KR20070002012A - 플라스마 처리를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 표면(16)의 플라스마 처리를 위한 장치(10)를 제공한다. 상기 장치는 플라스마를 발생하기 위한 플라스마 소스(12)와 플라스마-제어 전극(14)을 구비한다. 상기 장치는 플라스마-제어 전극(14)과 플라스마 소스(12) 사이의, 또는 상기 기판(16)에 대한 플라스마-제어 전극(14)과 플라스마 소스(12)의 상대적인 이동을 일으키기 위한 구동 수단을 더 구비한다. 상기한 플라스마-제어 전극(14)은 제어가능한 방식으로 그 기판 표면(16)에 대한 처리를 수월하게 하도록 기판(16)의 근방에 배치된다.

플라스마, 플라스마 소스, 플라스마 제어 전극, 기판의 표면 처리

Description

플라스마 처리를 위한 장치{APPARATUS FOR PLASMA TREATMENT}

본 발명은 기판 표면의 플라스마 처리(plasma treatment)를 위한 장치에 관한 것이다.

표면에 대한 플라스마 처리는 다양한 기술 분야에서의 제조를 위해 이용된다. 예를 들면, 플라스마 처리기법은 마이크로 전자공학, 광학 및 포토닉스(photonics)에서 기판의 표면을 코팅하기 위해 또는 기판에 소정의 구조를 식각하기 위해 사용된다. 플라스마 처리는 기판을 필름으로 도포하기 위해 또는 소정의 영역 또는 구조를 그 기판에 식각하기 위해 사용될 수도 있다. 일반적으로 플라스마 처리는 두께, 밀도, 굴절률, 미세구조 및 조성 등과 같은 결과적인 표면 특성들에 의해서 특징을 나타낼 수도 있다. 그로부터 획득되는 표면 특성은 플라스마 처리의 종류와 제어의 정도에 따라 결정된다.

표면 코팅은 가능한 한 균일하게 하는 것이 종종 요망된다. 예를 들면, 조밀파장분할 다중화(Dense Wavelength Division Multiplexing: DWDM) 필터와 같은 포토닉스에 응용할 경우에 코팅의 두께는 코팅된 면을 따라서 0.05% 이상으로 변하지 않도록 하는 것이 필요하다.

일반적으로 균일한 밀도 프로필을 갖는 플라스마를 생성하는 것은 매우 어렵다. 플라스마의 밀도 프로필은 가스 유속, 가스 흐름 분포도, 가스 비율, 펌핑율, 플라스마 에너지 및 플라스마를 생성하는 발생원의 기하학적인 제한 등과 같은 수많은 매개변수들에 의해 결정된다. 발생된 플라스마는 통상 메인 플라스마 영역을 갖는데, 이 메인 플라스마 영역을 벗어난 플라스마는 종종 플라스마 처리의 품질을 떨어뜨려서 필름 코팅에 있어 다공성 부분, 기판 표면상의 접합 불량 또는 거친 표면을 야기할 수 있다.

플라스마에 대한 이해와 제어에 있어 개선을 하고자하는 플라스마 소스를 설계하기 위한 시도들이 이루어져 왔다. 예를 들면, 종래의 "샤워헤드(샤워기 헤드 부분)"형과는 다르게 그 표면상에 균등하게 분포된 다수의 가스 배출 개구들을 갖는 전극들을 포함하며, 표면 전체에 분포된 가스 흐름으로 인해 더 균일한 표면 밀도 프로필을 제공하는 능력을 가져오도록 구성된 플라스마 소스가 설계되었다. 그러나 대형 기판에 대한 플라스마 처리는 상당히 어렵고 또한 매우 크고 고가인 시스템을 필요로 한다.

더욱이, 선택된 광 응용장치와 같은 특정 용도에는 표면 코팅이 두께, 밀도, 굴절률 등과 같은 소정의 방식으로 변하는 하나 또는 다수의 표면 특성들을 갖도록 코팅을 형성함이 바람직하다. 예를 들면, 이러한 특성들은 또한 끝으로 갈수록 점점 좁아지거나(tapered) 또는 완만한 기울기를 가지는(graded) 프로필을 포함할 수도 있다. 제어된 특성을 구비하는 이러한 코팅은 더욱 제조하기가 어렵다.

본 발명의 제1측면에 따르면, 기판 표면의 플라스마 처리를 위한 장치가 제공되는데, 상기 장치는:

플라스마를 발생하기 위한 플라스마 소스와;

플라스마-제어 전극과; 그리고

상기 플라스마-제어 전극과 플라스마 소스 사이의 상대적인 이동을 일으키기 위한 구동 수단을 구비하고;

사용 시에, 상기한 플라스마-제어 전극은 제어가능한 방식으로 기판 표면에 대한 처리를 수월하게 할 수 있도록 상기 기판의 근방에 배치된다.

상기 구동 수단은 또한 사용시 전형적으로 기판과 플라스마 소스 간의 상대적인 이동을 일으킨다. 상기 플라스마-제어 전극과 기판은 실질적으로 동일한 크기를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서 상기 기판과 플라스마-제어 전극은 고정형이고, 플라스마 소스는 상대적인 이동을 하도록 구동된다. 다른 실시예에 따르면, 상기 플라스마 소스는 고정형이고, 사용시에 상기 기판과 플라스마-제어 전극 모두가 구동된다.

