KR20070042381A - 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치 - Google Patents

대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 기판을 처리하는 처리 폭을 증가시킬 수 있고 플라즈마 전환효율을 향상시킬 수 있으며 대기압하에서 연속적으로 기판의 표면 처리가 가능한 표면처리장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명인 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치는, 처리가스가 유입되는 제1 유입구가 형성된 처리가스 저장부; 및 처리가스 저장부의 아래에 위치하여 처리가스 저장부로부터 유입되는 처리가스를 플라즈마로 변환시키는 플라즈마 발생부;를 포함한다. 상기 플라즈마 발생부는, 처리가스 저장부로부터 처리가스가 유입되는 제2 유입구가 소정 간격으로 다수 개 형성된 평판형의 상부 전극; 및, 상부 전극과 마주보도록 설치되고, 발생된 플라즈마와 플라즈마로 전환되지 아니한 처리가스가 배출되는 배출구가 소정 간격으로 다수 개 형성된 평판형의 하부 전극;을 포함한다. 또한, 상기 플라즈마 발생부는, 처리가스 저장부와 이격됨이 없이 상부 전극에 의해 격리되며, 제2 유입구 및 배출구를 제외하고 실질적으로 닫힌 공간을 형성한다. 그리하여, 플라즈마 발생부에서 발생된 플라즈마는 배출구를 통하여 배출되어 하부 전극 아래에 배치된 기판의 표면을 처리한다.
플라즈마, 표면처리장치, 대기압

Description

대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치{Apparatus for treating the surface of a substrate with plasma in atmospheric pressure}
도 1은 종래 기술에 따른 평판형 전극을 이용한 표면처리장치를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1의 표면처리장치에 사용되는 전극 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 종래 기술에 따른 원통형 전극을 이용한 표면처리장치에 사용되는 전극 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치를 나타낸 단면도.
도 5는 도 4의 표면처리장치에 사용되는 전극 구조를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치에 사용되는 전극 구조를 나타낸 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30 : 처리가스 저장부 40 : 플라즈마 발생부
41 : 상부 전극 42 : 하부 전극
50 : 교류 전원 70 : 기판
100 : 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치
본 발명은 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 기판을 처리하는 처리 폭을 증가시킬 수 있고 플라즈마 전환효율을 향상시킬 수 있으며 대기압하에서 연속적으로 기판의 표면 처리가 가능한 표면처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 기판의 표면을 처리하는 방법, 예를 들면 기판의 표면으로부터 유기 물질과 같은 오염물의 제거, 레지스트(resist)의 제거, 유기 필름의 접착, 표면 변형, 필름 형성의 향상, 금속 산화물의 환원, 또는 액정용 유리 기판의 세정 등을 위해서는 크게 화학 약품을 이용한 방법과 플라즈마를 이용한 방법이 있다. 이 중에서 화학 약품을 이용한 방법은 화학 약품이 환경에 악영향을 미친다는 단점이 있다.
플라즈마를 이용한 표면 처리의 일 예로는 저온ㆍ저압 상태의 플라즈마를 이용하는 방법이 있다. 저온ㆍ저압 플라즈마를 이용한 표면처리 방법은 저온ㆍ저압의 진공조 내에 플라즈마를 발생시켜 이들을 기판의 표면과 접촉시켜 기판 표면을 처리하는 것이다. 이러한 저온ㆍ저압 상태의 플라즈마를 이용하는 표면처리방법은 우수한 세정 효과에도 불구하고 널리 이용되지는 않고 있는 실정이다. 이것은 저압을 유지하기 위해 진공 장치가 필요하게 되므로 대기압 상태에서 수행되는 연속공정에 적용하기 곤란하기 때문이다. 이에 따라 최근에는 대기압 상태에서 플라즈마를 발 생시켜 표면처리에 이용하고자 하는 연구가 매우 활발히 이루어지고 있다.
