KR20070112988A - 다중 배열된 방전실을 갖는 플라즈마 반응기 및 이를이용한 플라즈마 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

여기에 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템이 게시된다. 플라즈마 반응기는 병렬로 배열된 다수의 방전실을 갖고 전체적으로 페라이트 물질로 구성되는 반응기 몸체를 구비한다. 반응기 몸체의 저면으로는 유전체판이 설치된다. 반응기 몸체의 저면에서 각각의 방전실을 따라 플라즈마 분사 슬릿이 형성된다. 다수의 방전실의 내부에는 방전실의 양 측벽과 일정 간격을 두고 각기 길이 방향을 따라 안테나 번들이 설치된다. 안테나 번들은 무선 주파수를 공급 받는다. 안테나 번들은 안테나 보호 커버에 의해 감싸져 보호된다. 플라즈마 반응기는 반응기 몸체가 전체적으로 페라이트 물질로 구성되어 있어서, 다수의 안테나 번들에서 발생되는 자속의 집속을 강화하여 유도 결합 에너지의 전달 효율을 강화 시키고 자속 손실율은 최소화된다. 방전실과 안테나 번들의 개수와 그 길이를 증가하는 것으로 원하는 형태의 대면적의 플라즈마를 얻도록 확장이 용이하다.

플라즈마, 마그네틱 코어, 안테나

Description

다중 배열된 방전실을 갖는 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템{PLASMA REACTOR WITH MULTI-ARRAYED DISCHARGING CHAMBER AND PLASMA PROCESSING SYSTEM USING THE SAME}

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 상부 가스 공급부와 하부의 플라즈마 분사 슬릿을 보여주는 사시도이다.

도 3은 플라즈마 반응기의 단면도 및 방전실의 부분 확대도이다.

도 4는 다수의 방전실에 각기 설치된 안테나 번들의 부분 생략된 사시도이다.

도 5는 다수의 안테나 번들과 접지 전극의 전기적 연결 구조를 보여주는 도면이다.

도 6a는 및 도 6b는 안테나 번들의 직렬 또는 병렬 연결 구조를 보여주는 도면이다.

도 7은 벨트 형상의 방전실을 갖는 변형된 반응기 몸체의 단면도이다.

도 8은 벨트 형상의 방전실에 장착되는 안테나 번들의 부분 생략된 사시도이다.

도 9는 본 발명의 플라즈마 반응기를 이용한 플라즈마 처리 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 10은 본 발명의 플라즈마 반응기를 이용한 진공 챔버의 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 반응기 몸체 200: 가스 공급부

210: 가스 입구 300, 820: 피처리 기판

400: 플라즈마 반응기 410: 예열 장치

420: 이송 장치 500, 550: 기판 대기부

510, 560: 캐리어 600, 650: 기판 전달부

619, 660: 기판 이송 로봇 700: 대기압 처리부

800: 진공 프로세스 챔버 810: 기판 지지대

본 발명은 플라즈마 반응기 및 플라즈마 처리 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 대면적으로 확장이 용이하며 고밀도의 플라즈마를 균일하게 얻을 수 있는 다중 배열된 방전실을 갖는 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다.

플라즈마는 같은 수의 음이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 라디컬, 원자, 분자를 포 함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.

플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합 플라즈마(capacitive coupled plasma)와 유도 결합 플라즈마(inductive coupled plasma)가 그 대표적인 예이다.

용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다. 반면, 무선 주파수 전원의 에너지가 거의 배타적으로 용량 결합을 통하여 플라즈마에 연결되기 때문에 플라즈마 이온 밀도는 용량 결합된 무선 주파수 전력의 증가 또는 감소에 의해서만 증가 또는 감소될 수 있다. 그러나 무선 주파수 전력의 증가는 이온 충격 에너지를 증가시킨다. 결과적으로 이온 충격에 의한 손상을 방지하기 위해서는 무선 주파수 전력의 한계성을 갖게 된다.

