KR101272101B1 - The atmospheric plasma header - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 상압 플라즈마 헤더에 관한 것으로서, 반도체 공정에서 점차 도입이 되고 있는 상압 플라즈마 헤더에서 발생되는 플라즈마의 분포나 세기 등을 조절 할 수 있는 상압 플라즈마 헤더에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an atmospheric plasma header, and more particularly, to an atmospheric plasma header capable of adjusting the distribution and intensity of plasma generated in an atmospheric plasma header gradually introduced in a semiconductor process.
일반적으로 LCD, PDP, 웨이퍼 등의 반도체 제조공정 중의 세정공정은 표면에 흡착된 오염물질을 제거하기 위하여 여러 가지 방법이 사용되고 있다.
2. Description of the Related Art [0002] In general, cleaning processes in semiconductor manufacturing processes such as LCDs, PDPs, and wafers use various methods for removing contaminants adsorbed on the surface.
최근에는 에너지, 신재료, 반도체 소자제조, 환경분야 등에서 널리 사용되고 있는 플라즈마(Plasma)를 이용하여 세정하는 방법이 주로 사용되고 있다.
Recently, a method of cleaning using plasma (Plasma), which is widely used in energy, new materials, semiconductor device manufacturing, and environmental fields, is mainly used.
특히 이러한 상압 방식의 플라즈마 발생장치는 세정효과가 뛰어나 현재 사용되고 있는 습식방법을 대체할 수 있는 유일한 대안으로 제시되고 있다. 이러한 플라즈마 세정은 습식에서 제거하기 어려운 유기물 세정에 탁월한 효과가 있는 것으로 나타나고 있는 것이다.Particularly, such an atmospheric type plasma generating apparatus is excellent as a cleaning effect and is presented as a unique alternative to the wet method currently used. Such plasma cleaning has been shown to have an excellent effect on organic material cleaning which is difficult to remove in a wet process.
이러한, 플라즈마는 같은 수의 양이온(Positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스가 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 집적 회로 장치, 액정 디스플레이, 태양 전지 등과 같은 장치를 제조하기 위한 여러 반도체 제조 공정, 예를 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.
This plasma is a highly ionized gas containing the same number of positive ions and electrons. Plasma discharges are used here to generate active gases including ions, free radicals, atoms, and molecules. Active gases are widely used in various fields and are used in a variety of semiconductor manufacturing processes such as etching, deposition, cleaning, and the like for manufacturing devices such as integrated circuit devices, liquid crystal displays, solar cells, Ashing, and the like.
여기서, 상기 증착 공정을 수행하는 동안 공정 잔여물은 반도체 기판 표면에만 증착이 이루어지는 것이 아니라, 반도체 기판 주위 및 증착 공정이 수행되는 플라즈마 반응기의 내측 벽에도 증착된다. 플라즈마 반응기의 내측에 형성된 증착층(deposition layer)은 시간이 지남에 따라 두꺼워지고, 결국 내측 벽으로부터 떨어져 플라즈마 반응기 내에서 파티클(particle)로써 반도체 기판의 주된 오염 물질로 작용한다.Here, during the deposition process, the process residues are deposited not only on the surface of the semiconductor substrate, but also on the periphery of the semiconductor substrate and the inner wall of the plasma reactor in which the deposition process is performed. The deposition layer formed inside the plasma reactor thickens over time and eventually acts as the main contaminant of the semiconductor substrate as particles in the plasma reactor away from the inner wall.
따라서, 주기적으로 플라즈마 반응기 내부에 증착된 공정 잔여물을 세정하는 과정이 필요하다.
Thus, there is a need to periodically clean process residues deposited within the plasma reactor.
상기 플라즈마 반응기 내부를 플라즈마를 이용하여 세정하는 방법으로는 주로 리모트 플라즈마 세정 방법을 사용한다. 리모트 플라즈마 세정 방법은 세정 가스를 플라즈마 반응기 외부에서 플라즈마로 형성한 후, 플라즈마 반응기 내로 주입하는 방법이다. 이때 세정 가스는 플라즈마 반응기의 측면에서 주입되는 것이다.
As a method for cleaning the inside of the plasma reactor using plasma, a remote plasma cleaning method is mainly used. The remote plasma cleaning method is a method in which a cleaning gas is formed from a plasma outside the plasma reactor and then injected into a plasma reactor. At this time, the cleaning gas is injected from the side of the plasma reactor.
또한, 또 다른 표면 세정방법을 살펴보면, 여러 가지의 화학약품들을 이용하여 이루어져 왔으며, 따라서 새로운 표면 세정 방법들이 많이 연구되고 이용되어져 왔다.In addition, another surface cleaning method has been performed using various chemicals, and therefore, new surface cleaning methods have been studied and used.
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.As one of these new surface cleaning methods, there is a method of using a plasma at low temperature and low pressure. A surface cleaning method using a low-pressure plasma is a method of generating impurities or contaminants on the surface of a material by bringing ions or activated gases generated by generating a plasma into a vacuum chamber at a low pressure, thereby contacting the surface of the material.
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.A surface cleaning method using such a low-pressure plasma is not widely used in spite of excellent cleaning effect. In order to generate a low-pressure plasma, a vacuum device is required. Therefore, it is not applicable to a continuous process at atmospheric pressure .
이에 따라 최근에는 대기압 상태에서 플라즈마를 발생시켜 표면 세정에 이용하고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
Recently, researches have been actively conducted to generate plasma at atmospheric pressure and use it for surface cleaning.
