KR20070066708A - 액정 표시 장치 제조용 진공 챔버 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 챔버 내부에 아웃가싱(outgassing) 즉, 가스 제거용 램프 가열기를 포함하여 챔버 내부의 진공도를 조절하는 스퍼터링 장치의 진공 챔버에 관한 것이다. 본 발명에 따른 액정 표시 장치 제조용 진공 챔버는 챔버 내부를 배기시키는 펌프와, 상기 챔버 내에 마련된 챔버 아웃가싱용 램프 가열기를 포함한다. 그러므로 본 발명에 의해 챔버 내부에 기판 가열용 히터와는 별개의 램프 가열기를 장착하여 아웃가싱 시간을 획기적으로 단축할 수 있다.
아웃가싱, 스퍼터링 장치, 램프 가열기

Description

액정 표시 장치 제조용 진공 챔버 {VACUUM CHAMBER FOR MANUFACTURING LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
도 1은 종래의 스퍼터링 장치의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 챔버 내부에 배치된 램프 가열기 만을 도시한 사시도.
※도면의 주요 부재에 대한 부호의 설명※
10 : 챔버 20 : 기판
30 : 타겟 40 : 서셉터
50 : 펌프 70 : 백킹 플레이트
80 : 차폐물 100 : 램프 가열기
110 : 제어부
본 발명은 액정 표시 장치를 제조하는데 이용되는 스퍼터링 장치의 진공 챔버에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 챔버 내부에 아웃가싱(outgassing) 즉, 가 스 제거용 램프 가열기를 포함하여 챔버 내부의 진공도를 조절하는 스퍼터링 장치의 진공 챔버에 관한 것이다.
스퍼터링 장치는 반도체 장치나 액정표시장치의 기술분야에 있어서 금속박막이나 절연막을 형성하기 위해 널리 사용되고 있다.
일반적으로, 스퍼터링 장치에서는 불활성 기체인 아르곤(Ar) 가스가 소량 존재하는 고진공 챔버(chamber) 내에서 양극과 음극 사이에 전압이 인가되면, 양극과 음극 사이에 강한 전기장이 생성되고 아르곤 가스는 강한 전기장에 의해 이온화하여 Ar+ 또는 Ar++와 같은 양이온으로 된다. 이들 양이온들은 음으로 대전된 타켓(target)으로 가속하여 충돌하고 그 충격에 의해 타켓의 증착용 물질이 튀어 나와 기판인 웨이퍼에 적층된다.
이러한 스퍼터링 장치의 장점을 살펴보면, 1) 타켓과 기판의 온도가 충분히 낮게 유지되면, 소스 성분 조성의 변화없이 금속막을 적층할 수 있다. 2) 스퍼터링 공정은 재료의 융점과 융해열에 무관하므로 비내화성 금속 뿐만 아니라 내화성 금속도 적층할 수 있다. 3) 막이 성장하는 동안 기체 분위기를 조절하면, 적층된 막의 구조와 성질을 변화시킬 수 있다. 4) 스퍼터링된 원자들이 큰 운동에너지를 가지고 기판에 충돌하기 때문에 일반적으로 막이 기판에 양호하게 부착된다. 5) 아르곤이 1 내지 10mtorr의 압력으로 채워진 진공챔버에서 증착이 이루어지므로 스텝 커버리지 및 동공 스텝 커버리지가 양호하다. 6) 튀어 나오는 타켓의 원자들과 가스 원자들의 충돌로 인하여 튀어 나오는 입자들이 산란되므로 기판과 충돌하는 각도가 변화한다.
도 1은 종래의 스퍼터링 장치의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 스퍼터링 장치는 진공 챔버(1) 내의 서셉터(4) 위에 기판(2)을 안착시키고 그 상부에 증착하고자 하는 Al 등의 금속 타겟(3)을 설치하여 타겟에 전원을 인가시킨 후, Ar 가스가 진공 챔버(1)에 공급되면 플라즈마가 형성되고 양(+)으로 대전된 Ar 이온이 타겟(3)과 충돌하면서 타겟 금속이 기판(2)에 증착되도록 한 것이다.
