KR20210021529A - 플라즈마 소스 및 이를 작동하는 방법 - Google Patents

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이브 로드빅 마리아 크레이튼
안드리스 라이퍼스
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네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오
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Abstract

플라즈마 소스(100)는 개구로부터 플라즈마를 전달하기 위한 개구(14)를 갖는 외측면(10)을 포함한다. 이송 기구는 기판(11) 및 플라즈마 소스를 외측면에 평행하게 서로에 대해 이송하도록 구성되며, 기판 표면은 개구를 제한하는 외측면의 적어도 일부와 평행하게 처리된다. 제1 타일(4-1) 및 제2 타일(4-2)은 상기 제1 플라즈마 수집 공간(6-1)과 경계를 이루는 이웃한 에지(12)와 함께 작업 전극(22)의 제1 평면 내에 배열되고 제3 타일(4-3)은 제1 평면에 평행한 작업 전극의 제2 평면에 배열되어 제3 타일은 제1 평면의 상기 이웃한 에지와 중첩된다. 작업 및 상대 전극 중 적어도 하나는 이웃한 에지로 인한 플라즈마 수집의 손실을 보상하는 개구로의 플라즈마 전달을 증가시키기 위해 상기 이웃한 에지 근처의 국소 변형(13, 15)을 포함한다.

Description

플라즈마 소스 및 이를 작동하는 방법
본 발명은 플라즈마 소스 장치, 특히 개구와 연통하는 수집 공간을 포함하는 종류의 소스 장치에 관한 것이며, 이로부터 플라즈마는 처리될 기판의 표면으로 전달될 수 있다. 이러한 장치는 WO2015199539로부터 알려져 있다. 장치에서 제1 플라즈마 수집 공간은 상대 전극의 제1면과 작업 전극의 제1면 사이에 적어도 부분적으로 형성되고, 제2 플라즈마 수집 공간은 상대 전극의 제2면과 작업 전극의 제1면에 대향하는 작업 전극의 제2 면 사이에 부분적으로 형성된다.
표면의 플라즈마 처리는 표면의 배출, 습윤성을 개선하는 표면 에너지의 변형 또는 페인트 접착제 및 기타 코딩과 같은 재료의 접착, 표면의 박테리아 세포의 세척 및/또는 비활성화를 포함하는 많은 유용한 응용 분야가 있을 뿐만 아니라, 예를 들어 화학 기상 증착, 플라즈마 에칭, 원자층 증착 및 원자층 에칭 장치와 같은 반도체 산업에서 사용되는 표면 처리를 위한 대형 어셈블리의 부품으로 포함된다. WO2015199539에 개시된 바와 같은 플라즈마 수집 공간은 유전체 장벽에 의해 캡슐화되고 한 쌍의 접지된 외측 전극 면 사이의 거리에 배치되는 중앙 평면 타일형 고전압 전극 사이에 형성된다. 유입구로부터의 적절한 기체 유동을 사용하여, 이러한 공간에서 생성된 플라즈마는 처리될 기판의 표면으로 전달되는 개구로 이송될 수 있다. WO2015199539는 플라즈마 균질성(homogeneity)에 필수적인 제어된 저전류 밀도를 얻기 위해 고전압 전극 상에 세라믹 유전체 장벽 층을 사용한다.
기판으로의 전달은 유전체 층의 두께, 조성 및 거칠기, 외부 전극의 형상, 개구의 폭 및 플라즈마 전달의 각도와 같은 중요한 매개 변수를 신중하게 제어하여 효과적이고 균일하게 만들어질 수 있다. 보고된 배열에서, 두 공간에서 생성된 플라즈마는 개구로부터 전달되는 플라즈마의 총 플럭스에 기여한다는 점에 유의하는 것이 중요하다.
WO2015199539에 개시된 플라즈마 소스는 표면 처리 도구에서 구현되었으며, 예를 들어, 인듐(갈륨) 징크 옥사이드 반도체 및 저온 박막 캡슐화 층을 위한 증착 공정에서 사용되었다. 두 공정 모두 예를 들어 OLED 디스플레이 제조에 잠재적으로 적용될 수 있다. WO2008038901는 대기압 하에서 플라즈마를 생성하고 생성된 플라즈마를 플라즈마 생성 공간 밖으로 유도하여 플라즈마를 기판의 표면과 접촉하게 함으로써 기판을 처리하는데 사용되는 플라즈마 발생기를 개시한다.
미래 세대 제조 공정의 중요한 목표는 점점 더 넓은 표면, 예를 들어 폭이 0.5 내지 3미터인 표면을 처리하는 것이다. 이를 위해, 일부 플라즈마 처리 도구는 이러한 표면의 전체 폭에 걸쳐 균일한 플라즈마 증착이 가능한 플라즈마 소스를 목표로 한다. 예를 들어 10 또는 20마이크로미터 이내인 예를 들어 세라믹 요소(두께, 평탄도 및 거칠기)에 대한 엄격한 치수 공차를 고려하여, 그리고 플라즈마 소스가 적용될 수 있어야 하는 20 내지 350°C의 넓은 온도 범위를 고려하여, 예를 들어 3m 폭으로 전류 플라즈마 소스를 업스케일링 하는 것이 어렵기 때문에 이는 문제가 된다.
플라즈마 종에 의한 대형 기판의 처리를 용이하게 하기 위해, 선형 어레이로 배열된 다수의 요소들을 포함하는 장치가 제시되었다(도 1a 참조). 그러나, 요소의 선형 어레이가 사용되는 경우, 이러한 개별적 요소들 사이의 경계 아래를 통과하는 기판의 영역으로 플라즈마가 전달되지 않는다. WO02094455A1에 개시된 바와 같이, 다중 행의 선형 어레이는 중첩 처리 요소들을 형성하기 위해 이동된 각각의 연속 행으로 구성될 수 있다. 또는 대안적으로, 어레이의 개별 요소들이 행의 방향으로 중첩되는(imbricated) 방식으로, 즉 지붕 위의 지붕널과 같이 배열될 수 있는 배열을 개시하는 US20160289836A1에 설명된 바와 같이. 그러나 두 개시 모두 개별 요소들 사이의 계면에 의해 영향을 받는 영역의 잔류 존재로 인해 기판으로의 플라즈마 전달에서 균질성을 제공하고 및 또는 이송 방향으로 기판의 많은 부분을 덮기 위한 목적에서 어느 정도 실패한다. 기판은 고온에서 장기적인 가열에 민감하고, 플라즈마 전달 시스템의 범위를 최소화하는 것을 목표로 하는 비용 제약도 있기 때문에 이는 번거롭다. 그러므로, 도 1b-d의 배향은 더 균일한 전달을 제공할 수 있지만, 고온에 장기적으로 노출될 수도 있다. 요소의 수가 증가하면 해결해야 할 문제가 발생한다.
일 양태에서, 본 발명은 큰 표면의 균일한 처리를 가능하게 하면서 이러한 단점을 극복하는 것을 목표로 한다.
무엇보다도, 기판의 표면에서 수명이 짧은 반응성 플라즈마 종의 효율적인 이송 및 균일한 전달을 위한 플라즈마 소스 및/또는 표면 처리 장치를 제공하는 것이 목적이다.
청구항 1에 따른 플라즈마 소스(plasma source)가 제공된다.
