KR101499794B1 - 롤형 마스크를 이용한 클러스터 타입 증착장비 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 롤형 마스크를 이용한 클러스터 타입 증착장비는, 증착 챔버 내에서 마스크를 두루마리형 구조로 연속 제공이 가능하도록 구성되어, 마스크 세팅 공정이 간편하고, 연속 사용이 가능하여 전체 증착 공정의 효율성을 높일 수 있는 효과를 갖는다.

Description

롤형 마스크를 이용한 클러스터 타입 증착장비 {Cluster-type deposition equipment using the roll-type mask}

본 발명은 반도체, OLED 등에 박막을 증착하기 위해 사용되는 증착 장비에 관한 것이다.

일반적으로 OLED(Organic Light Emitting Diode)는 유기EL이라고도 불리는데, 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계발광현상을 이용하여 스스로 빛을 내는 자체발광형 유기물질을 말한다.

OLED를 활용해 TV나 휴대전화의 디스플레이를 만들거나 조명 기구를 생산할 때 필요한 장비가 OLED 증착 장비이다.

OLED 증착 장비는 기판에 유기물질을 증착하여 박막을 형성하는데 사용되는 장비로서, OLED 생산을 위한 핵심 장비이다.

OLED 제조용 증착 장비는 주로 진공 열 증착장비(Thermal evaporation system)가 이용되는데, 일반적으로 증착 챔버의 상부에 기판이 도입되어 증착이 이루어지는 증착 공간부가 마련되고, 그 하부에 증착 물질을 공급하는 소스(source) 및 소스를 가열하는 가열 장치 등이 구비된다.

이와 같은 진공 열 증착장비는 증착 공간부에 기판이 위치된 상태에서 소스에서 증발된 유기물(무기물도 가능)이 제공되어 기판에 유기물질을 증착할 수 있도록 구성되는 것이다.

특히 기판은 마스크와 합착된 상태에서 증착이 이루어지는데, 증착 챔버 내에 마스크가 세팅되어 있는 조건에서 기판만 투입하는 방식, 증착 챔버 외부에서 기판과 마스크를 합착하여 증착 챔버 내에 투입하는 방식 등이 있다.

어느 경우든 기판은 이를 지지하는 모듈에 세팅된 상태에서 증착 챔버 내에 투입되는 것이 일반적이다.

특히, 마스크는 증착물질이 통과할 수 있도록 패턴이 형성되어 있는데, 등록특허 10-1145201에 개시된 바와 같이 통상 판형 구조로 이루어져, 그 위치가 고정되게 설치되는 것이 일반적이다.

그러나, 상기한 바와 같이 마스크가 기판에 세팅된 상태에서 그 기능이 실현되거나, 챔버 내에 고정된 구조에서 그 기능이 실현되는 종래 구조는 마스크 교체 및 세척에 많은 작업이 필요하게 되어 공정 효율을 향상시키는데 한계가 있는 문제점이 있다.

이상 설명한 배경기술의 내용은 이 건 출원의 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 증착 챔버 내에서 마스크를 두루마리형 구조로 연속 제공이 가능하도록 구성됨으로써, 마스크 세팅 공정이 간편하고, 연속 사용이 가능하여 전체 증착 공정의 효율성을 높일 수 있는 롤형 마스크를 이용한 증착장비를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 두루마리형 구조의 연속 마스크를 클러스터 구조를 갖는 증착장비에 적용하여 증착 공정의 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 롤형 마스크를 이용한 클러스터형 증착장비를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 롤형 마스크를 이용한 클러스터 타입 증착장비는, 기판을 이송하는 반송 챔버를 중심으로 장비 내로 기판이 입출되는 로드락 챔버, 기판이 도입되어 기판 표면에 증착이 이루어지는 복수의 증착 챔버들이 구비되고,

상기 증착 챔버 내에는, 기판이 위치되는 기판 지지기구와, 상기 기판 지지기구에 위치된 기판에 증착물질이 통과하도록 패턴이 형성되되, 두루마리 공급 방식을 통해 연속 이동이 가능하도록 이루어진 연속 마스크와, 상기 연속 마스크의 양단부가 감겨진 상태에서 연속 마스크의 공급 및 회수가 가능하도록 하는 마스크 지지기구와, 상기 증착 공정실 내에서 기판 표면에 증착물질을 증착시킬 수 있도록 상기 연속 마스크 방향으로 증착물질을 공급하는 증착물질 공급장치를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 연속 마스크는 각 기판에 증착물질의 증착이 가능하도록 하는 패턴 모듈이 형성되되, 복수의 기판에 증착이 가능하도록 복수의 패턴 모듈이 순서대로 형성되고, 패턴 모듈과 패턴 모듈 사이에는 패턴이 형성되지 않은 버퍼 공간부를 갖는 것이 바람직하다.

