KR20140148180A - 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치는 내부에 작업공간을 형성하는 공정챔버;와, 판면에 다수의 가스배출공이 형성되어 공정챔버의 작업공간의 상부영역에 배치되는 디퓨저;와, 상기 작업공간의 하부영역에 배치되어 기판을 지지하는 서셉터;와, 상기 서셉터의 테두리영역을 관통한 상태로 승강 가능하게 배치되어 서셉터의 상면에 안착되는 기판의 테두리부분을 지지하는 에지 리프트 핀; 및, 상기 서셉터의 테두리 안쪽영역을 관통한 상태로 승강 가능하게 배치되어 서셉터의 상면에 안착되는 기판의 테두리 안쪽부분을 지지하는 센터 리프트 핀;을 포함하며, 상기 센터 리프트 핀과 에지 리프트 핀 중 어느 하나의 수직방향 위치이동에 의해 기판과 디퓨저가 동일한 사이간격으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

Description

평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치 {Chemical Vapor Deposition Apparatus for Flat Panel Display}
본 발명은 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디퓨저의 변형에 대응하여 기판의 중앙과 테두리의 지지높이를 조절함으로써 디퓨저와 기판의 사이간격을 일정하게 유지할 수 있는 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시소자(Liquid Crystal Display; LCD)는 매트릭스 형태로 배열된 액정셀들에 데이터 신호를 인가하여 해당하는 화상을 패널 상에 표시하게 된다. 이러한 액정표시소자는 액정층에 전계를 인가하기 위한 전극들, 액정셀 별로 데이터 공급을 절환하기 위한 박막트랜지스터, 외부에서 공급되는 데이터를 액정셀들에 공급하는 신호배선 및 박막트랜지스터의 제어신호를 공급하기 위한 신호배선 등이 형성된 하판과, 칼라필터등이 형성된 상판과, 상판과 하판 사이에 마련된 공간에 채워진 액정을 구성으로 한다.
이러한 액정표시소자의 제조방법에 있어서, 박막트랜지스터의 활성층과 박막트랜지스터를 보호하는 보호막과 같은 박막은 통상 플라즈마 화학 기상 증착 장치(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, 이하 '박막 증착 장치'로 통칭함) 공정을 이용하여 형성하게 된다.
박막 증착 장치는 진공실을 이루는 공정 챔버(Chamber) 내부에 증착에 필요한 가스를 주입하여 원하는 압력과 기판 온도가 설정되면 고주파 (Radio Frequency)를 이용하여 주입된 가스를 플라즈마 상태로 분해하여 기판위에 증착을 하는 공정을 말한다.
도 1을 참조하면, 박막증착장치는 공정 챔버(1) 내부에 증착하고자 하는 가스를 방출하기 위한 다수의 가스분출구가 형성된 디퓨저(9)와, 증착물질이 증착되는 기판(7)과, 기판(7)을 지지하기 위한 서셉터(5)와, 기판(7)과 서셉터(5)를 분리하기 위한 핀들(12)을 구비한다.
서셉터(5)는 그 내부에 히팅코일이 있어 기판(7)을 가열함과 아울러 플라즈마를 발생시키기 위한 하부전극으로 이용된다.
스토퍼(10)는 기판(7)을 디퓨저(9)에 소정의 간격을 두고 위치하도록 상승할 때 기판(7)의 상승위치를 제한한다.
핀들(12)은 기판(7)의 처짐을 방지하고, 공정 챔버(1) 내에 로딩 및 언로딩시 로봇암과 기판(7)의 배면과의 스크래치(Scratch)를 방지하게 된다.
박막 증착 장치를 통해 기판(7)상에 증착되는 박막은 균일한 두께 및 균질한 특성을 가져야 하는데, 이러한 특성은 기판(7) 상에 분사되는 공정가스의 균일한 공급과 디퓨저(9)와 서셉터(5) 사이에서 발생하는 플라즈마의 균일도에 의해 영향을 받게 되며, 공정가스의 공급 및 플라즈마의 밀도를 결정하는 요소 중 하나는 디퓨저(9)와 서셉터(5) 사이의 균일한 간격이다.
