KR20240084380A - 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 과제는 서셉터와 정전척 기능을 동시에 수행할 수 있는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다. 일례로, 본 발명은 다수의 쿨링 라인이 구비된 서셉터; 상기 서셉터 상에 결합된 미들 플레이트; 상기 미들 플레이트 상에 코팅된 제1유전층과, 상기 제1유전층 상에 제공된 전극층과, 상기 제1유전층 및 상기 전극층 상에 코팅된 제2유전층으로 이루어진 정전척을 포함하는, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기판 처리 장치는 기판 상에 막을 증착하거나, 기판상에 증착된 막을 식각하는 장치들을 지칭한다. 이와 같은 기판 처리 장치를 통해 막을 형성하고 식각하여 반도체 소자, 디스플레이 패널, 광학 소자 및 솔라셀 등이 생산된다.
기판 처리 장치는 기판이 처리되는 공간을 제공하기 위한 챔버와, 기판이 안치 및 장착되는 기판 장착 유닛과, 기판에 막을 증착 또는 식각하기 위한 가스를 분사하기 위한 가스 분사 유닛 등을 구비할 수 있다.
일례로, 디스플레이 제조용 기판 장착 유닛은 다양한 공정에서, 공정 효율을 향상시키기 위해 기판의 온도를 균일하게 유지시키는 가열 및/또는 냉각 기능을 구비한 서셉터가 이용되고 있다. 이와 같은 디스플레이 기판용 서셉터는 통상적으로 금속 재질로 구성되며, 온도 유지가 용이하도록 열전도도가 높은 알루미늄으로 제조될 수 있다. 또한 기판 장착 유닛은, 기판을 고정하기 위해 정전기력을 사용하는 정전척이 진공척이나 기계식 척을 대체하여 디스플레이 제조 공정 전반에 걸쳐 사용되고 있는 추세다.
일례로, 최근에 기판 처리 장치는 디스플레이 제조를 위해서 초미세 선폭의 구현을 위한 고밀도 플라즈마 공정이 필요하게 되었다. 그러나 기판 처리 장치는 챔버 내에 플라즈마의 밀도가 높아짐에 따라 기판의 표면 온도와 정전척의 온도가 과도하게 증가되는 문제와, 고밀도 플라즈마에 의해 정전척의 표면이 손상되는 문제가 발생되었다.
여기서 정전척과 같은 기판 처리 장치는 내플라즈마성을 향상시키기 위한 세라믹 재료를 이용함으로써, 내플라즈마성을 향상시킬 수 있다. 그러나 대면적 디스플레이를 제조하기 위한 정전척은 그 크기가 증가됨에 따라 접착제 또는 접착 시트를 통해 세라믹 플레이트를 기재 상에 접착하는데 한계가 있다. 이를 위해 기판 처리 장치는 기재의 표면에 세라믹을 코팅할 수 있으나, 온도 유지를 용이하게 하기 위해 열전도성이 높은 금속으로 이루어진 정전척과 세라믹 코팅층 사이의 열팽창 계수 차이로 인해, 세라믹 코팅층에 크랙이나 변형되는 문제가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 서셉터와 정전척 기능을 동시에 수행할 수 있는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치는 다수의 쿨링 라인이 구비된 서셉터; 상기 서셉터 상에 결합된 미들 플레이트; 상기 미들 플레이트 상에 코팅된 제1유전층과, 상기 제1유전층 상에 제공된 전극층과, 상기 제1유전층 및 상기 전극층 상에 코팅된 제2유전층으로 이루어진 정전척을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 서셉터는 평면상 상기 쿨링 라인과 중첩되지 않는 영역에 상면과 하면 사이를 관통하며 서로 이격된 다수의 체결홀을 포함하고, 상기 미들 플레이트는 상기 서셉터와 대응되는 형상 및 크기를 가지며, 상기 다수의 체결홀과 대응되는 크기 및 위치에 하면으로부터 상부 방향으로 제공된 다수의 체결홈을 포함하며, 상기 서셉터의 상기 다수의 체결홀을 각각 관통하여, 상기 미들 플레이트의 상기 다수의 체결홈에 각각 결합하는 다수의 체결 부재를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 체결 부재는 상기 서셉터의 하부에 행 및 열을 갖는 매트릭스 형태로, 상기 체결홀을 관통하여 상기 체결홈에 결합될 수 있다.
