KR101256192B1 - 수직형 증착 시스템 - Google Patents

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Abstract

수직형 증착 시스템이 개시된다. 본 발명의 수직형 증착 시스템은, 지면에 대해 세워진 기판의 증착을 위해 서로 다른 위치에 마련되는 다수의 챔버; 다수의 챔버 사이에 배치되어 기판의 출입 통로를 형성하는 다수의 게이트 밸브(gate valve); 및 게이트 밸브에 마련되며, 게이트 밸브를 통한 기판의 이송을 안내하는 기판 이송 안내유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 수직형 대형 기판의 적용에 의해 챔버들 사이의 거리가 멀어져 게이트 밸브의 폭이 넓어지더라도 게이트 밸브를 통한 기판의 이송을 무리 없이 용이하게 진행시킬 수 있다.

Description

수직형 증착 시스템{THIN LAYERS DEPOSITION SYSTEM FOR MANUFACTURING OLED}
본 발명은, 수직형 증착 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수직형 대형 기판의 적용에 의해 챔버들 사이의 거리가 멀어져 게이트 밸브의 폭이 넓어지더라도 게이트 밸브를 통한 기판의 이송을 무리 없이 용이하게 진행시킬 수 있는 수직형 증착 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 기판이라 함은, 플라즈마 디스플레이(PDP, Plasma Display Panel), 액정디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display) 및 유기EL(OLED, Organic Light Emitting Diodes)과 같은 평판표시소자(FPD, Flat Panel Display), 반도체용 웨이퍼(wafer), 포토 마스크용 글라스(glass) 등을 가리킨다.
평판표시소자(FPD)로서의 기판과, 반도체용 웨이퍼로서의 기판은 상호간 재질적인 면이나, 용도 등에서 차이가 있지만, 기판들에 대한 일련의 처리 공정, 예를 들어 노광, 현상, 에칭, 스트립, 린스, 세정 등의 공정은 실질적으로 매우 흡사하며, 이 공정들이 순차적으로 진행됨으로써 기판이 제조된다.
평판표시소자(FPD) 중에서 요즘에 각광받고 있는 OLED는 유기물의 자체 발광에 의해 컬러 화상을 구현하는 초경박형 표시장치로서, 그 구조가 간단하면서 광효율이 높다는 점에서 차세대의 유망 디스플레이 장치로서 주목받고 있다. 이러한 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 기판이나 마스크의 처짐이 발생하여 기판에 대해 마스크를 밀착시키는 것이 어렵게 됨에 따라 결국에는 양산에서 요구되는 정밀도를 확보하기 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 고려하여 챔버의 바닥면에 대해 수평 방향으로 배치된 기판과 마스크를 상호 얼라인시킨 후 합착시키고, 이어서 합착된 기판과 마스크를 회전시켜 수직 방향으로 세운 후 유기물을 증착하는 방안이 고려될 수 있으나, 이 경우에도 챔버 내에서 수평 방향으로 합착된 기판과 마스크를 회전시켜 수직 방향으로 세워야 하기 때문에 챔버의 공간이 증대되는, 즉 풋 프린트(foot print)가 증대되는 문제점이 있다.
결과적으로 OLED를 비롯한 대면적 기판을 적용할 경우, 수평형 증착 시스템으로는 시스템의 대형화에 따른 풋 프린트(foot print)를 감소시키기 어렵고 무엇보다도 기판의 처짐에 자유롭지 못한 문제점을 가지고 있기 때문에 기판을 세워서 증착시키는 수직형 증착 시스템을 적용해야만 위의 문제점을 모두 해소할 수 있을 것이라 예상된다. 이러한 이유로 인해 수직형 증착 시스템이 고려된다.
한편, 수직형 증착 시스템을 구현함에 있어서, 기판 사이즈에 따른 챔버의 대형화로 인해 챔버들 간에 진공을 유지시켜 주면서 기판의 출입 통로를 형성하는 게이트 밸브(gate valve)의 사이즈 역시 커질 수 있다. 하지만, 게이트 밸브의 사이즈가 커지면서 그들 사이의 폭이 넓어지는 경우에는 게이트 밸브를 지나는 기판의 이송에 어려움에 예상된다.
실제, 종래 수평형 증착 시스템의 경우에는 로봇이 수평 기판을 핸들링하고 있기 때문에 위와 같은 문제점이 이슈(ISSUE)화 되지는 않는다.
하지만 수직형 대형 기판이 적용되어 챔버의 사이즈가 거대해지면서 챔버들 사이의 걸이가 멀어지고, 이와 더불어 게이트 밸브의 사이즈가 커져 그들 사이의 폭이 넓어질 경우, 기판을 이송하는 캐리어가 챔버들 사이의 게이트를 지나갈 때 게이트 밸브의 넓은 폭으로 인해 기판 이송에의 문제점이 발생될 소지가 다분히 높기 때문에 이에 대한 대책이 요구된다.
본 발명의 목적은, 수직형 대형 기판의 적용에 의해 챔버들 사이의 거리가 멀어져 게이트 밸브의 폭이 넓어지더라도 게이트 밸브를 통한 기판의 이송을 무리 없이 용이하게 진행시킬 수 있는 수직형 증착 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 지면에 대해 세워진 기판의 증착을 위해 서로 다른 위치에 마련되는 다수의 챔버; 상기 다수의 챔버 사이에 배치되어 상기 기판의 출입 통로를 형성하는 다수의 게이트 밸브(gate valve); 및 상기 게이트 밸브에 마련되며, 상기 게이트 밸브를 통한 상기 기판의 이송을 안내하는 기판 이송 안내유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 증착 시스템에 의해 달성된다.