플라즈마 소스는 개구로부터 플라즈마를 전달하기 위한 적어도 하나의 개구를 갖는 외측면을 포함한다. 이송 기구(transport mechanism)는 기판 및 플라즈마 소스를 외측면에 평행하게 서로에 대해 이송하도록 구성되며, 기판 표면은 개구를 제한하는 외측면의 적어도 일부와 평행하게 처리된다. 상대 전극(counter electrode)은 기판으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 적어도 제1 및 제2 대체로 평행 배향된 면을 포함하고, 작업 전극(working electrode)은 다중 평면형 타일을 포함하며, 타일은 유전체 층에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 적어도 하나의 필름형 전도성 층을 포함한다. 적어도 두 개의 플라즈마 수집 공간은 적어도 하나의 개구와 연통하며, 제1 플라즈마 수집 공간은 상대 전극의 제1 면 및 작업 전극의 제1 면 사이에 적어도 부분적으로 형성되고, 제2 플라즈마 수집 공간은 상대 전극의 제2 면 및 작업 전극의 제2 면 사이에 적어도 부분적으로 형성된다. 기체 유입구(gas inlet)는 적어도 두 플라즈마 수집 공간을 통해 개구로의 기체 유동을 제공한다. 제1 및 제2 타일은 상기 제1 플라즈마 수집 공간과 경계를 이루는 이웃한 에지와 함께 작업 전극의 제1 평면 내에 배열되고 제3 타일은 제1 평면에 평행한 작업 전극의 제2 평면에 배열되어 제3 타일이 제1 평면의 상기 이웃한 에지와 중첩된다. 작업 및 상대 전극 중 적어도 하나는 이웃한 에지로 인한 플라즈마 수집의 손실을 보상하는 개구로의 플라즈마 전달을 증가시키기 위해 상기 이웃한 에지 근처의 국소 변형(local modification)을 포함한다.
실시예에서 변형은 상기 제1 평면의 상기 이웃한 에지의 옆에 나란히 위치한 상대 전극의 제2면에 대한 기하학적 변형을 제공하는 것을 포함한다. 변형은 기체 유동(gas flow)을 향상시킬 수 있으므로, 타일의 반대쪽에서, 플라즈마 생성이 방해되는 위치에서 더 많은 플라즈마가 생성될 수 있다.
또 다른 실시예에서 상기 국소 변형은 인접한 에지와 중첩되는 타일의 필름형 전도성 층에 대한 기하학적 변형을 제공하는 것을 포함한다. 구체적으로, 필름형 전도성 층은 기판의 이송 방향을 따라 부분적으로 배향될 수 있으며, 플라즈마가 인접한 에지와 일직선의 위치에서 연관될 수 있는 작업 전극의 영역을 확대하기 위해 필름형 전도성 층은 상기 이웃한 에지로부터 멀어지는, 기판의 이송 방향을 따라 배향된 방향으로의 연장을 포함한다. 작업 전극의 형상, 특히 바닥면을 보상함으로써, 플라즈마의 생성은 이웃한 에지 근처에서 감소된 생성을 보상하기 위해 전도성 층의 연장에 의해 촉진될 수 있다. 표면 처리 장치에 대한 기판의 이송 방향은 왕복 방식(reciprocating fashion)으로 역전될 수 있음에 유의한다.
플라즈마 소스는 기판이 표면 제한적인 층 성장을 제공하는 일련의 반응물(적어도 2개)에 반복적으로 노출되는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)에 사용하기에 특히 적합하다. 플라즈마 소스는 연속적인 반응물 중 하나 이상을 제공하는데 사용될 수 있고 일련의 플라즈마 소스가 사용될 수 있다. 매우 반응성이 높은 플라즈마 종(plasma species)을 제공하는 플라즈마 소스는 포화될 때까지 공반응물(co-reactants)이 표면과 반응하는데 필요한 공간 및/또는 시간을 감소시키는 것을 가능하게 한다. 이는 공간 ALD 처리의 기판 속도를 증가시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 표면과 반응하기 위해 화학적 반응성 플라즈마 종(라디칼, 이온, 전자 및 진동 여기된 종)이 필요한 다른 대기압 플라즈마 표면 처리 응용에 플라즈마 소스가 사용될 수 있다. 이러한 응용의 예시들은 산화(예를 들어 O 라디칼 사용) 또는 환원(H 라디칼 사용)에 의한 세척 또는 에칭, 접착 개선을 위한 활성화 및 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)이다.
기체 조성물은 N, O, H, OH 및 NH과 같은 라디칼을 생성하기 위한 N2, O2, H2, H2O, NO, H2O2, NH3, N2O 또는 CO2 및 혼합물을 포함할 수 있다.
이러한 및 다른 목적 및 유리한 양태는 다음의 도면들을 참조하여 예시적인 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1(a-d)는 기판에 균일한 증착을 생성하기 위한, 스택형 플라즈마 전달 배열의 개략도를 나타낸다.
도 2a-c는 하나의 변형에서 플라즈마 소스의 측면도를 나타낸다.
도 3a-c는 또 다른 변형에서 플라즈마 소스의 측면도를 나타낸다.
도 4는 또 다른 실시예를 나타낸다.
도 2a는 기판(11)을 처리하기 위한 표면 처리 장치(100)의 예시적인 실시예의 단면도를 나타낸다. 기판(11)은 예를 들어 반도체 웨이퍼와 같은 강성 플레이트 또는 가요성 호일의 일부일 수 있다. 예시된 실시예에서 표면 처리 장치는 기판(11)과 마주하는 평평한 평면 외측면(10)을 구비하지만, 대안적으로 만곡된 형상이 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서 외측면(10) 및 기판(11) 사이의 거리는 0.01 내지 0.2 mm 또는 최대 0.5 mm이다. 외측면(10)의 개구(14-1, 14-3)는 기판(11) 및 외측면(10) 사이의 공간으로 대기압 플라즈마(6-1, 6-3)를 공급하는데 사용된다. 여기에서 사용된 바와 같이 대기는 예를 들어 0.1 및 10 Bar 사이의 효과적인 진공이 아님을 의미한다. 실시예에서 개구(14-1, 14-3)는 폭이 0.1mm이지만 이는 설계 사양에 따라 달라질 수 있다. 노즐로도 지칭될 수 있는 개구(14-1, 14-3)는 도면의 평면에 수직인 선을 따라 연장된다. 표면 처리 장치는 기판(11)을 이송하기 위한 이송 기구, 전기 전도성 재료의 제1 및 제2 상대 전극(3-1, 3-3)(바람직하게는 접지되거나 기판이 접지되지 않은 경우 기판과 동일한 전위에 있음), 상대 전극의 두 면(3-1, 3-3) 사이의 중앙 위치에 배향된 작업 전극(22)을 형성하는 전기전도성 재료를 포함하고 다중 평면형 타일(4-1, 4-3)을 포함하는 유전체 타일(4-1, 4-3)을 포함한다. 타일은 유전체 층(1-1, 1-3)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 필름형 전도성 층(2-1, 2-3)을 포함한다. 플라즈마 수집 공간은 작업 전극(22)을 형성하는 타일(4-1, 4-3)의 반대쪽 및 상대 전극(3-1, 3-3) 사이에 형성된다. 작업 전극은 개구의 중앙에 위치되고 그로부터 멀리 연장되며, 바닥 형상에 따라, 슬릿의 형태로, 개구(14)와 또는 각각의 개구 슬릿(14-1, 14-3)과 효과적으로 연통하는 두 개의 플라즈마 수집 공간을 구비하는 타일(4-1, 4-3)의 반대쪽에 측면으로 연장되는 플라즈마 수집 공간(6-1, 6-3)의 2개의 개구(14-1, 14-3)를 효과적으로 형성할 수 있다. 상대 전극은 스테인리스 강, 티타늄(선호), 또는 전도성 세라믹, 예를 들어 수소 도핑된 SiC으로 형성될 수 있다. 상대 전극(3-1, 3-3)을 도시하는 평면을 가로질러, 작업 전극(22)은 적어도 개구(14)의 길이를 따라 연장된다. 또한, 표면 처리 장치는 상대 전극(3-1, 3-3)에 연결되는 전기 교류 또는 펄스 전압 발생기(미 도시)를 포함할 수 있으며, 전도성 층(2-1, 2-3)은 한편으로는 작업 전극(22) 및 다른 한편으로는 상대 전극(3-1, 3-3) 사이에 전기장을 인가하기 위한 작업 전극(22)의 일부이다. 대안적으로, 표면 처리 장치의 외부의 전기 전압 발생기가 사용될 수 있다.
