KR20050090904A

KR20050090904A - 펄스 모듈레이션을 이용한 플라즈마 표면 처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20050090904A
Application number: KR1020040016236A
Authority: KR
Inventors: 이호준
Original assignee: 부산대학교 산학협력단; 김병길; 이성관
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2005-09-14

Abstract

본 발명은 플라스틱, 유리, 고무, 기타 고분자 중합체와 같은 재료 표면의 세정, 접착력 향상 등을 위한 표면 개질(改質) 처리 장치 및 방법에 관한 것이며, 공정의 제어 능력을 향상시켜 표면처리 능력을 개선하고, 많은 양의 시료를 장치에 주입하는 경우에도 처리 능력의 저하가 발생하지 않도록 하는 플라즈마 표면 개질 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 플라즈마 표면 개질 처리 장치는, 진공 챔버, 시료 지지대, 가스 주입부, 배기부 및 주 전원 공급부를 포함하며, 주 전원 공급부는 RF(1~100MHz) 또는 마이크로웨이브(2~10GHz) 주파수 대역의 전자기장을 공급하여 진공 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 표면 개질 처리 장치이며, 특히, 주 전원 공급부는, 플라즈마가 0.01Hz 내지 100KHz 주파수 범위에서 온 오프를 반복하도록 하여 시료 표면으로부터의 방출물 및 반응 생성물의 농도가 누적되지 않도록, 주파수 범위의 펄스 형태로 전자기장을 공급하는 온 오프 모듈레이션부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

펄스 모듈레이션을 이용한 플라즈마 표면 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SURFACE TREATMENT BY USING PULSE-MODULATED PLASMA}

본 발명은 플라즈마를 이용한 재료의 표면 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는, 플라스틱, 유리, 고무, 기타 고분자 중합체와 같은 재료 표면의 세정, 접착력 향상 등을 위한 표면 개질(改質) 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

표면 개질을 위한 플라즈마 처리 장치는 일반적으로 널리 행하여지는 습식 세정 공정을 보조하거나 대치하기 위해 사용된다. 특히, 신발 제조 공정 등에 있어서 신발창(sole)의 접착과 페인팅을 위한 전처리 공정으로 플라즈마 처리가 행하여지고 있다. 특히, 대한민국 특허 공개 공보 제2003-20344호에는, 마이크로웨이브(microwave) 플라즈마를 이용하여, 기계적 버핑 작업 및 화학적 버핑 작업을 하지 않아도 되며, 인체에 해로운 유기용제를 사용하지 않아도 되며, 공정 진행 시간을 단축하는 것이 가능한 샌발창 및 신발 장식물의 개질 방법을 제안하고 있다.

또한, 대한민국 특허 등록 번호 제 328700호에는, 신발창 간의 접착력을 강화시키기 위하여, MF(20~100kHz) 또는 RF(13.56MHz) 전원을 사용하여, NH₃/Ar의 혼합 가스, O₂/Ar의 혼합 가스, O2 가스, 또는 Ar 가스 등으로부터 발생시킨 저온 플라즈마를 사용하여, 합성수지제의 피착제 표면을 전처리 하여 접착력을 향상시키는 공정 방법이 제안되었다.

이와 같이 플라즈마를 이용하는 표면처리는 종래의 습식 세정 공정에 비해 친 환경, 저 비용, 공정기간 단축 등 많은 잇점들을 제공한다. 도 1에서는 종래 기술의 플라즈마 표면 처리 장치의 한 예를 나타낸다.

종래 기술의 플라즈마 표면 처리 장치(10)는, 처리 챔버(1), 가스 주입부(5), 배기부(6) 및 하나 이상의 시료(3)를 공정 중 지지 또는 운반하는 시료 지지부(도시하지 않음)를 포함한다. 처리 챔버(1) 내로 시료를 인입시킨 후, 배기부(6)를 통하여 진공 상태로 배기하고, 산소계, 질소계, 또는 불소계의 반응 가스와, 안정적인 플라즈마 생성에 도움을 주는 아르곤 등과 같은 불활성 기체를 가스주입부(5)를 통하여 투입하여 공정에 필요한 압력(예를 들어, 수백 mTorr)으로 유지시킨 후, 초고주파 (수~수십 GHz)를 공급하는 주 전원 공급부(4)를 통하여 장치 내부로 연결된 도파로를 통하여 전자계를 인가함으로써 플라즈마를 발생시킨다.

