KR102311213B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 기판 처리 장치는, 기판을 지지하는 지지 유닛, 지지 유닛의 상부에 배치되는 상부 전극 유닛, 상부 전극 유닛에 결합되며 기판 상에 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 지지 유닛에 놓인 기판의 하부에 배치되는 하부 전극 및 상부 전극 유닛의 상부 전극으로 전력을 인가하고 상기 하부 전극은 접지 처리하는 전원을 포함하고, 상부 전극 유닛은, 베이스 부재, 베이스 부재 상에 형성되는 유전층 및 유전층에 메쉬 구조로 제공되어 플라즈마를 발생시키는 상부 전극을 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING A SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 대기압에서 대면적의 피처리물에 대한 플라즈마 처리를 위하여 선형 타입의 대기압 플라즈마 장치를 스캔 조사하는 방식을 이용한다. 다만, 이 경우 플라즈마를 선형 분사함으로써 대면적의 피처리물을 처리할 수 있으나 스캔 방식으로 인하여 초기에 플라즈마 처리된 영역과 나중에 플라즈마 처리된 영역에 플라즈마 처리 상의 차이가 존재하는 문제가 있었다. 또한, 선형의 플라즈마를 스캔하는 기구를 이동 가능하게 설치하여야 하므로, 비교적 큰 공간을 차지하여 플라즈마 처리 장치의 크기가 커지고 공정 시간이 증가하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 피처리물의 모든 영역에서 균일한 플라즈마 처리가 가능한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 대기압 플라즈마 처리를 위한 기판 처리 장치를 소형화하고 대면적 피처리물에 대한 플라즈마 처리에 필요한 공정 시간을 단축시키기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 장치에 있어서, 기판을 지지하는 지지 유닛, 상기 지지 유닛의 상부에 배치되는 상부 전극 유닛, 상기 상부 전극 유닛에 결합되며 기판 상에 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 상기 지지 유닛에 놓인 기판의 하부에 배치되는 하부 전극 및 상기 상부 전극 유닛 또는 상기 하부 전극으로 전력을 인가하는 전원을 포함하고, 상기 상부 전극 유닛은, 베이스 부재, 상기 베이스 부재 상에 형성되는 유전층 및 상기 유전층에 메쉬 구조로 제공되어 플라즈마를 발생시키는 상부 전극을 포함한다.
여기서, 상기 상부 전극은, 상부에서 바라볼 때 상기 하부 전극에 대응하는 크기로 제공될 수 있다.
또한, 본 기판 처리 장치는, 대기압 플라즈마 처리 장치이다.
또한, 본 기판 처리 장치는, 상기 상부 전극 유닛 및 상기 가스 공급 유닛을 상하로 이동시키는 구동부를 더 포함하며, 상기 구동부는, 상기 상부 전극 유닛 및 상기 가스 공급 유닛을 상기 지지 유닛을 향하여 이동시켜, 상기 가스 공급 유닛을 상기 지지 유닛에 형성되는 결합 부재에 접촉시켜서 기판 주변으로 처리 공간이 형성되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 가스 공급 유닛은, 상기 베이스 부재와의 사이에 가스 유입 공간 및 가스 배출 공간을 형성하도록 상기 베이스 부재의 아래에서 상기 베이스 부재에 결합되는 가이드 부재, 상기 가스 유입 공간을 통해 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급 라인 및 가스 공급 밸브를 포함하는 가스 공급부 및 상기 가스 배출 공간을 통해 상기 처리 공간의 공정 가스를 배기시키기 위한 가스 배기 라인 및 가스 배기 밸브를 포함하는 가스 배기부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가이드 부재는, 중공의 직육면체 형상을 가지며, 상기 가스 유입 공간 및 상기 가스 배출 공간은 서로 맞은편에 위치할 수 있다.
여기서, 상기 가이드 부재는, 측면에 상기 처리 공간을 관찰할 수 있는 복수의 홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 가이드 부재는, 투명한 재질로 제공될 수 있다.
