KR20150034435A - 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반응 챔버와, 반응 챔버 내에 마련된 기판 지지대와, 기판 지지대 상의 소정 영역에 고정된 플라즈마 누설방지 부재와, 기판 지지대와 대향되어 마련된 가스 분사부를 포함하고, 기판의 후면 중앙 영역이 기판 지지대에 기판되고, 후면 가장자리 영역이 플라즈마 누설방지 부재에 지지되는 기판 처리 장치를 제시한다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히 기판 후면의 박막 증착을 방지하고 기판 상의 유효 면적의 감소를 방지할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
대표적인 평판 표시 장치인 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 게이트 배선 및 데이터 배선에 의해 정의된 화소 영역에 박막 트랜지스터와 화소 전극을 구비한 박막 트랜지스터 기판과, 컬러 필터와 공통 전극을 구비한 컬러 필터 기판과, 두 기판 사이에 개재되는 액정층으로 구성된다. 또한, LCD의 기판으로 유리 기판을 이용할 수 있는데, LCD의 대형화 추세에 맞춰 유리 기판의 크기가 증대되고 있고, 생산성을 향상시키기 위해 대량 생산화되고 있다. 예를 들어, 2200㎜×2500㎜ 정도 크기의 8세대 기판을 이용하여 LCD 제조 공정을 진행하고 있다.
이러한 LCD를 제조하기 위해 기판 상에 원료 물질을 증착하는 박막 증착 공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출시키는 포토리소그래피(photolithography) 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 형상으로 패터닝(patterning)하는 식각 공정 등을 거치게 된다. 한편, LCD를 제조하기 위한 각 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 공정 챔버 내에서 진행된다. 예를 들어, 박막 증착 공정은 원료 물질을 플라즈마 상태로 변환시킨 후 이를 이용하여 박막을 증착하는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치를 이용하여 실시한다. PECVD 장치는 소정의 반응 공간을 마련하는 챔버와, 챔버 내부에 마련되어 기판을 지지하는 기판 지지대와, 기판 지지대와 대향 마련되어 공정 가스를 분사하는 가스 분사부와, 공정 가스를 플라즈마 상태로 변환시키기 위해 소정의 전원을 인가하는 플라즈마 발생부를 포함할 수 있다. 또한, 대면적 유리 기판 등을 처리하기 위해 장치도 대형화되고 있다.
그런데, 기판의 후면으로 플라즈마가 누설되면 기판의 가운데 영역과 가장자리 영역의 플라즈마 밀도 불균형으로 인해 박막의 균일도가 크게 저하된다. 따라서, 대면적 기판을 처리할 수 있는 PECVD 장치는 기판의 가장자리를 약 1.5㎝ 정도 덮도록 에지 프레임이 설치된다. 이러한 예가 한국특허공개 제2009-0022039호에 제시되어 있다. 또한, 에지 프레임을 마련함으로써 기판의 틸트 쉬프트(tilt shift)를 방지할 수도 있다.
그런데, 에지 프레임의 기판의 가장자리를 덮게 마련됨으로써 에지 프레임이 덮는 면적만큼 기판 상에 박막이 증착되는 유효 면적이 줄어들게 되고, 그에 따라 패널 면적을 감소시키게 된다.
본 발명은 기판 후면의 박막 증착을 방지하는 동시에 기판의 가장자리에도 박막 증착 등의 처리 공정이 이루어지도록 함으로써 기판의 유효 면적을 증가시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 기판 지지대 상에 플라즈마 누설방지 부재를 설치하고 플라즈마 누설방지 부재 상에 기판의 하부 가장자리가 지지되도록 함으로써 기판의 유효 면적을 증가시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 기판 처리 장치는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 마련되어 기판의 중앙 영역을 지지하는 기판 지지대; 상기 기판 지지대 상의 소정 영역에 고정되어 상기 기판의 가장자리 영역을 지지하는 플라즈마 누설방지 부재; 상기 기판 지지대와 대향되어 마련된 가스 분사부; 및 상기 반응 챔버 내부에 공정 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부를 포함하고, 상기 플라즈마 누설방지 부재는 상기 기판의 가장자리를 지지하는 제 1 평면부와, 상기 제 1 평면부의 외측에 마련되어 상기 제 1 평면부 상에 지지된 상기 기판의 표면 높이와 동일한 표면 높이를 갖는 제 2 평면부를 포함한다.
상기 기판 지지대는 상기 기판이 지지되는 영역과 상기 플라즈마 누설방지 부재의 하면이 접촉 고정되는 영역이 단차를 갖는다.
