KR20240075338A - Polymer hardening process apparatus using dual plasma source - Google Patents

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KR20240075338A KR1020220157219A KR20220157219A KR20240075338A KR 20240075338 A KR20240075338 A KR 20240075338A KR 1020220157219 A KR1020220157219 A KR 1020220157219A KR 20220157219 A KR20220157219 A KR 20220157219A KR 20240075338 A KR20240075338 A KR 20240075338A
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Abstract

본 발명은 본 발명은 기판에 형성된 폴리머를 경화하는 공정에 관한 것으로, 진공챔버내의 듀얼 플라즈마 소스를 통해 전자와 이온을 동시에 이용하여 경화공정을 수행하는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치는, 진공 챔버 내 상측에 배치되어 공정가스와 반응하여 고밀도 플라즈마를 발생시키는 제1 플라즈마 발생부와, 상기 제1 플라즈마 발생부의 하측에 배치되고, 인가되는 음(-)의 전압에 따라 다수의 그리드 홀을 통해 고밀도 플라즈마내 이온을 하측으로 방출하는 그리드 전극, 상기 그리드 전극의 하측에 배치되어 공정가스와 반응하여 저밀도 플라즈마를 발생시키고, 다수의 캐소드홀이 형성된 캐소드에 음(-) 전압이 인가됨에 따라 그 하측에 형성된 저밀도 플라즈마내 이온을 충돌시켜 이차 전자를 생성함과 더불어, 이 이차 전자와 상기 그리드 전극으로부터 캐소드홀을 통해 유입되는 이온을 진공챔버내 하측에 배치된 기판으로 동시에 방출하는 제2 플라즈마 발생부 및, 상기 제1 플라즈마 발생부 및 제2 플라즈마 발생부로 기 설정된 고전압을 공급하여 플라즈마를 발생시킨 상태에서 상기 그리드 전극과 제2 플라즈마 발생부의 캐소드로 기 설정된 음(-) 전압을 공급하여, 기판측으로 이온과 전자를 동시에 방출하도록 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a process for curing a polymer formed on a substrate, and to a technology for performing the curing process using electrons and ions simultaneously through a dual plasma source in a vacuum chamber.
The polymer curing process device using dual plasma according to the present invention includes a first plasma generator disposed on the upper side of a vacuum chamber to generate high-density plasma by reacting with a process gas, and disposed below the first plasma generator, and applying A grid electrode that emits ions in high-density plasma downward through a plurality of grid holes according to the negative voltage, is placed on the lower side of the grid electrode and reacts with the process gas to generate low-density plasma, and has a plurality of cathode holes. As a negative voltage is applied to the formed cathode, secondary electrons are generated by colliding with ions in the low-density plasma formed below the cathode, and these secondary electrons and ions flowing from the grid electrode through the cathode hole are transferred to the vacuum chamber. A second plasma generator that emits simultaneously to a substrate disposed on the lower side of the inside, and a preset high voltage is supplied to the first plasma generator and the second plasma generator to generate plasma, and the grid electrode and the second plasma generator It is characterized by including a control means for supplying a preset negative (-) voltage to the cathode and controlling the simultaneous emission of ions and electrons toward the substrate.

Description

듀얼 플라즈마 소스를 이용한 폴리머 경화 공정 장치{POLYMER HARDENING PROCESS APPARATUS USING DUAL PLASMA SOURCE}Polymer curing process device using a dual plasma source {POLYMER HARDENING PROCESS APPARATUS USING DUAL PLASMA SOURCE}

본 발명은 본 발명은 기판에 형성된 폴리머를 경화하는 공정에 관한 것으로, 진공챔버내의 듀얼 플라즈마 소스를 통해 전자와 이온을 동시에 이용하여 폴리머 경화공정을 수행하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a process for curing a polymer formed on a substrate, and to a technology for performing the polymer curing process using electrons and ions simultaneously through a dual plasma source in a vacuum chamber.

반도체 산업의 화두중 하나는 소형화, 다기능화, 고성능화 및 고용량화되고 높은 신뢰성을 갖는 반도체 제품을 저렴하게 제조하는 것이다. 이와 같은 복합적인 목표를 달성하게 하는 중요한 기술중의 하나가 반도체 패키지 기술이다. 반도체 패키지 기술중에서 웨이퍼 레벨로 칩을 패키징하는 웨이퍼 레벨 반도체 패키지가 다양한 형태로 진화하면서 발전하고 있다.One of the hot topics in the semiconductor industry is to inexpensively manufacture semiconductor products that are miniaturized, multi-functional, high-performance, high-capacity, and highly reliable. One of the important technologies that achieves these complex goals is semiconductor package technology. Among semiconductor package technologies, wafer-level semiconductor packages, which package chips at the wafer level, are evolving and developing into various forms.

이러한 반도체 공정에서는 일반적으로 공정 재료로 폴리이미드, BCB(benzocyclobutene), PBO(Polybenzoxazole) 등의 폴리머(polymer) 재질이 이용되며, 폴리머 재질을 이용한 공정으로는 낮은 유전율의 spin on polymer, spin on glass를 이용하는 IMD(inter metal dielectric) 공정, ILD(iner layer dielectric) 공정, FO wafer package 공정, 3D wafer, Hybride donding 공정, flexible display 의 polyimide curing 공정 등이 있다.In these semiconductor processes, polymer materials such as polyimide, BCB (benzocyclobutene), and PBO (polybenzoxazole) are generally used as process materials. Processes using polymer materials include low dielectric constant spin on polymer and spin on glass. There are IMD (inter metal dielectric) process, ILD (iner layer dielectric) process, FO wafer package process, 3D wafer, hybride donding process, and polyimide curing process for flexible displays.

현재, 이러한 폴리머 경화 공정은 진공챔버 내에서 전자빔을 이용하여 행해지고 있다.Currently, this polymer curing process is performed using an electron beam in a vacuum chamber.

그러나, 전자빔만을 이용하여 폴리머 경화공정을 수행하는 경우, 고온 조건에서 오랜 시간 또는 수 회의 공정처리를 수행하게 되는 바, 이로 인해 폴리머층이 형성된 기판의 전자에 의한 전기적 특성이 변화되거나 기판 휨이 발생하거나 공정 진행이 불가하게 되는 문제들이 발생된다.However, when the polymer curing process is performed using only an electron beam, the process is performed for a long time or several times under high temperature conditions, which changes the electrical properties of the substrate on which the polymer layer is formed due to electrons or causes substrate warping. Otherwise, problems may arise that make the process impossible to proceed.

예컨대, IMD 공정에서 0.1 ~ 0.3μm의 spin on polymer deposition 후 전자빔을 이용하여 경화 공정을 수행하게 되면, 폴리머 표면과 내부에 전자의 negative charge의 형성으로 하부 소자의 전기적 특성이 변화되어 반도체 소자의 불량을 유발할 수 있다.For example, in the IMD process, when a curing process is performed using an electron beam after spin on polymer deposition of 0.1 to 0.3 μm, the electrical properties of the lower device change due to the formation of negative charges of electrons on the surface and inside the polymer, leading to defects in the semiconductor device. can cause

또한, FO-WLP(Fan Out-Wafer Level Package)의 재배선층(redistribution layer)과 Hybride bonding 공정시에는 0.1 ~ 10μm 정도의 폴리이미드 등의 폴리머를 이용하여 소자의 신호 단자와 절연하는데, 이때 폴리머를 스핀 코팅(spin coating) 또는 증착후 200~300℃에서 30분 ~1 시간 동안 전자빔을 이용하여 공정을 진행하게 된다. 이 경우, 전자빔에 의하여 폴리머층이 차징되어 소자의 메탈 패드 단자를 통해 차징되어 소자의 전기적 특성이 변화됨은 물론 고온에서 장시간의 경화처리에 의해 기판에 열변형이 일어나 50~100μm 이상의 기판 휨(warpage)이 발생되고, 이러한 기판 휨 현상은 후속 공정에서 1~2μm의 미세회로 형성을 불가하게 된다.In addition, during the redistribution layer and hybrid bonding process of FO-WLP (Fan Out-Wafer Level Package), a polymer such as polyimide of about 0.1 to 10 μm is used to insulate the signal terminal of the device. In this case, the polymer is used as a After spin coating or deposition, the process is performed using an electron beam at 200 to 300°C for 30 minutes to 1 hour. In this case, the polymer layer is charged by the electron beam and charged through the metal pad terminal of the device, which not only changes the electrical characteristics of the device, but also causes thermal deformation in the substrate due to long-term curing at high temperature, resulting in substrate warpage of 50 to 100 μm or more. ) occurs, and this substrate bending phenomenon makes it impossible to form a 1-2μm fine circuit in the subsequent process.

