KR101362891B1 - 기판의 박막처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판의 박막처리장치에 관한 것으로서, 소비전력의 상승없이 더욱 높은 밀도의 플라즈마 생성이 가능하여 증착률 상승효과를 제공함과 더불어, 고 밀도의 플라즈마 상태에서도 기판으로의 균일한 증착이 가능한 장점을 가진 기판의 박막처리장치를 제공한다.

Description

기판의 박막처리장치{Apparatus for processing a thin film on substrate}

본 발명은 기판 박막처리장치에 관한 것으로서, 기판 상에 박막을 증착하거나 또는 기(旣) 증착된 박막을 식각하는 등의 박막처리 공정을 수행하기 위하여 밀폐된 챔버형 공간 내에서 기존에 비해 더욱 향상된 박막처리 환경 조성이 가능한 평판표시장치 또는 태양전지판의 제조를 위한 기판의 박막처리장치에 관한 것이다.

평판표시장치는 통상 유리와 같은 적어도 하나 이상의 투명 절연 기판 상에 발광 또는 편광 물질층을 개재하여 구성되는데, 특히 화상표현의 최소 단위인 화소(pixel)를 행렬방식으로 배열한 후 이들 각 화소를 독립적으로 제어할 수 있도록 박막트랜지스터(Thin-Film Transistor : TFT)를 일대일 대응 구비시킨 능동행렬방식(Active Matrix)이 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나다.

이 경우 평판표시장치 제조공정에는 기판을 대상으로 소정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정 및 이를 목적하는 형태로 패터닝(patterning)하기 위한 식각공정이 수차례 반복하여 포함되며, 이 같은 박막증착 및 식각 등의 박막처리공정은 통상 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버형 박막처리장치에서 진행되어 왔다.

이에 첨부된 도 1은 일반적인 평판표시장치의 제조를 위한 챔버형 박막처리장치를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 보이는 바와 같이 밀폐된 반응영역(A)을 정의하는 챔버(10)를 필수적인 구성요소로 하며, 이의 내부로는 처리대상물인 기판(2)이 실장된다.　　

그리고 가스주입구(4)를 통해 상기 기판(2)이 실장된 챔버(10)의 반응영역(A) 내로 소정의 반응가스를 유입시킨 후 이를 활성화 시켜 목적하는 박막처리공정을 진행한다.

이때 반응가스의 활성화 및 공정속도의 향상을 위해서 챔버(10)의 반응영역(A) 내에는 고온, 진공 등의 고유한 반응환경이 조성되거나 또는 이와 함께 플라즈마가 생성되는데, 보이는 도 1은 일례로 RF(Radio Frequence) 고전압을 이용하여 반응가스를 플라즈마 상태로 여기시킨 상태에서 박막증착공정을 진행하는 플라즈마 화학기상증착, 이른바 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition)에 해당되는 장치의 구성을 설명하기 위한 간략 단면도이다.

이를 위해 나타낸 바와 같이 챔버(10) 내부에는 기판(2)을 사이에 두고 상하로 대면되는 상, 하부전극(20,30)이 구비되며, 이중 상부전극(20)은 RF 고전압이 인가되며 다수의 분사홀(26)이 전 면적에 걸쳐 상하로 투공된 샤워헤드(Showerhead) 타입의 플레이트(plate)이다.

그리고 하부전극(30)은 기판(2)을 지지하고 플라즈마의 생성 및 유지를 위한 또 다른 전극으로 작용되며, 또한 외부의 구동어셈블리(34)에 의해 상하 승강이 가 능하도록 이루어져 있다.

더불어 챔버(10)의 바닥면에는 복수개의 배기구(미도시됨)가 마련되어 외부의 흡기시스템(미도시)을 통해서 내부 반응영역(A)을 배기할 수 있도록 이루어지는 바, 기판(2)이 챔버(10) 내로 반입되어 하부전극(30) 상에 안착되면 구동어셈블리(34)가 상승하여 기판(2)을 상부전극(20)과 소정 간격으로 대면시키고, 이어서 상기 상부전극(20)에 RF 고전압이 인가됨과 동시에 분사홀(26)을 통해서 반응가스가 분사된다. 그 결과 반응영역(A) 내에는 반응가스가 활성화되어 플라즈마가 생성 및 유지되고 이를 통해 기판(2) 상에 박막이 증착된다.