일본공개특허공보 제2-15171호, 제3-241739호 또는 제1-306569호는 플라즈마 발생공간 내부에 배치된 기판의 표면을 처리하는 표면처리방법 및 장치를 개시하고 있다. 상기 방법은 적어도 하나의 절연체에 의해 절연된 한 쌍의 전극을 평행하게 배치하는 단계, 상기 전극 사이에 형성된 플라즈마 발생공간으로 처리 가스를 공급하는 단계, 상기 처리 가스로부터 플라즈마를 발생시키기 위해 상기 전극들 사이에 교류 전압을 인가하는 단계, 및 생성된 플라즈마로 상기 플라즈마 발생공간 내부에 배치된 기판의 표면을 처리하는 단계로 구성된다. 그러나, 상기 문헌들에 개시된 표면처리방법 및 장치는 양 전극 사이의 플라즈마 발생공간에 처리하고자 하는 기판이 위치하여야 하므로 매우 얇은 판상의 기판만이 처리가 가능하다. 따라서, 상기 표면처리방법 및 장치는 그 적용분야가 매우 제한될 수밖에 없다. 또한, 시료가 절연체가 아닌 도전성을 지닌 금속 및 반도체 시료일 경우에는 전극에 인가되는 고전압에 의해 시료가 손상될 위험이 다분하다는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 플라즈마 발생공간에서 생성된 플라즈마를 플라즈마 발생공간의 외부로 유도한 후 기판과 접촉시켜 기판의 표면을 처리하는 방법이 제안되었다.
미국특허 제5,185,132호는 평행하게 배치된 2개 이상의 평판형 전극의 표면에 고체 절연체를 위치시켜 얻어진 절연체 피복전극을 갖는 반응용기에 불활성 기체와 반응성 가스의 혼합물을 도입하여 플라즈마를 발생시킨 후 활성종을 플라즈마 하류로 운송하여 시료 표면을 처리하는 것을 특징으로 하는 표면처리방법을 개시하 고 있다. 도 1은 상기 방법에 사용되는 표면처리장치를 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 1의 표면처리장치에 사용되는 전극 구조를 나타낸 단면도이다. 도면에 나타난 바와 같이, 상기 표면처리장치(10)는 절연체(16a)(16b)에 의해 절연되고 평행하게 배치된 두 개의 평판 전극(11a)(11b)과, 두 평판 전극(11a)(11b) 사이에 형성된 플라즈마 발생공간(12)의 일측면에 형성된 처리가스 유입구(13) 및, 플라즈마 발생공간(12)의 타측면에 형성된 배출구(14)를 구비한다. 유입구(13)를 통해 플라즈마 발생공간(12)으로 유입된 처리가스는 전극(11a)(11b)에 공급되는 교류 전압에 의해 플라즈마로 전환되고, 생성된 플라즈마 및 플라즈마로 전환되지 아니한 처리가스는 배출구(14)를 통해 외부로 배출되며, 배출된 플라즈마는 기판(15)의 표면과 접촉하여 기판(15)의 표면을 처리하게 된다. 그러나, 상기 표면처리장치(10)는 플라즈마와 플라즈마로 전환되지 아니한 처리가스의 배출구(14)가 플라즈마 발생공간의 타측면에 형성됨으로써, 처리하고자 하는 폭 즉, 처리 폭(W)에 제한을 받을 수밖에 없다는 문제점이 있다. 만약, 처리 폭(W)을 넓히고자 할 경우에는 인가되는 교류 전압이 급격하게 높아지게 되는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해 미국특허 제6,424,091호는, 외부 표면에 절연체를 구비하는 적어도 한 쌍의 전극과, 상기 전극들 사이의 플라즈마 발생공간에 처리가스를 가스공급수단 및, 상기 플라즈마 발생공간에 플라즈마가 발생되도록 전극들 사이에 교류 전압을 인가하는 교류전원을 포함하며, 상기 한 쌍의 전극 중 적어도 하나의 전극은 상기 방전 공간으로 돌출되는 만곡면을 구비하는 것을 특징으로 하는 표면처리장치를 개시하고 있다. 도 3은 상기 표면처리장치에 사용되는 전 극구조(20)의 단면도로서, 상기 전극 구조(20)는 절연체(22a)(22b)로 절연된 한 쌍의 원통형 전극(21a)(21b) 사이에서 플라즈마(23)가 생성되며, 생성된 플라즈마(23)는 표면처리장치의 외부에 설치된 기판(24)의 표면과 접촉하여 기판(24)의 표면을 처리하게 된다. 상기 표면처리장치는 원통형 전극을 채용함으로써 유효처리 폭을 향상시킬 수 있는 장점을 갖고 있다. 그러나, 전극의 단위 면적당 플라즈마 발생공간이 평판형 전극보다 현저히 줄어들게 되어 플라즈마 전환 효율이 저하된다는 단점을 안고 있다. 즉, 상기 표면처리장치는 처리가스를 플라즈마로 전환시킬 수 있는 전극의 유효 면적이 현저히 감소되어 플라즈마 전환 효율이 저하되게 되고, 따라서 기판(24)의 처리효율이 감소하게 된다. 더 나아가, 상기 표면처리장치는 플라즈마 전환 효율이 저하됨에 따라 평판형 전극보다 많은 양의 전력을 공급하여야 한다.