또한, 플렉서블 디스플레이에 이용되는 폴리이미드 경화 공정은 50~100mm 두께의 글라스에 폴리이미드를 10μm 이상의 두께로 스핀 코팅한 후에 경화 공정을 진행하며, 폴리이미드의 두께가 두꺼워 8000~10000μC의 전자를 이용하여 공정을 진행하게 되는데, 폴리이미드 표면에 전자빔에 의한 차지 빌드 업(charge build up) 현상으로 전자의 침투가 불가능하여 공정 진행이 불가하게 되는 문제가 발생할 수 있다.In addition, the polyimide curing process used in flexible displays involves spin-coating polyimide to a thickness of 10 μm or more on 50 to 100 mm thick glass and then performing the curing process. Since the polyimide is thick, electrons of 8,000 to 10,000 μC are used to cure the curing process. As the process progresses, a problem may occur in which electrons cannot penetrate due to charge build-up caused by the electron beam on the polyimide surface, making the process impossible to proceed.

즉, 전자빔을 이용한 폴리머 경화공정은 일정 이상의 고온 환경에서 일정 시간 이상의 공정을 수 회 수행해야 하는데, 이는 폴리이미드 박막의 평탄도의 저하, 박막의 swelling 현상 및 기판 휨 발생으로 패턴 형성이 불가능해지는 문제가 발생된다.In other words, the polymer curing process using an electron beam must be performed several times in a high temperature environment for a certain period of time. This causes problems such as a decrease in the flatness of the polyimide thin film, swelling of the thin film, and bending of the substrate, making pattern formation impossible. occurs.

1. 한국공개특허 제10-2020-0066865호 (발명의 명칭 : 반도체 패키지의 제조방법)1. Korean Patent Publication No. 10-2020-0066865 (Title of invention: Manufacturing method of semiconductor package) 2. 한국등록특허 제10-2026705호 (발명의 명칭 : 휨저감 및 EMI 차폐기능을 동시에 갖는 팬-아웃 패키지 공정)2. Korean Patent No. 10-2026705 (Title of invention: Fan-out package process with both warpage reduction and EMI shielding functions)

이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 진공 챔버내의 상부 플라즈마 소스에서 생성된 플라즈마상의 이온과 하부 플라즈마 소스에서 생성된 이차전자를 동시에 폴리머가 도포된 기판으로 공급하여 보다 안정적으로 폴리머 경화처리를 수행할 수 있도록 하는 듀얼 플라즈마 소스를 이용한 폴리머 경화공정장치를 제공함에 그 기술적 목적이 있다. Accordingly, the present invention was created in consideration of the above circumstances, and the ions in the plasma generated from the upper plasma source in the vacuum chamber and the secondary electrons generated from the lower plasma source are simultaneously supplied to the polymer-coated substrate, thereby more stably forming the polymer. The technical purpose is to provide a polymer curing process device using a dual plasma source that enables curing.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 진공 챔버 내부에서 공정가스와 반응하여 폴리머층이 형성된 대면적 기판을 경화시키는 폴리머 경화 공정 장치에 있어서, 진공 챔버 내 상측에 배치되어 공정가스와 반응하여 고밀도 플라즈마를 발생시키는 제1 플라즈마 발생부와, 상기 제1 플라즈마 발생부의 하측에 배치되고, 인가되는 음(-)의 전압에 따라 다수의 그리드 홀을 통해 고밀도 플라즈마내 이온을 하측으로 방출하는 그리드 전극, 상기 그리드 전극의 하측에 배치되어 공정가스와 반응하여 저밀도 플라즈마를 발생시키고, 다수의 캐소드홀이 형성된 캐소드에 음(-) 전압이 인가됨에 따라 그 하측에 형성된 저밀도 플라즈마내 이온을 충돌시켜 이차 전자를 생성함과 더불어, 이 이차 전자와 상기 그리드 전극으로부터 캐소드홀을 통해 유입되는 이온을 진공챔버내 하측에 배치된 기판으로 동시에 방출하는 제2 플라즈마 발생부 및, 상기 제1 플라즈마 발생부 및 제2 플라즈마 발생부로 기 설정된 고전압을 공급하여 플라즈마를 발생시킨 상태에서 상기 그리드 전극과 제2 플라즈마 발생부의 캐소드로 기 설정된 음(-) 전압을 공급하여, 기판측으로 이온과 전자를 동시에 방출하도록 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치가 제공된다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, in the polymer curing process device for curing a large-area substrate on which a polymer layer is formed by reacting with a process gas inside a vacuum chamber, it is disposed at the upper side of the vacuum chamber and mixes with the process gas. a first plasma generator that reacts to generate high-density plasma, and is disposed below the first plasma generator and emits ions in the high-density plasma downward through a plurality of grid holes according to an applied negative voltage. A grid electrode is disposed below the grid electrode and reacts with the process gas to generate low-density plasma. As a negative voltage is applied to the cathode where a plurality of cathode holes are formed, ions in the low-density plasma formed below collide. A second plasma generator that generates secondary electrons and simultaneously emits the secondary electrons and ions flowing from the grid electrode through the cathode hole to the substrate disposed below in the vacuum chamber; the first plasma generator and In a state where a preset high voltage is supplied to the second plasma generator to generate plasma, a preset negative (-) voltage is supplied to the grid electrode and the cathode of the second plasma generator, thereby controlling the simultaneous emission of ions and electrons toward the substrate. A polymer curing process device using dual plasma is provided, characterized in that it includes a control means.

또한, 상기 플렉서블 디스플레이의 PI(polyimide) 경화 공정과, 팬 아웃(FAN OUT) 웨이퍼 패키지 공정, SOP(spin on polymer)/SOG(spin on glass) 경화 공정을 포함한 폴리머 경화 공정에 이용되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치가 제공된다.In addition, it is characterized by being used in the polymer curing process including the PI (polyimide) curing process of the flexible display, the fan out (FAN OUT) wafer package process, and the SOP (spin on polymer)/SOG (spin on glass) curing process. A polymer curing process device using dual plasma is provided.

또한, 상기 제1 플라즈마 발생부는 ICP 또는 TCP 전자계 중 하나를 이용한 장치, 또는 할로우 캐소드(hollow cathode) 중 하나를 이용하여 고밀도 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치가 제공된다.In addition, a polymer curing process device using dual plasma is provided, wherein the first plasma generator generates high-density plasma using one of an ICP or TCP electromagnetic field, or a hollow cathode. .

또한, 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부 중 적어도 하나는 상측에 캐소드가 배치되고 캐소드 하측에 애노드가 배치되어 구성되되, 상기 애노드는 캐소드와 전자 자유행정거리 이내에 위치하는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치가 제공된다.In addition, at least one of the first and second plasma generators is configured with a cathode disposed above and an anode disposed below the cathode, wherein the anode is located within the cathode and the electron free path distance. A polymer curing process device using the same is provided.

또한, 상기 제2 플라즈마 발생부의 캐소드에 형성되는 캐소드 홀은 하측으로 갈수록 직경이 커지도록 경사 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치가 제공된다.In addition, a polymer curing process device using dual plasma is provided, wherein the cathode hole formed in the cathode of the second plasma generator is inclined so that the diameter increases downward.

또한, 상기 제2 플라즈마 발생부의 캐소드에 형성되는 캐소드 홀 내주면에는 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치가 제공된다.In addition, a polymer curing process device using dual plasma is provided, wherein an insulating layer is formed on the inner peripheral surface of the cathode hole formed in the cathode of the second plasma generator.

또한, 상기 제2 플라즈마 발생되는 캐소드는 그 상면에 자성체 성분이 일정 중량으로 포함된 재료로 이루어지는 자성체층이 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치가 제공된다.In addition, a polymer curing process device using dual plasma is provided, wherein a magnetic layer made of a material containing a certain weight of magnetic components is formed on the upper surface of the cathode where the second plasma is generated.

또한, 상기 제2 플라즈마 발생부는 캐소드 홀을 통해 저밀도 플라즈마내 이온을 그리드 전극측으로 방출하고, 이 이온이 그리드 전극에 충돌하여 발생된 제2 이차전자를 캐소드 홀을 통해 기판측으로 더 방출하여, 이 제2 이차전자와 캐소드에 충돌하여 발생된 상기 이차전자가 기판에 형성된 폴리머층의 서로 다른 깊이로 침투하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치가 제공된다.In addition, the second plasma generator emits ions in the low-density plasma toward the grid electrode through the cathode hole, and further emits second secondary electrons generated by the ions colliding with the grid electrode toward the substrate through the cathode hole, 2 A polymer curing process device using dual plasma is provided, wherein the secondary electrons generated by colliding with the cathode penetrate into different depths of the polymer layer formed on the substrate.

