KR20090014151A - 상압 플라즈마 생성방법, 플라즈마 처리방법과 이를 이용한부품 실장방법, 및 이들 방법을 이용한 장치 - Google Patents

상압 플라즈마 생성방법, 플라즈마 처리방법과 이를 이용한부품 실장방법, 및 이들 방법을 이용한 장치 Download PDF

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Abstract

제 1 불활성가스(5)가 반응공간(1)에 공급되고 고주파 전원공급장치(4)가 고주파 전계를 인가하여 플라즈마화 된 제 1 불활성가스로 구성된 1차 플라즈마(6)가 방전공간으로부터 배출된다. 주성분으로 제 2 불활성가스 및 적정량의 반응가스(13)를 구비한 혼합가스(8)가 혼합된 혼합가스 영역(12)이 형성된다. 1차 플라즈마는 혼합가스 영역과 충돌하여 플라즈마화 된 혼합가스로 구성된 2차 플라즈마(11)를 발생하고, 2차 플라즈마는 처리대상 S에 분사되어 플라즈마 처리를 수행한다. 따라서, 작은 입력 전원으로 발생한 상압 플라즈마에 의해 플라즈마 처리가 넓은 범위에서 수행된다.
상압, 플라즈마, 방전공간, 1차 플라즈마, 2차 플라즈마, 불활성가스

Description

상압 플라즈마 생성방법, 플라즈마 처리방법과 이를 이용한 부품 실장방법, 및 이들 방법을 이용한 장치{ATMOSPHERIC PRESSURE PLASMA GENERATING METHOD, PLASMA PROCESING METHOD AND COMPONENT MOUNTING METHOD USING SAME, AND DEVICE USING THESE METHODS}
본 발명은 작은 입력 전력에 의해 넓은 범위에서 플라즈마 처리를 수행하는 상압 플라즈마 생성방법, 플라즈마 처리방법과 생성된 상압 플라즈마에 의한 부품 실장방법, 및 이들 방법을 이용한 장치에 관한 것이다.
종래, 대기압 부근에서(압력으로 500 내지 1500㎜Hg 범위에서) 불활성가스를 플라즈마로 만들고 생성된 불활성가스의 라디컬에 의해 반응가스를 플라즈마로 만들어 표면 개질, 에칭 및 증착과 같은 플라즈마 처리를 수행하는 상압 플라즈마 생성장치가 알려져 있다. 이러한 상압 플라즈마 생성장치에서, 기설정된 비율로 미리 혼합된 불활성가스와 반응가스가 원통형 반응 용기의 일단에 공급된다. 이 반응 용기에 고주파 전계를 인가함으로써, 혼합 가스는 플라즈마로 변하고 생성된 플라즈마는 반응 용기의 타단으로 배출되어 상기의 처리를 수행할 처리대상에 가해진다.
도 21을 참조하여, 불활성가스의 역할을 하는 아르곤과 반응가스의 역할을 하는 산소를 사용하는 경우 플라즈마 생성 원리를 설명한다. 고주파 전계를 인가하 면, 방전 플라즈마가 생성된 반응 공간의 아르곤 원자(Ar)는 방전 플라즈마의 전자(e)에 의해 여기되거나 이온화되어, 아르곤 라디컬(Ar*), 아르곤 이온(Ar+) 또는 전자(e)가 된다. 고에너지로 준 안정 상태에 있는 아르곤 라디컬(Ar*)은 자신의 주위에 있는 같거나 다른 종류의 원자를 여기되거나 이온화되도록 하여 안정 상태로 돌아가기 위해 이들 원자와 반응하며, 이에 따라 전자사태 증식(avalanche multiplication)으로 반응이 일어난다. 이때, 아르곤 라디컬(Ar*) 주위에 산소가 있다면, 산소 원자(O)는 여기되거나 이온화되어 산소 라디컬(O*), 산소 이온(O+) 또는 전자(e)가 된다. 산소 라디컬(O*)은 처리대상의 표면 물질과 반응하고 표면 개질 및 표면의 유기물과 반응하여 유기물을 제거하는 등의 플라즈마 처리를 수행한다. 불활성가스의 라디컬은 반응가스의 라디컬과 비교하여 더 긴 시간 동안 준안정 상태를 유지하며, 따라서 불활성가스가 일반적으로 플라즈마를 생성하는데 사용된다. 반응가스로 증착 가스를 사용하여 증착을 얻을 수 있고, 수소를 사용하여 환원 작용을 기대할 수 있다.
도 22에 나타낸 바와 같이, 상압 플라즈마 생성장치에 따른 종래 예 1은, 반응 공간을 형성하기 위한 반응 용기(101), 반응 용기(101)의 외측에 축 방향으로 이격되어 배치된 한 쌍의 전극(103a, 103b), 및 한 쌍의 전극(103a, 103b) 사이에 교류 또는 펄스형 고주파 전압을 인가하기 위한 고주파 전원공급장치(104)를 포함한다. 불활성가스와 반응가스가 기설정된 비율로 혼합된 혼합 가스(102)를 반응 용기(101)의 일단에서 공급하고, 교류 또는 펄스형 고주파 전압을 한 쌍의 전극(103a, 103b) 사이에 인가한다. 이에 따라, 방전 공간에는 플라즈마가 생성되고 생성된 플라즈마(105)는 반응 용기(101)의 타단으로부터 배출된다. 처리대상(106)의 표면에 플라즈마(105)를 인가함으로써, 플라즈마 처리를 수행한다(일본 공개특허 제2002-1253호 참조).
도 22에 나타낸 구조에서, 불활성가스와 반응가스가 혼합된 혼합 가스를 여기하여 반응가스를 플라즈마로 만드는데 있어서 불활성가스만을 여기시키는 경우와 비교하여 수십 배의 입력 전력이 필요하므로 장치가 커지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하는 플라즈마 생성 원리로, 도 23에 나타낸 바와 같이, 불활성가스(도면의 Ar)(113) 만 반응 용기(111)에 공급되고, 고주파 전원공급장치(112)가 반응 용기(111)에 고주파 전계를 인가하며, 반응가스 공급관(115)에서 반응 용기(114)로부터 배출된 플라즈마(114)에 반응가스(도면에서 O2 가스)(116)를 공급하는 것이 제안된다. 이 플라즈마 생성 원리를 구현한 종래 예 2에서, 도 24에 나타낸 바와 같이, 반응 용기(111)로부터 배출된 플라즈마(114)는 처리대상(117)의 한쪽으로부터 분사되고, 반응가스(116)는 반응가스 공급관(115)을 통하여 처리대상(117)의 다른 쪽으로부터 분사된다(일본 공개특허 평9-59777호 참조).
또한, 도 25에 나타낸 바와 같이, 다음의 구성이 종래 예 3으로 알려져 있다. 반응가스 공급공간(121)은 중간에 배치되고, 불활성가스가 공급되고 고주파 전원공급장치(124)가 고주파 전계를 인가하는 한 쌍의 가스 공급공간(122)이 그 양측에 배치된다. 반응가스는 여기된 불활성가스를 통과하여 불활성가스와 혼합하며, 플라즈마화 된 반응가스는 처리대상(125)에 대해 플라즈마 처리를 수행한다(일본 공개특허 제2003-49272호 참조).
또한, 다음은 상압 플라즈마에 의한 플라즈마 처리를 수행하는 장치로 알려져 있다. 이 장치는, 상압 플라즈마를 생성하고 출구로부터 플라즈마 제트를 분출하는 플라즈마 헤드와, 플라즈마 헤드가 처리대상의 특정 처리부분에 대향하도록 처리대상과 플라즈마 헤드를 상대적으로 이동시키는 이동 수단을 구비한다. 처리대상의 특정 처리부분에 플라즈마 제트를 분사함으로써 플라즈마 처리를 수행한다(일본 공개특허 평11-251304호 참조).
도 26A와 26B에 도시한 장치는 기판에 부품을 실장하는 방법과 장치에 관련된 종래 예 4로 알려져 있다. 종래 예 4는 원통형 반응 공간(132)과 반응 공간(132)의 내측과 외측에 배치된 한 쌍의 전극(133, 134)을 구비한 플라즈마 헤드(131)를 사용한다. 플라즈마 헤드(131)가, 반응 공간(132)의 상단으로부터 불활성가스(135)를 인가하는 동안, 전극(1334, 134) 사이에 고주파 전압을 인가함으로써, 반응 공간(132)에 플라즈마가 생성되고, 플라즈마 제트(136)가 반응 공간(132)의 하단으로부터 배출된다. 플라즈마 헤드(131)는, 패널(137)의 측단에 나란히 형성된 투명전극(139a)으로 구성된 연결 전극부품(139)에 플라즈마 처리를 수행하기 위해서, 플랫 패널 디스플레이용 패널(137)이 고정된 테이블(138)에 대해 화살표 'a'와 같이 상대적으로 이동한다(일본 공개특허 제2002-28597호 참조).
또한, 도 22에 나타낸 바와 같은 구조를 갖는 플라즈마 헤드를 이용하여 같은 방법으로 플라즈마 처리를 수행하는 것도 알려져 있다(일본 공개특허 제2003-167526호). 상압에서 마이크로 용량결합 플라즈마 제트를 생성하는 콤팩트 마이크로 플라즈마 제트 생성장치가 또한 제안되어 있다(일본특허 제3616088호의 상세한 설명 참조).
그러나, 도 22에 나타낸 구조는 상기한 플라즈마를 생성하기 위해 큰 입력 전력이 필요하고 장치가 커진다는 문제점을 갖는다. 또한, 플라즈마화 되는 반응가스의 수명이 짧고, 반응 용기(101)의 타단으로부터 배출된 직후에 사라진다. 따라서, 반응 용기(101)의 타단과 처리대상(106) 사이의 거리 L이 짧지 않으면, 플라즈마화 된 반응가스가 효과적으로 작용하지 않기 때문에, 플라즈마 처리의 거리 범위가 작게 제한된다는 문제점이 있다.
도 24에 나타낸 구조에서, 짧은 수명을 갖는 여기된 반응가스가 반응 용기(111)로부터 나오자마자 사라지기 때문에, 반응 용기(111)의 출구 인접 부분을 제외하고는 반응가스(116)를 플라즈마로 만드는 것은 불가능하다. 따라서, 반응가스(116)가 충분히 플라즈마화 되지 않는다는 문제점이 있다. 도 25에 나타낸 구조에서, 반응가스가 혼합을 위해 여기된 불활성가스를 통과하기 때문에 도 24에 나타낸 구조와 비교하여 반응가스는 불활성가스와 쉽게 혼합되며, 따라서 반응가스가 플라즈마화 되는 범위가 균일하다는 이점이 있다. 그러나, 불활성가스의 수명은 여전히 짧아, 플라즈마 처리의 거리 범위가 작게 제한된다는 문제점이 있다.
