을 분해하여 제거할 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 공정 시스템은 공정 챔버(102), 플라즈마 반응기(100) 및 진공 펌프(104)를 포함할 수 있다. 공정 챔버(102)와 플라즈마 반응기(100)는 제 1 진공 배관(110)을 통하여 연결되고, 플라즈마 반응기(100)와 진공 펌프(104)는 제 2 진공 배관(112)을 통하여 연결될 수 있다.
다만, 플라즈마 반응기(100)는 공정 챔버(102)와 진공 펌프(104) 사이에만 배치되는 것은 아니며, 진공 펌프(104)와 스크러버 사이 또는 스크러버 상단에 설치될 수도 있다. 또한, 복수의 플라즈마 반응기들이 공정 챔버, 진공 배관, 진공 펌프, 스크러버 사이에의 여러 위치에 설치될 수 있다. 즉, 플라즈마 반응기(100)는 플라즈마 반응을 이용하여 오염 물질을 분해하는 한 위치적인 제한은 없다.
이하, 설명의 편의를 위하여 플라즈마 반응기(100)가 공정 챔버(102)와 진공 펌프(104) 사이에 배치되는 것으로 가정하겠다.
공정 챔버(102)는 진공 상태에서 증착 공정, 식각 공정 또는 세정 공정 등을 수행할 수 있다. 다만, 공정에 따라 공정 챔버(102)에서 사용하는 가스 등이 달라지게 된다.
결과적으로, 공정에 따라 공정 챔버(102)로부터 전구체, 공정 가스, 세정 가스 또는 부산물을 포함하는 배기 가스가 제 1 진공 배관(110)을 통하여 플라즈마 반응기(100)로 입력된다. 즉, 오염 물질이 공정 챔버(102)로부터 플라즈마 반응기(100)로 입력된다.
이러한 오염 물질은 배관 내부 표면에 증착되어 배관 내부를 막을 수 있다. 또한, 오염 물질이 진공 펌프(104)로 입력될 경우 진공 펌프(104) 내부에서 온도 조건과 압력 조건이 급격이 변화할 수 있으며, 그 결과 상기 오염 물질이 상 변화를 일으켜 진공 펌프(104) 내부에서 고체화되거나 액체화될 수 있다. 이는 진공 펌프(104)의 고장을 야기시킬 수 있다. 특히, 상기 오염 물질이 대기 중으로 배출되면 큰 문제를 일으킨다.
따라서, 이러한 오염물질을 제거하기 위한 플라즈마 반응기(100)가 공정 챔버(102)와 진공 펌프(104) 사이에 설치될 수 있다.
플라즈마 반응기(100)는 상기 입력된 오염 물질을 분해하여 제거하는 역할을 수행한다. 구체적으로는, 플라즈마 반응기(100)는 전극을 이용하여 전기장을 발생시키되, 상기 전기장, 즉 전자 에너지에 의해 상기 오염 물질이 플라즈마 반응하여 분해될 수 있다.
여기서, 상기 전극이 파괴되면 플라즈마 반응기(100)에서 플라즈마 반응이 일어나지 않는다. 결과적으로, 공정 챔버(102)로부터 입력된 오염 물질이 진공 펌프(104)로 입력될 수 있다.
따라서, 본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 하나의 전극이 아닌 복수의 전극들을 이용한다. 결과적으로, 일부 전극이 파괴되더라도 다른 전극이 정상적으로 동작하므로, 플라즈마 반응기(100)는 계속적으로 오염 물질을 분해하여 제거할 수 있다. 즉, 플라즈마 반응기(100)의 수명을 연장시키고 기능을 향상시킬 수 있다.
물론, 후술하는 바와 같이 플라즈마 반응기(100)는 가스 주입 구조에서 하나의 전극만을 포함할 수도 있다.
또한, 플라즈마 반응기(100)의 입구 측에 미반응 물질들이 증착되어 배관 입구를 막거나 부산물이 쌓일 수 있다. 이러한 오염 물질들에 의해 배관이 막힐 수 있고, 플라즈마 반응기(100) 분리시 내부에 쌓인 부산물이 대기와 반응할 수 있다. 따라서, 이렇게 배관 입구를 막거나 내부에 쌓인 오염 물질을 제거하기 위하여, 플라즈마 반응기(100)는 추가적인 플라즈마 반응을 실행시킬 수 있다.
이하, 플라즈마 반응기(100)의 구조 및 동작을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 도면이고, 도 3은 z1-z1 라인 및 x1-x1 라인을 따라 절단된 플라즈마 반응기를 도시한 도면이며, 도 4 및 도 5는 플라즈마 방전 흐름 및 오염 물질 흐름을 도시한 도면들이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예의 플라즈마 반응기(100)는 입구 플라즈마 반응부, 메인 플라즈마 반응부 및 출구 플라즈마 반응부를 포함할 수 있다.