기판(11)을 위한 이송 기구는 단지 상징적으로 도시된다. 예를 들어, 기판(11)을 이송하기 위한 컨베이어 벨트 또는 테이블 및 테이블을 구동하는 모터를 포함할 수 있거나, 롤투롤(R2R) 기구는 호일과 같은 기판(11)이 각각 롤 오프되고 그 위로 롤링되는 제1 및 제2 회전 롤을 포함하여 사용될 수 있다. 다른 실시예에서 이송 기구는 작업 전극(22) 및 상대 전극(3-1, 3-3)의 어셈블리에 대해 기판(11)을 이동시키는 모터를 포함할 수 있으며, 또는 그 반대도 마찬가지이다. 또 다른 실시예에서 전극은 회전 드럼, 드럼의 표면으로부터 배출되는 개구(14)에 통합될 수 있으며, 이 경우 이송 기구는 드럼의 회전을 직접 또는 간접적으로 구동하기 위한 모터를 포함할 수 있다.
상대 전극(3-1 및 3-3)은 쐐기형 부분(9-1, 9-3)을 구비하며, 각각은 개구(14)에서 뾰족한 에지에서 끝난다.
타일(4-1, 4-3)의 바닥에 있는 뾰족한 에지는 플라즈마 수집 공간의 적절한 간격을 보장하기 위해, 개구의 스페이서 요소들에 의해 부분적으로 지지될 수 있다. 이는 (비 필라멘트) 플라즈마의 적합한 생성을 위해 중요하다. 예를 들어 평평한 표면을 갖는 쐐기형 부분(9-1, 9-3)이 도시되어 있지만, 대안적인 만곡 표면이 사용될 수 있다. 예를 들어 스테인리스 강으로 만들어진 제1 및 제2 쐐기형 부분(9-1, 9-3)이 사용될 수 있다. 일부가 쐐기 형상을 갖는다는 사실은 그 상부 및 하부 표면이 뾰족한 에지를 향해 수렴한다는 것, 즉 그 거리가 감소한다는 것을 의미한다. 상부 및 하부 표면이 에지로부터 평평한 평면으로 이어지는 경우, 이들은 서로 각도를 이루며, 각도는 0도보다 크고 90도보다 작으며, 바람직하게는 10 및 60도 사이, 더 바람직하게는 45도보다 작으며, 더욱 바람직하게는 30도 이하이다. 만곡된 상부 또는 하부 표면이 사용되는 경우, 물론 고정된 각도는 없지만, 바람직하게는 에지에서 뾰족한 에지로부터 3mm의 거리에 있는 표면의 지점까지의 직교 단면 선에서는 평평한 평면에 대한 설명된 범위의 각도에 있다.
예시적인 실시예에서, 쐐기형 부분(9-1, 9-3)의 하부 표면은 단일 평면 내에 놓이고 기판(11)을 마주하는 표면 처리 장치의 외측면(10)을 형성한다.
작업 전극(22)은 상대 전극(3-1, 3-3)을 형성하는 쐐기 형상(9-1, 9-3)의 면 일부에 나란하거나 평행한 표면을 구비한다. 유전체 층(1-1, 1-3)은 작업 전극(22)의 표면을 덮으며, 예를 들어 알루미늄 산화물 유전체 층이 사용될 수 있다. 실시예에서 작업 전극(22)은 유전체 층(1-1, 1-3)에 의해 덮인 필름 전극으로 실현될 수 있다. 유전체 층(1-1, 1-3)은 타일(4-1, 4-3)의 통합 부분일 수 있다.
유전체 장벽 방전 플라즈마 수집 공간은 상대 전극(3-1, 3-3) 및 작업 전극(22) 사이의 기체 부피에 위치되며 상대 전극 및 유전체 층(1-1, 1-3) 사이의 거리는 상대적으로 작다. 유전체 층(1-1, 1-3)의 하부 표면은 V형 개구에 맞고, 상대 전극의 제1 및 제2 쐐기형 부분(9-1, 9-3)의 상부 표면 및 유전체 층(1-1, 1-3)의 하부 표면 사이의 플라즈마 수집 공간(6-1, 6-3)에서의 플라즈마 유체 유동을 위한 얇은 평면형 플라즈마 수집 공간을 남긴다. 바람직하게는, 제1 및 제2 쐐기형 부분(9-1, 9-3)의 상부 표면 및 유전체 층(1-1, 1-3)의 하부 표면 사이의 거리는 이러한 플라즈마 수집 공간 내로 제한된다. 플라즈마 수집 공간(6-1, 6-3) 내에서 생성된 유전체 장벽 방전 플라즈마는 표면 유전체 장벽 방전(SDBD) 플라즈마로써 이러한 플라즈마 수집 공간의 외부로, 기판을 직접 대면하는 유전체 층(1-1, 1-3)의 표면 부분으로 연장될 수 있다. 개구(14)의 전체 폭을 충분히 작게 유지하면, 이온화 플라즈마는 이 기판이 전도성이고 매우 작은 거리에 있어도 기판으로 전달되지 않는다. 이러한 방식으로, 원격 SDBD 플라즈마는 전극으로써 기판을 사용하지 않고 기판으로부터 매우 가까운 거리에서 효과적으로 생성될 수 있다. 이는 직접 플라즈마에 의해 기판을 손상시키지 않고도 높은 라디칼 플럭스가 필요한 응용 분야에 있어서 중요하다. 개구의 최적 폭은 기판 및 작업 전극(22)의 유전체 층(2) 사이의 공간적 간격에 의존한다. 0.1-0.3mm 범위의 작업 전극 및 기판 사이의 간격을 위해, 기판에 대한 직접 플라즈마를 회피하는 개구(14)의 가능한 폭은 0.5-2.0 mm, 바람직하게는 0.7-1.5 mm이다.
작동 시, 발생기(미 도시)에 의해 상대 전극(3-1, 3-3) 및 작업 전극(22)의 전도성 층들(2-1, 2-3) 사이에 교류 또는 펄스 고전압 차이가 적용된다. 상대 전극(3-1, 3-3)은 일정한 전위, 예를 들어 접지 전위로 유지될 수 있으며, 고주파 전위는 전도성 층(2-1, 2-3)에 적용될 수 있다. 순수 기체 또는 기체의 혼합물(N2, O2, H2O, H2O2, NO, N2O, H2, NH3, CO2 등)일 수 있는 기체는 기체 유입구(5-1, 5-3)를 통해 공급되고 작업 전극(22) 및 상대 전극(3-1, 3-3) 사이의 평면 플라즈마 수집 공간을 통해 기체 유입구(5-1, 5-3)에서 개구(14)로 흐른다. 전압 차이로 인한 이러한 공간의 고주파 전기장은 플라즈마를 생성하면서 기체를 이온화한다. 산화 질소(NO)는 예를 들어 플라즈마 수집 공간에서 라디칼 밀도를 향상시키기 위해 다른 기체 또는 (N2와 같은) 기체들과 조합하여 사용될 수 있음이 밝혀졌다. 대안적으로 또는 추가로, NO는 제안된 플라즈마 장치를 작동시키는데 필요한 기체 유량을 감소시키기 위해 추가될 수 있다.