상기 기판 지지대는 상기 기판의 지지 영역과 상기 플라즈마 누설방지 부재의 하측 고정 영역 사이에 경사면이 형성된다.
상기 경사면은 상기 기판이 쉬프트될 때 상기 기판 지지대가 노출되지 않고 균일한 온도 프로파일을 갖는 각도로 형성된다.
상기 경사면은 100°내지 120°의 각도를 갖는다.
상기 플라즈마 누설방지 부재는 상기 제 1 및 제 2 평면부 사이에 마련된 제 1 경사부; 및 상기 제 1 평면부의 내측으로부터 하부면 사이에 마련되고 상기 기판 지지대의 경사면과 대면하는 제 2 경사부를 더 포함한다.
상기 플라즈마 누설방지 부재의 제 2 경사부와 이와 대면하는 상기 기판 지지대의 경사면은 1㎜ 내지 10㎜의 간격을 유지한다.
상기 기판이 지지되는 영역의 상기 제 1 평면부의 폭과 상기 제 1 평면부와 대향되는 하부면의 폭은 상기 기판의 측면으로부터 4:1 내지 2:1의 비율을 갖는다.
상기 플라즈마 누설 방지 부재는 표면 절연 처리되어 전기적으로 플로팅되고, 상기 기판 지지대와 절연된다.
본 발명의 실시 예들에 따른 기판 처리 장치는 기판 지지대의 상부 가장자리에 플라즈마 누설방지 부재이 마련되고 기판이 기판 지지부 및 플라즈마 누설방지 부재 상에 안치된다. 이렇게 플라즈마 누설방지 부재이 기판의 하측에 위치하게 되므로 기판의 가장자리에도 박막 증착 공정 등의 플라즈마 처리가 실시될 수 있다. 따라서, 기판의 유효 면적을 증가시킬 수 있어 동일 기판에서 생산되는 패널의 크기를 증가시킬 수 있다. 또한, 플라즈마 누설방지 부재이 기판의 하측에 위치하더라도 기판의 하측으로 플라즈마가 유입되는 것을 방지할 수 있어 기판의 후면이 플라즈마 처리되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 누설방지 부재의 개략 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 부분 확대 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 누설방지 부재의 개략 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 부분 확대 단면도.
이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략 단면도이고, 도 2는 플라즈마 누설방지 부재의 개략 사시도이며, 도 3은 기판 지지대와 플라즈마 누설방지 부재의 부분 확대 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 소정의 반응 공간이 마련된 반응 챔버(100)와, 반응 챔버(100) 내에 마련되어 기판(10)을 지지하는 기판 지지대(200)와, 기판 지지대(200) 상의 소정 영역에 고정되어 마련된 플라즈마 누설방지 부재(300)와, 기판 지지대(200)와 대향 마련되어 공정 가스를 분사하는 가스 분사부(400)와, 반응 챔버(100) 내에 마련되어 플라즈마를 발생시키기 위한 전원을 공급하는 플라즈마 발생부(500)와, 가스 분사부(400)에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부(600)를 포함한다.
반응 챔버(100)는 소정의 반응 공간을 마련하고, 이를 기밀하게 유지시킨다. 반응 챔버(100)는 대략 사각형의 평면부 및 평면부로부터 상향 연장된 측벽부를 포함하여 소정의 반응 공간을 가지는 몸체(100a)와, 대략 사각형으로 몸체(100a) 상에 위치하여 반응 챔버(100)를 기밀하게 유지하는 덮개(100b)를 포함할 수 있다. 이러한 반응 챔버(100)는 기판의 형상에 대응하는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 반응 챔버(100)의 하면의 소정 영역에는 배기구가 형성되고, 반응 챔버(100)의 외측에 배기구와 연결되는 배기관(110)이 마련된다. 배기관(110)은 배기 장치(미도시)가 연결된다. 배기 장치로는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프가 이용될 수 있다. 따라서, 배기 장치에 의해 반응 챔버(100) 내부를 소정의 감압 분위기, 예를 들어 0.1mTorr 이하의 소정의 압력까지 진공 흡입할 수 있다. 배기관(110)은 반응 챔버(100)의 하면 뿐만 아니라 기판 지지대(200) 하측의 반응 챔버(100) 측면에 설치될 수도 있다. 또한, 배기되는 시간을 줄이기 위해 다수개의 배기관(110) 및 그에 따른 배기 장치가 더 설치될 수도 있다.