대기압 플라즈마 세정장치는 처리하고자 하는 피처리물이 롤러를 따라 전극에 도달하기 전에 반응가스 특히 불활성가스인 아르곤(Ar), 질소(N2)등과 산화가스인 O2 , CO, 압축공기 등을 주입하고 그와 같은 상태에서 RF나 AC전원이 인가되면 상압인 1기압 또는 1기압 근처에서 플라즈마가 형성되는 것이다.
The atmospheric pressure plasma cleaning apparatus injects argon (Ar), nitrogen (N2), and the like, and O 2 , CO, compressed air, and the like, which are reactive gases, particularly inert gas, before the object to be treated reaches the electrode along the roller When RF or AC power is applied in such a state, a plasma is formed at about 1 atmospheric pressure or 1 atmospheric pressure.
종래의 플라즈마를 이용한 반도체 세정장치로 1999년 7월 16일 일본 특허출원 특개평 11-203673(발명의 명칭 : 플라즈마 처리방법 및 플라즈마 처리장치)에 개시된 바 있다.A conventional semiconductor cleaning apparatus using plasma has been disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-203673 (entitled "Plasma Processing Method and Plasma Processing Apparatus") on July 16, 1999.
그 구성은 내부에 냉각수가 흐르는 원통형상의 제 1전극과 상기 제 1전극과 소정간격 이격되어 제 1전극을 감싸는 원통형상의 제 2전극을 구비한다.The structure includes a cylindrical first electrode through which cooling water flows, and a cylindrical second electrode surrounding a first electrode spaced apart from the first electrode by a predetermined distance.
여기서, 상기 제 1전극 및 제 2전극에 고주파를 인가함으로써 제 1전극 및 제 2전극 사이에 전기장을 형성하는 전원이 별도로 구비된다.Here, a power source for forming an electric field between the first electrode and the second electrode is separately provided by applying a high frequency to the first electrode and the second electrode.
그리고, 상기 제 1전극과 제 2전극 사이의 이격공간으로 반응가스를 공급할 수 있는 반응가스 공급구가 구비되고, 상기 제 1전극 및 제 2전극 사이에 공급되어 플라즈마 상태로 전환된 반응가스를 외부로 방출하기 위한 반응가스 흡입구가 구비된다.A reaction gas supply port capable of supplying a reactive gas to the space between the first electrode and the second electrode is provided, and a reaction gas, which is supplied between the first electrode and the second electrode and is converted into a plasma state, A reaction gas inlet for discharging the reaction gas is provided.
따라서, 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 고주파를 인가하여 전기장을 형성하며, 상기 제 1전극과 제 2전극 사이의 이격공간에 반응가스 공급구를 통해서 반응가스를 공급함으로써 반응가스를 플라즈마 상태로 전환하는 것이다.Accordingly, a high frequency is applied between the first electrode and the second electrode to form an electric field, and a reactive gas is supplied to the spacing space between the first electrode and the second electrode through the reactive gas supply port, .
그리고, 상기 플라즈마 상태의 반응가스를 피처리물 상에 토출하여 피처리물 표면의 유기물을 제거하는 세정공정이 진행되도록 되어 있다.Then, a washing process is performed in which the reactive gas in the plasma state is discharged onto the object to be treated to remove the organic matter on the surface of the object to be treated.
이때, 상기 제 1전극 및 제 2전극은 고주파 인가에 의해서 고온으로 가열됨으로써 제 1전극은 제 1전극 내부로 공급되는 냉각수에 의해서 냉각되는 것이다.At this time, the first electrode and the second electrode are heated to a high temperature by high frequency application, so that the first electrode is cooled by the cooling water supplied into the first electrode.
공개번호 10-2011-0035611호는 ‘분배 효율이 향상된 가스분사노즐 및 이를 구비한 플라즈마 반응기’에 관한 것으로, 상기 가스분사노즐의 상부에서 공급된 가스가 상기 플라즈마 반응기의 내부로 방사될 수 있도록 상부표면이 경사면으로 형성된다. 상기 분배 효율이 향상된 가스분사노즐을 구비한 플라즈마 반응기는 플라즈마 반응기, 상기 플라즈마 반응기에 설치되어 플라즈마를 유도하기 위한 코일 안테나, 상기 코일 안테나에 전원을 공급하기 위한 전원 공급원 및 상기 플라즈마 반응기에 구비되고 경사면으로 형성된 상부표면을 따라 외부에서 공급된 가스를 상기 플라즈마 반응기 내부로 방사하는 가스분사노즐을 포함하는 것을 나타내고 있다.
Open No. 10-2011-0035611 relates to a gas injection nozzle having improved distribution efficiency and a plasma reactor having the same, wherein the gas supplied from the upper part of the gas injection nozzle is supplied to the upper part of the plasma reactor, And the surface is formed as an inclined surface. The plasma reactor having the gas injection nozzle with improved distribution efficiency includes a plasma reactor, a coil antenna installed in the plasma reactor, a power source for supplying power to the coil antenna, And a gas injection nozzle for radiating gas supplied from the outside along the upper surface formed by the gas injection nozzle into the plasma reactor.
