KR101108012B1 - 대면적 기판용 기판정렬장치 - Google Patents

Abstract

진공화학증착 등에 사용되는 기판정렬장치가 개시된다. 본 발명에 따라 진공화학 증착을 위한 챔버 내에 마련되는 기판정렬장치는 기판의 하면에 위치하여 마스크를 고정하는 마스크 고정부와, 상기 기판의 상면에 위치하여 균일한 자력을 상기 마스크에 제공함으로써 상기 마스크를 상기 기판에 밀착시키는 마그네트 플레이트와, 상기 챔버의 상부에서 상기 마스크 고정부 또는 마그네트 플레이트를 상하로 이동시키는 승강장치를 구비한다. 여기서, 상기 마그네트 플레이트는 금속의 판형 베이스 플레이트 및 상기 마스크를 향하여 N극과 S극이 상호 교번적으로 배치되도록 상기 베이스 플레이트의 하면에 상호 이격되어 부착된 복수 개의 영구자석을 포함하여 균일한 자기장을 형성함으로써 대면적에 따른 기판의 처짐에 불구하고 마스크가 기판에 밀착되도록 한다.

진공화학증착, 마스크, 마그네트 플레이트, 유기발광소자

Description

대면적 기판용 기판정렬장치{Aligner for Large Size Substrate}

본 발명은, 대면적 기판의 진공화학증착 등에 사용하는 기판정렬장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대면적 기판의 처짐으로 발생하는 마스크와 기판 사이의 이격에 불구하고 균일한 자기장을 형성하는 마그네트 플레이트를 사용하여 마스크를 기판에 밀착시키는 기판정렬장치에 관한 것이다.

능동형유기발광다이오드(AMOLED: Active Matrix Organic Light-Emitting Diode)는 고속 표시능력이나 자체 발광 특성 등에 있어 기존의 액정디스플레이(LCD)보다 뛰어난 성능을 나타내어, 엘시디를 대신하는 차세대 디스플레이 소자로 주목을 받고 있다. AMOLED는 박막필름트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 어레이 상에 집적된 OLED 픽셀들이 픽셀 매트릭스를 형성한 것으로, 해당 픽셀의 매트릭스는 TFT 어레이에 의한 각 픽셀로의 전류 제어에 따라 전기적으로 활성화되어 자체로 빛을 발산한다.

AMOLED의 유기박막은 진공화학증착법을 통해 형성될 수 있다. 진공화학증착 법은, 진공 챔버 내에 유기박막이 증착될 기판과, 기판상의 원하는 패턴의 유기박막의 증착을 위해 기판의 하부에 밀착되는 마스크를 구비한 다음, 챔버 하부에 배치된 증착원이 열에 의해 증발하여 마스크를 통해 기판에 증착된다.

도 1은 종래의 진공화학증착법에 의한 증착장치의 정단면도이다. 도 1을 참조하면, 증착 장치(100)는 기판(S)의 증착이 이루어지는 챔버(101)와, 기판(S)이 고정되는 기판고정부(103)와, 기판(S)에 증착될 유기박막의 패턴이 형성된 마스크(105)와, 기판(S)의 아래쪽에 마련되어 마스크(105)가 위치하여 고정되는 마스크 고정부(107)와, 기판(S)의 윗쪽에 마련되어 자력으로 마스크(105)를 기판(S)에 밀착 고정시키는 마그네트 플레이트(109)를 포함한다.

마그네트 플레이트(109)의 윗쪽에는 하나의 축을 중심으로 기판(S), 마그네트 플레이트(109) 및 마스크 고정부(107)를 각각 개별적으로 승강하고 회동하는 승강회동부(111)가 마련된다.

챔버(101)의 상부에는 마스크(105)와 기판(S)의 정렬을 위한 카메라 장치(113)가 마련되어 있다. 챔버(101)의 하부에는 증착원(115)이 마련되어 있고, 증착원(115)과 마스크(105) 사이에 증착을 단속하는 셔터(117)가 마련되어 있다. 종래에는 도 1의 증착 장치(100)와 유사한 장치들이 존재하며, 국내 등록특허 제0627679호(발명의 명칭: 대면적 기판 어라인 장치) 또는 국내공개특허 제2006-0028628호(발명의 명칭: 기판 처짐 방지수단을 구비한 유기물 증착장치)의 증착장치는 그 예이다.

