KR20120072563A - 진공처리장치 - Google Patents

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KR20120072563A
KR20120072563A KR1020100134369A KR20100134369A KR20120072563A KR 20120072563 A KR20120072563 A KR 20120072563A KR 1020100134369 A KR1020100134369 A KR 1020100134369A KR 20100134369 A KR20100134369 A KR 20100134369A KR 20120072563 A KR20120072563 A KR 20120072563A
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vacuum
processing apparatus
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안성일
김건하
김재근
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주식회사 원익아이피에스
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Abstract

반도체, 평판패널 디스플레이, 솔라셀 등을 제조하는 과정에서 기판에 대한 각종 공정을 처리하는 진공처리장치에 관한 것이다. 진공처리장치는 챔버 본체와, 탑 리드, 및 씰 플레이트를 포함한다. 챔버 본체는 처리공간을 갖고 상부가 개구된 구조로 이루어진다. 탑 리드는 챔버 본체의 상부 개구를 덮도록 형성된다. 씰 플레이트는 일단부가 탑 리드의 하측에 밀착되어 결합되고, 타단부가 챔버 본체의 상부 테두리에 밀착되어, 공정 처리 과정에서 상기 처리공간의 진공 상태를 유지한다.

Description

진공처리장치{Vacuum processing apparatus}
본 발명은 반도체, 평판패널 디스플레이, 솔라셀 등을 제조하는 과정에서 기판에 대한 각종 공정을 처리하는 진공처리장치에 관한 것이다.
진공처리장치는 플라즈마 등을 이용해서 진공 챔버 내에서 웨이퍼 또는 글라스기판(이하 기판으로 통칭함)에 대한 식각 또는 증착 등의 각종 공정을 처리하는 장치이다. 진공처리장치는 처리공간을 갖는 진공 챔버와, 진공 챔버 내부에 설치되어 처리가스를 처리공간으로 공급하는 가스 공급부, 및 진공 챔버 내에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부를 포함한다.
일반적으로, 진공 챔버는 처리공간을 갖고 상부가 개구된 챔버 본체와, 챔버본체의 상부 개구를 개폐하는 탑 리드를 포함한다. 그리고, 진공 챔버에서 공정이 진행되는 동안 챔버 본체의 처리공간을 밀폐시켜 처리공간의 진공을 유지할 수 있도록, 탑 리드와 챔버 본체 사이에 오-링과 같은 씰(seal) 부재가 설치된다.
이러한 진공 챔버는 처리공간이 진공을 유지할 때 진공압을 받게 되며, 고온 공정 처리시 고온열을 받는다. 그런데, 진공 챔버가 육면체 형상으로 이루어진 경우, 탑 리드의 4개 코너 부분이 상측으로 휘어지면서 챔버 본체와의 사이에 갭이 생기는 현상이 발생한다. 진공 챔버가 안정적인 진공 상태를 유지하기 위해서는 각 코너 부분의 갭을 일정 값 이하로 관리할 필요가 있다.
진공 챔버에서 각 코너의 갭을 최소화하기 위한 방법으로 탑 리드의 두께를 증가시킬 수 있으나, 두께 증가 대비 갭 감소율이 작으며, 비용 상승과 무게 증가의 문제가 있다. 다른 예로, 탑 리드의 온도를 균일하게 상승시키는 방법이 있지만, 이를 위해서는 완벽한 단열 조건과 충분한 승온 시간이 필요하다라는 문제점이 있다.
본 발명의 과제는 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탑 리드의 두께나 중량 증가 없이도, 공정 처리 과정에서 탑 리드의 변형에 의해 챔버 본체와의 사이에 갭이 생길 때 챔버 본체의 처리공간을 진공 상태로 유지할 수 있는 진공처리장치를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 진공처리장치는, 처리공간을 갖고 상부가 개구된 챔버 본체; 상기 챔버 본체의 상부 개구를 덮도록 형성된 탑 리드; 및 일단부가 상기 탑 리드의 하측에 밀착되어 결합되고, 타단부가 상기 챔버 본체의 상부 테두리에 밀착되어, 공정 처리 과정에서 상기 처리공간의 진공 상태를 유지하는 씰 플레이트를 포함한다.
