KR100786274B1 - 화학 기상 증착장치 - Google Patents

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Abstract

화학 기상 증착장치가 개시된다. 본 발명의 화학 기상 증착장치는, 챔버의 내부를 정화시키기 위한 정화물질을 공급하는 원격 플라즈마 소스(Remote Plasma Source); 원격 플라즈마 소스에 결합되어 정화물질을 챔버로 제공하는 가스 피드스루 관(Gas Feedthrough Pipe); 원격 플라즈마 소스와 가스 피드스루 관의 결합영역에 마련되어 원격 플라즈마 소스와 가스 피드스루 관 사이의 틈새(Gap)를 밀봉하는 오링(O-Ring); 및 오링에 비해 상대적으로 더 정화물질에 근접하도록 결합영역에 마련되어 정화물질에 의해 오링이 손상되는 것을 저지하는 오링보호부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 오링이 정화물질에 직접 노출되어 손상되지 않도록 오링을 보호함으로써 오링에 대한 내구성을 향상시킬 수 있음은 물론 오링에 대한 잦은 교체 주기로 인해 수율 및 생산성이 저하되는 것을 저지할 수 있고, 나아가 제반적인 공정상 로스(Loss) 발생을 종래보다 감소시킬 수 있다.
CVD, 평면디스플레이, LCD, 챔버, 오링(O-ring), 오링보호부

Description

화학 기상 증착장치{Chemical Vapor Deposition Apparatus}
도 1은 종래기술에 따른 화학 기상 증착장치에서 원격 플라즈마 소스와 가스 피드스루 관의 결합영역을 확대한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 화학 기상 증착장치의 개략적인 구조도이다.
도 3은 도 2의 "A" 영역의 확대도이다.
도 4는 도 3의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3의 "B" 영역의 확대도이다.
도 6은 도 5의 분해 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 챔버 11 : 바닥면
17 : 가스분배판 17a : 오리피스
17b : 그루브 19 : 이격공간부
25 : 전극지지부 27 : 슬릿
30 : 서셉터 31 : 기판로딩부
40 : 서셉터지지대 51 : 원격 플라즈마 소스
53 : 가스 피드스루 관 56 : 오링
60 : 오링보호부 70 : 센터링
71 : 링몸체 73 : 밀봉돌출부
80 : 보호링 81 : 곡면
85 : 지지돌기 85 : 요철결합부
본 발명은, 화학 기상 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 오링이 정화물질에 직접 노출되어 손상되지 않도록 오링을 보호함으로써 오링에 대한 내구성을 향상시킬 수 있음은 물론 오링에 대한 잦은 교체 주기로 인해 수율 및 생산성이 저하되는 것을 저지할 수 있고, 나아가 제반적인 공정상 로스(Loss) 발생을 종래보다 감소시킬 수 있는 화학 기상 증착장치에 관한 것이다.
화학 기상 증착장치란 평면디스플레이 및 반도체 제조에 있어서, 화학 기상 증착이라는 방법에 의해 (비)결정질 실리콘 또는 실리콘 화합물과 같은 절연층을 평면디스플레이 및 반도체 웨이퍼 상에 증착시키는 장치이다.
따라서 화학 기상 증착장치는 평면디스플레이를 제조하는 제조사나 혹은 반도체 웨이퍼를 제조하는 제조사에서 공히 사용될 수 있는데, 이하의 설명에서는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에 대해 설명하기로 한다.
평면디스플레이는 개인 휴대단말기를 비롯하여 TV나 컴퓨터의 모니터 등으로 널리 채용된다.
이러한 평면디스플레이는 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 유리기판 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 X 2250 ㎜이거나 1870 X 2200 ㎜인 7세대, 혹은 2160 X 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 챔버에서 진행된다.
챔버를 통해 화학 기상 증착공정이 진행될 때, (비)결정질 실리콘 또는 실리콘 화합물은 단지 유리기판의 상면에만 증착되지 않고, 챔버의 내벽 및 챔버 내의 구조물들의 표면에도 함께 증착되어 잔류물을 형성한다.
이러한 잔류물은 제품의 수준을 열화시키고 유리기판의 성능에 악영항을 미칠 수 있기 때문에 챔버의 내벽 및 챔버 내의 구조물들의 표면으로부터 축적된 잔류물을 주기적으로 정화시킬 필요가 있다.
