KR20050013804A

KR20050013804A - 유도결합플라즈마를 이용하는 대면적 엘씨디기판제조장치의 절연플레이트

Info

Publication number: KR20050013804A
Application number: KR1020030052372A
Authority: KR
Inventors: 권기청
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-02-05
Also published as: KR101021874B1

Abstract

본 발명은 유도결합플라즈마를 이용하는 5세대 이상의 대면적 LCD기판 제조장치에 사용되는 절연플레이트에 관한 것으로서, 알루미늄 등의 금속블록과 절연체블록으로 구성되는 절연플레이트를 제공한다.

본 발명에 따르면 종전방식에 비해 절연플레이트의 두께를 줄일 수 있을 뿐만아니라, 안테나와 플라즈마의 용량성결합을 줄임으로써 절연체에 대한 스퍼터링 때문에 발생하는 파티클의 발생을 감소시킬 수 있다.

Description

유도결합플라즈마를 이용하는 대면적 엘씨디기판 제조장치의 절연플레이트{Insulating plate for manufacturing device of large-size LCD substrates using inductively coupled plasma }

본 발명은 유도결합형 플라즈마를 이용하여 대면적 LCD기판을 제조하는 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 RF전력이 인가되는 안테나코일과 공정챔버의 상부를 절연하는 절연플레이트에 관한 것이다.

LCD기판을 제조하기 위해 거쳐야 하는 박막증착, 식각, 세정 등의 공정은 그 방법이 다양하나, 일반적으로 균일도 및 계단도포성(step coverage) 등이 좋은 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이 흔히 사용되며, 그 중에서도 저온증착이 가능하고 박막형성속도 등이 빠른 장점 때문에 플라즈마를 이용한 PECVD(Plasma Enhanced CVD)법이 최근 많이 이용된다.

PECVD법은 용량결합형 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP)를 이용하는 방법과, 유도결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP)를 이용하는 방법으로 나뉘는데, 전자는 플라즈마전극에 RF전력을 인가하는 방법이고, 후자는 안테나코일에 RF전력을 인가하여 발생시킨 유도자기장을 이용하는 방법이다.

최근에는 극미세패턴 구현의 필요때문에 보다 낮은 압력하에서, 10¹¹- 2*10¹²이온/cm³가량의 고밀도를 갖는 고밀도 플라즈마(High Density Plasma, HDP)에 대한 요구가 증대되고 있는데, 이러한 고밀도 플라즈마 발생이나 대면적처리가 비교적 용이하고, 구조도 비교적 간단하다는 점 때문에 유도결합형 플라즈마가 많이 이용된다.

이러한 유도결합형 플라즈마를 이용하는 대면적 LCD제조장치는 박막증착을 위한 PECVD장치 이외에도, 식각공정을 수행하는 에처(Etcher), 플라즈마 세정공정을 수행하는 건식 세정기 등이 있으나, 각 장치가 모두 플라즈마 발생장치를 포함하고 있고, 전반적인 공정순서도 유사하기 때문에 이하에서는 PECVD장치를 중심으로 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 유도결합형 PECVD장치의 개략적인 구성도이며, 도면을 참조하여 공정순서대로 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저 로봇암(미도시)에 의해 LCD기판(30)이 공정챔버(10)의 내부에 설치된 서셉터(20)의 상면에 안착되면, 반응가스가 미도시된 가스공급관을 통해 공정챔버 내부로 유입되어 분사된다. 이때 RF(Radio Frequency)발진기(50)로부터 공급된 RF전력이 임피던스정합기(60)를 거쳐 안테나코일(70)에 인가되면, 서셉터(20)의 상면에는 안테나코일(70)이 이루는 평면에 수직방향의 유도자기장(80)이 형성되며, 상기 유도자기장(80)은 시변자기장이므로 다시 유도자기장에 수직방향의 유도전기장이 형성된다. 상기 유도전기장에 의해 가속된 전자가 주변의 중성기체와 충돌함으로써 이온 또는 라디칼(radical)을 포함하는 플라즈마가 생성된다.

