KR20060040108A - 습식 식각장치 및 습식 식각방법 - Google Patents

습식 식각장치 및 습식 식각방법 Download PDF

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Abstract

식각의 균일도를 향상시키는 습식 식각장치 및 습식 식각방법에 있어서, 상기 습식 식각장치는 이송유닛, 식각액 공급유닛 및 측정유닛을 포함한다. 상기 이송유닛은 주변 영역과 중심 영역을 포함하는 기판을 제1 축방향으로 왕복 이송하며, 식각액 공급유닛은 기판에 형성된 박막을 식각하는 식각액 제공한다. 상기 측정유닛은 상기 박막의 식각 종말점을 측정하기 위해 상기 기판의 중심영역에 존재하는 박막의 식각 종말점을 측정한다. 이러한 습식 식각장치는 상기 측정유닛의 과식각 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 식각물이 잔류하는 문제점을 해결할 수 있다.

Description

습식 식각장치 및 습식 식각방법{APPARATUS FOR WET ETCHING AND METHOD OF WET ETCHING}
도 1은 플레이트와 리프트 핀들을 갖는 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 식각종말점 측정유닛의 위치 및 이동 경로를 나타내는 개략도이다
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 이송유닛 112 : 롤러
140 : 식각액 공급유닛 170 : 식각종말점 측정유닛
180 : 제어유닛 P : 기판
A : 중심영역 b : 주변영역
본 발명은 습식 식각장치 및 습식 식각방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 액정표시장치에 적용되는 기판에 증착된 박막을 균일하게 식각하는 습식 식각장치 및 습식 식각방법에 관한 것이다.
최근 정보 매체의 급속한 보급에 따른 정보화 사회에서 전자 디스플레이 장치(electronic display device) 및 반도체 장치의 역할은 갈수록 중요해지며, 각종 전자 디스플레이 장치가 다양한 산업 분야에 광범위하게 사용되고 있다.
현재 디스플레이 장치 중에서 액정표시장치는 두 장의 기판에 각각 전극이 형성되어 있고 각 전극에 인가되는 전압을 스위칭하는 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)를 구비하는 장치이며, 상기 박막 트랜지스터는 두 장의 기판 중 하나에 형성되는 것이 일반적이다. 상기 박막 트랜지스터를 이용하는 액정표시장치는 노트북 PC에서 모니터 및 중소형 제품까지 그 영역이 확대되고 있다. 또한, 대형 TV 등의 대형 화면의 장치에 사용되는 액정표시패널을 제작하기 위하여 모기판(Mother Glass)의 사이즈가 점차적으로 증가하고 있는 추세이다.
액정표시장치의 박막트랜지스터를 형성하기 위한 공정은 크게 증착공정, 식각공정 및 포토공정등을 포함한다. 상기 박막트랜지스터의 금속배선을 형성하기 위한 식각공정은 크게 건식 식각공정과 습식 식각공정으로 구분되는데, 건식 식각(Dry Etching)공정이란 플라즈마를 이용하여 원하는 대상층을 선택적으로 식각하는 것을 말하며, 크게 물리적 건식 식각과 화학적 건식 식각으로 크게 구분된다.
또한, 상기 습식 식각(Wet Etching)공정이란 특정한 케미컬 솔루션(Chemical Solution)을 사용하여 가역적인, 혹은 비가역적인 화학반응에 의해 원하는 대상층을 선택적으로 식각하는 것을 말하며, 식각 해야할 대상층의 표면위에서 화학반응을 일으키면서 휘발성반응물을 생성하는 일련의 과정을 거치면서 이루어진다. 이러한, 습식 식각 방법은 화학반응을 이용함으로써 마스크와 비 대상층에 대한 식각 선택비가 크다는 장점이 있으며, 대상층의 특성에 따라 각기 다른 조성비 및 케미컬을 사용하는 것을 특징으로 한다.
그러나 최근에, 액정표시패널이 점차적으로 대형화됨에 따라 주변영역에 대한 중심영역의 식각 균일도가 불 균일한 문제점과 습식 식각장치에서 상기 기판에 증착된 박막의 식각 종말점을 전체적으로 균일하게 파악하기 어려운 문제점이 발생하였다.