기판(S)이 챔버(101) 내부에 삽입되면, 마스크 고정부(107) 상의 마스 크(105)가 기판(S) 쪽으로 올려지면서 정렬 키(Align Key)를 통한 정렬과정을 거쳐 기판(S)에 밀착된다. 정렬 키는 마스크(105)와 기판(S)상에 표시된 마크로서 카메라 장치(113)에 의한 마스크(105)와 기판(S)의 정렬의 기준이 된다. 이어서 마그네트 플레이트(109)가 하강하면서 마스크(105)에 자력을 제공하여 기판(S)의 하면(유기물 증착면)에 마스크(105)를 밀착시킨다. 이 과정에서 틀어진 정렬을 조정하기 위한 정렬과정이 반복적으로 이루어질 수도 있다.

기판(S)과 마스크(105)는 자중에 의해서 그 중심부에 처짐이 발생하지만, 기판(S)의 크기가 대형화되기 이전에는 그 기판(S)의 처짐 정도는 매우 미약하였으므로, 종래에 자력이 비교적 약한 고무 자석(Rubber Magnet)을 마그네트 플레이트(109)로 사용하더라도 마그네트 플레이트(109)의 자력이 마스크(105)에 전달되는데 문제가 없었다.

그러나 기판의 크기가 3.5세대(730×460mm)를 거쳐 4세대에 이르면서 기판(S)의 중심부는 거의 25mm 정도까지도 처짐이 발생한다. 반면에 마스크(105)는 글라스인 기판과 물리적 성질 등이 달라 그 처짐의 정도가 기판(S)에 미치지 않는다. 마스크(105)가 기판(S)의 중심부에 밀착되더라도, 기판(S)의 처짐은 보상되지 않고 유지된다. 따라서 종래의 마스크 고정부(107)는 대면적 기판의 처짐 정도를 극복할 수 없는 자력을 제공할 뿐이므로, 마스크(105)는 기판(S)에 밀착되지 못한다.

마스크(105)가 기판(S)에 밀착되지 못하면 매끈한 형상의 패턴 형성이 불가능해지고, 유기 발광소자의 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 유기 박막이 연속적으로 증착되는 경우 각 컬러의 경계가 불분명해지는 불량이 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은, 대면적 기판의 처짐으로 발생하는 마스크와 기판 사이의 이격에 불구하고 균일한 자기장을 형성하는 마그네트 플레이트를 사용하여 마스크를 기판에 밀착시키고 처짐을 보정하는 기판정렬장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따라 진공화학증착을 위한 챔버 내에 마련되는 기판정렬장치는, 기판의 아래쪽에 위치한 마스크를 고정하는 마스크 고정부와, 상기 기판의 윗쪽에 위치하여 균일한 자력을 상기 마스크에 제공함으로써 상기 마스크를 상기 기판에 밀착시키는 마그네트 플레이트와, 상기 챔버의 상부에서 상기 마스크 또는 마그네트 플레이트를 상하로 이동시키는 승강장치를 구비한다. 여기서, 상기 마그네트 플레이트는, 금속의 판형 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 하면에 부착된 복수 개의 영구자석을 포함한다.

마그네트 플레이트의 영구자석은 마스크를 향하는 쪽으로 N극과 S극이 상호 교번적으로 배치될 수도 있고, N극(또는 S극)만이 마스크를 향하도록 배치될 수도 있다.

본 발명의 마그네트 플레이트는 복수 개의 영구자석을 사용하여 마스크에 자력을 제공한다. 본 발명의 마그네트 플레이트는 영구자석을 사용함으로써 기본적으로 강력한 자력을 제공함으로써, 대면적의 기판에 따른 기판의 처짐을 커버할 수 있다.

