KR20170034107A - 기판 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공정챔버 내부에서 증착공정 시, 서셉터 상에 배치된 기판의 상면 영역 또는 측면 영역의 온도를 설정온도로 균일하게 유지할 수 있도록, 서셉터의 상면 영역을 가열하는 제1가열유닛과, 상면 중심을 가열하는 제2가열유닛과, 측면 영역을 가열하는 제3가열유닛을 구비함으로써 기판의 대형화에 따른 각 영역별 소자 특성 불량을 현저히 감소시킬 수 있는 기판 제조장치를 제공하는 것이다.

Description

기판 제조장치{Manufacturing Apparatus of Liquid Crystal Display}
본 발명은 기판 제조장치에 관한 것으로서, 증착공정 시 공정챔버 내부에서 서셉터 상에 위치한 기판을 가열하여 소자 특성을 확보할 수 있도록 하는 기판 제조장치에 관한 것이다.
최근, 일반적으로 합착 및 증착 공정을 진행하는 공정챔버(Process Chamber)는 상부가 개방된 반응챔버가 챔버 덮개에 의해 덮어지게 된다. 이에 따라, 상기 반응챔버와 챔버 덮개에 의해 외부와 차단된 반응공간이 형성된다.
그리고 반응공간 내에는 상부전극과 하부전극(susceptor)이 배치되어 있고, 상기 하부전극은 중심에 배치된 샤프트(중심축)에 의해서 수직방향으로 승강하도록 배치된다.
그리고 상기 상부전극 상에는 플라즈마 형성을 위한 기체 주입관과, 고전압을 인가하기 위한 발전기와, 주입된 가스를 분사하는 디퓨저(diffuser)가 배치되어 있다.
그리고 상기 하부전극 상에 기판이 안착되면, 상기 상부전극과 하부전극의 사이에 전계를 형성하여 상기 기판 상에 이온 입자들이 증착된다.
이때, 증착공정을 진행하기 전에 상기 하부전극의 내측에 배치되어 있는 히터(heater)에 열을 가하여 상기 기판을 공정조건에 부합되도록 예열하는 공정이 수행된다.
그러나 상기와 같은 합착 또는 증착 공정 시, 상기 공정챔버에 사용되는 하부전극(서셉터)은 알루미늄으로 된 일체형 플레이트에 히팅라인(Heating Line) 구조로 되어 있기 때문에, 기판의 특정 부분에 온도 저하가 발생하는 경우에 대응하여 특정 부분만을 부분적으로 가열할 수 없는 문제점이 지적되고 있다.
또한 기판이 설정 온도로 가열되지 못한 상태에서 공정이 진행되면, 국부적인 온도차이로 인하여 기판의 불량률이 증가되는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 기판의 상면 영역과 측면 영역을 복수의 영역으로 분할하고, 이를 선택적으로 가열하여 균일한 소자 특성을 확보할 수 있는 기판 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 공정챔버 내부에서 증착공정 시, 서셉터 상에 배치된 기판의 상면 영역 또는 측면 영역의 온도를 설정온도로 균일하게 유지할 수 있도록 서셉터의 상면 영역을 가열하는 제1가열유닛과, 상면 중심을 가열하는 제2가열유닛과, 측면 영역을 가열하는 제3가열유닛을 구비함으로써 소자 특성 불량을 현저히 감소시킬 수 있는 기판 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 기판 제조장치에 따르면,
첫째, 서셉터 상에 복수의 영역패턴을 분할하여 제1가열유닛을 구비함으로써 부분적으로 기판을 가열할 수 있고,
둘째, 제1가열유닛과 별도로 서셉터의 중심축에 제2가열유닛을 구비함으로써 기판 중심 부분의 온도 저하를 방지할 수 있으며,
셋째, 공정챔버의 측벽 상에 제1가열유닛에 대응하는 제3가열유닛을 구비함으로써 공정챔버 상에서 기판 주변의 온도 저하를 방지할 수 있고,
넷째, 기판의 부분적인 가열에 대한 제어가 가능하여 소자 특성을 확보할 수 있으며,
다섯째, 기판의 소자 특성을 확보하여 기판의 불량률을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 제조장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 기판 제조장치의 서셉터 상면 영역을 도시하는 참고도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 기판 제조장치의 서셉터 중심축을 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 기판 제조장치의 일부를 확대하여 도시하는 부분 확대도이다.
