KR20120122698A - 더블 방전 시스템을 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

더블 방전 시스템을 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치 Download PDF

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KR20120122698A
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염근영
박재범
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Abstract

더블 방전 시스템을 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치를 제공한다. 상기 더블 방전 시스템을 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치는 제1 전극부, 상기 제1 전극부와 인접하여 배치된 제2 전극부, 상기 제2 전극부와 인접하여 배치되고 상기 제2 전극부를 중심으로 상기 제1 전극부와 대향하는 제3 전극부 및 상기 제1 전극부 내지 상기 제3 전극부의 하부에 이격되어 배치된 제4 전극부를 포함하고, 상기 제1 전극부 내지 상기 제3 전극부 중 적어도 1개 이상은 제1 파워 전원에 연결되고, 상기 제1 전극부 내지 상기 제3 전극부 중 적어도 1개 이상은 그라운드에 연결되고, 상기 제4 전극부는 제2 파워 전원에 연결되고, 상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부 사이 및 상기 제2 전극부와 상기 제3 전극부 사이로 가스가 공급되어 플라즈마가 발생하는 대기압 플라즈마 발생장치를 포함한다. 따라서 상, 하부 전극에 바이어스를 인가하고 상부 전극 중 적어도 1개 이상 그라운드를 연결함으로써, 안정되고 공정효율이 높은 대기압 플라즈마를 발생시키고 각각 다른 주파수를 가지는 파워 전원을 각각의 상, 하부 전극에 연결하여 바이어스를 인가함으로써, 각 주파수가 가지는 고유의 방전 특성을 동시에 발생시킬 수 있다.

Description

더블 방전 시스템을 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치{Atmospheric Pressure Plasma Generator with double discharge system}
본 발명은 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 더블 방전 시스템(double discharge system)으로서, 상, 하부 전극에 두 개의 파워를 인가한 방식의 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
플라즈마(Plasma)는 이온(ion)이나 전자(electron), 라디칼(radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 가리킨다. 또한 플라즈마 공정이란, 일반적으로 공정에 요구되는 반응물질을 이온화된 가스상태인 플라즈마 상태로 활성화시켜 기판 상에 증착하거나, 플라즈마 상태의 반응물질을 이용하여 피처리물을 세정하거나 식각하는 것 등 그 공정 목적에 맞게 플라즈마를 활용한 공정을 말한다.
한편, 플라즈마 공정은 챔버 내 플라즈마 발생 영역의 기압에 따라 저압 플라즈마 공정과 대기압 플라즈마 공정으로 분류될 수 있다.
대기압 플라즈마를 발생시킬 수 있는 방법에는 펄스 코로나 방전(pulsed corona discharge)과 유전체 장벽 방전 시스템(dielectric barrier discharge system)이 있다.
특히, 유전체 장벽 방전 시스템은 두 개의 전극 중 적어도 하나에 유전체를 형성하고 두 전극에 수십 Hz 내지 수 MHz의 주파수를 가진 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하는 기술이다. 이 기술의 경우 전극 구조가 간단하고, 대면적에 유리하여 가장 많이 연구되고 있는 대기압 플라즈마 발생방식이다. 유전체 장벽 방전 시스템을 이용할 경우, 한쪽 전극에는 바이어스를 인가하고, 다른 한쪽 전극에는 그라운드에 연결하여 대기압 플라즈마를 발생시키는 방법을 주로 사용하였다. 그러나 이러한 시스템에서는 구조상 기판 전극에 바이어스를 인가하여 얻을 수 있는 공정 특성에 대해 기대하기 힘들다. 진공 플라즈마 시스템과는 달리, 양 전극에 바이어스를 인가하게 되면 그라운드에 연결할 수 없어, 플라즈마를 안정적으로 발생시키기 힘든 문제점이 있었다.
따라서, 양 전극에 바이어스를 인가하고 그라운드 전극을 형성하여 대기압 플라즈마를 발생시킬 수 있는 전극구조를 개발할 필요성이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 더블 방전 시스템이 가능한 대기압 플라즈마 발생장치를 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 제1 전극부(100); 상기 제1 전극부(100)와 인접하여 배치된 제2 전극부(200); 상기 제2 전극부(200)와 인접하여 배치되고 상기 제2 전극부(200)를 중심으로 상기 제1 전극부(100)와 대향하는 제3 전극부(300); 및 상기 제1 전극부(100) 내지 상기 제3 전극부(300)의 하부에 이격되어 배치된 제4 전극부(400)를 포함하고, 상기 제1 전극부(100) 내지 상기 제3 전극부(300) 중 적어도 1개 이상은 제1 파워 전원(500)에 연결되고, 상기 제1 전극부(100) 내지 상기 제3 전극부(300) 중 적어도 1개 이상은 그라운드(800)에 연결되고, 상기 제4 전극부(400)는 제2 파워 전원(600)에 연결되고, 상기 제1 전극부(100)와 상기 제2 전극부(200) 사이 및 상기 제2 전극부(200)와 상기 제3 전극부(300) 사이로 가스가 공급되어 플라즈마가 발생하는 대기압 플라즈마 발생장치를 제공한다.
