KR100757356B1 - 화학 기상 증착장치 - Google Patents

화학 기상 증착장치 Download PDF

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber

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Abstract

화학 기상 증착장치가 개시된다. 본 발명의 화학 기상 증착장치는, 프로세싱 챔버에 결합되는 제1 가스피드스루 조립블록; 소정의 공정가스가 프로세싱 챔버 내로 주입되는 통로를 형성하며, 일단부가 제1 가스피드스루 조립블록 내에 부분적으로 삽입 결합되되, 적어도 일영역에서 제1 가스피드스루 조립블록과의 틈새가 밀봉되어 제1 가스피드스루 조립블록과 결합되는 가스피드스루 관; 및 제1 가스피드스루 조립블록과 가스피드스루 관 중 적어도 어느 하나에 형성되어, 제1 가스피드스루 조립블록에 대한 가스피드스루 관의 상대적인 유동을 허용하여 가스피드스루 관의 변형을 흡수하는 제1 변형흡수부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 증착 및 정화 공정의 진행시 프로세싱 챔버 내부의 압력 및 온도변화로 인해 변형하게 되는 가스피드스루 관의 파손을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 가스피드스루 관의 조립 설치를 종래보다 용이하게 할 수 있다.
CVD, 챔버, 가스피드스루 조립블록, 가스피드스루 관, 변형흡수, 증착, 정화

Description

화학 기상 증착장치{Chemical Vapor Deposition Apparatus}
도 1은 종래의 화학 기상 증착장치의 가스피드스루 관 영역의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 화학 기상 증착장치의 단면도이다.
도 3은 도 1의 "A" 영역의 확대 단면도이다.
도 4는 도 3의 부분 확대 분해 단면도이다.
도 5는 도 4의 "B" 영역에 대한 확대 단면도로서, 오링과 프로텍트링의 작용을 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 각각 제1 가스피드스루 조립블록에 대한 가스피드스루 관의 배치 상태도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 화학 기상 증착장치 10 : 프로세싱 챔버
16 : 배면판(Backing Plate) 20 : 가스피드스루 관
21 : 가스피드스루 관 본체 22 : 블록결합부
23 : 제1 변형흡수부 30 : 제1 가스피드스루 조립블록
31 : 제2 가스피드스루 조립블록 35 : 경사면
35a: 제1 경사구간 35b: 제2 경사구간
35c: 제3 경사구간 36 : 제1 홈부
37 : 제2 홈부 60 : 오링(O-ring)
70 : 프로텍트링 80 : 원격플라즈마 소스
82 : 매니폴드(manifold) 90 : 가스피드스루 조립체
본 발명은, 화학 기상 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 증착 및 정화 공정의 진행시 프로세싱 챔버 내부의 압력 및 온도 변화로 인해 변형하는 가스피드스루 관의 파손을 방지할 수 있는 화학 기상 증착장치에 관한 것이다.
화학 기상 증착장치란, 평판디스플레이 및 반도체 제조에 있어서 화학 기상 증착이라는 방법에 의해 (비)결정질 실리콘 또는 실리콘 화합물과 같은 절연층을 평판디스플레이 및 반도체 웨이퍼 상에 증착시키는 장치이다.
따라서 화학 기상 증착장치는 평판디스플레이를 제조하는 제조사나 혹은 반도체 웨이퍼를 제조하는 제조사에서 공히 사용될 수 있는데, 이하의 설명에서는 평판디스플레이용 화학 기상 증착장치에 대해 설명하기로 한다.
평판디스플레이는 개인 휴대단말기를 비롯하여 TV나 컴퓨터의 모니터 등으로 널리 채용된다.
이러한 평판디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등으로 그 종류가 다양하다.
이들 중에서도 특히, LCD(Liquid Crystal Display)는 2장의 얇은 상하 유리 기판 사이에 고체와 액체의 중간물질인 액정을 주입하고, 상하 유리기판의 전극 전압차로 액정분자의 배열을 변화시킴으로써 명암을 발생시켜 숫자나 영상을 표시하는 일종의 광스위치 현상을 이용한 소자이다.
LCD는 현재, 전자시계를 비롯하여, 전자계산기, TV, 노트북 PC 등 전자제품에서 자동차, 항공기의 속도표시판 및 운행시스템 등에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있다.
종전만 하더라도 LCD TV는 20 인치 내지 30 인치 정도의 크기를 가지며, 모니터는 17 인치 이하의 크기를 갖는 것이 주류였다. 하지만, 근자에 들어서는 40 인치 이상의 대형 TV와 20 인치 이상의 대형 모니터에 대한 선호도가 높아지고 있다.
따라서 LCD를 제조하는 제조사의 경우, 보다 넓은 유리기판을 제작하기에 이르렀다. 현재에는 가로/세로의 폭이 1950 × 2250 ㎜이거나 1870 × 2200 ㎜인 7세대, 혹은 2160 × 2460 ㎜ 이상인 8세대까지 유리기판의 크기를 증가시키는 연구가 진행되고 있다.
LCD는 증착(Deposition), 사진식각(Photo Lithography), 식각(Etching), 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 등의 공정이 반복적으로 수행되는 TFT 공정, 상하 유리기판을 합착하는 Cell 공정, 그리고 기구물을 완성하는 Module 공정을 통해 제품으로 출시된다.
