KR20200045144A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 플라즈마 처리 공간이 마련되는 진공 챔버와; 상기 플라즈마 처리 공간 상에 공정가스를 주입하는 가스 주입부와; 상기 플라즈마 처리 공간 내에 설치되며, 기판의 하면이 노출되도록 개구부가 형성되는 기판 지지 플레이트와; 상기 기판의 하면에 대향하여 상기 플라즈마 처리 공간의 하부에 위치하며, 상기 공정가스를 매개로 플라즈마를 발생시키는 전극판과; 상기 기판의 상면에 대향하여 상기 플라즈마 처리 공간의 상부에 위치하는 접지판과; 상기 기판 지지 플레이트의 하부에 위치하며 상기 기판 지지 플레이트의 단부를 따라 벽체가 형성되어 상기 기판으로 상기 공정가스를 유도하는 중공부가 형성되는 가스 유도부와; 상기 공정가스가 유출되는 틈새의 간격이 조절되도록 상기 가스 유도부 상단과 상기 기판 지지 플레이트 단부 사이에 개재되는 이격 블록을 포함하는, 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

Description

플라즈마 처리 장치{Plasma processing apparatus}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마 처리 과정에서 공정가스가 기판에 가하는 힘을 배제하여 공정가스의 유동에 따른 기판의 떨림을 방지할 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
OLED(Organic Light Emitting Diodes) 디스플레이와 같은 평판 디스플레이는 기판 상에 다층의 박막 및 배선 패턴을 포함한다. 기판의 배선 패턴층은 스퍼터링 공정, 메탈 패터닝 공정 등으로 진행되는 패터닝 공정에 의해 형성되며, 기판의 박막층은 유기물 증착공정, 봉지공정 등으로 진행되는 증착공정에 의해 이루어진다. 상기 패터닝 공정과 증착공정 사이에, 플라즈마 처리 공정이 수행될 수 있다.
상기 패터닝 공정에 의해 생성된 ITO(Indium Tin Oxide, 이하 ITO라고 한다.) 박막 등과 같은 배선 패턴층의 표면에는 이물질이 남아있게 되는데, 이를 처리하지 않으면 소자의 구동전압이 높아지고, 디스플레이상에 결점, 다크스폿 등 흑점이 생겨 디스플레이 자체의 불량으로 이어지는 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여 유기층 증착공정 전에 플라즈마 처리 공정이 수행된다.
플라즈마 처리 공정은 크게 유도 결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)방식과 용량 결합 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma 또는 축전결합 플라즈마)방식으로 나눌 수 있는데, 유도 결합 플라즈마 방식은 기판에 도전성 물질(Metal, TiN 등)이 코팅되면 전력 전달 및 대면적 기판의 처리가 불가능하여, 디스플레이에 사용되는 기판의 플라즈마 처리에는 균일한 플라즈마의 형성이 가능한 용량 결합 플라즈마 방식이 주로 사용되고 있다.
플라즈마 처리 장치는, 진공을 유지할 수 있는 진공 챔버와, 진공 챔버 내에 기판을 지지하기 위한 기판 지지부, 진공 챔버 내부에 공정가스를 주입하는 공정가스 주입부, 공정가스를 매개로 플라즈마를 발생시키기 위한 전극판과 접지판 등으로 구성된다. 진공 챔버의 내부에서 플라즈마를 발생시키는 과정에서 공정 가스가 기판 면을 감싸 기판 전면에 플라즈마 처리가 일어나도록 공정가스의 유동이 일어나게 되는데, 공정가스의 유동 과정에서 공정가스가 기판 지지부 상의 기판에 힘을 가하여 기판에 떨림이 발생하는 문제가 있었다.
