KR101365075B1 - 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치 - Google Patents

Abstract

평면디스플레이용 화학 기상 증착장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치는, 평면디스플레이용 유리기판에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버 내에 배치되며, 유리기판의 표면으로 증착물질을 제공하는 다수의 통과공이 형성되는 가스분배판(diffuser); 가스분배판과의 사이에 버퍼공간이 형성되며, 가스분배판의 상부 영역에서 가스분배판과 나란하게 배치되는 백킹 플레이트(backing plate); 및 가스분배판의 중앙 영역에서 가스분배판과 백킹 플레이트를 연결하여 가스분배판의 중앙 처짐을 저지시키되, 버퍼공간의 진공상태와 백킹 플레이트 상부의 대기상태가 분리되도록 백킹 플레이트에 밀봉 결합되는 밀봉 리프트 유닛(lift unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치가 제공될 수 있다.을 포함한다.

Description

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

본 발명은, 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 간단하고 효율적인 구조로 가스분배판을 지지할 수 있어 가스분배판의 중앙 처짐 현상을 저지할 수 있으며, 이에 따라 유리기판에 균일한 증착막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 공정 과정에서 발생되는 가스분배판의 처짐을 진공상태에서도 조절할 수 있어 초기 세팅시간을 단축시키고 서셉터와 가스분배판의 간격을 정확히 지정할 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.

이 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 시야각과 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.

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.

이러한 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, 전술한 OLED 및 LCD를 비롯하여 PDP를 포함하는 평면디스플레이의 제조 공정에는 화학 기상 증착 공정(Chemical Vapor Deposition Process)이 포함된다.

화학 기상 증착 공정은 증착 공정 중의 하나로서, 외부의 고주파 전원에 의해 플라즈마(Plasma)화 되어 높은 에너지를 갖는 증착물질인 공정가스를 유리기판 상으로 증착시키는 공정이다.

이러한 증착 공정을 수행하기 위한 통상의 화학 기상 증착장치는, 상면으로 유리기판이 로딩(Loading)되는 서셉터를 갖는 챔버와, 챔버 내에 마련되는 전극(백킹 플레이트)과, 전극(백킹 플레이트)의 하부에 마련되어 알에프(RF) 전극 및 가스유입구 역할을 하는 가스분배판을 구비한다.

가스분배판은 접지 전극(백킹 플레이트)과의 사이에 버퍼공간이 형성되도록 접지 전극(백킹 플레이트)으로부터 소정 거리 이격되게 배치되어 있다. 가스분배판의 판면에는 미세한 크기의 복수개의 관통공이 형성되어 있다.

이러한 가스분배판은, 유리기판 상에 증착되는 증착막의 균일도 유지를 위해 유리기판이 로딩된 서셉터와 실질적으로 나란하게 배치되며, 서셉터와의 간격 역시 적절하게 조절된다.

이러한 구성에 의해, 증착 공정이 진행되면, 공정가스가 챔버의 상부에서 전극을 통해 하방으로 주입된 후, 버퍼공간을 통해 확산된 다음, 가스분배판에 형성된 복수개의 관통공을 통해 분출됨으로써 유리기판 상에 증착막이 형성될 수 있게 된다.

한편, 유리기판이 대면적화됨에 따라 알에프(RF) 전원을 인가하고 가스를 공급하는 가스분배판의 크기도 대형화되고 있다. 이와 같이 대형화된 가스분배판에 있어서는, 위와 같은 증착 공정이 진행되는 과정에서 가스분배판은 챔버 내에 형성되는 고온의 열기에 의한 열전달에 의해 열변형이 일어날 뿐만 아니라 자체의 하중에 의해 처질 수 있다.

가스분배판의 처짐 현상은 양단이 고정되어 있는 가스분배판의 중앙 영역에서 더더욱 심화되기 때문에 추후에는 가스분배판의 중심 영역에서 서셉터까지의 거리가 짧아지고 가스분배판의 가장자리 영역에서 서셉터까지의 거리가 멀어지는 현상이 발생한다.

만약에, 이러한 현상이 발생할 경우, 전극에서 발생하여 가스분배판을 통해 분배된 반응성 가스인 플라즈마는, 거리가 짧은 유리기판의 중앙 영역으로 집중되어 증착되고 유리기판의 가장자리 영역으로는 상대적으로 덜 증착될 수밖에 없기 때문에 유리기판의 증착막 두께가 불균일해지게 된다.

이에, 종래기술에서는 가스분배판의 처짐(변형을 포함하는 용어임)을 저지하기 위한 방안을 제안한 바 있으며, 이에 대한 일례가 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 제10-0833118호에 개시된 바 있다.

상기 문헌에 개시된 기술은, 가스분배판의 상면에서 가스분배판의 어느 한 변과 나란하게 결합되는 적어도 하나의 보강패널과, 보강패널이 가스분배판이 처지는 방향에 반대 방향으로의 힘을 형성할 수 있도록 보강패널과 가스분배판에 결합되어 보강패널에 대해 가스분배판을 지지하는 적어도 하나의 패널지지부를 포함하는 처짐방지부를 가스분배판에 결합시켜 가스분배판의 처짐 현상을 해소하려 한 것이다. 즉, 세라믹 플레이트(Ceramic Plate)로 보강패널을 제작하여 가스분배판을 지지하려는 CSD{Center Support Diffuser(가스분배판)} 방식을 이용하는 기술이다.

그러나 CSD 방식을 이용한 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치에 있어서 다음과 같은 문제점이 발생될 수도 있다.

첫째, 가스분배판의 처짐 방지를 위해 혹은 가스분배판의 높이를 조절하기 위해 가스분배판 상단에서 진행되는 체결과 조임의 반복 작업으로 인해 발생되는 파티클(Particle)이 곧바로 가스분배판으로 떨어져 가스분배판에 형성되는 홀(hole)의 막힘 현상, 추가 파티클 발생 현상, 전기적 아킹(Arching) 발생 현상을 유발시킬 수 있다.

둘째, 세라믹으로 된 보강패널 자체의 구조적 탄성 변형에 따른 높이 조절의 부정확성으로 증착 공정의 진행 시 챔버(Chamber) 간 공정재현성에 나쁜 영향을 미칠 수 있다. 왜냐하면, PE-CVD공정에서 전극 간 간격이 공정 시 가장 큰 영향력을 가지기 때문이다.

셋째, 세라믹으로 된 보강패널의 파손(Broken) 위험성 상존한다는 것이다. 세라믹이 가진 물리적 특성 중 가장 두드러지는 현상이 싱글 프랙쳐(Single Fracture) 현상으로 누적된 사용에 따른 피로를 이기지 못해 발생 예상되는 문제일 수 있다.

따라서 이러한 문제점들을 해결하기 위한 다양한 방안들이 시도되고 있지만 상기 문헌을 비롯하여 종래기술의 경우, 구조적인 한계로 인해 효율적으로 가스분배판을 지지할 수 없으며, 특히 가스분배판의 중앙 처짐 현상을 저지하는 데에 다소 부족하므로 이에 대한 기술 개발이 요구된다.

다만, 전술한 바와 같이, 중앙 영역의 처짐을 방지하면서 가스분배판을 지지할 수 있다고 하더라도 서셉터와 가스분배판의 간격을 변경시키기 위해서는 다시 공정챔버를 열어 간격을 수정하는 작업을 하게 되고, 원하는 간격을 맞추기 위해서는 진공과 대기를 반복하며 초기 간격을 잡아야 하는데, 이와 같이 초기 간격을 지정하는 시간이 오래 걸리고 정확히 원하는 간격을 지정하는 것에 어려움이 있을 경우 공정이 지연될 우려가 높기 때문에 이에 대한 보완이 요구된다.