여기서, 상기 게이트 밸브는, 상기 기판이 출입되는 출입개구가 내부에 형성되는 밸브 프레임; 상기 밸브 프레임 내의 출입개구에 배치되어 상기 출입개구를 개폐하는 게이트; 상기 밸브 프레임의 외면에서 일측 방향으로 돌출되게 배치되고 상기 게이트와 연결되어 상기 게이트를 이동시키는 적어도 하나의 액추에이터; 및 상기 밸브 프레임의 외면에서 상기 액추에이터에 이웃하게 배치되고 상기 액추에이터와 같은 방향으로 돌출되어 상기 게이트의 이동을 가이드하는 적어도 하나의 가이드를 포함할 수 있다.
상기 기판 이송 안내유닛은, 상기 밸브 프레임의 상부 또는 하부에 마련되어 상기 기판의 이송을 위한 추진력을 제공하는 추진체; 및 상기 추진체의 반대편 상기 밸브 프레임의 상부 또는 하부에 마련되어 상기 기판의 이송을 안내하는 이송안내부를 포함할 수 있다.
상기 추진체는 상기 밸브 프레임의 하부에 마련되어 상기 기판의 하면을 이송 가능하게 지지하고, 상기 이송안내부는 상기 밸브 프레임의 상부에 마련되어 상기 기판의 상면을 이송 가능하게 지지할 수 있다.
상기 추진체는, 상기 기판의 하면이 이송 가능하게 지지되는 롤러 컨베이어; 추진력 발생 모터; 및 상기 추진력 발생 모터의 동력을 상기 롤러 컨베이어의 회전운동으로 전달하는 운동전달부를 포함할 수 있다.
상기 운동전달부는, 상기 추진력 발생 모터 쪽에 연결되는 제1 베벨 기어; 및 상기 롤러 컨베이어 쪽에 연결되고 상기 제1 베벨 기어와 경사지게 맞물림되는 제2 베벨 기어를 포함할 수 있다.
상기 기판 이송 안내유닛은 상기 롤러 컨베이어를 지지하는 컨베이어 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 이송안내부는, 적어도 하나의 무동력 자유 회전형 롤러; 및 상기 무동력 자유 회전형 롤러를 지지하는 롤러 지지부재를 포함할 수 있다.
상기 추진체는 자기 부상 추진체이고, 상기 이송안내부는 마그네트 가이드일 수 있다.
상기 챔버 중 어느 하나는 상기 기판에 대해 증착 공정을 진행하는 프로세스 챔버(process chamber)이고, 상기 챔버 중 다른 하나는 상기 프로세스 챔버의 어느 일면에 선택적으로 도킹되어 상기 기판의 방향을 전환시키는 턴 챔버(turn chamber)일 수 있으며, 상기 프로세스 챔버와 상기 턴 챔버가 도킹되는 교차 영역에는 상기 게이트 밸브가 상호 이웃하게 한 쌍으로 배치되되 제1 및 제2 게이트 밸브에 형성되는 돌출부들은 상호간 교번적으로 엇갈리게 배치될 수 있다.
상기 돌출부는 상기 액추에이터와 상기 가이드를 포함할 수 있으며, 상기 프로세스 챔버와 상기 턴 챔버가 도킹되어 상기 제1 및 제2 게이트 밸브가 상호 이웃하게 배치될 때, 상기 제1 게이트 밸브의 액추에이터는 상기 제2 게이트 밸브의 액추에이터와 가이드 사이 영역에 배치되고, 상기 제1 게이트 밸브의 가이드는 상기 제2 게이트 밸브의 액추에이터와 가이드 사이 영역 또는 상기 제2 게이트 밸브의 가이드들 사이 영역에 배치될 수 있다.
상기 프로세스 챔버는 상기 턴 챔버를 기준으로 양측에 상호 대칭되게 한 쌍으로 도킹될 수 있으며, 상기 턴 챔버에는 상기 기판을 하나씩 세워서 공급하는 듀얼 로더 챔버(dual roader)가 연결될 수 있다.
한편, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 지면에 대해 세워진 기판에 대해 증착 공정을 진행하거나 상기 기판의 방향을 전환시키는 다수의 챔버; 상기 챔버 중 어느 하나에 마련되어 상기 기판을 운반시키는 캐리어; 상기 다수의 챔버 사이에 배치되어 상기 기판의 출입 통로를 형성하는 다수의 게이트 밸브(gate valve); 및 상기 캐리어에 연결되어 상기 게이트 밸브를 통한 상기 기판의 이송을 안내하는 기판 이송 안내유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 증착 시스템에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 기판 이송 안내유닛은, 상기 캐리어에 연결되는 리니어 가이드(linear guide)일 수 있다.
본 발명에 따르면, 수직형 대형 기판의 적용에 의해 챔버들 사이의 거리가 멀어져 게이트 밸브의 폭이 넓어지더라도 게이트 밸브를 통한 기판의 이송을 무리 없이 용이하게 진행시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 증착 시스템의 구조도이다.
도 2는 프로세스 챔버의 개략적인 내부 구조도이다.
도 3은 턴 챔버의 사시도이다.
도 4는 턴 유닛의 사시도이다.
도 5는 게이트 밸브의 개략적인 사시도이다.
도 6은 기판 이송 챔버의 양단부에 한 쌍의 게이트 밸브가 연결된 도 1의 A 영역에 대한 확대 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직형 증착 시스템에서 프로세스 챔버와 턴 챔버의 도킹 상태 사시도이다.
