KR100525928B1 - 평판 디스플레이 장치의 플라즈마 기판 처리 장치 - Google Patents

평판 디스플레이 장치의 플라즈마 기판 처리 장치 Download PDF

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KR100525928B1 KR10-2003-0041221A KR20030041221A KR100525928B1 KR 100525928 B1 KR100525928 B1 KR 100525928B1 KR 20030041221 A KR20030041221 A KR 20030041221A KR 100525928 B1 KR100525928 B1 KR 100525928B1
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Abstract

플라즈마를 이용하여 평판 디스플레이 장치의 기판에 대한 에슁 공정이나 식각 공정 또는 세정 공정을 실시하기 위한 기판 처리 장치에 대하여 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 에슁 장치는 진공 챔버, 이 진공 챔버 내부에 위치하는 상부 전극, 상부 전극과 대향하여 상부 전극과 함께 전계를 형성하며 기판을 지지하기 위한 하부 전극, 진공 챔버의 일면에 설치되어 기판 처리 공정의 잔류물과 부산물을 진공 챔버 내부로 배출하기 위한 배기 수단, 진공 챔버의 배기 수단과 대향하는 면에 설치되어 있으며, 기판 처리용 가스를 기판에 분사하기 위한 정면 가스 분사용 수단, 진공 챔버의 일 측면에 설치되어 있으며, 기판 처리용 가스를 기판에 분사하기 위한 제1측면 가스 분사용 수단 및 진공 챔버의 나머지 하나의 측면에 설치되어 있으며, 기판 처리용 가스를 기판에 분사하기 위한 제2측면 가스 분사용 수단을 구비한다. 본 실시예에 의하면 장방형 기판의 양 측면으로부터도 기판 처리용 가스가 유입되기 때문에, 기판의 면적이 증가해도 기판의 전체 면에 대하여 효율적으로 공정을 수행할 수가 있다.

Description

평판 디스플레이 장치의 플라즈마 기판 처리 장치{Apparatus for processing a substrate of flat panel display device using plasma}
본 발명은 평판 디스플레이 장치의 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 플라즈마를 이용하여 평판 디스플레이 장치의 기판에 대하여 에슁 공정, 식각 공정 또는 세정 공정을 실시하기 위한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
현재 평판 디스플레이 장치 예컨대 액정 디스플레이(LCD) 장치는 패널이 대형화되고 있으며, 아울러 대화면에서도 고해상도 지원이 가능해지게 되었다. 또한, 높은 콘트라스트(contrast)와 넓은 시야각의 확보와 같은 기술적인 문제들이 해결되었다. 그 결과, LCD 장치는 새로운 디스플레이 수단으로서 다양한 응용 분야에서 주목을 받고 있다.
LCD 장치는 칼라 필터 기판 및 박막 트랜지스터(TFT) 기판을 합착하여 제조한다. 즉, 칼라 필터 기판 및 TFT 기판에 소정의 공정을 수행한 후, 이 기판을 서로 부착시킨다. LCD 장치를 제조하기 위해서는 이렇게 두 기판을 부착하기 전에 각각의 기판에 대해서 칼라 필터나 트랜지스터 등을 형성하기 위한 공정이 각 기판에 대하여 실시된다.
예를 들어, TFT 기판에 트랜지스터를 형성하는 공정에서 물질막의 증착 공정, 노광 및 현상 공정, 식각 공정, 에슁 공정 및 세정 공정 등이 기판에 실시된다. 이 중에서 식각 공정, 에슁 공정 및 세정 공정은 불필요한 물질막, 포토레지스트 패턴 및 각종 불순물을 기판으로부터 제거하기 위한 공정이다. 그리고, 이들 공정에서는 기판 처리 공정의 자동화 및 공정 기간 단축을 위하여 건식 공정이 점점 많이 이용되고 있는데, 특히 플라즈마를 이용하는 공정이 널리 이용되고 있다.
플라즈마 기판 처리 공정은 우선 기판 처리용 가스에 RF 등의 에너지를 가함으로써, 이 가스를 플라즈마 상태로 활성화시킨다. 이렇게 활성화된 기판 처리용 가스는 전자 및 이온을 포함하는 플라즈마 가스가 되며, 플라즈마 가스는 피처리 물질막과 반응하여 휘발성 부산물을 생성시킨다. 경우에 따라서는 플라즈마 가스에 전계 또는 자계를 가하여 높은 운동에너지를 가지게 할 수도 있다. 플라즈마 기판 처리 공정은 이와 같은 플라즈마 가스의 화학 에너지 및/또는 물리 에너지를 이용하여 식각, 세정 및 에슁과 같은 기판 처리 공정을 실시하는 것이다.
