KR101483824B1 - 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치 - Google Patents

평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치에 관한 것으로서, 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치에 있어서, 소스가스가 공급 및 배출되는 반응영역을 정의하는 챔버;와, 상기 챔버의 반응영역에 배치되며, 상면에 증착 대상의 기판이 안착되는 기판안착면이 형성되고, 상기 기판안착면에는 복수의 핀홀이 수직방향으로 형성되는 서셉터;와, 상기 서셉터를 가열하는 가열수단;과, 상기 복수의 핀홀에 각각 승강 가능하게 설치되어 기판을 지지하는 복수의 리프트 핀;과, 상기 리프트 핀을 수직방향으로 구동시키는 승강구동수단; 및, 기판이 서셉터의 기판안착면에 안착된 상태에서 가열된 열매체를 상기 핀홀에 공급하는 열매체 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치 {CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS FOR FLAT PANEL DISPLAY}
본 발명은 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평판표시소자 제작을 위한 공정 중 화학기상증착 장치를 이용한 공정에서 리프트 핀이 수용된 핀홀에 의해 기판의 온도 균일도가 불량해지는 것을 방지할 수 있는 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 평판표시소자(Flat Panel Display) 등을 제조하는 장치는 기판이 놓이는 스테이지가 구비되고, 이 스테이지에는 그 위에 기판을 로딩/언로딩 하기 위한 리프트 핀이 설치된다.
이와 같은 스테이지와 리프트 핀은 액정표시소자뿐만 아니라 다른 평판표시소자 제조장치 등에 모두 유사한 방식으로 적용되는 것으로서, 이하에서는 이 스테이지와 리프트 핀 그리고 이와 관련 있는 CVD(화학기상증착법, Chemical Vapor Deposition) 장치에 관련된 것을 중심으로 하여 살펴보기로 한다.
최근에 널리 보급되어 사용되고 있는 평판표시소자에는 액정표시소자(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 소자(Plasma Display Panel), 유기발광소자(Organic Light Emitting Diodes) 등이 있다.
이러한 평판표시소자를 제조하기 위한 CVD 장치는 일반적으로 로드 록 챔버(Load Lock Chamber), 공정챔버(Process Chamber), 반송챔버(Transfer Chamber)로 구성된다.
상기 로드 록 챔버는 외부로부터 미처리된 기판을 받아 보관하거나 처리된 기판을 외부로 내보내는 역할을 한다. 공정챔버는 위의 로드 록 챔버로부터 반입된 기판을 진공분위기 하에서 플라즈마 등을 이용, 표면처리를 실시하는 등 기판을 처리한다. 반송챔버는 기판을 위의 공정챔버로 반입하거나, 이와 반대로 반출함에 있어 경유지의 역할을 하는 바, 이를 위하여 공정챔버와 로드 록 챔버의 사이에 설치된다. 한편 반송챔버는 내부에 반송로봇이 설치된다. 반송로봇은 미처리된 기판을 로드 록 챔버에서 공정챔버로 운반하거나, 반대로 처리된 기판을 공정챔버에서 로드 록 챔버로 운반하는 역할을 한다.
도 1은 위의 챔버들 중 공정챔버의 구성이 개략적으로 도시된 구성도이다.
공정챔버는 도시된 바와 같이, 측벽에 기판을 내부로 반입/반출할 수 있도록 게이트슬릿(12)이 마련되어 게이트밸브(14)로 개폐되는 챔버(10)와, 이 챔버(10)의 내부 중에서 상부영역에 설치되고 기판을 처리할 때 요구되는 공정가스를 분사하는 샤워헤드가 구비된 상부전극(22)과, 이 상부전극(22)의 아래에 위치되도록 챔버(10)의 내부에 설치된 하부전극(24)과, 이 하부전극(24)을 가열시키는 가열수단(30)과, 하부전극(24)에 승강 가능하게 설치된 다수 개의 리프트 핀(35)과, 이 리프트 핀(35)을 동시에 승강시키는 리프트 핀 구동장치(40)로 구성된다.
