KR20130017476A - Plasma generating apparatus and method of plasma processing of substrate - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A plasma generating apparatus and a plasma processing method of a substrate are provided to generate high density plasma stably near atmospheric pressure, by suppressing a phenomenon transmitting the plasma to an arc. CONSTITUTION: An injecting valve(150) is provided to the one side of a chamber(110) for limiting reaction space. The injecting valve injects reactive gas into the chamber. An ejecting valve(155) ejects the reactive gas inside the chamber to the outside. The injecting valve is connected to a gas supplier. A gas flow device for controlling the flow rate can be connected between the injecting valve and the gas supplier. The shape and arrangement of the injecting valve and the ejecting valve can be controlled appropriately. A substrate(130) is provided inside the chamber in order to be placed on a flake typed bottom electrode(120). A rotated electrode(140) is provided on the flake typed bottom electrode in order to face the substrate.

Description

플라즈마 발생장치 및 기판의 플라즈마 처리방법{Plasma generating apparatus and method of plasma processing of substrate}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.The present invention relates to a plasma generating apparatus, and more particularly, to a plasma generating electrode and a substrate processing method using the same.

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.In general, the plasma is a neutral ionizing gas that is electrically conductive, that is, an almost neutral gaseous state in which ions or electrons are scarcely present in a gas in which a large amount of ionization does not occur. Reactivity is very strong. BACKGROUND ART [0002] Plasma-based substrate processing techniques have been widely used in various industrial fields, such as semiconductor devices, solar cells, and displays.

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.For example, low-temperature plasma synthesizes various materials or materials such as metals, semiconductors, polymers, nylons, plastics, paper, fibers, and ozone, or changes surface properties to increase bonding strength and improve various properties including dyeing and printing performance. It is widely used in various fields such as the field of smelting, semiconductor, metal and ceramic thin film synthesis, and cleaning.

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.Since low temperature plasma is usually generated in a vacuum vessel of low pressure, an expensive apparatus for maintaining the vacuum is required, which is limited in that it is used to treat a large area of the workpiece. To overcome this, there is an effort to generate plasma near atmospheric pressure. However, the apparatus for generating the plasma near the atmospheric pressure is a phenomenon that the plasma transitions to the arc occurs, there is a problem that the processing is difficult when the size of the processing material is large.

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.The present invention has been made to solve various problems including the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-density plasma generating apparatus that can be used in the vicinity of atmospheric pressure and a plasma processing method of a substrate using the same. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.

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.According to an aspect of the present invention, a plate-shaped lower electrode for mounting a substrate and a rotating electrode on the plate-shaped lower electrode, the rotating electrode is connected to the power supply, the plurality of concave capillary portion on the outer peripheral surface Conductive body comprising; And a shielding layer made of an insulation or dielectric disposed on an outer circumferential surface of the body to expose bottom portions of the plurality of capillaries.

상기 차폐층은 상기 복수의 캐필러리의 저면부를 노출하고 상기 저면부를 둘러싸는 측면부를 둘러싸도록 배치될 수 있다.The shielding layer may be disposed to expose side surfaces of the plurality of capillaries and surround side surfaces surrounding the bottom portions.

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.The plurality of capillary portions may be arranged linearly. The plurality of capillary parts may extend in the rotation axis direction of the body. In this case, the plurality of capillary parts may be regularly arranged at regular intervals.

또한 상기 판상형 하부전극 및 상기 회전 전극이 내부에 안치되는 챔버를 포함하고, 상기 챔버는 반응기체의 유입구 및 반응기체의 유출구를 포함할 수 있다.In addition, the plate-shaped lower electrode and the rotating electrode may include a chamber disposed therein, the chamber may include an inlet of the reactor body and the outlet of the reactor body.

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.Plasma is generated between the cylindrical rotating electrode and the plate-shaped lower electrode, and the on / off control of the plasma discharge can be adjusted by changing the rotational speed of the cylindrical rotating electrode and the number of the capillary parts.

상기 몸체는 도전성 금속, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The body may include at least one of a conductive metal, a conductive ceramic, a conductive carbon body, and a conductive polymer.

