KR20080097832A - 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치 - Google Patents

Abstract

평면디스플레이용 화학 기상 증착장치가 개시된다. 본 발명의 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치는, 평면디스플레이에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버; 챔버 내에 승강 가능하게 설치되며, 상면으로 평면디스플레이가 로딩(Loading)되는 서셉터; 및 챔버의 외벽에 마련되며, 챔버의 외벽을 냉각시켜 챔버 내의 온도를 하강시킴으로써 증착 공정 시 가열된 서셉터를 강제로 냉각시키는 강제냉각부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 상대적으로 짧은 시간 내에 서셉터의 온도가 적정 수준으로 낮아질 수 있도록 서셉터를 강제로 냉각시킴으로써 장치의 유지 보수 작업을 위한 대기 시간이 감소될 수 있어 장치의 가동률과 그에 따른 생산성이 향상됨은 물론 전반적으로 공정 로스(Loss)가 발생하는 것을 억제할 수 있도록 하되, 설치 및 유지 보수 작업이 편리하도록 하면서도 챔버 내에 파티클(particle)이 발생되는 것을 방지하고, 또한 급격한 열 배출로 인한 서셉터의 충격을 완화시킬 수 있음은 물론 급작스런 온도 불균형에 따라 서셉터에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

평면디스플레이용 화학 기상 증착장치{Chemical Vapor Deposition Apparatus for Flat Display}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 개략적인 구조도이다.

도 2는 도 1에 도시된 하부 챔버의 배면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 강제냉각부의 사시도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에서 하부 챔버의 배면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 상부 챔버 20 : 하부 챔버

20a : 기판출입부 30 : 전극

31 : 가스분배판 32 : 후방플레이트

35 : 현가지지부재 37 : 가스공급부

38 : 고주파 전원부 40 : 보강벽부

50 : 서셉터 52 : 리프트 핀

54 : 컬럼 56 : 서셉터지지대

60 : 승강 모듈 70 : 강제냉각부

71 : 냉각블록 72 : 냉각라인

본 발명은, 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상대적으로 짧은 시간 내에 서셉터의 온도가 적정 수준으로 낮아질 수 있도록 서셉터를 강제로 냉각시킴으로써 장치의 유지 보수 작업을 위한 대기 시간이 감소될 수 있어 장치의 가동률과 그에 따른 생산성이 향상됨은 물론 전반적으로 공정 로스(Loss)가 발생하는 것을 억제할 수 있도록 하되, 설치 및 유지 보수 작업이 편리하도록 하면서도 챔버 내에 파티클(particle)이 발생되는 것을 방지하고, 또한 급격한 열 배출로 인한 서셉터의 충격을 완화시킬 수 있음은 물론 급작스런 온도 불균형에 따라 서셉터에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에 관한 것이다.

평면디스플레이는 개인 휴대단말기를 비롯하여 TV나 컴퓨터의 모니터 등으로 널리 채용된다.

이러한 평면디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등으로 그 종류가 다양하다.

이들 중에서도 특히, LCD(Liquid Crystal Display)는 2장의 얇은 상하 유리기판 사이에 고체와 액체의 중간물질인 액정을 주입하고, 상하 유리기판의 전극 전압차로 액정분자의 배열을 변화시킴으로써 명암을 발생시켜 숫자나 영상을 표시하 는 일종의 광스위치 현상을 이용한 소자이다.

LCD는 현재, 전자시계를 비롯하여, 전자계산기, TV, 노트북 PC 등 전자제품에서 자동차, 항공기의 속도표시판 및 운행시스템 등에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있다.

종전만 하더라도 LCD TV는 20 인치 내지 30 인치 정도의 크기를 가지며, 모니터는 17 인치 이하의 크기를 갖는 것이 주류였다. 하지만, 근자에 들어서는 40 인치 이상의 대형 TV와 20 인치 이상의 대형 모니터에 대한 선호도가 높아지고 있다.

따라서 LCD를 제조하는 제조사의 경우, 보다 넓은 유리기판을 제작하기에 이르렀다. 현재에는 가로/세로의 폭이 2 미터(m) 내외에 이르는 소위, 8세대의 유리기판 양산을 눈 앞에 두고 있다.

LCD는 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 Module 공정을 통해 제품으로 출시된다.

