KR100483063B1 - 상압 플라즈마 세정장치 - Google Patents
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Abstract
상압 플라즈마 세정장치가 제공된다. 이러한 장치는 반응가스를 하측으로 공급할 수 있는 반응가스 공급부, 반응가스 공급부와 소정간격 이격되어 반응가스 공급부와 평행하게 설치되며, 공급된 반응가스를 소정압력으로 흡입 방출할 수 있는 반응가스 흡입부, 절연재질의 고정체를 개재하여 반응가스 공급부와 반응가스 흡입부 사이에 반응가스 공급부 및 반응가스 흡입부와 평행하게 설치된 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 전극부, 제 1 전극 및 제 2 전극에 전력을 인가하여 제 1 전극 및 제 2 전극 하측에 전기장을 형성할 수 있는 전원 및 반응가스 공급부, 반응가스 흡입부 및 전극부 하측에 위치하고, 피처리물을 지지하는 테이블을 구비한다. 또한, 일면이 회전롤러의 상면에 안착되어 소정의 방향으로 이송되는 피처리물과; 상기 피처리물의 타면측에 소정의 간격을 두고 설치되되 동일 평면상에 나란하게 설치되는 적어도 2개의 전극으로 이루어지는 전극부; 및 상기 전극부로 소정의 전압을 공급하는 전원을 구비한다.
Description
본 발명은 상압 플라즈마 세정장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 플라즈마 상태의 반응가스를 이용하여 PDP(Plasma Display Pannel) 및 LCD(Liquid Crystal Display) 등을 세정할 수 있는 상압 플라즈마 세정장치에 관한 것이다.
모든 재료의 표면 세정 또는 그 재료위에 다른 소재를 증착 또는 접합하여 응용할 경우 접착력 및 밀착력에 매우 큰 영향을 미친다. 종래의 표면 세정방법은 여러 가지의 화학약품들을 이용하여 이루어져 왔으며, 따라서 새로운 표면 세정 방법들이 많이 연구되고 이용되어져 왔다. 이러한 새로운 표면 세정방법들 중의 하나로 저온 저압 상태의 플라즈마를 이용하는 방법을 들 수 있다. 저압플라즈마를 이용한 표면세정방법은 저압의 진공조 내에 플라즈마를 발생시켜 만들어진 이온이나 활성화된 가스를 재료의 표면과 접촉시켜 재료 표면의 불순물이나 오염물질을 제거하는 것이다. 이러한 저압상태의 플라즈마를 이용하는 표면세정방법은 우수한 세정효과에도 불구하고 널리 이용되지 않고 있는 실정인데, 이는 저압 플라즈마를 발생시키기 위해서는 진공장치가 필요하게 되고, 따라서 대기압 상태에서 이루어지는 연속공정에는 적용되기 어렵기 때문이다. 이에 따라 최근에는 대기압 상태에서 플라즈마를 발생시켜 표면 세정에 이용하고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
대기압 플라즈마 세정장치는 처리하고자 하는 피처리물이 롤러를 따라 전극에 도달하기 전에 반응가스 특히 불활성가스인 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2)등과 산화가스인 O2,CO, 압축공기 등을 주입하고 그와 같은 상태에서 RF나 AC전원이 인가되면 상압인 1기압 또는 1기압 근처에서 플라즈마가 형성된다.
종래의 플라즈마를 이용한 반도체 세정장치로 1999년 7월 16일 일본 특허출원 특개평11-203673(발명의 명칭 : 플라즈마 처리방법 및 플라즈마 처리장치)에 개시된 바 있다.
그 구성은 내부에 냉각수가 흐르는 원통형상의 제 1 전극과 상기 제 1 전극과 소정간격 이격되어 제 1 전극을 감싸는 원통형상의 제 2 전극을 구비한다.
여기서, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 고주파를 인가함으로써 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 전기장을 형성하는 전원이 별도로 구비된다.
그리고, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 이격공간으로 반응가스를 공급할 수 있는 반응가스 공급구가 구비되고, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 공급되어 플라즈마 상태로 전환된 반응가스를 외부로 방출하기 위한 반응가스 흡입구가 구비된다.
따라서, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 고주파를 인가여 전기장을 형성하며 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 이격공간에 반응가스 공급구를 통해서 반응가스를 공급함으로써 반응가스를 플라즈마 상태로 전환한다.
그리고, 상기 플라즈마 상태의 반응가스를 피처리물 상에 토출하여 피처리물 표면의 유기물을 제거하는 세정공정이 진행되도록 되어 있다.
이때, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 고주파 인가에 의해서 고온으로 가열됨으로써 제 1 전극은 제 1 전극 내부로 공급되는 냉각수에 의해서 냉각된다.
그러나, 상기 종래의 플라즈마 처리장치는 플라즈마 상태의 반응가스를 생성하여 외부로 방출함으로써 플라즈마 방출 면적이 작아 피처리물의 크기에 제한을 받는 문제점이 있다.
즉, 상기 플라즈마 가스 방출형 플라즈마 처리장치는 특정크기 이하의 피처리물에 대해서는 한번의 플라즈마 방출로서 세정공정이 완료될 수 있으나 특정크기 이상의 피처리물에 대해서는 피처리물 또는 플라즈마 처리장치가 이동하면서 반복적으로 플라즈마 가스의 방출이 이루어져야 함으로써 세정시간이 길어지는 문제점이 있다.
