KR100968571B1 - plasma chamber - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 챔버에 관한 것으로서 보다 상세하게는 드라이 식각을 위한 CCP 챔버에 관한 것이다. 본 발명은 하판전극과 상판전극을 갖고 드라이식각 모드로 액정표시장치를 식각하는 플라즈마 챔버에 있어서, 소정의 메인주파수를 갖는 메인전원과 제1 임피던스 정합회로를 갖는 메인전원부와, 소정의 바이어스주파수를 갖는 바이어스 전원과 제2 임피던스 정합회로를 갖는 바이어스 전원부와, 상기 제1 임피던스 정합회로와 상기 제2 임피던스 정합회로와 연결되고, 상기 메인전원부와 상기 바이어스 전원부로부터 각각 상기 메인전원과 상기 바이어스 전원을 입력받고, 상기 메인전원과 상기 바이어스 전원을 더한 전원을 상기 하판전극에 공급하는 믹서부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 드라이 식각을 용이하게 제어할 수 있어 식각율, 프로파일 및 선택비 등을 개선시킬 수 있다.The present invention relates to a plasma chamber, and more particularly, to a CCP chamber for dry etching. The present invention provides a plasma chamber having a lower electrode and an upper electrode and etching a liquid crystal display in a dry etching mode, the main power supply having a predetermined main frequency and a main power supply having a first impedance matching circuit, and a predetermined bias frequency. A bias power supply unit having a bias power supply and a second impedance matching circuit, and connected to the first impedance matching circuit and the second impedance matching circuit, and inputting the main power supply and the bias power supply from the main power supply unit and the bias power supply unit, respectively; And a mixer unit for supplying the main board and the bias power to the lower electrode. As a result, the dry etching can be easily controlled to improve the etching rate, the profile, the selectivity, and the like.

플라즈마 챔버, RIEPlasma Chamber, RIE

Description

플라즈마 챔버{plasma chamber}Plasma chamber

도1은 종래 용량성 결합 플라즈마를 이용한 드라이 식각 장치의 구성 평면도,1 is a plan view of a dry etching apparatus using a conventional capacitively coupled plasma;

도2는 본 발명의 실시예에 따른 용량성 결합 플라즈마를 이용한 드라이 식각 장치의 구성 평면도이다.2 is a plan view of a dry etching apparatus using a capacitively coupled plasma according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1: 드라이 식각 장치 10: CCP 챔버1: dry etching device 10: CCP chamber

11: 리셉터 12: 하판전극11: receptor 12: lower electrode

13: 상판전극 20: 전원부13: top electrode 20: power supply

30: 메인전원부 31: 메인전원30: main power supply 31: main power

32: 임피던스 정합부 40: 바이어스 정합부32: impedance matching portion 40: bias matching portion

41: 바이어스 전원 42: 임피던스 정합부41: bias power supply 42: impedance matching part

50: 믹서부 100: 드라이 식각 장치50: mixer 100: dry etching device

110: 챔버 111: 리셉터110: chamber 111: receptor

112: 하판전극 113: 상판전극112: lower electrode 113: upper electrode

120: 메인전원부 121: 메인전원120: main power supply 121: main power

122: 임피던스 정합부122: impedance matching unit

본 발명은 플라즈마 챔버에 관한 것으로서 보다 상세하게는 드라이 식각을 위한 CCP 챔버에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma chamber, and more particularly, to a CCP chamber for dry etching.

액정표시장치 공정에 있어서 플라즈마를 형성시키는 방법으로 CCP(Capacitively Coupled Plasma, 이하 "용량성 결합 플라즈마"라 한다.), ICP(Inductively Coupled Plasma, 이하 "유도 결합 플라즈마"라 한다.) 등의 방법이 이용되고 있다. 특히 플라즈마를 발생시켜서 유도성 전자장을 이용하는 방법(ICP)은 고밀도 플라즈마를 형성할 수 있고, 바이어스 파워를 이용한 이온 에너지의 제어가 용이하여 널리 이용되고 있다As a method of forming plasma in the liquid crystal display device process, methods such as Capacitively Coupled Plasma (hereinafter referred to as "capacitively coupled plasma") and ICP (Inductively Coupled Plasma) are referred to as "inductively coupled plasma". It is used. In particular, a method (ICP) that generates an plasma and uses an inductive electromagnetic field (ICP) is widely used because it can form a high density plasma and easily control ion energy using a bias power.

도1은 종래 용량성 결합 플라즈마를 이용한 드라이 식각 장치의 구성 평면도이다.1 is a plan view of a dry etching apparatus using a conventional capacitively coupled plasma.