최근에 사용되는 정화기술로는 챔버로부터 이격된 위치에서 정화가스(NF3)를 원격 플라즈마 소스(Remote Plasma Source)에 흘려 플라즈마 및 라디컬(이를 정화물질이라 함)을 생성하고, 이를 가스 피드스루 관(Gas Feedthrough Pipe)과 알루미늄 관(미도시)을 통해 챔버에 주입한 후, 챔버 내의 잔류물과 반응해 정화작업을 일으키도록 한 것이다.
이 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 원격 플라즈마 소스(151)와 가스 피드스루 관(153)의 내부로 대기가 유출입되어서는 아니되기 때문에, 원격 플라즈마 소스(151)와 가스 피드스루 관(153)의 결합영역(C)에는 결합영역(C)을 밀봉하기 위한 오링(156, O-Ring)이 개재된다. 오링(156)은 별도의 오링수용부(156a)에 의해 수용 되어 결합영역(C)을 외부로부터 밀봉하게 된다.
그런데, 이러한 종래의 화학 기상 증착장치에 있어서는, 조립 공차로 의해 원격 플라즈마 소스(151)와 가스 피드스루 관(153)의 결합영역(C)에 마련되어 있는 오링(156)이 관 내로 유동하는 정화물질에 그대로 노출되어 접촉하고 있기 때문에 정화물질에 의해 오링(156)이 쉽게 부식되거나 손상될 수밖에 없어 오링(156)의 교체 주기가 빨라지게 되는데, 오링(156)의 교체 작업 중에는 공정을 진행할 수 없기 때문에 그만큼 수율이 떨어지고 생산성이 저하될 수밖에 없어 공정상의 로스(Loss)를 유발시키는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 오링이 정화물질에 직접 노출되어 손상되지 않도록 오링을 보호함으로써 오링에 대한 내구성을 향상시킬 수 있음은 물론 오링에 대한 잦은 교체 주기로 인해 수율 및 생산성이 저하되는 것을 저지할 수 있고, 나아가 제반적인 공정상 로스(Loss) 발생을 종래보다 감소시킬 수 있는 화학 기상 증착장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 챔버의 내부를 정화시키기 위한 정화물질을 공급하는 원격 플라즈마 소스(Remote Plasma Source); 상기 원격 플라즈마 소스에 결합되어 상기 정화물질을 상기 챔버로 제공하는 가스 피드스루 관(Gas Feedthrough Pipe); 상기 원격 플라즈마 소스와 상기 가스 피드스루 관의 결합영역에 마련되어 상기 원격 플라즈마 소스와 상기 가스 피드스루 관 사이의 틈새(Gap) 를 밀봉하는 오링(O-Ring); 및 상기 오링에 비해 상대적으로 더 정화물질에 근접하도록 상기 결합영역에 마련되어 상기 정화물질에 의해 상기 오링이 손상되는 것을 저지하는 오링보호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 오링보호부는 상기 원격 플라즈마 소스와 상기 가스 피드스루 관의 결합영역 내벽에 마련되는 센터링을 포함하며, 상기 센터링은, 상기 결합영역의 내벽으로부터 반경방향 외측으로 소정 깊이 함몰된 함몰부에 배치되는 링몸체; 및 상기 링몸체의 중심에서 반경방향 외측으로 연장되어 상기 결합영역 사이의 틈새로 끼워져 상기 틈새를 밀봉하는 밀봉돌출부를 포함한다.
상기 링몸체의 내면과 상기 함몰부가 형성되지 않은 상기 원격 플라즈마 소스와 상기 가스 피드스루 관의 결합영역 내벽은 실질적으로 동일한 축선을 형성한다.
상기 링몸체의 양측면과 상기 함몰부의 양측벽 사이에는 각각 소정의 이격간격이 형성되어 있다.
상기 센터링은 금속 재질로 제작되되, 상기 센터링의 폭은 상기 오링의 두께보다 크게 형성되는 것이 유리하다.
상기 오링보호부는, 상기 센터링과 상기 오링 사이에 배치되어 상기 센터링과 함께 상기 오링이 손상되는 것을 저지하는 보호링을 더 포함한다.