한편, 수많은 공정 중의 하나인 화학 기상 증착공정(Chemical Vapor Deposition Process)은, 자세히 후술하는 바와 같이, 외부의 고주파 전원에 의해 플라즈마(Plasma)화 되어 높은 에너지를 갖는 (비)결정질 실리콘 또는 실리콘 화합물이 가스분배판으로부터 분출되어 유리기판 상에 증착되는 공정이다. 이러한 공정은 그 내부에 다수의 구조물들이 장착된 프로세싱 챔버에서 진행된다.
프로세싱 챔버를 통해 화학 기상 증착공정이 진행될 때, (비)결정질 실리콘 또는 실리콘 화합물은 단지 유리기판의 상면에만 증착되지 않고, 프로세싱 챔버의 내벽 및 프로세싱 챔버 내의 구조물들의 표면에도 함께 증착되어 잔류물을 형성한다.
이러한 잔류물은 제품의 수준을 열화시키고 유리기판의 성능에 악영항을 미칠 수 있기 때문에 프로세싱 챔버의 내벽 및 프로세싱 챔버 내의 구조물들의 표면으로부터 축적된 잔류물을 주기적으로 정화시킬 필요가 있다.
도 1은 종래의 화학 기상 증착장치의 가스피드스루 관 영역의 단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 종래의 화학 기상 증착장치(100)에서는 잔류물을 프로세싱 챔버(110) 내부에서 정화시키기 위해서, 프로세싱 챔버(110)에 원격 플라즈마 소스(180, Remote Plasma Source)와, 매니폴드(182, Manifold) 및 가스피드스루 관(120, Gas Feedthrough Pipe) 등이 결합된다.
원격 플라즈마 소스(180) 및 매니폴드(182)는, 정화가스(NF3)를 흘려 플라즈마(Plasma) 및 라디컬(Radical, 이를 정화물질이라 함)을 생성하고, 이를 프로세싱 챔버(110)로 제공하여 프로세싱 챔버(110)내의 잔류물과 반응해 정화작업을 일으키도록 한다.
가스피드스루 관(120)은, 이러한 정화가스가 프로세싱 챔버(110)내로 주입되는 통로를 형성하며 세라믹(절연물질) 재질로 제작된다. 이러한 가스피드스루 관(120)은 그 일단부가 매니폴드(182) 및 프로세싱 챔버(110)에 각각 결합 설치되며, 정화가스가 누설되지 않도록 유동공간 없이 고정설치 되어 있다.
이러한 구조로 원격 플라즈마 소스(180) 및 매니폴드(182)로부터 제공된 정화가스가 가스피드스루 관(120)을 통해 프로세싱 챔버(110) 내로 주입되어 정화가 이루어지는 동안, 프로세싱 챔버(110) 내부는 진공상태가 된다. 정화작업이 끝난후 프로세싱 챔버(110)는 정화가스를 배기하며, 그동안 프로세싱 챔버(110)는 대기압 상태로 전환하게 된다. 이처럼 프로세싱 챔버(110)가 진공에서 대기압으로 바뀌면서 프로세싱 챔버(110) 내부 압력이 순간적으로 높아지게 되는 등, 프로세싱 챔버(110)는 순간적으로 압력변화를 겪게 된다. 때문에 프로세싱 챔버(110) 내부의 구조물 등이 압력변화에 의해 변형될 수 있다. 특히, 프로세싱 챔버(110)가 진공상태 및 대기압 상태로 변화할 때 상부전극의 역할을 하는 배면판(116)이 화살표 방향처럼 아래로 처지게 될 경우, 프로세싱 챔버(110)에 결합된 가스피드스루 관(120)에 변형이 발생하게 된다.
또한, 화학기상증착공정 중 프로세싱 챔버(110) 내부는 고온 고압의 상태가 되어 프로세싱 챔버(110) 및 배면판(116)의 온도가 상승하고 이에 따른 열팽창시 가스피드스루 관(120) 역시 열팽창에 의해 열변형을 하게 된다.
그런데, 이러한 종래의 화학 기상 증착장치에 있어서는, 가스피드스루 관(120)이 매니폴드(182) 및 프로세싱 챔버(110)에 고정되어 있으므로, 증착 및 정 화 공정의 진행시 프로세싱 챔버(110) 내부가 진공 및 대기압 상태로 변화하거나 온도가 상승할 경우 가스피드스루 관(120)이 유동할 수 없기 때문에 가스피드스루 관(120)이 파손되거나 그로 인해 가스피드스루 관(120)의 틈새로 공정가스가 누설되어 증착공정의 안정성을 저해하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 증착 및 정화 공정의 진행시 프로세싱 챔버 내부의 압력 및 온도 변화로 인해 변형하게 되는 가스피드스루 관의 파손을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 가스피드스루 관의 조립 설치를 종래보다 용이하게 할 수 있는 화학 기상 증착장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 프로세싱 챔버에 결합되는 제1 가스피드스루 조립블록; 소정의 공정가스가 상기 프로세싱 챔버 내로 주입되는 통로를 형성하며, 일단부가 상기 제1 가스피드스루 조립블록 내에 부분적으로 삽입 결합되되, 적어도 일영역에서 상기 제1 가스피드스루 조립블록과의 틈새가 밀봉되어 상기 제1 가스피드스루 조립블록과 결합되는 가스피드스루 관; 및 상기 제1 가스피드스루 조립블록과 상기 가스피드스루 관 중 적어도 어느 하나에 형성되어, 상기 제1 가스피드스루 조립블록에 대한 상기 가스피드스루 관의 상대적인 유동을 허용하여 상기 가스피드스루 관의 변형을 흡수하는 제1 변형흡수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제1 변형흡수부는, 상기 제1 가스피드스루 조립블록과 상기 가 스피드스루관 간의 결합영역에 위치한 상기 제1 가스피드스루 조립블록의 내벽과 상기 가스피드스루 관의 외벽 중 적어도 어느 하나의 벽에 경사지게 형성된 소정의 경사면에 의해 마련될 수 있다.
