KR20050034109A - 상압 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR20050034109A
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Abstract

본 발명은 역삼각형 혹은 삼각형 구조의 전극 배치를 통해 안정적이고 풍부한 라디칼을 형성할 수 있는 상압 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 제 1, 제 2 전극이 상하 방향으로 소정 간격 이격된 제 1 전극 쌍과, 제 1, 제 2 전극이 상하 방향으로 소정 간격 이격되고, 상기 제 1 전극 쌍 일측에 상기 제 1 전극 쌍과 평행하게 배열된 제 2 전극 쌍과, 상기 제 1, 제 2 전극 쌍 사이의 사이에 상기 제 1, 제 2 전극이 좌우 방향으로 소정 간격 이격되어 배열된 제 3 전극 쌍과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍의 제 1 전극에 RF를 인가하는 RF 파워 소오스와, 상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍의 제 2 전극을 접지시키는 접지단 및 상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍이 배치되어, 상기 RF 파워 인가에 따라 상기 전극 쌍들의 전극 사이의 공간에 플라즈마가 발생되는 챔버를 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

상압 플라즈마 처리 장치{System for Atmospheric Pressure Plasma}
본 발명은 액정 표시 장치 또는 반도체 소자의 제조에 이용되는 장비에 관한 것으로 특히, 역삼각형 혹은 삼각형 구조의 전극 배치를 통해 안정적이고 풍부한 라디칼을 형성할 수 있는 상압 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마(Plasma)란 이온(ion)이나 전자(electron), 라디칼(radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 의미하는데, 이러한 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF electromagnetic fields)에 의해 생성된다.
특히, 글로우 방전(glow discharge)에 의한 플라즈마 생성은 직류(DC)나 고주파 전자계에 의해 여기된 자유전자에 의해 이루어지는데, 여기된 자유전자는 가스분자와 충돌하여 이온, 라디칼, 전자 등과 같은 활성족(active species)을 생성한다. 그리고 이와 같은 활성족은 물리 혹은 화학적으로 물질의 표면에 작용하여 표면의 특성을 변화시킨다. 이와 같이 활성족(플라즈마)에 의해 의도적으로 물질의 표면 특성을 변화시키는 것을 '표면 처리'라고 한다.
한편, 일반적으로, 플라즈마 처리 방법이란, 반응 물질을 플라즈마 상태로 만들어 기판 상에 증착하거나, 플라즈마 상태의 반응 물질을 이용, 세정(cleaning), 애슁(ashing) 또는 에칭(etching)하는 데 이용하는 것을 말한다.
이러한 플라즈마 처리 방법은 플라즈마 상태가 이루어지는 영역이 챔버 내에 어떤 기압 하에 있는가로 분류할 수 있다.
종래에는 진공에 가까운 저압(Low Pressure)하에서 글로우 방전 플라즈마(glow discharge plasma)를 발생시켜 기판 상에 박막을 형성하거나, 기판 상에 형성된 소정 물질의 에칭 또는 애슁을 하는 방법이 이용되었다. 그러나, 이러한 저압 플라즈마 처리 방법은 진공 챔버, 진공 배기 장치 등의 고가 장비가 요구되며, 또한, 장치 내의 구성이 복잡하기 때문에 장비 유지 관리 및 진공 펌핑(pumping) 시간이 길어지는 문제점이 있다. 따라서, 대면적 기판에 플라즈마 처리가 요구되는 액정 표시 장치와 같은 경우, 기판의 크기에 따라 상승하는 비용 부담으로 거의 이용하기 힘든 실정이다.
이로 인해, 진공 조건의 장비가 요구되지 않는, 대기압(Atmospheric Pressure, 상압) 근방의 압력 하에서 방전 플라즈마(discharge plasma)를 발생시키는 방법이 제안되어 왔다. 이와 같이, 대기압 하에서 플라즈마를 발생시키는 장치를 상압 플라즈마 처리 장치(System for Atmospheric Pressure Plasma)이라 한다.
그런데, 대기압 상태에서, 챔버 내의 두 전극 사이의 방전시 발생되는 글로우 디스차지(glow discharge) 상태에서 열역학적 평형 상태인 아크 디스차지(arc discharge) 상태로 전환되어, 안정적인 플라즈마 특성을 나타내지 못해 플라즈마 처리 공정을 진행하기에 적합지 않았다.