공개번호 10-2002-0085149호는 ‘상온/상압에서의 플라즈마 건식 세정장치’에 관한 것으로, 제어신호에 의하여 저전압을 고전압으로 변환하는 고전압발생장치와 표면처리하고자 하는 시료를 이송하는 이송장치를 포함한 플라즈마 건식세정장치에 있어서, 상기 이송장치에 실려 이동하는 상기 시료의 해당 위치에 상온/상압 환경에서 상기 고전압발생장치로부터 고전압을 인가받아 플라즈마를 발생하는 플라즈마 전극, 상기 플라즈마 전극에서 발생된 플라즈마를 상기 이송중인 시료의 표면에 이르도록 상기 플라즈마 전극 상단에 위치하여 공기를 시료의 표면방향으로 분출시키는 적어도 하나 이상의 공기분사노즐, 상기 공기노즐과 플라즈마 전극에 의해 표면개질 된 시료표면에 발생된 불순물을 공기를 불어 제거하는 불순물제거노즐 및 상기 이송장치에 안착 이송되는 시료가 세정되도록 상기 각부를 제어하는 중앙처리장치를 포함하여 이루어지는 것을 나타내고 있다.
Open No. 10-2002-0085149 relates to a plasma dry cleaning apparatus at room temperature / atmospheric pressure, which includes a high voltage generating apparatus for converting a low voltage into a high voltage by a control signal and a transfer apparatus for transferring a sample to be surface treated A plasma dry cleaning apparatus comprising: a plasma electrode for generating plasma by receiving a high voltage from a high-voltage generating device in a normal temperature / atmospheric pressure environment at a corresponding position of the sample moved by the transfer device; At least one air injection nozzle positioned at the upper end of the plasma electrode so as to reach the surface of the sample to be transported and leading the air toward the surface of the sample, an impurity generated on the surface of the sample surface modified by the air nozzle and the plasma electrode, An impurity removing nozzle for blowing and removing the impurities, And a central processing unit for controlling the respective units so that the sample to be transported and transferred is cleaned.
공개번호 10-2003-0069819호는 ‘상압 플라즈마 세정장치’에 관한 것으로, 소정 압력의 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 흡입부ㄱ와 평행하게 설치된 제 1전극 및 제 2전극을 포함하는 전극부, 상기 제 1전극 및 제 2전극에 전력을 인가하여 상기 제 1전극 및 제 2전극 하측에 전기장을 형성할 수 있는 전원 및 상기 반응가스 공급부, 반응가스 흡입부 및 전극부 하측에 위치하고, 피처리물을 지지하는 테이블을 구비하는 것을 나타내고 있다.
Open No. 10-2003-0069819 relates to a 'atmospheric plasma cleaning apparatus', which comprises a reaction gas supply unit capable of supplying a reaction gas of a predetermined pressure downward, a reaction gas supply unit spaced apart from the reaction gas supply unit by a predetermined distance, A reaction gas suction unit installed in the reaction gas supply unit and capable of sucking and discharging the supplied reaction gas at a predetermined pressure, a reaction gas supply unit connected to the reaction gas supply unit and the reaction gas suction unit, A power source capable of forming an electric field below the first electrode and the second electrode by applying electric power to the first electrode and the second electrode, And a table disposed below the reaction gas supply unit, the reaction gas suction unit, and the electrode unit and supporting the object to be processed.
그러나 상기한 통상적인 상압용 플라즈마 방식은 건식 세정용 플라즈마 헤더의 구성에 있어 중요한 요소는 넓은 면적의 균일한 플라즈마 발생이다However, in the conventional atmospheric pressure plasma method, an important factor in the construction of the plasma head for dry cleaning is the uniform plasma generation over a wide area
이는 통상적으로 사용되는 플라즈마 장치들과는 다소 다른 요구 조건으로 점점 사용되는 원판의 크기가 대면적화 되어 가면서 요구되어 지는 중요한 요소가 되었다.This has become an important factor as the increasingly used size of the disk has become larger as requirements have been somewhat different from those of conventionally used plasma devices.
특히 반도체 소자의 미세화와 평판 디스플레이의 대형화가 진행됨에 따라 수율과 신뢰성 측면에서 이물과 금속입자, 그리고 유기물과 같은 불순물 제거의 중요성이 점점 증대되고 있다. 이물 및 금속 불순물 등의 오염은 소자의 성능과 수율을 좌우하는 중요한 요소가 되고 있으며 고집적화에 따른 세정공정의 빈도도 증대되어 현재 제조 공정의 1/4 ~ 1/3을 차지하고 있을 뿐만 아니라 LCD, PDP, 필름의 크기가 커지면서 유지비용이 저렴하고 대 면적에 적합한 세정기술이 필요하게 되었다.
Particularly, with miniaturization of semiconductor devices and enlargement of flat panel displays, the importance of removing impurities such as foreign matters, metal particles, and organic matters is increasing in terms of yield and reliability. Contamination of foreign matters and metal impurities is an important factor that affects the performance and yield of the device, and the frequency of the cleaning process due to the high integration is also increased, which occupies 1/4 to 1/3 of the present manufacturing process, , A cleaning technology suitable for a large area is required because the size of the film is increased and the maintenance cost is low.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출해낸 것으로서 친환경적이고, 폐수나 오염이 발생하지 않는 플라즈마를 이용한 Roll-to-Roll형 광학필름용 플라즈마 건식 세정기를 안출하였으며, 산업폐수를 줄이고 화학제를 줄여 환경오염을 방지하고, 산업 폐기물 처리에 따른 비용 감소 효과가 있으며, 대형화된 평판 디스플레이의 유리 기판이나 필름도 기존 습식 세정 처리보다 저렴한 비용으로 장비의 제작이 가능하도록 한 특징이 있는 플라즈마의 분포나 세기를 조절할 수 있는 상압 플라즈마 헤더를 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성해낸 것이다.
