KR101403763B1 - Oled 인라인 증착 시스템 용 증착율 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 다수의 증착 챔버가 한 줄로 배치된 OLED 인라인 증착 시스템에서 각 증착 챔버 마다 배치된 선형 증발원의 막두께를 트레이 추진력을 이용하여 샘플용 기판을 이동함으로써 한번에 다수의 증발원의 측정할 수 있는 막 두께 측정장치를 제공하고자 하는 것이다.
그에 따라 본 발명은, 다수의 증착 챔버가 일렬로 배열된 OLED 인라인 증착 시스템에서, 각 챔버에 배치된 증발원 마다 막두께를 측정하기 위해, 트레이 추진력을 이용하여 샘플용 기판을 이동하는 기구부가 포함된 막두께 측정용 트레이에 다수의 샘플용 기판을 일렬로 배열하여 탑재시키고, 상기 샘플용 기판이 배치된 후단에 개구부를 형성하고, 상기 샘플용 기판들을 한 칸씩 개구부 쪽으로 이동시켜 상기 개구부에 놓여지는 기판에 대해 증착막을 형성하게 함으로써, 트레이가 챔버를 이동함에 따라 순차적으로 개구부에 놓여지는 샘플용 기판에 대해 막두께 측정용 박막을 형성하게 하였다.
이로써 한번의 인라인 막두께 측정장치의 이동으로 다수의 증착 챔버에 위치한 증발원들의 막두께를 모두 측정할 수 있다.

Description

OLED 인라인 증착 시스템 용 증착율 측정장치{MEARSUREMENT UNIT OF FILM THICKNESS PER UNIT TIME FOR OLED IN-LINE DEPOSITION SYSTEM}

본 발명은 OLED 유/무기 증발원의 막두께 측정장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 다수의 챔버가 일렬로 배치되어 있는 인라인 증착 시스템에 적용되는 OLED 인라인 증착 시스템 용 막두께 측정장치에 관한 것이다.

유/무기 증발원(evaporation source)을 이용하여 제작되는 OLED의 경우, 다수의 박막을 증착하게 되므로, 생산성 향상을 위해, 대면적 기판을 선형으로 배치된 다수의 챔버를 순차적으로 지나가게 하면서 박막을 형성하는 인라인 증착 시스템이 로봇을 이용하여 기판을 이송하는 클러스터 방식의 증착 시스템에 비해 유리하다. 이와 같은, 인라인 증착 시스템으로 박막을 제작할 경우, 각 챔버(20) 마다 개별적인 선형 증발원(10)을 사용하는 것이 일반적이다. 선형 증발원들을 가동(가열)시켜 실질적인 박막을 제작하기에 앞서 선형 증발원 각각의 단위시간당 증착되는 막두께(이하, 증착율이라 한다) 및 막두께 평탄도를 측정하는 과정을 거치게 되는데, 이를 위하여 샘플용 기판(30)을 탑재한 트레이(tray)를 이용하여, 일정시간 동안 박막을 형성하게 하고 증착된 샘플용 기판을 두께 측정장치를 이용하여 측정함으로써 선형 증발원의 증착율 및 막두께 평탄도를 파악하게 된다.

상기와 같은 증착율 측정 과정은 각각의 선형 증발원 마다 실시되어야 하므로, 다수의 챔버가 한 줄로 배치되어 있는 인라인 증착 시스템의 경우, 적지 않은 시간을 들이게 된다.

