KR100701512B1 - 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치 - Google Patents

Abstract

평면디스플레이용 화학 기상 증착장치가 개시된다. 본 발명의 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치는, 평면디스플레이에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버; 및 챔버 내에 마련되며, 두께방향을 따라 일측에 복수 개의 제1 가스통과공이 형성되고 타측에 두께방향을 따라 복수 개의 제2 가스통과공이 형성되는 가스분배판을 포함하며, 적어도 하나의 제1 가스통과공은, 제2 가스통과공보다 큰 직경을 가지고 복수 개의 제2 가스통과공과 연통되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 종래 보다 가스분배판의 무게를 감소시킴으로써 가스분배판의 처짐을 방지하여 증착공정의 안정성을 도모할 수 있으며, 가스분배판의 가공을 종래 보다 용이하게 할 수 있다.

화학 기상 증착장치, CVD, LCD, 가스분배판, 중량, 처짐, 제1 가스통과공, 제2 가스통과공, 직경

Description

평면디스플레이용 화학 기상 증착장치{Chemical Vapor Deposition Apparatus For Flat Panel Display}

도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 가스분배판의 사시도이다.

도 2는 도 1의 가스분배판의 저면 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 단면도이다.

도 4는 도 3의 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 가스분배판의 사시도이다.

도 5는 도 4의 가스분배판의 저면 사시도이다.

도 6은 도 4의 가스분배판의 평면도이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 가스분배판의 사시도이다.

도 8은 도 7의 가스분배판의 저면 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 화학 기상 증착장치 G : 유리기판(glass)

10 : 가스분배판 10a : 상부몸체

10b : 하부몸체 13 : 제1 가스통과공

15 : 제2 가스통과공 15a : 경사부

15b : 오리피스부 15c : 분사부

30 : 서셉터 40 : 서셉터 지지대

50 : 챔버 56 : 전극

본 발명은, 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가스분배판의 중량을 감소시킴으로써 가스분배판의 하중으로 인한 처짐을 종래 보다 감소시켜 증착공정의 안정성을 도모할 수 있는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에 관한 것이다.

최근 들어 반도체 산업 중 전자 디스플레이 산업이 급속도로 발전하면서 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD)가 등장하기 시작하였다.

평면디스플레이(FPD)는, TV나 컴퓨터 모니터 등에 디스플레이(Display)로 주로 사용된 음극선관(CRT, Cathode Ray Tube)보다 두께가 얇고 가벼운 영상표시장치인데, 종류로는 액정표시장치(LCD, liquid crystal display), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP, Plasma Display Panel) 및 유기EL(OLED, Organic Light Emitting Diodes) 등이 있다.

평면디스플레이 중 대표격인 액정표시장치(LCD)는, 2장의 얇은 상하 유리기 판 사이에 고체와 액체의 중간물질인 액정을 주입하고, 상하 유리기판의 전극 전압 차로 액정분자의 배열을 변화시킴으로써 명암을 발생시켜 숫자나 영상을 표시하는 일종의 광스위치 현상을 이용한 소자이다.

이러한 액정표시장치(LCD)는 박형화, 경량화, 저소비전력화를 기술적으로 구현함으로써 종래의 음극선관(CRT)이 적용될 수 없었던 노트북 PC, 전자계산기, 각종 전자제품 등의 디스플레이로 사용되고 있으며, 기존의 음극선관을 빠른 속도로 대체하고 있다. 이들 중에 LCD TV는 종래에는 20 인치 내지 30 인치 정도의 크기를 가지며, 컴퓨터 모니터는 17 인치 이하의 크기를 갖는 것이 주류였다. 그러나, 최근에는 40 인치 이상의 대형 TV와 20 인치 이상의 대형 모니터에 대한 선호도가 높아지고 있다.

따라서 액정표시장치(LCD)를 구성하는 유리기판의 경우, 보다 넓은 크기로 제작하기에 이르렀다. 현재에는 가로/세로의 폭이 1870 × 2200 ㎜이거나 1870 × 2250 ㎜인 7세대가 사용되며, 2160 × 2460 ㎜ 이상인 8세대까지 유리기판의 크기를 증가시키는 연구가 진행되고 있다.

한편, 액정표시장치(LCD)는 증착(Deposition), 사진공정(Photo lithography), 식각(Etching), 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 등의 공정이 반복적으로 수행되는 TFT공정, 상하 유리기판을 합작하는 Cell공정, 그리고 기구물을 완성하는 Module공정을 통해 제품으로 출시된다.

이들 공정 중의 하나인 화학 기상 증착공정(Chemical Vapor Deposition Process)은, 외부의 고주파 전원에 의해 플라즈마(Plasma)화 되어 높은 에너지를 갖는 실리콘계 화합물 이온(ion) 가스가 전극을 통해 가스분배판으로부터 분출되어 유리기판 상에 증착되는 공정이다. 이러한 공정은, 화학 기상 증착공정을 수행하는 챔버내에서 이루어진다.