또 다른 변형에서는 상기 플라스마 소스가 구동되는 한편, 상기 기판과 플라스마-제어 전극 양자가 사용시에 플라스마 소스에 대하여 구동된다. 예를 들면, 플라스마-제어 전극과 기판은 사용시 회전될 수도 있고 플라스마 소스는 사용시 스캐닝 될 수도 있다. 또 다른 변형에서, 상기 플라스마-제어 전극과 기판은 사용시 스캐닝 되는 반면에 플라스마 소스는 사용시 회전하도록 구성될 수도 있다.

본 발명의 제2측면에 따르면, 기판 표면의 플라스마 처리를 위한 장치가 제공되는데, 상기 장치는:

플라스마를 발생하기 위한 플라스마 소스와;

플라스마-제어 전극과; 그리고

상기 기판에 대한 상기 플라스마-제어 전극과 플라스마 소스의 상대적인 이동을 일으키기 위한 구동 수단을 구비하고;

상기 플라스마-제어 전극은 사용시에 제어가능한 방식으로 상기 기판 표면에 대한 처리를 수월하게 하기 위해 상기 기판의 근방에 배치된다.

본 발명의 제2측면의 한 특정한 실시예에 있어서 플라스마 소스 및 플라스마 제어 전극은 고정형이고, 기판은 사용시 상대적인 이동을 일으키도록 구동된다. 또 다른 실시예에서는 상기 기판은 사용시 고정되고 플라스마 소스와 플라스마-제어 전극 양자가 구동된다. 이 경우 플라스마 소스와 플라스마-제어 전극은 전형적으로 동기식(synchronised manner)으로 구동된다.

본 발명의 제2측면의 또 다른 실시예에 있어서, 기판은 사용시 구동되는 한편 플라스마 소스 및 플라스마 제어 전극이 구동된 기판에 대하여 구동된다. 예를 들면, 상기 기판은 사용시 회전되고 플라스마 소스와 플라스마-제어 전극 양자는 사용시 스캐닝 될 수도 있다. 다른 방법으로는, 플라스마 소스와 플라스마-제어 전극이 사용시 회전되고 기판은 사용시 스캐닝 될 수도 있다.

본 발명의 제1 또는 제2 측면에 따른 장치는 현저한 현실적인 장점들을 갖는다. 예를 들면, 기판은 플라스마의 직경보다 더 클 수도 있다. 플라스마-제어 전극에 의한 처리의 용이함과 이동 때문에, 처리된 기판 표면의 국소적인 특성은 표면 처리에 대한 희망하는 균일성 또는 불균일성을 향상시키는 플라스마의 밀도 프로필에 대해 덜 종속적이다. 따라서, 코팅 두께와 같은 원하는 균일한 또는 불균일한 특성, 또는 어떠한 구조적, 기계적, 화학적, 광학적 및 전기적 특성들을 갖는 코팅의 침착(deposition)이 수월하게 된다.

본 발명의 상기한 측면에 따른 장치의 플라스마-제어 전극은 전형적으로 표면의 근방에서 플라스마의 에너지 분포를 조절함에 의해 제어된 표면 처리를 쉽게 하도록 구성된다. 전형적으로 상기 플라스마-제어 전극은 기판상에 인가되는 플라스마 이온들의 에너지를 제어하도록 구성된다.

예를 들면, 표면 처리는 사용시 표면이 제어된 불균일한 방식으로 처리되도록 이루어질 수도 있다. 상기 장치는 코팅이 불균일한 두께, 밀도 및 귤절률 중의 적어도 하나를 가지도록 하는 방식으로 표면을 코팅하도록 구성될 수 있다. 두께, 밀도 또는 굴절률은 기판의 길이를 따라서 끝으로 갈수록 점점 좁아질(테이퍼형으로) 수 있다. 다른 방법으로는, 표면 처리는 사용시 표면이 제어된 균일한 방식으로 처리되도록 이루어질 수도 있다. 예를 들면, 상기 장치는 코팅이 균일한 두께, 밀도 및 굴절률 중의 적어도 하나를 갖도록 하는 방식으로 상기 표면을 코팅하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제1 또는 제2 측면에 따른 장치의 플라스마-제어 전극은 기판에 근접한 어떤 위치에라도 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 플라스마 제어 전극은 플라스마 소스와 플라스마-제어 전극 사이에 기판이 위치하도록 배치된다. 이러한 구성은 플라스마 에너지를 제어하고 그에 의해 표면 처리를 제어하기 위해 특히 바람직하다. 일 실시예에 있어서 상기 기판은 플라스마-제어 전극과 플라스마 소스 사이, 플라스마-제어 전극 상에 배치된다. 만일 상기 기판이 편평하다면, 플라스마-제어 전극도 또한 편평할 것이다. 일반적으로, 플라스마-제어 전극은 아무 형상이어도 좋고, 전형적으로는 기판의 형상에 근접하도록 형성된다.

본 발명의 제1 또는 제2 측면에 따른 장치의 또 다른 실시예에 있어서, 플라스마-제어 전극은 개구(구멍)들을 포함하고 또한 망상 형태(mesh)일 수 있다. 이 경우 플라스마-제어 전극은 플라스마 소스와 기판의 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 제1 또는 제2 측면에 따른 장치는 전형적으로 표면에 대한 제어형 처리가 상대적 이동의 속도를 제어함으로써 이루어지고 여기서 단위 기판 면적당 국소적인 플라스마 처리 시간이 제어될 수 있다.