일본 공개특허 평11-251304에 개시된 플라즈마 처리방법에서, 처리대상의 처리부분에 플라즈마 제트를 인가하는 동안뿐만 아니라 처리부분 사이에 이동하는 중에도 불활성가스와 반응가스의 혼합 가스 또는 적어도 불활성가스를 계속하여 공급함으로써 플라즈마 제트를 연속하여 생성할 필요가 있다. 이는, 플라즈마 제트의 생성이 일단 중지되면, 플라즈마를 다시 점화하여 안정한 플라즈마 제트를 생성하 는데 시간이 걸려 생산성이 현저하게 줄어들기 때문이다. 또한, 플라즈마 제트가 안정하게 될 때까지 공급되는 가스는 플라즈마 처리에 공헌하지 않고 소모된다. 따라서, 소모 가스의 양이 진공 플라즈마 처리의 경우와 비교하여 분당 수십 리터 내지 분당 수백 리터의 정도까지 증가한다. 또한, 저순도의 가스가 상압 플라즈마용으로 사용되면 플라즈마가 불안정하므로 고가의 고순도 가스가 필요하다. 그 결과, 플라즈마 처리의 운영비가 매우 높게 된다는 문제점이 있다.
또한, 플라즈마 제트가 연속하여 배출되기 때문에 처리대상의 처리부분에 플라즈마 제트를 안정적으로 인가하고 처리부분 이외의 부분에는 플라즈마 제트를 인가하지 않는 것이 어렵다는 문제점이 있다. 다시 말해, 처리부분에 플라즈마 제트를 안정적으로 인가하고 처리부분 이외의 부분에는 플라즈마 제트를 전혀 인가하지 않기 위해서, 플라즈마 헤드와 처리대상 사이의 상대 이동을 복잡하게 제어할 필요가 있다. 따라서, 제어 메커니즘의 장비와 구조가 매우 복잡해진다는 문제점이 있다.
또한, 플라즈마화 된 반응가스의 수명은 상기와 같이 생성된 플라즈마 내에서 짧기 때문에, 플라즈마 제트는 플라즈마 헤드의 출구로부터 배출되자마자 사라진다. 따라서, 플라즈마 헤드와 처리대상 간의 거리를 짧게 하지 않으면, 플라즈마화 된 반응가스가 효과적으로 작용하지 않아, 플라즈마 처리 효율이 나빠지고 플라즈마 처리의 거리 범위가 짧게 제한되기 때문에 처리 중 이동 제어가 복잡하게 된다는 문제점이 있다.
일존 공개특허 평11-251304, 2002-28597, 및 2003-167525에 개시된 플라즈마 생성방법에서, 용량결합 비평형(non-equilibrium) 플라즈마는 평행 평판과 일치하는 한 쌍의 전극을 사용하여 생성되고, 생성된 플라즈마의 플라즈마 밀도는 최대 1011 내지 1012 /㎤이다. 낮은 플라즈마 밀도를 갖는 이러한 용량결합 플라즈마를 이용하여 기판의 부품 접합부분에 플라즈마 처리를 수행하는 데에는 많은 시간이 걸리기 때문에, 부품실장 공정의 다른 공정에 박자를 맞추어 플라즈마 처리를 조정하는 것은 불가능하다. 따라서, 부품실장 공정으로부터 별도의 공정으로 플라즈마 처리를 수행할 필요가 있으며, 이에 따라 부품실장의 생산성이 심각하게 저하하는 문제점이 있다. 플라즈마 처리가 별도의 공정으로 수행될 때, 플라즈마 처리 공정에서 부품실장 공정으로 이동하는 중에 플라즈마 처리된 부분이 다시 오염된다는 문제점이 있다. 또한, 플랫 패널 디스플레이의 크기가 수 인치인 경우에는 여전히 가능하지만, 플랫 패널 디스플레이의 크기가 커지고 최근 40인치를 넘기 때문에 실제 부품실장 라인에 플라즈마 처리를 집어넣는 것이 불가능하게 되고 있다. 용량결합 플라즈마의 플라즈마 온도는 대략 수백 ℃이므로 열에 의해 플랫 패널 디스플레이에 악영향을 끼칠 염려는 거의 없다.
반면, 일본특허 제3616088호의 상세한 설명에 개시된 유도결합 플라즈마(열 플라즈마)는 1016 내지 1017/㎤의 플라즈마 밀도를 가지며, 이 밀도는 대략 용량결합 플라즈마의 밀도보다 105배 정도 더 높다. 따라서, 유도결합 플라즈마는 높은 반응도와 처리능력을 갖는다. 그러나, 열 플라즈마의 플라즈마 온도는 수천 내지 수만 ℃이어서, 플라즈마가 인가되는 기판이 열에 민감한 부분을 구비하고 있는 경우 열 에 의해 기판이 손상을 입는다는 문제점이 있다. 가령, 최근 액정패널 제조공정에서, 편광판이 이미 장착된 기판이 액정을 구동하는 전자 부품을 실장하는 부품실장 라인에 공급된다. 플라즈마 제조공정이 실장 라인에 진입하면, 고온의 플라즈마는 편광판에 영향을 주어 손상을 가하기 때문에 이와 같은 하는 것이 불가능하다.
상기의 종래 문제에 비추어, 본 발명의 목적은 작은 입력 전원으로 상압 플라즈마를 발생하는 상압 플라즈마 발생 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 상압 플라즈마를 사용함으로써, 플라즈마가 발생하는 반응 공간에 대해 원근 방향으로 그리고 평면 방향으로 넓은 범위에서 플라즈마 처리를 달성한다.
본 발명의 다른 목적은, 간단한 구조와 저가의 제어로 높은 생산성을 갖고 처리대상의 처리부분만 안정적이고 효율적으로 처리하는 플라즈마 처리 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기판의 부품 접합 부분에 열에 의해 손상을 입히지 않고 플라즈마 처리를 효율적으로 수행하고 플라즈마 처리를 부품 실장공정에 포함하는 기판상 부품 실장 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 상압 플라즈마를 발생하는 방법은, 제 1 불활성가스를 반응공간에 공급하고 고주파 전계를 인가하여 플라즈마화 된 상기 제 1 불활성가스로 구성된 1차 플라즈마를 상기 반응공간으로부터 배출하는 플라즈마 발생단계; 및 상기 1차 플라즈마가 거기에 충돌하도록 주성분인 제 2 불활성가스와 그와 함께 혼합된 적정량의 반응가스를 포함하는 혼합가스 영역을 형성하여 플라즈마화 된 혼합가스로 구성된 2차 플라즈마를 발생하는 플라즈마 팽창단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치는, 플라즈마 발생부와 플라즈마 팽창부를 포함하며, 상기 플라즈마 발생부는 반응공간, 제 1 불활성가스를 상기 반응공간에 공급하기 위한 제 1 불활성가스 공급수단, 및 상기 반응공간에 고주파 전계를 인가하기 위한 고주파 전원공급장치를 포함하고, 상기 플라즈마 발생부는 상기 플라즈마화 된 상기 제 1 불활성가스로 구성된 1차 플라즈마를 상기 반응공간으로부터 배출하며, 상기 플라즈마 팽창부는, 상기 배출된 1차 플라즈마가 거기에 충돌하도록, 주성분인 제 2 불활성가스와 그와 함께 혼합된 적정량의 반응가스를 포함하는 혼합가스 영역을 포함하고, 상기 플라즈마 팽창부는 상기 플라즈마화된 상기 혼합가스로 구성된 2차 플라즈마를 발생한다.
본 발명은 본 발명자에 의한 상압 플라즈마 를 발생하는 방법에 대한 부지런한 연구를 통하여 발견한 사실에 기초하여 완성되었으며, 방전공간으로부터 배출된 플라즈마 쪽으로 불활성가스가 공급되어 플라즈마와 불활성가스가 충돌하는 경우, 공급된 불활성가스는 전자사태 증식으로 플라즈마화 되고 플라즈마는 넓게 팽창한다. 따라서, 본 발명의 상압 플라즈마를 발생하는 방법과 장치에 따르면, 제 1 불활성가스는 고주파 전계를 인가함으로써 방전공간에서 플라즈마화 되고 1차 플라즈마로 배출된다. 1차 플라즈마는 제 2 불활성가스와 반응가스의 혼합가스 영역에서 충돌하여 1차 플라즈마가 충돌한 제 2 불활성가스는 전자사태 증식으로 플라즈마화 되고 전체 혼합가스 영역으로 팽창한다. 반응가스는 플라즈마화 된 제 2 불활성가스의 라디컬에 의해 플라즈마화 되고, 따라서 플라즈마는 방전공간에 대해 원근 방향과 평면 방향으로 넓은 범위에서 팽창하여 플라즈마 처리를 수행한다. 또한, 고주파 전계가 1차 플라즈마가 발생하는 반응공간에만 인가되기 때문에 이 방법과 장치는 적은 전력만을 필요로 한다. 입력 전원이 작기 때문에, 발생한 2차 플라즈마의 온도가 낮으며, 따라서 내열성이 낮은 부품이 실장되는 기판과 같이 내열성이 낮은 기판에 대해 플라즈마 처리를 쉽게 수행할 수 있다.
제 1 불활성가스와 제 2 불활성가스로 다양한 종류의 가스가 유용하지만, 2차 플라즈마의 팽창이 안정적으로 되고 가스 공급수단을 단순화할 수 있기 때문에 같은 종류의 불활성가스를 사용하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 아르곤, 헬륨, 크세논, 네온, 질소, 크립톤 및 이들의 하나 또는 다수 종류의 혼합가스로부터 제 1 및 제 2 불활성가스를 선택할 수 있다.
질소가스는 문자 그대로 불활성가스는 아니지만, 상압 플라즈마를 발생하는데 있어서 통상의 불활성가스처럼 동작하므로 유사한 방법으로 유용하다. 따라서, 본 발명의 예는 불활성가스로 질소가스를 포함한다.
제 2 불활성가스와 반응가스가 미리 혼합된 혼합가스를 혼합가스 영역에 공급하기 위한 혼합가스 공급수단이 제공될 수 있고, 혼합가스 영역은 제 2 불활성가스와 반응가스의 혼합가스가 그 안에 공급되도록 형성된다. 이 구성에서, 가스공급수단은 양쪽 가스를 별개로 공급하는 경우와 비교하여 간단해진다. 제 2 불활성가스와 반응가스가 균일하게 혼합되기 때문에, 2차 플라즈마는 넓은 영역에서 균일하게 안정적으로 형성되어 넓은 범위에서 플라즈마 처리를 균일하게 수행할 수 있다.
반응가스가 수소가스로 구성되고 수소가스가 혼합가스로 공급되며 4% 이하의 농도로 제 2 불활성가스와 혼합되는 것을 고려하자. 이 경우, 수소가스의 농도가 4%를 초과할 때 폭발하기 때문에 수소가스를 사용하는 것이 폭발의 위험성이 갖지만, 폭발의 위험성 없이 혼합가스를 공급하여 플라즈마 환원 처리를 안전하게 수행할 수 있다. 또한, 넓은 범위에서 이 처리를 효율적으로 수행할 수 있다.
제 2 불활성가스를 혼합가스 영역에 공급하는 제 2 불활성가스 공급수단과 반응가스를 혼합가스 영역에 공급하는 반응가스 공급수단은 별개로 제공되어 혼합가스 영역을 형성하여 제 2 불호라성가스와 반응가스를 혼합가스 영역에 별개로 공급할 수 있다. 이 경우, 반응가스는 조정된 임의 농도로 혼합될 수 있으며, 따라서 원하는 조건으로 플라즈마 처리를 수행할 수 있다.