한편, 유도 결합 플라즈마 소스는 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 쉽게 증가시킬 수 있으며 이에 따른 이온 충격은 상대적으로 낮아서 고밀도 플라즈마를 얻기에 적합한 것으로 알려져 있다. 그럼으로 유도 결합 플라즈마 소스는 고밀도의 플라즈마를 얻기 위하여 일반적으로 사용되고 있다. 유도 결합 플라즈마 소스는 대표적으로 무선 주파수 안테나(RF antenna)를 이용하는 방식과 변압기를 이용한 방식(변압기 결합 플라즈마(transformer coupled plasma)라고도 함) 으로 기술 개발이 이루어지고 있다. 여기에 전자석이나 영구 자석을 추가하거나, 용량 결합 전극을 추가하여 플라즈마의 특성을 향상 시키고 재현성과 제어 능력을 높이기 위하여 기술 개발이 이루어지고 있다.

무선 주파수 안테나는 나선형 타입 안테나(spiral type antenna) 또는 실린더 타입의 안테나(cylinder type antenna)가 일반적으로 사용된다. 무선 주파수 안테나는 플라즈마 반응기(plasma reactor)의 외부에 배치되며, 석영과 같은 유전체 위도우(dielectric window)를 통하여 플라즈마 반응기의 내부로 유도 기전력을 전달한다. 무선 주파수 안테나를 이용한 유도 결합 플라즈마는 고밀도의 플라즈마를 비교적 손쉽게 얻을 수 있으나, 안테나의 구조적 특징에 따라서 플라즈마 균일도가 영향을 받는다. 그럼으로 무선 주파수 안테나의 구조를 개선하여 균일한 고밀도의 플라즈마를 얻기 위해 노력하고 있다.

그러나 대면적의 플라즈마를 얻기 위하여 안테나의 구조를 넓게 하거나 안테나에 공급되는 전력을 높이는 것은 한계성을 갖는다. 예를 들어, 정상파 효과(standing wave effect)에 의해 방사선상으로 비균일한 플라즈마가 발생되는 것으로 알려져 있다. 또한, 안테나에 높은 전력이 인가되는 경우 무선 주파수 안테나의 용량성 결합(capacitive coupling)이 증가하게 됨으로 유전체 윈도우를 두껍게 해야 하며, 이로 인하여 무선 주파수 안테나와 플라즈마 사이의 거리가 증가함으로 전력 전달 효율이 낮아지는 문제점이 발생된다.

변압기를 이용한 유도 결합 플라즈마는 변기압기를 이용하여 플라즈마 반응기의 내부에 플라즈마를 유도하는데 이 유도 결합 플라즈마는 변압기의 이차 회로 를 완성한다. 지금까지의 변압기 결합 플라즈마 기술들은 플라즈마 반응기에 외부 방전관을 두거나 환형 챔버(toroidal chamber)에 폐쇄형 코어(closed core)를 장착하는 타입 또는 플라즈마 반응기의 내부에 변압기 코어를 내장하는 방식으로 기술 개발이 이루어지고 있다.

이러한 변압기 결합 플라즈마는 플라즈마 반응기의 구조적 개선과 변압기의 결합 구조를 개선하여 플라즈마의 특성과 에너지 전달 특성을 향상시켜가고 있다. 특히, 대면적의 플라즈마를 얻기 위하여 변압기와 플라즈마 반응기의 결합 구조 개선하거나, 다수의 외부 방전관을 구비하거나, 또는 내장되는 변압기 코어의 개수를 증설하여 설치하고 있다. 그러나 단순히 외부 방전관의 개수를 증가하거나 내장되는 변압기 코어의 개수를 증가하는 것으로는 고밀도의 대면적 플라즈마를 균일하게 얻기가 쉽지 않다.

최근 반도체 제조 산업에서는 반도체 소자의 초미세화, 반도체 회로를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판의 대형화, 액정 디스플레이를 제조하기 위한 유리 기판의 대형화 그리고 새로운 처리 대상 물질 등장 등과 같은 여러 요인으로 인하여 더욱 향상된 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 특히, 대면적의 피처리 기판에 대한 우수한 처리 능력을 갖는 향상된 플라즈마 소스 및 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다.