기판 지지대(200)는 반응 챔버(100)의 내부에 마련되며, 가스 분사부(400)와 대향하는 위치에 설치된다. 예를 들어, 기판 지지대(200)는 반응 챔버(100) 내부의 하측에 마련되고, 가스 분사부(400)는 반응 챔버(100) 내부의 상측에 마련될 수 있다. 기판 지지대(200)는 반응 챔버(100) 내로 유입된 기판(10)이 안착될 수 있다. 이때, 기판(10)은 LCD 제조용 유리 기판이 이용될 수 있고, 유리 기판은 예를 들어 2200㎜×2500㎜ 정도를 크기를 가질 수 있다. 또한, 기판 지지대(200)는 기판(10)이 안착되어 지지될 수 있도록 예를 들어 정전척 등이 마련되어 기판(10)을 정전력에 의해 흡착 유지할 수도 있고, 진공 흡착이나 기계적 힘에 의해 기판(10)을 지지할 수도 있다. 또한, 기판 지지대(200)는 기판(10) 형상과 대응되는 형상, 예를 들어 사각형으로 마련될 수 있으며, 기판(10)보다 크게 제작될 수 있다. 기판 지지대(200) 하부에는 기판 지지대(200)를 승하강 이동시키는 기판 승강기(210)가 마련될 수 있다. 기판 승강기(210)는 기판 지지대(200)의 적어도 일 영역, 예를 들어 중앙 영역을 지지하도록 마련되고, 기판 지지대(200) 상에 기판(10)이 안착되면 기판 지지대(200)를 가스 분사부(400)와 근접하도록 이동시킨다. 또한, 기판 지지대(200) 내부에는 히터(미도시)가 장착될 수 있다. 히터는 소정 온도로 발열하여 기판(10)을 가열함으로써 박막 증착 공정 등이 기판(10) 상에 용이하게 실시되도록 한다. 히터는 할로겐 램프를 이용할 수 있으며, 기판 지지대(200)를 중심으로 기판 지지대(200)의 둘레 방향에 설치될 수 있다. 이때, 발생되는 에너지는 복사 에너지로 기판 지지대(200)를 가열하여 기판(10)의 온도를 상승시키게 된다. 한편, 기판 지지대(200) 내부에는 히터 이외에 냉각관(미도시)이 더 마련될 수 있다. 냉각관은 기판 지지대(200) 내부에 냉매가 순환되도록 함으로써 냉열이 기판 지지대(200)를 통해 기판(10)에 전달되어 기판(10)의 온도를 원하는 온도로 제어할 수 있다. 물론, 히터 및 냉각관은 기판 지지대(200) 내에 마련되지 않고, 반응 챔버(100) 내부의 기판 지지대(200) 하측에 마련되거나 반응 챔버(100) 외측에 마련될 수도 있다. 이렇게 기판 지지대(200) 내부 또는 반응 챔버(100) 외부에 마련되는 히터에 의해 기판(10)이 가열될 수 있으며, 히터의 장착 개수 또는 가열 온도를 조절하여 예를 들어 상온∼800℃로 가열할 수 있다. 한편, 기판 지지대(200)의 상측 가장자리에 플라즈마 누설방지 부재(300)가 장착될 수 있다. 이때, 플라즈마 누설방지 부재(300)가 장착되는 기판 지지대(200)의 가장자리 영역은 플라즈마 누설방지 부재(300) 하측의 형상으로 가공될 수 있다. 즉, 기판 지지대(200)의 가장자리 영역은 플라즈마 누설방지 부재(300)의 하측 형상에 따른 형상으로 제거되어 중앙 영역보다 낮은 높이를 가질 수 있다. 이는 기판 지지대(200) 상에 접촉되는 기판(10)의 중앙 영역과 플라즈마 누설방지 부재(300) 상에 접촉되는 기판(10)의 가장자리 영역이 수평을 유지하여 동일 높이를 유지하도록 하기 위함이다. 즉, 기판 지지대(200)의 높이가 플라즈마 누설방지 부재(300)의 높이보다 높으면 플라즈마 누설방지 부재(300)에 의해 기판(10)의 가장자리가 지지되지 않아 기판(10)의 후면으로 박막이 증착될 수 있다. 또한, 플라즈마 누설방지 부재(300)의 높이가 기판 지지대(200)의 높이가 높으면 기판(10)의 가장자리로부터 중앙 영역으로 휘어져 기판(10)이 공정 중 파손되거나 박막 증착의 균일성이 저하될 수 있다. 결국, 기판 지지대(200)의 상부 표면으로부터 기판(10)의 가장자리가 지지되는 플라즈마 누설방지 부재(300)의 소정 영역은 동일 높이를 유지해야 하고, 이를 위해 기판 지지대(200)의 가장자리 영역은 중앙 영역보다 낮은 단차를 갖고 플라즈마 누설방지 부재(300)의 후면 형상에 따라 다양한 형상으로 가공될 수 있다.
