KR20120037846A - 플라즈마 화학증착 장치 - Google Patents

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조민구
박한선
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

플라즈마 화학증착 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 화학증착 장치는 가스 주입구와 배기구를 갖는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에서 형성된 반응물이 증착되는 기판과, 상기 기판을 지지 및 이동시키며 상기 기판의 하부에 위치하여 하부 전극의 역할을 하는 서셉터 및 상기 서셉터와 마주보며 상기 가스 주입구로부터 제공되는 가스를 확산시키는 확산판을 포함하고, 상기 확산판 상에는 혼합 가스를 이용한 플라즈마 처리로 인해 보호막이 형성된다.

Description

플라즈마 화학증착 장치{Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition apparatus}
본 발명은 플라즈마 화학증착 장치(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition apparatus, 이하, PECVD이라 함)에 관한 것으로, 특히 비-양극처리(non-anodizing)하고 보호막이 형성된 확산판을 구비한 플라즈마 화학증착 장치에 관한 것이다.
액정 디스플레이 및 평판 패널들은 컴퓨터 및 텔레비전 모니터와 같은 능동형 매트릭스 디스플레이에서 주로 사용된다. 일반적으로, 플라즈마 화학증착 장치(PECVD)를 이용하여 반도체 웨이퍼 또는 평판 디스플레이용 투명 기판 등의 기판 상에 박막 필름을 증착한다.
일반적으로, 전구체(precursor) 가스 또는 가스 혼합물을 기판 수용 챔버 내로 도입함으로써 PECVD가 이루어진다. 통상적으로, 전구체 가스 또는 가스 혼합물은 챔버의 상부에 인접하여 배치된 확산판(Diffuser)를 통해 아래쪽으로 지향된다. 챔버에 연결된 하나 이상의 RF 소오스로부터 챔버로 무선 주파수(RF) 전력을 인가함으로써 챔버내의 전구체 가스 또는 가수 혼합물이 플라즈마로 활성화(energized)된다. 상기 활성화된 가스 또는 가스 혼합물이 반응하여 기판 표면 상에 물질 층을 형성한다. 반응 중에 생성된 휘발성 부산물은 배기 시스템을 통해 챔버로부터 펌핑된다.
상기 플라즈마 화학증착 장치(PECVD)에 의한 증착 공정에서는, RF 파워(Radio Frequency Power), 증착 온도, 가스 유입량 및 전극과 기판 간의 거리가 박막의 특성을 좌우한다.
일반적으로, 플라즈마 화학증착 장치(PECVD)는 가스 주입구 및 배기구를 갖는 진공 챔버를 포함하고, 상기 챔버 내부에는 상부 전극을 이루고 가스를 확산시키는 확산판과, 상기 확산판과 일전간격 이격되어 하부 전극을 이루는 서셉터와 상기 확산판에 고주파를 공급하는 RF 파워를 포함한다.
상기 확산판은 가스 주입구를 통해 공급되는 가스의 플로우(flow)를 조절하는 역할을 한다. 이때, 상기 확산판은 스테인리스 스틸, 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 또는 기타 RF 전도성 물질로 형성될 수 있다.
상기 확산판이 알루미늄(Al)으로 이루어진 경우 알루미늄(Al) 모재에 양극처리(anodizing)를 하게 된다. 상기 양극처리(anodizing)는 상기 알루미늄(Al)을 약액에서 강제 산화시켜 상기 알루미늄(Al) 표면에 산화피막(Al2O3)이 형성되게 하는 것을 의미한다.
이렇게 양극처리되어 표면에 산화피막(Al2O3)이 형성된 확산판을 구비한 플라즈마 화학증착 장치(PECVD)에서 확산판을 교체할 때 온 컨런트(On Current) 저하 및 오프 커런트 (Off Current) 증가가 발생하였다. 또한, 상기 산화피막(Al2O3)으로 인해 상기 확산판에 불순물이 증착되어 기판 상에 특성이 저하된 박막을 증착하는 경우가 발생하였다.
