KR20030057058A - 진공챔버 세정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 진공챔버 세정방법은 벽면에 이물질이 달라붙은 진공챔버내에 충진된 가스를 플라즈마화하여 상기 이물질을 플라즈마 이온과 결합시켜 배기하는 단계와, 상기 진공챔버를 H2플라즈마 처리하는 단계와, 상기 진공챔버를 제1시즈닝하여 진공챔버의 벽면에 SiNx층을 형성하는 단계와, 상기 진공챔버를 제2시즈닝하여 상기 SiNx층위에 비정질실리콘층을 형성하는 단계로 구성된다.

Description

진공챔버 세정방법{A METHOD OF CLEANING VACUUM CHAMBER}

본 발명은 진공챔버 세정방법에 관한 것으로, 특히 PECVD공정후 챔버를 드라이에칭에 의해 세정할 때 진공챔버의 벽면에 SiNx와 a-Si막의 이중막을 형성함으로써 잔류가스에 의한 박막트랜지스터의 특성열화를 방지할 수 있는 진공챔버 세정방법에 관한 것이다.

액정표시소자(Liquid Crystal Display device)는 투과형 평판표시장치로서, 핸드폰(mobile phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 전자기기에 널리 적용되고 있다. 이러한 LCD는 경박단소화가 가능하고 고화질을 구현할 수 있다는 점에서 다른 평판표시장치에 비해 현재 많은 실용화가 이루어지고 있는 실정이다. 더욱이, 디지털TV나 고화질TV, 벽걸이용 TV에 대한 요구가 증가함에 따라 TV에 적용할 수 있는 대면적 LCD에 대한 연구가 더욱 활발히 이루어지고 있다.

일반적으로 LCD는 액정분자를 동작시키는 방법에 따라 몇 가지 방식으로 나누어질 수 있지만, 현재에는 반응속도가 빠르고 잔상이 적다는 점에서 주로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor) LCD가 주로 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 TFT LCD의 구조를 나타내는 단면도이다. 도면에 도시된 구조는 액정표시소자의 한 화소(liquid crystal pixel)만을 나타내는 것으로, TFT LCD(1)는 이러한 화소가 다수개 모여 형성된다. 도면에 도시된 바와 같이, TFT LCD(1)는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)가 형성된 박막트랜지스터기판과컬러필터층이 형성된 컬러필터기판으로 이루어지며, 그 사이에 액정을 주입하여 액정층(40)이 형성됨으로써 완성된다.

박막트랜지스터기판은 투명한 유리기판(10) 위에 형성된 게이트전극(13)과, 게이트전극(13)이 형성된 기판(10) 전체에 걸쳐 적층된 게이트절연층(11)과, 상기 게이트절연층(11) 위에 형성된 반도체층(15)과, 상기 반도체층(15) 위에 형성된 소스/드레인전극(17) 및 게이트절연층(11) 위에 상기 소스/드레인전극(17)과 동시에 형성되는 데이터라인(18)과, 액정셀(1)의 화상표시영역에 형성되어 상기 소스/드레인전극(17)과 접속되는 화소전극(20)과, 기판(10) 전체에 걸쳐 형성된 보호층(22)으로 구성된다.

또한, 컬러필터기판에는 실제 컬러를 구현하기 위한 컬러필터층(34)이 형성되어 있다. 상기 컬러필터층(34)은 실제 화상이 구현되는 화소의 화상표시영역에만 형성되며, 화상이 표시되지 않는 영역, 예를 들면 게이트라인 근처나 데이터라인 근처와 같은 화소의 경계나 TFT형성영역에는 블랙매트릭스(32)가 형성되어 이 영역으로 광이 누설되는 것을 방지한다. 또한, 상기 컬러필터층(34)과 블랙매트릭스(32) 위에는 신호가 인가됨에 따라 화소전극(20)과의 사이에 전압이 인가되어 액정분자를 동작시키는 공통전극(36)이 형성되어 있다.

도면에는 도시하지 않았지만, 상기 TFT기판과 컬러필터기판에는 각각 액정분자를 배향하기 위한 배향막이 도포되어 있으며, 그 외부에는 백라이트(도면표시하지 않음)로부터 발광되어 액정층(40)을 투과하는 광을 편광하기 위한 편광판이 각각 부착된다.

상기와 같이 구성된 TFT기판과 컬러필터기판은 스페이서(spacer;42)에 의해 셀갭(cell gap)이 일정하게 유지된 상태에서 실링(sealing)된 후 액정이 주입되어 액정패널이 완성된다.

