KR101341423B1 - 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치 - Google Patents

평면디스플레이용 화학 기상 증착장치 Download PDF

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Abstract

평면디스플레이용 화학 기상 증착장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치는, 평면디스플레이에 대한 증착 공정을 진행하는 챔버 내에 마련되어 평면디스플레이를 지지하는 서셉터; 상단부는 서셉터의 중앙 영역에 결합되고 하단부는 챔버를 통해 하방으로 노출되어 서셉터를 승하강 가능하게 지지하는 컬럼; 및 컬럼에 결합되어 서셉터를 하부에서 지지하며, 서셉터의 에지(edge) 영역을 지지하는 다수의 에지 지지부와, 컬럼이 배치되는 서셉터의 중앙 영역을 지지하는 중앙 지지부를 구비하는 서셉터 지지유닛을 포함한다.

Description

평면디스플레이용 화학 기상 증착장치{Chemical Vapor Deposition Apparatus for Flat Display}
본 발명은, 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 서셉터에 불균일한 처짐이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 유리기판에 대한 증착 품질을 향상시킬 수 있는 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 표시하는 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 3 미터(m) 내외에 이르는 소위, 11세대의 유리기판 양산을 고려하고 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 섭씨 200~400도 정도로 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, 유리기판을 지지하는 서셉터는 화학 기상 증착장치의 특성상 화학적 반응에 안정된 알루미늄(Al) 재질로 제작되고, 증착 공정 시 섭씨 200~400도 정도로 가열(heating)되는데, 이러한 서셉터, 특히 11세대용 서셉터와 같이 대면적 서셉터는 자중과 온도에 의해 처짐이 발생될 수 있다.
시간에 따른 서셉터의 처짐은 공정을 진행하는 챔버의 안정화에 불리할 뿐만 아니라 증착(deposition) 값에 변화를 줄 수 있다.
특히, 서셉터는 전기적인 신호를 제공하는 봉(rod) 형태의 컬럼이 중앙 영역에 연결되어 있는 사각 평판 형상으로 제작되는데, 이러한 구조에서 서셉터의 처짐은 주로 사각 평판 형상의 에지(edge) 위주로 진행된다.
따라서 종래에는 서셉터의 하부에 열 처짐에 강한 세라믹 플레이트를 여러 포인트(point)에 받쳐주어 특히, 서셉터의 에지에 받쳐주어 서셉터의 처짐을 방지하려는 시도를 기울여 왔다.
한편, 전술한 11세대용과 같이, 대면적 유리기판의 증착을 진행하는 화학 기상 증착장치의 경우, 상부의 전극과 하부의 전극인 서셉터의 간극이 중요한데, 종래기술처럼 서셉터의 에지 부분만을 받쳐 지지하게 되면 서셉터의 불균일한 처짐, 특히 서셉터의 중앙 영역에서 처짐이 발생됨으로써 결과적으로 서셉터의 상면에 지지되는 유리기판에 대한 증착 품질을 저해할 수 있으므로 이에 대한 대안이 요구된다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 서셉터에 불균일한 처짐이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 유리기판에 대한 증착 품질을 향상시킬 수 있는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 평면디스플레이에 대한 증착 공정을 진행하는 챔버 내에 마련되어 상기 평면디스플레이를 지지하는 서셉터; 상단부는 상기 서셉터의 중앙 영역에 결합되고 하단부는 상기 챔버를 통해 하방으로 노출되어 상기 서셉터를 승하강 가능하게 지지하는 컬럼; 및 상기 컬럼에 결합되어 상기 서셉터를 하부에서 지지하며, 상기 서셉터의 에지(edge) 영역을 지지하는 다수의 에지 지지부와, 상기 컬럼이 배치되는 상기 서셉터의 중앙 영역을 지지하는 중앙 지지부를 구비하는 서셉터 지지유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치가 제공될 수 있다.
상기 서셉터 지지유닛은, 상기 서셉터의 하부에 배치되는 제1 단위유닛; 및 상기 제1 단위유닛과 동일한 형상을 가지며, 상기 제1 단위유닛에 대해 교차되게 배치되는 제2 단위유닛을 포함할 수 있다.
상기 에지 지지부는 상기 제1 및 제2 단위유닛의 단부 영역에 배치되고, 상기 중앙 지지부는 상기 제1 단위유닛의 중앙 영역에 배치될 수 있다.