즉, 특정 박막의 막두께 측정을 위해, 해당하는 물질을 증발시키는 어느 하나의 선형증발원만 가동시키고, 나머지 선형 증발원들은 셔터로 가리거나(공개특허 10-2012-0023273 참조), 가동을 중지(전원 오프로 냉각시킴)시킨 상태에서 막두께를 측정하여야 하므로, 매우 긴 시간이 걸린다. 다수의 챔버가 한 줄로 연속 배열된 경우, 1번 챔버에서 샘플 증착을 실시하고, 그동안 나머지 증발원들은 셔터로 가려놓고, 일렬로 배치된 챔버들을 통과하여 빠져나와 언로딩 된 후, 다시 1 번 챔버의 증발원을 셔터로 가리고, 2번 증발원의 셔터를 치운 후, 1 번 챔버를 통과해, 2 번 챔버에서 일정 시간 동안 증착한 후, 3 번, 4 번 챔버를 통과하여 빠져나온 후, 다시 되돌아가 3 번 챔버에서 일정시간 동안 증착한 막두께를 측정하는 방식으로 이루어지기 때문이다.

따라서 다수의 증착용 샘플을 탑재하고 챔버마다 샘플이 이동하는 구조를 가진 트레이가 요구되는데 진공 증착 챔버의 특성상 이동하는 트레이에 외부에서 전원을 공급하기가 매우 어려워 전기적으로 샘플의 이동을 구현하기는 한계가 따른다.

다수의 챔버가 있는 OLED 인라인 증착 시스템에 대해, 거의 하루를 안배하여 증착율 측정용 박막을 증착하고 막두께를 측정 하게 됨은 생산성을 크게 해하는 문제가 되므로 개선을 요한다.

따라서 본 발명의 목적은 다수의 증착 챔버가 한 줄로 배치된 인라인 증착 시스템에서 외부 전원 공급 없이 트레이 추진력만을 이용하여 기구적으로 샘플용 기판이 순차적으로 이동하여 각 증착 챔버 마다 배치된 선형 증발원의 증착율을 신속히 측정할 수 있는 증착율 측정용 박막 샘플링 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은, 다수의 증착 챔버가 일렬로 배열된 OLED 인라인 증착 시스템에서, 각 챔버에 배치된 증발원 개별의 증착율을 측정하기 위해, 막두께 측정용 트레이에 다수의 샘플용 기판을 일렬로 배열하여 탑재시키고, 트레이 추진력을 이용하여 샘플용 기판이 순차적으로 이동하는 구조를 포함하며, 상기 기판 샘플이 배치된 후단에 개구부를 형성하고, 상기 샘플용 기판들을 개구부 쪽으로 이동시켜 그들 중 개구부 직전에 있는 샘플용 기판이 상기 개구부에 정착하여 공간에 노출되어, 샘플용 기판에 대해서만 증착이 되게 한 후, 다시 샘플용 기판들을 같은 방향으로 이동시켜, 증착율 측정을 위한 박막증착을 마친 샘플용 기판은 개구부 후방으로 이동시킴과 동시에 개구부 직전에 있던 샘플용 기판이 상기 개구부에 정착하여 증착율 측정을 위한 막막 증착을 하게 되는 방식의 OLED 인라인 증착 시스템 용 증착율 측정장치를 제공하였다.

본 발명에 따르면, 다수의 증착 챔버의 각 증발원들을 모두 가동시킨 상태에서, 단순히 트레이를 한 방향으로 직진시켜 순회하는 것만으로, 트레이 추진력을 이용하여 샘플용 기판이 순차적으로 이동하게 되므로 각 챔버에 들어있는 모든 증발원에 대해 각각 증착율 측정용 박막증착이 이루어져 막두께가 측정되므로 증착율 측정 시간이 획기적으로 짧아진다.

