KR101444873B1 - 기판처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온의 환경하에서 열변형이 발생하지 않는 가스분배판을 가지는 기판처리장치에 관한 것으로, 반응공간을 제공하며, 상부리드를 가지는 챔버; 상기 챔버 내부의 상기 상부리드의 하부에 설치되는 후방 플레이트; 상기 플라즈마 전극의 하부에 다수의 분사홀을 가지는 가스분배판; 상기 플라즈마 전극과 대향전극으로 사용되며, 기판이 안치되는 기판안치대; 상기 플라즈마 전극을 개재하여, 상기 상부리드와 상기 가스분배판을 연결시키는 결합부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

기판처리장치, 가스 분배판, 상부리드, 결합부재, 볼트

Description

기판처리장치{System for treatmenting substrate}

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고온의 환경하에서 열변형이 발생하지 않는 가스분배판을 가지는 기판처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Device) 또는 유리기판 상에 형성되는 박막 태양전지의 제조공정에서는 높은 생산성을 확보하기 위하여 대면적의 유리기판을 사용한다. 액정표시장치 또는 박막 태양전지를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 패터닝하는 식각공정 등을 거치게 되며, 이들 각 공정은 해당공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 기판처리장치의 내부에서 진행된다.

액정표시장치 또는 박막 태양전지에서, 증착공정 및 식각공정은 공정챔버 내부에서 상부로부터 다운 스트림 방식으로 반응 및 소스물질이 가스 상태로 유입되 어 진행하며, 공정챔버는 반응 및 소스가스가 기판 상면에 균일하게 분포될 수 있도록 기판 상부에 다수의 관통홀이 형성되어 있는 가스분배판을 포함한다. 특히, 최근에는 박막을 증착시키는데 있어서, 공정챔버 외부의 고전압의 에너지를 이용하여 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨 상태에서 공정가스 사이의 화학반응을 유도하는 플라즈마 강화 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) 방법이 폭넓게 사용되고 있다. 그런데, 대면적의 기판을 사용함에 따라, 대면적의 가스분배판을 사용하게 되면서, 공정챔버의 내부에서 열변형에 의한 가스분배판의 처짐이 발생하게 된다. PECVD 방법을 이용한 기판증착 장치와 같은 표시장치용 기판 제조장비를 일예로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래기술에 따른 기판처리장치의 개략도이다. 도 1의 종래기술의 가스분배판의 처짐을 방지하기 위하여, 후방플레이트와 가스분배판의 중앙부에 볼트로 연결하는 방법을 사용한다.

기판처리장치(10)는 밀폐공간을 제공하는 공정챔버(12), 공정챔버(12) 내부의 상부에 위치하며, 플라즈마 전극으로 사용되는 후방 플레이트(14), 후방 플레이트(14)와 연결되며 공정챔버(12)의 내부에 소스가스를 공급하는 가스 공급관(36), 후방 플레이트(14)의 하부에 위치하며, 다수의 분사홀(16)을 가지는 알루미늄 재질의 가스분배판(18), 플라즈마 전극과 대향전극으로 사용되며 기판(20)이 안치되는 기판안치대(22), 공정챔버(12)의 내부에서 사용되는 반응가스 및 부산물을 배출하 기 위한 배출구(24)로 포함하여 구성된다. 그리고 후방 플레이트(14)는 RF전원(30)과 연결되고, 후방 플레이트(14)와 RF전원(30) 사이에는 임피던스 정합을 위한 매처(32)가 설치된다.

가스분배판(18)은 후방 플레이트(14)와 버퍼공간(26)을 가지고, 후방 플레이트(14)로부터 연장되어 연결되는 지지대(28)에 거치되거나 고정된다. 그리고, 공정챔버(12)의 내부에서 기판을 처리하면서, 열변형에 기인하여 가스분배판(18)의 중앙부가 하부로 처지는 현상을 방지하기 위하여, 가스 공급관(14)의 중앙부와 대응되는 후방 플레이트(14)를 볼트(34)에 의해 결합시킨다. 볼트(34)에 의한 결합에 의해, 기판처리과정에서 발생할 수 있는 열변형에 기인한 가스분배판(18)의 변형을 방지하여, 가스분배판(18)과 기판안치대(22)의 간격을 균일하게 유지시킨다.

