KR20040036984A - 플라즈마 에칭챔버의 아크발생 방지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 에칭 챔버내의 하부전극 주변에 아크발생을 방지할 수 있는 절연체를 도포하여 에칭 대상물 및 하부전극의 손상을 예방할 수 있는 플라즈마 에칭 챔버의 아크방지구조를 제공한다.

이를 위하여 본 발명은 챔버와; 상기 챔버내부에 위치하고, 접지된 상부전극과; 상기 상부전극과 이격되어 위치하고, RF전압이 인가되며 표면에 절연성의 용사막을 구비한 하부전극을 포함하며; 상기 상부전극과 하부전극 사이에서 플라즈마 상태를 이루는 가스를 유입시켜 글래스기판의 표면을 에칭하는 하는 플라즈마 에칭챔버에 있어서,

상기 하부전극의 주변 둘레에 걸쳐 형성된 요입부와; 상기 하부전극의 표면을 덮으며 요입부까지 형성된 용사막을 포함하며 상기 용사막이 형성된 요입부에 아크방지제가 도포되어 상기 요입부를 메운 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 챔버의 아크방지구조를 제공한다.

Description

플라즈마 에칭챔버의 아크발생 방지구조{Structure for preventing arc in Plazma Etching Chamber}

본 발명은 플라즈마 에칭챔버에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 플라즈마 에칭챔버의 하부전극 주변에서 아크발생을 방지하는 구조에 관한 것이다.

플라즈마(Plasma)란 종래의 고체, 액체, 기체로 구분되는 세가지 상태가 아닌 '제4의 물질상태'로 정의되는 물질의 상태로, 전기적으로 양과 음의 총 전하수는 거의 같아서 전체적으로는 중성을 띄지만 부분적으로 전하를 가지는 기체의 집단 상태를 의미한다. 이러한 플라즈마는 근래에 들어 고분자의 표면처리나 금속 표면처리 또는 환경 정화 및 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel) 등 우리 산업의 다양한 분야에 응용되고 연구되는 대상인데, 특히 최근에 반도체 소자나 액정 디스플레이 기판 등의 고밀도 집적 디바이스의 구성소자를 미세패턴으로 가공하여 소형화하는 공정방법에 사용됨으로써 더욱 관심을 높이고 있는 물질이다.

현재 산업적으로 이용이 활발한, 고주파(RF:Radio Frequency)전력을 사용하여 발생되는 저온 글로우 방전 플라즈마로 고밀도 집적 디바이스를 미세구조로 패터닝하는 플라즈마 에칭장치에 대하여 도면을 통하여 상세하게 설명한다.

플라즈마 에칭장치는 처리되는 대상물을 가지는 밀폐된 반응용기인 챔버와, 상기 챔버로 인입되는 기체물질을 저장하고 이를 챔버 내부로 유입하는 가스도입부와, 상기 가스 도입부로부터 유입되는 기체물질을 챔버내에서 플라즈마로 변화시키기 위하여 챔버 내부와 전기적으로 연결되는 RF 전원으로 구성된다.

전술한 가스도입부로부터 가스가 유입되어 플라즈마로 변화되고, 대상물의 처리가 일어나는 반응용기인 챔버의 내부를 개략적으로 도시한 단면도인 도 1을 참조하여 플라즈마 에칭을 설명한다.

일반적으로 플라즈마 에칭장치의 챔버(1)는 플라즈마로 되는 기체가 유입되는 유입구(6)를 가지고, 유입된 기체가 확산되는 플라즈마 확산 영역(2)과, 이러한 확산된 기체가 들어와 플라즈마로 변화하여 대상물의 표면에 에칭이 일어나는 반응영역(4)으로 구분된다. 이때 플라즈마 확산영역(2)에는 다수개의 홀 또는 슬릿형태의 홈을 가지는 확산 플레이트(8)가 위치하여 가스도입부(미도시)로부터 유입된 기체물질을 확산하여 반응영역(4)으로 보내게 되는데, 이러한 플라즈마 확산영역과 반응영역(4)의 경계에는 금속재질로 이루어지며, 플라즈마를 발생시킬 수 있는 전기장을 형성하기 위한 한쪽 전극의 역할을 하는 접지된 상부 전극(10)과 그 하부에 절연물질로 이루어지는 절연판(12)이 위치한다.

이러한 상부 전극(10)과 그 하부의 절연판(12)에는 다수개, 통상 일만개 정도의 홀이 형성되어 기체의 자유로운 왕래가 가능하다.