본 발명인 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치는 상기 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 기판을 처리하는 처리 폭을 증가시킬 수 있는 표면처리장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 플라즈마 전환효율을 향상시킬 수 있는 표면처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 대기압하에서 연속적으로 기판의 표면 처리가 가능한 표면처리장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치는, 처리가스가 유입되는 제1 유입구가 형성된 처리가스 저장부; 및 상기 처리가스 저장부의 아래에 위치하여 상기 처리가스 저장부로부터 유입되는 상기 처리가스를 플라즈마로 변환시키는 플라즈마 발생부;를 포함하고, 상기 플라즈마 발생부는, 상기 처리가스 저장부로부터 처리가스가 유입되는 제2 유입구가 소정 간격으로 다수 개 형성된 평판형의 상부 전극; 및, 상기 상부 전극과 마주보도록 설치되고, 발생된 플라즈마와 플라즈마로 전환되지 아니한 처리가스가 배출되는 배출구가 소정 간격으로 다수 개 형성된 평판형의 하부 전극;을 포함하고, 상기 플라즈마 발생부는, 상기 처리가스 저장부와 이격됨이 없이 상기 상부 전극에 의해 격리되고, 또한 상기 제2 유입구 및 배출구를 제외하고 실질적으로 닫힌 공간을 형성하며, 상기 배출구를 통하여 배출된 플라즈마를 이용하여 하부 전극 아래에 배치된 기판의 표면을 처리한다.
바람직하게, 상기 표면처리장치는 상기 제2 유입구와 배출구가 서로 겹쳐지지 않고 엇갈리도록 형성된다.
여기에서, 상기 제2 유입구와 배출구는 상기 상부 전극과 하부 전극이 서로 호환성을 가지도록 동일한 형상을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 표면처리장치는 상부 전극의 하면과 측면은 세라믹으로 코팅되고, 상부 전극의 상면은 고온용 에폭시로 코팅되며, 상기 하부 전극은 세라믹 코팅된 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치를 나타낸 도면으로서 제2 유입구(44)와 배출구(45)가 보여지도록 절단한 단면도이고, 도 5는 상기 표면처리장치에 사용되는 전극구조를 나타낸 사시도이다.
도면을 참조하면, 상기 표면처리장치(100)는 처리가스 저장부(30) 및, 처리가스 저장부(30)의 아래에 위치하여 처리가스를 플라즈마로 변환시키는 플라즈마 발생부(40)를 포함한다.
상기 처리가스 저장부(30)는 처리가스를 플라즈마 발생부(40)로 안정적으로 공급하는 역할을 하며, 그 체적은 처리 용량, 전환효율 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 처리가스 저장부(30)는 처리가스가 유입되는 제1 유입구(31a)(31b)를 구비한다. 제1 유입구(31a)(31b)의 개수와 위치는 특별히 제한되지 아니하고, 필요에 따라 적정한 개수의 제1 유입구(31a)(31b)가 적정한 위치에 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 발생부(40)는 처리가스 저장부(30)로부터 유입된 처리가스를 플라즈마로 변환시킨다. 플라즈마 발생부(40)는 평판형의 상부 전극(41)과, 상부전극(41)과 마주보도록 설치된 평판형의 하부 전극(42)을 포함한다. 상기 두 전극(41)(42) 사이에는 플라즈마 발생공간(43)이 형성된다.