또한, 피처리 기판의 대형화는 전체적인 생산 설비의 대형화를 야기하게 된다. 생산 설비의 대형화는 전체적인 설비 면적을 증가시켜 결과적으로 생산비를 증가시키는 요인이 된다. 그럼으로 가급적 설비 면적을 최소화 할 수 있는 플라즈 마 소스 및 플라즈마 처리 시스템이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 대면적 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있으며 대면적화가 용이하고 설비 면적을 최소화 할 수 있는 그리고 고밀도의 플라즈마를 균일하게 얻을 수 있는 다중 배열된 방전실을 갖는 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 반응기는: 병렬로 배열된 다수의 방전실이 구비되며 페라이트로 이루진 반응기 몸체; 반응기 몸체의 저면으로 설치되는 유전체판; 반응기 몸체의 저면에서 각각의 방전실을 따라 형성된 다수의 플라즈마 분사 슬릿; 다수의 방전실의 내부에 길이 방향을 따라 각기 설치되며 무선 주파수를 공급 받는 다수의 안테나 번들; 및 안테나 번들을 감싸 보호하는 안테나 보호 커버를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 반응기 몸체의 상부에서 다수의 방전실로 개구된 다수의 가스 주입구; 및 하나 이상의 가스 분배 격판을 갖고 다수의 가스 주입구로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 다수의 방전실의 양 측벽을 따라서 길이 방향으로 설치되는 제1 용량성 전극 부재를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 안테나 보호 커버의 저면으로 길이 방향으로 설치되는 제2 용량성 전극 부재를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 안테나 보호 커버는 유전체 물질을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 다수의 방전실은 선형으로 병렬 배열된 구조를 갖고, 안테나 번들은 자속 출입이 상하로 발생되도록 권선되어 방전실의 내부에서 방전실의 양 측벽과 간격을 두고 선형 구조로 설치된다.

이 실시예에 있어서, 다수의 방전실은 이웃한 두 개의 방전실이 쌍을 이루어 벨트 구조의 방전실을 형성하고, 안테나 번들은 자속 출입이 상하로 발생되도록 권선되어 방전실의 내부에서 방전실의 양 측벽과 간격을 두고 벨트 구조로 설치된다.

이 실시예에 있어서, 반응기 몸체 또는 다수의 안테나 보호 커버 중 적어도 어느 하나에 구비되는 냉각수 공급 채널을 포함한다.

이 실시예에 있어서, 반응기 몸체가 상부에 설치되어 플라즈마 분사 슬릿을 통하여 출력되는 플라즈마를 수용하는 진공 챔버를 포함한다.

본 발명의 다른면은 상술한 플라즈마 반응기를 이용한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다. 플라즈마 처리 시스템은: 플라즈마 반응기로부터 분사되는 플라즈마에 의해 대기압 상태에서 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리가 이루어지는 대기압 처리부; 피처리 기판이 대기하는 제1 피처리 기판 대기부; 및 제1 피처리 기판 대기부와 대기압 처리부 사이에서 피처리물을 반송하는 제1 반송부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 제1 반송부는 피처리 기판 대기부와 대기압 처리부 사이에서 피처리 기판을 반송하되 피처리 기판의 상태를 수평-수직/수직-수평 전환시키는 제1 반송 로봇을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 대기압 처리부는 피처리 기판을 이송하는 이송 수단을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 대기압 처리부는 피처리 기판을 예열시키기 위한 예열 수단을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 대기압 처리부에서 처리된 피처리 기판이 대기하는 제2 피처리 기판 대기부; 및 대기압 처리부와 제2 피처리 기판 대기부 사이에서 피처리물을 반송하는 제2 반송부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 제2 반송부는 피처리 기판 대기부와 대기압 처리부 사이에서 피처리물을 반송하되 피처리 기판의 상태를 수평-수직/수직-수평 전환시키는 제2 반송 로봇을 포함한다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다. 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의하여야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 다중 배열된 방전실을 갖는 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템을 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 상부 가스 공급부와 하부의 플라즈마 분사 슬릿을 보여주는 사시도이다. 그리고 도 3은 플라즈마 반응기의 단면도 및 방전실의 부분 확대도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 플라즈마 반응기(400)는 병렬로 배열된 다수의 방전실(112)을 갖는 반응기 몸체(100)를 구비한다. 반응기 몸체(100)는 전체적으로 판형상의 사각 블록 구조를 갖는다. 반응기 몸체(100)에는 다수의 방전실(112)이 일단에서 타단까지 이르도록 선형으로 나란히 병렬 배열되어 형성된다. 반응기 몸체(100)는 전체적으로 페라이트로 구성된다. 반응기 몸체(100)가 페라이트로 구성되는 것은 후술되겠지만 다수의 안테나 번들에 의해 발생되는 유도 자속의 집속을 강화하여 유도 결합 에너지의 전달 효율을 높이기 위한 것이다. 반응기 몸체(100)의 저면으로는 유전체판(118)이 설치된다. 반응기 몸체(100)의 저면에서 각각의 방전실(112)을 따라 플라즈마 분사 슬릿(114)이 형성된다.

