KR20090102255A - Plasma etching apparatus and plasma etching method thereof - Google Patents
Plasma etching apparatus and plasma etching method thereofInfo
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Abstract
Description
본 발명은, 플라즈마 에칭장치 및 플라즈마 에칭방법에 관한 것으로, 발광소자 제작 또는 평면디스플레이 제작에 사용되는 기판에 렌즈 형상 패턴을 형성하는 플라즈마 에칭장치 및 플라즈마 에칭방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma etching apparatus and a plasma etching method, and more particularly, to a plasma etching apparatus and a plasma etching method for forming a lens-shaped pattern on a substrate used for fabricating a light emitting device or a flat panel display.
플라즈마 에칭장치는, 반도체 제작 또는 평면디스플레이 제작에 사용되는 기판 등에 미세한 패턴을 형성하기 위해 플라즈마(Plasma)를 생성하여 에칭공정(Etching Process) 공정을 수행하는 장치이다.The plasma etching apparatus is a device which generates a plasma to perform a etching process to form a fine pattern on a substrate used in semiconductor manufacturing or a flat panel display manufacturing.
이러한 플라즈마 에칭장치는 플라즈마 생성 방식에 따라 축전결합형 플라즈마(CCP, Capacitively Coupled Plasma) 방식과, 유도결합형 플라즈마(ICP, Inductively Coupled Plasma) 방식으로 구분된다.The plasma etching apparatus is classified into a capacitively coupled plasma (CCP) method and an inductively coupled plasma (ICP) method according to a plasma generation method.
축전결합형 플라즈마 방식은, 고주파전력(RF전력)을 인가할 수 있도록 설계된 전극이 있는 것이 구조적 특징이며, 그 명칭에서도 알 수 있듯이 전극의 표면에 분포된 전하 때문에 형성된 축전전기장에 의해서 플라즈마가 발생하고 유지된다.The capacitively coupled plasma type has a structure that has an electrode designed to apply high frequency power (RF power). As the name suggests, the plasma is generated by the electric field formed due to the electric charges distributed on the surface of the electrode. maintain.
유도결합형 플라즈마 방식은, 구조적으로 코일 형태의 안테나를 구비하며, 안테나에 고주파전력을 인가하여 형성된 유도전기장에 의해서 플라즈마가 발생하고 유지된다.The inductively coupled plasma method has a structurally coiled antenna, and plasma is generated and maintained by an induction electric field formed by applying high frequency power to the antenna.
일반적으로 플라즈마 에칭장치는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버와, 반응챔버의 내부 아래쪽에 마련되어 기판을 지지하는 척(Chuck)과, 반응챔버의 상부에 마련되어 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 안테나와, 안테나에 소스 전력(Source Power)을 공급하는 소스 전원과, 척에 바이어스 전력(Bias Power)을 공급하는 바이어스 전원을 구비한다. 여기서, 바이어스 전력을 척에 인가하는 것은, 안테나에 소스 전력을 인가하여 반응챔버 내에 생성된 플라즈마를, 기판 쪽으로 끌어당겨 기판의 표면에 충돌할 수 있도록 하기 위함이다.In general, a plasma etching apparatus includes a reaction chamber providing a space in which a plasma is generated, a chuck provided below the reaction chamber to support a substrate, and an electric field provided above the reaction chamber to generate a plasma. An antenna, a source power supply for supplying source power to the antenna, and a bias power supply for supplying bias power to the chuck. In this case, the bias power is applied to the chuck to apply the source power to the antenna so that the plasma generated in the reaction chamber can be attracted to the substrate and collide with the surface of the substrate.
도 1은 발광소자의 한 종류인 발광다이오드(LED)의 일반적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 발광다이오드는 렌즈 형상 패턴(30a)이 형성된 기판(30)과, 기판(30)상에 적층되는 N형 반도체층(20)과, N형 반도체층(20)상의 일부에 적층되는 P형 반도체층(10) 등으로 구성된다.1 is a view schematically showing a general configuration of a light emitting diode (LED), which is a type of light emitting device. Referring to FIG. 1, a light emitting diode is formed on a substrate 30 having a lens-shaped pattern 30a, an N-type semiconductor layer 20 stacked on the substrate 30, and a portion of the N-type semiconductor layer 20. It consists of the P-type semiconductor layer 10 etc. which are laminated | stacked.
도 1에 도시된 바와 같이, 발광다이오드 제작에 사용되는 기판(30)에 렌즈 형상 패턴(30a)을 형성하는 것은, 발광다이오드의 휘도를 향상시키기 위한 것이다. 이때, 기판(30)에 형성된 렌즈 형상 패턴(30a)은, 그 렌즈 형상이 반구(semi sphere) 형태에 가까울수록 발광다이오드의 휘도가 높아진다.As shown in FIG. 1, the formation of the lenticular pattern 30a on the substrate 30 used for manufacturing the light emitting diode is to improve the brightness of the light emitting diode. At this time, as the lens shape of the lens pattern 30a formed on the substrate 30 is closer to the shape of a semi sphere, the luminance of the light emitting diode is increased.
이러한 렌즈 형상 패턴(30a)은, 통상적으로 아래와 같은 종래의 플라즈마 에칭방법에 의해 기판(30)에 형성된다.Such a lenticular pattern 30a is usually formed on the substrate 30 by a conventional plasma etching method as follows.
도 2는 기판에 렌즈 형상 패턴을 형성하기 위한 종래의 플라즈마 에칭방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 2를 참조하여, 종래의 플라즈마 에칭방법의 일 예를 간단히 설명하면 아래와 같다.2 is a flowchart illustrating an example of a conventional plasma etching method for forming a lens-shaped pattern on a substrate. 2, an example of a conventional plasma etching method will be described below.
먼저, 플라즈마 에칭을 하고자 하는 기판이 반응챔버 내부로 인입되어 척에 올려지면, 반응챔버의 측벽에 형성된 가스공급구를 통해 공정가스를 반응챔버 내부로 주입하는 단계가 수행된다(S10). 이때, 기판은, 에칭하고자 하는 렌즈 형상 패턴에 적합한 소정의 패턴을 갖는 포토 마스크가 도포된 상태로 반응챔버 내부로 인입된다.First, when the substrate to be plasma-etched is introduced into the reaction chamber and placed on the chuck, a step of injecting process gas into the reaction chamber through a gas supply hole formed on the sidewall of the reaction chamber is performed (S10). At this time, the substrate is drawn into the reaction chamber with a photo mask having a predetermined pattern suitable for the lenticular pattern to be etched.
다음으로, 단일 크기의 소스 전력 및 바이어스 전력을 안테나 및 척에 각각 인가하여 기판에 렌즈 형상 패턴을 형성하는 단계인 플라즈마 에칭공정이 수행된다(S20).Next, a plasma etching process is performed to form a lens-shaped pattern on the substrate by applying a single source power and a bias power to the antenna and the chuck, respectively (S20).
다음으로, 전술한 바와 같은 소스 전력 및 바이어스 전력을 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하는 단계가 완료되면, 반응챔버 내의 공정가스를 반응챔버에 형성된 가스배출구를 통해 외부로 배출하는 단계가 수행된다(S30).Next, when the step of performing the plasma etching process by applying the source power and the bias power as described above is completed, the step of discharging the process gas in the reaction chamber to the outside through the gas outlet formed in the reaction chamber (S30) ).
이와 같이, 종래의 플라즈마 에칭방법은, 소스 전력 및 바이어스 전력을 인가하여 기판에 렌즈 형상 패턴을 형성하는 단계(S20)에서, 플라즈마 에칭공정의 진행정도와 무관하게 단일 크기의 소스 전력 및 바이어스 전력을 안테나 및 척에 각각 인가한다.As described above, in the conventional plasma etching method, the source power and the bias power are applied to form a lens-shaped pattern on the substrate (S20), regardless of the progress of the plasma etching process. Applied to the antenna and chuck respectively.
