KR100756227B1 - Atmospheric pressure plasma etching apparatus used in manufacturing flat panel display devices - Google Patents
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Abstract
본 발명은 TFT-LCD와 같은 평판 표시 소자 제조에 사용되는 기판을 플라즈마를 이용하여 식각하는 장치이다. 본 발명에 의하면, 식각 공정이 다른 공정과 인라인으로 진행될 수 있도록 기판이송부가 제공되며, 상압에서 플라즈마가 안정하고 균일하게 발생될 수 있도록 글로우 방전을 유도하기 위해 상부전극의 아래에 절연판이 제공되고, 공정진행시 가스의 온도를 낮추기 위해 비반응성 가스가 공급된다.The present invention is a device for etching a substrate used in the manufacture of flat panel display devices such as TFT-LCD using plasma. According to the present invention, a substrate transfer part is provided so that the etching process can be performed in-line with another process, and an insulating plate is provided under the upper electrode to induce glow discharge so that the plasma can be stably and uniformly generated at normal pressure. In the process, non-reactive gas is supplied to lower the temperature of the gas during process.
플라즈마, 식각, TFT-LCD, FPD, 절연판, 비반응성 가스Plasma, Etch, TFT-LCD, FPD, Insulation Plate, Non-Reactive Gas
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치를 개략적으로 보여주는 정면도;1 is a front view schematically showing a plasma etching apparatus according to a preferred embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 기판이송부의 평면도;2 is a plan view of the substrate transfer part of FIG.
도 3은 하부전극 이동부의 일 예를 보여주는 정면도;3 is a front view showing an example of a lower electrode moving part;
도 4는 도 3의 하부전극 이동부의 다른 예를 보여주는 정면도;4 is a front view illustrating another example of the lower electrode moving part of FIG. 3;
도 5는 도 1의 상부전극의 사시도;5 is a perspective view of the upper electrode of FIG. 1;
도 6은 도 5의 상부전극의 다른 예를 보여주는 사시도;6 is a perspective view illustrating another example of the upper electrode of FIG. 5;
도 7은 도 5의 상부전극의 또 다른 예를 보여주는 사시도;7 is a perspective view illustrating another example of the upper electrode of FIG. 5;
도 8과 도 9는 돌기 간의 거리 및 돌기의 종횡비를 보여주는 도면들8 and 9 are diagrams showing the distance between the projections and the aspect ratio of the projections;
도 10은 식각가스와 상온의 비반응성 가스를 분사하는 노즐의 사시도;10 is a perspective view of a nozzle for injecting an etching gas and a non-reactive gas at room temperature;
도 11은 도 10의 선 A-A를 따라 절단한 단면도;11 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 10;
도 12는 절연판을 사용하지 않고 비반응성 가스가 공급되지 않는 경우 방전 상태를 보여주는 도면;12 is a view showing a discharge state when no insulating plate is used and non-reactive gas is not supplied;
도 13은 본 실시예와 같이 절연판이 설치되고, 공정 진행 중 비반응성 가스 를 공급하는 경우 방전 상태를 보여주는 도면;FIG. 13 is a view illustrating a discharge state when an insulating plate is installed as in the present embodiment and a non-reactive gas is supplied during a process; FIG.