도 1은 기판(7) 상에 박막형성 공정을 수행하기 전의 상태를 도시한 것으로, 디퓨저(9)는 서셉터(5)와 평행한 상태를 유지한다. 그러나, 박막증착을 위한 공정에서 공정가스의 분해 및 반응을 위하여, 필요한 온도로 반응공간(E)을 승온시켜야 하고, 반응공간(E)의 승온에 의해, 반응공간(E) 내의 상부영역에 현가되어 있는 디퓨저(9)는 팽창하면, 도 2와 같이 자중에 의한 처짐현상이 발생하고, 디퓨저(9)와 서셉터(5) 사이의 간격이 주변부(Dedg)에서 중앙부(Dcen)로 갈수록 좁아지게 된다. 또한, 이러한 처짐현상은 디퓨저(9)의 누적 사용에 따라 점진적으로 증가하게 되므로 처짐현상에 의해 디퓨저(9)의 수명이 단축되는 문제가 있다.
그리고, 대면적의 기판(7)을 사용하고, 대면적의 기판(7) 상에 박막을 증착하기 위해 대면적의 디퓨저(9)를 사용하는 경우, 디퓨저(9)의 열팽창에 의한 처짐현상은 더욱 심화된다. 즉, 디퓨저(9)의 처짐현상이 증가함에 의해 기판(7) 상에 공급되는 공정가스의 밀도와 디퓨저(9)와 서셉터(5) 사이의 플라즈마 밀도가 불균일해지므로, 기판(7) 상에 형성되는 박막의 균일성을 확보하기 어려운 문제가 있다.
또한, 디퓨저(9)의 휨을 방지하기 위해 디퓨저의 형상을 변경하는 기술들이 제안된바 있으나, 통계적 분석에 의해 정해지는 휨량 관리기술은 다양한 상황에 적용하기 어려운 문제가 있으며, 이러한 디퓨저의 형상 변경을 통해 디퓨저의 수명을 연장하는 데에는 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 디퓨저의 변형에 대응하여 기판의 중앙과 테두리의 지지높이를 조절함으로써 디퓨저와 기판의 사이간격이 일정하게 유지되도록 하는 것과 동시에, 디퓨저의 수명을 연장할 수 있는 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 내부에 작업공간을 형성하는 공정챔버;와, 판면에 다수의 가스배출공이 형성되어 공정챔버의 작업공간의 상부영역에 배치되는 디퓨저;와, 상기 작업공간의 하부영역에 배치되어 기판을 지지하는 서셉터;와, 상기 서셉터의 테두리영역을 관통한 상태로 승강 가능하게 배치되어 서셉터의 상면에 안착되는 기판의 테두리부분을 지지하는 에지 리프트 핀; 및, 상기 서셉터의 테두리 안쪽영역을 관통한 상태로 승강 가능하게 배치되어 서셉터의 상면에 안착되는 기판의 테두리 안쪽부분을 지지하는 센터 리프트 핀;을 포함하며, 상기 센터 리프트 핀과 에지 리프트 핀 중 어느 하나의 수직방향 위치이동에 의해 기판과 디퓨저가 동일한 사이간격으로 설정되는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 센터 리프트 핀과 에지 리프트 핀 중 적어도 어느 하나에는 수직방향 위치이동을 위한 구동력을 제공하는 승강구동부가 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 서셉터의 상면 테두리에는 기판의 테두리를 지지하는 지지부가 돌출 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 에지 리프트 핀은 지지부를 관통하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 내부에 작업공간을 형성하는 공정챔버;와, 판면에 다수의 가스배출공이 형성되어 공정챔버의 작업공간의 상부영역에 배치되는 디퓨저;와, 상기 작업공간의 하부영역에 승강 가능하게 배치되어 기판을 지지하는 서셉터;를 포함하며, 상기 서셉터는 기판의 테두리부분을 지지하는 에지 지지 플레이트와, 상기 에지 지지 플레이트의 안쪽영역에 배치되어 기판의 테두리 안쪽부분을 지지하는 센터 지지 플레이트로 분할 구성되고, 상기 센터 지지 플레이트와 에지 지지 플레이트 중 어느 하나에는 디퓨저의 처짐에 대응하여 기판의 지지위치를 조절하도록 센터 지지 플레이트 또는 에지 지지 플레이트의 수직위치를 조절하는 승강구동부가 마련되는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치에 의해서도 달성될 수 있다.
