KR20020001565A

KR20020001565A - Ｃｖｄ장치

Info

Publication number: KR20020001565A
Application number: KR1020010035712A
Authority: KR
Inventors: 고상태
Original assignee: 니시히라 순지; 아네르바 가부시키가이샤
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2002-01-09
Also published as: US20010054382A1; TW527436B; KR100767294B1; US6427623B2

Abstract

복수의 관통구멍을 갖는 유전성 격벽부에 의해 진공용기내부가 플라즈마 생성공간과 성막처리공간으로 격리되고, 플라즈마 생성공간에서 생성된 활성종이 격벽부 관통구멍을 통해서만 생막처리공간에 도입됨과 동시에, 격벽부에서 공급된 재료가스가 플라즈마 생성공간에서 격리되고 또 성막처리공간과 복수의 확산구멍을 통하여 통해 있는 격벽부의 내부공간 및 상기 확산구멍을 통하여 성막처리공간에 도입되고, 이와같이 성막처리공간에 도입된 활성막과 재료가스로 기판에 성막을 행하는 CVD장치.

상기 CVD장치에 있어서, 도전성 격벽부(14)의 관통구멍(25)은 성막처리공간(16)측 구멍의 직경이 플라즈마생성공간(15)측 구멍의 직경과 동등 또는 크게 되도록 형성되어 있다.

또, 관통구멍(25)은 도전성 격벽부(14)에서 독립한 구조체(30)에 의해 형성되어 있다.

Description

ＣＶＤ장치{CVD APPARATUS}

본 발명은 화학증착(Chemical Vapor Deposition)(본 명세서에서는「CVD」라함)에 관한 것이고, 보다 상세하게는 대형 플랫패널기판에의 성막에 적합한 CVD장치에 관한 것이다.

액정 디스플레이의 제작방법으로서 종래 고온폴리실리콘형 TFT(박막트랜지스터)를 이용하는 것과, 저온폴리실리콘형 TFT를 이용하는 것이 알려져 있다. 고온폴리실리콘형 TFT를 이용하는 제작방법에서는 고품질의 실리콘산화막을 얻기 위하여 1000℃이상의 고온에 견디는 석영기판이 사용되고 있었다. 이에 대하여 저온폴리실리콘형 TFT의 제작에 있어서는 통상의 TFT용 유리기판을 사용하기 때문에 저온환경(가령 400℃)에서 성막을 행할 필요가 있다. 저온 폴리실리콜형 TFT를 이용하여 액정디스플레이를 제작하는 방법은 특별한 기판을 이용할 필요는 없고, 근년 실용화되어 그 생산량이 확대해 가고 있다.

저온 실리콘형 TFT를 이용하는 액정디스플레이 제작에서 저온으로 게이트절연막으로 적당한 실리콘산화막을 성막할 경우, 플라즈마 CVD가 사용된다.

이 플라즈마 CVD로 실리콘산화막을 성막할때, 대표적 재료가스로서는 실란, 테트라에톡시실란(TEOS)등이 사용된다.

재료가스로서 실란 등을 사용하여 플라즈마에 의한 CVD로 실리콘산화막을 성막할 경우, 종래의 플라즈마 CVD장치에 의하면, 기판의 전면공간에 재료가스와 산소등을 도입하고 재료가스와 산소의 혼합가스로 플라즈마를 생성하고, 그 플라즈마에 대하여 기판을 노출시킴으로써 그 기판표면상에 실리콘산화막을 형성하도록 하고 있었다. 이와 같이 종래의 플라즈마 CVD장치는 재료가스가 플라즈마 CVD장치내에 생성된 플라즈마중에 직접적으로 공급하도록 구성되어 있었다. 이때문에, 종래의 플라즈마 CVD장치의 구성에 의하면, 기판의 전면공간에 존재하는 플라즈마에서 기판의 성막면에 대하여 고에너지 이온이 입사하고, 실리콘산화막에 손상을 주어 막특성이 악화되는 문제가 존재하였다. 또한 플라즈마중에 재료가스가 직접적으로 도입되기 때문에, 재료가스와 플라즈마가 심하게 반응하여 미립자가 발생하고 이에 의해 회수율이 저하되는 문제도 있었다.

그래서, 상기 문제를 해결하기 위하여 앞서 출원한 일본 특개평 2000-345349호에 의해 종래부터 있는 플라즈마 CVD장치의 개선이 시도되고, 새로운 CVD장치가 제안되어 있다.

