KR20220014140A - 플라즈마 발생 장치용 반응기, 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치, 및 플라즈마 발생 장치를 포함하는 공정 처리 장치 - Google Patents

Abstract

반응기는, 플라즈마 형성 공간을 제공하는 반응기 본체, 및 상기 반응기 본체에 장착되어 상기 플라즈마 형성 공간 내에 플라즈마 방전을 개시하는 점화기를 포함한다. 상기 점화기는 상기 반응기 본체로부터 연장된 점화 포트, 적어도 일부가 상기 점화 포트 내에 제공된 점화 전극, 및 상기 점화 포트와 상기 점화 전극 사이에 제공되며 상기 점화 전극으로부터 이격되어 배치된 실링 부재를 포함한다.

Description

플라즈마 발생 장치용 반응기, 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치, 및 플라즈마 발생 장치를 포함하는 공정 처리 장치{A reactor for plasma generator, plasma generator including the same, and processing apparatus including the plasma generator}

본 발명은 플라즈마 발생 장치용 반응기, 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치, 및 플라즈마 발생 장치를 포함하는 공정 처리 장치에 관한 것이다.

플라즈마 방전을 이용한 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각, 증착, 세정 등 다양하게 사용되고 있다.

플라즈마 발생장치에서 반응가스를 점화시켜 주입가스에 대한 전기적 반응이 일어나도록 하기 위해서 점화기가 구비된다. 점화기는 점화전극을 이용하여 상대적으로 낮은 소비전력으로 플라즈마 방전을 개시할 수 있다.

본 발명의 목적은 내열 성능이 향상된 점화기 및 이를 구비한 반응기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 내열 성능이 향상된 플라즈마 발생 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 내열 성능이 향상된 공정 처리 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반응기는, 플라즈마 형성 공간을 제공하는 반응기 본체, 및 상기 반응기 본체에 장착되어 상기 플라즈마 형성 공간 내에 플라즈마 방전을 개시하는 점화기를 포함한다. 상기 점화기는 상기 반응기 본체로부터 연장된 점화 포트, 적어도 일부가 상기 점화 포트 내에 제공된 점화 전극, 및 상기 점화 포트와 상기 점화 전극 사이에 제공되며 상기 점화 전극으로부터 이격되어 배치된 실링 부재를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 점화 포트와 점화 전극 사이에 제공된 가스 공급부를 더 포함하며, 상기 실링 부재는 상기 점화 포트와 상기 가스 공급부 사이에 제공되는 제1 실링 부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 점화 포트는 상기 반응기 본체로부터 돌출 연장된 연장부 및 상기 연장부의 상기 반응기 본체와 반대측 단부에 제공된 플렌지를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 점화 전극은 일 단이 상기 본체측을 향하는 전극 본체, 및 상기 전극 본체에 연결되며 상기 본체보다 넓은 직경을 갖는 헤드부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전극 본체는 중심축을 갖는 원통형으로 제공되며, 상기 중심축은 상기 본체의 외측면에 수직한 선에 대해 경사질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중심축과 상기 본체의 외측면에 수직한 선이 이루는 각도는 1도 내지 10도일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부와 상기 점화 전극 사이에 제공된 절연 부재를 더 포함할 수 있으며, 하며, 상기 제1 실링 부재는 상기 플렌지와 상기 가스 공급부 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부와 상기 절연 부재 사이에 제공된 제2 실링 부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 절연 부재와 상기 점화 전극 사이에 제공된 제3 실링 부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 절연 부재는 상기 전극 본체의 외주면과 직접 접촉하는 링 형상의 제1 절연 부재, 및 상기 제1 절연 부재보다 더 큰 직경을 갖는 링 형상의 제2 절연 부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 점화 포트의 연장부는 상기 점화 포트 연장부와 상기 점화 전극 사이에 점화 가스 주입 공간이 형성되도록 상기 점화 전극의 둘레를 제1 거리로 이격하여 둘러쌀 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 절연 부재는 상기 전극 본체의 외주면으로부터의 높이가 상기 제1 거리보다 클 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부는 점화 가스를 주입하기 위한 점화가스 주입구, 상기 주입구에 연결된 유로, 및 상기 유로의 단부에 제공된 공급홀을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공급홀은 상기 절연 부재를 마주볼 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공급홀은 상기 공급홀을 통해 배출되는 가스가 상기 전극 본체의 둘레에 스파이럴 형상으로 진행하도록 상기 전극 본체가 이루는 면에 비스듬하게 대향할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 본체에 공정 가스를 주입하기 위한 주입구 및 상기 주입구에 연결된 부가 주입구를 포함하며, 상기 부가 주입구는 복수 개의 개구를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 본체는 토로이달 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 본체와 상기 점화 포트는 서로 분리되지 않는 일체로 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 플라즈마 발생 장치를 포함하며, 플라즈마 발생 장치는 상기 반응기 및 상기 반응기에 결합되어 상기 반응기 본체에 플라즈마 발생을 위한 유도기전력을 형성하는 변압기를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 본 발명의 일 실시예는 상기 플라즈마 발생 장치를 갖는 공정 처리 장치를 포함하며, 공정 처리 장치는 기판을 처리하는 공정 챔버, 및 상기 공정 챔버의 전단에 또는 상기 공정 챔버의 후단 중 적어도 어느 하나에 연결된 플라즈마 발생기를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 공정 처리 장치는 상기 공정 챔버에 연결되어 상기 공정 챔버로부터의 배기가스가 배출되는 배기관을 더 포함하며, 상기 플라즈마 발생기는 상기 배기관에 연결되어 플라즈마를 발생시켜 상기 배기가스를 정화할 수 있다.

본 발명의 실시예는 내열 성능이 향상된 점화기 및 이를 구비한 반응기를 제공한다.

본 발명의 실시예는 내열 성능이 향상된 플라즈마 발생 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예는 내열 성능이 향상된 공정 처리 장치를 제공한다.

도 1a 및 도 1b는 플라즈마 발생 장치를 도시한 것으로서, 도 1a는 사시도, 도 1b는 도 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 점화기를 도시한 것으로서, 도 2의 B-B'선에 따른 단면도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 점화기를 도시한 단면도로서, 절연 부재의 크기가 도 3에 도시된 바와 달리 형성된 것을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기를 도시한 것으로서, 점화기가 반응기에 설치된 모습 일부를 도시한 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 점화 전극 단부의 위치를 도시한 단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급부에서의 유로 및 가스 공급홀의 형상을 도시한 단면도들이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 공급부에서의 유로 및 가스 공급홀의 형상을 도시한 단면도들이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치가 반도체 공정 중 배기 가스 처리용 장치로 사용된 것을 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예들에 따른 공정 처리 장치들을 도시한 개략도들이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명의 일 실시예는 반도체 공정 등에 사용되는 플라즈마 발생 장치의 반응기에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마는 가스와 연관된 대전 입자의 집합을 포함하는 물질, 또는 물질의 상태를 의미한다. 여기서 사용되는 것에 따르면, 플라즈마는 라디칼과 같이 이온화된 종, 이온화된 종과 결합된 중성자 및/또는 분자를 포함할 수 있다. 반응기 내의 물질은, 점화 후, 플라즈마 상태에서 종으로 단독해서 구성되어 있는 그러한 물질에 한정되지 않으며 모두 플라즈마로 지칭한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기는 가스 및/또는 플라즈마를 포함하고 내부에서 플라즈마가 점화 및/또는 지속될 수 있는 컨테이너 또는 컨테이너의 일부를 의미한다. 반응기는 플라즈마 발생 장치에 포함되는 다양한 다른 부품, 예를 들어, 발전기와 냉각 부품과 같은 다른 부품들과 결합될 수 있다. 반응기는 다양한 형상을 갖는 채널을 한정할 수 있다. 예를 들면, 채널은 선 형상을 가질 수 있고, 또는 고리 형상(토로이드형 플라즈마를 제공하기 위함)을 가질 수 있다.

