KR100975665B1

KR100975665B1 - 양산용 상압 플라즈마 발생장치

Info

Publication number: KR100975665B1
Application number: KR1020080008071A
Authority: KR
Inventors: 이상로; 임성실; 김윤환; 최우철
Original assignee: (주)에스이 플라즈마
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2010-08-17
Also published as: JP5015972B2; TWI397350B; TW200939905A; KR20090081898A; JP2009172595A

Abstract

본 발명은 양산용 상압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

즉, 직류펄스 또는 교류전원에 연결되는 전원전극; 상기 전원전극과 이격되어 설치되며, 플라즈마 가스가 통과 가능한 분사통공이 형성된 접지전극; 상기 전원전극과 접지전극의 수용 및 고정이 이루어지는 프레임; 상기 프레임의 외부에서 전원전극과 접지전극 사이로 가스를 공급하는 가스공급부; 및 상기 가스공급부로부터 배관으로 연결되어 프레임 내부로 들어가는 가스의 온도를 조절하는 가스항온조절장치; 를 포함하여 구성되는 양산용 상압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

본 발명에 의할 경우 플라즈마 발생장치 초기시부터 상기 플라즈마 발생장치를 양산에 필요한 일정온도 이상으로 상승시킬 수 있으므로 초기단계에서부터 양산가능한 플라즈마 발생장치를 제공할 수 있다.

플라즈마, 세정장치, 가스항온조절장치, 분위기온도제어장치

Description

양산용 상압 플라즈마 발생장치{Atmosphere Pressure Plasma Generation Device for Mass Production}

본 발명은 발생장치에 가스항온조절장치를 설치하고 플라즈마 발생장치 내부로 유입되는 가스를 일정온도로 유지하여 플라즈마 발생 일정시간 경과 후 열적상태 변화요인을 강제적으로 초기에 공급함으로써 초기 상태의 처리 특성과 포화상태 이후의 처리 특성을 균질화 시킬 수 있는 양산용 상압 플라즈마 발생장치에 대한 것이다.

일반적으로, TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode) 등 FPD(Flat Panel Display) 및 반도체 기판 등을 생산하는 과정에서 기판 세정 공정은 필연적으로 거치게 된다.

종래의 기판 세정 공정으로는 습식 공정을 사용하였으나, 최근에는 건식 청정기술인 플라즈마 기술을 많이 사용하고 있다. 이러한 플라즈마 기술의 하나로 저온 저압상태의 플라즈마를 이용하는 방법을 들 수 있다.

저압 플라즈마를 이용한 기판 세정 방법은 저압의 진공조내에 플라즈마를 발생시켜 만들어진 이온이나 활성화된 가스를 기판 표면과 접촉시켜 기판 표면의 불순물이나 오염물질을 제거하는 것이다.

이러한 저압 상태의 플라즈마를 이용하는 기판 세정 방법은 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 대기압 상태에서 플라즈마를 발생시켜 기판 표면 세정에 이용하는 상압 플라즈마 기술이 활발히 연구되고 있는데, 상압 플라즈마 세정 장치는 기존 램프교체 등으로 인해 지속적인 유지비용이 들었던 `UV(UltraViolet) 클리너'와는 달리, 장비 공급 이후에 추가적인 비용이 들지 않아, 향후 UV 클리너를 대체할 수 있는 장비로 각광받고 있다.

도 1은 일반적인 상압 플라즈마 소스(130)를 이용한 플라즈마 발생장치(100)의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상압 플라즈마 소스(130)를 이용한 플라즈마 발생장치(100)는, 세정 대상인 LCD 글래스(150)의 표면에 플라즈마 반응에서 생성된 산소 라디컬(O radical)을 분사하는 상압 플라즈마 소스(130)와, 상기 상압 플라즈마 소스(130)에 교류 전압을 인가하는 전원 공급 장치(140)와, 상기 상압 플라즈마 소스(130)에 연결된 가스 배관을 통해 질소, 산소, 공기 등의 가스를 공급하는 가스 공급 장치(120)와, 상압 플라즈마 소스(130)가 플라즈마 상압방전을 실시하는 동안 LCD 글래스(150)를 일정한 속도로 일방향으로 이송하는 이송장치(160)로 구성된다.

이러한 플라즈마 발생장치(100)에서의 세정 과정을 살펴보면, LCD 글래스(150)의 하부에 형성된 이송 장치(160)가 세정 대상인 LCD 글래스(150)를 일정한 속도로 일방향으로 이송하고, 이때 상부에 형성된 상압 플라즈마 소스(130)가 LCD 글래스(150) 표면을 향해 플라즈마 상압 방전을 실시하여 세정이 이루어진다.