또한, 본 기판 처리 장치는, 상기 가스 공급 유닛 및 상기 전원을 제어하는 제어 유닛을 더 포함하며, 상기 제어 유닛은, 상기 가스 배기 밸브가 닫힌 상태에서 상기 가스 공급 밸브를 개방하여 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하고, 상기 가스 공급 밸브가 개방된 시점부터 기설정된 시간 이후 상기 상부 전극 유닛 또는 상기 하부 전극으로 전력을 인가하여 플라즈마를 생성할 수 있다.
또한, 본 기판 처리 장치는, 상기 가스 공급 유닛 및 상기 전원을 제어하는 제어 유닛을 더 포함하며, 상기 제어 유닛은, 상기 가스 공급 밸브를 개방하여 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하면서 동시에 상기 가스 배기 밸브를 개방하여 상기 처리 공간의 공정 가스를 배기하고, 상기 가스 공급 밸브가 개방된 시점부터 기설정된 시간 이후 상기 상부 전극 유닛 또는 상기 하부 전극으로 전력을 인가하여 플라즈마를 생성할 수 있다.
또한, 상기 공정 가스는, 질소(N2), 공기, 아르곤(Ar), CxFx 가스 등의 단일 가스 또는 상기 단일 가스에 수증기(H2O) 및 산소(O2) 중 적어도 하나를 혼합한 혼합 가스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부 전극의 메쉬 구조는, 다각형 형상을 가질 수 있다.
여기서, 상기 메쉬 구조는, 삼각형, 사각형 및 육각형 벌집 형상 중 어느 하나의 반복적인 메쉬 형태일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 플라즈마 처리하는 방법에 있어서, 기판 주변으로 처리 공간을 형성하기 위하여 상기 가스 공급 유닛을 상기 지지 유닛을 향하여 이동시켜, 상기 가스 공급 유닛을 상기 지지 유닛에 형성되는 결합 부재에 접촉시키는 단계, 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 단계, 상기 상부 전극 유닛 또는 상기 하부 전극으로 전력을 인가하여 플라즈마를 생성하는 단계 및 상기 플라즈마를 이용하여 기판을 플라즈마 처리하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 플라즈마는 대기압에서 생성될 수 있다.
또한, 상기 상부 전극은, 상부에서 바라볼 때 상기 하부 전극에 대응하는 크기로 제공될 수 있다.
또한, 상기 공정 가스를 공급하는 단계는, 상기 가스 배기 밸브가 닫힌 상태에서 상기 가스 공급 밸브를 개방하여 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하고, 상기 플라즈마를 생성하는 단계는, 상기 가스 공급 밸브가 개방된 시점부터 기설정된 시간 이후 상기 상부 전극 유닛 또는 상기 하부 전극으로 전력을 인가하여 플라즈마를 생성할 수 있다.
또한, 상기 공정 가스를 공급하는 단계는, 상기 가스 공급 밸브를 개방하여 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하면서 동시에 상기 가스 배기 밸브를 개방하여 상기 처리 공간의 공정 가스를 배기하고, 상기 플라즈마를 생성하는 단계는, 상기 가스 공급 밸브가 개방된 시점부터 기설정된 시간 이후 상기 상부 전극 유닛 또는 상기 하부 전극으로 전력을 인가하여 플라즈마를 생성할 수 있다.
또한, 상기 공정 가스는, 질소(N2), 공기, 아르곤(Ar), CxFx 가스 등의 단일 가스 또는 상기 단일 가스에 수증기(H2O) 및 산소(O2) 중 적어도 하나를 혼합한 혼합 가스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부 전극의 메쉬 구조는, 다각형 형상을 가질 수 있다.
