KR20080081971A - 소재 처리시스템 및 플라즈마 발생장치 - Google Patents

Abstract

소재 처리 시스템(S)에는, 2.45GHz의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기(20); 상기 마이크로파가 이동되게 하는 도파관(10); 소재(W)와 마주하는 상기 도파관(10)의 표면에 장착된 플라즈마 발생기(30); 및 상기 소재(W)가 상기 플라즈마 발생기(30)를 지나 이송되게 하는 소재 컨베이어(C)를 포함하는 플라즈마 발생 유닛(PU)이 제공된다. 상기 플라즈마 발생기(30)는 마이크로파를 수용하기 위해서 다 수개의 마이크로파 발생 노즐(31)을 구비하고 수용된 전기 에너지를 바탕으로 하여 플라즈마 변환 가스를 생성하고 생성된 가스를 방출한다. 상기 플라즈마 변환 가스는 상기 소재(W)가 소재 컨베이어(C)에 의해 이송되는 동안 플라스마 발생기(30)에서 소재(W)로 불어 넣어진다. 이는 다 수개의 소재를 연속적으로 플라즈마 처리할 수 있게 하고 큰 면적의 소재를 효과적으로 플라즈마 처리할 수 있게 하는 것을 가능하게 한다.

플라즈마, 마이크로파, 도파관, 소재, 컨베이어, 노즐,

Description

소재 처리시스템 및 플라즈마 발생장치{Work processing system and plasma generating apparatus}

본 발명은 소재의 외표면을 깨끗하게 하고 변형시키기 위해서 기판과 같은 처리될 소재에 플라즈마를 조사할 수 있는 소재 처리시스템 및 상기 소재 처리시스템에서 사용된 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로, 소재의 외표면에 있는 유기 오염물을 제거하거나 표면 변형, 에칭, 박막 형성 또는 박막 제거를 적용하기 위해서 반도체 기판과 같은 처리될 소재에 플라즈마를 조사하는 소재 처리시스템이 공지되었다. 일례로, 일본 미공개특허공보 제2003-197397호에는 대기압 하에서 내부 및 외부 전극을 가진 플라즈마 발생 노즐을 사용하여 내부 전극과 외부 전극 사이에 전기장을 인가함으로써 글로우 방전 플라즈마를 생성하고 소재가 정착되게 배열되도록 하기 위해 플라즈마 변환가스를 불어넣기 위한 소재 처리시스템이 개시되었다. 또한, 플라즈마를 발생하기 위한 에너지원으로서, 예를 들면 2.45GHz의 마이크로파를 사용하는 대기압 플라즈마 발생장치를 이용한 소재 처리시스템이 공지되었다.

그러나, 상기와 같은 종래 소재 처리시스템은 챔버 내에 또는 소재 스테이지 위에 고정되게 배열된 소재의 외표면으로 플라즈마 변환 가스를 불어넣기 위해서 구축된다. 따라서, 상기 소재의 처리는 다수의 소재를 플라즈마 처리하는 경우에서 불충분한 작동성의 문제를 나타내는 배치 처리되도록 되어 있다. 또한, 만약 소재 처리시스템에 일본 미공개특허공보 제2003-197397호에 개시된 바와 같은 단일 노즐이 제공된다면, 큰 면적 기판의 외표면을 처리하는 데 있어 어려운 문제점이 발생하게 된다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결할 수 있는 소재 처리시스템 및 플라즈마 발생장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 큰 면적으로 이루어진 다수 개의 소재에 플라즈마 처리를 연속적이고 효과적으로 적용시킬 수 있는 소재 처리시스템 및 플라즈마 발생장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 처리될 소재가 소정의 방향으로 전달되고, 플라즈마 발생장치를 통해서 발생된 플라즈마가 조사된다. 상기 플라즈마 발생장치는 마이크로파를 발생시키기 위한 마이크로파 발생기, 마이크로파를 이동시키기 위한 도파관, 및 마이크로파를 수용하고 수용된 전기 에너지를 바탕으로 플라즈마 변환 가스를 생성하며 생성된 가스를 방출하기 위한 다수 개의 플라즈마 발생 노즐을 가진 플라즈마 발생기를 포함한다. 상기 플라즈마 발생 노즐은 도파관 위의 어레이(array)에 장착된다. 상기 소재는 플라즈마 발생기를 통과한다.

본 발명의 여러 가지 목적, 형태, 양상 및 장점들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면들을 바탕으로 하여 더욱 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소재 처리시스템의 전체 구성을 보인 투시도이다.

도 2는 도 1과 다른 방향에서 보인 플라즈마 발생장치에 대한 투시도이다.

도 3은 소재 처리시스템의 단면을 부분적으로 보인 측면도이다.

도 4는 두 개의 플라즈마 발생 노즐을 보인 확대 측면도이다(플라즈마 발생 노즐들 중 하나는 전개된 방법으로 보이고 있다).

도 5는 도 4의 V-V선을 따른 부분에 대한 단면도이다.

도 6은 플라즈마 발생 노즐에서 플라즈마 발생 상태를 보인 부분 측단면도이다.

도 7은 슬라이딩 숏트의 내부 구성을 보인 투시도이다.

도 8은 서큘레이터의 작용을 보인 플라즈마 발생 유닛의 평면도이다.

도 9는 스터브 동조기의 배치 상태를 보인 부분 측면도이다.

도 10은 소재 처리시스템의 제어시스템을 보인 블록도이다.

