KR100737713B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판을 반입 또는 반출 높이까지 승강하는 리프트 핀 중 중앙에 구비되는 리프트 핀과 하부전극과의 전위차 및 온도차에 의해 발생되는 얼룩을 방지하여 공정 수율을 상승시키는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 진공 상태의 챔버 내부에서 플라즈마를 이용하여 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버내 상측과 하측에 각각 구비되는 상, 하부 전극; 상기 하부 전극의 가장자리부와 중심부가 두께 방향으로 관통되고 각각 삽입되어 상기 기판을 하부 전극에 내려놓거나 들어올리는 다수개의 리프트 핀; 을 포함하며, 상기 리프트 핀은 하부 전극과 동일한 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

플라즈마 처리장치, 하부전극, 리프트 핀, 얼룩

Description

플라즈마 처리장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE USING PLASMA}

도 1은 종래의 플라즈마 처리장치를 도시한 측단면도이다.

도 2는 도 1의 "A" 부분을 도시한 확대도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 도시한 측단면도이다.

도 4는 도 3의 "B" 부분을 도시한 확대도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

114 : 하부전극 120 : 리프트 핀(Lift pin)

S : 기판

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판을 반입 또는 반출 높이까지 승강하는 리프트 핀 중 중앙에 구비되는 리프트 핀과 하부전극과의 전위차 및 온도차에 의해 발생되는 얼룩을 방지하여 공정 수율을 상승시키는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 평판표시소자 제조장치는 내부에 평판표시소자 기판을 반입시키 고, 플라즈마 등을 이용하여 식각 등의 처리를 실시하는데 사용된다. 이때, 평판표시소자(Flat Panel Display)는 액정 표시소자(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 소자(Plasma Display Panel), 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diodes) 등을 말하며, 이러한 평판표시소자 제조장치 중 진공처리용 장치는 일반적으로 로드락(Load lock) 챔버, 반송 챔버 및 공정 챔버의 3개의 진공 챔버로 구성된다.

여기서, 상기 로드락 챔버는 대기압 상태와 진공 상태를 번갈아 가면서 외부로부터 처리되지 않은 기판을 받아들이거나 처리가 끝난 기판을 외부로 반출하는 역할을 하며, 상기 반송 챔버는 기판을 각 챔버들 간에 반송하기 위한 운송 로봇이 구비되어 있어서 처리가 예정된 기판을 로드락 챔버에서 공정 챔버로 전달하거나, 처리가 완료된 기판을 공정 챔버에서 로드락 챔버로 전달하는 역할을 하며, 상기 공정 챔버는 진공 중에서 플라즈마를 이용하거나 열 에너지를 이용하여 기판상에 막을 성막하거나 에칭을 수행하는 역할을 한다.

이와 같이 플라즈마 공정을 진행하는 플라즈마 처리장치는 그 내부에 진공분위기를 형성시킬 수 있는 챔버, 그 챔버 내에 피처리 기판을 지지할 수 있는 지지면을 가지는 적재대, 챔버 내로 처리 가스를 공급하는 가스 공급계, 방전을 통해 그 처리 가스를 플라즈마화 하기 위한 전계를 처리실 내에 발생시키기 위한 전계 발생계, 소정의 처리 후에 처리실 내에 존재하는 처리 가스를 제거하는 배기계로 구성된다.

종래의 플라즈마 처리장치는 도 1에 도시된 바와 같이 그 내부는 진공 상태 와 대기압 상태를 반복적으로 유지하면서 외부와 접촉되며, 내부에서 공정 처리가 수행되는 챔버(10)와, 상기 챔버(10)내 상부 영역에 마련되는 상부전극(12)과, 상기 상부전극(12)과 이격된 하부 영역에 마련되어 기판(S)이 적재되는 하부전극(14)으로 구성된다.

상기 상부전극(12)은 최하단에 공정 가스가 기판(S)에 균일하게 분사되는 샤워 헤드(Shower head)가 구비된다.

상기 하부전극(14)은 외벽과 상부 영역 가장자리부에 플라즈마로부터 이 하부전극(14)을 보호하는 절연판(도면에 미도시)이 전극의 둘레를 감싸도록 한 다음 다수개의 볼트에 의해 상면 가장자리부와 측면 및 저면에서 각각 체결된다.

그리고 상기 챔버(10)의 소정 부분에는 기판(S) 처리에 이미 사용된 처리 가스와 그 부산물 등을 제거하는 배기수단(도면에 미도시)이 더 구비된다. 물론 이 배기수단은 챔버(10) 내부를 진공분위기로 형성시키기 위하여 챔버(10) 내부의 기체를 배기하는 경우에도 사용된다.

