KR101702785B1 - 박막 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막 증착장치에 관한 것으로, 마스크; 제1 플레이트; 및 제2 플레이트; 를 포함하여, 기판의 불량률을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있고, 증착 공정시 기판을 가압하는 구성의 평행도를 쉽게 조절하여 기판의 품질 향상을 기대할 수 있을 뿐만 아니라 증착 공정시 기판을 가압하는 구성이 높은 위치 재현성을 갖게 되어 생산 공정을 단순화하고 생산비용을 절감할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

박막 증착장치{APPARATUS FOR DEPOSITING THIN-FILM}

본 발명은 박막 증착장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판의 불량률을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있고, 증착 공정시 기판을 가압하는 구성의 평행도를 쉽게 조절하여 기판의 품질 향상을 기대할 수 있을 뿐만 아니라 증착 공정시 기판을 가압하는 구성이 높은 위치 재현성을 갖게 되어 생산 공정을 단순화하고 생산비용을 절감할 수 있는 박막 증착장치에 관한 것이다.

일반적으로 기판이라 함은, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP, Plasma Display Panel), 액정 디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display) 및 유기전계 발광소자(OLED, Organic Light Emitting Diodes) 등과 같은 평판표시소자(FPD, Flat Panel Display)나 반도체용 웨이퍼(wafer), 포토 마스크용 글라스(glass) 등을 가리킨다.

평판표시소자(FPD) 중에서 최근 각광받고 있는 유기전계 발광소자(OLED)는 빠른 응답속도, 기존의 LCD보다 낮은 소비 전력, 경량성, 별도의 백라이트(back light) 장치가 필요 없어서 초박형으로 만들 수 있는 점, 고휘도 등의 장점이 있어 주목받고 있다.

유기전계 발광소자(OLED)의 제조 공정은 크게 패턴(Pattern) 형성 공정, 유기박막 증착 공정, 봉지 공정, 그리고 유기박막이 증착된 기판과 봉지 공정을 거친 기판을 붙이는 합착 공정으로 나뉜다.

이러한 공정 중 유기박막 증착 공정으로 사용되는 방식 중 상향식 증착방식의 일 예가 도 1에 나타나 있다.

기판의 증착 공정은 통상 증착챔버(도시하지 않음)라고 불리우는 장비 내에서 이루어진다. 증착챔버 내에는 마스크(Mask, 10)와, 승강 동작되어 기판을 가압하여 마스크(10)와 합착시키는 가압 플레이트(20)가 마련되고, 가압 플레이트(20)는 기판(S)에 직접 접촉하여 가압하는 제1 플레이트(22)와 자석 재질로 이루어지는 제2 플레이트(24)로 구성된다.

이에, 증착시키고자 하는 기판(S)의 증착면이 마스크(10)측을 향하도록 한 상태로 기판(S)을 증착챔버 내에 투입하고, 가압 플레이트(20)가 하강하여 기판(S)이 가압 플레이트(20)와 마스크(10) 사이에서 가압되어 합착된 상태에서 증착챔버의 하부에 위치하는 증착원(도시하지 않음)으로부터 공급되는 기화 또는 승화된 증착물질이 마스크(10)에 설정된 패턴의 구멍(도시하지 않음)을 통과하여 기판(S)에 증착되어 소정 패턴의 박막을 형성하게 된다.

그런데, 기판 및 마스크가 대형화됨에 따라 기판이나 마스크에 처짐현상이 발생하거나, 가압 플레이트의 하강 동작시 가압 플레이트를 하강시키는 구동력에 의한 진동에 의해 제1 플레이트나 기판, 마스크의 손상이 발생하기도 하고 기판이나 마스크의 정렬 상태가 틀어지는 경우가 발생하고 있다.

이처럼 기판이나 마스크에 문제가 발생한 상태 또는 기판과 마스크가 정밀하게 정렬되지 않은 상태에서 가압되어 합착되는 경우, 증착물질이 기판과 마스크 사이에 스며들어 증착패턴이 번지는 쉐도우(Shadow) 현상이 발생하는 등 불량 기판이 생산될 우려가 있다.