배출된 1차 플라즈마의 외측에 제 2 불활성가스를 공급하고 제 2 불활성가스 공급영역의 외측에 반응가스를 공급하기 위해서, 제 2 불활성가스 공급수단은 플라즈마 발생부로부터 배출된 1차 플라즈마 외측에 배치되고 반응가스 공급수단은 제 2 불활성가스 공급수단의 외측에 배치된다. 1차 플라즈마가 제 2 불활성가스만의 분위기와 충돌하기 때문에, 제 2 불활성가스의 플라즈마는 제 2 불활성가스 공급영역 전체에 효율적으로 팽창한다. 반응가스를 넓게 팽창된 2차 플라즈마에 혼합하여 플라즈마화 함으로써, 넓은 범위에서 플라즈마 처리를 달성한다.
1차 플라즈마를 플라즈마 팽창부로 배출하기 위해서, 일단으로부터 혼합가스가 공급되고 기설정된 형상의 단면을 구비하는 플라즈마 팽창공간을 형성하는 플라즈마 튜브의 외주 벽에 하나 또는 다수의 플라즈마 생성부가 배치될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 팽창공간의 타단로부터 2차 플라즈마를 배출할 수 있다. 이 경우, 한 번에 넓은 범위에서 플라즈마 처리를 수행할 수 있도록, 2차 플라즈마가 플라즈마 튜브의 단면 형상과 크기에 대응하는 영역으로부터 배출될 수 있다. 가령, 가느다란 단면을 구비한 플라즈마 튜브를 사용하고 이 플라즈마 튜브의 길이 방향에 직교하는 방향으로 처리대상을 상대적으로 이송함으로써, 넓은 영역에서 플라즈마 처리를 균일하게 효율적으로 수행할 수 있다.
한편, 플라즈마 발생부와 플라즈마 팽창부가 제공될 수 있다. 플라즈마 발생부에서, 한 쌍의 전극이 그들 사이에 반응공간이 개재되도록 대향하여 배치된다. 플라즈마 발생부는 전극 중 하나가 배치된 표면에 제공된 다수의 개구로부터 1차 플라즈마를 배출한다. 플라즈마 팽창부는 1차 플라즈마가 거기에 배출되는 방법으로 플라즈마 발생부에 인접하여 배치된다. 혼합가스는 플라즈마 팽창부의 일측, 양측 또는 외주로부터 공급되고, 2차 플라즈마는 플라즈마 발생부에 대향하는 측면에 제공된 다수의 개구로부터 배출된다. 이 경우, 상압 플라즈마로 대형 평면에 한 번에 플라즈마 처리를 균일하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리방법은, 제 1 불활성가스를 플라즈마 헤드에 구비된 반응공간에 공급하고 고전압을 인가하여 상기 반응공간으로부터 1차 플라즈마를 연속하여 배출하는 단계; 주성분인 제 2 불활성가스와 그와 함께 혼합된 적정량의 반응가스를 포함하는 혼합가스 영역을 플라즈마 헤드 또는 그 주변에 형성하여 1차 플라즈마가 혼합가스 영역과 충돌하고 2차 플라즈마를 발생하도록 하는 단계; 및 처리부분에만 혼합가스 영역을 형성하고, 플라즈마 헤드와 처리대상을 상대 이송하는 중 처리부분이 플라즈마 처리를 받을 때 2차 플라즈마를 발생하여 처리대상의 처리부분에 대해 상기 발생한 2차 플라즈마를 분사하여 처리를 수행하도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 플라즈마화 된 제 1 불활성가스로 구성된 1차 플라즈마를 배출하기 위한 플라즈마 발생부와 1차 플라즈마를 제 2 불활성가스와 반응가스의 혼합가스 영역 내로 충돌시킴으로써 플라즈마화 된 혼합가스로 구성된 2차 플라즈마를 발생하는 플라즈마 팽창부를 구비한 플라즈마 헤드; 플라즈마 발생부에 상기 제 1 불활성가스를 공급하는 혼합가스 공급수단; 상기 플라즈마 발생부에 고주파 전계를 인가하기 위한 고주파 전원공급장치; 상기 제 2 불활성가스와 상기 반응가스를 상기 혼합가스 영역에 공급하기 위한 혼합가스 공급수단; 처리대상과 플라즈마 헤드를 상대적으로 이송하기 위한 이송수단; 플라즈마 헤드가 처리대상의 처리부분에 대향하여 위치하는 시간을 인지하는 수단; 및 상기 고주파 전원공급장치, 상기 각 가스 공급수단, 및 상기 이송수단을 제어하는 제어수단을 포함한다. 제어수단은, 플라즈마 헤드가 처리대상의 상기 처리부분에 대향하여 위치할 때에만 혼합가스 공급수단을 동작시킨다.
본 발명의 플라즈마 처리방법 및 장치에 따르면, 상기한 것처럼 형성된 2차 플라즈마를 처리대상의 처리부분에 분사함으로써 처리부분은 효율적으로 플라즈마 처리를 받는다. 1차 플라즈마를 계속하여 발생하는 혼합가스 영역의 형성을 중지시킴으로써, 처리부분을 제외한 다른 영역에서의 2차 플라즈마에 의한 플라즈마 처리를 순간적으로 정지시킨다. 다른 처리부분에 다가갈 때, 혼합가스 영역이 다시 형성되고, 1차 플라즈마가 유지되기 때문에, 안정된 2차 플라즈마가 거기에 순간적으로 발생한다. 그러므로, 처리대상의 처리부분에만 플라즈마 처리를 안정되고 효율적으로 수행할 수 있다. 혼합가스 영역을 형성하고 중지시킴으로써 처리와 미처리를 스위칭하므로, 혼합가스는 미처리시에 소모되지 않는다. 제 1 불활성가스의 유량도 감소할 수 있으며, 따라서 고가의 가스 소모를 줄일 수 있다. 또한, 미처리시 플라즈마 헤드를 처리대상으로부터 이격하여 이송할 필요가 없으며, 따라서 간단한 구조와 제어로 낮은 비용과 고생산성으로 처리대상의 처리부분에 플라즈마 처리를 수행할 수 있다. 또한, 고주파 전계가 플라즈마가 발생하는 반응공간에만 인가되기 때문에, 작은 전력으로 충분하다. 입력 전원이 작기 때문에, 발생한 2차 플라즈마의 온도도 낮게 유지되어 낮은 내열성을 갖는 부품이 실장되는 기판과 같은 낮은 내열성을 구비한 기판에 플라즈마 처리를 쉽게 수행할 수 있다.
이송수단이 로봇장치를 구비하고 로봇장치의 X, Y, 및 Z 방향으로 이동가능한 무버블 헤드에 플라즈마 헤드가 장착되면, 아주 상당히 융통성 있게 플라즈마 처리를 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 기판상 부품 실장방법은, 제 1 불활성가스를 반응공간에 공급하고 상기 반응공간의 주변에 배치된 안테나에 고전압을 인가하여 유도결합 플라즈마로 구성된 1차 플라즈마를 상기 반응공간으로부터 배출하는 단계; 상기 1차 플라즈마를, 주성분인 제 2 불활성가스와 그와 함께 혼합된 적정량의 반응가스를 포함하는 혼합가스 영역과 충돌하도록 하여 2차 플라즈마를 발생하는 단계; 발생한 2차 플라즈마를 기판의 부품 접합부분에 인가하여 플라즈마 처리를 수행하는 단계; 및 상기 플라즈마 처리를 수행한 상기 부품 접합부분에 부품을 접합하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 기판 실장장치는, 플라즈마 헤드와 이송수단을 구비한 플라즈마 처리부; 및 기판의 부품 접합부분 위에 부품을 접합하는 부품 접합부를 포함하며, 상기 플라즈마 헤드는 제 1 불활성가스의 유도결합 플라즈마인 1차 플라즈마를 배출하는 유도결합 플라즈마 발생부와, 상기 1차 플라즈마를 제 2 불활성가스와 반응가스를 포함하는 혼합가스 영역과 충돌하도록 하여 상기 플라즈마화 된 혼합가스로 구성된 2차 플라즈마를 발생하는 플라즈마 팽창부를 구비하고, 상기 이송수단은 상기 플라즈마 헤드가 상기 기판의 상기 부품 접합부분을 따라 상대 이동하는 방법으로 상기 기판과 상기 플라즈마 헤드를 상대적으로 이송한다.
본 발명의 기판상 부품을 실장하는 방법 및 장치에 의하면, 높은 플라즈마 농도를 갖는 유도결합 플라즈마로 구성된 1차 플라즈마가 제 2 불활성가스와 반응가스의 혼합가스 영역과 충돌하기 때문에, 1차 플라즈마가 충돌하는 제 2 불활성가스는 전자사태 증식으로 플라즈마화 되고 전체 혼합가스 영역으로 팽창하며, 플라즈마화 된 제 2 불호라성가스의 라디컬 등은 플라즈마화 되어 있는 반응가스로 구성된 2차 플라즈마를 발생한다. 그 결과, 종래 용량결합 플라즈마보다 더 높은 플라즈마 밀도와 더 낮은 플라즈마 온도를 구비한 2차 플라즈마를 발생한다. 2차 플라즈마를 기판의 부품 접합부분에 2차 플라즈마를 인가함으로써, 열에 의한 기판의 손상 없이 짧은 시간에 원하는 플라즈마 처리를 효율적으로 수행할 수 있다. 부품은 플라즈마 처리를 받은 후 부품 접합부분에 접합되기 때문에, 부품은 높은 접합강도와 높은 신뢰성으로 접합된다. 부품 실장단계에서 플라즈마 처리를 수행함으로써, 고생산성으로 기판에 부품을 실장할 수 있다.
기판이 플랫 패널 디스플레이용 패널이고, 접합부분이 패널의 단부에 제공된 연결 전극이며, 부품은 연결 전극에 부착된 이방 도전성 막과 그 위에 임시로 또는 최종으로 가압 피팅(fitting)된 플랫 패널 디스플레이 구동용 전자부품이고, 부품 실장단계가 플라즈마 처리단계, 이방 도전성 막 부착단계, 임시 가압-피팅 단계, 및 최종 가압-피팅 단계를 포함하는 경우를 고려하자. 이 경우, 단일 부품실장 라인을 이용하여 고생산성으로, 구동용 전자부품이 이방 도전성 막을 통하여 실장되는 플랫 패널 디스플레이를 제조할 수 있다. 플랫 패널 디스플레이의 크기가 10인치 이상인 경우, 앞의 효과가 특히 크게 나타난다.
플라즈마 처리단계에서 혼합가스의 반응가스가 산소가스를 함유하면, 패널의 연결 전극의 표면은 효과적으로 개질된다. 이방 도전성 막의 접합강도는 플라즈마 처리가 없는 경우보다 1.3 내지 2배 증가하므로, 접합강도와 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.
