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KR100476136B1 - 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치 - Google Patents

대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치 Download PDF

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KR100476136B1
KR100476136B1 KR10-2002-0076071A KR20020076071A KR100476136B1 KR 100476136 B1 KR100476136 B1 KR 100476136B1 KR 20020076071 A KR20020076071 A KR 20020076071A KR 100476136 B1 KR100476136 B1 KR 100476136B1
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Abstract

대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치가 제공된다. 상기한 표면처리장치는 처리가스 저장부 및 상기 처리가스 저장부의 아래에 위치한 플라즈마 발생부로 구성되며, a) 상기 처리가스 저장부는 처리가스를 처리가스 저장부로 도입하는 제1 유입구를 구비하고, b) 상기 플라즈마 발생부는 서로 마주보는 상부 전극 및 하부 전극, 두 전극 사이에 형성된 플라즈마 발생공간, 상기 상부 전극 및 하부 전극을 절연시키는 절연체, 전극의 표면온도를 낮추는 방열기, 처리가스를 처리가스 저장부로부터 플라즈마 발생공간으로 도입하는 제2 유입구, 플라즈마 발생공간에서 생성된 플라즈마 및 플라즈마로 전환되지 아니한 처리가스를 플라즈마 발생공간의 외부로 유도하는 배출구, 및 교류전압을 인가하는 교류전원을 포함하고, 여기서 상기 상부 전극 및 하부 전극이 모두 평판형 전극이고, 상기 배출구가 하부 전극에 형성되고, 하부전극의 아래에 기판이 위치하는 것을 특징으로 한다. 상기한 표면처리장치는 처리하고자 하는 기판의 형태에 구애받지 아니하고, 기판의 처리 면적을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 대기압 하에서 연속적인 기판의 표면 처리를 가능하게 한다.

Description

대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치{APPARATUS FOR TREATING THE SURFACE OF A SUBSTRATE WITH ATMOSPHERIC PRESSURE PLASMA}
본 발명은 표면처리장치(또는 플라즈마 처리장치)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 대기압 하에서 플라즈마를 발생시키고 발생된 플라즈마를 플라즈마 발생공간(또는 방전공간)의 외부로 유도한 후 기판의 표면과 접촉시켜 기판의 표면을 처리하는데 사용되는 표면처리장치에 관한 것이다.
기판의 표면을 처리하는 방법, 예를 들면 기판의 표면으로부터 유기 물질과 같은 오염물의 제거, 레지스트(resist)의 제거, 유기 필름의 접착, 표면 변형, 필름 형성의 향상, 금속 산화물의 환원, 또는 액정용 유리 기판의 세정 등은 크게 화학 약품을 이용한 방법과 플라즈마를 이용한 방법이 있다. 이 중에서 화학 약품을 이용한 방법은 화학약품이 환경에 악영향을 미친다는 단점이 있다.
플라즈마를 이용한 표면처리의 일예로는 저온ㆍ저압 상태의 플라즈마를 이용하는 방법을 들 수 있다. 저온ㆍ저압 플라즈마를 이용한 표면처리 방법은 저온ㆍ저압의 진공조 내에 플라즈마를 발생시켜 이들을 기판의 표면과 접촉시켜 기판 표면을 처리하는 것이다. 이러한 저온ㆍ저압 상태의 플라즈마를 이용하는 표면처리방법은 우수한 세정효과에도 불구하고 널리 이용되지는 않고 있는 실정인데, 그 이유는 상기 방법은 저압을 유지하기 위해 진공 장치가 필요하게 되고, 따라서 대기압 상태에서 수행되는 연속공정에 적용하기 곤란하기 때문이다. 이에 따라 최근에는 대기압 상태에서 플라즈마를 발생시켜 표면처리에 이용하고자 하는 연구가 매우 활발히 이루어지고 있다.