이와 같은 상부전극(10)과 절연판(12)을 통하여 확산된 기체가 들어오는 반응영역(4)에는 식각되는 대상물(14:본 발명이 관련된 공정은 액정표시장치의 유리기판이므로 이하 유리기판이라 함)과, 상기 유리기판(14)의 하부에서 이를 지지하며, 반응영역(4)으로 유입된 기체를 플라즈마로 변화시키기 위한 다른 한쪽의 전극의 역할을 하는 RF전압(17)이 인가되는 하부전극(18)이 상기 반응영역(4)의 저면에 설치되어 있다.

이때 상기 하부전극(18)은 통상 알루미늄 박막으로 그 표면이 코팅된 금속재질로 이루어져, 그 상부에 대상물(14)이 놓이게 되는데, 반응영역 저면의 다른 부분, 즉 유리기판(14)이 놓이는 부분인 하부전극(18) 이외의 저면은 다수개의 균일한 홀을 가지는 배기 플레이트(20)가 위치하며, 상기 노출된 하부전극(18)과 그 가장자리를 둘러싸는 배기 플레이트(20)의 사이에는, 상기 하부전극(18)의 노출을 막기 위한 절연물질, 통상 세라믹등으로 이루어진 차폐물인 실드(16)가 하부전극(18)을 둘러싸고 있다.

즉, 그 중앙에 대상물(14)이 놓이게 되는 반응영역(4)의 저면은 배기 플레이트(20)와 그 안쪽에 소정두께를 가지는 세라믹으로 그 가장자리가 차폐된 실드(16)를 가지는 하부전극(18)이 평면상에 위치하는데, 노출된 하부전극(18)과 대상물(14)의 크기는 동일하다.

또한, 상기 배기플레이트(20)의 하부방향으로 챔버의 외부에 설치된 펌프등의 흡인수단(20,22)이 위치하여, 플라즈마 에칭부산물을 흡인하여 제거하게 된다.

전술한 구성을 가지는 일반적인 플라즈마 에칭장치(1)내에서 대상물(14)의 에칭이 일어나는 과정을 설명하면, 먼저 상기 챔버(1)의 반응영역(4)의 저면에, 노출된 하부전극(18)과 동일한 크기를 가지는 대상물(14)이 로딩(roading)되어 하부전극(18)상에 위치 맞춤된다.

이후 가스 공급부(미도시)로부터 공급된 에천트 기체가 유입관(6)을 통하여 유입되고, 이러한 에천트 기체는 확산 플레이트(8)를 통하여 전면적으로 확산되어 상부전극(10)과 절연판(12)을 통하여 반응영역(4)으로 유입된다.

이때, RF전원(17)은 하부전극(18)에 고전압인 RF전압(17)을 인가하므로, 이러한 하부전극(18)과 상부전극(10)사이에는 강한 전기장이 형성되어 있고, 이러한 전기장의 영역에 놓이게 된 에천트 기체는 이온화되어 플라즈마 상태로 여기된다.

이러한 플라즈마에 포함되는 전자 및 양이온은 높은 운동에너지를 가지고 하부전극(18)으로 이끌리게 되어, 그 상부에 위치한 유리기판(14)의 표면에 강하게 부딪혀 표면을 깍아내는 이방성 에칭이 이루어진다.

이때 플라즈마 이온이 유리기판(14)의 표면에 강하게 부딪혀 튕겨나온 식각 부산물은 배기 플레이트(20)의 하부에 위치하는 흡인수단(20,22)에 의하여 흡인되어 배기 플레이트(20)의 다수개의 홀(21)을 통과하여 챔버(1)의 외부로 배출된다.

전술한 과정을 통하여 대상물(14)의 표면은 식각되어 소정의 모양으로 패터닝된다.

이때 일반적인 플라즈마 에칭장치(1)에 있어서, 챔버(1)의 하부전극(18) 표면에는 절연성 물질이 피복형태로 용사된다. 통상 세라믹을 녹여 막을 형성하게 되는데 상기 용사막(18a)을 입히기 위해서는 도 2 또는 도 3과 같이 하부전극(18)의 측면에 형성된 아노다이징부(19)의 단부에 단턱(19a)을 형성하여야 한다.

도 2 는 하부전극(18) 및 그 주변 구성요소를 도시한 단면도이고, 도 3 은 상기 하부전극(18)의 주변에서 아킹이 발생되는 위치를 확대도시한 확대단면도이다.

도 2와 도 3에서 보는 바와 같이 하부전극(18)의 표면에는 세라믹 등과 같은 절연성 물체가 용사막(18a)을 형성하고 있다. 상기 용사막(18a)은 하부전극의 주변에 한정되도록 형성시켜야 하므로 아노다이징부(19)의 단부에 단턱(19a)이 형성되도록 하여 세라믹 용사위치를 한정시킨 것이다.

