KR20130007195A - 활성화된 기체를 이용한 세정 및 환원 장치와 방법 - Google Patents

활성화된 기체를 이용한 세정 및 환원 장치와 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 활성화된 기체를 발생시켜 재료 표면을 변화, 세정 및 코팅하는 장치에 관한 것으로, 가스 공급기와 공급 가스를 활성화 시키는 장치를 가진다. 가스 공급기는 별도의 시설을 필요로 하지 않고, 자체적으로 기체를 발생시키는 unit과 발생된 기체가 통과하면서 활성화 시키는 unit 및 공급 가스를 활성화 시키기 위해 고전압을 공급하는 Power Supply로 구성된다. 상기 활성화 기체를 분사하는 장치는 처리하고자 하는 물질의 상부 또는 하부, 측면등 주의 환경에 제한되지 않고 360도 공간에 배치할 수 있다. 상기 활성화 기체 발생기의 내부에 유입된 기체를 여기 시키기 위해 고전압이 인가되는 전극이 설치되며, plasma 생성시 발생하는 열 및 안정한 상태를 유지하기 위해 절연체가 삽입된다.
활성화 된 기체는 재료에 분사됨으로 인해 빠른 시간에 처리 대상을 세정, 코팅 또는 산화된 물질을 환원시키는 데 사용된다.

Description

활성화된 기체를 이용한 세정 및 환원 장치와 방법 {Cleaning and Reduction device using activated gases and Process mechanism}
본 발명은 활성화된 기체를 발생시켜 재료 표면을 변화, 세정 및 코팅하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 Plasma를 이용하여 처리 물질의 일부 영역을 빠른 속도로 친수, 소수, 코팅 및 환원 시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체, LCD등을 제조할 때 다양한 제조공정 중에 발생하는 잔류 물질(residual organic materials), 작은 파티클(small particles), 오염물(contaminants) 등을 제거하기 위하여 PCB 표면 또는 Glass 표면을 세정하는 공정이 필요하다.
최근에 LCD 제조 공정 중 LCM 분야에서는 ACF 본딩시 접착력 문제가 심각히 대두 되고 있으며, 반도체 packaging 분야에서는 금 값의 상승으로 인해 wire bonding 공정에서 사용하는 gold wire 대신 cu wire로 대체하려고 시도하고 있으며 일부 사용되고 있다.
상기 문제를 해결하기 위해 약액을 이용하거나, 탈이온수 및 EUV나 대기압 plasma를 이용하기도 하지만 그 세정 능력에는 한계를 보이거나, 세정속도가 낮아 양산속도에 맞추지 못하고 있는 실정이다.
일반적인 세정 설비는 유기 오염물을 제거하는데 소요되는 시간이 길고, 설비가 대형화된다. 또한, 장치구성이 복잡해지고, 설비 면적이 증대된다.
본 발명은 LCD Module 제조 공정 중 ACF Bonding전 LCD Pad의 표면 처리를 통해 표면에너지를 증가시켜 접착력을 향상 시켜 불량율 발생을 감소시키는데 있으며, 반도체 packaging 공정 중 wire bonding에 사용되는 Cu wire의 산화를 방지하거나 산화된 Cu wire를 환원시켜 재 사용할 수 있게 하여 제조 공정 비용을 절감할 수 있는 Plasma 발생 장치 및 이를 이용한 공정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 소형화되고 간단한 구성으로 상기 공정에 영향을 미치는 활성화 된입자들을 다량 제공할 수 있는 plasma 발생 장치 및 이를 이용한 공정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스 공급기와 활성화된 입자를 발생시키는 plasma 발생기와 전원 공급장치를 가진다. 상기 가스 공급기는 제어장치로부터 공급 여부 신호를 받아 작동하며, 볼 플로우메타 또는 MFC와 같은 정 유량 공급 장치를 통과해 Plasma 발생장치의 가스 이동 통로로 공급된다. 상기 Plasma 발생기는 처리 물질 상, 하부 또는 좌, 우에 처리하고자 하는 위치에 맞게 배치되며, 상기 plasma 발생기의 내부에는 공급된 가스를 활성화 시키기 위해 일정 전압이 인가되는 전극이 설치된다. 일 예의 의하면, 상기 장치를 세정용으로 사용할 경우 별도의 가스 공급원 필요 없이 공정 가스가 plasma 발생기로 공급된다. 상기 가스 공급기에서 공급되는 가스는 비활성, 활성 가스가 단독으로 공급될 수도 있으며, 일정 비율을 혼합되어 공급 될 수 있다. 또한 환원에 사용되는 가스는 비활성 가스에 H2 가스를 0.1~수 십%까지 혼합하여 사용한다.