도 10은 도 9의 B에 도시된 제1 및 제2 게이트 밸브가 교차되게 배치된 상태의 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 설명되는 기판은 유기전계발광표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display)이나 본 발명의 권리범위가 이에 제한될 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 증착 시스템의 구조도이고, 도 2는 프로세스 챔버의 개략적인 내부 구조도이며, 도 3은 턴 챔버의 사시도이고, 도 4는 턴 유닛의 사시도이며, 도 5는 게이트 밸브의 개략적인 사시도이고, 도 6은 기판 이송 챔버의 양단부에 한 쌍의 게이트 밸브가 연결된 도 1의 A 영역에 대한 확대 사시도이다.
본 실시예의 수직형 증착 시스템은 대략 도 1과 같은 형태로 제작될 수 있다. 즉 본 실시예의 수직형 증착 시스템은, 듀얼 로더 챔버(1a,1b, dual roader)와, 공정 라인을 따라 이격 배치되는 한 쌍의 턴 챔버(110, turn chamber)와, 턴 챔버(110) 각각에 한 쌍씩 도킹되는 다수의 프로세스 챔버(100, process chamber)와, 방향 전환 챔버(2)와, 트랜스퍼 챔버(3)와, 트랜스퍼 챔버(3)의 외주면 일측에 마련되는 로드락/언로드락 챔버(4)와, 합착기(5)를 구비한다.
도 1의 X축 방향을 따라 듀얼 로더 챔버(1a,1b)와 턴 챔버(110), 턴 챔버(110)와 턴 챔버(110), 턴 챔버(110)와 방향 전환 챔버(2) 사이사이에는 해당 모듈 간에 진공을 유지시켜 주면서 기판의 출입 통로를 형성하는 다수의 제1 게이트 밸브(141, gate valve)가 마련된다. 도 1의 A 부분처럼 제1 게이트 밸브(141) 한 쌍씩들 사이에는 기판 이송 챔버(150)가 마련된다. 그리고 도 1의 Y축 방향을 따라 프로세스 챔버(100)와 턴 챔버(110) 사이사이에는 제2 게이트 밸브(142)가 마련된다.
후술하겠지만 제1 및 제2 게이트 밸브(141,142)는 돌출된 부위의 구조 혹은 배열만이 상이할 뿐 그 기능 및 역할은 동일하다. 따라서 본 실시예에서는 제2 게이트 밸브(142)에 대한 설명은 생략하고 제1 게이트 밸브(141)를 단순하게 게이트 밸브(141)라 하여 설명하기로 한다.
듀얼 로더 챔버(1a,1b)는 지면에 대해 교차되는 방향으로 세워진 기판을 공정으로 공급하는 부분이다. 듀얼 로더 챔버(1a,1b) 대신에 하나의 로더가 마련되어 한 장의 기판을 공정으로 공급해도 무방하지만 본 실시예처럼 듀얼 로더 챔버(1a,1b)를 사용하게 되면 택트 타임(tact time)을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
턴 챔버(110)는 듀얼 로더 챔버(1a,1b)로부터 제공된 기판의 방향을 전환시키는 장소이고, 프로세스 챔버(100)는 기판에 대한 실질적인 증착 공정이 진행되는 장소이다. 이들에 대해서는 아래에서 후술한다.
방향 전환 챔버(2)는 증착 공정이 완료된 세워진 기판을 나란하게 눕혀 수평 방향의 기판으로 전환시킨 후 트랜스퍼 챔버(3)로 공급하는 부분이다.
그리고 트랜스퍼 챔버(3)는 그 내부의 로봇(3a) 동작에 의해 수평 상태의 기판을 합착기(5)로 보내어 증착 기판과 로드락/언로드락 챔버(4)에서 제공되는 별도의 봉지 기판이 상호 합착되도록 핸들링하고, 작업이 완료된 최종 기판을 로드락/언로드락 챔버(4)로 보내는 역할을 한다.
실제, 엄밀하게 살펴보면 도 1에서 듀얼 로더 챔버(1a,1b), 턴 챔버(110) 및 프로세스 챔버(100) 영역까지가 수직형 증착 시스템이고, 나머지 부분은 합착 시스템일 수 있지만 합착기(5) 역시 증착 시스템에서 제공되는 증착 기판을 사용하여 합착 공정을 수행하고 있다는 점을 고려할 때 본 실시예에서는 도 1 전체를 증착 시스템으로 간주하기로 한다.
그러면 이하에서는 도 1 내지 도 6을 전체적으로 참조하면서 턴 챔버(110) 및 프로세스 챔버(100), 그리고 이들 사이에 마련되고 기판의 이송을 안내하는 기판 이송 안내유닛(170)을 구비하는 게이트 밸브(141)를 갖는 본 실시예의 수직형 증착 시스템에 대해 자세히 살펴보도록 한다.
본 실시예의 수직형 증착 시스템은, 지면에 대해 교차되는 방향으로 세워진 기판의 증착을 위해 서로 다른 위치에 마련되어 서로 다른 기능을 수행하는 다수의 챔버(1a,1b,2,100,110)와, 다수의 챔버(1a,1b,2,100,110) 사이에 배치되어 기판의 출입 통로를 형성하는 다수의 게이트 밸브(141)와, 게이트 밸브(141)에 마련되며 게이트 밸브(141)를 통한 기판의 이송을 안내하는 기판 이송 안내유닛(170)을 구비한다.
본 실시예에서 챔버(1a,1b,2,100,110)란 전술한 바와 같이, 프로세스 챔버(100)와 턴 챔버(110)를 비롯하여 듀얼 로더 챔버(1a,1b) 및 방향 전환 챔버(2) 등을 모두 가리키나 이하에서는 듀얼 로더 챔버(1a,1b) 및 방향 전환 챔버(2)에 대해서는 전술한 설명으로 대체하고 프로세스 챔버(100)와 턴 챔버(110)에 관해서만 설명하도록 한다.