도1에 도시한 바와 같이, 드라이 식각 장치(100)는 용량성 결합 플라즈마 챔버(110) 및 메인전원부(120)를 갖는다.As shown in FIG. 1, the dry etching apparatus 100 includes a capacitively coupled plasma chamber 110 and a main power supply unit 120.

용량성 결합 플라즈마 챔버(110)는 리셉터(111), 하판전극(112) 및 상판전극(113)을 갖고 있다.The capacitively coupled plasma chamber 110 has a receptor 111, a lower electrode 112, and an upper electrode 113.

리셉터(111)는 식각을 위해 감광액이 도포된 패널을 지지하며 챔버공간의 하부공간에 형성되고, 하판전극(112)은 리셉터(111) 하단면에 접하여 형성되어 있다. 상판전극(113)은 챔버(110)내부의 상부공간에 위치하고 하판전극(112)에 대한 기준 전극으로서 접지되어 있다.The receptor 111 supports a panel coated with a photosensitive liquid for etching and is formed in the lower space of the chamber space, and the lower electrode 112 is formed in contact with the bottom surface of the receptor 111. The upper electrode 113 is located in the upper space inside the chamber 110 and is grounded as a reference electrode for the lower electrode 112.

메인전원부(120)는 메인전원(121) 및 임피던스 정합부(122)를 갖는다.The main power supply unit 120 includes a main power supply 121 and an impedance matching unit 122.

메인전원(121)은 소정의 주파수 및 소정의 진폭을 갖는 교류전원으로서, 하판전극(112)에 연결되어 있다. 임피던스 정합부(122)는 하판전극과 메인전원(121) 사이에 연결되어 메인전원(121)에서 인가된 교류전원이 하판전극(112)에서 반사되어 역류하는 것을 방지한다.The main power source 121 is an AC power source having a predetermined frequency and a predetermined amplitude and is connected to the lower plate electrode 112. The impedance matching unit 122 is connected between the lower plate electrode and the main power source 121 to prevent the AC power applied from the main power source 121 from reflecting back from the lower plate electrode 112.

진공펌프를 이용하여 기체배출구(미도시)를 통해서 챔버(110)내에 존재하는 기체를 배출시켜 진공상태를 형성시키고, 기체흡입구(미도시)를 통해서 반응기체를 주입한다. 메인전원(121)에서 하판전극으로 소정의 교류전압을 인가하면 하판전극(112)과 상판전극(113)간에 시변 전기장이 발생하여 반응기체는 이온, 음전하 및 라디칼로 분리된다. 이 때, 인가된 전기장에 의하여 이온은 전기장에 의하여, 라디칼은 확산에 의하여 반응패널상의 박막과 반응하여 물리적 충돌과 화학적 반응에 의한 동시작용으로 반응패널을 식각시키게 된다. A vacuum pump is used to discharge the gas present in the chamber 110 through a gas discharge port (not shown) to form a vacuum state, and the reactor is injected through the gas suction port (not shown). When a predetermined AC voltage is applied from the main power supply 121 to the lower plate electrode, a time-varying electric field is generated between the lower plate electrode 112 and the upper plate electrode 113 to separate the reactor body into ions, negative charges, and radicals. At this time, the ions react with the thin film on the reaction panel by the applied electric field and the radicals by the applied electric field to etch the reaction panel by simultaneous action by physical collision and chemical reaction.

특히 반응성 이온 식각(RIE)은 생성된 반응 물질 중 주로 이온이 전기장에 의한 가속으로 박막과 충돌하여 박막을 식각시키며 전기장의 방향에 따른 이방성 식각을 특징으로 한다. 그런데 종래의 드라이 식각 장치(100)에서는 메인전원(121) 만을 인가하여 플라즈마의 형성 및 식각을 위한 바이어스 전기장 형성을 동시에 조절하도록 하였다. 이러한 종래 반응성 이온 식각 장치(100)는 식각을 위한 바이어스를 조절할 수 있는 별도의 전원이 없어 식각의 제어가 용이하지 않은 문제점, 즉 식각율, 프로파일 및 선택비 등을 용이하게 조절할 수 없는 문제점이 있었다.In particular, reactive ion etching (RIE) is a reaction material mainly ions collide with the thin film by the acceleration of the electric field to etch the thin film, characterized by anisotropic etching according to the direction of the electric field. However, in the conventional dry etching apparatus 100, only the main power source 121 is applied to simultaneously control the formation of the plasma and the formation of the bias electric field for etching. The conventional reactive ion etching apparatus 100 has a problem that the control of etching is not easy because there is no separate power source that can adjust the bias for etching, that is, there is a problem that can not easily adjust the etching rate, profile and selectivity, etc. .

