專利名稱：用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，特別涉及一種用于去除在 顯示器或半導(dǎo)體制造工序中低壓工藝腔室內(nèi)產(chǎn)生的污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
在顯示器或半導(dǎo)體制造工藝中，拋光(ashing)、蝕刻、沉積、清洗及氮化處理等工 序在低壓工藝腔室內(nèi)進(jìn)行。在這種低壓工藝中使用的氣體是①揮發(fā)性有機化合物(三氯乙 烯、1，1，1-三氯乙烷、甲醇、乙醛等)；②酸(acid)系歹|J (HN03、H2S04、HC1、F2、HF、C12、BC13、 NOx等)；③引發(fā)臭味物質(zhì)(NH3、H2S等)；④自燃?xì)怏w(SiH4、Si2H6、PH3、AsH3等)；⑤引發(fā)地 球溫室物質(zhì)(全氟化合物)等。經(jīng)過前述低壓工藝之后，會生成微粒子、HF、氟化物、氯化物、SiO2、GeO2、金屬、氮氧 化物(NOx)、NH3、碳?xì)浠衔镆约叭衔锏鹊奈廴疚镔|(zhì)。其中，HF、氟化物及氯化物引發(fā)真空泵或連接管(連接低壓工藝腔室和真空泵的 管)的腐蝕，而且是排出到空氣中之前必須處理的有害物質(zhì)。微粒子、Si02、Ge02&金屬等 在通過連接管的同時，經(jīng)過冷卻過程之后變成粉末狀，而這種粉末是縮短真空泵壽命的主 要因素。并且，由于環(huán)境保護(hù)規(guī)定，排出到大氣中的全氟化合物受到限制。因此，在真空泵的前方(即連接管)設(shè)置等離子體反應(yīng)器，以去除低壓工藝腔室中 產(chǎn)生的污染物質(zhì)。設(shè)置在真空泵前方并生成低壓等離子體的等離子體反應(yīng)器主要使用電感 耦合等離子體(inductive coupled plasma)方式的電極結(jié)構(gòu)和無線電頻率(RF)驅(qū)動方 式。就電感耦合等離子體方式而言，向線圈狀的電極兩端施加電壓，以生成等離子體。 但是，由于這種等離子體反應(yīng)器的裝置本身非常昂貴，特別是無線電頻率(RF)電源供給器 的價格也非常高，而且用于維持等離子體的功率消耗大，所以安裝費用和維護(hù)費用較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，所述等離子體反應(yīng)器設(shè)置 在真空泵的前方，以生成低壓等離子體，從而減少安裝費用和維護(hù)費用的同時，可提高污染 物質(zhì)的處理效率，并且不僅可以長時間穩(wěn)定操作，而且可以減少電源供給器的無功功率。本發(fā)明的一實施例涉及的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器位于低壓工藝腔 室和真空泵之間，并生成低壓等離子體，從而去除在低壓工藝腔室內(nèi)產(chǎn)生的污染物質(zhì)。并 且，所述等離子體反應(yīng)器包括第一接地電極和第二接地電極，它們兩者之間相互隔開設(shè) 置；介電質(zhì)，其固定在所述第一接地電極和所述第二接地電極之間；至少一個驅(qū)動電極，其 設(shè)置在所述介電質(zhì)的外表面上，并與所述第一接地電極和所述第二接地電極相互隔開設(shè) 置，且與交流電源單元連接，以接收驅(qū)動電壓。所述第一接地電極、所述介電質(zhì)和所述第二接地電極是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可以朝著一個 方向連接而構(gòu)成一管。
所述第一接地電極和所述第二接地電極中的一個可以與所述低壓工藝腔室相連 接，而另一個與所述真空泵相連接。用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器可以進(jìn)一步包括至少一個輔助接地電極，其 在所述介電質(zhì)的外表面上與所述至少一個驅(qū)動電極相互隔開設(shè)置。在所述介電質(zhì)的長度方向上，所述至少一個輔助接地電極和所述至少一個驅(qū)動電 極可按輔助接地電極、驅(qū)動電極、輔助接地電極順序輪流交替布置。在所述介電質(zhì)的長度方向上，所述至少一個輔助接地電極和所述至少一個驅(qū)動電 極可按驅(qū)動電極、輔助接地電極、驅(qū)動電極順序輪流交替布置。另一方面，在所述介電質(zhì)的長度方向上，所述至少一個驅(qū)動電極和所述至少一個 輔助接地電極可輪流交替布置。本發(fā)明的一實施例涉及一種用于去除污染物的等離子體反應(yīng)器的驅(qū)動方法，所述 等離子體反應(yīng)器包括介電質(zhì)；第一接地電極及第二接地電極，其固定于介電質(zhì)兩端；至少 一個驅(qū)動電極，其位于介電質(zhì)的外表面，并與第一接地電極和第二接地電極相互隔開設(shè)置， 其中所述驅(qū)動方法包括向驅(qū)動電極施加具有IkHz至999kHz頻率的交流驅(qū)動電壓，以生成 低壓等離子體的步驟。驅(qū)動電壓具有增加段、保持段和衰減段，在一個周期內(nèi)正電壓值和負(fù)電壓值可以 周期性地變化。可通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電極的輸入功率來改變低壓等離子體的溫度和密度，輸入功率的 增加可以通過驅(qū)動電壓的上升、驅(qū)動頻率的上升以及驅(qū)動電壓的斜率上升中的一個方法來 實現(xiàn)。本發(fā)明的另一實施例涉及一種用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器的驅(qū)動方法， 所述等離子體反應(yīng)器包括介電質(zhì)；第一接地電極及第二接地電極，其固定于介電質(zhì)兩端； 至少一個驅(qū)動電極，其位于所述介電質(zhì)的外表面上，并與所述第一接地電極和所述第二接 地電極相互隔開設(shè)置；以及至少一個輔助接地電極，其中所述驅(qū)動方法包括向所述驅(qū)動電 極施加具有IkHz至999kHz頻率的交流驅(qū)動電壓，以生成低壓等離子體的步驟。