KR100611665B1 - 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치에 관한 것으로, 내부가 밀폐된 공간을 형성하며 적어도 상부벽체는 유전체로 형성되는 공정챔버와, 공정챔버의 내측 하부에 위치되며 평면기판이 안착되는 하부전극과, 공정챔버 상부에서 유전체 벽에 근접하도록 설치되며 고주파 전압이 인가되는 도체로 형성되어, 평면기판에 플라즈마 소스를 형성하는 고주파 안테나와, 고주파 안테나에 고주파 전원을 인가하는 전력인가부와, 공정챔버의 상부에 형성되며, 평면기판의 중앙부와 외곽부의 별도의 반응가스를 공급하는 가스분사노즐이 구비되는 것을 특징으로 하여, 평면기판에 사각형상으로 균일한 플라즈마를 형성할 수 있어 기판에 전체적으로 균일한 증착막을 얻을 수 있는 효과가 있다.
OLED, 기판, 박막, 유도결합 플라즈마, 화학기상증착, 가스분사노즐

Description

유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치{Apparatus for Inductively Coupled Plasma-Chemical Vapor Deposition}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치에 사용되는 유도결합 플라즈마 소스용 고주파 안테나의 평면도이다.
도 3은 도 2의 고주파 안테나의 정면도이다.
도 4는 도 2의 고주파 안테나를 조합한 대면적 고주파용 안테나의 평면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치에 사용되는 중앙 가스분사노즐의 단면도이다.
도 5b 내지 도 5e는 도5a의 중앙 가스분사노즐의 다른 실시예의 저면도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치에 사용되는 외곽 가스분사노즐의 사시도이다.
도 6b는 도 6a의 종단면도이다.
도 6c는 도 6b의 A-A 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 외곽 가스분사노즐의 종단면도이다.
도 8a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 외곽 가스분사노즐의 횡단면도이다.
도 8b는 도 8a의 B-B 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 외곽가스분사노즐의 종단면도이다.
도 10a는 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치 가스분사노즐의 가스 분사방향을 나타내는 평면도이다.
도 10b는 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치의 가스분사노즐의 분사방향을 나타내는 단면도이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 공정챔버
20 : 고주파 안테나
22 : 양극봉
23 : 양극단자
24 : 음극봉
25 : 음극단자
26 : 공통단자
18 : 하부전극
30 : 기판
40 : 전력인가부
42 : 전원
44 : 정합회로
50 : 중앙 가스분사노즐
52 : 중앙분사부
54 : 지지블럭
60 : 외곽 가스분사노즐
62 : 사각링본체
64 : 외곽홀
70 : 하부전극
본 발명은 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사각형상의 기판에 플라즈마 소스를 균일하게 형성할 수 있는 유도결합 플라즈마 소스용 고주파 안테나와, 반응가스를 사각형상의 기판에 균일하게 분사할 수 있는 가스분사노즐이 마련되어 사각형상의 기판에 전체적으로 균일한 증착막을 형성할 수 있는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치에 관한 것이다.
최근 차세대 평판형 표시 장치로서 주목받고 있는 유기 발광 표시 장치는, 자발광, 광 시야각, 고속 응답 특성 등의 우수한 특성을 갖고 있다.
이러한 유기 발광 표시 장치에 사용되는 유기 발광 소자(OLED : Organic Light Emitting Diode, 이하 'OLED'라 함)는 통상 유리 기판 상에 통상 아노드(anode)에 해당하는 제1 전극, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 등으로 이루어지는 유기막 및 통상 캐소드(cathode)에 해당하는 제2 전극을 구비하여 이루어진다.
아노드와 캐소드 사이에 수 볼트(V) 정도의 전압을 인가하면, 아노드에서는 정공이, 캐소드에서는 전자가 생성된다. 생성된 정공과 전자가 각각 정공 수송층 또는 전자 수송층을 경유하여 발광층에서 결합하여, 높은 에너지 상태의 여기자(exciton)를 생성하게 된다. 여기자가 기저 상태로 되돌아가면서 두 상태의 에너지 차에 해당하는 에너지를 가진 빛이 발생한다.
따라서, 유기 발광 소자에서 다른 막들과 함께 유기 발광층에 전자를 공급하는 전극막을 형성하는 것은 필수적이다.
또한, 유기막에는 전자 또는 정공의 발생 및 수송층이 별도로 형성될 수도 있고, 수송층이 별도로 형성됨이 없이 전계 발광층만 두 전극 사이에 존재하는 등 표시 장치 내에서 유기 발광 소자의 구체적인 구성은 다양하게 이루어질 수 있으며, 유기 발광 소자를 화소에 이용한 유기 발광 표시 장치는 단순 매트릭스 유기 전계 발광 표시 장치와 액티브 매트릭스 유기 전계 발광 표시 장치로 분류될 수 있다.
그리고, 통상의 배면 발광형 유기 발광 표시 장치에서, 빛은 ITO(Indium Tin Oxide) 등 투명전극으로 이루어진 투명한 아노드를 투과하여 기판을 통해 나오게 된다. 이때 캐소드는 알루미늄 등의 금속을 사용하게 된다.