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art described above, and it has been found out that a plasma dry scrubber for an optical film using a roll-to-roll optical film which is environmentally friendly and does not cause wastewater or contamination, And the cost of cleaning industrial wastes is reduced, and the glass substrates and films of large-sized flat panel displays can be manufactured at a lower cost than conventional wet cleaning processes. The present invention has been accomplished as a technical problem by providing an atmospheric pressure plasma header capable of controlling the distribution and intensity.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따르면 상호 마주하도록 구성되되 상측에 상부지지대가 연결 구성되고, 상기 상부지지대를 관통하여 연결 구성되되 간격을 조절하는 간격조절부재가 구성된 상부챔버와, 상호 마주하도록 구성되되 하부에 내측방향으로 제 2전극이 구성되어 노즐부를 형성시키고, 상부 내측에는 상기 상부챔버의 하부에 돌출된 돌출부가 끼움 장착되며, 상기 돌출부를 연결하는 높이조절부재가 외측에 구성되고, 하측부에는 공정가스가 공급되는 가스주입구와 배출되는 가스배출구가 형성된 하부챔버와, 상기 상, 하부챔버의 연결로 내부공간에 형성되는 공간부에는 상기 상부지지대와 연결 구성되되 상기 노즐부에서 발생하는 열을 감소시키는 냉각장치와, 상기 냉각장치와 노즐부 사이에 구성되는 제 1전극 및 상기 제 1전극을 감싸도록 구성되되 플라즈마 및 고정가스로부터 보호하는 절연부재를 포함하여 구성되는 것으로서 과제를 해결하고자 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided an upper chamber, which is configured to face each other with an upper support connected to the upper support, and a gap adjusting member connected to the upper support to adjust an interval, And a second electrode is formed in the lower part of the lower part to form a nozzle part, and a protruding part protruding to the lower part of the upper chamber is fitted to the upper part of the upper part, and a height adjusting member for connecting the protruding part is formed on the outer side, A lower chamber having a gas injection port through which a process gas is supplied and a gas discharge port through which a process gas is supplied and a space formed in the inner space by connection of the upper and lower chambers and connected to the upper supporter, A first electrode formed between the cooling unit and the nozzle unit, and a second electrode formed between the cooling unit and the nozzle unit, Including the insulating member for protecting from doedoe configured to surround the plasma gas and fixing it to solve the problem as being composed.
본 발명에 따른 상압 플라즈마 헤더에 의하면, 발생되는 플라즈마의 분포나 세기 등을 조절 할 수 있도록 간격이나 높이를 조절할 수 있도록 상부챔버와 하부챔버를 각각 높이조절부재와 간격조절부재를 사용하여 노즐부의 높이와 간격을 조절할 수 있도록 하여 플라즈마의 전체적인 고른 분포를 할 수 있고, 플라즈마의 세기에 따라 기판이 쉽게 손상되는 것을 방지할 수 있게 이를 위해 쉽게 조절하는 등 그 효과가 큰 발명이라 하겠다.
According to the atmospheric pressure plasma head according to the present invention, the height and height of the generated plasma can be adjusted by adjusting the height and the height of the nozzle by using a height adjusting member and a gap adjusting member, So that the plasma can be uniformly distributed over the entire surface of the substrate, and the substrate can be easily damaged according to the intensity of the plasma.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 정면도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 정단면도
도 3은 본 발명의 구성 중 상부지지대를 나타내는 정면도와 평면도
도 4는 본 발명의 구성 중 하부챔버를 나타내는 정면도와 측면도
도 5는 본 발명의 바람직한 작동 상태를 나타내는 정면도1 is a front view showing a preferred embodiment of the present invention;
2 is a front section view showing a preferred embodiment of the present invention
3 is a front view and a plan view showing the upper support of the structure of the present invention;
4 is a front view and a side view showing the lower chamber of the structure of the present invention
5 is a front view showing a preferred operating state of the present invention;
이하 설명하려는 플라즈마의 분포나 세기를 조절할 수 있는 플라즈마 헤더는 종래에 사용되어 온 진공 방식의 플라즈마 헤더보다 경제적이며, In-Line 공정으로 라인을 설계 할 수 있어 설비의 부담이나 관리의 어려움을 해소한 것에 관한 것이다.The plasma headers, which can control the distribution and intensity of the plasma described below, are more economical than the plasma headers of the vacuum type used in the past, and they can design the lines in the in-line process, .
이는 여러 건식세정분야에서 활용하고자하는 기판 상의 오염물 종류에 따른 최적 건식세정 조건을 만족할 수 있도록 인가되는 RF 전원, 사용하는 가스의 종류 등의 외부 변수에 따라 전극 간의 간격이나 높이를 조절할 수 있도록 한 것이다.
This is because it is possible to adjust the gap or height between the electrodes according to external variables such as the RF power applied and the type of gas used so as to satisfy the optimal dry cleaning condition according to the type of contaminants on the substrate to be used in various dry cleaning fields .
플라즈마란 고체, 액체, 기체와 다른 제 4의 상태로 원자나 분자가 기체상태에서 에너지를 받아 이온상태가 되면서 전체적으로는 중성의 상태를 띄게 되는 상태를 말한다.Plasma refers to a state in which atoms or molecules in the fourth state, which is different from solid, liquid, and gas, receive energy in the gaseous state, become ionic states, and become neutrals as a whole.
이러한 플라즈마의 생성은 직류전원이나 교류전원에 의하여 플라즈마 동작 가스들이 이온 상태로 되면서 발생되며 주로 방전 매커니즘에 의하여 생성된다.The generation of the plasma is caused by the plasma operation gas becoming an ion state by the direct current power source or the alternating current power source, and is generated mainly by the discharge mechanism.
