KR20080105617A - 화학기상증착장치 및 플라즈마강화 화학기상증착장치 - Google Patents

화학기상증착장치 및 플라즈마강화 화학기상증착장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 챔버 내부의 미세입자 수를 줄인 CVD장치 및 PECVD장치에 관한 것으로, 챔버; 상기 챔버 내부에 가스를 주입하는 가스 주입부; 상기 가스 주입부에 대향하여 배치되고 상기 가스를 상기 챔버 외부로 배출하는 가스 배출부; 상기 가스 주입부와 상기 가스 배출부 사이에 배치되고, 상기 가스로부터 막이 형성되는 성막영역을 포함하는 성막부; 및 상기 성막영역을 침범하지 않도록 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위에 배치되고, 상기 챔버와 절연된 전압원에 접속된 정전기 유발부를 포함하는 CVD장치 및 PECVD장치를 제공한다.

Description

화학기상증착장치 및 플라즈마강화 화학기상증착장치{Chemical vapor deposition apparatus and plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 화학기상증착장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 도 1의 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시에에 관한 화학기상증착장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 플라즈마강화 화학기상증착장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 도 4의 개략적인 평면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 플라즈마강화 화학기상증착장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 간략한 설명 >
110: 챔버 120: 가스 주입부
121: 가스 주입구 122: 샤워헤드
130: 가스 배출부 131: 배기구
132: 펌프 140: 성막부
141: 기판 142: 척(chuck)
143: 섀도우 프레임 150: 정전기 유발부
153a, 153b: 전압원 A: 성막영역
본 발명은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition: CVD, 이하 'CVD'라 함)장치 및 플라즈마강화 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD, 이하 'PECVD'라 함)장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 상기 장치들 내부에 존재하는 미세입자들을 줄일 수 있는 CVD장치 및 PECVD장치에 관한 것이다.
CVD장치는 반응성 가스를 진공 챔버 내에 주입하여 적당한 활성 및 열 에너지를 가하여 화확 반응을 유도함으로써 기판 표면에 원하는 박막을 증착시키는 장치이다.
CVD장치는 반도체 소자를 비롯하여, 평판표시장치에 사용되는 유기발광소자 또는 액정표시소자 등의 절연막, 금속막, 유기막 등의 박막을 형성하는 데 이용되는 장치로서, 막의 균일성이 우수하고 피복층의 성장 속도를 자유롭게 조절할 수 있기 때문에 현재 다양한 산업에서 널리 이용되고 있다.
한편, PECVD 장치는 챔버 내부에서 높은 에너지의 전자 충돌에 의해 형성된 가스 플라즈마를 공급하여 주입 가스를 보다 효과적으로 화학 반응시켜 기판 표면에 박막을 증착시키는 장치이다.
전술한 CVD장치는 매우 고온의 열 에너지를 화학 반응의 에너지원으로 사용하기 때문에, 증착 원자의 확산, 공정 중 열응력 발생 등과 같은 문제를 야기시키는 반면, PECVD장치는 플라즈마를 이용하여 화학 반응을 촉진함으로써 필요한 열에너지를 상당히 줄일 수 있어 열에 의한 기판의 손상 문제를 해결할 수 있기 때문에, 현재 반도체 소자를 비롯하여 평판표시장치에 사용되는 유기발광소자 또는 액정표시소자 등의 절연막, 금속막, 유기막 등의 박막을 형성하는 널리 이용되고 있다.
한편, 상기 반도체소자를 비롯하여, 유기발광소자 등을 포함한 각종 표시소자들은 CVD장치 또는 PECVD장치를 이용하여 기판에 박막을 형성할 경우, 공정 과정에서 발생하는 챔버 내부의 다양한 미세입자들이 반응가스와 함께 기판에 증착될 수 있으며, 이렇게 기판에 증착된 미세입자들은 막질을 나쁘게 하고 소자 특성에 악영향을 미치는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점 및 그 밖의 문제점을 해결하기 위하여, 서로 대향하는 가스 주입부와 가스 배출부를 구비한 CVD장치 및 PECVD장치의 성막영역 외곽에 정전기 유발부를 배치함으로써, 상기 장치들의 챔버 내부의 미세입자 수를 줄인 CVD장치 및 PECVD장치를 제공한다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 챔버; 상기 챔버 내부에 가스를 주입하는 가스 주입부; 상기 가스 주입부에 대향하여 배치되고 상기 가스를 상기 챔버 외부로 배출하는 가스 배출부; 상기 가스 주입부와 상기 가스 배출부 사이에 배치되고 상기 가스로부터 막이 형성되는 성막영역을 포함하는 성막부; 및 상기 성막영역을 침범하지 않도록 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위에 배치되고, 상기 챔버와 절연된 전압원에 접속된 정전기 유발부를 포함하는 CVD장치를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 가스 주입부는 상기 챔버 외부로부터 가스가 주입되는 가스 주입구와, 상기 가스 주입구에 연결되고 상기 챔버 내부에 가스를 고르게 분산하기 위한 샤워헤드를 구비할 수 있다.
