KR20140045148A - 플라즈마 에칭 장치 - Google Patents

플라즈마 에칭 장치 Download PDF

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plasma
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최용섭
최준호
김문기
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Abstract

플라즈마 에칭 장치가 개시된다. 이러한 플라즈마 에칭 장치는 기판에 플라즈마 에칭을 행하는 플라즈마 에칭 장치로서, 유기물을 에칭하기 위한 활성기체를 상기 기판의 좌우 에칭 영역에 공급하는 플라즈마 발생부; 상기 플라즈마 에칭으로 발생한 부산물을 외부로 배출하며, 상기 기판의 좌측 에칭 영역에 배치되는 제1 펌핑 포트; 및 상기 부산물을 외부로 배출하며, 상기 기판의 우측 에칭 영역의 하부에 배치되는 제2 펌핑 포트를 포함한다.

Description

플라즈마 에칭 장치{PLASMA ETCHING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 에칭 장치에 관한 것이다.
유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diodes, OLED) TV 제조 공정에서 SMS(Small Mask Scanning) 공법으로 유기물을 증착하는 경우, 디스플레이 영역이 아닌 곳에 유기물이 성막되어 봉지 공정 전에 TV용 기판의 전후 부분의 일정 영역의 유기물을 제거하여야 한다. 제거하지 않을 경우, 봉지 공정에서 다른 글래스 기판과 합착할 때 증착된 유기물에 의해 접착력이 저하되어 TV 제품의 수명에 영향을 주게 된다.
이와 같이, 유기물을 제거하기 위한 방법으로, 플라즈마를 이용한 에칭 방법이 사용된다. 즉 글래스 기판을 플라즈마 에칭 장치의 공정챔버내에 배치하고, 글래스 기판에 형성된 각종 막을 플라즈마 에칭하는 것이 실행되고 있다.
이때, 유기물 제거를 위해 플라즈마가 균일하게 글래스 기판 위에 배출되어 플라즈마 에칭이 수행된다.
여기서, 플라즈마 에칭에 따른 부산물은 펌핑 포트를 통해 외부로 배출되는데, 이때, 부산물의 배출 속도가 달라 결국 불균일한 에칭이 이루어지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 플라즈마 에칭에 따른 부산물의 배출 속도를 균일하게 하는 펌핑 포트의 배치 구조를 포함하는 플라즈마 에칭 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 플라즈마 에칭 장치는, 기판에 플라즈마 에칭을 행하는 플라즈마 에칭 장치로서, 유기물을 에칭하기 위한 활성기체를 상기 기판의 좌우 에칭 영역에 공급하는 플라즈마 발생부; 상기 플라즈마 에칭으로 발생한 부산물을 외부로 배출하며, 상기 기판의 좌측 에칭 영역에 배치되는 제1 펌핑 포트; 및 상기 부산물을 외부로 배출하며, 상기 기판의 우측 에칭 영역의 하부에 배치되는 제2 펌핑 포트를 포함한다.
이때, 상기 제1 펌핑 포트 및 상기 제2 펌핑 포트는,
상기 스테이지의 측면에 배치되어 상기 기판의 좌우 에칭 영역 각각에서 배출되는 부산물을 상기 펌핑 포트로 배출시키는 배기 경로를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1 펌핑 포트 및 상기 제2 펌핑 포트는,
활성기체 및 에칭된 가스를 균일하게 배출하도록 직사각형 형상을 가지는 배기 경로의 하단에 실린더 형상의 포트가 연결된 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 펌핑 포트 및 상기 제2 펌핑 포트는,
에칭된 가스에 의한 재오염을 방지하기 위한 길이를 가질 수 있다.
또한, 플라즈마 에칭 장치는,
상기 기판이 고정되는 스테이지; 상기 기판 위에 배치되고, 상기 기판의 비에칭 영역을 보호하는 마스크; 및 상기 기판의 처리 공간을 제공하고, 상기 스테이지 및 상기 마스크가 내부 공간에 배치되며, 상기 제1 펌핑 포트 및 상기 제2 펌핑 포트의 배기 경로를 내부에 포함하는 공정챔버를 더 포함할 수 있다.
또한, 플라즈마 에칭 장치는,
상기 공정챔버의 내부공간에 설치되어 상기 공정챔버의 내부 벽면의 오염을 방지하기 위한 라이너를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 좌우 에칭 영역의 하부에 펌핑 포트를 좌우 대칭으로 배치하는 구조를 통해 에칭 영역의 에칭 균일도를 증가시켜 결국 플라즈마 에칭에 따른 부산물의 배출 속도를 균일하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 에칭 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하부 챔버부와 상부 소스부가 분리된 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하부 챔버부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마스크 유닛을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 상부 소스부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버의 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 펌핑 포트의 유동해석 결과를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 에칭 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 에칭 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하부 챔버부와 상부 소스부가 분리된 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하부 챔버부를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마스크 유닛을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 상부 소스부를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버의 측단면도로서, 에칭 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 펌핑 포트의 유동해석 결과를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 플라즈마 에칭 장치(1)는 플라즈마 생성부(2), 터보 펌프(3), 구동 장치(4), 프레임(5), 펌프 연결부(6) 및 게이트 밸브(gate valve)(7)를 포함한다.