여기서, 상기 메쉬 구조는, 삼각형, 사각형 및 육각형 벌집 형상 중 어느 하나의 반복적인 메쉬 형태일 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 기판의 모든 영역에서 균일한 플라즈마 처리가 가능하며, 대기압 플라즈마 처리를 위한 기판 처리 장치를 소형화하고 플라즈마 처리의 공정 시간을 단축할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상부 전극 유닛을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가이드 부재를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가이드 부재 및 상부 전극 유닛이 결합된 형태를 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 공급 유닛의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판의 전면적에서 접촉각 변화를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한 '구비한다', '갖는다' 등도 이와 동일하게 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 지지 유닛(100), 가스 공급 유닛(200), 상부 전극 유닛(300), 하부 전극(400), 전원(500), 제어 유닛(600) 및 구동부(900)를 포함한다. 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리한다. 일 예로, 기판 처리 장치(10)는 대기압 플라즈마 처리 장치일 수 있다.
지지 유닛(100)은 기판을 지지할 수 있다. 지지 유닛(100)은 정전기력을 이용하여 기판을 흡착할 수 있다. 또한, 지지 유닛(100)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판을 지지할 수도 있다. 지지 유닛(100)은 내부에 하부 전극(400)을 포함할 수 있다. 하부 전극(400)은 지지 유닛(100)에 놓인 기판의 하부에 배치될 수 있다. 지지 유닛(100)의 가장자리 영역에는 결합 부재(110)가 제공되며, 결합 부재(110)는 가스 공급 유닛(200)과 접촉하여 기판 주변으로 처리 공간을 형성할 수 있다.
가스 공급 유닛(200)은 공정 가스를 공급한다. 공정 가스는 질소(N2), 공기, 아르곤(Ar), CxFx 가스 등의 단일 가스 또는 상기 단일 가스에 수증기(H2O) 및 산소(O2) 중 적어도 하나를 혼합한 혼합 가스를 포함할 수 있다. 여기서, 산소(O2)는 질소 또는 아르곤 등의 공정 가스에 공정 가스 유량의 1% 이내의 비율로 포함될 수 있다. 가스 공급 유닛(200)은 지지 유닛(100)의 상부에 배치되며, 가이드 부재(210), 가스 공급부(220) 및 가스 배기부(230)을 포함할 수 있다. 가스 유입 공간(211)과 가스 배출 공간(212)을 형성하기 위해, 베이스 부재(310)의 아래에 가이드 부재(210)가 결합될 수 있다. 베이스 부재(310)의 하부에 가이드 부재(210)가 결합함으로써, 가스 유입 공간(211)과 가스 배출 공간(212)이 베이스 부재(310)와 가이드 부재(210) 사이에 형성될 수 있다. 일 예로, 가이드 부재(210)는 중공의 직육면체 형상 또는 이와 유사한 형상을 가지며, 가스 유입 공간(211) 및 가스 배출 공간(212)은 서로 맞은편에 위치할 수 있다. 다만, 가이드 부재(210)는 중공의 직육면체 형상 외에도 중공의 원통 형상 등으로 구현될 수도 있다. 또한, 가이드 부재(210)는 측면에 처리 공간을 관찰할 수 있는 복수의 홀(213)이 형성될 수 있다. 가이드 부재(210)는 투명한 재질로 제공될 수 있다. 가스 공급부(220)는 가이드 부재(210)에 형성되는 가스 유입 공간(211)을 통해 처리 공간으로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급부(220)는 공정 가스가 이동하는 통로인 가스 공급 라인(222)과 가스 공급 라인(222)의 개폐를 제어하는 가스 공급 밸브(221)를 포함한다. 가스 배기부(230)는 가이드 부재(210)에 형성되는 가스 배출 공간(212)을 통해 처리 공간의 공정 가스를 배기시킬 수 있다. 가스 배기부(230)는 공정 가스가 배기되는 가스 배기 라인(232)의 개폐를 제어하는 가스 배기 밸브(231)를 포함한다. 구체적으로, 가스 공급 유닛(200)은 가스 공급 밸브(221)를 개방하여 공정 가스가 처리 공간으로 공급되도록 하며, 이에 따라 기판의 주변으로 가스 분위기를 형성할 수 있다. 이 경우, 가스 공급 유닛(200)은 가스 배기 밸브(231)를 닫은 상태로 유지하거나, 또는 가스 배기 밸브(231)를 개방하여 공정 가스가 가스 유입 공간(211)을 통해 처리 공간으로 공급되면서 동시에 처리 공간의 공정 가스가 가스 배출 공간(212)을 통해 배기되도록 할 수 있다. 가스 공급 밸브(221) 및 가스 배기 밸브(231)는 제어 유닛(600)에 의해 제어될 수 있다.