그러나, 전술한 종래의 플라즈마 에칭방법은, 플라즈마 에칭공정의 진행정도와 무관하게 단일 크기의 소스 전력 및 바이어스 전력을 인가하여 기판에 렌즈 형상 패턴을 형성하기 때문에, 반구 형태에 가까운 렌즈 형상 패턴을 형성하기 어렵다는 문제점이 있다.However, the above-described conventional plasma etching method forms a lens-like pattern close to the hemispherical shape because the lens-shaped pattern is formed on the substrate by applying a single source power and a bias power regardless of the progress of the plasma etching process. There is a problem that is difficult to do.
도 3은 도 2의 플라즈마 에칭방법에서 1200W의 소스 전력 및 550W의 바이어스 전력을 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하였을 때, 기판에 형성된 렌즈 형상 패턴을 확대 촬영한 도면이다. 도 4는 도 2의 플라즈마 에칭방법에서 1200W의 소스 전력 및 200W의 바이어스 전력을 안테나 및 척에 각각 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하였을 때, 기판에 형성된 렌즈 형상 패턴을 확대 촬영한 도면이다.3 is an enlarged image of a lens-shaped pattern formed on a substrate when a plasma etching process is performed by applying a source power of 1200 W and a bias power of 550 W in the plasma etching method of FIG. 2. 4 is an enlarged image of a lens-shaped pattern formed on a substrate when a plasma etching process is performed by applying a source power of 1200 W and a bias power of 200 W to the antenna and the chuck in the plasma etching method of FIG. 2.
도 3 및 도 4를 참조하면, 단일 크기의 소스 전력 및 바이어스 전력을 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하는 경우에, 바이어스 전력의 크기를 늘리든 줄이든 반구 형태에 가까운 렌즈 형상 패턴이 형성되지 않고 몽골 텐트 형태의 렌즈 형상 패턴이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 몽골 텐트 형태의 렌즈 형상 패턴이 형성된 기판은, 발광다이오드 또는 평면디스플레이 제작 시, 반구 형태의 렌즈 형상 패턴이 형성된 기판에 비해 상대적으로 휘도가 떨어지는 문제점이 있다.3 and 4, in the case of performing a plasma etching process by applying a single source power and a bias power, whether the size of the bias power is increased or decreased, a lens-shaped pattern close to the hemispherical shape is not formed, and Mongolia is not formed. It can be seen that a lens-shaped pattern in the form of a tent is formed. The substrate in which the Mongolian tent-shaped lens pattern is formed has a problem in that luminance is lowered compared to the substrate on which the hemispherical lens-shaped pattern is formed when manufacturing a light emitting diode or a flat panel display.
본 발명의 목적은, 발광소자 제작 또는 평면디스플레이 제작에 사용되는 기판에 반구 형태에 가까운 렌즈 형상 패턴을 형성하여 발광소자 또는 평면디스플레이의 휘도를 향상시킬 수 있는 플라즈마 에칭장치 및 이에 적용되는 플라즈마 에칭방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a plasma etching apparatus capable of improving the luminance of a light emitting device or a flat panel display by forming a lens-shaped pattern close to a hemispherical shape on a substrate used for manufacturing a light emitting device or a flat panel display, and a plasma etching method applied thereto. To provide.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버와, 상기 반응챔버의 상부에 마련되어 소스 전력이 인가되는 안테나와, 상기 반응챔버의 내부에 마련되어 바이어스 전력이 인가되는 척을 포함하는 플라즈마 에칭장치를 이용하여 기판에 렌즈 형상 패턴을 형성하는 플라즈마 에칭방법에 있어서, (a) 상기 척에 인가되는 바이어스 전력에 의해 발생하는 DC 바이어스 전압이 제1 설정전압값을 갖게 하는 제1 소스 전력 및 제1 바이어스 전력을 상기 안테나 및 상기 척에 각각 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하는 단계; (b) 상기 DC 바이어스 전압이 제2 설정전압값을 갖게 하는 제2 소스 전력 및 제2 바이어스 전력을 상기 안테나 및 상기 척에 각각 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하는 단계; 및 (c) 상기 DC 바이어스 전압이 제3 설정전압값을 갖게 하는 제3 소스 전력 및 제3 바이어스 전력을 상기 안테나 및 상기 척에 각각 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭방법에 의해 달성된다.According to the present invention, there is provided a reaction chamber for providing a space in which a plasma is generated, an antenna provided at an upper portion of the reaction chamber, to which source power is applied, and a chuck provided at an inside of the reaction chamber to apply bias power. A plasma etching method for forming a lens-shaped pattern on a substrate using a plasma etching apparatus, comprising: (a) a first to cause a DC bias voltage generated by a bias power applied to the chuck to have a first set voltage value; Applying a source power and a first bias power to the antenna and the chuck, respectively, to perform a plasma etching process; (b) applying a second source power and a second bias power to the antenna and the chuck to cause the DC bias voltage to have a second set voltage value, respectively, to perform a plasma etching process; And (c) applying a third source power and a third bias power to the antenna and the chuck to cause the DC bias voltage to have a third set voltage value, respectively, to perform a plasma etching process. It is achieved by a plasma etching method.
여기서, 상기 제1 내지 제3 소스 전력 및 상기 제1 내지 제3 바이어스 전력은, 플라즈마 에칭공정을 수행하기 전에, 상기 DC 바이어스 전압을 측정하면서 소스 전력 및 바이어스 전력을 변경하는 과정을 통해 미리 설정될 수 있다.The first to third source power and the first to third bias power may be preset through a process of changing the source power and the bias power while measuring the DC bias voltage before performing the plasma etching process. Can be.
상기 제2 설정전압값은, 상기 제1 설정전압값과 상기 제3 설정전압값 보다 낮게 설정될 수 있다.The second set voltage value may be set lower than the first set voltage value and the third set voltage value.
상기 제1 설정전압값은 550V 내지 600V 범위에서 선택된 값이고, 상기 제2 설정전압값은 350V 내지 380V 범위에서 선택된 값이며, 상기 제3 설정전압값은 550V 내지 600V 범위에서 선택된 값일 수 있다.The first set voltage value may be a value selected from a range of 550 V to 600 V, the second set voltage value may be a value selected from a range of 350 V to 380 V, and the third set voltage value may be a value selected from a range of 550 V to 600 V.
상기 (b) 단계는, 상기 (a) 단계와 상기 (c) 단계에 비해 상대적으로 긴 시간 동안 수행될 수 있다.The step (b) may be performed for a relatively long time compared with the step (a) and the step (c).
상기 기판은 발광다이오드(LED) 제작에 사용되는 사파이어 기판이며, 상기 렌즈 형상 패턴은, 상기 발광다이오드의 휘도를 향상시키기 위해 상기 사파이어 기판에 형성될 수 있다.The substrate is a sapphire substrate used for manufacturing a light emitting diode (LED), and the lens-shaped pattern may be formed on the sapphire substrate to improve the brightness of the light emitting diode.
