KR100989156B1 - 화학기상 증착장비 - Google Patents

Abstract

가스의 안정적인 공급을 위하여, 본 발명은 그 내부에 화학기상을 증착시키기 위한 공간을 이루는 진공 챔버; 상기 진공 챔버의 상부에 구비되어 가스 주입구가 형성된 백킹플레이트; 상기 가스 주입구와 연결되는 일단에 플랜지가 형성되고 상기 백킹플레이트의 상측에 장착되는 가스관; 상기 플랜지와 상기 백킹플레이트의 사이에 장착되는 오-링; 상기 플랜지를 하측으로 가압하는 고정수단; 그리고 상기 백킹플레이트의 상측에 장착되어 상기 플랜지 및 백킹플레이트를 향하여 공기를 송풍하는 팬을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 화학기상 증착장비를 제공한다.

화학기상증착장비, 가스관, 팬

Description

화학기상 증착장비{Apparatus for Depositting Chamical Vapor}

도 1은 종래 기술에 의한 화학기상 증착장비의 단면도

도 2는 본 발명에 따른 가스 주입부의 단면도

도 3은 본 발명에 따른 화학기상 증착장비의 외관을 도시한 도면

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

11 : 디퓨저 12 : 가스관

16 : 진공챔버 50 : 백킹플레이트

70 : 오-링 80 : 팬

90 : 냉각플레이트

본 발명은 화학기상 증착장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보다 안정적으로 가스가 공급되는 구조를 가진 화학기상 증착장비에 관한 것이다.

상기 화학기상 증착장비는 박막 트랜지스터 액정표시장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display Device)용 박막을 증착하는 공정에 주로 이용되고 있다. 최근에, 액정표시장치는 경량, 박형이며 소비전력이 낮고, 휴대성이 양 호한 기술집약적 제품으로 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.

일반적으로 액정표시장치에서는 액정패널 상에 매트릭스 형태로 배열된 액정셀 들의 광투과율을 그에 공급되는 비디오 데이터 신호로 조절함으로써 데이터 신호에 해당하는 화상을 패널 상에 표시하게 된다. 이러한 액정표시장치는 액정층에 전계를 인가하기 위한 전극들, 액정셀 별로 데이터 공급을 절환하기 위한 박막 트랜지스터, 외부에서 공급되는 데이터를 액정셀들에 공급하는 신호배선 및 박막트랜지스터의 제어신호를 공급하기 위한 신호배선 등이 형성된 하판과, 칼라필터 등이 형성된 상판과, 상판과 하판 사이에 형성되어 일정한 셀 갭을 확보하는 스페이서와, 스페이서에 의하여 상하판 사이에 마련된 공간에 채워진 액정을 포함하여 구성된다.

따라서, 상기 액정표시장치의 기판에는 박막이 증착되어야 하며 이때 사용되는 장비가 화학기상 증착장비이다.

일반적으로 액정표시장치의 기판에 박막을 증착하는 화학기상 증착장비로는 플라즈마 화학기상 증착장비(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Device)가 많이 사용된다.

도 1은 종래의 화학기상 증착장비를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 가스 주입관(12) 및 배기관(14)을 가지는 진공 챔버(16)내에는 상부 전극을 이루면서, 가스를 확산시키는 디퓨저(11 ; diffuser)와 하부 전극을 이루는 서셉터(20 ; susceptor)가 일정간격 이격되어 대향하고 있고, 상기 디퓨저(11)에는 고주파를 공급하는 RF(Radio Frequency) 파워(24)가 연결되어 있으며, 상기 서셉터(20)에는 RF 파워(24)를 접지시키는 그라운드(ground) 전압이 연결된다. 상기 가스 주입관(12)은 백킹플레이트(50)에 형성된 가스 주입구(50a)와 연결되며, 상기 가스 주입구(12)로부터 주입되는 가스는 확산되면서 디퓨저(11)를 지나게 된다.