도 14는 가열부가 설치된 식각 장치를 보여주는 정면도;14 is a front view showing an etching apparatus provided with a heating unit;
도 15는 가열부가 설치된 식각 장치의 다른 예를 보여주는 정면도;15 is a front view showing another example of an etching apparatus provided with a heating unit;
도 16과 도 17은 하부전극과 상부전극이 복수개가 배치되는 경우를 보여주는 도면들;16 and 17 illustrate a case where a plurality of lower electrodes and an upper electrode are disposed;
도 18과 도 19는 각각 TFT-LCD 제조를 위한 기판에서 일반적인 식각 장치를 사용하여 공정을 수행한 경우와 본 실시예의 절연판과 저온의 비반응가스를 사용하여 공정을 수행한 경우 배선금속의 물리적 손상 정도를 보여주는 도면들;18 and 19 show physical damage to the wiring metal when the process is performed using a general etching apparatus on the substrate for TFT-LCD manufacture and when the process is performed using the insulating plate and the low temperature non-reactive gas of the present embodiment, respectively. Figures showing degrees;
도 20은 비반응성 가스의 량의 변화와 식각가스의 량의 변화에 따른 유기물의 제거 속도를 보여주는 그래프; 그리고20 is a graph showing the removal rate of organic material according to the change of the amount of non-reactive gas and the amount of the etching gas; And
도 21은 공정 진행시 기판의 온도에 따른 유기물 제거 속도를 보여주는 그래프이다.21 is a graph showing the removal rate of organics according to the temperature of the substrate during the process.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 기판 이송부 200 : 하부전극100: substrate transfer part 200: lower electrode
300 : 상부전극 400 : 전원공급부300: upper electrode 400: power supply
500 : 절연판 600 : 노즐500: insulation plate 600: nozzle
700 : 가열부700: heating unit
본 발명은 평판 표시 소자 제조에 사용되는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 평판 표시 소자 제조를 기판 상에 형성되거나 부착된 유기물 또는 무기물을 제거하는 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 들어, 정보 처리 기기는 다양한 형태의 기능과 더욱 빨라진 정보 처리 속도를 갖도록 급속하게 발전하고 있다. 이러한 정보 처리 장치는 가동된 정보를 표시하기 위해 표시 장치를 가진다. 지금까지 디스플레이 장치로는 주로 브라운관(cathode ray tube) 모니터가 사용되었으나, 최근에는 반도체 기술의 급속한 발전에 따라 가볍고 공간을 작게 차지하는 평판 표시 장치의 사용이 급격히 증대하고 있다. 평판 표시 장치는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electroluminescent Display), 그리고 VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 다양하며, 특히 박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD)는 저전압으로도 충분히 구동할 수 있는 장점이 있어 가장 널리 사용된다.Recently, information processing devices have been rapidly developed to have various types of functions and faster information processing speeds. This information processing apparatus has a display device for displaying the operated information. Until now, a cathode ray tube monitor has been mainly used as a display device. However, with the rapid development of semiconductor technology, the use of a flat panel display device that is light and occupies a small space is rapidly increasing. Flat panel displays include liquid crystal displays (LCDs), plasma display panels (PDPs), electroluminescent displays (ELDs), and vacuum fluorescent displays (VFDs), especially thin film transistor liquid crystal displays (TFT-LCDs). It is most widely used because it has the advantage of being sufficiently driven.
상술한 평판 표시 소자를 제조하기 위해 증착, 노광, 식각 등 다양한 공정이 수행되며, 이 중 식각 공정은 포토레지스트 막을 이용하여 기판 상에 증착된 최상단의 박막을 선택적으로 제거하는 공정이다. 상술한 식각 공정을 수행하는 일반적인 장치는 식각액으로 채워진 처리조를 포함하며, 기판을 처리조에 잠기게 하여 공정을 수행한다. 그러나 이는 기판이 대형화됨에 따라 대용량의 식각조가 필요하므로 설비면적이 크게 증가될 뿐만 아니라 식각조 내에 고가의 식각액을 다량 채워야 하므로 많은 비용이 소요되며 후에 이들 식각액의 폐수처리시 환경오염을 유발하는 문제가 있다. Various processes, such as deposition, exposure, and etching, are performed to manufacture the flat panel display device, and an etching process is a process of selectively removing the uppermost thin film deposited on the substrate using a photoresist film. A general apparatus for performing the above-described etching process includes a treatment tank filled with an etching liquid, and the substrate is immersed in the treatment tank to perform the process. However, this requires large-capacity etching baths as the substrate is enlarged, so that not only the facility area is greatly increased, but also a large amount of expensive etching solution must be filled in the etching baths, which requires a lot of cost. Later, wastewater treatment of these etching solutions causes environmental pollution. have.
또한, 최근에 플라즈마를 이용하여 식각공정을 수행하는 장치가 연구 중에 있으나, 이들 장치는 고진공의 챔버를 요구하므로 장비 구성에 많은 비용이 소요되며, 아크발생으로 인하여 플라즈마가 불안정하게 발생된다. 또한, 발생되는 플라즈마가 영역에 따라 불균일하게 분포되어 대면적의 기판에 사용하기에 부적법하다.In addition, although an apparatus for performing an etching process using plasma has been recently studied, these apparatuses require a high vacuum chamber, which requires a large amount of equipment, and plasma is unstable due to arc generation. In addition, the generated plasma is unevenly distributed along the region, which is not suitable for use in a large-area substrate.
또한, 상술한 장치들은 식각공정을 수행하기 위해 기판은 이송로봇에 의해 상술한 처리조 또는 공정챔버로 이동되어야 하므로 공정에 많은 시간이 소요되어 처리량이 크게 줄어든다.In addition, in the above-described apparatus, in order to perform the etching process, the substrate has to be moved to the above-described treatment tank or the process chamber by the transfer robot, which takes a lot of time in the process and greatly reduces the throughput.
