KR100975935B1 - 박막형성장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막형성장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명은 작업대상물인 기판(21)이 안착되는 테이블(20)과, 상기 테이블(20)의 상부에 위치되고 그 하면으로 개구되게 플라즈마형성부(24)가 형성되는 프레임(22)과, 상기 플라즈마형성부(24)로 작업가스를 공급하는 주입노즐(30)을 구비하는 작업가스공급부(32)와, 상기 기판(21) 상에 박막(52)이 형성되는 부분을 외부와 차폐하도록 상기 프레임(22)의 하면으로 개구되는 차단포트(38)를 구비하는 차단가스공급부(40)와, 상기 차단가스공급부(40)에 의해 외부와 차폐된 공간 내에서 작업완료된 작업가스와 상기 차단가스를 배출하는 상기 프레임(22)의 하면으로 개구된 배기포트(34)를 구비하는 배기부(36)를 포함하여 구성된다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 박막형성장치를 사용하면 별도의 쳄버내가 아닌 대기압하에서 박막을 형성할 수 있어, 박막을 형성하기 위한 구성이 상대적으로 간소하게 되는 이점이 있고, 박막을 기판의 국소부위만에 형성할 수 있게 되는 이점이 있다.
박막, 형성, 플라즈마, 국소부위

Description

박막형성장치 및 그 방법{Thin film forming apparatus and method}
도 1은 종래 기술에 의한 박막형성장치의 구성을 보인 개략단면도.
도 2는 본 발명에 의한 박막형성장치의 바람직한 실시예의 구성을 보인 개략횡단면도.
도 3은 본 발명 실시예의 요부 구성을 보인 개략 횡단면도.
도 4는 본 발명 실시예의 박막형성장치에서 박막이 형성되는 상태를 보인 작업상태도.
도 5a는 본 발명에 의해 기판에 박막이 형성된 상태를 보인 사시도.
도 5b는 본 발명에 의한 기판에 박막이 형성된 상태를 보인 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20: 테이블 21: 기판
22: 프레임 24: 플라즈마형성부
24': 쉴드층 26: 제1전극
28: 제2전극 30: 주입노즐
32: 작업가스공급부 34: 배기포트
36: 배기부 38: 차단포트
40: 차단가스공급부 42: 누설감지포트
43: 감지부 50: 패턴
52: 박막
본 발명은 박막형성장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 평판 디스플레이를 형성하는 기판 상에 대기압 하에서 박막을 형성하는 박막형성장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1에는 종래 기술에 의한 박막형성장치의 구성이 개략단면도로 도시되어 있다. 이에 따르면, 쳄버(1)의 내부에는 작업공간(2)이 형성되고, 상기 작업공간(2)에는 플라즈마형성부(3)가 구비된다. 상기 플라즈마형성부(3)의 사이에 작업대상물인 기판(5)이 놓여진다. 상기 기판(5)은 글래스나 웨이퍼이다.
상기 작업공간(2) 내부로 작업에 필요한 가스 등을 공급하기 위해 상기 쳄버(1)에 가스공급원(7)이 연결되고, 물질을 활성화시켜 반응이 일어나도록 플라즈마와 같이 에너지를 발생시키기 위해 전원공급원(9)이 구비된다. 또한, 상기 작업공간(2)의 내부를 진공으로 만들어주기 위해 상기 쳄버(1)에 펌핑부(10)가 연결되어 있다.
이와 같은 구성을 가지는 박막형성장치에서는 작업공간(2)을 진공상태로 상기 펌핑부(10)를 이용하여 유지하면서, 상기 플라즈마형성부(3)에 가스와 전원을 공급하여 상기 기판(5)에 박막을 형성한다.
상기와 같이 기판(5)에 박막을 형성함에 있어 쳄버(1) 내부의 밀폐된 작업공 간(2) 내에서 작업을 하는 것은, 박막을 형성하는데, 유해한 환경으로부터 기판(5) 등을 보호하는 것과, 가스 등을 활성화시키는 것이 용이하도록 하는 것과, 균일성과 강도 등의 특성이 우수한 박막을 얻기 위함이다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 박막형성장치에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
평판 디스플레이가 대면적화되면서 그 일부품이 되는 글래스도 역시 크기가 커진다. 따라서, 상기 글래스에 박막을 형성하기 위해서는 그 장비 또한 대형화되어야 한다. 이와 같이 장비가 대형화되면, 장비의 제조 및 유지관리에 많은 비용이 발생하는 문제점이 있다.
