KR102388721B1 - 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치 - Google Patents
플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 마스크 프레임 조립체와 증착챔버 내벽 간의 간격(dw)이 마스크 프레임 조립체와 샤워헤드 간의 간격(ds) 보다 큰(dw>ds) 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치를 개시한다.
Description
본 발명의 실시예들은 공정가스의 플라즈마를 발생시켜서 대상체 표면에 박막을 증착하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
예컨대 유기 발광 디스플레이 장치의 박막 형성과 같은 박막 제조 공정에는 플라즈마를 이용하여 대상체 표면에 박막을 형성하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 공정이 많이 이용된다. 즉, 기판에 마스크를 대고 그 위에 공정가스의 플라즈마를 발생시킴으로써, 마스크의 개구 패턴을 따라 기판 상에 플라즈마 화학 반응에 의한 박막이 증착되게 하는 것이다. 따라서, 얼마나 안정적으로 플라즈마를 형성하고 유지하는가가 박막 품질에 큰 영향을 미치게 된다.
그런데, 이와 같은 플라즈마 강화 화학 기상 증착 공정을 진행하다보면, 뜻하지 않은 곳에서 이상방전 현상이 발생할 수 있다. 즉, 플라즈마 강화 화학 기상 증착공정 자체가 고전압 방전을 이용하는 공정이기 때문에, 장치 내의 고립된 도전체에 전하가 충전될 수 있고, 그것이 임계치를 넘으면 일명 기생 플라즈마라고 하는 이상방전이 일어날 가능성이 있다. 만일 이렇게 이상방전에 의한 기생 플라즈마가 발생하게 되면, 증착을 위한 본래 플라즈마의 안정적인 형성과 유지에 큰 장애가 생겨서 결국 박막 품질이 크게 저하되는 문제가 생긴다.
본 발명의 실시예들은 이상 방전현상에 의한 기생 플라즈마 발생을 억제할 수 있도록 개선된 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 증착챔버와, 상기 증착챔버 내에서 증착 대상체인 기판을 지지하는 서셉터와, 상기 기판에 대한 증착 영역을 규제해주는 마스크 프레임 조립체 및, 상기 기판에 증착될 플라즈마 형성을 위한 공정가스를 상기 증착챔버 내에 공급하는 샤워헤드를 포함하며, 상기 마스크 프레임 조립체와 상기 증착챔버 내벽 간의 간격(dw)이 상기 마스크 프레임 조립체와 상기 샤워헤드 간의 간격(ds) 보다 큰(dw>ds) 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치를 제공한다.
상기 마스크 프레임 조립체는, 상기 플라즈마에 의한 증착이 이루어지도록 개방된 개구가 있는 마스크와, 상기 마스크의 가장자리에 결합된 섀도우프레임을 포함할 수 있다.
상기 섀도우프레임의 단부가 상기 마스크의 단부보다 상기 증착챔버의 내벽 쪽으로 더 돌출될 수 있다.
상기 섀도우프레임 단부와 상기 증착챔버 내벽과의 간격 및 상기 마스크 단부와 상기 증착챔버 내벽과의 간격이 서로 같을 수 있다.
상기 서셉터는 접지될 수 있다.
상기 서셉터에는 상기 마스크 프레임 조립체가 안착되는 안착돌기가 더 구비될 수 있다.
상기 안착돌기는 절연체를 포함할 수 있다.
상기 안착돌기는 도전체를 포함할 수 있다.
상기 마스크 프레임 조립체의 표면에 코팅층이 구비될 수 있다.
상기 코팅층은 세라믹 재질을 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치는 기생 플라즈마의 발생을 억제하여 증착을 위한 본래 플라즈마의 안정적인 형성과 유지를 보장해주므로, 이를 사용하면 박막의 증착 품질을 높일 수 있고 장치의 신뢰도도 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치에서 증착챔버 내벽과 마스크 프레임 조립체와의 인접부위를 확대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 관한 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치에서 증착챔버 내벽과 마스크 프레임 조립체와의 인접부위를 확대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 관한 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치의 구조를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치에서 증착챔버 내벽과 마스크 프레임 조립체 단부의 근접 영역을 확대한 것이다.
도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치는, 증착챔버(500) 내에서 기판(10)을 지지하는 서셉터(200)와, 상기 기판(10)에 원하는 증착막이 형성되도록 증착 영역을 규제해주는 개구가 형성된 마스크(310) 및 그 마스크(310)의 가장자리부에 결합된 섀도우 프레임(320)을 포함한 마스크 프레임 조립체(300)와, 상기 기판(10) 상에 플라즈마가 형성되도록 공정가스를 공급하는 샤워헤드(100) 등을 구비하고 있다. 상기 샤워헤드(100)는 공정가스를 분출하는 샤워플레이트(110)와, RF(radio frequency) 전원(400)으로부터 전압이 인가되는 플라즈마전극(120)을 구비한다.