도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 가스분배판의 사시도이며, 도 2는 도 1의 가스분배판의 저면 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 화학 기상 증착장치(미도시)는, 공정 챔버(미도시) 내에서 플라즈마 상태의 가스(gas)를 유리기판(G)에 증착하기 위한 가스분배판(100)을 구비한다. 가스분배판(110)에는 가스분배판(110)의 상부(110a)와 하부(110b)를 관통하는 복수 개의 가스통과공(111)이 마련되는데, 이 가스통과공(111)을 통해 분배된 가스(gas)가 유리기판(G) 상에 증착된다.

즉, 가스분배판 상부(110a)의 제1 가스통과공(113)에서 가스분배판 하부(110b)의 제2 가스통과공(115)을 통과하여 분사된 가스(gas)가 유리기판(G) 상으로 증착된다. 그리고 가스분배판(110)에 복수 개의 가스통과공(111)이 세밀하게 상호 인접하여 형성됨으로써 가스(gas)가 유리기판(G) 상의 전 영역으로 고르게 분배될 수 있게 된다.

그런데, 종래의 화학 기상 증착장치(CVD)에 있어서는, 대형화된 유리기판(G)의 크기에 따라 가스분배판(110)의 크기와 중량도 상대적으로 커짐으로써, 가스분배판(110) 자체의 하중으로 인한 가스분배판(110) 중심부의 처짐이 발생하며, 이 경우 가스분배판(110)이 유리기판(G)과 일정한 간격 유지가 어렵게 되어 유리기판(G) 상으로 가스(gas)가 균일하게 분사 증착되어야 하는 증착 공정의 안정성이 보 장되지 못하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 고려하여 가스분배판(110)의 중심에 지지대를 보강하여 처짐을 방지하는 방법도 고려될 수 있으나, 이러한 방법은 분해 시 많은 어려움이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 유리기판(G)이 대형화가 되면 될수록 대형화된 유리기판(G)에 균일한 가스(gas)를 분사시키기 위해 가스분배판(110)에 세밀하게 형성되는 가스통과공(111)의 개수도 많아지게 되므로, 가공이 어렵게 되고 제작시간도 오래 걸려 그로 인한 제조비용도 상승하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 종래 보다 가스분배판의 무게를 감소시킴으로써 가스분배판의 처짐을 방지하여 증착공정의 안정성을 도모할 수 있으며, 가스분배판의 가공을 종래 보다 용이하게 할 수 있는 화학 기상 증착장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 가스분배판의 무게를 줄이면서도 기구적 강도도 유지할 수 있어 기구적 안정성도 확보하여 공정의 안정성을 기할 수 있는 화학 기상 증착장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 평면디스플레이에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버; 및 상기 챔버 내에 마련되며, 두께방향을 따라 일측에 복수 개의 제1 가스통과공이 형성되고 타측에 두께방향을 따라 복수 개의 제2 가스통과공이 형성되는 가스분배판을 포함하며, 적어도 하나의 상기 제1 가스통과공은, 상기 제2 가스통과공보다 큰 직경을 가지고 복수 개의 상기 제2 가스통과공과 연통되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제2 가스통과공보다 큰 직경을 가지고 복수 개의 상기 제2 가스통과공과 연통되는 상기 제1 가스통과공이 복수 개 마련될 수 있다.

상기 복수 개의 상기 제1 가스통과공은, 하나의 제1 가스통과공에 인접한 복수 개의 제1 가스통과공의 배열이 육각형 형상인 육각 벌집 구조로 배열되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 복수 개의 제2 가스통과공은, 실질적으로 일정한 간격으로 배치되되 하나의 제2 가스통과공에 인접한 복수 개의 제2 가스통과공의 배열이 육각형 형상의 육각 벌집 구조로 배열되는 것이 바람직하다.

상기 제1 가스통과공과 상기 제2 가스통과공은 일체로 제작되는 상기 가스분배판에 형성되며, 상기 제2 가스통과공은 상기 제1 가스통과공의 하부에 배치될 수 있다.

상기 제2 가스통과공은, 상기 제1 가스통과공에 인접하게 배치되어 상기 제1 가스통과공을 통과한 가스가 유입되며 하방으로 갈수록 직경이 작도록 경사진 경사부; 상기 경사부의 하단에 연결되어 상기 경사부를 통과한 가스가 통과하는 오리피스부; 및 상기 오리피스부의 하단에 연결되어 상기 오리피스부를 통과한 가스가 상기 평면디스플레이를 향하여 분사되는 분사부를 포함할 수 있다.

이때, 상기 분사부는 하방으로 갈수록 직경이 점진적으로 커지는 형상을 갖는 것이 바람직하다.

상기 가스분배판의 두께는 30mm 내지 60mm일 수 있다.

상기 제1 가스통과공의 길이는 상기 제2 가스통과공의 길이보다 1.5배 내지 2배일 수 있다.

