KR100456442B1 - 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

처리 속도를 높일 뿐만 아니라, 균일한 플라스마 처리를 할 수 있는 플라스마 처리 장치로서, 측면으로 긴 관 모양으로 형성된 반응 용기, 및 전기력선이 이 반응 용기의 대략 축 방향을 따라 형성되도록 설치된 쌍을 이루는 전극을 구비한다. 기체 입구로부터 반응 용기 내로 공급된 플라스마 생성용 기체에 교류 또는 펄스형 전계를 인가함으로써, 반응 용기 내에 플라스마 방전을 생기게 하는 플라스마 처리 장치에 관한 것이다. 반응 용기 내에 다수의 스트리머(streamer)를 생성하기 위한 스트리머 생성 수단, 반응 용기의 측면으로 긴 단면의 횡방향으로 이 다수의 스트리머를 균일하게 발생시키기 위한 스트리머 균일화 수단을 구비한다.

Description

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 {PLASMA TREATMENT APPARATUS AND PLASMA TREATMENT METHOD}
본 발명은 다수의 스트리머로 구성된 플라스마에 의한 대상물의 처리를 위한 플라스마 처리 장치, 및 플라스마를 사용하는 플라스마 처리 방법에 관한 것이며, 전자 부품 및 반도체 부품의 표면 클리닝이나 표면 개질, 본딩 강도 및 밀봉재와 접착성을 개선하기 위한 CSP(Chip Size Package) 및 BGA(Ball Grid Array)의 본딩부의 클리닝, 액정 패널의 클리닝, 액정 패널을 가진 ACF(Anisotropic Conductive Film)의 본딩성의 개선, 필름형 기판의 접착성 및 인쇄성의 개선, 절연 도료의 애싱, 본딩성의 개선을 위한 전극 위의 금속 산화물의 감속 및 제거 등 여러 용도에 사용될 수 있다.
종래, 대상물의 표면 처리에 대기압 플라스마가 사용되어 왔다. 예를 들면, 대기압하에서 생성된 플라스마 제트에 의한 대상물의 표면 처리가 일본특허 조기공개공보[KOKAI] 3-219082호, 4-212253호, 4-334543호, 6-108257호 등에 개시(開示)되어 있다. 이들 표면 처리는 플라스마 제트에 의해 대상물의 소요 영역만 정확히 처리할 수 있다.
또한, 광범위한 플라스마 제트에 의해 대형 기판을 효율적으로 처리하기 방법이 일본특허 조기공개공보 [KOKAI] 4-358076호 및 9-232293호에 개시되어 있다. 앞의 공보에서는 유전체층을 가지는 전극의 쌍이 서로 마주보고 배열되어 인접한 전극 사이에 놓여 있으며, 불화성 기체의 글로 방전이 이 전극들 사이에 고주파 전력을 인가함으로써 대기압하에서 안정하게 생성된다. 합성 선형 플라스마 제트가대상물에 분출된다.
뒤의 공보에서는 전극의 쌍이 플랫 방전관의 둘레 주위에 배치되며, 선형 플라스마가 방전관의 일단으로부터 분출된다. 그러나 플라스마 제트가 비교적 대형의 피처리 표면적을 가지는 BGA 기판 또는 필름 등의 피처리면에 스폿식으로 분출되면, 플라스마 제트가 피처리면 전체를 주사(scan)해야 한다. 이러한 경우, 처리 효율이 낮아진다는 문제점이 있다. 한편, 표면 처리를 위한 안정한 글로 방전의 선형 플라스마를 사용하면 어느 정도 개선될 수는 있다. 그러나, 글로 방전 플라스마의 전류 밀도가 비교적 낮기 때문에(플라스마 속의 기(基) 및 이온 등의 활성종(活性種, active species)의 밀도가 낮다는 것을 의미한다), 대형 표면적의 대상물을 처리하는 데는 처리 속도가 여전히 충분하지 못하다.
그런데, 일반적으로 글로 방전은 공간적으로 균일한 방전 오버타임을 가지며, 또한 비교적 전류 밀도가 낮고, 발광 휘도가 낮은 방전이다. 글로 방전과는 다른 방전으로서, 스트리머(sreamer)가 있는데 이것은 글로 방전보다 비교적 전류 밀도 및 발광 휘도가 높은 불안정한 필라멘트형(선형) 방전이다. 스트리머의 높은 전류 밀도는 활성종의 높은 밀도를 의미하기 때문에, 스트리머는 처리 속도를 상당히 높일 수 있는 가능성을 보유한다.
그러나 스트리머의 불안정한 방전 상태는 처리 효과에 상당한 분산(불균일)이 발생한다. 즉, 방전 공간 내의 개별 스트리머 생성 지점 하류에서의 처리 속도는 비생성 지점의 하류에서보다 처리 속도가 훨씬 빠르다. 처리 속도의 차이로 인한 처리 대상물에 대한 처리 효과의 불균일은 스트리머를 표면 처리 기술로서의 채택을 가로막고 있는 주된 이유이다.
또한, 플라스마 생성 체임버에서 생성된 플라스마 방전의 활성종이 대기 속으로 분출되면, 질소 및 산소와 재결합하여 그것들의 대부분이 불활성으로 된다. 이 경우, 활성종을 포함하는 플라스마 제트가 대상물의 피처리면에 도달하는 데는
시간이 소요되기 때문에, 플라스마 제트와 대기 생성 기체 사이의 접촉 면적이 증가하고 활성종은 쉽게 불활성화 하며, 플라스마 제트에 의한 처리 효과는 떨어진다. 그러므로 플라스마 제트가 횡방향으로 사각 단면을 가진다면, 플라스마 제트의 횡방향으로 마주보는 단부와 대기 사이의 접촉 면적이 플라스마 제트의 중심부와 대기 사이의 접촉 면적보다 크기 때문에 처리 효과의 불균일이 쉽게 일어난다. 또한 처리 대상물의 표면에 돌출부나 함몰부가 있으면, 플라스마 제트가 함몰부에 도달하는 소요 시간이 돌출부에 도달하는 소요 시간보다 길어짐으로써 처리 효과의 불균일이 더욱 증가한다. 불균일의 증가는 대상물 성능의 열화, 즉 본딩 신뢰성의 저하를 가져온다. 따라서 플라스마 처리의 불균일에 대한 개선이 요구된다.
본 발명은 방전 공간에서 다수 스트리머의 분포 균일성을 개선하고, 장치 및 방법의 관점에서 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마에 의해 대상물을 빠른 처리 속도로 균일하게 처리한다는 목적에 부응함으로써 플라스마 표면 처리의 실제적인 사용에서 성공을 거두었다. 그러므로 본 발명의 제1 목적은 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마에 의해 대상물을 균일하게 처리하기 위한 플라스마 처리 장치를 제공하는 것이며, 이 플라스마 처리 장치는 다음을 포함한다:
전기적 절연 재료로 이루어지고 측면으로 긴 단면을 가지며;
그것의 일단에 기체 입구, 그리고 타단에 플라스마 출구를 가지는 관형 용기;
AC 전압 또는 펄스 전압이 전극들 사이에 가해지면 관형 용기의 대략 축 방향으로
전기력선(electric flux line)이 형성되도록 배치되는 전극의 쌍;
기체 입구를 통해 관형 용기 속으로 스트리머 생성 기체를 공급하기 위한 기체 공급부;
관형 용기에 기체의 다수의 스트리머를 생성하기 위하여 전극들 사이에 AC 전압 또는 펄스 전압을 인가하기 위한 전원부; 및
플라스마 출구로부터 플라스마를 제공하기 위하여, 관형 용기의 측면으로 긴 단면의 폭 방향으로 균일한 다수의 스트리머를 만들기 위한 플라스마 균일화 수단.
플라스마 균일화 수단은 다음에 의해 제공되는 것이 바람직하다.
(1) 관형 용기의 기체 입구의 개구부 단면적이 기체 출구 바로 밑의 단면적보다 작도록 형성된 관형 용기; (2) 관형 용기에 배치되어 스트리머 생성 기체의 난류를
생성할 수 있는 형상을 가지는 난류 생성 부재; (3) 관형 용기의 측면으로 긴 단면의 좁은 쪽이 1mm 내지 5mm의 내폭을 가지도록 형성된 관형 용기.
본 발명의 제2 목적은 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마을 사용하여, 위의 목적에 부응하는 능력을 구비한 플라스마 처리 방법을 제공하는 것이다. 즉,이 표면 처리 공정은 다음의 단계를 포함한다:
전기적으로 절연인 재료로 이루어지고 측면으로 긴 단면을 가지며, 그것의 일단에 기체 입구, 그리고 타단에 플라스마 출구를 가지는 관형 용기 속으로 스트리머 생성 기체를 공급하는 단계;
관형 용기의 대략 축 방향으로 전기력선이 형성되도록 배치된 전극의 쌍 사이에 AC 전압 또는 펄스 전압이 인가함으로써, 대기압 또는 대기압에 가까운 압력하에서 관형 용기에 다수의 스트리머를 생성하는 단계;
관형 용기에 플라스마를 얻기 위해서 관형 용기의 측면으로 긴 단면의 횡방향으로 균일하게 다수의 스트리머를 분배하는 단계; 및
관형 용기의 플라스마 출구로부터 제공되는 플라스마에 의해 대상물을 처리하는 단계.
다수의 스트리머를 균일화하는 단계는 다음에 의해 실행되는 것이 바람직하다; (1) 비방전 상태에서 관형 용기 내의 스트리머 생성 기체의 흐름이, 1700 이상의 레이놀즈수를 가지도록 관형 용기 속으로 스트리머 생성 기체를 공급하거나, 또는 (2) 관형 용기의 축 방향으로 스트리머 생성 기체의 유속이 5m/sec 이상이 되도록 스트리머 생성 기체를 관형 용기 속으로 공급한다.
본 발명의 다른 목적은, 대상물에 대한 균일한 처리 효과를 얻기 위하여 플라스마 제트가 표면 영역에 도달하는 데에 소요되는 시간을 조절함으로써 대상물의 피처리면 전체 영역에 플라스마 처리를 균일하게 실행하기 위한 처리 효과 균일화 수단을 가진 플라스마 처리 장치를 제공하는 것이다. 즉, 전기적 절연 재료로 이루어지고 그것의 일단에 기체 입구, 그리고 타단에 플라스마 출구를 가지는 관형 용기, 전극의 쌍, 기체 입구를 통해 관형 용기 속으로 스트리머 생성 기체를 공급하기 위한 기체 공급부, 관형 용기에 기체의 플라스마를 생성하기 위해서 전극들 사이에 AC 전압 또는 펄스 전압을 인가하기 위한 전원부; 및 대상물에 대한 플라스마 처리 효과의 균일화를 촉진하기 위한 처리 효과 균일화 수단을 포함한다.
이들 목적과 또 다른 목적들 및 장점들은 도면을 참조한 본 발명의 바람직한
실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 통해 분명해질 것이다.
도 1a은 본 발명에 따른 플라스마 처리 장치의 개념적 사시도이며, 도 1b는 이 장치의 관형 용기의 단면도이다.
도 2a는 다수의 스트리머를 생성하기 위한 전극의 배치를 도시하는 개념적 단면도이며, 도 2b는 글로 방전을 생성하기 위한 전극의 배치를 도시하는 개념적 단면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 플라스마 처리 장치의 다른 실시예에 대한 개념적 사시도이며, 도 3b, 3c는 도 3a의 관형 용기의 부분 사시도 및 부분 단면도이다.
도 4는 도 3의 장치에서 스트리머 생성 기체의 흐름을 도시하는 개념적 다이어그램이다.
도 5a는 비방전 조건하에서 플라스마 출구에서 측정된 기체 속도 분포 다이어그램이며, 도 5b는 방전 조건하에서 플라스마 출구에서 측정한 기체 속도 분포 다이어그램이다.
도 6a는 도 3의 장치의 관형 용기의 평면도이며, 도 6b는 관형 용기의 축 방향에서 플라스마 생성 기체의 유속 변화를 보여주는 다이어그램이다.
도 7은 본 발명에 따른 난류 생성 부재를 가진 플라스마 처리 장치의 개념적사시도이다.
도 8은 처리 효과와, 플라스마 출구와 대상물 사이의 거리(조사(照射) 거리)와의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 처리 효과 균일화 수단을 가진 플라스마 처리 장치의 개념적 시시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 다른 처리 효과 균일화 수단을 가진 플라스마 처리 장치의 개념적 시시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 다른 처리 효과 균일화 수단을 가진 플라스마 처리 장치의 개념적 시시도이다.
도 12는 도 11 장치의 플라스마 출구에서 측정한 기체 속도 분포 다이어그램이다.
도 13은 본 발명에 따른 다른 처리 효과 균일화 수단을 가진 플라스마 처리 장치의 개념적 시시도이다.
도 14a는 본 발명에 따른 다른 처리 효과 균일화 수단으로서 거친 표면(surface-roughened) 영역을 구비한 관형 용기를 가진 플라스마 처리 장치의 개념적 시시도이며, 도 14b는 관형 용기의 평면도이다.
도 15A는 본 발명의 처리 효과 균일화 수단을 가진 플라스마 처리 장치의 개념적 시시도이며, 도 15B는 이 장치의 관형 용기의 단면도이고, 도 15C 내지 15G는 본 발명에 따른 다른 관형 용기의 단면도이다.
도 16a는 본 발명에 따른 다른 처리 효과 균일화 수단을 가진 플라스마 처리 장치의 개념적 사시도이며, 도 16b는 이 장치의 관형 용기에 플라스마 생성 기체의 흐름을 보여주는 다이어그램이다.
도 17a는 본 발명에 따른 다른 처리 효과 균일화 수단을 가진 플라스마 처리 장치의 사시도이며, 도 17b는 이 장치의 관형 용기의 단면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 헤더를 가진 플라스마 처리 장치의 개념적 사시도이다.
도 19는 본 발명에 따른 플라스마 점화 수단을 가진 플라스마 처리 장치의 개념적 사시도이다.
도 20은 본 발명에 따른 다른 플라스마 점화 수단을 가진 플라스마 처리 장치의 개념적 사시도이다.
도 21A 내지 21J는 관형 용기에서 생성된 다수의 스트리머를 균일화하는 경우, 방전 상태시의 변화를 보여주는 사진이다.
도 22A 내지 22J는 관형 용기에서 생성된 다수의 스트리머를 균일화하는 경우, 방전 상태시의 변화를 보여주는 사진이다(본 발명).
도 23은 비교예 1에서 글로 방전을 생성하기 사용된 플라스마 처리 장치(종래 기술)의 개념적 사시도이다.
도 24는 예 19 내지 25에 사용된 대상물의 개념적 사시도이다.
도 25는 도 26 내지 31에 사용된 대상물의 개념적 사시도이며,
도 26은 예 37에 적용된 펄스 전압의 파형 다이어그램이다.
본 발명은 플라스마에 의해 대상물을 처리하기 위한 플라스마 처리 장치 및 방법을 제공하며, 이것은 대기압 또는 대기압에 가까운 압력하에서 관형 용기 내에 스트리머 생성 기체의 다수의 스트리머를 생성하고, 관형 용기의 축 방향과 직각 방향으로 이 다수의 스트리머를 균일화함으로써 얻어진다.
