KR20150043687A - 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치 - Google Patents

Abstract

평면디스플레이용 화학 기상 증착장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치는, 유리기판에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버의 내부에 승하강 가능하게 설치되고 상면에 유리기판이 로딩되는 서셉터; 서셉터의 하면을 지지하여 서셉터의 처짐을 방지하는 서셉터 처짐방지유닛; 및 서셉터의 열팽창 시 서셉터 처짐방지유닛에 대한 서셉터의 틀어짐을 저지하기 위해 서셉터에 결합된 서셉터 샤프트의 회전을 저지시키는 서셉터 회전저지유닛을 포함한다.

Description

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

본 발명은, 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 증착 공정 시 서셉터의 열팽창으로 인한 회전을 저지하여 기판 에지(edge) 영역의 증착 균일도 변화를 줄일 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 중에서 유기 발광 다이오드라 불리는 OLED는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광현상을 이용하여 스스로 빛을 내는 '자체발광형 유기물질'을 말한다. OLED는 낮은 전압에서 구동이 가능하고 얇은 박형으로 만들 수 있으며, 넓은 시야 각과 빠른 응답 속도를 갖고 있어 현재의 LCD를 대체할 수 있는 차세대 디스플레이 장치로 각광받고 있다.

OLED는 구동방식에 따라 수동형인 PMOLED와 능동형인 AMOLED로 나눌 수 있다. 특히 AMOLED는 자발광형 디스플레이로서 기존의 디스플레이보다 응답속도가 빠르며, 색감도 자연스럽고 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 또한 AMOLED는 유리기판이 아닌 필름(Film) 등에 적용하면 플렉시블 디스플레이(Flexible Display)의 기술을 구현할 수 있게 된다.

이러한 OLED의 제조 공정은 크게, 패턴(Pattern) 형성 공정, 유기박막 증착 공정, 봉지 공정, 그리고 유기박막이 증착된 기판과 봉지 공정을 거친 기판을 붙이는 합착 공정 등을 포함한다.

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.

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 300~400도 내외의 온도로 가열된다. 이후, 서셉터가 전극을 향해 업(up) 동작되며, 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.

증착 공정이 완료되면 유리기판이 안착된 서셉터가 원위치로 다운(down) 동작된다. 이후, 증착 공정이 완료된 유리기판은 챔버로부터 취출되고 새로운 유리기판이 유입되어 전술한 동작을 반복한다.

한편, 서셉터는 기판이 지지되는 넓은 평판으로서의 기판지지부와, 기판지지부의 중앙에 연결되는 샤프트로 이루어져 있는데, 기판지지부는 일반적으로 알루미늄 합금으로 350도 이상에서 강성이 급격하게 떨어지고 자중에 의한 처짐이 발생할 수 있다.

이에 대해 내열성이 우수한 세라믹(Ceramic) 소재의 지지구조물로 기판지지부의 하부를 지지하는데, 이때 기판지지부가 세라믹 지지구조물에 직접 면접촉되면 열전도에 따른 열손실이 일어나게 되므로 이를 방지하기 위해 기판지지부와 세라믹 지지구조물 사이에 다수의 지지패드가 개재되어 있다.

그런데, 이러한 지지패드들은 기판지지부에 대한 각각의 위치, 접촉면적 및 반발력이 서로 달라 기판지지부의 열팽창 및 수축이 반복될 때 서셉터의 샤프트를 중심축으로 기판지지부를 서서히 회전시키는 토크(Torque)를 발생시킨다.

따라서 증착 후 기판의 성막을 수시로 점검한 후, 이상 발견 시 틀어진 서셉터를 초기 세팅 위치로 원복해야 한다.

이때, 챔버의 내부는 고온의 진공 상태이기 때문에, 서셉터의 원복 작업을 위해서는 서셉터의 온도를 낮추는 쿨 다운(Cool-down)이 필요하고 다시 공정 온도로 만들기 위해서는 히트 업(Heat-up)을 해야 하는데 2~3시간 이상이 소요된다.

이처럼 서셉터의 기판지지부의 위치가 초기 세팅된 위치로부터 틀어지게 되면 유리기판을 안정적으로 지지하지 못할 수도 있을 뿐만 아니라 제품 생산 수율에 영향을 미칠 수 있다.