상기 에지 지지부와 상기 중앙 지지부는, 상기 서셉터의 열변형에 대응될 수 있도록 상기 서셉터와 상기 제1 및 제2 단위유닛 사이에서 구속되지 않고 위치 이동 가능하게 배치될 수 있다.
상기 에지 지지부는, 상기 제1 단위유닛의 단부 영역에 배치되는 제1 에지 지지부; 및 상기 제2 단위유닛의 단부 영역에 배치되는 제2 에지 지지부를 포함할 수 있으며, 상기 제2 단위유닛과 상기 제2 에지 지지부 사이에는 높이 보상용 패드가 더 개재될 수 있다.
상기 제1 에지 지지부와 상기 제2 에지 지지부는 바깥쪽으로 갈수록 두께가 점진적으로 증가되도록 제작될 수 있다.
상기 제2 단위유닛과 상기 높이 보상용 패드는 볼트 결합될 수 있다.
상기 중앙 지지부에는 상기 컬럼의 헤드부가 통과하되 상기 헤드부의 직경보다 크게 형성되는 관통공이 형성될 수 있다.
상기 에지 지지부와 상기 중앙 지지부는 상기 서셉터의 열변형에 대응될 수 있도록 상기 서셉터와 동일한 재질로 제작될 수 있다.
상기 제1 단위유닛과 상기 제2 단위유닛에는 상기 컬럼의 헤드부가 통과하는 제1 통공과 제2 통공이 각각 형성될 수 있으며, 상기 컬럼에는 상기 컬럼의 반경 방향 외측으로 더 연장되어 상기 제2 단위유닛의 하향 이동을 저지하는 스토퍼가 마련될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 단위유닛에는 제1 및 제2 통공들 주변으로 다수의 제1 및 제2 볼트공이 형성되고, 상기 스토퍼에는 상기 제1 및 제2 볼트공들과 연통되는 볼트체결부가 형성될 수 있다.
상기 서셉터, 상기 에지 지지부 및 상기 중앙 지지부는 알루미늄 재질로 제작될 수 있다.
본 발명에 따르면, 단순한 구조를 가지고 하부 챔버 하부의 효율적 공간 활용을 가능하게 하면서도 우수한 서셉터의 처짐 방지 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 개략적인 구조도이다.
도 2는 서셉터와 서셉터 지지유닛 간의 분해 사시도이다.
도 3은 서셉터 지지유닛의 확대 사시도이다.
도 4는 서셉터 지지유닛의 분해 사시도이다.
도 5는 도 2의 개략적인 측면 구조도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 측면 구조도이다.
도 7은 도 6에 도시된 서셉터가 열변형된 상태를 도시한 도면이다.
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.
도면 대비 설명에 앞서, 이하에서 설명될 평면디스플레이란 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 유리기판을 평면디스플레이라 간주하기로 한다. 그리고 대형이란 가로 세로의 길이가 3 미터 내외에 이르는 11세대에 적용되는 수준의 크기를 가리킨다.
이하, 편의를 위해, LCD용 대형 유리기판을 단순히 유리기판이라 하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 개략적인 구조도이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치는, 유리기판에 대한 증착 공정을 진행하며 상호간 분해 조립이 가능한 상부 및 하부 챔버(10,20)와, 상부 챔버(10) 내에 마련되어 증착 대상의 유리기판을 향해 소정의 실리콘계 화합물 이온(ion)인 증착물질을 방출하는 전극(30)과, 하부 챔버(20) 내에 마련되어 유리기판을 떠받치면서 지지하는 서셉터(50)와, 상단부는 서셉터(50)의 중앙 영역에 결합되고 하단부는 하부 챔버(20)를 통해 하방으로 노출되어 서셉터(50)를 승하강 가능하게 지지하는 컬럼(54)과, 컬럼(54)에 결합되어 서셉터(50)를 지지함으로써 서셉터(50)의 처짐을 방지시키는 서셉터 지지유닛(70)을 포함한다.
유리기판에 대한 증착 공정이 진행될 때는 도 1에 도시된 바와 같이, 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 구비된다. 전극(30)은 하부의 전극인 서셉터(50)와의 상호 작용에 의해 유리기판의 표면으로 증착물질을 제공한다.
이러한 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 미세 가공된 수많은 오리피스(미도시)가 형성된다. 따라서 증착 공정 시 서셉터(50)가 상승하여 가스분배판(31)과 대략 수십 밀리미터(mm) 정도로 근접 배치되면, 이어서 증착물질이 수많은 오리피스를 통해 방출되면서 유리기판의 상부 표면으로 증착된다.
