KR100989316B1 - 플라즈마-강화 화학 증착장치 - Google Patents

플라즈마-강화 화학 증착장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마-강화 화학 증착장치에 관한 것으로, 그 목적은, 플라즈마-강화 화학 증착장치를 구성하는 원격 플라즈마 소스 세정부의 고장시 수리 시간 및 인력 사용을 최소화하여 생산성을 향상시키도록 하는 플라즈마-강화 화학 증착장치를 제공함에 있다. 이는 진공으로 이루어지고, 가스의 공급에 의해 내부에 설치된 기판에 가스를 증착되도록 하는 증착챔버와, 전구체 가스원으로부터 공급된 가스를 활성화시켜 상기 증착챔버 내부로 공급시켜 상기 증착챔버의 내부 표면으로부터 증착된 재료를 제거하도록 상기 증착 챔버의 외부 및 일정 거리에 위치되어진 원격 플라즈마 소스 세정부를 포함하는 플라즈마-강화 화학 증착장치에 있어서, 상기 원격 플라즈마 소스 세정부는, 가스 유입구와 가스 배출구가 형성되고, 가스가 유입되어 플라즈마가 형성되는 챔버본체, 상기 챔버본체의 외측에 형성되어 발생된 플라즈마를 유지시키는 페라이트 코어, 상기 챔버본체의 외측에 배치되고, 챔버본체 내부의 열을 방열시키는 냉각판을 포함하는 본체; 상기 본체에 일정간격 이격됨과 아울러 복수의 인쇄회로 기판이 전기적으로 연결되고, 상기 페라이트 코어에 무선 주파수(RF)를 공급하기 위한 전력소자가 설치되며, 상기 전력소자를 방열시키는 방열수단을 포함하는 파워유닛; 로 이루어진 것이다.

Description

플라즈마-강화 화학 증착장치{Plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus}
본 발명은 플라즈마-강화 화학 증착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 플라즈마-강화 화학 증착장치를 구성하는 원격 플라즈마 소스 세정부의 고장시 수리 시간 및 인력 사용을 최소화하여 생산성을 향상시키도록 하는 플라즈마-강화 화학 증착장치에 관한 것이다.
평판 디스플레이를 생산하는데 있어 자주 채택되는 제조 공정은 화학 기상 증착법(CVD) 및 물리 기상 증착법(PVD)을 포함하며, 이들 중, 기판 위에 박막을 증착시키기 위한 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD : Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)은 전구체 가스(precusor gas)를 진공 프로세스 챔버로 주입하여 플라즈마로 활성화시킴으로써 대개 실행된다.
도 1을 참고하면, 입구 포트(10a)와 출구 포트(10b)가 각각 형성된 증착챔버(10)와, 상기 증착챔버(10)의 내부에 설치되어 상기 입구 포트(10a)로 유입된 증착 가스를 상기 증착챔버(10)로 분사시키는 가스 유입 분기관(11)과, 상기 증착챔버(10)의 내부에 설치되고, 상부에 재료가 증착되는 기판(P)을 고정하기 위한 서셉터(12)와, 상기 서셉터(12)의 내부에 설치되어 증착시에 기판(P)을 가열시키기 위한 저항 가열기(13)와, 매칭(matching) 네트워크(21)를 통해 상부 전극에 무선 주파수(RF) 전력을 공급하고, 상부 및 하부 전극 사이에 플라즈마를 발생시키는데 사용되는 무선 주파수(RF) 발생기(20)와, 서셉터(12)를 적절한 온도로 가열 및 유지시키기 위해 저항 가열기(13)에 전력을 공급하도록 상기 증착챔버(10)의 외측에 설치된 가열기 제어 모듈(30)과, 상기 증착챔버(10)의 외측에 위치하고, 증착시에 사용되는 가스를 함유하는 가스 공급원(40)과, 전자식으로 작동하고, 상기 가스 공급원(40)으로부터 상기 증착챔버(10) 