KR101420162B1 - 기판 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 냉각장치에 관한 것으로, 본 발명의 기판 냉각장치는 챔버 내부에 설치되어 공정 시 기판의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위해 내부에 냉각제가 순환하도록 냉각 유로가 형성되는 쿨링 플레이트와, 상기 쿨링 플레이트를 승강시켜 상기 기판에 접촉시키기 위한 구동축과, 상기 냉각 유로의 일단에 형성된 주입구에 냉각제를 유입하기 위한 유입관과, 상기 냉각 유로의 타단에 형성된 배출구에 연결되어 상기 냉각 유로를 순환한 냉각제를 유출하기 위한 유출관을 포함함으로써, 유기 소자 위에 메탈 물질로 보호막 증착시 온도제어를 통해 유기소자를 보호할 수 있도록 하여, 플라즈마 공정 시 기판의 온도상승을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

기판 냉각장치{Apparatus for Cooling Substrates}
본 발명은 기판 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 소자 위에 메탈 물질로 보호막 증착시 온도제어를 통해 유기소자를 보호할 수 있도록 하여, 플라즈마 공정 시 기판의 온도상승을 방지할 수 있는 기판 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로, 스퍼터링 방법은 진공 용기 내에 Ar 가스와 같은 비활성 가스를 도입하고, 타겟을 포함하는 캐소드 직류(DC) 전력 또는 고주파(RF) 전력을 고압으로 공급하여 글로우(glow) 방전을 통하여 성막(成膜)하는 방법으로서, 스퍼터링 장치를 이용한 플라즈마 공정은 높은 증착률과 균일도로 인하여 빠른 공정이 가능하며 높은 품질의 박막을 얻을 수 있어서, 여러 가지 분야에서 활용되고 있다.
그러나, 상기한 스퍼터링 방법은 고압의 전력을 공급함으로 인하여, 100eV 이상의 높은 에너지를 갖는 입자의 생성이 증가되고, 상기 스퍼터링 공정 중에 발생하는 높은 에너지를 갖는 입자들은 기판과 충돌하여 상기 기판에 손상을 입히는 문제점이 있다.
또한, 높은 파워를 사용함으로써 공정 시 기판의 온도가 너무 높게 상승하여 기판에 존재하는 물질이 열에 의한 데미지를 입을 수 있다.
특히, 유기전계 발광표시장치의 발광층을 구비하는 유기막 상에 상부전극을 스퍼터링 방법을 통하여 형성하는 경우, 상기 스퍼터링 공정 중에 발생하는 100eV 이상의 높은 에너지를 갖는 입자가 상기 유기막과 충돌하여 상기 유기막에 손상을 입히게 되고, 열 데미지로 인하여 소자가 Fail 되어 버리는 현상이 발생할 수 있다.
한편, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 등록 특허 10-0272490호에는 직류 전원과 고주파 전원을 동시에 인가하는 스퍼터링 장치를 개재하고 있다.
그러나, 상기 특허에 개시된 직류 전원과 고주파 전원을 동시에 인가하는 합착장치로도 상기 높은 에너지를 갖는 입자가 상기 기판과 충돌하는 것을 충분히 억제하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 상기의 특허의 경우는 직류전원과 고주파 전원을 동시에 인가하는 방식인데, 이 경우 직류전원만 사용하는 스퍼터에 비해서 증착률이 떨어지는 문제점이 있다.
특히, 종래 기술에서는 열에 의해 소자가 Fail 되는 현상은 방지할 수 없으므로, 공정 시 기판에 낮은 온도를 유지하며, 스퍼터링 장치의 장점을 활용할 수 있는 기술이 당업계에서 요구되는 추세이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 플라스마 공정시 기판이 낮은 온도를 유지하도록 기판을 냉각시켜주어 소자에 열 데미지를 최소화시킴으로써, 유기소자를 보호할 수 있는 기판 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 기판에 낮은 온도에서 증착이 가능하므로 더 높은 파워를 인가할 수 있고, 직류전원만 사용함으로써 종래의 기술에 비해 고효율의 스퍼터링 증착이 가능한 기판 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
삭제
상기와 같은 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 챔버 내부에 설치되어 공정 시 기판의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위해 내부에 냉각제가 순환하도록 냉각 유로가 형성되는 쿨링 플레이트와, 상기 쿨링 플레이트를 승강시켜 상기 기판에 접촉시키기 위한 구동축과, 상기 냉각 유로의 일단에 형성된 주입구에 냉각제를 유입하기 위한 유입관과, 상기 냉각 유로의 타단에 형성된 배출구에 연결되어 상기 냉각 유로를 순환한 냉각제를 유출하기 위한 유출관을 포함하는 기판 냉각장치가 제공된다.
