KR20110111770A - 화학기상증착장치용 가스분배판 및 그를 구비한 화학기상증착장치 - Google Patents

Abstract

화학기상증착장치용 가스분배판 및 그를 구비한 화학기상증착장치가 개시된다. 본 발명의 화학기상증착장치는, 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버; 및 챔버 내에 마련되며, 몸체부와, 몸체부의 상부 영역에서 하부 영역으로 기판의 표면에 증착될 증착용 가스를 통과시키도록 몸체부에 관통 형성되는 다수의 오리피스를 구비하는 가스분배판을 포함하며, 가스분배판의 몸체부를 중앙 영역에서부터 외곽 영역으로 미리 결정된 면적만큼씩 다수의 가상 존(zone)들로 구획할 때, 몸체부의 외곽 존(zone)에 형성되는 오리피스의 수량은 몸체부의 중앙 존(zone)에 형성되는 오리피스의 수량보다 많은 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 간단하고 단순한 구조를 가지기에 가공이 용이함은 물론, 증착 공정 시 고온의 환경에서도 중앙 영역의 처짐이 발생되는 것을 방지하며 기판의 표면 전 영역에 균일한 두께의 증착막을 형성시킬 수 있다.

Description

화학기상증착장치용 가스분배판 및 그를 구비한 화학기상증착장치{Gas diffusion desk for Chemical Vapor Deposition Apparatus and Chemical Vapor Deposition Apparatus}

본 발명은, 화학기상증착장치용 가스분배판 및 그를 구비한 화학기상증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 간단하고 단순한 구조를 가지기에 가공이 용이함은 물론, 증착 공정 시 고온의 환경에서도 중앙 영역의 처짐이 발생되는 것을 방지하며 기판의 표면 전 영역에 균일한 두께의 증착막을 형성시킬 수 있는 화학기상증착장치용 가스분배판 및 그를 구비한 화학기상증착장치에 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 유리기판 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, 50 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 액정표시장치(LCD)의 원판 크기가 가로/세로의 폭이 3000 x 3320 ㎜인 11세대가 개발 중에 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 화학기상증착공정(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 챔버 내에서 이루어진다.

화학기상증착장치는 기본적으로 공정 챔버 내에서 플라즈마 상태의 가스(gas)를 유리기판에 증착하기 위한 가스분배판을 구비한다.

가스분배판에는 플라즈마 상태의 가스가 통과할 수 있도록 가스분배판을 관통하여 형성된 다수의 오리피스가 마련됨으로써, 오리피스를 통해 분배된 가스가 유리기판의 표면상에 증착되고, 이를 위해 가스분배판의 다수의 오리피스는 세밀하게 상호 인접하여 형성됨으로써 가스가 유리기판의 표면 전 영역으로 분배될 수 있게 된다.

그런데 유리기판의 면적이 커지면서 유리기판에 박막을 증착할 때 유리기판의 중앙 영역과 외곽 영역에서 증착률의 차이가 발생하여 유리기판의 중앙 영역에 박막 증착이 집중되어 돔 형상으로 증착되는 경우가 발생하는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 종래의 화학기상증착장치용 가스분배판은, 가스분배판에 동일한 형태를 갖는 다수의 오리피스를 형성한 후, 가스분배판의 상단부와 하단부에 아크(arc) 형태의 곡면 가공을 하였다.

가스분배판의 상단부와 하단부에 처리된 아크(arc) 형태의 곡면 가공에 의해서 가스분배판에 형성된 다수의 오리피스는 평면에서 보았을 때 서로 다른 크기의 단면을 갖게 되는데 특히 다수의 오리피스의 단면 크기가 가스분배판의 중앙부에서 외곽 단부로 갈수록 점진적으로 커지는 형상을 갖는다.

그런데 종래와 같은 가스분배판은 다수의 오리피스를 형성한 후 다수의 오리피스 단면의 크기가 서로 다른 크기가 되도록 이루어지는 아크(arc) 형태의 곡면 가공과 가스분배판의 상, 하단부에 이루어지는 열처리 과정 때문에 제작 공정이 까다롭고 제작비용이 증가하는 문제점이 있다.

또한 가스분배판에 이루어지는 아크(arc) 형태의 곡면 가공에 의해 가스분배판의 두께가 일정하지 않기 때문에 가스분배판의 강성이 약해지게 되고 이로 인해 증착 과정이 진행되는 고온의 환경에서 가스분배판의 중앙 영역에 처짐이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 간단하고 단순한 구조를 가지기에 가공이 용이함은 물론, 증착 공정 시 고온의 환경에서도 중앙 영역의 처짐이 발생되는 것을 방지하며 기판의 표면 전 영역에 균일한 두께의 증착막을 형성시킬 수 있는 화학기상증착장치용 가스분배판 및 그를 구비한 화학기상증착장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 몸체부; 및 상기 몸체부의 상부 영역에서 하부 영역으로 기판의 표면에 증착될 증착용 가스를 통과시키도록 상기 몸체부에 관통 형성되는 다수의 오리피스를 포함하며, 상기 몸체부를 중앙 영역에서부터 외곽 영역으로 미리 결정된 면적만큼씩 가상의 존(zone)들로 구획할 때, 상기 몸체부의 외곽 존(zone)에 형성되는 상기 오리피스의 수량은 상기 몸체부의 중앙 존(zone)에 형성되는 상기 오리피스의 수량보다 많은 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치용 가스분배판에 의해 달성된다.

