KR100893408B1 - 기판 홀더 - Google Patents

Abstract

증착 또는 어닐링 챔버용 기판 홀더가 개시된다. 본 발명은 증착 또는 어닐링을 위하여 챔버 내에 장착되는 기판을 지지하는 역할을 하는 기판 홀더에 증착 또는 어닐링 공정 중에 공급되는 열이 기판 전체에 균일하게 전달될 수 있도록 하는 열전도체가 설치되는 것을 특징으로 한다.

증착, 열처리, 챔버, 기판 홀더, 열전도

Description

기판 홀더{Substrate Holder}

본 발명은 기판 홀더에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 기판으로의 열전도가 균일하게 이루어지도록 하는 열전도체를 포함하는 증착 또는 어닐링 공정을 수행하는 챔버에 장입된 기판을 지지하는 홀더에 관한 것이다.

최근 평판 디스플레이에 대한 수요가 폭발적으로 증가할 뿐만 아니라 점점 대화면 디스플레이를 선호하는 경향이 두드러지기 때문에, 평판 디스플레이 제조용 대면적 기판 처리 시스템에 대한 관심이 고조되고 있다.

평판 디스플레이 제조시 사용되는 대면적 기판 처리 시스템은 크게 증착 장치와 어닐링 장치로 구분될 수 있다.

증착 장치는 평판 디스플레이의 핵심 구성을 이루는 투명 전도층, 절연층, 금속층 또는 실리콘층을 형성하는 단계를 담당하는 장치로서, LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 또는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)와 같은 화학 증착 장치와 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리 증착 장치가 있다. 또한, 어닐링 장치는 증착 공정 후에 결정화, 상 변화 등을 위해 수반되는 열처리 단계를 담당하는 장치이다.

예를 들자면, LCD의 경우에 있어서, 대표적인 증착 장치로는 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)의 액티브 물질에 해당하는 비정질 실리콘을 유리 기판 상에 증착하는 실리콘 증착 장치가 있고, 대표적인 어닐링 장치로는 유리 기판 상에 증착된 비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 결정화시키는 실리콘 결정화 장치가 있다.

일반적으로, 증착 공정과 어닐링 공정은 모두 기판을 소정의 온도로 가열해야 한다. 왜냐하면 증착 또는 어닐링 과정에서는 속도론(kinetics) 관점에서 일정한 열 에너지가 반드시 필요하기 때문이다. 따라서, 증착 챔버 또는 열처리 챔버는 기판을 소정의 온도로 가열하기 위한 가열부, 즉 히터를 포함하여 구성된다.

한편, 증착 챔버 또는 열처리 챔버 내에는 통상적으로 기판 홀더가 설치되어 있다. 기판 홀더는 챔버 내에 장입되는 기판을 지지하는 구성요소이다. 특히, 평판 디스플레이용 대면적 기판 처리 시스템에 있어서, 대면적 유리 기판을 안전하고 견고하게 지지할 수 있는 기판 홀더의 역할은 매우 중요하다.

도 1a는 종래기술에 따른 기판 홀더(1)의 일 실시예의 구성을 나타내는 단면도이다.

도시한 바와 같이, 기판 홀더(1)는 수평부(2)와 수직부(3)를 갖는 오목한 형상으로 되어 있어서 기판 홀더(1)는 기판(4)의 저면부 및 에지(edge)부를 지지할 수 있다. 또한, 기판 홀더(1)의 수직부(3)의 높이는 기판(4)의 두께보다 높게 하여 기판(4)의 이탈을 방지할 수 있다.

한편, 기판 홀더(1)의 하측에는 기판 홀더(1)가 안착되는 서셉터(5)가 설치 되어 있고, 서셉터(5)의 내에는 기판(4)을 가열하기 위한 발열체에 해당하는 히터(6)가 내장되어 있다. 일반적으로 히터(6)에 의해 기판(4)의 온도는 400 내지 700℃ 정도까지 가열될 수 있으며, 경우에 따라서는 1,000℃ 이상으로 가열될 수도 있다.

도 1b는 종래기술에 따른 기판 홀더(1a)의 다른 실시예의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 1c는 도 1b의 a-a선의 선단면도이다.