플라즈마 발생 장치는 반도체 공정을 위한 공정 챔버의 전단계 또는 후단계에 배치되는 것일 수 있다. 반도체 공정을 위한 공정 챔버는 기판의 식각, 증착, 세정 공정 등을 수행하기 위한 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 플라즈마 발생 장치의 반응기, 상기 반응기를 포함하는 플라즈마 발생 장치, 및 상기 플라즈마 발생 장치를 포함하는 공정 처리 장치일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생 장치는 플라즈마 시스템을 의미하는 것으로서, 설명한 부품 이외에도 추가적인 공정 부품을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 시스템은 하나 이상의 반응기, 전력 공급 부품, 계측 부품, 제어 부품, 등이나 그 이외의 다양한 다른 부품을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 구체적으로는 플라즈마 발생 장치에 있어서 점화기에 관한 것이다. 이하에서, 먼저 플라즈마 발생 장치에 대해 설명하고, 이후 플라즈마 발생 장치 중 점화기에 대해 상세히 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 플라즈마 발생 장치를 도시한 것으로서, 도 1a는 사시도, 도 1b는 도 A-A'선에 따른 단면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 플라즈마 발생 장치(10)는 반응기(100), 변압기(150), 및 전원 공급부(180)를 포함할 수 있다.

반응기(100)는 플라즈마 발생 장치(10)의 주요 구성으로서, 플라즈마 채널(133)을 형성하는 내부 공간(130)을 제공하는 반응기 본체(110)와, 상기 반응기 본체(110)에 장착된 점화기(140)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 채널(133)은 한정된 부피를 가지며 반응기에 의해 둘러싸인다. 플라즈마 채널(133)은 가스 및/또는 플라즈마를 포함할 수 있고, 가스 종 및 플라즈마 종을 받거나 이송하기 위하여 반응기의 하나 이상의 유입구와 하나 이상의 유출구를 통해 교환될 수 있다. 플라즈마 채널(133)은 소정의 길이를 가지는 바, 여기서 플라즈마 채널(133)의 길이는 플라즈마가 존재할 수 있는 총 경로의 길이를 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 시스템은 플라즈마 채널(133) 내에 직류 또는 교류 전기장를 인가하는 수단을 포함할 수 있으며, 상기 전기장을 이용하여 플라즈마 채널(133) 내에서 플라즈마를 유지할 수 있고, 단독으로 또는 다른 수단과 협력하여 플라즈마 채널(133) 내의 플라즈마를 점화할 수 있다.

반응기 본체(110)는 토로이달 형상을 가지며 그 내부에 플라즈마 채널(133)이 형성되는 공간(130; 이하, 반응기(100) 내부 공간, 플라즈마 채널 공간, 플라즈마 형성 공간 등으로 지칭된다)이 제공된다. 토로이달 형상은 닫힌 경로를 가지며, 그 경로 내에 플라즈마 채널이 형성되어 플라즈마의 흐름이 이루어진다.

반응기 본체(110)에는 플라즈마 채널 형성 공간(130)으로 공급되는 가스가 주입되는 주입구(170a) 및 플라즈마 채널 형성 공간(130)으로부터 외부로 가스가 배출되는 배출구(170b)가 설치된다. 반응기 본체(110)는 일측에 주입구(170a)가 형성되고, 타측에 배출구(170b)가 형성되는 구조에서, 주입구(170a)의 방향으로부터 가스의 흐름이 적어도 2개 이상으로 분기되는 대칭형 구조일 수 있다.

주입구(170a)는 플라즈마 채널 형성 공간(130)으로 가스를 공급하기 위한 것으로서, 일단이 외측으로 개구되고 타단이 토로이드에 연결되어 플라즈마 채널 형성 공간(130)에 연통하는 소정의 직경을 갖는 개구의 형태로 제공된다.

배출구(170b)는 주입구(170a)와 이격되며 플라즈마 채널 형성 공간(130)으로부터 외부로 가스를 배출하기 위한 것으로서 일단이 토로이드에 연결되어 플라즈마 채널 형성 공간(130)에 연통하고 타단이 소정의 직경을 가지며 외측으로 개구된 형태로 제공된다.

도면에 있어서, 주입구(170a)에서의 가스의 이동 방향은 IN으로 표시하였으며, 배출구(170b)에서의 가스의 이동 방향은 OUT으로 표시되었다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기 본체(110)은 서로 결합되는 제1 바디(110a)와, 제2 바디(110b), 및 제1 및 제2 바디(110a, 110b) 사이에 배치된 절연부(120)를 포함한다.

주입구(170a)와 배출구(170b)는 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)가 이루는 토로이드 상에, 서로 이격되는 한도 내에서 상하, 좌우 등 다양한 위치에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 도면 상에서 주입구(170a)가 상부에 배출구(170b)가 하부에 제공된 것을 일예로서 설명한다.

주입구(170a)의 일단과 배출구(170b)의 타단은 플라즈마 발생 장치(10)를 이루는 다른 추가적인 구성요소에 연결될 수 있으며, 예를 들어 주입구(170a)의 일단은 상부 어댑터에, 배출구(170b)의 타단은 하부 어댑터에 연결될 수 있다.

점화기(140)는 반응기 몸체(110)에 제공된다. 점화기(140)는 플라즈마 형성 공간(130) 내로 공급된 공정 가스에 플라즈마 방전이 발생하도록 점화하기 위한 것이다. 본 발명에 있어서, 점화는 플라즈마를 형성하기 위하여 가스 내의 초기 붕괴의 원인이 되는 공정이다.

상기 점화기(140)는 다양한 위치에 배치될 수 있으나, 반응기 본체(110)의 상부 주입구 근처에 설치된다. 본 발명의 일 실시예에서는 가스 주입구(170a) 근처에 배치될 수 있다. 점화기(140)에 대해서는 도면과 함께 상세히 후술한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 서로 인접한 두 개의 바디 사이에는 절연부(120)가 제공된다. 즉, 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b) 사이에는 절연부(120)가 제공된다. 절연부(120)는 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)가 연결되는 부분에서 내부 가스의 와류를 방지하기 위한 것일 수 있다. 절연부(120)는 반응기(100) 몸체가 도전성 재료로 이루어진 경우 유도된 전류가 제1 및 제2 바디(110a, 110b) 본체에 흐르는 것을 방지하기 위한 것으로서, 전기적 절연을 위해 제공된다.

절연부(120)는 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b) 사이에 제공되기 때문에 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)의 형상에 따라 그 위치가 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)가 서로 상하 대칭 구조를 이루는 경우, 절연부(120)는 제1 반응기 본체(110) 및 제2 반응기 본체(110)가 결합되는 부분인 반응기 본체(110)의 중앙에 위치할 수 있다. 제1 바디(110a)가 제2 바디(110b)보다 상하 방향으로 길게 형성되는 경우, 절연부(120)는 가스가 배출되는 배출구(170b)에 인접하게 구비될 수 있다. 또는, 제1 바디(110a)가 제2 바디(110b)보다 상하 방향으로 짧게 형성되는 경우, 절연부(120)는 가스가 주입되는 주입구(170a)에 인접하게 배치될 수 있다. 또한, 제1 및/또는 제2 바디가 비대칭으로 제조되는 경우, 절연부(120)는 제1 및 제2 바디의 형상에 따라 상기한 위치와 다른 위치, 예를 들어 비대칭 형상으로 배치될 수 있다. 이에 더해, 반응기 본체(110)가 다수 개의 바디, 예를 들어, 3 개 이상의 바디로 이루어지는 경우, 서로 인접한 두 개의 바디 사이마다 절연부(120)가 제공될 수도 있다.

상기한 바와 같이, 절연부(120)의 위치는 다양하게 변경될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 절연부(120)는 점화기에 인접한 위치에 제공될 수 있다. 이 경우 점화 효과가 상승할 수 있다.

변압기(150)는 반응기 본체(110)에 설치된다. 변압기(150)는 반응기 본체(110) 내부의 플라즈마 채널 형성 공간(130) 내에 플라즈마의 발생을 위한 유도 기전력을 제공한다. 이를 위해 변압기(150)는 코어 및 코어에 권선되는 일차 권선 코일을 포함할 수 있다. 코어는 페라이트 코어일 수 있다. 변압기(150)의 코어는 플라즈마 방전 채널의 일부를 쇄교하도록 반응기 본체(110)에 배치되고, 그 코어에 일차 권선 코일이 권선될 수 있다.