한편, 앞서의 예에서와 같이 일반적인 챔버형 박막처리장치는 공통적으로 기판(2)이 실장되는 밀폐된 반응영역(A)을 정의하는 챔버(10)를 필수적으로 요구하며, 이의 내부로 공급된 반응가스를 적절한 수단으로 활성화시켜 목적하는 공정을 수행한다.

상기 전술한 바와 같은 일반적인 챔버형 박막처리장치는 상기 기판(2)과 상부전극(20)간 유지되어야 할 최소간격으로 인해 상기 상부전극(20)과 하부전극(30)간 이격 거리의 조정에 한계가 있다.

즉, 상기 상부전극(20)과 하부전극(30)의 이격 거리가 작을수록 밀집된 전기장 형성이 가능하고 이에 높은 밀도의 플라즈마 생성이 가능한데 상기 생성되는 플라즈마의 밀도가 높을수록 증착률(deposition rate) 역시 비례하여 상승하기 때문에, 특히 태양전지판과 같이 증착률에 따라 제품 효율이 결정되는 부분에서는 플라즈마의 밀도를 향상시키는 것이 중요한 이슈이다.

　따라서, 본 발명은 기존 대비 동일한 전력을 사용하면서도 챔버 내에서 생성되는 플라즈마의 밀도를 더욱 높일 수 있으며 또한 플라즈마의 밀도를 높게 유지한 상태에서도 균일한 박막처리가 가능한 기판의 박막처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 챔버와; 상기 챔버의 상부에 구성되며 반응가스가 유입되는 가스주입구와; 상기 챔버로 유입된 상기 반응가스를 하부로 분사하기 위한 다수의 분사홀이 형성된 가스분사판과; 상기 가스분사판의 하면에 구성되는 제1전극 및 제2전극과; 상기 가스분사판과 상기 제1전극사이 및 상기 가스분사판과 상기 제2전극사이에 구성되는 절연체와; 상기 제1전극 및 제2전극의 하부에 구성되며 기판이 안착되는 스테이지와; 상기 제1전극 및 제2전극 각각에 고전압을 공급하기 위한 제1전압원 및 제2전압원과; 상기 제1전압원 및 제2전압원에서 출력되는 전압의 위상을 제어하기 위한 위상조절기를 포함하는 기판의 박막처리장치를 제공한다.

상기 제1전극과 상기 제2전극은 서로 교번되게 배치되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1전극과 상기 제2전극은 상기 분사홀을 중심으로 이격되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1전극과 상기 제1전압원 사이에 구성되는 제1정합회로 및 상기 제2전극과 상기 제2전압원 사이에 구성되는 제2정합회로를 포함한다.

상기 제1전극과 제2전극의 단면 형태는 상기 스테이지와 가까울수록 서로 이격거리가 더욱 커지는 형태인 것을 특징으로 한다.

상기 제1전압원과 상기 제2전압원은 서로 동일한 주파수를 가지며 서로 다른 위상을 가진 전압 신호가 각각 출력되는 것을 특징으로 한다.

상기 절연체의 단면적은 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 단면적보다 크거나 같은 것을 특징으로 한다.

상기 제1전극과 제2전극은 각각 일자 형태이고, 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1전극과 제2전극은 각각 사각형태이고, 타전극을 내치하도록 교번되 게 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1전극과 제2전극은 각각 한 쌍의 서로 마주보는 두 변의 중심부가 개방된 사각형태인 것을 특징으로 한다.

