KR100504541B1 - 화학기상 증착장비 및 이의 제조방법 - Google Patents

화학기상 증착장비 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 기판에 박막을 증착시키는 공정에서 섀도우 프레임의 정확하고 안정적인 정렬을 보장하는 화학기상 증착장비에 관한 것으로서, 가스 주입구와 배기구를 가진 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에서 형성된 반응물이 증착되는 기판과, 상기 진공 챔버 내부에 위치하여 기판이 적재되고 상하방향으로 이동가능한 서셉터와, 상기 서셉터의 외곽을 둘러싸고 있는 챔버하부 월과, 상기 진공 챔버 하부에서 상기 챔버하부 월의 모서리에 구비되어 얼라인 핀이 삽입되는 수용부를 구비한 부싱과, 상기 기판의 가장자리를 덮어주고, 상기 얼라인 핀 수용부와 각각 대응하는 위치에 하부 방향으로 얼라인 핀이 구비된 섀도우 프레임을 포함하여 구성된다.

Description

화학기상 증착장비 및 이의 제조방법{Apparatus for Depositting Chamical Vapor and Method for Manufacturing thereof}
본 발명은 화학기상 증착장비 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 화학기상 증착장비용 섀도우 프레임(shadow frame)에 관한 것이다.
상기 화학기상 증착장비는 박막 트랜지스터 액정표시장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display Device)용 박막을 증착하는 공정에 주로 이용되고 있다.
최근에, 액정표시장치는 경량, 박형이며 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술집약적 제품으로 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.
일반적으로 액정표시장치에서는 액정패널 상에 매트릭스 형태로 배열된 액정셀 들의 광투과율을 그에 공급되는 비디오 데이터 신호로 조절함으로써 데이터 신호에 해당하는 화상을 패널 상에 표시하게 된다. 이러한 액정표시장치는 액정층에 전계를 인가하기 위한 전극들, 액정셀 별로 데이터 공급을 절환하기 위한 박막 트랜지스터, 외부에서 공급되는 데이터를 액정셀들에 공급하는 신호배선 및 박막트랜지스터의 제어신호를 공급하기 위한 신호배선 등이 형성된 하판과, 칼라필터 등ㅣ 형성된 상판과, 상판과 하판 사이에 형성되어 일정한 셀 갭을 확보하는 스페이서와, 스페이서에 의하여 상하판 사이에 마련된 공간에 채워진 액정을 포함하여 구성된다.
따라서, 상기 액정표시장치의 기판에는 박막이 증착되어야 하며 이때 사용되는 장비가 화학기상 증착장비이다.
일반적으로 액정표시장치의 기판에 박막을 증착하는 화학기상 증착장치로는 플라즈마 화학기상 증착장비(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Device 이하, PECVD 장치로 약칭함)가 많이 사용되므로 이하 상기 PECVD를 중심으로 종래 기술에 관하여 설명한다.
도 1은 종래의 PECVD 장비를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 가스 주입구(12) 및 배기구(14)를 가지는 진공 챔버(16)내에는 상부 전극을 이루면서, 가스를 확산시키는 디퓨저(11 ; diffuser)와 하부 전극을 이루는 서셉터(20 ; susceptor)가 일정간격 이격되어 대향하고 있고, 이 디퓨저(11)에는 고주파를 공급하는 RF(Radio Frequency) 파워(24)가 연결되어 있으며, 상기 서셉터(20)에는 RF 파워(24)를 접지시키는 그라운드(ground) 전압이 연결된다.
상기 디퓨저(11)는 가스 주입구(12)를 통해 공급되는 반응 가스의 플로우(flow)를 조절하는 역할을 하고, 상기 서셉터(20)는 피증착 기판(18)에 열에너지를 공급하는 히터기능과, 상기 기판(18)을 상부 및 하부 방향으로 움직이도록 이동성을 가진다.
그리고, 상기 기판(18)의 양 외곽부 상에는 섀도우 프레임(30)이 위치하는데, 이 섀도우 프레임(30)은 기판 외곽부를 일정간격 덮음으로써, 기판(18)의 외부로 플라즈마(31)가 방전되는 것을 방지하여 증착 두께의 균일성을 유지시키는 일종의 마스크 역할을 한다.
상기 서셉터(20)의 하부에는 이 서셉터(20)와 일정간격 이격되어 핀 플레이트(40 ; pin plate)가 형성되어 있고, 이 핀 플레이트(40)와 서셉터(20) 사이 중앙부에는 서셉터(20)를 상, 하로 움직이게 하는 지축 엘리베이터(42 ; elevator)가 위치하고 있다.
이 핀 플레이트(40)의 상부에는 상기 서셉터(20)의 기판 접촉영역(i)과 기판 비접촉영역(ii)의 경계부를 관통하며 기판(18)의 양 끝을 가이드하는 가이드 핀(32)이 상부방향으로 형성되어 있다.