일부 예들에서, 상기 서셉터와 상기 미들 플레이트의 사이에 개재된 본딩층을 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 본딩층은 0.3 W/mK ~ 3 W/mK의 열전도율을 갖는 1액형 실리콘, 2액형 실리콘, 1액형 에폭시, 2액형 에폭시 또는 폴리우레탄중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 본딩층은 세라믹 필러 또는 금속 필러중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 본딩층은 상기 서셉터와 상기 미들 플레이트 사이의 메탈라이즈 브레이징층, 활성 금속 브레이징층, 확산 접합층, 마찰 압접층 또는 레이저 용접층을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 서셉터는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 하스텔로이, 인코넬, 모넬, 인바, 지르코늄 또는 인콜로이를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 미들 플레이트는 티타늄을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 서셉터의 두께는 10mm 내지 30mm이고, 상기 미들 플레이트의 두께는 3mm 내지 7mm일 수 있다.
일부 예들에서, 상기 서셉터의 열팽창 계수는 상기 미들 플레이트 및 상기 유전층의 열팽창 계수보다 클 수 있다.
본 발명에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치의 제조 방법은 다수의 쿨링 라인을 갖는 서셉터 및 미들 플레이트를 제공하는 단계; 상기 서셉터 및 상기 미들 플레이트를 상호간 결합시키는 단계; 및 상기 미들 플레이트 상에 정전척을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 서셉터 및 상기 미들 플레이트를 상호간 결합시키는 단계는 체결 부재 또는 본딩층을 이용하여 상호간 결합시킬 수 있다.
일부 예들에서, 상기 정전척을 제공하는 단계는 상기 미들 플레이트 상에 상기 제1유전층을 상압 플라즈마 스프레이 방식으로 직접 코팅하고, 상기 제1유전층 및 상기 전극층 상에 상기 제2유전층을 상압 플라즈마 스프레이 방식으로 직접 코팅함을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 예시적 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치 및 그 방법은 서셉터와 정전척의 기능을 동시에 수행할 수 있을 뿐만 아니라 서셉터와 정전척 사이에 미들 플레이트를 개재함으로써, 서셉터와 정전척 사이의 열팽창 계수 차이에 의한 휨 및 변형 현상을 방지할 수 있다.
또한, 미들 플레이트의 열팽창 계수는 서셉터와 정전척의 열팽창 계수 사이에 존재하도록 미들 플레이틀르 선택하고, 서셉터와 미들 플레이트를 체결 부재 및/또는 본딩층을 통해 상호가 기계적/화학적으로 강하게 결합되도록 함으로써, 기판 처리 장치의 휨 및 변형 현상이 방지될 수 있다.
또한, 정전척을 이루는 유전층이 미들 플레이트 상에 직접 코팅 방식으로 제공되고, 유전층과 미들 플레이트의 열팽창 계수가 유사함으로써, 기판 처리 장치의 휨 및 변형 현상이 방지될 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치를 도시한 개략도이다.
도 2은 도 1의 2영역을 확대 도시한 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치를 도시한 단면도이다.
도 3는 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치를 도시한 단면도이다.
도 4은 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 2은 도 1의 2영역을 확대 도시한 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치를 도시한 단면도이다.
도 3는 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치를 도시한 단면도이다.
도 4은 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 개시들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치(100)를 도시한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 기판 처리 장치(100)는 기판이 안착되는 기판 안착부(101)와, 기판 안착부(101)의 센터에 고정되어 기판 안착부(101)를 지지하는 센터 포스트(102)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 기판 안착부(101)는 평면에서 보았을 때 정사각, 직사각 또는 원형일 수 있다. 또한, 센터 포스트(102)의 직경은 기판 안착부(101)의 한 변에 비해 상당히 작을 수 있다.
도 2은 도 1의 2영역을 확대 도시한 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치(100)를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치(100)에서 기판 안착부(101)는 서셉터(110), 미들 플레이트(120) 및 정전척(130)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치(100)는 박막 증착시 증착 효율을 향상시키기 위해서, 고밀도 플라즈마 환경에서 이용될 수 있다. 이와 같은 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치(100)는 상부에 장착된 글래스 기판의 표면 온도가 대략 200℃ 내지 대략 800℃의 온도 범위까지 증가될 수 있다.