상기 경사면은 상기 제1 가스피드스루 조립블록의 내벽에 형성될 수 있다.
상기 제1 가스피드스루 조립블록과 상기 가스피드스루 관의 틈새가 밀봉되는 상기 적어도 일영역에는 상기 틈새를 기밀적으로 밀봉하는 오링(O-ring)이 개재되어 있으며, 상기 경사면은 상기 오링을 사이에 두고 상기 제1 가스피드스루 조립블록의 내벽 상부영역 및 하부영역에 각각 마련될 수 있다.
상기 경사면은, 상기 제1 가스피드스루 조립블록의 내벽 상부영역에 형성되되, 상기 오링이 위치한 영역에서부터 상기 제1 가스피드스루 조립블록의 개구부로 갈수록 점진적으로 단면적이 넓어지게 형성되는 제1 경사구간; 및 상기 제1 가스피드스루 조립블록의 내벽 하부영역에 형성되되, 상기 오링이 위치한 영역에서부터 상기 프로세싱 챔버 측으로 갈수록 점진적으로 단면적이 넓어지게 형성되는 제2 경사구간을 포함할 수 있다.
상기 경사면은 상기 제2 경사구간이 끝나는 위치에서 상기 가스피드스루 관 측으로 경사진 제3 경사구간을 더 포함하며, 상기 제3 경사구간에 대응하는 상기 가스피드스루 관의 모서리 영역은 하방으로 갈수록 외경이 작아지도록 경사지게 가공될 수 있다.
상기 오링에 인접하게 배치되어, 상기 공정가스에 의해 상기 오링이 부식되는 것을 방지하는 프로텍트링을 더 포함할 수 있다.
상기 프로텍트링은 영문자 "U" 자 형상을 가지며, 볼록 부분이 상기 가스피드스루 관의 외벽에 접촉하도록 상기 프로텍트링은 상기 제2 경사구간에 배치될 수 있다.
상기 오링과 상기 프로텍트링 각각은 상기 제1 가스피드스루 조립블록 내벽면에 대해 일부분이 돌출되도록 제1 경사구간에 마련된 제1 홈부 및 제2 경사구간에 마련된 제2 홈부에 각각 부분적으로 매입되게 설치될 수 있다.
상기 공정가스는 상기 프로세싱 챔버 내부를 정화하는 NF3 가스 일 수 있다.
상기 가스피드스루 관으로 상기 공정가스를 제공하는 매니폴드; 및 상기 매니폴드에 결합되어 상기 가스피드스루 관의 타단부가 부분적으로 삽입 결합되는 제2 가스피드스루 조립블록을 더 포함하되, 상기 제2 가스피드스루 조립블록과 상기 가스피드스루 관 중 적어도 어느 하나에 형성되어 상기 제2 가스피드스루 조립블록에 대한 상기 가스피드스루 관의 상대적인 유동을 허용하여 상기 가스피드스루 관의 변형을 흡수하는 제2 변형흡수부를 더 포함할 수 있다.
상기 목적은, 공정가스를 제공하는 매니폴드에 결합되는 가스피드스루 조립블록; 소정의 공정가스가 상기 프로세싱 챔버 내로 주입되는 통로를 형성하며, 일단부가 상기 가스피드스루 조립블록 내에 부분적으로 삽입 결합되되, 적어도 일영역에서 상기 가스피드스루 조립블록과의 틈새가 밀봉되어 상기 가스피드스루 조립블록과 결합되는 가스피드스루 관; 및 상기 가스피드스루 조립블록과 상기 가스피드스루 관 중 적어도 어느 하나에 형성되어, 상기 가스피드스루 조립블록에 대한 상기 가스피드스루 관의 상대적인 유동을 허용하여 상기 가스피드스루 관의 변형을 흡수하는 변형흡수부를 포함하는 화학 기상 증착장치에 의해서도 달성된다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하에서 설명하는 평판디스플레이란, 전술한 바와 같이 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 중 어떠한 것이 적용되어도 좋다.
다만, 본 실시 예에서는 LCD(Liquid Crystal Display)용 대형 유리기판을 평판디스플레이라 간주하기로 한다. 그리고 대형이란, 앞서도 기술한 바와 같이, 7세대 혹은 8세대에 적용되는 수준의 크기를 가리킨다.
도 2는 본 발명에 따른 화학 기상 증착장치의 단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 화학 기상 증착장치(1)는, 프로세싱 챔버(10, Processing Chamber)와, 프로세싱 챔버(10) 내에 마련되어 증착 대상의 유리기판(G)이 로딩(Loading)되는 서셉터(50, Susceptor)와, 프로세싱 챔버(10)의 상부 영역에 형성된 챔버상벽(8)에 지지되어 상부전극의 역할을 하는 배면판(16, Backing Plate)과, 배면판(16)의 하부에 마련되어 유리기판(G) 상으로 증 착물질을 분배하는 가스분배판(17)을 구비한다.