상기 디퓨저(11)는 다수의 관통홀이 형성된 알루미늄 등으로 형성되어 고주파를 발산한다. 상기 디퓨저(11)에서 발산된 고주파에 의하여 가스는 초고온으로 가열되어 플라즈마 상태로 유기된다. 상기 플라즈마 상태로 유기된 가스는 피증착 기판(18)의 상면에 균일하게 증착된다.

상기 디퓨저(11)는 가스 주입관(12)을 통해 공급되는 반응 가스의 플로우(flow)를 조절하는 역할을 하고, 상기 서셉터(20)는 상기 기판(18)에 열에너지를 공급하는 히터기능과, 상기 기판(18)을 상부 및 하부 방향으로 움직이도록 이동성을 가진다.

상기 화학기상 증착장비에 의한 증착과정에서 RF 파워(Radio Frequency Power), 증착 온도, 가스의 분사 방식, 그리고 전극과 기판 간의 거리 등의 조건이 형성되는 박막의 특성을 좌우한다. 또한, 가스가 외부로 새지 않고 안정적으로 공급되기 위하여 상기 가스관(12)과 가스 주입구(50a)의 연결구조에 관한 기술이 중요하다.

즉, 상기 가스관(12)과 상기 가스 주입구(50a)의 연결부에서 가스가 새어나가지 않도록 하는 것은 중요하다. 상기 가스 주입구(50a)가 형성되는 백킹플레이트(50)는 그의 하측에서 발생되는 고온의 플라즈마 때문에 가열되기 때문에, 상기 가스 주입구(50a) 주변의 백킹플레이트(50) 온도는 150-250℃ 에 이른다. 따라서, 상기 가스관(12)과 가스 주입구(50a)의 연결부분을 실링하는 오-링이 열화되어 손상되는 경우가 빈번히 발생한다.

전술한 바와 같이, 상기 종래기술에 따른 가스 주입구조를 가진 화학기상 증착장비에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 상기 가스관과 상기 가스 주입구의 연결부분은 원형의 오-링으로 실링되는데, 상기 오-링이 고온에서 열화되어 손상됨으로써 가스가 새는 문제점이 있었다.

둘째, 상기 오-링의 교체주기가 빨라짐으로써 화학기상 증착장비의 가동률이 저하되고 오-링 구매 비용의 증가되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 보다 안정적이고 지속적으로 가스가 공급되는 구조를 갖는 화학기상 증착장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 그 내부에 화학기상을 증착시키기 위한 공간을 이루는 진공 챔버; 상기 진공 챔버의 상부에 구비되어 가스 주입구가 형성된 백킹플레이트; 상기 가스 주입구와 연결되는 일단에 플랜지가 형성되고 상기 백킹플레이트의 상측에 장착되는 가스관; 상기 플랜지와 상기 백킹플레이트의 사이에 장착되는 오-링; 상기 플랜지를 하측으로 가압하는 고정수단; 그리고 상기 백킹플레이트의 상측에 장착되어 상기 플랜지 및 백킹플레이트를 향하여 공기를 송풍하는 팬을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 화학기상 증착장비를 제공한다.

이하 상기와 같은 특징을 가지는 본 발명의 화학기상 증착장비를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 화학기상 증착장비에서 가스 주입부를 도시한 도면이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 화학기상 증착장비는 진공챔버, 백킹플레이트(50), 가스관(12), 오-링(70), 고정수단(60), 그리고 팬(80)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 진공챔버의 내부는 화학기상을 증착시키기 위한 공간을 이루고, 상기 백킹플레이트(50)는 상기 진공 챔버의 상부에 구비되어 그의 일측에 가스 주입구(50a)가 형성된다. 상기 가스 주입구(50a)는 원뿔형으로 이루어 진다.

상기 원뿔형의 가스 주입구(50a)에는 주입되는 가스가 하부의 공간 상으로 보다 잘 확산되도록 하기 위하여 보조 배플(51)이 장착된다. 상기 보조 배플(51)의 형상은 상기 가스 주입구(50a)의 형상과 상응하여 원뿔형으로 이루어지며, 따라서, 가스 주입구(50a)를 통하여 유입되는 가스는 상기 보조 배플(51)의 경사진 측면에 부딪히면서 확산된다. 상기 확산된 가스는 상기 디퓨저(11)와 연결된 RF 전극(24)에 의하여 플라즈마화 되어 기판에 증착된다.