驅(qū)動電壓具有增加段、保持段和衰減段，在一個周期內(nèi)正電壓值和負(fù)電壓值可周 期性地變化?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)驅(qū)動電極的輸入功率來改變低壓等離子體的溫度和密度，輸入功率的 增加可以通過驅(qū)動電壓的上升、驅(qū)動頻率的上升以及驅(qū)動電壓的斜率上升中的一個方法來 實現(xiàn)。本發(fā)明的又另一實施例涉及一種用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其包括 第一接地電極和第二接地電極，它們兩者之間相互隔開設(shè)置；第一驅(qū)動電極，位于所述第一 接地電極的內(nèi)側(cè)，用來接收第一交流電壓，所述第一驅(qū)動電極與所述第一接地電極之間夾 設(shè)有第一介電質(zhì)領(lǐng)域；以及第二驅(qū)動電極，位于所述第二接地電極的內(nèi)側(cè)，并與所述第一驅(qū) 動電極隔開設(shè)置，用來接收第二交流電壓，所述第二驅(qū)動電極與所述第一驅(qū)動電極間夾設(shè) 有第二介電質(zhì)領(lǐng)域，所述第二驅(qū)動電極與所述第二接地電極間夾設(shè)有第三介電質(zhì)領(lǐng)域，所 述第一交流電壓和所述第二交流電壓具有180°的相位差，所述第一交流電壓和所述第二 交流電壓的振幅是放電驅(qū)動電壓振幅的一半。放電驅(qū)動電壓可以具有與第一交流電壓和第二交流電壓中一個相同的相位。
本發(fā)明的再一實施例涉及一種用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其位于低壓 工藝腔室和真空泵之間，并通過生成低壓等離子體，去除在低壓工藝腔室內(nèi)產(chǎn)生的污染物 質(zhì)，其中包括介電質(zhì)，其具有內(nèi)部空間；第一接地電極和第二接地電極，其固定于所述介 電質(zhì)的兩端；第一驅(qū)動電極和第二驅(qū)動電極，其與所述第一接地電極和所述第二接地電極 相互隔開設(shè)置，并固定于介電質(zhì)的外表面，且與各自的交流電源單元相連接，從而分別接收 第一交流電壓和第二交流電壓。第一交流電壓和第二交流電壓具有180°的相位差，第一交 流電壓和第二交流電壓的振幅是放電驅(qū)動電壓振幅的一半。第一接地電極、介電質(zhì)及第二接地電極是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而且可以朝著一個方向連接
并構(gòu)成一管。第一接地電極和第二接地電極中的一個可以與低壓工藝腔室相連接，而另一個可
以與真空泵連接。放電驅(qū)動電壓可以具有與第一交流電壓和第二交流電壓中一個相同的相位。用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器可以進(jìn)一步包括至少兩個接地電極和至少 一個驅(qū)動電極，至少一個驅(qū)動電極位于第一驅(qū)動電極和第二驅(qū)動電極之間。所述至少一個驅(qū)動電極可以是一個第三驅(qū)動電極，所述至少兩個接地電極可以包 括第三接地電極與第四接地電極，所述第三接地電極設(shè)置在所述第一驅(qū)動電極和所述第三 驅(qū)動電極之間，所述第四接地電極設(shè)置在所述第二驅(qū)動電極和所述第三驅(qū)動電極之間。第三驅(qū)動電極可以接收放電驅(qū)動電壓。


圖1是包括等離子體反應(yīng)器的低壓工藝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明第一實施例涉及的等離子體反應(yīng)器的立體圖。圖3是圖2中所示的等離子體反應(yīng)器的截面圖。圖如、圖4b是圖2所示的等離子體反應(yīng)器中施加到驅(qū)動電極上的驅(qū)動電壓的波形 例圖。圖5是本發(fā)明第二實施例涉及的等離子體反應(yīng)器的立體圖。圖6是本發(fā)明第三實施例涉及的等離子體反應(yīng)器的立體圖。圖7是本發(fā)明第四實施例涉及的等離子體反應(yīng)器的立體圖。圖8是本發(fā)明第五實施例涉及的等離子體反應(yīng)器的立體圖。圖9是本發(fā)明第六實施例涉及的等離子體反應(yīng)器的立體圖。圖10是圖9所示等離子體反應(yīng)器的剖面圖。圖11是圖9所示等離子體反應(yīng)器中分別施加到第一驅(qū)動電極和第二驅(qū)動電極上 的第一交流電壓和第二交流電壓的波形例圖。圖12是圖9所示等離子體反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13是本發(fā)明的第七實施例涉及的等離子體反應(yīng)器的立體圖。圖14是圖13所示等離子體反應(yīng)器的剖面圖。圖15是圖13所示的等離子體反應(yīng)器的剖面圖和示意圖。
