KR20220107521A - 반응기, 이를 포함하는 공정 처리 장치 및 반응기 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수개의 부품이 조립되어 형성되는 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 반응기는, 내부에 플라즈마 형성 공간이 제공되고, 상기 플라즈마 형성 공간으로 가스가 유입되는 유입구 및 상기 플라즈마 형성 공간으로부터 유체가 외부로 배출되는 배출구가 형성되는 몸체를 포함하되, 상기 부품 간의 조립 라인은, 상기 몸체의 상기 플라즈마 형성 공간 내에서 플라즈마가 집중되는 영역에 가장 인접한 영역으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성된다.
Description
본 발명은 플라즈마 발생 장치용 반응기, 이를 포함하는 공정 처리 장치 및 반응기 제조 방법에 관한 것이다.
플라즈마 방전을 이용한 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예를 들어, 식각, 증착, 세정 및 공정 부산물 처리 등 다양하게 사용되고 있다. 이러한 반도체 제조 공정에서 사용되는 플라즈마는 플라즈마 생성시 발생되는 열 등에 견딜 수 있는 반응기의 내부에서 생성될 수 있다.
도 1은 일반적인 반응기(1)의 일 예를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 반응기(1)의 정단면도이다. 도 2에서 화살표(2)는 가스 및 플라즈마가 이동하는 경로를 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 반응기(1)는 내열성을 가지는 석영 재질로 제공되고, 가스가 유입되는 유입구(3)가 상면에 제공되고, 가스 및/또는 플라즈마가 배출되는 배출구(4)가 저면에 제공되는 토로이드(Toroid) 형상의 몸체(5)를 가지는 구조로 제공될 수 있다. 이러한 반응기(1)는 일반적으로 복수개의 부품들이 서로 용접에 의해 조립되어 형성된다. 각각의 부품은 석영 재질의 플레이트를 절삭 가공하여 형성되며, 이러한 형상의 반응기(1)는 절삭 가공의 편의를 위해 몸체(5)를 포함하는 부분이 몸체(5)가 토로이드의 중심부를 감싸는 방향과 평행한 가상의 평면을 따라 형성되는 조립 라인(6)을 기준으로 나누어지는 부품(7, 8)이 서로 조립되어 형성된다. 부품(7, 8)을 조립하기 위한 용접은 이러한 조립 라인(6)을 따라 이루어진다.
그러나, 유입구(3)로부터 배출구(4)까지의 최단 경로로 이동하려는 플라즈마의 성질에 따라 플라즈마 루프는 반응기(1) 내부의 토로이드의 중심부에 인접한 영역으로 쏠리는 경향이 있으며, 이로 인해 플라즈마의 밀도가 집중되는 영역이 조립 라인(6)과 겹치게 되어 플라즈마 반응에 의한 파티클 발생량을 증가시키는 원인이 된다.
본 발명은 조립 라인이 플라즈마 루프의 밀도가 집중되는 영역을 벗어나도록 형성되는 반응기를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명은 파티클 발생량을 감소시킬 수 있는 반응기를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기 반응기를 채용한 공정 처리 장치를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 플라즈마 채널이 형성되는 반응기를 제공한다. 일 실시 예에 따르면, 반응기는, 복수개의 부품이 조립되어 내부에 플라즈마 형성 공간이 제공되는 몸체를 포함하되, 상기 부품 간의 조립 라인은, 상기 몸체의 상기 플라즈마 형성 공간 내에서 플라즈마가 집중되는 영역에 가장 인접한 영역으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성된다.
상기 몸체는 토로이드 형상으로 제공되고, 상기 조립 라인은 상기 몸체의 토로이드의 중심부에 가장 인접한 내측 라인으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성될 수 있다.
상기 부품은, 상기 내측 라인을 포함하는 내측 링 부품; 및 상기 내측 링 부품의 외측을 감싸는 외측 링 부품을 포함할 수 있다.
상기 내측 링 부품은 상기 몸체의 상기 내측 라인으로부터 외주 방향을 따라 양측으로 연장되는 영역에 대응되고, 상기 몸체의 상기 유입구 및 상기 배출구가 형성된 영역을 제외한 영역을 상기 몸체가 상기 토로이드의 중심부를 감싸는 방향에 수직인 방향으로 절단한 단면을 기준으로 상기 몸체의 20 내지 95% 이내의 범위로 제공될 수 있다.
상기 외측 링 부품은 복수개의 외측 부품으로 구성될 수 있다.
상기 몸체에는 상기 플라즈마 형성 공간으로 가스가 유입되는 유입구 및 상기 플라즈마 형성 공간으로부터 유체가 외부로 유출되는 배출구가 형성되고, 상기 유입구를 둘러싼 영역에 조립되는 유입관; 및 상기 배출구를 둘러싼 영역에 조립되는 배출관을 더 포함할 수 있다.
상기 유입관을 통해 유입되는 가스를 분배하는 분배 부재를 더 포함하되, 상기 분배 부재는 상기 유입관과 일체로 제공될 수 있다.
상기 유입구 및 상기 배출구 중 적어도 하나는 복수개로 제공될 수 있다.
상기 몸체는 복수개의 소몸체를 포함하되, 각각의 상기 소몸체는 토로이드 형상으로 제공되되, 토로이드의 중심부가 가상의 일직선을 따라 배열되고, 각각의 상기 소몸체의 토로이드의 중심부를 감싸는 방향은 상기 일직선에 수직으로 제공되며, 상기 조립 라인은 각각의 상기 소몸체의 상기 토로이드의 중심부에 가장 인접한 내측 라인으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성될 수 있다.
또한 본 발명은 공정 처리 장치를 제공한다. 일 실시 예에 따르면, 공정 처리 장치는, 기판을 처리하는 공정 챔버; 및 상기 공정 챔버에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 처리 장치를 포함하되, 상기 플라즈마 처리 장치는, 복수개의 부품이 조립되어 형성되는 반응기를 포함하고, 상기 반응기는, 내부에 플라즈마 형성 공간이 제공되고, 상기 플라즈마 형성 공간으로 가스가 유입되는 유입구 및 상기 플라즈마 형성 공간으로부터 유체가 외부로 배출되는 배출구가 형성되는 몸체를 포함하고, 상기 부품 간의 조립 라인은, 상기 몸체의 상기 플라즈마 형성 공간 내에서 플라즈마가 집중되는 영역에 가장 인접한 영역으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성된다.
다른 실시 예에 따르면, 공정 처리 장치는, 기판을 처리하는 공정 챔버; 및 상기 공정 챔버로부터 배기되는 배기 가스를 처리하는 배기 가스 처리부를 포함하되, 상기 배기 가스 처리부는, 플라즈마를 발생시켜 상기 배기 가스를 연소시키는 플라즈마 처리 장치; 및 상기 플라즈마 처리 장치에 의해 상기 배기 가스가 연소되는 과정에서 발생한 처리 유체로부터 이물질을 포집하는 포집부를 포함하고, 상기 플라즈마 처리 장치는, 복수개의 부품이 조립되어 형성되는 반응기를 포함하고, 상기 반응기는, 내부에 플라즈마 형성 공간이 제공되고, 상기 플라즈마 형성 공간으로 가스가 유입되는 유입구 및 상기 플라즈마 형성 공간으로부터 유체가 외부로 배출되는 배출구가 형성되는 몸체를 포함하고, 상기 부품 간의 조립 라인은, 상기 몸체의 상기 플라즈마 형성 공간 내에서 플라즈마가 집중되는 영역에 가장 인접한 영역으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 복수개의 부품이 조립되어 형성되는 반응기를 제조하는 반응기 제조 방법을 제공한다. 일 실시 예에 따르면, 상기 반응기는, 내부에 플라즈마 형성 공간이 제공되고 상기 플라즈마 형성 공간으로 가스가 유입되는 유입구 및 상기 플라즈마 형성 공간으로부터 유체가 외부로 배출되는 배출구가 형성되는 몸체를 포함하되, 상기 부품 간의 조립 라인은 상기 몸체의 상기 플라즈마 형성 공간 내에서 플라즈마가 집중되는 영역에 가장 인접한 영역으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성되며, 상기 방법은, 원자재를 기계 가공하여 각각의 상기 부품을 형성하는 부품 형성 단계; 및 상기 부품을 서로 조립하는 조립 단계;를 포함한다.