이 경우, 플라즈마 처리를 하는 챔버 내의 두 전극 중 일측 전극을 절연 특성이 좋은 유전체 물질로 절연한 후, 타측에 RF(Radio Frequency)를 인가하면 대기압 상태에서도 상기 두 전극 사이에 사일런트(silent) 방전이 일어나고, 캐리어 가스(Carrier gas)로 준안정 상태(metastable state)인 불활성 기체(inert gas), 예를 들어, He, Ar를 이용하면 대기압 중에서도 균일하고 안정된 상태의 플라즈마를 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 상압 플라즈마 처리 장치(Atmospheric Pressure Plasma System)를 설명하면 다음과 같다.
종래의 상압 플라즈마 처리 장치는 RF가 인가되는 제 1 플레이트와 접지된 제 2 플레이트의 배치 위치에 따라 크게 다이렉트(direct) 형과 리모트(remote) 형으로 구분할 수 있다.
도 1은 종래의 다이렉트형 상압 플라즈마 처리 장치의 개략도이다.
도 1과 같이, 종래의 다이렉트형 상압 플라즈마 처리 장치는 가스 유입 개구부(18)와 가스 유출 개구부(19a, 19b)를 구비한 챔버(17)와, 상기 챔버(17)의 하부면에 설치되는 스테이지(10)와, 상기 스테이지(10) 표면 및 상기 스테이지(10)로부터 일정간격 이격되어 서로 대향되도록 형성되는 제 1, 제 2 플레이트(11, 12)와, 상기 챔버(17) 외부에 설치되어 상기 제 1 플레이트(11)에 고주파(RF)를 발생시켜 인가하는 RF 파워 소오스(13)와, 상기 챔버(17)의 가스 유입 개구부(18)를 통해 반응 가스 또는 분위기 가스를 공급하는 가스 공급부(15)와, 상기 가스 공급부(15)에서 상기 챔버(17)로 공급되는 반응 가스 또는 분위기 가스를 필터링하는 필터(16)를 구비하여 구성된다. 여기서, 상기 제 2 플레이트(12)는 접지되고, 상기 제 1, 제 2 플레이트(11, 12)의 표면은 절연체에 의해 보호되어 있다.
이와 같이, 구성된 종래의 다이렉트형 상압 플라즈마 처리 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
즉, 제 2 플레이트(12) 위에 기판(20)을 위치시키고, 상기 가스 공급부(15)로부터 상기 챔버(17)에 가스를 공급함과 동시에 상기 제 1 플레이트(11)에 RF를 인가하면, 상기 제 1, 제 2 플레이트(11, 12) 사이의 공급 가스는 플라즈마 상태가 된다.
이 때, 상기 가스 공급부(15)로부터 공급되는 반응 가스 또는 분위기 가스의 성분과 상기 제 1, 제 2 플레이트(11, 12)에 인가되는 RF 파워에 따라 상기 기판(20) 상에 임의의 물질이 증착되거나 상기 기판(20) 상에 형성된 물질이 애슁되거나 에칭, 세정 및 표면 처리(표면의 친수/소수기 형성)된다.
여기서, 상기 가스 유출 개구부(19a, 19b)는 상기 기판(20) 상의 플라즈마 표면 처리 이후 남은 가스들의 배출구이다.
이러한 종래의 다이렉트형 상압 플라즈마 처리 장치는 상기 RF 파워 인가시 전계(E field)에 의해 가속된 이온의 분사물(bombardment)도 이용하므로 강한 세정력을 가지며, 유기물의 세정, 배향막 및 PR(Photo Resist) 애슁, 패턴 에칭까지 가능하다. 이 경우, 세정 유지는 7일 이상까지 가능하다.
또한, 강한 RF 파워가 인가되기 때문에, 진공 방식과 동일하게 상기 챔버의 유출 개구부를 통해 부산물(By-Product)이 배기되므로, 상기 기판(20)에 파티클(particle) 발생하거나 기판(20)이 오염되는 현상이 없다.
