KR100875233B1

KR100875233B1 - 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 플라즈마발생장치

Info

Publication number: KR100875233B1
Application number: KR1020070012129A
Authority: KR
Inventors: 이상로; 임성실; 김윤환; 최우철
Original assignee: (주)에스이 플라즈마
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-12-19
Also published as: KR20080073471A; JP4801103B2; CN101242705A; TWI369158B; JP2008192618A; TW200841774A

Abstract

본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하부 전극의 일부 영역을 하부로 돌출시켜 플라즈마 배출구를 형성하고 하부 전극 하면을 외부와 차단시키는 외부 하우징을 둠으로써 국부적인 범위에 대한 플라즈마 가공이 이루어지는 경우 피가공물의 가공 부위 이외의 부분에 손상이 가는 것을 방지할 수 있으며, 플라즈마 배출구와 외부 하우징 사이에 부산물 흡입구를 형성함으로써 플라즈마 가공시 발생되는 부산물을 효과적으로 제거할 수 있는 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 하부 전극에 의해 발생되는 열이 외부 하우징에 의해 차단되므로 피가공물의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 하부 전극의 일부를 돌출시킴으로써 플라즈마가 피가공물의 표면에 퍼지는 현상을 방지할 수 있으며, 플라즈마 처리가 이루어지는 바로 옆에서 배기가 이루어지므로 플라즈마 처리시 발생되는 부산물을 즉시 제거할 수 있는 효과가 있다.

플라즈마, 전극, 슬릿, 배출구, 배기구, 하우징

Description

돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 플라즈마 발생장치{Plasma generating apparatus with intake path near plasma outlet}

도1은 종래의 대기압 플라즈마 발생장치를 나타낸 도면,

도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 대기압 플라즈마 발생장치의 구조를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1: 피가공물 2 : 발생 열

3 : 피가공물의 가공 부위

10 : 제1 전극 20 : 제2 전극

30 : 유전체 40 : 플라즈마 배출구

50 : 외부 하우징 60 : 부산물 흡입구

70 : 댐퍼(damper) 80 : 부산물 배기구

90 : 냉각부

본 발명은 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하부 전극의 일부 영역을 외부로 돌출시켜 플라즈마 배출구를 형성하고 하부 전극 하면을 외부와 차단시키는 외부 하우징을 둠으로써 국부적인 범위에 대한 플라즈마 가공이 이루어지는 경우 피가공물의 가공 부위 이외의 부분에 손상이 가는 것을 방지할 수 있으며, 플라즈마 배출구와 외부 하우징 사이에 부산물 흡입구를 형성함으로써 플라즈마 가공시 발생되는 부산물을 효과적으로 제거할 수 있는 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

FPD(Flat Panel Display)와 같은 디스플레이 소자를 비롯한 반도체 소자를 제조하는 공정에 있어서, 세정, 표면 개질, ashing, 식각 등의 표면 처리 과정이 필요하다. 이와 같이 피가공물을 표면 처리하는 초기의 방법으로는 주로 화학적인 방법이 이용되었으며, 화학물질에 의한 표면 처리는 폐기물, 유출물 등이 생성되는 문제가 있어 점차 물리적인 방법을 이용한 표면 처리를 고려하는 방향으로 연구가 진행되었다.

물리적인 표면 처리 방법으로서 최근 들어 주목받는 방법은 플라즈마를 이용하는 방법이며, 산업 현장에서도 과거의 화학적인 표면 처리 방법에서 점차 플라즈마를 이용하는 방식으로 반도체의 표면 처리 공정을 대체해 나가고 있다.

플라즈마란 어떤 기체가 에너지에 의해 이온화되어 이온과 전자가 거의 동일 한 밀도로 균일하게 분포하여 전체적으로 전기적인 중성을 나타내는 하전 입자의 집단을 의미한다. 기체에 임계값 이상의 외부에너지를 가하면 기체는 이온과 전자로 전리(ionization)되어 플라즈마를 형성하게 된다. 플라즈마 상태에 놓인 높은 에너지를 갖는 입자가 어떤 재료의 표면에 충돌하면 그 에너지가 충돌되는 재료의 표면에 전달되어 표면 처리가 이루어진다.

