JP5996926B2 - プラズマ装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ装置に関する。

薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＴＦＴ）は、多様な分野に利用されており、特に、液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙａｙ、ＬＣＤ）、有機発光表示装置（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｄｉｓｐｌａｙ、ＯＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ）、及び電気泳動表示装置（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）などのフラットパネル表示装置などにおけるスイッチング素子及び駆動素子として利用されている。

薄膜トランジスタは、走査信号を伝達するゲート線に接続されているゲート電極、画素電極に印加される信号を伝達するデータ線に接続されているソース電極、ソース電極と対向するドレイン電極、そしてソース電極及びドレイン電極に電気的に接続されている半導体を含む。

このような薄膜トランジスタを他の構成と接続させる配線及び電極などは、基板上に薄膜を形成し、エッチング工程で所望のパターンを形成することにより作成される。エッチング方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチングなどであってもよい。一般に、ドライエッチングは、プラズマを利用する。

プラズマ処理装置は、反応チャンバー、反応チャンバー内の互いに対向する上部電極及び下部電極、上部及び下部電極にプラズマを発生させるために電源を印加する高周波電源、反応チャンバー内で発生したプラズマを均一に分布させて反応副産物を通過させるためのバッフルプレートを含む。

反応チャンバー内に供給される反応ガスは、上部及び下部電極に高周波電源を通して印加される高周波電力を利用してプラズマ状態に変換され、ＬＣＤパネル（以下、基板という）の表面をエッチングする。ここで、エッチング工程を行うために下部電極が上部に移動するとき、バッフルプレートは、反応チャンバー内の未反応ガス及びポリマーなどを反応チャンバーの下部に均一に排出する。

しかし、プラズマ処理装置に備えられたバッフルプレートは、通常、基板が搬入及び搬出されるゲートドアの下部のチャンバーの内壁に固定されて設置されており、反応チャンバー内に生成されたプラズマが下部電極の外郭にリークする現象の原因となる。特に、プラズマ工程を行うために基板とともにローディングされた下部電極が上部に移動して、上部電極と下部電極との間にプラズマが生成される場合、ゲートドアの周囲にプラズマが集中する現象が発生する。

このような現象により、チャンバー内にプラズマが均一に分布しないため、基板の周縁などが過エッチングされ、これは、液晶表示装置の染みなどとして現われる。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、基板全体でエッチングを均一に行うことができるプラズマ装置を提供することにある。

本発明の一実施形態によるプラズマ装置は、反応チャンバーと、反応チャンバー内の上部に配置された上部電極、上部電極と対向する下部電極、下部電極を取り囲んで、周縁に複数の切り欠きを含むバッフルプレートを含み、各切り欠きの境界線は、バッフルプレートの境界線と連結されて、バッフルプレートの周縁に凹部を形成する。

下部電極上に配置されたフォーカスリングをさらに含み、各切り欠きは、フォーカスリングの各辺の延長線から切り欠きの直径の１．３倍乃至１．９倍離れて位置する。

切り欠きの大きさは、バッフルプレートの長軸の長さの１／１８乃至１／２３であってもよい。

バッフルプレートは、四角形であってもよく、切り欠きは、半円形であってもよい。

各切り欠きは、複数のスリットを含んでもよい。

バッフルプレートの角部の面積：複数の切り欠きの面積の比は、１００：０より大きく、１００：１８より小さくてもよい。

本発明の一実施形態によれば、プラズマ装置で基板が均一にエッチングされることによって、液晶表示装置の表示品質を向上させることができる。

本発明の一実施形態によるバッフルプレートが備えられたプラズマ装置を示した概略断面図である。 本発明によるバッフルプレートが備えられたプラズマ装置の下部電極部を示した斜視図である。 本発明の他の実施形態による切り欠きを示した平面図である。 本発明の一実施形態によるバッフルプレートを使用する場合のタービュランスエネルギーをシミュレーションした図面である。 本発明の一実施形態によるバッフルプレートを使用する場合の表面応力をシミュレーションした図面である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は、多様な相異した形態に具現され、ここで説明する実施形態に限定されない。