具體實施例方式下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例，以使本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員容 易實施。本發(fā)明可用多種方式實施，并不局限于在此說明的實施例。圖1是包括等離子體反應(yīng)器的低壓工藝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖1的低壓工藝系統(tǒng)可以 適用于顯示器或半導(dǎo)體制造工序等。參照圖1，低壓工藝系統(tǒng)100包括低壓工藝腔室10、通過連接管11與低壓工藝腔 室10相連接的真空泵12、設(shè)置在連接管11上的等離子體反應(yīng)器20。等離子體反應(yīng)器20 設(shè)置在真空泵12的前方，并且其內(nèi)部保持與壓工藝腔室10 —樣的低壓狀態(tài)。反應(yīng)氣體注 入口 13位于等離子體反應(yīng)器20的前方，而洗滌器14和過濾器15位于等離子體反應(yīng)器20 的后方。其中，所述“低壓”可以表示約0. Ol-IOTorr范圍內(nèi)的壓力。在低壓工藝腔室10內(nèi)進(jìn)行拋光、蝕刻、沉積、清洗和氮化處理等工序。經(jīng)過該工序 之后，會生成有害氣體、粉末物質(zhì)、全氟化合物等各種污染物質(zhì)。等離子體反應(yīng)器20在其內(nèi)部生成低壓高溫的等離子體，從而分解有害氣體和全 氟化合物。分解后的成分與反應(yīng)氣體相結(jié)合，轉(zhuǎn)變成無害元素。等離子體富含電子或受激 原子(excited atom)等反應(yīng)物質(zhì)，所以促進(jìn)分解后氣體和反應(yīng)氣體之間的化學(xué)反應(yīng)。洗滌器14用來中和酸系列氣體，以此來提高真空泵12的性能。粉末物質(zhì)被高溫 等離子體氣化之后，并不會積存在真空泵12內(nèi)部，而排出到空氣中，從而提高真空泵12的 壽命。此時，部分粉末物質(zhì)有可能沒有被氣化而留在等離子體反應(yīng)器20中，此時過濾器15 會過濾未被氣化的粉末物質(zhì)，以防粉末物質(zhì)進(jìn)入真空泵12內(nèi)。在以下說明中，本實施例的等離子體反應(yīng)器以介電質(zhì)阻擋放電(dielectric barrier discharge)方式生成等離子體，并具有環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)，且具有數(shù)kHz至數(shù)百kHz的 交流電頻率的驅(qū)動特性。這些特性均能降低等離子體反應(yīng)器的安裝及維護(hù)成本的同時，提 高污染物質(zhì)的處理效率，并能實現(xiàn)長時間穩(wěn)定的操作。下面參照圖2至圖15說明等離子體 反應(yīng)器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)及作用。圖2是本發(fā)明第一實施例涉及的等離子體反應(yīng)器的立體圖，圖3是圖2中所示的 等離子體反應(yīng)器的剖面圖。參照圖2和圖3，第一實施例的等離子體反應(yīng)器210包括第一接地電極21和第二 接地電極22，它們兩者之間相互隔開設(shè)置；介電質(zhì)30，其固定在第一接地電極21和第二接 地電極22之間；以及驅(qū)動電極50，位于介電質(zhì)30的外表面，并與交流電源單元40相連接。第一接地電極21和第二接地電極22為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并由金屬(例如不銹鋼)材料 制成。第一接地電極21和第二接地電極22中的一個可以是與低壓工藝腔室10相連接的 連接管，而另一個可以是與真空泵12相連接的連接管。此時，不需要額外制作接地電極，而 可以將現(xiàn)有的連接管分隔開，并通過接地已分開的連接管的方法容易制造第一接地電極21 和第二接地電極22。并且，介電質(zhì)30是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其具有與第一接地電極21和第二接地電極22相同 的直徑和截面形狀。介電質(zhì)30固定于第一接地電極21和第二接地電極22之間，并連接兩 個第一接地電極21和第二接地電極22。由此，朝一個方向連接的第一接地電極21、介電質(zhì) 30和第二接地電極22形成一管，以連接低壓工藝腔室10和真空泵12。介電質(zhì)30可由陶 瓷或石英(quartz)制成。
驅(qū)動電極50具有比介電質(zhì)30窄的寬度，其與第一接地電極21和第二接地電極22 保持預(yù)定間距。尤其是，驅(qū)動電極50可設(shè)置在介電質(zhì)30的外表面的中央處，并與第一接地 電極21和第二接地電極22保持相同的間距g(參照圖3)。而且，驅(qū)動電極50是圍繞介電質(zhì) 30的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并與交流電源單元40相連接，從而接收等離子體的放電所需的驅(qū)動電壓。圖如和圖4b是圖2所示的等離子體反應(yīng)器中施加到驅(qū)動電極上的驅(qū)動電壓的波 形例圖。參照圖如和圖4b，施加于驅(qū)動電極50的驅(qū)動電壓Vs是具有IkHz至999kHz頻率 的交流電壓或雙極脈沖電壓，工作電壓呈現(xiàn)正值(l/2Vs)和負(fù)值(-1/2VS)周期性地變化的 形態(tài)。驅(qū)動波形為矩形波、三角波以及正弦波等各種形態(tài)的波形，均具有增加段、保持段以 及衰減段。圖如和圖4b分別顯示矩形波與正弦波。參照圖2和圖3，在具有前面所述結(jié)構(gòu)的等離子體反應(yīng)器210中，若給驅(qū)動電極 50施加驅(qū)動電壓，則根據(jù)驅(qū)動電極50和第一接地電極21、第二接地電極22之間的電壓 差，在等離子體反應(yīng)器210內(nèi)部誘導(dǎo)等離子體放電。當(dāng)工作電壓高于內(nèi)部氣體的擊穿電壓 (breakdown voltage)時，產(chǎn)生放電，而放電電流則隨著時間的經(jīng)過不斷地增加，且隨著在 介電質(zhì)30上積累的壁電荷量的增加而減少。