KR101479746B1 - Local plasma etching apparatus and local plasma etching method thereof - Google Patents

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손종역
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경희대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a local plasma etching apparatus and a local plasma etching method which can etch a local area through plasma generated with a plasma frequency. A local plasma etching apparatus according to the present invention includes a frequency generating unit for generating a plasma frequency used to convert gas in a chamber into plasma; an AFM (Atomic Force Microscope) tip for converting adjacent gas oscillated by the generated plasma frequency among the gas in the chamber into a plasma state; and a power supply for applying mutually different polarities of power to the AFM tip and a processed substrate to move the plasma adjacent to the AFM tip to the processed substrate.

Description

국소 플라즈마 에칭 장치 및 에칭 방법{LOCAL PLASMA ETCHING APPARATUS AND LOCAL PLASMA ETCHING METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a local plasma etching apparatus and an etching method,

본 발명은 플라즈마(Plasma)를 이용한 에칭(Etching)과 관련된 기술로서, 보다 상세하게는 플라즈마 주파수를 통해 생성되는 플라즈마를 통해 국소 영역을 에칭하는 플라즈마 에칭장치에 관한 기술이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0002] The present invention relates to a plasma etching method using a plasma, and more particularly, to a plasma etching apparatus for etching a local region through a plasma generated through a plasma frequency.

현재 나노크기의 국소 영역을 에칭하기 위한 방법으로 전자빔 리소그래피(Electron Beam Lithography)를 이용한 에칭 방법이 사용되고 있다. 전자빔 리소그래피는 웨이퍼 면에 집적회로를 만들어 넣기 위한 인쇄 공정의 하나로, 빔을 웨이퍼 면에 선택적으로 조사하여 반도체 웨이퍼에 나노 크기의 집접회로를 형성한다. 전자빔 리소그래피 에칭 기술은 반도체 표면의 에칭 기술로 사용되는 포토리소그래피(Photolithography) 기술에 비해 더욱 좁은 국소 영역의 에칭이 가능하여 나노크기의 구조를 생성할 수 있어 집적회로(Integrated Circuit)와 나노기술 아키텍처(Nanotechnology Architecture)에 사용되고 있다. 하지만 전자빔 리소그래피 에칭 기술 장비를 구성하는데 높은 비용이 들고, 한 번에 생산할 수 있는 양이 적어 생산 비용이 비싸다. 또한, 전자빔 리소그래피 에칭 기술은 에칭을 수행하는 시간이 길어 안정성에도 문제가 있다.Currently, an etching method using electron beam lithography is used as a method for etching a nano-sized local region. Electron beam lithography is one of the printing processes for making an integrated circuit on a wafer surface. The beam is selectively irradiated on the wafer surface to form a nano-sized entrainment circuit on the semiconductor wafer. Electron beam lithography etch technology is capable of etching a narrower local area than a photolithography technique used in semiconductor surface etching technology to create nano-sized structures, thus enabling integrated circuits and nanotechnology architectures Nanotechnology Architecture). However, it is expensive to construct the electron beam lithography etching technology equipment, and the production cost is high because the amount to be produced is small at a time. In addition, the electron beam lithography etching technique has a problem in stability since it takes a long time to perform etching.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 나노 크기의 국소 영역을 에칭하며, 에칭 시 높은 안정성을 가지며 생산 단가를 낮출 수 있는 플라즈마 에칭 기술을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a plasma etching technique capable of etching a nano-sized local region, having high stability at the time of etching, and lowering the production cost.

본 발명에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치는 챔버 내의 가스를 플라즈마로 변환시키는 플라즈마 주파수를 생성하는 주파수 생성부, 생성된 상기 플라즈마 주파수에 의해 진동하여 챔버 내부의 가스 중에서 인접한 가스를 플라즈마 상태로 변환시키는 AFM(Atomic Force Microscpoe, AFM) 팁 및 AFM 팁과 피처리 기판에 서로 다른 극성의 전원을 인가하여 AFM 팁에 인접한 플라즈마를 피처리 기판으로 이동시키는 전원 공급부를 포함한다. A local plasma etching apparatus according to the present invention includes a frequency generator for generating a plasma frequency for converting a gas in a chamber into a plasma, an AFM (for example, a plasma generator) for vibrating by the generated plasma frequency to convert an adjacent gas in the chamber into a plasma state An AFM tip), and a power supply unit that applies a power source having a different polarity to the AFM tip and the substrate to be processed, and moves the plasma adjacent to the AFM tip to the substrate to be processed.