여기에서 하부전극(24)은 그 윗면에 기판이 놓이기 때문에 서셉터(susceptor)라고도 한다. 그리고 가열수단(30)은 기판의 처리 시 요구되는 열을 기판에 제공하는 등의 역할을 한다. 또한 리프트 핀 구동장치(40)는 각 리프트 핀(35)의 하단이 고정된 핀 플레이트(42), 이 핀 플레이트(42)를 승강시키는 볼 스크루(44) 및 모터(46)로 구성된다.
이와 같은 구성을 갖는 공정챔버는 베이킹(Baking)이나 CVD 공정 등을 실시할 수 있는 바, 이 공정을 위해서는 하부전극(24)(이하, '서셉터'라 한다)에 놓인 기판에 열을 가함으로써 기판의 온도를 수 백도까지 상승시키는 과정을 필수적으로 거친다.
한편, 리프트 핀의 작용을 개략적으로 살펴보면, 먼저, 상기 공정챔버에서 기판 상에 박막을 증착하기 위해서는, 반송챔버의 로봇암이 기판을 공정챔버의 내측영역으로 반입한다. 그러면, 상기 하부전극에 승강가능하게 배치된 리프트 핀이 상승하여, 상기 기판을 전달받은 다음, 리프트 핀이 하강하여 기판을 하부전극상에 안착시킨다. 이어서, 박막의 증착이 완료되면, 리프트 핀이 상승하여 하부기판의 상면으로부터 기판을 들어올린 상태에서, 반송챔버의 로봇암이 표면처리가 완료된 기판을 전달받아 반송챔버로 인출한다.
앞서 언급한 바와 같이, 서셉터는 가열수단(30)에 의하여 가열시킬 수가 있는 것에 대하여, 리프트 핀(35)은 이 리프트 핀(35)의 가열을 위한 어떤 수단도 갖추어져 있지 않다. 이에 기판의 온도를 상승시키는 과정에서 서셉터는 고온인 데 반하여, 리프트 핀(35)은 상대적으로 저온이므로 서셉터의 온도분포가 불균해질 뿐만 아니라, 리프트 핀에 접촉하는 기판 역시, 리프트 핀에 대응하는 국소부위의 열손실에 의해 온도 균일도가 나빠지므로, 기판의 표면처리 과정에서 얼룩이 생겨 품질이 저하되는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 평판표시소자 제작을 위한 공정 중, 화학기상증착 장치를 이용한 공정에서 서셉터 상부에 놓이는 기판의 온도 균일도를 향상시킬 수 있는 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치에 관한 것이다.
또한, 열매체가 서셉터에 의해 가열되도록 함으로써 별도의 제어장치 없이도 기판에 접촉하는 서셉터와 핀홀에 공급되는 열매체의 온도를 동일하게 유지할 수 있는 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치에 있어서, 소스가스가 공급 및 배출되는 반응영역을 정의하는 챔버;와, 상기 챔버의 반응영역에 배치되며, 상면에 증착 대상의 기판이 안착되는 기판안착면이 형성되고, 상기 기판안착면에는 복수의 핀홀이 수직방향으로 형성되는 서셉터;와, 상기 서셉터를 가열하는 가열수단;과, 상기 복수의 핀홀에 각각 승강 가능하게 설치되어 기판을 지지하는 복수의 리프트 핀;과, 상기 리프트 핀을 수직방향으로 구동시키는 승강구동수단; 및, 기판이 서셉터의 기판안착면에 안착된 상태에서 가열된 열매체를 상기 핀홀에 공급하는 열매체 공급부;를 포함하는 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 열매체 공급부는 펌프와, 상기 펌프와 핀홀을 연결하는 공급통로를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 서셉터의 기판안착면에 기판이 안착된 상태에서 상기 열매체가 배출되도록 핀홀의 상단부와 서셉터의 테두리를 연결하는 배출통로가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 공급통로는 서셉터의 내부에 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열매체 공급부는 펌프의 흡입측 또는 토출측에 배치되어 공급통로로 공급되는 열매체를 가열하는 히터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열매체는 비활성 가스로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 리프트 핀은 중앙에 연결통로가 형성된 관 형태의 지지부가 상단부에 형성되고, 상기 지지부의 측면에는 상기 연결통로와 상기 공급통로를 연결하는 개구공이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 리프트 핀의 상단부에는 핀홀의 내경보다 작은 외경을 갖는 봉 형태의 지지부가 형성되고, 상기 지지부의 외주면과 핀홀의 내주면 사이에 형성되는 연결통로는 하단부가 공급통로와 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 평판표시소자 제작을 위한 공정 중, 화학기상증착 장치를 이용한 공정에서 서셉터 상부에 놓이는 기판의 온도 균일도를 향상시킬 수 있는 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치가 제공된다.