상기 가스 주입구(50a)와 연결되는 상기 가스관(12)의 일단에는 플랜지(12a) 가 형성되고, 상기 플랜지(12a)는 상기 백킹플레이트(50)의 상측에 장착된다. 또한, 상기 플랜지(12a)와 상기 백킹플레이트(50)의 사이에는 오-링(O-ring)이 장착되어 가스의 누설을 방지한다. 이때, 상기 플랜지(12a)의 하측에 위치한 오-링은 가압되면서 탄성변형되어 상기 가스관(12)과 상기 가스 주입구(50a) 사이의 공간에서 가스가 새지 않도록 밀폐한다.

한편, 상기 고정수단(60)은 상기 플랜지(12a)를 하측으로 가압함으로써 상기 오-링(70)을 견고하게 압착한다.

이를 위하여, 상기 고정수단(60)은 상기 백킹플레이트(50)의 상면에 체결되는 체결부(60b)와, 상기 체결부(60b)의 상측에 돌출되게 형성되어 상기 플랜지(12a)의 상면과 접촉되는 돌출부(60a)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 고정수단(60)의 단면은 "ㄱ"자 형상으로 이루어지고, 상기 돌출부(60a)가 상기 플랜지(12a)의 상면과 접촉된다. 또한, 상기 체결부(60b)에는 스크류(61)가 체결됨에 따라 상기 돌출부(60b)는 하측으로 이동되면서 상기 플랜지(12a)를 가압한다.

한편, 상기 오-링(70)과 접촉되는 백킹플레이트(50) 및 플랜지(12a)는 그의 하측에서 형성되는 플라즈마로 인하여 거의 350℃까지 가열된다. 따라서, 상기 오-링(70)이 열화되어 손상되지 않도록, 상기 플랜지(12a) 및 백킹플레이트(50)를 향하여 공기를 송풍하는 팬(80)이 상기 백킹플레이트(50)의 상측에 장착된다.

상기 팬(80)은 모터(81)에 의하여 구동되어 공기를 송풍함으로써 상기 플랜지(12a) 및 상기 백킹플레이트(50)가 과열되는 것을 방지한다. 따라서, 상기 오-링(70)은 가스가 새지 않도록 안정적인 실링상태를 유지한다.

한편, 상기 팬(80)이 공기를 송풍하는 경우에도 상기 백킹플레이트(50)는 주기적으로 일정온도 이상으로 가열되므로, 상기 오-링(70)은 내열성이 우수한 재질로 제조되어야 한다. 여기서, 상기 오-링(70)은 퍼플루오르(Perfluor)를 주재질로 이루어짐이 바람직하다. 상기 퍼플루오르는 탄화수소의 수소를 플루오르로 치환한 화합물로서, 상기 플루오르 재질이 첨가된 오-링은 내열성이 우수하다.

또한, 냉각수가 흐르는 관(91)이 내설된 냉각플레이트(90)가 상기 백킹플레이트(50) 상면과 접촉된 상태로 장착된다. 상기 냉각플레이트(90)는 백킹플레이트(50)의 상면을 일정온도 이하로 냉각시킨다. 따라서, 상기 백킹플레이트(50)와 접촉된 오-링(70)이 과열되어 손상되는 것이 방지된다.

도 3은 본 발명에 따른 화학기상 증착장비의 외관을 도시한 도면이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 상기 팬(80)의 주변에는 공기의 흡입구와 토출구가 형성된 팬커버(82)가 더 장착된다. 상기 팬커버(82)는 상기 팬(80)에서 송풍된 공기를 상기 오-링(70)과 접촉되는 상기 플랜지 및 백킹플레이트로 집중되도록 가이드한다. 이를 위하여, 상기 플랜지(12a)는 상기 팬커버(82)의 공기 흡입구 및 토출구의 사이에 형성된 공기 유로에 노출된다.

이하, 본 발명에 따른 화학기상 증착장비의 작동에 관하여 설명한다.