상기 (a) 단계는 상기 렌즈 형상의 하부 폭을 결정하기 위한 단계이고, 상기 (b) 단계는 상기 렌즈 형상의 높이를 결정하기 위한 단계이며, 상기 (c) 단계는 상기 렌즈 형상의 경사면 기울기를 결정하기 위한 단계일 수 있다.Step (a) is a step for determining the lower width of the lens shape, step (b) is a step for determining the height of the lens shape, step (c) is a slope of the inclined surface of the lens shape May be a step for determining.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 기판에 렌즈 형상 패턴을 형성하는 플라즈마 에칭장치에 있어서, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버; 상기 반응챔버의 상부에 마련되는 안테나; 상기 안테나에 소스 전력을 공급하는 소스 전원;The above object is, according to the present invention, a plasma etching apparatus for forming a lens-shaped pattern on a substrate, comprising: a reaction chamber for providing a space in which plasma is generated; An antenna provided above the reaction chamber; A source power source for supplying source power to the antenna;
상기 반응챔버의 내부에 마련되는 척; 상기 척에 바이어스 전력을 공급하는 바이어스 전원; 상기 척에 인가되는 바이어스 전력에 의해 발생하는 DC 바이어스 전압을 측정하는 전압측정모듈; 및 상기 전압측정모듈에 의해 측정되는 DC 바이어스 전압이 미리 설정된 값들을 갖게 하는 소스 전력 및 바이어스 전력을 상기 안테나 및 상기 척에 각각 인가하도록 상기 소스 전원 및 상기 바이어스 전원을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치에 의해 달성된다.A chuck provided in the reaction chamber; A bias power supply for supplying bias power to the chuck; A voltage measuring module measuring a DC bias voltage generated by the bias power applied to the chuck; And a controller controlling the source power source and the bias power source to apply source power and bias power to the antenna and the chuck, respectively, to cause the DC bias voltage measured by the voltage measuring module to have predetermined values. It is achieved by a plasma etching apparatus.
여기서, 상기 컨트롤러는, 상기 전압측정기에 의해 측정되는 DC 바이어스 전압이 제1 설정전압값을 갖게 하는 제1 소스 전력 및 제1 바이어스 전력을 상기 안테나 및 상기 척에 각각 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하고, 그 다음 상기 DC 바이어스 전압이 제2 설정전압값을 갖게 하는 제2 소스 전력 및 제2 바이어스 전력을 상기 안테나 및 상기 척에 각각 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하고, 그 다음 상기 DC 바이어스 전압이 제3 설정전압값을 갖게 하는 제3 소스 전력 및 제3 바이어스 전력을 상기 안테나 및 상기 척에 각각 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하도록, 상기 소스 전원 및 상기 바이어스 전원을 제어할 수 있다.Here, the controller performs a plasma etching process by applying a first source power and a first bias power to the antenna and the chuck, respectively, to allow the DC bias voltage measured by the voltage meter to have a first set voltage value. Next, a plasma etching process is performed by applying a second source power and a second bias power to the antenna and the chuck, respectively, to cause the DC bias voltage to have a second set voltage value. The source power source and the bias power source may be controlled to apply a third source power and a third bias power having a third set voltage value to the antenna and the chuck, respectively, to perform a plasma etching process.
상기 제1 내지 제3 소스 전력 및 상기 제1 내지 제3 바이어스 전력은, 플라즈마 에칭공정을 수행하기 전에, 상기 DC 바이어스 전압을 측정하면서 소스 전력 및 바이어스 전력을 변경하는 과정을 통해 미리 설정될 수 있다.The first to third source power and the first to third bias power may be preset through a process of changing the source power and the bias power while measuring the DC bias voltage before performing the plasma etching process. .
상기 제1 설정전압값은 550V 내지 600V 범위에서 선택된 값이고, 상기 제2 설정전압값은 350V 내지 380V 범위에서 선택된 값이며, 상기 제3 설정전압값은 550V 내지 600V 범위에서 선택된 값일 수 있다.The first set voltage value may be a value selected from a range of 550 V to 600 V, the second set voltage value may be a value selected from a range of 350 V to 380 V, and the third set voltage value may be a value selected from a range of 550 V to 600 V.
상기 기판은 발광다이오드(LED) 제작에 사용되는 사파이어 기판이며, 상기 렌즈 형상 패턴은, 상기 발광다이오드의 휘도를 향상시키기 위해 상기 사파이어 기판에 형성될 수 있다.The substrate is a sapphire substrate used for manufacturing a light emitting diode (LED), and the lens-shaped pattern may be formed on the sapphire substrate to improve the brightness of the light emitting diode.
본 발명은, 소스 전력 및 바이어스 전력을 인가하여 기판에 렌즈 형상 패턴을 형성하는 플라즈마 에칭공정을, 소스 전력의 크기 및 바이어스 전력의 크기를 달리하는 복수 개의 단계로 구분하여 수행함으로써, 발광소자 제작 또는 평면디스플레이 제작에 사용되는 기판에 반구 형태에 가까운 렌즈 형상 패턴을 형성하여 발광소자 또는 평면디스플레이의 휘도를 향상시킬 수 있다.According to the present invention, a plasma etching process for forming a lens-shaped pattern on a substrate by applying a source power and a bias power is performed by dividing the source power and the bias power into a plurality of steps of varying the magnitude of the source power and the bias power. It is possible to improve the luminance of the light emitting device or the flat panel display by forming a lens-like pattern close to the hemispherical shape on the substrate used for manufacturing the flat panel display.
도 1은 발광소자의 한 종류인 발광다이오드(LED)의 일반적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing a general configuration of a light emitting diode (LED), which is a type of light emitting device.
도 2는 기판에 렌즈 형상 패턴을 형성하기 위한 종래의 플라즈마 에칭방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating an example of a conventional plasma etching method for forming a lens-shaped pattern on a substrate.
도 3은 도 2의 플라즈마 에칭방법에서 기판에 형성된 렌즈 형상 패턴의 일 예를 확대 촬영한 도면이다.3 is an enlarged view illustrating an example of a lens-shaped pattern formed on a substrate in the plasma etching method of FIG. 2.
도 4는 도 2의 플라즈마 에칭방법에서 기판에 형성된 렌즈 형상 패턴의 다른 예를 확대 촬영한 도면이다.4 is an enlarged image illustrating another example of a lens pattern formed on a substrate in the plasma etching method of FIG. 2.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 에칭장치의 개략적인 구성도이다.5 is a schematic configuration diagram of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6은 도 5의 플라즈마 에칭장치의 제어를 설명하기 위한 블럭도이다.FIG. 6 is a block diagram illustrating the control of the plasma etching apparatus of FIG. 5.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 에칭방법을 설명하기 위한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a plasma etching method according to an embodiment of the present invention.
도 8은 도 7의 플라즈마 에칭방법을 적용하여 기판에 형성된 렌즈 형상 패턴의 일 예를 확대 촬영한 도면이다.FIG. 8 is an enlarged view of an example of a lens-shaped pattern formed on a substrate by applying the plasma etching method of FIG. 7.
도 9는 도 7의 플라즈마 에칭방법을 적용하여 기판에 형성된 렌즈 형상 패턴의 다른 예를 확대 촬영한 도면이다.9 is an enlarged view of another example of a lens-shaped pattern formed on a substrate by applying the plasma etching method of FIG. 7.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 플라즈마 에칭장치 100: plasma etching apparatus
110 : 반응챔버 120 : 척 110: reaction chamber 120: chuck
130 : 기판트레이 140 : 절연판130: substrate tray 140: insulating plate
150 : 안테나 160 : 접지케이스150: antenna 160: grounding case
170 : 소스 전원 180 : 바이어스 전원170: source power 180: bias power
185 : 전압측정모듈 190 : 컨트롤러185: voltage measurement module 190: controller
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present invention, descriptions of functions or configurations already known will be omitted to clarify the gist of the present invention.