한국등록특허공보 제10-1468599호 (2014년12월04일 공고)
본 발명은 플라즈마 처리 과정에서 공정가스가 기판에 가하는 힘을 배제하여 공정가스의 유동에 따른 기판의 떨림을 방지할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 플라즈마 처리 공간이 마련되는 진공 챔버와; 상기 플라즈마 처리 공간 상에 공정가스를 주입하는 가스 주입부와; 상기 플라즈마 처리 공간 내에 설치되며, 기판의 하면이 노출되도록 개구부가 형성되는 기판 지지 플레이트와; 상기 기판의 하면에 대향하여 상기 플라즈마 처리 공간의 하부에 위치하며, 상기 공정가스를 매개로 플라즈마를 발생시키는 전극판과; 상기 기판의 상면에 대향하여 상기 플라즈마 처리 공간의 상부에 위치하는 접지판과; 상기 기판 지지 플레이트의 하부에 위치하며 상기 기판 지지 플레이트의 단부를 따라 벽체가 형성되어 상기 기판으로 상기 공정가스를 유도하는 중공부가 형성되는 가스 유도부와; 상기 공정가스가 유출되는 틈새의 간격이 조절되도록 상기 가스 유도부 상단과 상기 기판 지지 플레이트 단부 사이에 개재되는 이격 블록을 포함하는, 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
상기 플라즈마 처리 장치는, 다수의 슬롯이 형성되고, 상기 기판에 대향하여 상기 가스 유도부의 상기 중공부에 횡방향으로 배치되며 베플 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 기판 지지 플레이트를 상하 방향으로 승강시키는 기판 승강부를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 전극판과 상기 접지판 사이의 이격거리가 조절되도록 상기 접지판을 승강시키는 접지판 승강부를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 지지 플레이트의 상기 개구부 주변에는 상기 공정가스가 이동하는 가스 이동구가 넓게 분포될 수 있으며, 이 경우, 가스 이동구를 선택적으로 개폐하는 다수의 가스 탭을 더 포함할 수 있다.
상기 틈새의 간격이 변동되도록 상기 이격 블록의 두께는 가변적일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 플라즈마 처리 과정에서 공정가스가 기판에 가하는 힘을 배제하여 공정가스의 유동에 따른 기판의 떨림을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 간략히 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 기판 지지 플레이트를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 공정가스 배기 구조를 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치의 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 간략히 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 기판 지지 플레이트를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 공정가스 배기 구조를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3에는, 기판(10), 진공 챔버(12), 플라즈마 처리 공간(14), 가스 주입부(16), 기판 지지 플레이트(18), 가스 이동구(19), 개구부(20), 전극판(22), 전원(24), 접지판(26), 이격 블록(28), 가스 유도부(30), 가스 탭(32), 베플 플레이트(33), 중공부(34), 틈새(36), 기판 승강부(38), 접지판 승강부(40)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는, 내부에 플라즈마 처리 공간(14)이 마련되는 진공 챔버(12)와; 상기 플라즈마 처리 공간(14) 상에 공정가스를 주입하는 가스 주입부(16)와; 상기 플라즈마 처리 공간(14) 내에 설치되며, 기판(10)의 하면이 노출되도록 개구부(20)가 형성되는 기판 지지 플레이트(18)와; 상기 기판(10)의 하면에 대향하여 상기 플라즈마 처리 공간(14)의 하부에 위치하며, 상기 공정가스를 매개로 플라즈마를 발생시키는 전극판(22)과; 상기 기판(10)의 상면에 대향하여 상기 플라즈마 처리 공간(14)의 상부에 위치하는 접지판(26)과; 상기 기판 지지 플레이트(18)의 하부에 위치하며 상기 기판 지지 플레이트(18)의 단부를 따라 벽체가 형성되어 상기 기판(10)의 하면으로 상기 공정가스를 유도하는 중공부(34)가 형성되는 가스 유도부(30)와; 상기 공정가스가 유출되는 틈새(36)가 형성되도록 상기 가스 유도부(30) 상단과 상기 기판 지지 플레이트(18) 단부 사이에 개재되는 이격 블록(28)을 포함한다.
진공 챔버(12)는, 그 내부에서 기판(10)에 대한 플라즈마 처리 공정이 수행되며, 플라즈마 균일도를 위하여 진공 상태가 유지된다. 진공 챔버(12)의 내부에는 플라즈마 처리 공정이 수행되는 진공의 플라즈마 처리 공간(14)이 마련된다.