후방플레이트(32)와 상부 챔버(10) 사이에는 후방플레이트(32)가 상부 챔버(10)의 외벽에 직접 접촉되어 통전되지 않도록 절연체(34)가 마련된다. 절연체(34)는 테프론 등으로 제작될 수 있다. 후방플레이트(32)의 주변에는 상부 챔버(10)에 대해 후방플레이트(32)를 지지하는 플레이트지지부(33)가 배치된다.
가스분배판(31)과 후방플레이트(32) 사이에는 현가지지부재(35)가 마련된다. 현가지지부재(35)는 버퍼공간(B) 내의 증착물질이 외부로 누출되지 않도록 할 뿐만 아니라 대략 400kg 정도 혹은 그 이상의 무거운 중량물인 가스분배판(31)을 후방플레이트(32)에 대해 현가 지지한다.
뿐만 아니라 현가지지부재(35)는 증착 공정 시 대략 섭씨 200도 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 마련된다. 그리고 상판부(36)의 상부에는 증착공간(S) 내로 공정 가스, 반응 가스, 클리닝(Cleaning) 가스 혹은 기타 가스를 공급하는 가스공급부(37)가 마련된다.
그리고 가스공급부(37)의 주변에는 고주파 전원부(38)가 설치된다. 고주파 전원부(38)는 연결라인(39)에 의해 전극(30)의 후방플레이트(32)와 전기적으로 연결된다. 상부 챔버(10)의 외벽 일측에는 하부 챔버(20)의 측벽 두께와 상부 챔버(10)의 측벽 두께 차이를 보강하는 보강벽부(40)가 마련된다.
하부 챔버(20)는 실질적으로 유리기판에 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 유리기판이 증착공간(S) 내외로 유출입되는 통로인 기판출입부(20a)가 형성되어 있다. 이러한 기판출입부(20a)는 그 주변에 결합된 게이트밸브(24)에 의해 선택적으로 개폐될 수 있다.
도시하고 있지는 않지만 하부 챔버(20) 내의 바닥면 영역에는 증착공간(S)에 존재하는 가스를 다시 증착공간(S)으로 확산시키는 가스확산판(미도시)과, 증착공간(S)의 내부를 진공분위기로 조성하는 진공펌프(미도시) 등이 마련될 수 있다.
서셉터(50)는 하부 챔버(20) 내의 증착공간(S)에서 횡방향으로 배치되어 증착 대상의 유리기판을 지지한다. 서셉터(50)는 보통 증착 대상의 유리기판의 면적보다 큰 구조물로 형성된다.
서셉터(50)의 상면은 유리기판이 정밀하게 수평상태로 로딩될 수 있도록 거의 정반으로 제조된다. 서셉터(50)의 내부에는 도시 않은 히터(heater)가 장착되어 서셉터(50)를 소정의 증착온도인 섭씨 200~400도 정도로 가열한다. 히터로 향하는 전원은 컬럼(54)의 내부를 통해 제공된다.
서셉터(50)의 상면으로 유리기판이 로딩되어 안착되거나 취출되기 위해 서셉터(50)에는 로딩되거나 취출되는 유리기판의 하면을 안정적으로 지지하는 다수의 리프트 핀(52)이 연결된다. 리프트 핀(52)들은 서셉터(50)를 관통하도록 설치될 수 있다.
리프트 핀(52)들은 서셉터(50)가 하강할 때, 그 하단이 하부 챔버(20)의 바닥면에 가압되어 상단이 서셉터(50)의 상면으로 돌출된다. 이에, 유리기판을 서셉터(50)로부터 이격시킨다. 반대로, 서셉터(50)가 부상하면 자중에 의해 하방으로 이동하면서 유리기판이 기판로딩부(31)의 상면에 밀착되도록 한다.
이러한 리프트 핀(52)들은 도시 않은 로봇아암이 서셉터(50)에 로딩된 유리기판을 파지할 수 있도록 유리기판과 서셉터(50) 사이의 공간을 형성하는 역할을 겸한다.
서셉터(50)에는 그 상단부가 서셉터(50)의 배면 중앙 영역에 고정되고 하단부가 하부 챔버(20)를 통해 하방으로 노출되어 서셉터(50)를 승하강 가능하게 지지하는 컬럼(54)이 더 결합되어 있다.