도 1은 종래 OLED 인라인 증착 시스템에서 증착율을 측정하는 방식을 설명하기 위한 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따른 OLED 인라인 증착 시스템의 증발원별 증착율 측정용 박막 증착 방식을 설명하기 위한 개요도이다.
도 3은 본 발명의 트레이에 탑재된 다수의 샘플용 기판이 개구부로 이동하여 증발원별 증착율 측정용 박막을 증착하게 되는 것을 설명하기 위한 도해도 이다.
도 4는 본 발명의 OLED 인라인 증착 시스템 용 증발원별 증착율 측정장치를 구성하는 트레이와 여기에 탑재되는 다수의 샘플용 기판 및 구동시스템들을 보여주는 사시도 이다.
도 5는 도 4에서 트레이의 추진력을 이동하여 샘플용 기판의 이동을 추진하는 구동장치를 상세히 보여주는 부분확대도 이다.
도 6은 도 4에서 샘플용 기판의 이동을 정지시키는 브레이크를 상세히 보여주는 부분확대도 이다.
도 7은 도 4의 일부를 변형한 인라인 증착 시스템 용 증발원별 증착율 측정장치의 사시도 이다.
도 8은 도 7에서 샘플용 기판의 이동을 정지시키는 브레이크를 상세히 보여주는 부분확대도 이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여, 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예는, 1, 2,..., n번(n≥2)의 증착 챔버 n개가 일렬로 배열된 인라인 증착 시스템에 적용되며, 챔버에 배치된 1, 2,..., n번(n≥2)의 각 증발원 마다 시간당 증착되는 막두께(즉, 증착율 측정을 뜻한다)를 측정하기 위한 것으로, 1, 2,..., n번(n≥2) 샘플용 기판 n개를 하나의 트레이에 일렬로 배열하여 탑재하며, 상기 트레이에는 상기 샘플용 기판이 배열된 기판 열의 최 단부(후단 또는 전단)에 개구부를 형성하여 처음에는 1번 기판을 개구부에 놓여지게 하여 1번 챔버로 들어가 1번 증착원의 증착율 측정용 박막을 증착시킨다.

다음, 트레이가 2번 챔버로 진입할 때, 기판 열을 한 칸 직진시켜 2번 기판이 개구부에 놓이게 하여 2번 증발원의 증착율 측정용 박막을 증착한다. 이와 같은 동작을 n 번 챔버에 이르기까지 반복하여, n 개의 증발원에 대해 n 개의 샘플용 기판에 각각 증착율 측정용 박막을 증착한다. 이와 같은 방식은 원스톱으로 인라인 시스템 증발원들의 증착율을 측정용 박막을 샘플링할 수 있어 생산성을 크게 향상시킨다.

도 2를 보면, 4개의 증착 챔버(10)가 각각 증발원(20)을 구비한 상태로 일렬로 배열된 인라인 증착 시스템의 일례가 나와 있고, 여기에 제3 챔버에서 제 4 챔버로 반입되고 있는 트레이(300)가 나타나있다. 상기 트레이(300)에는 샘플용 기판(100) 4 장이 일렬로 탑재되어 있으며, 마지막 기판 후단에 개구부(350)가 형성되어 있다. 상기와 같은 트레이(300)에서 기판(100)의 동작과 그에 따른 선형 증발원의 시간당 박막 증착두께 측정을 위한 증착은 다음과 같이 이루어진다. 편의상 증착 챔버와 그 선형 증발원들에 왼편으로부터 1, 2, 3, 4 순번을 붙이고, 샘플용 기판(100)들에도 우로부터 좌로 1, 2, 3, 4 순번을 붙여 설명한다.

4 개의 증착 챔버(10) 각각의 선형증발원(20)들은 모두 가동되어 물질을 분사하도록 한 다음 상기 구성의 트레이(300)가 1번 챔버에 반입된다. 이때, 트레이(300)의 개구부(350)에는 4 장의 샘플용 기판들은 개구부(350) 후단에 배치되고, 그 중 1 번 기판이 1 번 챔버에 들어가기 전이나, 직전에 상기 개구부(350)로 이동하여 개구부(350)에 놓여 지게 된다(도 3 참조). 트레이의 1 번 챔버(10) 반입으로 개구부(350)에 놓여 진 1 번 샘플용 기판(100)은 1 번 증발원에 의해 일정 시간 동안 증착되어 박막이 형성된다. 다음 2 번 챔버로 트레이가 반입되면서, 전체 기판들이 한 칸(샘플용 기판 간격 정도의 거리)씩 전진하여, 1 번 기판은 개구부(350) 전방으로 물러가고, 2 번 기판이 개구부(350)에 놓여 진다. 따라서 2 번 기판에는 2 번 챔버의 2 번 증발원에 의한 증발물로 박막이 증착된다. 이와 같은 샘플용 기판의 한 칸씩의 전진이 챔버를 옮길 때마다 이루어져, 4 개의 샘플용 기판에는 각각 다른 4 개의 증발원에 대한 증착율 측정용 박막이 증착되는 것이다.