발생된 플라즈마 내의 고 에너지 전자와의 충돌로 인해, 투입된 가스 입자들의 일부는 해리되거나 여기되어 매우 반응성이 뛰어난 O, CF_x, F 등과 같은 중성 활성종 및 활성 이온들을 생성시킨다. 이러한 활성종은 플로팅 또는 전기적으로 바이어스된 시료 표면의 오염물과 반응하여 모재로부터 오염물을 유리시키거나 모제 표면에 끊어진 화학 결합(dangling bond)을 생성, 표면을 개질하고, 표면의 접착력을 향상시킨다.

도 2에서는 종래 기술의 플라즈마 표면 개질 처리 장치의 다른 한 예를 도시하였다. 도시된 장치에서는 주 전원 공급부(14)에서 고주파(수~수백 MHz, RF) 전력이 제공되며, 챔버 내부에 장착된 전극(도시되지 않음)이나, 챔버 내부 또는 외부에 장치된 안테나를 통하여 전자계를 공급하여 플라즈마를 발생시킨다. 도 1 및 도 2의 장치에서는 적절한 기계적 수단에 의하여 시료를 장치 내부에서 지지하며, 시료에 바이어스 전위 등이 인가되지 않아 시료는 전기적으로 플로우팅(floating) 상태에 있게 된다.

도 3 및 도 4에서는 종래 기술의 플라즈마 표면 개질 처리 장치의 또 다른 예들을 도시하였다. 도시된 장치에서는 주 전원 공급부(4, 14)로부터의 고주파 또는 초고주파 전자계의 공급에 의해 플라즈마가 발생되는 점에서는 상술한 도 1 및 도 2의 장치와 동일하나, 시료 지지대(7)에 접속되어 바이어스 전력을 인가하는 바이어스 전원 공급부(8)를 더 포함하는 구성을 갖고 있다. 바이어스 전원 공급부(8)는 시료 표면으로 인입하는 전자 및 이온 등 플라즈마 입자들의 에너지를 제어하여 시료 표면의 처리 상태를 제어하는 역할을 한다. 바이어스 전원 공급부(8)에 의해 공급되는 전력은 DC 또는 고주파 전력일 수 있다. 상술한 주 전원 공급부(4, 14) 및 바이어스 전원 공급부(8)에는 장치의 설계에 따라 적절한 용량의 임피던스 매칭 네트워크(impedance matching network)가 구비된다(도시되지 않음). 바이어스 전원 공급부(8)에 고주파 전력이 인가될 경우, 시료 지지대에는 셀프 바이어스 전위(self-bias voltage)가 확립되며, 셀프 바이어스 전위는 통상 음의 값을 가져, 시료 표면으로 고 에너지의 이온을 입사시키고, 이온 충격 에너지의 전달에 의하여 표면의 상태를 변화시킴으로써, 표면 개질 상태도 제어가 어느 정도 가능하게 된다.

그러나, 상술한 종래 기술의 표면 처리 장치에서는, 전자 온도(electron temperature) 및 밀도(electron density) 등 플라즈마 성질 그 자체의 독립적인 제어가 어려워 최적의 공정 조건 확립이 힘들다는 한계점이 존재하였다.

또한, 진공 배기 등 저압 공정을 진행하기 위해서는 장치 내에 시료의 주입, 배기, 플라즈마 발생, 챔버의 퍼지(purge) 및 시료의 제거 등 여러 단계를 거쳐야 하므로, 생산성의 향상을 위해서는 다수의 처리 시료가 한번에 챔버 내에 투입되는 것이 바람직한데, 많은 시료를 챔버 내에 한꺼번에 투입하게 될 경우, 시료 표면으로부터의 아웃개싱(outgassing)에 의해 과도한 오염 물질이 방출되거나, 플라즈마 내의 활성종과의 반응에 의한 반응 부산물의 기상(gas phase) 농도가 커지게 되어, 장치의 처리 능력이 떨어지거나, 심한 경우, 처리가 불가능하게 되는 문제점이 존재하였다.

