KR101039153B1

KR101039153B1 - 대면적 기판처리 시스템의 가스 인젝터

Info

Publication number: KR101039153B1
Application number: KR1020090035447A
Authority: KR
Inventors: 조재현
Original assignee: 주식회사 테라세미콘
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2011-06-07
Also published as: KR20100116827A

Abstract

챔버에 로딩되어 있는 기판에 대하여 소스 가스 또는 분위기 가스와 같은 기판처리 가스를 균일하게 공급할 수 있는 대면적 기판처리 시스템의 가스 인젝터가 개시된다. 본 발명에 따른 대면적 기판처리 시스템의 가스 인젝터는 대면적 기판처리 시스템에서 기판처리 공간을 제공하는 챔버에 로딩된 복수개의 기판(100)에 대하여 기판처리 가스를 공급하는 가스 인젝터(200)로서, 표면에 복수개의 분사홀(230a, 230b, 230c)이 형성된 복수개의 분사관(220a, 220b, 220c)을 포함하며 복수개의 분사관(220a, 220b, 220c)은 기판(100)과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

챔버, 가스 공급, 대면적 기판, 분사관, 분사홀

Description

대면적 기판처리 시스템의 가스 인젝터{A Gas Injector in Large Area Substrate Processing System}

본 발명은 대면적 기판처리 시스템의 인젝터에 관한 것으로서, 특히 증착 또는 열처리 공정 수행시 챔버에 로딩되어 있는 기판에 대하여 기판처리 가스를 균일하게 공급할 수 있는 대면적 기판처리 시스템의 가스 인젝터에 관한 것이다.

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

평판 디스플레이 제조시 사용되는 대면적 기판처리 시스템은 크게 증착 장치와 열처리 장치로 구분될 수 있다.

증착 장치는 평판 디스플레이의 핵심 구성을 이루는 투명 전도층, 절연층, 금속층 또는 실리콘층을 형성하는 단계를 담당하는 장치이고, 열처리 장치는 증착 공정 후에 수반되는 어닐링 단계를 담당하는 장치이다.

이때 증착 장치에는 투명 전도층, 절연층, 금속층 또는 실리콘층의 형성에 필요한 소스 가스(예를 들어, 비정질 실리콘 형성시에 필요한 SiH₄, PH₃, B₂H₆ 가스 등)를, 열처리 장치에는 상황에 맞는 열처리 분위기 조성을 위한 분위기 가스(예를 들어, 비정질 실리콘의 결정화시에 필요한 Ar, N₂, H₂ 가스 등) 등의 기판처리 가스를 공급하는 장치의 설치가 필수적이다.

한편 최근 평판 디스플레이의 대면적화 및 생산성 제고 측면에서 상술한 기판처리 시스템 또한 복수개의 평판 디스플레이용 대면적 기판(예를 들어, 유리 또는 석영 기판)을 수용할 수 있을 정도로 대면적화되고 있는 실정이다.

이러한 기판처리 시스템의 대면적화에 따라 소스가스 및 분위기 가스가 가스 공급 장치에 의해 대면적 가스처리 시스템 내에 원활하고 균일하게 공급될 때에만 복수개의 대면적 기판 전체에 걸쳐 증착되고 어닐링되는 막의 조성, 두께 등의 특성이 일정하게 유지될 수 있다.

따라서, 기판처리 시스템, 특히 복수개의 대면적 기판을 처리할 수 있는 기판처리 시스템에서 가스를 균일하게 공급할 수 있는 가스 인젝터의 개발을 필요로 하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수의 분사홀이 형성된 분사관이 복수로 설치된 가스 인젝터를 통해 기판에 대하여 균일하게 기판처리 가스를 공급할 수 있는 대면적 기판처리 시스템의 가스 인젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 대면적 기판처리 시스템에서 기판처리 공간을 제공하는 챔버에 로딩된 복수개의 기판에 대하여 기판처리 가스를 공급하는 가스 인젝터로서, 표면에 복수개의 분사홀이 형성된 복수개의 분사관을 포함하며 상기 복수개의 분사관은 상기 기판과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 분사관은 제1 분사관, 제2 분사관 및 제3 분사관으로 이루어질 수 있다.

상기 가스 인젝터에 공급된 기판처리 가스는 상기 복수개의 분사관 중 최상측 분사관으로부터 가장 먼저 분사될 수 있다.

상기 복수개의 분사관 중 임의의 분사관의 분사홀의 직경은 상기 가스 인젝터 내에서 기판처리 가스의 진행 방향을 따라 점진적으로 증가될 수 있다.