AFM 팁은 바 형태 또는 외팔보 형태를 가지며, 수신된 플라즈마 주파수에 기초하여 진동하는 캔틸레버(Cantilevar) 및 캔틸레버의 피처리 기판을 바라보는 일면 상에 위치하며, 캔틸레버의 진동에 의해 동일한 진동수로 진동하여 인접한 가스를 플라즈마 상태로 변환시키는 탐침으로 구성될 수 있다. AFM 팁을 구성하는 탐침은 피처리 기판에 직접 접촉하지 않는다. 그리고 플라즈마 상태로 변환되는 가스는 일반 대기 중에 포함된 산소를 이용할 수 있다.The AFM tip has a bar shape or a cantilever shape and is positioned on one side of the cantilever that is vibrating based on the received plasma frequency and the substrate to be processed of the cantilever and vibrates at the same frequency by the vibration of the cantilever, And a probe for converting the gas into a plasma state. The probe constituting the AFM tip does not directly contact the substrate to be processed. And the gas converted to the plasma state can utilize the oxygen contained in the normal atmosphere.

본 발명에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치를 이용한 국소 플라즈마 에칭 방법은 먼저, 챔버 내의 가스를 플라즈마로 변환시키는 플라즈마 주파수를 생성한다. 그리고 생성된 플라즈마 주파수에 의해 진동하여 챔버 내부의 가스 중에서 인접한 가스를 플라즈마 상태로 변환시켜 플라즈마를 생성한다. 플라즈마가 생성되면, 전압강하를 통해 생성된 플라즈마를 피처리 기판으로 이동시키고, 피처리 기판으로 이동된 플라즈마를 통해 피처리 기판의 표면을 에칭한다.A local plasma etching method using a local plasma etching apparatus according to the present invention first generates a plasma frequency for converting a gas in a chamber into a plasma. Then, the plasma is oscillated by the generated plasma frequency to convert the adjacent gas among the gases in the chamber into a plasma state to generate plasma. When the plasma is generated, the plasma generated through the voltage drop is transferred to the target substrate, and the surface of the target substrate is etched through the plasma transferred to the target substrate.

본 발명에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치 및 에칭 방법은 플라즈마 주파수를 통해 AFM 팁을 진동시켜 생성된 플라즈마를 통해 피처리 기판의 표면을 에칭한다. 이와 같은 방법을 통해 나노크기의 에칭을 수행할 수 있으며, 기존에 사용되던 전자빔 리소그래피에 비해 높은 안정성이 기대되며, 더욱 빠른 속도로 제품 생산이 가능하다. 또한 본 발명에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치 및 에칭 방법은 플라즈마 주파수를 통해 플라즈마를 생성하기 때문에 상온에서 공정을 수행할 수 있으며, 대기 중의 산소를 통해 플라즈마를 생성할 수 있기 때문에, 대기 중의 산소를 이용하는 경우, 별도의 진공장치를 필요로 하지 않는다.A local plasma etching apparatus and an etching method according to the present invention etch a surface of a substrate to be processed through a plasma generated by oscillating an AFM tip through a plasma frequency. Through such a method, nano-sized etching can be performed and high stability is expected compared to the electron beam lithography used in the past, and the product can be produced at a higher speed. Further, since the plasma etching apparatus and the etching method according to the present invention generate a plasma through the plasma frequency, the plasma can be generated at room temperature and plasma can be generated through oxygen in the air. Therefore, , No separate vacuum device is required.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치의 AFM 팁을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치를 이용한 나노 플라즈마 에칭 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a block diagram of a local plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an AFM tip of a local plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a nano plasma etching method using a local plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예에서의 기능 및 효과를 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 업계의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 명시된 경우에는 명시된 정의에 따르며, 구체적으로 명시하지 않는 경우, 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The terms used in the present specification are terms selected in consideration of the functions and effects in the embodiments, and the meaning of the terms may vary depending on the intention of the user or the operator or industry custom. Therefore, the meaning of the term used in the following embodiments is based on the defined definition when specifically stated in this specification, and unless otherwise stated, it should be interpreted in a sense generally recognized by those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a local plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1의 도면은 본 발명의 일실시예에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치의 각 기능을 설명하기 위한 구성을 나타내는 도면일 뿐, 도 1에 기재된 형태로 발명이 한정되는 것은 아니다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치(100)는 AFM 팁(110), 주파수 생성부(120), 전원 공급부(130), 팁 지지대(140), 챔버(150) 및 기판지지대(160)를 포함할 수 있다.FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration for explaining respective functions of a local plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention, and the invention is not limited to the embodiment shown in FIG. 1, a local plasma etching apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes an AFM tip 110, a frequency generator 120, a power supply 130, a tip support 140, a chamber 150 And a substrate support 160.