상기 부품 형성 단계는, 상기 원자재의 상기 반응기의 내측면에 대응되는 영역을 가공하는 내측 영역 가공 단계; 및 상기 원자재의 상기 반응기의 외측면에 대응되는 영역을 가공하는 외측 영역 가공 단계;를 포함하고, 상기 내측 영역 가공 단계는 상기 조립 단계 이전에 수행되고, 상기 외측 영역 가공 단계는 상기 조립 단계 이후에 수행될 수 있다.
상기 조립 단계에서, 상기 부품들은 용접에 의해 서로 조립될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 반응기는 조립 라인이 플라즈마 루프의 밀도가 집중되는 영역을 벗어나도록 형성된다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 반응기는 파티클 발생량을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예는 상기 반응기를 포함한 공정 처리 장치를 제공한다.
도 1은 일반적인 반응기(1)의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 반응기(1)의 정단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시 예들에 따른 공정 처리 장치들을 도시한 개략도들이다.
도 4는 도 3a 내지 도 3c의 반응기(2110)의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 4의 반응기(2110)의 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 반응기(2110)를 AA방향으로 바라본 단면도이다.
도 7은 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 다른 예(2110a)를 보여주는 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 유입관(2112a)의 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 9는 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 예(2110b)를 보여주는 분해 사시도이다.
도 10은 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 예(2110c)를 보여주는 사시도이다.
도 11, 도 12a 및 도 12b는 도 3a 내지 도 3c의 플라즈마 처리 장치의 다른 예(2100d, 2100e, 2100i)들을 개략적으로 보여주는 정면도들이다.
도 13은 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 실시 예(2110f)를 보여주는 사시도이다.
도 14는 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 실시 예(2110g)를 보여주는 사시도이다.
도 15는 도 14의 반응기(2110g)를 BB방향으로 바라본 단면도이다.
도 16은 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 실시 예(2110h)를 도 15와 동일한 방향으로 바라본 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반응기 제조 방법의 순서도이다.
도 18은 도 17의 부품 형성 단계에서 가공되기 전의 원자재의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 19는 도 17의 내측 영역 가공 단계가 완료된 원자재의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 20은 도 17의 조립 단계에서 조립되기 위해 서로 결합된 원자재의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 21은 도 17의 외측 영역 가공 단계가 완료된 이후의 반응기의 일 예(2110)를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 반응기(1)의 정단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시 예들에 따른 공정 처리 장치들을 도시한 개략도들이다.
도 4는 도 3a 내지 도 3c의 반응기(2110)의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 4의 반응기(2110)의 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 반응기(2110)를 AA방향으로 바라본 단면도이다.
도 7은 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 다른 예(2110a)를 보여주는 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 유입관(2112a)의 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 9는 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 예(2110b)를 보여주는 분해 사시도이다.
도 10은 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 예(2110c)를 보여주는 사시도이다.
도 11, 도 12a 및 도 12b는 도 3a 내지 도 3c의 플라즈마 처리 장치의 다른 예(2100d, 2100e, 2100i)들을 개략적으로 보여주는 정면도들이다.
도 13은 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 실시 예(2110f)를 보여주는 사시도이다.
도 14는 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 실시 예(2110g)를 보여주는 사시도이다.
도 15는 도 14의 반응기(2110g)를 BB방향으로 바라본 단면도이다.
도 16은 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 실시 예(2110h)를 도 15와 동일한 방향으로 바라본 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반응기 제조 방법의 순서도이다.
도 18은 도 17의 부품 형성 단계에서 가공되기 전의 원자재의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 19는 도 17의 내측 영역 가공 단계가 완료된 원자재의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 20은 도 17의 조립 단계에서 조립되기 위해 서로 결합된 원자재의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 21은 도 17의 외측 영역 가공 단계가 완료된 이후의 반응기의 일 예(2110)를 보여주는 단면도이다.
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.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시 예들에 따른 공정 처리 장치(10)들을 도시한 개략도들이다.
도 3a는 본 발명의 일 시시 예에 따른 공정 처리 장치(10)로서, 공정 챔버(1000)에서의 공정 이전 단계에 플라즈마 발생 장치(2100)가 연결된 것을 도시하였다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치(10)는 공정 챔버(1000), 공정 챔버(1000)에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 발생 장치(2100)를 포함할 수 있다.
공정 챔버(1000)는 내부에 피처리 기판(20)을 지지하기 위한 서셉터(1100)를 포함할 수 있다. 기판(20)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(2100)는 공정 챔버(1000)의 일측에 제공된다. 플라즈마 발생 장치(2100)의 배출관(2113)는 공정 챔버(1000)에 연결될 수 있다. 이에 따라 플라즈마 발생 장치(2100)로부터 발생된 플라즈마 중 라디컬 성분이 공정 챔버(1000) 내에 공급된다. 플라즈마 발생 장치(2100)에서 공정 챔버(1000)로 제공하는 라디컬을 이용하여 기판(20)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(20)이 언로딩된 상태에서 공정 챔버의 내부를 세정하기 위한 세정공정일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 플라즈마 처리 장치(2100)는 반응기(2110), 변압기(2120) 및 전원 공급부(미도시)를 포함할 수 있다.
반응기(2110)는 내부에 플라즈마 채널이 형성되는 공간이 형성된다. 반응기(2110) 내에서 플라즈마 채널은 한정된 부피를 가지며 반응기(2110)에 의해 둘러싸인다. 플라즈마 채널은 가스 및/또는 플라즈마를 포함할 수 있다. 반응기(2110)는 내열성을 가지는 재질로 제공된다. 예를 들면, 반응기(2110)는 석영 재질로 제공될 수 있다.
변압기(2120)는 반응기(2110) 내에 플라즈마의 발생을 위한 유도 기전력을 제공한다. 변압기(2120)는 반응기(2110)에 설치될 수 있다. 이를 위해, 변압기(2120)는 코어(2121)를 포함할 수 있다. 코어(2121)에는 일차 권선 코일이 권선될 수 있다. 코어(2121)는 페라이트 코어일 수 있다. 변압기(2120)의 코어(2121)는 플라즈마 채널의 일부를 쇄교하도록 반응기(2110)에 배치될 수 있다.
전원 공급부는 권선 코일에 전원을 공급한다. 전원 공급부가 공급하는 전원은 RF 전원일 수 있다. 권선 코일에는 배선을 통해 전원 공급부가 연결될 수 있다. 전원 공급부는 RF 전원을 생성하는 RF 생성기(RF Generator), 임피던스 매칭을 위한 RF 매칭기(RF matcher)를 포함할 수 있다.