도시한 바와 같이, 기판 홀더(1a)는 전체적으로 플레이트 형상의 수평부(2a)와 복수개의 로드가 수직으로 설치된 수직부(3a)를 포함하여 구성됨으로써, 기판 홀더(1a)는 기판(4)의 저면부 및 에지부를 지지할 수 있다. 또한, 기판 홀더(1a)의 수직부(3a)의 높이는 기판(4)의 두께보다 높게 하여 기판(4)의 이탈을 방지할 수 있다. 한편, 기판 홀더(1a)의 하부에 히터(미도시)가 내장되어 있는 서셉터(미도시)를 설치하여 기판을 가열하는 것은 도 1에서 설명한 종래의 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기판 홀더의 구성으로는 실제 증착 또는 어닐링 공정 중에 기판 온도가 균일하게 유지될 수 없다는 점이 지적되고 있다. 이는 먼저 기판 홀더의 재질과 관련된 것이다. 일반적으로, 기판 홀더는 석영으로 이루어지며, 석영은 융점이 높고 불순물 함량이 적은 장점이 있는 반면에 열전도성이 떨어지는 단점이 있다. 따라서, 기판 홀더를 통하여 열을 전달받는 기판으로서는 히터의 열을 용이하게 전달받지 못하게 된다.

또한, 외부 매질과 접촉하고 있는 기판의 에지부에서 열의 손실이 크다는 점 과 관련하여, 기판의 중심부와 에지부 사이의 온도 차이가 커지는 현상이 나타난다. 특히, 기판 온도의 불균일성은 기판을 소정의 온도로 가열하는 과정에서 더 두드러진다.

이와 같은 기판 온도의 불균일성은 다음과 같은 문제점을 야기한다.

먼저, 실제 증착 또는 어닐링 과정 중에 기판 온도가 균일하지 못하면, 기판 상에 증착 또는 어닐링 과정을 통하여 형성되는 박막의 특성이 기판의 위치에 따라 일정하지 않게 된다. 이는 기판의 크기가 커질수록 더욱 심해지며, 예를 들어 대면적 LCD의 생산성을 떨어뜨려 LCD의 제조 단가를 상승시킨다.

또한, 기판 가열 중에 기판 온도가 균일하지 못하면 기판이 열 충격(thermal shock)을 받기 쉬우며, 특히 평판 디스플레이에 사용되는 유리 기판의 경우는 취성(brittleness)이 커서 열 충격에 쉽게 깨질 수 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 증착 또는 어닐링 공정시 히터에서 발생한 열이 기판의 전면에 고르게 전도되어 기판 온도가 균일하도록 하는 기판 홀더를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 증착 또는 어닐링 챔버에 장입되는 기판을 지지하는 기판 홀더는 기판이 안착되도록 상기 기판의 저면부 및 에지부를 지지하는 본체와, 상기 본체 상에 설치되어 상기 기판의 저면부와 접촉되는 열전도체를 포함한다.

상기 열전도체의 재질은 실리콘, DLC(Diamondlike Carbon)를 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 증착 또는 열처리 챔버에 장입되는 기판을 지지하는 기판 홀더는 기판이 안착되도록 상기 기판의 저면부 및 에지부를 지지하는 본체와, 상기 본체의 소정의 면 상에 코팅되고 상기 기판의 저면부와 접촉되는 열전도체층을 포함한다.

상기 열전도체층의 재질은 실리콘, DLC(Diamondlike Carbon)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 증착 또는 어닐링 공정의 수행을 위해 사용하는 챔버 내 부에 장입되는 기판을 지지하는 기판 홀더와 기판 사이에 열전도성이 우수한 열전도체를 설치함으로써, 히터의 열이 기판의 전체 면적에 균일하게 전달되어 증착 또는 어닐링 공정에 의해 기판 상에 형성되는 박막의 특성이 균일해지는 효과를 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.