본 발명에 따르면, 탑 리드가 변형되더라도 씰 플레이트는 씰링 면에 밀착된 상태를 유지하도록 변형되어 처리공간을 진공 상태로 유지하게 한다. 따라서, 탑 리드가 두께나 중량을 증가시키지 않은 경량화된 구조를 갖더라도, 탑 리드의 코너에서 챔버 본체와의 사이에 갭이 생길 때 처리공간이 진공을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공처리장치에 대한 단면도이다.
도 2는 도 1에 대한 분해 사시도.
도 3은 도 1에 있어서, 씰 플레이트의 작용 예를 설명하기 위한 부분 단면도.
도 4는 도 1에 있어서, 씰 플레이트의 변형 예를 도시한 부분 단면도.
도 5는 도 1에 도시된 탑 리드의 변형 예를 도시한 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 씰 플레이트에 탄성 부재 및 전열유로가 구비된 예를 도시한 부분 단면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공처리장치에 대한 단면도이다. 도 2는 도 1에 대한 분해 사시도이다. 그리고, 도 3은 도 1에 있어서, 씰 플레이트의 작용 예를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 진공처리장치(100)는 챔버 본체(110)와, 탑 리드(120), 및 씰 플레이트(seal plate, 130)를 포함한다.
챔버 본체(110)는 기판(10)에 대한 식각 또는 증착 등의 각종 공정이 수행되는 처리공간을 갖는다. 그리고, 챔버 본체(110)는 상부가 개구된 구조로 이루어지며, 상부에 테두리를 갖는다. 챔버 본체(110)는 육면체 형상으로 이루어지고, 상부에 사각 테두리를 가질 수 있다. 테두리의 상면은 씰링 면(111)을 포함할 수 있다. 챔버 본체(110) 내의 하측에는 기판(10)을 지지하는 기판지지부(101)가 설치될 수 있다. 기판지지부(101)는 기판(10)을 고정하기 위한 정전 척, 기판(10)을 승강시키기 위한 리프트 핀, 기판(10)을 가열하기 위한 히터 등을 포함할 수 있다.
탑 리드(120)는 챔버 본체(110)의 상부 개구를 개폐하는 구조로 이루어진다. 챔버 본체(110)가 육면체 형상인 경우, 탑 리드(120)는 챔버 본체(110)의 사각 테두리 상면을 덮을 수 있도록 육면체 형상으로 이루어질 수 있다. 탑 리드(120)는 챔버 본체(110)와 함께 진공 챔버를 이룬다.
탑 리드(120)의 하측에는 가스 분사부(102)가 설치될 수 있다. 가스 분사부(102)는 외부로부터 도입된 처리가스를 처리공간으로 공급하기 위한 것이다. 탑 리드(120)가 챔버 본체(110)의 상부 개구를 폐쇄한 상태에서 처리공간이 밀폐된다. 탑 리드(120)가 챔버 본체(110)의 상부 개구를 개방시킨 상태에서 처리공간 내에 있는 가스 분사부(102) 등의 유지보수 등이 이루어질 수 있다.
씰 플레이트(130)는 일단부가 탑 리드(120)의 하측, 예컨대 탑 리드(120)의 하면에 밀착되어 결합되고, 타단부가 챔버 본체(110)의 상부 테두리에 밀착된다. 예컨대, 씰 플레이트(130)의 타단부는 상부 테두리의 씰링 면(111)에 씰 부재(140)를 사이에 두고 밀착될 수 있다. 여기서, 씰 부재(140)는 오-링이 이용될 수 있다. 오-링은 씰링 면(111) 둘레를 따라 형성된 장착 홈에 끼움 결합될 수 있다. 탑 리드(120)가 챔버 본체(110)의 상부 개구를 폐쇄한 상태에서, 오-링은 챔버 본체(110)의 씰링 면(111)과 씰 플레이트(130) 사이에서 압착되어 챔버 본체(110)의 처리공간이 밀폐되도록 한다.
씰 플레이트(130)는 공정 처리 과정에서 탑 리드(120)가 변형되더라도 타단부가 챔버 본체(110)의 씰링 면(111)에 밀착되어 처리공간의 진공 상태를 유지한다.
