KR100332423B1 - Ｐｅｃｖｄ 장비 - Google Patents
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Abstract
대면적의 기판에 빠른 속도로 균일한 두께의 막을 증착할 수 있는 챔버구조를 갖는 PECVD 장비에 관해 개시하고 있다. 본 발명의 PECVD 장비의 가장 큰 특징은 개선된 챔버 구조를 채용한 것인데, 샤워헤드 대신에 인젝터를 사용하였으며, 챔버 내부를 NF3플라즈마로 세정할 경우에 발생하는 문제를 방지하기 위해, 석영튜브가 챔버벽의 적어도 일부와 더불어 서셉터를 둘러싸는 밀폐구조를 이룬다. 전극은, 고밀도 플라즈마를 생성할 수 있도록, 다양한 구조를 갖는다.
Description
본 발명은 박막 트랜지스터 액정표시장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display; 'TFT-LCD')의 제조장비에 관한 것으로, 특히 대면적의 기판에 빠른 속도로 균일한 두께의 막을 증착할 수 있는 챔버(chamber)구조를 갖는 플라즈마 향상 화학기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; 'PECVD')장비에 관한 것이다.도 1은 종래의 일반적인 TFT-LCD PECVD 설비의 챔버구조(100)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 가스공급관(110)을 통해 공급된 반응가스(G)는 샤워헤드(shower head; 130)를 통해 기판(150) 위로 분사된다. 기판(150)은 서셉터(susceptor; 140) 상에 위치하며, 통상적으로 서셉터(140) 내에 있는 히터(도시생략)에 의해 온도가 조절된다. 한편, 최적의 공정조건에서 기판(140) 상에 막이 형성될 수 있도록, 챔버(100) 내에서의 서셉터(140)의 높이는 이에 연결된 샤프트(160)에 의해 조절된다. 그리고, 챔버 내로 분사된 반응가스는 플라즈마 전극(120)을 통해 공급되는 RF(Radio Frequency) 파워에 의해 플라즈마 공간(S)을 형성하게 된다. 막 형성공정이 완료되면, 반응가스는 배기구(170)를 통해 화살표(→) 방향으로 배기된다. 이와 같은 챔버구조를 갖는 종래의 TFT-LCD PECVD 설비는 다음과 같은 문제점을 갖는다.
첫째, 챔버 외벽의 영향으로 인해 서셉터 상에 놓인 기판의 중심부와 둘레부의 온도분포가 불균일하여, 형성된 막의 특성차이가 발생할 수 있다. 둘째, 샤워헤드를 통해 반응가스를 분사시키기 때문에, 샤워헤드에 필름이 증착된다. 따라서, 증착된 필름이 샤워헤드에 형성된 미세 가스공급구멍을 막거나, 박리된 필름이 오염입자원(particle source)으로 작용하기 쉽다. 이를 방지하기 위해 NF3및 플라즈마를 이용하여 사전에 증착된 필름을 제거하는 방법을 채용하기도 하는데, 이 방법에 의하면 알루미나로 코팅된 서셉터나 샤워헤드가 손상을 받는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점들은, 제조된 액정표시장치의 불량이나 생산성 저하를 유발하게 된다.
한편, 4-마스크 TFT-LCD 패널을 제조하는 종래의 방법을 도 2a 내지 도 2c에 도시하였다. 도 2a를 참조하면, 먼저, 기판(200) 상에 게이트패턴(210)이 형성된다. 그 다음, 게이트 실리콘 질화막(220), 비정질 실리콘막(230) 및 n+ 도핑 비정질 실리콘막(240)으로 이루어진 3중막이 순차적으로 증착된다. 이러한 3중막은 도 3에 도시된 바와 같은 클러스터 타입의 PECVD 설비(300)에서 증착되는데, A, B, C 챔버에서 각각 게이트 실리콘 질화막(220)과 비정질 실리콘막(230)을 증착한 후 D 챔버에서 n+ 도핑 비정질 실리콘막(240)을 증착하거나, A, B, C, D 챔버에서 3중막의 각각을 증착하기도 한다. 3중막을 증착한 다음에는, 자연산화막이나 오염입자를 제거하기 위한 습식세정을 거치고 별도의 스퍼터링 장비에서 소스/드레인(Source/Drain; S/D) 크롬막(250)을 증착한다. 그러나, 습식세정을 할 경우에는, 자연산화막이 불완전하게 제거되는데, 이는 3중막 증착공정과 S/D 크롬막(250) 증착공정 사이에 기판이 대기에 노출된 시간과 밀접하게 관련이 있다. 노출시간이 길어질수록, 자연산화막의 두께가 증가되어, TFT 특성의 열화, 3중막과 S/D 사이의 점착불량, 막 사이의 스트레스 차이에 의한 S/D 라인의 단선이 증가하는 등의 문제가 발생한다. 따라서, 장비간의 대기시간을 적절히 관리할 필요가 있다. 또한, 3중막과 S/D 크롬막이 별도로 증착되기 때문에, 공정에 많은 시간이 소요될 뿐 아니라 세정공정을 거치므로 생산성이나 원가절감 측면에서 불리하다. 