일본공개특허공보 제2-15171호, 제3-241739호 또는 제1-306569호는 플라즈마 발생공간 내부에 배치된 기판의 표면을 처리하는 표면처리방법 및 장치를 개시하고 있다. 구체적으로, 상기 방법은 적어도 하나의 절연체에 의해 절연된 한 쌍의 전극을 평행하게 배치하는 단계, 상기 전극 사이에 형성된 플라즈마 발생공간으로 처리 가스를 공급하는 단계, 상기 처리 가스로부터 플라즈마를 발생시키기 위해 상기 전극들 사이에 교류 전압을 인가하는 단계, 및 생성된 플라즈마로 상기 플라즈마 발생공간 내부에 배치된 기판의 표면을 처리하는 단계로 구성된다. 그러나, 상기 문헌들에 개시된 표면처리방법 및 장치는 양 전극 사이의 플라즈마 발생공간에 처리하고자 하는 기판이 위치해야 하므로 매우 얇은 판상의 기판만이 처리가 가능하며 따라서 그 적용분야가 매우 제한될 수밖에 없다. 또한, 시료가 절연체가 아닌 도전성을 지닌 금속 및 반도체 시료일 경우, 전극에 인가되는 고전압에 의해 시료가 손상될 위험이 다분하다는 단점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해, 플라즈마 발생공간에서 생성된 플라즈마를 플라즈마 발생공간의 외부로 유도한 후 기판과 접촉시켜 기판의 표면을 처리하는 방법이 고안되었다.
미국특허 제5,185,132호는 평행하게 배치된 2개 이상의 평판형 전극의 표면에 고체절연체를 위치시켜 얻어진 절연체 피복전극을 갖는 반응용기에 불활성 기체와 반응성 가스의 혼합물을 도입하여 플라즈마를 발생시킨 후 활성종을 플라즈마 하류로 운송하여 시료표면을 처리하는 것을 특징으로 하는 표면처리방법을 개시하고 있다. 도 1a는 상기 방법에 사용되는 표면처리장치의 일예를 도시한 사시도이며, 도 1b는 도 1a에 도시된 표면처리장치에 사용되는 전극구조의 단면도이다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 표면처리장치는 절연체(106a, 106b)에 의해 절연되고 평행하게 배치된 두 개의 평판 전극(101a, 101b), 상기 두 개의 전극(101a, 101b) 사이에 형성된 플라즈마 발생공간(102)의 일측면에 형성된 처리가스 유입구(103), 및 플라즈마 발생공간의 타측면에 형성된 배출구(104)를 구비하고 있다. 플라즈마 발생공간의 일측면에 형성된 유입구(103)를 통해 플라즈마 발생공간(102)으로 처리가스가 유입되고, 유입된 처리가스는 전극(101a, 101b)에 공급되는 교류전압에 의해 플라즈마로 전환되고, 생성된 플라즈마 및 플라즈마로 전환되지 아니한 처리가스는 플라즈마 발생공간(102)의 일측면에 형성된 배출구(104)를 통해 플라즈마 발생공간(102)의 외부로 유도되고, 기판(105)의 표면과 접촉하여 기판(105)의 표면을 처리하게 된다. 그러나, 상기한 표면처리장치는 플라즈마와 플라즈마로 전환되지 아니한 처리가스의 배출구(104)가 플라즈마 발생공간의 일측면에 형성됨으로써 처리하고자 하는 폭(W)에 제한을 받을 수밖에 없다는 단점이 있다. 만약, 처리폭(W)을 넓히고자 할 경우, 인가되는 교류 전압이 급격하게 높아지게 되는 문제점을 안고 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 미국특허 제6,424,091호는 a) 외부 표면에 절연체를 구비하는 적어도 한 쌍의 전극; b) 상기 전극들 사이에 정해지는 플라즈마 발생공간에 처리가스를 가스공급수단; 및 c) 상기 플라즈마 발생공간에 처리 가스의 플라즈마를 발생하도록 상기 전극들 사이에 교류 전압을 인가하는 교류전원을 포함하며, 상기 한 쌍의 전극 중 적어도 하나의 전극은 상기 방전 공간으로 돌출되는 만곡면을 구비하는 것을 특징으로 하는 표면처리장치를 개시하고 있다. 