KR20110072708A - 상압 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

상압 플라즈마 처리 장치의 전극 수명을 모니터링할 수 있는 상압 플라즈마 처리 장치가 개시된다. 플라즈마 전극의 수명 모니터링 유닛을 구비하는 상압 플라즈마 처리장치는, 전원이 인가되면 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 전극을 포함하는 플라즈마 발생 모듈, 상기 플라즈마 발생 모듈의 하부에 구비되며 기판을 이송하는 기판 이송부 및 상기 플라즈마 발생 모듈 하부에 구비되며 상기 플라즈마 전극의 표면 거칠기를 측정하여 상기 플라즈마 전극의 수명을 모니터링하는 모니터링 유닛을 포함하여 구성될 수 있다.

상압 플라즈마 처리장치(atmospheric plasma processing apparatus), 전극 모니터링

Description

상압 플라즈마 처리장치{ATMOSPHERIC PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 전극 수명을 모니터링할 수 있는 상압 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자(semiconductor device)나 평면 디스플레이 장치(flat panel display device, FPD), 전자 재료 등의 제조 공정은 다양한 공정이 사용되는데, 그 중에서 세정 공정은 단독 또는 각 공정 사이에서 필수적으로 수행되는 공정이다.

세정 또는 식각 공정은 약액을 이용하는 습식 세정과 플라즈마를 이용하는 건식 세정으로 구분될 수 있으며, 최근에는 청정기술이며 미세 패턴 가공에 적합한 건식 세정이 주로 사용된다. 또한, 기존의 UV(Ultra Violet) 클리너는 램프의 수명이 비교적 짧아서 지속적으로 램프 교체와 같은 유지비용이 소모되는 데 반해, 플라즈마 세정 장치는 추가 비용이 들지 않아서 UV 클리너를 대체할 수 있는 장비로 각광받고 있다.

기존의 플라즈마 처리장치는 서로 이격되어 마주보도록 설치된 한 쌍의 전극 사이에서 전기장을 인가하고 공정 가스를 제공함으로써 플라즈마를 발생시키고 기 판에 제공함으로써 기판의 표면 개질 공정이 수행된다. 여기서, 건식 세정은 플라즈마를 발생시키기 위해 인가되는 파워, 플라즈마가 형성되고 세정 공정이 수행되는 챔버 내부의 압력이나 세정시 제공되는 가스의 유량과 같은 공정 조건에 따라 세정 효율에 큰 영향을 미치며, 특히, 기판에 미세 패턴이 형성되어 있는 경우 패턴의 선폭 및 측벽 경사에 영향을 미칠 수 있다.

또한, 플라즈마 처리 장치에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 모듈은 수명이 제한적인데, 플라즈마 모듈의 수명을 모니터링하는 장치에 대한 연구가 진행되어 왔다. 일 예로, 석영창(quartz window)을 형성하고 석영창을 통해 외부로 방출되는 광량을 측정함으로써 수명을 모니터링하는 방법이 있으나, 시간이 지날수록 석영창의 투명도가 저하되므로 모니터링 결과가 부정확해지는 단점이 있다. 특히, 일반적으로 상압 플라즈마 처리 장치의 경우 광량 변화가 거의 없고 수명이 다하면 플라즈마 전극이 파손되기 때문에 광량을 이용한 수명 모니터링은 부정화하고 모니터링 자체가 어렵다는 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들은 전극의 수명을 모니터링할 수 있는 상압 플라즈마 처리장치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 플라즈마 전극의 수명을 모니터링할 수 있는 상압 플라즈마 처리장치는, 전원이 인가되면 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 전극을 포함하는 플라즈마 발생 모듈, 상기 플라즈마 발생 모듈의 하부에 구비되어 기판을 이송하는 기판 이송부 및 상기 플라즈마 발생 모듈의 하부에 구비되며 상기 플라즈마 전극의 표면 거칠기를 측정하여 상기 플라즈마 전극의 수명을 모니터링하는 모니터링 유닛을 포함하여 구성될 수 있다.

