KR101044663B1 - Large Area Plasma Tron Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대면적 플라즈마트론 장치에 관한 것으로서, 특히 극소면적이 아닌 대면적으로 기판의 표면을 가공할 수 있는 대면적 플라즈마트론 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a large-area plasmatron device, and more particularly, to a large-area plasmatron device capable of processing a surface of a substrate with a large area rather than a very small area.
본 발명의 대면적 플라즈마트론 장치는, 내부에 플라즈마 형성기체가 유입되는 제1유동로가 형성되고, 일단에 상기 제1유동로와 연통되는 노즐부가 개방 형성된 양극부재와; 상기 양극부재의 제1유동로에 배치되는 음극부재와; 상기 양극부재의 외부와 상기 챔버부재 사이에 반응기체가 유동하는 제2유동로가 형성되도록 상기 양극부재의 외부에 결합되는 챔버부재를 포함하여 이루어지고, 상기 챔버부재에는 상기 제2유동로와 연통되는 유입구와 배출구가 형성되며, 상기 노즐부, 음극부재 및 배출구는 동일 수직선상에 배치되되, 상기 양극부재, 음극부재 및 챔버부재는 수평방향인 길이방향으로 길게 형성되고, 상기 노즐부 및 배출구는 상기 음극부재의 길이에 대응하여 길게 형성된 것을 특징으로 한다.The large-area plasma tron apparatus of the present invention includes: an anode member having a first flow path through which a plasma forming gas is introduced, and an nozzle part open at one end thereof to communicate with the first flow path; A cathode member disposed in the first flow path of the anode member; And a chamber member coupled to the outside of the anode member such that a second flow path through which the reactor flows is formed between the outside of the anode member and the chamber member. The chamber member communicates with the second flow path. Inlet and outlet are formed, the nozzle portion, the cathode member and the outlet are arranged on the same vertical line, the anode member, the cathode member and the chamber member is formed long in the horizontal direction, the nozzle portion and the outlet Characterized in that formed long corresponding to the length of the negative electrode member.
플라즈마트론, 대면적, Plasma Tron,
Description
본 발명은 대면적 플라즈마트론 장치에 관한 것으로서, 특히 극소면적이 아닌 대면적으로 기판의 표면을 가공할 수 있는 대면적 플라즈마트론 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a large-area plasmatron device, and more particularly, to a large-area plasmatron device capable of processing a surface of a substrate with a large area rather than a very small area.
도 1은 종래의 플라즈마트론의 주요부의 구조도이다.1 is a structural diagram of a main part of a conventional plasmatron.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 플라즈마트론은, 양극부재(3), 음극부재(4), 챔버부재(2)으로 이루어져 있다.As shown in FIG. 1, the conventional plasma tron includes an
상기 양극부재(3)가 원통형으로 형성되어 있고, 상기 음극부재(4)가 봉형상으로 형성되어 상기 양극부재(3)의 안쪽에 배치되어 있다.The
그리고, 상기 양극부재(3)의 중심부에는 반경이 1~2cm 정도의 노즐부(31)가 형성되어 있다.In addition, a
상기 챔버부재(2)는 상기 양극부재(3)의 외부에 장착되어 있으며, 상기 노즐부(31)와 일직선상에 배치되는 배출구(21)가 형성되어 있다.The
상기 양극부재(3)에는 플라즈마 형성기체가 유입되고, 상기 챔버부재(2)에는 반응기체가 유입되며, 상기 양극부재(3)와 음극부재(4)에 인가되는 DC전압에 의해 상기 노즐부(31)를 통해 배출되는 플라즈마 형성기체와 상기 챔버부재(2)에 유입되는 반응기체가 아크방전에 의해 상호 작용하여 플라즈마를 발생시킨다.Plasma forming gas is introduced into the
이렇게 발생된 플라즈마는 상기 배출구(21)를 통해 외부로 방출된다.The plasma generated in this way is discharged to the outside through the
이때, 상기 음극부재(4)가 봉형상으로 형성되어 있고 상기 노즐부(31) 및 배출구(21)의 직경이 작기 때문에, 상기 배출구(21)를 통해 방출되는 플라즈마는 그 방출면적이 작아 소면적의 시료를 가공하는데 주로 사용되었다.At this time, since the
따라서, 종래의 플라즈마트론을 이용하여 대면적의 시료를 균일하게 가공하는데에는 많은 한계가 있다.Therefore, there are many limitations in uniformly processing a large-area sample using conventional plasma tron.