상기 Plasma 발생기는 고전압이 인가되는 부분과 접지가 연결되는 부분이 전기적으로 절연되는 상태를 유지할 수 있는 구조를 가지며, 가스 공급기로부터 공급된 가스가 잘 분포될 수 있도록 터블런스 구조를 가진다. 또한, plasma가 발생 된 후 안정한 상태를 유지하기 위해 유전체가 고전압이 인가되는 부분의 벽을 둘러싸는 구조를 형성한다. 활성화된 기체는 1mm~수십mm 크기의 토출구로 분사되어 나온다.
본 발명의 세정 방법은 가스 공급기로부터 가스가 공급되는 단계, 공급된 공정 가스가 Plasma 발생기 내부로 이동하는 단계, Plasma 발생기 구성품 중 전극에 전압이 인가되어 공급된 기체가 활성화 되는 단계, 그리고 상기 Plasma 발생기 내의 활성화된 기체가 기판 상으로 분사되는 단계를 포함한다.
상기 Plamsa 발생기 구성품 중 전극에 전압을 인가하여 공급된 기체가 활성화 되는 단계 전후에 HMDSO, HMDS등과 같은 Polymer 중합체를 추가 공급하는 단계를 더 포함 할 수 있으며, 상기 Plasma의 토출구는 원형 또는 직사각형 형상으로 제작될 수 있다.
본 발명에 의하면, 일반적인 세정 장치 달리 장치의 구성이 간단하여 설치 면적을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 Plasma 발생기에서 생성된 활성화 된 기체들이 세정효과를 극대화 하여 접착력 개선 및 환원 작용을 증대할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, Plasma 발생기에서 생성되는 활성화 되는 기체의 양을 인가되는 전압의 크기를 제어하여 조절할 수 있다.
또한, 세정용으로 사용되는 가스는 별도의 가스 시설 설치 없이 자체적으로 생성하여 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 예에 따른 표면 처리 장치가 개략적으로 도시된 도면
도 2은 도 1의 기체를 활성화 시키는 장치의 단면도;
도 3은 별도의 기체 공급원 없이 자체적으로 공정가스를 발생시키는 장치를 개략적으로 도시한 도면
도 4는 도1의 장치를 여러 개로 연결하여 사용할 경우의 표면 처리 장치 도면
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 표면처리 방법을 순차적으로 보여주는 플로우 차트이다.
도 6은 LCD Module 공정 적용에 따른 세정 효과를 나타낸 결과.
도 7은 환원 공정 적용에 따른 환원 효과를 나타낸 결과
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스 공급기와 활성화된 입자를 발생시키는 plasma 발생기와 전원 공급장치를 가진다. 상기 가스 공급기는 제어장치로부터 공급 여부 신호를 받아 작동하며, 볼 플로우메타 또는 MFC와 같은 정 유량 공급 장치를 통과해 Plasma 발생장치의 가스 이동 통로로 공급된다. 상기 Plasma 발생기는 처리 물질 상, 하부 또는 좌, 우에 처리하고자 하는 위치에 맞게 배치되며, 상기 plasma 발생기의 내부에는 공급된 가스를 활성화 시키기 위해 일정 전압이 인가되는 전극이 설치된다. 일 예의 의하면, 상기 장치를 세정용으로 사용할 경우 별도의 가스 공급원 필요 없이 공정 가스가 plasma 발생기로 공급된다. 상기 가스 공급기에서 공급되는 가스는 비활성, 활성 가스가 단독으로 공급될 수도 있으며, 일정 비율을 혼합되어 공급 될 수 있다. 또한 환원에 사용되는 가스는 비활성 가스에 H2 가스를 0.1~수 십%까지 혼합하여 사용한다.