대한민국특허청 등록특허 제10-0833118호

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 간단하고 효율적인 구조로 가스분배판을 지지할 수 있어 가스분배판의 중앙 처짐 현상을 저지할 수 있으며, 이에 따라 유리기판에 균일한 증착막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 공정 과정에서 발생되는 가스분배판의 처짐을 진공상태에서도 조절할 수 있어 초기 세팅시간을 단축시키고 서셉터와 가스분배판의 간격을 정확히 지정할 수 있는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 평면디스플레이용 유리기판에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버 내에 배치되며, 상기 유리기판의 표면으로 증착물질을 제공하는 다수의 통과공이 형성되는 가스분배판(diffuser); 상기 가스분배판과의 사이에 버퍼공간이 형성되며, 상기 가스분배판의 상부 영역에서 상기 가스분배판과 나란하게 배치되는 백킹 플레이트(backing plate); 및 상기 가스분배판의 중앙 영역에서 상기 가스분배판과 상기 백킹 플레이트를 연결하여 상기 가스분배판의 중앙 처짐을 저지시키되, 상기 버퍼공간의 진공상태와 상기 백킹 플레이트 상부의 대기상태가 분리되도록 상기 백킹 플레이트에 밀봉 결합되는 밀봉 리프트 유닛(lift unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치가 제공될 수 있다.

상기 백킹 플레이트에는 상부 표면으로부터 상기 가스분배판을 향해 함몰되게 형성되는 함몰부가 더 형성되며, 상기 밀봉 리프트 유닛은 상기 함몰부 내에 배치되어 상기 버퍼공간의 진공상태와 상기 백킹 플레이트 상부의 대기상태가 분리되도록 상기 백킹 플레이트에 밀봉 결합될 수 있다.

상기 밀봉 리프트 유닛은, 상기 가스분배판에 연결되는 연결부재; 일단부는 상기 연결부재에 연결되고 타단부는 상기 함몰부에 관통되게 형성되는 볼트 배치공을 통해 상기 백킹 플레이트와 연결되는 리프트 볼트를 구비하는 리프터; 및 상기 함몰부 내에서 상기 볼트 배치공 영역에 결합되며, 상기 백킹 플레이트와 상기 리프트 볼트 사이의 갭(gap)을 밀봉시키는 밀봉모듈을 포함할 수 있다.

상기 밀봉모듈은, 내벽은 상기 리프트 볼트를 둘러싸도록 상기 리프트 볼트와 결합되고 하부벽은 상기 함몰부 내의 바닥면에 배치되어 상기 갭을 밀봉시키는 밀봉부재를 포함할 수 있다.

상기 밀봉부재의 내벽과 하부벽 중 적어도 어느 하나에는 해당 위치를 밀봉시키는 오링(O-ring)이 더 개재될 수 있다.

상기 리프트 볼트와 상기 밀봉부재의 내벽 사이에는 상기 리프트 볼트의 길이 방향을 따라 상호 이격되게 이중의 제1 및 제2 오링(O-ring)이 배치되고, 상기 함몰부 내의 바닥면과 상기 밀봉부재의 하부벽 사이에는 단일의 제3 오링(O-ring)이 배치될 수 있다.

상기 밀봉모듈은, 상기 리프트 볼트의 길이 방향을 따라 상기 밀봉부재의 상부에 배치되어 상기 밀봉부재를 지지하고, 상기 밀봉부재의 회전을 구속시키는 로테이션 스토퍼를 더 포함할 수 있다.

상기 리프트 볼트의 승하강 조작 시 상기 로테이션 스토퍼가 회전되지 않도록, 상기 로테이션 스토퍼와 상기 리프트 볼트 중 어느 하나에는 키(key)가 마련되고 다른 하나에는 상기 키가 안내되는 키홈이 형성될 수 있다.

상기 키는 상기 로테이션 스토퍼의 일측에서 반경 방향 내측을 향해 돌출되게 마련되며, 상기 키홈은 상기 리프트 볼트의 외벽에서 상기 리프트 볼트의 길이 방향을 따라 길게 함몰 형성될 수 있다.

상기 리프터는 상기 로테이션 스토퍼의 상부에 배치되고 상기 리프트 볼트에 체결되는 리프트 너트를 더 포함할 수 있다.

상기 밀봉모듈은, 상기 밀봉부재의 반경 방향 외측에 결합되어 상기 밀봉부재를 절연시키는 절연부재를 더 포함할 수 있다.

상기 절연부재는, 도넛(donut) 형상의 세라믹 재질로 제작되며, 상기 함몰부 내의 바닥면에 볼트(bolt) 결합될 수 있다.

상기 함몰부가 배치되는 상기 백킹 플레이트의 상면에 결합되며, 상기 밀봉 리프트 유닛을 외부와 격리시키기 위한 캡(cap)을 더 포함할 수 있다.

상기 캡이 배치되는 상기 함몰부의 상부면에는 상기 함몰부의 직경보다 크게 형성되어 상기 캡이 자리 배치되는 자리턱이 더 형성될 수 있다.

상기 연결부재는, 상기 가스분배판의 일 영역에 인서트(insert)되어 고정되는 인서트 고정부; 및 상기 리프트 볼트의 하단부가 체결되는 체결부를 포함할 수 있다.

상기 리프트 볼트의 하단부에는 상호 대칭되게 배치되고 상기 리프트 볼트의 반경 방향 외측으로 연장되는 한 쌍의 체결용 플랜지가 마련되며, 상기 체결부는 상기 한 쌍의 체결용 플랜지가 삽입된 후 회전되어 걸림 결합되는 체결용 플랜지 걸림부를 포함할 수 있다.

상기 인서트 고정부는 상기 가스분배판의 일 영역에 밀봉 리프트 유닛 결합홈이 형성되고 상기 밀봉 리프트 유닛 결합홈의 내벽에 형성되는 탭가공부에 나사 결합될 수 있다.

상기 밀봉 리프트 유닛 결합홈은 평면 투영 시 육각 구도로 배치될 수 있다.

상기 통과공은, 상기 가스분배판의 두께방향을 따라 일측 상부 영역에 형성되는 복수 개의 상부 통과공; 및 상기 가스분배판의 두께방향을 따라 상기 상부 통과공들의 하부 영역에 형성되고 상기 상부 통과공들과 연통되는 복수 개의 하부 통과공을 포함하며, 상기 하부 통과공들은 상기 상부 통과공 하나당 복수 개로 마련될 수 있다.

상기 하부 통과공은, 상기 상부 통과공에 인접하게 배치되어 상기 상부 통과공을 통과한 증착물질이 유입되며, 하방으로 갈수록 직경이 점진적으로 작아지게 형성되는 축경홀; 상기 축경홀의 하단부에 연결되어 상기 축경홀을 통과한 증착물질이 하방으로 통과하는 오리피스; 및 상기 오리피스의 하단에 연결되어 상기 오리피스를 통과한 증착물질이 상기 유리기판을 향해 낙하되되 하방으로 갈수록 직경이 점진적으로 커지게 형성되는 확경홀을 포함할 수 있다.

상기 가스분배판과 상기 백킹 플레이트 사이에 마련되어 상기 가스분배판을 상기 백킹 플레이트에 대해 현가 지지하는 현가지지부재를 더 포함하며, 상기 평면디스플레이용 유리기판은 LCD(Liquid Crystal Display)일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 간단하고 효율적인 구조로 가스분배판을 지지할 수 있어 가스분배판의 중앙 처짐 현상을 저지할 수 있으며, 이에 따라 유리기판에 균일한 증착막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 공정 과정에서 발생되는 가스분배판의 처짐을 진공상태에서도 조절할 수 있어 초기 세팅시간을 단축시키고 서셉터와 가스분배판의 간격을 정확히 지정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 개략적인 구조도이다.
도 2는 도 1의 A부분에 대한 확대도이다.
도 3은 도 2의 요부 확대도로서 밀봉 리프트 유닛이 백킹 플레이트와 가스분배판의 밀봉 리프트 유닛 결합홈과 결합된 모습을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 밀봉 리프트 유닛의 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 밀봉 리프트 유닛의 분해 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 가스분배판의 요부 확대 사시도이다.
도 7은 밀봉 리프트 유닛 결합홈이 육각 구조로 배치되고 밀봉 리프트 유닛과 결합한 가스분배판의 개략적인 사시도이다.
도 8은 도 1에 도시된 현가지지부재의 부분 사시도이다.