S卩，第一實施例的等離子體反應(yīng)器210是第一接地電極21、第二接地電極22和驅(qū) 動電極50之間存在介電質(zhì)30的結(jié)構(gòu)，在放電開始后，隨著放電電流的增加，等離子體內(nèi)的 空間電荷被積累到介電質(zhì)30上，以生成壁電荷。壁電荷可以抑制外部施加電壓，由于這種 介電質(zhì)30的壁電壓(wall voltage)，隨著時間的經(jīng)過，放電變?nèi)?。在持續(xù)施加電壓的期間， 等離子體放電反復(fù)進(jìn)行生成、維持及衰減的過程。因此，在第一實施例的等離子體反應(yīng)器210中，放電不會轉(zhuǎn)移到加弧(arc)區(qū)而停 留在輝光(glow)區(qū)，并去除低壓工藝腔室10內(nèi)產(chǎn)生的污染物質(zhì)。若放電轉(zhuǎn)移到加弧區(qū)，則 放電將集中在較窄的區(qū)域上，這將引發(fā)電極的損壞。但，第一實施例的等離子體反應(yīng)器210 利用介電質(zhì)30的壁電荷，防止放電轉(zhuǎn)移到加弧區(qū)，所以可以延長驅(qū)動電極50和第一接地電 極21、第二接地電極22的壽命。而且，本實施例將現(xiàn)有連接管作為第一接地電極21、第二接地電極22來使用，從 而可以在低壓工藝系統(tǒng)100中較容易地設(shè)置等離子體反應(yīng)器210。并且，驅(qū)動電極50位于 裝置的外部，即介電質(zhì)30的外表面，所以不需要中斷真空泵12的操作，即可以自由地調(diào)節(jié) 驅(qū)動電極50的形狀或者其與接地電極21及接地電極22之間的間距等，且可以容易更換驅(qū) 動電極50。而且，第一接地電極21、第二接地電極22和驅(qū)動電極50為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所以等離子 體的均勻度(uniformity)變大，并且可以把驅(qū)動電極50設(shè)成具有足夠的寬度，以增加污染 氣體在等離子體內(nèi)的殘留時間。如此增加等離子體的均勻度及殘留時間，可以提高污染物 質(zhì)的處理效率。此時，處理效率定義為“分解率/功率消耗”，在相同的功率消耗條件下，這 種結(jié)構(gòu)可以處理相對更多的污染物質(zhì)。在使用等離子體去除污染氣體的過程中，根據(jù)污染氣體的種類和量，用來完全分 解污染氣體的等離子體條件會有所不同。對污染氣體的分解影響最大的特性是等離子體的 溫度和密度。在第一實施例的等離子體反應(yīng)器210中，越是污染氣體為難以分解的物質(zhì)，或者污染氣體的量越多，通過增加驅(qū)動電壓或驅(qū)動頻率、或者加大驅(qū)動電壓斜率的方法，以改變 輸入功率來提高等離子體的溫度和密度。因此，在各種工作環(huán)境中，仍然可以完全分解污染 氣體，從而提高去除性能。圖5是本發(fā)明第二實施例涉及的等離子體反應(yīng)器的立體圖。參照圖5，第二實施例的等離子體反應(yīng)器220除了進(jìn)一步包括輔助接地電極25以 外，與前面所述的第一實施例的等離子體反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)相同。所述輔助接地電極25位于介 電質(zhì)30的外表面，并與驅(qū)動電極50相互隔開設(shè)置。本實施例中與第一實施例相同的部件 使用了相同的附圖標(biāo)記。圖6是本發(fā)明第三實施例涉及的等離子體反應(yīng)器的立體圖。參照圖6，第三實施例的等離子體反應(yīng)器230除了一個驅(qū)動電極50位于兩個輔助 接地電極25之間并與它們相互隔開設(shè)置以外，與前面所述的第二實施例的等離子體反應(yīng) 器的結(jié)構(gòu)相同。第三實施例中與第二實施例相同的部件使用了相同的附圖標(biāo)記。圖7是本發(fā)明第四實施例涉及的等離子體反應(yīng)器的立體圖。參照圖7，第四實施例的等離子體反應(yīng)器240除了一個輔助接地電極25位于兩個 驅(qū)動電極50之間，并與它們相互隔開設(shè)置以外，與前面所述的第二實施例的等離子體反應(yīng) 器的結(jié)構(gòu)相同。第四實施例中與第二實施例相同的部件使用了相同的附圖標(biāo)記。圖8是本發(fā)明第五實施例涉及的等離子體反應(yīng)器的立體圖。參照圖8，第五實施例的等離子體反應(yīng)器250除了至少兩個驅(qū)動電極50和至少兩 個輔助接地電極25彼此間相互隔開地交替布置以外，與前面所述的第二實施例的等離子 體反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)相同。第五實施例中與第二實施例相同的部件使用了相同的附圖標(biāo)記。在前述的第二實施例至第五實施例中，至少一個驅(qū)動電極50和至少一個輔助接 地電極25輪流交替布置在介電質(zhì)30的外表面上，并且彼此間相互隔開設(shè)置。而且，輔助接 地電極25設(shè)成與驅(qū)動電極50相同的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，可以通過加大等離子體的 長度來延長污染氣體在等離子體內(nèi)的殘留時間，并且可以使壁電荷的量均勻來提高放電的 穩(wěn)定性。S卩，在介電質(zhì)30的外表面上僅布置有一個驅(qū)動電極50的結(jié)構(gòu)中，如果驅(qū)動電極50 的面積過大，壁電荷積累的時間就會變長，從而在驅(qū)動電極50的極性改變之前可能積累不 到足夠的壁電荷。如果沒有積累到足夠的壁電荷，不僅會引起驅(qū)動電壓的上升，而且由于壁 電荷的量的不均勻性，導(dǎo)致不穩(wěn)定的放電。然而，就縮小驅(qū)動電極50的寬度，并在驅(qū)動電極50之間布置輔助接地電極25的 前述結(jié)構(gòu)而言，可以使壁電荷的量均勻，以消除放電的不穩(wěn)定性，并提高污染物質(zhì)的處理效率。