서셉터(110)는 길이 및 폭을 갖는 대략 직사각 플레이트 형태일 수 있다. 서셉터(110)는 한변의 길이가 대략 800mm 내지 대략 3500mm 일 수 있다. 일부 예들에서, 서셉터(110)는 후면에 이송 부재가 결합됨으로써, 가이드 레일을 따라 소정 방향(예를 들면, 공정 진행 방향)으로 용이하게 움직일 수 있다. 또한 서셉터(110)는 후면에 다수의 마그네틱(magnetic)을 구비할 수 있으며, 마그네틱에 의해 글래스의 상부에 인바(invar) 마스크를 고정할 수 있다.
서셉터(110)는 내부에 다수의 쿨링 라인(111)이 소정 피치를 가지며 제공될 수 있다. 쿨링 라인(111)에는 쿨링 매체가 이동 가능하여, 서셉터(110)를 소정 온도까지 쿨링시킬 수 있다. 예를 들면, 쿨링 매체는 불소화액, 순수한 물, 헬륨 또는 질소를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 서셉터(110)는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 하스텔로이(hastelloy), 인코넬(inconel), 모넬(monel), 인바(invar), 지르코늄(zirconium) 또는 인콜로이(incoloy)를 포함할 수 있다. 일례로, 알루미늄의 경우 열팽창 계수(CTE: Coefficient of Thermal Expansion, 단위는 m/m℃)는 대략 23.6 x 10-6일 수 있고, 열전도도(Thermal conductivity, 단위는 W/mk)는 대략 200일 수 있다. 이와 같이 알루미늄으로 이루어진 서셉터(110)는 열전도도가 높아, 방열 성능이 우수하다.
서셉터(110)는 쿨링 라인(111)을 구비하고 열전도도가 높으므로 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치(100)의 온도를 대략 0℃ 내지 500℃의 온도 범위까지 감소 및 유지 시킬 수 있고, 이에 따라 열에 의한 변형을 최소화할 수 있다. 또한 서셉터(110)는 쿨링 라인(111)을 구비하여, 고밀도 플라즈마 환경에서 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치(100)의 표면 온도가 일정하도록 유지시킬 수 있다.
일부 예들에서, 서셉터(110)가 알루미늄으로 이루어져, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치를 제조할 때 발생되는 서셉터의 무게 증가를 감소시킬 수 있다. 서셉터(110)의 두께는 대략 10mm 내지 대략 30mm 일 수 있다.
미들 플레이트(120)는 서셉터(110)와 대응되는 길이 및 폭을 갖는 직사각형 플레이트 형태일 수 있다. 미들 플레이트(120)는 서셉터(110)와 유전층(130) 사이의 열팽창 계수 차이를 보완해주기 위한 것일 수 있다. 미들 플레이트(120)는 서셉터(110)의 상부에 결합될 수 있다. 바람직하게 미들 플레이트(120)는 서셉터(110)에 기계적으로 결합될 수 있다. 미들 플레이트(120)의 두께는 서셉터(110)의 두께보다 얇을 수 있다. 미들 플레이트(120)의 두께는 대략 3mm 내지 대략 7mm 일 수 있다.
일례로, 서셉터(110)와 미들 플레이트(120)는 체결 부재(150)에 의해 상호간 기계적으로 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 체결 부재(150)는 다수개를 구비할 수 있으며, 각각의 체결 부재(150)는 서셉터(110)의 하면의 외주연과 인접하도록, 서로 이격되어 행 및/또는 열을 갖도록 결합될 수 있다. 또한 다수의 체결 부재(150)는 서셉터(110)의 하면의 외주연과 인접한 영역 이외에, 서셉터(110)의 중심 영역에도 행 및/또는 열을 갖도록 결합될 수 있다. 즉, 다수의 체결 부재(150)는 서셉터(110)의 평면상 쿨링 라인(111)과 중첩되지 않도록 매트릭스 형태로 서셉터(110)를 관통하여 미들 플레이트(120)에 결합될 수 있다. 여기서 서셉터(110)의 체결홀(112)과, 미들 플레이트(120)의 체결홈(121)은 행 또는 열을 갖도록 구비될 수 있다.
