KR20220033152A - 반응기, 상기 반응기를 포함하는 플라즈마 발생 장치, 및 상기 플라즈마 발생 장치를 포함하는 배기 가스 처리 장치 - Google Patents

Abstract

반응기는 내부에 플라즈마 형성 공간을 제공하는 반응기, 상기 반응기 내부로 가스가 주입되는 경로를 제공하는 주입부, 및 상기 반응기의 가스가 배출되는 배출구를 포함하며, 상기 주입부는 상기 가스가 적어도 두 개의 서로 다른 유로들로 진행하도록 하는 복수 개의 개구들을 갖는다.

Description

반응기, 상기 반응기를 포함하는 플라즈마 발생 장치, 및 상기 플라즈마 발생 장치를 포함하는 배기 가스 처리 장치{An reactor, a plasma generator having the reactor, and an apparatus for treatment of processing gas having the plasma generator}

본 발명은 반응기, 상기 반응기를 포함하는 플라즈마 발생 장치, 및 상기 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.

디스플레이나 반도체를 제조하기 위해서는 증착, 애싱, 식각, 세정 등의 공정이 저압에서 수행되어야 할 경우가 많다. 특히, 집적 회로(ICs) 제조 공정에서 박막을 처리하는데 사용할 수 있는 입증된 기술들 중에서, 화학기상 증착법(CVD)은 상업화된 공정에서 종종 사용된다. CVD의 변형인 원자층 증착(ALD)은 이제 균일성, 뛰어난 스텝 커버리지(step coverage) 및 기판 크기를 증가시키기 위한 비용 효율적 규모성(cost effective scalability)를 달성하기 위한 가능성 있는 우수한 방법으로 알려지고 있다.

이러한 신공정인 ALD 공정 시스템에서는 공정 웨이퍼의 크기 증가에 따라 배기 가스량이 증가된다. 이러한 공정 부산물의 증가는 공정 시스템에서 배기가스를 배출시키기 위한 배기 펌프 동작에 영향을 미치고, 배기 펌프의 유지 보수로 인해 메인 공정 프로세스에 악영향을 미치게 된다.

본 발명은 반도체 공정 등에서 발생하는 공정 부산물을 효과적으로 제거하기 위한 플라즈마 발생 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 플라즈마 발생 장치를 채용한 공정 처리 장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

본 발명은 상기 플라즈마 발생 장치에 적용되는 반응기를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반응기는 내부에 플라즈마 형성 공간을 제공하는 반응기, 상기 반응기 내부로 가스가 주입되는 경로를 제공하는 주입부, 및 상기 반응기의 가스가 배출되는 배출구를 포함하며, 상기 주입부는 상기 가스가 적어도 두 개의 서로 다른 유로들로 진행하도록 하는 복수 개의 개구들을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기는 적어도 일부가 소정 축을 기준으로 회전된 토로이드 형상을 가지며, 상기 유로들은 상기 축에 교차하는 방향으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주입부는 그 상면이 상기 유로에 교차하도록 배치되며 상기 개구들이 상기 상면 및 하면을 관통하는 적어도 한 개의 가이드 부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가이드 부재는 서로 다른 방향을 향하되 서로 연결된 복수 개의 상면을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수 개의 상면들은 상기 반응기의 내부측으로 갈수록 사이가 벌어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가이드 부재는 서로 다른 방향을 향하되 서로 연결된 2개의 상면을 포함하고, 상기 두 개의 상면들이 이루는 각도는 둔각일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 개구들은 상기 가이드 부재의 상면 또는 하면에 대해 경사지게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주입부의 상기 개구들은 상기 반응기에 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 개구들이 제공된 반응기 상에 상기 개구들에 인접하여 제공된 가스 분배기를 더 포함하며, 상기 가스 분배기는 다수 개의 관통홀을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 분배기는 판상으로 제공되며, 상기 가스 분배기의 상기 관통홀들은 상기 가스 분배기의 상면 또는 하면에 대해 경사지게 제공될 수 있다.

본 발명은 상기 반응기를 갖는 플라즈마 발생 장치를 포함하며, 플라즈마 발생 장치는 내부에 플라즈마 형성 공간을 제공하는 반응기, 상기 반응기 내부로 가스가 주입되는 경로를 제공하는 주입부, 및 상기 반응기의 가스가 배출되는 배출구, 및 상기 반응기에 제공된 변압기를 포함한다.

본 발명은 상기 플라즈마 발생 장치를 갖는 배기 가스 처리 장치를 포함하며, 배기 가스 처리 장치는 공정 챔버로부터 배출되는 배기 가스를 공급 받는 믹싱 챔버 및 상기 믹싱 챔버에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 발생 장치를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 믹싱 챔버는 상기 배기 가스와 상기 플라즈마가 혼합되는 혼합 공간을 제공하는 하우징을 포함하고, 상기 하우징은 상기 배기 가스와 상기 플라즈마가 주입되는 주입부 및 처리된 배기 가스가 배출되는 배출구를 포함하며, 상기 적어도 하나의 가이드 부재는 그 상면이 상기 주입부와 상기 배출구 사이에 형성되는 유로에 수직하게 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 변압기는 상기 반응기에 쇄교하도록 구비되는 페라이트 코어, 및 상기 페라이트 코어에 권선되는 일차권선 코일을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공정 챔버와 상기 믹싱 챔버는 상호 연결되되, 상기 가스 배출구는 상기 공정 챔버와 상기 믹싱 챔버 사이에 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 반도체 공정 등에서 발생하는 공정 부산물을 효과적으로 제거하기 위한 플라즈마 발생 장치를 제공한다.

본 발명은 상기 플라즈마 발생 장치를 채용한 공정 처리 장치를 제공한다.

본 발명은 상기 플라즈마 발생 장치에 적용되는 반응기를 제공한다.

도 1은 플라즈마 발생장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 발생 장치의 반응기를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 반응기의 일부를 도시한 것으로서, 주입부 부분을 중심으로 서로 다른 방향에서 바라본 모습을 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 기존의 플라즈마 발생 장치, 특히 반응기 내부에서의 기체의 이동 방향을 도시한 것으로서, 도 4a는 반응기를 전면에서 바라본 단면도, 도 4b는 측면에서 바라본 단면도, 도 4c는 상부에서 바라본 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치, 특히 반응기 내부에서의 기체의 이동 방향을 도시한 것으로서, 도 5a는 반응기를 전면에서 바라본 단면도, 도 5b는 측면에서 바라본 단면도, 도 5c는 상부에서 바라본 단면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예들에 따른 플라즈마 발생 장치의 반응기의 일부를 도시한 것들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예들에 따른 공정 처리 장치를 도시한 개략도이다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 믹싱 챔버를 절단한 모습을 도시한 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치의 구성을 도시한 것이다.

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 것으로서, 플라즈마 발생 장치 및 이에 사용되는 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 전단 또는 후단에 배치되는 것일 수 있다. 반도체 공정을 위한 공정 챔버는 기판의 식각, 증착, 세정 공정 등을 수행하기 위한 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 발생 장치는 공정 챔버의 후단에 배치되어 공정 챔버로부터 발생하는 배기가스를 처리하기 위한 것일 수 있다.

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

도 1은 플라즈마 발생장치를 개략적으로 도시한 개념도이며, 도 2는 도 1의 플라즈마 발생 장치의 반응기를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1 및 도 2를 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(110)와, 반응기 내부로 가스가 주입되는 경로를 제공하는 주입부(170a)와, 반응기의 타측에 제공되며 가스가 배출되는 배출구(170b)를 포함한다.