여기서, 플라즈마 생성부(2)는 하전입자 및 중성입자를 포함하는 플라즈마를 생성한다. 이때, 플라즈마는 유기물 에칭을 위한 활성기체를 발생시킨다.
터보 펌프(3)는 공정챔버(도 2, 3, 6의 10) 내부의 압력을 진공배기한다. 터보 펌프(3)는 공정 중에는 게이트 밸브(7)가 닫혀 있고, 공정이 끝난 후 외부 챔버와 진공도를 맞추기 위해 사용하는 장치로, 에칭 공정 중 유로 형성에는 영향을 주지 않는다.
구동 장치(4)는 기판(도 6의 22)을 지지하는 스테이지(도 6의 23)를 공정챔버(도 2, 3, 6의 10)의 내부에서 이동시키고, 기판(도 6의 22)의 상부에 마스크(도 4, 6의 16)가 에칭 공정을 위해 적절한 위치를 유지하도록 기판(도 6의 22)과 마스크(도 4, 6의 16)간의 거리를 계측한다.
프레임(5)은 공정챔버(도 2, 3, 6의 10)의 하부에 장착되어 공정챔버(도 2, 3, 6의 10)를 지지한다.
펌프 연결부(6)는 펌핑 포트(Pumping port)(도 3, 6의 14)의 하부에 연결되어 좌우 배치된 펌핑 포트(도 3, 6의 14)를 연결한다.
게이트 밸브(7)는 공정챔버(도 2, 3, 6의 10) 내부에 기판(도 6의 22)을 출입시키기 위한 구성이다.
다음, 도 2를 참조하면, 플라즈마 에칭 장치(1)는 크게 상부 소스부(8) 및 하부 챔버부(9)로 분리될 수 있다.
여기서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 하부 챔버부(9)는 터보 펌프(3), 구동 장치(4), 프레임(5), 펌프 연결부(6), 게이트 밸브(7), 공정챔버(10), 마스크 유닛(11), 용접형 벨로우즈(Welded bellows)(12), 펌프 배관(Dry pump)(13), 펌핑 포트 (14) 및 글래스 로딩 핀(Glass loading pin)(15)을 포함한다.
이때, 공정챔버(10)는 기판(도 6의 22)의 처리 공간을 제공한다.
마스크 유닛(11)은 도 4를 참조하면, 기판(도 6의 22) 위에 배치되는 마스크 본체(body, 이하 '마스크'로 통칭함)(16), 마스크(16)의 양측에 장착되는 마스크 블레이드(blade)(17) 및 마스크(16)를 지탱하는 마스크 지지대(18)를 포함한다.
이때, 마스크(16)의 상부 양측 즉 마스크 블레이드(17)가 장착된 방향의 양측에는 비활성기체를 주입하기 위한 가스 주입구(19)가 마련되어 있다.
다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 용접형 벨로우즈(12)는 얼라인 장치(미도시) 및 스테이지(도 6의 23)를 공정챔버(10)와 연결시킨다.
이때, 얼라인 장치(미도시) 및 스테이지(도 6의 23)는 진공 펌핑시 발생하는 공정챔버(10)의 변형에 의한 틀어짐을 방지하기 위해 공정챔버(10)의 외부 프레임에 지지된다.
여기서, 얼라인 장치(미도시)는 기판(도 6의 22)이 장착되는 스테이지(도 6의 23)를 움직여 마스크(16)와 위치를 정렬한다. 즉 기판(도 6의 22)과 마스크(도 4, 6의 16)는 얼라인 장치(미도시)와 스테이지(도 6의 23)를 이용하여 에칭을 하고자 하는 위치에 정확하게 정렬된다.
펌프 배관(13)은 양측 펌프 연결부(6)가 만나는 지점의 하단에 설치되어 공정챔버(10)에서 배출되는 에칭된 가스를 외부로 배출한다.
펌핑 포트(14)는 공정챔버(10) 내부의 잔류 가스 및 부산물을 배출한다.
글래스 로딩 핀(15)은 기판(도 6의 22)의 하중을 지지한다.
다음, 도 5를 참조하면, 상부 소스부(8)는 전후 또는 좌우 대칭으로 배치된 복수개의 플라즈마 발생부(2) 및 기체 분배 장치(20)를 포함한다.
