KR101241951B1 - 플라즈마 발생장치 및 기판의 플라즈마 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마가 아크로 전이되는 현상을 억제하여 대기압 근처에서도 안정적이면서도 고밀도 플라즈마를 발생시키기 위해, 기판을 안착시키기 위한 판상형 하부전극; 및 상기 판상형 하부전극 상의 원통형 회전 전극을 포함하고, 상기 원통형 회전 전극은, 전원부에 연결되고, 그 외주면 상에 복수의 캐필러리부들을 포함하는 도전성 몸체; 및 상기 복수의 캐필러리부들의 저면부를 노출하도록 그 외의 부분은 절연체 또는 유전체로 차폐하는 것을 포함하는, 플라즈마 발생장치를 제공한다.

Description

플라즈마 발생장치 및 기판의 플라즈마 처리방법{Plasma generating apparatus and method of plasma processing of substrate}
본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 플라즈마 발생 전극 및 이를 이용한 기판 처리방법에 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, 대기압 부근에서 사용될 수 있는 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 따르면, 기판을 안착시키기 위한 판상형 하부전극 및 상기 판상형 하부전극상의 회전 전극을 포함하고, 상기 회전 전극은, 전원부에 연결되고, 그 외주면 상에 복수의 오목한 캐필러리부들을 포함하는 도전성 몸체; 및 상기 복수의 캐필러리의 저면부를 노출하도록 상기 몸체의 외주면 상에 배치된 절연, 또는 유전체로 이루어진 차폐층을 포함하는, 플라즈마 발생장치가 제공된다.
상기 차폐층은 상기 복수의 캐필러리의 저면부를 노출하고 상기 저면부를 둘러싸는 측면부를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 복수의 캐필러리부들은 선형으로 배치될 수 있다. 상기 복수의 캐필러리부들은 상기 몸체의 회전축 방향으로 신장될 수 있다. 이때, 상기 복수의 캐필러리부들은 일정한 간격을 두고 규칙적으로 배열될 수 있다.
또한 상기 판상형 하부전극 및 상기 회전 전극이 내부에 안치되는 챔버를 포함하고, 상기 챔버는 반응기체의 유입구 및 반응기체의 유출구를 포함할 수 있다.
상기 원통형 회전 전극 및 상기 판상형 하부전극 사이에 플라즈마가 발생되고, 플라즈마 방전의 온/오프 제어는 상기 원통형 회전 전극의 회전수 및 상기 복수의 캐필러리부들의 수를 변화시켜 조절할 수 있다.
상기 몸체는 도전성 금속, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 차폐층은 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 석영(SiO2), 산화마그네슘(MgO) 및 테프론(PTFE) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 복수의 캐필러리부들의 폭은 100㎛ 내지 10mm의 범위이고, 상기 복수의 캐필러리부들의 종횡비는 1 내지 200일 수 있다.
상기 차폐층의 두께는 10㎛ 내지 10mm 범위에 있을 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 판상형 하부전극 상에 기판을 안착시키는 단계; 상기 기판 상에 반응기체를 유입하는 단계; 및 상기 판상형 하부전극 및 원통형 회전 전극 사이에 플라즈마를 발생시켜 상기 반응기체의 화학적 반응을 유도하는 단계를 포함하고, 상기 회전 전극은, 그 외주면 상에 복수의 캐필러리부들을 포함하는 도전성 몸체; 및 상기 복수의 캐필러리부들의 적어도 저면부를 노출하도록 상기 몸체의 외주면 상에 배치된 절연체, 또는 유전체로 이루어진 차폐층을 포함하고, 상기 플라즈마는 상기 회전 전극의 상기 복수의 캐필러리부들의 저면부로부터 상기 기판 사이에서 발생되는, 기판의 플라즈마 처리방법이 제공된다.
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 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치(100)를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 발생장치(100)에서 회전 전극과 기판의 배치를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 회전 전극(140)의 개략적인 부분확대도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 회전 전극(140)의 또 다른 개략적인 부분확대도이다.