특히, 상기 플라즈마 가스를 받는 피처리물의 특정영역과 상기 피처리물 또는 플라즈마 처리장치의 이동에 의해서 플라즈마 가스를 받는 피처리물의 다른 특정영역의 접경영역은 플라즈마 가스의 접촉이 작아 피처리물은 전체적으로 세정 균일도가 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 상기 플라즈마 처리장치는 제 1 전극 내부로 냉각수를 공급함으로써 제 1 전극 및 제 2 전극을 냉각시킴으로써 제 1 전극은 냉각시킬 수 있으나 제 2 전극은 냉각수와 직접 접촉하지 않음으로서 냉각 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
도 1은 종래의 다른 세정장치의 예를 도시한 도면으로서 도1에 도시된 바와 같이 플라즈마 상태의 반응가스를 이용하여 PDP(Plasma Display Pannel) 및 LCD(Liquid Crystal Display) 등의 반도체 제품을 세정하는 세정공정이 진행되는 반응챔버(2)를 구비한다.
여기서, 상기 반응챔버(2) 일측에는 반응가스를 공급하는 반응가스 공급구(10)와 피처리물을 투입하는 피처리물 공급구(14)가 구비되어 있고, 상기 반응챔버(2) 타측에는 플라즈마 상태의 반응가스를 외부로 방출하는 반응가스 방출구(12)와 피처리물을 방출하는 피처리물 방출구(16)가 구비되어 있다.
또한, 상기 반응챔버(2)의 내측 상부에는 상부전극(22)이 구비되고 상기 반응챔버(2)의 내측 하부에는 하부전극(18)이 구비되고, 상기 상부전극(22) 및 하부전극(18)은 1KHz 내지 10KHz의 고주파 전력을 인가할 수 있는 전원(26)과 연결되어 있다.
여기서, 상기 상부전극(22) 및 하부전극(18) 표면에는 아킹(Arcking) 등이 발생하는 것을 방지하도록 절연물(20, 24)에 의해서 각각 절연되어 있고, 상기 하부전극(18)은 도2에 도시된 바와 같이 상부 표면에 복수의 관통홀(미도시)이 형성되어 있고, 상기 관통홀 내부에는 관통홀을 통해서 상하로 이동하며 피처리물을 상승 및 하강시킬 수 있는 핀(Pin : 19)이 내설되어 있다.
따라서, 피처리물이 로봇아암 등의 이송수단에 의해서 피처리물 공급구(14)를 통해서 하부전극(18) 상부에 위치하면, 상기 하부전극(18)의 핀(19)은 관통홀을 통해서 하부전극(18) 표면 상부로 돌출되어 로봇아암 등의 이송수단으로부터 피처리물을 이송받아 관통홀 하부로 이동함으로써 피처리물을 하부전극(18) 상에 위치시킨다.
다음으로, 상기 전원(26)이 상부전극(22) 및 하부전극(18)에 1KHz 내지 10KHz의 고주파 전력을 인가함으로써 반응챔버(2) 내부에는 전기장이 형성되고, 상기 전기장이 형성된 반응챔버(2) 내부로 반응가스 공급구(10)를 통해서 반응가스가 공급된다.
이에 따라, 상기 반응챔버(2) 내부로 공급된 반응가스는 전기장(E)에 의해서 활성화되어 플라즈마 상태로 전환된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 전원(26)의 1KHz 내지 10KHz의 고주파전력 인가에 의해서 상부전극(22) 및 하부전극(18) 사이에는 전기장이 형성됨으로써 상부전극(22) 또는 하부전극(18)에서는 전자를 방출하게 되고, 상기 전자는 반응가스와 충돌함으로써 반응가스의 최외각 전자를 외부로 이탈시켜 이온, 전자, 원자단 등이 공존하는 플라즈마 상태가 형성되는 것이다.
그리고, 상기 플라즈마 상태의 반응가스와 반응챔버(2) 내부의 피처리물이 반응함으로써 피처리물 표면에 존재하는 유기물, 금속물질 등의 파티클은 제거된다.
또한, 상기 반응챔버(2) 내부에서 플라즈마를 이용한 세정공정이 완료되면, 상기 하부전극(18)의 핀(19)은 관통홀을 통해서 하부전극(18) 표면 상부로 돌출되어 피처리물을 하부전극(18)으로부터 이격시키고, 상기 핀(19)에 의해서 하부전극(18)으로부터 이격된 피처리물은 다시 로봇아암 등의 이송수단에 의해서 피처리물 방출구(12)를 통해서 반응챔버(2) 외부로 방출된다.
그러나, 종래의 상기 플라즈마 세정장치는, 1KHz 내지 10KHz의 고주파전력을 사용함으로써 상부전극 및 하부전극이 고온으로 상승하게 되나 별도의 냉각장치가 구비되지 않아서 상부전극 하부전극 사이를 통과하는 피처리물이 상부전극 및 하부전극에서 발산되는 열에 의해서 손상을 받는 문제점이 있다.
그리고, 상기 플라즈마 세정장치는, 설치장소, 상부전극 및 하부전극의 크기 등의 제한에 의해서 반응챔버의 크기가 제한되고, 반응가스 주입 및 배기 장치의 제한에 의해서 피처리물의 세정용량이 작은 문제점이 있다.
특히, 피처리물의 반응챔버 내부로의 투입 및 방출이 용이하지 않아 특정크기 이상의 피처리물은 반응챔버 내부에서 세정공정을 진행할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 하부전극 표면에 복수의 관통홀이 구비됨으로써 관통홀 내부에 반응챔버 내부에서 플라즈마 상태로 전환된 반응가스의 양전하가 축적되어 플라즈마의 덴시티(Density) 균일도가 떨어지고, 하부전극 표면의 절연물이 양전하에 의해서 식각되어 절연파괴가 발생하여 아킹 등이 발생하는 문제점이 있다.
다음, 대기압 플라즈마 장치의 일 예로 일본공개특허공보 평8-321397호(발명의 명칭 : 대기압 플라즈마 발생장치 및 그 장치를 이용한 플라즈마 발생방법)에 개시된 바 있다.