또한 상기 성막부는 상기 가스 주입부가 상기 가스 배출부를 향하는 방향에 대하여 수직으로 배치될 수 있다.
상기 성막부는 기판이 안착되는 척(chuck) 및 상기 기판의 상부면 가장자리를 덮도록 상기 성막영역의 외곽에 배치된 섀도우 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 정전기 유발부는 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위를 일체로 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 정전기 유발부에는 양의 전압과 음의 전압 가운데 어느 하나의 전압이 인가될 수 있다.
상기 정전기 유발부는 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위의 일부를 둘러싸는 제1 정전기 유발부와, 상기 제1 정전기 유발부가 형성된 영역을 제외한 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위의 일부를 둘러싸는 제2 정전기 유발부로 구성될 수 있다.
상기 제1 정전기 유발부에는 양의 전압이 인가되고, 상기 제2 정전기 유발부에는 음의 전압이 인가될 수 있다.
상기 제 1 정전기 유발부에는 음의 전압이 인가되고, 상기 제 2 정전기 유발부에는 양의 전압이 인가될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 챔버; 상기 챔버 내부에 가스를 주입하는 가스 주입부; 상기 가스 주입부에 대향하여 배치되고 상기 가스를 상기 챔버 외부로 배출하는 가스 배출부; 상기 가스 주입부와 상기 가스 배출부 사이에 배치되고 상기 가스로부터 막이 형성되는 성막영역을 포함하는 성막부; 상기 가스 주입부에 연결되어 고주파를 공급하는 RF(Radio Frequency) 전력공급부; 및 상기 성막영역을 침범하지 않도록 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위에 배치되고, 상기 챔버 및 상기 RF 전력공급부와 절연된 전압원에 접속된 정전기 유발부를 포함하는 PECVD장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 가스 주입부는 상기 챔버 외부로부터 가스가 주입되는 가스 주입구와, 상기 가스 주입구에 연결되고 상기 챔버 내부에 가스를 고르게 분산하기 위한 샤워헤드를 구비할 수 있다.
또한, 상기 성막부는 상기 가스 주입부가 상기 가스 배출부를 향하는 방향에 대하여 수직으로 배치될 수 있다.
상기 성막부는 기판이 안착되는 척(chuck) 및 상기 기판의 상부면 가장자리를 덮도록 상기 성막영역의 외곽에 배치된 섀도우 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 정전기 유발부는 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위를 일체로 둘러 싸도록 배치될 수 있다.
상기 정전기 유발부에는 양의 전압과 음의 전압 중 어느 하나의 전압이 인가될 수 있다.
상기 정전기 유발부는 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위의 일부를 둘러싸는 제1 정전기 유발부와, 상기 제1 정전기 유발부가 형성된 영역을 제외한 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위의 일부를 둘러싸는 제2 정전기 유발부로 구성될 수 있다.
상기 제1 정전기 유발부에는 양의 전압이 인가되고, 상기 제2 정전기 유발부에는 음의 전압이 인가될 수 있다.
상기 제1 정전기 유발부에는 음의 전압이 인가되고, 상기 제2 정전기 유발부에는 양의 전압이 인가될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 CVD장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 도 1의 개략적인 평면도이다.
상기 도면들을 참조하면, 본 실시예에 관한 CVD장치(100)는 챔버(110), 가스 주입부(120), 가스 배출부(130), 성막부(140) 및 정전기 유발부(150)를 포함한다.
챔버(110)는 외부 환경과 반응 공간을 격리하는 소정 공간을 제공하며, 챔버(110)의 일측에는 챔버(110) 외부로부터 챔버(110) 내부로 기판(141)을 이송하는 이송장치가 출입할 수 있는 문(111)이 마련될 수 있다. 여기서 상기 문(111)의 위치나 크기는 상기 도면에 도시된 위치에 한정되지 않음은 물론이다.
챔버(110)의 상측에는 가스 주입부(120)가 배치되어 있고, 챔버(110)의 하측에는 가스 배출부(130)가 상기 가스 주입부(120)에 대향하여 배치되어 있다.
본 실시예의 가스 주입부(120)는 가스 주입구(121)와, 상기 가스 주입구(121)에 연결된 샤워헤드(122)를 구비한다. 증착 과정에 관계되는 가스는 챔버(110) 외부로부터 가스 주입구(121)를 통하여 챔버(110) 내부로 주입되고, 주입된 가스는 샤워헤드(122)를 통하여 성막영역(A)으로 균일하게 분사된다.
샤워헤드(122)는 하부 표면에 동일하게 이격되어 있는 복수의 홀(123)들을 구비하며, 이 홀(123)들은 가스를 성막영역(A)으로 균일하게 분배함으로써 기판(141)에 증착되는 박막의 균일성을 향상시킨다. 물론 본 발명은 샤워헤드(122)의 홀(123)들이 반드시 동일한 간격으로 이격되지 않아도 적용될 수 있으며, 또한 반드시 샤워헤드(123)를 구비하지 않아도 적용될 수 있다.