상기 화학기상 증착장비에서는 진공 챔버 내부에 증착에 필요한 가스를 상기 가스 주입부를 통하여 주입함으로써 원하는 압력과 기판 온도가 설정되면, RF 파워를 이용하여 디퓨저(11)에서 주입된 가스를 플라즈마 상태로 분해하여 기판 위에 증착한다. 여기서, 증착 메커니즘(mechanism)은 챔버 내로 유입된 기체 화합물이 분해되는 1차 반응, 분해된 가스 이온들과 불안정한 이온상태인 라디칼 이온(Radical Ion)들이 상호 반응하는 2차반응, 피증착 기판(18) 상에서 가스 이온과 라디칼 이온들의 재결합으로 생긴 원자들의 상호작용으로 핵생성 후에 박막이 형성되는 3차 반응으로 나눌 수 있다.

상기 챔버 내부로 유입되는 가스는 형성하는 막의 종류에 따라 달라지며, 일반적으로 실리콘 질화막 경우는 SiH₄, H₂, NH₃, N₂ 의 혼합 Gas가 이용되고, 비정질 실리콘막의 증착에는 SiH₄, H₂ 가 쓰이며, 인(P)을 도핑하여 전자 이동도를 높이는 불순물 비정질 실리콘막(n+ a-Si)의 형성 시에는 상기 비정질 실리콘용 반응가스에 PH₃가 첨가된다.

상기와 같이 수행되는 증착 과정에서 고온의 플라즈마가 발생되므로 상기 백킹플레이트(50)는 고온으로 가열된다.

도 2에서 보는 바와 같이, 상기 가스관(12)과 가스 주입구(50a) 사이를 실링하는 오-링(70)이 열화되어 손상되는 것을 방지하기 위하여 상기 팬(80)은 상기 오-링(70) 주변에 공기를 송풍하여 냉각한다. 또한, 상기 오-링(70)과 접촉되는 백킹플레이트(50)의 상면에는 상기 백킹플레이트(50)가 과열되는 것을 방지하기 위하여 냉각플레이트(90)를 장착한다.

그러나, 본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않으며 본 발명의 취지에 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며, 본 발명에 따른 가스 주입부의 구조는 화학기상 증착장비 뿐만 아니라 다른 종류의 증착장치의 가스 주입 부에도 적용가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 화학기상 증착장비는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 상기 오-링과 접촉되는 상기 플랜지 및 백킹플레이트에 팬을 사용하여 공기를 송풍하여 냉각시킴으로써 상기 오-링이 열화되어 손상되는 것이 방지된다.

둘째, 상기 오-링이 과열되어 손상되는 것이 방지됨으로써 화학기상 증착장비의 가동율을 증대시키고 상기 오-링의 지속적인 사용을 보장한다.

Claims (5)

1. 그 내부에 화학기상을 증착시키기 위한 공간을 이루는 진공 챔버;

   상기 진공 챔버의 상부에 구비되어 가스 주입구가 형성된 백킹플레이트;

   상기 가스 주입구와 연결되는 일단에 플랜지가 형성되고 상기 백킹플레이트의 상측에 장착되는 가스관;

   상기 플랜지와 상기 백킹플레이트의 사이에 장착되는 오-링;

   상기 플랜지를 하측으로 가압하는 고정수단; 그리고

   상기 백킹플레이트의 상측에 장착되어 상기 플랜지 및 백킹플레이트를 향하여 공기를 송풍하는 팬을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정수단은

   스크류를 통해 상기 백킹플레이트의 상면과 체결되는 체결부와,

   상기 체결부의 상측에 돌출되게 형성되어 상기 플랜지의 상면과 접촉되는 돌출부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 팬의 주변에는 공기의 흡입구와 토출구가 형성되어 공기의 흐름을 가이드하는 팬커버가 더 장착됨을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 오-링은 퍼플루오르(Perfluor) 재질을 사용하여 이루어짐을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 백킹플레이트의 상면에는 그의 내부에 냉각수가 흐르는 관이 내설된 냉각플레이트가 더 장착됨을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.

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