KR101203894B1 - 기판 그립 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 그립 장치가 개시된다. 본 발명의 기판 그립 장치는, 그립장치본체; 하나 이상의 암(arm)을 가지며 상기 그립장치본체에 마련되어 회전 운동하는 로테이션 암(rotation arm); 및 상기 로테이션 암의 회전 운동에 연동하여 기판을 그립핑(gripping) 및 그립핑 해제하는 그립핑 유닛(gripping unit)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 종래와 달리 기판을 세워서 그립핑할 수 있기 때문에 기판이 중력 방향으로 처지는 현상(face down)을 방지할 수 있어 해당 프로세스(process)에서의 정밀도 확보에 상대적으로 유리하며, 기판을 지지하는 트레이와의 마찰에 의해 파티클(particle)이 발생되는 것을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 장치에 대한 풋 프린트(foot print)를 감소시킬 수 있다.

Description

기판 그립 장치{GRIP APPARATUS FOR SUBSTRATE}
본 발명은, 기판 그립 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 종래와 달리 기판을 세워서 그립핑할 수 있기 때문에 기판이 중력 방향으로 처지는 현상(face down)을 방지할 수 있어 해당 프로세스(process)에서의 정밀도 확보에 상대적으로 유리하며, 기판을 지지하는 트레이와의 마찰에 의해 파티클(particle)이 발생되는 것을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 장치에 대한 풋 프린트(foot print)를 감소시킬 수 있는 기판 그립 장치에 관한 것이다.
기판이라 함은, 플라즈마 디스플레이(PDP, Plasma Display Panel), 액정디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display) 및 유기전계발광표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display)와 같은 평판표시소자(FPD, Flat Panel Display), 반도체용 웨이퍼(wafer), 포토 마스크용 글라스(glass) 등을 가리키나 이하에서는 유기전계발광표시장치(OLED)를 기판으로 설명한다.
OLED는 애노드와 캐소드 그리고, 애노드와 캐소드 사이에 개재된 유기막들을 포함하고 있다. 여기서 유기막들은 최소한 발광층을 포함하며, 발광층 이외에도 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층을 더 포함할 수 있다.
OLED는 유기막 특히, 발광층을 이루는 물질에 따라서 고분자 유기발광소자와 저분자 유기발광소자로 나누어질 수 있다. 풀 칼라(full color)를 구현하기 위해서는 발광층을 패터닝해야 하는데, 대형 OLED를 제작하는 방식으로는 FMM(Fine Metal Mask, 이하 마스크라 함)을 이용한 직접 패터닝 방식과 LITI(Laser Induced Thermal Imaging) 공법을 적용한 방식, 컬러 필터(color filter)를 이용하는 방식 등이 있다.
한편, 마스크 방식을 적용하여 대형 OLED를 제작할 때에는 챔버 내에 기판과 패터닝(patterning)된 마스크를 수평으로 배치시킨 후에 증착하는 이른바 수평식 상향 증착 공법이 적용되고 있다. 이러한 수평식 상향 증착 공법은 챔버 등의 바닥면에 대해 수평으로 배치된 기판과 마스크를 상호 얼라인시킨 후 합착시키고 수평 상태에서 대형 기판에 유기물을 증착시키는 방법이다.
그런데, 현재 OLED가 대형화됨에 따라 마스크가 점점 대형화 및 고중량화되고 있으며, 이 경우 중력 방향으로 마스크의 처짐(face down)이 발생하여 기판에 대해 마스크를 밀착시키는 것이 어렵게 됨에 따라 결국에는 양산에서 요구되는 정밀도를 확보하기 어려운 문제점이 있다.
뿐만 아니라 종전처럼 기판과 마스크, 특히 기판을 수평 방향으로 눕혀 이송시키는 경우에는 수평형 기판을 지지하는 수평 트레이(tray)와 기판 간의 넓은 접촉 마찰에 따른 파티클(particle) 발생이 심하고, 또한 구조상 한 장의 기판만을 이송시킬 수밖에 없어 택트 타임(tact time)을 감소시키기 어렵다.
