KR20060076438A - 스퍼터링 증착장비 및 이를 이용한 액정표시장치의투명전극 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투명전극의 두께를 최적의 두께로 형성함으로써 투과율을 향상시킴과 동시에 칼라필터의 번 아웃(burn out)을 방지하여 소자의 수율을 향상시키도록 한 스퍼터링 증착장비 및 이를 이용한 액정표시장치의 투명전극 형성방법에 관한 것으로서, 다수의 카세트에 수납된 기판을 받아 200 ~ 250℃의 온도로 예열하는 예열 챔버와, 상기 예열 챔버에서 예열된 기판상에 투명전극을 200 ~ 350Å의 두께로 증착하는 프로세서 챔버와, 상기 각 챔버들에 기판을 이동시키기 위한 반송 로봇을 가지는 트랜스퍼 챔버를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
스퍼터링, 예열 챔버, 프로세서 챔버, 카세트
Description
도 1은 일반적인 액정표시장치를 나타낸 단면도
도 2는 종래 기술에 의한 액정표시장치에 각 증착물질을 형성하기 위한 증착장비를 나타낸 개략적인 구성도
도 3은 도 2에 도시된 트랜스퍼 챔버를 나타내는 도면
도 4는 도 3에 도시된 반송 로봇을 나타내는 도면
도 5는 본 발명에 의한 스퍼터링 증착장비를 개략적으로 나타낸 구성도
도 6은 본 발명에 의한 스퍼터링 장비를 이용한 액정표시장치의 투명전극 형성방법을 설명하기 위한 공정 흐름도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
140 : 카세트 로더/언로더 150 : 로드락 챔버
160, 162, 164, 166, 168 : 제 1 내지 제 2 프로세서 챔버
170 : 예열 챔버 180 : 트랜스퍼 챔버
본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 투과율이 우수한 스퍼터링 증착장비 및 이를 이용한 액정표시장치의 투명전극 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치의 제조시에 사용되는 증착 장비는 반도체 소자와 스위치 소자인 트랜지스터 및 박막 트랜지스터를 이용한 표시장치용 박막과 기판 또는 웨이퍼(Wafer) 상에 금속막을 증착하는 공정에 주로 이용되고 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 투명한 제 1 기판(10)상의 일정영역에 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(11)이 형성되어 있고, 상기 게이트 전극(11)을 포함한 제 1 기판(10)의 전면에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어진 게이트 절연막(12)이 형성되어 있다.
이어, 상기 게이트 전극(11) 상부의 게이트 절연막(12) 위에는 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(13)이 형성되어 있으며, 상기 액티브층(13) 양측단위에 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹 콘택층(14)이 형성되어 있다.
이어, 상기 오믹 콘택층(14) 상부에는 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 소오스 및 드레인 전극(15,16)이 형성되어 있는데, 상기 소오스 및 드레인 전극(15,16)은 상기 게이트 전극(11)과 함께 박막트랜지스터(T)를 이룬다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트 전극(11)은 게이트 배선과 연결되어 있고, 상기 소오스 전극(15)은 데이터 배선과 연결되어 있으며, 게이트 배선과 데이터 배선은 서로 직교하여 화소 영역을 정의한다.
이어, 상기 소오스 및 드레인 전극(15,16)을 포함한 제 1 기판(10)의 전면에는 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막 또는 유기 절연막으로 이루어진 보호막(17)이 형성되어 있으며, 상기 보호막(17)은 상기 드레인 전극(16)의 표면이 소정부분 노출되도록 콘택홀(18)을 갖고 있다.
그리고 상기 보호막(17) 상부의 화소 영역에는 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(19)이 형성되어 있고, 상기 화소 전극(19)은 콘택홀(18)을 통해 드레인 전극(16)과 연결되어 있다.
이어, 상기 화소 전극(19) 상부에는 폴리이미드(polyimide)와 같은 물질로 이루어지고 표면이 일정 방향을 가지도록 형성된 제 1 배향막(20)이 형성되어 있다.
한편, 제 1 기판(10) 상부에는 제 1 기판(10)과 일정 간격을 가지고 이격되어 있으며 투명한 제 2 기판(31)이 배치되어 있다.
그리고 상기 제 2 기판(31) 하부의 박막트랜지스터(T)와 대응되는 부분에는 블랙 매트릭스(32)가 형성되어 있는데, 도시하지 않았지만 블랙 매트릭스(32)는 화소 전극(19) 이외의 부분도 덮고 있다.