본 발명에 따른 플라스마 처리 장치의 바람직한 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 이 장치는 그 속에 방전 공간이 형성되는 관형 용기(1), 관형 용기의 둘레에
배치되는 전극의 쌍(2, 3), 관형 용기 속으로 스트리머 생성 기체를 공급하기 위한 기체 공급부(도시 안됨), 관형 용기 내에 다수의 스트리머를 생성하기 위해 전극들 사이에 AC 전압 또는 펄스 전압을 인가하기 위한 전원부(4), 및 방전 공간 내에 다수의 스트리머를 균일화하기 위한 플라스마 균일화 수단을 포함한다.
관형 용기(1)는 유리 주성분의 재료 또는 세라믹 재료, 즉 석영 유리, 알루미나, 이트리아(yttria) 또는 지르코늄 등의 융점이 높은 전기적 절연 재료(유전체
재료)로 이루어질 수 있다. 도 1에 도시된 관형 용기(1)는 그것의 상단에 기체 입구(10), 및 그것의 하단에 플라스마 출구(12)를 가지는 사각형의 관 형상이며, 서로 평행하게 뻗어 있는 한 쌍의 전ㆍ후방 벽(13, 14), 및 서로 평행하게 뻗어 있는 한 쌍의 측벽(15)으로 이루어져 있다. 도 1b에 도시한 바와 같이, 이 관형 용기의 축 방향과 직각인 단면은 길이 L 및 폭 W의 측면으로 긴 단면이다. 도 1b에서 "SW"는 이 관형 용기의 내측 폭을 가리키며 이 명세서에서는 슬릿 폭이라 부른다. 또한 "SL"은 관형 용기의 내측 길이(즉, 측면으로 긴 단면의 횡방향의 개구 길이)를 가리키며, 이 명세서에서는 슬릿 길이라 부른다. "H"는 관형 용기의 높이를 가리킨다. 관형 용기의 전ㆍ후방벽(13, 14) 및 측벽(15)으로 에워싸인 내부 공간은 방전 공간(7)을 위해 사용된다. 스트리머 생성 기체는 기체 입구(10)로부터 관형 용기(1) 속으로 유입되며, 플라스마 출구(12)로부터 분출된다.
전극(2, 3)은, 전극들 사이에 AC 전압 또는 펄스 전압이 인가되면 대략 관형 용기의 축 방향으로 전기력선이 형성되도록 배치된다. 이들 전극(2, 3)은 높은 내식성을 가지는 구리, 알루미늄, 황동 및 스테인레스 강(JIS: SUS304) 등의 양호한 전기 전도성을 구비한 금속 재료로 이루어질 수 있다.
각각의 전극은 그 속에 관형 용기(1)가 삽입될 수 있는 사각형의 개구부(21, 31)를 가진 사각형 링의 형상이다. 이 사각형의 개구부는 관형 용기(1) 및 전극(2, 3) 사이에 양호한 끼워 맞춤이 되도록 형성되는 바람직하다. 방전 공간(7)은 관형 용기(1)의 내부 공간 및 전극들(2, 3) 사이에 위치한다. 본 실시예에서 전극(2)은 전원부(4)에 전기적으로 연결되어 고전압 전극으로서의 역할을 하며, 전극(3)은 접지되어 저전압 전극으로서의 역할을 한다.
전극(2, 3)은 플라스마 출구(12) 가까이에 배치되는 것이 바람직하다. 방전공간(7)과 처리 대상물(8) 사이의 거리가 감소됨으로써, 처리 속도의 증가에 효과적이기 때문이다. 그러나 전극이 플라스마 출구(12)에 너무 근접하면, 처리 대상물(8)과 방전 공간(7) 사이의 거리의 감소로 인해 아크 방전이 일어날 수 있다. 그러므로 전극(2, 3)은 아크 방전이 일어나지 않을 정도로 플라스마 출구(12) 가까이에 배치하는 것이 바람직하다. 또한 처리 대상물(8)의 열적 손상을 방지하기 위하여, 전극 속에 냉각수를 순환시켜 방전 공간의 온도를 내리는 것이 바람직하다.
그런데 전극(2, 3)을 통해 방전 공간으로 AC 전압 또는 펄스 전압을 인가함으로써 관형 용기에 형성된 전기력선(h)의 길이에 의해 결정되는 방전 패스(discharge pass)가 길어지면, 관형 용기 내에 스트리머가 쉽게 생성된다. 그러므로 도 2a에 도시한 바와 같이, 관형 용기의 축 방향으로, 후술하는 소요 거리(D)만큼 하나의 전극과 다른 전극이 서로 이격되도록 전극(2, 3)이 배치되면, 긴 방전 패스의 제공이 가능하다. 한편, 도 2b에 도시한 바와 같이, 전극들이 관형 용기의 양측에 관형 용기의 축 방향과 평행하게 배치되면, 방전 패스가 짧아 진다. 이 경우, 글로 방전의 생성이 용이해지는 경향이 있다.
본 발명에서 관형 용기 내에 다수의 스트리머를 동시에 생성하여 이를 계속적으로 유지시키기 위해서는 전극(2, 3) 사이의 거리(D)를 2mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 스트리머의 생성 지점에 대응하는 전류 밀도가 높은 영역, 및 전류 밀도가 낮은 영역이 방전 공간의 다수의 지점에서 동시에 형성됨으로써, 다수 스트리머의 동시 생성 능력이 향상된다. 거리(D)가 2mm 이하이면, 방전 패스의 감소로 인해 스트리머의 수가 감소될 수 있다. 또한, 관형 용기(1)의 외측 및 전극들(2, 3) 사이에 스파크 방전이 쉽게 일어나는 경향이 있다. 이 때는, 관형 용기(1) 내에서 스트리머를 얻기가 어려워진다. 다량의 스트리머를 얻기 위해서, 특히 거리(D)를 5mm 이상 20mm 미만으로 하는 것이 바람직하다. 거리(D)가 20mm 이상이면 증가된 방전 개시 전압으로 인해 관형 용기 내에서의 방전 개시가 어려워질 수 있다.
본 발명의 플라스마 균일화 수단은 관형 용기의 측면으로 긴 단면의 횡방향으로, 즉 도 1b에서 길이(L) 방향으로 다수의 스트리머를 균일화하는 것이다. 플라스마 균일화 수단으로서 다음의 특징 (1) 내지 (3) 중의 적어도 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
(1) 도 3에 도시된 바의, 플라스마 균일화 수단을 구비한 관형 용기로는, 기체 입구(10)의 개구부 면적이 플라스마 출구(12)의 개구부 면적보다 작도록 형성된 관형 용기를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 특히 기체 입구(10)의 중심이 관형 용기(1)의 축 위에 놓여지는 것이 바람직하다.
이러한 기체 입구(10)를 구비한 관형 용기(1)를 사용하면, 도 4에 화살표로 도시된 바와 같이, 스트리머 생성 기체는 관형 용기(1)의 내부 공간(9)으로 향하여 기체 입구(10)로부터 반경 방향으로 확산된다. 이 때, 관형 용기(1) 내에 와류가 일어난다. 이 와류는 스트리머 방전 기체의 반경 방향의 흐름을 촉진함으로써, 전기력선(h)과 평행하지 않는 기체 흐름의 성분이 증가한다. 이것이 다수 스트리머의 균일한 생성을 제공한다.
도 3에 도시한 바의 관형 용기를 사용하는 플라스마 처리 장치에서, 비방전 상태에서 플라스마 출구(12) 바로 밑의 위치에서 측정한 스트리머 생성 기체의 유속은 도 5에 도시한 바의 유속 분포를 가지며, 여기서 유속은 관형 용기의 대체로 중심부(플라스마 출구 중심부)에서 가장 빠르며, 마주 보는 단부(플라스마 출구 에지부)로 가면서 점차 감소한다. 도 5a의 유속 분포를 가지는 스트리머 생성 기체가 방전 상태에서 방전 공간 속으로 공급되면, 플라스마 출구(12)로부터 분출되는 플라스마의 유속은 도 5b에 도시한 바와 같이, 관형 용기(1)의 측면으로 긴 단면의 횡방향으로 대체로 균일해진다. 즉, 방전 동안, 방전 공간 내의 기체 압력은 기체의 열팽창으로 인해 증가한다. 기체 압력의 증가는 기체 흐름에 대한 저항을 증가시킨다. 스트리머 생성 기체가 방전 공간 속으로 들어 오면, 방전 공간의 중심부로부터 관형 용기(1)의 내부 표면 쪽으로 흐르는 기체 성분의 양이 증가한다. 그 결과, 유속은 횡방향으로 광범위하게 균일해진다.
이 경우, 방전 공간 내에서 관형 용기(1)의 측면으로 긴 단면의 횡방향으로 전체 영역에 걸쳐 다수의 스트리머를 균일화하기 위해서는, 스트리머 생성 기체의 평균 유속을 증가하여 관형 용기 내의 기체의 와류 성분을 만들 필요가 있다. 본 발명에서 기체 입구(10)의 개구부 면적이 플라스마 출구(12)의 개구부 면적보다 작도록 형성된 관형 용기(1)를 사용함으로써 스트리머 방전 기체의 공급량을 증가하지 않고도 방전 공간 내에서 기체의 와류 성분을 쉽게 생성할 수 있다. 결과적으로, 본 발명은 소비되는 스트리머 생성 기체의 양을 감소시킴으로써 플라스마 처리 장치의 운전비 절감은 물론, 방전 공간 내의 스트리머의 균일성 개선에 성공을 거두었다.
기체 입구(10)의 개구부 면적이 작기 때문에, 스트리머 생성 기체의 보다 많은 양의 와류가 방전 공간 내에 생성된다. 그러나 방전 공간의 중심부에서 스트리머 생성 기체의 유속이 과도하게 증가하면, 중심부에서 스트리머가 블로 아웃(blow out)되어 처리의 균일성이 저하될 수 있다. 또한, 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이, 기체 입구(10)와 방전 공간 사이의 거리가 증가함에 따라, 와류의 세력이 방전 공간에 도달하기 어렵다. 그 결과, 전기력선(h)과 대략 평행한 스트리머 생성 기체의 흐름이 우세해지며, 플라스마 출구보다 작은 개구부를 가지는 기체 입구를 사용함으로써 얻어지는 효과가 감소될 수 있다. 그러므로 기체 유속 등의 플라스마 처리 조건에 따라 기체 입구 및 플라스마 출구의 개구 면적비를 적절히 설정하기 위하여 기체 입구 및 플라스마 출구의 적어도 한 쪽의 개구부 면적을 제어하기 위한 개구부 면적 조절 수단을 포함한다.
구체적으로는, 관형 용기(1)의 기체 입구(10) 바로 밑의 횡단부 면적(S1)과 기체 입구(10)의 개구부 면적(S2)과의 비는 0.125≤S2/S1≤0.75 범위 이내가 바람직하다. 위의 비율이 0,125보다 작으면, 기체 입구에서 스트리머 생성 기체의 유속이 과도하게 증가한다. 이 경우, 기체 흐름에 의해 방전 공간의 중심부에서 플라스마가 블로 아웃됨으로써 관형 용기 내의 스트리머의 균일성이 저하될 염려가 있다. 또한 스트리머 생성 기체의 유량이 일정하게 유지되는 조건하에서 그 비율이 0.75를 넘어서면, 기체 입구에서 기체의 유속이 상대적으로 감소함으로써 와류가 하류로 충분히 공급될 수 없다.
(2) 도 7에 도시된 바의 플라스마 균일화 수단은 관형 용기 내에 난류 생성 부재를 배치하는 것이 바람직하며, 이 부재는 관형 용기 내에 스트리머 생성 기체의 난류를 생성할 수 있는 형상을 가지고 있다. 삼각 프리즘을 가지는 난류 생성 부재(6)는 마주보는 측벽(15) 사이의 관형 용기(1) 내에, 방전 공간 위 쪽의 대략 중심부에 배치되어 있다. 이 경우, 스트리머 생성 기체가 비방전 상태에서 기체 입구로부터 관형 용기 속으로 유입되면, 난류 생성 부재(6)의 하류 공간에 이 기체 와류가 발생한다. 이들 와류는 전기력선(h)과 대략 평행한 방향은 물론, 임의의 방향으로 다량의 기체 흐름을 제공한다. 이러한 상황하에서 방전 공간 내에 관형 용기의 측면으로 긴 단면의 횡방향으로 다수의 스트리머가 균일하게 생성될 수 있다. 그러므로, 관형 용기(1) 내에 플라스마를 균일하게 생성하여, 플라스마 출구(12)로부터 균일한 플라스마(P)를 안정적으로 공급할 수가 있다.
난류 생성 부재(6)는 방전 공간 내에 배치될 수 있다. 스트리머 생성 기체의 난류 성분을 포함하는 와류 생성 영역은 방전 공간과 부분적으로 중첩된다.
난류 생성 부재(6)의 형상은 스트리머 생성 기체의 공급량, 관형 용기의 단면 형상, 및 대상물의 피처리면 높낮이(unevenness) 등의 조건에 따라 주문 설계될 수 있다.
(3) 플라스마 균일화 수단을 가진 관형 용기는 관형 용기(1)의 전ㆍ후방벽 내측 표면 사이의 거리, 즉 슬릿 폭(SW)이 1mm 내지 5mm 의 범위 이내인 것이 바람직하다. 즉, 슬릿 폭이 도 1에 도시된 플라스마 처리 장치에서 위의 범위 내에 들면, 스트리머 생성 기체의 공급량을 증가하지 않고도, 방전 공간(7) 내에서 스트리머 생성 기체의 평균 유속을 증가시킬 수 있다. 결과적으로, 다량의 와류 성분이 생성될 수 있다. 슬릿 폭이 1mm 이내이면, 방전 공간의 체적 감소로 인해 방전 공간의 임피던스가 상대적으로 증가한다. 임피던스의 증가는 방전 공간에 인가되는 유효 전력의 감소를 초래한다. 따라서 이러한 경우, 플라스마 생성 효율의 감소로 인해 플라스마 처리 효과가 악화된다. 한편, 슬릿 폭이 5mm 이상이면, 스트리머 생성 기체 공급량의 다량이 높은 유속의 달성에 소요된다. 또한 방전 공간에 인가되는 전력의 양이 일정하게 유지된다면, 슬릿 폭이 넓어짐에 따라 방전 공간(7)의 전력 밀도(단위 체적당 전력)는 감소한다. 그러므로 충분한 처리 속도가 얻어지지 못할 가능성이 있다.
도 3에 도시된 장치가, 기체 입구(10)가 플라스마 출구(12)보다 더 작은 개구부를 구비함은 물론 1mm 내지 5mm의 슬릿 폭(SW)을 가진다면, 플라스마 균일화 수단의 시너지 효과가 얻어질 수 있다.
즉, 기체 입구(10)에서 스트리머 생성 기체의 평균 유속이 증가되고, 와류 생성 영역이 하류 방향으로 확장되기 때문에, 방전 공간 속으로 난류 성분의 공급이 촉진될 수 있다. 이와 유사하게, 도 7에 도시된 장치가, 관형 용기(1) 내에 난류 생성 부재가 배치됨은 물론, 1mm 내지 5mm의 슬릿 폭(SW)을 가진다면, 플라스마 균일화 수단의 시너지 효과가 얻어질 수 있다. 이 경우, 전술한 바와 유사한 효과가 얻어질 수 있다.