여기서, 상기 다수의 오리피스 각각은, 상기 몸체부의 상부 표면에서 상기 몸체부 두께 방향의 중앙 영역으로 갈수록 그 단면적이 점진적으로 작아지는 가스 유입부; 상기 몸체부 두께 방향의 중앙 영역에서 상기 몸체부의 하부 표면으로 갈수록 그 단면적이 점진적으로 넓어지는 가스 배출부; 및 상기 몸체부 두께 방향의 중앙 영역에서 상기 가스 유입부와 상기 가스 배출부를 연결하여 상기 가스 유입부 쪽의 가스를 상기 가스 배출부 쪽으로 전달하는 가스 전달부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 가스 전달부는 모든 구간에서 그 단면적이 동일한 것이 바람직하다.

상기 몸체부는 전 구간에서 동일한 두께를 갖도록 형성되고, 상기 다수의 오리피스는 상기 몸체부 상의 전 영역에서 상호간 등간격으로 마련되며 상호간 동일한 형상을 갖는 것이 바람직하다.

상기 존(zone)들에 형성되는 상기 오리피스의 수량 차이는 상기 오리피스의 개폐 여부에 의해 결정되며, 상기 외곽 존에 개구된 오리피스의 수량이 상기 중앙 존에 개구된 오리피스의 수량보다 많은 것이 바람직하다.

상기 오리피스에 결합되어 상기 오리피스를 차폐하는 홀 플러그를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 홀 플러그는 상기 오리피스의 가스 전달부에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 다수의 오리피스는 상기 몸체부의 중앙 존에서부터 상기 몸체부의 외곽 존으로 갈수록 그 수량이 점진적으로 증가되도록 상기 몸체부에 마련되는 것이 바람직하다.

상기 몸체부의 외곽 존에 형성되는 오리피스들 간의 이격 피치는 상기 몸체부의 중앙 존에 형성되는 오리피스들 간의 피치보다 좁게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 몸체부에 형성되는 다수의 추가 오피리스를 더 포함하며, 상기 다수의 추가 오리피스는 상기 몸체부의 외곽 존 변 영역에 집중되는 것이 바람직하다.

상기 몸체부에 형성되는 다수의 추가 오피리스를 더 포함하고, 상기 다수의 추가 오리피스는 상기 몸체부의 외곽 존 코너(corner) 영역에 집중되는 것이 바람직하다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버; 및 상기 챔버 내에 마련되며, 몸체부와, 상기 몸체부의 상부 영역에서 하부 영역으로 상기 기판의 표면에 증착될 증착용 가스를 통과시키도록 상기 몸체부에 관통 형성되는 다수의 오리피스를 구비하는 가스분배판을 포함하며, 상기 가스분배판의 몸체부를 중앙 영역에서부터 외곽 영역으로 미리 결정된 면적만큼씩 다수의 가상 존(zone)들로 구획할 때, 상기 몸체부의 외곽 존(zone)에 형성되는 상기 오리피스의 수량은 상기 몸체부의 중앙 존(zone)에 형성되는 상기 오리피스의 수량보다 많은 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 다수의 오리피스 각각은, 상기 몸체부의 상부 표면에서 상기 몸체부 두께 방향의 중앙 영역으로 갈수록 그 단면적이 점진적으로 작아지는 가스 유입부; 상기 몸체부 두께 방향의 중앙 영역에서 상기 몸체부의 하부 표면으로 갈수록 그 단면적이 점진적으로 넓어지는 가스 배출부; 및 상기 몸체부 두께 방향의 중앙 영역에서 상기 가스 유입부와 상기 가스 배출부를 연결하여 상기 가스 유입부 쪽의 가스를 상기 가스 배출부 쪽으로 전달하는 가스 전달부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 몸체부는 전 구간에서 동일한 두께를 갖도록 형성되고, 상기 다수의 오리피스는 상기 몸체부 상의 전 영역에서 상호간 등간격으로 마련되며 상호간 동일한 형상을 갖는 것이 바람직하다.

상기 존(zone)들에 형성되는 상기 오리피스의 수량 차이는 상기 오리피스의 개폐 여부에 의해 결정되며, 상기 외곽 존에 개구된 오리피스의 수량이 상기 중앙 존에 개구된 오리피스의 수량보다 많은 것이 바람직하다.

상기 오리피스에 결합되어 상기 오리피스를 차폐하는 홀 플러그를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 홀 플러그는 상기 오리피스의 가스 전달부에 배치되는 것이 바람직하다.

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

본 발명에 따르면, 간단하고 단순한 구조를 가지기에 가공이 용이함은 물론, 증착 공정 시 고온의 환경에서도 중앙 영역의 처짐이 발생되는 것을 방지하며 기판의 표면 전 영역에 균일한 두께의 증착막을 형성시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착장치의 전체 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상장치용 가스분배판(100)의 평면도이다.
도 3은 도 3에 따른 A-A'의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 화학기상증착장치용 가스분배판(200)이 도시된 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 화학기상증착장치용 가스분배판(300)의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 화학기상증착장치용 가스분배판(400)의 평면도이다.