따라서, 증착챔버(500) 내에서 상기 샤워헤드(100)를 통해 공정가스가 분출되면서 RF전압이 인가되면, 샤워헤드(100)와 기판(10) 사이에 플라즈마가 형성되며, 그렇게 형성된 플라즈마는 마스크(310)의 개구를 통해 노출된 기판(10) 표면에 증착되어 박막을 형성하게 된다. 그리고, 증착에 사용되지 않는 플라즈마 잔여물은 배기구(510)를 통해 배출된다.
참조부호 210은 상기 마스크 프레임 조립체(300)가 안착되도록 서셉터(200)에 마련된 안착돌기를 나타낸다. 여기서, 상기 서셉터(200)는 접지되어 있고 상기 안착돌기(210)는 절연체로 구성된다.
한편, 상기 마스크 프레임 조립체(300)를 구성하는 마스크(310)와 섀도우프레임(320)은 모두 금속 재질이고, 이 마스크 프레임 조립체(300)와 직접 접촉하는 안착돌기(210)는 절연체이기 때문에, 플라즈마 생성 환경에서 마스크 프레임 조립체(300)에 전하가 충전될 수 있다. 이렇게 충전된 전하가 방전되면 바로 전술한 기생플라즈마가 발생할 수 있는데, 이를 억제하기 위해 본 실시예에서는 마스크 프레임 조립체(300)와 증착챔버(500) 내벽(501)과의 간격(dw)을 마스크 프레임 조립체(300)와 샤워헤드(100)와 의 간격(ds) 보다 크게(dw>ds) 형성한다. 이것은 플라즈마 발생을 샤워헤드(100)와 기판(10) 사이[또는 샤워헤드(100)와 마스크 프레임 조립체(300) 사이]의 공간에 집중시키고, 다른 곳에서는 플라즈마가 잘 발생하지 않도록 하는데 유효한 구조가 된다.
즉, 쿨롱의 법칙에 따르면 전하를 가진 두 물체 사이에 작용하는 힘의 크기는 거리의 제곱에 반비례한다. 따라서, 본래 의도된 플라즈마 형성 공간인 샤워헤드(100)와 기판(10) 사이[또는 샤워헤드(100)와 마스크 프레임 조립체(300) 사이]의 간격(ds)을 좁게 하고, 기생 플라즈마 발생이 우려되는 마스크 프레임 조립체(300)와 증착챔버(500) 내벽(501)과의 간격(dw)을 그보다 크게(dw>ds) 만들면, 도 2의 ds의 공간에서만 플라즈마가 발생하고 dw 공간에서는 기생 플라즈마가 거의 발생하지 않게 된다.
그리고, 이렇게 기생 플라즈마의 발생이 억제되면, 증착을 위한 본래 플라즈마의 안정적인 형성과 유지가 보장되므로, 박막의 증착 품질 및 장치의 신뢰도 향상을 기대할 수 있게 된다. 즉, 상기와 같은 요소간 간격 개선을 통해 공정 불량을 억제하고 제품의 품질을 대폭 향상시킬 수 있게 된다.
이와 같은 구조의 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치는 다음과 같이 사용될 수 있다.
우선, 도 1과 같이 증착챔버(500) 안의 서셉터(200) 위에 기판(10)과 마스크 프레임 조립체(300)를 설치한다. 이때, 기판(10)은 서셉터(200)의 안착돌기(210) 위에 놓이게 되며, 기판(10)의 샤워헤드(100)와 대면하는 면 위에 상기 마스크 프레임 조립체(300)가 설치된다.
이 상태에서 샤워헤드(100)의 샤워플레이트(110)로부터 예컨대 NF3와 같은 공정가스가 분출되고 플라즈마전극(120)에 RF전압이 인가되면, 기판(10)과 샤워헤드(100) 사이인 ds 공간에 플라즈마가 형성되며, 그 플라즈마가 마스크(310)의 개구를 통해 노출된 기판(10) 표면과 화학적으로 반응하면서 박막을 형성하게 된다. 이러한 박막의 예로는 유기 발광 표시 장치의 절연막이나 대향전극 등이 될 수 있다.