그러나 이와 같이 용사막(18a)를 위해 형성된 단턱(19a)에 세라믹이 용사되면 상기 용사막(18a)은 아노다이징부(19)의 단턱(19a) 상단높이까지 용사되지 않아 상측에 위치하는 세라믹 실드(16)와의 사이에 소정의 공간부(A)를 형성하게 된다.

상기 하부전극(18)의 측면에 위치하는 세라믹 실드(16)와 상기 하부전극(18)의 접촉면은 균일하지 못해 공간이 발생하고 플라즈마 입자가 상기 접촉면을 타고 하부전극(18) 저면까지 도달하여 노출된 아노다이징부(19)의 단턱(19a)면과 충돌하게 된다.

상기 플라즈마 충돌은 아크(Arc)를 발생시키게 되고, 상기 아크에 의해 드라이 에칭 진행 중인 글래스도 손상을 받아 정전기 불량이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 아크가 발생된 하부전극(18)은 사용이 불가하게 되며, 이로 인해 작업자가 챔버(1)를 셧다운시킨 후 하부전극(18)을 교체하여야 하므로 작업공정 지연이 발생하는 중대한 문제점이 된다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로써, 플라즈마 에칭 챔버내의 하부전극 주변에 아크발생을 방지할 수 있는 절연체를 도포하여 에칭 대상물 및 하부전극의 손상을 예방할 수 있는 플라즈마 에칭 챔버의 아크방지구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1 은 종래 플라즈마 에칭챔버를 개략적으로 도시한 단면도.

도 2 는 도 1의 플라즈마 에칭챔버의 하부전극 및 주변 구성요소를 도시한 개략적인 단면도.

도 3 은 종래 하부전극의 측면을 확대도시한 도면으로 아킹발생부를 도시한 요부단면도.

도 4 는 본 발명에 의한 플라즈마 에칭챔버의 아크방지구조의 바람직한 일실시예로써 아크방지제가 도포된 하부전극을 도시한 단면도.

도 5 는 아크방지제로 에폭시가 도포된 하부전극을 도시한 사시도.

도 6 은 본 발명에 의한 플라즈마 에칭챔버를 개략적으로 도시한 단면도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1: 챔버14: 에칭 대상물(유리기판)

16: 세라믹 실드19: 아노다이징부

19a: 단턱28: 하부전극

28a: 용사막29: 요입부

40: 아크방지제(에폭시)

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 챔버와; 상기 챔버내부에 위치하고, 접지된 상부전극과; 상기 상부전극과 이격되어 위치하고, RF전압이 인가되며 표면에 절연성의 용사막을 구비한 하부전극을 포함하며; 상기 상부전극과 하부전극 사이에서 플라즈마 상태를 이루는 가스를 유입시켜 글래스기판의 표면을 에칭하는 하는 플라즈마 에칭챔버에 있어서,

상기 하부전극의 주변 둘레에 걸쳐 형성된 요입부와; 상기 하부전극의 표면을 덮으며 요입부까지 형성된 용사막을 포함하며 상기 용사막이 형성된 요입부에 아크방지제가 도포되어 상기 요입부를 메운 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 챔버의 아크방지구조를 제공한다.

특히 상기 아크방지제로 에폭시를 채용한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명한다. 참고로 본 발명의 구성에 대하여 설명하기에 앞서, 설명의 중복을 피하기 위하여 종래 기술과 일치하는 부분에 대해서는 종래 도면부호를 그대로 인용하기로 한다.

도 4 는 본 발명에 의한 플라즈마 에칭챔버의 아크방지구조에 있어서, 하부전극(28)에 관한 바람직한 일실시예를 도시한 요부 단면도이고, 도 5 는 상기 하부전극(28)을 도시한 요부사시도이다. 본 발명에 관련된 플라즈마 에칭챔버(11)는 하부전극부(28)를 제외하고는 종래 챔버와 동일하므로 상기 챔버에 대한 자세한 설명은 피하기로 한다.

상기 도 4 는 플라즈마 에칭챔버(11)의 하부전극(28)을 도시한 것이다.

도 4에서 보는 바와 같이 하부전극(28)은 전극표면이 외부로 드러나지 않도록 절연성 물질이 용사막(28a)을 형성하고 있다. 상기 용사막(28a)의 재료로는 일반적으로 세라믹이 많이 채용된다.

상기 하부전극(28)의 표면에 용사막(28a)을 입힐 때 주변의 아노다이징부(19)까지 용사막(28a)이 번지지 않도록 하기 위해서는 하부전극(28)의 저면부 주변으로 상기 용사막(28a)의 경계를 정해주어야 한다. 이를 위해 하부전극(28)의 주변부 둘레에 걸쳐 요입부(29)를 형성함으로써 용사되는 세라믹이 상기 요입부(29)를 넘어 아노다이징부(19) 표면으로 용착되는 것을 방지하였다.