상기 오링과 접하는 상기 보호링의 외면에는 상기 오링의 외면에 대응되는 곡면이 형성되어 있다.
상기 센터링의 밀봉돌출부와 상기 보호링에는 상호 맞물려 결합되는 요철결합부가 형성되어 있다.
상기 요철결합부는, 상기 밀봉돌출부와 상기 보호링 중 어느 하나에 형성된 요홈과, 상기 밀봉돌출부와 상기 보호링 중 다른 하나에 형성되어 상기 요홈에 형상 맞춤되게 결합되는 요철돌기를 포함한다.
상기 보호링의 양측면에는 상기 원격 플라즈마 소스와 상기 가스 피드스루 관의 측벽에 각각 지지되는 지지돌기가 더 형성되어 있다.
상기 보호링은 테프론 재질을 이용한 주물 가공과 기계 가공 중 어느 한 가공 방법에 의해 제작되되, 상기 보호링은 상기 오링의 두께보다 작게 형성된다.
상기 챔버는 평면디스플레이에 대한 증착 공정이 진행되는 평면디스플레이용 챔버이고, 상기 평면디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display)용 대형 유리기판인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
이하에서 설명하는 평면디스플레이란, 전술한 바와 같이 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 중 어떠한 것이 적용되어도 좋다.
다만, 본 실시예에서는 LCD(Liquid Crystal Display)용 대형 유리기판을 평면디스플레이라 간주하기로 한다. 그리고 대형이란, 앞서도 기술한 바와 같이, 7세대 혹은 8세대에 적용되는 수준의 크기를 가리킨다.
도 2는 본 발명에 따른 화학 기상 증착장치의 개략적인 구조도이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 화학 기상 증착장치(1)는, 챔버(10)와, 챔버(10) 내에 마련되어 증착 대상의 유리기판(G)이 로딩(Loading)되는 서셉터(30)와, 서셉터(30)를 지지하는 복수의 서셉터지지대(40)와, 챔버(10)의 상부 영역에 형성된 챔버상벽(8)에 지지되어 소정의 증착물질((비)결정질 실리콘 또는 실리콘 화합물)을 방출하는 전극(16)과, 전극(16)의 하부에 마련되어 유리기판(G) 상으로 증착물질을 분배하는 가스분배판(17)을 구비한다.
또한 본 실시예에 따른 화학 기상 증착장치(1)는, 증착 공정이 완료될 경우, 챔버(10)의 내벽과 챔버(10) 내에 갖춰진 다수의 구조물들에 불필요하게 증착물질이 증착되어 형성된 잔류물을 제거하기 위한 정화물질을 공급하는 원격 플라즈마 소스(51, Remote Plasma Source)와, 원격 플라즈마 소스(51)에 결합되어 정화물질을 챔버(10)로 제공하는 가스 피드스루 관(53, Gas Feedthrough Pipe)을 더 구비한다. 원격 플라즈마 소스(51)에는 쿨링 패스(51a, Cooling Path, 도 3 참조)가 형성되어 있다.
챔버(10)는 내부의 증착공간(S)이 진공 분위기로 유지될 수 있도록 외벽이 외부와 차폐되어 있다. 챔버(10)의 증착공간(S)에는 원활한 증착 공정 진행을 위해 불활성 기체(He, Ar)가 충전된다.
챔버(10)의 외벽에는 소정의 작업 로봇에 의해 유리기판(G)이 챔버(10)의 내외로 유출입되는 통로인 개구부(10a)가 형성되어 있다. 도시하고 있지는 않지만, 개구부(10a)는 도어(미도시)에 의해 선택적으로 개폐된다.
챔버상벽(8)의 외측에는 고주파 전원부(20)가 설치되어 있다. 고주파 전원 부(20)는 연결라인(22)에 의해 전극(16)과 연결되어 있다.
챔버(10) 내의 바닥면(11)에는 챔버(10) 내의 증착공간(S)에 존재하는 증착물질을 다시 증착공간(S)으로 확산시키는 가스확산판(12)이 마련되어 있다. 그리고 챔버(10) 내의 바닥면(11) 중앙 영역에는 서셉터(30)의 컬럼(32)이 관통하는 관통홀(10b)이 형성되어 있다. 관통홀(10b)의 주변에는 서셉터지지대(40)의 축부(42)가 관통하는 추가의 관통홀(10c)이 더 형성되어 있다.