이온화된 기체는 개구(14)로 흘러들어 가며, 이는 대기압 플라즈마, 즉 상당한 압력의 기체 내에 플라즈마를 형성한다. 대기압 플라즈마는 고주파 전압의 기간 내에서 조차도 빠르게 꺼지는 경향이 있다. 그 결과, 플라즈마는 인가된 교류 또는 펄스 전압의 각 반 주기 동안 주기적으로 다시 시작되어야 한다. 플라즈마는 중성 분자 외에 자유 전자, 이온, 전자 및 진동 여기 분자, 광자 및 라디칼을 포함할 수 있다. 플라즈마 종의 대다수는 화학적 반응성이고 반응성 플라즈마 종(RPS)으로 표시될 수 있다. RPS의 특성 및 농도는 기체 조성 및 전기 플라즈마 조건에 따라 다르다. 또한, 빠른 재결합 과정은 공간의 함수 및 시간의 함수로써 RPS의 강력한 변화를 야기한다. RPS의 다른 예시는 전자 또는 진동 여기 원자 및 분자이다. 상당한 농도의 RPS를 함유하는 플라즈마는 개구(14)를 통해 그로부터 기판(11) 및 외측면(10) 사이의 공간을 측방향으로 통해 개구(14)의 양측면으로 흐른다. 개구(14) 아래에서, 그리고 그의 어느 정도 측면으로, RPS는 기판(11)의 표면과 상호 작용한다.
유전체 층(1-1, 1-3)의 두께는 적어도 유전체 층(1-1, 1-3)을 통한 방전을 피하기에 충분히 두껍도록 선택된다. 층 두께에 대한 근본적인 상한은 없지만, 플라즈마를 유지하는데 요구되는 고주파 전압을 낮게 유지하기 위해, 두께는 바람직하게는 허용 가능한 최소값 이하이다. 예시적인 실시예에서 0.1 내지 2mm 범위의 두께, 예를 들어 0.15mm가 사용된다. 유전체 장벽은 압출 튜브, 예를 들어 세라믹 튜브로부터 또는 세라믹 코팅된 금속 튜브로부터 얻어질 수 있다. 관형 구조는 높은 고유 기계적 강도를 제공한다. 형상은 정사각형, 육각형 등일 수도 있다. 작업 전극(22) 및 상대 전극(3-1, 3-3) 사이의 간격 거리에 요구되는 기계적 공차를 준수하기 위해 2개 이상의 표면이 가공된다. 실제 실시예에서, 작업 전극은 상대 전극(3-1, 3-3)의 두 대향 면 사이의 중앙 위치에 배향되고 다중 평면형 타일(4)을 포함하며, 타일은 유전체 층(1-1, 1-3)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 하나 이상의 필름형 전도성 층(2-1, 2-3)을 포함한다. 예를 들어, 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Cofired Ceramics) 공정에서, 타일(4)은 전도성 층이 비아들에 의해 매립되고 결합되는 녹색 세라믹 시트의 층별 적층에 의해 제조될 수 있다. 시트별 제조 대신에, 슬립 주조(slib casting) 또는 사출 성형된 세라믹이 사용될 수 있으며, 여기서 형태는 최종화(finalizing) 단계 전의 형상으로 성형될 수 있다. 또한 3D 프린팅 기술을 사용할 수 있다.
단일 기체 소스(미 도시)는 두 유입구(5-1, 5-3) 모두에 연결되어 사용될 수 있다. 기체 소스는 기체의 상이한 성분들에 대한 하위 소스 및 하위 소스에 연결된 입력 및 유입구(5-1, 5-3)에 연결된 출력을 갖는 기체 혼합기를 포함할 수 있다.
유입구(5-1, 5-3)로부터의 기체 유량(예를 들어, 초당 질량 또는 부피)은 기판(11) 상의 반응성 플라즈마 종의 원하는 속도에 따라 선택될 수 있다. 예시에서 초당 1000-2000 입방 mm의 속도, 유입구 당 개구의 길이 mm당, 또는 1기압의 압력과 섭시 25도의 온도를 가정하여 얻은 대응하는 질량 유량 범위가 사용된다.
작업 전극(22) 및 상대 전극(3-1, 3-3) 사이의 공간을 통한 기체 유속은 공간의 단면적(두께 곱하기 폭)으로 나눈 유속에 대응한다. 단면적을 작게 유지함으로써, 높은 유속이 실현된다. 높은 유속은 기판(11)에서 반응하기 전에 라디칼과 이온의 재결합으로 인해 적은 손실이 발생할 것이라는 장점이 있다.
도 2b는 플라즈마 소스 장치의 본질적으로 동일한 단면도를 나타내지만, 그 단면 위치에서 확장되는 대향 타일(4-3)의 가시적인 층(2-3)과 달리, 타일(4-1)이 끝나고 인접한 에지가 단면 전도성 층을 도시하지 않는 단면 위치에 있다. 도 2c의 관점은 도 2a 및 2b의 관점의 평면에 수직인 단면도를 보여주므로, 이를 더욱 명확하게 한다.
실제로 타일(4-1, 4-2)이 이웃한 에지(12)를 구비하는 것을 나타낼 수 있으며, 도 2b의 단면도에서 다른 타일의 인접한 에지와 중첩되는 단일 전극(4-3)만이 도시된다. 타일(4-1 및 4-3)과 마찬가지로 타일(4-2)은 필름형 전도성 층(내부 전극)(2-2)을 포함하고 타일 및 상대 전극 사이에 플라즈마 수집 공간(6-2)을 형성한다.
도 2b의 단면도는 상대 전극(3-3)에서, 이웃한 에지(12)로 인한 플라즈마 수집의 손실을 보상하는 개구(6-3)로의 플라즈마 전달을 증가시키기 위해 이웃한 에지(12) 근처의 국소 변형(13)을 나타낸다. 예시에서 변형은 상기 이웃한 에지(12)의 옆에 나란히 위치한 상대 전극(3-3)의 면에 대한 기하학적 변형에 의해 제공된다. 보다 구체적으로, 상기 기하학적 변형은 홈의 하류에 있는 제2 플라즈마 수집 공간을 통한 기체 유량을 증가시키기 위해 상기 제2 면의 상기 위치에 홈을 제공하는 것을 포함한다. 홈은 이웃한 에지와 경계를 이루는 공간 반대편의 플라즈마 수집 공간에서 유량을 증가시키는 기능을 한다. 유리하게는, 플라즈마 수집 공간 내의 플라즈마가 포화되어, 유동을 증가시킴으로써, 플라즈마 수집 공간의 하류에 화학적 반응성 플라즈마 종의 밀도의 선형 증가가 제공된다. 이는 개구로부터 떨어진 위치에서 끝나는 홈(13)의 채널 길이를 선택함으로써 편리하게 제공될 수 있다. 개구 근처에서, 바람직하게는, 슬릿은 미리 기술된 간격 폭을 갖는 평면 형상이다. 반대쪽에서, 홈(13)에 의해 플라즈마 속도를 증가시킴으로써, 개구(14)에서의 플라즈마 전달이 균일해질 수 있다. 실시예가 국소 변형으로써 홈 구조(13)를 도시하지만 작업 전극(22)의 함몰부와 같은 다른 유동 향상 구조물이 설계될 수 있다. 바람직하게 홈(트렌치)은 각도형 상대 전극(3-3)의 단부로 연장되지 않는다. 플라즈마 용적의 좁은 부분의 길이를 (기체 유동 방향으로) 줄이는 것은 이 용적을 통한 질량 유량을 증가시키는데 충분히 효과적입니다. 트렌치의 하류에 있는 플라즈마 용적을 통한 기체 유동은 주로 좁은 부분(h가 작은)의 계수 h3/L에 의해 결정되므로 이 좁은 부분을 줄임으로써 증가될 수 있다.