이 일본 특개평 2000-345349호에 제안된 CVD장치는 진공용기내에서 플라즈마를 생성하여 활성종(래디컬)을 발생시키고, 이 활성종과 재료가스로 기판에 성막처리를 행하는 장치이다. 진공용기에는 진공용기 내부를 2실로 격리하는 도전성 격벽부가 설치되어 있다. 이들 2실중, 한쪽 실의 내부는 고주파 전극이 배치된 플라즈마 생성공간으로 형성되고, 다른쪽 실의 내부는 기판을 탑재하는 기판유지기구가 배치된 성막처리공간으로 형성된다. 이 도전성 격벽부는 플라즈마 생성공간과 성막처리공간을 통하게 하는 복수의 관통구멍을 가지고 있음과 동시에 플라즈마 생성공간과 격리되고 또, 성막처리공간과 복수의 확산구멍을 통하여 통해져 있는 내부공간을 가지고 있다. 이 도전성 격벽부의 내부공간에 외부로부터 공급된 재료가스가 복수의 확산구멍을 통하여 상기 성막처리공간에 도입된다. 한편, 플라즈마 생성공간에서 생성된 활성종은 도전성 격벽부에 형성된 복수의 관통구멍을 통하여 성막처리공간에 도입된다. 여기서, 상기 관통구멍 및 확산구멍 크기(길이와 자름등)·구조는 관통구멍에 관하여는 성막처리공간에 도입된 재료가스가 플라즈마 생성공간에 역확산하지 않는 크기(길이와 직경등)·구조로 확산구멍에 관하여는 성막처리공간에 도입된 활성종이 도전성 격벽부의내부공간에 역확산 하지 않는 크기(길이와 직경등)·구조로 되어 있다.

이 일본 특개평 2000-345349호로 제안된 CVD장치에 의해 유리기판상에 성막된 실리콘산화막의 막특성 악화를 방지하고, 제품회수율 개선을 도모할 수 있다.

그러나, 일본 특개평 2000-345349호로 제안된 CVD장치에 의해 370mm×470mm라는 대면적의 유리기판상에 실리콘산화막을 성막하면, 실리콘산화막의 막두께, 막질 모두, 그들의 균일성면에 있어서 불충분해지는 수가 있었다. 이는 도 5에 확대도시한 일본 특개평 2000-345349호로 제안한 CVD장치의 도전성 격벽부(14)에 있어서는 도전성 격벽부(14)에 의해 분할된 플라즈마 생성공간(15)측과 성막처리공간(16)측을 통하여 하는 관통구멍(25)의 플라즈마 생성공간(15)측 개구부의 내부공간(32)에서 국부적 이상방전(홀로캐소드방전)이 유발됨으로써 플라즈마가 불안정한 상태가 되는 일이 있었기 때문이라 생각된다.

또, 상기와 같이 대면적 기판상에 성막된 실리콘 산화막의 막질, 막두께의 균일성을 좌우하는 도전성 격벽부 관통구멍은 재료가스가 충분한 도전성 격벽부의 내부공간으로부터의 가스누출방지나, 관통구멍부에서의 이상방전방지, 또한 양호한 중성의 여기종의 수송 등을 실현시키는 중요한 기능을 갖게하기 위하여 제작상의 정교성이 가장 요구되는 부분이다.

그래서, 일본 특개평 2000-345349호로 제안된 CVD장치에 대하여 기판상에 성막되는 막두께의 균일성 향상이란 성능면은 물론, 최적의 관통구멍의 구조 및 제작수단의 충분한 검토를 가할 여지가 남아 있다.

본 발명의 목적은 저온폴리실리콘형 TFT를 이용한 대형액정 디스플레이 제작등으로 플라즈마에 의해 생성된 여기종을 이용하는 CVD에 의거하여 실란등의 재료가스를 이용하여 실리콘 산화막 등을 대면적 기판에 성막할 경우에 있어서, 재료가스의 플라즈마 생성영역으로 역확산등을 방지한 일본 특개평 2000-345349호로 새로이 제안한 상기 CVD장치에 대하여 플라즈마의 안정성을 높임으로써 높은 제품회수율을 유지하고, 또 안정적으로 연속가동됨으로써 대면적에걸쳐 막두께 및 막질이 균일한 성막을 가능하게 하는 CVD장치를 제공함에 있다.

또한, 재료가스가 충만한 도전성 격벽부로부터의 가수누출방지, 플라즈마생성공간측으로부터 성막처리공간 측으로 통하는 관통구멍부에서의 이상방전 방지, 플라즈마 생성공간측으로부터 성막처리공간측으로 효율적인 중성의 여기종의 수송 등, 관통구멍을 중심으로 한 도전성 격벽부가 달성해야할 많은 기능을 안정적으로 유지할 수 있는 CVD장치를 제공함에 있다.

본 발명에 관한 CVD장치는 상기 목적을 달성하기 위하여 다음 구조를 취한다.