한편, 수많은 공정 중의 하나인 화학 기상 증착 공정(Chemical Vapor Deposition Process)은, 외부의 고주파 전원에 의해 플라즈마(Plasma)화 되어 높은 에너지를 갖는 실리콘계 화합물 이온(ion)이 전극을 통해 가스분배판으로부터 분출되어 유리기판 상에 증착되는 공정이다. 이러한 공정은, 화학 기상 증착 공정을 수행하는 챔버 내에서 이루어진다.

자세히 후술하겠지만, 화학 기상 증착 공정을 수행하는 챔버는 상부 챔버와 하부 챔버로 이루어진다. 상부 챔버에는 전극이 구비되고, 하부 챔버에는 증착 대상의 유리기판이 로딩(loading, 배치)되는 서셉터가 마련된다.

이에, 서셉터의 상면으로 유리기판이 로딩되면 서셉터가 대략 280~380℃ 정도의 온도로 가열된다. 이후, 서셉터가 상승하여 유리기판은 하부 전극인 가스분배판으로 인접하게 배치된다.

그런 다음, 절연체인 테프론에 의해 챔버로부터 절연된 전극을 통해 전원이 인가된다. 이어 수많은 오리피스가 형성된 가스분배판을 통해 실리콘계 화합물 이온이 분출되면서 유리기판의 증착 공정이 수행된다.

한편, 유리기판에 대한 반복적인 증착 공정을 수행하다 보면, 챔버의 주변 구조물들을 비롯하여 챔버 내의 각종 구성들에 대한 유지 보수 작업이 수행된다. 장치의 유지 보수 작업은 약 280~380℃ 정도로 가열된 서셉터의 온도가 대략 100℃ 미만으로 낮아질 때까지 기다린 다음에 대기에 노출한 후, 행해진다.

그런데, 이러한 종래의 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에 있어서는, 장치의 유지 보수 작업을 위해 약 280~380℃ 정도로 가열된 서셉터의 온도를 대략 100℃ 미만으로 내리는데 통상 24시간이 소요되므로, 장치의 유지 보수 작업을 위해 서셉터의 온도를 내리는데 따른 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. 이는 챔버 내부의 진공 상태에서 열전달이 복사에 의해서만 이루어지기 때문이다.

즉, 종래기술의 경우, 보통 24시간 정도의 시간을 무작정 허비하여 약 280~380℃ 정도로 가열된 서셉터의 온도가 대략 100℃ 미만으로 낮아질 때 까지 기 다린 후, 그 이후에 장치의 유지 보수 작업을 수행하고 있기 때문에 그만큼 장치의 유지 보수 작업을 위한 대기 시간이 길어질 수밖에 없는 문제점이 있으며, 이에, 장치의 가동률이 저하됨은 물론 그에 따라 생산성이 저하되는 등 전반적으로 공정 로스(Loss)가 발생할 수밖에 없는 문제점이 있다.

이에, 이러한 문제점을 해소하기 위하여 본 출원인은 아직 공개되지 않은 특허출원 제2006-9617호 및 특허출원 제2006-11598호에서, 서셉터에 직접 냉각홀을 뚫어 냉각홀을 통해 냉각유체를 유동시킴으로써 서셉터를 직접 냉각시키는 기술과, 하부 챔버 내에 냉각블록을 더 장착한 기술을 제안한 바 있다.

하지만, 이러한 방법들을 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에 적용하기에는 곤란한 점이 있다.

예컨대, 서셉터에 직접 냉각홀을 뚫어 서셉터를 냉각시키려 하는 경우, 실질적으로 그 가공이 쉽지 않은 문제점이 있다. 그리고 별도의 냉각블록을 제작하여 이 냉각블록을 이용하여 서셉터를 냉각시키는 경우, 가공은 어렵지 않으나, 하부 챔버 내에는 거대 구조물인 서셉터가 자리 잡고 있기 때문에 하부 챔버로부터 서셉터를 분리하지 않고서는 하부 챔버의 내부 바닥에 냉각블록을 설치하기기 힘들 뿐만 아니라 추후에 유지 보수 작업 역시 곤란하다는 문제점이 있다. 또한 증착 공정의 특성상 챔버 내에는 미세한 파티클(particle)이라도 존재하지 않도록 해야 하는데, 이처럼 챔버의 내부에 별도의 구조물인 냉각블록을 설치하는 경우 이러한 냉각블록으로 인한 파티클(particle) 발생의 우려가 있을 수 있다.