상기와 같은 요입부(29)는 종래 기술에서도 설명한 바와 같이 요입부(29)의 깊이가 용사되는 용사막(28a)의 두께보다 두꺼워 종래 도 3에 도시된 바와 같이 세라믹 실드(16)가 위치할 때 소정의 공간부가 발생하게 된다.

본 발명에서는 이와 같은 공간부를 메꾸기 위하여 아크방지제(40)를 도포하였다. 상기 아크방지제(40)는 특히 절연성 물질로써 절연내압이 강한 에폭시(40)를 도포하는 것을 특징으로 한다.

상기 에폭시(40)는 열경화성 수지로써 임계값이상의 열과 압력을 가하면 고착되는 특성을 지니고 있어 절연성의 본딩제로 특히 많이 사용되는 물질이다. 본 발명에서 특히 에폭시(40)를 채용하는 이유는 에폭시(40)의 절연내압이 높은 특성을 지니고 있어 얇은 두께에서도 절연내압이 상당하여 플라즈마 입자의 충돌에 강한 내성을 지니기 때문이다. 바람직하게는 상기 에폭시(40)의 절연내압은 1mil당 400V 이상인 것이 적합하다.

도 5 에서 보는 바와 같이 하부전극(28)의 주변둘레에 띠형태의 에폭시(40)가 도포되어 경화고착되어 있다. 상기 도포된 에폭시(40)의 높이는 하부전극(28)의 측면에 위치하는 아노다이징부(19)의 단턱(19a)높이와 같도록 형성됨이 바람직하다.

이하 도 6을 참조하여 본 발명의 플라즈마 에칭챔버의 아크방지구조에서의 아킹방지작용을 설명하기로 한다.

도 6 은 본 발명에 의한 전체적인 플라즈마 에칭챔버(11)를 도시한 개략적인 단면도이다.

도면에서 보는바와 같이 하부전극(28)의 측면에는 세라믹 실링제(16)가 위치하고 있다. 상기 세라믹 실링제(16)와 하부전극(28)은 접촉되는 표면이 균일하지 않아 플라즈마 입자가 상기 하부전극(28)과 세라믹 실링제(16) 접촉면을 파고 들어 하부전극(28) 저면까지 도달하는 경우가 빈번하게 발생하였다.

이때, 본 발명에서는 아노다이징부(19)면과 동일한 높이로 에폭시(40)가 도포되어 있기 때문에 플라즈마 입자는 에폭시(40)에 막혀 더이상 진행하지 못하고 이에 따라 플라즈마 입자가 아노다이징부(19)의 단턱 측면에 부딪힐 가능성을 전혀 없게 된다.

그러므로 종래 노출되었던 아노다이징부(19)에 플라즈마 입자가 부딪혀 발생하는 아킹을 방지할 수 있고 이로 인해 하부전극(28)의 손상과 공정중단 등의 문제점을 해소할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 하부전극 주변 요입부에 에폭시를 도포하여 메우게 되면 아노다이징부의 단턱이 플라즈마 입자와 접촉할 가능성을 차단하여 플라즈마 입자의 충돌에 의한 아킹(Arcing)을 방지할 수 있다.

상기 아킹을 방지함에 따라 하부전극의 손상과 이로인한 챔버의 공정중단 등을 방지할 수 있고, 또한 에칭 대상물인 유리기판의 손상을 방지하여 결과적으로 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 챔버와; 상기 챔버내부에 위치하고, 접지된 상부전극과; 상기 상부전극과 이격되어 위치하고, RF전압이 인가되며 표면에 절연성의 용사막을 구비한 하부전극을 포함하며; 상기 상부전극과 하부전극 사이에서 플라즈마 상태를 이루는 가스를 유입시켜 글래스기판의 표면을 에칭하는 하는 플라즈마 에칭챔버에 있어서,

   상기 하부전극의 주변 둘레에 걸쳐 형성된 요입부와; 상기 하부전극의 표면을 덮으며 요입부까지 형성된 용사막을 포함하며 상기 용사막이 형성된 요입부에 아크방지제가 도포되어 상기 요입부를 메운 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 챔버의 아크방지구조
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 아크방지제는 에폭시인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭챔버의 아크방지구조
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 요입부는 하부전극의 측면에 위치한 아노다이징부에서 하부전극과 인접한 단부면에 형성되고, 상기 에폭시는 아노다이징부 수평면 높이까지 메워진 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭챔버의 아크방지구조
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 에폭시는 절연내압이 400V/mil이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭챔버의 아크방지구조