KR20070001722A - 플라즈마 에칭 처리 장치 - Google Patents

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KR20070001722A
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김용석
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Abstract

본 발명은 피 처리체가 안착되는 안착부 표면에 형성되는 용사 코팅막이 박리되는 것을 방지할 수 있는 플라즈마 에칭 처리 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 플라즈마 에칭 처리 장치는, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 피 처리체; 도전성 재료에 의해 기밀구조로 이루어져 보안접지된 진공 챔버;다수의 홀를 포함하며, 프로세스 가스를 상기 홀을 거쳐서 상기 피 처리체의 표면에 균일하게 공급하는 가스 샤워 헤드; 고주파 전원으로부터 소정 주파수의 고주파 전력을 인가받아 상기 가스 샤워 헤드와의 사이에 고주파 전계를 발생시킴으로써, 상기 프로세스 가스를 플라즈마화하는 본체부; 상기 본체부의 상면에 설치되며, 표면에 애노다이징 코팅막이 형성된 정전척; 및 상기 정전척의 중앙부가 상부로 돌출되어 형성되며, 상기 피 처리체를 안착시키고, 표면에 용사 코팅막이 형성된 안착부를 포함하여 구성되며, 상기 정전 척으로부터 상기 안착부가 시작되는 경계영역을 따라 홈이 형성되어, 상기 용사 코팅막과 상기 안착부와의 접촉 면적을 최대화시킴으로써, 상기 용사 코팅막의 박리를 방지함을 특징으로 한다.
플라즈마 에칭 처리 장치, 안착부, 정전 척, 홈, 용사 코팅막, 아크

Description

플라즈마 에칭 처리 장치{PLASMA ETCHING PROCESS VESSEL}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 에칭 처리 장치를 도시한 단면도.
도 2a는 도 1의 I 영역에 대한 확대도.
도 2b는 종래 플라즈마 에칭 처리 장치 내에서 용사 피막이 박리되는 상태를 나타낸 모식도.
***도면의 주요 부호에 대한 설명***
42: 정전 척 46: 안착부
46': 홈 50: 용사 코팅막
51: 애노다이징 코팅막 W: 피 처리체
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히, 피 처리체가 안착되는 안착부 표면에 형성되는 용사 코팅막이 박리되는 것을 방지할 수 있는 플라즈마 에칭 처리 장치에 관한 것이다.
근래, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기 기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다.
일반적으로, 액정표시소자는 하부기판과 상부기판 및 상기 하부기판과 상부기판 사이에 형성된 액정층으로 구성되어 있다. 하부기판은 구동소자 어레이(Array)기판으로, 복수의 화소가 형성되어 있으며, 각각의 화소에는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)와 같은 구동소자가 형성되어 있다. 상부기판은 컬러필터(Color Filter)기판으로, 실제 컬러를 구현하기 위한 컬러필터층이 형성되어 있다. 또한, 상기 하부기판 및 상부기판에는 각각 화소전극 및 공통전극이 형성되어 있으며 액정층의 액정분자를 배향하기 위한 배향막이 도포되어 있다.
상기 하부기판 및 상부기판은 실링재(Sealing material)에 의해 합착되어 있으며, 그 사이에 액정층이 형성되어 상기 하부기판에 형성된 구동소자에 의해 액정분자를 구동하여 액정층을 투과하는 광량을 제어함으로써 정보를 표시하게 된다.
상기한 바와 같이 구성된 액정표시소자의 상부기판 및 하부기판은 각각 유리등의 재질로 이루어지는 투명기판 상에 수 차례에 걸친 박막의 증착, 패터닝 및 에칭(etching) 공정을 통해 제조된다.
이중 기판 상에 증착된 층을 에칭하는 공정은 일반적으로 드라이, 저온, 고 속의 조건하에서 플라즈마 에칭 처리 장치에 의해서 실행된다.
플라즈마 에칭 처리 장치에서 실제 에칭은 통상적으로 플라즈마 처리 시스템의 진공 챔버 내부에서 일어나는데, 기판 표면에 필요한 패턴을 형성하기 위해, 적합한 마스크(포토레지스트 마스크)가 통상적으로 제공되며, 그 다음 플라즈마가 적합한 부식액 공급 가스 혹은 혼합 가스로부터 형성되고, 마스크에 의해 보호되지 않은 에칭 영역에 적용되어, 필요한 패턴을 형성한다.
