KR101512159B1 - 축전 결합식 플라즈마 발생장치 - Google Patents

축전 결합식 플라즈마 발생장치 Download PDF

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Abstract

공간적으로 균일한 플라즈마를 발생시키고, 대용량 및 대면적 처리가 용이한 축전 결합식 플라즈마 발생장치를 제공한다. 축전 결합식 플라즈마 발생장치는 유전 지지체와 구동 전극 및 지지부를 포함한다. 유전 지지체는 내부에 플라즈마 생성 공간을 형성하며, 일측에 가스 주입구와 반대편 일측에 가스 배출구를 형성한다. 구동 전극은 유전 지지체에 고정되고, 전원부로부터 교류 전압을 인가받아 유전 지지체의 내부에 플라즈마를 생성한다. 지지부는 유전 지지체의 내부에서 처리 대상물을 지지하며, 유전 지지체의 축 방향을 따라 구동 전극과 가스 배출구 사이에 위치한다.

Description

축전 결합식 플라즈마 발생장치 {APPARATUS FOR GENERATING CAPACITIVELY COUPLED PLASMA}
본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 축전 결합식(또는 용량성 결합) 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
기존의 플라즈마 발생장치는 저압 조건에서 좁은 간격 내에 플라즈마를 발생시키고, 처리 대상물을 플라즈마 내부로 위치시켜 직접 처리하는 방식이다. 이 경우 공정 효율을 높이기 위해 소비 전력을 증가시키면 플라즈마의 에너지와 밀도가 높아지지만 고에너지 전자 또는 이온에 의해 처리 대상물의 손상이 동반된다. 또한, 좁은 간격에서 플라즈마를 발생시키는 구조의 한계로 인해 대용량 또는 대면적 처리가 어렵다.
이러한 문제를 보완하기 위해 플라즈마 반응기에서 발생시킨 플라즈마를 원기로 이동시켜 처리하는 리모트(remote) 플라즈마 처리 기술이 제안되었다. 그런데 기존의 리모트 플라즈마 발생장치는 고주파(RF) 전원을 사용하는 유도 결합형 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP) 또는 마이크로웨이브(microwave)를 이용한 방식 등으로서, 플라즈마 반응기와 전원간의 정합(matching) 기술이 요구되는 등 부하 변동에 취약하며, 높은 압력에서 구동이 어렵다. 특히 ICP 전원기술의 한계로 인해 전력 증가와 대용량 및 대면적 처리에 한계가 있다.
본 발명은 광범위한 압력 조건에서 공간적으로 균일한 플라즈마를 발생시키고, 대용량 및 대면적 처리가 용이하며, 처리 대상물의 위치를 변화시켜 처리 대상물에 영향을 미치는 공정 인자들을 용이하게 제어할 수 있는 축전 결합식 플라즈마 발생장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축전 결합식 플라즈마 발생장치는 유전 지지체와 구동 전극 및 지지부를 포함한다. 유전 지지체는 내부에 플라즈마 생성 공간을 형성하며, 일측에 가스 주입구와 반대편 일측에 가스 배출구를 형성한다. 구동 전극은 유전 지지체에 고정되고, 전원부로부터 교류 전압을 인가받아 유전 지지체의 내부에 플라즈마를 생성한다. 지지부는 유전 지지체의 내부에서 처리 대상물을 지지하며, 유전 지지체의 축 방향을 따라 구동 전극과 가스 배출구 사이에 위치한다.
축전 결합식 플라즈마 발생장치는 구동 전극과 가스 배출구 사이에서 유전 지지체에 고정되는 접지 전극을 더 포함할 수 있다. 유전 지지체의 내부 공간은 직접 플라즈마 처리 영역과 리모트 플라즈마 처리 영역을 포함할 수 있고, 지지부는 직접 플라즈마 처리 영역과 리모트 플라즈마 처리 영역 중 어느 한 영역에 위치할 수 있다.
직접 플라즈마 처리 영역은 가스 주입구를 향한 구동 전극의 일단에서부터 가스 배출구를 향한 접지 전극의 일단에 이르는 영역일 수 있고, 리모트 플라즈마 처리 영역은 접지 전극과 가스 배출구 사이의 영역일 수 있다.