상기 상부 전극(41)은 처리가스 저장부(30)로부터 처리가스가 유입되는 제2 유입구(44)가 소정 간격으로 다수 개 형성된 평판형의 전극이다. 도 4 및 도 5에는 원형의 제2 유입구(44)가 도시되어 있으나, 도 6에 나타난 바와 같이 제2 유입구(44a)는 장방형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 상부 전극(41)에는 플라즈마 발생을 위한 교류 전원(50)이 연결된다.
상기 상부 전극(41)은 절연체에 의하여 피복된다. 바람직하게, 상기 상부 전극(41)은 그 하면(41a)과 측면(41b)이 세라믹(47)으로 코팅되고, 그 상면(41c)은 고온용 에폭시(48)로 코팅된다.
상기 하부 전극(42)은 상부 전극(41)과 마주보도록 설치된다. 바람직하게, 상기 하부 전극(42)은 상부 전극(41)과 0.8-1.0cm 정도 이격되도록 설치된다. 하부 전극(42)은 발생된 플라즈마 또는 플라즈마로 전환되지 않은 처리가스가 배출되는 배출구(45)가 소정 간격으로 형성된 평판형의 전극이다. 도 4 및 도 5에는 원형의 배출구(45)가 도시되어 있으나, 도 6에 나타난 바와 같이 배출구(45a)는 장방형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 하부 전극(42)은 접지되어 있으며, 하부 전극(42)의 아래에는 기판(70)이 위치하게 된다.
상기 하부 전극(42)은 상부 전극(41)과 마찬가지로 절연체에 의하여 피복된다. 바람직하게, 상기 하부 전극(42)은 세라믹(47)으로 절연된다. 더욱 바람직하 게, 상기 하부 전극(42)의 하면(42a)과 측면(42b)은 용사법(溶射法)을 이용하여 세라믹(47)을 코팅하고, 하부 전극(42)의 상면(42c)은 소결법을 이용하여 세라믹(47)을 코팅한다.
상기 상부 전극(41)의 제2 유입구(44)(44a)와 하부 전극(42)의 배출구(45)(45a)는 서로 겹쳐지지 않게 형성된다. 한편, 도 4는 제2 유입구(44)와 배출구(45)가 모두 보여질 수 있도록 절단한 단면도이기 때문에 도 4에는 제2 유입구(44)와 배출구(45)가 모두 나타나고 있다. 제2 유입구(44)(44a)와 배출구(45)(45a)는 서로 어긋나도록 형성되기 때문에 겹쳐지지 않는다. 이것은 제2 유입구(44)(44a)와 배출구(45)(45a)의 각 단부 사이의 거리를 되도록 크게 함으로써 아크 방전의 발생을 최소화하고, 제2 유입구(44)(44a)를 통해 플라즈마 발생공간(30)으로 유입된 처리 가스가 곧바로 배출구(45)(45a)를 통해 빠져나감으로써 플라즈마 전환효율이 떨어지는 것을 막고, 나아가 플라즈마 발생공간(43) 내부의 적정한 압력을 유지하기 위해서이다.
또한, 플라즈마 발생공간(43)은, 도 4에 나타난 바와 같이, 처리가스 저장부(30)와 이격되지 않고 상부 전극(41)에 의해 격리된다. 나아가 플라즈마 발생공간(43)은 제2 유입구(44)(44a)와 배출구(45)(45a)를 제외하고는 실질적으로 닫힌 공간으로 되어 있다. 이것은, 제2 유입구(44)(44a)와 배출구(45)(45a)를 서로 어긋나도록 구성한 것과 함께 플라즈마 발생공간(43) 내부의 압력 손실을 최소화하여, 배출구(45)(45a)로 배출되는 플라즈마의 유속을 최대한 증진시킴으로써 처리 효율을 높이기 위함이다.
