KR20070093197A - 샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에지에 라운드가 형성된 홀을 갖는 샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 샤워헤드는 가스를 분사하는 다수 개의 홀을 포함하며, 홀의 에지에는 경사면이 형성되어 있다. 본 발명에 따른 박막 증착 장치는 처리 공간을 형성하는 챔버, 기판이 장착되는 기판 지지대, 및 기판 상으로 반응 가스를 균일하게 분사하는 샤워헤드를 포함하며, 샤워헤드는 다수 개의 홀을 구비하며, 홀의 에지에는 경사면이 형성되어 있다. 본 발명에 의해 홀의 에지가 샤워헤드의 하부면과 경사면을 이루는 샤워헤드를 제공함으로써 플라즈마를 보다 균일하게 형성할 수 있고 이로 인해 기판 상에 형성될 수 있는 홀 형상의 잔사를 제거할 수 있게 된다.

샤워헤드, 홀, 라운드, 박막 증착 장치

Description

샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치 {SHOWERHEAD AND FILM DEPOSITING APPARATUS INCLUDING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 박막 증착 장치의 개략적 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 샤워헤드의 개략적 부분단면도.

도 3은 도 2의 홀의 에지를 확대한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 샤워헤드와 종래 기술에 따른 샤워헤드의 비교도.

도 5는 본 발명의 변형 실시예에 따른 홀의 에지를 확대한 도면.

※도면의 주요 부재에 대한 부호의 설명※

200 : 샤워헤드 210 : 상부홀

220 : 하부홀 221 : 내벽면

230 : 직경 감소부 240 : 하부면

본 발명은 샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 에지에 라운드가 형성된 홀을 갖는 샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치의 제조 공정 중 박막 트랜지스터용 박막 증착 공정은 가스와 기판 간의 반응을 통해 박막을 형성하는 화학 기상 증착법을 주로 이용한다. 상기 화학 기상 증착법에서는 상부 전극에 일정 간격의 홀을 형성하여 가스를 균일하게 공급한다. 또한 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)법에서는 플라즈마를 균일하게 발생시켜 기판과 가스와의 반응을 더욱 촉진시킨다. 이때, 균일한 가스의 공급을 위하여 샤워헤드(showerhead)를 사용한다. 이러한 샤워헤드는 하부면에 다수 개의 홀이 형성되어 그로부터 가스를 기판으로 분사하는 역할을 하며, 그와 동시에 상부 전극으로도 사용된다. 그러나 이러한 샤워헤드에서 가스가 분사되는 홀과 가스가 분사되지 않는 홀 주위의 영역 사이에서는 플라즈마가 균일하지 못하며 그에 대응하여 박막 증착시 홀 자국이 기판에 전사되는 문제점이 있다.

즉, 화학 기상 증착 챔버 내의 상부 전극 및 하부 전극 사이의 거리가 디바이 거리(Debye length)보다 클 경우, 기판 내에서의 박막의 균일성은 샤워헤드에 형성된 다수 개의 홀을 통해 공급되는 가스의 분포에 따라 크게 영향을 받게 된다.

종래 기술에 따른 샤워헤드는 상기 홀의 경사가 급하여 기판 상에서 플라즈마를 균일하게 형성할 수 없으며, 또한 기판에 균일하게 박막을 증착할 수 없다. 즉, 샤워헤드의 홀로부터 분사되는 가스의 분사각이 적어서 좁은 폭으로 분사되어 가스의 농도 및 분포가 불균일하게 되면 그로 인해 플라즈마 또한 불균일하게 되어 액정 표시 패널 상에 홀 모양의 잔사가 형성될 가능성이 커진다. 이는 박막이 균일할 것을 요구하는 액정 표시 장치에 큰 손실을 초래하게 된다.

따라서, 본 발명은 홀의 에지가 샤워헤드의 하부면과 경사면을 형성함으로써 가스가 보다 넓게 분사되도록 하여 기판에 균일한 박막을 증착시킬 수 있는 샤워헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 샤워헤드는 가스를 분사하는 다수 개의 홀을 포함하며, 상기 홀의 에지는 경사면이 형성되어 있다.

본 발명에 따른 박막 증착 장치는 처리 공간을 형성하는 챔버, 기판이 장착되는 기판 지지대, 및 상기 기판 상으로 반응 가스를 균일하게 분사하는 샤워헤드를 포함하며, 상기 샤워헤드는 다수 개의 홀을 구비하며, 상기 홀의 에지에는 경사면이 형성되어 있다.