다음, 본 발명의 일실시예가 첨부된 도면들을 참고로 하여 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소재 처리시스템(S)의 전체 구성을 보인 투시도이다. 상기 소재 처리시스템(S)에는, 플라즈마를 생성하고 처리될 제품인 소재(W)에 생성된 플라즈마를 조사하기 위한 플라즈마 발생 유닛(PU, 플라즈마 발생장치), 및 플라즈마의 조사 영역의 통로를 통해서 특정 루트를 따라 상기 소재(W) 를 이동시키는 컨베이어(C)가 제공된다. 도 2는 도 1과 다른 방향에서 보인 플라즈마 발생 유닛(PU)에 대한 투시도이고, 도 3은 소재 처리시스템(S)의 단면을 부분적으로 보인 측면도이다. 도 1 내지 도 3에서, X-X 방향, Y-Y 방향 및 Z-Z 방향은 각각 전후방향, 횡단방향 및 수직방향으로 언급되며, 여기서 -X 방향은 전방향이고, +X 방향은 후방향이고, -Y 방향은 좌측방향이고, +Y 방향은 우측방향이고, -Z방향은 하측방향이고, +Z 방향은 상측방향이다.

상기 플라즈마 발생 유닛(PU)은 마이크로파를 이용하여 상온 및 표준기압에서 플라즈마를 발생하는 것을 가능하게 하며, 개략적으로 마이크로파를 이동시키기 위한 도파관(10), 특정 파장의 마이크로파를 발생시키기 위해서 도파관(10)의 일 단부(좌측)에 배열된 마이크로파 발생기(20), 상기 도파관(20)에 배치된 플라즈마 발생기(30), 마이크로파를 반사시키기 위해서 도파관(10)의 타 단부(우측)에 배열된 슬라이딩 숏트(sliding short, 40), 반사된 마이크로파가 마이크로파 발생기(20)로 되돌아가지 못하도록 도파관(10)으로 방출된 마이크로파를 분리시키는 서큘레이터(50), 상기 서큘레이터(50)에서 분리된 반사된 마이크로파를 흡수하기 위한 더미 로드(dummy load, 60), 및 임피던스 메칭용 스터브 동조기(70)를 포함한다. 상기 컨베이어(C)는 구동 유닛(미도시)에 의해 회전되는 운송 롤러(80)들을 포함한다. 상기 실시예에서, 평판 형태로 되는 소재(W)는 컨베이어(C)를 통해서 전달된다.

상기 도파관(10)은 적절한 재료, 예를 들면, 알루미늄과 같은 비자성 금속으로 이루어지고, 직사각형 단면을 가진 기다란 관 형상으로 이루어지며, 마이크로파 발생기(20)에 의해 생성된 마이크로파가 플라즈마 발생기(30)를 향하여 지향되도록 하고 마이크로파가 길이방향을 따라 이동되도록 하기 위해 적용된다. 상기 도파관(10)은 각각의 도파관 부품들의 플랜지 부분들에서 다수개의 도파관 부품들을 연결함으로써 형성된 결합 조립체인 것으로, 여기서 마이크로파 발생기(20)에 장착된 제1 도파관 부품(11), 상기 스터브 동조기(70)와 결합된 제2 도파관 부품(12) 및 플라즈마 발생기(30)에 배치된 제3 도파관 부품(13)은 일 단부에서 순서대로 차례로 하나에 연결된다. 상기 서큘레이터(50)는 제1 도파관 부품(11)과 제2 도파관 부품(12) 사이에 배치되고, 상기 슬라이딩 숏트(40)는 제3 도파관 부품(13)의 타단부와 결합된다.

상기 제1 내지 제3 도파관 부품(11, 12, 13) 각각은 모두가 평평한 금속 플레이트인 상부 플레이트, 바닥 플레이트 및 양측 플레이트를 이용하여 직사각형 튜브로 조립되고, 그의 마주하는 단부들에 장착된 플랜지 플레이트를 구비한다. 상기의 평평한 플레이트들을 도파관 부품들로 조립하는 대신에, 플레이트 재료를 압출 또는 벤딩(bending) 함으로써 형성된 직사각형 도파관 부품들 또는 분할되지 않은 도파관이 이용될 수 있다. 상기 도파관의 단면적은 직사각형 형상으로 제한되지 않으며, 예를 들어 타원형 단면적을 가진 도파관이 이용될 수 있다. 또한, 상기 도파관(10)의 재질은 비자성 금속으로 국한되지 않고, 상기 도파관(10)은 파장을 안내하는 기능을 가진 여러 가지의 다양한 재료로 제조될 수 있다.

상기 마이크로파 발생기(20)는, 마이크로파, 예를 들어 2.45GHz 마이크로파를 발생하기 위한 전자관(magnetron)과 같은 마이크로파 발생원을 구비한 발생기 주요 몸체(21), 상기 마이크로파 발생원에 의해 발생된 마이크로파의 세기를 특정 출력 세기로 조절하기 위한 증폭기, 및 상기 발생기 주요 몸체(21)에서 발생된 마이크로파를 도파관(10)의 내측으로 전송하기 위한 마이크로파 전송 안테나(22)를 포함한다. 상기 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛(PU)에서는, 예를 들어 1W 내지 3kW의 마이크로파 에너지를 출력할 수 있는 연속 가변형의 마이크로파 발생기(20)가 바람직하게 사용된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로파 발생기(20)는 마이크로파 전송 안테나(22)가 발생기 주요 몸체(21)로부터 돌출되도록 하고, 제1 도파관 부품(11) 위에 고정되게 놓이게 한다. 특히, 상기 마이크로파 발생기(20)는 발생기 주요 몸체(21)가 제1 도파관 부품(11)의 상부 플레이트(11U)에 놓이도록 하고, 마이크로파 전송 안테나(22)가 제1 도파관 부품(11)에 있는 도파관 공간(110) 내부로 돌출하도록 하기 위해 상부 플레이트(11U)에 형성된 관통공(111)을 통하여 도입되게 한다. 상기와 같이 마이크로파 발생기(20)를 구축함으로써, 마이크로파 전송 안테나(22)로부터 전송된, 예를 들어 2.45GHz 마이크로파가 도파관(10)의 일 단부(좌측)에서 타 단부(우측)로 이동되도록 하기 위해 도파관(10)에 의해 발생된다.