도 5에서는 종래 기술의 표면 개질 장치의 작동을 설명하기 위하여 전자 온도, 압력, 바이어스 전력 및 플라즈마 발생용 주 전원 전력의 시간에 따른 변화를 도시한다. 도 5에서 설명하는 종래 기술의 공정에서는, 플라즈마 생성을 위한 주 전력은 공정 기간 중 일정하게 유지되며, 소재에 바이어스를 인가하는 경우에도 일정한 바이어스 전력이 유지된다. 도시된 바와 같이, 종래 기술의 장치에서는 플라즈마 발생용 주 전원 전력(204)이 턴온 된 후 일정 시간(T1) 동안, 전자 온도가 낮아지면서, 압력이 증가하게 된다. 오염도가 과도한 시료이거나, 시료의 양이 많거나, 표면반응으로 인한 부산물 생성이 과도한 시료의 경우, 챔버 내 압력 증가 정도가 커지게 되고, 부산물의 기상 농도가 증가하여, 플라즈마 발생 초기의 짧은 시간동안을 제외한 대부분의 기간에는 효과적인 표면 개질 처리가 어려워져 세정이나 접착도 향상을 기대하기 어렵게 되고 심한 경우 공정이 불가능하게 된다. 이러한 현상을 막고 반응을 어느 정도 범위 내에서 제한하기 위해 투입 전력량을 감소 시키면 표면에서 탈착되는 반응 부산물의 양과 함께 반응에 참여하는 활성종의 밀도도 그에 비례하여 감소하게 되므로 공정 퍼포먼스의 향상을 기대하기 어렵다. 장치를 정압 모드(constant pressure mode)로 구동할 경우, 배기부(6)에 장치된 스로틀 밸브(throtle valve)를 사용하여 장치 내부의 압력을 하강시켜 일정하게 유지하는 것이 가능하나, 이 경우에도 내부 가스 중 아웃개싱이나, 반응 부산물의 부분 압력이 상당히 높아지게 된다. 이러한 반응 부산물의 높은 부분 압력은 그만큼 반응에 필요한 활성종의 생성 반응을 억제하게 되므로, 이 경우도 마찬가지로 장치의 처리 능력을 저하시키는 결과를 가져오게 된다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공정의 제어 능력을 향상시켜 표면처리 능력을 개선하고, 많은 양의 시료를 장치에 주입하는 경우에도 처리 능력의 저하가 발생하지 않도록 하는 플라즈마 표면 개질 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의, 플라즈마 표면 개질 처리 장치는, 진공 챔버, 시료 지지대, 가스 주입부, 배기부 및 주 전원 공급부를 포함하며, 상기 주 전원 공급부는 RF(1~100MHz) 또는 마이크로웨이브(2~10GHz) 주파수 대역의 전자기장을 공급하여 상기 진공 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 표면 개질 처리 장치이며, 특히, 상기 주 전원 공급부는, 상기 플라즈마가 0.01Hz 내지 100KHz 주파수 범위에서 온 오프를 반복하도록 하여 상기 시료 표면으로부터의 방출물 및 반응 생성물의 농도가 누적되지 않도록, 상기 주파수 범위의 펄스 형태로 상기 전자기장을 공급하는 온 오프 모듈레이션부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 플라즈마 표면 개질 처치 장치는, 상기 시료 지지대에 소정의 바이어스 전압을 인가하여 상기 시료 표면에 인입되는 상기 플라즈마 내 입자들의 에너지를 제어하는 바이어스 전원 공급부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 한 측면에 의한 표면 개질 처리 방법은, 진공 챔버, 시료 지지대, 가스 주입부, 배기부 및 주 전원 공급부를 포함하며, 상기 주 전원 공급부는 RF(1~100MHz) 또는 마이크로웨이브(2~10GHz) 주파수 대역의 전자기장을 공급하여 상기 진공 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 표면 개질 처리 장치를 사용한 표면 개질 처리 방법이며, (1) 상기 주 전원 공급부에 의하여 공급되는 전자기장을 턴온시키는 단계; (2) 상기 전자기장을 소정 시간 동안 유지하는 단계; (3) 상기 전자기장을 턴오프하는 단계; 및 (4) 상기 턴오프된 상태를 소정 시간 동안 유지하는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 (1) 내지 (4) 단계는 0.01Hz 내지 100KHz 주파수 범위에서 반복되도록 하여 상기 시료 표면으로부터의 방출물 및 반응 생성물의 농도가 누적되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 본 발명의 플라즈마 표면 개질 처리 방법에 있어서, 상기 장치는 시료 지지대에 DC 또는 RF 바이어스 전압을 인가하여 상기 시료 표면에 인입되는 상기 플라즈마 내 입자들의 에너지를 제어하는 바이어스 전원 공급부를 더 포함하며, (a) 상기 바이어스 전원 공급부에 의하여 공급되는 전력을 턴온시키는 단계; (b) 상기 바이어스 전력을 소정 시간 동안 유지하는 단계; (c) 상기 바이어스 전력을 턴오프하는 단계; 및 (d) 상기 턴오프된 상태를 소정 시간 동안 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 한 바람직한 실시예로서, 표면 개질 처리 장치의 한 예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는, 주 전원 공급부(104)에 플라즈마 발생을 시간적으로 단속(온-오프의 반복)하기 위한 펄스 모듈레이션부(154)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 도 6의 경우에는 상술한 도 1 및 도 3의 장치와 같이 마이크로웨이브(microwave)를 플라즈마 발생용 전력 공급원으로 사용한 경우의 예가 된다. 예를 들어, 마이크로웨이브의 발생을 위해서 사용되는 마그네트론(magnetron) 등(도시되지 않음)에 대한 전력 공급을 주기적으로 차단함으로써 마이크로웨이브의 발생이 펄스파와 같이 주기적으로 온-오프를 반복하도록 할 수 있다.