서셉터(30)는 챔버(10) 내의 증착공간(S)에서 횡방향으로 배치되어 로딩되는 유리기판(G)을 지지하는 기판로딩부(31)와, 상단은 기판로딩부(31)의 중앙에 고정되고 하단은 관통홀(10b)을 통과하여 챔버(10)의 외부에 배치되는 컬럼(32)을 포함한다.
기판로딩부(31)의 상면은 유리기판(G)이 정밀하게 수평상태로 로딩될 수 있도록 거의 정반으로 제조된다. 기판로딩부(31)의 내부에는 도시 않은 히터가 장착되어 기판로딩부(31)를 소정의 증착온도인 대략 400℃로 가열한다.
서셉터(30)는 챔버(10) 내의 증착공간(S)에서 상하로 승강한다. 즉, 유리기판(G)이 로딩될 때는 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(30)의 기판로딩부(31)는 가스분배판(17)의 하면에 대략 수십 밀리미터(mm) 정도의 간격까지 부상한다.
이를 위해, 서셉터(30)의 컬럼(32)에는 서셉터(30)를 승강시키는 승강 모듈(36)이 마련되어 있다. 승강 모듈(36)에 의해 서셉터(30)와 서셉터지지대(40)는 함께 승강한다.
승강 모듈(36)에 의해 서셉터(30)가 승강하는 과정에서 서셉터(30)의 컬럼(32)과 관통홀(10b) 간에 공간이 발생되어서는 아니된다. 이에, 관통홀(10b) 주변에는 컬럼(32)의 외부를 감싸도록 벨로우즈관(34)이 마련되어 있다. 벨로우즈관(34)은 서셉터(30)가 하강할 때 팽창되고, 서셉터(30)가 부상할 때 압착되면서 컬럼(32)과 관통홀(10b) 간에 공간이 발생하는 것을 방지한다.
서셉터(30)의 기판로딩부(31)에는 로딩되거나 취출되는 유리기판(G)의 하면을 안정적으로 지지하여 기판로딩부(31)의 상면으로 안내하는 복수의 리프트 핀(38)이 마련되어 있다. 리프트 핀(38)은 기판로딩부(31)를 관통하도록 설치되어 있다.
리프트 핀(38)은 승강 모듈(36)에 의해 서셉터(30)가 하강할 때, 그 하단이 챔버(10)의 바닥면(11)에 가압되어 상단이 기판로딩부(31)의 상면으로 돌출된다. 이에, 유리기판(G)을 기판로딩부(31)로부터 이격시킨다. 반대로, 서셉터(30)가 부상하면, 하방으로 이동하여 유리기판(G)이 기판로딩부(31)의 상면에 밀착되도록 한다.
이러한 리프트 핀(38)은 서셉터(30)의 기판로딩부(31)에 로딩된 유리기판(G)을 도시 않은 로봇아암이 파지할 수 있도록 유리기판(G)과 기판로딩부(31) 사이의 공간을 형성하는 역할을 겸한다.
전술한 바와 같이, 7세대 혹은 8세대 하에서의 서셉터(30)는 그 무게가 무겁고 크기가 상대적으로 커서 처짐이 발생할 수 있는데, 이럴 경우, 유리기판(G)에도 처짐이 발생할 수 있다.
이에, 도시된 바와 같이, 서셉터(30)의 기판로딩부(31) 하부에는 복수개의 서셉터지지대(40)가 마련되어 서셉터(30)의 기판로딩부(31)를 떠받치고 있다. 기판로딩부(31)는 대형 유리기판(G)의 크기보다 좀 더 크게 형성되므로 중심의 컬럼(32)에서부터 반경방향 외측으로 갈수록 처짐이 심하게 발생한다.
따라서 서셉터지지대(40)는 서셉터(30)의 기판로딩부(31) 외측 영역에 상호 이격되게 복수개로 마련되어 서셉터(30)의 기판로딩부(31)가 처지는 것을 저지하고 있는 것이다.
