KR20020076548A - 플라즈마 식각장비 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포커스링과 하부전극 사이의 갭을 없애고 LCD 기판을 클램핑하도록 함으로써 라디칼이 LCD 기판 표면으로 포커싱되어 높은 식각률 및 식각균일성을 제공하는 플라즈마 식각장비에 관한 것으로서, 특히 플라즈마 상태의 가스를 이용하여 건식식각공정이 수행되는 식각챔버와 상기 식각챔버 내부에서 소정 간격 이격되도록 배치된 상부전극 및 하부전극과 상기 상부전극 또는 하부전극에 선택적으로 연결된 고주파전원이 구비된 플라즈마 식각장비에 있어서, 상기 하부전극의 외주면을 감싸는 하부링과, 상기 하부링 상에서 상기 하부전극의 외주면과 밀착되게 배치된 포커스링과, 상기 하부전극 상면에 장착되어 상기 포커스링과 밀착된 피식각기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 액정표시소자용 플라즈마 식각장비에 관한 것으로, 특히 건식식각공정에서 높은 식각율 및 식각균일도를 제공하는 플라즈마 식각장비에 관한 것이다.
통상 액정표시소자 제조공정시에는 LCD 기판 상에 복수의 패턴(Pattern)들을 형성하기 위한 식각공정이 구비되어야 하는데, 최근 액정표시소자의 표시품질 향상화, 고집적화, 대면적화 추세에 따라 플라즈마를 이용한 건식식각기술이 많이 이용되고 있다.
플라즈마를 이용한 건식식각기술은 식각가스를 가스공급수단(Gas Distribution Plate)를 통해서 고진공상태의 식각챔버 내부로 분사한 후 플라즈마 상태로 변형하여 식각가스의 양이온 또는 라디칼(Radical)이 LCD 기판의 소정영역을 식각하도록 하는 것이다.
한편, 플라즈마를 이용한 건식식각기술은 플라즈마를 형성하는 방법에 따라 PE(Plasma Etching), RIE(Reactive Ion Etching), MERIE(Magneticaly Enhanced Reactive Ion Etching), ECR(Electron Cyclotron Resonance), TCP(Transformer Coupled Plasma) 등의 모드로 나눌 수 있는데, 이 중 액정표시소자 제조공정에서는 PE, RIE 모드를 주로 이용한다.
하지만, 기판에 플라즈마를 집중시키는 역할을 하는 포커스링이 구비되지 않은 기존의 PE 모드는 플라즈마 식각장비 내부에 형성되는 플라즈마 상태의 이온밀도가 영역별로 상이해져 중앙부의 식각률이 가장자리 부위의 식각률보다 떨어지는 즉, LCD 기판 영역별로 식각률이 불균일해진다는 단점이 있다.
한편, 플라즈마를 발생시키는 방법 중 가장 널리 사용되는 모드인 RIE 모드는 두 전극 중 상부전극은 접지시키고, 하부전극에는 주기적으로 변화하는 교류 전장(일반적으로 RF)을 인가하여 이온 및 전자쌍을 발생시켜 플라즈마를 생성하는 것으로서 기존의 PE 모드보다 플라즈마 상태에서의 전자 이온 밀도가 높아 식각률이 더욱 좋다.
그러나, RIE 모드의 공정 압력이 높기 때문에 미세 패턴 형성에 불리하고 플라즈마의 특성과 이온의 에너지를 독립적으로 조절할 수 없으며, 무엇보다도 포커링 구조가 플라즈마 밀도를 높이기 위한 것으로 부적합하게 설계되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 의한 플라즈마 식각장비를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 의한 플라즈마 식각장비의 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 의한 플라즈마 식각장비의 사시도이다.
종래의 플라즈마 식각장비는 도 1 및 도 2에서와 같이, 플라즈마를 이용한 건식식각공정이 수행되는 식각챔버(10)와, 상기 식각챔버(10) 일측에 구비되어 펌핑작업을 수행하여 챔버 내의 압력을 조절함과 동시에 식각공정 후의 처리가스를 배출하는 진공펌프/가스배출수단(12)이 있다.
그리고, 상기 식각챔버(10) 내의 상측 내부에는 처리가스 공급부를 겸용하는 애노드전극인 상부전극(21)이 설치되어 있고, 상기 상부전극 상측에는 다수의 분사공을 가지는 가스분사판을 구비한 가스공급수단(17)이 있어 가스공급관(15)을 통하여 외부의 식각가스를 식각챔버(10) 내부로 공급한다.
또한, 상기 식각챔버(10)의 하측 내부에는 피식각기판인 LCD 기판(20)이 배치되는 캐소드 전극 즉, 하부전극(22)이 설치되어 있고, 상기 하부전극(22)은 도전봉(18)을 통하여 고주파 전원(19)에 접속된다.