또한, 상기 서셉터(20)의 상부에 놓여진 기판(18)의 양 외곽부와 대응하는 상부에는 섀도우 프레임(30)이 위치하고 있는데, 이 단계에서 이 섀도우 프레임(30)은 챔버하부 월(37)에 의해 지지되며, 기판(18)과는 일정간격 이격된 상태이다.
상기 챔버하부 월(37)은 섀도우 프레임과 접촉하는 내부월로서, 진공 챔버의 외곽을 구성하여 진공상태를 유지하는 외부월과는 구별되며, 이하 기술된 챔버하부 월은 상기 내부월을 의미한다.
상기 PECVD를 사용하여 기판(18)에 증착작업을 수행하는 과정을 보다 상세히 설명하면 하기와 같다.
상기 액정표시장치의 제조공정중 박막 증착을 위한 상기 PECVD 장치에서는 진공 챔버 내부에 증착에 필요한 가스를 주입하여 원하는 압력과 기판 온도가 설정되면, RF 파워를 이용하여 주입된 가스를 플라즈마 상태로 분해하여 기판 위에 증착을 하는 것으로, 증착 메커니즘(mechanism)은 챔버내로 유입된 기체 화합물이 분해되는 1차 반응, 분해된 가스 이온들과 불안정한 이온상태인 라디칼 이온(Radical Ion)들이 상호 반응하는 2차반응, 피증착 기판(18) 상에서 가스 이온과 라디칼 이온들의 재결합으로 생긴 원자들의 상호작용으로 핵생성 후에 박막이 형성되는 3차 반응으로 나눌 수 있다.
유입되는 기체 화합물은 형성하는 막의 종류에 따라 달라지며, 일반적으로 실리콘 질화막 경우는 SiH4, H2, NH3, N2 의 혼합 Gas가 이용되고, 비정질 실리콘막의 증착에는 SiH4, H2 가 쓰이며, 인(P)을 도핑하여 전자 이동도를 높이는 불순물 비정질 실리콘막(n+ a-Si)의 형성 시에는 상기 비정질 실리콘용 반응가스에 PH3가 첨가된다.
상기 PECVD 장치에 의한 증착공정에서는, RF 파워(Radio Frequency Power), 증착 온도, 가스 유입량 및 전극과 기판 간의 거리가 형성되는 박막의 특성을 좌우한다.
이하, 기술될 내용에서는 상기 PECVD 장치의 내부구조에 대해서 상세히 설명하고 상기 PECVD장치의 섀도우 프레임(20)을 진공 챔버내에 고정시키는 방법에 대해서 상세히 설명한다.
도 2는 상기 도 1의 'I' 영역에 해당하는 평면을 개략적으로 도시한 것으로, 설명의 편의상 기판의 도시는 생략하였다.
도시한 바와 같이, 상기 서셉터(20)를 포함하는 진공 챔버(16) 하부와 사각틀 형상의 섀도우 프레임(30)을 각각 분리하여 나타내었다.
상기 서셉터(20)의 외곽에는 상기 섀도우 프레임(30)을 지지하기 위한 챔버하부 월(wall ; 37)이 둘러싸고 있다.
상기 서셉터(20)의 기판 비접촉영역(ii)상에는 기판 각 모서리부를 고정시키기 위한 다수 개의 가이드 핀(32)과, 네변의 중심점과 대응하는 위치에서 섀도우 프레임(30)을 고정시키기 위한 얼라인 핀(34)이 형성되어 있고, 상기 기판 접촉영역내에는 기판을 상, 하로 이동시켜 기판의 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)을 용이하게 하는 다수 개의 리프트 핀(36)이 형성되어 있다.
한편, 상기 섀도우 프레임(30)에는 다수 개의 얼라인 홈(38)이 형성되어 있는데, 이 얼라인 홈(38)은 섀도우 프레임(30)의 마주보는 변의 중심과 대응하는 위치 및 점선으로 표시한 바와 같이 상기 서셉터(20)의 얼라인 핀(34)과 대응되는 위치관계를 가져, 상기 도 1에서 도시한 단면도에서 보여지듯이 이 얼라인 홈(38)에 얼라인 핀(34)이 정상 삽입되도록 한다.
즉, 상기 섀도우 프레임(30)이 챔버내에 안정되게 고정되는 것은 상기 얼라인 홈(38)과 얼라인 핀(34)의 결합 정도에 의존하게 됨을 알 수 있다.
이하, 증착공정의 진행단계 별로 서셉터(20)의 상하 이동에 따라서 섀도우 프레임(30)의 얼라인의 필요성에 관하여 상세히 설명한다.
우선, 진공 챔버(16)의 일측부에 형성된 로딩부로부터 기판(18)이 상기 서셉터(20)의 상면으로 로딩된다. 이 때, 상기 서셉터(20)에 구비된 얼라인 핀(34)은 섀도우 프레임(30)과 비접촉된 상태이며, 상기 섀도우 프레임(30)은 챔버하부 월(37)에 의하여 지지된다.