이러한 서셉터지지대(40)는 기판로딩부(31)의 하면에 위치하는 머리부(41)와, 머리부(41)에서 연장되어 서셉터(30)의 컬럼(32)과 나란하게 배치되는 축부(42)를 갖는다.
축부(42)의 단부는 컬럼(32)과 마찬가지로 승강 모듈(36)에 일체로 결합되어 있다. 따라서 승강 모듈(36)이 동작하면, 서셉터지지대(40)도 서셉터(30)와 함께 승강하게 된다. 축부(42)의 영역에도 벨로우즈관(34a)이 형성되어 있다.
전극(16)과 챔버(10)의 외벽 사이에는 전극(16)이 챔버(10)의 외벽에 직접 접촉하여 통전되지 않도록 절연체(26)가 마련되어 있다. 절연체(26)는 테프론 등으로 제작될 수 있다. 전극(16)과 가스분배판(17) 사이에는 배기 버퍼공간으로서의 이격공간부(19)가 형성되어 있다.
반응성 가스를 분배하는 가스분배판(17)은 대략 400 kg 정도의 무거운 중량을 갖는다. 이러한 가스분배판(17)은 증착 공정시, 서셉터(30)가 대략 400℃ 정도 의 온도로 가열되는 것에 기인하여 대략 200 ℃ 정도의 온도로 뜨거워진다.
이러한 가스분배판(17)의 판면에는 다수의 오리피스(미도시)가 형성되어 있다. 이에, 전극(16)으로부터 제공된 반응성 가스는 이격공간부(19)를 거쳐 다수의 오리피스(17a)를 통해 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 챔버(10)의 내벽이나 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 챔버(10)의 내벽이나 챔버(10) 내의 다른 구조물들의 표면에 증착되어 형성된 잔류물을 정화(제거)할 필요가 있다.
이를 위해, 원격 플라즈마 소스(51)에 정화가스(NF3)를 흘려 플라즈마 및 라디컬(이를 정화물질이라 함)을 생성하고, 이를 가스 피드스루 관(53)과 챔버(10)에 연결된 알루미늄 관(54)을 통해 챔버(10)에 주입하여 챔버(10) 내의 잔류물과 반응해 정화작업을 일어나도록 한다.
다만, 이러한 과정에서 상호 관 형태로 결합되는 원격 플라즈마 소스(51)와 가스 피드스루 관(53)의 내부로 대기가 유출입되어서는 아니되기 때문에, 원격 플라즈마 소스(51)와 가스 피드스루 관(53)의 결합영역(C, 도 5 및 도 6 참조)에는 결합영역(C, 도 5 및 도 6 참조)을 밀봉하기 위한 오링(56, O-Ring)이 개재되는데, 종래기술의 경우, 오링(56)이 정화물질에 그대로 노출되어 접촉하고 있기 때문에 정화물질에 의해 오링(56)이 쉽게 부식되거나 손상될 수밖에 없었다. 이로 인해, 오링(56)의 교체 주기가 빨라지게 되고, 오링(56)의 교체 작업 중에는 공정을 진행할 수 없기 때문에 그만큼 수율이 떨어지고 생산성이 저하될 수밖에 없어 공정상의 로스(Loss)를 유발시키는 문제점이 발생하였다.
이에, 본 실시예의 경우, 오링(56)의 주변, 특히 오링(56)보다 반경방향 내측으로 오링보호부(60)를 더 마련함으로써 오링(56)이 본연의 역할은 수행하되, 오링(56)이 정화물질에 그대로 노출되어 접촉하는 것을 저지하여 오링(56)이 부식되거나 손상되는 것을 방지하고 있는 것이다. 이하, 오링보호부(60)에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 도 2의 "A" 영역의 확대도이고, 도 4는 도 3의 분해 사시도이며, 도 5는 도 3의 "B" 영역의 확대도이고, 도 6은 도 5의 분해 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 클램프(57) 및 볼트(58)에 의해 상호 결합되어 있는 원격 플라즈마 소스(51)와 가스 피드스루 관(53)의 결합영역(C)에는 오링(56)과 오링보호부(60)가 구비되어 있다.
오링보호부(60)는 크게, 센터링(70)과 보호링(80)으로 나뉜다. 물론, 사용자의 선택이나 혹은 장치의 상황에 따라 센터링(70)과 보호링(80) 중 어느 하나만이 사용될 수도 있는데, 본 실시예에서는 센터링(70)과 보호링(80) 모두가 사용되고 있다.