즉, 본 발명에 관한 CVD장치는 진공용기내에서 플라즈마를 생성하여 활성종을 발생시키고, 이 활성종과 재료가스로 기판상에 성막을 행하는 CVD장치이다. 진공용기에는 그 내부를 2실로 격리하는 도전성 격리부가 진공용기내에 설치되어 있고,격리된 상기 2실중, 한쪽실의 내부는 고주파 전극이 배치된 플라즈마 생성공간으로서, 다른쪽 실의 내부는 기판을 탑재한 기판유지기구가 배치된 성막처리공간으로서 각각 형성되어 있다. 상기 도전성 격벽부는 상기 플라즈마 생성공간과 상기 성막처리공간을 통과시키는 복수의 관통구멍을 가짐과 동시에, 상기 플라즈마 생성공간에서 격리되고 또 상기 성막처리공간과 복수의 확산구멍을 통하여 통해 있는 내부공간을 가지고 있다. 그리고, 상기 도전성 격벽부의 내부공간에 외부로부터 공급된 재료가스가 상기 복수의 확산구멍을 통하여 상기 성막처리공간에 도입되고, 상기 고주파전극에 고주파 전력을 인가하여 상기 플라즈마 생성공간에서 플라즈마방전을 발생시킴으로써 상기 플라즈마 생성공간에서 생성된 상기 활성종이 상기 도전성 격벽부의 복수의 관통구멍을 통하여 상기 성막처리공간에 도입되는 CVD장치이다.

이 CVD장치는 산소가스를 이용하여 플라즈마를 생성하고, 실란등의 재료가스를 이용하여 기판표면에 박막을 퇴적하는 구성에 있어서, 처리실인 진공용기의 내부공간을 도전성 격벽부로 격리함으로써 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성공간과 성막처리공간으로 분리하고, 성막처리공간에 배치된 기판의 처리표면이 플라즈마에 노출되지 않는 구성이 채용되고 있다. 또, 도전성 격벽부에 의해 격리되어 있음으로써 성막처리공간에 도입된 재료가스가 플라즈마 생성공간측으로 이동하는 것이 충분히 제한된다. 즉, 도전성 격벽부에는 복수의 관통구멍이 형성되고, 도전성 격벽부 양측의 플라즈마 생성공간과, 성막처리공간은 관통구멍을 통해서만 연결되어 있으나, 그 관통구멍에 관해서는 성막처리공간에 도입된 재료가스가 플라즈마 생성공간측으로 역확산 되는 것을 방지하는 크기·구조가 채용되고 있다.

이 관통구멍에 적용되어 있는 크기·구조는 앞서 출원된 일본 특개평 2000-345349호에 있어서 제안하고 있는 것으로, 플라즈마 생성공간에 도입되어 활성종을 생성하여 성막에 기여하는 가스, 가령 산소 가스의 관통구멍내에서의 가스 유속을 u, 실질적인 관통구멍 길이를 L(도3, 도4에 도시, 또 이 경우의 L은 관통구멍 직경이 최소부분에 있어서의 관통구멍 길이이다.) 상호가스획산계수, 즉 2종의 가스(즉 재료가스, 가령 실란가스, 플라즈마 생성공간에 도입되어 활성종을 생성해서 성막에 기여하는 가스, 가령 산소)의 상호가스확산계수를 D로 할때, uL/D>1의 조건이만족되는 것이다. 또, 확산구멍에도 관통구멍에 적용되어 있는 상기 조건이 적용되게 해두면 성막처리공간에 도입된 활성종이 격벽부의 내부공간내로 역확산되는 것을 방지하는 데 효과적이고, 본 발명의 CVD장치에 있어서의 격벽부의 관통구멍, 확산구멍은 상기 조건을 만족시키도록 형성되어 있다.

본 발명의 CVD장치의 특징은 상기 CVD장치에 있어서 상기 관통구멍은 성막처리공간측의 구멍의 직경이 플라즈마 생성공간측의 구멍의 직경과 동등 또는 커지도록 형성되어 있는 점에 있다.

여기서, 성막처리공간측의 구멍의 직경이 플라즈마생성 공간측의 구멍의 직경과 동등 또는 크게 되도록 형성되어 있는 관통구멍의 형상은 플라즈마 생성공간측으로부터 성막처리공간측을 향하는 원통형상, 또는 플라즈마 생성공간측으로부터 성막처리 공간측을 향하는 원통상 부분과 그 원통상 부분에 연속하여 직경 확대하는 원추상 부분으로 되는 형상 또는 플라즈마 생성공간측으로부터 성막처리공간측을 향하는 원통상부분과 그 원통상 부분에 연속하여 직경 확대하는 원추상부분과 그 원추상부분에 연속되어 있는 직경이 큰 원통상 부분으로 되는 형상 등을 채용할 수 있다.

