KR100811658B1 - 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유독가스가 장치 외부로 새어 나오지 않도록 함으로써 장치의 안전성을 보장할 수 있는 인라인 타입의 상압 플라즈마 식각 장치를 개시한다.

본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 내부에서 플라즈마를 이용한 식각 공정이 행해지도록 공정챔버가 형성되며 일측에는 기판이 들어오는 입구가 형성되고 타측에는 기판이 나가는 출구가 형성된 본체와, 상기 기판이 상기 공정챔버를 통과하도록 상기 기판을 이송하는 이송장치와, 상기 공정챔버 내부에 설치되며 플라즈마를 발생시켜 상기 기판을 식각하는 플라즈마 모듈과, 상기 입구와 출구 측에 각각 설치되어 상기 공정챔버 내부의 가스가 공정챔버 외부로 새는 것을 방지하는 에어커튼(air curtain)과, 상기 에어커튼의 내측에 설치되어 상기 플라즈마 모듈에서 발생되는 가스의 속도를 줄이는 라비린스 실(labyrinth seal)을 구비한다.

이에 따라 공정챔버 내부의 유해 가스가 공정챔버 외부로 새는 것이 방지되어 장치의 안전성을 보장할 수 있다.

Description

플라즈마 식각 장치{Plasma Etcher Apparatus}

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 종단면도.

도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 식각 장치에 사용되는 플라즈마 모듈의 상세도.

도 3은 도 1에 도시된 플라즈마 식각 장치의 평단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

5: 기판 10: 본체

10a,10b: 입구, 출구 11: 공정챔버

12: 흡입포트 20: 이송수단

30: 플라즈마 모듈 40: 라비린스 실

41: 층 42: 공간

43: 제1개구 44: 제2개구

50: 에어커튼

본 발명은 액정표시장치(LCD)와 같은 평판표시장치를 구성하는 기판을 식각하는 식각 장치에 관한 것으로, 특히 상압(대기압)에서 플라즈마를 이용한 식각 처리를 실시할 수 있는 상압 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.

플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼(radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하는데, 이러한 플라즈마는 매우 높은 온도나, 고주파 전자계(RF electromagnetic fields)에 의해 생성된다. 플라즈마는 산업상 여러 분야에 활용되는데, 그 일례로서 액정표시장치(LCD)를 비롯한 평판표시장치의 제조 공정에 있어서 플라즈마 상태의 반응 물질을 이용하여 기판의 표면에 유기물질로 이루어진 박막을 식각(etching)하는 것을 들 수 있다.

이와 같이 평판표시장치를 구성하는 기판을 식각하는 플라즈마 식각 장치는 그 공정이 어떤 기압 하에서 이루어지는가에 따라 진공 챔버를 이용하는 저압 플라즈마 식각 장치와 상압 상태에서 처리 공정이 이루어지는 상압 플라즈마 식각 장치으로 구분할 수 있다. 이 중 저압 플라즈마 식각 장치는 식각 효율이 높은 장점이 있으나 진공 챔버, 진공 배기 장치 등의 고가 장비가 요구되며, 장치의 구성이 복잡한 단점이 있다. 이에 반해 상압 플라즈마 식각 장치는 대기압 상태에서 플라즈마를 생성시키므로 고가의 진공 시스템이 필요하지 않으므로 가격이 싼 반면 식각 효율이 낮은 단점을 가지고 있다.

상압 플라즈마 식각 장치에는 클러스터 타입(cluster type)과 인라인 타입(inline type)이 있는데, 인라인 타입(inline type)은 기판의 이송도중 정지상태 없이 진행되므로 클러스터 타입(cluster type)에 비해 생산성에 있어 유리한 장점을 가지므로 최근에는 인라인 타입(inline type)으로 구조변경을 꾀하고 있다.