도 2는 상기 문헌에 도시된 표면처리장치에 사용되는 전극구조의 단면도로서, 상기한 전극 구조는 절연체(202a, 202b)로 절연된 한쌍의 원통형 전극(201a, 202b) 사이에서 플라즈마(203)가 생성되며, 생성된 플라즈마는 표면처리장치의 외부에 설치된 기판(204)의 표면과 접촉하여 기판(204)의 표면을 처리하게 된다. 상기한 전극구조를 포함하는 표면처리장치는 원통형 전극을 채용함으로써 처리폭을 향상시킬 수 있는 장점을 갖고 있으나, 전극의 단위 면적당 플라즈마 발생공간이 평판형 전극보다 현저히 줄어들게 되어 플라즈마 전환 효율이 저하된다는 단점을 안고 있다. 즉, 상기 표면처리장치는 처리가스를 플라즈마로 전환시킬 수 있는 전극의 유효 면적이 현저히 감소되어 플라즈마 전환효율이 저하되게 되고, 따라서 기판의 처리효율이 감소하게 된다. 더 나아가, 상기한 표면처리장치는 플라즈마 전환 효율이 저하됨에 따라 평판형 전극보다 많은 양의 전력을 공급하여야 하며, 전력의 낭비를 발생하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 평판형 전극 구조에서 발생하는 문제점인 좁은 유효처리 폭을 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라 원통형 전극이 갖는 문제점인 플라즈마 방전공간의 감소를 해결할 수 있는 새로운 플라즈마 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대기압 하에서 연속적인 기판의 표면 처리를 가능하게 할 뿐만 아니라, 기판의 처리 면적을 증가시킬 수 있는 표면처리장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적 및 발명의 상세한 설명에 기술될 또 다른 목적은 처리가스 저장부 및 상기 처리가스 저장부의 아래에 위치한 플라즈마 발생부를 포함하는 표면처리장치로서, a) 상기 처리가스 저장부는 처리가스를 처리가스 저장부 내부로 도입하는 제1 유입구를 구비하고, b) 상기 플라즈마 발생부는 서로 마주보는 상부 전극 및 하부 전극, 두 전극 사이에 형성된 플라즈마 발생공간, 상기 상부 전극 및 하부 전극을 절연시키는 절연체, 전극의 표면온도를 낮추는 방열기, 처리가스를 처리가스 저장부로부터 플라즈마 발생공간으로 도입하는 제2 유입구, 플라즈마 발생공간에서 생성된 플라즈마 및 플라즈마로 전환되지 아니한 처리가스를 플라즈마 발생공간의 외부로 유도하는 배출구, 및 교류전압을 인가하는 교류전원을 포함하고, 여기서 상기 상부 전극 및 하부 전극이 모두 평판형 전극이고, 상기 배출구가 하부 전극에 형성되고, 하부전극의 아래에 처리하고자 하는 기판이 위치하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치를 제공함으로써 성취될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 표면처리장치의 바람직한 일예를 도시한 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 상기한 표면처리장치는 처리가스 저장부(300) 및 상기 처리가스 저장부(300)의 아래에 위치한 플라즈마 발생부(400)로 구성된다. 상기 처리가스 저장부(300)는 처리가스를 플라즈마 발생부(400)로 안정되게 공급하는 역할을 하며, 따라서 그 체적은 처리 용량, 전환효율 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 플라즈마 발생부(400)는 처리가스 저장부(300)로부터 유입된 처리가스를 플라즈마로 변환시키는 역할을 한다.