따라서, 전술한 바와 같은 문제점이 보완된 박막 증착장치의 필요성이 대두되고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2002-0064187호

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 기판의 불량률을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 박막 증착장치를 제공함에 있다.

또, 증착 공정시 기판을 가압하는 구성의 평행도를 쉽게 조절하여 기판의 품질 향상을 기대할 수 있는 박막 증착장치를 제공함에 있다.

또한, 증착 공정시 기판을 가압하는 구성이 높은 위치 재현성을 갖게 되어 생산 공정을 단순화하고 생산비용을 절감할 수 있는 박막 증착장치를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 기판이 안착되고, 설정된 패턴의 구멍을 통해 증착물질이 통과하여 상기 기판에 증착되도록 하는 마스크; 상면이 개방되도록 형성되어 상기 기판의 상측에 배치되고, 상기 기판 상면에 안착시 상기 기판을 상기 마스크측으로 가압하며, 상면을 덮는 방향으로 구부러져 돌출되는 다수의 걸림부가 둘레를 따라 형성되는 제1 플레이트; 및 상기 제1 플레이트의 바닥면과 상기 걸림부 사이에 배치되어 승강 동작되고, 승강 동작시 상기 걸림부를 통해 상기 제1 플레이트를 승강 동작시키는 제2 플레이트; 를 포함하는 박막 증착장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제2 플레이트는 자석 재질이 포함되어 이루어지고, 상기 마스크는 상기 제2 플레이트의 자력에 이끌리는 금속재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제2 플레이트에는, 상기 걸림부마다 각각 대응되도록 형성되는 다수의 지지부가 더 포함되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 걸림부와 상기 지지부는, 키너매틱 커플링(Kinematic coupling)을 이루는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 지지부는 말단이 반구 또는 구 형상을 갖는 핀 형태로 이루어지고, 상기 걸림부에는, 상기 지지부에 접하는 부분이 원뿔 형상의 오목한 홈을 이루는 기둥체, 상기 지지부에 접하는 부분이 V자 형상의 오목한 홈을 이루는 기둥체, 상기 지지부에 접하는 부분이 평면을 이루는 기둥체 중 어느 하나가 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 기판의 불량률을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 박막 증착장치가 제공된다.

또, 증착 공정시 기판을 가압하는 구성의 평행도를 쉽게 조절하여 기판의 품질 향상을 기대할 수 있다.

또한, 증착 공정시 기판을 가압하는 구성이 높은 위치 재현성을 갖게 되어 생산 공정을 단순화하고 생산비용을 절감할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 상향식 증착방식의 일 예를 나타낸 도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치에서 사용되는 제1 및 제2 플레이트의 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치를 간략하게 나타낸 도,
도 4는 키너매틱 커플링(Kinematic coupling)의 모식도,
도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치를 통해 증착 공정이 수행되는 상태를 나타낸 상태도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치에서 사용되는 제1 및 제2 플레이트의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치를 간략하게 나타낸 도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치는 크게 마스크(100)와 제1 플레이트(200) 및 제2 플레이트(300)를 포함하여 구성된다.

마스크(100)는 기판(S)에 미리 설정된 패턴으로 증착을 진행할 수 있도록 기판(S)이 안착되는 구성요소이며, 증착원(도시하지 않음)으로부터 공급되는 증착물질이 설정된 패턴의 구멍(도시하지 않음)을 통과하여 기판(S)에 증착패턴을 형성하게 된다. 이때, 본 발명에서는 비자성체 물질인 글라스(Glass) 또는 합성수지 등으로 이루어지는 기판(S)을 사용하게 된다. 마스크(100)는 기판(S)의 크기보다 상대적으로 크게 형성되며 금속재질 등과 같이 하기에 서술하는 제2 플레이트(300)의 자력에 이끌릴 수 있는 재질로 이루어진다.