한편, 보다 넓은 면적의 시료를 가공하기 위해, 종래의 봉형상의 음극부재(4)를 갖는 플라즈마트론을 여러개 배치하여 사용할 경우, 다수의 장비를 구입하여야 하기 때문에 비용이 많이 들고, 또한 플라즈마트론 자체의 크기에 의해 인접한 플라즈마트론과 사이에 가공이 이루어지지 않는 영역이 발생할 수 있는 문제점이 있다.On the other hand, in order to process a wider area of the sample, when a plurality of conventional plasma-trons having a rod-shaped
본 발명은, 플라즈마의 방출면적을 증대시켜 대면적의 기판의 표면을 용이하고 신속하게 가공할 수 있는 대면적 플라즈마트론 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a large-area plasmatron apparatus which can easily and quickly process a surface of a large-area substrate by increasing the emission area of plasma.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 대면적 플라즈마트론 장치는, 내부에 플라즈마 형성기체가 유입되는 제1유동로가 형성되고, 일단에 상기 제1유동로와 연통되는 노즐부가 개방 형성된 양극부재와; 상기 양극부재의 제1유동로에 배치되는 음극부재와; 상기 양극부재의 외부와 상기 챔버부재 사이에 반응기체가 유동하는 제2유동로가 형성되도록 상기 양극부재의 외부에 결합되는 챔버부재를 포함하여 이루어지고, 상기 챔버부재에는 상기 제2유동로와 연통되는 유입구와 배출구가 형성되며, 상기 노즐부, 음극부재 및 배출구는 동일 수직선상에 배치되되, 상기 양극부재, 음극부재 및 챔버부재는 수평방향인 길이방향으로 길게 형성되고, 상기 노즐부 및 배출구는 상기 음극부재의 길이에 대응하여 길게 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the large-area plasmatron apparatus of the present invention includes: an anode member having a first flow path through which a plasma-forming gas flows and an nozzle part open at one end thereof in communication with the first flow path; A cathode member disposed in the first flow path of the anode member; And a chamber member coupled to the outside of the anode member such that a second flow path through which the reactor flows is formed between the outside of the anode member and the chamber member. The chamber member communicates with the second flow path. Inlet and outlet are formed, the nozzle portion, the cathode member and the outlet are arranged on the same vertical line, the anode member, the cathode member and the chamber member is formed long in the horizontal direction, the nozzle portion and the outlet Characterized in that formed long corresponding to the length of the negative electrode member.
상기 음극부재는, 길이방향으로 길게 형성된 지지부와; 상기 지지부의 하부에서 상기 노즐부 방향으로 돌출 형성된 다수개의 첨두부로 이루어진다.The negative electrode member includes a support formed to extend in the longitudinal direction; It consists of a plurality of peaks protruding in the direction of the nozzle portion from the lower portion of the support.
상기 첨두부는 동일한 간격으로 이격되어 있다.The peaks are spaced at equal intervals.
다수개의 상기 첨두부 사이의 이격거리는 상기 첨두부의 지름보다 작도록 한 다.The spacing between the plurality of peaks is made smaller than the diameter of the peak.
또는, 다수개의 상기 첨두부 사이의 이격거리는 상기 첨두부의 지름의 0.5 ~ 3 배 사이임이 바람직하다.Alternatively, the spacing between the plurality of peaks is preferably between 0.5 and 3 times the diameter of the peak.
또한, 상기 음극부재는 길이방향으로 연속적으로 길게 연장 형성된 판재 형상으로 이루어질 수 있다.In addition, the negative electrode member may be formed in a plate shape formed to extend continuously in the longitudinal direction.
상기 양극부재의 내측면과 상기 음극부재의 외측면 사이의 간격은 일정하다.The distance between the inner surface of the positive electrode member and the outer surface of the negative electrode member is constant.
상기 플라즈마 형성기체 및 반응기체는, 질량유량제어기(MFC, Mass Flow Controller)로 제어된다.The plasma forming gas and the reactor gas are controlled by a mass flow controller (MFC).