그러나, 기판처리를 위하여, 공정챔버(12)의 내부를 진공으로 배기할 때, 진공압력에 위해, 후방 플레이트(14)의 처짐이 발생한다. 후방 플레이트(14)의 처짐현상은 하중이 집중되는 중앙부에서 발생되며, 후방 플레이트(14)와 볼트(34)에 의해 연결되어 있는 가스 분배판(18)도 동시에 같은 형태로 처지게 되어, 가스분배판(18)과 기판안치대(22)의 간격은 불균일하게 되어, 기판(20) 상에 불균일한 박막이 증착되거나, 불균일한 식각이 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 가스분배판의 중앙부를 챔버의 상부리드와 체결하는 것에 의해, 고온의 환경하에서 열변형이 발생하지 않는 가스분배판을 가지는 기판처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판처리장치는, 반응공간을 제공하며, 상부리드를 가지는 챔버; 상기 챔버 내부의 상기 상부리드의 하부에 설치되는 후방 플레이트; 상기 플라즈마 전극의 하부에 다수의 분사홀을 가지는 가스분배판; 상기 플라즈마 전극과 대향전극으로 사용되며, 기판이 안치되는 기판안치대; 상기 플라즈마 전극을 개재하여, 상기 상부리드와 상기 가스분배판을 연결시키는 결합부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 결합부재는, 상기 상부리드에 설치되는 제 1 관통홀 및 상기 후방 플레이트에 설치되는 제 2 관통홀을 통과하여, 상기 가스분배판에 설치되는 체결공과 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 제 1 관통홀의 내부에 설치되는 제 1 절연부재와, 상기 제 1 관통홀과 대응되는 상기 상부리드의 상부 및 하부에 각각 설치되는 제 2 및 제 3 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 결합부재는 볼트를 사용하며, 상 기 볼트의 상단부를 밀폐시키는 볼트캡을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 볼트의 상단부가 삽입되는 삽입구가 상기 상부리드에 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 결합부재는 볼트를 사용하며, 상기 볼트의 상단부를 밀폐시키는 볼트캡을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 제 2 절연부재는, 상기 가스 공급관이 통과하는 관통부를 가지는 원판형 절연부재이고, 상기 원판형 절연부재와 상기 상부리드를 제 2 결합부재에 의해 체결하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 제 1 절연부재의 관통부, 상기 제 2 관통홀, 및 상기 체결공의 내부에 제 1 나사산이 형성되고, 상기 볼트의 표면에 제 2 나사산이 형성되어, 상기 볼트에 의해 상기 상부리드와 상기 가스분배판의 간격을 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 상부리드와 상기 후방 플레이트의 사이에서 상기 결합부재를 밀폐시키는 벨로우즈를 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 벨로우즈와 상기 후방 플레이트 사이에 절연부재를 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 가스 공급관과 대응되며, 상기 후방 프레이트와 상기 가스 분배판 사이에 상기 결합부재가 통과하는 제 3 관통홀이 형성된 배플을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 기판처리장치는, 반응 공간을 제공하며, 상부리드를 가지는 챔버; 상기 챔버 내부의 상기 상부리드의 하부에 설치되는 후방 플레이트; 상기 플라즈마 전극의 하부에 다수의 분사홀을 가지는 가스분배판; 상기 플라즈마 전극과 대향전극으로 사용되며, 기판이 안치되는 기판안치대; 상기 플라즈마 전극을 개재하여, 상기 상부리드와 상기 가스분배판을 연결시키며, 상기 상부리드와 상기 가스 분배판의 간격을 조절하는 결합부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.

가스 분배판의 중앙부를 챔버의 상부리드와 체결하는 것에 의해, 고온의 환경 하에서도 가스 분배판의 열변형을 방지할 수 있다다. 가스 분배판의 변형이 발생하지 않아, 가스 분배판과 기판안치대의 간격을 일정하게 유지할 수 있어, 균일한 기판처리가 가능하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도 2에서 A 부분의 확대도이고, 도 4 및 도 5는 도 2에서 A 부분의 상부리드 평면도이다.