서셉터(50)는 하부 챔버(20) 내의 증착공간(S)에서 상하로 승하강된다. 즉, 유리기판이 로딩될 때는 하부 챔버(20) 내의 바닥면 영역에 배치되어 있다가 유리기판이 로딩되고 증착 공정이 진행될 때는 유리기판이 가스분배판(31)에 인접할 수 있도록 부상한다. 이를 위해, 서셉터(50)에 결합된 컬럼(54)에는 서셉터(50)를 승하강시키는 승하강 모듈(60)이 연결된다.
승하강 모듈(60)에 의해 서셉터(50)가 승하강하는 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.
한편, 본 실시예처럼 대형 유리기판의 증착 공정을 진행하는 화학 기상 증착장치의 경우, 상부의 전극(30)과 하부의 전극인 서셉터(50)의 간극이 중요한데, 종래기술처럼 서셉터(50)의 에지 부분만을 받쳐 지지하게 되면 서셉터(50)의 불균일한 처짐, 특히 서셉터(50)의 중앙 영역에서 처짐이 발생됨으로써 결과적으로 서셉터(50)의 상면에 지지되는 유리기판에 대한 증착 품질을 저해할 수 있다.
이에, 서셉터(50)의 처짐을 방지하기 위한, 특히 서셉터(50)의 중앙 영역이 처지는 것을 방지하면서 서셉터(50)를 안정적으로 지지하기 위한 수단이 요구되는데, 이는 서셉터 지지유닛(70)이 담당한다. 서셉터 지지유닛(70)에 대해 도 2 내지 도 5를 참조하여 자세히 설명한다.
도 2는 서셉터와 서셉터 지지유닛 간의 분해 사시도이고, 도 3은 서셉터 지지유닛의 확대 사시도이며, 도 4는 서셉터 지지유닛의 분해 사시도이고, 도 5는 도 2의 개략적인 측면 구조도이다.
이들 도면을 참조하면, 서셉터 지지유닛(70)은 컬럼(54)에 결합되어 서셉터(50)를 하부에서 지지하는 것으로서, 서셉터(50)의 에지(edge) 영역을 지지하는 다수의 에지 지지부(81,91)와, 컬럼(54)이 배치되는 서셉터(50)의 중앙 영역을 지지하는 중앙 지지부(82)를 포함한다.
서셉터 지지유닛(70)에 대해 자세히 살펴보면, 서셉터 지지유닛(70)은 서셉터(50)의 하부에 배치되는 제1 단위유닛(80)과, 제1 단위유닛(80)의 하부에 배치되는 제2 단위유닛(90)을 포함한다.
제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)은 위치적인 차이만 있을 뿐 동일한 형상으로 제작될 수 있다.
제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 교차되게 층상 배치되며, 각 단부 영역은 서셉터(50)의 에지 영역을 향한다. 여기서, 서셉터(50)의 에지 영역이란 서셉터(50)의 변 영역을 의미하나 서셉터(50)의 코너 영역이 될 수도 있다.
제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90) 모두는 소정의 두께와 폭을 갖는 막대 형상을 갖는데, 본 실시예의 경우, 제1 단위유닛(80)이 상부에, 그리고 제2 단위유닛(90)이 제1 단위유닛(80)의 하부에 배치된다. 물론, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니므로 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90) 외의 추가 단위유닛이 더 적용될 수도 있을 것이다.
제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)이 컬럼(54)에 조립되기 위해, 특히 컬럼(54)의 헤드부(54a) 영역에 조립되기 위해, 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)에는 컬럼(54)의 헤드부(54a)가 통과하는 제1 통공(85)과 제2 통공(95)이 각각 형성되고, 컬럼(54)에는 스토퍼(55)가 마련된다.
스토퍼(55)는 컬럼(54)의 반경 방향 외측으로 연장되도록 컬럼(54)의 헤드부(54a) 영역 하부에 마련되어 컬럼(54)에 조립되는 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)의 하향 이동을 저지한다.
스토퍼(55)의 상면에 얹혀지도록 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)이 컬럼(54)의 헤드부(54a)에 결합되었을 때, 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)이 임의로 이동되거나 회전해서는 아니 되므로 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)을 스토퍼(55)에 고정시키는 요소가 요구된다. 제1 볼트(B1, 도 5 참조)가 담당한다.
