KR20090055619A - 플라즈마 발생장치 및 그를 구비한 소재 처리장치 - Google Patents

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KR20090055619A
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히데타카 마쯔우치
류이치 이와사키
히로후미 만카와
시게루 마수다
마사아키 미케
이상훈
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노리츠 고키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 발생장치는, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부; 마이크로파를 전파시키는 도파관; 마이크로파가 전파되는 방향으로 서로로부터 분리되도록 상기 도파관에 연결되고, 마이크로파를 수신하며, 상기 마이크로파의 에너지를 바탕으로 플라즈마화 가스를 발생시키고 방사하는 다수 개의 플라즈마 발생 노즐; 및 상기 플라즈마 발생 노즐들의 일부 또는 전체에 상응하며 마이크로파가 전파되는 방향에서 소정의 거리로 서로가 떨어져 있는 후방 위치에 놓이도록 상기 도파관에 각각이 배치되는 다수 개의 스터브;를 포함하여 제공된다.
Figure P1020097007006
플라즈마, 마이크로파, 도파관, 노즐, 스터브

Description

플라즈마 발생장치 및 그를 구비한 소재 처리장치{Plasma generator and work processing apparatus provided with the same}
본 발명은 기판 등의 피 처리 소재에 대하여 플라즈마를 조사함으로써 그 표면을 청정화하고 표면 개질을 도모하며 다른 처리를 실현하는 것이 가능한 플라즈마 발생장치 및 그를 구비한 소재 처리 장치에 관한 것이다.
일례로, 소재 처리장치는 반도체 웨이퍼 등의 처리될 소재에 대하여 플라즈마를 조사하는 것이 공지되었다. 상기 장치에 의해서 표면으로부터 유기 오염물이 제거되고, 표면의 품질이 개선되고, 소재가 식각되고, 박막이 형성되고, 박막이 제거되거나, 다른 처리가 행해진다. 일례로, 플라즈마 처리장치는 일본특허공개공보 제2003-197397호에 개시되었다. 플라즈마 발생 노즐은 동심형의 내측 도전체와 외측 도전체를 포함하여 이용된다. 상기 내측 도전체와 외측 도전체 사이에, 고주파 펄스 전계가 인가되게 하고, 그에 의해 아크 방전이 아닌 글로우 방전을 발생시켜서 플라즈마가 발생될 수 있도록 한다. 상기 장치에서는, 가스 공급원으로부터 공급되는 처리 가스를 두 도전체 사이에서 선회시키면서 노즐의 베이스 단부로부터 자유단부를 향하게 한다. 그에 의해 밀도있는 플라즈마가 자유단부에서 처리될 소재로 방사하기 위해 발생된다. 이는 상압 하에서 고밀도의 플라즈마를 확보할 수 있게 하고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래발명에서는, 비록 단일 플라즈마 발생 노즐 등의 사용을 보이고 있지만, 다수 개의 플라즈마 발생 노즐들로 이루어져 있는 것이 언급되지 않고 있다. 따라서, 대면적의 소재나 다수 개의 피처리 소재를 통합하여 처리하는 데에 있어서, 다수 개의 플라즈마 발생 노즐을 이용하여 다양한 형상으로 이루어진 소재들에 플라즈마를 균일하게 인가시키기 위한 방법을 예측할 수 있거나 도달할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 플라즈마로 처리될 다수 개의 피처리 소재나 대면적의 소재를 균일하게 조사할 수 있는 플라즈마 발생장치 및 그를 이용한 소재 처리장치를 제공하는 데에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 성취하기 위해서, 본 발명의 일태양에 따른 플라즈마 발생장치는, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부; 마이크로파를 전파시키기 위한 도파관; 마이크로파가 전파되는 방향으로 서로로부터 분리되도록 상기 도파관에 부착되고, 마이크로파를 수신하며, 상기 마이크로파의 에너지를 바탕으로 플라즈마화 가스를 발생시키고 방사하는 다수 개의 플라즈마 발생 노즐; 및 상기 플라즈마 발생 노즐들의 일부 또는 전체에 상응하며 마이크로파가 전파되는 방향에서 소정의 거리로 서로가 떨어져 있는 후방 위치에 놓이도록 상기 도파관에 각각이 배치되는 다수 개의 스터브;를 포함한다.
또한, 상기 소재에 소정의 처리를 제공하기 위해서 플라즈마로 소재를 조사하는 본 발명의 다른 태양에 따른 소재 처리장치는, 상술된 형상으로 이루어진 상기 플라즈마 발생장치; 및 상기 플라즈마 발생장치가 플라즈마화 가스를 방사하는 방향을 가로지르는 평면 위에 서로에 관계하여 소재 및 플라즈마 발생장치를 이송시키는 이송 기구;를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소재 처리장치로서 그의 전체 형상을 보인 사시도.
도 2는 도 1과 다른 각도로 플라즈마 발생 유닛을 보인 사시도.
도 3은 소재 처리장치를 부분적으로 보이고 있는 측면도.
도 4는 도파관에서 도파관, 플라즈마 발생 노즐 및 스터브 튜너 장치의 배열을 보이고 있는 평면도.
도 5는 하나의 플라즈마 발생 노즐을 전개도로서 보이고 있는 두 개의 플라즈마 발생 노즐에 대한 확대 측면도.
도 6은 도 5의 플라즈마 발생 노즐의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 보이고 있는 단면도.
도 7은 플라즈마 발생에 있어서 플라즈마 발생 상태를 보이고 있는 개략측면도.
도 8은 스터브 튜너의 배치를 보이고 있는 개략단면도.
도 9는 소재 처리 장치의 제어시스템을 보이고 있는 블록도.
도 10, 도 11a, 도 11b 및 도 12는 도파관 내에서의 도파관, 플라즈마 발생 노즐들 및 스터브 튜너의 배열에 있어서 여러가지 변화를 보이고 있는 평면도.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소재 처리장치(S)로서 그의 전체 형상을 보인 사시도이다. 상기 소재 처리장치(S)는, 플라즈마로 처리될 소재(W)를 조사하기 위해 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생 유닛(PU)(즉, 플라즈마 발생장치); 및 플라즈마가 인가되는 영역을 지나 소정의 루트(route) 위로 소재(W)를 이송시키는 이송 기구(C)로 형상지어진다.
도 2는 도 1과 다른 각도로 플라즈마 발생 유닛(PU)을 보인 사시도이다. 도 3은 플라즈마 발생 유닛(PU)을 부분적으로 보이고 있는 측면도이다. 도 1 내지 도 3에서, X-X 방향은 전후 방향; Y-Y 방향은 좌우 방향; Z-Z 방향은 상하 방향을 나타낸다. 그리고, -X 방향은 전방향, +X 방향은 후방향, -Y방향은 좌방향, +Y 방향은 우방향, -Z방향은 하방향, +Z방향은 상방향을 지시한다.
상기 플라즈마 발생 유닛(PU)은 마이크로파를 이용하여 상온 상압에서 플라즈마를 발생할 수 있는 유닛이다. 상기 플라즈마 발생 유닛(PU)은, 마이크로파를 전파시키는 도파관(10); 상기 도파관(10)의 일단부(좌측)에 배치되며 소정 파장의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생 유닛(20); 상기 도파관(10)에 설치된 플라즈마 발생부(30); 상기 도파관(10)의 타단부(우측)에 배치되며 마이크로파를 흡수하는 더미 로드(40); 상기 도파관(10)으로 방출된 마이크로파 중 반사 마이크로파가 마이크로파 발생 유닛(20)으로 되돌아오지 않도록 분리하는 서큘레이터(50); 상기 서큘레이터(50)에서 분리된 반사 마이크로파를 흡수하는 더미 로드(60); 및 상기 도파관(10)과 플라즈마 발생 노즐(31) 사이의 임피던스 정합을 도모하는 스터 브 튜너(70);를 포함하여 구성한다.
상기 이송 기구(C)는 구동 수단(미도시)에 의해 회전되는 이송 롤러(80)를 포함하여 구성된다. 상기 실시예에서는 평판형의 소재(W)가 이송 기구(C)에 의해 이송되는 일례를 개시하고 있다.