그리고 상기의 제안들은 서셉터를 직접 냉각시키는 소위, 직접 냉각 방식이 므로 서셉터에 대한 냉각 시간을 단축시킬 수는 있지만, 오히려 서셉터의 급속 냉각 시 급작스런 온도 불균형에 따른 서셉터의 균열 문제 등을 예상할 수 있다. 실제로 서셉터는 상당한 고가의 제품이므로 서셉터에 균열이 발생하여 교체해야 할 경우에는 상당한 비용 부담을 가질 수밖에 없다.

따라서 상대적으로 짧은 시간 내에 서셉터의 온도가 적정 수준으로 낮아질 수 있도록 서셉터를 강제로 냉각시킴으로써 장치의 유지 보수 작업을 위한 대기 시간이 감소될 수 있어 장치의 가동률과 그에 따른 생산성이 향상됨은 물론 전반적으로 공정 로스(Loss)가 발생하는 것을 억제할 수 있도록 하되, 설치 및 유지 보수 작업이 편리하도록 하면서도 챔버 내에 파티클(particle)이 발생되는 것을 방지하고, 또한 급격한 열 배출로 인한 서셉터의 충격을 완화시킬 수 있음은 물론 급작스런 온도 불균형에 따라 서셉터에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하는 조건들을 충족시킬 수 있는 방안이 필요한 실정이다.

본 발명의 목적은, 상대적으로 짧은 시간 내에 서셉터의 온도가 적정 수준으로 낮아질 수 있도록 서셉터를 강제로 냉각시킴으로써 장치의 유지 보수 작업을 위한 대기 시간이 감소될 수 있어 장치의 가동률과 그에 따른 생산성이 향상됨은 물론 전반적으로 공정 로스(Loss)가 발생하는 것을 억제할 수 있도록 하되, 설치 및 유지 보수 작업이 편리하도록 하면서도 챔버 내에 파티클(particle)이 발생되는 것을 방지하고, 또한 급격한 열 배출로 인한 서셉터의 충격을 완화시킬 수 있음은 물론 급작스런 온도 불균형에 따라 서셉터에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 평면디스플레이에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버; 상기 챔버 내에 승강 가능하게 설치되며, 상면으로 상기 평면디스플레이가 로딩(Loading)되는 서셉터; 및 상기 챔버의 외벽에 마련되며, 상기 챔버의 외벽을 냉각시켜 상기 챔버 내의 온도를 하강시킴으로써 상기 증착 공정 시 가열된 상기 서셉터를 강제로 냉각시키는 강제냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 챔버는, 상기 증착 공정을 위해 증착물질을 방출시키는 전극을 구비한 상부 챔버; 및 내부에 상기 서셉터가 구비되며, 상기 상부 챔버가 상부에 결합되는 하부 챔버를 포함할 수 있으며, 상기 강제냉각부는 상기 하부 챔버의 배면에 결합될 수 있다.

상기 강제냉각부는, 상기 하부 챔버의 배면에 착탈 가능하게 결합되는 냉각블록; 및 상기 냉각블록 내에 마련되어 냉각매체가 순환되는 냉각라인을 포함할 수 있다.

상기 냉각매체는 상기 챔버에 대한 유지 보수 작업 시 상기 냉각라인으로 순환될 수 있다.

상기 냉각매체는 물과 질소가스 중 선택된 어느 하나일 수 있다.

상단은 상기 서셉터의 배면 중앙 영역에 고정되고 하단은 상기 하부 챔버를 통해 하방으로 노출되어 상기 서셉터를 승강 가능하게 지지하는 컬럼을 더 포함할 수 있으며, 상기 강제냉각부은 상기 컬럼의 둘레 방향을 따라 마련될 수 있다.

상기 냉각블록은 부분적으로 분할된 복수의 단위블록을 포함할 수 있다.

상기 강제냉각부에 의해 상기 서셉터가 냉각될 때, 상기 챔버 내에는 수소와 헬륨 중 어느 하나의 가스가 충전될 수 있으며, 상기 평면디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display)용 대형 유리기판일 수 있다.

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 제1 실시예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 개략적인 구조도이다.

설명에 앞서, 평면디스플레이(G)란, 전술한 바와 같이 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 중 어떠한 것이 적용되어도 좋다.