그리고, 종래 기술에서는 기판(5)의 일부에만 박막을 형성할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 상기 쳄버(1) 등에서 기판(5)상에 박막을 형성하기 위해서는, 기판(5) 전체에 일단 박막을 형성하고, 필요없는 부분은 패터닝을 통해 선택적으로 제거하여야 한다. 이를 위해, 마스크를 사용하여 광을 선택적으로 조사하고, 현상 및 에칭을 수행하고 세정을 수행하여야 하는 번거로움이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대기압하에서 박막을 형성할 수 있는 간소화된 박막형성장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 국소부위에만 선택적으로 박막을 형성할 수 있는 박막형성장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 작업대상물인 기판이 안착되는 테이블과, 상기 테이블의 상부에 위치되고 그 하면으로 개구되게 플라즈마형성부가 형성되는 프레임과, 상기 플라즈마형성부로 작업가스를 공급하는 주입노즐을 구비하는 작업가스공급부와, 상기 기판 상에 박막이 형성되는 부분을 외부와 차폐하도록 상기 프레임의 하면으로 개구되는 차단포트를 구비하는 차단가스공급부와, 상기 차단가스공급부에 의해 외부와 차폐된 공간 내에서 작업완료된 작업가스와 상기 차단가스를 배출하는 상기 프레임의 하면으로 개구된 배기포트를 구비하는 배기부를 포함하여 구성된다.
상기 플라즈마형성부는 상기 프레임의 중앙에 형성되는 것으로, 상기 플라즈마형성부 내부에 있는 제1전극과 상기 테이블에 설치된 제2전극에 의해 플라즈마가 형성되는 부분이다.
상기 플라즈마형성부의 내면에는 쉴드층이 형성된다.
상기 배기부를 구성하는 배기포트는 상기 프레임의 하면중 상기 플라즈마형성부의 가장자리를 둘러 개구되게 형성된다.
상기 차단가스공급부를 구성하는 차단포트는 상기 프레임의 하면중 상기 배기포트보다 더 외측을 따라 형성된다.
상기 배기포트와 차단포트는 적어도 2중 이상의 궤적을 구성하도록 형성된다.
상기 프레임의 하면 최 외측을 둘러서는 누설감지포트가 형성되고, 상기 누설감지포트를 통해 흡입된 가스를 통해 프레임과 기판 사이의 가스 누설과 압력상태를 감지하는 감지부가 더 구비된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 박막이 형성될 기판 상의 영역을 둘러 차단가스를 공급하여 박막이 형성될 영역을 주변과 차폐하는 차폐단계와, 플라즈마형성부에 작업가스를 공급하면서 플라즈마를 형성하여 상기 기판의 주변과 차폐된 영역에 작업가스에 의해 박막을 형성하는 박막형성단계와, 상기 박막형성단계의 진행중에 사용되고 남은 작업가스를 상기 차단가스에 의해 형성된 영역 외부로 배출하는 배출단계를 포함하여 구성된다.
상기 박막형성단계에서 사용되고 남은 작업가스와 상기 차단가스는 배기부를 통해 함께 배기된다.
상기 기판 상에 박막을 형성함에 있어서 상기 기판을 이동시켜 기판의 원하는 영역에 박막을 형성한다.
상기 기판에 박막을 형성함에 있어서 상기 차단가스가 공급되는 영역과 상기 플라즈마형성부를 이동시켜 기판의 원하는 영역에 박막을 형성한다.
상기 박막형성단계에서는 상기 박막이 형성될 기판상의 영역을 벗어난 영역으로 작업가스가 누출되는 것을 감지한다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 박막형성장치를 사용하면 별도의 쳄버내가 아닌 대기압하에서 박막을 형성할 수 있어, 박막을 형성하기 위한 구성이 상대적으로 간소하게 되는 이점이 있고, 박막을 기판의 국소부위만에 형성할 수 있게 되는 이점이 있다.
이하 본 발명에 의한 박막형성장치 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2에는 본 발명에 의한 박막형성장치의 바람직한 실시예가 개략횡단면도로 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명 실시예의 요부 구성이 개략 횡단면도로 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바에 따르면, 테이블(20)은 작업대상물인 기판(21)이 안착되는 부분이다. 상기 테이블(20)은 상기 기판(21)을 상면에 안착시켜 지지하게 된다.
상기 테이블(20)의 상방에는 프레임(22)이 설치된다. 상기 프레임(22)은 육면체 형상 또는 원판 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 하지만 상기 프레임(22)의 형상은 아래에서 설명될 구성이 구비될 수 있는 것이면, 어떠 하여도 상관없다.