그 구성을 살펴보면 교류전원과 접속되는 전극과, 접지전극으로 구성되는 전극부를 마련하고, 가스 존재 하에서 상기 전극부의 사이에 교류 전계장을 인가해서 대기압하에서 글로우 방전 플라즈마를 발생시키는 대기압 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 전극부사이에 도전체의 전면에 절연체를 피복해서 형성된 입상체를 충진시킨 것이다.
그러나 도전체의 표면을 절연물질로 피복시킨 입상체를 전극사이에 충진시킬 경우 반응성 가스등이 입상체를 통과하여야 하므로 유체의 흐름이 방해되어 플라즈마 발생효율이 저하될 우려가 높을 뿐만 아니라 입상체 내부의 도전체의 외부 노출에 따른 위험성을 내포하게 되는 문제점이 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 대기압 플라즈마 장치에서는 플라즈마 발생을 위해 전극부의 사이로 가스를 공급하게 되는 데 이때, 상기 공급되는 가스가 균일하게 공급되어야만 플라즈마의 균일성을 꾀할 수 있게 된다.
또한, 전극부의 전극이 상하로 평행하게 설치되고 그 사이에 피처리물을 개재할 경우 피처리물이 상기 전극에 의해 형성되는 전기장에 영향을 받아 피처리물에 형성된 금속막 등을 손상시키는 문제점이 있다.
또한, 상부전극 및 하부전극의 사이에 피처리물을 개재하여 세정공정을 처리함에 따라 매우 얇은 형태의 판상 시료만이 처리가 가능하여 그 적용분야가 매우 제한 될 수 밖에 없다.
또한, 상기와 같이 전극을 상·하부로 배치하고 그 내부에 피처리물을 위치시킬 경우 각 전극에 의해 발생되는 전기장이 피처리물을 통과하는 형태로 형성됨에 따라 상기 피처리물에 형성된 금속막 예컨대 패턴이 손상되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 피처리물의 크기 및 형상 등에 제한없이 피처리물을 일괄 세정함으로써 세정시간을 단축시킬 수 있는 상압 플라즈마 세정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 피처리물의 세정 균일도를 향상시킬 수 있는 상압 플라즈마 세정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전극에 대한 냉각이 효율적으로 이루어지는 상압 플라즈마 세정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 저주파를 사용하여 플라즈마를 형성함으로써 전극이 고온으로 상승하는 것을 방지할 수 있는 상압 플라즈마 세정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 피처리물을 지지하는 전극 표면에 형성된 관통홀에 의해서 플라즈마의 덴시티 균일도가 떨어지고, 전극 표면 절연물의 파괴에 의해서 아킹 등이 발생하는 것을 방지할 수 있는 상압 플라즈마 세정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전극부의 전극을 피처리물기판과 평행 상태를 이루도록 구성하여 피처리물이 전극부에서 발생되는 전기장의 영향에 의해 상기 피처리물에 형성된 금속막 등이 손상되는 것을 해소시키도록 하는 상압 플라즈마 세정장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 가스 공급구조를 개선하여 균일한 플라즈마가 발생되도록 하는 상압 플라즈마 세정장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 상압 플라즈마 세정장치는, 소정압력의 반응가스를 하측으로 공급할 수 있는 반응가스 공급부; 상기 반응가스 공급부와 소정간격 이격되어 상기 반응가스 공급부와 평행하게 설치되며, 상기 공급된 반응가스를 소정압력으로 흡입 방출할 수 있는 반응가스 흡입부; 절연재질의 고정체를 개재하여 상기 반응가스 공급부와 상기 반응가스 흡입부 사이에 상기 반응가스 공급부 및 반응가스 흡입부와 평행하게 설치된 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 전극부; 상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 전력을 인가하여 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 하측에 전기장을 형성할 수 있는 전원; 및 상기 반응가스 공급부, 반응가스 흡입부 및 전극부 하측에 위치하고, 피처리물을 지지하는 테이블;을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 반응가스 공급부는 일측부 및 타측부 내측에 서로 상이한 방향의 주름이 형성된 가스 공급관 상기 가스 공급관 표면에 형성된 복수의 반응가스 공급구를 구비하여 이루어지고, 상기 반응가스 흡입부는 일측부 및 타측부 내측에 서로 상이한 방향의 주름이 형성된 반응가스 흡입관과 상기 반응가스 흡입관 표면에 형성된 복수의 반응가스 흡입구로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 반응가스 흡입구의 직경이 상기 반응가스 공급구의 직경보다 상대적으로 크게 형성할 수 있고, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 표면적을 증가시키기 위한 복수의 돌출 및 함몰부가 형성될 수 있고, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 표면은 엠보싱처리할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 유리등의 절연체 상에 위치할 수 있고, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극의 표면은 양극산화처리할 수 있다.
그리고, 상기 전극부 상측에 상기 제 1 전극 및 제 2 전극을 냉각시키기 위한 냉각팬이 더 구비될 수 있고, 상기 반응가스 공급부, 전극부 및 반응가스 흡입부는 일체로 형성되고, 상기 반응가스 공급부, 전극부 및 반응가스 흡입부는 지지대에 의해서 작업실 천정에 고정될 수 있다.
또한, 상기 테이블 표면에는 복수의 롤러가 구비됨으로써 상기 롤러에 의해서 상기 테이블 상에 위치한 피처리물이 일측에서 타측으로 이동하도록 할 수 있다.
다음 일면이 회전롤러의 상면에 안착되어 소정의 방향으로 이송되는 피처리물과; 상기 피처리물의 타면측에 소정의 간격을 두고 설치되되 동일 평면상에 나란하게 설치되는 적어도 2개의 전극으로 이루어지는 전극부; 및 상기 전극부로 소정의 전압을 공급하는 전원을 구비한다.