일차 권선 코일이 구동되면 반응기(2110) 내부의 플라즈마 채널이 이차 권선으로 기능하여 반응기(2110) 내부에서 플라즈마가 방전될 수 있다. 코어(2121)는 아래에서 설명되는 몸체(2111)에 설치될 수 있다.
몸체(2111)에는 점화기(미도시)가 제공될 수 있다. 점화기는 반응기(2110) 내부에 공급된 공정 가스에 플라즈마 방전이 발생하도록 점화하기 위한 것이다. 본 발명에 있어서, 점화는 플라즈마를 형성하기 위하여 가스 내의 초기 붕괴의 원인이 되는 공정이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공정 처리 장치(10)로서, 공정 챔버(1000), 공정 챔버(1000)에 연결되며, 플라즈마 발생 장치(2100) 및 포집부(2200)를 포함하는 배기 가스 처리부(2000)를 포함한다.
공정 챔버(1000)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.
플라즈마 발생 장치(2100)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(2100)의 유입관(2112)는 공정 챔버의 배출구에 연결된다. 이를 위해 플라즈마 발생기(10)의 유입관(2112)는 공정 챔버의 배출구의 직경에 대응하는 크기로 제공될 수 있다.
포집부(2200)는 상기 플라즈마 발생 장치(2100)의 타측, 즉 플라즈마 발생기(10)의 배출관(2113) 측에 배기관을 통해 연결된다. 플라즈마 발생기(10)의 배출관(2113)는 배기관의 직경에 대응하는 크기로 제공될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 유입관(2112)와 배출관(2113)의 크기는 배기 가스 및 반응 후 결과물의 이동이 용이하도록 상대적으로 큰 직경으로 제공될 수 있다.
포집부(2200)는 배기가스가 플라즈마 에너지를 인가받아 유해한 성분들이 산화 등의 반응으로 인해 연소되거나 정화됨으로써 파티클 형태의 이물질들이 형성되면 그 이물질들을 포집한다. 포집부(2200)의 일측에는 파티클 형태의 이물질들이 포집부(2200)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(2100)에는 공정 챔버(1000) 및/또는 플라즈마 발생 장치(2100)를 제어하는 제어부가 연결될 수 있다. 제어부는 공정 챔버(1000) 및 플라즈마 발생 장치(2100) 전반을 제어하기 위한 구성 요소이다. 제어부는 전원 공급원과 연결되어 플라즈마 챔버에 공급되는 전원을 제어한다. 제어는 플라즈마 발생 장치(2100)를 제어하기 위한 제어 신호를 발생하여 플라즈마 챔버와 공정 챔버(1000)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 반응기(2110)에는 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 3c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공정 처리 장치(10)로서, 공정 챔버(1000)에서의 공정 이후 단계에 플라즈마 발생 장치(2100)가 연결된 것을 도시한 것이다.
도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치(10)는 공정 챔버(1000), 공정 챔버(1000)에 연결되며, 플라즈마 발생 장치(2100) 및 포집부(2200)를 포함하는 배기 가스 처리부(2000)를 포함한다. 여기서, 공정 챔버(1000)와 포집부(2200) 사이는 배기관으로 연결되며, 상기 배기관에 플라즈마 발생 장치(2100)가 연결된다.
본 실시예에 있어서, 배기관을 통해 배기 가스가 공정 챔버(1000)를 통해 배출되며 플라즈마 발생 장치(2100)를 통해 플라즈마 에너지 및/또는 정화 가스 등을 배기가스에 인가함으로써 배기 가스의 유해 성분들을 연소시키거나 정화시킨다. 도 3c에 도시된 실시예는 도 3b와 차이는 크지 않으며, 플라즈마 소스를 원격으로 제공한다는 점에서 다르다.
도 3c에 있어서, 별도로 도시하지는 않았으나, 배기관과 플라즈마 발생 장치(2100) 사이에는 공정 챔버(1000)로부터 배기되는 배기 가스와 플라즈마 장치(10)로부터 공급되는 플라즈마 라디칼이 혼합되는 믹싱 챔버가 더 구비될 수 있다. 플라즈마 발생 장치(2100)는 플라즈마를 이용하여 라디칼을 형성할 수 있으며, 상기 라디칼은 믹싱 챔버 내로 공급되어 공정 챔버(1000)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(2200)에서 포집될 수 있다.
또한, 도 3b 및 도 3c의 경우에도 도 3a의 경우와 같이 공정 챔버(1000)에 플라즈마 라디컬을 공급하는 구성으로서, 본 발명의 실시 예들에 따른 플라즈마 발생 장치(2100)가 제공될 수 있다.
도 4는 도 3a 내지 도 3c의 반응기(2110)의 일 예를 보여주는 사시도이다. 도 5는 도 4의 반응기(2110)의 분해 사시도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 반응기(2110)는 복수개의 부품(2101, 2102)이 조립되어 형성된다. 일 실시 예에 따르면, 반응기(2110)는 몸체(2111), 유입관(2112) 및 배출관(2113)를 포함할 수 있다.
반응기(2110)는 가스 및/또는 플라즈마를 포함하고 내부에서 플라즈마가 점화 및/또는 지속될 수 있는 컨테이너 또는 컨테이너의 일부이다.
반응기(2110)는 하나 이상의 절연 물질로 완전히 형성될 수 있거나 전도 물질(예를 들어, 알루미늄, 구리, 니켈 및 철과 같은 금속, 양극처리된 알루미늄 또는 니켈도금된 알루미늄과 같은 코팅된 금속)과 절연 물질(예를 들어, 석영, 사파이어, 알루미나(alumina), 알루미늄 나이트라이드 또는 세라믹 물질) 모두에 의해 성셩될 수 있다.
이러한 반응기(2110)는 절연 물질로만 형성된다면, 반응기(2110) 주위의 전기적인 연속성이 파괴되어 반응기의 일부가 전기적으로 고립된, 적어도 하나의 절연 구역을 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 반응기(2110)는 절연물질의 냉각을 도울 뿐만 아니라 일차권선으로 기능하는 냉각자켓에 의해 둘러싸이고, 변압기의 일차코일과 결합된 자기코어에 의해 채널에 정렬된 전기장과 전류가 유도될 수 있다. 반응기(2110)의 채널 내 플라즈마는 변압기(2120)의 이차회로를 완성한다.
여기서, 채널은 한정된 부피이고, 반응기(2110)에 의해 둘러싸여 있다. 채널은 가스 및/또는 플라즈마를 포함할 수 있고, 가스종 및 플라즈마종을 받거나 이송하기 위하여 반응기의 하나 이상의 유입관과 하나 이상의 배출관과 교환될 수 있다.
또한, 반응기(2110)는 토로이드형 플라즈마를 제공하고, 정방형 단면을 갖는 원형 도넛 형상을 질 수 있다. 토로이드형 플라즈마를 제공하는 다른 반응기(2110)는 다양한 형상을 갖는다. 그러한 형상은, 예를 들면 다음의 모든 형상중 어느 것을 포함할 수 있다. 즉, 반응기의 형상은 타원형 도넛 형상, 정방형 도넛 형상, 장방형 도넛 형상, 및 다각형 도넛 모양, 예를 들면 원형 단면 또는 타원형 단면을 가질 수 있다.