가스 주입부(120)에 대향하는 위치인 챔버(110)의 하부에 가스 배출부(130)가 배치되어 있다.
가스 배출부(130)는 가스를 챔버 외부로 배기시키는 배기구(131)와, 배기구(131)에 연결되어 챔버(110) 내부에 소정의 진공도를 유지하는 진공 펌프(132)를 포함한다.
상기와 같이 챔버(110)의 상하부에 서로 대향 배치된 가스 주입부(120)와 가스 배출부(130)의 위치로 인하여, 챔버(110) 내부에는 챔버(110) 상부로부터 챔 버(110) 하부로의 미세한 기류가 형성된다. 그리고 본 실시예의 경우, 가스 주입부(120)와 가스 배출부(130)는 각각 챔버(110)의 상부와 하부에 배치되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 가스 주입부(120)와 가스 배출부(130)가 서로 대향하여 배치되는 관계라면 이들의 위치는 다양하게 배치될 수 있으며, 이때 챔버(110) 내부에 형성되는 미세 기류는 이들이 대향하는 방향으로 형성될 것이다.
상기 가스 주입부(120)와 가스 배출부(130) 사이에는 기판(141)이 안착되는 척(chuck)(142) 및 섀도우 프레임(143)을 포함하는 성막부(140)가 배치된다.
척(chuck) 상에 배치된 기판(141)에는 상기 공급된 가스들이 반응하여 박막이 형성된다. 그리고, 본 실시예와 같이 기판(141) 상에 박막의 균일한 증착 등을 위하여 기판(141)의 외곽부에 섀도우 프레임(143)이 설치될 경우에는 섀도우 프레임(143)의 내측에 박막이 형성되고, 이 박막이 형성된 영역이 성막영역(A)이 된다. 도 2에 도시된 성막영역(A)은 사각형의 형상으로 도시되어 있지만, 이것은 하나의 예시에 불과하며 성막의 목적에 따라 다양한 형상의 성막영역(A)을 형성할 수 있음은 물론이다.
기판(141)이 안착되는 척(chuck)(142)은 기판(141)에 열에너지를 공급하는 히터(미도시)를 더 구비할 수 있으며, 척(142)의 하부에 배치된 승강부(144)는 기판(141)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있기 때문에 가스 주입부(120)와 기판(141) 사이의 공간을 조절하여 가스가 반응하는 공간을 조절할 수 있다.
상기 성막부(140)는 가스 주입부(120)와 가스 배출부(130)의 대향하는 방향에 수직으로 배치되는 것이 박막의 균일한 증착을 위해 바람직하지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예와 같이 성막부(140)가 가스 주입부(120)와 가스 배출부(130)의 대향 방향에 수직으로 배치될 경우, 샤워헤드(122)에서 분사된 가스는 기판(141)에 고르게 분사되고, 기판(141)에 분사된 가스의 일부는 반응에 참여하여 기판(141) 상에 증착되며, 증착되지 않은 가스는 챔버(110)의 하부에 배치된 배기구(131)를 통하여 챔버(110) 외부로 배출된다.
이때, 챔버(110) 내부의 공기의 흐름은 전체적으로 챔버(110)의 상부에서 하부로 향한다. 더 구체적으로는 샤워헤드(122)로부터 기판(141) 방향으로 향하고, 샤워헤드(122)와 기판(141)이 이루는 공간의 외부영역에서는 챔버 (110)상부로부터 챔버(110) 하부의 배기구(131) 쪽으로 미세한 기류가 형성된다.
이때, 공정 과정에서 발생하는 챔버(110) 내부의 다양한 미세입자들도 이러한 기류를 따라 유동하며, 미세입자들의 일부는 배기구(131)를 통해 챔버(110) 외부로 배출되지만, 미세입자들의 일부는 반응가스와 함께 성막영역(A)에 증착될 수 있다. 이렇게 반응가스와 함께 기판(141)에 증착된 미세입자들은 막질을 나쁘게 하고 소자 특성에 악영향을 미친다.
전술한 미세입자들에 의한 성막영역(A)의 오염을 방지하기 위해 가스 주입부(120)와 상기 기판(141) 사이에 정전기 유발부(150)가 배치된다.
정전기 유발부(150)는 성막영역(A)을 침범하지 않도록 가스 주입부(120)와 기판(141) 사이의 영역로서, 성막영역(A)에 대응되는 영역의 주위에 배치되고, 챔버(110)와 절연된 전압원(153a 또는 153b))에 접속된다.