먼저, 도 2와 도 3은 도 1에서 설명한 종래의 기판 홀더에 본 발명의 특징적 구성을 적용한 것에 해당된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 홀더(100)의 구성을 나타내는 단면도이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 기판 홀더(100)는 수평부(120)와 수직부(140)를 갖는 오목한 형상으로 되어 있어서 기판(4)의 저면부 및 에지부를 지지한다. 또한, 기판 이송 중에 기판 홀더(100)로부터 기판(4)의 이탈을 방지하기 위하여 기판 홀더(100)의 수직부(140)의 높이는 기판(4)의 두께보다 높게 하는 것이 바람직하다. 다만, 기판 홀더(100)의 전체적인 형상은 반드시 도 1a에 도시한 바대로 한정되지 않는다. 참고로, 증착 또는 어닐링 공정을 수행하기 위하여 기판(4)은 기판 홀더(100)에 의해 지지된 채로, 즉 기판 홀더(100) 상에 안착된 상태로 챔버 내부로 장입된다.

본 실시예는 기판 홀더(100)와 기판(4) 사이에 열전도성이 우수한 열전도체(160)를 설치하는 것을 특징적 구성으로 한다. 열전도체(160)는 실리콘 또는 DLC(Diamondlike carbon) 등으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 열전도성이 우수하면서 플레이트 형태로 가공하기 용이한 물질이면 좋다. DLC와 같이 플레이트 형태로 가공하기 어려운 물질의 경우에는 플레이트 형태로 가공이 용이한 금속 플레이트 표면에 DLC 필름을 코팅하여 열전도체로 사용할 수도 있다.

한편 기판(4) 또는 기판 홀더(100)와의 접촉성을 좋게 하기 위하여 열전도체(160)는 전체적으로 균일한 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 기판(4)의 에지부를 지지할 수 있도록 열전도체(160)에는 기판(4)의 에지부를 따라 돌기를 추가로 설치할 수도 있다. 물론, 돌기 대신에 열전도체(160)의 전체적인 형상 자체를 기판 홀더(100)와 마찬가지로 오목한 형상을 가지도록 할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 홀더(200)의 구성을 나타내는 단면도이다.

도시한 바와 같이, 제1 실시예와 마찬가지로, 본 실시예에 따른 기판 홀더(200) 역시 수평부(220)와 수직부(240)를 갖는 오목한 형상으로 되어 있어서 기판(4)의 저면부 및 에지부를 지지하고, 기판 홀더(200)의 수직부(240)의 높이는 기판(4)의 두께보다 높게 하여 기판(4) 이송 중에 기판 홀더(200)로부터 기판(4)의 이탈을 방지한다.

본 실시예는 기판 홀더(200) 상에 열전도성이 우수한 열전도체층(260)을 코팅하여 설치하는 것을 특징적 구성으로 한다. 우선, 열전도체층(260)은 실리콘 또는 DLC(Diamondlike carbon) 등으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것 은 아니고 열전도성이 우수한 물질이면 좋다. 코팅 방법으로는 통상적인 전자빔 증착법, 스퍼터링법, 화학 기상 증착법 등이 사용된다.

한편 기판(4)과의 접촉성을 좋게 하기 위하여 열전도체층(260)은 전체적으로 균일한 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 열전도체층(260)은 기판 홀더(200) 전체를 감싸도록 설치되는 것이 바람직하나, 코팅 방법의 특성상 기판 홀더(200)의 전면(前面)에만 설치되어도 큰 문제는 없다. 즉, 예를 들어, 스퍼터링법과 같은 물리 증착법에 의할 때에는 기판 홀더의 전체 면적에 코팅하는 것이 용이하지 않기 때문에 이러한 경우에는 반드시 기판 홀더의 전체 면적에 열전도체층을 코팅할 필요는 없다.

다음으로, 도 4와 도 5는 도 1a에서 설명한 종래의 기판 홀더에 본 발명의 특징적 구성을 적용한 것에 해당된다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판 홀더(300)의 구성을 나타내는 단면도이다.

본 실시예에 따른 기판 홀더(300)는 플레이트 형태의 수평부(320)와 로드 형태이고 일정한 간격으로 수평부(320) 상에 다수개가 수직으로 설치되어 있는 수직부(340)를 포함한다. 수평부(320)는 기판(4)의 저면부를 지지하고 기판 홀더(300)의 수직부(340)의 높이는 기판(4)의 두께보다 높게 하여 기판(4) 이송 중에 기판 홀더(300)로부터 기판(4)의 이탈을 방지한다.