하나의 상기 제1 가스통과공과 연통되는 상기 제2 가스통과공의 개수는 적어도 7개인 것일 수 있다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 단면도이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치(1)는, 챔버(50)와, 챔버(50) 내에 마련되어 증착 대상의 유리기판(G)이 로딩(Loading)되는 서셉터(30)와, 서셉터(30)의 하부에서 서셉터(30)를 지지하는 복수의 서셉터지지대(40)와, 챔버(50)의 상부 영역에 형성된 챔버상벽(8)에 인접 배치되어 소정의 증착물질(실리콘계 화합물인 반응성 가스)을 방출하는 전극(56)과, 전극(56)의 일부에 연결된 현가지지부재(18)와, 현가지지부재(18)에 지지되어 유리기판(G) 상으로 반응성 가스를 분배하는 가스분배판(10)을 구비한다.

가스분배판(10)에는, 두께방향을 따라 일측에 복수 개의 제1 가스통과공(13) 이 형성되고 타측에 두께방향을 따라 복수 개의 제2 가스통과공(15)이 형성되되, 하나의 제1 가스통과공(13)은, 제2 가스통과공(15)보다 큰 직경을 가지고 7개의 제2 가스통과공(15)과 연통된다. 이러한 가스분배판(10)에 대해서는 자세히 후술하기로 한다.

챔버(50)는 내부의 증착공간(S)이 진공 분위기로 유지될 수 있도록 챔버(50) 외벽이 외부와 차폐되어 있으며, 챔버(50)의 증착공간(S)에는 증착 공정시 불활성 기체(He, Ar)가 충전된다.

챔버(50)의 외부 상측에는 챔버(50) 내에 잔존하는 불순물을 제거하기 위한 소정의 클리닝(Cleaning) 가스를 공급하는 리모트 플라즈마(58)가 마련되어 있으며, 리모트 플라즈마(58)의 주변에는 고주파 전원부(20)가 설치되어 있다. 고주파 전원부(20)는 연결라인(22)에 의해 전극(56)과 연결되어 있다.

챔버(50)의 외벽에는 소정의 작업 로봇(미도시)에 의해 유리기판(G)이 챔버(50)의 내외로 유출입되는 통로인 개구부(50a)가 형성되어 있다. 도시하고 있지는 않지만, 개구부(50a)는 도어(미도시)에 의해 선택적으로 개폐된다.

챔버(50) 내의 바닥면(51)에는 챔버(50) 내의 증착공간(S)에 존재하는 가스를 다시 증착공간(S)으로 확산시키는 가스확산판(52)이 마련되어 있다. 그리고 챔버(50) 내의 바닥면(51) 중앙 영역에는 서셉터(30)의 컬럼(32)이 관통하는 관통홀(50b)이 형성되어 있다. 관통홀(50b)의 주변에는 서셉터지지대(40)의 축부(42)가 관통하는 추가의 관통홀(50c)이 더 형성되어 있다.

서셉터(30)는 챔버(50) 내의 증착공간(S)에서 횡방향으로 배치되어 로딩되는 유리기판(G)을 지지하는 기판로딩부(31)와, 상단은 기판로딩부(31)의 중앙에 고정되고 하단은 관통홀(50b)을 통과하여 챔버(50)의 외부에 배치되는 컬럼(32)을 구비한다.

기판로딩부(31)의 상면은 유리기판(G)이 정밀하게 수평상태로 로딩될 수 있도록 거의 정반으로 제조된다. 기판로딩부(31)의 내부에는 도시 않은 히터가 장착되어 기판로딩부(31)를 소정의 증착온도인 대략 400 ℃로 가열한다.

서셉터(30)는 챔버(50) 내의 증착공간(S)에서 상하로 승강한다. 즉, 유리기판(G)이 로딩될 때는 챔버(50) 내의 바닥면(51) 영역에 배치되어 있다가 유리기판(G)이 로딩되고 증착 공정이 진행될 때는 유리기판(G)이 가스분배판(10)에 인접할 수 있도록 부상한다. 증착 공정시, 서셉터(30)의 기판로딩부(31)는, 도 3의 점선으로 도시된 바와 같이, 가스분배판(10)의 하면에 대략 수십 밀리미터(mm) 정도의 간격까지 부상한다.

이를 위해, 서셉터(30)의 컬럼(32)에는 서셉터(30)를 승강시키는 승강 모듈(36)이 마련되어 있다. 승강 모듈(36)에 의해 서셉터(30)와 서셉터지지대(40)는 함께 승강한다.

승강 모듈(36)에 의해 서셉터(30)가 승강하는 과정에서 서셉터(30)의 컬럼(32)과 관통홀(50b) 간에 공간이 발생되어서는 안 된다. 이에, 관통홀(50b) 주변에는 컬럼(32)의 외부를 감싸도록 벨로우즈관(34)이 마련되어 있다. 벨로우즈관(34)은 서셉터(30)가 하강할 때 팽창되고, 서셉터(30)가 부상할 때 압착되면서 컬럼(32)과 관통홀(50b) 간에 공간이 발생하는 것을 방지한다.