상기 제1전극과 제2전극은 각각 두 쌍의 서로 마주보는 두 변의 중심부가 개방된 사각형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 기판 박막처리장치는 소비전력의 상승없이 더욱 높은 밀도의 플라즈마 생성이 가능하여 증착률 상승효과를 제공함과 더불어, 고 밀도의 플라즈마 상태에서도 기판으로의 균일한 증착이 가능한 장점을 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 평판 표시장치의 제조를 위한 기판의 박막처리장치를 설명하기 위한 단면도로서, 밀폐된 반응영역(A)을 정의하는 챔버(50)를 필수적인 구성요소로 하며, 이의 내부로는 처리대상물인 기판(80)이 실장된다.　　

그리고 가스주입구(52)를 통해 상기 기판(80)이 실장된 챔버(50)의 반응영역(A) 내로 소정의 반응가스를 유입시킨 후 이를 활성화 시켜 목적하는 박막처리공정을 진행한다.

이때 반응가스의 활성화 및 공정속도의 향상을 위해서 상기 챔버(50)의 반응 영역(A) 내에는 고온, 진공 등의 고유한 반응환경이 조성되거나 또는 이와 함께 플라즈마가 생성되는데, 도 2는 일례로 RF(Radio Frequence) 고전압을 이용하여 반응가스를 플라즈마 상태로 여기시킨 상태에서 박막증착공정을 진행하는 플라즈마 화학기상증착장치, 즉 PECVD에 해당되는 장치라 할 수 있다.

도시된 바와 같이, 가스주입구(52)가 구성된 챔버(50) 내부에는 유입된 반응가스를 상기 반응영역으로 분사하기 위해 상하 투공 형태의 분사홀(62)이 전면적에 걸쳐 다수개 형성된 샤워헤드(Showerhead) 타입의 가스분사판(60)이 구성된다.

상기 가스분사판(60)의 하부, 더욱 바람직하게는 상기 가스분사판(60)의 하면에는 제1전극(P1)과 제2전극(P2)이 각각 다수개 구성되며, 이때 상기 가스분사판(60)이 금속과 같은 도전물질일 경우 상기 각 전극(P1,P2)은 상기 가스분사판(60)과의 사이에 절연체(64)를 더욱 구성한다. 이때 상기 가스분사판(60)은 전기적으로 접지(Ground)시키는 것이 바람직하다.

이때 상기 절연체(64)는 상기 가스분사판(60)과 결합되는 플레이트(plate)형으로 만드는 것이 바람직하고, 상기 가스분사판(60)과 절연체(64)와 제1 및 제2전극(P1,P2)의 결합체는 상기 챔버(50)의 측벽에 걸려 고정되는 형태를 지닌다.

도 3을 참조하여 좀 더 설명하면, 상기 제1전극(P1)과 제2전극(P2)은 상기 가스분사판(60)에 형성된 다수개의 분사홀(62)을 중심으로 교대로 구성되는데, 예를 들어 ‘제1전극-분사홀-제2전극-분사홀-제1전극-분사홀-제2전극...’과 같은 순서(또는 제2전극부터 시작되어도 무방하다)이다. 또한 도시된 상기 제1전극(P1)과 제2전극(P2)의 단면형태는 상기 전극(P1,P2)의 길이방향과 수직한 방향으로 자른 단면형태를 나타낸 것으로서, 이하 설명될 도 4의 I-I방향을 참조한다. 이때 상기 제1전극(P1)과 제2전극(P2)의 단면적은 상기 절연체(64)의 단면적보다 작거나 같은 것이 바람직하다.

아울러 도 4의 배면도에서 보듯이, 서로 평행한 바(bar) 형태의 상기 제1전극(P1)과 상기 제2전극(P2)을 상기 분사홀(62)을 중심으로 교번되게 배치하고, 제1전압원(G1)과 제2전압원(G2)을 통해 상기 제1전극(P1)과 제2전극(P2) 각각에 서로 위상차이가 있는 동일주파수의 RF 고전압을 인가함으로써 상기 각 분사홀(62)의 하부에 모두 동일한 크기의 전기장이 형성되도록 하여 상기 각 분사홀(62)을 통한 균일한 반응가스의 분사가 수행될 수 있도록 한다. 이때 상기 제1전압원(G1)과 제2전압원(G2)은 출력전압의 위상을 제어할 수 있는 위상조절기(PA)에 의해 위상이 제어된다. 아울러 상기 제1전극(P1)과 제1전압원(G1)사이에 임피던스의 매칭을 위한 제1정합회로(MC1)가 구성되고, 상기 제2전극(P2)과 제2전압원(G2)사이에도 임피던스의 매칭을 위한 제2정합회로(MC2)가 구성된다.