본 발명은 타공정들과 인라인(in-line)으로 공정이 수행될 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a plasma etching apparatus in which the process may be performed in-line with other processes.
또한, 본 발명은 소량의 식각물질을 사용하여 공정을 수행함으로써 환경오염을 줄일 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a plasma etching apparatus that can reduce the environmental pollution by performing a process using a small amount of the etching material.
또한, 본 발명은 플라즈마를 안정적으로, 그리고 고밀도로 균일하게 발생하여 대면적의 기판 식각에도 적용될 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a plasma etching apparatus capable of generating plasma stably and uniformly at a high density to be applied to a large area substrate etching.
또한, 본 발명은 상압 상태에서 공정을 진행할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a plasma etching apparatus capable of proceeding the process at atmospheric pressure.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 플라즈마 식각 장치는 서로 일정간격 이격되어 대향되도록 배치되는 하부전극과 상부전극을 가진다. 상기 상부전극의 하부면에는 뾰족한 복수의 돌기들이 형성된다. 상기 상부전극 아래에는 절연판이 배치되어, 플라즈마가 균일하게 발생되도록 한다. 상기 상부전극에는 전원공급부가 연결되어 상기 절연판과 상기 하부전극 사이에 플라즈마를 발생한다. 상기 절연판과 상기 상부전극 사이로 다양한 식각가스를 공급하는 식각가스 공급부와 식각가스가 공급되는 동안 상기 절연판과 상기 하부전극 사이의 영역 내로 비반응성 가스를 공급하는 비반응성 가스 공급부가 제공된다. In order to achieve the above object, the plasma etching apparatus of the present invention has a lower electrode and an upper electrode disposed to face each other at a predetermined interval. A plurality of pointed protrusions are formed on the lower surface of the upper electrode. An insulating plate is disposed below the upper electrode to uniformly generate plasma. A power supply unit is connected to the upper electrode to generate a plasma between the insulating plate and the lower electrode. An etching gas supply unit supplying various etching gases between the insulating plate and the upper electrode and a non-reactive gas supply unit supplying a non-reactive gas into the region between the insulating plate and the lower electrode while the etching gas is supplied.
바람직하게는 상기 식각 가스와 상기 비반응성 가스는 하나의 노즐로 유입되고, 상기 노즐 내에서 혼합된 후 상기 절연판과 상기 하부전극 사이로 공급된다.Preferably, the etching gas and the non-reactive gas are introduced into one nozzle, mixed in the nozzle, and then supplied between the insulating plate and the lower electrode.
복수의 회전하는 샤프트들과 상기 각각의 샤프트를 내삽하는 복수의 회전하는 롤러들을 가지는 기판 이송부가 제공되며, 이에 의해 타공정과 인라인으로 공정이 진행될 수 있다. 상기 하부전극은 인접하는 상기 샤프트들 사이에 배치되고, 하부전극 이동부에 의해 상기 하부전극은 상하로 이동될 수 있다.A substrate conveying unit having a plurality of rotating shafts and a plurality of rotating rollers interpolating the respective shafts is provided, whereby the process can proceed inline with other processes. The lower electrode may be disposed between adjacent shafts, and the lower electrode may be moved up and down by a lower electrode moving part.
상기 절연판은 석영, 테프론, 유리, 또는 알루미나와 같은 절연체로 이루어질 수 있으며, 상기 돌기는 첨단(尖端)이 점으로 된 핀, 원뿔 또는 다각뿔 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 선택적으로 상기 돌기는 다각기둥 형상으로 형성되며 첨단(尖端)이 선으로 되도록 배치될 수 있다.The insulating plate may be made of an insulator such as quartz, Teflon, glass, or alumina, and the protrusion may be formed in the shape of any one of pins, cones, or polygonal pyramids having a dot. Optionally, the protrusion may be formed in a polygonal pillar shape and arranged so that the tip is a line.
또한, 공정진행 중 상기 기판을 가열하는 가열부를 제공될 수 있으며, 상기 가열부는 상기 가열부로는 상기 상부전극 둘레에 배치되는 적외선(IR) 램프가 사용되거나 상기 하부전극 내에 설치되는 히터가 사용될 수 있다.In addition, a heating unit may be provided to heat the substrate during the process, and the heating unit may be an infrared (IR) lamp disposed around the upper electrode or a heater installed in the lower electrode. .
