KR100714200B1 - 건식식각 장치 - Google Patents

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KR100714200B1
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정창성
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야 :
건식식각 장치
나. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제 :
일반적으로 건식식각 장치에서, 글래스를 상, 하로 이동시키는 리프트 핀(lift pin)은 알루미늄(Al)에 산화막(Al2O3)을 입힌 재질로 되어 있다. 그러나, 이러한 리프트 핀은 사용횟수가 증가함에 따라 글래스와 접촉하는 부위의 알루미늄이 노출되기 쉬워, 글래스 배면에 스크래치를 발생시키거나 불완전한 방전상태인 아킹(arcing)을 유발하여 치명적인 제품불량을 가져오는 문제점이 생긴다.
다. 그 발명의 해결방법의 요지 :
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 건식식각 장치용 리프트 핀의 글래스와 접촉하는 끝단에, 베스펠(vespel)을 포함하는 폴리이미드(polyimide)계 물질과 같이 열화학적, 내화학적 성질과 열저항성이 뛰어난 비금속 물질로 보호캡을 끼움으로써, 제품 불량을 유발하는 문제점을 제거하여 생산성을 높이는 효과가 있다.

Description

건식식각 장치 {Dry Etching apparatus}
도 1은 일반적인 건식식각 장치의 개략적인 단면도.
도 2는 상기 도 1의 "A"영역의 확대 단면도.
도 3은 본 발명의 건식식각 장치의 개략적인 단면도.
도 4는 상기 도 3의 기판이 놓여진 하부전극의 개략적인 사시도.
도 5는 상기 도 3의 "B" 영역의 확대 내부단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 건식식각 장치 112 : 가스 주입구
114 : 배출구 141 : 챔버
143 : 상부전극 145 : 하부전극
149 : 기판 150 : 고주파 전원
152 : 플라즈마(plasma) 154 : 내장홀
156 : 리프트 핀 158 : 보호캡
본 발명은 건식식각 장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 건식식각 장치용 리프트 핀(lift pin)에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시소자의 제조 공정 중 많은 공정이 건식식각 장치를 사용하여 진행된다.
이 액정표시소자는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어하고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
이러한 액정표시소자의 원하는 패턴을 형성하기 위한 식각방법으로는, 크게 습식식각과 건식식각으로 분류할 수 있다.
습식식각은 장비가격이 저렴하고 생산성이 우수하지만 건식식각에 비해 식각의 정밀도가 떨어지는 단점이 있고, 건식식각은 습식식각과 비교하여 반응속도가 빠르고 미세 형상을 식각할 수 있으며 진공 챔버(chamber)내에서 반응이 이루어지므로 안전한 장점을 가진다.
건식식각은 크게 화학적 반응을 이용한 식각방법과 물리적 충돌을 이용한 식각방법으로 나눌 수 있다.
화학적 반응을 이용한 식각방법은, 플라즈마를 사용하는 건식식각 방법으로, 이 식각공정을 진행하기 위해서는 먼저 건식식각 장치내로 반응 가스를 주입하고 외부에서 건식식각 장치 내의 상부전극과 하부전극에 고주파 전력을 인가하면, 상, 하부 전극 사이에 형성된 고주파 전계에 의해 가속된 전자가 반응 가스 분자와 여러 번의 충돌을 거쳐 고 에너지를 얻고, 다음에 반응 가스 분자와 비탄성 충돌하여 반응 가스 분자를 전리, 여기하여 플라즈마를 발생시킨다. 이렇게 만들어진 플라즈마 가스 중 음(negative)의 성격을 띠고 있는 플라즈마 가스는 상, 하부전극 사이의 전위차에 의해 하부전극 쪽으로 이동하고 하부전극 상부에 로딩되어 있는 피건식식각 부재와 반응하여 증기압이 높은 물질 또는 휘발성 물질을 생성함으로써 식각 공정이 진행된다.
물리적인 충돌을 이용한 식각방법으로는, 식각가스를 이용한 화학반응 대신 이온빔을 사용하여, 구성층을 식각하는 이온빔 밀링(Ion beam milling)방법을 대표적인 예로 들 수 있다.