몸체(2111)는 내부에 플라즈마가 형성되는 플라즈마 형성 공간(2103)이 제공된다. 몸체(2111)에는 유입구(2104) 및 배출구(2105)가 형성된다. 유입구(2104)를 통해 플라즈마 형성 공간(2103)으로 가스가 유입된다. 배출구(2105)를 통해 플라즈마 형성 공간(2103) 내의 유체가 외부로 배출된다. 일 실시 예에 따르면, 유입구(2104)를 통해 유입되는 소스 가스 또는 배기 가스는 플라즈마 형성 공간(2103) 내에서 플라즈마화 되고, 플라즈마 형성 공간 내에서 형성되는 플라즈마는 배출구(2105)를 통해 배출된다. 유입구(2104)에는 소스 가스 또는 배기 가스가 공급되는 유입관(2112)이 연결되고, 배출구(2105)에는 공정 챔버 또는 포집부와 연결되는 배출관(2113)이 연결될 수 있다.
플라즈마 형성 공간(2103)은 강력한 이온이나 활성 중성종에 의한 침식에 견디는 층으로 내부 코팅이 이루어질 수 있다. 이러한 내부 코팅은 플라즈마 성분의 낮은 재결합율을 제공할 수 있다. 내부 코팅의 재질은 예를 들어, 실리콘 나이트라이드(silicon nitride), 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide), 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide), 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride), 다이아몬드 및 폴리머 물질이 적용될 수 있다.
부품(2101, 2102) 간의 조립 라인(2106)은 몸체(2111)의 플라즈마 형성 공간(2103) 내에서 플라즈마가 집중되는 영역에 가장 인접한 영역으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성된다. 플라즈마 형성 공간(2103) 내에서 플라즈마가 집중되는 영역이라 함은 플라즈마 형성 공간(2103) 내의 다른 영역에 비해 플라즈마의 밀도가 상대적으로 높은 영역을 의미한다. 플라즈마 형성 공간(2103) 내에서 플라즈마가 집중되는 영역은 시뮬레이션을 통해 예측되거나, 실험이나 공정 수행 시의 관측을 통해 측정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 몸체(2111)는 토로이드 형상으로 제공될 수 있다. 이 경우, 조립 라인(2106)은 몸체(2111)의 토로이드의 중심부를 감싸는 방향을 따라 토로이드의 중심부에 가장 인접한 위치들을 연결한 내측 라인으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성될 수 있다. 예를 들면, 몸체(2111)가 토로이드 형상으로 제공되는 경우, 부품은 내측 링 부품(2101) 및 외측 링 부품(2102)을 포함할 수 있다.
내측 링 부품(2101)은 반응기(2110)의 내측 라인을 포함하는 영역에 대응되는 부품일 수 있다. 예를 들면, 내측 링 부품(2101)은 몸체(2111)의 내측 라인으로부터 외주 방향을 따라 양측으로 연장되는 영역에 대응될 수 있다. 따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 반응기(2110)가 토로이드 형상으로 제공되는 경우, 내측 링 부품(2101)은 반응기(2110)의 내측 영역에 대응되는 링 형상으로 제공될 수 있다.
외측 링 부품(2102)은 반응기(2110)의 내측 링 부품(2101)의 외측을 감싸는 영역에 대응되는 부품일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 유입관(2112) 및 배출관(2113)은 외측 링 부품(2102)과 일체형으로 제공될 수 있다. 따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 반응기(2110)가 토로이드 형상으로 제공되는 경우, 외측 링 부품(2102)은 반응기(2110)의 외측 영역에 대응되도록 링 형상으로 제공될 수 있다.
도 6은 도 4의 반응기(2110)를 AA방향으로 바라본 단면도이다. 도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따르면, 상술한 바와 같이, 몸체(2111)가 토로이드 형상으로 제공되는 경우, 내측 링 부품(2101)은, 몸체(2111)의 유입구(2104) 및 배출구(2105)가 형성된 영역을 제외한 영역을 몸체(2111)가 토로이드의 중심부를 감싸는 방향에 수직인 방향으로 절단한 단면을 기준으로, 몸체(2111)의 20% 내지 95%의 범위로 제공될 수 있고, 외측 링 부품(2102)은 그 외의 범위를 차지할 수 있다. 이 때, 조립 라인(2106)은 몸체(2111)의 토로이드 중심부를 바라보는 끝단 영역은 벗어나게 위치된다. 예를 들면, 내측 링 부품(2101)은 바람직하게는 토로이드의 중심부를 감싸는 방향에 수직인 방향으로 절단한 단면을 기준으로, 몸체(2111)의 50%의 영역을 차지하되, 조립 라인(2106)은 토로이드의 중심부를 바라보는 끝단으로부터 양측으로 90°씩 이격된 위치에 각각 형성될 수 있다.
이와 같이 몸체(2111)가 토로이드 형상으로 제공되는 경우에는 유입구(2104)로부터 배출구(2105)까지의 최단 경로로 이동하려는 플라즈마의 성질에 따라 플라즈마 루프는 반응기(2110) 내부의 토로이드의 중심부에 인접한 영역으로 쏠리는 경향이 있으므로, 상술한 바와 같이, 반응기(2110)를 이루는 부품(2101, 2102)들을 구성함으로써, 부품(2101, 2102)들 간의 조립 라인(2106)이 플라즈마 밀도가 상대적으로 높은 영역으로부터 벗어나 형성될 수 있다. 따라서, 플라즈마 반응에 의해 조립 라인(2106)에서 발생될 수 있는 파티클의 양을 최소화할 수 있다.
도 7은 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 다른 예(2110a)를 보여주는 분해 사시도이다.
도 7을 참조하면, 유입관(2112a) 및 배출관(2113a)은 몸체(2111a)와는 별개의 부품으로서 제조되어 몸체(2111a)에 조립될 수 있다. 예를 들면, 유입관(2112a)은 몸체(2111a)의 유입구(2104a)를 둘러싼 영역에 조립될 수 있다. 또한, 배출관(2113a)은 몸체(2111a)의 배출구(2105a)를 둘러싼 영역에 조립될 수 있다.
본 실시 예에 따른 반응기(2110a)의 그 외 구성, 구조 및 기능 등은 도 4의 반응기(2110)와 동일 또는 유사하게 제공될 수 있다. 따라서, 반응기(2110a)의 부품(2101a, 2102a, 2112a, 2113a)들 간의 조립 라인 또한, 플라즈마 밀도가 상대적으로 높은 토로이드의 중심부에 인접한 영역으로부터 벗어나 형성될 수 있다.
도 8은 도 7의 유입관(2112a)의 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 8을 참조하면, 반응기(2112a)는 분배 부재(2114)를 더 포함할 수 있다. 분배 부재(2114)는 배출관(2113a)에도 제공될 수 있다. 다만 여기서는 편의상 유입관(2112a)에 제공된 경우에 대해서만 살펴보기로 한다.
분배 부재(2114)는 유입관(2112a)을 통해 유입되는 가스를 분배한다. 일 실시 예에 따르면, 분배 부재(2114)는 유입관(2112a)의 내부를 가로 막도록 제공되고, 제공되고, 상면 및 저면 간을 관통하는 복수개의 분배 홀(2115)이 형성되는 플레이트 형상으로 제공될 수 있다. 분배 홀(2115)은 분배 부재(2114)의 전체 면적에 고르게 분포되거나, 필요에 따라 불균일하게 분포될 수 있다.