상기 전극부는 제1,2전극으로 이루어지되, 그 제1,2전극의 면적이 동일하게 형성된다.
상기 제1,2전극 및 전원의 연결라인 상에는 전류제한용 저항이 각각 연결된다. 그 저항은 50㏀ ~ 150㏀로 한다.
상기 전원은 100㎐~1㎑의 주파수 및 5~10㎸(P-P)전압을 인가한다.
상기 전극부의 각 전극은 소정의 간극을 유지하도록 설치되며, 그 간극은 10~15㎜로 한다.
상기 피처리물과 상기 전극부와의 간격은 2~5㎜로 한다.
다음 상기 전극부를 이루는 각 전극의 하부에는 절연체가 마련되고; 각 전극의 상부 및 양측면을 커버하는 절연체가 마련된다.
또한 상기 전극부는 제1,2,3전극으로 구성되되 그 면적비가 1:2:1로 구비되며, 상기 제1,3전극은 공통전압이 인가되며, 상기 제2전극은 별도의 전압이 인가된다.
상기 제2전극 및 전원의 연결라인 상에는 전류제한용 저항이 연결되며, 상기 저항은 50㏀ ~ 150㏀로 한다.
상기 전극부를 이루는 각 전극의 하부에는 절연체가 마련되고; 각 전극의 상부 및 양측면을 커버하는 절연커버가 마련되며, 상기 절연체 및 절연커버는 유리, 석영, 세라믹 중 어느 하나로 제작된다.
다음 일면이 회전롤러의 상면에 안착되어 소정의 방향으로 이송되는 피처리물과; 상기 피처리물의 타면측에 소정의 간격을 두고 설치되되 동일 평면상에 나란하게 설치되는 적어도 2개의 전극으로 이루어지는 전극부와; 상기 전극부로 소정의 전압을 공급하는 전원과; 상기 전극부 및 피처리물의 상면으로 소정의 가스를 공급하되, 그 공급되는 가스가 피처리물의 전면에 걸쳐 고르게 공급하는 가스공급부를 구비하며; 상기 가스공급부는 가스가 공급되는 가스공급구와; 상기 가스공급구를 통해 공급된 가스를 소정의 공간 내에 머물게 하는 가스완충부와; 상기 가스완충부를 통해 균일한 압력을 유지하는 가스를 상기 피처리물의 상면으로 분사하는 노즐부를 구비한다.
상기 가스완충부에는 가스통과홀이 형성된 복수의 배플이 적층되어 설치되되; 각 배플에 형성된 가스통과홀의 위치가 서로 이격되게 위치한다.
상기 가스공급부는 상기 피처리물의 이송방향을 기준으로 피처리물이 진입되는 위치인 전극부의 선단부에 위치한다.
상기 가스는 불활성 가스인 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 이거나 이들의 혼합 가스이며 그 혼합가스의 아르곤 : 헬륨의 비율을 1:1~5:1로 함이 바람직하다
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.
[실시예 1]
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 상압 플라즈마 세정장치의 단면 구성도이고, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 상압 플라즈마 세정장치의 반응가스 공급부, 전극부 및 반응가스 흡입부의 저면도이다.
본 발명에 따른 상압 플라즈마 세정장치는, 도3에 도시된 바와 같이 소정간격 이격된 제 1 지지대(52) 및 제 2 지지대(54)에 의해서 반응가스 공급부(30), 전극부(32) 및 반응가스 흡입부(34)가 작업실의 천정 등에 고정되어 있다.
또한, 상기 반응가스 공급부(30)는 소정압력의 산소(O2)가스, 아르곤(Ar)가스 및 질소(N2)가스 등의 반응가스를 하측으로 공급할 수 있는 반응가스 공급관(36)을 구비한다.
이때, 상기 반응가스 공급관(36)은 반응가스 공급부(30) 하측에 설치되고, 상기 반응가스 공급관(36) 표면에는 복수의 반응가스 공급구(38)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 전극부(32)는 속이 빈 박스(Box) 형태로 이루어지고, 상기 전극부(32) 상부에는 전극부(32)의 내부 공기를 외부로 강제 펌핑 냉각시킬 수 있는 제 1 냉각팬(40a) 및 제 2 냉각팬(40b)이 구비된다.
특히, 상기 전극부(32) 내부에는 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b)이 절연재질의 고정체(46)를 개재하여 반응가스 공급부(30) 및 반응가스 흡입부(34)와 평행하게 배치 설치되며, 상기 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b)은 아킹 등이 발생하는 것을 방지하기 위하여 제 1 절연유리(42a) 및 제 2 절연유리(42b) 상에 고정되어 있다.
이때, 상기 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b) 상부에는 표면적을 증가시켜 방열효과를 향상시킬 수 있도록 복수의 돌출 및 함몰부가 형성되어 있고, 상기 돌출 및 함몰부가 형성된 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b) 표면은 외부 표면적을 더욱 증가시켜 방열효과 및 플라즈마 덴시티를 향상시킬 수 있도록 엠보싱(Embossing)처리 되어 있다.
그리고, 상기 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b)은 알루미늄(Al) 재질로 이루어지고, 상기 알루미늄 재질의 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b) 표면은 부식을 방지하고, 방열효과를 향상시키고, 절연효과를 향상시키기 위하여 양극산화처리 되어 있다.
또한, 상기 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b)은 도5에 도시된 바와 같이 1KV 내지 8KV의 출력전압과 100Hz 내지 1KHz의 저주파 전력을 인가할 수 있는 전원(62)과 서로 연결됨으로써 전원(62)의 저주파 전력 인가에 의해서 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b) 아래쪽에 전기장(E)이 형성될 수 있도록 되어 있다.