한편, 바람직하게, 상기 상부 전극(41)과 하부 전극(42)은 은(Ag)과 팔라듐(Pd)이 합금된 층과 텅스텐(W)층이 적층된 이층 구조이다.
이와 같이, 상부 전극(41)에는 제2 유입구(44)(44a)가 형성되고, 하부 전극(42)에는 배출구(45)(45a)가 형성된다. 이 때, 제2 유입구(44)(44a)와 배출구(45)(45a)가 동일한 형상을 가지도록 제조하면 상부 전극(41)과 하부 전극(42)이 서로 호환될 수 있다. 즉, 제2 유입구(44)(44a)와 배출구(45)(45a)가 동일한 형상을 가지도록 제조하면 전극(41)(42)의 생산 공정을 단순화할 수 있고, 상부 전극(41)과 하부 전극(42) 중의 어느 하나가 파손되는 등 교체해야 할 때 그 호환성을 높일 수 있다.
상기 처리가스는 특별히 그 종류가 제한되지 아니하며, 당해 분야에서 통상 사용되는 처리가스가 널리 사용될 수 있다. 예를 들면, 질소, 산소, 불활성 기체(rare gas), 이산화탄소, 산화 질소, 퍼플루오로화 기체(perfluorinated gas), 수소, 암모니아, 염소(Cl)계 기체, 오존 및, 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 불활성 기체로서는 헬륨, 아르곤, 네온, 또는 크세논(xenon)이 사용될 수 있다. 퍼플루오로화 기체의 예로는 CF4, C2F6, CF3CF=CF2, CClF3, SF6 등을 들 수 있다.
상기 처리가스는 처리 목적에 따라 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들면, 기판(70) 상의 유기 물질을 세정하고자 하는 경우에는 질소 가스, 질소와 산소의 혼합물, 질소의 공기의 혼합물, 불활성 가스, 또는 질소와 불활성 가스의 혼합물이 선택될 수 있다. 경제적인 측면을 고려 할 때, 질소, 질소와 산소의 혼합물 또는 질소와 공기의 혼합물이 보다 바람직하다. 레지스트의 제거 및 유기 필름의 식각이 요구되는 경우에는 산소, 오존, 공기, 이산화탄소(CO2), 증기 또는 산화질소(N2O)와 같이 산화력이 있는 기체를 단독으로 또는 질소와 함께 사용할 수 있다. 또한, 실리콘을 식각하는 경우에는 CF4와 같은 퍼플루오르화 기체 또는 염소계 기체를 질소 또는 불활성 기체와 함께 사용하는 것이 효과적이다. 금속 산화물을 환원시키는 경우에는 수소 또는 암모니아와 같은 환원성 기체를 사용하는 것이 가능하다.
상기 처리가스는 제1 유입구(31a)(31b)를 통해 처리가스 저장부(30)로 도입되고, 처리가스 저장부(30)에 도입된 처리가스는 제2 유입구(44)(44a)를 통해 플라즈마 발생공간(43)으로 유입되며, 플라즈마 발생공간(43)에서 교류 전압에 의해 플라즈마로 전환된다. 발생된 플라즈마 및 플라즈마로 전환되지 아니한 처리가스는 하부전극(42)에 형성된 배출구(45)(45a)를 통해 외부로 배출된다. 배출된 플라즈마는 기판(70)의 표면과 접촉하여 기판(70)의 표면을 처리하게 된다.