도 1에는 종래 기술에 따른 평판 디스플레이 장치의 기판에 대한 플라즈마 에슁 장치의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 도 1에 도시된 플라즈마 에슁 장치는 샤워헤드를 이용하여 기판 처리용 가스를 분사하는 장치이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 에슁 장치(100)는 진공 챔버(110), 플라즈마 발생 수단(122, 124), 기판 지지대(130), 샤워헤드(140) 및 배기 수단(150)을 포함한다. 도시하지는 않았지만, 플라즈마 에슁 장치(100)는 기판을 기판 지지대(130)에/로부터 로딩/언로딩하기 위한 수단, 기판 처리용 가스를 샤워 헤드(140)에 공급하기 위한 수단 및 플라즈마 에슁 장치(100)의 작동을 제어하는 제어 수단 등을 더 구비하고 있을 수 있다.
진공 챔버(110)는 기판 상에 형성되어 있는 포토레지스트 패턴에 대하여 에슁 반응이 진행되는 공간이다. 플라즈마를 이용하는 애슁 공정의 경우에는 공정 챔버의 내부는 진공에 가까운 압력 상태를 유지하는 것이 일반적이다. 샤워헤드(140)로부터 기판 처리용 가스가 진공 챔버(110)로 유입된다. 진공 챔버(100)에는 기판 처리용 가스 이외에 필요한 다른 보조 가스가 더 유입될 수도 있다.
샤워헤드(140)는 그 하부에 미세한 구멍이 형성되어 있어서, 기판 처리용 가스가 일정한 유량으로 기판(S)의 전면에 균일하게 분사될 수 있도록 한다. 그리고, 샤워 헤드(140)는 전원 장치와 연결되어 상부 전극으로서의 역할을 할 수도 한다.
진공 챔버(110)에 유입된 기판 처리용 가스는 플라즈마 발생 수단(122, 124)에 의하여 플라즈마 상태로 활성화된다. 플라즈마 발생 수단(122, 124)은 도시된 것과 같이 챔버의 외벽에 코일(122)이 감겨 있으면서, 여기에 전원(124)이 연결되어 있는 장치일 수 있다. 즉, 전원(124)을 통하여 고주파를 인가하면, 코일(122)에 의하여 진공 챔버(110) 내부에 강한 전계와 자계가 발생하고, 이 전계와 자계에 의하여 샤워헤드(140)로부터 분출되는 기판 처리 가스가 플라즈마 상태로 활성화된다. 그러나, 플라즈마 발생 수단은 도시된 것과 다른 구조의 장치일 수도 있다. 예를 들어, 상부 전극과 하부 전극을 상, 하에 배치하고, 상부 전극에 전원이 연결되어 있는 장치일 수도 있다.
진공 챔버(110) 내에서 플라즈마 상태로 활성화된 기판 처리용 가스는 샤워헤드(140)에서의 분출력, 전자기장 및 배기 수단(150)에 의한 펌프 작용으로 기판 지지대(130)에 의하여 지지되어 있는 기판(S)의 상면에 도달한다. 그 결과, 기판(S)의 상면에 형성되어 있는 포토레지스트 패턴은 플라즈마 상태의 기판 처리용 가스와 반응하여 산화되고, 휘발성 부산물이 생성된다. 휘발성 부산물은 기판 지지대(130)의 측면에 위치한 배기 수단(150)에 의하여 기판(S)으로부터 제거되고 진공 챔버(110)의 외부로 배출된다. 배기 수단(150)은 예컨대 배기관을 비롯하여 진공 펌프 등을 구비할 수 있다.
그런데, 전술한 바와 같이 현재 LCD 장치의 기판은 계속 대형화되고 있다. 기판이 대형화되면 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 면적도 증가하고, 그 만큼 에슁 장치(100)의 부피가 증가한다. 기판이 대형화됨에도 불구하고 종래의 장치를 계속 사용하게 되면, 대형화된 기판의 전면을 커버할 수가 없으며, 특히 기판의 가장 자리 주위에는 에슁 반응 등이 원활하게 진행되지 않는다.
