KR102492995B1 - 플라즈마 헤드 - Google Patents

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KR102492995B1
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김충영
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주식회사 오픈나노
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Abstract

플라즈마 헤드가 제공된다. 상기 플라즈마 헤드는, 플라즈마를 이용하여 비접촉 방식으로 대상물의 표면처리공정을 수행할 수 있는 플라즈마 헤드에 있어서, 전극 내부로 유입된 반응가스가 에너지를 공급받아 플라즈마의 유동에 와류를 생성하여 나선형의 플라즈마가 발생되는 플라즈마 발생공간을 구비하는 플라즈마 발생부; 플라즈마의 유동의 와류를 제거하여 직진성의 플라즈마의 유동으로 변형시키는 플라즈마 와류제거부; 상기 플라즈마 와류제거부와 연결되며, 소정의 각도를 가지며 하향 경사지게 상기 플라즈마 와류제거부로부터 연장되어 형성되며, 이동 시 중앙에 집중된 플라즈마의 유동을 분산시키는 플라즈마 분산부; 및 상기 플라즈마 분산부와 연결되어 형성되며, 플라즈마를 토출하여 대상물을 표면처리하는 비선형의 폭을 갖는 플라즈마 표면처리부;를 포함할 수 있다.

Description

플라즈마 헤드 {PLASMA HEAD}
본 발명은 플라즈마 헤드에 관한 것으로써, 마스크 작업없이 비접촉방식으로 플라즈마를 이용하여 대상물을 균일하게 표면처리할 수 있는 플라즈마 헤드에 관한 것이다.
반도체, LCD, OLED 등의 정밀 제조 분야에서는 대상물 상에 매우 미세한 패턴을 형성하는 공정을 반복하여 소자를 제조한다. 이때 미세한 패턴을 형성하는 과정은 일반적으로 특정한 박막을 증착한 상태에서 그 박막 상에 포토리소그래피 공정을 통하여 특정한 패턴을 가지는 포토레지스트 형상을 형성한 후에, 이 포토레지스트를 마스크로 사용하여 건식 표면처리 또는 습식 표면처리하여 박막을 패터닝하는 방식에 의하여 이루어진다.
따라서 종래의 표면처리 과정은 반드시 패턴이 형성될 박막 중 제거될 부분이 노출되고, 남겨질 부분이 가려진 상태를 만드는 일종의 마스크가 필요하였다.
그런데 이러한 마스크를 형성하는 과정은 전술한 바와 같이, 포토레지스트 등을 증착하고 이를 노광 장비 등을 이용하여 노광한 후에 이를 현상하는 등의 매우 복잡하고 고가의 장비를 사용하여야 하는 공정이다.
따라서 반도체 등의 제조 분야에서는 이러한 공정을 가능한 줄이기 위하여 많은 공정 기술 개발 및 패턴 설계 등이 진행되고 있다.
그러나 근본적으로 종래의 건식 표면처리장치는 대상물 중 특정한 부분이 마스킹(masking) 또는 블로킹(blocking)된 상태에서 대상물의 전면에 대하여 표면처리 작용을 수행하는 플라즈마를 발생시키고 분사하여 표면처리 작업을 진행하므로, 마스킹 공정은 필수적으로 동반되는 한계가 있다. 여기서, 플라즈마는 이온이나 라디칼, 그리고 전자 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것을 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여서는 안될 것이다.
대한민국 공개특허 제10-2019-0081002호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체, LED, OLDE 등의 정밀 제조 분야 제작공정에서 마스크 작업없이 비접촉방식으로 플라즈마를 이용하여 대상물을 표면처리하는 표면처리공정에서 대상물의 손상을 최소화하면서 정밀도와 균일도를 높여 제품의 품질을 더욱 향상시킬 수 있는 플라즈마 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 헤드는, 플라즈마를 이용하여 비접촉 방식으로 대상물의 표면처리공정을 수행할 수 있는 플라즈마 헤드에 있어서, 전극 내부로 유입된 반응가스가 에너지를 공급받아 플라즈마의 유동에 와류를 생성하여 나선형의 플라즈마가 발생되는 플라즈마 발생공간을 구비하는 플라즈마 발생부; 플라즈마의 유동의 와류를 제거하여 직진성의 플라즈마의 유동으로 변형시키는 플라즈마 와류제거부; 상기 플라즈마 와류제거부와 연결되며, 소정의 각도를 가지며 하향 경사지게 상기 플라즈마 와류제거부로부터 연장되어 형성되며, 이동 시 중앙에 집중된 플라즈마의 유동을 분산시키는 플라즈마 분산부; 및 상기 플라즈마 분산부와 연결되어 형성되며, 플라즈마를 토출하여 대상물을 표면처리하는 비선형의 폭을 갖는 플라즈마 표면처리부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 와류제거부는, 소정의 직경을 갖는 원통형상으로 길이 방향으로 상기 플라즈마 발생부의 끝단으로부터 연장되는 관통홀을 구비하며, 상기 관통홀을 통해 이동하는 나선형의 플라즈마의 와류가 제거되어 직진성의 플라즈마로 플라즈마의 유동을 변형시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 관통홀은 요철 형상, 곡선 형상 또는 평면 형상 중 적어도 하나의 형상으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 분산부는, 상기 플라즈마 표면처리부 방향으로 연장되는 적어도 하나 이상의 경사부를 포함하고, 상기 경사부는 직진성의 경사도 또는 완곡한 곡선의 경사도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경사부는, 제1 각도로 하향 경사지게 형성되는 제1 경사부; 및 상기 제1 경사부로부터 연장되며 상기 제1 각도와 상이한 제2 각도로 하향 경사지게 형성되는 제2 경사부; 및 상기 제2 경사부로부터 연장되며, 상기 제1 및 제2 각도와 상이한 제3 각도로 하향 경사지게 형성되는 제3 경사부;를 포함하고, 상기 제1 내지 상기 제3 경사부는 