본 실시 예에 따르면, 분배 부재(2114)는 유입관(2112a)과 일체로 제공될 수 있다. 즉, 분배 부재(2114) 및 유입관(2112a)은 하나의 원자재로부터 서로 일체된 상태를 유지하며 가공되어 제조될 수 있다. 이와 달리, 분배 부재(2114)는 유입관(2112a)과 별도로 기계 가공에 의해 제조된 후, 유입관(2112a)의 내부에 조립될 수 있다. 분배 부재(2114)는 반응기(2110a)의 다른 부품들의 조립에 사용되는 용접 방식과 동일한 용접 방식을 통해 유입관(2112a)에 조립될 수 있다. 이와 달리, 분배 부재(2114)는 선택적으로 반응기(2110a)에 제공되지 않을 수 있다. 즉, 유입관(2112a) 또는 배출관(2113a)은 분배 부재(2114)가 제공되어 있지 않은 완전히 개구 상태일 수도 있다.
도 9는 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 예(2110b)를 보여주는 분해 사시도이다.
도 9를 참조하면, 외측 링 부품(2102b)은 복수개의 외측 부품(211, 212)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 외측 부품(211, 212)은 서로 조립되어 외측 링 부품(2102b)을 이룰 수 있다. 예를 들면, 외측 링 부품(2102b)은 유입구(2104b) 및 배출구(2105b)를 기준으로 일측 부분에 대응하는 외측 부품(211) 및 타측 부분에 대응하는 외측 부품(212)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 외측 링 부품(2102b)을 이루는 외측 부품의 수 및 각 외측 부품이 차지하는 영역은 외측 링 부품(2102b)의 원자재나 가공 조건에 따라 다양하게 제공될 수 있다.
본 실시 예에 따른 반응기(2110b)의 그 외 구성, 구조 및 기능 등은 도 7의 반응기(2110a)와 동일 또는 유사하게 제공될 수 있다. 따라서, 반응기(2110b)의 부품(2101b, 211, 212, 2112b, 2113b)들 간의 조립 라인 또한, 플라즈마 밀도가 상대적으로 높은 토로이드의 중심부에 인접한 영역으로부터 벗어나 형성될 수 있다.
도 10은 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 예(2110c)를 보여주는 사시도이다.
도 10을 참조하면, 반응기(2110c)의 외측면에는 코어 체결 홈(213)이 형성될 수 있다. 코어 체결 홈(213)에는 변압기(도 3a 내지 도 3c의 2120)의 코어(도 3a 내지 도 3c의 2121)가 체결된다. 코어 체결 홈(213)은 몸체(2111c)의 외측면에 내측으로 만입되도록 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 코어(도 3a 내지 도 3c의 2121)는 반응기(2110c)의 정면을 바라볼 때, 몸체(2111c)에 토로이드의 중심부를 감싸는 방향을 따라 복수개가 서로 이격되게 설치될 수 있다. 예를 들면, 코어(2121)는 반응기(2110c)를 정면에서 바라볼 때, 몸체(2111c)의 우상측, 좌상측, 우하측, 좌하측에 각각 하나씩 쇄교되도록 설치될 수 있다. 따라서, 코어 체결 홈(213) 또한, 각각의 코어(2121)의 내측면이 맞물릴 수 있도록 몸체(2111c)의 외측면의 코어(2121)가 설치되는 위치에 몸체(2111c)를 쇄교하는 방향을 따라 내측으로 만입되는 구조로 제공될 수 있다. 상술한 바와 같이, 코어 체결 홈(213)에 코어(2121)가 맞물릴 수 있게 형성됨으로써, 코어(2121)가 보다 안정적으로 반응기(2110c)에 체결될 수 있다.
본 실시 예에 따른 반응기(2110c)의 그 외 구성, 구조 및 기능 등은 도 4, 도 7 또는 도 9의 반응기(2110, 2110a, 2110b)와 동일 또는 유사하게 제공될 수 있다. 따라서, 반응기(2110c)의 부품들 간의 조립 라인 또한, 플라즈마 밀도가 상대적으로 높은 토로이드의 중심부에 인접한 영역으로부터 벗어나 형성될 수 있다.
도 11, 도 12a 및 도 12b는 도 3a 내지 도 3c의 플라즈마 처리 장치의 다른 예(2100d, 2100e, 2100i)들을 개략적으로 보여주는 정면도들이다.
도 11 및 도 12a를 참조하면, 반응기(2110d, 2110e)는 필요에 따라 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 반응기(2110d)는 도 11에 도시된 바와 같이, 몸체(2111d)가 사각 토로이드 형상으로 제공될 수 있다. 이 경우, 몸체는 도 11과 같이 세로 방향이 긴 사각 토로이드 형상으로 제공되거나, 도 12b와 같이 가로 방향이 긴 사각 토로이드 형상으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 반응기(2110e)는 도 12a에 도시된 바와 같이, 몸체(2111e)가 육각 토로이드 형상으로 제공될 수 있다. 또한, 그 외에도 반응기는 상하 방향이 가로 방향보다 긴 타원형 토로이드 형상이나, 가로 방향이 상하 방향보다 긴 타원형 토로이드 형상 등 필요에 따라 다양한 형상으로 제공될 수 있다.
또한, 코어(2121)는 반응기(2110d, 2110e)의 몸체(2111d, 2111e)의 형상 등에 따라 선택적으로 몸체(2111d, 2111e)의 다양한 위치에 설치될 수 있다. 예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같이, 반응기(2110d)가 다각형의 토로이드 형상으로 제공되는 경우, 코어(2121)는 그 다각형의 유입관이나 배출관이 연결되는 변 외의 하나의 변에 해당되는 영역 및 다른 하나의 변에 해당되는 영역에 각각 복수개가 그 변을 따라 일렬로 배열될 수 있다. 이와 달리, 도 12a에 도시된 바와 같이, 반응기(2110e)가 다각형의 토로이드 형상으로 제공되는 경우, 코어(2121)는 그 다각형의 유입관이나 배출관이 연결되는 변 외의 변들 중 일부 또는 전부에 각각 하나씩 설치될 수 있다.
반응기(2110d, 2110e)의 몸체(2111d, 2111e)에 형성되는 코어 체결홈(213) 또한, 필요에 따라 코어(2121)의 위치에 따라 다른 위치에 형성될 수 있다. 이와 달리, 코어 체결홈(213)은 도면에 도시된 바와 같이 형성되지 않고, 코어(2121)는 그 외 다른 구조나 구성에 의해 반응기(2110d, 2110e)에 체결될 수 있다.
도 12b를 참조하면, 유입관 및 배출관은 토로이드 형상의 몸체의 양측부가 서로 선대칭을 이루도록 나누는 기준이 되는 가상의 연직 방향의 직선을 따라 배열되는 상술한 실시 예들과는 달리, 본 실시 예에 따른 반응기(2110i)는 유입관(2112i) 및 배출관(2113i)이 몸체(2111i)의 양측부가 서로 선대칭을 이루도록 나누는 기준이 되는 가상의 연직 방향의 직선으로부터 벗어난 위치에 위치되도록 제공될 수 있다. 예를 들면, 유입관(2112i) 및 배출관(2112i)이 몸체(2111i)의 양측부가 서로 선대칭을 이루도록 나누는 기준이 되는 가상의 연직 방향의 직선을 기준으로 서로 반대 방향으로 치우치도록 제공될 수 있다.