기판처리장치(110)는 밀폐공간을 제공하는 공정챔버(112), 공정챔버(112)의 내부에서, 플라즈마 전극으로 사용되는 후방 플레이트(114), 후방 플레이트(114)와 연결되며 공정챔버(112)의 내부에 소스가스를 공급하는 가스 공급관(136), 후방 플레이트(114)의 하부에 위치하며, 다수의 분사홀(116)을 가지는 알루미늄 재질의 가스분배판(118), 플라즈마 전극과 대향전극으로 사용되며 기판(120)이 안치되는 기판안치대(122), 공정챔버(112)의 내부에서 사용되는 반응가스 및 부산물을 배출하기 위한 배출구(124)로 포함하여 구성된다.

공정챔버(112)는 상부에 위치하는 상부리드(138), 상부리드(138)의 주변부에서 연결되는 측면리드(140), 및 측면리드(140)와 연결되는 챔버바디(142)로 구성되며, O-링과 같은 밀폐수단을 개재하여 연결시킨다. 그리고 후방 플레이트(114)는 RF 전원(130)과 연결되고, 후방 플레이트(114)와 RF 전원(130) 사이에는 임피던스 정합을 위한 매처(132)가 설치된다. 가스분배판(118)은 후방 플레이트(114)와 버퍼공간(126)을 가지고, 후방 플레이트(114)로부터 연장되어 연결되는 지지대(128)에 거치되거나 고정된다. 버퍼공간(126)을 형성하기 위하여, 가스 분배판(118)과 후방 플레이트(114)의 주변부는 서로 연결되어 있고, 주변부를 제외한 부분은 이격된다.

그리고, 공정챔버(112)의 내부에서 기판을 처리하면서, 열변형에 기인하여 가스분배판(118)의 중앙부가 하부로 처지는 현상을 방지하기 위하여, 가스분배 판(118)과 상부리드(138)를 제 1 결합부재인 다수의 제 1 볼트(144)로 체결한다. 따라서, 공정챔버(112)의 내부를 진공으로 배기할 때, 진공압력에 의해 후방 플레이트(114)의 처짐과 무관하게, 가스분배판(118)과 기판안치대(122)의 간격을 균일하게 유지할 수 있다. 가스분배판(118)과 기판안치대(122)가 일정한 간격을 유지하게 되어, 기판 상에 박막이 균일하게 증착되거나 또는 기판이 균일하게 식각되는 기판처리공정을 수행할 수 있다. 상부리드(138)과 후방 플레이트(114)는 서로 이격된다.

도 2 및 도 3과 같이, 가스분배판(118)과 상부리드(138)를 체결시키기 위하여, 상부리드(138) 및 후방 플레이트(114)에는 다수의 제 1 볼트(144)를 통과시키는 다수의 제 1 및 제 2 관통공(160, 162)을 설치하고, 가스분배판(118)에는 다수의 체결공(164)을 설치한다. 제 1 볼트(144)의 하단부와 체결공(164)에는 결합을 위한 제 1 및 제 2 나사산(190, 192)이 형성된다. 그리고, 체결공(164)과 제 1 볼트(144)를 체결하였을 때, 체결공(164)에는 제 1 볼트(144)와 결합되지 않는 완충공간(194)이 설치된다. 상부리드(138)와 가스분배판(118) 사이의 간격은 다수의 제 1 볼트(144)에 의해 조절이 가능하다.

상부리드(138)에 설치되어 있는 다수의 제 1 관통홀(160)을 통한 공기의 유입을 방지하기 위하여, 다수의 제 1 볼트(144) 상에 각각 볼트캡(172)을 설치한다. 볼트캡(172)과 상부리드(138)의 사이에는 O-링과 같은 밀폐수단을 개재하여 밀폐시 킨다. 다수의 제 1 볼트(114)가 통과하는 상부리드(138)와 후방 플레이트(114)의 사이에는 기밀을 유지하기 위한 벨로우즈(146)를 설치한다. 벨로우즈(146)는 상부리드(138)와 후방 플레이트(114)의 간격이 조절됨에 따라, 팽창 및 수축할 수 있는 기밀유지수단인 벨로우즈(146)를 사용한다. 후방 플레이트(114)와 챔버몸체(142)의 사이는 공정을 진행하기 위한 진공상태이므로, 상압 상태의 상부리드(138)와 후방 플레이트(114) 사이의 공간에 의한 영향을 방지하기 위하여 벨로우즈(146)을 설치한다.