AFM 팁(110)은 캔틸레버(Cantilever) 및 탐침(Probe)을 포함할 수 있다. 캔틸레버 및 탐침은 원자력 현미경(Atomic Force Microscopy)에서 시료를 측정하는 캔틸레버 및 탐침일 수 있다.The AFM tip 110 may include a cantilever and a probe. The cantilevers and probes may be cantilevers and probes that measure the sample in an Atomic Force Microscopy.

AFM 팁(110)을 구성하는 탐침은 캔틸레버의 일면 상의 말단부에 위치하며, 수 나노미터 크기로 설계될 수 있다. 캔틸레버는 주파수 생성부(120)로부터 전달된 고주파의 플라즈마 주파수(Plasma Frequency)에 의해 고속으로 진동하며, 캔틸레버의 진동에 의해 캔틸레버의 말단부에 위치한 탐침 또한 동일한 플라즈마 주파수로 진동한다. 주파수 생성부(120)로부터 전달(인가)된 고주파의 플라즈마 주파수는 현재 챔버(150)내에 유입된 에칭 가스를 플라즈마로 변화시키기 위한 플라즈마 주파수이다. 탐침이 인가된 플라즈마 주파수로 진동하면 탐침 주변의 에칭 가스가 플라즈마 주파수로 진동하는 탐침의 진동에 의해 플라즈마로 변환된다. 이 때, 전원 공급부(130)에서 AFM 팁(110)에 전원을 공급하여, AFM 팁(110)과 피처리 기판(10) 사이에 전압을 걸어주면, 탐침 주변의 플라즈마가 피처리 기판(10)으로 이동하게 되고, 이동한 플라즈마는 피처리 기판(10)의 표면을 에칭(식각)한다. 에칭이 끝난 플라즈마는 다시 본래의 가스로 환원된다. 일반적으로 캔틸레버에 전원 공급부(130)의 +극성이 연결되고, 기판지지대(160)에 -극성이 연결되면, 탐침은 +극성을 나타내고, 피처리 기판(10)은 -극성을 나타내게 되어 플라즈마가 탐침 주변에서 피처리 기판(10)으로 이동하게 된다.The probe that constitutes the AFM tip 110 is located at the distal end on one side of the cantilever and can be designed to a few nanometers in size. The cantilever vibrates at a high speed by the plasma frequency of the high frequency transmitted from the frequency generating unit 120 and the probe located at the distal end of the cantilever by the vibration of the cantilever also oscillates at the same plasma frequency. The plasma frequency of the high frequency transmitted (applied) from the frequency generator 120 is a plasma frequency for changing the etching gas introduced into the chamber 150 into plasma. When the probe vibrates at an applied plasma frequency, the etching gas around the probe is converted into plasma by the vibration of the probe vibrating at the plasma frequency. At this time, when power is supplied to the AFM tip 110 from the power supply unit 130 and a voltage is applied between the AFM tip 110 and the substrate 10, plasma around the probe is applied to the substrate 10, And the moved plasma etches the surface of the substrate 10 to be processed. The etched plasma is again reduced to the original gas. In general, when the positive polarity of the power supply unit 130 is connected to the cantilever and the negative polarity is connected to the substrate supporter 160, the probe exhibits a positive polarity and the substrate to be processed 10 exhibits negative polarity, And moves from the periphery to the substrate 10 to be processed.

AFM 팁(110)에 의해 플라즈마 상태로 변환되는 에칭 가스는 특정한 목적을 가지고 챔버(150) 내로 주입된 소정의 가스가 사용될 수 있다. 챔버(150) 내로 주입하는 에칭 가스의 종류는 피처리 기판(10)의 종류나 에칭 목적 등에 따라 달라질 수 있으며, 목적에 따라 조절된 분위기 가스(Controlled Atmosphere)을 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치(100)는 별도의 에칭 가스를 주입하지 않고, 일반 대기 중에 포함된 산소를 통해 플라즈마를 생성하여 에칭 공정을 수행할 수 있다. AFM 팁(110)을 통한 에칭 과정에 대한 구체적인 내용은 후술하는 도 2에서 설명하도록 한다.The etching gas that is converted into the plasma state by the AFM tip 110 may be any gas that is injected into the chamber 150 for a specific purpose. The type of the etching gas injected into the chamber 150 may vary depending on the kind of the substrate 10, the etching purpose, and the like, and controlled atmosphere may be used according to the purpose. In addition, the local plasma etching apparatus 100 according to an embodiment of the present invention can perform an etching process by generating a plasma through oxygen contained in a general atmosphere without injecting a separate etching gas. The details of the etching process through the AFM tip 110 will be described later with reference to FIG.