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 유리기판을 평면디스플레이라 간주하기로 한다. 이하, 편의를 위해, OLED용 유리기판을 단순히 유리기판(G)이라 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, 유리기판(G)에 대한 증착 공정을 진행하며 상호 간 분해 조립이 가능한 상부 및 하부 챔버(11,12)와, 상부 챔버(11) 내에 마련되어 증착 대상의 유리기판(G)을 향해 소정의 실리콘계 화합물 이온(ion)인 증착물질을 방출하는 전극(30)과, 하부 챔버(12) 내에 마련되어 유리기판(G)을 떠받치면서 지지하는 서셉터(20)와, 상단부는 서셉터(20)의 중앙 영역에 결합되고 하단부는 하부 챔버(12)를 통해 하방으로 노출되어 서셉터(20)를 승하강 가능하게 지지하는 컬럼(21)과, 컬럼(21)에 결합되어 서셉터(20)를 지지함으로써 서셉터(20)의 처짐을 방지시키는 서셉터 지지유닛(22)을 포함한다.

이 뿐만 아니라 본 실시예에 따른 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치는, 평면디스플레이용 유리기판(G)에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버(10) 내에 배치되며 유리기판(G)의 표면으로 증착물질을 제공하는 다수의 통과공(62)이 형성되는 가스분배판(diffuser,31)과, 가스분배판(31)과의 사이에 버퍼공간(B)이 형성되며 가스분배판(31)의 상부 영역에서 가스분배판(31)과 나란하게 배치되는 백킹 플레이트(backing plate,32) 및 가스분배판(31)의 중앙 영역에서 가스분배판(31)과 백킹 플레이트(32)를 연결하여 가스분배판(31)의 중앙 처짐을 저지하되 버퍼공간(B)의 진공상태와 백킹 플레이트(32) 상부의 대기상태가 분리되도록 백킹 플레이트(32)에 밀봉 결합되는 밀봉 리프트 유닛(lift unit,50)을 포함한다.

유리기판(G)에 대한 증착 공정이 진행될 때는 상부 및 하부 챔버(11,12)가 상호 결합된다. 즉, 별도의 크레인에 의해 상부 챔버(11)가 하부 챔버(12)의 상부에 결합됨으로써 상부 및 하부 챔버(11,12)는 한 몸체를 이루며 챔버(10)를 형성한다.

이처럼 상부 및 하부 챔버(11,12)의 상호 결합에 의해 형성된 챔버(10)는 그 내부의 증착공간(S)에서 증착 공정이 진행될 때 증착공간(S)이 진공 분위기로 유지될 수 있도록 증착공간(S)은 외부와 차폐된다.

상부 챔버(11)에 대해 살펴보면, 상부 챔버(11)의 내부에는 횡 방향을 따라 전극(30)이 구비된다. 전극(30)은 하부의 전극인 서셉터(20)와의 상호 작용에 의해 유리기판(G)의 표면으로 증착물질을 제공한다.

이러한 전극(30)은 평면디스플레이용 유리기판(G)에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버(10) 내의 상부 영역에 배치되는 가스분배판(diffuser,31)과, 가스분배판(31)과 버퍼공간(B)을 사이에 두고 가스분배판(31)의 상부 영역에 가스분배판(31)과 나란하게 배치되는 백킹 플레이트(backing plate,32)로 구성된다.

가스분배판(31)은 평면디스플레이용 유리기판(G)에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버(10) 내의 상부 영역에 배치되며, 유리기판(G)의 표면으로 증착물질을 제공하는 다수의 통과공(62, 도 6 및 7 참조)이 형성된다. 따라서 증착 공정 시 서셉터(20)가 상승하여 가스분배판(31)과 대략 수십 밀리미터(mm) 정도로 근접 배치되면, 이어서 증착물질이 수많은 통과공(62)을 통해 방출되면서 유리기판(G)의 상부 표면으로 증착된다.

백킹 플레이트(32)와 상부 챔버(11) 사이에는 백킹 플레이트(32)가 상부 챔버(11)의 외벽에 직접 접촉되어 통전되지 않도록 절연체(34)가 마련된다. 절연체(34)는 테프론 등으로 제작될 수 있다. 백킹 플레이트(32)의 주변에는 상부 챔버(10)에 대해 백킹 플레이트(32)를 지지하는 플레이트지지부(33)가 배치된다.

가스분배판(31)과 백킹 플레이트(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 백킹 플레이트(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 열팽창되는 것을 보상하는 역할도 겸한다. 현가지지부재(35)에 대해서는 도 8을 참조하여 후술한다.

상부 챔버(11)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 백킹 플레이트(32)와 전기적으로 연결된다. 상부 챔버(11)의 외벽 일측에는 하부 챔버(12)의 측벽 두께와 상부 챔버(11)의 측벽 두께 차이를 보강하는 보강벽부(40)가 마련된다.

하부 챔버(12)는 실질적으로 유리기판(G)에 대한 증착 공정이 진행되는 부분이다. 따라서 실질적으로 증착공간(S)은 하부 챔버(12) 내에 형성된다.

이러한 하부 챔버(12)의 외벽에는 소정의 작업 로봇에 의해 유리기판(G)이 증착공간(S) 내외로 출입되는 통로인 기판출입부(13)가 형성되어 있다. 이러한 기판출입부(13)는 그 주변에 결합된 게이트밸브(14)에 의해 선택적으로 개폐될 수 있다.

도시하고 있지는 않지만 하부 챔버(12) 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 더 마련될 수 있다.

서셉터(20)는 하부 챔버(12) 내의 증착공간(S)에서 횡방향으로 배치되어 증착 대상의 유리기판(G)을 지지한다. 서셉터(20)는 보통 증착 대상의 유리기판(G)의 면적보다 큰 구조물로 형성된다.

서셉터(20)의 상면은 유리기판(G)이 정밀하게 수평상태로 로딩될 수 있도록 거의 정반으로 제조된다. 서셉터(20)의 내부에는 도시하지 않은 히터(heater)가 장착되어 서셉터(20)를 소정의 증착온도인 섭씨 수백도 정도로 가열한다. 히터로 향하는 전원은 컬럼(21)의 내부를 통해 제공된다.

서셉터(20)에는 그 상단부가 서셉터(20)의 배면 중앙 영역에 고정되고 하단부가 하부 챔버(12)를 통해 하방으로 노출되어 서셉터(20)를 승하강 가능하게 지지하는 컬럼(21)이 더 결합되어 있다.

서셉터(20)는 하부 챔버(12) 내의 증착공간(S)에서 상하로 승하강된다. 즉, 유리기판(G)이 로딩될 때는 하부 챔버(12) 내의 바닥면 영역에 배치되어 있다가 유리기판(G)이 로딩되고 증착 공정이 진행될 때는 유리기판(G)이 가스분배판(31)에 인접할 수 있도록 부상한다. 이를 위해, 서셉터(20)에 결합된 컬럼(21)에는 서셉터(20)를 승하강시키는 승하강 모듈(23)이 연결된다.

한편, 본 실시예처럼 유리기판(G)의 증착 공정을 진행하는 화학 기상 증착장치의 경우, 상부의 가스분배판(31)과 하부의 서셉터(20)의 간극이 중요한데, 종래기술처럼 가스분배판(31)의 가장자리 부분만을 고정시켜 지지하게 되면 가스분배판(31)의 불균일한 처짐, 특히 가스분배판(31)의 중앙 영역에서 처짐이 발생하므로 결과적으로 서셉터(20)의 상면에 지지되는 유리기판(G)에 대한 증착 품질이 저해될 수 있다.

이에, 가스분배판(31)의 처짐을 방지하기 위한, 특히 가스분배판(31)의 중앙 영역이 처지는 것을 방지하면서 가스분배판(31)을 안정적으로 지지할 수 있고 증착 공정 과정에서 발생되는 가스분배판의 처짐을 진공상태에서도 조절할 수 있어 초기 세팅시간을 단축하고 서셉터와 가스분배판의 간격을 정확히 지정하기 위한 수단이 요구되는데, 이는 본 실시예의 밀봉 리프트 유닛(lift unit,50)이 담당한다. 밀봉 리프트 유닛(50)에 대해 도 2 내지 도 8을 참조하여 자세히 설명한다.

도 2는 도 1의 A부분에 대한 확대도이고, 도 3은 도 2의 요부 확대도로서 밀봉 리프트 유닛이 백킹 플레이트와 가스분배판의 밀봉 리프트 유닛 결합홈과 결합된 모습을 나타내는 도면이며, 도 4는 도 3에 도시된 밀봉 리프트 유닛의 사시도이고, 도 5는 도 3에 도시된 밀봉 리프트 유닛의 분해 사시도이며, 도 6은 도 1에 도시된 가스분배판의 요부 확대 사시도이고, 도 7은 밀봉 리프트 유닛 결합홈이 육각 구조로 배치되고 밀봉 리프트 유닛과 결합한 가스분배판의 개략적인 사시도이며, 도 8은 도 1에 도시된 현가지지부재의 부분 사시도이다.