상기 도파관(10)은 알루미늄과 같은 비자성 금속으로 이루어지며, 직사각 단면인 장척의 관형상을 이루고 있다, 상기 도파관(10)은 마이크로파 발생 유닛(20)에 의해 발생된 마이크로파를 플라즈마 발생부(30)로 향하게 하여 그 길이 방향으로 전파시키기 위해 사용된다. 상기 도파관(10)은 분할된 다수 개의 도파관 피스가 서로의 플랜지부끼리 연결된 연결체로 구성되어 있다. 일단측부터 순서대로 마이크로파 발생 유닛(20)이 탑재되는 제1 도파관 피스(11), 스터브 튜너(70)가 장착된 제2 도파관 피스(12) 및 플라즈마 발생부(30)가 설치되어 있는 제3 도파관 피스(13)가 연결되어 이루어진다. 상기 제1 도파관 피스(11)와 제2 도파관 피스(12) 사이에는 서큘레이터(50)가 배치되어 있으며, 제3 도파관 피스(13)의 타단측에는 더미 로드(40)가 연결되어 있다.
상기 제1 도파관 피스(11), 제2 도파관 피스(12) 및 제3 도파관 피스(13) 각각은 금속 평판으로 이루어지는 상판, 하판 및 두 장의 측판을 이용하여 각통형으로 조립되며, 그 양단에 플랜지판이 부착되어 구성되어 있다. 그러나, 이러한 평판의 조립에 의하지 않고, 압출 성형이나 판상 부재의 절곡 가공 등에 의해 형성된 사각형 도파관 피스 또는 비분할형의 도파관을 사용하도록 할 수도 있다. 또한, 도파관은 사각형 단면으로 국한되지 않으며, 따라서 예를 들어 단면이 타원형인 도파 관이 이용될 수 있다. 또한, 상기 도파관은 비자성 금속에 한정되지 않으며, 도파 작용을 갖는 각종 부재로 도파관을 구성할 수 있다.
상기 마이크로파 발생 유닛(20)은, 예를들어 2.45GHz 주파수의 마이크로파를 발생시키는 마그네트론과 같은 마이크로파 발생원을 구비하는 유닛 본체부(21); 및 상기 유닛 본체부(21)에서 발생된 마이크로파를 도파관(10)의 내부로 방출하는 마이크로파 송신 안테나(22)를 구비하여 구성되어 있다. 상기 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛(PU)에서는, 예를 들어 1W∼3kW의 마이크로파 에너지를 출력할 수 있는 연속 가변형의 마이크로파 발생 유닛(20)이 바람직하게 사용된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 마이크로파 발생 유닛(20)은, 유닛 본체부(21)로부터 마이크로파 송신 안테나(22)가 돌출되어 설치된 형태의 것이며, 제1 도파관 피스(11)에 놓이고 고정된다. 상세하게 설명하면, 상기 유닛 본체부(21)는 제1 도파관 피스(11)의 상판(11U)에 놓여진다. 그 다음, 마이크로파 송신 안테나(22)가 상판(11U)에 형성된 관통공(111)을 지나고 제1 도파관 피스(11) 내부의 도파 공간(110)으로 돌출되도록 고정된다. 상술된 바와 같은 형상에 따르면, 마이크로파, 예를 들어 송신 안테나(22)로부터 방출된 예컨대 2.45GHz의 주파수가 도파관(10)에 의해 그 일단부(좌측)에서 타단부(우측)을 향하여 전파된다.
상기 플라즈마 발생부(30)는 제3 도파관 피스(13)의 하판(13B)(즉, 처리 대상 소재와의 대향면)에 좌우 방향으로 일렬로 돌출되도록 하기 위해서 8 개의 플라즈마 발생 노즐(31-1 내지 31-8(이하, 도면부호 31이라 함))을 구비하여 구성되어 있다. 또한, 상기 플라즈마 발생부(30)에는, 제3 도파관 피스(13)의 상판(13U) 위 에, 플라즈마 발생 노즐(31-1 내지 31-8)들 각각에 대응되고 마이크로파가 전파되는 방향에서 각각이 후방으로 배치되는 스터브 튜너 유닛(37-1 내지 37-8(이하, 도면부호 37이라 함))들; 및 제3 도파관 피스(13)의 출구 부근에 있는 스터브 튜너 유닛(37-0);이 제공된다.
상기 플라즈마 발생부(30)의 폭, 즉 8개의 플라즈마 발생 노즐(31)이 좌우 방향으로 넓게 배치되는 폭은 평판형 소재(W)의 이송 방향과 직교하는 폭방향의 사이즈(t)와 실질적으로 동등하다. 이에 따라, 소재(W)를 이송 롤러(80)로 이송하면서 소재(W)의 전체 표면(즉, 하판(13B)과 대향하는 면)에 대하여 플라즈마 처리를 행할 수 있도록 되어 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 8개의 플라즈마 발생 노즐(31)은 도파관(10) 축이되는 제1 직선(L1) 위에 배열되도록 설정되고 마이크로파가 전파되는 방향을 따라 이동한다. 8개의 플라즈마 발생 노즐(31)이 배열되는 간격은 도파관(10) 내에 전파된 마이크로파의 파장(λG)에 따라 결정된다. 예를 들어, 파장(λG)의 1/2 피치 또는 1/4 피치로 플라즈마 발생 노즐(31)들에 배열되는 것이 바람직하다. 만약 2.45GHz 주파수의 마이크로파가 이용될 경우에는 λG=230mm이 된다. 그에 의해, 115mm(λG/2) 피치 또는 57.5mm(λG/4) 피치로 플라즈마 발생 노즐(31)들을 배열하면 된다.
각 스터브 튜너 유닛(37)은 제1 직선(L1)으로부터 오프셋되는 제1 직선(L1)에 대하여 평행한 제2 직선(L2) 위에 배열된다. 각 스터브 튜너 유닛(37)은 각 플라즈마 발생 노즐(31)에 대응되며 마이크로파가 전파되는 방향에서 후방 위치에 배 치된다. 상기 플라즈마 발생 노즐(31)과 같은 동일한 방법으로, 상기 스터브 튜너 유닛(37)은 제2 직선(L2) 위에서 파장(λG)의 1/2 피치 또는 1/4 피치로 배열되어야 한다. 결과적으로, 각 스터브 튜너 유닛(37)은 각 플라즈마 발생 노즐(31)의 배열 피치의 1/2로 후방으로 이동하도록 배열되고, 즉 상술된 바와 같은 파장(λG)의 1/4 피치 또는 1/8(one-eighth) 피치로 후방으로 이동한다.
상기 제1 직선(L1)과 제2 직선(L2) 사이의 오프셋 거리(offset distance)는, 예를 들어 플라즈마 발생 노즐(31) 또는 스터브 튜너 유닛(37)의 배열 피치의 1/4 피치, 또는 파장(λG)의 1/8 피치 또는 1/16 피치로 설정된다.
일례로 도 4는 플라즈마 발생 노즐(31) 및 스터브 튜너 유닛(37)의 배열 피치가 λG/4로 설정되는 것을 보이고 있다. 따라서, 상기 플라즈마 발생 노즐(31)로부터 스터브 튜너 유닛(37)이 이동하는 거리는 λG/8이다. 또한, 일례로 도 4는 상기 제1 직선(L1)과 제2 직선(L2) 사이의 오프셋 거리는 λG/16으로 설정되는 것을 보이고 있다.
상기 스터브 튜너 유닛(37-0)은 제3 도파관 피스(13)의 출구 부근에 배치되고 어떠한 플라즈마 발생 노즐(31-1 내지 31-8)로 유도되지 않은 마이크로파를 반사시킨다. 상기 스터브 튜너 유닛(37-0)은 제1 직선(L1) 상의 위치에 배열되고 최후방 플라즈마 발생 노즐(31-8)로부터 후방으로 떨어져 배열된다. 상기 스터브 튜너 유닛(37-0) 및 플라즈마 발생 노즐(31-8) 사이의 거리는 플라즈마 발생 노즐(31)들의 배열 피치와 동등하다(즉, 상술된 도 4의 일례에서의 λG/4).