본 실시예의 경우, 정전기 유발부(150)에는 스위치(153)을 통해 음의 전압이 인가되고, 성막영역(A)에 대응되는 영역의 주위를 일체로 둘러싸는 형상으로 배치된다. 음의 전압이 인가된 정전기 유발부(150)는 양의 전하를 띠는 미세입자들을 흡착할 수 있으며, 또한 정전기력을 이용하여 양의 전하를 띤 미세입자들을 정전기 유발부(150)가 배치된 위치로 유도할 수 있다. 정전기 유발부(150)는 성막영역(A)의 외부에 배치되어 있기 때문에, 정전기 유발부(150)로 유도된 미세입자들은 챔버(110) 내부에 형성된 미세 기류의 흐름에 의해 성막영역(A) 외부로 유동하여 배기구(131)를 통해 챔버(110) 외부로 배출되므로 성막영역(A)을 오염시키지 않는다.
또한 정전기 유발부(150)에는 양의 전압이 인가될 수 있는데, 스위치(153)를 통하여 양의 전압과 음의 전압 가운데 하나의 전압을 필요에 따라 선택할 수 있다. 이 경우에는 상술한 것과 마찬가지의 이유로 챔버(110) 내의 음의 전하를 띤 미세입자들이 정전기 유발부(150)에 흡착되거나, 정전기 유발부(150)에 의해 챔부(110) 외부로 배출되므로 미세입자들의 개수를 줄여 성막영역(A)의 오염을 방지한다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 CVD장치(100)는, 가스 주입부(120)와 기판(141) 사이의 성막영역(A)에 대응되는 영역의 주위에 챔버(110)와 절연된 전압원(153a 또는 153b)에 연결된 정전기 유발부(150)를 구비함으로써, 챔버(110) 내부의 미세입자들을 흡착하거나 미세입자들의 유동방향을 유도하여 챔버(110) 외부로 배출시켜 기판(141) 상의 성막영역(A)의 오염을 일으키는 미세입자들의 개수를 줄일 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 CVD 장치(200)를 상세히 설명한다. 본 실시예에 따른 CVD장치(200)를 설명함에 있어서, 전술한 실시예에 따른 CVD장치(100)와 상이한 점을 중심으로 설명할 것이며, 전술한 실시예와 동일한 부분에 대하여는 도 1을 참조하여 설명할 것이다.
상기 도면들을 참조하면, 본 실시예에 관한 CVD장치(200)는 챔버(110), 가스 주입부(120), 가스 배출부(130), 성막부(140) 및 정전기 유발부(250)를 포함한다.
서로 대향하는 방향으로 챔버(110)의 상부 및 하부에 배치된 가스 주입부(120)와 가스 배출부(130)는 전술한 실시예와 마찬가지로 챔버(110) 상부로부터 챔버(110) 하부로의 미세한 기류가 형성된다.
가스 주입부(120)와 가스 배출부(130) 사이에는 기판(141)이 안착되는 척(chuck)(142) 및 섀도우 프레임(143)을 포함하는 성막부(140)가 배치된다.
척(chuck) 상에 배치된 기판(141)에는 공급된 가스들이 반응하여 박막이 형성되며, 기판(141)의 외곽부에 섀도우 프레임(143)이 설치될 수 있으며, 이 경우 섀도우 프레임(143)의 내측에, 막이 형성되는 성막영역(A)이 형성된다.
가스 주입부(120)에서 분사된 가스는 기판(141)에 고르게 분사되고, 기판(141)에 분사된 가스의 일부는 반응에 참여하여 기판(141) 상에 증착되며, 증착되지 않은 가스는 챔버(110)의 하부에 배치된 가스 배출구(130)를 통하여 챔버(110) 외부로 배출된다. 이때, 챔버(110) 내부의 전체적인 기류는, 전체적으로 챔버(110) 상부에서 하부로 유동하고, 성막영역(A)의 외곽에서 챔버(110) 하부의 배기구(131) 쪽으로 미세한 기류가 형성된다.
이때, 공정 과정에서 발생하는 챔버(110) 내부의 다양한 미세입자들도 이러한 기류를 따라 유동하며, 미세입자의 일부는 배기구(131)를 통해 챔버(110) 외부 로 배출되지만, 미세입자의 일부는 반응가스와 함께 성막영역(A)에 증착될 수 있다. 이렇게 반응가스와 함께 기판(141)에 증착된 미세입자들은 막질을 나쁘게 하고 소자 특성에 악영향을 미친다.
전술한 미세입자들에 의한 성막영역(A)의 오염을 방지하기 위해 가스 주입부(120)와 상기 기판(141) 사이에 정전기 유발부(250)가 배치된다.
정전기 유발부(250)는 성막영역(A)을 침범하지 않도록 가스 주입부(120)와 기판(141) 사이의 영역로서, 성막영역(A)에 대응되는 영역의 주위의 일부를 둘러싸는 제1 정전기 유발부(251)와, 제1 정전기 유발부(251)가 형성된 영역을 제외한 성막영역(A)에 대응되는 영역의 주위의 일부를 둘러싸는 제2 정전기 유발부(252)를 구비한다.