본 발명의 제1 또는 제2 측면에 따른 장치는 전형적으로 플라스마를 제한하는(가두는) 보호 벽을 구비한다. 상기한 보호 벽은 전형적으로 플라스마 소스 주변에 배치되며 플라스마 소스를 에워쌀 수도 있다. 상기 보호 벽은 또한 가스의 흐름을 제한하도록 배치될 수도 있다. 상기 보호 벽은 도전성 물질을 포함할 수도 있으며 그리고 플라스마의 제한(confinement)과 같이 플라스마의 특성들을 추가로 제어할 수 있는 전압이 보호 벽에 인가될 수 있다.

더욱이, 본 장치는, 예를 들면 보호벽 내부에서 플라스마를 제어하는 것에 도움이 되는, 부가적인 자기장을 발생하도록 구성될 수 있다.

상기 보호벽은 전형적으로 플라스마를 메인 플라스마 영역으로 제한하고 그 메인 플라스마 영역 바깥에서의 플라스마의 형성을 피하게 하거나 감소하게 한다. 이것은 메인 플라스마 영역 바깥에서의 플라스마로 인한 표면 처리의 품질에 대한 악영향을 경감시키거나 회피할 수 있다는 특별한 이점을 제공한다.

보호벽은 전형적으로 기판과 보호벽 사이에 사용시 간극(갭)이 형성되도록 배치된다. 상기 보호벽은 전형적으로 그 간극을 통해, 플라스마의 제한을 달성하는 소스 전극을 향해 가스를 펌핑하도록 구성된다. 예를 들면, 그의 배기가 상기 간극을 통해 펌핑 되는 가스에 의해 영향을 받도록 사용시에 소스를 통해 반응 가스가 펌핑될 수도 있다.

본 발명의 제1 또는 제2 측면에 따른 장치의 플라스마 소스는 인입 가스가 화학적 반응물을 형성하는 반응성 플라스마를 생성하도록 구성됨이 전형적이다. 특정한 일 실시예에 있어서는 플라스마 소스는 기판에 코팅을 도포하는 플라스마 강화형 반응성 화학 기상 증착 공정(Plasma Enhanced Reactive Chemical Vapour Deposition Process)을 수행하도록 구성된다.

예를 들면, 상기 플라스마 소스는 마그네트론 소스, 음극 아크(cathodic arc) 소스, 절연성 중공 실린더를 에워싸는 안테나를 갖는 헬리콘 플라스마 소스, 또는 실린더형 또는 다른 중공 도전체를 포함하는 속이 빈 음극 소스를 포함할 수도 있다. 특정한 일 실시예에서 플라스마 소스의 적어도 하나의 소스 전극은 컵 형상으로 형성되고 rf 전압신호를 수신하도록 구성된다. 상기한 또는 각각의 소스 전극은 가스 인입구를 가지며 또한 사용시 플라스마가 상기한 컵 형상의 전극 내에서 발생되어 기판을 향해 인도되도록 배열될 수 있다.

또 다른 대안적인 실시예에서는, 예를 들면 두 개의 소스 전극들 중의 적어도 하나인, 상기한 또는 각각의 소스 전극은 다수의 이격된 가스 배출구들을 구비한다. 이 경우, 가스는 플라스마 프로필의 균일성을 향상시키는 각각의 가스 배출구로부터 제공되어도 좋다.

본 발명의 제1 또는 제2 측면에 따른 장치는 플라스마 처리된 기판을 모니터하도록 구성된 모니터링 시스템을 더 구비할 수도 있다. 예를 들어, 만일 기판이 플라스마 직경보다 더 크다면, 기판의 플라스마 처리를 향상 및/또는 제어하기 위해 사용될 수 있는 플라스마 처리에 대한 정보를 얻기 위해, 처리된 기판을 플라스마 영역 바깥에서, 말하자면, 원래의 위치에서 모니터하는 것이 가능하다.

보호벽이 플라스마를 제한하기 때문에 상기한 모니터링 시스템은 플라스마에 의해 덜 영향받고, 더 정확한 모니터링이 가능하게 된다.

특정한 일 실시예에 있어서, 상기 모니터링 시스템은 광대역 광파장 스펙트럼(broadband optical wavelength spectrum)으로 기판을 조사하도록(irradiate) 구성되는 광학적 시스템이다. 이 실시예에 있어서, 모니터링 시스템은 또한 기판 코팅의 두께와 같은 플라스마 처리된 기판의 특성, 또는 광학적, 화학적 또는 구조적 특성들에 대한 정보를 획득하기 위해 분석될 수 있는 플라스마 처리 기판으로부터의 반사(광)를 받아들이도록 구성된다. 예를 들면, 상기 모니터링 시스템과 상대적인 이동은 그 처리과정 중에 플라스마 영역 바깥에서 표면을 모니터 가능하도록 구성될 수 있다. 이것은 즉, 실시간(real-time)적인 모니터링을 가능하게 할 수 있다.

본 발명의 제3 측면에 따르면 기판 표면의 플라스마 처리를 위한 장치가 제공되는데, 상기 장치는:

플라스마를 발생하기 위한 플라스마 소스와;

상기 플라스마 소스에 대한 기판의 상대적인 이동을 일으키기 위한 구동 수단과; 그리고

플라스마 소스 주위에 배치되어 상기 플라스마를 제한하기 위한 보호벽을 구비하고;

사용시 상기한 상대적인 이동은 소정의 방식으로 기판에 대한 처리를 일으키고 상기 보호벽은 플라스마를 제한하도록(가두도록) 배치된다.