그리고, 상기 배출구를 통해 방출되는 플라즈마의 발생영역의 압력은 0.1torr ~ 대기압 사이임이 바람직하다.In addition, the pressure of the generation region of the plasma discharged through the outlet is preferably between 0.1torr ~ atmospheric pressure.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 대면적 플라즈마트론 장치에 따르면, 플라즈마의 방출면적을 증대시켜 대면적의 기판의 표면을 용이하고 신속하게 가공할 수 있다.According to the large-area plasmatron device of the present invention as described above, the surface of the large-area substrate can be easily and quickly processed by increasing the emission area of the plasma.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마트론 장치의 사시도이고, 도 3은 도 2의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 음극부재의 사시도이다.2 is a perspective view of a plasmatron device according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view of Figure 2, Figure 4 is a perspective view of a cathode member according to an embodiment of the present invention.
도 3(a)는 도 2의 B-B선을 취하여 본 단면도이며, 도 3(b)는 도 2의 C-C선을 취하여 본 단면도이다.FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 2, and FIG. 3 (b) is a cross-sectional view taken along line C-C of FIG.
본 발명의 플라즈마트론 장치(300)는, 플라즈마를 발생시키고, 발생된 플라 즈마를 하부에 놓인 기판으로 방출하여 상기 기판의 표면을 가공한다.Plasma tron device 300 of the present invention generates a plasma, and discharges the generated plasma to a substrate placed below, to process the surface of the substrate.
상기 플라즈마트론 장치(300)는, 수평방향인 길이방향으로 길게 형성되어 있다.The plasmatron device 300 is formed long in the longitudinal direction in the horizontal direction.
이러한 상기 플라즈마트론 장치(300)는 길게 형성되어 있어, 하부에 배치되는 다수개의 상기 기판에 동시에 플라즈마를 방출하여 대면적의 가공작업을 수행할 수 있다.The plasmatron device 300 is formed long, so that the plasma can be simultaneously emitted to a plurality of the substrates disposed below, and thus a large-area processing operation can be performed.
즉, 종래의 플라즈마트론 장치는, 플라즈마의 발생영역이 작아 큰 면적을 갖는 기판을 균일하게 가공하기가 곤란하였고, 그에 따른 작업시간도 많이 소요되었다.That is, in the conventional plasmatron apparatus, the plasma generation area is small, so that it is difficult to uniformly process a substrate having a large area, and thus a lot of work time is required.
그러나, 본 발명은 상기 플라즈마트론 장치(300)는 수평방향인 길이방향으로 길게 형성되어 있어 플라즈마의 방출면적이 크게 증가하는바, 기판을 대면적으로 균일하게 가공할 수 있어, 작업의 효율성을 증대시킬 수 있다.However, according to the present invention, since the plasmatron device 300 is formed to be elongated in the longitudinal direction in the horizontal direction, the emission area of the plasma is greatly increased, so that the substrate can be uniformly processed in a large area, thereby increasing work efficiency. You can.