이어, 상기 블랙 매트릭스(32) 하부에는 컬러필터(33)가 형성되어 있으며, 상기 컬러필터(33)는 적(R), 녹(G), 청(B)의 세 가지 색이 순차적으로 반복되어 있고, 하나의 색이 하나의 화소 영역에 대응된다.
이어, 상기 컬러필터(33) 하부에는 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(34)이 형성되어 있으며, 상기 공통 전극(34) 하부에는 폴리이미드와 같은 물질로 이루어지고 표면이 일정 방향을 가지도록 형성된 제 2 배향막(35)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 제 1 배향막(20)과 제 2 배향막(35) 사이에는 액정층(40)이 주입되어 있다.
이러한 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터와 화소 전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터와 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정, 그리고 제조된 두 기판의 배치와 액정 물질의 주입 및 봉지, 그리고 편광판 부착으로 이루어진 액정패널 공정에 의해 형성된다.
한편, 상기 게이트 전극(11), 소오스 및 드레인 전극(15,16), 화소전극(19), 공통전극(35) 들은 스퍼터(Sputter) 장치를 이용하여 전극 물질로 이용되는 물질을 제 1, 제 2 기판(10,31) 상에 증착한 후 패터닝되어 형성된다.
일반적인 스퍼터 장치는 진공 챔버와 상기 진공 챔버 내부에 펌프, 음극에 연결된 타겟, 그리고 막이 증착되는 기판이 탑재되는 스테이지(stage)로 구성된다.
그리고, 박막 트랜지스터의 게이트 절연막(12), 반도체층(13) 및 보호막(17)은 플라즈마 인핸스드 화학적 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition : 이하 "PECVD"라 함) 장치를 이용하여 증착되고 있다.
여기서, 상기 PECVD 장치는 진공실을 이루는 챔버 내부에 증착에 필요한 가스를 주입하여 원하는 압력과 기판 온도가 설정되면 고주파(Radio Frequency)를 이 용하여 주입된 가스를 플라즈마 상태로 분해하여 기판 위에 증착하게 된다.
도 2는 종래 기술에 의한 액정표시장치에 각 증착물질을 형성하기 위한 증착장비를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 기판이 수납된 카세트를 로딩/언로딩시키는 카세트 로더/언로더(Cassette Loader)(40), 상기 카세트에 수납된 기판을 한 장식 탑재하는 로드락 챔버(Load Lock chamber)(50), 상기 기판 상에 증착물질을 상온(25℃ ±5℃)에서 증착시키는 제 1 내지 제 5 프로세서 챔버(60, 62, 64, 66, 68), 상기 제 1 내지 제 5 프로세서 챔버(60, 62, 64, 66, 68)에서 증착물질이 증착된 기판을 받아 약 230℃ ±1℃의 온도로 어닐(anneal)하는 가열 챔버(70), 및 각 챔버들(50, 60, 62, 64, 66, 68, 70)에 기판을 이동시키기 위한 반송 로봇(82)을 가지는 트랜스퍼 챔버(80)를 구비한다.
여기서, 상기 카세트 로더/언로더(40)는 외부로부터 복수의 기판이 수납된 카세트가 로딩되거나 증착공정이 완료된 복수의 기판이 수납된 카세트를 외부로 언로딩시킨다. 이러한 카세트 로더/언로더(40)에는 카세트에 수납된 기판을 로드락 챔버(50)로 반송시키기 위한 로봇(도시되지 않음)이 설치된다.
또한, 상기 로드락 챔버(50)는 카세트 로더/언로더(40)의 카세트로부터의 기판을 트랜스퍼 챔버(80)로 이동시키거나, 상기 트랜스퍼 챔버(80)로부터의 기판을 카세트 로더/언로더(40)로 이동시키기 위하여 진공 및 대기상태를 반복한다. 상기 로드락 챔버(50)는 대기에서 고진공으로 들어가기 위한 압력차이를 극복하는 역할을 한다.
또한, 상기 어닐 챔버(70)는 상기 기판상에 증착물질을 증착한 후 어닐 공정을 수행하는 챔버로서, 약 250℃ 이상의 온도에서 약 135초간 어닐 공정을 수행하여 상기 제 1 내지 제 5 프로세스 챔버(60, 62, 64, 66, 68)에서 증착된 증착물질의 불안정성을 보상하기 위해 실시한다.