플라즈마 처리부의 처리 시간이 이방 도전성 막 부착부, 임시 가압-피팅부, 및 최종 가압-피팅부 중 최단 처리시간인 경우, 플라즈마 처리부가 부품실장 라인에 추가된다면, 플라즈마 처리부가 없는 경우와 동일한 택 타임으로 플랫 패널 디스플레이를 제조할 수 있다.
동일한 장치가 플라즈마 처리부와 이방 도전성 막 부착부를 포함하고 그것의 처리시간이 임시 가압-피팅부와 최종 가압-피팅부의 최단 처리시간보다 짧다면, 이방 도전성 막을 부착하는 처리시간이 임시 가압-피팅와 최종 가압-피팅의 처리시간보다 짧은 경우, 남는 시간을 이용하여 플라즈마 처리를 수행할 수 있다. 따라서, 플랫 패널 디스플레이를 고생산성으로 제조할 수 있다.
이송수단이 로봇장치를 구비하고 플라즈마 헤드가 로봇장치의 X, Y, 및 Z 방향으로 이송가능한 무버블 헤드에 장착되면, 기판을 기설정된 위치에 고정하고 플라즈마 헤드를 부품 실장부분을 따라 이송함으로써 부품 접합부분에 적절하고 효율적으로 플라즈마 처리를 수행할 수 있다. 따라서, 임의의 기판을 융통성 있게 플라즈마 처리를 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 플라즈마 발생 원리에 대한 설명도이다.
도 2A 내지 2C는 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 제 1 실시 예의 구조를 나타내며, 도 2A는 길이방향 단면도이고, 도 2B는 사시도이고, 도 2C는 부품의 형상이 부분적으로 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 3은 플라즈마 친수성 처리 후 물방울의 접촉각에 대한 설명도이다.
도 4A 내지 4B는 제 1 실시 예의 변형 예의 구조를 나타내는데, 도 4A는 제 1 변형 예의 종단면도이고, 도 4B는 제 2 변형 예의 사시도이다.
도 5A 내지 5B는 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 제 2 실시 예의 구조를 나타내는데, 도 5A는 종단면도이고, 도 5B는 사시도이다.
도 6A 내지 6B는 제 2 실시 예의 변형 예의 구조를 나타내는데, 도 6A는 제 1 변형 예의 종단면도이고, 도 4B는 제 2 변형 예의 종단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 제 3 실시 예의 종단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 제 4 실시 예를 나타내는데, 도 8A는 종단면도이고, 도 8B는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 제 5 실시 예를 나타내는데, 도 9A는 사시도이고, 도 9B는 종단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 제 6 실시 예의 종단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 제 7 실시 예의 전체 구조를 나타내는 사시도이다.
도 12A 내지 12B는 처리대상의 예를 나타내는데, 도 12A는 처리대상의 일 예를 나타내는 평면도이고, 도 12B는 처리대상의 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 13은 제 7 실시 예에 따른 제어구조의 블록도이다.
도 14는 제 7 실시 예에 따른 가스공급부와 유량제어부의 구조를 나타낸다.
도 15는 제 7 실시 예에서의 동작 설명도이다.
도 16A 내지 16B는 본 발명의 실시 예와 종래 예의 동작을 비교하는 설명하는 도면으로, 도 16A는 제 7 실시 예의 동작상태를 설명하는 도면이고, 도 16B는 종래 예의 동작상태를 설명하는 도면이다.
도 17A 내지 17B는 본 발명의 제 8 실시 예에 따른 부품실장장치를 나타내는 데, 도 17A는 전체 구조의 사시도이고, 도 17B는 처리공정의 설명도이다.
도 18A 내지 18D는 액정패널의 제조공정을 나타내는 사시도이다.
도 19A 내지 19B는 액정패널의 플라즈마 처리부분을 나타내는데, 도 19A는 정렬 상태의 평면도이고, 도 19B는 부분 단면도이다.
도 20A 내지 20B는 본 발명의 제 9 실시 예에 따른 부품실장장치를 나타내는데, 도 20A는 전체 사시도이고, 도 20B는 처리공정의 설명도이다.
도 21은 플라즈마 발생 원리의 설명도이다.
도 22는 종래 상압 플라즈마 발생장치에 따른 종래 예 1의 정면도이다.
도 23은 플라즈마 발생의 다른 원리의 설명도이다.
도 24는 종래 상압 플라즈마 발생장치에 따른 종래 예 2의 정면도이다.
도 25는 종래 상압 플라즈마 발생장치에 따른 종래 예의 사시도이다.
도 26A 내지 26B는 액정패널의 접촉 전극부에 대한 종래 플라즈마 처리법에 따른 종래 예 4를 나타내는데, 도 26A는 사시도이고, 도 26B는 종단면도이다.
본 발명의 실시 예를 이하 설명한다.
(제 1 실시 예)
도 1 내지 4B를 참조하여, 본 발명의 상압 플라즈마 발생장치의 제 1 실시 예를 지금부터 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생방법의 원리를 설명한다. 도 1의 예에서는, 아르곤이 제 1 불활성가스로 사용되고, 헬륨이 제 2 불 활성가스로 사용되고, 산소가 반응가스로 사용되며, 제 1 불활성가스와 산소의 혼합가스가 공급된다. 아르곤이 공급되고 고주파 전계가 반응공간 1에 인가되기 때문에, 반응공간 1의 아르곤 원자는 방전 플라즈마의 전자에 의해 여기되거나 이온화되어 아르곤 라디컬(Ar*), 아르곤 이온(Ar+), 및 전자가 된다. 고에너지를 갖는 준 안정상태의 아르곤 라디컬(Ar*)은, 주변의 원자가 여기되거나 이온화되도록 하여 안정화 상태로 돌아갈 목적으로 주변의 동종 또는 이종의 원자와 반응하며, 따라서 플라즈마 반응이 전자사태 증식으로 일어난다. 이와 같이 발생한 1차 플라즈마는 반응공간 1로부터 배출된다. 헬륨과 산소의 혼합가스가 반응공간 1에서 배출된 1차 플라즈마에 공급되기 때문에, 1차 플라즈마의 아르곤 라디컬(Ar*)에 의해 여기되거나 이온화된 헬륨 원자(He)는 헬륨 라디컬(He*), 헬륨 이온(He+), 및 전자가 된다. 발생한 헬륨 라디컬(He*)은 전자사태 증식으로 상기의 반응을 전개시키며, 따라서 헬륨 라디컬(he*)이 발생한다. 또한, 그 주변의 산소원자(O)는 헬륨 라디컬(He*)에 의해 여기되거나 이온화되어 산소 라디컬(O*), 산소이온(O+), 및 전자가 된다. 산소 라디컬(O*)은 처리대상 S의 표면 물질과 반응하고 표면을 개질하거나 표면의 유기물질과 반응하여 이를 제거하는 플라즈마 처리를 수행한다. 따라서, 반응공간과 처리대상 간의 거리 L이 크더라도, 평면상 넓은 범위에서 산소 라디컬(O*)에 의한 플라즈마 처리를 수행할 수 있다.
이하, 도 2A 내지 2C를 참조하여 이 실시 예에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 구체적인 구조의 예를 설명한다. 도 2A와 2B에 나타낸 바와 같이, 상압 플라즈마 발생장치는 유전체로 구성된 원통형 반응용기(2)를 구비하며, 이 반응용기(2)는 횡단면이 원형이고 플라즈마 발생부의 역할을 하는 반응공간(1)을 형성한다. 코일형상의 안테나(3)는 반응용기(2)의 외주면에 배치된다. 고주파 전원공급장치(4)가 안테나(3)에 고주파 전압을 인가하여 반응공간(1)에 고주파 전계를 인가하고 제 1 불활성가스(5)가 반응용기(2)의 상단(2a)으로부터 공급되어 유도결합 플라즈마인 1차 플라즈마(6)가 반응용기(2)의 하단(2b)에서 배출된다. 혼합 가스용기(7)는 반응용기(2)의 하단(2b) 외주면에 배치되어 플라즈마 팽창부로 역할하며, 혼합 가스용기의 외주면에는 내측으로 혼합가스(8)를 공급하기 위한 다수의 가스 유입구(9)가 있다. 혼합 가스용기(7)는 반응용기(2)의 하단(2b) 아래로 연장한다. 1차 플라즈마(6)가 충돌하여 2차 플라즈마(11)를 발생하는 혼합가스 영역(10)은 반응용기(2)의 하단(2b) 아래에 형성된다. 혼합가스 영역(10)의 하단은 개방된다. 혼합가스용기(7)의 형상은 도 2B에서 개방된 하단을 구비한 원통이지만, 도 2C에 나타낸 바와 같이 개방된 하단을 구비한 모서리를 갖는 박스일 수 있다.
상기한 구조에서, 1차 플라즈마(6)가 반응용기(2)의 하단(2b)으로부터 배출되는 동안 혼합가스(8)가 혼합가스용기(7)에 공급되기 때문에, 1차 플라즈마(6)는 혼합가스 영역(10)의 혼합가스(8)와 충돌하여 2차 플라즈마(11)를 발생한다. 2차 플라즈마(11)는 혼합가스 영역(10)의 전 영역으로 팽창하고 이에 더하여 혼합가스 영역(10)의 아래쪽으로 배출된다. 처리대상 S에 2차 플라즈마(11)를 인가함으로써 원하는 플라즈마 처리를 수행한다. 2차 플라즈마(11)가 이와 같이 팽창함으로써, 반응용기(2)의 하단(2b)과 처리대상 S 간의 거리가 크더라도 반응용기(2)의 단면적과 비교하여 평면 방향으로 넓은 영역에서 플라즈마 처리를 수행할 수 있다.
구체적인 예를 설명한다. 상기 장치의 구조에 대해서, 반응용기(2)의 내경 R1은 0.8㎜, 혼합가스용기(7)의 내경 R2는 5㎜, 혼합가스용기(7)의 하단과 처리대상 S 간의 거리 L2는 1㎜, 그리고 반응용기(2)의 하단과 혼합가스용기(7)의 하단 간의 거리 L2는 4㎜이다. 제 1 불활성가스(5)는 유량 500sccm의 아르곤 가스이다. 다음의 가스가 혼합가스용기(7)에 공급되는 가스로 사용되고, 플라즈마에 의한 플라즈마 친수 처리가 퍼리 대상 S의 표면에 수행된다.
실 예 1: 제 2 불활성가스로 역할하는 아르곤 가스(유량 500sccm)와 반응가스로 역할하는 산소 가스(유량 50sccm)의 혼합가스,
실 예 2: 제 2 불활성가스로 역할하는 헬륨 가스(유량 500sccm)와 반응가스로 역할하는 산소 가스(유량 50sccm)의 혼합가스,
비교 예 1: 반응가스로 역할하는 산소 가스(유량 500sccm)만의 단일 가스,
비교 예 2: 반응가스로 역할하는 산소 가스(유량 50sccm)만의 단일 가스.
이어, 처리대상 S의 표면에 물을 떨어뜨리고, 도 3과 같이 물방울의 접촉각 θ를 측정하여 물에 대한 친화도를 판정한다.
