액티브 냉각 기판 지지체 document_id A220623019101

본 발명의 실시예는, 일반적으로 평판 기판 처리에 사용되는 기판 지지체를 제공한다. 액정 디스플레이(LCD; liquid crystal displays) 또는 평판 디스플레이(FPD; flat panel displays)는 컴퓨터와 텔레비전 모니터, 퍼스널 디지털 어시스턴트(PDAs; personal digital assistants), 및 휴대폰뿐 아니라, 태양전지(solar cell) 등과 같은 액티브 매트릭스 디스플레이에 흔히 사용된다. 일반적으로, 평판 디스플레이는 2개의 유리판을 포함하며, 2개의 유리판은 그들 사이에 삽입된 액정 재료의 층을 갖는다. 적어도 하나의 유리판은 그 위에 배치되는 적어도 하나의 전도성 필름을 포함하며, 전도성 필름에는 전원이 결합된다. 전원으로부터 전도성 필름으로 공급되는 전력은 크리스털 재료의 배향을 변화시켜서 평판 디스플레이 상에 텍스트 또는 그래픽과 같은 패턴을 형성한다. 평판 제조에 사용되는 기판은 크기가 커서 종종 300mm × 400mm를 넘고, 4 평방 미터까지 및 그 초과의 표면적이 고려된다. 그에 상응하여, 대면적 기판(large area substrate)을 처리하는데 사용되는 기판 지지체는 기판의 넓은 표면적을 수용하도록 비례적으로 크다. 플라스마 강화 화학 기상 증착(PECVD; plasma enhanced chemical vapor deposition)은 기판 상에 박막을 증착하도록 평판 디스플레이 제조에 종종 채용된다. PECVD는 일반적으로 플라스마로 에너지화(예를 들어, 여기(excited))되도록 진공 처리 챔버로 전구체 가스(precursor gas)를 도입함으로써 이루어진다. 도 1은 기판(12)을 지지하도록 그 안에 배치된 지지 플레이트(18) 및 서셉터(22)를 구비하는 CVD 처리 챔버(2)의 개략적인 단면도이다(실척은 아님; not to scale). 처리 챔버(2)의 최상부 근처의 가스 입구(14)를 통해 확산기 플레이트(diffuser plate; 16) 내로 유동하는 반응성 전구체 가스는, 온도 제어된 기판 지지체 또는 서셉터(22) 상에 위치된 기판(12)의 표면 상에 재료의 층을 형성하도록 여기된다. 측벽(8)에 배치된 개구부(10)는 (도시되지 않은) 로봇이 처리 챔버(2)로 그리고 처리 챔버(2)로부터 기판(12)을 전달하고 회수할 수 있도록 한다. 서셉터(22)를 지지하도록 지지 샤프트(20)에 결합된 지지 플레이트(18)는 전형적으로 산화 알루미늄과 같은 세라믹 재료로 된 단일의 직사각형 플레이트로 제조되며, 서셉터(22)의 영역을 빈틈없이 덮는다(closely covers). 종래부터 CVD 챔버용 서셉터(22)는 알루미늄으로 된 단일의 직사각형 플레이트로 제조되어 왔으며, 전원(24)으로부터 공급된 에너지 및 열전기쌍(thermocouples)을 구비하는 매립된 히터(도시되지 않음)에 의해 전형적으로 가열된다. 히터는 또한 서셉터(22)의 배면에 위치할 수 있으며, 또는 클램프 플레이트에 의해 서셉터(22) 상에 클램핑될 수 있다. 일반적으로 처리 챔버(2)의 기판 지지체는 실온으로부터 500℃ 미만의 고온으로 가열될 수 있고, 적정한 지지체가 없는 경우에 서셉터(22)가 편향되고 "처질(droop)" 수 있다. 지지 플레이트(18)의 세라믹 재료는 연성 알루미늄으로 제조된 서셉터(22)를 지지하기 위해 사용되어 왔다. 그러나 세라믹은 비교적 양호하지 못한 열 전도체이며, 따라서 가열된 서셉터와 접촉하는 지지 플레이트(18)의 고온(hotter) 상부 표면과 지지 플레이트(18)의 저온(cooler) 하부 표면 사이에 온도 구배를 나타내며, 그 결과 지지 플레이트(18)는 그 외부 둘레(perimeter)에서 하방으로 편향된다. 서셉터에 의해 지지되는 기판은 서셉터에 따르는(conform) 경향이 있으며, 이에 따라 또한 편향된다. 그 결과, 확산기 플레이트(16)와 기판(12) 사이의 수직 간격은 확산기 플레이트(16)로부터 거리(34)를 갖는 기판(12)의 중앙 부분 사이에서 변화한다. 큰 편향 정도로부터 야기된 보다 큰 거리(36)는 그 둘레 근처에 위치한다. 수직 간격의 차이(즉, 기판 편향 거리)는 대면적 기판 상에 배치된 증착된 필름의 균일성을 크게 감소시킨다. 추가로, PEPVD 챔버 내의 플라스마 충돌(striking) 이후, 플라스마로부터의 에너지는 또한 기판 및 기판 지지체, 예를 들어 서셉터를 향해 지향되는 열을 생성한다. 따라서 서셉터 상에 배치된 처리 기판에 대해 일시적인 온도 증가 또는 스파이크(예를 들어, 약 30 내지 50℃의 증가 또는 150℃로부터 20% 내지 30%의 온도 증가)의 문제가 존재한다. 이러한 급격한 온도 변화는 처리되는 기판 상에서 일정한 온도를 유지하기 위해 제어될 필요가 있다. 추가로, 처리 이후 및 원격 플라스마 클리닝, RF 보조 냉각 및/또는 챔버 부분 클리닝 및 유지보수 중에 처리 챔버의 서셉터의 냉각이 또한 요구된다. 그러나 대부분의 PECVD 챔버는 서셉터 내에 어떠한 냉각 디자인도 갖지 않거나(즉, 자체적으로 실온으로 천천히 냉각됨) 또는 서셉터 내가 아닌, 기판의 후면을 둘러싸는 냉각 메커니즘을 사용한다. 이러한 종래 기술 디자인은 대면적 기판을 위한 일정한 처리 온도를 유지하는데 어려움을 나타내며, 종종 기판의 넓은 표면에 걸쳐 국부적인 온도 변화를 야기한다. 그 결과, 더 얇은 막 두께의 스팟(spot)으로서 종종 나타나는 필름 두께의 변화가 관측되었으며, 이는 다음 세대의 평판 또는 태양전지 디바이스에 유해하다. 따라서, 기판 지지체의 온도를 원하는 범위로 일정하게 제어하는 개선된 방법 및 장치에 대한 필요성이 있다.