KR20170112523A - 가스 저감을 위한 플라즈마 발생기 - Google Patents

가스 저감을 위한 플라즈마 발생기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 저감을 위한 플라즈마 발생기에 관한 것이다. 본 발명의 가스 저감을 위한 플라즈마 발생기는 가스 저감(abatement)을 위한 플라즈마 발생기에 있어서, 플라즈마를 형성하기 위한 이온화 에너지를 제공하는 플라즈마 소스; 및 상기 이온화 에너지에 의해 형성된 제1 이온 가속방향과 상이한 방향의 제2 이온 가속방향을 형성하도록 에너지를 제공하는 하나 이상의 영구자석 또는 유도자석을 포함하는 이온 가속 수단을 포함하여 이온의 운동 궤적을 변화시킨다. 본 발명의 가스 저감을 위한 플라즈마 발생기에 의하면 반응가스 이온의 운동 궤적을 변화시킴으로써 플라즈마 채널 내에서 머무는 잔류 시간을 늘릴 수 있어 가스 분해율을 향상시킬 수 있다. 가스 분해율이 향상됨으로 동일한 전력 공급과 대비하여 플라즈마 방전 효율을 극대화할 수 있다. 또한 플라즈마가 방전된 후 분해된 이온의 재결합을 방지할 수 있어 플라즈마 상태를 지속적으로 유지하며 공급할 수 있다.

Description

가스 저감을 위한 플라즈마 발생기{PLASMA GENERATOR FOR GAS ABATEMENT}
본 발명은 가스 저감을 위한 플라즈마 발생기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스의 분해 효율을 향상시키기 위한 가스 저감을 위한 플라즈마 발생기에 관한 것이다.
플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각, 증착, 세정, 에싱 등 다양하게 사용되고 있다.
에칭 및 화학 진공 증착과 같은 반도체 프로세스들에서는 화학 반응 가스들이 프로세싱 동안에 사용되거나 프로세싱의 결과로서 생성될 수 있다. 특히 과불화탄소(PFCs:Perfluorocompounds)는 반도체/ 디스플레이 공정 중 플라즈마를 이용한 식각, 세정 과정에서 사용되는 기체로서, 반도체/ 디스플레이 시장의 확장과 함께 사용량도 꾸준히 증가되어 왔다. 반도체/ 디스플레이 공정에 사용되는 PFCs는 CF4, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8, NF3, SF6 등을 들 수 있다. 이러한 과불화탄소는 지구 온난화가스의 대표적인 물질로 분류되어 있어, 과불화탄소가 프로세싱 후 챔버에서 100% 소진되지 않은 채 공기중으로 배출되는 경우 환경 규제의 대상이 된다. 그러므로 이러한 가스는 분해 후 공기중으로 배출하는 것이 바람직하다.
또한 반도체 프로세스 공정 후 배출되는 화학 반응 가스는 그대로 배출되는 경우, 배기관의 부식 및 진공펌프를 손상시킴으로써 진공펌프의 수명을 단축시키는 요인으로 작용한다.
현재 반도체/디스플레이 공정에서 배출되는 PFCs를 처리하는 방법으로는 플라즈마, 화학 필터링, 촉매 반응, 열분해, 소각 등을 들 수 있다. 열과 액체를 이용하는 연소 및 습식 타입 스크러버(Burn&Wet type scrubber)는 반도체 분야에서 널리 사용 되고 있으나, 과불화탄소 분해를 위해 고온을 사용하는 경우, 또 다른 규제 대상인 NOX를 발생시키고, 이를 방지하기 위해 온도를 낮추게되면 과불화탄소 분해 효율이 낮아지는 단점을 가진다.
