KR100373491B1

KR100373491B1 - 플라즈마 건식 가스 세정기

Info

Publication number: KR100373491B1
Application number: KR10-2000-0035786A
Authority: KR
Inventors: 최대규
Original assignee: 최대규
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2003-02-25
Also published as: US20010055552A1; JP3496879B2; KR20020001297A; TW460971B; JP2002028477A; KR200206254Y1; US6423278B2

Abstract

여기에 가스 세정을 위한 플라즈마 건식 가스 세정기(dry scrubber)가 개시된다. 본 발명의 플라즈마 가스 세정기는 플라즈마 발생기, 임피던스 정합기 및, RF 발생기로 구성된다. RF 발생기에서 발생된 고주파 신호는 임피던스 정합기를 통해서 플라즈마 발생실의 상부와 하부에 각기 설치된 제1 및 제2 안테나로 제공된다. 플라즈마 발생기로 유입되는 가스는 제1 및 제2 안테나에 의해 발생되는 자기장에 의해 분해되고, 분해된 가스는 가스 배출관을 통해서 진공 펌프로 배출된다. 제1 및 제2 안테나로부터 발생되는 자기장은 플라즈마 발생실 내에 보다 균일하게 분포하게 되어 플라즈마 방전이 균일하게 이루어진다. 또한, 플라즈마 발생실과 제1 및 제2 안테나를 격리하는 비도전성의 세라믹이나 석영 재질의 격리판을 필요한 만큼 두껍게 하여 장시간 사용 후에도 진공 펌프의 압력에 의한 파손을 방지할 수 있다.

Description

플라즈마 건식 가스 세정기{PLASMA DRY SCRUBBER}

본 발명은 건식 가스 세정기(dry scrubber)에 관한 것으로, 구체적으로는 플라즈마(plasma)를 이용하여 반도체 제조 공정에서 배기되는 가스를 물리적, 화학적 분해 작용에 의해 세정하는 플라즈마 건식 가스 세정기에 관한 것이다.

반도체 장치는 수많은 공정들을 통해서 제조된다. 반도체 제조 공정 중 많은 부분이 확산 공정(diffusion process)과 에칭 공정(etching process)을 반복한다. 공정 진행 후, 프로세스 챔버(process chamber) 내에 존재하는 잔류 가스는 배기 시스템을 통해 외부로 배출된다. 그런데 확산 공정이나 에칭 공정 등의 반도체 제조 공정에서 사용되는 가스들 중에는, 예를 들어 CF₄, CHF₃, C₂F₆와 같은 유해 가스가 사용되고 있기 때문에 배기 시스템을 통해 배출되는 가스는 별도의 세정 처리가 필요하다. 이를 위하여 현재 건식 또는 습식의 가스 세정기가 사용되고 있다.

일반적으로 건식 가스 세정에 사용되는 방식으로는 열분해 혹은 플라즈마 분해시키는 분해식(decomposition process)의 가스 세정기가 사용된다. 지금까지 알려진 바에 의하면, 플라즈마 방식에 의한 가스 세정은 유해 가스를 효과적으로 허용 농도 이하까지 무해화 하기 힘든 것으로 알려져 있다. 이러한 원인은 다음과 같다.