항목 공급가스의 실험 조건 실험의 판정결과 (접촉각 θ: 도)
공급가스 조건 불활성가스 (sccm) 산소가스 (sccm)
비교 예 1 산소만 0 500 107
비교 예 2 산소만 0 50 108
실 예 1 아르곤과 산소의 혼합 500 50 8
실 예 2 헬륨과 산소의 혼합 500 50 8
[표 1]은 결과를 나타낸다. [표 1]로부터, 반응가스가 제 2 불활성가스와 혼합된 실 예 1과 2에서 플라즈마 처리가 효율적으로 수행되고 친수성이 얻어지지만, 반응가스만을 사용하는 비교 예 1과 2에서는 플라즈마 처리의 결과가 거의 얻어지지 않음을 알 수 있다.
도 2A와 2B의 예에서, 혼합가스용기(7)는 원통 형상을 갖는다. 그러나, 도 4A에 나타낸 것처럼, 혼합가스용기(7)는, 가스 유입구(9)로부터 공급되는 혼합가스(8)가 반응용기(2)의 하단(2b)에서 배출되는 1차 플라즈마(6)와 더 효과적으로 충돌하여 2차 플라즈마(11)를 더 효율적으로 발생하도록 직경이 아래쪽으로 갈수록 감소하는 접촉 헤드를 갖는 역 깔때기 형상으로 형성될 수 있다. 도 2A와 2B의 예에서, 다수의 가스 유입구(9) 모두로부터 혼합가스(8)가 혼합가스용기(7)에 공급된다. 그러나, 도 4B에 나타낸 것처럼, 제 2 불활성가스(12)와 반응가스(13)가 각 가스 유입구(9)를 통하여 독립적으로 공급되어 이 가스들이 혼합가스용기(7)에서 혼합되어 혼합가스 영역(10)을 형성하도록 한다.
이 실시 예에서, 제 2 불활성가스(12)와 반응가스(13)의 혼합비를 변경한 경우 효과상 실험결과를 설명한다. 고주파 전원공급장치(4)의 주파수는 100㎒이고 그 출력은 40W이다. 반응용기(2)에 공급된 제 1 불활성가스(5)로 아르곤이 사용되었고 그 유량은 50sccm이었다. 플라즈마 튜브(21)에 공급된 혼합가스(8)에 대해서, [표 2]와 [표 3]에 나타낸 것처럼, 500sccm 또는 1000sccm의 유량을 갖는 헬륨이나 아르곤이 제 2 불활성가스(12)로 사용되었고, 처리대상 S의 표면에 플라즈마 친수 처리를 수행하기 위해 50sccm과 500sccm 사이에서 유량을 가변하면서 반응가스(13)로 산소가스를 사용하였다. 이후, 처리대상 S의 표면의 물방울의 접촉각을 측정하여 표면의 친수도를 측정하였다.
항목 제 1 불활성 가스 제 2 불활성 가스 반응가스 반응가스의 혼합비(%) 접촉각
Ar He O2
실 예 3 50 500 50 9 6
실 예 4 50 500 100 17 5
실 예 5 50 500 250 33 93
실 예 6 50 500 350 41 130
실 예 7 50 500 500 50 136
항목 제 1 불활성 가스 제 2 불활성 가스 반응가스 반응가스의 혼합비(%) 접촉각
Ar He O2
실 예 8 50 500 50 9 5
실 예 9 50 500 100 17 6
실 예 10 50 500 250 33 66
실 예 11 50 500 350 41 119
실 예 12 50 500 500 50 125
실 예 13 50 1000 100 9 5
실 예 14 50 1000 200 17 5
실 예 15 50 500 25 5 5
[표 2]와 [표 3]은 결과를 나타낸다. [표 2]와 [표 3]으로부터 알 수 있듯이, 제 2 불활성가스(12)가 헬륨인지 아르곤인지에 관계없이 유사한 결과가 얻어지며, 반응가스(13)의 혼합 체적비가 20% 이하인 경우, 높은 플라즈마 처리 효과를 얻는다.
(제 2 실시 예)
본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 제 2 실시 예를 도 5A 내지 6B를 참조하여 설명한다. 이하의 기술에서, 상기의 실시 예와 같은 성분에 대해서는 같은 부호를 참조할 것이며, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다. 주로 차이에 대해서만 설명할 것이다.
상기의 제 1 실시 예는 원통형 반응용기(2), 그 외주면에 배치되어 반응용기(2)에 고주파 전계를 인가하는 안테나(3), 및 반응용기(2)의 하단(2b) 외주면에 배치된 혼합가스용기(7)가 사용된 예를 개시하였다. 도 5A와 5B에 나타낸 것처럼, 제 2 실시 예는 플라즈마 발생부로 역할하는 가느다란 직사각 횡단면을 구비한 직사각 튜브 형상의 반응용기(14)를 구비하며, 한 쌍의 전극(15a, 15b)이 서로 대향하는 긴 벽에 배치된다. 반응용기(14) 전체는 유전체로 구성되거나, 유전체가 전극(15a, 15b)에 대향하는 벽 중 적어도 하나에 배치된다. 고주파 전원공급장치(4)는 전극(15a, 15b) 사이에 고주파 전압을 인가하여 반응용기(14)의 방전공간(1)에 고주파 전계를 인가한다. 따라서, 반응용기(14)의 상단으로부터 제 1 불활성가스(5)를 공급하고, 반응공간(1)에 고주파 전계를 인가함으로써, 1차 플라즈마(6)가 반응용기(14)의 하단으로부터 배출된다. 또한, 플라즈마 팽창부로 역할하는 혼합가스용기(16)는 반응용기(14)의 하단 측에 인접하여 배치된다. 제 2 불활성가스와 반응가스의 혼합가스(8)는 혼합가스용기(16)의 상부에 배치된 가스 유입구(17)로부터 공급된다. 또한, 개방 하단을 구비한 혼합가스 영역(10)은, 1차 플라즈마(6)가 혼합가스용기(16)로부터 혼합가스 영역(10)으로 흐르는 혼합가스와 충돌하도록 반응용기(14)의 외측벽과 양단 벽 및 혼합가스용기(16)를 아래쪽으로 확장하여 형성된다.
또한, 이 실시 예에서, 혼합가스 영역(10)에서 1차 플라즈마(6)와 혼합가스(8)의 충돌은 2차 플라즈마(11)를 발생하고 이 2차 플라즈마(11)는 전 영역으로 팽창한다. 2차 플라즈마(11)가 혼합가스 영역(10)의 하단 개방부로부터 아래쪽으로 배출되므로, 처리대상 S에 2차 플라즈마(11)를 인가하여 원하는 플라즈마 처리를 수행한다.
도 5A와 5B에 나타낸 예에서, 혼합가스용기(16)는 반응용기(14)의 일측에 배치된다. 그러나, 도 6A에 나타낸 것처럼, 1차 플라즈마(6)가 양측으로부터 공급되는 혼합가스(8)와 효과적으로 충돌하도록, 혼합가스용기(16)가 반응용기(14)의 양측에 배치될 수 있다. 또한, 도 6B에 나타낸 것처럼, 1차 플라즈마(6)가 혼합가스(8)와 더 효과적으로 충돌하고 2차 플라즈마(11)가 더 효과적으로 발생하도록, 양측의 혼합가스용기(16)의 측벽은 안쪽으로 경사질 수 있다.
(제 3 실시 예)
도 7을 참조하여 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 제 3 실시 예를 설명한다.
앞의 제 1 및 제 2 실시 예에서, 혼합가스(8)를 공급하기 위한 혼합가스용기(7, 16)는 반응용기(2, 14)의 하단 외주면에 배치되었다. 이 실시 예에서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제 2 불활성가스(12)를 공급하기 위한 불활성가스용기(18)가 반응용기(2, 14)의 외주면 또는 양측에 배치된다. 반응가스(13)를 공급하기 위한 반응가스용기(19)는 불활성가스용기(18)의 외주면 또는 양측에 배치되고, 혼합가스 영역(10)은 반응가스용기(19)의 외측 벽을 아래쪽으로 연장하여 그 내부에 형성된다.
이 구조에 의하면, 반응용기(2, 14)로부터 배출된 1차 플라즈마(6)가 먼저 불활성가스용기(18)로부터 공급된 제 2 불활성가스(12)만의 분위기와 충돌하고, 제 2 불활성가스(12)는 효율적으로 플라즈마화 되며 플라즈마화 된 제 2 불활성가스(12)는 전 혼합가스 영역(10)으로 팽창한다. 반응가스(13)가 플라즈마화 된 제 2 불활성가스(12) 내로 혼합되므로, 반응가스(13)는 효율적으로 플라즈마화 되고 2차 플라즈마로서 팽창하여 더 넓은 범위에서 플라즈마 처리를 수행할 수 있게 된다.
(제 4 실시 예)
본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 제 4 실시 예를 도 8A와 8B를 참조하여 이하 설명한다.
앞의 제 1 실시 예는 반응용기(2)가 전체 길이에 걸쳐 원통 형상으로 형성된 예를 개시하였다. 그러나, 이 실시 예에서, 도 8A와 8B에 나타낸 것처럼, 반응용기(2)의 하단(2b) 부근은 그 직경이 아래쪽으로 확장하는 깔때기 형상부(20)로 형성된다.
이 구조에 의하면, 1차 플라즈마(6)가 확산되도록 반응용기(2)로부터 혼합가스 영역(10)으로 배출되므로, 1차 플라즈마(6)의 라디컬은 혼합가스 영역(10)에 공급된 혼합가스(8) 내로 효율적으로 혼합된다. 혼합가스(8)의 제 2 불활성가스(12)와 반응가스(13)는 효율적으로 플라즈마화 되고 1차 플라즈마(11)로 팽창하여, 넓은 범위에서 플라즈마 처리를 더 효율적으로 수행할 수 있게 된다. 이 실시 예의 구조는 같은 방법으로 상기의 제 2 실시 예에 적용할 수 있다.
(제 5 실시 예)
본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 제 5 실시 예를 도 9A와 9B를 참조하여 설명한다.
앞의 제 2 실시 예는 가느다란 직사각 형상의 횡단면을 구비한 반응용기(14)가 사용되고 혼합가스용기(160가 반응용기(14)의 일측 또는 양측에 배치된 예를 개시하였다.이 실시 예에서, 도 9A에 도시한 것처럼, 횡단면이 직사각 형상을 갖고 그 내부에 혼합가스 영역(10)을 형성하는 플라즈마 튜브(21)가 배치되며, 제 2 불활성가스(12)와 반응가스(13)의 혼합가스(8)는 플라즈마 튜브(21)의 상단(21a)으로부터 공급된다. 플라즈마 발생부로 역할하는 다수의 반응용기(2)는, 1차 플라즈마(6)를 혼합가스 영역(10)으로 배출하도록, 플라즈마 튜브(12)의 외주 벽에 적절한 간격으로 배치된다. 제 1 불활성가스(5)가 각 반응용기(2)에 공급되고, 고주파 전원공급장치(4)는 각 반응용기(2)의 외주면에 배치된 코일 형상의 안테나(3)에 고주파 전압을 인가한다. 플라즈마 튜브(21)에서, 1차 플라즈마(6)가 배출되는 반응용기(2)의 배치 위치 아래의 혼합가스 영역(10)의 하부는 플라즈마 팽창공간(22)이 되며, 2차 플라즈마(11)가 플라즈마 튜브(21)의 하단으로부터 배출된다.