상기 보호벽은 플라스마를 직접 제한하도록 또는 가스의 흐름을 제한하도록 배치될 수 있고, 플라스마 소스를 둘러쌀 수도 있다. 상기 보호벽은 도전성 물질을 포함할 수 있고, 보호벽에 전기장을 생성하는 전압이 인가될 수 있다. 상기 전기장은 플라스마를 더욱 제한 및/또는 그 플라스마의 특성을 제어하기 위해 사용될 수 있다.

상기 보호벽은 전형적으로 기판과 보호벽 사이에 사용시 하나의 간극(갭)이 형성되도록 배치된다. 상기 보호벽은 전형적으로 상기 간극을 통해 그리고 플라스마 소스를 향해 가스를 펌핑하도록 구성된다. 예를 들면, 반응 가스가 사용시 소스를 통해 펌핑될 수 있고, 다른 펌핑 작용을 통해 간극을 통해 펌핑될 수 있다.

본 명세서 전체에 걸쳐서 "rf 전압"이라는 용어는 매우 높은 또는 매우 낮은 주파수를 포함하는 임의의 주파수들을 갖는 전압들에 대해 사용된다. 또한, 이와 달리, 상기 플라스마 소스가 직류 전압에 의해 동작하도록 구성될 수도 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.

본 발명의 제4 측면에 따르면, 본 발명의 제1 또는 제2 측면에 따른 장치에 의해 플라스마 처리되는 기판이 제공된다.

이하 본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 제공되는 특정 실시예들에 대한 설명을 통해 더욱 완전히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 표면의 플라스마 처리를 위한 장치의 단면도이고, 그리고

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 표면의 플라스마 처리를 위한 장치의 단면도이다.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 표면의 플라스마 처리를 위한 장치가 설명된다. 장치(10)는 도 1에는 도시되어 있지 않은 진공실에 배치된다. 상기 장치(10)는 속이 빈(중공) 음극(cathode)(12)을 구비하는 플라스마 소스를 포함한다. 상기 장치는 플라스마 제어 전극(14)을 더 구비한다. 본 실시예의 변형에서는 진공실의 벽은 제2 소스 전극으로서 동작이 가능하다. 기판(16)은 구동장치(18)에 의해 중공의 음극(12)과 플라스마 제어 전극(14)에 대해 이동이 가능하다. 동작시 플라스마 강화형 반응성 화학 증기가 중공 음극(12)에 의해 발생됨으로써 상기 기판(16)이 코팅(미도시)으로 도포된다.

동작 중, 구동장치(18)는 플라스마에 대해 기판(16)을 이동시킨다. 상기 구동장치(18)는 중공 음극(12)과 플라스마 제어 전극(14)에 대하여 기판을 X-Y 좌표상으로 스캔하도록 구성된다. 상기 구동장치(18)는 또한 기판(16)을 회전시키도록 설치될 수도 있다. 본 실시예의 변형에 있어서 상기 플라스마 소스는 또한 하나 또는 다수의 추가적인 구동장치(미도시)들에 의해 이동될 수도 있는데, 이렇게 하여 기판이 구동장치(18)에 의해 이동되는 동안 플라스마 소스가 이동된다. 예를 들어, 플라스마 소스(12)는 상기 구동장치(18)가 기판(16)을 회전시키는 동안 선형 운동(linear motion)으로 스캔될 수도 있다.

플라스마 소스(12) 및 플라스마 제어 전극(14)의 이동은 또한 기판에 대한 그들의 상대적인 이동이 동기화되도록 구성될 수 있다.

후술하는 다른 실시예에서, 플라스마 제어 전극(14)는 기판(16)에 대해 정지위치에 머물게 되는 반면에 플라스마 소스(12) 및/또는 기판(16)이 이동한다. 예를 들면, 플라스마 제어 전극(14)은 기판(16)과 동일한 치수로 이루어질 수 있고, 이것은 표면 특성에 대한 향상된 제어를 가능하게 한다. 대안적으로 또는 부가적으로는, 상기 플라스마 제어 전극(14)은 플라스마 소스(12)와 기판(16) 사이에 배치된 망상 구조일 수도 있다. 상대적인 이동의 견지에서 이러한 망상 제어 전극은 플라스마 소스(12) 또는 기판(16)과 동기화될 수 있다. 상기한 망상 구조는 두꺼운 기 판의 뒷면에 놓이는 플라스마 제어 전극의 효과적인 동작을 얻는 것과 연관된 전위 문제를 극복하였다.

플라스마 소스(12), 기판(16) 및 플라스마 제어 전극(14) 간의 이러한 상대적인 배열의 유연성은 상기 기판(16)의 크기보다 전형적으로 더 작은 제어된 국소형 플라스마를 구비함으로써 가능하게 된다.

상이한 형태의 상대적인 이동을 일으키기 위한 여러 가지의 구동 시스템들 또는 구동 수단의 조합이 사용될 수 있다.