권선 코일에는 배선(181)을 통해 전원 공급부(180)가 연결된다. 전원 공급부(180)는 RF 전원을 생성하는 RF 생성기(RF Generator), 임피던스 매칭을 위한 RF 매칭기(RF matcher)를 포함할 수 있다. 전원 공급부(180)는 권선 코일에 전원을 공급하여 구동한다. 상기 전원은 RF 전원일 수 있다. 상기 전원은 반도체 소자들로 이루어진 스위칭 소자들ㅇㄹ 수 있다.

일차 권선 코일이 구동되면 반응기 본체(110) 내부의 플라즈마 방전 채널(133)이 이차 권선으로 기능하여 플라즈마 채널 형성 공간(130) 내에서 플라즈마가 방전될 수 있다. 페라이트 코어는 주입구(170a)와 배출구(170b) 사이의 토로이드에 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 코어는 주입구(170a)의 양쪽으로 가스를 분기시키는 대칭형 구조의 우측과 좌측 각각에 일대일로 장착되는 대칭적 구조를 형성할 수 있다. 그러나, 코어의 위치는 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(100)를 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 반응기 본체(110)는 적어도 2개 이상의 부분으로 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 본체는 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)를 포함할 수 있다. 그러나, 본체는 그 이상의 부분으로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 3개 이상으로 제공될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 점화기(140)는 제1 바디(110a) 상에 제공되되, 주입구(170a)에 인접한 위치에 제공될 수 있다. 도면에서는 설명의 편의를 위해 점화기(140)가 도면 상에서의 정면에 배치된 것을 점선으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에 있어서, 점화기(140)의 적어도 일부는 제1 바디(110a)와 분리되지 않는 일체로 형성될 수 있다. 특히, 점화기(140)의 적어도 일부는 주물 방법을 이용하여 제1 바디(110a)에 연결된 상태로 함께 동시에 제조될 수 있다. 후술하겠지만, 점화기(140)는 제1 바디(110a)로부터 외측 방향으로 돌출된 점화 포트와, 점화 포트 내에 제공된 점화 전극을 포함할 수 있는 바, 상기 점화기 중 점화 포트가 제1 바디(110a)와 분리되지 않는 일체로 형성될 수 있다. 그러나, 반응기 본체(110)와 점화기(140)는 이와 달리 형성될 별개로 형성될 수 있으며, 점화기를 별도로 제조하여 반응기 본체에 결합시킬 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 본체(110)는 서로 연결되는 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)를 포함할 수 있다. 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)는 각각이 토로이달 형상의 일부를 이루며, 두 바디가 연결되어 전체적으로 토로이달 형상을 이룰 수 있다. 반응기 본체(110)가 복수의 바디로 이루어지는 경우, 각각의 바디를 용접 가공, 주물 등의 제조 공정을 이용하여 용이하게 제조할 수 있으며, 복수 개의 바디를 결합함으로써 용이하게 토로이달 형상을 구현할 수 있다. 특히, 반응기(100)의 본체가 두 개, 즉, 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)로 이루어지는 경우 다수 개의 바디를 결합하는 구조에 비해 결합이 더욱 용이할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 반응기 본체(110)가 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)로 이루어진 것을 일 예로서 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)는 전체적인 형상이 실질적으로 대칭되는 형태로 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 비대칭적인 형상을 가질 수도 있다. 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)가 결합되어 토로이달 형상을 이루는 것으로 족하며, 제1 바디(110a) 및 제2 바디(110b)는 서로 다른 크기 다른 형상을 이룰 수도 있음은 물론이다.

제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)는 서로 연결되는 부분에서 내부에 구비된 플라즈마 방전 채널의 단면적에 대응되는 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 바디(110a)와 제2 바디(110b)의 내부 단면적은 동일하거나 상이할 수 있다.

반응기 본체(110)는 도전성 재료 또는 비도전성 재료로 이루어질 수 있다. 반응기 본체(110)가 도전성 재료로 이루어지는 경우 다양한 금속성 재료 또는 피복된 금속성 재료로 제조될 수 있다. 상기 반응기 본체(110)는 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속성 재료, 또는 양극 산화처리된 알루미늄, 니켈 도금된 알루미늄 등으로 제조될 수 있다. 상기 반응기 본체(110)가 비도전성 재료로 이루어지는 경우, 다양한 재료, 예를 들어, 석영, 사파이어, 가압된 알루미나, 및/또는 다른 유전체 등과 같은 절연 물질로 제조될 수 있다. 또는 반응기 본체(110)는 복합 소재, 예를 들어, 탄소나노튜브와 공유결합된 알루미늄으로 구성되는 복합체로 제조될 수도 있다. 여기서, 반응기 본체(110)는 연직 방향으로 가스 주입 및 배출이 이루어지는 형태(즉, 수직형 반응기) 또는 연직 방향의 직교하여 가스 주입 및 배출이 이루어지는 형태(즉, 수평형 반응기)일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 점화기(140)를 도시한 것으로서, 도 2의 B-B'선에 따른 단면도이다.

도 3을 참조하면, 점화기(140)는 본체로부터 연장된 점화 포트(141)와, 적어도 일부가 점화 포트(141) 내에 제공된 점화 전극(149), 및 점화 포트(141)와 점화 전극(149) 사이에 제공되며 점화 전극(149)으로부터 이격되어 배치된 실링 부재(147)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 점화 포트(141)는 반응기 본체로부터 돌출되어 형성된다. 상세하게는 점화 포트(141)는 반응기 본체로부터 돌출되어 연장된 연장부(141a)와, 반응기 본체와 반대측 연장부(141a)의 단부측에 제공된 플렌지(141b)를 포함한다. 여기서, 연장부(141a)는 소정의 내경을 갖는 배관 형상으로 제공되며 중심부의 공간이 반응기 본체와 연결된다. 플렌지(141b)는 연장부(141a)의 연장 방향에 수직한 방향으로 퍼지는 형상, 즉, 외부로 돌출된 형상을 가지며, 상기 연장부(141a)의 중심부 공간 부분에 대응하여 개구된 원반 형상을 가질 수 있다.

점화 전극(149)은 단차를 갖는 형상으로 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 점화 전극(149)은 일측으로 길게 돌출된 전극 본체(149a)와 상기 전극 본체(149a)에 연결되되 전극 본체(149a)보다 더 큰 직경을 갖는 헤드부(149b)를 포함한다. 전극 본체(149a)는 중심축을 갖는 원통형으로 제공될 수 있으며, 헤드부(149b)는 전극 본체(149a)의 중심축과 동일한 중심축을 갖는 소정 직경의 원통형으로 제공되되, 전극 본체(149a)의 직경보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 헤드부(149b)는 전극 본체(149a)의 연장 방향에 대해 전극 본체(149a)보다 더 작은 길이를 가지며, 전체적으로 보아 전극 본체(149a)와 헤드부(149b)는 못과 비슷한 형상으로 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 점화 전극(149)은 반응기 본체(110)와 축전 결합되어 있는 전극으로서, 전압은 반응기 내의 가스 점화를 위해 점화 전극(149)에 인가될 수 있다. 점화 전압은, 예를 들면 점화 전극(149)과 기준 전극 사이 또는 점화 전극(149)과 전도성의 반응기 본체(110) 사이에서 인가될 수 있다. 예를 들어, 점화 전압은, 점화 전극(149)의 전극 본체(149a)와 반응기 본체(110)으로부터 연장된 점화 포트(141)의 연장부(141a)와의 사이에 인가됨으로써 점화가 시작될 수 있다. 하나 이상의 점화 전극(149)은 반응기의 내부 표면 또는 외부 표면에 인접할 수 있다. 상기 기준 전극은 하나 이상의 점화 전극(149)과 협력하여 작용하는 반응기의 하나 이상의 전극 및/또는 하나 이상의 전도부와 연관되어 넓게 해석될 수 있다.