도 3을 참조하여 설명하면, 챔버 본체(110)의 처리공간이 진공을 유지할 때 탑 리드(120)는 진공압을 받게 되며, 고온 공정 처리시 고온열을 받는다. 이로 인해, 탑 리드(120)의 4개 코너 부분이 상측으로 휘어지면서 챔버 본체(110)와의 사이에 갭이 생기게 된다. 이때, 씰 플레이트(130)는 진공압에 의해 씰링 면(111)에 밀착된 상태를 유지하도록 변형된다. 이에 따라, 챔버 본체(110)의 처리공간은 진공을 유지할 수 있게 된다. 따라서, 탑 리드(120)가 두께나 중량을 증가시키지 않은 경량화된 구조를 갖더라도, 탑 리드(120)의 코너에서 챔버 본체(110)와의 사이에 갭이 생길 때 처리공간이 진공을 유지할 수 있다.
한편, 전술한 바에 따르면, 씰 플레이트(130)는 진공 챔버가 육면체 형상인 경우 적용되는 것으로 예시하고 있으나, 횡단면이 원형인 진공 챔버 또는 횡단면이 5각형 이상의 다각형인 진공 챔버 등에서도 적용 가능하다. 또한, 씰 플레이트(130)는 증착이나 식각 등의 공정이 수행되는 공정 챔버에 적용되는 것으로 예시하고 있으나, 반송 챔버 등과 같이 진공이 필요한 모든 진공 챔버에 적용 가능하다.
전술한 탑 리드(120)는 베이스(121)와 지지 블록(122)을 포함할 수 있다. 탑 리드(120)가 육면체 형상인 경우, 베이스(121)는 사각 평판으로 이루어져 챔버 본체(110)의 상부 개구에 마주하도록 배치된다. 지지 블록(122)은 씰 플레이트(130)의 외측에서 챔버 본체(110)의 상부 테두리에 맞닿도록 베이스(121)로부터 하측으로 돌출된다. 지지 블록(122)은 베이스(121)에 걸리는 하중을 챔버 본체(110)로 전달하는 역할을 한다.
그리고, 씰 플레이트(130)는 수직부(131)와 수평부(132)를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다. 수직부(131)는 탑 리드(120)의 베이스(121) 하면에 밀착되어 결합되고 하측으로 연장된다. 여기서, 수직부(131)는 나사 부재에 의해 베이스(121)에 고정될 수 있다. 수평부(132)는 수직부(131)의 하단으로부터 수평으로 연장되어 연장된 단부가 챔버 본체(110)의 씰링 면(111)에 밀착된다.
탑 리드(120)가 변형될 때, 씰 플레이트(130)는 수직부(131)와 수평부(132)가 연결된 부위에서 절곡이 이루어짐으로써, 수평부(132)의 연장된 단부가 챔버 본체(110)의 씰링 면(111)에 밀착된 상태를 유지할 수 있다. 수평부(132)의 두께는 베이스(121)의 두께보다 얇게 설정될 수 있다. 여기서, 탑 리드(120)가 변형될 때, 수평부(132)는 연장된 단부가 챔버 본체(110)의 씰링 면(111)에 밀착된 상태를 유지할 수 있는 범주에서 다양한 두께로 설정될 수 있음은 물론이다. 다른 예로, 도시하고 있지는 않지만, 씰 플레이트는 플레이트 형상으로 이루어지고, 일단부가 가스 분사부(102)의 가장자리, 예컨대 후술할 상부전극 케이스(103)의 가장자리 하면에 밀착되어 결합되는 것도 가능하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 씰 플레이트(130)는 수직부(131)와 수평부(132)가 연결된 부위에서 절곡이 용이하도록 수직부(131)의 외측면과 수평부(132)의 상측면이 만나는 경계 부위에 절개 홈(133)이 형성될 수 있다. 절개 홈(133)은 수직부(131)의 외측면과 수평부(132)의 상측면이 만나는 경계 부위에 곡면진 형태로 오목하게 형성될 수 있다.
그리고, 씰 플레이트(130)와 탑 리드(120) 사이에 탄성 부재(150)가 더 설치될 수 있다. 탄성 부재(150)는 양단이 수평부(132)와 베이스(121)에 각각 고정되며, 수평부(132)의 연장된 단부를 챔버 본체(110)의 씰링 면(111)에 밀착시키는 방향으로 탄성력을 가하도록 설치된다. 따라서, 탑 리드(120)가 변형될 때, 수평부(132)의 연장된 단부가 챔버 본체(110)의 씰링 면(111)에 보다 안정되게 밀착된 상태를 유지할 수 있다. 탄성 부재(150)로는 압축코일 스프링이나 판 스프링 등이 이용될 수 있다.