상기 플라즈마 발생기(30)는 횡렬로 배열되면서 제3 도파관 부품(13)의 바닥 플레이트(13B)(직사각형 도파관의 일측 표면; 처리될 소재와 마주하는 표면)로부터 돌출하는 여덟 개의 플라즈마 발생 노즐(31)을 포함한다. 상기 플라즈마 발생기(30)의 폭, 즉, 여덟 개의 플라즈마 발생 노즐(31)의 횡렬 폭은 이송방향에 대하여 평평한 플레이트의 형태인 소재(W)의 폭 "t"와 실질적으로 일치한다. 따라서, 상기 소재(W)의 전체 외표면(바닥 플레이트(13B)와 마주하는 표면)은 소재(W)가 이송 롤러(80)들에 의해 이송되면서 플라즈마 처리될 수 있다. 상기 여덟 개의 플라즈마 발생 노즐(31) 사이의 배열 간격은 도파관(10)에서 이동하는 마이크로파의 파장(λG)에 따라서 결정되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 플라즈마 발생 노즐(31)들은 파장(λG)의 절반 또는 파장(λG)의 1/4의 피치로 배열되는 것이 바람직하다. 2.45GHz의 마이크로파를 사용하는 경우에서, 플라즈마 발생 노즐(31)들은 그의 파장(λG)이 230㎜로 되기 때문에 115㎜(λG/2) 또는 57.5㎜(λG/4)의 피치로 배열된다.

도 4는 두 개의 플라즈마 발생 노즐(31)을 보인 확대 측면도이고(하나의 플라즈마 발생 노즐(31)은 전개된 방법을 통해서 보이고 있다), 도 5는 도 4의 V-V 선을 따라 얻어진 단면도이다. 상기 플라즈마 발생 노즐(31)은 코어 컨덕터(내부 컨덕터)(32), 노즐 메인 몸체(외부 컨덕터)(33), 노즐 홀더(34), 밀봉 부재(35), 및 보호 튜브(36)를 포함한다.

상기 코어 컨덕터(32)는 양호한 전기 전도 특성을 가진 금속으로 이루어진 막대 형상 부재이고, 그의 상단부(321)는 소정의 길이로 도파관 공간(130)으로 돌출되도록 하기 위해 제3 도파관 부품(13)의 바닥 플레이트(13B)를 관통하여 통과하도록 수직으로 배열되고(여기서 상기 돌출부는 수신 안테나부(320)로 언급된다), 그의 바닥 단부(322)는 노즐 메인 몸체(33)의 바닥 가장자리(331)와 실질적으로 동일 평면에 있게 된다. 마이크로파 에너지(마이크로파 파워)는 도파관(10)에서 이송되는 마이크로파를 수신하는 수신 안테나부(320)에 의해 코어 컨덕터(32)로 분할된 다. 상기 코어 컨덕터(32)는 실질적으로 그의 길이방향 중간부에서 밀봉 부재(35)에 의해 지지된다.

상기 노즐 메인 몸체(33)는 양호한 전기 전도 특성을 가진 금속으로 이루어지며 코어 컨덕터(32)를 수용하기 위한 관형상 공간(332)을 포함하는 관형상 부재이다. 또한, 상기 노즐 홀더(34)는 양호한 전기 전도 특성을 가진 금속으로 이루어지며 노즐 메인 몸체(33)를 지지하기 위한 비교적 큰 직경의 하부 지지 공간(341)과 밀봉 부재(35)를 지지하기 위한 비교적 작은 직경의 상부 지지 공간(342)을 포함하는 관형상 부재이다. 한편, 상기 밀봉 부재(35)는 테플론(DuPont의 제품명) 또는 유사 열저항 수지재 또는 세라믹과 같은 절연 재료로 이루어지고 그의 중심축을 따라 코어 컨덕터(32)를 확고하게 지지하기 위한 지지 구멍(351)을 구비한 관형상 부재이다.

상기 노즐 메인 몸체(33)는 상부에서부터 차례대로, 노즐 홀더(34)의 하부 지지 공간(341) 내부에 맞춰지는 상부 트렁크 포션(33U), 다음에 기술될 가스 밀봉 링(37)을 지지하기 위한 환형 홈(33S), 링형상 플랜지부(33F) 및 노즐 홀더(34)로부터 돌출하는 하부 트렁크 포션(33B)을 포함한다. 상기 상부 트렁크 포션(33U)에는 특정 처리 가스를 관형상 공간(332)으로 공급하기 위한 연통공(333)이 형성된다.

상기 노즐 메인 몸체(33)는 코어 컨덕터(32) 둘레에 배열된 외부 컨덕터로서 작용하고, 둘레에 특정 환형 공간(H)(절연 공간)을 확보하면서 관형상 공간(332)의 중심 축에 도입된다. 상기 노즐 메인 몸체(33)는 노즐 홀더(34) 내부에 맞춰지게 됨에 따라서, 상부 트렁크 포션(33U)의 외부 원주면이 노즐 홀더(34)의 하부 지지 공간(341)의 내부 원주벽과 접촉상태에 있게 되며 플랜지부(33F)의 상단면은 노즐 홀더(34)의 바닥 단부(343)와 접촉상태에 있게 된다. 상기 노즐 메인 몸체(33)는 플런저, 고정나사 등을 사용하는 고정 구조물을 통해서 노즐 홀더(34)에 분리가능하게 장착되는 것이 바람직하다.