또한, 상기 그리드 전극은 다수의 그리드 홀이 형성된 상부 그리드 전극과 그 하측에 배치되면서 다수의 그리드 홀이 형성된 하부 그리드 전극으로 이루어지고, 상부 그리드 전극은 제어수단으로부터 인가되는 음(-)의 전압에 따라 고밀도 플라즈마내 이온을 하측으로 방출하며, 하부 그리드 전극은 제어수단으로부터 인가되는 양(+)의 전압에 따라 그 하측에서 발생된 제2 이차전자와 상측으로부터 유입되는 이온을 하측으로 방출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치가 제공된다.In addition, the grid electrode consists of an upper grid electrode on which a plurality of grid holes are formed and a lower grid electrode on the lower side of which a plurality of grid holes are formed, and the upper grid electrode responds to a negative (-) voltage applied from the control means. Accordingly, the ions in the high-density plasma are discharged downward, and the lower grid electrode is configured to emit the second secondary electrons generated from the lower side and the ions flowing in from the upper side according to the positive voltage applied from the control means. A polymer curing process device using dual plasma, characterized in that, is provided.

또한, 상기 제어수단은 제2 플라즈마 발생부의 캐소드로 음(-)의 전압이 일정 주기로 인가되는 형태의 펄스 전압을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the control means is configured to supply a pulse voltage in the form of a negative voltage being applied at a constant cycle to the cathode of the second plasma generator.

또한, 상기 그리드 전극과 제2 플라즈마 발생부의 캐소드 사이에 마이크로웨이브를 형성하는 마이크로웨이브 발생부가 추가로 구비하여 구성되고, 상기 제어수단은 그리드 전극과 제2 플라즈마 발생부의 캐소드 사이에 마이크로웨이브가 형성된 상태에서 상기 그리드 전극과 제2 플라즈마 발생부의 캐소드로 기 설정된 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치가 제공된다.In addition, it is configured to further include a microwave generator that forms a microwave between the grid electrode and the cathode of the second plasma generator, and the control means is configured to operate when the microwave is formed between the grid electrode and the cathode of the second plasma generator. A polymer curing process device using dual plasma is provided, characterized in that a preset voltage is supplied to the grid electrode and the cathode of the second plasma generator.

또한, 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부 사이에는 그리드 홀과 제2 플라즈마 발생부의 캐소드에 형성된 캐소드 홀을 통해 아웃 개싱(out gassing) 되는 흄(fume)을 진공챔버 외부로 배출하기 위한 고진공라인이 구비되어 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치가 제공된다.In addition, between the first and second plasma generators, there is a high vacuum line for discharging fume outgassed through the grid hole and the cathode hole formed in the cathode of the second plasma generator to the outside of the vacuum chamber. A polymer curing process device using dual plasma is provided, which is characterized in that it is provided and configured.

또한, 상기 제어수단은 그리드 전극으로 음(-)의 전압과 양(+)전압이 교번하는 펄스 전압을 공급하고, 상기 그리드 전극은 음(-)의 전압이 인가되는 구간에서는 그 상측의 고밀도 플라즈마내 이온을 하측으로 방출하고, 양(+)의 전압이 인가되는 구간에서는 그 상측의 고밀도 플라즈마내 전자를 하측으로 방출하여 이 전자와 저밀도 플라즈마내 이온 충돌에 의해 발생된 이차전자가 기판의 폴리머층의 서로 다른 깊이로 동시에 침투하도록 구성되는 것을 특징으로 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치가 제공된다.In addition, the control means supplies a pulse voltage of alternating negative (-) voltage and positive (+) voltage to the grid electrode, and the grid electrode supplies high-density plasma on the upper side in the section where the negative (-) voltage is applied. Internal ions are emitted downward, and in the section where positive voltage is applied, electrons in the upper high-density plasma are emitted downward, and secondary electrons generated by collisions between these electrons and ions in the low-density plasma are transferred to the polymer layer of the substrate. A polymer curing process device using dual plasma is provided, which is configured to simultaneously penetrate to different depths.

또한, 상기 진공챔버 내부에는 경화 공정시 구동되는 히팅수단을 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치가 제공된다.In addition, a polymer curing process device using dual plasma is provided, which further includes a heating means driven during the curing process inside the vacuum chamber.

본 발명에 의하면, 진공 챔버내의 상부 플라즈마 소스에서 생성된 플라즈마상의 이온과 하부 플라즈마 소스에서 생성된 이차전자를 동시에 폴리머가 도포된 기판으로 공급하여 보다 안정되게 폴리머 경화처리를 수행함으로써, 제품의 수율 및 생산성을 크게 향상시킬 수 있다. According to the present invention, ions in the plasma generated from the upper plasma source in the vacuum chamber and secondary electrons generated from the lower plasma source are simultaneously supplied to the polymer-coated substrate to perform polymer curing treatment more stably, thereby improving product yield and Productivity can be greatly improved.

특히, 플렉서블 디스플레이의 폴리이미드 기판 경화시에는 이온과 이차 전자를 동시에 기판측으로 공급하여 기판측에 차지 빌드 업 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.In particular, when curing the polyimide substrate of a flexible display, ions and secondary electrons are simultaneously supplied to the substrate to prevent charge build-up from occurring on the substrate.

또한, 팬아웃 패키지 공정에서는 이온과 전자를 동시에 기판측으로 공급하여 열 스트레스를 감소시킴으로써 기판의 휨 발생이 억제되어 이후 공정에서 1~2μm 대의 미세 패턴 형성이 가능하게 된다.In addition, in the fan-out package process, ions and electrons are simultaneously supplied to the substrate to reduce thermal stress, thereby suppressing substrate warping, making it possible to form fine patterns of 1 to 2 μm in the subsequent process.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 듀얼 플라즈마 소스를 이용한 폴리머 경화 공정 장치의 구성도.
도2는 도1에 도시된 제2 플라즈마(P2)내 이온(i)을 이용하여 이차 전자(e1,e2)가 생성되는 과정 및 폴리머층(2)내 침투 깊이를 설명하기 위한 도면.
도3은 도1에 도시된 그리드 전극(200)의 또 다른 구성을 설명하기 위한 도면.
도4는 도1에 도시된 캐소드(310)의 다양한 구성을 설명하기 위한 도면.
도5 내지 도7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 듀얼 플라즈마 소스를 이용한 폴리머 경화 공정 장치의 구성도.
Figure 1 is a configuration diagram of a polymer curing process device using a dual plasma source according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram for explaining the process of generating secondary electrons (e1, e2) using ions (i) in the second plasma (P2) shown in Figure 1 and the penetration depth within the polymer layer (2).
Figure 3 is a diagram for explaining another configuration of the grid electrode 200 shown in Figure 1.
Figure 4 is a diagram for explaining various configurations of the cathode 310 shown in Figure 1.
5 to 7 are diagrams of a polymer curing process device using a dual plasma source according to another embodiment of the present invention.

본 발명에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예 및 도면에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The embodiments described in the present invention and the configurations shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention and do not express the entire technical idea of the present invention. Therefore, the scope of rights of the present invention is limited to the embodiments and drawings described in the text. It should not be construed as limited by. In other words, since the embodiment can be modified in various ways and can have various forms, the scope of rights of the present invention should be understood to include equivalents that can realize the technical idea. In addition, the purpose or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment must include all or only such effects, so the scope of the present invention should not be understood as limited thereby.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein, unless otherwise defined, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as consistent with the meaning they have in the context of the related technology, and cannot be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning that is not clearly defined in the present invention.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 듀얼 플라즈마 소스를 이용한 폴리머 경화 공정 장치의 구성도이다.Figure 1 is a configuration diagram of a polymer curing process apparatus using a dual plasma source according to the first embodiment of the present invention.