따라서, 기판의 대형화에 대처하여 원활하게 기판을 처리하기 위해서는 플라즈마 에슁 장치(100) 등을 구성하는 각 구성 요소들의 크기도 종래보다 크게 제조하여야 한다. 진공 챔버의 크기만이 아니라 플라즈마 발생 수단의 성능 및 진공 펌프의 성능도 그에 적합하게 향상시켜야 한다. 아울러 샤워헤드를 구비하는 플라즈마 에슁 장치의 경우에는 샤워 헤드를 대형화시켜야 한다. 그런데, 샤워 헤드는 구조적으로 그 크기를 증가시키기가 용이하지가 않다. 그리고, 샤워헤드의 크기를 증가시키면 샤워헤드의 전면을 통하여 기판 처리용 가스를 균일하게 분사하는 것이 용이하지 않다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 대형화된 기판의 가장 자리 부근에서의 기판 처리 속도를 향상시킬 수 있고, 아울러 기판의 전면에서 기판 처리 공정의 균일성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 플라즈마를 사용하여 평판 디스플레이 소자의 기판을 처리하는 장치로서, 평면 모양이 장방형인 진공 챔버, 상기 진공 챔버 내부에 위치하는 상부 전극, 상기 상부 전극과 대향하여 상기 상부 전극과 함께 전계를 형성하며 상기 기판을 지지하기 위한 하부 전극, 상기 진공 챔버의 일면에 설치되어 기판 처리 공정의 잔류물과 부산물을 상기 진공 챔버 내부로 배출하기 위한 배기 수단, 상기 진공 챔버의 상기 배기 수단과 대향하는 면에 설치되어 있으며, 기판 처리용 가스를 상기 기판에 분사하기 위한 정면 가스 분사용 수단, 상기 장방형 진공 챔버의 나머지 두 측면 중 하나의 측면에 설치되어 있으며, 기판 처리용 가스를 상기 기판에 분사하기 위한 제1측면 가스 분사용 수단 및 상기 장방형 진공 챔버의 나머지 하나의 측면에 설치되어 있으며, 기판 처리용 가스를 상기 기판에 분사하기 위한 제2측면 가스 분사용 수단을 구비한다.
상기한 실시예의 일 측면에 따르면, 상기한 기판 처리 장치는 에슁 장치일 수 있다.
상기한 실시예의 다른 측면에 따르면, 상기한 정면 가스 분사용 수단, 상기 제1 측면 가스 분사용 수단 및 상기 제2 측면 가스 분사용 수단은 노즐을 포함하는 장치일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시될 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 예시적으로 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서 각 구성 요소는 설명의 편의상 단순하게 간략하게 도시되었으며, 현실적으로 사용되는 형태가 아닌 개념적으로만 도시하였다. 하지만, 이러한 구성 요소가 현실적으로 구체화되는 형태는 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 명확하다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 2 및 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 평판 디스플레이 장치의 기판에 대한 플라즈마 에슁 장치를 개략적으로 도시되어 있는데, 도 2는 단면도로 본 플라즈마 에슁 장치의 구성이 도시되어 있고, 도 3에는 평면도로 본 구성이 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 플라즈마 에슁 장치(200)는 진공 챔버(210), 상부 전극(220) 및 하부 전극(230)을 비롯한 플라즈마 발생 수단, 가스 분사용 수단(242, 244a, 244b) 및 배기 수단(250)을 포함한다. 도시된 것 이외에도 플라즈마 에슁 장치(200)는 기판을 진공 챔버(210)에/로부터 로딩/언로딩하기 위한 수단, 기판 처리용 가스를 가스 분사용 수단(242, 244a, 244b)에 공급하기 위한 수단 및 플라즈마 에슁 장치(200)의 작동을 제어하는 제어 수단 등을 더 구비하고 있을 수 있다. 그리고, 이와 같은 플라즈마 에슁 장치는 하나의 버퍼 챔버를 기준으로 여러 개의 수평 또는 수직 방향으로 인접하여 다수 개가 함께 설치되어 있거나 또는 하나씩 독립적으로 설치되어 있을 수도 있다.
진공 챔버(210)는 기판 처리 공정이 진행되는 공간으로서, 플라즈마를 이용하거나 및/또는 반응성 이온을 함께 이용하여 기판을 처리하는 장치일 수 있다. 플라즈마를 발생시키거나 반응성 이온을 이용하여 기판을 처리하는 것은 도시된 것과 같이 격리된 진공 챔버(210) 내에서 실시하는 것이 효과적이다. 진공 챔버(210)는 기판 모양과 같이 그 평면 모양이 장방형 형상인 것이 바람직하지만, 원형일 수도 있다.