한편, 투명 혹은 반투명의 캐소드를 통과하여 보호막을 통해 방출시키는 전면 발광형도 사용되고 있다. 이때, 캐소드는 ITO 등 투명 도전막을 사용하나 전자 공급의 역할을 할 수 있는 별도의 층이 통상 더 개재된다.
어느 경우에 있어서도, 기판에 하부 아노드 전극과 유기 발광층을 포함하는 유기막을 형성한 뒤 캐소드 전극 및 보호막을 형성할 때 유기막에 손상을 주지 않기 위해서는 입자 충돌에 의한 손상을 줄일 수 있고 저온에서 가능한 성막공정이 필요하게 된다.
금속 등 도체박막을 형성하는 일반적인 방법으로 DC/RF(direct current/radio frequency) 스퍼터(sputter)를 이용하여 금속이나 투명전극을 유기막 상에 형성하여 OLED를 제작하는 연구를 진행해 왔다.
그러나 이러한 스퍼터링 방법은 플라즈마 형성시 발생되는 높은 에너지를 가진 입자의 기판 출동에 따른 OLED 유기막의 온도상승과 변성, 기판 표면의 재 스퍼터링, 계면반응, 이차 전자의 발생 등의 문제가 있다.
또한, 산화물 박막 또는 반도체 박막의 형성에 사용되는 화학기상증착법을 이용한 박막형성 방법의 적용이 검토되었으나, 일반적으로 사용되는 화학기상증착법(PECVD)도 일반적으로 400℃ 이상의 공정온도를 가지게 되므로 여전히 기판의 손상이 문제된다.
따라서, 최근에는 유도결합 플라즈마를 이용한 화학기상증착법(ICP-CVD)을 OLED의 박막형성 방법으로 적용하기 위하여 여러 가지 방법이 시도되고 있다.
여기서, 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치는 전극 형성을 위한 도체 박 막보다는 유기물층 및 도체박막층의 수분 및 산소 등 반응가스에 대한 보호막 형성을 위한 산화물 박막 또는 질화물 박막의 증착에 사용되고 있다.
이러한, 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치에서 기판은 반응챔버의 외부에 배치된 고주파 유도용 안테나로부터 발생되는 전기장의 영향권 밖에 있으면서, 플라즈마는 기판에 매우 근접하여 형성되므로 플라즈마의 손실이 적고 효율을 높일 수 있다는 장점이 있으며, 여러 종류의 반응가스들이 상호 반응을 통하여 기판에 박막을 형성하게 되므로, 기판의 박막형성 영역 전체에서 반응가스가 균일하게 분사되어 균일한 플라즈마를 형성되도록 하는 것이 매우 중요하며, 비교적 저온에서 박막을 형성하는 것이 가능하다.
그러나 이러한 유도결합 플라즈마를 이용하는 방법에 사용되는 장치는 대부분 원형의 가판을 사용하는 반도체용 플라즈마 장치이므로 평판디스플레이장치(OLED, PDP, LCD, FED)에 사용되는 사각형의 기판에 적용하는 데는 문제가 있다.
즉, 원형 또는 나선형의 플라즈마 안테나를 사용하는 경우에는 플라즈마가 원형으로 형성되므로 평판디스플레이에 사용되는 사각형 기판의 테두리 영역에서는 플라즈마의 불균일성을 야기시키거나, 유도되는 자장이 중앙부분에 집적되어 중앙에는 플라즈마의 밀도가 높고 주위로 갈수록 플라즈마의 밀도가 감소되어 전체적으로 플라즈마의 밀도가 변하게 되어 평판디스플레이용 기판의 특성 및 수율에 영향을 미치는 문제점이 있었다.
또한, 반응가스를 분사하는 노즐은 일반적으로 플라즈마 안테나 하부의 공정챔버 상부에 설치되어 공정챔버 내부로 반응가스를 분사하게 되므로 플라즈마가 원 형으로 형성되어 사각형 기판의 중앙과 모서리 영역에서 반응가스의 공급이 불균일하게 되어 전체적으로 플라즈마의 균일도가 변하게 되어 결과적으로 형성된 박막이 불균일하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 플라즈마 소스를 사각형상으로 균일하게 형성하고, 반응가스를 사각형상의 기판에 균일하게 분사하여 기판 전체적으로 균일한 증착막을 얻을 수 있도록 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치는, 내부가 밀폐된 공간을 형성하며 적어도 상부벽체는 유전체로 형성되는 공정챔버와, 상기 공정챔버의 내측 하부에 위치되며 평면기판이 안착되는 하부전극과, 상기 공정챔버 상부에서 상기 유전체 벽에 근접하도록 설치되며 고주파 전압이 인가되는 도체로 형성되어, 상기 평면기판에 플라즈마 소스를 형성하는 고주파 안테나와, 상기 고주파 안테나에 고주파 전원을 인가하는 전력인가부와, 상기 공정챔버의 상부에 형성되며, 상기 평면기판의 중앙부와 외곽부의 별도의 반응가스를 공급하는 가스분사노즐이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고주파 안테나는, 직선형상이며 동일평면상에서 소정간격으로 평 행하게 설치되는 적어도 2개의 양극봉과, 직선형상이며 상기 양극봉과 동일평면상에서 상기 양극봉과 교대로 설치되는 적어도 1개의 음극봉과, 상기 양극봉의 일단과 상기 음극봉의 일단을 전기적으로 연결하는 공통단자와, 상기 양극봉의 타단에 연결되어 상기 양극봉 타단 전체를 전기적으로 연결하는 양극단자와, 상기 음극봉의 타단 전체를 전기적으로 연결하는 음극단자를 포함하며 사각형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 음극봉이 상기 양극봉 사이에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 