본 실시예에서 구동장치(18)에 의해 수행되는 기판(16)의 스캐닝 또는 회전 속도는 제어가 가능하다. 이러한 방식으로, 상기 기판(16)은 소정의 특성, 예를 들어 소정의 두께 프로필을 갖는 코팅으로써 도포될 수 있다. 상기 기판(16)은 플라스마 소스(12) 및 플라스마 제어 전극(14)에 대하여 이동되기 때문에 희망하는 코팅 특성은 플라스마의 균일성에 대해 덜 종속적이다. 따라서 측면(프로필) 두께 또는 실질적으로 균일한 두께와 같은 소정의 특성들을 갖는 코팅으로 상대적으로 넓은 표면을 코팅하는 것이 가능하다.

본 실시예에서 플라스마 소스는 컵 모양의 전극(20), 전기적 연결부(22) 및 가스 인입구(24)를 구비하는 중공의 음극(12)으로 이루어진다. 사용시, 수십 kHz의 주파수를 갖는 rf 전압이 전기적 연결부(22)에 인가되고 가스 인입구(24)를 통해 컵 모양의 전극(20)으로 가스가 인도된다.

플라스마 제어 전극(14)은 rf 전압을 받아들이도록 구성된 전기적 연결부(26)를 갖는다. 사용시, 플라스마 제어 전극(14)에 의해 제어됨과 아울러 지지되 는 중공 음극(12)에 의해 플라스마가 발생한다. 예를 들면, 기판(16) 상의 플라스마 입자들의 에너지는 플라스마 제어 전극(14) 및 중공 음극(12)에 서로에 대하여 인가되는 rf 전압들을 조절함으로써 제어될 수 있다. 상기 rf 전압들은 서로 다른 위상, 진폭 또는 주파수를 갖도록 조절이 가능하다.

상기 기판(16)은 플라스마 제어 전극(14)과 중공 음극(12) 사이에 배치된다. 본 실시예에서 기판(16)은 플라스마 제어 전극(14)에 바로 근접하게 배치된다. 상기 기판(16) 및 플라스마 제어 전극(14)은 플라스마 제어 전극(14)이 기판(16)과 접촉하도록 배열될 수 있다.

기판(16)에 근접한 그 후방의 플라스마 제어 전극(14)의 위치는 기판(16)에 대한 플라스마 처리 특성을 제어하기에 특히 유리하다. 본 실시예에서 상기 플라스마 제어 전극(14)은 기판(16)의 그것에 근접한 형상을 가지며, 상기 플라스마 제어 전극(14)과 기판(16) 양자는 실질적으로 편평한 접촉 면을 갖는다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 기판(16)은 아크형 단면 또는 다른 단면 형상을 가질 수 있으며 그리고 플라스마 제어 전극(14)은 전형적으로 그 기판(6)의 형상에 근접하게 형성된다. 다른 실시예에서는, 상기 플라스마 제어 전극(14)은 표면 처리의 제어를 수월하게 하는 것을 가능하게 하는 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 더욱이, 상기 장치는 하나 이상의 플라스마 제어 전극을 구비할 수도 있으며, 상기 플라스마 제어 전극의 형상과 수는 희망하는 제어된 표면 처리를 달성하게끔 선택될 수 있다.

상기한 플라스마 제어 전극(14)은 중공의 음극(12)과 동일한 rf 전압 소스에 연결될 수도 있다(여기서 rf 전압 소스는 도시되어 있지 않음). 대안으로서는, 상기 플라스마 제어 전극(14)과 중공 음극(12)을 위한 rf 전압들은 개별적인 rf 전압 소스에 의해 제공될 수도 있다. 또 다른 실시예들에 있어서는 가변 주파수 여기(excitation) 수단, 예를 들면, 오디오, 마이크로웨이브 또는 펄스형 동작과 같은 것들이 이용될 수도 있다.

본 실시예에서, 상기 장치(10)는 동작 중 반응성 가스가 적어도 부분적으로 플라스마 영역을 통해 흐르도록 구성된다. 이러한 특정한 실시예에서 가스 인입구(24)를 통해 가스가 주입된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 가스는 또한 임의의 다른 출입구를 통해 제공될 수도 있다. 예를 들면, 실리콘 산화물/질화물 코팅의 침착을 위해서는 실란(silane) 및 질소 가스가 인입구(24)를 통해 인도될 수 있고, 중공 음극(12)으로부터 멀리 떨어진 추가적인 출입구를 통해 산소가 진공실(vacuum chamber)로 주입될 수도 있다.

본 실시예에서, 상기 장치(10)는 또한 보호벽(28)을 구비한다. 상기 보호벽(28)은 중공 음극(12)을 에워싸고 그에 의해 플라스마를 더욱 제한한다. 예를 들면, 전압이 보호벽(28)에 인가될 수 있고, 플라스마를 더욱 제한 및/또는 제어하기 위해 추가적인 전압 전위(voltage potential)가 활용될 수도 있다. 또한, 상기 장치는 예를 들면, 보호벽 내에서, 플라스마를 제한 및/또는 제어하는 데에 도움이 되는 부가적인 자기장을 발생하도록 구성될 수 있다.

보호벽(28)은 가스의 흐름을 제어 및/또는 제한함으로써 플라스마를 제어 및/또는 제한하도록 이용될 수 있다. 특히, 보호벽의 기하학적 형상은 진공실과 플라 스마 소스 영역의 차동적인 펌핑이 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 차동적인 압력은 소스 영역에서 더 낮은 압력을 생성 및/또는 유리한 가스 흐름 경사를 제공할 수 있다.

