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KR101439926B1 - 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템 - Google Patents

캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템 Download PDF

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KR101439926B1
KR101439926B1 KR1020130066298A KR20130066298A KR101439926B1 KR 101439926 B1 KR101439926 B1 KR 101439926B1 KR 1020130066298 A KR1020130066298 A KR 1020130066298A KR 20130066298 A KR20130066298 A KR 20130066298A KR 101439926 B1 KR101439926 B1 KR 101439926B1
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KR
South Korea
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plate
roll
capillary
shaped electrode
conductive
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KR1020130066298A
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Inventor
권정대
남기석
조병진
윤정흠
김동호
정용수
김창수
박성규
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 고밀도 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 기판의 플라즈마 처리시스템 및 처리방법에 관한 것으로서, 외주면에 유전체가 형성된 원통형의 기판히터를 구비하는 서셉터; 복수의 캐필러리부들을 가지는 도전성 몸체를 포함하고, 상기 기판히터의 원주방향을 따라 상기 서셉터와 이격되어 배열되는, 적어도 하나 이상의 판상형 전극; 및 유연기판을, 상기 판상형 전극과는 이격되고 상기 서셉터와는 접하도록, 롤투롤 방식으로 감을 수 있는, 한 쌍의 롤들;을 포함하는, 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템을 제공한다.

Description

캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템{Plasma processing roll-to-roll system using plate electrode with capillary}
본 발명은 플라즈마 처리 시스템 및 처리 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 플라즈마 롤투롤 처리 시스템 및 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마는 전기가 통하는 중성의 전리가스, 즉 대량의 전리가 일어나지 않는 기체 중에 이온이나 전자가 희박하게 존재하는 거의 중성에 가까운 기체상태로 그 온도에 따라 고온 및 저온 플라즈마로 나누어지며 화학적 또는 물리적으로 반응성이 대단히 강하다. 플라즈마를 이용한 기판 처리 기술은 근래 여러 산업 분야, 예컨대 반도체 소자, 태양전지, 디스플레이 등의 분야에 널리 사용되고 있다.
예를 들어, 저온 플라즈마는 금속, 반도체, 폴리머, 나일론, 플라스틱, 종이, 섬유 및 오존 등의 각종 물질 또는 재료를 합성하거나 표면특성을 변화시켜 접합강도를 높이고 염색, 인쇄능을 비롯한 각종 특성을 향상시키는 분야 및 반도체, 금속 및 세라믹 박막합성, 세정 등 다양한 분양에 널리 사용되고 있다.
저온 플라즈마는 통상 낮은 압력의 진공 용기 내에서 발생되기 때문에, 진공유지를 위한 고가의 장치가 필요하여 대면적의 피처리물을 처리하기 위해 이용되는 데 제약이 있다. 이를 극복하기 위해서 대기압 근처에서 플라즈마를 발생시키기 위한 노력이 있다. 그러나, 대기압 근처에서 플라즈마를 발생시키기 위한 장치에는 플라즈마가 아크로 전이되는 현상이 발생하며, 처리물의 크기가 클 경우 처리가 곤란하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 고밀도 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 기판의 플라즈마 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의한 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템이 제공된다. 상기 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템은 외주면에 유전체가 형성된 원통형의 기판히터를 구비하는 서셉터; 복수의 캐필러리부들을 가지는 도전성 몸체를 포함하고, 상기 기판히터의 원주방향을 따라 상기 서셉터와 이격되어 배열되는, 적어도 하나 이상의 판상형 전극; 및 유연기판을, 상기 판상형 전극과는 이격되고 상기 서셉터와는 접하도록, 롤투롤 방식으로 감을 수 있는, 한 쌍의 롤들;을 포함한다. 상기 복수의 캐필러리부들은, 선형으로 배치되며, 상기 도전성 몸체의 길이축 방향으로 신장되고, 상기 판상형 전극에 가해지는 전기장을 상기 캐필러리부의 저면부에 집적하여 캐필러리 방전을 발생시킨다.
상기 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템에서, 상기 판상형 전극과 상기 유연기판 사이에서만 플라즈마 방전이 국부적으로 발생되고, 상기 플라즈마 방전의 온/오프 제어는 상기 적어도 하나 이상의 판상형 전극들에 독립적으로 인가되는 전원 및 상기 복수의 캐필러리부들의 수를 변화시켜 조절할 수 있다.