이후, 상기 서셉터(20)를 증착위치로 이동시키는 단계가 진행되며, 상기 지축 엘리베이터(42)길이가 상부방향으로 늘어남에 따라, 상기 서셉터(20)의 기판 접촉영역(i)과 기판 비접촉영역(ii)이 동시에 상부방향으로 움직이게 되고, 상기 서셉터(20)의 얼라인 핀(34)이 섀도우 프레임(30) 하부의 얼라인 홈(38)과 대응되는 방향으로 같이 이동하게 된다.
이후, 상기 기판(18)의 증착을 진행하기 위해 기판(18)이 놓인 서셉터(20)를 증착위치로 이동시키게 된다.
상기 증착위치에서, 상기 섀도우 프레임(30)은 상기 서셉터(20)의 상승력에 의해 챔버하부 월(37)과 일정간격 이격되며, 상기 서셉터(20)와의 접촉에 의해 고정된다.
이때, 이 서셉터(20)와 섀도우 프레임(30)간의 접촉 안정도는 얼라인 핀(34)과 얼라인 홈(도 2의 38)간의 얼라인 정도에 달려있다.
도 3a 및 3b는 각각 섀도우 프레임(30)이 미스 얼라인되는 경우를 나타낸 도면이다.
도 3a는 서셉터(20)로 기판이 로딩되는 단계에 관한 도면으로서, 이 경우에서는 섀도우 프레임(30)이 챔버내로 로딩시, 챔버하부 월(37) 상부에 별도의 얼라인 장치없이 임시고정되므로, 챔버(16) 내의 펌핑 오프(off)시의 백 스트림(back stream)이나 펌핑(pumping)시에 챔버(16)내의 압력이 급변화함에 따라, 도시한 바와 같이, 상기 섀도우 프레임(30)이 원래위치에서 빗겨나게 된다. 따라서, 섀도우 프레임(30)이 서셉터(20)에 고정시 추후 서셉터(20)의 상승력에 의해 상기 섀도우 프레임(30)과 서셉터(20)간에 미스 얼라인이 발생할 확률이 높아진다.
도 3b는 상기 챔버하부 월(37)에 의해 고정되어 있던 섀도우 프레임(30)을 서셉터(20)의 상승력에 의해 섀도우 프레임(30)이 챔버하부 월(37)로부터 일정간격 이격되어, 기판(18)의 외곽부를 덮으며, 상기 서셉터(20)의 얼라인 핀(34)에 의해 고정되는 단계이다. 도 3b는 도 3a에서 설명한 바와 같은 미스 얼라인이 발생하여 얼라인 핀(34)이 손상된 모습을 보이고 있다.
미스 얼라인이 발생하게 되면 다음과 같은 문제점을 가지게 된다.
첫째, 일반적으로 얼라인 핀(34)은 세라믹(ceramic) 재질로 이루어지며 상기 서셉터(20)의 기판 비접촉부(ⅱ)에 나사체결 방식으로 고정되어 있으며 상기 얼라인 핀(34)의 재질 특성상 나사체결 부위는 기계적 충격에 취약한 구조를 갖는다.
따라서, 상기와 같이 미스 얼라인이 발생한 경우 서셉터(20)가 상승함에 따라 얼라인 핀(34)이 얼라인 홈(38)에 삽입되지 못하고 섀도우 프레임(30)과 부딪침으로써 상기 얼라인 핀(34)이 파손되는 문제점이 있다.
둘째, 상기 섀도우 프레임(30)은 세라믹보다 기계적인 강도가 낮은 알루미나(Al2O3)로 이루어지기 때문에 서셉터(20)의 상승력에 의해 섀도우 프레임(30)과 얼라인 핀(34)이 충돌하게 되면, 이 섀도우 프레임(30)과 얼라인 핀(34)의 접촉면에서 증착불량을 일으키는 파티클(particle)이 발생하게 된다.
이 파티클의 발생은 상기 증착막을 사이에 두고 전, 후 공정에 형성된 금속배선간에 쇼트를 발생시키는 원인으로 작용하여, 제품불량을 초래할 수 있는 문제점이 있다.
셋째, 상기 도 3a 및 3b와 같이 섀도우 프레임(30)이 진공 챔버(16) 내에 불안정하게 고정되면, 증착공정에서 챔버 내에서 양극(Anode)으로서 기능하는 서셉터(20) 측의 일부에 틈이 생겨 플라즈마 밀도의 균일성이 파괴되는 플라즈마 리크(leak)가 유발되며, 이로 인하여 불균일한 증착이 이루어지는 등의 증착불량을 초래함으로써 장비가동률이 저하되고 생산수율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, PECVD 장비에서 섀도우 프레임에 기판이 정확하게 접촉되도록 하기 위하여 보다 안정적이고 효과적인 얼라인 구조를 제공함으로써, 공정 안정화를 향상시켜 생산수율이 향상되도록 하고 장비 가동율을 증대시키도록 한 화학기상 증착장비 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 화학기상 증착장비는 가스 주입구와 배기구를 가진 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에서 형성된 반응물이 증착되는 기판과, 상기 진공 챔버 내부에 위치하여 기판이 적재되고 상하방향으로 이동가능한 서셉터와, 상기 서셉터의 외곽을 둘러싸고 있는 챔버하부 월과, 상기 진공 챔버 하부에서 상기 챔버하부 월의 모서리에 구비되어 얼라인 핀이 삽입되는 수용부를 구비한 부싱과, 상기 기판의 가장자리를 덮어주고, 상기 얼라인 핀 수용부와 각각 대응하는 위치에 하부 방향으로 얼라인 핀이 구비된 섀도우 프레임을 포함하여 구성된 화학기상 증착장비를 제공한다.