균일하고 상대적으로 작은 슬릿 폭을 갖는 개구(14-3)로 끝나는 플라즈마 수집 공간(6-3)을 제공하는 것은 다음과 같은 중요한 장점이 있다.
- 기체 질량 유동이 증가된 이 섹션에 적용된 전기장 조건은 두 개의 이웃한 섹션에 적용된 전기장 조건과 동일하다. 유전체 장벽 방전 플라즈마의 균질성은 전기장 균질성에 크게 의존하며 국소적으로 증가된 유동에 의한 영향을 거의 받지 않는다.
- 개구(14-3)의 폭은 기판 및 플라즈마 소스 사이의 (최소) 거리보다 더 작게 유지될 수 있다. 업스케일된 시스템(대형 기판 폭(R2R, S2S)의 실제 작동에서 인젝터 대 기판 간격은 0.1-0.3mm 범위에서 변할 수 있다. 따라서 플라즈마 수집 공간(6-3)에서의 플라즈마 슬릿 간격(h)을 더 큰 값으로 확대하는 것은 기판 이동에 수직인 방향으로 개구(14)에서의 기체 이송을 방지하는데 바람직하지 않다.
슬릿의 길이를 따라 균일한 기체 분포를 얻는 대안적인 방법은 기체에 대해 투과성이고 기공 크기가 작은 다공성 유전체 재료를 사용하는 것이다. 이 기체에서 다공성 유전체로 채워진 '간격'(h)은 일반적으로 0.3-1.0mm 범위의 더 큰 폭과 이 범위보다 작은 크기의 기공을 가질 수 있다. 다공성 층은 제공된 타일형 유전체 장벽 요소(4)의 통합 부분인 유전체 장벽 상의 층으로 제조될 수 있으며, 내부 전극(2-1, 2-3)을 캡슐화하는 유전체 재료는 비 다공성이며 고밀도 및 전압 절연이다.
또한, 이웃한 에지(12) 근처의 플라즈마 수집 공간(6-1, 6-3)과 경계를 이루는 홈(13)의 반대측에서, 작업 전극이 돌출부(15)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 돌출부(15)는 타일(4-1, 4-2)의 이웃한 에지(12) 근처의 기체 유동을 제한하고 전체 단면 유동의 균형을 유지하여 개구의 길이를 따라 유동 분포를 얻는다. 돌출부는 예를 들어 이웃한 에지(12)를 따라 부분적으로 이어지는 단일 리지로 형성되지만, 이웃한 에지와 나란한 플라즈마 수집 공간에 있으므로 이웃한 에지(12)의 하류의 위치에 있는 플라즈마 수집 공간의 기체 유동을 감소시키는 더 복잡한 부분 수축(constriction)일 수 있다. 작업 전극(22)과 접촉할 때 돌출부(15)는 상대 전극(3-1, 3-3) 및 유전체 장벽 타일(4-1, 4-3) 사이의 플라즈마 기체 간격의 길이(0.1 +/- 0.01 mm)의 높은 정밀도 및 작은 길이를 정의할 수 있다. 이 리지를 폐쇄함으로써 플라즈마가 생성될 수 없는 선형 유전체 요소의 단부 근처에서 비 플라즈마 활성화 기체 유동이 방지된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 도면 2a-c는 타일(4-1, 4-3)이 비아 연결에 의해 필름형 전도성 층(2-1, 2-3)에 연결된 외부 전기 전도성 접촉 영역(7-1, 7-3)을 구비하는 것을 나타낸다. 전도성 영역(7-1, 7-3)은, 타일(4-1, 4-2, 4-3)이 대향하는 타일(4-3)의 접촉 영역(7-3)과 전기 전도성 접촉으로 제1 타일(4-1)의 접촉 영역(7-1)과 스택으로 배열될 수 있는 방식으로 타일에 통합될 수 있으며, 따라서 상기 타일의 상기 필름형 전도성 층은 효과적으로 동일한 전위를 공유할 수 있다. 대안적으로 고체 금속 스트립(8)은 효과적으로 동일한 전위를 공유하기 위해 타일(4-2)의 접촉 영역(7-1, 7-3) 및 접촉 영역(7-2)을 연결하는데 사용될 수 있다. 타일(4-2)의 접촉 영역(7-2)은 도면 2a-b의 단면도에 표시되어 있지 않음을 유의한다. 도 2c에서 볼 수 있듯이, 타일(2)과 각각의 접촉 영역은 도 2a-b의 이미지의 평면에서 벗어난 방향으로 존재한다.
도 3a-c는 이웃한 에지들로 인한 플라즈마 수집의 손실을 보상하는 개구로의 플라즈마 전달을 증가시키기 위해 평면에 배열된 2개의 타일의 이웃한 에지 근처에서의 국소 변형의 또 다른 예시를 나타낸다. 상기 국소 변형은, 기판의 이송 방향을 따라 부분적으로 배향되는 인접한 에지와 중첩되는 타일의 필름형 전도성 층으로의 연장을 제공하는 것을 포함한다. 비아에 의해 평행하게, 전기적으로 상호 연결된 전도성 층들을 추가함으로써 연장이 실현될 수 있음이 도 3a에 도시되어 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 유전체 타일(4-1, 4-3) 내에서 크기와 위치가 다른 평행한 평면형 전도성 층(2-1a, 2-3a)은 상대 전극(3-1, 3-3)의 에지형 부분(9-1, 9-3)을 마주하는 타일의 바닥에서 유전체 층의 두께를 제어하는데 사용될 수 있다. 이는 플라즈마를 균일하게 생성하기 위해 플라즈마 수집 공간(6-1, 6-3)에서 충분한 균일한 전기장 분포를 얻는데 중요하다. 도 3a에 각각의 타일의 크기가 상이한 두 개의 평행한 전도성 층이 도시되어 있지만 더 큰 수의 평행한 전도성 층은 플라즈마 수집 공간에 적용된 전기장의 균질성을 개선하는데 사용될 수 있다.
내부 및 외부 전도성 필름을 갖는 세라믹 타일은 인쇄된 금속 필름과 세라믹 시트의 스택이 먼저 조립된 다음 소성되어 모놀리식 금속-세라믹 구조를 얻는 동시 소성 기술(co-firing techniques)을 사용하여 생산될 수 있다. 일반적으로 전도성 층 사이의 거리는 0.1-1.0 mm, 바람직하게는 0.2-0.5 mm 범위이다. 인쇄된 동시 소성 층의 두께는 바람직하게는 0.1-0.2mm 범위이다. 금속 필름은 바람직하게 연속적인 선형 에지를 갖지만 이 에지를 벗어나면 금속 필름은 폐쇄될 필요가 없다. 패턴화된 금속 필름은 최종 동시 소성 구조의 기계적 및 전압 절연 특성을 개선할 수 있다.
도 3b는 도 3a에 도시된 단면과 유사하지만 유전체 타일(4-1)의 에지(12) 근처의 개구(14)를 따라 상이한 위치에 있는 단면을 나타낸다. 타일(4-1, 4-2)의 에지 근처의 전도성 층들의 부재로 인해, 이 위치에서는 플라즈마가 거의 또는 전혀 생성되지 않을 것이다. 플라즈마 수집의 손실은 에지의 위치에서 대향 타일(4-3)에 더 많은 전도성 층을 추가함으로써 보상된다.