여기서, 플라즈마 발생부(2)는 하전입자 및 중성입자를 포함하는 플라즈마를 생성한다. 이때, 플라즈마는 유기물 에칭을 위한 활성기체를 발생시킨다. 플라즈마 발생부(2)는 복수개이며, 상부 소스부(8)의 양측에 대칭으로 각각 배치된다. 이때, 복수개의 플라즈마 발생부(2)는 상부 소스부(8)의 양측에 각각 3개씩, 총 6개가 배치된다. 하지만, 이러한 개수는 하나의 실시예에 불과하고, 이에 국한되는 것은 아니다.
또한, 기체 분배장치(20)는 플라즈마 발생부(2)가 발생시킨 활성기체 즉 래디컬(radical)을 분배하는 구성 수단이다. 이러한 기체 분배장치(20)는 활성기체를 공정챔버(도 2, 3, 6의 10)의 기판(도 6의 22)으로 분배하는데, 이때, 기판 폭에 맞게 균일하게 분배한다.
기체 분배장치(20)는 복수개의 플라즈마 발생부(2)의 하부에 위치한다. 이때, 복수개의 플라즈마 발생부(2)가 배치된 양측에 각각 2개 배치될 수 있다. 즉 3개의 플라즈마 발생부(2)가 배치된 상부 소스부(8)의 일측 하부 및 3개의 플라즈마 발생부(2)가 배치된 상부 소스부(8)의 타측 하부에 하나씩 총 2개가 배치될 수 있다.
이때, 기체 분배장치(20)는 상부 소스부(3)의 양측에 복수개의 플라즈마 발생부(9)가 배치된 방향으로 길이가 긴 직사각형 형상이다. 따라서, 3개의 플라즈마 발생부(2)로부터 발생된 활성기체는 기체 분배장치(20)에서 섞여 기판(도 6의 22)으로 균등하게 분배된다.
또한, 도 6을 참조하면, 공정챔버(10)의 내부 공간에는 마스크(16)의 상부에 장착되어 마스크(16)를 고정하기 위한 마스크 지지부(21)를 포함한다.
여기서, 마스크(16)는 글래스 기판(22)이 장착된 스테이지(23)와 가까워지거나 멀어지도록 이동이 가능하다.
이러한 마스크(16)는 글래스 기판(22) 위에 배치되어 글래스 기판(22)의 비에칭 영역(A)을 가려주는 역할을 한다. 즉 에칭을 하지 않아야 하는 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diodes, OLED) TV 화면표시 영역을 불활성 기체에 의해서 활성 종들이 글래스 기판(22) 위에 침투하지 않도록 글래스 기판(22)을 보호한다.
여기서, 마스크(16)와 글래스 기판(22) 사이에는 접촉에 의한 글래스 기판(22)의 손상을 방지하기 위해 일정 크기의 갭(Gap)이 형성된다.
또한, 마스크(16)의 하부에는 글래스 기판(22) 및 글래스 기판(22)을 지지하는 스테이지(23)가 배치된다. 이러한 스테이지(23)는 공정챔버(10)의 내부공간에 설치되어서 상부에 글래스 기판(22)을 고정시키도록 진공 척과 같은 구조로 구성된다. 그리고 글래스 기판(22)을 좌우 이동, 상하 이동, 회전 이동이 가능하도록 x, y, z, θ 스테이지로 이루어진다.
이때, 스테이지(23)는 스테이지(23)가 하강 시 글래스 기판(22)을 지탱하는 지지핀(24)을 포함한다.
여기서, 마스크(16) 및 마스크 지지부(21)를 관통하는 가스 주입구(19)를 통해 마스크(16)와 글래스 기판(22) 사이에 형성된 내부공간(25)으로 비활성기체가 유입된다. 마스크(16)의 내부공간(25)으로 공급되는 압력 가스로는 공정 가스 중 불활성 기체(또는 가스)인 아르곤(Ar) 가스가 사용될 수 있다. 하지만 이에 국한되는 것은 아니고, 공정 가스 중 비활성 기체(또는 가스)인 질소, 여타의 다른 기체들이 사용될 수 있다.
이처럼 내부공간(25)에 유입된 비활성기체는 유기물(26)이 형성된 글래스 기판(22)의 좌우 방향으로 확산된다. 그리고 비활성기체는 플라즈마 생성부(2)에서 생성된 활성기체가 내부공간(25)으로 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.
여기서, 플라즈마는 플라즈마 생성부(2)에서 생성되어 기체 분배장치(20)를 통과하면서 균등하게 분배되어 글래스 기판(22)의 좌우 에칭 영역(A)으로 배출된다.