이는 상기 박막의 증착율이 중심영역이 주변영역보다 더 크고, 상기 식각장치에서 기판에 증착된 박막의 두께를 측정하는 검출유닛이 상기 기판의 주변영역에 고정되어 있기 때문에 상기 기판 중심영역에 존재하는 박막의 식각 종말점을 파악하기 어려웠다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 액정표시장치의 기판에 형성된 박막의 식각 균일도를 향상시킬 수 있는 습식 식각장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 습식 식각장치를 이용한 습식 식각방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각장치는 기판 이송유닛, 식각액 공급유닛과 측정유닛을 포함한다. 상기 기판 이송유닛은 주변영역과 중심영역을 포함하는 기판을 지지하며, 상기 기판을 제1 축방향으로 왕복 이송한다. 상기 식각액 공급유닛은 기판 이송유닛 상부에 구비되고, 상기 기판에 형성된 박막을 식각하는 식각액을 상기 기판으로 제공한다. 측정유닛은 상기 이송유닛과 식각액 공급유닛 사이에 구비되고, 기판의 중심영역에 존재하는 박막의 식각 종말점을 감지한다.
상기 박막은 상기 주변 영역보다 중심영역이 더 두껍고, 기 측정유닛은 기판의 중심영역 상에서 제1 축방향과 수직하는 제2 축방향으로 구동된다. 또한, 상기 측정유닛에서 측정된 결과를 제공받아 기 설정된 기준값과 비교하고, 측정값이 기준 값에 도달될 경우 상기 식각액 공급유닛을 제어하는 제어유닛을 더 포함한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각방법은 주변영역과 중심영역을 포함하는 기판을 제1 축방향으로 왕복 이송하는 단계와, 상기 기판에 형성된 박막을 식각하기 위해 식각액을 상기 기판으로 제공하는 단계와 상기 기판의 중심영역 상에서 제1 축방향과 수직하는 제2 축방향으로 왕복이동하면서 상기 박막의 식각 종말점을 측정하는 단계를 포함한다.
따라서, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 습식 식각장치 및 이를 이용한 식각방법은 상기 기판의 중심영역에 증착된 박막의 식각 종말점을 측정할 수 있도록 검출부가 구비되어 있어 상기 검출부의 과식각 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 기판에 박막이 잔류하는 문제점을 해결할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 종말점 측정유닛을 포함하는 습식 식각장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각장치(200)는 식각공정시 식각조(도시되지 않음) 내에서 기판을 이송하는 기판 이송유닛(110)과, 상기 기판(Plate; P)상에 식각액(chemical solution)을 제공하는 식각액 공급유닛(140) 및 상기 기판에 형성된 박막의 식각 종말점을 기판의 중심영역에서 측정하는 측정유닛(170) 및 제어유닛(180)을 포함한다.
상기 식각조는 상기 이송유닛(110)을 통해 박막(도시되지 않음)이 형성된 기판(P)을 제공받고, 상기 기판에 형성된 박막의 선택적 습식 식각공정을 수행하는 공간을 포함한다.
상기 기판(P)은 박막의 증착율이 높은 중심영역(Center region;A)과 상기 중심영역에 비해 박막의 증착율이 낮은 주변영역(B)을 포함한다. 여기서, 상기 기판(P)은 액정표시장치를 형성하기 위한 모기판 즉, 투명 기판이다. 상기 투명기판에 형성된 박막(도시되지 않음)은 액정표시장치의 금속배선을 형성하기 위한 금속막이다. 상기 금속막은 증착공정의 특성상 상기 기판의 중심영역에서 금속물질의 증착율이 우수하기 때문에 상기 중심영역의 금속막은 상기 주변영역의 금속막에 비해 그 두께가 더 크다. 상기 금속막은 예컨대 알루미늄막, 알루미늄합금막, 크롬막등을 예를 들 수 있다.