여기서, 대형화된 기판(S)을 지지하기 위해 하부전극(14)의 가장자리부 및 중앙부에는 하부전극(14)을 두께 방향으로 관통하여 형성된 다수개의 리프트 핀 홀(16)을 통과할 수 있도록 소정 간격을 갖는 다수개의 리프트 핀(Lift pin : 20)을 구비시켜 상기 리프트 핀(20)이 그 리프트 핀 홀(16)을 따라 상승 및 하강하면서 기판(S)을 들어올리거나 챔버(10)의 내부로 반입된 기판(S)을 하부전극(14) 상에 위치시키는 역할을 하게 된다.

여기서, 상기 리프트 핀(20)을 하부전극(14)의 중앙에도 구비하는 이유는 대 면적 기판(S)의 처짐 발생을 최소화하기 위함이다.

즉, 상기 리프트 핀(20)은 챔버(10) 외부에서 운송 로봇에 의하여 반입된 기판(S)을 소정 높이 만큼 들어올린 후, 운송 로봇이 챔버(10) 밖으로 퇴피하면 그 기판(S)을 하강시켜 하부전극(14) 상에 적재하는 역할을 한다.

이때, 상기 리프트 핀(20)은 하나의 하부전극(14)에 다수개가 구비되지만, 다수개의 리프트 핀(20)이 동시에 상승하거나 하강하여야 한다.

따라서, 상기 하부전극(14) 외부 하측에 다수개의 리프트 핀(20) 전체와 결합하는 리프트 핀 고정 플레이트(30)가 마련되고, 이 리프트 핀 고정 플레이트(30)를 별도의 구동수단(도면에 미도시)에 의해 상승시킴으로써 이 구동수단에 의해 다수개의 리프트 핀(20)이 동시에 상승하게 된다.

한편, 상기 리프트 핀(20)은 다수개가 챔버(10)의 하벽을 관통하여 이 챔버(10)의 하측까지 연장되도록 위치되며, 각각의 리프트 핀(20)의 하부 영역에 고정되도록 구비되는 리프트 핀 고정 플레이트(30)는 챔버(10) 하측 외부에 구비되는 것이다.

이러한 리프트 핀(20)은 리프트 핀 고정 플레이트(30)에 구동수단의 상승력을 부가하여 이 리프트 핀 고정 플레이트(30)에 고정된 리프트 핀(20)을 상승하게 하지만, 하강할 경우에는 구동수단의 구동력에 의해 하강하는 것이 아니고 자중에 의해 리프트 핀(20)이 원위치로 복귀하는 것이다.

여기서, 상기 리프트 핀(20)에서 챔버(10)의 하측으로 노출되는 부분 즉, 상기 챔버(10)의 저면과 리프트 핀 고정 플레이트(30)의 사이에 노출되는 리프트 핀 (20)을 감싸도록 벨로우즈(Bellows : 32)가 마련된다.

이러한 벨로우즈(32)는 다수개의 리프트 핀(20)의 상승시 수축하게 되고, 이 리프트 핀(20)의 하강시 이완하게 되며, 챔버(10) 내부의 진공 상태를 유지하게 하는 기능을 하게 된다.

한편, 상기 운송 로봇에 의해 기판(S)을 리프트 핀(20)들의 상면에 안착시킨 후 상기 리프트 핀(20)들이 하강하여 상기 기판(S)을 하부전극(14)에 내려놓을 때 상기 리프트 핀(20)들의 상면은 기판(S) 저면에 접촉된 상태로 하부전극(14)에 안착된다.

여기서, 상기 하부전극(14)의 다른 부분과 리프트 핀(20)이 마련된 부분 간에 전기적, 열적 특성 차이로 인하여, 플라즈마 처리시 기판(S)의 표면에 대한 처리 정도가 달라진다. 즉, 플라즈마 처리 후의 기판(12) 표면에 휘도 불균일의 일종인 얼룩(무라 : Mura)이 나타나는 등 기판(S) 모든 영역이 균일하게 처리되지 않는 문제점이 있었다.

그리고 상기 리프트 핀(20)의 상단 모서리부는 날카로워 전하 집중으로 인해 아킹(Arcing)이 발생하여 공정 처리시 기판(S)이 불균일하게 처리되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 하부전극과 동일한 재질 또는 동일 계열의 재질로 리프트 핀을 구비하여 열적 특성 차이로 발생되는 얼룩을 방지하고 상기 리프트 핀의 모서리를 곡면 가공하여 아킹 방지에 따른 기판을 균일하게 공정 처리할 수 있게 한 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 진공 상태의 챔버 내부에서 플라즈마를 이용하여 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버내 상측과 하측에 각각 구비되는 상, 하부 전극; 상기 하부 전극의 가장자리부와 중심부가 두께 방향으로 관통되고 각각 삽입되어 상기 기판을 하부 전극에 내려놓거나 들어올리는 다수개의 리프트 핀; 을 포함하며, 상기 리프트 핀은 하부 전극과 동일한 재질로 마련됨으로써, 상기 하부전극과 리프트 핀과의 전기적, 열적 특성 차이로 인한 얼룩 발생을 차단하므로 바람직하다.

