KR101299160B1 - 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리 - Google Patents

상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리에 관한 것으로서, 특히 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리에 있어서, 직사각 형태로 형성되고, 고정 설치되어 초고주파 전원이 인가되는 전극 본체와; 절연 재질로 상기 전극 본체의 일측면에 고정 설치되고, 저면에 일자형의 슬릿 형태의 가스주입구가 형성되는 급기 매니 폴더; 및 절연 재질로 상기 전극 본체의 타측면에 고정 설치되고, 상기 급기 매니 폴더의 가스주입구를 통해 공급되는 반응 가스의 흐름을 형성시키도록 저면에 복수의 가스배출구가 형성되는 배기 매니 폴더를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 균일한 가스 주입을 위하여 일자형의 슬릿 형태의 가스주입구와, 배기구를 형성시켜 가스의 흐름을 생성시키고, 전극을 고정시킨 상태에서 하단의 기판을 스캔하며 증착시킴으로써 전극과 기판간 좁은 간극내에 원활하고 균일한 가스공급이 가능하여 고품질의 박막을 고속 성장시킬 수 있다.

Description

상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리{ELECTRODE ASSEMBLY ATMOSPHERIC PRESSURE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION}
본 발명은 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리에 관한 것으로서, 상세하게는 가스의 흐름을 생성시키기 위하여 전극 내부에 가스주입구와 배기구를 형성시켜 가스의 흐름을 생성시키도록 하는 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리에 관한 것이다.
최근 신재생에너지 분야의 박막태양전지 관련기술의 발전 방향은 고품질의 박막을 얼마나 저가에 대면적의 박막을 제조하느냐 인데, 즉 이는 대면적의 저가의 기판에 고속성장 시키는 기술이 차세대 박막태양전지의 제조 기술의 핵심이 될 수 있다.
특히, 증착 공정은 반도체 소자 제조의 재현성 및 신뢰성에 있어서 개선이 요구되는 필수적인 공정으로 졸겔(sol-gel) 방법, 스퍼터링(sputtering) 방법, 전기도금(electro-plating) 방법, 진공증발(evaporation) 방법, 화학기상 증착(chemical vapor deposition) 방법, 분자 빔 에피택시(molecule beam epitaxy) 방법 등이 있다.
그 중 화학기상 증착 방법은 다른 증착 방법보다 웨이퍼 상에 형성되는 박막의 스텝 커버리지(step coverage), 균일성(uniformity) 및 양산성등 같은 증착 특성이 우수하기 때문에 가장 보편적으로 사용되고 있다.
APCVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등이 있다.
예컨대, 상기 APCVD는 일반적인 저압CVD과 비교하여 고가의 진공장비 없이도 증착이 가능하며 상압에서 증착시키므로 성장속도가 높아 기판의 베리어층 생성, 산화막 제조, 박막 제조 등으로 여러 방면에 적용되고 있다.
한편, APCVD, 즉 상압 플라즈마 화학기상 증착장치에서 서브미리미터 이하로 좁은 전극간격 때문에 가스의 흐름(gas flow)을 전극 사이로 유도하기 힘들어 불균일한 가스공급은 박막의 균일도를 떨어뜨리고 불균일한 가스공급 및 원활하지 못한 가스의 흐름으로 인한 파티클의 생성은 양산성 및 막질을 떨어뜨리는 문제가 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 제안된 기존의 전극은 도 1에 도시된 바와 같이 원기둥타입의 전극구조로 전극을 고속 회전시켜 가스의 흐름(gas flow)을 유도하고 플라즈마에서 생기는 열을 분산시키고자 하였다.
그러나, 전극을 고속으로 회전시키면서 플라즈마를 안정화시키기에는 어려움이 따르며 고가의 장비구성이 요구되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 균일한 가스 주입을 위하여 일자형의 슬릿 형태의 가스주입구와, 배기구를 형성시켜 가스의 흐름을 생성시키고, 전극을 고정시킨 상태에서 하단의 기판을 스캔하며 증착시킴으로써 전극과 기판간 좁은 간극 내에 원활하고 균일한 가스공급이 가능하여 고품질의 박막을 고속 성장시킬 수 있도록 하는 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리에 있어서, 직사각 형태로 형성되고, 고정 설치되어 초고주파 전원이 인가되는 전극 본체와; 절연 재질로 상기 전극 본체의 일측면에 고정 설치되고, 저면에 일자형의 슬릿 형태의 가스주입구가 형성되는 급기 매니 폴더; 및 절연 재질로 상기 전극 본체의 타측면에 고정 설치되고, 상기 급기 매니 폴더의 가스주입구를 통해 공급되는 반응 가스의 흐름을 형성시키도록 저면에 복수의 가스배출구가 형성되는 배기 매니 폴더를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 전극 본체는 저면에 일정 간극을 형성하도록 테이블 또는 기판 홀더 상에 기판을 위치시키고, 상기 기판을 일방향으로 슬라이딩시켜 상기 기판 상면에 박막을 증착시킨다.
여기에서 또한, 상기 급기 매니 폴더는 가스 공급관을 통해 상기 가스주입구 내부로 반응 가스를 주입할 수 있도록 상면 또는 일측면에 상기 가스 공급관과 연통되는 제 1가이드 홀이 더 형성된다.
여기에서 또, 상기 급기 매니 폴더의 가스주입구는 상기 기판에 분사되는 반응 가스의 균일하면서 고속으로 분사가 이루어지도록 그 폭을 0.1~0.5mm로 형성한다.
여기에서 또, 상기 배기 매니 폴더는 가스 배출관을 통해 상기 가스배출구 내부로 반응 가스를 배출시킬 수 있도록 상면 또는 일측면에 상기 가스 배출관과 연통되는 제 2가이드 홀이 더 형성된다.