도 5 및 도 7은 비교예들에 따라 측정된 플라즈마의 OES 분석결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 비교예에 따른 회전 전극의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실험예에 따라 측정된 플라즈마의 OES 분석결과를 나타낸 것이다.
도 9는 압력에 따른 플라즈마 방출 강도를 비교예들과 실험예들을 대비하여 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치(100)를 보여주는 개략적인 단면도이다. 도 2는 도 1의 플라즈마 발생장치(100)에서 회전 전극과 기판의 배치를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 반응 공간을 한정하기 위한 챔버(110)가 제공된다. 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 다각 형상으로 제공되거나, 원형 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, 배기 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. 공급 밸브(150) 및 배기 밸브(155)의 형상 및 배치는 적절하게 조절될 수 있고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다.
기판(130)은 판상형 하부전극(120) 상에 안치되도록 챔버(110) 내에 제공될 수 있다. 판상형 하부전극(120)은 기판(130)을 가열하기 위한 히터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 판상형 하부전극(120)은 히터가 내장된 핫 플레이트로 제공될 수도 있다. 기판(130)은 다양하게 제공될 수 있다. 예를 들어, 기판(130)은 반도체 소자의 제조를 위해서 실리콘과 같은 반도체 웨이퍼로 제공되거나, 디스플레이 소자 또는 태양전지의 제조를 위해서 유리 기판 또는 플라스틱 기판으로 제공될 수 있다. 한편, 다른 실시예에서, 기판(130)은 롤투롤 또는 릴투릴 방식으로 하부 전극(120) 상에 또는 하부 전극(120)과 일체 형태로 제공될 수도 있다.
회전 전극(140)은 기판(130)과 마주보도록 판상형 하부전극(120) 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 회전 전극(140)은 회전 가능하도록 그 중심부에 회전축(145)을 포함하도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 회전 전극(140)은 다양한 형상, 예컨대 원통 형상으로 제공될 수 있다. 다른 예로, 회전 전극(140)은 회전축(145)을 중심으로 대칭적인 구조의 다각 형상을 가질 수도 있다.
회전축(145)은 구동력을 전달받도록 동력부(미도시)에 연결될 수 있다. 회전 전극(140)은 전력을 전달받도록 전원부(146)에 연결될 수 있고, 예컨대 회전축(145)이 전원부(146)에 연결될 수 있다. 전원부(146)는 직류 또는 교류 전원 장치일 수 있다. 예를 들어, 전원부(146)는 50Hz 내지 10GHz 범위의 주파수 대역을 가지는 교류 전원을 공급할 수 있다.
원통형 회전 전극(140)은 회전축(145)을 중심으로 회전되고, ±x축 방향으로 연장될 수 있다. 판상형 하부전극(120)은 회전축(145)에 수직하게, 예컨대 ±y축 방향으로 이동될 수 있다. 이에 따라, 기판(130)이 원통형 회전 전극(140)에 대해서 상대적으로 이송될 수 있다. 다른 예로, 판상형 하부전극(120)이 고정되고, 원통형 회전 전극(140)이 회전과 동시에 ±y축 방향으로 이동될 수도 있다.
공급 밸브(150)를 통해서 챔버(110) 내에 반응 기체가 유입되고, 원통형 회전 전극(140)에 전력이 제공되면, 원통형 회전 전극(140)과 기판(130) 사이에 플라즈마(160)가 발생될 수 있다. 이러한 플라즈마(160)는 반응 기체를 활성화시켜 화학적 반응을 유도할 수 있다. 이러한 플라즈마(160) 발생을 조절하기 위해서, 원통형 회전 전극(140)과 기판(130) 사이의 간격은 적절하게 조절될 필요가 있고, 예컨대 0.1 내지 5mm 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.
도 3은 도 1에 나타낸 원통형 회전 전극(140)의 개략적인 부분확대도이다.