접지 전극은 구동 전극을 향해 위치하는 제1 접지 전극과, 제1 접지 전극과 가스 배출구 사이에 위치하는 제2 접지 전극을 포함할 수 있다. 직접 플라즈마 처리 영역은 가스 주입구를 향한 구동 전극의 일단에서부터 가스 배출구를 향한 제1 접지 전극의 일단에 이르는 영역일 수 있고, 리모트 플라즈마 처리 영역은 제1 접지 전극과 가스 배출구 사이의 영역일 수 있다.
지지부는 처리 대상물을 승온시키는 가열원을 포함할 수 있다. 지지부와 처리 대상물은 접지되거나 바이어스 전압을 인가받을 수 있다. 지지부는 유전 지지체의 내부에 위치하는 한 쌍의 제1 롤러와, 유전 지지체의 외부에 위치하는 한 쌍의 제2 롤러를 포함할 수 있으며, 처리 대상물은 롤-투-롤 이송이 가능한 필름 형태로 구성될 수 있다. 처리 대상물은 원형 또는 사각형일 수 있고, 유전 지지체는 처리 대상물의 형상에 대응하여 원통 또는 사각 덕트 모양으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 축전 결합식 플라즈마 발생 장치는 유전 지지체와 구동 전극 및 지지부를 포함한다. 유전 지지체는 내부에 플라즈마 생성 공간을 형성하며, 일측에 가스 주입구와 반대편 일측에 가스 배출구를 형성한다. 구동 전극은 유전 지지체에 고정되고, 전원부로부터 교류 전압을 인가받아 유전 지지체의 내부에 플라즈마를 생성한다. 지지부는 유전 지지체의 내부에서 처리 대상물을 지지하며, 이송 구동부와 결합되어 유전 지지체의 축 방향을 따라 위치가 조절된다.
축전 결합식 플라즈마 발생장치는 구동 전극과 가스 배출구 사이에서 유전 지지체에 고정되는 접지 전극을 더 포함할 수 있다. 유전 지지체의 내부 공간은 직접 플라즈마 처리 영역과 리모트 플라즈마 처리 영역을 포함할 수 있고, 지지부는 플라즈마 처리 과정에서 직접 플라즈마 처리 영역과 리모트 플라즈마 처리 영역 중 어느 한 영역에 위치하거나 어느 한 영역에서 다른 한 영역으로 이송될 수 있다.
직접 플라즈마 처리 영역은 가스 주입구를 향한 구동 전극의 일단에서부터 가스 배출구를 향한 접지 전극의 일단에 이르는 영역일 수 있고, 리모트 플라즈마 처리 영역은 접지 전극과 가스 배출구 사이의 영역일 수 있다.
접지 전극은 구동 전극을 향해 위치하는 제1 접지 전극과, 제1 접지 전극과 가스 배출구 사이에 위치하는 제2 접지 전극을 포함할 수 있다. 직접 플라즈마 처리 영역은 가스 주입구를 향한 구동 전극의 일단에서부터 가스 배출구를 향한 제1 접지 전극의 일단에 이르는 영역일 수 있고, 리모트 플라즈마 처리 영역은 제1 접지 전극과 가스 배출구 사이의 영역일 수 있다.
지지부는 처리 대상물을 승온시키는 가열원을 포함할 수 있다. 지지부와 처리 대상물은 접지되거나 바이어스 전압을 인가받을 수 있다. 이송 구동부는 유전 지지체의 외부에 위치하며, 유압 실린더와 구동 모터 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 처리 대상물은 원형 또는 사각형일 수 있고, 유전 지지체는 처리 대상물의 형상에 대응하여 원통 또는 사각 덕트 모양으로 형성될 수 있다.
플라즈마 발생장치는 유전 지지체 내부에 공간적으로 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 유전 지지체의 크기에 따라 대용량 및 대면적 처리를 용이하게 할 수 있다. 또한, 수mTorr 내지 수Torr의 광범위한 운전 범위를 가지며, 플라즈마 처리 용도에 따라 처리 대상물의 위치를 조절하여 처리 대상물에 미치는 공정 변수를 용이하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 발생장치의 단면도이다.
도 3과 도 4는 도 1에 도시한 플라즈마 발생장치의 변형예를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 사시도이다.