여기서, 상기 센터 지지 플레이트에는 기판의 테두리 안쪽부분을 지지하는 센터 리프트 핀이 수직방향으로 관통 설치되고, 상기 승강구동부는 상기 센터 지지 플레이트와 센터 리프트 핀을 함께 승강시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 에지 지지 플레이트에는 기판의 테두리부분을 지지하는 에지 리프트 핀이 수직방향으로 관통 설치되고, 상기 승강구동부는 상기 에지 지지 플레이트와 에지 리프트 핀을 함께 승강시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 디퓨저의 변형에 대응하여 기판의 중앙과 테두리의 지지높이를 조절함으로써 디퓨저와 기판의 사이간격이 일정하게 유지되도록 하는 것과 동시에, 디퓨저의 수명을 연장할 수 있는 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치가 제공된다.
또한, 기판의 지지위치를 조절하는 과정에서 서셉터측으로부터 제공되는 열에너지를 기판의 전면에 비교적 균일하게 제공할 수 있는 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치가 제공된다.
도 1은 종래 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치의 개략구성도,
도 2는 종래 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치에 따른 디퓨저의 처짐에 따른 문제점을 설명하기 위한 개념도,
도 3은 본 발명 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치의 단면도,
도 4는 본 발명 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치의 작용도,
도 5은 본 발명의 제2실시예에 따른 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치의 작용도이고,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치의 작용도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3는 본 발명 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치의 단면도이고, 도 4는 본 발명 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치의 작용도이다.
상기 도 3에서 도시하는 바와 같이, 본 발명 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치는 크게 공정 챔버(110), 디퓨저(120), 서셉터(130), 센터 리프트 핀(140), 에지 리프트 핀(150), 승강구동부(160)를 포함하여 구성된다.
상기 공정 챔버(110)는 일측에 기판(G)을 인입 또는 인출할 수 있는 도어(미도시)가 형성된다.
상기 디퓨저(120)는 판면에 다수의 가스배출공이 형성되어 상기 공정 챔버(110) 내부의 상부영역에 배치된다.
상기 서셉터(130)는 상기 디퓨저(120)와 소정의 간격 이격되어 기판(G)을 지지하도록 상기 공정 챔버(110) 내부의 하부영역에 배치되며, 상면에는 기판(G)안착부가 형성되고, 상기 기판(G)안착부의 테두리에는 기판(G)의 테두리를 지지하기 위한 지지부가 돌출 형성된다.
상기 센터 리프트 핀(140)은 서셉터(130)의 기판(G)안착부에 기판(G)을 안착시키거나 기판(G)안착부로부터 기판(G)을 들어올리기 위한 것으로, 서셉터(130)의 상면에 안착되는 기판(G)의 중앙부분을 지지하기 위해 상기 서셉터(130)의 중앙영역을 수직방향으로 관통한 상태로 승강 가능하게 배치된다.
상기 에지 리프트 핀(150)은 상기 센터 리프트 핀(140)과 함께 기판(G)을 안착시키거나 들어올리는 것으로, 서셉터(130)의 상면에 배치되는 기판(G)의 테두리부분을 지지하기 위해 상기 서셉터(130)의 테두리영역 중 지지부가 형성된 부분을 수직방향으로 관통한 상태로 승강 가능하게 배치되며, 기판(G)을 안정적으로 지지하기 위해 서셉터(130)의 테두리를 따라 복수 마련된다.
상기 승강구동부(160)는 디퓨저(120)와 서셉터(130)의 사이간격이 균일하게 유지되도록 상기 센터 리프트 핀(140)을 하강시키거나 상승시키는 것으로, 구동수단(미도시)과, 다수의 센터 리프트 핀(140)을 연결하는 지지대와, 상기 구동수단의 구동력을 지지대의 승강운동으로 전달하는 동력전달수단(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 디퓨저(120)의 중앙부 처짐을 측정할 수 있는 센서가 구비될 수 있으며, 상기 승강구동부(160)는 센서의 측정값에 따라 센터 리프트 핀(140)을 승강시켜 디퓨저(120)의 저면부와 기판(G)의 상측면의 사이간격이 일정한 간격으로 유지되도록 하는 것이 바람직할 것이다.
