KR101153161B1 - 가스분사장치 및 이를 포함하는 액정표시소자의 제조장치 - Google Patents

가스분사장치 및 이를 포함하는 액정표시소자의 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 다수의 제 1 분사구를 가지고, 상면에 1개 이상의 제 1 분사구와 연통되는 오목한 개구가 다수 형성된 플레이트; 상기 다수의 개구에 결합되며, 1개 이상의 상기 제 1 분사구와 각각 연통되는 1개 이상의 제 2 분사구를 가지는 다수의 노즐모듈을 포함하는 가스분사장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 가스분사장치를 제작할 때에 공정 난이도가 높은 노즐부를 별도로 제작하므로 불량률이 낮아지고 제작기간도 크게 단축된다. 따라서 가공원가가 절감되어 생산단가를 크게 낮출 수 있다. 또한 노즐부를 노즐모듈 형태로 제작하면 노즐모듈의 분사구 직경이나 분사각도를 다르게 하여 공정가스의 밀도를 국부적으로 제어하는 것도 가능하다.
가스분사장치, 노즐, 노즐모듈

Description

가스분사장치 및 이를 포함하는 액정표시소자의 제조장치{Gas injector and Apparatus including the same for fabricating Liquid Crystal Display Device}
도 1은 일반적인 액정표시소자 제조장치의 개략 구성도
도 2는 일반적인 가스분사장치의 사시도
도 3a 및 도 3b는 여러 유형의 분사구 단면 구성도
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도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스분사장치의 단면도 및 분해 사시도
도 6 및 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스분사장치의 다른 유형을 나타낸 단면도 및 분해 사시도
도 8 및 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스분사장치의 단면도 및 분해사시도
도 10은 도 9의 노즐모듈이 분할된 모습을 나타낸 사시도
도 11은 본 발명의 제2 실시예에서 제2 분사구가 여러 직경을 가지는 모습을 나타낸 단면도
도 12 및 도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스분사장치의 단면도 및 분해 사시도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
50 : 가스분사장치 110 : 하부 플레이트
112 : 제1 분사구 116 : 개구
160 : 노즐모듈 162 : 제2 분사구
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본 발명은 액정표시장치 제조장비의 가스분사장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 노즐부가 분리되는 가스분사장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시소자는 게이트 배선 및 데이터 배선에 의해 정의된 화소 영역에 박막트랜지스터와 화소전극을 구비한 박막트랜지스터 기판과, 컬러필터층과 공통전극을 구비한 컬러필터 기판과, 두 기판 사이에 개재되는 액정층으로 구성된다.
이러한 기판을 제조하기 위해서는, 유리기판에 원료물질을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝하는 식각공정, 잔류물을 제거하기 위한 세정공정 등을 수 내지 수십 차례 반복하여야 하는데, 이들 각 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경이 조성된 챔버 내부에서 진행된다.
도 1은 대표적인 액정표시장치 제조장비인 PECVD 장비의 일반적인 구성을 개략적으로 도시한 것으로서, 일정한 반응공간을 정의하는 챔버(10)와, 상기 챔버(10)의 내부에 위치하며 상면에 기판(30)을 안치하는 서셉터(20)와, 다수의 분사구(42)를 구비하며 서셉터(20)의 상부에서 공정가스를 분사하는 가스분사장치(40)와, 외부의 가스 저장부(미도시)에 연결되어 가스분사장치(40)로 공정가스를 유입하는 가스공급관(80)을 포함한다.
가스분사장치(40)의 상부 플레이트(50)는 통상 공정가스에 RF전력을 인가하는 플라즈마 전극으로 사용되며, 상부 플레이트(50)에는 RF전력을 공급하는 RF전원(60)이 연결되고, 상부 플레이트(50)와 RF전원(60)의 사이에는 최대 전력이 인가될 수 있도록 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭박스(Impedance Matching Box, 70)가 위치한다.
플라즈마 전극에 대응되는 전극은 접지된 서셉터(20)이며, 서셉터(20)에도 RF전원이 인가될 수 있다.
가스공급관(80)으로부터 유입된 공정가스는 분사구(42)를 가지는 하부 플레이트와 상부플레이트(50) 사이의 버퍼공간(52)에서 일차 확산된 후에 챔버 내부로 균일하게 분사된다.