서셉터(110)는 평면상 쿨링 라인(111)과 중첩되지 않는 영역에 상면과 하면 사이를 관통하는 체결홀(112)을 포함할 수 있다. 또한 미들 플레이트(120)에는 서셉터(110)의 체결홀(112)과 대응되는 크기 및 위치에 체결홈(121)이 구비될 수 있다. 상기 체결홈(121)은 미들 플레이트(120)의 하면으로부터 상부 방향으로, 일정깊이를 갖는 홈일 수 있다. 일부 예에서, 체결 부재(150)는 볼트일 수 있다. 이때, 체결홈(121)의 내면에는 나사산이 구비될 수 있다. 즉 체결 부재(150)는 체결홀(112)을 관통하여 체결홈(121)과 결합하여, 서셉터(110)와 미들 플레이트(120) 사이를 기계적으로 결합 및 고정할 수 있다. 또한, 체결홀(112)의 내면에도 나사산이 구비될 수 있다.
미들 플레이트(120)는 티타늄을 포함할 수 있다. 티타늄의 경우 열팽창 계수(CTE, 단위는 m/m℃)는 대략 8.6 x 10-6일 수 있으며 열전도율(단위는 W/mk)은 21.9일 수 있다. 이와 같은 미들 플레이트(120)는 서셉터(110)와 CTE에 차이가 있으나, 하기할 정전척(130)의 주요 재료인 세라믹과 CTE가 유사함으로써, 미들 플레이트(120) 상에서 정전척(130)이 박리되거나 휘어지지 않게 된다. 또한, 미들 플레이트(120)의 강성이 서셉터(110)의 강성보다 높기 때문에, 열에 의한 서셉터(110)의 휨 현상을 방지한다. 다르게 설명하면, 티타늄 재질의 미들 플레이트(120)의 강도 또는 강성이 알루미늄 재질의 서셉터(110)의 강도 또는 강성보다 높기 때문에, 미들 플레이트(120)가 서셉터(110)의 휨 현상을 방지한다.
정전척(130)은 제1유전층(131)과 제2유전층(132), 그리고 제1유전층(131)과 제2유전층(132) 사이의 전극층(133)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제1유전층(131)은 미들 플레이트(120)의 표면에 별도의 접착층 없이, 직접 코팅되어 제공될 수 있다. 전극층(133)은 제1유전층(131)의 표면에 제공될 수 있다. 또한 제2유전층(132)은 제1유전층(131) 및 전극층(133)의 표면에 직접 코팅되어 제공될 수 있다.
제1유전층(131)은 미들 플레이트(120)의 상면 상에 상압 플라즈마 스프레이 방식으로 직접 코팅되어 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 제2유전층(132)은 전극층(133)과 제1유전층(131)의 상면에 상압 플라즈마 스프레이 방식으로 직접 코팅될 수 있다. 일부 예들에서, 상압 플라즈마 스프레이 방식 외에 에어로졸 데포지션, 아크 스프레이, 고속 산소 연료 스프레이, 콜드 스프레이 또는 플레임 스프레이의 방식이 이용될 수 있다. 일부 예들에서, 제1유전층(131) 및 제2유전층(132)은 Al2O3일 수 있다. 일부 예들에서, 제1,2유전층(131,132)는 TiO2, CaO, MgO, SiO2, Y2O3, YOF 및/또는 YF와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제에 의해 유전층의 유전율이 높아지고 이에 따라 정전기에 의해 척킹력이 더욱 향상될 수 있다. 즉, 본 발명은 Al2O3 외에 첨가되는 각 첨가제들의 양에 따라 유전율을 변하게 함으로서, 정전력의 크기를 변화시켜 흡착뿐만 아니라 탈착의 정도와 효과를 개선시킬 수 있다.
일부 예들에서, 미들 플레이트(120)가 티타늄(CTE: 8.6)으로 제공되고, 유전층(131,132)이 Al2O3(CTE: 7.3)으로 제공될 경우, CTE의 편차는 대략 1.5% 내외일 수 있다. 이와 같은 유전층(131,132)은 미들 플레이트(120)와 CTE 편차가 대략 1.5% 내외 이므로, 미들 플레이트(120)에 유전층(131,132)을 직접 코팅에 의해 형성하여도 기판 처리 장치(100)의 온도 증가 시, 열평창 계수 차이로 인한 크랙이나 변형이 발생되지 않을 수 있다. 일부 예들에서, 제1유전층(131) 및 제2유전층(132)의 두께는 각각 대략 20㎛ 내지 대략 100㎛일 수 있다.