대한민국특허청 출원번호 제10-2003-6510387호

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 증착 공정 시 서셉터의 열팽창에 따른 회전을 저지시킴으로써 기판 에지(edge) 영역의 증착도 변화를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 유리기판에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버의 내부에 승하강 가능하게 설치되고 상면에 상기 유리기판이 로딩되는 서셉터; 상기 서셉터의 하면을 지지하여 상기 서셉터의 처짐을 방지하는 서셉터 처짐방지유닛; 및 상기 서셉터의 열팽창 시 상기 서셉터 처짐방지유닛에 대한 상기 서셉터의 틀어짐을 저지하기 위해 상기 서셉터에 결합된 서셉터 샤프트의 회전을 저지시키는 서셉터 회전저지유닛을 포함하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치가 제공될 수 있다.

상기 서셉터 회전저지유닛은, 상기 서셉터 샤프트의 말단부에서 상기 서셉터 샤프트의 둘레를 클램핑(clamping)하는 클램핑부; 상기 서셉터 샤프트에 대해 교차하는 방향으로 상기 클램핑부에 돌출되게 결합되는 브레이크 로드; 및 일측부는 상기 서셉터 샤프트를 상하로 승하강시키는 서셉터 구동부에 결합되며 타측부는 상기 브레이크 로드에 맞닿아 상기 서셉터 샤프트의 회전을 구속하는 회전저지블럭를 포함할 수 있다.

상기 브레이크 로드와 상기 회전저지블럭은 복수 개가 마련되며, 하나의 상기 브레이크 로드와 하나의 상기 회전저지블럭이 한 쌍으로 조합되어 상기 클랭핑부의 원주방향을 따라 상호 간 일정 간격으로 이격 배치되게 마련될 수 있다.

상기 브레이크 로드는, 상기 회전저지블럭에 대해 상하방향으로 구름접촉되는 접촉롤러를 포함할 수 있다.

상기 회전저지블럭은, 상기 서셉터 샤프트의 열팽창 또는 수축 시 상기 접촉롤러의 상하방향으로의 이동을 안내하도록 적어도 상기 서셉터 샤프트 말단부의 길이보다 연장되게 마련될 수 있다.

상기 회전저지블럭은, 상기 서셉터 구동부에 결합되는 블럭결합부; 상기 접촉롤러와 접촉되는 롤러접촉부; 및 상기 블럭결합부와 상기 롤러접촉부를 연결시키는 이음부를 포함하며, 상기 이음부는, 상기 서셉터 샤프트의 영구변형을 일으킬 수 있는 한계 토크값 이하에서 파단될 수 있는 강성을 갖도록 마련될 수 있다.

상기 블럭결합부, 상기 롤러접촉부 및 상기 이음부는 일체를 형성하되, 상기 이음부는 상기 블럭결합부와 상기 롤러접촉부보다 작은 두께를 갖도록 마련될 수 있다.

상기 회전저지블럭은, 2개를 한 쌍으로 상기 브레이크 로드를 사이에 두고 상기 브레이크 로드의 양측에 각각 접촉되게 마련될 수 있다.

상기 회전저지블럭은 상기 서셉터 구동부의 하단에 마련되는 플랜지부에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.

상기 접촉롤러는, 캠 파로우어(cam follower), 볼 베어링(ball bearing) 또는 롤러 베어링(roller bearing) 중 어느 하나로 마련될 수 있다.

상기 서셉터 처짐방지유닛은, 상기 서셉터를 하부에서 지지하는 서셉터 지지대; 상기 서셉터 지지대와 상기 서섭터의 하면 사이에 개재되는 다수의 지지패드; 및 상기 서셉터 지지대의 하부를 접촉 지지하고, 상기 서셉터 샤프트의 외경을 감싸며 상기 챔버의 외부로 연장되는 지지대 샤프트를 포함할 수 있다.

상기 서셉터 지지대 및 상기 지지대 샤프트는, 세라믹 재질로 제작되며, 상기 다수의 지지패드는 세라믹, 스테인리스 또는 알루미늄 재질 중 어느 하나로 제작될 수 있다.

본 발명에 따르면, 증착 공정 시 서셉터의 열팽창에 따른 회전을 저지시킴으써 기판 에지(edge) 영역의 증착도 변화를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 개략적인 구조도이다.
도 2는 도 1의 서셉터 처짐방지유닛과 서셉터 회전저지유닛을 도시한 개략적인 구조도이다.
도 3은 도 1에 도시된 증착장치에서 서셉터 하부 지지면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 서셉터 샤프트 말단부 영역을 하부에서 본 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 서셉터 샤프트 말단부 영역을 측면에서 본 사시도이다.
도 6은 도 5의 측면도이다.
도 7은 도 6의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 서셉터 회전저지유닛이 결합된 서셉터 샤프트 말단부 영역을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 서셉터 회전저지유닛이 결합된 서셉터 샤프트 말단부 영역을 도시한 측면도이다.