상기 처리가스 저장부(300)의 측면에는 플라즈마를 발생시키기 위해 처리가스 저장부(300) 내부로 처리가스를 도입하는 제1 유입구(301a, 301b)가 구비된다. 다만, 도 3에서 처리가스를 처리가스 저장부(300)로 도입하는 제1 유입구(301a, 301b)가 두 개 배치되는 것을 설명하였으나, 그 수에는 특별히 제한되지 아니한다고 해석되어져야 한다. 필요한 경우 처리가스 저장부(300)의 네측면 모두에 배치할 수 있으며, 더 나아가 처리가스 저장부(300)의 윗면 중앙에 하나만 배치할 수도 있다.
상기 플라즈마 발생부(400)는 평판형 상부 전극(401a) 및 평판형 하부 전극(401b), 두 전극(401a, 401b) 사이에 형성된 플라즈마 발생공간(402), 상기 두 전극 (401a, 401b)을 절연시키는 절연체(403a, 403b), 전극(401a, 401b)의 표면온도를 낮추는 방열기(404a, 404b), 처리가스를 처리가스 저장부(300)로부터 플라즈마 발생부(400)로 도입하는 제2 유입구(405a, 405b), 상기 하부전극(401b)에 형성되고, 플라즈마 발생공간(402)에서 생성된 플라즈마 및 플라즈마로 전환되지 아니한 처리가스를 플라즈마 발생공간(402)의 외부로 유도하는 배출구(406a, 406b, 406c, 406d, 406e, 이하 "406")를 포함하고, 하부전극(401a)의 아래에는 처리하고자 하는 기판(408)이 위치한다. 상기 상부전극(401a)에는 교류전원(407)이 연결되고, 하부전극(401b)은 접지된다.
처리가스는 우선 저장가스 저장부(300)의 측면에 형성된 제1 유입구(301a, 302b)를 통해 처리가스 저장부(300)로 도입된다. 도입된 처리가스는 절연체(403a)에 형성된 제2 유입구(405a, 405b)를 통해 플라즈마 발생공간(402)으로 도입되며, 이 곳에서 교류전원(407)에서 공급된 교류 전압에 의해 플라즈마로 전환되고, 생성된 플라즈마 및 플라즈마로 전환되지 아니한 처리가스는 하부전극(401b)에 형성된 배출구(406)를 통해 플라즈마 발생공간(402) 외부로 유도되고, 기판(408)의 표면과 접촉하여 기판(408)의 표면을 처리하게 된다.
도 4a는 도 3에 도시된 표면처리장치에 사용되는 전극구조의 사시도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 전극구조는 서로 마주보는 평판형 상부 전극(401a) 및 평판형 하부 전극(401b), 두 전극 사이에 형성된 플라즈마 발생공간(402), 상기 두 전극(401a, 401b)을 절연시키는 절연체(403a, 403b)를 구비한다. 상기 절연체(403a) 상에는 처리가스 저장부(400)로부터 플라즈마 발생공간(402)으로 처리가스를 도입하기 위한 제2 유입구(405a. 405b)가 형성된다. 플라즈마 발생공간(402)으로 도입된 처리가스는 교류전원에서 인가된 교류전압에 의해 플라즈마로 전환하게 된다. 플라즈마 발생공간(402)에서 생성된 플라즈마 및 플라즈마로 전환되지 아니한 처리가스는 하부전극(401b)에 형성된 배출구(406a 내지 406e, "406")를 통해 플라즈마 발생공간(402)의 외부로 유도되고, 기판(408)의 표면과 접촉하여 기판(408)의 표면을 처리하게 된다. 여기서, 배출구(406)의 전체 처리폭(D1+D2+D3+D4+D5)은 종래 평판형 전극에서의 폭(W)보다 훨씬 증가시킬 수 있으며, 따라서 처리하고자 하는 기판의 폭은 현저히 증가하게 된다. 더 나아가, 처리폭(W)의 경우 인가되는 전압에 의해 크게 제한됨에 반해 전극의 길이(D)의 경우 전압에 크게 구애받지 아니하는 장점이 있게 된다. 즉, 처리폭(W)의 경우 인가되는 전압에 의해 제한되어 그 길이가 통상 0.01 mm ∼ 30 mm로 제한되나, 전극의 길이(D)는 인가되는 전압에 거의 구애받지 아니하고 그 길이를 현저히 증가시킬 수 있으며, 따라서, 전체 처리폭(D1+D2+D3+D4+D5)도 현저히 증가될 수 있다. 