본 실시예는 기판 홀더(300)의 수평부(320) 상에 열전도성이 우수한 열전도체(360)를 설치하는 것을 특징적 구성으로 한다. 열전도체(360)는 실리콘 또는 DLC(Diamondlike carbon) 등으로 이루어질 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 열전도성이 우수한 물질이면 좋다. 본 실시예의 열전도체(360)의 구성은 상기 제1 실시예서 설명한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기판 홀더(400)의 구성을 나타내는 단면도이다.

본 실시예에 따른 기판 홀더(400)는 플레이트 형태의 수평부(420)와 로드 형태이고 일정한 간격으로 수평부(320) 상에 다수개가 수직으로 설치되어 있는 수직부(440)를 포함한다. 수평부(420)는 기판(4)의 저면부를 지지하고, 기판 홀더(400)의 수직부(440)의 높이는 기판(4)의 두께보다 높게 하여 기판(4) 이송 중에 기판 홀더(400)로부터 기판(4)의 이탈을 방지한다.

본 실시예는 기판 홀더(400) 상에 열전도성이 우수한 열전도체층(460)을 코팅하여 설치하는 것을 특징적 구성으로 한다. 열전도체층(260)은 실리콘 또는 DLC(Diamondlike carbon) 등으로 이루어질 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 열전도성이 우수한 물질이면 좋다. 코팅 방법으로는 통상적인 전자빔 증착법, 스퍼터링법, 화학 기상 증착법 등이 사용된다. 본 실시예의 열전도체층(460)의 구성은 상기 제2 실시예에서 설명한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

이로써 상술한 바와 같은 본 실시예에 따른 기판 홀더는 열전도체의 구성으로 인하여 히터에 의한 기판 가열시 기판의 전면적에 걸쳐 기판 온도가 증착 또는 어닐링 공정 중에 균일하게 유지될 수 있다.

아울러 상술한 바와 따르면 본 발명의 기판 홀더는 히터가 기판 홀더 하부에 설치되어 있는 매엽식 증착 챔버 또는 열처리 챔버에 적용되는 것으로 되어 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 히터가 기판 홀더의 양 측면에 설치되어 있는 배치식 증착 챔버 또는 열처리 챔버에 적용되는 것도 물론 가능하다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1a은 종래기술에 따른 기판 홀더의 일 실시예의 구성을 나타내는 단면도.

도 1b는 종래기술에 따른 기판 홀더의 다른 실시예의 구성을 나타내는 단면도.

도 1c는 도 1b의 a-a선의 선단면도.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 홀더의 구성을 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 홀더의 구성을 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판 홀더의 구성을 나타내는 단면도.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기판 홀더의 구성을 나타내는 단면도.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

100, 200, 300, 400: 기판 홀더

160, 260, 360, 460: 열전도체(층)

Claims (4)

1. 증착 또는 어닐링 챔버에 장입되는 기판을 지지하는 기판 홀더에 있어서,

   석영 재질로 이루어지고 기판이 안착되도록 상기 기판의 저면부 및 에지부를 지지하는 본체와,

   상기 본체 상에 설치되어 상기 기판의 저면부와 접촉되는 열전도체를 포함하며,

   상기 열전도체를 통하여 상기 본체의 주위에 배치되는 히터로부터의 열이 상기 기판에 전달되는 것을 특징으로 하는 기판 홀더.
2. 제1항에 있어서,

   상기 열전도체의 재질은 실리콘, DLC(Diamondlike Carbon)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 홀더.
3. 증착 또는 열처리 챔버에 장입되는 기판을 지지하는 기판 홀더에 있어서,

   석영 재질로 이루어지고 기판이 안착되도록 상기 기판의 저면부 및 에지부를 지지하는 본체와,

   상기 본체의 소정의 면 상에 코팅되고 상기 기판의 저면부와 접촉되는 열전도체층을 포함하며,

   상기 열전도체층을 통하여 상기 본체의 주위에 배치되는 히터로부터의 열이 상기 기판에 전달되는 것을 특징으로 하는 기판 홀더.
4. 제3항에 있어서,

   상기 열전도체층의 재질은 실리콘, DLC(Diamondlike Carbon)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 홀더.

Images