다수의 제 1 볼트(144)는 금속재질로 형성되므로, RF 전원(130)을 공급받는 후방 플레이트(114)와 상부리드(138)가 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위해, 다수의 제 1 볼트(144)와 상부리드(138)를 절연시키는 절연부재(174)를 설치한다. 절연부재(174)는 다수의 제 1 관통홀(160) 내부의 제 1 절연부재(164), 다수의 제 1 볼트(144)의 상단부와 상부리드(114)의 절연을 위한 제 2 절연부재(166), 상부리드(114)와 벨로우즈(146)의 절연을 위한 제 3 절연부재(168), 및 벨로우즈(146)와 후방 플레이트(114)의 절연을 위한 제 4 절연부재(169)로 구성된다. 도 4는 도 2의 A 부분에서, 다수의 제 1 볼트(144)에 의해 가스분배판(118)과 체결되는 상부리드(138)의 평면도를 참조하면, 가스분배판(118)과 상부리드(138)의 체결부위는 가스공급관(136)과 인접한 중앙부에 설치된다.

후방 플레이트(114)와 가스분배판(118) 사이의 버퍼공간(126)에서, 가스공급 관(136)에서 공급되는 소오스 가스의 원활한 확산을 위하여 설치하는 배플(148)에도 제 3 관통공(170)을 설치한다. 가스분배판(118)의 다수의 체결공(164)은 완전히 관통되지 않는다. 그리고, 다수의 제 1 볼트(144)에 의해, 상부리드(114)와 가스분배판(118)의 간격을 조절할 수 있다.

도 2 내지 도 4와 같이, 다수의 제 1 볼트(144)의 상단부의 각각과 상부리드(138)를 절연시키기 위한 다수의 제 2 절연부재(166) 대신에, 도 5와 같이, 가스공급관(136)에 의해 관통되는 홀을 가진 원판형의 제 5 절연부재(154)를 설치할 수 있다. 제 5 절연부재(154)는 상부리드(138)와 제 2 결합부재인 다수의 제 2 볼트(176)에 의해 결합된다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치에서, 결합부재의 분해 단면도이고, 도 7은 도 6의 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치에서, 결합부재의 연결 상세도이다.

도 6과 같이, 가스분배판(118)과 상부리드(138)를 체결시키기 위하여, 상부리드(138) 및 후방 플레이트(114)에는 다수의 제 1 볼트(144)를 통과시키는 다수의 제 1 및 제 2 관통공(160, 162)을 설치하고, 가스분배판(118)에는 다수의 체결공(164)을 설치한다. 제 1 볼트(144)의 하단부와 체결공(164)에는 결합을 위한 제 1 및 제 2 나사산(190, 192)이 형성된다. 그리고, 체결공(164)과 제 1 볼트(144)를 체결하였을 때, 체결공(164)에는 제 1 볼트(144)와 결합되지 않는 완충공간(194)이 설치된다. 그리고, 제 1 볼트(144)의 헤드인 상단부가 상부리드(138)와 동일한 평면을 가질 수 있도록, 상부리드(138)에 제 1 볼트(144)의 상단부가 삽입되는 삽입구(196)를 설치한다.

상부리드(138)에 설치되어 있는 다수의 제 1 관통홀(160)을 통한 공기의 유입을 방지하기 위하여, 삽입구(196)와 대응되는 상부리드(138) 상에 평판형의 볼트캡(172)을 설치하고, 볼트캡(172)와 상부리드(138)의 사이에는 O-링과 같은 밀폐수단을 개재하여 밀봉한다. 다수의 제 1 볼트(114)가 통과하는 상부리드(138)와 후방 플레이트(114)의 사이에는 기밀을 유지하기 위한 벨로우즈(146)를 설치한다. 후방 플레이트(114)와 챔버몸체(142)의 사이는 공정을 진행하기 위한 진공상태이므로, 상압 상태의 상부리드(138)와 후방 플레이트(114) 사이의 공간에 의한 영향을 방지하기 위하여 벨로우즈(146)을 설치한다.