그리고, 상기 제 1, 제 2 플레이트(11, 12)의 사이의 영역에서 동시에 상하 좌우의 세정이 가능하다.
그러나, 종래의 다이렉트 방식의 상압 플라즈마 처리 장치는 RF 파워 인가시 제 1, 제 2 플레이트(11, 12) 사이에 전계(E-Field)가 강하게 작용하므로 기판(20)의 금속 배선에서 데미지(damage) 발생 가능성이 높다. 경우에 따라, 진공 플라즈마 공정과 동일한 이온 데미지(ion damage)가 있을 수 있다.
도 2는 종래의 리모트(remote)형 상압 플라즈마 처리 장치의 개략도이다.
도 2와 같이, 종래의 리모트형 상압 플라즈마 처리 장치는 가스 유입 개구부(29)를 구비한 챔버(21)와, 상기 챔버(21) 내에 좌우 방향으로 서로 대향하도록 형성되는 제 1, 제 2 플레이트(23, 24)와, RF를 발생시켜 상기 제 1 플레이트(23)에 RF를 인가하는 RF 파워 소오스(26)와, 상기 챔버(21)의 가스 유입 개구부(29)를 통해 반응 가스 또는 분위기 가스를 공급하는 가스 공급부(27)와, 상기 가스 공급부(27)에서 챔버(21)로 공급되는 반응 가스 또는 분위기 가스를 필터링하는 필터(28)를 구비하여 구성된다.
여기서, 상기 제 2 플레이트(24)는 접지된다.
이와 같이, 구성된 종래의 리모트형 상압 플라즈마 처리 장치의 동작은 다음과 같다.
종래의 리모트형 상압 플라즈마 처리 장치는 상기 제 2 플레이트(23)에 RF가 인가되면 상기 제 1, 제 2 플레이트(23, 24) 사이에 글로우 플라즈마가 발생하며, 이 때, 상기 제 1, 제 2 플레이트(23, 24)와 수직한 방향으로 상기 챔버(21) 하부에 형성된 기판(20)에 상기한 글로우 플라즈마로 인한 표면 처리가 일어난다.
상기 기판(20)은 반송 장치(22)에 의해 이송되며, 도면에서는 인라인(In-Line)으로 공정이 진행됨을 도시하고 있다.
종래의 리모트형 상압 플라즈마 처리 장치는 상기한 종래의 다이렉트형 상압 플라즈마 처리 장치와 달리, 제 1, 제 2 플레이트(23, 24)가 기판에 대해 수직한 방향으로 위치하며, 이 때, 기판(20)은 챔버(21) 외부에 위치하여 인라인 상으로 움직이는 챔버(21) 외부의 기판 상에 표면 처리가 이루어짐을 특징으로 한다. 따라서, 표면 처리가 상기 챔버(21) 외부의 기판(20) 상에 이루어지므로, 별도의 배기 시스템을 요하지 않고, 소정의 출구를 통해 글로우 플라즈마 상태로 나온 가스들이 상기 기판(20)과 반응하는 동시에, 반응 이외의 물질은 외부로 빠져나가게 된다.
이러한 종래의 리모트형(Remote type: shower type) 상압 처리 장치는 기판(20)에 이루어지는 표면 처리가, 전계의 영향이 최소화되고, 순수한 라디칼(Radical)과 이온의 화학적 반응에 의존하므로 데미지가 적다. 따라서, 기판(20) 상에 형성되는 금속 배선의 데미지가 최소화된다.
그러나, 종래의 리모트형 상압 처리 장치는 전계의 영향이 최소화됨으로 인해 세정력이 약하며, 반응 가스 또는 분위기 가스의 이용량이 많아지는 문제점이 발생된다.
상기와 같은 종래의 상압 플라즈마 처리 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
다이렉트 방식의 상압 플라즈마 처리 장치의 경우, 전계가 기판에 직접 작용하므로, 기판 상에 형성된 금속 배선에 데미지 발생 가능성이 높으며, 적용 공정에 따라 진공 플라즈마 공정과 동일한 정도로 발생된 이온에 의한 데미지가 있을 수 있다.