반응기(110)는 플라즈마 채널을 형성하는 내부 공간(130; 이하, 반응기 내부 공간, 플라즈마 채널 공간, 플라즈마 형성 공간 등으로 지칭된다)을 갖도록 내부가 비어있는 구조로 제공된다. 내부 공간(130)은 적어도 일부가 소정 축을 기준으로 회전된 토로이드 형상을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기(110)는 토로이드 형상을 갖는 내부 공간을 제공하는 것으로 족하며 외부 형상은 다양할 수 있다. 예를 들어, 반응기 형상도 내부와 비슷하게 토로이드 형상으로 제공될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에는 토로이드 형상의 공간을 가지나 외부 형상은 다수 개의 정육면체 블록으로 이루어진 형상을 가질 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 내부 공간(130)의 토로이드 형상의 단면은 원 또는 타원이나 이에 한정되는 것은 아니며 다른 형상을 가질 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기(110)의 내부 공간(130), 즉 플라즈마 형성 공간은 소정 축(예를 들어, z축)을 기준으로 회전된 형태를 가지며, 토로이드의 단면의 중심을 잇는 선이 이루는 평면은 상기 소정 축에 교차하는 평면과 평행할 수 있다. 상기 토로이드의 단면의 중심을 잇는 선이 이루는 평면은 x-y 평면에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기 내부 공간이 토로이드 형상이라는 의미는 반응기 내부 공간이 전체적으로 보아 토로이드 형상, 즉 고리 형상이라는 의미이며, 일부분이 변형되어 일 방향으로 연장된 형태를 갖는 등의 변형된 형상까지도 포함한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 토로이드는 소정 방향, 예를 들어, y축 방향으로 늘어난 형태를 가질 수도 있다. 도 2에서 지면에서 뚫고 나오는 방향이 z 방향에 해당한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 도 2에 도시된 방향을 기준으로 설명한다.

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 발생 장치는 채널 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(110)의 일측 및 타측에는, 플라즈마 채널 형성 공간(130)으로 공급되는 가스가 주입되는 주입부(170a) 및 플라즈마 채널 형성 공간(130)으로부터 외부로 가스가 배출되는 배출구(170b)가 설치된다.

주입부(170a)는 내부 공간(130)으로 가스를 공급하기 위한 것으로서, 외부의 가스 공급부와 반응기의 내부 공간(130)을 연결시킨다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 주입부(170a)는 상기 가스가 적어도 두 방향의 유로들로 진행하도록 하는 개구들을 갖는 바, 이에 대해서는 후술한다.

배출구(170b)는 주입부(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, 주입부(170a)에서의 가스의 이동 방향은 IN으로 표시하였으며, 배출구(170b)에서의 가스의 이동 방향은 OUT으로 표시되었다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 주입부(170a)와 배출구(170b)는 반응기(110) 상에 서로 이격되는 한도 내에서 상하, 좌우 등 다양한 위치에 배치될 수 있다. 이때, 주입부 및 배출구는 모두 z축에 교차되는 방향을 향할 수 있다.

주입부(170a)와 배출구(170b)는 플라즈마 발생 장치(10)를 이루는 다른 추가적인 구성요소에 연결될 수 있으며, 예를 들어 주입부(170a)의 일단은 가스 공급부에 배출구(170b)의 타단은 포집기에 믹싱 챔버나 포집기에 연결될 수 있다. 또한 주입부(170a)와 배출구(170b)에는 다른 구성 요소와의 사이에, 주입부(170a)와 배출구(170b)와 다른 구성 요소를 연결하기 위한 별도의 연결 부재(예를 들어, 어댑터라고 지칭하는 것)가 제공될 수 있다.

또한 반응기(110)에는 플라즈마 방전을 점화하기 위한 점화기(140)가 제공될 수 있다. 본 발명에 있어서, 점화는 플라즈마를 형성하기 위하여 가스 내의 초기 붕괴의 원인이 되는 공정이다. 상기 점화기(140)는 다양한 위치에 배치될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 주입부(170a) 근처에 배치될 수 있다.

반응기 (110)는 도전성 재료 또는 비도전성 재료로 이루어질 수 있다. 반응기 (110)가 도전성 재료로 이루어지는 경우 다양한 금속성 재료 또는 피복된 금속성 재료로 제조될 수 있다. 상기 반응기(110)는 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속성 재료, 또는 양극 산화처리된 알루미늄, 니켈 도금된 알루미늄 등으로 제조될 수 있다. 상기 반응기(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(110)는 복합 소재, 예를 들어, 탄소나노튜브와 공유결합된 알루미늄으로 구성되는 복합체로 제조될 수도 있다. 여기서, 반응기(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.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기(110)은 적어도 두 개의 바디를 포함할 수 있으며, 서로 인접한 두 개의 바디 사이에는 절연부(120)가 제공될 수 있다. 절연부(120)는 반응기(110)가 도전성 재료로 이루어진 경우 유도된 전류가 반응기(110)에 흐르는 것을 방지하기 위한 것으로서, 전기적 절연을 위해 제공될 수 있다. 또한 절연부(120)은 서로 인접한 두 바디가 연결되는 부분에서 내부 가스의 와류를 방지하기 위한 것일 수 있다. 반응기(110)는 복수의 절연부(120)를 기준으로 여러 블록으로 조립될 수 있으며, 예컨대 상부 블록, 중간 블록, 하부 블록으로 구분될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 상부 블록에서 가스 주입부(170a)를 통해서 유입된 가스가 두 유로로 분지되고, 중간 블록은 한 쌍으로 구성되어 분지된 두 유로에 각각 결합되고, 하부 블록에서 두 유로가 합쳐져 가스가 배출부(170b)로 배출될 수 있다.

변압기(150)는 반응기(110)에 설치된다. 변압기(150)는 반응기(110) 내부의 플라즈마 채널 형성 공간(130) 내에 플라즈마의 발생을 위한 유도 기전력을 제공한다. 이를 위해 변압기(150)는 코어(151) 및 코어(151)에 권선되는 일차 권선 코일(153)을 포함할 수 있다. 코어(151)는 페라이트 코어일 수 있다. 변압기(150)의 코어(151)는 플라즈마 방전 채널의 일부를 쇄교하도록 반응기(110)에 배치되고, 그 코어에 일차 권선 코일(153)이 권선될 수 있다.

일차 권선 코일(153)에는 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. 일차 권선 코일이 구동되면 반응기(110) 내부의 플라즈마 방전 채널(133)이 이차 권선으로 기능하여 플라즈마 채널 형성 공간(130) 내에서 플라즈마가 방전될 수 있다. 코어(151)는 주입부(170a)와 배출구(170b) 사이의 토로이드에 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 코어(151)는 주입부(170a)의 양쪽으로 가스를 분기시키는 대칭형 구조의 우측과 좌측 각각에 일대일로 장착되는 대칭적 구조를 형성할 수 있다. 그러나, 코어(151)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 반응기의 일부를 도시한 것으로서, 주입부 부분을 중심으로 서로 다른 방향에서 바라본 모습을 도시한 도면이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(110)에 있어서, 주입부(170a)는 반응기(110)의 일측에 제공된다.

상기 주입부(170a)는 가스가 적어도 두 개의 서로 다른 유로들로 진행하도록 하는 복수 개의 개구들(OPN)을 갖는 바 이를 설명하면 다음과 같다.

