KR100795756B1 - 서셉터 및 서셉터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서셉터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정 표시 장치용 공정 챔버 내부에 설치되며 내부에 히터가 매설되는 서셉터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 서셉터는, 저면에 매설홈이 형성된 서셉터 바디; 상기 매설홈의 내부에 수용된 히터; 상기 서셉터 바디와 연결되어 상기 히터를 외부로 연장시키는 서셉터 샤프트; 및 상기 서셉터 바디와 마찰 교반 용접에 의하여 일체화되어 있는 커버를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

서셉터, 히터, 마찰 교반 용접 방법(FSW)

Description

서셉터 및 서셉터의 제조방법{Susceptor And Method of Manufacturing the Same}

도 1은 종래의 액정 표시 장치용 공정 챔버 내부에 서셉터가 장착된 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2a는 도 1의 액정 표시 장치용 서셉터에 히터가 삽입된 상태를 도시하는 서셉터 바디의 부분 단면도이다.

도 2b는 도 1의 A-A' 선을 따른 서셉터 바디의 단면도이다.

도 3은 도 2a에 도시된 바와 같이 히터가 서셉터 바디와 커버를 TIG 용접 하는 경우 접합 부위에서 발생하는 관통 크랙의 일례를 도시한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 서셉터에 히터를 밀봉하는 과정을 나타내는 순서도이다.

도 5a 내지 도 5c는 도 4의 단계 S44에서의 마찰 교반 용접 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명은 서셉터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정 표 시 장치용 공정 챔버 내부에 설치되며 내부에 히터가 매설되는 서셉터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 어레이 기판과 컬러 필터 기판 사이에 액정을 주입하여, 그 특성을 이용해 영상 효과를 얻는 비발광 소자를 뜻한다. 이러한 어레이 기판과 컬러 필터 기판은 각각 유리 등의 재질로 이루어지는 투명 기판 상에 공정 챔버 내에서 수차례에 걸친 박막의 증착, 패터닝 및 식각 공정을 통해 제조되는데, 공정 챔버 내부로 반응 및 소스 물질이 가스 상으로 유입되어 증착 공정을 진행하고자 하는 경우, 공정 챔버 내부에는 기판이 안착되며 증착에 적절한 온도로 가열시킬 수 있도록 히터가 내부에 매설되는 서셉터가 설치된다.

도 1은 상술한 바와 같은 액정 표시 장치용 공정 챔버 내부에 서셉터가 장착된 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 액정 표시 장치용 공정 챔버에 장착되는 서셉터는, 서셉터의 상면으로 기판(12)이 안착될 수 있도록 수평 설치되는 서셉터 바디(11)와 그 저면에서 하향 연직 방향으로 연결되며 상기 서셉터 바디(11)를 지지하는 서셉터 샤프트(13)로 구성된다. 상기 서셉터 샤프트(13)는 외부의 모터 등과 연결되는 구동부(미도시)와 연결되어 승하강할 수 있어, 기판(12)이 상기 서셉터 바디(11)의 상면으로 로딩/언로딩함에 따라 서셉터 바디(11)를 수직방향으로 연동시킨다. 상기 서셉터 샤프트(13)는 상기 서셉터 바디(11)와 결합한 뒤에 공정 챔버를 진공 펌프(14)에 의해 적절한 진공 상태를 유지하도록 용접(15) 등의 방법에 의해 진공 실링(vacuum sealing)되도록 한다.