주파수 생성부(120)는 챔버(150) 내의 가스에 해당하는 플라즈마 주파수를 생성하고, 생성된 플라즈마 주파수를 AFM 팁(110)에 인가(전달)할 수 있다. 예를 들어, 챔버(150)가 일반 대기 상태에 놓여있다면, 주파수 생성부(120)는 대기 중에 포함된 산소를 플라즈마로 변환시키기 위해, 산소의 플라즈마 주파수인 13.56MHz의 플라즈마 주파수를 생성하여 AFM 팁(110)에 인가하게 된다. 13.56MHz의 플라즈마 주파수가 인가된 AFM 팁(110)은 13.56MHz로 진동하면서 주변의 산소를 플라즈마로 변환시킨다. 그리고 주파수 생성부(120)는 일반적으로 사용되는 함수 발생기(Function Generator)를 포함할 수 있다.The frequency generating unit 120 may generate a plasma frequency corresponding to the gas in the chamber 150 and apply (transfer) the generated plasma frequency to the AFM tip 110. For example, if the chamber 150 is in a normal standby state, the frequency generator 120 generates a plasma frequency of 13.56 MHz, which is the plasma frequency of oxygen, to convert the oxygen contained in the atmosphere to plasma, (110). The AFM tip 110 to which the plasma frequency of 13.56 MHz is applied oscillates at 13.56 MHz to convert the surrounding oxygen to plasma. The frequency generator 120 may include a commonly used function generator.

전원 공급부(130)는 AFM 팁(110)에 전원을 공급하여 AFM 팁(110)의 탐침 주변에서 생성된 플라즈마가 전압강하에 의해 피처리 기판(10)으로 이동하도록 할 수 있다.The power supply unit 130 may supply power to the AFM tip 110 to cause plasma generated around the probe tip of the AFM tip 110 to move to the substrate 10 due to a voltage drop.

팁 지지대(140)는 AFM 팁(110)을 지지해주는 구조물로서, 도 1에는 외팔보 형태로 표현되었으나, 이는 하나의 실시예일뿐, 외팔보 형태로 한정되는 것은 아니다. 에칭 방법이나 목적에 따라 팁 지지대(140)는 다양한 형태로 AFM 팁(110)을 지지해 줄 수 있다.The tip support 140 is a structure for supporting the AFM tip 110, and is represented in the form of a cantilever in FIG. 1, but this is only an example, and is not limited to a cantilever shape. Depending on the method and purpose of the etching, the tip support 140 may support the AFM tip 110 in various forms.

챔버(150)는 내부를 외부와 격리하여 차단함으로써, 내부를 안정화 상태로 만들고, 피처리 기판(10) 및 유입되는 에칭 가스의 종류에 따라 내부 환경을 플라즈마 에칭을 수행하는데 적합한 상태로 만들 수 있다. 그리고 챔버(150)는 내부를 외부와 격리하여 진공상태로 만들 수 있다. 다만, 본 발명의 일실시예에 따른 나노 플라즈마 에칭 장치(100)에서는 일반 대기 중의 산소를 이용하여 플라즈마를 생성하여, 플라즈마 에칭 공정을 수행할 수 있기 때문에, 챔버(150) 내부를 진공 상태로 유지하기 위한 구성 요소를 반드시 필요로 하지는 않는다. 즉, 챔버(150) 내부를 외부와 완전 격리하거나 진공 상태로 유지하는 특징은 하나의 선택적인 실시예일뿐, 외부와 완전 격리하거나 진공 상태로 유지하는 특징으로 한정되는 것은 아니다.The chamber 150 can isolate the interior from the outside to stabilize the interior and make the internal environment suitable for performing the plasma etching depending on the type of the substrate 10 and the etching gas to be introduced . In addition, the chamber 150 can be vacuumed by isolating the inside from the outside. However, in the nano-plasma etching apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, plasma is generated using oxygen in the atmospheric air to perform a plasma etching process, so that the inside of the chamber 150 is maintained in a vacuum state And does not necessarily require the following components. That is, the feature that the inside of the chamber 150 is completely isolated from the outside or kept in a vacuum state is an optional embodiment, and is not limited to a feature that is completely isolated from the outside or kept in a vacuum state.