더 나아가, 종래의 경우 배출구(406)의 형태를 변경시키는 것은 장치의 커다란 변형을 가져오게 되어 어려웠으나, 본 발명의 경우, 방열기를 제외한 장치의 변형없이 배출구(406)의 형태를 원형, 삼각형, 타원형 등 다양한 형태로 변경할 수 있으며, 따라서, 처리하고자 하는 기판(408)의 형태에 따라 배출구(406)의 형태를 용이하게 변경할 수 있다는 장점을 갖는다. 도 4b는 배출구를 복수의 홀 형태로 배치한 일예를 도시하고 있다. 더 나아가, 상기 도 4a에서 제2 유입구(405a, 405b)를 절연체의 양측면에만 배치하였으나, 제2 유입구를 플라즈마 발생공간의 전체부피를 고려하여, 절연체의 네 측면 모두에 설치할 수 있음은 자명할 것이다.
플라즈마를 생성하기 위해 공급되는 처리가스로는 특별히 제한되지 아니하며, 당해 분야에서 통상 사용되는 처리가스가 널리 사용될 수 있다. 예를 들면, 질소, 산소, 불활성 기체(rare gas), 이산화탄소, 산화질소, 퍼플루오로화 기체(perfluorinated gas), 수소, 암모니아 , 염소(Cl)계 기체, 오존 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 불활성 기체로서, 헬륨, 아르곤, 네온, 또는 크세논(xenon)이 사용될 수 있다. 퍼플루오로화 기체의 예로는 CF4, C2F6, CF3CF=CF 2, CClF3, SF6 등을 들 수 있다. 처리가스의 선택은 처리목적에 따라 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면, 기판(408) 상의 유기 물질을 세정하고자 하는 경우, 질소가스, 질소와 산소의 혼합물, 질소의 공기의 혼합물, 불활성 가스, 또는 질소와 불활성 가스의 혼합물이 선택될 수 있다. 경제적인 측면을 고려할 때, 질소, 질소와 산소의 혼합물 또는 질소의 공기의 혼합물이 보다 바람직하다. 레지스트의 제거 및 유기 필름의 식각이 요구되는 경우, 산소, 오존, 공기, 이산화탄소(CO2), 증기 또는 산화질소(N2O)와 같은 산화력이 있는 기체를 단독으로 또는 질소와 함께 사용할 수 있다. 또한, 실리콘을 식각하는 경우, CF4와 같은 퍼플루오르화 기체 또는 염소계 기체를 질소 또는 불활성 기체와 함께 사용하는 것이 효과적이다. 금속 산화물을 환원시키는 경우, 수소 또는 암모니아와 같은 환원성 기체를 사용하는 것이 가능하다.
교류전압을 전극(401a)에 인가하는 교류전원(407)의 주파수는 50Hz 내지 200MHz 범위이다. 주파수가 50Hz 이하일 경우 플라즈마 방전이 안정화될 수 없는 가능성이 있으며, 200MHz보다 클 경우, 상당히 큰 플라즈마의 온도 증가가 발생하여 아크방전을 야기할 수 있다. 바람직하게는 1kHz 내지 100MHz 범위, 가장 바람직하게는 5kHz 내지 100kHz범위이다. 인가되는 전압은 두 전극(401a, 401b) 사이의 간격, 전극의 전체 면적, 플라즈마 전환 효율, 사용되는 절연체의 종류 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 통상 1kV - 40kV 범위 내에서 조절된다. 1kV 미만일 경우 플라즈마 방전이 어렵고, 40kV 이상일 경우 절연체에 손상을 가할 수 있다. 바람직하게는 2kV ∼ 10kV, 가장 바람직하게는 2kV ∼ 8kV이다. 특히, 주파수 및 전압의 범위를 각각, 5kHz ∼ 100kHz 및 2kV ∼ 10kV로 조절할 경우, 높은 주파수 및 전압을 얻기 위한 임피던스 정합이 불필요하게 되어 장치의 단순화 및 경제적 이점을 제공하게 된다. 교류전원(407)에서 생성되는 파형은, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 펄스형태 또는 정현파 형태의 전압파형을 이용할 수 있다.