상기 프레임(22)의 하부로 개구되게 플라즈마형성부(24)가 구비된다. 상기 플라즈마형성부(24)는 상기 기판(21)상에 박막을 형성하기 위한 플라즈마가 형성되는 부분이다. 상기 플라즈마형성부(24)는 상기 프레임(22)의 중앙에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 플라즈마형성부(24)는 그 내벽에 쉴드층(24')이 형성되어 있다. 상기 플라즈마형성부(24)의 상부에는 제1전극(26)이 구비된다. 그리고, 상기 제1전극(26)과 대응되는 상기 테이블(20)의 위치에는 제2전극(28)이 구비된다. 상기 제1전극(26)과 제2전극(28)에 전원이 공급됨에 의해 상기 플라즈마형성부(24)에는 플라즈마가 발생된다.
상기 플라즈마형성부(24)의 내부로는 주입노즐(30)이 연장되어 있다. 상기 주입노즐(30)은 상기 플라즈마 형성부로 작업가스를 공급하는 역할을 한다. 상기 주입노즐(30)로는 작업가스를 작업가스공급부(32)가 공급한다. 참고로, 상기 작업가스는 활성화를 위한 가스(N2, Ar, He 중 어느 하나)와 박막의 성분이 되는 전구물질(SiH4,Si2H6,SiCl4,TEOS중 어느 하나)로 구성된다.
예를 들어 N2와 SiH4를 사용한다면, N2가스가 플라즈마로부터 에너지를 공급받아 N, N+,N-, 라디칼(radical) 등으로 분해되고, SiH4는 N2가스로부터 형성된 전자와 이온, 라디칼로부터 Si와 H로 분해된다. 분해된 N, N+, N-와 Si는 기판(21)상에서 SiN으로 결합된다. 결합에 참여하고 남은 전자나 이온들은 SiH4, NH3, N2, Si, H2등은 배출된다.
상기 프레임(22)에는 배기포트(34)가 구비된다. 상기 배기포트(34)는 상기 프레임(22)의 하면으로 개구된 상기 플라즈마형성부(24)의 주변으로 일단부가 개구되게 형성된다. 상기 배기포트(34)는 위에서 설명된 바와 같이 박막을 형성하고 남 은 작업가스, 즉 결합에 참여하고 남은 전자나 이온들을 포함한 가스를 배출하는 부분이다. 상기 배기포트(34)는 상기 플라즈마형성부(24)의 주변을 둘러 형성되는데, 상기 배기포트(34)는 상기 플라즈마형성부(24)의 주변에 원형 또는 다각형의 궤적을 가지도록 연속적으로 형성되거나, 다수개가 간헐적으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 배기포트(34)가 이중으로, 즉, 플라즈마형성부(24)를 중심으로 순차적으로 큰 반경을 가지는 궤적을 따라 형성된다. 이와 같이 배기포트(34)를 이중 궤적으로 형성하는 것은 보다 원활하게 배기하기 위한 것이다.
상기 배기포트(34)에는 배기부(36)가 연결된다. 상기 배기부(36)에는 펌프가 구비되어 상기 배기포트(34)를 통해 상기 프레임(22)의 하면과 기판(21)의 상면 사이로부터 배기가스를 뽑아 낸다. 실질적으로 상기 배기포트(34)는 배기부(36)의 일부로 볼 수 있다. 참고로 상기 배기부(36)에는 정제기능이 채용되어 배기가스중 유해성분을 제거할 수 있다.
상기 프레임(22)의 하면에서 상기 배기포트(34)보다 외측 영역을 둘러서는 차단포트(38)가 프레임(22)의 하면으로 개구되게 형성된다. 본 실시예에서 상기 차단포트(38)는 2중으로 형성되어 있으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 2중 이상으로 형성될 수도 있다. 상기 차단포트(38)는 상기 플라즈마형성부(24)의 하부에 해당되는 기판(21)과 프레임(22) 사이의 영역을 외부와 차단하기 위한 차단가스를 공급하는 역할을 한다. 상기 차단포트(38)에는 차단가스공급부(40)가 연결되어 있다. 상기 차단가스공급부(40)는 상기 차단포트(38)를 포함하는 것으로 볼 수 있다. 상기 차단포트(38)를 통해 배출된 차단가스는 상기 배기포트(34)를 통해 배출된다.