전극층(133)은 제1유전층(131)의 상부 표면에 도금 방식 또는 상술한 다양한 스프레이 방식이나 증착 방식으로 제공될 수 있다. 전극층(133)은 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 은, 텅스텐, 몰리브덴 또는 그 합금 박막으로 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 전극층(133)의 두께는 대략 20㎛ 내지 대략 100㎛일 수 있다.
정정척(120)의 두께가 100㎛보다 더 클 경우, 정전척(130)의 두께 증가로 인하여 마그네트의 자기력의 전달이 용이하지 않아 마스크의 고정이 용이하지 않을 수 있다. 정전척(130)의 두께가 20㎛보다 더 작게 형성할 경우, 균일한 층이 형성되기 어려워 정전척(130)의 형성이 어려울 수 있다. 참고로, 서셉터(110) 및/또는 미들 플레이트(120)의 두께에 비해 정전척(130)의 두께가 훨씬 작지만, 이해의 편의를 위해 도 2에서는 두께 비율대로 도시되지 않음을 당업자라면 이해할 것이다.
이와 같은 정전척(130)은 전극층(133)에 전기장이 형성되도록 전압이 인가되면, 제2유전층(132)의 표면에 접촉된 글래스 기판을 흡착하여 고정할 수 있다. 또한 정전척(130)은 전극층(133)에 전압이 차단되면, 글래스 기판(10)과 분리될 수 있다. 여기서, 정전척(130)은 모노폴라 방식 및/또는 바이폴라 방식으로 동작함을 당업자라면 이해할 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치(100)는 열전도도가 높은 금속으로 이루어진 서셉터(110)에 쿨링 라인(111)이 구비되어, 온도를 감소 및 유지시킬 수 있다. 또한 본 발명에 따른 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치(100)는 서셉터(110)와 미들 플레이트(120)사이가 기계적으로 결합되어 CTE 차이로 인한 변형이 발생되어도 결합상태를 유지할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치(100)는 미들 플레이트(120)의 표면에 미들 플레이트(120)와 CTE의 편차가 대략 1.5%보다 작은 세라믹으로 정전척(130)이 제공되어, CTE 편차로 인한 크랙이나 변형을 방지할 수 있다.
도 3를 참조하면, 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치(200)를 도시한 단면도가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치(200)는 서셉터(110)와 미들 플레이트(120)의 사이에 개재된 본딩층(240)을 더 포함할 수 있다.
본딩층(240)은 대략 0.3 W/mK ~ 대략 3 W/mK의 열전도율을 갖는 1액형 실리콘, 2액형 실리콘, 1액형 에폭시, 2액형 에폭시 또는 폴리우레탄중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 1액형 실리콘(또는 1액형 에폭시)은 공기중의 수분과 반응하여야 경화가 시작되므로 공기와의 접촉을 방지하는 용기에 보관된 상태에서 서셉터(110) 상에 도포되면 그 표면에서부터 내부로 경화가 서서히 확산한다. 일부 예들에서, 2액형 실리콘(또는 2액형 에폭시)은 공기중의 수분과 무관하게 서셉터(110) 상에서 2액(경화제와 주제)이 혼합되면서 경화가 진행된다. 일부 예들에서, 폴리우레탄 접착제 역시 1액형 폴리우레탄 또는 2액형 폴리우레탄을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 본딩층(240)은 열전도율을 향상시키기 위해 세라믹 필러 또는 금속 필러와 같은 나노 필러를 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 나노 필러의 평균 크기는 대략 1nm 내지 10um일 수 있다. 일부 예들에서, 나노 필러의 중량(wt%)은 대략 5 wt% 내지 대략 95wt%일 수 있다. 나노 필러의 중량이 대략 5wt%보다 작을 경우 열전도율이 목표 값보다 낮을 수 있다. 나노 필러의 중량이 대략 95%보다 클 경우 점도가 상대적으로 높아서 접착제의 분사/도포 작업이 어려울 수 있다. 일부 예들에서, 본딩층(240)의 두께는 대략 1um 내지 대략 100mm일 수 있다. 본딩층(240)의 두께가 대략 1 um보다 작으면 열전도율이 우수하지만 열확산 성능이 떨어져 미들 플레이트(120) 및/또는 정전척(130)의 열 균일성이 낮을 수 있다. 본딩층(240)의 두께가 대략 100mm보다 크면 열확산 성능이 우수하여 미들 플레이트(120) 및/또는 정전척(130)의 열 균일성이 높아질 수 있으나 열전도율이 낮을 수 있다.