여기서, 상기 플라즈마 발생 노즐(31)들의 수가 n인 것으로 가정하자. 만약 상기 마이크로파 발생 유닛(20)의 측부로부터 카운팅된다면, (n-1)번째 플라즈마 발생 노즐(즉, 일례의 도 1 내지 도 3에서의 플라즈마 발생 노즐(31-7))은 모든 플라즈마 발생 노즐들의 최소한의 마이크로파 에너지를 갖는다. 이는 상기 (n-1)번째 플라즈마 발생 노즐로부터 전방 측에 있는 플라즈마 발생 노즐들(31-1 내지 31-(n-1))이 차례로 마이크로파 에너지를 가지기 때문이다. 이는 또한 반사를 위한 스터브 튜너 유닛(37-0)을 통해서 대부분이 집약적으로 반사된 마이크로파가 최후방의 플라즈마 발생 노즐(31-n)에 주어지기 때문이다.
따라서, 참고로서 상기 (n-1)번째 플라즈마 발생 노즐을 설정함으로써 다음에 기술된 것과 같은 방법으로 에너지가 조절될 때, 상기의 (n-1)번째 플라즈마 발생 노즐에 대응되는 스터브 튜너 유닛(37-(n-1))(즉, 도 1 내지 도 3에서의 플라즈마 발생 노즐(31-7))이 제공될 필요가 없다.
도 5는 두 개의 플라즈마 발생 노즐(31)의 확대측면도이다(하나의 플라즈마 발생 노즐(31)은 전개도로 나타내어짐). 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 보이고 있는 단면도이다. 상기 플라즈마 발생 노즐(31)들 각각은 중앙 컨덕터(32)(즉, 내부 도전체), 노즐 본체(33)(즉, 외부 도전체), 노즐 홀더(34), 밀봉 부재(35) 및 보호관(36)을 포함한다.
상기 중앙 컨덕터(32)는 구리, 알루미늄 및 황동과 같은 전도성 금속으로 이루어지며 대략 1 내지 5mm의 직경을 가진 막대 형상 부재로 형성된다. 상기 중앙 컨덕터(32)의 상단부(321)는 제3 도파관 피스(13)의 하판(13B)을 관통하며, 도파 공간(130) 내부로 소정의 길이로 돌출한다(여기서, 상기 돌출부는 수용부인 수신 안테나부(320)로써 언급된다). 한편, 상기 중앙 컨덕터(32)의 하단부(322)는 상하방향으로 노즐 본체의 하단면(331)으로서 동일 평면에 실질적으로 배치된다. 상기의 중앙 컨덕터(32)에서, 수신 안테나부(320)는 도파관(10)의 내측에 전파된 마이크로파를 수신한다. 그에 의해, 마이크로파 에너지(예를 들면, 마이크로파 전력)가 주어지는 것으로 추측된다. 상기 중앙 컨덕터(32)는 밀봉 부재(35)를 통해서 길이방향으로 실질적으로 중간 부에 지지된다.
상기 노즐 본체(33)는 전도성 재료로 이루어지고 중앙 컨덕터(32)를 수용하는 원통형 공간(332)을 포함하는 파이프와 같은 형상으로 이루어진다. 또한, 상기 노즐 홀더(34)는 전도성 재료로 이루어지고, 노즐 본체(33)를 지지하기 위해 비교적 넓은 직경으로 이루어진 하부 지지공간(341)과 밀봉 부재(35)를 지지하기 위해 비교적 좁은 직경으로 이루어진 상부 지지공간(342)을 포함한다. 한편, 상기 밀봉 부재(35)는 테플론(Teflon)(등록된 상표임)과 같은 열저항 수지로 이루어지거나 세라믹과 같은 절연재료로 이루어진다. 상기 밀봉 부재(35)는 중앙 컨덕터(32)를 확고하게 지지하기 위한 지지공(351)을 그의 중심 축을 따라 포함하는 원통형 본체이다.
상기 노즐 본체(33)는, 위로부터 순서대로, 노즐 홀더(34)의 하부 지지공간(341)에 끼워 맞춰지는 상부 트렁크부(33U); 가스 밀봉링(37, 후에 기술됨)을 지지하기 위한 환형 오목부(33S); 환형으로 돌출하는 플랜지부(33F); 및 노즐 홀더(34)로부터 돌출하는 하부 트렁크부(33B)가 제공된다. 상기 상부 트렁크부(33U)에서, 연결공(333)은 소정의 처리 가스를 원통형 공간(332)으로 공급하기 위해 사 용되도록 만들어진다.
상기 노즐 본체(33)는 중앙 컨덕터(32)의 주위에 배치된 외부 컨덕터로서 기능을 한다. 중앙 컨덕터(32)는 소정의 링형상 공간(H)(즉, 절연 간격)이 주위에 확보된 상태에서 원통형 공간(332)의 중심축 상에 삽입된다. 상기 노즐 본체(33)는, 상부 트렁크부(33U)의 외주부가 노즐 홀더(34)의 하부 유지 공간(341)의 내주벽과 접촉하도록 노즐 홀더(34)에 끼워져 결합된다. 동시에, 상기 노즐 본체(33)는 플랜지부(33F)의 상단면이 노즐 홀더(34)의 하부 단면(343)과 접촉하도록 노즐 홀더(34)에 끼워져 결합된다. 상기 노즐 본체(33)는 예컨대 플런저나 세트 나사 등을 이용하여 자유롭게 착탈되도록 노즐 홀더(34)에 고정되는 것이 바람직하다.
상기 노즐 홀더(34)는 제3 도파관 피스(13)의 하부 플레이트(13B)에 뚫린 관통공(131)에 긴밀하게 끼워져 결합되는 상부 트렁크부(34U)(상부 유지 공간(342)의 위치에 대략 대응함)와, 하부 플레이트(13B)로부터 아래 방향으로 연장되는 하부 트렁크부(34B)(하부 유지 공간(341)의 위치에 대략 대응함)를 구비하고 있다. 상기 하부 트렁크부(34B)의 외주에는 처리 가스를 상기 고리형 공간(H)으로 공급하기 위한 가스 공급공(344)이 뚫려져 있다.
미도시되었지만, 상기 가스 공급공(344)에는 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급관의 종단부가 접속되기 위한 관이음 등이 부착된다. 이러한 가스 공급공(344)과 노즐 본체(33)의 연통공(333)은 노즐 본체(33)가 노즐 홀더(34)로 정위치 끼워맞춤된 경우에 서로 연통 상태가 되도록 각각 위치 설정되어 있다. 한편, 가스 공급공(344)과 연통공(333)의 맞댐부로부터의 가스 누설을 억제하기 위하여, 노즐 본체(33)와 노즐 홀더(34) 사이에는 가스 밀봉 링(37)이 개재되어 있다.
이들 가스 공급공(344) 및 연통공(333)은 둘레 방향으로 등간격으로 복수 개 뚫려져 있을 수 있다. 또한 상기의 가스 공급공(344) 및 연통공(333)은 중심을 향하여 반경 방향으로 뚫리는 것이 아니라, 상기에 게재된 일본 특허 공개 공보 제2003-197397호에 개시된 바와 같이 처리 가스를 선회시키도록 상기 원통형 공간(332)의 외주면의 접선 방향으로 뚫려져 있을 수 있다. 또한 가스 공급공(344) 및 연통공(333)은 중앙 컨덕터(32)에 대하여 필수적으로 수직으로 되는게 아니다. 처리 가스의 흐름을 더욱 부드럽게 하기 위하여 상단부(321) 측에서 하단부(322) 측으로 비스듬히 뚫려 설치될 수 있다.