상기 차폐층은 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 석영(SiO2), 산화마그네슘(MgO) 및 테프론(PTFE) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The shielding layer may include at least one of alumina (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), quartz (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO), and teflon (PTFE). have.

상기 복수의 캐필러리부들의 폭은 100㎛ 내지 10mm의 범위이고, 상기 복수의 캐필러리부들의 종횡비는 1 내지 200일 수 있다.Widths of the plurality of capillary portions may range from 100 μm to 10 mm, and aspect ratios of the plurality of capillary portions may be 1 to 200.

상기 차폐층의 두께는 10㎛ 내지 10mm 범위에 있을 수 있다.The thickness of the shielding layer may be in the range of 10 μm to 10 mm.

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.According to another aspect of the invention, the step of mounting a substrate on the plate-shaped lower electrode; Introducing a reactant onto the substrate; And inducing a chemical reaction of the reactor body by generating a plasma between the plate-shaped lower electrode and the cylindrical rotating electrode, wherein the rotating electrode comprises: a conductive body including a plurality of capillary parts on an outer circumferential surface thereof; And a shielding layer made of an insulator or a dielectric disposed on an outer circumferential surface of the body to expose at least bottom portions of the plurality of capillary portions, wherein the plasma is a bottom surface of the plurality of capillary portions of the rotating electrode. Provided is a plasma processing method for a substrate, which is generated between the substrate from the portion.

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.According to one embodiment of the present invention made as described above, it is possible to suppress the phenomenon of the plasma transition to the arc to generate a stable high-density plasma even near atmospheric pressure. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

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.1 is a schematic cross-sectional view showing a plasma generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic perspective view illustrating an arrangement of a rotating electrode and a substrate in the plasma generator 100 of FIG. 1.
FIG. 3 is a schematic partially enlarged view of the rotating electrode 140 shown in FIG. 1.
4 is another schematic partial enlarged view of the rotating electrode 140 shown in FIG. 1.
5 and 7 illustrate OES analysis results of plasma measured according to comparative examples.
6 is a schematic cross-sectional view of a portion of a rotating electrode according to a comparative example of the present invention.
8 shows OES analysis results of plasma measured according to an experimental example of the present invention.
9 shows the plasma emission intensity according to the pressure in comparison with the comparative examples and the experimental examples.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. Also, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size.

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.In the following embodiments, the x-axis, the y-axis, and the z-axis are not limited to three axes on the orthogonal coordinate system, and can be interpreted in a broad sense including the three axes. For example, the x-axis, y-axis, and z-axis may be orthogonal to each other, but may refer to different directions that are not orthogonal to each other.

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.1 is a schematic cross-sectional view showing a plasma generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. 2 is a schematic perspective view illustrating an arrangement of a rotating electrode and a substrate in the plasma generator 100 of FIG. 1.

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.Referring to Figures 1 and 2, a chamber 110 for defining a reaction space is provided. An injection valve 150 for introducing a reaction gas into the chamber 110 is disposed at one side of the chamber 110, and a discharge valve 155 for discharging the reaction gas in the chamber 110 to the outside is disposed at the other side. Can be. The shape of the chamber 110 is shown by way of example and does not limit the scope of this embodiment. For example, the chamber 110 may be provided in a polygonal shape as shown in FIG. 1, or may be provided in a circular or dome shape.

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.The injection valve 150 is connected to a gas supply (not shown), and a gas flow rate controller for controlling the flow rate may be connected between the injection valve 150 and the gas supply. Optionally, exhaust valve 155 may be coupled with a pump (not shown) to facilitate evacuating the reactant gas or other air in chamber 110. However, when the chamber 110 operates at atmospheric pressure, such a pump may be omitted. The shape and arrangement of the supply valve 150 and the exhaust valve 155 may be appropriately adjusted and do not limit the scope of this embodiment.

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.The substrate 130 may be provided in the chamber 110 to be placed on the plate-shaped lower electrode 120. The plate-shaped lower electrode 120 may include a heater for heating the substrate 130. For example, the plate-shaped lower electrode 120 may be provided as a hot plate in which a heater is embedded. The substrate 130 may be provided in various ways. For example, the substrate 130 may be provided as a semiconductor wafer such as silicon for manufacturing a semiconductor device, or may be provided as a glass substrate or a plastic substrate for manufacturing a display device or a solar cell. Meanwhile, in another embodiment, the substrate 130 may be provided on the lower electrode 120 or integrally with the lower electrode 120 in a roll-to-roll or reel-to-reel manner.