진공 챔버(210)에는 가스 분사용 수단(242, 244a, 244b)으로부터 기판 처리 가스가 유입된다. 가스 분사용 수단(242, 244a, 244b)은 노즐 즉 가스 분사용 노즐을 포함하는 장치일 수 있다. 본 실시예에서는 진공 챔버(210)의 평면 모양이 장방형인 경우에, 가스 분사용 수단은 배기 수단(250)이 설치되어 있는 면을 제외한 나머지 3면 모두에 설치되어 있는 것이 특징이다. 만일 진공 챔버(210)의 평면 모양이 원형인 경우에는 가스 분사용 수단은 배기 수단(250)이 설치되어 있는 원주 부분을 제외하고 가능한 부분 전체에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 전자의 경우에, 가스 분사용 수단은 배기 수단(250)과 대향하는 면에 설치되어 있는 정면 가스 분사용 수단(242)과 그 양 측면에 배치되어 있는 제1측면 가스 분사용 수단(242a) 및 제2측면 가스 분사용 수단(242b)으로 구성된다.
배기 수단(250)의 정면 및/또는 어느 하나의 측면에만 가스 분사용 수단을 설치하고 에슁 공정을 진행할 경우에, 기판이 소형인 경우에는 모든 면에 대하여 균일한 에슁율을 달성할 수 있고, 에슁 속도도 중심부와 가장 자리 부근에서 큰 차이가 없다. 그러나, 기판이 대형화되면 이와 같은 구성을 가진 장치를 사용할 경우에는 기판의 전면에서 균일한 에슁율을 달성하기가 어려우며, 가장자리 부근은 기판의 중심부에 비하여 에슁 속도도 낮아진다. 따라서, 본 실시예와 같이 정면 및 양 측면에 가스 분사용 수단을 설치하게 되면, 비록 대형화된 기판에 공정을 진행하여도 기판의 전면에서 균일한 에슁율을 달성할 수 있고, 가장 자리 부근도 중심부와 마찬가지로 빠른 속도로 에슁 공정을 진행할 수가 있다.
도 3을 참조하면, 가스 분사용 수단(242, 244a, 244b)은 하부 전극(230)의 높이보다 높은 위치에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이것은 가스가 플라즈마 상태로 활성화될 수 있는 공간이 상부 전극(220)과 하부 전극(230) 사이의 공간이며, 또한 이 공간에서 활성화된 플라즈마 상태의 가스가 기판 상에 형성되어 있는 포토레지스트 패턴과 반응을 일으키기 때문이다. 그리고, 도면에 도시하지는 않았지만, 가스 분사용 수단(242, 244a, 244b)은 파이프 등의 관에 의하여 가스 공급부로서의 역할을 하는 가스 저장 장치와 연결되어 있다. 그리고, 본 실시예의 진공 챔버(210)에는 직접 에슁 반응에 참가하는 가스 이외에 이 가스의 원활하게 기판의 전면에 공급될 수 있도록 다른 보조 가스가 더 유입될 수도 있다.
도 1을 참조하여 기술한 것과 마찬가지로, 진공 챔버(210)에 유입된 기판 처리용 가스는 플라즈마 발생 수단에 의하여 플라즈마 상태로 활성화된다. 그러나, 본 실시예에서는 도 1에서와는 달리 플라즈마 발생 수단이 상부 전극(220), 전원(224) 및 하부 전극(230) 등을 포함하여 구성되어 있을 수 있다. 즉, 전원(224)으로부터 상부 전극(220) 및 하부 전극(230)에 강한 고주파 전력 등이 가해지면, 상부 전극(220)과 하부 전극(230) 사이에 강한 전계가 발생하여 여기에 유입되는 기판 처리 가스 또는 보조 가스가 플라즈마 상태로 활성화된다. 그럼에도 불구하고, 도시된 것과 달리 플라즈마 발생 수단으로서 이 분야에서 공지되어 있는 다른 수단이 구비되어 있을 수도 있다.