리모트 방식의 상압 플라즈마 처리 장치의 경우는, 전극 방식보다 세정력이 약하다는 단점이 있으며, 가스의 유입량이 많이 요구되어 배기 처리 등 비용의 문제점이 있다.
이와 같이, 다이렉트 방식이나 리모트 방식 모두 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 역삼각형 혹은 삼각형 구조의 전극 배치를 통해 안정적이고 풍부한 라디칼을 형성할 수 있는 상압 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치는 제 1, 제 2 전극이 상하 방향으로 소정 간격 이격된 제 1 전극 쌍과, 제 1, 제 2 전극이 상하 방향으로 소정 간격 이격되고, 상기 제 1 전극 쌍 일측에 상기 제 1 전극 쌍과 평행하게 배열된 제 2 전극 쌍과, 상기 제 1, 제 2 전극 쌍 사이의 사이에 상기 제 1, 제 2 전극이 좌우 방향으로 소정 간격 이격되어 배열된 제 3 전극 쌍과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍의 제 1 전극에 RF를 인가하는 RF 파워 소오스와, 상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍의 제 2 전극을 접지시키는 접지단 및 상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍이 배치되어, 상기 RF 파워 인가에 따라 상기 전극 쌍들의 전극 사이의 공간에 플라즈마가 발생되는 챔버를 구비하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 제 3 전극 쌍은 상기 제 1, 제 2 전극 쌍의 하측에 위치한다.
상기 제 3 전극 쌍은 상기 제 1, 제 2 전극 쌍의 상측에 위치한다.
상기 챔버는 상기 제 1, 제 2 전극 쌍 사이이며, 제 3 전극 쌍의 제 1, 제 2 전극 사이의 영역에 대응하여 하단부에 플라즈마 가스 배출구를 구비한다.
상기 챔버의 플라즈마 가스 배출구 하부에 플라즈마 처리하고자 하는 기판이 위치된다.
상기 기판은 로봇 방식 또는 트랙 방식으로 로딩/언로딩된다.
상기 기판과 상기 챔버 사이의 간격은 5mm 내이다.
상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍의 각 전극은 플레이트(plate)형, 또는 바(bar)형이다.
제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍의 모든 제 1, 제 2 전극을 냉각시키기 위한 냉각 장치를 더 포함한다.
상기 챔버는 상기 챔버의 외부로부터 반응 가스 또는 분위기 가스를 공급받는 가스 유입구를 구비한다.
상기 반응 가스 또는 분위기 가스가 유해 가스일 경우, 상기 유해 가스에 대한 챔버 처리부를 더 구비한다.
상기 RF 파워 소오스의 파형은 사각파(square wave)형, 정상파(sine wave)형 및 펄스(pulse)파형 중 어느 하나이다.
상기 RF 파워 소오스의 파형이 펄스파형일 때, RF는 10 내지 50 KHz이다.
상기 RF 파워 소오스에서 발생되는 파형이 사각파형 또는 정상파형일 때, RF는 13.56MHz이다.
상기 RF 파워 소오스의 파워는 1000 내지 5000W 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 상압 플라즈마 처리 장치의 원리를 나타낸 개략도이다.
도 3과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 상압 플라즈마 처리 장치는 수평 방향의 제 1, 제 2 전극 쌍(301, 302)을 각각 좌우에 소정 간격 이격하여 배치하고, 상기 제 1, 제 2 전극 쌍 사이의 하부 공간에 상기 제 1, 제 2 전극 쌍(301, 302)들의 전극들의 방향과 수직한 방향으로 제 3 전극 쌍(303)을 형성한다. 그리고, 각 전극 쌍(301, 302, 303)의 일측 전극(31, 33, 36)에는 RF 파워를 인가하고, 나머지 일측 전극(32, 34, 35)을 접지시켜 각 전극 쌍(301, 302, 303)의 두 전극 사이의 공간에 플라즈마 상태의 가스(라디칼, 고에너지 상태의 이온들)를 발생시킨 후, 최종적으로 상기 제 3 전극 쌍(303)의 하부로 상기 플라즈마 상태의 가스가 통과되도록 한다.