또한, 상기 장치는 상기 상부전극과 상기 하부전극을 복수개 배치하며, 상기 하부전극은 각각의 인접하는 하는 샤프트들 사이에 배치되고, 각각의 하부전극 상부에는 상부전극이 배치될 수 있다. 식각률 향상을 위해, 상기 상부전극은 기판의 이송방향과 반대방향으로 이동될 수 있다.In addition, the apparatus may be arranged in a plurality of the upper electrode and the lower electrode, the lower electrode is disposed between each adjacent shaft, the upper electrode may be disposed above each lower electrode. In order to improve the etching rate, the upper electrode may be moved in a direction opposite to the transfer direction of the substrate.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 17을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 17. The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a clearer description.
본 실시예에서 식각은 기판 상에 소정 패턴을 형성하기 위해 특정부위를 제거하는 식각뿐 만 아니라 식각 가스를 사용하여 기판 상에 잔존하는 유기물이나 무기물을 제거하기 위한 건식 세정을 모두 포함한다. In the present embodiment, the etching includes not only an etching for removing a specific portion to form a predetermined pattern on the substrate, but also dry cleaning for removing organic or inorganic residues remaining on the substrate using an etching gas.
본 실시예에서 기판은 평판 디스플레이(flat panel display) 소자를 제조하기 위한 것으로, 평판 디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display), FED(Field Emission Display), ELD(Electron Luminescence Display) 일 수 있다. In this embodiment, the substrate is for manufacturing a flat panel display device, and the flat panel display is a liquid crystal display (LCD), a plasma display (PDP), a vacuum fluorescent display (VFD), a field emission display (FED), It may be an ELD (Electron Luminescence Display).
또한, 본 실시예에서 식각대상물로 평판 디스플레이를 예로 들어 설명하였다. 그러나 본 장치는 평판 디스플레이 이외의 다른 대상물 상의 유기물이나 무기물 제거에 사용될 수 있다.In addition, in the present embodiment, a flat panel display is used as an etching target. However, the device can be used to remove organics or inorganics on objects other than flat panel displays.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치를 개략적 으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 플라즈마 식각 장치는 기판 이송부(100), 하부전극(200), 상부전극(300), 전원공급부(400), 절연판(500), 그리고 노즐(600)을 포함한다. 1 is a view schematically showing a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the plasma etching apparatus includes a
기판 이송부(100)는 복수의 공정들에 대해 인라인(in-line) 작업이 가능하도록 기판(10)을 이송하고, 공정이 진행되는 도중에 기판(10)을 지지한다. 기판 이송부(100)의 평면도인 도 2를 참조하면, 기판 이송부(100)는 샤프트들(110), 롤러들(120), 풀리들(130), 벨트들(140), 그리고 모터(도시되지 않음)를 포함한다. 샤프트들(110)은 그 회전축이 기판(10)의 이송방향과 수직하게 배치되며, 기판(10)이 이송되는 방향과 평행한 방향으로 서로간에 일정거리 이격되도록 배치된다. 각각의 샤프트(110)는 복수의 롤러들(120) 내의 홀에 내삽되며, 기판(10)은 롤러(120)에 의해 지지된다. 각각의 샤프트(110)의 양단에는 각각 풀리(130)가 결합되며, 인접하는 풀리들(130)은 벨트(140)에 의해 연결된다. 풀리들(130) 중 어느 하나는 모터와 결합되어 모터에 의해 회전된다. 상술한 구조에 의해 모터가 회전되면 풀리(130)들이 벨트(140)에 의해 회전되며, 이후 풀리(130)와 결합된 샤프트들(110) 및 롤러(120)가 회전된다. 공정이 진행되는 도중 모터는 공정이 원활하게 진행되도록 그 회전속도가 조절되거나 또는 회전이 멈출 수 있다. 도면에 도시된 기판 이송부(100)의 구조는 일 예에 불과하며, 일반적으로 알려진 다양한 기판이송 메커니즘이 사용될 수 있다.The