또한, 마그네트 플레이트는 보다 작은 크기의 복수 개의 영구자석을 배열하여 사용하기 때문에, 베이스 플레이트에 부착하는 영구자석의 크기, 개수 및 배열방법 등을 조절함으로써 마그네트 플레이트 전체의 자력을 요구되는 자력으로 조절할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 마그네트 플레이트는, 상기 복수 개의 영구자석에 의한 자력을 균일하게 하기 위해, 상기 복수 개의 영구자석의 하면에 부착된 니켈 시트(Sheet)를 더 포함할 수 있으며, 니켈 시트는 영구자석에 의한 자력이 마스크에 균일하게 작용하도록 한다.

본 발명에 따른 기판 정렬장치는 대면적 기판에서 발생하는 기판의 처짐에 불구하고 복수 개의 영구자석을 사용하는 마그네트 플레이트를 사용함으로써 마스크에 강력한 자력을 제공할 수 있으며, 이러한 마그네트 플레이트의 자력은 마스크를 기판에 밀착시키는 과정에서 기판의 처짐을 보정하여 기판이 평탄하게 되도록 한다.

또한, 마그네트 플레이트는 보다 작은 크기의 복수 개의 영구자석을 배열하여 사용하기 때문에, 베이스 플레이트에 부착하는 영구자석의 크기, 개수 및 배열방법 등을 조절함으로써 마그네트 플레이트 전체의 자력을 요구되는 자력으로 조절 할 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 기판 정렬장치는 도 1의 증착장치(100) 이외에도 종래기술에서 제시한 다양한 증착장치에 적용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 기판정렬장치는 도 1의 증착 장치(100)의 챔버(101) 내에 장착되며, 기판고정부(103)와, 마스크 고정부(107)와, 승강회동부(111)를 구비한다.

여기서, 본 발명의 기판정렬장치에 적용되는 마그네트 플레이트는 종래의 마그네트 플레이트(109)를 대신하여 새로운 구조를 가짐으로써 대면적 기판에 발생하는 기판 처짐의 문제를 해소한다. 이하에서는 본 발명의 마그네트 플레이트에 대하여 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 마그네트 플레이트의 도면이다. 도 2 또는 도 3을 참조하면, 마그네트 플레이트(200, 300)는 금속의 판형 베이스 플레이트(201)와 베이스 플레이트(201)에 부착된 직육면체 형상의 복수 개의 영구자석(203)을 포함한다.

베이스 플레이트(201)는 복수 개의 영구자석(203)이 자력에 의해 부착될 수 있도록 자력에 의해 자화될 수 있는 금속이면 모두 가능하며, 철(Fe)에 니켈(Ni) 도금이 되어 있는 것이 바람직하다.

영구자석(203)은 네오디윰(Neodium) 등의 소재로 마련되어 자력을 마스 크(105)에 제공한다. 복수 개의 영구자석(203)은 마스크(105)를 향하는 쪽으로 N극과 S극이 상호 교번적으로 배치되는 형태로 베이스 플레이트(201)에 부착될 수도 있고, N극(또는 S극)만이 마스크(105)를 향하는 형태로 베이스 플레이트(201)에 부착될 수도 있다.

도 2와 같이, N극(또는 S극)만이 마스크(105)를 향하도록 배치하는 방법이 N극과 S극이 교번적으로 반복되는 경우보다 자력이 더 세다. 다만, 각 영구자석(203)들 간에 척력이 작용하므로, 상호 이격되어 배치될 수 밖에 없으며 영구자석(203)을 베이스 플레이트(201)에 고정하는 별도의 고정 수단이 필요하다. 예컨대, 도 2와 같이, 각 영구자석(203)의 일측에 구멍을 성형한 다음, 베이스 플레이트(201)에도 영구자석(203)의 구멍에 대향하는 지점에 구멍을 뚫고 탭을 형성하여 볼트(Bolt)(207)와 같은 체결구로 영구자석(203)을 베이스 플레이트(201)에 고정할 수 있다. 또한, 체결구에 의한 체결방법에 더하여, 각 영구자석(203)과 베이스 플레이트(201)는 별도의 접착제에 의해 접착할 수 있다. 영구자석(203) 간의 이격정도는 마그네트 플레이트(200)에 요구되는 자력의 크기에 따라 결정될 수 있으나, 적어도 영구자석(203) 간의 척력을 극복하는데 과도한 힘이 요구되지 않을 정도인 것이 바람직하다.