또한, 열매체가 서셉터에 의해 가열되도록 함으로써 별도의 제어장치 없이도 기판에 접촉하는 서셉터와 핀홀에 공급되는 열매체의 온도를 동일하게 유지할 수 있는 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치가 제공된다.
도 1은 종래 화학기상증착 장치의 개략구성도,
도 2는 본 발명 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치의 단면도,
도 3은 도 2의 "A"부분의 분해사시도,
도 4는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ'선 단면도,
도 5는 도 2의 "A"부분의 확대단면도.
6은 본 발명의 제2실시예에 따른 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치의 리프트 핀의 발췌사시도이고,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치의 요부 확대 단면도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중 도 2는 본 발명 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치의 단면도이고, 도 3은 도 2의 "A"부분의 분해사시도이고, 도 4는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ'선 단면도이고, 도 5는 도 2의 "A"부분의 확대단면도이다.
상기 도면에서 도시하는 바와 같은 본 발명 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치는 챔버(110), 서셉터(120), 가열수단(130), 리프트 핀(140), 열매체 공급부(150)를 포함하여 구성된다.
상기 챔버(110)는 기판의 표면처리를 위한 소스가스가 공급 및 배출되는 반응영역(111)을 정의한다.
상기 서셉터(120)는 증착 대상의 기판이 안착되는 기판안착면(121)이 상측면에 형성되어 상기 챔버(110)의 반응영역(111) 하부공간에 배치되며, 기판안착면(121)에는 리프트 핀(140)이 수용되는 핀홀(122)이 수직방향으로 다수 형성되고, 상측면에는 상기 핀홀(122)과 서셉터(120)의 테두리를 연결하는 배출통로(123)가 함몰 형성된다.
상기 가열수단(130)은 상기 서셉터(120)를 가열하기 위한 것으로, 상기 기판안착면(121)보다 넓은 면적을 가열하도록 서셉터(120)의 내부에 형성된다.
상기 리프트 핀(140)은 상기 서셉터(120)의 핀홀(122)에 승강가능하게 설치되어 기판안착면(121)으로부터 상측방향으로 출몰하는 것으로, 상단부에는 중앙에 연결통로(141a)가 형성된 관 형태의 지지부(141)가 형성되고, 상기 지지부(141)의 하단부 측면에는 후술할 공급통로(151)와 연결통로(141a)를 연결하는 개구공(141b)이 형성된다. 이러한 리프트 핀(140)은 리프트 핀(140)의 하단부에 마련되는 승강구동수단에 의해 핀홀(122) 내에서 승강하는 것으로, 하강위치에서는 상기 지지부(141)의 상단이 기판(G)의 저면으로부터 소정간격 이격되도록 배치되고, 상승 위치에서는 기판(G)을 들어올려 서셉터(120)의 기판안착면(121)으로부터 이격되도록 한다.
상기 열매체 공급부(150)는 기판(G)이 서셉터(120)의 기판안착면(121)에 안착된 상태에서 가열된 열매체를 상기 핀홀(122)에 공급하는 것으로, 서셉터(120)의 내부에 마련되는 공급통로(151)와, 상기 공급통로(151)의 열매체 입구와 연결되어 공급통로(151)를 향해 열매체를 공급하는 펌프(152)와, 내부에 열매체를 저장하고 상기 펌프(152)를 향해 열매체를 공급하는 저장탱크(153)와, 상기 펌프(152)와 공급통로(151)의 사이에 배치되어 서셉터(120)의 온도보다 낮은 온도로 열매체를 예열하는 히터(154)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 열매체는 질소나 헬륨과 같은 비활성 가스로 이루어진다.
