KR20060067039A - 플라즈마 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

플라즈마 화학 기상 증착 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 기판을 지지하는 리프트 핀과, 상기 리프트 핀의 두께보다 크게 형성되며 상기 리프트 핀이 상하로 운동하는 관통홀을 가지며 기판에 열을 가하는 서셉터와, 상기 기판의 가장자리를 위에서 지지하는 새도우 프레임을 구비하고, 상기 리프트 핀은 상기 기판이 안착되는 헤더와 상기 헤더를 지지하는 제1 지지부와 상기 제1 지지부와 연결되며 제1 지지부의 두께보다 큰 두께를 가지는 제2 지지부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 화학 기상 증착 장치{PLASMA ENHANCED CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS}
도 1은 종래 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 서셉터 상부에 안착되는 기판의 힘의 방향을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 리프트 핀과 관통홀을 상세히 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 리프트 핀과 관통홀을 상세히 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 4에 도시된 플라즈마 화학 기상 증착 장치 중에서 서셉터에 기판이 안착되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 4에 도시된 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 이용하여 형성된 액정표시패널을 나타내는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2,102 : 기판 4,104 : 서셉터
6,106: 새도우 프레임 38,138 : 핀 플레이트
12 : 얼라인 핀 14,104 : 지축 엘리베이터
16,106 : 챔버 18,108 : 가스 분출구
24,124 : 관통홀 28,128 : 리프트 핀
152 : 로봇암
본 발명은 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로, 특히 리프트 핀의 파손을 방지 및 기판의 파손을 방지할 수 있는 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
통상, 액정표시소자(Liquid Crystal Display)에서는 액정패널 상에 매트릭스 형태로 배열된 액정셀들의 광투과율을 그에 공급되는 비디오 데이터신호로 조절함으로써 데이터신호에 해당하는 화상을 액정패널 상에 표시하게 된다. 이러한 액정표시소자는 화소영역을 결정하기 위해 교차되어 형성되는 게이트라인 및 데이터라인, 게이트라인 및 데이터라인의 교차부에 형성되는 박막트랜지스터, 박막트랜지스터와 접속되는 화소전극 등이 형성된 박막트랜지스터 어레이 기판과, 칼라필터등이 형성된 칼라 필터 어레이 기판과, 박막트랜지스터 어레이 기판과 칼라필터 어레이 기판 사이에 형성되어 일정한 셀갭을 유지하는 스페이서와, 스페이서에 의해 칼라필터 어레이 기판과 박막트랜지스터 어레이 기판 사이에 마련된 공간에 채워진 액정을 구비한다.
이러한 액정표시소자의 제조방법에 있어서, 박막트랜지스터에 채널부로 포함되는 활성층 및 오믹접촉층과, 데이터라인과 게이트라인을 절연시키는 게이트절연막과, 박막트랜지스터를 보호하는 보호막은 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ; 이하 "PECVD"라 함)방법을 이용하여 형성된다.
PECVD방법은 진공을 이루는 챔버 내부에 증착시 필요한 가스를 주입하여 원하는 압력과 기판 온도가 설정되면 고주파(Radio Frequency; 이하 "RF"라 함)를 이용하여 주입된 가스를 플라즈마 상태로 분해함으로써 기판 위에 증착물질이 증착된다. 증착에 필요한 조건은 진공상태, RF, 기판 온도, 상하부 전극간 거리, 반응가스 및 반응 압력 등에 따라 증착되는 증착물질의 상태가 달라지게 된다.
도 1은 종래 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 챔버(16)는 증착막이 형성될 기판(2)과, 기판(2)에 열을 가하기 위한 서셉터(4)와, 기판(2)이 외부로 이탈하지 않도록 하기 위한 새도우 프레임(6)을 구비한다.
서셉터(4)는 지축엘리베이터(14)에 의해 상승하여 기판(2)이 안착되게 함과 아울러 그 내부에 히팅코일이 있어 기판(2)에 열을 공급하여 증착효율을 향상시키게 된다.