이와 같이, 3중막(220, 230, 240)과 S/D 크롬막(250)을 증착한 다음에는, S/D 패터닝 및 크롬막 1차 식각, 활성영역 식각 및 크롬막 2차 식각, n+ 도핑 비정질 실리콘막 식각의 공정들을 차례로 거쳐, 도 2c에 도시한 바와 같은 3중막 패턴들(230a, 240b, 250b)을 형성한다. 그 다음, 패시베이션 및 픽셀 ITO(Indium Tin Oxide) 형성공정을 차례로 거치게 된다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 대면적의 기판에 빠른 증착속도로 균일한 두께의 막을 형성하기 위해, 그 내부에 균일한 온도분포 및 고밀도 플라즈마를 형성하는 챔버구조를 갖는 PECVD 장비를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 일반적인 TFT-LCD PECVD 설비의 챔버구조를 개략적으로 나타낸 단면도;
도 2a 내지 도 2c는 4-마스크 TFT-LCD 패널을 제조하는 과정을 개략적으로 나타낸 단면도들;
도 3은 종래기술에 따른 공정을 수행하기 위한 클러스터 타입 PECVD 설비의 개략도;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TFT-LCD PECVD 설비의 챔버구조를 개략적으로 나타낸 단면도;
도 5a 내지 5d는 본 발명의 실시예에 사용되는 석영튜브를 나타낸 도면들;
도 6a 및 6b는 본 발명의 실시예에 사용되는 인젝터를 나타낸 도면들; 및
도 7a 내지 7c는 본 발명의 실시예에 사용되는 전극을 나타내는 도면들이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 PECVD 장비는, 개선된 챔버 구조를 채용하여 온도균일성을 높였다. 이를 위해, 서셉터 뿐만 아니라 챔버의 외벽에도 온도조절장치가 설치된다. 또한, 샤워헤드 대신에 인젝터(injector)를 사용하여 가스를 공급하되, 인젝터가 다수의 분기관을 구비하여 균일한 흐름으로 가스가 기판에 공급되도록 한다. 한편, 챔버 내부를 NF3플라즈마로 세정할 경우에 발생하는 문제를 방지하기 위해, 석영튜브가 챔버벽의 적어도 일부와 더불어 서셉터를 둘러싸는 밀폐구조를 이루도록 한다. 이 때, 석영튜브는 사각뿔형이나 돔(dome)형으로 만들 수 있으며, 이에 따라 RF 파워를 공급하는 전극도 사각뿔이나 돔형으로 만들 수 있다. 아니면, 전극을 코일형으로 만들 수 있다. 이러한 전극의 형상은 기판 상에서 고밀도의 반응가스 플라즈마를 형성시킬 수 있도록 선택된다. 한편, NF3플라즈마 세정에 대비하여 서셉터의 재질을 그래파이트(graphite), SiC, 비정질 카본(amorphous carbon) 중의 어느 하나로 선택할 수 있으며, 챔버 내에서 서셉터의 위치를 이동시킬 수 있는 수단을 구비하여 최적의 플라즈마 공간에서 증착반응이 일어날 수 있도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TFT-LCD PECVD 설비의 챔버(400) 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 4를 참조하면, 사각뿔 형태의 석영튜브(422)가 챔버벽의 하부와 더불어 밀폐구조를 이루고 있음을 알 수 있다. 이와 같이, 서셉터가 위치한 챔버의 하부를 보호하면, 챔버 내부를 NF3플라즈마로 세정하여도 문제가 발생하지 않는다. 이러한 석영튜브는 도 5a에 도시한 바와 같이, 사각뿔 형상을 갖도록 할 수도 있고, 도 5c에 도시한 바와 같이 돔 형상을 갖도록 할 수도 있다. 도 5b는 사각뿔 형상의 석영튜브의 평면도이며, 도 5d는 돔 형상의 석영튜브의 평면도이다. 한편, 가스 공급을 위해서는 종래의 샤워헤드를 사용하지 않고, 석영(quartz)재질의 상부 인젝터(410)와 하부 인젝터들(412, 414)을 챔버 내부까지 연장시켰다. 따라서, 샤워헤드가 갖는 근본적인 문제점을 방지할 수 있다. 이러한 인젝터의 구조로서는 도 6a에 도시한 것이 일반적인데, 경우에 따라서 상부 인젝터의 구조를, 반응가스의 흐름이 기판 상에 균일하게 유지되도록, 도 6b에 도시한 바와 같이 변형시킬 수도 있다. 다시, 도 4를 참조하면, 사각뿔 형상의 석영튜브(422)의 경사벽면에 RF 파워를 공급하기 위한 전극(420)이 마련되어 있음을 알 수 있다. 이러한 전극은, 도 7a 내지 7c에 도시한 바와 같이, 사각뿔형, 정점이 잘린 사각뿔형이 될 수도 있고, 유도결합 플라즈마(inductively coupledplasma)를 이용하기 위해 석영튜브를 둘러싸는 코일형이 될 수도 있다. 도 7c는 코일형 전극의 평면도이다. 한편, 기판의 온도는 주로 서셉터(140) 내부에 위치한 다른 온도조절수단(미도시)에 의해 조절되는데, 챔버벽의 외부에 온도조절장치(430, 432)를 더 배치하여 챔버 내의 분위기가 균일한 온도상태에 놓일 수 있도록 한다. 여기서도 종래기술과 마찬가지로, 최적의 공정조건에서 기판(140) 상에 막이 형성될 수 있도록, 챔버 내에서의 서셉터(140)의 높이는 이에 연결된 샤프트(460)에 의해 조절된다.