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

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착장치의 전체 단면도이다.

설명에 앞서, 기판(G)이란, LCD(Liquid Crystal Display)용 대형 유리기판(G)을 기판(G)라 간주하기로 한다. 그리고 대형이란, 앞서도 기술한 바와 같이, 8세대 또는 11세대에 적용되는 수준의 크기를 가리킨다. 이하, 기판(G)을 유리기판(G)이라 하여 설명하도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 화학기상증착장치는, 상부 및 하부 챔버(10, 20)와, 상부 챔버 내에 마련되어 상부 전극의 역할을 하는 전극(60)과, 하부 챔버(20) 내에 마련되어 유리기판(G)이 로딩(Loading)되는 서셉터(40)와, 서셉터(40)의 하부에서 서셉터(40)를 지지하는 서셉터지지대(43)를 구비한다.

이처럼 상부 및 하부 챔버(10, 20)가 한 몸체를 이루어 그 내부의 증착공간(S)에서 증착 공정이 진행될 때는 증착공간(S)이 진공 분위기로 유지될 수 있도록 증착공간(S)은 외부와 차폐된다.

도 1에 자세히 도시된 바와 같이, 상부 챔버(10)의 내부에는 횡 방향을 따라 전극(60)이 마련되어 있다. 전극(60)은, 하부 챔버(20)를 향한 전면에 배치되는 가스분배판(100)과, 가스분배판(100)과의 버퍼공간(B)을 사이에 두고 가스분배판(100)의 배후에 배치되는 후방플레이트(61)를 구비한다.

가스분배판(100)에는, 챔버(10, 20) 내에 형성되는 증착공간(S)으로 증착 공정을 위한 플라즈마 상태의 가스(gas)를 분배하는 다수의 오리피스(120)가 그 두께방향을 따라 형성되어 있다. 이러한 가스분배판(100)에 대해서는 자세히 후술하기로 한다.

가스분배판(100)과 후방플레이트(61) 사이에는 현가지지부재(62)가 마련되어 있다. 현가지지부재(62)는 버퍼공간(B) 내의 증착물질이 외부로 누출되지 않도록 버퍼공간(B)을 차폐할 뿐만 아니라 대략 400kg 이상의 무거운 중량을 갖는 가스분배판(100)을 후방플레이트(61)에 대해 현가 지지한다. 뿐만 아니라 현가지지부재(62)는 증착 공정 시 대략 200℃ 정도로 가열된 가스분배판(30)이 X축, Y축 및 Z축 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 열팽창하는 것을 보상하는 역할도 겸한다.

후방플레이트(61)와 상부 챔버(10) 사이에는 후방플레이트(61)가 상부 챔버(10)의 외벽에 직접 접촉되어 통전되지 않도록 절연체(63)가 마련되어 있다. 절연체(63)는 테프론 등으로 제작될 수 있다. 후방플레이트(61)의 주변에는 상부 챔버(10)에 대해 후방플레이트(61)를 지지하는 플레이트지지부(미도시)가 더 구비되어 있다.

상부 챔버(10)의 상단에는 상판부(11)가 마련되어 있는데, 상판부(11)는 상부 챔버(10)의 상부를 덮는 역할을 할 뿐만 아니라 지지 플레이트(미도시)가 지지 및 결합되는 부분이 된다. 그리고 상부 챔버(10)의 외벽 일측에는 하부 챔버(20)의 측벽 두께와 상부 챔버(10)의 측벽 두께 차이를 보강하는 보강벽부(19)가 더 마련되어 있다.

지지 플레이트(미도시)에는, 그 상부에 공정 가스(gas)를 공급시키기 위한 가스공급부(13)와, 상부 챔버(10) 내에 결합되어 있는 후방플레이트(61)와 연결라인(14)에 의해 전기적으로 연결되어 있는 고주파 전원부(15)와, 가스공급부(13)와 가스유입관(미도시)이 연결되도록 가스공급부(13) 및 고주파 전원부(15) 사이에 마련되어 가스공급부(13)로부터 유입되는 공정 가스(gas)의 이동 경로가 되는 가스이동관(미도시)과, 가스이동관(미도시) 및 그 주변 영역을 차폐하는 차폐박스(미도시) 등이 장착되어 있다.

이러한 구성에 의해 가스공급부(13)로부터 공급되는 공정 가스(gas)가 가스유입관(미도시)을 통해 버퍼공간(B)으로 공급될 수 있고, 후방플레이트(61)가 고주파 전원부(15)에 의해 공급되는 고주파 전력에 의해 전극을 띠게 됨으로써 버퍼공간(B)으로 유입된 공정 가스(gas)를 플라즈마화 할 수 있다.