또한, 상기 제 1 내지 제 5 프로세서 챔버(60, 62, 64, 66, 68) 각각은 기판에 증착물질을 상온에서 진공 증착시킨다.
여기서, 상기 증착물질은 한 예로, 투명전극으로서, 약 1500Å의 두께를 갖도록 기판상에 증착하는데, 이때 파워(power)는 약 8.7kW, Ar 유량은 70 ~ 100sccm, O2 유량은 0.2 ~ 1.2sccm, 스캔(scan) 수는 9 ~ 10회를 실시하여 증착한다.
한편, 상기 제 1 내지 제 5 프로세서 챔버(60, 62, 64, 66, 68) 각각은 스퍼터 장치로서, 도 1의 화소전극 또는 공통 전극 등의 투명전극을 형성하기 위한 챔버이다.
도 3은 도 2에 도시된 트랜스퍼 챔버를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 반송 로봇을 나타내는 도면이다.
상기 트랜스퍼 챔버(80)는 도 3에 도시된 바와 같이, 반송 로봇(82)과 게이트 밸브(81, 83)의 조작을 통하여 기판(2)을 각 챔버(50, 60, 62, 64, 66, 68, 70)들로 반송시킨다. 이를 위해, 상기 트랜스퍼 챔버(80)는 반송 포크(98)들을 가지는 반송 로봇(82)과 반송 로봇(82)을 구동시키기 위한 로봇 구동장치(85)를 구비한다.
한편, 상기 로봇 구동장치(85)는 로봇 제어부(87)로부터의 로봇 제어신호에 따라 반송 로봇(82)을 X축, Y축 및 Z축 방향으로 구동시키게 된다. 즉, 도시하지 않은 케이블로부터 공급되는 로봇 제어신호에 따라 모터의 회전력을 제어하여 반송 로봇(82)을 X축, Y축 및 Z축 방향으로 구동시키게 된다.
이때, 상기 로봇 구동장치(85)는 모터의 회전력을 구속하는 감속기, 모터의 회전력을 반송 로봇(82)에 전달하는 기어(또는 타이밍 벨트) 등을 포함한다.
또한, 상기 반송 로봇(82)은 도 4에 도시된 바와 같이, 로봇 구동장치(85)에 의해 X축, Y축 및 Z축으로 각각 구동되는 제1 내지 제 3 구동축(90, 92, 94)과, 제3 구동축(94)에 설치됨과 아울러 반송 포크들(98)이 설치되는 로봇 암(96)을 구비한다.
상기 제 1 내지 제3 구동축(90, 92, 94)은 로봇 구동장치(85)의 구동에 의해 상하운동이나 회전운동, 즉 X축, Y축 및 Z축 방향으로 구동함으로써 로봇 암(96)을 왕복 직선 운동시키게 된다.
상기 로봇 암(96)은 상하운동이나 회전운동을 하지 않고 단지 제 1 내지 제 3 구동축(90, 92, 94) 각각의 연동에 의해 각 챔버들(50, 60, 62, 64, 66, 68, 70) 사이를 왔다갔다하는 왕복 직선운동을 하게 된다.
이에 따라, 상기 반송 포크들(96)은 로봇 암(96)의 왕복 직선운동에 의해 각 챔버(50, 60, 62, 64, 66, 68, 70)들에 기판(2)을 반입시키거나 반출시키게 된다.
이와 같은, 종래의 증착장치는 로봇 구동장치(85)에 의해 구동되는 로봇 암(96)을 이용하여 각 챔버(50, 60, 62, 64, 66, 68, 70)들에 기판(2)을 반입시키거 나 반출시킴으로써 기판(2) 상에 증착물질을 증착시키게 된다.