또한 상기 제1전극(P1)과 제2전극(P2)은 중심부간 그 이격거리(D)가 실질적으로 매우 인접하며 또한 동일주파수에 서로 반대 위상의 고전압을 각각 인가할 경우 그 전기장 세기는 종래에 비해 2배 이상으로 상승될 수 있으며 따라서 여기되는 플라즈마의 밀도 역시 높아지는 장점이 있다. 따라서, 플라즈마의 밀도 향상은 원료물질의 해리가 보다 잘 일어나게 만들기 때문에 증착률 증가의 효과가 수반되어 박막 처리 공정 시간의 단축을 통한 전체적인 제조공정시간이 단축은 물론이고 특히 태양전지와 같은 소자의 제조효율을 증가시키는 장점이 있다.

도 5a 내지 5c는 각각 본 발명에 따른 평판표시장치의 제조를 위한 기판의 박막처리장치 중 제1전극(P1)과 제2전극(P2)의 응용 배치 구성을 나타낸 배면도로서, 기본적으로 사각 형태를 가지는 제1전극(P1)과 제2전극(P2)이 분사홀(62)을 사이에 두고 교대로 배치되는 형상이다.

먼저 도 5a는 완전한 사각형태를 가지는 제1전극(P1)과 제2전극(P2)이 분사홀(62)을 사이에 두고 타 전극을 감싸는 형태로 구성되는 것이 특징이고, 도 5b는 상기 도 5a의 구성 형태에서 각각의 전극 중 한 쌍의 서로 마주보는 두 변의 중심부분이 개방되어 도면에서 볼 때 수직방향으로 통로가 형성되듯이 전극(P1, P2)이 구성된 형태이고, 도 5c는 상기 도 5b의 구성형태에서 또다른 서로 마주보는 두 변, 즉 두쌍의 서로 마주보는 두변의 중심부분이 모두 개방되어 도면에서 볼 때 수직방향 및 수평 방향으로 통로가 형성되듯이 구성된 전극(P1, P2)이 구성된 형태를 가진다.

아울러 도 6은 본 발명에 따른 평판 표시장치의 제조를 위한 기판의 박막처리장치에서 상기 제1전극(P1)과 제2전극(P2)의 응용을 보여주는 단면도로서, 상기 각 전극(P1,P2)의 단면 형태(도 4의 I-I 방향으로의 절단형태이다.)를 이미 실시예로 제시한 삼각형상이 아니라 사각형 및 사다리꼴 등으로 다양하게 구성할 수 있음을 설명한다.

도 6의 (a), (b)를 보면, 각각 사다리꼴의 단면을 가진 전극을 나타내고 있으며, 상기 분사홀(도 2의 62)을 통한 반응가스의 출구가 삼각형의 단면을 가지도록 형성된 전극에 비해 더욱 좁아지게 되므로 반응가스의 방출 속도가 더욱 빨라지 는 효과를 제공하게 된다. 즉, 본 발명의 박막처리장치는 상기 제1,제2전극(P1,P2)의 형태 변경을 통해 반응가스의 분사속도까지 제어할 수 있는 장점이 있으며, 도시된 도 6에서는 (a) 보다 (b)의 전극 형태가 반응가스의 최종 분사구 간격이 더욱 좁으므로 더욱 고속의 분사가 가능하다.

물론 본 발명에 따른 상기 제1전극(P1)과 제2전극(P2)의 단면 형태는 상기 예시에 국한되지 않고 반원형, 모서리가 둥근 사각형 등 다양한 형태로 실시가 가능하며, 또한 상기 제1전극(P1)과 제2전극(P2)의 단면 형태는 삼각형 또는 사다리꼴 형태와 같이 상기 스테이지(70)와 가까울수록 서로 이격거리가 더욱 커지는 형태인 것이 가장 바람직하다.