헤드부(149b) 상에는 점화 전극(149)을 보호하는 커버(149c)가 제공될 수 있다. 커버(149c)는 외부로 노출된 헤드부(149b)를 전부 커버할 수 있도록 상면과 측면을 모두 감싸는 형태로 제공될 수 있다.

점화 전극(149)은 적어도 일부가 상기 점화 포트(141) 내의 배관 형상의 연장부(141a) 중심부 공간 내에 삽입되는 바, 예를 들어, 일 방향으로 돌출된 전극 본체(149a)가 상기 점화 포트(141) 내의 연장부(141a) 중심부 공간 내로 삽입된다. 상기 헤드부(149b)는 본체와 분리되지 않는 일체로 형성된다.

상기 점화 전극(149)이 점화 포트(141)에 삽입될 때, 점화 포트(141)의 연장부(141a)는 상기 점화 전극(149)의 둘레를 둘러쌀 수 있다. 여기서, 연장부(141a)는 점화 전극(149)과의 사이에 점화 가스가 주입될 수 있는 주입 공간이 있도록 소정 거리로 이격된 형태로 둘러싼다. 즉, 점화 포트(141)의 연장부(141a)의 내경을 제1 직경(R1)이라고 하고, 점화 전극(149)의 외경을 제2 직경(R2)이라고 하면, 제1 직경(R1)은 제2 직경(R2)보다 클 수 있다.

점화 전극(149)은 금속 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 점화 전극(149)은 알루미늄으로 구성될 수 있다. 그러나, 점화 전극(149)의 재료는 이에 한정되는 것은 아니다. 도시하지는 않았지만 점화 전극(149)은 일차권선으로 전력을 공급하는 전원 공급부에 함께 연결될 수도 있고, 별도의 전원 공급원에 연결될 수 있다.

점화 포트(141)와 점화 전극(149) 사이에는 실링 부재(147)가 제공된다. 실링 부재(147)는 반응기 본체와 연결된 점화 포트(141) 내의 공간을 외부로부터 진공 봉지하기 위한 것이다. 반응기는 플라즈마 발생을 위하여 진공 상태를 유지해야 하므로 반응기의 내부 플라즈마 형성 공간과 점화기(140)의 밀폐가 매우 중요하다. 이러한 밀폐력을 향상시키기 위하여 실링 부재(147)가 제공되며, 이를 위해 실링 부재(147)는 링 형상의 탄성 재료로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 실링 부재(147)는 점화 전극(149)과 소정 거리(D1) 이격된 위치에 제공된다. 실링 부재(147)는 점화 전극(149)의 전극 본체(149a)로부터 소정 거리(D1) 이격된 상태로 점화 전극(149)의 전극 본체(149a)의 둘레에 배치된다. 실링 부재(147)가 점화 전극(149)으로부터 이격됨으로써, 점화 전극(149)의 둘레에 근접 배치되는 구조와 달리, 실링 부재(147)의 충격에 의한 손상, 예를 들어 열에 의한 손상이 최소화 될 수 있다. 실링 부재(147)의 손상이 최소화됨으로써 반응기 본체, 및 점화 포트(141) 내의 공간이 안정적으로 봉지될 수 있다. 또한 실링 부재(147)의 열에 의한 손상이 최소화됨으로써 점화기(140) 근처에 실링 부재(147)의 열 손상에 의한 파티클 및 점화 반응의 진행 등에 의한 파티클 등이 쌓이는 것이 최소화될 수 있으며, 이에 따라 점화 효율이 향상된다.

실링 부재(147)는 실시예에 따라 복수 개로 제공될 수 있는 바, 상기 실링 부재(147) 중 점화 포트(141)의 플렌지(141b)에 가장 가까운 위치에 배치된 실링 부재(147)는, 특히, 점화 전극(149)으로부터 이격된, 점화 포트(141)의 플렌지(141b) 상의 임의의 지점에 위치할 수 있다. 이로서, 점화 포트(141)에 가장 가까운 실링 부재(147)는 점화 전극(149)으로부터의 열에 의한 손상이 최소화될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 점화 전극(149)과 플렌지(141b) 사이에는 가스 공급부(143)가 제공될 수 있다. 상기 가스 공급부(143)는 점화를 용이하게 하기 위한 점화 가스를 상기 연장부(141a)가 이루는 배관 형태의 공간에 제공할 수 있다. 가스 공급부(143)는 점화 가스를 배관 형태의 공간에 제공하기 위한 가스 주입구(143i)와, 가스 주입구(143i)로부터 배관 형태의 공간으로 제공하는 유로(143p)를 포함한다. 상기 유로(143p)가 상기 배관 형태의 공간에 접하는 곳에는 가스 공급홀(143h)이 제공된다. 가스 주입구(143i)는 1개 이상으로 제공될 수 있으며, 유로(143p) 또한 각 가스 주입구(143i)에 대해 1개 이상으로 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 가스 공급홀(143h)은 후술할 절연 부재(145)를 마주보는 위치로 배치될 수 있다. 이는 가스 공급홀(143h)을 통해 배출되는 가스의 이동 방향을 제어하기 위한 것이다. 특히 가스 공급홀(143h)은 플렌지(141b)가 배치되는 반대쪽으로 가스가 분사될 수 있도록 형성될 수 있다. 분사된 가스는 절연 부재(145)에 반사된 후 이후 반응기 본체의 공간 측으로 이동하게 된다. 점화 가스가 상기한 경로로 이동함으로써 점화 효율이 향상되는 효과가 있다.

상기 가스로는 다양한 것이 있을 수 있으나, 비활성 가스가 사용될 수 있다. 비활성 가스는 많은 상황에서 무반응성 또는 반응을 하더라도 낮은 반응 속도를 갖는 가스를 의미한다. 비활성 가스는 예를 들어, 아르곤, 네온, 질소, 제논, 라돈, 크립톤, 아르곤과 산소의 혼합 가스 등과 같은 낮은 이온화 전위를 갖는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 비활성 가스가 아닌 가스는 반응성 가스이다. 반응성 가스는 하나 이상의 화학 반응에 참가하는 경향이 있는 몇몇 종을 포함한 가스를 의미한다. 특히, 활성 가스는 반응성이 높은 가스로서, 이온, 자유 라디컬, 중성 반응 원자 및 분자 중 어느 하나일 수 있다.

상기 점화 가스는 플라즈마 챔버 내로 도입됨으로써 플라즈마를 점화할 때 필요한 전압을 감소시킬 수 있다.

플렌지(141b)와 점화 전극(149)의 사이, 예를 들어, 가스 공급부(143)와 점화 전극(149)의 사이, 및/또는 플렌지(141b)와 가스 공급부(143) 사이에는 절연 부재(145)가 제공될 수 있다. 절연 부재(145)는 점화 포트(141)와 점화 전극(149) 사이를 절연하기 위해 제공될 수 있으며, 점화 전극(149)과 점화 포트(141) 사이의 절연 상태를 유지시킴으로써 둘 사이의 용량성 결합을 가능하게 한다.

절연 부재(145)는 점화 포트(141)와 점화 전극(149)을 효과적으로 절연하고 점화 전극(149)을 지지하며 내부 반응기의 공간을 밀폐할 수 있는 한도 내에서 다양한 개수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(145)는 점화 포트(141)의 플렌지(141b)와 점화 전극(149)의 헤드부(149b) 사이, 구체적으로 가스 공급부(143)와 점화 전극(149)의 헤드부(149b) 사이에 제공될 수 있다. 절연 부재(145)는 가운데가 개구된 링 형상으로 제공될 수 있으며, 가운데 개구된 부분으로 점화 전극(149)의 전극 본체(149a)가 삽입될 수 있다.

절연 부재(145)는 복수 개로 제공될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 절연 부재(145)는 절연 부재(145)는 전극 본체(149a)의 외주면과 직접 접촉하는 링 형상의 제1 절연 부재(145a)와, 제1 절연 부재(145a)보다 더 큰 직경을 갖는 링 형상의 제2 절연 부재(145b)를 포함할 수 있다. 제1 절연 부재(145a)와 제2 절연 부재(145b)는 일체로 형성될 수도 있고 별개의 구성으로 형성될 수도 있다. 제1 및 제2 절연 부재(145a, 145b)가 서로 분리된 별개로 이루어진 경우, 링 형상의 제2 절연 부재(145b)의 내측에 링 형상의 제1 절연 부재(145a)가 배치될 수 있으며, 제2 절연 부재(145b)의 링의 내측면이 제1 절연 부재(145a)의 링의 외측면과 직접 접촉할 수 있다.