상기 전극(401a, 401b)의 표면 온도는 플라즈마 가공 중에 250℃ 이하로, 특히 바람직하게는 200℃ 이하로 유지되는 것이 바람직하다. 상기 전극(401a, 401b)의 표면 온도가 250℃ 보다 클 경우, 전극(401a, 401b)이 변형될 수 있으며, 아크 방전이 발생될 수 있다. 전극 온도의 하한 값은 특별히 제한되지 아니하나, 상온 이하로 유지할 경우 냉각에 추가적인 비용을 부담하게 된다. 전극(401a, 401b) 표면의 냉각은 방열기(404a, 404b)를 전극(401a, 401b) 주위에 설치함으로써 성취되며, 상부 전극(401a)에 대한 방열기의 형태는 특별히 제한되지 아니하나, 하부 전극(401b)에 대한 방열기(404b)의 형태는 배출구(406)의 형태에 의존하게 된다. 즉, 하부 전극(401b)에 대한 방열기(404b)는 하부전극(401b)을 통한 플라즈마의 배출에 영향을 미치지 아니하는 형태를 갖는다. 전극 표면의 냉각은 공기의 순환, 물의 순환 또는 냉각제의 순환에 의해 이루어진다. 교류전원(407)에서 인가되는 전력이 낮을 경우 공기의 순환에 의한 냉각이 바람직하며, 교류전원(407)에서 인가되는 전력이 높을 경우 물의 순환 또는 냉각제의 순환이 바람직하다. 상기 상부 전극(401a)에 대한 방열기(404a) 및 하부 전극(401b)에 대한 방열기(404b)는 서로 독립적으로 냉각될 수 있으나, 두 개의 방열기(404a, 404b)가 연결 파이프(미도시)에 의해 서로 연결되는 것이 바람직하다. 또한 전력이 낮을 경우 하부전극(401b)에 대한 방열기(404b)는 설치되지 아니할 수 있다.
상부전극 및 하부전극(401a, 401b)은 절연체(403a, 403b)에 의해 절연된다. 도 3 및 도 4에서, 2개의 절연체(403a, 403b)가 사용되었으나, 하나의 절연체에 의해 상부전극 및 하부전극(401a, 401b)이 절연될 수 있으며, 이러한 사항은 당해분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 절연체(403a, 403b)로서는, 특별히 제한되지 아니하나, 2000 미만의 유전상수를 갖는 절연성 물질이 바람직하다. 그러한 예로서는 MgO, MgF2, CaF2, LiF, 알루미나, 유리, 세라믹을 언급할 수 있다. 특히, 안정성을 유지하도록 산화마그네슘(magnesia)을 사용하는 것이 바람직하다. 산화마그네슘을 함유하는 절연체로서, 알루미나(alumina) 및 소량(0.01∼5 vol%)의 산화마그네슘과 같은 세라믹 가루(ceramic powder)의 혼합물을 제조하고 상기 혼합물을 소결시킴으로써 제조되는 소결물(sintered body)이 이용될 수 있다. 또한, 산화마그네슘을 함유하는 유전 재료는 스퍼터링(sputtering), 전자-빔 증착, 또는 열 분사에 의해 알루미나 또는 수정(quartz)과 같은 유전 기판의 표면 상에 산화마그네슘 필름을 코팅함으로써 제조될 수 있다. 상기 절연체(403a, 403b)의 두께는 0.1 내지 2 ㎜ 범위인 것이 바람직하다. 상기 두께가 0.1㎜ 미만인 경우, 상기 절연체(403a, 403b)의 내전압이 낮아질 수 있다. 또한, 상기 절연체에 틈이 생기거나 상기 절연체(403a, 403b)가 벗겨지는 현상이 발생할 수 있으므로, 상기 글로우 방전의 균일성을 유지하기 어렵게 된다. 상기 두께가 2㎜ 보다 클 경우, 상기 내전압이 지나치게 증가할 수 있다.