상기 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템은 상기 판상형 전극은 상기 복수의 캐필러리부의 저면부를 노출하도록 상기 도전성 몸체의 외주면 상에 배치된 절연성 차폐층을 더 포함할 수 있다. 상기 절연성 차폐층은 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 석영(SiO2), 산화마그네슘(MgO) 및 테프론(PTFE) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템은 상기 캐필러리부의 저면부 상에 도전층을 더 포함하고, 상기 도전층은 상기 저면부보다 이차전자 방출계수가 높은 금속, 합금, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템에서, 상기 도전성 몸체는 도전성 금속, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템은 상기 서셉터 및 상기 판상형 전극이 내부에 안치되는 챔버를 더 포함하고, 상기 챔버는 반응기체의 공급구 및 반응기체의 배출구를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의한 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 방법이 제공된다. 상기 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 방법은 외주면에 유전체가 형성된 원통형의 기판히터를 구비하는 서셉터, 및 복수의 캐필러리부들을 가지는 도전성 몸체를 포함하고 상기 기판히터의 원주방향을 따라 상기 서셉터와 이격되어 배열되는 적어도 하나 이상의 판상형 전극을 제공하는 단계; 한 쌍의 롤들을 이용하여 롤투롤 방식으로, 상기 서셉터 상에 상기 판상형 전극과는 이격되도록 유연기판을 제공하는 단계; 상기 유연기판 상에 반응기체를 유입하는 단계; 및 상기 판상형 전극의 캐필러리부와 상기 유연기판 사이에서만 플라즈마를 발생시켜 상기 반응기체의 화학적 반응을 유도하는 단계;를 포함한다. 상기 복수의 캐필러리부들은, 선형으로 배치되며, 상기 도전성 몸체의 길이축 방향으로 신장되고, 상기 판상형 전극에 가해지는 전기장을 상기 캐필러리부의 저면부에 집적하여 캐필러리 방전을 발생시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일실시예에 따르면, 플라즈마가 아크로 전이되는 현상을 억제하여 대기압 근처에서도 안정적으로 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템을 도해하는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템에서 판상형 전극의 구성을 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 판상형 전극 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 판상형 전극의 제조공정을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 판상형 전극 제조방법을 나타내는 순서도를 도해하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 판상형 전극의 제조공정을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 판상형 전극 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 판상형 전극의 제조공정을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조된 판상형 전극의 개략적인 부분확대도이다.
도 11은 압력에 따른 플라즈마 방출 강도를 비교예들과 실험예를 대비하여 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접합하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템을 도해하는 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템에서 판상형 전극의 구성을 도해하는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템(100)은 서셉터(340) 및 적어도 하나 이상의 판상형 전극(140)을 포함한다.
서셉터(340)는 가열 유닛이 내장된 원통형의 기판히터(347)와 외주면에 형성된 유전체(348)를 포함한다. 서셉터(340)는 유연기판(130)이 롤투롤 방식으로 이송되면서 플라즈마 처리되는 동안 유연기판(130)을 지지하는 구조체의 역할을 하면서 동시에 유연기판(130)을 가열하는 히터의 역할도 수행할 수 있다. 기판히터(347) 상에 유전체(348)가 형성되어 있으면 상압 플라즈마 발생시 아크 발생을 감소시킬 수 있는 유리한 효과를 기대할 수 있다.
판상형 전극(140)은 서셉터(340)와 대면하는 외주면 상에 복수의 캐필러리부(143, capillary)들을 가지는 도전성 몸체(141)를 포함한다. 서셉터(340)와 이격되어 배치되는 적어도 하나 이상의 판상형 전극(140)은 원통형의 기판히터(347)의 원주방향을 따라 배치된다. 판상형 전극(140)이 복수개로 제공되는 경우에는 원통형의 기판히터(347)의 원주방향을 따라 복수개의 판상형 전극(140)은 서로 이격되어 배치된다.
제 1 롤(182) 및 제 2 롤(184)로 구성되는 한 쌍의 롤들(182, 184)에 의하여 유연기판(130)을 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 감을 수 있다. 롤투롤 방식으로 유연기판(130)이 제 1 롤(182)에서 제 2 롤(184)로 감기는 동안, 유연기판(130)은 판상형 전극(140)과는 이격되고 서셉터(340)와는 접하면서 이송된다.
판상형 전극(140)은 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것처럼, 서셉터(340)와 대면하는 단면이 사각형의 형상을 가질 수 있으나, 다른 예로, 판상형 전극(140)은 대칭적인 구조의 임의의 다각 형상을 가질 수도 있다. 판상형 전극(140)은 ±x축 방향으로 연장될 수 있다. 유연기판(130)이 롤투롤 방식으로 이송됨에 따라, 판상형 전극(140)에 대해서 유연기판(130)은 상대적으로 스캔될 수 있다.
판상형 전극(140)의 복수의 캐필러리부들(143)은 선형으로 배치되며, 판상형 전극(140)의 도전성 몸체(141)의 길이축 방향(±x축 방향)으로 신장될 수 있다. 예를 들어, 스트라이프 패턴 형상으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 이러한 스트라이프 패턴은 길이축 방향(±x축 방향)과 평행하게 신장할 수 있고, 나아가 일정한 간격을 두고 규칙적으로 배열할 수 있다. 이러한 스트라이프 패턴 방향은 유연기판(130)의 움직임 방향과 수직하다는 점에서 플라즈마 처리의 균일도 조절에 유리할 수 있다. 다만, 이 실시예의 변형된 예에서, 스트라이프 패턴이 판상형 전극(140) 상에서 y축 방향과 45°의 각도를 형성하면서 신장되도록 배열할 수도 있다. 더 나아가, 이 실시예의 또 다른 변형된 예에서, 복수의 캐필러리부들(143)은 다양한 패턴, 예컨대 스파이럴 패턴으로 배열할 수도 있다.
서셉터(340) 및 적어도 하나 이상의 판상형 전극(140)이 내부에 안치되며, 반응 공간을 한정하기 위한, 챔버(110)가 제공된다. 한편, 필요에 따라, 한 쌍의 롤들(182, 184)도 챔버(110) 내부에 배치될 수도 있다. 챔버(110)의 일측에는 챔버(110) 내로 반응 기체를 유입하기 위한 주입 밸브(150)가 배치되고, 타측에는 챔버(110) 내의 반응 기체를 외부로 배출하기 위한 배출 밸브(155)가 배치될 수 있다. 챔버(110)의 형상은 예시적으로 도시되었고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다. 예를 들어, 챔버(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 원형으로 제공되거나, 다각형 또는 돔 형상으로도 제공될 수 있다.