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 OLED용 대형 유리기판을 평면디스플레이라 간주하기로 한다.

이하, 편의를 위해, OLED용 대형 유리기판을 단순히 유리기판이라 하여 설명하기로 한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 개략적인 구조도이고, 도 2는 도 1의 서셉터 처짐방지유닛과 서셉터 회전저지유닛을 도시한 개략적인 구조도이고, 도 3은 도 1에 도시된 증착장치에서 서셉터 하부 지지면을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 서셉터 샤프트 말단부 영역을 하부에서 본 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 서셉터 샤프트 말단부 영역을 측면에서 본 사시도이고, 도 6은 도 5의 측면도이고, 도 7은 도 6의 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치(1)는, 상부 및 하부 챔버(10, 20)와, 상부 챔버(10) 내에 마련되어 증착 대상의 유리기판(G)을 향해 소정의 실리콘계 화합물 이온인 증착물질을 방출하는 전극(40)과 하부 챔버(20) 내에서 마련되어 유리기판(G)을 떠받치면서 지지하는 서셉터(30)와, 서셉터(30)의 하면을 지지하여 서셉터(30)의 처짐을 방지하는 서셉터 처짐방지유닛(50)과, 서셉터(30)의 중심 영역에 결합되는 서셉터 샤프트(32)의 회전을 저지시킴으로써 서셉터(30)의 열팽창 시 서셉터 처짐방지유닛(50)에 대한 서셉터(30)의 틀어짐을 저지하는 서셉터 회전저지유닛(60)을 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 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.

먼저 상부 챔버(10)에 대해 살펴보면, 상부 챔버(10)의 내부에는 횡 방향을 따라 전극(40)이 구비된다. 전극(40)은 하부의 전극인 서셉터(30)와의 상호 작용에 의해 유리기판(G)의 표면으로 증착물질을 제공한다.

이러한 전극은 하부 챔버를 향한 전면에 배치되는 가스분배판(42)과, 가스분배판(42)과의 버퍼공간(B)을 사이에 두고 가스분배판(42)의 배후에 배치되는 후방플레이트(41)를 구비한다.

가스분배판(42)에는 미세 가공된 수많은 오리피스(미도시)가 형성된다. 따라서 증착 공정 시 서셉터(30)가 상승하여 가스분배판(42)과 대략 수십 밀리미터(mm) 정도로 근접 배치되면, 이어서 증착물질이 수많은 오리피스(미도시)를 통해 방출되면서 유리기판(G)의 상부 표면으로 증착된다.

후방플레이트(41)와 상부 챔버(10) 사이에는 후방플레이트(41)가 상부 챔버(10)의 외벽에 직접 접촉되어 통전되지 않도록 절연체(43)가 마련되다. 절연체(43)는 테프론 등으로 제작될 수 있다.

가스분배판(42)과 후방플레이트(41) 사이에는 현가지지부재(44)가 마련된다. 현가지지부재(44)는 버퍼공간 내의 증착물질이 외부로 누출되지 않도록 할 뿐만 아니라 대략 400kg 정도 혹은 그 이상의 무거운 중량물인 가스분배판(42)을 후방플레이트(41)에 대해 현가 지지한다.

뿐만 아니라 현가지지부재(44)는 증착 공정 시 대략 섭씨 200도 정도로 가열된 가스분배판(42)이 X축, Y축, Z축 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 열팽창하는 것을 보상하는 역할도 겸한다.

상부 챔버(10)의 상단에는 상판부(11)가 마련된다. 그리고 상판부(11)의 상부에는 증착공간(S) 내로 공정 가스, 반응 가스, 클리닝 (Cleaning) 가스 또는 기타 가스를 공급하는 가스공급부(미도시)가 마련된다.

그리고 가스공급부의 주변에는 고주파 전원부(12)가 설치된다. 고주파 전원부(12)는 연결라인(12a)에 의해 전극(40)의 후방플레이트(41)와 전기적으로 연결된다.

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(21)가 형성되어 있다. 이러한 기판출입부(21)는 그 주변에 결합된 게이트밸브(미도시)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 진공간으로 조성하는 진공펌프(미도시) 등이 마련될 수 있다.