여기서, 배출구(45)(45a)의 전체 처리폭(D1+D2+D3+D4+D5+D6+D7+D8)은 종래 평판형 전극에서의 처리폭(W)보다 훨씬 증가되기 때문에 처리하고자 하는 기판의 폭이 현저하게 증가될 수 있다. 나아가, 종래 평판형 전극에서의 처리폭(W)의 경우에는 인가되는 전압에 의해 크게 제한됨에 반해, 상기 표면처리장치(100)의 전극의 길이(D)의 경우에는 전압에 크게 구애받지 아니하는 장점이 있다. 즉, 처리폭(W)의 경우 인가되는 전압에 의해 제한되어 그 길이가 통상 0.01mm∼30mm로 제한되지만, 전극의 길이(D)는 인가되는 전압에 거의 구애받지 아니하고 그 길이를 증가시킬 수 있기 때문에 전체 처리폭(D1+D2+D3+D4+D5+D6+D7+D8)이 현저히 증가될 수 있다. 아울러, 종래의 경우에는 배출구(45)(45a)의 형태를 변경시키는 것은 장치의 커다란 변형을 가져오게 되어 어려웠으나, 상기 표면처리장치(100)는 배출구(45)(45a)의 형태를 원형, 삼각형, 타원형 등 다양한 형태로 변경할 수 있다. 따라서, 상기 표면처리장치(100)는 처리하고자 하는 기판(70)의 형태에 따라 배출구(45)(45a)의 형태를 용이하게 변경할 수 있다는 장점을 갖는다.
한편, 상기 교류전원(50)의 주파수는 50Hz 내지 200MHz 범위이다. 주파수가 50Hz 이하일 경우에는 플라즈마 방전이 안정화될 수 없는 가능성이 있으며, 200MHz보다 클 경우에는 상당히 큰 플라즈마의 온도 증가가 발생하여 아크 방전을 야기할 수 있다. 바람직하게, 상기 교류전원(50)의 주파수는 1kHz 내지 100MHz 범위이고, 더욱 바람직하게는 5kHz 내지 100kHz범위이다.
상부 전극(41)과 하부 전극(42) 사이에 인가되는 전압은 두 전극(41)(42) 사이의 간격, 전극(41)(42)의 전체 면적, 플라즈마 전환 효율, 사용되는 절연체의 종류 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 통상적으로 상기 전압은 1kV-40kV 범위 내에서 조절된다. 전압이 1kV 미만일 경우에는 플라즈마 방전이 어렵고, 40kV 이상일 경우에는 절연체에 손상을 가할 수 있다. 바람직하게, 상기 전압은 2kV∼10kV이고, 더욱 바람직하게는 2kV∼8kV이다. 특히, 주파수 및 전압의 범위를 각각, 5kHz∼100kHz 및 2kV∼10kV로 조절할 경우에는 높은 주파수 및 전압을 얻기 위한 임피던스 정합이 불필요하게 되어 장치의 단순화 및 경제적 이점을 제공하게 된다. 교 류전원(50)에서 생성되는 파형은, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 펄스형태 또는 정현파 형태의 전압 파형을 이용할 수 있다.
상기 전극(41)(42)의 표면 온도는 플라즈마 가공 중에 250℃ 이하로 유지되고, 더욱 바람직하게는 200℃ 이하로 유지된다. 상기 전극(41)(42)의 표면 온도가 250℃ 보다 클 경우에는 전극(41)(42)이 변형될 수 있으며 아크 방전이 발생될 수 있다. 전극(41)(42) 온도의 하한 값은 특별히 제한되지 아니하나, 상온 이하로 유지할 경우 냉각에 추가적인 비용을 부담하게 된다.
상기 전극(41)(42) 표면의 냉각은 방열기(미도시)를 전극(41)(42) 주위에 설치함으로써 성취될 수 있다. 전극(41)(42) 표면의 냉각은 공기의 순환, 물의 순환 또는 냉각제의 순환에 의해 이루어진다. 교류 전원(50)에서 인가되는 전력이 낮을 경우에는 공기 순환에 의한 냉각이 바람직하며, 교류 전원(50)에서 인가되는 전력이 높을 경우에는 물 순환 또는 냉각제 순환이 바람직하다. 상부 전극(41)에 대한 방열기 및 하부 전극(42)에 대한 방열기는 서로 독립적으로 작동될 수 있으나, 두 개의 방열기가 연결 파이프(미도시)에 의해 서로 연결되는 것이 바람직하다. 또한, 전력이 낮을 경우 하부전극(42)에 대한 방열기는 설치되지 아니할 수도 있다.