상기 제 3 전극 쌍(303) 하부에는 기판(미도시) 대응되도록 하여 상기 3쌍의 전극 쌍(301, 302, 303)에서 발생된 풍부한 플라즈마 상태의 가스로 인해 상기 기판의 표면 처리가 활성화되록 한다. 이 경우, 종래의 1쌍의 플레이트 전극으로 이루어진 상압 플라즈마 처리 장치에 비해 약 3배 정도의 플라즈마 상태의 가스가 공급됨으로 인해, 진행하는 플라즈마 처리 공정이 안정화되며, 처리하고자 하는 플라즈마 공정, 예를 들어, 증착, 애슁, 세정, 에칭 등의 공정에 따라 진행 속도가 빨라지게 된다.
이하, 챔버를 포함한 도면을 통해 본 발명의 제 1 실시예에 따른 상압 플라즈마 처리 장치를 자세히 살펴본다.
도 4는 도 3의 상압 플라즈마 처리 장치를 자세히 나타낸 도면이다.
도 4와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 상압 플라즈마 처리 장치는 소정의 가스 유입구(61a, 61b)와, 플라즈마 가스 배출구(62)를 구비한 챔버(40)와, 좌우에 소정 간격 이격되어 각각 서로 평행한 상하 전극(31, 32 또는 33, 34)으로 이루어진 제 1, 제 2 전극 쌍(301, 302)과, 상기 제 1, 제 2 전극 쌍(301, 302) 사이의 상기 상, 하 전극(31, 32 또는 33, 34)과 수직한 방향으로 형성된 좌우 전극(35, 36)으로 이루어진 제 3 전극 쌍(303)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍(301, 302, 303)의 일측 전극(31, 33, 36)에 RF(Radio Frequency)를 인가하는 RF 파워 소오스(44)와, 상기 챔버(40)에 반응 가스 또는 분위 가스를 공급하는 가스 공급부(45, 46, 47, 48)와, 상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍(301, 302, 303)의 모든 전극과 연결된 냉각 장치(41)를 구비하여 구성된다.
여기서, 상기 제 1, 제 2 , 제 3 전극 쌍(301, 302, 303)의 타측 전극(32, 34, 35)은 접지되어 있으며, 플라즈마 표면 처리가 이루어지는 기판(50)은 상기 플라즈마 가스 배출구(62)의 하부에 위치하여 상기 챔버(40)에서 공급된 라디칼 등의 풍부한 플라즈마 가스를 공급받는다. 이러한 기판(50)은 이송 장치(42)에 의해 이송되며, 인 라인 상으로 플라즈마 표면 처리가 이루어진다.
이 때, 상기 기판(50)과 상기 챔버(40)의 이격 정도는 5mm 내외이다.
상기 기판(50)이 인 라인 상으로 이송되는 방식은 로봇(robot) 방식, 트랙(track) 방식 모두 가능하다.
상기 가스 공급부(45, 46, 47, 48)는 MFC(Mass Flow Control)부(46)의 각 MFC(46a, 46b, 46c, 46d)로부터 He, SF6, Ar, O2 등의 가스를 공급받고, 각 가스별로 각각 필터부(47), 밸브부(48)를 통해 유량을 제어받아 가스 혼합부(45)를 통해 챔버(40)로 공급된다.
이 때, 필터부(47) 및 밸브부(48)를 통해 상기한 가스 중 어느 하나 또는 그 이상의 가스를 선택하여 공급할 수 있으며, 상기하지 않은 가스, 예를 들어, CF4나, N2 등의 가스를 상기 필터부(47) 하부에 MFC가 형성되지 않은 부위에 별도의 MFC를 더 형성하여 공급할 수 있다.
불화(F) 가스 계열의 유해 가스(Toxic gas)를 사용할 경우, 상기 유해 가스 공급에 따른 챔버(boxing) 시스템을 구비하여야 한다.
여기서, 상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍(301, 302, 303)의 각 전극들(31 ~36)은 플레이트(plate)형이나 바(bar)형으로 형성할 수 있다.
도시되어 있지 않지만, 챔버 내에서 아크(arc)로 전이되지 않은 안정한(silent) 플라즈마 상태를 유지하기 위해 상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍(301, 302, 303) 중 접지된 타측 전극(32, 34, 35)에는 유전체가 형성될 수 있다.