지금부터는 상술한 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.
로봇암에 의해 공정챔버(110) 내부로 인입된 기판(G)은 서셉터(130)측에 마련되는 센터 리프트 핀(140)과 에지 리프트 핀(150)에 의해 서셉터(130)의 상측 기판(G)안착부에 안착된다.
이때, 상기 기판(G)은 서셉터(130)의 상측면 테두리에 돌출형성된 지지부에 저면 테두리가 지지되고, 기판(G)의 저면부 중앙은 서셉터(130)의 중앙부분의 센터 리프트 핀(140)에 의해 지지되어 서셉터(130)의 기판(G)안착부로부터 소정간격 이격된 상태가 된다.
즉, 도 3에서와 같이 디퓨저(120)의 저면부가 평평한 상태인 경우에는, 승강구동부(160)의 지지대를 상승구동시켜 센터 리프트 핀(140)을 상승시킴으로써 기판(G)의 상측면이 디퓨저(120)의 저면과 나란하게 평평한 상태가 되도록 할 수 있다.
한편, 도 4와 같이 디퓨저(120)가 가열되어 가열 팽창하면 디퓨저(120)의 저면 중앙측이 기판(G)을 향해 볼록한 형태로 변형되는 처짐 현상이 발생하게 된다.
이때, 상기 디퓨저(120)의 처짐을 측정하여 디퓨저(120) 처짐량에 따라 기판(G)의 저면부 중앙을 지지하고 있는 센터 리프트 핀(140)을 하강시키면, 기판(G)의 중앙부분이 자중에 의해 하측으로 처지게 되므로, 디퓨저(120)와 기판(G) 사이의 주변부(Dedg)와 중앙부(Dcen)의 사이간격을 동일하게 설정할 수 있게 된다.
즉, 디퓨저(120)의 처짐량에 따라 기판(G)을 늘어지게 하면서 디퓨저(120)의 변형량을 보상할 수 있으므로, 디퓨저(120)의 처짐에도 불구하고 기판(G)과 디퓨저(120)의 사이간격을 일정하게 유지할 수 있게 된다. 따라서, 디퓨저(120)의 중앙부분이 다소 늘어지더라도 계속 사용할 수 있으므로 디퓨저(120)의 수명을 연장시킬 수 있는 것과 동시에, 기판(G)상에 증착되는 박막의 두께 균일성이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치에 대하여 설명한다.
도 5은 본 발명의 제2실시예에 따른 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치의 작용도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치는, 서셉터(130')는 기판(G)의 중앙부분을 지지하는 센터 지지 플레이트(131)와, 상기 센터 지지 플레이트(131)의 바깥쪽 측면부를 감싸 기판(G)의 테두리부분을 지지하는 에지 지지 플레이트(132)로 분할 구성되고, 상기 센터 지지 플레이트(131)에는 디퓨저(120)의 처짐에 대응하여 기판(G)의 지지위치를 조절하도록 센터 지지 플레이트(131)의 수직위치를 조절하는 승강구동부(160)가 마련되는 점에서 제1실시예와 구성상의 차이를 갖는다.
이러한 본 발명의 제2실시예에 따르면, 센터 지지 플레이트(131)가 상승하여 기판(G)의 중앙부분을 밀어올리거나 하강하여 기판(G)의 중앙부분이 자중에 의해 늘어지도록 하는 과정에서, 기판(G)과 디퓨저(120)의 사이간격을 일정하게 유지함으로써 박막의 품질저하를 방지할 수 있게 된다.
