KR20020088166A - 화학기상 증착장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서셉터와 센터 핀을 접지시켜 챔버내의 전기장을 균일화함으로써 액정패널에 발생하는 얼룩을 최소화 할 수 있도록 한 화학기상 증착장비에 관한 것이다.
본 발명에 따른 화학기상 증착장비는 접지전압이 공급되는 기저전압원과, 기판이 놓여지는 서셉터와, 서셉터를 관통하여 기판을 들어올리기 위한 센터 핀과, 센터 핀을 기저전압원에 연결하여 접지시키기 위한 접지수단을 구비한다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 화학기상 증착장비는 센터 핀을 접지시켜 챔버 내의 전기장이 센터 핀 부위에서 휘어지는 것을 방지함으로써 센터 핀 부위에서 발생하는 증착막 두께의 차이로 인한 얼룩 발생을 방지할 수 있다. 이에 따라 증착막 두께의 차이로 인한 불량을 최소화시켜 액정패널의 생산 수율이 향상된다.

Description

화학기상 증착장비{Chemical Vapor Deposition Apparatus}
본 발명은 화학기상 증착장비에 관한 것으로, 특히 서셉터와 센터 핀을 접지시켜 챔버내의 전기장을 균일화함으로써 액정패널에 발생하는 얼룩을 최소화 할 수 있도록 한 화학기상 증착장비에 관한 것이다.
통상, 액정표시소자(Liquid Crystal Display; LCD)에서는 액정패널 상에 매트릭스 형태로 배열된 액정셀들의 광투과율을 그에 공급되는 비디오 데이터 신호로 조절함으로써 데이터 신호에 해당하는 화상을 패널 상에 표시하게 된다. 이러한 액정표시소자는 액정층에 전계를 인가하기 위한 전극들, 액정셀 별로 데이터 공급을 절환하기 위한 박막트랜지스터, 외부에서 공급되는 데이터를 액정셀들에 공급하는 신호배선 및 박막트랜지스터의 제어신호를 공급하기 위한 신호배선 등이 형성된 하판과, 칼라필터등이 형성된 상판과, 상판과 하판 사이에 형성되어 일정한 셀 갭을 확보하는 스페이서와, 스페이서에 의해 상하판 사이에 마련된 공간에 채워진 액정을 구성으로 한다.
이러한 액정표시소자의 제조방법에 있어서, 박막트랜지스터에 채널부로 포함되는 활성층과 박막트랜지스터를 보호하는 보호막은 통상 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정을 이용하여 형성하게 된다.
PECVD는 진공실을 이루는 챔버(Chamber) 내부에 증착에 필요한 가스를 주입하여 원하는 압력과 기판 온도가 설정되면 고주파(Radio Frequency : 이하 "RF"라 함)를 이용하여 주입된 가스를 플라즈마 상태로 분해하여 기판위에 증착을 하는 공정을 말한다. 증착에 필요한 조건은 진공상태, RF, 기판온도, 반응가스 및 반응압력등에 따라 증착되는 물질의 상태가 달라진다. 또한, 증착되는 물질은 절연막과 반도체막으로 나눠지며, 절연막으로는 게이트절연막, 보호막, 에치스토퍼(etch stopper)막이 있다. 반도체막으로는 활성층을 이루는 비정질 실리콘(a-Si:H)과 접촉저항층을 이루는 도핑된 비정질 실리콘(n+ a-Si:H)이 있다. PECVD의 구성은 도 1과 같다.
도 1을 참조하면, PECVD는 증착하고자 하는 가스와 RF를 방출하기 위한 가스분출구(9)와, 챔버(1)를 구비한다.
챔버(1)는 증착물질이 증착되는 기판(7)과, 기판(7)에 열을 가하기 위한 서셉터(5)와, 기판(7)이 외부로 이탈하지 않도록 하기 위한 에로우 핀(10)과, 기판(7)과 서셉터(5)를 분리하기 위한 센터 핀(12)을 구비한다.
서셉터(5)는 챔버(1) 내에서 기판(7)이 놓여지게 됨과 아울러 그 내부에 히팅코일이 있어 기판(7)을 가열함과 아울러 플라즈마를 발생시키기 위한 하부전극으로 이용된다. 이때, 서셉터(5)에서 발생하는 온도는 보통 370°C정도 된다. 또한, 서셉터(5)에는 서셉터(5)를 관통하여 화학기상 증착을 위한 각종 핀들이 형성되어 있다.
에로우 핀(10)은 기판(7)을 가스분출구(9)에 소정의 간격을 두고 위치하여 상승될 때, 기판(7)을 외부로 이탈하지 않도록 한다.