도 9는 도 1에 도시한 플라즈마 발생장치에서 유전 지지체가 사각 덕트 모양으로 변형된 경우를 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “상에” 또는 “위에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 “바로 위에” 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, “~ 상에” 또는 “~ 위에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것을 의미하며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 축전 결합식 플라즈마 발생장치(이하 편의상 플라즈마 발생장치라 한다)의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 발생장치의 단면도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 제1 실시예의 플라즈마 발생장치(100)는 유전 지지체(10)와, 유전 지지체(10)에 고정되는 구동 전극(20) 및 접지 전극(30)과, 유전 지지체(10)의 내부에서 처리 대상물(40)을 지지하는 지지부(50)를 포함한다.
유전 지지체(10)는 유전체로 제작된 관 또는 덕트 모양의 부재로서 그 내부에 플라즈마 생성 공간을 형성한다. 유전 지지체(10)는 일측에 가스 주입구(11)를 형성하고, 반대편 일측에 가스 배출구(12)를 형성한다. 도 1에서는 원통형 유전 지지체(10)를 예로 들어 도시하였으나, 유전 지지체(10)의 단면은 원형 이외에 사각형 등 다양한 모양으로 형성될 수 있다.
유전 지지체(10)의 가스 주입구(11)는 도시하지 않은 가스 공급 장치 및 유량 조절기와 연결된다. 가스 주입구(11)를 통해 유전 지지체(10)의 내부로 투입되는 가스는 방전 가스로서, 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 및 질소(N2)와 같은 불활성 가스이거나 불활성 가스와 클린 드라이 에어(clean dry air)의 혼합물일 수 있다.
또한, 필요에 따라 방전 가스에 반응성 가스 또는 공정 가스가 추가될 수 있다. 반응성 가스 또는 공정 가스는 플라즈마 발생장치(100)의 용도(세정, 증착, 원자층 증착(ALD), 식각, 표면 처리, 물질 분해 등)에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 반응성 가스 또는 공정 가스는 SF6, CH4, CF4, O2, 또는 NF3 등을 포함할 수 있으며, TEOS(tetra-ethyl-ortho-silicate), Tetrakis(ethylmethylamino)zirconium, 및 HMDSO(hexamethyldisiloxane) 등의 액상 전구체를 포함할 수 있다.
구동 전극(20)은 유전 지지체(10)의 외벽과 접하며 원주 방향을 따라 유전 지지체(10)를 둘러싸도록 배치된다. 구동 전극(20)은 전원부(21)와 연결되어 플라즈마 생성에 필요한 교류 전압을 인가받는다. 구동 전극(20)에 인가되는 교류 전압은 수백V 이상의 크기와, 수십kHz 내지 수십MHz 대역의 주파수 특성을 가질 수 있다.
접지 전극(30)은 유전 지지체(10)의 축 방향을 따라 구동 전극(20)과 거리를 두고 위치한다. 구동 전극(20)은 유전 지지체(10)의 가스 주입구(11)와 가깝게 위치하고, 접지 전극(30)은 구동 전극(20)과 가스 배출구(12) 사이에 위치한다. 접지 전극(30) 또한 유전 지지체(10)의 외벽과 접하며 원주 방향을 따라 유전 지지체(10)를 둘러싸도록 배치된다.
한편, 도 1과 도 2에서는 구동 전극(20)과 접지 전극(30)이 유전 지지체(10)의 외벽과 접하는 경우를 도시하였으나, 구동 전극(20)과 접지 전극(30) 중 어느 하나는 유전 지지체(10)의 내벽과 접하도록 배치될 수 있다. 구동 전극(20)과 접지 전극(30)의 폭과 간격 및 설치 위치는 도시한 예로 한정되지 않으며 다양하게 변형 가능하다.
구동 전극(20)에 전술한 교류 전압을 인가하면 구동 전극(20)과 접지 전극(30)의 전위 차에 의해 유전 지지체(10) 내부에 전기장이 형성되어 플라즈마 방전이 일어난다. 이때 접지 전극(30)은 생략 가능하며, 접지 전극(30)이 없는 경우에도 교류 전압의 주파수 특성에 의해 유전 지지체(10) 내부에 전기장이 형성되어 플라즈마 방전이 일어난다.
플라즈마 방전은 운전 전압이 내부 기체의 항복 전압보다 높을 때 발생하고, 방전 전류는 시간에 따라 계속 증가하다가 유전 지지체(10)의 표면에 벽전하가 쌓이는 양이 많아짐에 따라 감소한다. 즉 방전 개시 이후 방전 전류가 높아짐에 따라 플라즈마 내부의 공간 전하들이 유전 지지체(10) 위에 쌓여 벽전하가 생성된다.