먼저, 이하에서 설명할 「기판」이란, 반도체 제작에 사용되는 기판인 웨이퍼와, 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD) 제작에 사용되는 기판인 유리기판 등을 가리키나, 설명의 편의를 위해 이들을 구분하지 않고 기판이라 하기로 한다. 참고로, 반도체 제작에 사용되는 기판에는 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode) 등의 발광소자용 기판, 메모리반도체용 기판 등 있으며, 평면디스플레이 제작에 사용되는 유리기판에는 LCD(Liquid Crystal Display)용 기판, PDP(Plasma Display Panel)용 기판 등이 있다.First, "substrate" to be described below refers to a wafer, which is a substrate used for semiconductor manufacturing, and a glass substrate, which is a substrate used for flat panel display (FPD) fabrication, and the like. It will be referred to as a substrate instead. For reference, substrates used in semiconductor manufacturing include light emitting diode substrates such as light emitting diodes (LEDs) and memory semiconductor substrates. Glass substrates used in flat panel displays include liquid crystal display (LCD) substrates. And substrates for plasma display panels (PDPs).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 에칭장치의 개략적인 구성도이며, 도 6은 도 5의 플라즈마 에칭장치의 제어를 설명하기 위한 블럭도이다.5 is a schematic configuration diagram of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a block diagram for explaining the control of the plasma etching apparatus of FIG.
본 실시예에 따른 플라즈마 에칭장치(100)는, 발광다이오드(LED) 제작에 사용되는 사파이어 기판에 에칭공정을 수행하는 장치로서, 발광다이오드의 휘도를 향상시키기 위해 사파이어 기판에 반구(Semi Sphere) 형태의 렌즈 형상 패턴을 형성하는 플라즈마 에칭공정을 수행한다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 전술한 바와 같은 다양한 기판에 에칭공정을 수행하는 플라즈마 에칭장치에 적용할 수 있음은 물론이다.The plasma etching apparatus 100 according to the present embodiment is an apparatus for performing an etching process on a sapphire substrate used for manufacturing a light emitting diode (LED), and has a semi sphere shape on the sapphire substrate to improve the brightness of the light emitting diode. A plasma etching process of forming a lens-shaped pattern of is performed. However, the present invention is not limited thereto, and of course, the present invention may be applied to a plasma etching apparatus that performs an etching process on various substrates as described above.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 에칭장치(100)는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버(110)와, 반응챔버(110)의 내부 아래쪽에 마련되어 기판트레이(130)를 지지하는 척(120, Chuck)과, 반응챔버(110)의 상부에 마련되어 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 안테나(150)와, 반응챔버(110)와 안테나(150) 사이에 배치되는 절연판(140)과, 안테나(150)의 상측에 마련되는 접지케이스(160)와, 안테나(150)에 소스 전력(Source Power)을 공급하는 소스 전원(170)과, 척(120)에 바이어스 전력(Bias Power)을 공급하는 바이어스 전원(180)과, 척(120)에 인가되는 바이어스 전력에 의해 발생하는 DC 바이어스 전압을 측정하는 전압측정모듈(185)와, 소스 전원(170) 및 바이어스 전원(180)을 제어하는 컨트롤러(190)를 구비한다.5 and 6, the plasma etching apparatus 100 according to the present embodiment includes a reaction chamber 110 that provides a space in which plasma is generated, and a substrate tray (not shown) inside the reaction chamber 110. A chuck 120 supporting the 130 and an antenna 150 disposed above the reaction chamber 110 to induce an electric field for generating plasma, and disposed between the reaction chamber 110 and the antenna 150. The insulating plate 140, the grounding case 160 provided above the antenna 150, the source power 170 supplying source power to the antenna 150, and the bias power to the chuck 120. A bias power supply 180 for supplying a bias power, a voltage measurement module 185 for measuring a DC bias voltage generated by the bias power applied to the chuck 120, a source power supply 170, and a bias power supply ( A controller 190 for controlling 180.
반응챔버(110)는 전체적으로 원통 형상을 가지며 해당 기판(30)을 플라즈마 에칭하기 위한 플라즈마가 생성·반응되는 공간을 제공한다. 반응챔버(110)의 측벽에는 공정가스를 반응챔버(110) 내부로 주입하기 위한 가스공급구(114)와, 로드락챔버(10) 내의 이송로봇(12)에 의해 기판트레이(130)가 반응챔버(110) 내부로 인입되기 위한 슬롯(112)이 형성되며, 반응챔버(110)에 형성된 슬롯(112)과 로드락 챔버(10) 사이에는 슬롯(112)을 개폐하기 위한 슬롯밸브(20)가 마련된다. 또한, 반응챔버(110) 내에는 기판트레이(130)를 척(120)에 대해 고정하는 클램프(116, Clamp)가 마련된다.The reaction chamber 110 has a cylindrical shape as a whole and provides a space in which a plasma for plasma etching the substrate 30 is generated and reacted. The substrate tray 130 is reacted by a gas supply port 114 for injecting process gas into the reaction chamber 110 and a transfer robot 12 in the load lock chamber 10 on the side wall of the reaction chamber 110. A slot 112 for introducing into the chamber 110 is formed, and a slot valve 20 for opening and closing the slot 112 between the slot 112 formed in the reaction chamber 110 and the load lock chamber 10. Is prepared. In addition, a clamp 116 is provided in the reaction chamber 110 to fix the substrate tray 130 to the chuck 120.
기판트레이(130)는, 다수의 기판(30)에 대하여 동시에 플라즈마 에칭공정을 수행하기 위하여 사용되는 것으로서, 다수의 기판(30)이 장입되는 하판(132)과, 하판(132)의 상부에 배치되어 하판(132)에 장입된 기판(30)을 고정하기 위한 상판(134)과, 상판(134)을 하판(132)에 대해 고정하는 고정부재(136)를 구비한다. 다만, 본 실시예와 달리, 본 발명은 기판트레이(130)를 사용하지 않고, 기판(30) 자체만을 척(120)에 올려놓고 플라즈마 에칭공정을 수행할 수도 있다.The substrate tray 130 is used to simultaneously perform a plasma etching process on a plurality of substrates 30. The substrate tray 130 is disposed on the lower plate 132 and the lower plate 132 on which the plurality of substrates 30 are loaded. And an upper plate 134 for fixing the substrate 30 inserted into the lower plate 132, and a fixing member 136 for fixing the upper plate 134 to the lower plate 132. However, unlike the present embodiment, the present invention may perform a plasma etching process by placing only the substrate 30 itself on the chuck 120 without using the substrate tray 130.
척(120)은, 반응챔버(110)의 내부 아래쪽에 마련되어 기판트레이(130)를 지지한다. 아울러, 척(120)은 반응챔버(110) 내에 생성된 플라즈마를 기판(30) 쪽으로 끌어당겨 기판(30)의 표면에 충돌할 수 있도록 바이어스 전원(180)에 전기적으로 연결되어 바이어스 전력이 인가되는 하부 전극의 역할을 담당한다.The chuck 120 is provided below the inside of the reaction chamber 110 to support the substrate tray 130. In addition, the chuck 120 is electrically connected to the bias power source 180 to draw the plasma generated in the reaction chamber 110 toward the substrate 30 so as to collide with the surface of the substrate 30 so that the bias power is applied. It serves as a lower electrode.
안테나(150)는, 전체적으로 코일 형태의 구조이며, 도 5에 도시된 바와 같이 소스 전원(170) 및 접지케이스(160)에 전기적으로 연결된다. 이러한 안테나(150)는 소스 전원(170)으로부터 소스 전력을 인가받아 반응챔버(110) 내부에 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 역할을 담당한다.The antenna 150 is a coil-shaped structure as a whole, and is electrically connected to the source power source 170 and the ground case 160 as shown in FIG. 5. The antenna 150 receives source power from the source power source 170 to induce an electric field for generating plasma in the reaction chamber 110.