프로세스 챔버(100)는, 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 장소이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 프로세스 챔버(100)는 양측면 모두가 증착면으로 사용될 수 있으며 이러한 경우에는 한번에 두 장의 기판에 대한 증착이 진행될 수 있다. 물론, 이러한 사항은 하나의 예에 불과하며, 프로세스 챔버(100)에서 한 장의 기판이 증착되도록 구현할 수도 있다.
도 2를 참조하여 프로세스 챔버(100)에 대해 간략하게 살펴보면, 프로세스 챔버(100)는, 프로세스 챔버 바디(101)와, 마스크(102)와, 기판을 파지한 상태에서 마스크(102)에 대해 기판을 얼라인시키는 기판 파지 얼라인 유닛(103)과, 마스크(102)의 일측에 배치되어 소정의 증착 물질을 마스크(102)를 통해 기판으로 제공하는 소스(104)를 구비한다.
프로세스 챔버 바디(101)는 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 장소를 이룬다. 이러한 프로세스 챔버 바디(101)의 내부는 기판에 대한 증착 공정이 신뢰성 있게 진행될 수 있도록 진공 분위기를 형성한다.
마스크(102)는 기판의 표면에 미리 결정된 패턴(pattern)으로 증착을 진행하기 위하여 기판의 표면에 접촉 지지된다. 자세히 도시하지는 않았지만 마스크(102)에는 소스(104)로부터의 증착 물질이 통과되는 다수의 통공(미도시)이 마련된다.
기판 파지 얼라인 유닛(103)은 마스크(102)를 중심으로 소스(104)에 대향되게 배치되며, 마스크(102)와 나란하게 배치되는 기판을 파지한 상태에서 마스크(102)에 대해 기판을 얼라인시키는 역할을 한다.
이러한 기판 파지 얼라인 유닛(103)은, 유닛 본체(103a)와, 유닛 본체(103a)에 상대 이동 가능하게 결합되고 마스크(102)를 향한 일측에서 기판이 지지되는 기판 지지용 플레이트(103b)와, 기판 지지용 플레이트(103b)에 접촉되는 기판을 해당 위치에서 파지하는 기판 파지부(103c)와, 유닛 본체(103a)와 연결되어 마스크(102)에 대한 기판의 얼라인 작업을 진행하는 기판 얼라이너(103d)를 포함한다.
유닛 본체(103a)는 기판 지지용 플레이트(103b)를 마스크(102) 쪽으로 이동시키거나 반대의 원위치로 복귀시키기 위한 부품들이 설치된 곳으로서 일 영역은 프로세스 챔버 바디(101)의 내부에, 그리고 나머지 영역은 프로세스 챔버 바디(101)의 외부에 배치될 수 있다.
기판 지지용 플레이트(103b)는 표면에서 기판이 지지되는 장소이다. 기판 지지용 플레이트(103b)는 쿨링 플레이트(cooling plate)로 적용될 수 있으며, 이러한 경우 기판의 표면에서 실제 증착 공정이 이루어지기 전에 기판의 온도를 하강시킴으로써 증착 효율을 향상시킬 수 있도록 한다. 기판 지지용 플레이트(103b)의 내부에는 금속 재질의 마스크(102)가 기판에 밀착되면서 면접촉될 수 있도록 기판을 사이에 두고 마스크(102)를 유닛 본체(103a) 쪽으로 끌어당기는 자력을 발생시키는 마그네트 어레이(103e)가 더 마련된다. 마그네트 어레이(103e)는 마스크(102)와 기판이 접촉할 때 자장 형성을 통해 금속 재질인 마스크(102)가 기판에 보다 확실히 밀착하도록 하여 마스크(102)와 기판 사이의 들뜸 현상 등으로 인해 증착 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한다.
기판 파지부(103c)는 기판 지지용 플레이트(103b)의 표면에 배치된 기판을 해당 위치에서 파지하는 수단이다. 특히, 본 실시예의 경우, 기판은 수직되게 공급되고 또한 기판은 대형 기판이기 때문에 기판이 흔들림 없이 파지되어야 한다. 본 실시예에서는 기판을 탄성적으로 지지할 수 있는 구조를 개략적으로 도시하고 있으나 본 발명의 권리범위가 이에 제한될 필요는 없다. 즉 기판 파지부(103c)의 형태는 정전척이나 흡착척으로 대체될 수도 있다.
기판 얼라이너(103d)는 유닛 본체(103a)와 연결되어 마스크(102)에 대한 기판의 얼라인 작업을 진행한다. 도면에는 개략적인 박스(box) 구조로 도시되어 있는데, 이러한 기판 얼라이너(103d)는 유닛 본체(103a)를, 혹은 유닛 본체(103a)와 연결되어 실질적으로 기판이 접촉지지되는 기판 지지용 플레이트(103b)를 X축, Y축, θ축 중에서 선택된 적어도 어느 한 방향으로 이동시킬 수 있도록 구동력을 제공하는 UVW 구동력 제공부(미도시)를 포함할 수 있다. 기판 얼라이너(103d)는 마스크(102)에 형성되는 얼라인 마크(align mark)를 촬영하는 비젼부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
소스(104)는 마스크(102)의 일측에 배치되어 소정의 증착 물질을 마스크(102)를 통해 기판으로 제공하는 역할을 한다.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여 턴 챔버(110)에 대해 살펴보면, 턴 챔버(110)는 프로세스 챔버(100)의 어느 일면에 선택적으로 도킹되어 기판의 방향을 전환시키는 역할을 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 턴 챔버(110)를 기준으로 프로세스 챔버(100)는 양측에 한 쌍으로 도킹될 수 있지만 이의 구조에 본 발명의 권리범위가 제한될 필요는 없다.