상기 부싱은 진공 챔버 하면에 볼트 등으로 고정되어 있으며, 섀도우 프레임에 구비된 얼라인 핀이 삽입될 수 있는 수용부가 형성되어 있음을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 화학기상 증착장비를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명이 적용된 PECVD 장비를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가스 주입구(112, gas injection) 및 배기구(114, gas discharge)를 가지는 진공 챔버(116) 내에는 상부 전극을 이루는 디퓨저(111)와 하부 전극을 이루는 서셉터(120)가 일정 간격 이격되어 대향하고 있고, 상기 디퓨저(111)에는 고주파를 공급하는 RF 파워가 연결되어 있고, 상기 서셉터(120)에는 RF 파워를 접지시키는 그라운드가 연결되어 있다.
상기 디퓨저(111)는 가스 주입구(112)를 통하여 공급되는 반응가스의 플로우(flow)를 조절하는 역할을 하고, 상기 서셉터(120)는 피증착 기판(118)에 증착에 필요한 열에너지를 공급하는 히터를 포함하며, 상기 기판(118)을 상부 및 하부로 이동하는 이동성을 가진다.
그리고, 상기 서셉터(120)는 기판(118)과의 접촉영역과 기판(118) 비접촉 영역을 가지며, 상기 양 영역의 사이에는 가이드 핀(132)이 관통되는 홀을 가지고 있다.
또한, 상기 기판(118)의 상면에는 기판(118)의 테두리를 둘러싸도록 하여 증착공정시에 마스크로서 기능하는 섀도우 프레임(130)이 위치하는데, 상기 섀도우 프레임(130)의 하면 각 모서리에는 얼라인 핀(131)이 구비되어 있으며, 상기 얼라인 핀(131)은 하기에 설명되는 부싱(140)에 삽입되는 구조를 가진다.
또한, 상기 얼라인 핀(131)은 스크류를 사용하거나 기타 다양한 방법으로 상기 섀도우 프레임(130)의 각 모서리 하면에 대하여 수직으로 하측으로 뻗어나오도록 구비되게 된다.
진공 챔버(116)의 하면에는 상기 섀도우 프레임(130)의 하면을 따라서 챔버하부 월(137)이 구비되어 있으며, 상기 챔버하부 월(137)의 각 모서리 부분에는 상기 얼라인 핀(131)이 삽입되는 수용부가 형성된 부싱(140)이 고정되어 있다.
도 5는 본 발명의 특징적 부분에 대한 입체도이며, 섀도우 프레임(130)의 각 모서리에는 얼라인 핀(131)이 구비되고, 상기 얼라인 핀(131)이 구비된 위치에 대응하여 하부에 부싱(140)이 고정되어 있다.
상기 얼라인 핀(131)은 각각 부싱(140)의 수용부에 삽입되어 있으며, 서셉터(120)가 지축 엘리베이터(142)에 의하여 상면으로 이동하여 섀도우 프레임(130)을 밀어 올리게 되면 상기 얼라인 핀(131)이 부싱(140)의 수용부를 따라서 슬라이딩되면서 상부로 이동하게 되면서 상기 섀도우 프레임(130)이 항상 정확한 위치를 유지하도록 한다.
그리고, 본 발명은 상기 부싱(140)의 수용부가 얼라인 핀(131)이 삽입되도록 길이 방향으로 형성되며, 일측이 상기 얼라인 핀(131)의 직경만큼의 균일한 폭으로 외부와 개구된 부분이 길이방향으로 형성된 것을 특징으로 한다.
도 6은 본 발명에 의한 부싱(140)의 사시도이며, 도 7은 상기 부싱(140)을 상면에서 바라본 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 부싱(140)은 얼라인 핀이 삽입될 수 있도록 기다란 수용부(140a)를 구비하고 있다. 일반적으로 증착공정은 서셉터(120) 내부에 구비된 히터에 의하여 열에너지가 공급되면서 수행되므로 상기 서셉터(120)의 상면에 구비된 섀도우 프레임(130)은 열에 의하여 팽창되게 된다.