서로 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 표면처리부는, 상기 플라즈마 분산부로부터 연장되어 상기 플라즈마 헤드의 하부에 배치되는 토출구를 포함하고, 상기 플라즈마 표면처리부는, 상기 토출구와 소정 간격으로 이격되어 상기 토출구를 감싸도록 비선형의 폭을 갖는 형상으로 형성되는 가이드에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 표면처리공정을 통해 발생된 표면처리부산물과 표면처리 공정 진행간 잔존하는 플라즈마를 흡입하는 배기부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 반도체, LED, OLDE 등의 정밀 제조 분야 제작공정에서 마스크 작업없이 비접촉방식으로 플라즈마를 이용하여 대상물을 표면처리하는 표면처리공정에 의한 대상물의 손상을 최소화하면서 정밀도를 높여 제품의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다. 특히 대상물의 표면처리부분을 기설정된 표면처리 패턴에 대응하여 효율적으로 표면처리할 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마의 와류를 제거함으로써, 와류에 의해 대상물이 손상되는 것을 방지하면서 플라즈마가 비선형으로 토출되어 대상물을 균일하게 표면처리하여 대상물의 가공 균일도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마를 이용하여 대상물을 표면처리하는 경우 발생하는 파티클 등의 표면처리부산물을 진공으로 흡입하여 대상물에 재부착되는 것을 최소화하여 대상물의 오염을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 헤드를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2은 도 1에 도시된 플라즈마 헤드를 설명하기 위한 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 플라즈마 헤드를 설명하기 위한 정면도이다.
도 4 내지 도 6은 플라즈마의 이동경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 표면처리방법의 식각 비교예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 2에 도시된 최종경사부를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 2에 도시된 배기부를 설명하기 위한 상세 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 관통홀의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 비선형의 폭을 갖는 플라즈마를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 헤드를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2은 도 1에 도시된 플라즈마 헤드를 설명하기 위한 측면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 플라즈마 헤드를 설명하기 위한 정면도이고, 도 4 내지 도 6은 플라즈마의 이동경로를 설명하기 위한 도면으로써, 도 5(a) 내지 도 5(d)는 플라즈마 분산부에서의 플라즈마의 이동경로를 설명하기 위한 도면이고, 도 6(a)는 플라즈마 표면처리부에서의 플라즈마의 이동경로를 설명하기 위한 도면이며, 도 6(b)는 플라즈마 형상을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 2에 도시된 최종경사부를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 2에 도시된 배기부를 설명하기 위한 상세 도면이며, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 관통홀의 형상을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 비선형의 폭을 갖는 플라즈마를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예인 플라즈마 헤드(1)는 플라즈마 발생부(10), 플라즈마 와류제거부(20), 플라즈마 분산부(30), 플라즈마 표면처리부(40) 및 배기부(50)를 포함할 수 있다. 이때, 플라즈마 발생부(10), 플라즈마 와류제거부(20), 플라즈마 분산부(30), 플라즈마 표면처리부(40) 및 배기부(50)는 일체형으로 형성될 수도 있다.
본 실시예에서, 플라즈마 헤드(1)는 대상물의 표면처리공정을 수행하기 위한 밀폐된 내부공간에 배치되어 진공상태에서 대상물(P)을 마스크없이 비접촉방식으로 표면처리할 수 있는 장치로써, 반도체, LED, OLDE 등의 정밀 제조 분야 제작공정뿐만 아니라 다양한 표면처리공정에 사용될 수 있다.
이때, 대상물(P)은 반도체 기판, 웨이퍼일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 반도체 회로를 제조하기 위한 웨이퍼 기판이거나, 평판 디스플레이(flat panel display) 소자를 제조하기 위한 것으로, 평판 디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display), FED(Field Emission Display), ELD(Electro Luminescence Display) 일 수 있다.
플라즈마 발생부(10)는 플라즈마가 발생되는 소정의 플라즈마 발생공간(11)을 구비하며, 플라즈마 발생공간(11)에 전극(12)과 가스공급부(14)를 포함할 수 있다. 즉, 플라즈마 발생부(10)는 가스공급부(14)를 통해 내부로 유입된 반응가스가 전극(12)에 반응하여 플라즈마가 발생되는 플라즈마 발생공간(11)을 구비할 수 있다.