이러한 턴 챔버(110)는, 외벽면 각각에 기판이 출입되는 기판출입구(101a)가 형성되는 챔버 바디(101)와, 챔버 바디(101)의 내부에 회전 가능하게 마련되어 기판의 방향을 전환시키는 턴 유닛(106, turn unit)과, 기판출입구(101a)로부터 기판 트레이(120)로, 또는 기판 트레이(120)로부터 기판출입구(101a)로 기판을 이송시키는 기판 이송부(115)를 구비한다.
도 3을 참조하면, 대략 사각의 블록(block) 구조를 갖는 챔버 바디(101)의 외벽면 각각에는 상호 이격되게 한 쌍씩의 기판출입구(101a)가 형성된다. 챔버 바디(101)의 외벽면은 총 4개이고, 외벽면 각각에 한 쌍씩의 기판출입구(101a)가 형성되므로 본 실시예의 경우, 총 8개의 기판출입구(101a)가 형성된다. 물론, 이의 수치에 본 발명의 권리범위가 제한될 필요는 없다.
이러한 기판출입구(101a)들이 공정에서 모두 사용되는 경우라면 기판출입구(101a)에는 게이트 밸브(141)가 배치되나 기판출입구(101a)들 중 어느 하나가 사용되지 않는 경우 해당 기판출입구(101a)는 차폐판(미도시)으로 차폐될 수 있다.
챔버 바디(101)의 상부에는 다수의 격자리브(101c)와 캡(101d)이 마련된다. 그리고 챔버 바디(101)의 하부에는 프레임 구조체(101e)가 마련되어 챔버 바디(101)를 지면에 대해 지지시킨다.
턴 유닛(106)은 챔버 바디(101)의 내부에 회전 가능하게 마련되어 기판의 방향을 전환시키는 역할을 한다. 즉 도 1을 참조할 때, 턴 유닛(106)은 듀얼 로더 챔버(1a,1b)로부터 제공된 기판의 방향을 전환시켜 양측에 도킹된 프로세스 챔버(100)로 보내거나 받는 역할을 한다.
이러한 턴 유닛(106)은, 외벽면을 형성하되 기판출입구(101a)와 대응되는 위치에 마련되어 기판을 세워 지지하는 다수의 기판 트레이(120)와, 다수의 기판 트레이(120)를 선택적으로 회전시키는 트레이 회전부(110)와, 기판 트레이(120)에 마련되어 기판 트레이(120) 상에서 기판을 그립핑하는 그립핑 유닛(130, gripping unit)을 포함한다.
기판 트레이(120)는 기판이 수직 방향 또는 80도 내지 90도 정도의 수직 기울임 방향(이하, 이들을 통틀어 수직 방향이라 함)으로 세워져 지지되는 부분이다. 기판 트레이(120)는 기판을 지지해야 하기 때문에 기판의 사이즈보다는 좀 더 크게 제작된다.
이러한 기판 트레이(120)에는 다수의 그립핑 유닛(130)이 결합되어야 하고 또한 대면적 기판이 지지되어야 하기 때문에 기판 트레이(120)는 강성이 있되 가급적 중량이 적게 나가도록 제작되는 것이 바람직하며, 그래야만 트레이 회전부(110)의 부하를 줄일 수 있다. 본 실시예에서 기판 트레이(120)는 트레이 회전부(110)를 기준으로 하여 둘레 방향을 따라 4면 배치될 수 있다.
트레이 회전부(110)는 둘레 방향을 따라 4면 배치되는 기판 트레이(120)를 원하는 장소로 또한 원하는 위치로 회전시키는 부분이다. 이러한 트레이 회전부(110)는 실린더나 모터, 기어의 조합에 의해 다양하게 구현할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
다수의 그립핑 유닛(130)은 기판 트레이(120)에 마련되어 기판 트레이(120) 상에서 기판을 그립핑하는 역할을 한다. 다수의 그립핑 유닛(130)은 기판 트레이(120)의 둘레 방향을 따라 상호 이격된 위치에서 동작되면서 기판 트레이(120)와 함께 기판을 그립핑한다. 이때, 다수의 그립핑 유닛(130)은 기판의 장변 또는 단변 영역을, 혹은 기판의 4군데 코너(corner) 영역 그립핑하도록 기판 트레이(120)에 다수 개 마련될 수 있다.
도 4에는 그립핑 유닛(130)을 대략적으로 표시만 하였으나 그립핑 유닛(130)은 탄성 후크식으로 기판을 그립핑하거나 정전척 등으로 기판을 그립핑할 수 있는 등 다양한 구조를 가질 수 있다.
기판 이송부(115)는 도 4에 도시된 바와 같이, 기판출입구(101a)로부터 기판 트레이(120)로, 또는 기판 트레이(120)로부터 기판출입구(101a)로 기판을 이송시키는 역할을 한다.
이러한 기판 이송부(115)는 턴 유닛(106)의 하부 영역에 서로 다른 방향을 향해 배치되는 다수의 이송 레일(115a)과, 다수의 이송 레일(115a)에 결합되어 다수의 이송 레일(115a)을 각각 독립적으로 구동시키는 레일 구동부(115b)를 구비한다. 이에, 트레이 회전부(110)에 의해 턴 유닛(106)이 회전되어 턴 유닛(106)의 기판 트레이(120)가 원하는 방향에 배치되고 그립핑 유닛(130)이 해제되면 레일 구동부(115b)의 동작에 의해 수직된 기판은 이송 레일(115a)을 따라 원하는 방향으로 이송될 수 있게 된다.