이들 도면에 자세히 도시된 바와 같이, 밀봉 리프트 유닛(50)은 가스분배판(31)의 중앙 영역에서 가스분배판(31)의 일 영역에 형성되는 밀봉 리프트 유닛 결합홈(61)과 백킹 플레이트(32)를 연결하여 가스분배판(31)의 중앙 처짐을 저지하는 역할을 한다.

이와 같은 밀봉 리프트 유닛(50)으로 인해, 간단하고 효율적인 구조로 가스분배판(31)을 지지할 수 있어 가스분배판(31)의 중앙 처짐 현상을 저지할 수 있으며, 이에 따라 유리기판(G)에 균일한 증착막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 공정 과정에서 발생되는 가스분배판(31)의 처짐을 진공상태에서도 조절할 수 있어 초기 세팅시간을 단축시키고 서셉터(20)와 가스분배판(31)의 간격을 정확히 지정할 수 있게 된다. 이에 대해 자세히 살펴본다.

도 1에 도시된 바와 같이, 현가지지부재(35)가 가스분배판(31)의 사이드를 지지하고 있기 때문에 본 실시예처럼 밀봉 리프트 유닛(50)은 가스분배판(31)의 중앙 영역을 더 지지하게 되면, 결과적으로 가스분배판(31)이 대면적화되더라도 가스분배판(31)의 중앙 처짐 현상을 해결할 수 있게 된다. 따라서 증착막 품질을 향상시킬 수 있다.

본 실시예에서는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 밀봉 리프트 유닛(50)이 백킹 플레이트(32)에 연결되기 위해서 백킹 플레이트(32)에는 상부 표면으로부터 가스분배판(31)을 향해 함몰되게 형성되는 함몰부(66)가 더 형성된다. 밀봉 리프트 유닛(50)은 함몰부(66) 내에 배치되어 버퍼공간(B)의 진공상태와 백킹 플레이트(32) 상부의 대기상태가 분리되도록 백킹 플레이트(32)에 밀봉 결합된다.

도 2 내지 도 5에 자세히 도시된 바와 같이, 밀봉 리프트 유닛(50)은 연결부재(51), 리프터(52) 및 밀봉모듈(53)로 구성된다. 연결부재(51)는 가스분배판(31)과 리프터(52)를 연결하는 역할을 하고, 리프터(52)는 일단부는 연결부재(51)에 연결되고 타단부는 백킹 플레이트(32)와 연결되어 연결부재(51)를 백킹 플레이트(32)방향으로 끌어당기는 역할을 하며, 밀봉모듈(53)은 함몰부(66) 내에서 볼트 배치공(67) 영역에 결합되어 백킹 플레이트(32)와 리프트 볼트(52a) 사이의 갭(gap)을 밀봉시키는 역할을 한다.

리프터(52)는, 도 2 내지 도 5에 자세히 도시된 바와 같이, 함몰부(66)에 관통되게 형성되는 볼트 배치공(67)을 통해 백킹 플레이트(32)와 연결부재(51)를 연결하는 리프트 볼트(52a)를 구비하며, 리프트 볼트(52a)는 볼트결합의 특성상 회전에 의해 결합 깊이의 조절이 가능하므로 결국 리프터(52)의 길이를 조절할 수 있다. 이에 따라 리프터(52)가 포함된 밀봉 리프트 유닛(50)의 길이를 조절할 수 있으므로 최종적으로 연결부재(51)와 연결된 가스분배판(31)의 위치를 조절하여 서셉터(20)와 가스분배판(31) 사이의 간격을 조절할 수 있다.

또한, 리프터(52)는 뒤에서 자세히 설명하게 될 로테이션 스토퍼(56)의 상부에 배치되고 리프트 볼트(52a)에 체결되는 리프트 너트(52b)를 더 포함할 수 있다. 리프트 너트(52b)는 로테이션 스토퍼(56)의 중심 부분 공간의 직경보다 크게 제작되어 로테이션 스토퍼(56)의 상부에 배치되므로 리프트 볼트(52a)가 가스분배판(31)을 지지하는 힘을 로테이션 스토퍼(56)와 밀봉부재(54)를 거쳐 백킹 플레이트(32)로 전달하여 분산시킬 수 있다. 나아가 리프트 너트(52b)를 회전시킴으로써 리프트 볼트(52a)를 승하강시킬 수 있으므로 앞에서 설명한 바와 같이 밀봉 리프트 유닛(50)의 전체 길이를 조절하여 최종적으로 서셉터(20)와 가스분배판(31)사이의 간격을 조절하고 유리기판(G)에 균일한 증착막을 형성할 수 있다.

밀봉모듈(53)은, 도 2 내지 도 5에 자세히 도시된 바와 같이, 백킹 플레이트(32)와 리프트 볼트(52a) 사이의 갭(gap)을 밀봉시키기 위해 밀봉부재(54)를 포함한다. 밀봉부재(54)는 리프트 볼트(52a)를 둘러싸는 도넛(donut) 형상으로 제작되는데 중심 부분의 내벽은 리프트 볼트(52a)와 접촉하게 배치되고 하부벽은 함몰부(66)의 바닥면과 접촉하게 배치된다. 이때 밀봉부재(54)의 리프트 볼트(52a)와 접촉하는 내벽과 함몰부(66)의 바닥면과 접촉하는 하부벽 중 적어도 하나에는 해당 위치를 밀봉시키는 오링(O-ring,55)이 더 개재될 수 있다.

본 실시예에서는 리프트 볼트(52a)와 밀봉부재(54)의 내벽 사이에는 리프트 볼트(52a)의 길이 방향을 따라 상호 이격되게 이중의 제1 오링(O-ring,55a) 및 제2 오링(O-ring,55b)이 배치되고, 함몰부(66) 내의 바닥면과 밀봉부재(54)의 하부벽 사이에는 단일의 제3 오링(O-ring,55c)이 배치되어 있으나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며, 한 개 또는 두 개의 구성이나 4개 이상으로 구성될 수도 있을 것이다. 또한 오링(O-ring) 뿐만 아니라 밀봉효과를 발휘할 수 있는 다양한 패킹(packing)용 부재를 사용할 수 있고 그 재료를 고무, 실리콘 등으로 적용할 수 있으며 오링 또는 패킹용 부재의 형태를 다양하게 제작할 수 있음은 당업자에게 자명한 바 본 발명의 권리범위는 본 실시예에 한정되지 않는다.

밀봉모듈(53)은 리프트 볼트(52a)의 길이 방향을 따라 밀봉부재(54)의 상부에 배치되어 밀봉부재(54)를 지지하고, 밀봉부재(54)의 회전을 구속시키는 로테이션 스토퍼(56)를 더 포함할 수 있다. 로테이션 스토퍼(56)는 밀봉부재(54)와 유사한 리프트 볼트(52a)를 둘러싸는 도넛(donut) 형상으로 제작되어 중심 부분의 내벽은 리프트 볼트(52a)와 접촉하게 배치되며, 로테이션 스토퍼(56)는 밀봉부재(54)가 리프트 볼트(52a)에 대하여 상대 회전하는 것을 방지하는 역할을 한다.

본 실시예에서는 회전방지 기능을 발휘하기 위해 로테이션 스토퍼(56)와 밀봉부재(54)가 볼트에 의해 결합되며, 로테이션 스토퍼(56)와 리프트 볼트(52a)는 키(key,81)와 키홈(82)에 의해 결합된다.

앞에서 설명한 바와 같이, 서셉터(20)와 가스분배판(31)의 간격을 변경시키기 위해서 리프트 너트(52b)를 회전 조작함으로써 리프트 볼트(52a)가 승하강 되는데, 이때 로테이션 스토퍼(56)와 밀봉부재(54)가 리프트 볼트(52a)에 대하여 상대 회전을 하게 되면 밀봉부재(54)에 마련된 오링(O-ring,55)에 상대 회전 방향으로 힘이 가해지기 때문에 오링(55)이 파손될 우려가 있다. 따라서 오링(55)의 파손을 방지하기 위해 로테이션 스토퍼(56)와 밀봉부재(54)가 리프트 볼트(52a)에 대하여 상대 회전을 하지 않도록, 로테이션 스토퍼(56)와 리프트 볼트(52a) 중 어느 하나에는 키(key,81)가 마련되고 다른 하나에는 키(81)가 안내되는 키홈(82)이 형성될 수 있다.