실시예에서, 상기 모니터링 유닛은 상기 플라즈마 전극에 대향되는 위치에 구비된 센서부 및 상기 센서부에서 측정된 결과를 이용하여 상기 플라즈마 전극의 수명을 산출하는 연산부를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 모니터링 유닛은 상기 산출된 수명 결과를 이용하여 상기 플라즈마 전극의 수명 정보를 사용자에게 알리기 위한 알림 모듈이 구비될 수 있다.

그리고 상기 모니터링 유닛은 복수의 센서부를 포함하고, 상기 센서부는 상기 플라즈마 전극과 대향된 위치에서 비접촉으로 상기 플라즈마 전극의 표면 거칠 기를 측정할 수 있도록 상기 기판 이송부의 이송 롤러 사이에 구비될 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 상압 플라즈마 처리장치에서 플라즈마 전극의 수명을 모니터링하는 방법은, 센서부에서 플라즈마 전극의 표면 거칠기를 측정하는 단계, 연산부에서 측정된 상기 플라즈마 전극의 표면 거칠기를 이용하여 상기 플라즈마 전극의 수명을 산출하는 단계 및 산출된 상기 플라즈마 전극의 수명 정보를 사용자에게 알리는 단계를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 측정 단계는 기 설정된 시간 간격 또는 연속적으로 상기 플라즈마 전극의 표면 거칠기를 측정할 수 있다. 그리고 상기 수명 산출 단계는 시간에 따른 표면 거칠기 변화를 산출하여 산출된 값이 기설정된 임계값 이상이면 알림 단계를 수행하고, 기설정된 임계값 미만이면 측정 단계를 반복 수행할 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 거칠기 측정 센서를 이용하여 비접촉 방식으로 플라즈마 전극의 수명을 모니터링할 수 있다.

또한, 플라즈마 전극의 수명을 모니터링 하여 플라즈마 전극의 수명이 다하기 전 적절한 시점에 사용자에게 알림으로써 플라즈마 전극의 수명이 다하기 전에 플라즈마 전극을 교체할 수 있으며, 플라즈마 전극의 수명으로 인해 플라즈마 전극이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.

이하, 도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 처리장치(100) 및 전극 모니터링 방법에 대해 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 모니터링 유닛(130)이 구비된 상압 플라즈마 처리장치(100)의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도면을 참조하면, 상압 플라즈마 처리장치(100)는 처리 대상이 되는 기판(10)이 안착되어 이송되는 기판 이송부(120)와 기판(10)에 대해 플라즈마를 발생시켜 제공하기 위한 플라즈마 발생 모듈(110)과 플라즈마 전극(111, 112)의 수명을 모니터링 하기 위한 모니터링 유닛(130)을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 플라즈마 발생 모듈(110)이 구비된 공간으로 기판(10)에 대해 플라즈마가 제공되어 처리가 수행되는 공간을 공정 챔버(101)라 한다. 여기서, 상압 플라즈마 처리장치(100)의 경우 대기압 분위기에서 플라즈마를 발생시키므로 공정 챔버(101)는 대기압 상태로 개방된 챔버 형태를 갖는다.

상압 플라즈마 처리장치(100)는 기판(10)에 산소 라디칼(radical)을 제공하여 기판(10) 표면에서 유기물이나, 기판(10) 절단 시 잔류 수분, 기판(10)에 회로 형성 시의 잔류 폴리머 등과 같은 오염물질을 제거할 수 있다. 여기서, 본 실시예에서 상압 플라즈마 처리장치(100)는 기판(10)의 오염을 제거하는 건식 세정 또는 애싱(ashing) 장치를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 플라즈마를 이용한 기판(10)의 표면처리 장치에는 실질적으로 동일하게 적용할 수 있다.

