KR100885379B1 - 플라즈마 화학기상 증착장비 - Google Patents

플라즈마 화학기상 증착장비 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 서셉터는, 표면으로부터 깊이 방향으로 폭이 좁아지는 3단 단층구조가 형성된 서셉터 몸체와; 서셉터 몸체의 제3단 하부에 삽입 장착된 열선과; 열선을 서셉터 몸체의 제3단에 고정시킨 캡과; 캡 위에 마련되며, 서셉터 몸체에 형성된 제2단을 덮는 커버; 및 커버와 서셉터 몸체의 제1단에 걸쳐 용접 처리된 용접비드; 를 포함한다.
여기서 본 발명에 의하면, 용접비드는 서셉터 몸체의 표면보다 낮은 상태로 상기 서셉터 몸체의 제1단에 형성된다. 또한 본 발명에 의하면 캡은, 캡을 덮는 커버와 접촉되는 면 중에서 커버와 접촉되는 소정 영역의 접촉면에 홈이 형성되며, 캡에 형성된 홈은 상기 캡의 (상기 커버와 접촉되는)중앙 면에 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 화학기상 증착장비는, 밑면의 표면으로부터 깊이 방향으로 폭이 좁아지는 3단 단층구조가 형성된 서셉터 몸체와; 서셉터 몸체의 제3단에 삽입 장착된 열선과; 열선을 서셉터 몸체의 제3단에 고정시킨 캡과; 캡과 접촉되어 마련되며, 서셉터 몸체에 형성된 제2단을 덮는 커버; 및 서셉터 몸체의 제2단을 덮는 커버와 서셉터 몸체의 제1단에 걸쳐 용접 처리된 용접비드; 가 구비되며, 기판이 안착되는 서셉터: 및 서셉터 상부의 반응공간에 마련되는 플라즈마 전극: 을 포함한다.

Description

플라즈마 화학기상 증착장비{Plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus}
도 1은 일반적인 플라즈마 화학기상 증착장비의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2의 (a)는 종래 플라즈마 화학기상 증착장비에 채용되는 서셉터의 평면 투시도를 나타낸 것이고, (b)는 종래 플라즈마 화학기상 증착장비에 채용되는 서셉터의 정면 부분 단면도를 나타낸 도면.
도 3은 종래 플라즈마 화학기상 증착장비의 서셉터에 장착되는 열선, 캡, 커버의 결합 상태 및 작업 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 화학기상 증착장비의 서셉터에 장착되는 열선, 캡, 커버의 결합 상태 및 작업 공정을 설명하기 위한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110... 반응챔버 120... 챔버덮개
130... 오링 140, 440... 서셉터
141, 441... 열선 142, 442... 서셉터 몸체
143, 443... 커버 144, 444... 캡
145... 이송수단 146, 446... 용접비드
150... 기판 160... 슬롯밸브
170... 플라즈마 전극 170a... 분사구멍
180a... 기체 주입관 180b... 기체 배기관
본 발명은 화학기상 증착장비에 관한 것으로서, 특히 플라즈마 화학기상 증착장비에서 증착이 수행될 기판이 안착되는 서셉터에 관한 것이다.
일반적으로, TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) 장치의 구동회로나 SRAM(Static Random Access Memory) 소자에 적용되는 박막 트랜지스터는 통상의 벌크(bulk) 트랜지스터의 경우보다 훨씬 더 큰 기판 상에 형성된다. 따라서, 균일한 박막을 형성시키는 것이 벌크 트랜지스터의 경우보다 매우 어렵다. 이때, 박막을 균일하게 증착시키기 위해서는 플라즈마의 밀도를 균일하게 형성시키는 것이 중요하다. 이를 위해 샤워헤드(showerhead) 형 평판전극을 이용하는 플라즈마 화학기상 증착(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장비가 일반적으로 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 플라즈마 화학기상 증착장비의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 일반적인 플라즈마 화학기상 증착장비는 상부가 개방된 반응챔버(110)가 챔버덮개(120)에 의해 덮혀지게 된다. 이에 따라, 상기 반 응챔버(110)와 챔버덮개(120)에 의해 외부와 차단된 반응공간이 형성된다. 또한, 반응공간의 효과적인 밀폐를 위해 상기 반응챔버(110)와 챔버덮개(120) 사이에는 오링(130)이 삽입되어 설치된다.