상기 제1 전극부(100) 및 상기 제3 전극부(300)는 상기 제1 파워 전원(500)에 연결되고, 상기 제2 전극부(200)는 상기 그라운드(800)에 연결될 수 있다.
상기 제1 전극부(100) 및 상기 제3 전극부(300)는 상기 그라운드(800)에 연결되고, 상기 제2 전극부(200)는 상기 제1 파워 전원(500)에 연결될 수 있다.
상기 제1 전극부(100)는 상기 제1 파워 전원(500)에 연결되고, 상기 제2 전극부(200)는 상기 그라운드(800)에 연결되고, 상기 제3 전극부(300)는 제3 파워 전원(700)에 연결될 수 있다.
상기 제1 전극부(100) 내지 상기 제4 전극부(400)의 외부는 유전체막(120, 220, 320 및 420)으로 도포될 수 있다.
상기 제1 파워 전원(500)과 상기 제2 파워 전원(600)은 전압 및 주파수가 서로 다른 것일 수 있다.
상기 가스는 O2, H2, He, Ar, N2 , HMDS, NF3, SF6 또는 이들의 혼합 가스일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 상, 하부 전극에 바이어스를 인가하고 상부 전극 중 적어도 1개 이상 그라운드를 연결함으로써, 안정되고 공정효율이 높은 대기압 플라즈마를 발생시킨다.
또한, 각각 다른 주파수를 가지는 파워 전원을 각각의 상, 하부 전극에 연결하여 바이어스를 인가함으로써, 각 주파수가 가지는 고유의 방전 특성을 동시에 발생시킬 수 있다.
또한, 기존의 일반적인 유전체 장벽 방전 시스템과 비교할 때, 상, 하부 전극에 바이어스를 인가함에 따라 방전 영역이 넓어져서 인라인 처리(in-line process) 또는 롤 투 롤 시스템(roll to roll system)에서 좀 더 효율적인 공정을 진행할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치를 나타낸 개념도이다.
도 3은 HMDS 유량에 따른 SiOx 무기막의 증착율을 측정한 비교 실험 그래프이다.
도 4는 광 방출 분광기를 이용한 대기압 플라즈마의 광학적 특성을 비교한 그래프이다.
도 5는 O2 유량에 대한 폴리이미드 물질의 식각율을 측정한 비교 실험 그래프이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
실시예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치를 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 제1 전극부(100), 상기 제1 전극부(100)와 인접하여 배치된 제2 전극부(200), 상기 제2 전극부(200)와 인접하여 배치되고 상기 제2 전극부(200)를 중심으로 상기 제1 전극부와 대향하는 제3 전극부(300) 및 상기 제1 전극부(100) 내지 제3 전극부(300)의 하부에 이격되어 배치된 제4 전극부(400)를 포함하고, 상기 제1 전극부(100) 및 상기 제3 전극부(300)는 제1 파워 전원(500)에 연결되고, 상기 제2 전극부(200)는 그라운드(800)에 연결되고, 상기 제4 전극부(400)는 제2 파워 전원(600)에 연결된 대기압 플라즈마 발생장치를 제공한다.
다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제1 전극부(100) 내지 상기 제3 전극부(300) 중 적어도 1개 이상은 제1 파워 전원(500)에 연결되고, 상기 제1 전극부(100) 내지 상기 제3 전극부(300) 중 적어도 1개 이상은 그라운드(800)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극부(100) 및 상기 제3 전극부(300)는 상기 그라운드(800)에 연결되고, 상기 제2 전극부(200)는 상기 제1 파워 전원(500)에 연결될 수 있다.
상기 제1 전극부(100) 내지 상기 제4 전극부(400)는 스테인리스 스틸(stainless steel), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등의 도체인 전극을 포함할 수 있다.