또한, 본 실시예들에서 '기판(10)'은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치(flat panel display device, FPD)용으로 사용하는 글라스를 포함하는 투명 기판일 수 있다. 그러나 본 발명의 기판(10)이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 소자(semiconductor device) 제조용 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 또한, 기판(10)의 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다.

기판 이송부(120)는 기판(10)이 안착되어 일정한 속도로 일 방향으로 이송하기 위한 복수의 이송 롤러(121)를 구비하고, 이송 롤러(121)가 회전함에 따라 이송 롤러(121) 상에 안착된 기판(10)이 일 방향으로 이동한다. 또한, 기판 이송부(120)는 이송 롤러(121)의 회전 구동을 위한 샤프트(shaft)와 구동 모터(미도시)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 기판 이송부(120)는 회전축이 기판(10)의 이송 방향과 평행한 방향으로 형성된 샤프트가 상에 적어도 2개 이상 복수의 이송 롤러(121)가 구비되며, 샤프트(미도시)가 회전함에 따라 이송 롤러(121)와 접촉된 기판(10)이 일정한 속도로 이동할 수 있다. 또한, 이송 롤러(121)는 비교적 넓은 기 판(121)을 안정적으로 이송할 수 있도록 복수의 이송 롤러(121)가 기판(10)의 이송 방향에 대해서 조밀하게 배치되며, 하나의 샤프트 상에도 복수의 이송 롤러(121)가 구비될 수 있다.

플라즈마 발생 모듈(110)은 일정한 속도로 이동하는 기판(10)에 플라즈마를 제공함으로써 기판(10) 표면에서 오염원을 제거할 수 있다. 여기서, 플라즈마 발생 모듈(110)은 공정 가스를 플라즈마로 여기시키고 기판(10)에 산소 라디칼(radical)을 제공함으로써 기판(10)을 세정할 수 있다.

플라즈마 발생 모듈(110)은 전원이 인가되면 플라즈마를 발생키는 한 쌍의 플라즈마 전극(111, 112)과 플라즈마 전극(111, 112)에 전원을 인가하는 전원공급부(115)로 구성된다. 또한, 플라즈마 발생 모듈(110)은 플라즈마 전극(111, 112) 사이의 공간(110b)(이하, '플라즈마 발생 공간(110b)'이라 한다)에서 플라즈마를 발생시킨 후 하부의 기판(10)에 제공할 수 있도록 형성된다.

플라즈마 발생 모듈(110)은 상부 및 하부 플라즈마 전극(111, 112) 사이에 전기장을 형성할 수 있도록 상부 및 하부 플라즈마 전극(111, 112)이 일정 간격 이격되어 구비되고, 상부 및 하부 플라즈마 전극(111, 112)에 각각 전원공급부(115)가 연결된다. 또한, 플라즈마 발생 모듈(110)은 플라즈마 발생 공간(110b)에서 발생된 플라즈마를 하부의 기판(10)에 제공할 수 있도록 상부 플라즈마 전극(111)에 고주파 전원이 연결되고, 하부 플라즈마 전극(112)은 접지에 연결되며 플라즈마를 제공할 수 있도록 복수의 분사홀(110a)이 형성될 수 있다.

또한, 플라즈마 발생 모듈(110)은 상부 및 하부 플라즈마 전극(111, 112) 사 이의 플라즈마 발생 공간(110b)에 플라즈마 발생을 위한 공정 가스를 공급하도록 가스 공급부(117)가 연결된다. 여기서, 상압 플라즈마 처리장치(100)는 대기압 분위기에서 공정이 수행되는데, 산소 라디칼을 발생시키는 경우, 공기 중에 산소가 포함되어 있어서 플라즈마 전극(111, 112)에 전원을 인가하면 플라즈마가 발생될 수 있으나, 플라즈마의 균일도를 확보하고 공정 효율을 향상시키기 위해서 별도로 공정 가스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 공정 가스는 산소 또는 공기일 수 있다.