진공 챔버(12)는 투입되는 기판(10)의 크기 및 모양에 따라 형태가 달라질 수 있다. 예를 들면, 대면적 OLED 디스플레이의 기본 소재인 대형 글라스 기판(10)을 횡방향으로 투입하는 경우, 진공 챔버(12)는 육면체 형상을 가질 수 있다. 본 실시예에서는 기판(10)의 투입 방향에 따라 일방향으로 긴 직육면체 형태를 가진 진공 챔버(12)를 제시한다.
가스 주입부(16)는, 플라즈마 처리 공간(14) 상에 공정가스를 주입한다. 표면 처리하고자 하는 기판(10)의 주위에 공정가스를 분포시킨 후 전극판(22)에 전원(24)을 인가하면 전극판(22)과 접지판(26) 사이에서 방전이 일어나면서 플라즈마가 발생하고, 플라즈마 내에서 공정가스가 전리되면서 기판(10)의 표면에 플라즈마 처리가 일어난다.
가스 주입부(16)로 주입되는 공정가스는 후술할 가스 유도부(30)를 통해 기판(10)으로 유도되고, 기판(10)으로 유도된 공정가스는 기판(10)의 주위에 균질하게 분포된다. 본 실시예에서는 가스 주입부(16)가 플라즈마 처리 공간(14)의 하부에 위치하여 상향으로 주입되도록 구성하였다.
기판 지지 플레이트(18)는, 플라즈마 처리 공간(14) 내에 설치되며, 기판(10)의 하면이 노출되도록 개구부(20)가 형성된다. 기판 지지 플레이트(18)에는 개구부(20)가 형성되는데, 기판(10)이 진공 챔버(12) 내부로 진입하여 기판 지지 플레이트(18) 상에 로딩되면 개구부(20)를 통해 기판(10)의 하면이 노출된다. 즉, 기판(10)이 개구부(20) 상단에 놓이면서 개구부(20)의 단부가 기판(10)의 단부를 지지하면서 기판(10)의 하면이 전극판(22)을 향하여 노출이 이루어진다.
그리고, 기판(10)의 하면에 유입되는 공정가스가 균질한 분포로 기판(10)의 상면에 분포될 수 있도록 기판 지지 플레이트(18)의 개구부(20) 주변에는 공정가스가 이동하는 가스 이동구(19)가 넓게 분포될 수 있으며, 이러한 가스 이동구(19)를 선택적으로 개폐하여 공정가스의 이동 범위를 제어하여 기판 주변을 공정가스로 균질하게 감쌀 수 있다.
후술할 가스 유도부(30)를 통해 공정가스가 기판(10) 방향으로 유도되면 기판(10)의 하부에 위치한 공정가스가 기판 지지 플레이트(18)의 가스 이동구(19)를 통해 기판(10)의 상부로 이동하면서 기판(10)의 주변를 공정가스가 감싸게 된다. 이때, 플라즈마 처리 공간(14) 내의 기류적인 영향으로 공정가스가 가스 이동구(19)를 통하여 균질하게 기판(10)의 상부로 이동되지 않을 수 있다. 따라서, 시운전 동안 가스 탭(32)을 통해 가스 이동구(19)를 선택적으로 닫거나 열어 공정가스가 기판(10)의 상부로 균질하게 이동할 수 있도록 한다.
한편, 기판 지지 플레이트(18)는 기판(10)의 로딩 및 플라즈마 처리의 준비를 위하여 승강이 이루어질 수 있는데, 기판 승강부(38)에 의해 기판 지지 플레이트(18)의 승강이 이루어진다. 즉, 기판 승강부(38)에 의해 기판 지지 플레이트(18)가 상승한 상태에서 기판(10)이 진공 챔버(12)로 진입하여 기판 지지 플레이트(18) 상에 로딩되고, 기판(10)의 로딩이 이루어지면 기판 승강부(38)에 의해 기판 지지 플레이트(18)가 하강하면서 플라즈마 처리 준비 상태로 돌입하게 된다.
