KR101195137B1 - 셀형 전극 구조 및 이를 이용한 상압 플라즈마 발생장치 - Google Patents

셀형 전극 구조 및 이를 이용한 상압 플라즈마 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피처리 글라스의 크기 변화에 탄력적으로 대응할 수 있는 상압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 복수의 단위 전극셀이 조립된 한 쌍의 셀형 전극판과, 상기 한 쌍의 셀형 전극판에 전원을 인가하여 플라즈마를 형성시키는 전원부를 구비하여 구성되며, 상기 한 쌍의 셀형 전극판은 피처리물 상에 배치되어 플라즈마 방전된 가스 이온을 상기 피처리물에 분사하여 표면 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치를 제공한다.
플라즈마, 애싱, DBD

Description

셀형 전극 구조 및 이를 이용한 상압 플라즈마 발생장치{CELL TYPE ELECTRODE STRUCTURE AND ATMOSPHERIC PRESSURE PLASMA APPARATUS USING IT}
도 1은 일반적인 상압 플라즈마 발생장치를 이용한 세정시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 상압 플라즈마 발생장치의 전극 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 일반적인 상압 플라즈마 발생장치에서의 기판의 길이에 따른 애싱분포를 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 셀(cell)형 전극 구조를 나타낸 도면이다.
도 5a는 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 셀형 전극구조에서의 플라즈마 발생이 상쇄되는 형태를 나타낸 도면이고, 도 5b는 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치에서 하부 슬릿홈을 연속적으로 연결하여 형성된 복수의 하부홀을 통해 배출되는 여기된 반응가스 이온의 유량을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
310: 단위 전극셀
311: 기판
312: 전극
313: 슬릿홈
320: 셀형 전극판
본 발명은 상압 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 피처리 글라스의 크기 변화에 탄력적으로 대응할 수 있는 상압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
현재 FPD(Flat Panel Display) 표면처리장치 중에서 상압 플라즈마 발생장치의 적용이 점점 확대되어가고 있는데, 이는 별도의 챔버나 진공시스템의 구비없이 인라인(in-line) 시스템으로 구현할 수 있다는 장점 때문이다.
즉, 기존의 플라즈마장치는 고가의 진공챔버와 시스템이 필요하였고, 이로인해, 처리속도, 장비가격, 유지보수비용 등이 많이 소요되어, 근래에 이르러서는 상압 플라즈마 발생장치의 개발과 공정 적용이 활발히 진행되는 추세에 있다.
도 1은 일반적인 상압 플라즈마 발생장치(110)를 이용한 세정시스템(100)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상압 플라즈마 발생장치를 이용한 세정시스템(100)은, 세정 대상인 LCD 글래스(130)의 표면에 플라즈마 반응에서 생성된 산소 라디컬(O radical)(107)을 분사하는 상압 플라즈마 발생장치(110)와, 상기 상압 플라즈마 발생장치(110)에 교류 전압을 인가하는 전원공급장치(140)와, 상기 상압 플 라즈마 발생장치(110)에 연결된 가스 배관을 통해 질소, 산소, 공기 등의 가스를 공급하는 가스공급장치(120)와, 상압 플라즈마 발생장치(110)가 플라즈마 상압방전을 실시하는 동안 LCD 글래스(130)를 일정한 속도로 일방향으로 이송하는 이송장치(160)로 구성된다.
또한, 가스 공급 장치(120)에서 공급된 가스는 가스 주입구(108)를 통해 상압 플라즈마 발생장치(110)의 격벽 유전체 공간(105)으로 유입되는데, 유입전에 유량조절기(MFC: Mass Flow Controller)(121)를 통해 공급되는 가스의 유량이 조절된다.
또한, 상압 플라즈마 발생장치(110)의 상부에 가스 주입구(108)를 통해 공급된 가스가 격벽 유전체 공간(105) 내부에 균일하게 분포되도록 가스분배기(gas distributor)(109)가 배치된다.
또한, 가스분배기(109)의 하부에는 유전체의 충전 및 방전에 의해 플라즈마를 발생시키는 제1 유전체(101)와 제2 유전체(102)가 형성된다.