그리고, 반응공간 내에는 이송수단(145)에 의해 상하 이송이 가능하고 전기적으로 접지되는 서셉터(Susceptor)(140)가 설치된다. 이때, 증착이 수행될 기판 (150)은 상기 서셉터(140) 상에 안착되며, 상기 서셉터(140)의 내부에는 상기 기판 (150)을 가열시키기 위한 가열수단(미도시)이 장착된다. 이와 같은 서셉터(140)의 상세한 구조에 대해서는 이하에서 다시 설명하기로 한다.
한편, 상기 서셉터(140) 상부에 마련되는 반응공간에는 외부 RF 발전기와 연결되는 샤워헤드형 플라즈마 전극(170)이 설치된다. 이와 같은 플라즈마 전극(170)은 속이 비어 있으며, 기체 주입관(180a)은 상기 플라즈마 전극(170)의 내부와 연결되도록 설치된다. 그리고, 상기 플라즈마 전극(170)의 저면에는 수 mm의 직경을 가지는 복수 개의 분사구멍(170a)이 수 cm의 간격으로 형성되어 있다.
이에 따라, 상기 기체 주입관(180a)에 의해 플라즈마 전극(170)으로 주입된 기체는 상기 분사구멍(170a)을 통하여 반응공간으로 분사되며, 상기 반응공간으로 분사된 기체는 기체 배기관(180b)을 통하여 배기된다. 그리고, 상기 플라즈마 전극 (170)은 스테인레스 또는 알루미늄 등의 금속 재질로 이루어지며, 플라즈마에 의한 아크(arc) 발생을 방지하기 위하여 통상적으로 그 표면은 양극화처리(anodizing)된다.
또한, 상기 반응챔버(110)의 측벽에는 로드락부(미도시)와 반응공간과의 연 통여부를 결정하는 슬롯밸브(slot valve)(160)가 설치되어 있으며, 이와 같은 로드락부로부터 상기 서셉터(140) 상으로 기판(150)을 이송시키기 위해서는 상기 슬롯밸브(160)를 열어야 한다.
다음으로, 도 2를 참조하여 종래 플라즈마 화학기상 증착장비에 채용되는 서셉터의 구조에 대하여 설명해 보기로 한다. 도 2의 (a)는 종래 플라즈마 화학기상 증착장비에 채용되는 서셉터의 평면 투시도를 나타낸 것이고, (b)는 종래 플라즈마 화학기상 증착장비에 채용되는 서셉터의 정면 부분 단면도를 나타낸 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 서셉터(140) 내부에는 열선(141)이 장착되어 있으며, 상기 열선(141)은 장착 방법에 따라 내부열선 및/또는 외부열선 등으로 구분되어 다양한 형상으로 상기 서셉터(140) 내부에 마련될 수 있다. 그리고, 상기 서셉터(140)는 하부에 마련된 이송수단(145)에 의하여 반응공간 내에서 상, 하로 이동될 수 있게 되며, 상기 이송수단(145)의 내부 공간을 통하여 상기 열선(141)에 대한 전원 공급이 이루어지게 된다.
그러면, 이와 같은 열선(141)이 상기 서셉터(140) 내부에 장착되는 과정에 대하여 도 3을 참조하여 설명해 보기로 한다. 도 3은 종래 플라즈마 화학기상 증착장비의 서셉터(140)에 장착되는 열선(141), 캡(cap)(144), 커버(143)의 결합 상태 및 작업 공정을 설명하기 위한 것으로서, 도 2의 A-A' 선을 기준으로 절단된 단면도를 나타낸 것이다.
먼저, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 서셉터(140) 내부에는 열선(141)이 장착될 홈이 마련되어 있으며, 이와 같이 마련된 상기 서셉터(140)의 홈에 상기 열 선(141)이 장착되고, 그 열선(141) 상부에 상기 열선(141)을 고정시키기 위한 캡 (144)이 마련된다.