플라즈마 누설방지 부재(300)는 기판(10)의 형상에 따른 형상을 갖는데, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 사각의 틀 형상으로 마련된다. 이러한 플라즈마 누설방지 부재(300)는 볼트 등의 체결 수단을 이용하여 기판 지지대(200)와 체결될 수 있다. 또한, 플라즈마 누설방지 부재(300)의 하측 소정 영역에 돌출부(미도시)가 마련되고, 이에 대응되는 기판 지지대(200)의 소정 영역에 홈이 마련되어 돌출부가 홈에 삽입됨으로써 플라즈마 누설방지 부재(300)가 기판 지지대(200)와 결합될 수 있다. 이러한 플라즈마 누설방지 부재(300)는 일체로 제작될 수 있고, 복수로 분할 제작된 후 결합될 수 있다. 플라즈마 누설방지 부재(300)가 기판 지지대(200)의 가장자리 영역에 마련됨으로써 기판(10)의 중앙 영역은 기판 지지대(200) 상에 지지되고, 기판(10)의 가장자리 영역은 플라즈마 누설방지 부재(300)의 소정 영역에 지지된다. 또한, 플라즈마 누설방지 부재(300)가 기판 지지대(200)에 결합되므로 공정을 위해 기판 지지대(200)가 승하강하면 플라즈마 누설방지 부재(300)도 지판 지지대(200)와 함께 승하강한다. 이때, 기판(10)과 플라즈마 누설방지 부재(300)의 접촉 면적은 기판(10)의 가장자리에서 예를 들어 0.5㎝∼2㎝일 수 있다. 또한, 플라즈마 누설방지 부재(300)는 기판 지지대(200)의 가장자리로부터 외측으로 돌출되도록 마련될 수 있다. 즉, 플라즈마 누설방지 부재(300)는 기판 지지대(200)에 접촉되어 고정되는 영역으로부터 기판 지지대(200)의 측면보다 길게 마련되어 반응 챔버(100)의 내측벽을 향해 돌출될 수 있다. 이때, 플라즈마 누설방지 부재(300)의 돌출 영역의 길이가 너무 길면 반응 챔버(100)의 내측벽 사이의 거리가 좁아지고, 그에 따라 반응 챔버(100) 내부의 배기 시간이 오래 걸리거나 원하는 압력으로 배기하지 못할 수 있다. 따라서, 반응 챔버(100) 내부의 배기 시간이 오래 소요되지 않도록 플라즈마 누설방지 부재(300)의 돌출 영역은 반응 챔버(100)의 내측벽과 충분히 이격되는 것이 바람직하다. 또한, 플라즈마 누설방지 부재(300)의 돌출 영역은 상부 모서리가 라운드하게 형성되는 것이 바람직한데, 플라즈마 누설방지 부재(300)의 상부 모서리가 직각 형상으로 형성되면 모서리 부분으로 플라즈마가 집중되어 아킹이 발생될 수 있기 때문이다. 물론, 플라즈마 누설방지 부재(300)는 기판 지지대(200)의 측면으로부터 외측으로 돌출되지 않고, 기판 지지대(200)의 측면과 동일한 측면을 갖도록 마련될 수 있다. 한편, 플라즈마 누설방지 부재(300)는 아노다이징 처리된 알루미늄 재질로 제작될 수 있다. 즉, 플라즈마 누설 방지 부재(300)는 전체 면적이 절연 처리되어 전기적으로 플로팅되고, 그에 따라 기판 지지대(200)와 절연될 수 있다. 이러한 플라즈마 누설방지 부재(300)에 대해서는 도 2 및 도 3을 이용하여 좀더 자세하게 후술하겠다.