여기에서 또, 배기 매니 폴더의 가스배출구는 상기 전극 본체와 기판 사이에서 반응하여 증착된 박막을 제외한 반응 부산물의 배출될 수 있도록 지름이 1~5mm로 형성된다.
여기에서 또, 상기 일정 간극은 수십㎛~수십㎜로 유지된다.
여기에서 또, 상기 전극 본체는 수냉식 냉각이 적용된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리에 따르면, 균일한 가스 주입을 위하여 일자형의 슬릿 형태의 가스주입구와, 배기구를 형성시켜 가스의 흐름을 생성시키고, 전극을 고정시킨 상태에서 하단의 기판을 스캔하며 증착시킴으로써 전극과 기판간 좁은 간극 내에 원활하고 균일한 가스공급이 가능하여 고품질의 박막을 고속 성장시킬 수 있다.
도 1은 원기둥타입의 전극구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리의 구성을 나타낸 측단면도이다.
도 4는 도 2의 A-A 단면도이다.
도 5는 도 2의 B-B 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리가 적용되어 동작되는 모습을 나타낸 설명도이다.
이하, 본 발명에 따른 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리의 구성을 나타낸 측단면도이며, 도 4는 도 2의 A-A 단면도이고, 도 5는 도 2의 B-B 단면도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리가 적용되어 동작되는 모습을 나타낸 설명도이다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리(1)는, 전극 본체(10)와, 급기 매니 폴더(20)와, 배기 매니 폴더(30)로 구성된다.
먼저, 전극 본체(10)는 직사각 형태로 형성되고, 고정 설치되어 초고주파 전원이 인가된다. 여기에서, 전극 본체(10)는 저면에 수십㎛~수십㎜의 간극을 형성하도록 테이블 또는 기판 홀더(40) 상에 웨이퍼 또는 기판(50)을 위치시키고, 기판(50)을 일방향으로 슬라이딩시켜 기판(50) 상면에 박막(60)을 증착시킨다. 여기에서 또한, 전극 본체(10)는 수냉식 냉각이 적용되는 것이 바람직하다. 이때, 전극 본체(10)에 인가되는 초고주파 전원의 주파수는 40MHz-150MHz의 주파수를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 급기 매니 폴더(20)는 전극 본체(10)와 절연을 위해 직사각 형태의 절연 재질로 이루어져 전극 본체(10)의 일측면에 고정 설치되고, 저면에 길이 방향으로 일자형의 슬릿 형태의 가스주입구(21)가 형성된다. 여기에서, 급기 매니 폴더(20)는 가스 공급관(23)을 통해 가스주입구(21) 내부로 반응 가스를 주입할 수 있도록 상면 또는 일측면에 가스 공급관(23)과 연통되는 제 1가이드홀(25)이 더 형성된다. 이때, 급기 매니 폴더(20)의 가스주입구(21)는 기판(50)에 분사되는 반응 가스의 균일하면서 고속으로 분사가 이루어지도록 그 폭을 0.1~0.5mm로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 배기 매니 폴더(30)는 전극 본체(10)와 절연을 위해 직사각 형태의 절연 재질로 이루어져 전극 본체(10)의 타측면에 고정 설치되고, 급기 매니 폴더(20)의 가스주입구(21)를 통해 공급되는 반응 가스의 흐름을 형성시키도록 저면에 복수의 가스배출구(31)가 형성된다. 여기에서, 배기 매니 폴더(30)는 가스 배출관(33)을 통해 가스배출구(31) 내부로 반응 가스를 배출시킬 수 있도록 상면 또는 일측면에 가스 배출관과 연통되는 제 2가이드홀(35)이 더 형성된다. 이때, 배기 매니 폴더(30)는 전극 본체(10)와 기판(50) 사이에서 반응하여 증착된 박막(60)을 제외한 반응 부산물의 배출될 수 있도록 가스배출구(31)의 지름이 1~5mm로 형성되고, 전극 본체(10)와 기판(50) 사이에서의 표면반응 뿐만 아니라 기상 반응을 통해 생성된 미세 파티클의 제거가 충분히 일어나도록 진공 챔버(70) 내의 기체 유동이 점성유동을 유지하면서 미세 파티클이 배기될 수 있도록 제어한다.
한편, 기판(50)은 피처리 대상으로서는 대표적으로 반도체, 수지 또는 유리등으로 된 웨이퍼 또는 기판이며, 웨이퍼 또는 기판 그 자체에 대해 수행될 수 있고, 또한 웨이퍼 또는 기판 위에 형성되는 적층에 대해 수행될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 진공 챔버(70) 내의 하단에 설치된 테이블 또는 기판 홀더(40)에 기판(50)을 설치한다.
그런 다음, 전극 본체(10)를 고정시킨 상태에서 초고주파 전원을 인가하고, 기판 홀더(40) 상에 웨이퍼 또는 기판(50)을 일방향으로 슬라이딩시킴과 동시에 급기 매니 폴더(20)의 가스주입구(21)를 통해 반응 가스를 간극 내부로 주입한다.
그러면, 반응 가스가 플라즈마에 의해 분해되어 화학적으로 안정된 박막(60)이 기판(50) 상에 증착된다.
그리고, 기판(50) 증착된 박막(60)을 제외한 반응 부산물은 배기 매니 폴더(30)의 가스배출구(31)를 통해 배출된다.
즉, 반응 가스가 급기 매니 폴더(20)의 가스주입구(21)를 통해 균일하면서 고속으로 분사되고, 배기 매니 폴더(30)의 가스배출구(31)를 통해 배출되어 가스의 흐름을 생성된다.
그리고, 전극 본체(10)를 고정시킨 상태에서 하단의 기판만을 이동시키면서 박막을 증착시킴으로써 전극 본체(10)와 기판(50)간 좁은 간극내에 원활하고 균일한 가스공급이 가능하여 고품질의 박막을 고속 성장시킬 수 있다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 전극 본체 20 : 급기 매니 폴더
30 : 배기 매니 폴더 40 : 테이블 또는 기판 홀더
50 : 기판 60 : 박막
70 : 진공 챔버