상부 전극 유닛(300)은 지지 유닛(100)의 상부에 배치될 수 있다. 일 예로, 상부 전극 유닛(300)은 지지 유닛(100)의 상부에서 가이드 부재(210)의 상부에 결합되어 제공될 수 있다. 상부 전극 유닛(300)은 베이스 부재(310), 상부 전극(320) 및 유전층(330)을 포함할 수 있다. 베이스 부재(310)는 유리로 제공될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 베이스 부재(310) 상에 상부 전극(320) 및 유전층(330)이 도포되어 형성될 수 있으며, 상부 전극(320) 및 하부 전극(400)에는 전원(500)이 연결된다. 전원(500)은 상부 전극(320)에 전력을 인가하고 하부 전극(400)은 접지 처리할 수 있다. 상부 전극(320)은 베이스 부재(310) 상에 형성되고, 유전층(330)은 메쉬 구조의 상부 전극(320) 위에 형성되어 베이스 부재(310)의 아래에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 유전층(330)은 원 형상으로 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상부 전극(320)은 다각형 형상을 가지는 메쉬 구조로 제공될 수 있으며, 일 예로, 육각형 벌집 형상의 반복적인 메쉬 형태로 제공될 수 있다. 또한, 상부 전극(320)은 삼각형, 사각형 등의 다각형이 반복되는 형태로 제공될 수 있으며, 상부 전극(320)이 갖는 메쉬 구조는 공정에 따라 적절한 형태로 제공될 수 있다. 또한, 상부 전극(320)은 상부에서 바라볼 때 하부 전극(400)에 대응하는 크기로 제공될 수 있다.
하부 전극(400)은 지지 유닛(100)에 놓인 기판의 하부에 배치될 수 있다. 하부 전극(400)은 지지 유닛(100)의 내부에 제공될 수 있다. 전원(500)은 상부 전극 유닛(300)의 상부 전극(320)에 전력을 인가하고 하부 전극(400)은 접지시킬 수 있다. 전원(500)은 저주파 전원일 수 있다. 일 예로, 전원(500)은 4kW, 30kHz의 저주파 전원으로 제공될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전원(500)은 고주파 전원으로 제공되거나 다양한 주파수의 전원으로 제공될 수도 있다. 제어 유닛(600)은 가스 공급 유닛(200), 전원(500) 및 구동부(900)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어 유닛(600)은 가스 공급 밸브(221) 및 가스 배기 밸브(231)를 제어하여 처리 공간으로 공정 가스를 공급하거나 처리 공간의 공정 가스를 배기시킬 수 있으며, 전원(500)을 제어하여 상부 전극(320) 및 하부 전극(400)으로 전력을 인가함으로써 처리 공간에 플라즈마를 생성할 수 있다.