상기 마스크 지지기구는 상기 증착 공정실 내에 지지되어 상기 연속 마스크가 감겨져 있는 상태에서 연속 마스크를 공급하는 공급롤러와; 상기 증착 공정실 내에 상기 공급롤러와 대향된 위치에 배치되어 상기 공급롤러에서 공급된 연속 마스크를 회수하는 회수롤러를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 마스크 지지기구는 상기 공급롤러와 회수롤러 사이의 연속 마스크 이동 경로 상에 연속 마스크의 위치를 안내하는 가이드 기구와, 상기 연속 마스크의 위치를 잡아주는 얼라인 기구가 포함하여 구성될 수 있다.

상기 마스크 지지기구에는 연속 마스크에 묻어 있는 증착물질을 제거하는 증착물질 제거기구가 포함되어 구성되는 것이 바람직하다.

상기 증착물질 공급장치는 이동유닛에 의하여 상기 기판 지지기구에 의하여 지지된 기판과 나란한 방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 롤형 마스크를 이용한 클러스터 타입 증착장비가 도시된 평면 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 롤형 마스크를 이용한 증착장비가 도시된 상세도,
도 3은 도 2의 A-A선 방향의 단면 구성도,
도 4는 본 발명에 이용되는 롤형 마스크를 보여주는 평면도,
도 5는 본 발명에 이용되는 롤형 마스크의 다른 실시예를 보여주는 평면도이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 롤형 마스크를 이용한 클러스터 타입 증착장비가 도시된 평면 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 롤형 마스크를 이용한 증착장비가 도시된 상세도이며, 도 3은 도 2의 A-A선 방향의 단면 구성도이다.

클러스터 타입 증착 장비는 기판 표면에 유기물질을 증착하는 장비로서, 반송 챔버(1)를 중심으로 로드락 챔버(3), 언로딩 버퍼 챔버(5), 복수의 증착 챔버(10) 들이 구비된 구성으로 이루어진다.

여기서, 반송 챔버(1)는 기판을 각 챔버들 간에 반송하기 위한 운송 로봇이 구비되어 있어서 증착할 기판을 로드락 챔버에서 증착 챔버로 전달하거나, 증착이 완료된 기판을 증착 챔버에서 로드락 챔버로 전달하는 역할을 한다.

로드락 챔버(3)는, 대기압 상태와 진공 상태를 번갈아 가면서 외부로부터 증착되지 않은 기판을 받아들이거나 증착이 끝난 기판을 외부로 반출하는 역할을 한다.

증착 챔버(10)는 기판 상에 유기물질을 증착하는 공정을 수행하는 역할을 한다.

특히 본 발명에서는 증착 챔버(10) 내에 롤형 마스크가 구비되는데, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 롤형 마스크를 이용한 증착장비에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 증착장비는, 기판(S)이 도입되어 증착이 이루어지는 증착 챔버(10)가 구비된다.

증착 챔버(10)의 내부에는 상측 공간에 기판(S)이 위치되고, 하측 공간에 기판 표면에 증착물질을 증착시킬 수 있도록 증착 물질을 공급하는 증착물질 공급장치(30)가 위치되게 구성되는 것이 바람직하다. 하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 하측 공간에 기판(S)이 위치되고 상측 공간에 증착물질 공급장치(30)가 위치되게 구성되거나, 기판(S)이 수직 또는 경사 방향으로 배치된 상태에서 기판(S)의 앞쪽에 증착물질 공급장치(30)가 위치되게 구성되는 것도 가능하다.