상기 관통구멍을 상기와 같은 특징적 형상으로 함으로써 홀로캐소드 방전 조건을 만족하는 부분을 배제할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마의 안정성을 높임과 동시에, 플라즈마 생성공간측으로부터 성막처리공간측으로 통하는 관통구멍부의 플라즈마 생성공간측에서의 이상방전을 방지할 수 있고, 플라즈마 생성공간측으로부터 성막처리공간측으로의 효율적인 중성의 여기종의 수송을 도모할 수 있다. 그래서,대면적에 걸쳐 막두께 및 막질이 균일한 성막을 가능케하면서 안정적인 연속가동을 실현하여 높은 스루풋을 달성할 수 있다.

가령, 종래의 플라즈마 CVD장치에 있어서 달성되고 있던 일반적인 막두께분포는 ±10%∼15%였으나, 본 발명의 CVD장치에 의하면 370mm×470mm의 유리기판으로 이같은 종래의 것보다 좋은 ±5.2%의 막두께 분포를 얻을 수 있었다(실리콘 산화막 두께: 200nm).

또, 상기 본 발명의 CVD장치에 있어서, 상기 관통구멍은 상기 도전성 격벽부에서 독립된 구조체에 의해 형성할 수 있다. 이에 의해 관통구멍을 정밀하고 또 저비용으로 제작할 수 있다.

도 1은 본 발명의 CVD장치의 제 1실시형태를 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명의 CVD장치의 제 2실시형태를 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명의 CVD장치의 격벽부의 단면방향에서 본 내부구조의 개략확대도,

도 4은 본 발명의 CVD장치의 격벽부의 다른 실시형태의 단면방향에서 본 내부구조의 개략확대도,

도 5는 타 발명의 CVD장치에 있어서 격벽부의 단면방향에서 본 내부구조의 개략확대도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10:부착나사 11:유리기판

12:진공용기 12a:상부용기

12b:하부용기 12b-1:배기포트

13:배기기구 14:격벽부

15:플라즈마 생성공간 16:성막처리공간

17:기판유지기구 18:히터

19:플라즈마 20:전극

20a:전극구멍 21a,21b,21c:절연부재

22:도전재 고정부 23a:산소가스도입파이프

23b:클리닝가스도입파이프 24:내부공간

25:관통구멍 26:확산구멍

27a:상부판 27b:균일판

27c:하부판 28:재료가스도입파이프

29:전력도입봉 30:구조체

31:절연물 41:접지전위

실시예

이하에, 본 발명의 적합한 실시형태를 첨부도면에 의거하여 설명한다.

도 1, 도 2를 참조하여 본 발명에 관한 CVD장치의 실시형태를 설명한다. 도 1, 도 2에 있어서, 이 CVD장치는 바람직하게는 실란을 재료가스로 사용하여 통상의 TFT용 유리기판(11)의 상면에 실리콘산화막을 게이트 절연막으로 성막한다. CVD장치의 용기(12)는 성막처리를 행할 때, 배기기구(13)에 의해 그 내부가 소망하는 진공상태로 유지되는 진공용기이다. 배기기구(13)는 진공용기(12)에 형성된 배기포트(12b-1)에 접속되어 있다.

진공용기(12)내부에는 수평상태로 도전성 부재로 제작된 격벽부(14)가 설치되어 있고, 평면형상이 가령 구형의 격벽부(14)는 그 주연부가 도전재 고정부(22)의 하면에 가압되어 밀폐상태를 형성하도록 배치되어 있다.

이리하여 진공용기(12)의 내부는 격벽부(14)에 의해 상하의 2실로 격리되어 상측의 실은 플라즈마 생성공간(15)을 형성하고, 하측의 실은 성막처리공간(16)을 형성한다. 격벽부(14)는 소망하는 특정 두께를 가지고, 또, 전체적으로 평판상의 형태를 가지며, 또한 진공용기(12)의 수평면 형상에 유사한 평면형상을 갖는다. 격벽부(14)에는 내부공간(24)이 형성되어 있다.

유리기판(11)은 성막처리공간(16)에 설치된 기판유지기구(17)상에 배치되어 있다. 유리기판(11)은 격벽부(14)에 실질적으로 평행으로서, 그 성막면(상면)이 격벽부(14)의 하면에 대향하도록 배치되어 있다.

기판유지기구(17)의 전위는 진공용기(12)와 같은 전위인 접지전위(41)로 유지된다. 또한, 기판유지기구(17)의 내부에는 히터(18)가 설치되어 있다. 이 히터(18)에 의해 유리기판(11)의 온도는 소정온도로 유지된다.