이 때, 상기 서셉터 바디(11)의 저면으로 히터(16)가 삽입되어 상기 서셉터 바디(11)의 중앙에 형성된 관통구를 통하여 연결되는 상기 서셉터 샤프트(13)로 연장된 후 외부의 전원(미도시)와 연결되는 라인(17)과 연결되는데, 이와 같이 서셉터 바디(11)의 내부에 삽입되어 서셉터 샤프트(13)로 연장되는 히터의 구성을 도 2a 및 도 2b를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2a는 도 1의 히터가 삽입된 상태를 도시하는 서셉터 바디의 부분 단면도이고, 도 2b는 도 1의 A-A' 선을 따른 서셉터 바디의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 통상 알루미늄으로 이루어지는 서셉터 바디(50)의 저면으로 매설홈(21)이 형성되어 그 내부로 히터(16)가 내장된다. 상기 히터(16)는 통상 절연 코어(22) 및 금속 시스(23)로 이루어지며, 서셉터 바디(11)의 중앙에 형성된 관통구(27)를 통하여 상기 서셉터 샤프트(13)로 연장된다. 상기 도면에서는 절연 코어 및 금속 시스로 이루어진 하나의 층을 갖는 히터를 도시하였으나, 경우에 따라서는 상기 히터(16)는 제 2 절연 코어 및 제 2 금속 시스로 이루어진 층을 더 포함하여 2층으로 구성되기도 한다. 상기 매설홈(21)으로 히터(16)가 수용된 후에는 그 저면으로 알루미늄 재질의 제 1 커버(24) 및 제 2 커버(25)가 매설홈(21)을 폐쇄시키고 최종적으로 용접살(26)을 이용하여 용접 처리를 행함으로써 매설홈(21)의 내부 공간을 외부와 완전히 격리시켜 진공 챔버가 진공 상태를 유지시키도록 한다. .

여기서, 상기 용접 살(26)에 의한 용접 처리는, 상기 서셉터 샤프트(13) 내부로 연장된 히터(16)가 관 형태의 서셉터 샤프트(13)를 통과하여 외부의 전원과 연결되어 전원을 공급받아야 하기 때문에, 서셉터 바디(11)의 저면에서 히터를 수 용하는 매설 홈을 진공 상태로 밀폐시켜 공정 챔버 내부가 진공으로 유지되도록 하는 역할을 수행하며, 이에 사용되는 용접 방법으로서는 TIG 용접 등과 같은 아크 용접을 사용하고 있다.

그러나, 상기한 바와 같이 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 TIG 용접과 같은 아크 용접에 의한 융접[fusion welding; 모재(母材; base metal) 또는 용가재(溶加材; filler metal)를 고열로 용융한 후 응고시킴으로써 접합부를 형성하는 용접법을 일컬음]하는 경우에는 모재 또는 용접살(welding bead)에서의 크랙(crack) 형성 위험이 크고, 이러한 현상은 알루미늄 합금의 용접 시 두드러진다. 상술한 바와 같은 용접 방법을 사용하여 서셉터를 제조하는 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 접합 부위에서 발생한 관통 크랙에 의하여 서셉터의 진공 실링에 문제가 발생할 가능성이 매우 높다. 또한 비록 제품 제작 직후에는 크랙에 의한 진공 누설(vacuum leak)의 문제가 발생하지 않았다 하더라도, 용접부의 내부에 존재하는 미세 크랙이 제품의 사용 중 온도 사이클에 의한 스트레스로 인하여 크랙 성장(crack propagation)이 발생하여 결국 정상적인 제품의 사용 수명 이전에 진공 누설이 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 특히 이러한 용접부의 신뢰성은 액정 표시 장치의 대형화 및 이와 따른 LCD 기판 및 서셉터의 대형화와 관련하여 더욱 문제가 될 가능성이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 서셉터 바디의 저면에 형성되는 매설홈의 내부에 수용되는 히터를 밀폐시키는 커버 와 상기 서셉터 바디를 마찰 교반 용접에 의해 용접시킴으로써, 용접부에서 크랙의 발생을 방지함으로써 진공 누설을 최소화시킬 수 있는 서셉터 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 서셉터는, 저면에 매설홈이 형성된 서셉터 바디; 상기 매설홈의 내부에 수용된 히터; 상기 서셉터 바디와 연결되어 상기 히터를 외부로 연장시키는 서셉터 샤프트; 및 상기 서셉터 바디와 마찰 교반 용접에 의하여 일체화되어 있는 커버를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 커버는, 상기 히터와 접촉하는 제 1 커버; 및 상기 제 1 커버와 접촉되며, 상기 서셉터 바디와 용접되는 부분을 가지는 제 2 커버를 포함하여 이루질 수 있다.