본 실시예의 경우, 제1 정전기 유발부(251)에는 챔버(110)와 절연된 전압원(253a)에 접속되어 음의 전압이 인가되고, 제2 정전기 유발부(252)에는 챔버와 절연된 전압원(253b)에 접속되어 양의 전압이 인가되고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 제1 정전기 유발부(251)에 양의 전압이, 제2 정전기 유발부(252)에 음의 전압이 인가될 수 있음은 물론이다.
본 실시예와 같이, 음의 전압이 인가된 제1 정전기 유발부(251)는 챔버(110) 내부에 존재하는 양의 전하를 띤 미세입자들을 흡착할 수 있으며, 또한 정전기력을 이용하여 양의 전하를 띤 미세입자들을 제1 정전기 유발부(251)가 배치된 위치로 유도할 수 있다. 또한, 양의 전압이 인가된 제2 정전기 유발부(252)는 음의 전하를 띤 미세입자들을 흡착하거나, 제2 정전기 유발부(252)가 배치된 위치로 유도할 수 있다.
상기 제1 정전기 유발부(251) 및 제2 정전기 유발부(252)는 성막영역(A)의 외부에 배치되어 있기 때문에, 제1 및 제2 정전기 유발부(251, 252)로 유도된 미세입자들은 챔버(110) 내부에 형성된 미세 기류의 흐름에 의해 성막영역(A) 외부로 유동하여 배기구(131)를 통해 챔버(110) 외부로 배출되므로 성막영역(A)을 오염시키지 않는다.
도 3에 도시된 제1 정전기 유발부(251) 및 제2 정전기 유발부(252)는 서로 대칭적인 형상으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예시로서 제시된 것이므로 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한 각 정전기 유발부(251, 252)에 접속된 전압원(253a, 253b)도 도 3에 도시된 것에 한정되지 않으며, 각 정전기 유발부(251, 252)에 일정한 양의 전압이나 음의 전압을 인가할 수만 있다면, 다양한 회로구성이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 CVD장치(200)는, 가스 주입부(120)와 기판(141) 사이의 성막영역(A)에 대응되는 영역의 주위에, 양의 전압이 인가된 제1 정전기 유발부(251)와 음의 전압이 인가된 제2 정전기 유발부(252)를 구비함으로써, 챔버(110) 내부의 양의 전하를 띤 미세입자들과 음의 전하를 띤 미세입자들을 모두 흡착하거나 미세입자들의 유동방향을 유도하여 챔버(110) 외부로 배출시켜 기판(141) 상의 성막영역(A)의 오염을 일으키는 미세입자들의 개수를 효율적으로 줄일 수 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PECVD 장 치(300)를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 PECVD장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 이에 대한 개략적인 평면도이다. 상기 도면들을 참조하면, 본 실시예에 관한 PECVD장치(300)는 챔버(310), 가스 주입부(320), 가스 배출부(330), 성막부(340), RF(Radio Frequcncy) 전력공급부(360) 및 정전기 유발부(350)를 포함한다.
챔버(310)는 외부 환경과 반응 공간을 격리하는 소정 공간을 제공하며, 챔버(310)의 일측에는 챔버(310) 외부로부터 챔버(310) 내부로 기판(341)을 이송하는 이송장치가 출입할 수 있는 문(311)이 마련될 수 있다.
챔버(310)의 상측에는 가스 주입부(320)가 배치되어 있고, 가스 주입부(320)는 가스 주입구(321)와, 상기 가스 주입구(321)에 연결된 샤워헤드(322)가 구비될 수 있다. 샤워헤드(322)는 가스 주입구(321)를 통하여 주입된 가스를 챔버(310) 내부로 균일하게 분사시킨다.
상기 샤워헤드(322)에는 고주파 교류 전압으로 반응가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 전기에너지를 공급하는 RF(Radio Frequency) 전력공급부(360)가 접속되어 있다.
챔버(310)의 하측에는, 챔버(310) 내부의 가스를 챔버(310) 외부로 배기시키는 배기구(331)와, 배기구(331)에 연결되어 챔버(310) 내부에 소정의 진공도를 유지하는 진공 펌프(332)를 포함한 가스 배출부(330)가 상기 가스 주입부(320)에 대향한 위치에 배치된다.
상기 가스 주입부(320)와 가스 배출부(330) 사이에는 기판(341)이 안착되는 척(chuck)(342) 및 섀도우 프레임(343)을 포함하는 성막부(340)가 배치된다. 상기 척(342)에는 RF파워를 접지시키는 그라운드(ground) 전압이 연결된다.
히터(미도시) 기능을 이용하여 기판(341)이 소정의 온도에 도달되면, RF 파워를 이용하여 샤워헤드(322)에서 방출되는 가스를 플라즈마 상태로 분해하여 기판(341)에 증착시킨다. 이 증착 메커니즘을 살펴보면, 먼저 챔버(310) 내부로 유입된 기체 화합물이 분해되는 1차반응, 분해된 가스 이온들과 불안정한 라디칼(radical)들이 상호 반응하는 2차반응, 기판(341) 상에서 가스 이온과 라디칼들의 재결합으로 생긴 원자들의 상호작용으로 핵 생성 후 박막이 형성되는 3차반응으로 나눌 수 있다. 유입되는 기체 화합물은 형성하는 막의 종류에 따라 달라지며, 일반적으로 실리콘 질화막의 경우에는 SiH4, H2, NH3, N2의 혼합가스가 이용되고, 비정질 실리콘막의 증착에는 SiH4, H2가 사용되며, 인(P)을 도핑하여 전자이동도를 높이는 불순물 비정질 실리콘막(n+ a-Si)의 형성시에는 상기 비정질 실리콘용 반응 가스에 PH3가 첨가된다.