그러나, 인라인 타입의 플라즈마 식각 장치의 경우, 인라인 타입의 플라즈마 식각 장치는 SF₆, Cl₂와 같은 유독가스를 사용하므로 기체상태에 맞는 밀폐장치 및 배기장치를 마련해야 하는 과제를 안게 된다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 인라인 타입 상압 플라즈마 식각 장치에서 사용되는 유독가스가 장치 외부로 새어 나오지 않도록 함으로써 장치의 안전성을 보장할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 내부에서 플라즈마를 이용한 식각 공정이 행해지도록 공정챔버가 형성되며 일측에는 기판이 들어오는 입구가 형성되고 타측에는 기판이 나가는 출구가 형성된 본체와, 상기 기판이 상기 공정챔버를 통과하도록 상기 기판을 이송하는 이송장치와, 상기 공정챔버 내부에 설치되며 플라즈마를 발생시켜 상기 기판을 식각하는 플라즈마 모듈과, 상기 입구와 출구 측에 각각 설치되어 상기 공정챔버 내부의 가스가 공정챔버 외부로 새는 것을 방지하는 에어커튼(air curtain)을 구비한다.

또한, 상기 에어커튼의 내측에 설치되어 상기 플라즈마 모듈에서 발생되는 가스의 속도를 줄이는 라비린스 실(labyrinth seal)을 더 구비한다.

또한, 상기 라비린스 실은 상기 플라즈마 모듈에서 발생되는 가스가 지그재그 형태로 이동하도록 하는 복수개의 층(layer)를 구비하고, 상기 층의 양측에는 상기 가스를 흡입하는 흡입포트가 형성된다.

또한, 상기 플라즈마 식각 장치는 상기 기판이 상기 이송장치에 의해 연속적으로 이송되는 인라인 타입(inline type)으로 형성된다.

또한, 상기 플라즈마 모듈은 복수개로 마련되며, 상기 기판이 이송됨에 따라 상기 기판의 상부에 위치하는 플라즈마 모듈은 on되고, 그 나머지 플라즈마 모듈은 off된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치는 인라인 타입 상압 플라즈마 식각 장치로 기판(5)이 들어가는 입구(10a)와 기판이 나오는 출구(10b)가 형성된 본체(10)와, 기판(5)을 이송하기 위해 구동되는 롤러와 같은 이송수단(20)과, 기판(5)의 표면을 가공하기 위한 플라즈마 모듈(30)을 구비한다.

본체(10)의 내부에는 플라즈마를 이용한 식각(etching) 공정을 수행하기 위한 공간을 형성하는 공정챔버(11)가 형성되며, 공정챔버(11)에는 플라즈마를 발생시키는 복수개의 플라즈마 모듈(30)이 설치된다.

각 플라즈마 모듈(30)은 도 2에 도시된 바와 같이 서로 이격되어 대향하도록 마련되어 그 사이에 플라즈마 발생영역(31)을 형성하는 제1 및 제2전극(32,33)과 상기 플라즈마 발생영역(31)으로 공정 가스를 유입시키기 위한 가스유입구(34)와, 플라즈마 발생영역(31)에서 생성된 플라즈마를 기판(5) 쪽으로 배출시키기 위한 플라즈마 배출구(35)를 구비한다.

이때, 제1전극(32)은 접지되어 있으며 제2전극(33)은 고압의 전원 공급원(36)과 연결되며 가스유입구(34)는 공정 가스가 저장되는 가스저장용기(37)와 배관(38)을 통해 연결된다. 제2전극(33)에 고전압이 인가되고 가스유입구(34)를 통해 가스가 유입되면 제1전극(32)과 제2전극(33)의 전압차에 의해 플라즈마 발생영역(31)에서 플라즈마가 발생되어 플라즈마 배출구(35)를 통해 공정챔버(10)로 배출된다.

이와 같이 플라즈마 모듈(30)에서 공정챔버(10)로 배출된 플라즈마는 유기물질로 이루어진 기판(5)의 박막과 반응하여 박막을 식각하게 된다.