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.The rotating electrode 140 may be provided on the plate-shaped lower electrode 120 to face the substrate 130. For example, the rotary electrode 140 may be provided to include a rotation shaft 145 at a central portion thereof so as to be rotatable. For example, the rotating electrode 140 may be provided in various shapes, for example, a cylindrical shape. As another example, the rotary electrode 140 may have a polygonal shape having a symmetrical structure about the rotation axis 145. [

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.The rotary shaft 145 may be connected to a power unit (not shown) to receive a driving force. The rotary electrode 140 may be connected to the power supply unit 146 to receive power, and for example, the rotation shaft 145 may be connected to the power supply unit 146. The power supply unit 146 may be a direct current or alternating current power supply. For example, the power supply unit 146 may supply AC power having a frequency band in the range of 50 Hz to 10 GHz.

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.The cylindrical rotating electrode 140 may be rotated about the rotation axis 145 and may extend in the ± x-axis direction. The plate-shaped lower electrode 120 may be moved perpendicular to the rotation axis 145, for example, in a ± y-axis direction. Accordingly, the substrate 130 may be transferred relative to the cylindrical rotating electrode 140. As another example, the plate-shaped lower electrode 120 may be fixed, and the cylindrical rotating electrode 140 may be moved in the ± y-axis direction at the same time as the rotation.

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.When the reaction gas is introduced into the chamber 110 through the supply valve 150 and power is supplied to the cylindrical rotating electrode 140, the plasma 160 may be generated between the cylindrical rotating electrode 140 and the substrate 130. Can be. The plasma 160 may activate a reaction gas to induce a chemical reaction. In order to control the generation of the plasma 160, the distance between the cylindrical rotating electrode 140 and the substrate 130 needs to be appropriately adjusted, for example, it can be adjusted in the range of 0.1 to 5mm. Meanwhile, an inert gas may be further introduced into the chamber 110 together with the reaction gas for controlling or diluting the atmosphere in the chamber 110.

도 3은 도 1에 나타낸 원통형 회전 전극(140)의 개략적인 부분확대도이다.FIG. 3 is a schematic partially enlarged view of the cylindrical rotating electrode 140 shown in FIG. 1.

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.Referring to FIG. 3, the cylindrical rotating electrode 140 may include a conductive body 141 connected to the rotating shaft 145. The body 141 may include at least one of various conductive materials, such as a conductive metal, a conductive ceramic, a conductive carbon body, and a conductive polymer.

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. Furthermore, the body 141 includes a plurality of capillaries 142 on its outer circumferential surface. The capillaries 142 have a space defined by the bottom portion 142a and the side wall portion 142b, which may have a trench shape. The shape of the space is shown by way of example and does not limit the scope of this embodiment. For example, the space defined by the bottom portion 142a and the sidewall portion 142b may have an elongated shape in the form of a capillary tube. Furthermore, the cross section parallel to the bottom surface portion and / or the side wall portion 142b may be a concave pattern having a circular, elliptical, or polygonal shape.

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.The capillary portions 142 may be arranged in a linear shape, as shown in FIG. 2. For example, such linears may extend parallel to the axis of rotation (± x-axis direction in FIG. 2) and may further be arranged regularly at regular intervals. This linear direction may be advantageous in controlling the uniformity of the plasma process in that the linear direction is perpendicular to the moving direction of the substrate 130. However, in a modified example of this embodiment, the linear may be arranged to extend in the circumferential direction of the cylindrical rotating electrode 140. Furthermore, in another modified example of this embodiment, the capillary portions 142 may be arranged in various patterns, such as helical.

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.The shielding layer 143 made of an insulator or a dielectric may be disposed on the outer circumferential surface of the body 141 to expose at least the bottom portion 142a of the capillary portions 142. For example, the shielding layer 143 exposes the bottom portion 142a of the capillary portions 142, and other portions of the outer circumferential surface of the other body 141 are shielded. The shielding layer 143 is formed of various dielectric layers such as alumina (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), quartz (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO) and teflon (PTFE). It may include at least one.