여기서, 마스크(100)에는 증착 공정이 진행되는 기판(S)의 온도를 낮추어 기판(S)이 변형되는 것을 방지함으로서 기판(S)에 보다 정확한 증착패턴의 박막을 형성할 수 있도록 냉각수단(도시하지 않음), 예를 들어 냉각수나 냉각공기를 주입하는 라인을 배치하여 사용할 수 있다.

제1 플레이트(200)는 기판(S) 상면에 안착되어 기판(S)을 마스크(100)측으로 가압하도록 기판(S)의 상측에 배치되는 구성요소이다. 제1 플레이트(200)는 하기에 서술하는 제2 플레이트(300)만 단독으로 승강될 수 있는 공간을 제공하게 된다.

특히, 본 발명에서 사용되는 제1 플레이트(200)에는, 개방되어 있는 상면을 덮는 방향으로 구부러져 돌출되는 다수의 걸림부(210)가 둘레를 따라 형성된다. 이때, 각각의 걸림부(210)에는 기둥체(212a, 212b, 212c), 예를 들어 하기에 서술하는 지지부(310)에 접하는 부분이 원뿔 형상의 오목한 홈을 이루는 기둥체(212a), 지지부(310)에 접하는 부분이 V자 형상의 오목한 홈을 이루는 기둥체(212b), 지지부(310)에 접하는 부분이 평면을 이루는 기둥체(212c) 중 어느 하나가 형성되도록 구성된다.

한편, 제1 플레이트(200)는 증착 공정시 기판(S)의 상면에 접하여 가압하면서 기판(S)의 온도를 하강시켜 변형을 방지하는 냉각 플레이트(Cooling Plate)의 역할 또한 하게 된다. 이러한 냉각 기능을 높일 수 있도록 제1 플레이트(200)에 별도의 냉각수단(도시하지 않음), 예를 들어 냉각수나 냉각공기를 주입하는 라인을 배치하여 구성할 수도 있다.

제2 플레이트(300)는 전술한 제1 플레이트(200)의 상측, 특히 제1 플레이트(200)의 내측 바닥면과 걸림부(210) 사이에 배치되어 승강 동작되는 구성요소이며, 제1 플레이트(200)의 내부 측면에 접하지 않을 정도의 크기로 형성하여 원활한 승강 동작이 수행되도록 하는 것이 좋다. 제2 플레이트(300)는 마스크(100), 특히 금속재질 등으로 이루어지는 마스크(100)가 이끌리는 자력을 발생시키도록 자석 재질이 포함된 마그넷(Magnet) 플레이트로 이루어진다. 이에 따라, 자력에 의해 마스크(100)와 기판(S) 사이가 벌어지지 않고 견고히 밀착될 수 있다.

여기서, 제2 플레이트(300)에는 제1 플레이트(200)의 걸림부(210), 특히 각각의 기둥체(212a, 212b, 212c)마다 대응되는 지지부(310)가 형성된다. 이때, 지지부(310)는 말단이 반구 또는 구 형상을 갖는 핀 형태로 이루어질 수 있다. 제1 플레이트(200)에 형성된 걸림부(210)의 기둥체(212a, 212b, 212c)와 제2 플레이트(300)에 형성된 지지부(310)는 각각 하나의 키너매틱 커플링(Kinematic coupling)을 이루게 된다.

즉, 하나의 지지부(310)와 함께 지지부(310)에 접하는 부분이 원뿔 형상의 오목한 홈을 이루는 기둥체(212a)가 하나의 커플링(이하, "제1 커플링"이라 함)을 이룬다.

또한, 또 하나의 지지부(310)와 함께 지지부(310)에 접하는 부분이 V자 형상의 오목한 홈을 이루는 기둥체(212b)가 또 하나의 커플링(이하, "제2 커플링"이라 함)을 이룬다.

그리고, 또 다른 하나의 지지부(310)와 함께 지지부(310)에 접하는 부분이 평면을 이루는 기둥체(212c)가 또 다른 하나의 커플링(이하, "제3 커플링"이라 함)을 이루게 된다.

여기서, 본 발명에서는 제1 커플링부터 제3 커플링까지 사용하게 되나, 이외에 다양한 형태로 켈빈 클램프(Kelvin clamp) 구조의 키너매틱 커플링이 사용될 수도 있다.