이러한 플라즈마는 최근 여러 산업에 응용되면서 기술의 핵심적인 위치에 놓여있으며, 현재는 주로 반도체 집적회로 제작과정에 사용되면서 소자의 고성능화에 중요한 기술로 발전되고 있다.
Such plasma has recently been applied to various industries and is in a critical position of technology. Currently, it is mainly used in the process of manufacturing a semiconductor integrated circuit, and is being developed as an important technology for high performance of a device.
이러한 플라즈마를 사용하는 반도체 제조공정은 FPD(Flat Panel Display). CVD(Chamical Vapor Deposition), Dry Echer에 사용되고 있으며, 최근에 들어 Dry Ashing에 적용하려는 노력을 많이 하고 있는 실정이다.
Semiconductor manufacturing processes using such plasma are FPD (Flat Panel Display). CVD (Chamical Vapor Deposition), and Dry Echer. Recently, many attempts have been made to apply it to dry ashing.
이와 같은 상압플라즈마를 에칭이나 박막형성, 표면처리 등에 응용하면 일반적인 화학반응으로는 얻기 힘든 가공처리도 저온 상태에서 가능하기 때문에 플라즈마를 이용한 반도체 공정작업에 많은 연구가 진행되고 있지만, 대기압 상태에서의 플라즈마는 기체의 평균 자유행정(Mean Free Path)이 매우 짧아 전자를 가속시키기 어려워 안정적인 플라즈마를 발생시키기 어려운 문제점이 있다.
Since such an atmospheric plasma can be applied to etching, thin film formation, surface treatment, and the like, it is possible to perform processing that is difficult to obtain by a general chemical reaction at a low temperature. Therefore, much research has been conducted on semiconductor processing using plasma, The mean free path of the gas is so short that it is difficult to accelerate the electrons, so that it is difficult to generate a stable plasma.
최근에는 대기압 방전에 대한 연구가 활발히 이루어지면서 직류 전원을 이용한 탐침 형태의 코로나방전과 교류전원을 이용한 DBD(Dielectic Barrier Discharge) 방식의 대기압 플라즈마 생성에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 본 발명에서도 이러한 기술을 바탕으로 교류전원을 이용한 DBD 플라즈마 헤더를 나타내고 있다.
Recently, studies on atmospheric pressure discharge have been actively conducted, and studies have been made on atmospheric pressure plasma generation using DBD (Dielectric Barrier Discharge) using a corona discharge of a probe type using a DC power source and an AC power source. A DBD plasma header using AC power is shown in the figure.
이하 첨부된 도면 도 1 내지 5를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 보다 상세하게 설명하도록 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.
본 발명에서 제시하는 플라즈마헤더(10)는 상호 마주하도록 구성되되 상측에 상부지지대(120)가 연결 구성되고, 상기 상부지지대(120)를 관통하여 연결 구성되되 간격을 조절하는 간격조절부재(110)가 구성된 상부챔버(100)와, 상호 마주하도록 구성되되 하부에 내측방향으로 제 2전극(221)이 구성되어 노즐부(220)를 형성시키고, 상부 내측에는 상기 상부챔버(100)의 하부에 돌출된 돌출부(140)가 끼움 장착되며, 상기 돌출부(140)를 연결하는 높이조절부재(210)가 외측에 구성되고, 하측부에는 공정가스가 공급되는 가스주입구(240)와 배출되는 가스배출구(250)가 형성된 하부챔버(200)와, 상기 상, 하부챔버(100, 200)의 연결로 내부공간에 형성되는 공간부에는 상기 상부지지대(120)와 연결 구성되되 상기 노즐부(220)에서 발생하는 열을 감소시키는 냉각장치(300)와, 상기 냉각장치(300)와 노즐부(220) 사이에 구성되는 원통 형상의 제 1전극(400) 및 상기 제 1전극(400)을 감싸도록 구성되되 플라즈마 및 고정가스로부터 보호하는 절연부재(500)를 포함하여 구성되어야 한다.
The
상기 상부챔버(100)는 상호 마주하도록 구성되되 알루미늄 재질로 되어 있으며, 상측의 간격조절부재(110)로 상기 상부지지대(120)와 연결 구성되는 것이다.The
이러한 상부챔버(100)는 하부의 돌출부(140)가 상기 하부챔버(200)의 내측면에 끼움 장착되며, 상기 돌출부(140)에는 상기 하부챔버(200)의 외측에서 높이조절부재(210)가 연결 구성되는 것이다. 본 발명에서는 상부지지대(120)와 상부챔버(100)를 별개로 구성하였지만, 사용에 따라 상부지지대(120)와 상부챔버(100)를 일체로 구성하여 사용할 수도 있는 것이다.In the
또한, 상기 간격조절부재(110)는 상부챔버(100)와 상부지지대(120)을 연결하되 마주하는 상부챔버(100)에 따라 양쪽으로 각각 구성되고, 도 3에 도시한 바와 같이 상부지지대(120)에 형성된 제 1유동홈(130)에 각각 끼움 구성할 수 있도록 다수개가 구성될 수 있는 것이다.
3, the
상기 상부지지대(120)와 상부챔버(100)를 연결 구성하는 상기 간격조절부재(110)는 상기 제 1전극(400)과 노즐부(220)의 제 2전극(221)과의 간격을 조절할 수 있는 것이다.