주입 밸브(150)는 기체 공급기(미도시)에 연결되고, 주입 밸브(150)와 기체 공급기 사이에는 유량을 조절하기 위한 기체 유량기가 연결될 수 있다. 선택적으로, 배출 밸브(155)는 반응 기체 또는 챔버(110) 내의 여타 공기를 배출을 용이하게 하기 위하여 펌프(미도시)와 연결될 수 있다. 다만, 챔버(110)가 대기압으로 동작하는 경우, 이러한 펌프가 생략될 수도 있다. 주입 밸브(150) 및 배출 밸브(155)의 형상 및 배치는 적절하게 조절될 수 있고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다.
판상형 전극(140)은 전력을 전달받도록 전원부(247)에 연결될 수 있다. 예컨대, 서셉터(340)와 대면하는 면의 반대면과 같은, 캐필러리부(143)가 형성되지 않은 면에 전원부(247)가 연결될 수 있다. 한편, 판상형 전극(140)이 복수개로 제공되는 경우, 복수의 판상형 전극(140)의 각각은 전원부(247)에 독립적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전원부(247)와 복수의 판상형 전극(140) 중의 임의의 판상형 전극(들)에 대한 전기적 연결의 온/오프를 선택적으로 제어할 수 있다. 전원부(247)는 서셉터(340)에도 전기적으로 연결되어 판상형 전극(140)과 서셉터(340) 사이에서 플라즈마를 국부적으로 발생시킬 수 있다. 전원부(247)는 직류 또는 교류 전원 장치일 수 있다. 예를 들어, 전원부(247)는 50Hz 내지 10GHz 범위의 주파수 대역을 가지는 교류 전원을 공급할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유연기판(130)에 대하여 플라즈마 처리를 수행할 수 있다. 먼저, 서셉터(340) 상에 유연기판(130)을 안착시킬 수 있다. 이어서, 유입 밸브(150)를 통해 챔버(110) 내에 반응기체를 유입하여, 유연기판(130) 상에 반응기체를 공급할 수 있다. 이어서, 유연기판(130)과 직접 접촉하는 서셉터(340)에 대응하여 판상형 전극(140)의 캐필러리부(143)와 유연기판(130) 사이에서만 플라즈마(160)를 국부적으로 발생시켜 반응기체의 화학적 반응을 유도할 수 있다. 이러한 플라즈마(160) 방전의 국부적인 발생을 조절하기 위해서, 판상형 전극(140)과 유연기판(130) 사이의 간격은 적절하게 조절될 필요가 있고, 예컨대 0.1 내지 1mm 범위로 조절될 수 있다. 한편, 챔버(110) 내 분위기 조절 또는 희석화를 위해서 반응 기체와 더불어 불활성 기체가 챔버(110) 내에 더 유입될 수 있다. 또한, 판상형 전극(140)와 서셉터(340) 사이의 이격거리, 인가되는 전압의 양태, 판상형 전극(140)과 서셉터(340)의 형태나 크기 등의 조건을 조절함으로써, 판상형 전극(140)에 형성된 캐필러리부(143) 중에서도 서셉터(340)와 가장 가까운 특정의 캐필러리부(143)에서만 플라즈마(160) 방전을 더욱 국부적으로 발생시킬 수도 있다. 예를 들어, 도 2에서 도시된 4개의 캐필러리부(143) 중에서도 서셉터(340)와 가장 가까운 일부의 캐필러리부(143)에서만 플라즈마(160) 방전을 발생시킬 수도 있다. 전술한 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템에 의하면 플라즈마 발생을 제어하여, 대기압 근처에서도 안정적으로 플라즈마를 유지할 수 있다. 이러한 플라즈마(160)는 유연기판(130) 상에 박막을 증착하거나 또는 박막을 식각하는 데 이용될 수 있다.
도 2에 나타낸 판상형 전극(140)의 개략적인 부분확대도인 도 3을 참조하면, 판상형 전극(140)은 도전성 몸체(141)를 포함할 수 있다. 도전성 몸체(141)는 서셉터(340)와 대면하는 외주면 상에 복수의 캐필러리부(143)를 포함한다. 캐필러리부(143)는 저면부(143a) 및 측벽부(143b)로 정의되는 공간을 가지는데, 이러한 공간은 트렌치 형상을 가질 수 있다. 공간의 형상은 예시적으로 도시되었고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다. 예를 들어, 저면부(143a) 및 측벽부(143b)로 정의되는 공간은 모세관 형태의 가늘고 긴 형상을 가질 수도 있다. 나아가, 저면부(143a) 및/또는 측벽부(143b)에 평행한 단면은 원형, 타원형, 다각형의 형상을 가질 수 있다. 저면부(143a) 및 측벽부(143b)로 정의되는 공간을 오목부라고 이해한다면, 상기 오목부 주위에서 볼록한 부분은 볼록부들(142)로 이해될 수 있다.