주입부(170a)는 가스가 반응기(110) 내의 공간으로 이동하는 경로를 제어하기 위한 가이드 부재(GM)를 포함한다. 가이드 부재(GM)의 일측에는 가스 공급부로부터 가이드 부재(GM)측으로 가스를 공급하는 노즐부(NZ)가 제공될 수 있다.

상기 가이드 부재(GM)는 가스가 이동하는 경로 상에 배치된다. 가이드 부재(GM)는 편평하거나 곡률을 갖는 플레이트 형상으로 제공될 수 있다. 가이드 부재(GM)의 상면은 가스가 이동하는 경로와 대략 수직한 방향으로 배치된다. 다시 말해, 가이드 부재(GM)의 상면의 연장 방향은 가스가 이동하는 방향과 교차할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 가이드 부재(GM)는 그 상면이, 편평한 단일 면을 갖도록 구성될 수도 있으나, 서로 다른 방향을 향하되 서로 연결된 두 면 이상을 갖도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 서로 인접한 두 상면은 소정의 각도를 이룰 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서는 가이드 부재(GM)가 2개의 싱면들을 가지며, 하나의 상면의 가장자리와 다른 하나의 상면의 가장자리가 서로 소정의 각도를 이루며 서로 연결된다. 상기 각도는 다양한 값을 가질 수 있으며, 예를 들어, 90도 초과 180도 미만의 둔각을 이룰 수 있다. 구체적으로, 가이드 부재는 ∧, ∨, ∩, ∪ 및 이러한 형상이 이어지는 형태(물결모양, 톱니모양)로 구현 가능하다

가이드 부재(GM)에 있어서, 서로 인접한 상면들이 연결되어 소정 각도를 이룰 때, 상기 각의 꼭지점은 상기 반응기(110)로부터 바깥쪽을 향할 수 있다. 다시 말해, 상기 각의 꼭지점은 상기 반응기(110)로부터 멀어지는 방향으로 배치되며, 이에 따라, 가이드 부재 (GM)의 상기 서로 인접한 상면들 사이는 반응기(110)의 내측을 향하는 방향으로 갈수록 벌어진다.

가이드 부재(GM)에는 각 가이드 부재(GM)의 상면 및 하면을 관통하는 적어도 1개의 개구(OPN)가 배치된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 개구들(OPN)은 가이드 부재(GM)에 복수 개로 제공될 수 있다. 상기 개구들(OPN)은 가이드 부재(GM)의 상면에 수직한 방향으로 형성될 수 있다. 가스는 상기 개구들(OPN)을 통해 반응기(110) 내부로 이동한다.

가스가 이동하는 유로는 상기 가이드 부재(GM)의 상면들이 이루는 각도 및 이에 따른 개구들(OPN)의 구조에 따라 정해진다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유로는 가이드 부재(GM)의 상면에 교차하는 방향, 즉, 대략 수직한 방향으로 형성된다. 결국 주입부(170a)의 가이드 부재(GM)는 개구들(OPN)을 제공함으로써, 상기 가스가 적어도 서로 다른 두 방향의 유로들로 진행하도록 한다. 본 실시예에 있어서, 가스는 유체이기 때문에 정확히 유로를 특정하기는 어려우며, 본 발명의 일 실시예에 있어서 유로는 전체적으로 보아 가스의 대부분이 이동하는 경로, 즉 우세한(dominant) 경로를 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 가이드 부재(GM)가 두 개 이상의 상면을 갖도록 제공될 수 있으므로, 가스는 각 가이드 부재(GM)의 상면들에 대응하여, 한 방향이 아닌 서로 다른 복수 개의 방향을 따라 반응기(110) 내부 공간(130)로 제공된다. 다시 말해 가스는 복수 개의 유로를 따라, 반응기(110) 내부 공간(130)으로 제공되며, 특히, 본 실시예에 있어서, 가스는 반응기(110)에 서로 마주보는 형태의 경사진 방향으로 주입된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 개구들(OPN)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 각 개구(OPN)가 원형인 것을 일 예로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 개구(OPN) 각각은 원형, 타원형, 다각형 형상 등으로 이루어질 수 있다.

또한, 개구들(OPN)은 다양한 형태로 배열될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 개구들(OPN)이 대응하는 가이드 부재(GM) 상에 행과 열을 따라 형성된 것을 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 개구들(OPN)은 랜덤하게 배치될 수 있다.

또한, 가이드 부재(GM)가 상기한 바와 같이 복수 개의 면을 가질 때 각 면들에 제공되는 개구들(OPN)은 서로 동일하게 배열될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 예를 들어, 가이드 부재(GM)에 있어서, 일측에 배치된 하나의 면 상에는 개구(OPN)가 없는 부분이 제공될 수 있으며, 타측에 배치된 다른 하나의 면 상에는 개구(OPN)가 있는 부분 및/또는 개구가 없는 부분이 제공될 수 있다. 이러한 개구들(OPN)의 배치는 가스들의 주입 유량, 종류, 목적하는 혼합 정도 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

이에 더해 각 가이드 부재(GM) 단위 면적당 개구들(OPN)이 차지하는 면적은 가이드 부재(GM)의 상면들마다 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다를 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기(110)의 주입부(170a)가 상기한 구조를 가짐으로써, 플라즈마 발생시 반응기(110)의 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 불규칙적인 아킹을 감소시킴으로써 플라즈마의 예기치 못한 꺼짐 현상을 방지할 수 있다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4a 내지 도 4c는 기존의 플라즈마 발생 장치, 특히 반응기 내부에서의 기체의 이동 방향을 도시한 것으로서, 도 4a는 반응기를 전면에서 바라본 단면도, 도 4b는 측면에서 바라본 단면도, 도 4c는 상부에서 바라본 단면도이다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치, 특히 반응기 내부에서의 기체의 이동 방향을 도시한 것으로서, 도 5a는 반응기를 전면에서 바라본 단면도, 도 5b는 측면에서 바라본 단면도, 도 5c는 상부에서 바라본 단면도이다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 기존의 플라즈마 발생 장치는 주입부(170a)가 토로이드의 회전 축 방향, 즉, z축 방향을 향하도록 배치되었다. 이에 따라 기존 발명에 따르면, 주입부(170a)가 z축 방향을 따라 제공됨으로써, x-y 평면을 따라 배치되는 내부 토로이드의 경로와 수직한 방향으로 가스가 주입된다. 가스는 반응기(110)의 내부 공간으로 주입되자마자 내부 공간의 외벽을 따라 먼저 회전한 후 갈라진 양측 방향으로 이동하게 된다. 여기서 가스의 이동 경로는 직선형이 아니기 때문에 반응기(110)의 내부 구조에 가스가 충돌하게 되며 결국 반응기(110)의 형상을 따라 이동 경로가 변경된다. 여기서, 가스의 이동시 가스의 압력에 의해 지속적으로 반응기(110) 내부 벽에 부딪힘으로써 반응기(110)의 내부 벽에 손상이 일어난다. 이러한 반응기(110) 내부의 손상은 전면에 제공된 가스 주입부(170a) 근처에서 주로 나타날 수 있다.

상기 손상은 가스의 유동량 및 종류에 따라 달라질 수 있으며 이에 더해, 가스와 반응기(110) 내부의 충돌로 인해 다양한 파티클과 같은 이물질이 생성될 수 있다. 상기 이물질은 이후 배출구를 통해 배출되면 상대적으로 문제가 되지 않을 수 있으나, 적어도 일부는 반응기(110) 내 내벽에 적층됨으로써 반응기(110) 내의 컨덕턴스에 영향을 미치거나 불규칙한 아킹의 원인이 된다.