이때, 진공 챔버 내의 상, 하부전극 상에 RF 전력을 적용하여, 전기장을 형성함으로써, 프로세스 가스를 플라즈마로 여기시키고, 이온 가속을 증진시켜, 정전 척(42)상의 피 처리체(W)에 물리적으로 에칭 처리를 실시한다.
그런데, 기판을 지지하는 하부전극과 상부전극 사이에 불균일한 고전위차에 의해 종종 아크 방전(arc discharge)이 발생하였다.
아크가 일어난 동안 아크 영역에서는 전자 및 이온에 의해 구해지는 높은 속도 및 높은 전력 방산 농도로 인해, 기판이나 시스템 성분의 표면은 이온이나 전자 주입, 표면의 스퍼터링(sputtering), 및/또는 국부화된 가열 (쪼개짐을 발생시킬 수 있는)로부터 변경 또는 손상될 수 있다.
비록 심각하지 않게 이따금씩 일어나 전혀 또는 거의 손상을 발생시키지 않는 아크가 플라즈마 처리 시스템의 정상적인 동작 동안 일어나지만, 매우 심각하거나 더 자주 일어나는 아크는 상당한 문제점이 될 수 있어, 처리되는 회로의 열악한 실행도나 실패도 일으킬 수 있다. 심각한 아크는 또한 처리 시스템의 하나 이상의 성분을 손상시킬 수 있으므로, 값비싼 성분이 대치되어야 한다. 더욱이, 처리 시스 템은 손상된 성분을 대치하거나 아크 문제점을 정정하기 위해서는 중단되어야 한다. 시스템내의 성분이 즉각적인 대치를 요구하도록 손상되지 않더라도, 챔버의 표면, 전극, 또는 다른 성분에 흠집이 나면 시스템이나 기판을 오염시키는 입자가 발생될 수 있다. 부가하여, 하부 전극으로 정전 척(chuck)을 사용하는 시스템에서, 아크는 기판을 척에 고정시키는 전기장을 방해할 수 있고, 그에 의해 기판이 척으로부터 풀려지거나 분리될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 정전 척의 상부, 특히, 피 처리체가 안착되는 안착부 표면에 절연체인 용사 코팅막을 형성하여, 아크 방전이 발생되는 것을 방지할 수 있는 플라즈마 에칭 처리 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 안착부의 탑 코트층으로서 형성된 용사 코팅막의 박리를 억제할 수 있는 플라즈마 에칭 처리 장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
따라서, 상기와 같은 목적을 이루기 위해, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 피 처리체; 도전성 재료에 의해 기밀구조로 이루어져 보안접지된 진공 챔버;다수의 홀를 포함하며, 프로세스 가스를 상기 홀을 거쳐서 상기 피 처리체의 표면에 균일하게 공급하는 가스 샤워 헤드; 고주파 전원으로부터 소정 주파수의 고주파 전력을 인가받아 상기 가스 샤워 헤드와의 사이에 고주파 전계를 발생시킴으로써, 상기 프로세스 가스를 플라즈마화하는 본체부; 상기 본체부의 상면에 설치되며, 표면에 애노다이징 코팅막이 형성된 정전척; 및 상기 정전척의 중앙부가 상부로 돌출되어 형성되며, 상기 피 처리체를 안착시키고, 표면에 용사 코팅막이 형성된 안착부를 포함하여 구성되며, 상기 정전 척으로부터 상기 안착부가 시작되는 경계영역을 따라 홈이 형성되어, 상기 용사 코팅막과 상기 안착부와의 접촉 면적을 최대화시킴으로써, 상기 용사 코팅막의 박리를 방지함을 특징으로 한다.
이때, 상기 홈은 그 단면이 삼각형 또는 사각형 또는 반원형으로 형성될 수 있으며, 그 표면에 요철이 형성될 수 있다.
그리고, 바람직하게는 상기 정전척 및 안착부는 Al 또는 Al 합금으로 이루어짐을 특징으로 한다.