서셉터(30)는 하부 챔버(20) 내의 증착공간(S)에서 횡방향으로 배치되어 증착 대상의 유리기판(G)을 지지한다. 서셉터(30)는 보통 증착 대상의 유리기판(G)의 면적보다 큰 구조물로 형성된다.

서셉터(30)의 상면은 유리기판(G)이 정밀하게 수평상태로 로딩될 수 있도록 거의 정반으로 제조된다. 서셉터(30)의 내부에는 도시 않은 히터(heater)가 장착되어 서셉터(30)를 소정의 증착온도인 섭씨 300~400도 정도로 가열한다. 히터에 전기를 공급하는 케이블(C)은 서셉터 샤프트(32)의 내부를 통해 히터에 연결된다.

서셉터(30)의 상면으로 유리기판(G)이 로딩되어 안착되거나 취출되기 위해 서셉터(30)에는 로딩되거나 취출되는 유리기판(G)의 하면을 안정적으로 지지하는 다수의 리프트 핀(31)이 연결된다. 리프트 핀(31)들은 서셉터(30)의 관통홀(미도시)을 관통하도록 설치될 수 있다.

리프트 핀(31)들은 서셉터(30)가 하강할 때, 그 하단이 하부 챔버(20)의 바닥면에 가압되어 상단이 서셉터(30)의 상면으로 돌출된다. 이에, 유리기판(G)을 서셉터(30)로부터 이격시킨다. 반대로, 서셉터(30)가 부상하면 자중에 의해 하방으로 이동하면서 유리기판(G)이 서셉터(30)의 상면에 밀착되도록 한다.

이러한 리프트 핀(31)들은 도시 않은 로봇아암이 서셉터(30)에 로딩된 유리기판(G)을 파지할 수 있도록 유리기판(G)과 서셉터(30) 사이의 공간을 형성하는 역할을 겸한다.

서셉터(30)에는 그 상단부가 서셉터(30)의 배면 중앙 영역에 고정되고 하단부가 하부 챔버를 통해 하방으로 노출되어 서셉터(30)를 지지하는 서셉터 샤프트(32)가 결합되어 있다.

이러한 서셉터(30)는 하부 챔버 내의 증착공간(S)에서 상하로 승하강된다. 즉, 유리기판(G)이 로딩될 때는 하부 챔버 내의 바닥면 영역에 배치되어 있다가 유리기판(G)이 로딩되고 증착 공정이 진행될 때는 유리기판(G)이 가스분배판(42)에 인접할 수 있도록 부상한다.

한편, 서셉터(30)는 그 무게가 무겁고 대형 유리기판(G)의 크기보다 좀 더 크게 형성되므로 중심의 서셉터 샤프트(32)에서부터 반경방향 외측으로 갈수록 처짐이 발생한다. 특히, 증착 공정 시 알루미늄(Al) 재질의 서셉터(30)는 섭씨 300~400도 정도로 가열됨에 따라 자중과 열팽창에 의해 처짐이 심하게 가중될 수 있다.

이러한 서셉터(30)의 처짐 현상을 방지하고 안정적으로 서셉터(30)를 지지하기 위한 수단이 요구되는데, 이는 서셉터 처짐방지유닛(50)이 담당한다.

도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 서셉터 처짐방지유닛(50)은 대면적의 서셉터를 하부에서 지지하는 서셉터 지지대(51)와, 서셉터 지지대(51)와 서셉터의 하면 사이에 개재되어 서셉터(30)를 접촉지지하는 다수의 지지패드(52)와, 서셉터 지지대(51)의 하부에 연결되고 서셉터 샤프트(32)의 외경을 감싸며 하부 챔버의 외부로 연장되는 지지대 샤프트(53)를 포함한다.

서셉터 지지대(51)는 고온에서도 강성 변화가 거의 없는 세라믹(Ceramic) 재질로 마련되어 서셉터(30)를 하부에서 떠받침으로써 자중에 의한 서셉터(30) 반경방향 외측의 처짐을 저지한다. 이때, 넓은 범위에 걸쳐 서셉터 지지대(51)가 직접 서셉터(30)를 면접촉하게 되면 증착 공정 시 400도 정도의 온도로 가열된 서셉터(30)의 열이 서셉터 지지대(51)로 전도되어 열손실이 유발될 수 있다.