이와 같이 스퍼터링 장치가 정상적으로 작동하기 위해서는, 상기 진공 챔버(1)와 연통된 펌프(5)가 챔버(1) 내부를 고진공도로 유지해야 한다.
한편, 챔버 내의 타겟(3) 등과 같은 부품의 교환을 위해 챔버를 개방하면, 챔버 내부로 수증기 또는 대기 가스와 같은 오염물이 챔버 내부 부품에 흡착된다. 이러한 오염물은 추후 챔버 내에서 공정 수행시에 챔버 내부로 이탈하여 챔버 내부 부품 및 기판을 손상시키는 주요인이 된다. 따라서, 종래에는 이러한 오염물을 아웃가싱(outgassing)시키기 위해 공정 수행 전에 챔버 내의 기판 가열용 히터(6)를 이용해서 챔버를 장시간 배기시켰다. 여기서, 아웃가싱(outgassing)이라 함은 챔버 내의 부품 표면에 흡착되어 있다가 공정 수행 후 고순도의 공정 가스 내로 이탈하거나 부품 중에 흡착되어 있다가 방출되는 가스를 제거하는 것을 말한다. 이러한 아웃가싱이 충분한 시간 동안 수행되지 못할 경우 공정에 적합한 진공도를 달성하지 못하여 기판 상에 형성되는 필름의 저항 특성에 악영향을 초래하게 된다. 따라서, 이러한 아웃가싱 시간의 단축은 챔버의 가동율 향상에 가장 중요한 요인이 된다. 그러나, 상기 펌프(5)와 기판 가열용 히터(6)를 이용하여 챔버(1) 내의 진공도를 공정에 적합한 정도의 진공도로 설정하는데에는 약 18-20시간의 장시간이 소요되는데, 이는 기판 가열용 히터(6)만으로는 챔버 내부 온도를 신속하게 가열하지 못하여 상기 오염물이 챔버 내부 부품으로부터 서서히 이탈하기 때문이다. 즉, 상기 오염물이 챔버 내부 부품으로부터 서서히 이탈하여 기판 가열용 히터(6) 만을 이용해서는 모든 오염물을 제거하는데 장시간이 소요된다.
따라서, 본 발명의 목적은 챔버 내부에 기판 가열용 히터와는 별개의 램프 가열기를 장착하여 아웃가싱 시간을 획기적으로 단축할 수 있는 진공 챔버를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치 제조용 진공 챔버는 챔버 내부를 배기시키는 펌프와, 상기 챔버 내에 마련된 챔버 아웃가싱용 램프 가열기를 포함한다.
상기 램프 가열기는 상기 챔버의 내벽에 배열될 수 있다. 또한, 상기 램프 가열기는 등간격으로 이격 배치될 수 있다. 상기 램프 가열기는 상기 챔버의 서로 마주보는 일 측벽과 타 측벽에서 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 상기 램프 가열기와 상기 펌프는 상기 챔버 외부의 제어부에 연결되어 상기 램프 가열기와 펌프를 동시에 제어될 수 있다. 여기서, 상기 진공 챔버는 물리 기상 증착 장치, 화학 기상 증착 장치 및 에칭 장치 중 어느 하나에 이용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 실시예들은 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 부재를 지칭한다.
도 2는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 상기 스퍼터링 장치는 진공 챔버(10), 상기 챔버(10)의 바닥에 고정되어 스퍼터링 처리될 기판(20)을 지지하는 서셉터(40), 상기 서셉터(40) 하부에 마련되어 기판(20)을 가열시키는 기판 가열용 히터(60), 상기 서셉터(40)와 대면하고 상기 챔버(10)에 고정된 백킹 플레이트(70)에 의해 지지되는 타겟(30), 및 상기 챔버(10)의 바닥에 연결되어 챔버 내부의 가스를 배기시키는 펌프(50)를 포함한다.