일부 예들에서, 나노 필러는 순수 티타늄(CTE: 8.6), 산화베릴륨(CTE: 8) 및/또는 산화알루미늄(CTE: 7.3)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 나노 필러는 서셉터(110) 및/또는 미들 플레이트(120)와 유사하거나 같은 재료(금속 또는 세라믹)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 본딩층(240)은 서셉터(110)와 미들 플레이트(120) 사이의 메탈라이즈 브레이징층, 활성 금속 브레이징층, 확산 접합층, 마찰 압접층 및/또는 레이저 용접층을 포함할 수 있다. 이밖에도, 글래스 프릿(glass frit)을 이용한 접합, 메탈브레이징 접합, 확산 접합 및/또는 확산 브레이징 접합도 이용될 수 있다.
일례로, 메탈라이즈 브레이징층은 서셉터의 표면에 금속층을 형성시킨 후에 브레이징 합금을 사용하여 접합함으로써 제공될 수 있다. 금속층을 형성시키는 방법으로는, 금속간화합물을 도포시키고 가열분해에 의하여 금속을 석출시켜 서셉터와 반응시키는 방법, 기상에서 금속을 석출시키는 방법, 증착이나 스퍼터링 등의 물리적 방법으로 도금시키는 방법 등이 가능하다. 일례로, Mo-Mn 법을 이용할 수 있다. 이 방법은 Mo 또는 Mo-Mn 분말을 유기용매에 바인더로 페이스트 상으로 만들어 서셉터에 도포하고, 메탈라이징하여 브레이징하는 방법이다. 일례로, Ti를 메탈라이징하여 안정화지르코니아(PSZ)와 Ti-6Al-4V을 대략 820℃에서 접합할 수 있다. 일례로, 지르코니아 표면을 Ti로 메탈라이징 한 후에 Ag-28Cu계 브레이징 합금을 사용하여 접합할 수 있다. 일부 예들에서, 메탈라이징된 지르코니아의 표면에 Ti-O 화합물(TiO, Ti2O3, Ti3O5, TiO2 등)로 이루어진 검은 반응층이 제공되어, 서셉터 표면의 젖음성을 향상시켜 양호한 접합을 구현할 수 있다.
일례로, 활성금속 브레이징층은 신뢰도가 높고, 작은 제품을 경제성 있게 제조할 수 있을 뿐 아니라, 복잡한 형상의 제품을 한번의 작업으로 접합을 끝내야 하는 양산공정에 적합할 수 있다. Ni, Cu, Ag와 같은 연질 금속에 Ti, Zr 등의 IV족 활성금속을 적정량 첨가한 합금을 브레이징 합금으로 사용하여 진공 또는 불활성 분위기에서 직접 접합한다. 브레이징 합금 중에 함유되어 있는 Ti, Zr 등의 활성금속이 서셉터와 반응하여 계면에 산화물, 질화물 혹은 탄화물을 형성하여 접합이 이루어진다. 또한 Ag, Cu 등은 중앙에 편석되어 연질층을 형성함으로써 응력 완화 효과를 가지므로 접합강도를 향상시킨다.
일부 예들에서, 확산 접합층은 두 재료를 밀착시켜 접합면 사이에서 발생하는 원자의 확산을 이용하여 얻은 층이다. 접합 후의 열응력이나 변형이 적고, 조직 변화에 의한 재료의 열화가 적은 것이 특징이며, 동종 재료뿐만 아니라 성질이 상이한 이종재료의 접합 및 복잡한 형상의 접합이 가능하다. 금속을 거의 변형시키지 않는 응력 이하로 가압 가열하여 접합하는 방법과 금속의 변형이 일어나도록 가압 가열하여 접합하는 방법이 있다. 접합은 고온 크리프에 의한 소성변형, 원자들의 확산에 의한 보이드(void)의 소멸 및 입계이동의 3단계 과정을 통해 이루어진다. 확산 접합법에서는 진공분위기 제어, 접합재의 가열과 온도유지, 온도의 상승과 하강 시 발생하는 열응력의 감소 등이 접합에 중요한 요인이다.