진공용기(12)의 구조를 설명한다. 진공용기(12)는 그 조립성을 양호하게 하는 관점에서 플라즈마 생성공간(15)을 형성하는 상부용기(12a)와, 성막처리공간(16)을 형성하는 하부용기(12b)로 구성된다. 상부용기(12a)와 하부용기(12b)를 조합시켜서, 진공용기(12)을 만들때, 양자사이의 위치에 격벽부(14)가 설치된다. 격벽부(14)는 그 주연부가 진공용기(12)와 동전위로 되어 있는 도전재 고정부(22)에 접촉하도록 부착된다. 이에 따라, 격벽부(14)의 상측과 하측으로 격리된 플라즈마 생성공간(15)과 성막처리공간(16)이 형성된다. 격벽부(14)와 상부용기(12a)에 의해 플라즈마 생성공간(15)이 형성된다.

도 1에 도시된 본 발명에 관한 CVD장치의 제 1실시형태에 있어서는 플라즈마 생성공간(15)에 있어서 플라즈마(19)가 생성되어 있는 영역은 격벽부(14)와 상부용기(12a) 및 이들의 대략 중앙에 배치된 판상의 전극(고주파전극; 20)으로 형성되는 영역이다. 전극(20)에는 복수의 전극구멍(20a)이 형성되어 있다. 전극(20)은 상부용기(12a)의 측부내면을 따라 설치된 2개의 절연부재(21a,21b)에 의해 지지되어 고정된다. 상부용기(12a)의 천정부에는 전극(20)에 접속된 전력도입봉(29)이 설치되어 있다. 전력도입봉(29)에 의해 전극(20)에 방전용 고주파전력이 급전된다. 전극(20)은 고주파 전극으로서 기능한다. 전력도입봉(29)은 절연물(31)로 덮여 있고, 타 금속부품과의 절연이 도모되어 있다.

격벽부(14)는 도전재 고정부(22)를 통하여 접지전위(41)로 되어 있다.

절연부재(21a)에는 외부로부터 플라즈마 생성공간(15)으로 산소가스를 도입하는 산소가스 도입파이프(23a)와, 불화가스 등의 클리닝가스를 도입하는 클리닝가스 도입파이프(23b)가 설치되어 있다.

진공용기(12)의 내부는 격벽부(14)에 의해 플라즈마 생성공간(15)과 성막처리공간(16)으로 격리되나, 격벽부(14)에는 성막처리공간(16)에 도입된 재료가스가 플라즈마생성공간(15)측에 역확산하는 것을 막는 크기(길이와 직경등)·구조의 복수의 관통구멍(25)이 내부공간(24)을 관통하는 상태로 균등하게 형성되어 있고, 이들 관통구멍(25)을 통해서만 플라즈마 생성공간(15)과 성막처리공간(16)은 이어져 있다.

이하, 재료가스가 플라즈마 생성공간에 역확산하지 않는 메카니즘을 설명한다.

본 발명의 CVD장치를 이용하여 박막형성이 행해질 때에는 도시하지 않는 운반로봇에 의해 유리기판(11)이 진공용기(12)의 내부에 반입되고, 기판유지기구(17)상에 배치된다. 진공용기(12)의 내부는 배기기구(13)에 의해 배기되고, 감압되어 소정 진공상태로 유지된다. 다음에, 산소가스도입파이프(23a)를 통하여 산소가스가 진공용기(12)의 플라즈마 생성공간(15)에 도입된다. 이때 산소가스 유량은 외부의 매스플로콘트롤러(mass flow controller; 도시하지 않음)로 제어된다.

한편, 재료가스, 가령, 실란이 재료가스 도입파이프(28)를 통하여 격벽부(14)의 내부공간(24)내에 도입되고, 확산구멍(26)을 통하여 성막처리공간(16)내에 도입되어 간다.

이하의 식 (1),(2)을 사용하여 산소가스의 질량유량(Q_O2)과 압력(P_O2), 및 온도(T)에서 산소의 유량(u)이 구해진다.

Q_O2=ρ_O2uA …(1)

P_O2=ρ_O2RT/M …(2)

여기서, ρ_O2:산소가스 밀도

M:산소분자량

R:보편가스정수

T:절대온도로 표시한 격벽부(14)온도

A:격벽부(14)에 형성된 관통구멍(25)의 총단면적

u:관통구멍(25)을 흐르는 산소가스의 유속

uL/D>1의 관계는 다음과 같이 도출된다.

가령, 관통구멍(25)을 이동하는 산소와 실란의 관계에 관하여 실란가스 밀도(ρ_SiH4), 확산유속(u_SiH4) 및 상호가스확산계수(D_SiH4-02)를 이용하여 하기식(3)이 성립된다.

ρ_SiH4u_SiH4=-D_SiH4-02gradρ_SiH4…(3)

여기서, 관통구멍(25)의 특징적 길이를 L로하면, 식(3)이 식(4)에 근사된다.