그리고, 상기 용사 코팅막은 Al 분말을 연소 가스, 전기 등의 열원에 의해 용융시키고, 이를 안착부 상에 분사하여 형성한 Al2O3일 수 있으며, 상기 애노다이징 코팅막은 상기 정전 척을 산용액, 예컨데, H2SO4과 화학반응시켜 형성한 Al2O3로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면을 나타낸 단면도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 Al 등 도전 성 재료에 의해 기밀구조로 이루어져 보안접지된 진공 챔버(2)를 구비한다. 상기 진공 챔버(2) 내면에는 원통 형상의 데포 쉴드(2a)가 배치되어 내면이 플라즈마에 의해 손상되는 것을 방지한다. 그리고, 진공 챔버(2) 내에는 상부 전극을 겸용하는 가스 샤워 헤드(3)와, 하부 전극을 겸용하는 탑제대(4)가 대향하여 설치되어 있고, 저면에는 예를 들어, 터보 분자 펌프와 드라이 펌프 등으로 이루어지는 진공 배기 수단(21)과 연통하는 진공 배기로서서의 배기관(22)이 접속된다. 또한, 진공 챔버(2)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 진공 챔버(2) 측벽부의 외측에는 개구부(23)의 상하 위치에, 예를 들어 각각 링 형상을 이루는 영구 자석(24, 25)이 설치되어 있다.
가스 샤워 헤드(3)는 탑재대(4) 상의 피 처리체(W)에 대향하는 위치에 다수의 홀(hole, 31)를 포함하여, 상부의 가스 공급관(32)으로부터 보내어지는 유량 제어 또는 압력 제어된 프로세스 가스를 상기 홀(31)을 거쳐서 피 처리체(W)의 표면에 균일하게 공급하도록 구성되어 있다.
가스 샤워 헤드(3)의 하방에 약 5mm 내지 150mm의 간격으로 이격되어 설치되는 탑재대(4)는 진공 챔버(2)에 대하여 절연 부재(41a)에 의해 절연된 원주형상의 본체부(41)와, 이 본체부(41)의 상면에 설치되는 정전 척(42)을 구비한 구성으로 되어 있다.
탑제대(4)의 예컨대 본체부(41)에는 콘덴서(C1) 및 코일(L1)을 거쳐서 고주파 전원(40)이 접속되어, 예컨데 13.56MHz 내지 100MHz의 고주파 전력이 인가된다.
또한, 탑재대(4)의 내부에는, 냉각 자켓 등의 온도 조정 수단(55a)과, 예컨 데 He 가스를 피 처리체(W)의 이면에 공급하는 열 전달 가스 공급 수단(55b)이 각각 설치되고, 이들 온도 조정 수단(55a)과 열 전달 가스 공급 수단(55b)을 이용함으로써, 탑재대(4) 상에 유지된 피 처리체(W)의 처리면 온도를 원하는 값으로 설정할 수 있다. 온도 조정 수단(55a)은 냉매를 냉각 자켓을 거쳐서 순환시키기 위한 도입관(56) 빛 배출관(57)을 갖고, 적당한 온도로 조정된 냉매가 도입관(56)에 의해서 냉각 자켓내에 공급되어, 열 교환 후의 냉매각 배출관(57)에 의해서 외부로 배출된다.
탑제대(4)와 진공 챔버(2) 사이, 탑재대(4) 표면보다도 하측에는, 복수의 배기 구멍이 형성된 링 형상의 배기 플레이트(44)가 탑재대(4)를 둘러싸도록 배치된다. 이 배기 플레이트(44)에 의해, 배기류의 흐름이 조정됨과 동시에, 탑재대(4)와 가스 샤워 헤드(3) 사이에 플라즈마가 최적으로 가두어진다. 또한, 탑재대(4)의 내부에는, 외부의 도시하지 않는 반송암(arm)과의 사이에서 피 처리체(W)의 교환을 돕기 위한 승강 부재인 승강 핀(51)이 복수개 돌출 및 함몰 가능하게 설치되고, 이 승강 핀(51)은 연결 부재(52)를 거쳐서 구동 장치(53)에 의해 승강할 수 있도록 구성되어 있다. 참조번호(54)는 승강 핀(51)의 관통 구멍과 대기측 사이의 기밀을 유지하는 벨로우즈(bellows)이다.