다만, 본 실시예에서는 LCD(Liquid Crystal Display)용 대형 유리기판(G)을 평면디스플레이(G)라 간주하기로 한다. 그리고 대형이란, 앞서도 기술한 바와 같이, 8세대에 적용되는 수준의 크기를 가리킨다. 이하, 평면디스플레이(G)를 유리기판(G)이라 하여 설명하도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치는, 상부 및 하부 챔버(10,20)와, 상부 챔버(10) 내에 마련되어 증착 대상의 유리기판(G)을 향해 소정의 실리콘계 화합물 이온(ion)인 증착물질을 방출하는 전극(30)과, 하부 챔버(20) 내에 마련되어 유리기판(G)이 로딩(Loading)되는 서셉터(50)와, 하부 챔버(20)의 배면에 결합되어 증착 공정이 완료된 서셉터(50)를 강제로 냉각시키는 강제냉각부(70)를 구비한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 증착 공정이 진행될 때 상부 및 하부 챔버(10,20)는 상호 결합된다. 즉, 별도의 크레인에 의해 상부 챔버(10)가 하부 챔버(20)의 상부에 결합됨으로써 상부 및 하부 챔버(10,20)는 한 몸체를 이룬다.

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.

상부 챔버(10)에 대해 살펴보면, 상부 챔버(10)의 내부에는 횡 방향을 따라 전극(30)이 구비되어 있다. 전극(30)은, 하부 챔버(20)를 향한 전면에 배치되는 가스분배판(31)과, 가스분배판(31)과의 버퍼공간(B)을 사이에 두고 가스분배판(31)의 배후에 배치되는 후방플레이트(32)를 구비한다.

가스분배판(31)에는 미세하게 가공된 수많은 오리피스(미도시)가 형성되어 있다. 따라서 증착 공정 시 서셉터(50)가 상승하여 가스분배판(31)과 대략 수십 밀리미터(mm) 정도로 근접 배치되면, 이어서 증착물질이 수많은 오리피스를 통해 방출되어 유리기판(G)의 상면으로 증착된다.

후방플레이트(32)와 상부 챔버(10) 사이에는 후방플레이트(32)가 상부 챔버(10)의 외벽에 직접 접촉되어 통전되지 않도록 절연체(34)가 마련되어 있다. 절연체(34)는 테프론 등으로 제작될 수 있다.

가스분배판(31)과 후방플레이트(32) 사이에는 현가지지부재(35)가 마련되어 있다. 현가지지부재(35)는 버퍼공간(B) 내의 증착물질이 외부로 누출되지 않도록 할 뿐만 아니라 대략 400kg 정도의 무거운 중량을 갖는 가스분배판(31)을 후방플레이트(32)에 대해 현가 지지한다. 뿐만 아니라 현가지지부재(35)는 증착 공정 시 대략 200℃ 정도로 가열된 가스분배판(31)이 X축, Y축 및 Z축 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 열팽창하는 것을 보상하는 역할도 겸한다.

상부 챔버(10)의 상단에는 상판부(36)가 구비되어 있다. 그리고 상판부(36)의 상부에는 증착공간(S) 내로 반응 가스 혹은 클리닝(Cleaning) 가스, 기타 가스를 공급하는 가스공급부(37)가 마련되어 있다. 그리고 가스공급부(37)의 주변에는 고주파 전원부(38)가 설치되어 있다. 고주파 전원부(38)는 연결라인(39)에 의해 전극(30)의 후방플레이트(32)와 전기적으로 연결되어 있다. 한편, 상부 챔버(10)의 외벽 일측에는 하부 챔버(20)의 측벽 두께와 상부 챔버(10)의 측벽 두께 차이를 보강하는 보강벽부(40)가 더 마련되어 있다.

하부 챔버(20)는 실질적으로 유리기판(G)에 대한 증착 공정이 진행되는 부분이다. 따라서 실질적으로 증착공간(S)은 하부 챔버(20) 내에 형성된다. 이러한 하부 챔버(20)의 외벽에는 소정의 작업 로봇에 의해 유리기판(G)이 증착공간(S) 내외로 유출입되는 통로인 기판출입부(20a)가 형성되어 있다. 이러한 기판출입부(20a) 는 그 주변에 결합된 게이트밸브(24)에 의해 선택적으로 개폐된다.

도시하고 있지는 않지만 하부 챔버(20) 내의 바닥면 영역에는 증착공간(S)에 존재하는 가스를 다시 증착공간(S)으로 확산시키는 가스확산판(미도시)이 마련되어 있다.