도 5는 도 1에 나타낸 기판 제조장치의 가동 전, 후 기판의 온도 분포를 도시하는 참고도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 기판의 온도 분포에 따른 기판의 소자특성을 도시하는 참고도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 제조장치를 개략적으로 도시하는 단면도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 기판 제조장치의 서셉터 상면 영역을 도시하는 참고도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 제조장치(100)는 기판(1)에 증착공정이 수행되는 공정챔버(10)와, 상기 공정챔버(10) 내에서 기판(1)의 하부를 지지함과 동시에 승강시키는 서셉터(20)와, 상기 서셉터(20) 상면을 복수 영역의 패턴으로 분할하고, 각 영역별로 균일한 설정 온도가 유지되도록 선택적으로 가열하는 제1가열유닛(110)을 포함한다.
상기 공정챔버(10)는 상부가 개방된 형상으로 챔버 덮개(미도시)에 의하여 개폐 가능하도록 형성되며, 내부에는 상측에 샤워 헤드(shower head)가 설치된다. 또한 상기 공정챔버(10)에는 두 개의 서로 다른 외부 RF 발전기들(미도시)에 각각 연결되는 샤워 헤드형 평판전극이 설치된다. 즉, 제1RF 발전기는 상대적으로 높은 주파수를 제공하며, 제 2 RF 발전기는 상대적으로 낮은 주파수를 제공한다. 상기 평판 전극은 내부가 비어 있으며, 금속 재질의 평판전극은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 표면이 양극화 처리되도록 형성되어 있다.
상기 평판전극 상에서 이온화되어 상기 기판 상에 증착공정이 이루어진 후, 남은 혼합가스는 평판전극의 내부와 연통되도록 마련된 기체 유동관을 통하여 외부로 배기된다.
이러한 이온화 과정에서 고주파수의 제 1 RF 발전기가 작동하여 이온화된 혼합가스로 인해 증착된 박막과, 저주파수의 제 2 RF 발전기가 작동하여 이온화된 혼합가스로 인해 증착된 박막은 서로 다른 조성을 가지게 된다. 이러한 RF 발전기의 작동은 순차적으로 행해질 수도 있고, 또한 일정한 시간 간격을 주기적으로 반복하여 작동될 수도 있다.
상기 공정챔버(10)의 양 측벽 중 적어도 어느 한 측벽에는 로드락부(미도시)와, 상기 공정챔버(10)와의 연통 여부를 결정하는 슬롯밸브(미도시)가 설치되어 있어서, 로드락부로부터 상기 서셉터(20) 상으로 기판을 이송시킬 때 슬롯밸브(미도시)가 개방 또는 폐쇄되도록 제어된다.
본 발명에 있어서, 상기한 기판(1)은 PECVD 공정에 의해 다층 박막의 형성이 요구되는 기재라면 예를 들어, 반도체 제조용 실리콘 웨이퍼, 티에프티(TFT) 제조용 유리 기판, 태양전지 제조용 실리콘 웨이퍼 등을 들 수 있으며, 이는 상기 기판 제조공정뿐만 아니라 다른 종류의 기판 제조 공정에도 특별히 제한되지 않는 것을 일 예로 설명한다.
또한 경우에 따라서는 이러한 기재상에 하나 또는 둘 이상의 박막들이 이미 형성되어 있거나, 소정의 도펀트를 주입하여 부분적 또는 전면적으로 활성화가 행해진 상태에서도 제조공정이 이루어질 수 있다.
또한 상기 샤워 헤드에 인접한 부분에는 기체를 분산하기 위한 디퓨저(미도시)가 마련된다.
상기 제1가열유닛(110)은 상기 서셉터(20) 상에서 발열부와 비 발열부로 구성되어 기판이 놓이는 상면을 가열할 수 있는 구조로 형성된다. 또한 상기 제1가열유닛(110)은 파이프 히터(Pipe Heater) 또는 시즈 히터(sheath Heater)를 포함하는 튜블러 히터(Tubular Heater), 코일히터, 박형 플레이트 히터, 메탈 시트 타입 등을 선택적으로 사용할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1가열유닛(110)이 4개의 영역으로 분할되는 것을 일 예로 설명한다. 물론 2개 이상의 복수 영역 패턴으로 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 서셉터(20)의 중심에 중심축(21)을 영점 기준으로 x, y 좌표축을 형성하면, 제1사분면(Z1) 내지 제4사분면(Z4)에 각각 제1히터(111)가 동일 형상 또는 동일 면적을 가지도록 배치된다. 따라서 상기 제1히터(111)는 별도 구비된 온도센서의 데이터를 기반으로 설정된 온도범위를 유지할 수 있도록 선택적으로 가열이 이루어진다.
따라서 기판(1)의 모든 영역을 설정된 온도범위로 유지할 수 있기 때문에 소자 특성을 확보할 수 있고, 이에 따른 불량률을 현저히 감소시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 2에서 설명하지 않은 참조부호 '120'은 제2가열유닛이고, '130'은 제3가열유닛으로 이에 대한 상세한 설명은 후기한다.