상술한 메커니즘에 의해 공급된 가스들은 기판(341)의 일정 영역에 증착되는데, 플라즈마가 방전되는 것을 방지하고 증착 두께의 균일성을 유지하기 위하여 본 실시예와 같이 기판(341)의 외곽부에 섀도우 프레임(343)이 설치될 경우에는, 섀도우 프레임(343)의 내측이 막이 형성되는 성막영역(B)이 된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 의한 PECVD장치는 가스 주입부(320)와 가스 배출부(330)의 위치로 인하여 챔버(310) 내부에는 챔버(310) 상부로부터 챔버(310) 하부로의 미세한 기류가 형성된다. 또한, 본 실시예와 같이 성막부(340)가 가스 주입부(320)와 가스 배출부(330)의 대향 방향에 수직으로 배치될 경우, 샤워헤드(322)에서 분사된 가스는 기판(341)에 고르게 분사되고, 기판(341)에 분사된 가스의 일부는 플라즈마 반응에 참여하여 기판(341) 상에 증착되며, 증착되지 않은 가스는 챔버(310)의 하부에 배치된 가스 배출구(330)를 통하여 챔버(310) 외부로 배출된다.
이때, 기판(341) 상에 박막을 형성하는 제조공정 과정에서, 반응가스들의 화학적 반응에 의해 발생하는 미세입자들 또는 플라즈마 반응이 정지되는 동안 발생하는 미세입자들 등 다양한 미세입자들이 발생한다. 이러한 미세입자들도 챔버(341) 내부에 형성된 기류를 따라 유동하며, 미세입자들의 일부는 배기구(331)를 통해 챔버(310) 외부로 배출되지만, 미세입자들의 일부는 반응가스와 함께 기판(341)의 성막영역(B)에 증착될 수 있다. 이렇게 반응가스와 함께 기판(341)에 증착된 미세입자들은 막질을 나쁘게 하고 소자 특성에 악영향을 미친다.
전술한 미세입자들에 의한 성막영역(B)의 오염을 방지하기 위해 가스 주입부(320)와 상기 기판(341) 사이에 정전기 유발부(350)가 배치된다.
정전기 유발부(350)는 성막영역(B)을 침범하지 않도록 가스 주입부(320)와 기판(341) 사이의 영역로서, 성막영역(B)에 대응되는 영역의 주위에 배치된다.
또한, 상기 정전기 유발부(350)는 챔버(310) 및 RF전력 공급부(360)와 절연된 전압원(353a 또는 353b))에 접속된다. 전술한 CVD장치(100, 200)는 RF전력 공급부가 따로 구비되지 않기 때문에 정전기 유발부(150)의 위치에 상술한 점 이외의 특별한 제한이 없지만, 본 발명과 같은 PECVD장치(300)에서는 정전기 유발부(350)를 샤워헤드(322) 쪽에 너무 가까이 배치하거나, 기판(341)이 안착되는 척(342)에 너무 가까이 배치할 경우 방전의 가능성이 있으므로 정전기 유발부(350)의 위치가 샤워헤드(322) 및 척(342)과 소정 간격이 유지되도록 배치하는 것이 바람직하다.
본 실시예의 경우, 정전기 유발부(350)에는 스위치(353)을 통해 음의 전압이 인가되고, 성막영역(B)에 대응되는 영역의 주위를 일체로 둘러싸는 형상으로 배치된다. 음의 전압이 인가된 정전기 유발부(350)는 양의 전하를 띠는 미세입자들을 흡착할 수 있으며, 또한 정전기력을 이용하여 양의 전하를 띤 미세입자들을 정전기 유발부(350)가 배치된 위치로 유도할 수 있다. 정전기 유발부(350)는 성막영역(B)의 외부에 배치되어 있기 때문에, 정전기 유발부(350)로 유도된 미세입자들은 챔버(310) 내부에 형성된 미세 기류의 흐름에 의해 성막영역(B) 외부로 유동하여 배기구(331)를 통해 챔버(310) 외부로 배출되므로 성막영역(B)을 오염시키지 않는다.