센터 핀(12)은 핀 플레이트(16)에 의해 상승되어 기판(7)의 처짐을 방지하고, 챔버(1) 내에 로딩 및 언로딩시 로봇 암(14)과 기판(7)의 배면과의 스크래치(Scratch)를 방지하게 된다. 핀 플레이트(16)에는 센터 핀(12)이 관통되어 고정된 센터 핀 지지부(18)가 안착된다.
PECVD의 증착공정을 도 2a 내지 도 2b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2a에 있어서, 로봇 암(14)에 의해 기판(7)이 챔버(1)내로 로딩된다. 이 때, 기판(7)과 서셉터(5) 및 센터 핀(12)은 접촉하지 않는다. 이어서, 핀 플레이트(16)가 상승됨으로써, 서셉터(5)의 배면에 설치된 센터핀 장착부(20,21)에 센터 핀 지지부(18)가 장착된다. 이어서 도 2b와 같이, 도시하지 않은 구동력에 의해 각 모서리 핀(22,23) 및 센터 핀(12)이 상승되어 기판(7)을 들어올리게 된다. 그러면, 로봇 암(14)은 도시하지 않은 구동력에 의해 챔버(1) 내에서 언로딩된다. 이어서 도 2c와 같이 서섭터 상승부(24)에 의해 상승됨으로써 서셉터(5)가 기판(7) 및 센터 핀(12)을 들어올리게 된다. 이어서, 도 2d와 같이 서셉터(5)가 기판(7)을 애로우핀(10)에 근접하게 상승시킨다. 이에 따라, 기판(7)은 서셉터(5)에 안착되어 증착위치에 놓이게 된다.
도 3은 종래의 챔버내를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 종래의 챔버(1)는 서셉터(5) 상에 안착된 기판(7)과, 기판(7)과 소정의 간격으로 마주보도록 상부전극(30)을 구비한다.
기판(7)은 로딩시 센터 핀(12)에 의해 상승되고, 다시 서셉터(5)가 상승됨으로써 상부전극(30)과 소정의 간격을 유지하게 된다. 이 때, 센터 핀(12)은 서셉터(5) 상에 형성된 센터 핀 홀(19)에 수납된다. 이 센터 핀(12)은 열팽창 계수가 낮은 세라믹 재질로 제작되며, 헤드부분(3)은 도 4와 같이 플라즈마 공정상 전기 아킹(Arching) 등의 이유로 절연막이 처리(Anodizing;Al2O3)되어 서셉터(5)와 접지되어 있지 않다.
상기 서셉터(5)에는 기판(7)이 안착되고, 기판(7)을 가열함과 아울러 플라즈마를 발생시키기 위해 내부에 히팅코일(도시하지 않음)이 형성되고 있다. 이러한 히팅코일은 외부 기저전압원(GND)와 접지되어 있다.
상기 상부전극(30)에는 기판(7) 상에 증착을 위해 고주파 전압원(32)이 접속되어 고주파(RF)를 조사하게 된다.
이와 같이, 서셉터(5) 상에 안착된 기판(7)에 상부전극(30)에서 고주파(RF)에 의한 전기장이 조사됨으로써 절연막과 반도체막이 증착된다. 이렇게 기판(7) 상에 절연막과 반도체막을 증착하는데 있어서, 상부전극(30)에서 조사되는 전기장은 센터 핀(12) 부위에서 휘어지게 된다. 이에 따라, 센터 핀(12) 부위에서 전기밀도가 낮아지게 되고, 전기장의 조사량이 센터 핀(12) 부위와 그 이외의 부위에서 차이가 생김으로써 증착막의 두께가 얇아지게 된다. 이를 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5에 있어서, A부분은 기판(7) 상에 형성된 센터 핀(12) 부위(A)의 증착막 두께가 다른 부위에서의 두께와 차이나는 것을 나타낸다.
도 6은 기판(7) 상에 형성된 증착막의 두께를 스펙트럼 사진으로 나타낸 것이다. 도 7은 도 6의 B-B'선으로 절단하여 증착막의 두께의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 센터 핀(12) 부위(A)의 두께는 정상적인 증착 두께(Ref) 보다 낮음을 알 수 있다.
이와 같이 증착막의 두께가 센터 핀(12) 부위에서 얇아지는 문제로 인하여 센터 핀(12) 자국얼룩이 발생한다. 이러한 얼룩은 액정패널이 완성된 후 백점이물 등 증착막 두께의 차이로 인한 불량을 발생하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 서셉터와 센터 핀을 접지시켜 챔버내의 전기장을 균일화함으로써 액정패널에 발생하는 얼룩을 최소화 할 수 있도록 한 화학기상 증착장비를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 화학기상 증착장비를 간략하게 나타내는 단면도.
도 2a 내지 도 2d는 기판이 챔버내로 로딩되는 과정을 나타내는 동작도.
도 3은 종래의 챔버 내를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 센터 핀을 나타내는 단면도.