본 발명에서, 상기 쿨링 플레이트가 하강할 때 쿨링 플레이트와 기판 사이에 공간이 형성되도록 하여 상기 쿨링 플레이트와 기판의 직접 접촉을 방지하기 위한 접촉방지수단이 더 포함되며, 상기 접촉방지수단은 상기 쿨링 플레이트의 가장자리에 설치되는 오링으로 이루어지며, 상기 오링으로 인해 상기 기판과 쿨링 플레이트 사이의 밀봉이 이루어진다.
상기 기판과 상기 쿨링 플레이트 사이의 공간에 가스를 채워줌으로써 기판에서 발생하는 열을 상기 쿨링 플레이트로 전달하여 이중의 냉각효과를 갖을 수 있다.
상기 가스는 비활성 가스인 아르곤 또는 헬륨으로 될 수 있다.
또한, 상기 가스를 상기 기판과 쿨링 플레이트 사이의 공간에 채워주도록 가스유입관이 구비되고, 상기 가스유입관은 상기 쿨링 플레이트에 형성된 가스유입공에 연결될 수 있다.
본 발명에서, 상기 쿨링 플레이트가 기판을 압착 시 상기 오링이 기판에 고르게 압착될 수 있도록 완충장치가 더 포함될 수 있다.
상기 완충장치는 다축의 스프링 완충장치로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 구동축의 내부에는 중공부가 형성되며, 상기 유입관 및 유출관의 일단부는 상기 중공부에 삽입설치될 수 있다.
상기 냉각제는 냉각수 또는 냉각가스로 이루어질 수 있으며, 상기 냉각가스는 냉각 효과를 극대화하기 위해서 상온보다 낮은 온도의 가스를 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 챔버는 기판에 박막을 형성시키는 증착공정이 이루어지는 챔버인 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
일반적으로 플라즈마 공정 시 기판의 온도가 고온으로 올라감에 따라 필요한 공정을 수행하기에는 한계가 있으며, 특히 유기소자 위에 메탈물질을 스퍼터링 하기에 어려움이 있었으나, 본 발명에 의해 기판의 물리적인 직접 쿨링을 통하여 기판의 온도를 제어해줌으로써, 온도문제에서 벗어나 안정적인 증착 및 고효율의 증착이 가능한 효과가 있다.
이는 기존에 온도문제로 적용이 어려웠던 스퍼터링 장치 뿐 아니라 타 증착장비와 같은 분야에도 적용이 가능할 것으로 기대된다.
특히, 연속증착을 지속적으로 하는 양산 설비에 있어서, 연속공정에 의해 계속적으로 누적되는 잠열을 본 발명의 기판 냉각장치를 통하여 해결할 수 있으므로 장시간 안정적인 제품의 생산이 가능한 효과가 있다.
또한, 생산성을 높이기 위해 높은 파워를 이용하거나 대면적 기판을 사용할 경우에도 기판의 온도제어가 가능하기 때문에 안정적인 증착공정이 가능하다.
도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 기판 냉각장치의 구성을 개략적으로 보인 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 쿨링 플레이트의 일실시예를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 기판 냉각장치가 구비된 합착장치를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 기판 냉각장치의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 기판 냉각장치의 구성을 개략적으로 보인 종단면도이다.
본 발명의 기판 냉각장치는 도 1 내지 도 2에서 보는 바와 같이, 챔버 내부에 설치되어 공정 시 기판(10)의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위한 쿨링 플레이트(20)와, 상기 쿨링 플레이트(20)를 승강시켜 상기 기판(10)에 접촉시키기 위한 구동축(50)을 구비한다.
여기서, 상기 챔버는 기판에 박막을 형성시키는 증착공정이 이루어지는 챔버로 이루어질 수 있다.