본 실시예에서 키(81)는 로테이션 스토퍼(56)의 일측에서 반경 방향 내측을 향해 돌출되게 마련되며, 키홈(82)은 리프트 볼트(52a)의 외벽에서 리프트 볼트(52a)의 길이 방향을 따라 길게 함몰 형성된다.

또한, 밀봉모듈(53)은, 밀봉부재(54)의 반경 방향 외측에 결합되어 밀봉부재(54)를 절연시키는 절연부재(57)를 더 포함할 수 있다. 절연부재(57)는 도넛(donut) 형상의 세라믹 재질로 제작되며, 함몰부(66) 내의 바닥면에 볼트(bolt) 결합될 수 있다.

밀봉모듈(53)의 상부에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 함몰부(66)가 배치되는 백킹 플레이트(32)의 상면에 결합되며, 밀봉 리프트 유닛(50)을 외부와 격리시키기 위한 캡(cap,68)을 더 포함할 수 있으며 캡(68)이 배치되는 함몰부(66)의 상부면에는 함몰부(66)의 직경보다 크게 형성되어 캡(68)이 자리 배치되는 자리턱(69)이 더 형성된다.

리프트 볼트(52a)와 리프트 너트(52b)의 결합부위는 가스분배판(31)의 위치를 지정함에 있어서 미세한 조정이 필요하기 때문에 이물질의 유입에 대하여 민감하고 밀봉부재(54)에 마련되는 오링(55)의 경우에도 이물질에 의해 밀봉상태가 유지되지 않을 수 있으므로 이물질의 유입에 대하여 민감하다. 따라서 캡(68)이 마련됨으로써 외부에서 발생하는 이물질이 밀봉 리프트 유닛(50)으로 유입되는 것을 방지하여 밀봉 리프트 유닛(50)의 성능 저하를 방지함으로써 유리기판(G)에 균일한 증착막을 형성할 수 있다.

연결부재(51)는, 도 2 내지 도 5에 자세히 도시된 바와 같이, 가스분배판(31)의 일 영역에 인서트(insert)되어 고정되는 인서트 고정부(58)와 리프트 볼트(52a)의 하단부가 체결되는 체결부(59)를 포함한다.

체결부(59)는, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상부가 좁아지도록 단차진 구조를 가질 수 있다. 왜냐하면 체결부(59)에 단차가 형성되면 체결부(59)의 내부로 리프트 볼트(52a)의 하단부가 맞물리게 되어 리프트 볼트(52a)의 끌어당기는 힘을 연결부재(51)에 효과적으로 전달할 수 있기 때문이다.

이처럼 체결부(59)가 상부가 좁아지도록 단차진 구조를 가져 리프트 볼트(52a)의 하단부를 감싸는 마치 포켓(pocket) 형태로 제작되면 리프트 볼트(52a)와 연결부재(51)가 마찰되면서 발생되는 파티클(particle)을 격리시킬 수가 있으므로 증착 공정이 진행되는 챔버(10)로 파티클이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 유리기판(G)의 품질 저하를 막을 수 있다.

이때 리프트 볼트(52a)의 하단부를 포켓(pocket)형상으로 감싸는 체결부(59)는 그 직경이 리프트 볼트(52a)보다 크게 제작되어야 리프트 볼트(52a)의 끌어당기는 힘을 견디면서 가스분배판(31)으로 전달할 수 있기 때문에 백킹 플레이트(32)의 하부에 체결부(59)가 마련되는 공간을 형성할 수 있도록 볼트 배치공(67)은 백킹 플레이트(32)의 하부 즉, 가스분배판(31)을 향한 단부 영역의 직경이 더 넓게 형성되는 비직선형 형상을 가질 수 있다.

연결부재(51)와 리프트 볼트(52a)를 쉽고 간편하게 연결하기 위해서 리프트 볼트(52a)의 하단부에는 상호 대칭되게 배치되고 리프트 볼트(52a)의 반경 방향 외측으로 연장되는 한 쌍의 체결용 플랜지(83)가 마련되며, 체결부(59)는 한 쌍의 체결용 플랜지(83)가 삽입된 후 회전되어 걸림 결합되는 체결용 플랜지 걸림부(84)를 포함할 수 있다.

연결부재(51)와 리프트 볼트(52a)의 체결과정을 살펴보면, 도 4에 자세히 도시된 바와 같이, 리프트 볼트(52a)의 하단부에 마련된 한 쌍의 체결용 플랜지(83)를 연결부재(51)의 체결부(59)에 마련된 홈에 삽입한 후에 리프트 볼트(52a)를 회전시키면 체결용 플랜지(83)가 플랜지 걸림용 걸림턱(84)에 의해 걸림 결합된다. 그 후 연결부재(51)의 체결부(59)에 마련된 한 쌍의 체결용 플랜지 고정핀(85)을 삽입시킴으로써 리프트 볼트(52a)의 회전을 방지할 수 있다. 본 실시예에서는 체결용 플랜지 고정핀(85)이 체결용 플랜지(83)의 측면에 배치되어 체결용 플랜지(83)를 고정시킴으로써 리프트 볼트(52a)의 회전을 방지할 수 있도록 제작되었으나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며, 체결용 플랜지(83)에 체결용 플랜지 고정핀(85)이 삽입될 수 있는 홈을 형성하여 삽입 결합에 의해 리프트 볼트(52a)의 회전을 방지할 수도 있을 것이며 체결용 플랜지 고정핀(85)이 아니라 볼트를 사용하는 방법 등을 이용할 수도 있을 것이다.

인서트 고정부(58)는 가스분배판(31)의 일 영역에 밀봉 리프트 유닛 결합홈(61)이 형성되고 밀봉 리프트 유닛 결합홈(61)의 내벽에 형성되는 탭가공부에 나사 결합될 수 있다. 도 2 및 도 3에는 인서트 고정부(58)와 밀봉 리프트 유닛 결합홈(62)의 결합 방식이 구체적으로 도시되어 있지 않고 개략적으로 도시되어 있지만, 예컨대 밀봉 리프트 유닛 결합홈(62)의 내벽에 탭(tap) 가공에 의해 나사산(미도시)을 형성하고 인서트 고정부(58)의 외벽에 나사산(미도시)을 형성하여 서로 나사 결합시키는 등의 방법이 적용될 수 있을 것이다.

밀봉 리프트 유닛 결합홈(61)의 직경은 가스분배판(31)에 형성되는 통과공(62)들의 직경보다 작게 형성될 수 있다. 직경을 작게 형성하는 경우에는 리프트 유닛 결합홈(90)에 의해 차단되는 통과공(62,도 6 참조)의 수를 줄일 수 있으며 가스분배판(31)에 특별한 가공을 하지 않더라도 기존에 형성된 통과공(62,도 6 참조)들 사이에 리프트 유닛 결합홈(90)을 형성할 수 있다는 이점이 있다.

이러한 구성을 가지는 밀봉 리프트 유닛(50)의 기능에 대해 살펴보면, 밀봉 리프트 유닛(50)은 크게 세 가지 기능을 수행한다.

첫째, 밀봉 리프트 유닛(50)은 가스분배판(31)의 중앙 처짐을 방지하기 위해 가스분배판(31)의 중앙 영역에서 백킹 플레이트(32)와 가스분배판(31)을 연결함으로써 가스분배판(31)을 지지하게 된다. 다시 말하면 가스분배판(31)의 중앙 영역을 백킹 플레이트(32)에 매달아 둠으로써 가스분배판(31)의 중앙 영역이 처지는 현상을 방지하는 것이다.

둘째, 밀봉 리프트 유닛(50)은 서셉터(20)와 가스분배판(31) 사이의 간격을 조절하여 유리기판에 균일한 증착막을 형성시키기 위해 밀봉 리프트 유닛(50)의 길이를 조절함으로써 가스분배판(31)의 위치를 변경할 수 있다. 이를 위해 리프트 너트(52b)를 회전시킴으로써 리프트 볼트(52a)를 승하강시켜 밀봉 리프트 유닛(50)의 길이를 조절할 수 있다.