이러한 문제점을 감안할 때, 챔버의 바닥면에 대해 수평 방향으로 배치된 기판을 회전시켜 수직 방향 또는 80도 내지 90도 정도의 수직 기울임 방향(이하, 이들을 통틀어 수직 방향이라 함)으로 세워서 공정을 진행하는 방안이 필요하며, 이 때 종래의 기술은 수평의 스테이지(stage)에 기판을 로딩(loading)하였으므로 로딩 시에 별도의 그립(grip) 장치가 필요하지 않았지만 수직으로 로딩된 기판을 얼라이너(aligner)에서 공정을 하기 위해서는 별도의 그립 장치가 필요하다.
본 발명의 목적은, 종래와 달리 기판을 세워서 그립핑할 수 있기 때문에 기판이 중력 방향으로 처지는 현상(face down)을 방지할 수 있어 해당 프로세스(process)에서의 정밀도 확보에 상대적으로 유리하며, 기판을 지지하는 트레이와의 마찰에 의해 파티클(particle)이 발생되는 것을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 장치에 대한 풋 프린트(foot print)를 감소시킬 수 있는 기판 그립 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적은, 본 발명에 따라, 그립장치본체; 하나 이상의 암(arm)을 가지며 상기 그립장치본체에 마련되어 회전 운동하는 로테이션 암(rotation arm); 및 상기 로테이션 암의 회전 운동에 연동하여 기판을 그립핑(gripping) 및 그립핑 해제하는 그립핑 유닛(gripping unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 그립 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 그립핑 유닛은, 상기 로테이션 암과 제1 링크(link)로 연결되는 하나 이상의 LM 가이드(LM guide); 및 상기 LM 가이드와 제2 링크(link)로 연결되며 기판을 그립핑하는 복수 개의 그립퍼(gripper)를 포함할 수 있다.
상기 LM 가이드는, 상기 제1 링크가 연결되는 LM 블록(LM block); 및 상기 LM 블록이 직선 운동할 수 있도록 가이드해 주는 LM 레일(LM rail)을 포함할 수 있다.
상기 LM 블록은, LM 블록 몸체; 및 상기 제2 링크가 연결되는 결합 브라켓을 포함할 수 있다.
상기 제1 링크는 양 단부가 상기 로테이션 암 및 상기 LM 가이드에 각각 힌지 결합될 수 있다.
상기 제2 링크는 양 단부가 상기 LM 가이드 및 상기 그립퍼에 각각 힌지 결합될 수 있다.
상기 그립퍼는, 상기 제2 링크와 연결되는 그립바; 및 상기 그립바의 양 측면에서 상기 그립장치본체에 고정되어 설치되며, 상기 그립바의 회전축을 상대 회전가능하게 지지하여 주는 한 쌍의 안내바를 포함할 수 있다.
상기 그립바는 기판을 그립핑하는 단부에 불소고무 또는 NBR(Nitrile Butadiene Rubber)이 마련될 수 있다.
제1 링크 및 제2 링크 연결부에는 베어링(bearing)이 설치될 수 있다.
상기 로테이션 암은 4개의 암(arm)이 방사상으로 마련되고, 상기 LM 가이드는 상기 4개의 암에 대응되도록 각각 마련되어, 상기 로테이션 암의 회전에 따라 상기 LM 가이드가 동시에 이동됨으로써 상기 복수 개의 그립퍼가 동시에 기판을 그립핑 및 그립핑 해제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래와 달리 기판을 세워서 그립핑할 수 있기 때문에 기판이 중력 방향으로 처지는 현상(face down)을 방지할 수 있어 해당 프로세스(process)에서의 정밀도 확보에 상대적으로 유리하며, 기판을 지지하는 트레이와의 마찰에 의해 파티클(particle)이 발생되는 것을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 장치에 대한 풋 프린트(foot print)를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 그립 장치가 적용될 수 있는 OLED 제조용 박막 증착 장치의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 그립 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A부분의 확대 단면도이다.
도 4는 그립퍼가 기판을 그립핑했을 때의 확대 단면도이다.
도 5는 기판 그립 장치에 기판이 그립핑되기 전의 정면도이다.