하부 챔버(20)에 대해서 살펴보면, 하부 챔버(20)는, 실질적으로 유리기판(G)에 대한 증착 공정이 진행되는 부분으로서, 전술한 증착공간(S)이 하부 챔버(20) 내에 형성된다. 이러한 하부 챔버(20)의 외벽에는 소정의 작업 로봇(미도시)에 의해 유리기판(G)이 증착공간(S) 내외로 출입할 수 있도록 기판출입부(21)가 형성되어 있다. 이러한 기판출입부(21)는 그 주변에 결합된 도어(24)에 의해 선택적으로 개폐된다.

도시하지는 않았지만, 하부 챔버(20) 내의 바닥면 영역에는 증착공간(S)에 존재하는 공정 가스(gas)를 다시 증착공간(S)으로 확산시키는 가스확산판(미도시)이 마련되어 있다.

서셉터(40, Susceptor)는 하부 챔버(20) 내의 증착공간(S)에서 횡 방향으로 배치되어 로딩(loading)되는 유리기판(G)을 지지한다. 보통은 증착 대상물인 유리기판(G)의 면적보다 큰 구조물로 형성되며, 서셉터(40)의 상면은 유리기판(G)이 정밀하게 수평 상태로 로딩될 수 있도록 거의 정반(Surface plate)으로 제조된다.

서셉터(40)의 상면으로 유리기판(G)이 얹혀지면서 로딩되거나 취출되기 위해 서셉터(40)에는 로딩되거나 취출되는 유리기판(G)의 하면을 안정적으로 지지하는 복수의 리프트 핀(41, Lift Pin)이 더 구비되어 있다. 리프트 핀(41)들은 서셉터(40)를 관통하도록 서셉터(40)에 설치되어 있다.

이러한 리프트 핀(41)들은 서셉터(40)가 하강할 때, 그 하단이 하부 챔버(20)의 바닥면에 가압되어 상단이 서셉터(40)의 상단으로 돌출된다. 리프트 핀(41)의 돌출된 상단은 유리기판(G)을 상부로 들어 올리게 되고 따라서 유리기판(G)은 서셉터(40)로부터 이격되게 된다.

반대로, 서셉터(40)가 부상하면, 리프트 핀(41)이 서셉터(40)의 상면에 대해 하방으로 이동하여 유리기판(G)이 서셉터(40)의 상면에 밀착된다. 즉, 리프트 핀(41)들은 로봇아암(미도시)이 서셉터(40)에 로딩된 유리기판(G)을 파지할 수 있도록 유리기판(G)과 서셉터(40) 사이의 공간을 형성하는 역할을 겸한다.

이러한 서셉터(40)에는, 그 상단이 서셉터(40)의 배면 중앙 영역에 고정되고 하단이 하부 챔버(20)를 통해 하방으로 노출되어 서셉터(40)를 승강 가능하게 지지하는 컬럼(42)이 더 결합되어 있다.

전술한 바와 같이, 8세대 또는 11세대 하에서의 서셉터(40)는 무겁고 사이즈 또한 크기 때문에 처짐 등이 발생될 수 있는데, 이는 서셉터(40)의 상면에 로딩되는 유리기판(G)의 처짐 등으로 연계될 수 있다. 이에, 도 1에 도시된 바와 같이, 컬럼(42)의 상부 영역에는 서셉터 지지부(43)가 마련되어 서셉터(40)를 안정적으로 떠받치고 있다.

서셉터(40)는 하부 챔버(20) 내의 증착공간(S)에서 상하로 승강한다. 즉, 유리기판(G)이 로딩될 때는 하부 챔버(20) 내의 바닥면 영역에 배치되어 있다가 유리기판(G)이 서셉터(30)의 상면에 밀착되고 증착 공정이 진행될 때에는 유리기판(G)이 가스분배판(30)에 인접할 수 있도록 부상한다. 이를 위해, 서셉터(40)에 결합된 컬럼(42)에는 서셉터(40)를 승강시키는 승강 모듈(50)이 더 마련되어 있다.

승강 모듈(50)에 의해 서셉터(40)가 승강하는 과정에서 컬럼(42)과 하부 챔버(20) 사이에 공간이 발생되면 안 된다. 따라서 컬럼(42)이 통과하는 하부 챔버(20)의 해당 영역에는 컬럼(42)의 외부를 감싸도록 벨로우즈관이 마련되어 있다. 벨로우즈관은 서셉터(40)가 하강할 때 팽창되고, 서셉터(40)가 부상할 때 압착된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상장치용 가스분배판(100)의 평면도이고, 도 3은 도 2에 따른 A-A'의 단면도이다. 이들 도면에 따른 전술된 화학기상증착장치용 가스분배판(100)에 대해 보다 상세히 설명해 보기로 한다.

도 2 및 도 3에 따른 화학기상증착장치용 가스분배판(100)은, 몸체부(110)와, 몸체부(110)의 상부 영역에서 하부 영역으로 유리기판(G)의 표면에 증착될 증착용 가스를 통과시키도록 몸체부(110)에 관통 형성되는 다수의 오리피스(120)를 포함한다.

몸체부(110)의 두께(T)는 모든 구간에서 동일하게 형성되고, 몸체부(110)를 관통하여 형성되는 다수의 오리피스(120)는, 동일한 형태로 형성된 각각의 오리피스(120)가 상호간 등간격을 갖도록 마련된다. 다만, 오리피스(120)의 수량은 몸체부(110)의 위치별로 상이하다.