이러한 서셉터(4)는 기판(2)과 중첩되는 제1 영역(4a)과, 기판(2)과 비중첩되는 제2 영역(4b)으로 나뉘어진다. 제1 영역(4a)은 기판(2)의 로딩 및 언로딩을 용이하게 하기 위한 다수개의 리프트 핀(28)과 대응되며, 제1 영역(4a)에는 기판 (2)에 열을 공급하기 위한 히팅코일이 내장되어 있다. 제2 영역(4b)에는 새도우 프레임(6)과 서셉터(4)를 얼라인하기 위한 얼라인 핀(12)이 형성된다. 또한, 서셉터(4)에는 핀 플레이트(38) 상부에 배치된 리프트 핀(28)이 서셉터(4)를 관통하도록 다수의 관통홀(24)이 형성된다.
새도우 프레임(6)은 기판(2)이 가스분출구(18)와 소정간격을 두고 위치하여 기판(2)이 상승될 때 기판(2)의 외부이탈을 방지하게 된다. 또한, 새도우 프레임(6)은 증착공정시 서셉터(4)와 중첩되는 기판(2) 상에 형성되는 증착물질이나 공정가스의 유실을 방지하게 된다. 이러한 새도우 프레임(6)은 서셉터(4)와 얼라인을 용이하게 하기 위해 서셉터(4)의 얼라인 핀(12)과 대응되는 얼라인 홈(26)이 형성된다.
이와 같은 구조를 가지는 종래 PECVD장치에서 로봇암에 의해 챔버(16) 내로 로딩된 기판(2)은 서셉터(4)에 안착되기 전에 리프트 핀(28)에 의해 기판(2)이 지지된다. 이때, 고온의 챔버(16) 내의 분위기에 의해 기판(2)은 휘어진 형태로 리프트 핀(28)에 의해 지지된다. 여기서, 기판(2)에 작용하는 힘의 방향은 도 2에 도시된 바와 같이 기판(2)의 중앙부에서 가장자리 방향으로 작용하게 된다. 이러한 기판(2)에 작용하는 힘에 의하여 리프트 핀(28)이 일측으로 기울어지는 현상이 발생한다. 이를 도 3을 참조하여 자세히 살펴보면, 기울어진 리프트 핀(28)은 서셉터(4)에 형성된 관통홀(24)의 일측과 상호 접촉되게 된다. 이후, 서셉터(4)가 기판(2)을 안착하기 위하여 상승하게 되면, 관통홀(24)과 리프트 핀(28)이 지속적으로 마찰을 일으키게 되어 관통홀(24)과 리프트 핀(28) 모두 파손될 뿐만아니라, 파손된 일부가 서셉터(4)와 서셉터(4)에 안착되는 기판(2) 사이에 위치할 경우, 플라즈마 누수가 발생하게 된다. 결과적으로, 기판(2)의 증착공정 상에 불량이 발생하게 될 뿐만아니라, PECVD 장치의 파손을 일으키게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 리프트 핀과 기판의 파손을 방지하며, 부싱과의 마찰을 저감 할 수 있는 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 기판을 지지하는 리프트 핀과, 상기 리프트 핀의 두께보다 크게 형성되며 상기 리프트 핀이 상하로 운동하는 관통홀을 가지며 기판에 열을 가하는 서셉터와, 상기 기판의 가장자리를 위에서 지지하는 새도우 프레임을 구비하고, 상기 리프트 핀은 상기 리프트 핀은 상기 기판이 안착되는 헤더와 상기 헤더를 지지하는 제1 지지부와 상기 제1 지지부와 연결되며 제1 지지부의 두께보다 큰 두께를 가지는 제2 지지부를 구비한다.
본 발명에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 있어서, 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부의 길이비는 1 : 1.1~1.7이며, 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부의 직경비는 1 : 1.01~1.2로 형성된다.
본 발명에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 있어서, 상기 관통홀의 상 부는 상기 헤더가 안착되도록 상기 헤더의 배면 모양으로 음각된다.