또한 정전기 유발부(350)에는 전술한 CVD의 실시예와 같이 양의 전압이 인가될 수 있는데, 이 경우에도 마찬가지로 성막영역(B)의 오염을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 PECVD장치(100)는, 가스 주입부(320)와 기판(341) 사이의 성막영역(B)에 대응되는 영역의 주위에 챔버(310) 및 RF 전력공급부(360)와 절연된 전압원(353a 또는 353b)에 연결된 정전기 유발부(350)를 구비함으로써, 챔버(310) 내부의 미세입자들을 흡착하거나 미세입자들의 유동방향을 유도하여 챔버(310) 외부로 배출시켜 기판(341) 상의 성막영역(A)의 오염을 일으키는 미세입자들의 개수를 줄일 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 PECVD 장치(400)를 상세히 설명한다. 본 실시예에 따른 CVD장치(400)를 설명함에 있어서, 전술한 실시예에 따른 PECVD장치(300)와 상이한 점을 중심으로 설명할 것이며, 전술한 실시예와 동일한 부분에 대하여는 도 4를 참조하여 설명할 것이다.
상기 도면들을 참조하면, 본 실시예에 관한 PECVD장치(400)는 챔버(310), 가스 주입부(320), 가스 배출부(330), 성막부(340), RF 전력공급부(360) 및 정전기 유발부(450)를 포함한다.
기판(341)에 소정의 온도가 설정되면, RF 파워를 이용하여 샤워헤드(322)에서 방출되는 가스를 플라즈마 상태로 분해하여 기판(341)에 증착시킨다.
공급된 가스들은 기판(341)의 일정 영역에 증착되는데, 플라즈마가 방전되는 것을 방지하고 증착두께의 균일성을 유지하기 위하여, 본 실시예와 같이 기판(341)의 외곽부에 섀도우 프레임(343)이 설치될 경우에는, 섀도우 프레임(343)의 내측이 막이 형성되는 성막영역(B)이 된다.
이때, 전술한 바와 같이, PECVD장치(400)는 가스 주입부(320)와 가스 배출부(330)의 위치로 인하여 챔버(310) 내부에는 챔버(310) 상부로부터 챔버(310) 하부로의 미세한 기류가 형성되고, 플라즈마 공정을 이용하여 기판에 박막을 증착하는 과정에서 발생하는 각종 미세입자들을 이 기류를 따라 유동하여 성막영역(B)에 증착될 수 있다. 이렇게 반응가스와 함께 기판(341)에 증착된 미세입자들은 막질을 나쁘게 하고 소자 특성에 악영향을 미친다.
상기 미세입자들에 의한 성막영역(B)의 오염을 방지하기 위해 가스 주입 부(320)와 상기 기판(341) 사이에 정전기 유발부(450)가 배치된다.
본 실시예에 따른 정전기 유발부(450)는 성막영역(B)을 침범하지 않도록 가스 주입부(320)와 기판(341) 사이의 영역로서, 성막영역(B)에 대응되는 영역의 주위의 일부를 둘러싸는 제1 정전기 유발부(451)와, 제1 정전기 유발부(451)가 형성된 영역을 제외한 성막영역(B)에 대응되는 영역의 주위의 일부를 둘러싸는 제2 정전기 유발부(452)를 구비한다.
제1 정전기 유발부(451)에는 챔버(310) 및 RF 전력공급부(360)와 절연된 전압원(453a)에 접속되어 음의 전압이 인가되고, 제2 정전기 유발부(452)에는 챔버(310) 및 RF 전력공급부(360)와 절연된 전압원(453b)에 접속되어 양의 전압이 인가되고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 제1 정전기 유발부(451)에 양의 전압이, 제2 정전기 유발부(452)에 음의 전압이 인가될 수 있음은 물론이다.
음의 전압이 인가된 제1 정전기 유발부(451)는 챔버(310) 내부에 존재하는 양의 전하를 띤 미세입자들을 흡착할 수 있으며, 또한 정전기력을 이용하여 양의 전하를 띤 미세입자들을 제1 정전기 유발부(451)가 배치된 위치로 유도할 수 있다. 또한, 양의 전압이 인가된 제2 정전기 유발부(452)는 음의 전하를 띤 미세입자들을 흡착하거나, 제2 정전기 유발부(452)가 배치된 위치로 유도할 수 있다.
이때,상기 제1 정전기 유발부(451) 및 제2 정전기 유발부(452)는 성막영역(B)의 외부에 배치되어 있기 때문에, 제1 및 제2 정전기 유발부(451, 452)로 유도된 미세입자들은 챔버(310) 내부에 형성된 미세 기류의 흐름에 의해 성막영역(B) 외부로 유동하여 배기구(331)를 통해 챔버(310) 외부로 배출되므로 성막영역(B)을 오염시키지 않는다.