도1을 참조하면, 본 발명에 따른 듀얼 플라즈마 소스를 이용한 폴리머 경화 공정 장치는, 진공 챔버(C) 내부에서 공정가스와 반응하여 폴리머층이 형성된 대면적 기판을 경화시키는 장치로서, 진공 챔버(C) 내부에 제1 플라즈마 발생부(100)와 그리드 전극(200) 및, 제2 플라즈마 발생부(300)가 상측에서 하측으로 순차 배치되어 구성되고, 제어수단(400)의 제어에 따라 제1 및 제2 플라즈마 발생부(100,300)에서 생성된 이온과 전자를 동시에 이용하여 기판(1)의 폴리머층(2)을 경화시키도록 구성된다. Referring to Figure 1, the polymer curing process device using a dual plasma source according to the present invention is a device that cures a large-area substrate on which a polymer layer is formed by reacting with a process gas inside a vacuum chamber (C). ) Inside, the first plasma generator 100, the grid electrode 200, and the second plasma generator 300 are arranged sequentially from top to bottom, and the first and It is configured to cure the polymer layer 2 of the substrate 1 by simultaneously using ions and electrons generated in the second plasma generators 100 and 300.

이때, 제2 플라즈마 발생부(300)의 하측에는 기판 지지대(10)의 상면에 절연체 폴리머가 코팅된 폴리머층(2)이 형성된 기판(1)이 배치되고, 기판 지지대(10) 주변에는 폴리머 경화 공정시 사용되는 기판(1)을 히팅하기 위한 세라믹 히터, IR 램프 등의 히팅수단(20)이 배치된다. 여기서 히팅수단(20)은 진공챔버(C) 내부 일측, 예컨대 제2 플라즈마 발생부(300)와 기판(1) 사이에 설치되어 경화공정시 내부를 가열함으로써, 공정시간을 보다 단축시키도록 구성될 수 있다. At this time, a substrate 1 on which a polymer layer 2 coated with an insulating polymer is formed on the upper surface of the substrate support 10 is disposed below the second plasma generator 300, and the polymer is cured around the substrate support 10. Heating means 20, such as a ceramic heater and an IR lamp, are disposed to heat the substrate 1 used during the process. Here, the heating means 20 is installed on one side of the inside of the vacuum chamber (C), for example, between the second plasma generator 300 and the substrate 1, and is configured to further shorten the process time by heating the inside during the curing process. You can.

또한, 도시되지는 않았지만 진공챔버(C)의 일측에는 진공 상태를 유지하기 위한 진공 펌프와, 이와 연결되는 진공 라인 및, 공정가스 주입구와 가스 배기구 등이 구비된다. 그리고, 폴리머 경화공정을 위해 진공챔버(C)로 N2,Ar,He 등을 포함하는 공정가스가 주입된다.In addition, although not shown, one side of the vacuum chamber C is provided with a vacuum pump for maintaining a vacuum state, a vacuum line connected thereto, a process gas injection port, and a gas exhaust port. Then, process gas containing N2, Ar, He, etc. is injected into the vacuum chamber (C) for the polymer curing process.

즉, 본 발명은 제1 플라즈마 발생부(100)에서 발생되는 제1 플라즈마(P1)상의 이온(i)과, 제2 플라즈마 발생부(300)에서 생성된 이차전자(e)를 동시에 기판(1)측으로 방출하는 캐스케이드(cascade) 타입의 듀얼 빔 플라즈마 장치를 이용하여 폴리머층(2)을 경화시키는 것이 주된 특징이다.That is, the present invention simultaneously combines the ions (i) on the first plasma (P1) generated in the first plasma generator (100) and the secondary electrons (e) generated in the second plasma generator (300) to the substrate (1). The main feature is that the polymer layer 2 is cured using a cascade type dual beam plasma device that emits to the ) side.

또한, 본 발명은 폴리이미드와 BCB(benzocyclobutene), PBO(Polybenzoxazole)를 포함하는 폴리머(polymer) 재질을 경화시키는 공정에 적용되는 것으로, 낮은 유전율의 SOP(spin on polymer) 또는 SOG(spin on glass)를 이용하는 경화공정, IMD(inter metal dielectric) 공정, ILD(iner layer dielectric) 공정, FO-WLP(Fan Out-Wafer Level Package)공정, 3D wafer Hybride donding 공정, 플렉서블 디스플레이(flexible display)의 PI(polyimide) 경화 공정 등을 포함한 각종 폴리머 경화 공정에 이용될 수 있다.In addition, the present invention is applied to a process of curing polymer materials containing polyimide, BCB (benzocyclobutene), and PBO (polybenzoxazole), and is applied to low dielectric constant SOP (spin on polymer) or SOG (spin on glass) curing process using, IMD (inter metal dielectric) process, ILD (iner layer dielectric) process, FO-WLP (Fan Out-Wafer Level Package) process, 3D wafer hybride donding process, PI (polyimide of flexible display) ) It can be used in various polymer curing processes, including curing processes.

도1에서 제1 플라즈마 발생부(100)는 13.56MHz의 RF, DC, HF(50~300KHz) 중 하나를 이용하여 공정가스와 반응하여 고밀도 플라즈마를 발생시키는 캐소드(110)를 포함하여 구성되고, 제1 플라즈마(P1) 내의 이온(i)을 그리드 전극(200)을 이용하여 하측으로 방출한다.In Figure 1, the first plasma generator 100 is configured to include a cathode 110 that generates high-density plasma by reacting with a process gas using one of 13.56 MHz RF, DC, and HF (50 to 300 KHz), Ions (i) in the first plasma (P1) are emitted downward using the grid electrode 200.

제1 플라즈마 발생부(100)는 ICP 또는 TCP 전자계 중 하나를 이용하거나, 할로우 캐소드(hollow cathod)나 DC discharge grow를 이용하여 플라즈마를 발생하는 장치 중 하나로 이루어질 수 있으며, 캐소드와 애노드로 이루어져 DC discharge grow를 이용하는 경우에는 애노드가 캐소드와 전자 자유행정거리 내에 위치하는 것이 바람직하다. The first plasma generator 100 may be made of a device that generates plasma using either an ICP or TCP electromagnetic field, a hollow cathode, or DC discharge grow, and is composed of a cathode and an anode to generate DC discharge. When using grow, it is desirable for the anode to be located within the electron free path distance from the cathode.

이때, 캐소드(110)는 Al, SUS, Cu 등의 메탈이나, graphite, silicon cobon nano tube 등의 재료로 10~100mm 두께를 갖는다.At this time, the cathode 110 is made of metal such as Al, SUS, Cu, or a material such as graphite or silicon cobon nano tube and has a thickness of 10 to 100 mm.

그리드 전극(200)은 제1 플라즈마 발생부(100)의 하측에 배치되고, Al,SUS,Cu 등의 메탈, graphite, silicon cobon nano tube 등의 재료로 10~100mm 두께를 가지며, 1~50nm 직경을 갖는 다수의 그리드 홀(200H)이 형성되어 구성된다.The grid electrode 200 is disposed on the lower side of the first plasma generator 100 and is made of a material such as metal such as Al, SUS, Cu, graphite, or silicon cobon nano tube, and has a thickness of 10 to 100 mm and a diameter of 1 to 50 nm. A plurality of grid holes 200H having are formed and configured.

이러한, 그리드 전극(200)은 음(-)의 바이어스 전압이 인가됨에 따라 제1 플라즈마 발생부(100)에서 생성된 제1 플라즈마(P1)상의 이온(i)을 그리드 홀(200H)을 통해 하측으로 방출시킨다.As a negative bias voltage is applied to the grid electrode 200, the ions (i) on the first plasma (P1) generated in the first plasma generator 100 are moved to the lower side through the grid hole (200H). It is released as

제2 플라즈마 발생부(300)는 그리드 전극(200)의 하측에 배치되어, 외부로부터 인가되는 DC 또는 HF(50~300KHz) 중 하나의 전원을 이용하여 그로우 방전(grow discharge)를 수행함으로써 저밀도 플라즈마를 발생시키는 캐소드(310)를 포함하여 구성된다. The second plasma generator 300 is disposed below the grid electrode 200 and performs grow discharge using either DC or HF (50 to 300 KHz) power applied from the outside to generate low-density plasma. It is configured to include a cathode 310 that generates.

이때, 상기 캐소드(310)는 음(-)의 전원이 인가됨에 따라 그 하측에 형성된 제2 플라즈마(P2)내의 이온(i)을 캐소드(310)로 충돌시켜 이차 전자(e)를 생성하고, 이 이차 전자(e)와 상기 그리드 전극(200)으로부터 유입되는 제1 플라즈마(P1)의 이온(i)을 동시에 하측으로 방출한다.At this time, as negative power is applied to the cathode 310, ions (i) in the second plasma (P2) formed below collide with the cathode 310 to generate secondary electrons (e), These secondary electrons (e) and ions (i) of the first plasma (P1) flowing from the grid electrode 200 are simultaneously emitted downward.