상기와 같이 구성된 액정표시소자는 주로 적층공정 및 에칭공정을 통해 이루어진다. 예를 들면, 게이트전극(게이트라인)과 소스/드레인전극(데이터라인) 및 화소전극 등은 스퍼터링에 의한 금속층의 적층 및 웨트에칭공정에 의해 형성되며, 게이트절연층과 반도체층 및 보호층 등은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)방법 및 드라이에칭방법에 의해 주로 형성된다. 이러한 공정들의 대부분은 진공상태의 진공챔버내에서 이루어진다. 각 진공챔버에는 공정라인을 통해 연속적으로 기판이 입력되며, 진공챔버내에서 기판에 층이 형성된 후 진공챔버 외부로 출력하게 된다.

한편, 진공챔버에서는 적층공정시 진공챔버의 벽면에 이물질이 부착되기 때문에, 소정 회수의 공정이 진행된 후에는 이를 세정해야만 한다. 통상적으로, 5∼8회의 공정(즉, 5∼8매의 액정패널에서 수행되는 공정)이 종료된 후에는 챔버를 세정해야만 한다. 이와 같이, 진공챔버를 세정하지 않는 경우 적층공정시 상기 챔버 벽면에 부착된 이물질이 층에 달라붙게 되어 층형성시 상기 이물질이 층에 침투하여 불량이 발생하게 된다. 특히, 반도체층의 적층공정시 반도체층에 불순물이 포함되는 경우 박막트랜지스터가 불량으로 되는데, 이는 액정표시소자에게는 치명적인 약점으로 작용한다.

이하에서는 진공챔버를 세정하는 종래의 방법, 특히 PECVD공정용 진공챔버의세정방법을 자세히 설명한다.

도 2는 종래의 진공챔버 세정방법을 나타내는 흐름도이다. 우선, 도면에 도시된 바와 같이 챔버내에 기판(또는 액정패널)을 위치시킨 후 PECVD공정을 진행하여 기판 상에 게이트절연층, 반도체층 또는 보호층을 형성한다(S101). 이러한 PECVD공정에 의해 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 진공챔버(50)의 벽면에는 무기물이나 반도체물질로 이루어진 불순물이 적층된다.

상기와 같이, 벽면에 불순물(52)이 적층된 진공챔버(50) 내에 NF₃와 같은 가스를 충진한 후 RF전력을 공급함에 따라 상기 NF₃가스가 플라즈마 상태로 되어, 플라즈마화된 양이온들이 진공챔버(50)의 벽면에 적층되어 있는 불순물과 물리적인 충격을 가하게 되어 상기 불순물과 결합하게 된다(S101). 이러한 양이온과 불순물이 결합되어 가스가 발생하며, 이 가스가 진공펌프(도면표시하지 않음)에 연결된 배기관(58)을 통해 외부로 배출된다.

한편, 상기와 같이 플라즈마 이온을 이용한 드라이에칭에 의해 진공챔버(50) 벽멱에 적층된 불순물이 세정되는 경우에도 챔버(50) 내에는 잔류가스성분, 즉 F이온이 존재하게 된다. 따라서, 챔버(50)내에 H₂가스를 충진한 후 플라즈마화하여 H이온과 F이온을 결합시켜 배기함으로써 잔존하는 F이온을 제거한다(S103).

이후, 상기 진공챔버(50)의 벽면을 시즈닝(seasoning)한다(S104). 시즈닝은 진공챔버(50)의 벽면에 SiNx 등과 같은 무기층을 적층하는 것으로, 진공챔버(50) 내에서 진행되는 PECVD공정시 잔류하는 F이온을 억제하고 공정 분위기를 조성하기위한 것이다.

상기와 같이, 세정된 진공챔버(50) 내에서 다음의 PECVD공정이 진행된다. 또한, 세정공정은 5∼8회의 PECVD공정 진행후 마다 실행되어 PECVD공정시 챔버(50) 벽면에 적층된 불순물에 의해 층에 불량이 발생하는 것을 방지한다.

그러나, 상기와 세정공정상에도 문제는 발생한다. 상기 세정방법을 살펴보면, 진공챔버(50)의 벽면에 적층된 불순물(50)을 플라즈마 이온을 이용한 드라이에칭에 의해 세정한 후 잔류하는 F이온을 제거하기 위해, H2 플라즈마처리와 시즈닝을 반복하고 있다. 이것은 진공챔버(50)에 잔류하는 F이온이 액정표시소자의 특성에 많은 영향을 끼치기 때문이다.