상기 Plasma 발생기는 고전압이 인가되는 부분과 접지가 연결되는 부분이 전기적으로 절연되는 상태를 유지할 수 있는 구조를 가지며, 가스 공급기로부터 공급된 가스가 잘 분포될 수 있도록 터블런스 구조를 가진다. 또한, plasma가 발생 된 후 안정한 상태를 유지하기 위해 유전체가 고전압이 인가되는 부분의 벽을 둘러싸는 구조를 형성한다. 활성화된 기체는 1mm~수십mm 크기의 토출구로 분사되어 나온다.
본 발명의 세정 방법은 가스 공급기로부터 가스가 공급되는 단계, 공급된 공정 가스가 Plasma 발생기 내부로 이동하는 단계, Plasma 발생기 구성품 중 전극에 전압이 인가되어 공급된 기체가 활성화 되는 단계, 그리고 상기 Plasma 발생기 내의 활성화된 기체가 기판 상으로 분사되는 단계를 포함한다.
상기 Plamsa 발생기 구성품 중 전극에 전압을 인가하여 공급된 기체가 활성화 되는 단계 전후에 HMDSO, HMDS등과 같은 Polymer 중합체를 추가 공급하는 단계를 더 포함 할 수 있으며, 상기 Plasma의 토출구는 원형 또는 직사각형 형상으로 제작될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 5를 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예로 인해 한정 되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장 되어진 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 예에 따른 기판 세정 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 장치는 공급 가스를 활성화 시키는 Plasma 발생기(100)와 Plasma 발생기 내부로 공급된 공정 가스를 활성화 시키기 위해 전극에 일정 전압을 인가시켜주는 전원 공급 장치(Power Supply)(200)을 가진다. 가스 공급기(300)는 사용하려는 목적에 따라 활성 및 비활성 가스(310, 320)가 공급되며, 가스의 흐름과 유량을 제어하기 위한 솔레노이드 벨브(312)와 볼플로우메타 및 MFC(316)와 같은 유량 제어 장치를 포함한다. 제어장치(400)는 가스 공급기(300)로부터 가스 공급 유, 무를 제어하고 전원 공급장치(200)에서 Plasma 발생기 내부 구성품 중 전극에의 전압 공급을 조정한다. Plasma 발생기(100)는 처리물질(600)의 상, 하부, 좌, 우등 360도 방향에 제한 받지 않고 자유롭게 위치할 수 있다. Plasma 발생기(100)에서 활성화된 기체(500)은 도1과 같이 벨트 또는 stage, 컨베이어와 같은 인 라인 이송 장치 위에 위치한 처리물질(600) 표면에 분사 된다. 처리 물질(600)은 반도체, LCD 제조 공정에 사용되는 도전체, 반도체, 절연체 등과 같은 재료일 수 있며, 섬유 재질 일 수도 있다.