본 발명에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 있어서, 상기 리프트 핀의 하부에 배치되어 상기 리프트 핀을 상하로 운동시키는 핀 플레이트를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도 4 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 화학 기상 증착장치를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 화학 기상 증착장치는 챔버(116)와, 챔버(116)내에 배치되어 증착막이 형성될 기판(102)과, 기판(102)에 열을 가하기 위한 서셉터(104)와, 기판(102)이 외부로 이탈하지 않도록 하기 위한 새도우 프레임(106)을 구비한다.
서셉터(104)는 지축엘리베이터(114)에 의해 상승하여 기판(102)이 안착되게 함과 아울러 그 내부에 히팅코일이 있어 기판(102)에 열을 공급하여 증착효율을 향상시키게 된다. 또한, 서셉터(104)에는 리프트 핀(128)이 서셉터(104)를 관통하여 삽입되도록 다수의 관통홀(124)이 형성된다. 여기서, 서셉터(104)는 리프트 핀(128)이 상하로 운동할 수 있도록 리프트 핀(128)의 배면에 배치되는 핀 플레이트(138)를 구비할 수 있으며, 핀 플레이트(138)가 제거되고 챔버 바닥(116)이 핀 플레이트(138) 역할을 수행할 수 있다. 이러한 서셉터(104)는 기판(102)과 중첩되는 제1 영역(104a)과, 기판(102)과 비중첩되는 제2 영역(104b)으로 나뉘어진다. 제1 영역(104a)은 기판(102)의 로딩 및 언로딩을 용이하게 하기 위한 다수개의 리프트 핀(128)과 대응되며, 제1 영역(104a)에는 기판(102)에 열을 공급하기 위한 히팅코일이 내장되어 있다. 제2 영역(104b)에는 새도우 프레임(106)과 서셉터(104)를 얼라인하기 위한 얼라인 핀(112)이 형성된다. 본 발명의 실시 예에 따른 리프트 핀(128)과 관통홀(124)은 도 5를 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
새도우 프레임(106)은 기판(102)이 가스분출구(118)와 소정간격을 두고 위치하여 기판(102)이 상승될 때 기판(102)의 외부이탈을 방지하게 된다. 또한, 새도우 프레임(106)은 증착공정시 서셉터(104)와 중첩되는 기판(102) 상에 형성되는 증착물질이나 공정가스의 유실을 방지하게 된다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 리프트 핀(128)은 하부(148)의 두께에 비하여 상부(144)의 두께가 얇게 형성되며, 관통홀(124)내에는 리프트 핀(128)의 흔들림 방지 및 손상 감소를 위해 리프트 핀(128)의 운동 영역 주위로 부싱(Bushing)(149)이 배치된다.
리프트 핀(128)은 기판(102)과 접촉되는 헤더(142)와, 헤더(142)를 지지하는 지지부를 구비한다.
헤더(142)는 접촉되는 기판(102)의 크기에 따라 그 크기가 다르게 형성될 수 있으며, 일예로써, 헤더(142)의 두께는 2 ~ 4mm 정도의 크기로 형성되고 직경은 9 ~ 13mm 정도 형성된다. 이러한 헤더(142)가 서셉터(104)에 안착될 수 있도록 관통홀(124)의 크기는 헤더(142) 크기 이상으로 형성된다.
지지부는 무게 중심을 가지는 하부(148)와, 하부(148)와 연결되며 하부(148)와 다른 두께로 형성되는 상부(144)와, 하부(148)와 상부(144)를 연결하는 경계부(146)를 구비한다.
하부(148)는 관통홀(124) 외부로 노출되지 않으며 상부(144)를 지지하게 된다.
상부(144)는 관통홀(124)의 외부에 노출되어 헤더(142)에 안착된 기판(102)을 지지하는 역할을 한다.
경계부(146)는 하부(148)에서 상부(144)로 연결되는 부분이며, 기판(102)이 헤더(142)에 안착되는 시기에는 관통홀(124) 근처에 위치하다가, 기판(102)이 서셉터(104)에 안착되기 위하여 서셉터(104)가 상승할 경우에는 상부(144) 높이만큼 하강하게 된다. 이러한 경계부(146)는 하부(148)에서 상부(144)로 소정각도를 가지며 감소하는 폭으로 형성될 수 있으며, 계단형태로 형성될 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 리프트 핀(128)의 상부(144)의 두께는 리프트 핀(128) 상에 안착되는 기판(102)의 작용력에 의하여 관통홀(124) 내에서 관통홀(124)과 접촉되지 않으면서 움직임이 가능한 폭 내로 형성된다.