ρ_SiH4u_SiH4=-D_SiH4-02p_SiH4/L …(4)

식(4)의 양변을 비교한 결과, 실란의 확산유속(u_SiH4)이 -D_SiH4-02/L로 표시된다. 따라서, 상기 식(1)과 (2)에서 얻어지는 산소유속을 u로 하고, 실란의 확산유속(u_SiH4)을 -D_SiH4-02/L로 할 경우에 이들 두 유속의 절대치의 비 즉, |-u/(-D_SiH4-02/L)|=uL/D_SiH4-02의 값은 산소물질 이동속도와 실란확산속도의 비이고, 이 비 uL/D_SiH4-02를 1이상으로 하는 것을 확산의 유속에 비교해서 산소의 이동속도가 큰 것을 의미한다. 즉, uL/D_SiH4-02의 값을 1이상으로 하는 것을 실란의 확산영향이 적은 것을 의미하고 있다.

다음에, 구체적인 예를 설명한다. 격벽부(14)의 온도를 300℃, 격벽부(14)에 형성된 관통구멍(25)의 직경을 0.5mm, 직경 0.5mm 부분의 길이(L)를 3mm, 관통구멍(25)의 총수를 500개, 산소가스의 가스유량을 500sccm(=표준상태에서 500㎤/min), 성막처리공간(16)의 압력을 100pa로 하면 상기 식의 값은 11이 된다. 이같은 경우에는 실란가스의 확산에 비교하여 흐름의 영향이 충분히 크기 때문에 플라즈마 생성공간(15)에의 실란가스가 확산하는 일은 적어진다.

이상 설명한 바와 같이, uL/D>1의 관계가 만족됨으로써 재료가스의 플라즈마 생성공간에의 역확산이 방지된다.

도 3은 격벽부(14)의 단면방향에서 본 내부구조의 개략확대도이고, 도 4는 격벽부(14)의 다른 실시형태의 단면방향에서 본 내부구조의 개략확대도이다.

관통구멍(21)은 하나의 독립된 구조체(30)에 의해 형성되어 있다. 그래서, 관통구멍(25)은 격벽부(14)의 제작시에 격벽부(14)와 별도공정으로 미세가공할 수 있고, 이와 같이 미세가공된 관통구멍(25)을 갖는 독립된 구조체(30)가 최종공정에서 격벽부(14) 본체에 조립되고, 도 3, 도 4에 도시된 바와 같이 코킹고정된다.

이 구조체(30)는 주로 알루미늄으로 형성되어 있고, 형상은 직방체 또는 원통상이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또, 구조체(30)는 격벽부(14)의 전체가 기판등에서 열을 받아, 온도가 오르는 것을 고려하여, 그같은 경우라도 격벽부(14)와 구조체(30) 사이에 틈새가 발생하지 않도록 격벽부(14)를 구성하는 부재와 거의 동등의 열팽창률을 갖는 재료이고, 가공성의 문제가 없어서 관통구멍(25)의 표면에서의 여기종의 손실 확률이 커지지 않는 재료라면, 각종 재료를 사용하여 형성할 수 있다.

격벽부(14)내에 형성되어 있는 내부공간(24)은 격벽부(14)에 외부로부터 도입된 재료가스를 분산시켜서 균일하게 성막처리공간(16)에 공급하기 위한 공간이다. 또한 격벽부(14) 하부판(27c)에는 재료가스를 성막처리공간(16)으로 확산하는 복수의 확산구멍(26)이 형성되어 있다.

내부공간(24)에는 재료가스를 외부에서 도입하기 위한 재료가스 도입파이프(28)가 격벽부(14)의 상부측에 접속되어 있다(도1,도2). 재료가스 도입파이프(28)는 옆쪽에서 접속되도록 배치되어 있다.

또, 내부공간(24)중에는 재료가스가 확산구멍(26)에서 균일하게 공급되도록, 복수의 구멍을 갖도록 천공된 균일판(27b)이 대략 수평으로 설치되어 있다. 격벽부(14)의 내부공간(24)은 균일판(27b)에 의해 상하 2개의 공간부분으로 분할 되어 있다.

따라서, 재료가스 도입파이프(28)로 격벽부(14)의 내부공간(24)으로 도입되는 재료가스는 상측공간으로 도입되고, 균일판(27b)의 구멍을 통하여 하측공간에 이르고, 또한 확산구멍(26)을 지나 성막처리공간(16)으로 확산하게 된다.

이상의 구조에 의거하여 성막처리공간(16)의 전체에 걸쳐 재료가스를 균일하게 공급할 수 있으나, 격벽부(14)의 내부구조는 성막처리공간(16)의 전체에 걸쳐 재료가스를 균일하게 공급할 수 있는 구조이면 상기 구조에 한정되지 않는다.