반응기 몸체(100)는 그 상부에 다수의 방전실(112)로 개구된 다수의 가스 주입구(116)가 형성된다. 그리고 가스 주입구(116)를 통하여 다수의 방전실(112)로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부(200)가 설치된다. 가스 공급부(200)는 하나 이상의 가스 분배 격판(220)을 갖는다. 가스 공급부(200)에는 가스 공급원(미도시)에 연결되는 가스 입구(210)가 구비된다.

다수의 방전실(112)의 내부에는 방전실(112)의 양 측벽과 일정 간격을 두고 각기 길이 방향을 따라 안테나 번들(antenna bundle)(130)이 설치된다. 안테나 번들(130)은 무선 주파수를 공급 받는다. 안테나 번들(130)은 안테나 보호 커버(132)에 의해 감싸져 보호된다. 안테나 보호 튜브(132)는 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 재작된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 안테나 번들(130)은 띠 형상의 얇은 도전판으로 구성되어 자속 출입이 상하로 발생되도록 권선된다. 다수의 방전실(112)은 안테나 번들(130)과 안테나 보호 커버(132)에 의해 길이 방향으로 두 부분으로 양분된 방전 공간을 갖는다. 공정 가스는 가스 주입구(116)를 통하여방전실(112)로 주입되어 양분된 방전 공간으로 흐른다.

다수의 방전실(112)의 내부에는 양 측벽을 따라서 길이 방향으로 제1 용량성 전극 부재(120)가 선택적으로 설치된다. 제1 용량성 전극 부재(120)는 전기적으로 접지되며, 안테나 번들(130)과 용량적으로 결합된다. 그럼으로 안테나 번들(130)에 의한 유도 결합된 플라즈마의 발생과 제1 용량성 전극 부재(120)와 안테나 번들(130)에 의한 용량 결합된 플라즈마의 발생이 더불어 이루어짐으로서 플라즈마의 발생과 플라즈마 이온 에너지의 정확한 조절을 용이하게 한다. 이와 더불어 각각의 안테나 보호 커버(132)의 저면에는 길이 방향으로 제2 용량성 전극 부재(122)가 선택적으로 설치될 수 있다.

도면에는 미도시 되었으나, 반응기 몸체(100) 또는 다수의 안테나 보호 커버(132)의 내부 중 어느 하나 또는 양측 모두에 냉각수 공급 채널이 구비될 수 있다. 예를 들어, 반응기 몸체(100)의 다수의 방전실(112)의 사이 영역에 냉각수 공 급 채널을 형성할 수 있다. 또는 안테나 보호 커버(132)의 내부를 냉각수 공급 채널로 이용할 수 있다. 이때, 냉각수와 안테나 번들(130)과는 적절히 절연되도록 한다.

도면에서는 방전실(112)을 여덟 개로 예시하고 있으나 그 이상 또는 그보다 적은 개수로 구성이 가능하다. 최소한 단 하나 또는 두 개의 방전실(112) 만으로도 반응기 몸체(100)를 구성할 수 있다. 즉, 방전실(112)의 길이와 개수는 피처리 대상물의 처리 면적에 따라 증가 또는 감소될 수 있다. 또한 반응기 몸체(100)의 구조는 피처리 작업물의 형태에 따라 다른 구조로 제작이 가능하다. 예를 들어, 원반형의 피처리 작업물을 처리하기 위하여 다수의 방전실(112)의 길이를 서로 다르게 하여 전체적으로 원형을 이루도록 변형 제작될 수 있다.

도 5는 다수의 안테나 번들과 접지 전극의 전기적 연결 구조를 보여주는 도면이고, 도 6a는 및 도 6b는 안테나 번들의 직렬 또는 병렬 연결 구조를 보여주는 도면이다. 도면을 참조하여, 다수의 안테나 번들(130)은 임피던스 정합기(142)를 통하여 무선 주파수를 제공하는 전원 공급원(140)에 전기적으로 연결된다. 이때, 다수의 안테나 번들(130)은 도 6a에 도시된 바와 같이 직렬로 연결되거나 또는 도 6b에 도시된 바와 같이 병렬로 연결될 수 있다. 또는 직렬과 병렬 방식이 혼합된 전기적 연결 구조를 가질 수 있다.