전극(12)은 플라즈마발생공간(11)의 상부 및 하부에 서로 이격되어 배치되는 양극 및 음극으로써, 양극에 고주파 발생을 유도하는 전원부(미도시)가 연결될 수 있다.
상부 전극은 가스공급부(14)를 통해 접지(ground)되어 RF(radio frequency, 고주파, 고전압) 전원이 인가되는 하부전극과 함께, 반응가스로부터 플라즈마를 생성할 수 있다.
가스공급부(14)는 플라즈마 발생공간(11)으로 반응가스가 유입되는 통로로써, 플라즈마 발생공간(11)의 상부에 배치되어 반응가스가 가스공급부(14)를 통과하면서 플라즈마의 유동에 나선형의 와류가 발생시킬 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생부(10)는 불규칙한 플라즈마 유동에 와류를 발생시켜 안정적인 나선형의 플라즈마를 발생시킴으로써, 플라즈마의 유동을 변형시킬 수 있다.
본 실시예에서, 가스공급부(14)를 스파이럴형으로 개시되었지만, 이에 한정하지 않고, 와류를 발생시킬 수 있는 형상을 갖는 가스공급부일 수 있다.
이와 같은 플라즈마 발생부(10)는 원통형의 소정의 폭을 가지며 하향 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 플라즈마 발생부(10)는 플라즈마 와류제거부(20) 방향으로 원추형태로 연장되어 형성될 수 있다.
예를 들어, 플라즈마 발생부(10)는 제1 길이(H1)를 갖고, 상부의 제1-1 직경(W10)이 하부의 제1-2 직경(W12)보다 크게 형성될 수 있다.
이와 같은 구조의 플라즈마 발생부(10)는 가스공급부(14)를 통과한 반응가스가 플라즈마 발생공간(11)에서 고주파 전원에 의해 즉, 반응가스에 에너지를 공급하여 반응가스를 플라즈마 생태로 변환시키고, 플라즈마가 하향 경사진 플라즈마 발생공간(11)을 이동하여 플라즈마의 유동에 나선형의 와류가 발생될 수 있다.
플라즈마 와류제거부(20)는 소정의 직경을 갖는 원통형상으로 길이 방향으로 플라즈마 발생부(10)의 끝단으로부터 연결되어 연장되는 관통홀로 형성될 수 있다. 이때, 플라즈마 와류제거부(20)는 플라즈마 발생부(10)와 일체형으로 형성될 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 플라즈마 와류제거부(20)는 나선형의 플라즈마가 좁은 직경으로 이루어진 관통홀을 통과하면서 관통홀의 내측면에 다회 부딪혀 나선형의 플라즈마의 회전운동에너지를 감소시킴으로써, 와류가 제거하여 직진성의 플라즈마로 플라즈마의 유동을 변형시킬 수 있다.
예를 들어, 플라즈마 와류제거부(20)는 제2 길이(H2)가 10~20mm일 때, 제2 직경(W20)은 3~5mm인 관통홀로 형성될 수 있다. 이때, 제2 길이(H2)는 제1 길이(H1)보다 작고, 제2 직경(W20)은 제1-2 직경(W12)과 동일하고, 제1 직경(W10)보다 작게 형성될 수 있다.
실시예에 따라, 제2 직경(W20)은 제1-2 직경(W12)보다 작게 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 플라즈마 와류제거부(20)의 제2 길이(H2)가 10mm 이하인 경우에는 길이가 짧아 나선형의 플라즈마의 회전운동에너지를 효율적으로 감소시키지 못하고, 제2 길이(H2)가 20mm 이상인 경우에는 길이가 길어져 나선형의 플라즈마의 회전운동에너지를 많이 감소되어 플라즈마의 세기가 약해질 수 있다. 또한, 플라즈마 와류제거부(20)의 제2 직경(W20)이 3mm 이하인 경우에는 나선형의 플라즈마의 회전운동에너지가 많이 감소하여 플라즈마의 세기가 약해지고, 제2 직경(W20)이 5mm 이상인 경우에는 나선형의 플라즈마의 회전운동에너지를 많이 감소되어 플라즈마의 세기가 약해질 수 있다. 즉, 플라즈마 와류제거부(20)의 관통홀의 제2 길이(H2)가 10~20mm이고, 제2 직경(W20)이 3~5mm인 경우, 관통홀을 통해 이동하는 나선형의 플라즈마의 와류가 효율적으로 제거되어 직진성의 플라즈마로 플라즈마의 유동을 빠르게 변형시킬 수 있다.
본 개시에서 관통홀의 형상을 원형으로 개시하였지만, 이에 한정하지 않고, 관통홀은 평면구조, 요철구조 또는 곡선구조 등의 형상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 관통홀의 내측면 중 적어도 일부분 또는 전체면이 요철 면구조 곡선 면구조, 사각 면구조 또는 다각형 면구조 중 적어도 하나의 형상을 포함할 수 있지만 이에 한정하지 않는다.