관통구멍(25)의 형상은 플라즈마 생성공간(15)측으로부터 성막처리공간(16)측을 향하는 원통상 또는 플라즈마 생성공간(15)측으로부터 성막처리공간(16)측을 향하는 원통상 부분과 그 원통상 부분에 연속하여 직경 확대하는 원추상 부분으로 되는 형상, 또는 플라즈마 생성공간측에서 성막처리공간측을 향하는 원통상 부분과 그 원통상 부분에 연속하여 직경 확대하는 원추상부분과 그 원추상부분에 연속해있는 직경이 큰 원통상 부분으로 되는 형상 등을 채용할 수 있다.

도 3은 관통구멍(25)이 플라즈마 생성공간(15)측으로부터 성막처리공간(16)측을 향하는 원통형상인 경우를 표시한 것이다. 이경우, 플라즈마 생성공간(15)에 면하는 관통구멍(25)의 개구부의 직경은 관통구멍(25)의 개구부가 홀로캐소드 방전유발의 원인이 되는 확대를 갖지 않을 정도의 크기로 하고, 또한 관통구멍(25)의 크기, 형상이 상기 선출원인 일본 특개평 2000-345349호에 있어서 제안한 조건을 만족시키는 것이 아니면 안된다.

도 4는 관통구멍(25)이 플라즈마 생성공간(15)측으로부터 성막처리공간(16)측을 향하는 원통상 부분과 그 원통상부분에 연속하여 직경 확대하는 원추상부분과, 그 원추상부분에 연속해 있는 직경이 큰 원통상 부분으로 되는 형상일 경우를 표시한 것이다. 도 4에 도시된 경우에 상기와 같은 이유로 플라즈마 생성공간(15)에 면한 관통구멍(25)의 개구부의 직경 및 관통구멍(25)의 크기, 형상은 도 3에 도시된 경우와 같은 조건을 만족시키는 것이 아니면 안된다.

단, 이 경우의 원추상 부분의 직경은 성막처리공간(16)으로 개구되어 있기 때문에 홀로캐소드 방전을 일으키는 일이 없어 특히 제약되는 것이 아니다.

요컨대, 관통구멍(25)은 성막처리공간측에 면한 관통구멍 직경이 플라즈마 생성공간측 직경과 동등 또는 크게 되도록 특정 형상으로 형성되어 있음과 동시에, 일본 특개평 2000-345349호로 제안되어 있는 uL/D>1의 조건을 만족시키는 특정 사이즈로 형성되는 것이 본 발명의 특징이다. 이에 따라 플라즈마 생성공간(15)에 면한 관통구멍(25)의 개구부에 있어서 이상방전이 생기는 것을 방지하고, 성막처리공간(16)에서 플라즈마 생성공간(15)에의 재료가스의 역확산이 생기지 않게 하고 있다.

도 2는 본 발명에 관한 CVD장치의 제 2실시형태를 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 실시형태의 특징적 구성은 상부용기(12a)의 천정부의 내측에 절연부재(21a)를 설치하고, 또 그 하측에 전극(20)을 배치한 점에 있다. 전극(20)에는 도 1에 도시된 제 1실시형태의 경우와 같은 구멍(20a)은 형성되지 않고, 1매의 판상형태를 갖는다. 전극(20)과 격벽부(14)에 의해 평행 평판형 전극구조에 의한 플라즈마 생성공간(15)을 형성한다. 기타 구성은 제 1실시형태의 구성과 실질적으로 같다. 그래서, 도 2에 있어서, 도 1에서 설명한 요소와 실질적으로 같은 각 요소에는 동일 부호를 부가하고, 여기서 상세한 설명의 반복은 생략한다. 또한 제 2실시형태에 의한 CVD장치에 의한 작용, 효과도 상기 제 1실시형태와 같다. 상기와 같이 구성된 CVD장치에 의한 성막방법을 설명한다. 도시하지 않는 반송로봇에 의해 유리기판(11)이 진공용기(12)의 내부에 반입되고, 기판유지기구(17)상에 배치된다. 진공용기(12)의 내부는 배기기구(13)에 의해 배기되고, 감압되어 소정의 진공상태로 유지된다. 다음에, 산소가스 도입파이프(23a)를 통하여 산소가스가 진공용기(12)의 플라즈마 생성공간(15)에 도입된다.

한편, 재료가스인, 가령 실란이 재료가스 도입파이프(28)를 통하여 격벽부(14)의 내부공간(24)에 도입된다. 실란은 최초에 내부공간(24)의 상측부분에 도입되고, 균일판(27b)을 통하여 균일화되어 하측부분으로 이동하고, 다음에 확산구멍(26)을 지나 성막처리공간(16)에 직접, 즉 플라즈마에 접촉하지 않고 도입된다. 성막처리공간(16)에 설치된 기판유지기구(17)는 히터(18)에 통전이 행해지고 있기 때문에, 미리 소정온도로 유지되어 있다.