여기서, 에칭 영역(A)은 비활성기체가 확산되는 좌우 방향에 형성되는데, 이처럼 에칭을 양쪽에 하는 이유는 OLED TFT 글래스 기판(22)에 패턴 증착을 할 때, 마스크(16)에 슬릿을 뚫어놓고 글래스 기판(22)을 마스크(16)로 이동시키면 글래스 기판(22)의 앞뒤 즉 좌우 방향 측면에도 패턴이 형성된다. 따라서, 이러한 패턴이 제거되어야 하는 영역이 에칭 영역(A)으로서, 플라즈마 에칭을 통해 제거된다.
즉, 플라즈마로 인해 생성된 래디컬은 에칭 영역(A)의 유기물을 에칭한다.
또한, 플라즈마 에칭에 따라 발생한 잔류 가스 및 부산물은 펌핑 포트(14)를 통해 배출된다.
이때, 펌핑 포트(14)는 글래스 기판(22)의 에칭 영역(A)의 하부에 배치된다. 그리고 좌우 에칭 영역(A)에 각각 좌우 대칭구조로 배치된 제1 펌핑 포트(14a) 및 제2 펌핑 포트(14b)를 포함한다.
이러한 제1 펌핑 포트(14a) 및 제2 펌핑 포트(14b)는 스테이지(23)의 측면에 배치되어 부산물을 배출시키는 각각의 배기 경로를 제공한다. 이러한 배기 경로는 점선(---)을 기준으로 윗단을 배기 경로라 하고, 그 아랫단을 포트라 칭하기로 한다.
여기서, 제1 펌핑 포트(14a) 및 제2 펌핑 포트(14b)는 활성기체 및 에칭된 가스를 균일하게 배출하도록 직사각형 형상을 가지는 배기 경로와, 배기 경로의 하단에 실린더 형상의 포트가 연결된 형상을 가질 수 있다.
여기서, 제1 펌핑 포트(14a) 및 제2 펌핑 포트(14b)는 에칭된 가스에 의한 재오염을 방지하기 위한 최단 경로의 길이를 가진다.
이때, 펌핑포트(14)의 외부 즉 공정챔버(10)의 내부 벽면을 따라서 공정챔버(10)의 벽면 오염을 방지하기 위한 라이너(liner)(27)가 배치된다.
도 7을 참조하면, 에칭 영역(A)의 하부에 배치된 펌핑 포트(14)를 통과하는 에칭 가스 및 에칭에 의해 발생된 기체의 흐름을 나타낸다. 이때, 라이너(27, 하얀색 부분)가 에칭 가스 및 에칭에 의해 발생된 기체의 흐름을 유도하여 에칭 영역의 외부가 에칭 되거나 오염되는 것을 막을 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (6)

  1. 기판에 플라즈마 에칭을 행하는 플라즈마 에칭 장치로서,
    유기물을 에칭하기 위한 활성기체를 상기 기판의 좌우 에칭 영역에 공급하는 플라즈마 발생부;
    상기 플라즈마 에칭으로 발생한 부산물을 외부로 배출하며, 상기 기판의 좌측 에칭 영역에 배치되는 제1 펌핑 포트; 및
    상기 부산물을 외부로 배출하며, 상기 기판의 우측 에칭 영역의 하부에 배치되는 제2 펌핑 포트
    를 포함하는 플라즈마 에칭 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 펌핑 포트 및 상기 제2 펌핑 포트는,
    상기 스테이지의 측면에 배치되어 상기 기판의 좌우 에칭 영역 각각에서 배출되는 부산물을 상기 펌핑 포트로 배출시키는 배기 경로를 제공하는 플라즈마 에칭 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 펌핑 포트 및 상기 제2 펌핑 포트는,
    상기 활성기체 및 에칭된 가스를 균일하게 배출하도록 직사각형 형상을 가지는 배기 경로의 하단에 실린더 형상의 포트가 연결된 형상을 가지는 플라즈마 에칭 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 펌핑 포트 및 상기 제2 펌핑 포트는,
    에칭된 가스에 의한 재오염을 방지하기 위한 길이를 가지는 플라즈마 에칭 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판이 고정되는 스테이지;
    상기 기판 위에 배치되고, 상기 기판의 비에칭 영역을 보호하는 마스크; 및
    상기 기판의 처리 공간을 제공하고, 상기 스테이지 및 상기 마스크가 내부 공간에 배치되며, 상기 제1 펌핑 포트 및 상기 제2 펌핑 포트의 배기 경로를 내부에 포함하는 공정챔버
    를 더 포함하는 플라즈마 에칭 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공정챔버의 내부공간에 설치되어 상기 공정챔버의 내부 벽면의 오염을 방지하기 위한 라이너
    를 더 포함하는 플라즈마 에칭 장치.
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