가스 분사부(400)는 반응 챔버(100) 내부의 상측에 마련되어 기판(10)을 향해 공정 가스를 분사한다. 가스 분사부(400)는 샤워헤드 타입으로 마련될 수도 있고, 인젝터 타입으로 마련될 수도 있는데, 본 실시 예는 샤워헤드 타입의 가스 분사부(400)에 대해 설명한다. 샤워헤드 타입의 가스 분사부(400)는 내부에 소정의 공간이 마련되며, 상측은 가스 공급부(600)와 연결되고, 하측에는 기판(10)에 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사홀(410)이 형성된다. 가스 분사부(400)는 기판(10) 형상에 대응되는 형상으로 제작되는데, 대략 사각형으로 제작될 수 있다. 또한, 가스 분사부(400) 내부에는 가스 공급부(600)로부터 공급되는 공정 가스를 고르게 분포시키기 위한 분배판(미도시)이 더 마련될 수 있다. 분배판은 공정 가스 공급부(600)와 연결되어 공정 가스가 유입되는 가스 유입부에 인접하게 마련되고, 소정의 판 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 분배판는 가스 분사부(400)의 상측면과 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 또한, 분배판은 판 상에 복수의 관통홀이 형성될 수도 있다. 이렇게 분배판이 마련됨으로써 가스 공급부(600)로부터 공급되는 공정 가스는 가스 분사부(400) 내부에 고르게 분포될 수 있고, 그에 따라 가스 분사부(400)의 분사홀(410)을 통해 하측으로 고르게 분사될 수 있다. 또한, 가스 분사부(400)는 알루미늄 등의 도전 물질을 이용하여 제작될 수 있고, 반응 챔버(100)의 측벽부 및 덮개(100b)와 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 이때, 가스 분사부(400)과 반응 챔버(100) 사이에는 절연체(420)가 마련될 수 있다. 이렇게 가스 분사부(400)가 도전 물질로 제작되는 경우 플라즈마 발생부(500)로부터 전원을 공급받는 상부 전극으로 작용할 수도 있다.
플라즈마 발생부(500)는 반응 챔버(100) 내에 공급된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위한 전원을 공급한다. 플라즈마 발생부(500)는 반응 챔버(100) 및 절연체(420)를 관통하여 가스 분사부(400)와 연결되고, 가스 분사부(400)에 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전원을 공급한다. 이러한 플라즈마 발생부(500)는 고주파 전원(510) 및 정합기(520)를 포함할 수 있다. 고주파 전원(510)은 예를 들어 13.56㎒의 고주파 전원을 생성하고, 정합기(520)는 반응 챔버(100)의 임피던스를 검출하여 임피던스의 허수 성분과 반대 위상의 임피던스 허수 성분을 생성함으로써 임피던스가 실수 성분인 순수 저항과 동일하도록 반응 챔버(100) 내에 최대 전력을 공급하고, 그에 따라 최적의 플라즈마를 발생시키도록 한다. 한편, 플라즈마 발생부(500)가 반응 챔버(100) 상측에 마련되고 가스 분사부(400)에 고주파 전원이 인가되므로 반응 챔버(100)가 접지되어 반응 챔버(100) 내부에 공정 가스의 플라즈마가 생성될 수 있다.
가스 공급부(600)는 복수의 공정 가스를 각각 공급하는 가스 공급원(610)과, 가스 공급원(610)으로부터 공정 가스를 가스 분사부(400)에 공급하는 가스 공급관(620)을 포함할 수 있다. 공정 가스는 예를 들어 식각 가스와 박막 증착 가스 등을 포함할 수 있으며, 식각 가스는 NH3, NF3 등을 포함할 수 있고, 박막 증착 가스는 SiH4, PH3 등을 포함할 수 있다. 또한, 식각 가스와 박막 증착 가스와 더불어 H2, Ar 등의 불활성 가스가 공급될 수 있다. 한편, 공정 가스 공급원과 공정 가스 공급관 사이에는 공정 가스의 공급을 제어하는 밸브 및 질량 흐름기 등이 마련될 수 있다.