상기 입구 플라즈마 반응부는 공정 챔버(102)로부터 오염 물질이 입력되는 플라즈마 반응기(100)의 입구부에 해당하며, 입구 바디(202) 및 입구 바디(202) 위에 형성되는 적어도 하나의 전극 어셈블리(206)를 포함한다.
전극 어셈블리(206)는 입구 바디(202) 위에 형성되는 유전체(220) 및 유전체(220) 위에 형성되는 전극(222)을 포함할 수 있다. 여기서, 전극(222)으로 양의 전압이 인가될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 입구 바디(202)의 내부 공간에 입구 내부 접지(212)가 형성될 수 있다. 입구 내부 접지(212)는 지지부(216)에 의해 지지된다. 한편, 입구 내부 접지(212)는 상호 이격된 복수의 서브 입구 내부 접지들로 이루어질 수도 있다.
또한, 전극 어셈블리(206)와 입구 내부 접지(212)는 도 3에 도시된 바와 같이 대향하여 배열되되, 전극 어셈블리(206)와 입구 내부 접지(212) 사이의 거리를 조절 세팅하여 대향 방전과 연면 방전을 발생시킬 수 있다. 이때, 플라즈마 방전에 의해 생성된 이온들은 주로 전극 어셈블리(206) 및 입구 내부 접지(212) 근처(A)에 집중될 수 있다.
즉, 입구 바디(202) 내부에서 오염 물질들 중 일부가 분해되며, 즉 전처리되며, 그런 후 오염 물질이 상기 메인 플라즈마 반응부로 입력된다.
또한, 플라즈마 반응기(100)는 입구 플라즈마 반응부의 입구, 상기 입구와 연결된 배관 또는 바닥에 쌓인 오염 물질을 분해하여 제거할 수 있다.
한편, 입구 내부 접지(212)는 입구 또는 배관의 막힘을 방지할 수 있다. 구체적으로는, 입구 내부 접지(212)가 존재하지 않으면, 상기 메인 플라즈마 반응부에서 발생된 전기장이 입구 또는 배관 내부까지 영향을 주어 입구 또는 배관 내부에서 플라즈마 반응이 일어날 수 있다. 이 경우, 플라즈마의 밀도가 낮기 때문에 입구 또는 배관 내부에서 오염 물질이 완벽하게 처리되지 못하여 고형 물질이 생성될 수 있고, 이러한 고형 물질이 상기 입구 또는 배관을 막을 수 있다. 따라서, 본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 상기 입구 플라즈마 반응부 내부에 입구 내부 접지(212)를 형성하여 플라즈마를 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 상기 메인 플라즈마 반응부의 내부로 가둔다. 결과적으로, 상기 입구 또는 상기 배관이 막히는 현상을 방지할 수 있다.
이러한 막힘 현상을 방지하기 위하여, 입구 내부 접지(212)는 절곡된 부분을 가지되, 절곡된 부분은 입구 방향으로 절곡되어 있다. 이는 전기장이 상기 입구로 진행하게 하지 않기 위해서이다.
상기 메인 플라즈마 반응부는 상기 입구 플라즈마 반응부에 연결되며, 접지로서 동작하는 메인 바디(220) 및 적어도 하나의 전극 어셈블리, 예를 들어 2개의 전극 어셈블리들(208a 및 208b)을 포함할 수 있다.
전극 어셈블리(208)의 전극에 양의 전압이 인가되면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 전기장이 상기 전극과 메인 바디(220) 및 입구 내부 접지(212) 사이에 형성되어 오염 물질들을 2차 분해하여 제거한다. 즉, 연면 방전이 일어난다. 이 때, 상기 전기장은 입구 내부 접지(212) 및 출구 내부 접지(214)에 의해 입구 및 출구까지 진행하지 않고 상기 메인 플라즈마 반응부의 내부에 갇히게 된다.
상기 출구 플라즈마 반응부는 상기 메인 플라즈마 반응부에 연결되며, 상기 메인 플라즈마 반응부로부터 입력된 오염 물질들을 3차 분해하여 제거한다.
상기 출구 플라즈마 반응부는 출구 바디(204) 및 적어도 하나의 전극 어셈블리(210)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 출구 플라즈마 반응부의 내부에 출구 내부 접지(214)가 형성되되, 출구 내부 접지(214)는 지지부(218)에 의해 지지될 수 있다.
여기서, 전극 어셈블리(210)와 출구 내부 접지(214)는 대향하여 배열될 수 있되, 전극 어셈블리(210)와 출구 내부 접지(214) 사이의 거리를 조절 세팅하여 대향 방전과 연면 방전을 발생시킬 수 있다. 이 때, 플라즈마 방전은 전극 어셈블리(210) 및 출구 내부 접지(214) 근처(B)에 집중될 수 있다.