그러나 상기와 같은 종래의 액정표시장치의 투명전극 형성방법에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 각 프로세서 챔버내에서 투명전극을 약 1500Å 두께로 형성한 후, 약 250℃ 이상의 고온에서 어닐을 실시하여 막질의 불안정성을 보상하고 있는데, 이는 칼라필터 등이 형성된 상부기판에 투명전극을 형성할 때 고온의 어닐 공정에 의해 칼라필터가 번 아웃(burn out)이 초래되어 데미지(damage) 때문에 소자의 수율을 저하시키고, 투명전극의 두께가 두꺼워 투과율이 저하된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 투명전극의 두께를 최적의 두께로 형성함으로써 투과율을 향상시킴과 동시에 칼라필터의 번 아웃을 방지하여 소자의 수율을 향상시키도록 한 스퍼터링 증착장비 및 이를 이용한 액정표시장치의 투명전극 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 스퍼터링 증착장비는 다수의 카세트에 수납된 기판을 받아 200 ~ 250℃의 온도로 예열하는 예열 챔버와, 상기 예열 챔버에서 예열된 기판상에 투명전극을 200 ~ 350Å의 두께로 증착하는 프로세서 챔버와, 상기 각 챔버들에 기판을 이동시키기 위한 반송 로봇을 가지는 트랜스퍼 챔버를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 액정표시장치의 투명전극 형성방법은 스퍼터링 장비를 이용한 액정표시장치의 투명전극 형성방법에 있어서, 다수의 카세트에 수납된 기판을 받아 200 ~ 250℃의 온도로 예열하는 단계와, 상기 예열된 기판상에 투명전극을 200 ~ 500Å의 두께로 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 스퍼터링 증착장비 및 이를 이용한 액정표시장치의 투명전극 형성방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 의한 스퍼터링 증착장비를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 기판이 수납된 카세트를 로딩/언로딩시키는 카세트 로더/언로더(Cassette Loader)(140), 상기 카세트에 수납된 기판이 소정 매씩에 탑재되는 로드락 챔버(Load Lock chamber)(150), 상기 로드락 챔버(150)에 탑재된 기판을 받아 200 ~ 250℃의 온도로 예열하는 예열 챔버(170), 상기 예열 챔버(170)에서 예열된 기판 상에 투명전극을 200 ~ 350Å 두께로 증착하는 제 1 내지 제 5 프로세서 챔버(160, 162, 164, 166, 168), 및 각 챔버(150, 160, 162, 164, 166, 168, 170)들에 기판을 이동시키기 위한 반송 로봇(198)을 가지는 트랜스퍼 챔버(180)를 구비한다.
여기서, 상기 카세트 로더/언로더(140)는 외부로부터 복수의 기판이 수납된 카세트가 로딩되거나 증착공정이 완료된 복수의 기판이 수납된 카세트를 외부로 언로딩시킨다. 이러한 카세트 로더/언로더(140)에는 카세트에 수납된 기판을 로드락 챔버(150)로 반송시키기 위한 도시하지 않은 로봇이 설치된다.
또한, 상기 로드락 챔버(150)는 상기 카세트 로더/언로더(140)의 카세트로부터의 기판을 트랜스퍼 챔버(180)로 이동시키거나, 상기 트랜스퍼 챔버(180)로부터 의 기판을 카세트 로더/언로더(140)로 이동시키기 위하여 진공 및 대기상태를 반복한다.
한편, 상기 로드락 챔버(150)는 대기에서 고진공으로 들어가기 위한 압력차이를 극복하는 역할을 하고, 상기 로드락 챔버(150)는 병목(bottle neck) 현상을 방지하기 위해 제 1, 제 2 로드락 챔버로 분리하여 구성할 수도 있다.
또한, 상기 로드락 챔버(150)내에 다수의 기판이 수납된 카세트를 적재할 수도 있다.
또한, 상기 예열 챔버(170)는 약 200 ~ 250℃의 온도에서 1분 ~ 20분간 로딩된 기판을 예열한다.
또한, 상기 제 1 내지 제 5 프로세서 챔버(160, 162, 164, 166, 168) 각각은 상기 예열 챔버(170)에서 예열된 기판을 로딩하여 상온에서 기판상에 투명전극물질을 진공 증착한다.
여기서, 상기 제 1 내지 제 5 프로세서 챔버(160, 162, 164, 166, 168)내에 투명전극을 증착하는 조건을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
즉, 200 ~ 250℃에서 예비 가열된 기판을 로딩하여 25℃ ±5℃의 상온에서 파워를 3 ~ 4kW(여기서, 파워 밀도는 20 ~ 50w/㎝이다), Ar 유량은 70 ~ 100sccm, O2 유량은 0.2 ~ 1.2sccm, 스캔 수는 3 ~ 5회로 실시한다.
한편, 상기 제 1 내지 제 5 프로세서 챔버(160, 162, 164, 166, 168) 각각은 공정마다 증착물질을 달리하여 예열된 기판 상에 증착물질을 증착시킬 수도 있다.