플라즈마에 의한 PFCs처리 방법은 장비 크기가 작고, 설치가 간단하며, 운전변수 조절이 간편하다. PFCs 처리에 플라즈마를 이용하는 방식은 플라즈마 반응기의 설치위치에 따라 진공펌프 후단에 설치하는 상압 열플라즈마와 진공펌프 전단에 설치하는 저압 글로우 플라즈마로 나눌 수 있다. 상압 열플라즈마 방법은 온도가 수천도K 이상인 아크 방전을 이용하여 PFCs를 열분해 처리하는 방식으로, 국내 반도체 공정에 일부 채택되어 사용되고 있다. 그러나, 상압 처리방식은 열플라즈마의 높은 온도에 의해 분해율 면에서는 탁월한 장점을 갖지만, 단위 g당 소모되는 전력에 해당하는 에너지 효율 면에서는 다른 처리 방식에 비해 큰 약점을 지니고 있다. 이는 상압에서는 부피가 큰 플라즈마를 얻기 어려워 처리가스로 효율적인 열전달이 어렵고, 진공펌프에 사용되는 정화가스인 질소를 처리가스와 함께 분해하기 때문에 전력이 낭비된다. 반면, 저압 플라즈마 방식은 진공펌프 전단에서 PFCs를 분해/처리함으로써 정화 가스인 질소가열에 소모되는 에너지 낭비를 피할 수 있을 뿐 아니라, 부피가 큰 플라즈마를 손쉽게 얻을 수 있어 처리가스로의 효율적인 열전달이 가능한 장점을 갖는다. 또한, 저압 플라즈마 방식은 식각공정에서 발생하는 입자들 크기와 부산물의 화학종을 제어할 수 있어서 진공펌프 수명을 획기적으로 늘릴 수 있는 기능성도 가지고 있다.
본 발명의 목적은 플라즈마 발생기 내부에서 반응가스의 이온 궤적을 변화시켜 반응가스의 잔류시간을 증대하여 반응가스의 분해율을 향상시킬 수 있는 가스 저감을 위한 플라즈마 발생기를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 가스 저감을 위한 플라즈마 발생기에 관한 것이다. 본 발명의 가스 저감을 위한 플라즈마 발생기는 가스 저감(abatement)을 위한 플라즈마 발생기에 있어서, 플라즈마를 형성하기 위한 이온화 에너지를 제공하는 플라즈마 소스; 및 상기 이온화 에너지에 의해 형성된 제1 이온 가속방향과 상이한 방향의 제2 이온 가속방향을 형성하도록 에너지를 제공하는 하나 이상의 영구자석 또는 유도자석을 포함하는 이온 가속 수단을 포함하여 이온의 운동 궤적을 변화시킨다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 소스는 환형의 플라즈마가 형성되는 토로이달 형상의 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버의 일부가 통과하도록 장착되는 하나 이상의 페라이트 코어 및 상기 페라이트 코어에 커플링되는 일차권선을 갖는 파워 트랜스포머; 및 상기 일차권선에 전력을 공급하기 위한 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 유도자석은 상기 플라즈마 내로 자기장을 형성할 수 있도록 자속 출입구가 형성된 마그네틱 코어; 및 상기 마그네틱 코어에 권선되는 유도코일을 포함한다.
본 발명의 가스 저감을 위한 플라즈마 발생기에 의하면 반응가스 이온의 운동 궤적을 변화시킴으로써 플라즈마 채널 내에서 머무는 잔류 시간을 늘릴 수 있어 가스 분해율을 향상시킬 수 있다. 가스 분해율이 향상됨으로 동일한 전력 공급과 대비하여 플라즈마 방전 효율을 극대화할 수 있다. 또한 플라즈마가 방전된 후 분해된 이온의 재결합을 방지할 수 있어 플라즈마 상태를 지속적으로 유지하며 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 발생기가 프로세스 챔버에 설치된 상태를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 영구자석이 장착된 플라즈마 발생기의 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 영구자석의 다양한 배치구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 영구자석이 장착된 플라즈마 발생기의 제2 실시예를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 유도자석이 장착된 플라즈마 발생기의 실시예를 도시한 도면이다.
도 9는 플라즈마 발생기에서 유도자석이 장착된 부분에서의 이온 운동궤적을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 유도자석에 파워코일이 권선된 상태를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 영구자석이 장착된 플라즈마 발생기의 제3 실시예를 도시한 도면이다.