또한, 상부 전극 유닛(300)의 상부에는 방열판(800)이 제공될 수 있으며, 상부 전극 유닛(300)과 방열판(800) 사이에는 절연판(700)이 제공되어 상부 전극 유닛(300)에 의해 방열판(800) 위에 발생될 수 있는 아킹(Arcing) 현상을 방지할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 공급 유닛(200), 상부 전극 유닛(300), 절연판(700) 및 방열판(800)은 순차로 결합되어 구동부(900)에 의해 상하 방향으로 구동될 수 있다. 구동부(900)는 가스 공급 유닛(200) 및 상부 전극 유닛(300)을 상하로 이동시킬 수 있다. 구체적으로, 도 2와 같이, 구동부(900)는 가스 공급 유닛(200)을 지지 유닛(100)을 향하여 이동시켜, 가이드 부재(210)를 지지 유닛(100)에 형성되는 결합 부재(110)에 접촉시켜서 기판 주변으로 처리 공간이 형성되도록 할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상부 전극 유닛을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상부 전극 유닛(300)은 베이스 부재(310), 베이스 부재(310) 상에 메쉬 구조로 제공되어 플라즈마를 발생시키는 상부 전극(320) 및 베이스 부재(310) 상에 형성되는 유전층(330)을 포함할 수 있다. 상부 전극(320)은 상부에서 바라볼 때 하부 전극(400)에 대응하는 크기로 제공될 수 있다. 이에 따라, 지지 유닛(100)에 놓인 기판의 모든 영역에 플라즈마가 동시에 형성될 수 있으며, 기판의 전면적에서 플라즈마 처리의 균일도가 향상될 수 있다. 일 예로, 상부 전극(320)은 베이스 부재(310) 상에 사각형 형상이 반복되는 구조의 메쉬 형태를 가질 수 있다. 또한, 상부 전극(320)은 도 4와 같이, 육각형 벌집 형상의 반복적인 메쉬 형태로 제공될 수도 있다. 상부 전극(320)이 메쉬 구조로 제공됨에 따라 플라즈마 발생 효율을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라, 상부 전극(320)에 상대적으로 낮은 전력을 인가할 수 있다. 상부 전극(320)의 형상은 도 3 및 도 4에 도시된 형태로 한정되지 않고, 삼각형, 사각형, 육각형 등 다양한 다각형 형상이 반복되는 구조로 제공될 수 있다. 또한, 도 3 및 4에서 상부 전극(320) 및 유전층(330)은 원형으로 제공되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 지지 유닛(100)에 놓여지는 피처리물의 형상에 따라 적절한 다른 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어, 피처리물이 사각형 형상인 경우 유전층(330) 및 상부 전극(320)은 사각형 형상으로 제공될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가이드 부재를 나타내는 도면이다. 가이드 부재(210)는 중공의 직육면체 형상 또는 이와 유사한 형상으로 제공될 수 있으며, 일측 및 타측에 가스 유입 공간(211) 및 가스 배출 공간(212)이 형성될 수 있다. 다만, 가이드 부재(210)는 중공의 직육면체 형상 외에도 중공의 원통 형상 등으로 구현될 수도 있다. 가스 유입 공간(211) 및 가스 배출 공간(212)은 가이드 부재(210)가 가스 공급 유닛(300)과 결합된 경우 공정 가스가 처리 공간으로 공급되거나 처리 공간의 공정 가스가 배기될 수 있도록 한다. 가스 유입 공간(211) 및 가스 배출 공간(212)은 가이드 부재(210)에서 서로 맞은편에 위치할 수 있다. 가이드 부재(210)는 측면에 처리 공간을 관찰할 수 있는 복수의 홀(213)이 형성될 수 있다. 일 예로, 가이드 부재(210)의 측면마다 2개 또는 3개의 홀(213)이 형성될 수 있다. 또한, 가이드 부재(210)는 투명한 재질로 제공되어, 가이드 부재(210)에 별도의 홀이 형성되지 않는 경우에도 작업자가 처리 공간을 관찰할 수 있도록 할 수 있다. 도 6을 참조하면, 가이드 부재(210)의 상부에는 상부 전극 유닛(300)이 결합되어, 가이드 부재(210)의 중공 영역에 처리 공간이 형성될 수 있으며, 처리 공간으로 공정 가스가 공급된 후 상부 전극(320)에 전력을 인가하여 플라즈마를 생성할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 공급 유닛의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제어 유닛(600)은 가스 공급 유닛(200), 전원(500) 및 구동부(900)를 제어한다. 