본 실시예에서 보호벽(28)은 플라스마 제어 전극(14)의 연장부(extension)보다 더 작은 직경을 갖는 개구부(29)를 구비한다. 또한, 기판(16)과 보호벽(28) 간의 거리는 전형적으로는 기판(16)과 음극(12) 사이의 거리 보다는 보통 작은 1 - 10㎜정도이다. 본 실시예에서, 보호벽(28)의 위치와 그에 따른 보호벽의 플라스마 제어 및/또는 제한 특성들은 상이한 동작 조건들을 허용하고 표면 특성을 제어하기 위하여 조절이 가능하다.

상기 보호벽(28)은 펌프(미도시)에 의해 생성되는 차동적 압력 또는 가스 공급 수단을 이용하여 포트(31)를 통해 전용 가스 흐름을 위해 구성된다. 본 실시예에서 반응가스는 가스 인입구(24)를 통해 공급되며, 그 다음에는 루프를 경유하여 반응하지 않은(un-reacted) 및/또는 침착하지 않은(un-deposited) 가스들이 포트(31)를 통해 배출된다.

본 실시예에 대한 변형예에서, 반응 및 배기 가스의 흐름 방향이 반전되는데, 즉 반응 가스는 포트(31)를 통해 흘러들어오고, 배기 가스는 포트(24)를 통해 밖으로 펌핑된다. 양 변형예에서, 보호벽(28)은 가스 흐름을 제한한다.

상기한 보호벽(28)의 또 다른 장점은, 본 실시예에 있어서 간극이 기판(16)과 보호벽(28) 사이에 형성된다는 것이다. 플라스마를 더욱 제한하기 위하여, 사용시에는, 불활성 가스(질소 또는 아르곤과 같은)와 같은 가스 또는 혼자서는 반응하 지 않는 다른 가스가 보호벽(28)과 기판(16) 사이에 형성된 간극을 통해 소스 전극 을 향해 흐르게 됨으로써 반응 가스는 보호벽(28) 외부로는 현저히 확산하지 않고 이에 따라서 보호벽(28)의 바깥에서 심각하게 반응하지는 않는다.

본 실시예의 다른 변형에 있어서, 플라스마 형성을 위한 반응성 가스는 가스 인입구(24)를 통해 또는 포트(31)를 통해 반응 가스를 도입하는 것 대신에, 또는 그에 추가하여 상기 간극을 통해 펌핑될 수 있다.

어떤 변형예에서든지 가스 흐름은 보호벽(28)에 의해 제한된다.

상기 장치(10)는 광학 모니터링 시스템(30)을 더 구비한다. 상기 광학 모니터링 시스템(30)은 광 복사 소스(32) 및 검출기(34)를 구비한다. 기판(16)을 향하는 광대역 복사(광)가 광 소스(32)에 의해 생성되고, 반사광이 검출기(34)에 의해 측정된다. 다음으로, 검출된 광 신호는 처리된 기판의 광학적 특성뿐만 아니라 코팅 두께, 조성에 대한 정보와 같은 플라스마 처리 기판(16)에 대한 정보를 얻기 위하여 분석된다.

본 실시예에서 광학적 모니터링은 플라스마 영역 외부에서 수행된다. 보호벽(28)에 의한 플라스마의 제한 덕분에 광학적 측정을 향상된 정확도로써 수행하는 것이 가능하다. 특히, 광대역 파장 스펙트럼 모니터링은 플라스마로부터의 영향이 경감된 채로 이루어질 수가 있다. 단일 파장 또는 다-파장 모니터링이 가능하지만 광대역 모니터링은 처리된 기판(16)의 특성이 측정되는 정확도가 증가할 수 있다는 이점을 갖는다. 광학적 모니터링 시스템의 또 다른 장점은 본질적으로 실시간으로 전체 기판을 모니터할 수 있다는 것이다.

플라스마 소스, 기판 및 플라스마 제어 전극의 상대적인 이동 구성에 따라서는 상기 광학적 모니터링 시스템은 보호벽(28)에 부착될 수도 있다.

도 2는 본 발명의 제2 특정 실시예에 따른 기판 표면에 대한 플라스마 처리를 위한 장치의 단면을 도시한다. 이 경우에 상기 장치(40)는 가스 인입구(44)에 연결되고, 음극(42)과 기판(16) 사이의 플라스마 영역에 가스가 흐르도록 구성된, 다수의 개구들을 갖는 "샤워기 헤드"형 음극(42)을 구비하는 플라스마 소스를 포함한다. 이러한 구성 덕분에 플라스마의 프로필 전체에 걸쳐 가스 흐름은 더욱 균일하게 된다.

가스 추진 압력 또는 샤워기 헤드의 형상, 구멍의 직경 또는 모세관의 길이 등과 같은 작동 상의 변수들을 조절하는 것은 가스 흐름과 플라스마 특성을 제어함에 있어 적응성을 더 크게 해준다.

음극(42)은 rf 전압을 받도록 구성된 전기적 연결부(46)를 구비한다. 플라스마에 대한 제한을 향상시키기 위해 음극(42)은 그것의 상부에 위치한 링 모양의 부분(48)을 구비한다.