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.According to this structure, since portions other than the bottom portion 142a of the capillary portions 142 are surrounded by the shielding layer 143, the generation of plasma is generated at the capillary portions 142 by the potential concentration. It may occur in a radiated form. That is, when an electric field is applied to the cylindrical rotating electrode 140, the electric field is integrated in the bottom portion 142a of the capillary portions 142, thereby increasing the intensity of the electric field and obtaining the effect of capillary discharge. Can be.

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.In order to control the generation of the plasma, the width of the bottom portion 142a and the height of the sidewall portion 142b of the capillary portions 142 may be adjusted. For example, on / off control of the plasma discharge controls the rotational speed of the cylindrical rotating electrode 140, the shape of the capillary portions 142 and / or the capillary portions 142, and the like. Can be controlled. According to this structure, the generation of plasma can be controlled to suppress the generation of arc and the like, so that the plasma can be stably maintained even near atmospheric pressure.

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.For example, the width of the bottom portion 142a of the capillary portions 142 is in a range of 100 μm to 10 mm, and the aspect ratio 142b / 142a of the capillary portions 142 has a value between about 1 and 200. Can have The aspect ratio of the side wall portions 142b represents the ratio of the height of the side wall portions 142b to the width of the bottom surface portion 142a. Meanwhile, the thickness of the shielding layer 143 may be in the range of 10 μm to 10 mm. If the thickness of the shielding layer 143 is 10 μm or less, an arc may easily occur due to insufficient discharge effect. If the thickness of the shielding layer 143 is 10 mm or more, the discharge effect may be good, but the discharge start and sustain voltage may increase.

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.Plasma processing may be performed on the substrate 130 using the above-described plasma generator 100. First, the substrate 130 may be seated on the plate-shaped lower electrode 120. Subsequently, the reactant may be introduced into the chamber 110 to supply the reactant onto the substrate 130. Subsequently, plasma may be generated between the plate-shaped lower electrode 120 and the cylindrical rotating electrode 140 to induce a chemical reaction of the reactant. According to the above-described plasma generating apparatus, plasma generation can be controlled, and plasma can be maintained stably near atmospheric pressure. Such plasma may be used to deposit or etch a thin film on the substrate 130.

도 4는 도 1에 나타낸 원통형 회전 전극(140)의 또 다른 개략적인 부분확대도이다.4 is another schematic partial enlarged view of the cylindrical rotating electrode 140 shown in FIG. 1.

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. Referring to FIG. 4, a conductive layer 144 is further formed on the bottom portions 142a of the capillary portions 142. Since the remaining components other than the conductive layer 144 illustrated in FIG. 4 are the same as those illustrated in FIG. 3, duplicate description thereof will be omitted.

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.For example, the conductive layer 144 may include at least one of a metal, an alloy, a conductive ceramic, a conductive carbon body, and a conductive polymer having a higher secondary electron emission coefficient than the bottom portion 142a. The conductive layer 144 may cover at least the bottom portion 142a of the capillary portions 142 and may cover at least a portion of the bottom portion 142a except the sidewall portion 142b.

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.Hereinafter, experimental examples are provided to facilitate understanding of the present invention. However, the following experimental examples are implemented in the configuration disclosed in FIG. 3, and are merely to aid the understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following experimental examples. In the following Comparative Examples and Experimental Examples, the plate-shaped lower electrode was made of copper and kept at room temperature.

[비교예 1]Comparative Example 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.In this comparative example, the distance between the substrate and the rotary electrode was adjusted to 0.4 mm, the exhaust valve was opened to exhaust the chamber pressure to 2.5 × 10 −2 Torr, and the exhaust valve was closed. The injection valve was then opened and hydrogen and helium gas was introduced into the chamber and filled to 300 Torr pressure. At this time, the flow rate of hydrogen gas was about 10 sccm, and the flow rate of helium gas was about 10 slm.