또한 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 서셉터의 제조방법은, 서셉터 바디의 저면에 형성되는 매설홈의 내부로 히터를 수용시키는 단계; 상기 히터가 수용된 상기 매설홈을 커버로 밀폐시키는 단계; 및 상기 커버와 상기 서셉터 바디를 마찰 교반 용접에 의하여 일체화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 이하에서 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 서셉터에 히터를 밀봉하는 과정을 나타내는 순서도이고, 도 5a 내지 도 5c는 도 4의 단계 S44에서의 마찰 교반 용접 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 먼저, 서셉터 바디(11)의 저면에 매설홈(21)을 형성하고(S41), 이 매설홈(21)의 내부에 히터(16)를 수용하여 서셉터 바디(11)에 삽입 장착시키고(S42), 도 5a에서 볼 때 매설홈(21)의 상측 공간에 제 1 커버(24) 및 제 2 커버(25)를 차례로 밀착 삽입하여 매설홈(21)을 밀폐시킨다(S43). 그 후에 마찰 교반 용접 툴(FSW tool; 도 5a 및 도 5b의 도면부호 51 참조)을 이용하여 제 2 커버(25)와 서셉터 바디(11)의 경계부를 따라 마찰 교반 용접하여 제 2 커버(25)와 서셉터 바디(11)를 일체화시킨다(S44). 본 실시예에서 상술한 마찰 교반 용접 방법은 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이 제 2 바디(25)와 서셉터 바디(11)의 상면측에서 그 경계면을 따라 행하여지며, 용접부(52)의 위치는 히터(16)가 삽입되어 있는 방향을 따라 평행하게 형성된다.

본 발명에서 사용하는 마찰 교반 용접 방법이라 함은, 견부(shoulder)가 형성된 회전하는 원통형 공구인 FSW 툴을 이용하며, 돌출된 말단 핀(pin)을 빠르게 회전시켜 원통형 핀 공구와 접촉되는 금속에서 기계적 마찰을 생성시켜 금속을 가소화하여 용접하는 방법을 일컫는다. 그 과정에 대해서 간략히 살펴보면, 먼저 용접될 대상물을 맞대어진 밀착면들과 함께 지지판에 클램프시키고, 빠르게 회전하는 원통형 공구의 핀이 금속과 접촉하게 되어, 맞대기 접합 용접되도록, 그 조인트의 중앙선에 중심을 맞춘다. 이 접촉에 의해 마찰 가열이 급속하게 생성되어, 금속을 가소화하고, 원통형 공구의 견부가 금속 표면에 접촉할 때까지 핀이 상기 조인트내 로 느리게 진입한다. 이 단계에서, 원통형 공구의 견부 아래의 회전하는 핀 주위에서 대부분의 가소화된 금속이 칼럼(column)을 이루게 된다. 이 방법의 변수로서는, 핀 회전 속도, 핀 직경에 대한 견부의 사이즈, 핀의 진입되는 힘 및 이동 속도 등을 들 수 있다.

그후, 핀은 조인트의 선을 따라 작업물에 대해 상대 이동한다. 회전하는 핀이 이동함에 따라, 가소화된 금속이 핀 표면 프로파일에 의해 부여되는 기계적인 교반 및 단조 작용을 실행하면서 핀의 배면으로 압출되어 원통형 공구의 견부에 의해 재료에 가해지는 압력에 의해 상부로부터 구속된다. 핀의 선단면과 충돌한 금속이 파쇄, 가열 및 가소화되어 핀이 조인트 라인 하방으로 진행함에 따라 배면으로만 압출된다. 따라서, 마찰 교반 용접 방법은 조인트 라인을 따라 금속을 파쇄하고, 산화물층을 제거하고, 용접물을 형성하도록 냉각이 시작되는 원통형 공구의 견부 하방의 핀의 후방측상의 가소화된 금속을 교반한다. 금속이 용융점 아래의 온도로 가열되기 때문에, 마찰 교반 용접 방법은 고상 용접 방법에 속한다.