이처럼 서셉터 지지대(51)를 통해 서셉터(30)의 열손실이 유발되면, 열손실이 유발된 영역간의 열적 불균형에 따른 열팽창률 변화가 발생하여 해당 영역에서 서셉터(30)의 뒤틀림 현상이 발생할 수 있다. 이러한 뒤틀림은 곧 유리기판(G)의 변형으로 이어져 유리기판(G)에서 수 mm 정도의 하부 처짐이 발생하여 제품의 품질이 저하되는 문제점을 야기한다.

따라서 서셉터(30)의 열손실을 줄이기 위해 서셉터(30)와 서셉터 지지대(51) 사이에는 다수의 지지패드(52)들이 개재된다.

지지대 샤프트(53)는 절곡된 상단부가 서셉터 지지대(51)의 중심 영역에 결합되고 하부 챔버의 외부에 노출된 본체는 서셉터 구동부(70)에 마련된 지지대 서포트(71)에 고정되어 완전히 구속된다. 지지대 샤프트(53) 서셉터 구동부(70)에 의해 승하강된다.

서셉터 구동부(70)는 자세히 도시하지는 않았으나, 실린더 혹은 모터와 볼 스크류와 등으로 조합될 수 있다.

서셉터(30)는 서셉터 지지대(51) 위에 안착되어 있고 서셉터(30)의 중심 영역에 결합된 서셉터 샤프트(32)는 지지대 샤프트(53)에 삽입된 구조로 되어 있어 서셉터 구동부(70)에 구속된 지지대 샤프트(53)가 승하강되면 이에 따라 서셉터(30)와 서셉터 샤프트(32)가 함께 승하강된다.

서셉터(30)가 승하강하는 과정에서 지지대 샤프트(53)와 하부 챔버(20) 사이에 공간이 발생되어서는 아니 된다. 이를 위해 지지대 샤프트(53)가 통과하는 하부 챔버의 해당 영역에는 지지대 샤프트(53)의 외부를 감싸도록 벨로우즈관(80)이 마련된다. 벨로우즈관(80)은 서셉터(30)가 하강할 때 팽창되고, 서셉터(30)가 부상할 때 압착된다.

전술한 바와 같이, 서셉터 샤프트(32)는 지지대 샤프트(53) 내부에 배치되어 서셉터 구동부(70)와 직접 고정결합되어 있지 않기 때문에 상/하 이동 및 회전은 구속되어 있지 않다. 이는 서셉터 샤프트(32)를 완전히 구속시킬 경우 증착 공정 시 서셉터 샤프트(32)가 열팽창, 수축으로 인해 왜곡(distortion)되는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 반복적으로 증착 공정이 수행되다 보면 서셉터(30)가 유리기판(G)에 대해 다소 틀어지는 현상이 발생한다. 즉, (도 3 참조) 서셉터(30)를 접촉지지하는 다수의 지지패드(52)들은 서셉터(30) 하면에서의 위치와 접촉면적 및 반발력이 서로 다르기 때문에 이러한 서로 다른 위치에서의 지지패드(52)들과 서셉터(30) 사이의 마찰력에 대한 반발력의 차이가 서셉터(30)를 회전시키는 토크(Torque)의 주요 원인으로 작용한다. 또한 서셉터(30)가 승하강되면서 발생하는 진동에 의해 다소 회전될 수도 있다.

따라서 증착 후 기판의 성막을 수시로 점검한 후, 이상 발견 시 틀어진 서셉터(30)를 초기 세팅 위치로 원복해야 하는데, 챔버의 내부는 고온의 진공 상태이기 때문에, 서셉터(30)의 원복 작업을 위해서는 서셉터(30)의 온도를 낮추는 쿨 다운(Cool-down)이 필요하고 다시 공정 온도로 만들기 위해서는 히트 업(Heat-up)을 해야 하는데 2~3시간 이상이 소요된다.

이처럼 서셉터(30)의 위치가 초기 세팅된 위치로부터 틀어지게 되면 유리기판(G)을 안정적으로 지지하지 못할 수도 있을 뿐만 아니라 제품 생산 수율에 영향을 미칠 수 있다.

이에 본 발명에 따른 서셉터 회전저지유닛(60)은, 서셉터(30)의 열팽창 시 유리기판(G)에 대한 서셉터(30)의 틀어짐을 저지하기 위해 서셉터(30)에 결합된 서셉터 샤프트(32)의 회전을 저지시킨다.