일부 예들에서, 마찰 압접층은 서셉터와 미들 플레이트를 가압하면서 회전시켜 그 마찰열로 가열하고, 일정온도에 도달하면 압력을 주어 접합하여 얻을 수 있다
일부 예들에서, 레이저빔 용접층은 고밀도 에너지를 열원으로 이용하여 얻은 층으로서, 고출력 레이저로는 CO2 레이저와 Nd;YAG 레이저가 있다. 레이저는 열가공임에도 불구하고 빔의 크기를 작게 하여 높은 에너지밀도(106 W/㎠ 이상)를 얻을 수 있으므로 열 영향이 작고 작은 변형범위 내에서 용접을 할 수 있고 입력 에너지의 제어성이 좋아서 미세한 용접이 가능하다
이와 같이 하여, 본 개시는 고온 환경에서도 휘지 않고 평탄도가 우수한 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치(200)를 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 본 개시는 서셉터(110)와 미들 플레이트(120)의 사이에 열전도율이 높은 본딩층(240)이 개재됨으로써, 정전척(130)으로부터의 열이 미들 플레이트(120)를 통해 결국 서셉터(110) 쪽으로 신속하게 전달될 수 있다.
도 4은 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 예시적 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치의 제조 방법은 서셉터 및 미들 플레이트 제공 단계(S1), 서셉터 및 미들 플레이트 결합 단계(S2) 및 정전척 제공 단계(S3)를 포함할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시에 따른 예시적 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 서셉터 및 미들 플레이트 제공 단계(S1)에서는, 대략 평판 형태의 서셉터(110) 및 미들 플레이트(120)를 각각 제공한다. 일부 예들에서, 서셉터(110)는 내부에 제공되는 다수의 쿨링 라인(111)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 서셉터(110)는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 하스텔로이(hastelloy), 인코넬(inconel), 모넬(monel), 인바(invar), 지르코늄(zirconium) 또는 인콜로이(incoloy)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 서셉터(110)는 하면에 제공된 다수의 체결홀(112)을 더 포함할 수 있다. 미들 플레이트(120)는 서셉터(110)와 대응되는 길이 및 폭을 가지며 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 미들 플레이트(120)는 티타늄을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 미들 플레이트(120)는 체결홀(112)과 대응되는 영역에 제공되는 다수의 체결홈(121)을 포함할 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 서셉터 및 미들 플레이트 결합 단계(S2)에서는, 서셉터(110) 및 미들 플레이트(120)가 체결 부재(150)에 의해 상호간 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 체결 부재(150)는 서셉터(110)의 하면에서 체결홀(112)을 관통하여 미들 플레이트(120)에 구비된 체결홈(121)에 결합될 수 있다.
한편, 체결 부재(240) 대신 본딩층에 의해 서셉터(110) 및 미들 플레이트(120)가 상호간 결합될 수 있다. 이 경우, 서셉터(110)에는 체결홀이 필요하지 않고 또한 미들 플레이트(120)에도 체결홈이 필요하지 않다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 정전척 제공 단계(S3)에서는, 미들 플레이트(130)에 직접 정전척(130)이 제공될 수 있다. 미들 플레이트(120) 상에 제1유전층(131)이 직접 코팅될 수 있다. 일부 예들에서, 산화알루미늄 파우더를 상압 플라즈마 스프레이 방식으로 미들 플레이트(120) 상에 코팅할 수 있다. 이에 따라, 미들 플레이트(120)와 제1유전층(131)의 사이에 본딩층이 존재하지 않고, 미들 플레이트(120) 상에 직접 제1유전층(131)이 제공될 수 있다. 이어서, 제1유전층(131) 상에 전극층(133)이 제공될 수 있다. 전극층(133) 역시 도금 방식 또는 상술한 다양한 스프레이 방식으로 제공될 수 있다. 전극층(133)은 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 은, 텅스텐, 몰리브덴 또는 그 합금 박막으로 제공될 수 있다. 이어서, 제1유전층(131) 및 전극층(133) 상에 제2유전층(132)이 직접 코팅될 수 있다. 일부 예들에서, 산화알루미늄 파우더를 상압 플라즈마 스프레이 방식으로 제1유전층(131) 및 전극층(133) 상에 코팅할 수 있다.