Plasma 발생기(100)는 고전압 Bar(110), 외곽체(120), 절연체 불록(130), 유전체(140), 노즐(150), 가스 공급 port(160), 토출구(170)을 가진다. 이 중 고전압 Bar(110)는 전원 공급 장치(200)로부터 수kV ~ 수십kV의 고전압을 수신하는 역할을 하며, 절연체 블록(130)은 고전압 Bar(110)와 외곽체(120)가 전기적으로 절연되게끔 하여 arc 생성을 방지한다. 특히 유전체(140)은 Plasma 발생시 발생하는 열을 효과적으로 줄이기 위해 특별한 구조로 외곽체(120) 측벽에 삽입된다. 또한 Plasma 발생기(100)는 공정가스가 들어오는 가스 공급기(300)와 Plasma 발생기(100) 구성품 중 고전압 Bar(110)에 일정 전압을 인가하는 전원 공급 장치(200)가 연결 된다. 전원 공급 장치(200)에서는 Plasma 발생기(100)에 일정 전압을 인가하기 위해 고전압 Bar(110)에 수kV ~ 수십kV의 고전압이 선(210)인 연결되며, plasma 발생을 안전하게 유지하고, 순간적인 shot를 방치하기 위해 Plasma 발생기(100)의 외곽체(120) 또는 노즐(150)에 접지선(220)이 연결된다. 가스 공급 port(160)으로 유입되는 공정 가스는 가스 공급기로(300)부터 공급되며, 특히 본 발명 장치가 세정용으로 사용될 경우 가스 자체 발생기(310)에 의해 주변의 공기를 흡입하여 자체적으로 일정 유량의 Air 발생시켜 솔레노이드밸브(312)와 볼플로우메타 또는 MFC(316)와 같은 유량 공급장치를 거쳐 공급되는 구조를 가진다. 가스 자체 발생기에 공급되는 전원은 전원 공급기의 전원(318)을 사용하여 별도의 전원을 필요로 하지 않는다. 또한, 본 발명 장치가 환원 공정에 사용하는 경우 환원 가스 공급원(320)에서 공급되는 가스는 비활성 가스에 H2 가스를 0.1~수 십%로 혼합하여 사용한다. Plasma 발생기(100) 내부로 공급된 가스를 활성화 시키기 위한 전원 공급 장치(200)는 수Hz~수백MHz의 주파수를 사용하여 수kV에서 수십kV까지 인가 전압을 조정할 수 있다. 비록 도면에는 도시되지 않았으나 가스 공급기(300)에서 공급되는 가스는 세정용 가스 또는 환원 가스등 다수의 가스 중 어느 하나를 선택적으로 공급하는 공급관이 연결될 수 있다.
상술한 예에서는 가스 공급기가(300)가 세정 가스 공급원(310)와 환원 가스 공급원(320)을 가지는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리, 오존 등과 같은 다른 종류의 첨가 가스를 공급하는 공급원들을 더 포함할 수 있다.
도 2는 Plasma 발생기(100)의 단면도이다. 도 2에서 고전압 Bar(110)와 유전체(140)은 1mm에서 수십mm까지 일정한 크기로 설치된다. 또한 고전압 Bar(110)와 노즐(150)의 거리는 1mm에서 수십mm까지 일정한 거리를 유지해야 한다.
유전체(140)과 절연블록(130)은 고전압이 외곽체와 완전히 절연되도록 block 형태로 결합되거나 유전체(140)가 일체형으로 삽입될 수 있다.
Plasma 발생기 내부로 유입되는 가스가 회전하기 위하여 다수의 hole을 가진 가스 분포기(180)가 적층으로 결합되어 내부에 설치되며, 적층으로 결합시 일정 각도로 틀어서 겹합됨으로 가스를 회전 시킬 수 있다.
고전압이 연결된 HV tip(190)의 끝 형상은 반구형상을 가지며 특히 반구의 끝 부분은 평탄한 구조를 가진다.
상술한 예에서는 Plasma 발생기(100)내에 고전압 Bar(110)가 1개가 설치 된 것으로 설명하였으나,이와 달리 다수개의 고전압 Bar(110)가 설치 될 수 있다.