또한, 상기 공급통로(151)는 서셉터(120)와 열매체의 열교환 효율을 향상시키기 위해 서셉터(120)의 내부에 지그재그 형태 또는 나선 형태 등의 이송경로를 갖는 것으로, 일측 단부에 형성되는 열매체 입구는 서셉터(120)의 측면 또는 저면부를 통해 노출되어 상기 펌프(152)의 토출측과 연결되고, 타측 단부의 열매체 출구는 다수의 핀홀(122)과 각각 연결되도록 분기된다.
지금부터는 상술한 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 도 4 및 도 5에서 도시하는 바와 같이, 챔버(110)의 반응영역(111) 하부에 배치된 서셉터(120)는 상면에 기판안착면(121)이 형성되어 있으며, 챔버(110) 내부로 반입된 기판(G)은 서셉터(120)의 핀홀(122)에 수용되어 상승 구동한 리프트 핀(140)에 지지되어 서셉터(120)의 기판안착면(121)으부터 상측으로 이격된 상태가 된다. 이어서 승강구동수단(미도시)의 하강 구동에 의해 리프트 핀(140)이 핀홀(122) 내에서 하강함에 따라 리프트 핀(140)에 지지되어 있던 기판(G)은 서셉터(120)의 상측면에 안착되면서 기판안착면(121)에 밀착된다.
상기 서셉터(120)의 내부에 마련된 가열수단(130)은 전원 인가에 따라 저항발열하여 서셉터(120)의 온도를 상승시켜 서셉터(120)의 기판안착면(121)에 밀착되어 있는 기판(G)을 증착에 적합한 온도로 가열한다.
이때, 상기 서셉터(120)의 핀홀(122)에는 열매체 공급부(150)로부터 공급되는 열매체가 서셉터(120)와 동일한 온도로 가열되어 소정의 압력으로 공급되며, 핀홀(122)의 상단부와 서셉터(120)의 테두리를 연결하는 배출통로(123)를 통해 배출된다.
즉, 리프트 핀(140)이 수용되는 핀홀(122)에 서셉터(120)와 동일한 온도로 가열된 열매체가 채워져 기판(G)과 접촉하므로, 핀홀(122)에 대응하는 기판(G)의 국소영역에 열손실이 일어나는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 기판(G)의 전면에 균일한 온도 조건으로 증착 또는 표면처리를 할 수 있다.
이를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 4에서 도시하는 바와 같이, 본 발명에 따른 열매체 공급부(150)는 저장탱크(153)에 저장된 열매체가 펌프(152)에 의해 서셉터(120) 내부의 공급통로(151)의 열매체 입구로 공급된다.
공급통로(151)는 도면에 도시된 것과 같이 서셉터(120)의 일측에 마련된 하나의 열매체 입구로 열매체를 전달받아 복수의 핀홀(122)과 각각 연결된 열매체 출구로 공급하는 과정에서, 입구와 출구를 직선형태로 연결하는 것이 아니라, 여러 방향으로 절곡 형성되어 있으므로, 공급통로(151)를 통과하는 열매체는 서셉터(120)와 비교적 동일한 온도로 가열된다.
한편, 상기 펌프(152)와 공급통로(151)의 사이에 배치된 히터(154)가 공급통로(151)로 공급되는 열매체를 예열하여 공급하므로, 공급통로(151)로 공급되는 열매체에 의해 서셉터(120)의 온도균일도가 불량해지는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 공급통로(151)의 열매체 출구를 통해 핀홀(122)로 공급되는 열매체는 리프트 핀(140)의 지지부(141) 하단 측면에 마련된 개구공(141b)을 통해 지지부(141)의 연결통로(141a)로 공급되어 핀홀(122)에 채워진 상태가 되며, 펌프(152)의 공급압력에 의해 소정의 압력을 유지하면서 서셉터(120)의 상면과 기판(G)의 접촉면 사이에 형성된 배출통로(123)를 통해 챔버의 내부공간으로 배출된다.
즉, 기판(G)은 서셉터(120)와의 접촉면을 통해 서셉터(120)로부터 열에너지를 전달받아 증착에 적합한 온도로 가열되고, 서셉터(120)와 접촉하지 않은 핀홀(122)에 대응하는 영역은 핀홀(122)로 공급되는 열매체로부터 열에너지를 전달받아 증착에 적합한 온도로 가열된다.