도 2 및 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 서셉터 회전저지유닛(60)은, 서셉터 샤프트(32)의 말단부에서 서셉터 샤프트(32)의 둘레를 클램핑하는 클램핑부(61)와, 서셉터 샤프트(32)에 대해 교차하는 방향으로 클램핑부(61)에 돌출되게 결합되는 브레이크 로드(62)와, 일측부는 서셉터 구동부(70)에 결합되며 타측부는 브레이크 로드(62)에 맞닿아 서셉터 샤프트(32)의 회전을 구속하는 회전저지블럭(63)을 포함한다.

전술한 바와 같이, 서셉터 샤프트(32)는 서셉터 구동부(70)에 고정 결합된 지지대 샤프트(53)의 내부에 삽입되어 있고 서셉터 구동부(70)에 오링(O-Ring)으로 실링(Sealing)만 되어 있어 상/하 이동 및 회전은 완전히 구속되어 있지 않다. 그리고 서셉터 샤프트(32)의 말단부는 지지대 샤프트(53) 외부에 노출되어 있다.

클램핑부(61)는 지지대 샤프트(53) 외부에 노출된 서셉터 샤프트(32)의 말단부에 착탈 결합되고 브레이크 로드(62)는 클램핑부(61)에 결합된다. 이러한 클램핑부(61)는 서셉터 샤프트(32)의 구조적 변경없이 브레이크 로드(62)를 서셉터 샤프트(32)에 연결시킬 수 있도록 하는 수단이 된다.

본 실시 예에서, 브레이크 로드(62)는 클램핑부(61)의 원주방향에 대해 돌출된 부분으로 클램핑부(61)에 마련되는 나사산홈에 나사결합되는 로드결합부(62a)와, 회전저지블럭(63)과 접촉되는 블럭접촉부(62b)로 구성된다.

그리고 브레이크 로드(62)에 대응되는 회전저지블럭(63)은 서셉터 구동부(70)의 지지대 서포트(71) 하단에 마련되는 플랜지부(72)에 결합되는 블럭결합부(63a)와, 브레이크 로드(62)의 블럭접촉부(62b)에 접촉되는 로드접촉부(63b)로 구성된다.

이러한 브레이크 로드(62)와 회전저지블럭(63)은 서셉터(30)를 회전시키는 원인이 되는 전술한 토크(Torque)가 가해지면, 상호 작용하여 토크를 상쇄시키는 역할을 한다.

본 실시 예에서는, 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 브레이크 로드(62)와 회전저지블럭(63)은 각각 2개씩 마련되며, 하나의 브레이크 로드(62)와 하나의 회전저지블럭(63)은 한 쌍으로 클램핑부(61)의 원주방향을 따라 상호 간 일정 간격으로 이격 배치된다.

이때, 서셉터 샤프트(32)의 정역방향으로의 회전이 모두 구속될 수 있도록 클램핑부(61)의 원주방향을 따라 배치되는 브레이크 로드(62)들과 회전저지블럭(63)들은 교번적으로 배치되지 않게 마련된다. 즉, 브레이크 로드(62)가 클램핑부(61)에 결합되는 방향을 기준으로 설정할 때, 어느 하나의 브레이크 로드(62)에 대해 그와 한 쌍을 이루는 회전저지블럭(63)이 좌측에 접촉되게 배치되면 다른 하나의 브레이크 로드(62)에 대해서는 그와 한 쌍을 이루는 회전저지블럭(63)이 우측에 접촉되게 배치된다.

본 실시 예에서 브레이크 로드(62)와 회전저지블럭(63)은 각각 2개씩 마련되어 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니므로, 하나의 브레이크 로드(62)와 하나의 회전저지블럭(63)을 한 쌍으로 하여 2쌍을 이상의 복수의 쌍으로 마련될 수도 있다.

한편, 서셉터 샤프트(32)는 서셉터(30)에 결합되어 있어 서셉터(30)의 열이 전도되면 열팽창 및 수축으로 인해 상하방향으로 길이변화가 발생할 수 있다.

이를 위해 본 실시 예에서 브레이크 로드(62)의 블럭접촉부(62b)는 회전저지블럭(63)에 대해 상하방향으로 구름접촉되는 접촉롤러(62b)로 마련된다.

그리고 회전저지블럭(63)의 로드접촉부(63b)는 접촉롤러(62b)의 상하방향으로의 이동을 안내하도록 적어도 서셉터 샤프트(32) 말단부의 길이보다 연장되게 마련된다.