예를 들어, 관통홀은 도 10에 도시된 바와 같이, 축에 수직한 단면이 요철 면구조, 곡선 면구조, 사각 면구조 또는 다각형 면구조 중 적어도 하나의 형상을 포함할 수 있다.
이와 같은 구조의 플라즈마 와류제거부(20)는 나선형의 플라즈마의 와류를 제거하여 직진성의 플라즈마로 변형시킬 수 있다. 즉, 나선형의 플라즈마가 직진성의 플라즈마로 변형되면 후술되는 플라즈마 표면처리부(40)를 통해 토출되는 플라즈마가 균일한 강도를 가질 수 있다. 이에 따라, 대상물(P)을 균일하게 표면처리하여 대상물(P)의 가공 균일도를 더욱 높일 수 있다.
플라즈마 분산부(30)는 소정의 각도를 가지며 하향 경사지게 플라즈마 와류제거부로부터 연장되어 형성될 수 있다. 이때, 플라즈마 분산부(30)는 플라즈마 와류제거부(20)와 일체형으로 형성될 수 있다.
플라즈마 분산부(30)는 플라즈마 표면처리부(40) 방향으로 연장되는 제1 경사부(32), 제2 경사부(34) 및 최종경사부(36)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 경사부를 3개로 개시하였지만, 이에 한정하지 않고, 적어도 1개 이상의 경사부를 포함할 수 있다.
제1 경사부(32)는 제1 각도를 가지며 일방향으로 하향 경사지도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 경사부(32)는 10˚~80˚의 각도를 가질 수 있다.
제2 경사부(34)는 제2 각도를 가지며 제1 경사부(32)와 반비례되는 방향으로 하향 경사지도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 제2 경사부(34)는 10˚~80˚의 각도를 가질 수 있지만, 이에 한정하지 않고, 제1 경사부(32)와 동일한 각도로 형성될 수 있다.
실시예에 따라, 제2 경사부(34)는 제1 경사부(32)보다 큰 각도를 형성될 수 있다. 즉, 각도가 크게 형성됨으로써, 세기가 중심에 집중된 직진성의 플라즈마가 더욱 더 제2 경사부(34)에 부딪히면서 중앙에 집중된 플라즈마의 유동을 진행방향으로 보다 넓고 좌우로 고르게 펴질 수 있도록 할 수 있다.
최종경사부(36)는 제3 각도를 가지며, 제1 경사부(32) 및 제2 경사부(34)와 다른 방향으로 경사지도록 형성될 수 있다. 즉, 최종경사부(36)는 일정한 각도를 갖도록 하향 경사지게 형성될 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 최종경사부(36)는 바닥부와 수직한 각도를 갖도록 형성될 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
예를 들어, 도 8을 참고하면, 최종경사부(36)는 바닥부를 향해 제2 경사부(34)와 같은 방향으로 경사진 각도를 갖도록 하향 경사지게 형성되거나(도 8(a) 참조), 바닥부를 향해 제2 경사부(34)와 상이한 반대 방향으로 경사진 각도를 갖도록 하향 경사지게 형성될 수 있다(도 8(b) 참조).
본 실시예에서, 플라즈마 분산부(30)는 제3 길이(H3)를 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 제3 길이(H3)는 제2 길이(H2)와 동일하거나 길게 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 경사부(32)는 제3-1 길이(H30)로 형성되고, 상부면의 제3-1 직경(W30)이 하부면의 제3-2 직경(W32)보다 크게 형성될 수 있다.
이와 달리, 제3-1 직경(W30)과 제3-2 직경(W32)이 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 제1 경사부(32)는 균일한 직경을 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 제2 경사부(34)는 제3-2 길이(H32)로 형성되고, 상부면의 제3-2 직경(W32)이 하부면의 제3-3 직경(W34)보다 크게 형성될 수 있다.
이와 달리, 제3-2 직경(W32)과 제3-3 직경(W34)이 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 제2 경사부(34)는 균일한 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 제2 경사부(34)의 직경은 제1 경사부(32) 보다 작을 수 있다.
또한, 최종경사부(36)는 제3-3 길이(H34)로 형성되고, 상부면의 제3-3 직경(W34)이 하부면의 제3-4 직경(W36)과 동일하게 형성될 수 있다.
이와 달리, 상부면의 제3-3 직경(W34)이 하부면의 제3-4 직경(W36)과 서로 상이하게 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 제3-1 길이(H30)는 제3-2 길이(H32) 및 제3-3 길이(H34)보다 작게 형성되고, 제3-1 직경(W30)는 제3-2 직경(W32), 제3-3 직경(W34) 및 제3-4 직경(W36)보다 크게 형성되고, 제3-2 직경(W32)은 제3-3 직경(W34) 및 제3-4 직경(W36)보다 크게 형성될 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
또한, 제3-1 길이(H30)는 제2 길이(H2)보다 작게 형성되고, 제3-2 길이(H32) 및 제3-3 길이(H34)는 제2 길이(H2)와 동일하거나 길게 형성될 수 있다.