그리고, 상기 반응가스 흡입부(34)는 반응가스 공급부(30)에서 하측으로 방출된 산소(O2)가스, 아르곤(Ar)가스 및 질소(N2)가스 등의 반응가스를 소정 압력으로 다시 흡입 강제 펌핑할 수 있는 반응가스 흡입관(48)을 구비한다.
이때, 상기 반응가스 흡입관(48)은 반응가스 흡입부(34) 하측에 설치되고, 상기 반응가스 흡입관(48) 표면에는 반응가스 공급구(38)보다 직경이 큰 복수의 반응가스 흡입구(50)가 형성되어 있다.
그리고, 도4를 참조하여 반응가스 공급관(36), 절연유리(42a, 42b), 전극(44a, 44b) 및 반응가스 흡입관(48)의 배치 상태에 대해서 보다 상세히 살펴보면, 상기 반응가스 공급관(36) 및 반응가스 흡입관(48)이 소정간격 이격되어 배치되고, 상기 반응가스 공급관(36) 및 반응가스 흡입관(48) 사이의 제 1 절연유리(42a) 및 제 2 절연유리(42b) 상에 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b)이 설치된다.
여기서, 상기 반응가스 공급관(36) 및 반응가스 흡입관(48)은 내부에 주름이 형성된 주름관으로 이루어지며, 상기 반응가스 공급관(36) 및 반응가스 흡입관(48)의 일측부의 주름방향과 타측부의 주름방향이 반대로 형성됨으로써 반응가스의 공급 및 방출이 용이하도록 되어 있다.
즉, 상기 반응가스 공급관(36) 및 반응가스 흡입관(48)의 일측부 내측에는 오른방향 타측부 내측에는 왼방향의 주름을 형성하거나 또는 상기 반응가스 공급관(36) 및 반응가스 흡입관(48)의 일측부 내측에는 왼방향 타측부 내측에는 오른방향의 주름이 형성되어 있다.
따라서, 상기 반응가스 공급관(36)으로 유입되는 반응가스는 반응가스 공급관(36) 내측에 형성된 주름에 의한 맴돌이 현상에 의해서 반응가스 공급관(36) 내측 중앙부로 용이하게 이동 공급될 수 있으며, 상기 반응가스 흡입관(48)의 반응가스 흡입구(50)로 유입된 반응가스는 반응가스 흡입관(48) 내측에 형성된 주름에 의한 맴돌이 현상에 의해서 반응가스 흡입관(48) 끝단부로 용이하게 이동 방출될 수 있도록 되어 있는 것이다.
그리고, 상기 반응가스 공급부(30), 반응가스 흡입부(34) 및 전극부(32)와 약 3㎜ 내지 6㎜ 정도 하측으로 이격된 거리(D) 즉, 상기 전원(62)의 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b)에 대한 전력인가에 의해서 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b) 하측에 형성되는 전기장의 최대 영향범위 내에 피처리물(60)을 지지하는 테이블(56)이 구비되어 있다.
여기서, 상기 테이블(56) 상에는 상부에 지지된 피처리물(60)을 일측에서 타측으로 이동시키기 위한 복수의 롤러(Roller : 58)가 설치되어 있다.
이하, 전술한 본 발명에 따른 상압 플라즈마 세정장치의 구성에 대한 구체적 동작을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 상압 플라즈마 세정장치는, PDP(Plasma Display Pannel) 및 LCD(Liquid Crystal Display) 등의 피처리물(60)이 테이블(56) 상에 안착되면, 상기 테이블(56) 상의 롤러(58)는 회전하게 됨에 따라 피처리물(60)은 일측에서 타측으로 이동하게 된다.
이때, 상기 테이블(56)의 모든 측방향은 완전히 개방되어 있으므로 테이블(56) 상에 위치하는 피처리물(60)의 크기, 형상 등의 제한없이 피처리물(60)을 테이블(56) 상에 위치시켜 세공공정을 진행할 수 있다.
그리고, 상기 피처리물(60)이 테이블(56) 상에서 이동하는 과정에 반응가스 공급부의 반응가스 공급관(36)은 유입된 산소(O2)가스, 아르곤(Ar)가스 및 질소(N2)가스 등의 일정량의 반응가스를 반응가스 공급구(38)를 통해서 테이블(56) 방향으로 소정압력으로 분사 공급하게 된다.
이때, 상기 반응가스 공급관(36)은 일측부 및 타측부 내측에 주름방향이 반대인 주름이 형성된 주름관으로 이루어짐으로써 반응가스 공급관(36) 내부로 유입된 반응가스는 멤돌이 현상에 의해서 반응가스 공급관(36)의 중앙부까지 원활하게 이동하여 테이블(56) 방향으로 분사된다.
또한, 상기 전원(62)은 알루미늄 재질의 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b)에 1KV 내지 8KV의 출력전압에 의한 100Hz 내지 1KHz의 저주파 전력을 인가함으로써 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b) 하측에 전기장(E)을 형성하게 된다.
이때, 상기 테이블(56) 상의 피처리물(60)이 전기장(E)을 통과하게 됨에 따라 테이블(56) 방향으로 분사 공급된 반응가스는 피처리물(60)에 의해서 상부로 반사되어 전기장 내에 정체됨으로써 반응가스는 전기장에 의해서 활성화되어 원자, 전자, 원자단 등이 공존하는 플라즈마 상태로 전환되고, 상기 플라즈마 상태의 반응가스와 피처리물(60) 표면의 오염물과 반응하여 피처리물(60)의 표면의 유기물, 금속물질 등의 오염원은 일괄적으로 제거된다.
이때, 상기 피처리물(60)에 대한 세정은 피처리물(6)이 테이블(56) 상에서 롤러(58)에 의해서 이동하는 과정에 일괄적으로 진행됨으로써 세정시간이 짧고, 한번의 피처리물(60)의 이동에 의해서 피처리물(60)의 상부 표면 전 영역에 대해서 세정이 완료됨으로써 세정 균일도가 일정하다.