양극봉이 상기 음극봉 사이에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 양극봉과 상기 음극봉은 무산소 동관으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무산소 동관은 표면에 금 또는 은 코팅이 되어있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 양극봉과 음극봉은 상기 공통단자에 이동 가능하게 결합되어 상기 양극봉과 음극봉간의 거리를 조정할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가스분사노즐은, 상기 사각기판의 중심방향으로 가스가 분사되도록 상기 중앙챔버의 상부 중앙에 형성되는 중앙 가스분사노즐과, 사각링 형상으로 각 면이 상기 중앙 가스분사노즐에서 소정거리 이격되어 상기 중앙챔버 상부에 형성되며, 내측면에서 소정각도 하측방향 또는 수평방향으로 상기 기판의 외곽에 가스가 분사되도록 형성되는 외곽 가스분사노즐을 포함하며, 상기 외곽 가스분사노즐에서 분사되는 가스는 상기 중앙 가스분사노즐에서 가스가 분사되는 영역의 외부에 분사되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 중앙 가스분사노즐은 일측면에서 타측면으로 관통되는 가스공급홀과 중앙하부에 형성되며 상기 가스공급홀과 연결되는 결함홈을 포함하는 지지블럭과, 블록형상으로 상부에서 하부로 관통되는 중앙홀이 형성되며, 상기 지지블럭의 결합홈에 결합되는 중앙분사부를 포함하여 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 중앙분사부는, 원판형으로 형성되며, 상기 중앙홀은 원형 또는 사각형의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 중앙분사부는, 사각판의 형상으로 형성되며, 상기 중앙홀은 원형 또는 사각형의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 외곽 가스분사노즐은, 사각링 형상으로 형성되며 각 면에는 외측면에서 내측면으로 관통되는 적어도 3개의 외곽홀이 형성되는 사각링본체를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 외곽홀은, 상기 사각링본체의 외측단에서 내측단으로 소정각도 하측방향으로 기울어지고, 상기 사각링본체의 각 면 중심에 형성된 것을 제외하고는 상기 사각링본체의 중심방향을 향하도록 소정각도 좌 또는 우 방향으로 편향되어 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 외곽 가스분사노즐은, 적어도 2개의 상기 사각링본체가 상하로 적체되어 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 외곽 가스분사 노즐은, 사각링 형상의 상부본체와 하부본체가 상하로 결합되어 형성되며, 상기 상부본체 하면 또는 하부본체 상면에는 상기 사각링 형상이며 상기 상부본체 또는 하부본체의 외측면으로 소정위치에서 연결되는 배관홈과, 상기 배관홈과 연결되며 상기 상부본체 또는 하부본체의 내측면으로 연결되는 적어도 3개의 외곽홀이 형성되는 사각링본체를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치를 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치의 개략적 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치는 내부가 밀폐된 공간을 형성하며 적어도 상부벽체(14)는 유전체로 형성되는 공정챔버(10)와, 공정챔버(10)의 외부에서 상부벽체(14)에 근접하도록 설치되는 고주파 안테나(20)와, 고주파 안테나(20)에 고주파 전력을 인가하는 전력인가부(40)와, 공정챔버 내부로 반응가스를 공급하는 가스분사노즐(50, 60)과, 공정챔버(10)의 내부에 위치되며 기판(30)이 장착되는 하부전극(18)을 포함하여 형성된다.
여기서, 공정챔버(10)는 측부벽체 및 하부벽체로 형성되는 챔버본체(11)와 챔버본체(11)를 덮는 상부벽체(14)를 구비하며, 기판(30)에 유도결합 플라즈마에 의한 화학기상증착이 이루어 질 수 있도록 밀폐된 공간을 형성한다.
또한, 공정챔버(10)에서 적어도 상부벽체(14)는 유전체로 이루어지며, 유전체로는 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 쿼쯔(quartz), 아노다이징 알루미늄(anodized Al)등이 사용될 수 있으며, 일체형 또는 분리형으로 형성될 수 있다. 한편, 챔버본체(11)의 측부벽체도 유전체로 형성될 수 있다.
그리고, 공정챔버(10) 내부의 하부에 설치되는 하부전극(18)의 상면에는 평판디스플레이 장치에 사용되는 사각형상의 평면기판(30)이 안착되며, 공정챔버(10)의 내부를 진공상태로 만들기 위한 진공라인(16)이 연결된다. 진공라인(16)에는 진공펌프(미도시)가 연결되며 진공펌프의 작동에 의하여 공정챔버(10)를 통상 1 mTorr 내지 100 mTorr 정도의 진공상태로 유지하게된다.