유전체 장벽 방전을 이루기 위해 상기 제1 전극부(100) 내지 상기 제4 전극부(400)의 외부는 유전체막(120, 220, 320 및 420)으로 도포될 수 있다.
상기 유전체막(120, 220, 320 및 420)의 두께는 0.1mm 내지 5mm일 수 있다.
상기 유전체막은 도체인 전극만을 사용하여 전압을 가하게 될 때 아크가 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로 Al2O3, SiO2, 강화유리, 고무 실리콘, 폴리머 또는 마이카 등을 포함할 수 있다. 바람직하게 Al2O3를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 전극부의 외부를 유전체 물질(dielectric material)로 코팅하여 플라즈마가 균일하게 발생되도록 할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 상기 전극부 중 적어도 1개의 전극부의 외부에 유전체 물질로 코팅할 수 있다. 또한, 상기 유전체막 대신에 파워 전극과 그라운드 전극 사이에 유전체 물질을 배치할 수 있다.
상기 전극들 사이의 거리는 전력이 인가될 때 충분한 절연 거리를 확보하면서도 가능한 한 가깝게 정해지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1 파워 전원(500) 및 상기 제2 파워 전원(600)은 직류 또는 교류 파형을 가지는 전원을 공급할 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
상기 제1 파워 전원(500) 및 상기 제2 파워 전원(600)의 크기는 수 킬로 볼트(kV) 내지 수십 킬로 볼트(kV)가 될 수 있다.
또한, 상기 제1 파워 전원(500)과 상기 제2 파워 전원(600)은 전압 및 주파수가 서로 다른 것일 수 있다. 각각 다른 주파수를 가지는 파워 전원을 각각의 상, 하부 전극에 연결하여 바이어스를 인가함으로써, 각 주파수가 가지는 고유의 방전 특성을 동시에 발생시킬 수 있다.
상기 제1 전극부(100) 내지 상기 제4 전극부(400)는 쿨링부(110, 210, 310 및 410)를 포함할 수 있다. 플라즈마 발생동안 가열된 전극을 워터쿨링라인(water cooling line) 등을 이용하여 냉각시켜 전극의 내구성을 향상시킬 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 상기 쿨링부(110, 210, 310 및 410)는 생략될 수 있다.
상기와 같은 구성을 구비하여, 제4 전극부 상에 피처리물을 배치한다. 상기 피처리물은 기판일 수 있다. 제1 전극부(100)와 상기 제2 전극부(200) 사이 및 상기 제2 전극부(200)와 상기 제3 전극부(300) 사이로 가스가 공급된다. 제1 파워 전원(500) 및 제2 파워 전원(600)으로부터 제1 전극부(100), 제3 전극부(300) 및 제4 전극부(400)로 전원이 인가되고, 제2 전극부(200)가 그라운드 처리된다. 인가되는 파워 전원들과 그라운드 처리에 의해 제1 전극부(100)와 제2 전극부(200) 사이의 공간, 제2 전극부(200)와 제3 전극부(300) 사이의 공간 및 제1 전극부(100) 내지 제3 전극부(300)와 제4 전극부(400) 사이의 공간에서는 플라즈마 방전이 일어난다. 이때 제4 전극부(400) 상에 위치된 피처리물은 상기 플라즈마 방전에 의해 발생된 플라즈마에 의해 표면 처리된다.
상기 가스는 O2, H2, He, Ar, N2, HMDS, NF3, SF6 또는 이들의 혼합 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 가스는 O2, H2, He, Ar, N2 또는 이들의 혼합 가스와 같은 방전 가스 및 HMDS, NF3 , SF6 또는 이들의 혼합 가스와 같은 공정 가스를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
상부 전극에만 파워 전원이 인가되었을 경우, 플라즈마 발생 및 특성에만 파워 전원이 관여하게 된다. 그러나, 본 발명과 같이 상, 하부 전극에, 특히 피처리물이 배치되는 하부 전극인 제4 전극부(400)에 파워를 인가하게 되면 파워 전원의 인가 전력에 따라 기판에 직접적으로 공정에 관여하게 되는 다양한 입자(particle), 이온 및 라디칼(radical)에 대해 에너지를 조절할 수 있으므로 공정 컨트롤이 보다 원활해진다.
또한, 상, 하부 전극에 파워 전원을 인가하게 됨과 동시에 그라운드 전극을 상부전극에 위치시킴으로써 안정적으로 대기압 플라즈마 시스템을 작동시킬 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치를 나타낸 개념도이다.