특히, 반응기(110)의 절연부에는 절연을 위한 절연 부재(예를 들어 절연 링)이 제공될 수 있으며, 절연 부재를 사이에 두고 일측 반응기(110)와 타측 반응기(110) 사이에 이격 공간이나 단차가 형성될 수 있는 바, 그 이격 공간이나 단차가 형성된 영역에 파티클과 같은 이물질이 적층될 수 있다. 이러한 이격 공간이나 단차가 형성된 영역에 적층된 이물질은 반응기(110) 내에서 불규칙한 아킹을 일으킬 수 있다. 불규칙한 아킹은 플라즈마가 꺼지는 원인 중 하나이다.

이와 달리, 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는, 주입부(170a)가 토로이드의 회전 축 방향, 즉, z축 방향에 교차하는 방향으로 배치됨으로써, x-y 평면을 따라 배치되는 내부 토로이드의 경로와 실질적으로 평행한 방향으로 가스가 주입된다. 주입된 가스는 내부에서 섞이게 되며 결국 갈라진 두 개의 가지 방향으로 원활하게 이동하게 된다.

주입된 가스가 이러한 경로를 가짐으로써, 가스가 반응기(110)의 내벽과 충돌함으로써 발생하는 반응기(110) 내벽의 손상이 최소화된다. 이에 더해, 주입된 가스와 반응기(110)와의 충돌의 감소로 인한 파티클과 같은 이물질의 감소도 함께 얻을 수 있다. 이물질의 감소는 반응기(110) 내부의 이물질 적층 감소로 이어지며 결국 불규칙한 아킹이 감소되는 효과도 얻을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 주입부의 가이드 부재는 본 발명의 개념에 해당되는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이하의 실시예들은 설명의 중복을 피하기 위해 상술한 실시예와 다른 점을 위주로 설명하며, 설명되지 않은 부분은 상술한 실시예에 따른다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 반응기의 일부를 도시한 것으로서, 주입부 부분을 중심으로 서로 다른 방향에서 바라본 모습을 도시한 도면이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(110)에 있어서, 주입부(170a)는 반응기(110)의 일측에 제공되되, 복수 개가 아닌 하나의 가이드 부재(GM)를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 가이드 부재(GM)에는 가스가 투과할 수 있는 복수 개의 개구들(OPN)이 형성되어 있으며, 상기 개구들(OPN)은 상기 개구들(OPN)은 상기 각 가이드 부재(GM)의 상면 또는 하면에 대해 경사지게 형성된다. 이에 따라 상기 개구들(OPN)을 통과하는 가스는 상기 가이드 부재(GM)의 상면으로부터 하면 방향으로 관통하여 이동하되, 개구들(OPN)의 형성 방향에 따라 경사진 유로를 이루며 이동한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 개구들(OPN)의 경사 방향은 하나의 가이드 부재(GM) 내에서 영역에 따라 달리 제공될 수 있다. 예를 들어, 도면 상에서 좌측에 배치된 개구들(OPN)과 우측에 배치된 개구들(OPN)은 서로 대칭되는 형태로 경사져 있을 수 있다. 또한 개구들(OPN)의 경사 정도는 복수 개의 영역에서 다양하게 변형될 수 있다.

상술한 실시예에서는 개구들(OPN)이 가이드 부재(GM)의 상면에 수직한 방향으로 형성하되 가이드 부재(GM)를 소정 각도를 가지도록 배치하였으나, 본 실시예에서는 가이드 부재(GM)를 하나로 배치하고 개구들(OPN)의 형성 방향을 가이드 부재(GM)의 상면에 경사진 방향으로 형성하였다. 본 실시예에서도 개구들(OPN)의 형성 방향에 따라 가스들의 유로가 형성되므로 상술한 실시예와 유사한 효과를 얻을 수 있다.

본 실시예에서는 주입부에 포함된 가이드 부재가 한 개인 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 경사 방향을 갖는 복수 개의 가이드 부재가 포함될 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 주입부의 각 가이드 부재에 형성되는 개구들은 다양한 크기와 형상을 가질 수 있다. 이에 더해, 본 발명의 일 실시예에 따른 주입부에 있어서, 개구들이 반응기에 형성될 수도 있다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예들에 따른 플라즈마 발생 장치의 반응기의 일부를 도시한 것들이다.

도 7을 참조하면, 주입부(170a)의 개구들(OPN)이 반응기(110)에 개구들(OPN)이 z축 방향에 교차하는 방향(예를 들어 수직한 방향)으로 제공된다. 주입부(170a)에 인접한 위치에는 노즐부(NZ)가 제공된다. 노즐부(NZ)는 외부의 가스 공급부로부터 가스를 공급받아 개구(OPN)측으로 제공한다. 개구들(OPN)은 각각 서로 이격되되 서로 다른 위치에서 서로 다른 길이의 유로를 제공한다. 이에 따라, 내부 공간에 가스가 제공될 때 내부 공간의 서로 다른 위치로 가스가 제공된다.

또한, 본 실시예에 있어서, x-y 평면에 따른 단면도에서 다섯 개의 개구들(OPN)이 형성된 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 더 적거나 더 많은 개수의 개구들(OPN)이 형성될 수 있음은 물론이며, z축 방향으로도 개구들(OPN)이 더 적거나 더 많은 수로 다양하게 형성될 수 있다.

본 실시예에서는, 상술한 실시예들과 마찬가지로 z축과 평행한 방향이 아닌 z축과 교차하는 방향으로 가스의 유로를 형성함으로써 반응기(110)의 손상 및 불규칙한 아킹을 감소시킨다. 또한, 서로 다른 유로를 따라 가스가 이동하게 함으로써 가스가 내부 공간 내에서 원활하게 섞임과 동시에 원활하게 이동을 할 있게 한다.

도 8을 참조하면, 반응기(110)에 형성된 개구들(OPN)에 배치된 노즐부(NZ)는 가스가 원활하게 섞일 수 있도록 노즐부(NZ)의 내부 공간을 넓히고 연결되는 배관의 위치를 다양하게 변경할 수 있다.

이와 같이, 노즐부(NZ)의 내부 공간을 넓히는 것은 노즐부(NZ)로 주입되는 가스의 터뷸런스(turbulence) 발생을 유도하여 가스 분배가 원활하게 일어날 수 있게 한다.

도 9를 참조하면, 반응기(110)에 형성된 개구들(OPN)과 노즐부(NZ) 사이에는 가스의 분배를 위한 다수개의 관통홀을 가지는 가스 분배기(DST)가 더 제공될 수 있다. 가스 분배기(DST)의 관통홀은 상술한 가이드 부재(GM)와 유사하게 다양한 형태로 배치될 수 있다. 즉, 가스 분배기(DST)는 플레이트 형상으로 제공될 수 있으며, 가스 분배기(DST)의 상하면을 관통하는 다수개의 관통홀이 제공될 수 있다. 상기 관통홀은 가이드 부재(GM)의 개구들(OPN)과 유사하게 상기 가스 분배기(DST)의 상하면을 수직한 방향으로 관통할 수도 있으며, 상기 가스 분배기(DST)의 상하면 중 어느 하나에 경사진 방향으로 관통할 수도 있다. 이에 따라, 상기 가스는 다수 개의 관통홀을 지나면서 하부의 개구들(OPN)로 적절하게 배분될 수 있다.

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

도 10은 본 발명의 일 실시예들에 따른 공정 처리 장치를 도시한 개략도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치는 공정 챔버(20), 공정 챔버(20)에 연결된 공정 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(Physical Vapor Deposition) 챔버 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 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.