보호벽(28)은 플라스마의 제한을 더욱 향상시키고 와류 방전(parasitic discharge)을 억제할 수 있는 연장부(50)를 구비한다. 상기 장치(40)의 모든 다른 구성요소들은 도 1에 도시되고 기술된 장치(10)의 것들과 유사하다. 본 실시예에서 연장부(50)는 기판(16)의 광학적인 모니터링을 가능하게 하는 개구들을 구비한다.

이상 본 발명은 특정한 실시예를 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 수 많은 다른 형태로도 구현될 수도 있음을 당해 기술분야의 전문가라면 이해할 것이다. 예 를 들면, 플라스마 처리는 기판 표면의 코팅에만 한정되는 것은 아니고, 그 기판을 식각하기 위해 또한 이용될 수 있다. 이러한 식각(에칭)은 표면에 대한 프로필 변화를 제어형으로 달성하기 위하여 그 강도가 조절될 수 있다.

또한 어떤 형태의 플라스마 생성 전극 또는 음극이라도 이용될 수 있다는 점을 인식하여야 할 것이다. 예를 들면, 상기 장치는 헬리콘 타입 플라스마 소스, 또는 마그네트론 또는 음극 아크 플라스마 소스를 포함할 수도 있다. 게다가, 플라스마의 제한을 더욱 향상시키기 위하여 자기장이 활용될 수도 있다.

덧붙여서, 플라스마 제어 전극은, 보호벽이 플라스마를 제한하고 제어하는 동안 기판에 대해 이동가능한 플라스마 소스 및 보호벽을 가지는 고정된 대형 기판으로 교체될 수도 있다.

더욱이, 본 발명의 실시예들에 따른 장치는 여러 가지의 다른 분야에서 응용이 가능하다는 것이 인식되어야 할 것이다. 예를 들면, 상기 장치는 건축업 및 자동차를 위한 윈도우 글라스의 처리를 위해 이용될 수 있다. 상기 장치는 또한 스마트 윈도우 제조(전기-크롬 코팅), 에너지 흐름의 수동형 제어(저방출성, 태양광 색조(solar tint)), 윈도우의 강화, 반-반사형 코팅, 먼지 방지(repellant) 코팅 또는 처리 및 물 방지 코팅 등의 분야에서 이용될 수도 있다. 추가하여, 상기 장치는 예를 들면, 플라스틱과 종이에 대한 금속성 코팅을 포함하는 연속적인 웹 공정을 위한 것과 같은 물질을 포장하기 위한 필름의 도포 및 표면 처리를 위해 이용될 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따른 장치의 특별한 이점은 매우 높은 수율, 공급물질 활용도, 핀홀이 없는 층 및 투명 층(막) 등을 아우른다. 더욱이, 본 발명의 실 시예에 따른 장치는 제조용/건축용 재료의 생산 중에 필름의 도포 및 표면처리를 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 강철에 대한 부식 방지용 도포(deposition), 및 강철과 기타 기본적인 물질에 대한 부식 방지 코팅을 위한 연속형 웹 처리 등이다.

따라서, 본 발명의 정신과 영역 내에서의 변형은 당해 기술분야의 전문가에 의해서 용이하게 달성될 수도 있기 때문에, 본 발명은 지금까지 예를 들어 기술된 특정한 실시예예 한정되지는 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다.

본 발명은 기판 표면에 대한 플라스마 처리를 위한 장치에 이용된다.

Claims (47)

1. 기판 표면의 플라스마 처리를 위한 장치에 있어서,

   플라스마를 발생하기 위한 플라스마 소스와;

   플라스마-제어 전극과; 그리고

   상기 플라스마-제어 전극과 플라스마 소스 사이의 상대적인 이동을 일으키기 위한 구동 수단을 구비하고;

   상기한 플라스마-제어 전극은 제어가능한 방식으로 상기 기판 표면에 대한 처리를 수행할 수 있도록 상기 기판의 근방에 배치됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 구동 수단이 또한 사용시 기판과 플라스마 소스 간의 상대적인 이동을 일으킴을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플라스마-제어 전극과 기판은 실질적으로 동일한 크기를 가짐을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판과 플라스마-제어 전극은 고정형이고, 플라스마 소스는 상대적인 이동을 하도록 구동됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스마 소스는 고정형이고, 상기 기판과 플라스마-제어 전극이 사용시에 구동됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
6. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스마 소스가 구동되는 한편, 상기 기판과 플라스마-제어 전극은 사용시, 구동되는 플라스마 소스에 대하여 구동됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 플라스마-제어 전극과 기판은 사용시 회전되고, 플라스마 소스는 사용시 스캐닝함을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
8. 기판 표면의 플라스마 처리를 위한 장치에 있어서,

   플라스마를 발생하기 위한 플라스마 소스와;

   플라스마-제어 전극과; 그리고

   상기 기판에 대한 상기 플라스마-제어 전극과 플라스마 소스의 상대적인 이동을 일으키기 위한 구동 수단을 구비하고;