이상과 같은 플라즈마 반응기(400)는 공정 가스가 다수의 방전실(112)로 공급되고, 전원 공급원(140)으로부터 무선 주파수가 다수의 안테나 번들(130)로 공급되면 다수의 방전실(112)에서 유도 결합된 플라즈마가 발생되어 다수의 플라즈마 분사 슬릿(114)을 통하여 분사된다. 특히, 반응기 몸체(100)가 전체적으로 페라이트 물질로 구성되어 있어서, 다수의 안테나 번들(130)에서 발생되는 자속의 집속을 강화하여 유도 결합 에너지의 전달 효율을 강화 시키고 자속 손실율은 최소화된다.

또한, 제1 용량 결합 전극(120)과 제2 용량 결합 전극(122)이 설치되는 경우에는 유도 결합 플라즈마의 발생과 더불어 용량 결합된 플라즈마의 발생이 이루진다. 이와 같이 용량적이고 유도적인 결합은 진공 챔버(100)에서 플라즈마 발생과 플라즈마 이온 에너지의 정확한 조절을 용이하게 한다. 그럼으로 공정 생산력을 최대화 할 수 있게 된다.

본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 대면적의 플라즈마를 고밀도로 균일하게 발생할 수 있다. 특히, 방전실(112)과 안테나 번들(130)의 개수와 그 길이를 증가하는 것으로 원하는 형태의 대면적의 플라즈마를 얻도록 확장이 용이하다. 또한, 플라즈마 반응기(400)의 구조를 매우 얇게 구성할 수 있어서 설비의 면적을 최소화 할 수 있다. 플라즈마 반응기(400)의 설치 방식도 수평적인 설치뿐만 아니라 수직적인 설치도 가능하며, 어떠한 형태의 각도로도 다양하게 설치할 수 있는 유연성이 높다.

도 7은 벨트 형상의 방전실을 갖는 변형된 반응기 몸체의 단면도이고, 도 8은 벨트 형상의 방전실에 장착되는 안테나 번들의 부분 생략된 사시도이다. 도 7 및 도 8을 참조하여, 변형된 반응기 몸체(100a)는 이웃한 두 개의 방전실이 쌍을 이루어 벨트 구조의 방전실(112a)을 형성한다. 그리고 이에 적합하게 안테나 번들(130a)도 자속 출입이 상하로 발생되도록 권선되어 방전실의 내부에서 방전실의 양 측벽과 간격을 두고 벨트 구조로 설치된다.

도 9는 본 발명의 플라즈마 반응기를 이용한 플라즈마 처리 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하여, 플라즈마 처리 시스템은 상술한 바와 같은 플라즈마 반응기(400)를 이용하여 대기압 상태에서 피처리 기판(300)에 대한 플라즈마 처리를 수행한다. 피처리 기판(300)은 예를 들어, 액정 디스플레이 제조를 위한 유리 기판이거나 대형 실리콘 웨이퍼 기판이다. 플라즈마 처리 시스템은 플라즈마 반응기(400)가 설치된 대기압 처리부(700)가 구비된다. 대기압 처리부(700)에서는 대기압 상태에서 플라즈마 반응기(700)로부터 분사되는 플라즈마에 의해 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다.

대기압 처리부(700)의 전방으로는 처리전 피처리 기판(300)이 대기하는 제1 피처리 기판 대기부(500)가 구비되고, 제1 피처리 기판 대기부(500)와 대기압 처리부(700) 사이에서 피처리 기판(300)의 반송이 수행되는 제1 반송부(600)가 구비된다. 제1 피처리 기판 대기부(500)에는 피처리 기판(300)이 적층되어 보관되는 캐리어(510)를 포함한다. 제1 반송부(600)에는 피처리 기판(300)의 반송을 수행하는 제1 반송 로봇(610)이 구비된다. 도면에서는 편의상 제1 반송 로봇(610)은 하나의 로봇 암 만을 간략히 도시하였다.

대기압 처리부(700)에는 플라즈마 반응기(400)기가 설치되며, 그 아래로 기판이 이송되어지는 이송 수단(420)이 설치된다. 이송 수단(420)은 예를 들어, 다루의 롤러를 구비한 컨베이어 시스템을 구성될 수 있다. 플라즈마 반응기(400)의 전단에는 피처리 기판(300)의 예열을 위한 예열 수단(410)이 구비될 수 있다. 예 열 수단(410)은 예를 들어 다수의 할로겐램프와 반사 갓을 사용하여 구성할 수 있다.