따라서 서셉터 회전저지유닛(60)은 서셉터 샤프트(32)의 열팽창 및 수축 시, 서셉터 샤프트(32)의 정역방향으로의 회전은 구속시키면서도 상하방향으로의 이동은 구속시키지 않는다.

본 실시 예에서 접촉롤러(62b)는 캠 파로우어(cam follower)를 사용하고 있으나, 본 실시 예와 달리, 볼 베어링(ball bearing) 또는 롤러 베어링(roller bearing)등 회전저지블럭(63)에 대해 구름접촉이 가능한 것이라면 어떠한 것이 적용되더라도 무방하다.

또한, 브레이크 로드(62)의 블럭접촉부(62b)가 회전저지블럭(63)에 구름접촉되는 접촉롤러(62b)로 마련되는 것에 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

예컨대, 브레이크 로드(62)의 블럭접촉부(62b)는 회전저지블럭(63)에 대해 상하로 슬라이딩 가능한 슬라이드 바(bar)로 마련될 수도 있다.

이와 같은 본 실시 예에 따른 서셉터 회전저지유닛(60)을 통해, 증착 공정 시 열팽창에 따른 서셉터(30)의 회전을 저지시킬 수 있다. 따라서, 초기에 세팅된 서셉터(30)의 위치를 일정하게 유지할 수 있어 종래에 서셉터(30)의 틀어짐으로 인해 서셉터(30)를 정위치에 세팅해야 하는데 소요되었던 시간을 절약할 수 있고 유리기판(G)에 대한 증착 균일도를 일정하게 유지할 수 있어 제품 품질과 생산 수율을 향상시킬 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 서셉터 회전저지유닛이 결합된 서셉터 샤프트 말단부 영역을 도시한 도면이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른, 서셉터 회전저지유닛(60)의 회전저지블럭(63)은, 서셉터 구동부(70)에 결합되는 블럭결합부(63a)와, 접촉롤러와 접촉되는 롤러접촉부(63b)와, 블럭결합부(63a)와 롤러접촉부(63b)를 연결시키는 이음부(63c)를 포함한다.

이음부(63c)는 서셉터 샤프트(32)의 영구변형을 일으킬 수 있는 한계 토크값 이하에서 파단될 수 있는 강성을 갖도록 마련된다.

이에 대하여 좀더 자세히 설명하면, 서셉터 샤프트(32)의 두께가 충분히 두꺼울 경우 문제가 되지 않으나 그 두께가 얇을 경우, 과도하게 서셉터 샤프트(32)의 회전을 구속시키게 되면 서셉터 샤프트(32)가 왜곡(distortion)될 우려가 있다.

즉, 서셉터(30)의 회전을 저저시키는 것은 서셉터 샤프트(32)에 영구변형이 발생하지 않는 범위내에서 저지시키는 것이 바람직하다. 따라서, 서셉터 샤프트(32)에 영구변형이 발생할 정도의 토크가 가해진다면 회전저지블럭(63)의 이음부(63c)가 파단될 수 있도록 하여 서셉터 샤프트(32)가 영구변형되는 것을 방지한다.

본 실시 예에서 결합부, 롤러접촉부(63b) 및 이음부(63c)는 일체로 형성되며, 이음부(63c)는 결합부와 롤러접촉부(63b)에 비해 상대적으로 두께가 얇게 마련되어 소정의 토크값 이상에서 파단될 수 있다.

물론, 본 실시 예와 달리 이음부(63c)는 그 두께를 결합부나 롤러접촉부(63b)와 동일하게 하는 대신 소정의 토크값 이상에서 쉽게 파단되는 재질로 마련될 수도 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 서셉터 회전저지유닛이 결합된 서셉터 샤프트 말단부 영역을 도시한 측면도이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른, 서셉터 회전저지유닛(60)은 하나의 브레이크 로드(62)와 두개의 회전저지블럭(63')으로 구성될 수 있다.

두개의 회전저지블럭(63')은 브레이크 로드(62)를 사이에 두고 브레이크 로드(62)의 양측에 각각 접촉되게 마련된다.

본 실시 예의 경우, 전술한 실시 예와 달리, 하나의 브레이크 로드(62)와 두개의 회전저지블럭(63')을 한 쌍으로 조합하여 간단하게 서셉터(30)의 회전을 저지시킬 수 있다.

물론, 본 실시 예와 달리, 하나의 브레이크 로드(62)와 두개의 회전저지블럭(63)을 한 쌍으로 하여 클램핑부(61)의 원주방향을 따라 복수 개의 브레이크 로드(62)와 회전저지블럭(63')이 마련될 수도 있다.