서셉터(30)의 기판로딩부(31)에는 로딩되거나 취출되는 유리기판(G)의 하면을 안정적으로 지지하여 기판로딩부(31)의 상면으로 안내하는 복수의 리프트 핀(38)이 마련되어 있다. 리프트 핀(38)은 기판로딩부(31)를 관통하도록 설치되어 있다.

리프트 핀(38)은 승강 모듈(36)에 의해 서셉터(30)가 하강할 때, 그 하단이 챔버(50)의 바닥면(51)에 가압되어 상단이 기판로딩부(31)의 상면으로 돌출된다. 이에, 유리기판(G)을 기판로딩부(31)로부터 이격시키게 된다. 이와 같이 유리기판(G)이 기판로딩부(31)로부터 이격되면, 로봇 아암(미도시)이 서셉터(30)의 기판로딩부(31)에 로딩된 유리기판(G)을 파지할 수 있도록 유리기판(G)과 기판로딩부(31) 사이에 공간이 형성된다.

반대로, 서셉터(30)가 부상하면, 리프트 핀(38)은 하방으로 이동하여 유리기판(G)이 기판로딩부(31)의 상면에 밀착되도록 한다.

한편, 전술한 바와 같이, 7세대 혹은 8세대 하에서의 서셉터(30)는 그 무게가 무겁고 크기가 상대적으로 커서 처짐이 발생할 수 있는데, 이럴 경우, 유리기판(G)에도 처짐이 발생할 수 있다.

이에, 도시된 바와 같이, 서셉터(30)의 기판로딩부(31) 하부에는 복수 개의 서셉터지지대(40)가 마련되어 서셉터(30)의 기판로딩부(31)를 떠받치고 있다. 기판로딩부(31)는 대형 유리기판(G)의 크기보다 좀 더 크게 형성되므로, 중심의 컬럼(32)에서부터 반경방향 외측으로 갈수록 처짐이 심하게 발생할 수 있다.

따라서 서셉터지지대(40)는 서셉터(30)의 기판로딩부(31) 외측 영역에 상호 이격되게 복수 개로 마련되어 서셉터(30)의 기판로딩부(31)가 처지는 것을 저지하고 있는 것이다.

이러한 서셉터지지대(40)는 기판로딩부(31)의 하면에 위치하는 머리부(41)와, 머리부(41)에서 연장되어 서셉터(30)의 컬럼(32)과 나란하게 배치되는 축부(42)를 갖는다.

축부(42)의 단부는 컬럼(32)과 마찬가지로 승강 모듈(36)에 일체로 결합되어 있다. 따라서 승강 모듈(36)이 동작하면, 서셉터지지대(40)는 서셉터(30)와 함께 승강하게 된다. 그리고 축부(42)의 영역에도 벨로우즈관(34a)이 형성되어 있다.

전극(56)과 챔버(50)의 외벽 사이에는 전극(56)이 챔버(50)의 외벽에 직접 접촉하여 통전되지 않도록 절연체(26)가 마련되어 있다. 절연체(26)는 테프론 등으로 제작될 수 있다. 전극(56)과 가스분배판(10) 사이에는 배기버퍼 공간으로서의 이격공간부(59)가 형성되어 있다.

현가지지부재(18)는, 전극(56)과 가스분배판(10) 사이에 마련되어 이격공간부(59) 내에 존재하는 반응성 가스가 외부로 누출되지 않도록 이격공간부(59)를 차폐하는 역할을 한다. 따라서 현가지지부재(18)는 전극(56)과 가스분배판(10)의 둘레방향을 따라 연속적으로 배치된다.

또한 현가지지부재(18)는 대략 400 kg 정도의 무거운 중량을 갖는 가스분배판(10)을 전극(56)에 대해 현가 지지한다. 즉, 도시된 바와 같이, 가스분배판(10)은 현가지지부재(18)에 매달린 상태로 챔버(10)의 상부에 위치한다

도 4는 도 3의 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 가스분배판의 사시도 이고, 도 5는 도 4의 가스분배판의 저면 사시도이며, 도 6은 도 4의 가스분배판의 평면도이다. 이하에서는 이들 도면과 도 3을 함께 참조하여 설명하기로 한다.

가스분배판(10)은 전술한 바와 같이 현가지지부재(18)에 지지된다. 또한, 가스분배판(10)은 복수 개의 제1 가스통과공(13)이 형성된 상부몸체(10a)와, 복수개의 제2 가스통과공(15)이 형성된 하부몸체(10b)를 구비한다. 그리고 하나의 제1 가스통과공(13)은 제2 가스통과공(15)보다 큰 직경을 가지고 복수 개의 제2 가스통과공(15)과 연통되어 있다. 본 실시 예에서는 상부에 존재하는 하나의 제1 가스통과공(13)은 하부에 존재하는 7개의 제2 가스통과공(15)과 연통되어 있다

가스분배판(10)은, 챔버(50) 내에 마련되어, 유리기판(G)에 효율적으로 반응성 가스를 분배하여 증착되도록 하는 장치로서, 유리기판(G)의 형상에 대응하여 제작된다. 본 발명의 실시 예에서의 유리기판(G)은, 대면적을 가지는 평면디스플레이용 유리기판(G)이므로, 그 형상에 대응하는 크기로 사각형의 형상을 갖는다.