본 발명의 플라스마 처리 장치는 처리 대상물의 피처리면이 돌출부 및 함몰부를 가지는 경우에도, 플라스마 처리 효과의 균일성을 촉진하기 위한 처리 효과 균일화 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 대표적인 사각형 형상(도 1)의 관형 용기(1)로부터 나오는 플라스마가 이러한 처리 대상물(8)로 분출되는 경우, 플라스마 출구(12)로부터 분출되는 플라스마가 표면의 돌출부에 도달하는 데 소요되는 시간은, 플라스마 출구로부터 분출되는 플라스마가 표면의 함몰부에 도달하는 데 소요되는 시간보다 짧다.
따라서, 처리 대상물의 표면 형상에 따라 플라스마 처리 시간의 분산(불균일)이 발생한다. 그러므로, 본 발명에 따른 처리 효과 균일화 수단의 목적은, 플라스마 출구(12)로부터 분출되는 플라스마 제트의 측면으로 긴 단면의 횡방향으로 플라스마 도달 시간의 분포를 제어하는 것이다. 구체적으로, 처리 효과 균일화 수단은 횡방향으로 플라스마 제트의 유속을 제어하거나, 또는 플라스마 출구(12)와 대상물(8) 피처리면과의 거리(본 명세서에서는 조사(照射) 거리라 부른다)를 제어하는 능력을 가진다.
도 8에 도시한 바와 같이, 조사 거리가 증가하면 처리 효과가 기하급수적으로 감소하는 경향이 있다. 한편 전기 전도성을 가진 가진 대상물의 처리에 있어서는 조사 거리가 짧을수록, 방전 공간(7)과 처리 대상물(8) 사이에 아크 방전이 쉽게 발생될 수 있다. 따라서 아크 방전을 방지하기 위하여 요구되는 조사 거리의 확보가 중요하다. 플라스마 처리 효과의 균일성을 더 향상시키기 위해서는, 대상물피처리면의 형상 및 재료 특성에 따라 적절한 처리 효과 균일화 수단을 선택할 필요가 있다.
본 발명에서는 다음의 처리 균일화 수단 ((a)-(g)) 및 이들 조합 중의 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
(a) 피처리면의 부분적 높낮이에 따라 관형 용기의 측면으로 긴 단면의 횡방향으로 관형 용기(1)의 높이(H)가 변화하도록 형성된 관형 용기를 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 관형 용기(1)는 높이에 변화가 있으며, 횡방향 중심부에서의 높이(HC)보다 횡방향의 마주보는 단부에서의 높이(HE)가 더 크다. 플라스마(P)가 관형 용기의 플라스마 출구로부터 대상물(8)의 편평한 표면으로 분출될 때, 조사 거리, 즉 플라스마 출구(12)와 대상물(8) 사이의 거리가 횡방향의 마주보는 단부로 갈수록 서서히 감소한다. 이 경우, 대상물 표면에 도달 가능한 활성종의 양은 관형 용기의 횡방향 중심부보다 횡방향의 양단부에서 더 많다. 따라서 플라스마(P)가 조사 거리의 증가에 의해 플라스마 출구(12)로부터 이격된 대상물의 편평한 표면으로 분출되거나, 또는 도 9에 도시된 바와 같은 볼록한 형상을 가지는 대상물(8)의 피처리면으로 분출되는 경우에도, 관형 용기(1)의 사용에 의해 이들 대상물 위에 균일한 플라스마 처리를 수행할 수 있다. 즉, 처리 효과 균일화 수단을 가지지 않은 관형 용기와 비교할 때, 플라스마 출구(12)로부터 분출되는 플라스마의 횡방향의 마주보는 양단에서 활성종의 비활성화를 방지하여, 균일한 플라스마 처리를 제공할 수 있다.
또한 도 10에 도시한 바와 같이, 관형 용기(1)는 횡방향 중심(HC)에서 보다 횡방향의 마주보는 양단(HE)으로 갈수록 작아지는 높이(H)의 변화를 가지도록 형성될 수 있다. 플라스마(P)가 플라스마 출구(12)로부터 대상물(8)의 편평한 표면으로 분출될 때, 플라스마 출구(12)의 횡방향 중심으로 갈수록 조사 거리가 서서히 감소한다. 이 경우, 대상물의 표면에 도달 가능한 활성종의 양은 관형 용기의 횡방향 양단부보다 횡방향의 중심부가 더 많다. 따라서 플라스마(P)가 조사 거리의 증가에 의해 플라스마 출구(12)로부터 이격된 대상물의 편평한 표면으로 분출되거나, 또는 도 10에 도시된 바와 같이, 오목한 형상을 가지는 대상물(8)의 피처리면으로 분출되는 경우에도, 관형 용기(1)의 사용에 의해 이들 대상물 위에 균일한 플라스마 처리를 수행할 수 있다. 즉, 처리 효과 균일화 수단을 가지지 않은 관형 용기와 비교할 때, 플라스마 출구(12)로부터 분출되는 플라스마의 횡방향의 마주보는 양단에서 활성종의 비활성화를 방지하여, 균일한 플라스마 처리를 제공할 수 있다. 관형 용기(1)의 횡방향에서의 높이의 변화는 대상물의 표면 형상에 따라 결정될 수 있다.
(b) 플라스마 출구(12)로부터 분출되는 스트리머 생성 기체가 대상물의 피처리면의 높낮이에 따라 결정되는 유속 분포를 가지도록 형성된 적어도 2개의 기체 입구를 가지는 관형 용기를 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 11에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 기체 입구(10)가 관형 용기(1)의 중심축에 대해 대칭을 이루는 관형 용기의 상단에 형성될 수 있다. 이 경우, 비방전 상태에서 플라스마 출구(12) 바로 밑에서 측정된 스트리머 생성 기체의 유속은, 도 12에 도시한 바와 같이 관형 용기 단면의 횡방향으로의 분포를 가진다. 이것은 횡방향 중심부보다 플라스마 출구의 마주보는 횡방향의 양단부에서 유속이 더 빠르다는 것을 보여준다. 그러므로 이 관형 용기의 플라스마 출구(12)로부터 대상물(8)의 편평한 표면으로 플라스마가 분출될 때, 플라스마 출구의 횡방향 양단으로부터 분출된 플라스마가 대상물의 편평한 표면에 도달하는 데 소요되는 시간은, 중심부로부터 분출된 플라스마가 대상물의 편평한 표면에 도달하는 데 소요되는 시간보다 더 짧다. 그 결과, 플라스마가 조사 거리의 증가에 의해 플라스마 출구(12)로부터 이격된 대상물의 편평한 표면으로 분출되거나, 또는 도 10에 도시된 바와 같이, 볼록한 형상을 가지는 대상물(8)의 피처리면으로 분출되는 경우에도, 관형 용기(1)의 사용에 의해 이들 대상물 위에 균일한 플라스마 처리를 수행할 수 있다. 기체 입구의 수, 각각의 기체 입구의 위치 및 개구 면적은 대상물의 표면 형상 등에 따라 정해질 수 있다.
(c) 처리 효과 균일화 수단을 가진 관형 용기(1)로는, 관형 용기의 축 방향과 직각을 이루는 단면적이 축 방향으로 변화하도록 형성된 관형 용기를 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 13은 이등변 사다리꼴 형상의 한 쌍의 전 후방벽(14, 15) 및 직사각형 형상의 한 쌍의 측벽(15)으로 형성되며, 관형 용기의 축 방향과 직각을 이루는 단면적(슬릿 횡단면 면적)이 플라스마 출구(12) 쪽으로 갈수록 점차 증가하는 관형 용기를 보여준다. 이 경우, 관형 용기의 횡방향 양단 쪽으로 갈수록 기체 흐름의 양이 감소함으로써, 횡방향 양단보다 플라스마 출구(12)의 횡방향 중심부의 유속이 더 빠르다. 따라서 관형 용기의 플라스마 출구(12)로부터 대상물(8)의 편평한 표면으로 플라스마(P)가 분출될 때, 플라스마 출구의 중심부로부터 분출된 플라스마가 대상물의 편평한 표면에 도달하는 데 소요되는 시간은, 양단으로부터 분출된 플라스마가 대상물의 편평한 표면에 도달하는 데 소요되는 시간보다 더 짧다. 그 결과, 도 13에 도시된 바와 같이, 대상물(8)의 피처리면이 오목한 형상을 가지는 경우에도, 이러한 관형 용기(1)의 사용에 의해 이들 대상물 위에 균일한 플라스마 처리를 수행할 수 있다. 플라스마 출구의 횡방향 중심부로부터 분출되는 스트리머 생성 기체의 유속의 크기는 관형 용기의 측벽과 축 방향 사이의 각도로 정해진 측벽 경사각을 변화시킴으로써 조절이 가능하다. 측벽 경사각이 증가함에 따라 플라스마 출구(12)의 횡방향 중심부에서의 유속은 양단보다 상대적으로 더 빨라진다.
(d) 처리 효과 균일화 수단을 가진 관형 용기로서, 플라스마 출구로부터 분출된 스트리머 생성 기체가 대상물 피처리면의 높낮이에 따라 정해지는 유속 분포를 가지도록, 내측 표면에 형성된 거친 표면 영역을 가지는 관형 용기를 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 14a 및 14b는 각각이 소정의 수평 폭을 가지며, 전 후방벽(13, 14)의 내측 표면에 형성되어 있고, 기체 입구(10) 바로 밑에서부터 플라스마 출구(12) 바로 위까지의 수직 길이만큼 뻗어 있는 거친 표면 영역(16)을 가지는 관형 용기를 보여준다. 이 경우, 거친 표면 영역(16)은 기체 흐름에 대한 저항으로 작용하기 때문에, 스트리머 생성 기체는 도 14a에 도시한 바와 같이, 이 거친 표면 영역을 피하는 쪽으로 쉽게 흘러간다. 이것은 횡방향의 중심부보다 플라스마 출구의 횡방향 양단부가 유속이 더 빠르다는 것을 의미한다. 따라서 이 관형 용기의 플라스마 출구(12)로부터 대상물(8)의 편평한 표면으로 플라스마가 분출될 때, 플라스마 출구의 횡방향 양단으로부터 분출된 플라스마가 대상물의 편평한 표면에 도달하는 데 소요되는 시간은, 중심부로부터 분출된 플라스마가 대상물의 편평한 표면에 도달하는 데 소요되는 시간보다 더 짧다. 그 결과, 플라스마가 조사 거리의 증가에 의해 플라스마 출구(12)로부터 이격된 대상물의 편평한 표면으로 분출되거나, 또는 도 14에 도시된 바와 같이, 볼록한 형상을 가지는 대상물(8)의 피처리면으로 분출되는 경우에도, 관형 용기(1)의 사용에 의해 이들 대상물 위에 균일한 플라스마 처리를 수행할 수 있다. 관형 용기의 내측 표면 위에 형성된 거친 표면 영역(16)의 수, 표면적 및 위치는 대상물(8)의 표면 형상에 따라 선택적으로 정해질 수 있다.
예를 들면, 도 15A 및 15B는 관형 용기의 단면의 횡방향 양단으로부터 중심부로 갈수록 관형 용기의 슬릿폭(SW)이 증가하도록 형성된 관형 용기(1)를 보여준다. 이 경우, 스트리머 생성 기체는 기체 흐름에 대한 저항이 작은 영역으로 쉽게 흘러가기 때문에, 최소 슬릿 폭을 가지는 횡방향 양단보다 최대 슬릿 폭을 가지는 플라스마 출구(12)의 횡방향 중심부의 유속이 더 빠르다. 따라서 이 관형 용기의 플라스마 출구(12)로부터 대상물(8)의 편평한 표면으로 플라스마가 분출될 때, 플라스마 출구의 횡방향 중심부로부터 분출된 플라스마가 대상물의 편평한 표면에 도달하는 데 소요되는 시간은, 그것의 횡방향 양단부로부터 분출된 플라스마가 대상물의 편평한 표면에 도달하는 데 소요되는 시간보다 더 짧다. 그 결과, 도 15에 도시된 바와 같이, 대상물(8)의 피처리면이 오목한 형상을 가지는 경우에도, 이러한 관형 용기(1)의 사용에 의해 이들 대상물 위에 균일한 플라스마 처리를 수행할 수 있다. 도 15C 내지 15F는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 관형 용기의 단면 형상들을 보여준다.
(f) 처리 효과 균일화 수단을 가진 관형 용기(1)로서, 이등변 사다리꼴 형상의 한 쌍의 전 후방벽(14, 15) 및 직사각형 형상의 한 쌍의 측벽(15)으로 형성되고, 관형 용기의 축 방향과 직각을 이루는 단면적이 플라스마 출구(12) 쪽으로 갈수록 점차 감소하며, 관형 용기의 축 방향과 측벽 사이에 정해지는 각도가 2 내지 30°범위의 관형 용기를 사용하는 것이 바람직하다.
이 관형 용기(1)의 바람직한 실시예가 도 16a에 도시되어 있다. 이 경우, 스트리머 생성 기체는 도 16b에 도시한 바와 같이, 기체 입구(10)로부터 하류로 방사형으로 흐른다. 측벽(15)의 내측 표면을 따라 플라스마 출구(12) 쪽으로 흐르는 기체 흐름 성분은 측벽의 경사 각도의 영향하에서 한 곳으로 집속(集束)하게 된다. 그것은 횡방향 중심부보다 플라스마 출구(12)의 횡방향 양단의 유속이 더 빠르다는 것을 의미한다. 따라서 이 관형 용기의 플라스마 출구(12)로부터 대상물(8)의 편평한 표면으로 플라스마가 분출될 때, 플라스마 출구의 횡방향 양단으로부터 분출된 플라스마가 대상물의 편평한 표면에 도달하는 데 소요되는 시간은, 그것의 횡방향 중심부로부터 분출된 플라스마가 대상물의 편평한 표면에 도달하는 데 소요되는 시간보다 더 짧다. 그 결과, 플라스마가 조사 거리의 증가에 의해 플라스마 출구(12)로부터 이격된 대상물의 편평한 표면으로 분출되거나, 또는 도 16a에 도시된 바와 같이, 볼록한 형상을 가지는 대상물(8)의 피처리면으로 분출되는 경우에도, 관형 용기(1)의 사용에 의해 이들 대상물 위에 균일한 플라스마 처리를 수행할 수 있다.