센터링(70)은 오링(56)에 대해 반경방향 최 내측에 배치된다. 즉, 센터 링(70)은 원격 플라즈마 소스(51)와 가스 피드스루 관(53)의 결합영역(C) 내벽에 마련된다. 이러한 센터링(70)은 금속 재질, 보다 구체적으로는 정화물질인 플라즈마와 라디컬에 상대적으로 강한 재질로서의 금속 재질로 제작된다. 제작의 방법은, 주물 가공이나 기계 가공, 혹은 사출 성형 등 어떠한 것이 적용되어도 좋다. 이러한 센터링(70)은 링몸체(71)와 밀봉돌출부(73)를 갖는 단면 영문자 "T"형상을 가진다.
링몸체(71)는 소정의 두께를 갖는 마치 평평한 판체처럼 형성되며, 결합영역(C)의 내벽으로부터 반경방향 외측으로 소정 깊이 함몰된 함몰부(72a,72b)에 배치된다. 도시된 바와 같이, 일측의 함몰부(72a)는 원격 플라즈마 소스(51)의 내벽에 형성되고, 타측의 함몰부(72b)는 가스 피드스루 관(53)의 내벽에 형성된다.
이 때, 링몸체(71)의 내면과 함몰부(72a,72b)가 형성되지 않은 원격 플라즈마 소스(51)와 가스 피드스루 관(53)의 내벽은 실질적으로 동일한 축선을 형성한다. 이는, 함몰부(72a,72b)의 깊이와 링몸체(71)의 두께가 실질적으로 거의 동일하다는 것을 의미한다. 하지만, 반드시 함몰부(72a,72b)의 깊이와 링몸체(71)의 두께가 동일할 필요는 없고, 설계시 적절하게 변경 선택될 수 있다.
링몸체(71)의 양측면과 함몰부(72a,72b)의 양측벽 사이에는 각각 소정의 이격간격(H1,H2)이 형성되어 있다. 이는 결합공차를 보상하고, 열변형 등의 원인에 의해 링몸체(71)가 함몰부(72a,72b)로부터 이탈되거나 뒤틀리는 것을 저지하기 위한 수단이다.
이러한 링몸체(71)의 폭(길이)은 오링(56)의 두께보다 크게 형성된다. 바람 직하기로는 오링(56)의 두께 대비 2배 이상으로 형성된다. 따라서 원격 플라즈마 소스(51)와 가스 피드스루 관(53)의 내부에서 유동하는 정화물질이 오링(56)으로 향하는 것을 1차적으로 저지하는 방패막이로서의 역할을 하기에 충분하다.
밀봉돌출부(73)는 링몸체(71)의 거의 중심에서 반경방향 외측으로 연장되어 결합영역(C)에 형성된, 원격 플라즈마 소스(51)와 가스 피드스루 관(53) 사이의 틈새(G, Gap)로 끼워져 틈새(G)를 밀봉하는 역할을 한다. 이러한 밀봉돌출부(73)의 단부에는 후술하는 바와 같이, 요홈(85a)이 형성되어 있다.
한편, 정화물질이 오링(56)으로 향하는 것을 1차적으로 저지하는 것이 센터링(70) 이였다면 보호링(80)은 정화물질이 오링(56)으로 향하는 것을 2차적으로 저지하는 수단이 된다. 따라서 보호링(80)은 센터링(70)과 오링(56) 사이의 틈새(C)에 배치된다.
오링(56)이 접하는 보호링(80)의 외면에는 오링(56)의 외면에 대응되는 곡면(81)이 형성되어 있다. 곡면(81)은 오링(56)의 곡률과 거의 유사하게 형성된다. 이러한 보호링(80)의 양측면에는 원격 플라즈마 소스(51)와 가스 피드스루 관(53)의 측벽에 각각 지지되는 지지돌기(82)가 더 형성되어 있다. 지지돌기(82)는 보호링(80)이 해당 위치에서 보다 강도 높게 결합되는 수단으로 사용된다. 즉, 지지돌기(82)들이 눌리면서 보호링(80)은 해당 위치에 결합될 수 있다.