이 때, 상기 상부전극(21)과 하부전극(22)은 소정 간격 이격되어 대향배치되고, 상기 상부전극(21) 및 하부전극(22)에 연결된 고주파전원(19)은 동일 접지된다.
특히, 상기 하부전극(22)의 외주면에는 상기 하부전극을 고정시키기 위한 하부링(24)이 설치되어 있고, 상기 하부링(24) 상측에는 하부전극 상면에 배치될 LCD 기판을 고정시키기 위한 포커스링(25)이 설치되어 있다.
하지만, 기존의 플라즈마 식각장비는 하부링(24)과 포커스링(25) 사이가 소정 간격만큼 이격되어 있어서, LCD 기판(20)을 하부전극(22) 면상에 장착했을 때 LCD 기판(20)과 포커스링(25)이 완전밀착되지 못하는데, 그로인해 생긴 10㎜ 이하의 갭 사이로 라디칼이 빠져나가 반응에 참여하는 라디칼 수가 적어지는 문제점이 발생한다.
플라즈마 식각장비의 동작과정을 살펴보면 먼저, 피식각 막질이 형성된 LCD 기판(20)을 식각챔버(10) 내의 하부전극(22) 상면에 로딩시키고 진공펌프/가스배출수단(12)를 가동시켜 식각챔버(10)의 압력 상태를 특정 고진공상태로 전환한 뒤, 가스공급관(15) 및 가스공급수단(17)를 통해서 식각가스를 공급한다.
다음, 상부전극(21)과 하부전극(22) 사이에 전기장이 형성되도록 고주파전원(19)으로부터의 전력을 선택적으로 인가한다. 이 때, 캐소드 전극인 하부전극(22)에서는 자유전자가 방출된다.
그 다음, 방출된 자유전자는 전기장에 의해 운동에너지를 얻어 가속된 후 식각챔버(10) 내의 식각가스와 충돌하여 식각가스에 에너지를 전달하며, 에너지를 전달받은 식각가스는 이온화되어 이온들을 형성한다. 그리고, 상기 이온들은 전기장에 의해 운동에너지를 얻어 가속된 후, 식각가스에 에너지를 전달하여 또다른 이온들을 형성한다. 이와같은 일련의 과정이 반복됨에 따라 식각챔버 내부에는 양이온, 음이온, 라디칼 등이 공존하는 플라즈마 상태가 된다.
상기 플라즈마 상태의 양이온은 하부전극(22) 위에 배치된 LCD 기판(20)과 충돌하여 소정영역을 식각한다.
식각공정이 끝난 후에는 식각챔버 내의 식각가스를 진공펌프/가스배기출수단(12)을 이용하여 외부로 배기시킨다. 이 때, 반응하지 못한 라디칼들도 같이 배출된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 플라즈마 식각장비는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 기존의 플라즈마 식각장비는 하부전극 상면에 LCD 기판을 배치하여 식각공정을 할 때 LCD 기판과 포커스링 사이에 존재하는 갭 사이로 라디칼이 빠져나가게 되는데, 그로인해 LCD 기판과 접촉하여 실제 반응에 참여하는 라디칼의 수가 적어져 식각률이 떨어지고 LCD 기판 전면에 대한 식각균일도도 떨어진다.
둘째, 포커스링과 하부링 사이에 이격된 틈새로 식각시 발생하는 복합부산물이 형성함으로 인해 소자가 손상되고 또한, 제거해주어야 하는 번거로움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 포커스링과 하부전극 사이의 갭을 없애고 LCD 기판을 클램핑하도록 함으로써 LCD 기판 표면으로 라디칼을 포커싱시켜 식각반응에 참여하는 라디칼 수를 최대한 확보하는 플라즈마 식각장비를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 플라즈마 식각장비의 구성도.
도 2는 종래 기술에 의한 플라즈마 식각장비의 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 플라즈마 식각장비의 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 플라즈마 식각장비의 사시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명
110 : 식각챔버 112 : 진공펌프/가스배출수단
115 : 가스공급관 117 : 가스공급수단
118 : 도전봉 119 : 고주파전원
120 : LCD 기판 121 : 상부전극
122 : 하부전극 123 : 상부링
124 : 하부링 125 : 포커스링
126 : 포커스바 130 : 게이트 밸브
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 식각장비는 플라즈마 상태의 가스를 이용하여 건식식각공정이 수행되는 식각챔버와 상기 식각챔버 내부에서 소정 간격 이격되도록 배치된 상부전극 및 하부전극과 상기 상부전극 또는 하부전극에 선택적으로 연결된 고주파전원이 구비된 플라즈마 식각장비에 있어서, 상기 하부전극의 외주면을 감싸는 하부링과, 상기 하부링 상에서 상기 하부전극의 외주면과 밀착되게 배치된 포커스링과, 상기 하부전극 상면에 장착되어 상기 포커스링과 밀착된 피식각기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 플라즈마를 이용한 건식식각 공정시 LCD 기판과 포커스링이 완전밀착되도록 함으로써 LCD 기판 표면상의 플라즈마 밀도(plasma density)를 고농도로 균일하게 유지하여 식각률과 식각균일성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 플라즈마 식각장비를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 플라즈마 식각장비의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 의한 플라즈마 식각장비의 사시도이다.