이러한 플라즈마 에칭 처리 장치에 있어서는, 우선 게이트 밸브(G) 및 개구부(23)를 거쳐서 피 처리체(W)를 진공 챔버(2)내에 반입하고, 정전 척(42) 상부의 안착부(46)에 탑재하여, 게이트 밸브(G)를 닫은 후, 진공 배기 수단(21)에 의해 배기관(22)을 거쳐서 진공 챔버(2) 내를 소정의 진공도로 배기한다. 그리고, 진공 챔 버(2) 내에 프로세스 가스를 공급함과 동시에, 직류 전원(47)으로부터 정전 척(42)에 직류 전압을 인가하여, 피 처리체(W)를 정전 척(42)의 안착부(46)상 정전 흡착시키며, 이 상태로 고주파 전원(40)으로부터 탑재대(4)의 본체부(41)에 소정 주파수의 고주파 전력을 인가하고, 이에 의해 가스 샤워 헤드(3)와 탑재대(4) 사이에 고주파 전계를 발생시켜, 프로세스 가스를 플라즈마화하여, 정전 척(42)상의 피 처리체(W)에 에칭 처리를 실시한다.
프로세스 가스로서는 C4F8와 NF3와 같은 불화물, BCl3와 SnCl4 등의 염화물, HBr과 같은 취화물을 비롯한 할로겐 원소를 포함하는 가스가 사용된다. 이로 인해, 진공 챔버(2)내는 매우 강한 부식 환경이 되기 때문에, 예컨데 데포 쉴드(2a), 배기 플레이트(44), 샤워 헤드(3), 탑재대(4), 정전 척(42), 안착부(46) 게다가 진공 챔버(2)의 내벽재 등의 진공 챔버(2)내의 부재, 즉 플라즈마 처리 용기 내부제에는 내플라즈마성이 요구된다.
한편, 도 2a는 도 1의 'I' 영역에 대한 확대도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 안착부(46)는 에칭이 진행되는 동안 피 처리체(W)를 안착시키는 상기 정전 척(42)의 중앙부에서 상부 방향으로 소정 높이를 갖고 돌출되어 형성되며, 그 표면에 Al2O3의 용사 코팅막(50)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 안착부(46)를 제외한 정전 척(42)의 외주면은 Al2O3 등의 자연산화막으로 이루어진 애노다이징 코팅막(anodizing coating layer, 51)이 형성된다. 그래서, 상기 안착부(46)와 정전 척(42)과의 경계영역을 따라, 상기 용사 코팅막(50)과 애노다이징 코팅막(51)이 접 하는 구조를 형성하고 있다.
상기 애노다이징 코팅막(51)은 상기 정전 척(42)을 산용액, 예컨데, H2SO4에 담궈 화학반응 시킴으로써 형성한 자연 산화막으로서, 정전 척(42)을 이루는 모재의 일부가 화학적 산화 반응에 의해 변환된 것이다.
종래 플라즈마 에칭 처리 장치에서는 안착부(46)를 포함하는 정전 척(42) 전 표면에 이러한 애노다이징 코팅막(51)을 형성하여, 샤워 헤드와 정전 척 사이에 아크 방전이 발생되는 것을 방지하고자 하였다. 그러나, 애노다이징 코팅막(51)은 상기한 바와 같이, 정전 척(42)의 표면 일부가 산화 반응하여 형성된 표면 처리막이므로, 정전 척(42)을 이루는 Al 또는 Al 합금 등 모재 내의 디펙트(defect)가 그대로 반영되어, 불균일한 플라즈마 쏠림 현상을 여전히 유발할 수 있었다.
따라서, 본 발명은 이러한 모재의 영향을 차단하고, 아크 방전이 발생되는 것을 방지하기 위해, 상기 안착부(46)의 표면에 별도의 용사 코팅막(50)을 형성한다.
용사 코팅이란 용융 상태의 금속이나 세라믹스 등의 입자군을 피처리물 표면에 내뿜어서 적층 피막을 형성시키는 코팅 방법으로, 본 발명의 용사 코팅막(50)은 안착부(46)의 모재인 Al 분말을 연소 가스, 전기 등의 열원에 의해 용융시키고, 이를 안착부(46) 상에 분사하여 형성한 물리적 결합의 피막이다.
그런데, 상기 용사 코팅막(50)과 애노다이징 코팅막(51)은 각각 정전 척(42) 및 안착부(46)의 모재인 예컨대, Al과의 밀착성이 우수한 반면, 서로간의 밀착성이 떨어지는 문제점 있다.