도 2를 참조하면, 제1 전극부(100), 상기 제1 전극부(100)와 인접하여 배치된 제2 전극부(200), 상기 제2 전극부(200)와 인접하여 배치되고 상기 제2 전극부(200)를 중심으로 상기 제1 전극부(100)와 대향하는 제3 전극부(300) 및 상기 제1 전극부(100) 내지 상기 제3 전극부(300)의 하부에 이격되어 배치된 제4 전극부(400)를 포함하고, 상기 제1 전극부(100)는 상기 제1 파워 전원(500)에 연결되고, 상기 제2 전극부(200)는 그라운드(800)에 연결되고, 상기 제3 전극부(300)는 제3 파워 전원(700)에 연결되고, 상기 제4 전극부(400)는 제2 파워 전원(600)에 연결된 대기압 플라즈마 발생장치를 제공한다.
상기 제1 파워 전원(500) 내지 상기 제3 파워 전원(700)은 직류 또는 교류 파형을 가지는 전원을 공급할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 제1 파워 전원(500) 내지 상기 제3 파워 전원(700)의 크기는 수 킬로 볼트(kV) 내지 수십 킬로 볼트(kV)가 될 수 있다.
또한, 상기 제1 파워 전원(500) 내지 상기 제3 파워 전원(700)은 전압 및 주파수가 서로 다른 것일 수 있다. 각각 다른 주파수를 가지는 3개의 파워 전원을 각각의 상, 하부 전극에 연결하여 바이어스를 인가함으로써, 각 주파수가 가지는 고유의 방전 특성을 동시에 발생시킬 수 있다.
도 3은 대기압 플라즈마 발생장치를 이용할 때, HMDS 유량(Flow rate)(sccm)에 따른 SiOx 무기막의 증착율(Depostion rate)(nm/scan)을 측정한 비교 실험 그래프이다.
도 3을 참조하면, 기존 방식의 대기압 플라즈마 발생장치를 이용하여 SiOX 무기막 증착 공정을 진행한 경우와 도 1에 도시된 더블 방전 시스템을 이용한 대기압 플라즈마 발생장치를 이용하여 SiOX 무기막 증착 공정을 진행한 경우가 상호 비교된다. 상기 도 3에 개시된 내용은 각각의 경우의 증착율에 대한 비교 실험 그래프이다.
기존 방식의 대기압 플라즈마 발생장치는 상부 전극과 하부 전극이 구비되고, 양 전극의 이격 공간에 플라즈마가 형성되는 구성을 가진다. 또한, 상부 전극에 파워 전극(7kV)을 연결하고 하부 전극에 그라운드 전극을 연결한 후 He 가스 10slm(standard litters per minute), O2 가스 20slm, Ar 가스 3slm, HMDS(Hexamethyldisilazane) 가스 100sccm 내지 500sccm의 혼합 가스를 통해 대기압 플라즈마를 발생시킨다. 발생된 플라즈마를 통해 Si기판 위에 증착된 SiOx 무기막의 증착율(depostion rate)(nm/scan)은 관찰된다.
또한, 도 1에 도시된 대기압 플라즈마 발생장치를 이용한 실험은 상부에 위치한 제1 전극(100) 및 제3 전극(300)에 7kV의 파워를 인가하고 하부에 위치한 제4 전극(400)에 5kV의 파워를 인가하고 상부에 위치한 제2 전극(200)에 그라운드(800)를 연결한다. He 가스 10slm, O2 가스 20slm, Ar 가스 3slm, HMDS(Hexamethyldisilazane) 가스 100sccm 내지 500sccm의 혼합 가스를 통해 플라즈마를 발생시킨다. 발생된 대기압 플라즈마를 통해 Si 기판 위에 증착된 SiOx 무기막의 증착율은 관찰된다.
그 결과, Si 소스인 HMDS의 유량이 증가함에 따라 플라즈마로부터 분해되어 나오는 Si의 양이 증가하게 되어 SiOx의 증착비가 증가된다.
또한, HMDS 유량이 증가함에 따라 하부 전극에 바이어스를 인가하였을 경우, 하부 전극에 그라운드를 연결하였을 때보다 더 높은 증착율을 가지게 된다. HMDS 유량이 300sccm일 때, 하부 전극에 그라운드를 연결하였을 때는 약 20nm/scan의 증착율, 하부 전극에 바이어스를 인가하였을 때는 약 40nm/scan의 증착율로 약 2배의 차이가 난다.
이는 하부 전극을 파워 전극으로 배치하고 그라운드 전극을 상부 파워 전극 사이에 배치함으로써 상, 하부에 동시에 바이어스를 인가하더라도 안정된 대기압 플라즈마가 발생할 수 있게 된 것이다.