상기 RF(44)에 세기에 따라 각 전극(31~36)이 과열될 수 있으므로, 각 전극(31~36)은 모두 챔버(40) 외부의 냉각 장치(41)와 연결시킨다.
상기 챔버(40) 하부 일측에 형성된 펌핑 시스템(43)은 상기 챔버(40)의 플라즈마 가스 배출구(62)에서 나온 플라즈마 가스 중 기판(50)과 반응하지 않은 가스를 감압하여 흡수하는 기능을 한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치에 이용되는 RF의 파형도이다.
상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍(301,302, 303)의 일측 전극(31, 33, 36)에 인가되는 RF(Radio Frequency)는, 도 5a와 같이, 사각파(square wave)형이나, 도 5b와 같이 정상파(sine wave)형 또는 도 5c와 같이, 펄스(pulse) 파형 등이 가능하다.
도 5c와 같은, 펄스 파형인 경우는 10KHz 내지 50KHz의 주파수로 인가되며, 도 5a 및 도 5b와 같은, 사각파(square wave)형이나 정상파(sine wave)형인 경우 13.56MHz의 주파수로 인가된다.
상기와 같이, 상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍(301, 302, 303)의 일측 전극들(31, 33, 36)은 상기 RF 파형을 인가받기 위해 1000 내지 5000W의 RF 파워를 인가하는 RF 파워 소오스(44)와 연결된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 상압 플라즈마 처리 장치는 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍(301, 302, 303)의 구조가 역삼각형으로 배치되어 풍부하고 안정적인 플라즈마 가스를 상기 기판(50)에 공급할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 상압 플라즈마 처리 장치의 원리를 나타낸 개략도이다.
도 6과 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 상압 플라즈마 처리 장치는, 제 1 실시예의 구조에서 전극 배치를 역삼각형에서 삼각형으로 대치시킨 것을 제외하고는 일치하는 구조로, 제 1, 제, 2, 제 3 전극 쌍(304, 305, 306)을 삼각형으로 배치하여 풍부하고 안정적인 라디칼을 공급할 수 있다.
즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 상압 플라즈마 처리 장치는 수평 방향의 제 1, 제 2 전극 쌍(304, 305)을 각각 좌우에 소정 간격 이격하여 배치하고, 상기 제 1, 제 2 전극 쌍 사이의 상부 공간에 상기 제 1, 제 2 전극 쌍(304, 305)들의 전극들(71, 72, 73, 74)의 방향과 수직한 방향으로 제 3 전극 쌍(303)을 형성한다. 그리고, 각 전극 쌍(304, 305, 306)의 일측 전극(71, 73, 76)에는 RF 파워를 인가하고, 나머지 일측 전극(72, 74, 75)을 접지시켜 각 전극 쌍(304, 305, 306)의 두 전극 사이의 공간에 플라즈마 상태의 가스(라디칼, 고에너지 상태의 이온들)를 발생시킨 후, 최종적으로 상기 제 3 전극 쌍(306)의 하부이자, 상기 제 1, 제 2 전극 쌍(304, 305) 사이의 공간으로 상기 플라즈마 상태의 가스가 통과되도록 한다.
상기 제 3 전극 쌍(306)의 하부이자, 상기 제 1, 제 2 전극 쌍(304, 305) 사이의 공간 하단부에 기판(미도시) 대응되도록 하여 상기 3쌍의 전극 쌍(304, 305, 306)에서 발생된 풍부한 플라즈마 상태의 가스로 인해 상기 기판의 표면 처리가 활성화되록 한다. 이 경우, 제 1 실시예와 마찬가지로, 종래의 1쌍의 플레이트 전극으로 이루어진 상압 플라즈마 처리 장치에 비해 약 3배 정도의 플라즈마 상태의 가스가 공급됨으로 인해, 진행하는 플라즈마 처리 공정이 안정화되며, 처리하고자 하는 플라즈마 공정, 예를 들어, 증착, 애슁, 세정, 에칭 등의 공정에 따라 진행 속도가 빨라지게 된다.