플라즈마 모듈(30)에 사용되는 공정 가스는 SF6, Cl2와 같은 인체에 유해한 가스이므로 이와 같은 유해 가스를 회수하기 위해 본체(10)에는 도 1에 도시된 바와 같이 복구개의 흡입포트(12)가 형성되며, 흡입포트(12)는 흡입력을 발생시키는 흡입장치(14)와 포라인(foreline:13)에 의해 연결된다. 흡입장치(14)가 흡입력을 발생시키면 흡입포트(12)를 통해 흡인된 유해 가스는 유해 가스 처리장소(미도시)로 옮겨져서 처리된다.

본체(10)의 입구(10a) 및 출구(10b)에는 플라즈마 모듈(30)의 식각 공정 후에 유해 가스가 공정챔버(11)에서 새어 나가지 않도록 각각 라비린스 실(labyrinth seal:40)이 설치된다. 라비린스 실(40)은 공정챔버(11)의 상측에 고정되어 기판(5)이 이송수단(20)에 의해 이송될 때 기판(5)과 0.5~1mm의 간격을 유지하도록 형성되며 기판(5)의 진행방향을 따라 4~5겹의 층(layer)을 형성한다.

일반적으로 어떤 공간을 밀폐할 때에는 고무패킹이나 마테이프 등을 사용하는 것이 보통이나, 이러한 방법은 공간 내부의 압력이 강하면 고무패킹이나 마테이프로 밀폐한 부분으로 공기가 샐 우려가 있으므로 본원 발명에 따른 상압 플라즈마 식각 장치는 라비린스 실(40)과 에어커튼(50)을 이용한 가스 밀폐장치를 사용한다.

라비린스 실(40)은 도 3에 도시된 바와 같이 복수개의 층(41)을 구비하여 복수개의 층(41) 사이에 형성된 공간(42)으로 기체가 우회하여 통과하도록 하여 기밀성을 확보하는 것으로, 본 실시예에서는 제1 및 제3층(41a,41c)은 공정챔버(11)의 일측벽으로부터 연장되고 타측벽과는 이격되어 제1개구(43)를 형성하고, 제2 및 제4층(41b,41d)은 공정챔버(11)의 타측벽으로부터 연장되고 일측벽과는 이격되어 제2개구(44)를 형성하도록 함으로써 플라즈마 모듈(30)에서 발생되는 높은 압력의 가스가 각 층(41) 사이에 형성된 공간(42)을 지그재그 형태로 통과되도록 하였으며 이에 따라 가스의 압력이 점차 낮아지도록 하였다.

한편, 본체(10)의 입구(10a) 및 출구(10b)에는 도 1에 도시된 바와 같이 라비린스 실(40)에 의해 압력이 낮아진 기체가 공정챔버(11) 외부로 새지 않도록 하는 에어커튼(50)이 설치된다. 에어커튼(50)은 상부에서 공기를 분사하여 하부에서 분사된 공기를 흡입하도록 형성되어 공정챔버(11)로부터 가스가 새는 것을 방지하는 역할을 하는 동시에 기판(5)이 공정챔버(11)의 입구(10a)와 출구(10b)를 지날 때 기판(5)에 존재하는 먼지와 같은 불순물을 제거하는 역할을 한다.

이하에서는 상기에서 설명한 인라인 타입 상압 플라즈마 식각 장치의 동작에 대해 설명한다.

상압 플라즈마 식각 장치가 동작하면 기판(5)은 이송수단(20)에 의해 공정챔버(11) 내측으로 이동된다. 기판(5)이 공정챔버(11)의 입구(10a)로 진입할 때 입구(10a) 측에 설치된 에어커튼(50)에 의해 기판(5)에 존재하는 불순물은 제거된다.