또한, 제1 유전체(101) 및 제2 유전체(102) 상에 교류 전압을 인가하기 위해, 제1 유전체(101) 상에 전원전극(104)이 형성되고, 제2 유전체(102) 상에 접지전극(103)이 각각 형성되는데, 도 1에 도시된 제1 유전체(101)와 제2 유전체(102)는 수직하게 마주보고 있는 수직평행 대향형의 DBD(Dielectric Barrier Discharge: 유전체 격벽 방전) 타입으로 구성되어 있다.
또한, 제1 유전체(101) 상의 전원전극(104)은 전원 공급 장치(140)와 연결되고, 제2 유전체(102)상의 접지전극(103)은 접지(112)된다.
또한, 전원전극(104) 및 접지 전극(103)상에는 방열판(111)이 설치되어 가열된 전극을 냉각시킨다.
이러한 세정시스템(100)에서의 세정 과정을 살펴보면 다음과 같다.
즉, LCD 글래스(130)의 하부에 형성된 이송 장치(160)가 세정 대상인 LCD 글래스(130)를 일정한 속도로 일방향으로 이송시킨다. 이때, 제1 유전체(101)상에 형성된 전원전극(104) 및 제2 유전체(102) 상에 형성된 접지전극(103)에 교류 전압을 인가하면, 격벽 유전체 공간(105)에 유입된 가스가 플라즈마 반응을 일으키고, 플라즈마 반응에서 생성된 산소 라디컬(107)이 가스 방출구(106)를 통해 상압 플라즈마 발생장치(110)의 본체 외부로 방전된다.
또한, 외부로 방전된 산소 라디컬(107)이 세정 대상인 LCD 글래스(130) 표면에 분사되어 LCD 글래스(130) 표면의 유기물을 제거하게 된다.
이와 같이, 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 일반적인 상압 플라즈마 발생장치(200)의 전극 구조를 나타낸 단면도이다.
통상적으로 상압 플라즈마 발생장치(200)는 DBD 타입의 전극 구조를 사용하는데, 상기 DBD 타입의 전극 구조에서 유전체의 재료로는 주로 세라믹이 사용된다. 예를 들면, 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화지르코늄, 이산화티탄, 산화이트륨 등의 파인 세라믹(fine ceramics)이 많이 사용되고 있다.
또한, DBD 타입의 전극 구조는 수직 또는 수평의 평행 대향판 형태로 형성할 수 있는데, 도 2a 및 도 2b는 수평평행 대향형 전극 구조를 갖는 상압 플라즈마 발생장치(200)를 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상압 플라즈마 발생장치(200)는 상하부에 형성된 제1 유전체(210) 및 제2 유전체(220) 사이의 간극을 일정하게 유지하기 위해 정밀 가공된 절연 스페이서를 사용하거나, 기타 조절가능한 갭조절 기구물을 이용하여, 두 유전체 사이의 간극을 일정하게 유지한다.
또한, 제1 유전체(210) 및 제2 유전체(220)의 한쪽면에 전극으로 은, 구리, 금, 알루미늄 등의 양도체를 코팅하여 전원전극(211) 및 접지전극(221)을 형성한다.
또한, 전원전극(211) 및 접지전극(221) 사이의 격벽 유전체 공간(230)에 질소, 아르곤, 헬륨, 산소 등의 반응가스를 유입시키는 가스 유입구(212)(213)가 제1 유전체(210) 상에 형성된다.
또한, 전원전극(211)에 교류전압이 인가되면, 격벽 유전체 공간(230)에 유입된 반응 가스가 플라즈마 반응에 여기되고, 여기된 반응가스 이온(양이온, 전자, 라디컬 등)이 피처리물(글라스, 반도체 웨이퍼 등)에 분사되도록 미세한 홀(hole)의 가스 방출구(223)가 제2 유전체(220) 상에 형성된다.
이와 같이, 상압 플라즈마 발생장치(200)에서는 전극이 코팅된 제1 유전체(210) 및 제2 유전체(220)가 각각 1개의 대형 평행판 형태로 되어 있으며, 점점 대 형화되는 FPD 처리 장치에 대응하기 위해서는 양유전체 평행판도 따라서 대형화되어야 한다.