일반적으로, 가스분배판(10)의 면적이 전술한 바와 같이 대면적화됨에 따라 가스분배판(10)은 대략 400 kg 정도의 무게를 가지며, 서셉터(30)가 대략 400℃ 정도의 온도로 가열되는 것에 기인하여 대략 200 ℃ 정도의 온도로 뜨거워진다. 따라서 가스분배판(10)은 강도, 내열성, 열팽창율 등을 고려하여 설계되며, 주로 스테인레스강, 알루미늄, 니켈 등의 소재로 제작된다.

가스분배판(10)은 자체의 하중과 증착공정 시 급격한 온도 변화로 인해 변형이 발생할 수 있다. 따라서, 만약 가스분배판(10)의 중심부 처짐, 열팽창 및 수축 등에 의한 비틀림 등의 과도한 변형이 발생하게 되면, 가스분배판(10)이 증착대상 의 유리기판(G)과 일정한 간격을 유지하여야 달성될 수 있는 증착공정의 안정성을 깨뜨리게 된다.

특히 7세대 혹은 8세대와 같이 유리기판(G)이 큰 경우에는 가스분배판(10)도 커져야 하므로 가스분배판(10)의 하중으로 인하여 가스분배판(10)의 중심부에 처짐이 발생할 수 있고 이에 의하여 유리기판(G)과의 간격 유지가 곤란한 경우가 발생할 수 있다.

본 발명에서는, 가스분배판(10)의 처짐을 종래 보다 감소시키기 위하여 가스분배판(10) 자체의 무게를 감소시킬 수 있도록 구성하였다.

이러한 가스분배판(10)은, 일체로 제작되나 설명의 편의를 위하여 상부몸체(10a)와 하부몸체(10b)로 구분하여 설명하면, 상부에 배치되는 상부몸체(10a)와, 상부몸체(10a)의 하부에 배치되는 하부몸체(10b)를 구비한다.

상부몸체(10a)에는 두께방향을 따라 제1 가스통과공(13)이 복수 개 형성된다. 제1 가스통과공(13)은, 하부몸체(10b)에 복수 개 형성되는 제2 가스통과공(15)보다 큰 직경을 갖는다. 또한 종래에 하나의 제1 가스통과공(13)에 하나의 제2 가스통과공(15)이 연통되는 것과 달리, 하나의 제1 가스통과공(13)은 7개의 제2 가스통과공(15)과 연통된다.

따라서 종래에 작은 직경의 제1 가스통과공(113)들이 형성되었던 상부몸체(10a)의 소재 면적을 줄일 수 있으며, 그 만큼 상부몸체(10a)의 무게가 감소되어 전체 가스분배판(10)의 무게가 감소된다. 또한, 종래의 제1 가스통과공(113) 보다 많은 양의 가스가 제1 가스통과공(13)으로 유입될 수도 있을 것이다.

본 실시 예에서, 상부몸체(10a)에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 제1 가스통과공(a0)을 중심으로, 인접한 6개의 제1 가스통과공(a1, a2, a3, a4, a5, a6)이 육각형 형상인 육각벌집 구조로 배열되어 있다.

육각벌집 구조는, 힘의 분산을 통해 균형과 강도를 보장할 수 있는 가장 안정적인 구조로 이미 알려진 바, 충격흡수장치인 허니콤(Honeycomb) 등에 적용되고 있다. 따라서 이러한 제1 가스통과공(13)의 육각벌집 배열 구조는, 제1 가스통과공(13)이 종래 보다 직경이 크게 형성되더라도 기구적 강도를 유지할 수 있도록 한다.

즉, 육각 벌집 구조로 배열되되 제2 가스통과공(15)보다 큰 직경을 가지고 하나의 제1 가스통과공(13)이 복수 개의 제2 가스통과공(15)과 연통되는 복수 개의 제1 가스통과공(13)이 상부몸체(10a)에 형성됨으로써 종래의 가스분배판(10)의 무게를 50퍼센트 가까이 줄일 수 있으면서도 기구적 강도를 종래와 같이 유지하여 기구적인 안정성을 확보할 수 있게 된다.

또한, 상부몸체(10a)에 형성된 제1 가스통과공(13)은 종래 보다 큰 직경을 가지되 그 개수가 종래 보다 적게 되므로 제1 가스통과공(13)의 가공이 용이하며, 가스분배판(10)의 제작 시간도 단축되므로 제조비용이 절감될 수 있다.