상기 노즐 홀더(34)는, 제3 도파관 부품(13)의 바닥 플레이트(13B)에 형성된 관통공(131)으로 단단히 맞춰지게 될 상부 트렁크 포션(34U)(실질적으로 상부 지지 공간(342)의 위치와 일치함), 및 상기 바닥 플레이트(13B)로부터 하향 연장하는 하부 트렁크 포션(34B)(실질적으로 하부 지지 공간(341)의 위치와 일치함)을 포함한다. 처리 가스를 환상 공간(H)으로 공급하기 위한 가스 공급공(344)은 하부 트렁크 포션(34B)의 외부 원주면에 형성된다. 비록 도시되지 않았지만, 튜브 부속품 등은 특정 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급 튜브의 단부와의 연결을 위해서 가스 공급공(344)에 장착된다. 상기 가스 공급공(344)과 상기 노즐 메인 몸체(33)의 연통공(333)은 노즐 메인 몸체(33)가 노즐 홀더(34) 내부의 특정 위치에 맞춰질 때 서로가 연통되도록 하기 위한 위치를 가진다. 이는 가스 밀봉링(37)이 포션을 통해서 일어나는 가스 누수를 억제하기 위해서 노즐 메인 몸체(33)와 노즐 홀더(34) 사이에 제공되며, 여기서 상기 포션은 가스 공급공(344)과 연통공(333)이 서로 인접해 있는 부분이다.

상기 밀봉 부재(35)는 노즐 홀더(34)의 상부 지지 공간(342)에 지지됨에 따라서 그의 바닥 단부(352)가 노즐 메인 몸체(33)의 상단부(334)와 접촉 상태에 있 게 되고 그의 상단부(353)는 노즐 홀더(34)의 상단 잠금부(345)와 접촉상태에 있게 된다. 다른 말로, 상기 코어 컨덕터(32)를 지지하는 밀봉 부재(35)가 상부 지지 공간(342)에 맞춰짐에 따라서 바닥 단부(352)가 노즐 메인 몸체(33)의 상단부(334)에 의해 밀쳐진다.

상기 보호 튜브(36)(도 5에서는 미도시)는 소정의 길이의 석영 유리 파이프로 이루어지고 노즐 메인 몸체(33)의 관형상 공간(332)의 내부 직경과 실질적으로 동등한 외부 직경을 가진다. 상기 보호 튜브(36)는 그의 부품이 노즐 메인 몸체(33)의 바닥 단부(331)의 내부식성을 개선하기 위해서 노즐 메인 몸체(33)의 바닥 단부(331)로부터 돌출하도록 관형상 공간(332)에 맞춰진다. 상기 보호 튜브(36)는 보호 튜브(36)의 단부가 노즐 메인 몸체(33)의 바닥 단부(331)와 동일 평면에 있도록 관형상 공간(332)에 맞춰지거나, 또는 상기 보호 튜브(36)는 관형상 공간(332) 내부에 완전히 있게 된다.

상기와 같은 플라즈마 발생 노즐(31)을 구축한 결과로서, 상기 노즐 메인 몸체(33), 노즐 홀더(34) 및 제3 도파관 부품(13)(도파관 10)은 서로가 전기적으로 전도되고(동일한 전위로), 반면에 상기 코어 컨덕터(32)는 절연 밀봉 부재(35)에 의해 지지되어짐으로써 상기 부재들로부터 전기적으로 절연된다. 따라서, 만약 마이크로파가 도 6에 도시된 바와 같이 접지된 도파관(10)을 이용하여 코어 컨덕터(32)로 마이크로파 전력을 공급하기 위해 코어 컨덕터(32)의 안테나부(320)를 수용함으로써 수신되면, 전계 집중부가 노즐 메인 몸체(33)의 바닥 단부(322) 및 바닥 단부(331)의 부근에 형성하게 된다.

산소 가스 또는 공기와 같은 산소 함유 처리 가스가 이 상태에서 가스 공급 구멍(344)을 관통하여 환상 공간(H) 내부로 공급될 때, 상기 처리 가스는 코어 컨덕터(32)의 바닥 단부(322) 부근에서 플라즈마(이온화 가스)를 생성하기 위해 마이크로파 전력을 일으킨다. 상기 플라즈마는 전자 온도가 약 수천도로 되지만 가스 온도는 대략 대기 온도로 되는 반응 플라즈마이고(전자들에 의해 나타나는 전자 온도는 중성 분자들에 의해 나타내어진 가스 온도와 비교하여 극히 높다), 대기압 하에서 발생된다.

상기와 같이 플라즈마 변화된 처리 가스는 가스 공급 구멍(344)을 통해서 제공된 가스 유동에 의해 플럼(P, plum)들과 같이 노즐 메인 몸체(33)의 바닥 단부(331)로부터 방출된다. 상기 플럼(P)은 라디칼(radical)을 포함하고, 산소 함유 가스가 예를 들어 처리 가스로서 이용된다면 산소 라디칼이 발생되며, 여기서 플럼(P)은 유기물을 분해하고 제거하는 기능 및 저항을 제거하는 기능을 가지게 된다. 다수 개의 플라즈마 발생 노즐(31)이 상기 실시예의 플라즈마 발생 유닛(PU)에 배열되기 때문에, 횡방향으로 일직선으로 배열된 플럼(P)들이 발생하게 된다.

아르곤 가스 또는 질소 가스와 같은 불활성 가스가 처리 가스로 사용된다면, 다양한 종류의 기판의 외표면은 청정화될 수 있고 변형될 수 있다. 또한, 만약 불소(fluorine)를 함유한 혼합 가스가 사용된다면, 상기 기판의 외표면은 물 반발 표면으로 변형될 수 있다. 만약 친수성기를 함유한 혼합 가스가 사용된다면, 상기 기판의 외표면은 친수성 표면으로 변형될 수 있다. 또한, 만약 금속 요소를 함유한 혼합가스가 사용된다면, 금속 박막이 기판 위에 형성될 수 있다.

상기 슬라이딩 숏트(40)는 각각의 플라즈마 발생 노즐(31)의 코어 컨덕터(32)의 결합 상태와 도파관(10) 내에서 마이크로파 이동이 최적화가 되도록 제공되고, 마이크로파의 반사 위치를 변경시킴으로써 조절가능한 정상파 패턴을 만들기 위해서 제3 도파관 부품(13)의 우측 단부에 연결된다. 따라서, 만약 이용되고 있는 정상파가 없다면, 전자장파를 흡수하는 작용을 가진 더미 로드가 슬라이딩 숏트(40)의 장소에 장착된다.