본 발명에 의한 플라즈마 식각장비는 도 3 및 도 4에서와 같이, 소정의 공간이 형성되어 플라즈마를 이용한 건식식각공정이 수행되는 식각챔버(110)와, 상기 식각챔버(110) 일측에 구비되어 펌핑작업을 수행하여 챔버 내의 압력을 조절함과 동시에 식각공정 후의 식각가스를 외부로 배출하는 진공펌프/가스배출수단(112)과, 상기 식각챔버의 완전 개폐를 위한 게이트 밸브(130)이 있다.
그리고, 상기 식각챔버(110) 내의 상측 내부에는 식각가스가 식각챔버 내(110)로 안정적으로 인입될 수 있도록 다수의 분사공을 가지면서 애노드전극(anode electrode)으로서의 역할을 하는 상부전극(121)이 설치되어 있고, 상부전극(121)의 외주면에는 상부전극의 고정부를 감싸는 상부링(123)이 있고, 상부전극 상측에는 다수의 분사공을 가지는 가스공급수단(117)을 구비하여 가스공급관(115)으로부터 인입된 식각가스를 식각챔버(110) 내로 분사하는 식각가스공급부가 있다.
또한, 상기 식각챔버(110)의 하측 내부에는 식각될 막질이 형성된 LCD 기판(120)이 배치될 캐소드 전극(cathode electrode) 즉, 하부전극(122)이 있고, 도시하지는 않았지만 상기 하부전극(122)의 일측 저면에는 LCD 기판의 온도를 유지해주기 위한 냉각블록이 있다.
이 때, 상기 상부전극(121)과 하부전극(122)은 소정 간격 이격되어 대향배치되고, 상기 하부전극(122)은 도전봉(118)을 통하여 식각챔버(110)의 고주파(RF ; Radio frequency) 전원(119)에 접속되며, 상기 상부전극(121)과 고주파전원(119)은 동일 접지된다.
그리고, 상기 하부전극(122)의 외주면에는 하부전극과 밀착되어 하부전극을고정시키는 하부링(124)이 있고, 상기 하부링(124)의 외측면에는 포커스링(125)이 밀착되어 하부링(124)과의 갭을 없애고 LCD 기판(120)을 클램핑한다.
본 발명에 의한 포커스링(125)은 하부전극 상면에 배치된 LCD 기판(120)의 유동 및 이탈을 방지하는 외에 특히, LCD 기판과의 갭이 발생되지 않도록 밀착되어 플라즈마 상태의 식각가스가 LCD 기판 표면에 집중될 수 있도록 해준다.
이 때, 포커스링(125) 및 하부링(124)은 부도체의 재질로서, 바람직하게는 고강도의 세라믹을 재료로 한다. 세라믹과 같은 부도체의 재질로 된 포커스링 및 하부링은 고주파 및 그에 따른 식각분위기 하에서도 전혀 영향을 받지 않으며, 그 아래에 위치하는 하부전극(122)이 침식되는 것도 보호할 수 있다.
한편, 상부의 가스공급수단에서 하부의 LCD 기판까지의 거리에 대한 보상과 포커싱 정도에 따른 식각률, 식각균일성 등을 조절하기 위해 포커스링(125)의 내측벽에서 상부로 돌출 연장된 포커스바(126)를 추가하여 부착할 수 있다.
이 때, 포커스바(126)의 높이는 30㎜이하로 하고 그 두께는 5㎜로 하며, 상기 포커스링(125)과 분리된 것이어도 되고 일체형으로 형성된 것이어도 무방하다. 포커스링(125)의 내측벽의 높이는 10∼20㎜정도로 하되, 사용공정에 따라 상기 수치들은 가변시킬 수 있는 것으로 한다.
이와같이 구성된 플라즈마 식각장비는 다음과 같이 동작한다.