공정 가스 처리 장치는 공정 챔버로부터 배기 가스를 공급 받는 믹싱 챔버(120)와, 토로이달 형상을 가지며 상기 믹싱 챔버(120)에 연결되어 상기 믹싱 챔버(120)에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 발생 장치(100)를 포함한다.

공정 챔버와 믹싱 챔버(120) 사이는 포어 라인(120b)으로 연결되며, 상기 포어 라인(120b)과 플라즈마 발생 장치(100) 사이에는 연결 라인(120a)이 연결된다. 믹싱 챔버(120)에는 배기 펌프 라인(120c)을 통해 배기 펌프(170)가 연결된다.

본 실시예에 있어서, 포어 라인(120b)을 통해 배기 가스가 공정 챔버로부터 통해 믹싱 챔버(120)로 제공된다. 플라즈마 발생 장치(100)는 플라즈마 에너지 및/또는 정화 가스 등을 믹싱 챔버(120)에 인가함으로써 공정 챔버로부터의 배기 가스의 유해 성분들을 연소시키거나 정화시킨다. 공정 챔버에서 증착 공정에 의해 생성된 배기 가스에는 공정 챔버에서 증착 공정 시 생성되는 금속 전구체, 비금속 전구체 및 배기 가스, 클리닝(cleaning) 가스의 부산물들이 포함되어 있다. 이러한 부산물들이 포함된 배기 가스는 처리되지 않으면, 배기 펌프(170)의 내부에 축적되거나 대기 중으로 배출될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(100)는 상술한 실시예에 따른 것일 수 있다.

믹싱 챔버(120)는 공정 챔버로부터의 배기 가스와 플라즈마 발생 장치(100)로부터의 플라즈마가 혼합되는 영역으로서, 플라즈마와 반응한 배기 가스의 상 변화에 의해 생성된 파우더와 같은 부산물을 포집한다.

예를 들어, 플라즈마 발생 장치(100)는 공정 챔버로부터 유입된 배기 가스에 포함된 WN(Tungsten Nitride)를 처리하기 위해 NF₃ 플라즈마를 발생시켜 믹싱 챔버(120)로 공급한다. 믹싱 챔버(120)에서는 펌프에 영향을 미치는 WN에 NF₃ 플라즈마가 혼합됨에 따라 가스 상태의 WF₆와 파우더 상태의 NH₄F로 배기 가스의 상변화가 일어난다. 이러한 플라즈마의 반응을 위해, 상기 플라즈마 발생 장치에는 아르곤과 같은 점화 가스와 NF₃ 가스가 소정 시기에 소정의 유량으로 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스의 주입 시기를 설명하면, 점화 가스로 사용되는 아르곤의 경우, 플라즈마 발생 장치의 구동 시작 전 스탠 바이 상태에서 외부로부터 플라즈마 발생 장치로의 유입 가스의 역류를 막기 위해 소정 유량(예를 들어, 제1 유량)으로 제공되며, 플라즈마 발생 장치의 구동 시작과 함께 플라즈마 점화 효율의 향상을 위해 상기 제1 유량 보다 더 큰 제2 유량으로 플라즈마 발생 장치에 제공된다. 아르곤은 플라즈마가 생성된 후 배기 가스와 플라즈마가 반응하는 단계에서 다시 제1 유량으로 제공된다. 배기 가스와의 반응을 위한 NF₃ 가스는 점화 가스 주입 및 플라즈마 발생 장치의 구동 시작 후 소정 시간 후에 주입된 후 여기된다. 여기된 NF₃ 플라즈마는 메인 공정 단계에서 WN와 같은 배기 가스와 반응함으로써, 가스 상태의 WF₆와 파우더 상태의 NH₄F를 형성할 수 있다. NF₃ 가스는 배기 가스와 플라즈마의 반응이 중점적으로 일어나는 메인 공정 이후에도 플라즈마 발생 장치의 구동 오프 이전까지 소정 시간 동안 지속적으로 제공될 수 있으며, 이를 통해 포어 라인 등에 잔존 WN 등을 제거할 수 있다.

믹싱 챔버(120)는 포어 라인(120b)을 통해 공정 챔버와 연결되는 바, 포어 라인(120b)에는 믹싱 챔버의 제1 배기 라인(129a)이 연결되며, 상기 믹싱 챔버의 제1 배기 라인(129a)에는 분기되는 형태로 연결 라인(120a)이 연결된다. 연결 라인(120a)은 믹싱 챔버의 제1 배기 라인(129a)과 상기 플라즈마 발생 장치(100)의 배출구(170a)를 연결한다. 연결 라인(120a)에는 유체의 이동시 유압을 제어 위한 역류 방지 부재(160)가 제공된다.

역류 방지 부재(160)는 연결 라인(120a) 상에 배치되는 바, 상세하게는 플라즈마 발생 장치와 믹싱 챔버를 잇는 연결 라인(120a) 상에 배치된다.

역류 방지 부재(160)은 공정 챔버나 믹싱 챔버로부터의 유체가 플라즈마 발생 장치 방향으로 역류하는 것을 방지하며, 플라즈마 발생 장치로부터의 플라즈마가 믹싱 챔버 방향으로 적절한 유량 및 속도로 제공될 수 있도록 설정될 수 있다. 이에 더해, 플라즈마 발생 장치에서는 소정의 특정 가스(예를 들어, 아르곤 가스)를 믹싱 챔버(120)측으로 흘려주어 가스 흐름의 역류를 방지한다.

역류 방지 부재(160)는 판상으로 제공되며 일면이 유로에 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 역류 방지 부재(160)는 연결 라인(120a) 내경에 대응하는 직경을 갖는 원형으로 제공될 수 있다.

역류 방지 부재(160)는 상면과 하면을 관통하는 다수 개의 관통 홀을 가질 수 있다. 플라즈마는 관통 홀들을 통해 이동하며 상기 관통 홀들을 관통하는 방향으로 유로가 형성된다.

관통 홀들은 다양한 형태를 가질 수 있으나, 평면 상에서 볼 때 소정의 직경을 가지는 원 형상으로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 관통 홀들은 동일한 크기, 즉 동일한 직경으로 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에서는 적어도 일부의 관통 홀들이 서로 다른 직경을 가질 수 있다. 상기 가이드 부재의 관통 홀들은 플라즈마가 믹싱 챔버(120)에 적절한 유량 및 속도로 제공될 수 있도록 설정될 수 있다.

믹싱 챔버의 제1 배기 라인(129a)과 연결 라인(120a) 사이에는 게이트 밸브(169)가 제공되며, 상기 게이트 밸브(169)로 믹싱 챔버(120)로의 플라즈마의 공급 여부를 결정한다. 도시하지는 않았으나 게이트 밸브와 믹싱 챔버 사이, 또는 게이트 밸브(169)에 인접하여 냉각부가 제공될 수 있다. 상기 냉각부는 게이트 밸브(169)와 믹싱 챔버(120) 사이에 제공된 오링 형상의 실링 부재, 또는 게이트 밸브(169) 내에 제공되는 오-링 형상의 실링 부재가 열에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 믹싱 챔버(120)는 파우더와 같은 부산물을 효율적으로 포집하기 위해 다양한 구성을 가질 수 있는 바, 이에 대해서는 후술한다.

믹싱 챔버(120)의 일측에는 부산물이 믹싱 챔버(120)에서 포집된 후의 배기 가스를 외부로 배출시키고, 반응기(110) 및 믹싱 챔버(120)의 내부를 진공상태로 만드는 배기 펌프(170)가 설치될 수 있다.