도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 각각의 타일(4-1, 4-3) 내에 있는 전도성 층(2-1a, 2-3a)은 타일의 외부 표면의 중앙 부분에 존재하는 접촉 층(7-1, 7-3)에 연결되어 있다. 대향 타일의 접촉 영역은 연속적인 유전체 타일의 모든 전도성 층들에 동일한 고주파 전압을 공급하여 작업 전극(22)을 형성하는데 사용된다.
도 3c는 작업 전극(22) 및 상대 전극(3-1, 3-3)의 상이한 단면을 나타낸다. 유전체 타일 내부에 평행하게 위치된 상이한 전도성 층들은 길쭉한 개구(14)의 방향으로 상이한 길이를 갖는다. 타일(4-1, 4-2)의 에지 근처에 있는 플라즈마 수집의 부재는 대향 타일(4-3)의 추가 전도성 층들에 의해 보상된다. 도 3c에 도시된 단면에서 시각화된 바와 같이, 작업 전극(22)의 다중 전도성 층들은 삼각형 형상의 플라즈마 형성 영역을 형성하는데 사용될 수 있다. 기판 이동 방향으로의 플라즈마 형성 영역의 길이는 인접한 에지와 나란한 위치를 향해 점차적으로 증가한다. 따라서, 복수의 필름형 전도성 층은 타일에 제공되며, 기판을 마주하는 유전체 장벽에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 필름형 층(2-1a)은 개구의 폭을 가로지르는 평행 에지의 패턴을 형성하도록 개구(14)의 길이를 따라 에지를 갖는다. 예를 들어 부재 번호 2-1a에서 볼 수 있듯이 개구를 가로지르는 패턴의 폭은 인접한 에지와 나란한 위치를 향해 증가된다.
본 실시예에서 플라즈마는 도 3a의 플라즈마 수집 공간(6-1, 6-3)으로만 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 기판 및 유전체 타일(4-1, 4-3)의 바닥면 사이의 체적으로 평행 전도성 필름의 크기 및 위치에 따라 연장될 수 있다. 그 결과, 플라즈마 및 기판 사이의 상대적으로 강한 전기적 상호 작용은 기판 전도도 및 전도성 기판이 고정된 전위에 연결되어 있는지 여부 또는 전기적 플로팅(electrically floating)에 따라 발생할 수 있다.
평행 전도성 층의 어셈블리는 길쭉한 개구(14)의 방향으로 특히 플라즈마 균질성을 개선한다. 유전체 타일에 다중 전도성 층을 사용함으로써 이동하는 기판을 향하는 플라즈마 생성 반응성 라디칼 플럭스의 균일한 분포가 얻어진다.
유전체 타일(4-1, 4-3)의 바닥면에 있는 개구(14) 내부에서 생성된 플라즈마는 주로 기체 확산에 의해 지배되고 기체 유동에 의해 훨씬 덜 지배되는 높은 라디칼 플럭스를 초래한다. 그럼에도 불구하고, 기판(11)을 향한 플라즈마 수집 공간(6-1, 6-3)을 통한 기체 유동의 사용은 개구(14)에서 균일한 플라즈마의 연장을 위한 유리한 조건(전자, 음이온, 에너지적으로 여기된 분자)을 야기한다.
비교적 넓은 개구(14)에 형성된 플라즈마는 유전체, 접지된 전도성 또는 플로팅 전위 전도성 기판과의 특정 유형의 전기적 상호 작용에 독립적인 '평면-평행(plan-parallel)' 플라즈마로 지칭될 수 있다.
기판에 대한 이 평면-평행 플라즈마의 라디칼 플럭스는 주로 확산 제어되지만, 평면-평행 섹션을 통한 유동 이송은 개구(14)보다 더 큰 표면 영역으로 반응 구역을 확대하며, 상대 전극(3-1, 3-3)의 외측면(10) 사이의 체적까지 확장한다. 유동에 의한 이송은 표면 처리 장치(100)의 외측면(10) 및 기판(11) 사이의 상대적인 이동에 의해 야기되는 드래그 유동에 의해 야기될 것이다. 플라즈마 인젝터 및 기판 사이의 체적에서 유동 방향성을 추가로 제어하는 것이 유리하다. 유동 방향성 제어는 기체 유입구(5-1, 5-3) 및 플라즈마 수집 공간(6-1, 6-3)을 통해 서로 다른 압력으로 유도된 플라즈마 기체 유량을 사용함으로써 가능하다. 압력 유도 기체 유동 및 기판 이동 유도 드래그 유동을 동일한 방향으로 사용하여 서로 방해하지 않는 것이 유리하다. 기판 이송 방향이 왕복 방식으로 역전될 때, 그에 따라 기체 유입구(5-1, 5-3)를 통한 상대 기체 유량을 변경하는 것이 바람직하다.
도 4는 플라즈마 소스가 퍼지 기체 및 배기를 제공하는 인젝터 헤드에 통합된 표면 처리 장치(100)의 대안적인 실시예를 나타낸다. 이러한 유형의 인젝터 헤드는 얇은 층들이 일련의 기체 인젝터 및 배기 채널을 따라 이들을 통과하여 증착 또는 에칭되는 공간 원자 층 증착 또는 공간 원자 층 에칭(공간 ALD/ALE)에 특히 유용하다. 공간 ALD에서 기판은 코팅 전구체 기체(예를 들어, 트리메틸알루미늄(TMA) 또는 트리메틸인듐(TMI)), 비 표면 반응성 전구체 기체(N2)를 제거하는 퍼지 기체, 공동 반응물(예를 들어, 플라즈마 생성 라디칼) 및 최종적으로 비 표면 반응성 화합물(예를 들어, O3, H2O, H2O2)에 순차적으로 노출된다.
공간 ALD/ALE 적용에서 인젝터 헤드의 크기를 줄이는 것이 중요하다. 이는 본 발명에 따른 플라즈마 소스를 포함하는 도 4에 도시된 바와 같은 인젝터 헤드를 사용함으로써 가능하다. 작업 전극(22)의 폭은 개구(14)의 길이에 의해 정의되는 플라즈마 처리 구역의 외부의 측 방향 위치에 있는 외부 고주파 전압 발생기에 전기적 연결 스트립(8)을 통해 연결될 수 있는 중앙 전기 접촉(7)을 제공하는 세라믹 유전체 타일(4-1, 4-3)로 비교적 작게 만들어진다. 작업 전극의 폭은 일반적으로 2-4mm 범위이다.
대부분의 유형의 라디칼은 기체 상태 재결합에 의해 표면에서 매우 빠르게 반응하기 때문에, 외부 개구(14) 및 상대 전극(3-1, 3-3)의 평평한 표면을 따르는 라디칼 노출의 유용한 길이는 최대 수 mm이다.
도 4에 도시된 바와 같은 플라즈마 소스 및 표면 처리 장치의 실시예는 특히 컴팩트하고 단기간의 플라즈마 노출 시간 내에 이동하는 기판을 처리하는데 아주 적합한다.
작업 전극(22) 및 상대 전극(3)의 작은 길이는 추가적인 이점을 제공한다. 반응성 플라즈마는 플라즈마 반응성 종의 반응성을 향상시키는 열원으로 사용될 수 있다. 근처의 배기 채널(16) 및 퍼지 기체 인젝터(19)는 플라즈마 노출 후 기판 상부 표면 층의 신속한 냉각을 허용한다. 표면 처리 장치 및 통합된 플라즈마 소스의 추가적인 특징은 플라즈마 소스에 의해 보다 효과적인 기체 가열을 허용한다. 상대 전극(3)의 폭(20)은 플라즈마 소스의 바닥 부분으로부터 인젝터 헤드로의 열 전도 손실을 제한하도록 작게 만들어질 수 있다. 또한 절연 재료(21), 예를 들어 세라믹 재료는 열 전도 손실을 제한하는데 사용될 수 있다.