그러나, 이처럼 1개의 대형 유전체 평행판을 세라믹으로 제작하기 위해서는 세라믹 제작에 고가의 비용이 소요되고, 특히 수평평행 대향형 전극 구조에 있어서는 유전체 상에 미세한 홀(hole)이 무수히 많이 가공되어야 하므로, 제작과정 중에서 가공중의 크랙(crack) 등의 위험이 점점 커져 대형화에 큰 걸림돌이 된다.
또한, 사용중 유전체의 노화에 의하거나, 유전체내의 미세 크랙 등의 결함, 인가되는 고전압 파워의 이상현상, 유입되는 가스의 이상 압력 변동, 냉각 시스템의 이상현상 등의 여러가지 원인으로 인해 유전체의 절연파괴가 발생할 수 있는데, 기존의 전극 구조에서는 양측의 유전체 모두 또는 적어도 1개의 유전체를 교체해주어야 했다.
이럴 경우 고가의 세라믹 유전체의 교체비용으로 인해, 대형 전극의 경우 유지보수 비용이 매우 높아지는 문제점이 있었다.
특히, 유전체 내의 미세 크랙, 미세 공극 등의 경우는 세라믹 유전체의 크기가 커지면 커질수록 발생할 확률이 커지고, 이를 사전에 감지해내기란 쉽지 않으며 플라즈마 전극을 구성한 후에 직접 플라즈마를 발생시켜봐야만 그 결함을 알아낼 수 있었다.
그러므로, 대형 전극의 제작 수율이 소형일 때와 비교하여 매우 떨어지므로, 결과적으로 전극의 제조비용이 더욱 더 상승하게 된다.
또한, 대형 유전체 전극 구조의 문제점 중 하나는 열변형에 관한 것이다.
즉, 통상 세라믹 유전체는 0.5mm~5mm 사이의 얇은 판 형태인데, 이는 상압플라즈마의 발생을 위해서 너무 두꺼우면 방전개시전압이 높아져 방전자체가 쉽지않고, 너무 얇으면 절연성능이 떨어져 아크로 쉽게 전이되기 때문에, 그 두께는 0.5mm~5mm 내외의 범위에서 통상 사용된다. 이럴 경우 플라즈마 발생시의 발열이 문제될 수 있는데, 기본적으로 유전체의 열팽창계수와 코팅된 전극의 열팽창계수의 차이에 의해 바이메탈 효과가 발생하여 유전체 전극의 휨이 발생하므로, 통상 상압플라즈마 전극 구조에서는 두전극사이의 간극을 유지하기 위해 접착이나 볼트 등을 이용한 조임을 행하여 단단히 결합되어 있다.
그러므로, 접착이나 조임부분에서 열변형에 의한 응력이 발생하는데, 이는 소형 전극 구조일 경우에는 무시할 정도이지만, 대형화된 전극 구조에서는 길이방향으로 변형이 누적되므로 응력집중현상이 심화되며, 종국에는 유전체의 절연파괴에 이를 가능성이 높아진다.
상압플라즈마의 사용은 수세세정 전의 유기물 세정, 포토 레지스트막의 애싱(ashing), 또는 스트립(strip), 컬러 필터(color filter) 공정에서의 적(Red), 녹(Green), 청(Blue), 흑(Black) 등의 PR막 도포전 글라스의 표면개질용으로 쓰이며, 에칭(Etching)과 증착(Deposition) 등의 공정으로의 적용 또한 활발한 연구가 진행중이다.
상기 공정중에서 수세세정 전의 유기물 세정공정에서는 낮은 에너지의 플라즈마를 이용하더라도 효과를 낼 수 있지만, 그외의 공정에서는 높은 에너지의 플라즈마를 사용하게 된다. 이럴 경우 플라즈마의 균일성이 더욱 요구되는데, 도 3a에 도시된 바와 같이, 통상적인 수직평행 대향형 전극구조(도 1 참조)에서는 중간부분의 반응가스 이온 분출량과 끝부분의 가스 이온 분출량의 차이가 커져 PR 애싱 등의 효과에 있어서 균일성이 저하되며, 이는 전극의 길이가 커질수록 더 심해지는 문제점이 있다.