배기 가스는 공정을 진행하면서 발생되거나 공정을 진행하면서 공정 챔버로부터 반응하지 않은 상태로 반응기(110) 및 믹싱 챔버(120)로 유입되는 가스를 포함하는 것으로서 그 종류는 한정되는 것은 아니다. 배기 가스에 포함된 가스들은 예를 들어 PFCs(perfluorocompounds), 전구체(Zr-precursor, Si-precursor, Ti-precursor, Hf-precursor 등), TiCl₄, WF₆, SiH₄, Si₂H₆, SiH₂Cl₂, NF₃, NH₃, NH₄Cl, TiO₂, WN, ZrO₂, TiN 등을 포함할 수 있다. 이러한 배기 가스는 플라즈마와 반응하여 파우더와 같은 반응 부산물을 생성할 수 있다. 믹싱 챔버(120)는 배기 가스가 플라즈마 에너지를 인가받아 유해한 성분들이 산화 등의 반응으로 인해 연소되거나 정화됨으로써 형성된 파우더 형태의 부산물을 포집한다. 이를 위해, 믹싱 챔버(120)는 배기 가스와 플라즈마와의 혼합 공간을 제공함과 동시에 플라즈마와 반응한 배기 가스의 상 변화에 의해 생성된 파우더를 포집하기 위한 구성을 포함한다.

배기 펌프(170)는 믹싱 챔버(120)에 연결될 배기 펌프 라인(120c)을 통해 연결될 수 있다. 배기 펌프(170)를 구동하여 공정 챔버 내부를 진공으로 형성할 수도 있고, 배기 유체를 공정 챔버 외부로 배출할 수도 있다.

도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 믹싱 챔버를 절단한 모습을 도시한 사시도이다.

도 11을 참조하면, 믹싱 챔버(120)는 배기 가스와 플라즈마가 혼합되는 혼합 공간(MA)을 제공하는 하우징(121), 및 혼합 공간(MA) 내에 제공되며 복수 개의 개구(OPN)를 갖는 적어도 하나의 플레이트(123)를 포함한다.

하우징(121)은 대략적인 형상이 원통형으로 제공될 수 있다. 그러나, 하우징(121)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 원통에 있어서 원의 중심을 지나는 선을 축으로 볼 때, 축 방향 단면의 형상이 원이 아닌 타원일 수도 있다. 또는 하우징(121)의 형상이 원통형이 아닌 다각 기둥 형상으로 제공될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 설명의 편의를 위해 원통형인 것을 일 예로 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 하우징(121)에는 하우징(121)의 축 방향으로, 일측에는 배기 가스와 플라즈마가 주입되는 주입부에 해당하는 제1 배기 라인(129a)이, 타측에는 믹싱 챔버(120) 내 혼합 공간(MA)에서 처리된 배기 가스가 배출되는 배출구에 해당하는 제2 배기 라인(129b)이 제공된다.

제1 배기 라인(129a)은 포어 라인(120b) 및 연결 라인(120a)에 연결된다. 제1 배기 라인(129a)을 통해 믹싱 챔버(120)로 유입되는 가스는 공정 챔버로부터의 배기 가스이며, 연결 라인(120a)로 유입되는 가스는 플라즈마 발생 장치(100)로부터의 플라즈마이다. 제1 배기 라인(129a)은 믹싱 챔버(120)의 일측, 예를 들어, 믹싱 챔버(120)의 상부에 배치될 수 있다. 연결 라인(120a)은 믹싱 챔버의 제1 배기 라인(129a)에 분지 형태로 연결될 수 있다. 여기서, 연결 라인(120a)은 제1 배기 라인(129a)의 내부로 연장되되, 단부가 사선으로 절단된 형상을 가진다. 절단된 연결 라인(120a)의 단부 부분은 도시된 바와 같이 믹싱 챔버(120) 측으로 오픈된 형상을 갖는다. 이에 따라, 연결 라인(120a)를 통해 이동된 플라즈마는 효과적으로 믹싱 챔버(120) 측으로 이동할 수 있다.

제2 배기 라인(129b)은 믹싱 챔버(120)에 장착되어 외부의 다른 구성, 예를 들어, 펌프 라인(120c)을 통해 배기 펌프(170)에 연결된다. 제1 배기 라인(129a)은 믹싱 챔버(120) 내의 가스들이 배출되는 배출구로서 기능한다. 상기 배출되는 가스는 파우더가 제거된, 플라즈마와 반응하지 않은 배기 가스들을 포함할 수 있다. 제2 배기 라인(129b)은 제1 배기 라인(129a)과 이격된 하우징(121)의 타측, 예를 들어, 하우징(121)의 하부에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 및 제2 배기 라인(129a, 129b)은 전체적인 형상이 일 방향으로 연장된 관 형상을 가질 수 있다. 이러한 제1 및 제2 배기 라인(129a, 129b)의 연장 방향은 배기 가스가 믹싱 챔버(120) 내에서 이동하는 경로에 따라 달라질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 믹싱 챔버(120)가 직육면체 형상을 이루는 경우, 믹싱 챔버(120)의 저면을 기준으로 가로 세로 방향을 각각 x축 방향과 y축 방향, 높이 방향을 z축 방향이라고 하면, 제1 배기 라인(129a)은 z축 방향으로 연장된 관 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 배기 라인(129a)과 제2 배기 라인(129b)은 서로 평행한 방향을 따라 배치될 수 있으며, 이 경우, 제2 배기 라인(129b) 또한 z축 방향으로 연장될 수 있다. 여기서, 서로 평행한 방향이라는 의미는 완전히 평행한 경우뿐만 아니라, 일부 경사진 부분이 있더라도 전체적인 연장 방향이 거의 평행한 경우를 포함한다.

혼합 공간에 유입된 배기 가스와 플라즈마 혼합물, 반응에 의한 부산물, 그 외 미반응 가스 등(이하, 공정 유체 또는 유체로 지칭한다)은 제1 배기 라인으로부터 제2 배기 라인(129b) 방향으로 이동하며, 이에 따라 제1 배기 라인(129a)으로부터 제2 배기 라인(129b) 방향으로 유로를 형성한다. 도 2및 도 3에서는 설명의 편의를 위해 유로의 방향을 화살표로 표시하였다.

상기 하우징(121)에 의한 내부 혼합 공간(MA) 내에는 공정 유체의 이동 방향, 이동 속도, 이동량, 유압, 컨덕턴스 등을 조절하고 파우더와 같은 배기 가스와 플라즈마 부산물을 거르기 위한 적어도 하나 이상의 플레이트(123) 및 플레이트(123)를 지지하는 지지부(125)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 플레이트(123)는 복수 개로 제공되며, 본 발명의 일 실시예에서는 플레이트(123)가 3개로 제공된 것을 도시하였다.

각 플레이트(123)는 판상으로 제공되며 일면이 유로에 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 각 플레이트(123)들은 믹싱 챔버(120)의 내경에 대응하는 직경을 갖는 원형으로 제공될 수 있다.

서로 인접한 두 플레이트(123)들 사이는 소정 거리로 이격될 수 있다. 지지부(125)는 플레이트(123)들의 적어도 일부 가장자리에 배치되어, 플레이트(123)들을 고정 및 지지하되 서로 인접한 플레이트(123)들 사이를 이격하는 스페이서로 작용하기도 한다. 지지부(125)는 하우징(121)의 내부 저면으로부터 상부 방향으로 연장된 막대형으로 제공될 수 있다.