또한 본 실시 예에 따른 화학 기상 증착장치(1)는, 증착 공정이 완료될 경우, 프로세싱 챔버(10)의 내벽과 프로세싱 챔버(10) 내에 갖춰진 다수의 구조물들에 불필요하게 증착물질이 증착되어 형성된 잔류물을 제거하기 위한 공정가스를 공급하는 원격 플라즈마 소스(80, Remote Plasma Source)와, 원격 플라즈마 소스(80)에 결합되어 공정가스를 프로세싱 챔버(10)로 제공하는 매니폴드(82, Manifold)와, 매니폴드(82) 및 프로세싱 챔버(10)에 결합되어 공정가스를 프로세싱 챔버(10) 내로 공급하는 가스 피드스루 조립체(90, Gas Feedthrough Assembly)를 더 구비한다. 이때, 공정가스는 프로세싱 챔버(10) 내부에 잔류한 증착물질을 정화하기 위한 NF3 가스로서 정화물질을 생성하여 프로세싱 챔버(10) 내부를 정화시키는 정화가스를 의미한다.
프로세싱 챔버(10)는, 내부의 증착공간(S)이 진공 분위기로 유지될 수 있도록 외벽이 외부와 차폐되어 있다. 프로세싱 챔버(10)의 증착공간(S)에는 원활한 증착 공정 진행을 위해 불활성 기체(He, Ar)가 충전된다.
프로세싱 챔버(10)의 외벽에는 소정의 작업 로봇에 의해 유리기판(G)이 프로세싱 챔버(10)의 내외로 유출입되는 통로인 개구부(10a)가 형성되어 있다. 도시하고 있지는 않지만, 개구부(10a)는 도어(Door, 미도시)에 의해 선택적으로 개폐된다.
프로세싱 챔버(10) 내의 바닥면(11) 중앙 영역에는 서셉터(50)의 컬럼(52)이 관통하는 관통홀(10b)이 형성되어 있다.
서셉터(50)는, 프로세싱 챔버(10) 내의 증착공간(S)에서 횡방향으로 배치되어 로딩되는 유리기판(G)을 지지하는 기판로딩부(51)와, 상단은 기판로딩부(51)의 중앙에 고정되고 하단은 관통홀(10b)을 통과하여 프로세싱 챔버(10)의 외부에 배치되는 컬럼(52)을 포함한다.
기판로딩부(51)의 상면은 유리기판(G)이 정밀하게 수평상태로 로딩될 수 있도록 거의 정반으로 제조된다. 기판로딩부(51)의 내부에는 도시 않은 히터가 장착되어 기판로딩부(51)를 소정의 증착온도인 대략 400℃로 가열한다.
서셉터(50)는 프로세싱 챔버(10) 내의 증착공간(S)에서 상하로 승강한다. 즉, 유리기판(G)이 로딩될 때는 프로세싱 챔버(10) 내의 바닥면(11) 영역에 배치되어 있다가 유리기판(G)이 로딩되고 증착 공정이 진행될 때는 유리기판(G)이 가스분배판(17)에 인접할 수 있도록 부상한다. 증착 공정시, 서셉터(50)의 기판로딩부(51)는 가스분배판(17)의 하면에 대략 수십 밀리미터(mm) 정도의 간격까지 부상한다.
이를 위해, 서셉터(50)의 컬럼(52)에는 서셉터(50)를 승강시키는 승강 모듈(56)이 마련되어 있다. 승강 모듈(56)에 의해 서셉터(50)는 함께 승강한다.
승강 모듈(56)에 의해 서셉터(50)가 승강하는 과정에서 서셉터(50)의 컬럼(52)과 관통홀(10b) 간에 공간이 발생되지 않도록, 관통홀(10b) 주변에는 컬럼(52)의 외부를 감싸도록 벨로우즈관(54)이 마련되어 있다. 벨로우즈관(54)은 서셉터(50)가 하강할 때 팽창되고, 서셉터(50)가 부상할 때 압착되면서 컬럼(52)과 관통홀(10b) 간에 공간이 발생하는 것을 방지한다.
서셉터(50)의 기판로딩부(51)에는 로딩되거나 취출되는 유리기판(G)의 하면을 안정적으로 지지하여 기판로딩부(51)의 상면으로 안내하는 복수의 리프트 핀(58)이 마련되어 있다. 리프트 핀(58)은 기판로딩부(51)를 관통하도록 설치되어 있다.
리프트 핀(58)은 승강 모듈(56)에 의해 서셉터(50)가 하강할 때, 그 하단이 프로세싱 챔버(10)의 바닥면(11)에 가압되어 상단이 기판로딩부(51)의 상면으로 돌출된다. 이에, 유리기판(G)을 기판로딩부(51)로부터 이격시킨다. 반대로, 서셉터(50)가 부상하면, 하방으로 이동하여 유리기판(G)이 기판로딩부(51)의 상면에 밀착되도록 한다.
이러한 리프트 핀(58)은 서셉터(50)의 기판로딩부(51)에 로딩된 유리기판(G)을 도시 않은 로봇아암이 파지할 수 있도록 유리기판(G)과 기판로딩부(51) 사이의 공간을 형성하는 역할을 겸한다.
배면판(16)에는, 프로세싱 챔버(10) 내부로 반응성 가스가 유입되는 가스유입구(미도시)가 관통되어 있는데, 배면판(16)은 이 가스유입구를 통해 반응성 가스를 가스분배판(17)에 제공한다. 또한, 가스분배판(17)과 함께 상부전극으로서 역할을 한다.
반응성 가스를 분배하는 가스분배판(17)은 대략 400 kg 정도의 무거운 중량을 갖는다. 이러한 가스분배판(17)은 증착 공정시, 서셉터(50)가 대략 400℃ 정도의 온도로 가열되는 것에 기인하여 대략 200 ℃ 정도의 온도로 뜨거워진다.