도 7에서는 상술한 도 2 및 도 4의 장치에서와 같이, 고주파(HF 또는 RF)를 사용하여 플라즈마 발생용 주 전원을 공급하는 경우의 실시예를 나타낸다. 이 경우에도 역시, 고주파 발생 장치인 플라즈마 발생용 주 전원(114)에 플라즈마 발생을 시간적으로 단속(온-오프의 반복)하기 위한 펄스 모듈레이션부(164)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 6 및 도 7의 실시예에서는 또한, 시료에 바이어스 전력을 인가하기 위한 바이어스 전원 공급부(108)에 바이어스 전력을 주기적으로 온-오프 하기 위한 펄스 모듈레이션부(158)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 반드시 주 전원 공급부(104, 114) 및 바이어스 전원 공급부(108)에 모두 펄스 모듈레이션부(154, 164, 158)가 구비되어야 하는 것은 아니며, 필요에 따라 주 전원 공급부(104, 114)에만 펄스 모듈레이션부가 구비되도록 설계하여 사용하는 것도 가능하다.

상술한 모듈레이션부(154, 164, 158)의 펄스 형태의 출력 전력 온-오프 주파수는 0.01Hz 내지 100KHz 범위임이 바람직하다.

도 8에서는 본 발명의 실시예의 플라즈마 표면 개질 처리 장치의 동작을 나타낸다. 수-수백 MHz (주로 13.56MHz) 또는 수 GHz (주로 2.45GHz)로 동작하는 플라즈마 발생용 고주파 전원은 모듈레이션부의 작용에 의해 적당한 저주파 펄스의 형태로 단속되어 투입된다. 단속 주기 T2는 10초 내지 1/10000 초의 범위에서 제어될 수 있으며(주파수 0.1Hz 에서 10KHz), 온 타임(On time, T3)과 주기(T2)의 비, 즉 듀티비(duty ratio)인 T3/T2는 0 보다 크고 1 보다 작은 범위에서 임의로 제어될 수 있다.