실링 부재(35)는 노즐 홀더(34)의 상부 유지 공간(342)에 유지되어 있는데, 그 결과 상기 실링 부재(35)의 하단 표면(352)이 노즐 본체(33)의 상단 표면(334)과 맞닿게 되고, 상기 실링 부재(35)의 상단 표면(353)이 노즐 홀더(34)의 상단 걸림부(345)와 맞닿는 형태로 된다. 즉, 상기 상부 유지 공간(342)에 중앙 컨덕터(32)를 지지한 상태의 실링 부재(35)가 끼워져 결합된다. 따라서 상기 하단 표면(352)이 노즐 본체(33)의 상단 표면(334)에 의해 가압된다.
보호관(36)은 소정 길이의 투명 석영 유리 파이프 등으로 형성된다. 상기 보호관(36)은 노즐 본체(33)의 원통형 공간(332)의 내경과 대략 같은 외경을 갖는다. 상기 보호관(36)은 노즐 본체(33) 하단 표면(331)에서의 이상 방전(예를 들면, 아크 방전)을 방지하고 후술하는 플룸(P)을 정상적으로 방사시키는 기능을 가진다. 상기 보호관(36)의 일부가 노즐 본체(33)의 하단 표면(331)으로부터 돌출되도록 상 기 원통형 공간(332)에 삽입된다. 한편, 보호관(36)은 그 선단부가 하단 표면(331)과 일치하도록, 혹은 하단 표면(331)보다 내측으로 들어가도록 그 전체가 원통형 공간(332)에 수납될 수 있다.
상기 플라즈마 발생 노즐(31)은 상기한 바와 같이 구성되어 있는 결과, 노즐 본체(33), 노즐 홀더(34) 및 제3 도파관 피스(13)(도파관(10))는 전기적으로 연결(그들은 동일한 전위를 가짐)된 상태로 유지된다. 한편, 중앙 컨덕터(32)는 절연성의 실링 부재(35)로 지지되어 있으므로, 상기 노즐 본체(33), 노즐 홀더(34) 및 제3 도파관 피스(13)와는 전기적으로 절연되어 있다. 따라서, 도 7에 도시한 바와 같이, 도파관(10)이 접지 전위로 된 상태에서, 중앙 컨덕터(32)의 수신 안테나부(320)에서 마이크로파가 수신되어 중앙 컨덕터(32)로 마이크로파 전력이 공급되면, 그 하단부(322) 및 노즐 본체(33)의 하단 표면(331) 근방에 전계 집중부가 형성되게 된다.
이러한 상태에서, 가스 공급공(344)으로부터 예컨대 산소 가스나 공기와 같은 산소계의 처리 가스가 링형상 공간(H)으로 공급되면, 상기 마이크로파 전력에 의해 처리 가스가 여기되어 중앙 컨덕터(32)의 하단부(322) 부근에서 플라즈마(즉, 이온화 가스)가 발생한다. 상기 플라즈마는 전자 온도가 수 만도이나, 가스 온도는 외계 온도에 가까운 반응성 플라즈마(중성 분자에 의해 결정된 가스 온도에 비하여 전자에 의해 결정된 전자 온도가 매우 높은 상태의 플라즈마)로서, 상압 하에서 발생하는 플라즈마이다.
이와 같이 하여 플라즈마화된 처리 가스는 가스 공급공(344)으로부터 제공되 는 가스 흐름에 의해 플룸(P)으로서 노즐 본체(33)의 하단 표면(331)으로부터 배출되거나 방사된다. 상기 플룸(P)에는 라디칼이 포함되며, 예컨대 처리 가스로서 산소계 가스를 사용하면 산소 라디칼이 생성되게 한다. 이는 유기물의 분해 및 제거 작용, 레지스트 제거 작용 등을 갖는 플룸(P)으로 만들 수 있다. 본 실시 형태에 따른 플라즈마 발생 유닛(PU)에서는 플라즈마 발생 노즐(31)이 복수 개 배열되어 있으므로, 좌우 방향으로 연장되는 라인 형태의 플룸(P)을 발생시키는 것이 가능해진다.
또한, 처리 가스로서 아르곤 가스 또는 질소 가스와 같은 불활성 가스를 사용하면, 각종 기판의 표면 세정이나 표면 개질을 수행할 수 있다. 또한 불소를 함유하는 화합물 가스를 사용하면 기판 표면을 발수성 표면으로 개질할 수 있다. 대조적으로, 친수기를 포함하는 화합물 가스를 사용함으로써 기판 표면을 친수성 표면으로 개질할 수 있다. 더욱이, 금속 원소를 포함하는 화합물 가스를 사용하면 기판 상에 금속 박막층을 형성할 수 있다.
각 플라즈마 발생 노즐(31)에 대하여, 광학 섬유(38)의 일단부(381)는 그의 말단부에 부착된 상술된 보호관(36)과 마주하도록 하기 위해서 부착된다.
상기의 광학 섬유(38)의 일단부(381)는 노즐 본체(33)의 하단 표면(331)에 부착된 지지 부재(391)로 지지됨에 따라서, 그의 단부 표면(3811)은 투명 보호관(36)의 주변 표면(361)에 달라붙게 된다. 상기 일단부(381)는 페룰(ferrule) 등으로 안정하게 처리된다. 상기 일단부(381)는 지지 부재(391)의 삽입공(3911)을 통해서 삽입되고 나사와 같은 수단에 의해 고정된다.
상기 지지부재(391)는 연결 부재(393), 나사(394) 등과 같은 수단에 의해 노즐 본체(33)의 하단 표면(331)에 고정된다. 상기 광학 섬유(38)는 가스 공급공(344)에 연결된 가스 공급 파이프(922) 등(나중에 언급됨)을 방해하지 않도록 하기 위해서 적당하게 주변에 모아진다. 그리고, 와이어 연결 부속품(395)를 사용하여 제3 도파관 피스(13)의 하부 플레이트(13B)에 연결된다.
상기 더미 로드(40, 60)들은 전술한 반사 마이크로파를 흡수하여 열로 변환하는 수냉형(또는 공냉형)의 전파 흡수체이다. 상기의 더미 로드(40, 60)들에는, 냉각수를 내부로 유통시키기 위한 냉각수 유통구(41, 61)들이 각각 설치되어 있다. 따라서, 반사 마이크로파를 열 변환함으로써 발생한 열이 상기 냉각수로 열 교환되게 되어 있다. 더미 로드(40) 등을 사용하여, 도파관(10)의 단부가 비반사(reflection-free) 단부로 설계된다.
상기 서큘레이터(50)는 예컨대 페라이트 기둥을 내장하는 도파관형의 3포트 서큘레이터로 이루어진다. 일단은 플라즈마 발생부(30) 쪽으로 전파된 마이크로파 중, 플라즈마 발생부(30)에서 전력의 일부가 소모되지 않는다. 그 다음 마이크로파의 일부가 반사 마이크로파로써 되돌아 온다. 상기 서큘레이터(50)는 반사된 마이크로파를 마이크로파 발생 장치(20)로 되돌리지 않고 더미 로드(60)로 향하게 하는 것이다. 이러한 서큘레이터(50)를 배치함으로써 마이크로파 발생 유닛(20)이 반사 마이크로파에 의해 과열 상태가 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 스터브 튜너(70)는 도파관(10)과 플라즈마 발생 노즐(31) 간 임피던스 정합을 도모하기 위해 사용된다. 제2 도파관 피스(12)의 상부 플레이트(12U)에 소 정 간격을 두고 직렬 배치된 3개의 스터브 튜너 유닛(70A∼70C)을 구비하고 있다. 도 8은 스터브 튜너(70)의 설치 상황을 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이, 3개의 스터브 튜너 유닛(70A∼70C)은 동일 구조를 가진다. 스터브 튜너 유닛(70A∼70C)들 각각은 제2 도파관 피스(12)의 도파 공간(120)으로 돌출되는 스터브(71); 상기 스터브(71)에 직접 연결된 조작봉(72); 상기 스터브(71)를 상하 방향으로 출몰 사라지도록 동작시키기 위한 이송 기구(73); 및 상기 부재들을 지지하는 덮개(74)로 구성된다.