이 실시 예에 따르면, 2차 플라즈마(11)는 플라즈마 튜브(21)의 횡단면의 형성과 크기에 대응하는 영역으로부터 배출되어, 한 번에 더 넓은 범위에서 플라즈마 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 9A에 나타낸 것처럼 직사각 형상의 횡단면을 갖는 플라즈마 튜브(12)를 사용하는 경우, 플라즈마 튜브(21)의 길이방향에 수직인 방향으로 처리대상 S를 상대적으로 이동함으로써, 더 넓은 영역에서 플라즈마 처리를 균일하고 효율적으로 수행할 수 있다.
상기한 제 1 내지 제 5 실시 예 중 어느 것에 따른 상압 플라즈마 발생장치는 간단한 구조를 가지며, 따라서 로봇장치의 X, Y 및 Z 방향으로 이동할 수 있는 무빙 헤드(moving head)에 쉽게 장착할 수 있다. 따라서, 다양한 처리대상의 임의 부분과 영역, 특히 미세 영역에 대해 플라즈마 처리를 정교하고 효율적으로 수행할 수 있다. 이에 따라, 아주 높은 융통성을 갖는 간단한 플라즈마 처리장치를 제공할 수 있다.
(제 6 실시 예)
본 발명의 상압 플라즈마 발생장치의 제 6 실시 예를 도 10을 참조하여 설명한다.
이 실시 예에서, 도 10에 나타낸 바와 같이, 평평한 반응공간(24)을 개재하도록 배치된 수직방향으로 대향하는 한 쌍의 전극(25a, 25b)을 포함하는 중공형 평평한 플레이트 형상의 플라즈마 발생부(23)가 제공된다. 제 1 불활성가스(5)는 상부 전극(25a)에 배치된 가스 공급파이프(26)로부터 반응공간(24) 내로 공급되고, 하부전극(25b)에 배치되고 반응공간(24)의 저면에 제공된 다수의 개구(27)로부터 1차 플라즈마(6)를 배출하도록 고주파 전원공급장치(4)는 전극(25a)과 전극(25b) 사이에 고주파 전압을 인가한다. 1차 플라즈마(6)기 내부 혼합가스 영역(23) 내로 배출되도록 하는 방식으로 플라즈마 발생부(23)의 하부에 인접한 플라즈마 팽창부(28)가 있다. 제 2 불활성가스(12)와 반응가스(13)의 혼합가스(8)는 혼합가스 영역(29)의 외주면에 제공된 가스 공급 헤더(30)로부터 혼합가스 영역(29) 내로 공급된다. 개구(27)로부터 배출된 1차 플라즈마(6)가 혼합가스(8)와 충돌하는 경우, 2차 플라즈마(11)가 발생한다. 이어, 2차 플라즈마(11)는 플라즈마 발생부(23)의 반대쪽의 플라즈마 팽창부(28)의 저면에 제공된 다수의 개구(31)로부터 배출된다.
플라즈마 발생부(23)의 하부 전극(25b)은 개구(27)에 대응하는 개구를 갖는 다공성 금속판으로 구성된다. 또한, 세라믹과 같은 전극(36)은 적어도 전극(25b)의 상면 및 적절하게는 플라즈마에 노출된 양면 위에 일체로 배치되며, 개구(27)는 이를 통하여 형성된다. 상기의 구조를 갖는 상압 플라즈마 발생장치는 프로세싱 챔버(32)의 상부에 배치되고, 이송수단(33)은 프로세싱 챔버(32)의 하부에 배치되는데, 이송수단(33)은 처리대상 S을 플라즈마 팽창부(28) 아래의 반대쪽 위치로 이송하여 그 위치에 고정하며 플라즈마 처리 후 이를 이송한다. 가스 공급 파이프(26)는 프로세싱 챔버(32)의 밀봉 벽을 통하여 절연부재(34)를 통하여 외부로 연장한다. 가스 공급 헤더(30)의 외주 벽은 프로세싱 챔버(32)의 외부 벽이며, 혼함가스(8)를 가스 공급 헤더(30)에 공급하기 위한 가스 유입구(35)는 프로세싱 챔버(32)의 외주 벽에 제공된다.
이 실시 예에 따르면, 1차 플라즈마(6)는 플라즈마 발생부(23) 저면의 다수의 개구(27)로부터 플라즈마 팽창부(28)의 혼합가스 영역(29) 내로 배출된다. 플라즈마화 되어 있는 혼합가스(8)는 2차 플라즈마(11)를 발생하고, 2차 플라즈마(11)는 거의 전면에 걸쳐 플라즈마 팽창부(28) 저면의 다수의 개구(31)로부터 균일하게 배출된다. 이어, 이송수단(33)에 의해 이송되어 위치가 고정된 처리대상 S의 표면은 한 번에 균일하게 플라즈마 처리가 이루어진다. 따라서, 상압 플라즈마에 의해 넓은 영역의 평평한 면에 대해 한 번에 균일하게 플라즈마 처리를 수행할 수 있다.
(제 7 실시 예)
본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생장치의 제 7 실시 예를 도 11 내지 16B를 참조하여 설명한다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치(41)는 3축 방향으로 위치를 이동하여 고정하는 이송수단으로 역할하는 로봇장치(42)를 구비한다. 로봇장치(42)는 수평면에서 직교하는 2축 방향(X-Y 축 방향)에서 위치를 이동하여 고정할 수 있는 이송부재(43)와, 수직방향(Z축 방향)으로 위치를 이동하여 고정하도록 이송부재(43)에 부착된 무버블 헤드(44)와, 및 무버블 헤드(44)에 제공된 플라즈마 헤드(50)를 구비한다. 반면, 반입반출부(45)는 플라즈마 헤드(50)의 이송가능 범위의 하한 위치로 처리대상 S를 반입하거나 반출하여 기설정된 위치에 정렬하여 고정한다.
도 12A와 12B에 나타낸 바와 같이, 처리대상 S에는, 플라즈마 처리를 수행할 분리된 다수의 처리부분(46)이 있다. 이와 같은 처리대상 S로서, 도 12A에 나타낸 바와 같이, 전자부품을 실장하기 위한 랜드 영역이 처리부분(46)에 대응하는 회로기판(47)의 예와, 도 12B에 나타낸 바와 같이, 이방 도전성 막 부착 영역이 처리부분(46)에 대응하는 액정패널 및 플라즈마 표시패널과 같은 플랫 패널 디스플레이(48)의 예가 있으며, 플라즈마 처리에 의해 각각 랜드의 표면은 재질되고 부착 영역은 세정된다.
상기한 제 1 내지 제 5 실시 예의 장치를 플라즈마 헤드(50)로 적용할 수 있지만, 도 2A 내지 2C에 나타낸 제 1 실시 예에 따른 장치가 이 실시 예에 적용된다. 도 13을 참조하면, 플라즈마 처리장치(41)의 제어 구조로서, 제어부(51)는, 메모리부(52)에 미리 저장된 운영 프로그램과 제어 데이터에 기초하여, 플라즈마 헤드(50)의 이송수단으로 역할하는 로봇장치(42), 고주파 전원공급장치(4), 및 가스 공급부(53)에서 플라즈마 헤드(50)로의 가스 공급을 제어하는 유량 제어부(54)를 제어한다. 처리대상 S의 처리부분 위에 플라즈마 헤드(50)가 대향하여 위치하는 타이밍에 기초하여, 다시 말해, 처리부분(46)에 대한 처리의 개시와 종료를 판정하기 위한 처리개시 판정수단(55)과 처리종료 판정수단(56)으로부터 입력된 신호에 기초하여, 제어부(51)가 유량 제어부(54)를 제어하는 경우, 처리부분(46)에 대한 플라즈마 처리를 수행하라는 처리개시 신호에 의해 혼합가스(8)가 혼합가스용기(7)에 공급되고, 처리부분(46)에 대한 플라즈마 처리를 종료하라는 처리종료 신호에 의해 혼합가스(8)의 공급이 중지된다. 이 실시 예에서, 처리개시 판정수단(55)과 처리종료 판정수단(56)은 메모리부(52)에 저장된 제어 데이터를 로봇장치(42)로부터의 현재 위치 데이터를 비교하여 개시와 종료를 판정하지만, 플라즈마 헤드(50)가 처리부분(46)의 개시점과 종료점에 대향하여 위치할 때 개시와 종료를 판정하는 수단이 별도로 제공될 수 있다. 제어부(51)와 로봇장치(42)는 분리되는 대신 일체로 제공될 수 있다.
가스 공급부(53)와 유량 제어부(54)는 각각 구체적으로 도 14에 나타낸 바와 같은 구조를 갖는다. 즉, 가스 공급부(53)는 제 1 불활성가스(5)를 공급하기 위한 제 1 불활성가스 공급원(57)과 제 2 불활성가스와 반응가스의 혼합가스(8)를 공급하기 위한 혼합가스 공급원(58)을 구비하며, 압력조정 밸브(57a, 58a)가 각각 가스 유출구에 제공된다. 제 1 불활성가스(5)는 유량계 등으로 구성된 제 1 유량제어기(59)를 통하여 반응용기(2)에 공급된다. 혼합가스(8)는 유량계 등과 개폐 제어밸브(61)로 구성된 제 2 유량제어기(60)를 통하여 혼합가스용기(7)에 공급된다. 개폐 제어밸브(61)와 제 1 및 제 2 유량제어기(59, 60)는 유량제어부(54)를 구성하며, 제어부(51)는 각 부분을 제어한다.
상기의 구조에서, 1차 플라즈마(6)의 충돌에 의해 발생한 2차 플라즈마(11)는 플라즈마 헤드(50)에서 아래쪽으로 배출되고, 2차 플라즈마(11)를 처리대상 S의 처리부분(46)에 적용함으로써, 원하는 플라즈마 처리를 수행한다. 이어, 2차 플라즈마(11)는 상기한 바와 같이 대규모로 전개하므로, 반응용기(2)의 하단(2b)과 처리대상 S 사이의 거리가 크더라도, 반응용기(2)의 단면적과 비교하여 넓은 면적에 대해 플라즈마 처리를 평면 방향으로 짧은 시간에 효율적이고 확실하게 수행할 수 있다.
이하, 상기한 구조를 구비한 플라즈마 처리장치에 의해 처리대상 S의 처리부분(46)에 대한 플라즈마 처리공정을 설명한다.
반입반출부(45)가 기설정된 위치에 처리대상 S를 반입하여 고정할 때, 로봇장치(42)는 동작을 개시하여 플라즈마 헤드(50)를 처리대상 S의 제 1 처리부분(46)의 처리 개시점으로 이동시킨다. 이어, 제 1 불활성가스(5)가 플라즈마 생성부로 역할하는 반응용기(2)에 공급되고, 고주파 전원공급장치(4)가 고주파 전계를 인가한다. 플라즈마 점화기(미도시)가 순간적으로 고압을 발생하므로, 1차 플라즈마(6)가 발생한다. 1차 플라즈마(6)는 혼합가스용기(7) 내로 배출되고 이후 이 상태가 연속하여 유지된다.