내부로의 가스 유동을 제어하는 제 1 밸브 및 흐름 제어 기구(41)와, 상기 증착챔버(10)를 진공화하는데 사용되도록 상기 출구 포트(10b)를 통해 상기 증착챔버(10)에 연결되는 진공 펌프(50)와, 연속 증착공정 이후에, 증착챔버(10)의 내부를 세정하기 위해 사용되는 가스를 공급하도록 증착챔버(10)의 외측에 설치된 전구체 가스 공급원(40)과, 전자식으로 작동되고, 사용자가 선택한 유량으로 전구체 가스 공급원(60)으로부터 가스를 원격의 활성화 챔버 내부로 전달하는 제2 밸브 및 흐름 제어 기구(61)와, 증착챔버(10)의 외부 및 일정 거리에 위치된 원격의 활성 챔버 내의 전구체 가스를 활성화하기 위해 입구 포트(10a)를 경유하여 증착챔버(10) 내부로 도관(70a)을 통해 유동하는 반응종을 형성하기 위해 전구체 가스를 활성화 시키도록 하는 원격 플라즈마 소스 세정부(70)를 포함하는 것이다.
상기와 같이 구성된 플라즈마-강화 화학 증착장치는 증착챔버(10) 내부를 진공펌프로 진공상태로 만든 상태에서 서셉터(12) 위에 안착된 기판(P) 위에 가스를 증착하도록 가스 공급원(40)에서 공급되는 가스를 제1 밸브 및 흐름 제어기구(41)에서 제어한 후 증착챔버(10) 내부의 가스 유입 분기관(11) 내로 유동시키게 된다.
이때 서셉터(12)는 하부전극에 해당하고, 가스 유입 분기관(11)은 상부전극에 해당하여 증착시에, 반응 가스가 상부 전극을 통해 증착챔버(10) 내부로 유동하고, 무선 주파수(RF) 발생기(20)에 의해 매칭(matching) 네트워크(21)를 통해 상부 전극에 무선 주파수(RF) 전력을 공급하도록 하여 무선 주파수(RF) 전압이 전극들 사이에 인가되어 반응 가스 내에 플라즈마를 발생시킨다.
이러한 플라즈마는 반응 가스를 분해시키고 기판(P) 표면상에 재료 층으로 증착되게 한다.
이러한 장치에서 기판(P)의 표면상에 재료를 우선적으로 증착하도록 설계되었다 하더라도, 상기 장치는 증착챔버(10) 내의 다른 내측 표면 위에도 또한 일부의 재료를 증착하여 반복적으로 사용한 후에 이러한 장치는 증착챔버(10) 내에 쌓인 증착된 재료층을 제거하기 위해 세정되어져야 한다.
이때 증착챔버(10)의 외측에 설치된 전구체 가스 공급원(60)에서 가스를 공급하게 되고, 이 전구체 가스는 제2 밸브 및 흐름 제어 기구(61)의 제어에 의해 원격 플라즈마 소스 세정부(70)의 활성챔버를 거쳐 증착챔버(10) 내부로 공급되어 증착챔버(10)의 내부 표면으로부터 증착된 재료를 제거하게 된다.
도 2는 종래에 따른 원격 플라즈마 소스 세정부의 사시도이고, 도 3은 종래에 따른 원격 플라즈마 소스 세정부의 분해 사시도이며, 도 4는 종래에 따른 원격 플라즈마 소스 세정부의 평면도이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 종래의 원격 플라즈마 소스 세정부(70)는, 증착챔버(10)의 외부 및 일정 거리에 위치되는 것으로, 가스 유입구(71a)와 가스 배출구(71b)가 형성되고, 가스가 유입되어 플라즈마가 형성되는 챔버본체(71)와, 상기 챔버본체(71)의 외측에 형성되어 발생된 플라즈마를 유지시키는 페라이트 코어(72)와, 상기 챔버본체(71)의 외측에 배치되고, 챔버본체(71) 내부의 열을 방열시키는 냉각판(73)과, 상기 냉각판(73)과 연통되고, 표면에 전력소자(76)가 부착되어 방열을 시키는 전력소자 방열판(74)과, 상기 챔버본체(71) 내의 전구체 가스를 활성화하기 위해 입구 포트(10a)를 경유하여 증착챔버(10) 내부로 도관(57)을 통해 유동하는 반응종을 형성하기 위해 전구체 가스를 활성화시키도록 하는 복수의 인쇄회로기판(75)으로 구성되어 있다.