제1 가스통과공(13)이, 제2 가스통과공(15)보다 큰 직경을 가지고 복수 개 즉 본 실시 예에서 7개의 제2 가스통과공(15)과 연통됨은 전술한 바와 같다. 이를 유체의 흐름에서 보면 제 1가스통과공(13)의 직경이 제2 가스통과공(15)보다 상당히 크기 때문에 기존 대비 가스통과공(13, 15) 내부에서의 압력강하(Pressure Drop)가 작고 가스분배판(10) 뒷면에서 압력 구배(Pressure Gradient)가 작게 되어 가스가 분사되는 전체 영역에서 균일한 흐름을 유지할 수 있다.

하부몸체(10b)에는, 제1 가스통과공(13)에 유입된 가스(gas)가 통과하며 제1 가스통과공(13)보다 직경이 작은 제2 가스통과공(15)이 복수 개 형성된다.

전술한 상부몸체(10a)와 마찬가지로 하부몸체(10b)에도, 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 제2 가스통과공(b0)을 중심으로, 인접한 6개의 제2 가스통과공(b1, b2, b3, b4, b5, b6)이 육각형 형상인 육각벌집 구조로 배열되어 있다. 제2 가스통과공(15)의 이러한 배열이 가지는 구조상의 장점은 제1 가스통과공(13)의 배열구조에서 전술한 바와 같다. 한편 제2 가스통과공(15)은 제1 가스통과공(13)보다 작은 직경을 가지고 종래와 같이 조밀하게 배치되어 있는데, 이로써 유리기판(G)의 전 영역에 가스(gas)가 균일하게 분사 증착될 수 있게 된다.

한편, 하부몸체(10b)에 형성되는 복수 개의 제2 가스통과공(15)은 가공이 용이하도록 하부몸체(10b)에 일정한 간격으로 형성된다. 즉, 하부몸체(10b)에 형성되는 제2 가스통과공(15) 모두가 제1 가스통과공(13)과 연통되도록 형성되는 것이 아니라 제작이 용이하도록 일정한 간격을 가지도록 가공됨으로써, 도 6에 자세히 도시된 바와 같이, 제1 가스통과공(13)과 연통되지 못하는 복수 개의 제2 가스통과공(15x)들이 존재하게 된다. 본 실시 예에서는 하나의 단위로 살펴보았을 때, 7개의 제2 가스통과공(15)이 상부에 존재하는 하나의 제1 가스통과공(13)과 연통되고, 나머지 2개의 제2 가스통과공(15)은 제1 가스통과공(13)과 연통되지 못하는 구조를 갖는다.

제2 가스통과공(15)은, 도 4에 자세히 도시된 바와 같이, 크게 경사부(15a), 오리피스부(15b), 분사부(15c)를 구비한다.

경사부(15a)는, 제2 가스통과공(15)이 시작되는 부분이며, 제1 가스통과공(13)에 유입된 가스(gas)가 7개의 제2 가스통과공(15)으로 분배되기 시작하는 부분이다. 경사부(15a)는 하방으로 갈수록 직경이 작도록 경사진 형상을 갖는다. 즉, 경사부(15a)는 하부에 인접 배치된 오리피스부(15b)로 갈수록 테이퍼(taper)진 형상을 갖는다.

경사부(15a)의 이러한 형상은, 제1 가스통과공(13)을 통과한 가스(gas)가 상대적으로 작은 크기의 제2 가스통과공(15)으로 유입되면서 생길 수 있는 와류(vortex)를 방지하도록 하여 가스(gas)가 균일하고 안정되게 흐를 수 있게 한다.

본 실시 예에서 경사부(15a)는, 오리피스부(15b)로 갈수록 테이퍼(taper)진 형상을 도시하였으나, 좀 더 완만한 곡선을 갖는 나팔관 형상, 곡면 형상 등으로 제작될 수 있으며 가스(gas)의 점성 등을 고려하여 그 경사각이나 완만한 정도는 달리 할 수 있을 것이다.

오리피스부(15b)는, 경사부(15a)의 하단에 연결되는 작은 모세관 형상의 관으로서, 경사부(15a)와 후술할 분사부(15c)를 연결하며 경사부(15a)를 통과한 가스가 유입되어 통과하는 곳이다. 오리피스부(15b)는 경사부(15a)와 분사부(15c)에 비해 상대적으로 작은 직경을 가지며 그 길이 또한 짧다.

오리피스부(15b)의 이러한 형상은, 경사부(15a)에서 유입된 가스(gas)의 압력을 낮게 하여 유속을 빠르게 한다. 그리고 오리피스부(15b)의 두께와 길이를 조 절함으로써 유입된 가스(gas)가 원하는 유속으로 분사부(15c)에서 분사되도록 할 수 있다. 즉, 오리피스부(15b)의 형상을 조절함으로써, 가스(gas)의 유속을 조절할 수 있어 가스(gas)가 유리기판(G)에 증착되는 증착 속도 및 효율을 높일 수 있다.

분사부(15c)는, 오리피스부(15b)를 통과한 빠른 유속의 가스가 실질적으로 유리기판(G)으로 분사되는 부분으로, 하방으로 갈수록 직경이 점진적으로 커지는 형상을 가진다.