플라즈마 헤드(50)가 이 상태에서 처리 개시점에 접근할 때, 도 15에 나타낸 것처럼, 처리개시 판정수단(55)의 감지신호가 시점 t0점에서 올라온다. 개폐 제어밸브(61)는 즉시 개방되고 혼합가스(8)가 바로 이어지는 시점 t1에서 혼합가스용기(7)에 공급된다. 상기한 바와 같이 2차 플라즈마(11)가 발생하고 처리부분(46)에 플라즈마 처리가 개시되며, 이어 플라즈마 처리 상태를 유지하면서 처리부분(46) 위로 플라즈마 헤드(50)를 이송함으로써 처리부분(46)에 대해 플라즈마 처리를 수행한다. 이어, 처리종료 판정수단(56)의 감지신호가 시점 t2에서 떨어지고, 개폐 제어밸브(61)가 즉시 닫힌다. 혼합가스용기(7)로의 혼합가스(8)의 공급은 바로 이어지는 시점 t3에서 중지되어 2차 플라즈마(11)의 발생을 중지하며, 이에 따라 플라즈마 처리가 즉시 중지된다. 따라서, 제 1 처리부분(46)에 대한 플라즈마 처리는 종료된다.
다음, 로봇장치(42)의 동작은 계속되고, 플라즈마 헤드(50)는 처리대상 S의 다음 처리부분(46)의 처리 개시점으로 이동한다. 이 시간 동안, 혼합가스용기(7) 내로 배출된 1차 플라즈마(6)의 상태는 유지되지만, 플라즈마 처리가 전혀 수행되지 않도록 2차 플라즈마(11)는 발생하지 않는다. 이어, 시점 t4에서 처리 개시점에 도달할 때, 처리개시 판정수단(55)의 감지신호가 올라온다. 개폐 제어밸브(61)는 즉시 개방되고, 혼합가스(8)는 바로 이어지는 시점 t5에서 혼합가스용기(7)에 공급되어 2차 플라즈마(11)를 발생하고 상기한 바와 같이 다른 처리부분(46)에 대해 플라즈마 처리를 시작한다. 그 후, 처리대상 S의 모든 처리부분(46)의 플라즈마 처리를 끝낼 때까지 앞의 동작이 반복된다. 모든 처리부분(46)의 플라즈마 처리가 종료된 때, 반입반출부(45)는 처리대상 S를 반출하고 다른 처리대상 S를 반입하여 동일한 방법으로 플라즈마 처리를 수행한다.
상기한 바와 같이, 혼합가스용기(7)로의 혼합가스(8)의 공급과 중지는 2차 플라즈마(11)의 형성과 중지를 스위칭한다. 따라서, 이 실시 예에 따르면, 도 16A에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 헤드(50)가 지점 A에서 제 1 처리부분(46)의 처리 개시점 B로 하향 이동한 후, 플라즈마 헤드(50)를 처리 종료점 C(= D)으로 이동함으로써, 제 1 처리부분(46)의 플라즈마 처리를 수행한다. 플라즈마 헤드(50)는 계속하여 그 높이를 유지한 채 다음 처리부분(46)의 처리 개시점 E(= F)으로 이동하고, 그 지점에서 처리 종료점 G(= H)으로 이동하는 중에 플라즈마 처리가 수행된다. 이어, 플라즈마 헤드(50)는 동일 지점 H로부터 다음 처리부분(46)으로 이송된다. 상기의 동작을 안정적으로 반복함으로써 플라즈마 헤드(50)의 수직 위치를 유지하면서 단지 다수의 처리부분(46)에 대해서만 플라즈마 처리를 수행한다. 플라즈마 헤드(50)의 이송 경로가 직선이고 그것의 이송제어가 용이하므로, 고생산성을 갖고 플라즈마 처리를 수행할 수 있다.
반대로, 도 16B에 나타낸 바와 같이, 종래 플라즈마 헤드(50)는 지점 A에서 제 1 처리부분(46)의 처리 개시점 B가 플라즈마 처리를 받는 수직 위치로 이송되고, 이어 플라즈마 헤드(50)를 처리 종료점 Cdh 이송함으로써, 제 1 처리부분(46)에 대한 플라즈마 처리를 수행한다. 이어, 플라즈마 헤드(50)는 처리대상 S가 플라즈마 처리를 받지 않는 수직 위치 D로 상승하고 그 높이를 유지한 채 다음 처리부분(46)의 처리 개시점 F 위에 있는 위치 E로 이송된다. 다음, 플라즈마 헤드(50)는 지점 E에서 플라즈마 처리가 수행될 수 있는 지점 F로 하향 이송되고, 처리 종료점 G로 이동하면서 플라즈마 처리가 수행된다. 이어, 플라즈마 헤드(50)는 위치 H로 상승하여 다음 처리부분(46)으로 이동한다. 이러한 동작을 반복함으로써, 플라즈마 헤드(50)의 이동 경로와 이동제어가 복잡하게 되고, 이에 따라 플라즈마 처리의 생산성이 악화되는 문제점이 있다.
앞의 실시 예에서, 플라즈마 헤드(50)를 구비한 로봇장치(42)는 플라즈마 헤드(50)를 처리대상 S로 상대 이송하는 이송수단으로 사용되지만, 이송수단은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 처리대상 S를 운반하는 운반수단이 이송수단으로 사용될 수 있고 플라즈마 헤드(50)는 고정될 수 있다. 이와 달리, 각 처리대상 S를 이송하는 수단과 플라즈마 헤드(50)가 제공될 수 있다.
(제 8 실시 예)
본 발명에 따른 부품실장장치가 플랫 패널 디스플레이의 일 예인 액정디스플레이에 구동부품을 실장하는 부품실장장치에 적용되는 제 8 실시 예를 도 17A 내지 19B를 참조하여 설명한다.
도 17A와 17B에서, 71은 플라즈마 처리부(72), 이방 도전성 막 부착부(73), 임시 가압-피팅부(74), 및 최종 가압-피팅부(75)를 포함하는 액정패널용 부품실장장치를 나타낸다. 운반수단(미도시)에 의해 반입된 액정패널(76)은 플라즈마 처리부(72)에 수용되어 플라즈마 처리로 부품 접합부분(77)에 대해 표면 개질을 수행한다. 다음, 액정패널(76)은 이방 도전성 막 부착부(73)로 운반되고, 액정패널(76)의 부품 접합부분(77)은 이방 도전성 막 부착수단(73a)의 바로 아래의 위치에 고정되어 이방 도전성 막을 부품 접합부분(77)에 부착한다. 다음, 액정패널(76)은 임시 가압-피팅부(74)로 운반되어 액정패널(76)을 구동하는 IC 및 TAB 보드와 같이 부품 공급기(74a)가 공급하는 전자부품이 이방 도전성 막(78) 위에 가압 피팅된다. 이어, 액정패널(76)은 최종 가압-피팅부(75)로 이송되고 가압-피팅 기구(75a)는 고온과 고압으로 임시 가압-피팅된 부분을 각각 설치하여 전자부품(79)을 실장한다.
이하, 도 18A 내지 18D를 참조하여 액정패널(76)의 조립 공정을 설명한다. 액정패널(76)은 두 개의 유리기판(80a, 80b) 사이에 개재된 액정을 구성된다. 하나의 유리기판(80a)의 측단부는 돌출되어 돌출부(81)를 제공하고 액정을 구동하기 위한 전극에 연결된 연결 전극(82)이 돌출부(81)의 내부 면에 제공된다. 액정패널(76)이 작은 경우, 도 17B에 나타낸 예와 같이 돌출부(81)는 하나의 측단부에만 제공되고, 액정패널(76)이 중간 크기인 경우, 도 18B에 나타낸 것처럼 L 형상으로 인접하는 두 개의 측단부에 제공되며, 액정패널(76)이 큰 경우, U 형상으로 인접하는 3개의 측단부에 제공된다. 도 18A를 참조하면, 편광판(83a, 83b)은 돌출부(81)를 제외하고 액정패널(76)의 양 표면에 미리 부착되며, 액정패널(76)은 도 18B에 나타낸 상태에서 부품실장장치(71)로 운반된다. 부품실장장치(71)에서, 전자부품(79)은 상기한 바와 같이 이방 도전성 막을 통하여 돌출부(81)에 제공된 연결 전극(82)에 접합하도록 실장된다. 도 18C에 나타낸 상태에서 액정패널(76)이 이송되어, 도 18D에 나타낸 것처럼, 각 전자부품(79)은 인쇄회로보드(84)에 접합하고 액정패널(76)은 액정표시장치(미도시)에 설치된다.
이와 같은 액정패널(76)에서, 전자부품(79)이 접합하는 기설정된 길이 L3의 다수의 부품 접합부분(77)이 도 19A에 나타낸 것처럼 확정된 간격으로 하나의 유리기판(80a)의 돌출부(81)에 제공되며, 바람직하게 부품 접합부분(77)만 플라즈마 처리공정에서 플라즈마 처리한다. 도 19B에 나타낸 것처럼, 돌출부(81)의 폭 사이즈 L4가, 특히 액정 구동 IC가 그 위에 실장될 때 중형 또는 대형 액정패널(76)에서 수 내지 40㎜인 경우가 있다. 그 경우, 플라즈마 처리를 하는 영역은 커진다. 따라서, 플라즈마 처리부(72)가 통상의 용량결합 플라즈마를 적용하여 플라즈마 처리를 수행할 때 많은 시간이 걸리며, 따라서 이어지는 이방 도전성 막 부착부(73), 임시 가압-피팅부(74), 및 최종 가압-피팅부(75)의 택 타임에 플라즈마 처리를 맞추는 것은 불가능하다. 따라서, 플라즈마 처리부(72), 이방 도전성 막 부착부(73), 임시 가압-피팅부(74), 및 최종 가압-피팅부(75)의 라인을 구비한 부품실장장치(71)를 구현하는 것이 불가능하다.
이 실시 예에 따른 플라즈마 처리부(72)는, 도 17A에 나타낸 것처럼, 3축 방향으로 이송가능하고 고정가능한 이송수단으로 역할하는 로봇장치(85)를 구비하며, 플라즈마 헤드(50)는 X-Y-Z 3축 방향으로 이송가능하고 고정가능한 무버블 헤드(85a)에 장착된다. 액정패널(76)은 반입반출부(미도시)에 의해 플라즈마 헤드(50)의 이송가능 범위 내에서 반입 및 반출되며 기설정된 위치에 정렬 및 고정된다.
플라즈마 헤드(50)는 제 1 실시 예의 도 2A와 2C에 나타낸 구조를 갖는다. 플라즈마 처리부(72)는 도 13의 제어 구조를 가지며, 그 내부의 가스공급부와 유량제어부의 구조는 제 7 실시 예의 도 14의 구조와 동일하다. 또한, 플라즈마 처리부(72)에 의한 액정패널(76)의 부품 접합부분(77)의 플라즈마 처리공정은 도 15를 참조하여 설명한 상기 제 7 실시 예와 기본적으로 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다. 처리공정에 따르면, 플라즈마 헤드(50)의 이송 경로는 상기한 바와 같이 직선이고 이송제어는 용이하므로, 고생산성으로 플라즈마 처리를 수행할 수 있다.