상기 전력소자(76)는 페라이트 코어에 무선 주파수(RF)를 공급하기 위한 파워 발생소자이다.
그러나, 상기와 같이 구성된 원격 플라즈마 소스 세정부(70)는 운전중에 고장이 빈번하게 발생하게 되는데, 그 이유의 대부분이 전력소자(76)의 손상에서 발생하게 된다.
이는 플라즈마에 의해 챔버본체(71)가 고온상태로 이루어지게 되는데, 챔버본체(71)의 외측에 설치된 전력소자(76)의 방열이 원활히 이루어지지 않기 때문이다.
또한, 원격 플라즈마 소스 세정부(70)에 고장이 발생하게 되면 전력소자(76)를 포함하는 기판(P)를 교체하는 등 고장 수리에 걸리는 시간이 약 24시간 소요되고 수리 인원도 많이 소요되는 것이다.
이를 좀 더 상세히 살펴보면, 원격 플라즈마 소스 세정부(70)의 고장을 수리하기 위해서는 증착챔버(10)의 온도를 낮추고, 증착챔버(10) 내부의 가스를 배출하며, 원격 플라즈마 소스 세정부(70)를 플라즈마-강화 화학 증착장치에서 분리하게 된다.
그리고, 분리된 원격 플라즈마 소스 세정부(70)의 내부를 검점하고, 고장난 부위를 수리한 후 재설치하게 된다.
또한, 증착챔버(10)에 설치된 진공 펌프(50)를 동작시켜 증착챔버(10) 내부를 진공형성하고, 내부 온도를 저항 가열기(13)로 올린 후 기판(P)에 가스를 증착하는 공정을 수행하게 되는 것이다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 플라즈마-강화 화학 증착장치를 구성하는 원격 플라즈마 소스 세정부의 고장시 수리 시간 및 인력 사용을 최소화하여 생산성을 향상시키도록 하는 플라즈마-강화 화학 증착장치를 제공함에 있다.
본 발명을 달성하기 위한 기술적 사상으로 본 발명에 따른 플라즈마-강화 화학 증착장치는, 진공으로 이루어지고, 가스의 공급에 의해 내부에 설치된 기판에 가스를 증착되도록 하는 증착챔버와, 전구체 가스원으로부터 공급된 가스를 활성화시켜 상기 증착챔버 내부로 공급시켜 상기 증착챔버의 내부 표면으로부터 증착된 재료를 제거하도록 상기 증착 챔버의 외부 및 일정 거리에 위치되어진 원격 플라즈마 소스 세정부를 포함하는 플라즈마-강화 화학 증착장치에 있어서, 상기 원격 플라즈마 소스 세정부는, 가스 유입구와 가스 배출구가 형성되고, 가스가 유입되어 플라즈마가 형성되는 챔버본체, 상기 챔버본체의 외측에 형성되어 발생된 플라즈마를 유지시키는 페라이트 코어, 상기 챔버본체의 외측에 배치되고, 챔버본체 내부의 열을 방열시키는 냉각판을 포함하는 본체; 상기 본체에 일정간격 이격됨과 아울러 복수의 인쇄회로 기판이 전기적으로 연결되고, 상기 페라이트 코어에 무선 주파수(RF)를 공급하기 위한 전력소자가 설치되며, 상기 전력소자를 방열시키는 방열수단을 포함하는 파워유닛; 로 이루어진 것이다.