또한, 수평평행 대향형 전극 구조(도 2a 및 도 2b 참조)에서는 이를 해결하기 위해 전극이 코팅된 제2 유전체(220) 상에 피처리물에 반응 가스 이온이 분사되는 가스 분출구로서 약 0.3mm~1.0mm의 홀(hole)을 미세한 간격으로 형성하는데, 이럴 경우 전극의 중간부분과 끝부분의 유량의 차이는 극복할 수 있지만, 도 3b에 도시된 바와 같이, 홀과 홀 사이의 간격에서는 애싱의 효과가 떨어져 피처리물인 기판 등의 진행방향으로 골이 파이는 형태로 애싱되는 현상이 나타나는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단위 전극셀을 피처리 글라스의 크기에 맞추어 복수개 병렬 배치하는 방식으로 전극 구조를 형성함으로써, 피처리 글라스 크기 변화시 셀형 전극판의 배열 개수만 달리하여 구성하면 되므로 피처리 글라스의 크기 변화에 탄력적으로 대응할 수 있는 셀형 전극 구조 및 이를 이용한 상압 플라즈마 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 글라스의 진행방향을 따라 사선 형태로 배열된 가스 배출구를 이용하여 피처리물인 글라스에 분사되는 플라즈마 이온의 불균일성을 해소할 수 있는 셀 형 전극 구조 및 이를 이용한 상압 플라즈마 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 셀형 전극 구조는, 복수의 단위 전극셀과, 상기 복수의 단위 전극셀이 피처리물의 폭에 따라 조립되어 상기 피처리물 상에 배치되는 한 쌍의 셀형 전극판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단위 전극셀은, 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 전극과, 상기 기판의 일측면에 형성되는 슬릿 홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전극은 상기 기판에 요철을 주어 들어간 내부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판은 사선으로 기울어진 평행사변형의 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판은 세라믹 재질의 유전체인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전극상에 보호막을 코팅하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판상에 냉각수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일측의 복수의 단위 전극셀이 상호 연속적으로 연결되어 형성된 복수의 제1홀과, 타측의 복수의 단위 전극셀이 상호 연속적으로 연결되어 형성된 복수의 제2홀을 형성하고, 상기 복수의 제1홀을 통해 유입된 가스가 상기 복수의 제2홀로 직접 분사되지 못하도록 상기 복수의 제1홀 및 상기 복수의 제2홀을 서로 어긋나게 배치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 제2홀을 상기 피처리물의 진행방향에 사선으로 기울어진 슬릿 형태로 배치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 일측의 셀형 전극판에 형성되는 복수의 제1 전극들 상호간에는 제1 전극끼리 서로 통전되게 연결하고, 상기 타측의 셀형 전극판에 형성되는 복수의 제2 전극들 상호간에는 제2 전극끼리 서로 통전되게 연결하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치는, 복수의 단위 전극셀이 조립된 한 쌍의 셀형 전극판과; 상기 한 쌍의 셀형 전극판에 전원을 인가하여 플라즈마를 형성시키는 전원부를 구비하여 구성되며, 상기 한 쌍의 셀형 전극판은 피처리물 상에 배치되어 플라즈마 방전된 가스 이온을 상기 피처리물에 분사하여 표면 처리를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단위 전극셀은 상기 피처리물의 폭에 따라 조립되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단위 전극셀은, 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 전극과, 상기 기판의 일측면에 형성되는 슬릿 홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전극은 상기 기판에 요철을 주어 들어간 내부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판은 사선으로 기울어진 평행사변형의 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판은 세라믹 재질의 유전체인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전극상에 보호막을 코팅하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판상에 냉각수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일측의 복수의 단위 전극셀이 상호 연속적으로 연결되어 형성된 복수의 제1홀과, 타측의 복수의 단위 전극셀이 상호 연속적으로 연결되어 형성된 복수의 제2홀을 형성하고, 상기 복수의 제1홀을 통해 유입된 가스가 상기 복수의 제2홀로 직접 분사되지 못하도록 상기 복수의 제1홀 및 상기 복수의 제2홀을 서로 어긋나게 배치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 제2홀을 상기 피처리물의 진행방향에 사선으로 기울어진 슬릿 형태로 배치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 일측의 셀형 전극판에 형성되는 복수의 제1 전극들 상호간에는 상기 제1 전극끼리 서로 통전되게 연결하고, 상기 타측의 셀형 전극판에 형성되는 복수의 제2 전극들 상호간에는 상기 제2 전극끼리 서로 통전되게 연결하는 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치(300)의 셀(cell)형 전극판(320)을 나타낸 도면이다.