상기 복수개의 분사관 중 임의의 분사관의 분사홀의 직경은 동일하되, 상기 임의의 분사관의 분사홀의 직경은 상기 임의의 분사관보다 상측에 배치된 분사관의 분사홀의 직경보다 클 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 가스 인젝터에 형성된 복수의 분사홀을 통해 분사홀의 위치에 관계없이 기판에 대하여 균일하게 기판처리 가스를 공급할 수 있어 대면적 기판처리의 균일성이 향상되는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 기판처리 시스템의 가스 인젝터(200)의 구성을 나타내는 정면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 기판처리 시스템의 가스 인젝터(200)의 구성을 나타내는 사시도이다.

챔버의 내부에는 기판을 지지하는 보트, 기판을 직접 가열하기 위한 히터, 히터에 의해 가열된 기판 표면의 박막 형성에 사용된 가스를 외부로 배기하는 가스 배기관 및 열처리가 종료된 후 챔버 내부를 신속하게 냉각시키기 위한 냉각관 등이 설치된다. 기판처리 시스템에서 보트, 히터, 가스 배기관 및 냉각관의 구성은 공지의 기술이므로 이에 대한 도시와 상세한 설명은 생략한다.

기판 표면에 기판처리를 위한 소스가스 또는 분위기 가스 등을 공급하기 위해 챔버의 일측으로는 가스 인젝터(200)가 설치된다. 가스 인젝터는 기판의 로딩과 언로딩을 방해하지 않도록 챔버 내부로 로딩된 기판(100)의 장변측으로 설치되는 것이 바람직하다.

가스 인젝터(200)는 챔버 내부에 로딩되어 열처리되는 기판(100)의 장변측을 따라 적어도 하나 이상으로 설치된다. 가스 인젝터(200)의 설치 개수는 챔버의 크기와 기판의 장변 길이에 따라 다양하게 변화될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 가스 인젝터(200)는 공급관(210), 제1, 제2 및 제3 분사관(220a, 220b, 220c), 제1, 제2 및 제3 분사홀(230a, 230b, 230c) 및 제1 및 제2 연결관(240a, 240b)을 포함하여 구성될 수 있다.

공급관(210)은 외부에서 기판처리 가스를 공급받을 수 있다. 공급관(210)은 소정의 길이로 형성되고, 챔버 내부에 수직으로 설치되며, 그 일단은 외부의 가스 공급 장치(미도시)와 연결된다. 이때, 공급관(210)은 매니폴드를 통하지 않고 외부의 가스 공급 장치와 직접 연결될 수 있다. 공급관(210)은 기판처리 가스를 공급받을 수 있도록 일단이 개방 형성되고, 공급관(210)의 타단부에는 후술하는 제1 분사관(220a)이 직교하여 연결된다.

제1, 제2 및 제3 분사관(220a, 220b, 220c)은 공급관(210)을 통해 기판처리 가스를 공급받은 후 복수개로 로딩된 기판에 대하여 가스를 공급한다. 제1, 제2 및 제3 분사관(220a, 220b, 220c)은 챔버 내측의 상부에서 하부로 수평으로 배치된다. 그리고, 제1, 제2 및 제3 분사관(220a, 220b, 220c) 각각은 기판의 장변에 대하여 평행하게 배치된다. 본 실시예에서 분사관은 3개로 구성되어 있으나, 그 이상의 개수로 구성될 수도 있다.

제1, 제2 및 제3 분사관(220a, 220b, 220c)은 사용자가 필요로 하는 소정의 길이로 형성될 수 있다. 즉, 각각의 분사관 길이는 가스를 공급받는 기판의 장변 길이에 대응하는 정도로 형성될 수 있고, 기판의 장변 길이보다 짧게 형성될 수도 있다.

제1 분사관(220a)은 공급관(210)의 단부에 연결되고, 제2 및 제3 분사관(220b, 220c)은 제1 및 제2 연결관(240a, 240b)에 의해 제1 분사관(220a)에 연속적으로 연결된다.

즉, 제1 분사관(220a)의 일단은 공급관(210)의 단부에 연결되고, 제1 분사관(220a)의 타단은 제1 연결관(240a)에 의해 제2 분사관(220b)의 일단과 연결된다. 이후, 제2 분사관(220b)의 타단은 제2 연결관(240b)에 의해 제3 분사관(220c)의 일단과 연결된다. 이때, 제1, 제2 및 제3 분사관(220a, 220b, 220c)과 제1 및 제2 연결관(240a, 240b)은 서로 직교하며 연결됨으로써, 도시한 바와 같이 '5'형상으로 형성될 수 있다.

제1 및 제2 분사관(220a, 220b)은 기판처리 가스의 흐름이 원활하도록 양단이 개방되게 형성되어 있다. 제2 연결관(240b)에 연결되는 제3 분사관(220c)의 일단은 개방되게 타단은 공급된 기판처리 가스가 유출되지 않도록 폐쇄되게 형성되는 것이 바람직하다.