상기 섀도우 프레임(130)이 팽창되면 얼라인 핀(131)의 위치도 이에 따라서 변하므로, 진공 챔버(116)의 하면에 고정된 부싱(140)의 위치와 상기 얼라인 핀(131)의 위치가 어긋나게 되어 얼라인 핀(131)의 삽입이 용이하지 않게 되며, 상기 얼라인 핀(131)과 부싱(140)의 내벽이 심하게 마찰되어 미세한 파티클이 발생할 수 있으므로 상기 부싱의 수용부(140a)는 상기 섀도우 프레임(130)의 열팽창을 고려하여 형성되어야 한다.
따라서, 상기 부싱의 수용부(140a)는 상기 섀도우 프레임(130)의 열팽창 방향으로 얼라인 핀(131)이 수용부(140a) 내부에서 그 위치가 가변될 수 있는 구조를 가져야 하며 이를 위하여 도 7에서 보는 바와 같이, 상기 섀도두 프레임(130)의 이동 방향에 따라서 수용부(140a) 일측에는 얼라인 핀(131)의 직경에 대응한 폭을 가진 개구부가 형성됨이 바람직하다.
그리고, 본 발명은 상기 부싱(140)의 외부가 상기 챔버하부 월(137)의 모서리 부분에서 양면이 밀착되도록 각이 진 형상인 것을 특징한다.
도 7에서 보는 바와 같이, 상기 부싱(140)의 외부면은 수용부(140a)의 개구된 일측이 잘려나간 사각형 형태로서 양면이 챔버하부 월(137)과 접하도록 형성되어 있다. 종래에는 챔버하부 월(137)의 위치를 고정하기 위하여 각 모서리에 고정부재가 구성되어 있었으나, 본 발명에서는 부싱(140)이 진공 챔버의 하부 지지면에 고정되고, 상기 부싱의 양면이 챔버하부 월(137)의 모서리부분의 양면과 접하여 챔버하부 월(137)의 위치를 고정하는 기능도 수행하게 된다.
또한, 챔버하부 월(137)의 높이는 상기 부싱(140)의 높이와 같게 하여 얼라인 핀(131)을 수용하고 챔버하부 월(137)의 위치 고정기능을 보다 적절히 수행할 수 있게 된다. 챔버하부 월(137)과 부싱(140)의 높이가 동일한 경우 기판 로딩 상태에서 서셉터(120)는 챔버하부 월(137)만이 아니라 상기 부싱(140)에 의해서도 지지되므로 보다 안정적인 지지구조를 갖는다.
그리고, 본 발명은 상기 얼라인 핀(131)이 상기 서셉터(120)의 상하 이동시에 상기 부싱의 수용부(140a)에 삽입된 부분이 슬라이딩되면서 상기 섀도우 프레임(130)의 위치를 정렬시킴을 특징으로 한다.
즉, 전술한 바와 같이 섀도우 프레임(130)의 정확한 위치를 유지시키기 위하여, 진공 챔버(116)의 하부 지지면에 고정된 부싱(140)을 기준으로 하여 섀도우 프레임(130)의 위치 정렬이 이루어지며, 상기 부싱의 수용부(140a)에 얼라인 핀(131)이 삽입되어 상기 섀도우 프레임(130)의 상하 이동시에 상기 얼라인 핀(131)이 부싱의 수용부(140a) 내부면을 따라서 슬라이딩됨으로써 섀도우 프레임(130)이 항상 정확한 위치를 유지할 수 있도록 한다.
그리고, 본 발명은 상기 부싱(140)이 상기 진공 챔버(116)의 하면에 스크류를 사용하여 고정됨을 특징으로 한다.
도 6에서 보는 바와 같이, 상기 부싱(140)의 하부 일측에는 상부에서 하부로 직하되게 스크류를 체결할 수 있는 관통홀(140b)을 가지고 있으므로, 상기 부싱(140)의 관통홀(140b)을 관통하여 진공 챔버의 하면에 스크류가 체결됨으로써 상기 부싱(140)이 진공 챔버의 하면에 고정되는 구조를 이루게 된다.
그리고, 본 발명은 상기 얼라인 핀(131)이 상기 부싱의 수용부(140a) 깊이보다 짧게 구비됨을 특징으로 한다.
상기 얼라인 핀(131)은 섀도우 프레임(130)을 지지하는 기능이 아닌 섀도우 프레임(130)의 위치 정렬만을 수행하도록 하기 위하여, 상기 얼라인 핀(131)이 부싱의 수용부(140a)에 삽입되는 경우 상기 부싱의 수용부(140a) 바닥면에 닿여서 상기 섀도우 프레임(130)을 지지하지 않도록 하여야 하므로 상기 얼라인 핀(131)의 길이는 부싱의 수용부(140a)의 깊이보다 짧아야 하는 것이다.
즉, 상기 섀도우 프레임(120)은 챔버하부 월(137)에 의하여 지지되거나, 서셉터(120)에 의하여 상부로 이동된 경우에는 서셉터(120)에 의하여 지지되어야 하고 얼라인 핀(131)에 의하여 지지되지 않도록 한다. 이는 상기 얼라인 핀(130)의 위치 정렬의 정확도를 유지하기 위함이다.