본 발명의 목적은 식각율, 식각 프로파일 및 선택비를 조절할 수 있는 플라즈마 챔버를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a plasma chamber capable of adjusting the etching rate, etching profile and selectivity.

상기 목적은 본 발명에 따라 하판전극과 상판전극을 갖고 드라이 식각 모드로 액정표시장치를 식각하는 플라즈마 챔버에 있어서, 소정의 메인주파수를 갖는 메인전원과 제1 임피던스 정합회로를 갖는 메인전원부와, 소정의 바이어스주파수를 갖는 바이어스 전원과 제2 임피던스 정합회로를 갖는 바이어스 전원부와, 상기 제1 임피던스 정합회로와 상기 제2 임피던스 정합회로와 연결되고, 상기 메인전원부와 상기 바이어스 전원부로부터 각각 상기 메인전원과 상기 바이어스 전원을 입력받고, 상기 메인전원과 상기 바이어스 전원을 더한 전원을 상기 하판전극에 공급하는 믹서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버에 의해서 달성 할 수 있다.The object of the present invention is to provide a plasma chamber having a lower plate electrode and an upper plate electrode for etching a liquid crystal display in a dry etching mode, the main power supply having a predetermined main frequency and a main power supply having a first impedance matching circuit; A bias power supply having a bias power supply having a bias frequency of and a second impedance matching circuit, and connected to the first impedance matching circuit and the second impedance matching circuit, wherein the main power supply and the bias power supply are respectively provided from the main power supply and the bias power supply. And a mixer unit configured to receive a bias power source and supply the main board and the bias power to the lower electrode.

여기서, 상기 플라즈마 챔버는 소정의 주파수를 갖는 보조전원과 소정의 임피던스 정합회로를 갖는 적어도 하나의 보조전원부를 갖고, 상기 믹서부는 상기 보조전원부의 임피던스 정합회로와 연결되고, 상기 보조전원부로부터 상기 보조전원을 입력받도록 할 수도 있다.Here, the plasma chamber has at least one auxiliary power source having an auxiliary power source having a predetermined frequency and a predetermined impedance matching circuit, and the mixer unit is connected to an impedance matching circuit of the auxiliary power source unit, and the auxiliary power source from the auxiliary power source unit. You can also get input.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 용량성 결합 플라즈마를 이용한 드라이 식각 장치의 구성 평면도이다.2 is a plan view of a dry etching apparatus using a capacitively coupled plasma according to an embodiment of the present invention.

도2에 도시한 바와 같이, 드라이 식각 장치(1)는 용량성 결합 플라즈마 챔버(10) 및 전원부(20)를 갖는다. As shown in FIG. 2, the dry etching apparatus 1 has a capacitively coupled plasma chamber 10 and a power supply unit 20.                     

용량성 결합 플라즈마 챔버(10)는 리셉터(11), 하판전극(12) 및 상판전극(13)을 갖고 있다. 리셉터(11)는 식각을 위해 감광액이 도포된 패널을 지지하며 챔버(10)공간의 하부공간에 형성되고, 하판전극(12)은 리셉터(11) 하단면에 접하여 형성되어 있다. 상판전극(13)은 챔버(10)내부의 상부공간에 위치하고 하판전극(12)에 대한 기준전극으로서 접지되어 있다.The capacitively coupled plasma chamber 10 has a receptor 11, a lower electrode 12, and an upper electrode 13. The receptor 11 supports the panel to which the photosensitive liquid is applied for etching and is formed in the lower space of the chamber 10 space, and the lower plate electrode 12 is formed in contact with the bottom surface of the receptor 11. The upper electrode 13 is located in the upper space inside the chamber 10 and grounded as a reference electrode for the lower electrode 12.

전원부(20)는 메인전원부(30), 바이어스 전원부(40) 및 믹서부(50)를 갖는다.The power supply unit 20 includes a main power supply unit 30, a bias power supply unit 40, and a mixer unit 50.