而且，第一實施例至第五實施例的等離子體反應(yīng)器210、220、230、M0、250由于不 使用無線電頻率，而使用交流驅(qū)動方式，具有初期安裝費用低的優(yōu)點，并且由于阻抗匹配 (impedance matching)比較自由，所以與無線電頻率方式相比，放電穩(wěn)定性更加優(yōu)秀。圖9是本發(fā)明第六實施例涉及的等離子體反應(yīng)器的立體圖。圖10是圖9所示的 等離子體反應(yīng)器的剖面圖。參照圖9和圖10，第六實施例的等離子體反應(yīng)器260包括介電質(zhì)30 ；第一接地電 極21和第二接地電極22，其固定于介電質(zhì)30的兩端；以及第一驅(qū)動電極51和第二驅(qū)動電極52，其固定于介電質(zhì)30的外表面。第一驅(qū)動電極51與第一交流電源單元41相連接，第 二驅(qū)動電極52與第二交流電源單元42相連接。第一驅(qū)動電極51和第二驅(qū)動電極52是圍繞介電質(zhì)30的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并且從第一交 流電源單元41和第二交流電源單元42分別接收生成等離子體所需的第一交流電壓和第二 交流電壓。第一驅(qū)動電極51與第一接地電極21及第二驅(qū)動電極52保持預(yù)定距離，第二驅(qū) 動電極52與第二接地電極22保持預(yù)定距離。介電質(zhì)30包括位于第一接地電極21和第一驅(qū)動電極51之間的第一介電質(zhì)領(lǐng)域 A10、位于第一驅(qū)動電極51和第二驅(qū)動電極52之間的第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20、位于第二驅(qū)動電 極52和第二接地電極22之間的第三介電質(zhì)領(lǐng)域A30。第一介電質(zhì)領(lǐng)域A10、第二介電質(zhì)領(lǐng) 域A20和第三介電質(zhì)領(lǐng)域A30可以具有相同寬度。圖11是圖9所示的等離子體反應(yīng)器中分別施加到第一驅(qū)動電極和第二驅(qū)動電極 上的第一交流電壓和第二交流電壓的波形例圖。參照圖11，第一交流電壓和第二交流電壓具有180°的相位差，并且在每個周期 中交替施加正電壓和負(fù)電壓。第一交流電壓和第二交流電壓的振幅是放電驅(qū)動電壓(Vd) 振幅的一半。其中，“放電驅(qū)動電壓”是可用來啟動放電并保持該放電的驅(qū)動電壓。而且， “放電驅(qū)動電壓”根據(jù)等離子體反應(yīng)器的形狀和污染物質(zhì)的狀態(tài)，可以設(shè)置為各種值。第一交流電壓及第二交流電壓具有IkHz至999kHz的頻率，可具有正弦(sine)波 形、矩形波形、以及三角波形等各種形態(tài)。圖11顯示第一交流電壓和第二交流電壓為正弦 波形的狀態(tài)。圖12是圖9所示的等離子體反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖12，若分別給第一驅(qū)動電極51和第二驅(qū)動電極52施加第一交流電壓和第 二交流電壓，則通過多個電極(21、51、52、22)之間的電壓差來誘導(dǎo)等離子體反應(yīng)器沈0內(nèi) 部的等離子體放電。具體而言，當(dāng)向第一驅(qū)動電極51施加正電壓(l/2Vd)，而向第二驅(qū)動電極52施加 負(fù)電壓(_l/2Vd)時，第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20上施加相當(dāng)于第一交流電壓和第二交流電壓之差 的電壓，即與放電驅(qū)動電壓(Vd)相同大小的電壓。第一介電質(zhì)領(lǐng)域AlO上施加與第一交流 電壓相同大小的電壓(l/2Vd)，而對第三介電質(zhì)領(lǐng)域A30上施加與第二交流電壓相同大小 的電壓(_l/2Vd)。在第六實施例的等離子體反應(yīng)器沈0中，施加到第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20的電壓， 即放電驅(qū)動電壓(Vd)成為工作電壓。當(dāng)工作電壓高于內(nèi)部氣體的擊穿電壓(breakdown voltage)時，產(chǎn)生放電，而放電電流則隨著時間的經(jīng)過不斷增加，且隨著介電質(zhì)上積累的壁 電荷的量增加而減少。S卩，開始放電之后，隨著放電電流的增加，等離子體內(nèi)的空間電荷積累到介電質(zhì)30 上，以生成壁電荷。壁電荷具有抑制外部使用電壓的功能，由于這種介電質(zhì)30的壁電壓，隨 著時間的經(jīng)過，放電變?nèi)?。在持續(xù)施加電壓的期間內(nèi)，等離子體放電反復(fù)著生成、維持以及 衰減的過程。此時，第一交流電壓和第二交流電壓具有180°的相位差，并具有放電驅(qū)動電壓 (Vd)振幅的一半的振幅，從而等離子體反應(yīng)器260可以有效地降低交流電源單元電路中消 耗的無功功率。
