KR101721895B1 - 두 장의 기판을 연속 증착하는 듀얼 증착시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 좀 더 간소화된 장치 구성으로 2 개의 기판에 대해 연속적으로 박막 소자를 장착형성할 수 있는 새로운 구성의 듀얼 증착 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 두 장의 기판을 하나의 증착 챔버 중앙부로 연속하여 반입하고, 챔버 안에 있는 기판 셔틀이 각 기판을 중심에 대해 좌측과 우측에 배치된 얼라이너 쪽에 이송하여 주면, 기판 하나가 얼라인 되고 증착되는 동안 다른 기판 하나는 로딩 되고 얼라인 되며, 먼저 얼라인 된 기판이 증착을 마치면 증발원이 반대편으로 이동되어 얼라인을 후발적으로 마친 두번째 기판에 대해 증착공정을 실시하고, 이때 기판 셔틀은 새로운 기판을 받아 증발원이 없는 쪽에 이송하여 얼라이너로 얼라인 하게 한다.

Description

두 장의 기판을 연속 증착하는 듀얼 증착시스템{DUAL DEPOSITION SYSTEM SUCCSESSIVELY DEPOSITING TWO SUBSTRATES}

본 발명은 OLED, 태양전지 등의 제조공정에 적용되는 증착 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 증발원을 이용하여 박막 소자를 증착하는 클러스터형 증착(evaporation) 시스템에 관한 것이다.

증발원을 가열하여 증발물을 분사하여 박막소자를 제작하는 증착 시스템은 기판의 특정 영역에 박막소자를 형성하기 위해 기판에 마스크를 부착하고 공정을 실시한다. 마스크와 기판은 그 위치를 정밀하게 일치시키는 얼라인 공정을 요하고 얼라인을 마친 상태에서 증발원으로 증발물을 분사하여 박막 소자를 만들게 된다. 얼라인 장치는 기판을 들어올려 마스크와 위치 정렬하기도 하고 척 플레이트에 처킹된 기판에 대해 마스크를 조종하여 정렬하기도 한다. 클러스터 타입의 생산 설비의 경우, 증착 공정과 얼라인 공정이 동일 챔버에서 수행 된다. 여기서 얼라인 공정은 상당한 시간을 소요하여, 얼라인 공정이 수행 되는 동안 증착 물질은 허비 되게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위한 시도로서 대한민국공개특허 제10-2015-0051732호는, 2장의 기판을 차례로 증착 챔버에 투입하여 하나의 기판에 증착을 하는 동안 다른 기판을 이송해오거나 얼라인하고 증발원을 스캔하여 박막 제조 공정의 택 타임을 감축시키는 기술을 제안한다. 그러나 상기 공보는 증착 챔버에 두 장의 기판이 반입되는 경로를 달리하고, 기판의 배열이 방사상으로 되어 있어 반입 후 증발원이 회전되어 자리를 잡게 된다. 이러한 방식의 듀얼 증착 시스템은 직사각형이 아닌 챔버 제작, 로봇 암의 구동 방향 설정, 증발원의 경로에 따른 구동 등이 상당히 까다롭다.

따라서 본 발명의 목적은 좀 더 간소화된 장치 구성으로 클러스터 증착 시스템에 있는 각 챔버에서 2 개의 기판에 대해 연속적으로 박막 소자를 증착형성할 수 있는 새로운 구성의 듀얼 증착 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은 클러스터 증착 시스템에서, 두 장의 기판을 하나의 증착 챔버 중앙부로 연속하여 반입하고, 챔버 안에 있는 기판 셔틀(shuttle: 왕복이송장치)이 각 기판을 중심에 대해 좌측과 우측에 배치된 얼라이너 쪽에 이송하여 주면, 기판 하나가 얼라인 되고 증착되는 동안 다른 기판 하나는 로딩 되고 얼라인 되며, 먼저 얼라인 된 기판이 증착을 마치면 증발원이 반대편으로 이동되어 얼라인을 후발적으로 마친 두번째 기판에 대해 증착공정을 실시하고, 이때 기판 셔틀은 새로운 기판을 받아 증발원이 없는 쪽에 이송하여 얼라이너로 얼라인 하게 한다.

상기에서, 본 발명은, 증착 챔버의 형태를 직육면체로 구성할 수 있고, 두 장의 기판을 운반하는 기판 셔틀의 이송 경로와 각 기판에 박막을 증착하기 위해 스캔 이송되는 증발원의 이송 경로는 모두 선형으로 될 수 있고 회전 구동을 요하지 않는다.

이러한 두 장의 기판에 대한 연속 공정은 계속 반복되며, 공정의 택 타임을 절반으로 줄여준다.