이하, 본 발명에서 섀도우 프레임(130)을 챔버내에서 위치 정렬시키는 구조에 대해서 상세히 설명한다.
도 8a 및 8b는 증착공정에 있어서 서셉터의 이동위치에 따라 섀도우 프레임의 위치 정렬이 수행되는 구조를 단계별로 도시한 도면이다.
도 8a는 기판(118))의 로딩 후, 언리딩(unleading)상태의 서셉터(120)를 도시한 것으로 섀도우 프레임(130)이 챔버하부 월(137)에 초기상태로서 지지되는 단계를 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이, 상기 서셉터(120)의 하부에는 이 서셉터(120)와 일정간격 이격되어 핀 플레이트(132)가 형성되어 있고, 이 핀 플레이트(132)와 서셉터(120)사이 중앙부에는 서셉터(120)를 상, 하로 움직이게 하는 지축 엘리베이터(142)가 위치하고 있다.
상기 서셉터(120)의 상면에 놓여진 기판(118)의 테두리를 따라서 상부에 섀도우 프레임(130)이 위치하고, 상기 섀도우 프레임(130) 하부면에 형성된 얼라인 핀(131)은 진공 챔버 하부 지지면에 고정된 부싱(140)의 수용부(140a)로 삽입되게 된다.
즉, 이 단계에서 섀도우 프레임(130)에 구비된 얼라인 핀(131)을 부싱(140)의 수용부(140a)에 끼움으로서, 상기 섀도우 프레임이 1차 위치맞춤된 상태에서 진공 챔버내에 일정한 위치 상에서 고정될 수 있다.
이후, 상기 지축 엘리베이터(142) 길이가 상부방향으로 늘어남에 따라, 기판(118)이 적재된 상기 서셉터(120)가 상부방향으로 움직이게 된다.
이때, 부싱(140)의 수용부(140a)에는 섀도우 프레임(130) 하면에 구비된 얼라인 핀(131)이 일정간격 마진을 두고 끼워져 있기 때문에, 서셉터(120)의 움직임에도 섀도우 프레임(130)은 일정한 위치를 유지하게 된다.
도 8b는 증착위치까지 서셉터(120)를 이동시킨 단계를 나타내었다.
이 단계에서는, 상기 섀도우 프레임(130)이 서셉터(120)의 상승력에 의해 상승되면 얼라인 핀(131)이 부싱의 수용부(140a) 내부면을 따라 슬라이딩하여 동시에 상승하고, 상기 섀도우 프레임(130)은 챔버하부 월(137) 및 부싱(140)으로부터 일정간격 이격되며, 상기 서셉터(120)의 기판 비접촉영역과 섀도우 프레임(130)의 하부면이 접촉하게 되고, 기판(118)의 테두리 부분은 섀도우 프레임(130)에 의하여 영역에서 덮이게 된다.
이때, 서셉터(120)의 상승력에 따른 섀도우 프레임(130)과 서셉터(120)의 접촉시에도 섀도우 프레임(130)은 초기 로딩시부터 얼라인 핀(131이 부싱(140)의 수용부에 끼워진 상태로 이동하게 되므로 미스 얼라인이 발생할 확률이 최소화되어, 섀도우 프레임(130)의 기판(118)과 접촉되는 부분이 들려지는 것을 방지할 수 있고, 섀도우 프레임(130)과 기판(118)을 정확하게 접촉시킬 수 있게 된다.
그리고, 본 발명은 전술한 진공 챔버(116)와, 서셉터(120)와, 챔버하부 월(137)과, 섀도우 프레임(130)을 포함하여 이루어진 화학기상 증착장비의 제조방법에 있어서, 상기 섀도우 프레임(130) 모서리에 얼라인 핀(131)을 설치하는 단계와, 상기 섀도우 프레임(130)의 장변 방향과 단변 방향의 열팽창을 측정하는 단계와, 상기 섀도우 프레임(130)의 열팽창에 따른 얼라인 핀(131)의 이동방향을 예측하는 단계와, 상기 예측된 이동 방향에 대응하여 얼라인 핀(131)이 이동할 수 있도록 부싱의 수용부(140a)를 형성시키는 단계, 상기 챔버하부 월(137)의 내부 모서리에 상기 얼라인 핀(131)과 대응하는 위치에 상기 부싱(140)을 설치하는 단계와, 상기 부싱의 수용부(140a)에 상기 얼라인 핀(131)을 삽입하는 단계를 포함하여 수행되는 화학기상 증착장비의 제조방법을 제공한다.
전술한 바와 같이 일반적으로 증착공정은 서셉터(120) 내부에 구비된 히터에 의하여 열에너지가 공급되면서 수행되므로 상기 서셉터(120)의 상면에 구비된 섀도우 프레임(130)은 열에 의하여 팽창되게 된다.