상기 표면처리장치(100)는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 개시된 전극(41)(42) 구조가 병렬로 배열될 수 있으며, 더 나아가, 전극(41)(42)의 표면 온도를 측정하는 온도계(미도시), 측정된 전극(41)(42) 온도를 디스플레이하기 위한 모니터(미도시) 및 표면 온도를 제어하기 위한 제어기(미도시)를 설치하여, 전극(41)(42)의 표면온도를 제어할 수도 있다. 이러한 사항은 미국특허 제 6,424,091호에 자세히 기재되어 있다. 또한 유량 균일화 장치(미도시) 또는 멀티-포트 플레이트(multi-port plate)(미도시)를 처리가스 저장부(30)에 설치하여 처리가스의 균일한 공급을 향상시킬 수 있다. 그러한 구체적 예는 미국특허 제5,185,132호에 도시되어 있다.
상기 표면처리장치(100)는, 예를 들면, 기판(70)의 표면으로부터 유기 물질과 같은 오염물의 제거, 레지스트(resist)의 제거, 유기 필름의 접착, 표면 변형, 필름 형성의 향상, 금속 산화물의 환원, 또는 액정용 유리 기판의 세정, 산화막 식각, 실리콘이나 금속의 식각 등에 사용될 수 있다. 예를 들면, PCB 스트립, 리드프래임의 세정, TFT-LCD용 대면적 유리의 전세정(Pre-cleaning)처리, TFT-LCD용 대면적 유리에 올려진 레지스트 제거에 적용될 수 있다. 또한, 반도체 제조공정 중 패키징(packaging)을 위한 모든 과정, 즉 본딩(bonding), 몰딩(molding), 솔더링(soldering), 칩 어태칭(chip attaching), 딥핑(dipping), 마킹(marking) 공정 등에 적용할 수 있다. 더 나아가, 반도체 상의 금속 산화물을 제거하거나, 친수성 표면의 형성, 발수성 표면의 형성 등에 적용시킬 수 있다.
상기 표면처리장치(100)는 대기압 하에서 연속적으로 기판(70) 표면의 처리를 가능하게 한다. 즉, 표면처리장치(100)를 고정한 후 기판(70)을 이동시키거나, 기판(70)을 고정하고, 표면처리장치(100)를 이동시킴으로써 연속적인 공정에 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치는 다음과 같은 효과 를 가진다.
첫째, 기판을 처리하는 처리 폭을 증가시킬 수 있다.
둘째, 플라즈마 전환효율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 대기압하에서 연속적으로 기판의 표면 처리가 가능하다.
넷째, 제2 유입구와 배출구가 동일한 형상을 가지도록 하면 전극의 생산 공정을 단순화할 수 있다.

Claims (4)

  1. 처리가스가 유입되는 제1 유입구가 형성된 처리가스 저장부; 및
    상기 처리가스 저장부의 아래에 위치하여 상기 처리가스 저장부로부터 유입되는 상기 처리가스를 플라즈마로 변환시키는 플라즈마 발생부;를 포함하고,
    상기 플라즈마 발생부는, 상기 처리가스 저장부로부터 처리가스가 유입되는 제2 유입구가 소정 간격으로 다수 개 형성된 평판형의 상부 전극; 및, 상기 상부 전극과 마주보도록 설치되고, 발생된 플라즈마와 플라즈마로 전환되지 아니한 처리가스가 배출되는 배출구가 소정 간격으로 다수 개 형성된 평판형의 하부 전극;을 포함하고,
    상기 플라즈마 발생부는, 상기 처리가스 저장부와 이격됨이 없이 상기 상부 전극에 의해 격리되며, 상기 제2 유입구 및 배출구를 제외하고 실질적으로 닫힌 공간을 형성하며,
    상기 배출구를 통하여 배출된 플라즈마를 이용하여 하부 전극 아래에 배치된 기판의 표면을 처리하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 유입구와 배출구는 서로 겹쳐지지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상부 전극과 하부 전극이 서로 호환성을 가지도록 상기 제2 유입구와 배출구가 동일한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상부 전극의 하면과 측면은 세라믹으로 코팅되고, 상부 전극의 상면은 고온용 에폭시로 코팅되며, 상기 하부 전극은 세라믹 코팅된 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치.
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