KR101814013B1 - 플라스마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 플라스마 장치는 반응 챔버, 반응 챔버 내의 상부에 위치한 상부 전극, 상부 전극과 마주하는 하부 전극, 하부 전극을 둘러싸며 가장자리에 복수의 관통 구멍을 포함하는 배플 플레이트를 포함하고, 관통 구멍의 경계선은 배플 플레이트의 경계선과 연결되어 배플 플레이트의 가장자리에 오목부를 형성한다.

Description

플라스마 장치{PLASMA DEVICE}
본 발명은 플라스마 장치에 관한 것이다.
박막 트랜지스터(Thin film transistor, TFT)는 다양한 분야에 이용되고 있으며, 특히 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED display) 및 전기 영동 표시 장치(electrophoretic display) 등의 평판 표시 장치에서 스위칭 및 구동 소자로 이용되고 있다.
박막 트랜지스터는 주사 신호를 전달하는 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극, 화소 전극에 인가될 신호를 전달하는 데이터선에 연결되어 있는 소스 전극, 소스 전극과 마주하는 드레인 전극, 그리고 소스 전극 및 드레인 전극에 전기적으로 연결되어 있는 반도체를 포함한다.
이러한 배선 및 전극 등은 기판 위에 박막을 형성하고 식각 공정으로 원하는 패턴을 형성하여 제작하며, 식각 방법으로는 습식 식각, 건식 식각 등으로 분류할 수 있는데 일반적으로 건식 식각은 플라스마를 이용한다.
플라스마 처리 장치는 반응 챔버, 반응 챔버 내의 서로 대향하는 상부 전극 및 하부 전극, 상부 및 하부 전극에 플라스마를 발생시키기 위해 전원을 인가하는 고주파 전원, 반응 챔버 내에 발생된 플라스마를 균일하게 분포시키고 반응 부산물을 통과시키기 위한 배플 플레이트를 포함한다.
반응 챔버 내에 공급되는 반응 가스를 상부 및 하부 전극에 고주파 전원을 통해 인가되는 고주파 전력을 이용하여 플라스마 상태로 변환시켜 LCD 패널(이하 '기판'이라 함)의 표면을 식각하는 공정을 수행한다. 이때 식각 공정을 수행하기 위해 하부 전극이 상부로 이동될 때 배플 플레이트는 반응 챔버 내의 미 반응 가스 및 폴리머 등이 반응 챔버 하부로 균일하게 배기되도록 한다.
그러나 플라스마 처리 장치에 구비된 배플 플레이트는 통상적으로 기판이 반입 및 반출되는 게이트 도어의 하부의 챔버 내벽에 고정 설치되어 있어서 플라스마 공정을 수행하기 위해서 기판이 로딩된 하부 전극이 상부로 이동되고, 상부 전극과 하부 전극 사이에 플라스마가 형성되는 경우 반응 챔버 내에 형성된 플라스마가 하부 전극의 외곽으로 유출되는 현상 특히, 게이트 도어 쪽의 공간으로 쏠리는 현상이 발생된다.
이와 같은 현상은 챔버 내에 플라스마가 균일하게 분포하지 않도록 함으로써, 기판의 가장자리 등이 과식각되고, 이는 액정 표시 장치의 얼룩 등으로 나타난다.
따라서 본 발명이 해결하려는 과제는 기판 전체에서 식각을 균일하게 할 수 있는 플라스마 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 플라스마 장치는 반응 챔버, 반응 챔버 내의 상부에 위치한 상부 전극, 상부 전극과 마주하는 하부 전극, 하부 전극을 둘러싸며 가장자리에 복수의 관통구멍을 포함하는 배플 플레이트를 포함하고, 관통구멍의 경계선은 배플 플레이트의 경계선과 연결되어 배플 플레이트의 가장자리에 오목부를 형성한다.
상기 하부 전극과 상기 배플 플레이트 사이에 위치하는 포커스링을 더 포함하고, 관통 구멍은 상기 포커스링의 각 변의 연장선으로부터 관통 구멍 지름의 1.3배 내지 1.9배 떨어져 위치할 수 있다.
상기 관통구멍의 상기 배플 플레이트의 장축 길이의 1/18배 내지 1/23배일 수 있다.
상기 배플 플레이트는 사각형일 수 있고, 관통 구멍은 반원형일 수 있다.
각각의 관통구멍은 복수의 슬릿을 포함할 수 있고, 관통 구멍의 크기는 배플 플레이트의 장축 길이의 1/18배 내지 1/23배일 수 있다.