또한, 상, 하부 전극에 바이어스를 인가함에 따라 방전 영역이 넓어져서 플라즈마 밀도가 증가되므로 가스 분해 효율이 증가되어 증착율이 증가하게 된다.
또한, 서로 다른 주파수를 가지는 파워를 인가하여 각 주파수에 따른 플라즈마 특성을 동시에 확보할 수 있게 되고, 하부 전극에 파워가 인가되어 하부 전극에 인가된 전력에 따라 기판에 입사되어 직접적으로 공정에 관여하는 다양한 입자, 이온 및 라디칼에 대해 에너지를 조절할 수 있게 되므로 증착효율이 향상하게 된다.
도 4는 광 방출 분광기(Optical emission spectroscopy)를 이용한 대기압 플라즈마의 광학적 특성을 비교한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 기존의 대기압 플라즈마 발생장치 및 더블 방전 시스템을 이용한 대기압 플라즈마 발생장치를 이용하여 대기압 플라즈마를 발생시킨다. 광 방출 분광기(optical emission spectroscopy)를 이용하여 상부 전극 주입 전압(Upper ekectride input voltage)(kV)에 대한 광 방출 강도(Optical Emission Intensity)(a.u)를 관찰 및 비교한다.
기존 방식의 대기압 플라즈마 발생장치를 이용한 실험은 상부에 파워 전극을 연결하고 하부에 그라운드 전극을 연결한 후, 상부 전극 주입 전압을 변화시키면서 Ar 플라즈마 라디칼(Ar*), O 플라즈마 라디칼(O*) 및 He 플라즈마 라디칼(He*)의 광 방출 강도를 측정한다.
도 1에 도시된 대기압 플라즈마 발생장치를 이용한 실험은 하부에 위치한 제4 전극(400)에 5kV의 파워를 인가하고 상부에 위치한 제1 전극(100) 및 제3 전극(300)에 제1 파워 전원(500)을 연결하고 상부에 위치한 제2 전극(200)에 그라운드(800)를 연결한다. 상부 제1 전극(100) 및 제3 전극(300)의 주입 전압(kV)을 변화시키면서 Ar 플라즈마 라디칼(Ar*), O 플라즈마 라디칼(O*) 및 He 플라즈마 라디칼(He*)의 광 방출 강도를 측정한다.
그 결과, 상부 전극의 주입 전압이 증가함에 따라 파장(wavelength)이 750nm의 위치에서 관찰할 수 있는 Ar 플라즈마 라디칼(Ar*), 777nm에서 관찰할 수 있는 O 플라즈마 라디칼(O*) 및 667nm 에서 관찰할 수 있는 He 플라즈마 라디칼(He*)의 광 방출 강도(optical emission intensity)가 증가한다.
이는 상부 전극의 바이어스 전압(bias voltage)이 증가함에 따라 각 가스들에 대한 분해 효율이 증가하게 되어 각각의 광 방출 강도(optical emission intensity)가 증가하게 되는 것이다.
또한, 하부 전극에 바이어스를 인가하였을 경우, 하부 전극에 그라운드를 연결하였을 때보다 상대적으로 더 높은 광 방출 강도를 가지게 된다.
이는 하부 전극에 바이어스가 인가되었을 경우, 상, 하부에 인가된 바이어스의 각 주파수에 따른 플라즈마 특성을 동시에 확보할 수 있게 되어 가스 분해 효율이 높고 공정 효율이 높은 대기압 플라즈마가 형성되기 때문이다.
도 5는 대기압 플라즈마 발생장치를 이용할 때, O2 유량(Flow rate)(slm)에 대한 폴리이미드 물질의 식각율(Etch rate)(nm/min)을 측정한 비교 실험 그래프이다.
즉, 도 5의 그래프는 He 가스 10slm, Ar 가스 10slm 및 O2 가스 10slm 내지 20slm의 혼합 가스를 통해 대기압 플라즈마를 발생시켜 폴리이미드(Polyimide) 물질을 식각할 때 O2 가스 의 유량 변화에 대한 폴리이미드 물질의 식각율을 측정한 비교 실험 그래프이다.