도 12는 플라즈마 발생기의 냉각라인을 도시한 도면이다.
도 13은 도 11에 도시된 플라즈마 발생기의 분해 사시도이다.
도 14는 영구자석이 설치된 플라즈마 발생기의 단면을 도시한 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 발생기는 플라즈마(118)를 발생하기 위한 이온화 에너지를 제공하는 플라즈마 소스를 포함한다. 플라즈마 소스로부터 제공된 이온화 에너지에 의해 제1 이온 가속방향(142)이 결정된다. 이때, 본 발명에 따른 이온 가속 수단은 플라즈마(118) 내에서 제1 이온 가속방향(142)과 상이한 방향으로 제2 이온 가속방향(144)을 형성한다. 그러므로 제1 및 제2 이온 가속방향(142, 144)에 의해 이온의 운동 궤적이 변화되며 매우 복잡한 경로로 회전가속(146)이 이루어진다. 회전가속(146)에 의해 플라즈마(118) 내의 이온의 체류시간이 증대되어 이온 분해율이 높아진다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 발생기가 프로세스 챔버에 설치된 상태를 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 발생기(600)는 이온화 에너지를 제공하는 플라즈마 소스와 이온 가속 수단을 포함한다. 공정챔버(195)의 상부에는 활성가스를 생성하여 공정챔버(195)로 공급하기 위한 원격 플라즈마 발생기(50)를 더 구비할 수 있다. 원격 플라즈마 발생기(50)에서 이온 가속 수단에 의해 가속된 활성가스는 어뎁터(190)를 통해 연결된 공정챔버(195)로 공급된다. 공정챔버(195)는 피처리 기판(197)이 놓이는 서셉터(196)가 구비되며, 공정챔버(195)에 형성된 배기구에는 배기펌프(198)이 연결된다. 특히, 본 발명에 따른 플라즈마 발생기(100)는 공정챔버(195)의 배기구(199)와 배기펌프(198) 사이에 설치되어, 프로세스 챔버(195)에서 배출되는 배기가스를 분해하여 배출한다.
도 3은 본 발명의 영구자석이 장착된 플라즈마 발생기의 제1 실시예를 도시한 도면이고, 도 4 및 도 5는 영구자석의 다양한 배치구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 발생기(200)는 이온화 에너지를 제공하는 플라즈마 소스와 이온 가속 수단을 포함한다. 플라즈마 발생기(200)에서 이온 가속 수단에 의해 가속된 활성가스는 어뎁터를 통해 연결된 공정챔버(50)로 공급된다. 공정챔버(50)는 피처리 기판(197)이 놓이는 서셉터(196)가 구비된다.
플라즈마 소스는 플라즈마 챔버(210) 내에서 플라즈마(118)가 발생되도록 이온화 에너지를 플라즈마 챔버(210) 내로 제공한다. 플라즈마 소스는 용량 결합 플라즈마(Capacitive Coupled Plasma), 유도 결합 플라즈마(Inductive Coupled Plasma) 또는 변압기 결합 플라즈마(Transfer Coupled Plasma) 중 어느 하나로 형성된다. 플라즈마 소스는 플라즈마 챔버(210)와 파워 트랜스포머(220)로 구성된다. 플라즈마 챔버(210)는 환형의 플라즈마(118)가 내부에 형성되는 토로이달 형상의 챔버 바디(212)를 포함한다. 챔버 바디(212)는 적어도 둘 이상으로 분리되어 형성된다. 챔버 바디(212)의 상부에는 플라즈마를 점화하기 위하여 초기 이온화를 위한 점화전극부(미도시)가 구비될 수 있다. 플라즈마 챔버(210)의 상부에는 공정챔버(195)와 연결되어 배기가스를 공급받기 위한 가스 주입구(114)가 구비되고, 하부에는 플라즈마 챔버(110)에서 분해된 가스를 배출하기 위한 가스 배출구(116)가 구비된다. 플라즈마 챔버(110)의 재질은 알루미늄과 같은 도체로 형성되거나 석영으로 형성된다. 플라즈마 챔버(110)에는 플라즈마 챔버(110)가 과열되는 것을 방지하기 위한 냉각채널(미도시)이 형성된다.