이러한 가스분배판(17)의 판면에는 다수의 오리피스(미도시)가 형성되어 있다. 이에, 배면판(16)의 가스유입구로부터 제공된 반응성 가스는 이격공간부(미도시)를 거쳐 다수의 오리피스를 통해 프로세싱 챔버(10) 내로 분배될 수 있다. 이러한 가스분배판(17)은 현가지지부재(45)에 의해 현가 지지되어 있다.
한편, 앞서도 기술한 바와 같이, 증착 공정이 반복적으로 진행되다 보면 증착물질은 유리기판(G) 외에도 프로세싱 챔버(10)의 내벽이나 프로세싱 챔버(10) 내의 다른 구조물들의 표면에도 함께 증착되어 잔류물을 형성한다. 이러한 잔류물을 제거하지 않으면, 잔류물에 의해 제품의 수준이 열화되고 유리기판(G)의 성능에 악영항을 미칠 수 있다.
이에, 주기적으로 프로세싱 챔버(10)의 내벽이나 프로세싱 챔버(10) 내의 다른 구조물들의 표면에 증착되어 형성된 잔류물을 정화(제거)할 필요가 있다.
이를 위해, 원격 플라즈마 소스(80)에 정화가스(NF3)를 흘려 플라즈마(Plasma) 및 라디컬(Radical, 이를 정화물질이라 함)을 생성하고, 이를 매니폴드(82)에 연결된 가스 피드스루 관(20)을 통해 프로세싱 챔버(10)에 주입하여 프로세싱 챔버(10) 내의 잔류물과 반응해 정화작업을 실시하게 된다.
정화가스가 가스피드스루 관(20)을 통해 프로세싱 챔버(10) 내로 주입되어 정화가 이루어지는 동안, 프로세싱 챔버(10)가 진공에서 대기압으로 바뀌면서 프로세싱 챔버(10) 내부 압력이 순간적으로 높아지게 되고, 이에 프로세싱 챔버(10)는 순간적으로 압력변화를 겪게 된다.
이러한 압력 변화 등에 의해 상부전극의 역할을 하는 배면판(16)이 아래로 처지게 될 경우, 프로세싱 챔버(10)에 결합된 가스피드스루 관(20)에 변형이 발생할 수 있다.
또한, 화학기상증착공정 중 프로세싱 챔버(10) 내부는 고온 고압의 상태가 되어 프로세싱 챔버(110) 및 배면판(16)의 온도가 상승하고 이에 따른 열팽창시 가스피드스루 관(20) 역시 열팽창에 의해 열변형을 할 수 있다.
그런데, 종래의 화학 기상 증착장치에 있어서는, 가스피드스루 관(20)이 매니폴드(82) 및 프로세싱 챔버(10)에 고정되어 있으므로, 증착 및 정화 공정의 진행시 프로세싱 챔버(10) 내부가 진공 및 대기압 상태로 변화하거나 온도가 상승할 경우 가스피드스루 관(20)이 유동할 수 없기 때문에 가스피드스루 관(20) 및 프로세싱 챔버(10)가 파손되거나 그로 인해 가스피드스루 관(20)의 틈새로 공정가스가 누설되어 증착공정의 안정성을 저해하는 문제점이 있음은 전술한 바와 같다(도 1 참조).
이를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예의 화학 기상 증착장치(1)는 가스피드스루 관(20)이 제1 및 제2 가스피드스루 조립블록(30,31)에 대하여 상대 유동가능한 구조를 갖는 가스피드스루 조립체(90)를 구비한다.
도 3은 도 1의 "A" 영역의 확대 단면도이고, 도 4는 도 3의 부분 확대 분해 단면도이며, 도 5는 도 4의 "B" 영역에 대한 확대 단면도로서 오링과 프로텍트링의 작용을 도시한 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 가스피드스루 조립체(90)는, 프로세싱 챔버(10)에 결합되는 제1 가스피드스루 조립블록(30)과, 매니폴드(82)에 결합되는 제2 가스피드스루 조립블록(31)과, 일단부가 제1 가스피드스루 조립블록(30) 내에 부분적으로 삽입 결합되며 타단부가 제2 가스피드스루 조립블록(31) 내에 부분적으로 삽입 결합되는 가스피드스루 관(20)을 구비한다. 그리고 가스피드스루 관(20)과 제1 가스피드스루 조립블록(30) 및 제2 가스피드스루블록(31)의 결합 영역에는 가스피드스루 관(20)의 상대적인 유동을 허용하는 제1 변형흡수부(23) 및 제2 변형흡수부(23a)가 마련된다. 또한 이들 결합영역의 틈새는 적어도 일 영역에서 밀봉되어 있다.
제1 변형흡수부(23)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 가스피드스루 관(20)이 제1 가스피드스루 조립블록(30)을 기준으로 처음위치에서 일정각도(θ), 예를 들어 1°정도 틀어지면 제2 가스피드스루 조립블록(31)에 위치한 가스피드스루 관(20)의 블록결합부(22)의 단부는 처음위치에서 좌측 또는 우측으로 일정거리(L), 예를 들어 대략 5mm 정도 벗어난 지점으로 유동할 수 있게끔 한다.
이러한 제1 변형흡수부(23)는 제1 가스피드스루 조립블록(30)의 내벽과 가스피드스루 관(20)의 외벽 중 적어도 하나의 벽에 형성된 경사면(35)에 의해 마련될 수 있다.
이에, 본 실시 예에서는 경사면(35)이 제1 가스피드스루 조립블록(30)의 내벽에 형성되어 제1 가스피드스루 조립블록(30)과 가스피드스루 관(20)의 결합시 제1 변형흡수부(23)를 형성하는 것에 대해 기술하기로 한다.