이러한 기판(S) 및 증착물질 공급장치(30)의 배치 구성은 실시 조건에 따라 공지의 구조를 이용하여 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

기판(S)은 지지 플레이트(20)에 일체로 세팅된 상태로 증착 챔버(10) 내에 투입되는 것이 바람직하다. 여기서, 지지 플레이트(20)는 상기 증착 챔버(10) 내에서 기판을 이송하는 기판 이송장치(25) 또는 지지 구조물에 지지된 상태로 위치되는 것이 바람직하다. 이러한 지지 플레이트(20) 및 기판 이송장치(25) 또는 지지 구조물이 증착 챔버 내에서 기판 지지기구를 구성하는 것으로, 공지의 기판을 이송 또는 지지하기 위한 다양한 구조를 이용하여 구성할 수 있다.

증착물질 공급장치(30)는 통상적으로 사용되는 포인트 소스(Point source), 리니어 소스(Linear source) 등으로 구성될 수 있다. 또한 증착물질이 저장된 용기(또는 도가니)(31)를 가열하는 가열장치가 구비된다. 가열장치는 증착장비 기술분야에 널리 공지되어 있으므로 도면에 예시하는 것은 생략하였다.

한편, 증착 챔버(10)의 내부에는 도면에 예시하지는 않았지만 기판(S)에 증착되는 막두께를 측정할 수 있는 막두께 측정장치 등 증착 공정을 위한 여러 공지 구성이 구비될 수 있다.

특히, 증착 챔버(10) 내에는 두루마리 방식으로 연속 이동이 가능하도록 이루어진 연속 마스크(50)가 구비된다. 연속 마스크(50)는 상기 기판 지지기구(25)에 위치된 기판(S)에 증착물질이 통과하도록 다수의 홀 구조를 갖는 패턴 모듈이 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 연속 마스크(50)의 세부 구조는 도 4 내지 도 5를 참조하여 아래서 다시 설명한다.

상기 연속 마스크(50)는 마스크 지지기구(60)에 양단부가 감겨진 상태에서 마스크의 공급 및 회수가 가능하도록 이루어진다.

마스크 지지기구(60)는 증착 챔버 내에 지지되어 상기 연속 마스크(50)가 감겨져 있는 상태에서 마스크를 공급하는 공급롤러(61)와, 증착 챔버 내에 상기 공급롤러와 대향된 위치에 배치되어 상기 공급롤러에서 공급된 연속 마스크(50)를 회수하는 회수롤러(62)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 연속 마스크(50)는 양쪽 공급롤러(61)와 회수롤러(62)에 연결된 상태에서 기판(S)과 증착물질 공급장치(30)를 사이를 연속하여 통과하도록 배치된다.

또한, 상기 마스크 지지기구(60)는 상기 공급롤러(61)와 회수롤러(62) 사이의 연속 마스크(50) 이동 경로 상에 연속 마스크의 위치를 안내하는 가이드 기구(65)가 포함되는 것이 바람직하다. 도 3에서는 가이드 롤러(66)가 구비된 구성을 보여준다.

또한, 상기 가이드 기구(65)는 연속 마스크(50)의 위치를 잡아주는 얼라인 기구(68)가 포함되어 구성되는 것이 바람직하다.

얼라인 기구(68)는 기판(S) 하부(또는 상부)에 위치된 연속 마스크(50)의 패턴 모듈이 정확히 위치되도록 그 위치를 잡아줄 수 있도록 구성된 것으로, 증착 챔버 내에 지지되는 얼라인 핀 또는 얼라인 센서 등으로 구성될 수 있다. 또한 얼라인 기구(68)는 연속 마스크(50)가 기판(S)에 밀착되도록 마스크를 밀어주는 기능을 포함하도록 구성될 수 있다.

이제, 도 4 내지 도 5를 참조하여, 연속 마스크 구조에 대하여 설명한다.

도 4를 참조하면, 연속 마스크(50)는 순서대로 이어진 제1마스크(51)와 제2마스크(52)로 구분될 수 있으며, 이들 각 마스크(51,52)는 증착 챔버 내에 도입된 각 기판(S)에 인접하게 위치된 상태에서 증착 물질이 통과하여 증착이 이루어지도록 하는 기능을 수행한다.

각 마스크(51,52)는 앞서 설명한 바와 같이 홀 구조의 패턴들로 이루어진 패턴 모듈(P)이 형성된다. 도 4에서는 참고용으로 일자형 구조를 갖는 패턴들이 배열되어 있는 구조를 예시하였다.