관형 용기의 단면의 횡방향에서 플라스마 제트의 유속 분포는 도 16b에 도시된 바와 같이, 측벽(15)의 경사각(θ)을 변화시켜 조절될 수 있다. 전술한 바와 같이, 플라스마 출구(12)의 횡방향 양단부에서의 유속을 증가시키기 위해서는 2 내지 30°범위 내의 각도(θ)로 설정하는 것이 바람직하다. 각도(θ)가 2°이하이면, 측벽(15)의 내측 표면을 따라 흐르는 기체 흐름 성분을 집속하는 효과가 감소됨으로써, 플라스마 출구(12)의 횡방향 양단에서 충분한 유속이 얻어지지 못할 수 있다. 한편, 각도(θ)가 30°이상이면, 방전 공간의 체적이 증가한다. 따라서, 스트리머 생성 기체의 공급량을 증가할 필요가 있으며, 이것은 플라스마 처리의 운전비의 증가로 이어진다. 이러한 관점에서 30°이하의 각도(θ)를 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시예의 관형 용기(1)는 플라스마 제트와 대상물(8) 사이의 아크 방전의 발생을 방지한다는 추가적인 이점을 제공한다. 따라서 전기적 도전 재료로 이루어진 대상물의 플라스마 처리시에는 특히 이 관형 용기를 사용하는 것이 바람직하다. 관형 용기에 고휘도의 표면 방전이 존재하면 아크 방전이 쉽게 일어난다. 표면 방전에 대한 매커니즘은 아직 충분히 밝혀지지 않았다. 도 16a에 도시된 관형 용기를 사용하는 경우, 스트리머 생성 기체는 기체 입구(10)로부터 관형 용기(1) 속으로 쉽게 확산된다. 기체 흐름 성분이 측벽(15)의 내측 표면에 도달하면, 기체 흐름은 측벽(경사진 벽)의 내측 표면과 각도(α)를 이룬다. 도 16b에서 알 수 있듯이, 각도(α)는 기체 흐름 방향과 도 14b에 점선으로 도시된 대표적인 직사각형 형상의 관형 용기의 측벽(수직벽) 사이에 형성된 각도(β)보다 크다. 결과적으로, 측벽(15)의 극표면(polar surface) 위에 나타나는 속도 경계층은 얇아지며, 활성종, 특히 극표면에서 생성된 이온은 쉽게 속도 경계층 외측을 흘러간다. 또한 속도 경계층은 얇기 때문에, 측벽(15)은 속도 경계층을 외측을 흐르는 비교적 고속의 기체 흐름에 의해 열교환이 쉽게 이루어진다. 그러므로 속도 경계층에서의 이온 밀도의 감소 및 열교환에 의한 측벽(15)의 냉각 때문에 도 16에 도시된 관형 용기에서 표면 방전의 생성이 어려워진다고 생각되며, 결론적으로 아크 방전의 발생이 효과적으로 방지된다.
(g) 처리 효과 균일화 수단을 가진 관형 용기(1)로서, 관형 용기의 단면 폭이 중심부보다 횡방향 양단부로 갈수록 커지며, 중심부 폭(SWC)과 양단부 폭(SWE)의 비가 0.8≤SWC/SWE<1인 관형 용기가 바람직하다.
도 17a 및 17b는 관형 용기의 바람직한 바람직한 실시예를 보여준다. 이 경우, 관형 용기 내에서 기체 흐름에 대한 저항이 작은 영역으로 쉽게 흘러가기 때문에, 횡방향 중심부보다 플라스마 출구(12)의 횡방향 양단부에서의 유속이 더 빠르다. 따라서 이 관형 용기의 플라스마 출구(12)로부터 대상물(8)의 편평한 표면으로 플라스마가 분출될 때, 플라스마 출구의 횡방향 양단으로부터 분출된 플라스마가 대상물의 편평한 표면에 도달하는 데 소요되는 시간은, 그것의 횡방향 중심부로부터 분출된 플라스마가 대상물의 편평한 표면에 도달하는 데 소요되는 시간보다 더 짧다. 그 결과, 플라스마가 조사 거리의 증가에 의해 플라스마 출구(12)로부터 이격된 대상물의 편평한 표면으로 분출되거나, 또는 도 17a에 도시된 바와 같이, 볼록한 형상을 가지는 대상물(8)의 피처리면으로 분출되는 경우에도, 이 관형 용기(1)의 사용에 의해 이들 대상물 위에 균일한 플라스마 처리를 수행할 수 있다.
이렇게 하여 전술한 처리 효과 균일화 수단들은 처리 대상물 위의 플라스마 처리 효과의 균일화 촉진에 효과적이며, 또한 플라스마 생성 수단 및 조건의 종류에 상관없이, 본 발명의 플라스마 처리 장치 이외의, 플라스마 생성 체임버로부터 분출되는 플라스마 제트에 의해 대상물을 처리하는 능력을 구비한 다른 플라스마 처리 장치에도 사용 가능하다.
그런데 플라스마 균일화 수단으로서 전술한 난류 생성 부재(6)가 관형 용기(1) 내의 적절한 위치에 놓여지면, 이것 또한 처리 효과 균일화 수단으로서의 작용을 할 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 관형 용기(1) 내의 측벽(15) 사이의 대략 중심부 위치에, 그리고 기체 입구(10)와 방전 공간(7) 사이에 난류 생성 부재가 놓여진다면, 플라스마 출구(12)의 횡방향 양단부에서의 유속은 그것의 횡방향 중심부에서의 유속보다 더 빠르다. 따라서 이 관형 용기의 플라스마 출구의 횡방향 양단으로부터 분출된 플라스마가 대상물의 편평한 표면에 도달하는 데 소요되는 시간은, 그것의 횡방향 중심부로부터 분출된 플라스마가 대상물의 편평한 표면에 도달하는 데 소요되는 시간보다 더 짧다. 그 결과, 도 7에 도시된 바와 같이, 볼록한 형상을 가지는 대상물(8)의 피처리면으로 분출되는 경우에도, 이 관형 용기(1)의 사용에 의해 이들 대상물 위에 균일한 플라스마 처리를 수행할 수 있다.
본 발명의 플라스마 처리 장치는 관형 용기(1)의 기체 입구(10)를 구비한 상단에 착탈 가능하게 부착된 헤더(5)를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 도 18에 도시한 바와 같이, 헤더(50)는 주로 그 상단에 기체 도입관(53)을 가지는 원통형부(51), 및 원통형부(51)와 기체 입구(10) 사이를 연결하여 기체 입구(10)를 지나 관형 용기(1) 속으로의 집속된 기체 흐름을 제공하기 위한 집속부(52)로 이루어진다. 헤더(50)는 관형 용기(1)와 일체 구조로 형성될 수 있다.
헤더(50)를 사용하는 경우, 스트리머 생성 기체는 기체 도입관(52)을 지나 헤더 속으로 공급되며, 헤더로부터 기체 입구를 지나 관형 용기 속으로 보내진다. 이 경우, 스트리머 생성 기체의 흐름은 관형 용기(1) 속으로의 도입에 앞서 정류(整流)가 되기 때문에, 관형 용기 속으로 스트리머 생성 기체의 안정된 흐름을 효과적을 제공함으로써, 스트리머 생성 기체의 유속 분포가 관형 용기의 축선에 대해 대칭을 이루게 된다. 이것은 플라스마 처리 효과의 균일화의 개선에 보탬이 된다.
헤더(50)는 도 18에 도시된 형상에 한정되지는 않는다. 헤더는 기체 입구(10) 속으로의 스트리머 생성 기체의 도입에 앞서, 스트리머 생성 기체의 바람직하지 못한 유속 분포가 형성되지 않아, 기체 입구 근처에서 스트리머 생성 기체의 유속의 감소가 방지될 수 있는 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 플라스마 처리 장치는 관형 용기 내에 다수의 스트리머 생성을 개시하기 위한 플라스마 점화 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 대기압 또는 대기압에 가까운 압력하에서 생성된 플라스마를 사용하는 플라스마 처리 장치에서는 전극을 통해 방전 공간(7)에 비교적 높은 전압(약 1kV 이상)을 인가하여 플라스마를 개시할 필요가 있다. 또한, 고주파수, 예를 들면 13.56MHz가 방전 공간에 인가되는 주파수로 사용되기 때문에, 전원부(4)와 방전 공간(7, 플라스마 생성 영역) 사이의 임피던스 매칭이 필요하다. 따라서 플라스마 처리 장치를 개시하기 위하여 고전압이 전극(2)에 인가되면, 임피던스 매칭 기구 내의 가변 커패시터에 아크 방전이 발생할 수 있다. 이 경우, 플라스마 처리 장치는 신속히 개시되지 않을 가능성이 있다.
본 발명에 있어서는, 플라스마 점화 수단으로서 플라스마 출구(12) 근방에 배치되는 고전압 펄스 발생기(60)를 사용하는 것이 바람직하다. 발생기(60)는 내장된 고전압 펄스 발생 회로, 및 이 발생 회로에 의해 생성된 고전압 펄스를 방출하기 위한 방출 전극(61)을 포함한다. 방출 전극(61)은 전극(2, 3)과 동일한 재료로 만들어질 수 있으며, 고전압 펄스의 방출을 도우기 위한 예리한 끝을 가진다. 또한 플라스마 점화 수단은 방출 전극의 예리한 끝이 플라스마 출구(12) 바로 밑(하류)에 위치하는 동작 위치(도시 안됨)과, 방출 전극이 동작 위치로부터 이격되어 있는 정지 위치 사이를 방출 전극(61)이 진행하기 위한 이동부(도시 안됨)를 포함하는 것이 바람직하다.
플라스마 방전을 개시하기 위해서는, 전극(61)은 동작 위치로 이동한 다음, 스트리머 생성 기체가 관형 용기 속으로 도입되고, AC 전압 또는 펄스 전압이 방전공간(7)에 인가된 상태에서 방출 전극으로부터 고전압 펄스가 방출된다. 플라스마 방전이 개시된 후, 플라스마 처리를 위해 방출 전극(61)은 동작 위치로부터 제거된다. 고전압 펄스의 크기는 스트리머 생성 기체의 종류에 따라 정해진다. 예를 들면, 고전압 펄스의 크기는 전원부(4)를 사용하여 전극(2)에 인가되는 전압 크기의 3배 이상인 것이 바람직하다. 고전압 펄스의 발생 시간은 선택 사양으로 할 수 있다. 이렇게 플라스마 점화 수단으로 고전압 펄스 발생기(6)를 사용함으로써, 신뢰성 및 신속성이 확보된 플라스마 방전의 개시가 가능하며, 한편 전극(2)에 고전압을 인가함으로써 야기되는 아크 방전을 방지한다.
도 20에 도시한 바와 같이, 또한 플라스마 점화 수단으로서 광원(70), 즉 UV 램프를 사용하는 것이 바람직하다. 광원(70)은 방전 공간(7) 내에 플라스마 방전의 개시 능력을 가지는 자외광 등의 에너지광을 제공한다. 본 실시예에서, 광원(70)은 원통형 형상이며 도 20에 도시된 바와 같이, 전극(2, 3)과 인접한 위치에 관형 용기(1)의 단면의 횡방향과 수평으로 위치해 있다. 따라서, 그것에 의해 플라스마 방전을 개시되기 위해서는, 스트리머 생성 기체가 관형 용기 속으로 도입되고, AC 전압 또는 펄스 전압이 방전 공간(7)에 인가된 상태에서, 전극(2, 3) 사이의 틈새를 지나 관형 용기(1) 내의 방전 공간(7)으로 에너지광이 조사된다.
이어서, 본 발명의 플라스마 방법이 이하에 상세히 설명된다. 플라스마 처리 방법의 적용에는 전술한 플라스마 처리 장치가 사용된다. 그러나, 플라스마 처리 방법이 반드시 본 발명의 장치에만 적용되는 것은 아니다. 즉, 플라스마 처리 장치가, 적어도 그 속에 방전 공간이 확보된 관형 용기, 한 쌍의 전극, 스트리머 생성기체를 공급하기 위한 기체 공급부, 및 관형 용기 내에 다수의 스트리머를 생성하기 위해 전극들 사이에 고주파 전압을 인가하기 위한 전원부를 구비하면, 다음의 방법에 따른 높은 처리 속도로 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마에 의해 처리 대상물을 균일하게 처리할 수 있다.
첫째, 스트리머 생성 기체가 관형 용기(1) 내로 공급된다. 전술한 바와 같이, 관형 용기(1)는 전기적 절연 재료로 만들어져 있으며 그 일단에 기체 입구(10) 및 타단에 플라스마 출구(12)를 가지는 측면으로 긴 단면을 가지고 있다.
스트리머 생성 기체로서, 불활성 기체를 함유한 기체를 사용하는 것이 바람직하다. 불활성 기체로서는 알곤, 네온, 헬륨 크립톤 또는 그 혼합물을 사용할 수 있다. 특히, 알곤 또는 알곤과 헬륨의 혼합 기체를 사용하는 것이 바람직하다. 알곤이 유리한 점은 알곤 원자가 헬륨 원자에 비해 더 쉽게 이온화될 수 있다는 것이다. 주성분으로 알곤을 함유하는 스트리머 생성 기체를 사용하면, 스트리머의 생성량을 증가와 처리 속도의 개선에 효과적이다. 또한 플라스마 처리 방법의 코스트 퍼포먼스(cost performance, 비용 대비 성능)의 관점에서도 주성분으로 알곤을 사용하는 것이 바람직하다.
스트리머 생성 기체의 알곤 함량은 30vol% 이상인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 50vol% 이상이다. 알곤 함량이 30vol% 이상이면 다수 스트리머의 신뢰성 있는 동시 생성이 가능하다. 본 발명은 알곤으로 이루어진 스트리머 생성 기체의 사용을 금하지는 않지만, 그러나 아크 발생의 가능성이 커지기 때문에 추천하지도 않는다. 아크 방전은 처리 대상물에 심각한 손상을 초래한다. 이 경우, 알곤과 소량의 다른 불활성 기체와의 혼합물의 사용을 추천한다. 특히, 알곤과 소량의 헬륨의 혼합 기체의 사용이 바람직하다. 이 혼합 기체의 사용은 특히 플라스마에 의해 전기 전도성을 가지는 대상물을 처리하는 데 효과적이다. 구체적으로 플라스마 생성 기체 내의 헬륨 함량은 3vol% 이상인 것이 바람직하다. 헬륨 함량이 3vol% 미만이면, 아크 방전을 방지하는 효과가 충분히 얻어질 수 없다. 아크 방전의 발생은 대상물(8)과 관형 용기(1) 사이의 거리를 증가시키거나, 또는 방전 공간(7)에 인가되는 전력을 감소하여 방지될 수 있다. 그러나 이렇게 하면 처리 속도가 상당히 감소된다. 따라서 헬륨을 3vol% 이상 함유하는 플라스마 생성 기체의 사용은 처리 속도를 떨어뜨리지 않고도 아크 방전의 발생을 방지하는 데에 유용하다. 다량의 스트리머를 동시에 생성한다는 관점에서 헬륨 함량의 상한을 50vol%로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 스트리머 생성 기체로서, 처리 목적에 따라 불활성 기체와 적어도 하나의 반응성 기체와의 혼합 기체가 사용될 수 있다. 예를 들면, 처리 대상물로부터 유기 물질 등의 이물질을 한다든가 또는 유기 필름에 표면 조질을 하는 경우에는 반응성 기체로서 산소, 공기, CO2및 N2O 등의 산화성 기체를 사용하는 것이 가능하다. 플라스마 처리를 효과적으로 수행하기 위해서는 스트리머 생성 기체 내의 산화성 기체의 함량이 산소 환산(oxygen conversion)으로 1vol% 이상인 것이 바람직하다. 한편, 산화성 기체 함량의 상한은 무제한이다. 그러나 예를 들어, 다량의 스트리머의 동시 생성의 관점에서 산화성 기체 함량을 10vol%로 설정할 수도 있다. 즉,산소 등의 산화성 기체를 스트리머 생성 기체가 과도하게 함유하면 플라스마의 안정성이 떨어져 심할 경우 플라스마가 사라질 가능성도 있다. 이것은 산소는 O- 및 O2- 등으로 쉽게 음이온화하여, O2- + Ar+ →O2+ Ar 의 반응이 일어나기 때문이다.