통상적으로 상압 플라즈마 발생장치는 DBD 타입의 전극구조를 사용하는데, 상기 DBD 타입의 전극 구조는 수직 또는 수평의 평행 대향판 형태로 형성할 수 있다.
특히, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치에서는 전극구조로서, 셀(cell)형 전극판(320)을 사용한다.
즉, 본 발명에 따른 셀형 전극판을 사용하는 전극 구조는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 단위 전극셀(310)이, 사선으로 기울어진 평행사변형의 형상을 가지는 기판(311)과, 상기 기판(311) 상에 형성되는 전극(312)과, 상기 기판(311)의 일측면에 형성되는 슬릿 홈(313)을 구비한다.
여기서, 기판(311)은 0.1mm~3mm 정도의 두께를 가지는 얇은 판 형태이고, 사선으로 기울어진 평행사변형의 형태를 가지는데, 경사각은 0~90°사이의 각으로 30~45°사이의 각도 범위가 바람직하다.
또한, 기판(311)은 유전체판이 주로 사용되며, 그 재질은 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화지르코늄, 이산화티탄, 산화이트륨 등의 세라믹이 사용될 수 있다.
또한, 전극(312)은 기판(311) 상에 은, 구리, 알루미늄 등의 양도성 금속을 코팅하여 형성할 수 있는데, 전극(312)은 에지 효과(edge effect)를 최소화하기 위해 기판(311)의 표면에 요철을 주어 들어간 내부에 코팅하는 것이 바람직하다.
또한, 반응성 가스에 의해 전극(312)이 부식되는 것을 방지하기 위해 전극(312)을 보호하는 보호막 코팅을 할 수 있는데, 상기 보호막은 플라즈마와 반응가 스의 침해를 방지하기 위해 내산성, 내플라즈마성의 성질을 갖는 보호막을 코팅하는 것이 바람직하다.
또한, 기판(311)의 일측면에 슬릿 홈(313)이 형성되는데, 상기 슬릿 홈(313)은 가스 공급 장치로부터 제공되는 반응 가스가 격벽 유전체 공간으로 유입되는 유입구로서의 역할을 수행한다.
또한, DBD 타입의 전극 구조에서는 일측의 평행판과 타측의 평행판이 수직 또는 수평 평행 대향판으로 구성되므로, 일측의 평행판에 형성되는 슬릿홈은 유입구로서의 역할을 수행하고, 타측의 평행판에 형성되는 슬릿홈은 격벽 유전체 공간에서 형성된 반응 가스 이온이 배출되는 배출구로서의 역할을 수행하게 된다.
또한, 플라즈마 방전시 기판(311) 및 전극(312) 상에 발생하는 열을 식히기 위한 냉각수단(미도시) 및 냉각방법이 고려될 수 있으며, 낮은 파워일 때는 공냉식으로 냉각할 수 있고, 높은 파워일 때는 수냉식을 이용하여 냉각할 수 있다. 이때, 공냉식으로는 방열판이 적용될 수 있다.
도 4b는 도 4a에 도시된 단위 전극셀(310)을 배열하여 본 발명에 따른 셀형 전극판(320)을 형성한 일예를 나타낸 도면이다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 셀형 전극판(320)은, 도 4a에 도시된 작은 단위 전극셀(310)을 피처리물인 글라스의 진행방향을 따라 가로 방향으로 복수개 병렬 배치하여 형성하는 단위 전극셀(310)의 집합체이다.