상기 배플 플레이트의 면적: 관통 구멍의 면적비는 100:0보다 크고 100:18보다 작을 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면 플라스마 장치에서 기판이 균일하게 식각됨으로써 액정 표시 장치의 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배플 플레이트가 구비된 플라스마 장치를 나타낸 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배플 플레이트가 구비된 플라스마 장치의 하부 전극부를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관통 구멍을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 배플 플레이트를 사용할 경우의 터뷸런스 에너지를 시뮬레이션한 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 배플 플레이트를 사용할 경우의 표면 응력을 시뮬레이션한 도면이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
그러면, 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배플 플레이트가 구비된 플라스마 장치를 나타낸 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 배플 플레이트가 구비된 플라스마 장치의 하부 전극부를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관통 구멍을 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 플라스마 장치는 반응 챔버(100), 반응 챔버(100) 내에 위치하며 서로 마주하는 상부 전극부(200) 및 하부 전극부(300), 하부 전극부(300)의 외주면을 따라 구비된 배플 플레이트(400)를 포함한다.
반응 챔버(100)는 식각 공정이 진행되는 동안 밀폐된 공간을 마련하는 역할을 한다. 반응 챔버(100)의 일측벽에는 기판(G)을 로딩 및 언로딩하기 위한 게이트 도어(110)가 형성된다. 도 1에서는 반응 챔버(100)의 일측에 하나의 게이트 도어(110)를 형성하였지만, 이에 한정되지 않고 일측 및 타측에 게이트 도어(110)를 형성하여 로딩 및 언로딩을 따로 수행할 수도 있다.
반응 챔버(100)는 공정 진행시에 반응 챔버(100) 내의 가스를 배기시키는 배기 수단이 연결되어 있다. 배기 수단은 배기구(120)와 배기 장치(130)를 포함한다.
상부 전극부(200)는 반응 챔버(100) 내의 상부에 위치하고 절연 지지 부재(220)와 절연 지지 부재(220)의 하부면에 결합된 상부 전극판(240)으로 구성된다. 절연 지지 부재(220)는 비어있는 내부 공간(260)이 형성되며 내부 공간(260)의 하부에는 복수 개의 가스 배출 구멍(280a)이 형성되어 있다.
상부 전극판(240)은 알루미늄으로 이루어지고, 절연 지지 부재(220)에 형성된 가스 배출 구멍(280a)과 연결되어 상부 전극판(240)을 상, 하 관통하도록 형성된 가스 배출 구멍(280b)을 포함한다.
상부 전극부(200)에는 플라스마를 생성하기 위한 가스 공급부(500), 상부 고주파 전원부(600)가 연결된다.
가스 공급부(500)는 가스 공급원(미도시)과 질량 제어 흐름기(MFC, mass flow controller, 미도시)가 구성되어 가스 공급원으로부터 공급된 가스를 MFC에 의해 원하는 양을 조절하여 상부 전극부(200)에 형성된 내부 공간(260)에 공급된다. 또한 상부 고주파 전원부(600)는 상부 고주파 전원(미도시)과 상부 정합기(미도시)로 구성되며, 고주파 전원으로부터 공급된 전력을 정합하여 상부 전극부(200), 즉, 상부 전극판(240)에 공급한다.
따라서 상부 전극부(200)에 가스 및 고주파 전력을 공급 및 인가하면 상부 전극부(200) 내에 인입된 가스는 절연 지지 부재(220) 내에 형성된 내부 공간(260)을 통해 절연 지지 부재(220)와 상부 전극판(240)의 상하로 관통 형성된 가스 배출 구멍(280)을 통해 분사되고, 이에 의해 상부 전극부(200) 및 하부 전극부(300) 사이에 플라스마가 형성된다.
이때, 상부 전극부(200)의 외주면에는 실드링(미도시)이 더 구비될 수 있다. 실드링은 상부 전극부(200)에서 발생될 수 있는 이상 방전을 방지하는 역할을 하고, 상부 전극판(240) 또는 상부 전극판(240) 및 절연 지지 부재(220)의 외주면을 따라 형성되어 상부 전극판(240)의 하면을 노출시키도록 형성된다.
한편, 하부 전극부(300)는 상부 전극부(200)와 일정 간격 서로 이격되어 대향하게 설치되어 있는 기판 승강기(320)와 기판 승강기(320) 상부에 형성된 정전척(340)을 포함한다. 이때, 기판 승강기(320)에는 하부 고주파 전원부(700)가 연결되고, 정전척(340)에는 고압 직류 전원(800)이 연결된다.