Claims (8)

  1. 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리에 있어서,
    직사각 형태로 형성되고, 고정 설치되어 초고주파 전원이 인가되며, 저면에 일정 간극을 형성하도록 테이블 또는 기판 홀더 상에 기판을 위치시키고, 상기 기판을 일방향으로 슬라이딩시켜 상기 기판 상면에 박막을 증착시키는 전극 본체와;
    절연 재질로 상기 전극 본체의 일측면에 고정 설치되고, 저면에 일자형의 슬릿 형태의 가스주입구가 형성되며, 가스 공급관을 통해 상기 가스주입구 내부로 반응 가스를 주입할 수 있도록 상면 또는 일측면에 상기 가스 공급관과 연통되는 제 1가이드홀이 형성되는 급기 매니 폴더; 및
    절연 재질로 상기 전극 본체의 타측면에 고정 설치되고, 상기 급기 매니 폴더의 가스주입구를 통해 공급되는 반응 가스의 흐름을 형성시키도록 저면에 복수의 가스배출구가 형성되며, 가스 배출관을 통해 상기 가스배출구 내부로 반응 가스를 배출시킬 수 있도록 상면 또는 일측면에 상기 가스 배출관과 연통되는 제 2가이드홀이 형성되는 배기 매니 폴더를 포함하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 급기 매니 폴더의 가스주입구는,
    상기 기판에 분사되는 반응 가스의 균일하면서 고속으로 분사가 이루어지도록 그 폭을 0.1~0.5mm로 형성하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 매니 폴더의 가스배출구는,
    상기 전극 본체와 기판 사이에서 반응하여 증착된 박막을 제외한 반응 부산물의 배출될 수 있도록 지름이 1~5mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 일정 간극은,
    수십㎛~수십㎜로 유지되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 본체는,
    수냉식 냉각이 적용되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 화학기상 증착장치용 전극 어셈블리.
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