예를 들어, 반도체층을 형성할 때 이러한 F이온이 진공챔버(50)의 벽면으로부터 튀어나와 반도체층에 침투하면, 박막트랜지스터의 채널특성이 영향을 받게 되어 박막트랜지스터의 문턱전압(threshold voltage)이 변하게 된다. 특히, 이러한 F이온에 의한 영향은 세정 후 5∼8회의 PECVD공정중 첫번째의 공정에서 많이 발생하게 되는데, 그 이유는 첫번째의 PECVD공정중에 잔류하는 F이온의 대부분이 반도체층에 침투하기 때문이다. 따라서, 세정 후 5∼8회의 PECVD공정에 의해 박막트랜지스터를 제조하는 경우 첫번째 공정에 의해 제작된 박막트랜지스터의 문턱전압특성과 2∼8회의 PECVD공정중 형성중에 제조되는 박막트랜지스터의 문턱전압특성에 편차가 발생하게 되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, PECVD용 진공챔버의 세정시2차의 시즈닝을 진행하여 진공챔버의 벽면에 실리콘계 물질과 비정질물질로 이루어진 이중의 층이 형성함으로써 챔버내의 잔류성분에 의해 이후의 PECVD공정시 제작되는 박막트랜지스터의 문턱전압특성에 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 진공챔버 세정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기와 같이 진공챔버를 세정하여 세정후 진행되는 복수의 PECVD공정중 첫번째 공정에 의해 제작되는 박막트랜지스터의 문턱전압특성과 이후의 공정중 제작되는 박막트랜지스터의 문턱전압특성이 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있는 진공챔버 세정방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 진공챔버 세정방법은 벽면에 이물질이 달라붙은 진공챔버내에 충진된 가스를 플라즈마화하여 상기 이물질을 플라즈마 이온과 결합시켜 배기하는 단계와, 상기 진공챔버를 H₂플라즈마 처리하는 단계와, 상기 진공챔버를 제1시즈닝하여 진공챔버의 벽면에 실리콘계 물질로 이루어진 제1층을 형성하는 단계와, 상기 진공챔버를 제2시즈닝하여 상기 제1층위에 비정질물질로 이루어진 제2층을 형성하는 단계로 구성된다.

제1시즈닝에 의해 SiNx층이 진공챔버 벽면에 적층되고 제2시즈닝에 의해 a-Si층이 상기 SiNx층위에 형성된다. 진공챔버내에 잔존하는 잔류가스성분, 즉 F이온은 a-Si층의 댕글링본드와 결합하여 제거되기 때문에, 박막트랜지스터의 반도체층 형성시 상기 F이온에 의한 영향을 최소화할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 액정표시소자의 구조를 나타내는 단면도.

도 2는 PECVD용 진공챔버를 세정하는 종래의 방법을 나타내는 흐름도.

도 3(a)는 PECVD공정시 진공챔버에 적층된 불순물을 드라이에칭에 의해 제거하는 것을 종래의 방법을 나타내는 도면.

도 3(b)는 종래의 방법에 의해 시즈닝된 진공챔버를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 PECVD용 진공챔버의 세정방법을 나타내는 흐름도.

도 5는 본 발명에 따라 PECVD용 진공챔버의 벽면에 SiNx층과 a-Si층이 형성된 모양을 나타내는 도면.

도 6은 종래의 방법에 의해 세정된 진공챔버와 본 발명에 의해 세정된 진공챔버내에서 각각 제작된 박막트랜지스터의 문턱전압특성을 나타내는 그래프.

본 발명의 가장 큰 특징은 PECVD용 진공챔버의 세정공정시 잔류하는 F이온을완전하게 제거하여 이후의 PECVD공정시 박막트랜지스터를 제조할 때 상기 잔류 F이온이 반도체층으로 침입하여 발생할 수 있는 문턱전압값의 변화를 방지하기 위한 것이다. 특히, 본 발명에서는 세정후 연속적으로 진행되는 복수매의 기판(또는 패널)의 PECVD공정시 첫번째 공정의 박막트랜지스터의 문턱전압값의 변화를 방지하여 PECVD공정시 항상 일정한 문턱전압특성을 갖는 박막트랜지스터를 형성하기 위한 것이다.