각 플레이트(123)는 상면과 하면을 관통하는 다수 개의 개구(OPN)를 가질 수 있다. 플라즈마와 배기 가스와 같은 유체는 개구들(OPN)을 통해 이동하며 상기 개구(OPN)를 관통하는 방향으로 유로가 형성된다.

개구들(OPN)은 다양한 형태를 가질 수 있으나, 평면 상에서 볼 때 소정의 직경을 가지는 원 형상으로 제공될 수 있다. 그러나, 각 개구(OPN)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 각 개구(OPN)는 원형, 타원, 또는 다각형 등으로 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 개구들(OPN)은 동일한 크기, 즉 동일한 직경으로 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에서는 적어도 일부의 개구들(OPN)이 서로 다른 직경을 가질 수 있다.

예를 들어, 각 플레이트(123)의 중심(즉, 플레이트(123)를 이루는 원의 중심)에 가까운 개구들(OPN)의 직경은 상대적으로 작으며, 각 플레이트(123)의 중심으로부터 멀어질수록 개구들(OPN)의 직경은 커질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수 개의 플레이트(123)들에 있어서 평면상에서 볼 때 개구들(OPN)의 위치는 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 각 플레이트(123)들의 상면에 수직한 방향에서 때, 상측의 플레이트(123)에 제공된 개구들(OPN)과, 하측의 플레이트(123)에 제공된 개구들(OPN)이 서로 중첩하지 않을 수 있다. 이에 따라, 제1 배기 라인(129a)으로부터 제2 배기 라인(129b)으로 유체가 이동할 때, 상부 개구들(OPN)을 거치고 하부 개구들(OPN)은 거치는 과정에서 유체의 이동 경로가 증가한다. 유체의 이동 경로의 증가는 배기 가스와 플라즈마 사이의 혼합 가능성을 높인다.

이러한 개구들(OPN)의 직경, 위치 등은 유체가 개구들(OPN)을 관통할 때의 유량, 속도, 특히, 컨덕턴스 등을 고려하여 결정될 수 있다. 컨덕턴스는 가스와 같은 유체가 진공의 특정 공간 내에 일정한 양이 통과할 때의 두 지점 사이의 압력 차이를 의미하는 바, 혼합 공간(MA)에서 가스가 일정한 양으로 통과할 때의 임의의 두 지점 사이의 압력 차이에 해당한다. 컨덕턴스에 따라, 임의의 두 지점에서의 가스 분자의 거동, 유속 등이 달라지며, 이에 따른 배기 가스와 플라즈마의 혼합 정도 및 반응 정도도 달라진다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 배기 가스와 플라즈마가 충분한 정도로 반응함으로써 유해 물질에 대한 반응 부산물인 파우더 등이 충분히 형성될 수 있는 정도의 컨덕턴스 및/또는 공정 챔버 내의 체류 시간을 유지하는 것이 필요하다. 컨덕턴스가 지나치게 큰 경우 믹싱 챔버(120) 내에서의 유체의 체류 시간이 지나치게 짧아질 수 있으며, 이 경우 플라즈마와 배기 가스와의 반응 시간이 충분히 확보되지 못할 수 있기 때문이다. 또한, 이와 달리 컨덕턴스가 너무 작은 경우 믹싱 챔버(120) 내에서의 유체의 체류 시간이 지나치게 길어질 수 있으며, 이 경우 배기 가스 처리량이 너무 작아지는 문제가 있을 수 있다. 이에 더해, 체류 시간의 장기화로 인해 파우더 등의 부산물이 믹싱 챔버(120)의 저면부가 아니라 각 플레이트(123) 상에 지나치게 적층되는 문제가 발생할 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시예에서는 개구들(OPN)의 직경, 위치 등을 조절하여 컨덕턴스 및/또는 체류 시간을 적절한 수준으로 유지함으로써, 각 플레이트(123) 상에 파우더 등의 부산물의 적층을 방지하면서도 저면부로의 부산물의 적층을 용이하게 함으로써 배기 가스의 처리 효율을 극대화할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 개구들(OPN)은 방사상으로 배열될 수 있다. 개구들(OPN)의 방사상 배열시, 배열된 개구들(OPN)의 열은 플레이트(123)의 중심으로부터 소정의 각도를 가질 수 있으며, 이러한 각도 또한 다양한 정도로 변경될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 믹싱 챔버(120)의 하우징(121)에는 그 내부의 혼합 공간(MA)을 둘러싸는 냉각부가 제공될 수 있다. 배기 가스와 플라즈마의 반응에 대해 온도를 낮춤으로써 파우더와 같은 부산물의 생성을 증가시킬 수 있다.

냉각부는 하우징(121)에 배치될 수 있다. 특히, 냉각부는 하우징(121)이 원통형으로 제공될 때 원통의 외주면을 둘러싸는 부분에 배치될 수 있다.

냉각부는 냉각 배관(131), 냉각 배관(131) 내에 제공된 냉각 유체, 및 냉각 배관(131) 내에 냉각 유체를 제공하거나 냉각 배관(131) 내로부터 냉각 유체를 배출하기 위한 위한 냉각 유체 유입구(W-IN)와 냉각 유체 배출구(W-OUT)를 포함할 수 있다. 냉각 배관(131)은 믹싱 챔버(120)의 내부에서 믹싱 챔버(120) 내부 혼합 공간(MA)의 온도를 낮출 수 있도록 다양한 위치에 다양한 개수로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 냉각 배관(131)이 하우징(121)의 외벽과 내벽 사이에 제공된 형태로 예시되었다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 냉각 유체는 낮은 온도로 제공되어 인접한 영역의 열을 흡수할 수 있는 유체로서 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 물, 냉매, 배기 가스와 같은 유체일 수 있다.

그리고, 도시하지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각부는 냉각 유체의 흐름 여부, 유량, 냉각 유체의 온도 등을 감지하는 냉각부 측정 센서를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 냉각부를 통해 배기 가스의 온도가 낮아짐으로써 파우더의 포집이 용이해진다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 실시예에서는 냉각부가 믹싱 챔버(120)의 하우징(121) 내에 형성된 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 믹싱 챔버(120) 내부의 온도를 낮추기 위한 냉각부는 믹싱 챔버(120)의 외부 및/또는 내부에도 형성될 수 있다. 예를 들어, 배관(131)은 길이 방향에 수직한 단면이 원으로 제공되며 상대적으로 작은 직경을 가지도록 제공되어 하우징(121)의 외면을 지그재그로 감쌀 수도 있다. 이러한 배관(131)의 형상나 길이는 믹싱 챔버(120) 내부 혼합 공간(MA)의 형상과 배치 위치, 배기 가스의 유로 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

상술한 구조를 갖는 믹싱 챔버(120)에 있어서, 제1 배기 라인(129a)을 통해 믹싱 챔버(120) 내로 들어온 배기 가스는 내부 혼합 공간(MA)의 플레이트(123)들을 순차적으로 거치며 제2 배기 라인(129b)을 통해 배기 펌프(170)로 이동한다.