열적으로 강화된 플라즈마 인젝터는 고온(열 플라즈마) 용이 아님이 강조된다. 유전체 장벽 방전 플라즈마 소스에 의해 도달된 온도 상승은 20-100°C 범위이다. 결국 전력 발생기에 의해 공급된 사용 전압 및 주파수에 의해 결정되는, 기체 유량 및 플라즈마 전력에 따라, 온도 상승의 실제 값은 20-50°C이다. 예를 들어, 작동 중인 가열된 DBD 플라즈마 소스는 기판 상부 표면을 120-150°C 에서 신속하게 층별 어닐링 하도록 인젝터 헤드를 사용하여 100°C 의 평균 호일 온도에서 임의의 다른 온도 민감성 기판 또는 PET 호일을 처리하는데 사용될 수 있다.
유전체 층이라는 용어가 사용된 경우, 이 층은 모든 곳에서 동일한 두께를 가질 필요가 없음이 이해되어야 한다. 개구로부터의 기체가 추가적으로 기판 및 제1 전극의 외측면 사이에서 기체 베어링을 생성하는데 사용될 수 있는 실시예가 설명되었지만, 이러한 기체 베어링이 항상 필요한 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 기판이 가용성 호일인 경우, 이는 매우 유용하지만, 강성 기판이 사용되는 경우(즉, 외측면까지의 거리가 예를 들어 20% 이상 크게 변할 수 있는 정도로 변형되지 않는 기판) 개구의 끝에 인접한 접촉 스페이서와 같은 외측면 및 기판 사이의 거리를 유지하는 또 다른 방법이 사용될 수 있다.
본 출원은 아래 나열된 'a'에서 'o'까지의 조항에 적용된다. 이러한 조항들의 양태는 예를 들어 청구 범위에 기재된 바와 같이 본 발명의 다른 양태들과 결합될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어 상기 타일이 필름형 전도성 층에 연결된 외부 전기 전도성 접촉 영역을 포함하고 상기 타일이 스택으로 배열되어 제1 타일의 접촉 영역이 대향하는 타일의 접촉 영역과 전기 전도성 접촉 상태에 있는 조항 'a'에 기재된 바와 같이 플라즈마 소스는 이웃한 에지로 인한 플라즈마 수집의 손실을 보상하는 개구로의 플라즈마 전달을 증가시키기 위해 작업 및 상대 전극 중 적어도 하나가 상기 이웃한 에지의 근처에 있는 국소 변형을 포함하는 플라즈마 소스의 다양한 실시예의 양태들과 결합될 수 있다.
스택으로 필름형 전도성 층 타일에 연결된 외부 전기 전도성 접촉 영역을 갖는 플라즈마 소스에 타일을 제공함으로써, 상기 타일의 상기 필름형 전도성 층은 효과적으로 동일한 전위를 공유하도록 접촉할 수 있다. 또한, 외부 전기 전도성 접촉 영역을 제공하는 것은 전기 개구(14)의 길이에 의해 정의된 플라즈마 처리 구역 외부의 측 방향 위치에서 연결 스트립(8)을 통해 외부 고주파 전압 발생기에 연결될 수 있는 중앙 전기 접촉(7)을 제공하는 세라믹 유전체 타일(4-1, 4-3)로 작업 전극(22)의 폭을 상대적으로 작게 줄일 수 있다.
조항
a. 플라즈마 소스는,
- 개구로부터 플라즈마를 전달하기 위한 적어도 하나의 개구를 포함하는 외측면;
- 기판과 플라즈마 소스를 외측면과 평행하게 서로에 대해 이송하도록 구성되며, 기판 표면은 개구를 제한하는 외측면의 적어도 일부와 평행하게 처리되는 이송 기구;
- 기판으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 적어도 제1 및 제2 대체로 평행 배향된 면을 포함하는 상대 전극;
- 적어도 2개의 적어도 부분적으로 중첩되는 평면형 타일을 포함하는 작업 전극- 타일은 유전체 층에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 필름형 전도성 층을 포함함-;
- 적어도 하나의 개구와 연통하는 적어도 두 개의 플라즈마 수집 공간- 제1 플라즈마 수집 공간은 상대 전극의 제1 면 및 작업 전극의 제1 면 사이에 적어도 부분적으로 형성되고, 제2 플라즈마 수집 공간은 상대 전극의 제2 면 및 작업 전극의 제2 면 사이에 적어도 부분적으로 형성됨-;
- 적어도 두 개의 플라즈마 수집 공간을 통해 개구로의 기체 유동을 제공하는 기체 유입구;
를 포함하고,
- 상기 타일은 필름형 전도성 층에 연결된 외부 전기 전도성 접촉 영역을 포함하며,
- 상기 타일은 스택으로 배열되어 제1 타일의 접촉 영역은 대향하는 타일의 접촉 영역과 전기 전도성 접촉 상태에 있다.
b. 조항 a에 따른 플라즈마 소스에 있어서, 상기 전기 전도성 연결은 전기 전도 비아에 의해 제공된다.
c. 조항 a에 따른 플라즈마 소스에 있어서, 상기 전기 전도성 연결은 상기 타일의 외측면을 따라 상기 외부 전기 전도성 접촉 영역으로 이어지는 필름형 전도성 층의 스트립에 의해 제공된다.
d. 조항 a에 따른 플라즈마 소스에 있어서, 상기 스택은 대향하는 타일들의 외부 전기 전도성 접촉 영역 사이에 제공된 전도성 플레이트 요소를 더 포함한다.
e. 조항 a에 따른 플라즈마 소스에 있어서, 상대 전극에 대하여 상기 기판의 이동 방향을 따라 처리될 기판의 가장 가까운 면인 상기 상대 전극의 면의 폭은 상기 전극으로부터 처리될 상기 기판으로의 열전달을 감소시키기 위해 1-4 mm 범위로 제공된다.
f. 조항 a-e 중 어느 한 항에 따른 플라즈마 소스에 있어서,
- 스택 내에서 제1(4-1) 및 제2 타일(4-2)은 상기 제1 플라즈마 수집 공간과 경계를 이루는 이웃한 에지와 함께 작업 전극의 제1 평면 내에 배열되고 제3 타일(4-3)은 제1 평면에 평행한 작업 전극의 제2 평면에 배열되어 제3 타일이 제1 평면의 상기 이웃한 에지와 중첩되고,
- 작업 전극(22) 및 상대 전극(3-1, 3-3) 중 적어도 하나는 이웃한 에지로 인한 플라즈마 수집의 손실을 보상하는 개구로의 플라즈마 전달을 증가시키기 위해 상기 이웃한 에지 근처의 국소 변형을 포함한다.
g. 조항 f에 따른 플라즈마 소스에 있어서, 상기 국소 변형은 상기 제1 평면의 상기 이웃한 에지의 옆에 나란히 위치한 상대 전극의 제2면에 제공되는 기하학적 변형을 포함한다.
h. 조항 g에 따른 플라즈마 소스에 있어서, 상기 기하학적 변형은 홈의 하류에 있는 제2 플라즈마 수집 공간을 통한 기체 유량을 증가시키기 위해 상기 제2 면의 상기 위치에 제공되는 홈(13)을 포함한다.
i. 조항 h에 따른 플라즈마 소스는 이웃한 에지와 나란한 제1 플라즈마 수집 공간에 제공되므로 상기 이웃한 에지의 하류의 위치에 있는 제1 플라즈마 수집 공간의 기체 유동을 감소시키는 부분 수축(150)을 더 포함한다.