셋째, 증착 공정 과정에서 발생되는 가스분배판(31)의 처짐을 진공상태에서도 조절할 수 있어 초기 세팅시간을 단축하기위해 버퍼공간(B)의 진공상태와 백킹 플레이트(32) 상부의 대기상태가 분리되도록 한다. 가스분배판(31)의 하중에 의해 밀봉 리프트 유닛(50)이 백킹 플레이트(32)의 함몰부(66)에 밀착되는데 이때 밀봉부재(54)를 구비한 밀봉모듈(53)을 마련함으로써 백킹 플레이트(32)와 리프트 볼트(52b) 사이의 갭을 밀봉시킬 수 있으며, 밀봉모듈(53)의 상부에 리프트 너트(52b)를 배치하여 진공상태를 유지하면서 가스분배판(31)의 위치를 변경할 수 있다.

이제 밀봉 리프트 유닛(50)이 결합되는 가스분배판(31)에 대하여 살펴보면, 도 6에 자세히 도시된 바와 같이, 통과공(62)은 가스분배판(31)의 두께방향을 따라 상부 통과공(63)과 하부 통과공(64)을 구비한다.

복수 개의 상부 통과공(63)은 가스분배판(31)의 두께방향을 따라 일측 상부 영역에 형성되고, 복수 개의 하부 통과공(64)은 가스분배판(31)의 두께방향을 따라 상부 통과공(63)들의 하부 영역에 상부 통과공(63)들과 연통되도록 마련된다. 이때 하부 통과공(64)들은 상부 통과공(63) 하나당 복수 개로 마련될 수 있다.

가스분배판(31)의 상부에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 상부 통과공(a0)을 중심으로, 인접한 6개의 상부 통과공(a1, a2, a3, a4, a5, a6)이 육각형 형상인 육각벌집 구조로 배열되어 있다.

육각벌집 구조는, 힘의 분산을 통해 균형과 강도를 보장할 수 있는 가장 안정적인 구조로 이미 알려진 바, 충격흡수장치인 허니콤(Honeycomb) 등에 적용되고 있다. 따라서 이러한 상부 통과공(63)의 육각벌집 배열 구조는, 상부 통과공(63)이 종래 보다 직경이 크게 형성되더라도 기구적 강도를 유지할 수 있도록 한다.

즉, 육각 벌집 구조로 배열되되 하부 통과공(64)보다 큰 직경을 가지고 하나의 상부 통과공(63)이 복수 개의 하부 통과공(64)과 연통되는 복수 개의 상부 통과공(63)이 가스분배판(31)의 상부에 형성됨으로써 종래의 가스분배판(31)의 무게를 50퍼센트 가까이 줄일 수 있으면서도 기구적 강도를 종래와 같이 유지하여 기구적인 안정성을 확보할 수 있게 된다. 또한 가스분배판(31)의 무게를 감소시킴으로써 가스분배판의 처짐을 방지하여 증착 공정의 안정성을 도모할 수 있으며, 가스분배판의 가공을 종래 보다 용이하게 할 수 있다.

하부 통과공(64)은, 도 6에 자세히 도시된 바와 같이, 크게 축경홀(64a), 오리피스(64b), 확경홀(64c)을 구비한다.

축경홀(64a)은 하부 통과공(64)이 시작되는 부분이며, 상부 통과공(63)에 유입된 증착물질이 복수의 하부 통과공(64)으로 분배되기 시작하는 부분이다. 축경홀(64a)은 하방으로 갈수록 직경이 작아지도록 경사진 형상을 갖는다. 즉, 축경홀(64a)은 하부에 인접 배치된 오리피스(64b)로 갈수록 테이퍼(taper)진 형상을 갖는다.

이와 같은 축경홀(64a)의 형상은, 상부 통과공(63)을 통과한 증착물질이 상대적으로 작은 크기의 하부 통과공(64)으로 유입되면서 생길 수 있는 와류(vortex)를 방지하도록 하여 증착물질이 균일하고 안정되게 흐를 수 있게 한다.

본 실시예에서 축경홀(64a)은 오리피스(64b)로 갈수록 테이퍼(taper)진 형상을 도시하였으나, 좀 더 완만한 곡선을 갖는 나팔관 형상, 곡면 형상 등으로 제작될 수 있으며 증착물질의 점성 등을 고려하여 그 경사각이나 완만한 정도는 달리할 수 있을 것이다.

오리피스(64b)는, 축경홀(64a)의 하단에 연결되는 작은 모세관 형상의 관으로서, 축경홀(64a)과 후술할 확경홀(64c)을 연결하며 축경홀(64a)을 통과한 증착물질이 유입되어 통과하는 곳이다. 오리피스(64b)는 축경홀(64a)과 확경홀(64c)에 비해 상대적으로 작은 직경을 가지며 그 길이 또한 짧다.

이와 같은 오리피스(64b)의 형상은, 축경홀(64a)에서 유입된 증착물질의 압력을 낮게 하여 유속을 빠르게 한다. 그리고 오리피스(64b)의 두께와 길이를 조절함으로써 유입된 증착물질이 원하는 유속으로 확경홀(64c)에서 분사되도록 할 수 있다. 즉, 오리피스(64b)의 형상을 조절함으로써, 증착물질의 유속을 조절할 수 있어 증착물질이 유리기판(G)에 증착되는 증착 속도 및 효율을 높일 수 있다.

확경홀(64c)은 오리피스(64b)를 통과한 빠른 유속의 증착물질이 실질적으로 유리기판(G)으로 분사되는 부분으로서 하방으로 갈수록 직경이 점진적으로 커지는 형상을 가진다.

본 실시예에서 확경홀(64c)은, 상부로 갈수록 테이퍼(taper)진 형상을 가지며 축경홀(64a)의 직경보다 큰 형상으로 제작된다. 확경홀(64c)의 이러한 형상은, 가스가 유리기판(G)의 전 영역으로 보다 더 잘 분사되도록 한다. 확경홀(64c)은 전술한 축경홀(64a)과 같이 나팔관 형상, 곡면 형상 등의 다양한 형상으로 제작할 수 있을 것이다.

한편, 가스분배판(31)은 증착물질의 분사량, 분사면적, 분사속도 등의 기능적인 면과 강도, 열팽창률 등을 고려하여 적정한 두께(H)를 가져야 하는데, 본 실시예에서는 30mm 내지 60mm의 두께를 갖는다.

또한, 상부 통과공(63)의 길이(H1)는 하부 통과공(64)의 길이(H2) 보다 1.5배 이상이 되도록 한다. 이와 같이 상부 통과공(63)의 길이(H1)가 하부 통과공(64)의 길이(H2)보다 1.5배 이상이 되도록 함으로써 보다 효율적으로 가스분배판(31)의 중량을 감소시킬 수 있게 된다.

도 1 및 도 7를 참조하여 가스분배판(31)에 형성되는 통과공(62)들, 그리고 밀봉 리프트 유닛(50)의 배치 구조에 대해 다시 살펴본다.

참고로, 도 7의 확대 그림에는 통과공(62)들이 중앙에만 도시되어 있으나 실제로는 가스분배판(31)의 전 영역에 걸쳐 형성되어 있다.

본 실시예의 경우, 가스분배판(31)에 형성되는 밀봉 리프트 유닛 결합홈(61)에 밀봉 리프트 유닛(50)이 마련되는데 이때 밀봉 리프트 유닛 결합홈(61)은 가스분배판(31)의 중앙 처짐을 방지하기 위해 가스분배판(31)의 중앙 영역에서 선택되는 것이 바람직하며 도 1에 도시된 바와 같이 가스공급부(37)와 연결된 가스공급관(37a)의 주위를 둘러싸도록 선택될 수 있다.

밀봉 리프트 유닛(50)이 마련되는 밀봉 리프트 유닛 결합홈(61)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 평면 투영 시 육각 구도로 배치되는 것이 안정성을 높일 수 있어 바람직하다. 왜냐하면 앞에서 언급한 바와 같이 가스분배판(31)에 마련된 상부 통과공(63)은 육각벌집 구조로 배열되므로 상부 통과공(63)의 배열과 동일한 육각 구도로 밀봉 리프트 유닛(50)이 배치되는 것이 힘의 분산을 통해 균형과 강도를 보장할 수 있는 가장 안정적인 구조로 배치되는 것이기 때문이다.