   상기 플라스마-제어 전극은 제어가능한 방식으로 상기 기판 표면에 대한 처리를 용이하게 수행할 수 있도록 하기 위해 상기 기판의 근방에 배치됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 플라스마 소스 및 플라스마 제어 전극은 고정형이고, 상기 기판은 사용시 상대적인 이동을 하도록 구동됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 기판은 사용시 고정되고, 상기 플라스마 소스와 플라스마 제어 전극은 구동됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 플라스마 소스와 플라스마-제어 전극은 동기식으로 구동됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
12. 제8항에 있어서, 상기 기판은 사용시 구동되고, 상기 플라스마 소스 및 플라스마 제어 전극 양자는 구동된 기판에 대하여 이동하도록 구동됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 기판은 사용시 회전되고 플라스마 소스와 플라스마 제어 전극 양자는 사용시 스캐닝 됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스마 제어 전극은 표면의 근방에서 플라스마의 에너지 분포를 조절함에 의해 제어형 표면 처리를 용이하게 하도록 구성됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스마 제어 전극은 기판상에 인가되는 플라스마 이온들의 에너지를 제어하도록 구성됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기한 표면 처리는 사용시 표면이 제어된 불균일한 방식으로 처리되도록 수행됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 장치는 코팅이 불균일한 두께, 밀도 및 굴절률 중의 적어도 하나를 갖도록 하는 방식으로 표면을 코팅하도록 구성됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기한 두께, 밀도 또는 굴절률은 기판의 길이를 따라서 끝으로 갈수록 점점 좁아짐을(테이퍼형으로) 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
19. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 처리는, 사용시 표면이 제어된 균일한 방식으로 처리되도록 수행됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 장치는 코팅이 균일한 두께, 밀도 및 굴절률 중의 적어도 하나를 갖도록 하는 방식으로 상기 표면을 코팅하도록 구성됨을 특징으로 하 는 플라스마 처리 장치.
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스마 제어 전극은 플라스마 소스와 플라스마-제어 전극 사이에 기판이 위치하도록 배치됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 플라스마 제어 전극 상에 배치됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스마-제어 전극은 개구(구멍)들을 포함함을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스마-제어 전극은 망(mesh)인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 망은 플라스마 소스와 기판의 사이에 배치됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 표면에 대한 제어 처리는 상대적 이동의 속도를 제어함으로써 이루어지고, 여기서 단위 기판 면적당 국소적인 플라스마 처리 시간을 제어가능함을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스마를 제한하는(가두는) 보호 벽을 구비함을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
28. 제27항에 있어서, 상기한 보호 벽은 플라스마 소스 근방에 배치됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
29. 제27항에 있어서, 상기 보호 벽은 플라스마 소스를 에워싸는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
30. 제27항 내지 제29항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 벽은 가스의 흐름을 제어하도록 구성됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
31. 제27항 내지 제30항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 벽은 도전성 물질을 포함하며, 플라스마의 특성들을 추가로 제어하기 위하여 사용시 상기 보호 벽에 전압 전위(voltage potential)가 인가됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
32. 제27항 내지 제31항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 보호벽은 사용시 플라스마를 메인 플라스마 영역으로 제한하고 그 메인 플라스마 영역 바깥에서의 플라스마의 형성을 줄임을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
33. 제27항 내지 제32항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 보호벽은 기판과 보호벽 사이에 사용시 간극(갭)이 형성되도록 배치됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
34. 제33항에 있어서, 상기 보호벽은 그 간극을 통해 소스 전극을 향해 가스를 펌핑하도록 구성됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
35. 제34항에 있어서, 배기가 상기 간극을 통해 펌프가 되는 가스에 의해 영향을 받도록 사용시 소스를 통해 반응 가스가 펌핑됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스마 소스는 다수의 이격된 가스 배출구들을 구비함을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
37. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스마 처리된 기판을 모니터하도록 구성된 모니터링 시스템을 더 구비함을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
38. 제37항에 있어서, 상기 모니터링 시스템은 광대역 광파장 스펙트럼(broadband optical wavelength spectrum)으로 상기 기판을 조사하도록 구성되고, 또한 상기 플라스마 처리 기판으로부터의 반사(광)를 받아들이도록 구성됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
39. 제38항에 있어서, 상기 모니터링 시스템과 그 상대적인 이동은 표면이 그 처리과정 중에 플라스마 영역 바깥에서 모니터링이 가능하여 실시간(real-time) 모니터링이 가능하도록 구성됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
40. 기판 표면의 플라스마 처리를 위한 장치에 있어서,

    플라스마를 발생하기 위한 플라스마 소스와;

    상기 플라스마 소스에 대한 기판의 상대적인 이동을 일으키기 위한 구동 수단과; 그리고

    플라스마 소스 주위에 배치되어 상기 플라스마를 제한하기 위한 보호벽을 구비하고;

    사용시 상기한 상대적인 이동은 소정의 방식으로 기판에 대한 처리를 일으키고 상기 보호벽은 플라스마를 제한하도록 배치됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
41. 제40항에 있어서, 상기 보호벽은 플라스마 소스 주변에 배치됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
42. 제41항에 있어서, 상기 보호벽은 플라스마 소스를 둘러쌈을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
43. 제40항 내지 제42항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 보호벽은 가스의 흐름을 제한하도록 구성됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
44. 제40항 내지 제43항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 보호벽은 도전성 물질을 포함하고, 플라스마의 특성을 더욱 제어하기 위해 사용시 상기 보호벽에 대해 전압 전위가 인가됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
45. 제40항 내지 제44항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 보호벽은 기판과 보호벽 사이에 사용시 간극(갭)이 형성되도록 배치됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
46. 제45항에 있어서, 상기 보호벽은 상기 간극을 통해 플라스마 소스를 향해 가스를 펌핑하도록 구성됨을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
47. 제1항 내지 제46항 중의 어느 한 항에서 청구된 장치에 의해 플라스마 처리된 기판.

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