이러한 안테나(150)에 의해 플라즈마가 생성되는 과정을 간단히 설명하면 다음과 같다. 안테나에 소스 전력이 인가되면 안테나(150)에 전류가 흐르고 이 전류는 안테나(150) 주변에 시간적으로 변화하는 자기장을 형성하며, 이러한 자기장은 반응챔버(110) 내부에 유도전기장을 형성하고 유도전기장은 전자들을 가열하여 안테나와 유도성으로 결합된 플라즈마를 발생시킨다. 이와 같이 플라즈마 에칭장치(100)는 생성된 플라즈마 내의 전자들이 주변의 중성기체입자들과 충돌하여 생성된 이온 및 라디칼 등을 이용하여 플라즈마 에칭공정을 수행하게 된다.When the plasma is generated by the antenna 150 will be described briefly as follows. When source power is applied to the antenna, a current flows in the antenna 150, and this current forms a magnetic field that changes in time around the antenna 150, and this magnetic field forms an induction electric field inside the reaction chamber 110 and induces an electric field. The electrons heat the electrons to generate a plasma inductively coupled with the antenna. As such, the plasma etching apparatus 100 performs a plasma etching process using ions and radicals generated by electrons in the generated plasma collide with surrounding neutral gas particles.
본 실시예에서, 안테나(150)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 동일 평면상에 배치되는 2개의 원형 단선 코일로 구성되는 것으로서, 외측안테나(151)와, 외측안테나(151)의 내측에 소정의 간격을 두고 배치되는 내측안테나(152)를 구비한다. 이때, 외측안테나(151)와 내측안테나(152)는 하나의 소스 전원(170)에 병렬 연결되며, 외측안테나(151)와 내측안테나(152) 각각은 일단이 소스 전원(170)에 전기적으로 연결되며, 타단이 접지케이스에 전기적으로 연결되어 접지된다. 다만, 본 발명에 적용되는 안테나는 도 5에 도시된 것에 한정되지 아니하며, 다양한 형태의 안테나 시스템이 적용될 수 있다. In this embodiment, the antenna 150, as shown in Figure 5, consisting of two circular single-circuit coils arranged on the same plane, the outer antenna 151 and the inner antenna 151 inside An inner antenna 152 is disposed at predetermined intervals. In this case, the outer antenna 151 and the inner antenna 152 are connected in parallel to one source power source 170, and each of the outer antenna 151 and the inner antenna 152 is electrically connected to the source power source 170. The other end is electrically connected to the grounding case and grounded. However, the antenna applied to the present invention is not limited to that shown in FIG. 5, and various types of antenna systems may be applied.
절연판(140)은, 반응챔버(110)와 안테나(150) 사이에 배치되어 축전전기장은 감소시키고 유도전기장을 플라즈마에 더 효과적으로 전달하도록 하는 역할을 담당한다. 즉, 절연판(140)은 안테나(150)와 플라즈마 사이의 용량성(축전성) 결합을 감소시켜 고주파전원(180)에 의한 에너지를 유도성 결합으로 플라즈마에 더 효과적으로 전달하도록 한다. 여기서, 절연판(140)은 세라믹 등의 재질의 원판 형상으로 이루어지며 '패러데이 쉴드' 또는 '세라믹 윈도우'라고도 하며, 도 5에 도시된 바와 같이 접지케이스(160)의 하부플랜지(162)에 의해 지지되며 고정지그(145)에 의해 고정된다.The insulating plate 140 is disposed between the reaction chamber 110 and the antenna 150 to reduce the capacitive electric field and to transmit the induced electric field to the plasma more effectively. That is, the insulating plate 140 reduces the capacitive (capacitive) coupling between the antenna 150 and the plasma to more effectively transfer energy by the high frequency power source 180 to the plasma by inductive coupling. Here, the insulating plate 140 is made of a disc shape made of a material such as ceramic and is also referred to as a 'Faraday shield' or 'ceramic window', and is supported by the lower flange 162 of the ground case 160 as shown in FIG. And is fixed by the fixing jig 145.
접지케이스(160)는, 전체적으로 원통 형상의 접지된 금속케이스이며, 안테나(150)의 상측에 마련되어 안테나(150)가 외부로 노출되지 않도록 하는 동시에, 안테나(150)의 접지단들이 전기적으로 연결되는 접지된 영역을 제공한다.Grounding case 160 is a cylindrical metal grounded as a whole, is provided on the upper side of the antenna 150 to prevent the antenna 150 is exposed to the outside, while the ground ends of the antenna 150 are electrically connected Provide a grounded area.
한편, 플라즈마 에칭장치(100)는, 도 5에 도시되지 않았지만, 반응챔버(110) 내부를 진공으로 유지하고 반응 중 발생하는 가스를 배출하기 위한 진공펌프(미도시) 및 반응챔버(110)에 형성된 가스배출구(미도시)를 더 구비한다.On the other hand, the plasma etching apparatus 100, although not shown in Figure 5, the vacuum chamber (not shown) and the reaction chamber 110 for maintaining the inside of the reaction chamber 110 in a vacuum and discharge the gas generated during the reaction A gas discharge port (not shown) is further provided.
소스 전원(170)은, 반응챔버(110) 내부에 플라즈마를 생성시키기 위해, 안테나(150)에 고주파전력(RF전력) 형태의 소스 전력을 공급한다. 이러한 소스 전원(170)은 일정 범위 내에서 다양한 크기의 소스 전력을 안테나(150)에 인가할 수 있으며, 소스 전력의 크기는 컨트롤러(190)에 의해 제어된다. 한편, 소스 전원(170)은 그 내부임피던스를 소스 전력이 공급되는 경로의 임피던스와 매칭(Matching)시키기 위한 임피던스정합기(171)를 통해 안테나(150)에 전기적으로 연결된다.The source power source 170 supplies source power in the form of high frequency power (RF power) to the antenna 150 to generate a plasma in the reaction chamber 110. The source power source 170 may apply source power of various sizes to the antenna 150 within a predetermined range, and the magnitude of the source power is controlled by the controller 190. On the other hand, the source power source 170 is electrically connected to the antenna 150 through an impedance matcher 171 for matching the internal impedance with the impedance of the path to which the source power is supplied.
바이어스 전원(180)은, 반응챔버(110) 내에 생성된 플라즈마를 기판(30) 쪽으로 끌어당겨 기판(30)의 표면에 충돌할 수 있도록, 척(120)에 고주파전력(RF전력) 형태의 바이어스 전력을 공급한다. 이러한 바이어스 전원(180)은 일정 범위 내에서 다양한 크기의 바이어스 전력을 척(120)에 인가할 수 있으며, 바이어스 전력의 크기는 컨트롤러(190)에 의해 제어된다. 한편, 바이어스 전원(180)은 그 내부임피던스를 바이어스 전력이 공급되는 경로의 임피던스와 매칭(Matching)시키기 위한 임피던스정합기(181)를 통해 안테나(150)에 전기적으로 연결된다.The bias power source 180 biases the plasma generated in the reaction chamber 110 toward the substrate 30 and collides with the surface of the substrate 30 so as to bias the chuck 120 in the form of a high frequency power (RF power). Supply power. The bias power source 180 may apply various sizes of bias power to the chuck 120 within a predetermined range, and the magnitude of the bias power is controlled by the controller 190. Meanwhile, the bias power source 180 is electrically connected to the antenna 150 through an impedance matcher 181 for matching the internal impedance with the impedance of the path to which the bias power is supplied.