상기 스터브 튜너 유닛(70A∼70C)에 각각 구비되어 있는 스터브(71)는 그 도파 공간(120)으로의 돌출 길이가 각 조작봉(72)에 의해 독립적으로 조정 가능하게 되어 있다. 이들 스터브(71)의 돌출 길이는 예컨대 마이크로파 전력 파워를 모니터링하면서 동시에 중앙 컨덕터(32)에 의해 소모된 전력이 최대가 되는 지점(즉, 반사 마이크로파가 최소가 되는 지점)을 탐색함으로써 결정된다.
스터브 튜너 유닛(37-0 내지 37-8)들 각각은 기본적으로 상기의 스터브 튜너 유닛(70A 내지 70C)과 같은 동일한 형상으로 이루어진다. 그러나, 스터브 튜너 유닛(37-1 내지 37-8)에 관하여, 제3 도파관 피스(13) 내부로의 각 스터브의 돌출 길이는 스태핑 모터를 사용함으로써 전기적으로 조절될 수 있다.
이송 기구(C)는 소정의 이송 경로를 따라 배치된 다수 개의 이송 롤러(80)를 구비한다. 상기 이송 롤러(80)들은 구동 수단(미도시)들에 의해 구동된다. 그에 의해, 처리 대상인 소재(W)는 상기 플라즈마 발생부(30)를 경유하여 이송된다. 여기서, 처리 대상인 소재(W)에 있어서, 플라즈마 디스플레이 패널이나 반도체 기판과 같은 플랫형 기판, 전자 부품이 실장된 회로 기판 등이 예시될 수 있다. 또한 플랫형 형상이 아닌 부품이나 조립 부품 등도 처리 대상으로 할 수 있으며, 이 경우에는 이송 롤러 대신 벨트 컨베이어 등이 채용될 수 있다.
다음, 본 실시예에 따른 소재 처리 장치(S)의 전기적 형상에 대한 설명이 제공될 것이다. 도 9는 소재 처리 장치(S)의 제어 시스템을 보인 블록도이다. 상기 제어 시스템은, CPU(또는, 중앙 처리 장치)(901) 및 그 주변 회로 등으로 이루어지는 전체 제어부(90); 출력 인터페이스, 구동 회로 등으로 이루어지는 마이크로파 출력 제어부(91); 가스 유량 제어부(92) 및 이송 제어부(93); 및 스터브 제어부(94)를 포함한다. 이에 더하여, 상기 소재 처리장치(S)에는, 디스플레이브부, 작동 페널 등을 포함하고 소정의 작동 신호를 전체 제어부(90)에 제공하는 작동부(95); 입력 인터페이스나 아날로그/디지털 변환기 등으로 이루어지는 센서 입력부(97, 98); 센서(971); 구동 모터(931); 및 유량 제어 밸브(923)를 구비하여 구성된다.
상기 마이크로파 출력 제어부(91)는 마이크로파 발생 유닛(20)로부터 출력되는 마이크로파의 ON-OFF 제어, 출력 강도 제어를 수행한다. 이는 상기에 기술된 2.45GHz의 펄스 신호를 생성하고 마이크로파 발생 유닛(20)의 유닛 본체부(21)에 의한 마이크로파 발생의 동작 제어를 수행한다.
상기 가스 유량 제어부(92)는 플라즈마 발생부(30)의 각 플라즈마 발생 노즐(31)에 공급된 처리 가스의 유량을 제어한다. 구체적으로는, 가스 실린더와 같은 처리 가스 공급원(921)과 각 플라즈마 발생 노즐(31)을 접속하는 가스 공급관(922) 에 설치된 상기 유량 제어 밸브(923)의 개폐를 제어하거나 개방 수준을 조절한다.
상기 이송 제어부(93)는 이송 롤러(80)를 회전 구동시키는 구동 모터(931)의 동작을 제어한다. 상기 이송 제어부(93)는 소재(W)의 이송 개시/정지 및 이송 속도 등을 제어한다.
상기 스터브 제어부(94)는 각 스터브 튜너 유닛(37-1 내지 37-8)에 추가된 스태핑 모터로 구동 신호를 제공한다. 그에 의해, 제3 도파관 피스(13) 내부로 유닛의 각 스터브의 돌출 길이가 제어된다.
상기 전체 제어부(90)는 소재 처리 장치(S)의 전체 동작 제어를 담당한다. 조작부(95)로부터 제공되는 조작 신호에 응답하여, 센서 입력부(97)로부터 입력되는 유량 센서(961)의 측정 결과, 센서 입력부(97)로부터 입력되는 속도 센서(971)에 의한 소재(W)의 이송 속도의 측정 결과, 및 센서 입력부(98)로부터 입력된 각 플라즈마 발생 노즐(31)에서의 플라즈마의 조명 상태(즉, 플럼(P)로부터 방사된 빛) 등을 모니터링한다. 상기 전체 제어부(90)는 마이크로파 출력 제어부(91), 가스 유량 제어부(92), 이송 제어부(93) 및 스터브 제어부(94)의 동작을 소정의 시퀸스에 의거하여 제어한다.
구체적으로는, 상기 CPU(901)는, 메모리(902)에 미리 저장되어 있는 제어 프로그램에 기초하여, 상기 이송 제어부(93)를 통해서, 일정한 속도로 구동 모터(931)를 회전시켜 소재(W)를 플라즈마 발생부(30)로 안내하도록 제어한다. 그 다음, 가스 유량 제어부(92)를 통해서, 상기 유량 제어밸브(923)가 소정의 유량 속도에서의 처리 가스를 각 플라즈마 발생 노즐(31)로 공급하게 한다. 동시에, 상기 마 이크로파 출력 제어부(91)를 통해서, 상기 마이크로파 발생 유닛(20)이 소정의 강도로 마이크로파를 발생시키게 한다. 그에 의해 플라즈마(즉, 플룸(P))가 각 플라즈마 발생 노즐(31)에서 발생된다. 결과적으로, 소재(W)가 이송되면서 그 표면에 플룸(P)이 방사되는 것이다. 이에 따라, 다수 개의 소재(W)가 연속적으로 처리될 수 있게 되는 것이다.
이 때, 상기 CPU(901)는 다수 개의 플라즈마 발생 노즐(31) 각각에 제공된 광섬유(38)에 의해 검출된 플라즈마의 조명 상태를 모니터링한다. 상기 전체 제어부(90)에 제공된 메모리(903)에서, 광도 값은 제조자 측에 의해 미리 저장되고 측정된 바람직한 플룸 사이즈 또는 형상을 억디 위해서 저장된다. 상기 CPU(901)는 상기 광도 값을 판독하고, 상기 광도 값을 얻기 위해서 스터브 튜너 유닛(37-1 내지 37-8) 각각의 스터브 돌출 길이를 제어한다. 그에 의해, 각 플라즈마 발생 노즐에 의해 소모된 에너지, 다른 말로, 발생될 플룸(P)의 사이즈는 균일하게 되고, 그 결과 균일성이 얻어질 수 있게 된다.
상기 센서 입력부(98)에는 광섬유(38)들의 타단부(382)들이 연결된다. 상기 센서 입력부(98)는 플라즈마 발생 노즐(31)로부터 떨어져 있으며 차폐 케이스(981)로 덮여져 있다. 디지털 신호를 이용하여, 검출된 광도 값을 전체 제어부(90)에 제공한다.
상기 센서 입력부(98)에 대하여, 광섬유(38) 각각의 타단부(382)가 연결된다. 상기 센서 입력부(98)는, 각각이 플룸(P)의 광도에 상응하는 전압 또는 전류 증 어느 하나를 출력하는 포토-다이오드와 같은 광전자 변환부재(982)들; 시간 분 할의 방법을 통해서, 각 광전자 변환부재(982)에 의해 얻어진 전류 또는 전압 중 어느 하나를 선택하는 멀티플렉서(983); 및 아날로그-대-디지털 변환을 겪기 위해 멀티플렉서(983)로부터 출력을 허용하는 아날로그/디지털 변환기(984)를 포함한다.