한편, 상기 실시 예는 가스 분사부(400)를 도전 물질로 제작하고 전원을 공급하여 플라즈마를 발생시키기 위한 상부 전극으로 이용하였다. 그러나, 가스 분사부(400)를 절연 물질로 제작하고, 가스 분사부(400)와 챔버 덮개(100b) 사이에 도전 물질로 이루어진 전극판을 마련하여 상부 전극으로 이용할 수도 있다. 이 경우 플라즈마 발생부(500)는 전극판에 전원을 공급하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 누설방지 부재의 개략 사시도이고, 도 3은 기판 지지대 및 플라즈마 누설방지 부재의 부분 확대 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 플라즈마 누설방지 부재(300)는 내측 영역이 소정의 경사를 갖도록 마련되며, 기판(10)이 안착되는 영역과 나머지 영역이 서로 다른 높이를 갖도록 마련될 수 있다. 이를 위해 플라즈마 누설방지 부재(300)는 내측에 마련되어 기판(10)의 가장자리가 안착되는 제 1 평면부(310)와, 제 1 평면부(310)의 외측에 마련되며 제 1 평면부(310)보다 높은 위치에 마련되는 제 2 평면부(320)와, 제 1 평면부(310)와 제 2 평면부(320) 사이에 마련되며 소정의 경사를 갖는 제 1 경사부(330)를 포함할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 평면부(310, 320)는 플라즈마 누설방지 부재(300)의 하부면으로부터 서로 다른 높이로 마련되는데, 제 1 평면부(310)는 제 2 평면부(320)보다 낮은 높이로 마련된다. 이때, 제 1 평면부(310)와 제 2 평면부(320)의 높이 차는 기판(10)의 두께와 동일한 것이 바람직하다. 즉, 제 1 평면부(310) 상에 기판(10)의 가장자리가 접촉되는 경우 기판(10)의 상부 표면이 제 2 평면부(320)의 상부 표면과 동일하도록 한다. 제 2 평면부(320)의 표면이 기판(10)의 표면보다 높을 경우 기판(10)과 제 2 평면부(320) 사이에 단차가 발생되고, 제 2 평면부(320)와 기판(10)의 경계 영역, 즉 제 2 평면부(320)의 모서리 부분에 플라즈마가 집중되어 아킹이 발생될 수 있다. 또한, 제 2 평면부(320)의 표면이 기판(10)의 표면보다 낮을 경우 기판(10)의 측면에 박막이 증착되는 등 측면이 플라즈마 처리될 수 있다. 따라서, 제 2 평면부(320)의 표면이 기판(10)의 표면과 동일 높이를 유지하도록 제 1 및 제 2 평면부(310, 320)는 기판(10)의 두께에 해당되는 높이 차를 갖는다. 또한, 제 2 평면부(320)로부터 제 1 평면부(310)로 소정의 경사를 갖도록 하향 경사지는 제 1 경사부(320)가 마련된다. 이때, 제 2 평면부(320)의 표면과 제 1 경사부(320)가 이루는 각도는 90°이상의 둔각을 이룰 수 있다. 이는 제 1 및 제 2 평면부(310, 320)가 수직을 이룰 경우, 즉 제 1 경사부(330)가 직각을 이룰 경우 제 2 평면부(320)의 모서리 부분에 플라즈마가 집중되어 아킹이 발생될 수 있기 때문이다. 따라서, 제 1 경사부(330)는 제 2 평면부(320)의 모서리 부분에서 아킹이 발생되지 않도록 제 2 평면부(320)와 둔각을 이루도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 기판(10)의 후면과 측면이 만나는 변이 제 1 평면부(310)와 제 1 경사부(330)의 경계면에 맞닿을 수 있다.
또한, 플라즈마 누설방지 부재(300)는 내측이 소정의 경사를 갖도록 형성된다. 즉, 플라즈마 누설방지 부재(300)의 기판 지지대(200)와 대면하는 측면은 제 1 평면부(310)로부터 하측으로 소정의 경사를 이루도록 형성된다. 다시 말하면, 플라즈마 누설방지 부재(300)는 기판 지지대(200)와 인접하는 제 1 평면부(310)의 가장자리로부터 그 하측의 플라즈마 누설방지 부재(300)의 하면으로 소정의 경사를 갖는 제 2 경사부(340)가 형성된다. 이때, 제 1 평면부(310)와 제 2 경사부(330)가 이루는 각도는 90°이하의 예각을 이룬다. 또한, 제 1 평면부(310)와 제 2 경사부가(330)가 만나는 모서리 부분은 라운드하게 형성된다. 이렇게 플라즈마 누설방지 부재(300)의 내측면이 하향 경사지도록 형성되므로 이와 대면하는 기판 지지대(200)도 상부로부터 하부로 경사지도록 형성된다. 이때, 기판 지지대(200)의 경사 각도(θ), 즉 기판 지지대(200)의 상부 표면과 경사부의 각도는 예를 들어 100°∼120°를 가질 수 있다. 따라서, 이와 대면하는 플라즈마 누설방지 부재(300)의 내측면, 즉 제 1 평면부(310)와 제 2 경사부(340)의 각도는 60°∼76°를 가질 수 있다. 이때, 기판 지지대(200)의 경사 각도(θ)가 90°이상 100°미만일 경우 기판(10)의 쉬프트 발생 시 기판 지지대(200)가 상부 전극과 마주보게 노출되어 아킹이 발생될 수 있다. 또한, 90°미만일 경우 기판 지지대(200) 끝단 가장자리 부분과 기판 지지대(200)의 안쪽 두께가 상이하게 되므로 온도 균일도를 저하되고, 그에 따라 기판(10)의 가장자리에 증착되는 박막의 두께가 중앙에 증착되는 박막의 두께와 달라질 수 있다.