제1마스크(51)와 제2마스크(52) 사이에는 패턴이 형성되지 않은 버퍼 공간부(55)를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 4에서 도면 부호 57은 얼라인 마크를 나타낸 것으로 앞서 설명한 얼라인 기구(68)가 기구적으로 결합되거나 각종 센싱의 방법 등을 통해 마스크의 위치 정열을 도울 수 있도록 하는 기능을 수행한다.

도 5는 도 4와는 다른 실시예의 연속 마스크를 보여주는 도면이다.

도 5에 예시된 연속 마스크(50')는 도 2에 예시된 바와 같은 공급롤러(61) 또는 회수롤러(62)에 감겨 있을 때 마스크와 마스크 사이가 이격되어 있도록 적어도 일면에 복수의 이격돌기(59)가 구비되게 구성된 것을 보여준다.

이러한 이격 돌기(59)는 연속 마스크(50')에 묻어 있는 증착 물질의 제거가 용이하게 하기 위해 구성할 수 있다. 즉, 연속 마스크(50')가 회수롤러(62)에 감겨진 상태에서 열풍 등을 가하여 가열할 때, 이격 돌기(59)가 감겨진 마스크 사이의 간격을 이격시킴으로써 연속 마스크(50')에 달라붙은 증착물질을 보다 용이하게 제거할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.

이와 같이 연속 마스크(50')가 회수롤러에 감겨진 상태에서 연속 마스크를 가열하여 증착물질을 제거할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 연속 마스크의 이동 경로 상에 다양한 방법을 통해 증착물질을 제거하는 기능을 실현할 수 있다.

즉, 도 3에 예시된 바와 같이 증착 챔버 내에 증착물질 제거기구(70)가 설치되어 연속 마스크(50)가 회수롤러(62)에 감기기 전에 마스크를 가열하는 방식 또는 열풍 제공 방식, 브러싱 방식, 세정 방식 등 다양한 방식을 이용하여 연속 마스크에 묻어 있는 증착물질을 제거하도록 구성하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 롤형 마스크를 이용한 증착장비는 증착 챔버(10) 내에 기판(S)을 도입한 상태에서, 공급롤러(61)와 회수롤러(62)를 회전시켜 기판(S)의 하부에 연속 마스크(50)에서 증착물질을 증착할 패턴 모듈이 위치되도록 한 다음, 하부의 증착물질 공급장치(30)에서 증착물질을 공급하여 기판 표면에 증착작업을 실시한다.

이러한 증착작업을 통해 하나의 기판(S)에 증착작업이 완료되면, 증착된 기판을 배출하고, 다음 기판을 증착 챔버(10) 도입함과 아울러, 공급롤러(61) 및 회수롤러(62)를 이동시켜 연속 마스크(50)의 다음 패턴 모듈이 다음 기판의 하부에 위치되도록 한 상태에서 증착 공정을 반복적으로 실시한다.

이와는 달리, 특정 패턴 모듈에 의해 증착이 이루어진 기판을 그대로 위치시킨 상태에서 연속 마스크(50)를 이동시켜 다른 패턴 모듈을 기판(S)의 하부에 위치시킨 후에 추가 증착 공정을 실시하는 것도 가능하다.

상기에서는 마스크 지지기구(60)를 공급롤러(61)와 회수롤러(62)로 구분하여 연속 마스크(50)가 한 방향으로만 이동하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 공급롤러(61)와 회수롤러(62)를 역회전시켜 각 롤러의 기능을 반대로 구현하는 것도 가능하다. 이때에는 연속 마스크(50)가 양 방향으로 이동되면서 증착 공정을 수행할 수 있게 된다.

설명되지 않은 도면부호 100은 이동유닛이다. 증착물질 공급장치(30)는 이동유닛(100)에 의하여 기판(S)(기판 지지기구에 의하여 지지된 기판을 말한다.)과 나란한 방향으로 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 이동유닛(100)으로는 리니어 모터가 적용될 수 있다. 또는, 리니어 모터 대신, 공압식이나 유압식 실린더, 회전식 모터와 회전식 모터의 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 전달하는 동력전달수단으로 구성된 기구이 적용될 수도 있다.