図面では、多様な層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示した。明細書全体を通して類似した部分については、同一の図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるとするとき、これは他の部分の「真上」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も意味する。反対に、ある部分が他の部分の「真上」にあるとするとき、これはその中間に他の部分がないことを意味する。

以下、図１乃至図３を参照して、本発明の一実施形態例によるプラズマ装置について詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態によるバッフルプレートが備えられたプラズマ装置を示した概略断面図であり、図２は本発明によるバッフルプレートが備えられたプラズマ装置の下部電極部を示した斜視図であり、図３は本発明の他の実施形態による切り欠きを示した平面図である。

図１を参照すれば、本発明のプラズマ装置は、反応チャンバー１００、反応チャンバー１００内に配置されて、互いに対向する上部電極部２００及び下部電極部３００、及び下部電極部３００の外周面に沿って備えられたバッフルプレート４００を含む。下部電極部３００は、基板昇降機３２０及び静電チャック３４０を含み、バッフルプレート４００は、静電チャック３４０の周囲を取り囲んでいる。

反応チャンバー１００は、エッチング工程が行われる間、密閉された空間を提供する。反応チャンバー１００の一側には、基板（Ｇ）を出し入れするためのゲートドア１１０が形成される。図１では、反応チャンバー１００の一側に一つのゲートドア１１０を形成したが、これに限定されず、一側及び他側にゲートドア１１０を形成して、出し入れを別々に行ってもよい。

反応チャンバー１００には、エッチング工程を行う際に反応チャンバー１００内のガスを排出する排気手段が連結されている。排気手段は、排気口１２０及び排気装置１３０を含む。

上部電極部２００は、反応チャンバー１００内の上部に配置されて、絶縁支持部材２２０及び絶縁支持部材２２０の下部面に結合された上部電極板２４０から構成される。絶縁支持部材２２０には、空洞の内部空間２６０が形成されて、内部空間２６０の下部には、複数のガス排出孔２８０ａが形成されている。

上部電極板２４０は、アルミニウムからなり、絶縁支持部材２２０に形成されたガス排出孔２８０ａと連結されて上部電極板２４０を上下に貫通するように形成されたガス排出孔２８０ｂを含む。

上部電極部２００には、プラズマを生成するためのガス供給部５００、上部高周波電源部６００が連結される。

ガス供給部５００は、ガス供給源（図示せず）及び質量制御流動器（ＭＦＣ：ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、図示せず）から構成されて、ガス供給源から供給されたガスはＭＦＣによって所望の量に調節され、上部電極部２００に形成された内部空間２６０に供給される。また、上部高周波電源部６００は、上部高周波電源（図示せず）及び上部整合器（図示せず）から構成され、高周波電源から供給された電力は整合されて、上部電極部２００、即ち上部電極板２４０に供給される。

したがって、上部電極部２００にガス及び高周波電力を供給及び印加すると、上部電極部２００内に引き入れられたガスは、絶縁支持部材２２０内に形成された内部空間２６０を通して絶縁支持部材２２０及び上部電極板２４０の上下に貫通形成されたガス排出孔２８０を通して噴射され、これによって上部電極部２００及び下部電極部３００の間にプラズマが生成される。

このとき、上部電極部２００の外周面には、シールドリング（図示せず）がさらに備えられてもよい。シールドリングは、上部電極部２００で発生する異常放電を防止する役割を果たし、上部電極板２４０または上部電極板２４０及び絶縁支持部材２２０の外周面に沿って形成されて、上部電極板２４０の下面を露出させるように形成される。

一方、下部電極部３００は、上部電極部２００と一定の間隔で互いに離隔して対向するように設置されている基板昇降機３２０及び基板昇降機３２０の上部に形成された静電チャック３４０を含む。このとき、基板昇降機３２０には下部高周波電源部７００が連結され、静電チャック３４０には高圧直流電源８００が連結される。