본 실시예에서, 볼록부들(142)은 도전성 몸체(141)와 일체형으로 도시되었다. 예를 들어, 몸체(141)의 외주면을 요철 형상으로 식각하여, 복수의 캐필러리부들(143)을 형성할 수 있으며, 결국은, 오목부와 볼록부가 요철 형상을 구성할 수 있다. 이 실시예의 변형된 예에서, 볼록부들(142)은 몸체(141) 상에 별도의 패턴으로 형성할 수 있다. 이 경우, 볼록부들(142)과 몸체(141)는 동일 물질 또는 다른 물질로도 형성할 수 있다. 몸체(141)에 형성된 볼록부들(142)의 형상은 다양한 형태로 이루어 질 수 있다. 예를 들어 삼각, 사각 및 만곡형상 등으로 형성할 수 있다.
절연성 차폐층(144)은 복수의 캐필러리부들(143)의 적어도 저면부(143a)를 노출하도록 몸체(141)의 외주면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연성 차폐층(144)은 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a)를 노출하고, 그 외 몸체(141)의 외주면의 다른 부분들은 덮을 수 있다. 예컨대, 복수의 캐필러리부들(143)의 측면부들(143b) 및 볼록부들(142)의 상면부들(142c)은 절연성 차폐층(144)으로 덮일 수 있다. 다른 예로, 절연성 차폐층(144)은 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a)와 측벽부(143b)의 하부를 노출하고, 측벽부(143b)의 상부 및 볼록부들(142)의 상면부들(142c)을 덮도록 형성할 수도 있다.
예를 들어, 절연성 차폐층(144)은 다양한 유전층, 예컨대 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 석영(SiO2), 산화마그네슘(MgO) 및 테프론(PTFE) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이러한 구조에 따르면, 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a)를 제외한 다른 부분이 절연성 차폐층(144)에 의해서 둘러싸여 있기 때문에, 전위 집중에 의해서 플라즈마(160)의 발생이 복수의 캐필러리부들(143)에서 방사되는 형태로 발생될 수 있다. 즉, 판상형 전극(140)에 전기장이 가해지는 경우 전기장이 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a)에 집적되어 전기장의 세기가 커지고 캐필러리 방전(capillary discharge)의 효과를 얻게 될 수 있다.
이러한 플라즈마의 발생을 제어하기 위해서 복수의 캐필러리부들(143)의 개수, 폭 및 높이 등이 조절될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 방전의 온(on)/오프(off) 제어는 판상형 전극(140)의 회전수, 복수의 캐필러리부들(143)의 갯수 및/또는 복수의 캐필러리부들(143)의 형상 등을 조절하여 제어할 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 플라즈마 발생을 제어하여, 아킹 발생 등을 억제할 수 있어서 대기압 근처에서도 안정적으로 플라즈마를 유지할 수 있다.
예컨대, 복수의 캐필러리부들(143)의 저면(143a)의 폭은 100㎛ 내지 10mm의 범위에 있고, 복수의 캐필러리부들(143)의 종횡비(aspect ratio)는 약 0.1 내지 200 사이의 값을 가질 수 있다. 복수의 캐필러리부들(143)의 종횡비는 측면부(143b)의 높이 대 저면부(143a)의 폭의 비를 나타낸다. 한편, 절연성 차폐층(144)의 두께는 10㎛ 내지 10mm 범위에 있을 수 있다. 절연성 차폐층(144)의 두께가 10㎛이하인 경우 충분한 방전 효과를 얻지 못하여 아크가 발생하기 쉽고, 10mm이상인 경우에는 방전 효과는 좋으나 방전개시 및 유지전압이 커질 우려가 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 판상형 전극 제조방법을 나타내는 순서도가 도시되어 있고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 판상형 전극의 제조공정을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 복수의 캐필러리부들(143)을 포함하는 도전성 몸체(141)를 제공한다(S11). 도 5의(a)에 도시된 몸체(141)는 다양한 도전체, 예컨대 도전성 금속, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중 적어도 어느 하나를 포함하여 제공할 수 있다. 몸체(141)는 그 외주면 상에 요철 형상을 갖게 제작할 수 있으며, 예를 들어, 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a)가 나타나도록 몸체(141)의 일부를 제거할 수 있다. 이때 도전성 금속으로는, 전극으로 사용될 수 있는 전류가 흐르는 금속을 말하며 알루미늄 또는 알루미늄합금 등을 포함할 수 있다.
이어서, 도 5의(b)에 도시된 바와 같이 몸체(141)의 외주면을 덮도록 절연성 유전층(144a)을 형성한다(S12). 유전층(144a)은 산화물을 포함한 다양한 유전층을 포함할 수 있다. 예컨대 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 석영(SiO2), 산화마그네슘(MgO) 및 테프론(PTFE) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
유전층(144a)을 형성하는 방법으로는 다양한 방법들이 있으며 양극산화, 용사법 또는 박박 증착법 등을 이용하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 도전성 금속인 알루미늄 및 알루미늄 합금으로 형성된 몸체(141)의 경우 양극산화법을 이용하여 알루미나(Al2O3) 유전층(144a)을 형성할 수 있다. 다른 예로, 박막 증착법을 이용하여 석영(SiO2) 및 산화마그네슘(MgO) 등의 유전층(144a)을 형성할 수 있다. 박막 증착법은 물리기상증착(physical vapor deposition; PVD)법 또는 화학기상증착(chemical vapor deposition; CVD)법을 포함할 수 있다.