본 실시 예에서 분사부(15c)는, 상부로 갈수록 테이퍼(taper)진 형상을 가지며 경사부(15a)의 직경보다 큰 형상으로 제작된다. 분사부(15c)의 이러한 형상은, 가스가 유리기판(G)의 전 영역으로 보다 더 잘 분사되도록 한다. 분사부(15c)는 전술한 경사부(15a)와 같이 나팔관 형상, 곡면 형상 등의 다양한 형상으로 제작할 수 있을 것이다.

한편, 가스분배판(10)은 가스(gas)의 분사량, 분사면적, 분사속도 등의 기능적인 면과 강도, 열팽창율 등을 고려하여 적정한 두께(H)를 가져야 하는데, 본 실시 예에서는 30mm 내지 60mm의 두께를 갖는다.

또한, 제1 가스통과공(13)의 길이(H1)는 제2 가스통과공(15)의 길이(H2) 보다 1.5배 이상이 되도록 한다. 이와 같이 제1 가스통과공(13)의 길이(H1)가 제2 가스통과공(15)의 길이(H2)보다 1.5배 이상이 되도록 함으로써 보다 효율적으로 가스분배판(10)의 중량을 감소시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 작동 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 승강 모듈(36)에 의해 서셉터(30)와 서셉터지지대(40)가 챔버(50)의 하부 영역으로 하강된 상태에서 로봇 아암(미도시)에 의해 이송된 증착 대상의 유리기판(G)이 개구부(50a)를 통해 반입되어 서셉터(30)의 기판로딩부(31) 상부에 배치된다.

이 때, 리프트 핀(38)의 상단은 기판로딩부(31)의 상면으로 소정 높이 돌출된 상태이므로, 로봇아암(미도시)은 리프트 핀(38)들에 유리기판(G)을 올려둔 후, 취출된다. 로봇아암이 취출되면, 챔버(50)의 내부는 진공 분위기로 유지됨과 동시에 증착에 필요한 불활성 기체(He, Ar)가 충전된다.

다음, 증착공정의 진행을 위해, 승강 모듈(36)이 동작하여 서셉터(30)와 서셉터지지대(40)를 함께 부상시킨다. 그러면 리프트 핀(38)이 하강되며, 이를 통해 유리기판(G)은 기판로딩부(31)의 상면으로 밀착하면서 로딩된다(도 3의 가상 점선표시 위치). 서셉터(30)가 부상하면 승강 모듈(36)의 동작이 정지되고 유리기판(G)은 전극(56)의 직하방에 위치하게 된다. 이 때, 서셉터(30)는 대략 400 ℃ 정도로 가열된다.

그런 다음, 절연체(26)로 인해 절연된 전극(56)을 통해 전원이 인가된다. 이어 제1 가스통과공(13)과 제2 가스통과공(15)이 형성된 가스분배판(10)을 통해 반응성 가스(gas)가 분배되어 유리기판(G) 상으로 도달함으로써 유리기판(G) 상에 증착이 이루어진다.

즉, 가스분배판(10)을 통과하는 반응성 가스는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상부몸체(10a)의 제1 가스통과공(13)에 유입된다.

제1 가스통과공(13)에 유입되어 통과한 가스(gas)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 가스통과공(13)과 연통된 7개의 제2 가스통과공(15)으로 나뉘어서 유입된다. 이때, 전술한 바와 같이, 종래 보다 압력강하에 의한 가스(gas) 유속의 손실이 없게 되므로 보다 빠른 속도로 제2 가스통과공(15)으로 유입될 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 가스통과공(15)에 유입된 가스는 경사부(15a)에 의하여 와류(vortex)가 형성되지 않게 된다. 오리피스부(15b)에서는 압력이 낮아지게 되므로 오리피스부(15b)에 유입된 가스(gas)는 더욱 빠른 유속의 상태로 분사부(15c)로 빨려들어 가듯이 오리피스부(15b)를 통과하며, 분사부(15c)에 도달한 가스(gas)는 분사부(15c)에서 최종적으로 유리기판(G)으로 분사되어 유리기판(G)에 증착되게 된다.

한편, 본 발명에 따른 가스분배판(10)은 종래와 비교하여 전체 두께는 유사하나 무게가 대략 50% 가량 감소된 구조를 가지므로 가스분배판(10)의 처짐이 종래 보다 현저히 감소될 수 있으며, 따라서 가스분배판(10)이 유리기판(G)과의 일정한 간격을 유지할 수 있게 되므로 증착공정의 안정을 도모할 수 있다. 그리고 가공이 용이하고 제작시간이 적게 걸려 제작비용을 감소시킬 수 있다.

게다가 제1 가스통과공(13)과 제2 가스통과공(15)이 육각 벌집구조로 배열됨으로써 가스분배판(10)의 중량 감소에도 불구하고 가스분배판(10)의 기구적 안정성을 확보할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에서 설명한 바와 동일한 것에 대하여는 중복된 설명을 생략하기로 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 가스분배판의 사시도이고, 도 8은 도 7의 가스분배판의 저면 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 가스분배판(60)은, 하부몸체(60b)에 형성되는 제2 가스통과공(65)보다 큰 직경을 가지고 복수 개 즉 7개의 제2 가스통과공(65)과 연통되는 제1 가스통과공(63a)이 복수 개 형성되되 나머지 제1 가스통과공(63)들은 그 보다 작은 직경을 가지고 각각 하나의 제2 가스통과공(65)과 연통되도록 상부몸체(60a)에 형성된다.