基板昇降機３２０は、静電チャック３４０を支持し、静電チャック３４０を上下に移動させるために、基板昇降機３２０の下部にはリフト手段３６０が連結される。そして、基板昇降機３２０の内部には、下部電極板（図示せず）が形成され、下部電極板は下部高周波電源部７００に接続される。下部高周波電源部７００は、下部高周波電源（図示せず）及び下部整合器（図示せず）から構成され、その役割は、上部高周波電源部６００の役割と同一である。このとき、基板昇降機３２０の内部には、下部電極部３００の温度を調節するために、冷却部材（図示せず）がさらに形成されてもよい。

基板昇降機３２０の上部には、静電チャック３４０が備えられる。静電チャック３４０は、上面に装着される基板（Ｇ）の形状とほぼ同一な形状に形成されてもよく、反応チャンバー１００内に配置された基板（Ｇ）を吸着して固定する役割を果たす。つまり、静電チャック３４０には高圧直流電源８００が接続されて、高圧直流電源８００で生成された静電力によって基板（Ｇ）を吸着固定する。ここでは、静電力を利用した静電チャック３４０を使用して基板を吸着固定したが、真空力または機械力を使用した機械チャックを使用してもよい。

このとき、静電チャック３４０の上部には、取り付けられた基板（Ｇ）の外周面に沿ってフォーカスリング３８０がさらに備えられてもよい。フォーカスリング３８０は、基板（Ｇ）の外周面に沿って形成されて、反応チャンバー１００内に生成されたプラズマ状態の反応ガスを基板（Ｇ）に集中させる。

一方、バッフルプレート４００は、静電チャック３４０の外周面に接触するように装着され、反応チャンバー１００の内部に供給された反応ガスを下部に向かって均一に移動させて、静電チャック３４０に取り付けられた基板（Ｇ）の周囲の反応ガスの流動を一定に維持して、基板（Ｇ）の周囲の反応ガスの濃度を一定にすることにより、基板（Ｇ）上で均一なエッチングが行われるようにする。

図２を参照すれば、バッフルプレート４００は、ほぼ四角板型で、バッフルプレート４００には、静電チャック３４０が嵌合されるように、静電チャック３４０の外周の大きさに合わせて開口部（図示せず）が形成されている。つまり、バッフルプレート４００の外周は、ほぼ反応チャンバー４００の内部壁に近接した大きさに形成され、内周（即ち開口部の大きさ）は、ほぼ静電チャック３４０の外周の大きさに形成される。

バッフルプレート４００上には、反応チャンバー１００内の反応ガスが反応チャンバー１００の下部に均一に排出されるように、ガスが通過する複数の切り欠き４１０が形成される。

切り欠き４１０は、半円形で、切り欠き４１０の境界線は、バッフルプレート４００の境界線と連結されて、バッフルプレート４００の周縁に凹部を形成する。切り欠き４１０の直径は、バッフルプレート４００の長軸（Ｘ軸）の長さの１／１８ないし１／２３である。例えば、バッフルプレートの長軸の長さが２７４０ｍｍであれば、切り欠き４１０の直径は１３４ｍｍであってもよい。

切り欠き４１０は、バッフルプレート４００の各辺を２等分する地点からバッフルプレート４００の角部（Ｃ）に近接するように位置する。つまり、フォーカスリング３８０の各辺を延長した延長線から切り欠き４１０までの距離（Ｌ１）は、切り欠き４１０の直径の１．３倍ないし１．９倍であることが好ましい。

表１は、本発明の一実施形態によるバッフルプレート４００における角部（Ｃ）の面積及び切り欠き４１０の面積によるエッチングの均一性を実験した表である。

表１を参照すれば、バッフルプレート４００における角部（Ｃ）の面積：切り欠き４１０の面積が１００：０、１００：２５、１００：２０、１００：１９、１００：１８と切り欠き４１０の面積を減少させるほど、エッチングの均一性が向上することが分かる。均一性の％が減少するほど、均一であることを意味する。