도 6은 본 발명에 의한 스퍼터링 증착장비를 이용한 액정표시장치의 투명전극 형성방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 6에서와 같이, 로드락 챔버에 탑재된 기판을 예열 챔버내로 로딩하고, 상기 예열 챔버내에 로딩된 기판을 200 ~ 250℃의 온도(바람직하게는 약 220℃)에서 예열한다(S100).
여기서, 상기 예열시간은 1분 ~ 20분 정도 실시한다.
이어, 상기 예열 챔버에서 예열된 기판을 언로딩하여 프로세서 챔버의 스테이지상 로딩하고, 상기 프로세서 챔버에서 200 ~ 350Å 두께를 갖도록 투명전극을 증착한다(S200).
여기서, 상기 투명전극의 증착 조건은 25℃ ±5℃의 상온에서 파워를 3 ~ 4kW(여기서, 파워 밀도는 20 ~ 50w/㎝이다), Ar 유량은 70 ~ 100sccm, O2 유량은 0.2 ~ 1.2sccm, 스캔 수는 3 ~ 5회로 실시한다.
즉, 본 발명은 칼라필터가 형성된 컬러필터 기판상에 공통전극용 투명전극을 형성할 때 200 ~ 250℃의 온도에서 기판을 예비가열한 후에 상온에서 200 ~ 350Å 두께를 갖도록 형성하고 있다.
따라서 본 발명은 최적의 투과율을 갖는 300Å 두께를 갖는 투명전극을 형성함으로써 투과율을 향상시키어 액정표시장치의 화질을 개선함과 동시에 250℃ 이하의 온도에서 공정을 진행함으로써 컬러필터에 번 아웃(burn out) 문제를 해결할 수가 있어 컬러필터의 데미지를 줄여 소자의 수율을 향상시킬 수가 있다.
또한, 상기 기판을 미리 예열한 상태에서 원하는 두께를 갖는 투명전극의 증착 속도를 한층 더 빠르게 진행할 수도 있다.
결론적으로 본 발명은 투명전극의 두께가 낮으면서 투과율이 우수하며, 재생산(rework)시 데미지(damage)가 없는 TN 모델 또는 IPS 모델에 적합한 투명전극을 형성할 수가 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 스퍼터링 증착장비 및 이를 이용한 액정표시장치의 투명전극 형성방법은 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 250℃이하의 온도에서 기판을 예열한 후 프로세서 챔버에서 200 ~ 350Å 두께를 갖는 투명전극을 형성함으로써 투과율을 약 93%이상으로 향상시킬 수가 있고, 컬러필터에 가해지는 데미지를 방지하여 수율을 향상시킬 수 있다.
Claims (11)
- 다수의 카세트에 수납된 기판을 받아 200 ~ 250℃의 온도로 예열하는 예열 챔버와,상기 예열 챔버에서 예열된 기판상에 투명전극을 200 ~ 350Å의 두께로 증착하는 프로세서 챔버와,상기 각 챔버들에 기판을 이동시키기 위한 반송 로봇을 가지는 트랜스퍼 챔버를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 증착장비.
- 제 1 항에 있어서, 상기 카세트에 수납된 기판이 소정 매씩에 탑재되는 로드락 챔버를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 증착장비.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 로드락 챔버내에 상기 카세트가 내장됨을 특징으로 하는 스퍼터링 증착장비.
- 제 1 항에 있어서, 상기 로드락 챔버는 두 개로의 로드락 챔버로 분리됨을 특징으로 하는 스퍼터링 증착장비.
- 스퍼터링 장비를 이용한 액정표시장치의 투명전극 형성방법에 있어서,다수의 카세트에 수납된 기판을 받아 200 ~ 250℃의 온도로 예열하는 단계;상기 예열된 기판상에 투명전극을 200 ~ 500Å의 두께로 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 하는 액정표시장치의 투명전극 형성방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 예열시간은 1분 ~ 20분 정도 실시하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 투명전극 형성방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 투명전극은 25℃ ±5℃의 상온에서 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 투명전극 형성방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 투명전극은 파워를 3 ~ 4kW로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 투명전극 형성방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 파워 밀도는 20 ~ 50w/㎝으로 실시하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 투명전극 형성방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 투명전극은 챔버내에 Ar 가스와 O2 가스를 각각 70 ~ 100sccm, 0.2 ~ 1.2sccm의 유량으로 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 투명전극 형성방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 투명전극은 3 ~ 5회의 스캔 수로 실시하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 투명전극 형성방법.
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