절연 부재(145)는 내열성 절연 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(145)는 세라믹이나 사파이어와 같은 재료로 형성될 수 있다. 절연 부재(145)가 복수 개로 제공되는 경우, 각 절연 부재(145)의 재료는 동일할 수도 있고 달리 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 절연 부재(145a, 145b)는 모두 사파이어로 형성될 수도 있고, 모두 세라믹으로 형성 될 수 있으며, 하나는 사파이어, 하나는 세라믹으로 형성될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 점화 포트(141)의 플렌지(141b)로부터 점화 전극(149) 사이에 순차적으로 가스 공급부(143) 및 절연 부재(145)가 배치된 것을 도시하였으나, 이는 일예를 설명한 것으로서, 일부 구성요소가 생략되거나 그 순서가 바뀔 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이 점화 포트(141)와 점화 전극(149)의 사이에는 반응기 내부에 연결된 배관 형태의 공간을 외부로부터 실링하기 위한 실링 부재(147)가 제공 될 수 있는 바, 상기 실링 부재(147)는 복수 개로 제공될 수 있다. 실링 부재(147)가 복수 개로 제공되는 경우, 실링 부재(147)는 점화 포트(141)와 가스 공급부(143) 사이, 가스 공급부(143)와 절연 부재(145) 사이, 절연 부재(145)와 점화 전극(149) 사이 중 적어도 하나에 제공될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 실링 부재(147)는 점화 포트(141)와 가스 공급부(143) 사이의 제1 실링 부재(147a), 가스 공급부(143)와 절연 부재(145) 사이의 제2 실링 부재(147b), 및 상기 절연 부재(145)와 점화 전극(149) 사이의 제3 실링 부재(147c)를 포함할 수 있다.

제1 실링 부재(147a)는 플렌지(141b)와 가스 공급부(143) 사이를 완전히 밀폐함으로써 반응기 내부를 진공으로 유지한다. 제2 실링 부재(147b)는 가스 공급부(143)와 절연 부재(145) 사이 및/또는 제3 실링 부재(147c)는 절연 부재(145)와 점화 전극(149) 사이에서 인접한 두 구성 요소 사이를 완전히 밀폐함으로써 반응기 내부를 진공으로 유지한다. 상기 제2 및 제3 실링 부재(147b, 147c)가 제1 실링 부재(147a)에 더해 설치 됨으로써, 제1 실링 부재(147a)에 일부 열에 의한 손상이 있더라도, 반응기 내부의 밀폐는 안정적으로 유지될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 점화 포트(141)와 가스 공급부(143) 사이, 가스 공급부(143)와 절연 부재(145) 사이, 절연 부재(145)와 점화 전극(149) 사이 각각에 실링 부재(147)가 제공된 것을 일 예로서 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 실링 부재(147)는 점화 포트(141)와 가스 공급부(143) 사이, 가스 공급부(143)와 절연 부재(145) 사이, 절연 부재(145)와 점화 전극(149) 사이 중 하나에 제공될 수도 있고, 두 위치에 제공될 수도 있고 세 위치 모두에 제공될 수도 있다.

상술한 구조를 갖는 반응기는 점화기에 있어서의 내열 성능, 특히, 실링 부재의 내열 성능이 향상됨으로써 진공 유지 효과가 크다. 이에 따라, 상기 반응기를 채용하는 플라즈마 발생 장치의 경우도 내열 성능이 향상됨으로써 성능 향상은 물론 내구성이 향상된다.

상기한 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치는, 점화 가스가 가스 공급부를 통해 유입되고 점화 전극으로 전력이 인가되며, 반응기 내부의 유입구를 통해 내부로 공정가스가 유입되면, 반응기 내부의 플라즈마 방전 채널로 기전력을 전달되어 플라즈마가 방전된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 방전을 위한 점화기의 실링 부재가 점화기 내의 점화 전극으로부터 이격되어 설치됨으로써 실링 부재의 손상에 의한 진공 파괴 등의 문제점이 해결된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 구성 요소들은 다양한 형태로 변경될 수 있으며, 예를 들어, 상술한 실시예와 다른 형상이나 크기로 제조될 수 있다.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 점화기(140)를 도시한 단면도로서, 절연 부재(145)의 크기가 도 3에 도시된 바와 달리 형성된 것을 도시한 것이다.

도 4을 참조하면, 절연 부재(145)는 복수 개로 제공될 수 있으며, 서로 다른 직경을 갖는 링 형상으로 형성될 수 있다. 절연 부재(145)는 전극 본체(149a)의 외주면과 직접 접촉하는 링 형상의 제1 절연 부재(145a) 및 제1 절연 부재(145a)보다 더 큰 직경을 갖는 링 형상의 제2 절연 부재(145b)를 가질 수 있다. 여기서, 제1 절연 부재(145a)는 상술한 실시예에서와 다른 높이를 가질 수 있다. 제1 절연 부재(145a)는 다양한 크기로 제조될 수 있으며, 상술한 실시예에서는, 제1 절연 부재(145a)의 높이가, 점화 포트(141)의 내경과 점화 전극(149)의 전극 본체(149a)의 외경의 차이만큼의 높이를 갖는 것이 도시되었다. 그러나, 본 실시예에서는 이와 달리 제1 절연 부재(145a)의 높이가 점화 포트(141)의 내경과 점화 전극(149)의 전극 본체(149a)의 외경의 차이보다 더 큰 값을 가질 수 있다. 즉, 점화 전극(149)의 전극 본체(149a)로부터 점화 포트(141) 내부의 배관 형상의 중심부의 내측면까지의 최단 거리를 제1 거리라고 하면, 제1 절연 부재(145a)의 높이는 제1 거리보다 클 수 있다. 여기서, 제1 절연 부재(145a)의 높이는 전극 본체(149a)의 외주면으로부터 제1 절연 부재(145a)의 상면까지의 거리이다.

이와 같이, 제1 절연 부재(145a)의 높이를 크게 형성함으로써, 즉, 링 형상의 제1 절연 부재(145a)의 링의 단면에서의 폭/두께가 크게 형성됨으로써, 점화 이후의 아크 발생이 방지될 수 있다. 또한, 제1 절연 부재(145a)의 강성도 강화됨으로써 제1 절연 부재(145a)의 파손이 방지될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 점화기(140)는 반응기 본체(170)에 설치된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기를 도시한 것으로서, 점화기(140)가 반응기에 설치된 모습 일부를 도시한 단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 점화기(140)는 반응기 본체(170)에 대해 소정의 각도(θ)로 기울어진 형상을 갖는다. 예를 들어, 전극 본체(149a)는 중심축을 갖는 원통형으로 제조될 수 있는데, 상기 원통 형상의 중심축은 반응기 본체(170)의 외측면, 또는 반응기 본체(170)의 외측면에 수직한 선에 대해 경사진다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 전극 본체(149a)의 중심축은 반응기 본체(170)의 외측면의 수직한 선이 이루는 각도(θ)는 약 1도 내지 10도, 또는 약 1도 내지 약 7도, 또는 약 2.5도 내지 약 5도일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 설명의 편의를 위해 반응기 본체(170)의 단면이 직선을 이루는 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 곡선의 형태로 이루어질 수도 있다. 이 경우 전극 본체(149a)의 중심축이 반응기 본체(170)와 연결된 부분에서의 접선에 대해 점화 포트(141)의 연장 방향이 기울어진 정도가 상기 각도에 대응할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 전극 본체(149a)의 중심축이 반응기 본체(170)에 기울어진 형상을 가짐으로써, 이에 대응하는 점화 포트(141)의 형상 또한 반응기 본체(170)에 기울어진 형상을 갖는다. 이에 따라, 반응기 본체(170)의 플라즈마 형성 공간측으로 점화가스가 용이하게 주입될 수 있으며 그 외 방전 시에도 점화 포트(141)측에 이물질이 누적되는 것이 방지될 수 있다. 점화 포트(141)의 내부 공간에 이물질이 누적되는 경우 점화 효율이 저하될 수 있으나, 점화 포트(141)가 경사진 형태로 제공됨으로써 이러한 문제가 방지된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 점화 전극(149)의 단부 위치는 다양한 형태로 변경될 수 있다. 도 5에 있어서, 점화 전극(149)의 단부의 위치가, 반응기 본체(170)가 이루는 플라즈마 형성 공간에서의 내측면과 동일 평면 상에 배치될 수 있으나, 이와 달리 형성될 수도 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 점화 전극(149) 단부의 위치를 도시한 단면도이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상술한 실시예에서는 점화 전극(149)의 단부의 위치가, 반응기 본체(170)의 내측면과 동일 평면 상에 배치되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6a에서와 같이, 점화 전극(149)의 단부의 위치가 반응기 본체(170)의 내부 공간, 즉 플라즈마 형성 공간으로 소정 거리(L1)만큼 돌출될 수 있다. 이 경우, 점화 전극(149)의 단부가 내측으로 돌출됨으로써 점화기(140)의 점화 효율이 상승될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6b에서와 같이, 점화 전극(149)의 단부의 위치가 반응기 본체(170)의 내부 공간으로부터 조금 안쪽으로 떨어진 부분에 배치될 수 있으며, 이 경우 점화 전극(149) 단부가 플라즈마 형성 공간으로부터 소정 거리(L2)만큼 함몰된 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 플라즈마 형성 공간 내의 플라즈마에 의한 손상이 감소되는 효과가 있어, 점화 전극(149)의 수명이 증가될 수 있다.