서셉터(50)는 하부 챔버(20) 내의 증착공간(S)에서 횡방향으로 배치되어 로딩되는 유리기판(G)을 지지한다. 보통은 증착 대상의 유리기판(G)의 면적보다 큰 구조물로 형성된다. 서셉터(50)의 상면은 유리기판(G)이 정밀하게 수평상태로 로딩될 수 있도록 거의 정반으로 제조된다. 서셉터(50)의 내부에는 도시 않은 히터가 장착되어 서셉터(50)를 소정의 증착온도인 대략 280~380℃로 가열한다.

서셉터(50)의 상면으로 유리기판(G)이 얹혀지면서 로딩되거나 취출되기 위해 서셉터(50)에는 로딩되거나 취출되는 유리기판(G)의 하면을 안정적으로 지지하는 복수의 리프트 핀(52)이 더 구비되어 있다. 리프트 핀(52)들은 서셉터(50)를 관통하도록 설치되어 있다.

이러한 리프트 핀(52)들은 서셉터(50)가 하강할 때, 그 하단이 하부 챔버(20)의 바닥면에 가압되어 상단이 서셉터(50)의 상면으로 돌출된다. 이에, 유리기판(G)을 서셉터(50)로부터 이격시킨다. 반대로, 서셉터(50)가 부상하면, 하방으로 이동하여 유리기판(G)이 기판로딩부(31)의 상면에 밀착되도록 한다. 이러한 리프트 핀(52)들은 도시 않은 로봇아암이 서셉터(50)에 로딩된 유리기판(G)을 파지할 수 있도록 유리기판(G)과 서셉터(50) 사이의 공간을 형성하는 역할을 겸한다.

이러한 서셉터(50)에는 그 상단이 서셉터(50)의 배면 중앙 영역에 고정되고 하단이 하부 챔버(20)를 통해 하방으로 노출되어 서셉터(50)를 승강 가능하게 지지하는 컬럼(54)이 더 결합되어 있다.

전술한 바와 같이, 8세대 하에서의 서셉터(50)는 그 무게가 무겁고 크기가 상대적으로 커서 처짐이 발생할 수 있는데, 이럴 경우, 유리기판(G)에도 처짐이 발생할 수 있다. 이에, 도시된 바와 같이, 컬럼(54)의 상부 영역에는 서셉터지지대(56)가 마련되어 서셉터(50)를 안정적으로 떠받치고 있다.

서셉터(50)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 로딩되고 증착 공정이 진행될 때는 유리기판(G)이 가스분배판(31)에 인접할 수 있도록 부상한다. 이를 위해, 서셉터(50)에 결합된 컬럼(54)에는 서셉터(50)를 승강시키는 승강 모듈(60)이 더 마련되어 있다.

승강 모듈(60)에 의해 서셉터(50)가 승강하는 과정에서 컬럼(54)과 하부 챔버(20) 사이의 공간이 발생되어서는 아니 된다. 따라서 컬럼(54)이 통과하는 하부 챔버(20)의 해당 영역에는 컬럼(54)의 외부를 감싸도록 벨로우즈관(58)이 마련되어 있다. 벨로우즈관(58)은 서셉터(50)가 하강할 때 팽창되고, 서셉터(50)가 부상할 때 압착된다.

도 2는 도 1에 도시된 하부 챔버의 배면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 강제냉각부의 사시도이다.

한편, 전술한 바와 같이, 유리기판(G)에 대한 반복적인 증착 공정을 수행하다 보면 전극(30)이나 서셉터(50) 등을 포함하여 상부 및 하부 챔버(10,20)에 대한 유지 보수 작업이 필요하게 된다. 이러한 유지 보수 작업은 하부 챔버(20)로부터 상부 챔버(10)를 분리한 후에 수행된다. 하지만, 증착 공정 시 서셉터(50)는 대략 280~380℃ 정도로 가열된 상태이므로 이 상태에서 상부 챔버(10)를 분리할 수는 없다. 따라서 보통은 서셉터(50)의 온도가 대략 100℃ 미만으로 낮아지도록 한 후에 상부 챔버(10)를 분리하게 된다.

그렇지만 서셉터(50)의 온도가 대략 100℃ 미만으로 낮아지도록 대략 24시간 정도를 허비하는 경우 장치의 유지 보수 작업을 위한 대기 시간이 길어질 수밖에 없는 문제점이 있으며, 이에, 장치의 가동률이 저하됨은 물론 그에 따라 생산성이 저하되는 등 전반적으로 공정 로스(Loss)가 발생할 수밖에 없다.