이와 같이 작동을 제어하면, 플라즈마 턴온시간(T3) 동안, 생성된 해리종들에 의한 표면 반응이 일어나며 반응 부산물에 의한 압력증가가 개시되기 시작한다. 적절하게 설정된 턴온시간(T3) 후에는, 플라즈마가 턴오프되어 애프터 글로우 기간동안 활성종의 농도가 급히 감소하며, 표면반응과 부산물의 생성 또한 급격히 감소한다. 단속 주기(T2) 중의 턴온시간(T2)을 제외한 나머지 시간동안, 반응 부산물들이 처리 챔버로부터 제거 되면, 그 다음 주기에서 플라즈마가 다시 턴온되며, 이러한 과정들이 반복적으로 행하여진다. 이러한 과정을 통하여, 챔버 내의 압력은 종래의 방법에 비해 안정적으로 유지될 수 있으며, 반응 부산물의 누적을 방지할 수 있게 된다. 이 때, 처리 시료의 양과 오염 정도에 따라 T2, T3기간의 길이 및 듀티비의 조절을 통해 공정을 최적 제어하여 종래 기술과 같은 공정 실패를 회피할 수 있게 된다.

이상과 같은 본 발명의 온-오프 작동에서, T2 와 T3의 조절은 반응 부산물 누적을 방지한다는 측면 이외에도, 더욱 근본적으로는, 전자 온도의 조절이라는 관점에서도 유용하다. 통상 플라즈마 내의 전자온도는 활성종 생성 형태를 결정하는 가장 중요한 요소이나, 상술한 종래 기술의 장치 및 방법에서는, 이 파라미터는 주로 챔버 내의 가스 압력에 의해 결정되어 독립적인 조절이 불가능하였다. 본 발명에서 제안하는 온-오프 제어 방법에 의하면, 애프터 글로우(afterglow) 상태를 주기적으로 만들수 있기 때문에, 시 평균적인 관점에서 볼 때 전자의 온도 또는 활성종의 생성 형태를 조절할 수가 있게 된다. 이를 좀더 상세히 설명하면, 애프터 글로우에서 전자의 온도가 급격하게 낮아지기 때문에, 듀티비 또는 T3의 길이를 조절하게 되면 상대적으로 높은 전자온도를 가지는 기간과 낮은 전자온도를 가지는 기간의 비가 달라지게 되어 평균적으로 전자 온도의 제어가 가능해지는 효과를 얻을 수 있게 된다.

본 발명의 또 다른 주요한 측면은, 바이어스 전력과 플라즈마 발생용 주 전원의 온-오프 타이밍을 독립적으로 제어 가능하다는 점이다. 처리되는 시료의 종류와 응용 분야에 따라 처리 시료와 플라즈마 사이에 추가적인 바이어스가 필요한 경우가 있다. 바이어스 전력 공급원으로는 DC 전원이나, 절연체의 경우 RF 전원 등을 사용한다. 종래 기술의 바이어스 인가 방식은 도 5에 설명한 바와 같이 연속적 인가 방식으로 이루어지나, 본 발명에 의한 바이어스 인가 방식에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 펄스 형태로 온-오프된 DC 전압 또는 펄스 형태로 온-오프 모듈레이션된 RF를 인가한다. 바이어스 전력의 온-오프 주파수는 플라즈마 발생용 주 전원의 온-오프 주파수와는 독립적으로 제어가 가능하며, 플라즈마 발생용 주 전원의 온-오프 주파수가 바이어스 전력의 온-오프 주파수와 같거나 또는 정수배인 경우, 도시된 지연 시간(T4 및 T5)의 독립적 조절을 통해, 글로우 기간과 애프터 글로우 기간 동안의 바이어스 인가 기간을 자유롭게 제어할 수 있다.