또한, 상기 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극 (44b) 표면은 엠보싱처리되어 외부 표면적이 증가되어 있으므로 전기장의 덴시티(Density) 향상되어 고밀도 플라즈마를 형성할 수 있다.
그리고, 상기 전원(62)의 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b)에 1KV 내지 8KV의 출력전압에 의한 100Hz 내지 1KHz의 저주파 전력인가에 의해서 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b)에서는 고주파 전력인가와 비교하여 상대적으로 작은 양의 열이 발생되며, 상기 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b)에서 발생된 열은 제 1 냉각팬(40a) 및 제 2 냉각팬(40b)의 구동에 의해서 공냉된다.
특히, 상기 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b) 상부에는 표면이 엠보싱처리된 복수의 함몰 및 돌출부가 구비되어 외부 표면적이 증가됨으로써 열의 방출이 원활하여 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b)의 냉각은 매우 빠르게 진행되고, 상기 알루미늄 재질의 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b)의 표면은 양극 산화처리됨으로써 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b) 표면의 부식은 방지되고, 방열효과가 향상되며, 절연효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 테이블(56) 상에 분사되어 제 1 전극(44a) 및 제 2 전극(44b) 하측에 형성된 전기장에 의해서 플라즈마 상태로 전화된 반응가스는 반응가스 흡입관(48)의 반응가스 흡입구(50)를 통해서 소정압력으로 흡입되어 외부로 방출된다.
특히, 상기 반응가스 흡입관(48)은 일측부 및 타측부 내측에 주름방향이 반대인 주름이 형성된 주름관으로 이루어짐으로써 반응가스 흡입구(50)를 통해서 반응가스 흡입관(48) 내부로 유입된 반응가스는 맴돌이 현상에 의해서 반응가스 흡입관(48)의 끝단부까지 원활하게 이동하여 외부로 방출된다.
그리고, 상기 반응가스 흡입관(48) 표면에 형성된 반응가스 흡입구(50)의 직경이 반응가스 공급구(38)의 직경보다 크게 형성되어 있음으로써 반응가스의 흡입은 원활하게 진행될 수 있다.
다음 도 6, 도8을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 의한 상압 플라즈마 세정장치의 구성 및 작용에 대해서 좀더 상세히 설명한다.
[실시예 2]
도 6에 도시된 바와 같이 그 상면에 피처리물(S)을 안착시켜 소정의 방향으로 회전됨에 따라 피처리물(S)을 이송시키는 복수의 회전롤러(101)가 소정의 간격을 두고 마련된다. 이때, 상기 회전롤러(101)는 도시되지 않은 지지테이블에 의해 지지된다.
상기 회전롤러(101)와 접하는 피처리물(S)의 타면측에는 소정의 간격(D1)을 두고 설치되되 동일평면상에 나란하게 제1전극(103a,) 및 제2전극(103b)이 나란하게 구성되어 아크(ARC) 형상의 전기장(E)을 형성하는 전극부(103)를 이룬다.
상술한 바와 같이 제1,2전극(103a,103b)이 동일평면상에서 나란하게 설치되고, 그 저면에 피처리물(S)이 위치함에 따라 도 8에 도시된 바와 같이 아크형상의 전기장(E) 형성되어 종래와 같이 상부 및 하부에 전극이 설치하여 전기장의 통과에 따른 피처리물(S)에 형성된 금속막 특히 패턴 등이 손상되는 문제점을 해소시킬 수 있다.
상기 제1,2전극(3a,3b)은 소정의 간극(D2)을 두고 설치되며, 각각의 하면에는 절연체(5)이 마련되고, 그 상면 및 측면에는 절연커버(7)가 각각 마련된다.
여기서, 간극(D2)이 너무 멀게 되면 플라즈마 발생조건을 만족시키지 못하게 되고, 그 간극(D2)이 너무 좁으면 플라즈마 발생 시 그 간극부에서 플라즈마가 밀집되어 절연커버(107)를 포함하여 제1,2전극(103a,103b)을 파괴하게 된다.
따라서, 그 간극(D2)을 10㎜~15㎜로 함이 바람직하다.
한편, 제1,2전극(103a,103b)은 전원(109)과 연결되어 소정의 전압이 공급된다.
상기 전원(109)으로부터 공급되는 전압은 100㎐~1㎑의 주파수 및 5~10㎸(P-P)의 교류(AC) 전압으로 함이 바람직하다.
이때, 상기 제1,2전극(103a,103b)은 그 면적이 1:1로 동일면적을 이룬다. 이는 전류의 평형을 유지하기 위함이다.
또한, 상기 제1,2전극(103a,103b)과 상기 전원(109)을 연결하는 전원연결라인(111a,111b)상에는 각각 전류제한용 저항(113a,113b)이 마련된다. 상기 저항(113a,113b)은 세정작업을 하지 않을 경우 피처리물(S)과 전극부(103) 사이에서 전자의 개수와 이온의 개수가 증가함에 따라 전류의 흐름이 증가하여 피처리물(S) 및 절연체(105)를 포함하는 제1,2전극(103a,103b)이 파괴되는 것을 방지하기 위해서 사용된다.
상기 피처리물(S)과 전극부(103)의 간격(D1)은 2.0 ~5㎜로 함이 바람직하다.
상기 절연체(105) 및 절연커버(107)는 유리, 석영, 또는 세라믹 등의 절연체로 이루어져 상기 전극부(103)를 보호하여 아킹 발생을 방지하고 정전기의 발생을 최소화한다.
[실시예 3]
설명에 앞서 도 6,8의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 명기하며 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 7에 도시된 바와 같이 전극부(103′)의 전극이 제1,2,3전극(103a′, 103b′, 103c′)으로 구성된다.