상기한 바와 같은 구조를 갖는 PECVD 챔버(400)는 4-마스크 TFT-LCD 패널을 제조하는 공정을 수행하는 데 이용될 수 있다. 이를 위해, 도 3에 도시된 클러스터 타입 PECVD 설비를 개조하여, 챔버 A, B, C를 3중막 증착을 위한 PECVD 챔버로, 챔버 D를 스퍼터링 챔버로 구성하되, PECVD 챔버의 구조를 본 발명의 실시예와 같은 구조로 택할 수 있다.
이 때, 소스/드레인 막을 단일막으로 구성한다면, PECVD 챔버 A, B, C에서 각각 3중막을 증착하고, 스퍼터링 챔버인 챔버 D로 진공상태에서 이동한 다음 금속막을 증착한다. 일반적으로 소스/드레인 막의 증착온도가 3중막의 증착온도보다 낮기 때문에, 챔버 D에서 냉각을 해야한다. 냉각을 위해서는 수소 가스 또는 산소 가스를 흘리는데, 산소 가스는 후속되는 n+ 도핑 비정질 실리콘막의 식각을 위해 그 표면에 인위적으로 자연산화막을 형성시킬 때 사용된다. 산소 가스와 수소 가스를 동시에 흘리면서 그 배합비를 조절하면, 냉각을 하는 동시에 자연산화막의 두께도 조절할 수 있다.
만약, 소스/드레인 막을 각각 다른 이중막으로 증착할 경우, 도 3의 설비에서, 챔버 A와 B를 3중막 증착용 챔버로, 챔버 C와 D를 스퍼터링 챔버로 구성할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 대면적의 기판에 빠른 증착속도로 균일한 두께의 막을 형성할 수 있기 때문에 우수한 품질의 TFT-LCD 패널 제조가 가능하다. 또한, 4-마스크 TFT-LCD 패널의 제조에 있어서도, 3중막과 소스/드레인 막을 진공상태에서 연속으로 증착시킬 수 있을 뿐 아니라 자연산화막의 성장을 억제하거나 인위적으로 조절할 수 있기 때문에 제품의 특성이 개선된다.
Claims (11)
- 막이 형성될 기판을 장착하며, 상기 기판의 온도를 조절하는 수단을 가지는 서셉터와;상기 서셉터를 그 내부에 포함하는 챔버벽과;상기 챔버벽의 적어도 일부와 더불어 상기 서셉터를 둘러싸는 밀폐구조를 이루며, 상기 챔버벽의 내부에 포함되는 석영튜브와;상기 밀폐구조의 내부에 막 형성을 위한 반응가스를 도입하는 적어도 하나 이상의 인젝터수단과;상기 밀폐구조내 진공 및 압력을 일정하게 유지하기 위해 챔버벽에 하나이상의 배기구를 가지고 외부의 진공펌프에 연결된 압력조절수단과;상기 챔버내의 온도를 일정하게 유지하기 위해 챔버벽의 외부에 설치된 온도조절수단과;상기 반응가스를 활성화시키기 위한 플라즈마수단을 구비하는 반응챔버를 가지는 PECVD 장비.
- 제1항에 있어서, 상기 서셉터가:그래파이트, SiC 및 비정질 카본으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 재질로 만들어진 것을 특징으로 하는 PECVD 장비.
- 제1항에 있어서, 상기 서셉터의 위치를 상기 밀폐구조 내에서 변화시킬 수 있는 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 PECVD 장비.
- 제1항에 있어서, 상기 석영튜브가 사각뿔형 또는 돔형인 것을 특징으로 하는 PECVD 장비.
- 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 수단이 플라즈마 파워를 인가할 수 있는 전극을 포함하며, 상기 전극이 상기 석영튜브의 외벽에 설치된 것을 특징으로 하는 PECVD 장비.
- 제5항에 있어서, 상기 전극이, 사각뿔형 또는 정점이 잘린 사각뿔형인 것을 특징으로 하는 PECVD 장비.
- 제5항에 있어서, 상기 전극이 상기 석영튜브를 둘러싸는 코일형인 것을 특징으로 하는 PECVD 장비.
- 제1항에 있어서, 상기 인젝터 수단의 어느 하나가:상기 석영튜브의 정점을 관통하여 상기 밀폐구조 내부까지 연장된 것을 특징으로 하는 PECVD 장비.
- 제8항에 있어서, 상기 어느 하나의 인젝터 수단이 적어도 2개 이상의 분기관을 구비하는 것을 특징으로 하는 PECVD 장비.
- 청구항10는 삭제 되었습니다.
- 청구항11는 삭제 되었습니다.
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