이러한 캐소드(310)는 Al,SUS,Cu 등의 메탈, graphite, silicon cobon nano tube 등의 재료로 10~100mm 두께를 가지며, 1~50nm 직경을 갖는 다수의 캐소드 홀(310H)이 형성되어 구성된다. This cathode 310 is made of metal such as Al, SUS, Cu, graphite, silicon cobon nano tube, etc., and has a thickness of 10 to 100 mm, and is composed of a plurality of cathode holes 310H with a diameter of 1 to 50 nm. .

또한, 상기 제2 플라즈마 발생부(300)는 상기 캐소드(310)의 하측에 애노드 (320)를 더 구비하여 구성될 수 있다. 이때, 애노드(320)는 캐소드(310)와 전자 자유행정거리(mean free path)내에 배치되고, Al,SUS,Cu 등의 메탈, graphite, silicon cobon nano tube 등의 재료로 10~100mm 두께를 가지며, 1~50nm 직경을 갖는 다수의 애노드 홀(320H)을 형성하여 구성된다. Additionally, the second plasma generator 300 may be configured to further include an anode 320 below the cathode 310. At this time, the anode 320 is placed within the electron free path (mean free path) of the cathode 310, and is made of metal such as Al, SUS, Cu, graphite, silicon cobon nano tube, etc., and has a thickness of 10 to 100 mm. , It is constructed by forming a number of anode holes (320H) with a diameter of 1 to 50 nm.

이러한, 애노드(320)는 그 하측에 형성된 제2 플라즈마(P2)의 전자빔 폭주에 의한 메탈 입자들의 방출을 방지하는 기능을 수행한다.The anode 320 functions to prevent the emission of metal particles due to electron beam convergence of the second plasma P2 formed below the anode 320.

또한, 애노드(320)는 -10 ~ -300V 의 음(-) 전압이 인가됨에 따라 애노드(320)와 기판(1) 사이에 형성된 제2 플라즈마(P2)내 이온(i)이 애노드(320)의 애노드 홀(320H)을 통해 유입되어 캐소드(310)측으로 방출되도록 하고, 보다 큰 음(-) 전압, 예컨대 -5KV가 인가된 캐소드(310)의 표면에 충돌하여 이차 전자(e)를 생성하도록 한다. 이에 따라 애노드(320)의 애노드 홀(320H)을 통해 제1 플라즈마(P)내의 이온(i)과, 제2 플라즈마(P)의 이온(i)이 캐소드(310)에 충돌하여 생성된 이차전자(e)가 동시에 기판(1)측으로 방출된다.In addition, as a negative voltage of -10 to -300 V is applied to the anode 320, ions (i) in the second plasma (P2) formed between the anode 320 and the substrate 1 are connected to the anode 320. flows in through the anode hole 320H and is emitted toward the cathode 310, and collides with the surface of the cathode 310 to which a larger negative voltage, for example -5KV, is applied to generate secondary electrons (e). do. Accordingly, secondary electrons generated when ions (i) in the first plasma (P) and ions (i) in the second plasma (P) collide with the cathode 310 through the anode hole 320H of the anode 320. (e) is simultaneously released toward the substrate 1.

제어수단(400)은 제1 플라즈마 발생부(100)로 기 설정된 제1 전압을 인가하여 고밀도의 제1 플라즈마(P1)를 형성하도록 하고, 제2 플라즈마 발생부(300)로 기 설정된 제2 전압을 인가하여 그로우 방전에 의한 저밀도의 제2 플라즈마(P2)를 형성하도록 한 후, 그리드 전극(200)으로 음(-) 전압을 인가하여 제1 플라즈마(P1)내의 이온(i)이 그리드 전극(200H)을 통해 하측으로 방출되도록 함과 더불어, 캐소드(310)로 음(-) 전압을 인가하여 제2 플라즈마(P2)내의 이온(i)이 캐소드(310)에 충돌하여 이차 전자(e)를 생성하여 하측으로 방출되도록 제어한다.The control means 400 applies a preset first voltage to the first plasma generator 100 to form a high-density first plasma P1, and applies a preset second voltage to the second plasma generator 300. is applied to form a low-density second plasma (P2) by glow discharge, and then a negative (-) voltage is applied to the grid electrode 200 so that ions (i) in the first plasma (P1) are generated at the grid electrode ( In addition to being emitted downward through 200H), a negative (-) voltage is applied to the cathode 310 so that ions (i) in the second plasma (P2) collide with the cathode 310 to produce secondary electrons (e). It is generated and controlled so that it is released downward.

이때, 제어수단(400)은 공정 가스 유량과 압력 및 제1 및 제2 플라즈마 발생부(100,300)로 공급되는 제1 및 제2 전압 레벨을 조절하여 플라즈마 밀도를 조절하며, 플라즈마 밀도에 대응하여 기판(1)측으로 인가되는 전자 밀도 및 이온 밀도가 조절된다. 이에 따라 제어수단(400)은 경화하는 폴리머의 종류 및 두께와 공정 조건에 따라서 이온 밀도 및 전자의 침투 깊이를 조정하는 것이 가능하다.At this time, the control means 400 adjusts the plasma density by adjusting the process gas flow rate and pressure and the first and second voltage levels supplied to the first and second plasma generators 100 and 300, and controls the substrate in response to the plasma density. The electron density and ion density applied to the (1) side are controlled. Accordingly, the control means 400 can adjust the ion density and electron penetration depth according to the type and thickness of the polymer to be cured and the process conditions.

즉, 도2에 도시된 바와 같이, 제2 플라즈마(P2)내의 이온(i)은 기본적으로 캐소드(310)의 표면에 충돌하여 제1 이차 전자(e1)를 생성하여 기판(1)측으로 방출한다. 이때, 캐소드(310)에는 캐소드 홀(310H)이 형성된 바, 제2 플라즈마(P2)내의 이온(i) 이 캐소드 홀(310H)을 통해 그리드 전극(200)의 하측 표면에 충돌하여 제2 이차 전자(e2)를 생성하고, 제2 이차 전자(e2)를 캐소드 폴(310H)을 통과하여 기판(1)측으로 방출될 수 있다.That is, as shown in FIG. 2, ions (i) in the second plasma (P2) basically collide with the surface of the cathode 310 to generate first secondary electrons (e1) and emit them toward the substrate 1. . At this time, a cathode hole 310H is formed in the cathode 310, and ions (i) in the second plasma P2 collide with the lower surface of the grid electrode 200 through the cathode hole 310H to generate second secondary electrons. (e2) may be generated, and the second secondary electrons (e2) may be emitted toward the substrate 1 through the cathode pole 310H.

결과적으로 제1 플라즈마(P1)내의 이온(i)과 제2 플라즈마(P2)내의 이온(i)이 제2 플라즈마 발생부(300)의 캐소드(310)에 충돌해서 생성된 제1 이차 전자(e1) 및, 제2 플라즈마(P2)내의 이온(i)이 그리드 전극(200)에 충돌해서 생성된 제2 이차 전자(e2)가 동시에 기판(1)측으로 인가된다.As a result, the ions (i) in the first plasma (P1) and the ions (i) in the second plasma (P2) collide with the cathode 310 of the second plasma generator 300 to generate first secondary electrons (e1). ) and second secondary electrons (e2) generated when ions (i) in the second plasma (P2) collide with the grid electrode 200 are simultaneously applied to the substrate 1 side.

이때, 기판(1)으로 공급되는 이온(i)은 제1 플라즈마(P1)의 이온 밀도에 대응되는 깊이로, 바람직하게는 기판(1)의 표면측에 투입되고, 제1 이차 전자(e1)는 캐소드(310)에 인가되는 전압레벨에 대응되는 제1 에너지(E1)로 기판(1)측으로 투입되며, 제2 이차 전자(e2)는 그리드 전극(200)에 인가되는 그리드 전압과 캐소드(310)에 인가되는 전압레벨의 합에 해당하는 제1 에너지(E1)보다 큰 제2 에너지(E2)로 기판(1)측으로 투입된다. 즉, 제1 이차 전자(e1)와 제2 이차 전자(e2)는 서로 다른 깊이로 폴리머층(2)에 침투되는 바, 폴리머층(2)의 두께가 일정 이상인 기판(1)에 대해 보다 효율적으로 폴리머층(2)을 경화할 수 있다. At this time, the ions (i) supplied to the substrate 1 are injected at a depth corresponding to the ion density of the first plasma P1, preferably on the surface side of the substrate 1, and the first secondary electrons (e1) is injected into the substrate 1 as the first energy (E1) corresponding to the voltage level applied to the cathode 310, and the second secondary electrons (e2) are input to the grid voltage applied to the grid electrode 200 and the cathode 310. ) is input to the substrate 1 as a second energy (E2) greater than the first energy (E1) corresponding to the sum of voltage levels applied to the . That is, the first secondary electrons (e1) and the second secondary electrons (e2) penetrate into the polymer layer 2 at different depths, which is more efficient for the substrate 1 where the thickness of the polymer layer 2 is above a certain level. The polymer layer 2 can be cured.

