KR20080026340A - 배플 플레이트를 구비한 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버와, 상기 반응 챔버 내의 상부에 위치한 상부 전극부와, 상기 상부 전극부와 대향 위치하며 정전척 및 기판 승강기를 포함하는 하부 전극부와, 중앙에 상하 관통 형성된 절개부가 형성되고, 내주면과 외주면 사이에 다수의 슬릿이 형성된 배플 플레이트를 포함하되, 상기 배플 플레이트는 상기 하부 전극부의 외주면을 따라 형성된 특징으로 한다.

상기와 같은 발명은 배플 플레이트를 하부 전극부와 이동 가능하도록 구성함으로써, 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.

반응 챔버, 배플 플레이트, 정전척, 기판 승강기, 슬릿

Description

배플 플레이트를 구비한 플라즈마 처리 장치{PLASMA ETCHING DEVICE HAVING BAFFLE PLATE}

도 1은 본 발명에 따른 배플 플레이트가 구비된 플라즈마 처리 장치를 나타낸 개략 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 배플 플레이트가 구비된 플라즈마 처리 장치의 하부 전극부를 나타낸 사시도이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 배플 플레이트의 변형예를 나타낸 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치 내의 가스 흐름도를 나타낸 개략 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 반응 챔버 200: 상부 전극부

300: 하부 전극부 400: 배플 플레이트

410: 슬릿 420: 절개부

500: 가스 공급부 600: 상부 고주파 전원부

700: 하부 고주파 전원부 800: 고압 직류 전원

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 플라즈마를 발생시키기 위한 배플 플레이트를 구비한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 서로 대면하는 상부 및 하부 기판 사이에 액정층이 개재된 형태로 제작하고, 액정은 광학적 이방성과 분극 성질을 가지고 있으며, 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있다.

이러한 액정은 인위적으로 전계를 가하게 되면 분자 배열의 방향을 제어할 수 있게 되고, 액정이 가지고 있는 광학적 이방성에 의하여 빛의 투과량이 조절되어 원하는 화상 정보를 표현할 수 있다.

이러한 액정 표시 장치는 기판 위에 박막을 형성하고 식각 공정으로 원하는 패턴을 형성하여 제작되며, 식각 방법으로는 크게 습식 식각(Wet etching)과 건식 식각(Dry etching)으로 분류할 수 있는데, 일반적으로 플라즈마를 이용한 건식 식각 방식이 사용된다.

일반적인 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버와, 상기 반응 챔버 내의 서로 대향 위치하는 상부 전극 및 하부 전극과, 상기 상부 및 하부 전극에 플라즈마를 발생시키기 위해 전원을 인가하는 고주파(radio frequency) 전원과, 상기 반응 챔버 내에 발생된 플라즈마를 균일하게 분포시키고 반응 부산물(이하"폴리머(Polymer)"라 칭함)을 통과시키기 위한 배플 플레이트를 포함한다.

따라서, 상기와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버 내에 공급되는 반응 가스를 상부 및 하부 전극에 고주파 전원을 통해 인가되는 고주파 전력을 이용하여 플라즈마 상태로 변환시켜 LCD 패널(이하"기판"이라 칭함)의 표면을 식각하는 공정을 수행한다. 이때, 상기 식각 공정을 수행하기 위해 하부 전극이 상부로 이동될 때, 배플 플레이트는 반응 챔버 내의 미반응 가스 및 폴리머 등을 반응 챔버 하부로 균일하게 배기시키는 역할을 한다.