j. 조항 i에 따른 플라즈마 소스에 있어서, 상기 부분 수축은 상기 이웃한 에지와 나란한 위치에 있는 상대 전극의 제1 면에 제공되는 리지(15)를 손상시킨다.
k. 조항 f에 따른 플라즈마 소스에 있어서, 상기 국소 변형은 타일에 제공되는 복수의 필름형 전도성 층(2-1a, 2-3a)을 포함하고, 기판을 마주하는 유전체 장벽에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸며, 필름형 층은 개구의 폭을 가로지르는 평행 에지의 패턴을 형성하도록 개구의 길이를 따라 에지를 갖는다.
l. 조항 k에 따른 플라즈마 소스에 있어서, 상기 패턴은 인접한 에지와 나란한 위치를 향해 점차적으로 증가하는 개구를 가로지르는 폭을 갖는다.
m. 조항 f에 따른 플라즈마 소스에 있어서, 상기 국소 변형은 개구의 폭을 가로질러 부분적으로 배향되는, 인접한 에지와 중첩되는 타일의 필름형 전도성 층에 제공되는 연장을 포함한다.
n. 조항 m에 따른 플라즈마 소스에 있어서, 상기 연장의 길이는 인접한 에지와 나란한 위치를 향해 점차적으로 증가한다.
o. 조항 f에 따른 플라즈마 소스에 있어서, 상기 기하학적 변형은 전기장 강도를 국소적으로 증가시키기 위해 상기 이웃한 에지와 나란한 위치에서 제2 평면의 타일에 대한 유전체 장벽의 감소된 두께를 포함한다.

Claims (16)

  1. 플라즈마 소스(100)에 있어서,
    - 개구로부터 플라즈마를 전달하기 위한 적어도 하나의 개구(14)를 포함하는 외측면(10);
    - 기판(11)과 상기 플라즈마 소스를 상기 외측면을 따라 서로에 대해 이송하도록 구성되는 이송 기구;
    - 상기 기판으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 적어도 제1 면(3-1) 및 제2 면(3-3)을 포함하는 상대 전극;
    - 다중 평면형 타일(4-1, 4-2, 4-3)을 포함하는 작업 전극- 타일은 유전체 층(1-1, 1-2, 1-3)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 적어도 하나의 필름형 전도성 층(2-1, 2-2 2-3)을 포함함-;
    - 적어도 하나의 개구와 연통하는 적어도 두 개의 플라즈마 수집 공간- 제1 플라즈마 수집 공간(6-1)은 상기 상대 전극의 제1 면 및 상기 작업 전극의 제1 면 사이에 적어도 부분적으로 형성되고, 제2 플라즈마 수집 공간(6-3)은 상기 상대 전극의 제2 면 및 상기 작업 전극의 제2 면 사이에 적어도 부분적으로 형성됨-;
    - 상기 적어도 두 개의 플라즈마 수집 공간을 통해 상기 개구로의 기체 유동을 제공하는 기체 유입구(5);
    를 포함하고,
    - 제1 타일(4-1) 및 제2 타일(4-2)은 상기 제1 플라즈마 수집 공간과 경계를 이루는 이웃한 에지(12)와 함께 상기 작업 전극의 제1 평면 내에 배열되고 제3 타일(4-3)은 상기 제1 평면에 평행한 상기 작업 전극의 제2 평면에 배열되어 상기 제3 타일은 상기 제1 평면의 상기 이웃한 에지와 중첩되며,
    - 상기 작업 전극(22) 및 상대 전극 중 적어도 하나는 상기 이웃한 에지로 인한 플라즈마 수집의 손실을 보상하는 상기 개구로의 플라즈마 전달을 증가시키기 위해 상기 이웃한 에지 근처의 국소 변형을 포함하는, 플라즈마 소스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 국소 변형은 상기 제1 평면의 상기 이웃한 에지와 나란한 위치에서 상대 전극의 제2면에 제공되는 기하학적 변형을 포함하는, 플라즈마 소스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기하학적 변형은 상기 제2 면의 상기 위치에 제공되는 홈(13)을 포함하여 상기 홈의 하류에 있는 상기 제2 플라즈마 수집 공간을 통한 기체 유량을 증가시키는, 플라즈마 소스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이웃한 에지와 나란한 상기 제1 플라즈마 수집 공간에 제공되어 상기 이웃한 에지의 하류의 위치에 있는 상기 제1 플라즈마 수집 공간의 상기 기체 유동을 감소시키는 부분 수축(150)을 더 포함하는, 플라즈마 소스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 부분 수축은 상기 이웃한 에지와 나란한 위치에 있는 상기 상대 전극의 상기 제1 면에 제공되는 리지(15)를 손상시키는, 플라즈마 소스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 국소 변형은, 상기 기판을 마주하는 유전체 장벽에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸는, 상기 타일에 제공되는 복수의 필름형 전도성 층(2-1a, 2-3a)을 포함하고, 필름형 층은 상기 개구의 폭을 가로지르는 평행 에지의 패턴을 형성하도록 상기 개구의 길이를 따라 에지를 갖는, 플라즈마 소스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 패턴은 인접한 에지와 나란한 위치를 향해 점차적으로 증가하는 상기 개구를 가로지르는 폭을 갖는, 플라즈마 소스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 국소 변형은, 상기 개구의 폭을 가로질러 부분적으로 배향되는, 인접한 에지와 중첩되는 타일의 상기 필름형 전도성 층에 제공되는 연장을 포함하는, 플라즈마 소스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연장의 길이는 인접한에지와 나란한 위치를 향해 점차적으로 증가하는, 플라즈마 소스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기하학적 변형은 전기장 강도를 국소적으로 증가시키기 위해 상기 이웃한 에지와 나란한 위치에서 상기 제2 평면의 타일에 대한 유전체 장벽의 감소된 두께를 포함하는, 플라즈마 소스.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타일은 상기 필름형 전도성 층과 전기적으로 연결된 외부 전기 전도성 접촉 영역(7-1, 7-3)을 더 포함하고, 상기 타일은 스택으로 배열되어 제1 파일의 상기 접촉 영역은 대향하는 타일의 상기 접촉 영역과 전기 전도성 접촉 상태에 있어서, 상기 타일의 상기 필름형 전도성 층은 효과적으로 동일한 전위를 공유하는, 플라즈마 소스.
  12. 제11항에 따른 장치에 있어서,
    상기 전기 전도성 연결은 전기 전도성 비아에 의해 제공되는, 장치.
  13. 제11항에 따른 장치에 있어서,
    상기 전기 전도성 연결은 상기 타일의 외측면을 따라 상기 외부 전기 전도성 접촉 영역으로 이어지는 상기 필름형 전도성 층의 스트립에 의해 제공되는, 장치.
  14. 제11항에 따른 장치에 있어서,
    상기 스택은 대향하는 타일들의 상기 외부 전기 전도성 접촉 영역 사이에 제공되는 전도성 플레이트 요소(8)를 더 포함하는, 장치.
  15. 제11항에 따른 장치에 있어서,
    상기 상대 전극의 경우 상기 기판의 이동 방향을 따라 처리될 기판의 가장 가까운 표면인 상기 상대 전극의 면의 폭은 상기 전극으로부터 처리될 상기 기판으로의 열전달을 감소시키기 위해 1-4 mm 범위로 제공되는, 장치.
  16. 처리될 기판의 최대 서비스 온도를 초과하는 작동 온도에서 제1항에 따른 장치를 작동시키는 방법에 있어서,
    상기 작동 온도는 상기 서비스 온도보다 20-100°C 높은 범위에 있는, 방법.
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