상기 이온빔 밀링방법은 상기 화학반응에 의한 식각방식과는 달리 반응가스를 이용하지 않으므로, 좀 더 간단한 공정이 될 수 있다.
상기 이온빔 밀링방법은 스퍼터링(sputtering)과 비슷한 방법으로서, 상기 챔버내에 존재하는 아르곤(Ar)가스가 이온화되어 전기적으로 접지되어 있는 하부기판으로 향한다. 양전하를 띤 아르곤은 기판으로 이동하면서 가속된다.
상기 아르곤 이온이 상기 하부기판에 부딪히게 되면 충돌힘에 의해 상기 기판의 최상층에 구성된 층이 물리적으로 제거된다.
또 다른 건식식각 방식은 반응성 이온식각(RIE ; reactive ion etching)을 들 수 있다.
이 반응성 이온식각방식은 플라즈마 식각과 이온빔 식각을 결합한 것으로, 식각방법은 에칭가스를 상기 챔버내에 주입한 후 이온화되면, 이온화된 분자가 기판의 표면으로 가속되어 물리적으로, 화학적으로 제거하는 방식이다.
이 방법은 조절이 매우 쉽고 생산성이 높은 장점이 있다.
이외에도 다른 방식의 건식식각이 사용될 수 있다.
이와 같이, 건식식각으로 패턴화되는 액정표시 소자 물질은 주로 반도체막, 절연막, 금속막 등으로, 각 단계별로 별도의 마스크(mask)를 제작하고, 포토리소그라피(photolithography)과정을 거친 후, 전술한 식각방식 중 어느 하나의 방식을 선택하여 임의의 형태로 각 층(절연층, 반도체층, 도전성금속층 등)을 패턴화하게 된다.
도 1은 일반적인 건식식각 장치의 개략적인 단면도로서, 도시한 바와 같이, 일반적인 건식식각 장치(10)는 진공상태가 될 수 있는 챔버(chamber)(41)와, 상기 챔버(41)내의 상부전극(43)과, 상기 상부전극(43)과 대향하여 위치하고 상기 챔버(41)내의 하부에 고정되고 피건식식각 부재인 기판(49)이 올려지는 하부전극(45)과, 이 상, 하부전극(43, 45)에 전원을 인가하는 고주파(Radio Frequency) 전원(50)으로 이루어진다.
이 하부전극(45)에는 내장홀(54)이 형성되어 있고, 이 내장홀(54) 내에는 기판(49)을 지지하며, 상, 하로 움직이는 리프트 핀(56)이 형성되어 있다.
도 2는 상기 도 1의 A영역의 확대 단면도이다.
상기 도 1의 기판은, 투명기판과, 이 투명기판 상의 패턴을 형성하고자 하는 물질층으로 이루어지는데, 상기 도면에서는 설명의 편의상 투명기판인 글래스(glass)에 대해서만 도시하였다.
리프트 핀(56)은 알루미늄(Al) 재질(56a)로 이루어지고 반응가스에 의해 부식되는 것을 방지하기 위해 표면은 산화막(56b ; Al2O3)으로 코팅되어 있다.
그러나, 이러한 리프트 핀(56)의 끝단부의 산화막(56b)은 글래스(48)와 직접 접촉하므로, 사용횟수가 증가하면서 벗겨지기 쉽다.
그리고, 이 글래스(48)가 이동중 미스 얼라인(mis align)되어 리프트 핀(56)과 글래스(48)가 어긋나 탈착 현상이 발생되어 하부 전극(도 1의 45)과 글래스(48) 간에 정상상태에 있지 않게 되면, 하부 전극(도 1의 45)에서 글래스(48)가 이탈되어 브로큰(broken)이 유발될 수 있다.
이러한 브로큰이나 미스 얼라인이 발생할 경우 플라즈마가 글래스(48)와 접촉하는 리프트 핀(56) 부위에 집중되어 이 리프트 핀(56)이 녹아나 알루미늄 재질(56a)이 노출될 수 있다.