이에 따라, 상부(144) 및 하부(148)의 길이비는 1 : 1.1 ~ 1.7로 형성되며, 상부(144) 및 하부(148)의 직경비는 1 : 1.01 ~ 1.2로 형성된다. 바람직하게 상부(144) 및 하부(148)의 길이비는 1 : 1.363 정도로 형성되며, 상부(144) 및 하부(148)의 직경비는 1 : 1.04로 형성된다.
실질적으로 하부(148) 길이가 75mm일 경우 상부(144) 길이는 55mm로 형성되 며, 하부(148) 직경이 6.25mm일 경우 상부(144) 직경은 6mm로 형성된다. 또한, 리프트 핀(128)의 상부(144)와 관통홀(124)의 내벽 즉 부싱(149)과의 거리는 0.2mm이상으로 형성되게 된다.
관통홀(124)은 서셉터(104)의 배면에서 전면으로 형성되며, 홀의 두께는 리프트 핀(128)과 접촉되지 않도록 리프트 핀(128)의 두께보다 더 크게 형성된다. 이러한 관통홀(124)의 서셉터(104) 전면에서의 형태는 리프트 핀(128)에 형성된 헤더(142)가 안착될 수 있도록 헤더(142)의 음각 모양으로 형성된다.
이와 같은 구조를 가지는 본 발명의 실시 예에 따른 PECVD장치에서 증착공정 중 리프트 핀(128) 상에 기판(102)이 안착되고 안착된 기판(102)이 서셉터(104)의 전면에 안착되는 과정에 대해서 살펴보기로 하자.
먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이 로봇 암(152)에 의해 기판(102)이 챔버(116) 내로 로딩된다. 이 때, 기판(102)은 서셉터(104) 및 리프트 핀(128)과 접촉되지 않은 상태를 유지한다.
이어서, 핀 플레이트(138)가 상승되므로 도 6b에 도시된 바와 같이 핀 플레이트(138) 상에 형성된 리프트 핀(128)이 상승한다. 상승된 리프트 핀(128)에 의해 기판(102)은 일정 높이로 들어 올려지게 된다. 이 상태에서 로봇 암(152)은 챔버 내에서 언로딩된다. 여기서, 리프트 핀(128) 상에 안착된 기판(102)은 중앙에서 외부 방향으로 힘이 작용하는 반면에, 리프트 핀(128) 자체에서는 하부(148)에 무게중심을 가지게 됨으로 아래 방향으로 힘이 작용하게 되어 리프트 핀(128)과 관통홀(124)이 접촉되지 않게 된다.
이 후, 지축 엘리베이터(114)에 의해 서셉터(104)가 상승되면 도 6c에 도시된 바와 같이 기판(102)은 서셉터(134)의 전면에 안착된다. 이 과정동안 리프트 핀(128)은 관통홀(124)과 접촉되지 않은 상태로 유동하게 됨으로 리프트 핀(128) 및 관통홀(124)의 파손을 방지하게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 PECVD장치를 이용하여 형성되는 액정패널을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 액정패널은 액정(86)을 사이에 두고 합착된 컬러필터 기판(81)과 TFT 기판(91)을 구비한다.
액정(86)은 자신에게 인가된 전계에 응답하여 회전됨으로써 TFT 기판(91)을 경유하여 입사되는 빛의 투과량을 조절하게 된다.
컬러필터 기판(81)은 상부기판(80a)의 배면 상에 형성되는 컬러필터(82) 및 공통전극(84)을 구비한다. 컬러필터(82)는 적(R), 녹(G) 및 청(B) 색의 컬러필터층이 스트라이프(Stripe) 형태로 배치되어 특정 파장대역의 빛을 투과시킴으로써 컬러표시를 가능하게 한다. 인접한 색의 컬러필터(82)들 사이에는 도시하지 않은 블랙 매트릭스(Black Matrix)가 형성되어 인접한 셀로부터 입사되는 빛을 흡수함으로써 콘트라스트의 저하를 방지하게 된다.