게이트 밸브(141)는, 듀얼 로더 챔버(1a,1b)와 턴 챔버(110), 턴 챔버(110)와 턴 챔버(110), 턴 챔버(110)와 방향 전환 챔버(2), 그리고 턴 챔버(110)와 프로세스 챔버(100) 사이사이에 배치되어 해당 위치에서 기판을 이송시키는 역할을 한다.
앞서도 기술한 바와 같이, 도 1의 Y축 방향에는 게이트 밸브(141)만이 마련되나 도 1의 X축 방향에는 A 부분처럼 기판 이송 챔버(150)를 사이에 두고 기판 이송 챔버(150)의 양단부에 한 쌍의 게이트 밸브(141)가 결합된 도 6의 구조가 적용된다.
우선, 도 5를 참조하여 게이트 밸브(141)에 대해 알아보면, 게이트 밸브(141)는 기판이 출입되는 출입개구가 내부에 형성되는 밸브 프레임(141a)과, 밸브 프레임(141a) 내의 출입개구에 배치되어 출입개구를 개폐하는 게이트(141b)와, 밸브 프레임(141a)의 외면에서 일측 방향으로 돌출되게 배치되고 게이트(141b)와 연결되어 게이트(141b)를 이동시키는 다수의 액추에이터(141c)와, 밸브 프레임(141a)의 외면에서 액추에이터(141c)에 이웃하게 배치되고 액추에이터(141c)와 같은 방향으로 돌출되어 게이트(141b)의 이동을 가이드하는 다수의 가이드(141d)를 구비한다.
이에, 별도의 제어 신호에 의해 액추에이터(141c)가 동작되면 게이트(141b)는 가이드(141d)에 의해 가이드되면서 밸브 프레임(141a)의 출입개구를 개폐한다.
한편, 앞서도 기술한 바와 같이, 본 실시예와 같은 수직형 증착 시스템을 구현함에 있어서, 기판 사이즈에 따른 챔버(1a,1b,2,100,110)들의 대형화로 인해 챔버(1a,1b,2,100,110)들 간에 진공을 유지시켜 주면서 기판의 출입 통로를 형성하는 게이트 밸브(141)의 사이즈 역시 커질 수 있는데, 이처럼 게이트 밸브(141)의 사이즈가 커지면서 그들 사이의 폭(W, 도 6 참조)이 넓어지는 경우에는 게이트 밸브(141)를 지나는 기판의 이송에 어려움에 예상된다. 그렇지만 본 실시예에서는 기판 이송 안내유닛(170)을 마련함으로써 이러한 문제를 해소하고 있다.
기판 이송 안내유닛(170)은 도 6에 도시된 바와 같이, 게이트 밸브(141)에 마련되며 게이트 밸브(141)를 통한 기판의 이송을 안내하는 역할을 한다. 게이트 밸브(141)가 단순 출입문으로서의 역할만을 수행하여 왔던 종래기술에 비해 본 실시예처럼 기판 이송 안내유닛(170)이 마련되면 기판 이송 안내유닛(170)으로 인해 게이트 밸브(141)를 통한 기판의 이송이 무리 없이 용이해질 수 있게 된다.
이러한 역할을 담당하는 기판 이송 안내유닛(170)은, 밸브 프레임(141a)의 하부에 마련되어 기판의 하면을 이송 가능하게 지지하되 기판의 이송을 위한 추진력을 제공하는 추진체(171)와, 밸브 프레임(141a)의 상부에 마련되어 기판의 상면을 이송 가능하게 지지하는 이송안내부(173)를 구비한다.
물론, 추진체(171)가 밸브 프레임(141a)의 상부에 마련되고, 이송안내부(173)가 밸브 프레임(141a)의 하부에 마련될 수도 있지만 기판의 중량을 고려할 때 본 실시예처럼 구성되는 것이 유리할 수 있다. 참고로, 게이트 밸브(141)가 대형화될 경우, 불필요하거나 빈 공간이 많이 발생되는데, 이러한 빈 공간이나 불필요한 공간에 기판 이송 안내유닛(170)을 설치하면 된다.
추진체(171)는, 기판의 하면이 이송 가능하게 지지되는 롤러 컨베이어(171a)와, 추진력 발생 모터(171b)와, 추진력 발생 모터(171b)의 동력을 롤러 컨베이어(17a)의 회전운동으로 전달하는 운동전달부(171c)를 포함한다.
롤러 컨베이어(171a)는 기판의 하면을 회전 가능하게 지지하는 부분이며, 추진력 발생 모터(171b)로부터의 추진력에 의해 기판을 이송시킨다. 물론, 롤러 컨베이어(171a) 대신에 벨트 컨베이어가 적용될 수도 있다. 이러한 롤러 컨베이어(171a)는 컨베이어 지지부(171f)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
추진력 발생 모터(171b)는 기판의 이송을 위한 추진력을 발생시킨다. 기판의 이송 속도는 과도하게 빠르지 않아야 하고, 또한 기판의 이송 방향은 언제든지 뒤바뀔 수 있으므로 추진력 발생 모터(171b)는 정역 방향의 구동이 가능하면서 정밀 제어가 가능한 서보 모터로 적용될 수 있다.
운동전달부(171c)는 추진력 발생 모터(171b) 쪽에 연결되는 제1 베벨 기어(171d)와, 롤러 컨베이어(171a) 쪽에 연결되고 제1 베벨 기어(171d)와 경사지게 맞물림되는 제2 베벨 기어(171e)를 구비한다.
이송안내부(173)는 다수의 무동력 자유 회전형 롤러(173a)와, 무동력 자유 회전형 롤러(173a)를 지지하는 롤러 지지부재(173b)를 구비한다.
위의 추진체(171)와 이송안내부(173)의 구조는 하나의 예에 불과하므로 추진체(171)는 자기 부상 추진체이고, 상기 이송안내부(173)는 마그네트 가이드일 수도 있다.