또한, 상기 제어수단(400)은 그리드 전극(200)으로 음(-) 전압과 양(+) 전압이 교번되는 형태의 펄스신호를 제공하여, 음(-)전압이 인가되는 때에는 제1 플라즈마(P1)내 전자(e)를 하측으로 방출하도록 하여 제2 플라즈마(P2) 내 이온(i)에 의해 생성된 이차 전자들(e1,e2)과 함께 보다 큰 밀도로 기판(1)측으로 방출되도록 하고, 그리드 전극(200)으로 양(+)전압이 인가되는 때에는 제1 플라즈마(P1)내 이온(i)를 하측으로 방출하도록 하여 제2 플라즈마(P2) 내 이온(i)에 의해 생성된 이차 전자들(e1,e2)과 동시에 기판(1)측으로 방출되도록 제어할 수 있다. In addition, the control means 400 provides a pulse signal in the form of alternating negative (-) voltage and positive (+) voltage to the grid electrode 200, and when the negative (-) voltage is applied, the first plasma ( The electrons (e) in P1) are emitted downward, together with the secondary electrons (e1, e2) generated by the ions (i) in the second plasma (P2), toward the substrate (1) at a greater density. , When a positive (+) voltage is applied to the grid electrode 200, the ions (i) in the first plasma (P1) are emitted downward, and the secondary electrons generated by the ions (i) in the second plasma (P2) are emitted downward. It can be controlled to be released toward the substrate 1 at the same time as e1 and e2.

또한, 상기 제어수단은 제2 플라즈마 발생부(300)의 캐소드(310)로 음(-)의 전압이 일정 주기로 인가되는 형태의 펄스 전압을 공급하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 음(-)전압와 "0" 상태가 교번되는 펄스 전압, 또는 음(-) 전압과 양(+)전압이 교번되는 펄스 전압 중 하나의 펄스 전압이 캐소드(310)로 공급될 수 있다. 이경우, 캐소드(310)로 음(-) 전압이 공급되는 때에 제2 플라즈마(P2) 내 이온에 의한 이차 전자(e)가 생성되어 제1 플라즈마(P1)내 이온(i)과 함께 기판(1)측으로 제공된다.Additionally, the control means may be configured to supply a pulse voltage in the form of a negative (-) voltage being applied to the cathode 310 of the second plasma generator 300 at regular intervals. For example, a pulse voltage that alternates between a negative (-) voltage and a “0” state or a pulse voltage that alternates between a negative (-) voltage and a positive (+) voltage may be supplied to the cathode 310. In this case, when a negative (-) voltage is supplied to the cathode 310, secondary electrons (e) are generated by ions in the second plasma (P2) and are formed on the substrate (1) together with ions (i) in the first plasma (P1). ) is provided on the side.

또한, 본 발명에서는 도3에 도시된 바와 같이 그리드 전극(200)의 하면에 표면 거칠기(201)를 형성하도록 구성하여, 제2 플라즈마(P2) 내 이온(i)들이 거칠기(210)가 형성된 그리드 전극(200)의 하면에 충돌하여 생성된 제2 이차전자(e2)의 발산각을 넓게 형성하도록 실시할 수 있다.In addition, in the present invention, as shown in FIG. 3, a surface roughness 201 is formed on the lower surface of the grid electrode 200, so that ions (i) in the second plasma P2 are formed on the grid with the roughness 210. The diffusion angle of the second secondary electrons e2 generated by colliding with the lower surface of the electrode 200 may be widened.

또한, 제2 플라즈마 발생부(300)의 캐소드(310)는 캐소드는 Al 등의 메탈층의 상측에 세라믹 등의 절연층이 적층된 2 layer형태로 구성되거나, Al 등의 메탈층의 상측에 세라믹 등의 철연층이 형성되고, 이 절연층의 상측에 자성체 재료가 일정 중량 함유된 재질로 이루어진 자성체층이 적층된 3 layer 형태로 구성될 수 있으며, 이때, 세라믹 등의 절연층의 두께는 1-100 mm 범위로 설정되는 것이 바람직하다. In addition, the cathode 310 of the second plasma generator 300 is composed of a two-layer form in which an insulating layer such as ceramic is laminated on the upper side of a metal layer such as Al, or a ceramic layer is formed on the upper side of the metal layer such as Al. An iron-lead layer such as an iron layer is formed, and a magnetic layer made of a material containing a certain weight of magnetic material is laminated on the upper side of this insulating layer. In this case, the thickness of the insulating layer such as ceramic is 1- It is desirable to set it in the 100 mm range.

또한, 제2 플라즈마 발생부(300)의 캐소드 홀(310H)은 그 직경 또는 개구율을 그 상측에 배치된 그리드 전극(200)의 그리드 홀(200H)보다 크게 설정하여 캐소드(310)의 하측으로 방출되는 제1 플라즈마(P)내 이온(i) 및 제2 이차 전자(e2)의 방출 효율을 높이도록 구성될 수 있다.In addition, the diameter or aperture ratio of the cathode hole 310H of the second plasma generator 300 is set to be larger than that of the grid hole 200H of the grid electrode 200 disposed above, so that the cathode hole 310H emits radiation to the lower side of the cathode 310. It can be configured to increase the emission efficiency of ions (i) and second secondary electrons (e2) in the first plasma (P).

또한, 상기 캐소드(310)는 도4 (A)에 도시된 바와 같이, 캐소드 홀(310H)이 하측으로 갈수록 직경이 넓어지는 형태로 경사 형성되어 구성될 수 있다. 이때, 경사각은 45°이내로 설정되는 것이 바람직하다.Additionally, as shown in Figure 4 (A), the cathode 310 may be configured to be inclined so that the diameter of the cathode hole 310H widens downward. At this time, it is preferable that the inclination angle is set within 45°.

그리고, 상기 캐소드(310)는 도4 (B)에 도시된 바와 같이, 캐소드 홀(310H)의 내측면에는 절연체인 Al2O3 등의 세라믹 재질이 1~200μm 두께로 진공증착 또는 스프레이 코팅된 절연층(311)이 형성되어 제1 플라즈마(P1)에서 방출된 이온(i)과 그리드 전극(200)에 충돌하여 생성된 제2 이차 전자(e2)가 캐소드 전압에 의해 가속 또는 감속되는 영향을 방지할 수 있다.As shown in Figure 4 (B), the cathode 310 is vacuum-deposited or spray-coated with a ceramic material such as Al 2 O 3 , an insulator, to a thickness of 1 to 200 μm on the inner surface of the cathode hole 310H. The insulating layer 311 is formed so that the ions (i) emitted from the first plasma (P1) and the second secondary electrons (e2) generated by colliding with the grid electrode 200 are accelerated or decelerated by the cathode voltage. It can be prevented.

또한, 상기 캐소드(310)는 도4 (C)에 도시된 바와 같이, 캐소드(310)의 상면에는 sol-gel 코팅이나 진공 코팅을 수행하거나 자성체 박판 등을 접착하여 자성체 성분이 일정 중량 포함된 재료로 이루어지는 자성체층(312)를 형성함으로써, 캐소드 홀(310H) 출구에 전자기장이 형성되어 제1 플라즈마(P1)에서 방출된 이온(i)과 그리드 전극(200)에 충돌하여 생성된 제2 이차 전자(e2)가 캐소드 홀(310H) 전자계에 의한 운동으로 보다 횡방향으로 운동을 수행함으로써,경화공정의 균일성을 높일수있다.In addition, as shown in FIG. 4 (C), the cathode 310 is made of a material containing a certain weight of a magnetic component by performing sol-gel coating or vacuum coating on the upper surface of the cathode 310 or attaching a magnetic thin plate, etc. By forming the magnetic layer 312 made of, an electromagnetic field is formed at the exit of the cathode hole 310H, and ions (i) emitted from the first plasma (P1) collide with the grid electrode 200 to generate second secondary electrons. (e2) The uniformity of the curing process can be improved by performing movement in a more lateral direction due to movement by the electromagnetic field of the cathode hole (310H).

한편, 도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 듀얼 플라즈마 소스를 이용한 폴리머 경화 공정 장치의 구성도로서, 제1 플라즈마 발생부(100)의 하측에 제1 및 제2 그리드 전극(210,220)이 일정 거리 이격되게 순차로 배치되어 구성될 수 있다.Meanwhile, Figure 5 is a configuration diagram of a polymer curing process device using a dual plasma source according to a second embodiment of the present invention, in which first and second grid electrodes 210 and 220 are located on the lower side of the first plasma generator 100. It may be arranged sequentially at a certain distance apart.