절연체(403a, 403b)와 전극(401a, 401b)의 연결은 통상의 방법에 의해서 성취될 수 있다. 예를 들면, 융해-본딩 방법(fusion-bonding method), 세라믹 분사 방법, 전극물질의 스프레이 방법, 전극물질의 화학적 기상증착법(Chemical vapor deposition), 전극물질의 물리적 기상증착법(physical capor deposition)에 의해 성취될 수 있다.
하부전극(401b) 상에 배출구(406)를 형성하는 방법은 하부전극(401b) 및 절연체(403b)의 결합이 이루어진 후 특정 영역을 잘라내어 배출구(406)를 형성할 수 있으나, 바람직하게는 특정 영역이 절단되어 배출구(406)가 미리 형성된 절연체(403b) 상에 전극물질(예를 들면, 구리, 은, 알루미늄, 금, 백금, 팔라듐, 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 합금)을 증착 또는 분사시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표면처리장치는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 개시된 전극 구조가 병렬로 배열될 수 있으며, 더 나아가, 전극의 표면 온도를 측정하는 온도계, 측정된 전극 온도를 디스플레이하기 위한 모니터 및 표면 온도를 제어하기 위한 제어기를 설치하여, 전극의 표면온도를 제어할 수도 있다. 이러한 사항은 미국특허 제6,424,091호에 자세히 기재되어 있다. 또한 유량균일화 장치 또는 멀티-포트 플레이트(multi-port plate)를 상기 처리가스 저장용기의 내부에 설치하여 처리가스의 균일한 공급을 향상시킬 수 있다. 그러한 구체적 예는 미국특허 제5,185,132호에 도시되어 있다.
상기한 본 발명에 따른 표면처리장치는, 예를 들면, 기판의 표면으로부터 유기 물질과 같은 오염물의 제거, 레지스트(resist)의 제거, 유기 필름의 접착, 표면 변형, 필름 형성의 향상, 금속 산화물의 환원, 또는 액정용 유리 기판의 세정, 산화막 식각, 실리콘이나 금속의 식각 등에 사용될 수 있다. 예를 들면, PCB 스트립, 리드프래임의 세정, TFT-LCD용 대면적 유리의 전세정(Pre-cleaning)처리, TFT-LCD용 대면적 유리에 올려진 레지스트 제거에 적용될 수 있다. 또한 반도체 제조공정 중 패키징(packaging)을 위한 모든 과정, 즉 본딩(bonding), 몰딩(molding), 솔더링(soldering), 칩 어태칭(chip attaching), 딥핑(dipping), 마킹(marking) 공정 등에 적용할 수 있다. 더 나아가, 반도체 상의 금속 산화물을 제거하거나, 친수성 표면의 형성, 발수성 표면의 형성 등에 적용시킬 수 있다.
본 발명에 따른 표면처리장치는 대기압 하에서 연속적인 기판 표면의 처리를 가능하게 한다. 즉, 본 발명에 따른 표면처리장치를 고정한 후 기판을 이동시키거나, 기판을 고정한 채, 본 발명에 따른 표면처리장치를 이동시킴으로써 연속적인 공정에 적용할 수 있다.
본 발명의 방법에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치는 상부 전극 및 하부 전극이 모두 평판형임에도 불구하고, 종래의 평판형 전극에서 발생하는 문제점인 좁은 유효처리 폭을 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라, 원통형 전극이 갖는 문제점인 플라즈마 방전공간의 감소를 해결할 수 있다. 더 나아가, 처리하고자 하는 기판의 형태에 구애받지 아니하고, 대기압 하에서 연속적인 표면처리를 가능하게 한다.