상기 제1,2,3전극(103a′,103b′,103c′)의 면적은 각각 1 : 2 : 1로 되며, 상기 제1,3전극(103a′, 103c′)은 전원(109)으로부터 공통전압이 인가되며, 상기 제2전극(103b′)은 단일 전압이 인가된다.
또한, 상기 제2전극(103b′) 및 전원(109)을 연결하는 전원연결라인(115)상에는 저항(117)이 연결되며 그 저항(117)의 크기는 50㏀ ~150㏀으로 함이 바람직하다.
상기와 같이 제1,2,3전극(103a′,103b′,103c′)의 면적비를 각각 1:2;1로 하고 제1,3전극(103a′,103c′)에 공통전압을 인가하고 제2전극(103b′)에 단일 전압을 인가시키는 구조로 구현함에 따라 전극 3개를 이용하여 도 1 전극부(103)의 구성을 2쌍으로 하는 효과를 얻게 된다.
이때의 이점은 그 전극부(103′)의 점유공간을 축소시켜 제한된 공간 내에서의 활용효과를 높이는 것이다.
상기에 있어 상기 저항(117)을 도 6의 저항(111a,111b)보다 적게 함은 그 전기장(E)이 도시된 바와 같이 제1,3전극(103a′,103c′)의 양방향으로 형성되어 전류의 양이 도 6에 비하여 상대적으로 작기 때문이다.
상기 전원(109)으로부터 공급되는 전압과, 상기 피처리물(S)과 전극부(103′)와의 간격(D1) 및 상기 제1,2,3 전극(103a′,103b′,103c′)의 간의 간극(D2)은 도 6의 적용수치와 동일하게 적용되므로 그에 대한 설명은 생략한다.
또한, 절연체(105) 및 절연커버(107) 또한, 도 6과 동일하게 적용된다.
[실시예 4]
도 6,7,10을 참조로 하여 플라즈마 발생을 위한 가스공급구조에 대해서 설명한다.
도 10에 도시된 바와 같이 전극부(103(103′)) 및 피처리물(S)의 사이로 가스를 공급하는 가스공급장치(300)가 있다.
상기 가스공급장치(300)는 상기 전극부(103(103′)) 및 피처리물(S)의 사이로 공급되는 가스를 균일한 압력으로 공급하기 위하여 소정의 가스완충구조를 갖는 것이 특이점이다.
그에 대하여 좀더 상세히 설명하면, 상기 가스공급장치(300)는 도시되지 않은 가스공급원으로부터 가스를 공급받는 가스공급구(302a)가 마련된 몸체(302)와; 상기 가스공급구(302a)를 통해 공급된 가스를 머물게 하는 소정의 공간을 이루는 가스완충부(305)와, 상기 가스완충부(305)를 통해 압력이 균일하게 된 가스를 상기 피처리물(S)의 상면을 향하여 분사하는 노즐부(307)로 구성된다.
상기 도6,7에서는 상기 몸체(302)를 대략 “T”자 형상으로 제작하고, 그 내부에 대략 “V”자형의 홈(309a)이 형성된 연결블럭(309)을 마련하여 상기 몸체(302)를 상기 홈(309a)에 삽입시킴으로써 형성되는 삼각형상의 공간부를 형성시키는 것에 의해 가스완충부(305)를 구성하고, 상기 공간부를 이루는 하측 꼭지점위치를 관통하여 노즐부(307)를 이루도록 구성하고 있다.
이때, 상기 가스완충부(305)에는 복수의 가스통과홀(401a)이 마련된 배플(401)이 적층되어 마련되는 데, 이때 각 배플(401)에 형성된 가스통과홀(401a)은 그 위치가 어긋나게 위치하도록 형성되어 가스의 흐름을 지연시키도록 구성된다.
상기 가스공급장치(300)의 설치위치는 도 1,2에 도시된 바와 같이 피처리물(S)이 진행되는 방향을 기준으로 하여 전극부(103,(103′))의 하측으로 도입되는 되는 위치에 설치함이 바람직하다.
이와 같이 구성된 가스공급장치(300)에 의하여 가스공급원으로부터 공급되는 가스를 가스완충부(305)를 통해 균일한 압력분포를 이룬 후 피처리물(S)의 상면으로 고르게 분사됨에 따라 피처리물(S)의 상면에서 발생되는 플라즈마의 밀도를 균일하게 하여 세정효율을 향상시키게 된다.
상기 공급되는 가스는 불활성 가스인 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 이거나 이들의 혼합 가스가 사용되어지며 그 혼합가스의 아르곤 : 헬륨의 비율은 1:1~5:1로 함이 바람직하다.
상술한 가스 공급구조에 있어서, 다량의 유기물을 제거하기 위하여 불활성 가스에 산소 (O2)를 추가할 경우 발생되는 유해한 오존(O3)을 제거하기 위해 배기 흡입구를 피처리물이 진행하는 방향으로 전극부(103,103′)의 마지막 부분에 설치하여 운용할 수도 있다.
상술한 실시예1,2,3,4에 적용된 세정장치는 FPD(FLAT PANEL DISPLAY)인 LCD(LIQUID CRYSTAL DISPLAY)나 유기EL(ELECTRO LUMINESCENCE)등에서 기판인 유리나 각종 필름 박막인 ITO(INDIUM TIN OXIDE), 크롬(Cr)화합물, 질화막(Si3N4)등과 각종 유기박막 등과 각종 고분자 필름, 각종 금속 등의 표면에 증착되는 자연산화막을 제거하거나 친수성화하는 목적으로 사용된다.
그에 대하여 좀더 설명하면, 감광제 도포전에 금속막이나 고분자 필름을 세정함으로써 감광제가 필름에 고루 접착이 되고 또한 그 접착력을 증대시키는 효과와 필름을 도포 또는 증착하기 전,후 및 식각후 감광제를 제거한 후 등의 유기물 세정효과를 기대할 수 있다.