씰 플레이트(130)에는 전열매체가 흐르는 전열유로(134)가 더 형성될 수 있다. 전열유로(134)는 내부에 전열유체가 흐르면서 씰 플레이트(130)가 가열될 수 있게 한다. 따라서, 챔버 본체(110)의 처리공간에서 고온 공정이 처리될 때 처리공간과 씰 플레이트(130) 간의 온도 편차를 줄여서 씰 플레이트(130)의 열변형을 최소화할 수 있다.
씰 플레이트(130)의 수직부(131)와 탑 리드(120)의 베이스(121) 사이에 추가 씰 부재(141)가 더 설치될 수 있다. 추가 씰 부재(141)는 처리공간 내의 처리가스가 수직부(131)와 베이스(121) 사이를 통해 누설되는 것을 방지한다. 추가 씰 부재(141)로는 오-링이 이용될 수 있다.
한편, 진공처리장치(100)는 용량 결합형 플라즈마 처리장치일 수 있다. 이 경우, 가스 분사부(102)는 상부전극 케이스(103)와 상부전극(104)을 포함할 수 있다. 상부전극 케이스(103)는 베이스(121)의 하면에 접한 상태에서 고정된다. 상부전극(104)은 상부전극 케이스(103)의 하측으로 이격되어 설치된다. 상부전극(104)과 상부전극 케이스(103) 사이에는 공간부가 형성되며, 공간부는 베이스(121)에 설치된 가스 공급관(160)과 연결되어 가스 공급관(160)을 통해 처리가스를 공급받게 된다. 상부전극(104)에는 다수의 분사 홀(104a)들이 형성된다. 분사 홀(104a)들은 공간부로 공급된 처리가스를 처리공간으로 분사한다.
이 경우, 기판지지부(101)는 하부전극의 기능을 한다. 예컨대, 기판지지부(101)의 일부가 하부전극으로 이루어질 수 있다. 하부전극은 고주파 전원을 인가 받을 수 있다. 상부전극(104)과 하부전극 사이에 고주파 전원이 인가되면 고주파 전계가 형성된다. 고주파 전계에 의해 전자가 가속되어 처리공간 내의 처리가스와 충돌한다. 그에 따라, 플라즈마가 발생되며 플라즈마를 이루는 라디칼 등에 의해 기판(10)에 대한 각종 공정 처리가 이루어지게 된다.
도 5는 도 1에 도시된 탑 리드의 변형 예를 도시한 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 탑 리드(220)는 하부 베이스(221)와, 상부 베이스(222), 및 보강재(223)들을 포함할 수 있다. 하부 베이스(221)는 챔버 본체(110)의 상부 개구에 마주하도록 배치된다. 상부 베이스(222)는 하부 베이스(221)로부터 상측으로 이격되어 배치된다. 보강재(223)들은 일단부가 하부 베이스(221)에 끼워진 상태에서 고정되고 타단부가 상부 베이스(222)에 끼워진 상태에서 고정된다.
보강재(223)들은 각각 I-빔 형태일 수 있다. 보강재(223)들은 하부 베이스(221) 및 상부 베이스(222)를 보강하여 진공압에 의해 걸리는 하중을 지지한다. 지지 블록(224)은 씰 플레이트(230)의 외측에서 챔버 본체(110)의 상부 테두리에 맞닿도록 하부 베이스(221)의 하측으로부터 돌출될 수 있다. 전술한 탑 리드(220)는 중량을 줄이면서도 진공압을 지탱할 수 있는 강건한 구조를 갖게 된다.
보강재(223)의 하면에 상부전극 케이스(203)가 접하여 배치된 상태에서, 나사 부재 등에 의해 결합되어 씰 플레이트(230)와 함께 처리공간의 진공을 유지할 수 있다. 여기서, 씰 플레이트(230)는 일단부가 가스 분사부의 가장자리, 예컨대 상부전극 케이스(203)의 가장자리 하면에 밀착되어 결합되며, 타단부가 챔버 본체(110)의 씰링 면(111)에 밀착되는 구조로 이루어질 수 있다.