구체적으로, 제어 유닛(600)은 가스 공급 밸브(221)를 개방하여 가스 유입 공간(211)을 통해 처리 공간으로 공정 가스를 공급하며, 이 경우 가스 배기 밸브(231)를 닫힌 상태로 유지할 수 있다. 제어 유닛(600)은 가스 공급 밸브(221)를 개방한 시점부터 기설정된 시간 이후 전원(500)을 제어하여 상부 전극 유닛(300)의 상부 전극(320)에 전력을 인가할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(600)은 가스 배기 밸브(231)가 닫힌 상태에서 가스 공급 밸브(221)를 개방한 후 1초 이후 상부 전극(320)으로 전력을 인가하여 처리 공간에 플라즈마를 생성할 수 있다. 이 경우, 처리 공간 내에 있는 기판의 모든 영역에 대해 동시에 플라즈마 처리가 수행되므로, 기판의 모든 영역에서 플라즈마 처리의 균일도가 향상될 수 있다. 일 예로, 대기압 플라즈마 처리를 통한 친수화 공정을 수행하는 경우, 기판의 모든 영역에서 접촉각의 표준 편차가 1도 이하로 제공될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제어 유닛(600)은 가스 공급 밸브(221)를 개방하여 처리 공간으로 공정 가스를 공급하면서 동시에 가스 배기 밸브(231)를 개방하여 처리 공간의 공정 가스를 배기할 수 있다. 즉, 도 7과 달리, 제어 유닛(600)은 공정 가스를 처리 공간으로 공급함과 동시에 처리 공간의 공정 가스를 배기하면서 가스 공급 밸브(221)가 개방된 시점부터 기설정된 시간 이후 상부 전극(320)으로 전력을 인가하여 플라즈마를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(600)은 가스 배기 밸브(231)가 개방된 상태에서 가스 공급 밸브(221)를 개방하여, 처리 공간으로 공정 가스를 공급하면서 동시에 처리 공간의 공정 가스를 배기하며, 가스 공급 밸브(221)가 개방된 시점부터 수 초 후 상부 전극(320)으로 전력을 인가하여 플라즈마를 생성할 수 있다. 이 경우, 도 7의 경우와 비교하여 플라즈마 생성 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(10)는 대기압 플라즈마 처리 장치이며, 지지 유닛(100)에 놓인 기판을 대기압 플라즈마 처리하여 기판의 표면을 친수화 또는 소수화하는 공정을 수행할 수 있다. 이 경우, 상부 전극 유닛(300)과 기판 사이의 거리를 조절하거나 기판을 대기압 플라즈마 처리하는 시간을 조절할 수 있으며, 전원(500)으로부터 상부 전극(320)으로 전력이 인가되는 구동 주기(on time)를 조절하여 효율적으로 기판을 처리할 수 있다. 종래 선형 플라즈마 방식이 아닌, 본 발명의 실시 예에 따른 상부 전극 유닛(300) 및 하부 전극(400)을 이용하여 기판을 대기압 플라즈마 처리하여 친수화하는 공정을 수행하는 경우, 도 9와 같이, 구동 주기에 관계 없이 20초의 처리 시간 내에 기판의 모든 영역에서 10도 이하의 표면 접촉각이 형성될 수 있다. 또한, 이 경우 기판의 모든 영역에서의 접촉각의 표준 편차가 1도 이하로 제공될 수 있다. 즉, 종래의 선형 플라즈마 방식과 비교하여 기판의 표면 처리 공정을 위한 대기압 플라즈마 처리 시간이 감소하고, 기판의 모든 영역에서 플라즈마 처리의 균일도가 향상될 수 있다. 또한, 기판 표면의 친수화를 위한 기판에 대한 대기압 플라즈마 처리 시간은 30초 이하로 제공될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 10을 참조하면, 우선, 기판을 지지 유닛으로 이송한 후, 가스 공급 유닛을 지지 유닛을 향하여 이동시켜 가스 공급 유닛을 지지 유닛에 형성되는 결합 부재에 접촉시킬 수 있다(S1010). 이에 따라, 지지 유닛에 놓인 기판 주변으로 처리 공간이 형성될 수 있다.
이어서, 처리 공간으로 공정 가스를 공급한다(S1020). 구체적으로, 가스 배기 밸브가 닫힌 상태에서 가스 공급 밸브를 개방하여 처리 공간으로 공정 가스를 공급하거나, 또는 가스 배기 밸브를 개방시킨 상태에서 가스 공급 밸브를 개방하여 처리 공간으로 공정 가스를 공급하면서 동시에 처리 공간의 공정가스를 배기할 수 있다. 여기서, 공정 가스는 질소(N2), 공기, 아르곤(Ar), CxFx 가스 등의 단일 가스 또는 상기 단일 가스에 수증기(H2O) 및 산소(O2) 중 적어도 하나를 혼합한 혼합 가스를 포함할 수 있다.