전술한 실시 예들에서는 큰 직경을 가진 제1 가스통과공(13, 63)에 연통된 7개의 제2 가스통과공(15, 65)을 갖는 가스분배판(10, 60)에 대하여 상술하였으나, 필요에 따라 큰 직경을 가진 제1 가스통과공(13, 63)에 5개, 9개 등의 제2 가스통과공(15, 65)이 연통되도록 구성할 수도 있을 것이다

또한, 전술한 실시 예들에서는 상부몸체(10a, 60a)와 하부몸체(10b, 60b)를 구비한 가스분배판(10, 60)이 일체로 형성된 것에 대하여 상술하였으나, 제1 가스통과공(13, 63, 63a)이 형성된 상부몸체(10a, 60a)와 제2 가스통과공(15, 65)이 형성된 하부몸체(10b, 60b)가 별도로 제작되여 결합될 수도 있을 것이다.

전술한 실시 예들에서는, 제2 가스통과공(15)보다 큰 직경을 가지고 7개의 제2 가스통과공(15)과 연통되는 제1 가스통과공(13)이 상부몸체(10a) 전 영역에 마 련되거나, 제2 가스통과공(65)보다 큰 직경을 가지고 복수 개의 제2 가스통과공(65)과 연통되는 제1 가스통과공(63a)이 복수 개 형성되되 나머지 제1 가스통과공(63)들은 그 보다 작은 직경을 가지고 각각 하나의 제2 가스통과공(65)과 연통되도록 상부몸체(60a)에 제1 가스통과공(63)이 형성되는 것에 대하여 상술하였으나, 제2 가스통과공(15, 65)보다 큰 직경을 가지고 복수 개의 제2 가스통과공(15, 65)과 연통되는 제1 가스통과공(13, 63a)이 하나만 형성되고 나머지 제1 가스통과공(63)들은 각각 하나의 제2 가스통과공(15, 65)과 연통되도록 구성할 수도 있을 것이다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 종래 보다 가스분배판의 무게를 감소시킴으로써 가스분배판의 처짐을 방지하여 증착공정의 안정성을 도모할 수 있으며, 가스분배판의 가공을 종래 보다 용이하게 할 수 있다.

또한, 가스분배판의 무게를 줄이면서도 기구적 강도도 유지할 수 있어 기구적 안정성도 확보하여 공정의 안정성을 기할 수 있다.

Claims (10)

1. 평면디스플레이에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버; 및

   상기 챔버 내에 마련되며, 두께방향을 따라 일측에 복수 개의 제1 가스통과공이 형성되고 타측에 두께방향을 따라 복수 개의 제2 가스통과공이 형성되는 가스분배판을 포함하며,

   적어도 하나의 상기 제1 가스통과공은, 상기 제2 가스통과공보다 큰 직경을 가지고 복수 개의 상기 제2 가스통과공과 연통되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2 가스통과공보다 큰 직경을 가지고 복수 개의 상기 제2 가스통과공과 연통되는 상기 제1 가스통과공이 복수 개 마련되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 복수 개의 상기 제1 가스통과공은, 하나의 제1 가스통과공에 인접한 복수 개의 제1 가스통과공의 배열이 육각형 형상인 육각 벌집 구조로 배열되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 복수 개의 제2 가스통과공은, 실질적으로 일정한 간격으로 배치되되 하나의 제2 가스통과공에 인접한 복수 개의 제2 가스통과공의 배열이 육각형 형상의 육각 벌집 구조로 배열되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1 가스통과공과 상기 제2 가스통과공은 일체로 제작되는 상기 가스분배판에 형성되며, 상기 제2 가스통과공은 상기 제1 가스통과공의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제2 가스통과공은,

   상기 제1 가스통과공에 인접하게 배치되어 상기 제1 가스통과공을 통과한 가스가 유입되며, 하방으로 갈수록 직경이 작도록 경사진 경사부;

   상기 경사부의 하단에 연결되어 상기 경사부를 통과한 가스가 통과하는 오리피스부; 및

   상기 오리피스부의 하단에 연결되어 상기 오리피스부를 통과한 가스가 상기 평면디스플레이를 향하여 분사되는 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 분사부는 하방으로 갈수록 직경이 점진적으로 커지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 가스분배판의 두께는 30mm 내지 60mm인 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 제1 가스통과공의 길이는 상기 제2 가스통과공의 길이보다 1.5배 내지 2배인 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
10. 제1항에 있어서,

    하나의 상기 제1 가스통과공과 연통되는 상기 제2 가스통과공의 개수는 적어도 7개인 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.

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