이에 대해 부연하면, 다수의 오리피스(120)가 마련된 몸체부(110)는 몸체부(110)의 중앙 영역에서부터 외곽 영역으로 미리 결정된 면적만큼씩 가상의 존(zone)들로 구획할 수 있는데, 본 실시예에서는 몸체부(110)를 3개의 가상의 존(110a, 110b, 110c)들로 구획된다.

한편, 가상의 존(zone)들은 본 실시예와 같은 3개의 존에 한정되지 않고, 더 많거나 더 적게 구획되어도 무방하다.

몸체부(110)에 3개의 가상의 존(110a, 110b, 110c)이 마련되면 몸체부(110)의 외곽 영역에 해당하는 외곽 존(110c)에 형성된 오리피스(120)의 수량이 몸체부(110)의 중앙 영역에 해당하는 중앙 존(110a)에 형성된 오리피스(120)의 수량보다 많도록 한다.

외곽 존(110c)의 오리피스(120) 수량과 중앙 존(110a)의 오리피스(120) 수량은 몸체부(110)에 형성된 오리피스(120)의 개폐 여부에 따라 결정됨으로써, 개구된 오리피스(120)의 수량을 나타낸다.

그리고 외곽 존(110c)에 개구된 오리피스(120)의 수량이 중앙 존(110a)에 개구된 오리피스(120)의 수량보다 많도록 하기 위해 몸체부(110) 전 영역에 등간격으로 형성되어 있는 오리피스(120) 각각을 개별적으로 차폐할 수 있는 홀 플러그(130)가 마련된다.

플라즈마화된 공정 가스(gas)는 가스분배판(100)에 관통 형성된 오리피스(120)를 통해서 유리기판(G)으로 분사되고, 분사된 공정 가스(G)가 유리기판(G)의 표면상으로 증착되는데 유리기판(G)의 면적이 커질수록 유리기판(G)의 중앙 존(110a)에 해당되는 중앙 영역과 외곽 존(110c)에 해당되는 외곽 영역에서 증착률의 차이를 보이게 되어 유리기판(G)에 중앙 영역에 박막 증착이 집중된 돔 형상으로 이루어지는 경우가 발생한다. 따라서 본 실시예에서는 전술된 바와 같이, 외곽 존(110c)의 개구된 오리피스(120) 수량이 중앙 존(110a)의 개구된 오리피스(120) 수량보다 많게 형성되는 것이다.

한편, 오리피스(120)의 형태에 대해 살펴보면, 오리피스(120)는 몸체부(110)의 상단부(111) 즉 상부 표면에서 몸체부(110)의 두께(T) 방향의 중앙 영역으로 갈수록 그 단면적이 점진적으로 작아지게 형성된 가스 유입부(121)와, 몸체부(110) 두께(T) 방향의 중앙 영역에서 몸체부(110)의 하단부(113) 즉, 하부 표면으로 갈수록 그 단면적이 점진적으로 넓어지는 가스 배출부(123) 및 몸체부(110) 두께(T) 방향의 중앙 영역에서 가스 유입부(121)와 가스 배출부(123)를 연결하는 가스 전달부(125)를 포함한다.

따라서 플라즈마화된 공정 가스(gas)는 가스 유입부(121)를 통해 유입되어 가스 전달부(125)를 통과한 후 가스 배출부(123)를 통해 배출되어 유리기판(G)의 표면으로 분사된다.

오리피스(120)를 차폐하기 위해 마련되는 홀 플러그(130)는 오리피스(120)의 가스 전달부(125)에 결합하여 오리피스(120)를 차폐하게 되는데, 가스 전달부(125)는 모든 구간에서 그 단면적이 동일하게 형성되기 때문에 원기둥 형태의 오리피스(120)가 가스 전달부(125)에 용이하게 결합될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착장치용 가스분배판 및 그를 구비한 화학기상증착장치의 작동 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 승강 모듈(50)에 의해 서셉터(40)와 서셉터지지대(43)가 챔버(10, 20)의 하부 영역으로 하강된 상태에서 로봇 아암(미도시)에 의해 이송된 증착 대상의 유리기판(G)이 개구부(미도시)를 통해 반입되어 서셉터(40)의 상류부에 배치된다.

이 때, 리프트 핀(41)의 상단은 서셉터(40)의 상면으로 소정 높이 돌출된 상태이므로, 로봇 아암(미도시)은 리프트 핀(41)들에 유리기판(G)을 올려둔 후, 취출된다. 이후, 기판출입부(미도시)는 닫히고, 상부 챔버(10) 및 하부 챔버(20)의 내부는 진공 분위기로 유지됨과 동시에 증착에 필요한 공정 가스(gas)가 충전된다.