이러한 플라즈마상태의 반응가스가 상기 LCD기판(30)상에서의 증착이나 식각공정 등에 이용되며, 공정이 완료된 후 남은 반응가스는 미도시된 배기관으로 배출된다. 이 경우 별도의 RF전원(미도시)을 서셉터(20)에 인가하여 LCD기판(30)에 입사하는 이온의 에너지를 제어하기도 한다.

한편 상기 안테나코일(70)과 공정챔버(10)의 사이에는 절연판(40)이 위치하는데, 상기 절연판(40)은 안테나(70)와 플라즈마 사이의 용량성 결합을 감소시킴으로써, 최대한의 RF전력이 유도성결합에 의해 플라즈마로 전달될 수 있도록 하는 역할을 한다. 또한 상기 절연판(40)은 고진공상태에 있는 공정챔버(10)의 진공을 유지할 수 있도록 하는 역할을 하므로, 외부의 대기압을 견딜 수 있게 절연판(40)의 두께를 통상 100mm 이상으로 두껍게 유지하여야 한다.

구 분	glass size (mm)	단축(mm)	장축(mm)	면적(mm²)
5세대	1100 x 1250	1100	1250	1,375,000
6세대	1500 x 1850	1500	1850	2,775,000
7세대	1870 x 2200	1870	2200	4,114,000
8세대	2200 x 2550	2200	2550	5,610,000

특히 5세대 이상의 대면적 LCD기판을 제조하는 장치의 경우, 상기 절연판(40)도 그에 맞게 커져야 하는데, 세대별 LCD기판의 대략적인 크기를 나타낸 다음 표를 참고하면, 세대가 높아질 수록 공정챔버 상부에 설치되는 절연판(40)의 두께도 점점 더 두꺼워질 것을 예상할 수 있으며, 이러한 두께의 증가로 인한 RF전력의 손실이 중요한 문제로 대두되게 된다.

또한 상기 안테나(70)에서 RF전력이 공급되는 입력단 부근에는 출력단 부근보다 고전압이 걸리게 되므로, 그로 인해 상기 입력단 부근에서 안테나(70)와 플라즈마간의 용량성결합에 의한 전기장이 형성된다. 통상 용량성결합에 의한 전기장의 강도는 유도성결합에 의한 전기장의 강도보다 매우 높은 편이므로, 높은 에너지의 전자를 발생시키게 되는데, 이러한 고에너지 전자가 절연판(40)을 스퍼터링함으로써, 공정오염원인 파티클을 발생시키는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 두께가 얇을 뿐만 아니라 파티클의 발생도 감소시킬 수 있는 절연플레이트를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 유도결합형 PECVD장치의 개략적인 구성도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연플레이트의 평면도

도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도

도 4는 도 2의 금속블록만을 도시한 평면도

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연플레이트를 사용하는 PECVD장치의 개략적인 구성도

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연플레이트의 평면도

도 7은 도 6의 B-B선에 따른 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 공정챔버 20 : 서셉터

30 : LCD기판 40 : 절연판

50 : RF발진기 60 : 임피던스정합기

70 : 안테나코일 80 : 유도자기장

100 : 알루미늄블록 110 : 안치대

200, 300 : 절연체블록 210, 310 : 진공오링(O-ring)

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 상면과 하면을 관통하는 하나 이상의 관통홀이 대칭적으로 형성되는 금속블록과; 상기 금속블록의 상기 관통홀에 삽입되는 하나 이상의 절연체블록과; 상기 관통홀의 내벽과 상기 절연체블록의 외벽 사이에 설치되는 진공오링(O-ring)을 포함하는 절연플레이트를 제공한다.