대기압 처리부(700)의 후방으로는 처리된 피처리 기판(300)이 대기하는 제2 피처리 기판 대기부(550)가 구비되고, 제2 피처리 기판 대기부(550)와 대기압 처리부(700) 사이에서 피처리 기판(300)의 반송이 수행되는 제2 반송부(650)가 구비된다. 제2 피처리 기판 대기부(550)에는 처리된 피처리 기판(300)이 적층되어 보관되는 캐리어(560)를 포함한다. 제2 반송부(650)에는 처리된 피처리 기판(300)의 반송을 수행하는 제2 반송 로봇(660)이 구비된다. 도면에서는 편의상 제2 반송 로봇(660)은 하나의 로봇 암 만을 간략히 도시하였다.

대기압 처리부(700)에 플라즈마 반응기(400)는 수직으로 설치될 수 있으며, 이러한 경우에는 제1 및 제2 반송 로봇(610, 660)은 피처리 기판을 반송하되 피처리 기판(300)의 상태를 수평-수직/수직-수평 전환 시킨다.

이상과 같이, 본 발명의 플라즈마 반응기(400)는 대기압 상태에서 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리를 수행하는 플라즈마 처리 시스템에 사용될 수 있다. 대기압 처리부(700)의 후방에 구성되는 제2 반송부(650)와 제2 피처리 기판 대기부(550)를 구성하지 않고, 전방에 구성되는 제1 반송부(600)와 제1 피처리 기판 대기부(500)만을 구성할 수도 있다.

도 10은 본 발명의 플라즈마 반응기를 이용한 진공 플라즈마 처리 챔버의 단면도이다. 도 10을 참조하여, 플라즈마 반응기(400)를 이용하여 진공 챔버(800)를 구성할 수 있다. 진공 챔버(800)의 상부에는 플라즈마 반응기(400)가 설치되고, 플라즈마 반응기(400)에서 발생된 플라즈마는 진공 챔버(800)에 수용된다. 진공 챔버(800)의 내부에는 피처리 기판(820)이 놓이는 기판 지지대(810)가 구비된다. 피처리 기판(820)은 예를 들어, 액정 디스플레이 제조를 위한 유리 기판이거나 대형 실리콘 웨이퍼 기판이다.

기판 지지대(810)는 바이어스 전력을 공급하기 위한 전원 공급원(미도시)이 연결될 수 있다. 기판 지지대(810)는 피처리 기판의 온도를 조절하기 위한 가열 혹은 냉각을 위한 구성을 포함할 수 있으며, 피처리 기판을 처킹하기 위한 기계적 또는 전기적 처킹 수단이 포함될 수 있다. 진공 챔버(800)에는 진공 유지를 위한 진공 펌프(미도시)가 연결된다.

이상과 같이, 본 발명의 플라즈마 반응기(400)는 대면적의 피처리 기판을 플라즈마 처리하기 위하여 대기압 플라즈마 처리 시스템 또는 진공 챔버를 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 다중 배열된 방전실을 갖는 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 다중 배열된 방전실을 갖는 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템에 의하면, 플라즈마 반응기(400)는 반응기 몸체(100)가 전체적으로 페라이트 물질로 구성되어 있어서, 다수의 안테나 번들(130)에서 발생되는 자속의 집속을 강화하여 유도 결합 에너지의 전달 효율을 강화 시키고 자속 손실율은 최소화된다. 또한, 제1 용량 결합 전극(120)과 제2 용량 결합 전극(122)이 설치되는 경우에는 유도 결합 플라즈마의 발생과 더불어 용량 결합된 플라즈마의 발생이 이루진다. 이와 같이 용량적이고 유도적인 결합은 진공 챔버(100)에서 플라즈마 발생과 플라즈마 이온 에너지의 정확한 조절을 용이하게 한다. 그럼으로 공정 생산력을 최대화 할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 대면적의 플라즈마를 고밀도로 균일하게 발생할 수 있다. 특히, 방전실(112)과 안테나 번들(130)의 개수와 그 길이를 증가하는 것으로 원하는 형태의 대면적의 플라즈마를 얻도록 확장이 용이하다. 게다가 플라즈마 반응기(400)의 구조를 매우 얇게 구성할 수 있어서 설비의 면적을 최소화 할 수 있다. 플라즈마 반응기(400)의 설치 방식도 수평적인 설치뿐만 아니라 수직적인 설치도 가능하며, 어떠한 형태의 각도로도 다양하게 설치할 수 있는 유연성이 높다.