또한, 상기 스퍼터링 장치는 상기 타겟(30)의 둘레에 그리고 기판(20)의 에지 부근에 위치되어 타겟(30)의 증착용 물질이 챔버 벽 및 서셉터에 증착되는 것을 방지하는 차폐물(80)을 더 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 챔버(10)의 내벽인 측벽 및 바닥벽에 배치된 다수의 램프 가열기(100)를 더 포함한다. 상기 램프 가열기(100)는 적절한 고정 수단에 의해 챔버 내벽인 측벽 및 바닥벽에 고정되며, 온도의 상승 및 하강이 매우 신속한 특성을 갖는다.
챔버 내의 타겟(30) 등과 같은 부품의 교환을 위해 챔버를 개방한 후 챔버 내부 부품에 흡착된 수증기 또는 대기 가스와 같은 오염물을 아웃가싱시키기 위해서, 챔버 내에 기판 가열용 히터(60) 만을 이용하는 종래 기술과는 달리 본 발명에 따른 램프 가열기(100)를 함께 이용해서 고온에서 챔버(10)를 아웃가싱시킨다. 본 발명에 따른 램프 가열기(100)를 이용하여 챔버(10)를 아웃가싱시키는 경우 챔버(10) 내의 진공도를 공정에 적합한 정도의 진공도로 설정하는데 걸리는 시간은 종래 기술에서는 약 18-20시간인데 반해 본 발명에서는 약 2-3시간이면 공정에 적합한 진공도를 달성할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 램프 가열기(100)를 이용함으로써 종래 기술에 비해 챔버의 가스 배기 시간을 약 80% 이상 감소시킬 수 있다.
이는 본 발명에 따른 램프 가열기(100)를 이용함으로써 챔버 내부의 온도를 신속하게 상승시킬 수 있어 오염물을 챔버 내부 부품으로부터 전체적으로 이탈시키고 이렇게 이탈된 오염물은 고온으로 인해 운동에너지가 증가되기 때문이다. 이와 같이 챔버 내부 부품으로부터 전체적으로 이탈되어 운동에너지가 증가된 오염물은 펌프(50)를 통해 신속하게 배기될 수 있다.
한편, 상기 램프 가열기(100)는 챔버 외부에 마련된 제어부(110)를 통해 펌프(50)와 연결된다. 이로 인해 챔버의 개방 후, 다시 챔버를 밀폐시킨 후 공정에 적합한 진공도를 달성하기 위해 펌프(50)를 가동시키면 상기 제어부(110)를 통해 램프 가열기(100)도 동시에 작동하게 된다. 따라서, 상기 제어부(110)를 통해 펌프(50)와 램프 가열기(100)를 자동적으로 제어할 수 있게 된다.
또한, 도 2에서는 기판(20)을 가열시키기 위한 기판 가열용 히터(60)를 서셉터(40)와 별개 부품으로 도시하였으나, 상기 기판 가열용 히터(60)는 서셉터(40) 내부에 형성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 챔버 내부에 배치된 램프 가열기(100) 만을 도시한 사시도이다. 도 3을 참조하면, 램프 가열기(100)는 챔버의 내벽인 측 벽 및 바닥벽에서 등간격으로 이격되어 배치되어 있다. 한편, 도 3에 도시된 실시예와 달리 챔버 내부의 보다 균일한 가열을 보장하기 위해 챔버의 서로 마주보는 일 측벽에 배치된 램프 가열기(100a)와 챔버의 나머지 측벽에 배치된 램프 가열기(100b)는 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 즉 챔버의 일 측벽에서 인접하는 두 램프 가열기(100a)의 사이에 타 측벽의 램프 가열기(100b)가 배치된다. 이로 인해 챔버 내부를 보다 균일하게 가열할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 작동에 대해 설명한다.