이송유닛(110)은 다수의 롤러(112)로 이루어진 컨베이어로서, 상기 식각조 내부의 하방에 구비되어 상기 기판을 지지한다. 상기 이송유닛(110)은 식각조 내부로 기판(P)을 이송한 후 상기 기판에 형성된 박막을 세정액을 이용하여 습식 식각하는 공정시 상기 기판을 식각조 내에서 제1 축방향으로 왕복운동 되도록 구동시킨 다. 상기 왕복 구동은 크기가 한정된 공간을 갖는 식각조 내에서 대형화된 기판(P)의 표면으로 식각액이 균일하게 분사될 수 있도록 하는데 있다.
식각액 공급유닛(140)은 상기 식각조 내에서 상기 이송유닛에 지지된 기판의 상부에 구비된다. 식각액 공급 유닛(140)은 외부에 구비된 식각액 저장용기(도시되지 않음)로부터 식각액을 제공받는 메인 배관(136)과, 상기 메인 배관(136)으로부터 분기된 다수의 서브 배관(134) 및 상기 메인 배관(136)과 상기 서브 배관들(134) 사이에 구비된 다수의 밸브(도시되지 않음)를 포함한다. 상기 메인 배관(136)은 외부로부터 상기 식각액을 제공받아서 상기 식각액을 상기 다수의 서브 배관(134)으로 공급한다. 상기 서브 배관들(134) 각각에는 상기 식각액을 상기 기판(10)의 표면에 분사하는 분사 노즐(132)이 형성되어 있다.
또한, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 식각액 공급유닛(140)이 다수의 서브 배관(134)으로만 이루어질 경우 본 발명의 습식 식각장치(200)는 상기 서브 배관들(134)에 직접적으로 상기 식각액을 제공하는 다수의 서브 펌프(도시되지 않음)를 구비하여야 한다. 그러나, 상기 식각액 공급유닛(140)은 상기 메인 배관(136)과 상기 다수의 서브 배관(134)을 구비함으로써, 상기 습식 식각장치(200)는 상기 메인 배관(136)으로 상기 식각액을 직접적으로 공급하는 하나의 메인 펌프(도시되지 않음)만을 필요로 한다.
측정유닛(170) 즉, 식각 종말점 측정장치(End Point Detector, EPD)는 상기 기판과 식각액 공급유닛 사이에 구비되며, 광학 탐침(optical probe part), 광원, 검출기, 제어기등을 포함한다. 여기서, 상기 광학 탐침은 상기 기판의 중심영역 상 부에 소정거리 이격되어 구비되고, 광을 발광하는 발광센서와 기판으로부터 반사된 광을 수광하는 수광센서를 포함한다. 상기 광원은 자외선 램프 또는 제논(Xenon)램프 등으로 단파장의 광을 생성하여 상기 발광센서에 전달한다. 상기 광은 적용되는 박막의 종류에 따른 선택적으로 사용할 수 있다.
상기 검출기는 상기 광학 탐침의 수광 센서로부터 전송 받은 광의 노이즈를 제거하고 원하는 간섭신호를 추출하는 기능을 한다. 상기 제어기는 상기 검출기에서 추출된 간섭신호를 입력받아, 고속 푸리에 변환(FFT; Fast Fourier Transformation), 보정(fitting) 및 연산 등 일련의 과정을 수행하는 마이크로 프로세서를 사용하여 박막의 두께를 측정한다. 또한, 상기 광학 탐침과 상기 광원 및 상기 검출기 사이의 광전송은 신호 전송라인을 통하여 이루어진다. 상기 신호 전송라인은 다수의 광섬유로 이루어진다. 즉, 상기 광학탐침은 상기 광원으로부터 신호 전송라인를 통하여 광을 전달받아 상기 기판의 중심영역 상으로 광을 입사하고, 상기 기판으로부터 반사된 광을 상기 신호 전송라인을 통하여 상기 검출기로 전송시킨다. 또한, 상기 기판의 식각 종말점을 보다 정확하게 측정하기 위하여 상기 측정유닛은 복수개의 광학 탐침들을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 일 실시예에 따른 측정유닛(170)은 기판의 주변영역(B)에서 고정되어 상기 기판에 형성된 박막의 두께 즉, 특정 박막의 식각 종말점을 측정하지 않고, 상기 기판의 중심영역(A) 상에서 고정되어 상기 기판의 중심역영(A)에 존재하는 박막의 두께를 특정하는 것을 특징으로 한다.