본 발명은 양극처리를 하지 않고 별도의 보호막을 형성한 확산판을 사용하여 확산판에 불순물이 증착되는 것을 최소화하고 기판 상에 원하는 박막을 형성할 수 있는 플라즈마 화학증착 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 화학증착 장치는 가스 주입구와 배기구를 갖는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에서 형성된 반응물이 증착되는 기판과, 상기 기판을 지지 및 이동시키며 상기 기판의 하부에 위치하여 하부 전극의 역할을 하는 서셉터 및 상기 서셉터와 마주보며 상기 가스 주입구로부터 제공되는 가스를 확산시키는 확산판을 포함하고, 상기 확산판 상에는 혼합 가스를 이용한 플라즈마 처리로 인해 보호막이 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 화학증착 장치는 양극처리를 하지 않고 보호막을 형성한 확산판을 구비하여 상기 확산판에 불순물을 포함한 오염물질이 증착되는 것을 방지하고 기판 상에 원하는 박막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 화학증착 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 확산판의 단면도를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 화학증착 장치를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 화학증착 장치는 가스 주입구(112) 및 배기구(114)를 갖는 진공 챔버(16)를 구한다.
상기 진공 챔버(16) 내에는 상부 전극을 이루면서, 가스를 확산시키는 확산판(111, Diffuser)과, 하부 전극을 이루는 서셉터(120, Susceptor)가 일정간격 이격되어 대향하고 있다.
상기 확산판(111)에는 고주파를 공급하는 RF 파워(124)가 연결되어 있으며, 상기 서셉터(120)에는 RF 파워(124)를 접지시키는 그라운드(GND) 전압이 연결된다.
상기 플라즈마 화학증착 장치에서는 진공 챔버(16) 내부에 증착에 필요한 가스를 주입하여 원하는 압력과 기판(118) 온도가 설정되면, RF 파워(124)를 이용하여 주입된 가스를 플라즈마 상태로 분해하여 상기 기판(118) 위에 증착을 한다.
상기 플라즈마 화학증착 장치의 증착 매커니즘은 진공 챔버(116) 내로 유입된 기체 화합물이 분해되는 1차 반응, 분해된 가스 이온들과 불안정한 이온상태인 라디칼 이온(Radical Ion)들이 상호 반응하는 2차 반응, 피 증착 기판(118) 상에서 가스 이온과 라디칼 이온들의 재결합으로 생긴 원자들의 상호 작용으로 핵 생성 후에 박막이 형성되는 3차 반응으로 나눌 수 있다.
유입되는 기체 화합물은 형성하는 막의 종류에 따라 달라지며, 일반적으로 실리콘 질화막 경우는 SiH4, H2, NH3, N2의 혼합 가스가 이용되고, 비정질 실리콘막의 증착에는 SiH4, H2가 쓰이면 인(P)을 도핑하여 전자 이동도를 높이는 불순물 비정질 실리콘막(n+ a-Si)의 형성시에는 상기 비정질 실리콘용 반응 가스에 PH3가 첨가된다.
상기 플라즈마 화학증착 장치에 의한 증착 공정에서는 RF 파워(Radio Frequency Power), 증착 온도, 가스 유입량 및 전극과 기판 간의 거리가 형성되는 박막의 특성을 좌우한다.
상기 기판(118)의 양 외곽부 상에는 프레임(130)이 위치하는데, 상기 프레임(130)은 기판(118)의 외곽부를 일정 간격으로 덮음으로써, 기판(118)의 외부로 플라즈마(131)가 방전되는 것을 방지하여 증착 두께의 균일성을 유지시키는 일종의 마스크 역할을 한다.
상기 RF 파워(124)로부터의 RF는 플라즈마 화학증착 장치의 구동을 위해 기판(118)의 크기에 비례하여 선택된다.
상기 확산판(111)는 가스 주입구(112)를 통해 공급되는 반응 가스의 플로우(Flow)를 조절하는 역할을 하고, 상기 서셉터(120)는 피증착 기판(118)에 열 에너지를 공급하는 히터 기능과, 상기 기판(118)을 상부 및 하부 방향으로 움직이도록 이동성을 가진다.