도 5는 센터 핀 부위에 발생한 얼룩을 나타내는 도면.
도 6은 도 5에 도시된 얼룩을 스펙트럼 사진으로 나타내는 그래프.
도 7은 도 6에 도시된 B-B'선으로 절단하여 증착막의 두께의 분포를 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 챔버 내를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 센터 핀을 나타내는 단면도.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 센터 핀을 나타내는 단면도.
〈도면의 주요부부에 대한 부호의 설명〉
1, 50 : 챔버5, 45 : 서셉터
7, 37 : 기판12, 42 : 센터 핀
14 : 로봇 암16, 36 : 핀 플레이트
30, 40 : 상부전극52 : 접지단자
53 : 헤드부분54 : 헤드지지부
56 : 접지라인
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 화학기상 증착장비는 접지전압이 공급되는 기저전압원과, 기판이 놓여지는 서셉터와, 서셉터를 관통하여 기판을 들어올리기 위한 센터 핀과, 센터 핀을 기저전압원에 연결하여 접지시키기 위한 접지수단을 구비한다.
본 발명에 따른 화학기상 증착장비의 센터 핀은 기판과 접촉되는 헤드부와, 헤드부를 지지하기 위한 헤드지지부를 추가로 구비한다.
본 발명에 따른 화학기상 증착장비에서 센터 핀의 접지수단은 헤드부 및 헤드지지부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적들 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명에 따른 화학기상 증착장비의 챔버 내를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 화학기상 증착장비는 기판(37) 상에 증착공정을 수행하기 위한 챔버(50)를 구비한다.
챔버(50)는 기판(37)이 안착되는 서셉터(45)와, 서셉터(45)를 관통하여 기판(37)을 들어올리기 위한 센터 핀(42)과, 안착된 기판(37)과 소정의 간격으로 마주보게 위치하여 고주파(RF)를 조사하는 상부전극(40)을 추가로 구비한다.
서셉터(45)는 챔버(50) 내에서 기판(37)이 놓여지게 됨과 아울러 그 내부에는 도시하지 않은 히팅코일이 있어 기판(37)을 가열함과 아울러 플라즈마를 발생시키기 위한 하부전극으로 이용된다. 이때, 서셉터(45)에서 발생하는 온도는 보통370°C정도 된다. 또한, 서셉터(45)에는 서셉터(45)를 관통하여 화학기상 증착을 위한 도시하지 않은 각종 핀들이 형성되어 있다.
센터 핀(42)은 핀 플레이트(36)에 의해 상승되어 기판(37)의 처짐을 방지하고, 챔버(50) 내에 로딩 및 언로딩시 로봇 암(14;도 1참고)과 기판(37)의 배면과의 스크래치(Scratch)를 방지하게 된다. 핀 플레이트(36)에는 센터 핀(42)을 상승시키는 역할을 한다. 이러한 센터 핀(42)은 도 9와 같이 제작된다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 센터 핀(42)을 나타낸 것으로, 센터 핀(42)은 헤드부분(53)과 헤드지지부(54) 및 접지단자(52)의 3부분으로 나누어진다.
헤드부분(53)은 기판(37)을 들어올리기 위한 것으로, 전기전도를 위해 알루미늄(Al)으로 형성된 알루미늄 층이 형성된다. 이 알루미늄층 상에는 플라즈마 공정상 알루미늄 층과 전기장 간의 전기 아킹(Arching) 등의 이유로 절연막이 처리(Anodizing;Al2O3)되어 서셉터(45)와 접지되어 있지 않다.
헤드지지부(54)는 열팽창 계수가 낮은 세라믹 재질로 제작되며, 도시하지 않은 구동부로부터 핀 플레이트(36)가 상승될 때 함께 상승되어 헤드부분(53)이 기판(37)과 접촉하게 한다.
헤드지지부(54)의 일측부에는 접지라인(56)이 형성된다. 이 접지라인(56)은 헤드지지부(54)의 일측부에 형성된 홈에 전기전도성 금속이 삽입되어 헤드부분(53)의 알루미늄 층과 연결된다. 예를 들면, 상기 전기전도성 금속은 알루미늄(Al)이다.
접지단자(52)는 헤드부분(53)의 알루미늄 층과 접지라인(56)을 전기적으로 접속되어 센터 핀(42)을 외부의 기저전압원(GND)에 접지시키는 역할을 한다.
센터 핀(42)을 접지시키는 방법은 센터 핀(42)의 하부와 접지단자(52)의 절연막처리된 부분을 벗겨내고 상호 접촉시킨 후, 서셉터(45)의 하부로 빠져나온 금속선에 접지단자(52)를 연결하여 외부의 기저전압원(GND)과 접지시키게 된다.