바람직하게는 상기 금속블록은 알루미늄 재질 또는 알루미나(Al₂O₃)가 도금된 금속 재질 중 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어지는 절연플레이트를 제공하며, 상기 관통홀은 내벽의 일부에 상기 절연체블록을 안치할 수 있는 안치대가 형성되는 절연플레이트를 제공하며, 상기 안치대는 상기 관통홀의 내벽 일부에 형성된 돌출부를 포함하는 절연플레이트를 제공하며, 상기 절연체블록은 세라믹 또는쿼츠(quartz) 중 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어지는 절연플레이트를 제공하며, 상기 절연체블록이 절연플레이트에서 차지하는 체적비가 50% 이상 90% 이내인 절연플레이트를 제공하며, 상기 금속블록 또는 상기 절연체블록 중 하나 이상의 두께가 60mm이하인 절연플레이트를 제공한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고로 하여 상세히 설명하기로 하며, 도면 중 동일한 부분은 동일한 부호를 사용하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연플레이트(100)를 도시한 것으로서, 금속블록(100) 사이에 다수의 절연체블록(200)이 대칭적으로 삽입되어 있는 모습을 나타내고 있다. 다수의 절연체블록(200)을 대칭적으로 삽입하는 것은 대칭적인 유도자기장 및 유도전기장을 형성시켜, 대칭적인 플라즈마를 발생시키기 위함이다.

금속블록(100)은 플라즈마의 스퍼터링이나 부식에 대한 저항성이 뛰어나야 하므로, 표면에 알루미나(Al₂O₃)가 도금된 금속재질(예: 아노다이징 처리된 알루미늄)이나 알루미늄재질이 바람직하다. 절연체블록(200)의 재질은 절연성능이 뛰어나 세라믹이나 쿼츠(quartz)가 바람직하다.

도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도로서, 상기 금속블록(100)의 상면과 하면을 관통하는 다수의 관통홀 사이에 다수의 절연체블록(200)이 삽입되어 있는 모습을 도시하고 있다. 상기 관통홀의 내벽에는 절연체블록(200)을 안치할 수 있는 안치대(110)가 형성되어 있으며, 절연플레이트 하부가 진공분위기의 공정챔버이므로, 진공을 유지하기 위해, 상기 금속블록(100)의 관통홀 내벽과 상기 관통홀에 삽입된절연체블록(200)의 외벽사이에는 진공오링(210)이 설치된다.

도 4는 절연체블록(200)을 안치할 수 있는 안치대(110)가 금속블록(100)의 관통홀 내벽둘레에 형성되어 있는 모습을 도시하고 있다. 이러한 안치대(110)는 도 3에서 처럼 관통홀 내부에서 상부의 폭을 하부의 폭보다 넓게 형성하는 방법을 이용할 수도 있으나, 이에 한하는 것은 아니므로 상기 절연체블록(100)을 안치할 수 있는 다양한 형태로의 변형이 가능하다. 예를 들어 상기 관통홀 내벽의 일부에 돌출부를 형성하여, 상기 돌출부의 상면에 상기 절연체블록(100)을 안치하고 상기 돌출부와 상기 절연체블록(100) 사이 또는 상기 관통홀 내벽과 상기 절연체블록(100) 사이에 진공오링을 설치하는 방법도 예상할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 절연플레이트가 설치된 유도결합형 PECVD장치를 도시한 것으로서, RF전력이 인가되는 안테나코일(70)이 상기 절연플레이트의 상면과 분리되어 설치되어 있음을 알 수 있다.

이렇게 상기 안테나코일(70)을 상기 절연플레이트와 이격시키는 것은 상기 절연플레이트가 금속블록(100)을 포함하고 있고, 금속블록(100)의 재질이 알루미늄 등과 같은 도전체이므로, 이를 통한 방전이나 전력누설을 방지하기 위한 것이다. 그러나 안테나(70)를 절연플레이트로부터 지나치게 이격시키게 되면 RF전력공급이 약해지므로, 10mm내외의 간격을 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 절연플레이트를 도 5와 같이 설치하면, 절연플레이트의 접지 또는 플로우팅(floating)된 금속블록(100)이 패러데이 쉴드(Faraday shield)의 역할을 하게 되므로 용량성결합에 의한 전기장의 형성이 감소되며, 안테나코일(70)에 의해 발생된 유도자기장은 절연체블록(200)을 통해 통과하게 된다.

따라서 용량성결합에 의한 전기장에 의해 발생된 고에너지 전자가 절연체블록(200)을 스퍼터링하여 오염원인 파티클을 발생시키는 현상을 방지할 수 있게 된다.