상기 식각 종말점 측정장치(170)가 상기 기판의 중심영역 상에서 고정되어 상기 박막의 식각 종말점을 측정하면, 상기 기판 상에 형성된 박막의 식각의 균일도가 향상될 뿐만 아니라 상기 식각 종말점 측정장치(170)의 과식각(Over etch)의 특성이 향상된다.
제어유닛(180)은 전기라인에 의해 상기 측정유닛(170)과 식각액 공급유닛()에 각각 연결되고, 습식 식각장치(200)의 전체적인 시스템을 감시 및 제어하는 역할을 한다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 제어유닛(180)은 상기 측정유닛(170)의 검출기로부터 실시간으로 측정된 기판상의 박막의 두께를 전송받아, 상기 박막의 식각이 식각 종말점에 이르렀을 때 상기 식각액 공급 유닛의 밸브를 차단하는 신호를 제공한다. 이렇게 제공된 신호는 상기 기판으로 제공되는 식각액의 차단하여 상기 기판의 습식 식각공정을 종료시킨다.
상기한 구성을 갖는 측정유닛을 포함하는 습식 식각장치는 대형화된 기판의 식각 균일도를 향상시킬 뿐만 아니라 특정 박막에 대한 과식각 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서 잔류박막으로 인한 액정표시장치의 불량을 방지할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 식각 종말점 측정유닛의 위치 및 이동 경로를 나타내는 개략도이다
도 2를 참조하면, 상기 본 발명에 일 실시예에 따른 측정유닛(170)은 종래의 식각 종말점 측정장치와 달리 기판(P)의 주변영역(B)에 고정되어 상기 기판에 형성된 박막의 두께 상기 기판의 중심역영(A)에 존재하는 박막의 두께를 특정하는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게는 식각 종말점 측정장치(170)는 상기 기판(P)의 중심영역 (A) 상에서 상기 기판(P)의 이송방향인 제1 축방향과 수직되는 제2 축방향으로 구동하면서 상기 기판의 중심영역(A)에 존재하는 박막의 두께를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 상기 식각 종말점 측정장치가 상기 기판의 중심영역 상에서 고정 또는 제2 축방향의 이송되면서 상기 박막의 식각 종말점을 측정하면, 상기 기판 상에 형성된 박막의 식각의 균일도가 향상될 뿐만 아니라 상기 식각 종말점 측정장치(170)의 과식각(Over etch)의 특성이 향상된다.
이하, 도 1에 도시된 습식 식각장치를 이용한 기판의 금속배선 형성방법을 설명하기로 한다.
먼저, 금속막이 형성된 기판(P)이 이송유닛의 롤러에 지지되어 식각공정이 수행되는 식각조로 유입된다. 상기 금속막 상에는 상기 금속배선을 형성하기 위한 식각마스크가 형성되어 있다.
이어서, 식각조 내부로 유입된 기판의 표면상에 상기 식각마스크에 노출된 금속막을 식각하기 위해 세정액을 분사한다. 이를 구체적으로 설명하면, 식각액은 식각액 저장조(도시되지 않음)에 연결된 메인 배관(136)으로 유입된 후 상기 메인 배관(136)으로부터 분기된 다수의 서브 배관(134)으로 유입된다. 이후 상기 식각액은 상기 서브 배관들(134)에 구비된 다수의 분사노즐을 통하여 상기 기판의 표면으로 균일하게 분사된다. 이렇게 분사된 식각액은 상기 기판의 표면에 존재하는 금속막과 화학적 반응하여 상기 금속막을 식각한다.