마찰 교반 용접 방법은 아크 용접 등의 융접(fusion welding)의 여러 결점을 해소시키는 것으로 알려져 있다. 융접에서는 금속이 액화되어 용접 풀을 형성한 후 용접살로 냉각되는데 이때 보이드 및 크랙의 형성 위험이 있고, 또한, 용접 매연(fume)이 발산되고, 합금의 경우에는 합금 성분들의 증발에 의한 손실의 차이 때문에 용접의 금속 조성물이 본래의 합금에 비해 변화하게 될 뿐만 아니라, 합금 성분들의 분리를 야기하기도 하며, 더욱이 알루미늄 등과 같이 용접이 어려운 금속의 경우 보호용 용접 실드 가스를 필요로 하기도 한다. 이에 반해, 마찰 교발 용접은 일부 융접 기술에서처럼 충전재 또는 다른 소비재를 필요로 하지 않을 뿐만 아니라, 우수한 용접 강도 및 가스 금속 아크 용접에 비해 내구성을 갖는다는 장점을 갖는다.

본 발명의 서셉터 및 이의 제조 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하다. 예를 들어, 실시예에서 설명한 제 1 커버 및 제 2 커버는 별도로 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라, 하나의 커버를 사용하는 서셉터의 경우에도 적용될 수 있으며, 서셉터 바디와 커버가 동일면을 형성하지 않는 경우에도 적용가능하다. 결국, 상기 실시예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니므로, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 그와 균등한 범위를 포함하여 판단되어야 한다.

본 발명에 따르면, 마찰 교반 용접 방법에 의해 서셉터 바디와 커버를 접합시켜 일체화시키고 있기 때문에, 종래의 융접(fusion welding) 방법에 의한 용접 시 용접 부위의 알루미늄 합금의 응고에 따른 열적 크랙 등의 결함 발생이 근본적으로 방지할 수 있으며, 따라서 신뢰성이 우수한 서셉터 제품을 제작할 수 있다.

또한 상기 마찰 교반 용접 방법은 종래의 TIG 등의 아크 용접에서 발생하는 용접 매연(fume)이 발생되지 않기 때문에 작업환경의 개선에 도움이 된다.

Claims (3)

1. 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고 저면에 매설홈이 형성된 서셉터 바디;

   상기 매설홈의 내부에 수용된 히터;

   상기 서셉터 바디와 연결되어 상기 히터를 외부로 연장시키는 서셉터 샤프트; 및

   상기 매설홈을 밀폐시키도록 상기 히터가 수용된 상기 매설홈에 삽입되고, 상기 서셉터 바디와 동일면의 경계부를 따라 행해지는 마찰 교반 용접에 의하여 상기 서셉터 바디와 일체화되어 있는 커버를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 서셉터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 커버는,

   상기 히터와 접촉하는 제 1 커버; 및

   상기 제 1 커버와 접촉되며, 상기 서셉터 바디와 용접되는 부분을 가지는 제 2 커버를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 서셉터.
3. 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 서셉터 바디의 저면에 형성되는 매설홈의 내부로 히터를 수용시키는 단계;

   상기 히터가 수용된 상기 매설홈을 커버로 밀폐시키는 단계; 및

   상기 서셉터 바디와 상기 커버의 동일면의 경계부를 따라 마찰 교반 용접을 행함으로써 상기 커버와 상기 서셉터 바디를 일체화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 서셉터의 제조 방법.

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