제1, 제2 및 제3 분사관(220a, 220b, 220c) 각각의 표면에는 기판(100)을 향하여 제1, 제2 및 제3 분사홀(230a, 230b, 230c)이 복수개로 형성된다. 제1, 제2 및 제3 분사홀(230a, 230b, 230c)은 각각의 분사관의 중심축에 평행하게 일직선상으로 형성된다.

여기서, 제1, 제2 및 제3 분사홀(230a, 230b, 230c)의 직경은 기판처리 가스의 진행 방향을 따라 점진적으로 증가될 수 있다. 따라서, 공급관(210)과 제1 분 사관(220a)의 연결 부위에 형성된 제1 분사홀(230a)의 직경보다 제1 분사관(220a)과 제1 연결관(240a)의 연결 부위에 형성된 제1 분사홀(230a)의 직경이 더 클 수 있다. 제2 및 제3 분사홀(230b, 230c)의 직경도 이와 동일하게 증가될 수 있다.

또한, 분사홀(230)의 직경은 분사홀(230)이 형성되어 있는 제1, 제2 및 제3 분사관(220a, 220b, 220c)으로 갈수록 즉, 하부에 배치된 분사관의 분사홀의 직경은 상부의 분사관의 분사홀의 직경보다 증가될 수 있다. 즉, 각각의 분사관에 복수개로 형성되어 있는 제1, 제2 및 제3 분사홀(230a, 230b, 230c)은 각각 동일한 직경으로 형성되지만, 제2 분사관(220b)에 형성된 제2 분사홀(230b)은 제1 분사관(220a)의 제1 분사홀(230a) 보다 큰 직경으로 형성되고, 제3 분사관(220c)에 형성된 제3 분사홀(230c)은 제2 분사관(220b)의 제2 분사홀(230b) 보다 큰 직경으로 형성될 수 있다.

상기와 같이 분사홀의 직경이 확장되는 것은 공급관(210)을 통해 공급된 기판처리 가스가 공급관과의 거리가 멀어질수록 기판처리 가스의 압력이 저하되며 기판처리 가스의 분사량이 감소되는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 지지대(250)를 설치하여 가스 인젝터(200) 전체를 지지하는 것이 바람직하다. 지지대(250)는 공급관(210)과 평행하게 설치될 수 있다. 지지대(250)의 상단부는 제1 분사관(220a)과 제2 분사관(220b)을 연결하는 제1 연결관(240a)의 하단에 접하도록 하고 하단부는 챔버의 바닥면에 접하도록 한다. 또한, 지지대(250)의 일측으로는 제3 분사관(220c)의 단부가 접하도록 하여 가스 인젝터(200)를 지지하는 것이 바람직하다.

도면에는 지지대(250)가 제1 연결관(240a)의 하단부에 접하도록 설치되어 있으나, 가스 인젝터(200)를 지지할 수 있다면 제1 연결관(240a)의 외주면에 접하도록 설치될 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 사용예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

제1 사용예

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 대면적 기판처리 시스템의 가스 인젝터(200)의 사용 상태를 나타내는 도면으로서, 기판의 장변 길이보다 짧게 형성된 분사관을 사용하는 경우이다.

챔버 내부로는 복수개의 대면적 기판을 로딩하고, 로딩된 대면적 기판은 챔버 내부에 설치된 보트에 의해 지지된다. 보트에 의해 지지되는 기판에 대하여 열을 인가하는 한편, 기판처리를 위하여 기판의 일측에서 기판처리 가스를 공급한다.

도시한 바와 같이, 챔버의 내부에는 기판의 장변측으로 기판처리 가스를 공급할 수 있도록 3개의 가스 인젝터(200)가 설치되어 있다. 이는 가스 인젝터(300)에서 사용하는 분사관의 형성을 용이하게 하기 위해 분사관의 길이를 기판의 장변 길이보다 짧게 형성한 후, 가스 인젝터를 복수개로 배치하여 기판의 크기에 대응할 수 있도록 한 것이다.

본 사용예에서는 3개의 가스 인젝터(200)가 설치되어 있으나, 분사관의 길이에 따라서는 그 이상의 개수의 가스 인젝터가 설치될 수 있다.

도면에서 설명의 용이함을 위하여 챔버, 보트, 히터 및 가스 배기관의 도시를 생략하고 기판(100)과 가스 인젝터(200) 만을 도시하였다.

우선, 가스 인젝터(200)의 공급관(210) 각각으로 기판처리 가스를 공급한다.

외부에서 공급되는 기판처리 가스는 공급관(210)으로 유입되고, 유입된 가스는 공급관(210)의 단부에 연결된 제1 분사관(220a)으로 유입되며, 유입된 가스는 최상부에 배치된 제1 분사관(220a)의 제1 분사홀(230a)을 통해 기판(100)으로 공급된다.