도 3는 본 발명 장치가 세정용으로 사용할 경우의 도면이다. 세정용으로 사용되는 가스의 공급원(310)은 전원 공급 장치(200)의 전원을 이용하여 작동하며, 주변의 기체를 이용하여 공정가스를 자체적으로 생성 시키는 것을 특징으로 한다. 생성된 가스는 솔레노이드밸브(312)를 거치고 볼플로우메타 또는 MFC(316)와 같은 유량 공급장치를 통해 Plasma 발생기(100)의 가스 공급 port(160)으로 공급된다. 또한, 본 발명 장치가 환원 공정에 사용하는 경우 환원 가스 공급원(320)에서 공급되는 가스는 비활성 가스에 H2 가스를 0.1~수 십%로 혼합하여 사용한다.
전원 공급 장치(200)로부터 Plasma 발생기(100)의 고전압 Bar(110)에 전압이 인가되어 생성된 활성화 기체는 토줄구(170)을 통해 분사되어 처리 물질(600) 표면에 전달 된다. 이때 Plasma 발생기(100)에는 약 수 킬로볼트 내지 수십 킬로볼트(㎸)의 고전압이 인가되며, 수 나노미터(㎚) 크기의 활성화된 기체들이 발생된다. 가스 공급기(300) 및 전원 공급장치(200)를 제어하는 제어기(400)를 가진다. Plasma 발생기(100)에 가해지는 전압의 종류는 Plasma 발생기(100)로부터 처리물질(600))로 공급되는 이온의 종류(양이온 또는 음이온)를 선택할 수 있도록 하며, Plasma 발생기(100)에 가해지는 전압의 크기는 Plasma 발생기(100)내에서 발생되는 활성화되는 기체량을 조절할 수 있다. 예컨대, Plasma 발생기(100)에 양의 고전압이 인가되는 경우, Plasma 발생기(100)내에서 발생되는 음이온은 Plasma 발생기(100)의 내벽으로 유도되고, 양이온은 처리물질(600)로 공급된다.
또한, 본 발명은 처리 물질(600)에 인위적으로 극성 또는 자력을 형성 시켜 활성화된 기체중 원하는 활성종을 선택적으로 이용할 수 있어 제어 할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 다 수개의 Plasma 발생기(100)를 직렬 또는 병렬로 설치 될 수 있다. 이와 같이 구성 된 Plasma 발생기(100)는 처리 면적을 증가시킬 수 있으며, 다양한 형태의 처리물질을 용이하게 처리할 수 있다. 이 때 공급되는 가스는 가스 공급기(300)로부터 병렬로 분기하여 사용하며, 전원 공급 장치(200)로부터 공급되는 전원도 병렬로 분기해서 다수개의 Plasma 발생기(100)로 공급 시킬 수 있다.
상술한 본 발명은 세정에 영향을 미치는 입자들이 다량 생산되며, 입자들의 크기가 균일하다. 또한 입자들의 크기가 작아 입자들의 표면에너지가 증대되어 처리물질(600)에 부착된 유기물을 효과적으로 잘 제거 할 수 있어 세정효과가 향상된다.
본 실시 예에서 Plasma 발생기(100)는 세정 장치 및 환원 장치에 사용되는 것으로 설명되었으나, 이와 달리 처리물질(600) 표면에 박막을 코팅하거나, 소수성을 부여하는 공정 등 다양한 공정에 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 세정 및 환원 공정 순서를 순차적으로 보여주는 플로우 차트이다. 도 5를 참조하면, 처음에 센서가 처리물질을 감지하고 제어기(400)에서 솔레노이드 밸브(316)를 열어주는 단계이다(스텝 S10). 가스 공급기(300)로부터 Plasma 발생기(100)로 CDA, Forming Gas(수% H2 포함)가 유입된다(스텝 S20). 제어기(400)에 의해 전원공급장치(200)에서 설정 전압이 Plasma 발생기(100) 내의 고전압 Bar(110)에 인가되어, 공급된 가스는 활성화 된 기체로 바뀌어 토출구(170)로 분사된다(스템 S30). 분사된 활성화 된 기체는 처리물질(600)과 화학 반응을 통해 유기물을 제거하거나, 산화된 표면을 환원시키거나, 코팅을 한다(스텝 S40). 처리물질(600)이 통과하면 제어기(400)에서 전원공급장치(200), 가스공급기(300)에 정지 명령을 내린다(스텝 S50).