이와 같은 구조의 플라즈마 분산부(30)는 플라즈마의 유동 즉, 세기가 중심에 집중된 직진성의 플라즈마가 제1 경사부(32), 제2 경사부(3) 및 최종경사부(36)를 관통하면서 내벽에 다회 부딪히면서 중앙에 집중된 플라즈마의 유동이 분산되어 진행방향으로 보다 넓고 좌우로 고르게 펴질 수 있도록 할 수 있다. 이때, 세기가 중심에 집중된 직진성의 플라즈마에 와류가 존재하는 경우, 후술되는 플라즈마가 비대칭 형상으로 토출될 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 직진성의 플라즈마가 제1 경사부(32)의 제1 내측면(320)에 부딛치고, 제1 경사부(32)의 제1 내측면(320)에 부딪친 직진성의 플라즈마가 제1 경사부(32)의 제2 내측면(322)에 부딛치고, 제1 경사부(32)의 제2 내측면(322)에 부딪친 직진성의 플라즈마가 제2 경사부(34)의 제3 내측면(340)에 부딛치고, 제2 경사부(34)의 제3 내측면(340)에 부딪친 직진성의 플라즈마가 제2 경사부(34)의 제4 내측면(342)에 부딪치고, 최종경사부(36)의 제4 내측면(360)에 부딪친 직진성의 플라즈마가 최종경사부(36)의 제4 내측면(362)에 부딪치면서 중심에 집중된 플라즈마가 좌우로 고르게 퍼져 대상물(P)의 가공 균일도를 향상시킬 수 있다.
이때, 제1 경사부(32), 제2 경사부(3) 및 최종경사부(36)는 직진성의 경사도를 갖거나(도 5(a) 참조), 제1 경사부(32), 제2 경사부(3) 및 최종경사부(36)는 완곡한 곡선의 경사도를 갖거나(도 5(b) 참조), 제1 경사부(32)는 직진성의 경사도를 갖고 제2 경사부(34) 및 최종경사부(36)는 완곡한 곡선의 경사도를 갖거나(도 5(c) 참조), 제1 경사부(32)는 완곡한 곡선의 경사도를 갖고 제2 경사부(34) 및 최종경사부(36)는 직진성의 경사도를 가질 수 있지만(도 5(d) 참조), 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 제1 경사부(32), 제2 경사부(3) 및 최종경사부(36) 중 적어도 하나 이상이 직진성의 경사도를 갖거나 완곡한 곡선의 경사도를 가질 수 있다.
플라즈마 표면처리부(40)는 플라즈마 분산부(30)와 연결되어 플라즈마를 토출하여 대상물(P)을 표면처리할 수 있다. 이때, 플라즈마 표면처리부(40)는 플라즈마 분산부(30)와 일체형으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 플라즈마 헤드(1)의 하부에 배치되는 플라즈마 표면처리부(40)는 플라즈마 분산부(30)와 연결되는 토출구(42)와, 플라즈마 표면처리부(40)의 하부에 배치되며, 토출구(42)와 소정 간격으로 이격되어 토출구(42)를 감싸도록 비선형의 폭을 갖는 형상으로 형성되는 가이드(44)를 포함할 수 있다.
토출구(42)는 가이드(44)의 내측면에서 대상물(P)로부터 소정간격으로 이격되어 배치되어 대상물(P)과 플라즈마 표면처리부(40)의 하부면 사이를 반복 이동하는 플라즈마를 토출할 수 있다. 이때, 플라즈마는 가이드(44)에 의해 안정적으로 유지될 수 있다.
예를 들어, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 플라즈마는 대상물(P)과 플라즈마 표면처리부(40)의 하부면 사이를 반복 이동하여 비선형의 폭으로 대상물(P)에 대한 표면처리공정을 수행할 수 있다.
다시 말하면, 플라즈마 표면처리부(40)는 토출구(42)와 소정 간격으로 이격되어 토출구(42)를 감싸도록 비선형의 폭을 갖는 형상으로 형성되는 가이드(44)에 의해 형성되는 표면처리공간에 비선형의 폭을 갖는 플라즈마를 토출하여 대상물(P)을 균일하게 표면처리할 수 있다.
예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 토출구(42)가 원형이 아닌 비선형으로 형성되는 경우, 표면처리부(40)는 토출구(42)를 감싸도록 비선형의 폭을 갖는 형상으로 형성되는 가이드(44)에 의해 중심부(b)의 폭이 양측부(a, c)의 폭보다 좁게 형성되는 원형이 아닌 비선형의 폭을 갖는 플라즈마를 토출할 수 있다.