하지만, 상기 플라즈마 처리 장치에 구비된 배플 플레이트는 통상적으로 기판이 반입 및 반출되는 게이트 도어의 하부의 챔버 내벽에 고정 설치되어 있어서, 플라즈마 공정을 수행하기 위해 기판이 로딩된 하부 전극이 상부로 이동되고, 상부 전극과 하부 전극 사이에 플라즈마가 형성되는 경우, 상기 반응 챔버 내에 형성된 플라즈마가 하부 전극의 외곽으로 유출되는 현상 특히, 게이트 도어 쪽의 공간으로 쏠리는 현상이 발생된다. 따라서, 이와 같은 현상은 상기 챔버 내에 플라즈마는 균일하게 분포시키기 어렵게 하고, 이에 의해 기판에 균일한 식각을 수행하는데 어려움을 발생시킨다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 반응 챔버 내에서 균일한 플라즈마를 발생시키기 위한 배플 플레이트를 구비한 플라즈마 처리 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 챔버 내부의 가스 유동의 균일성을 확보하고, 유지 보수 시간을 단축시키는 플라즈마 처리 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버와, 상기 반응 챔버 내의 상부에 위치한 상부 전극부와, 상기 상부 전극부와 대향 위치하며 정전척 및 기판 승강기를 포함하는 하부 전극부와, 중앙에 상하 관통 형성된 절개부가 형성되고, 내주면과 외주면 사이에 다수의 슬릿이 형성된 배플 플레이트를 포함하되, 상기 배플 플레이트는 상기 하부 전극부의 외주면을 따라 형성된 특징으로 한다.

상기 배플 플레이트는 정전척의 외주면과 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 배플 플레이트는 기판 승강기의 외주면과 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 배플 플레이트는 볼트와 같은 결합 수단에 의해 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 슬릿은 복수열로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 복수열로 형성된 슬릿은 서로 엇갈리도록 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 배플 플레이트가 구비된 플라즈마 처리 장치를 나타 낸 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 배플 플레이트가 구비된 플라즈마 처리 장치의 하부 전극부를 나타낸 사시도이고, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 배플 플레이트의 변형예를 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치 내의 가스 흐름도를 나타낸 개략 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버(100)와, 상기 반응 챔버(100) 내에 서로 대향 위치한 상부 전극부(200) 및 하부 전극부(300)와, 상기 하부 전극부(300)와 외주면을 따라 구비된 배플 플레이트(400)를 포함한다.

상기 반응 챔버(100)는 직육면체의 박스 형상으로, 식각 공정이 진행되는 동안 외부와 밀폐된 소정 공간을 마련하는 역할을 한다.

상기 반응 챔버(100)의 일측벽에는 기판(G)을 로딩 및 언로딩 하기 위한 게이트 도어(110)가 형성된다. 도면에서는 반응 챔버(100)의 일측에 하나의 게이트 도어(110)를 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 일측 및 타측에 게이트 도어(110)를 형성하여, 로딩 및 언로딩을 따로 수행할 수도 있다.

또한, 상기 반응 챔버(100)의 배기구(120)와 배기 장치(130)를 포함하는 배기 수단이 연결되며, 상기 배기구(120) 및 배기 장치(130)는 공정이 진행될 때 상기 반응 챔버(100) 내의 가스를 배기시키는 역할을 한다.

상기 상부 전극부(200)는 반응 챔버(100) 내의 상부에 위치하고, 절연 지지부재(220)와, 상기 절연 지지부재(220)의 하부면에 결합된 상부 전극판(240)으로 구성된다. 상기 절연 지지부재(220)의 내부에는 소정의 비어 있는 내부 공간(260)이 형성되며, 상기 내부 공간(260)의 하부에는 복수개의 가스 배출 구멍(280a)이 형성되어 있다. 또한, 상부 전극판(240)은 통상 알루미늄으로 이루어지고, 상기 절연 지지부재(220)에 형성된 가스 배출 구멍(280a)과 연결되어 상기 상부 전극판(240)을 상하 관통하도록 형성된 가스 배출 구멍(280b)을 포함한다.

또한, 상부 전극부(200)에는 플라즈마를 생성하기 위한 가스 공급부(500)와, 상부 고주파 전원부(600)가 연결된다.

상기 가스 공급부(500)는 가스 공급원(미도시)과 질량 제어 흐름기(MFC; Mass Flow Controler, 미도시)가 구성되어, 가스 공급원으로부터 공급된 가스를 MFC에 의해 원하는 양을 조절하여 상부 전극부(200)에 형성된 내부 공간(260)에 공급된다. 또한, 상부 고주파 전원부(600)는 상부 고주파 전원(미도시)과 상부 정합기(미도시)로 구성되며, 상기 고주파 전원으로부터 공급된 전력을 정합하여 상부 전극부(200) 즉, 상부 전극판(240)에 공급한다.