전압측정모듈(185)은, 통상의 전기장치에서 전압을 측정하는 다양한 형태의 모듈로 구현될 수 있으며, 척(120)에 인가되는 바이어스 전력에 의해 발생하는 DC 바이어스 전압을 측정한다. 본 실시예에서, 전압측정모듈(185)은 물리적으로 임피던스정합기(181) 내부에 마련되지만, 임피던스정합기(181)와 별도로 마련될 수도 있다. 이러한 전압측정모듈(185)은 측정한 DC 바이어스 전압의 값을 컨트롤러(190)에 제공한다.The voltage measuring module 185 may be implemented by various types of modules for measuring voltage in a general electric device, and measures the DC bias voltage generated by the bias power applied to the chuck 120. In the present embodiment, the voltage measuring module 185 is physically provided inside the impedance matcher 181, but may be provided separately from the impedance matcher 181. The voltage measuring module 185 provides the controller 190 with a value of the measured DC bias voltage.
전압측정모듈(185)에 의해 측정되는 DC 바이어스 전압의 값은, 소스 전원(170)에 의해 안테나(150)에 인가되는 소스 전력의 크기와, 바이어스 전원(180)에 의해 척(120)에 인가되는 바이어스 전력의 크기에 따라 달라진다. 그리고, DC 바이어스 전압의 크기는 플라즈마 에칭공정에 의해 기판(30)에 형성되는 패턴의 형상에 영향을 준다. 즉, 동일한 포토 마스크(Photo Mask)의 형상에서도 플라즈마 에칭공정을 거친 후 최종적으로 기판(30)에 형성된 패턴의 형상은 DC 바이어스 전압의 크기에 따라 다르게 나오게 된다.The value of the DC bias voltage measured by the voltage measuring module 185 is the magnitude of the source power applied to the antenna 150 by the source power supply 170 and the chuck 120 by the bias power supply 180. Depends on the amount of bias power being In addition, the magnitude of the DC bias voltage affects the shape of the pattern formed on the substrate 30 by the plasma etching process. That is, the shape of the pattern formed on the substrate 30 after the plasma etching process even in the shape of the same photo mask is different depending on the magnitude of the DC bias voltage.
한편, 본 실시예와 같이, 발광다이오드 제작에 사용되는 기판(30)에 렌즈 형상 패턴을 형성하는 경우에, 렌즈 형상이 반구(Semi Sphere) 형태에 가까울수록 발광다이오드의 휘도는 향상된다. 따라서 발광다이오드의 휘도를 향상시키기 위해서는 기판(30)에 반구 형태에 가까운 렌즈 형상 패턴을 형성하는 것이 요구된다.On the other hand, in the case of forming a lenticular pattern on the substrate 30 used for fabricating the light emitting diode as in the present embodiment, the closer the lens shape is to the semi sphere shape, the brightness of the light emitting diode is improved. Therefore, in order to improve the brightness of the light emitting diode, it is required to form a lens-shaped pattern close to the hemispherical shape on the substrate 30.
일반적으로, 렌즈 형상의 하부 폭은 전체 플라즈마 에칭공정 중 초기단계에서 주로 결정되고, 렌즈 형상의 높이는 전체 플라즈마 에칭공정 중 중간단계에서 주로 결정되며, 렌즈 형상의 경사면 기울기는 전체 플라즈마 에칭공정 중 마무리단계에서 주로 결정되는 경향이 있다. 그리고, DC 바이어스 전압의 크기와 렌즈 형상의 상관관계를 살펴보면, DC 바이어스 전압의 크기가 작을수록, 렌즈 형상의 높이와 경사면 기울기는 높아지며 렌즈 형상의 하부 폭은 작아지는 경향이 있다. 한편, 기판(30)에 반구 형태에 가까운 렌즈 형상 패턴을 형성하기 위해서는, 렌즈 형상의 하부 폭은 크게, 렌즈 형상의 높이는 높게, 렌즈 형상의 경사면 기울기는 낮게 설정되는 것이 바람직하다.In general, the lower width of the lens shape is mainly determined at the initial stage of the entire plasma etching process, the height of the lens shape is mainly determined at the middle stage of the overall plasma etching process, and the slope of the inclined plane of the lens shape is the finishing step of the entire plasma etching process. Tends to be largely determined by. In addition, looking at the correlation between the magnitude of the DC bias voltage and the lens shape, as the magnitude of the DC bias voltage is smaller, the height of the lens shape and the slope of the inclined plane become higher and the lower width of the lens shape tends to be smaller. On the other hand, in order to form a lens pattern close to the hemispherical shape on the substrate 30, it is preferable that the lower width of the lens shape is set high, the height of the lens shape is set high, and the inclination of the inclined plane of the lens shape is set low.
본 발명에 따른 플라즈마 에칭방법은, 안테나(150) 및 척(120)에 소스 전력 및 바이어스 전력을 각각 인가하여 기판(30)에 소정의 패턴을 형성하는 플라즈마 에칭공정을 포함한다. 그리고, 자세히 후술하겠지만, 이러한 플라즈마 에칭공정은 적어도 3개의 단계로 구분되는데, 이때 플라즈마 에칭공정의 각 단계에서 요구되는 DC 바이어스 전압의 값은 상호 다른 값으로 설정된다.The plasma etching method according to the present invention includes a plasma etching process of forming a predetermined pattern on the substrate 30 by applying source power and bias power to the antenna 150 and the chuck 120, respectively. And, as will be described later in detail, such a plasma etching process is divided into at least three stages, wherein the values of the DC bias voltage required in each stage of the plasma etching process are set to different values.
도 5를 참조하면, 컨트롤러(190)는, 전압측정모듈(185)에 의해 측정되는 DC 바이어스 전압이 미리 설정된 값들을 갖도록 소스 전원(170) 및 바이어스 전원(180)을 제어한다. 즉, 컨트롤러(190)는 소스 전원(170) 및 바이어스 전원(180)을 제어하여 플라즈마 에칭공정에서 각 단계별로 소스 전력의 크기 및 바이어스 전력의 크기를 변경함으로써, 각 단계별로 미리 설정된 DC 바이어스 전압의 값들을 제공한다.Referring to FIG. 5, the controller 190 controls the source power source 170 and the bias power source 180 such that the DC bias voltage measured by the voltage measuring module 185 has preset values. That is, the controller 190 controls the source power source 170 and the bias power source 180 to change the magnitude of the source power and the bias power in each step in the plasma etching process, thereby adjusting the DC bias voltage preset in each step. Provide values.
이러한 컨트롤러(190)는 통상의 퍼스널 컴퓨터 등에서 소프트웨어(software) 또는 펌 웨어(firmware)로 구현될 수 있으며, 공정작업자는 컨트롤러(190)가 설치된 퍼스널 컴퓨터 등에 연결된 디스플레이모듈(예를 들면, 모니터)을 통해 전압측정모듈(185)에 의해 측정되는 DC 바이어스 전압의 값, 소스 전원(170)으로부터 공급되는 소스 전력의 크기, 바이어스 전원(180)으로부터 공급되는 바이어스 전력의 크기 등을 확인할 수 있게 된다.The controller 190 may be implemented in software or firmware in a general personal computer. The process worker may operate a display module (for example, a monitor) connected to a personal computer in which the controller 190 is installed. Through this, the value of the DC bias voltage measured by the voltage measuring module 185, the magnitude of the source power supplied from the source power source 170, and the magnitude of the bias power supplied from the bias power source 180 can be checked.
컨트롤러(190)에 의한 소스 전원(170) 및 바이어스 전압(180)의 제어방법에 대한 구체적인 설명은, 후술할 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 에칭방법에 대한 설명과 병행하여 상세히 설명하기로 한다.A detailed description of the method of controlling the source power source 170 and the bias voltage 180 by the controller 190 will be described in detail in parallel with the description of the plasma etching method according to an embodiment of the present invention to be described later. .