즉, 센터 지지 플레이트(131)와 에지 지지 플레이트(132)의 상측면이 동일한 높이로 설정된 상태에서 기판(G)을 지지하는 경우, 기판(G)의 상측면이 디퓨저(120)의 저면과 나란하게 평평한 상태가 되도록 할 수 있고, 또한, 도 5와 같이 기판(G) 상측에 배치된 디퓨저(120)가 처짐에 따라, 승강구동부(160)가 구동하여 센터 리프트 핀(140)과 센터 지지 플레이트(131)를 함께 하강시켜 디퓨저(120)와 기판(G)의 사이간격을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
다음으로 본 발명의 제3실시예에 따른 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치의 작용도이다.
본 발명의 제3실시예에 따른 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치는, 서셉터(130")가 센터 지지 플레이트(131)와 에지 지지 플레이트(132)로 분할 구성되는 점에서는 제2실시예의 구성과 동일하나, 승강구동부(160)가 에지 지지 플레이트(132)에 마련되어 디퓨저(120)의 처짐에 대응하여 에지 지지 플레이트(132)의 수직위치를 조절하는 점에서 제2실시예와 구성상의 차이를 갖는다.
이러한 제3실시예의 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치는 제2실시예와 다르게 에지 지지 플레이트(132)가 승강하면서 기판(G)의 테두리부분의 지지높이를 조절하여 기판(G)이 디퓨저(120)와 동일한 사이간격을 유지하도록 하는 것으로서, 승강구동부(160)가 에지 지지 플레이트(132)를 승강시키는 점에서 차이가 있을 뿐 동작 원리는 제2실시예와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
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:공정챔버, 120:디퓨저, 130,130',130":서셉터,
131:센터 지지 플레이트, 132:에지 지지 플레이트,
140:센터 리프트 핀, 150:에지 리프트 핀,
160:승강구동부, G:기판

Claims (7)

  1. 내부에 작업공간을 형성하는 공정챔버;
    판면에 다수의 가스배출공이 형성되어 공정챔버의 작업공간의 상부영역에 배치되는 디퓨저;
    상기 작업공간의 하부영역에 배치되어 기판을 지지하는 서셉터;
    상기 서셉터의 테두리영역을 관통한 상태로 승강 가능하게 배치되어 서셉터의 상면에 안착되는 기판의 테두리부분을 지지하는 에지 리프트 핀; 및,
    상기 서셉터의 테두리 안쪽영역을 관통한 상태로 승강 가능하게 배치되어 서셉터의 상면에 안착되는 기판의 테두리 안쪽부분을 지지하는 센터 리프트 핀;을 포함하며,
    상기 센터 리프트 핀과 에지 리프트 핀 중 어느 하나의 수직방향 위치이동에 의해 기판과 디퓨저가 동일한 사이간격으로 설정되는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센터 리프트 핀과 에지 리프트 핀 중 적어도 어느 하나에는 수직방향 위치이동을 위한 구동력을 제공하는 승강구동부가 마련되는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 서셉터의 상면 테두리에는 기판의 테두리를 지지하는 지지부가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 에지 리프트 핀은 지지부를 관통하는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치.
  5. 내부에 작업공간을 형성하는 공정챔버;
    판면에 다수의 가스배출공이 형성되어 공정챔버의 작업공간의 상부영역에 배치되는 디퓨저;
    상기 작업공간의 하부영역에 승강 가능하게 배치되어 기판을 지지하는 서셉터;를 포함하며,
    상기 서셉터는 기판의 테두리부분을 지지하는 에지 지지 플레이트와, 상기 에지 지지 플레이트의 안쪽영역에 배치되어 기판의 테두리 안쪽부분을 지지하는 센터 지지 플레이트로 분할 구성되고,
    상기 센터 지지 플레이트와 에지 지지 플레이트 중 어느 하나에는 디퓨저의 처짐에 대응하여 기판의 지지위치를 조절하도록 센터 지지 플레이트 또는 에지 지지 플레이트의 수직위치를 조절하는 승강구동부가 마련되는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 센터 지지 플레이트에는 기판의 테두리 안쪽부분을 지지하는 센터 리프트 핀이 수직방향으로 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 에지 지지 플레이트에는 기판의 테두리부분을 지지하는 에지 리프트 핀이 수직방향으로 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이용 화학 기상 증착 장치.
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