상기와 같은 형상으로 이루어진 소재 처리장치(S)의 동작이 기술될 것이다. 첫째, 제1 직선(L1) 위에는 도파관(10)의 각 플라즈마 발생 노즐(31-1 내지 31-8)이 배열되고, 마이크로파 반사 부재인 상기 스터브 튜너 유닛(37-0)이 최후방 플라즈마 발생 노즐(31-8)로부터 후방측에 제공된다. 그에 의해, 거울 상은 마이크로파 발생 유닛(20)으로부터 멀리 떨어진 것과 같은 피블러(feebler)가 되는 마이크로파를 위해 만들어진다. 이는 후방 측에서 플라즈마 발생 노즐들(31-8, 31-7,…)을 낮추는 것으로부터 마이크로파의 강도를 억제하는데 도움을 준다.
다음, 상기 제1 직선(L1)으로부터 오프셋되는 제2 직선(L2) 위의 플라즈마 발생 노즐(31-1 내지 31-8)들 각으로부터 후방측 위에는, 상기 스터브 튜너 유닛(37-1 내지 37-8)이 각 노즐에 대응하도록 하기 위해서 배치된다. 각 유닛의 스터브 돌출 길이는 광섬유(38)를 통해 검출된 플룸(P)의 사이즈에 따라서 제어된다. 이는 각 스터브가 위치되어진 플라즈마 발생 노즐들 사이에서의 상호 간섭의 퍼센테이지를 조절하는데 도움을 준다. 따라서, 상기 스터브 튜너 유닛(37-0 내지 37-8)의 단순한 형상을 이용하면, 각 플라즈마 발생 노즐에 의해 소모된 에너지, 다른 말로, 발생될 플룸(P)의 사이즈는 균일하게 되고, 그 결과 균일성이 얻어질 수 있게 된다.
덧붙여 말하자면, 상기 스터브 튜너 유닛(37-0 내지 37-8)이 제공되지 않으 면, 각 플라즈마 발생 노즐(31-1 내지 31-8)은 예를 들어 20 퍼센트의 전파된 마이크로파를 수용하게 되고, 나머지 80퍼센트는 통과시킨다. 그 다음, 상기 스터브 튜너 유닛(37-0)은 예를 들어 전파된 마이크로파의 100퍼센트를 반사시킨다. 상기 스터브 튜너 유닛(37-1 내지 37-8) 각각은, 예를 들어 만약 상기 스터브가 최대로 돌출한다면, 마이크로파가 전파되는 방향으로 전방을 향하여 60퍼센트 반사한다. 따라서, 40퍼센트는 후방을 향하여 통과한다.
그러나, 상기 스터브 튜너 유닛(37-1 내지 37-8)이 어떻게 플라즈마 발생 노즐(31-1 내지 31-8)에 영향을 미칠 것인가는 반사율 또는 수신율을 사용하여 간단하게 설명될 수는 없다. 이는 마이크로파의 입사파 및 반사파의 위상에 의해 크게 영향을 받는다. 또한, 각 부분의 배치뿐만 아니라 각 플라즈마 발생 노즐(31-1 내지 31-8) 자체의 전지 수신 효율 또는 반사율에 의해 영향을 받는다. 따라서, 각 스터브 튜너 유닛(37-1 내지 37-8)이 어떻게 배치되어야 하는 가, 각 스터브가 얼마의 길이로 돌출되어야 하는가가 장치의 특징 및 경험치 등에 따라서 적절하게 결정된다.
상기 실시예에서, 상기 스터브 튜너 유닛(37-1 내지 37-8)의 각 스터브가 도파관(10) 내부로의 돌출 길이는 모터 작동을 통해서 조절될 수 있다. 각 플라즈마 발생 노즐(31-1 내지 31-8)에 있어서, 플라즈마의 조명 상태는 광섬유(38)에 의해 검출된다. 상기 검출 결과에 응답하여, 상기 CPU(901)는 대응하는 플라즈마 발생 노즐(31-1 내지 31-8)로부터 후방측으로 상기 스터브 튜너 유닛(37-1 내지 37-8)의 스터브 돌출 길이의 피드백 제어를 실행한다. 따라서, 각 플라즈마 발생 노즐(31-1 내지 31-8)에 의해 소모된 에너지 또는 상기 플럼(P)의 사이즈는 자동적으로 균일하게 된다. 또한, 플라즈마의 빛은 검출될 수 있거나 부주의하게 벗어나지 않을 수 있다.
또한, 마이크로파 발생 유닛(20)에서 발생된 마이크로파는 플라즈마 발생 노즐(31) 각각에 제공된 중앙 컨덕터(32)에 의해 수신된다. 마이크로파의 에너지를 바탕으로 하여, 플라즈마화 가스는 플라즈마 발생 노즐(31) 각각으로부터 방사된다. 따라서, 마이크로파 에너지가 각 플라즈마 발생 노즐(31)로 이동하는 것은 단순화될 수 있다. 이는 장치의 형상을 단순화하는 것을 가능하게 하고, 따라서 비용을 절감할 수 있으며, 다른 바람직한 효과를 실현할 수 있게 된다.
또한, 일렬로 배열된 다수 개의 플라즈마 발생 노즐(31)로 이루어진 플라즈마 발생부(30)는 이동되는 방향에 수직한 폭 방향에서 평평한 소재(W)의 사이즈(t)와 실질적으로 동등한 폭을 가진다. 따라서, 상기 이송 기구(C)가 상기 소재(W)를 플라즈마 발생부(30)를 통해서 통과시킬 때에, 그의 전체 표면의 처리가 완성될 수 있다. 이는 평평한 소재를 처리하는 플라즈마의 효율성을 뚜렷히 강화시키는 것을 돕는다. 또한, 플라즈마화 가스는 이송되는 소재(W)에 동일한 시간 내에서 방사될 수 있고, 그 결과 균질한 표면 처리 등이 실행될 수 있다.
상술된 바와 같이, 설명이 본 발명의 실시예에 따른 소재 처리장치(S)에 관하여 제공된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어 다음의 실시예들에 적용될 수 있다.
(1) 상기 실시 형태에서는, 상기 플라즈마 발생 노즐(31) 및 스터브 튜너 유 닛(37)이 각각의 제1 직선(L1) 및 제2 직선(L2) 위에 배열되도록 하기 위해서 도파관(10)(즉, 제3 도파관 피스(13))에 배치되되, 서로서로 평행하게 그리고 소정의 거리로 떨어져 배치되는 일례를 보이고 있다. 상기의 대신에, 상기 플라즈마 발생 노즐(31) 및 스터브 튜너 유닛(37)은 단일 직선에 배열되도록 하기 위해서 도파관(10)에 연결된다.
도 10은 상술된 바와 같은 플라즈마 발생 노즐 및 스터브 튜너 유닛의 배열 변화를 보인 도면이다. 여기서, 길이방향에서 도파관(10-1)의 중심 라인과 일치하고 마이크로파가 전파되는 방향을 따라 이동하는 제3 직선(L3) 위에, 플라즈마 발생 노즐들(31-11, 31-12, 31-13, 31-14) 각각이 소정의 간격으로 배열된다. 또한, 동일한 제3 직선(L3) 상의, 마이크로파가 전파되는 방향으로 상기 노즐의 후방 위치에, 스터브 튜너 유닛들(37-11, 37-12, 37-13, 37-14)이 각각 배열된다.
덧붙여 말하자면, 상기의 변화에서 조차도, 도 4에 나타내어진 것과 같은 동일한 방법으로, 바람직하게 예를 들어, 상기 플라즈마 발생 노즐들 및 스터브 튜너 유닛들은 각각 마이크로파의 파장(λG)의 절반 또는 1/4의 피치로 배열되어야 한다. 또한, 각 플라즈마 발생 노즐과 각 스터브 튜너 유닛 사이의 거리는 파장(λG)의 1/4 또는 1/8로 될 수 있다.
상기 변화에서와 마찬가지로, 만약 스터브 튜너 유닛(37-11…)에 제공된 각 스터브가 도파관(10-1) 내부로 돌출되는 길이로 조절된다면, 플라즈마 발생 노즐(31-11…)의 파워는 조절될 수 있다. 또한, 상기 변화에서, 상기 플라즈마 발생 노즐들 및 스터브 튜너 유닛들은 단일 제3 직선(L3) 상에 배열된다. 이는 노즐 및 스터브 연결을 위한 구멍들이 도파관(10-1) 내에 용이하게 만들어질 수 있는 장점을 제공하고, 따라서 생산성을 강화시킨다.