다시 말하면, 플라즈마 표면처리부(40)는 비선형의 토출구(42)에 의해 중심부의 플라즈마가 강해지면(a2), 가이드(44)에 의해 가이드 내부에 갇힌 플라즈마의 폭의 중심부가 좁아짐으로써(b2), 중심부와 양측부가 서로 상이한 너비를 갖는 원형이 아닌 비선형 형상으로 중심부와 양측부가 서로 상이한 너비를 갖는 비선형의 폭을 갖는 플라즈마를 토출하여, 표면처리 대상물의 표면에 대상물을 균일하게 표면처리할 수 있다(c2). 이때, 아래의 도면에 개시된 '가'는 토출구(42)에서 토출되는 플라즈마의 강도 분포를 나타내고, '나'는 가이드(44)에 의해서 가이드(44) 내부에 갇힌 플라즈마의 폭 분포를 나타내며, '다'는 토출구(42)와 가이드(44)를 통과하여 표면처리 대상물의 표면에 도달된 플라즈마로 식각된 깊이 분포를 나타낼 수 있다.
이때, 토출구(42)는 대상물(P)로부터 3~4mm만큼 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 토출구(42)는 장구 형상으로 형성될 수 있지만, 이와 달리 아령 형상의 비선형의 폭을 갖는 플라즈마를 토출할 수 있다.
여기서, 플라즈마는 좌우 대칭되는 형상으로써 중심부(b)의 폭이 양측부(a, c)의 폭보다 좁게 형성될 수 있다.
예를 들어, 중심부(b)의 폭은 0.5~1mm이고, 양측부(a, c)의 폭은 1.0~2.0mm일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
가이드(44)는 노출된 토출구(42)를 감싸도록 홈 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 가이드(44)는 비선형의 폭을 갖는 형상으로 개시하였지만, 이에 한정하지 않을 수 있다.
예를 들어, 가이드(44)는 원형이 아닌 장구 형상 또는 아령 형상의 비선형의 폭을 가질 수도 있다. 이때, 장구 형상 또는 아령 형상의 최소 폭이 2~5mm이고, 최대 폭이 5~10mm일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
본 실시예에서, 플라즈마 표면처리부(40)가 제4 길이(H4)를 갖도록 형성될 때, 플라즈마 분산부(30)의 끝부분인 토출구(42)는 제4-1 간극(W40)과 폭(W50)으로 형성되고, 가이드(44)는 제4 길이(H4)와, 제4-2 비선형 곡선의 간극(W42)으로 형성될 수 있다. 즉, 제4-1 간극(W40)은 제4-2 간극(W42)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제4-2 간극(W42)은 3~12mm 크기로 형성될 수 있다.
또한, 제4-1 간극(W40)은 제3-3 간극(W34)보다 작게 형성될 수 있지만, 이와 달리 동일하게 형성될 수도 있다.
이와 같은 구조의 플라즈마 표면처리부(40)는 플라즈마를 토출하는 토출구(42)를 소정 간격으로 이격되어 배치되는 가이드(44)에 의해 플라즈마가 외부로 배출되지 않게 하여 대상물(P)의 표면처리부분을 제외한 나머지부분으로 분사되지 않아서 기설정된 표면처리 패턴에 대응하여 표면처리할 필요없는 대상물(P)의 나머지부분에는 손상을 주지 않으면서 대상물(P)의 표면처리부분만을 정확하게 표면처리할 수 있다.
배기부(50)는 표면처리공정시 발생하는 표면처리부산물을 진공으로 표면처리와 동시에 흡입할 수 있다.
본 실시예에서, 배기부(50)가 진공을 이용하여 표면처리부산물을 흡입하는 것으로 개시하였지만, 이에 한정하지 않는다.
실시예에 따라, 배기부(50)는 표면처리부산물뿐만 아니라 대상물(P)의 표면처리진행간 잔존하는 플라즈마를 진공으로 표면처리와 동시에 흡입할 수 있다.
구체적으로, 배기부(50)는 도 9에 도시된 바와 같이, 배기부(50)를 감싸서 형성되는 배기블럭(52)과, 가이드(44)에 대응하여 배기블럭(52)의 일측면을 관통하여 표면처리분산물을 흡입하는 배기홀(54)을 포함할 수 있다.
배기블럭(52)은 가이드(44)의 외측면의 전체를 감싸도록 형성될 수 있다.
실시예에 따라, 배기블럭(52)은 가이드(44)의 외측면의 일부분을 감싸도록 형성될 수도 있다.
즉, 가이드(44)의 외측면을 감싸는 배기블럭(52)에 의해 표면처리공정시 발생하는 표면처리부산물이 플라즈마 헤드(1)의 외부로 배출되지 않도록 표면처리부산물이 오픈된 경로로 이탈할 수 있는 경로를 차단할 수 있다.
다시 말하면, 배기블럭(52)은 표면처리공정 시 표면처리부산물이 배기블럭(52)과 가이드(44)사이의 공간에 위치하도록 표면처리부산물의 경로를 차단할 수 있다.
배기홀(54)은 가이드(44)의 외측면의 전체면을 감싸도록 형성될 수 있지만, 이에 한정하지 않고, 가이드(44)의 외측면의 일부분을 감싸도록 형성될 수 있다. 즉, 가이드(44)의 외측면에 형성된 배기홀(54)에 의해 표면처리공정시 발생하여 가이드(44)와 배기블럭(52) 사이에 잔존하는 표면처리부산물을 진공으로 표면처리와 동시에 흡입할 수 있다.