또한, 도시되지는 않았지만 상기 챔버의 측벽에는 기판(10)을 인입 및 인출하는 게이트가 형성될 수 있다.
상기 쿨링 플레이트(20)는 도 3에서 보는 바와 같이, 내부에 냉각제가 순환하도록 냉각 유로(22)가 형성되는데, 상기 냉각 유로(22)는 그 일단에 냉각제를 유입하기 위한 주입구(22a)가 형성되고, 타단에는 냉각 유로(22)를 순환한 냉각제를 유출하기 위한 배출구(22b)가 형성된다.
상기 냉각제는 냉각수(pcw; process cooling water)와 같은 액상의 냉각제가 사용될 수 있고, 상기 쿨링 플레이트(20)를 냉각시키기 위한 냉각가스가 적용될 수 있다.
또한, 상기 냉각가스는 냉각효과를 극대화하기 위해서 상온보다 낮은 가스를 사용할 수 있다.
상기 냉각 유로(22)는 쿨링 플레이트(20)의 전체 면에 골고루 냉각제를 순환시킬 수 있도록 바람직하게는 지그재그 형태로 형성된다.
본 발명의 기판 냉각장치는 상기 냉각 유로(22)의 일단에 형성된 주입구(22a)에 냉각제를 유입하기 위한 유입관(84)과, 상기 냉각 유로(22)의 배출구(22b)에 연결되어 상기 냉각 유로(22)를 순환한 냉각제를 유출하기 위한 유출관(82)을 더 포함한다.
본 발명에서, 상기 쿨링 플레이트(20)의 하면에는 쿨링 플레이트(20)가 하강할 때 기판(10)과 직접 접촉을 방지하여 기판의 훼손을 방지하기 위한 접촉방지수단으로서, 오링(30)이 더 포함된다.
상기 오링(30)은 상기 쿨링 플레이트(20)의 가장자리에 설치되어, 상기 오링(30)으로 인해 상기 기판(10)과 쿨링 플레이트(20) 사이의 공간이 형성됨과 동시에 상기 기판(10)과 쿨링 플레이트(20) 사이에 밀봉이 이루어짐으로써, 후술할 가스의 누출을 방지한다.
다시 말해서, 상기 쿨링 플레이트(20)가 하강하면, 상기 쿨링 플레이트(20)의 하면에 구비된 오링(30)이 기판(10)과 접촉하면서 상기 기판(10)과 쿨링 플레이트(20) 사이의 밀봉이 이루어지는 것이다.
본 발명에서는 상기 기판(10)과 상기 쿨링 플레이트(20) 사이의 공간(70), 즉, 상기 오링(30)으로 인해 형성된 공간(70)에 가스를 채워줌으로써, 기판(10)에서 발생하는 열을 상기 쿨링 플레이트(20)로 전달하여 이중의 냉각효과를 갖을 수 있다.
플라즈마 공정 시 기판(10)의 온도가 고온으로 올라가는데, 본 발명의 기판 냉각장치는 도 2에서 보는 바와 같이, 기판(10)과 상기 쿨링 플레이트(20) 사이의 공간(70)에 가스를 채워주어 기판(10)에서 발생하는 열을 상기 쿨링 플레이트(20)로 전달해줄 뿐 아니라, 쿨링 플레이트(20) 내부에 냉각제가 순환하도록 냉각 유로(22)가 형성되어 있으므로, 물리적인 직접 쿨링을 통하여 기판(10)의 온도를 제어할 수 있는 것이다.
종래에는 플라즈마 공정 시 기판의 온도가 고온으로 올라감에 따라 저온이 필요한 공정을 수행하기에는 한계가 있으며, 특히 유기소자 위에 메탈물질을 스퍼터링 하기에는 어려움이 있었으나, 본 발명은 플라즈마 공정 시 기판에 낮은 온도를 유지할 수 있으므로 스퍼터링 장치의 장점을 활용할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 가스는 비활성 가스인 아르곤 또는 헬륨으로 될 수 있다.