그 밖에도, 영구자석(203)을 베이스 플레이트(201)에 고정하기 위해, 베이스 플레이트(201)의 그 하면에 영구자석(203) 형상의 홈(미도시)이 일정한 배열로 마련되어, 다른 체결수단없이 해당 홈(미도시)에 영구자석(203)을 수용할 수 있다.

도 3과 같이 N극과 S극이 상호 교번적으로 배치되는 경우, 각 영구자석(203) 들은 서로의 인력에 의해 베이스 플레이트(201)에 다른 고정 수단이 없이도 부착될 수 있다. 다만, N극과 S극이 상호 교번적으로 배치하더라도 요구되는 자력의 세기를 맞추기 위해 일정한 간격을 유지하면서 배치할 필요가 있는 경우, 앞서 설명한 바와 같이 별도의 체결구와 접착제를 이용하여 영구자석(203)을 베이스 플레이트(201)에 고정해야 할 것이다.

본 발명의 마그네트 플레이트(200, 300)는 복수 개의 영구자석(203)을 사용하여 마스크(105)에 자력을 제공하기 때문에, 종래의 마그네트 플레이트(109)에 비해 기본적으로 강력한 자력을 제공할 수 있으며, 대면적의 기판(S)에 따른 기판(S)의 처짐에 불구하고 마스크(105)에 자력을 제공할 수 있다.

마그네트 플레이트(200, 300)는 더욱 작은 크기의 복수 개의 영구자석(203)을 배열하여 사용하기 때문에, 베이스 플레이트(201)에 부착하는 영구자석(203)의 크기, 개수 및 배열방법 등을 조절함으로써 마그네트 플레이트(200, 300) 전체의 자력을 요구되는 자력으로 조절할 수 있다. 복수 개의 영구자석(203)에 의한 자력의 크기는 대면적 기판(S)의 중심부의 처짐에 불구하고 마스크(105)에 자력을 제공하여, 마스크(105)가 기판(S)에 밀착될 정도이면 충분하다. 이러한 특징은 마그네트 플레이트(200, 300)의 자력이 요구되는 크기의 범위를 넘어서거나 모자람에 따라 발생할 수 있는 문제를 예방할 수 있다. 다만, 마그네트 플레이트(200, 300)는 하나의 영구자석을 평판으로 성형하여 베이스 플레이트(201)에 부착하여 사용할 수 있으나, 성형이나 자력 조절의 어려움을 극복해야 한다.

본 발명의 마그네트 플레이트(200, 300)는 복수 개의 영구자석(203)에 의한 자력의 균일성(Uniformity)을 위하여, 복수 개의 영구자석(203)의 하면(마스크를 향하는 면)에 부착된 니켈 시트(Sheet)(205)를 더 포함할 수 있다. 니켈 시트(205)는 강한 자화성능을 가짐으로써 복수 개의 영구자석 각각의 크기, 배치상태 등에 의해 불 균일한 자력을 균등하게 한다.

나아가, 니켈 시트는 자력의 세기를 조절하기 위해서 사용될 수 있는데, 예컨대 일정한 두께의 니켈 시트를 여러 장 겹쳐 사용하는 방법으로 자력의 세기를 조절할 수도 있다.

도 4는 본 발명에 의한 기판 정렬과정을 도시한 도면이다. 이하 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 기판 정렬장치의 동작을 설명한다.

도 4의 (a)와 같이 챔버(101)내에 기판(S)이 삽입되면, 도 4의 (b)와 같이 승강회동부(111)에 의해 마스크 고정부(107)가 상승하여 기판(S)에 밀착한다. 설명된 바와 같이, 이 과정에서 기판(S)과 마스크(105)에 표시된 정렬 키(Align Key)에 의한 정렬이 이루어진다.