따라서 유지 보수 작업을 신속하게 진행하려면, 상대적으로 짧은 시간 내에 서셉터(50)의 온도가 적정 수준으로 낮아질 수 있도록 서셉터(50)를 강제로 냉각시킬 필요가 있는데, 이는 아래의 강제냉각부(70)가 담당한다.

물론, 강제냉각부(70)에 의해 서셉터(50)의 온도를 강제로 낮추는데 있어 상부 및 하부 챔버(10,20) 내에 파티클(particle)이 발생되어서는 아니 되며, 또한 급격한 열 배출과 급작스런 온도 불균형에 따라 서셉터(50)에 충격이 가해져 서셉터(50)에 균열이 발생해서도 아니 된다. 이러한 모든 조건을 만족하기 위해 본 실시예의 화학 기상 증착장치에는 아래와 같이 개선된 구조의 강제냉각부(70)가 구비된다.

본 실시예에서 강제냉각부(70)는 종래기술과는 달리 증착공간(S) 내에 마련되지 않는다. 즉, 강제냉각부(70)는 상부 및 하부 챔버(10,20)의 내부 공간을 제외 한 상부 및 하부 챔버(10,20)의 외벽에 마련되며, 해당 외벽을 냉각시켜 상부 및 하부 챔버(10,20) 내의 온도를 하강시킴으로써 증착 공정 시 가열된 서셉터(50)를 자연스럽게 간접 방식으로 서서히 강제 냉각시키고 있다.

따라서 강제냉각부(70)는 상부 및 하부 챔버(10,20)의 외벽이면 어떠한 곳에 마련되어도 무방하다. 하지만 실질적으로 증착공간(S)은 하부 챔버(20) 내에 형성되기 때문에 강제냉각부(70)는 하부 챔버(20)의 외벽에 마련되는 것이 바람직할 수 있다.

다만, 화학 기상 증착장치를 제작할 경우, 하부 챔버(20)의 측벽에는 별도의 펜스(미도시)가 더 구비된다는 점을 감안할 때, 강제냉각부(70)는 하부 챔버(20)의 배면에 마련되는 것이 바람직할 수 있다. 보통, 하부 챔버(20)는 별도의 프레임(미도시) 위에 얹혀지게 설치되므로 작업자가 하부 챔버(20)의 배면으로 접근하기가 매우 용이하다. 따라서 본 실시예와 같이 강제냉각부(70)를 하부 챔버(20)의 배면에 마련하는 경우, 강제냉각부(70)에 대한 유지 보수의 작업 또한 쉽게 이루어질 수 있는 추가의 이점이 있게 되는 것이다.

본 실시예에서 강제냉각부(70)는 컬럼(54)의 둘레 방향을 따라 하부 챔버(20)의 배면에 착탈 가능하게 결합되는 냉각블록(71)과, 냉각블록(71) 내에 마련되어 냉각매체가 순환되는 냉각라인(72)을 포함한다.

본 실시예에서 냉각블록(71)은 상호 분할된 4개의 단위블록(미도시)으로 이루어져 있으며, 별도의 볼트나 후크 등의 결합 요소에 의해 해당 위치에 고정되어 있다. 이러한 냉각블록(71)은 냉각라인(72)으로 순환되는 냉각매체를 통해 가열된 서셉터(50)의 온도를 신속하게 낮추는 역할을 하므로, 도시된 바와 같이 반드시 4개의 단위블록으로 이루어질 필요는 없다. 즉, 그 개수와 크기에 관계없이 하부 챔버(20)의 배면 적당한 위치에 마련되면 족하다.

또한 본 실시예의 냉각블록(71)은 거의 사각 박스 형상을 갖는다. 하지만, 반드시 사각 박스 형상을 이룰 필요는 없다. 다만, 냉각블록(71)이 하부 챔버(20)의 배면과 좀 더 넓은 면적으로 면접촉하면 냉각 효율이 좋기 때문에 냉각블록(71)의 상면은 그 형상에 무관하게 하부 챔버(20)의 배면과 나란하게 형성되어 하부 챔버(20)의 배면에 면접촉되는 것이 바람직하다 할 수 있다.

냉각라인(72)이 보다 넓은 영역에서 냉각블록(71)에 접촉할 수 있도록 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각라인(72)은 냉각블록(71) 내에서 복수 열로 배열되면 좋다. 하지만, 도 3과는 달리 단일의 냉각라인(72)이 냉각블록(71) 내부를 지나도록 구성하여도 좋다.