선택적으로, 알루미늄 외의 소재의 경우에도 알루미나(Al2O3) 유전층을 형성할 수 있다. 도전성 몸체(141)의 외주면에 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 박막 증착법을 이용하여 증착한 뒤에 양극산화법을 이용하여 이러한 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 산화시켜 유전층(144a)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 도 5의(a)에 도시된 몸체(141)는 알루미늄 외의 도전성 재질의 구조체에 직접 요철을 가공하여 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a)가 나타나도록 구현할 수 있다. 이렇게 형성한 알루미늄 외의 도전성 재질의 몸체(141)의 외주면 상에 알루미늄으로 구성된 유전층을 물리기상증착(PVD)법 또는 화학기상증착(CVD)법으로 증착할 수 있다. 계속하여, 상기 알루미늄으로 구성된 유전층에 대하여 아노다이징법과 같은 양극산화를 적용하여 상변태가 발생하여 알루미나(Al2O3) 유전층(144a)을 형성할 수 있다. 한편, 변형된 실시예에서는, 양극산화를 수행하지 않고, 알루미늄 외의 도전성 재질의 몸체(141)의 외주면 상에 알루미나(Al2O3)로 구성된 유전층(144a)을 물리기상증착(PVD)법 또는 화학기상증착(CVD)법으로 바로 증착할 수도 있다.
이어서 도 5의(c)에 도시된 바와 같이 복수의 캐필러리부들(143)의 적어도 저면부 상의 유전층(144a)을 선택적으로 제거하여 절연성 차폐층(144)을 형성한다(S13). 예를 들어, 복수의 캐필러리부들(143)의 적어도 저면부(143a)를 선택적으로 제거하여 몸체(141)의 외주면 상에 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a)를 노출시킨 절연성 차폐층(144)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a)를 전부 노출시키도록 유전층(144a)을 제거할 수 있고, 이에 따라 절연성 차폐층(144)은 복수의 캐필러리부들(143)의 측벽부(143b) 및 볼록부들(142)의 상면부들(142c)을 덮도록 형성될 수 있다. 다른 예로, 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a) 상의 유전층(144a)의 일부분을 제거하여, 캐필러리부(143)의 저면부(143a)의 적어도 일부분을 노출하도록 절연성 차폐층(144)을 형성할 수도 있다.
이러한 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a)를 노출하도록 유전층(144a)을 제거하는 방법으로는 예를 들어 다이아몬드 커팅법 또는 레이져 커팅법 등을 이용할 수 있으며, 판상형 전극(140)의 복수의 캐필러리부들(143)을 손상시키지 않는 범위에서 다양한 방법들을 이용할 수 있다. 예컨대, 유전층(144a)을 선택적으로 제거하기 위하여, 적절한 마스킹 작업 후 습식 식각 또는 플라즈마 식각을 수행할 수도 있다.
한편, 이 실시예의 변형된 예에서, 도 5의 (b)와 같이 유전층(144a)을 형성한 후, 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a) 상에 도전체(미도시)를 추가적으로 형성할 수 도 있다. 이 경우, 절연성 차폐층은 상기 도전체(미도시)에 의해서 노출된 유전층(144a)의 나머지 부분이 될 수 있다.
한편, 이 실시예의 다른 변형된 예에서, 도 5의 (d)와 같이 저면부(143a)의 적어도 일부분을 노출하도록 절연성 차폐층(144)을 형성한 이후에, 노출된 저면부(143a) 상에 도전층(미도시)을 더 형성할 수 있다. 상기 도전층(미도시)은 저면부(143a) 보다 이차전자 방출계수가 높은 금속, 합금, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 판상형 전극 제조방법을 나타내는 순서도를 도해하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 판상형 전극의 제조공정을 순차적으로 나타낸 단면도이다. 이 실시예에 따른 판상형 전극 제조방법은 도 4 및 도 5의 판상형 전극 제조방법에서 일부 공정을 변형한 것이고, 따라서 두 실시예들에서 중복된 설명은 생략된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 복수의 캐필러리부들(143)을 포함하는 도전성 몸체(141)를 제공한다(S21). 이러한 몸체(141)의 제공단계(S21)는 도 5의 설명을 참조할 수 있다.
이어서, 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a) 상에 마스크층(170)을 형성한다(S22). 예를 들어, 마스크층(170)은 몸체(141)의 양극산화를 방지하면서 양극 산화에 의해서 형성된 유전층(144c)과 식각 선택비를 갖는 물질로 형성할 수 있다. 예를 들어, 마스크층(170)은 레지스트, 글래스, 폴리이미드 등의 물질로 형성할 수 있다.
마스크층(170)은 다양한 방법으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 몸체(141)를 회전시키면서 복수의 캐필러리부들(143) 상에 액체 또는 졸겔 상의 절연물을 떨어뜨려 복수의 캐필러리부들(143) 내 저면부(143a) 상에만 절연물이 남고 몸체(141)의 볼록부들(142) 상의 절연물은 원심력에 의해서 날아가도록 마스크층(170)을 형성할 수 있다. 다른 예로, 복수의 캐필러리부들(143)의 공간을 채우도록 평탄화된 절연물을 형성한 후, 이를 블랭킷 식각하여 복수의 캐필러리부들(143) 내의 저면부(143a) 상에만 절연물이 남도록 하여, 마스크층(170)을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 스핀 온 글래스(SOG) 계열의 절연물을 몸체(141) 상에 도포하면 실질적으로 복수의 캐필러리부들(143)의 공간을 채우는 평탄화된 절연물을 형성할 수 있고, 이러한 절연물을 소정 양 만큼 식각함으로써 마스크층(170)을 형성할 수 있다.