메인전원부(30)는 메인전원(31)과 임피던스 정합부(32)를 갖는다. 메인전원(31)은 소정의 각주파수(ω1) 및 소정의 진폭(E1)을 갖는 교류전원으로서 믹서부(50)에 연결되어 있다. 임피던스 정합부(32)는 믹서부(50)와 메인전원(31) 사이에 연결되어 메인전원(31)에서 인가된 교류전원이 믹서부(50)에 반사되어 역류하는 것을 방지한다.The main power supply unit 30 has a main power supply 31 and an impedance matching unit 32. The main power supply 31 is connected to the mixer section 50 as an AC power supply having a predetermined angular frequency ω 1 and a predetermined amplitude E 1 . The impedance matching unit 32 is connected between the mixer unit 50 and the main power source 31 to prevent the AC power applied from the main power source 31 from reflecting back to the mixer unit 50.

바이어스 전원부(40)는 바이어스 전원(41)과 임피던스 정합부(42)를 갖는다. 바이어스 전원(41)은 소정의 각주파수(ω2)와 소정의 진폭(E2)을 갖는 교류전원으로서 믹서부(50)에 연결되어 있다. The bias power supply unit 40 has a bias power supply 41 and an impedance matching unit 42. The bias power supply 41 is connected to the mixer section 50 as an AC power supply having a predetermined angular frequency ω 2 and a predetermined amplitude E 2 .

무거운 입자일수록 저주파에 대한 반응성이 좋으므로, 이온을 기판에 충돌하도록 하는 바이어스 전원(41)의 각주파수(ω2)는 메인전원(31)의 각주파수(ω1)보다 작은 각주파수인 것이 바람직하다. The heavier particles are, the more responsive to low frequencies, the angular frequency ω 2 of the bias power supply 41 for causing ions to collide with the substrate is preferably an angular frequency smaller than the angular frequency ω 1 of the main power supply 31. Do.

임피던스 정합부(42)는 믹서부(50)와 바이어스 전원(41) 사이에 연결되어 바 이어스 전원(41)이 믹서부(50)에 반사되어 역류하는 것을 방지한다.The impedance matching unit 42 is connected between the mixer unit 50 and the bias power supply 41 to prevent the bias power supply 41 from being reflected back to the mixer unit 50.

믹서부(50)는 메인전원부(30)와 바이어스 전원부(40)로부터 각각 메인전원(31)과 바이어스 전원(41)을 입력받고, 이들을 더한 소정의 전원을 하판전극(12)에 출력한다. 메인전원(31)과 바이어스 전원(41)을 하판전극(12)에 직접 입력하면 각각의 전원이 상대 전원에 공급될 수 있으므로, 이를 방지하기 위해서 믹서부(50)를 별도로 장착하는 것이다.The mixer unit 50 receives the main power supply 31 and the bias power supply 41 from the main power supply unit 30 and the bias power supply unit 40, respectively, and outputs a predetermined power supply to the lower electrode 12. When the main power supply 31 and the bias power supply 41 are directly input to the lower electrode 12, the power supply can be supplied to the relative power supply, so that the mixer unit 50 is separately installed to prevent this.

믹서부(50)에서 하판전극(12)에 출력되는 전압(Vo)는 다음과 같다.The voltage Vo output from the mixer unit 50 to the lower electrode 12 is as follows.

Vo = E1cos(ω1t)+E2 cos (ω2t) 식(1) Vo = E 1 cos (ω 1 t) + E 2 cos (ω 2 t) Equation (1)

이 때, 메인전원(31)의 각주파수(ω1)가 바이어스 전원(41)의 각주파수(ω2)보다 매우 큰 경우, 식(1)은 다음과 같이 근사화 된다.At this time, when the angular frequency ω 1 of the main power supply 31 is much larger than the angular frequency ω 2 of the bias power supply 41, equation (1) is approximated as follows.

Vo = E1cos(ω1t)+E1+(E2-E1)cos(ω2t) (단, ω1>>ω2) 식(2)Vo = E 1 cos (ω 1 t) + E 1 + (E 2 -E 1 ) cos (ω 2 t) (ω 1 >> ω 2 ) Equation (2)

하판전극(12)에 인가되는 전압(Vo)은 플라즈마를 형성하는 전원으로서 E1cos(ω1t)를, 식각을 조절하기 위한 전압으로 E1+(E2-E1 )cos(ω2t)를 갖는다.The voltage Vo applied to the lower electrode 12 is E 1 cos (ω 1 t) as a power source for forming a plasma, and E 1 + (E 2 -E 1 ) cos (ω 2 as a voltage for controlling etching. t)

이와 같이 식각을 조절하는 전압은 소정의 주파수와 진폭을 갖는 하나 이상의 보조전원을 인가하여 보다 정밀하게 식각을 제어할 수 있다.As such, the voltage controlling the etching may be controlled more precisely by applying one or more auxiliary power sources having a predetermined frequency and amplitude.