그리고, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상기 캡(144)의 상부에 커버(143)가 마련되며, 상기 커버(143)와 서셉터(140) 사이의 고정을 위한 용접 작업이 수행되게 되고, 이와 같은 용접 작업에 따라 상기 커버(143)의 용접 부위 및 상기 서셉터(140)의 표면에는 용접비드(146)가 볼록하게 형성된다. 이에 따라, 상기 서셉터 (140)의 표면으로 돌출된 용접비드(146)를 제거하기 위한 연마(grinding) 작업이 수행되게 되며, 상기 용접비드(146)를 편평하게 연마함으로써 상기 서셉터(140)의 표면을 편평하게 만들 수 있게 된다(도 3의 (c) 참조).
그런데, 상기 커버(143)와 서셉터(140) 사이의 고정을 위한 용접 작업이 수행됨에 있어, 보통은 상기 커버(143)와 서셉터 몸체(142) 간에 갭(gap)이 형성된다. 이에 따라, 연마 공정을 통하여 상기 서셉터(140) 표면에 돌출된 상기 용접비드(146)가 제거되는 과정에서, 상기 용접비드(146)와 서셉터 몸체(142) 사이에 형성된 갭면까지 연마가 되는 경우에는 누출(leakage)이 발생되게 된다(도면부호 147 영역 참조). 이때, 누출이 발생되는 경우에는, 반응공간 내의 기체가 틈새를 통하여 이송수단(145)의 내부 공간으로 이동되게 되며, 이를 통하여 플라즈마 화학기상 증착장비의 외부로 연결됨으로써 원하는 작업 조건(예컨대, 압력, 기체 조건 등)을 제공할 수 없게 된다.
또한, 제작 초기에는 누출이 발생되지 않는 경우에도, 플라즈마 화학기상 증착장비의 운용에 따라 상기 열선(141)에 의하여 상기 서셉터(140)의 가열 및 냉각 이 반복되게 되는데, 상기 캡(144), 커버(143) 및 서셉터 몸체(142) 간의 열팽창 계수가 서로 틀리므로, 제작 공차에 의한 갭을 중심으로 경계 영역(도면부호 147 참조)에서 균열(crack)이 발생될 여지가 많게 된다. 결과적으로는 도 3에 나타낸 바와 같은 구조를 갖는 서셉터를 사용하는 경우에는, 연마 공정이 필요하게 되며 사용에 따른 진행성 누출의 발생 소지가 많아지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은, 플라즈마 화학기상 증착장비에 채용되는 서셉터의 구조를 변경시킴으로써, 서셉터에 열선을 장착시키는 공정을 단순화시키고 서셉터에 균열(crack)이 발생되는 것을 방지할 수 있는 서셉터 및 플라즈마 화학기상 증착장비를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 서셉터는,
표면으로부터 깊이 방향으로 폭이 좁아지는 3단 단층구조가 형성된 서셉터 몸체와;
상기 서셉터 몸체의 제3단 하부에 삽입 장착된 열선과;
상기 열선을 상기 서셉터 몸체의 제3단에 고정시킨 캡과;
상기 캡 위에 마련되며, 상기 서셉터 몸체에 형성된 제2단을 덮는 커버; 및
상기 서셉터 몸체의 제2단을 덮는 커버 및 상기 서셉터 몸체의 제1단에 걸쳐 용접 처리된 용접비드; 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서 본 발명에 의하면, 상기 용접비드는 상기 서셉터 몸체의 표면보다 낮 은 상태로 상기 서셉터 몸체의 제1단에 형성된 점에 그 특징이 있다.