종래의 가스분사장치(40)는 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 분사구(42)를 구비한 하부 플레이트를 가지는데, 하부 플레이트는 샤워헤드라고도 하며, 알루미늄 재질의 사각판으로서 기판보다 큰 사이즈를 가진다.
샤워헤드는 주변부만 챔버 또는 상부 플레이트(50)에 고정되므로 별도의 지지수단이 없는 중앙부는 주변부보다 항상 아래로 처지게 되고, 이로 인해 기판 주변부와 중앙부의 공정가스 분포가 불균일한 문제가 발생한다.
이러한 현상은 샤워헤드의 크기가 커질수록 심해지므로, 이를 방지하기 위하 여 크기가 커질수록 두께(t)를 두껍게 제작한다. 예를 들어 1500mm * 1850mm의 6세대 기판을 처리하는 장비에서 샤워헤드는 30mm 내지 35mm 정도의 두께로 제작되며, 1950mm*2250mm의 7세대 기판용 장비에는 약 50mm 정도의 두께로 제작된다.
또한 샤워헤드의 분사구(42)는 단위면적(m2) 당 약 11,000개 정도의 밀도로 가공되므로 6세대 기판용 샤워헤드의 경우에는 약 35,000개, 7세대 기판용의 경우에는 약 50,000개 정도의 분사구를 가공하여야 하고, 2200mm * 2550mm 정도로 예상되는 8세대 기판용의 경우에는 60,000개 이상의 분사구를 가공하여야 한다.
그런데 이러한 분사구(42)는 단순한 일자형의 관통홀로 가공되는 것이 아니라, 도 3a에 도시된 바와 같이 가스유입부(42a), 노즐부(42b), 1차 확산부(42c), 2차 확산부(42d) 등 서로 다른 직경과 형상을 가지는 홀을 여러 차례 형성함으로써 가공된다.
경우에 따라서는 도 3b에 도시된 바와 같이 가스유입부가 생략되고, 상면에서부터 노즐부(42b), 1차 확산부(42c), 2차 확산부(42d)의 순으로 제작되기도 한다.
노즐부(42b)는 통상 0.4 내지 0.8mm의 직경을 가지고, 가스유입부(42a)나 1차 확산부(42c)는 3mm 이상의 직경을 가진다.
분사구(42)가 이와 같이 미세직경의 노즐부(42b)를 포함하는 이유는 분사구(42) 상부의 압력을 높임으로써 공정가스를 버퍼공간(52) 내부에서 보다 균일하게 확산시킬 수 있고 나아가 챔버 내부로 균일하게 분사시킬 수 있기 때문이다. 이러 한 이유로 노즐부(42b)의 직경이 작을수록 공정가스를 균일하게 분사하는데 유리하다.
그런데 종래와 같은 형태의 분사구(42)를 가공하기 위해서는 먼저 직경이 작은 노즐부(42b)를 가공한 후 노즐부(42b)의 양단에 가스유입부(42a)와 1차 확산부(42c)를 차례로 가공하여야 한다.
50mm 정도의 두께를 가지는 알루미늄판에 직경 0.4mm 정도의 노즐부(42b)를 50,000개 이상 가공하는 데는 매우 정밀한 기술이 요구된다. 뿐만 아니라 제작 도중에 하나의 분사구(42)라도 불량이 발생하면 고도의 정밀도가 요구되는 액정표시소자 제조장치에 사용될 수 없으므로 해당 샤워헤드를 폐기하고 처음부터 다시 제작할 수밖에 없는 문제가 있다.
따라서 샤워헤드의 생산단가는 매우 높은 편이며, 하나의 샤워헤드를 제작하는데 만도 수개월의 시간이 소요되므로 납기를 맞추는데도 큰 어려움이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제작시간을 단축시키면서도 불량률을 획기적으로 낮출 수 있는 대면적 기판용 가스분사장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 다수의 제 1 분사구를 가지고, 상면에 1개 이상의 제 1 분사구와 연통되는 오목한 개구가 다수 형성된 플레이트 상기 다수의 개구에 결합되며, 1개 이상의 상기 제 1 분사구와 각각 연통되는 1개 이상의 제 2 분사구를 가지는 다수의 노즐모듈을 포함하는 가스분사장치를 제공한다.