한편, 도 6에 도시된 기판 이송 챔버(150)는 게이트 밸브(141)를 통해 기판을 예컨대, 턴 챔버(110) 등으로 이송시키는 부분이며, 이 곳에는 도시 않은 캐리어가 마련되어 기판의 운반을 담당할 수 있다. 기판 이송 챔버(150) 역시 내부가 진공 상태를 유지해야 하므로 기판 이송 챔버(150)에는 다수의 진공 밸브(151) 등이 결합된다.
이러한 구성에 의해, 예컨대 듀얼 로더 챔버(1a,1b)에서 턴 챔버(110) 쪽으로 수직형 대형 기판이 이송되려면 해당 위치의 게이트 밸브(141)가 개방되고 기판 이송 챔버(150) 내의 캐리어가 게이트 밸브(141) 쪽으로 기판을 운반한다.
이때, 게이트 밸브(141)에는 기판 이송 안내유닛(170)이 마련되어 있으므로 기판의 하면이 롤러 컨베이어(171a)에, 그리고 기판의 상면이 이송안내부(173)에 지지된 상태에서 추진력 발생 모터(171b)가 동작되면 추진력 발생 모터(171b)로부터의 추진력에 의해 기판은 게이트 밸브(141)를 지나 예컨대 턴 챔버(110) 쪽으로 무리 없이 용이하게 이송될 수 있다.
이와 같은 구조와 동작을 갖는 본 실시예의 수직형 증착 시스템에 따르면, 수직형 대형 기판의 적용에 의해 챔버들, 예컨대 듀얼 로더 챔버(1a,1b), 턴 챔버(110), 방향 전환 챔버(2)들 간의 거리가 멀어져 게이트 밸브(141)의 폭(W, 도 6 참조)이 넓어지더라도 게이트 밸브(141)를 통한 기판의 이송을 무리 없이 용이하게 진행시킬 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직형 증착 시스템에서 프로세스 챔버와 턴 챔버의 도킹 상태 사시도이고, 도 10은 도 9의 B에 도시된 제1 및 제2 게이트 밸브가 교차되게 배치된 상태의 사시도이다.
도 9의 B를 참조하면, 하나의 프로세스 챔버(100)와 턴 챔버(110)가 도킹되는 교차 영역(B 영역)에는 프로세스 챔버(100)와 턴 챔버(110) 영역의 진공을 유지시켜 주면서 기판의 출입 통로를 형성하는 제1 및 제2 게이트 밸브(141,142)가 마련된다.
도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 도 1의 X축 방향을 따라 듀얼 로더 챔버(1a,1b)와 턴 챔버(110), 턴 챔버(110)와 턴 챔버(110), 턴 챔버(110)와 방향 전환 챔버(2) 사이사이에는 해당 모듈 간에 진공을 유지시켜 주면서 기판의 출입 통로를 형성하는 다수의 제1 게이트 밸브(141, gate valve)가 마련된다. 그리고 도 1의 Y축 방향을 따라 프로세스 챔버(100)와 턴 챔버(110) 사이사이에는 제2 게이트 밸브(142)가 마련된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 게이트 밸브(141,142) 모두는, 기판이 출입되는 출입개구가 내부에 형성되는 밸브 프레임(141a,142a)과, 밸브 프레임(141a,142a) 내의 출입개구에 배치되어 출입개구를 개폐하는 게이트(141b,142b)와, 밸브 프레임(141a,142a)의 외면에서 일측 방향으로 돌출되게 배치되고 게이트(141b,142b)와 연결되어 게이트(141b,142b)를 이동시키는 다수의 액추에이터(141c,142c)와, 밸브 프레임(141a,142a)의 외면에서 액추에이터(141c,142c)에 이웃하게 배치되고 액추에이터(141c,142c)와 같은 방향으로 돌출되어 게이트(141b,142b)의 이동을 가이드하는 다수의 가이드(141d,142d)를 구비한다. 이에, 별도의 제어 신호에 의해 액추에이터(141c,142c)가 동작되면 게이트(141b,142b)는 가이드(141d,142d)에 의해 가이드되면서 밸브 프레임(141a,142a의 출입개구를 개폐한다.
이때, 밸브 프레임(141a,142a) 및 게이트(141b,142b)와는 달리, 액추에이터(141c,142c)들과 가이드(141d,142d)들은 밸브 프레임(141a,142a)의 외면에서 일측으로 돌출된 돌출부(미도시)를 형성하고 있는데, 도 1 및 도 9처럼 프로세스 챔버(100)와 턴 챔버(110)가 도킹되는 교차 영역(도 9의 B 영역)에 제1 및 제2 게이트 밸브(141,142)를 배치할 경우에는 돌출부로서의 액추에이터(141c,142c)들과 가이드(141d,142d)들이 상호 간섭될 수 있기 때문에 프로세스 챔버(100)와 턴 챔버(110)를 도킹시키기 어렵다.
이에, 본 실시예에서는 간단하고도 단순한 구조로서 이의 문제를 해결하고 있다. 즉 본 실시예의 경우, 상호 이웃하게 한 쌍으로 배치되는 제1 및 제2 게이트 밸브(141,142)에서 상대방을 향해 돌출되는 돌출부(미도시)들이 상호간 교번적으로 엇갈리도록 구현하고 있다.
즉 제1 게이트 밸브(141)에 마련되는 돌출부로서의 액추에이터(141c)들과 가이드(141d)들이 제2 게이트 밸브(142)에 마련되는 돌출부로서의 액추에이터(142c)들과 가이드(142d)들 사이사이에 배치되도록 함으로써 프로세스 챔버(100)와 턴 챔버(110)를 도킹시킬 때, 제1 및 제2 게이트 밸브(141,142)에서 간섭 현상이 발생되지 않도록 하고 있다.