현재, 디스플레이 소자의 개발에 플라즈마를 활용하는 공정이 점차 증가하고 있으며, 주로 진공 플라즈마 발생장치가 사용되고 있다. 진공 플라즈마 발생장치는 표면 처리를 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있는 반면, 장비의 가격이 비싸고 시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 따라서, 진공을 유지하지 않고 플라즈마를 발생시킬 수 있는 대기압 플라즈마 발생장치를 활용하기 위한 연구가 활발히 진행 중이며, 산업현장에서도 진공 플라즈마 발생장치를 대기압 플라즈마 발생장치로 대체해 나가고 있는 실정이다. 현재 연구되고 있거나 사용되고 있는 대기압 플라즈마의 종류로는 코로나 방전, 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge; DBD), 대기압 RF 축전결합 방전 등이 있다.

도1은 종래의 대기압 플라즈마 발생장치를 나타낸 도면이다.

도1에 도시된 바와 같이, 피가공물(1)의 국부 영역에 대하여 ashing이나 식각 등의 플라즈마 가공이 이루어지는 경우 플라즈마 발생장치에 의해 발생되어 수직 방향으로 분출되는 플라즈마가 가공 영역 이외의 주변 영역에도 퍼지게 된다. 따라서, 국부적인 플라즈마 가공이 필요함에도 피가공물의 가공영역이 (도면에서 번호 3으로 표시한 것과 같이) 불필요하게 확장되게 되어 정밀한 가공이 이루어지기 힘든 문제점이 있었다.

또한, 플라즈마 발생장치의 하부 전극에서 발생되는 열(2)이 피가공물에 바로 영향을 끼치므로 피가공물의 표면에 열화 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

그 밖에, 플라즈마 발생시 생겨나는 래디컬 물질, 가스 및 각종 부산물에 피가공물의 표면이 그대로 노출되어 그 표면이 오염되는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 하부 전극의 일부 영역을 외부로 돌출시켜 플라즈마 배출구를 형성하고 하부 전극 하면을 외부와 차단시키는 외부 하우징을 둠으로써 국부적인 범위에 대한 플라즈마 가공이 이루어지는 경우 피가공물의 가공 부위 이외의 부분에 손상이 가는 것을 방지할 수 있으며, 플라즈마 배출구와 외부 하우징 사이에 부산물 흡입구를 형성함으로써 플라즈마 가공시 발생되는 부산물을 효과적으로 제거할 수 있는 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 플라즈마 발생장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 플라즈마 발생장치는, 전원공급수단으로부터 방전 전압이 인가 되는 제1전극과 이 제1전극에 부착되거나 또는 제1전극을 포위하는 형태의 유전체로 이루어진 제1전극부; 상기 제1전극부의 하부에 소정 간격 이격되어 설치되며, 아래쪽으로 연장된 플라즈마 배출구를 갖는 제2 전극; 을 포함하여 구성된다.

바람직하게는, 상기 플라즈마 배출구는 슬릿 형태인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 플라즈마 배출구는 홀(원주) 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플라즈마 배출구가 형성된 영역을 제외한 상기 제2 전극 하면의 나머지 영역이 외부와 접촉되지 않도록 상기 제1 전극, 유전체 및 제2 전극을 둘러싸는 외부 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 플라즈마 배출구 하단이 상기 외부 하우징의 하면보다 아래쪽으로 연장되며, 상기 플라즈마 배출구와 상기 외부 하우징 간의 소정 간격의 공간으로 형성되는 부산물 흡입구를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 외부 하우징의 일면에 배치되며, 상기 부산물 흡입구를 통해 미세물질을 균일하게 빨아들이는 것을 조절하기 위한 댐퍼; 및 상기 부산물 흡입구를 통해 빨아들인 미세물질을 상기 외부 하우징의 외부로 배출하는 부산물 배기구를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 외부 하우징에 부착되는 냉각부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 플라즈마 발생장치를 대기압 플라즈마 발생장치의 경우를 예로 하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 대기압 플라즈마 발생장치는 크게 제1 전극(10), 유전체(30), 제2 전극(20), 제2 전극(20)의 일부가 돌출되어 형성된 플라즈마 배출구(40), 외부 하우징(50), 부산물 흡입구(60), 댐퍼(70), 부산물 배기구(80) 및 냉각부(90)로 구성된다.

제1 전극(10)은 유전체(30)의 상면에 부착되며, 전원공급수단으로부터 방전 전압이 인가된다.