상기 펌프(50)의 가동에 의해서 챔버(10) 내부가 공정에 적합한 진공 상태에 도달하면 챔버(10) 내부의 서셉터(40) 상에 기판(20)을 장착한 후, 외부의 가스 공급원으로부터 일정량의 아르곤 가스가 챔버(10) 내부로 공급된다. 그 후, 타겟(30)과 서셉터(40)에 전원을 인가하면, 이들 사이에는 전기장이 형성된다. 이에 따라, 상기 타겟(30)에서는 자유전자가 방출되고 상기 자유전자는 전기장에 의해서 운동에너지를 얻어 가속된 후, 아르곤 가스를 통과하며 상기 아르곤 가스와 충돌하여 아르곤 가스에 에너지를 전달하게 된다. 자유전자로부터 에너지를 받은 아르곤은 플라즈마 상태로 되며 상기 플라즈마 상태의 양이온 또는 중성자가 타겟과 충돌하여 타겟으로부터 증착될 타겟 원자가 튕겨 나와 기판 상에 증착된다.
이러한 스퍼터링 증착 과정을 수행함에 따라 타겟 등과 같은 부품이 소모되면 이를 교체해야 한다. 이를 위해 챔버를 개방한 후 타겟 등을 교체하게 된다. 이와 같이 챔버를 개방하면 챔버 내부로 수증기 또는 대기 가스와 같은 오염물이 챔버 내부 부품에 흡착된다. 이러한 오염물을 아웃가싱시키기 위해 펌프(50)와 함 께 본 발명에 따른 램프 가열기(100)가 챔버 내벽인 측벽 및 바닥벽에 형성되어 있다. 상기 램프 가열기(100)는 온도의 상승 및 하강이 신속하여 챔버 내부를 단시간에 고온으로 상승시켜 챔버 내부 부품에 흡착된 오염물을 챔버 내부 부품으로부터 전체적으로 이탈시키고 상기 오염물의 운동에너지를 증가시킨다. 이러한 상태에서 펌프를 통해 챔버 내부를 배기시키면 본 발명에 따른 램프 가열기가 없는 종래 기술에 비해 아웃가싱 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 스퍼터링 장치를 중심으로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 챔버 내부가 진공 상태로 수행되는 PVD 장치, CVD 장치, 에칭 장치 등과 같이 내부 부품을 교체한 후 다시 챔버 내부를 진공 상태로 설정해야 하는 모든 장치에 적용될 수 있다.
그러므로 본 발명에 의해 챔버 내부에 기판 가열용 히터와는 별개의 램프 가열기를 장착하여 아웃가싱 시간을 획기적으로 단축할 수 있다.

Claims (6)

  1. 액정 표시 장치 제조용 진공 챔버로서,
    챔버 내부를 배기시키는 펌프와,
    상기 챔버 내에 마련된 챔버 아웃가싱용 램프 가열기를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    액정 표시 장치 제조용 진공 챔버.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 램프 가열기는 상기 챔버의 내벽에 배열된 것을 특징으로 하는,
    액정 표시 장치 제조용 진공 챔버.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 램프 가열기는 등간격으로 이격 배치된 것을 특징으로 하는,
    액정 표시 장치 제조용 진공 챔버.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 램프 가열기는 상기 챔버의 서로 마주보는 일 측벽과 타 측벽에서 서로 다른 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    액정 표시 장치 제조용 진공 챔버.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 램프 가열기와 상기 펌프는 상기 챔버 외부의 제어부에 연결되어 상기 램프 가열기와 펌프를 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는,
    액정 표시 장치 제조용 진공 챔버.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 진공 챔버는 물리 기상 증착 장치, 화학 기상 증착 장치 및 에칭 장치 중 어느 하나에 이용되는 것을 특징으로 하는,
    액정 표시 장치 제조용 진공 챔버.
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