그러나 본 발명은 이러한 육각 구도의 배치에 한정되지 않으며 사각형 또는 오각형 및 팔각형 등의 다수의 각이 있는 형태의 구도로 배치할 수 있으며 원형으로도 배치할 수도 있다.

한편, 도 1 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 화학 기상 증착장치에서는 백킹 플레이트(32)와 가스분배판(31) 사이에 주름구조의 현가지지부재(35)가 마련될 수 있다.

도 8에서는 설명의 편의를 위해 한 쪽에 위치한 주름구조의 현가지지부재(35)에 대해 도시하고 있다.

주름구조의 현가지지부재(35)는 대략 400 kg 정도의 무거운 중량을 갖는 가스분배판(31)을 백킹 플레이트(32)에 대해 현가 지지한다. 즉, 도시된 바와 같이, 가스분배판(31)은 주름구조의 현가지지부재(35)에 매달린 상태로 챔버(10)의 상부에 위치한다.

또한 주름구조의 현가지지부재(35)는 증착 공정 시 대략 200 ℃ 정도로 뜨거워진 가스분배판(31)이 도 8의 X축, Y축 및 Z축 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 열팽창되는 것을 보상할 수 있도록 가스분배판(31)과 함께 열팽창된다. 물론, 증착 공정이 완료되면, 가스분배판(31)과 현가지지부재(35)는 원상태로 수축한다.

주름구조의 현가지지부재(35)는, 도 8에 자세히 도시된 바와 같이, 백킹 플레이트(32)와 가스분배판(31)의 배열방향(도 1의 좌우방향)에 가로로 배치되며 외면에 내측으로 함몰된 복수의 주름홈(72a,72b)이 형성되어 있는 측벽부(71)와, 측벽부(71)의 상단에서 측벽부(71)의 판면에 가로로 형성된 상벽부(73)와, 측벽부(71)의 하단에서 상벽부(73)와 나란하게 형성된 하벽부(74)를 구비한다.

이러한 주름구조의 현가지지부재(35)는 알루미늄으로 제작될 수 있다. 즉, 알루미늄을 재료로 해당 위치를 절곡하여 측벽부(71), 상벽부(73) 및 하벽부(74)를 일체로 제작할 수 있다. 이럴 경우, 상벽부(73) 및 하벽부(74)는 측벽부(71)의 해당 위치에서 절곡 형성되거나 혹은 기계가공 등의 방법으로 형성될 수 있다. 하지만, 경우에 따라 측벽부(71), 상벽부(73) 및 하벽부(74)를 부분적으로 제작하여 상호 용접하거나 볼팅 결합할 수도 있는 것이다.

측벽부(71)의 양측면 각각에는 복수의 주름홈(72a,72b)이 형성되어 있다. 주름홈(72a,72b)은 대략 반구 형상을 갖는다. 그러나 완전한 반구 형상을 이룰 필요는 없으며, 대략 부분적인 원호 형상이면 족하다.

주름홈(72a,72b)의 개수는 적절하게 선택될 수 있다. 다만, 측벽부(71)의 양측면에 형성된 복수의 주름홈(72a,72b)은, 동일한 수평축선 상에 배열되지 않도록 측벽부(71)의 양측면에서 상호 교차 배치되는 것이 바람직하다.

이처럼 복수의 주름홈(72a,72b)들이 측벽부(71)의 양측면에서 상호 교차 배치될 경우, 한정된 높이 내에서 전체적인 열 흐름의 길이가 늘어나게 되고, 이에 따라 가스분배판(31)의 열이 상부로 전도되는 것이 저지된다.

뿐만 아니라 복수의 주름홈(72a,72b)들로 인해 현가지지부재(35)는 그 팽창 길이가 좀 더 많이 늘어날 수 있어 가스분배판(31)의 열팽창에 효과적으로 대응할 수 있다. 이때, 열팽창 및 수축에 따른 기구적 안정성을 보장하기 위해, 주름홈(72a,72b)들 사이의 이격간격은 실질적으로 동일하면 더욱 좋다. 하지만, 주름홈(72a,72b)들 사이의 이격간격이 완벽하게 동일할 필요는 없다.

또한 본 실시예의 경우, 주름홈(72a,72b)들의 함몰 깊이는 적어도 측벽부(71)의 1/2 두께보다 작게 형성된다. 이 역시, 열팽창 및 수축에 따른 기구적 안정성을 보장하기 위한 하나의 방법인 바, 굳이 이에 제한될 필요는 없다.

상벽부(73)는 측벽부(71)의 상단에서 챔버(10)의 외벽 방향을 따라 연장되어 있다. 종래기술과 달리, 본 실시예에서 현가지지부재(35)의 상벽부(73)는 백킹 플레이트(32)와 백킹 플레이트 지지부(75) 사이에 형성된 슬릿(76)에 물림 결합된다. 이에 의하여, 현가지지부재(35)는, 가스분배판(31)의 열팽창 시 주름구조와 더불어 슬릿(76)의 소정 간격에서 유동이 가능하기 때문에 가스분배판(31)의 열팽창에 효과적으로 대처할 수 있게 된다.

하벽부(74)는 측벽부(71)의 하단에서 가스분배판(31)을 향해 연장되어 있다. 즉, 하벽부(74)는 상벽부(73)와 반대방향으로 연장되어 있다. 하벽부(74)에는 측벽부(71)에 인접한 위치에, 열팽창되는 가스분배판(31)과의 간섭을 저지하는 골부(77)가 더 형성되어 있다.

이러한 하벽부(74) 역시, 상벽부(73)와 마찬가지로 가스분배판(31)의 측면에 형성된 그루브(31a)에 삽입되는 구조를 갖는다. 다만, 가스분배판(31)과 주름구조의 현가지지부재(35)는 열팽창하면서 유동하기 때문에 하벽부(74)가 그루브(31a)로부터 이탈될 우려가 있다.

이를 저지하기 위해, 하벽부(74)와 가스분배판(31)에는 그루브(31a)로부터 하벽부(74)가 이탈되는 것을 저지하는 이탈저지부(78)가 더 마련되어 있다.

이러한 구성을 갖는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

우선, 승하강 모듈(23)에 의해 서셉터(20)가 하부 챔버(12)의 하부 영역으로 하강된 상태에서 로봇아암(미도시)에 의해 이송된 증착 대상의 유리기판(G)이 기판출입부(13)를 통해 유입되어 서셉터(20)의 상부에 배치된다.

이때, 리프트 핀(24)의 상단부는 서셉터(20)의 상면으로 소정 높이 돌출된 상태이며, 로봇아암은 리프트 핀(24)들에 유리기판(G)을 올려둔 후, 취출된다. 로봇아암이 취출되면 기판출입부(13)는 닫히고, 상부 및 하부 챔버(11,12)의 내부는 진공 분위기로 유지됨과 동시에 증착에 필요한 공정 가스(SiH4, NH3 등)가 충전된다.

다음, 증착 공정의 진행을 위해, 승하강 모듈(23)이 동작하여 서셉터(20)를 부상시킨다. 그러면 리프트 핀(24)이 하강되고, 이를 통해 유리기판(G)은 서셉터(20)의 상면으로 밀착되면서 로딩된다.

정해진 거리만큼 서셉터(20)가 부상하면 승하강 모듈(23)의 동작이 정지되고 유리기판은 가스분배판(31)의 직하방에 위치하게 된다. 이때 이미, 서셉터(20)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(G) 상으로 도달함으로써 유리기판(G) 상에 증착이 이루어진다.

한편, 위와 같이 동작되는 과정에서, 가스분배판(31)의 가장자리 영역은 현가지지부재(35)에 의해 지지되고 가스분배판(31)의 중앙 영역은 밀봉 리프트 유닛(50)에 의해 지지되므로 증착 공정 시 열팽창에 의한 가스분배판(31)의 처짐 현상을 최소화하여 가스분배판(31)의 처짐 방지 및 높이 조절을 용이하게 하면서 서셉터(20)에 대한 가스분배판(31)의 평탄도를 보다 효과적으로 유지시킴으로써 유리기판(G)에 균일한 증착막을 형성할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따르면, 간단하고 효율적인 구조로 가스분배판(31)을 지지할 수 있어 가스분배판(31)의 중앙 처짐 현상을 저지할 수 있으며, 이에 따라 유리기판(G)에 균일한 증착막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 공정 과정에서 발생되는 가스분배판(31)의 처짐을 진공상태에서도 조절할 수 있어 초기 세팅시간을 단축시키고 서셉터(20)와 가스분배판(31)의 간격을 정확히 지정할 수 있게 된다.