도 6에는 제1 정전기 유발부(451) 및 제2 정전기 유발부(452)는 서로 대칭적인 형상으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예시로서 제시된 것이므로 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한 각 정전기 유발부(451, 452)에 접속된 전압원(453a, 453b)도 도 6에 도시된 것에 한정되지 않으며, 각 정전기 유발부(451, 452)에 일정한 양의 전압이나 음의 전압을 인가할 수 있고, RF 전력공급부(360)와 절연되도록 배치할 수만 있다면, 다양한 회로구성이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 PECVD장치(400)는, 가스 주입부(320)와 기판(341) 사이의 성막영역(B)에 대응되는 영역의 주위에 양의 전압이 인가된 제1 정전기 유발부(451)와 음의 전압이 인가된 제2 정전기 유발부(452)를 구비함으로써, 챔버(310) 내부의 양의 전하를 띤 미세입자들과 음의 전하를 띤 미세입자들을 흡착하거나 미세입자들의 유동방향을 유도하여 챔버(310) 외부로 배출시켜 기판(341) 상의 성막영역(B)의 오염을 일으키는 미세입자들의 개수를 효율적으로 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 CVD장치 및 PECVD장치는 챔버 내부의 미세입자들의 개수를 줄일 수 있다. 따라서 양질의 박막을 형성하여 수율을 향상시킬 수 있으며. 챔버 내부의 세정에 소요되는 빈도를 줄임으로써 비용을 절감하고 생산효율을 향상시킬수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부에 가스를 주입하는 가스 주입부;
    상기 가스 주입부에 대향하여 배치되고, 상기 가스를 상기 챔버 외부로 배출하는 가스 배출부;
    상기 가스 주입부와 상기 가스 배출부 사이에 배치되고, 상기 가스로부터 막이 형성되는 성막영역을 포함하는 성막부; 및
    상기 성막영역을 침범하지 않도록 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위에 배치되고, 상기 챔버와 절연된 전압원에 접속된 정전기 유발부를 포함하는 CVD장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 주입부는 상기 챔버 외부로부터 가스가 주입되는 가스 주입구와, 상기 가스 주입구에 연결되고 상기 챔버 내부에 가스를 고르게 분산하기 위한 샤워헤드를 구비하는 CVD장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 성막부는 상기 가스 주입부가 상기 가스 배출부를 향하는 방향에 대하여 수직으로 배치되는 CVD장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 성막부는 기판이 안착되는 척(chuck) 및 상기 기판의 상부면 가장자리를 덮도록 상기 성막영역의 외곽에 배치된 섀도우 프레임을 더 포함하는 CVD장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 정전기 유발부는 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위를 일체로 둘러싸도록 배치되는 CVD장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 정전기 유발부에는 양의 전압과 음의 전압 가운데 어느 하나의 전압이 인가되는 CVD장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 정전기 유발부는 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위의 일부를 둘러싸는 제1 정전기 유발부와, 상기 제1 정전기 유발부가 형성된 영역을 제외한 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위의 일부를 둘러싸는 제2 정전기 유발부로 구성된 CVD장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 정전기 유발부에는 양의 전압이 인가되고, 상기 제2 정전기 유발부에는 음의 전압이 인가되는 CVD장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 정전기 유발부에는 음의 전압이 인가되고, 상기 제 2 정전기 유발부에는 양의 전압이 인가되는 CVD장치.
  10. 챔버;
    상기 챔버 내부에 가스를 주입하는 가스 주입부;
    상기 가스 주입부에 대향하여 배치되고, 상기 가스를 상기 챔버 외부로 배출하는 가스 배출부;
    상기 가스 주입부와 상기 가스 배출부 사이에 배출되고, 상기 가스로부터 막이 형성되는 성막영역을 포함하는 성막부;
    상기 가스 주입부에 연결되어 고주파를 공급하는 RF(Radio Frequency) 전력공급부; 및
    상기 성막영역을 침범하지 않도록 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위에 배치되고, 상기 챔버 및 상기 RF 전력공급부와 절연된 전압원에 접속된 정전기 유발부를 포함하는 PECVD장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가스 주입부는 상기 챔버 외부로부터 가스가 주입되는 가스 주입구와, 상기 가스 주입구에 연결되고 상기 챔버 내부에 가스를 고르게 분산하기 위한 샤워헤드를 구비하는 PECVD장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 성막부는 상기 가스 주입부가 상기 가스 배출부를 향하는 방향에 대하여 수직으로 배치되는 PECVD장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 성막부는 기판이 안착되는 척(chuck) 및 상기 기판의 상부면 가장자리를 덮도록 상기 성막영역의 외곽에 배치된 섀도우 프레임을 더 포함하는 PECVD장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 정전기 유발부는 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위를 일체로 둘러싸도록 배치되는 PECVD장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 정전기 유발부에는 양의 전압과 음의 전압 중 어느 하나의 전압이 인가되는 PECVD장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 정전기 유발부는 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위의 일부를 둘러싸는 제1 정전기 유발부와, 상기 제1 정전기 유발부가 형성된 영역을 제외한 상기 성막영역에 대응되는 영역의 주위의 일부를 둘러싸는 제2 정전기 유발부로 구성된 PECVD장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 정전기 유발부에는 양의 전압이 인가되고, 상기 제2 정전기 유발부에는 음의 전압이 인가되는 PECVD장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 정전기 유발부에는 음의 전압이 인가되고, 상기 제2 정전기 유발부에는 양의 전압이 인가되는 PECVD장치.
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