したがって、角部（Ｃ）の面積：切り欠き４１０の面積の比は、１００：０より大きく、１００：１８より小さく形成することが好ましい。

一方、本発明の一実施形態では、同一の直径を有する切り欠き４１０を形成したが、既に説明した角部（Ｃ）の面積と切り欠き４１０の面積との比を考慮して、互いに異なる直径を有する切り欠きを形成してもよい。

したがって、本発明の一実施形態では、切り欠き４１０を半円形で説明したが、面積比を考慮して、四角形または楕円形に形成してもよい。

また、各々のきり欠き４１０は、図３に示したように、複数のスリット４１を含み、スリット４１の間の間隔（Ｌ３）は、既に説明した切り欠き４１０の幅より小さく形成する。切り欠き４１０の直径を上述した大きさ（バッフルプレート４００の長軸（Ｘ軸）の長さの１／２３）より大きく形成する場合、複数のスリット４１を形成すれば、スリット４１によって切り欠き４１０の直径が減少して、エッチングが均一に行われるようになる。

反応チャンバー１００内に投入されたガスは、バッフルプレートの角部に位置するポンピングポート（ｐｕｍｐｉｎｇ ｐｏｒｔ）によって基板の下に流入した後、排気口１２０を通して排出される。基板のエッチングの際に、ポンピングポートの近くに位置する部分において基板が過エッチングされる。ポンピングポートは、図２においてフォーカスリング３８０の延長性（点線）で囲まれた部分で、バッフルプレートの角部に位置する。

しかし、本発明の実施形態のように、ポンピングポートと隣接するように位置するきり欠き４１０を含むバッフルプレート４００を設置すれば、反応チャンバー１００内の流体の流動が変化して、これによってポンピングポートの周囲の基板が過エッチングされることを防止することができる。したがって、基板全体を均一にエッチングすることができる。図４及び図５に示したように、表面応力を測定した結果、従来及び本発明による表面応力の平均は同一であった。しかし、本発明による表面応力の分布範囲は従来よりも狭いことが分かる。つまり、本発明によるバッフルプレートにより、表面応力の変動幅が小さくなるので、基板全体に均一なエッチングが行われる。

以上に本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。

４１ スリット
１００ 反応チャンバー
１１０ ゲートドア
１２０ 排気口
１３０ 排気装置
２００ 上部電極部
２２０ 絶縁支持部材
２４０ 上部電極板
２８０ 排出孔
３００ 下部電極部
３２０ 基板昇降機
３４０ 静電チャック
３８０ フォーカスリング
４００ バッフルプレート
４１０ 切り欠き
５００ ガス供給部
６００、７００ 高周波電源部

Claims (6)

1. 反応チャンバーと、
   前記反応チャンバー内の上部に配置された上部電極と、
   前記上部電極と対向する下部電極と、
   前記下部電極を取り囲んで、周縁に複数の切り欠きを含むバッフルプレートと、
   を含み、
   各前記切り欠きの境界線は、前記バッフルプレートの境界線と連結されて、前記バッフルプレートの周縁に凹部を形成し、
   前記バッフルプレートにおける角部の面積：前記複数の切り欠きの面積の比は、１００：０より大きく、１００：１８より小さいことを特徴とするプラズマ装置。
2. 反応チャンバーと、
   前記反応チャンバー内の上部に配置された上部電極と、
   前記上部電極と対向する下部電極と、
   前記下部電極を取り囲んで、周縁に複数の切り欠きを含むバッフルプレートと、
   前記下部電極上に配置されたフォーカスリングと、
   を含み、
   各前記切り欠きの境界線は、前記バッフルプレートの境界線と連結されて、前記バッフルプレートの周縁に凹部を形成し、
   前記切り欠きは、前記フォーカスリングの各辺の延長線から前記切り欠きの直径の１．３倍乃至１．９倍離れて位置することを特徴とするプラズマ装置。
3. 前記切り欠きの大きさは、前記バッフルプレートの長軸の長さの１／１８乃至１／２３であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ装置。
4. 前記バッフルプレートは、四角形であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ装置。
5. 前記切り欠きは、半円形であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプラズマ装置。
6. 前記各切り欠きは、複数のスリットを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ装置。