이로 인해, 용사 코팅막(50)과 애노다이징 코팅막(51)이 접하는 경계 영역에서, 용사 코팅막(50)이 쉽게 박리되고, 용사 코팅막(50)이 박리된 부위에 프로세스 가스 등이 침입하고 정전 척(42)의 모재에 도달하여, 모재 표면이 부식함으로써, 아크 방전이 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명은 도면에 도시된 바와 같이, 안착부(46) 및 정전 척(42)의 형성시, 상기 정전 척(42)으로부터 상기 안착부(46)가 시작되는 경계영역을 따라 단면의 형태가 삼각형(또는 사각형)인 홈(46')을 형성하여, 용사 코팅막(50)과 안착부(51)와의 접촉 면적을 최대화 시킴으로써, 용사 코팅막(50)의 박리를 억제하고, 안정적인 경계면을 형성한다.
도 2b는 안착부(46) 및 정전 척(42)의 경계영역에 홈이 형성되지 않은 경우의 플라즈마 에칭 처리 장치의 단면을 나타낸 것으로, 도 2a와 비교할 때, 경계영역에서의 안착부(46)와 용사 코팅막(42)의 접촉 면적이 상대적으로 작아, 용사 코팅막(50)의 도면의 화살표 방향으로 박리 가능성이 커짐을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 구조에서는 안착부(46)와 정전 척(42) 사이의 경계 영역에 삼각형(또는 사각형)의 홈(46')을 형성하여, 용사 코팅막(50)과 안착부(51)와의 접촉 면적을 최대화하고, 용사 코팅막(50)의 박리를 억제하여, 특히, 안착부(51)의 가장자리를 따라 아크 방전 등 정전기 불량이 나타나는 것을 효과적으로 방지한다.
한편, 본 발명에 따른 홈의 형상은 단면이 삼각형 또는 사각형으로 한정되지 않으며, 반원형으로 형성될 수도 있고, 표면에 요철이 형성되어 용사 코팅막과의 접촉 면적을 증가시킬 수도 있다.
그리고, 상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 일실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 정전 척의 상부, 특히, 피 처리체가 안착되는 안착부 표면에 절연체인 용사 코팅막을 형성하여, 플라즈마 에칭 처리 장치에서 아크 방전이 발생되는 것을 억제하며, 플라즈마 발생 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 안착부와 정전 척 사이의 경계 영역에 홈을 형성하여, 용사 코팅막의 접촉 면적을 증가시킴으로써, 용사 코팅막이 박리되는 것을 최소화하고, 용사 코팅막의 박리로 인한 불량을 효과적으로 방지할 수 있다.

Claims (10)

  1. 피 처리체;
    도전성 재료에 의해 기밀구조로 이루어져 보안접지된 진공 챔버;
    다수의 홀를 포함하며, 프로세스 가스를 상기 홀을 거쳐서 상기 피 처리체의 표면에 균일하게 공급하는 가스 샤워 헤드;
    고주파 전원으로부터 소정 주파수의 고주파 전력을 인가받아 상기 가스 샤워 헤드와의 사이에 고주파 전계를 발생시킴으로써, 상기 프로세스 가스를 플라즈마화하는 본체부;
    상기 본체부의 상면에 설치되며, 표면에 애노다이징 코팅막이 형성된 정전척; 및
    상기 정전척의 중앙부가 상부로 돌출되어 형성되며, 상기 피 처리체를 안착시키고, 표면에 용사 코팅막이 형성된 안착부를 포함하여 구성되며,
    상기 정전 척으로부터 상기 안착부가 시작되는 경계영역을 따라 홈이 형성되어, 상기 용사 코팅막과 상기 안착부와의 접촉 면적을 최대화시킴으로써, 상기 용사 코팅막의 박리를 방지함을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 홈은 그 단면이 삼각형임을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 홈은 그 단면이 사각형임을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 홈은 그 단면이 반원형임을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 홈은 표면에 요철이 형성됨을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 용사 코팅막은 Al2O3로 이루어짐을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 용사 코팅막은 Al 분말을 연소 가스, 전기 등의 열원에 의해 용융시키고, 이를 안착부 상에 분사하여 형성함을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 애노다이징 코팅막은 Al2O3로 이루어짐을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 애노다이징 코팅막은 상기 정전 척을 산용액, 예컨데, H2SO4과 화학반응시켜 형성함을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 정전척 및 안착부는 Al 또는 Al 합금으로 이루어짐을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 처리 장치.
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