그리고 플라즈마 발생 모듈(110)은 플라즈마 발생 시 플라즈마 전극(111, 112)에 아크 방전(arc discharge)가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 절연부재(113, 114)가 구비될 수 있다. 상세하게는, 절연부재(113, 114)는 플라즈마 전극(111, 112)에 아크 방전이 발생하는 것을 방지하고 글로우 방전(glow discharge)이 원활하게 발생할 수 있도록 절연체로 형성되며, 플라즈마 전극(111, 112)에서 플라즈마 발생 공간(110b)에 대향된 면에 구비될 수 있다. 예를 들어, 절연부재(113, 114)는 석영(quartz), 테플론(Teflon), 유리(glass) 또는 알루미나(alumina)와 같은 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 여기서, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며 절연부재(113, 114)의 형태는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

한편, 모니터링 유닛(130)은 플라즈마 전극(111, 112)의 수명을 모니터링 할 수 있도록 공정 챔버(101) 일측에 구비되며, 플라즈마 전극(111, 112)과 비접촉 상태로 플라즈마 전극(111, 112)의 표면 거칠기를 측정할 수 있도록 구비된다. 예를 들어, 모니터링 유닛(130)은 플라즈마 전극(111, 112)과 마주보도록 기판 이송 부(120) 하부에 구비되는 거칠기 측정 센서부(131)와 상기 센서부(131)에서 측정된 표면 거칠기 결과를 이용하여 플라즈마 전극(111, 112)의 수명을 산출하는 연산부(135)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 모니터링 유닛(130)에서 측정된 플라즈마 전극(111, 112)의 수명에 대한 정보를 사용자에게 알리고 적절한 시점에 플라즈마 전극(111, 112)을 교체할 수 있도록 하기 위한 알림 모듈(136)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 알림 모듈(136)은 소리나 시각 정보를 이용하여 사용자에게 플라즈마 전극(111, 112)의 수명에 관한 정보 또는 플라즈마 전극(111, 112)의 교체 여부에 대한 정보를 전달할 수 있다.

여기서, 플라즈마 전극(111, 112)의 사용 시간이 경과함에 따라 표면이 침식되면서 점차 거칠기가 증가하므로, 모니터링 유닛(130)은 플라즈마 전극(111, 112)의 표면 거칠기를 측정함으로써 플라즈마 전극(111, 112)의 수명을 예측할 수 있다.

한편, 도면에서는 한 개의 센서부(131)가 구비된 것으로 예시하였으나, 모니터링 유닛(130)은 플라즈마 전극(111, 112)의 수명을 정확하게 모니터링 할 수 있도록 복수개의 센서부(131)가 구비될 수 있으며, 연산부(135)는 복수개의 센서부(131)에서 측정된 거칠기 결과를 이용하여 플라즈마 전극(111, 112)의 수명을 산출할 수 있다. 또한, 센서부(131)의 위치는 도면에 의해 한정되는 것은 아니며 비접촉으로 플라즈마 전극(111, 112)의 표면 거칠기를 측정할 수 있는 실질적으로 다양한 위치에 구비될 수 있다.

플라즈마 전극(111, 112)의 수명 모니터링 방법은, 도 2를 참조하면, 센서 부(131)에서 플라즈마 전극(111, 112)의 표면 거칠기를 측정하는데(S11), 연산부(135)에서는 시간에 따른 플라즈마 전극(111, 112)의 표면 거칠기 변화를 산출함으로써(S12) 플라즈마 전극(111, 112)의 수명을 산출할 수 있다(S13). 여기서, 센서부(131)는 기설정된 일정 시간 간격으로 플라즈마 전극(111, 112)의 표면 거칠기를 측정하거나 또는 연속적으로 측정할 수 있다.