상기 가스분사장치의 노즐모듈은 상기 개구에서 이탈착 가능한 것을 특징으로 한다. 또한 상기 개구와 상기 노즐모듈은 나사 결합될 수 있다
상기 개구는 상기 제 1 분사구의 개수만큼 형성되고, 상기 개구에 결합되는 노즐모듈은 하나의 제 2 분사구를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 개구는 2개 이상의 상기 제 1 분사구와 연통되고, 상기 개구에 결합되는 노즐모듈은 1개 이상의 상기 제 2 분사구를 가지는 것을 특징으로 하며, 이때 1개의 상기 개구에 2개 이상의 상기 노즐모듈이 결합될 수도 있다.
상기 개구의 직경은 상기 제 1 분사구보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 노즐모듈은 원기둥 또는 사각기둥인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 노즐모듈은 2개 이상의 제 2 분사구를 가지며 사각기둥 형태일 수 있다.
상기 제 2 분사구는 가스유입부, 노즐부 및 확산부로 구성될 수 있다.
상기 제 2 분사구의 최소 직경은 0.1 내지 1mm 이하인 것이 바람직하다.
또한 본 발명은, 다수의 제 1 분사구가 형성되는 플레이트 상기 제 1 분사구보다 직경이 작은 제 2 분사구를 가지며 상기 제 1 분사구에 결합되는 노즐모듈을 포함하는 가스분사장치를 제공한다.
이때 상기 플레이트와 상기 노즐모듈은 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 노즐모듈은 상기 개구에서 이탈착 가능한 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제 2 분사구는 가스유입부, 노즐부 및 확산부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 본 명세서의 도면은 설명의 편의를 위하여 축척을 무시하고 다소 과장되게 도시 되었음을 미리 밝혀둔다.
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제 1 실시예
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스분사장치(100)의 일부 단면도 및 사시도를 도시한 것으로서, 다수의 제1 분사구(112)를 가지는 하부 플레이트(110)의 상면에 오목한 개구(116)를 형성하여, 상기 개구(116)에 노즐모듈(160)을 탈부착할 수 있도록 한 점에 특징이 있다.
상기 개구(116)는 제1 분사구(112)의 상단부에 상기 제1 분사구(112)보다 큰 직경의 요면(concave portion)으로 형성된다.
제1 분사구(112)는 2mm 내지 10mm의 직경으로 가공되며, 도시된 것처럼 일자형으로 제조된 후 하단부만 테이퍼 처리할 수도 있고 도 6에 도시된 바와 같이 하부로 갈수록 직경이 커지도록 가공될 수도 있다.
개구(116)에는 노즐모듈(160)이 삽입되며, 노즐모듈(160)은 납작한 원기둥 형상으로서 중앙에는 노즐역할을 하는 제2 분사구(162)가 형성된다. 이때 제1 분사구(112) 및 제2 분사구(162)가 서로 연통됨은 물론이다.
제2 분사구(162)는 도시된 바와 같이 단일 직경으로 가공될 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 가스유입부(162a), 노즐부(162b), 확산부(162c)를 가지도록 가공될 수도 있다.
어떠한 형태로 가공되던지 간에 제2 분사구(162)의 최소 직경은 0.1mm 이상 1mm 이하인 것이 바람직하다.
노즐모듈(160)은 원기둥 형상이 가장 바람직하지만, 삽입되는 개구(116)의 형상에 따라 모양이 달라질 수 있다. 즉, 개구(114)가 다각형 형상으로 가공되면 노즐모듈(160)도 다각형기둥으로 제작된다.
노즐모듈(160)과 개구(116)의 사이로 공정가스가 누설되지 않도록 양자는 밀착되는 것이 바람직하며, 이를 위해 개구(116)의 내벽과 노즐모듈(160)의 외주를 나사 가공하여 양자를 나사 결합할 수도 있다.
또한 개구(116)의 내주면에 걸림턱을 형성하여 노즐모듈(160)을 거치할 수도 있다.