다음, 증착 공정의 진행을 위해, 승강 모듈(50)이 동작하여 서셉터(40)와 서셉터지지대(43)를 함께 부상시킨다. 그러면 리프트 핀(41)이 하강되며, 이를 통해 유리기판(G)은 서셉터(40)의 상면으로 밀착하면서 로딩된다. 서셉터(40)가 부상하면 승강 모듈(50)의 동작이 정지되고 유리기판(G)은 전극(미도시)의 직하방에 위치하게 된다. 이때, 서셉터(40)는 대략 400℃ 정도로 가열된다.

그런 다음, 절연체(63)로 인해 절연된 전극을 통해 전원이 인가된다. 이어 다수의 오리피스(120)가 형성된 가스분배판(100)을 통해 공정 가스(gas) 분배되어 유리기판(G)의 표면상으로 도달함으로써 유리기판(G) 상에 증착이 이루어진다.

즉, 가스분배판(100)을 통과하는 공정 가스(gas)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가스분배판(100)의 상단부(111)에서부터 형성된 오리피스(120)의 가스 유입부(121)로 유입된다.

가스 유입부(121)에 유입되어 통과한 공정 가스(gas)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 가스 유입부(121)에서 연장 형성된 가스 전달부(123)를 통과한 후 가스 전달부(123)에서 연장 형성된 가스 배출부(125)로 이동하여 배출된다.

이와 같이 가스분배판(100)의 오리피스(120)를 통과하여 배출되는 공정 가스(gas)는 최종적으로 유리기판(G)으로 분사되어 유리기판(G)에 증착하게 된다.

그런데 본 실시예에서 박막 증착을 위해 마련되는 유리기판(G)은 전술된 바와 같이 8세대용 또는 11세대용의 대면적 유리기판(G)이기 때문에 가스분배판(100)을 통해 공정 가스(gas)가 분사되면 유리기판(G)의 중앙 영역과 외곽 영역에서 증착률의 차이가 발생하여 유리기판(G)의 중앙 영역에 증착이 집중될 수 있다.

따라서 이러한 현상이 일어나는 것을 방지하기 위해 본 실시예에서는 가스분배판(100)에 형성된 다수의 오리피스(120) 중 미리 결정된 일부의 오리피스(120)에는 홀 플러그(130)가 결합되어 차폐됨으로써, 가스분배판(100)의 중앙 영역과 외곽 영역에서 분사되는 공정 가스(gas)의 양을 조절할 수 있다.

홀 플러그(130)가 결합되어 차폐되는 오리피스(120)에 의해서 개구된 오리피스(120)는 가스분배판(100)이 미리 결정된 면적만큼씩 가상의 존(110a, 110b, 110c)들이 구획되었을 때, 가상의 존(110a, 110b, 110c)들 중 외곽 존(110c)의 개구된 오리피스(120)의 수량이 중앙 존(110a)의 개구된 오리피스(120)의 수량보다 많다.

이와 같이 가스분배판(100)의 외곽 존(110c)에 개구된 오리피스(120)가 중앙 존(110a)에 개구된 오리피스(120)보다 많으면, 유리기판(G)의 중앙 영역에 분사되는 공정 가스(gas)의 양이 적고, 유리기판(G)의 외곽 영역에 분사되는 공정 가스(gas)의 양이 많아져 증착률의 차이가 줄어들고 유리기판(G)의 표면상에 박막 증착이 균일하게 이루어지게 된다.

또한, 개구된 오리피스(120)의 수량으로 분사되는 공정 가스(gas)를 조절할 수 있기 때문에 가스분배판(100)의 상단부(111) 및 하단부(113)에 곡면 가공을 하지 않아도 되어 가스분배판(100)의 전 영역에 걸쳐 두께(T)를 동일하게 할 수 있으므로 증착이 이루어지는 고온의 환경에서 가스분배판(100) 중앙 영역의 처짐 현상이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 화학기상증착장치용 가스분배판(200)이 도시된 평면도이다.

제2 실시예에 따른 화학기상증착장치는 화학기상증착장치용 가스분배판(200)의 형태만 제1 실시예에 따른 화학기상증착장치와 다를 뿐 그 외의 구성은 제1 실시예와 동일하다. 따라서 제1 실시예와 동일한 구성은 제외하고 설명하기로 한다.

제2 실시예에 따른 화학기상증착장치용 가스분배판(200)은 도 5에 도시된 바와 같이, 몸체부(210)와, 몸체부(210)의 상부 영역에서 하부 영역으로 유리기판(G)의 표면에 증착될 증착용 공정 가스(gas)를 통과시키도록 몸체부(210)에 관통 형성되는 다수의 오리피스(220)를 포함한다.

본 실시예에 따른 가스분배판(210)도 제1 실시예에서의 가스분배판(110)과 동일하게 몸체부(210)를 미리 결정된 면적만큼씩 가상의 존(zone)들로 구획할 때 3개의 가상의 존(210a, 210b, 210c)으로 구획된다.

그리고 몸체부(210)를 관통 형성하는 다수의 오리피스(220)는 몸체부(210)의 중앙 존(210a)에서부터 외곽 존(210c)으로 갈수록 그 수량이 점진적으로 증가되도록 마련하는데, 오리피스(220)의 수량이 점진적으로 증가되기 위해서 외곽 존(210c)에 형성된 오리피스(220) 상호간의 이격 피치가 중앙 존(210a)에 형성된 오리피스(220) 상호간의 이격 피치보다 좁게 형성된다.