이를 위해, 본 발명에서는 특히 시즈닝공정시 종래에 적층되던 SiNx 위에 다시 비정질실리콘층을 적층함으로서 잔류하는 F이온을 제거한다. 일반적으로, 비정질반도체의 구조적인 특징은 장거리질서(long range order)가 존재하지 않는 반면에 단거리질서(short range order)가 존재하며, 내부에 점유되지 않은 댕글링본드(dangling bond)가 존재한다는 것이다. 따라서, F이온이 진공챔버내에 존재하는 경우 상기 F이온이 비정질반도체의 댕글링본드와 결합하여 진공챔버내의 잔류 F이온을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 진공챔버의 세정방법을 더욱 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 PECVD용 진공챔버의 세정방법을 나타내는 도면으로, 이를 설명하면 다음과 같다. 도면에 도시된 바와 같이, 진공챔버내에 기판 또는 액정패널을 탑재한 후 게이트절연층, 반도체층 및 보호층을 형성하기 위해 PECVD공정을 진행한다(S201). 이어서, 상기 PECVD공정중에 진공챔버의 벽면에 달라붙는 불순물을 제거하기 위해 NF₃가스를 충진한 후 RF전력을 공급하여 상기 충진된 NF₃가스를플라즈마화한다. NF₃가스가 플라즈마화함에 따라 플라즈마 양이온은 벽면으로 가속되며, 이 가속된 플라즈마 양이온이 벽면에 적층된 불순물과 결합되어 배기된다(S202).

그후, 상기 진공챔버내에 H₂가스를 충진하여 플라즈마 처리한다(S203). 상기 플라즈마 처리에 의해 진공챔버내에 남아 있는 많은 양의 F이온이 상기 플라즈마 이온과 결합하여 제거된다. 이어서, 상기 챔버내에 SiH₄와 NH₃의 혼합가스 또는 SiH₄와 N₂의 혼합가스를 충진하여 PECVD공정을 진행하여 제1시즈닝한다(S204). 상기 제1시즈닝에 의해, 진공챔버의 벽면에는 SiNx층이 적층된다. 상기 SiNx층에 의해 진공챔버내에 잔류하는 F이온이 억제되며, 이후의 공정인 PECVD공정(예를 들면, 절연층 형성공정)과 거의 유사한 분위기에서 상기 시즈닝공정이 진행되기 때문에 급격한 환경의 변화에 의한 공정상의 문제를 제거할 수 있게 된다.

상기 SiNx층위에는 제2시즈닝에 의해 비정질실리콘(a-Si)이 적층된다(S205). 이때, 챔버내부에는 SiH₄와 H₂의 혼합가스가 충진되어 PECVD공정에 의해 진공챔버 벽면의 SiNx층위에 a-Si층이 적층된다. 상기와 같은 제1시즈닝과 제2시즈닝에 의해 진공챔버의 벽면에는 도 5에 도시된 바와 같이 SiNx층(160)과 a-Si층(162)이 형성된다. 상기 a-Si층(162)은 반도체층을 적층하기 위한 이후의 PECVD공정과 동일한 분위기에서 진행되기 때문에, 반도체층의 적층공정시 공정분위기가 급격하게 변하는 것을 방지하여 층의 불량이 발생하는 것을 방지한다.

또한, a-Si(162)층에는 많은 댕글링본드가 존재한다. 따라서, 제1시즈닝에의해 생성된 SiNx층(160)에 의해 잔존하는 F이온이 완전히 억제되지 않는 경우에도 상기 F이온이 비정질물질의 댕글링본드에 결합함으로써 이후의 반도체층 공정시 잔존하는 F이온이 반도체층으로 침투하는 것을 방지할 수 있게 된다.

이러한 세정공정은 한 진공챔버내에서 복수의 PECVD공정이 종료할 때마다 진행된다. 다시 말해서, 진공챔버내에 연속적으로 공급되는 복수개의 기판 또는 패널에 PECVD공정을 종료한 후 세정공정을 진행한다.

상기와 같은 세정공정을 거친 진공챔버내에서 박막트랜지스터를 형성하는 경우 SiNx층만을 형성하던 종래의 세정공정에 비해 박막트랜지스터의 불량을 더욱 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 특히, 세정후 연속적으로 공급되어 PECVD공정에 의해 박막트랜지스터가 형성되는 복수의 기판 또는 패널중에서 세정 후 첫번째로 공급되어 진행되는 기판 또는 패널에 형성된 박막트랜지스터와 이후에 공급된 기판 또는 패널에 형성되는 박막트랜지스터의 특성(특히, 문턱전압특성)상의 변화를 제거할 수 있게 되어, 항상 일정한 특성을 갖는 박막트랜지스터를 제조할 수 있게 된다.