TFT 기판(91)은 하부기판(80b)의 전면에 게이트절연막을 사이에 두고 절연되는 데이터라인(99)과 게이트라인(94)이 상호 교차되도록 형성되며, 그 교차부에 TFT(90)가 형성된다. TFT(90)는 게이트라인(94)에 접속된 게이트전극, 데이터라인(99)에 접속된 소스전극, 활성층 및 오믹접촉층을 포함하는 채널부를 사이에 두고 소스전극과 마주보는 드레인전극으로 이루어진다. 이 TFT(90)는 보호막을 관통하는 접촉홀을 통해 화소전극(92)과 접속된다. 이러한 TFT(90)는 게이트라인(94)으로부터의 게이트신호에 응답하여 데이터라인(99)으로부터의 데이터신호를 선택적으로 화소전극(92)에 공급한다.
화소전극(92)은 데이터라인(99)과 게이트라인(94)에 의해 분할된 셀 영역에 위치하며 광투과율이 높은 투명전도성물질로 이루어진다. 이 화소전극(99)은 드레인전극을 경유하여 공급되는 데이터신호에 의해 상부기판(80a)에 형성되는 공통전극(84)과 전위차를 발생시키게 된다. 이 전위차에 의해 하부기판(80b)과 상부기판(80a) 사이에 위치하는 액정(86)은 유전율이방성에 의해 회전하게 된다. 이에 따라, 광원으로부터 화소전극(92)을 경유하여 공급되는 광이 상부기판(80a) 쪽으로 투과된다.
액정표시패널의 반도체층, 게이트절연막 및 보호막은 PECVD장치를 이용하여 기판 상에 전면 증착된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 리프트 핀의 무게중심이 하부에 집중된다. 이에 따라, 헤더에 기판이 안착됨으로 인하여 헤더에 작용하는 힘이 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 가장자리 방향으로 작용하더라도 리프트 핀의 하부 무게중심에 의해 작용되는 힘과 상쇄되게 된다. 이에 따라, 리프트 핀과 관통홀의 접촉이 발생하지 않게 되어 리프트 핀 및 관통홀을 파손 으로부터 보호할 수 있게 된다. 결과적으로, 플라즈마 화학 기상 증착 장치 중 챔버 내부에 이물질 발생을 억제함으로서 기판의 불량률을 감소시키게 된다.
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 정하여져야만 할 것이다.

Claims (4)

  1. 기판을 지지하는 리프트 핀과,
    상기 리프트 핀의 두께보다 크게 형성되며 상기 리프트 핀이 상하로 운동하는 관통홀을 가지며 기판에 열을 가하는 서셉터와,
    상기 기판의 가장자리를 위에서 지지하는 새도우 프레임을 구비하고,
    상기 리프트 핀은 상기 기판이 안착되는 헤더와 상기 헤더를 지지하는 제1 지지부와 상기 제1 지지부와 연결되며 제1 지지부의 두께보다 큰 두께를 가지는 제2 지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부의 길이비는 1 : 1.1~1.7이며,
    상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부의 직경비는 1 : 1.01~1.2로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 관통홀의 상부는
    상기 헤더가 안착되도록 상기 헤더의 배면 모양으로 음각되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리프트 핀의 하부에 배치되어 상기 리프트 핀을 상하로 운동시키는 핀 플레이트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100764628B1 (ko) * 2006-02-01 2007-10-08 주식회사 에스에프에이 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치
KR20110069208A (ko) * 2009-12-17 2011-06-23 엘지디스플레이 주식회사 화학기상증착장치
KR101512135B1 (ko) * 2008-10-23 2015-04-14 주식회사 원익아이피에스 복수기판 처리장치
KR20170095824A (ko) * 2014-12-19 2017-08-23 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법

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