플라즈마 방식은 플라즈마 발생 방식에 따라 ICP(Inductive Coupled Plasma)와 CCP(Capacitive Coupled Plasma) 방식으로 구분된다. ICP 방식은 구조적인 특징에 의해 자기장(H-field)의 균일도가 일정치 않은 단점이 있으며, 배기관의 직경이 커지는 경우 가스 분해 능력이 감소된다. 특히, ICP 방식에서, 프로세서 챔버와 진공 펌프 사이에 구성되는 석영 재질의 파이프 형태의 방전관은 사용 시간에따라서 그 두께가 감소하게 된다. 그럼으로 심한 경우 방전관은 진공 펌프의 압력에 의해 파손될 수도 있다는 문제점을 가지고 있다. 그리고 CCP 방식의 경우에는 이온 입자들이 프로세서 챔버내로 유입되어 파티클(particle)의 발생 원인으로 작용할 수 있는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 플라즈마를 이용한 가스 세정에서 플라즈마를 발생하기 위한 자기장을 보다 균일하고 그 세기를 크게하여 분해 능력이 보다 향상된 플라즈마 가스 세정기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 진공 펌프의 압력에 의해서 쉽게 파손되지 않는 플라즈마 가스 세정기를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 가스 세정기의 외관을 보여주는 사시도;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 가스 세정기의 구성을 보여주는 회로적인 블록도;

도 3은 도 1의 플라즈마 발생기의 분해 사시도;

도 4는 도 1의 플라즈마 발생기의 단면도; 그리고

도 5 내지 도 8은 도 2의 제1 및 제2 안테나에 의해 발생되는 자기장을 시각적으로 보여주는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 프로세스 챔버 20: 진공펌프

30: 플라즈마 건식 가스 세정기 32: 플라즈마 발생기

34: 임피던스 정합기 36: RF 발생기

상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 유입 가스를 플라즈마 상태로 분해시켜 세정하는 건식 가스 세정기는: 플라즈마 발생을 위한 제1 및 제2 안테나를 갖는 플라즈마 발생기; 고주파 전원을 발생하는 RF 발생기 및; 상기 제1 및 제2 안테나와 상기 RF 발생기 사이에 연결되고, 상기 RF 발생기에서 발생된 고주파 전원을 받아들여 상기 제1 및 제2 안테나로 제공하되 임피던스를 정합하는 임피던스 정합기를 포함한다.

상기 플라즈마 발생기는: 세정을 위한 가스를 받아들이는 가스 유입구와 세정된 가스를 배출하는 가스 배출구, 상기 가스 유입구와 가스 배출구 사이에 형성된 플라즈마 발생실 및, 상기 플라즈마 발생실의 상부와 하부에 각기 상기 제1 및 제2 안테나를 수납하기 위한 제1 및 제2 수납부를 갖는 하우징 및; 상기 제1 및 제2 수납부에 각기 안착되고, 상기 플라즈마 발생실과 상기 제1 및 제2 안테나를 격리하는 제1 및 제2 격리판을 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 격리판은 세라믹 또는 석영으로 구성된다. 상기 제1 및 제2 안테나는 나선형으로 구성되며, 각기 동일한 방향 또는 각기 역방향으로 자기장이 발생되도록 전기적으로 직렬 또는 병렬 중 어느 하나로 연결된다.

이 실시예에 있어서, 상기 RF 발생기는 주파수 가변형 고주파 발생기이다. 상기 임피던스 정합기는 복수개의 가변형 콘덴서로 구성된다.

(실시예)

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 신규한 플라즈마 가스 세정기는 플라즈마 발생기의 상부와 하부에 각기 설치된 제1 및 제2 안테나로부터 발생되는 자기장이 플라즈마 발생실내에 보다 균일하게 분포하게 되어 플라즈마 방전이 균일하게 이루어진다. 또한, 플라즈마 발생실과 제1 및 제2 안테나를 격리하는 비전도성의 세라믹이나 석영 재질의 격리판을 두껍게하여 진공 펌프의 압력에도 안전하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 가스 세정기의 외관을 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 가스 세정기의 구성을 보여주는 회로적인 블록도이다.