기판 승강기(320)는 정전척(340)이 포함된 하부 전극부(300)를 지지해주는 역할을 하고, 정전척(340)을 상하로 이동시키기 위해 기판 승강기(320)의 하부에는 리프트 수단(360)이 연결되어 있다. 그리고 기판 승강기(320) 내부에는 하부 전극판(미도시)이 형성되고, 하부 전극판에 하부 고주파 전원부(700)가 연결된다. 하부 고주파 전원부(700)는 하부 고주파 전원(미도시)과 하부 정합기(미도시)로 구성되어 있으며, 그 역할은 상부 고주파 전원부(600)의 역할과 동일하다. 이때, 기판 승강기(320) 내부에는 하부 전극부(300)의 온도를 조절하도록 냉각 부재(미도시)가 더 형성될 수도 있다.
기판 승강기(320)의 상부에는 정전척(340)이 마련된다. 정전척(340)은 상면에 장착될 기판(G)의 형상과 대략 동일한 형상으로 형성되고, 반응 챔버(100) 내로 로딩된 기판(G)을 흡착 유지 시키는 역할을 한다. 즉, 정전척(340)에는 고압 직류 전원(800)이 연결되어 있어, 고압 직류 전압(800)으로부터 형성된 정전력에 의해 기판(G)을 흡착 유지 시킨다. 정전력을 이용한 정전척(340)을 사용하여 기판을 흡착 유지하였지만, 진공력 또는 기계력에 의한 기계척을 사용할 수 있다.
이때, 정전척(340)의 상부에는 안착된 기판(G)의 외주면을 따라 포커스 링(380)이 더 구비될 수 있다. 포커스 링(380)은 기판(G)의 외주면을 따라 형성되어 반응 챔버(100) 내에 형성된 플라스마 상태의 반응 가스가 기판(G)에 집중되로록 하는 역할을 한다.
한편, 배플 플레이트(400)는 하부 전극부(300), 즉 정전척(340)의 외주면에 면접되도록 장착되며, 반응 챔버(100) 내부에 공급된 반응 가스를 하부로 균일하게 배기시켜 정전척(340)에 안착된 기판(G)의 주위의 반응 가스의 흐름을 일정하게 유지시켜 기판(G) 상에서 균일한 식각이 이루어지도록 하는 역할을 한다.
도 2를 참조하면, 배플 플레이트(400)는 대략 사각 판형으로 배플 플레이트(400)의 내측에는 하부 전극부(300) 즉, 정전척(340)이 끼워질 수 있도록 정전척(340) 외주면 크기의 상, 하 관통된 절개부(미도시)가 형성되어 있다. 즉, 배플 플레이트(400)의 외주면은 대략 반응 챔버(400)의 내부벽에 근접한 크기로 형성되고 내주면은 대략 정전척(340)의 외주면의 크기로 형성된다.
배플 플레이트(400) 상에는 반응 챔버(100) 내의 반응 가스가 반응 챔버(100) 하부로 균일하게 배기되도록 가스가 통과하는 다수의 관통구멍(410)이 형성되어 있다.
관통구멍(410)은 반원형태로 관통구멍의 경계선은 배플 플레이트(400)의 경계선과 연결되어 배플 플레이트(400)의 가장자리에 오목부를 형성한다. 관통 구멍(410)의 지름은 배플 플레이트(400)의 장축(X축) 길이의 1/18내지 1/23배 일 수 있다. 예를 들어, 배플 플레이트의 장축 길이가 2740mm이면 관통 구멍(410)의 지름은 134mm일 수 있다.
관통 구멍(410)은 배플 플레이트(400)의 각 변을 2등분하는 지점으로부터 배플 플레이트(400)의 모퉁이에 인접하게 위치한다. 즉, 포커스링(380)의 각 변을 연장한 연장선으로부터 관통 구멍(410)까지의 거리(L1)는 관통 구멍(410) 지름의 1.3 내지 1.9배 떨어져 위치하는 것이 바람직하다.
표 1은 본 발명의 한 실시예에 따라서 배플 플레이트의 면적과 관통 구멍의 면적에 따른 식각 균일성을 실험한 표이다.
Figure 112011034212266-pat00001
표 1을 참조하면, 배플 플레이트(400)에서 배플 플레이트 면적: 관통 구멍의 면적이 100: 0, 100:25, 100:20, 100:20, 100:19, 100:18로 관통 구멍의 면적을 줄일수록 식각 균일성이 좋아지는 것을 알 수 있다. 균일성의 %가 줄어들수록 균일함을 의미한다.
따라서 배플 플레이트의 면적: 관통 구멍의 면적비는 100:0보다 크고 100: 18보다 작게 형성한다.