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 에칭방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 에칭방법을 상세히 설명하기로 한다.7 is a flowchart illustrating a plasma etching method according to an embodiment of the present invention. 7, the plasma etching method according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
먼저, 로드락챔버(10) 내의 이송로봇(12)에 의해 다수의 기판(30)이 장입된 기판트레이(130)가 반응챔버(110) 내부로 인입되어 척(120)에 올려지면, 반응챔버(110)의 측벽에 형성된 가스공급구(114)를 통해 공정가스를 반응챔버(110) 내부로 주입하는 단계가 수행된다(S110). 이때, 플라즈마 에칭 대상이 되는 기판(30)은, 에칭하고자 하는 렌즈 형상 패턴에 적합한 소정의 패턴을 갖는 포토 마스크가 도포된 상태로 반응챔버(110) 내부로 인입된다.First, when the substrate tray 130 into which the plurality of substrates 30 are loaded by the transfer robot 12 in the load lock chamber 10 is introduced into the reaction chamber 110 and placed on the chuck 120, the reaction chamber Injecting the process gas into the reaction chamber 110 through the gas supply port 114 formed on the sidewall of the 110 (S110). At this time, the substrate 30 to be subjected to plasma etching is introduced into the reaction chamber 110 in a state where a photo mask having a predetermined pattern suitable for the lens-shaped pattern to be etched is applied.
다음으로, 소스 전력 및 바이어스 전력을 안테나(150) 및 척(120)에 각각 인가하여 기판(30)에 반구 형태의 렌즈 형상 패턴을 형성하는 단계인 플라즈마 에칭공정이 수행된다(S120). 이러한 플라즈마 에칭공정을 수행하는 단계(S120)는, 소스 전력의 크기 및 바이어스 전력의 크기가 변경되는 것을 기준으로 3개의 단계(S121,S122,S123)로 구분되는데, 이하 상세히 설명한다.Next, a plasma etching process is performed in which a source power and a bias power are applied to the antenna 150 and the chuck 120 to form a hemispherical lens-shaped pattern on the substrate 30 (S120). Performing the plasma etching process (S120) is divided into three steps (S121, S122, S123) on the basis of the size of the source power and the size of the bias power is changed, it will be described in detail below.
첫 번째로, 척(120)에 인가되는 바이어스 전력에 의해 발생하는 DC 바이어스 전압이 제1 설정전압값을 갖게 하는 제1 소스 전력 및 제1 바이어스 전력을 안테나(150) 및 척(120)에 각각 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하는 단계가 진행된다(S121).First, the first source power and the first bias power for causing the DC bias voltage generated by the bias power applied to the chuck 120 to have a first set voltage value are respectively applied to the antenna 150 and the chuck 120. In operation S121, a plasma etching process is performed by applying.
이러한 S121 단계는, 전체 플라즈마 에칭공정 중 초기단계에 해당하므로, 렌즈 형상의 하부 폭을 결정함에 있어서 가장 큰 영향을 미치는 단계이다. 이에 따라, 제1 설정전압값은 후술할 S122 단계에 비해 상대적으로 높은 550V 내지 600V 범위를 갖는다.Since the S121 step corresponds to an initial step of the entire plasma etching process, the step S121 has the greatest influence in determining the lower width of the lens shape. Accordingly, the first set voltage value has a relatively high range of 550V to 600V compared to the step S122 to be described later.
여기서, 제1 소스 전력 및 제1 바이어스 전력은, 플라즈마 에칭공정을 수행하기 전에, 플라즈마 에칭장치(100)에 대하여 전압측정모듈(185)을 통해 DC 바이어스 전압을 측정하면서 소스 전력 및 바이어스 전력의 크기를 변경하는 과정을 통해 DC 바이어스 전압이 550V 내지 600V 범위의 제1 설정전압값을 만족하는지 여부를 확인하여 실험적으로 미리 설정된다.Here, the first source power and the first bias power are the magnitudes of the source power and the bias power while measuring the DC bias voltage through the voltage measuring module 185 with respect to the plasma etching apparatus 100 before performing the plasma etching process. Through the process of changing to determine whether the DC bias voltage satisfies the first set voltage value in the range of 550V to 600V is experimentally preset.
두 번째로, 전압측정모듈(185)에 의해 측정되는 DC 바이어스 전압이 제2 설정전압값을 갖게 하는 제2 소스 전력 및 제2 바이어스 전력을 안테나(150) 및 척(120)에 각각 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하는 단계가 진행된다(S122).Secondly, the second source power and the second bias power, which cause the DC bias voltage measured by the voltage measuring module 185 to have the second set voltage value, are applied to the antenna 150 and the chuck 120, respectively, to provide plasma. The etching process is performed (S122).
이러한 S122 단계는, 전체 플라즈마 에칭공정 중 중간단계에 해당하므로, 렌즈 형상의 높이를 결정함에 있어서 가장 큰 영향을 미치는 단계이다. 이에 따라, 제1 설정전압값은 전술한 S121 단계에 비해 상대적으로 낮은 350V 내지 380V 범위를 갖는다. 그리고, S122 단계는 DC 바이어스 전압의 값(제2 설정전압값)이 상대적으로 낮게 설정되기 때문에, 전술한 S121 단계와 후술할 S123 단계에 비해 상대적으로 긴 시간 동안 수행되어야 하는데, 소스 전력 및 바이어스 전력을 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하는 단계(S120)에서 70% 내지 80% 범위의 시간을 차지하도록 설정되는 것이 바람직하다.Since step S122 corresponds to an intermediate step of the entire plasma etching process, the step S122 has the greatest influence in determining the height of the lens shape. Accordingly, the first set voltage value has a relatively low range of 350V to 380V compared to the above-described step S121. In addition, since the value of the DC bias voltage (second set voltage value) is set to be relatively low, step S122 should be performed for a relatively long time compared to the above-described step S121 and step S123, which will be described later. In the step of performing a plasma etching process by applying a (S120) is preferably set to occupy a time range of 70% to 80%.
여기서, 제2 소스 전력 및 제2 바이어스 전력은, 플라즈마 에칭공정을 수행하기 전에, 플라즈마 에칭장치(100)에 대하여 전압측정모듈(185)을 통해 DC 바이어스 전압을 측정하면서 소스 전력 및 바이어스 전력의 크기를 변경하는 과정을 통해 DC 바이어스 전압이 350V 내지 380V 범위의 제2 설정전압값을 만족하는지 여부를 확인하여 실험적으로 미리 설정된다.Here, the second source power and the second bias power are the magnitudes of the source power and the bias power while measuring the DC bias voltage through the voltage measuring module 185 with respect to the plasma etching apparatus 100 before performing the plasma etching process. Through the process of changing to determine whether the DC bias voltage satisfies the second set voltage value in the range of 350V to 380V is experimentally preset.
세 번째로, 전압측정모듈(185)에 의해 측정되는 DC 바이어스 전압이 제3 설정전압값을 갖게 하는 제3 소스 전력 및 제3 바이어스 전력을 안테나(150) 및 척(120)에 각각 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하는 단계가 진행된다(S123).Third, the third source power and the third bias power, which cause the DC bias voltage measured by the voltage measuring module 185 to have a third set voltage value, are applied to the antenna 150 and the chuck 120, respectively. The etching process is performed (S123).
이러한 S123 단계는, 전체 플라즈마 에칭공정 중 마무리단계에 해당하므로, 렌즈 형상의 경사면 기울기를 결정함에 있어서 가장 큰 영향을 미치는 단계이다. 이에 따라, 제3 설정전압값은 전술한 S122 단계에 비해 상대적으로 높은 550V 내지 600V 범위를 갖는다.Since the step S123 corresponds to the finishing step of the entire plasma etching process, the step S123 has the greatest influence in determining the slope of the inclined plane of the lens shape. Accordingly, the third set voltage value has a range of 550V to 600V relatively higher than the above-described step S122.