도 1a는 종래의 평판형 전극을 이용한 표면처리장치의 일예를 도시한 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 표면처리장치에 사용되는 전극구조의 단면도이다.
도 2는 종래의 원통형 전극을 이용한 표면처리장치에 사용되는 전극구조의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 표면처리장치에 사용되는 표면 처리장치의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 표면처리장치에 사용되는 전극구조의 바람직한 구현예의 사시도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101a, 101b: 평판 전극 102: 플라즈마 발생공간 103: 유입구
104: 배출구 105: 기판 106a, 106b: 절연체
201a, 201b: 원통형 전극 202a, 202b: 절연체 203: 플라즈마
204: 기판
300: 처리가스 저장부 301a, 301b: 제1 유입구
400: 플라즈마 발생부 401a: 상부 전극 401b: 평판형 하부 전극
402: 플라즈마 발생공간 403a, 404b: 절연체 404a, 404b: 방열기
405a, 405b: 제2 유입구 406 (406a, 406b, 406c, 406d, 406e): 배출구
407: 교류전원 408: 기판

Claims (11)

  1. 처리가스의 도입을 위한 제1 유입구 및 처리가스의 저장을 위한 처리가스 저장공간을 구비하는 처리가스 저장부와,
    서로 마주보는 상부전극과 하부전극, 상부전극이 형성된 상부 절연체와 하부전극이 형성된 하부 절연체, 상부 절연체와 하부 절연체 사이에 형성된 플라즈마 발생공간, 전극의 표면온도를 낮추는 방열기, 교류전압을 인가하는 교류 전원을 구비하는 플라즈마 발생부를 포함하는 표면처리장치에 있어서,
    상기 처리가스 저장공간과 상기 플라즈마 발생공간은, 이격됨이 없이, 상부 절연체에 의해 서로 격리되고,
    상기 상부 절연체는 상부전극 외측에 제2 유입구를 구비하고, 상기 제2 유입구를 통해 상기 처리가스 저장공간에 저장된 처리가스가 플라즈마 발생공간으로 직접 도입되고, 이곳에서 상기 교류전원으로부터 인가된 교류전압을 이용하여 대기압하에서 처리가스의 플라즈마를 생성하며,
    상기 하부 절연체는 하부전극 내부에 플라즈마 배출구를 구비하고, 상기 배출구를 통해 플라즈마 발생공간에서 발생한 플라즈마를 플라즈마 발생공간 외부로 배출하고, 배출된 플라즈마는 상기 하부전극 아래에 위치한 기판과 접촉하여 기판의 표면을 처리하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배출구의 형태가 직사각형, 원형, 삼각형 또는 타원형인 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 교류전원의 주파수가 50Hz ∼ 200MHz이고, 전압이 1kV ∼ 40kV인 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 교류전원의 주파수가 5kHz ∼ 100kHz이고, 전압이 2kV ∼ 10kV인 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 표면처리장치가 유량균일화 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 처리가스가 질소, 산소, 불활성 기체, 이산화탄소, 산화질소, 퍼플루오로화 기체, 수소, 암모니아, 염소계 기체, 오존 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 처리가스가 질소, 질소와 산소의 혼합물, 질소와 공기의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 기판이 반도체인 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 기판이 PCB 스트립 또는 리드프래임인 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 기판이 TFT-LCD용 대면적 유리인 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 표면처리장치가 기판의 표면으로부터 오염물의 제거, 레지스트의 제거, 유기 필름의 접착, 표면 변형, 필름 형성의 향상, 금속 산화물의 환원, 또는 액정용 유리 기판의 세정, 산화막 식각, 실리콘이나 금속의 식각에 사용되는 것을 특징으로 하는 표면처리장치.
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