또한, 상기 파워유닛은 적어도 하나 이상의 격벽으로 구분되고, 구획된 부위에 설치된 인쇄회로 기판에 설치된 전력소자를 독립적으로 방열되도록 하는 것이다.
또한, 상기 방열수단은, 방열핀이 복수개 형성되고, 표면에 전력소자가 접면되어진 방열판과, 상기 방열판에서 방열된 열을 외부로 배출하도록 하는 방열팬으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 플라즈마-강화 화학 증착장치.
또한, 상기 방열수단은, 내부로 냉각수가 순환되도록 하고, 표면에 전력소자가 접면되도록 하는 수냉 방열판으로 이루어진 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마-강화 화학 증착장치는, 플라즈마-강화 화학 증착장치를 구성하는 원격 플라즈마 소스 세정부를 본체와 파워유닛으로 분리하고, 고장이 많이 발생되는 전력소자를 파워유닛에 배치하도록 함으로서, 장치 고장시 수리 시간 및 인력 사용을 최소화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다..
도 1은 종래에 따른 플라즈마-강화 화학 증착장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 종래에 따른 원격 플라즈마 소스 세정부의 사시도.
도 3은 종래에 따른 원격 플라즈마 소스 세정부의 분해 사시도.
도 4는 종래에 따른 원격 플라즈마 소스 세정부의 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 원격 플라즈마 소스 세정부를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 원격 플라즈마 소스 세정부의 컨트롤부에 대한 제1실시예를 나타낸 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 원격 플라즈마 소스 세정부의 컨트롤부에 대한 제1실시예를 나타낸 정면도.
도 8은 본 발명에 따른 원격 플라즈마 소스 세정부의 컨트롤부에 대한 제2실시예를 나타낸 평면도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 플라즈마-강화 화학 증착장치는, 진공으로 이루어지고, 가스의 공급에 의해 내부에 설치된 기판에 가스를 증착되도록 하는 증착챔버와, 전구체 가스원으로부터 공급된 가스를 활성화시켜 상기 증착챔버 내부로 공급시켜 상기 증착챔버의 내부 표면으로부터 증착된 재료를 제거하도록 상기 증착 챔버의 외부 및 일정 거리에 위치되어진 원격 플라즈마 소스 세정부를 포함하는데, 본 발명은 원격 플라즈마 소스 세정부에 그 특징이 있으므로 종래와 중복되는 내용은 생략하여 설명의 복잡화를 방지한다.
도 5는 본 발명에 따른 원격 플라즈마 소스 세정부를 개략적으로 나타낸 사시도이다.(이하의 도면에서는 동일한 기능을 하는 구성요소에는 동일한 부호를 부여하여 설명의 복잡화를 방지한다.)
도 5를 참고하면, 본 발명의 원격 플라즈마 소스 세정부(200)는 본체(210) 및 파워유닛(220)이 이격되게 형성되어 있다.
상기 본체(210)는 가스 유입구(211a)와 가스 배출구(211b)가 형성되고, 가스가 유입되어 플라즈마가 형성되는 챔버본체(211)와, 상기 챔버본체(211)의 외측에 형성되어 발생된 플라즈마를 유지시키는 페라이트 코어(212)와, 상기 챔버본체(211)의 외측에 배치되고, 챔버본체(211) 내부의 열을 방열시키는 냉각판(213)을 포함한다.
또한, 상기 본체(210)의 내부에는 메인 컨트롤 보드(214)가 설치되어 장비의 전체적인 제어를 수행하게 되며, 상기 메인 컨트롤 보드(214)에는 전력소자가 없기 때문에 본체(210)의 내부에 위치되더라도 본 발명의 목적을 달성하는데 문제가 없다.