제1 분사관(220a)에서 분사되지 못한 가스는 제1 연결관(240a)을 통해 제2 분사관(220b)으로 유입되고, 제2 분사관(220b)에 형성된 제2 분사홀(230b)을 통해 기판(100)으로 공급되며, 제2 분사관(220b)에서 분사되지 못한 가스는 제2 연결관(240b)을 통해 제3 분사관(220c)으로 유입된 후, 제3 분사홀(230c)을 통해 기판으로 공급된다.

이때, 분사관에서의 기판처리 가스의 이동 거리가 증가될수록 기판처리 가스의 압력이 저하되고 이에 따라 기판에 대한 기판처리 가스 공급량이 저하될 수 있지만, 제1, 제2 및 제3 분사홀(230a, 230b, 230c)의 직경은 가스 인젝터(200) 내에서 기판처리 가스의 진행 방향에 따라 점진적으로 증가되도록 형성되거나, 또는 제1, 제2 및 제3 분사관(220a, 220b, 220c) 각각에는 분사홀이 동일한 직경으로 형성되되 분사관의 높이가 낮아질수록 분사홀의 직경이 확장되도록 형성할 수 있는 바, 각각의 분사홀(230a, 230b, 230c)을 통해 공급되는 기판처리 가스의 양을 일정하게 할 수 있다.

한편, 상기에서는 가스 인젝터(200) 내에서 제1, 제2 및 제3 분사홀(230a, 230b, 230c)의 직경이 다양하게 변경되는 것으로 설명하였으나 반드시 이에 한정되 는 것은 아니고 경우에 따라서는 가스 인젝터(200) 내에서 제1, 제2 및 제3 분사홀(230a, 230b, 230c)의 직경이 모두 동일하게 할 수도 있다.

제2 사용예

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 대면적 기판처리 시스템의 가스 인젝터(200a)의 사용 상태를 나타내는 도면이다. 본 사용예에서 사용하는 가스 인젝터(200a)는 제1, 제2 및 제3 분사관(220a, 220b, 220c)이 기판의 장변 길이에 대응하는 길이로 형성된다.

도시한 바와 같이, 가스 인젝터(200a)의 제1, 제2 및 제3 분사관(220a, 220b, 220c)이 기판(10)의 장변 길이에 대응할 수 있도록 형성되어 있어, 가스 인젝터(200a)의 폭은 기판의 장변 길이와 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 기판으로 가스를 공급하는 가스 인젝터(200a)는 단일개로 배치될 수 있다.

본 사용예에서 사용하는 가스 인젝터(200a)는 분사관이 기판의 장변과 실질적으로 동일한 길이로 형성되는 것 이외에는 이전의 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같은 가스 인젝터는 각각의 분사홀을 통해 기판으로 공급되는 가스의 양이 일정하기 때문에 대면적 기판처리시 기판처리의 균일성이 향상되는 이점이 있다.

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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 기판처리 시스템의 가스 인젝터의 구성을 나타내는 정면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 기판처리 시스템의 가스 인젝터의 구성을 나타내는 사시도.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 대면적 기판처리 시스템의 가스 인젝터의 사용 상태를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 대면적 기판처리 시스템의 가스 인젝터의 사용 상태를 나타내는 도면.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

100: 기판

200, 200a: 가스 인젝터

210: 공급관

220a, 220b, 220c: 제1, 제2 및 제3 분사관

230a, 230b, 230c: 제1, 제2 및 제3 분사홀

240a, 240b: 제1 및 제2 연결관

250: 지지대

Claims

대면적 기판처리 시스템에서 기판처리 공간을 제공하는 챔버에 로딩된 복수개의 기판에 대하여 기판처리 가스를 공급하는 가스 인젝터로서,

표면에 복수개의 분사홀이 형성된 복수개의 분사관을 포함하며 상기 복수개의 분사관은 상기 기판과 평행하게 배치되며,

상기 가스 인젝터에 공급된 기판처리 가스는 상기 복수개의 분사관 중 최상측 분사관으로부터 가장 먼저 분사되는 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
제1항에 있어서,

상기 분사관은 제1 분사관, 제2 분사관 및 제3 분사관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
삭제
제1항에 있어서,

상기 복수개의 분사관 중 임의의 분사관의 분사홀의 직경은 상기 가스 인젝터 내에서 기판처리 가스의 진행 방향을 따라 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
제1항에 있어서,

상기 복수개의 분사관 중 임의의 분사관의 분사홀의 직경은 동일하되, 상기 임의의 분사관의 분사홀의 직경은 상기 임의의 분사관보다 상측에 배치된 분사관의 분사홀의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.