또한 본 발명에 의하면 상기 캡은, 상기 캡을 덮는 커버와 접촉되는 면 중에서, 상기 커버와 접촉되는 소정 영역의 접촉면에 홈이 형성된 점에 그 특징이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 캡에 형성된 홈은 상기 캡의 (상기 커버와 접촉되는)중앙 면에 형성된 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 플라즈마 화학기상 증착장비는,
밑면의 표면으로부터 깊이 방향으로 폭이 좁아지는 3단 단층구조가 형성된 서셉터 몸체와; 상기 서셉터 몸체의 제3단에 삽입 장착된 열선과; 상기 열선을 상기 서셉터 몸체의 제3단에 고정시킨 캡과; 상기 캡과 접촉되어 마련되며, 상기 서셉터 몸체에 형성된 제2단을 덮는 커버; 및 상기 서셉터 몸체의 제2단을 덮는 커버 및 상기 서셉터 몸체의 제1단에 걸쳐 용접 처리된 용접비드; 가 구비되며, 기판이 안착되는 서셉터: 및
상기 서셉터 상부의 반응공간에 마련되는 플라즈마 전극: 을 포함하는 점에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 플라즈마 화학기상 증착장비에 채용되는 서셉터의 구조를 변경시킴으로써, 서셉터에 열선을 장착시키는 공정을 단순화시키고 서셉터에 균열(crack)이 발생되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 화학기상 증착장비의 서셉터에 장착되는 열선, 캡, 커버의 결합 상태 및 작업 공정을 설명하기 위한 것으로서, 도 2의 A-A' 선을 기준으로 절단된 단면도를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 화학기상 증착장비의 기본적인 구성 및 구조는, 종래기술에서 도 1을 참조하여 설명된 플라즈마 화학기상 증착장비의 구성 및 구조와 유사하므로, 여기서는 본 발명의 특징인 서셉터의 구조를 중심으로 설명하기로 한다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 서셉터(440)는 표면으로부터 깊이 방향으로 폭이 좁아지는 3단 단층구조가 형성된 서셉터 몸체(442)와; 상기 서셉터 몸체(442)의 제3단 하부에 삽입 장착된 열선(441)과; 상기 열선(441)을 상기 서셉터 몸체(442)의 제3단에 고정시킨 캡(444)과; 상기 캡(444) 위에 마련되며, 상기 서셉터 몸체(442)에 형성된 제2단을 덮는 커버(443)와; 상기 서셉터 몸체(442)의 제2단을 덮는 커버(443)와 상기 서셉터 몸체(442)의 제1단에 걸쳐 용접 처리된 용접비드 (446); 를 포함한다.
그러면 이와 같은 구성을 갖는 서셉터(440)를 제조하는 작업 공정에 대하여 설명해 보기로 한다.
먼저, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 표면으로부터 깊이 방향으로 폭이 좁아지는 3단 단층구조가 형성된 서셉터 몸체(442)의 제3단 하부에 열선(441)을 장착시킨다. 그리고, 상기 열선(441)을 서셉터 몸체(442)에 고정시키기 위하여 상기 열선(441) 위에 캡(444)이 장착된다. 이후, 상기 캡(444) 위에 커버(443)를 덮게 되 며, 이때 상기 커버(443)는 서셉터 몸체(442)의 제2단을 덮도록 마련된다.
그리고, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상기 커버(443)와 서셉터 몸체 (442)의 제1단에 걸쳐 용접작업이 수행된다. 여기서, 상기 용접작업에 의해서 형성되는 용접비드(446)는 상기 서셉터 몸체(442)의 제1단 보다 낮도록 형성된다. 즉, 상기 용접비드(446)는 상기 서셉터(440)의 표면보다 낮은 상태로 상기 서셉터 몸체 (442)의 제1단에 걸쳐 형성된다.
한편, 도 4의 (a) 및 (b)에서는 작업 공정을 설명하기 위하여, 상기 서셉터 (440)의 밑면이 위로 향하도록 나타낸 것으로서, 상기 서셉터(440)가 실제 플라즈마 화학기상 증착장비에 장착되는 경우에는 위/아래가 뒤바뀐 상태로 장착되게 된다. 따라서, 도 4의 (a) 및 (b)에서는 상기 서셉터(440)의 윗 표면에 굴곡이 형성되어 있으나, 실제 플라즈마 화학기상 증착장비에 장착된 경우에는 편평한 아랫면이 위쪽을 향하게 되며, 편평한 면에 증착 대상이 되는 기판이 위치되게 된다.
이와 같이, 종래의 서셉터를 제조하는 공정에서는 서셉터 표면을 편평하게 만들기 위한 연마 공정이 필요하였으나, 본 발명에 따른 서셉터를 제조하는 공정에서는 상기 용접비드(446)를 편평하게 만들기 위한 연마 공정이 필요하지 않게 되어 작업공정이 간단해 진다. 그리고, 상기 용접비드(446)를 연마하기 위한 공정이 필요없게 됨에 따라, 상기 용접비드(446)를 연마하는 과정에서 상기 커버(443)와 서셉터 몸체(442) 사이에 누출(leakage) 틈새가 생겼던 종래 문제점을 해결할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면(도 4의 (a) 및 (b) 참조) 상기 캡(444)은, 상기 캡(444)을 덮는 커버(443)와 접촉되는 면 중에서, 상기 커버(443)와 접촉되는 소정 영역의 접촉면에 홈이 형성되도록 한다. 이에 따라, 상기 커버(443)에 형성된 홈은 열팽창에 대한 완충(buffer) 역할을 수행할 수 있게 된다.