또한, 대기압 상태에서 플라즈마를 발생시키는 상압 플라즈마 세정 방법은 유기물, 기판 절단시의 수분, 회로 제작시 발생하는 잔류 폴리머 등의 오염물질을 플라즈마 내의 산소 라디컬(radical)을 이용하여 제거함으로써, 환경적으로 안전하고 세정 효율이 높은 장점이 있다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 상압 플라즈마 소스(200)를 나타낸 단면도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 종래의 상압 플라즈마 소스(200)는 양측면에 가스 공급 장치 등 외부로부터의 가스 공급이 이루어지는 가스 공급 포트(200a 내지 200h)를 통해 유입된 가스가 상압 플라즈마 소스(200)의 본체에 채워지는데, 이를 통해 상압 플라즈마 소스(200) 내부의 가스 유체 분포가 균일하게 되어 플라즈마의 발생이 어느정도 균일하게 될 수 있다.

도 2b는 도 2a에 도시된 상압 플라즈마 소스(200)의 측단면도이다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 상압 플라즈마 소스(200)는 유전체 장벽 방전(DBD: Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마 장치를 나타낸다.

상기 도면에서 보는 바와 같이 서로 이격되어 마주보게 한쌍의 전극을 설치하고 상기 전극이 서로 마주보는 면에 25μm 내지 10mm 두께의 유전체를 서로 대향 되게 설치하고 마주보는 전극 사이에 0.1mm 내지 0.5mm 간격에 방전간극을 형성한다. 상기 도면에서 보는 바와 같이 상부에 가스 공급 포트를 통해 공급된 가스가 플라즈마 소스 내부에 균일하게 분포되도록 가스 디스트리뷰터(gas distributor)(210)가 배치된다. 상기 가스 디스트리뷰터(210)는 유전체 공간(260)까지 유입되는 가스의 균일도를 이루어 플라즈마 발생의 균일도를 이루기 위함이었다.

즉, 종래기술에 의한 균일성이란, 세정 전/후에 있어서 표면개질을 함에 있어 가스의 공급 및 유전체 두께, 전극사이 간격 등을 균일하게 하여 플라즈마를 균일하게 발생시켜 PR ashing 이나 Etching공정에 있어서 피처리물의 위치에 상관없이 동일한 처리능력을 가지는 플라즈마 균일성을 달성하고자 하였다.

그러나, 상압 플라즈마의 여러 다른 응용분야에서는 시간에 따른 처리효과의 균일성 또한 매우 중요하게 요구되어지며 상기의 PR ashing 공정이나 Etching 공정에 있어서 시간에 따른 처리 효과의 변화는 매우 중요한 문제가 된다.

즉, 종래의 플라즈마 발생장치는 가스의 균일한 공급 등에 의한 플라즈마의 균일한 발생 그리고 피처리물의 균일한 처리가 관심의 대상이었으나, 플라즈마 발생 후 시간에 따른 처리 능력의 차이를 보이는 문제점은 해결할 수 없었다.

또한, 플라즈마 발생 이후 포화상태에 이르기까지 시간이 많이 걸려 양산에 이르기까지 시간이 많이 걸리는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 플라즈마 발생장치 내부로 유입되는 가스의 온도를 일정하게 해 줄 수 있는 가스항온조절장치를 구비하고 프레임 내부의 분위기 온도를 제어해 줄 수 있는 분위기온도제어장치를 구비하여 시간이 경과하여도 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

직류펄스 또는 교류전원에 연결되는 전원전극; 상기 전원전극과 이격되어 설치되며, 플라즈마 가스가 통과 가능한 분사통공이 형성된 접지전극; 상기 전원전극과 접지전극의 수용 및 고정이 이루어지는 프레임; 상기 프레임의 전원전극과 접지전극 사이로 가스를 공급하는 가스공급부; 및 상기 가스공급부로부터 배관으로 연결되어 프레임 내부로 들어가는 가스를 항온으로 조절하는 가스항온조절장치; 를 포함하여 구성되는 양산용 상압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

상기 프레임에는 상기 프레임에 열을 공급하는 열공급수단을 더 구비하는 것이 가능하며 상기 열공급수단은 열선으로 하여 구비될 수 있다.

또한, 상기 프레임 측면에는 상기 가스공급부 및 열공급수단을 함입하여 일체형으로 형성되는 알미늄 재질의 제2프레임이 부착되어 구비되는 것이 가능하다.