기존 방식의 대기압 플라즈마 발생장치를 이용한 실험은 상부에 파워 전극(7kV)을 연결하고 하부에 그라운드 전극을 연결한다. He 가스 10slm, Ar 가스 10slm 및 O2 가스 10slm 내지 20slm의 혼합 가스를 통해 대기압 플라즈마를 발생시킨다. 발생된 플라즈마를 통하여 폴리이미드(Polyimide) 물질을 식각할 때 O2 가스 의 유량 변화에 대한 폴리이미드 물질의 식각율을 측정한다.
도 1에 도시된 대기압 플라즈마 발생장치를 이용한 실험은 상부에 위치한 제1 전극(100) 및 제3 전극(300)에 7kV의 파워를 인가하고 하부에 위치한 제4 전극(400)에 10kV의 파워를 인가하고 상부에 위치한 제2 전극(200)에 그라운드(800)를 연결한다. He 가스 10slm, Ar 가스 10slm 및 O2 가스 10slm 내지 20slm의 혼합 가스를 통해 대기압 플라즈마를 발생시켜 폴리이미드(Polyimide) 물질을 식각한다. 이 때, O2 가스 의 유량 변화에 대한 폴리이미드 물질의 식각율을 측정한다.
그 결과, 폴리이미드의 직접적인 에천트(etchant)로 작용되는 산소(Oxygen) 라디칼 및 이온의 소스인 산소 가스(oxygen gas) 유량의 증가에 따라 폴리이미드의 식각비가 증가한다.
또한, 도 1에 도시된 더블 방전 시스템을 이용한 대기압 플라즈마 발생장치를 사용한 경우, 기존 방식의 대기압 플라즈마 발생장치를 사용한 경우보다 약 200 배 정도 식각비가 향상된다.
이는, 하부 전극에 파워를 인가하였을 경우 강한 에너지를 가지는 이온들이 쉬스(sheath) 영역을 통해 가속되어 폴리이미드 기판과 충돌하게 되고, 이는 폴리이미드의 각 화학적 결합들을 활성화(activation)시켜 식각 공정이 좀 더 효율적으로 진행되도록 도와주기 때문이다.
또한, 하부 전극에 파워를 인가하게 되면 파워를 상부 전극에 하나만 인가하였을 때보다 효율적으로 가스를 분해하게 되어 공정효율이 더 높은 플라즈마를 발생시키게 되기 때문이다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.
100: 제1 전극부 110: 쿨링부
120: 유전체막 200: 제2 전극부
210: 쿨링부 220: 유전체막
300: 제3 전극부 310: 쿨링부
320: 유전체막 400: 제4 전극부
410: 쿨링부 420: 유전체막
500: 제1 파워 전원 600: 제2 파워 전원
700: 제3 파워 전원 800: 그라운드

Claims (8)

  1. 제1 전극부;
    상기 제1 전극부와 인접하여 배치된 제2 전극부;
    상기 제2 전극부와 인접하여 배치되고 상기 제2 전극부를 중심으로 상기 제1 전극부와 대향하는 제3 전극부; 및
    상기 제1 전극부 내지 상기 제3 전극부의 하부에 이격되어 배치된 제4 전극부를 포함하고,
    상기 제1 전극부 내지 상기 제3 전극부 중 적어도 1개 이상은 제1 파워 전원에 연결되고,
    상기 제1 전극부 내지 상기 제3 전극부 중 적어도 1개 이상은 그라운드에 연결되고,
    상기 제4 전극부는 제2 파워 전원에 연결되고,
    상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부 사이 및 상기 제2 전극부와 상기 제3 전극부 사이로 가스가 공급되어 플라즈마가 발생하는 대기압 플라즈마 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극부 및 상기 제3 전극부는 상기 제1 파워 전원에 연결되고,
    상기 제2 전극부는 상기 그라운드에 연결된 대기압 플라즈마 발생장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극부 및 상기 제3 전극부는 상기 그라운드에 연결되고,
    상기 제2 전극부는 상기 제1 파워 전원에 연결된 대기압 플라즈마 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극부는 상기 제1 파워 전원에 연결되고,
    상기 제2 전극부는 상기 그라운드에 연결되고,
    상기 제3 전극부는 제3 파워 전원에 연결된 대기압 플라즈마 발생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극부 내지 상기 제4 전극부의 외부는 유전체막으로 도포된 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파워 전원과 상기 제2 파워 전원은 전압 및 주파수가 서로 다른 것인 대기압 플라즈마 발생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가스는 O2, H2, He, Ar, N2, HMDS, NF3, SF6 또는 이들의 혼합가스인 대기압 플라즈마 발생장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극부 내지 상기 제4 전극부는 쿨링부를 포함하는 대기압 플라즈마 발생장치.
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