이러한 독립적 제어를 통하여, 바이어스 전력 크기의 제어에 의한 시료 표면에 입사하는 이온 에너지를 제어한다는 일반적인 기능 이외에도, 애프터 글로우의 저 플라즈마 밀도 환경에서 낮은 바이어스 전력에서도 비교적 고 이온 에너지 환경을 만들 수 있게 되어, (1) 고 이온전류-저 이온에너지 (2) 저 이온 전류-고 이온에너지의 분위기를 동시에 또는 선택적으로 시료 표면에 제공할 수 있게 된다. 이러한 방법을 통해 종래의 통상적인 표면 개질 처리 방법으로는 얻기 힘들었던 유용한 성질, 예를 들면, 높은 표면 처리 속도와 높은 표면 개질 성능을 동시에 달성하는 것이 가능해진다.

본 발명에 의한 표면 개질 처리 장치 및 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적이 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.

본 발명에 의하여, 플라즈마 내의 시 평균 전자 온도를 임의로 제어 가능하여 플라즈마의 상태를 직접 제어하는 것이 가능한 표면 개질 처리 장치 및 방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 의하여, 시료의 양이 많은 경우나 반응 부산물의 밀도가 높은 경우에도 그에 의한 처리 능력의 저하를 최소화할 수 있는 표면 개질 처리 및 방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 의하여, 플라즈마 형성의 온-오프 주기와 바이어스 인가 전력의 온-오프 주기를 독립적으로 제어함으로써 종래 기술에서는 불가능하였던 다양한 처리 환경을 시료 표면에 제공하는 것이 가능하고, 그에 따라 공정 결과물인 시료 표면의 상태를 다양하게 변화시키는 것이 가능하게 되어, 공정의 제어 능력(controlibility)을 월등히 향상시키게 된다.

도 1은 종래 기술의 플라즈마 표면 개질 처리 장치의 한 구성을 예시한다.

도 2는 종래 기술의 플라즈마 표면 개질 처리 장치의 다른 한 구성을 예시한다.

도 3은 종래 기술의 플라즈마 표면 개질 처리 장치의 또 다른 한 구성을 예시한다.

도 4는 종래 기술의 플라즈마 표면 개질 처리 장치의 또 다른 한 구성을 예시한다.

도 5는 종래 기술의 플라즈마 표면 개질 처리 장치에 있어서 전자 온도, 챔버 내 압력, 바이어스 전력, 주 전원 전력의 시간에 따른 변화를 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 플라즈마 표면 개질 처리 장치의 한 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 플라즈마 표면 개질 처리 장치의 다른 한 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 플라즈마 표면 개질 처리 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

1, 101: 진공 챔버

2, 102: 플라즈마

3, 103: 시료

4, 14, 104, 114: 주 전원 공급부

5, 105: 가스 공급부

6, 106: 진공 배기부

7, 107: 시료 지지대

154, 164: 주 전원 펄스 모듈레이션부

8, 108: 바이어스 전원 공급부

158: 바이어스 전원 펄스 모듈레이션부

Claims

진공 챔버, 시료 지지대, 가스 주입부, 배기부 및 주 전원 공급부를 포함하며, 상기 주 전원 공급부는 RF(1~100MHz) 또는 마이크로웨이브(2~10GHz) 주파수 대역의 전자기장을 공급하여 상기 진공 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 표면 개질 처리 장치에 있어서,

상기 주 전원 공급부는, 상기 플라즈마가 0.01Hz 내지 100KHz 주파수 범위에서 온 오프를 반복하도록 하여 상기 시료 표면으로부터의 방출물 및 반응 생성물의 농도가 누적되지 않도록, 상기 주파수 범위의 펄스 형태로 상기 전자기장을 공급하는 온 오프 모듈레이션부를 포함하는 것을 특징으로 하는

플라즈마 표면 개질 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 시료 지지대에 소정의 바이어스 전압을 인가하여 상기 시료 표면에 인입되는 상기 플라즈마 내 입자들의 에너지를 제어하는 바이어스 전원 공급부를 더 포함하는