기판지지대(160)는 피처리 기판(10)을 하부에서 지지하는 구조물로서, 단순 지지뿐만 아니라, 피처리 기판(10)이 이탈 또는 이동하지 않도록 고정해주는 역할이 가능하다. 그리고, 기판지지대(160)는 전원 공급부(130)의 -극성과 연결되어, 전원 공급시 피처리 기판(10)을 -극성으로 만들어 준다.The substrate support 160 is a structure for supporting the substrate 10 to be processed from the bottom. The substrate support 160 can serve not only to support the substrate to be processed 10 easily, but also to fix the substrate 10 so as not to move or move. The substrate support 160 is connected to the negative polarity of the power supply unit 130 to make the substrate 10 to be-polar when the power is supplied.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치의 AFM 팁을 나타내는 구성도이다.FIG. 2 is a view showing an AFM tip of a local plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치(100)의 AFM 팁(110)은 캔틸레버(111) 및 탐침(112)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, the AFM tip 110 of the local plasma etching apparatus 100 according to the present invention may include a cantilever 111 and a probe 112.

캔틸레버(111)는 바(Bar) 형태 또는 외팔보 형태와 유사한 형태를 가지며, 피처리 기판(10)을 바라보는 일면 상에 탐침(112)을 구비할 수 있다. 캔틸레버(111)의 크기는 특별히 한정되지는 않으며, 탐침(112)의 크기를 고려하여 크기가 결정될 수 있다. 캔틸레버(111)는 주파수 생성부(120)로부터 플라즈마 주파수가 인가되면, 인가사된 플라즈마 주파수에 따라 고속으로 진동할 수 있다. 그리고 캔틸레버(111)가 인가된 플라즈마 주파수에 의해 진동함에 따라, 캔틸레버(111)에 위치한 탐침(112) 또한 고속으로 진동할 수 있다. 캔틸레버(111) 및 탐침(112)의 진동수는 플라즈마 주파수의 진동수와 동일한 진동수를 포함할 수 있다.The cantilever 111 has a shape similar to a bar shape or a cantilever shape and may include a probe 112 on one surface of the substrate 10 to be processed. The size of the cantilever 111 is not particularly limited, and may be determined in consideration of the size of the probe 112. When the plasma frequency is applied from the frequency generator 120, the cantilever 111 can vibrate at high speed according to the applied plasma frequency. As the cantilever 111 vibrates by the applied plasma frequency, the probe 112 located at the cantilever 111 can also vibrate at a high speed. The frequency of the cantilever 111 and the probe 112 may include the same frequency as the frequency of the plasma frequency.

탐침(112)은 캔틸레버(111)의 피처리 기판(10)을 바라보는 일면 상에 위치하며, 캔틸레버(111)가 진동함에 따라 동일한 진동수로 진동할 수 있다. 탐침(112)은 나노크기의 국소 영역을 에칭하기 위해 일반적으로 나노크기를 가질 수 있다. 탐침(112)은 캔틸레버(111)의 일면 상의 어느 지점에나 위치할 수 있으나, 캔틸레버(111)의 진동에 의해 동일한 진동수로 진동하며 플라즈마를 생성하기 때문에, 캔틸레버(111)의 일면 상의 양 끝단 부근에 위치할 수 있다. 그리고 일반적으로 탐침(112)은 상하로 빠르게 진동하지만 피처리 기판(10)의 표면에 직접 접촉하지는 않는다. 주파수 생성부(120)로부터 인가된 플라즈마 주파수는 챔버(150) 내를 차지하는 에칭 가스에 해당하는 플라즈마 주파수이기 때문에, 탐침(112)이 플라즈마 주파수로 진동하면, 탐침(112)에 인접한 주변의 가스가 탐침(112)의 진동에 의해 플라즈마로 변환된다.The probe 112 is located on one surface of the cantilever 111 facing the substrate 10 to be processed and can oscillate at the same frequency as the cantilever 111 vibrates. The probe 112 may typically have a nano-size to etch the nanoscale localized region. The probe 112 can be located at any point on one side of the cantilever 111 but vibrates at the same frequency and generates plasma by the vibration of the cantilever 111, Can be located. In general, the probe 112 oscillates rapidly up and down but does not directly contact the surface of the substrate 10 to be processed. Since the plasma frequency applied from the frequency generating unit 120 is a plasma frequency corresponding to the etching gas occupying the inside of the chamber 150, when the probe 112 vibrates at the plasma frequency, And is converted into plasma by the vibration of the probe 112.