상부전극(300)과 하부전극(200), 그리고 전원공급부(400)는 플라즈마(plasma)를 발생시키는 기능을 수행한다. 하부전극(200)은 직육면체의 얇 은 플레이트 형상을 가지며 인접하는 샤프트들(110) 사이에 배치된다. 하부전극(200)의 상부면은 롤러들(120) 상에 놓여진 기판(10)의 하부면으로부터 일정거리 이격되도록 위치되어, 기판 이송부(100)에 의해 기판(10)이 이송되는 동안 기판(10)의 저면과 접촉이 이루어지지 않도록 한다. 이는 기판이 하부전극(200)의 저면과 접촉시 마찰로 인해 기판(10)의 이송진로가 방해받는 것을 방지한다. The
선택적으로 상술한 바와 같이 기판(10)이 상부전극(300)과 하부전극(200) 사이로 이동 후 기판(10)이 정지된 상태에서 공정이 진행될 수 있다. 이 때, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 하부전극(200)을 상하로 구동하는 하부전극 이동부(220)가 제공될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 하부전극 이동부(220)는 하부전극(200)의 후면에 결합되는 지지축(222)과 이를 구동시키는 구동부(224)를 가진다. 구동부(224)는 지지축의 아래에 결합되어 지지축을 승하강시키는 유공압 실린더가 사용될 수 있다. 선택적으로 도 4에 도시된 바와 같이 하부전극 이동부(220)는 지지축(222)의 측면에 형성된 래크(rack)(223)와 지지축(222)의 측부에 위치되어 래크(223)와 맞물리는 피니언(pinion)(226), 그리고 피니언(226)을 회전시키는 스테핑 모터(228)를 가질 수 있다. 기판(10)이 상부전극(300)과 하부전극(200) 사이로 이송되기 전에 하부전극(200)은 기판(10)의 저면보다 낮게 위치되고, 이후에 기판(10)이 상부전극(300)과 하부전극(200) 사이로 이송되면, 하부전극(200)은 승강되어 기판(10)의 후면과 접촉될 수 있다. Optionally, as described above, after the
상부전극(300)은 하부전극(200)과 대향되도록 하부전극(200) 상부에 배치된다. 상부전극(300)과 하부전극(200)은 스테인리스 스틸(stainless steel)을 재질로 할 수 있다. 전원공급부(400)에 의해 가해지는 전원의 크기는 수 키로 볼트(KV) 내지 수십 키로 볼트(KV)일 수 있다. 상부전극(300)의 일 예를 보여주는 사시도인 도 5를 참조하면, 상부전극(300)은 직육면체의 얇은 판 형상을 가진다. 상부전극(300)의 하부면에는 방전이 잘 일어나도록 뾰족한 형상의 돌기들(342)이 형성된다. 돌기(342)는 방전이 상부전극(300)과 하부전극(200) 사이의 영역 전체에서 일어나도록 상부전극(300)의 하부면 전체에 균일하게 형성된다. 돌기(342)는 도 5에 도시된 바와 같이 선단이 점으로 된 핀 형상을 가지며, 돌기(342)는 복수의 열과 행을 이루도록 규칙적으로 배치된다. 선택적으로 도 6에 도시된 바와 같이 돌기(344)는 선단이 점으로 된 뾰족한 뿔 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 돌기(344)는 삼각뿔 또는 사각뿔과 같은 다각뿔 형상이나 원뿔의 형상을 가질 수 있으며, 돌기(344)는 복수의 열과 행을 이루도록 규칙적으로 배치될 수 있다. 또한, 선택적으로 도 7에 도시된 바와 같이 돌기(346)는 선단이 선으로 이루어진 뾰족한 기둥 형상을 가질 수 있으며, 측면의 모서리 중 하나가 선단에 위치되도록 형성된다. 이 경우 돌기(346)는 상부전극(300)의 일측 길이와 유사한 길이를 가지도록 형성되며 복수의 열을 이루도록 배치된다. 도 7의 형상의 경우 도 5와 도 6에 비해 제조단가를 크게 줄일 수 있다. The
도 8과 도 9는 돌기(342, 344, 346)간의 거리 및 돌기(342, 344, 346)의 종횡비를 보여주는 도면들이다. 돌기(342, 344, 346)의 폭을 D, 돌기(342, 344, 346)의 길이를 L, 그리고 돌기(342, 344, 346)간의 거리를 X라 할 때, 돌기(342, 344, 346)는 L/D는 약 1 내지 10이 되고, X/D는 약 1 내지 10이 되도록 형성된다. 돌기(344, 346)가 뿔 또는 기둥형상으로 형성된 경우 돌기(344, 346)의 하단부의 폭을 돌기(344, 346)의 폭으로 한다.8 and 9 illustrate distances between the
본 실시예의 식각 장치는 상술한 바와 같이 인라인으로 공정이 진행되며, 반드시 고진공을 유지한 상태에서 공정이 진행되지는 않는다. 바람직하게는 대기압 상태에서 공정이 진행된다. 돌기로부터 발생되는 방전은 아크방전(arc discharge) 또는 필라멘트 형태의 방전(filamentary type)이다. 아크방전 또는 필라멘트 형태의 방전은 영역에 따라 불균일하고 불안정하므로 바람직하지 않다. 상술한 아크방전 또는 필라멘트 형태의 방전 대신 안정적이고 균일한 글로우 방전 또는 이와 유사한 형태의 방전이 일어나도록 도 1에 도시된 바와 같이 상부전극(300) 아래에는 절연판(500)이 위치된다. 절연판(500)은 상부전극(300)의 하부면과 대향되어 위치되도록 상부전극(300)에 결합된다. 바람직하게는 절연판(500)은 상부전극(300)의 하부면 및 돌기들(342) 측부 전체를 감싸도록 상부전극(300)에 결합된다. 절연판(500)은 쿼츠(quartz), 테프론(teflon), 유리(glass), 또는 알루미나(alumina)와 같은 절연체를 재질로 하여 제조될 수 있다.In the etching apparatus of the present embodiment, the process proceeds in-line as described above, and the process does not necessarily proceed while maintaining a high vacuum. Preferably the process proceeds at atmospheric pressure. The discharge generated from the projection is an arc discharge or a filamentary type discharge. Arc discharges or filamentary discharges are undesirable because they are uneven and unstable depending on the area. As shown in FIG. 1, an insulating