본 발명에 따르면, 상기와 같이 리프트 핀(140)이 수용된 핀홀(122)에 서셉터(120)와 동일한 온도로 가열된 열매체가 공급되므로, 종래와 같이 핀홀(122)과 대면하는 기판의 국소영역에 열손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
특히, 핀홀(122)에 공급되는 열매체는 서셉터(120)에 의해 가열되는 것이므로 열매체의 온도를 제어하기 위한 별도의 제어장치가 불필요하고, 공급통로(151)가 서셉터(120) 내부에서 여러 방향으로 절곡되어 열매체를 가열하기 위한 면적을 충분하게 제공하고 있으므로, 열매체의 온도가 비교적 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
첨부도면 중 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치의 리프트 핀의 발췌사시도이고, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치의 요부 확대 단면도이다.
도 6 및 도 7에서 도시하는 바와 같은 본 발명의 제2실시예에 따른 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치는 리프트 핀(140')의 구조가 제1실시예와 차이를 가지며, 리프트 핀(140')을 제외한 나머지 구성요소는 제1실시예와 동일하게 구성된다.
본 발명의 제2실시예에 따르면, 리프트 핀(140')의 상단부에는 핀홀(122)의 내경보다 작은 외경을 갖는 봉 형태의 지지부(141')가 형성되고, 상기 지지부(141')의 외주면과 핀홀(122)의 내주면 사이에 형성되는 연결통로(141a')는 하단부가 공급통로(151)의 열매체 출구와 연결된다.
즉, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 서셉터(120) 내부에 마련된 공급통로(151)의 열매체 출구를 통해 핀홀(122)로 공급되는 열매체는 리프트 핀(140')의 지지대(141')와 핀홀(122) 사이의 연결통로(141a')를 통해 기판(G)의 저면측으로 이동하여 핀홀(122)과 대면하는 기판(G)의 국소영역을 가열하면서 기판(G)과 서셉터(120) 사이에 마련된 배출통로(123)를 통해 빠져나간다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110:챔버, 111:반응영역, 120:서셉터,
121:기판안착면, 122:핀홀, 123:배출통로,
130:가열수단, 140,140':리프트 핀, 141, 141':지지부,
141a,141a':연결통로, 141b:개구공,
150:열매체 공급부, 151:공급통로, 152:펌프,
154:히터, 153:저장탱크

Claims (8)

  1. 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치에 있어서,
    소스가스가 공급 및 배출되는 반응영역을 정의하는 챔버;
    상기 챔버의 반응영역에 배치되며, 상면에 증착 대상의 기판이 안착되는 기판안착면이 형성되고, 상기 기판안착면에는 복수의 핀홀이 수직방향으로 형성되는 서셉터;
    상기 서셉터를 가열하는 가열수단;
    상기 복수의 핀홀에 각각 승강 가능하게 설치되어 기판을 지지하는 복수의 리프트 핀;
    상기 리프트 핀을 수직방향으로 구동시키는 승강구동수단; 및,
    기판이 서셉터의 기판안착면에 안착된 상태에서 가열된 비활성 가스로 이루어진 열매체를 상기 핀홀에 공급하는 열매체 공급부;를 포함하며,
    상기 열매체 공급부는 펌프와, 상기 서셉터의 내부에 마련되어 펌프와 핀홀을 연결하는 공급통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 서셉터의 기판안착면에 기판이 안착된 상태에서 상기 열매체가 배출되도록 핀홀의 상단부와 서셉터의 테두리를 연결하는 배출통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 열매체 공급부는 펌프의 흡입측 또는 토출측에 배치되어 공급통로로 공급되는 열매체를 예열하는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항, 제 3항, 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리프트 핀은 중앙에 연결통로가 형성된 관 형태의 지지부가 상단부에 형성되고, 상기 지지부의 측면에는 상기 연결통로와 상기 공급통로를 연결하는 개구공이 형성되는 것을 특징으로 하는 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치.
  8. 제 1항, 제 3항, 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리프트 핀의 상단부에는 핀홀의 내경보다 작은 외경을 갖는 봉 형태의 지지부가 형성되고, 상기 지지부의 외주면과 핀홀의 내주면 사이에 형성되는 연결통로는 하단부가 공급통로와 연결되는 것을 특징으로 하는 평판표시소자 제조용 화학기상증착 장치.
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