다시 말해, 본 실시예의 경우, 제1 게이트 밸브(141)의 액추에이터(142c)들은 제2 게이트 밸브(142)의 액추에이터(142c)와 가이드(142d) 사이 영역에 배치되고, 제1 게이트 밸브(141)의 가이드(141d)들은 제2 게이트 밸브(142)의 액추에이터(142c)와 가이드(142d) 사이 영역 또는 제2 게이트 밸브(142)의 가이드(142d)들 사이 영역에 배치되도록 함으로써 제1 및 제2 게이트 밸브(141,142)의 돌출부들이 서로를 향해 돌출되더라도 상호간 간섭되지 않도록 하고 있다. 실제, 이러한 구조는 간단하기는 하지만 공정상 별도의 제작 없이 쉽게 구현하여 공정의 효율을 높일 수 있을 것이라 기대된다.
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.
100 : 프로세스 챔버 110 : 턴 챔버
101 : 챔버 바디 106 : 턴 유닛
110 : 트레이 회전부 115 : 기판 이송부
120 : 기판 트레이 130 : 그립핑 유닛
141,142 : 게이트 밸브 170 : 기판 이송 안내유닛
171 : 추진체 173 : 이송안내부

Claims (14)

  1. 지면에 대해 세워진 기판의 증착을 위해 서로 다른 위치에 마련되는 다수의 챔버;
    상기 다수의 챔버 사이에 배치되어 상기 기판의 출입 통로를 형성하는 다수의 게이트 밸브(gate valve); 및
    상기 게이트 밸브에 마련되며, 상기 게이트 밸브를 통한 상기 기판의 이송을 안내하는 기판 이송 안내유닛을 포함하며,
    상기 게이트 밸브는,
    상기 기판이 출입되는 출입개구가 내부에 형성되는 밸브 프레임;
    상기 밸브 프레임 내의 출입개구에 배치되어 상기 출입개구를 개폐하는 게이트;
    상기 밸브 프레임의 외면에서 일측 방향으로 돌출되게 배치되고 상기 게이트와 연결되어 상기 게이트를 이동시키는 적어도 하나의 액추에이터; 및
    상기 밸브 프레임의 외면에서 상기 액추에이터에 이웃하게 배치되고 상기 액추에이터와 같은 방향으로 돌출되어 상기 게이트의 이동을 가이드하는 적어도 하나의 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 증착 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판 이송 안내유닛은,
    상기 밸브 프레임의 상부 또는 하부에 마련되어 상기 기판의 이송을 위한 추진력을 제공하는 추진체; 및
    상기 추진체의 반대편 상기 밸브 프레임의 상부 또는 하부에 마련되어 상기 기판의 이송을 안내하는 이송안내부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 증착 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 추진체는 상기 밸브 프레임의 하부에 마련되어 상기 기판의 하면을 이송 가능하게 지지하고, 상기 이송안내부는 상기 밸브 프레임의 상부에 마련되어 상기 기판의 상면을 이송 가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 수직형 증착 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 추진체는,
    상기 기판의 하면이 이송 가능하게 지지되는 롤러 컨베이어;
    추진력 발생 모터; 및
    상기 추진력 발생 모터의 동력을 상기 롤러 컨베이어의 회전운동으로 전달하는 운동전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 증착 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 운동전달부는,
    상기 추진력 발생 모터 쪽에 연결되는 제1 베벨 기어; 및
    상기 롤러 컨베이어 쪽에 연결되고 상기 제1 베벨 기어와 경사지게 맞물림되는 제2 베벨 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 증착 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 기판 이송 안내유닛은 상기 롤러 컨베이어를 지지하는 컨베이어 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 증착 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 이송안내부는,
    적어도 하나의 무동력 자유 회전형 롤러; 및
    상기 무동력 자유 회전형 롤러를 지지하는 롤러 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 증착 시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 추진체는 자기 부상 추진체이고, 상기 이송안내부는 마그네트 가이드인 것을 특징으로 하는 수직형 증착 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 중 어느 하나는 상기 기판에 대해 증착 공정을 진행하는 프로세스 챔버(process chamber)이고, 상기 챔버 중 다른 하나는 상기 프로세스 챔버의 어느 일면에 선택적으로 도킹되어 상기 기판의 방향을 전환시키는 턴 챔버(turn chamber)이며,
    상기 프로세스 챔버와 상기 턴 챔버가 도킹되는 교차 영역에는 상기 게이트 밸브가 상호 이웃하게 한 쌍으로 배치되되 제1 및 제2 게이트 밸브에 형성되는 돌출부들은 상호간 교번적으로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 수직형 증착 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 액추에이터와 상기 가이드를 포함하며,
    상기 프로세스 챔버와 상기 턴 챔버가 도킹되어 상기 제1 및 제2 게이트 밸브가 상호 이웃하게 배치될 때, 상기 제1 게이트 밸브의 액추에이터는 상기 제2 게이트 밸브의 액추에이터와 가이드 사이 영역에 배치되고, 상기 제1 게이트 밸브의 가이드는 상기 제2 게이트 밸브의 액추에이터와 가이드 사이 영역 또는 상기 제2 게이트 밸브의 가이드들 사이 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 수직형 증착 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버는 상기 턴 챔버를 기준으로 양측에 상호 대칭되게 한 쌍으로 도킹되며,
    상기 턴 챔버에는 상기 기판을 하나씩 세워서 공급하는 듀얼 로더 챔버(dual roader)가 연결되는 것을 특징으로 하는 수직형 증착 시스템.
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