The
상기 하부챔버(200)는 상기 상부챔버(100)와 같이 상호 마주하도록 구성되되 하부에 내측방향으로 제 2전극(221)이 각각 구성되어 노즐부(220)를 형성시키는 것이다.The
이는 상호 마주하도록 구성되는 하부챔버(200)의 하부에 구성된 제 2전극(221)이 마주하여 일정 간격을 유지하게 되고, 제 1전극(400), 제 2전극(221) 및 공정가스로 발생되는 플라즈마가 제 3전극(600)이 구성된 하부방향으로 내려가게 되어 기판(p)에 묻은 유기물과 반응하게 되어 상기 유기물이 기판(p)에서 세정되도록 하는 것이다.
The
상기 하부챔버(200)의 상부 내측에는 상기 상부챔버(100)의 하부에 돌출된 돌출부(140)가 끼움 장착되며, 상기 돌출부(140)를 연결하는 높이조절부재(210)가 외측에 각각 구성되어야 한다.A
상기 높이조절부재(210)는 내측의 돌출부(140)까지 연결 구성되되 도 4에 도시한 바와 같이 상기 하부챔버(200)의 외측에 형성된 제 2유동홈(230)을 관통하여 상기 돌출부(140)와 각각 연결될 수 있도록 다수개 구성할 수 있는 것이다.
4, the
상기 하부챔버(200)의 하측부에는 공정가스가 공급되는 가스주입구(240)와 배출되는 가스배출구(250)가 형성되는데, 이는 인가되는 RF 전원에 의하여 공급되는 공정가스가 이온화 될 수 있도록 하는 것이다.The
통상적으로 공급되는 전원 RF 전원은 제 1전극(400)에 +를 연결하고, 제 2전극(221)과 제 3전극(600)에는 -를 연결하여 동작시키는 것이다. 이때 공정가스는 통상적으로 Ar(아르곤)을 사용한다.
A power supply RF power supply typically supplies + to the
여기서 상기 간격조절부재(110)와 높이조절부재(210)는 세정해야 되는 기판(p)의 크기와 종류 및 플라즈마 헤더(10)의 사용에 따라 각각 하부챔버(200)의 외측과 상부챔버(100)의 상측에 하나 이상 다수개 구성할 수 있도록 하여야 한다.
The
상기 간격조절부재(110)는 하나 이상 다수개 구성할 수 있으며, 마주하도록 구성된 하부챔버(200)를 내, 외측으로 조절하여 제 1전극(400)과 제 2전극(221)과의 간격을 조절할 수 있도록 구성되는 것이다.
One or
상기 높이조절부재(210)는 하나 이상 다수개 구성할 수 있으며, 상기 상부챔버(100)의 높이를 조절하여 제 1전극(400)과 제 2전극(221)과의 높이를 조절할 수 있도록 구성되는 것이다.
One or more
상기 간격조절부재(110)가 구성되는 상부지지대(120)에는 간격이 조절될 수 있도록 제 1유동홈(130)이 형성되어 있고, 상기 높이조절부재(210)가 구성되는 하부챔버(200)의 외측에는 높이가 조절될 수 있도록 제 2유동홈(230)이 형성되어 있는 것이다.
A
일반적으로 플라즈마 발생기에 있어서, 전극 간의 간격은 특성을 변화시키는데 큰 역할을 하는데, 전극 간의 간격이 맞지 않으면 플라즈마 발생 자체가 문제가 되므로 매우 민감한 변수가 발생되며, 또한 내부 전극의 크기도 중요한 변수로 작용할 수 있다. 이러한 변수들은 내부 전극의 크기에 따라 간격을 조정할 수 없다면 플라즈마 발생기를 새로 설계해야 하는 문제점이 발생하였다.Generally, in the plasma generator, the interval between the electrodes plays a major role in changing the characteristics. If the intervals between the electrodes are not matched, plasma generation itself becomes a problem, so that highly sensitive parameters are generated. . If the interval can not be adjusted according to the size of the internal electrode, such a problem arises that a new plasma generator must be designed.
여기서 기존의 입력 파워보다 더 큰 파워를 사용하기 위해서는 내부 전극을 바꾸어 주어야 하는데, 이럴 때 플라즈마헤더(10)를 교체해야 하는 문제가 발생하게 되었다.
Here, in order to use a larger power than the conventional input power, the internal electrode must be changed. In this case, the
본 발명에선 상기 간격조절부재(110)와 높이조절부재(210)를 이용하여 간격과 높이를 조절하여 전극과의 간격을 조정하여 상기 문제점을 해결한 것이다.In the present invention, the gap and the height are adjusted by using the
또한, 본 발명은 양산되는 기판(p)의 두께의 변화, 다른 영향에 의하여 플라즈마 제 1전극(400)의 크기를 변경 및 간격을 조정하여야 하는 경우에 매우 큰 이점이 있는 것이다.
In addition, the present invention has a great advantage in the case where the size and the interval of the plasma
상기 제 1유동홈(130)과 제 2유동홈(230)의 형상은 간격과 높이를 조절할 수 있도록 타원형으로 형성하였지만, 본 발명을 위한 실시 예를 위한 것으로 한정하지는 않는다.
The shapes of the
상기 상, 하부챔버(100, 200)의 결합으로 내측에 생성되는 공간부에는 상기 상부지지대(120)와 연결되는 냉각장치(300)가 구성되어야 한다.A
또한, 상기 냉각장치(300)의 구성은 상기 상부지지대에 결착되어 연결될 수도 있지만, 본 발명에서 도시한 바와 같이 보조지지대(121)에 연결 구성할 수도 있는 것이다. 이때 보조지지대(121)는 기본적으로 절연기능을 가진 것으로 연결 구성하여야 한다.In addition, the
상기 냉각장치(300)는 플라즈마 헤더(10)의 특성 상 수냉식쿨러를 구성하여 사용하는 것이다. 이는 냉각장치(300)를 공냉식쿨러로 구성하게 되면, 공간부에서 발생하는 열을 방열하기 위해 어려움이 있어 수냉식쿨러를 사용하게 되는 것이다.