상기의 본체(210)는 종래의 원격 플라즈마 소스 세정부를 최대한 이용하여 별도의 설계 등을 필요하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기 파워유닛(220)은, 상기 본체(210)에 일정간격 이격됨과 아울러 복수의 인쇄회로기판(221)이 전기적으로 연결되고, 상기 페라이트 코어(222)에 무선 주파수(RF)를 공급하기 위한 전력소자(222)가 설치되며, 상기 전력소자(222)를 방열시키는 방열수단(223)을 포함한다.
도 6은 본 발명에 따른 원격 플라즈마 소스 세정부의 컨트롤부에 대한 제1실시예를 나타낸 평면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 원격 플라즈마 소스 세정부의 컨트롤부에 대한 제1실시예를 나타낸 정면도이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 본 발명의 파워유닛(220)은, 적어도 하나 이상의 격벽(224)으로 구분되고, 구획된 부위에 설치된 인쇄회로기판(221)에 설치된 전력소자(222)를 독립적으로 방열되도록 하는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 인쇄회로기판(221)에는 퓨즈 보드(221a), 부스터 보드(221b), 파워 보드(221c), 릴레이 보드(221d)가 포함된다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 이 실시예에서는 두개의 격벽(224)이 형성되고, 중앙부(225)에는 방열판(223a)이 한쌍이 설치되며, 각각의 방열판(223a)에는 전력소자(222)가 접면되어져 있다.
또한, 전력소자(222)의 외측에는 파워 보드(221c)와 퓨즈 보드(221a)가 연이어 설치되어 있으며, 이는 종래와 동일한 보드를 그대로 사용하기 위한 것이다.
그리고, 우측부(226)에는 세로방향으로 한쌍의 방열판(223a)이 설치되고, 각각의 방열판(223a)에는 전력소자(222)가 접면되어 있으며, 전력소자(222)의 외측에는 부스터 보드(221b)가 설치되어 지는 것이다.
또한, 좌측부(227)에는 릴레이 보드(221d)가 설치되어지며, 릴레이 보드(221d)에는 전력소자가 부착되어 있지 않다.
상기와 같이 설치된 방열판(223a)에는 방열핀이 복수가 형성되어 전력소자(222)에서 발생되는 열의 방열을 용이하게 하고, 상기 방열판(223a)에서 방열된 열을 외부로 배출하도록 하는 방열팬(223b)이 중앙부(225)와 우측부(226)의 상부에 각각 형성되어진 것이다.
즉, 이 실시예의 방열수단(223)은 공랭식에 의해 방열이 이루어지는 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 원격 플라즈마 소스 세정부의 컨트롤부에 대한 제2실시예를 나타낸 평면도이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 파워유닛(220)은, 적어도 하나 이상의 격벽(224)으로 구분되고, 구획된 부위에 설치된 인쇄회로기판(221)에 설치된 전력소자(222)를 독립적으로 방열되도록 하는 것이다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 이 실시예에서는 하나의 격벽(224)이 형성되고, 우측부(226)에는 한쌍의 수냉 방열판(223a)을 설치하고, 상기 방열판(223a)의 표면에 각각 전력소자(222)를 접면되도록 한다.
또한, 도면상 상측의 수냉 방열판(223a)에는 파워 보드(221c)와 퓨즈 보드(221a)가 설치되도록 하고, 도면상 하측의 수냉 방열판(223a)에는 부스터 보드(221b)가 설치되어지는 것이다.
또한, 상기 수냉 방열판(223a)은 상호 연결되어 일측에 형성된 입구(223c-1)에서 냉각수를 공급하게 되면, 타측에 형성된 출구(223c-2)로 냉각수가 배출되며 이 과정에서 전력소자(222)를 방열시키게 된다.
즉, 이 실시예의 방열수단(223)은 수냉식에 의해 방열이 이루어지는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 플라즈마-강화 화학 증착장치는, 증착챔버의 내부에 위치한 기판에 가스를 공급하여 증착하고, 증착과정에서 증착챔버의 내측 표면 위에 증착된 재료층을 제거하기 위해 세정하게 된다.