이는 제1 실시예에서 외곽 존(110c)의 개구된 오리피스(120)가 중앙 존(110a)의 개구된 오리피스(120)보다 마련됨으로써 결론적으로 개구된 오리피스(120)가 마련된 형태는 동일하나, 제1 실시예에서는 몸체부(110)의 전 영역에 등간격을 갖는 오리피스(120)를 마련한 후 홀 플러그(130)를 오리피스(120)의 가스 전달부(125)에 결합하는 반면에, 본 실시예에서는 제1 실시예에서 차폐된 오리피스(120)가 마련되는 위치에 오리피스(220)를 형성하지 않는 차이점이 있다.

그렇기 때문에 본 실시예서의 오리피스(220)의 수량과 제1 실시예서의 오리피스(120) 수량은 실질적으로 같지 않다.

한편, 본 실시예에서의 가스분배판(200)도 제1 실시예에서의 가스분배판(100)과 동일하게 가스분배판(210)의 두께(T)가 전 영역에 걸쳐 동일하게 형성된다.

이와 같이 제2 실시예에 따른 화학기상증착장치용 가스분배판(200)은 제1 실시예에 따른 화학기상증착장치용 가스분배판(100)과 형성 방법만 다를 뿐이므로 제2 실시예에 따른 화학기상증착장치용 가스분배판 및 그를 구비한 화학기상증착장치의 작동 과정에 대한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 도 5은 본 발명의 제3 실시예에 따른 화학기상증착장치용 가스분배판(300)의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 화학기상증착장치용 가스분배판(400)의 평면도이다.

제3 실시예 및 제4 실시예도 제2 실시예와 마찬가지로 화학기상증착장치의 구성은 동일하고, 가스분배판(300, 400)만 제1 실시예와 다르기 때문에 이하에서는 각 실시예에 따른 가스분배판(300, 400)에 대해서만 설명하기로 하겠다.

먼저 제3 실시예에 대한 화학기상증착장치용 가스분배판(300)은 몸체부(310)와, 몸체부(310)의 상부 영역에서 하부 영역으로 유리기판(G)의 표면에 증착될 증착용 공정 가스(gas)를 통과시키도록 몸체부(310)에 관통 형성되는 다수의 오리피스(320)를 포함한다.

몸체부(310)에 관통 형성되는 다수의 오리피스(320)는 몸체부(310)의 전 영역에 마련되며 각각의 오리피스(320)가 상호간 등간격이 되도록 형성되고, 다수의 오리피스(320)가 전부 개구된다.

본 실시예에서는 몸체부(310)에 형성된 오리피스(320)외에 추가 오리피스(330)가 더 마련되는데, 추가 오리피스(330)는 전술된 제1 실시예 및 제2 실시예와 같이 몸체부(310)를 3개의 가상의 존(310a, 310b, 310c)들로 구획하였을 때, 몸체부(310)의 외곽 존(310c) 변 영역(B)에 집중되어 마련된다.

한편, 제4 실시예에 따른 화학기상증착장치용 가스분배판(400)은 제3 실시예에 따른 화학기상증착장치용 가스분배판(300)이 변형된 형태로써, 제3 실시예와 다른 점은 몸체부(410)에 관통 형성되어 있는 다수의 오리피스(420)외에 더 마련되는 추가 오리피스(430)가 몸체부(410)를 3개의 가상의 존(410a, 410b, 410c)들로 구획하였을 때, 몸체부(410) 외곽 존(410c) 코너 영역(C)에 집중되어 마련되는 차이점이 있다.

유리기판(G)의 표면에 공정 가스(gas)를 분사하여 박막 증착을 하다 보면 유리기판(G)의 변 영역이나 유리기판(G)의 코너 영역의 박막 증착률이 유리기판(G)의 중앙 영역의 박막 증착률에 비해 현저히 떨어지는 경우가 발생한다.

그렇기 때문에 전술된 바와 같이 제3 실시예 및 제4 실시예와 같은 가스분배판(300, 400)을 사용하면 변 영역(B)과 코너 영역(C)에 집중되어 마련된 추가 오리피스(320, 420)에 의해서 유리기판(G)의 크기보다 벗어나게 공정 가스(gas)를 분사할 수 있으므로, 박막 증착 공정을 진행할 때 유리기판(G)의 변 영역 및 코너 영역의 박막 증착도 빈틈없이 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 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 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100, 200, 300, 400: 가스분배판
110, 210, 310, 410: 몸체부
120, 220, 320, 420: 오리피스
111: 상단부 113: 하단부
110a, 110b, 110c: 가상의 존(zone)
121: 가스 유입부 123: 가스 배출부
125: 가스 전달부 130: 홀 플러그
330, 430 : 추가 오리피스

Claims (17)