따라서, 사선으로 기울어진 평행사변형의 형상을 가지는 기판(311)과, 상기 기판(311) 상에 형성되는 전극(312)과, 상기 기판(311)의 일측면에 형성되는 슬릿 홈(313)을 구비한 단위 전극셀(310)이 가로 방향으로 병렬 배치되면서, 상기 슬릿홈(313)이 맞대어 형성된 단위 전극셀에 의해 홀을 형성하여 복수의 반응 가스 유입구를 형성하게 된다. 여기서, 기판의 형상은 평행사변형을 예로 들었으나, 가령 삼각형 기판 및 역삼각형 기판이 가로 방향으로 교대로 병렬 배치되는 형태 등과 같이, 평행사변형이 아닌 다른 형상으로의 변경이 가능하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 셀형 전극판(320)은, 작은 단위 전극셀(310)의 집합체이기 때문에 근본적으로 대형 세라믹판 제조의 필요가 없어진다. 즉, 제1세대에서 8세대까지 또는 그 이상의 각 세대별 FPD 글라스 크기에 대응하여 여러 가지 크기의 상압 플라즈 발생장치에 맞는 전극 구조를 개발할 필요가 없어지고, 간단히 단위 전극셀(310)을 피처리물인 글라스의 크기에 맞추어 배열 개수만 달리하면 되므로 추가 개발의 부담이 없어진다.
도 4c는 도 4b에 도시된 본 발명에 따른 셀형 전극판(320)이 수평 평행형 DBD 타입으로 구현된 일예를 나타낸 도면이다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 셀형 전극구조를 갖는 상압 플라즈마 발생장치(300)는, 도 4b에 도시된 셀형 전극판(320)이 수평으로 서로 마주보게 배치되어 있는데, 셀형 전극판(320)으로 구성된 상부 전극판 및 하부 전극판(350)은 도 4a에 도시된 단위 전극셀(310)(340)의 집합체로 구성되어 있다.
또한, 상부 전극판인 셀형 전극판(320)은 피처리물인 글라스의 진행방향을 따라 가로 방향으로 글라스 크기에 맞게 복수개의 기본 구조인 단위 전극셀(310)이 연속적으로 배치된 형태이고, 하부 전극판(350)은 글라스의 진행방향을 따라 가로 방향으로 글라스 크기에 맞게 복수개의 단위 전극셀이 뒤집어 진 형태로 연속적으로 배치된 형태이다.
즉, 상부의 셀형 전극판(320)과 하부 전극판(350)은 서로 수평 평행 상태로 마주보게 배치되어 있으나, 전극이 형성되는 부분이 상호간에 등을 맞대고 배치되는 구조이므로, 상기 기본 셀 단위 구조인 단위 전극셀이 상부와 달리 하부에서는 뒤집어 진 형태로 연속적으로 배치되어 있다.
이와 같이, 상부의 셀형 전극판(320)은 복수개의 단위 전극셀(310)이 연속적으로 배치된 형태이고, 상기 단위 전극셀(310)은 사선으로 기울어진 평행사변형의 형상을 가지는 상부 기판(311)과, 상기 상부 기판(311) 상에 형성되는 전원 전극(312)과, 상기 상부 기판(311)의 일측면에 형성되는 상부 슬릿 홈(313)을 구비한다.
또한, 하부 전극판(350)은 복수개의 단위 전극셀(340)이 연속적으로 배치된 형태이고, 단위 전극셀(340)은 상부 기판(311)이 뒤집어진 형태로 하부면을 향하는 하부 기판(341)과, 상기 하부 기판(341) 상에 형성되는 접지 전극(342)과, 상기 하부 기판(341)의 일측면에 형성되는 하부 슬릿 홈(343)을 구비한다.
또한, 상부에 형성된 전원전극이 형성된 평행판과 하부의 접지전극이 형성된 평행판이 서로 유전체면을 마주보게 배치되어 있으며, 두 전극 사이의 간격을 유지하기 위해 정밀하게 가공된 스페이서(330)를 중간에 삽입한다.
또한, 전원 전극(312)의 상부에는 셀형 전극 구조에 유입되는 가스를 전극판의 길이 방향으로 균일하게 해주는 가스유량 균일화 장치를 구비할 수 있는데, 가스유량 균일화 장치는 다공의 판을 여러층으로 겹치게 하거나 다공성 재질의 폼 형 태를 갖는 것 등을 이용할 수 있다.
또한, 상부 슬릿 홈(313)을 형성한 복수의 단위 전극셀(310)이 상호 연속적으로 연결되어 상부홀(314)을 형성하고, 상부홀(314)이 가스 공급 장치로부터 공급되는 가스의 유입구로서 역할을 수행하게 한다. 또한, 하부 슬릿 홈(343)의 경우에도 상부와 동일한 방식으로 하부홀(344)을 형성하고, 하부홀(344)이 두 평행판을 통해 형성된 격벽 유전체 공간에서 발생된 반응가스 이온이 피처리물로 배출되게 하는 배출구로서 역할을 수행한다.