이때, 제어수단(400)은 제1 그리드 전극(210)으로 음(-)의 전압을 인가하여 그 상측에 형성된 제1 플라즈마(P1)내의 이온(i)을 하측으로 유도하여 방출시키도록 하고, 제2 그리드 전극(220)으로 양(+)의 전압을 인가하여 그 하측에 형성된 제2 플라즈마(P2) 내의 이온(i)이 충돌하여 생성된 제2 이차전자(e2)를 하측으로 방출하도록 제어한다.At this time, the control means 400 applies a negative voltage to the first grid electrode 210 to induce the ions (i) in the first plasma (P1) formed on the upper side to the lower side and emit them, A positive (+) voltage is applied to the second grid electrode 220 and the ions (i) in the second plasma (P2) formed below collide and the second secondary electrons (e2) generated are controlled to be emitted downward. do.

또한, 제어수단(400)은 상기 제1 그리드 전극(210)으로 음(-)전압과 양(+) 전압이 교번되는 형태의 펄스 신호를 제공하여 제1 플라즈마(P1)내의 이온(i)과 전자(e)를 교번하여 방출하도록 실시할 수 있다.In addition, the control means 400 provides a pulse signal in the form of alternating negative (-) voltage and positive (+) voltage to the first grid electrode 210 to generate ions (i) in the first plasma (P1) and It can be carried out to emit electrons (e) alternately.

한편, 도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 듀얼 플라즈마 소스를 이용한 폴리머 경화 공정 장치의 구성도로서, 그리드 전극(200)과 제2 플라즈마 발생부(300) 사이에 마이크로웨이브 발생부(500)를 추가로 구비하여 구성될 수 있다.Meanwhile, Figure 6 is a configuration diagram of a polymer curing process device using a dual plasma source according to a third embodiment of the present invention, in which a microwave generator 500 is installed between the grid electrode 200 and the second plasma generator 300. ) may be additionally provided.

마이크로웨이브 발생부(500)는 진공 챔버(C)의 양측면에서 라인 빔 형상의 전자빔을 방출하여 전자빔의 충돌로 인해 마이크로웨이브를 생성하는 구성이나, 외부에서 마이크로웨이브를 직접 주입하는 구성으로 이루어질 수 있다. 도6에서 확대도는 마이크로웨이브 발생부(500) 상측에서 바라본 평면도이다.The microwave generator 500 emits line beam-shaped electron beams from both sides of the vacuum chamber (C) to generate microwaves due to collision of the electron beams, or may be configured to directly inject microwaves from the outside. . The enlarged view in Figure 6 is a plan view viewed from above the microwave generator 500.

이때, 제어수단(400)은 그리드 전극(200)과 제2 플라즈마 발생부(300의 캐소드(310) 사이에 마이크로웨이브가 형성된 상태에서, 상기 그리드 전극(200)과 제2 플라즈마 발생부(300)의 캐소드(310)로 기 설정된 전압을 공급하는 바, 마이크로웨이브에 의해 그리드 전극(200)과 제2 플라즈마 발생부(300) 사이에 위치하는 제1 플라즈마(P1)내의 이온(i)과 제2 플라즈마(P2) 내의 이온(i)이 충돌하여 생성된 제2 이차전자(e2)의 밀도가 보다 높게 형성되어 공정 온도를 낮출 수 있음은 물론, 공정시간을 단축시키는 효과를 제공하게 된다. At this time, the control means 400 operates the grid electrode 200 and the second plasma generator 300 in a state where a microwave is formed between the grid electrode 200 and the cathode 310 of the second plasma generator 300. A preset voltage is supplied to the cathode 310, and the ions (i) and the second plasma in the first plasma (P1) located between the grid electrode 200 and the second plasma generator 300 are generated by microwaves. The density of the second secondary electrons (e2) generated by collision of ions (i) in the plasma (P2) is formed to be higher, which not only lowers the process temperature, but also provides the effect of shortening the process time.

또한, 도7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 듀얼 플라즈마 소스를 이용한 폴리머 경화 공정 장치의 구성도로서, 제1 및 제2 플라즈마 발생부(100,300) 사이에 흄(fume)를 진공챔버(C)의 외부로 배출하기 위한 고진공라인(600)이 추가로 구비될 수 있다.In addition, Figure 7 is a configuration diagram of a polymer curing process device using a dual plasma source according to a fourth embodiment of the present invention, in which fume is distributed between the first and second plasma generators 100 and 300 in a vacuum chamber (C). ) may be additionally provided with a high vacuum line 600 for discharging to the outside.

즉, 고진공라인(600)은 그리드 전극(200)과 캐소드(310)에 형성된 복수개의 그리드 홀(200H)과 캐소드 홀(310H)을 통해 아웃 개싱(out gassing)되는 흄(fume)을 외부로 배출시킴으로써, 플라즈마에서 공정 가스에서 의해 발생되는 화학적 성분인 라디칼(radical) 등을 외부로 방출하여 이로 인해 기판(1)에 화학적 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있다.In other words, the high vacuum line 600 discharges out-gassed fume to the outside through a plurality of grid holes 200H and cathode holes 310H formed in the grid electrode 200 and the cathode 310. By doing this, it is possible to prevent radicals, which are chemical components generated by the process gas in the plasma, from being emitted to the outside, thereby causing chemical deformation in the substrate 1.

이때, 고진공라인(600)은 제1 플라즈마 발생부(100)와 제2 플라즈마 발생부(300)의 챔버보다 펌핑 속도가 빠르도록 설정되는데, 터보 펌프의 위치를 조절하거나 라인의 크기를 조절하는 방식으로 적합한 펌핑 속도를 갖도록 설정할 수 있다. 여기서, 제1 플라즈마 발생부(100)와 제2 플라즈마 발생부(300)는 별도의 챔버(미도시)를 갖도록 구성될 수 있다. At this time, the high vacuum line 600 is set to have a faster pumping speed than the chambers of the first plasma generator 100 and the second plasma generator 300, by adjusting the position of the turbo pump or the size of the line. It can be set to have an appropriate pumping speed. Here, the first plasma generator 100 and the second plasma generator 300 may be configured to have separate chambers (not shown).

100 : 제1 플라즈마 발생부, 200 : 그리드 전극,
300 : 제2 플라즈마 발생부, 310 : 캐소드,
320 : 애노드, 400 : 제어수단,
500 : 마이크로웨이브 발생부, 600 : 고진공라인,
1 : 기판, 2 : 폴리머층,
10 : 기판 지지대, 20 : 히팅수단,
C : 진공 챔버, P1, P2 : 플라즈마,
E : 배출구.
100: first plasma generator, 200: grid electrode,
300: second plasma generator, 310: cathode,
320: anode, 400: control means,
500: microwave generator, 600: high vacuum line,
1: substrate, 2: polymer layer,
10: substrate support, 20: heating means,
C: Vacuum chamber, P1, P2: Plasma,
E: outlet.

Claims (14)