즉, 확대한 원안의 도면(I)에서처럼, 이 리프트 핀(56)의 글래스(48)와의 접촉하는 부분에서 산화막(56b)이 벗겨져 알루미늄 재질(56a)이 노출되면, 이러한 알루미늄과 같은 금속이 가지는 표면 거칠기로 인해 상기 "S"로 표시한 글래스 상에 스크래치(scratch)를 발생하는 문제가 있다.
글래스 배면에는 추후 공정에서 빛의 효율을 조절하는 편광판을 부착하게 되므로, 이러한 글래스 배면의 스크래치는 제품불량을 초래하게 된다.
그리고, 이 리프트 핀의 상기 산화막이 벗겨지면 상대적으로 다른 부분에 비해 면저항이 낮아져 아킹 포인트(arcing point)로 작용하는 문제점이 있다.
이 아킹은, 플라즈마의 방전이 불안전한 상태를 뜻하는 것으로, 아킹이 발생하면, 기판 전면의 에칭률(etching rate)의 변화로 기판 상에 형성되는 패턴의 원하는 테이퍼(taper)각을 형성하기 어렵고, 식각 잔여물이 남는 등 공정불량이 발생되게 되어, 글래스 배면에 금속성 이물의 흡착으로 후공정 오염 들이 발생하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 리프트 핀의 글래스와 접촉하는 부분에 비금속 재질을 부가함으로써, 상기 문제점들을 해결하여 공정질을 향상시키는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 음전압이 인가되는 상부전극과; 양전압이 인가되고, 상기 상부전극과 대향하며 이격되어 있고, 상기 상부전극을 향한 다수 개의 내장홀을 가진 하부전극과; 상기 상부전극 및 상기 하부전극을 감싸고, 건식식각용 가스가 주입되는 주입구를 가진 진공챔버와; 상기 상부전극과 상기 하부전극에 각각 전압을 인가하는 전원과; 상기 하부전극의 내장홀에 장착되고, 상기 상부전극 방향으로 연장되고, 피건식식각부재를 지지하는 다수개의 리프트 핀과; 상기 다수개의 리프트 핀의 끝단의 둘레에 형성되는 홈형상의 단차부와; 상기 단차부와 결합되는 돌출부를 가지며, 비금속재질로 형성되는 보호캡;을 포함하는 건식식각장치를 제공한다.
상기 보호캡은 베스펠(vespel)을 포함하는 폴리이미드(polyimide)계열 물질로 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 리프트 핀은 알루미늄(Al)에 산화막(Al2O3)을 코팅하여 이루어지며, 상기 산화막의 코팅두께는 1 ㎛ ~ 20 ㎛이다.
상기 리프트 핀은 상기 하부전극의 모서리부에 각각 하나씩 형성되고, 상기 피건식식각 부재는 글래스(glass)을 포함하는 기판이며, 상기 보호캡은 상기 리프트 핀의 끝단에 씌워지고, 상기 리프트 핀은 봉형상의 단면을 가지며, 상기 보호캡이 씌워지는 상기 리프트 핀 끝단부의 외주가 상기 리프트 핀의 타부분의 외주보다 적어도 내측에 위치하며, 상기 리프트 핀의 끝단은 상기 보호캡이 씌워질 수 있도록 끝단의 둘레를 따라 일정하게 파인 홈형상의 단차부를 가진다.
상기 보호캡의 상기 피건식식각 부재와 접촉하는 부분은 곡면임을 특징으로 한다.
또한, 상기 리프트 핀은 상, 하부전극의 대향면 방향으로 상, 하로 이동성을 갖는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 건식식각 장치의 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 건식식각 장치(100)는 도시한 바와 같이, 가스 주입구(112)와 배출구(114)를 가지며, 진공상태가 될 수 있는 챔버(chamber)(141)와, 상기 챔버(141)내의 캐소드전극(cathode electrode)인 상부전극(143)과, 상기 상부전극(143)과 대향하여 위치하고 상기 챔버(141)내의 하부에 고정되고 피건식식각 부재(149)가 올려지는 애노드전극(anode electrode)인 하부전극(145)과, 이 상, 하부전극(143, 145)에 전원을 인가하는 고주파(Radio Frequency) 전원(150)으로 이루어진다.