위와 같은 본 발명의 상기 플라즈마트론 장치(300)는, 종래의 일반적인 플라즈마트론 장치와 비교하여 양극부재(310)와, 음극부재(320)와, 챔버부재(330)의 구조에 차이가 있는바, 이를 중심으로 설명하고, 나머지 구성에 대한 설명은 생략한다.As described above, the plasmatron apparatus 300 of the present invention is different from the structure of the
본 발명의 상기 플라즈마트론 장치(300)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 양극부재(310)와, 음극부재(320)와, 챔버부재(330)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the plasmatron apparatus 300 of the present invention includes an
상기 양극부재(310)는, (+)전원과 연결되어 있고, 내부에 플라즈마 형성기체가 유입되는 제1유동로(311)가 형성되어 있으며, 일단에 상기 제1유동로(311)와 연 통되는 노즐부(312)가 개방 형성되어 있다.The
이러한 상기 양극부재(310)는 후술하는 바와 같이 내부에 상기 음극부재(320)가 배치되어 하우징과 같은 역할을 한다.The
상기 양극부재(310)는 수평방향인 길이방향으로 길게 형성되어 있다.The
본 실시예에서는 상기 양극부재(310)의 형상을 직육면체 형상으로 형성하였고, 상부는 전체가 개방되어 내부에 상기 제1유동로(311)를 형성하였으며, 하부에는 상기 노즐부(312)를 형성하였다.In this embodiment, the shape of the
상기 노즐부(312)는 후술하는 바와 같이, 상기 음극부재(320)의 길이와 거의 동일하게 길이방향으로 길게 형성되어 있다.The
상기 제1유동로(311)에 유입되는 상기 플라즈마 형성기체는, SF6, CF4, Cl2, O2, NF3 중 어느 하나로 이루어진다.The plasma forming gas flowing into the
상기 플라즈마 형성기체를 상기 제1유동로(311)에 유입시키는 장치와 관련된 것은 종래의 공지된 기술을 사용하면 충분하기 때문에 이에 대한 설명은 생략한다.Regarding the apparatus for introducing the plasma forming gas into the
상기 음극부재(320)는 (-)전원과 연결되어 있고, 상기 제1유동로(311)에 배치되어 있다.The
상기 음극부재(320)는 상기 양극부재(310)와 같은 방향으로 길게 형성되어 있으며, 상기 노즐부(312)와 동일 수직선상에 배치되어 있다.The
이때, 상기 양극부재(310)의 내측면과 상기 음극부재(320)의 외측면 사이의 간격은 일정하다.At this time, the interval between the inner surface of the
상기 챔버부재(330)는 상기 양극부재(310)의 외부에 장착되어 있다.The
상기 챔버부재(330)는 내부가 상기 양극부재(310)의 외부와 이격되어 있어 상기 챔버부재(330)와 양극부재(310) 사이에 반응기체가 유동하는 제2유동로(331)를 형성한다.The
이때, 상기 플라즈마 형성기체 및/또는 반응기체의 유입방식은, 질량유량제어기(MFC, Mass Flow Controller)로 제어되도록 한다.At this time, the inflow method of the plasma forming gas and / or the reactor gas is controlled by a mass flow controller (MFC).
그리고, 상기 챔버부재(330)에는 상기 제2유동로(331)와 연통되는 유입구(332)와 배출구(333)가 형성되어 있다.In addition, an
상기 유입구(332)는 상기 반응기체가 유입되는 통로이고, 상기 배출구(333)는 상기 반응기체와 플라즈마 형성기체가 상호 반응하여 플라즈마가 방출되는 통로이다.The
상기 유입구(332)는 상기 양극부재(310)의 측방향에 배치되어 있고, 상기 배출구(333)는 상기 노즐부(312)의 하부에 배치되어 있다.The
따라서, 상기 노즐부(312), 음극부재(320) 및 배출구(333)는 동일 수직선상에 배치된다.Accordingly, the
상기 챔버부재(330)는 상기 양극부재(310)와 마찬가지로 수평방향인 길이방향으로 길게 형성되어 있다.The
그리고, 상기 배출구(333)는 상기 노즐부(312) 및 음극부재(320)의 길이에 대응하여 길게 형성되어 있다.In addition, the
상기 유입구(332)를 통해 유입되는 상기 반응기체는, Ar, H2, Xe 중 어느 하나로 이루어진다.The reactive gas introduced through the
이러한 상기 음극부재(320)는 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 지지부(321)와 첨두부(322)로 이루어진다.As shown in FIG. 4A, the
상기 지지부(321)는 상기 음극부재(320)의 길이방향으로 길게 형성되어 있다.The
상기 첨두부(322)는 다수개로 이루어져 상기 지지부(321)의 하부에서 상기 노즐부(312) 방향으로 돌출 형성되어 있다.The
이때, 상기 첨두부(322)는 동일한 간격으로 상호 이격되어 있도록 함이 바람직하다.At this time, the
그리고, 다수개의 상기 첨두부(322) 사이의 이격거리는 상기 첨두부의 지름의 0.5 ~ 3 배 사이임이 바람직하다.In addition, the spacing between the plurality of the
위와 같이 상기 첨두부(322) 사이의 이격거리를 상기 첨두부의 지름의 0.5 ~ 3 배 사이로 함으로써, 발생되는 플라즈마의 균일도를 향상시킬 수 있다.As described above, the spacing between the
보다 바람직하게는, 다수개의 상기 첨두부(322) 사이의 이격거리는 상기 첨두부(322)의 지름보다 작도록 한다.More preferably, the spacing between the plurality of