그리고, 이렇게 플라즈마가 형성되어 증착이 진행되는 동안, 마스크 프레임 조립체(300)와 증착챔버(500)의 내벽(501) 사이인 dw 공간에서는 전술한 쿨롱의 법칙에 의해 플라즈마가 거의 생기지 않게 된다. 즉, 기생 플라즈마가 거의 생기지 않게 되므로 증착을 위한 본래 플라즈마의 안정적인 형성과 유지가 보장될 수 있으며, 결과적으로 작업공정과 제품 품질이 모두 안정화될 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치는 다양한 변형이 가능하다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 마스크 프레임 조립체(300)의 마스크(310)와 섀도우프레임(320)의 단부를 일치시킬 수도 있다. 즉, 전술한 실시예에서는 섀도우프레임(320)이 마스크(310) 보다 증착챔버(500)의 내벽(501) 쪽으로 더 돌출된 일반적인 구조였는데, 본 구조와 같이 단부를 일치시키면, 섀도우프레임(320)과 내벽(501) 간의 간격이 마스크(310)와 내벽(501) 간의 간격과 같아져서 dw 간격은 상대적으로 더 커지게 된다. 그러면, 기생 플라즈마 억제 효과를 더 높일 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 마스크 프레임 조립체(300)의 표면 즉, 샤워헤드(100)와 대면하는 면에 세라믹 재질의 코팅층(330)을 형성할 수도 있다. 금속 재질인 마스크 프레임 조립체(300)의 Fe 성분은 공정가스의 NF3 라디칼과 반응하여 부식이 일어날 수 있기 때문에, 세라믹 코팅층(330)을 형성해두면 마스크 프레임 조립체(300)의 수명을 향상시킬 수 있다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이 상기한 서셉터(200) 상의 안착돌기(210a)를 절연체가 아닌 도전체로 구성할 수도 있다. 그러면, 마스크 프레임 조립체(300)에 충전될 전하가 안착돌기(210a)를 통해 접지상태인 서셉터(200)로 빠져나가기 때문에, 기생 플라즈마 발생의 위험을 더욱 줄일 수 있게 된다.
그러므로, 이상에서 설명한 바와 같은 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치를 사용하면, 기생 플라즈마의 발생이 억제되어 증착을 위한 본래 플라즈마의 안정적인 형성과 유지가 보장되며, 따라서 박막의 증착 품질과 장치의 신뢰도를 모두 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 샤워헤드 110: 샤워플레이트
120: 플라즈마전극 200: 서셉터
210: 안착돌기 300: 마스크 프레임 조립체
310: 마스크 320: 섀도우프레임
330: 코팅층 400: RF전원
500: 증착챔버 510: 배기구
120: 플라즈마전극 200: 서셉터
210: 안착돌기 300: 마스크 프레임 조립체
310: 마스크 320: 섀도우프레임
330: 코팅층 400: RF전원
500: 증착챔버 510: 배기구
Claims (10)
- 증착챔버와, 상기 증착챔버 내에서 증착 대상체인 기판을 지지하는 서셉터와, 상기 기판에 대한 증착 영역을 규제해주는 마스크 프레임 조립체 및, 상기 기판에 증착될 플라즈마 형성을 위한 공정가스를 상기 증착챔버 내에 공급하는 샤워헤드를 포함하며,
상기 마스크 프레임 조립체와 상기 증착챔버 내벽 간의 간격(dw)이 상기 마스크 프레임 조립체와 상기 샤워헤드 간의 간격(ds) 보다 큰(dw>ds) 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 마스크 프레임 조립체는, 상기 플라즈마에 의한 증착이 이루어지도록 개방된 개구가 있는 마스크와, 상기 마스크의 가장자리에 결합된 섀도우프레임을 포함하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 섀도우프레임의 단부가 상기 마스크의 단부보다 상기 증착챔버의 내벽 쪽으로 더 돌출된 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 섀도우프레임 단부와 상기 증착챔버 내벽과의 간격 및 상기 마스크 단부와 상기 증착챔버 내벽과의 간격이 서로 같은 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 서셉터는 접지된 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 서셉터에는 상기 마스크 프레임 조립체가 안착되는 안착돌기가 더 구비된 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치.
- 제 6 항에 있어서,
상기 안착돌기는 절연체를 포함하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치.
- 제 6 항에 있어서,
상기 안착돌기는 도전체를 포함하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 마스크 프레임 조립체의 표면에 코팅층이 구비된 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 코팅층은 세라믹 재질을 포함하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치.
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| KR1020150178526A KR102388721B1 (ko) | 2015-12-14 | 2015-12-14 | 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치 |
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2015
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Patent Citations (1)
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