또는 도 5에서와 같이, 플라즈마에 의한 손상을 줄이면서도 점화기의 점화 효율을 어느 정도 확보할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는, 점화 전극의 위치를 적절하게 변경함으로써 점화 전극의 수명 및 점화 효율의 최적화를 구현할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 가스 공급부 또한 다양한 형태로 변경될 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 가스 공급부(143)에서의 유로(143p) 및 가스 공급홀(143h)의 형상을 도시한 단면도들이다. 본 도면들은 점화 전극의 원통의 중심축에 수직한 방향으로 자른 단면도들이다.

도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 가스 공급부(143)에 있어서, 가스 주입구(143i)는 1개 또는 복수 개로 이루어질 수 있다. 가스 주입구(143i)는 유로(143p)를 통해 점화 가스가 제공되는 내부 공간으로 공급된다. 유로(143p)의 끝에는 공급홀(143h)이 제공되며 공급홀(143h)은 절연 부재와 마주보거나 점화 전극(149)의 전극 본체와 마주볼 수 있다. 본 도면에서는 편의를 위해 단면의 형태로 작성되어 점화 전극을 마주보는 것으로 도시되었으나, 유로(143p) 및 유로(143p)의 단부에 제공된 공급홀(143h)은 점화 전극의 연장 방향에 비스듬하게 제공될 수 있으며 그 단부 또한 점화 전극에 비스듬한 방향, 또는 절연 부재에 비스듬한 방향으로 배치될 수 있다.

본 도면들에 있어서, 가스 주입구(143i)는 각각 서로 다른 위치에 복수 개로 개시되었으나 별도의 배관 등의 구성을 통해 하나의 배관으로 연결될 수 있다. 즉, 외부로부터 하나의 배관을 통해 가스가 주입될 수 있으며 내부에서 복수 개의 가스 주입구(143i)로 분리되어 복수의 경로를 통해 내부로 가스가 제공될 수 있다.

도 8a 내지 도 8c는 다른 실시예에 따른 가스 공급부(143)에서의 유로(143p) 및 가스 공급홀(143h)의 형상을 도시한 단면도들이다.

도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 가스 주입구(143i), 유로(143p), 및 공급홀(143h)을 통해 가스가 제공될 때, 점화 전극(149)의 전극 본체의 둘레를 따라 가스가 와류를 형성할 수 있도록, 가스 공급부(143)에서의 유체 제공이 스파이럴 구조로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 공급홀(143h)은 상기 공급홀(143h)을 통해 배출되는 가스가 상기 점화 전극(149)의 전극 본체의 둘레에 스파이럴 형상으로 진행하도록 상기 점화 전극(149)의 전극 본체가 이루는 면에 비스듬하게 대향할 수 있다.

이를 통해 가스 주입구(143i)로 주입된 가스는 점화 전극의 외주면을 따라 소용돌이 형태로 회전하면서 반응기 본체 쪽으로 공급된다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기, 및/또는 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치는 반도체 공정 등에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기, 및/또는 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치(10)는 공정 중에 발생하는 배기 가스 처리를 위해 사용될 수 있다.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(10)가 반도체 공정 중 배기 가스 처리용 장치로 사용된 것을 개략적으로 도시한 도면들이다.

도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 가스 처리 장치는 플라즈마 발생 장치(10) 및 상기 플라즈마 발생 장치(10)에 연결된 포집부(30)를 포함할 수 있다.

플라즈마 발생 장치(10)는 상술한 것으로서 도 1a 및 도 1b에 도시된 플라즈마 발생 장치(10)이거나, 이와 유사하되 일부 구성이 변형된 것일 수 있다. 즉, 플라즈마 발생 장치(10)는 반응기(110), 변압기(150), 및 전원 공급부(미도시)를 포함할 수 있다. 반응기는 플라즈마 발생 장치(10)의 주요 구성으로서, 플라즈마 채널 공간을 제공하는 반응기(110)에는 상술한 점화기(140)가 제공된다. 반응기 본체(110)는 토로이달 형상을 가지며 그 내부에 플라즈마 채널을 위한 공간이 제공된다. 반응기에는 가스의 주입 및 배출을 위한 주입구(170a)와 배출구(170b)가 설치된다.

포집부(30)는 상기 플라즈마 발생 장치(10)의 일측에 연결된다.

포집부(30)는 배기가스가 플라즈마 에너지를 인가받아 유해한 성분들이 산화 등의 반응으로 인해 연소되거나 정화됨으로써 파티클 형태의 이물질들이 형성되면 그 이물질들을 포집한다. 포집부(30)의 일측에는 파티클 형태의 이물질들이 포집부(30)에서 포집된 후의 배기가스를 외부로 배출시키는 배출 펌프(미도시)가 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 포집부(30)는 도 9a에 도시된 바와 같이 플라즈마 발생 장치(10)의 배출구(170b)에 연결될 수 있다. 본 실시예에서는 토로이달 형상의 반응기가 제공되고, 토로이달 형상의 반응기와 분리된 별개의 포집부(30)가 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 포집부(30)는 도 9b에 도시된 바와 같이 별도의 배출구(170b) 없이 플라즈마 발생 장치(10)의 반응기 일부에 곧바로 연결될 수도 있다. 본 실시예에서는, 토로이달 형상의 반응기 일부가 포집부(30)에 연결되어 토로이드 형상의 채널이 포집부(30) 상부 내에 형성된다. 반응기의 제1 바디와 제2 바디는 서로 절연부를 사이에 두고 연결되기는 하나 제2 바디(110b)가 포집부(30)와 연결되어 포집부(30)와 일체로 형성된다는 점만 다르다. 본 실시예의 경우, 토로이달 형상의 플라즈마 채널이 포집부(30) 내까지 연장되는 형태이기 때문에 포집부(30) 내의 배기 가스까지 포함하여 연소, 분해, 정화시킬 수 있다.