이와 같이 증착물질 공급장치(30)를 이동유닛(100)에 의하여 이동 가능하도록 한 구성에 따르면 증착물질 공급장치(30)를 적절히 이동시키면서 증착공정을 진행할 수 있다.

상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 기판을 이송하는 반송 챔버를 중심으로 장비 내로 기판이 입출되는 로드락 챔버, 기판이 도입되어 기판 표면에 증착이 이루어지는 복수의 증착 챔버들이 구비되고,
   상기 증착 챔버 내에는, 기판이 위치되는 기판 지지기구와, 상기 기판 지지기구에 위치된 기판에 증착물질이 통과하도록 패턴이 형성되되, 두루마리 공급 방식을 통해 연속 이동이 가능하도록 이루어진 연속 마스크와, 상기 연속 마스크의 양단부가 감겨진 상태에서 연속 마스크의 공급 및 회수가 가능하도록 하는 마스크 지지기구와, 상기 증착 공정실 내에서 기판 표면에 증착물질을 증착시킬 수 있도록 상기 연속 마스크 방향으로 증착물질을 공급하는 증착물질 공급장치를 포함하며,
   상기 증착 챔버에 대한 기판의 입출이 상기 연속 마스크의 너비방향으로 이루어지도록 구성되어 상기 기판의 도입방향이 상기 연속 마스크의 이동방향과 교차하는 것을 특징으로 하는, 롤형 마스크를 이용한 클러스터 타입 증착장비.
2. 기판을 이송하는 반송 챔버를 중심으로 장비 내로 기판이 입출되는 로드락 챔버, 기판이 도입되어 기판 표면에 증착이 이루어지는 복수의 증착 챔버들이 구비되고,
   상기 증착 챔버 내에는, 기판이 위치되는 기판 지지기구와, 상기 기판 지지기구에 위치된 기판에 증착물질이 통과하도록 패턴이 형성되되, 두루마리 공급 방식을 통해 연속 이동이 가능하도록 이루어진 연속 마스크와, 상기 연속 마스크의 양단부가 감겨진 상태에서 연속 마스크의 공급 및 회수가 가능하도록 하는 마스크 지지기구와, 상기 증착 공정실 내에서 기판 표면에 증착물질을 증착시킬 수 있도록 상기 연속 마스크 방향으로 증착물질을 공급하는 증착물질 공급장치를 포함하며,
   상기 마스크 지지기구는, 상기 증착 챔버 내에 지지되어 상기 연속 마스크가 감겨져 있는 상태에서 연속 마스크를 공급하는 공급롤러와; 상기 증착 챔버 내에 상기 공급롤러와 대향된 위치에 배치되어 상기 공급롤러에서 공급된 연속 마스크를 회수하는 회수롤러를 포함하고,
   상기 연속 마스크는 상기 공급롤러 또는 회수롤러에 감겨 있을 때 그 사이가 이격되어 있도록 적어도 일면에 복수의 이격돌기가 구비된 것을 특징으로 하는, 롤형 마스크를 이용한 클러스터 타입 증착장비.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 연속 마스크는 각 기판에 증착물질의 증착이 가능하도록 하는 패턴 모듈이 형성되되, 복수의 기판에 증착이 가능하도록 복수의 패턴 모듈이 순서대로 형성되고, 패턴 모듈과 패턴 모듈 사이에는 패턴이 형성되지 않은 버퍼 공간부를 갖는 것을 특징으로 하는, 롤형 마스크를 이용한 클러스터 타입 증착장비.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 마스크 지지기구는 상기 공급롤러와 회수롤러 사이의 연속 마스크 이동 경로 상에 연속 마스크의 위치를 안내하는 가이드 기구와, 상기 연속 마스크의 위치를 잡아주는 얼라인 기구가 포함된 것을 특징으로 하는, 롤형 마스크를 이용한 클러스터 타입 증착장비.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 마스크 지지기구에는 연속 마스크에 묻어 있는 증착물질을 제거하는 증착물질 제거기구가 포함된 것을 특징으로 하는, 롤형 마스크를 이용한 클러스터 타입 증착장비.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 증착물질 공급장치는 이동유닛에 의하여 상기 기판 지지기구에 의하여 지지된 기판과 나란한 방향으로 이동 가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는, 롤형 마스크를 이용한 클러스터 타입 증착장비.

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