제2 전극(20)은 유전체(30)의 아래쪽에 유전체와 소정 간격 이격되어 설치되며, 제2전극 중심 부분의 일부가 아래쪽으로 연장되어 플라즈마 배출구(40)를 형성한다. 상기와 같은 전극 구조물은 전극 하우징으로 둘러싸여 있고 이 전극 하우징의 외벽에는 냉각부(90-1)가 설치된다. 그리고, 플라즈마 배출구(40)의 아래쪽에는 ashing이나 식각 등의 플라즈마 가공 대상이 되는 피가공물이 놓이게 된다. 이때, ashing이나 식각 가공에 사용되는 가스로는 일반적으로 플라즈마 방전 용이성 또는 균일성을 위한 Ar, He, N₂ 등과 반응성 가스인 SF₆, CF₄ _,CHF3, Air, O₂ 등의 가스가 사용될 수 있으며, 그 외에 공정 특성상 필요한 가스의 적용도 가능하다. 예로써 ashing 또는 식각시 발생되는 하부막에 대한 선택성을 고려하여 혼합하는 가스로 HCl, Cl2, 등이 있다.

이와 같이 플라즈마 배출구(40)를 형성함으로써, 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 방전 전압이 인가되어 유전체(30)와 제2 전극(20) 사이에 생성되는 플라즈마는 플라즈마 배출구(40)를 통해 아래쪽으로 배출된다. 즉, 플라즈마 배출구(40)를 플라즈마 발생장치의 아래쪽에 놓이는 피가공물의 가공 영역 위에 위치시킴으로써, 피가공물의 일부 영역만을 가공하며 피가공물의 나머지 영역은 플라즈마의 영향을 받지 않는다. 또한, 플라즈마 배출구(40)를 통해서만 플라즈마가 배출됨으로써 플라즈마가 피가공물의 가공 부위 이외의 부분까지 퍼지는 현상을 방지할 수도 있다.

이때, 플라즈마 배출구(40)를 길다란 슬릿 형태로 구성함으로써 피가공물 표면을 직선 형태로 가공할 수 있으며, 피가공물 또는 플라즈마 발생 장치를 이동시킴으로써 피가공물의 표면 전체를 가공할 수도 있다. 또한, 플라즈마 배출구(40)를 홀이나 짧은 슬릿 형태로 구성함으로써 피가공물 표면의 국소적인 부분만을 가공할 수도 있으며, 이처럼 플라즈마 배출구(40)는 필요에 적합한 형태로 다양하게 구성할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 플라즈마 발생장치는, 반응 부산물의 빠른 배출과 제2전극의 열이 피가공물에 전달되는 것을 방지하기 위해, 플라즈마 배출구(40) 외에 외부 하우징(50)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.

외부 하우징(50)은 플라즈마 배출구(40)가 형성된 영역을 제외한 나머지 영역을 둘러싸는 형태로 제2전극 및 전극 하우징과 소정거리 이격되어 설치된다.

전압이 인가되어 플라즈마가 발생하는 과정에서는 다량의 열이 발생할 수 있으며, 플라즈마가 발생되는 위치와 피가공물 간의 거리는 짧을수록 가공에 유리한 반면, 피가공물에 전달되는 열의 영향도 커진다. 따라서, 외부 하우징(50)을 둠으로써, 제2 전극(20)의 하면이 플라즈마 가공이 이루어지는 외부 환경에 직접 노출되지 않도록 하여 피가공물의 열화 현상을 저감할 수 있으며, 나아가 외부 하우징의 적당한 위치(예를 들어, 도2에서 외부 하우징 양쪽 끝단에 90-2로 표시한 위치)에 냉각수단을 추가로 둔다면 상기와 같은 열화 현상을 더더욱 저감시킬 수 있게 된다.

또한, 플라즈마 배출구(40)와 외부 하우징(50) 사이에 형성된 갭(gap)으로 되는 부산물 흡입구(60)에 의해 가공이 필요한 영역 외의 플라즈마 및 플라즈마가 피가공물과 반응한 후의 부산물을 보다 빠르게 배출시킴으로써 가공영역의 불요한 확장이나 반응 후의 부산물에 의한 표면 오염 등을 저감시킬 수 있는 효과도 얻게 된다.

플라즈마 배출구(40)와 외부 하우징(50)의 상대적 높이는, 피가공물의 위치, 반응 후의 불요 플라즈마나 반응 부산물이 빠르게 배기되어야 할 필요 및 국부 영역에 대한 정밀가공의 필요 등을 종합적으로 고려하여 요구되는 공정에 따라 플라즈마 배출구 하단이 외부 하우징의 하면을 기준으로 돌출 또는 함몰, 수평 형태로의 변형이 가능하다.

부산물 흡입구(60)는, 도2에 도시된 바와 같이, 플라즈마 배출구(40)와 외부 하우징(50)이 인접하는 플라즈마 배출구(40)의 양 옆 또는 주위 둘레를 따라 소정 간격의 공간을 둠으로써 형성된다.