다수의 제 1 볼트(144)는 금속재질로 형성되므로, RF 전원(130)을 공급받는 후방 플레이트(114)와 상부리드(138)가 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위해, 다수의 제 1 볼트(144)와 상부리드(138)를 절연시키는 절연부재(174)를 설치한다. 절연부재(174)는 제 1 볼트(144)의 상단부를 절연시키는 제 1 절연부재(200), 제 1 관통홀(160)과 제 1 볼트(144)를 절연시키는 제 2 절연부재(202), 상부리드(114)와 벨로우즈(146)의 상부 플렌지(22)의 사이에서 제 1 볼트(144)의 절연을 위한 제 3 절연부재(204), 및 벨로우즈(146)의 하부 플렌지(224)와 후방 플레이트(114)의 절연을 위한 제 4 절연부재(206)로 구성된다. 그리고, 벨로우즈(146)를 관통하는 제 1 볼트(144)를 절연시키는 제 5 절연부재(도시하지 않음)를 설치할 수 있다.

제 1 절연부재(200)와 제 2 절연부재(202)의 연결시키기 위하여, 제 1 절연부재(200) 하부의 외주연을 따라 제 1 단차부(210)를 설치하고, 제 2 절연부재(202) 상부의 외주연을 따라 제 1 절연부재(200)의 내측에 삽입될 수 있는 제 2 단차부(212)를 설치한다. 제 2 절연부재(202) 하부의 외주연을 따라 제 3 단차부(214)을 설치하고, 제 3 절연부재(204) 상부의 외주연을 따라 제 4 단차부(216)를 설치하고, 제 2 절연부재(202)와 제 3 절연부재(204)를 연결시킨다. 도 7은 도 6에서 B부분을 확대한 것으로, 제 1 절연부재(200)의 제 1 단차부(210)와 제 2 절연부재(202)의 제 2 단차부(212)가 연결되는 상태를 도시한다. 벨로우즈(146)의 상부 플렌지(222) 및 하부 플렌지(224)는 각각 제 3 절연부재(204)와 제 4 절연부재(206)과 O-링을 개재하여 밀봉한다.

도 1은 종래기술에 따른 기판처리장치의 개략도

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 A의 확대도

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 상부리드의 평면도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치에서, 결합부재의 분해 단면도

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치에서, 결합부재의 연결 상세도

Claims (11)

1. 제 1 관통홀을 갖는 상부리드와, 상기 상부리드의 양단으로부터 하부방향으로 연장되는 측면리드와, 측면리드와 연결되는 챔버바디를 포함하여 내부공간을 갖는 공정챔버;

   상기 내부공간 내에 위치하고 상기 상부리드와 이격되어 그 사이에 이격공간을 형성하며, 제 2 관통홀을 갖고 상기 공정챔버 내부에 가스를 공급하는 가스공급관이 연결되며, 상기 챔버바디와 반응공간을 형성하는 후방플레이트;

   상기 후방플레이트 하부에 이격되어 위치하여 그 사이에 버퍼공간을 형성하고, 나사산이 형성된 체결공과 다수의 분사홀을 가지는 가스분배판;

   기판이 안치되며 상기 가스분배판 하부에 위치하는 기판안치대;

   상기 제 1 관통홀로부터 연장되며 상기 제 2 관통홀을 관통하여 상기 체결공에 체결됨으로써 상기 상부리드와 상기 가스분배판을 체결시키며 상기 상부리드와 상기 가스분배판 사이 간격을 조절하는 결합부재를 포함하는 기판처리장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 결합부재가 통과하는 상기 후방플레이트와 상기 상부리드 사이에는 기밀유지수단을 포함하는 기판처리장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 후방플레이트와 전기적으로 연결되는 RF전원; 및

   상기 후방플레이트와 상기 기밀유지수단을 절연하는 절연부재를 포함하는 기판처리장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 공정챔버의 내부가 진공일 때, 상기 상부리드는 상압상태로 존재하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 후방플레이트와 전기적으로 연결되는 RF전원; 및

   상기 상부리드와 상기 결합부재 사이를 절연하는 절연부재를 포함하는 기판처리장치.
10. 삭제
11. 삭제

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