도 3을 참조하면, 원통형 회전 전극(140)은 회전축(145)에 연결된 도전성 몸체(141)를 포함할 수 있다. 몸체(141)는 다양한 도전, 예컨대 도전성 금속, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
나아가, 몸체(141)는 그 외주면 상에 복수의 캐필러리들(142)을 포함한다. 캐필러리들(142)은 저면부(142a) 및 측벽부(142b)로 정의되는 공간을 가지는데, 이러한 공간은 트렌치 형상을 가질 수 있다. 공간의 형상은 예시적으로 도시되었고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다. 예를 들어, 저면부(142a) 및 측벽부(142b)로 정의되는 공간은 모세관 형태의 가늘고 긴 형상을 가질 수도 있다. 나아가, 저면부 및/또는 측벽부(142b)에 평행한 단면은 원형, 타원형, 다각형의 형상을 가지는 오목 패턴일 수도 있다.
캐필러리부들(142)은 도 2에 도시된 바와 같이, 선형상으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 이러한 선형은 회전축(도 2의 ±x축 방향)과 평행하게 신장될 수 있고, 나아가 일정한 간격으로 규칙적으로 배열될 수 있다. 이러한 선형 방향은 기판(130)의 움직임 방향과 수직하다는 점에서 플라즈마 처리의 균일도 조절에 유리할 수 있다. 다만, 이 실시예의 변형된 예에서, 선형이 원통형 회전 전극(140)의 원주 방향으로 신장되도록 배열될 수도 있다. 더 나아가, 이 실시예의 또 다른 변형된 예에서, 캐필러리부들(142)은 다양한 패턴, 예컨대 나선형으로 배열될 수도 있다.
절연체, 또는 유전체로 이루어진 차폐층(143)은 캐필러리부들(142)의 적어도 저면부(142a)를 노출하도록 몸체(141)의 외주면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 차폐층(143)은 캐필러리부들(142)의 저면부(142a)를 노출하고, 그 외 몸체(141)의 외주면의 다른 부분들은 차폐된다. 그 차폐층(143)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, 캐필러리부들(142)의 저면부(142a)를 제외한 다른 부분이 차폐층(143)에 의해서 둘러싸여 있기 때문에, 전위 집중에 의해서 플라즈마의 발생이 캐필러리부들(142)에서 방사되는 형태로 발생될 수 있다. 즉, 원통형 회전 전극(140)에 전기장이 가해지는 경우 전기장이 캐필러리부들(142)의 저면부(142a)에 집적되어 전기장의 세기가 커지고 캐필러리 방전(capillary discharge)의 효과를 얻게 될 수 있다.
이러한 플라즈마의 발생을 제어하기 위해서 캐필러리부들(142)의 저면부(142a)의 폭 및 측벽부(142b)의 높이 등이 조절될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 방전의 온(on)/오프(off) 제어는 원통형 회전 전극(140)의 회전수, 캐필러리부들(142) 및/또는 캐필러리부들(142)의 형상 등을 조절하여 제어할 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 플라즈마 발생을 제어하여, 아크 발생 등을 억제할 수 있어서 대기압 근처에서도 안정적으로 플라즈마를 유지할 수 있다.
예컨대, 캐필러리부들(142)의 저면부(142a)의 폭은 100㎛ 내지 10mm의 범위에 있고, 캐필러리부들(142)의 종횡비(142b/142a)는 약 1 내지 200 사이의 값을 가질 수 있다. 측벽부들(142b)의 종횡비는 측벽부(142b)의 높이 대 저면부(142a)의 폭의 비를 나타낸다. 한편, 차폐층(143)의 두께는 10㎛ 내지 10mm 범위에 있을 수 있다. 차폐층(143)의 두께가 10㎛이하인 경우 충분한 방전 효과를 얻지 못하여 아크가 발생하기 쉽고, 10mm이상인 경우에는 방전 효과는 좋으나 방전개시 및 유지전압이 커질 우려가 있다.
전술한 플라즈마 발생장치(100)를 이용하여 기판(130)에 대한 플라즈마 처리를 수행할 수 있다. 먼저, 판상형 하부전극(120) 상에 기판(130)을 안착시킬 수 있다. 이어서, 챔버(110) 내에 반응기체를 유입하여, 기판(130) 상에 반응기체를 공급할 수 있다. 이어서, 판상형 하부전극(120) 및 원통형 회전 전극(140) 사이에 플라즈마를 발생시켜 반응기체의 화학적 반응을 유도할 수 있다. 전술한 플라즈마 발생장치에 의하면 플라즈마 발생을 제어하여, 대기압 근처에서도 안정적으로 플라즈마를 유지할 수 있다. 이러한 플라즈마는 기판(130) 상에 박막을 증착하거나 또는 에칭하는 데 이용될 수 있다.