도면을 참조하여, 본 발명의 플라즈마 가스 세정기(30)는 크게 플라즈마 발생기(32), 임피던스 정합기(34) 및, RF 발생기(36)로 구성된다. 플라즈마 발생기(32)는 프로세스 챔버(10)에 연결되는 가스 유입관(15)과 진공 펌프(20)로 연결되는 가스 배기관(25)으로 각각 연결된다. 후에 구체적으로 설명하겠지만, 플라즈마 발생기(32)의 상부와 하부에는 제1 및 제2 안테나(미도시)가 위치한다. 제1 및 제2 안테나는 임피던스 정합기(34)를 통해서 RF 발생기(36)와 연결된다. 임피던스 정합기(34)는 임피던스 정합을 위한 두 개의 가변형 콘덴서(C1, C2)를 구비한다. 상기 RF 발생기(36)는 주파수 가변형 고주파 발생기로 구성된다.

RF 발생기(36)에서 발생된 고주파 신호는 임피던스 정합기(34)를 통해서 상술한 제1 및 제2 안테나로 제공되고, 프로세스 챔버(10)로부터 가스 유입관(15)을 통해 플라즈마 발생기(32)로 유입되는 가스는 제1 및 제2 안테나에 의해 발생되는 자기장에 의해 분해된다. 분해된 가스는 가스 배출관(25)을 통해서 진공 펌프(20)로 배출되어진다.

좀더 구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하여 플라즈마 발생기의 구조에 대하여 상세히 설명한다. 도 3은 도 1의 플라즈마 발생기의 분해 사시도이고, 도 4는 도 1의 플라즈마 발생기의 단면도이다.

도면을 참조하여, 플라즈마 발생기(32)는 상부와 하부에 각기 구성되는 플라즈마 발생을 위한 제1 및 제2 안테나(42, 82)를 구비한다. 제1 및 제2 안테나(42, 82)는 나선형으로 형성된다. 가스 유입관(15)과 가스 배출관(25) 사이에 하우징(60)이 구성된다. 하우징(60)은 세정을 위한 가스를 받아들이는 가스 유입구(65), 세정된 가스를 배출하는 가스 배출구(64), 상기 가스 유입구(65)와 가스 배출구(64) 사이에 형성된 플라즈마 발생실(68) 및, 상기 플라즈마 발생실(68)의 상부와 하부에 각기 상기 제1 및 제2 안테나(42, 82)를 수납하기 위한 제1 및 제2 수납부(61, 62)를 갖는다.

제1 수납부(61)에는 제1 안테나(42)가 설치되는데, 비도전성 물질인 세라믹 또는 석영 재질의 제1 격리판(46)에 의해 플라즈마 발생실(68)과 격리된다. 상기 제1 격리판(46)은 제1 브라킷(44)에 안착되고 제1 오링(48)을 사이에 두고 다수개의 볼트들(52)에 의해 제1 수납부(61)에 결합된다. 제1 커버(40)는 다수개의 볼트들(50)에 의해 제1 수납부(61)에 결합된다. 제1 안테나(42)는 제1 수납부(61)의 홈(66)을 통해 임피던스 정합기(34)에 연결된다.

제2 수납부(62)에는 제2 안테나(82)가 설치되는데, 비도전성 물질인 세라믹 또는 석영 재질의 제2 격리판(86)에 의해 플라즈마 발생실(68)과 격리된다. 상기 제2 격리판(86)은 제2 브라킷(84)에 안착되고 제2 오링(88)을 사이에 두고 다수개의 볼트들(72)에 의해 제2 수납부(62)에 결합된다. 제2 커버(80)는 다수개의 볼트들(70)에 의해 제2 수납부(62)에 결합된다. 제2 안테나(42)는 제2 수납부(62)의 홈(67)을 통해 임피던스 정합기(34)에 연결된다.

도 5 내지 도 8은 도 2의 및1 및 제2 안테나에 의해 발생되는 자기장을 시각적으로 보여주는 도면이다.