따라서, 상기 부싱의 수용부(140a)는 상기 섀도우 프레임(130)의 열팽창 방향으로 얼라인 핀(131)이 수용부(140a) 내부에서 그 위치가 가변될 수 있는 구조를 가져야 하며 이를 위하여 도 7에서 보는 바와 같이, 상기 섀도우 프레임(130)의 이동 방향에 따라서 수용부(140a) 일측에는 얼라인 핀(131)의 직경에 대응한 폭을 가진 개구부가 형성됨이 바람직하다.
도 9는 본 발명에 의한 섀도우 프레임(130)을 상면에서 바라본 도면이며, 도 10은 장변 및 단변 방향의 열팽창 길이의 관계에 관한 도면이다.
화학기상 증착장비의 제조방법에 관하여 보다 상세히 설명하면 하기와 같다.
제1단계로서 섀도우 프레임(130)에 얼라인 핀(131)을 설치하고, 부싱 수용부(140a)의 개구부를 형성시키는 방향을 결정하기 위하여, 상기 섀도우 프레임(130)의 장변 방향(l) 및 단변 방향(d)으로의 열팽창 길이를 측정하여야 한다.
제2단계로서 상기 장변 방향(l)의 열팽창 길이에 대한 단변 방향(d)의 열팽창 길이의 기울기를 좌표로서 나타내어 상기 섀도우 프레임(130)의 열팽창에 따른 상기 얼라인 핀(131)의 이동방향을 예측한다.
도 10에서 수직으로 도시된 선은 단변 방향의 열팽창 길이(D)를 나타내고, 수평으로 도시된 선은 장변 방향의 열팽창 길이(L)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 상기 수평선과 수직선의 사이에 합벡터로 표시된 화살표는 전체 섀도우 프레임(130)의 열팽창 길이를 나타내는 동시에 상기 화살표의 방향은 열팽창이 이루어지는 방향을 나타내게 되며, 상기 화살표의 방향이 섀도우 프레임(130)의 열팽창에 따른 상기 얼라인 핀(131)의 이동방향으로 예측될 수 있다. 또한, 상기 화살표 길이의 1/2이 각 모서리에서 열팽창에 의한 상기 얼라인 핀(131)의 이동거리이다.
제3단계로서 상기 예측된 이동방향에 대응하여 상기 부싱 수용부(140a)에 형성된 개구부를 얼라인 핀(131)의 폭에 맞게 정밀하게 형성시킴으로서 섀도우 프레임의 열팽창을 고려한 얼라인 구조를 이루게 된다.
이후, 챔버하부 월(137)의 내부 모서리에 상기 얼라인 핀(131)과 대응하는 위치에 부싱(140)을 설치하고, 상기 부싱의 수용부(140a)에 섀도우 프레임(130)에 구비된 얼라인 핀(131)을 삽입하여 화학기상 증착장비를 제조한다.
여기서, 상기 얼라인 핀(131)의 이동방향을 예측하는 단계는 장변방향의 열팽창 길이(L)에 대한 단변방향의 열팽창 길이(D)의 기울기를 사용한다. 즉, 상술한 바와 같이 도 10에서 화살표의 기울기에 따른 방향이 열팽창에 의한 얼라인 핀(131)의 이동 방향이다.
보다 상세하게는 도 10의 화살표의 방향은 도 9에서 섀도우 프레임(130)의 좌상측에서의 얼라인 핀(131)의 이동 방향이고, 상기 화살표 방향의 반대방향은 우하측, 상기 화살표를 수직축에 대칭시킨 방향은 우상측, 상기 화살표 방향을 수평축에 대칭시킨 방향은 좌하측에서의 열팽창에 의한 얼라인 핀(131)의 이동 방향이다.
또한, 상기 화학기상 증착장비를 제조함에 있어서, 얼라인 핀(131)의 길이는 부싱의 수용부(140a) 깊이보다 짧게 하여야 하며, 이를 통하여 얼라인 핀(131)에 의하여 섀도우 프레임(130)이 지지되는 것을 방지한다. 즉, 얼라인 핀(131)은 섀도우 프레임(130)의 위치 정렬을 위한 기능만을 수행한다.
이상 본 발명의 구체적인 실시예를 들어 섀도우 프레임(130)의 얼라인 구조를 상세히 설명하였다.
그러나, 본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않으며 본 발명의 취지에 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며, 본 발명에 따른 섀도우 프레임(130)의 얼라인 구조는 PECVD 장치뿐만 아니라 다른 종류의 증착장치의 섀도우 프레임에도 적용가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 화학기상 증착장비 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 본 발명에서의 얼라인 핀은 항상 부싱의 수용부에 삽입된 상태로서 슬라이딩되므로 미스 얼라인시 발생하는 기계적 충격이 방지되어 보다 안정적인 구조를 제공할 수 있다.