상기 절연플레이트에서 절연체블록(200)이 차지하는 체적비는 50%이상 90% 이내로 하는 것이 바람직하다. 절연체블록(200)의 체적비가 100%에 가까워지면 패러데이 쉴드로서의 기능이 약해져, 종래의 절연판과 같이 용량성결합에 의한 플라즈마의 발생과 그로 인한 파티클의 발생을 방지할 수 없게 되기 때문이다.

또한 절연체블록(200)의 체적비가 50% 이내로 되면, 반대로 금속블록(100)의 체적비가 증가하게 되므로, 그로 인해 안테나코일(70)에서 발생하는 유도자기장이 차단되는 현상이 심해지기 때문이다. 이와 같이 유도자기장이 차단되는 현상은 고주파전원이 인가된 도전체는 표피효과로 인해 표면에 전기장이나 자기장이 형성되고, 도전체의 내부에서는 전기장이나 자기장이 소거되는 원리 때문에 발생한다.

한편 이와 같이 절연플레이트에 금속블록(100)을 포함시킴으로써 전체적인 강도가 증가하므로, 절연플레이트의 전체적인 두께를 종래방식보다 얇게 할 수 있어, 비용면이나 장치의 부피면에서 유리한 효과를 가지게 된다. 바람직하게는 절연플레이트의 두께를 60mm 이내까지 줄일 수 있다. 이때 금속블록(100)의 두께와 절연체블록(200)의 두께가 동일한 것이 바람직하지만, 반드시 그러한 것은 아니므로 양자의 두께가 달라도 무방하다. 예를 들어 삽입되는 절연체블록(200)의 두께를 금속블록(100)보다 얇게 할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의해, 금속블록(100)에 대칭되게 삽입되는 절연체블록(300)을 도시한 것이고, 도 7은 도 6의 B-B선에 따른 단면도를 도시한 것이다. 역시 금속블록(100)에 형성된 다수의 관통홀의 내벽에는 절연체블록(300)이 안치될 수 있는 안치대(110)가 형성되어 있으며, 상기 관통홀의 내벽과 상기 절연체블록(300)의 외벽사이에는 진공오링(310)이 설치되어 공정챔버내의 진공을 유지할 수 있도록 하고 있다.

금속블록(100)이나 절연체블록(300)의 재질이나 두께 등은 상술한 바와 같으므로 설명을 생략하기로 한다.

이상에서는 다수의 관통홀과 다수의 절연체블록을 도시하고 있으나, 금속블록(100)에 하나의 관통홀이 형성되고, 여기에 하나 이상의 절연체블록이 삽입되는 경우도 예상할 수 있다. 또한 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 두 경우만을 설명하였으나, 금속블록(100)에 대칭적인 관통홀을 형성하는 방법은 이에 한하는 것이 아니고, 다양한 방법이 있을 수 있으며 관통홀의 배치가 대칭적으로 이루어지는 경우라면 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.

Claims

상면과 하면을 관통하는 하나 이상의 관통홀이 대칭적으로 형성되는 금속블록과;

상기 금속블록의 상기 관통홀에 삽입되는 하나 이상의 절연체블록과;

상기 관통홀의 내벽과 상기 절연체블록의 외벽 사이에 설치되는 진공오링(O-ring)

을 포함하는 절연플레이트
제1항에 있어서,

상기 금속블록은 알루미늄 재질, 또는 알루미나(Al₂O₃)가 도금된 금속 재질 중 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어지는 절연플레이트
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 관통홀은 내벽의 일부에 상기 절연체블록을 안치할 수 있는 안치대가 형성되는 절연플레이트
제3항에 있어서,

상기 안치대는 상기 관통홀의 내벽 일부에 형성된 돌출부를 포함하는 절연플레이트
제1항에 있어서,

상기 절연체블록은 세라믹 또는 쿼츠(quartz) 중 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어지는 절연플레이트
제1항 또는 제5항에 있어서,

상기 절연체블록이 절연플레이트에서 차지하는 체적비가 50% 이상 90% 이내인 절연플레이트
제1항, 제2항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 금속블록 또는 상기 절연체블록 중 하나 이상의 두께가 60mm이하인 절연플레이트