한편, 대상물에 포함된 금속 산화물을 감소시키는 경우에는, 반응성 기체로서 수소 등의 환원성 기체를 사용할 수 있다. 이 경우, 스트리머 생성 기체 내의 환원성 기체의 함량은 환원 처리를 촉진하기 위해 1vol% 이상인 것이 바람직하다. 환원성 기체 함량의 상한은 무제한이다. 그러나 예를 들어, 안전을 위해 환원성 기체 함량의 상한을 10%로 설정할 수 있다. 또한 환원성 기체를 과도하게 포함한 스트리머 생성 기체를 사용한다 해도 환원 효과가 더 올라가지는 않는다.
이어서, 대기압 또는 대기압에 가까운 압력, 예를 들면 93.3 내지 106.7 KPa( = 700 내지 800 Torr)하에서, 관형 용기 내에 관형 용기의 대략 축 방향으로 전기력선이 형성되도록 배치된 한 쌍의 전극들 사이에 AC 전압 또는 펄스 전압을 인가함으로써, 스트리머 생성 기체의 다수의 스트리머가 생성된다.
AC 전원을 사용하는 경우, 방전 공간(7)에 인가되는 AC 전압의 주파수는 1kHz 내지 200MHz의 범위 이내인 것이 바람직하다. 주파수가 1kHz 미만이면 방전 안정성의 감소로 인해 처리 효율이 점차 떨어진다. 주파수가 200MHz 이상이면 플라스마 온도의 증가로 인해 관형 용기(1) 또는 전극(2, 3)의 수명이 줄어들 수 있다. 또한 처리 대상물이 열손상을 받을 가능성도 있다.
펄스 전원을 사용하는 경우, 방전 공간에 인가되는 펄스 전압의 주파수는0.5kHz 내지 200MHz 범위 이내인 것이 바람직하다. 주파수가 위의 범위를 벗어나면, 전술한 바의 AC 전원을 사용하는 경우와 동일한 문제가 발생할 수 있다. 또한 펄스 전압의 상승 시간이 100μsec 이하인 것이 바람직하다. 상승 시간이 100μsec 이상이면 방전 공간에서 충분한 플라스마 밀도를 얻기가 어려울 수 있다. 이 경우, 플라스마 처리의 효율이 떨어진다. 상승 시간의 하한은 무제한이다. 이러한 전류 상황하에서, 상승 시간의 하한으로서 약 40nsec(nanosecond)가 사용될 수 있다. 만약 40nsec보다 더 짧은 상승 시간이 실현 가능하다면, 40nsec보다 더 짧은 상승 시간의 사용이 바람직하다. 또한 펄스 전계 강도는 1 내지 150kV/cm 범위가 바람직하다.
또한, 방전 공간(7)에 인가되는 전력 밀도(인가된 전력/방전 공간의 체적; W/cm3)는 20 내지 3500W/cm3범위 이내인 것이 바람직하다. 전력 밀도가 20W/cm3미만이면, 다량의 스트리머를 동시에 생성하는 것이 어려워질 수 있다. 전력 밀도가 3500W/cm3이상이면 방전의 안정성이 저하할 수 있다.
다음, 다수의 스트리머는 관형 용기 내에 플라스마를 얻기 위해 단면의 횡방향으로 균일화된다.
본 발명의 발명자들에 의한 연구 및 개발의 결과, 비방전 상태에서 관형 용기 내의 스트리머 생성 기체의 흐름이 1700 이상의 레이놀즈수(Re)를 가지도록 스트리머 생성 기체가 관형 용기 속으로 공급되면, 다수의 스트리머는 횡방향으로 균일하게 분포될 수 있다. 이 경우, 각 스트리머는 연장된 시간 동안 그것의 생성 지점에 머무르지 못한다. 바꾸어 말하면, 후에 상세히 설명되겠지만, 각 스트리머의 생성 지점은 중단없이 횡방향으로 변화함으로써 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마는 전체적으로 균일하게 된다.
레이놀즈수(Re)는 액체의 무차원의 파라미터이며, 다음 식(1)으로 표현된다:
Re = uD/ν = ρuD/μ
여기서, "ρ" 는 스트리머 생성 기체의 밀도;
"u"는 비방전 상태에서 방전 공간의 상단부에서 스트리머 생성 기체의 평균 속도이며, 이 속도는 방전 공간 속으로 공급되는 기체 유량 "Q"를 방전 공간의 상단부에서의 단면적 "S"로 나눈 값으로 주어지며;
"D"는 방전 공간 상단의 폭;
"ν"는 스트리머 생성 기체의 동점성 계수; 및
"μ"는 스트리머 생성 기체의 점성 계수이다.
따라서, 관형 용기의 슬릿 폭이 일정하다면, 레이놀즈수는 평균 속도가 증가함에 따라 증가하거나, 또는 동점성 계수 "ν"가 감소한다.
레이놀즈수(Re)가 1700 이상이면, 스트리머의 분포의 균일성을 개선하기 위해 관형 용기 내에 스트리머 생성 기체의 다량의 난류 성분이 생성된다.
1700 이상의 레이놀즈수를 얻기 위해서는, 관형 용기의 축 방향으로 스트리머 생성 기체의 유속이 5m/sec 이상이 되도록, 관형 용기 속으로 스트리머 생성 기체를 공급하는 것이 바람직하다. 이 경우, 스트리머 생성 기체 내의 알곤 함량이 높을 때도, 즉 동점성 계수가 큰 값인 경우에도 난류 성분이 쉽게 생성될 수 있다.유속의 상한은 무제한이다. 그러나 예를 들면, 생성되는 플라스마 안정성의 관점에서 유속의 상한선을 40m/sec로 설정할 수 있다.
본 발명에 대한 보다 나은 이해를 위해, 다수의 스트리머를 횡방향으로 균일하게 하는 플라스마 균일화 단계의 존재 유무에 대해 비교 검토해 보기로 한다. 도 21A 내지 21J는 풀라스마 균일화 단계가 없는 경우의 관형 용기 내에 생성된 다수의 스트리머에 대한 사진이며, 전극(2, 3) 사이의 틈새로부터 1/30초 간격으로 연속적으로 촬영한 것이다.
이 경우, 고휘도를 가지는 스트리머 생성 영역은 스트리머 비생성 영역과는 확연히 구별되며, 비생성 영역은 사진에서 인접한 스트리머 생성 영역 사이의 어두운 영역이다. 다수의 영역은 횡방향으로 균일화되지 않고 있다(도 21A 내지 21J에서 수평 방향). 또한 스트리머의 불균일 분포는 이들 사진에 나타난 바와 같이, 사실상 시간이 흘러도 변화되지 않는다. 이것은 다음의 이유 때문이라고 생각된다. 즉, 유전체 재료로 만들어진 관형 용기 내에 전기력선과 평행하게 생성되면, 스트리머와 면하고 있는 유전체 재료(관형 용기의 내부 표면)의 표면 온도가 증가함으로써, 유전체 재료로부터 이차 전자가 쉽게 방출된다. 그러므로, 각각의 스트리머의 성장은 방출된 이차 전자의 도움으로 향상된다. 이 때, 다른 방향으로의 기체 흐름의 성분이 없이 전기력선과 대략 평행한 방향으로만 스트리머 생성 기체가 흐르면, 이미 생성된 스트리머의 근방에서만 전자 애버랜치(electron avalanche)가 일어난다. 따라서 스트리머 생성 지점 및 비생성 지점의 분포는 시간이 경과되어도 안정적으로 유지되며, 각각의 스트리머는 생성 지점에서 정지 상태가 된다.
플라스마 표면 처리에, 불균일 분포를 가지는 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마를 사용하면, 스트리머 생성 지점 바로 밑에 놓여진 대상물의 표면 영역은 높은 처리 속도로 처리된다. 그러나 처리 효과는 사실상 스트리머 비생성 지점 바로 밑에 놓여진 대상물의 표면 영역에서 얻어진다. 결과적으로 관형 용기의 횡방향으로 처리 효과에 상당한 차이가 발생한다. 이러한 처리는 실용화 상태에는 이르지 못한다.
한편, 도 22A 내지 22J는 플라스마 균일화 단계의 실행에 의해 관형 용기 내에 생성된 다수의 스트리머에 대한 사진이며, 위에서와 같이 동일한 카메라 앵글로 1/30초 간격으로 연속 촬영한 것이다. 이들 사진에 나타난 바와 같이 스트리머의 생성량의 증가에 의해 스트리머 생성 지점과 스트리머 비생성 지점 사이의 차이는 매우 작아지게 된다. 전술한 경우와 비교할 때, 횡방향에서의 다수 스트리머의 분포 균일성은 괄목할 정도로 개선되었다. 즉, 본 발명의 플라스마 균일화 단계를 실시하고, 본 발명의 플라스마 균일화 수단을 구비한 플라스마 처리 장치를 사용함으로써, 스트리머의 생성 및 소멸(extinction)이 극히 짧은 시간 주기로 방전 공간 내로 유도될 수 있고, 이로 인해 다수 스트리머의 횡방향으로의 분포가 전체적으로 균일해진다. 예를 들면, 6 또는 7개의 스트리머의 생성 및 소멸이 수 백 μsec 와 수 msec 사이의 시간 주기로 반복된다. 스트리머의 휘선(輝線) 라인의 위치가 시간의 경과에 따라 연속적으로 변화하기 때문에, 스트리머는 긴시간 동안 공간적으로 균일하고 안정한 방전이 된다.
또한, 횡방향으로 스트리머를 균일화하기 위한 매커니즘에 대해 설명한다.전술한 바와 같이, 관형 용기 내에서 생성된 스트리머 생성 기체의 난류 성분이 방전 공간의 적어도 일부와 중첩되면, 횡방향으로의 스트리머 균일화 효과를 얻을 수 있다. 난류 성분이 방전 공간에 도달하면, 전기력선과 대체로 평행한 방향 이외의 임의 방향의 기체 흐름 성분이 방전 공간 내에 나타난다. 이들 기체 흐름 성분의 도움으로, 생성된 활성종, 특히 이온은 방전 공간 내에서 자유롭게 움직일 수 있다. 결론적으로, 전자 애벌랜치는 방전 공간 내에 무작위로 일어난다. 따라서 엄격하게 말하면, 횡방향으로의 스트리머 생성 기체의 분포는 단속적으로 변화하며, 대부분의 스트리머는 시간의 경과와 더불어 동일한 생성 지점을 유지하지 않는다. 이것이 전체적으로 횡방향의 플라스마 균일성을 가져다 준다.
플라스마 표면 처리시 균일한 분포를 가지는 다수 스트리머로 이루어진 플라스마를 사용하면, 플라스마 출구 바로 밑에 놓여진 대상물의 표면 영역은 글로 방전을 사용하는 경우와 비교하여 높은 처리 속도로 균일하게 처리된다. 이렇게 하여, 따라서 횡방향으로의 처리 효과의 차이가 많이 감소되기 때문에, 높은 처리 속도가 유지된다면, 본 발명의 플라스마 처리 장치 및 방법은 실용화 상태가 가능하다.
이어서, 처리 대상물은 용기의 플라스마 출구로부터 제공되는 커튼 형상의 플라스마에 의해 처리된다.
이 단계에서, 처리 대상물은 플라스마 출구로부터 대상물로 플라스마가 분출되는 동안, 관형 용기의 단면의 횡방향과 직각을 이루는 운반 방향으로 수평 이동되는 것이 바람직하다.
이와 달리 플라스마가 분출되는 동안, 관형 용기가 수평 이동될 수도 있다. 또한, 운반 방향과 직각 방향으로의 대상물 또는 플라스마 처리 장치의 반복적인 동작이 제공된다면, 대상물로의 플라스마의 분출이 반복됨으로써, 플라스마 표면 처리의 균일화가 더욱 촉진된다. 또한 대상물이 관형 용기의 길이(L)보다 더 크다면, 로봇 등의 대상물 이동 수단을 사용하여 플라스마가 전체 표면에 균일하게 분출되도록 처리 대상물을 이동시키는 것이 바람직하다. 또한 대상물 또는 플라스마 처리 장치가 관형 용기의 횡방향으로 이동된다면, 대상물 위의 직선 영역을 선택적으로 처리할 수 있다. 이 경우, 플라스마 조사 시간이 증가하기 때문에, 처리 효과가 상당히 개선될 수 있다.
◆ 실시예
다음은 본 발명의 바람직한 실시예들이다. 실시예 1 내지 18 및 비교예 1에는 1㎛ 두께의 네거티브형 리지스트 필름(박막)을 가지는 실리콘 웨이퍼가 대상물로 사용되었다. 또한 플라스마 처리는 플라스마 출구와 대상물 사이의 거리가 5mm 인 조건하에서 10mm/sec의 속도로 대상물을 수평 방향으로 운반하며 연속적으로 실시되었다. 평가로서 플라스마 처리 동안 방전 상태를 관찰하였다. 또한 플라스마 처리 후, 에칭 깊이의 평균값을 계산하기 위하여 리지스트 필름의 에칭 깊이의 측정이 실시되었다.
◎ 실시예 1 및 비교예 1
실시예 1에서, 도 18에 도시된 헤더(50)를 구비한 도 1의 플라스마 처리 장치가 사용되었다. 관형 용기(1)는 직사각형으로서 두께 1mm의 석영 유리로 이루어저 있다. 슬릿 폭, 슬릿 길이 및 관형 용기(1) 높이는 각각 1mm, 40mm 및 80mm이다. 각각의 전극(2, 3)은 구리로 만들어지며, 그 표면에는 금도금층을 가진다. 또한 전극(2, 3)은 중공 구조이며, 그 속에 냉각수 채널이 형성되어 있다. 따라서 방전 공간(7)의 과도한 온도 증가를 방지하기 위하여 플라스마 처리 동안 채널을 통해 냉각수가 순환된다. 전원부(4)에는 전극(2)이 접속되고, 전극(3)은 접지된다.
비교예 1에서, 글로 방전을 이용하는 종래의 플라스마 처리 장치가 사용되었다. 즉, 도 23에 도시한 바와 같이, 관형 용기(1)가 한 쌍의 전극(2, 3) 사이에 샌드위치식으로 배치된 것을 제외하고는 도 1의 장치와 대략 동일하다.
대기압하에서 스트리머 생성 기체로서 헬륨 12ℓ/min와 산소 0.4ℓ/min의 혼합 기체를 관형 용기 속으로 공급하고, 방전 공간(7)에 AC 전압(주파수: 13.56MHz, 인가된 전력:1000W)을 인가하여 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마를 생성하였다. 처리 대상물은 플라스마 출구(12)로부터 분출되는 커튼 형상의 플라스마로 처리되었다. 실시예 1에서, 스트리머의 균일화를 위해, 관형 용기의 축 방향으로 스트리머 생성 기체의 유속이 5m/sec 이상(계산값: 5.17m/sec)이 되도록 스트리머 생성 기체가 관형 용기(1) 속으로 공급되었으며, 슬릿 폭 1mm의 관형 용기(1)가 플라스마 균일화 수단으로 사용되었다.