또한, 상부벽체(14)의 상부에는 고주파 안테나(20)가 설치된다. 고주파 안테나(20)에는 전력인가부(40)가 연결되며 전력인가부는 고주파 발진을 위하여 전원(42)과 정합회로(44)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 본 발명의 주요부인 고주파 안테나에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치에 사용되는 유도결합 플라즈마 소스용 고주파 안테나의 평면도이고, 도 3은 도 2의 고주파 안테나의 정면도이고, 도 4는 도 2의 고주파 안테나를 조합한 대면적 고주파용 안테나의 평면도이다.
도시한 바와 같이 본 발명에 따른 고주파 안테나(20)는 전력인가부(40)에서 고주파 안테나(20)에 고주파 전력을 공급하게 되며, 고주파 안테나(20)는 다수의 양극봉(22)과 다수의 음극봉(24)과 공통단자(26)와 양극단자(23) 및 음극단자(25)를 구비하며 사각형상으로 형성된다.
이러한, 고주파 안테나(20)는 공급되는 고주파 전력으로 공정챔버(10)의 상부에 자장을 형성하게 되며 고주판 안테나(20)에서 발생하는 자장에 의하여 가스분사노즐(50, 60)로 공급되는 반응가스에 의해 공정챔버(10)의 상부와 기판(30)의 상부 사이에 플라즈마가 형성된다.
본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 5개의 양극봉(22)과 4개의 음극봉(24)으로 형성되는 고주파 안테나(20)에 대하여 설명하며, 이러한 기재에 의하여 양극봉(22)과 음극봉(24)의 수를 한정하는 것은 아니다.
여기서, 양극봉(22)과 음극봉(24)은 직선 형상이며, 양극봉(22)의 내부에 냉각수가 흐르는 통로가 구비되는 관으로 형성된다. 양극봉(22)은 흐르는 전류의 저항 손실을 최소화하기 위해서 전기전도성이 좋은 무산소 동관을 사용한다.
또한, 바람직하게는 양극봉(22)은 양극봉(22)의 저항 손실을 최소화하기 위해서 무산소 동관의 표면에 금 또는 은을 코팅하여 사용한다. 그러나 여기서 양극봉(22)의 재질을 한정하는 것은 아니며 무산소 동관과 같이 전기전도성이 있는 재질을 사용하는 것이 가능하다.
그리고, 양극봉(22)은 동일평면상에서 서로 소정간격을 두고 평행하게 설치되며, 양극봉(22)들의 일단은 모두 양극단자(23)에 전기적으로 연결되어 전력인가 부(40)에 연결된다. 또한 양극봉(22)의 타단은 모두 공통단자(26)에 연결된다. 따라서 양극봉(22)들은 양극단자(23) 및 공통단자(26) 사이에서 서로 소정간격을 두고 평행하게 설치된다.
또한, 양극봉(22)이 양극단자(23)와 공통단자(26)에 각각 연결될 때 양극봉(22)간의 간격이 조정될 수 있도록 양극봉(22)이 양극단자(23)와 공통단자(26)에서 이동 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들면 양극봉(22)을 클램프(미도시)와 같은 체결기구에 의하여 공통단자(26)에 고정하게 되면 필요에 따라서 용이하게 고정위치를 변경할 수 있게 된다.
그리고, 음극봉(24)은 양극봉(22)과 동일평면상에서 양극봉(22)과 교대로 설치되며, 음극봉(24)은 양극봉(22) 사이에 설치되도록 한다. 즉 음극봉(24)의 수는 양극봉(22)의 수보다 하나 적게 설치된다. 따라서 고주파 안테나(20)의 양 외측에는 양극봉(22)만이 설치되므로 고주파 안테나(20)의 외곽에 흐르는 전류는 동일하게 되고 형성되는 자장의 밀도 또한 동일하게 된다.
또한, 음극봉(24)의 일단은 모두 음극단자(25)에 연결되어 전력인가부(40)의 음극단자 또는 접지부에 연결되며, 음극봉(24)들의 타단은 양극봉(22)의 타단이 연결된 공통단자(26)에 연결된다.
따라서, 음극봉(24)은 음극단자(25)와 공통단자(26) 사이에서 서로 소정 간격으로 평행하게 설치되며, 음극봉(24)이 음극단자(25) 및 공통단자(26)에 각각 연결될 때 음극봉(24)간의 간격이 조정될 수 있도록 음극봉(24)이 음극단자(25)와 공통단자(26)에서 이동 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들면 음극봉(24)을 클램프와 같은 체결기구에 의하여 공통단자(26)에 고정하게 되며 필요에 따라서 용이하게 고정위치를 변경할 수 있게 된다.
또한, 양극봉(22)과 음극봉(24)의 위치가 바뀌어 고주파 안테나(20)가 형성될 수 있음은 물론이다. 즉, 음극봉(24)의 수가 양극봉(22)의 수보다 하나 많게 설치된다. 따라서 음극봉(24) 사이에 양극봉(22)이 위치되도록 설치되므로 고주파 안테나(20)의 양측의 최외곽에는 음극봉(24)이 설치될 수 있다.
한편, 양극봉(22)과 음극봉(24)은 전기절연체로 형성되는 별도의 사각프레임(도면에 표시하지 않음)에 고정시켜 고주파 안테나(20)를 형성할 수 있다.