도 6은 기판 그립 장치에 기판이 그립핑된 후의 정면도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도면 대비 설명에 앞서 기판이라 함은, 플라즈마 디스플레이(PDP, Plasma Display Panel), 액정디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display) 및 유기전계발광표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display)와 같은 평판표시소자(FPD, Flat Panel Display), 반도체용 웨이퍼(wafer), 포토 마스크용 글라스(glass) 등을 가리킬 수 있으나 이하에서는 유기전계발광표시장치(OLED) 중에서도 대면적 OLED를 기판이라 하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 그립 장치가 적용될 수 있는 OLED 제조용 박막 증착 장치의 개략적인 구조도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 그립 장치의 사시도이며, 도 3은 도 2의 A부분의 확대 단면도이고, 도 4는 그립퍼가 기판을 그립핑했을 때의 확대 단면도이며, 도 5는 기판 그립 장치에 기판이 그립핑되기 전의 정면도이고, 도 6은 기판 그립 장치에 기판이 그립핑된 후의 정면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 그립 장치(1)는 반드시 그러한 것은 아니지만 도 1에 도시된 OLED 제조용 박막 증착 장치에 기판(2)을 그립핑하기 위해 사용될 수 있다. 도 1을 참조하여 OLED 제조용 박막 증착 장치에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.
OLED 제조용 박막 증착 장치는, 챔버(3)와, 챔버(3)의 바닥면에 교차되는 방향을 따라 챔버(3) 내에 마련되는 얼라인 레퍼런스부(10)와, 얼라인 레퍼런스부(10)와 나란하게 배치되어 얼라인 레퍼런스부(10)에 선택적으로 접촉 배치되는 마스크(20)와, 얼라인 레퍼런스부(10)를 중심으로 마스크(20)에 대향되게 배치되며 마스크(20)와 나란하게 배치되는 기판(2)을 파지한 상태에서 얼라인 레퍼런스부(10)를 기준으로 하여 마스크(20)에 대해 기판(2)을 얼라인시키는 기판 파지 얼라인 유닛(30)을 구비한다.
챔버(3)는 기판(2)에 대한 증착 공정이 진행되는 장소를 이룬다. 얼라인 레퍼런스부(10)는 마스크(20)의 얼라인 기준을 형성하여 마스크(20)와 기판(2) 모두가 챔버(3) 내에서 수직한 상태에서 증착 공정이 이루어지도록 하는 매개체 역할을 한다. 마스크(20)는 기판(2)의 표면에 미리 결정된 패턴(pattern)으로 증착을 진행하기 위하여 기판(2)의 표면에 접촉 지지된다. 이때, 기판(2)은 수직된 상태로 그립핑되어야 하기 때문에 기판 그립 장치(1)가 마련된다.
본 실시예의 기판 그립 장치(1)는, 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 그립장치본체(100)와, 하나 이상의 암(210, arm)을 가지며 그립장치본체(100)에 마련되어 회전 운동하는 로테이션 암(200, rotation arm)과, 로테이션 암(200)의 회전 운동에 연동하여 기판(2)을 그립핑(gripping) 및 그립핑 해제하는 그립핑 유닛(300, gripping unit)을 포함한다.
그립장치본체(100)는 기판(2)의 크기와 모양에 따라 그 형상이 결정되면 본 실시예에서는 일반적인 기판의 모양에 따라 사각 형상으로 마련되었다.
그립장치본체(100)의 후면부에는 그립장치본체(100)의 중앙부에 회전축을 갖는 로테이션 암(200)이 마련되어 기판 그립 장치(1)에 동력을 제공한다.
로테이션 암(200)은 4개의 암(210, arm)을 가지고 방사상으로 마련되어, 그립장치본체(100)의 각 모서리에 대응되도록 마련된 4개의 LM 가이드(310)에 각각의 암이 제1 링크(330)에 의하여 연결된다.
본 실시예에서 로테이션 암(200)은 4개의 암(210)을 가지고 4개의 LM 가이드(310)에 대응되도록 구성되었으나, 본 발명의 권리범위는 이에 제한되지 않으며 로테이션 암(200)의 암(210)의 개수나 이에 대응되는 LM 가이드(310)의 개수는 필요에 따라 조정할 수 있다.
그립핑 유닛(300)은 로테이션 암(200)과 제1 링크(330)로 연결되는 하나 이상의 LM 가이드(310)와, LM 가이드(310)와 제2 링크(340)로 연결되며 기판(2)을 그립핑하는 복수개의 그립퍼(320)를 포함한다.
먼저 LM 가이드(310)에 대해 살펴보면, 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, LM 가이드(310)는 제1 링크(330)가 연결되어 로테이션 암(200)으로부터 동력을 전달받는 LM 블록(311, LM block)과, LM 블록(311)이 직선 운동할 수 있도록 가이드해 주는 LM 레일(312, LM rail)을 포함한다.