본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치는 증착, 세정, 애슁, 에칭, 표면 처리에 이르기까지 플라즈마 처리가 요구되는 모든 공정에 응용 가능하다. 또한, 대면적 기판에 플라즈마 처리를 요하는 액정 표시 장치뿐만 아니라, 반도체 제조 공정 등에도 이용할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
기본적으로 상압 플라즈마 처리 장치는 진공 시스템이 요하지 않으므로, 공간 효율을 향상시키는데, 이에 상압 플라즈마 처리 챔버 내의 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍을 역삼각형 혹은 삼각형으로 배치함으로써, 풍부한 라디칼 등의 플라즈마 가스를 기판에 공급하여 처리 안정화, 반응 속도 향상의 효과를 더 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 다이렉트형 상압 플라즈마 처리 장치의 개략도
도 2는 종래의 리모트형 상압 플라즈마 처리 장치의 개략도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 상압 플라즈마 처리 장치의 원리를 나타낸 개략도
도 4는 도 3의 상압 플라즈마 처리 장치를 자세히 나타낸 도면
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 상압 플라즈마 처리 장치에 이용되는 RF의 파형도
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 상압 플라즈마 처리 장치의 원리를 나타낸 개략도
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
31~36 : 전극 40 : 챔버
41 : 냉각 장치 42 : 이송 장치
43 : 펌핑 시스템 44 : RF 파워 소오스
45 : 가스 혼합부 46 : MFC부
47 : 필터부 48 : 밸브부
50 : 기판 61a, 61b : 가스 유입구
62 : 플라즈마 가스 배출구 301 : 제 1 전극 쌍
302 : 제 2 전극 쌍 303 : 제 3 전극 쌍

Claims (15)

  1. 제 1, 제 2 전극이 상하 방향으로 소정 간격 이격된 제 1 전극 쌍;
    제 1, 제 2 전극이 상하 방향으로 소정 간격 이격되고, 상기 제 1 전극 쌍 일측에 상기 제 1 전극 쌍과 평행하게 배열된 제 2 전극 쌍;
    상기 제 1, 제 2 전극 쌍 사이의 사이에 상기 제 1, 제 2 전극이 좌우 방향으로 소정 간격 이격되어 배열된 제 3 전극 쌍;
    상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍의 제 1 전극에 RF를 인가하는 RF 파워 소오스;
    상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍의 제 2 전극을 접지시키는 접지단; 및
    상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍이 배치되어, 상기 RF 파워 인가에 따라 상기 전극 쌍들의 전극 사이의 공간에 플라즈마가 발생되는 챔버를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3 전극 쌍은 상기 제 1, 제 2 전극 쌍의 하측에 위치함을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3 전극 쌍은 상기 제 1, 제 2 전극 쌍의 상측에 위치함을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 제 1, 제 2 전극 쌍 사이이며, 제 3 전극 쌍의 제 1, 제 2 전극 사이의 영역에 대응하여 하단부에 플라즈마 가스 배출구를 구비함을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 챔버의 플라즈마 가스 배출구 하부에 플라즈마 처리하고자 하는 기판이 위치됨을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 기판은 로봇 방식 또는 트랙 방식으로 로딩/언로딩됨을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 기판과 상기 챔버 사이의 간격은 5mm 내임을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍의 각 전극은 플레이트(plate)형, 또는 바(bar)형임을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    제 1, 제 2, 제 3 전극 쌍의 모든 제 1, 제 2 전극을 냉각시키기 위한 냉각 장치를 더 포함함을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 챔버의 외부로부터 반응 가스 또는 분위기 가스를 공급받는 가스 유입구를 구비함을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 반응 가스 또는 분위기 가스가 유해 가스일 경우, 상기 유해 가스에 대한 챔버 처리부를 더 구비함을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 RF 파워 소오스의 파형은 사각파(square wave)형, 정상파(sine wave)형 및 펄스(pulse)파형 중 어느 하나임을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 RF 파워 소오스의 파형이 펄스파형일 때, RF는 10 내지 50 KHz임을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 RF 파워 소오스에서 발생되는 파형이 사각파형 또는 정상파형일 때, RF는 13.56MHz임을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 RF 파워 소오스의 파워는 1000 내지 5000W임을 특징으로 하는 상압 플라즈마 처리 장치.
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