파워 트랜스포머(220)는 페라이트 코어(222)와 일차권선(224)을 포함한다. 하나 이상의 페라이트 코어(222)는 플라즈마 챔버(210)의 일부가 통과하도록 장착되고, 일차권선(224)이 페라이트 코어(222)에 커플링되며 전원 공급원(202)에 연결된다. 플라즈마 챔버(210) 내에 발생된 플라즈마(118)는 파워 트랜스포머(220)의 이차측을 형성한다.
이온 가속 수단은 플라즈마 챔버(210) 내의 이온을 가속하기 위하여 챔버 바디(112) 내로 에너지를 제공한다. 플라즈마 소스로부터 제공되는 이온화 에너지에 의해 챔버 바디(210) 내에는 환형의 제1 이온 가속방향(142)이 형성된다. 이때, 이온 가속 수단으로부터 제공되는 에너지에 의해 제2 이온 가속방향(144)이 형성된다. 이때, 제1 이온 가속방향(142)과 제2 이온 가속방향(144)은 서로 상이한 방향으로 형성된다. 다시 말해, 제2 이온 가속방향(144)은 제1 이온 가속방향(142)과 소정의 각(θ> 0ㅀ)을 갖도록 형성된다. 본 발명에서는 제1 이온 가속방향(142)과 제2 이온 가속방향(144)이 서로 수직이므로 이온이 회전되며 이온 가속 경로가 매우 복잡해진다.
이온 회전 수단으로는 다수 개의 영구자석(230)을 사용할 수 있다. 영구자석(230)은 플라즈마 발생기(290a)의 챔버 바디(212) 주변에 설치되거나 챔버 바디(212) 내에 삽입되어 설치된다. 챔버 바디(212) 내부에 형성되는 플라즈마를 중심으로 서로 다른 극성을 갖는 영구자석(230)이 대향되도록 설치하여 챔버 바디(212) 내로 자기장(제2 이온 가속 방향)이 형성된다. 다수 개의 영구자석(230)은 페라이트 코어(222)와 일차권선(224)으로 구성된 변압기(220)가 설치되는 챔버 바디(212) 영역에 위치될 수 있도록 설치된다. 가스 주입구(214)를 통해 챔버 바디(212)의 내부로 공급되는 가스는 페라이트 코어(222)가 설치되는 챔버 바디(212) 영역에서 분해되는 비율이 높다. 플라즈마 챔버(210) 내부로 주입된 반응 가스는 제1 이온 가속방향(142)에 의해 가속되며 운동한다. 이때, 제2 이온 가속방향(144)에 의해 본래의 운동 궤적이 변화하게 되어 회전하면서 회전가속(146)되며 이동된다. 그러므로 회전되는 이온은 챔버 바디(212) 내에서의 체류시간이 증대되고, 회전에 의해 이온간의 충돌이 용이하게 발생되어 가스 분해 효율이 높아지며 플라즈마 밀도가 상승한다. 또한 페라이트 코어(222)가 설치되는 영역에 다수 개의 영구자석(230)을 설치함으로써 영구자석에 의한 가스 이온의 가속 경로가 복잡해져서 분해율이 향상된다. 분해된 가스는 가스 배출구(216)을 통해 배출된다.
다수 개의 영구자석(230)은 챔버 바디(212)에 구비된 절연영역 주변에 설치될 수 있다. 다수 개의 영구자석(230)에 의해 절연영역에서 자기장이 형성됨으로써 절연영역을 지나는 가스 이온을 회전 가속하여 이온 가속 경로가 복잡해진다. 그러므로 이온의 체류시간이 증가하여 분해된 이온이 재결합되거나 분해되지 않은 상태로 배출되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
챔버 바디(212)는 영구자석(230)에 의해 형성되는 자기장이 챔버 바디(212) 내부로 유도될 수 있는 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 여기서, 챔버 바디(212) 전체를 자기장이 내부로 유도될 수 있는 재질로 제작할 수도 있고, 영구자석(230)이 설치되는 영역만 자기장이 내부로 유도될 수 있는 재질로 제작할 수도 있다.