또한, 모니터링 유닛(130)은 플라즈마 전극(111, 112)의 표면 거칠기 측정값의 시간에 따른 변화를 통해 플라즈마 전극(111, 112)의 수명을 예측하고, 이와 같이 산출된 수명이 기 설정된 임계값(Th)보다 크면(S14), 플라즈마 전극(111, 112)의 수명이 다되었다고 판단하여 사용자에게 알리기 위한 알림 메시지나 알림 경고음을 발생시킨다(S15). 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 플라즈마 전극(111, 112)의 사용 시간이 증가할수록 플라즈마 전극(111, 112)의 표면 거칠기가 증가하므로 연산부(135)는 센서부(131)에서 측정된 표면 거칠기가 일정 값 이상으로 증가하면 플라즈마 전극(111, 112)의 수명이 다했다고 판단하는 것도 가능하다.

본 실시예에 따르면, 비접촉 방식으로 플라즈마 전극(111, 112)의 수명을 모니터링할 수 있으며, 상압 플라즈마 처리장치(100)의 개방된 공정 챔버(101)에서 플라즈마 전극(111, 112)의 수명을 모니터링할 수 있다. 또한, 플라즈마 전극(111, 112)의 수명이 다하기 전에 적절한 시점에 사용자에게 알림으로써 플라즈마 전극(111, 112)의 수명이 다하기 전에 플라즈마 전극(111, 112)을 교체할 수 있으며, 플라즈마 전극(111, 112)의 수명이 다했을 때 플라즈마 전극(111, 112)이 손 상되는 것을 방지할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 처리장치의 모식도;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 처리장치에서 플라즈마 전극의 수명 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 기판 100: 상압 플라즈마 처리장치

101: 공정 챔버 110: 플라즈마 발생 모듈

110a: 분사홀 110b: 플라즈마 발생 공간

111, 112: 플라즈마 전극 113, 114: 절연부재

115: 전원공급부 120: 기판 이송부

121: 이송 롤러 130: 모니터링 유닛

131: 센서부 135: 연산부

136: 알림 모듈

Claims (7)

1. 상압 플라즈마 처리장치에 있어서,

   플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 전극을 포함하는 플라즈마 발생 모듈;

   상기 플라즈마 발생 모듈의 하부에 구비되며 기판을 이송하는 기판 이송부; 및

   상기 플라즈마 발생 모듈의 하부에 구비되며 상기 플라즈마 전극의 표면 거칠기를 측정하여 상기 플라즈마 전극의 수명을 모니터링하는 모니터링 유닛;

   을 포함하는 상압 플라즈마 처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 모니터링 유닛은 상기 플라즈마 전극에 대향되는 위치에 구비된 센서부; 및

   상기 센서부에서 측정된 결과를 이용하여 상기 플라즈마 전극의 수명을 산출하는 연산부;

   를 포함하는 상압 플라즈마 처리장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 모니터링 유닛은 상기 산출된 수명 결과를 이용하여 상기 플라즈마 전극의 수명 정보를 알리기 위한 알림 모듈을 더 포함하는 상압 플라즈마 처리장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 모니터링 유닛은 복수의 센서부로 구성되고,

   상기 센서부는 상기 기판 이송부의 롤러 사이에 구비된 상압 플라즈마 처리장치.
5. 센서부에서 플라즈마 전극의 표면 거칠기를 측정하는 단계;

   연산부에서 상기 측정된 상기 플라즈마 전극의 표면 거칠기를 이용하여 상기 플라즈마 전극의 수명을 산출하는 단계; 및

   산출된 상기 플라즈마 전극의 수명 정보를 알림 모듈에서 알리는 단계;

   을 포함하는 상압 플라즈마 처리장치의 플라즈마 전극 모니터링 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 측정 단계는 기 설정된 시간 간격 또는 연속적으로 측정하는 상압 플라즈마 처리장치의 플라즈마 전극 모니터링 방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 수명 산출 단계는 시간에 따른 거칠기 변화를 산출하여 기설정된 임계값 이상이면 알림 단계를 수행하고, 기설정된 임계값 미만이면 측정 단계를 반복 수행하는 상압 플라즈마 처리장치의 플라즈마 전극 모니터링 방법.

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