공통단자(26)는 전기전도체로 형성되며 양극봉(22)과 동일한 무산소 동관 또는 전기전도성 와이어를 사용하여 형성할 수 있다. 공통단자(26)는 양극봉(22)과 음극봉(24)의 타단 전체를 전기적으로 연결하여 각 양극봉(22)에서 공급되는 전류를 각 음극봉(24)으로 동일하게 흐르도록 하는 기능을 한다.
양극단자(23)는 전기전도체로 형성되며 양극봉(22)과 동일한 무산소 동관 또는 전기전도성 와이어를 사용하여 형성될 수 있다. 양극단자(23)는 양극봉(22)의 일단 전체를 전기적으로 연결하며, 전원인가부의 양극에 연결되어 양극봉(22)에 전원을 공급하는 기능을 한다.
음극단자(25)는 전기전도체로 형성되며 음극봉(24)과 동일한 무산소 동관 또는 전기전도성 와이어를 사용하여 형성될 수 있다. 음극단자(25)는 음극봉(24)의 일단 전체를 전기적으로 연결하며, 전력인가부(40)의 음극단자 또는 접지부에 연결된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 양극단자(23)를 상부로 형성하고 음극단자(25)를 하부로 형성하는 경우에는 양극봉(22)과 음극봉(24)의 길이를 유사하게 형성하는 것이 가능하며, 이러한 경우에는 고주파 안테나(20)는 균일한 사각형상의 플라즈마 소스를 형성하는데 유리하게 된다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 도 2에 도시된 고주파 안테나(20)를 평행하게 다수 개 배치하여 대면적 고주파 안테나(20)를 형성할 수 있다. 즉 대면적 고주파 안테나의 경우에는 보다 넓은 면적에 대면적 유도결합 플라즈마 소스를 형성하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 또 다른 주요부인 가스분사노즐에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치에 사용되는 가스분사 노즐은 중앙 가스분사노즐(50)과 외곽 가스분사노즐(60)을 포함하여 구성된다.
먼저, 첨부한 도면을 참조하여 중앙 가스분사노즐에 대하여 상세히 설명한다.
도 5a는 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치에 사용되는 중앙 가스분사노즐의 단면도이고, 도 5b 내지 도 5e는 도 5a의 중앙 가스분사노즐의 다른 실시예의 밑면도이다.
중앙 가스분사노즐(50)은, 도 5a에 도시된 바와 같이, 중앙분사부(52)와 노즐(52)을 지지하는 지지블럭(54)으로 형성된다.
중앙분사부(52)는 상하로 관통되는 중앙홀(53)이 형성된 블록으로 형성되며, 지지블럭(54)의 하부에 결합된다. 중앙분사부(52)는 도 5b 내지 도 5e에서 보는 바와 같이, 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 중앙분사부(52)는 외곽이 사각형상이며 중앙홀(53a)도 사각형상인 도 5b의 중앙분사부(52a), 외곽은 사각형상이며 중앙홀(53b)은 원형인 도 5c의 중앙분사부(52b), 외곽은 원형이며 중앙홀(53c)은 사각형상인 도 5d의 중앙분사부(52c), 외곽은 원형이며, 중앙홀(53d)도 원형인 도 5e의 중앙분사부(52d)와 같이 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 중앙 가스분사노즐(50)은 사각형의 유리기판 전체 영역에 균일하게 증착하기 위해서 가스 분사량 등 공정 조건에 따라서 외곽 가스 분사노즐(60)과의 상호작용을 통해 공정조건에 적합한 가스 분사 분포를 가지도록 할 필요가 있다.
따라서, 중앙 가스분사노즐(50)의 중앙분사부(52)는 외곽 가스분사노즐(60)의 가스 분포 형태에 따라 적합한 형태의 중앙분사부(52) 형상을 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 지지블럭(54)은 사각 또는 원형형상의 블록으로, 일측면에서 타측면으로 관통되는 가스공급홀(55)이 형성되며 상부가 공정챔버(10)의 상부벽체의 하부에 결합된다. 지지블럭(54)의 하부에는 가스공급홀(55)과 연결되며 중앙분사부(52)가 결합되는 결합홈(56)이 형성된다.
따라서, 결합홈(56)에 중앙분사부(52)가 삽입되어 결합되면 가스공급홀(55)과 중앙분사부(52)의 중앙홀(53)은 서로 연결되며, 외부에서 별도의 가스관을 통하여 가스공급홀(55)로 공급되는 반응가스는 중앙분사부(52)의 중앙홀(53)로 공급되 어 하측방향으로 분사된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 외곽 가스분사노즐에 대하여 상세히 설명한다.
도 6a는 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치에 사용되는 외곽 가스분사노즐의 사시도이고, 도 6b는 도6a의 종단면도이고, 도 6c는 도 6b의 A-A 단면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 외곽 가스분사노즐의 종단면도이다.
외곽 가스분사노즐(60)은, 도시된 바와 같이 사각링본체(62)를 포함하여 형성되며, 사각링본체(62)의 외측면에는 가스를 공급하는 별도의 가스배관(69)이 연결되어 공정챔버(10)의 챔버본체(11)의 상부벽체에 설치된다.