한편, 제 1 평면부(310)에 지지되는 기판(10)의 폭(d1)은 기판(10)의 측면으로부터 내측으로 8㎜∼15㎜ 정도일 수 있다. 이때, 제 1 평면부(310)는 기판(10)의 가장자리가 지지되는 폭(d1)보다 크거나 같은 폭을 갖도록 마련될 수 있는데, 기판(10)의 폭(d1)보다 크게 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 평면부(310)와 대향되는 플라즈마 누설방지 부재(300)의 하부면의 기판(10)의 측면으로부터의 폭(d2)은 2㎜∼7㎜ 정도로 형성될 수 있다. 즉, 상부의 폭(d1)이 하부의 폭(d2)보다 더 크며, 예를 들어 4:1 내지 2:1 정도의 비율로 마련될 수 있다. 따라서, 플라즈마 누설방지 부재(300)의 상부면 내측 끝단으로부터 하부면 내측 끝단 사이에 제 2 경사부(340)가 소정의 각도를 갖도록 마련된다. 이때, 제 2 경사부(340)의 각도는 60°∼76°일 수 있다. 여기서, 상부의 폭(d1)이 8㎜보다 작을 경우 열 팽창(thermal expansion)에 의해 기판(10)을 지지하는 영역이 2㎜ 이하가 될 수 있고, 이 경우 기판(10)이 쉬프트되면 기판 지지대(200)가 노출되어 아킹이 발생될 수 있다. 따라서, 제 1 평면부(310)의 기판(10)의 가장자리가 지지되는 폭(d1)은 열 팽창 및 기판(10)의 쉬프트에 의해 기판 지지대(200)가 노출되지 않을 정도로 마련할 수 있다.
그리고, 플라즈마 누설방지 부재(300)의 내측면, 즉 제 2 경사부(340)는 이와 대면하는 기판 지지대(200)의 내측면의 이격 거리(d3)는 1㎜∼10㎜ 정도 유지될 수 있다. 기판 지지대(200)와 플라즈마 누설방지 부재(300)가 1㎜ 이내의 간격을 유지할 경우 300℃ 이상의 공정 온도에서 열 팽창에 의해 기판 지지대(200)와 플라즈마 누설방지 부재(300)가 접촉되어 변형이 발생될 수 있다. 반면, 기판 지지대(200)와 플라즈마 누설방지 부재(300)가 10㎜ 이상의 간격을 유지할 경우 기판(10)의 하부에 틈이 발생하여 공정 시 박막 균일성 저하되는 등의 문제가 발생될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 기판 지지대(200) 상부의 가장자리에 플라즈마 누설방지 부재(300)가 마련되고 대면적 유리 기판 등의 기판(10)이 기판 지지부(200) 및 플라즈마 누설방지 부재(300) 상에 안치된다. 즉, 기판(10)의 중앙 영역이 기판 지지부(200) 상에 안착되고 가장자리 영역이 플라즈마 누설방지 부재(300) 상에 안착된다. 이렇게 플라즈마 누설방지 부재(300)가 기판(10)의 하측에 위치하게 되므로 기판(10)의 가장자리에도 박막 증착 공정 등의 플라즈마 처리가 실시될 수 있고, 그에 따라 기판(10)의 유효 면적을 증가시킬 수 있어 동일 기판에서 생산되는 패널의 크기를 증가시킬 수 있다. 즉, 기존에는 플라즈마 누설방지 부재이 기판(10)의 상부 가장자리를 덮어 플라즈마 누설방지 부재이 덮힌 부분에는 박막이 증착되지 않아 유효 면적이 감소하여 패널의 LCD 패널의 크기를 축소시키는 문제가 있었지만, 본 발명은 이러한 문제를 해결하여 기판의 유효 면적을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 구동 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 반응 챔버(100)의 측면에 마련된 기판 출입구(미도시)를 통해 기판 이송 로봇이 진입하여 기판(10)을 기판 지지대(200) 상에 위치시킨다. 이어서, 복수의 리프트 핀(미도시)이 기판 지지대(200)를 통하여 하측으로부터 올라와 기판(10)을 지지한다. 이때, 복수의 리프트 핀은 예를 들어 기판(10)을 절단하여 하나의 LCD 패널로 이용되는 영역 사이를 지지한다. 복수의 리프트 핀이 기판(10)을 지지한 후 기판 이송 로봇이 반응 챔버(100) 외측으로 빠져 나가고, 이후 기판 승강기(210)에 의해 기판 지지대(200)가 상측으로 이동하여 기판(10)을 지지하게 된다. 이때, 기판 지지대(200)의 가장자리에 플라즈마 누설방지 부재(300)가 마련되므로 기판(10)은 중앙 영역이 기판 지지대(200)에 지지되고, 가장자리 영역이 플라즈마 누설방지 부재(300)에 지지된다. 