도 3은 도 1에 나타낸 기판 제조장치의 서셉터 중심축을 도시하는 단면도이다.
상기 서셉터(20)의 저면에는 서셉터(20)를 수직방향으로 승강시키는 중심축(21)이 배치되고, 상기 중심축(21)에는 서셉터(20)의 중심 영역을 선택적으로 가열하는 제2가열유닛(120)을 포함한다.
상기 제2가열유닛(120)은 중심축(21) 상에서 중심축(21)과 서셉터(20)가 인접한 부분에 배치되는 제2히터(121)와, 상기 제2히터(121)를 둘러싸도록 중심축(21) 상에 고정되는 캡(122)과, 상기 제2히터(121)와 서셉터(20)의 저면 사이에 개재되어 제2히터(121)를 서셉터(20)로부터 설정간격 이격된 거리에 고정시키는 커버(123)와, 상기 제2히터(121)와 캡(122)을 중심축(21) 상에서 커버하고, 서셉터(20)의 저면에 고정되는 덮개부(124)를 포함한다.
상기 제2히터(121)는 중심축(21)의 외주면을 둘러 싸도록 권취되어 서셉터(20)와 중심축(21)이 만나는 부분을 가열한다. 이때 상기 제2히터(121)는 상기 커버(123)에 의해 서셉터(20)의 저면으로부터 설정간격 이격된 거리를 유지하도록 배치된다.
상기 커버(123)는 상기 제2히터(121)의 배치 위치를 고정시키면서 제2히터(121)에서 발생된 열을 균일하게 서셉터(20)의 저면으로 전달하는 기능을 수반한다.
또한 상기 캡(122)은 제2히터(121)의 권취 상태를 유지시키고, 외부로 열이 방출되는 것을 단열하는 기능을 제공한다.
상기 덮개부(124)는 제2히터(121)와 커버(123) 및 캡(122)을 내부에 동시 수용하며, 중심축(21)의 일부가 되거나, 또는 중심축(21) 상에 일 단부가 고정되고, 타 단부가 서셉터(20)의 저면에 고정되도록 결합될 수 있다.
상기 제2가열유닛(120)은 기존의 서셉터(20) 중심축(21) 상에 별도로 결합하도록 구비할 수도 있고, 또한 중심축(21) 내부에 장착된 상태로 구비할 수도 있어 기존에 사용하던 중심축에도 적용이 용이한 특징이 있다.
따라서 상기 제2가열유닛(120)은 중심축(21)과 서셉터(20)의 중심 영역을 선택적으로 가열하여 전기한 상기 제1가열유닛(110)과 더불어 기판의 온도 분포를 균일하게 유지시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 4는 도 1에 나타낸 기판 제조장치의 일부를 확대하여 도시하는 부분 확대도이다.
상기 공정챔버(도 1 참조, 10)의 측벽에는 서셉터(20)의 가장자리 부분을 가열하는 제3가열유닛(130)이 마련된다.
상기 제3가열유닛(130)은 상기 공정챔버(10)의 측벽 상에서 서셉터(20)의 승강범위 사이에 배치되어 각각의 제1히터(111) 주변을 가열하는 복수개의 제3히터(131)를 포함한다. 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 제3히터(131)는 상기 서셉터(20)가 하강된 높이에 대응하는 위치와, 서셉터(20)가 상승된 높이에 대응하는 위치에 각각 마련될 수도 있다. 이때 복수의 층으로 배치되는 제3히터(131)는 서셉터(20)의 높이에 따라서 각 층별로 선택적으로 가열이 이루어지는 것이 바람직하다. 물론 모든 층의 제3히터(131)가 동시에 가동될 수도 있다. 또는 상기 제3히터(131)가 서셉터(20)의 높이 변화에 대응하여 수직방향으로 이동하도록 구비될 수도 있다..
또한 상기 제3히터(131)는 도 2에 도시된 제1히터(110)의 측면 영역 또는 공정챔버의 측벽 내부에 배치되며, 상기 제1히터(도 2 참조, 110)의 각 영역에 대응하는 측면 영역을 선택적으로 가열할 수 있도록 복수개가 마련된다. 예컨대, 4개의 영역으로 분할된 상기 제1히터(110)의 영역 중, 제1사분면(Z1)의 외측 모서리 부분(ZS1)과, 제2사분면(Z2)의 외측 모서리 부분(ZS2)과, 제 3사분면(Z3)의 외측 모서리 부분(ZS3)과, 제 4사분면(Z4)의 외측 모서리 부분(ZS4)을 각각 분할하여 선택적으로 가열할 수 있도록 제어하는 것이 바람직하다. 물론 각각의 모서리 부분 중 예컨대 제 1사분면(Z1)의 상면 모서리 부분과 측면 모서리 부분을 다시 분할하여 제어할 수도 있다.