벽전하는 외부에서 걸리는 전압을 억제하는 기능을 하며, 이러한 유전 지지체(10)의 벽전압에 의해 시간이 지남에 따라 방전이 약해진다. 플라즈마 방전은 인가 전압이 유지되는 동안 생성과 유지 및 소멸 과정을 반복한다. 따라서 방전이 아크로 전이되지 않으면서 낮은 전압으로 효과적인 대용량 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
지지부(50)는 유전 지지체(10)의 내부에 위치하며 처리 대상물을 지지한다. 지지부(50)는 가스 흐름을 방해하지 않도록 유전 지지체(10)의 내벽과 거리를 두고 위치할 수 있다. 또한, 지지부(50)는 내부에 가열원(히터)(51)를 구비하여 처리 대상물(40)을 플라즈마 처리에 최적화된 온도로 가열시킬 수 있다. 가열원(51)은 저항 가열 방식의 열선 등 다양한 부재로 구성될 수 있으며, 처리 대상물(40)을 600℃ 전후로 승온시킬 수 있다.
유전 지지체(10)의 내부 공간은 플라즈마 발생원을 포함하는 직접 플라즈마 처리 영역(A10)과, 플라즈마 발생원과 거리를 두고 위치하는 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)으로 구분될 수 있다. 리모트 플라즈마는 플라즈마 발생원으로부터 확산된 플라즈마로서, 두 개의 플라즈마 처리 영역(A10, A20)은 처리 대상물(40)에 영향을 미치는 공정 관련 인자들이 서로 상이하다.
플라즈마에서 생성되는 공정 관련 인자들로는 전자, 이온, 중성입자/라디칼, 및 자외선 등이 있다. 전자와 이온은 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)보다 직접 플라즈마 처리 영역(A10)에서 높은 세기로 존재하고, 중성입자/라디칼은 직접 플라즈마 처리 영역(A10)보다 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)에서 보다 풍부하게 존재한다.
따라서 처리 대상물(40)이 직접 플라즈마 처리 영역(A10)에 위치하는 경우, 중성입자/라디칼보다 전자 또는 이온이 처리 대상물(40)에 주요한 영향을 미친다. 반대로 처리 대상물(40)이 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)에 위치하는 경우, 전자 또는 이온보다 중성입자/라디칼이 처리 대상물(40)에 주요한 영향을 미친다.
직접 플라즈마 처리 영역(A10)은 가스 주입구(11)를 향한 구동 전극(20)의 일단에서부터 가스 배출구(12)를 향한 접지 전극(30)의 일단에 이르는 영역으로 정의될 수 있고, 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)은 접지 전극(30)과 가스 배출구(12) 사이의 영역으로 정의될 수 있다. 한편, 접지 전극(30)이 생략되는 경우에는 처리 대상물(40)과 지지부(50)가 접지 전극의 역할을 하게 되어 유전 지지체(10)의 내부는 직접 플라즈마 처리 영역(A10)이 된다.
지지부(50)는 처리 대상물(40)의 플라즈마 처리 용도에 따라 직접 플라즈마 처리 영역(A10)과 리모트 플라즈마 처리 영역(A20) 중 어느 한 곳에 위치하거나, 접지 전극(30)이 생략되는 경우 직접 플라즈마 처리 영역(A10)에서 구동 전극(20)과 일정한 거리를 두고 위치한다.
예를 들어, 플라즈마 발생장치(100)가 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)에 사용되는 경우 지지부(50)와 처리 대상물(40)은 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)에 위치할 수 있다. 따라서 플라즈마의 이온이나 전자의 영향을 줄이고, 상대적으로 중성입자/라디칼을 적극적으로 활용할 수 있다.
다른 예로서, 플라즈마 발생장치(100)가 식각이나 세정과 같이 전자 또는 이온의 효과가 필요한 경우 지지부(50)와 처리 대상물(40)은 직접 플라즈마 처리 영역(A10)에 위치할 수 있다. 지지부(50)는 작업자의 수작업 또는 기계 장치 등에 의해 위치가 조절되며, 한번 위치가 설정되면 플라즈마 처리 과정에서 설정된 위치를 유지한다.
도 1과 도 2에서는 지지부(50)와 처리 대상물(40)이 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)에 위치하는 경우를 예로 들어 도시하였다. 도 3과 도 4는 도 1에 도시한 플라즈마 발생장치의 변형예를 나타낸 사시도이며, 변형예에서 지지부(50)와 처리 대상물(40)은 직접 플라즈마 처리 영역(A10)에 위치한다.