예를 들면 메인전원부(30)는 13.56MHz의 주파수를 가지고 메인전원을 전달하고, 바이어스 전원부(40)는 수 MHz 또는 수 백 kHz의 주파수를 가지고 별도의 바이어스 전원을 전달한다. 믹서부(50)는 주파수를 달리하는 전원의 커플링시 생길 수 있는 역류현상을 방지하고 메인전원과 바이어스 전원을 동시에 전달하기 위한 장치인 것이다.For example, the main power supply unit 30 delivers a main power supply with a frequency of 13.56 MHz, and the bias power supply unit 40 delivers a separate bias power supply with a frequency of several MHz or several hundred kHz. The mixer unit 50 is a device for preventing a backflow phenomenon that may occur when coupling power sources having different frequencies and simultaneously delivering the main power supply and the bias power supply.

감광액을 도포한 패널을 리셉터(11)의 중심에 위치시키고, 챔버(10)내부를 진공상태로 한 후 반응기체를 주입한다. 전원부(20)에서 인가되는 메인전원(31)과 바이어스 전원(41)에 의해서 반응기체는 플라즈마 상태가 되고, 감광액이 도포되지 않은 박막은 전기장에 의해 가속된 이온의 충돌에 의해 식각된다.The panel coated with the photosensitive liquid is positioned at the center of the receptor 11, the chamber 10 is vacuumed, and then the reactant is injected. By the main power supply 31 and the bias power supply 41 applied from the power supply unit 20, the reactor body becomes a plasma state, and the thin film to which the photosensitive liquid is not applied is etched by the collision of ions accelerated by the electric field.

이 때, 플라즈마의 밀도 등을 유지하면서 식각율(Etching Rate) 및 프로파일을 개선하기 위해서 바이어스 전원(41)의 주파수와 진폭을 가변시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to change the frequency and amplitude of the bias power supply 41 in order to improve the etching rate and profile while maintaining the density of the plasma and the like.

본 발명에 의해 드라이 식각을 용이하게 제어할 수 있어 식각율, 프로파일 및 선택비 등을 개선시킬 수 있다.According to the present invention, the dry etching can be easily controlled to improve the etching rate, the profile and the selection ratio.

Claims (2)

하판전극과 상판전극을 갖고 드라이식각 모드로 액정표시장치를 식각하는 플라즈마 챔버에 있어서,A plasma chamber for etching a liquid crystal display device in a dry etching mode having a lower electrode and an upper electrode, 소정의 메인주파수를 갖는 메인전원과 제1 임피던스 정합회로를 갖는 메인전원부와, A main power supply having a main power supply having a predetermined main frequency and a first impedance matching circuit; 소정의 바이어스주파수를 갖는 바이어스 전원과 제2 임피던스 정합회로를 갖는 바이어스 전원부와, A bias power supply having a bias power supply having a predetermined bias frequency and a second impedance matching circuit; 상기 제1 임피던스 정합회로와 상기 제2 임피던스 정합회로와 연결되고, 상기 메인전원부와 상기 바이어스 전원부로부터 각각 상기 메인전원과 상기 바이어스 전원을 입력받고, 상기 메인전원과 상기 바이어스 전원을 더한 전원을 상기 하판전극에 공급하는 믹서부를 포함하고,A lower power supply connected to the first impedance matching circuit and the second impedance matching circuit, receiving the main power supply and the bias power supply from the main power supply unit and the bias power supply unit, respectively, and adding the main power supply and the bias power supply to the lower plate; A mixer section for supplying the electrode; 상기 믹서부에서 상기 하판전극에 출력되는 전압(Vo )은 The voltage Vo output from the mixer unit to the lower electrode is Vo = E1cos(ω1t)+E2 cos (ω2t) Vo = E 1 cos (ω 1 t) + E 2 cos (ω 2 t) (ω1: 메인 전원의 각주파수, ω2: 바이어스 전원의 각주파수)(ω 1 : angular frequency of main power supply , ω 2 : angular frequency of bias power supply) 으로 구하고, Obtained by 상기 메인 전원의 각주파수가 바이어스 전원의 각주파수보다 큰 경우 When the angular frequency of the main power supply is greater than the angular frequency of the bias power supply Vo = E1cos(ω1t)+E1+(E2-E1)cos(ω2t) (단, ω1>>ω2)Vo = E 1 cos (ω 1 t) + E 1 + (E 2 -E 1 ) cos (ω 2 t) (ω 1 >> ω 2 ) 로 근사화하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.Plasma chamber, characterized in that approximation. 삭제delete
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