도 7은 슬라이딩 숏트(40)의 외부 구성을 보인 투시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 슬라이딩 숏트(40)는 도파관(10)과 유사한 직사각형 단면을 가지며, 상기 도파관(10)과 동일한 재료로 이루어지고 중공 공간(410)을 가진 컨덕터(41), 상기 중공 공간(410)에 수용된 원통형 반사 블럭(42), 상기 반사 블럭(420의 베이스 단부에 완전체로 부착되고 중공 공간(410)에서 횡방향으로 슬라이딩하는 직사각형 블럭(43), 상기 직사각형 블럭(43)에 결합된 이동 기구(44), 및 샤프트(45)를 통해서 상기 반사 블럭(42)에 연결되는 조절 노브(46)를 포함한다.

상기 반사 블럭(42)은 마이크로파를 위한 반사 표면과 같은 안내 단부 표면(421)이 제3 도파관 부품(13)의 도파관 공간(130)에 마주하도록 횡방향으로 연장하는 원통형 몸체이다. 상기 반사 블럭(42)은 직사각형 블럭(43)과 같이 프리즘 몸체를 가지도록 구비될 수 있다. 상기 이동 기구(44)는 직사각형 블럭(43)과 상기 직사각형 블럭(43)과 결합된 반사 블럭(42)이 조절 노브(46)의 회전에 따라서 횡방향으로 이동하는 것을 허용하기 위한 기구로서 사용된다. 상기 조절 노브(46)의 회전은 반사 블럭(42)이 직사각형 블럭(43)에 의해 안내되면서 중공 공간(410) 내에 서 횡방향으로 이동되게 한다. 상기 반사 블럭(42)의 안내 단부 표면(421)의 위치는 정상파 패턴을 최적화하기 위해 반사 블럭(42)을 이동시킴으로써 조절된다. 이는 단계적인 모터 등을 이용하여 상기 조절 노브(46)를 자동적으로 회전 작동시키는 것이 바람직하다.

상기 서큘레이터(50)는, 예를 들면, 내장 페라이트 칼럼을 가진 도파관 형태의 세 개의 포트 서큘레이터이고, 마이크로파가 플라즈마 발생기(30)를 향하여 이동되게 하는 것 외에 더미 로드(60)를 향하여 이동할 때 반사 마이크로파가 플라즈마 발생기(30)에서 소모됨 없이 되돌아오는 것을 허용하기 위해 적용되지만, 상기 반사 마이크로파는 마이크로파 발생기(20)로 되돌아 오지 않는다. 상기 서큘레이터(50)의 배열은 마이크로파 발생기(20)가 반사된 마이크로파에 의해 과열되는 것을 방지해준다.

도 8은 서큘레이터(50)의 작용을 보이고 있는 플라즈마 발생 유닛(PU)의 평면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 도파관 부품(11)은 서큘레이터(50)의 제1 포트(51)에 연결되고; 제2 도파관 부품(12)은 제2 포트(52)에 연결되고; 및 더미 로드(60)는 제3 포트(53)에 연결된다. 상기 마이크로파 발생기(20)의 마이크로파 전송 안테나(22)로부터 발생된 마이크로파는 화살표 "a"로 지시된 바와 같이 제1 포트(51) 및 제2 포트(52)의 통로를 통해서 제2 도파관(12)으로 이동한다. 한편, 제2 포트(52)를 관통하여 제2 도파관 부품(12)으로부터 이동하는 반사 마이크로파는 더미 로드(60)로 들어가도록 하기 위해 제3 포트(53)를 향하여 편향된다.

상기 더미 로드(60)는 전술된 반사 마이크로파들을 흡수하고 그들을 열로 변 환시키기 위한 수냉(또는 공냉일 수 있다) 전자파 흡수 몸체이다. 상기 더미 로드(60)에는 냉각수가 이동하는 냉각수 이동 통로가 제공되며, 그 결과 반사 마이크로파를 열적으로 변환함으로써 발생된 열이 냉각수에 의해 열교환되게 한다.

상기 스터브 동조기(70)는 로드(load)와 같이 플라즈마 발생 노즐(31)의 코어 컨덕터(32)의 임피던스를 맞추기 위한 것으로, 제2 도파관 부품(12)의 상부 플레이트(12U) 위에서 소정의 간격으로 일련으로 배열된 세 개의 스터브 동조기 유닛(70A 내지 70C)을 포함한다. 도 9는 스터브 동조기(70)의 배치 상태를 보인 부분단면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 세 개의 스터브 동조기 유닛(70A 내지 70C)은 제2 도파관 부품(12)의 도파관 공간(120) 내부에 설치된 스터브(71)와, 상기 스터브(71)와 직접 연결된 작동 바(72)와, 퇴각 및 돌출되도록 하기 위해서 스터브(71)를 상하방향으로 이동시키는 이동 기구(73)와, 스터브(71), 작동 바(72) 및 이동 기구(73)를 지지하기 위한 코트(74)로 이루어진 동일 구축물을 가진다.

각각의 스터브 동조기 유닛(70A 내지 70C)에 제공된 스터브(71)가 도파관 공간(120)으로 돌출되는 길이는 대응되는 작동 바(72)에 의해 독립적으로 조절될 수 있다. 상기 스터브(71)의 돌출 길이는, 예를 들면 코어 컨덕터(32)에 의한 전력 소모가 마이크로파 전력을 모니터링하는 동안 뾰족해진(반사 마이크로파가 최소인 포인트) 포인트들을 찾음으로써 결정된다. 상기 임피던스 맞춤은 필요시 슬라이딩 숏트(40)의 이동과 결합된다. 또한 단계적 모터 등을 이용하여 스터브 동조기(70) 자동으로 작동되게 하는 것이 바람직하다.