처리 택 타임의 예로, 10 내지 20인치의 액정패널(76)의 경우, 이방 도전성 막 부착부(73)는 5 내지 7초, 임시 가압-피팅부(74)는 8 내지 15초, 그리고 최종 가압-피팅부(75)는 8 내지 15초 걸린다. 바람직하게, 플라즈마 처리부(72)의 처리 택 타임은 이방 도전성 막 부착부(73)의 택 타임보다 짧게 설정되며, 이 실시 예는 이를 구현할 수 있다.
앞의 실시 예에서, 플라즈마 헤드(50)를 구비한 로봇장치(85)가 플라즈마 헤드(50)를 액정패널(76)로 상대 이송하는 이송수단으로 사용되었지만, 이송수단은 이에 한정되지 않는다. 가령, 액정패널(76)을 운반하는 운반수단이 이송수단으로 사용될 수 있으며, 플라즈마 헤드(50)는 고정하여 배치될 수 있다. 한편, 액정패널(76)과 플라즈마 헤드(50)를 각각 이송하는 수단이 제공될 수 있다.
(제 9 실시 예)
도 20A와 20B를 참조하여 본 발명에 따른 부품실장장치의 제 9 실시 예를 설명한다.
이 실시 예에서, 도 20A와 20B에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 헤드(50)를 구비한 로봇장치(85)는, 이방 도전성 막 부착부(73)의 이방 도전성 막 부착수단(73a)과 간섭하지 않도록 반입반출부(미도시) 위에 배치된다. 따라서, 플라즈마 처리부(72)와 이방 도전성 막 부착부(73)는 나란히 배치된다.
이 실시 예에서, 플라즈마 처리공정의 처리 택 타임을 3 내지 8초로 설정함으로써, 플라즈마 처리부(72), 이방 도전성 막 부착부(73), 임시 가압-피팅부(74), 및 최종 가압-피팅부(75)의 각 처리 택 타임을 8 내지 15초로 단일화할 수 있다. 따라서, 간단한 장비에 의해 고생산성으로 액정패널(76) 위에 전자부품을 실장할 수 있다.
앞의 실시 예에서는 액정패널(76)과 같은 플랫 패널 디스플레이에 플랫 패널 디스플레이를 구동하기 위한 전자부품(79)을 실장하는 예만을 기술하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 임의의 전자 부품이 다양한 종류의 기판 위에 실장되는 경우, 바람직하게 본 발명은 부품을 실장하기 전 플라즈마 처리에 의해 기판의 부품 접합부분을 세정하고 그 표면을 개질하는데 적용될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제 1 불활성가스가 반응공간에서 플라즈마화 되고 1차 플라즈마로 배출된다. 1차 플라즈마는 제 2 불활성가스와 반응가스의 혼합가스와 충돌하여 전자사태 증식을 갖는 플라즈마 반응을 일으키며, 2차 플라즈마가 전 혼합가스 영역에 넓게 팽창한다. 따라서, 반응공간에 대해 원근 방향과 평면 방향으로 넓은 범위에서 플라즈마 처리를 수행할 수 있다. 넓은 범위에서 플라즈마 처리를 수행하는 상압 플라즈마가 작은 입력 전원으로 발생하며, 따라서 본 발명은 상압 플라즈마 발생장치에 적절하게 사용될 수 있다. 특히, 본 발명은 3차원 로봇장치에 장착된 소형 상압 플라즈마 발생장치에 적절하게 사용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 상압 플라즈마를 발생하는 방법으로,
    제 1 불활성가스(5)를 반응공간(1, 24)에 공급하고 고주파 전계를 인가하여 플라즈마화 된 상기 제 1 불활성가스로 구성된 1차 플라즈마(6)를 상기 반응공간으로부터 배출하는 플라즈마 발생단계; 및
    상기 1차 플라즈마가 거기에 충돌하도록 주성분인 제 2 불활성가스(12)와 그와 함께 혼합된 적정량의 반응가스(13)를 포함하는 혼합가스 영역(10, 29)을 형성하여 플라즈마화 된 혼합가스(8)로 구성된 2차 플라즈마를 발생하는 플라즈마 팽창단계를 포함하는 상압 플라즈마 발생방법.
  2. 제 1 불활성가스(5)를 플라즈마 헤드(50)에 구비된 반응공간(1, 24)에 공급하고 고전압을 인가하여 상기 반응공간으로부터 1차 플라즈마(6)를 연속하여 배출하는 단계;
    주성분인 제 2 불활성가스(2)와 그와 함께 혼합된 적정량의 반응가스(13)을 포함하는 혼합가스 영역(10, 20)을 상기 플라즈마 헤드 또는 그 주변에 형성하여 상기 1차 플라즈마가 상기 혼합가스 영역과 충돌하고 2차 플라즈마(11)를 발생하도록 하는 단계; 및
    처리부분에만 혼합가스 영역을 형성하고, 상기 플라즈마 헤드와 처리대상(S)을 상대 이송하는 중 상기 처리부분(46)이 상기 플라즈마 처리를 받을 때 상기 2차 플라즈마를 발생하여 상기 처리대상의 상기 처리부분에 대해 상기 발생한 2차 플라즈마를 분사하여 상기 처리를 수행하도록 하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리방법.
  3. 기판상에 부품을 실장하는 방법으로,
    제 1 불활성가스(5)를 반응공간(1, 24)에 공급하고 상기 반응공간의 주변에 배치된 안테나(3)에 고전압을 인가하여 유도결합 플라즈마로 구성된 1차 플라즈마(6)를 상기 반응공간으로부터 배출하는 단계;
    상기 1차 플라즈마를, 주성분인 제 2 불활성가스(12)와 그와 함께 혼합된 적정량의 반응가스(13)를 포함하는 혼합가스 영역(10, 29)과 충돌하도록 하여 2차 플라즈마(11)를 발생하는 단계;
    상기 발생한 2차 플라즈마를 기판(76)의 부품 접합부분(77)에 인가하여 플라즈마 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 플라즈마 처리를 수행한 상기 부품 접합부분에 부품(19)을 접합하는 단계를 포함하는 기판상 부품 실장방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 기판(76)은 플랫 패널 디스플레이용 패널이고, 상기 부품 접합부분(77)은 상기 패널의 일단에 제공된 연결 전극(82)이고, 상기 부품은 상기 연결 전극에 부착된 이방 도전성 막(78)과 그 위에 임시 또는 최종 가압 피팅된 상기 플랫 패널 디스플레이를 구동하기 위한 전자 부품(79)을 포함하며,
    부품 실장단계는 플라즈마 처리단계, 이방 도전성 막 부착단계, 임시 가압-피팅 단계, 및 최종 가압-피팅 단계를 포함하는 기판상 부품 실장방법.
  5. 상압 플라즈마 발생장치로,
    플라즈마 발생부(2, 14, 21, 23)와 플라즈마 팽창부(7, 16, 22, 28)를 포함하며,
    상기 플라즈마 발생부는 반응공간(1, 24), 제 1 불활성가스(5)를 상기 반응공간에 공급하기 위한 제 1 불활성가스 공급수단(57, 59), 및 상기 반응공간에 고주파 전계를 인가하기 위한 고주파 전원공급장치(4)를 포함하고, 상기 플라즈마 발생부는 상기 플라즈마화 된 상기 제 1 불활성가스로 구성된 1차 플라즈마(6)를 상기 반응공간으로부터 배출하며,
    상기 플라즈마 팽창부는, 상기 배출된 1차 플라즈마가 거기에 충돌하도록, 주성분인 제 2 불활성가스(12)와 그와 함께 혼합된 적정량의 반응가스(13)를 포함하는 혼합가스 영역(10, 29)을 포함하고, 상기 플라즈마 팽창부는 상기 플라즈마화된 상기 혼합가스로 구성된 2차 플라즈마(11)를 발생하는 상압 플라즈마 장치.
  6. 플라즈마 처리장치로,
    상기 플라즈마화 된 제 1 불활성가스(5)로 구성된 1차 플라즈마(6)를 배출하기 위한 플라즈마 발생부(2, 14, 21, 23)와 상기 1차 플라즈마를 제 2 불활성가 스(12)와 반응가스(13)의 혼합가스 영역(10, 29) 내로 충돌시킴으로써 상기 플라즈마화 된 혼합가스(8)로 구성된 2차 플라즈마(11)를 발생하는 플라즈마 팽창부(7, 16, 22, 28)를 구비한 플라즈마 헤드(50);
    상기 플라즈마 발생부에 상기 제 1 불활성가스를 공급하는 혼합가스 공급수단(57, 59);
    상기 플라즈마 발생부에 고주파 전계를 인가하기 위한 고주파 전원공급장치(4);
    상기 제 2 불활성가스와 상기 반응가스를 상기 혼합가스 영역에 공급하기 위한 혼합가스 공급수단(58,60);
    처리대상(S)과 상기 플라즈마 헤드를 상대적으로 이송하기 위한 이송수단(42);
    상기 플라즈마 헤드가 상기 처리대상의 처리부분(46)에 대향하여 위치하는 시간을 인지하는 수단(55, 56); 및
    상기 고주파 전원공급장치, 상기 각 가스 공급수단(57, 59, 58, 60), 및 상기 이송수단을 제어하며, 상기 플라즈마 헤드가 상기 처리대상의 상기 처리부분에 대향하여 위치할 때에만 상기 혼합가스 공급수단을 동작시키는 제어수단(51)을 포함하는 플라즈마 처리장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 이송수단(42)은 로못장치(42)를 포함하며, 상기 플라즈마 헤드(50)는 상기 로봇장치의 X, Y, 및 Z 방향으로 이송가능한 무버블 헤드(44)에 장착되는 플라즈마 처리장치.
  8. 부품 실장장치로,
    플라즈마 헤드(50)와 이송수단(85)을 구비한 플라즈마 처리부(72); 및
    기판(76)의 부품 접합부분(77) 위에 부품(78, 79)을 접합하는 부품 접합부(73, 74, 75)를 포함하며,
    상기 플라즈마 헤드(50)는 제 1 불활성가스(5)의 유도결합 플라즈마인 1차 플라즈마(6)를 배출하는 유도결합 플라즈마 발생부(2, 14, 21)와, 상기 1차 플라즈마를 제 2 불활성가스(12)와 반응가스(13)를 포함하는 혼합가스 영역(10, 29)과 충돌하도록 하여 상기 플라즈마화 된 혼합가스로 구성된 2차 플라즈마(11)를 발생하는 플라즈마 팽창부(7, 16, 22)를 구비하고,
    상기 이송수단(85)은 상기 플라즈마 헤드가 상기 기판(76)의 상기 부품 접합부분(77)을 따라 상대 이동하는 방법으로 상기 기판(76)과 상기 플라즈마 헤드(50)를 상대적으로 이송하는 부품 실장장치.
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