이와 같이 노즐모듈(160)을 탈부착 가능하게 제작하면, 하부 플레이트(110)는 알루미늄 모재에 상대적으로 직경이 큰 제1 분사구(112) 및 개구(116)만을 가공하여 제작되므로 불량률이 대폭 낮아지고 가공속도가 향상된다.
개구(116)에 삽입되는 노즐모듈(160)도 알류미늄 재질로 제작되지만 대량생산 시스템을 적용하여 대량생산이 가능하며, 두꺼운 알루미늄 모재에 노즐부를 직접 가공하는 것에 비해 불량에 따른 부담이 크게 줄어들게 된다. 종래에는 노즐부의 가공이 불량으로 판정되면 알루미늄 모재 전부를 폐기하여야 하였으나 이제는 해당 노즐모듈(160)만을 교체해주면 되기 때문이다.
또한 노즐모듈(160)과 하부 플레이트(110)가 병행 제작되므로 제작기간이 크게 단축될 수 있어 전체적으로 가스분사장치의 생산단가를 크게 낮출 수 있다.
또한 노즐모듈(160)이 개별적으로 하부 플레이트(110)에 결합되므로 경우에 따라 노즐모듈(160)의 분사구 직경과 분사각도를 달리하여 가스의 분사방향이나 속도를 국부적으로 제어하는 것도 가능하다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제1 실시예를 약간 변형한 것으로서,노즐모듈(160)의 제2 분사구(162)를 단일 직경으로 가공하지 않고, 가스유입부(162a), 노즐부(162b), 확산부(162c)를 가지도록 가공한 점에 특징이 있다. 따라서 단일 직경으로 가공하는 경우보다 노즐모듈(160)의 높이가 커질 수 있으며, 공정조건 및 기타 필요에 따라 선택할 수 있다.
제2 실시예
이상에서는 하부 플레이트(110)에 형성되는 각 개구(116)에 제1 분사구(112)를 1개만 형성함으로써, 하나의 개구(116)에 하나의 제2 분사구(162)가 대응하였으나, 본 발명의 제2 실시예는 하부 플레이트(110)의 개구(116)를 다수의 제1 분사구(112)에 대응하도록 형성한다.
하부 플레이트(110)에 제2 실시예에 따른 개구(116)와 노즐모듈(160)이 결합하는 모습을 나타낸 도 8 및 도 9를 살펴보면, 각 개구(116)의 저면에는 9개의 제1 분사구(112)가 형성되고, 각 개구(116)에 삽입되는 노즐모듈(160)도 각각의 제1 분사구(112)에 대응하는 9개의 제2 분사구(162)를 구비한다.
이때 각 개구(116)에 대응하는 제1 분사구(112)의 개수는 예시에 불과함은 물론이다.
노즐모듈(160)이 이와 같이 다수의 제2 분사구(162)를 구비하는 경우에는 사각기둥 형상이 가장 바람직하며, 구체적 형상에 있어서는 정방형이든지 장방형이든지 무관하다.
또한 각 개구(116)의 내주면과 노즐모듈(160) 사이로 공정가스가 누설되지 않도록 경계면에 오링 등을 설치할 수도 있고, 개구의 내주면에 걸림턱을 형성하여 노즐모듈(160)이 개구(116)의 저면과 소정간격 이격되도록 결합할 수도 있다.
한편 노즐모듈(160)이 다수의 제2 분사구(162)를 가지는 일체형이 아니라 도 10에 도시된 바와 같이 1개의 제2 분사구(162)만을 구비하는 노즐모듈(160)을 제1 분사구(112)의 개수만큼 하나의 개구(116)에 삽입할 수도 있다. 다만 이 경우에는 공정가스가 제1 분사구(112)를 통해 곧바로 분사되지 않도록 가공 정밀도가 높아야 한다.
도 11은 일체형의 노즐모듈(160)에 형성되는 제2 분사구(162)에 가스유입부(162a), 노즐부(162b) 및 확산부(162c)를 형성한 모습을 나타낸 것이다.
제3 실시예
도 12 및 도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스분사장치(100)의 단면도 및 분해 사시도로서, 제1,2 실시예처럼 하부 플레이트(110)의 상부에 개구를 형성하지 않고, 노즐모듈(160)이 제1 분사구(112)에 바로 삽입될 수 있을 정도로 제 1 분사구(112)를 넓게 가공한 점에 특징이 있다.