여기서, 상기 경사면은 라운드일 수 있다. 또한, 상기 경사면은 상기 홀의 내벽면보다 큰 각을 갖는 하나 이상의 직선부일 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 1은 본 발명에 따른 박막 증착 장치의 개략적 단면도이다.

도 1을 참조하면, 상기 박막 증착 장치는 기판 상에 박막을 형성시키기 위한 것으로서, 처리 공간을 형성하는 챔버(100)와, 기판(110)이 장착되는 기판 지지대(120)와, 그리고 상기 기판(110) 상으로 반응 가스를 균일하게 분사하는 샤워헤드(200)를 포함한다.

상기 챔버(100)는 기판(110)이 처리되기 위한 공간을 형성하며, 상기 기판(110)은 로딩 수단(도시 않음)을 통해 챔버(100) 내부로 로딩 및 언로딩될 수 있다. 또한, 상기 챔버(100)에는 기판(110) 표면 상에 소정의 박막을 증착시킨 반응 가스 및 비반응 가스가 배기되는 배기 수단(140)이 연결되어 있다.

상기 기판 지지대(120)는 하부 전극으로 작용하며, 상기 로딩 수단(도시 않음)을 통해 챔버(100) 내부로 반입되는 기판(110)을 지지한다. 상기 기판 지지대(120)에는 기판(110)을 소정의 온도로 가열하기 위한 히터(도시 않음)가 마련되는데, 상기 히터는 기판 지지대(120)에 내장된 저항식 가열기일 수도 있고, 이와 달리 램프 가열기 또는 당업자들에게 공지된 다른 적절한 가열기가 사용될 수도 있다. 또한, 상기 기판 지지대(120)는 구동축(130)에 연결되어 기판(110)을 상하로 이동시키거나 회전시킬 수 있다.

상기 기판 지지대(120)의 상부에는 상기 기판(110)에 반응 가스를 공급하기 위한 샤워헤드(200)가 배치되어 있다. 상기 샤워헤드(200)는 반응 가스 공급원(도시 않음)과 연결되며, 상기 기판(110)에 반응 가스를 균일하게 공급하기 위한 다수 개의 홀이 형성되어 있다. 상기 홀에 대해서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 보다 자세히 후술한다. 상기 샤워헤드(200)는 상부 전극으로 작용하여 하부 전극으로 작용하는 상기 기판 지지대(120)와 함께 이들 사이에 플라즈마를 발생시켜 박막 증착 속도를 향상시킨다.

한편, 상기 실시예에서는 플라즈마를 이용하는 화학 기상 증착 장치를 예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 샤워헤드를 이용하여 가스를 분사하는 다른 형태의 박막 증착 장치에도 적용될 수 있음은 물론이다.

도 2는 본 발명에 따른 샤워헤드의 개략적 부분단면도이고, 도 3은 도 2의 홀의 에지를 확대한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 샤워헤드(200)에는 기판(110)에 가스를 균일하게 분사하기 위한 다수 개의 홀이 형성되어 있다. 상기 홀은 상부에 형성된 상부홀(210)과, 하부에 형성된 하부홀(220)과, 이들을 연결시키고 가스의 공급 속도를 증가시키는 직경 감소부(230)로 구성된다. 또한 상기 하부홀(220)의 에지에는 즉, 상기 하부홀(220)의 내벽면(221)과 상기 샤워헤드(200)의 하부면(240)의 경계 영역에는 경사면, 예를 들어 라운드(250)가 형성되어 있어 이를 통해 상기 가스를 보다 넓게 분사시킬 수 있게 된다.

이에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상기 하부홀(220)의 라운드(250)로 인해 가스의 분사각이 증가하므로 가스가 보다 넓게 분사되어, 샤워헤드(200)의 하부면(240)으로부터 서로 인접한 하부홀(220)의 라운드(250)에서의 접선들이 만나는 지점까지의 간격(B')과, 샤워헤드(200)의 하부면(240)으로부터 하부홀(220)의 라운드(250)에서의 접선과 인접한 하부홀(220)의 중심에서 연장한 직선이 만나는 지점 까지의 간격(B1')이 종래 기술에서보다 감소된다. 이는 기판 상에 형성되는 플라즈마가 균일하게 형성될 수 있는 영역이 커짐을 의미하며 상기 플라즈마가 균일하게 형성됨으로써 기판 상에 증착되는 박막 또한 홀 모양의 잔사가 형성됨이 없이 균일하게 형성된다.