따라서, 상술된 배기 가스 처리 장치는 공정 처리 장치 중 하나로서, 플라즈마 발생 장치(10) 및 상기 플라즈마 발생 장치(10)에 연결된 포집부(30)를 포함함으로써, 공정 챔버(20)를 거친 후 이물질들이 제거된 정화된 가스를 제공하며, 이에 따라 배기 펌프에 악영향을 주지 않고 상기 배기 펌프의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 도 9c에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생 장치(10)의 주입구(170a)에는 부가 주입구(171)가 플라즈마 발생 장치(10)의 반응기와 일체로 또는 개별적인 부품으로 만들어 연결될 수 있다. 부가 주입구(171)는 부가 주입구(171)는 공정 가스 주입을 위한 주입구(170a)에 연결되는 개구 1개와 이외에 반응기 본체(110)를 클리닝 하기 위한 복수의 개구로 이루어질 수 있다. 즉, 부가 주입구(171)는 적어도 두 개 이상으로 제공될 수 있으며, 예를 들어, 도 9c에 도시된 바와 같이 3개의 개구를 갖는 구조로 제공될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 3개의 개구 중 가운데 개구는 공정 가스 주입을 위한 개구이며, 가운데 개구의 양측에 제공된 2개의 개구는 반응기 본체(110)의 클리닝을 위한 개구들이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 양측에 제공된 클리닝을 위한 복수 개의 개구를 통해 반응기 본체(110) 내부가 양측에서 효과적으로 클리닝될 수 있다.

이와 같이, 공정 가스 주입을 위한 주입구(170a) 이외에 별도의 부가 주입구(171)을 설치함으로써, 용이하게 반응기 본체(110)의 내부, 특히, 반응기 본체(110)의 상부측에 쌓인 파우더와 같은 이물질들을 효과적으로 단시간에 클리닝할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예는 유지 보수 시간이 감축되는 것은 물론 유지 비용이 감소하는 효과가 있다. 종래 기술에서는, 반응기 본체(110)를 클리닝하기 위해 다른 구성(예를 들어, 공정 챔버 또는 공정 챔버와 반응기를 잇는 배기 라인 등)와 반응기(10) 사이의 연결 구조를 모두 분해해야만 했으나, 본 발명에서는 그러한 분해 과정이 필요가 없기 때문이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(10)는 다양한 종류의 공정 처리 장치에 채용될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 발생 장치(10)는 상술한 바와 같이 배기가스 처리 장치로서 사용될 수도 있으나, 공정 챔버(20)에 플라즈마를 제공하는 용도로 사용될 수도 있다. 즉, 플라즈마 발생 장치(10)는 공정 챔버(20)에서 이루어지는 공정의 전단계에 사용되어 공정 챔버(20)에 플라즈마를 제공하는 용도로 수 있다. 이와 독립적으로 플라즈마 발생 장치(10)는 공정 챔버(20)에서 이루어지는 공정의 후단계에 사용되어 공정 챔버(20)로부터 나오는 배기 가스를 처리하는 용도로 사용될 수 있다. 이하의 실시예에서는 설명의 중복을 피하기 위해 실질적으로 동일하거나 유사한 구성의 경우 내용 설명을 생략한다.

도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예들에 따른 공정 처리 장치들을 도시한 개략도들이다.

도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치로서, 공정 챔버(20)에서의 공정 이후 단계에 플라즈마 발생 장치(10)가 연결된 것을 도시하였다.

도 10a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치는 공정 챔버(20), 공정 챔버(20)에 연결되며, 플라즈마 발생 장치(10) 및 포집부(30)를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 포함한다.

공정 챔버(20)는 포토레지스트를 제거하는 애싱(ashing) 챔버일 수 있고, 절연막을 증착시키도록 구성된 CVD(Chemical Vapor Deposition) 챔버일 수 있고, 각종 절연막 구조 및 금속 배선 구조들을 형성하기 위한 에칭 챔버일 수 있다. 또는 절연막이나 금속막 등을 증착시키키기 위한 PVD 챔버일 수도 있다.

공정 챔버(20)는 내부에 피처리 기판(23)을 지지하기 위한 서셉터(21)를 포함할 수 있다. 피처리 기판(23)은 예를 들어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판 등일 수 있으며 그 종류는 한정되는 것이 아니다.

플라즈마 발생 장치(10)는 공정 챔버(미도시)의 배기가스에 플라즈마 에너지 및/또는 정화 가스 등을 인가함으로써 배기 가스의 유해 성분들을 연소시키거나 정화시키는 데 사용된다. 이를 위해, 상기 플라즈마 발생 장치(10)의 주입구(170a)는 공정 챔버의 배출구에 연결된다. 이를 위해 플라즈마 발생기(10)의 주입구(170a)는 공정 챔버의 배출구의 직경에 대응하는 크기로 제공될 수 있다.

포집부(30)는 상기 플라즈마 발생 장치(10)의 타측, 즉 플라즈마 발생기(10)의 배출구(170b) 측에 배기관을 통해 연결된다. 플라즈마 발생기(10)의 배출구(170b)는 배기관의 직경에 대응하는 크기로 제공될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 주입구(170a)와 배출구(170b)의 크기는 배기 가스 및 반응 후 결과물의 이동이 용이하도록 상대적으로 큰 직경으로 제공될 수 있다.

포집부(30)는 배기가스가 플라즈마 에너지를 인가받아 유해한 성분들이 산화 등의 반응으로 인해 연소되거나 정화됨으로써 파티클 형태의 이물질들이 형성되면 그 이물질들을 포집한다. 포집부(30)의 일측에는 파티클 형태의 이물질들이 포집부(30)에서 포집된 후의 배기가스를 외부로 배출시키는 배출 펌프(미도시)가 설치될 수 있다.

배기 가스는 공정을 진행하면서 발생되는 것으로서 그 종류는 한정되는 것은 아니다. 배기 가스는 예를 들어 PFCs(perfluorocompounds) 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 발생 장치(10)에는 공정 챔버(20) 및/또는 플라즈마 발생 장치(10)를 제어하는 제어부가 연결될 수 있다. 제어부는 공정 챔버(20) 및 플라즈마 발생 장치(10) 전반을 제어하기 위한 구성 요소이다. 제어부는 전원 공급원과 연결되어 플라즈마 챔버에 공급되는 전원을 제어한다. 제어는 플라즈마 발생 장치(10)를 제어하기 위한 제어 신호를 발생하여 플라즈마 챔버와 공정 챔버(20)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 반응기에는 플라즈마 상태를 측정하기 위한 측정 센서가 구비될 수 있으며, 제어부는 측정된 값과 정상 동작에 기준한 기준값과 비교하여 전원 공급원을 제어함으로써 무선 주파수의 전압 및 전류를 제어한다.

도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치로서, 공정 챔버(20)에서의 공정 이후 단계에 플라즈마 발생 장치(10)가 연결된 것을 도시한 것이다.

도 10b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치는 공정 챔버(20), 공정 챔버(20)에 연결되며, 플라즈마 발생 장치(10) 및 포집부(30)를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 포함한다. 여기서, 공정 챔버(20)와 포집부(30) 사이는 배기관으로 연결되며, 상기 배기관에 플라즈마 발생 장치(10)가 연결된다.

본 실시예에 있어서, 배기관을 통해 배기 가스가 공정 챔버(20)를 통해 배출되며 플라즈마 발생 장치(10)를 통해 플라즈마 에너지 및/또는 정화 가스 등을 배기가스에 인가함으로써 배기 가스의 유해 성분들을 연소시키거나 정화시킨다. 도 10b에 도시된 실시예는 도 10a와 차이는 크지 않으며, 플라즈마 소스를 원격으로 제공한다는 점에서 다르다.

도 10b에 있어서, 별도로 도시하지는 않았으나, 배기관과 플라즈마 발생 장치(10) 사이에는 공정 챔버(20)로부터 배기되는 배기 가스와 플라즈마 장치(10)로부터 공급되는 플라즈마 라디칼이 혼합되는 믹싱 챔버가 더 구비될 수 있다. 플라즈마 발생 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 라디칼을 형성할 수 있으며, 상기 라디칼은 믹싱 챔버 내로 공급되어 공정 챔버(20)로부터 배기되는 배기 가스와 반응하여 배기 가스를 분해할 수 있다. 분해된 배기 가스 결과물들은 파우더와 같은 최종 결과물 분해될 수 있으며, 이러한 최종 결과물은 포집부(30)에서 포집될 수 있다.

도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치로서, 공정 챔버(20)에서의 공정 이전 단계에 플라즈마 발생 장치(10)가 연결된 것을 도시한 것이다.