4 개의 챔버와 기판은 편의상 예로 든 것이고, 그 개수에는 특별한 제한이 없으며 당연히 변형 가능하다.

이와 같이 하나의 트레이(300)에 개구부(350)를 형성하고, 다수의 샘플용 기판을 탑재킨 후, 트레이의 추진력을 이용하여 기판을 한 칸씩 이동시키면, 개구부에 놓인 기판에만 증착이 일어나고 다른 기판(100)은 트레이(300)가 셔터 노릇을 하여, 각 샘플용 기판에 각 증발원의 증착율 측정용 박막만 증착되어 원하는 데이터를 신속하게 얻게 된다.

즉, 상술한 방식에 의하면, 상기 트레이(300)를 인라인 증착 시스템에 그대로 통과시키는 것으로, 각 증발원의 증착율을 원스톱으로 측정할 수 있게 되며, 증발원들도 모두 동시에 가동시키고 특별히 셔터 등을 설치하거나 전원 차단 등으로 제어할 필요가 없어 매우 편리하며, 무엇보다 거의 하루가 걸리던 증착율 측정 공정이 1 내지 2 시간 정도에 완료되어 생산성을 크게 향상시킨다.

다음은, 상기 트레이(300)가 어떤 방식으로 샘플용 기판(100)을 각 챔버 반입 순간에 동기화하면서 한 칸씩 이동시키는지 그 구체적인 수단을 살펴본다.

도 4는 상기 트레이(300)와 여기에 탑재되는 다수의 샘플용 기판(100) 및 구동시스템들을 보여주는 사시도 이고, 도 5는 도 4에서 채용하고 있는 기판 이송 구동시스템을 좀 더 상세히 보여주는 부분 확대도 이다.

샘플용 기판(100)들은 홀더(150)에 탑재되어 순차로 배열되며, 홀더(150)들은 선로(170)를 타고 슬라이딩 될 수 있게 선로(170) 위에 유격을 두고 조립된 조립블록 위에 고정되어 있다.

또한, 상기 홀더(150) 양단부 중 한쪽은 톱니기어가, 다른 한쪽은 브레이크가 설치된다. 톱니기어는 줄지어 배열된 샘플용 기판(100) 홀더를 밀어주기 위해 회전하는 톱니바퀴(400)와 상기 톱니바퀴(400)의 회전을 가능하게 하는 톱니선로(450)로 구성된다. 톱니바퀴(400)는 최 후단의 기판 홀더(150)에 고정부(410)로 고정되며, 톱니바퀴(400)의 후면에는 축이 연장되어 나오고 축 단부에는 서로 직교하는 4 개의 날개를 구비한 날개부(430)를 구비하며, 시동체(200)는 챔버(미 도시) 벽면에 고정하여 둔다. 이들의 동작은 다음과 같다.