이어서, 마스크층(170)으로부터 노출된 몸체(141)의 외주면 상에 선택적으로 유전층(144c)을 형성할 수 있다(S23). 실질적으로, 유전층(144c)은 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a)를 노출하도록 형성되고, 이에 따라 유전층(144c)이 절연성 차폐층(144)이 될 수 있다.
예를 들어, 복수의 캐필러리부들의 저면부(143a) 상에 마스크층(170)이 형성된 부분을 제외한 몸체(141)의 외주면을 양극산화법을 이용하여 산화시킴으로써 유전층(144c)을 선택적으로 형성할 수 있다. 이때 마스크층(170)이 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a)를 덮고 있기 때문에, 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a) 상에는 양극 산화가 방지되어 유전층(144c)이 형성되지 않게 된다.
한편, 몸체(141)의 표면부가 알루미늄 소재가 아닌 경우에는, 몸체(141)의 표면부에 알루미늄 및 알루미늄 합금을 증착한 뒤에 양극산화법을 이용하여 알루미나(Al2O3) 유전층을 형성할 수 있다.
예를 들어, 도 7의(a)에 도시된 몸체(141)는 알루미늄 외의 도전성 재질의 구조체에 직접 요철을 가공하여 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a)가 나타나도록 구현할 수 있다. 이렇게 형성한 알루미늄 외의 도전성 재질의 몸체(141) 중에서 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a) 상에 마스크층(170)을 형성한다. 마스크층(170)은 몸체(141)의 양극산화를 방지하면서 양극산화에 의해서 형성된 유전층(144c)과 식각 선택비를 갖는 물질로 형성할 수 있다. 마스크층(170)을 형성한 이후에, 마스크층(170)으로부터 노출된 알루미늄 외의 도전성 재질의 몸체(141)의 외주면 상에 선택적으로 알루미늄으로 구성된 유전층을 물리기상증착(PVD)법 또는 화학기상증착(CVD)법으로 증착할 수 있다. 계속하여, 상기 알루미늄으로 구성된 유전층에 대하여 아노다이징법과 같은 양극산화를 적용하여 상변태가 발생하여 알루미나(Al2O3) 유전층(144c)을 형성할 수 있다. 한편, 변형된 실시예에서는, 양극산화를 수행하지 않고, 마스크층(170)으로부터 노출된 알루미늄 외의 도전성 재질의 몸체(141)의 외주면 상에 선택적으로 알루미나(Al2O3)로 구성된 유전층(144c)을 물리기상증착(PVD)법 또는 화학기상증착(CVD)법으로 바로 증착할 수도 있다. 이때 마스크층(170)이 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a)를 덮고 있기 때문에, 복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a) 상에는 알루미나(Al2O3)로 구성된 유전층(144c)이 증착되지 않게 된다.
이어서, 마스크층(170)을 제거한다(S24). 이에 따라 유전층(144c)이 절연성 차폐층(144)이 될 수 있다. 마스크층(170)의 제거는 습식 식각 또는 플라즈마 식각법을 이용할 수 있다.
한편, 이 실시예의 다른 변형된 예에서, 도 7의 (d)와 같이 저면부(143a)를 노출하도록 절연성 차폐층(144)을 형성한 이후에, 노출된 저면부(143a) 상에 도전층(미도시)을 더 형성할 수 있다. 상기 도전층(미도시)은 저면부(143a) 보다 이차전자 방출계수가 높은 금속, 합금, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 판상형 전극 제조방법을 나타내는 순서도가 도시되어 있고, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 판상형 전극의 제조공정을 순차적으로 나타낸 단면도이고, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조된 판상형 전극의 개략적인 부분확대도이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 복수의 캐필러리부들(143)을 포함하는 도전성 몸체(141)를 제공하기 위하여, 제1도전성 물질을 포함하는 판상형 중심체(141)를 제공하는 단계(S31), 판상형 중심체(141)의 외주면 상에 제2도전성 물질을 포함하는 외주층(142a)을 형성하는 단계(S32) 및 요철 형상이 나타나도록 외주층(142a)의 일부를 판상형 중심체(141)가 노출되도록 제거하여 복수의 캐필러리부들(143)을 형성하는 단계(S33)가 차례로 수행될 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하여 앞에서 설명한 실시예들에서는, 몸체(141)의 일부를 식각함으로써 볼록부들(142)을 형성하기 때문에, 몸체(141)와 볼록부들(142)은 동일한 물질로 구성되어 일체(一體)를 형성한다. 이에 반하여, 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명하는 본 실시예에서는, 볼록부들(142)은, 판상형 중심체(141)를 일부 식각하여 구현하는 것이 아니라, 판상형 중심체(141)의 외주면 상에 별도로 형성한 외주층(142a)의 일부를 제거하여 구현하므로, 볼록부들(142)과 판상형 중심체(141)는 동일한 물질로 구성될 필요가 없으며 일체(一體)를 형성하지도 않는다.