한편, 도 2에서는 제2 플레이트에 4개의 걸림부가 형성되어 2개의 제3 커플링과 1개의 제1, 제2 커플링이 사용되는 것으로 도시하였으나, 제1 또는 제2 커플링이 2개씩 사용될 수도 있고, 걸림부의 개수를 늘려 제1 내지 제3 커플링이 다수 사용되도록 구성할 수도 있다. 이에, 도 3 및 도 5의 (a) 내지 (c)에는 도면상 좌측에 지지부(310)에 접하는 부분이 V자 형상의 오목한 홈을 이루는 기둥체(212b)가 사용되고, 도면 상 우측에는 지지부(310)에 접하는 부분이 평면을 이루는 기둥체(212c)가 사용되는 것으로 도시하였다.

이처럼 본 발명에서는 키너매틱 커플링을 채용함에 따라 제1 플레이트(200)와 제2 플레이트(300)가 보다 안정적으로 지지되도록 구성된다.

도 4는 키너매틱 커플링(Kinematic coupling)의 모식도이다. 이때, 도 4에서는 제1 내지 제3 커플링의 요부만 나타낸 것으로, 지지부의 경우 구 형상의 말단만을 나타낸 것이고, 기둥체의 경우 지지부와 접하는 부분만 나타낸 것이다.

도 4와 같이, 본 발명에서 사용되는 키너매틱 커플링은 반구 또는 구 형상을 갖는 핀 형태로 이루어지는 지지부(310)에 기둥체(212a, 212b, 212c)가 각각 접하여 독립적인 커플링을 구성하게 된다.

즉, 원뿔 형상의 오목한 홈을 갖는 기둥체(212a)가 포함된 제1 커플링은 수평방향의 어떠한 방향으로도 슬라이드를 허용하지 않는다. 그리고 V자 형상의 오목한 홈을 갖는 기둥체(212b)가 포함된 제2 커플링은 수평면내에서 소정의 방향으로만 슬라이드를 허용하게 된다. 또한, 평면을 갖는 기둥체(212c)가 포함된 제3 커플링은 수평면내에서 임의의 방향으로 슬라이드를 허용한다.

이러한 구성에 따라 Z 방향의 진동이 발생하더라도, 이 진동이 기판(S)에 직접 전달되는 정도를 경감시킬 수 있게 된다.

또한, 키너매틱 커플링을 사용함에 따라 증착 공정시 기판(S)을 가압하는 구성, 즉 제1 플레이트(200)의 평행도를 쉽게 조절하여 기판(S) 전면적에 대해 균일한 압력을 가할 수 있게 되어 기판(S) 품질을 향상시킬 수 있으며, 제1 플레이트(200)가 항상 일정한 위치에서 기판(S)에 접하게 되는 높은 위치 재현성을 갖게 되어 생산 공정을 단순화하고 생산비용을 절감할 수 있게 된다.

지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치의 동작에 대하여 설명한다.

도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치를 통해 증착 공정이 수행되는 상태를 나타낸 상태도이다.

먼저, 도 2에 나타나는 것과 같이 증착챔버 내에 기판(S)을 투입하여 마스크(100)의 상면에 안착시킨다. 이처럼 기판(S)이 마스크(100)에 안착될 수 있는 공간을 확보할 수 있도록 제2 플레이트(300)는 상승한 상태로 배치된다. 이때, 제2 플레이트(300)의 상승시 제1 플레이트(200) 내에서 일정 구간 이상 상승하게 되면 제1 플레이트(200)의 걸림부(210)에 걸림되며, 걸림부(210)에 걸림된 상태로 제2 플레이트(300)가 상승하면서 제1 플레이트(200) 또한 상승하여 기판(S)이 투입될 공간을 확보하게 된다.