또한, 본 실시예에서 식각 장치(1)는 아크방전이 일어나는 것을 방지하기 위해 절연판(500)과 하부전극(200) 사이의 영역으로 비반응성 가스를 분사하는 비반응성 가스 분사부(600)를 가진다. 비반응성 가스로는 헬륨(helium), 질소(nitrogen), 또는 아르곤(argon) 등이 사용될 수 있다. 비반응성 가스는 고온의 플라즈마(thermal plasma)를 저온의 플라즈마(cold plasma)로 전이시킨다. 비반응성 가스의 공급은 아크방전 또는 필라멘트 타입의 방전 대신 글로우 방전 또는 이와 유사한 형태의 방전이 일어나게 되며, 균일하고 안정적인 플라즈마를 얻을 수 있다. In addition, in the present embodiment, the
본 실시예에서 공정은 대기압 하에서 일어나므로 대기 중에는 산소와 같은 식각에 사용되는 기체가 포함되어 있다. 그러나 식각률을 향상시키기 위해 절연판(500)과 하부전극(200) 사이로 식각가스를 공급하는 식각가스 공급부(600)가 더 제공될 수 있다. 식각가스 공급부(600)로부터 공급되는 가스는 산소일 수 있다.In this embodiment, the process occurs under atmospheric pressure, so that the atmosphere contains a gas used for etching, such as oxygen. However, an etching
상술한 비반응성 가스와 식각 가스는 동시에 공급되는 것이 바람직하다. 본 실시예에 의하면 비반응성 가스와 식각 가스는 노즐(600)에 의해 공급된다. 도 10은 노즐(600)의 사시도이고, 도 11은 도 10의 선 A-A를 따라 절단한 단면도이다. 도 10과 도 11을 참조하면, 노즐(600)은 앞쪽에 위치되는 토출부(640)와 뒤쪽에 위치되는 혼합부(620)를 구비하며, 토출부(640)와 혼합부(620)는 기판(10)의 일측 길이와 유사한 길이를 가진다. 혼합부(620)의 끝단에는 식각가스가 공급되는 도관(660)과 비반응가스가 공급되는 도관(680)이 연결되며, 혼합부(620)의 내부에는 이들 가스가 혼합되는 공간(622)이 형성된다. 토출부(640)의 전단에는 슬릿 또는 복수의 홀들로 이루어진 토출구(644)가 형성되며, 토출부(644)의 내부에는 상술한 혼합부 내의 공간(622)과 토출구(644)를 연결하는 토출라인(642)이 형성된다.The non-reactive gas and the etching gas described above are preferably supplied simultaneously. According to this embodiment, the non-reactive gas and the etching gas are supplied by the
본 실시예에서 식각가스의 공급과 비반응가스의 공급은 긴 길이를 가지는 하나의 노즐(600)에 의해 이루어지는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 식각가스 공급부와 비반응가스 공급부는 각각 분리된 노즐들일 수 있다.In the present embodiment, the supply of the etching gas and the supply of the non-reactant gas were described by one
도 12는 절연판(500)을 사용하지 않고 비반응성 가스가 공급되지 않는 경우 방전 상태를 보여주는 도면이고, 도 13은 본 실시예와 같이 절연판(500)이 설치되 고, 공정 진행 중 비반응성 가스를 공급하는 경우 방전 상태를 보여주는 도면이다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 절연판(500) 및 상온의 비반응성 가스를 사용하지 않는 경우 필라멘트 타입의 방전이 발생되나 본 실시예와 같이 절연판(500) 및 상온의 비반응성 가스를 사용하는 경우 글로우 방전이 발생된다. 따라서 본 발명의 장치(1) 사용시 더욱 안정적이고 균일한 플라즈마가 발생하며, 이는 큰 면적을 가지는 TFT-LCD의 제조가 가능하다.FIG. 12 is a view illustrating a discharge state when the non-reactive gas is not supplied without using the insulating
본 실시예에 의하면, 공정 진행시 기판이 소정온도를 가지도록 기판(10)을 가열하는 가열부(700)가 제공된다. 일 예에 의하면, 도 14에 도시된 바와 같이 가열부(700)는 상부전극(300)에 인접하여 설치될 수 있으며, 가열부(700)로는 적외선램프가 사용될 수 있다. 다른 예에 의하면, 도 15에 도시된 바와 같이 가열부(700′)는 하부전극(200) 내에 설치되는 히터일 수 있으며, 히터로는 전기에 의해 발열하는 열선이 사용될 수 있다.According to this embodiment, a
도 16과 도 17은 복수의 상부전극과 하부전극을 가지는 장치를 보여준다. 도 16은 가열부가 인접하는 상부전극들 사이에 배치되는 경우를 보여주고, 도 17은 가열부가 하부전극 내에 설치되는 경우를 보여준다. 도 16과 도 17을 참조하면, 하부전극은 인접하는 샤프트들 사이에 각각 배치되며, 각각의 하부전극의 상부에는 상부전극이 배치된다. 이는 대면적의 기판의 복수의 영역에 대해 식각공정을 수행함으로써 식각에 소요되는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 비록 도시되지는 않았으나, 식각률을 향상시키기 위해 상부전극 또는 하부전극을 기판이 이동되는 방향과 반대방향으로 이동시키는 구동부가 설치될 수 있다. 16 and 17 show an apparatus having a plurality of upper electrodes and lower electrodes. FIG. 16 illustrates a case where the heating unit is disposed between adjacent upper electrodes, and FIG. 17 illustrates a case where the heating unit is installed in the lower electrode. 