다시 말하면, 플라즈마 표면처리부(40)에서 플라즈마를 이용하여 대상물(P)에 대한 표면처리공정 시 발생하는 표면처리부산물이 가이드(44)의 외측면을 감싸는 배기블럭(52)에 의해 외부로 확산되지 못하도록 함과 동시에 가이드(44)에 대응하여 배기블럭(52)을 관통하는 배기홀(54)에 의해 표면처리부산물이 진공으로 흡입되어 외부로 배출됨으로써, 표면처리부산물이 외부로 배출되어 대상물(P)을 오염시키는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 헤드의 동작은 다음과 같다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 표면처리방법의 식각 비교예를 설명하기 위한 도면으로써, 도 7(a)는 실시예에 대한 표면처리(식각)모양을 설명하기 위한 도면이고, 도 7(b)는 비교예에 대한 표면처리(식각)모양을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에서 플라즈마 헤드(1)를 이용한 플라즈마 표면처리방법은 상술한 공정챔버에서 이루어질 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
우선, 표면처리를 위한 대상물(P)이 플라즈마 헤드(1)에 대응하여 배치될 수 있다.
다음으로, 플라즈마 발생부(10)는 발생공간(11) 내부에 유입된 반응가스로부터 나선형의 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
다음으로, 플라즈마 와류제거부(20)로 이동한 나선형의 플라즈마에 대한 회전운동에너지가 플라즈마 와류제거부(20)를 관통하면서 감소하여 나선형의 플라즈마가 직진성의 플라즈마로 변환될 수 있다.
다음으로, 세기가 중심에 집중된 직진성의 플라즈마가 플라즈마 분산부(30)로 이동하여 플라즈마 분산부(30)의 내측벽에 부딪치면서 넓고 고르게 퍼지는 플라즈마로 변환될 수 있다.
다음으로, 플라즈마가 가이드(44)에 의해 대상물(P)의 표면처리부분을 제외한 나머지부분으로 이동 즉, 새어나가는 것을 방지하면서, 토출구(42)에 의해 토출되는 비선형의 폭을 갖는 플라즈마가 가이드(44) 안에서 대상물(P)과 플라즈마 표면처리부(40)의 하부면 사이의 표면처리공간을 반복 이동하여 더욱 빠르게 표면처리공정을 수행할 수 있다.
이와 동시에 배기부(50)가 플라즈마 및 표면처리부산물을 진공으로 표면처리와 동시에 흡입할 수 있다.
마지막으로, 표면처리가 완료되면 대상물(P)을 공정챔버의 외부로 반출할 수 있다.
이와 같이, 와류가 제거된 플라즈마를 경사를 이용하여 좌우로 균일하게 분산시킨 플라즈마를 이용하여 대상물(P)을 표면처리하는 경우(실시예)와, 와류가 제거되지 않아 중심에 집중된 비대칭의 플라즈마를 이용하여 대상물(P)을 표면처리하는 경우(비교예)를 비교한 결과, 아래의 표 1과 같이 대상물(P)의 손상을 방지하면서, 더욱 정밀한 표면처리공정을 수행할 수 있다.
플라즈마 조건 표면처리모양(㎜)
표면처리가스량
(분당리터, liter/min)		 파워용량
(와트, watt)		 불활성가스와 불소계혼합가스의 가스 비율 L R
실시예 30 350 100:1 0.4 0.4
비교예 30 350 100:1 3.0 3.0
구체적으로, 표면처리가스량(분당리터, liter/min)이 30liter/min이고, 파워용량(와트, watt)가 350와트이고, 불활성가스와 불소계혼합가스의 가스 비율이 100:1인 동일한 조건인 경우, 도 7(a)를 참조하면, 실시예는 왼쪽 표면처리(식각)모양(L)은 0.4mm고, 오른쪽 표면처리(식각)모양(R)은 0.4mm일 수 있다. 즉, 실시예는 와류가 제거된 플라즈마를 경사를 이용하여 좌우로 균일하게 분산시킨 플라즈마를 이용하여 표면처리(식각)공정을 수행함으로써, 표면처리(식각)가 이루어지는 동안 플라즈마가 균일하게 유지되어 더욱 정밀한 표면처리(식각)가 이루어질 수 있다.
이에 반해, 도 7(b)를 참조하면, 비교예는 왼쪽 표면처리(식각)모양(L)은 3.0mm이고, 오른쪽 표면처리(식각)모양(R)은 3.0mm일 수 있다. 즉, 와류가 제거되지 않아 중심에 집중된 비대칭의 플라즈마를 이용하여 대상물(P)을 표면처리하는 비교예는 비대칭의 플라즈마에 의해 정밀한 식각이 이루어질 수 없다. 더욱이, 비교예는 플라즈마가 중심에 집중되어 전체적으로 밀도가 낮아지며, 와류가 대상물(P)에 노출되어 플라즈마가 불균일하게 되어 대상물(P)에 손상이 발생될 수 있다.