캔틸레버(111)가 전원 공급부(130)의 +극성과 연결되고, 피처리 기판을 하부에서 지지하는 기판지지대(160)가 전원 공급부(130)의 -극성에 각각 연결될 수 있다. 이 때, 전원 공급부(130)로부터 전력이 공급되면, 캔틸레버(111)와 연결된 탐침(112)은 +극성을 나타내고, 기판지지대(160)의 상부에 위치한 피처리 기판(10)은 -극성을 나타낼 수 있다. 이러한 극성 차이로 인해 탐침(111) 주변에서 생성된 플라즈마는 피처리 기판(10)의 표면으로 이동하게 되어, 피처리 기판(10)의 표면을 에칭할 수 있다.The cantilever 111 is connected to the positive polarity of the power supply unit 130 and the substrate support 160 supporting the substrate to be processed at the bottom can be connected to the negative polarity of the power supply unit 130, respectively. At this time, when electric power is supplied from the power supply unit 130, the probe 112 connected to the cantilever 111 exhibits a positive polarity, and the substrate 10 to be processed, which is located above the substrate support table 160, . Due to such a polarity difference, the plasma generated in the vicinity of the probe 111 can move to the surface of the substrate 10, and the surface of the substrate 10 can be etched.

본 발명의 일실시예에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치(100)는 특정한 에칭 가스를 플라즈마로 변환하여 에칭 공정을 수행할 수 있다. 하지만, 본 발명의 일실시예에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치(100)는 특정한 에칭 가스뿐만 아니라, 일반적인 대기 상태에서도 플라즈마 에칭 공정을 수행할 수 있다. 일반 대기중에는 약 21% 정도의 산소가 존재하며, 산소의 플라즈마 주파수는 13.56MHz이다. 만약 챔버(150) 내부에 일반 대기를 유입시키거나, 챔버(150)를 제거하게 되면, AFM 팁(110)을 구성하는 탐침(112) 주변에는 일반 대기중에 포함된 21%의 산소 또한 존재한다. 이때, 주파수 생성부(120)에서 산소의 플라즈마 주파수에 해당하는 13.56MHz의 플라즈마 주파수를 캔틸레버(111)에 인가하면, 캔틸레버(111)가 13.56MHz로 진동하면서, 탐침(112) 또한 동일한 13.56MHz로 진동할 수 있다. 탐침(112)이 13.56MHz로 진동하면, 탐침(112) 주변의 대기중에 포함된 산소가 플라즈마로 변환하게 된다. The local plasma etching apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may perform an etching process by converting a specific etching gas into a plasma. However, the local plasma etching apparatus 100 according to an embodiment of the present invention can perform a plasma etching process not only in a specific etching gas but also in a normal atmospheric state. There is about 21% oxygen in the general atmosphere, and the plasma frequency of oxygen is 13.56 MHz. If a normal atmosphere is introduced into the chamber 150 or the chamber 150 is removed, 21% of oxygen contained in the normal atmosphere is also present around the probe 112 constituting the AFM tip 110. When the cantilever 111 vibrates at 13.56 MHz while the probe 112 is applied to the cantilever 111 at a frequency of 13.56 MHz corresponding to the plasma frequency of oxygen at the frequency generator 120, It can oscillate. When the probe 112 vibrates at 13.56 MHz, the oxygen contained in the atmosphere around the probe 112 is converted into plasma.

전원 공급부(130)로부터 인가된 전원에 의해 탐침(112)과 피처리 기판(10) 사이에 전압강하가 발생하면, 탐침(112) 주변의 산소 플라즈마는 피처리 기판(10)의 표면으로 이동하여, 피처리 기판(10)의 표면을 에칭할 수 있다. 특히, 피처리 기판(10)을 그래핀(Graphene)으로 하는 경우, 에칭 효과를 더욱 높일 수 있다. 그래핀은 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 더욱 빠르게 전자를 이동시킬 수 있으며, 균일한 금속성이 있다. 그리고 물리/화학적으로 안정적이고, 높은 열전도성을 가지고 있기 때문에, 플라즈마 에칭을 수행하는데 보다 효과적인 피처리 기판(10)이 될 수 있다.When a voltage drop occurs between the probe 112 and the target substrate 10 by the power supplied from the power supply unit 130, the oxygen plasma around the probe 112 moves to the surface of the target substrate 10 , The surface of the target substrate 10 can be etched. In particular, when the substrate 10 to be processed is made of graphene, the etching effect can be further enhanced. Graphene can move electrons faster than monocrystalline silicon, which is mainly used in semiconductors, and has uniform metallicity. And is physically / chemically stable and has high thermal conductivity, it can be a more effective substrate to be processed 10 for performing plasma etching.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치를 이용한 나노 플라즈마 에칭 방법을 나타내는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a nano plasma etching method using a local plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치를 이용한 나노 플라즈마 에칭 방법은 먼저, 표면을 에칭하고자 하는 피처리 기판이 챔버 내의 기판지지대 위에 위치(301)되면, 챔버 내에 에칭 가스를 주입한다(302). 챔버 내에 주입되는 에칭 가스는 피처리 기판의 종류와 에칭 목적에 따라 그 종류가 달라질 수 있으며, 특정한 가스가 아닌 일반 대기 상태의 공기 또한 에칭 가스가 될 수 있다. 일반 대기 상태의 공기가 에칭 가스 역할을 하는 경우, 별도의 에칭 가스의 주입 없이 일반 대기 상태에서 공정을 진행할 수 있다.Referring to FIG. 3, in a nano plasma etching method using a local plasma etching apparatus according to the present invention, when a substrate to be etched has a position 301 on a substrate support in a chamber, an etching gas is injected into the chamber (302). The kind of the etching gas injected into the chamber may be varied depending on the type of the substrate to be processed and the purpose of etching, and air in a normal atmospheric state other than a specific gas may also be an etching gas. If the air in the normal atmosphere acts as an etching gas, the process can be performed in a normal atmospheric state without injecting a separate etching gas.