상기 세정을 위해서는 전구체 가스 공급원에서 공급된 가스를 원격 플라즈마 소스 세정부(200)의 챔버본체(211)를 거쳐 증착챔버 내부로 유입되도록 한다.
이러한 과정에서 종래의 원격 플라즈마 소스 세정부(200)에서 고장의 발생이 많아던 전력소자(222)를 파워유닛(220)으로 분리하였기 때문에 고장 발생이 적게 되고, 만약 파워유닛(220)이 고장난 경우에는 신속하게 본체(210)와 전기적으로 연결된 파워유닛(220)을 분리한 후 파워유닛(220)을 교체해주기만 하면 고장수리가 완료되어 종래와 같이 증착챔버의 온도를 낮추고, 가스를 배출하는 등의 공정이 필요없게 된다.
또한, 종래와 같이 전력소자(222)가 본체(210)에 설치되어 있더라도, 고장 발생시에는 본 발명의 파워유닛(220)을 별도로 본체(210)에 전기적으로 연결하게 되면 고장수리가 완료될 수 있을 것이다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명한 것이나, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게는 다양한 변형 및 다른 실시예가 가능하다는 점이 이해될 것이다.
200: 원격 플라즈마 소스 세정부 210: 본체
211:챔버본체 211a: 가스 유입구
211b: 가스 배출구 212: 페라이트 코어
213: 냉각판 214: 메인 컨트롤 보드
220: 파워유닛 221: 인쇄회로기판
221a: 퓨즈 보드 221b: 부스터 보드
221c: 파워 보드 221d: 릴레이 보드
222: 전력소자 223: 방열수단
223a: 방열판 223b: 방열팬
223c: 수냉 방열판 223c-1: 입구
223c-2: 출구 224: 격벽
225: 중앙부 226: 우측부
227: 좌측부

Claims (4)

  1. 진공으로 이루어지고, 가스의 공급에 의해 내부에 설치된 기판에 가스를 증착되도록 하는 증착챔버와,
    전구체 가스원으로부터 공급된 가스를 활성화시켜 상기 증착챔버 내부로 공급시켜 상기 증착챔버의 내부 표면으로부터 증착된 재료를 제거하도록 상기 증착 챔버의 외부 및 일정 거리에 위치되어진 원격 플라즈마 소스 세정부를 포함하는 플라즈마-강화 화학 증착장치에 있어서,
    상기 원격 플라즈마 소스 세정부는,
    가스 유입구와 가스 배출구가 형성되고, 가스가 유입되어 플라즈마가 형성되는 챔버본체, 상기 챔버본체의 외측에 형성되어 발생된 플라즈마를 유지시키는 페라이트 코어, 상기 챔버본체의 외측에 배치되고, 챔버본체 내부의 열을 방열시키는 냉각판을 포함하는 본체;
    상기 본체에 일정간격 이격됨과 아울러 복수의 인쇄회로 기판이 전기적으로 연결되고, 상기 페라이트 코어에 무선 주파수(RF)를 공급하기 위한 전력소자가 설치되며, 상기 전력소자를 방열시키는 방열수단을 포함하는 파워유닛;
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마-강화 화학 증착장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 파워유닛은 적어도 하나 이상의 격벽으로 구분되고, 구획된 부위에 설치된 인쇄회로 기판에 설치된 전력소자를 독립적으로 방열되도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마-강화 화학 증착장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 방열수단은, 방열핀이 복수개 형성되고, 표면에 전력소자가 접면되어진 방열판과, 상기 방열판에서 방열된 열을 외부로 배출하도록 하는 방열팬으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 플라즈마-강화 화학 증착장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 방열수단은, 내부로 냉각수가 순환되도록 하고, 표면에 전력소자가 접면되도록 하는 수냉 방열판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마-강화 화학 증착장치.
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