예를 들어, 상기 첨두부(322)의 지름이 10mm인 경우 상기 첨두부(322) 사이의 이격거리는 3~5mm로 함이 바람직하다.For example, when the diameter of the
또한, 상기 첨두부(322)의 하단 즉 상기 지지부(321)와 연결되는 상단의 반 대편은 뾰쪽하게 형성되어 있다.In addition, the opposite side of the lower end of the
각각의 상기 첨두부(322)를 통해 발생하는 플라즈마영역은 인접한 플라즈마영역과 약간씩 중첩되도록 한다.Plasma regions generated through each of the
위와 같이 상기 첨두부(322)를 다수개로 형성하여 상호 이격되게 배치함으로써, 대면적의 플라즈마를 발생하도록 하면서 동시에 전력소모를 절감할 수 있다.By forming a plurality of the
또한, 상기 음극부재(320)는 도 4(b)에 도시된 바와 같이 형성될 수도 있다.In addition, the
이때, 상기 음극부재(320)는 길이방향으로 연속적으로 길게 연장 형성된 판재 형상으로 이루어진다.At this time, the
즉, 상기 음극부재(320)의 횡단면이 직사각형을 이루도록 한다.That is, the cross section of the
한편, 상기 배출구를 통해 방출되는 플라즈마의 발생영역의 압력은 0.1torr ~ 대기압 사이임이 바람직하다.On the other hand, the pressure of the generation region of the plasma discharged through the outlet is preferably between 0.1torr ~ atmospheric pressure.
이하, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 대면적 플라즈마트론 장치의 작동과정에 대하여 살펴본다.Hereinafter, an operation process of the large-area plasmatron device of the present invention having the above-described configuration will be described.
상기 제1유동로(311)에는 플라즈마 형성기체를 주입하고, 상기 제2유동로(331)에는 반응기체를 주입한다.The plasma forming gas is injected into the
그리고, 상기 양극부재(310)에 (+)전원을 인가하고, 상기 음극부재(320)에 (-)전원을 인가하며, 아크방전을 개시시키고, 상기 플라즈마 형성기체가 여가 및 가열되면서 상기 플라즈마 형성기체와 반응기체가 상호 작용하여 활성화되도록 한다.Then, a positive power is applied to the
아크방전 영역의 기체들은 플라즈마 상태로 상기 배출구(333)를 통해 방출된다.Gases in the arc discharge region are discharged through the
상기 배출구(333)를 통해 방출된 플라즈마는 하부에 배치되는 기판의 표면의 서로 반응하여 상기 기판의 표면을 가공하게 된다.The plasma emitted through the
이때, 상기 플라즈마트론 장치(300)는 길게 형성되어 있는바, 하부에 배치된 다수개의 기판에 동시에 플라즈마를 방출하여 대면적의 가공을 수행할 수 있어, 작업효율을 증대시킬 수 있다.At this time, since the plasmatron device 300 is formed to be long, it is possible to simultaneously perform a large-area processing by emitting plasma to a plurality of substrates disposed below, thereby increasing work efficiency.
본 발명인 대면적 플라즈마트론 장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.The large-area plasmatron apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be variously modified and implemented within the scope of the technical idea of the present invention.
도 1은 종래의 플라즈마트론의 주요부의 구조도,1 is a structural diagram of a main part of a conventional plasma tron,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마트론 장치의 사시도,2 is a perspective view of a plasmatron device according to an embodiment of the present invention,
도 3은 도 2의 단면도,3 is a cross-sectional view of FIG.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 음극부재의 사시도.4 is a perspective view of a negative electrode member according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
300 : 플라즈마트론 장치, 310 : 양극부재, 311 : 제1유동로, 312 : 노즐부, 320 : 음극부재, 321 : 지지부, 322 : 첨두부, 330 : 챔버부재, 331 : 제2유동로, 332 : 유입구, 333 : 배출구,300: plasmatron apparatus, 310: anode member, 311: first flow passage, 312: nozzle portion, 320: cathode member, 321: support portion, 322: peak portion, 330: chamber member, 331: second flow passage, 332 : Inlet, 333: outlet,
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