이어서 도 4의 (c)와 같이, 승강회동부(111)는 기판(S)과 마스크 고정부(107)를 동시에 상승하여 기준 플레이트(401)에 밀착시킨다. 기준 플레이트(401)는 일정 수준 이상의 평탄도를 가지는 판상의 플레이트로서 처짐이 발생하는 기판(S)의 평탄화를 위한 기준 면이 된다. 대면적 기판(S)의 경우, 이때까지도 그 처짐이 그대로 유지된다.

마지막으로, 도 4의 (d)와 같이, 마그네트 플레이트(200, 300)가 기판(S) 쪽 으로 하강하여 기준 플레이트(401)에 밀착하면서 마스크(105)에 자력을 제공한다. 마스크(105)는 마그네트 플레이트(200, 300)의 자력에 의해 마그네트 플레이트(200, 300)와 기준 플레이트(401) 쪽으로 당겨지면서 기판(S)에 완전 밀착된다. 이 과정에서, 마스크(105)는 기판(S)을 기준 플레이트(401)에 밀착시키게 되고, 기판(S)은 기준 플레이트(401)에 의해 펴지면서 처짐이 보상되고 마스크(105)와 기판(S)의 밀착이 완료된다. 따라서 본 발명의 마그네트 플레이트(200, 300)는 마스크(105)에 대면적 기판(S)의 처짐을 커버할 정도의 자력을 제공함과 동시에, 자력으로 기판의 처짐을 보정하는 역할도 함께 수행한다.

본 발명의 마그네트 플레이트 내지 기판 정렬장치는 도 4의 정렬동작에 한정되지 아니한다. 예컨대, 증착장치에 따라서는 기판과 마스크가 서로 정렬되기 위한 승하강 과정이 도 4의 그것과 다를 수 있다. 그러나 본 발명의 기판 정렬장치는 새로운 구조의 마그네트 플레이트를 사용하여, 대면적 기판의 처짐에 불구하고 마스크를 기판에 밀착시키는 것이며 그 결과로 기판의 처짐을 보정하는 것이므로, 본 발명의 마그네트 플레이트 또는 기판 정렬장치는 마그네트 플레이트와 기판과 마스크로 구현되는 기판정렬장치 내지 증착장치라면 그 동작 방법에 무관하게 적용할 수 있는 것이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가 진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1은 종래의 진공화학증착법에 의한 증착장치의 정단면도,

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 마그네트 플레이트의 도면, 그리고

도 4는 본 발명에 의한 기판 정렬과정을 도시한 도면이다.

Claims (2)

1. 진공화학증착을 위한 챔버 내에 마련되는 기판정렬장치에 있어서,

   기판의 아래쪽에 위치한 마스크를 고정하는 마스크 고정부;

   상기 기판의 윗쪽에 위치하여 균일한 자력을 상기 마스크에 제공함으로써 상기 마스크를 상기 기판에 밀착시키는 마그네트 플레이트;

   상기 기판과 상기 마그네트 플레이트 사이에 배치되어, 상기 기판이 상기 마그네트 플레이트와 밀착할 때에 상기 기판의 처짐을 보상하는 기준 플레이트; 및

   상기 챔버의 상부에서 상기 마스크 고정부와 마그네트 플레이트를 상하로 이동시키는 승강장치를 구비하고,

   상기 마그네트 플레이트는,

   금속의 판형 베이스 플레이트;

   상기 베이스 플레이트의 하면에 상기 마스크를 향하도록 부착된 복수 개의 영구자석; 및

   상기 복수 개의 영구자석에 의한 자력을 균일하게 하기 위해, 상기 복수 개의 영구자석의 하면에 부착된 니켈 시트(Sheet)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판정렬장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 복수 개의 영구자석은 균일한 간격으로 이격되어 별도의 체결구에 의해 상기 베이스 플레이트에 부착되고,

   상기 니켈 시트는 여러 장이 겹쳐진 상태로 상기 복수 개 영구자석의 하면에 부착되는 것을 특징으로 하는 기판정렬장치.

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