판상형 중심체(141)의 외주면 상에 제2도전성 물질을 포함하는 외주층(142a)을 형성하는 단계(S32)에서, 판상형 중심체(141)의 외주면 상에 외주층(142a)을 형성하는 방법은 물리적 기상 증착법, 화학적 기상 증착법, 원자층 증착법 등과 같은 증착법을 포함할 수 있다. 또는 판상형 중심체(141)의 외주면 상에 외주층(142a)을 형성하는 방법은 전해 도금법, 무전해 도금법 등과 같은 도금법을 포함할 수 있다. 또는 판상형 중심체(141)의 외주면 상에 외주층(142a)을 형성하는 방법은 용사코팅법이나 고온 침지(hot dipping)법을 포함할 수 있다.
요철 형상이 나타나도록 외주층(142a)의 일부를 판상형 중심체(141)가 노출되도록 제거하여 복수의 캐필러리부들(143)을 형성하는 단계(S33)에서, 외주층(142a)의 일부를 제거하는 방법은, 예를 들어, 예를 들어 다이아몬드 커팅법 또는 레이져 커팅법 등을 이용할 수 있다. 복수의 캐필러리부들(143)은 저면부(143a) 및 측벽부(143b)로 정의되는 공간을 가지는데, 이러한 공간은 트렌치 형상을 가질 수 있다. 공간의 형상은 예시적으로 도시되었고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다. 예를 들어, 저면부(143a) 및 측벽부(143b)로 정의되는 공간은 모세관 형태의 가늘고 긴 형상을 가질 수도 있다. 나아가, 저면부(143a) 및/또는 측벽부(143b)에 평행한 단면은 원형, 타원형, 다각형의 형상을 가질 수 있다. 저면부(143a) 및 측벽부(143b)로 정의되는 공간을 오목부라고 이해한다면, 상기 오목부 주위에서 볼록한 부분은 볼록부들(142)로 이해될 수 있다.
계속하여, 절연성 차폐층(144d)을 형성하는 단계(S34)는 복수의 캐필러리부들(143)의 적어도 저면부(143a)의 일부를 노출하도록 요철 형상이 나타난 외주층(142a) 상에 유전층(144d)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 발명자는, 유전층(144d)은 제1도전성 물질을 포함하는 판상형 중심체(141)와 제2도전성 물질을 포함하는 볼록부들(142)이 구성되는 물질이 다르다는 점에 착안하여, 볼록부들(142)의 표면(142c, 143b)에서만 선택적으로 유전층(144d)이 형성될 수 있는 공정을 이용하여 절연성 차폐층(144d)을 간단하게 형성하였다.
복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a) 상에는 유전층(144d)이 형성되지 않고, 볼록부들(142)의 표면(142c, 143b)에서만 선택적으로 유전층(144d)을 형성하는 방법은, 예를 들어, 특정한 조건에서, 상기 제1도전성 물질 및 상기 제2도전성 물질 중에서 상기 제2도전성 물질만 선택적으로 산화하는 방법을 포함할 수 있다. 예를 들어, 판상형 중심체(141)를 구성하는 제1도전성 물질은 철을 포함하고, 볼록부들(142)을 구성하는 제2도전성 물질을 알루미늄을 포함하는 경우, 양극산화법에 의하여, 볼록부들(142)의 표면(142c, 143b)에서만 선택적으로 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 유전층(144d)을 형성할 수 있다.
복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a) 상에는 유전층(144d)이 형성되지 않고, 볼록부들(142)의 표면(142c, 143b)에서만 선택적으로 유전층(144d)을 형성하는 방법의 다른 예로서, 젖음성(wettability)의 차이를 이용한 침지법이 가능하다. 예를 들어, 판상형 중심체(141)를 구성하는 제1도전성 물질과는 젖음성이 상대적으로 낮고, 볼록부들(142)을 구성하는 제2도전성 물질과는 젖음성이 상대적으로 높은, 유전물질을 포함하는 용액에 침지하는 경우, 볼록부들(142)의 표면(142c, 143b)에서만 선택적으로 유전층(144d)을 형성할 수 있다.
복수의 캐필러리부들(143)의 저면부(143a) 상에는 유전층(144d)이 형성되지 않고, 볼록부들(142)의 표면(142c, 143b)에서만 선택적으로 유전층(144d)을 형성하는 방법의 또 다른 예로서, 공유결합(covalent bond)의 차이를 이용한 기상 증착법이 가능하다. 예를 들어, 판상형 중심체(141)를 구성하는 제1도전성 물질과는 공유결합력이 상대적으로 낮고, 볼록부들(142)을 구성하는 제2도전성 물질과는 공유결합력이 상대적으로 높은, 전구체를 이용한 기상 증착을 하는 경우, 볼록부들(142)의 표면(142c, 143b)에서만 선택적으로 유전층(144d)을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 절연성 차폐층(144d)을 형성하기 위하여 유전층을 형성하는 단계 전후로 마스크층을 형성하거나 유전층의 일부를 식각하는 공정을 수행할 필요가 없다. 따라서, 공정단계의 수를 줄이면서 효과적으로 절연성 차폐층(144d)을 형성할 수 있으므로, 제조비용을 절감할 수 있는 유리한 효과를 기대할 수 있다.
도 11은 압력에 따른 플라즈마 방출 강도를 비교예들과 실험예를 대비하여 나타낸 것이다.
비교예1에서 판상형 전극은 요철이 없는 구조로 형성되었고, 비교예2에서 판상형 전극은 도 1과 같은 요철 구조는 갖되 차폐층이 요철 구조의 외주면 전체를 덮도록 형성되었다. 반면, 실험예에서 판상형 전극은 도 3에 도시된 바와 같이 요철 구조를 가지면서 차폐층이 캐필러리부의 저면부를 노출하도록 형성되었다.