구체적으로, 도 3에서 지지부(50)와 처리 대상물(40)은 접지 전극(30)의 내부에 위치하고, 도 4에서 지지부(50)와 처리 대상물(40)은 구동 전극(20)과 접지 전극(30) 사이에 위치한다. 처리 대상물(40)이 구동 전극(20)에 가깝게 위치할수록 플라즈마 발생원에 근접하므로 전자 또는 이온의 경향을 강하게 받을 수 있다.
구동 전극(20)과 접지 전극(30) 사이의 거리는 지지부(50)와 처리 대상물(40)의 위치에 따라 다양하게 변할 수 있다. 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 지지부(50)와 처리 대상물(40)이 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)에 위치하는 경우, 구동 전극(20)과 접지 전극(30) 사이의 거리는 접지 전극(30)과 가스 배출구(12) 사이의 거리보다 작을 수 있다.
이 경우 유전 지지체(10) 내부에서 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)을 확장시킬 수 있고, 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)에서 유전 지지체(10)의 축 방향을 따라 중성입자/라디칼의 변화가 크게 일어나도록 함으로써 플라즈마 처리 용도에 따라 지지부(50)와 처리 대상물(40)의 위치 선정을 용이하게 할 수 있다.
다른 한편으로 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 지지부(50)와 처리 대상물(40)이 직접 플라즈마 처리 영역(A10)에 위치하는 경우, 구동 전극(20)과 접지 전극(30) 사이의 거리는 접지 전극(30)과 가스 배출구(12) 사이의 거리보다 클 수 있다.
이 경우 유전 지지체(10) 내부에서 직접 플라즈마 처리 영역(A10)을 확장시킬 수 있고, 직접 플라즈마 처리 영역(A10)에서 유전 지지체(10)의 축 방향을 따라 전자 또는 이온의 세기 변화가 크게 일어나도록 함으로써 플라즈마 처리 용도에 따라 지지부(50)와 처리 대상물(40)의 위치 선정을 용이하게 할 수 있다.
한편, 제1 실시예의 플라즈마 발생장치(100)에서 지지부(50)와 처리 대상물(40)은 접지되거나 바이어스 전압을 인가받을 수 있다. 바이어스는 최대 수백V 내지 수kV 이내의 음전위로서 처리 대상물(40)에 인가되며, 직류(DC), 교류(AC), 무선 주파수(RF) 파형이 모두 적용될 수 있다.
처리 대상물(40)에 바이어스 전압을 인가하는 경우 높은 에너지의 이온을 형성할 수 있고, 이온의 양(flux)과 가속 방향의 제어가 가능하다. 또한, 직접 플라즈마 처리 영역(A10)의 경우 이온에 의한 공정 효과를 높일 수 있으며, 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)의 경우에도 직접 플라즈마와 유사한 이온 특성을 기대할 수 있다.
예를 들어, 처리 대상물(40)을 식각하는 경우 지지부(50)와 처리 대상물(40)에 높은 바이어스 전압을 인가하여 직접 플라즈마 처리 효과를 높일 수 있고, 처리 대상물(40)을 증착 또는 원자층 증착하는 경우 지지부(50)와 처리 대상물(40)을 접지시키거나 낮은 바이어스 전압을 인가하여 리모트 플라즈마 처리 효과를 높일 수 있다.
또한, 처리 대상물(40)이 높은 에너지 이온에 의해 쉽게 손상을 받는 폴리머이거나, 공정 챔버 내부에서 플라즈마가 장비의 기계 부품의 손상에 미치는 영향을 평가하는 내플라즈마성 평가 등의 경우에는 처리 대상물(40)과 지지부(50)를 접지시킬 수 있다.
이와 같이 제1 실시예의 플라즈마 발생장치(100)는 축전 결합식으로서 특별한 정합 기술이 요구되지 않으며, 유전 지지체(10) 내부에 공간적으로 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 유전 지지체(10)의 크기에 따라 대용량 및 대면적 처리를 용이하게 할 수 있다. 또한, 수mTorr 내지 수Torr의 광범위한 운전 범위를 가지며, 플라즈마 처리 용도에 따라 처리 대상물(40)의 위치를 조절하여 처리 대상물(40)에 미치는 공정 변수를 용이하게 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 사시도이다.