이러한 건식식각 장치(100)내에서 이루어지는 건식식각 중 화학반응에 의한 건식식각 방식을 한 예로 하여 설명하면, 가스 주입구(112) 내로 반응 가스를 주입하고 고주파 전원(150)을 통해 약 13.56MHz의 고주파 전력을 상부전극(143) 및 하부전극(145)에 공급하면, 상, 하부전극(143, 145) 사이에 전계가 형성되고 고주파 전계에 의해 반응가스가 플라즈마(152)로 변화된다. 이렇게 형성된 플라즈마(152)는 하부전극(145) 상의 피건식식각 부재인 기판(149)에 작용하여 건식식각 공정이 진행되게 된다.
이때, 이 하부전극(145)에는 다수 개의 내장홀(154)이 형성되어 있고, 이 내장홀(154) 내에는 기판(149)을 지지하고, 상, 하부전극(143, 145)의 대향면 방향으로 상, 하 이동함으로써, 이 기판(149)을 이동시키는, 비금속 재질의 보호캡(158)을 가지는 다수개의 리프트 핀(156)이 형성되어 있다.
이 보호캡(158)을 이루는 물질은 열화학적, 내화학적 성질이 우수하고 또한 최대 300℃까지의 열저항성이 뛰어난 비금속 물질로 이루어짐을 특징으로 한다.
그리고, 이 리프트 핀(156)은 기존의 리프트 핀의 재질과 동일한 알루미늄에 산화막을 코팅한 물질로 이루어진다.
이러한 리프트 핀(156)은 상기 하부전극(149)의 모서리부에 각각 하나씩 형성하는 것이 바람직하다.
도 4는 상기 도 3의 기판이 놓여진 하부전극의 일예를 제시한 개략적인 사시도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 건식식각 장치용 하부전극(145) 상의 각각의 모서리부에는 내장홀(154)이 형성되어 있고, 이 내장홀(154) 내에는 상, 하로 움직이는 리프트 핀(156)이 장착되어 있다.
이 리프트 핀(156)은, 건식식각 장치에서 기판(149)을 로딩(loading) 또는 탈착시, 기판(149)과 하부전극(145)간의 정전기를 방지하고 기판(149)의 안전한 식각공정을 수행하기 위해 필요하다.
이러한 리프트 핀(156)의 기판(149)과 접촉하는 끝단에는 도 3에서 상술한 바와 같이 비금속 재질의 보호캡(158)을 형성하여 기판(149)과의 접촉횟수가 증가하여도, 상기 재질의 보호캡(158)과의 접촉으로 기판(149) 상에 스크래치나 아킹이 발생하는 것을 방지한다.
이 리프트 핀(156)은 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 하부전극 상에 형성된 위치 또는 갯수를 변화하여도 무방하다.
도 5는 상기 도 3의 "B" 영역의 확대 내부단면도로서, 도 3에서 상술한 구조의 리프트 핀과 보호캡의 내부적인 결합구조를 도시한 것이다.
도시한 바와 같이, 이 리프트 핀(156)은 봉형상의 단면을 가지며, 이 리프트 핀(156)의 끝단의 둘레에는 일정하게 파인 홈형상의 단차부(II)를 가지고, 이러한 단차부(II)는 리프트 핀(156)의 다른 부위의 외주보다 작은 값을 가지므로써, 보호캡(158)과 결합되었을 때 보호캡(158)이 형성된 끝단의 외주와 다른 부위의 외주가 동일하도록 한다.
그리고, 이 보호캡(158)이 리프트 핀(156)에서 탈착되는 것을 방지하기 위해 리프트 핀(156)의 끝단의 단차부(II)의 제 1 영역(IIa)의 외주가 제 2 영역(IIb)의 외주보다 크도록 단차를 형성함을 특징으로 한다.
그리고, 글래스(148)와의 접촉면적을 작게 하기 위해, 보호캡(158)에서 글래스(148)와 접촉하는 부분은 곡면으로 형성한다.