본 실시 예들에 따른 반응기(2110d, 2110e, 2110i)의 그 외 구성, 구조 및 기능 등은 도 10의 반응기(2110c)와 동일 또는 유사하게 제공될 수 있다. 따라서, 반응기(2110d, 2110e, 2110i)의 부품들 간의 조립 라인 또한, 플라즈마 밀도가 상대적으로 높은 토로이드의 중심부에 인접한 영역으로부터 벗어나 형성될 수 있다.
도 13은 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 실시 예(2110f)를 보여주는 사시도이다.
도 13을 참조하면, 유입구(2104f) 및/또는 배출구(2105f)는 각각 하나의 몸체(2111f)에 복수개로 제공될 수 있다. 유입구(2104f) 및/또는 배출구(2105f)가 복수개로 제공되는 경우, 그에 대응하여 유입관(2112f) 및/또는 배출관(2113f) 또한 복수개로 제공될 수 있다. 도 13에는 1개의 유입구(2104f) 및 2개의 배출구(2105f)가 제공되는 반응기(2110f)가 도시되어 있으나, 이와 달리, 반응기(2110f)는 필요에 따라 선택적으로 유입구(2104f)가 복수개로 제공되고, 배출구(2105f)가 단수로 제공되거나, 유입구(2104f) 및 배출구(2105f)가 모두 복수개로 제공될 수 있다. 각각의 유입관(2112f)은 서로 다른 장치에 연결되거나, 필요에 따라 같은 장치의 분기되는 관과 연결될 수 있다. 또한, 각각의 배출관(2113f)은 서로 다른 장치에 연결되거나, 필요에 따라 같은 장치의 분기되는 관과 연결될 수 있다.
본 실시 예에 따른 반응기(2110f)의 그 외 구성, 구조 및 기능 등은 도 3a 내지 도 3c, 도 7, 도 9 또는 도 10의 반응기(2110, 2110a, 2110b, 2110c)와 동일 또는 유사하게 제공될 수 있다. 따라서, 반응기(2110f)의 부품들 간의 조립 라인(2106f) 또한, 플라즈마 밀도가 상대적으로 높은 토로이드의 중심부에 인접한 영역으로부터 벗어나 형성될 수 있다.
도 14는 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 실시 예(2110g)를 보여주는 사시도이다. 도 15는 도 14의 반응기(2110g)를 BB방향으로 바라본 단면도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 몸체(2111g)는 소몸체(214, 215)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 각각의 소몸체(214, 215)는 토로이드 형상으로 제공될 수 있다. 이 때, 각각의 소몸체(214, 215)의 토로이드의 중심부가 가상의 일직선을 따라 배열되고, 각각의 소몸체(214, 215)의 토로이드의 중심부를 감싸는 방향은 상기 일직선에 수직으로 제공될 수 있다. 이 경우 또한 상술한 실시 예들과 마찬가지로, 조립 라인(2106g)은 각각의 소몸체(214, 215)의 토로이드의 중심부에 가장 인접한 내측 라인으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성된다.
예를 들면, 도 14 및 도 15의 반응기(2110g)는 도 4의 반응기(2110)와 유사하게 내측 링 부품(2101g) 및 외측 링 부품(2102g)이 조합되어 형성되되, 유입관(2112g) 및 배출관(2113g)은 외측 링 부품(2102g)과 일체로 제공될 수 있다.
이와 달리, 도 14 및 도 15의 반응기(2110g)는 도 7의 반응기(2110a)와 유사하게 몸체(2111g)가 내측 링 부품(2101g) 및 외측 링 부품(2102g)이 조합되어 형성되되, 유입관(2112g) 및 배출관(2113g)은 별도로 제조된 후 몸체(2111g)에 조립될 수 있다.
이와 달리, 도 14 및 도 15의 반응기(2110g)는 도 9의 반응기(2110b)와 유사하게 외측 링 부품(2102g)이 서로 별도로 제조된 복수개의 외측 부품이 조합되어 형성될 수 있다.
따라서, 반응기(2110g)의 부품들 간의 조립 라인(2106g) 또한, 플라즈마 밀도가 상대적으로 높은 토로이드의 중심부에 인접한 영역으로부터 벗어나 형성될 수 있다.
본 실시 예에 따르면, 유입관(2112g) 및 배출관(2113g)은 소몸체(214, 215) 별로 각각 형성된 유입구 및 배출구에 각각 연결되도록 제공될 수 있다. 이 때, 각각의 유입관(2112g)은 서로 다른 장치에 연결되거나, 필요에 따라 같은 장치의 분기되는 관과 연결될 수 있다. 또한, 각각의 배출관(2113g)은 서로 다른 장치에 연결되거나, 필요에 따라 같은 장치의 분기되는 관과 연결될 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 소몸체(214, 215)는 서로 마주보는 면이 개방되어 내부의 플라즈마 형성 공간(2103g)이 서로 연통되도록 제공될 수 있다.
도 16은 도 3a 내지 도 3c의 반응기의 또 다른 실시 예(2110h)를 도 15와 동일한 방향으로 바라본 단면도이다. 도 16을 참조하면, 반응기(2110h)는 도 15의 반응기(2110g)와 달리, 서로 마주보는 면에 의해 내부의 플라즈마 형성 공간(2103h)이 서로 분리되도록 제공될 수 있다.
본 실시 예에 따른 반응기(2110h)의 그 외 구성, 구조 및 기능 등은 도 14의 반응기(2110g)와 동일 또는 유사하게 제공될 수 있다. 따라서, 반응기(2110h)의 부품들 간의 조립 라인(2106h) 또한, 플라즈마 밀도가 상대적으로 높은 토로이드의 중심부에 인접한 영역으로부터 벗어나 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 반응기 제조 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 반응기 제조 방법은 복수개의 부품이 조립되어 형성되는 반응기를 제조하는 방법이다. 본 명세서에서는 도 4의 반응기(2110)를 제조하는 경우에 대해 주로 설명하였으나, 본 실시 예에 따른 반응기 제조 방법은 상술한 실시 예들에 따른 모든 반응기(2110, 2110a, 2110b, 2110c, 2110d, 2110e, 2110f, 2110g, 2110h)들에 적용 가능하다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반응기 제조 방법의 순서도이다.
도 17을 참조하면, 반응기 제조 방법은 부품 형성 단계(S110, S130), 조립 단계(S120), 연마 단계(S140), 치수 및 형상 검사 단계(S150), 응력 제거 단계(S160), 국부 응력 검사 단계(S170), 세정 단계(S180) 및 용사 코팅 단계(S190)를 포함할 수 있다.