이어서, 상부 전극 유닛으로 전력을 인가하여 플라즈마를 생성한다(S1030). 구체적으로, 가스 공급 밸브가 개방된 시점부터 기설정된 시간 이후 상부 전극 유닛으로 전력을 인가하여 플라즈마를 생성할 수 있다.
이어서, 플라즈마를 이용하여 기판을 플라즈마 처리한다(S1040). 여기서, 플라즈마는 대기압에서 생성되는 것이다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 기판의 모든 영역에서 균일한 플라즈마 처리가 가능하며, 대기압 플라즈마 처리를 위한 기판 처리 장치를 소형화하고 플라즈마 처리의 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
100: 지지 유닛 200: 가스 공급 유닛
210: 가이드 부재 220: 가스 공급부
230: 가스 배기부 300: 상부 전극 유닛
310: 베이스 부재 320: 상부 전극
330: 유전층 400: 하부 전극
500: 전원 600: 제어 유닛
700: 절연판 800: 방열판
900: 구동부

Claims (21)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 지지 유닛의 상부에 배치되는 상부 전극 유닛;
    상기 상부 전극 유닛에 결합되며 기판 상에 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
    상기 지지 유닛에 놓인 기판의 하부에 배치되고, 접지되는 하부 전극; 및
    상기 상부 전극 유닛의 상부 전극으로 전력을 인가하는 교류 전원;을 포함하고,
    상기 상부 전극 유닛은,
    베이스 부재;
    상기 베이스 부재 상에 형성되는 유전층; 및
    상기 유전층에 메쉬 구조로 제공되어 플라즈마를 발생시키는 상기 상부 전극을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극은, 상부에서 바라볼 때 상기 하부 전극에 대응하는 크기로 제공되는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는, 대기압 플라즈마 처리 장치인 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극 유닛 및 상기 가스 공급 유닛을 상하로 이동시키는 구동부;를 더 포함하며,
    상기 구동부는,
    상기 상부 전극 유닛 및 상기 가스 공급 유닛을 상기 지지 유닛을 향하여 이동시켜, 상기 가스 공급 유닛을 상기 지지 유닛에 형성되는 결합 부재에 접촉시켜서 기판 주변으로 처리 공간이 형성되도록 하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스 공급 유닛은,
    상기 베이스 부재와의 사이에 가스 유입 공간 및 가스 배출 공간을 형성하도록 상기 베이스 부재의 아래에서 상기 베이스 부재에 결합되는 가이드 부재;
    상기 가스 유입 공간을 통해 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급 라인 및 가스 공급 밸브를 포함하는 가스 공급부; 및
    상기 가스 배출 공간을 통해 상기 처리 공간의 공정 가스를 배기시키기 위한 가스 배기 라인 및 가스 배기 밸브를 포함하는 가스 배기부;를 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가이드 부재는,
    중공의 직육면체 형상을 가지며, 상기 가스 유입 공간 및 상기 가스 배출 공간은 서로 맞은편에 위치하는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가이드 부재는, 측면에 상기 처리 공간을 관찰할 수 있는 복수의 홀이 형성되는 기판 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 가이드 부재는, 투명한 재질로 제공되는 기판 처리 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 가스 공급 유닛 및 상기 전원을 제어하는 제어 유닛;을 더 포함하며,
    상기 제어 유닛은,
    상기 가스 배기 밸브가 닫힌 상태에서 상기 가스 공급 밸브를 개방하여 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하고, 상기 가스 공급 밸브가 개방된 시점부터 기설정된 시간 이후 상기 전원이 상기 상부 전극 유닛의 상기 상부 전극으로 전력을 인가하여 접지된 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에서 플라즈마를 생성하도록 상기 가스 공급 유닛 및 상기 전원을 제어하는 기판 처리 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 가스 공급 유닛 및 상기 전원을 제어하는 제어 유닛;을 더 포함하며,
    상기 제어 유닛은,
    상기 가스 공급 밸브를 개방하여 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하면서 동시에 상기 가스 배기 밸브를 개방하여 상기 처리 공간의 공정 가스를 배기하고, 상기 가스 공급 밸브가 개방된 시점부터 기설정된 시간 이후 상기 전원이 상기 상부 전극 유닛의 상기 상부 전극으로 전력을 인가하여 접지된 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에서 플라즈마를 생성하도록 상기 가스 공급 유닛 및 상기 전원을 제어하는 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 공정 가스는, 질소(N2), 공기, 아르곤(Ar), CxFx 가스 중 어느 하나의 단일 가스 또는 상기 단일 가스에 수증기(H2O) 및 산소(O2) 중 적어도 하나를 혼합한 혼합 가스를 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메쉬 구조는, 다각형 형상을 가지는 기판 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 메쉬 구조는, 삼각형, 사각형 및 육각형 벌집 형상 중 어느 하나의 반복적인 메쉬 형태인 기판 처리 장치.