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 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10 : 상부 챔버 11 : 상판부 12 : 고주파 전원부 20 : 하부 챔버 21 : 기판출입부 30 : 서셉터
41 : 후방플레이트 42 : 가스분배판
44 : 현가지지부재 50 : 서셉터 처짐방지유닛
51 : 서셉터 지지대 52 : 지지패드
53 : 지지대 샤프트 60 : 서셉터 회전저지유닛
61 : 클램핑부 62 : 브레이크 로드
63 : 회전저지유닛 63a : 블럭결합부 63b : 롤러접촉부 63c : 이음부
70 : 서셉터 구동부 71 : 지지대 서포트
72 : 플랜지부

Claims (12)

1. 유리기판에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버의 내부에 승하강 가능하게 설치되고 상면에 상기 유리기판이 로딩되는 서셉터;
   상기 서셉터의 하면을 지지하여 상기 서셉터의 처짐을 방지하는 서셉터 처짐방지유닛; 및
   상기 서셉터의 열팽창 시 상기 서셉터 처짐방지유닛에 대한 상기 서셉터의 틀어짐을 저지하기 위해 상기 서셉터에 결합된 서셉터 샤프트의 회전을 저지시키는 서셉터 회전저지유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 서셉터 회전저지유닛은,
   상기 서셉터 샤프트의 말단부에서 상기 서셉터 샤프트의 둘레를 클램핑(clamping)하는 클램핑부;
   상기 서셉터 샤프트에 대해 교차하는 방향으로 상기 클램핑부에 돌출되게 결합되는 브레이크 로드; 및
   일측부는 상기 서셉터 샤프트를 상하로 승하강시키는 서셉터 구동부에 결합되며 타측부는 상기 브레이크 로드에 맞닿아 상기 서셉터 샤프트의 회전을 구속하는 회전저지블럭를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 브레이크 로드와 상기 회전저지블럭은 복수 개가 마련되며, 하나의 상기 브레이크 로드와 하나의 상기 회전저지블럭이 한 쌍으로 조합되어 상기 클랭핑부의 원주방향을 따라 상호 간 일정 간격으로 이격 배치되게 마련되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 브레이크 로드는,
   상기 회전저지블럭에 대해 상하방향으로 구름접촉되는 접촉롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 회전저지블럭은,
   상기 서셉터 샤프트의 열팽창 또는 수축 시 상기 접촉롤러의 상하방향으로의 이동을 안내하도록 적어도 상기 서셉터 샤프트 말단부의 길이보다 연장되게 마련되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 회전저지블럭은,
   상기 서셉터 구동부에 결합되는 블럭결합부;
   상기 접촉롤러와 접촉되는 롤러접촉부; 및
   상기 블럭결합부와 상기 롤러접촉부를 연결시키는 이음부를 포함하며,
   상기 이음부는,
   상기 서셉터 샤프트의 영구변형을 일으킬 수 있는 한계 토크값 이하에서 파단될 수 있는 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 블럭결합부, 상기 롤러접촉부 및 상기 이음부는 일체를 형성하되,
   상기 이음부는 상기 블럭결합부와 상기 롤러접촉부보다 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
8. 제2항에 있어서,
   상기 회전저지블럭은, 2개를 한 쌍으로 상기 브레이크 로드를 사이에 두고 상기 브레이크 로드의 양측에 각각 접촉되게 마련되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
9. 제2항에 있어서,
   상기 회전저지블럭은 상기 서셉터 구동부의 하단에 마련되는 플랜지부에 착탈 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
10. 제4항에 있어서,
    상기 접촉롤러는, 캠 파로우어(cam follower), 볼 베어링(ball bearing) 또는 롤러 베어링(roller bearing) 중 어느 하나로 마련되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터 처짐방지유닛은,
    상기 서셉터를 하부에서 지지하는 서셉터 지지대;
    상기 서셉터 지지대와 상기 서섭터의 하면 사이에 개재되는 다수의 지지패드; 및
    상기 서셉터 지지대의 하부를 접촉 지지하고, 상기 서셉터 샤프트의 외경을 감싸며 상기 챔버의 외부로 연장되는 지지대 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 서셉터 지지대 및 상기 지지대 샤프트는, 세라믹 재질로 제작되며,
    상기 다수의 지지패드는 세라믹, 스테인리스 또는 알루미늄 재질 중 어느 하나로 제작되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
    
    
    
    
    

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