진공 챔버 내부에서 공정가스와 반응하여 폴리머층이 형성된 대면적 기판을 경화시키는 폴리머 경화 공정 장치에 있어서,
진공 챔버 내 상측에 배치되어 공정가스와 반응하여 고밀도 플라즈마를 발생시키는 제1 플라즈마 발생부와,
상기 제1 플라즈마 발생부의 하측에 배치되고, 인가되는 음(-)의 전압에 따라 다수의 그리드 홀을 통해 고밀도 플라즈마내 이온을 하측으로 방출하는 그리드 전극,
상기 그리드 전극의 하측에 배치되어 공정가스와 반응하여 저밀도 플라즈마를 발생시키고, 다수의 캐소드홀이 형성된 캐소드에 음(-) 전압이 인가됨에 따라 그 하측에 형성된 저밀도 플라즈마내 이온을 충돌시켜 이차 전자를 생성함과 더불어, 이 이차 전자와 상기 그리드 전극으로부터 캐소드홀을 통해 유입되는 이온을 진공챔버내 하측에 배치된 기판으로 동시에 방출하는 제2 플라즈마 발생부 및,
상기 제1 플라즈마 발생부 및 제2 플라즈마 발생부로 기 설정된 고전압을 공급하여 플라즈마를 발생시킨 상태에서 상기 그리드 전극과 제2 플라즈마 발생부의 캐소드로 기 설정된 음(-) 전압을 공급하여, 기판측으로 이온과 전자를 동시에 방출하도록 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치.
In a polymer curing process device that cures a large-area substrate on which a polymer layer is formed by reacting with a process gas inside a vacuum chamber,
A first plasma generator disposed on the upper side of the vacuum chamber and reacting with the process gas to generate high-density plasma;
A grid electrode disposed below the first plasma generator and emitting ions in the high-density plasma downward through a plurality of grid holes according to an applied negative voltage,
It is placed below the grid electrode and reacts with the process gas to generate low-density plasma, and when a negative voltage is applied to the cathode where a plurality of cathode holes are formed, ions in the low-density plasma formed below collide to generate secondary electrons. A second plasma generator that generates and simultaneously emits the secondary electrons and ions flowing from the grid electrode through the cathode hole to the substrate disposed on the lower side of the vacuum chamber;
In a state where a preset high voltage is supplied to the first plasma generator and the second plasma generator to generate plasma, a preset negative voltage is supplied to the grid electrode and the cathode of the second plasma generator to generate ions and ions toward the substrate. A polymer curing process device using dual plasma, characterized in that it includes a control means for controlling electrons to be emitted simultaneously.
제1항에 있어서,
상기 플렉서블 디스플레이의 PI(polyimide) 경화 공정과, FO-WLP(Fan Out-Wafer Level Package) 공정, SOP(spin on polymer)/SOG(spin on glass) 경화 공정을 포함한 폴리머 경화 공정에 이용되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치.
According to paragraph 1,
It is used in polymer curing processes including the PI (polyimide) curing process of the flexible display, the FO-WLP (Fan Out-Wafer Level Package) process, and the SOP (spin on polymer)/SOG (spin on glass) curing process. A polymer curing process device using dual plasma.
제1항에 있어서,
상기 제1 플라즈마 발생부는 ICP 또는 TCP 전자계 중 하나를 이용한 장치, 또는 할로우 캐소드(hollow cathode) 중 하나를 이용하여 고밀도 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치.
According to paragraph 1,
A polymer curing process device using dual plasma, wherein the first plasma generator generates high-density plasma using one of an ICP or TCP electromagnetic field, or a hollow cathode.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부 중 적어도 하나는 상측에 캐소드가 배치되고 캐소드 하측에 애노드가 배치되어 구성되되, 상기 애노드는 캐소드와 전자 자유행정거리 이내에 위치하는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치.
According to paragraph 1,
At least one of the first and second plasma generators is configured with a cathode disposed above and an anode disposed below the cathode, wherein the anode is located within the electron free path distance from the cathode. Polymer using dual plasma Curing process equipment.
제1항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 발생부의 캐소드에 형성되는 캐소드 홀은 하측으로 갈수록 직경이 커지도록 경사 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치.
According to paragraph 1,
A polymer curing process device using dual plasma, wherein the cathode hole formed in the cathode of the second plasma generator is inclined so that the diameter increases downward.
제5항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 발생부의 캐소드에 형성되는 캐소드 홀 내주면에는 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치.
According to clause 5,
A polymer curing process device using dual plasma, characterized in that an insulating layer is formed on the inner peripheral surface of the cathode hole formed in the cathode of the second plasma generator.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 발생되는 캐소드는 그 상면에 자성체 성분이 일정 중량으로 포함된 재료로 이루어지는 자성체층이 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치.
According to claim 5 or 6,
A polymer curing process device using dual plasma, wherein a magnetic layer made of a material containing a certain weight of magnetic components is formed on the upper surface of the cathode where the second plasma is generated.
제1항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 발생부는 캐소드 홀을 통해 저밀도 플라즈마내 이온을 그리드 전극측으로 방출하고, 이 이온이 그리드 전극에 충돌하여 발생된 제2 이차전자를 캐소드 홀을 통해 기판측으로 더 방출하여, 이 제2 이차전자와 캐소드에 충돌하여 발생된 상기 이차전자가 기판에 형성된 폴리머층의 서로 다른 깊이로 침투하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치.
According to paragraph 1,
The second plasma generator emits ions in the low-density plasma toward the grid electrode through the cathode hole, and further emits second secondary electrons generated by the ions colliding with the grid electrode toward the substrate through the cathode hole, thereby generating the second secondary electrons. A polymer curing process device using dual plasma, characterized in that the secondary electrons generated by colliding with the electrons and the cathode penetrate into different depths of the polymer layer formed on the substrate.
제8항에 있어서,
상기 그리드 전극은 다수의 그리드 홀이 형성된 상부 그리드 전극과 그 하측에 배치되면서 다수의 그리드 홀이 형성된 하부 그리드 전극으로 이루어지고,
상부 그리드 전극은 제어수단으로부터 인가되는 음(-)의 전압에 따라 고밀도 플라즈마내 이온을 하측으로 방출하며,
하부 그리드 전극은 제어수단으로부터 인가되는 양(+)의 전압에 따라 그 하측에서 발생된 제2 이차전자와 상측으로부터 유입되는 이온을 하측으로 방출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치.
According to clause 8,
The grid electrode consists of an upper grid electrode on which a plurality of grid holes are formed and a lower grid electrode on the lower side of which a plurality of grid holes are formed,
The upper grid electrode emits ions in the high-density plasma downward according to the negative voltage applied from the control means,
A polymer curing process using dual plasma, characterized in that the lower grid electrode is configured to emit second secondary electrons generated from the lower side and ions flowing from the upper side to the lower side in accordance with a positive voltage applied from the control means. Device.
제1항에 있어서,
상기 그리드 전극과 제2 플라즈마 발생부의 캐소드 사이에 마이크로웨이브를 형성하는 마이크로웨이브 발생부가 추가로 구비하여 구성되고,
상기 제어수단은 그리드 전극과 제2 플라즈마 발생부의 캐소드 사이에 마이크로웨이브가 형성된 상태에서 상기 그리드 전극과 제2 플라즈마 발생부의 캐소드로 기 설정된 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치.
According to paragraph 1,
It is configured to further include a microwave generator that forms microwaves between the grid electrode and the cathode of the second plasma generator,
The control means supplies a preset voltage to the grid electrode and the cathode of the second plasma generator in a state in which a microwave is formed between the grid electrode and the cathode of the second plasma generator. A polymer curing process device using dual plasma. .
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부 사이에는 그리드 홀과 제2 플라즈마 발생부의 캐소드에 형성된 캐소드 홀을 통해 아웃 개싱(out gassing) 되는 흄(fume)을 진공챔버 외부로 배출하기 위한 고진공라인이 구비되어 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치.
According to paragraph 1,
A high vacuum line is provided between the first and second plasma generators to discharge fume outgassed through the grid hole and the cathode hole formed in the cathode of the second plasma generator to the outside of the vacuum chamber. A polymer curing process device using dual plasma, characterized in that:
제1항에 있어서,
상기 제어수단은 그리드 전극으로 음(-)의 전압과 양(+)전압이 교번하는 펄스 전압을 공급하고,
상기 그리드 전극은 음(-)의 전압이 인가되는 구간에서는 그 상측의 고밀도 플라즈마내 이온을 하측으로 방출하고, 양(+)의 전압이 인가되는 구간에서는 그 상측의 고밀도 플라즈마내 전자를 하측으로 방출하여 이 전자와 저밀도 플라즈마내 이온 충돌에 의해 발생된 이차전자가 기판의 폴리머층의 서로 다른 깊이로 동시에 침투하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치.
According to paragraph 1,
The control means supplies a pulse voltage of alternating negative (-) voltage and positive (+) voltage to the grid electrode,
In the section where negative (-) voltage is applied, the grid electrode emits ions in the upper high-density plasma downward, and in the section where positive (+) voltage is applied, the grid electrode emits electrons in the upper high-density plasma downward. A polymer curing process device using dual plasma, characterized in that the electrons and the secondary electrons generated by ion collision in the low-density plasma simultaneously penetrate into different depths of the polymer layer of the substrate.
제1항에 있어서,
상기 제어수단은 제2 플라즈마 발생부의 캐소드로 음(-)의 전압이 일정 주기로 인가되는 형태의 펄스 전압을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치.
According to paragraph 1,
The control means is configured to supply a pulse voltage in the form of a negative voltage being applied at a constant cycle to the cathode of the second plasma generator.
제1항에 있어서,
상기 진공챔버 내부에는 경화 공정시 구동되는 히팅수단을 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 플라즈마를 이용한 폴리머 경화 공정 장치.
According to paragraph 1,
A polymer curing process device using dual plasma, characterized in that the vacuum chamber is further provided with a heating means that is driven during the curing process.
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