예컨대, 씰 플레이트(230)는 사각 플레이트 형상으로 이루어질 수 있다. 그리고, 씰 플레이트(230)의 일단부는 상부전극 케이스(203)의 측면에서 외측으로 연장된 부분의 하면에 나사 부재 등에 의해 고정될 수 있다. 물론, 씰 플레이트(230)는 전술한 예에서와 같이 수직부(131)와 수평부(132)를 포함하며 하부 베이스(221)의 하면에 고정되는 구조로 이루어지는 것도 가능하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 씰 플레이트(230)와 탑 리드(220) 사이에 도 4에 도시된 바와 같은 탄성 부재(150)가 더 설치될 수 있다. 탄성 부재(150)는 양단이 씰 플레이트(230)와 탑 리드(220)에 각각 고정되며, 씰 플레이트(230)의 타단부를 챔버 본체(110)의 씰링 면(111)에 밀착시키는 방향으로 탄성력을 가하도록 설치된다.
그리고, 씰 플레이트(230)와 상부전극 케이스(203) 사이에 추가 씰 부재(141)가 더 설치될 수 있다. 추가 씰 부재(141)는 처리공간 내의 처리가스가 씰 플레이트(230)와 상부전극 케이스(203) 사이를 통해 누설되는 것을 방지한다. 또한, 씰 플레이트(230)에는 전열매체가 흐르는 전열유로(134)가 더 형성될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
101..기판지지부 102..가스 분사부
103,203..상부전극 케이스 104..상부전극
110..챔버 본체 111..씰링 면
120,220..탑 리드 130,230..씰 플레이트
233..절개 홈 134..전열유로
140..씰 부재 150..탄성 부재

Claims (12)

  1. 처리공간을 갖고 상부가 개구된 챔버 본체;
    상기 챔버 본체의 상부 개구를 덮도록 형성된 탑 리드; 및
    일단부가 상기 탑 리드의 하측에 밀착되어 결합되고, 타단부가 상기 챔버 본체의 상부 테두리에 밀착되어, 공정 처리 과정에서 상기 처리공간의 진공 상태를 유지하는 씰 플레이트;
    를 포함하는 진공처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 씰 플레이트의 일단부는 상기 탑 리드의 하면에 밀착되어 결합되는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탑 리드는,
    상기 챔버 본체의 상부 개구에 마주하도록 배치되는 하부 베이스와,
    상기 하부 베이스로부터 상측으로 이격되어 배치되는 상부 베이스, 및
    일단부가 상기 하부 베이스에 끼워진 상태에서 고정되고 타단부가 상기 상부 베이스에 끼워진 상태에서 고정된 복수의 보강재들을 포함하며;
    상기 씰 플레이트의 일단부는 상기 하부 베이스에 밀착되어 결합되는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 씰 플레이트는,
    상기 탑 리드의 하면에 밀착되어 결합되고 하측으로 연장된 수직부, 및
    상기 수직부의 하단으로부터 수평으로 연장되어 연장된 단부가 상기 챔버 본체의 상부 테두리와 밀착되는 수평부를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 씰 플레이트는, 상기 수직부의 외측면과 상기 수평부의 상측면이 만나는 경계 부위에 절개 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탑 리드의 하측에 상기 처리공간 내로 가스를 분사하는 가스 분사부를 포함하며;
    상기 씰 플레이트의 일단부는 상기 가스 분사부의 가장자리에 밀착되어 결합되는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탑 리드는,
    상기 챔버 본체의 상부 개구에 마주하도록 배치되는 하부 베이스와,
    상기 하부 베이스로부터 상측으로 이격되어 배치되는 상부 베이스, 및
    일단부가 상기 하부 베이스에 끼워진 상태에서 고정되고 타단부가 상기 상부 베이스에 끼워진 상태에서 고정된 복수의 보강재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 씰 플레이트는,
    상기 가스 분사부에 밀착되어 결합되고 하측으로 연장된 수직부, 및
    상기 수직부의 하단으로부터 수평으로 연장되어 연장된 단부가 상기 챔버 본체의 상부 테두리와 밀착되는 수평부를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 씰 플레이트는, 상기 수직부의 외측면과 상기 수평부의 상측면이 만나는 경계 부위에 절개 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 씰 플레이트의 타단부를 상기 챔버 본체의 상부 테두리에 밀착시키는 방향으로 탄성력을 가하는 탄성 부재가 더 설치된 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 씰 플레이트에는 전열매체가 흐르는 전열유로가 더 형성된 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 본체는 육면체 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
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