전극판(22)은, 기판(10)의 하면에 대향하여 상기 플라즈마 처리 공간(14)의 하부에 위치하며, 접지판(26)은 기판(10)의 상면에 대향하여 상기 플라즈마 처리 공간(14)의 상부에 위치한다. 전극판(22)에 전원(24)을 공급함에 따라 전극판(22)과 접지판(26) 사이에 방전이 일어나면서 그 사이에 플라즈마가 형성된다.
전극판(22)은 전원(24)에 연결되고 접지판(26)은 접지(미도시)에 연결된다. 용량 결합 플라즈마(CCP) 방식의 경우, 평행한 전극 사이에 직류 또는 교류를 인가하여 플라즈마를 형성하는데, 본 실시예에서는 전원(24)에 연결된 전극판(22)과 접지에 연결된 접지판(26)이 전극 역할을 하며, 전극판(22)에 전원(24)을 통해 직류 또는 교류를 인가함에 따라 기판(10) 주위에 플라즈마 영역이 생성된다. 전극판(22)과 접지판(26)은, 플라즈마가 기판(10)에 넓게 분포되어 충분히 플라즈마 처리될 수 있도록 기판(10)의 모양과 대응되는 평판 형상으로 이루어질 수 있다.
본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 형성 영역 및 밀도의 조절을 위하여 접지판 승강부(40)를 더 포함할 수 있다. 접지판 승강부(40)에 의해 접지판(26)이 승강하면서 전극판(22)과 접지판(26)의 이격 거리를 조절하여 플라즈마 형성 영역을 조절할 수 있다.
접지판(26)이 접지판 승강부(40)에 의해 상승하면, 전극판(22)과의 이격 거리가 증가함에 따라 플라즈마 형성 영역은 증가하나 플라즈마의 형성 밀도가 감소하며, 접지판(26)이 접지판 승강부(40)에 의해 하강하면, 전극판(22)과의 이격 거리가 감소에 따라 플라즈마 형성 영역은 감소하나 플라즈마의 형성 밀도가 증가하게 된다.
가스 유도부(30)는, 공정가스가 기판(10)을 향하도록 유도하는 것으로서, 가스 유도부(30)에는 기판 지지 플레이트(18)의 단부를 따라 형성되는 벽체에 의해 중공부(34)가 형성된다. 가스 주입부(16)에 의해 공정가스가 주입되면 가스 유도부(30)의 중공부(34)를 통해 공정가스가 기판(10) 방향으로 유도될 수 있다.
이격 블록(28)은, 공정가스가 유출되는 틈새(36)의 간격이 조절되도록 가스 유도부(30) 상단과 기판 지지 플레이트(18) 단부 사이에 개재된다. 기판(10)이 기판 지지 플레이트(18)에 로딩된 후 기판 지지 플레이트(18)가 하강하면서 기판 지지 플레이트(18)는 가스 유도부(30)의 상단에 위치하게 되는데, 공정가스가 중공부(34)를 통해 유입되면 공정가스는 기판 지지 플레이트(18)와 가스 유도부(30) 상단의 틈새(36)를 따라 외측으로 새어 나가게 된다. 이때 틈새(36)의 간격이 매우 작은 경우 중공부(34)로 유도되는 공정가스의 유입 압력이 크면 공정가스가 틈새(36)로 용이하게 배기되지 않고 기판 지지 플레이트(18)의 개구부(20)를 통해 기판(10)에 압력을 가하여 기판(10)이 들썩거리면서 떨림 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 가스 유도부(30)와 기판 지지 플레이트(18) 하부 단부 사이에 이격 블록(28)을 개재하여 기판 지지 플레이트(18)와 가스 유도부(30) 상단의 틈새(36)의 간격을 조절하여 기판(10)의 떨림 현상을 방지하게 된다. 서로 다른 다양한 두께를 갖는 이격 블록(28)을 준비하여 두고, 시운전을 통해 공정가스의 주입량 및 주입압력에 따라 기판(10)의 떨림 현상을 방지할 수 있도록 일정 두께를 갖는 이격 블록(28)을 미리 결정하여 둔다.