(2) 또한, 다수 개의 플라즈마 발생 노즐(31)은 도파관(10)(즉, 제3 도파관 피스(13)) 내에서 평행하게, 지그재그 형태로 또는 무질서하게 배열될 수 있다. 각 플라즈마 발생 노즐(31) 둘레의 최적의 위치에, 상기 스터브 튜너 유닛(37)들 각각이 배치될 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 상기 플라즈마 발생 노즐들 및 스터브 튜너 유닛들의 배열에서 다른 변화를 보이고 있다. 상기 플라즈마 발생 노즐(31)들이 각각 마이크로파가 전파되는 방향을 따라 제4 직선(L4) 및 제5 직선(L5) 위에 일렬로 배열되어 연결되는 일례들을 제공한다. 그 다음, 상기 스터브 튜너 유닛(37)은 마이크로파가 전파되는 방향으로 후방의 위치에 각 플라즈마 발생 노즐(31)과 대응되도록 배치된다.
상세하게, 도 11a에서, 도파관(10-2)의 제4 직선(L4) 위에, 플라즈마 발생 노즐(31-21, 31-22, 31-23)들 각각이 소정의 간격으로 배열된다. 뿐만 아니라 제4 직선(L4) 위에 마이크로파가 전파되는 방향으로 각 노즐로부터의 후방의 위치에는, 스터브 튜너 유닛(37-21, 37-22, 37-23)들 각각이 배열된다. 동일한 방법으로, 제5 직선(L5) 위에, 상기 플라즈마 발생 노즐(31-31, 31-32, 31-33) 및 스터브 튜너 유닛(37-31, 37-32, 37-33)이 배열된다.
상기 제4 직선(L4) 상의 플라즈마 발생 노즐(31-21, 31-22, 31-23)들의 배열 피치는 상기 제5 직선(L5) 상의 플라즈마 발생 노즐(31-31, 31-32, 31-33)들의 배 열 피치와 동등하다. 그러나, 전자의 뒤에, 후자가 피치의 절반으로 이동하도록 하기 위해서 배열된다. 결과적으로, 상기 도파관(10-2) 내에서, 상기의 플라즈마 발생 노즐들이 평면도에서와 같이 지그재그 형태로 배열된다. 덧붙여 말하자면, 상기 도파관(10-2)의 단부는 마이크로파 전력이 용이하게 조절될 수 있도록 비반사 단부(42)가 되도록 설계된다.
한편, 도 11b는 도파관(10-2')의 제4 직선(L4) 상의 플라즈마 발생 노즐(31-21, 31-22, 31-23)들이 제5 직선(L5) 상의 플라즈마 발생 노즐(31-31, 31-32, 31-33)들과 평행하게 배열되는 일례를 보이고 있다. 다른 말로, 이는 두 개의 노즐과 그들에 대응하는 두 개의 스터브 튜너 유닛이 마이크로파가 전파되는 방향에 수직한 방향으로 나란히 배열되는 일례이다.
도 12는 플라즈마 발생 노즐들과 스터브 튜너 유닛들의 배열에서 또 다른 변화를 보이고 있다. 여기서, 플라즈마 발생 노즐(31-41, 31-42, 31-43, 31-44)들이 도파관(10-3) 내에서 무질서하게 배열되고, 각 노즐들 주변의 최적의 후방 위치에, 스터브 튜너 유닛(37-41, 37-42, 37-43, 37-44)들이 각각 배열되는 일례를 제공한다.
상술된 바와 같이, 도 11a, 도 11b 및 도 12에서 보인 변화들에 따르면, 플라즈마 발생 노즐들이 아주 자유롭게 배열될 수 있는 장점이 있다. 덧붙여 말하자면, 상기의 변화들에 있어서, 만약 마이크로파가 도파관의 단부로부터 반사된다면, 파워를 조절하는 것을 번번히 어렵게 한다. 따라서, 더미 로드와 같은 비반사 단부(42)가 제공되는 것이 특히 바람직할 수 있다.
(3) 상술된 바와 같은 실시예에서, 소재(W)를 이송하는 이송 기구(C)는 이동 수단으로써 사용되고, 이송기구(C)로서 상기 소재(W)가 이송 롤러(80)의 상부면에 놓여 이송되는 일례를 보이고 있다. 이에 더하여, 예를 들어 상기 소재(W)는 상부 롤러와 하부 롤러들 사이에 물려서 이송될 수 있다. 어떠한 이송 롤러 사용없이, 상기 소재(W)는 또한 소정의 바스켓(basket) 등에 저장될 수 있다. 그 다음, 상기 바스켓 등은 라인 컨베이어 등에 의해 이송된다. 다른 방법으로, 상기 소재(W)는 플라즈마 발생부(30)로 이송시키기 위한 로봇 핸드에 의해 붙잡힐 수 있다. 다른 방법으로, 이동 수단으로서 플라즈마 발생 노즐(31)의 측부가 이동을 만들기 위해 설계될 수 있다. 다른 말로, 상기 소재(W) 및 플라즈마 발생 노즐(31)은 플라즈마 방사 방향(즉, Z 방향)을 가로지르는 평면(즉, X-Y 면) 위에 서로서로 상대적으로 이동할 수 있다.
(4)상술된 바와 같은 실시예에서, 2.45GHz의 주파수로 마이크로파를 발생시키는 마그네트론은 마이크로파 발생원으로써 설명된다. 그러나, 상기 마그네트론 이외에 다양한 고주파 파워원이 이용될 수 있다. 또한, 2.45GHz와는 다른 주파수를 가진 마이크로파가 이용될 수 있다.
(5) 상기 도파관(10)의 내측 마이크로파 전력을 측정하기 위해서는, 바람직하게 전력계가 도파관(10)의 적정한 장소에 제공되어야 한다. 예를 들면, 마이크로파 발생 유닛(20)의 마이크로파 전송 안테나(22)로부터 방사된 마이크로파 전력에 대한 반사 마이크로파 전력의 비율을 검출하기 위해서, 전력계가 내장된 도파관이 서큘레이터(50)와 제2 도파관 피스(12) 사이에 놓일 수 있다.
여기서, 상술된 특정 실시예는 주로 다음과 같은 형상을 가진 발명을 포함한다.
본 발명의 일 태양에 따른 플라즈마 발생 장치는, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부; 마이크로파를 전파시키기 위한 도파관; 마이크로파가 전파되는 방향으로 서로로부터 분리되도록 상기 도파관에 부착되고, 마이크로파를 수신하며, 상기 마이크로파의 에너지를 바탕으로 플라즈마화 가스를 발생시키고 방사하는 다수 개의 플라즈마 발생 노즐; 및 상기 플라즈마 발생 노즐들의 일부 또는 전체에 상응하며 마이크로파가 전파되는 방향에서 소정의 거리로 서로가 떨어져 있는 후방 위치에 놓이도록 상기 도파관에 각각이 배치되는 다수 개의 스터브;를 포함한다.
또한, 상기 소재에 소정의 처리를 제공하기 위해서 플라즈마로 소재를 조사하는 본 발명의 다른 태양에 따른 소재 처리장치는, 상술된 형상으로 이루어진 상기 플라즈마 발생장치; 및 상기 플라즈마 발생장치가 플라즈마화 가스를 방사하는 방향을 가로지르는 평면 위에 서로에 관계하여 상대적으로 소재 및 플라즈마 발생장치를 이송시키는 이송 기구;를 포함한다.
상술된 형상에 따르면, 상기 플라즈마 발생 노즐들의 일부 또는 전체에 상응하는 스터브들 각각은 마이크로파가 전파되는 방향으로 후방 위치에 배치된다. 따라서, 상기 도파관 내부로 각 스터브의 돌출 길이는 조절되고, 그 결과 각 플라즈마 발생 노즐에 의해 소모된 에너지, 다른 말로, 발생될 플룸의 사이즈가 조절될 수 있다. 이는 예를 들어 각 플라즈마 발생 노즐의 출력을 균일하게 하는 것을 가능하게 한다. 결과적으로, 만약 상기 플라즈마 발생 장치가 소재 처리장치에 적용 된다면, 처리는 소재(W)에 균일하게 주어진다.