플라즈마 표면 개질 처리 장치.
제2항에 있어서,

상기 바이어스 전원 공급부는 DC 또는 RF 전력을 인가하며,

상기 바이어스 전원 공급부는, 0.01Hz 내지 100KHz 주파수 범위에서 펄스 형태로 바이어스 전원을 공급하는 바이어스 온 오프 모듈레이션부를 포함하는 것을 특징으로 하는

플라즈마 표면 개질 처리 장치.
제3항에 있어서,

상기 주 전원 공급부에 의해 공급되는 펄스 형태의 전자기장의 펄스 주기는 상기 펄스 형태의 바이어스 전원의 펄스 주기의 정수배인 것을 특징으로 하는

플라즈마 표면 개질 처리 장치.
제4항에 있어서,

상기 주 전원 공급부에 의해 공급되는 펄스 형태의 전자기장의 펄스 주기는 상기 펄스 형태의 바이어스 전원의 펄스 주기와 동일한 것을 특징으로 하는

플라즈마 표면 개질 처리 장치.
제3항에 있어서,

상기 주 전원 공급부에 의해 공급되는 펄스 형태의 전자기장의 펄스는 상기 펄스 형태의 바이어스 전원의 펄스와 동기된 것을 특징으로 하는

플라즈마 표면 개질 처리 장치.
제6항에 있어서,

상기 펄스 형태의 바이어스 전원의 펄스는 상기 주 전원 공급부에 의해 공급되는 펄스 형태의 전자기장의 펄스에 대하여 T4의 지연 시간을 두고 인가 개시되는 것을 특징으로 하는

플라즈마 표면 개질 처리 장치.
제6항에 있어서,

상기 펄스 형태의 바이어스 전원의 펄스는 상기 주 전원 공급부에 의해 공급되는 펄스 형태의 전자기장의 펄스가 턴오프되는 시점에 대하여 T5의 시간 만큼 지연되어 턴오프되는 것을 특징으로 하는

플라즈마 표면 개질 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 주 전원 공급부에 의해 공급되는 펄스 형태의 전자기장의 펄스는 5내지 50% 범위의 듀티비를 갖는 것을 특징으로 하는

플라즈마 표면 개질 처리 장치.
제3항에 있어서,

상기 바이어스 전원 공급부에 의해 공급되는 펄스는 5내지 50% 범위의 듀티비를 갖는 것을 특징으로 하는

플라즈마 표면 개질 처리 장치.
진공 챔버, 시료 지지대, 가스 주입부, 배기부 및 주 전원 공급부를 포함하며, 상기 주 전원 공급부는 RF(1~100MHz) 또는 마이크로웨이브(2~10GHz) 주파수 대역의 전자기장을 공급하여 상기 진공 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 표면 개질 처리 장치를 사용한 표면 개질 처리 방법에 있어서,

(1) 상기 주 전원 공급부에 의하여 공급되는 전자기장을 턴온시키는 단계;

(2) 상기 전자기장을 소정 시간 동안 유지하는 단계;

(3) 상기 전자기장을 턴오프하는 단계; 및

(4) 상기 턴오프된 상태를 소정 시간 동안 유지하는 단계를 포함하며,

여기서, 상기 (1) 내지 (4) 단계는 0.01Hz 내지 100KHz 주파수 범위에서 반복되도록 하여 상기 시료 표면으로부터의 방출물 및 반응 생성물의 농도가 누적되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는

플라즈마 표면 개질 처리 방법.
제11항에 있어서,

상기 장치는 시료 지지대에 DC 또는 RF 바이어스 전압을 인가하여 상기 시료 표면에 인입되는 상기 플라즈마 내 입자들의 에너지를 제어하는 바이어스 전원 공급부를 더 포함하며,

(a) 상기 바이어스 전원 공급부에 의하여 공급되는 전력을 턴온시키는 단계;

(b) 상기 바이어스 전력을 소정 시간 동안 유지하는 단계;

(c) 상기 바이어스 전력을 턴오프하는 단계; 및

(d) 상기 턴오프된 상태를 소정 시간 동안 유지하는 단계를 더 포함하는

플라즈마 표면 개질 처리 방법.