가스 분사용 노즐(242, 244a, 244b)에서 분사되어 플라즈마 상태로 활성화된 기판 처리용 가스가 진공 챔버(210) 내의 기판 상에서 움직이는 경로는 도 3에 도식적으로 화살표로 표시하였다. 도 3에서 내부가 비어 있는 큰 화살표는 정면 가스 분사용 노즐(242)에서 분사되는 가스의 흐름을 나타내며, 작은 화살표는 제1측면 가스 분사용 노즐(244a) 및 제2측면 가스 분사용 노즐(244b)에서 분사되는 가스의 흐름을 나타낸다.
도 3을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 정면 및/또는 하나의 측면에서만 가스를 분사시키면 플라즈마 상태로 활성화된 가스가 대형화된 기판(S)의 전체 면에 균일하게 도달할 수가 없다. 그러나, 배기 수단(250)이 설치되어 있는 면을 제외한 모든 면으로부터 가스가 분사되면 기판의 전체 면에 가스가 도달하게 할 수 있다.
도 1을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로, 기판(S)의 상면에 형성되어 있는 포토레지스트 패턴은 플라즈마 상태의 기판 처리용 가스와 반응하여 산화되어 기화된다. 이렇게 산화된 부산물은 하부전극(230)의 측면에 위치한 배기 수단(250)에 의하여 기판(S)으로부터 제거되고 진공챔버(210)의 외부로 배출된다. 배기 수단(250)은 예컨대 배기관을 비롯하여 진공 펌프 등을 구비할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 플라즈마 에슁 장치(200)를 사용하여 상세히 설명하였다. 그러나, 본 발명은 플라즈마 에슁 장치만이 플라즈마 식각 장치 또는 플라즈마 세정 장치에도 적용이 가능하다.
본 발명에 따른 플라즈마를 사용하는 기판 처리 장치를 사용하면 평판 디스플레이 장치의 기판이 대형화됨에도 불구하고, 대형화된 기판의 전면에 대하여 에슁 공정이나 플라즈마를 사용한 식각 공정 또는 에슁 공정을 효율적으로 수행할 수가 있다.
따라서, 기판의 중심부만이 아니라 가장 자리 부근에서도 기판에 대한 공정 속도를 균일하게 할 수 있으며, 기판 처리 속도가 향상되기 때문에 하나의 기판에 대하여 공정을 실시하는데 걸리는 시간을 단축시킬 수가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 평판 디스플레이 장치의 기판에 대한 플라즈마 에슁 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 평판 디스플레이 장치의 기판에 대한 플라즈마 에슁 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판 디스플레이 장치의 기판에 대한 플라즈마 에슁 장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
( 도면의 주요 부분에 대한 참조 번호의 설명 )
110, 210 : 진공 챔버 130 : 기판 지지대
140 : 샤워 헤드 150, 250 : 배기 수단
220 : 상부 전극 230 : 하부 전극
242 : 정면 가스 분사용 노즐 244a, 244b : 측면 가스 분사용 노즐

Claims (4)

  1. 플라즈마를 사용하여 평판 디스플레이 장치의 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내부에 위치하는 상부 전극;
    상기 상부 전극과 대향하여 상기 상부 전극과 함께 전계를 형성하며 상기 기판을 지지하기 위한 하부 전극;
    상기 진공 챔버의 일면에 설치되어 기판 처리 공정의 잔류물과 부산물을 상기 진공 챔버 내부로 배출하기 위한 배기 수단;
    상기 진공 챔버의 상기 배기 수단과 대향하는 면에 설치되어 있으며, 기판 처리용 가스를 상기 기판에 분사하기 위한 정면 가스 분사용 수단;
    상기 진공 챔버의 나머지 두 측면 중 하나의 측면에 설치되어 있으며, 기판 처리용 가스를 상기 기판에 분사하기 위한 제1측면 가스 분사용 수단; 및
    상기 진공 챔버의 다른 하나의 측면에 설치되어 있으며, 기판 처리용 가스를 상기 기판에 분사하기 위한 제2측면 가스 분사용 수단을 구비하는 평판 디스플레이 장치의 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정면 가스 분사용 수단, 상기 제1측면 가스 분사용 수단 및 상기 제2측면 가스 분사용 수단은 서로 연결되어 일체를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치의 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는 에슁 장치인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치의 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정면 가스 분사용 수단, 상기 제1 측면 가스 분사용 수단 및 상기 제2 측면 가스 분사용 수단은 노즐을 포함하는 장치인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치의 기판 처리 장치.
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