16 and 17, lower electrodes are respectively disposed between adjacent shafts, and upper electrodes are disposed on the upper portions of the respective lower electrodes. This may reduce the time required for etching by performing an etching process on a plurality of areas of the large-area substrate. In addition, although not shown, a driving unit may be installed to move the upper electrode or the lower electrode in a direction opposite to the direction in which the substrate is moved to improve the etching rate.
도 18과 도 19는 각각 TFT-LCD 제조를 위한 기판에서 일반적인 식각 장치를 사용하여 공정을 수행한 경우와 본 실시예의 절연판(500)과 저온의 비반응가스를 사용하여 공정을 수행한 경우 배선금속의 물리적 손상 정도를 보여주는 도면이다. 일반적인 식각 장치를 사용한 경우 도 18에 도시된 바와 같이 선이 부드럽지 않고 매우 거칠며 물리적 손상 정도가 심하다. 그러나 본 발명의 식각 장치(1)를 사용한 경우 도 19에 도시된 바와 같이 선이 매끄러우며 물리적으로 거의 손상이 없다.18 and 19 show a wiring metal when a process is performed using a general etching apparatus on a substrate for manufacturing a TFT-LCD and when a process is performed using the insulating
도 20과 도 21은 본 발명의 식각 장치 사용시 유기물이 제거되는 속도를 보여주는 도면이다. 도 20은 비반응성 가스의 량의 변화와 식각가스의 량의 변화에 따른 유기물의 제거 속도를 보여주는 그래프이다. 비반응성 가스로는 헬륨(He)이 사용되었고, 식각가스로는 산소가 사용되었다. 또한, 기판은 상온 상태에서 실험이 수행되었고, 제거되는 막은 포토레지스트 막이다. 헬륨의 량 변화시에 산소의 공급량은 3slm이고, 산소의 량 변화시 헬륨의 공급량은 7,5slm이다. 도 16에서 '▲'는 식각가스의 량에 따른 유기물의 제거 속도를 보여주고, '■'는 비반응성 가스의 량에 따른 유기물의 제거 속도를 보여준다. 또한, 실험에서 제거되는 유기물은 포토레지스트 막이며, 도 20에 보여진 바와 같이 공급되는 He의 량이 일정량이 되기 전에는 He의 공급량에 비례하여 유기물의 제거 속도가 증가하고, 상술한 일정량을 초과한 경우에는 점차 유기물 제거 속도가 감소되었다. 실험에 의하면, 공급되는 He의 량이 약 7.5slm(square liter per minutes)일 때 유기물 제거 속도는 약 800nm/min이다. 일반적인 식각 장치 사용시 유기물 제거 속도와 비교할 때 이는 매우 높은 수치이며, 본 실시예에서 비반응성 가스의 공급은 유기물 제거 속도에 매 우 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 또한, 식각가스인 산소의 공급량이 증가됨에 따라 유기물 제거 속도는 계속적으로 증가한다. 이는 대기 중에 존재하는 산소 외에 본 실시예에서와 같이 별도로 식각가스를 공급하는 경우 유기물 제거 속도가 크게 향상되는 것을 알 수 있다.20 and 21 are views showing the rate at which the organic matter is removed when using the etching apparatus of the present invention. 20 is a graph showing the removal rate of organic material according to the change in the amount of non-reactive gas and the amount of the etching gas. Helium (He) was used as the non-reactive gas, and oxygen was used as the etching gas. In addition, the experiment was conducted at room temperature, and the film to be removed is a photoresist film. When the amount of helium is changed, the supply of oxygen is 3 slm, and when the amount of oxygen is changed, the supply of helium is 7,5 slm. In Figure 16 '▲' shows the removal rate of the organic material according to the amount of etching gas, '■' shows the removal rate of the organic material according to the amount of non-reactive gas. In addition, the organic substance removed in the experiment is a photoresist film, and as shown in FIG. 20, before the amount of He supplied becomes a certain amount, the removal rate of the organic material increases in proportion to the