도 5를 참고하면, 제2 실시예의 플라즈마 발생장치(200)는 접지 전극이 제1 접지 전극(31)과 제2 접지 전극(32)으로 분리된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
제1 접지 전극(31)은 구동 전극(20)을 향해 위치하고, 제2 접지 전극(32)은 제1 접지 전극(31)과 가스 배출구(12) 사이에 위치한다. 접지 전극(31, 32)이 유전 지지체의 축 방향을 따라 두 개로 분리됨에 따라, 유전 지지체(10) 중 접지 전위가 차지하는 영역이 확대된다.
즉 제1 및 제2 접지 전극(31, 32)뿐만 아니라 제1 및 제2 접지 전극들(31, 32) 사이 부위도 접지 영역이 된다. 따라서 유전 지지체(10) 내부에서 플라즈마 방전이 일어날 때 제1 실시예 대비 확대된 접지 전위를 타고 리모트 플라즈마가 보다 넓은 영역에 걸쳐 강하게 형성된다.
제2 실시예에서 직접 플라즈마 처리 영역(A10)은 가스 주입구(11)를 향한 구동 전극(20)의 일단에서부터 가스 배출구(12)를 향한 제1 접지 전극(31)의 일단에 이르는 영역으로 정의될 수 있고, 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)은 제1 접지 전극(31)과 가스 배출구(12) 사이의 영역으로 정의될 수 있다.
지지부(50)와 처리 대상물(40)은 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)에 위치할 수 있다. 도 5에서는 지지부(50)와 처리 대상물(40)이 제1 접지 전극(31)과 제2 접지 전극(32) 사이에 위치하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 지지부(50)와 처리 대상물(40)은 제2 접지 전극(32)의 내부에 위치할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 사시도이다.
도 6을 참고하면, 제3 실시예의 플라즈마 발생장치(300)는 지지부(50)에 이송 구동부(60)가 결합된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
이송 구동부(60)는 유전 지지체(10)의 외부에 위치하며, 지지부(50)와 결합되어 지지부(50)를 유전 지지체(10)의 축 방향을 따라 이송한다. 따라서 지지부(50)에 상의 처리 대상물(40)은 유전 지지체(10) 내부에서 그 위치가 조절된다. 제어부(61)는 이송 구동부(60)와 전기적으로 연결되어 이송 구동부(60)의 작동을 제어한다.
이송 구동부(60)는 유압 실린더로 구성되거나, 구동 모터와 피니언 기어 및 랙 기어의 조립체로 구성될 수 있다. 또한, 이송 구동부(60)는 전술한 구성 이외의 다른 기계 부품들로 이루어질 수 있다. 즉 이송 구동부(60)는 지지부(50)를 왕복으로 직선 이동시킬 수 있는 기계 구성이면 모두 적용 가능하다. 도 6에서는 유압 실린더(62)와 피스톤(63) 및 유압 구동축(64)으로 구성된 이송 구동부(60)를 예로 들어 도시하였다.
이송 구동부(60)는 처리 대상물(40)을 유전 지지체(10) 내부로 진입시키고, 플라즈마 처리 후 처리 대상물을 유전 지지체(10) 바깥으로 인출시키는 기능을 한다. 또한, 이송 구동부(60)는 플라즈마 처리 과정 중 지지부(50)를 이송하여 처리 대상물(40)의 위치를 변경함으로써 처리 대상물(40)에 조사되는 플라즈마의 특성을 제어할 수 있다.
예를 들어, 이송 구동부(60)는 중성입자/라디칼의 영향이 주요한 경우 처리 대상물(40)을 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)에 위치시키고 있다가 전자 또는 이온의 효과가 필요한 경우 지지부(50)를 상승시켜 처리 대상물(40)을 직접 플라즈마 처리 영역(A10)에 위치시킬 수 있다.
이송 구동부(60)는 전술한 것과 반대의 순서로 작동할 수도 있으며, 동일한 플라즈마 처리 영역 내에서 처리 대상물(40)을 이동시켜 처리 대상물(40)에 조사되는 전자, 이온, 또는 중성입자/라디칼의 영향을 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 사시도이다.