상기 가스항온조절장치에는 가스의 온도를 올리기 위한 히터와 프레임 내부로 들어가는 가스의 온도를 측정하기 위한 가스온도센서 및 가스공급부와 연결하기 위한 배관을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 양산용 상압 플라즈마 발생장치에는 상기 열공급수단에 열원을 제공할 수 있는 히터를 포함하여 구성되는 분위기온도제어장치를 더 포함하는 것 또한 가능하다. 또한, 상기 양산용 상압 플라즈마 발생장치의 하단에는 피처리물을 이송할 수 있는 이송수단을 구비하는 이송장치; 를 더 포함하는 것이 가능하다.

상기한 발명에 의할 경우 플라즈마 발생장치 초기시부터 상기 플라즈마 발생장치를 양산에 필요한 일정온도 이상으로 상승시킬 수 있으므로 초기단계에서부터 양산가능한 플라즈마 발생장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 플라즈마 발생장치 내부의 온도를 제어함으로써 항온을 유지하는 플라즈마 발생장치를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양산용 상압 플라즈마 발생장치의 사시도를, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양산용 상압 플라즈마 발생장치의 단면도를, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양산용 상압 플라즈마 발생장치의 단 면도를 각 나타낸다.

동 도면에서 보는 바와 같이 양산용 상압 플라즈마 발생장치(10)는 직류펄스 또는 교류전원에 연결되는 전원전극(20)과 상기 전원전극(20)과 이격되어 설치되며, 상기 전원전극(20)과 반응하여 생성된 플라즈마 가스가 통과 가능한 분사통공이 형성된 접지전극(30), 그리고 상기 전원전극(20)과 접지전극(30)의 수용 및 고정이 이루어지는 내부공간부(41)가 구비되며, 상기 접지전극(30)의 분사통공과 연결되어 개방부가 형성된 프레임(40) 및 상기 프레임(40)에 구비되어 상기 전원전극(20)과 접지전극(30) 사이로 가스를 공급하는 가스공급부(50) 그리고 상기 가스공급부(50)로부터 배관(63)으로 연결되어 프레임(40) 내부로 들어오는 가스를 항온으로 조절하는 가스항온조절장치(60)를 포함하여 구성된다.

상기 전원전극(20)은 일정한 면적을 구비하여 직류펄스 또는 교류전원에 연결되며 접지전극(30)은 상기 전원전극(20)과 일정한 간격을 두고 설치되어 상기 전원전극(20)과의 사이에 상기 가스공급부(50)를 통해 공급된 가스가 상기 전원전극(20)과 접지전극(30) 사이에서 일정한 압력 및 생성률로 플라즈마 상태로 변환된다.

상기 프레임(40)은 상기 전원전극(20)과 접지전극(30)을 수용 및 고정할 수 있도록 내부 공간부(41)를 구비하고 피코팅물 등과 같은 세정대상물을 이송시킬 수 있는 이송장치(80)의 상측에 구비되며 상기 접지전극(30)에는 상기 전원전극(20)과의 사이에서 생성된 플라즈마 가스가 통과가능한 개방부가 형성되어 있다. 상기 분 사통공 및 개방부를 통해 상기 이송수단(81)을 구비하는 이송장치(80) 측으로 플라즈마 가스가 분사되게 된다.

가스공급부(50)는 프레임의 양측면에 홀을 형성하여 상기 홀에 가스를 주입할 수 있는 장치이다. 상기 가스공급부(50)는 프레임의 외부에서 배관에 의해 연결될 수도 있고, 가스공급부(50)를 일체형으로 구비하는 제2프레임(42)의 내부에 구비되어 배관에 의해 연결될 수도 있다.

세정물과 같은 피코팅물은 상기 플라즈마 발생장치(10)로부터 분사되는 플라즈마 가스에 노출되면서 이송수단(81)에 의해 일측으로 이송되어 피코팅물 전면이 일정한 정도를 가질 수 있도록 상호간에 지정된 간격을 유지할 수 있도록 일정한 속도로 이송이 이루어지게 된다.

통상 플라즈마 발생장치(10)는 외부로부터 인가되는 전원에 의해 전원전극(20)에 전기적 접속이 이루어짐으로써 플라즈마가 발생하게 되는데, 사용전원은 직류펄스 또는 교류전압이 사용 가능하며, 상기 플라즈마 발생은 일정한 온도 이상에 이르러야만 가능하게 된다.

즉, 플라즈마 발생초기부터 일정시간이 경과하면 처리효과가 상승하는 단계를 지나 포화되는 현상이 나타나게 되는데 상기의 기간이 길면 길수록 라인형 생산체계에서는 제품의 생산수율이 떨어지게 된다.