이와 같이 불순물들이 제거된 기판(5)이 공정챔버(11) 내부로 진입하여 플라즈마 모듈(30) 근처(30mm이내)로 접근하면 플라즈마 모듈(30)에는 가스저장용기(37)로부터 공정 가스가 공급되고 전원 공급원(36)에는 전원이 인가되어 플라즈마가 생성된다. 이때 입구(10a)측과 출구(10b)측에 설치된 에어커튼(50)도 동작하여 공정챔버(11) 내부의 가스가 공정챔버(11) 외부로 새는 것을 방지하게 된다.

이송수단(20)에 의해 기판(5)이 이동할 때 복수개의 플라즈마 모듈(30) 중에서 기판(5)의 상부에 위치하는 플라즈마 모듈은 on되고 나머지 플라즈마 모듈(30)은 off됨으로써 에너지 손실이 최소화된다. 이때 연속적으로 발생되는 공정 가스의 대부분은 흡입포트(12)를 통해 배기되나 입구(10a) 및 출구(10b) 측에서는 흡입포트(12)를 통한 배기만으로 공정 가스가 완전히 배기되지 못한다. 이는 입구(10a) 및 출구(10b)가 풋 프린터(footprint) 감소를 위해 최소한의 길이를 가지는데 반해 플라즈마 모듈(30)에서 나온 가스는 기판(5)과 충돌 후 빠른 속도로 이동하기 때문이다.

그러나, 이와 같이 빠른 속도로 이동하는 가스는 라비린스 실(40)에 충돌한 후 급격하게 그 속도가 감소되어 라비린스 실(40)의 측면에 형성된 흡입포트(12)를 통해 배기되며, 입구(10a) 및 출구(10b) 측에 형성된 에어커튼(50)에 의해 공정챔버(11) 외부로 새어 나가지 못한다.

한편, 공정챔버(11) 내에서 플라즈마 모듈(30)에 의한 식각 공정이 끝난 기판(5)은 출구(10b)를 통해 나오게 되는데, 출구(10b) 측에도 에어커튼(50)이 설치되어 있으므로 에어커튼(50)에 의해 불순물이 제거된 상태로 다음 공정으로 이동하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에 의하면 라비린스 실과 에어커튼을 설치함으로써 공정챔버 내부의 유해가스가 공정챔버 외부로 새어 나오는 것을 방지할 수 있다.

또한, 입구와 출구측에 에어커튼을 설치함으로써 기판이 공정챔버를 출입할 때 기판에 존재하는 불순물이 제거된다.

Claims (5)

1. 내부에서 플라즈마를 이용한 식각 공정이 행해지도록 공정챔버가 형성되며 일측에는 기판이 들어오는 입구가 형성되고 타측에는 기판이 나가는 출구가 형성된 본체와,

   상기 기판이 상기 공정챔버를 통과하도록 상기 기판을 이송하는 이송장치와,

   상기 공정챔버 내부에 설치되며 플라즈마를 발생시켜 상기 기판을 식각하는 플라즈마 모듈과,

   상기 입구와 출구 측에 각각 설치되어 상기 공정챔버 내부의 가스가 공정챔버 외부로 새는 것을 방지하는 에어커튼(air curtain)과,

   상기 에어커튼의 내측에 설치되어 상기 플라즈마 모듈에서 발생되는 가스의 속도를 줄이는 라비린스 실(labyrinth seal)을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 라비린스 실은 상기 플라즈마 모듈에서 발생되는 가스가 지그재그 형태로 이동하도록 하는 복수개의 층(layer)를 구비하고, 상기 층의 양측에는 상기 가스를 흡입하는 흡입포트가 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 플라즈마 식각 장치는 상기 기판이 상기 이송장치에 의해 연속적으로 이송되는 인라인 타입(inline type)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 플라즈마 모듈은 복수개로 마련되며, 상기 기판이 이송됨에 따라 상기 기판의 상부에 위치하는 플라즈마 모듈은 on되고, 그 나머지 플라즈마 모듈은 off되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.

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