1. 몸체부; 및
   상기 몸체부의 상부 영역에서 하부 영역으로 기판의 표면에 증착될 증착용 가스를 통과시키도록 상기 몸체부에 관통 형성되는 다수의 오리피스를 포함하며,
   상기 몸체부를 중앙 영역에서부터 외곽 영역으로 미리 결정된 면적만큼씩 가상의 존(zone)들로 구획할 때, 상기 몸체부의 외곽 존(zone)에 형성되는 상기 오리피스의 수량은 상기 몸체부의 중앙 존(zone)에 형성되는 상기 오리피스의 수량보다 많은 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치용 가스분배판.
2. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 오리피스 각각은,
   상기 몸체부의 상부 표면에서 상기 몸체부 두께 방향의 중앙 영역으로 갈수록 그 단면적이 점진적으로 작아지는 가스 유입부;
   상기 몸체부 두께 방향의 중앙 영역에서 상기 몸체부의 하부 표면으로 갈수록 그 단면적이 점진적으로 넓어지는 가스 배출부; 및
   상기 몸체부 두께 방향의 중앙 영역에서 상기 가스 유입부와 상기 가스 배출부를 연결하여 상기 가스 유입부 쪽의 가스를 상기 가스 배출부 쪽으로 전달하는 가스 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치용 가스분배판.
3. 제2항에 있어서,
   상기 가스 전달부는 모든 구간에서 그 단면적이 동일한 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치용 가스분배판.
4. 제2항에 있어서,
   상기 몸체부는 전 구간에서 동일한 두께를 갖도록 형성되고,
   상기 다수의 오리피스는 상기 몸체부 상의 전 영역에서 상호간 등간격으로 마련되며 상호간 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치용 가스분배판.
5. 제2항에 있어서,
   상기 존(zone)들에 형성되는 상기 오리피스의 수량 차이는 상기 오리피스의 개폐 여부에 의해 결정되며, 상기 외곽 존에 개구된 오리피스의 수량이 상기 중앙 존에 개구된 오리피스의 수량보다 많은 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치용 가스분배판.
6. 제5항에 있어서,
   상기 오리피스에 결합되어 상기 오리피스를 차폐하는 홀 플러그를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치용 가스분배판.
7. 제2항에 있어서,
   상기 홀 플러그는 상기 오리피스의 가스 전달부에 배치되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치용 가스분배판.
8. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 오리피스는 상기 몸체부의 중앙 존에서부터 상기 몸체부의 외곽 존으로 갈수록 그 수량이 점진적으로 증가되도록 상기 몸체부에 마련되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치용 가스분배판.
9. 제8항에 있어서,
   상기 몸체부의 외곽 존에 형성되는 오리피스들 간의 이격 피치는 상기 몸체부의 중앙 존에 형성되는 오리피스들 간의 피치보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치용 가스분배판.
10. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부에 형성되는 다수의 추가 오피리스를 더 포함하며,
    상기 다수의 추가 오리피스는 상기 몸체부의 외곽 존 변 영역에 집중되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치용 가스분배판.
11. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부에 형성되는 다수의 추가 오피리스를 더 포함하고,
    상기 다수의 추가 오리피스는 상기 몸체부의 외곽 존 코너(corner) 영역에 집중되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치용 가스분배판.
12. 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버; 및
    상기 챔버 내에 마련되며, 몸체부와, 상기 몸체부의 상부 영역에서 하부 영역으로 상기 기판의 표면에 증착될 증착용 가스를 통과시키도록 상기 몸체부에 관통 형성되는 다수의 오리피스를 구비하는 가스분배판을 포함하며,
    상기 가스분배판의 몸체부를 중앙 영역에서부터 외곽 영역으로 미리 결정된 면적만큼씩 다수의 가상 존(zone)들로 구획할 때, 상기 몸체부의 외곽 존(zone)에 형성되는 상기 오리피스의 수량은 상기 몸체부의 중앙 존(zone)에 형성되는 상기 오리피스의 수량보다 많은 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
13. 제11항에 있어서,
    상기 다수의 오리피스 각각은,
    상기 몸체부의 상부 표면에서 상기 몸체부 두께 방향의 중앙 영역으로 갈수록 그 단면적이 점진적으로 작아지는 가스 유입부;
    상기 몸체부 두께 방향의 중앙 영역에서 상기 몸체부의 하부 표면으로 갈수록 그 단면적이 점진적으로 넓어지는 가스 배출부; 및
    상기 몸체부 두께 방향의 중앙 영역에서 상기 가스 유입부와 상기 가스 배출부를 연결하여 상기 가스 유입부 쪽의 가스를 상기 가스 배출부 쪽으로 전달하는 가스 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 몸체부는 전 구간에서 동일한 두께를 갖도록 형성되고,
    상기 다수의 오리피스는 상기 몸체부 상의 전 영역에서 상호간 등간격으로 마련되며 상호간 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
15. 제13항에 있어서,
    상기 존(zone)들에 형성되는 상기 오리피스의 수량 차이는 상기 오리피스의 개폐 여부에 의해 결정되며, 상기 외곽 존에 개구된 오리피스의 수량이 상기 중앙 존에 개구된 오리피스의 수량보다 많은 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 오리피스에 결합되어 상기 오리피스를 차폐하는 홀 플러그를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
17. 제14항에 있어서,
    상기 홀 플러그는 상기 오리피스의 가스 전달부에 배치되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.

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