비교예들 및 실험예들에서 서포팅 플레이트는 구리 재질이 사용되었고, 상온으로 유지되었다. 기판과 판상형 전극과의 간격은 0.4mm로 조절되었고, 배출 밸브를 열어 챔버의 압력을 2.5x10-2로 배기시킨 후 배출 밸브를 잠갔다. 그 다음으로 주입 밸브를 열어, 수소 및 헬륨 기체를 챔버에 유입시켜 압력을 변화시켰다. 이때 수소 기체의 유량은 약 10 sccm 으로 하였고, 헬륨 기체의 유량은 약 10 slm 이였다.
판상형 전극은 1000rpm으로 회전시키면서 전원부를 통해 200W로 150MHz의 주파수의 파워가 인가되었다. 챔버에서 플라즈마를 관찰할 수 있는 위치에 OES(optical emissioin spectroscopy)를 설치하여 플라즈마 내에서 발생되는 여러가지 파장대별로 빛의 세기를 측정하여 플라즈마 강도를 측정하였다.
도 11을 참조하면, 실험예의 경우 300Torr의 압력에서는 비교예1의 요철부를 갖지 않은 평평한 판상형 전극 대비 약 9배 정도 높은 플라즈마 강도(plasma intensity)를 보임을 알 수 있었다. 나아가, 약 500 Torr의 대기압 근처에서는 비교예들의 경우 플라즈마를 얻기 거의 어려웠지만, 실험예의 경우 여전히 상당한 정도의 플라즈마 강도를 유지할 수 있음을 알 수 있다. 이로부터, 본 발명의 실시예들에 따른 판상형 전극을 이용한 플라즈마 장치는 저압뿐만 아니라 대기압 분위기에서도 폭넓게 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템
130: 유연기판 140: 판상형 전극
142: 볼록부 143: 캐필러리부
144: 차폐층 145: 회전축
247: 전원부 150: 유입 밸브
155: 배출 밸브 160: 플라즈마
182 : 제 1 롤 184 : 제 2 롤
170: 마스크층 340 : 서셉터

Claims (8)

  1. 원통형의 기판히터와 상기 기판히터의 외주면에 형성된 유전체를 구비하는 서셉터;
    복수의 캐필러리부들을 가지는 도전성 몸체를 포함하고, 상기 기판히터의 원주방향을 따라 상기 서셉터와 이격되어 배열되는, 적어도 하나 이상의 판상형 전극; 및
    유연기판을, 상기 판상형 전극과는 이격되고 상기 서셉터와는 접하도록, 롤투롤 방식으로 감을 수 있는, 한 쌍의 롤들;을 포함하고,
    상기 복수의 캐필러리부들은,
    선형으로 배치되며, 상기 도전성 몸체의 길이축 방향으로 신장되고, 상기 판상형 전극에 가해지는 전기장을 상기 캐필러리부의 저면부에 집적하여 캐필러리 방전을 발생시키는,
    캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 판상형 전극과 상기 유연기판 사이에서만 플라즈마 방전이 국부적으로 발생되고,
    상기 플라즈마 방전의 온/오프 제어는 상기 적어도 하나 이상의 판상형 전극들에 독립적으로 인가되는 전원 및 상기 복수의 캐필러리부들의 수를 변화시켜 조절하는,
    캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 판상형 전극은 상기 복수의 캐필러리부의 저면부를 노출하도록 상기 도전성 몸체의 외주면 상에 배치된 절연성 차폐층을 더 포함하는,
    캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연성 차폐층은 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 석영(SiO2), 산화마그네슘(MgO) 및 테프론(PTFE) 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐필러리부의 저면부 상에 도전층을 더 포함하고,
    상기 도전층은 상기 저면부보다 이차전자 방출계수가 높은 금속, 합금, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 몸체는 도전성 금속, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 서셉터 및 상기 판상형 전극이 내부에 안치되는 챔버를 더 포함하고, 상기 챔버는 반응기체의 공급구 및 반응기체의 배출구를 포함하는,
    캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 시스템.
  8. 원통형의 기판히터와 상기 기판히터의 외주면에 형성된 유전체를 구비하는 서셉터, 및 복수의 캐필러리부들을 가지는 도전성 몸체를 포함하고 상기 기판히터의 원주방향을 따라 상기 서셉터와 이격되어 배열되는 적어도 하나 이상의 판상형 전극을 제공하는 단계;
    한 쌍의 롤들을 이용하여 롤투롤 방식으로, 상기 서셉터 상에 상기 판상형 전극과는 이격되도록 유연기판을 제공하는 단계;
    상기 유연기판 상에 반응기체를 유입하는 단계; 및
    상기 판상형 전극의 캐필러리부와 상기 유연기판 사이에서만 플라즈마를 발생시켜 상기 반응기체의 화학적 반응을 유도하는 단계;를 포함하고,
    상기 복수의 캐필러리부들은,
    선형으로 배치되며, 상기 도전성 몸체의 길이축 방향으로 신장되고, 상기 판상형 전극에 가해지는 전기장을 상기 캐필러리부의 저면부에 집적하여 캐필러리 방전을 발생시키는,
    캐필러리부가 구비된 판상형 전극을 이용한 롤투롤 플라즈마 처리 방법.
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