보호링(80)과 센터링(70)의 밀봉돌출부(73)에는 이들이 상호 맞물려 결합될 수 있는 요철결합부(85)가 더 형성되어 있다.
요철결합부(85)는, 밀봉돌출부(73)의 단부에 형성된 요홈(85a)과, 보호 링(80)에 형성되어 요홈(85a)에 형상맞춤되는 요철돌기(85b)로 이루어져 있다. 물론, 반대로, 밀봉돌출부(73)에 요철돌기(85b)를 형성하고, 보호링(80)에 요홈(85a)을 형성해도 좋다. 이러한 요철결합부(85)로 인해 보호링(80)은 정위치에서 센터링(70)에 정확하게 결합될 수 있게 된다.
이러한 보호링(80)은 정화물질에 대한 내부식성을 갖는 재료로 제작되는데, 본 실시예의 경우 테프론이 이용된다. 즉, 테프론 재질을 원료로 주물 가공이나 기계 가공 등의 가공 방법을 통해 보호링(80)이 제작된다.
이 때, 보호링(80)의 크기(폭)는 오링(56)의 두께보다 작게 형성되어 오링(56)이 본연의 기능을 담당할 수 있도록 한다. 참고로, 오링(56)은 도 6에 도시된 바와 같이 단면 구 형상을 가지는데, 결합역역(C)의 틈새(G)에 결합된 후, 클램프(57)와 볼트(58)에 의해 원격 플라즈마 소스(51)와 가스 피드스루 관(53)이 상호 결합되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 거의 계란 형상으로 수축되면서 해당 영역을 밀봉한다.
이러한 구성을 갖는 화학 기상 증착장치(1)의 동작과 그에 따른 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
우선, 승강 모듈(36)에 의해 서셉터(30)와 서셉터지지대(40)가 챔버(10)의 하부 영역으로 하강된 상태에서 로봇아암에 의해 이송된 증착 대상의 유리기판(G)이 개구부(10a)를 통해 반입되어 서셉터(30)의 기판로딩부(31) 상부에 배치된다.
이 때, 리프트 핀(38)의 상단은 기판로딩부(31)의 상면으로 소정 높이 돌출된 상태이므로, 로봇아암은 리프트 핀(38)들에 유리기판(G)을 올려둔 후, 취출된 다. 로봇아암이 취출되면, 챔버(10)의 내부는 진공 분위기로 유지됨과 동시에 증착에 필요한 불활성 기체(He, Ar)가 충전된다.
다음, 증착공정의 진행을 위해, 승강 모듈(36)이 동작하여 서셉터(30)와 서셉터지지대(40)를 함께 부상시킨다. 그러면 리프트 핀(38)이 하강되며, 이를 통해 유리기판(G)은 기판로딩부(31)의 상면으로 밀착하면서 로딩된다. 서셉터(30)가 부상하면 승강 모듈(36)의 동작이 정지되고 유리기판(G)은 전극(16)의 직하방에 위치하게 된다. 이 때 이미, 서셉터(30)는 대략 400℃ 정도로 가열된다.
그런 다음, 절연체(26)로 인해 절연된 전극(16)을 통해 전원이 인가된다. 이어 수많은 오리피스(17a)가 형성된 가스분배판(17)을 통해 증착물질이 분출되어 유리기판(G) 상으로 도달함으로써 유리기판(G) 상에 증착이 이루어진다.
한편, 일정한 시간과 기간만큼 증착 공정이 진행된 후에는, 정화작업이 진행된다. 정화작업을 위해, 원격 플라즈마 소스(51)에 정화가스(NF3)를 흘려 정화물질을 생성하고, 이를 가스 피드스루 관(53)과 챔버(10)에 연결된 알루미늄 관(54)을 통해 챔버(10)에 주입한다. 챔버(10)의 내부로 주입된 정화물질은 챔버(10) 내의 잔류물과 반응해 정화작업을 진행한다. 따라서 잔류물들은 제거될 수 있게 된다.