한편, 본원의 한 실시예에서는 동일한 지름을 가지는 관통 구멍(410)을 형성하였으나, 기 설명한 배플 플레이트의 면적과 관통 구멍의 면적비를 고려하여 서로 다른 지름을 가지는 관통 구멍을 형성할 수 있다.
따라서, 본원의 한 실시예에서는 관통 구멍을 반원으로 설명하였으나, 면적비를 고려하여 사각형 또는 타원형으로 형성할 수도 있다.
그리고 각각의 관통 구멍(410)은 도 3에 도시한 바와 같이 복수의 슬릿(41)을 포함하며, 슬릿(41) 사이의 간격(L3)은 기 설명한 관통 구멍(410)의 폭보다 작게 형성한다. 관통 구멍(410)의 지름이 기 설명한 것보다 크게 형성할 경우에 복수의 슬릿(41)을 형성하면 슬릿(41)에 의해서 관통 구멍(410)의 지름이 축소되어 식각이 균일하게 진행될 수 있도록 한다.
삭제
챔버내에 투입된 가스는 배플 플레이트의 모퉁이에 위치하는 펌핑 포트(pumping port)를 통해서 기판 아래로 흘러들어간 후 배기구(120)을 통해서 배출된다. 이때, 기판 식각시에 펌핑 포트 근처에 위치하는 부분의 기판이 과식각 될 수 있다. 펌핑 포트는 도2에서 포커스링의 연장성(점선)으로 둘러싸인 부분으로, 배플 플레이트의 모퉁이에 위치한다.
그러나 본 발명의 실시예에서와 같이 펌핑 포트와 인접하게 위치하는 관통구멍을 포함하는 배플 플레이트를 설치하면 반응 챔버 내의 유체 흐름이 변화되며, 이에 따라서 펌핑 포트 주위의 기판이 과식각되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 기판 전체를 균일하게 식각할 수 있다. 이는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 표면 응력을 측정한 결과 종래와 본 발명에 따른 표면 응력의 평균은 같다. 그러나 본 발명에 따른 표면 응력의 분포 범위가 종래보다 좁은 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배플 플레이트에 의해서 표면 응력의 변동폭이 작아지므로 기판 전체에 균일한 식각이 진행될 수 있다.
삭제
삭제
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
41: 슬릿 100: 챔버
110: 게이트 도어 120: 배기구
130: 배기장치 200: 상부 전극부
220: 절연 지지부재 240: 상부 전극판
280: 배출 구멍 300: 하부 전극부
320: 기판 승강기 340: 정전척
380: 포커스링 400: 배플 플레이트
410: 관통 구멍 500: 가스 공급부
600, 700: 고주파 전원부

Claims (9)

  1. 반응 챔버,
    상기 반응 챔버 내의 상부에 위치한 상부 전극,
    상기 상부 전극과 마주하는 하부 전극, 그리고
    상기 하부 전극을 둘러싸며 가장자리에 복수의 관통 구멍을 포함하는 배플 플레이트
    를 포함하고,
    상기 관통구멍의 경계선은 상기 배플 플레이트의 경계선과 연결되어 상기 배플 플레이트의 가장자리에 오목부를 형성하고,
    상기 하부 전극과 상기 배플 플레이트 사이에 위치하는 포커스링을 더 포함하고,
    상기 관통 구멍은 상기 포커스링의 각 변의 연장선으로부터 상기 관통 구멍 지름의 1.3배 내지 1.9배 떨어져 위치하는 플라스마 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 관통 구멍의 크기는 상기 배플 플레이트의 장축 길이의 1/18배 내지 1/23배인 플라스마 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 배플 플레이트는 사각형인 플라스마 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 관통 구멍은 반원형인 플라스마 장치.
  6. 제1항에서,
    각각의 관통 구멍은 복수의 슬릿을 포함하는 플라스마 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에서,
    상기 관통 구멍은 반원형인 플라스마 장치.
  9. 반응 챔버,
    상기 반응 챔버 내의 상부에 위치한 상부 전극,
    상기 상부 전극과 마주하는 하부 전극, 그리고
    상기 하부 전극을 둘러싸며 가장자리에 복수의 관통 구멍을 포함하는 배플 플레이트
    를 포함하고,
    상기 관통 구멍의 경계선은 상기 배플 플레이트의 경계선과 연결되어 상기 배플 플레이트의 가장자리에 오목부를 형성하고,
    상기 배플 플레이트의 면적: 관통 구멍의 면적비는 100:0보다 크고 100:18보다 작은 플라스마 장치.
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