여기서, 외곽 가스분사노즐(60)의 사각링본체(62)의 각 면에는 외측면에서 내측면으로 관통되어 형성되는 외곽홀(64)이 형성된다. 외곽홀(64)은 바람직하게는 외측단에서 내측단으로 일정각도 하측방향으로 기울어져 형성된다.
또한, 외곽홀(64)은 사각링본체(62)의 각 면의 중심에 형성된 것을 제외하고는 중심방향을 향하도록 소정각도 좌 또는 우 방향으로 편향되어 형성되며, 사각링본체(62)의 각 면의 중심에서 멀어질수록 편향각도가 크게 된다.
이러한, 외곽홀(64)은 각 면에 적어도 3개로 형성되며 공정에 따라 적정한 수로 형성된다. 사각링본체(62)의 모서리에도 사각링본체(62)의 중심방향으로 외곽홀(64)이 형성될 수 있다. 한편, 외곽홀(64)의 외측단에는 가스배관(69)이 연결되어 가스가 공급되며, 내측단에서 가스가 분사된다.
또한, 외곽홀(64)에서 분사되는 가스는 소정각도 하측방향으로 분사되어 공정챔버(10)의 하부에 안착된 기판(30)으로 분사되며 바람직하게는 기판(30)의 외곽 쪽에 집중적으로 분사되도록 한다. 기판은 사각형상이므로 외곽 가스분사노즐(60)의 형상에 대응되며, 따라서 기판의 모서리에도 가스가 균일하게 공급되는 것이 가능하다.
그리고, 외곽 가스분사노즐(60)의 사각링본체(62)는 바람직하게는 적어도 2개가 상하로 적체되어 형성될 수 있다. 도 6b에서 사각링본체(62)는 2개가 상하로 적체되어 형성된 것을 나타내며, 도 7에서 사각링본체(62)는 3개가 상하로 적체되어 형성된 것을 나타낸다.
여기서, 사각링본체(62)가 2개 또는 그 이상으로 적체되어 형성되면, 기존의 가스분사노즐과는 달리 하나의 사각링본체(62)에서 하나의 가스를 분사하는 것이 가능하게 되어, 여러 가지 반응가스를 사용하는 경우에도 가스배관(69) 또는 사각링본체(62)의 외곽홀(64)내부에서 반응가스들이 서로 반응하여 생기는 배관내의 증착 또는 노즐막힘과 같은 현상을 방지할 수 있게된다.
따라서, 사용되는 가스의 종류에 따라서는 다수의 사각링본체(62)가 사용될 수 있음은 물론이다. 또한 하나의 사각링본체(62)의 각 외곽홀(64)에 연결되는 가스관(69)을 구분하여 각각 다른 가스가 공급되도록 함으로써 여러 가스를 동시에 공급하는 것이 가능하게 된다.
한편, 각 사각링본체(62)에 형성되는 외곽홀(64)이 하측방향으로 형성되는 각도는 서로 다르게 형성될 수 있다. 즉, 상부에 적체된 사각링본체(62a)의 외곽홀 (64a)은 하부에 적체된 사각링본체(62b)의 외곽홀(64b)보다 더 하측방향을 향하도록 형성하여 각 가스분사노즐(60)에서 기판(30)으로 균일하게 가스가 분사되도록 할 수 있다.
도 8a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 외곽 가스분사노즐의 횡단면도이고, 도 8b는 도 8a의 B-B 단면도이다.
도시한 바와 같이 본 발명에 따른 외곽 가스분사노즐의 또 다른 실시예는, 외곽 가스분사노즐(60)의 사각링본체(62d)는 사각링본체의 형상을 따라 사각형 형상으로 형성되는 배관홈(66)과 배관홈(66)과 연결되며 사각링본체(62d)의 내측면으로 연결되는 외곽홈(64d)을 포함하여 형성될 수 있다.
여기서, 배관홈(66)은 사각링본체(62d)의 각 외측면의 소정위치에서 사각링본체(62d)의 외측면으로 연결된다. 즉 사각링본체(62d)는 상부본체(62e)와 하부 본체(62f)로 형성되며, 상부본체(62e)의 하면 또는 하부본체(62f)의 상면에 배관홈(66)과 외곽홈(64d)을 형성되어 상부본체(62e)와 하부 본체(62f)가 결합되어 형성된다.
따라서, 상부본체(62e)와 하부 본체(62f)가 결합되면, 사각링본체의 내부에는 가스가 공급되는 배관홀과 배관홀이 형성된다. 배관홀에 외부의 배관(69)과 연결되어 가스를 외곽홀로 공급하게 된다. 상기와 같은 실시예에서는 사각링본체(62d)의 외부에 형성되는 배관(69)이 간단하게 되는 장점이 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 외곽가스분사노즐의 종단면도이다.
도시된 바와 같이, 외곽 가스분사노즐(60)의 사각링본체(62g)에 형성되는 외 곽홀(64g)은 사각링본체(62g)의 외측면에서 내측면으로 수평방향으로 형성될 수 있다. 따라서 이러한 경우에는 외곽 가스분사노즐(60)에서 분사되는 가스는 수평중심방향으로 분사되며, 중앙 가스분사노즐(50)에서 분사되는 가스와 함께 가스 분사노즐의 하측방향의 기판(30)으로 분사되게 된다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발명에 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치의 작용에 대하여 설명한다.