냉각라인(72)은 그 내부로 냉각매체가 유동할 수 있도록 관상체로 마련된다. 여기서, 냉각매체는 수냉식으로서의 물이나 공랭식으로서의 질소가스 중 선택된 어느 하나일 수 있다. 질소가스는 기체 중에서도 열전달율이 상대적으로 높기 때문에 공랭식으로 사용할 때, 주로 채용된다. 하지만 질소가스와 유사한 열전달율을 갖는 기체로 대체해도 무방하다.

여기서, 냉각라인(72)의 내부로 냉각매체를 순환시키기 위해서는 냉각라인(72)의 양단이 분리되어 있을 필요가 있다. 그리고 냉각매체를 공급하는 냉각매체 공급원(미도시)과 펌프(미도시) 등을 통해 냉각라인(72)의 일단(72a)으로 냉각 매체가 공급되어야 하고, 타단(72b)으로는 순환된 냉각매체가 배출될 수 있는 구조를 가져야 한다. 본 실시예에서는 이에 대한 일반적인 구성이 생략되어 있지만, 필요시 공지된 구성들을 인용하기로 한다.

한편, 서셉터(50)에 대한 강제 냉각을 위해 냉각라인(72)을 통해 냉각매체가 순환되는 경우, 만약 서셉터(50)가 하부 챔버(20)의 바닥에 접촉되어 급격한 열 배출이 진행되면, 급격한 열 배출로 인해 서셉터(50)에 충격이 가해질 수도 있고, 급격한 온도 불균형에 따라 서셉터(50)에 균열이 발생할 수도 있다.

이에, 본 실시예의 경우, 서셉터(50)에 대한 강제 냉각을 위해 냉각라인(72)을 통해 냉각매체가 순환될 때는, 전술한 가스공급부(37)를 통해 수소와 헬륨 중 어느 하나의 가스가 증착공간(S)으로 충전됨으로써 서셉터(50)에 열적인 스트레스가 발생하지 않도록 한다.

이러한 구성을 갖는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

우선, 승강 모듈(60)에 의해 서셉터(50)가 하부 챔버(20)의 하부 영역으로 하강된 상태에서 로봇아암(미도시)에 의해 이송된 증착 대상의 유리기판(G)이 기판출입부(20a)를 통해 유입되어 서셉터(50)의 상부에 배치된다.

이 때, 리프트 핀(52)의 상단은 서셉터(50)의 상면으로 소정 높이 돌출된 상태이므로, 로봇아암은 리프트 핀(52)들에 유리기판을 올려둔 후, 취출된다. 로봇아암이 취출되면, 기판출입부(20a)는 닫히고, 상부 및 하부 챔버(10,20)의 내부는 진공 분위기로 유지됨과 동시에 증착에 필요한 공정가스(SiH4, NH3등)가 충전된다.

다음, 증착 공정의 진행을 위해, 승강 모듈(60)이 동작하여 서셉터(50)를 부상시킨다. 그러면 리프트 핀(52)이 하강되고, 이를 통해 유리기판(G)은 서셉터(50)의 상면으로 밀착하면서 로딩된다. 정해진 거리만큼 서셉터(50)가 부상하면 승강 모듈(60)의 동작이 정지되고 유리기판(G)은 가스분배판(31)의 직하방에 위치하게 된다. 이 때 이미, 서셉터(50)는 대략 280~380℃ 정도로 가열된다.

그런 다음, 절연체(34)로 인해 절연된 전극(30)을 통해 전원이 인가된다. 이어 수많은 오리피스가 형성된 가스분배판(31)을 통해 실리콘계 화합물 이온인 증착물질이 분출되면서 유리기판(G) 상으로 도달함으로써 유리기판(G) 상에 증착이 이루어진다.

한편, 유리기판(G)에 대한 증착 공정이 완료된 후, 상부 및 하부 챔버(10,20)에 대한 유지 보수 작업을 진행하기 위해, 서셉터(50)는 하강한다. 이 때, 증착공간(S)에는 수소와 헬륨 중 어느 하나의 가스가 충전되고, 이어 강제냉각부(70)의 냉각라인(72)으로 냉각매체가 순환된다.

냉각매체의 순환에 의해, 냉각블록(71)이 접촉하고 있는 하부 챔버(20)의 바닥벽은 차가워지게 되면서 증착공간(S) 내의 더운 열기를 냉각시키게 된다. 따라서 증착공간(S) 내에 배치된 서셉터(50)는 그 온도가 낮아질 수 있게 되는데, 이에 소요되는 시간은 종래보다 매우 단축될 수 있게 된다. 서셉터(50)의 온도가 대략 100℃ 미만으로 낮아지면, 하부 챔버(20)로부터 상부 챔버(10)를 분리해낸 후, 유지 보수 작업을 진행하게 된다.