도 5와 도 6은 각각 제1 안테나(42)와 제2 안테나(48)가 동일한 방향으로 자기장이 형성되도록 구성한 것으로, 도 5에서는 전기적으로 직렬로 연결한 경우를도시한 것이고, 도 6에서는 전기적으로 병렬로 연결한 것이다. 이와 같이, 제1 및 제2 안테나(42, 82)가 동일한 방향으로 자기장을 형성하므로 자기장의 세기가 하나의 안테나를 사용한 경우 보다 2배가 증가된다. 증가된 자기장에 의해 플라즈마 발생실(68)을 통과하는 가스의 분해 효과가 증가한다.

도 7과 도 8은 각각 제1 안테나(42)와 제2 안테나(48)가 서로 역방향으로 자기장이 형성되도록 구성한 것으로, 도 7에서는 전기적으로 직렬로 연결한 경우를 도시한 것이고, 도 8에서는 전기적으로 병렬로 연결한 것이다. 이와 같이, 제1 및 제2 안테나(42, 82)가 서로 역방향으로 자기장을 형성하므로 플라즈마 발생실(68) 내에 형성되는 자기장은 거의 동일한 세기로 분포하게 된다. 그러므로 플라즈마 발생실(68)을 통과하는 가스의 분해 효과가 증가한다.

이와 같이, 제1 및 제2 안테나(42, 82)의 연결 방식은 설치 환경에 따라 적합한 연결 방식을 선택적으로 적용할 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나(42)와 제2 안테나(82)의 간격이 큰 경우에는 동일한 방향으로 자기장이 형성되도록 하면 가스 분해 능력이 향상될 것이고, 제1 안테나(42)와 제2 안테나(82)의 간격이 작은 경우에는 역방향으로 자기장이 형성되도록 하면 가스 분해 능력이 더 향상될 것이다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 건식 가스 세정기의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 플라즈마 발생을 세정기 내에서 균일하게 할 수 있으며, 자기장의 세기를 강하게 할 수 있어 가스 분해 능력이 향상된다. 그리고 플라즈마 발생실과 제1 및 제2 안테나를 격리하는 비도전성의 세라믹이나 석영 재질의 격리판을 필요한 만큼 두껍게 하여 장시간 사용 후에도 진공 펌프의 압력에 의한 파손을 방지할 수 있다.

Claims

유입 가스를 플라즈마 상태로 분해시켜 세정하는 건식 가스 세정기에 있어서:

플라즈마 발생을 위한 플라즈마 발생기, 상기 플라즈마 발생기는:

플라즈마 발생을 위한 제1 및 제2 안테나;

세정을 위한 가스를 받아들이는 가스 유입구와 세정된 가스를 배출하는 가스 배출구, 상기 가스 유입구와 가스 배출구 사이에 형성된 플라즈마 발생실 및, 상기 플라즈마 발생실의 상부와 하부에 각기 상기 제1 및 제2 안테나를 수납하기 위한 제1 및 제2 수납부를 갖는 하우징 및;

상기 제1 및 제2 수납부에 각기 안착되고, 상기 플라즈마 발생실과 상기 제1 및 제2 안테나를 격리하는 제1 및 제2 격리판을 포함하고;

고주파 전원을 발생하는 RF 발생기 및;

상기 제1 및 제2 플라즈마 발생 코일과 상기 RF 발생기 사이에 연결되고, 상기 RF 발생기에서 발생된 고주파 전원을 받아들여 상기 제1 및 제2 안테나로 제공하되 임피던스를 정합하는 임피던스 정합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건식 가스 세정기.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 격리판은 세라믹 또는 석영으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건식 가스 세정기.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 안테나는 각기 동일한 방향 또는 각기 역방향으로 자기장이 발생되도록 전기적으로 직렬 또는 병렬 중 어느 하나로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건식 가스 세정기.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 안테나는 나선형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건식 가스 세정기.
제1항에 있어서,

상기 RF 발생기는 주파수 가변형 고주파 발생기인 것을 특징으로 하는 플라즈마 건식 가스 세정기.
제1항에 있어서,

상기 임피던스 정합기는 복수개의 가변형 콘덴서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건식 가스 세정기