또한, 본 실시 예에서 제1 가스피드스루 조립블록(30)과 제2 가스피드스루 조립블록(31), 제1 변형흡수부(23)과 제2 변형흡수부(23a)는 결합되는 위치가 상이할 뿐 구조 및 기능은 동일하므로, 제2 가스피드스루 조립블록(31) 및 제2 변형흡수부(23a)에 대한 설명은 제1 가스피드스루 조립블록(30)과 제1 변형흡수부(23)의 설명으로 대체하기로 한다.
제1 가스피드스루 조립블록(30)은, 도 4에 자세히 도시된 바와 같이, 일측이 프로세싱 챔버(10)와 결합되며, 제1 가스피드스루 조립블록(30)이 삽입되어 공정가스가 주입되는 통로를 형성하도록 중공(hollow)의 형상을 갖는다. 이러한 제1 가스피드스루 조립블록(30)의 재질은 절연물질인 세라믹이 주로 사용된다.
가스피드스루 관(20)은, 가스피드스루 본체(21)와, 가스피드스루 본체(21)의 일단부를 이루며 제1 가스피드스루 조립블록(30)에 결합되는 블록결합부(22)를 구비한다.
블록결합부(22)는 제1 가스피드스루 조립블록(30) 내에 부분적으로 삽입 결합되는 부분으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 가스피드스루 본체(21)보다 작은 직경을 갖는다.
또한 블록결합부(22)의 모서리 영역은 비스듬하게 경사져 있다. 이러한 블록결합부(22)의 모서리 영역이 경사지게 가공되면 가스피드스루 관(20)이 제1 가스피드스루 조립블록(30)에 대해 유동할 경우 제1 변형흡수부(23)부에서 원활하게 유동할 수 있다.
이러한 가스피드스루 관(20)은 파이프 형상으로 공정가스의 통로를 이루며 제1 가스피드스루 조립블록(30)과 마찬가지로 세라믹 재질로 제작된다.
이와 같은 제1 가스피드스루 조립블록(30)과 가스피드스루 관(20)이 결합할 경우, 이들의 틈새를 밀봉하기 위해 제1 가스피드스루 조립블록(30)과 가스피드스루 관(20)에는 오링(60, O-ring)이 개재된다.
오링(60)은 블록결합부(22)와 제1 가스피드스루 조립블록(30) 내벽 사이의 틈새를 고려하여 수축 및 이완할 수 있도록 소정의 탄성력을 가지도록 적당한 형상을 갖는다.
이러한 오링(60)이 위치한 영역을 사이에 두고 제1 가스피드스루 조립블록(30) 내벽 상부영역 및 하부영역에 경사면(35)이 형성되도록 한다. 이러한 경사면(35)에 의해 제1 변형흡수부(23)가 형성됨은 전술한 바와 같다.
제1 변형흡수부(23)를 형성하는 경사면(35)은, 각기 다른 경사를 갖는 제1 경사구간(35a)과 제2 경사구간(35b) 및 제3 경사구간(35c)으로 나뉜다.
제1 경사구간(35a)은, 오링(60)이 위치한 영역에서부터 제1 가스피드스루 조립블록(30)의 개구부로 갈수록 점진적으로 단면적이 넓어지게 형성된다.
제1 경사구간(35a)에는 오링(60)이 설치되도록 제1 홈부(36)가 마련된다. 함몰형성된 제1 홈부(36)에 의해 오링(60)이 용이하게 결합될 수 있으며, 제1 가스피드스루 조립블록(30)과 블록결합부(22)가 결합시 오링(60)의 지지점 역할을 하여 탄성을 가진 오링(60)이 원활하게 수축 및 이완할 수 있게 된다.
제2 경사구간(35b)은, 제1 가스피드스루 조립블록(30) 내벽 하부영역에 형성되되, 오링(60)이 위치한 영역에서부터 프로세싱 챔버(10) 측으로 갈수록 점진적으로 단면적이 넓어지게 형성된다.
제2 경사구간(35b)에는 프로텍트링(70)이 설치된다. 프로텍트링(70)은 소정의 탄성력을 가지며 제2 경사구간(35b)에 함몰형성되어 마련되는 제2 홈부(37)에 설치된다. 이러한 프로텍트링(70)은 오링(60)에 인접하게 배치되게 되는데, 본 실시 예에서는 오링(60)의 하단부에 위치하게 되어 오링(60)과 함께 제1 가스피드스루 조립블록(30)과 가스피드스루 관(20) 사이의 틈새를 통해 공정가스가 누설되는 것을 방지한다.
또한, 프로텍트링(70)은 공정가스에 의해 오링(60)이 부식되는 것을 아울러 방지하게 된다.
본 실시 예에서는, 도 5에 자세히 도시된 바와 같이, 프로텍트링(70)은 단면이 영문자 "U" 자 형상을 가진다. 볼록한 부분이 가스피드스루 관(20)의 외벽이 접촉되도록 하여 탄성에 의해 프로텍트링(70)이 수축 및 이완을 하면서 오링(60)을 보호할 수 있게 된다.
제3 경사구간(35c)은, 제2 경사구간(35b)이 끝나는 위치에서 가스피드스루 관(20)측으로 경사져 있다. 이는 제3 경사구간(35c)에 대응하는 가스피드스루 관(20)의 모서리 영역이 전술한 바와 같이 경사지게 가공되기 때문이다. 따라서 가스피드스루 관(20)이 제1 가스피드스루 조립블록(30)에 대해 이동할 경우 제3 경사구간(35c)에 의해 가스피드스루 관(20)의 모서리 영역이 파손되지 않고 원활하게 유동할 수 있다.