1 번 샘플용 기판이 개구부(350)에 놓여 진 상태로 트레이(300) 전체가 1 번 챔버에 들어와 1 번 기판에 물질이 증착되고, 트레이(300)가 이송되어 1 번 챔버에 진입할 때, 2 번 챔버 단부에 고정된 시동체(200)에 상기 날개부(430) 중 수직으로 위치된 날개 하나가 걸리게 된다. 그에 따라 이송되는 트레이(300)의 추진력에 의해 톱니선로(450)에 대한 반작용으로 톱니바퀴(400)가 날개부(430)와 함께 90°각도 회전하며, 그 회전력으로 기판 홀더(150)들이 선로(170) 위에서 직진하게 된다. 일렬로 샘플용 기판(100)은 전체가 선로(170) 위에서 같은 거리(한 칸)를 이동하여, 1번 기판은 개구부(350) 전방으로 벗어나고, 2번 기판이 개구부(350)에 놓여진다. 그에 따라 2번 챔버에서는 2번 기판이 증착되며, 이와 같이 차례로 다음번 챔버에서는 다음번 기판이 증착되어, 전체 증착 챔버를 한차례 통과하면 각 증착 챔버의 증착율을 각 샘플용 기판을 통해 알아낼 수 있게 된다.

이때, 톱니기어에 의한 추진력을 상쇄해 기판 홀더(150)들이 일정 거리만 전진하고 정확히 정지하여야 하므로, 도 6과 같은 보조 브레이크 수단을 구비한다.

즉, 톱니기어가 있는 트레이(300) 반대편 모서리 쪽에 웨이브 형상의 선로(500)가 설치되고, 기판 홀더(150) 단부에 디스크(600)가 탄성 부재(650)로 고정된다. 웨이브의 한 파장의 선적분 길이는 톱니바퀴(400)의 90 °회전에 따른 원주 길이와 같게 설정한다. 따라서 초기에 웨이브 골에 놓인 디스크(600)는 톱니바퀴(400)의 90 °회전으로 웨이브 마루를 지나 다시 골에 오며, 골에 오면 마루에서 압축되었던 탄성 부재(650)가 이완되며 안정상태에 놓이게 되어, 날개부의 정지와 더불어 정확한 위치에서 정지하게 하여 준다.

도 7에는 도 4의 브레이크 부분을 변형한 것으로, 브레이크 부분의 부분 확대도가 도 8이다.

즉, 브레이크를 자석으로 구성하여 자기력을 이용한 것이다. 톱니바퀴(400)가 고정된 홀더(150)의 반대 단부에 N 또는 S극의 자석(700)을 고정하고, 트레이 모서리에는 톱니바퀴(400)의 90 °회전에 따른 원주 길이에 해당하는 간격으로 반대편 자극을 갖는 자석(750)들을 배열 고정한다. 톱니바퀴(400)의 90 °회전에 따라 기판 홀더(150)들이 이동하면, 초기 추진력으로 자석(700)도 함께 이송되나, 곧 반대편 자극을 갖는 자석(750)과 근접하여 자기력으로 서로 부착되어 정확한 위치에 멈추도록 브레이크 작용을 하는 것이다.

이와 같이 하면, 다수의 증착 챔버를 일렬 배치한 OLED 인라인 증착 시스템에서 증발원의 증착율 측정을 위한 샘플용 막 형성과정을 원스톱으로 실시할 수 있어, 생산성이 크게 향상된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10: 증발원
20: 챔버
30, 100: 기판
150: 홀더
170, 500: 선로
200: 시동체
300: 트레이
350: 개구부
400: 톱니바퀴
450: 톱니선로
430: 날개부
600: 디스크
650: 탄성 부재
700, 750: 자석

Claims (4)