도 4는 본 발명에 따른 샤워헤드와 종래 기술에 따른 샤워헤드의 비교도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 샤워헤드(200)의 하부홀(220)의 에지에는 도 3에서 설명한 바와 같이 라운드(250)가 형성되어 있어 종래 기술에 따른 샤워헤드(10) 보다 가스의 분사각이 크다. 그 결과, 샤워헤드(200)의 하부면(240)으로부터 서로 인접한 하부홀(220)의 라운드(250)에서의 접선들이 만나는 지점까지의 간격(B')과, 샤워헤드(200)의 하부면(240)으로부터 하부홀(220)의 라운드(250)에서의 접선과 인접한 하부홀(220)의 중심에서 연장한 직선이 만나는 지점까지의 간격(B1')은 각각 종래 기술에서의 간격(B 및 B1)보다 작음을 알 수 있다. 이는 본 발명에 따른 샤워헤드(200)로 인해 챔버 내부에 균일한 가스 분포 영역이 종래 기술에 비해 보다 넓은 영역에서 형성될 수 있음을 의미한다. 따라서, 균일한 가스 분포의 플라즈마가 본 발명의 샤워헤드(200)에 의해 형성되므로 기판(110) 상에 보다 균일한 박막이 증착될 수 있다. 이로써 가스의 농도 및 분포가 불균일할 수 있는 영역(간격(B1 및 B1')의 영역)을 줄일 수 있어서 박막을 보다 균일하게 형성시킬 수 있고 홀 자국으로 인한 얼룩 불량을 감소시킬 수 있게 된다.

즉, 기판(110)이 동일 위치에 존재할 경우 종래 기술에 따른 샤워헤드(10)로 부터 분사되는 가스는 간격(B1) 내에서 불균일하게 분포되며 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이 상기 간격(B1) 내에 기판(110)이 존재하게 된다. 이로 인해 기판(110) 상에서의 가스 농도 및 분포가 불균일하고 그 결과 플라즈마 또한 불균일하여 균일한 박막을 증착할 수 없게 된다. 이에 반해 본 발명에 따른 샤워헤드(200)는 종래 기술에 비해 분사각이 커서 간격(B1')이 종래 기술에서의 간격(B1) 보다 작다. 따라서, 본 발명에 따른 샤워헤드(200)에 의해 기판(110) 상에 균일한 가스 분포가 형성되며 그 결과 균일한 플라즈마가 기판(110) 상에 형성되어 균일한 박막을 증착할 수 있게 된다.

본 발명의 변형 실시예에 따른 홀의 에지를 확대한 도 5를 참조하면, 다수 개의 하부홀(220)에 라운드(250)가 형성된 샤워헤드(200)와 달리 상기 라운드 대신 하부홀(220)의 내벽면(221)이 상기 샤워헤드(200)에 수직한 직선과 이루는 각보다 큰 각을 이루는 하나 이상의 직선부(260)로 형성될 수도 있다. 즉, 상기 라운드는 상기 하부홀(220)의 내벽면(221)보다 큰 각을 갖는 하나 이상의 직선부(260)로 형성될 수도 있어서, 상기 하부홀(220)로부터 분사되는 가스를 보다 넓게 분사시켜 가스의 분포가 불균일한 거리(B1')를 감소시킬 수 있다.

본 발명에 의해 홀의 에지가 샤워헤드의 하부면과 경사면을 이루는 샤워헤드를 제공함으로써 플라즈마를 보다 균일하게 형성할 수 있고 이로 인해 기판 상에 형성될 수 있는 홀 형상의 잔사를 제거할 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 가스를 분사하는 다수 개의 홀을 포함하며,

   상기 홀의 에지에는 경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는

   샤워헤드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 경사면은 라운드인 것을 특징으로 하는

   샤워헤드.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 경사면은 상기 홀의 내벽면보다 큰 각을 갖는 하나 이상의 직선부인 것을 특징으로 하는

   샤워헤드.
4. 처리 공간을 형성하는 챔버,

   기판이 장착되는 기판 지지대, 및

   상기 기판 상으로 반응 가스를 균일하게 분사하는 샤워헤드를 포함하며,

   상기 샤워헤드는 다수 개의 홀을 구비하며, 상기 홀의 에지는 경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는

   박막 증착 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 경사면은 라운드인 것을 특징으로 하는

   박막 증착 장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 경사면은 상기 홀의 내벽면보다 큰 각을 갖는 하나 이상의 직선부인 것을 특징으로 하는

   박막 증착 장치.

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