도 4(a)를 참조하면, 다수 개의 영구자석(230)은 제1, 2 영구자석 모듈(230a, 230b)이 대향되도록 설치된다. 여기서, 제1, 2 영구자석 모듈(230a, 230b)은 다수 개의 영구자석(230)을 서로 다른 극성이 마주하도록 병렬로 배치시킬 수 있다. 제1, 2 영구자석 모듈(230a, 230b)은 서로 다른 극성이 마주하도록 챔버 바디(212)에 설치되어 자기장을 형성한다.
도 4(b)를 참조하면, 다수 개의 영구자석(230)은 제1, 2 영구자석 모듈(230c, 230d)이 대향되도록 설치된다. 여기서, 제1, 2 영구자석 모듈(230c, 230d)은 다수 개의 영구자석(230)을 동일 극성이 마주하도록 병렬로 배치시킬 수 있다. 제1, 2 영구자석 모듈(230a, 230b)은 서로 다른 극성이 마주하도록 챔버 바디(212)에 설치되어 자기장을 형성한다.
도 5를 참조하면, 내부 방전 공간의 단면이 사각형상 또는 원형상 등 다양한 형상의 챔버 바디(212a, 212b)에 다수 개의 영구자석(230)이 설치될 수 있다. 다수 개의 영구자석(230)은 챔버 바디(212a, 212b) 내부에 삽입되어 설치될 수도 있고, 클램핑부재(미도시)에 의해 결합되어 챔버 바디(212a, 212b)에 장착될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 영구자석이 장착된 플라즈마 발생기의 제2 실시예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 플라즈마 발생기(200a)는 이온 회전 수단으로써 다수 개의 영구자석(230)을 챔버 바디(212)의 상부 및 하부에 설치하여 형성할 수 있다. 챔버 바디(212)의 상부에는 가스가 주입되는 가스 주입구(214)가 구비되고, 챔버 바디(212)의 하부에는 분해된 가스가 배출되는 가스 배출구(216)가 구비된다. 다수 개의 영구자석(230)은 챔버 바디(212) 내부에 형성되는 플라즈마(118)를 중심으로 서로 다른 극성이 마주하도록 설치된다. 그러므로 가스 주입구(214)로 주입된 가스는 영구자석(230)에 의해 챔버 바디(212) 내에 갖히게 됨으로써 이온 체류시간이 더욱 상승하고, 이로 인하여 이온 분해율이 증대되는 효과를 이룬다. 또한 가스 배출구(216)로 배출되기 위하여 이동하던 가스는 영구자석(230)에 의해 챔버 바디(212) 내에 갖히게 됨으로써 이온 체류시간이 더욱 상승하고, 이로 인하여 이온 분해율이 증대되는 효과를 이룬다.