이어서, 배기관(110)를 통해 진공 배기를 실시하여 반응 챔버(100) 내부의 공정 분위기를 조성하고, 기판 지지대(200)를 공정 위치까지 상승시킨다. 기판 지지대(200)가 공정 위치까지 상승하면 가스 분사부(400)를 통해 기판(10)의 상부에 공정 가스를 분사하고, 플라즈마 발생부(500)로부터 상부 전극으로 작용하는 가스 분사부(400) 또는 별도의 전극판에 고주파 전원을 인가한다. 이에 의해 기판(10)의 상부에 공정 가스의 플라즈마가 발생되고, 기판(10) 상에 박막이 증착된다. 이때, 플라즈마 누설방지 부재(300)가 기판(10)의 후면 가장자리를 지지하고 기판(10)의 가장자리가 노출되어 있으므로 기판(10)의 중앙 영역뿐만 아니라 기판(10)의 가장자리에도 박막이 증착된다. 또한, 플라즈마 누설방지 부재(300)가 기판(10)의 후면 가장자리를 지지하므로 기판(10) 후면으로의 플라즈마 누설을 방지하고 기판(10)의 틸트 쉬프트를 방지할 수 있다. 박막 증착 공정이 완료된 후 기판 지지대(200)가 하강하여 리프트 핀이 기판(10)을 지지하게 된다. 이어서, 기판 이송 로봇이 반응 챔버(100) 내부로 유입되어 기판(10)을 지지한 후 반응 챔버(100) 외부로 기판(10)을 언로딩하게 된다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 반응 챔버 200 : 기판 지지대
300 : 플라즈마 누설방지 부재 400 : 가스 분사부
500 : 플라즈마 발생부 600 : 가스 공급부
310 : 제 1 평면부 320 : 제 2 평면부
330 : 제 2 경사부 340 : 제 2 경사부
300 : 플라즈마 누설방지 부재 400 : 가스 분사부
500 : 플라즈마 발생부 600 : 가스 공급부
310 : 제 1 평면부 320 : 제 2 평면부
330 : 제 2 경사부 340 : 제 2 경사부
Claims (9)
- 반응 챔버;
상기 반응 챔버 내에 마련되어 기판의 중앙 영역을 지지하는 기판 지지대;
상기 기판 지지대 상의 소정 영역에 고정되어 상기 기판의 가장자리 영역을 지지하는 플라즈마 누설방지 부재;
상기 기판 지지대와 대향되어 마련된 가스 분사부; 및
상기 반응 챔버 내부에 공정 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부를 포함하고,
상기 플라즈마 누설방지 부재는 상기 기판의 가장자리를 지지하는 제 1 평면부와, 상기 제 1 평면부의 외측에 마련되어 상기 제 1 평면부 상에 지지된 상기 기판의 표면 높이와 동일한 표면 높이를 갖는 제 2 평면부를 포함하는 기판 처리 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 기판 지지대는 상기 기판이 지지되는 영역과 상기 플라즈마 누설방지 부재의 하면이 접촉 고정되는 영역이 단차를 갖는 기판 처리 장치.
- 청구항 2에 있어서, 상기 기판 지지대는 상기 기판의 지지 영역과 상기 플라즈마 누설방지 부재의 하측 고정 영역 사이에 경사면이 형성된 기판 처리 장치.
- 청구항 3에 있어서, 상기 경사면은 상기 기판이 쉬프트될 때 상기 기판 지지대가 노출되지 않고 균일한 온도 프로파일을 갖는 각도로 형성된 기판 처리 장치.
- 청구항 4에 있어서, 상기 경사면은 100°내지 120°의 각도를 갖는 기판 처리 장치.
- 청구항 5에 있어서, 상기 플라즈마 누설방지 부재는 상기 제 1 및 제 2 평면부 사이에 마련된 제 1 경사부; 및
상기 제 1 평면부의 내측으로부터 하부면 사이에 마련되고 상기 기판 지지대의 경사면과 대면하는 제 2 경사부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
- 청구항 6에 있어서, 상기 플라즈마 누설방지 부재의 제 2 경사부와 이와 대면하는 상기 기판 지지대의 경사면은 1㎜ 내지 10㎜의 간격을 유지하는 기판 처리 장치.
- 청구항 6에 있어서, 상기 기판이 지지되는 영역의 상기 제 1 평면부의 폭과 상기 제 1 평면부와 대향되는 하부면의 폭은 상기 기판의 측면으로부터 4:1 내지 2:1의 비율을 갖는 기판 처리 장치.
- 청구항 6에 있어서, 상기 플라즈마 누설 방지 부재는 표면 절연 처리되어 전기적으로 플로팅되고, 상기 기판 지지대와 절연되는 기판 처리 장치.
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