이 보호캡(158)은 상기 도 3에서 상술한 특성을 지니는 비금속 재질로 이루어지며, 이러한 특성을 띠는 비금속 물질로는, 테프론(Teflon), 베스펠(Vespel), 아델(Ardel), 지르코니아(Zirconia), 세라졸(cerazol)중 어느 하나의 물질을 포함하는 폴리이미드(polyimide)계열 물질을 예로 들 수 있다.
이중, 바람직하기로는 베스펠(vespel)을 포함하는 폴리이미드(polyimide)계열 물질로 하는 것이다.
그리고, 이 리프트 핀(156)은 기존의 리프트 핀의 재질과 동일한 알루미늄에 산화막을 코팅한 물질로 이루어진다.
상기 산화막의 코팅두께는 1 ㎛ ~ 20 ㎛ 로 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 이 리프트 핀의 글래스와 접촉하는 부위에 비금속 재질의 보호캡을 형성하므로써, 리프트 핀과 글래스의 접촉으로 인해 글래스에 스크래치가 발생되거나, 글래스에 금속성 이물질이 묻어나게 하거나, 또는 아킹이 유발되는 문제점을 제거하므로써 원하는 건식식각 패턴을 형성할 수 있으므로 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
이때, 리프트 핀(156) 전체를 비금속 물질로 형성하지 않는 것은, 글래스(148)는 어느 정도 무게가 있기 때문에 리프트 핀(156)의 글래스(148)와의 접촉부위를 제외한 부분에서는 기존과 같은 재질로 하여, 리프트 핀(156)의 휨현상으로 인한 글래스(148)의 미끄러짐이 발생하지 않도록 하기 위해서이다.
상기 일 예로 들은 리프트 핀의 구조 외에도 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서, 리프트 핀과 보호캡의 결합구조의 형태는 다양하게 적용될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에서는 건식식각 장치용 리프트 핀의 글래스와 접촉하는 끝단에, 베스펠(vespel)을 포함하는 폴리이미드(polyimide)계 물질과 같이 열화학적, 내화학적 성질과 열저항성이 뛰어난 비금속 물질로 보호캡을 끼움으로써, 제품 불량을 유발하는 문제점을 제거하여 생산성을 높이는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 음전압이 인가되는 상부전극과;
    양전압이 인가되고, 상기 상부전극과 대향하며 이격되어 있고, 상기 상부전극을 향한 다수 개의 내장홀을 가진 하부전극과;
    상기 상부전극 및 상기 하부전극을 감싸고, 건식식각용 가스가 주입되는 주입구를 가진 진공챔버와;
    상기 상부전극과 상기 하부전극에 각각 전압을 인가하는 전원과;
    상기 하부전극의 내장홀에 장착되고, 상기 상부전극 방향으로 연장되고, 피건식식각부재를 지지하는 다수개의 리프트 핀과;
    상기 다수개의 리프트 핀의 끝단의 둘레에 형성되는 홈형상의 단차부와;
    상기 단차부와 결합되는 돌출부를 가지며, 비금속재질로 형성되는 보호캡;
    을 포함하는 건식식각장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호캡은 베스펠(vespel)을 포함하는 폴리이미드(polyimide)계열 물질로 이루어진 건식식각 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 리프트 핀은 알루미늄(Al)에 산화막(Al2O3)을 코팅하여 이루어진 건식식각 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산화막의 코팅두께는 1 ㎛ ~ 20 ㎛ 인 건식식각 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리프트 핀은 상기 하부전극의 모서리부에 각각 하나씩 형성되어 있는 건식식각 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 피건식식각 부재는 글래스(glass)를 포함하는 기판인 건식식각 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호캡은 상기 리프트 핀의 끝단에 씌워지는 건식식각 장치.
  8. 제 1 항 내지는 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 리프트 핀은 봉형상의 단면을 가지며, 상기 보호캡이 씌워지는 상기 리프트 핀 끝단부의 외주가 상기 리프트 핀의 타부분의 외주보다 적어도 내측에 위치하는 건식식각 장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호캡의 상기 피건식식각 부재와 접촉하는 부분은 곡면인 건식식각 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 리프트 핀은 상기 상부전극 및 상기 하부전극의 대향면 방향으로 상, 하로 이동성이 있는 건식식각 장치.
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