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.A frequency of 150 MHz was applied at 200 W through the power supply while rotating the rotating electrode without the capillary portion at 1000 rpm. Optical Emissioin Spectroscopy (OES) was installed at the position where the plasma could be observed in the chamber, and the light intensity was measured for each wavelength band generated in the plasma.

또한 위와 동일한 비율로 수소 및 헬륨을 유입시키면서 챔버 내 압력을 400, 500 Torr로 변경하면서, 실험을 반복하였다.In addition, the experiment was repeated while changing the pressure in the chamber to 400 and 500 Torr while introducing hydrogen and helium at the same ratio.

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.Referring to FIG. 5, it can be seen that peaks of hydrogen and helium are observed at wavelengths of 656.2 nm and 706 nm, respectively. That is, it can be seen that the plasma of hydrogen and helium is formed.

[비교예 2]Comparative Example 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.6 is a schematic cross-sectional view of a portion of a rotating electrode according to a comparative example of the present invention. Referring to FIG. 6, the shielding layer 143 is formed at both outer circumferences of the rotating electrode.

도 7은 도 6의 플라즈마 장치를 이용하여 측정된 플라즈마의 OES 분석결과를 나타낸 것이다.FIG. 7 illustrates OES analysis results of plasma measured using the plasma apparatus of FIG. 6.

도 7을 참조하면 헬륨의 피크는 약하게 관찰되나, 수소 피크는 거의 보이지 않는다. Referring to FIG. 7, the helium peak is weakly observed, but the hydrogen peak is hardly visible.

[실험예 1][Experimental Example 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.FIG. 8 illustrates the results of OES analysis of plasma measured according to an experimental example by removing the bottom portion 142a and the shielding layer 143 of the capillary portion 142 to induce the effect of the present invention. In this experimental example, the plasma generating apparatus 100 as shown in FIG. 1 was used.

도 8을 참조하면, 헬륨의 피크(706.5nm) 뿐만 아니라 다양한 서브 피크들이 관찰되었다. Referring to FIG. 8, not only the peak of helium (706.5 nm) but also various sub peaks were observed.

도 9는 압력에 따른 706.5nm 파장의 헬륨 피크의 플라즈마 방출 강도를 비교예들과 실험예를 대비하여 나타낸 것이다.Figure 9 shows the plasma emission intensity of the helium peak of the 706.5nm wavelength according to the pressure compared to the comparative examples and the experimental example.

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. Referring to FIG. 9, it can be seen that at the pressure of 300 Torr, the plasma intensity is about 9 times higher than that of the rotating electrode that does not form the existing capillary portion.

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.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

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: 플라즈마100: plasma generator 110: chamber
120: plate-shaped lower electrode 130: substrate
140: cylindrical rotating electrode 141: body
142: capillary portion 143: shielding layer
144: conductive layer 145: axis of rotation
146: power supply 150: supply valve
155: exhaust valve 160: plasma

Claims (14)