상기 상태로, 전극(20)에 대하여 전력도입봉(29)을 통하여 고주파전력이 공급된다. 이 고주파 전력에 의해 방전이 생기고, 플라즈마 생성공간(15)내에 있어서 전극(20)주위에 산소플라즈마(19)가 생성된다. 산소플라즈마(19)를 생성함으로써 중성의 여기종인 래디컬(여기활성종)이 생성되고, 이것이 관통구멍(25)을 통과하여 성막처리공간(16)에 도입되고, 그 한편, 재료가스가 격벽부(14)의 내부공간(24), 확산구멍(26)을 지나 성막처리공간(16)에 도입된다. 그 결과, 성막처리공간(16)내에서 그 래디컬 재료가스가 처음으로 접촉하고, 화학반응을 일으켜, 유리기판(11)의 표면상에 실리콘 산화물이 퇴적하고, 박막이 형성된다.

또, 본 발명에 관한 CVD장치는 재료가스 등을 바꿈으로써 질화막, 불화막, 탄화막에도 적용가능하다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부도면을 참조하여 설명하였으나 본 발명은 이같은 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위의 기재로 파악되는 기술적 범위에 있어 여러형태로 변경할 수 있다.

본 발명에 따른 CVD 장치는 저온폴리실리콘형 TFT를 이용한 대형액정 디스플레이 제작등으로 플라즈마에 의해 생성된 여기종을 이용하는 CVD에 의거하여 실란등의 재료가스를 이용하여 실리콘 산화막 등을 대면적 기판에 성막할 경우에 있어서, 재료가스의 플라즈마 생성영역에의 역확산등을 방지한 새로이 제안한 상기 CVD장치에 대하여 플라즈마의 안정성을 높임으로써 높은 제품회수율을 유지하고, 또 안정적으로 연속가동됨으로써 대면적에걸쳐 막두께 및 막질이 균일한 성막을 가능하게 한다.

또한, 본 발명에 따른 CVD 장치는 재료가스가 충만한 도전성 격벽부로부터의 가수누출방지, 플라즈마생성공간측에서 성막처리공간 측에 통하는 관통구멍부에서의 이상방전 방지, 플라즈마 생성공간측에서 성막처리공간측에의 효율적인 중성의 여기종 수송 등, 관통구멍을 중심으로 한 도전성 격벽부가 달성해야할 많은 기능을 안정적으로 유지할 수 있다.

Claims

진공용기내에서 플라즈마를 생성하여 활성종을 발생시키고, 이 활성종과 재료가스로 기판에 성막을 행하는 CVD장치로서,

진공용기의 내부를 2실로 격리하는 도전성 격벽부가 진공용기내에 설치되어 있고, 격리된 상기 2실중 한쪽 실의 내부는 고주파 전극이 배치된 플라즈마 생성공간으로서, 다른쪽 실의 내부는 기판을 탑재하는 기판유지기구가 배치된 성막처리공간으로서 각각 형성되어 있고,

상기 도전성 격벽부는 상기 플라즈마 생성공간과, 상기 성막처리공간을 통하게 하는 복수의 관통구멍을 가짐과 동시에, 상기 플라즈마 생성공간으로부터 격리되고 또, 상기 성막처리공간과 복수의 확산구멍을 통하여 통하고 있는 내부공간을 가지고,

상기 도전성 격벽부의 내부공간에 외부에서 공급된 재료가스가 상기 복수의 확산구멍을 통하여 상기 성막처리공간에 도입됨과 동시에,

상기 고주파 전극에 고주파 전력을 부여하여 상기 플라즈마 생성공간에서 플라즈마 방전을 발생시킴으로써 상기 플라즈마 생성공간에서 생성된 활성종이 상기 도전성 격벽부의 복수의 관통구멍을 통하여 상기 성막처리공간에 도입되는 CVD장치에 있어서,

상기 관통구멍은 성막처리 공간측의 구멍의 직경이 플라즈마 생성공간측의 구멍의 직경과 동등 또는 크게 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치.
제 1 항에 있어서, 관통구멍의 형상은 플라즈마 생성공간측으로부터 성막처리공간측을 향하는 원통상 또는 플라즈마 생성공간측으로부터 성막처리공간측을 향하는 원통상 부분과,그 원통상 부분에 연속하여 직경 확대하는 원추상 부분으로 이루어지는 형상, 또는 플라즈마 생성공간측에서 성막처리 공간측을 향하는 원통상부분과 그 원통상 부분에 연속하여 직경 확대되는 원추상 부분과 그 원추상 부분에 연속되는 대직경의 원통상 부분으로 되는 형상인 것을 특징으로 하는 CVD장치.
제 2 항에 있어서, 관통구멍은 그 관통구멍 내에서의 가스유속을 u, 실질적인 관통구멍 길이를 L, 상호가스 확산계수를 D로 할때, uL/D>1의 조건을 만족하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치.
제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 관통구멍은 상기 도전성 격벽부에서 독립한 구조체에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치.