또한, 본 발명에서의 상기 리프트 핀은, 그 상단 모서리를 라운딩(Rounding) 처리하되 그 라운딩 처리시 반지름이 1㎜보다 작게 형성됨으로써, 전하가 집중되어 아킹이 발생되는 것을 방지하므로 바람직하다.

이하, 본 발명의 플라즈마 처리장치를 첨부도면을 참조하여 일 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 그 내부는 진공 상태와 대기압 상태를 반복적으로 유지하면서 외 부와 접촉되며, 내부에서 공정 처리가 수행되는 챔버(110)와, 상기 챔버(110)내 상부 영역에 마련되는 상부전극(112)과, 상기 상부전극(112)과 이격된 하부 영역에 마련되어 기판(S)이 적재되는 하부전극(114)으로 구성된다.

그리고 도면에는 도시하지 않았지만 가스 공급계, 전계 발계, 배기계가 더 포함되어 마련된다.

또한, 상기 하부전극(114) 내부에는, 그 상부면에 탑재되는 기판(S)이 처리 중에 움직이거나, 하부전극(114)과의 간격이 달라지는 것을 방지하기 위하여 상기 기판(S)을 탑재면에 밀착, 압박시키는 정전척(ESC : 도면에 미도시)이 많이 사용되며, 그 정전척에 의하여 발생되는 정전력으로 기판(S)을 탑재면에 밀착, 압박시킨다.

그리고 상기 상,하부전극(112, 114)은 주로 알루미늄을 사용하며, 이 하부전극(114)에는 대형화된 기판(S)을 지지하기 위해 그 하부전극(114)의 가장자리부는 물론 중앙부에도 두께 방향으로 상기 하부전극(114)를 관통하여 형성된 다수개의 리프트 핀 홀(116)에 각각 삽입되어 구동되는 리프트 핀(Lift pin : 120)이 구비된다.

여기서, 상기 리프트 핀(120)은 하부전극(114)의 리프트 핀 홀(116)을 따라 상승 및 하강하면서 운송 로봇(도면에 미도시)이 기판(S)을 반출시킬 수 있도록 반출 높이까지 들어올리거나 상기 운송 로봇으로부터 반입될 기판(S)을 챔버(110) 내부에서 전달받아 하부전극(114) 상에 내려놓는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 리프트 핀(120)은 챔버(110) 외부에서 운송 로봇에 의하여 반입된 기판(S)을 소정 높이 만큼 들어올린 후, 운송 로봇이 챔버(110) 밖으로 후퇴하면 그 기판(S)을 하강시켜 하부전극(114) 상에 적재하는 역할을 한다.

이때, 상기 리프트 핀(120)은 하나의 하부전극(114)에 다수개가 구비되지만, 다수개의 리프트 핀(120)이 동시에 상승하거나 하강하여야 하므로 상기 챔버(110) 외부 하측에 다수개의 리프트 핀(120) 전체와 결합하는 리프트 핀 고정 플레이트(130)가 마련된다.

그리고 상기 리프트 핀 고정 플레이트(130)를 별도의 구동수단(도면에 미도시)에 의해 승강시킴으로써 이 구동수단에 의해 다수개의 리프트 핀(120)이 동시에 상승 또는 하강하게 된다.

이러한 리프트 핀(120)은 리프트 핀 고정 플레이트(130)에 구동수단의 상승력을 부가하여 이 리프트 핀 고정 플레이트(130)에 고정된 리프트 핀(120)을 상승하게 하지만 하강할 경우에는 구동수단의 구동력에 의해 하강하는 것이 아니고 자중에 의해 리프트 핀(120)이 원위치로 복귀하는 것이다.

여기서, 상기 리프트 핀(120)에서 챔버(110)의 하측으로 노출되는 부분 즉, 상기 챔버(110)의 저면과 리프트 핀 고정 플레이트(130)의 사이에 노출되는 리프트 핀(120)을 감싸도록 벨로우즈(Bellows : 132)가 마련된다.

이러한 벨로우즈(132)는 다수개의 리프트 핀(120)의 상승시 수축하게 되고, 이 리프트 핀(120)의 하강시 이완하게 되며, 상기 챔버(110) 내부의 진공 상태를 유지하게 하는 기능을 하게 된다.