100 : Plasma 발생 장치 110 : 고전압 Rod
140 : 절연체 150 : 노즐
160 : 가스 공급로 180 : 가스 분포기
190 : HV Tip 200 : Plasma 발생 전원
300 : 가스 공급부 310 : 세정용 가스 자체 발생기
400 : 제어기 500 : Plasma

Claims (10)

  1. 처리 대상을 세정 및 환원시키는 장치에 있어서,
    처리 대상을 세정하고자 하는 경우 세정가스를 별도의 가스 공급원이 없이 대기중의Air를 이용하여 자체적으로 발생시켜 공급시킬 수 있는 장치를 포함하고, plasma를 발생시키는 전극, 전원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
    반도체 packaging 공정에서 Wire Bonding 전 장시간 방치된 Cu Wire의 산화된 부분을 제거하거나, Cu Wire를 산화방지할 목적으로 캐이어 가스(비활성 가스)에 H2가스를 0.01~수십%로 혼합하여 공급하거나, 비활성 가스에 H2 가스를 0.01~수십%로 mixing 된 상태로 공급하여 고전압 Bar와 그 측벽에 별도의 유전체가 삽입되는 구조의 전극을 포함하는 plasma 발생기 내부로 공급하여 환원 및 세정 공정에 사용하는 것을 특징으로 하는 공정 방법
  2. 제 1항에 있어서,
    Plasma 발생기는 고전압과 외부 측벽을 Polymer 또는 유전체를 블록 형태로 체결하여 절연 하는 구조를 가지는 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    Plasma 발생기로 공급되는 가스가 내부에서 회전하기 위해 다수개의 hole을 가진 판에 일정각도로 틀어 적층하여 가스의 흐름을 회전시키거나 15~20도의 각도로 hole을 형성 시키는 구조를 가지는 장치
  4. 제 1항에 있어서,
    Plasma 발생기로 공급되는 가스가 내부를 통과하면 발생된 plasma가 피처리물에 분사될 때 공급된 기체가 활성화 되는 단계 전후에 HMDSO, HMDS등과 같은 Polymer 중합체를 추가 공급하는 단계를 더 포함 할 수 있으며, 상기 Plasma의 토출구는 원형 또는 직사각형 형상으로 제작될 수 있다.
  5. 제 1항에 있어서,
    Plasma 발생기로 공급되는 가스가 세정용 가스인 경우;
    별도의 가스 시설 설치 없이 세정용 가스를 본 발명의 장치에서 자체적으로 발생하여 공급 시키는 unit을 구비한 세정 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    세정용 가스가 Plasma 발생기로 공급되어 생성된 활성화된 기체를 이용하여;
    LCD Module 공정 중 ACF Bonding 전 처리로 사용하는 세정 방법.
  7. 제 3항에 있어서,
    세정용 Plasma 발생기의 추가적인 적용 분야로 Touch Panel 패널 세정, 각종 재료의 도금 전처리, PCB 기판 세정, Wire Bonding 전 처리, 소수성 코팅에 사용.
  8. 제 1항에 있어서,
    환원용 가스가 Plasma 발생기로 공급되어 생성된 활성화된 기체를 이용하여;
    산화된 Cu Wire를 환원 시키거나, Wire Bonding 전 산화방지를 위해 사용하는 세정 방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    환원 공정에 사용하는 가스의 비율은;
    비활성 가스에 H2 가스를 0.01% ~ 수 십%까지 혼합하여 사용하거나, 상기 수소 농도를 가진 Forming 가스를 사용하는 공정 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    Plasma 발생기를 다 수개 연결하여 대면적을 처리하는 세정 및 환원 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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