표 1에 기재된 바와 같이, 실시예 1의 플라스마 처리가 실시되었을 때, 방전 공간에 관형 용기 단면의 횡방향으로 다수의 스트리머가 균일하게 생성되었다. 비교예에서는 관형 용기 내에 글로 방전이 생성되었다. 또한 실시예 1의 에칭 깊이의 평균값은 비교예 1의 평균값보다 휠씬 크다. 이것은 실시예 1의 스트리머를 사용하는 플라스마 처리가 글로 방전을 사용하는 플라스마 처리에 비해 대상물을 높은 처리 속도로 효율적으로 처리할 수 있다는 것을 의미한다.
◎ 실시예 2 내지 5
이들 실시예에 사용된 플라스마 장치는 도 3에 도시한 바와 같이, 슬릿 폭, 슬릿 길이 및 관형 용기(1)의 높이가 각각 1mm, 56mm, 및 80mm 이며, 관형 용기의 기체 입구(10)의 개구부 폭 및 길이가 1mm 및 16mm 인 것을 제외하고는 도 3에 도시된 바의, 실시예 1에 사용된 장치와 대체로 동일하다.
스트리머 생성 기체로서 불활성 기체의 헬륨 12ℓ/min와 산소 0.4ℓ/min의 혼합 기체를 대기압하에서 관형 용기 속으로 공급하고, 방전 공간(7)에 AC 전압(주파수: 13.56MHz, 인가된 전력:700W)을 인가하여 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마를 생성하였다. 표 2에서와 같이, 실시예 2에서는 불활성 기체로서 알곤만이 사용되었고, 실시예 3 내지 5에서는 조성분이 다른 알곤과 헬륨의 혼합물이 사용되었다. 대상물(8)은 플라스마 출구(12)로부터 분출되는 커튼 형상의 플라스마로 처리되었다. 이들 실시예에서는, 스트리머의 균일화를 위해 관형 용기의 기체 입구(10) 바로 밑의 단면적(56mm2)보다 작은 개구부 면적(16mm2)을 가지는 슬릿 폭 1mm의 관형 용기가 플라스마 균일화 수단으로 사용되었다.
표 2에 기재된 바와 같이, 스트리머 생성 기체의 알곤 함량이 증가할수록 처리 속도가 증가하는 경향이 있다. 이것은 스트리머의 생성량이 알곤 함량에 비례하여 증가하기 때문이다. 이렇게 하여 스트리머의 생성량과 에칭 처리 효과 사이의 직접적인 관계가 있음을 알 수 있다. 또한 알곤 함량이 증가함에 따라 에칭 처리의 균일성이 향상되었다.
◎실시예 6 내지 8
이들 실시예에 사용된 플라스마 처리 장치는 다음 특징들을 제외하고는 실시예 1에 사용된 장치와 대략 동일하다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 슬릿 폭, 슬릿 길이 및 관형 용기(1)의 높이가 각각 1mm, 56mm, 및 80mm 이며, 관형 용기의 기체 입구(10)의 개구부 폭 및 길이가 각각 1mm 및 16mm 이다. 각각의 실시예에서 전극(2, 3)들 사이의 거리(D)가 표 3에 기재된 바와 같이 정해져 있다.
스트리머 생성 기체로서, 헬륨 2ℓ/min, 알곤 10ℓ/min 및 산소 0.4ℓ/min의 혼합 기체를 대기압하에서 관형 용기 속으로 공급하고, 방전 공간(7)에 AC 전압(주파수: 13.56MHz, 인가된 전력:600W)을 인가하여 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마를 생성하였다. 대상물(8)은 플라스마 출구(12)로부터 분출되는 커튼 형상의 플라스마로 처리되었다. 이들 실시예에서는, 스트리머의 균일화를 위해 슬릿 폭 1mm, 및 관형 용기의 기체 입구(10) 바로 밑의 단면적(56mm2)보다 작은 개구부 면적(16mm2)의 기체 입구(10)를 구비한 관형 용기가 플라스마 균일화 수단으로 사용되었다.
표 3에서 알 수 있듯이, 실시예 6(d = 5mm)에서는 다량의 스트리머가 방전 공간(7) 내에 횡방향으로 균일하게 생성되었다. 또한, 에칭 깊이에서의 분산(차이)이 현격히 감소되었다. 그러므로 에칭 처리의 신뢰도가 높아졌음을 확신하게 되었다. 실시예 7(d = 1mm)에서는, 스트리머의 생성 개시 때에 관형 용기의 외측 및 전극들 사이에 스파크 방전이 가끔 일어났다. 한편, 실시예 8(d = 20mm)에서는 스트리머의 생성이 어려운 경우가 있었다.
◎실시예 9 내지 11
이들 실시예들에 사용된 플라스마 처리 장치는 슬릿 폭, 슬릿 길이 및 관형 용기의 높이가 각각 1mm, 56mm, 및 80mm 인 것을 제외하고는 실시예 1에 사용된 장치와 대체로 동일하다.
스트리머 생성 기체로서, 헬륨, 알곤 및 산소의 혼합 기체를 대기압하에서 관형 용기 속으로 공급하고, 방전 공간(7)에 AC 전압(주파수: 13.56MHz, 인가된 전력:700W)을 인가하여 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마를 생성하였다. 실시예 9 내지 11의 각각에 헬륨, 알곤 및 산소의 공급량은 표 4에 나와 있다. 대상물(8)은 플라스마 출구(12)로부터 분출된 커튼 형상의 플라스마에 의해 처리되었다. 이들 실시예에서는 스트리머의 균일화를 위해, 관형 용기 내의 스트리머 생성 기체의 흐름이 비방전 상태(실시예 10 및 11)하에서 1700 이상의 레이놀즈수를 가지도록, 스트리머 생성 기체가 관형 용기 내로 공급되며, 1mm의 슬릿 폭(실시예 9 및 11)을 가지는 관형 용기(1)가 플라스마 균일화 수단으로 사용되었다.
실시예 9 내지 11에 대해서는, 에칭 깊이의 평균값 이외에 에칭 깊이의 분산의 범위(%)가 정해지는 데, 이것은 에칭 깊이의 최대치와 최소치 사이의 차이를 계산하고, 이 차이를 에칭 깊이의 평균값으로 나눈 값이다. 또한 레이놀즈수(Re)는 식(1)으로 계산된다. 이들 결과는 표 4에 기재되어 있다.
표 4는 레이놀즈수의 증가에 따라 에칭 깊이의 분산의 범위가 좁아지는 ◎을 보여준다. 또한 플라스마 기체의 총유량에 비례하여 에칭 속도가 증가하는 경향이 있다. 스트리머 생성 기체의 유량 및 조성분을 제어하여 얻어지는 1700 이상의 레이놀즈수를 가지는, 실시예 11의 플라스마의 방전 상태는, 도 22A 내지 도 22J에 도시된 바와 같이, 스트리머의 생성량이 관형 용기의 횡방향으로 균일하게 생성되는 것을 보여준다. 한편, 실시예 9에서는, 플라스마의 균일성은 비교적 양호하지만, 스트리머의 생성량이 감소한다. 스트리머 생성량의 감소에 의해 에칭 깊이가 상당히 감소하는 것으로 생각된다.
◎실시예 12 내지 14
이들 실시예에 사용되는 플라스마 처리 장치는 슬릿 폭, 슬릿 길이 및 관형 용기의 높이가 표 5에 기재된 바와 같이 각각 5mm, 30mm, 및 80mm 인 것과, 관형 용기의 기체 입구(10)의 개구부 길이가 8.5mm(개구부 폭은 동일)인 것을 제외하고는 실시예 1에 사용된 장치와 대체로 동일하다.
스트리머 생성 기체로서, 헬륨 1ℓ/min, 알곤 5ℓ/min 및 산소 0.2ℓ/min의 혼합 기체를 대기압하에서 관형 용기 속으로 공급하고, 방전 공간(7)에 AC 전압(주파수: 13.56MHz, 인가된 전력:700W)을 인가하여 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마를 생성하였다. 대상물(8)은 플라스마 출구(12)로부터 분출된 커튼 형상의 플라스마에 의해 처리되었다. 이들 실시예에서, 스트리머의 균일화를 위해, 1mm의 슬릿 폭(실시예 13), 및 관형 용기의 기체 입구 바로 밑의 단면적(실시예 12: 15mm2, 실시예 13: 30mm2, 실시예 14: 210mm2)보다 작은 개구부 면적(실시예 12: 4.25mm2, 실시예 13: 8.5mm2, 실시예 14: 59.5mm2)의 기체 입구(10)를 구비한 관형 용기가 플라스마 균일화 수단으로 사용되었다.
플라스마 처리 후, 에칭 깊이의 평균값 및 에칭 깊이의 분산 범위(%)가 정해진다. 분산의 범위는 에칭 깊이의 최대치와 최소치 간의 차이를 계산하고, 이 차이를 에칭 깊이의 평균값으로 나누어 얻는다. 이들 결과는 표 5에 기재되어 있다.
*1: 초극대 > 극대 > 대 *2: 극히 양호 > 매우 양호 > 양호
표 5에 기재된 바와 같이, 실시예 12에서는, 처리의 균일성이 극히 양호하지만, 에칭 깊이의 평균값은 실시예 13의 절반값이다. 한편, 실시예 14에서는 큰 슬릿 폭으로 인해, 이 실시예의 기체 공급량에 의한 관형 용기의 기체 입구에서 스트리머 생성 기체의 충분한 유속이 얻어질 수 없다. 결론적으로, 기체의 와류가 하류로 충분히 공급되지 못하기 때문에, 실시예 15 및 16의 경우에 비해, 스트리머의 생성량이 감소된다. 또한 전력 밀도(인가된 전력/방전 공간의 단위 체적; W/cm3)의 감소는 에칭 깊이의 평균값을 감소시킨다.
◎실시예 15 내지 17
이들 실시예에 사용된 플라스마 처리 장치는 슬릿 폭, 슬릿 길이 및 관형 용기(1)의 높이가 각각 5mm, 30mm, 및 80mm 인 것과, 기체 입구(10)의 개구부 길이가 표 6에 기재된 바와 동일하다는 것을 제외하고는 실시예 1에서 사용된 장치와 대체로 동일하다.
스트리머 생성 기체로서, 헬륨 3.39ℓ/min, 알곤 0.48ℓ/min 및 산소 0.43ℓ/min의 혼합 기체를 대기압하에서 관형 용기 속으로 공급하고, 방전 공간(7)에 AC 전압(주파수: 13.56MHz, 인가된 전력:700W)을 인가하여 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마를 생성하였다. 대상물(8)은 플라스마 출구(12)로부터 분출된 커튼 형상의 플라스마에 의해 처리되었다.
이들 실시예들에 대하여, 스트리머를 균일화하기 위하여, 관형 용기 내의 스트리머 생성 기체의 흐름이 비방전 상태하에서 1700 이상의 레이놀즈수를 가지도록(실시예 16 및 17) 관형 용기 속으로 스트리머 생성 기체가 공급되며, 1mm의 슬릿 폭(실시예 15 및17), 및 관형 용기의 기체 입구 바로 밑의 단면적(56mm2)보다 작은 개구부 면적(실시예 16: 16mm2, 실시예 17: 8mm2)의 기체 입구(10)를 구비한 관형 용기가 플라스마 균일화 수단으로 사용되었다.
플라스마 처리 후, 에칭 깊이의 평균값 및 에칭 깊이의 분산 범위(%)가 정해진다. 분산의 범위는 에칭 깊이의 최대치와 최소치 간의 차이를 계산하고, 이 차이를 에칭 깊이의 평균값으로 나누어 얻는다. 이들 결과는 표 6에 기재되어 있다.
표 6에 기재된 바와 같이, 실시예 15의 플라스마 처리는 실시예 17의 플라스마 처리보다 에칭 깊이의 분산이 더 심하다. 실시예 15에서, 기체 입구(10)의 개구부 면적(56mm2)은 플라스마 출구(12)의 면적과 동일하다. 본 실시예의 기체 유량 및 기체 조성분 조건하에서, 레이놀즈수는 충분한 양의 난류 성분을 제공하기 위해 요구되는 레이놀즈수인 1700보다 더 작은 1093이다. 한편, 실시예 17의 플라스마 처리에서는 실시예 16의 플라스마 처리보다 에칭 깊이의 분산이 더 커진다. 이 경우, 기체 입구(10)의 개구부 면적이 실시예 16의 개구부 면적보다 더 작기 때문에, 방전 공간의 중심부 속으로 공급되는 스트리머 생성 기체의 유속은 너무 빨라진다. 결과적으로, 방전 공간 중심부에서 방전 상태의 안정성이 떨어진다.
◎실시예 18
실시예 18에서는, 도 18에 도시된 헤더(50)를 구비한 도 7의 플라스마 처리 장치가 사용되었다. 관형 용기(1)는 직사각형이며 두께 1mm의 석영 유리로 만들어져 있다. 슬릿 폭, 슬릿 길이 및 관형 용기(1) 높이는 각각 1mm, 56mm 및 80mm이다. 전극(2, 3)쌍 사이의 거리는 5mm이다. 본 실시예에서는, 삼각 프리즘 형상의 난류 생성 부재(6)가 플라스마 균일화 수단으로서 사용된다. 삼각형 프리즘의 기본 평면은 밑변 20mm, 높이 15mm의 이등변 삼각형이다. 난류 생성 부재(6)는 기체 입구와 난류 생성 부재(6)의 와류 사이의 거리가 5mm가 되도록 관형 용기(1) 내의 기체 입구 바로 밑에 배치하였으며, 난류 생성 부재(6)의 기본 평면은 관형 용기의 전 후방벽(13, 14)과 평행하게 뻗어 있다. 이 플라스마 처리 장치의 다른 요소는 실시예 1의 장치와 대체로 동일하다.
스트리머 생성 기체로서, 헬륨 3.39ℓ/min, 알곤 0.48ℓ/min 및 산소 0.43ℓ/min의 혼합 기체를 대기압하에서 관형 용기 속으로 공급하고, 방전 공간(7)에 AC 전압(주파수: 13.56MHz, 인가된 전력:700W)을 인가하여 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마를 생성하였다. 대상물(8)은 플라스마 출구(12)로부터 분출된 커튼 형상의 플라스마에 의해 처리되었다. 이들 예에서 플라스마 균일화 수단으로서 1mm의 슬릿 폭, 및 난류 생성 부재(6)를 구비함 관형 용기(1)가 사용되었다.
플라스마 처리 후, 에칭 깊이의 평균값 및 에칭 깊이의 분산 범위(%)가 정해진다. 분산의 범위는 에칭 깊이의 최대치와 최소치 간의 차이를 계산하고, 이 차이를 에칭 깊이의 평균값으로 나누어 얻는다. 이들 결과는 실시예 15의 결과와 함께 표 6에 기재되어 있다.
표7에 기재된 바와 같이, 난류 생성 부재를 구비한 플라스마 처리 장치를 사용하면, 다량의 스트리머가 생성되었으며, 생성된 스트리머들은 관형 용기의 횡방향으로 균일하게 분포되었다. 따라서 실시예 18의 표면 처리는 레이놀즈수가 1093인 실시예 15의 표면 처리보다 에칭 깊이의 분산이 적었다.