LM 블록(311)은 LM 블록 몸체(311a)와, 제2 링크(340)가 연결되는 결합 브라켓(311b)을 포함한다. LM 블록 몸체(311a)는 그립장치본체(100)의 각 면의 길이에 맞추어 직사각형 형태로 마련되며, 일단부가 제1 링크(330)와 힌지 결합되어 있다. 또한 LM 블록 몸체(311a)는 LM 레일(312)을 따라서만 이동이 가능하도록 LM 레일(312)과 끼워맞춤 결합되어 있다.
LM 블록 몸체(311a)의 제1 링크(330)와 연결되는 일단부의 반대쪽 단부에는 그립퍼(320)의 갯수에 맞추어 복수 개의 결합 브라켓(311b)이 마련된다. 결합 브라켓(311b)은 복수 개의 그립퍼(320) 각각의 위치에 맞추어 마련되며, 제2 링크(340)와 힌지 결합된다.
다음으로 그립퍼(320)에 대해 살펴보면, 그립퍼(320)는 도 2 내지 도 4에 나타난 바와 같이 제2 링크(340)와 연결되는 그립바(321)와, 그립바(321)의 양 측면에서 그립장치본체(100)에 고정되어 설치되며 그립바(321)의 회전축을 상대 회전가능하게 지지하여 주는 한 쌍의 안내바(322)를 포함한다.
그립바(321)는 'ㄱ'자 두개가 연결된 형상으로 마련되며 그 중심부에 회전축을 갖는다. 그립바(321)의 일단부는 제2 링크(340)가 힌지 결합되어 있고 타단부는 기판(2)을 그립핑하는 부분으로서 기판(2)이 접촉되는 부분에 불소 고무(Fluorinated rubber, 대표적으로 VITON)나 NBR(Nitrile butadiene rubber)을 마련하여 기판(2)의 훼손이나 깨짐을 방지한다.
안내바(322)는 그립바(321)의 양 측면에서 그립바(321)의 회전축을 지지해준다.
제1 링크(330)는 로테이션 암(200)의 암(210)과 길이의 합이 LM 가이드(310)를 그립장치본체(100)의 가장자리까지 이동시킬 수 있도록 소정의 길이를 가지며, 제1 링크(330)의 일단부는 로테이션 암(200)의 암(210)의 일단부와 힌지 결합되고 제1 링크(330)의 타단부는 LM 블록(311)의 일단부 중앙에 힌지 결합된다. 제1 링크(330)의 힌지 결합은 로테이션 암(200)이 회전 운동하는 평면상과 동일 평면상에서 제1 링크(330)가 회동 가능하도록 결합된다.
제2 링크(340)는 일단부가 LM 블록(311)의 결합 브라켓(311b)과 힌지 결합되고 타단부는 그립바(321)의 일단부와 힌지 결합된다. 제2 링크(340)의 힌지 결합은 로테이션 암(200)이 회전 운동하는 평면상과 교차되는 평면 상에서 제2 링크(340)가 회동 가능하도록 결합된다.
제1 링크(330)와 제2 링크(340)의 힌지 결합부에는 베어링(bearing)이 설치되어 각 링크의 회동을 용이하게 하고, 파티클(particle) 발생에 의한 오염을 최소화한다.
이러한 구성을 갖는 기판 그립 장치(1)의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 2을 참고하여 살펴보면, 로테이션 암(200)의 각 암(210)이 그립장치본체(100)의 각 모서리 중앙에서 시계방향으로 회전 이동한 상태일 경우에는, 제1 링크(330)에 의하여 LM 블록(311)이 그립장치본체(100)의 중심부 방향으로 이동하게 되며, 이 때 LM 블록(311)에 연결되어 있는 제2 링크(340)에 의하여 그립바(321)가 열린 상태가 된다.
도 4은 로테이션 암(200)이 회전 이동하여 그립바(321)가 기판(2)을 그립핑하는 상태를 도시한 도면이고, 도 5 및 도 6는 기판 그립 장치(1)의 전면부에 기판(2)이 장착되기 전과 후의 모습을 도시한 도면이다. 이들 도면을 도 2 및 도 3와 함께 참조하여 살펴보면, 도 2 및 도 3에서와 같이 그립바(321)가 열린 상태일 때 그립장치본체(100)의 전면부에 기판(2)을 장착한 후 로테이션 암(200)을 반시계 방향으로 회전하면, 제1 링크(330)가 LM 블록(311)에 동력을 전달함으로써 LM 블록(311)이 LM 레일(312)을 따라서 그립장치본체(100)의 가장자리 방향으로 이동하게 된다. 이에 의하여 LM 블록(311)에 연결되어 있는 제2 링크(340)가 그립바(321)에 동력을 전달하게 되고 그립바(321)가 회전축에 의해 회전 운동하여 그립장치본체(100) 전면부에 장착된 기판(2)을 그립핑하게 된다.