제1 볼트(B1)를 이용하여 스토퍼(55)에 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)을 고정시키기 위해, 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)에는 제1 통공(85)과 제2 통공(95)의 주변으로 다수의 제1 및 제2 볼트공(86,96)이 형성되고, 스토퍼(55)에는 제1 및 제2 볼트공(86,96)에 대응되는 위치에 복수의 볼트체결부(55a)가 형성된다.
다수의 제1 및 제2 볼트공(86,96)은 원형 구멍의 형태로 가공되는 반면, 다수의 볼트체결부(55a)는 스토퍼(55)의 외주면에서 반경 방향 내측을 향해 호 형상으로 절취된 절취부(55a)에 의해 형성되고 있다.
이에, 제1 볼트(B1)를 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)의 제1 및 제2 볼트공(86,96)으로 삽입하여 다수의 볼트체결부(55a)로 빼낸 후, 볼트체결부(55a)의 후면에서 도시 않은 너트로 체결함으로서 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)을 컬럼(54)의 헤드부(54a) 영역에 고정시킬 수 있다.
물론, 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)의 상부에는 거대 구조물인 서셉터(50)가 배치되어 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)을 스토퍼(55) 쪽으로 가압하고 있기 때문에 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)이 컬럼(54) 상에서 에서 임의로 회전되기는 힘들다. 따라서 필요에 따라 볼트 체결 작업은 제외될 수도 있을 것이다.
제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90), 그리고 스토퍼(55)는 모두가 세라믹(Ceramic) 재질로 제작될 수 있다. 세라믹은 본 실시예와 같이 비교적 고온에서 동작하는 장치에서 열변형의 영향을 덜 받으면서도 강도가 우수한 재질에 속한다.
하지만, 열변형의 영향을 덜 받으면서도 강도가 우수하다면 세라믹 외의 다른 재질, 예컨대 엔지니어링 플라스틱 등으로 대체될 수도 있을 것이므로 이러한 재질적인 한정에 본 발명의 권리범위가 제한될 수 없다.
이와 같은 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)의 구조에서 에지 지지부(81,91)는 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)의 단부 영역에 배치되고, 중앙 지지부(82)는 제1 단위유닛(80)의 중앙 영역에 배치된다.
이하, 제1 단위유닛(80)에 배치되는 에지 지지부(81)를 제1 에지 지지부(81)라 하고, 제2 단위유닛(90)에 배치되는 에지 지지부(91)를 제2 에지 지지부(91)라 하여 설명한다.
본 실시예의 경우, 제2 단위유닛(90)이 제1 단위유닛(80)의 하부에 배치되고 있기 때문에, 동일한 높이의 제1 및 제2 에지 지지부(81,91)를 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)의 단부 영역에 배치하게 되면 제1 및 제2 에지 지지부(81,91) 간에 단차가 발생되어 안정적으로 서셉터(50)를 지지할 수 없다.
따라서 본 실시예의 경우에는 제2 단위유닛(90)과 제2 에지 지지부(91) 사이에 높이 보상용 패드(92)룰 더 개재시키고 있다. 높이 보상용 패드(92)의 높이는 제1 및 제2 에지 지지부(81,91)를 비롯하여 중앙 지지부(82)의 상면이 모두 일면을 형성할 수 있을 정도의 두께면 족하다.
이때, 제1 및 제2 에지 지지부(81,91), 그리고 중앙 지지부(82)와는 달리 높이 보상용 패드(92)는 제2 단위유닛(90)과 마찬가지로 세라믹 재질로 제작될 수 있다. 그리고 높이 보상용 패드(92)는 제2 단위유닛(90)에 제2 볼트(B2, 도 5 참조)에 의해 결합될 수 있다.
이처럼 높이 보상용 패드(92)가 제2 단위유닛(90)에 제2 볼트(B2)에 의해 결합되기 때문에 높이 보상용 패드(92)는 제2 단위유닛(90) 상에서 이동되지 않는다.
한편, 제1 및 제2 단위유닛(80,90), 그리고 높이 보상용 패드(92)가 세라믹 재질로 제작되고 있는데 반해, 제1 및 제2 에지 지지부(81,91), 그리고 중앙 지지부(82)는 서셉터(50)의 열변형에 대응될 수 있도록 서셉터(50)와 동일한 재질, 즉 알루미늄(Al) 재질로 제작된다.