amount of He supplied, Gradually, the rate of organic removal was reduced. According to the experiment, the removal rate of organic matter is about 800 nm / min when the amount of He supplied is about 7.5 slm (square liter per minutes). This is a very high value when compared to the organic removal rate when using a general etching apparatus, it can be seen that the supply of non-reactive gas in this embodiment has a very large effect on the organic removal rate. Also, as the supply amount of oxygen, which is an etching gas, increases, the rate of removing organic matter continues to increase. This can be seen that the organic material removal rate is greatly improved when the etching gas is separately supplied as in the present embodiment in addition to the oxygen present in the atmosphere.
도 21은 공정 진행시 기판의 온도에 따른 유기물 제거 속도를 보여주는 그래프이다. 실험에서 비반응성 가스로는 7.5slm의 헬륨이 사용되었고, 식각가스로는 3slm의 산소가 사용되었다. 도 21에 도시된 바와 같이 공정 진행시 기판의 온도가 높을 수록 화학반응이 활발히 이루어져 유기물의 제거 속도가 크게 향상되며, 기판의 온도가 150℃일 때 유기물 제거 속도는 약 1100nm/min이었다. 21 is a graph showing the removal rate of organics according to the temperature of the substrate during the process. In the experiment, 7.5slm helium was used as the non-reactive gas, and 3slm oxygen was used as the etching gas. As shown in FIG. 21, the higher the temperature of the substrate during the process was, the more active the chemical reaction was, thereby greatly improving the removal rate of the organic material. The organic removal rate was about 1100 nm / min when the substrate temperature was 150 ° C.
본 발명에 의하면 기판이 롤러에 내삽되는 샤프트를 가지는 기판 이송부에 의해 지지된 상태에서 식각 공정이 수행되므로, 타공정과 연관하여 인라인으로 공정을 수행할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since the etching process is performed in a state in which the substrate is supported by the substrate transfer unit having the shaft inserted into the roller, there is an effect that the process can be performed inline with other processes.
또한, 본 발명에 의하면 절연판과 상온의 비반응가스 공급으로 인해 글로우 방전이 발생되며, 이로 인해 균일하고 안정적인 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 따라서 큰 면적을 가지는 기판에도 적용 가능하다.In addition, according to the present invention, the glow discharge is generated due to the supply of the insulating plate and the non-reactant gas at room temperature, thereby generating a uniform and stable plasma. Therefore, it is applicable to the board | substrate which has a large area.
또한, 본 발명에 의하면, 식각 공정 진행시 기판을 가열하는 가열부의 제공, 그리고 식각가스 및 비반응성 가스의 공급으로 인해 기판 상의 유기물 또는 무기물의 제거 속도를 향상시켜 처리량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, by providing a heating unit for heating the substrate during the etching process and the supply of the etching gas and the non-reactive gas, there is an effect that can increase the throughput by improving the removal rate of organic or inorganic substances on the substrate. .
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20120724 Year of fee payment: 6 |
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| FPAY | Annual fee payment |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |