KR101019533B1 - 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버가 개시된다. 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버는, 플라즈마 처리의 대상물인 기판을 수용하기 위한 적어도 하나의 내부 수용공간이 마련되는 챔버 바디; 및 챔버 바디의 내부 수용공간에 배치되며, 내부 수용공간이 대기압 상태가 되도록 내부 수용공간을 향하여 공기를 분사하는 적어도 하나의 에어 디퓨져 모듈(Air Diffuser Module)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 에어 디퓨져 모듈이 챔버 바디의 내부 측부벽에 배치됨으로써 굽힘 변형에 의한 영향을 받지 않아 파티클의 발생을 저지할 수 있을 뿐만 아니라 해당 내부 수용공간이 대기압 상태가 되도록 공기를 원활하게 제공할 수 있으며, 이로 인해 기판에 대한 플라즈마 처리 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
로드락 챔버, 벤트라인, 에어 디퓨져 모듈, 플라즈마, 화학 기상 증착, 대기압

Description

플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버{Load lock chamber of apparatus for processing substrate with plasma}
본 발명은, 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 에어 디퓨져 모듈이 챔버 바디의 내부 측부벽에 배치됨으로써 내부 수용공간으로 공기를 원활하게 제공할 수 있으며, 또한 굽힘 변형에 의한 영향을 받지 않아 파티클의 발생을 저지할 수 있는 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버에 관한 것이다.
평면디스플레이(FPD, Flat Panel Display)는 개인 휴대단말기를 비롯하여 TV나 컴퓨터의 모니터 등으로 널리 사용되고 있다.
이러한 평면디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display) 기판, PDP(Plasma Display Panel) 기판 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 기판 등으로 그 종류가 다양하다.
이들 중에서, 특히 LCD 기판은 2장의 얇은 상판(CF, Color Filter)과 하판(TFT, Thin Film Transistor) 사이에 고체와 액체의 중간물질인 액정을 주입하고, 상판과 하판의 전극 전압차로 액정분자의 배열을 변화시킴으로써 명암을 발생 시켜 숫자나 영상을 표시하는 일종의 광스위치 현상을 이용하는 소자이다.
이러한 LCD 기판은 현재 전자시계를 비롯하여, 전자계산기, TV, 노트북 PC 등 전자제품에서 자동차, 항공기의 속도표시판 및 운행시스템 등에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있다.
종전만 하더라도 LCD TV는 20인치 내지 30인치 정도의 크기를 갖도록 제작되었으며, 컴퓨터의 모니터의 경우 17인치 이하의 크기를 갖도록 제작되는 것이 대부분이었다. 하지만, 근래에 들어서는 40인치 이상의 대형 LCD TV와 20인치 이상의 대형 모니터가 출시되어 판매되고 있으며 이에 대한 선호도가 나날이 높아지고 있는 실정이다.
따라서 LCD 기판을 제조하는 제조사의 경우, 보다 넓은 유리기판을 제작하고자 연구 중에 있으며, 현재 가로 세로의 폭이 2미터 내외에 이르는 소위, 8세대라 불리는 유리기판을 실제로 양산 중에 있다.
이러한 LCD 기판은 증착(Deposition), 사진식각(Photo Lithography), 식각(Etching), 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 등의 공정이 반복적으로 수행되는 TFT 공정, 상하 유리기판을 합착하는 Cell 공정, 그리고 기구물을 완성하는 모듈(Module) 공정을 통해 제품으로 출시된다.
전술한 TFT 공정을 이루는 각각의 공정은 해당 공정의 진행을 위한 최적의 환경이 조성된 해당 프로세스 챔버에서 진행되는데, 특히 최근에는 단시간에 많은 기판을 처리할 수 있도록, 일정한 간격으로 배치되는 복수 개의 프로세스 챔버를 구비하는 플라즈마 처리 장치가 널리 사용되고 있다. 플라즈마 처리 장치의 종류로 는 공정 목적에 따라 화학 기상 증착 장치, 애싱(ashing) 장치, 에칭(etching) 장치 등이 있는데, 일반적으로 유사한 구성을 갖는다. 이하에서는 이러한 플라즈마 처리 장치 중 화학 기상 증착 장치를 예로 들어 그 구성에 대해서 설명하기로 한다.
화학 기상 증착 장치는 일반적으로, 화학 기상 증착 공정을 수행하는 복수 개의 프로세스 챔버(Process Chamber)와, 해당 프로세스 챔버로 기판이 진입되기 전에 기판이 프로세스 챔버로 진입할 수 있도록 환경을 조성하는 로드락 챔버(Load lock Chamber)와, 프로세스 챔버와 로드락 챔버를 연결하며 로드락 챔버 내의 기판을 해당 프로세스 챔버로 이송하거나 해당 프로세스 챔버 내의 기판을 로드락 챔버로 이송하는 로봇 아암이 설치되는 트랜스퍼 챔버(Transfer Chamber)를 구비한다.
프로세스 챔버는, 일반적으로 고온 및 진공 상태에서 기판에 대한 화학 기상 증착 공정을 진행한다. 이 때 대기압 상태에 있는 기판을 고온 및 진공 상태인 프로세스 챔버로 진입시키는 과정이 어려움이 있기 때문에, 기판을 해당 프로세스 챔버로 이송하기 전에 프로세스 챔버와 동일한 환경을 조성해 주어야 하는데, 이러한 역할을 담당하는 것이 로드락 챔버이다. 즉, 로드락 챔버는 외부로부터 기판이 프로세스 챔버로 인입되기 전 또는 프로세스 챔버로부터 기판이 외부로 인출되기 전에 프로세스 챔버의 환경 또는 외부의 환경과 실질적으로 동일한 상태로 기판을 수용하는 챔버를 가리킨다.
도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 로드락 챔버의 개략적인 구성을 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 상부벽의 내부 구성을 도시한 도면이다.
이에 대해 보다 상세히 설명하면, 로드락 챔버(1) 내에 수용된 기판이 프로세스 챔버(미도시)로 이송되기 위해서는 프로세스 챔버와 동일한 환경, 즉 진공 상태가 되도록 로드락 챔버(1)의 환경을 조성하여야 하며, 반대로 로드락 챔버(1) 내에 수용된 기판을 외부로 인출해야 하는 경우에는 로드락 챔버(1)의 환경을 대기압 상태로 유지시켜야 한다. 이를 위해, 로드락 챔버(1)의 내부에는 로드락 챔버(1)의 내부 수용공간(10s)을 진공 상태로 유지시키기 위한 펌핑라인(미도시) 및 대기압 상태로 유지시키기 위한 벤트라인(30)이 마련되어 있다.
이들 중 특히 벤트라인(30)에 대해 부연 설명하면, 벤트라인(30)은 외부의 N2 공급부(미도시)와 연결되어 로드락 챔버(1)의 내부 수용공간(10s)을 대기압 상태로 조성시켜야 하는 경우 로드락 챔버(1)의 내부 수용공간(10s)에 공기를 제공하는 역할을 담당한다.
이러한 벤트라인(30)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부 수용공간(10s)의 상부벽(11)에 내설되거나, 도시하지는 않았지만 구획벽(15)에 내설되어, 이동관(31)을 따라 이송된 공기가 내부 수용공간(10s)의 상부에서 하방으로 분사되도록 한다.
그런데, 이러한 종래의 일 실시 예에 따른 로드락 챔버(1)에 있어서는, 벤트라인(30)이 상부벽(11) 또는 구획벽(15)의 내부에 설치되기 때문에 설치가 어려울 뿐만 아니라 유지 보수가 어렵돠는 문제점이 있으며, 또한 구획벽(15)에 의해 다수의 내부 수용공간(10s)을 갖는 로드락 챔버(1)의 경우, 로드락 챔버(1)의 내부 수용공간(10s)이 대기압 또는 진공 상태로 필요에 따라 변환되게 되는데, 이 때 반복되는 압력 변화에 따라 발생되는 굽힘 모멘트에 의해 로드락 챔버(10)의 상부 벽(11) 또는 구획벽(15)은 상하 방향으로의 굽힘력을 받게 되어 변형이 발생될 수 있으며 이로 인해 상부벽(11) 또는 구획벽(15)과 벤트라인(30)의 결합 부위 등에서 파티클이 발생되어 증착 공정 중에 있는 기판에 파티클이 낙하될 우려가 있으며, 결과적으로 증착 공정의 신뢰성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 에어 디퓨져 모듈이 챔버 바디의 내부 측부벽에 배치됨으로써 굽힘 변형에 의한 영향을 받지 않아 파티클의 발생을 저지할 수 있을 뿐만 아니라 해당 내부 수용공간이 대기압 상태가 되도록 공기를 원활하게 제공할 수 있으며, 이로 인해 기판에 대한 플라즈마 처리 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 플라즈마 처리의 대상물인 기판을 수용하기 위한 적어도 하나의 내부 수용공간이 마련되는 챔버 바디; 및 상기 챔버 바디의 내부 수용공간에 배치되며, 상기 내부 수용공간이 대기압 상태가 되도록 상기 내부 수용공간을 향하여 공기를 분사하는 적어도 하나의 에어 디퓨져 모듈(Air Diffuser Module)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 적어도 하나의 에어 디퓨져 모듈은 복수 개의 에어 디퓨져 모듈이며, 상기 에어 디퓨져 모듈은 상기 챔버 바디의 내부 측부벽에 착탈 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.
상기 에어 디퓨져 모듈은, 상기 챔버 바디의 측부벽에 관통 형성된 관통구에 착탈 가능하게 결합되는 챔버 결합유닛; 및 상기 챔버 결합유닛이 상기 챔버 바디에 결합 시 상기 챔버 바디의 내부 측부벽에 위치하도록 상기 챔버 결합유닛에 결합되며, 상기 내부 수용공간을 향하여 공기를 분사하는 공기 분사유닛을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 공기 분사유닛은, 상기 챔버 결합유닛에 관통 형성된 설치공에 배치되며, 일단부는 상기 챔버 바디의 외부에 위치하고 타단부는 상기 챔버 바디의 내측에 위치하는 공기 이동라인; 및 상기 공기 이동라인의 타단부와 착탈 가능하게 연결되며, 상기 공기 이동라인에 의해 유입된 공기를 필터링한 후 상기 내부 수용공간으로 분사하는 공기 분사라인을 포함할 수 있다.
상기 공기 이동라인은, 상기 설치공에 관통되어 배치되는 제1 공기 이동관; 상기 제1 공기 이동관의 가로 방향으로 마련되어 상기 챔버 바디의 내부 측부벽과 나란하게 배치되는 제2 공기 이동관; 및 상기 제1 공기 이동관 및 상기 제2 공기 이동관의 사이에 마련되어 상기 제1 공기 이동관 및 상기 제2 공기 이동관을 연통되게 연결하는 'ㄱ'자 형상의 관이음재를 포함할 수 있다.
상기 공기 이동라인과 상기 설치공 사이로 외부의 공기가 침투하는 것을 저지하기 위해, 상기 설치공에는 상기 공기 이동라인을 둘러싸는 차폐캡이 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
상기 공기 분사라인은, 상기 공기 이동라인의 타단부와 연통되도록 결합되 며, 상기 공기 이동라인을 따라 유입된 상기 공기의 이물질을 필터링(filtering)하며 분사할 수 있도록 다수의 제1 분사공이 관통 형성되어 있는 제1 공기 분사부재; 및 상기 제1 공기 분사부재를 감싸도록 마련되어, 상기 제1 공기 분사부재를 통해 분사된 상기 공기를 상기 챔버 바디의 상기 내부 수용공간으로 분사할 수 있도록 다수의 제2 분사공이 관통 형성되어 있는 제2 공기 분사부재를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1 공기 분사부재는 중공의 원기둥 형상으로 마련되며, 상기 다수의 제1 분사공은 상기 제1 공기 분사부재의 외면을 따라 규칙적으로 관통 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제2 공기 분사부재는 상기 제1 공기 분사부재가 내측에 위치하도록 중공의 원기둥 형상으로 마련되며, 상기 다수의 제2 분사공은 상기 제2 공기 분사부재의 외측면 중 상기 기판이 배치되는 상기 내부 수용공간 측을 향하는 상기 제2 공기 분사부재의 절반 영역에 규칙적으로 마련되는 것이 바람직하다.
상기 챔버 바디는, 상부벽; 하부벽; 상기 상부벽 및 상기 하부벽 사이에서 상기 상부벽 및 상기 하부벽과 나란하게 배치되는 복수의 구획벽; 및 상기 상부벽, 상기 하부벽 및 상기 구획벽 사이사이에 기립 배치되며, 상기 에어 디퓨져 모듈이 각각 배치되는 복수의 측부벽을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기판은 액정디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display) 기판이며, 상기 로드락 챔버는 평면디스플레이용 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버일 수 있다.
본 발명에 따르면, 에어 디퓨져 모듈이 챔버 바디의 내부 측부벽에 배치됨으로써 굽힘 변형에 의한 영향을 받지 않아 파티클의 발생을 저지할 수 있을 뿐만 아니라 해당 내부 수용공간이 대기압 상태가 되도록 공기를 원활하게 제공할 수 있으며, 이로 인해 기판에 대한 플라즈마 처리 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 에어 디퓨져 모듈이 하나의 모듈로 마련됨으로써 설치 및 유지 보수를 용이하게 할 수도 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
참고로, 이하에서 기판이라 함은, LCD(Liquid Crystal Display) 기판, PDP(Plasma Display Panel) 기판 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 기판 등을 포함하는 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD)를 가리키나, 설명의 편의를 위해 이들을 구분하지 않고 기판이라 하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화학 기상 증착 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 로드락 챔버의 사시도로서 상부벽이 결합 해제된 상태를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 로드락 챔버의 개략적인 구성을 도시한 수직 단면도이며, 도 6은 도 4의 일부분을 확대한 확대 사시도로서 에어 디퓨져 모듈의 결합 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 4에 도시된 챔버 바디의 측부벽로부터 에어 디퓨져 모듈을 분해한 분해 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 에어 디퓨져 모듈을 일측에서 바라본 사시도이며, 도 9는 도 8의 에어 디퓨져 모듈을 타측에서 바라본 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 화학 기상 증착 장치(CVD, Chemical Vapor Deposition Apparatus)는, 화학 기상 증착 공정을 수행하는 복수 개의 프로세스 챔버(200, Process Chamber)와, 해당 프로세스 챔버(200)로 기판(G)이 진입되기 전에 기판(G)이 프로세스 챔버(200)로 진입될 수 있는 환경을 조성하는 로드락 챔버(100, Load Lock Chamber)와, 프로세스 챔버(200)와 로드락 챔버(100)를 연결하는 트랜스퍼 챔버(300, Transfer Chamber)를 구비한다. 트랜스퍼 챔버(300)에는 로드락 챔버(100) 내의 기판(G)을 해당 프로세스 챔버(200)로 이송하거나 해당 프로세스 챔버(200) 내의 기판(G)을 로드락 챔버(100)로 이송하는 로봇 아암(310)이 마련된다.
프로세스 챔버(200)는, 진공 상태에서 기판(G)에 대한 화학 기상 증착 공정을 수행한다. 이 때 대기압 상태에 있는 기판(G)을 직접 진공의 프로세스 챔버(200)로 진입시키는 과정에 있어서 어려움이 있기 때문에, 기판(G)을 해당 프로세스 챔버(200)로 이송하기 전에 프로세스 챔버(200)와 동일한 환경을 조성해주어야 하는데, 이러한 역할을 하는 것이 로드락 챔버(100)이다.
구체적으로, 로드락 챔버(100)는 이송 로봇(미도시)에 의해 외부로부터 화학 기상 증착 공정의 대상물인 기판(G)이 인입되는 경우 로드락 챔버(100)의 내부 환경을 프로세스 챔버(200)와 실질적으로 동일한 온도와 압력으로 조성한다. 이처럼 프로세스 챔버(200)와 실질적으로 동일한 환경이 조성된 로드락 챔버(100) 내의 기판(G)은 트랜스퍼 챔버(300) 내에 마련되는 로봇 아암(310)에 의해 인출되어 해당 프로세스 챔버(200)로 이송된 후 해당 증착 공정이 진행된다. 반대로 프로세스 챔버(200) 내에서 화학 기상 증착 공정이 완료된 기판(G)은 로봇 아암(310)에 의해 인출되어 외부와 실질적으로 동일한 온도와 압력을 유지하는 로드락 챔버(100)로 이송된 후 최종적으로 이송 로봇에 의해 외부로 인출되어 카세트(미도시)에 적재된다.
이와 같이, 로드락 챔버(100)는 외부로부터 기판(G)이 프로세스 챔버(200)로 인입되기 전 또는 프로세스 챔버(200)로부터 기판(G)이 외부로 인출되기 전에 프로세스 챔버(200)의 환경 또는 외부의 환경과 실질적으로 동일한 상태로 기판(G)을 수용하는 역할을 담당한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 로드락 챔버(100)는, 복수의 기판(G)이 각각 인입 및 인출 가능하도록 복수의 내부 수용공간(110s)을 갖는 챔버 바디(110)와, 챔버 바디(110)의 내부 수용공간(110s)의 측부에 배치되어 내부 수용공간(110s)을 대기압 상태로 변환시키기 위한 에어 디퓨져 모듈(130, Air Diffuser Module)을 구비한다. 여기서, 챔버 바디(110)는 2단으로 마련되거나 또는 4단 이상이 되게 마련될 수도 있을 것이나, 본 실시 예어서는 설치 장소 및 효율을 고려할 때 3단으로 마련된다.
먼저, 챔버 바디(110)의 구성에 대해서 설명하면, 챔버 바디(110)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부벽(111)과, 하부벽(113)과, 상부벽(111) 및 하부벽(113) 사이에서 상부벽(111) 및 하부벽(113)과 나란하게 배치되는 복수의 구획벽(115)들과, 이들 사이사이에 기립 배치되며 후술할 에어 디퓨져 모듈(130)이 나란하게 배치되는 측부벽(117)을 구비하며, 이러한 구성들에 의해 다수의 내부 수용공간(110s)이 형성될 수 있다.
또한 챔버 바디(110)는 내부 수용공간(110s)의 환경이 다른 공간, 예를 들면 외부 환경이나 트랜스퍼 챔버(300)의 공간과 독립적으로 유지되도록 각 층마다 개폐 가능한 한 쌍의 출입 도어(121, 122)가 장착되어 있다. 즉, 기판(G)의 외부로부터 인입되는 부분에 하나의 출입 도어(121)가 개폐 가능하게 장착되고, 트랜스퍼 챔버(300)와 인접한 부분에 다른 하나의 출입 도어(122)가 개폐 가능하게 장착된다.
그리고, 챔버 바디(110)의 내부에는 얼라인부(125)가 대각선으로 한 쌍 마련되어 로딩된 기판(G)의 위치를 얼라인(align)하며, 이로 인해 트랜스퍼 챔버(300)의 로봇 아암(310)이 별도의 얼라인 없이 바로 기판(G)을 프로세스 챔버(200) 내로 이송시킬 수 있으며 또한 외부의 이송 로봇이 별도의 얼라인 없이 바로 기판(G)을 카세트에 적재할 수 있다.
한편, 기판(G)이 프로세스 챔버(200)로 이송되기 전에는 해당 기판(G)이 수용된 내부 수용공간(110s)은 진공 상태를 유지하여야 하고, 기판(G)이 외부로 이송되기 전에는 해당 기판(G)이 수용된 내부 수용공간(110s)은 대기압 상태를 유지하 여야 한다.
이를 위해, 각 내부 수용공간(110s)에는, 내부의 환경을 진공 상태로 변환시키기 위한 펌핑라인(미도시) 및 내부의 환경을 대기압 상태로 변환시키기 위한 복수의 에어 디퓨져 모듈(130)이 마련되어 있다. 펌핑라인은, 외부의 진공 장치(미도시)와 연결되며 내부 수용공간(110s)을 진공으로 만들어야 하는 경우 내부 공기를 흡입하여 내부 수용공간(110s)이 진공 상태가 되도록 한다. 또한, 에어 디퓨져 모듈(130)은, 외부의 N2 공급부(미도시)와 연결되며 내부 수용공간(110s)을 대기압 상태로 만들어야 하는 경우 공기를 제공하여 내부 수용공간(110s)이 대기압 상태가 되도록 한다.
이하에서는, 이러한 구성들 중 내부 수용공간(110s)을 대기압 상태로 변환하기 위한 에어 디퓨져 모듈(130)의 구성에 대해서 자세히 설명하기로 한다.
본 실시 예의 에어 디퓨져 모듈(130)은, 도 6 내지 도 9에 자세히 도시된 바와 같이, 챔버 바디(110)의 각 측부벽(117)에 관통 형성된 관통구(117h)에 착탈 가능하게 결합되는 챔버 결합유닛(140)과, 챔버 결합유닛(140)에 결합되어 챔버 바디(110)의 측부벽(117)에 챔버 결합유닛(140)이 결합되는 경우 측부벽(117)의 내측에 마련되며 내부 수용공간(110s)을 향하여 공기를 분사하는 공기 분사유닛(150)을 구비한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 챔버 바디(110)의 각 측부벽(117)에는 관통구(117h)가 관통 형성되어 있으며, 관통구(117h)를 차폐할 수 있도록 챔버 결합유닛(140)이 관통구(117h) 주위의 측부벽(117)에 체결된다. 이 때, 챔버 바디(110)와 챔버 결합유닛(140) 간의 결합 및 결합 해제를 용이하게 하기 위하여 챔버 바디(110)와 챔버 결합유닛(140)은 스크루(141, Screw)에 의해 스크루 결합된다. 또한, 챔버 바디(110)와 챔버 결합유닛(140) 간의 이음 부분을 통해 내부 수용공간(110s)의 공기가 새어 나오는 것을 저지하기 위해, 이음 부분에는 오링(O-ring)과 같은 실링부재(미도시)가 개재될 수 있다.
또한, 챔버 결합유닛(140)의 중앙 부분에는 설치공(140h, 도 9 참조)이 마련되어 있으며, 이러한 설치공(140h)에는 공기 분사유닛(150)이 관통되는 차폐캡(145)이 착탈 가능하게 결합된다. 따라서, 챔버 결합유닛(140)과 공기 분사유닛(150)은 견고한 결합 상태를 유지할 수 있으면서도 에어 디퓨져 모듈(130)이 챔버 바디(110)와는 독립된 하나의 모듈(module)로 마련될 수 있으며, 이로 인해 에어 디퓨져 모듈(130)의 설치 및 유지 보수 등을 용이하게 할 수 있다는 장점이 있다. 여기서, 차폐캡(145)은 챔버 결합유닛(140)에 스크루(146)에 의해 스크루 결합되며, 따라서 결합 및 결합 해제를 용이하게 할 수 있다.
한편, 공기 분사유닛(150)은, 전술한 바와 같이, 필터링된 공기를 내부 수용공간(110s)으로 분사함으로써 내부 수용공간(110s)이 대기압 상태가 될 수 있도록 함으로써, 또한 화학 기상 증착 공정에 의해 가열된 기판(G)을 쿨링(cooling)하는 역할을 담당한다. 프로세스 챔버(200)에서 화학 기상 증착 공정을 마치고 나온 기판(G)의 온도는 보통 300 내지 400℃에 이르게 되는데, 이러한 기판(G)이 쿨링되지 않고 바로 외부로 배출되는 경우 온도차에 의한 열변형으로 기판(G)에 균열이 발생할 수도 있다. 따라서 이를 방지하기 위해, 에어 디퓨져 모듈(130)은 상온의 공기 를 내부 수용공간(110s)을 향하여 분사하며, 분사된 공기에 의해 기판(G)은 외부로 반출 가능한 온도로 식혀지게 된다.
이러한 공기 분사유닛(150)의 구성에 대해 보다 상세히 설명하면, 본 실시 예의 공기 분사유닛(150)은, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 전술한 챔버 결합유닛(140)의 설치공(140h)을 지나도록 배치되며 외측의 일단부가 N2 공급부의 공급 라인과 연통되도록 연결되는 공기 이동라인(160)과, 챔버 바디(110)의 측부벽(117)의 내면에 배치되며 공기 이동라인(160)의 타단부와 연통되도록 결합되어 기판(G)이 로딩되어 있는 내부 수용공간(110s)을 향하여 공기를 분사하는 공기 분사라인(170)을 구비한다.
공기 이동라인(160)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 차폐캡(145)에 고정 지지된 상태로 챔버 결합유닛(140)에 체결되며, 일단부는 외부에 장착된 N2 공급부와 연통되도록 연결되고, 타단부는 공기 분사라인(170)과 연통되도록 연결된다.
단, 전술한 바와 같이, 공기 분사라인(170)은 측부벽(117)의 길이 방향과 나란하도록 측부벽(117)의 내면에 배치되어야 한다. 이를 위해 공기 분사라인(170)과 연통되는 공기 이동라인(160)은 'ㄱ'자 형상으로 절곡되어야 하며, 따라서 다음과 같은 구성을 갖는다.
즉, 공기 이동라인(160)은 제작이 용이한 경우 일체로 제작한 후 'ㄱ'자 형상이 되도록 절곡시켜도 될 것이나, 본 실시 예의 공기 이동라인(160)은, N2 공급부의 공급 라인과 연결되는 제1 공기 이동관(161)과, 공기 분사유닛(150)과 연결되는 제2 공기 이동관(163)과, 'ㄱ'자 형상을 가지며 제1 공기 이동관(161)과 제2 공 기 이동관(163)을 연결하는 관이음재(165)를 구비한다. 이러한 구성에 의해, 공기가 이동하는 관의 단면을 일정하게 유지할 수 있어 공기의 속도나 압력 변화 없이 공기의 이동이 원활하게 이루어질 수 있다.
공기 분사라인(170)은, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 공기 이동관(163)의 단부와 연통되도록 결합되며 공기 이동라인(160)을 따라 유입된 공기를 일차적으로 분사하는 제1 공기 분사부재(171)와, 제1 공기 분사부재(171)를 감싸도록 마련되며 제1 공기 분사부재(171)를 통해 분사된 공기를 챔버 바디(110)의 내부 수용공간(110s)으로 분사하는 제2 공기 분사부재(175)를 구비한다.
제1 공기 분사부재(171)는, 공기 이동라인(160)을 따라 유입되어 온 공기를 필터링(filtering)하고, 필터링된 공기를 제2 공기 분사부재(175)의 내부 공간(175s)으로 분사하는 역할을 담당한다. 이는, N2 공급부로부터 공급되는 공기에 이물질이 함유되어 있을 수도 있는데, 이러한 이물질이 필터링되지 않고 바로 내부 수용공간(110s)으로 분사되는 경우 기판(G)의 공정 신뢰성이 저하될 수 있기 때문이다.
따라서, 제1 공기 분사부재(171)에는, 도시하지는 않았지만, 마이크로미터(μm) 단위를 갖는 홀인 제1 분사공(171h)이 관통 형성되어 있으며, 이에 따라 필터링 효과를 구현할 수 있다. 이러한 제1 분사공(171h)은 원통 형상을 갖는 제1 공기 분사부재(171)의 전면(全面)에 규칙적으로 형성되어 있으며, 제1 분사공(171h)보다 작은 크기를 갖는 공기 입자만이 제2 공기 분사부재(175)의 내부 공간(175s)으로 이동할 수 있다.
다만, 반복적으로 장기간에 걸쳐 에어 디퓨져 모듈(130)을 통해 공기를 챔버 바디(110)의 내부 수용공간(110s)으로 분사하는 경우 이물질로 인해 제1 공기 분사부재(171)의 제1 분사공(171h)들이 막힐 수 있으며, 이러한 경우에는 제1 공기 분사부재(171)를 청소해주거나 또는 교체해주어야 한다. 이를 위해 공기 이동라인(160)과 연결되는 제1 공기 분사부재(171)의 단부 외면에는 수나사(미도시)가 형성되어 있고, 또한 제2 공기 이동관(163)의 단부에도 수나사(미도시)가 형성되어 있으며, 이들 사이에 암나사가 형성된 육각 너트(155)가 개재되어 제2 공기 이동관(163)과 제1 공기 분사부재(171)를 용이하게 결합 및 결합 해제할 수 있다.
한편, 제2 공기 분사부재(175)는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 공기 분사부재(171)를 감싸도록 내부가 빈 원기둥 형상으로 마련된다. 전술한 바와 같이, 제1 공기 분사부재(171)의 전면에는 필터링을 위한 제1 분사공(171h)이 형성되어 있는데, 이러한 제1 분사공(171h)에 의해 필터링된 공기가 바로 챔버 바디(110)의 내부 수용공간(110s)으로 분사되는 것이 아니라, 제2 공기 분사부재(175)의 내부 공간(175s)으로 이동된 후 제2 공기분사부재(175)의 후술할 제2 분사공(175h)을 통해 내부 수용공간(110s)으로 분사되는 것이다.
제2 공기 분사부재(175)는, 제1 공기 분사부재(171)와는 달리 일부 영역에만 공기가 유동할 수 있는 홀, 즉 제2 분사공(175h)이 형성되어 있다. 이에 대해 보다 상세히 설명하면, 제2 공기 분사부재(175)의 제2 분사공(175h)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 기판(G)이 로딩되는 내부 수용공간(110s)을 향한 부분, 즉 제2 공기 분사부재(175)를 세로 방향으로 잘랐다고 가정하는 경우 내부 수용공간(110s)을 향하 는 절반 부분(해치한 부분)에만 규칙적으로 형성되어 있다. 이는, 제2 분사공(175h)이 측부벽(117) 방향으로 형성되는 경우, 공기의 빠른 속도에 의해 챔버 바디(110)의 내부 모서리 부분에 와류가 발생될 수 있고, 이는 내부 수용공간(110s)의 압력이 일정하게 유지되는 것을 방해함으로써 기판(G)의 공정 신뢰성을 저하시킬 수 있기 때문이다.
이상 설명한 바와 같이, 에어 디퓨져 모듈(130)은, 하나의 모듈로 마련되기 때문에 챔버 바디(110)에 결합하거나 결합 해제하는 과정이 간단할 뿐만 아니라 챔버 바디(110)의 측부벽(117) 내면에 배치되기 때문에 상부벽(111), 하부벽(113) 및 구획벽(115)의 굽힘 영향을 거의 받지 않으며 따라서 파티클의 발생을 저지할 수 있으며, 또한 챔버 바디(110)의 내부 수용공간(110s)에 공기를 원활하게 분사할 수 있다.
이하에서는, 이러한 구성을 갖는 로드락 챔버(100)의 작동 방법에 대해 설명하기로 한다.
가령, 프로세스 챔버(200)에서 화학 기상 증착 공정이 완료된 기판(G)이 트랜스퍼 챔버(300)의 로봇 아암(310)에 의해 로드락 챔버(100) 중 어느 하나의 내부 수용공간(110s)으로 인입되는 경우, 먼저 트랜스퍼 챔버(300) 방향의 출입 밸브(122)를 개폐한다. 이 때 해당 내부 수용공간(110s)은 트랜스퍼 챔버(300)의 환경과 마찬가지로 진공 상태를 유지하여야 한다.
이후, 로봇 아암(310)의 작동에 의해 기판(G)을 내부 수용공간(110s)의 기판(G) 로딩부에 인입한 후 얼라인부(125)에 의해 기판(G)을 얼라인한다. 이어서, 출입 밸브(122)를 차폐한다. 이 때 프로세스 챔버(200)에서 소정의 공정을 마친 기판(G)이 외부로 반출되기 위해서는 챔버 바디(110)의 내부 수용공간(110s)의 환경을 외부의 환경과 실질적으로 동일하게 조성해주어야 한다.
이를 위해, 에어 디퓨져 모듈(130)을 작동시켜 기판(G)이 로딩되어 있는 해당 내부 수용공간(110s)에 공기를 분사한다. 공기가 분사되는 과정에 대해 보다 상세히 설명하면, 먼저 N2 공급부의 스위치를 온(On)시켜 N2 공급부에 저장되어 있는 공기가 공기 분사유닛(150)의 공기 이동라인(160)으로 유입되도록 한다.
공기 이동라인(160)으로 유입된 공기는 공기 분사라인(170)의 제1 공기 분사부재(175)로 이동하여 제1 분사공(171h)들에 의해 필터링된다. 필터링된 공기는 제2 공기 분사부재(175)의 내부 공간(175s)으로 이송된 후 제2 공기 분사부재(175)의 일 영역에 형성된 제2 분사공(175h)을 통해 해당 내부 수용공간(110s)으로 분사되며, 이로 인해 내부 수용공간(110s)은 외부의 조건과 실질적으로 동일한 대기압 상태가 된다.
한편, 전술한 바와 같이, 에어 디퓨져 모듈(130)은 내부 수용공간(110s)에 공기를 분사함으로써 내부 수용공간(110s)이 대기압 상태로 조성될 수 있도록 함은 물론 내부 수용공간(110s)에 로딩된 기판(G)이 외부로 반출될 수 있는 온도로 냉각되도록 한다.
이후, 외부를 향하는 출입 밸브(121)를 개방하여 이송 로봇에 의해 기판(G)을 언로딩(unloading)하고, 외부의 카세트에 적재한다.
이와 같이, 본 실시 예에 의하면, 에어 디퓨져 모듈(130)이 챔버 바디(110) 의 내부 측부벽(117)에 배치됨으로써 기판(G)이 수용되는 내부 수용공간(110s)을 대기압 상태로 조성시켜주기 위한 공기를 원활하게 제공할 수 있으며, 또한 굽힘 변형에 의한 영향을 받지 않아 파티클의 발생을 저지할 수 있으며 이로 인해 플라즈마 처리 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 복수 개의 에어 디퓨져 모듈(130)에서 공기가 빠른 속도로 분사되기 때문에 벤트 시간이 단축되어 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 에어 디퓨져 모듈(130)이 단위 모듈로 마련됨으로써 설치 및 유지 보수가 용이하다는 장점을 갖는다.
전술한 실시 예어서는, 에어 디퓨져 모듈이 측부벽에 나란하게 배치되기 위해 공기 이동라인이 절곡 형성된다고 상술하였으나, 내부 수용공간에 에어 디퓨져 모듈이 설치될 충분한 공간이 있는 경우 절곡할 필요 없이 바로 설치하여도 무방하다 할 것이다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 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 수정 예 또는 변형 예는 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 로드락 챔버의 개략적인 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 상부벽의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화학 기상 증착 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 로드락 챔버의 사시도로서 상부벽이 결합 해제된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 로드락 챔버의 개략적인 구성을 도시한 수직 단면도이다.