도 4는 도 1에 나타낸 원통형 회전 전극(140)의 또 다른 개략적인 부분확대도이다.
도 4를 참조하면, 캐필러리부들(142)의 저면부(142a) 상에 도전층(144)이 더 형성된다. 도 4에 도시된 도전층(144) 이외의 나머지 구성요소들은 도 3에 도시된 구성요소들과 동일하므로, 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도전층(144)은, 예를 들어, 저면부(142a)보다 이차전자 방출계수가 높은 금속, 합금, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중 적어도 어느 하나를 포함 할 수 있다. 도전층(144)은 적어도 캐필러리부들(142)의 저면부(142a)를 덮을 수 있고, 측벽부(142b)를 제외한 적어도 저면부(142a)의 일부를 덮을 수도 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실험예를 제공한다. 다만, 하기의 실험예들은 도 3에 개시된 구성에서 구현된 것으로서, 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다. 이하의 비교예들 및 실험예들에서 판상형 하부전극는 구리 재질이 사용되었고, 상온으로 유지되었다.
[비교예 1]
본 비교예에서는 기판과 회전 전극과의 간격을 0.4mm로 조절하였고, 배기 밸브를 열어 챔버의 압력을 2.5×10-2 Torr로 배기시킨 후 배기 밸브를 잠갔다. 그 다음으로 주입 밸브를 열어, 수소 및 헬륨 기체를 챔버에 유입시켜 300Torr압력으로 채웠다. 이때 수소 기체의 유량은 약 10 sccm 으로 하였고, 헬륨 기체의 유량은 약 10 slm 이였다.
캐필러리부를 형성하지 않은 회전 전극을 1000rpm으로 회전시키면서 전원부를 통해 200W로 150MHz의 주파수를 인가하였다. 챔버에서 플라즈마를 관찰할 수 있는 위치에 OES(optical emissioin spectroscopy)를 설치하여 플라즈마 내에서 발생되는 여러가지 파장대별로 빛의 세기를 측정하였다.
또한 위와 동일한 비율로 수소 및 헬륨을 유입시키면서 챔버 내 압력을 400, 500 Torr로 변경하면서, 실험을 반복하였다.
도 5를 참조하면, 수소와 헬륨의 피크가 각각 656.2nm와 706nm 파장 대에서 관찰됨을 확인할 수 있었다. 즉, 이로부터 수소와 헬륨의 플라즈마가 형성됨을 알 수 있다.
[비교예 2]
도 6은 본 발명의 일 비교예에 따른 회전 전극의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 6을 참조하면, 회전 전극은 외주부 모두 차폐층(143)이 형성되었다.
도 7은 도 6의 플라즈마 장치를 이용하여 측정된 플라즈마의 OES 분석결과를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면 헬륨의 피크는 약하게 관찰되나, 수소 피크는 거의 보이지 않는다.
[실험예 1]
도 8은 본 발명의 효과를 유도하기 위해 캐필러리부(142)의 저면부(142a) 차폐층(143)을 제거한 것으로 일 실험예에 따라 측정된 플라즈마의 OES 분석결과를 나타낸 것이다. 이 실험예는 도 1과 같은 플라즈마 발생장치(100)를 이용하였다.
도 8을 참조하면, 헬륨의 피크(706.5nm) 뿐만 아니라 다양한 서브 피크들이 관찰되었다.
도 9는 압력에 따른 706.5nm 파장의 헬륨 피크의 플라즈마 방출 강도를 비교예들과 실험예를 대비하여 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 위의 300Torr의 압력에서는 기존의 캐필러리부를 형성하지 않은 회전 전극 대비 약 9배 정도 높은 플라즈마 강도(plasma intensity)를 보임을 알 수 있었다.