다시 말하면, 나선형의 플라즈마의 와류를 제거하고, 세기가 중심에 집중된 직진성의 플라즈마의 세기를 고르게 퍼지도록 한 플라즈마를 이용하여 대상물(P)을 균일하게 표면처리함으로써, 마스크 작업없이 비접촉방식으로 대상물(P)의 가공 균일도를 더욱 높일 수 있다.
또한, 토출구(42)를 감싸는 가이드(44)에 의해 대상물(P)의 표면처리부분에 플라즈마가 집중되도록 하여 표면처리의 정밀도를 높여 제품의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예는 표면처리공정시 발생하는 표면처리부산물을 진공으로 흡입함으로써, 대상물(P)에 재부착되는 것을 최소화하여 대상물(P)의 오염을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1 : 플라즈마 헤드
10 : 플라즈마 발생부 11 : 발생공간
12 : 전극 14 : 가스공급부
20 : 플라즈마 와류제거부
30 : 플라즈마 분산부 32 : 제1 경사부
34 : 제2 경사부 36 : 최종경사부
40 : 플라즈마 표면처리부 42 : 토출구
44 : 가이드
50 : 배기부

Claims (7)

  1. 플라즈마를 이용하여 비접촉 방식으로 대상물의 표면처리공정을 수행할 수 있는 플라즈마 헤드에 있어서,
    전극 내부로 유입된 반응가스가 에너지를 공급받아 플라즈마의 유동에 와류를 생성하여 나선형의 플라즈마가 발생되는 플라즈마 발생공간을 구비하는 플라즈마 발생부;
    상기 플라즈마 발생부로부터 길이방향으로 연장되어 형성되며, 나선형의 플라즈마의 유동의 와류를 제거하여 직진성의 플라즈마의 유동으로 변형시키는 플라즈마 와류제거부;
    소정의 각도를 가지며 하향 경사지게 상기 플라즈마 와류제거부로부터 연장되어 형성되며, 직진성의 플라즈마의 이동 시 중앙에 집중된 플라즈마의 유동을 분산시키는 플라즈마 분산부; 및
    상기 플라즈마 분산부와 연결되어 형성되며, 원형이 아닌 비선형 형상으로 중심부와 양측부가 서로 상이한 너비를 갖는 비선형의 폭을 갖는 플라즈마를 토출하여 대상물을 표면처리하는 플라즈마 표면처리부를 포함하고,
    상기 비선형 형상의 중심부의 너비가 상기 비선형 형상의 양측부의 너비보다 작게 형성되는, 플라즈마 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 와류제거부는,
    소정의 직경을 갖는 원통형상으로 길이 방향으로 상기 플라즈마 발생부의 끝단으로부터 연장되는 관통홀을 구비하며, 상기 관통홀을 통해 이동하는 나선형의 플라즈마의 와류가 제거되어 직진성의 플라즈마로 플라즈마의 유동을 변형시키는, 플라즈마 헤드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 관통홀의 축에 수직한 단면은 요철 면구조, 곡선 면구조, 사각 면 구조 또는 다각형 면구조 중 적어도 하나의 형상으로 이루어지는, 플라즈마 헤드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 분산부는,
    상기 플라즈마 표면처리부 방향으로 연장되는 적어도 하나 이상의 경사부를 포함하고,
    상기 경사부는 직진성의 경사도 또는 완곡한 곡선의 경사도를 갖는, 플라즈마 헤드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 경사부는,
    제1 각도로 하향 경사지게 형성되는 제1 경사부;
    상기 제1 경사부로부터 연장되며, 상기 제1 각도와 상이한 제2 각도로 하향 경사지게 형성되는 제2 경사부; 및
    상기 제2 경사부로부터 연장되며, 상기 제1 각도 및 상기 제2 각도와 상이한 제3 각도로 하향 경사지게 형성되는 최종경사부;를 포함하고,
    상기 제1 경사부, 제2 경사부 및 상기 최종경사부는 서로 다른 방향으로 형성되는, 플라즈마 헤드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 표면처리부는,
    상기 플라즈마 분산부로부터 연장되어 상기 플라즈마 헤드의 하부에 배치되는 토출구를 포함하고,
    상기 플라즈마 표면처리부는,
    상기 토출구와 소정 간격으로 이격되어 상기 토출구를 감싸도록 비선형의 폭을 갖는 형상으로 형성되는 가이드에 의해 형성되는, 플라즈마 헤드.
  7. 제6항에 있어서,
    표면처리공정을 통해 발생된 표면처리부산물과 표면처리공정 진행간 잔존하는 플라즈마를 흡입하는 배기부;를 더 포함하고,
    상기 배기부는,
    상기 가이드를 감싸도록 형성되어 표면처리부산물의 이탈을 차단하는 배기블럭; 및
    상기 가이드를 감싸도록 상기 가이드에 대응하여 상기 배기블럭을 관통하여 형성되어 상기 가이드와 상기 배기블럭 사이에 위치하는 표면처리부산물 및 플라즈마를 동시에 흡입하여 외부로 배출하는 배기홀;을 포함하는, 플라즈마 헤드.
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