즉, 로테이션 암(200)의 회전 운동을 제1 링크(330)와 LM 가이드(310)에 의하여 직선 운동으로 변환시키고, 이를 다시 제2 링크(340)와 그립바(321)의 회전축에 의하여 회전 운동으로 변환시켜 동력을 전달하게 되는 것이다.
이에 의하여 기판 그립 장치(1)의 각 가장자리부에서 복수 개의 그립바(321)가 동시에 기판(2)을 그립핑할 수 있어서, 안정적으로 기판(2)을 그립핑함으로써 기판(2)의 수직 물류가 가능해지며 택트 타임(Tact time)을 줄여 양산성이 향상되고 장비의 풋 프린트(foot print)를 현저하게 줄일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 기판 그립 장치(1)에 의하면, 종래와 달리 기판을 세워서 그립핑할 수 있기 때문에 기판이 중력 방향으로 처지는 현상(face down)을 방지할 수 있어 해당 프로세스(process)에서의 정밀도 확보에 상대적으로 유리하며, 기판을 지지하는 트레이와의 마찰에 의해 파티클(particle)이 발생되는 것을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 장치에 대한 풋 프린트(foot print)를 감소시킬 수 있게 된다.
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 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 기판 그립 장치
100 : 그립장치본체 200 : 로테이션 암
210 : 암 300 : 그립핑 유닛
310 : LM 가이드 311 : LM 블록
311a : LM 블록 몸체 311b : 결합 브라켓
312 : LM 레일 320 : 그립퍼
321 : 그립바 322 : 안내바
330 : 제1 링크 340 : 제2 링크

Claims (10)

  1. 그립장치본체;
    하나 이상의 암(arm)을 가지며 상기 그립장치본체에 마련되어 회전 운동하는 로테이션 암(rotation arm); 및
    상기 로테이션 암의 회전 운동에 연동하여 기판을 그립핑(gripping) 및 그립핑 해제하는 그립핑 유닛(gripping unit)을 포함하며,
    상기 그립핑 유닛은,
    상기 로테이션 암과 제1 링크(link)로 연결되는 하나 이상의 LM 가이드(LM guide); 및
    상기 LM 가이드와 제2 링크(link)로 연결되며 기판을 그립핑하는 복수 개의 그립퍼(gripper)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 그립 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 LM 가이드는,
    상기 제1 링크가 연결되는 LM 블록(LM block); 및
    상기 LM 블록이 직선 운동할 수 있도록 가이드해 주는 LM 레일(LM rail)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 그립 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 LM 블록은,
    LM 블록 몸체; 및
    상기 제2 링크가 연결되는 결합 브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 그립 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 링크는 양 단부가 상기 로테이션 암 및 상기 LM 가이드에 각각 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 기판 그립 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 링크는 양 단부가 상기 LM 가이드 및 상기 그립퍼에 각각 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 기판 그립 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 그립퍼는,
    상기 제2 링크와 연결되는 그립바; 및
    상기 그립바의 양 측면에서 상기 그립장치본체에 고정되어 설치되며, 상기 그립바의 회전축을 상대 회전가능하게 지지하여 주는 한 쌍의 안내바를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 그립 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 그립바는 기판을 그립핑하는 단부에 불소고무 또는 NBR(Nitrile Butadiene Rubber)이 마련되는 것을 특징으로 하는 기판 그립 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    제1 링크 및 제2 링크 연결부에는 베어링(bearing)이 설치된 것을 특징으로 하는 기판 그립 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 로테이션 암은 4개의 암(arm)이 방사상으로 마련되고, 상기 LM 가이드는 상기 4개의 암에 대응되도록 각각 마련되어, 상기 로테이션 암의 회전에 따라 상기 LM 가이드가 동시에 이동됨으로써 상기 복수 개의 그립퍼가 동시에 기판을 그립핑 및 그립핑 해제하는 것을 특징으로 하는 기판 그립 장치.
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