공정챔버(10)의 상부벽체(14)에 중앙 가스분사노즐(50)이 설치되고, 측면 벽체(11)의 상부에 외곽 가스분사노즐(60)이 설치된다. 공정챔버(10)의 하부에 위치된 하부전극(18)의 상부에는 박막이 형성되는 기판(30)이 안착된다.
이후, 진공라인(16)에 연결된 진공펌프(미도시)가 가동되어 공정챔버(10)를 진공상태로 유지하면서 가스분사노즐(50, 60)을 통하여 반응가스들을 분사한다.
여기서, 가스분사노즐(50, 60)에서 분사되는 가스들은 기판(30)의 중심과 외곽 쪽에 균일하게 분사되며, 외곽 가스분사노즐(60)이 사각링 형상으로 형성되므로 평판디스플레이 장치에 사용되는 사각기판의 각 모서리에도 반응가스들이 균일하게 공급된다.
이때, 전력인가부(40)에 연결된 양극단자(23)를 통하여 고주파 안테나(20)의 양극봉(22)에 전류가 공급되고, 양극봉(22)은 병렬로 연결되어 있으므로 각 양극봉(22)에는 동일한 전류가 흐르게 된다.
이후, 각 양극봉(22)을 흐르는 전류는 공통단자(26)를 통하여 각 양극봉(22) 사이에 있는 각 음극봉(24)으로 흐르게 된다. 따라서 양극봉(22)은 인접한 음극봉 (24)과 하나의 전기장을 형성하게 되며 각각 독립된 자기장을 형성하게 된다.
이러한, 자기장에 의하여 공정챔버(10) 내에 플라즈마를 형성하게 된다. 이때 각 전기장의 크기는 동일하므로 각 자기장의 밀도는 동일하게 되며 고주파 안테나(20)에 의한 플라즈마 소스는 전체적으로 균일하게 형성된다.
여기서, 가스분사노즐(50, 60)의 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 10a는 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치의 가스분사노즐이 가스 분사방향을 나타내는 평면도이고, 도 10b는 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치의 가스분사노즐의 분사방향을 나타내는 단면도이다.
중앙 가스분사노즐(50)과 적어도 하나의 사각링본체(62)로 구성된 외곽 가스분사노즐(60)에 반응가스 등이 공급되면, 중앙 가스분사노즐(50)에서 분사되는 가스는 수직에 가까운 하부방향으로 분사되고, 외곽 가스분사노즐(60)에서 분사되는 가스는 사각링본체(62)의 각 면의 중심에서 멀어질수록 더 큰 각도로 편향되어 분사되므로 사각링본체(62)의 하부방향, 특히 기판(30)의 외곽을 향하여 분사된다.
따라서 가스분사노즐(50,60)에서 분사되는 가스는 공정챔버(10)의 하부에 위치된 기판(30)에 전체적으로 균일하게 공급된다. 즉 중앙 가스분사노즐(50)에서 분사되는 가스는 기판(30)의 중심방향으로 분사되고, 외곽 가스분사노즐(60)에서 분사되는 가스는 소정각도 하측방향으로 분사되어 기판(30)의 외곽방향으로 분사되므로 기판(30) 전체적으로는 균일하게 가스가 분사되는 것이 가능하게 된다.
또한, 중앙 가스분사노즐(50)에서는 주로 반응가스들이 분사되며, 외곽 가스분사노즐(60)에서는 반응가스 외에도 공정챔버(10) 내부를 세척하기 위한 다른 가 스들이 공급될 수 있다.
그리고, 외곽 가스분사노즐(50)이 적어도 2개의 사각링본체(62)로 구성되는 경우에는 각 사각링본체(62)에서 분사되는 가스를 다르게 할 수 있다. 예를 들어 상부에 위치되는 사각링본체(62a)에는 노즐 및 공정챔버 내부에 증착된 물질을 세척하기 위해서 CF4 계열의 가스를 공급하고 하부에 위치되는 사각링본체(62b)에는 반응가스인 SiH4, N2, NO2, NH3, O2, He, Xe 및 Ar 가스등을 공급할 수 있다.
또한, 하부의 사각링본체(62)를 2개로 형성하는 경우에는 SiH4와 Ar등 다른 종류의 반응가스를 각각 독립적인 사각링본체(62b, 62c)에서 공급되도록 할 수 있다.
따라서 적어도 하나 이상의 공급되는 반응가스들이 가스배관의 내부나 사각링본체의 외곽홀 내부에서 반응하고, 그 반응물에 의하여 배관 또는 노즐이 막히는 현상을 방지할 수 있게된다.
이에 따라, 공정챔버(10)의 상부에 설치된 고주파 안테나(20)에서 발생되는 자기장과, 가스분사노즐(50, 60)을 통하여 공급되는 반응가스에 의해 공정챔버(10) 내에 플라즈마를 형성되어 공정챔버(10)내의 하부전극(18)의 상부에 안착된 기판(30)에 박막이 형성된다.