The
상기 하부챔버(200)의 노즐부(220) 내측에 구성되되 상호 마주하도록 구성된 제 2전극(221)과 상기 냉각장치(300)의 사이에 제 1전극(400)이 구성되어야 한다.A
이러한 제 1전극(400)은 플라즈마헤더(10)의 작동과 구조를 위해 원통형상의 긴 봉으로 된 전극 모양으로 형성되는 것이다.
The
상기 절연부재(500)는 상기 제 1전극(400)을 감싸도록 구성되되 플라즈마 및 고정가스로부터 보호하며, 제 1전극(400)에서 발생하는 열을 최소화하기 위한 것으로 절연체 역할을 하는 테플론이나 세라믹으로 구성되어야 한다.
The insulating
상기와 같이 구성되는 본 발명인 상압 플라즈마 헤더의 작용을 도 1 내지 5를 참고하여 상세히 설명하면,
The operation of the atmospheric plasma header according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5. FIG.
먼저, 상호 마주하도록 구성되되 상측에 상부지지대(120)가 연결 구성되고, 상기 상부지지대(120)를 관통하여 연결 구성되되 간격을 조절하는 간격조절부재(110)가 구성된 상부챔버(100)와, 상호 마주하도록 구성되되 하부에 내측방향으로 제 2전극(221)이 구성되어 노즐부(220)를 형성시키고, 상부 내측에는 상기 상부챔버(100)의 하부에 돌출된 돌출부(140)가 끼움 장착되며, 상기 돌출부(140)를 연결하는 높이조절부재(210)가 외측에 구성되고, 하측부에는 공정가스가 공급되는 가스주입구(240)와 배출되는 가스배출구(250)가 형성된 하부챔버(200)와, 상기 상, 하부챔버(100, 200)의 연결로 내부공간에 형성되는 공간부에는 상기 상부지지대(120)와 연결 구성되되 상기 노즐부(220)에서 발생하는 열을 감소시키는 냉각장치(300)와, 상기 냉각장치(300)와 노즐부(220) 사이에 구성되는 원통 형상의 제 1전극(400) 및 상기 제 1전극(400)을 감싸도록 구성되되 플라즈마 및 고정가스로부터 보호하는 절연부재(500)를 포함하여 구성되어야 한다.
First, an
상기와 같이 구성된 플라즈마 헤더(10)에서 상기 하부챔버(200)의 외측에 형성된 가스주입구(240)로 공정가스를 주입하게 되면, 제 2전극(221)의 하부에 구성된 이동로를 타고 가스배출구(250)를 통해 노즐부(220)가 형성된 부분으로 공정가스가 공급되는 것이다.
When the process gas is injected into the
상기 노즐부(220)로 공정가스가 공급되고, 외부에서는 RF 전원이 인가되면 제 1전극 하단의 공간에서 공급된 가스들 간의 충돌로 인한 이온화가 일어나며, 이때 이온화된 가스원자나 분자들은 제 3전극(600) 쪽으로 내려오면서 제 3전극(600) 위에 놓인 기판(p)의 표면에 있는 유기물과 화학적 반응을 일으키게 되어 유기물이 세정되는 것이다.
The process gas is supplied to the
상기와 같은 세정 시 플라즈마 생성을 위해 공정가스의 주입을 하부챔버(200)의 양측에서 각각 2개의 가스주입구(240)를 내어 제 2전극(221)이 마주하는 노즐부(220)로 공급되는 공정가스의 전체적인 압력이 고르게 분포할 수 있도록 하였다. 이는 공급되는 공정가스의 불균일한 가스 압력은 발생되는 플라즈마 이온들의 불균일과 직결되므로 매우 중요한 사안인 것이다.
In the cleaning process, the process gas is supplied to the
이를 위해 간격조절부재(110)와 높이조절부재(210)는 플라즈마 전극간의 간격과 높이를 조절할 수 있도록 구성한 것이다.For this purpose, the
이는 건식 세정을 위한 최적의 플라즈마의 조건을 찾기 위하여 제 1전극(400)과 제 2전극(221) 사이의 간격을 조절하거나 혹은 제 2전극(221)과 제 3전극(600)간의 간격을 조절하기 위한 것이다.
This is because it is necessary to adjust the distance between the
상기 높이조절부재(210)는 제 1전극(400)과 제 2전극(221)의 상하 높이를 조절하는 것이며, 간격조절부재(110)는 제 1전극(400)과 제 2전극(221)의 간격을 조절하는 것이다.The
상기와 같은 제 1전극(400)과 제 2전극(221)의 높이 및 간격을 조절함으로써 발생되는 플라즈마의 분포나 세기 등을 조절할 수 있도록 한 것이다.
The distribution and intensity of the plasma generated by adjusting the height and the interval of the
상기와 같이 제 1전극(400)과 제 2전극(221)간의 간격과 높이를 조절할 때 상기 제 1전극(400)에서 발생하는 열을 최소화하기 위하여 상기 제 1전극(400)의 상부로 수냉식쿨러로 작동하는 냉각장치(300)가 구성되어야 한다.In order to minimize the heat generated by the
상기 냉각장치(300)의 구성 시 상부지지대(120)에 직접 연결 구성할 수도 있지만, 절연기능을 가진 보조지지대(121)에 연결 구성할 수도 있는 것이다.