한편, 부산물 흡입구(60)를 통해 흡입된 물질은 댐퍼(70)를 거쳐 부산물 배기구(80)에 의해 장치 외부로 배출되는데, 댐퍼(70)는 외부 하우징(50)의 일면에 배치되어 기류 제어를 통해 흡입구(60)로 배출되는 미세물질을 처리 전 영역에서 균일하게 빨아들이는 역할을 하고, 부산물 배기구(80)는 부산물 흡입구(60)를 통해 빨아들인 미세물질을 외부 하우징(50) 밖으로 배출하는 통로가 된다.

본 발명의 플라즈마 발생장치에는 장치에서 발생하는 열을 식히기 위해 (앞서 언급한 바와 같이) 냉각부를 둘 수 있는데, 이때 냉각부(90)는 도2에 90으로 표시한 바와 같이 전극 하우징의 외부에 설치(90-1)될 수도 있고 외부 하우징(50)의 외벽 내에 설치(90-2)될 수도 있으며, 경우에 따라서는 2곳 모두에 설치될 수도 있다.

한편, 지금까지는 방전전압이 인가되는 제1전극과 유전체가 서로 밀착되어 있는 경우에 대해서만 설명하였지만, 본 발명은 제1전극이나 유전체가 아닌 제2전극(부)의 구조에 그 특징이 있는 것이므로, 제1전극과 유전체(이를 합쳐 제1전극부라 칭함)의 형상은 얼마든지 달라질 수 있는 것임을 알아야 한다. 예를 들어, 전압이 인가되는 제1전극을 포위하도록 유전체를 가공하고 제1전극과 유전체 사이에는 또 다른 액체 유전체 등으로 채우는 구조의 제1전극부를 생각할 수도 있는데, 본 발명이 그런 경우에도 동일한 기술사상으로 적용될 수 있음은 자명하고, 기타 다양한 형태의 제1전극부를 갖는 플라즈마 발생장치에 대해서도 동일하게 적용될 수 있음은 당연한 것이다.

또한 본 발명은 대기압 플라즈마를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명의 본질은 제2전극의 플라즈마 배출구와 외부 하우징 및 부산물 흡입구 등의 구조적 특징에 있는 것이므로, 대기압 플라즈마 외의 진공 플라즈마 등 기타 플라즈마 발생장치에서도 본 발명의 위와 같은 구조적 특징을 적용하고자 할 필요가 있는 경우라면, 용이하게 적용될 수 있음도 자명하다.

이렇듯, 이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능할 것이며, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 대기압 플라즈마 발생장치에 의하면, 하부 전극에 의해 발생되는 열이 외부 하우징에 의해 차단되므로 피가공물의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 하 부 전극의 일부를 돌출시킴으로써 플라즈마가 피가공물의 표면에 퍼지는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 플라즈마 처리가 이루어지는 바로 옆에서 배기가 이루어지므로, 플라즈마 처리 시 발생되는 부산물을 즉시 제거할 수 있는 효과도 있다.

Claims

플라즈마 발생장치로서,

전원공급수단으로부터 방전 전압이 인가되는 제1전극과 이 제1전극에 부착되거나 또는 제1전극을 포위하는 형태의 유전체로 이루어진 제1전극부; 및

상기 제1전극부의 하부에 소정 간격 이격되어 설치되며, 플라즈마 배출구를 갖는 제2전극;

을 포함하고,

상기 플라즈마 배출구는 제2전극을 관통하여 아래쪽으로 연장된 것을 특징으로 하며 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 플라즈마 발생장치.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 배출구는 슬릿 형태인 것을 특징으로 하는 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 플라즈마 발생장치.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 배출구는 홀 형태인 것을 특징으로 하는 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 플라즈마 발생장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플라즈마 배출구가 형성된 영역을 제외한 나머지 영역을 둘러싸는 외부 하우징을 더 포함하고, 상기 외부 하우징과 플라즈마 배출구 사이의 공간에 의해 부산물 흡입구가 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 플라즈마 발생장치.
제4항에 있어서,

상기 외부 하우징의 일면에 배치되며, 상기 부산물 흡입구를 통해 미세물질을 균일하게 빨아들이는 댐퍼; 및

상기 부산물 흡입구를 통해 빨아들인 미세물질을 상기 외부 하우징의 외부로 배출하는 부산물 배기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 플라즈마 발생장치.
제4항에 있어서,

상기 외부 하우징에 부착되는 냉각부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 돌출된 플라즈마 배출구 주위에 흡입구가 형성된 플라즈마 발생장치.