이와 같이, 본 실시예에 따르면, 상대적으로 짧은 시간 내에 서셉터(50)의 온도가 적정 수준으로 낮아질 수 있도록 서셉터(50)를 강제로 냉각시킴으로써 장치의 유지 보수 작업을 위한 대기 시간이 감소될 수 있어 장치의 가동률과 그에 따른 생산성이 향상됨은 물론 전반적으로 공정 로스(Loss)가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또한 강제냉각부(70)가 하부 챔버(20)의 배면에 결합되기 때문에 강제냉각부(70)를 설치하거나 유지 보수하는 작업이 편리해질 수 있으며, 상부 및 하부 챔버(10,20) 내에 파티클(particle)이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 전술한 구조의 강제냉각부(70)로 말미암아 급격한 열 배출로 인한 서셉터(50)의 충격을 완화시킬 수 있음은 물론 급작스런 온도 불균형에 따라 서셉터(50)에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에서 하부 챔버의 배면도이다.

전술한 실시예의 경우, 냉각블록(71)이 4개의 단위블록으로 분할되어 있었다. 하지만 본 실시예와 같이, 강제냉각부(170)의 냉각블록(171)은 실질적으로 하부 챔버(20)의 배면을 거의 덮는 수준의 크기의 단일개로 채용될 수도 있다. 이러한 경우라면 냉각라인(172)을 복수 열로 배열하는 것이 바람직할 수 있다. 본 실시예와 같이 구성하더라도 서셉터(50)의 온도를 신속하게 낮추는 데에는 아무런 무리가 없다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에 서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 상대적으로 짧은 시간 내에 서셉터의 온도가 적정 수준으로 낮아질 수 있도록 서셉터를 강제로 냉각시킴으로써 장치의 유지 보수 작업을 위한 대기 시간이 감소될 수 있어 장치의 가동률과 그에 따른 생산성이 향상됨은 물론 전반적으로 공정 로스(Loss)가 발생하는 것을 억제할 수 있도록 하되, 설치 및 유지 보수 작업이 편리하도록 하면서도 챔버 내에 파티클(particle)이 발생되는 것을 방지하고, 또한 급격한 열 배출로 인한 서셉터의 충격을 완화시킬 수 있음은 물론 급작스런 온도 불균형에 따라 서셉터에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (8)

1. 평면디스플레이에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버;

   상기 챔버 내에 승강 가능하게 설치되며, 상면으로 상기 평면디스플레이가 로딩(Loading)되는 서셉터; 및

   상기 챔버의 외벽에 마련되며, 상기 챔버의 외벽을 냉각시켜 상기 챔버 내의 온도를 하강시킴으로써 상기 증착 공정 시 가열된 상기 서셉터를 강제로 냉각시키는 강제냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 챔버는,

   상기 증착 공정을 위해 증착물질을 방출시키는 전극을 구비한 상부 챔버; 및

   내부에 상기 서셉터가 구비되며, 상기 상부 챔버가 상부에 결합되는 하부 챔버를 포함하며,

   상기 강제냉각부는 상기 하부 챔버의 배면에 결합되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 강제냉각부는,

   상기 하부 챔버의 배면에 착탈 가능하게 결합되는 냉각블록; 및

   상기 냉각블록 내에 마련되어 냉각매체가 순환되는 냉각라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 냉각매체는 상기 챔버에 대한 유지 보수 작업 시 상기 냉각라인으로 순환되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 냉각매체는 물과 질소가스 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
6. 제3항에 있어서,

   상단은 상기 서셉터의 배면 중앙 영역에 고정되고 하단은 상기 하부 챔버를 통해 하방으로 노출되어 상기 서셉터를 승강 가능하게 지지하는 컬럼을 더 포함하며,

   상기 강제냉각부은 상기 컬럼의 둘레 방향을 따라 마련되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
7. 제3항에 있어서,

   상기 냉각블록은 부분적으로 분할된 복수의 단위블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 강제냉각부에 의해 상기 서셉터가 냉각될 때, 상기 챔버 내에는 수소와 헬륨 중 어느 하나의 가스가 충전되며,

   상기 평면디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display)용 대형 유리기판인 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.

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