도 1은 일반적인 평판표시장치의 제조를 위한 챔버형 박막처리장치를 개략적으로 나타낸 단면도

도 2는 본 발명에 따른 평판 표시장치의 제조를 위한 기판의 박막처리장치를 설명하기 위한 단면도

도 3은 본 발명에 따른 평판 표시장치의 제조를 위한 기판의 박막처리장치 중 제1전극(P1) 및 제2전극(P2)의 구성의 특징을 설명하기 위한 부분 단면도

도 4는 본 발명에 따른 평판 표시장치의 제조를 위한 기판의 박막처리장치 중 제1전극(P1) 및 제2전극(P2)의 구성의 특징을 설명하기 위한 배면도

도 5a 내지 5c는 각각 본 발명에 따른 평판표시장치의 제조를 위한 기판의 박막처리장치 중 제1전극(P1)과 제2전극(P2)의 응용 배치 구성을 나타낸 배면도

도 6은 본 발명에 따른 평판 표시장치의 제조를 위한 기판의 박막처리장치 중 제1전극(P1) 및 제2전극(P2)의 응용을 설명하기 위한 전극단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

50 : 챔버　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　52 : 가스주입구

60 : 가스분사판　　　　　　　　　　　　　　62 : 분사홀

64 : 절연체　　　　　　　　　　　　　　　　　　70 : 스테이지

80 : 기판　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　P1, P2 : 제1,제2전극

G1, G2 : 제1,제2전압원

Claims (11)

1. 챔버와;

   상기 챔버의 상부에 구성되며 반응가스가 유입되는 가스주입구와;

   상기 챔버로 유입된 상기 반응가스를 하부로 분사하기 위한 다수의 분사홀이 형성된 가스분사판과;

   상기 가스분사판의 하면에 구성되며 서로 이격하는 다수의 제1전극 및 서로 이격하는 다수의 제2전극과;

   상기 가스분사판과 상기 다수의 제1전극 사이 및 상기 가스분사판과 상기 다수의 제2전극 사이에 구성되는 절연체와;

   상기 다수의 제1전극 및 다수의 제2전극의 하부에 구성되며 기판이 안착되는 스테이지와;

   상기 다수의 제1전극 및 다수의 제2전극 각각에 고전압을 공급하기 위한 제1전압원 및 제2전압원과;

   상기 제1전압원 및 제2전압원에서 출력되는 전압의 위상을 제어하기 위한 위상조절기를 포함하고,

   상기 다수의 제1전극과 상기 다수의 제2전극은 서로 교번되게 배치되며 상기 분사홀을 중심으로 이격되고, 상기 다수의 제1전극과 상기 다수의 제2전극 각각의 단면 형태는 상기 스테이지와 가까울수록 서로 이격거리가 더욱 커지는 형태인 것을 특징으로 하는 기판의 박막처리장치
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 제 1 항에 있어서,

   상기 제1전압원과 상기 제2전압원은 서로 동일한 주파수를 가지며 서로 다른 위상을 가진 전압 신호가 각각 출력되는 것을 특징으로 하는 기판의 박막처리장치　
7. 청구항 제 1 항에 있어서,

   상기 절연체의 단면적은 상기 다수의 제1전극 및 상기 다수의 제2전극 각각의 단면적보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 기판의 박막처리장치
8. 청구항 제 1 항에 있어서,

   상기 다수의 제1전극과 다수의 제2전극은 각각 일자 형태이고, 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 기판의 박막처리장치
9. 삭제
10. 청구항 제 1 항에 있어서,

    상기 다수의 제1전극과 다수의 제2전극은 각각 한 쌍의 서로 마주보는 두 변의 중심부가 개방된 사각형태인 것을 특징으로 하는 기판의 박막처리장치
11. 청구항 제 1 항에 있어서,

    상기 다수의 제1전극과 다수의 제2전극은 각각 두 쌍의 서로 마주보는 두 변의 중심부가 개방된 사각형태인 것을 특징으로 하는 기판의 박막처리장치

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