뿐만 아니라 제2 볼트(B2)에 의해 제2 단위유닛(90)에 고정되는 높이 보상용 패드(92)와는 달리 제1 및 제2 에지 지지부(81,91)는 해당 위치에서 구속되지 않고 단순히 배치되는 구조를 갖는다.
이처럼 제1 및 제2 에지 지지부(81,91)가 제1 및 제2 단위유닛(80,90)의 단부에 그대로 올려진 후 서셉터(50)를 지지하도록 함으로써 증착 공정 중 가열된 서셉터(50)가 열변형되더라도 그에 대응되게 제1 및 제2 에지 지지부(81,91)가 위치 이동되면서 서셉터(50)를 안정적으로 지지할 수 있어 서셉터(50)의 단부 영역 처짐을 방지시키는 데에 보다 유리할 수 있다.
제1 및 제2 에지 지지부(81,91)와 같은 개념으로서, 중앙 지지부(82)의 중앙 영역에는 컬럼(54)의 헤드부(54a)가 통과되는 관통공(82)이 형성되는데, 이 관통공(82)의 직경(D1)은 헤드부(54a)의 직경(D2)보다 크게 마련된다. 이처럼 헤드부(54a)의 직경(D2)보다 중앙 지지부(82)의 관통공(82)의 직경(D1)이 크기 때문에, 증착 공정 중 가열된 서셉터(50)가 열변형되더라도 그에 대응되게 중앙 지지부(82)가 위치 이동되면서 서셉터(50)의 중앙 영역을 안정적으로 지지할 수 있어 서셉터(50)의 중앙 영역 처짐을 방지시키는 데에 보다 유리할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
우선, 승하강 모듈(60)에 의해 서셉터(50)가 하부 챔버(20)의 하부 영역으로 하강된 상태에서 로봇아암(미도시)에 의해 이송된 증착 대상의 유리기판이 기판출입부(20a)를 통해 유입되어 서셉터(50)의 상부에 배치된다.
이때, 리프트 핀(52)의 상단부는 서셉터(50)의 상면으로 소정 높이 돌출된 상태이며, 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 공정 가스(SiH4, NH3 등)가 충전된다.
다음, 증착 공정의 진행을 위해, 승하강 모듈(60)이 동작하여 서셉터(50)를 부상시킨다. 그러면 리프트 핀(52)이 하강되고, 이를 통해 유리기판은 서셉터(50)의 상면으로 밀착되면서 로딩된다.
정해진 거리만큼 서셉터(50)가 부상하면 승하강 모듈(60)의 동작이 정지되고 유리기판은 가스분배판(31)의 직하방에 위치하게 된다. 이때 이미, 서셉터(50)는 대략 섭씨 200~400도 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 상으로 도달함으로써 유리기판 상에 증착이 이루어진다.
한편, 위와 같이 동작되는 과정에서, 비교적 무거운 서셉터(50)는 그 하부에서 X자 형상으로 배치된 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)의 서셉터 지지유닛(70)이 지지하고 있기 때문에 서셉터(50)의 처짐 현상을 저지된다.
따라서 서셉터(50)의 상면에 로딩된 유리기판에도 변형이 발생되지 않기 때문에 우수한 증착막을 얻을 수 있게 되는 것이다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 서셉터(50)에 불균일한 처짐이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 유리기판에 대한 증착 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 측면 구조도이고, 도 7은 도 6에 도시된 서셉터가 열변형된 상태를 도시한 도면이다.
본 실시예의 경우, 제1 및 제2 에지 지지부(181,191)는 바깥쪽으로 갈수록 두께가 점진적으로 증가되도록 제작되고 있다. 즉 도 6에 확대 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 에지 지지부(181,191) 모두는 안쪽 벽의 두께보다 바깥쪽 벽의 두께가 더 두꺼운 블록(block) 형상을 갖는다.
이와 같은 형상으로 제1 및 제2 에지 지지부(181,191)가 제작되면 열에 의해 서셉터(50)의 에지 영역이 처지더라도 서셉터(50)의 에지 영역을 안정적으로 지지할 수 있다.