한편, 상기 하부전극(114)과 리프트 핀(120)은 서로 온도차, 전위차로 인해 기판(S)을 공정 처리하는 과정에서 상기 리프트 핀(120)에 접촉되는 부위인 기판(S) 저면에 휘도 불균일의 일종인 얼룩(Mura)이 발생되는 것을 방지하기 위해 상기 리프트 핀(120)을 하부전극(114)과 동일한 재질로 제작하거나 동일 계열의 재질로 제작하여 온도차 및 전위차가 발생하지 않도록 한다.

여기서, 상기 리프트 핀(120)은 알루미늄, 스테인레스강인 SUS 계열 및 표면에 아노다이징(Anodizing) 처리된 알루미늄 중 어느 하나를 사용한다.

그리고 상기 리프트 핀(120)은 기판(S)에 공정 처리시 아킹(Arcing)이 발생하는 것을 방지하기 위해 상단 모서리부를 라운딩(Rounding) 가공하되 그 라운딩 가공시 가공 반지름(r)은 1㎜보다 작게 형성시킨다.

즉, 상기 리프트 핀(120)의 상면 모서리를 라운딩 가공하여 전하가 집중되는 것을 방지함에 따라 균일한 공정 처리 결과를 얻을 수 있다.

더욱이, 상기 리프트 핀(120)이 하부전극(114)의 리프트 핀 홀(116)에 하강 즉, 리프트 핀(120)의 최초 위치는 상기 하부전극(114)의 상면에서 적정 높이(h) 즉, 높이(h)가 0.2㎜ 내외인 0.1∼0.3㎜ 하측에 위치된다.

즉, 상기 운송 로봇으로부터 상기 기판(S)을 챔버(110) 내부로 반입하고 반입된 기판(S)을 전달받을 수 있도록 리프트 핀(120)이 상승하여 그 기판(S) 저면에 리프트 핀(120) 상면이 접촉한 후 운송 로봇은 후퇴하고 상기 리프트 핀(120)이 하강하고 기판(S)이 하부전극(114)에 안착됨과 동시에 리프트 핀(120)은 상기 하부전극(114)의 상면에서 0.1∼0.3㎜만큼 더 하강하게 되는 것이다.

상기 리프트 핀(120)이 하부전극(114)의 상면에서 높이(h) 0.1∼0.3㎜만큼 미세 높이 더 하강하여 기판(S)과 미세하게 이격됨에 따라 기판(S) 저면에 얼룩이 발생하는 것을 방지한다.

그러므로 본 발명의 플라즈마 처리장치를 통해 대면적 기판을 공정 처리하는 과정에서 대면적 기판의 처짐을 방지하기 위해 상기 기판의 중심부를 받치는 리프트 핀은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 리프트 핀 홀(116)이 형성된 하부전극(114)과 동일한 재질로 사용하여 온도차와 전위차에 의해 리프트 핀(120)과의 접촉 부위인 기판(S)에 얼룩이 발생하는 것을 방지한다.

그리고 상기 리프트 핀(120) 상면 모서리부를 적정 반지름(r)으로 라운딩 가공함에 따라 모서리부분에 전하가 집중되어 발생되는 아킹의 발생을 차단하며, 상기 기판(S)과 적정 높이(h)만큼 하측에 리프트 핀(120)을 위치시켜 상기 리프트 핀(120)과 접촉되는 것을 방지하므로 리프트 핀(120)과의 접촉면에 얼룩이 발생하는 것을 방지한다.

이와 같은 본 발명의 플라즈마 처리장치는 리프트 핀을 하부전극과 동일한 재질로 사용하고 상기 리프트 핀을 하부전극에서 적정 높이만큼 미세하게 하측에 위치시켜 하부전극과 리프트 핀과의 온도차 및 전위차로 리프트 핀이 접촉되는 기판에 얼룩이 발생하는 것을 방지하며, 상기 리프트 핀의 상면 모서리를 적정 반지름을 갖도록 라운딩 가공하여 아킹 형상을 방지하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 진공 상태의 챔버 내부에서 플라즈마를 이용하여 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

   상기 챔버내 상측과 하측에 각각 구비되는 상, 하부 전극;

   상기 하부 전극의 가장자리부와 중심부가 두께 방향으로 관통되고 각각 삽입되어 상기 기판을 하부 전극에 내려놓거나 들어올리며, 알루미늄, SUS 계열, 표면에 아노다이징(Anodizing) 처리된 알루미늄 중 선택되는 어느 하나의 재질로 형성되되 기판과의 접촉면적 축소에 따른 전하집중을 방지하기 위해 그 상단 모서리가 라운딩(Rounding) 처리되는 다수개의 리프트 핀; 을 포함하며,

   상기 리프트 핀은 하부 전극과 동일한 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 리프트 핀에 라운딩 처리시 반지름이 1㎜보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 리프트 핀의 하강시 그 상면은 하부 전극의 상면에서 0.1∼0.3㎜ 하측에 위치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
5. 삭제

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