도 18은 도 17의 부품 형성 단계(S110, S130)에서 가공되기 전의 원자재(2001, 2002)의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 4, 도 17 및 도 18을 참조하면, 부품 형성 단계(S110, S130)에서는 원자재(2001, 2002)를 기계 가공하여 반응기(2110)를 이루는 각각의 부품(2101, 2102)을 반응기(2110)의 대응되는 영역의 형상으로 형성한다. 예를 들면, 부품 형성 단계(S110, S130)에서는 연삭 공정을 이용하여 원자재(2001, 2002)를 가공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 원자재(2001, 2002)는 대응되는 부품(2101, 2102) 별로 각각 별개로 제공될 수 있다. 원자재(2001, 2002)는 대응되는 부품(2101, 2102)의 형상으로 가공되기 적절한 두께 및 너비를 가지는 플레이트 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 내측 링 부품(2101)에 대응되는 원자재(2001)는 내측 링 부품(2101)으로 가공하기에 적절한 두께 및 너비를 가지는 플레이트 형상으로 제공되고, 외측 링 부품(2102)에 대응되는 원자재(2002)는 유입관(2112) 및 배출관(2113)이 일체형으로 제공되는 외측 링 부품(2102)으로 가공하기에 적절한 두께 및 너비를 가지는 플레이트 형상으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 본 실시 예에 따른 반응기 제조 방법을 이용하여 도 4의 반응기(2110) 외의 다른 실시 예들에 따른 반응기를 제조하는 경우에는 그 반응기를 이루는 각각의 부품에 대응되는 두께 및 너비를 가지는 플레이트 형상의 원자재들이 제공될 수 있다.
원자재(2001, 2002)는 내열성을 가지는 재질로 제공될 수 있다. 예를 들면, 원자재(2001, 2002)는 석영 재질로 제공될 수 있다. 부품 형성 단계(S110, S130)는 내측 영역 가공 단계(S110) 및 외측 영역 가공 단계(S130)를 포함할 수 있다.
도 19는 도 17의 내측 영역 가공 단계(S110)가 완료된 원자재(2001a, 2002a)의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 4, 도 17 및 도 19를 참조하면, 내측 영역 가공 단계(S110)는 조립 단계(S120) 이전에 수행될 수 있다. 내측 영역 가공 단계(S110)에서는 각 원자재(2001, 2002)의 반응기(2110)의 내측면에 대응되는 영역을 가공한다. 이 때, 각 원자재(2001, 2002)의 다른 부품과 접촉되어 조립 라인(2106)을 이루는 경계면의 외측 모서리는 외측으로 갈수록 그 경계면이 바라보는 방향과 반대 방향으로 경사지도록 가공될 수 있다. 따라서, 아래에서 설명되는 조립 단계(S120)에서 서로 마주보는 부품의 경계면이 서로 이루는 홈을 따라 보다 쉽게 용접 작업을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 내측 영역 가공 단계(S110)에서 내측 링 부품(2101)으로 가공되는 원자재(2001)는 내측 링 부품(2101)에 대응되고 외주면이 플라즈마 형성 공간(2103)의 일부를 이루도록 오목하게 만입되는 링 형상으로 연삭될 수 있다. 본 실시 예에 따르면, 내측 링 부품(2101)으로 가공되는 원자재(2001)의 토로이드의 중심부에 대응되는 영역은 이 후 외측 영역 가공 단계(S130)에서의 보다 용이한 가공을 위해 양면이 관통되도록 연삭될 수 있다.
또한, 내측 영역 가공 단계(S110)에서 외측 링 부품(2102)으로 가공되는 원자재(2002)는 외측 링 부품(2102)에 대응되고 내주면이 플라즈마 형성 공간(2103)의 일부를 이루도록 오목하게 만입되는 링 형상으로 연삭될 수 있다. 유입관(2112) 및 배출관(2113)의 내부에 대응되는 영역 또한 내측 영역 가공 단계(S110)에서 연삭되어 가공될 수 있다.
내측 영역 가공 단계(S110)가 완료된 원자재(2001a, 2002a)들에는 파이어 폴리싱(S111)이 수행될 수 있다.
도 20은 도 17의 조립 단계(S120)에서 조립되기 위해 서로 결합된 원자재(2001a, 2002a)의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 20을 참조하면, 조립 단계(S120)에서는 부품(2001a, 2002a)들을 조립한다. 일 실시 예에 따르면, 조립 단계(S120)에서는, 내측 영역 가공 단계(S110)가 완료된 원자재(2001a, 2002a)들을 접촉시킨 상태에서, 산소(O2) 및 수소(H2)의 혼합가스를 이용한 토치와 쿼츠(Quartz) 용접봉을 이용한 2,500℃이상의 용접을 통해 조립한다. 용접은 원자재(2001a, 2002a)들 간의 경계면의 외측 모서리에 형성된 경사면 즉, 조립 라인을 따라 수행된다. 조립 단계(S120)에서는 유입관 및 배출관이 외측 링 부품과 별도로 기계 가공되어 조립되는 경우나, 외측 링 부품이 별도로 기계 가공되어 조립되는 경우의 유입관 및 배출관과 외측 링 부품을 이루는 부품들 또한 상술한 방법과 동일한 방법으로 조립될 수 있다.
조립 단계(S120)가 완료된 원자재(2001a, 2002a)들에는 파이어 폴리싱(S121)이 수행될 수 있다.
도 21은 도 17의 외측 영역 가공 단계(S130)가 완료된 이후의 반응기의 일 예(2110)를 보여주는 단면도이다.
도 17, 도 20 및 도 21을 참조하면, 외측 영역 가공 단계(S130)는 조립 단계(S120) 이후에 수행될 수 있다. 외측 영역 가공 단계(S130)에서는 조립 단계(S120)가 완료된 원자재(2001a, 2002a)의 반응기(2110)의 외측면에 대응되는 영역을 가공한다. 일 실시 예에 따르면, 조립 단계(S120)가 완료되어 서로 조립된 원자재(2001a, 2002a)의 외측 면을 연삭하여 반응기(2110)의 형상으로 가공한다. 유입관(2112) 및 배출관(2113)의 외부에 대응되는 영역 또한 외측 영역 가공 단계(S130)에서 연삭되어 가공될 수 있다.
외측 영역 가공 단계(S130)가 완료된 반응기(2110)에는 파이어 폴리싱(S131)이 수행될 수 있다.
연마 단계(S140)는 외측 영역 가공 단계(S130)가 완료된 후에 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 연마 단계(S140)에서는 컴파운드(Compound)를 이용해 외측 영역 가공 단계(S130)가 완료된 반응기(2110)의 표면에 연마 작업을 수행한다.
치수 및 형상 검사 단계(S150)는 연마 단계(S140)가 완료된 후에 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 치수 및 형상 검사 단계(S150)에서는 지그(Jig)를 이용하여 연마 단계(S140)가 완료된 반응기(2110)의 치수 및 형상을 검사할 수 있다.
응력 제거 단계(S160)는 치수 및 형상 검사 단계(S150)를 통과한 반응기(2110)에 대해 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 응력 제거 단계(S160)에서는 노(Furnace) 내에서 400℃로 1시간동안 가열 후 12시간 동안 서냉하는 어닐링(Anealing)을 수행함으로써, 반응기(2110)의 응력을 제거할 수 있다.
국부 응력 검사 단계(S170)는 응력 제거 단계(S160)가 완료된 후에 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 국부 응력 검사 단계(S170)에서는 편광 현미경을 이용하여 응력 제거 단계(S160)가 완료된 반응기(2110)의 국부 응력을 검사할 수 있다.
세정 단계(S180)는 국부 응력 검사 단계(S170)가 완료된 후에 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 세정 단계(S180)에서는 샌드 블라스트(Sand Blast)를 이용하여 국부 응력 검사 단계(S170)를 통과한 반응기(2110)에 대해 세정 및 탈지 작업을 수행할 수 있다.