즉, 플라즈마 화학기상 증착장비의 운용에 따라 상기 열선(441)에 의하여 상기 서셉터(440)의 가열 및 냉각이 반복됨에 따라 상기 캡(444), 커버(443) 및 서셉터 몸체(442) 간의 열팽창 계수가 서로 틀려, 각 영역의 열팽창 정도가 달라지게 되지만, 상기 커버(443)에 형성된 홈이 열팽창에 대한 완충 역할을 수행함으로써, 경계 영역에 균열(crack)이 진행되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 플라즈마 화학기상 증착장비를 사용하는 과정에서, 상기 커버(443)와 서셉터 몸체(442) 사이에 진행형 누출(leakage) 틈새가 생겼던 종래 문제점을 해결할 수 있게 된다.
한편, 이와 같은 서셉터가 채용된 플라즈마 화학기상 증착장비의 특징을 도 1에 나타낸 플라즈마 화학기상 증착장비와 비교하여 설명내면 다음과 같다.
즉, 본 발명에 따른 플라즈마 화학기상 증착장비는, 밑면의 표면으로부터 깊이 방향으로 폭이 좁아지는 3단 단층구조가 형성된 서셉터 몸체(442)와; 상기 서셉터 몸체(442)의 제3단에 삽입 장착된 열선(441)과; 상기 열선(441)을 상기 서셉터 몸체(442)의 제3단에 고정시킨 캡(444)과; 상기 캡(444)과 접촉되어 마련되며, 상기 서셉터 몸체(442)에 형성된 제2단을 덮는 커버(443); 및 상기 서셉터 몸체(442)의 제2단을 덮는 커버(443)와 상기 서셉터 몸체(442)의 제1단에 걸쳐 용접 처리된 용접비드(446); 가 구비되며, 기판이 안착되는 서셉터(440): 및 상기 서셉터(440) 상부의 반응공간에 마련되는 플라즈마 전극(도 1의 170 참조); 을 포함한다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 화학기상 증착장비에 의하면, 플라즈마 화학기상 증착장비에 채용되는 서셉터의 구조를 변경시킴으로써, 서셉터에 열선을 장착시키는 공정을 단순화시키고 서셉터에 균열(crack)이 발생되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 표면으로부터 깊이 방향으로 폭이 좁아지는 3단 단층구조가 형성된 서셉터 몸체와;
    상기 서셉터 몸체의 제3단 하부에 삽입 장착된 열선과;
    상기 열선을 상기 서셉터 몸체의 제3단에 고정시킨 캡과;
    상기 캡 위에 마련되며, 상기 서셉터 몸체에 형성된 제2단을 덮는 커버; 및
    상기 서셉터 몸체의 제2단을 덮는 커버 및 상기 서셉터 몸체의 제1단에 걸쳐 용접 처리된 용접비드; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 용접비드는 상기 서셉터 몸체의 표면보다 낮은 상태로 상기 서셉터 몸체의 제1단에 형성된 것을 특징으로 하는 서셉터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캡은, 상기 캡을 덮는 커버와 접촉되는 면 중에서, 상기 커버와 접촉되는 소정 영역의 접촉면에 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 서셉터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 캡에 형성된 홈은, 상기 캡의 (상기 커버와 접촉되는)중앙 면에 형성된 것을 특징으로 하는 서셉터.
  5. 밑면의 표면으로부터 깊이 방향으로 폭이 좁아지는 3단 단층구조가 형성된 서셉터 몸체와; 상기 서셉터 몸체의 제3단에 삽입 장착된 열선과; 상기 열선을 상기 서셉터 몸체의 제3단에 고정시킨 캡과; 상기 캡과 접촉되어 마련되며, 상기 서셉터 몸체에 형성된 제2단을 덮는 커버; 및 상기 서셉터 몸체의 제2단을 덮는 커버 및 상기 서셉터 몸체의 제1단에 걸쳐 용접 처리된 용접비드; 가 구비되며, 기판이 안착되는 서셉터 및
    상기 서셉터 상부의 반응공간에 마련되는 플라즈마 전극; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상 증착장비.
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