구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 초기 세팅 시에는 서셉터(50)의 하면이 제1 및 제2 에지 지지부(181,191)의 상면에 완전히 밀착되지는 않을 수 있다. 하지만, 서셉터(50)가 가열되어 열에 의해 서셉터(50)의 에지 영역이 도 7처럼 처질 경우, 이에 대응되어 제1 및 제2 단위유닛(80,90)의 단부 영역이 서셉터(50)의 에지 영역과 동일한 방향으로 함께 처지게 되는데, 이 경우 제1 및 제2 에지 지지부(181,191)가 제1 및 제2 단위유닛(80,90)이 처지는 방향을 따라 이동됨에 따라 그 상면이 서셉터(50)의 하면에 밀착되면서 넓은 표면적으로 서셉터(50)를 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
증착 공정 시 서셉터(50)는 가열될 수밖에 없고 서셉터(50)는 열에 의해 변형될 수밖에 없다는 점을 고려할 때, 본 실시예처럼 바깥쪽으로 갈수록 두께가 점진적으로 증가되도록 제작된 제1 및 제2 에지 지지부(181,191)를 적용하게 되면 서셉터(50)를 안정적으로 지지할 수 있다는 점에서 유리한 효과를 제공할 수 있을 것이다.
이상 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하였지만 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
전술한 실시예의 경우, 제1 단위유닛(80)과 제2 단위유닛(90)이 교차되게 층상 배치되어 하나의 서셉터 지지유닛(70)을 형성하였으나 서셉터 지지유닛(70)은 전술한 도면과 달리 일체형으로 제작될 수 있다. 즉 서셉터(50)의 각 에지 영역으로 향하는 다수의 아암이 십자가 형상으로 일체로 제작된 구조물일 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 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 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
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 55 : 스토퍼
70 : 서셉터 지지유닛 80 : 제1 단위유닛
81,91 : 에지 지지부 82 : 중앙 지지부
90 : 제2 단위유닛 92 : 높이 보상용 패드

Claims (11)

  1. 평면디스플레이에 대한 증착 공정을 진행하는 챔버 내에 마련되어 상기 평면디스플레이를 지지하는 서셉터;
    상단부는 상기 서셉터의 중앙 영역에 결합되고 하단부는 상기 챔버를 통해 하방으로 노출되어 상기 서셉터를 승하강 가능하게 지지하는 컬럼; 및
    상기 컬럼에 결합되어 상기 서셉터를 하부에서 지지하되 상호 교차 배치되는 제1 및 제2 단위유닛을 구비하며, 상기 서셉터의 에지(edge) 영역을 지지하는 다수의 에지 지지부와, 상기 컬럼이 배치되는 상기 서셉터의 중앙 영역을 지지하는 중앙 지지부를 구비하는 서셉터 지지유닛을 포함하며,
    상기 에지 지지부는,
    상기 제1 단위유닛의 단부 영역에 배치되는 제1 에지 지지부; 및
    상기 제2 단위유닛의 단부 영역에 배치되는 제2 에지 지지부를 포함하며,
    상기 제2 단위유닛과 상기 제2 에지 지지부 사이에는 높이 보상용 패드가 개재되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에지 지지부는 상기 제1 및 제2 단위유닛의 단부 영역에 배치되고, 상기 중앙 지지부는 상기 제1 단위유닛의 중앙 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에지 지지부와 상기 중앙 지지부는, 상기 서셉터의 열변형에 대응될 수 있도록 상기 서셉터와 상기 제1 및 제2 단위유닛 사이에서 구속되지 않고 위치 이동 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 에지 지지부와 상기 제2 에지 지지부는 바깥쪽으로 갈수록 두께가 점진적으로 증가되도록 제작되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단위유닛과 상기 높이 보상용 패드는 볼트 결합되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 지지부에는 상기 컬럼의 헤드부가 통과하되 상기 헤드부의 직경보다 크게 형성되는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 에지 지지부와 상기 중앙 지지부는 상기 서셉터의 열변형에 대응될 수 있도록 상기 서셉터와 동일한 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단위유닛과 상기 제2 단위유닛에는 상기 컬럼의 헤드부가 통과하는 제1 통공과 제2 통공이 각각 형성되며,
    상기 컬럼에는 상기 컬럼의 반경 방향 외측으로 더 연장되어 상기 제2 단위유닛의 하향 이동을 저지하는 스토퍼가 마련되며,
    상기 제1 및 제2 단위유닛에는 제1 및 제2 통공들 주변으로 다수의 제1 및 제2 볼트공이 형성되고, 상기 스토퍼에는 상기 제1 및 제2 볼트공들과 연통되는 볼트체결부가 형성되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터, 상기 에지 지지부 및 상기 중앙 지지부는 알루미늄 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
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