상기 세정액이 기판으로 분사되는 동안 상기 측정유닛(170)이 상기 기판의 중심영역 상에서 상기 박막의 식각 두께(식각 종말점)를 측정한다. 이를 구체적으로 설명하면, 상기 박막을 두께를 측정하기 위해 상기 광원에서 생성된 광은 상기 광학탐짐의 발광 센서로 제공된 후 발광 센서를 통해 상기 기판으로 조사된다. 상기 기판에 조사된 광은 기판으로부터 반사되어 특정파장을 갖고 수광 센서로 입력된다. 수광센서로 입력된 광은 검출기기로 전달되어 광에 포함된 노이즈가 제된 후 변환, 보정(fitting) 및 연산등 일련의 과정을 거쳐 박막의 두께를 나타내는 광 신호가 생성된다.
이어서, 생성된 광 신호를 신호 전송라인을 통하여 제어유닛(180)으로 전송한다. 즉, 상기 측정유닛에서 실시간으로 측정되는 박막의 두께에 대한 값은 상기 제어유닛으로 전송되고, 상기 제어유닛은 박막의 두께가 적정수준에 이르렀을 때, 상기 식각액 공급유닛에 식각액 공급중단 명령신호를 전달한다.
이후, 제어유닛에 의해 세정액의 분사가 중단된 이후 상기 기판의 습식 식각공정을 종료한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 상기 습식 식각장치는 상기 기판의 중심영역 상에서 기판에 형성된 박막의 식각 종말점을 측정할 수 있는 식각 종말점 측정유닛을 포함한다. 상기 식각 종말점 측정유닛은 기판의 주변영역보다 중심영역에서 두께 박막의 식각 종말점을 측정하기 때문에 과식각 특성을 향상 및 기판에 식각 잔류하는 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 상기 박막의 식각 균일도가 향상되므로 인해 액정표시장치의 패턴형 불량을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.

Claims (8)

  1. 주변 영역과 중심 영역을 포함하는 기판을 지지하며, 상기 기판을 제1 축방향으로 왕복 이송하는 이송유닛;
    상기 이송유닛 상부에 구비되고, 상기 기판에 형성된 박막을 식각하는 식각액을 상기 기판으로 제공하는 식각액 공급유닛; 및
    상기 이송유닛과 식각액 공급유닛 사이에 구비되고, 상기 기판의 중심영역에 존재하는 박막의 식각 종말점을 측정하는 측정유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 식각장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 박막은 상기 주변 영역보다 중심영역이 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 습식 식각장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 측정유닛은 기판의 중심영역 상에서 제1 축방향과 수직하는 제2 축방향으로 구동되는 것을 특징으로 하는 식각 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 측정유닛은
    상기 기판 상부에 위치하고 상기 기판 표면으로 광을 조사하고, 기판의 표면에서 반사된 광을 감지하는 복수개의 광학탐침들(optical probes);
    상기 광학탐침에 특정 파장의 광을 제공하는 광원; 및
    상기 광학탐침들로부터 전달받은 반사광의 간섭신호를 검출하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 식각장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광학탐침은 상기 광원으로부터 제공받은 광을 기판의 중심영역으로 입사하는 복수개의 발광센서; 및
    상기 기판으로부터 반사된 반사광을 감지하는 복수개의 수광센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 식각장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 측정유닛에서 측정된 결과를 제공받아 기 설정된 기준값과 비교하고, 측정값이 기준 값에 도달될 경우 상기 식각액 공급유닛을 제어하는 제어유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식각 장치.
  7. 주변 영역과 중심 영역을 포함하는 기판을 제1 축방향으로 왕복 이송하는 단계;
    상기 기판에 형성된 박막을 식각하기 위해 식각액을 상기 기판으로 제공하는 단계; 및
    상기 기판의 중심영역 상에서 제1 축방향과 수직하는 제2 축방향으로 왕복이동하면서 상기 박막의 식각 종말점을 측정하는 단계를 포함하는 습식 식각방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 박막의 식각 종말점이 측정된 결과를 제공받아 기 설정된 기준값과 비교하는 단계; 및
    상기 측정된 결과가 상기 기준값에 도달될 경우 상기 식각액 제공을 중단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 식각방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111261506A (zh) * 2018-11-30 2020-06-09 东泰高科装备科技有限公司 一种半导体器件光化学刻蚀方法及装置

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