따라서, 이러한 열적상태변화요인을 강제적으로 초기에 공급함으로써 초기상태의 처리특성과 포화상태 이후의 처리특성을 균질화시킬 수 있는데 이는 공급되는 가스의 온도를 항온으로 제공함으로써 가능하게 된다.

상기 공급되는 가스의 온도는 필요에 따라 적정온도로 데워진 상태에서 제공될 수 있는데 이는 가스항온조절장치(60)에 의해 이루어지게 된다.

상기 가스항온조절장치(60)는 프레임(40)의 측면부에 구비된 가스공급부(50)에 배관(63)으로 연결되어 있으며 상기 가스항온조절장치(60)에는 상기 가스를 데워줄 수 있는 히터(62)와 데워진 가스의 온도를 체크할 수 있는 가스온도센서(61)가 포함되어 구비된다. 상기 가스온도센서(61)는 가스항온조절장치(60)와 배관(63)의 연결부에 구비되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 가스항온조절장치(60)에는 가스온도센서(61)에서 전송되는 온도가 일정온도 이상일 경우 열원의 공급을 중지하고 일정온도 이하일 경우 열원을 공급하도록 하는 제어부(미도시)를 더 포함하는 것도 가능하다.

또한, 일정하게 데워진 가스를 계속 프레임(40) 내부로 공급하더라도 이송장치(80)에 이송 및 가스가 분사통공을 통해 외부로 계속 나가게 됨으로써 초기에 일정하게 데워진 가스의 온도 이하로 프레임(40) 내부의 온도가 내려가게 된다.

즉, 공급되는 가스 이하의 온도로 프레임(40) 내부의 온도가 떨어지는 것을 방지하기 위하여 분위기온도제어장치(70)가 구비된다.

상기 분위기온도제어장치(70)는 프레임(40) 주위에 열공급수단을 배치하여 프레임(40)의 온도 상승에 의한 프레임(40) 내부의 분위기 온도를 높이기 위한 것으로서 상기 열공급수단은 열선(71)인 것으로 하여 구비되되, 상기 열선(71)은 프레임(40)의 외부에서 프레임(40)과 접촉되어 구비되는 것이 바람직하다.

그리고 가스공급부(50)와 열선(71)은 일체형으로 구비되는 제2프레임(42)의 내부에 구비되되 상기 제2프레임(42)은 프레임(40)의 일측면 또는 양측면에 구비되는 것이 가능하다. 상기 프레임(40)은 열선(71)의 열이 제대로 프레임(40) 방향으로 이동될 수 있도록 하는 알미늄 재질의 것으로 구비되는 것이 바람직하다.

상기 분위기온도제어장치(70)에는 상기 프레임(40) 내부의 온도를 측정하기 위한 프레임내부온도센서(미도시)를 구비하여 상기 프레임내부온도센서로부터 전달되는 신호에 의해 열선(71)에의 열원의 공급의 가감을 정할 수 있다.

상기 열선(71)의 작동으로 프레임(40) 내부로 유입되는 가스의 온도가 약간 하강하게 되더라도 프레임(40) 내부의 분위기 온도를 일정하게 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.

상기 분위기온도제어장치(70)에는 프레임내부온도센서(미도시)로부터 전송되는 온도가 일정온도 이상일 경우 열원의 공급을 중지하고 일정온도 이하일 경우 열원을 공급하도록 하는 제어부(미도시)를 더 구비하는 것이 가능하다.

이하에서는 상기 양산용 상압플라즈마 발생장치(10)의 작동순서에 대해 간략히 설명한다.

먼저 양산용 상압 플라즈마 발생장치에 전기적 접속이 이루어지고 전원전극(20)과 접지전극(30) 사이에 가스의 공급이 이루어지면 플라즈마가 서서히 발생되게 되고 상기 발생된 플라즈마가 포화상태에 이르게 되면 이송수단(81)에 의해 이송장치(80)의 이송이 이루어져 상기 이송장치(80) 상단에 구비된 LCD 패널 등의 세정이 이루어지게 된다. 이는 접지전극(30)에는 분사통공이 구비되어 있어서 플라즈마 가스가 상기 분사통공을 통해 이송장치(80) 측으로 이송될 수 있기 때문이다.

이때, 플라즈마 발생장치(10)에 공급되는 가스를 일정온도로 데워진 가스를 공급하게 되면 플라즈마 발생이 훨씬 빠른 속도로 이루어져 포화상태에 이르게 된다. 그러기 위해서는 프레임(40)의 가스공급부(50)를 통해 공급되는 가스의 온도를 가스항온조절장치(60)에서 일정온도로 데워진 가스가 공급되어야 한다.

상기 데워진 가스가 플라즈마 발생장치(10)로 공급시 포화상태에 빨리 이르게 되어 그로 인해 라인형 공정에서 양산체제로 전환이 빠르게 이루어질 수 있다는 장점이 있다. 상기 공급되는 가스의 히팅을 위해서는 히터(62)가 필요한데 상기 히터(62)는 전기적 장치에 의하거나 기타 가스를 데우기 위한 여러장치의 사용이 가능하다.

상기 데워진 가스의 온도측정을 위해 가스온도센서(61)가 구비되는데 이는 통상 가스항온조절장치(60)로부터 연결되는 배관(63)의 시작부에 설치되어 프레임(40) 내부로 공급되는 온도를 체크하게 된다.

상기 양산이 이루어지고 있는 중에도 프레임(40) 내부의 온도가 떨어지게 되는 경우가 발생하는데 이는 가스가 공급되는 중에도 외부의 여러가지 요인에 의해 분위기 온도가 떨어질 수 있기 때문이며 상기와 같은 분위기 온도를 일정온도로 맞추기 위해서는 분위기온도제어장치(70)가 필요하게 된다. 상기 분위기온도제어장치(70)는 프레임(40)에 접하여 또는 제2프레임(42)의 내부를 관통하여 열선(71)이 구비되고 프레임(40) 내부공간부에 프레임내부온도센서(미도시)가 구비되어 프레임 내부온도센서로부터 수신되는 온도가 일정온도 이하이면 열선(71)의 작동으로, 일정온도 이상이면 열선(71)이 작동하지 않는 방법으로 분위기온도를 제어하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

도 1은 일반적인 상압 플라즈마를 이용한 플라즈마 발생장치의 단면도.

도 2a 및 도 2b는 종래의 상압 플라즈마를 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양산용 상압 플라즈마 발생장치의 사시도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양산용 상압 플라즈마 발생장치의 단면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양산용 상압 플라즈마 발생장치의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10 : 플라즈마 발생장치 20 : 전원전극

30 : 접지전극 31 : 분사통공

40 : 프레임 41 : 내부공간부

42 : 제2프레임 50 : 가스공급부

60 : 가스항온조절장치 61 : 가스온도센서

62 : 히터 63 : 배관

70 : 분위기온도 제어장치 71 : 열선

80 : 이송장치 81 : 이송수단

Claims

직류펄스 또는 교류전원에 연결되는 전원전극;

상기 전원전극과 이격되어 설치되며, 플라즈마 가스가 통과 가능한 분사통공이 형성된 접지전극;

상기 전원전극과 접지전극의 수용 및 고정이 이루어지는 프레임;

상기 프레임의 외부에서 전원전극과 접지전극 사이로 가스를 공급하는 가스공급부;

상기 가스공급부로부터 배관으로 연결되어 프레임 내부로 들어가는 가스의 온도를 조절하는 가스항온조절장치; 및

상기 프레임에 열을 공급하는 열공급수단을 포함하는 양산용 상압 플라즈마 발생장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 프레임의 측면에는 상기 가스공급부 및 열공급수단을 함입하여 일체형으로 형성되는 제2프레임이 부착되어 구비되는 것을 특징으로 하는 양산용 상압 플라즈마 발생장치.
제 1 항에 있어서,

상기 열공급수단은 열선인 것을 특징으로 하는 양산용 상압 플라즈마 발생장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제2프레임은 알미늄 재질인 것을 특징으로 하는 양산용 상압 플라즈마 발생장치.
제 1 항에 있어서,

상기 가스항온조절장치는 가스의 온도를 올리기 위한 히터와 프레임 내부로 들어가는 가스의 온도를 측정하기 위한 가스온도센서 및 상기 가스공급부와 연결하기 위한 배관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 양산용 상압 플라즈마 발생장치.
제 1 항에 있어서,

상기 양산용 상압 플라즈마 발생장치에는 상기 열공급수단에 열원을 제공할 수 있는 히터 및 프레임 내부의 온도를 측정하기 위한 프레임내부온도센서를 포함하여 구성되는 분위기온도제어장치; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양산용 상압 플라즈마 발생장치.
제 1 항에 있어서,

상기 양산용 상압 플라즈마 발생장치의 하단에는 피처리물을 이송할 수 있는 이송수단을 구비하는 이송장치;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양산용 상압 플라즈마 발생장치.