  14. 제1항에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 플라즈마 처리하는 방법에 있어서,
    상기 기판 주변으로 처리 공간을 형성하기 위하여 상기 가스 공급 유닛을 상기 지지 유닛을 향하여 이동시켜, 상기 가스 공급 유닛을 상기 지지 유닛에 형성되는 결합 부재에 접촉시키는 단계;
    상기 처리 공간으로 상기 공정 가스를 공급하는 단계;
    상기 전원이 상기 상부 전극 유닛의 상기 상부 전극으로 전력을 인가하여 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    상기 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 플라즈마는 대기압에서 생성되는 기판 처리 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 상부 전극은, 상부에서 바라볼 때 상기 하부 전극에 대응하는 크기로 제공되는 기판 처리 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 가스 공급 유닛은,
    상기 베이스 부재와의 사이에 가스 유입 공간 및 가스 배출 공간을 형성하도록 상기 베이스 부재의 아래에서 상기 베이스 부재에 결합되는 가이드 부재;
    상기 가스 유입 공간을 통해 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급 라인 및 가스 공급 밸브를 포함하는 가스 공급부; 및
    상기 가스 배출 공간을 통해 상기 처리 공간의 공정 가스를 배기시키기 위한 가스 배기 라인 및 가스 배기 밸브를 포함하는 가스 배기부;를 포함하고,
    상기 공정 가스를 공급하는 단계는,
    상기 가스 배기 밸브가 닫힌 상태에서 상기 가스 공급 밸브를 개방하여 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하고,
    상기 플라즈마를 생성하는 단계는,
    상기 가스 공급 밸브가 개방된 시점부터 기설정된 시간 이후 상기 전원이 상기 상부 전극 유닛의 상기 상부 전극으로 전력을 인가하여 접지된 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에서 플라즈마를 생성하는 기판 처리 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 공정 가스를 공급하는 단계는,
    상기 가스 공급 밸브를 개방하여 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하면서 동시에 상기 가스 배기 밸브를 개방하여 상기 처리 공간의 공정 가스를 배기하고,
    상기 플라즈마를 생성하는 단계는,
    상기 가스 공급 밸브가 개방된 시점부터 기설정된 시간 이후 상기 전원이 상기 상부 전극 유닛의 상기 상부 전극으로 전력을 인가하여 접지된 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에서 플라즈마를 생성하는 기판 처리 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 공정 가스는, 질소(N2), 공기, 아르곤(Ar), CxFx 가스 중 어느 하나의 단일 가스 또는 상기 단일 가스에 수증기(H2O) 및 산소(O2) 중 적어도 하나를 혼합한 혼합 가스를 포함하는 기판 처리 방법.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메쉬 구조는, 다각형 형상을 가지는 기판 처리 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 메쉬 구조는, 삼각형, 사각형 및 육각형 벌집 형상 중 어느 하나의 반복적인 메쉬 형태인 기판 처리 방법.

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