즉, 상기 오링(30)으로 기판(10)과 쿨링 플레이트(20) 사이를 막아줌으로써 가스의 내부 누출을 방지할 수 있지만, 아주 미량의 누출이 발생할 경우 플라즈마에 영향을 줄 수 있는 가능성에 따라 비활성 가스인 아르곤과 헬륨을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 가스는 별도의 가스유입관(40)을 통해 유입된다. 또한, 상기 가스유입관(40)은 상기 쿨링 플레이트(20)에 형성된 가스유입공(24)에 연결되어 상기 가스를 기판(10)과 상기 쿨링 플레이트(20) 사이의 공간(70)에 유입하게 된다.
본 발명에서, 상기 쿨링 플레이트(20)가 기판(10)을 압착 시 상기 오링(30)이 기판(10)에 고르게 압착될 수 있도록 완충장치(60)가 더 포함될 수 있다.
상기 완충장치(60)는 다축, 예를 들어 3축 이상의 스프링 완충장치로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 3축 또는 6축의 스프링 완충장치로 이루어진다.
상기 완충장치(60)는 상기 쿨링 플레이트(20)를 승강시키는 구동축(50)의 하단에 설치되는 것으로, 상기 쿨링 플레이트(20)의 안정적인 합착을 위하여 스프링 구조의 완충장치가 적용된다.
한편, 상기 구동축(50)의 내부에는 중공부가 형성되며, 상기 유입관(84) 및 유출관(82)의 일단부는 상기 중공부에 삽입설치될 수 있다.
상기 유입관(84), 유출관(82) 및 가스유입관(40)의 타단부, 즉, 쿨링 플레이트(20)의 주입구(22a)와 배출구(22b)에 연결되는 부분은 벨로우즈 튜브(도시안함)로 연결하여 상기 쿨링 플레이트(20)가 틀어지더라도 챔버 내부에서 안정적으로 냉각제와 가스를 공급할 수 있게 한다.
한편, 디스플레이장치는 여러 가지 공정을 거쳐 제조되는데, 이러한 제조공정에는 상기 디스플레이장치에 사용되는 기판을 합착하기 위한 합착공정이 포함된다.
본 발명은 플라즈마 공정 전 기판이 합착된 후 진행되는 합착공정 시 기판의 온도가 고온으로 올라가는 것을 방지하도록 기판의 물리적인 직접 쿨링을 통하여 기판의 온도를 제어해줄 수 있는 합착장치를 제안한다.
본 발명의 합착장치는 도 4에서 보는 바와 같이, 기판(10)을 합착하는 공정이 이루어지는 챔버(100)와, 상기 챔버(100) 내부에 상기 기판(10)을 지지하기 위한 지지수단과, 상기 기판(10)을 합착하기 위해 상기 기판(10)의 상부에서 가압하며, 공정 시 기판의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위해 내부에 냉각제가 순환하도록 냉각 유로(22)가 형성되는 쿨링 플레이트(20)와, 상기 쿨링 플레이트(20)를 승강시켜 상기 기판에 접촉시키기 위한 구동축(150)과, 상기 냉각 유로(22)의 일단에 형성된 주입구에 냉각제를 유입하기 위한 유입관(84)과, 상기 냉각 유로(22)의 타단에 형성된 배출구에 연결되어 상기 냉각 유로(22)를 순환한 냉각제를 유출하기 위한 유출관(82)을 포함한다.
여기서, 상기 지지수단은 일정간격으로 나열되어 상기 기판을 이송시키기 위한 다수개의 롤러(110)로 이루어질 수 있으며, 챔버(100) 내에 다수개의 롤러(110)로 레일을 구성하여 레일 위를 셔틀(120)이 다니도록 하고, 셔틀(120) 위에는 마스크(130)와 기판(10)을 놓아 기판(10)의 이송을 실현할 수 있다.
본 발명의 합착장치는 상기 쿨링 플레이트(20)의 하면에는 쿨링 플레이트(20)가 하강할 때 기판(10)과 직접 접촉을 방지하여 기판의 훼손을 방지하고 가스의 누출을 방지하기 위한 오링(30)이 더 포함된다.
상기 쿨링 플레이트(20)가 하강하면, 상기 쿨링 플레이트(20)의 하면에 구비된 오링(30)이 기판(10)과 접촉하면서 상기 기판(10)과 쿨링 플레이트(20) 사이의 밀봉이 이루어지는 것이다.