따라서, 상부 전극부(200)에 가스 및 고주파 전력을 공급 및 인가하면 상부 전극부(200) 내에 인입된 가스는 절연 지지부재(220) 내에 형성된 내부 공간(260)을 통해 절연 지지부재(220)와 상부 전극판(240)의 상하로 관통 형성된 가스 배출 구멍(280)을 통해 분사되고, 이에 의해 상기 상부 전극부(200) 및 하부 전극부(300) 사이에 플라즈마가 형성된다.

이때, 상기 상부 전극부(200)의 외주면에는 실드링(미도시)이 더 구비될 수 있다. 상기 실드링은 상기 상부 전극부(200)에서 발생될 수 있는 이상 방전을 방지하는 역할을 하고, 상부 전극판(240) 또는 상부 전극판(240) 및 절연 지지부재(220)의 외주면을 따라 형성되어, 상부 전극판(240)의 하면을 노출시키도록 형성 된다.

한편, 하부 전극부(300)는 상기 상부 전극부(200)와 일정 간격 서로 이격되어 대향하게 설치되며, 기판 승강기(320)와, 상기 기판 승강기(320) 상부에 형성된 정전척(340)을 포함한다. 또한, 상기 하부 전극부(300)의 외주면을 둘러싸도록 배플 플레이트(400)가 형성되어 있다. 이때, 상기 기판 승강기(320)에는 하부 고주파 전원부(700)가 연결되고, 상기 정전척(340)에는 고압 직류 전원(800)이 연결된다.

기판 승강기(320)는 상기 정전척(340)이 포함된 하부 전극부(300)를 지지해주는 역할을 하고, 상기 정전척(340)을 상하로 이동시키기 위해 기판 승강기(320)의 하부에는 리프트 수단(360)이 연결되어 있다. 또한, 상기 기판 승강기(320) 내부에는 하부 전극판(미도시)이 형성되고, 상기 하부 전극판에 하부 고주파 전원부(700)가 연결된다. 상기 하부 고주파 전원부(700)는 하부 고주파 전원(미도시)과, 하부 정합기(미도시)로 구성되어 있으며, 그 역할은 상부 고주파 전원부(600)의 역할과 동일하다. 이때, 상기 기판 승강기(320) 내부에는 상기 하부 전극부(300)의 온도를 조절하도록 냉각 부재(미도시)가 더 형성될 수도 있다.

기판 승강기(320)의 상부에는 정전척(340)이 마련된다. 상기 정전척(340)은 상면에 장착될 기판(G)의 형상과 대략 동일한 형상으로 형성되고, 반응 챔버(100) 내로 로딩된 기판(G)을 흡착 유지시키는 역할을 한다. 즉, 상기 정전척(340)에는 고압 직류 전원(800)이 연결되어 있어, 상기 고압 직류 전압(800)으로부터 형성된 정전력에 의해 상기 기판(G)을 흡착 유지시킨다. 상기에서는 정전력을 이용한 정전척(340)을 사용하여 기판을 흡착 유지하였지만, 진공력 또는 기계력에 의한 기계척 을 사용하여도 무방하다.

이때, 상기 정전척(340)의 상부에는 안착된 기판(G)의 외주면을 따라 포커스 링(380)이 더 구비될 수 있다. 상기 포커스 링(380)은 상기 기판(G)의 외주면을 따라 형성되어 상기 반응 챔버(100) 내에 형성된 플라즈마 상태의 반응 가스가 기판(G)에 집중되도록 하는 역할을 한다.

한편, 상기 배플 플레이트(400)는 하부 전극부(300) 즉, 정전척(340)의 외주면에 면접되도록 장착되며, 상기 반응 챔버(100) 내부에 공급된 반응 가스를 하부로 균일하게 배기시켜 상기 정전척(340)에 안착된 기판(G)의 주위의 반응 가스의 흐름을 일정하게 유지시켜 기판(G) 상에서 균일한 식각이 이루어지도록 하는 역할을 한다.

상기 배플 플레이트(400)를 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면, 상기 배플 플레이트(400)는 대략 사각 형상의 플레이트로 형성되고, 상기 배플 플레이트(400)의 내측에는 상기 하부 전극부(300) 즉, 정전척(340)이 끼워질 수 있도록 정전척(340) 외주면 크기의 상하 관통된 절개부(420)가 형성되어 있다. 즉, 상기 배플 플레이트(400)의 외주면은 대략 반응 챔버(100)의 내주면 반응 챔버(100) 벽에 근접한 크기로 형성되고, 내주면은 대략 정전척(340) 외주면의 크기로 형성된다.