이러한 정화작업이 진행되는 도중, 원격 플라즈마 소스(51)와 가스 피드스루 관(53)의 내부로 정화물질이 계속하여 유동하게 되는데, 본 실시예의 경우, 센터링(70)과 보호링(80)을 구비한 오링보호부(60)가 원격 플라즈마 소스(51)와 가스 피드스루 관(53)의 결합영역(C)에 더 갖춰져 있으므로 정화물질이 오링(56)으로 접근되는 것이 저지된다. 따라서 오링(56)이 부식되거나 손상되는 것이 저지될 수 있 게 된다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 오링(56)이 정화물질에 직접 노출되어 손상되지 않도록 오링(56)을 보호함으로써 오링(56)에 대한 내구성을 향상시킬 수 있음은 물론 오링(56)에 대한 잦은 교체 주기로 인해 수율 및 생산성이 저하되는 것을 저지할 수 있고, 나아가 제반적인 공정상 로스(Loss) 발생을 종래보다 감소시킬 수 있게 된다.
전술한 실시예에서는 LCD용 유리기판에 증착이 이루어지는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에 대해 설명하였지만, 반도체 웨이퍼 제조용 화학 기상 증착장치에도 본 발명의 사상을 충분히 적용할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 오링이 정화물질에 직접 노출되어 손상되지 않도록 오링을 보호함으로써 오링에 대한 내구성을 향상시킬 수 있음은 물론 오링에 대한 잦은 교체 주기로 인해 수율 및 생산성이 저하되는 것을 저지할 수 있고, 나아가 제반적인 공정상 로스(Loss) 발생을 종래보다 감소시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 챔버의 내부를 정화시키기 위한 정화물질을 공급하는 원격 플라즈마 소스(Remote Plasma Source);
    상기 원격 플라즈마 소스에 결합되어 상기 정화물질을 상기 챔버로 제공하는 가스 피드스루 관(Gas Feedthrough Pipe);
    상기 원격 플라즈마 소스와 상기 가스 피드스루 관의 결합영역에 마련되어 상기 원격 플라즈마 소스와 상기 가스 피드스루 관 사이의 틈새(Gap)를 밀봉하는 오링(O-Ring); 및
    상기 오링에 비해 상대적으로 더 정화물질에 근접하도록 상기 결합영역에 마련되어 상기 정화물질에 의해 상기 오링이 손상되는 것을 저지하며, 상기 원격 플라즈마 소스와 상기 가스 피드스루 관의 결합영역 내벽에 마련되는 센터링과, 상기 센터링과 상기 오링 사이에 배치되어 상기 센터링과 함께 상기 오링이 손상되는 것을 저지하는 보호링을 구비한 오링보호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센터링은,
    상기 결합영역의 내벽으로부터 반경방향 외측으로 소정 깊이 함몰된 함몰부에 배치되는 링몸체; 및
    상기 링몸체의 중심에서 반경방향 외측으로 연장되어 상기 결합영역 사이의 틈새로 끼워져 상기 틈새를 밀봉하는 밀봉돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 링몸체의 내면과 상기 함몰부가 형성되지 않은 상기 원격 플라즈마 소스와 상기 가스 피드스루 관의 결합영역 내벽은 동일한 축선을 형성하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 링몸체의 양측면과 상기 함몰부의 양측벽 사이에는 각각 소정의 이격간격이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 센터링은 금속 재질로 제작되되, 상기 센터링의 상기 링몸체의 폭은 상기 오링의 두께보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 오링과 접하는 상기 보호링의 외면에는 상기 오링의 외면에 대응되는 곡면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 센터링의 밀봉돌출부와 상기 보호링에는 상호 맞물려 결합되는 요철결합부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 요철결합부는, 상기 밀봉돌출부와 상기 보호링 중 어느 하나에 형성된 요홈과, 상기 밀봉돌출부와 상기 보호링 중 다른 하나에 형성되어 상기 요홈에 형상 맞춤되게 결합되는 요철돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 보호링의 양측면에는 상기 원격 플라즈마 소스와 상기 가스 피드스루 관의 측벽에 각각 지지되는 지지돌기가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 보호링은 테프론 재질을 이용한 주물 가공과 기계 가공 중 어느 한 가공 방법에 의해 제작되되, 상기 보호링은 상기 오링의 두께보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는 평면디스플레이에 대한 증착 공정이 진행되는 평면디스플레이용 챔버이고, 상기 평면디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display)용 대형 유리기판인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
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