출구의 막힘 현상을 방지하기 위하여, 출구 내부 접지(214)는 절곡된 부분을 가지되, 절곡된 부분은 출구 방향으로 절곡되어 있다. 이는 전기장이 상기 출구로 진행하게 하지 않기 위해서이다.
한편, 출구 내부 접지(214)는 존재하지 않을 수 있다. 이는 상기 출구 플라즈마 반응부에는 오염 물질이 많지 않아서 쌓이는 오염 물질이 거의 없고 배관의 막힘이 거의 발생하지 않기 때문이다.
정리하면, 본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 상기 입구 플라즈마 반응부, 상기 메인 플라즈마 반응부 및 상기 출구 플라즈마 반응부를 이용하여 공정 챔버(102)로부터 입력된 오염 물질들을 완벽하게 제거할 수 있다. 이 때, 상기 입구 플라즈마 반응부 및 상기 출구 플라즈마 반응부에서는 대향 방전이 일어나고, 상기 메임 플라즈마 반응부에서는 연면 방전이 일어날 수 있다.
플라즈마 반응기(100)의 구동 동작을 살펴보면, 공정 챔버(102)로부터 입력된 오염 물질을 제거하는 공정 타임 동안에는 상기 입구 플라즈마 반응부, 상기 메인 플라즈마 반응부 및 상기 출구 플라즈마 반응부에서 모두 플라즈마 방전이 일어날 수 있다.
반면에, 아이들 타임 동안에는 전력 소모를 줄이기 위하여 상기 메인 플라즈마 반응부는 구동시키지 않고, 오염 물질이 주로 쌓이는 상기 입구 플라즈마 반응부 및 상기 출구 플라즈마 반응부만 구동시킬 수 있다. 물론, 상기 출구 플라즈마 반응부에도 오염 물질이 거의 쌓이지 않으므로, 상기 입구 플라즈마 반응부만 구동시킬 수도 있다.
한편, 위에서 언급하지는 않았지만 상기 입구 플라즈마 반응부, 상기 메인 플라즈마 반응부 및 상기 출구 플라즈마 반응부 중 적어도 하나는 복수의 전극 어셈블리들을 포함할 수 있다.
바디 전체에 걸쳐서 하나의 전극만이 형성된다면, 유전체 또는 전극의 파손 등의 이유로 전극이 정상적으로 동작하지 못하는 경우 오염 물질이 바디를 통하여 진공 펌프(104)로 흐를 수 있다. 따라서, 플라즈마 반응기의 동작을 즉시 중지시켜야 하며, 즉 상기 전극으로 인가되는 전원을 즉시 차단하여야 한다.
반면에, 바디에 복수의 전극 어셈블리들이 형성되면, 일부 전극 어셈블리가 정상적으로 동작하지 못하더라도 다른 전극 어셈블리가 정상적으로 동작하므로 오염 물질을 계속적으로 제거할 수 있다. 즉, 플라즈마 반응기(100)의 수명이 연장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전극 어셈블리들에 각기 전원이 인가될 수 있다. 이 때, 전원들은 하나의 전원으로부터 분리된 서브 전원일 수 있다.
전극 어셈블리들 중 일부 전극 어셈블리가 정상적으로 동작하지 않는 경우, 정상적으로 동작하는 전극 어셈블리에 더 강한 전원이 인가되어 플라즈마 밀도가 높아질 수 있다. 이 때, 정상적으로 동작하지 않는 전극 어셈블리의 전극에는 전원 공급이 차단될 수 있다. 결과적으로, 일부 전극 어셈블리가 정상적으로 동작하지 않더라도 오염 물질 제거 효율은 모든 전극 어셈블리들이 정상적으로 동작할 때와 유사할 수 있다.
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 플라즈마 반응기 102 : 공정 챔버
104 : 진공 펌프 206, 208, 210 : 전극 어셈블리
212 : 입구 내부 접지 214 : 출구 내부 접지

Claims (2)

  1. 제 1 전극 어셈블리 및 제 1 내부 접지를 가지는 입구 플라즈마 반응부; 및
    상기 입구 플라즈마 반응부에 연결되며, 적어도 하나의 제 2 전극 어셈블리를 가지는 메인 플라즈마 반응부를 포함하되,
    공정 타임 동안 상기 입구 플라즈마 반응부 및 상기 메인 플라즈마 반응부 모두 플라즈마 반응을 발생시키며, 아이들 타임 동안 상기 입구 플라즈마 반응부는 플라즈마 반응을 일으키며 상기 메인 플라즈마 반응부는 플라즈마 반응을 일으키지 않는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 메인 플라즈마 반응부에 연결되며, 제 3 전극 어셈블리 및 제 2 내부 접지를 가지는 출구 플라즈마 반응부를 더 포함하되,
    상기 입구 플라즈마 반응부, 상기 메인 플라즈마 반응부 및 상기 출구 플라즈마 반응부는 각기 플라즈마 방전을 일으켜서 상기 오염 물질들을 3차 분해하여 제거하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.


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