Claims (15)

1. 병렬로 배열된 다수의 방전실이 구비되며 페라이트로 이루진 반응기 몸체;

   반응기 몸체의 저면으로 설치되는 유전체판;

   반응기 몸체의 저면에서 각각의 방전실을 따라 형성된 다수의 플라즈마 분사 슬릿;

   다수의 방전실의 내부에 길이 방향을 따라 각기 설치되며 무선 주파수를 공급 받는 다수의 안테나 번들; 및

   안테나 번들을 감싸 보호하는 안테나 보호 커버를 포함하는 플라즈마 반응기.
2. 제1항에 있어서, 반응기 몸체의 상부에서 다수의 방전실로 개구된 다수의 가스 주입구; 및

   하나 이상의 가스 분배 격판을 갖고 다수의 가스 주입구로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 플라즈마 반응기.
3. 제1항에 있어서, 다수의 방전실의 양 측벽을 따라서 길이 방향으로 설치되는 제1 용량성 전극 부재를 포함하는 플라즈마 반응기.
4. 제1항에 있어서, 안테나 보호 커버의 저면으로 길이 방향으로 설치되는 제2 용량성 전극 부재를 포함하는 플라즈마 반응기.
5. 제1항에 있어서, 안테나 보호 커버는 유전체 물질을 포함하는 플라즈마 반응기.
6. 제1항에 있어서, 다수의 방전실은 선형으로 병렬 배열된 구조를 갖고, 안테나 번들은 자속 출입이 상하로 발생되도록 권선되어 방전실의 내부에서 방전실의 양 측벽과 간격을 두고 선형 구조로 설치되는 플라즈마 반응기.
7. 제1항에 있어서, 다수의 방전실은 이웃한 두 개의 방전실이 쌍을 이루어 벨트 구조의 방전실을 형성하고, 안테나 번들은 자속 출입이 상하로 발생되도록 권선되어 방전실의 내부에서 방전실의 양 측벽과 간격을 두고 벨트 구조로 설치되는 플라즈마 반응기.
8. 제1항에 있어서, 반응기 몸체 또는 다수의 안테나 보호 커버 중 적어도 어느 하나에 구비되는 냉각수 공급 채널을 포함하는 플라즈마 반응기.
9. 제1항에 있어서, 반응기 몸체가 상부에 설치되어 플라즈마 분사 슬릿을 통하여 출력되는 플라즈마를 수용하는 진공 챔버를 포함하는 플라즈마 반응기.
10. 제1항 내지 제9항의 플라즈마 반응기를 이용한 플라즈마 처리 시스템에 있어서,

    플라즈마 반응기로부터 분사되는 플라즈마에 의해 대기압 상태에서 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리가 이루어지는 대기압 처리부;

    피처리 기판이 대기하는 제1 피처리 기판 대기부; 및

    제1 피처리 기판 대기부와 대기압 처리부 사이에서 피처리물을 반송하는 제1 반송부를 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
11. 제10항에 있어서, 제1 반송부는 피처리 기판 대기부와 대기압 처리부 사이에서 피처리 기판을 반송하되 피처리 기판의 상태를 수평-수직/수직-수평 전환시키는 제1 반송 로봇을 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
12. 제10항에 있어서, 대기압 처리부는 피처리 기판을 이송하는 이송 수단을 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
13. 제10항에 있어서, 대기압 처리부는 피처리 기판을 예열시키기 위한 예열 수단을 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
14. 제10항에 있어서, 대기압 처리부에서 처리된 피처리 기판이 대기하는 제2 피처리 기판 대기부; 및

    대기압 처리부와 제2 피처리 기판 대기부 사이에서 피처리물을 반송하는 제2 반송부를 포함하는 대기압 플라즈마 처리 시스템.
15. 제14항에 있어서, 제2 반송부는 피처리 기판 대기부와 대기압 처리부 사이에서 피처리물을 반송하되 피처리 기판의 상태를 수평-수직/수직-수평 전환시키는 제2 반송 로봇을 포함하는 플라즈마 처리 시스템.

Images