상술된 바와 같은 형상에서는, 상기 플라즈마 발생 노즐들이 마이크로파가 전파되는 방향을 따라 제1 직선 상에 배열되어 연결되고; 및 상기 스터브들이 제1 직선으로부터 오프셋되는 제1 직선에 평행한 제2 직선 상에 배열되어 부착되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 경우에서는, 바람직하게 마이크로파 반사 부재가 제1 직선 상의 최후방 플라즈마 발생 노즐로부터 후방 위치에 배치되어 제공된다. 그에 의해, 상기 반사 부재는 마이크로파 발생 유닛으로부터 떨어져 있는 것 처럼 피블러(feebler)가 되는 마이크로파를 위한 거울 상을 만들고, 그 결과 마이크로파의 강도는 후방 측상의 플라즈마 발생 노즐을 낮추는 것으로부터 억제될 수 있다.
또한, 마이크로파의 파장이 λG인 경우에서 노즐들 및 스터브들 각각은 λG/4의 피치로 배열되고; 상기 스터브가 마이크로파가 전파되는 방향에서 플라즈마 발생 노즐들로부터 이동하는 거리는 λG/8이 되고; 및 상기 제2 직선은 제1 직선으로부터 λG/16에 의해 오프셋되는 직선인 것이 바람직할 수 있다. 상기 형상에 따르면, 각 플라즈마 발생 노즐에 의해 소모된 에너지, 또는 발생될 플룸의 사이즈는 용이하게 균일화될 수 있다.
상술된 바와 같은 형상에서, 상기 플라즈마 발생 노즐들 및 스터브들은 마이크로파가 전파도디는 방향을 따라 제3 직선 위에 배열되어 연결되도록 하기 위해서 형상지어질 수 있다. 상기 형상에 따르면, 상기 플라즈마 발생 노즐들 및 스터브들을 연결하기 위한 구멍들이 도파관 내에 더욱 용이하게 만들어질 수 있고, 따라서 생산성을 강화시킨다.
또한, 상술된 바와 같은 형상에서, 상기 플라즈마 발생 노즐들은 마이크로파가 전파되는 방향을 따라 비직선 모양으로 연결될 수 있고, 그리고 상기 스터브들은 각 플라즈마 발생 노즐에 대응될 수 있으며 마이크로파가 전파되는 방향에서 후방 위치에 각각이 배치될 수 있다.
다른 방도로, 상기 플라즈마 발생 노즐들 각각은 마이크로파가 전파되는 방향을 따라 다수 개의 직선 상에 배열되어 연결될 수 있고, 그리고 상기 스터브들은 각 플라즈마 발생 노즐에 대응될 수 있으며 마이크로파가 전파되는 방향에서 후방 위치에 각각이 배치될 수 있다.
상기들의 형상에 따르면, 상기 플라즈마 발생 노즐들은 도파관 내에 더욱 자유롭게 배치될 수 있다.
상기의 경우에서, 도파관의 단부에서 마이크로파가 반사되는 것을 억제함으로써 파워 조절을 실행하기 위해서는, 바람직하게 마이크로파가 전파되는 방향에서 도파관의 단부가 비반사(reflection-free) 단부이어야 한다.
상술된 형상에서는, 도파관 내부로의 각 스터브의 돌출 길이는 조절할 수 있는 것이 바람직하다.
상술된 형상에서, 상기 플라즈마 발생 장치는 추가로, 도파관 내부로의 각 스터브의 돌출 길이를 전기적 작동을 통해서 조절하는 조절 기구; 플라즈마의 조명 상태를 검출하기 위해 각 플라즈마 발생 노즐에 배치된 포토 센서; 및 상기 포토 센서의 검출 결과에 응답하여 각 스터브의 돌출 길이를 제어하는 제어부를 포함하 는 것이 바람직하다.
상술된 형상에 따르면, 각 포토 센서에 의해 얻어진 검출에 응답하여, 상기 제어부는 플라즈마 발생 노즐에 사응하는 것으로부터 후방 측 상에 각 스터브의 돌출 길이의 피드백 제어를 실행할 수 있다. 따라서, 각 플라즈마 발생 노즐에 의해 소모된 에너지는, 다른 말로, 발생될 플룸의 사이즈는 자동적으로 균일화될 수 잇다. 또한, 플라즈마의 빛은 검출될 수 있거나 부주의하게 벗어나지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 발생장치 및 소재 처리장치는, 반도체 웨이퍼와 같은 반도체 기판용 필름 형성장치 또는 에칭장치, 플라즈마 디스플레이 패널 또는 인쇄회로기판과 같은 유리 기판용 청정장치, 의과 장비용 살균장치, 단백질 분해장치 등에 적절하게 적용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부;
    마이크로파를 전파시키는 도파관;
    마이크로파가 전파되는 방향으로 서로로부터 분리되도록 상기 도파관에 연결되고, 마이크로파를 수신하며, 상기 마이크로파의 에너지를 바탕으로 플라즈마화 가스를 발생시키고 방사하는 다수 개의 플라즈마 발생 노즐; 및
    상기 플라즈마 발생 노즐들의 일부 또는 전체에 상응하며 마이크로파가 전파되는 방향에서 소정의 거리로 서로가 떨어져 있는 후방 위치에 놓이도록 상기 도파관에 각각이 배치되는 다수 개의 스터브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 노즐들은 마이크로파가 전파되는 방향을 따라 제1 직선 상에 배열되어 연결되고; 및
    상기 스터브들은 제1 직선으로부터 오프셋되는 제1 직선에 평행한 제2 직선 상에 배열되어 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 직선 상의 최후방 플라즈마 발생 노즐로부터 후방 위치에 배치된 마이크로파 반사부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  4. 제2항에 있어서,
    마이크로파의 파장이 λG인 경우에서, 상기 플라즈마 발생 노즐들 및 스터브들 각각은 λG/4의 피치로 배열되고;
    상기 스터브들이 마이크로파가 전파되는 방향에서 플라즈마 발생 노즐들로부터 이동하는 거리는 λG/8이 되고; 및
    상기 제2 직선은 제1 직선으로부터 λG/16로 오프셋되는 직선인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 노즐들 및 스터브들은 마이크로파가 전파되는 방향을 따라 제3 직선 상에 배열되어 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 노즐들은 마이크로파가 전파되는 방향을 따라 비직선 모양(non-linearly)으로 연결되고, 상기 스터브들은 각 플라즈마 발생 노즐에 대응되며 마이크로파가 전파되는 방향에서 후방 위치에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 노즐들 각각은 마이크로파가 전파되는 방향을 따라 다수 개의 직선 상에 배열되어 연결되고, 상기 스터브들은 각 플라즈마 발생 노즐에 대응되며 마이크로파가 전파되는 방향에서 후방 위치에 각각이 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 마이크로파가 전파되는 방향에서 상기 도파관의 단부는 비반사(reflection-free) 단부인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 도파관 내부로의 각 스터브의 돌출 길이는 조절되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 도파관 내부로의 각 스터브의 돌출 길이를 전기적 작동을 통해서 조절하는 조절 기구;
    플라즈마의 조명 상태(lighting state)를 검출하기 위해 각 플라즈마 발생 노즐에 배치된 포토 센서; 및
    상기 포토 센서의 검출 결과에 응답하여 각 스터브의 돌출 길이를 제어하는 제어부;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  11. 소재에 소정의 처리를 제공하기 위해 플라즈마로 소재를 방사하는 소재 처리장치에 있어서,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 플라즈마 발생장치; 및
    상기 플라즈마 발생장치가 플라즈마화 가스를 방사하는 방향을 가로지르는 평면 위에 서로에 관계하여 소재 및 플라즈마 발생장치를 이송시키는 이송 기구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 처리장치.
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