상기 프레임(22)의 하면 가장자리를 둘러서는 누설감지포트(42)가 형성된다. 상기 누설감지포트(42)를 통해서는 상기 차단가스의 일부가 유동된다. 상기 누설감지포트(42)에는 감지부(43)가 연결된다. 실제로는 상기 누설감지포트(42)도 감지부(43)의 일부로 볼 수 있다. 상기 감지부(43)는 상기 기판(21)과 프레임(22)의 사이에서 상기 작업가스가 외부로 누설되는 것을 감지하는 역할을 한다. 상기 감지부(43)는 상기 차단가스를 감지하고, 상기 기판(21)과 프레임(22)의 사이가 양압(+)이고 가스누출이 없음을 감지한다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 박막형성장치의 작용을 상세하게 설명한다.
도 4에는 본 발명 실시예의 박막형성장치가 동작되는 상태가 도시되어 있다. 이에 따르면, 상기 테이블(20) 상에는 기판(21)이 안착되고, 상기 기판(21)의 상면 상부에는 프레임(22)이 위치된다. 상기 프레임(22)의 플라즈마형성부(24)는 도 5에 도시된 바와 같이 기판(21) 상에서 박막(52)이 형성될 위치 상부에 위치하도록 한다. 참고로 도면부호 50은 기판(21)상에 형성된 패턴이다.
이와 같은 상태에서 상기 차단가스공급부(40)를 통해서는 차단가스를 공급한다. 상기 차단가스공급부(40)에서 공급된 차단가스는 상기 차단포트(38)를 통해 상기 프레임(22)과 기판(21) 사이의 공간으로 배출되어 상기 프레임(22)과 기판(21) 사이의 공간(다시 말해 박막(52)이 형성될 부분)과 외부를 차폐하는 역할을 한다.
그리고, 상기 플라즈마형성부(24)의 제1전극(26)과 제2전극(28)에는 전원을 걸어 주고, 상기 주입노즐(30)을 통해서는 작업가스공급부(32)에서 공급되는 작업 가스를 상기 플라즈마형성부(24)로 공급한다.
또한, 상기 배기부(36)가 동작되면서 상기 배기포트(34)를 통해서는 가스가 배기된다. 상기 배기포트(34)를 통해서는 상기 차단가스와 작업이 수행되고 남은 작업가스가 배기된다.
한편, 상기 플라즈마형성부(24)에 플라즈마가 형성됨에 의해 위에서 설명된 바와 같이 작업가스가 반응하면서, 상기 기판(21)에 박막(52)이 형성된다. 상기 박막(52)은 상기 제1전극(26)과 제2전극(28)에 해당되는 위치에 걸쳐 형성된다. 상기와 같이 기판(21) 상에 박막(52)이 형성된 상태가 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다.
그리고, 상기 감지부(43)는 상기 기판(21)과 프레임(22) 사이의 공간과 외부의 사이에서 누설이 발생하지 않는 지를 감지한다. 즉, 상기 누설감지포트(42)를 통해 가스를 흡입하여 그 압력과 성분 등을 검출하여 누설여부를 감지한다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
예를 들면, 도시된 실시예에서는 상기 플라즈마형성부(24)에 대응되는 영역에만 박막(52)이 형성되는 것으로 설명하였으나, 상기 프레임(22)이나 테이블(20)을 이동가능하게 하여 상기 플라즈마형성부(24)와 대응되는 부분을 이동시켜 기판(21) 전체에 걸쳐 박막(52)을 형성할 수도 있다. 이와 같은 경우 상기 테이블(20)에 구비되는 제2전극(28)은 기판(21) 전체와 대응되는 면적을 가지도록 하거나 제1 전극(26)과 함께 테이블(20)측에서 이동가능하게 되어야 한다.
그리고, 이때, 상기 테이블(20)은 상기 기판(21)의 크기보다 상대적으로 커서, 상기 플라즈마형성부(24)가 기판(21)의 가장자리에 박막(52)을 형성할 때, 상기 프레임(22)과 테이블(20) 사이에서 작업가스 등이 누설되지 않도록 하여야 한다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 박막형성장치 및 방법에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
먼저, 본 발명에서는 차단가스를 박막이 형성되는 위치를 둘러 공급하여 박막이 형성되는 영역을 외부와 차폐하여 박막을 형성하므로, 별도의 구획된 공간이 아닌 대기압 하에서 박막을 형성하는 작업을 수행할 수 있다. 따라서, 상대적으로 큰 공간을 차폐하여 쳄버 등을 형성하지 않아도 대면적의 기판에 박막을 형성할 수 있다.