여기서, 제3 소스 전력 및 제3 바이어스 전력은, 플라즈마 에칭공정을 수행하기 전에, 플라즈마 에칭장치(100)에 대하여 전압측정모듈(185)을 통해 DC 바이어스 전압을 측정하면서 소스 전력 및 바이어스 전력의 크기를 변경하는 과정을 통해 DC 바이어스 전압이 550V 내지 600V 범위의 제3 설정전압값을 만족하는지 여부를 확인하여 실험적으로 미리 설정된다.Here, the third source power and the third bias power are the magnitudes of the source power and the bias power while measuring the DC bias voltage through the voltage measuring module 185 with respect to the plasma etching apparatus 100 before performing the plasma etching process. Through the process of changing to determine whether the DC bias voltage satisfies the third set voltage value in the range of 550V to 600V is experimentally preset.
다음으로, 전술한 바와 같은 소스 전력 및 바이어스 전력을 인가하여 플라즈마 에칭공정을 수행하는 단계가 완료되면, 진공펌프(미도시)에 의해 반응챔버(110) 내의 공정가스를 반응챔버(110)에 형성된 가스배출구(미도시)를 통해 외부로 배출하는 단계가 수행된다(S130).Next, when the step of performing the plasma etching process by applying the source power and the bias power as described above is completed, a process gas in the reaction chamber 110 is formed in the reaction chamber 110 by a vacuum pump (not shown). A step of discharging to the outside through the gas discharge port (not shown) is performed (S130).
전술한 바와 같은 플라즈마 에칭공정을 위한 일련의 단계들에 의해 렌즈 형상 패턴이 형성된 기판은 로드락챔버(10) 내의 이송로봇(12)에 의해 로드락챔버(10)를 거쳐 외부로 인출된다.The substrate in which the lens-shaped pattern is formed by the series of steps for the plasma etching process as described above is drawn out through the load lock chamber 10 by the transfer robot 12 in the load lock chamber 10.
한편, 본 실시예에 따른 플라즈마 에칭방법에서, 반구 형태에 가까운 렌즈 형상의 패턴을 기판에 형성하는데 적합하다고 제시된 제1 설정전압값의 범위, 제2 설정전압값의 범위 및 제3 설정전압값의 범위는, 본 출원인이 전술한 플라즈마 에칭장치(100)에 대하여 수많은 테스트를 반복하여 실험적으로 얻어진 값들이다.On the other hand, in the plasma etching method according to the present embodiment, the range of the first set voltage value, the range of the second set voltage value, and the third set voltage value suggested to be suitable for forming a lens-shaped pattern close to the hemispherical shape on the substrate. Ranges are values obtained experimentally by the Applicant by repeating numerous tests on the plasma etching apparatus 100 described above.
아울러, 본 실시예에 따른 플라즈마 에칭방법에 있어서, 제1 소스 전력 및 제1 바이어스 전력은 DC 바이어스 전압이 550V 내지 600V 범위의 제1 설정전압값을 갖도록 설정되어야 하고, 제2 소스 전력 및 제2 바이어스 전력은 DC 바이어스 전압이 350V 내지 380V 범위의 제2 설정전압값을 갖도록 설정되어야 하며, 제3 소스 전력 및 제3 바이어스 전력은 DC 바이어스 전압이 550V 내지 600V 범위의 제3 설정전압값을 갖도록 설정되어야 하는데, 전술한 플라즈마 에칭장치(100)의 경우에 그 구체적인 소스 전력 및 바이어스 전력의 크기들에 대한 바람직한 2가지 예를 제시하면 아래와 같다.In addition, in the plasma etching method according to the present embodiment, the first source power and the first bias power should be set such that the DC bias voltage has a first set voltage value in the range of 550V to 600V, and the second source power and the second source power. The bias power should be set such that the DC bias voltage has a second set voltage value in the range of 350 V to 380 V, and the third source power and the third bias power set so that the DC bias voltage has a third set voltage in the range of 550 V to 600 V. In the case of the plasma etching apparatus 100 described above, two preferable examples of the specific size of the source power and the bias power are as follows.
<제1 바람직한 예><First Preferred Example>
S121 단계 : 소스 전력 800W / 바이어스 전력 550WS121 stage: source power 800W / bias power 550W
S122 단계 : 소스 전력 800W / 바이어스 전력 250WS122 step: source power 800W / bias power 250W
S121 단계 : 소스 전력 800W / 바이어스 전력 500WS121 stage: source power 800W / bias power 500W
<제2 바람직한 예><2nd preferable example>
S121 단계 : 소스 전력 1500W / 바이어스 전력 700WS121 stage: source power 1500W / bias power 700W
S122 단계 : 소스 전력 1500W / 바이어스 전력 350WS122 step: source power 1500W / bias power 350W
S121 단계 : 소스 전력 1500W / 바이어스 전력 700WS121 stage: source power 1500W / bias power 700W
도 8은 위에서 제시한 제1 바람직한 예에 따라 소스 전력 및 바이어스 전력을 인가하여 본 실시예에 따른 플라즈마 에칭방법을 수행하였을 때, 최종적으로 기판에 형성된 렌즈 형상 패턴을 확대 촬영한 도면이고, 도 9는 위에서 제시한 제2 바람직한 예에 따라 소스 전력 및 바이어스 전력을 인가하여 본 실시예에 따른 플라즈마 에칭방법을 수행하였을 때, 최종적으로 기판에 형성된 렌즈 형상 패턴을 확대 촬영한 도면이다.FIG. 8 is an enlarged image of a lens-shaped pattern finally formed on a substrate when the plasma etching method according to the present embodiment is performed by applying the source power and the bias power according to the first preferred example shown in FIG. 9. Is a magnified image of a lens-shaped pattern finally formed on a substrate when the plasma etching method according to the present embodiment is performed by applying the source power and the bias power according to the second preferred example presented above.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 에칭방법은, 종래의 플라즈마 에칭방법과 비교해서(도 3 및 도 4 참조), 기판에 반구 형태에 가까운 렌즈 형상 패턴을 형성할 수 있음을 확연히 알 수 있다.Referring to FIGS. 8 and 9, the plasma etching method according to the present embodiment can form a lenticular pattern close to the hemispherical shape on the substrate as compared with the conventional plasma etching method (see FIGS. 3 and 4). You can see clearly.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 에칭방법은, 소스 전력 및 바이어스 전력을 인가하여 기판에 렌즈 형상 패턴을 형성하는 플라즈마 에칭공정을 소스 전력의 크기 및 바이어스 전력의 크기를 달리하는 3개의 단계로 구분하여 수행함으로써, 발광다이오드 제작에 사용되는 기판에 반구 형태에 가까운 렌즈 형상 패턴을 형성하여 발광다이오드의 휘도를 향상시킬 수 있다.As described above, the plasma etching method according to the present embodiment includes three steps of varying the magnitude of the source power and the bias power in the plasma etching process of applying the source power and the bias power to form a lens-shaped pattern on the substrate. By dividing into, the luminance of the light emitting diode can be improved by forming a lens-shaped pattern close to the hemispherical shape on the substrate used for manufacturing the light emitting diode.
한편, 본 발명에 따른 플라즈마 에칭방법은, 본 실시예와 달리, 소스 전력 및 바이어스 전력을 인가하여 기판에 렌즈 형상 패턴을 형성하는 플라즈마 에칭공정을 소스 전력의 크기 및 바이어스 전력의 크기를 달리하는 4개 이상의 단계로 구분하여 수행할 수 있음은 물론이다.On the other hand, the plasma etching method according to the present invention, unlike the present embodiment, the plasma etching process for forming a lens-shaped pattern on the substrate by applying the source power and the bias power to vary the magnitude of the source power and the bias power 4 Of course, it can be divided into more than one step.
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such modifications or variations will have to be belong to the claims of the present invention.
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