한편, 상부 슬릿 홈(313)과 하부 슬릿홈(343)을 서로 엇갈려 배치하여 유입된 가스가 두 전극사이의 플라즈마 발생부를 거쳐서 배출되도록 한다.
즉, 가스 유입로서의 상부홀(314)과 플라즈마 생성된 가스 배출구로서의 하부홀(344)은 흡입된 가스가 직접적으로 분출되지 못하도록 서로 어긋나 있으며, 흡입된 가스는 두 전극 사이를 지나면서 플라즈마 방전을 거쳐서 가스 분출구를 통해 배출되도록 한다.
또한, 복수의 하부홀(344)을 상기 글라스의 진행방향에 사선으로 기울어진 슬릿 형태로 배치하여, 인-라인(in-line)으로 처리되는 글라스에서의 상압 플라즈마 처리성능의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 플라즈마 방전을 위해 복수의 전원전극(312) 및 접지전극(343)에 전압 인가시, 작은 셀 단위의 전극들은 복수의 전원전극(312)은 전원전극끼리만 서로 통전되도록 하고, 복수의 접지전극(342)의 경우에도 마찬가지로 접지전극끼리만 통전되도록 연결한다.
도 5a는 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 셀형 전극구조에서의 플라즈마 발생이 상쇄되는 형태를 나타낸 도면이고, 도 5b는 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치에서 하부 슬릿홈을 연속적으로 연결하여 형성된 복수의 하부홀을 통해 배출되는 여기된 반응가스 이온의 유량을 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 가스가 배출되는 하부홀을 매우 작은 틈의 슬릿으로 하면, 전극의 길이 방향의 압력이 일정하게 가해질 수 있도록 할 수 있어, 개개의 가스 배출구의 유량을 거의 같게 유지할 수 있고, 이는 전극의 길이 방향 전체에 대해 가스 배출 유량의 균일성을 높일 수 있게 한다.
또한, 각각의 유량은 하부홀의 중심부에서 가장 크고, 하부홀의 끝부분에서 약하나, 복수의 하부홀을 상기 글라스의 진행방향에 사선으로 기울어진 슬릿 형태로 배치하면, 인접된 가스 배출구의 양끝이 서로 오버랩되므로, 개개의 슬릿의 가스 배출의 불균일성을 상쇄할 수 있다.
즉, 서로 인접한 하부홀의 끝부분이 오버랩되어 있기 때문에 전체적으로 플라즈마 처리 성능의 균일성이 향상될 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 플라즈마 장치의 셀형 전극 구조는 상압 플라즈마 발생장치 뿐만아니라 플라즈마 방전을 위한 여러 형태의 장치에서 전극 구조로 이용될 수 있다 할 것이다.
따라서, 본 발명은 상기의 실시예에 국한되는 것은 아니며 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 설계 변경이나 회피설계를 한다 하여도 본 발명의 범위 안에 있다 할 것 이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치는, 간단히 단위 전극셀을 피처리 글라스의 크기에 맞추어 병렬 배치하는 방식으로 상기 전극판의 배열 개수만 달리하면 되므로, 기본적으로 대형 세라믹의 제조가 필요 없으며 피처리 글라스 크기 변화에 탄력적으로 대응할 수 있다.
또한, 세라믹 소결 및 가공중에 발생할 수 있는 미세 크랙이나, 내부 공극 등 감지해내기 어려운 결함이 발생한다 하더라도 조립 후 방전테스트시 문제가 되는 전극 셀만 교체하여 재조립하여 사용하면 되므로 전체 유전체 평행판을 교체함 없이 불량품의 수정도 최소한 비용으로 해결할 수 있다.
또한, 셀형 전극 구조 제조시 가공으로만 제조하지 않고, 금형 등을 이용하여 일정하게 대량생산할 수 있으므로 제조 비용을 절감할 수 있다.
이를 통해, 사용자 측면에서도 제조 및 유지보수 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.