상기 배플 플레이트(400) 상에는 반응 챔버(100) 내의 반응 가스가 상기 반응 챔버(100) 하부로 균일하게 배기되도록 가스가 통과하는 다수의 슬릿(410)이 형성된다. 이때, 상기에서는 다수의 슬릿(410)을 직육면체 형상으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 다양한 형상의 슬릿(410)을 형성할 수 있다.

즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 배플 플레이트(400) 상에는 타원 형상의 슬릿(410)을 형성할 수 있고, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 슬릿(410)이 2열로 배치될 수 있으며, 또한, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 복수열로 배치된 슬릿(410)을 엇갈리도록 형성할 수도 있다. 이때, 도 3a 내지 도 3c의 변형예들은 서로 조합될 수 있으며, 상기와 형상 이외에도 다양한 형상으로 슬릿(410)을 형성할 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 슬릿(410)은 2열 이상의 다수열로 형성될 수 있음은 물론이고, 다양한 방법으로 엇갈리도록 형성할 수 있음은 물론이다.

즉, 상기 슬릿(410)의 구성을 상부 전극부(200)와 하부 전극부(300) 사이에 형성된 반응 가스를 정체시키지 않고, 배기가 더욱 용이하도록 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 슬릿(410)의 형상 및 구성을 변경시킴으로써, 더욱 균일한 플라즈마를 형성하여 기판(G)에 균일한 식각이 수행되도록 할 수 있다.

상기 배플 플레이트(400)의 내주면은 정전척(340)과 볼트 등 다양한 결합 수단(미도시)에 의해 결합되어, 상기 하부 전극부(300)가 상하로 이동할 때, 상기 배플 플레이트(400)는 하부 전극부(300)와 함께 이동한다. 즉, 상기 결합 수단에 의해 결합시키기 위해 상기 정전척(340)의 외주면과 면접되는 배플 플레이트(400)의 내주면을 하부로 연장하여 결합 수단이 끼워질 수 있도록 함이 바람직하다.

상기에서는 상기 배플 플레이트(400)의 내주면을 정전척의 외주면에 면접하도록 설치하였지만, 이에 한정되지 않고, 기판 승강기(320)의 외주면과 면접하도록 형성될 수도 있다. 하지만, 바람직하게는 상기 기판 승강기(320)가 상승하였을 때, 상기 배플 플레이트(400)의 위치가 상기 반응 챔버(100) 내에 형성된 게이트 도어(110)의 위치보다 다소 높은 위치에 형성되어야 한다.

또한, 상기 배플 플레이트(400)는 하부 전극부(300)에 결합 부재에 의해 결합하였지만, 이와 달리 기판 승강기(320) 또는 정전척(340)에 일체로 형성될 수 있음은 물론이다.

이하에서는 본 발명의 플라즈마 처리 장치에 따른 동작을 도 1 및 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 선행 공정을 완료한 기판(G)이 반응 챔버(100) 외부에 설치된 로봇암(미도시)에 의해 게이트 도어(110)를 통해 로딩되면, 상기 하부 전극부(300)의 내부에 설치된 리프트 핀(미도시)이 하부 전극부(300)의 상부로 돌출되도록 이동되고, 상기 리프트 핀은 상기 기판(G)의 하부를 지지한다. 이후, 상기 리프트 핀이 하강하고, 상기 기판(G)은 하부 전극부(300)의 정전척(340)의 상부에 안착된다.

이후, 기판(G)이 안착된 하부 전극부(300)는 기판 승강기(320)에 의해 하부 전극부(300)를 상부 전극부(200) 방향으로 상승하고, 기판(G)과 상부 전극부(200)의 간격이 수십 mm가 되도록 한다. 이때, 상기 배플 플레이트(400)는 하부 전극부(300)의 외주면에 결합되어 있어, 상기 하부 전극부(300)가 상승할 때 상기 배플 플레이트(400)도 동시에 상승하게 되고, 하부 전극부(300)의 상승이 멈추었을 때, 상기 배플 플레이트(400)는 상기 반응 챔버(100) 일측벽에 형성된 게이트 도어(110)보다 높은 곳에 위치하게 된다.