다수 개의 영구자석(230)은 챔버 바디(212)의 상부 또는 하부 중 한 부분에만 설치될 수도 있다. 또한 추가적으로 페라이트 코어(222)가 설치되는 영역에 설치될 수도 있다. 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 챔버 바디(212) 내부 공간을 중심으로 둘레에 다수 개의 영구자석(230)이 배치될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 유도자석이 장착된 플라즈마 발생기의 실시예를 도시한 도면이고, 도 9는 플라즈마 발생기에서 유도자석이 장착된 부분에서의 이온 운동궤적을 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 9을 참조하면, 플라즈마 발생기(300)는 이온 가속 수단으로써, 하나 이상의 유도자석부(350)가 챔버 바디(312)에 설치된다. 유도자석부(350)는 자속 출입구가 형성된 마그네틱 코어(352) 및 마그네틱 코어(352)에 권선되는 유도코일(354)을 포함한다. 유도코일(354)은 유도자석 전원 공급원(351)에 연결되어 구동 전력을 제공받는다. 여기서, 유도코일(354)은 일차권선(224)에 연결된 전원 공급원(302)과 연결되어 전력을 공급받을 수도 있다. 마그네틱 코어(352)는 자속 출입구(352)가 챔버 바디(312) 내부를 향하도록 챔버 바디(312)의 외부에 끼워져 장착된다. 유도자석 전원 공급원(351)으로부터 전력을 공급받아 유도코일(354)이 구동되면, 챔버 바디(312) 내부에는 마그네틱 코어(352)의 자속 출입구 사이에서 형성되는 자기장(358)과 변압기(320)에 의해 챔버 바디(312) 내부로 유도되는 전기장이 혼재된다. 다시 말해, 변압기에 의해 챔버 바디(312) 내부로 유도되는 전기장은 제1 이온 가속방향을 갖고, 자기장(358)은 또 다른 이온 가속 방향을 갖는다. 그러므로 가스 이온 경로가 복잡해지며 이온 체류 시간이 증대되고, 이온 분해율이 향상된다. 마그네틱 코어(352)에 의해 유도되는 전기장은 제2 이온 가속방향(358)을 갖는다. 또한 그러므로 제1 이온 가속방향과 제2 이온 가속방향이 상이하기 때문에 이온의 가속 경로가 복잡해지며, 이온의 체류 시간이 증대되어 이온 분해율이 향상된다.
유도자석부(350)는 챔버 바디(312)의 상부에 설치될 수 있다. 특히, 환형으로 형성되는 챔버 바디(312)에서 꺽여지는 부분에 유도자석부(350)가 설치될 수 있다. 가스 주입구로 주입된 가스는 챔버 바디(312) 상부에서 양측으로 분배되고, 페라이트 코어(322)가 설치되는 중간부에서 직선 하강하게 되는데, 양측으로 분배된 가스가 직선하강하기 전에 유도자석부(350)에 의해 이온의 체류시간이 증대된다.
도 10은 본 발명의 유도자석에 파워코일이 권선된 상태를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 유도자석부(350)는 페라이트 코어(322)에 권선된 파워코일(354a, 354b)과 연결될 수 있다. 유도자석부(350)의 마그네틱 코어(352)에는 페라이트 코어(322)에 권선되는 파워코일(354a, 354b)이 권선됨으로써 전원 공급원(302)으로부터 일차권선(324)으로 공급되는 전력이 파워코일(354a, 354b)로 전달되어 마그네틱 코어(352)의 자속 출입구에서 자기장이 형성되도록 한다. 여기서, 마그네틱 코어(352)는 하나의 파워코일에 연결될 수도 있고, 두 개의 파워코일(354a, 354b)에 의해 연결될 수 있다.
도 11은 본 발명의 영구자석이 장착된 플라즈마 발생기의 제3 실시예를 도시한 도면이고, 도 12는 플라즈마 발생기의 냉각라인을 도시한 도면이고, 도 13은 도 11에 도시된 플라즈마 발생기의 분해 사시도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 플라즈마 발생기(600)는 내부에 환형의 플라즈마가 발생되는 플라즈마 챔버(612)를 포함한다. 플라즈마 챔버(612)는 배기가스가 주입되는 가스 주입구(614), 가스 주입구(614)가 설치되는 상부챔버(612a), 일자 형상의 방전관을 갖는 두 개의 튜브 챔버(612b), 가스 배출구(616)가 설치되는 하부챔버(612c) 및 가스 배출구(616)를 포함한다. 두 개의 튜브 챔버(612b)에는 페라이트 코어(622)가 설치되며, 페라이트 코어(622)에는 일차권선(미도시)이 권선된다. 튜브 챔버(612b)에는 각각 이온 가속을 위한 이온 가속 수단으로써, 영구자석(630)이 설치될 수 있다. 영구자석(630)이 설치된 후 커버(613)를 설치하여 영구자석(630)이 노출되지 않도록 한다. 본 발명에서는 두 개의 튜브 챔버(612b)를 갖는 플라즈마 발생기(600)를 개시하였으나, 튜브 챔버(612b)의 개수는 더 증가될 수 있다.