본 발명에서는 상기 기판(10)과 상기 쿨링 플레이트(20) 사이의 공간(70), 즉, 상기 오링(30)으로 인해 형성된 공간(70)에 가스를 채워줌으로써, 기판(10)에서 발생하는 열을 상기 쿨링 플레이트(20)로 전달하여 이중의 냉각효과를 갖을 수 있다.
상기 가스는 별도의 가스유입관(40)을 통해 유입된다.
상기 구동축(150)의 내부에는 중공부가 형성되며, 상기 유입관(84) 및 유출관(82)의 일단부는 상기 중공부에 삽입설치될 수 있다.
또한, 상기 가스유입관(40)은 상술한 기판 냉각장치와 마찬가지로, 상기 쿨링 플레이트(20)에 형성된 가스유입공(24)에 연결되어 상기 가스를 기판(10)과 상기 쿨링 플레이트(20) 사이의 공간(70)에 유입하게 된다.
본 발명에서, 상기 쿨링 플레이트(20)가 기판(10)을 압착 시 상기 오링(30)이 기판(10)에 고르게 압착될 수 있도록 완충장치(60)가 더 포함될 수 있다.
상기 완충장치(60)는 다축, 예를 들어 3축 이상의 스프링 완충장치로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 3축 또는 6축의 스프링 완충장치로 이루어진다.
상기 완충장치(60)는 상기 쿨링 플레이트(20)를 승강시키는 구동축(150)의 하단에 설치되는 것으로, 상기 쿨링 플레이트(20)의 안정적인 합착을 위하여 스프링 구조의 완충장치가 적용된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 합착장치에 의하면, 기판을 합착하는 합착공정 시 기판이 낮은 온도를 유지하도록 기판을 냉각시켜주므로, 유기소자를 보호할 수 있는 것이다.
10 : 기판 20 : 쿨링 플레이트
22 : 냉각 유로 22a : 주입구
22b : 배출구 30 : 오링
50 : 구동축 70 : 공간
84 : 유입관 82 : 유출관

Claims (16)

  1. 챔버 내부에 설치되어 공정 시 기판의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위해 내부에 냉각제가 순환하도록 냉각 유로가 형성되는 쿨링 플레이트;
    상기 쿨링 플레이트를 승강시켜 상기 기판에 접촉시키기 위한 구동축;
    상기 냉각 유로의 일단에 형성된 주입구에 냉각제를 유입하기 위한 유입관; 및
    상기 냉각 유로의 타단에 형성된 배출구에 연결되어 상기 냉각 유로를 순환한 냉각제를 유출하기 위한 유출관;
    을 포함하고,
    상기 쿨링 플레이트가 하강할 때 쿨링 플레이트와 기판 사이에 공간이 형성되도록 하여 상기 쿨링 플레이트와 기판의 직접 접촉을 방지하기 위한 접촉방지수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 기판 냉각장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 접촉방지수단은 상기 쿨링 플레이트의 가장자리에 설치되는 오링으로 이루어지며, 상기 오링으로 인해 상기 기판과 쿨링 플레이트 사이의 밀봉이 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 냉각장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 기판과 상기 쿨링 플레이트 사이의 공간에 가스를 채워줌으로써 기판에서 발생하는 열을 상기 쿨링 플레이트로 전달하여 이중의 냉각효과를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 냉각장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가스는 비활성 가스인 아르곤 또는 헬륨인 것을 특징으로 하는 기판 냉각장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 가스를 상기 기판과 쿨링 플레이트 사이의 공간에 채워주도록 가스유입관이 구비되고,
    상기 가스유입관은 상기 쿨링 플레이트에 형성된 가스유입공에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 냉각장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 쿨링 플레이트가 기판을 압착 시 오링이 기판에 고르게 압착될 수 있도록 완충장치가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 기판 냉각장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 완충장치는 다축의 스프링 완충장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 냉각장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동축의 내부에는 중공부가 형성되며, 상기 유입관 및 유출관의 일단부는 상기 중공부에 삽입설치되는 것을 특징으로 하는 기판 냉각장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각제는 냉각수 또는 냉각가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 냉각장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 냉각수 또는 냉각가스는 냉각 효과를 극대화하기 위해서 상온보다 낮은 온도의 물 또는 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 기판 냉각장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버는 기판에 박막을 형성시키는 증착공정이 이루어지는 챔버인 것을 특징으로 하는 기판 냉각장치.
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