이후, 가스 공급부(500)는 상기 상부 전극부(200)로 반응 가스를 공급하기 시작하고, 상기 상부 전극부(200)로 유입된 반응 가스는 상부 전극판(240)의 가스 배출 구멍(280)을 통과하여 기판(G)을 향해 균일하게 분사된다. 이때, 상부 고주파 전원부(600)로부터 상기 상부 전극부(200)에는 고주파 전력이 인가되고, 이에 따라, 상부 전극부(200)와 하부 전극부(300) 사이에 고주파 전계가 발생되고, 상기 반응 가스는 해리되어 플라즈마가 된다.

이때, 배플 플레이트(400)는 게이트 도어(110)보다 높은 곳에 반응 챔버(100) 내부 벽과 소정 간격 이격되어 인접하여 위치하므로 플라즈마가 형성되는 반응 챔버(100) 내부가 대칭적 공간이 되어, 균일하고 안정적인 플라즈마를 형성시킬 수 있다.

또한, 하부 전극부(300)와 반응 챔버(100) 벽 사이의 공간으로 플라즈마가 유출되는 것을 억제할 수 있으며, 특히 게이트 도어(110)의 빈공간으로 플라즈마가 쏠리는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

이후, 하부 고주파 전원부(700)로부터 하부 전극부(300)에 인가된 고주파 전력은 상기 플라즈마 중 이온이 기판(G) 측으로 끌여 당겨지고, 이온 어시스트에 의한 플라즈마 상태의 반응 가스는 기판(G) 표면에 형성된 막과 반응하여 이 막을 선택적으로 건식 식각 하는 등의 플라즈마 처리를 균일하게 수행한다.

이때, 상기 기판(G)에 형성된 막과 반응되지 않은 미반응 가스와 폴리머 중 일부는 반응 챔버(100) 내에 형성된 배플 플레이트(400)의 슬릿(410)을 통해 반응 챔버(100) 하부를 거쳐 배기구(120)로 배기되어 반응 챔버(100) 내에 균일한 플라즈마를 유지시켜 주도록 한다. 이때, 반응 챔버(100) 내의 각종 가스는 하부 전극 부(200) 외곽으로 퍼져서 배플 플레이트(400)에 형성된 슬릿을 통과하고, 반응 챔버 하부를 지나 배기구로 배기되므로 반응 챔버(100) 내부의 가스 유동이 균일하게 된다.

이후, 플라즈마 처리가 종료되면 가스 및 고주파 전력 공급을 중지되고, 처리된 기판(G)은 게이트 도어(110)를 통해 반응 챔버(100) 외부로 반출되어 공정을 마치게 된다.

상기에서는 플라즈마를 이용한 식각 장치에 관해 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 증착 장치, 스퍼터 장치 등 다양한 장치에 적용될 수 있음은 물론이다.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배플 플레이트를 구비한 플라즈마 처리 장치는 상기 배플 플레이트를 하부 전극부와 이동 가능하도록 구성함으로써, 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 균일한 플라즈마를 발생시킴으로써, 기판을 균일하게 식각할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 배플 플레이트의 슬릿 형상을 변형하여 더욱 원활히 가스의 흐름을 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 배플 플레이트를 반응 챔버 외벽에 고정하는 여러 부품들이 불필요해지므로, 플라즈마 처리 장치의 유지 보수에 소비되는 시간을 줄이고, 이로부터 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 반응 챔버와,

   상기 반응 챔버 내의 상부에 위치한 상부 전극부와,

   상기 상부 전극부와 대향 위치하며 정전척 및 기판 승강기를 포함하는 하부 전극부와,

   중앙에 상하 관통 형성된 절개부가 형성되고, 내주면과 외주면 사이에 다수의 슬릿이 형성된 배플 플레이트를 포함하되,

   상기 배플 플레이트는 상기 하부 전극부의 외주면을 따라 형성된 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 배플 플레이트는 정전척의 외주면과 결합된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 배플 플레이트는 기판 승강기의 외주면과 결합된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플 플레이트는 결합 수단에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
5. 청구항 2에 있어서, 상기 슬릿은 복수열로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 복수열로 형성된 슬릿은 서로 엇갈리도록 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.

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