준비가 완료되면, 주입된 에칭 가스에 해당하는 플라즈마 주파수를 AFM 팁에 인가한다(303). 각각의 에칭 가스는 서로 다른 플라즈마 주파수를 가지며, 플라즈마 주파수의 진동에 따라 플라즈마로 변환되는 성질이 존재한다. 따라서, 챔버 내에 주입된 에칭 가스에 해당하는 플라즈마 주파수를 AFM 팁에 인가하면, AFM 팁을 구성하는 탐침이 플라즈마 주파수의 진동수로 진동하면서, 탐침 주변의 에칭 가스가 플라즈마 상태로 변환하게 된다(304).When the preparation is completed, a plasma frequency corresponding to the injected etching gas is applied to the AFM tip (303). Each etching gas has a different plasma frequency, and there is a property that it is converted into plasma according to the vibration of the plasma frequency. Therefore, when the plasma frequency corresponding to the etching gas injected into the chamber is applied to the AFM tip, the etching gas around the probe is converted into the plasma state while the probe constituting the AFM tip vibrates at the frequency of the plasma frequency (304) .

AFM 팁 주변에 플라즈마가 생성되면, 전압 강하를 통해 생성된 플라즈마를 피처리 기판의 표면으로 이동시킨다(305). AFM 팁의 탐침이 플라즈마 주파수로 진동함에 따라 탐침 주변의 에칭 가스가 플라즈마 상태로 변환되어 플라즈마가 생성되면, AFM 팁과 기판지지대에 각각 +극성과 -극성을 연결하여, AFM 팁의 탐침과 피처리 기판 사이에 전압강하를 발생시킨다. AFM 팁의 탐침과 피처리 기판 사이에 전압 강하가 발생하면, 탐침 주변에 생성된 플라즈마가 피처리 기판의 표면으로 이동하게 된다. 그리고 피처리 기판으로 이동한 플라즈마를 통해 피처리 기판의 표면을 에칭한다(306). When a plasma is generated around the AFM tip, the plasma generated through the voltage drop is moved to the surface of the substrate to be processed (305). As the probe tip of the AFM tip oscillates at the plasma frequency, the etch gas around the probe is converted to a plasma state and plasma is generated. The AFM tip and the substrate support are connected to the + polarity and - polarities respectively, Causing a voltage drop between the substrates. When a voltage drop occurs between the probe of the AFM tip and the substrate to be processed, the plasma generated around the probe moves to the surface of the substrate to be processed. Then, the surface of the substrate to be processed is etched through the plasma moved to the substrate to be processed (306).

이와 같은 방법을 통해 본 발명에 따른 국소 플라즈마 에칭 장치 및 에칭 방법은 플라즈마를 생성하여 피처리 기판의 표면을 나노크기로 에칭할 수 있으며, 일반 대기 상태에서도 플라즈마를 사용하여 에칭이 가능하다.
According to the method, the local plasma etching apparatus and the etching method according to the present invention can generate plasma, etch the surface of the substrate to be processed at a nano-scale, and can be etched using plasma even in a normal atmospheric state.

이상 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It is possible.

10: 피처리 기판
100: 국소 플라즈마 에칭 장치
110: AFM 팁
111: 캔틸레버
112: 탐침
120: 주파수 생성부
130: 전원 공급부
140: 팁 지지대
150: 챔버
160: 기판지지대10: substrate to be processed
100: local plasma etching apparatus
110: AFM tips
111: cantilever
112: probe
120: Frequency generator
130: Power supply
140: Tip support
150: chamber
160: substrate support

Claims (8)

챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 변환하여 피처리 기판을 에칭(Etching)하는 플라즈마 에칭 장치에 있어서,
상기 챔버 내의 가스를 플라즈마로 변환시키는 플라즈마 주파수를 생성하는 주파수 생성부;
상기 생성된 상기 플라즈마 주파수에 의해 진동하여 상기 챔버 내부의 가스 중에서 인접한 가스를 플라즈마 상태로 변환시키는 AFM(Atomic Force Microscpoe, AFM) 팁; 및
상기 AFM 팁과 상기 피처리 기판에 서로 다른 극성의 전원을 인가하여 상기 AFM 팁에 인접한 상기 플라즈마를 상기 피처리 기판으로 이동시켜 상기 피처리 기판을 에칭시키는 전원 공급부;
를 포함하는 국소 플라즈마 에칭 장치.A plasma etching apparatus for converting a gas in a chamber into a plasma state to etch a substrate to be processed,
A frequency generator for generating a plasma frequency for converting the gas in the chamber into plasma;
An AFM (Atomic Force Microscope) tip oscillating by the generated plasma frequency to convert the adjacent gas in the chamber into a plasma state; And
A power supply unit for applying a power source having a different polarity to the AFM tip and the target substrate to move the plasma adjacent to the AFM tip to the target substrate to etch the target substrate;
And a second plasma etching apparatus. 제 1항에 있어서,
상기 챔버 내의 가스는 상기 피처리 기판의 종류 및 가공 목적에 따라 선택된 소정의 가스인 것을 특징으로 하는 국소 플라즈마 에칭 장치.The method according to claim 1,
Wherein the gas in the chamber is a predetermined gas selected according to the type of the substrate to be processed and the processing purpose. 제 1항에 있어서,
상기 AFM 팁은,
바 형태 또는 외팔보 형태를 가지며, 상기 생성된 플라즈마 주파수에 기초하여 진동하는 캔틸레버(Cantilevar); 및
상기 캔틸레버의 피처리 기판을 바라보는 일면 상에 위치하며, 상기 캔틸레버의 진동에 의해 동일한 진동수로 진동하여 인접한 가스를 플라즈마 상태로 변환시키는 탐침;
을 포함하는 국소 플라즈마 에칭 장치.The method according to claim 1,
The AFM tip,
A cantilever having a bar or cantilever shape and vibrating based on the generated plasma frequency; And
A probe positioned on one surface of the cantilever facing the substrate to be processed and vibrating at the same frequency by the vibration of the cantilever to convert the adjacent gas into a plasma state;
And a second plasma etching apparatus. 제 3항에 있어서,
상기 탐침은 상기 피처리 기판에 직접 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 국소 플라즈마 에칭 장치.The method of claim 3,
Wherein the probe does not directly contact the substrate to be processed. 제 1항에 있어서,
상기 플라즈마 상태로 변환되는 가스는 일반 대기 중에 포함된 산소를 이용하는 것을 특징으로 하는 국소 플라즈마 에칭 장치.The method according to claim 1,
Wherein the gas converted into the plasma state uses oxygen contained in the general atmosphere. 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 변환하여 피처리 기판을 에칭(Etching)하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서,
상기 챔버 내의 가스를 플라즈마로 변환시키는 플라즈마 주파수를 생성하는 단계;
상기 생성된 플라즈마 주파수에 의해 진동하여 상기 챔버 내부의 가스 중에서 인접한 가스를 플라즈마 상태로 변환시키는 단계;
전압강하를 통해 상기 생성된 플라즈마를 상기 피처리 기판으로 이동시키는 단계; 및
상기 피처리 기판으로 이동된 플라즈마를 통해 상기 피처리 기판의 표면을 에칭하는 단계;
를 포함하는 국소 플라즈마 에칭 방법.A plasma etching method for converting a gas in a chamber into a plasma state and etching the substrate to be processed,
Generating a plasma frequency to convert gas in the chamber to plasma;
Vibrating by the generated plasma frequency to convert an adjacent gas among the gases inside the chamber to a plasma state;
Moving the generated plasma through the voltage drop to the substrate to be processed; And
Etching the surface of the substrate to be processed through plasma transferred to the substrate to be processed;
Gt; a < / RTI > 제 6항에 있어서,
상기 플라즈마 상태로 변환되는 가스는 일반 대기 중에 포함된 산소를 이용하는 것을 특징으로 하는 국소 플라즈마 에칭 방법.The method according to claim 6,
Wherein the gas converted into the plasma state uses oxygen contained in a general atmosphere. 제 6항에 있어서,
상기 챔버 내의 가스는 상기 피처리 기판의 종류 및 가공 목적에 따라 선택된 소정의 가스인 것을 특징으로 하는 국소 플라즈마 에칭 방법.The method according to claim 6,
Wherein the gas in the chamber is a predetermined gas selected according to the type of the substrate to be processed and the processing purpose.
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