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 : 챔버 11 : 상부 챔버
12 : 하부 챔버 13 : 기판출입부
20 : 서셉터 21 : 컬럼
22 : 서셉터 지지유닛 23 : 승하강 모듈
30 : 전극 31 : 가스분배판
32 : 백킹 플레이트 35 : 현가지지부재
37 : 가스공급부 38 : 고주파 전원부
40 : 보강벽부 50 : 밀봉 리프트 유닛
51 : 연결부재 52 : 리프터
53 : 밀봉모듈 54 : 밀봉부재
55 : 오링(O-ring) 56 : 로테이션 스토퍼
57 : 절연부재 58 : 인서트 고정부
59 : 체결부 61 : 밀봉 리프트 유닛 결합홈
62 : 통과공 63 : 상부 통과공
64 : 하부 통과공 66 : 함몰부
67 : 볼트 배치공 68 : 캡
69 : 자리턱 71 : 측벽부
73 : 상벽부 74 : 하벽부
76 : 슬릿 78 : 이탈저지부
81 : 키(key) 82 : 키홈
83 : 체결용 플랜지 84 : 체결용 플랜지 걸림부
85 : 체결용 플랜지 고정핀

Claims (21)

1. 평면디스플레이용 유리기판에 대한 증착 공정이 진행되는 챔버 내에 배치되며, 상기 유리기판의 표면으로 증착물질을 제공하는 다수의 통과공이 형성되는 가스분배판(diffuser);
   상부 표면으로부터 상기 가스분배판을 향해 함몰되게 형성되는 함몰부를 구비하며, 상기 가스분배판과의 사이에 버퍼공간이 형성되고 상기 가스분배판의 상부 영역에서 상기 가스분배판과 나란하게 배치되는 백킹 플레이트(backing plate); 및
   상기 가스분배판의 중앙 영역에서 상기 가스분배판과 상기 백킹 플레이트를 연결하여 상기 가스분배판의 중앙 처짐을 저지시키되, 상기 함몰부 내에 배치되어 상기 버퍼공간의 진공상태와 상기 백킹 플레이트 상부의 대기상태가 분리되도록 상기 백킹 플레이트에 밀봉 결합되는 밀봉 리프트 유닛(lift unit)을 포함하며,
   상기 밀봉 리프트 유닛은,
   상기 가스분배판에 연결되는 연결부재;
   일단부는 상기 연결부재에 연결되고 타단부는 상기 함몰부에 관통되게 형성되는 볼트 배치공을 통해 상기 백킹 플레이트와 연결되는 리프트 볼트를 구비하는 리프터; 및
   상기 함몰부 내에서 상기 볼트 배치공 영역에 결합되며, 상기 백킹 플레이트와 상기 리프트 볼트 사이의 갭(gap)을 밀봉시키는 밀봉모듈을 포함하며,
   상기 연결부재는,
   상기 가스분배판의 일 영역에 인서트(insert)되어 고정되는 인서트 고정부; 및
   상기 리프트 볼트의 하단부가 체결되는 체결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 밀봉모듈은,
   내벽은 상기 리프트 볼트를 둘러싸도록 상기 리프트 볼트와 결합되고 하부벽은 상기 함몰부 내의 바닥면에 배치되어 상기 갭을 밀봉시키는 밀봉부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 밀봉부재의 내벽과 하부벽 중 적어도 어느 하나에는 해당 위치를 밀봉시키는 오링(O-ring)이 더 개재되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 리프트 볼트와 상기 밀봉부재의 내벽 사이에는 상기 리프트 볼트의 길이 방향을 따라 상호 이격되게 이중의 제1 및 제2 오링(O-ring)이 배치되고,
   상기 함몰부 내의 바닥면과 상기 밀봉부재의 하부벽 사이에는 단일의 제3 오링(O-ring)이 배치되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
7. 제4항에 있어서,
   상기 밀봉모듈은,
   상기 리프트 볼트의 길이 방향을 따라 상기 밀봉부재의 상부에 배치되어 상기 밀봉부재를 지지하고, 상기 밀봉부재의 회전을 구속시키는 로테이션 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 리프트 볼트의 승하강 조작 시 상기 로테이션 스토퍼가 회전되지 않도록, 상기 로테이션 스토퍼와 상기 리프트 볼트 중 어느 하나에는 키(key)가 마련되고 다른 하나에는 상기 키가 안내되는 키홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 키는 상기 로테이션 스토퍼의 일측에서 반경 방향 내측을 향해 돌출되게 마련되며,
   상기 키홈은 상기 리프트 볼트의 외벽에서 상기 리프트 볼트의 길이 방향을 따라 길게 함몰 형성되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
10. 제7항에 있어서,
    상기 리프터는 상기 로테이션 스토퍼의 상부에 배치되고 상기 리프트 볼트에 체결되는 리프트 너트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
11. 제4항에 있어서,
    상기 밀봉모듈은,
    상기 밀봉부재의 반경 방향 외측에 결합되어 상기 밀봉부재를 절연시키는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 절연부재는, 도넛(donut) 형상의 세라믹 재질로 제작되며, 상기 함몰부 내의 바닥면에 볼트(bolt) 결합되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 함몰부가 배치되는 상기 백킹 플레이트의 상면에 결합되며, 상기 밀봉 리프트 유닛을 외부와 격리시키기 위한 캡(cap)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 캡이 배치되는 상기 함몰부의 상부면에는 상기 함몰부의 직경보다 크게 형성되어 상기 캡이 자리 배치되는 자리턱이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
15. 삭제
16. 제1항에 있어서,
    상기 리프트 볼트의 하단부에는 상호 대칭되게 배치되고 상기 리프트 볼트의 반경 방향 외측으로 연장되는 한 쌍의 체결용 플랜지가 마련되며,
    상기 체결부는 상기 한 쌍의 체결용 플랜지가 삽입된 후 회전되어 걸림 결합되는 체결용 플랜지 걸림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
17. 제1항에 있어서,
    상기 인서트 고정부는 상기 가스분배판의 일 영역에 밀봉 리프트 유닛 결합홈이 형성되고 상기 밀봉 리프트 유닛 결합홈의 내벽에 형성되는 탭가공부에 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
18. 제17항에 있어서,
    상기 밀봉 리프트 유닛 결합홈은 평면 투영 시 육각 구도로 배치되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
19. 제1항에 있어서,
    상기 통과공은,
    상기 가스분배판의 두께방향을 따라 일측 상부 영역에 형성되는 복수 개의 상부 통과공; 및
    상기 가스분배판의 두께방향을 따라 상기 상부 통과공들의 하부 영역에 형성되고 상기 상부 통과공들과 연통되는 복수 개의 하부 통과공을 포함하며,
    상기 하부 통과공들은 상기 상부 통과공 하나당 복수 개로 마련되는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
20. 제19항에 있어서,
    상기 하부 통과공은,
    상기 상부 통과공에 인접하게 배치되어 상기 상부 통과공을 통과한 증착물질이 유입되며, 하방으로 갈수록 직경이 점진적으로 작아지게 형성되는 축경홀;
    상기 축경홀의 하단부에 연결되어 상기 축경홀을 통과한 증착물질이 하방으로 통과하는 오리피스; 및
    상기 오리피스의 하단에 연결되어 상기 오리피스를 통과한 증착물질이 상기 유리기판을 향해 낙하되되 하방으로 갈수록 직경이 점진적으로 커지게 형성되는 확경홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.
21. 제1항에 있어서,
    상기 가스분배판과 상기 백킹 플레이트 사이에 마련되어 상기 가스분배판을 상기 백킹 플레이트에 대해 현가 지지하는 현가지지부재를 더 포함하며,
    상기 평면디스플레이용 유리기판은 LCD(Liquid Crystal Display)인 것을 특징으로 하는 평면디스플레이용 화학 기상 증착장치.

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