交流電源單元電路的全部無功功率是第一介電質(zhì)領(lǐng)域A10、第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20、 第三介電質(zhì)領(lǐng)域A30的無功功率之和。第一介電質(zhì)領(lǐng)域A10、第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20、第三介 電質(zhì)領(lǐng)域A30的無功功率分別與介電質(zhì)30的電容量和驅(qū)動頻率成比例，并與分別施加到第 一介電質(zhì)領(lǐng)域A10、第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20、第三介電質(zhì)領(lǐng)域A30上的電壓之平方成比例。在 第一介電質(zhì)領(lǐng)域A10、第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20、第三介電質(zhì)領(lǐng)域A30中，介電質(zhì)30的電容量和 驅(qū)動頻率相同，所以無功功率與分別施加到第一介電質(zhì)領(lǐng)域A10、第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20、第 三介電質(zhì)領(lǐng)域A30上的電壓之平方成比例。假設(shè)第一介電質(zhì)領(lǐng)域A10、第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20、第三介電質(zhì)領(lǐng)域A30中均施加相 同的放電驅(qū)動電壓(Vd)的情況為第一比較例，由于施加到第一介電質(zhì)領(lǐng)域AlO和第三介電 質(zhì)領(lǐng)域A30上的電壓是放電驅(qū)動電壓(Vd)的一半，所以第一介電質(zhì)領(lǐng)域AlO和第三介電質(zhì) 領(lǐng)域A30的無功功率減少至第一比較例的1/4。因此，交流電源單元電路的全部無功功率減 少至第一比較例的一半。交流電源單元電路的功率消耗是放電中消耗的有效功率和放電中沒有消耗的無 功功率之和。如前所述，第六實施例的等離子體反應(yīng)器260可以使無功功率達(dá)到最少化，從 而可以有效降低去除污染物質(zhì)所需的功率消耗。圖13是本發(fā)明的第七實施例涉及的等離子體反應(yīng)器的立體圖。圖14和圖15分 別是圖13所示的等離子體反應(yīng)器的截面圖和示意圖。參照圖13至圖15，第七實施例的等離子體反應(yīng)器270除了在第一驅(qū)動電極51和 第二驅(qū)動電極52之間附加設(shè)置至少一個驅(qū)動電極和至少兩個接地電極以外，與前述第六 實施例的等離子體反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類似。在第七實施例中與第六實施例相同的部件使用了相 同的附圖標(biāo)記。在此，不再贅述與第六實施例重復(fù)的結(jié)構(gòu)。第三驅(qū)動電極53位于第一驅(qū)動電極51和第二驅(qū)動電極52之間，并且第三接地電 極23和第四接地電極M可以分別位于第三驅(qū)動電極53兩側(cè)。第三驅(qū)動電極53與第三接 地電極23及第四接地電極M保持預(yù)定距離，而第三接地電極23和第四接地電極M分別 與第一驅(qū)動電極51和第二驅(qū)動電極52保持預(yù)定距離。第三驅(qū)動電極53與第三交流電源單元43相連接，從而第三驅(qū)動電極53接收第三 交流電壓。第三交流電壓與圖11中所示的放電驅(qū)動電壓(Vd)相同。即，第三交流電壓具 有與第一交流電壓相同的相位，而且第三交流電壓的振幅是第一交流電壓振幅的兩倍。介電質(zhì)30 —共包括六個介電質(zhì)領(lǐng)域，即第一介電質(zhì)領(lǐng)域A10、第二介電質(zhì)領(lǐng)域 A20、第三介電質(zhì)領(lǐng)域A30、第四介電質(zhì)領(lǐng)域A40、第五介電質(zhì)領(lǐng)域A50、第六介電質(zhì)領(lǐng)域A60。 第一介電質(zhì)領(lǐng)域A10、第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20、第三介電質(zhì)領(lǐng)域A30、第四介電質(zhì)領(lǐng)域A40、第五 介電質(zhì)領(lǐng)域A50、第六介電質(zhì)領(lǐng)域A60分別位于第一接地電極21和第一驅(qū)動電極51之間、 第一驅(qū)動電極51和第三接地電極23之間、第三接地電極23和第三驅(qū)動電極53之間、第三 驅(qū)動電極53和第四接地電極M之間、第四接地電極M和第二驅(qū)動電極52之間、以及第二 驅(qū)動電極52和第二接地電極22之間。而且，第一介電質(zhì)領(lǐng)域A10、第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20、第 三介電質(zhì)領(lǐng)域A30、第四介電質(zhì)領(lǐng)域A40、第五介電質(zhì)領(lǐng)域A50、第六介電質(zhì)領(lǐng)域A60可具有 相同的寬度。在等離子體反應(yīng)器270的操作過程中，第三介電質(zhì)領(lǐng)域A30和第四介電質(zhì)領(lǐng)域A40 上施加與放電驅(qū)動電壓(Vd)相同大小的電壓。另外，第一介電質(zhì)領(lǐng)域AlO和第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20上施加與第一交流電壓(l/2Vd)相同大小的電壓，而第五介電質(zhì)領(lǐng)域A50和第六介 電質(zhì)領(lǐng)域A60上施加與第二交流電壓(_l/2Vd)相同大小的電壓。在第七實施例的等離子 體反應(yīng)器270中，第三介電質(zhì)領(lǐng)域A30和第四介電質(zhì)領(lǐng)域A40上施加的電壓，即放電驅(qū)動電 壓(Vd)成為工作電壓。