용사 코팅 단계(S190)에서는 세정 단계(S180)가 완료된 반응기(2110)에 용사 코팅을 수행한다. 일 실시 예에 따르면, 용사 코팅 단계(S190)에서는 세정 단계(S180)가 완료된 반응기(2110)에 플라즈마 용사 코팅(Plasma Thermal Spray Coating)을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예 들에 따른 반응기는 부품들 간의 조립 라인이 플라즈마 밀도가 상대적으로 높은 영역으로부터 벗어나 형성될 수 있다. 따라서, 플라즈마 반응에 의해 조립 라인에서 발생될 수 있는 파티클의 양을 최소화할 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: 공정 처리 장치
1000: 공정 챔버
2000: 배기 가스 처리부 2100: 플라즈마 처리 장치
2101: 내측 링 부품 2102: 외측 링 부품
2103: 플라즈마 형성 공간 2104: 유입구
2105: 배출구 2106: 조립 라인
2110: 반응기 2111: 몸체
2112: 유입관 2113: 배출관
2120: 변압기 2121: 코어
2200: 포집부
2000: 배기 가스 처리부 2100: 플라즈마 처리 장치
2101: 내측 링 부품 2102: 외측 링 부품
2103: 플라즈마 형성 공간 2104: 유입구
2105: 배출구 2106: 조립 라인
2110: 반응기 2111: 몸체
2112: 유입관 2113: 배출관
2120: 변압기 2121: 코어
2200: 포집부
Claims (14)
- 반응기에 있어서,
복수개의 부품이 조립되어 내부에 플라즈마 형성 공간이 제공되는 몸체를 포함하되,
상기 부품 간의 조립 라인은, 상기 몸체의 상기 플라즈마 형성 공간 내에서 플라즈마가 집중되는 영역에 가장 인접한 영역으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성되는 반응기. - 제 1 항에 있어서,
상기 몸체는 토로이드 형상으로 제공되고,
상기 조립 라인은 상기 몸체의 토로이드의 중심부에 가장 인접한 내측 라인으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성되는 반응기. - 제 2 항에 있어서,
상기 부품은,
상기 내측 라인을 포함하는 내측 링 부품; 및
상기 내측 링 부품의 외측을 감싸는 외측 링 부품을 포함하는 반응기. - 제 3 항에 있어서,
상기 내측 링 부품은 상기 몸체의 상기 내측 라인으로부터 외주 방향을 따라 양측으로 연장되는 영역에 대응되고, 상기 몸체의 상기 유입구 및 상기 배출구가 형성된 영역을 제외한 영역을 상기 몸체가 상기 토로이드의 중심부를 감싸는 방향에 수직인 방향으로 절단한 단면을 기준으로 상기 몸체의 20 내지 95% 이내의 범위로 제공되는 반응기. - 제3 항에 있어서,
상기 외측 링 부품은 복수개의 외측 부품으로 구성되는 것인 반응기. - 제 3 항에 있어서,
상기 몸체에는 상기 플라즈마 형성 공간으로 가스가 유입되는 유입구 및 상기 플라즈마 형성 공간으로부터 유체가 외부로 유출되는 배출구가 형성되고,
상기 유입구를 둘러싼 영역에 조립되는 유입관; 및
상기 배출구를 둘러싼 영역에 조립되는 배출관을 더 포함하는 반응기. - 제 6 항에 있어서,
상기 유입관을 통해 유입되는 가스를 분배하는 분배 부재를 더 포함하되,
상기 분배 부재는 상기 유입관과 일체로 제공되는 반응기. - 제 6 항에 있어서,
상기 유입구 및 상기 배출구 중 적어도 하나는 복수개로 제공되는 반응기. - 제 1 항에 있어서,
상기 몸체는 복수개의 소몸체를 포함하되,
각각의 상기 소몸체는 토로이드 형상으로 제공되되, 토로이드의 중심부가 가상의 일직선을 따라 배열되고, 각각의 상기 소몸체의 토로이드의 중심부를 감싸는 방향은 상기 일직선에 수직으로 제공되며,
상기 조립 라인은 각각의 상기 소몸체의 상기 토로이드의 중심부에 가장 인접한 내측 라인으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성되는 반응기. - 기판을 처리하는 공정 챔버; 및
상기 공정 챔버에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 처리 장치를 포함하되,
상기 플라즈마 처리 장치는, 복수개의 부품이 조립되어 형성되는 반응기를 포함하고,
상기 반응기는, 내부에 플라즈마 형성 공간이 제공되고, 상기 플라즈마 형성 공간으로 가스가 유입되는 유입구 및 상기 플라즈마 형성 공간으로부터 유체가 외부로 배출되는 배출구가 형성되는 몸체를 포함하고,
상기 부품 간의 조립 라인은, 상기 몸체의 상기 플라즈마 형성 공간 내에서 플라즈마가 집중되는 영역에 가장 인접한 영역으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성되는 공정 처리 장치. - 기판을 처리하는 공정 챔버; 및
상기 공정 챔버로부터 배기되는 배기 가스를 처리하는 배기 가스 처리부를 포함하되,
상기 배기 가스 처리부는,
플라즈마를 발생시켜 상기 배기 가스를 연소시키는 플라즈마 처리 장치; 및
상기 플라즈마 처리 장치에 의해 상기 배기 가스가 연소되는 과정에서 발생한 처리 유체로부터 이물질을 포집하는 포집부를 포함하고,
상기 플라즈마 처리 장치는, 복수개의 부품이 조립되어 형성되는 반응기를 포함하고,
상기 반응기는, 내부에 플라즈마 형성 공간이 제공되고, 상기 플라즈마 형성 공간으로 가스가 유입되는 유입구 및 상기 플라즈마 형성 공간으로부터 유체가 외부로 배출되는 배출구가 형성되는 몸체를 포함하고,
상기 부품 간의 조립 라인은, 상기 몸체의 상기 플라즈마 형성 공간 내에서 플라즈마가 집중되는 영역에 가장 인접한 영역으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성되는 공정 처리 장치. - 복수개의 부품이 조립되어 형성되는 반응기를 제조하는 방법에 있어서,
상기 반응기는, 내부에 플라즈마 형성 공간이 제공되고 상기 플라즈마 형성 공간으로 가스가 유입되는 유입구 및 상기 플라즈마 형성 공간으로부터 유체가 외부로 배출되는 배출구가 형성되는 몸체를 포함하되, 상기 부품 간의 조립 라인은 상기 몸체의 상기 플라즈마 형성 공간 내에서 플라즈마가 집중되는 영역에 가장 인접한 영역으로부터 일정 범위를 벗어난 영역에 형성되며,
상기 방법은,
원자재를 기계 가공하여 각각의 상기 부품을 형성하는 부품 형성 단계; 및
상기 부품을 서로 조립하는 조립 단계;를 포함하는 반응기 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 부품 형성 단계는,
상기 원자재의 상기 반응기의 내측면에 대응되는 영역을 가공하는 내측 영역 가공 단계; 및
상기 원자재의 상기 반응기의 외측면에 대응되는 영역을 가공하는 외측 영역 가공 단계;를 포함하고,
상기 내측 영역 가공 단계는 상기 조립 단계 이전에 수행되고, 상기 외측 영역 가공 단계는 상기 조립 단계 이후에 수행되는 반응기 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 조립 단계에서, 상기 부품들은 용접에 의해 서로 조립되는 반응기 제조 방법.
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