도 6은 도 4의 일부분을 확대한 확대 사시도로서 에어 디퓨져 모듈의 결합 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 4에 도시된 챔버 바디의 측부벽로부터 에어 디퓨져 모듈을 분해한 분해 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 에어 디퓨져 모듈을 일측에서 바라본 사시도이다.
도 9는 도 8의 에어 디퓨져 모듈을 타측에서 바라본 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 로드락 챔버 110 : 챔버 바디
111 : 상부벽 113 : 하부벽
115 : 구획벽 117 : 측부벽
130 : 에어 디퓨져 모듈 140 : 챔버 결합유닛
145 : 차폐캡 150 : 공기 분사유닛
160 : 공기 이동라인 161 : 제1 공기 이동관
163 : 제2 공기 이동관 165 : 관이음재
170 : 공기 분사라인 171 : 제1 공기 분사부재
175 : 제2 공기 분사부재

Claims (11)

  1. 플라즈마 처리의 대상물인 기판을 수용하기 위한 적어도 하나의 내부 수용공간이 마련되는 챔버 바디; 및
    상기 챔버 바디의 내부 수용공간에 배치되며, 상기 내부 수용공간이 대기압 상태가 되도록 상기 내부 수용공간을 향하여 공기를 분사하는 적어도 하나의 에어 디퓨져 모듈(Air Diffuser Module)을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 에어 디퓨져 모듈은 복수 개의 에어 디퓨져 모듈이며,
    상기 에어 디퓨져 모듈은 상기 챔버 바디의 측부벽에 착탈 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에어 디퓨져 모듈은,
    상기 챔버 바디의 측부벽에 관통 형성된 관통구에 착탈 가능하게 결합되는 챔버 결합유닛; 및
    상기 챔버 결합유닛이 상기 챔버 바디에 결합 시 상기 챔버 바디의 측부벽 내측에 위치하도록 상기 챔버 결합유닛에 결합되며, 상기 내부 수용공간을 향하여 공기를 분사하는 공기 분사유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공기 분사유닛은,
    상기 챔버 결합유닛에 관통 형성된 설치공에 배치되며, 일단부는 상기 챔버 바디의 외부에 위치하고 타단부는 상기 챔버 바디의 내측에 위치하는 공기 이동라인; 및
    상기 공기 이동라인의 타단부와 착탈 가능하게 연결되며, 상기 공기 이동라인에 의해 유입된 공기를 필터링한 후 상기 내부 수용공간으로 분사하는 공기 분사라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공기 이동라인은,
    상기 설치공에 관통되어 배치되는 제1 공기 이동관;
    상기 제1 공기 이동관의 가로 방향으로 마련되어 상기 챔버 바디의 내부 측부벽과 나란하게 배치되는 제2 공기 이동관; 및
    상기 제1 공기 이동관 및 상기 제2 공기 이동관의 사이에 마련되어 상기 제1 공기 이동관 및 상기 제2 공기 이동관을 연통되게 연결하는 'ㄱ'자 형상의 관이음재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 공기 이동라인과 상기 설치공 사이로 외부의 공기가 침투하는 것을 저지하기 위해, 상기 설치공에는 상기 공기 이동라인을 둘러싸는 차폐캡이 착탈 가능하게 결합되는 것을 특징으로 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 공기 분사라인은,
    상기 공기 이동라인의 타단부와 연통되도록 결합되며, 상기 공기 이동라인을 따라 유입된 상기 공기의 이물질을 필터링(filtering)하며 분사할 수 있도록 다수의 제1 분사공이 관통 형성되어 있는 제1 공기 분사부재; 및
    상기 제1 공기 분사부재를 감싸도록 마련되어, 상기 제1 공기 분사부재를 통해 분사된 상기 공기를 상기 챔버 바디의 상기 내부 수용공간으로 분사할 수 있도록 다수의 제2 분사공이 관통 형성되어 있는 제2 공기 분사부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 공기 분사부재는 중공의 원기둥 형상으로 마련되며, 상기 다수의 제1 분사공은 상기 제1 공기 분사부재의 외면을 따라 규칙적으로 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 공기 분사부재는 상기 제1 공기 분사부재가 내측에 위치하도록 중공의 원기둥 형상으로 마련되며,
    상기 다수의 제2 분사공은 상기 제2 공기 분사부재의 외측면 중 상기 기판이 배치되는 상기 내부 수용공간 측을 향하는 상기 제2 공기 분사부재의 절반 영역에 규칙적으로 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 바디는,
    상부벽;
    하부벽;
    상기 상부벽 및 상기 하부벽 사이에서 상기 상부벽 및 상기 하부벽과 나란하게 배치되는 복수의 구획벽; 및
    상기 상부벽, 상기 하부벽 및 상기 구획벽 사이사이에 기립 배치되며, 상기 에어 디퓨져 모듈이 각각 배치되는 복수의 측부벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 액정디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display) 기판이며,
    상기 로드락 챔버는 평면디스플레이용 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 로드락 챔버.
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