기판을 안착시키기 위한 판상형 하부전극; 및
상기 판상형 하부전극 상의 원통형 회전 전극을 포함하고,
상기 원통형 회전 전극은,
전원부에 연결되고, 그 외주면 상에 복수의 캐필러리들을 포함하는 도전성 몸체; 및
상기 복수의 캐필러리부의 저면부를 노출하도록 상기 몸체의 외주면 상에 배치된 절연성 차폐층을 포함하는,
플라즈마 발생장치.A plate-shaped lower electrode for seating the substrate; And
A cylindrical rotating electrode on the plate-shaped lower electrode,
The cylindrical rotating electrode,
A conductive body connected to the power supply unit and including a plurality of capillaries on an outer circumferential surface thereof; And
An insulating shielding layer disposed on an outer circumferential surface of the body to expose bottom portions of the plurality of capillary portions,
Plasma generator. 제1항에 있어서, 상기 차폐층은 상기 복수의 캐필러리부들의 저면부를 노출하고, 그 외의 부분은 차폐시키는, 플라즈마 발생장치.The apparatus of claim 1, wherein the shielding layer exposes bottom portions of the plurality of capillary portions, and shields other portions. 제1항에 있어서, 상기 캐필러리부의 저면부 상에 도전층을 더 포함하는, 플라즈마 발생장치.The plasma generation apparatus according to claim 1, further comprising a conductive layer on a bottom portion of the capillary portion. 제3항에 있어서, 상기 도전층은 저면부보다 이차전자 방출계수가 높은 금속, 합금, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중적어도 어느 하나를 포함하는, 플라즈마 발생장치.The plasma generating apparatus of claim 3, wherein the conductive layer comprises at least one of a metal, an alloy, a conductive ceramic, a conductive carbon body, and a conductive polymer having a higher secondary electron emission coefficient than the bottom portion. 제1항에 있어서, 상기 복수의 캐필러리부들은 선형으로 배치되는, 플라즈마 발생장치.The apparatus of claim 1, wherein the plurality of capillary portions are arranged linearly. 제5항에 있어서, 상기 복수의 캐필러리부들은 상기 몸체의 회전축 방향으로 신장된, 플라즈마 발생장치.The apparatus of claim 5, wherein the plurality of capillary portions extend in a direction of a rotation axis of the body. 제5항에 있어서, 상기 복수의 캐필러리부들은 일정한 간격을 두고 규칙적으로 배열된, 플라즈마 발생장치.The apparatus of claim 5, wherein the plurality of capillary portions are regularly arranged at regular intervals. 제1항에 있어서, 상기 판상형 하부전극 및 상기 원통형 회전 전극이 내부에 안치되는 챔버를 포함하고,
상기 챔버는 반응기체의 공급구 및 반응기체의 배출구를 포함하는, 플라즈마 발생장치.According to claim 1, wherein the plate-shaped lower electrode and the cylindrical rotating electrode includes a chamber placed therein,
Wherein the chamber comprises a supply port of the reactor body and an outlet port of the reactor body. 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.The method of claim 1, wherein a plasma is generated between the cylindrical rotating electrode and the plate-shaped lower electrode,
On / off control of the plasma discharge is adjusted by varying the number of rotation of the cylindrical rotating electrode and the number of the capillary portion. 제1항에 있어서, 상기 몸체는 도전성 금속, 도전성 세라믹, 도전성 탄소체 및 도전성 폴리머 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 플라즈마 발생장치.The apparatus of claim 1, wherein the body comprises at least one of a conductive metal, a conductive ceramic, a conductive carbon body, and a conductive polymer. 제1항에 있어서, 상기 차폐층은 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 석영(SiO2), 산화마그네슘(MgO) 및 테프론(PTFE) 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 플라즈마 발생장치.The method of claim 1, wherein the shielding layer is formed of at least one of alumina (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), quartz (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO), and teflon (PTFE). Plasma generator comprising any one. 제1항에 있어서, 상기 복수의 캐필러리부들의 폭은 100㎛ 내지 10mm의 범위이고, 상기 복수의 캐필러리부들의 종횡비는 1 내지 200인, 플라즈마 발생장치.The plasma generating apparatus of claim 1, wherein a width of the plurality of capillary portions is in a range of 100 μm to 10 mm, and an aspect ratio of the plurality of capillary portions is 1 to 200. 3. 제1항에 있어서, 상기 차폐층의 두께는 10㎛ 내지 10mm 범위에 있는, 플라즈마 발생장치.The apparatus of claim 1, wherein the shielding layer has a thickness in the range of 10 μm to 10 mm. 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 플라즈마는 상기 원통형 회전 전극의 상기 복수의 캐필러리부들의 저면부로로부터 상기 판상형 하부전극에 위치한 기판 사이에서 발생되는, 기판의 플라즈마 처리방법.Mounting a substrate on the plate-shaped lower electrode;
Introducing a reactant onto the substrate; And
Generating a plasma between the plate-shaped lower electrode and the upper cylindrical rotating electrode to induce a chemical reaction of the reactor body,
The cylindrical rotating electrode may include a conductive body including a plurality of capillary parts on an outer circumferential surface thereof; And exposing the bottom portions of the plurality of capillary portions and shielding the other portions with an insulator or a dielectric, wherein the plasma is formed from the bottom portion of the plurality of capillary portions of the cylindrical rotating electrode. A plasma processing method of a substrate, which is generated between substrates located at a lower electrode.
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