그리고 상기 제3히터(131)는 상기 제1히터(111)들의 영역 패턴에 대응하여 측면 영역 패턴으로 분할되는 것이 바람직하다. 또한 각 측면 영역 패턴을 선택적으로 가열할 수 있도록 제어된다.
따라서 상기 서셉터(20)의 상면 영역뿐만 아니라 쉽게 온도 변화가 발생할 수 있는 공정챔버(10) 내부의 측면 영역까지 상기 제3가열유닛(130)에 의해 온도분포를 균일하게 제어할 수 있기 때문에, 서셉터(20) 상에 올려진 기판(1)의 소자 특성을 충분히 확보할 수 있는 효과가 기대된다.
도 5는 도 1에 나타낸 기판 제조장치의 가동 전, 후 기판의 온도 분포를 도시하는 참고도이고, 도 6은 도 5에 나타낸 기판의 온도 분포에 따른 기판의 소자특성을 도시하는 참고도이다. 이하에서 전기한 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 도 5 (a)에 도시된 바와 같이, 서셉터(20)의 상면 중앙 부분에 비하여 상면 모서리 및 우측면 모서리 부분의 온도가 낮은 경우, 제3히터(131)의 제1사분면(도 2 참조, Z1)의 외측 모서리 부분(도 2 참조, ZS1)과 제2사분면(Z2) 의 외측 모서리 부분(ZS2) 및 제4사분면(Z4) 의 외측 모서리 부분(ZS4)을 가열하면, 도 5 (b)에 도시된 바와 같이, 각 측면 영역의 온도가 부분적으로 상승하면서 보다 균일한 온도분포를 유지하게 된다.
이렇게 온도분포를 균일하게 유지시키면 도 6에 도시된 바와 같이, 도 6 (a)의 그래프 형상에서 도 6 (b)의 그래프 형상으로 소자 특성의 산포가 개선되는 것을 확인할 수 있다. 도 6(a)의 그래프는 도 5(a)의 온도 분포에 따른 소자 특성을 나타내며, 부분적으로 기판(1)이 도체화 또는 메탈화 된 상태를 반영하고 있다. 이는 반도체로써의 기능을 부분적으로 상실했기 때문에 정밀한 소자 특성을 구현할 수 없는 반면에 도 6(b)의 그래프는 도 5(a)의 온도 분포에 따른 소자 특성을 나타내며, 전체적으로 균일한 소자 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용효과에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형된 예가 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서 그와 같은 변형 예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 할 것이다.
100 : 기판 제조장치
110 : 제1가열유닛 111 : 제1히터
120 : 제2가열유닛 121 : 제2히터
122 : 캡 123 : 커버
124 : 덮개부 130 : 제3가열유닛
131 : 제3히터 10 : 공정챔버
11 : 중심축 1 : 기판

Claims (7)

  1. 기판에 증착공정이 수행되는 공정챔버,
    상기 공정챔버 내에서 기판의 하부를 지지함과 동시에 승강시키는 서셉터,
    상기 서셉터 상면을 복수 영역의 패턴으로 분할하고, 각 영역별로 균일한 설정 온도가 유지되도록 선택적으로 가열하는 제1가열유닛을 포함하는 기판 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1가열유닛은,
    복수 영역에 각각 제1히터가 마련되고, 영역별 패턴이 동일 형상 또는 동일 면적으로 형성되는 기판 제조장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 서셉터를 수직방향으로 승강시키는 중심축에 배치되어 서셉터의 중심 영역을 선택적으로 가열하는 제2가열유닛을 더 포함하는 기판 제조장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2가열유닛은,
    중심축 상에서 중심축과 서셉터가 인접한 부분에 배치되는 제2히터와,
    상기 제2히터를 둘러싸도록 중심축 상에 고정되는 캡과,
    상기 제2히터와 서셉터의 저면 사이에 개재되어 제2히터를 서셉터로부터 설정간격 이격된 거리에 고정시키는 커버와,
    상기 제2히터와 캡을 중심축 상에서 커버하고, 서셉터의 저면에 고정되는 덮개부를 포함하는 기판 제조장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 공정챔버의 측벽에 배치되어 서셉터의 가장자리 부분을 가열하는 제3가열유닛을 더 포함하는 기판 제조장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3가열유닛은,
    상기 공정챔버의 측벽 상에서 서셉터의 승강범위 사이에 배치되어 각각의 제1히터 주변을 가열하는 복수개의 제3히터를 포함하는 기판 제조장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제3히터는,
    상기 제1히터들의 영역 패턴에 대응하여 측면 영역 패턴으로 분할되고, 각 측면 영역 패턴을 선택적으로 가열하는 기판 제조장치.
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