도 7을 참고하면, 제4 실시예의 플라즈마 발생장치(400)는 접지 전극이 제1 접지 전극(31)과 제2 접지 전극(32)으로 분리된 것을 제외하고 전술한 제3 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 제3 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
제1 접지 전극(31)은 구동 전극(20)을 향해 위치하고, 제2 접지 전극(32)은 제1 접지 전극(31)과 가스 배출구(12) 사이에 위치한다. 접지 전극(31, 32)이 유전 지지체(10)의 축 방향을 따라 두 개로 분리됨에 따라, 유전 지지체(10) 중 접지 전위가 차지하는 영역이 확대된다. 따라서 유전 지지체(10) 내부에서 플라즈마 방전이 일어날 때 제3 실시예 대비 확대된 접지 전위를 타고 리모트 플라즈마가 보다 넓은 영역에 걸쳐 강하게 형성된다.
지지부(50)와 처리 대상물(40)은 리모트 플라즈마 처리 영역(A20)에 위치할 수 있으며, 이송 구동부(60)는 리모트 플라즈마 처리 영역(A20) 내에서 지지부(50)를 이송하여 처리 대상물(40)의 위치를 조절할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 사시도이다.
도 8을 참고하면, 제5 실시예의 플라즈마 발생장치(500)는 지지부(501)가 복수의 이송 롤러(55, 56)로 구성된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예 또는 제2 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 도 8에서는 제1 실시예의 기본 구성을 도시하였으며, 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
복수의 이송 롤러(501)는 유전 지지체(10)의 내부에 위치하는 한 쌍의 제1 롤러(55)와, 유전 지지체(10)의 외부에 위치하는 한 쌍의 제2 롤러(56)를 포함할 수 있다. 그리고 처리 대상물(41)은 롤-투-롤(roll-to-roll) 이송이 가능한 필름 형태로 이루어진다.
따라서 처리 대상물(41)은 도시하지 않은 권취 롤에서 풀리고 어느 하나의 제2 롤러(56)를 거쳐 유전 지지체(10) 내부로 투입되며, 한 쌍의 제1 롤러(55)에 의해 지지된 상태로 플라즈마 처리되고, 다른 하나의 제2 롤러(56)를 거쳐 유전 지지체(10)의 외부로 배출된다. 처리 대상물(41)은 연속으로 이송되며, 이에 따라 제5 실시예의 플라즈마 발생장치(500)는 플라즈마 처리 공정을 연속 공정화할 수 있다.
도 1 내지 도 7에 도시한 원통 모양의 유전 지지체(10)는 반도체 웨이퍼를 플라즈마 처리하는데 적합하다. 반면, 표시 장치의 기판을 식각하거나 세정하거나 표면 처리하는 경우, 유전 지지체(10)는 사각의 덕트 모양으로 형성될 수 있다. 즉 전술한 제1 실시예 내지 제5 실시예의 플라즈마 발생장치(100, 200, 300, 400, 500)에서 유전 지지체(10)는 사각의 덕트 모양으로 형성될 수 있다.
도 9는 도 1에 도시한 플라즈마 발생장치(100)에서 유전 지지체(10)가 사각 덕트 모양으로 변형된 경우를 나타낸 사시도이다. 도 9를 참고하면, 유전 지지체(10)는 처리 대상물(40)의 형상에 따라 직사각 덕트 모양으로 형성될 수 있고, 단면의 종횡비가 1:10 이상인 선형 덕트 모양으로도 형성될 수 있다. 구동 전극(20)과 접지 전극(30)은 유전 지지체(10)의 형상에 따라 4개의 면을 갖도록 형성된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100, 200, 300, 400, 500: 플라즈마 발생장치
10: 유전 지지체 11: 가스 주입구
12: 가스 배출구 20: 구동 전극
30: 접지 전극 40, 41: 처리 대상물
50, 501: 지지부 60: 이송 구동부

Claims (20)

  1. 일측에 가스 주입구와 반대편 일측에 가스 배출구를 형성하는 유전 지지체;
    상기 유전 지지체에 고정되고, 전원부로부터 교류 전압을 인가받는 구동 전극;
    상기 구동 전극과 상기 가스 배출구 사이에서 상기 유전 지지체에 고정되는 접지 전극; 및
    상기 유전 지지체의 내부에서 처리 대상물을 지지하는 지지부를 포함하며,
    상기 유전 지지체의 내부 공간은 직접 플라즈마 처리 영역과 리모트 플라즈마 처리 영역을 포함하고,
    상기 지지부는 상기 직접 플라즈마 처리 영역과 상기 리모트 플라즈마 처리 영역 중 어느 한 영역에 위치하는 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 직접 플라즈마 처리 영역은 상기 가스 주입구를 향한 상기 구동 전극의 일단에서부터 상기 가스 배출구를 향한 상기 접지 전극의 일단에 이르는 영역이고,
    상기 리모트 플라즈마 처리 영역은 상기 접지 전극과 상기 가스 배출구 사이의 영역인 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접지 전극은,
    상기 구동 전극을 향해 위치하는 제1 접지 전극; 및
    상기 제1 접지 전극과 상기 가스 배출구 사이에 위치하는 제2 접지 전극
    을 포함하는 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 직접 플라즈마 처리 영역은 상기 가스 주입구를 향한 상기 구동 전극의 일단에서부터 상기 가스 배출구를 향한 상기 제1 접지 전극의 일단에 이르는 영역이고,