假設(shè)第一介電質(zhì)領(lǐng)域A10、第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20、第三介電質(zhì)領(lǐng)域A30、第四介電質(zhì) 領(lǐng)域A40、第五介電質(zhì)領(lǐng)域A50、第六介電質(zhì)領(lǐng)域A60上均施加相同的放電驅(qū)動電壓(Vd)的 情況為第二比較例，由于第一介電質(zhì)領(lǐng)域A10、第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20、第五介電質(zhì)領(lǐng)域A50、 以及第六介電質(zhì)領(lǐng)域A60上施加的電壓是放電驅(qū)動電壓(Vd)的一半，所以這四個介電質(zhì)領(lǐng) 域——第一介電質(zhì)領(lǐng)域A10、第二介電質(zhì)領(lǐng)域A20、第五介電質(zhì)領(lǐng)域A50、以及第六介電質(zhì)領(lǐng) 域A60的無功功率減少至第二比較例的1/4。因此，交流電源單元電路的全部無功功率減少 至第二比較例的一半。第七實施例的等離子體反應(yīng)器270可以通過加大等離子體的長度來延長污染氣 體在等離子體內(nèi)的殘留時間，從而可以提高去除污染氣體的效率。而且，當(dāng)驅(qū)動電極的面積 過大時，壁電荷積累的時間會變長，所以在驅(qū)動電極的極性改變之前有可能積累不到足夠 的壁電荷，但在第七實施例的等離子體反應(yīng)器中，隨著驅(qū)動電極51、52、53的寬度變小，可 防止壁電荷積累不足的現(xiàn)象，以提高放電的穩(wěn)定性。以上對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限在此示出的實施例。凡 在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)，所作的各種修改、等同替換均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其位于低壓工藝腔室和真空泵之間，并 通過生成低壓等離子體來去除低壓工藝腔室中產(chǎn)生的污染物質(zhì)，其特征在于，包括第一接地電極和第二接地電極，它們兩者之間相互隔開設(shè)置； 介電質(zhì)，其固定在所述第一接地電極和所述第二接地電極之間； 至少一個驅(qū)動電極，其設(shè)置在所述介電質(zhì)的外表面上，并與所述第一接地電極和所述 第二接地電極相互隔開設(shè)置，且與交流電源單元連接，以接收驅(qū)動電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其特征在于所述第一接地電極、所述介電質(zhì)和所述第二接地電極是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而且朝著一個方向 連接而構(gòu)成一管。
3 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其特征在于所述第一接地電極和所述第二接地電極中的一個與所述低壓工藝腔室相連接，另一個 與所述真空泵相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其特征在于進(jìn)一步包括至少一個輔助接地電極，其在所述介電質(zhì)的外表面上與所述至少一個驅(qū)動 電極相互隔開設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其特征在于在所述介電質(zhì)的長度方向上，所述至少一個驅(qū)動電極和所述至少一個輔助接地電極輪流交替布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其特征在于在所述介電質(zhì)的長度方向上，所述至少一個驅(qū)動電極和所述至少一個輔助接地電極按 輔助接地電極、驅(qū)動電極、輔助接地電極順序輪流交替布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其特征在于在所述介電質(zhì)的長度方向上，所述至少一個驅(qū)動電極和所述至少一個輔助接地電極按 驅(qū)動電極、輔助接地電極、驅(qū)動電極順序輪流交替布置。
8.一種用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器的驅(qū)動方法，所述用于去除污染物質(zhì)的等 離子體反應(yīng)器包括介電質(zhì)；第一接地電極和第二接地電極，其固定于介電質(zhì)兩端；至少一 個驅(qū)動電極，其位于所述介電質(zhì)的外表面上，并與所述第一接地電極和所述第二接地電極 相互隔開設(shè)置，其特征在于向所述驅(qū)動電極施加具有IkHz至999kHz頻率的交流驅(qū)動電壓，以生成低壓等離子體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器的驅(qū)動方法，其特征在于所述驅(qū)動電壓具有增加段、保持段和衰減段，在一個周期內(nèi)正電壓值和負(fù)電壓值周期 性地變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器的驅(qū)動方法，其特征 在于調(diào)節(jié)所述驅(qū)動電極的輸入功率，以改變所述低壓等離子體的溫度和密度， 所述輸入功率的增加通過驅(qū)動電壓的上升、驅(qū)動頻率的上升以及驅(qū)動電壓的斜率上升 中的一個方法來實現(xiàn)。