상기 가스 유도부(30) 상단과 상기 기판 지지 플레이트(18) 단부 사이에 개재되는 이격 블록(28) 간의 이격 거리는 틈새(36)를 통해 균일한 량의 공정 가스가 배기되도록 적절히 결정할 수 있다.
본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 영역의 분할을 위하여 가스 유도부(30)의 중공부(34)에 횡방향으로 배치되는 베플 플레이트(33)를 더 포함할 수 있다. 베플 플레이트(33)에는 다수의 슬롯(미도시) 형성되어 넓게 분포되어 있는데, 가스 주입부(16)를 통해 유입되는 공정가스가 베플 플레이트(33)를 통과하면서 플라즈마 영역이 분할될 수 있다. 즉, 공정가스가 베플 플레이트(33)의 슬롯을 통과하면서 전극판(22) 상측에서 생성되는 플라즈마가 베플 플레이트(33)의 상측으로 이동되는데, 이때 베플 플레이트(33) 상측에 형성되는 플라즈마 영역의 플라즈마 밀도는 베플 플레이트(33) 하측의 플라즈마 영역의 밀도에 비해서 낮게 되면서 베플 플레이트(33)를 중심으로 서로 다른 밀도의 플라즈마 영역을 얻을 수 있다.
본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 접지판 승강부(40)의 승강, 베플 플레이트(33)의 배치 등을 통해 플라즈마 밀도를 조절함으로써 다양한 형태로 기판(10)에 대한 플라즈마 처리가 가능하다.
상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 기판 12: 진공 챔버
14: 플라즈마 처리 공간 16: 가스 주입부
18: 기판 지지 플레이트 19: 가스 이동구
20: 개구부 22: 전극판
24: 전원 26: 접지판
28: 이격 블록 30: 가스 유도부
32: 가스 탭 33: 베플 플레이트
34: 중공부 36: 틈새
28: 기판 승강부 40: 접지판 승강부

Claims (6)

  1. 내부에 플라즈마 처리 공간이 마련되는 진공 챔버와;
    상기 플라즈마 처리 공간 상에 공정가스를 주입하는 가스 주입부와;
    상기 플라즈마 처리 공간 내에 설치되며, 기판의 하면이 노출되도록 개구부가 형성되는 기판 지지 플레이트와;
    상기 기판의 하면에 대향하여 상기 플라즈마 처리 공간의 하부에 위치하며, 상기 공정가스를 매개로 플라즈마를 발생시키는 전극판과;
    상기 기판의 상면에 대향하여 상기 플라즈마 처리 공간의 상부에 위치하는 접지판과;
    상기 기판 지지 플레이트의 하부에 위치하며 상기 기판 지지 플레이트의 단부를 따라 벽체가 형성되어 상기 기판으로 상기 공정가스를 유도하는 중공부가 형성되는 가스 유도부와;
    상기 공정가스가 유출되는 틈새의 간격이 조절되도록 상기 가스 유도부 상단과 상기 기판 지지 플레이트 단부 사이에 개재되는 이격 블록을 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    다수의 슬롯이 형성되고, 상기 기판에 대향하여 상기 가스 유도부의 상기 중공부에 횡방향으로 배치되며 베플 플레이트를 더 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지 플레이트를 상하 방향으로 승강시키는 기판 승강부를 더 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극판과 상기 접지판 사이의 이격거리가 조절되도록 상기 접지판을 승강시키는 접지판 승강부를 더 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지 플레이트의 상기 개구부 주변에는 상기 공정가스가 이동하는 가스 이동구가 넓게 분포되며,
    상기 가스 이동구를 선택적으로 개폐하는 다수의 가스 탭을 더 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 틈새의 간격이 변동되도록 상기 이격 블록의 두께는 가변적인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
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