즉, 노즐모듈(160)을 제1 분사구(112)에 삽입하여 결합한다.
제 1분사구(112)와 노즐모듈(160)은 가스누설을 방지할 수 있도록 나사결합을 하는 것이 바람직하며, 경계면에 오링 등을 설치할 수도 있다.
노즐모듈(160)에는 제 2 분사구(162)가 형성되는데 도시된 바와 같이 하나만 형성될 수도 있으나, 하나의 노즐모듈(160)에 2개 이상의 제2 분사구(162)가 형성될 수도 있다.
그리고 제 2 분사구(162)는 상부 및 하부의 직경이 동일한 형태일 수도 있고, 도시된 바와 같이 직경의 변화가 있는 오리피스 형태, 즉 가스유입부(162a), 노즐부(162b), 확산부(162c) 등을 구비한 형태일 수도 있다.
또한 하부 플레이트(110)와 노즐모듈(160)은 동일한 높이를 가지는 것이 일반적이지만 서로 다른 높이를 가질 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 한하여 설명하였으나, 이 밖에도 당업자에 의해 다양하게 수정 내지 변형되어 실시될 수 있는 것이며, 그러한 실시내용도 후술하는 특허청구범위에 기술된 본 발명의 기술적 사상을 포함하는 것이라면 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.
본 발명에 따르면 가스분사장치의 제작시에 공정 난이도가 높은 노즐부를 별도로 제작하므로 불량률이 낮아지고 제작기간도 크게 단축된다. 따라서 가공원가가 절감되어 생산단가를 크게 낮출 수 있다.
또한 노즐부를 노즐모듈 형태로 제작하면 노즐모듈의 분사구 직경이나 분사각도를 다르게 하여 공정가스의 밀도를 국부적으로 제어하는 것도 가능하다.

Claims (25)

  1. 공정가스를 반응공간에 분사하며 균일하게 분포하는 다수의 제 1 분사구를 가지는 하면과, 상기 다수의 제 1 분사구와 연통되는 다수의 개구가 형성되는 상면을 포함하는 플레이트; 및
    상기 다수의 개구에 삽입되어 결합되고 상기 다수의 제 1 분사구와 함께 상기 공정가스를 공급하기 위한 가스경로를 제공하는 제 2 분사구를 가지는 다수의 노즐모듈;
    을 포함하고,
    상기 다수의 개구 각각은 2 개 이상의 상기 제 1 분사구와 연통되고, 상기 다수의 개구 각각에 결합되는 상기 다수의 노즐모듈은 1 개 이상의 상기 제 2 분사구를 가지는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 노즐모듈은 상기 다수의 개구에 이탈착 가능한 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    1 개의 상기 개구에 2 개 이상의 상기 노즐모듈이 결합되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 노즐모듈은 사각기둥인 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 노즐모듈 각각은 2개 이상의 제 2 분사구를 가지며 사각기둥 형태인 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 제 2 분사구는 가스유입부, 노즐부 및 확산부로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 제 2 분사구의 최소 직경은 0.1 내지 1mm 이하 인 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  12. 반응공간을 가지는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 위치한 서셉터; 및
    상기 서셉터의 상부에 위치하고, 공정가스를 반응공간에 분사하며 균일하게 분포하는 다수의 제 1 분사구를 가지는 하면과, 상기 다수의 제 1 분사구와 연통되는 다수의 개구가 형성되는 상면을 포함하는 플레이트 및 상기 다수의 개구에 삽입되어 결합되고 상기 다수의 제 1 분사구와 함께 상기 공정가스를 공급하기 위한 가스경로를 제공하는 제 2 분사구를 가지는 다수의 노즐모듈을 포함하고, 상기 다수의 개구 각각은 2 개 이상의 상기 제 1 분사구와 연통되고, 상기 다수의 개구 각각에 결합되는 상기 다수의 노즐모듈은 1 개 이상의 상기 제 2 분사구를 가지는 것을 특징으로 하는 가스분배장치;
    를 포함하는 액정표시소자의 제조장치.
  13. 삭제
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