영구자석(630)은 상기에서 설명한 바와 같이, 플라즈마 소스에 의해 형성된 제1 이온 가속 방향과는 상이한 방향의 제2 이온 가속 방향을 형성하여 플라즈마 챔버(612) 내로 공급된 가스 이온의 가속 경로를 복잡하게 함으로써 분해율을 향상한다.
도면에서는 개시하지 않았으나, 플라즈마 발생기(600)에 이온 가속 수단으로써, 상기에 설명한 유도 자석부를 설치하여 이온 가속 경로를 복잡하게 형성할 수 있다. 유도 자석부는 단독으로 플라즈마 발생기에 설치될 수도 있고, 이온 가속 전극부 또는 영구자석과 함께 설치될 수도 있다.
플라즈마 챔버(612)에는 냉각채널(650)이 구비된다. 냉각채널(650)은 상부챔버(612a) 및 하부챔버(612b)의 둘레에 형성되고, 튜브챔버(612b)의 길이방향으로 형성된다. 냉각채널(650)은 냉각수 공급원(미도시)으로부터 냉각수를 공급받는바, 냉각수는 냉각채널(650)을 따라 순환하게 되어 플라즈마 챔버(612)가 과열되지 않도록 한다.
도 14는 영구자석이 설치된 플라즈마 발생기의 단면을 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 플라즈마 챔버(612)의 튜브챔버(612b)에는 상기에서 설명한 바와 같이, 다수 개의 영구자석(630)이 설치될 수 있다. 다수 개의 영구자석(630)은 서로 다른 극성이 마주하도록 설치되어 마주 설치된 영구자석(630)에 의해 자기장이 튜브챔버(612b) 내부에 형성될 수 있도록 한다.
이상에서 설명된 본 발명의 가스 저감을 위한 플라즈마 발생기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
210: 플라즈마 챔버 212, 312: 챔버 바디
214, 314: 가스 주입구 216, 316: 가스 배출구
118: 플라즈마 142: 제1 이온 가속방향
144: 제2 이온 가속방향 146: 회전가속
195: 공정챔버 196: 서셉터
197: 피처리 기판 198: 배기펌프
200, 200a, 300: 플라즈마 발생기 202, 302: 메인 전원 공급원
220, 320: 파워 트랜스포머 222, 322: 페라이트 코어
224, 324: 일차권선 212a, 212b: 제2 챔버 바디
230: 영구자석 230a, 230b: 제1, 2 영구자석 모듈
350: 유도자석부 351: 유도자석 전원 공급원
352: 마그네틱 코어 354: 유도코일
354a: 제1 파워코일 354b: 제2 파워코일
356: 자기장

Claims (3)

  1. 가스 저감(abatement)을 위한 플라즈마 발생기에 있어서,
    플라즈마를 형성하기 위한 이온화 에너지를 제공하는 플라즈마 소스; 및
    상기 이온화 에너지에 의해 형성된 제1 이온 가속방향과 상이한 방향의 제2 이온 가속방향을 형성하도록 에너지를 제공하는 하나 이상의 영구자석 또는 유도자석을 포함하는 이온 가속 수단을 포함하여 이온의 운동 궤적을 변화시키는 것을 특징으로 하는 가스 저감을 위한 플라즈마 발생기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는
    환형의 플라즈마가 형성되는 토로이달 형상의 플라즈마 챔버;
    상기 플라즈마 챔버의 일부가 통과하도록 장착되는 하나 이상의 페라이트 코어 및 상기 페라이트 코어에 커플링되는 일차권선을 갖는 파워 트랜스포머;
    상기 일차권선에 전력을 공급하기 위한 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 저감을 위한 플라즈마 발생기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유도자석은
    상기 플라즈마 내로 자기장을 형성할 수 있도록 자속 출입구가 형성된 마그네틱 코어; 및
    상기 마그네틱 코어에 권선되는 유도코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 저감을 위한 플라즈마 발생기.
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