◎실시예 19 내지 25
실시예 19에서는, 도 3의 플라스마 처리 장치가 사용되었으며, 이 장치는 슬릿 폭, 슬릿 길이 및 관형 용기(1)의 높이가 각각 1mm, 56mm, 및 80mm 인 것과, 기체 입구(10)의 개구부의 폭 및 길이가 각각 1mm 및 16mm인 것을 제외하고는 실시예 1에서 사용된 장치와 대체로 동일하다.
실시예 20에서는, 도 17의 플라스마 처리 장치가 사용되었으며, 이 장치는 슬릿 길이 및 관형 용기(1)의 높이가 각각 56mm, 및 80mm 인 것을 제외하고는 실시예 1에 사용된 장치와 대체로 동일하다. 이 장치는 처리 효과 균일화 수단(g)을 가진다. 즉, 관형 용기는 곡면을 가지는 전 방벽(13, 14), 및 편평한 표면을 가지는 한 쌍의 측벽(15)으로 형성되어 있음으로써, 그것의 단면은 중심부에서보다 횡방향의 마주보는 양단으로 갈수록 넓어지는 폭을 가진다. 관형 용기(1)의 단면의 중심부 폭은 1mm이다. 단면의 중심부 폭(SWC)과 양단부의 폭(SWE) 사이의 차이는 45㎛이다. 관형 용기의 기체 입구(10)의 개구부 폭 및 길이는 각각 1mm 및 16mm 이다.
실시예 21에서는, 도 16의 플라스마 처리 장치가 사용되었으며, 이 장치는 기체 입구(10)측에서의 슬릿 폭, 제1 슬릿 길이, 및 플라스마 출구(12)측에서의 제2 슬릿 길이 및 관형 용기의 높이가 각각 1mm, 85mm, 56mm 및 80mm 인 것을 제외하고는 실시예 1에서 사용된 장치와 대체로 동일하다. 이 장치는 처리 효과 균일화 수단(f)을 가진다. 즉, 이등변 사다리꼴 형상의 한 쌍의 전 후방벽(13, 14) 및 직사각형 형상의 한 쌍의 측벽(15)으로 형성되고, 관형 용기의 축 방향과 직각을 이루는 단면적이 플라스마 출구(12) 쪽으로 갈수록 점차 감소하며, 관형 용기의 축 방향과 측벽 사이에 정해지는 각도(θ)가 10.3°이고, 관형 용기의 기체 입구(10)의 개구부 폭 및 길이는 각각 1mm 및 24mm이다.
실시예 22에서는, 도 11의 플라스마 처리 장치가 사용되었으며, 이 장치는 슬릿 폭, 슬릿 길이 및 관형 용기(1)의 높이가 각각 1mm, 56mm, 및 80mm 인 것을 제외하고는 실시예 1에 사용된 장치와 대체로 동일하다. 이 장치는 처리 효과 균일화 수단(b)을 가지고 있다. 즉, 관형 용기는 1mm의 개구부 폭 및 8mm의 개구부 길이를 가지는 2개의 기체 입구(10)를 구비하며, 이 기체 입구들은 관형 용기의 중심축에 대해 대칭으로 배치되어 있다.
실시예 23에서는, 도 9의 플라스마 처리 장치가 사용되었으며, 이 장치는 관형 용기(1)의 슬릿 폭, 슬릿 길이가 각각 1mm 및 56mm 인 것을 제외하고는 실시예 1에 사용된 장치와 대체로 동일하다. 이 장치는 처리 효과 균일화 수단(a)을 가지고 있다. 즉, 관형 용기는 도 9에 도시된 바와 같이, 관형 용기(1)의 높이가 플라스마 출구(12)의 단면의 중심부로부터 횡방향의 마주보는 양단 쪽으로 갈수록 점차 증가한다. 관형 용기의 높이(HE 및 HC)는 각각 90mm 및 80mm이다. 관형 용기의 기체 입구(10)의 개구부 폭 및 길이는 각각 1mm 및 16mm이다.
실시예 24에서는 도 14의 플라스마 처리 장치가 사용되었으며, 슬릿 폭, 슬릿 길이 및 관형 용기(1)의 높이가 각각 1mm, 56mm, 및 80mm 인 것을 제외하고는 실시예 1에 사용된 장치와 대체로 동일하다. 이 장치는 처리 효과 균일화 수단(d)을 가지고 있다. 즉, 관형 용기는 각각 전 후방벽의 내측 표면에 10mm의 수평 방향의 폭을 가지는 한 쌍의 거친 표면 영역(16)을 가지며, 그 각각은 수직 거리만큼 기체 입구(10) 바로 밑에서부터 플라스마 출구(12) 바로 위까지 뻗어 있다. 거친 표면 영역(16)의 평균 표면 거칠기는 약 10㎛이다. 관형 용기의 기체 입구(10)의 개구부 폭 및 길이는 각각 1mm 및 16mm이다.
실시예 25에서는, 도 7의 플라스마 처리 장치가 사용되었으며, 이 장치는 실시예 18에 사용된 장치와 대체로 동일하다. 이 장치의 플라스마 균일화 수단은 처리 효과 균일화 수단으로서의 기능을 한다.
실시예 19 내지 25의 각각에 대해서는, 스트리머 생성 기체로서 헬륨 1.4ℓ/min, 알곤 7ℓ/min 및 산소 0.28ℓ/min의 혼합 기체를 대기압하에서 관형 용기 속으로 공급하고, 방전 공간(7)에 AC 전압(주파수: 13.56MHz, 인가된 전력:700W)을 인가하여 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마를 생성하였다. 대상물(8)은 플라스마 출구(12)로부터 분출된 커튼 형상의 플라스마에 의해 처리되었다. 스트리머 균일화를 위해 실시예 19 및 23에서는, 1mm의 슬릿 폭, 및 관형 용기의 기체 입구 바로 밑의 단면적보다 작은 개구부 면적을 가지는, 기체 입구(10)를 구비한 관형 용기가 플라스마 처리 균일화 수단으로서 사용되었다. 실시예 24에서는 실시예 19에 사용된 관형 용기의 특징 외에, 관형 용기(1)가 거친 표면 영역을 가지기 때문에, 전술한 스트리머 생성 기체의 공급량에 의해 9370(>1700)의 레이놀즈수를 가지는 스트리머 생성 기체의 흐름이 얻어졌다. 실시예 25에서는, 난류 생성 부재(6)를 가지는 관형 부재(1)가 배치되며, 1mm의 슬릿 폭이 사용되었다.
처리 대상물은 도 24에 도시된 바의 볼록한 단면을 가지는 에폭시 수지 성형 제품이다. 플라스마 처리는, 플라스마 출구와 대상물 사이의 거리가 5mm가 되는 조건하에서 100mm/sec의 속도로 대상물의 축 방향으로 대상물을 이동함으로써 연속적으로 실시되었다. 평가를 위해, 대상물 피처리면 위의 물의 접촉 각도가 측정되었다. 즉, 접촉 각도의 측정은 도 24에 도시된 바와 같이 대상물(8)에 정해진 3개의 라인, A, B 및 C의 각각의 다수의 위치에서 실시하여 접촉 각도의 평균값을 계산한다. 그 결과는 표 8에 기재되어 있다. 플라스마 처리에 앞서 라인 A, B 및 C 에서 측정된 접촉 각도의 평균값은 각각 93°(A), 95°(B) 및 100°(C) 이다.
표 8에 기재된 바와 같이, 처리 효과 균일화 수단을 가지지 아니한 실시예 19 장치의 사용에 의한 표면 처리는, 라인 B에서 측정된 접촉 각도와 라인 A, C에서 측정된 접촉 각도 사이에 차이가 나타났다. 한편, 실시예 20 내지 25의 표면 처리의 각각에서는 플라스마 처리 장치가 처리 효과 균일화 수단을 가지기 때문에, 라인 A 내지 C에서 측정된 물의 접촉 각도의 분산 범위는 좁았다. 이들 결과는 플라스마 처리 장치가 도 24에 도시된 돌출부를 가지는 대상물에 플라스마 처리를 하는 경우에 플라스마 처리 장치가 처리 효과 균일화 수단을 구비하는 것이 바람직함을 보여준다.
◎실시예 26 내지 31
실시예 26 및 29에서는, 도 3의 플라스마 처리 장치가 사용되었으며, 이 장치는 실시예 2 내지 3에 사용된 장치와 대체로 동일하다. 실시예 27 내지 30에서는, 도 17a의 플라스마 처리 장치가 사용되었으며, 이 장치는 실시예 20에 사용된 장치와 대체로 동일하다.
실시예 26 내지 31의 각각에 대해서는, 스트리머 생성 기체로서 헬륨 1ℓ/min, 알곤 5ℓ/min 및 산소 0.2ℓ/min의 혼합 기체를 대기압하에서 관형 용기 속으로 공급하고, 방전 공간(7)에 AC 전압(주파수: 13.56MHz, 인가된 전력:700W)을 인가하여 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마를 생성하였다. 대상물(8)은 플라스마 출구(12)로부터 분출된 커튼 형상의 플라스마에 의해 처리되었다. 스트리머 균일화를 위해 실시예 26 및 31에서는, 1mm의 슬릿 폭, 및 관형 용기의 기체 입구 바로 밑의 단면적보다 작은 개구부 면적을 가지는, 기체 입구(10)를 구비한 관형 용기가 플라스마 처리 균일화 수단으로서 사용되었다.
처리 대상물은 도 25에 도시된 바와 같이, 편평한 피처리면 및 55mm의 폭을 가진 폴리이미드 필름이다. 플라스마 처리는 릴-투-릴(reel-to-reel)식에 의해, 30mm/sec의 속도로 대상물의 축 방향으로 대상물을 이동하여 연속적으로 이루어졌다. 플라스마 출구(12)와 대상물(8) 사이의 거리(조사 거리)는 실시예 26 내지 28에서는 2mm이고, 실시예 29 내지 31에서는 10mm이다.
플라스마 처리 후, 대상물의 피처리면 위의 물의 접촉 각도가 측정되었다. 즉, 접촉 각도의 측정은 도 25에 도시된 바와 같이, 대상물(8) 위에 정해진 라인 A, B 및 C의 각각의 다수의 위치에서 실시되었다. 그 결과는 표 9에 기재되어 있다. 플라스마 처리에 앞서 라인 A, B 및 C 위에서 측정된 접촉 각도의 평균값은 각각 37°(A), 40°(B) 및 38°(C)였다.
표 9에 기재된 바와 같이, 실시예 26에서는 라인 A 내지 C 위의 물의 접촉 각도 분산이 최소화 되었지만, 작은 조사 거리(= 2mm)에 의해 야기된 열손상으로 인해 필름의 약간의 변형이 관찰되었다. 한편, 실시예 29에서는, 관형 용기가 처리 효과 균일화 수단을 가지지 않았고, 조사 거리가 10mm이기 때문에, 물의 접촉 각도의 분산의 범위가 비교적 넓어졌다. 실시예 27, 28, 30 및 31에서는 관형 용기가 처리 효과 균일화 수단을 구비하기 때문에, 조사 거리가 10mm인 경우에고 물의 접촉 각도의 분산의 범위가 좁았다. 특히, 실시예 30 및 31에서는 필름의 변형 발생이 없이 분산이 최소화 되었다. 이렇게 하여 처리 효과 균일화 수단을 가지는 관형 용기의 사용은 대상물에 대한 플라스마 처리의 균일화에 효과적임이 입증되었다.
◎실시예 32
본 실시예에서는 도 3의 플라스마 처리 장치가 사용되었으며, 이 장치는 실시예 2 내지 5에 사용된 장치와 대체로 동일하다.
스트리머 생성 기체로서 헬륨 2ℓ/min, 알곤 10ℓ/min 및 산소 0.4ℓ/min의 혼합 기체를 대기압하에서 관형 용기 속으로 공급하고, 방전 공간(7)에 AC 전압(주파수: 13.56MHz, 인가된 전력:700W)을 인가하여 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마를 생성하였다. 대상물(8)은 플라스마 출구(12)로부터 분출된 커튼 형상의 플라스마에 의해 처리되었다. 스트리머 균일화를 위해, 1mm의 슬릿 폭, 및 관형 용기의 기체 입구 바로 밑의 단면적(56mm2)보다 작은 개구부 면적(16mm2)을 가지는, 기체 입구(10)를 구비한 관형 용기가 플라스마 처리 균일화 수단으로서 사용되었다.
대상물로는 알루미늄 기판 위에 은(Ag) 페이스트를 함유하는 팔라듐(Pd)을 스트린 인쇄하고, 인쇄된 기판을 디그리싱(degreasing), 신터링(sintering)하여 제조된, 본딩 패드를 가지는 회로 기판이 사용되었다.
플라스마 출구(12)와 대상물(8) 사이의 거리(조사 거리)가 5mm인 조건하에서 5mm/sec의 속도로 관형 용기 단면의 횡방향에 대해 45°의 방향으로 대상물을 이동하여 플라스마 처리를 연속적으로 실시하였다.
플라스마 처리 후, 본딩부는 XPS로 분석하였다. 산화은의 피크는 플라스마 처리 전에 관찰되었다. 그러나 이들 피크는 플라스마 처리 후에 사라졌다. 이것은 산화은이 플라스마 처리에 이해 감소되었음을 의미한다.
◎실시예 33 내지 35
실시예 33 내지 34에서는 도 3의 플라스마 처리 장치가 사용되었으며, 이 장치는 실시예 2 내지 5에 사용된 장치와 대체로 동일하다. 실시예 35에서는 도 16의플라스마 처리 장치가 사용되었으며, 이 장치는 실시예 21에 사용된 장치와 대체로 동일하다.
실시예 33 내지 35에 대해, 스트리머 생성 기체로서 표 10에 기재된 불활성 기체 12ℓ/min, 산소 0.4ℓ/min를 대기압하에서 관형 용기 속으로 공급하고, 방전 공간(7)에 AC 전압(주파수: 13.56MHz, 인가된 전력:700W)을 인가하여 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마를 생성하였다. 대상물(8)은 플라스마 출구(12)로부터 분출된 커튼 형상의 플라스마에 의해 처리되었다. 스트리머 균일화를 위해, 1mm의 슬릿 폭, 및 기체 출구보다 작은 개구부 면적을 가지는, 기체 입구(10)를 구비한 관형 용기가 플라스마 처리 균일화 수단으로서 사용되었다.
전도성을 가지는 대상물로는 구리판이 사용되었다. 플라스마 처리는 플라스마 출구(12)와 대상물(8) 사이의 거리(조사 거리)가 3mm인 조건하에서 10mm/sec의 속도로 횡방향으로 대상물을 이동하여 연속적으로 실시되었다. 플라스마 처리 동안 아크 방전의 존재 여부를 관찰하였다. 결과는 표 10에 기재되어 있다.
표 10에 기재된 바와 같이, 스트리머 생성 기체는 실시예 33에서는 스트리머 생성 기체가 헬륨을 포함하지 않기 때문에, 대상물과 플라스마 출구에서 분출된 플라스마 사이에 아크 방전의 발생이 관찰되었다. 한편, 실시예 35에는 헬륨을 포함하지 않은 스트리머 생성 기체가 사용되었다. 이것은 실시예 35의 처리 효과 균일화 수단이 아크 방전 방지 효과를 가지는 것을 의미한다.