이와 같이, 미들 플레이트(120)는 티타늄을 포함하고, 정전척(130)은 산화알루미늄을 포함함으로써, 미들 플레이트(120)와 정전척(120)의 열팽창 계수의 표준편차가 대략 2%보다 작게 되고, 따라서 고온 환경(예를 들면, 대략 200℃ 내지 대략 800℃)에서 정전척이 사용되어도, 미들 플레이트(120)와 정전척(130)의 휨 현상이 거의 일어나지 않고 우수한 평탄도를 유지하게 된다. 따라서, 정전척에 의한 글래스 또는 웨이퍼의 고정력이 우수하게 유지될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100, 200: 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치
110: 서셉터 120: 미들 플레이트
130: 정전척
110: 서셉터 120: 미들 플레이트
130: 정전척
Claims (14)
- 다수의 쿨링 라인이 구비된 서셉터;
상기 서셉터 상에 결합된 미들 플레이트;
상기 미들 플레이트 상에 코팅된 제1유전층과, 상기 제1유전층 상에 제공된 전극층과, 상기 제1유전층 및 상기 전극층 상에 코팅된 제2유전층으로 이루어진 정전척을 포함하는, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 서셉터는 평면상 상기 쿨링 라인과 중첩되지 않는 영역에 상면과 하면 사이를 관통하며 서로 이격된 다수의 체결홀을 포함하고,
상기 미들 플레이트는 상기 서셉터와 대응되는 형상 및 크기를 가지며, 상기 다수의 체결홀과 대응되는 크기 및 위치에 하면으로부터 상부 방향으로 제공된 다수의 체결홈을 포함하며,
상기 서셉터의 상기 다수의 체결홀을 각각 관통하여, 상기 미들 플레이트의 상기 다수의 체결홈에 각각 결합하는 다수의 체결 부재를 포함하는, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 체결 부재는 상기 서셉터의 하부에 행 및 열을 갖는 매트릭스 형태로, 상기 체결홀을 관통하여 상기 체결홈에 결합되는, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 서셉터와 상기 미들 플레이트의 사이에 개재된 본딩층을 더 포함하는, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 본딩층은 0.3 W/mK ~ 3 W/mK의 열전도율을 갖는 1액형 실리콘, 2액형 실리콘, 1액형 에폭시, 2액형 에폭시 또는 폴리우레탄중 적어도 하나를 포함하는, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 본딩층은 세라믹 필러 또는 금속 필러중 적어도 하나를 포함하는, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 본딩층은 상기 서셉터와 상기 미들 플레이트 사이의 메탈라이즈 브레이징층, 활성 금속 브레이징층, 확산 접합층, 마찰 압접층 또는 레이저 용접층을 포함하는, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 서셉터는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 하스텔로이, 인코넬, 모넬, 인바, 지르코늄 또는 인콜로이를 포함하는, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 미들 플레이트는 티타늄을 포함하는, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 서셉터의 두께는 10mm 내지 30mm이고, 상기 미들 플레이트의 두께는 3mm 내지 7mm인, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 서셉터의 열팽창 계수는 상기 미들 플레이트 및 상기 유전층의 열팽창 계수보다 큰, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치. - 다수의 쿨링 라인을 갖는 서셉터 및 미들 플레이트를 제공하는 단계;
상기 서셉터 및 상기 미들 플레이트를 상호간 결합시키는 단계; 및
상기 미들 플레이트 상에 정전척을 제공하는 단계를 포함하는, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치의 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 서셉터 및 상기 미들 플레이트를 상호간 결합시키는 단계는 체결 부재 또는 본딩층을 이용하여 상호간 결합시키는, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치의 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 정전척을 제공하는 단계는 상기 미들 플레이트 상에 상기 제1유전층을 상압 플라즈마 스프레이 방식으로 직접 코팅하고, 상기 제1유전층 및 상기 전극층 상에 상기 제2유전층을 상압 플라즈마 스프레이 방식으로 직접 코팅함을 포함하는, 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치의 제조 방법.
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| KR1020220169187A KR20240084380A (ko) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 서셉터와 정전척 기능을 갖는 대면적 디스플레이 제조용 기판 처리 장치 및 그 제조 방법 |
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| KR (1) | KR20240084380A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101103821B1 (ko) | 2009-10-14 | 2012-01-06 | 코리아세미텍 주식회사 | 글래스 접합방식을 이용한 고순도 세라믹 정전척의 제조방법 및 그에 따른 정전척 |
-
2022
- 2022-12-06 KR KR1020220169187A patent/KR20240084380A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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