도 6에 종래 방법에 의해 세정된 진공챔버내에서 제조된 박막트랜지스터와 본 발명에 따라 세정된 진공챔버내에서 제조된 박막트랜지스터의 문턱전압특성이 도시되어 있다. 이때, 세정은 6매의 기판 또는 패널에 대한 PECVD공정 이후마다 실행된 것으로, 도면에서 원은 종래 방법에 의해 세정된 진공챔버에서 제조된 박막트랜지스터의 특성을 나타내고 사각형은 본 발명에 의해 세정된 진공챔버내에서 박막트랜지스터의 특성을 나타낸다.

도면에 도시된 바와 같이, 종래 방법에서는 진공챔버 세정후 최초로 제작된 박막트랜지스터의 문턱전압(Vth)이 2V 이상인데 비해, 두번째 제작된 박막트랜지스터의 문턱전압(Vth)은 약 1.6V이며, 횟수가 진행됨에 따라 문턱전압(Vth)이 약 1.4∼1.5V가 된다. 다시 말해서, 세정후 최초에 제작된 박막트랜지스터의 문턱전압(Vth)과 이후에 제작된 박막트랜지스터의 문턱전압(Vth)의 전압차가 크게 되며, 결국 한 진공챔버내에서 제작되는 박막트랜지스터의 특성이 균일하게 않게 된다.

반면에, 본 발명의 방법에 의해 세정된 진공챔버내에서는 세정후 최초로 제작되는 박막트랜지스터의 문턱전압(Vth)과 마지막으로 제작되는 박막트랜지스터의 문턱전압(Vth)이 약 1.24∼1.43V로, 전체적으로 균일한 특성을 갖게 됨을 알 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 2차의 시즈닝에 의해 PECVD용 진공챔버의 벽면에 SiNx 등의 실리콘계 물질과 비정질실리콘과 같은 비정질물질로 이루어진 이중의 층을 형성함으로써 진공챔버에 잔류하는 가스성분, 즉 F이온을 완전하게 제거할 수 있으며 이후의 PECVD공정과 동일한 분위기를 형성할 수 있게 된다. 이러한 본 발명의 세정방법은 특정한 소자를 제조하기 위한 PECVD용 진공챔버에만 적용되는 것이 아니라 모든 PECVD용 진공챔버에도 적용 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 세정방법은 액정표시소자와 같은 평판표시소자용 진공챔버뿐만 아니라 반도체소자용 진공챔버에도 적용 가능한 것으로서, 본 발명의 개념(즉, a-Si을 시즈닝하는)을 이용한 다른 예나 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 사람이라면누구라 용이하게 창안할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 PECVD용 진공챔버의 세정시 챔버내의 잔류가스성분을 제거하기 위해, 2차의 시즈닝을 진행하여 진공챔버의 벽면에는 실리콘계 물질과 비정질물질로 이루어진 이중의 층이 형성된다. 따라서, 이후의 PECVD공정시 형성되는 층에 생기는 불량(예를 들면, 박막트랜지스터의 문턱전압특성불량)을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 벽면에 이물질이 달라붙은 진공챔버내에 충진된 가스를 플라즈마화하여 상기 이물질을 플라즈마 이온과 결합시켜 배기하는 단계;

   상기 진공챔버를 H₂플라즈마 처리하는 단계;

   상기 진공챔버를 제1시즈닝하여 진공챔버의 벽면에 실리콘계 물질로 이루어진 제1층을 형성하는 단계; 및

   상기 진공챔버를 제2시즈닝하여 상기 제1층위에 비정질물질로 이루어진 제2층을 형성하는 단계로 구성된 진공챔버 세정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 H₂플라즈마 처리하는 단계는,

   기판에 H₂가스를 충진하는 단계; 및

   충진된 H₂가스를 플라즈마화하여 챔버내의 잔류가스와 결합시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1층을 형성하는 단계는 진공챔버내에 SiH₄와 NH₃의 혼합가스 또는 SiH₄와 N₂를 충진하고 PECVD을 진행하여 SiNx층을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2층을 형성하는 단계는 진공챔버내에 SiH₄와 H₂의 혼합가스를 충진하고 PECVD를 진행하여 비정질실리콘층을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, PECVD공정이 5∼8회 진행될 때마다 상기 과정이 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.