◎실시예 36
본 실시예에서는 도 20에 도시된 바와 같이, 플라스마 점화 수단을 구비한 플라스마 처리 장치가 사용되었다. 슬릿 폭, 슬릿 길이 및 관형 용기(1)의 높이가 각각 1mm, 56mm, 및 80mm 이고, 관형 용기(1) 기체 입구(10)의 개구부 폭 및 길이가 1mm 및 16mm이다. 또한 전원(4)와 전극(2, 3) 사이에 임피던스 매칭 기구(80)가 배치되어 있다. 그리고 살균 램프 등의 자외선을 방출하는 방전 램프가 점화 수단으로 사용되었으며, 이 수단은 전극(3)의 측면과 평행하게 배치되어 있다.
스트리머 생성 기체로서 헬륨 2ℓ/min, 알곤 10ℓ/min 및 산소 0.4ℓ/min의 혼합 기체를 대기압하에서 관형 용기 속으로 공급하고, 방전 공간(7)에 AC 전압(주파수: 13.56MHz, 인가된 전력: 400W)을 인가하여 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마를 생성하였다. 대상물(8)은 플라스마 출구(12)로부터 분출된 커튼 형상의 플라스마에 의해 처리되었다. 스트리머 균일화를 위해 1mm의 슬릿 폭, 및 플라스마 출구(12)보다 더 작은 개구부 면적을 가지는 기체 입구(10)를 구비한 관형 용기가 플라스마 균일한 수단으로서 사용되었다.
방전 램프(70)의 빛이 방전 공간(7)으로 방출되면, 전원(4)에 의해 방전 공간(7)에 3kV를 인가함으로써 방전이 개시될 수 있다. 이들 결과는 플라스마 점화 수단의 사용이 방전 공간에 인가되는 전압을 현격하게 감소시키는데 효과적임을 보여준다.
즉, 전원(4)의 사용에 의해 AC 또는 펄스 전압이 전극(2, 3)에 인가되는 조건하에서 살균 램프(70)의 자외선을 방전 공간(7)에 조사함으로써, 방전 공간 내의 전자의 양을 증가시킬 수 있다. 결론적으로 스파크 방전이 방전 공간 내에 쉽게 생성될 수 있다. 스파크 방전의 생성은 스트리머의 점화를 유도한다.
◎실시예 37
본 실시예에서는 도 16의 플라스마 처리 장치가 사용되었으며, 이 장치는 실시예 21에 사용된 장치와 대체로 동일하다.
스트리머 생성 기체로서 헬륨 2ℓ/min, 알곤 10ℓ/min 및 산소 0.4ℓ/min의 혼합 기체를 대기압하에서 관형 용기 속으로 공급하고, 방전 공간(7)에 후술하는 펄스 전압을 인가함으로써 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마를 생성하였다. 대상물(8)은 플라스마 출구(12)로부터 분출된 커튼 형상의 플라스마에 의해 처리되었다. 스트리머 균일화를 위해 관형 용기의 축 방향으로 스트리머 생성 기체의 유속이 5m/sec가 되도록 관형 용기 속으로 스트리머 생성 기체가 공급되었으며, 1mm의 슬릿 폭, 및 관형 용기의 기체 입구 바로 밑의 단면적(85mm2)보다 더 작은 개구부 면적(24mm2)을 가지는 기체 입구(10)를 구비한 관형 용기가 플라스마 균일한 수단으로서 사용되었다.
도 26에는 인가된 펄스 전압의 파형이 도시되어 있다. 이 펄스 전압의 주파수(fr) 및 주기(T)는 120kHz 및 8.3μsec 이다. 또한 상승 시간(tr), 펄스 폭(tp) 및 피크-투-피크 전압(Vpp)는 각각 70nsec, 280nsec 및 5.5kV 이다.
대상물로는 1μm 두께의 네거티브형 리지스트 필름을 가지는 실리콘 웨이퍼가 사용되었다. 플라스마 처리 후, 리지스트 필름의 에칭 깊이가 측정되었다. 에칭 깊이의 평균값은 450Å이다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 다수의 스트리머로 이루어진 플라스마에 의해 높은 처리 속도에서 대상물을 균일하게 처리하는 데에 성공을 거두었다. 즉, 플라스마 균일화 수단을 사용함으로써, 및/또는 본 발명의 플라스마 균일화 단계를 포함하는 플라스마 처리 방법을 실행함으로써, 단면의 횡방향으로 관형 용기 내에 생성된 다수의 스트리머에 대한 균일화가 가능하다.
따라서 본 발명의 플라스마 처리 장치 및 방법은 피처리 대상물로부터 유기 물질 등의 이물질 제거, 절연 도료의 벗겨냄, 유기 필름의 접착력 향상, 표면 조질, 필름 형성, 에칭 처리, 금속 산화물의 감소, 또는 액정 유리 기판의 청소에 유용하다. 특히, 반도체 제조 공정에서 정밀한 접속이 요구되는 전자 부품 및 반도체 부품의 표면 청소 또는 표면 조질 등에 바람직하게 사용될 것이다.

Claims (26)

  1. 플라스마(P)로 대상물(8)을 처리하는 플라스마 처리 장치에 있어서,
    일단에 기체 입구(10), 타단에 플라스마 출구(12)를 가지며, 측면으로 긴 단면을 가지며, 전기적 절연 재료로 이루어진 관형 용기(1);
    상기 관형 용기 주위에 배치되고 상기 관형 용기의 축 방향으로 서로 이격되어 있는 링 형상이며, AC 전압과 펄스 전압 중 어느 하나가 인가되면 상기 관형 용기의 상기 축 방향으로 전기력선이 형성되는 한 쌍의 링 형상의 전극(2, 3);
    상기 기체 입구를 통하여 상기 관형 용기 속으로 스트리머 생성 기체를 공급하기 위한 기체 공급부;
    상기 관형 용기 내에 상기 기체의 다수의 스트리머를 생성하기 위하여 상기 전극 사이에 상기 AC 전압과 상기 펄스 전압 중 어느 하나를 인가하기 위한 전원부(4); 및
    상기 스트리머들의 생성 및 소멸을 단시간에 반복함으로써 상기 관형 용기의 긴 단면의 횡방향으로 상기 스트리머들을 균일하게 분포시켜 상기 플라즈마를 얻는 플라스마 균일화 수단
    을 포함하는 플라스마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라스마 균일화 수단은 상기 기체 입구의 개구부 면적(S2)이 상기 관형 용기의 상기 기체 입구 바로 아래의 단면적(S1)보다 더 작도록 형성된 상기 관형 용기(1)에 의해 제공되는 플라스마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라스마 균일화 수단은 상기 관형 용기에 상기 스트리머 생성 기체의 난류를 생성하도록 상기 관형 용기에 배치된 난류 생성 부재(6)인 플라스마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플라스마 균일화 수단은 상기 관형 용기의 측면으로 긴 단면이 1 내지 5 mm의 내측 폭을 가지도록 형성된 상기 관형 용기(1)에 의해 제공되는 플라스마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극의 쌍은 링 형상의 한 쌍의 전극(2, 3)이며, 상기 링 형상 전극 중 하나는 다른 것으로부터 상기 관형 용기의 축 방향으로 2mm 이상 및 20mm 미만의 거리(D)만큼 이격되어 있는 플라스마 처리 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 관형 용기의 높이(H)는 상기 대상물의 피처리면의 높낮이에 따라 상기 관형 용기의 측면으로 긴 단면의 횡방향으로 변화하는 플라스마 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 관형 용기(1)는 상기 대상물 피처리면의 높낮이에 따라 정해지는 유속 분포를 상기 플라스마 출구로부터 분출되는 상기 스트리머 생성 기체에 제공하는 적어도 두 개의 기체 입구(10)를 구비하는 플라스마 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 관형 용기의 상기 축 방향과 직각인 단면적은 상기 관형 용기의 상기 축 방향으로 변화하는 플라스마 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 관형 용기는 이등변 사다리꼴 형상의 한 쌍의 전ㆍ후벽 및 한 쌍의 측벽으로 형성되는 플라스마 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 관형 용기(1)는 상기 대상물의 피처리면의 높낮이에 따라 정해지는 유속 분포를 상기 플라스마 출구로부터 분출되는 상기 스트리머 생성 기체에 제공하도록 그 내측 표면에 형성된 거친 표면 영역(16)을 구비하는 플라스마 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 관형 용기는 상기 대상물의 피처리면의 높낮이에 따라 정해지는 유속 분포를 상기 플라스마 출구로부터 분출되는 상기 스트리머 생성 기체에 제공하도록 상기 관형 용기의 축 방향과 직각인 단면 형상을 구비하는 플라스마 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 관형 용기는 이등변 사다리꼴 형상의 한 쌍의 제1 벽 및 직사각형 형상의 한 쌍의 제2 벽으로 형성됨으로써, 상기 관형 용기의 축 방향과 직각인 단면적이 상기 플라스마 출구 쪽으로 갈수록 점차 감소되며, 상기 관형 용기의 축 방향과 상기 제2 벽 사이의 각도가 2 내지 30°범위 이내인 플라스마 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 관형 용기의 측면으로 긴 단면은 그것의 중심부보다 횡방향의 마주보는 단부로 갈수록 넓어지는 폭을 가지며, 중심부 폭(SWC)과 단부 폭(SWE)의 비가 0.8 ≤SWC/SWE< 1인 플라스마 처리 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 관형 용기에서 다수의 스트리머의 생성을 개시하기 위한 플라스마 점화 수단(60, 70)을 포함하는 플라스마 처리 장치.
  16. 플라스마 처리 방법에 있어서,
    전기적 절연 재료로 이루어지고 횡방향으로 긴 단면을 가지며, 일단에 기체 입구(10), 타단에 플라스마 출구(12)를 가지는 관형 용기 속으로 스트리머 생성 기체를 공급하는 단계;
    상기 관형 용기 주위에 배치되고 상기 관형 용기의 축 방향으로 서로 이격되어 있는 한 쌍의 링 형상의 전극(2, 3) 사이에 AC 전압과 펄스 전압 중 하나를 인가함으로써, 상기 관형 용기의 상기 축 방향으로 전기력선이 형성되어, 상기 관형 용기에 대기압 또는 대기압에 가까운 압력하에서 다수의 스트리머를 생성하는 단계;
    플라스마를 얻기 위해 상기 스트리머들의 생성 및 소멸을 단시간에 반복함으로써 상기 관형 용기의 측면으로 긴 단면의 횡방향으로 상기 스트리머들을 균일하게 분포시키는 단계; 및
    상기 관형 용기의 상기 플라스마 출구로부터 제공되는 상기 플라스마(P)에 의해 대상물(8)을 처리하는 단계
    를 포함하는 플라스마 처리 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 스트리머들을 균일하게 분포시키는 단계는 상기 관형 용기 내의 상기 스트리머 생성 기체의 흐름이 비방전 상태에서 1700 이상의 레이놀즈수를 가지도록 상기 관형 용기 속으로 상기 스트리머 생성 기체를 공급함으로써 수행되는 플라스마 처리 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 스트리머들을 균일하게 분포시키는 단계는 상기 관형 용기의 축 방향으로 상기 스트리머 생성 기체의 유속이 5m/sec 이상이 되도록 상기 관형 용기 속으로 상기 스트리머 생성 기체를 공급함으로써 수행되는 플라스마 처리 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 스트리머 생성 기체는 불활성 기체를 포함하는 플라스마 처리 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 불활성 기체는 알곤인 플라스마 처리 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 스트리머 생성 기체는 30vol% 이상의 알곤을 포함하는 플라스마 처리 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 스트리머 생성 기체는 산소 환산으로 1vol% 이상의 산화 기체를 포함하는 플라스마 처리 방법.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 스트리머 생성 기체는 1vol% 이상의 수소를 포함하는 플라스마 처리 방법.
  24. 제16항에 있어서,
    상기 스트리머 생성 기체는 3vol% 이상의 헬륨을 포함하는 플라스마 처리 방법.
  25. 플라스마로 대상물을 처리하는 플라스마 처리 장치에 있어서,
    전기적 절연 재료로 이루어지고 일단에 기체 입구(10), 타단에 플라스마 출구(12)를 가지는 관형 용기(1);
    한 쌍의 전극(2, 3);
    상기 기체 입구를 통하여 상기 관형 용기 속으로 플라스마 생성 기체를 공급하기 위한 기체 공급부;
    상기 관형 용기 내에 상기 기체의 플라스마를 생성하기 위하여 상기 전극들 사이에 AC 전압 또는 펄스 전압을 인가하기 위한 전원(4); 및
    상기 대상물에 대해 플라스마 처리 효과의 균일성을 촉진하기 위한 처리 효과 균일화 수단
    을 포함하며,
    상기 처리 효과 균일화 수단은
    (1) 상기 관형 용기의 높이(H)는 상기 대상물의 피처리면의 높낮이에 따라 상기 관형 용기의 측면으로 긴 단면의 상기 측방향으로 변화하며,
    (2) 상기 관형 용기(1)는 상기 대상물의 피처리면의 높낮이에 따라 정해지는 유속 분포를 상기 플라스마 출구로부터 분출되는 상기 스트리머 생성 기체에 제공하는 적어도 2개의 기체 입구를 구비하며,
    (3) 상기 관형 용기의 상기 축 방향과 직각인 단면적은 상기 관형 용기의 축방향으로 변화하며,
    (4) 상기 관형 용기(1)는 상기 대상물의 피처리면의 높낮이에 따라 정해지는 유속 분포를 상기 플라스마 출구로부터 분출되는 상기 스트리머 생성 기체에 제공하도록 그 내측 표면에 형성된 거친 표면 영역(16)을 구비하며,
    (5) 상기 관형 용기는 상기 대상물의 피처리면의 높낮이에 따라 정해지는 유속 분포를 상기 플라스마 출구로부터 분출되는 상기 스트리머 생성 기체에 제공하도록 상기 관형 용기의 축 방향과 직각인 단면 형상을 구비하며,
    (6) 상기 관형 용기는 이등변 사다리꼴 형상의 한 쌍의 제1 벽 및 직사각형 형상의 한 쌍의 제2 벽으로 형성됨으로써, 상기 관형 용기의 축 방향과 직각인 단면적이 상기 플라스마 출구 쪽으로 갈수록 점차 감소되며, 상기 관형 용기의 축 방향과 상기 제2 벽 사이의 각도가 2 내지 30°범위 이내이며,
    (7) 상기 관형 용기의 측면으로 긴 단면은 그것의 중심부보다 횡방향의 마주보는 단부로 갈수록 넓어지는 폭을 가지며, 중심부 폭(SWC)과 단부 폭(SWE)의 비가 0.8 ≤SWC/SWE< 1인
    상기 (1) 내지 (7)의 특징 중 하나에 의해 제공되는 플라스마 처리 장치.
  26. 관형 용기 내에 대기압 또는 대기압에 가까운 압력하에서 스트리머 생성 기체의 다수의 스트리머를 생성하고, 상기 스트리머들의 생성 및 소멸을 단시간에 반복함으로써 상기 관형 용기의 축 방향과 직각 방향으로 상기 스트리머들을 균일하게 분포시킴으로써 얻어지는 플라스마로 대상물을 처리하는 플라스마 처리 장치.
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