이와 같이 제1 가스피드스루 조립블록(30) 내벽에 마련된 경사면(35)을 통해 가스피드스루 관(20)의 블록결합부(22)가 제1 가스피드스루 조립블록(30) 내벽에 결합될 경우, 결합영역에는 제1 변형흡수부(23)가 형성되게 된다.
즉, 제1 변형흡수부(23)는 제1 경사구간(35a), 제2 경사구간(35b) 및 제3 경사구간(35c)을 갖는 경사면(35)과 블록결합부(22)와 결합시 이루는 틈새로 마련된다. 이러한 제1 변형흡수부(23)에 의해 제1 가스피드스루 조립블록(30)에 대해 가스피드스루 관(20)이 상대적으로 상하좌우로 유동할 수 있게 된다.
이렇게 제1 변형흡수부(23)에 의해 유동가능한 가스피드스루 관(20)과 제1 가스피드스루 조립블록(30) 내벽에는 적어도 일영역에서 제1 변형흡수부(23)의 틈새를 밀봉하는 오링(60)과 프로텍트링(70)이 결합되어 있음은 전술한 바와 같다.
도 5에 자세히 도시된 바와 같이, 제1 변형흡수부(23)로 블록결합부(22)가 유동함에 따라 오링(60)과 프로텍트링(70)은 그 형상과 위치가 변화된다. 즉 오링(60)은 그 모양이 원형에서 타원으로 변화되면서 블록결합부(22)와 제1 가스피드스루 조립블록(30) 내부의 틈새를 밀봉하며, 프로텍트링(70)은 제2 홈부(37)에서 수축 및 팽창하면서 블록결합부(22)와 제1 가스피드스루 조립블록(30) 내부의 틈새를 밀봉한다.
따라서, 오링(60) 및 프로텍트링(70)에 의해 제1 변형흡수부(23)에서 유동하는 가스피드스루 관(20)에 의해 생기는 틈새를 밀봉할 수 있기 때문에, 공정가스가 외부로 누설되는 것을 방지 할 수 있다. 또한, 프로텍트링(70)의 위치 상, 공정가스의 1차적 누출을 방지하기 때문에 공정가스가 오링(60)에 접촉됨으로써 오링(60)이 부식되는 것을 아울러 방지할 수 있게 된다.
이와 같이, 증착 및 정화 공정이 진행되는 동안 프로세싱 챔버(10) 내부의 압력변화나 온도 상승에 의해 가스피드스루 관(20)이 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 가스피드스루 관(20)과 제1 가스피드스루 조립블록(30)의 조립 설치를 종래보다 용이하게 할 수 있다.
그리고 가스피드스루 관(20)과 제1 가스피드스루 조립블록(30)에 개재된 오링(60)과 프로텍트링(70)을 구비함으로써, 제1 변형흡수부(23)에 의해 가스피드스루 관(20)이 유동하더라도 공정가스의 누출을 저지할 수 있기 때문에 증착공정의 안정성을 도모할 수 있게 된다.
이하, 본 실시 예의 화학 기상 증착 장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 6 내지 도 8은 각각 제1 가스피드스루 조립블록에 대한 가스피드스루 관의 배치 상태도이다.
원격 플라즈마 소스(80) 및 매니폴드(82)로부터 제공된 정화가스가 가스피드스루 관(20)을 통해 프로세싱 챔버(10) 내로 주입되어 정화가 이루어지는 동안, 프로세싱 챔버(10) 내부는 진공상태가 된다. 정화작업이 끝난 후 프로세싱 챔버(10)는 정화가스를 배기하며, 그동안 프로세싱 챔버(10)는 대기압 상태로 전환하게 된다. 이처럼 프로세싱 챔버(10)가 진공에서 대기압으로 바뀌면서 프로세싱 챔버(10) 내부 압력이 순간적으로 높아지게 되고, 이에 프로세싱 챔버(10)는 순간적으로 압력변화를 겪게된다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 프로세싱 챔버(10) 내부의 압력 및 온 도변화로 인해 배면판(16) 등이 처지게 되거나 열팽창이 발생하게 되면, 가스피드스루 관(20)이 제1 가스피드스루 조립블록(30)에 대해 변형을 하게 된다.
이때, 본 실시 예의 가스피드스루 관(20)은 처음위치에서 소정의 각도(θ)로 제1 가스피드스루 조립블록(30)에 대해 좌우방향 및 상하 방향으로 유동할 수 있다.
즉, 경사면(35)을 통해 제1 가스피드스루 조립블록(30) 내부에 미리 마련된 제1 변형흡수부(23)에 의해 가스피드스루 관(20)이 유동하면서, 블록결합부(22)의 일측이 제1 경사구간(35a)에 밀착되고 블록결합부(22)의 모서리 영역이 제2 경사구간(35b) 및 제3 경사구간(35c)에 밀착되게 된다.
따라서 종래의 고정설치된 가스피드스루 관(20)이 유동할 수 없어서 발생하는 가스피드스루 관(20) 및 프로세싱 챔버(10)의 파손을 저지할 수 있다.
아울러, 제1 가스피드스루 조립블록(30) 내벽에 설치된 오링(60)과 프로텍트링(70)이 가스피드스루 관(20)의 변화에 맞게 수축 및 팽창하면서 제1 가스피드스루 조립블록(30)과 가스피드스루 관(20)과의 틈새를 밀봉하기 때문에, 공정가스의 누출을 방지할 수 있으므로 증착공정의 안정성을 도모할 수 있게 된다.