상기 서셉터(45)에는 기판(37)이 안착되고, 기판(37)을 가열함과 아울러 플라즈마를 발생시키기 위해 내부에 히팅코일(도시하지 않음)이 형성되고 있다. 이러한 히팅코일은 외부 기저전압원(GND)과 접지되어 있다.
상부전극(40)에는 기판(37) 상에 증착을 위해 고주파 전압원(38)으로부터 전압을 공급받아 고주파(RF)를 조사하게 된다.
이 때, 전기장은 센터 핀(42)이 기저전압원(GND)과 접지되어 있으므로 센터 핀(42) 부위에서 전기장이 접지라인(56)을 통해 기저전압원(GND)으로 흐르게 된다. 이에 따라, 전기장이 센터 핀(42) 부위에서 휘어지는 것을 방지하게 됨과 아울러 전기장이 기판(37) 상에 균일하게 조사되어 센터 핀(42) 부위에서 발생하는 얼룩이 발생하지 않게 된다.
따라서, 센터 핀(42) 및 서셉터(45)의 접지로 인하여 서셉터(45)와 센터 핀(42) 간의 전기밀도가 동일하게 되어 증착막의 두께가 균일하게 된다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 센터 핀(42)을 나타내는 단면도이다.
도 10을 참조하면, 헤드부분(53)은 기판(37)을 들어올리기 위한 것으로, 전기전도를 위해 알루미늄(Al)으로 형성된 알루미늄 층이 형성된다. 이 알루미늄층 상에는 플라즈마 공정상 알루미늄 층과 전기장 간의 전기 아킹(Arching) 등의 이유로 절연막이 처리(Al2O3)되어 서셉터(45)와 접지되어 있지 않다.
헤드지지부(54)는 열팽창 계수가 낮은 세라믹 재질로 제작되며, 도시하지 않은 구동부로부터 핀 플레이트(36)가 상승될 때 함께 상승되어 헤드부분(53)이 기판(37)과 접촉하게 한다.
헤드지지부(54)에는 중심부를 관통하는 접지라인(56)이 형성된다. 이 접지라인(56)은 헤드지지부(54)의 일측부에 형성된 홈에 금속이 삽입되어 헤드부분(53)의 알루미늄 층과 연결된다. 예를 들면, 상기 전기전도성 금속은 알루미늄(Al)이다.
접지단자(52)는 헤드부분(53)의 알루미늄 층과 접지라인(56)을 전기적으로 접속되어 센터 핀(42)을 외부의 기저전압원(GND)에 접지시키는 역할을 한다.
센터 핀(42)을 접지시키는 방법은 센터 핀(42)의 하부와 접지단자(52)의 절연막처리된 부분을 벗겨내고 상호 접촉시킨 후, 서셉터(45)의 하부로 빠져나온 금속선에 접지단자(52)를 연결하여 외부의 기저전압원(GND)과 접지시키게 된다.
상기 상부전극(40)에는 기판(37) 상에 증착을 위해 고주파 전압원(38)이 접속되어 고주파(RF)를 조사하게 된다.
이와 같이, 서셉터(45) 상에 안착된 기판(37)에 상부전극(40)에서 고주파(RF)에 의한 전기장이 조사됨으로써 절연막과 반도체막이 증착된다.
이 때, 고주파(RF)에 의한 전기장은 센터 핀(42)이 접지되어 있으므로 센터 핀(42) 부위에서 전기장이 접지라인(56)을 통해 기저전압원(GND)으로 흐르게 된다. 이에 따라, 전기장이 센터 핀(42) 부위에서 휘어지는 것을 방지함과 아울러 전기장이 기판(37) 상에 균일하게 조사되어 센터 핀(42) 부위에서 발생하는 얼룩이 발생하지 않게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학기상 증착장비는 센터 핀을 접지시켜 챔버 내의 전기장이 센터 핀 부위에서 휘어지는 것을 방지함으로써 센터 핀 부위에서 발생하는 증착막 두께의 차이로 인한 얼룩 발생을 방지할 수 있다. 이에 따라 증착막 두께의 차이로 인한 불량을 최소화 시켜 액정패널의 생산 수율이 향상된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (7)

  1. 접지전압이 공급되는 기저전압원과,
    기판이 놓여지는 서셉터와,
    상기 서셉터를 관통하여 상기 기판을 들어올리기 위한 센터 핀과,
    상기 센터 핀을 상기 기저전압원에 연결하여 접지시키기 위한 접지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센터 핀은
    상기 기판과 접촉되는 헤드부와,
    상기 헤드부를 지지하기 위한 헤드지지부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 접지수단은
    상기 헤드부 및 상기 헤드지지부에 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 접지수단은 상기 헤드지지부를 관통하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 접지수단은 상기 헤드지지부의 일측부에 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 접지수단은 전기전도성 금속인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 헤드부는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장비.
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