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: 플라즈마 발생장치 110: 챔버
120: 판상형 하부전극 130: 기판
140: 원통형 회전 전극 141: 몸체
142: 캐필러리부 143: 차폐층
144: 도전층 145: 회전축
146: 전원부 150: 공급밸브
155: 배기밸브 160: 플라즈마

Claims (14)

  1. 기판을 안착시키기 위한 판상형 하부전극; 및
    상기 판상형 하부전극 상의 원통형 회전 전극을 포함하고,
    상기 원통형 회전 전극은,
    전원부에 연결되고, 그 외주면 상에 복수의 캐필러리부들을 포함하는 도전성 몸체; 및
    상기 복수의 캐필러리부의 저면부를 노출하도록 상기 몸체의 외주면 상에 배치된 절연성 차폐층을 포함하고,
    상기 복수의 캐필러리부들은 선형으로 배치되고,
    상기 복수의 캐필러리부들은 상기 몸체의 회전축 방향으로 신장되고,
    상기 복수의 캐필러리부들은, 상기 원통형 회전 전극에 가해지는 전기장을 상기 저면부에 집적하여 캐필러리 방전을 발생시키는, 플라즈마 발생장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차폐층은 상기 복수의 캐필러리부들의 저면부를 노출하고, 그 외의 부분은 차폐시키는, 플라즈마 발생장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 캐필러리부의 저면부 상에 도전층을 더 포함하는, 플라즈마 발생장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 도전층은 저면부보다 이차전자 방출계수가 높은 금속, 합금, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중적어도 어느 하나를 포함하는, 플라즈마 발생장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수의 캐필러리부들은 일정한 간격을 두고 규칙적으로 배열된, 플라즈마 발생장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 판상형 하부전극 및 상기 원통형 회전 전극이 내부에 안치되는 챔버를 포함하고,
    상기 챔버는 반응기체의 공급구 및 반응기체의 배출구를 포함하는, 플라즈마 발생장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 원통형 회전 전극 및 상기 판상형 하부전극 사이에 플라즈마가 발생되고,
    플라즈마 방전의 온/오프 제어는 상기 원통형 회전 전극의 회전수 및 상기 복수의 캐필러리부들의 수를 변화시켜 조절하는, 플라즈마 발생장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 몸체는 도전성 금속, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 플라즈마 발생장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 차폐층은 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 석영(SiO2), 산화마그네슘(MgO) 및 테프론(PTFE) 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 플라즈마 발생장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 복수의 캐필러리부들의 폭은 100㎛ 내지 10mm의 범위이고, 상기 복수의 캐필러리부들의 종횡비는 1 내지 200인, 플라즈마 발생장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 차폐층의 두께는 10㎛ 내지 10mm 범위에 있는, 플라즈마 발생장치.
  14. 판상형 하부전극 상에 기판을 안착시키는 단계;
    상기 기판 상에 반응기체를 유입하는 단계; 및
    상기 판상형 하부전극과 상부의 원통형 회전 전극 사이에 플라즈마를 발생시켜 상기 반응기체의 화학적 반응을 유도하는 단계를 포함하고,
    상기 원통형 회전 전극은, 그 외주면 상에 복수의 캐필러리부들을 포함하는 도전성 몸체; 및 상기 복수의 캐필러리부들의 저면부를 노출하고 그 외의 부분은 절연체, 또는 유전체로 차폐층하는 것을 포함하고, 상기 복수의 캐필러리부들은 선형으로 배치되고, 상기 복수의 캐필러리부들은 상기 몸체의 회전축 방향으로 신장되고, 상기 복수의 캐필러리부들은, 상기 원통형 회전 전극에 가해지는 전기장을 상기 저면부에 집적하여 캐필러리 방전을 발생시키고, 상기 플라즈마는 상기 원통형 회전 전극의 상기 복수의 캐필러리부들의 저면부로로부터 상기 판상형 하부전극에 위치한 기판 사이에서 발생되는, 기판의 플라즈마 처리방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020066467A (ko) * 2001-02-12 2002-08-19 (주)에스이 플라즈마 대기압에서 저온 플라즈마를 발생시키는 장치
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