이때, 고주파 안테나(20)에 의해 형성되는 자기장은 사각형상의 기판(30)과 동일한 형상으로 기판(30)의 면적과 동일하게 형성되므로 기판(30)의 상부에 균일한 플라즈마 소스가 형성되며, 가스분사노즐(50, 60)에 의하여 반응가스들은 기판 (30)의 중심과 외곽에 균일하게 공급되므로 기판(30)에 형성되는 박막은 기판(30) 전체적으로 균일하게 형성될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
본 발명에 의한 유도결합 플라즈마 화학기상증착장치에 의하면 사각형상으로 균일한 플라즈마를 형성할 수 있어 사각형상의 기판에 전체적으로 균일한 증착막을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 플라즈마를 형성하는 면적을 용이하게 증가시킬 수 있으며 따라서 다양한 크기의 기판에 증착막을 형성하는 것이 가능한 효과가 있다.
또한, 화학기상층착에 사용되는 하나 이상의 반응가스를 별도의 가스분사노즐에서 독립적으로 분사할 수 있으므로 반응가스들이 배관 또는 노즐의 내부에서 반응하여 증착되는 것을 막을 수 있으며, 따라서 배관 또는 노즐이 막히는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 내부가 밀폐된 공간을 형성하며 적어도 상부벽체는 유전체로 형성되는 공정챔버와,
    상기 공정챔버의 내측 하부에 위치되며 평면기판이 안착되는 하부전극과,
    상기 상부벽체에 근접하도록 설치되며 고주파 전압이 인가되고, 상기 평면기판에 플라즈마 소스를 생성하며 도체로 형성되는 고주파 안테나와,
    상기 고주파 안테나에 고주파 전원을 인가하는 전력인가부와,
    상기 상부벽체에 형성되어, 상기 평면기판의 중앙부에 반응가스를 공급하는 중앙 가스분사노즐과 상기 평면기판의 외곽부에 반응가스를 공급하는 외곽 가스분사노즐이 구비되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고주파 안테나는,
    직선형상이며 동일평면상에서 소정간격으로 평행하게 설치되는 적어도 2개의 양극봉과,
    직선형상이며 상기 양극봉과 동일평면상에서 상기 양극봉과 교대로 설치되는 적어도 1개의 음극봉과,
    상기 양극봉의 일단과 상기 음극봉의 일단을 전기적으로 연결하는 공통단자 와,
    상기 양극봉의 타단에 연결되어 상기 양극봉 타단 전체를 전기적으로 연결하는 양극단자와,
    상기 음극봉의 타단 전체를 전기적으로 연결하는 음극단자를 포함하며 사각형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 음극봉이 상기 양극봉 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 양극봉이 상기 음극봉 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 양극봉과 상기 음극봉은 무산소 동관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 무산소 동관은 표면에 금 또는 은 코팅이 되어있는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 양극봉과 음극봉은 상기 공통단자에 이동 가능하게 결합되어 상기 양극봉과 음극봉간의 거리를 조정할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 가스분사노즐은,
    상기 사각기판의 중심방향으로 가스가 분사되도록 상기 중앙챔버의 상부 중앙에 형성되는 중앙 가스분사노즐과,
    사각링형상으로 각 면이 상기 중앙 가스분사노즐에서 소정거리 이격되어 상기 중앙챔버 상부에 형성되며, 내측면에서 소정각도 하측방향 또는 수평방향으로 상기 기판의 외곽에 가스가 분사되도록 형성되는 외곽 가스분사노즐을 포함하며, 상기 외곽 가스분사노즐에서 분사되는 가스는 상기 중앙 가스분사노즐에서 가스가 분사되는 영역의 외부에 분사되도록 하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 중앙 가스분사노즐은
    일측면에서 타측면으로 관통되는 가스공급홀과 중앙하부에 형성되며 상기 가스공급홀과 연결되는 결함홈을 포함하는 지지블럭과,
    블록형상으로 상부에서 하부로 관통되는 중앙홀이 형성되며, 상기 지지블럭의 결합홈에 결합되는 중앙분사부를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 중앙분사부는,
    원판형으로 형성되며, 상기 중앙홀은 원형 또는 사각형의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 중앙분사부는,
    사각판의 형상으로 형성되며, 상기 중앙홀은 원형 또는 사각형의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 외곽 가스분사노즐은
    사각링 형상으로 형성되며 각 면에는 외측면에서 내측면으로 관통되는 적어도 3개의 외곽홀이 형성되는 사각링본체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 외곽홀은,
    상기 사각링본체의 외측단에서 내측단으로 소정각도 하측방향으로 기울어지고, 상기 사각링본체의 각 면 중심에 형성된 것을 제외하고는 상기 사각링본체의 중심방향을 향하도록 소정각도 좌 또는 우방향으로 편향되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 외곽 가스분사노즐은
    적어도 2개의 상기 사각링본체가 상하로 적체되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
  15. 제 8항에 있어서, 상기 외곽 가스분사 노즐은
    사각링 형상의 상부본체와 하부본체가 상하로 결합되어 형성되며, 상기 상부본체 하면 또는 하부본체 상면에는 상기 사각링 형상이며 상기 상부본체 또는 하부본체의 외측면으로 소정위치에서 연결되는 배관홈과, 상기 배관홈과 연결되며 상기 상부본체 또는 하부본체의 내측면으로 연결되는 적어도 3개의 외곽홀이 형성되는 사각링본체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 화학기상증착 장치.
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