상기 컨베이어(C)는 소정의 이동 통로를 따라 배열된 다 수개의 이동 롤 러(80)를 포함하고 미설명된 구동 유닛의 수단에 의해 이동 롤러(80)를 구동시킴으로써 플라즈마 발생기(30)의 통로를 통해 처리될 소재(W)를 이동시킨다. 처리될 소재(W)는 플라즈마 디스플레이 패널 또는 반도체 기판 또는 위에 장착된 전기 구성요소를 가진 회로기판과 같은 평평한 기판으로 설명된다. 또한 평평하지 않은 부품, 조립 부품 등이 처리될 수 있다. 상기의 경우에서, 벨트 컨베이어 등이 이동 롤러의 장소에 적용될 수 있다.

다음, 상기 실시예에 따른 소재 처리 시스템(S)의 전기적 구성이 기술되었다. 도 10은 소재 처리 시스템(S)의 제어 시스템(90)을 보인 블록도이다. 상기 제어시스템(90)은 CPU(중앙 처리 유닛) 등이고 마이크로파 출력 제어기(91), 가스 유량 제어기(92), 모터 제어기(93) 및 중앙 제어기(94)가 기능적으로 제공된다. 또한, 작동 유닛(95)이 중앙 제어기(94)로 특정 작동 신호를 주기 위해 제공된다.

상기 마이크로파 출력 제어기(91)는 마이크로파를 출력하는 마이크로파 발생기(20)의 온-오프 상태를 제어하고 마이크로파의 출력 강도를 제어하기 위한 것으로, 특정 펄스 신호를 발생시킴으로써 마이크로파 발생기(20)의 발생기 메인 몸체(21)를 통해서 마이크로파 발생 작동을 제어한다.

상기 가스 유량 제어기(92)는 플라즈마 발생기(30)의 각각의 플라즈마 발생 노즐(31)에 공급된 처리 가스의 유량을 제어하기 위한 것이다. 특히, 상기 가스 유량 제어기(92)는 가스 실린더 및 플라즈마 발생 노즐(31)과 같은 처리 가스원(921)을 연결하는 가스 공급 파이프(922)에 제공된 유량 제어 밸브(923)의 개폐를 제어하거나 개방 정도를 조절한다.

상기 모터 제어기(93)는 소재(W)의 이동이 시작되게 하고 정지되게 하고 그리고 이동 속도를 제어하기 위해 이동 롤러(80)를 구동시키기 위한 구동 모터(931)의 작동을 제어한다.

상기 중앙 제어기(94)는 소재 처리 시스템(S)의 전체 작동 제어를 지배하고, 작동 유닛(95)으로부터 주어진 작동 신호에 응답하여 특정 순서를 바탕으로 마이크로파 출력 제어기(91), 가스 유량 제어기(92) 및 모터 제어기(93)를 제어한다. 특히, 이전에 주어진 제어 프로그램에 따라서, 상기 중앙 제어기(94)는 소재(W)가 플라즈마 발생기(30)로 가져오도록 하기 위해 소재(W)의 이동이 시작되게 하고, 특정 유량의 처리 가스를 각각의 플라즈마 발생 노즐(31)에 공급하는 동안 마이크로파 전력을 제공함으로써 플라즈마(플룸 P)가 발생되게 하며, 이에 의해 플룸(P)은 이동될 소재(W)의 외표면으로 불어넣어진다. 상기 방법을 통해, 다 수개의 소재(W)가연속적으로 처리될 수 있다.

상술된 바와 같은 소재 처리 시스템(S)에 따라서, 플라즈마 변환 가스는 소재(W)가 컨베이어(C)에 의해 전달되는 동안 도파관(13) 위에 배열되어 장착된 다 수개의 플라즈마 발생 노즐(31)로부터 소재(W) 위로 불어넣어진다. 따라서, 다 수개의 소재(W)를 연속적으로 플라즈마 처리하기 위해 그리고 큰 면적을 가진 소재를 효과적으로 플라즈마 처리하기 위한 것을 가능하게 한다. 따라서, 종래의 배치 처리 형태의 소재 처리 시스템과 비교하여 다양한 종류의 소재를 처리하는데 있어서 우수한 작동성을 가진 소재 처리 시스템(S) 또는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것을 가능하게 한다. 또한, 플라즈마가 대기압 및 대기 온도에서 발생될 수 있기 때 문에, 설비는 진공 챔버 등의 필요 없이 간편화될 수 있다.

또한, 마이크로파 발생기(20)에 의해 발생된 마이크로파는 각각의 플라즈마 발생 노즐(31)의 코어 컨덕터(32)에 의해 수용되고 플라즈마 변환 가스는 수용된 전기 에너지를 바탕으로 하여 각각의 플라즈마 발생 노즐(31)로부터 방출된다. 따라서, 마이크로파의 에너지를 각각의 플라즈마 발생 노즐(31)로 전송하기 위한 전송 시스템이 간편화될 수 있다. 따라서, 상기 시스템은 간편한 구성과 감소된 제조 비용을 얻을 수 있다.

더욱이, 일렬로 배열된 다 수개의 플라즈마 발생 노즐(31)을 가진 플라즈마 발생기(30)가 이송 방향에 대하여 평평한 플레이트 직교의 형태인 소재(W)의 폭과 실질적으로 동등한 폭을 가지기 때문에, 상기 소재(W)의 전체 표면은 컨베이어(C)의 수단을 통해서 단지 한 차례 소재(W)가 플라즈마 발생기(30)를 통과하게 함으로써 완전하게 처리될 수 있게 하며, 그에 의해 평평한 플레이트의 형태인 소재(W)를 플라즈마 처리하는데 있어서 효율성을 향상시킨다. 또한, 상기 플라즈마 변환 가스는 소재(W)가 플라즈마 발생기(30)에 이송됨과 동시에 불어 넣어지고, 그에 의해 균일한 표면 처리를 가능하게 한다.

비록 본 발명의 일실시예에 따른 소재 처리 시스템(S)이 기술되었지만, 본 발명은 그에 국한되지 않고 다음과 같은 것들을 구현할 수 있다.