또한, 구조적인 안정성의 측면에서도 플라즈마 방전시 발생하는 열변형이 소형의 단위 전극셀에 국한되고, 셀형 전극 구조 전체로 누적되지 않으므로 전극의 크기가 아무리 커져도 열변형에 의한 문제를 최소화 시킬 수 있다.
또한, 글라스의 진행방향을 따라 사선 형태로 배열된 가스 배출구를 이용하여 피처리물인 글라스에 분사되는 플라즈마의 이온의 불균일성을 해소할 수 있다.
특히, 인라인으로 처리되는 글라스의 PR 애싱 등의 공정에서 플라즈마 처리 성능의 균일성을 향상시킬 수 있다.

Claims (21)

  1. 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 전극과, 상기 기판의 일측면에 형성되는 슬릿 홈을 포함하는 단위 전극셀 복수개가 조립된 한 쌍의 셀형 전극판과;
    상기 한 쌍의 셀형 전극판에 전원을 인가하여 플라즈마를 형성시키는 전원부를 구비하여 구성되며,
    상기 한 쌍의 셀형 전극판은 피처리물 상에 배치되어 플라즈마 방전된 가스 이온을 상기 피처리물에 분사하여 표면 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 전극셀은 상기 피처리물의 폭에 따라 조립되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 기판에 요철을 주어 들어간 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 사선으로 기울어진 평행사변형의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 세라믹 재질의 유전체인 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극상에 보호막을 코팅하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판상에 냉각수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    일측의 복수의 단위 전극셀이 상호 연속적으로 연결되어 형성된 복수의 제1홀과, 타측의 복수의 단위 전극셀이 상호 연속적으로 연결되어 형성된 복수의 제2홀을 형성하고, 상기 복수의 제1홀을 통해 유입된 가스가 상기 복수의 제2홀로 직접 분사되지 못하도록 상기 복수의 제1홀 및 상기 복수의 제2홀을 서로 어긋나게 배치하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 제2홀을 상기 피처리물의 진행방향에 사선으로 기울어진 슬릿 형태로 배치하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 일측의 셀형 전극판에 형성되는 복수의 제1 전극들 상호간에는 상기 제1 전극끼리 서로 통전되게 연결하고, 상기 타측의 셀형 전극판에 형성되는 복수의 제2 전극들 상호간에는 상기 제2 전극끼리 서로 통전되게 연결하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
  12. 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 전극과, 상기 기판의 일측면에 형성되는 슬릿 홈을 포함하는 복수의 단위 전극셀과,
    상기 복수의 단위 전극셀이 피처리물의 폭에 따라 조립되어 상기 피처리물 상에 배치되는 한 쌍의 셀형 전극판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 셀형 전극 구조.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 기판에 요철을 주어 들어간 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 셀형 전극 구조.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판은 사선으로 기울어진 평행사변형의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 셀형 전극 구조.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판은 세라믹 재질의 유전체인 것을 특징으로 하는 셀형 전극 구조.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극상에 보호막을 코팅하는 것을 특징으로 하는 셀형 전극 구조.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판상에 냉각수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 셀형 전극 구조.
  19. 제 12 항에 있어서,
    일측의 복수의 단위 전극셀이 상호 연속적으로 연결되어 형성된 복수의 제1홀과, 타측의 복수의 단위 전극셀이 상호 연속적으로 연결되어 형성된 복수의 제2홀을 형성하고, 상기 복수의 제1홀을 통해 유입된 가스가 상기 복수의 제2홀로 직접 분사되지 못하도록 상기 복수의 제1홀 및 상기 복수의 제2홀을 서로 어긋나게 배치하는 것을 특징으로 하는 셀형 전극 구조.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 제2홀을 상기 피처리물의 진행방향에 사선으로 기울어진 슬릿 형태로 배치하는 것을 특징으로 하는 셀형 전극 구조.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 일측의 셀형 전극판에 형성되는 복수의 제1 전극들 상호간에는 상기 제1 전극끼리 서로 통전되게 연결하고, 상기 타측의 셀형 전극판에 형성되는 복수의 제2 전극들 상호간에는 상기 제2 전극끼리 서로 통전되게 연결하는 것을 특징으로 하는 셀형 전극 구조.
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