그리고, 본 발명에서는 기판 상의 국소부위만을 구획하여 외부와 차폐한 상태로 박막을 형성할 수 있으므로, 기판의 일부 영역에만 기판을 형성할 수 있다. 즉, 국소영역에의 박막형성이 가능하여 평판 디스플레이의 기판을 형성하는 최종공정에서 데이터 라인의 리페어를 보다 용이하게 실시할 수 있게 된다. 이를 보다 상세히 설명하면, 데이터 라인의 리페어에 있어서 W,Mo,Cr 패턴 형성을 통한 리페어 이후에 SiN과 같은 보호막을 형성시켜 패턴을 덮음으로써 보호가 가능하게 되는 것이다.

Claims (13)

  1. 작업대상물인 기판이 안착되는 테이블과,
    상기 테이블의 상부에 위치되고 그 하면으로 개구되게 플라즈마형성부가 형성되는 프레임과,
    상기 플라즈마형성부로 작업가스를 공급하는 주입노즐을 구비하는 작업가스공급부와,
    상기 기판 상에 박막이 형성되는 부분을 외부와 차폐하도록 상기 프레임의 하면으로 개구되는 차단포트를 구비하는 차단가스공급부와,
    상기 차단가스공급부에 의해 외부와 차폐된 공간 내에서 작업완료된 작업가스와 상기 차단가스를 배출하는 상기 프레임의 하면으로 개구된 배기포트를 구비하는 배기부와,
    상기 프레임의 하면 최 외측을 둘러서는 누설감지포트가 형성되고, 상기 누설감지포트를 통해 흡입된 가스를 통해 프레임과 기판 사이의 가스 누설과 압력상태를 감지하는 감지부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 박막형성장치에 있어서,
    상기 배기포트는, 상기 프레임의 하면 중 상기 플라즈마형성부의 가장자리를 둘러 2중 이상의 궤적을 구성하도록 형성되고,
    상기 차단포트는, 상기 프레임의 하면 중 상기 배기포트보다 더 외측을 따라 적어도 2중 이상의 궤적을 구성하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마형성부는 상기 프레임의 중앙에 형성되는 것으로, 상기 플라즈마형성부 내부에 있는 제1전극과 상기 테이블에 설치된 제2전극에 의해 플라즈마가 형성되는 부분임을 특징으로 하는 박막형성장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 플라즈마형성부의 내면에는 쉴드층이 형성됨을 특징으로 하는 박막형성장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제1전극 및 제2전극은, 상기 플라즈마형성부와 대응되는 부분에서 박막이 형성되도록 상기 프레임이 이동됨에 따라 함께 이동하는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제2전극은, 기판 전체에 대응되는 면적으로 형성됨을 특징으로 하는 박막형성장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 박막이 형성될 기판 상의 영역을 둘러 적어도 2중 이상의 궤적을 구성하도록 차단가스를 공급하여 박막이 형성될 영역을 주변과 차폐하는 차폐단계와,
    플라즈마형성부에 작업가스를 공급하면서 플라즈마를 형성하여 상기 기판의 주변과 차폐된 영역에 작업가스에 의해 박막을 형성하는 박막형성단계와,
    상기 박막형성단계의 진행중에 사용되고 남은 작업가스와 상기 차단가스를 상기 차단가스에 의해 형성된 영역 외부로 적어도 2중 이상의 궤적을 구성하도록 배출하는 배출단계와,
    상기 박막이 형성될 기판상의 영역을 벗어난 영역으로 작업가스가 누출되는 것과 압력상태를 감지하는 누설감지단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 박막형성방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 박막형성단계는, 상기 플라즈마형성부 내부에 있는 제1전극과 테이블에 설치된 제2전극에 의해 형성된 플라즈마에 의해 박막이 형성됨으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 기판 상에 박막을 형성함에 있어서 상기 기판을 이동시켜 기판의 원하는 영역에 박막을 형성함을 특징으로 하는 박막형성방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 기판에 박막을 형성함에 있어서 상기 차단가스가 공급되는 영역과 상기 플라즈마형성부를 이동시켜 기판의 원하는 영역에 박막을 형성함을 특징으로 하는 박막형성방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 플라즈마 형성부와 대응되는 부분에서 박막이 형성되도록, 상기 플라즈마형성부가 형성되는 프레임이 이동됨에 따라 상기 제1전극 및 제2전극이 함께 이동하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제2전극은, 기판 전체에 대응되는 면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
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