먼저, 에어 실린더을 이용하여 포커스링(125)을 상부로 플로팅시키고, 로봇 암(robot arm)에 의해 게이트 밸브(130)를 연 반입구를 통하여 식각챔버(110) 내로 식각될 막질이 형성된 LCD 기판(120)을 반입시켜 하부전극(122) 상면에 로딩한다.
다음, 플로팅된 포커스링(125)을 하부로 끌어내려 로딩된 LCD 기판의 에지면이 클램핑되도록 하여 포커스링(125)과 LCD 기판(120)을 완전 밀착시킨다.
그리고, 가스공급관(115)을 통해 식각챔버(110) 내에 식각가스를 공급하고, 진공펌프/가스배출수단(112)을 동작시켜 식각챔버 내를 진공배기하여 압력을 조절한 뒤, 상부전극과 하부전극과의 사이에 고주파전원(119)으로부터의 고주파전력을 인가하여 플라즈마를 발생시키고, LCD 기판의 소정 영역을 식각한다. 즉, 하부전극(122) 상면에 놓인 LCD 기판(120)은 양이온의 충격을 받게 되고, 반응성 라디칼들은 식각될 물질 표면위에 흡착되어 식각될 물질과 반응하게 되고, 그로 인해 생성된 물질은 표면으로부터 이탈되어 식각 표면으로부터 플라즈마 내로 확산된다. 그 다음, 식각공정 후의 생성물질 및 가스들은 진공펌프/가스배출수단(112)을 통하여 외부로 배기된다.
식각공정이 끝난 후에는 포커스링(125)을 상부로 플로팅시킨 뒤, 로봇 암을 이용하여 LCD 기판을 언로딩시킨다.
이와 같이, 본발명에 의한 식각장비는 종래와 달리 LCD 기판이 식각챔버내로 로딩/언로딩될 때에는 밀착되지 않은 상태에 있다가 식각공정시에는 LCD 기판과 포커스링이 완전밀착되도록 하여 반응성 라디칼이 LCD 기판 표면으로 집중되게 한다.
이와 같은 본발명의 기술적 특징은 플라즈마 CVD 장치, 플라즈마 스퍼터링 장치, 다른 플라즈마 처리장치에도 적용가능하며, 피식각기판으로서 LCD 기판에 한정하지 않는다.
상기와 같은 본 발명의 플라즈마 식각장비는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 식각공정시 LCD 기판과 포커스링이 완전밀착되도록 함으로써 LCD 기판 표면상의 플라즈마 밀도(plasma density)를 고밀도로 유지할 수 있기 때문에 높은 식각률(high etch rate) 및 높은 균일성(uniformity)의 식각이 가능하다. 특히, 대면적 LCD 기판일 경우 기판의 외곽부와 중앙부 간의 식각률 및 식각균일성이 향상되어 외곽부 얼룩이 발생하지 않는다.
둘째, 포커스링에 포커스바를 더 부착함으로써 식각될 기판과 식각가스공급수단과의 거리를 보상할 수 있게 되고 또한, 식각률 및 식각균일성을 조절가능하게 된다.
Claims (6)
- 플라즈마 상태의 가스를 이용하여 건식식각공정이 수행되는 식각챔버와 상기 식각챔버 내부에서 소정 간격 이격되도록 배치된 상부전극 및 하부전극과 상기 상부전극 또는 하부전극에 선택적으로 연결된 고주파전원이 구비된 플라즈마 식각장비에 있어서,상기 하부전극의 외주면을 감싸는 하부링;상기 하부링 상에서 상기 하부전극의 외주면과 밀착되게 배치된 포커스링;상기 하부전극 상면에 장착되어 상기 포커스링과 밀착된 피식각기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장비.
- 제 1 항에 있어서, 상기 포커스링과 피식각기판은 식각공정시에만 밀착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장비.
- 제 1 항에 있어서, 상기 포커스링의 내측벽에 상방으로 돌출된 포커스바가 더 부착된 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장비.
- 제 3 항에 있어서, 상기 포커스바의 두께는 5㎜내외인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장비.
- 제 3 항에 있어서, 상기 포커스바는 상기 포커스링과의 분리형 또는 일체형인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장비.
- 제 1 항에 있어서, 상기 포커스링의 내측벽의 높이는 10∼20㎜정도 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장비.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020010016474A KR20020076548A (ko) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 플라즈마 식각장비 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020010016474A KR20020076548A (ko) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 플라즈마 식각장비 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20020076548A true KR20020076548A (ko) | 2002-10-11 |
Family
ID=27699122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020010016474A KR20020076548A (ko) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 플라즈마 식각장비 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20020076548A (ko) |
-
2001
- 2001-03-29 KR KR1020010016474A patent/KR20020076548A/ko not_active Application Discontinuation
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