상기 확산판(111)은 스테인리스 스틸, 알루미늄(Al), 니켁(Ni) 또는 기타 RF 전도성 물질로 제조된다. 본 발명에서 확산판(111)은 알루미늄(Al)으로 제조된다. 상기 확산판(111)은 주조(cast), 용접, 단조, 고온 등압(isostatic) 프레싱 또는 소결될 수 있다. 상기 확산판(111)은 양극처리(anodizing)되지 않은 베어(bare) 알루미늄으로 제조된다.
상기 확산판(111)을 위한 비-양극처리(non-anodized) 알루미늄 표면은 플라즈마 화학증착 장치에서 프로세싱되는 기판(118)을 오염시킬 수 있는 입자 형성을 감소시킬 수 있다. 또한, 양극처리되지 않은 확산판(111)의 제조 비용이 감소 된다.
상기 확산판(111) 상에는 도 2에 도시된 바와 같이, 보호막(150)이 형성된다.
상기 보호막(150)은 NF3 가스를 플라즈마 상태로 분해하여 상기 비-양극처리(non-anodized) 된 알루미늄 표면 상에 증착하여 형성된다. 즉, 상기 보호막(150)은 상기 NF3 가스와 비-양극처리(non-anodized)된 알루미늄 표면 간의 결합 유도로 형성된다.
상기 진공챔버(116) 내에 기판(118)이 없는 상태에서 NF3 가스를 이용하여 플라즈마 처리를 하게 되면, 상기 비-양극처리(non-anodized) 된 알루미늄 표면 상에 보호막(150)이 형성된다.
NF3 가스를 이용한 Cleaning 공정을 120초간 진행한 후, 펌핑(Pumping) 공정을 20초간 진행하고 SiN Seansoning을 120초가 진행하게 되면 상기 비-양극처리(non-anodied) 된 알루미늄 표면 상에 Al:N:F라는 보호막(150)이 형성된다.
이와 같은 방법으로 상기 확산판(111) 상에 보호막(150)을 형성하게 되면, 상기 확산판(111)을 양극처리하지 않아도 상기 확산판(111)에 불순물이 증착되는 것을 방지할 수 있고, 상기 진공챔버(116) 내에서 기판(111)을 오염시킬 수 있는 입자 형성을 최소화할 수 있다.
또한, 양극처리 과정을 생략하여 NF3 가스를 이용하여 표면에 보호막(150)이 형성된 확산판(111)을 교체할 때 발생할 수 있는 온 커런트(On-Current) 저하 및 오프 커런트(Off-Current) 증가를 방지할 수 있다.
111:확산판 112:가스 주입구
114:배기구 116:진공 챔버
118:기판 120:서셉터
124:RF 파워 130:프레임
131:플라즈마 150:보호막

Claims (4)

  1. 가스 주입구와 배기구를 갖는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내에서 형성된 반응물이 증착되는 기판;
    상기 기판을 지지 및 이동시키며 상기 기판의 하부에 위치하여 하부 전극의 역할을 하는 서셉터; 및
    상기 서셉터와 마주보며 상기 가스 주입구로부터 제공되는 가스를 확산시키는 확산판;을 포함하고,
    상기 확산판 상에는 혼합 가스를 이용한 플라즈마 처리로 인해 보호막이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학증착 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 혼합 가스는 NF3인 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학증착 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 확산판에는 고주파를 공급하는 RF 파워가 연결되고, 상기 서셉터에는 RF 파워를 접지시키는 그라운드(GND) 전압이 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학증착 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 확산판은 비-양극처리(non-anodized) 된 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학증착 장치.
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