The
또한, 상기 제 1전극(400)에는 외주면을 감싸도록 구성되되 플라즈마 및 고정가스로부터 보호하기 위한 절연부재가 구성되어 있어야 한다. 이는 전기적 특성으로 인한 스파크 등의 발생을 미연에 방지하기 위한 것이다.
The
10 : 플라즈마 헤더
100 : 상부챔버 110 : 간격조절부재
120 : 상부지지대 121 : 보조지지대 130 : 제 1유동홈
200 : 하부챔버
210 : 높이조절부재 220 : 노즐부 221 : 제 2전극
230 : 제 2유동홈 240 : 가스주입구 250 : 가스배출구
300 : 냉각장치 400 : 제 1전극
500 : 절연부재 600 : 제 3전극
p : 기판10: Plasma header
100: upper chamber 110:
120: upper support 121: auxiliary support 130: first flow groove
200: Lower chamber
210: height adjusting member 220: nozzle part 221: second electrode
230: second flow groove 240: gas inlet 250: gas outlet
300: cooling device 400: first electrode
500: Insulation member 600: Third electrode
p: substrate
Claims (7)
상호 마주하도록 구성되되 하부에 내측방향으로 제 2전극(221)이 구성되어 노즐부(220)를 형성시키고, 상부 내측에는 상기 상부챔버(100)의 하부에 돌출된 돌출부(140)가 끼움 장착되며, 상기 돌출부(140)를 연결하는 높이조절부재(210)가 외측에 구성되고, 하측부에는 공정가스가 공급되는 가스주입구(240)와 배출되는 가스배출구(250)가 형성된 하부챔버(200);
상기 상, 하부챔버(100, 200)의 연결로 내부공간에 형성되는 공간부에는 상기 상부지지대(120)와 연결 구성되되 상기 노즐부(220)에서 발생하는 열을 감소시키는 냉각장치(300);
상기 냉각장치(300)와 노즐부(220) 사이에 구성되는 제 1전극(400);
상기 제 1전극(400)을 감싸도록 구성되되 플라즈마 및 고정가스로부터 보호하는 절연부재(500); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 헤더
An upper chamber 100 configured to face each other with an upper support 120 connected to the upper side and a spacing member 110 connected to the upper support 120 to adjust the interval;
A second electrode 221 is formed in the lower part of the lower part of the upper chamber 100 to form a nozzle part 220 and a protrusion 140 protruding from the lower part of the upper chamber 100 is fitted on the upper part of the upper part. A lower chamber 200 in which a height adjusting member 210 connecting the protrusion 140 is formed on the outer side and a gas inlet 240 through which a process gas is supplied and a gas outlet 250 through which the process gas is discharged;
A cooling unit 300 connected to the upper supporter 120 and reducing heat generated in the nozzle unit 220 in a space formed in the inner space by connection of the upper and lower chambers 100 and 200;
A first electrode 400 formed between the cooling device 300 and the nozzle unit 220;
An insulating member (500) configured to surround the first electrode (400) and protecting the first electrode (400) from plasma and a fixed gas; Wherein the atmospheric pressure plasma header
상기 간격조절부재(110)는 하나 이상 다수개 구성할 수 있으며, 마주하도록 구성된 하부챔버(200)를 내, 외측으로 조절하여 제 1전극(400)과 제 2전극(221)과의 간격을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 헤더
The method according to claim 1,
One or more spacing members 110 may be provided and the interval between the first electrode 400 and the second electrode 221 may be adjusted by controlling the facing lower chamber 200 to be inward and outward The atmospheric pressure plasma header
상기 높이조절부재(210)는 하나 이상 다수개 구성할 수 있으며, 상기 상부챔버(100)의 높이를 조절하여 제 1전극(400)과 제 2전극(221)과의 높이를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 헤더
The method according to claim 1,
One or more height adjustment members 210 may be provided and the height of the first and second electrodes 400 and 221 may be adjusted by adjusting the height of the upper chamber 100 An atmospheric plasma header
상기 간격조절부재(110)가 구성되는 상부지지대(120)에는 간격이 조절될 수 있도록 제 1유동홈(130)이 형성되어 있고, 상기 높이조절부재(210)가 구성되는 하부챔버(200)의 외측에는 높이가 조절될 수 있도록 제 2유동홈(230)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 헤더
3. The method according to claim 2 or 3,
A first flow groove 130 is formed in the upper support 120 where the gap adjusting member 110 is formed and the height of the lower chamber 200 of the height adjusting member 210 And a second flow groove (230) is formed on the outer side so that the height of the second flow groove
상기 상부지지대(120)는 상부챔버(100)와 별개 또는 일체로 구성할 수 있는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 헤더
The method according to claim 1,
The upper support (120) may be separate or integral with the upper chamber (100). The atmospheric pressure plasma header
상기 상, 하부챔버(100, 200)의 공간부에 구성되는 냉각장치(300)는 수냉식쿨러를 사용하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 헤더
The method according to claim 1,
The cooling device (300) configured in the space of the upper and lower chambers (100, 200) uses a water-cooled cooler
상기 절연부재(500)는 절연체 역할을 하는 테플론이나 세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 헤더The method according to claim 1,
Wherein the insulating member (500) is made of Teflon or ceramic serving as an insulator.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115724404A (en) * | 2022-11-14 | 2023-03-03 | 山东大学 | Experimental device and method for converting low-pressure carbon dioxide into oxygen through discharge |
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- 2011-12-27 KR KR1020110142994A patent/KR101272101B1/en active IP Right Grant
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