    상기 리모트 플라즈마 처리 영역은 상기 제1 접지 전극과 상기 가스 배출구 사이의 영역인 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  7. 제1항, 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 처리 대상물을 승온시키는 가열원을 포함하는 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  8. 제1항, 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부와 상기 처리 대상물은 접지되거나 바이어스 전압을 인가받는 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  9. 제1항, 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 유전 지지체의 내부에 위치하는 한 쌍의 제1 롤러와, 상기 유전 지지체의 외부에 위치하는 한 쌍의 제2 롤러를 포함하며,
    상기 처리 대상물은 롤-투-롤 이송이 가능한 필름 형태로 구성되는 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  10. 제1항, 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 대상물은 원형 또는 사각형이고,
    상기 유전 지지체는 상기 처리 대상물의 형상에 대응하여 원통 또는 사각 덕트 모양으로 형성되는 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  11. 일측에 가스 주입구와 반대편 일측에 가스 배출구를 형성하는 유전 지지체;
    상기 유전 지지체에 고정되고, 전원부로부터 교류 전압을 인가받는 구동 전극;
    상기 구동 전극과 상기 가스 배출구 사이에서 상기 유전 지지체에 고정되는 접지 전극; 및
    상기 유전 지지체의 내부에서 처리 대상물을 지지하며, 이송 구동부와 결합되어 상기 유전 지지체의 축 방향을 따라 위치가 조절되는 지지부를 포함하고,
    상기 유전 지지체의 내부 공간은 직접 플라즈마 처리 영역과 리모트 플라즈마 처리 영역을 포함하며,
    상기 지지부는 플라즈마 처리 과정에서 상기 직접 플라즈마 처리 영역과 상기 리모트 플라즈마 처리 영역 중 어느 한 영역에 위치하거나 어느 한 영역에서 다른 한 영역으로 이송되는 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 플라즈마 처리 과정에서 상기 직접 플라즈마 처리 영역과 상기 리모트 플라즈마 처리 영역 중 어느 한 영역 내에서 위치가 조절되는 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 직접 플라즈마 처리 영역은 상기 가스 주입구를 향한 상기 구동 전극의 일단에서부터 상기 가스 배출구를 향한 상기 접지 전극의 일단에 이르는 영역이고,
    상기 리모트 플라즈마 처리 영역은 상기 접지 전극과 상기 가스 배출구 사이의 영역인 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 접지 전극은,
    상기 구동 전극을 향해 위치하는 제1 접지 전극; 및
    상기 제1 접지 전극과 상기 가스 배출구 사이에 위치하는 제2 접지 전극
    을 포함하는 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 직접 플라즈마 처리 영역은 상기 가스 주입구를 향한 상기 구동 전극의 일단에서부터 상기 가스 배출구를 향한 상기 제1 접지 전극의 일단에 이르는 영역이고,
    상기 리모트 플라즈마 처리 영역은 상기 제1 접지 전극과 상기 가스 배출구 사이의 영역인 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  17. 제11항, 제12항, 및 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 처리 대상물을 승온시키는 가열원을 포함하는 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  18. 제11항, 제12항, 및 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부와 상기 처리 대상물은 접지되거나 바이어스 전압을 인가받는 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  19. 제11항, 제12항, 및 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이송 구동부는 상기 유전 지지체의 외부에 위치하며, 유압 실린더와 구동 모터 중 어느 하나를 포함하는 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
  20. 제11항, 제12항, 및 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 대상물은 원형 또는 사각형이고,
    상기 유전 지지체는 상기 처리 대상물의 형상에 대응하여 원통 또는 사각 덕트 모양으로 형성되는 축전 결합식 플라즈마 발생장치.
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