둘째, 섀도우 프레임이 열에 의하여 팽창되는 경우에도 부싱의 수용부에 얼라인 핀이 이동될 수 있는 개구부가 형성되어 있어서 열적 변형이 발생하는 경우에도 정확한 얼라인을 이룰 수 있다.
셋째, 미스 얼라인을 방지하고 열팽창에도 얼라인을 이룰 수 있도록 하여 섀도우 프레임이 기판상에 안정적으로 고정되어 플라즈마 리크(leak)를 방지하는 구조를 갖추어 증착불량을 방지하고 기판의 생산수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 화학기상 증착장비의 단면도.
도 2는 도 1의 "I" 부분에 관한 평면도.
도 3a는 종래기술에 의한 언리딩 상태에서 섀도우 프레임에 미스얼라인이 발생하는 경우에 관한 단면도.
도 3b는 종래기술에 의한 섀도우 프레임을 증착 위치로 상승시킨 경우의 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 화학기상 증착장비의 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 섀도우 프레임의 얼라인 구조에 관한 입체도.
도 6은 본 발명에 의한 부싱의 입체도.
도 7은 본 발명에 의한 부싱에 얼라인 핀이 장착된 구조에 관한 단면도.
도 8a는 본 발명에 의한 언리딩 상태에서 섀도우 프레임의 얼라인 구조에 관한 단면도.
도 8b는 본 발명에 의한 섀도우 프레임을 증착 위치로 상승시킨 경우의 얼라인 구조에 관한 단면도.
도 9는 섀도우 프레임을 상면에서 바라본 평면도.
도 10은 섀도우 프레임의 단변 및 장변 방향으로의 열팽창에 의한 길이 변화를 도시한 그래프.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
120 : 서셉터 130 : 섀도우 프레임
131 : 얼라인 핀 140 : 부싱
140a : 얼라인 핀 수용부

Claims (10)

  1. 가스 주입구와 배기구를 가진 진공 챔버와;
    상기 진공 챔버 내부에 위치하여 기판이 적재되고 상하방향으로 이동가능한 서셉터와;
    상기 서셉터의 외곽을 둘러싸고 있는 챔버하부 월과;
    상기 진공 챔버 하부에서 상기 챔버하부 월의 모서리에 구비되어 얼라인 핀이 삽입되는 수용부를 구비한 부싱과;
    상기 서셉터에 적재된 기판의 가장자리를 덮어주고, 상기 얼라인 핀 수용부와 각각 대응하는 위치에 하부 방향으로 길게 형겅된 얼라인 핀이 구비된 섀도우 프레임을 포함하여 구성되며,
    이때, 상기 부싱의 수용부는 얼라인 핀이 삽입되도록 길이 방향으로 형성되며, 일측이 상기 얼라인 핀의 직경만큼의 균일한 폭으로 외부와 개구된 부분이 길이방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부싱의 외부는 상기 챔버하부 월의 모서리 부분에서 양면이 밀착되도록 각이 진 형상인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부싱의 높이는 상기 챔버하부 월의 높이와 같은 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 얼라인 핀은 상기 서셉터의 상하 이동시에 상기 부싱의 수용부에 삽입된 부분이 슬라이딩되면서 상기 섀도우 프레임의 위치를 정렬시킴을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 부싱은 상기 진공 챔버의 하면에 스크류를 사용하여 고정됨을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 얼라인 핀은 상기 부싱의 수용부 깊이보다 짧게 구비됨을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
  8. 가스 주입구와 배기구를 가진 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내부에 위치하여 기판이 적재되고 상하 방향으로 이동가능한 서셉터와, 상기 서셉터의 외곽을 둘러싸고 구성되는 챔버하부 월과, 상기 기판의 가장자리를 둘러싸고 구성되는 섀도우 프레임을 포함하여 이루어진 화학기상 증착장비의 제조방법에 있어서,
    상기 섀도우 프레임 모서리에 얼라인 핀을 설치하는 단계;
    상기 섀도우 프레임의 장변 방향과 단변 방향의 열팽창을 측정하는 단계;
    상기 섀도우 프레임의 열팽창에 따른 얼라인 핀의 이동방향을 예측하는 단계;
    상기 예측된 이동 방향에 대응하여 얼라인 핀이 이동할 수 있도록 부싱의 수용부를 형성시키는 단계;
    상기 챔버하부 월의 내부 모서리의 상기 얼라인 핀과 대응하는 위치에 상기 부싱을 설치하는 단계;
    상기 부싱의 수용부에 상기 얼라인 핀을 삽입하는 단계를 포함하여 수행됨을 특징으로 하는 화학기상 증착장비의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 부싱의 수용부를 형성시키는 단계는 장변방향의 열팽창 길이에 대한 단변방향의 열팽창 길이의 기울기 방향으로 상기 부싱의 수용부를 형성시키는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장비의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 단계는 상기 얼라인 핀을 설치하는 단계는 상기 부싱 수용부의 깊이보다 짧게 제작하도록 수행됨을 특징으로 하는 화학기상 증착장비의 제조방법.
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