혼합 공간(MA)에 형성된 유로는 전체적으로 보아 제1 배기 라인(129a)으로부터 유입된 가스가 제2 배기 라인(129b) 방향으로 이동할 수 있는 바, 예를 들어, 도면에 도시한 바와 같이 하강하는 방향으로 이동할 수 있다. 이렇게 하강하는 방향으로 유로가 형성되면서, 유입된 가스 내에 포함된 파우더와 같은 부산물은 중력에 의해 하부 방향으로 떨어지며 믹싱 챔버(120)의 저면에 쌓인다. 여기서, 하우징(121)의 내부에는 믹싱 챔버(120)의 저면에 쌓인 파우더가 제2 배기 라인(129b)으로 배출되지 않도록 하는 차단 부재(127)가 설치될 수 있다. 차단 부재(127)는 하우징(121)의 저면으로부터 상측 방향으로 돌출된 격벽 형상을 가질 수 있으며, 배기 가스 등이 이동할 수 있는 개구가 제공될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 공정 챔버에서의 반도체 기판 표면에서 증착되지 않은 공정 부산물이 믹싱 챔버내 혼합 공간 내에 효율적으로 포집되며, 공정 부산물이 제거된 배기 가스를 믹싱 챔버 외부로 제공하므로, 믹싱 챔버 이후 연결된 구성 요소, 예를 들어, 배기관, 배기 펌프 내부, 그 외이 배기 경로 등에 공정 부산물 증착될 가능성을 현저하게 감소시킨다. 이에 따라, 배기 펌프의 배기 효율 및 공정 챔버의 진공화 효율이 개선될 뿐 아니라 배기 펌프 자체의 고장의 빈도가 감소되게 하여 배기 펌프의 수명을 더욱 연장시킨다. 그 결과, 공정 장비의 생산 능력과 공정의 생산 수율이 증가된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 각 플레이트에 제공되는 개구들의 형상은 본 발명의 개념에서 벗어나지 않는 한도 내에서 상술한 실시예 이외에도 다양한 형태로 변경될 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치의 구성을 도시한 것이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 배기 가스 처리 장치에는 공정 챔버(20), 플라즈마 발생 장치(100), 및/또는 믹싱 챔버(120) 등을 제어하는 제어부(190)가 연결될 수 있다.

제어부(190)는 공정 챔버(20), 플라즈마 발생 장치(100), 및 믹싱 챔버(120) 전반을 제어하기 위한 구성 요소이다. 제어부(190)는 공정 챔버(20)와 연결되어, 공정 챔버(20)의 구동 여부를 제어한다. 또한, 제어부(190)는 공정 챔버(20)의 구동 여부에 따라 플라즈마 발생 장치(100)에 공급되는 전원을 제어한다. 제어부(190)는 플라즈마 발생 장치(100)를 제어하기 위한 제어 신호를 발생하여 플라즈마 발생 장치(100)와 공정 챔버(20)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(190)는 또한 공정 챔버(20)가 구동되어 발생된 배기 가스와, 플라즈마 발생 장치(100)가 구동되어 발생된 플라즈마가 믹싱 챔버(120)에서 혼합될 때 냉각부의 냉각 유체를 제어할 수 있다. 예를 들어, 믹싱 챔버(120)의 온도 상승에 따른 냉각 유체의 온도 상태 등을 측정하기 위한 냉각부 측정 센서(135)가 구비된 경우, 제어부(190)는 측정된 값과 정상 동작에 기준한 기준값과 비교하여 냉각부에 제공되는 냉각 유체의 유량 등을 조절할 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 배기 가스 처리 장치 20 공정 챔버
100 플라즈마 발생 장치 110 반응기
120a 연결 라인 120b 포어 라인
120c 배기 펌프 라인 120 믹싱 챔버
121 하우징 123 플레이트
125 지지부 127 차단 부재
131 냉각 배관 150 변압기
160 역류 방지 부재 170 배기 펌프
OPN 개구 GM 가이드 부재
NZ 노즐부

Claims (15)

1. 내부에 플라즈마 형성 공간을 제공하는 반응기;
   상기 반응기 내부로 가스가 주입되는 경로를 제공하는 주입부; 및
   상기 반응기의 가스가 배출되는 배출구를 포함하며,
   상기 주입부는 상기 가스가 적어도 두 개의 서로 다른 유로들로 진행하도록 하는 복수 개의 개구들을 갖는 반응기.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 플라즈마 형성 공간은 적어도 일부가 소정 축을 기준으로 회전된 토로이드 형상을 가지며, 상기 유로들은 상기 축에 교차하는 방향으로 형성된 반응기.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 주입부는 그 상면이 상기 유로에 교차하도록 배치되며 상기 개구들이 상기 상면 및 하면을 관통하는 적어도 한 개의 가이드 부재를 포함하는 반응기.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 가이드 부재는 서로 다른 방향을 향하되 서로 연결된 복수 개의 상면을 갖는 반응기.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 복수 개의 상면들은 상기 반응기의 내부측으로 갈수록 사이가 벌어지는 반응기.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 가이드 부재는 서로 다른 방향을 향하되 서로 연결된 2개의 상면을 포함하고,
   상기 두 개의 상면들이 이루는 각도는 둔각인 반응기.
7. 제3 항에 있어서,
   상기 개구들은 상기 가이드 부재의 상면 또는 하면에 대해 경사지게 형성된 반응기.
8. 제2 항에 있어서,
   상기 주입부의 상기 개구들은 상기 반응기에 제공되는 반응기.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 개구들이 제공된 반응기 상에 상기 개구들에 인접하여 제공된 가스 분배기를 더 포함하며, 상기 가스 분배기는 다수 개의 관통홀을 갖는 반응기.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 가스 분배기는 판상으로 제공되며, 상기 가스 분배기의 상기 관통홀들은 상기 가스 분배기의 상면 또는 하면에 대해 경사지게 제공되는 반응기.
11. 내부에 플라즈마 형성 공간을 제공하는 반응기;
    상기 반응기 내부로 가스가 주입되는 경로를 제공하는 주입부; 및
    상기 반응기의 가스가 배출되는 배출구; 및
    상기 반응기에 제공된 변압기를 포함하며,
    상기 주입부는 상기 가스가 적어도 두 개의 서로 다른 유로들로 진행하도록 하는 복수 개의 개구들을 갖는 플라즈마 발생 장치.
12. 공정 챔버로부터 배출되는 배기 가스를 공급 받는 믹싱 챔버; 및
    상기 믹싱 챔버에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 발생 장치를 포함하며,
    상기 플라즈마 발생 장치는
    내부에 플라즈마 형성 공간을 제공하는 반응기;
    상기 반응기 내부로 가스가 주입되는 경로를 제공하는 주입부;
    상기 반응기의 가스가 배출되는 배출구; 및
    상기 반응기에 제공된 변압기를 포함하며,
    상기 주입부는 상기 가스가 적어도 두 개의 서로 다른 유로들로 진행하도록 하는 복수 개의 개구들을 갖는 배기 가스 처리 장치.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 믹싱 챔버는
    상기 배기 가스와 상기 플라즈마가 혼합되는 혼합 공간을 제공하는 하우징을 포함하고,
    상기 하우징은 상기 배기 가스와 상기 플라즈마가 주입되는 주입부 및 처리된 배기 가스가 배출되는 배출구를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 가이드 부재는 그 상면이 상기 주입부와 상기 배출구 사이에 형성되는 유로에 수직하게 배치되는 배기 가스 처리 장치.
14. 제12 항에 있어서,
    상기 변압기는 상기 반응기에 쇄교하도록 구비되는 페라이트 코어; 및
    상기 페라이트 코어에 권선되는 일차권선 코일을 포함하는 배기 가스 처리 장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 공정 챔버와 상기 믹싱 챔버는 상호 연결되되,
    상기 가스 배출구는 상기 공정 챔버와 상기 믹싱 챔버 사이에 연결되는 것인 배기 가스 처리 장치.
    

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