11.一種用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器的驅(qū)動方法，所述用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器包括介電質(zhì)；第一接地電極及第二接地電極，其固定于介電質(zhì)兩端；至少 一個驅(qū)動電極，其位于所述介電質(zhì)的外表面上，并與所述第一接地電極和所述第二接地電 極相互隔開設(shè)置；以及至少一個輔助接地電極，其特征在于向所述驅(qū)動電極施加具有IkHz至999kHz頻率的交流驅(qū)動電壓，以生成低壓等離子體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器的驅(qū)動方法，其特征 在于所述驅(qū)動電壓具有增加段、保持段和衰減段，在一個周期內(nèi)正電壓值和負(fù)電壓值周期 性地變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器的驅(qū)動方法，其特征 在于調(diào)節(jié)所述驅(qū)動電極的輸入功率，以改變所述低壓等離子體的溫度和密度， 所述輸入功率的增加通過驅(qū)動電壓的上升、驅(qū)動頻率的上升以及驅(qū)動電壓的斜率上升 中的一個方法來實現(xiàn)。
14.一種用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其特征在于，包括 第一接地電極和第二接地電極，它們兩者之間相互隔開設(shè)置；第一驅(qū)動電極，位于所述第一接地電極的內(nèi)側(cè)，用來接收第一交流電壓，所述第一驅(qū)動 電極與所述第一接地電極之間夾設(shè)有第一介電質(zhì)領(lǐng)域；以及第二驅(qū)動電極，位于所述第二接地電極的內(nèi)側(cè)，并與所述第一驅(qū)動電極隔開設(shè)置，用來 接收第二交流電壓，所述第二驅(qū)動電極與所述第一驅(qū)動電極間夾設(shè)有第二介電質(zhì)領(lǐng)域，所 述第二驅(qū)動電極與所述第二接地電極間夾設(shè)有第三介電質(zhì)領(lǐng)域， 所述第一交流電壓和所述第二交流電壓具有180°的相位差， 所述第一交流電壓和所述第二交流電壓的振幅是放電驅(qū)動電壓振幅的一半。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其特征在于所述放電驅(qū)動電壓具有與所述第一交流電壓和所述第二交流電壓中一個相同的相位。
16.一種用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其位于低壓工藝腔室和真空泵之間，并 通過生成低壓等離子體，以去除在低壓工藝腔室內(nèi)產(chǎn)生的污染物質(zhì)，其特征在于，包括介電質(zhì)，具有內(nèi)部空間；第一接地電極和第二接地電極，其固定于所述介電質(zhì)的兩端； 第一驅(qū)動電極和第二驅(qū)動電極，其與所述第一接地電極和所述第二接地電極相互隔開 設(shè)置，并固定于所述介電質(zhì)的外表面上，且與各自的交流電源單元相連接，從而分別接收第 一交流電壓和第二交流電壓，所述第一交流電壓和所述第二交流電壓具有180°的相位差，所述第一交流電壓和所述第二交流電壓的振幅是放電驅(qū)動電壓振幅的一半。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其特征在于 所述第一接地電極、所述介電質(zhì)以及所述第二接地電極是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而且朝著一個方向連接而構(gòu)成一管。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其特征在于所述第一接地電極和所述第二接地電極中的一個與所述低壓工藝腔室相連接，而另一 個與所述真空泵相連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其特征在于所述放電驅(qū)動電壓具有與所述第一交流電壓和所述第二交流電壓中一個相同的相位。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其特征在于進(jìn)一步包括至少兩個接地電極和至少一個驅(qū)動電極，所述至少一個驅(qū)動電極位于所述 第一驅(qū)動電極和所述第二驅(qū)動電極之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其特征在于 所述至少一個驅(qū)動電極是一個第三驅(qū)動電極，所述至少兩個接地電極包括第三接地電極與第四接地電極，所述第三接地電極設(shè)置在 所述第一驅(qū)動電極和所述第三驅(qū)動電極之間，所述第四接地電極設(shè)置在所述第二驅(qū)動電極 和所述第三驅(qū)動電極之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器，其特征在于 所述第三驅(qū)動電極接收所述放電驅(qū)動電壓。
全文摘要
公開了用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器及其驅(qū)動方法。本發(fā)明提供一種用于去除在顯示器或半導(dǎo)體制造工序中低壓工藝腔室內(nèi)產(chǎn)生的污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器。本發(fā)明的用于去除污染物質(zhì)的等離子體反應(yīng)器包括第一接地電極和第二接地電極，它們兩者之間相互隔開設(shè)置；介電質(zhì)，其固定在所述第一接地電極和所述第二接地電極之間；以及至少一個驅(qū)動電極，其位于所述介電質(zhì)的外表面上，并與所述第一接地電極和所述第二接地電板相互隔開設(shè)置，且與交流電源單元連接，以接收驅(qū)動電壓。
文檔編號B01J19/08GK102085470SQ20101051457
公開日2011年6月8日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者宋永焄, 李大勛, 李載玉, 許民, 車旻錫, 金冠泰 申請人:韓國機械研究院