기판(S)이 마스크(100)의 상면에 안착되면, 도 5의 (a)에 도시된 것처럼 제2 플레이트(300)가 하강한다. 또한, 제1 플레이트(200)의 걸림부(210)가 제2 플레이트(300)에 걸림된 상태이므로 제1 플레이트(200) 또한 제2 플레이트(300)와 함께 하강하게 된다. 이때, 제1 플레이트(200)가 제2 플레이트(300)에 키너매틱 커플링을 통해 지지되는 상태로 동작되므로 제1 플레이트(200)는 과구속에 의한 변형없이 동작될 수 있다. 그리고 제1 플레이트(200)는 기판(S)의 상면에 안착하면서 더 이상 하강하지 않고 기판(S)을 마스크(100)측으로 가압하게 된다.

다음, 도 5의 (b)와 같이 제1 플레이트(200)가 기판(S) 상면에 안착한 후에도 제2 플레이트(300)는 계속 하강하고, 따라서 제2 플레이트(300)는 제1 플레이트(200)의 걸림부(210)로부터 분리된다. 따라서, 제2 플레이트(300)의 하강 정도에 오차가 발생하더라도 제1 플레이트(200)에 영향을 미치지 않게 된다. 또한, 제2 플레이트(300)를 하강 동작시키는 구동력에 의해 제1 플레이트(200)가 기판(S)과 마스크(100)를 가압하지 않게 되고, 제2 플레이트(300)를 하강시키는 구동력에 의한 진동이 제1 플레이트(200)를 통해 기판(S)이나 마스크(100)에 전달되지 않아 제1 플레이트(200)나 기판(S), 마스크(100)의 손상을 방지하고 기판(S)이나 마스크(100)의 정렬 상태가 틀어지는 것을 방지하게 된다.

그리고, 도 5의 (a)와 같이 제2 플레이트(300)가 제1 플레이트(200)에 근접하도록 하강한 상태에서 제2 플레이트(300)의 하강 동작이 정지되고, 제2 플레이트(300)의 자력에 의해 마스크(100)와 기판(S)이 견고히 밀착되어 증착 공정을 수행할 수 있게 된다.

이와 같이 증착 공정이 수행된 후에는 제2 플레이트(300)를 상승시켜 도 2와 같은 상태로 대기하게 되며, 전술한 과정이 반복되어 다수의 기판(S)에 설정된 증착패턴의 박막을 형성하는 증착공정이 연속적으로 수행된다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100: 마스크 200: 제1 플레이트
210: 걸림부 212a, 212b, 212c: 기둥체
300: 제2 플레이트 310: 지지부
S: 기판

Claims (5)

1. 박막 증착장치에 있어서,
   기판이 안착되고, 설정된 패턴의 구멍을 통해 증착물질이 통과하여 상기 기판에 증착되도록 하는 마스크;
   상면이 개방되도록 형성되어 상기 기판의 상측에 배치되고, 상기 기판 상면에 안착시 상기 기판을 상기 마스크측으로 가압하며, 상면을 덮는 방향으로 구부러져 돌출되는 다수의 걸림부가 둘레를 따라 형성되는 제1 플레이트; 및
   상기 제1 플레이트의 바닥면과 상기 걸림부 사이에 배치되어 승강 동작되고, 승강 동작시 상기 걸림부를 통해 상기 제1 플레이트를 승강 동작시키는 제2 플레이트;
   를 포함하는 박막 증착장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 플레이트는 자석 재질이 포함되어 이루어지고,
   상기 마스크는 상기 제2 플레이트의 자력에 이끌리는 금속재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제2 플레이트에는,
   상기 걸림부마다 각각 대응되도록 형성되는 다수의 지지부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 걸림부와 상기 지지부는,
   키너매틱 커플링(Kinematic coupling)를 이루는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 지지부는 말단이 반구 또는 구 형상을 갖는 핀 형태로 이루어지고,
   상기 걸림부에는,
   상기 지지부에 접하는 부분이 원뿔 형상의 오목한 홈을 이루는 기둥체, 상기 지지부에 접하는 부분이 V자 형상의 오목한 홈을 이루는 기둥체, 상기 지지부에 접하는 부분이 평면을 이루는 기둥체 중 어느 하나가 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
   

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