(1) 비록 다 수개의 플라즈마 발생 노즐(31)이 상기의 실시예에서 일렬로 배열되는 것으로 되어 있지만, 상기 노즐은 소재의 형상, 마이크로파 전력의 세기 등의 다른 요소들에 의존하여 적당하게 결정될 수 있다. 예를 들면, 다 수개의 플라 즈마 발생 장치(31)는 소재의 이송 방향에 따라 플라즈마 발생 노즐(31)들을 복 수의 열로 배열함으로써 행렬(matrix)로 배열될 수 있게 하거나 오프셋(offset) 배열로 배열될 수 있게 한다.

(2) 평평한 플레이트의 형태인 소재(W)가 상기의 실시예에서 컨베이어(C)와 같은 이송 롤러(80) 위에 놓이면서 이송되는 것으로 하지만, 상기 소재는 상부 이송 롤러와 하부 이송 롤러의 사이에 끼인 채로; 이송 롤러의 사용 없이 라인 컨베이어 등의 수단에 의해 이송된 특정 바스켓 등에 포함된 채로; 또는 로봇 손 등에 의해 꽉 잡힌 채로 플라즈마 발생기(30)로 이송될 수 있다.

(3) 비록 2.45GHz의 마이크로파를 발생시키기 위한 전자관이 상기의 실시예에서 마이크로파 발생원으로 보이고 있지만, 전자관보다는 다른 다양한 고주파 전력원이 동일하게 이용될 수 있다. 또한, 2.45GHz와는 다른 파장을 가진 마이크로파가 이용될 수 있다.

(4) 도파관(10) 내의 마이크로파 전력을 측정하기 위해서 도파관(10)의 특정 위치에 파워 미터를 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 마이크로파 발생기(20)의 마이크로파 전송 안테나(22)로부터 방출된 마이크로파 전력에 대한 반사된 마이크로파 전력의 비율을 파악하기 위해서, 내장 파워 미터를 가진 도파관이 서큘레이터(50)와 제2 도파관 부품(12) 사이에 제공될 수 있다.

상술된 바와 같이, 새로운 소재 처리 시스템이 소재를 이송하는 동안 특정 처리가 소재에 부여되도록 하기 위해서 플라즈마를 조사하기 위해 적용된다. 상기 소재 처리 시스템은 마이크로파를 발생하기 위한 마이크로파 발생기, 마이크로파가 이동되도록 하기 위한 도파관, 및 마이크로파를 수용하기 위해서 다 수개의 마이크로파 발생 노즐을 구비하고 수용된 전기 에너지를 바탕으로 하여 플라즈마 변환 가스를 생성하고 발생된 가스를 방출하는 플라즈마 발생기를 포함하고, 상기 플라즈마 발생 노즐은 도파관 위의 어레이(array)에 장착되고, 소재를 이송시키는 소재 컨베이어가 플라즈마 발생기를 지나 관통한다.

상기와 같은 구성으로, 소재의 외표면은 소재 컨베이어를 통해 소재를 이송시키면서 도파관 위에 장착된 플라즈마 발생 노즐로부터 소재로 플라즈마 변환 가스를 방출시켜 연속적으로 처리될 수 있게 한다. 또한, 다 수개의 플라즈마 발생 노즐이 도파관 위의 어레이에 장착되기 때문에, 큰 면적을 이룬 소재가 처리될 수 있다. 따라서, 다양한 종류의 소재를 플라즈마 처리하는데 있어서 양호한 작동성을 가진 소재 처리 시스템 또는 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것을 가능하게 한다.

바람직하게, 각 플라즈마 발생 노즐은 도파관 내부에 일 단부가 배치되게 하는 내부 컨덕터, 상기 내부 컨덕터와 일정한 간격을 이루면서 내부 컨덕터 둘레에 배열된 외부 컨덕터, 및 상기 내부 컨덕터와 외부 컨덕터 사이의 틈으로 특정 가스를 공급하기 위한 가스 공급 포션을 포함하고, 이에 의해 플라즈마 변환 가스를 그의 안내 단부로부터 방출한다.

상기와 같은 구성으로, 도파관에서 이동하는 마이크로파는 도파관 내부의 내부 컨덕터의 돌출부를 통해서 수신되고, 수신된 마이크로파 에너지는 내부 컨덕터에 제공된다. 플라즈마는 에너지와 같은 것을 이용하여 외부 컨덕터와 내부 컨덕터 사이에 높은 전계(電界)부를 형성함으로써 발생될 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마 변환 가스는 가스 공급부로부터 내부 컨덕터와 외부 컨덕터 사이의 틈으로 특정 가스를 공급함으로써 노즐의 안내 단부로부터 방출될 수 있다.

마이크로파 발생기에 의해 발생된 마이크로파는 각각의 플라즈마 발생 노즐의 내부 컨덕터에 의해 수신되고, 상기 플라즈마 변환 가스는 수신된 전기 에너지를 바탕으로 하여 각각의 플라즈마 발생 노즐로부터 방출된다. 따라서, 각각의 플라즈마 발생 노즐에 마이크로파의 에너지를 전송하기 위한 전송 시스템은 간편화될 수 있다. 따라서, 간편화된 시스템의 구성과 비용 절감의 장점을 얻을 수 있다.

바람직하게, 상기 소재 컨베이어는 평평한 플레이트 형태인 소재를 이송할 수 있도록 구축되고, 상기 플라즈마 발생기는 이송 방향과 직교의 소재 폭과 실질적으로 동등한 폭을 가진다. 상기와 같은 구성으로, 평평한 기판과 같은 폭이 넓은 소재의 전체 표면은 소재가 컨베이어 수단을 통해 단지 한 번에 플라즈마 발생기를 통과하게 함으로써 완전하게 처리될 수 있게 한다. 따라서, 폭이 넓은 소재를 플라즈마 처리하는 효율성은 뚜렷하게 향상되었다.