도 10c를 참조하면, 공정 처리 장치는 공정 챔버(20), 공정 챔버(20)에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 발생 장치(10)를 포함할 수 있다.

플라즈마 발생 장치(10)는 공정 챔버(20)의 일측에 제공된다. 플라즈마 발생 장치(10)의 배출구(170b)는 공정 챔버(20)에 연결될 수 있다. 이에 따라 플라즈마 발생 장치(10)로부터 발생된 플라즈마 중 라디컬 성분이 공정 챔버(20) 내에 공급된다. 플라즈마 발생 장치(10)에서 공정 챔버(20)로 제공하는 라디컬을 이용하여 기판(23)을 다양하게 처리할 수 있는 바, 예를 들어, 에칭(Etching) 공정, 에싱(Ashing) 공정, 화학기상증착(CVD) 공정, 원자층증착(ALD) 공정 및 플라즈마 화학증착(PECVD) 공정 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

또는 기판(23)이 언로딩된 상태에서 공정챔버 내부를 세정하기 위한 세정공정일 수 있다.

도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치로서, 공정 챔버(20)에서의 공정 이전 단계 및 공정 이후 단계 모두에 플라즈마 발생 장치(10)들이 연결된 것을 도시한 것이다. 즉 공정 챔버(20)에서의 공정 전단계에서 제1 플라즈마 발생 장치(11)가 연결될 수 있으며, 공정 챔버(20)에서의 공정 후 단계에서 제2 플라즈마 발생 장치(13)가 연결될 수 있다. 제2 플라즈마 발생 장치(10)는 포집부(30)와 함께 상술한 배기 가스 처리기를 구성할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

10 : 플라즈마 발생 장치 100 : 반응기
110 : 본체 110a : 제1 바디
110b : 제2 바디 120 : 절연부
130 : 플라즈마 형성 공간 140 : 점화기
141 : 점화 포트 141a : 연장부
141b : 플렌지 143 : 가스 공급부
145 : 절연 부재 145a : 제1 절연 부재
145b : 제2 절연 부재 147 : 실링 부재
147a : 제1 실링 부재 147b : 제2 실링 부재
147c : 제3 실링 부재 149 : 점화 전극
149a: 전극 본체 149b : 헤드부
150 : 변압기 170a : 가스 주입구
170b : 가스 배출구 20 : 공정 챔버
30 : 포집기

Claims (20)

1. 플라즈마 형성 공간을 제공하는 반응기 본체; 및
   상기 반응기 본체에 장착되어 상기 플라즈마 형성 공간 내에 플라즈마 방전을 개시하는 점화기를 포함하며,
   상기 점화기는
   상기 반응기 본체로부터 연장된 점화포트;
   적어도 일부가 상기 점화 포트 내에 제공된 점화 전극; 및
   상기 점화 포트와 상기 점화 전극 사이에 제공되며 상기 점화 전극으로부터 이격되어 배치된 실링 부재를 포함하는 반응기.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 점화 포트와 점화 전극 사이에 제공된 가스 공급부를 더 포함하며, 상기 실링 부재는 상기 점화 포트와 상기 가스 공급부 사이에 제공되는 제1 실링 부재를 포함하는 반응기.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 점화 포트는
   상기 반응기 본체로부터 돌출 연장된 연장부; 및
   상기 연장부의 상기 반응기 본체와 반대측 단부에 제공된 플렌지를 포함하는 반응기.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 점화 전극은 일 단이 상기 반응기 본체측을 향하는 전극 본체; 및
   상기 전극 본체에 연결되며 상기 반응기 본체보다 넓은 직경을 갖는 헤드부를 포함하는 반응기.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 전극 본체는 중심축을 갖는 원통형으로 제공되며, 상기 중심축은 상기 본체의 외측면에 수직한 선에 대해 경사진 반응기.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 중심축과 상기 본체의 외측면에 수직한 선이 이루는 각도는 1도 내지 10도인 반응기.
7. 제4 항에 있어서,
   상기 가스 공급부와 상기 점화 전극 사이에 제공된 절연 부재를 더 포함하며, 상기 제1 실링 부재는 상기 플렌지와 상기 가스 공급부 사이에 배치되는 반응기.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 가스 공급부와 상기 절연 부재 사이에 제공된 제2 실링 부재 및 상기 절연 부재와 상기 점화 전극 사이에 제공된 제3 실링 부재를 더 포함하는 반응기.
9. 제7 항에 있어서,
   상기 절연 부재는 상기 전극 본체의 외주면과 직접 접촉하는 링 형상의 제1 절연 부재; 및
   상기 제1 절연 부재보다 더 큰 직경을 갖는 링 형상의 제2 절연 부재를 포함하는 반응기.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 점화 포트의 연장부는 상기 점화 포트 연장부와 상기 점화 전극 사이에 점화 가스 주입 공간이 형성되도록 상기 점화 전극의 둘레를 제1 거리로 이격하여 둘러싸는 반응기.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 절연 부재는 상기 전극 본체의 외주면으로부터의 높이가 상기 제1 거리보다 큰 반응기.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 점화 가스를 주입하기 위한 점화가스 주입구, 상기 주입구에 연결된 유로, 및 상기 유로의 단부에 제공된 공급홀을 가지는 반응기.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 공급홀은 상기 절연 부재를 마주보는 반응기.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 공급홀은 상기 공급홀을 통해 배출되는 가스가 상기 전극 본체의 둘레에 스파이럴 형상으로 진행하도록 상기 전극 본체가 이루는 면에 비스듬하게 대향하는 반응기.
15. 제1 항에 있어서,
    상기 반응기 본체에 공정 가스를 주입하기 위한 주입구 및 상기 주입구에 연결된 부가 주입구를 포함하며, 상기 부가 주입구는 복수 개의 개구를 갖는 반응기.
16. 제1 항에 있어서,
    상기 반응기 본체는 토로이달 형상을 갖는 반응기.
17. 제1 항에 있어서,
    상기 반응기 본체와 상기 점화 포트는 서로 분리되지 않는 일체로 제공되는 반응기.
18. 내부에 플라즈마 형성 공간을 제공하는 반응기 본체, 및 상기 반응기 본체에 장착되어 상기 플라즈마 형성 공간 내에 플라즈마 방전을 개시하는 점화기를 포함하는 반응기; 및
    상기 반응기에 결합되어 상기 반응기 본체에 플라즈마 발생을 위한 유도기전력을 형성하는 변압기를 포함하며,
    상기 점화기는
    상기 반응기 본체로부터 연장된 점화포트;
    적어도 일부가 상기 점화 포트 내에 제공된 점화 전극; 및
    상기 점화 포트와 상기 점화 전극 사이에 제공되며 상기 점화 전극으로부터 이격되어 배치된 실링 부재를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
19. 기판을 처리하는 공정 챔버; 및
    상기 공정 챔버의 전단에 또는 상기 공정 챔버의 후단 중 적어도 어느 하나에 연결된 플라즈마 발생기를 포함하며,
    상기 플라즈마 발생기는
    내부에 플라즈마 형성 공간을 제공하는 반응기 본체, 및 상기 반응기 본체에 장착되어 상기 플라즈마 형성 공간 내에 플라즈마 방전을 개시하는 점화기를 포함하는 반응기; 및
    상기 반응기에 결합되어 상기 반응기 본체에 플라즈마 발생을 위한 유도기전력을 형성하는 변압기를 포함하며,
    상기 점화기는
    상기 반응기 본체로부터 연장된 점화포트;
    적어도 일부가 상기 점화 포트 내에 제공된 점화 전극; 및
    상기 점화 포트와 상기 점화 전극 사이에 제공되며 상기 점화 전극으로부터 이격되어 배치된 실링 부재를 포함하는 공정 처리 장치.
20. 제19 항에 있어서,
    상기 공정 챔버에 연결되어 상기 공정 챔버로부터의 배기가스가 배출되는 배기관을 더 포함하며, 상기 플라즈마 발생기는 상기 배기관에 연결되어 플라즈마를 발생시켜 상기 배기가스를 정화하는 공정 처리 장치.

Images