1,2,...,n번(n≥2)의 증착 챔버 n개가 일렬로 배열된 인라인 증착 시스템에 있어서,
각 챔버에 배치된 1,2,...,n번(n≥2)의 각 증발원 마다 일정시간 동안 증착되는 막두께로 증착율을 측정하기 위하여,
1,2,...,n번(n≥2)의 샘플용 기판 n개를 일렬로 배열하여 탑재하고, 상기 샘플용 기판이 배열된 기판 열의 최 단부에 개구부가 형성되어 있는 트레이;
상기 1,2,...,n번(n≥2)의 샘플용 기판 n개를 상기 트레이 내에서 일정 간격 직진시켜, 상기 개구부에 하나의 샘플용 기판이 놓여 지게 하는 기판 열 구동수단; 및
상기 n개의 증착 챔버 각각에 고정되어, 상기 트레이가 새로운 순번의 챔버에 진입할 때, 트레이의 추진력을 이용하여 상기 기판 열 구동수단의 구동에 대해 시동을 걸어줄 수 있는 시동체;를 포함하고,
1번 챔버에서는 1번 샘플용 기판이 상기 개구부에 놓여 1번 증발원의 증착율을 측정할 수 있도록 박막을 증착하고, 트레이가 2번 챔버로 진입하면, 상기 시동체에 의해 상기 기판 열 구동수단이 기판 열을 일정 간격 직진시켜, 2번 샘플용 기판이 상기 개구부에 놓여 2번 증발원의 증착율을 측정할 수 있도록 박막을 증착하고, 상기 트레이가 새로운 챔버로 진입할 때마다 기판 열의 직진 동작이 일어나 n번 챔버에 이르기까지 1, 2,..., n번의 샘플용 기판 각각에 해당 순번 증발원의 증착율 측정 박막을 증착하게 되어, 상기 트레이가 1, 2,..., n번의 증착 챔버를 일회 통과함으로써 원스톱으로 n개의 증발원의 증착율을 모두 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 인라인 증착 시스템 용 증착율 측정장치.

제1항에 있어서, 상기 기판 열 구동수단은, 트레이 일 측 모서리에 톱니바퀴와 톱니선로를 포함하고,
상기 톱니바퀴는 톱니바퀴로부터 뻗어나온 축 단부에 서로 직교하는 4장의 날개를 포함한 날개부를 포함하여,
상기 시동체는 챔버 벽면에 고정되는 지지 바로 구성되어, 상기 트레이의 챔버 진입시 상기 톱니바퀴의 날개가 상기 지지바에 걸려, 트레이의 직진 추진력에 의해 상기 날개가 90°각도 회전하여 톱니선로 위에서 톱니바퀴가 회전하면서 상기 기판 열을 직진시키는 것을 특징으로 하는 인라인 증착 시스템 용 증착율 측정장치.

제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판 열 구동수단이 있는 트레이의 모서리의 반대 측 모서리에, 기판 열이 일정 간격 직진한 후, 정확한 위치에 정지하도록 하는 브레이크 수단을 더 포함하며,
상기 브레이크 수단은, 웨이브 형상의 선로와, 기판을 지지하는 기판 홀더 단부에 탄성 부재로 고정되는 디스크를 포함하여,
초기에 웨이브 골에 놓인 상기 디스크가 상기 톱니바퀴의 90°회전으로 웨이브 마루를 지나 다시 골에 오고, 상기 디스크가 상기 골에 오면 마루에서 압축되었던 탄성 부재가 이완되어, 정확한 위치에서 정지하게 하여 주는 것을 특징으로 하는 인라인 증착 시스템 용 증착율 측정장치.

제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판 열 구동수단이 있는 트레이의 모서리의 반대 측 모서리에, 기판 열이 일정 간격 직진한 후, 정확한 위치에 정지하도록 하는 브레이크 수단을 더 포함하며,
상기 브레이크 수단은, 브레이크를 자석으로 구성하여 자기력을 이용한 것으로, 톱니바퀴가 고정된 홀더의 반대 단부에 N 또는 S극의 자석을 고정하고, 트레이 모서리에는 톱니바퀴의 90°회전에 따른 원주 길이에 해당하는 간격으로 반대편 자극을 갖는 자석들을 배열 고정한 자석 열을 설치하여, 상기 톱니바퀴의 90°회전에 따라 기판 열이 직진하면, 초기 추진력으로 자석도 함께 이송되나, 곧 반대편 자극을 갖는 자석 열의 자석과 근접하여 자기력으로 서로 부착되어 정확한 위치에 멈추도록 브레이크 작용을 하는 것을 특징으로 하는 인라인 증착 시스템 용 증착율 측정장치.

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