상기의 경우에서, 도파관은 바람직하게 직사각형 도파관일 수 있고, 다 수개의 플라즈마 발생 노즐은 직사각형 도파관의 일측면에 일렬로 배열된다. 상기와 같은 구성으로, 플라즈마 변환 가스는 소재가 이송되는 시간과 동시에 방출될 수 있으며, 그에 의해 균일한 표면 처리를 실행할 수 있게 한다. 따라서, 폭이 넓은 소재의 플라즈마 처리의 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라 폭이 넓은 소재를 균일하게 처리할 수 있게 하는 것이 가능하다.

또한, 새로운 플라즈마 발생 장치는 마이크로파를 발생하기 위한 마이크로파 발생기; 마이크로파가 이동되도록 하기 위한 도파관; 및 마이크로파를 수용하기 위해서 다 수개의 마이크로파 발생 노즐을 구비하고 수용된 전기 에너지를 바탕으로 하여 플라즈마 변환 가스를 생성하고 발생된 가스를 방출하는 플라즈마 발생기를 포함하고, 상기 플라즈마 발생 노즐은 도파관 위의 어레이(array)에 장착된다. 상기 도파관은 소재가 처리되도록 하기 위한 이송 통로와 마주하는 표면을 가진다. 상기 플라즈마 발생기는 마주하는 표면에 장착된다.

상기 플라즈마 발생 장치에서는, 각 플라즈마 발생 노즐이 도파관 내부에 배치된 일 단부를 가진 내부 컨덕터, 상기 내부 컨덕터와 일정한 간격을 이루면서 내부 컨덕터 둘레에 배열된 외부 컨덕터, 및 상기 내부 컨덕터와 외부 컨덕터 사이의 틈으로 특정 가스를 공급하기 위한 가스 공급 포션을 포함하고, 이에 의해 플라즈마 변환 가스를 그의 안내 단부로부터 방출되게 하는 것이 바람직하다.

상기 소재 처리 시스템 및 플라즈마 발생 장치는 반도체 웨이퍼와 같은 반도체 기판용 시스템 및 필름 형성 시스템을 에칭하고, 플라즈마 디스플레이 패널 또는 인쇄회로기판과 같은 유리 기판용 시스템을 세정하고, 의과 장비, 단백질 저하 시스템용 시스템을 살균하기 위해 적합하게 적용할 수 있다.

상기에는 본 발명에 따른 다양한 형태의 바람직한 실시예를 설명하고 있지만, 본 발명은 상기에 한정되는 것은 아니고, 청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기 소재 처리 시스템 및 플라즈마 발생 장치는 반도체 장비 및 의과 장비 등의 다양한 분야에서 다양한 형태로 아주 적합하게 적용할 수 있다.

Claims (7)

1. 소재를 이송시키면서 특정 처리를 소재에 부여하기 위해서 소재에 플라즈마를 조사하기 위한 소재 처리 시스템은,

   마이크로파를 발생하기 위한 마이크로파 발생기와, 마이크로파가 이동되도록 하기 위한 도파관과, 마이크로파를 수용하기 위해 다 수개의 플라즈마 발생 노즐을 구비하고 수용된 전기 에너지를 바탕으로 하여 플라즈마 변환 가스를 생성하고 생성된 가스를 방출하는 플라즈마 발생기를 포함하며, 상기 플라즈마 발생 노즐이 상기 도파관 위의 어레이(array)에 장착되는 플라즈마 발생장치; 및

   상기 소재가 상기 플라즈마 발생기를 지나 이송되게 하는 소재 컨베이어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 처리 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 노즐들 각각은 도파관 내부에 일 단부가 배치되는 내부 컨덕터와, 상기 내부 컨덕터와 일정한 간격을 이루면서 내부 컨덕터 둘레에 배열된 외부 컨덕터와, 상기 내부 컨덕터와 외부 컨덕터 사이의 틈으로 특정 가스를 공급하기 위한 가스 공급 포션을 포함하며, 플라즈마 변환 가스가 안내 단부로부터 방출되게 하는 것을 특징으로 하는 소재 처리 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 소재 컨베이어는 평평한 플레이트 형태인 소재를 이송할 수 있도록 구축되고, 상기 플라즈마 발생기는 이송 방향에 직교(orthogonal)한 소재 폭과 동등한 폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 소재 처리 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 도파관은 직사각형 도파관이며, 다 수개의 플라즈마 발생 노즐은 상기 직사각형 도파관의 일 측면에 일렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 소재 처리 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 소재 컨베이어는 평평한 플레이트 형태인 소재를 이송할 수 있도록 구축되고, 상기 플라즈마 발생기는 이송 방향에 직교(orthogonal)한 소재 폭과 동등한 폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 소재 처리 시스템.
6. 마이크로파를 발생하기 위한 마이크로파 발생기;

   마이크로파가 이동되도록 하기 위한 도파관; 및

   마이크로파를 수용하기 위해서 다 수개의 플라즈마 발생 노즐을 구비하고 수용된 전기 에너지를 바탕으로 하여 플라즈마 변환 가스를 생성하고 발생된 가스를 방출하며 상기 플라즈마 발생 노즐이 도파관 위의 어레이(array)에 장착되는 플라즈마 발생기를 포함하며,

   상기 도파관은 소재가 처리되도록 하기 위한 이송 통로와 마주하는 표면을 가지며, 상기 플라즈마 발생기는 상기 마주하는 표면에 장착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 노즐들 각각은 상기 도파관 내부에 일단부가 배치되는 내부 컨덕터와, 상기 내부 컨덕터와 일정한 간격을 이루면서 내부 컨덕터 둘레에 배열된 외부 컨덕터와, 상기 내부 컨덕터와 상기 외부 컨덕터 사이의 틈으로 특정 가스를 공급하기 위한 가스 공급 포션을 포함하고, 플라즈마 변환 가스가 안내 단부로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.

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