본 발명에 의하면, 피처리물의 크기 및 형상 등에 제한 없이 피처리물을 일괄 세정하여 세정시간을 단축시킬 수 있으며, 상기 일괄 세정에 따라 세정 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 전극에 함몰 및 돌출부를 형성하고, 표면을 엠보싱처리함으로써 전극에 대한 냉각 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 고밀도 플라즈마를 형성할 수 있고, 100Hz 내지 1KHz의 저주파 사용에 따라 전극에서 열이 발생되는 것을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 롤러를 이용하여 피처리물을 이송함으로써 피처리물을 지지하는 전극 표면에 형성된 관통홀에 의해서 플라즈마의 덴시티 균일도가 떨어지고, 절연파괴에 따른 아킹 등이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 플라즈마 세정장치는 상압 상태에서 반응가스를 플라즈마 상태로 전환함으로써 고가의 고진공 펌프 등의 사용을 배제하여 장비 생산 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
전극부의 구성을 동일평면상에 나란하게 설치함과 아울러 피처리물의 일면과 평행상태를 이루도록 설치하여 전기장의 통과에 따른 피처리물에 형성된 금속막 예컨대 패턴이 손상되는 것을 방지하는 이점이 있다.
또한, 피처리물의 상면으로 공급되는 가스를 균일하게 공급하여 균일한 밀도의 플라즈마를 발생시켜 세정효율을 향상시키는 이점이 있다.
이상에서는 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도1은 종래의 상압 플라즈마 세정장치의 개략적인 구성도,
도2는 도1에 도시된 하부전극의 구체적 단면도,
도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상압 플라즈마 세정장치의 단면 구성도,
도4는 도3에 도시된 상압 플라즈마 세정장치의 저면도,
도5는 도3 및 도4에 도시된 제 1 전극 및 제 2 전극에 의한 전기장의 형성 상태를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 상압 플라즈마 세정장치의 구성을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 상압 플라즈마 세정장치의 구성을 도시한 도면,
도 8 상기 도 6의 전극부에 의해 발생되는 전기장의 상태를 도시한 도면,
도 9는 상기 도 7의 전극부에 의해 발생되는 전기장의 상태를 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스공급장치의 구조를 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 반응챔버 10, 38 : 반응가스 공급구
12 : 반응가스 방출구 14 : 피처리물 공급구
16 : 피처리물 방출구 18 : 하부전극
20, 24 : 절연물 22 : 상부전극
26, 62 : 전원 30 : 반응가스 공급부
32 : 전극부 34 : 반응가스 흡입부
36 : 반응가스 공급관 40 : 냉각팬
42 : 절연유리 44 : 전극
46 : 고정체 48 : 반응가스 흡입관
50 : 반응가스 흡입구 52, 54 : 지지대
56 : 테이블 58, 101 : 롤러
60 ,S : 피처리물 103a,103b : 제1,2전극
103a′,103b′,103c′ : 제1,2,3전극
3,3′ : 전극부
105 : 절연체 107 : 절연커버
109 : 전원 111a,111b,115 : 전원연결라인
113a,113b,117 : 저항 E : 전기장
300 : 가스공급장치 302 : 몸체
302a : 가스공급구 305 : 가스완충부
307 : 노즐부 401 : 배플
401a : 가스통과홀
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- 일면이 회전롤러의 상면에 안착되어 소정의 방향으로 이송되는 피처리물;상기 피처리물의 타면측에 소정의 간격을 두고 설치되되 동일 평면상에 나란하게 설치되며 제1,2,3전극으로 구성되되 그 면적비가 1:2:1로 된 전극부; 및상기 전극부로 소정의 전압을 공급하는 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 세정장치.
- 제 19항에 있어서, 상기 제1,3전극은 공통전압이 인가되며, 상기 제2전극은 별도의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 세정장치.
- 제 20항에 있어서, 상기 제2전극 및 전원의 연결라인 상에는 전류제한용 저항이 연결되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 세정장치.
- 제 21항에 있어서, 상기 저항은 50㏀ ~ 150㏀인 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 세정장치.
- 일면이 회전롤러의 상면에 안착되어 소정의 방향으로 이송되는 피처리물;상기 피처리물의 타면측에 소정의 간격을 두고 설치되되 동일 평면상에 나란하게 설치되는 적어도 2개의 전극으로 이루어지는 전극부;상기 전극부로 소정의 전압을 공급하는 전원;상기 전극부 및 피처리물의 상면으로 소정의 가스를 공급하되, 그 공급되는 가스가 피처리물의 전면에 걸쳐 고르게 공급하는 가스공급부를 포함하며;상기 가스공급부는 가스가 공급되는 가스공급구;상기 가스공급구를 통해 공급된 가스를 소정의 공간 내에 머물게 하는 가스완충부;상기 가스완충부를 통해 균일한 압력을 유지하는 가스를 상기 피처리물의 상면으로 분사하는 노즐부를 구비하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 세정장치.
- 제 23항에 있어서, 상기 가스완충부에는 가스통과홀이 형성된 복수의 배플이 적층되어 설치되되;각 배플에 형성된 가스통과홀의 위치가 서로 이격되게 위치하도록 된 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 세정장치.
- 제 23항에 있어서, 상기 가스공급부는 상기 피처리물의 이송방향을 기준으로 피처리물이 진입되는 위치인 전극부의 선단부에 위치하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 세정장치.
- 제 23항에 있어서, 상기 가스는 불활성 가스인 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 이거나 이들의 혼합가스 중 어느 하나이며, 아르곤 : 헬륨의 비율이 1:1~5:1로 하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 세정장치.
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