전술한 실시 예에서는 제1 변형흡수부(23) 및 제2 변형흡수부(23a)가 모두 마련된 것에 대하여 상술하였으나, 제1 변형흡수부(23)만으로 가스피드스루 관(20)의 가스피드스루 조립블록에 대한 상대적 유동이 가능한 구조가 달성될 수 있다면 제1 변형흡수부(23)만 형성될 수도 있을 것이다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사 상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 가스피드스루 관이 상대적으로 유동가능하면서도 공정가스의 누출을 저지할 수 있기 때문에 증착 및 정화 공정의 진행시 프로세싱 챔버 내부의 압력 및 온도 변화변화로 인해 변형하게 되는 가스피드스루 관의 파손을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 가스피드스루 관의 조립 설치를 종래보다 용이하게 할 수 있다.

Claims (12)

  1. 프로세싱 챔버에 결합되는 제1 가스피드스루 조립블록;
    소정의 공정가스가 상기 프로세싱 챔버 내로 주입되는 통로를 형성하며, 일단부가 상기 제1 가스피드스루 조립블록 내에 부분적으로 삽입 결합되되, 적어도 일영역에서 상기 제1 가스피드스루 조립블록과의 틈새가 밀봉되어 상기 제1 가스피드스루 조립블록과 결합되는 가스피드스루 관; 및
    상기 제1 가스피드스루 조립블록과 상기 가스피드스루 관 중 적어도 어느 하나에 형성되어, 상기 제1 가스피드스루 조립블록에 대한 상기 가스피드스루 관의 상대적인 유동을 허용하여 상기 가스피드스루 관의 변형을 흡수하는 제1 변형흡수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변형흡수부는, 상기 제1 가스피드스루 조립블록과 상기 가스피드스루관 간의 결합영역에 위치한 상기 제1 가스피드스루 조립블록의 내벽과 상기 가스피드스루 관의 외벽 중 적어도 어느 하나의 벽에 경사지게 형성된 소정의 경사면에 의해 마련되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 경사면은 상기 제1 가스피드스루 조립블록의 내벽에 형성되는 것을 특 징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 가스피드스루 조립블록과 상기 가스피드스루 관의 틈새가 밀봉되는 상기 적어도 일영역에는 상기 틈새를 기밀적으로 밀봉하는 오링(O-ring)이 개재되어 있으며,
    상기 경사면은 상기 오링을 사이에 두고 상기 제1 가스피드스루 조립블록의 내벽 상부영역 및 하부영역에 각각 마련되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 경사면은,
    상기 제1 가스피드스루 조립블록의 내벽 상부영역에 형성되되, 상기 오링이 위치한 영역에서부터 상기 제1 가스피드스루 조립블록의 개구부로 갈수록 점진적으로 단면적이 넓어지게 형성되는 제1 경사구간; 및
    상기 제1 가스피드스루 조립블록의 내벽 하부영역에 형성되되, 상기 오링이 위치한 영역에서부터 상기 프로세싱 챔버 측으로 갈수록 점진적으로 단면적이 넓어지게 형성되는 제2 경사구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 경사면은 상기 제2 경사구간이 끝나는 위치에서 상기 가스피드스루 관 측으로 경사진 제3 경사구간을 더 포함하며,
    상기 제3 경사구간에 대응하는 상기 가스피드스루 관의 모서리 영역은 하방으로 갈수록 외경이 작아지도록 경사지게 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 오링에 인접하게 배치되어, 상기 공정가스에 의해 상기 오링이 부식되는 것을 방지하는 프로텍트링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로텍트링은 영문자 "U" 자 형상을 가지며, 볼록 부분이 상기 가스피드스루 관의 외벽에 접촉하도록 상기 프로텍트링은 상기 제2 경사구간에 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 오링과 상기 프로텍트링 각각은 상기 제1 가스피드스루 조립블록 내벽면에 대해 일부분이 돌출되도록 제1 경사구간에 마련된 제1 홈부 및 제2 경사구간에 마련된 제2 홈부에 각각 부분적으로 매입되게 설치되는 것을 특징으로 하는 화 학 기상 증착장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 공정가스는 상기 프로세싱 챔버 내부를 정화하는 NF3 가스 인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가스피드스루 관으로 상기 공정가스를 제공하는 매니폴드; 및
    상기 매니폴드에 결합되어 상기 가스피드스루 관의 타단부가 부분적으로 삽입 결합되는 제2 가스피드스루 조립블록을 더 포함하되, 상기 제2 가스피드스루 조립블록과 상기 가스피드스루 관 중 적어도 어느 하나에 형성되어 상기 제2 가스피드스루 조립블록에 대한 상기 가스피드스루 관의 상대적인 유동을 허용하여 상기 가스피드스루 관의 변형을 흡수하는 제2 변형흡수부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  12. 공정가스를 제공하는 매니폴드에 결합되는 가스피드스루 조립블록;
    소정의 공정가스가 상기 프로세싱 챔버 내로 주입되는 통로를 형성하며, 일단부가 상기 가스피드스루 조립블록 내에 부분적으로 삽입 결합되되, 적어도 일영역에서 상기 가스피드스루 조립블록과의 틈새가 밀봉되어 상기 가스피드스루 조립 블록과 결합되는 가스피드스루 관; 및
    상기 가스피드스루 조립블록과 상기 가스피드스루 관 중 적어도 어느 하나에 형성되어, 상기 가스피드스루 조립블록에 대한 상기 가스피드스루 관의 상대적인 유동을 허용하여 상기 가스피드스루 관의 변형을 흡수하는 변형흡수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
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