즉, 본 발명은,

두 장의 제1 및 제2 기판이 위치될 수 있는 하나의 증착 챔버;

상기 증착 챔버의 중심부에 위치하는, 기판이 반입되는 기판 게이트;

상기 증착 챔버의 기판 게이트에 대해 좌우로 각각 배치되는 제1 및 제2 얼라이너;

상기 증착 챔버 안에 배치되는, 양쪽에 각각 기판을 로딩할 수 있는 하나의 기판 셔틀;

상기 증착 챔버 안에 배치되는, 하나의 증발원;과 증발원을 이송할 수 있는 증발원 스캐너;를 포함하여,

기판 게이트를 통해 증착 챔버로 제1기판이 반입되면, 셔틀이 수납하여 제1기판을 제1 얼라이너 쪽으로 이송하여 얼라인 공정과 증착 공정을 실시하게 하고,

상기 제1기판이 얼라인 공정과 증착 공정을 실시하는 동안 셔틀은 제2 기판을 게이트로부터 수납하여 제2 얼라이너쪽으로 이송하여 얼라인 공정을 실시하게 하며, 제2기판이 얼라인 공정을 실시하는 동안 제1 기판의 증착 공정이 완료되면,

증발원이 증발원 스캐너에 의해 제2기판이 얼라인 된 쪽으로 이송되어 제2 기판이 증착공정을 실시하여, 기판에 대한 증착 공정이 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀얼 증착 시스템을 제공한다.

상기에서, 증착이 완료된 기판은 반출 게이트를 통해 반출되고 뒤이은 기판의 반입 후 동일한 방식으로 듀얼 증착이 이루어진다.

상기에서, 기판을 이송하는 기판 셔틀은 양단부에 기판을 각각 기판을 수납할 수 있는 양팔을 가진 구조일 수 있다.

또한, 기판 셔틀은 접철식으로 그 양팔의 길이를 가감할 수 있다.

또한, 기판 셔틀은 선형모터에 의해 구동될 수 있다.

본 발명에 따르면, 기판 두 장이 하나의 증착 챔버에서 얼라인과 증착이 동시실시되기 때문에 택 타임을 반으로 줄여 공정 속도를 두 배 정도 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 두 장의 기판을 로봇 암이 증착 영역을 구별하여 반입하여 주지 않고 챔버 내 셔틀이 같은 자리에서 기판을 받아 반입하여 자리를 잡아주고, 증발원의 스캔 이송 경로도 직선이므로 시스템의 운용이 편리하다.

도 1a와 도 1b는 본 발명의 증착 시스템의 평면도와 그에 대한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 기판 셔틀에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 증착시스템에서 두 장의 기판이 두 대의 얼라이너에 연속적으로 배송되는 것을 순차적으로 보여주는 순서도 이다.
도 4a와 도 4b는 각각, 도 1a와 도 1b에 관련되어 본 발명이 적용된 클러스터 증착 시스템에 대한 평면레이아웃이다.

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

도 1a와 1b은 본 발명의 증착 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 투시된 평면도이다. 이러한 증착 시스템은 각각, 도 4a 와 도 4b에 보인 바와 같은 클러스터 증착 시스템을 구성하는 챔버에 적용된다.

도 1a에서는 증착 챔버 중심부로 기판이 반입되고, 도 1b에서는 기판이 증착 챔버의 일측 단부의 측면으로 반입된다. 이는 기판의 사이즈가 정사각형에 가까운 경우, 도 1a 및 도 4a에서와 같이 기판이 챔버(100) 중심부를 통해 반입되는 것이 동선을 절약하기 때문이고, 기판이 직사각형으로 길이가 좀 더 긴 경우, 반입용 출입구 폭을 넓게 하여야 한다는 점의 부담을 줄이기 위해 챔버 일측 단부를 출입구로 한 것이다. 이러한 경우 기판 길이가 긴 만큼 챔버 길이도 길어져 도 4b에서 보인 바와 같은 레이아웃으로 구성된다. 즉, 도 1a 및 도 4a에서는 클러스터를 이루는 챔버의 중심부가 클러스터로부터 기판이 반입되는 연결부가 되고, 도 1b 및 도 4b에서는 챔버의 일측 단부가 클러스터에 대한 접속부이자 기판 출입구가 된다.

도 1a에는, 하나의 챔버(100) 좌우에 각각 하나씩 배치된 얼라이너(300)와 하나의 증발원(200)이 보인다. 또한 기판 셔틀(400)은 중심의 백본과 그로부터 양편으로 펼쳐진 양팔을 구비한다. 기판 셔틀(400)의 양팔은 각각 하나의 기판을 수납할 수 있어 중심부로 들어온 기판을 비교적 짧은 동선으로 좌우로 각각 하나씩 순차로 이송하여 줄 수 있다. 좌측으로 이송된 기판에 대해 얼라인 하는 동안 기판 셔틀(400)은 다른 기판을 새로 받아 우측으로 이송한다. 먼저 반입된 기판에 대해 얼라이닝을 마쳐 증발원에 의해 증착이 되는 동안 나중에 들어온 기판이 우측의 얼라이너에서 얼라인 되고 얼라인을 마칠 무렵 증착이 완료된 기판은 반출되고 증발원은 증발원 스캐너(200)에 의해 이송되어 우측의 기판이 증착된다. 이러한 공정을 위한 셔틀(400)의 구체적 구성은 도 2에 상세히 나타내었다.

챔버(100) 상단에는 좌우에 하나씩 배치된 제1 얼라이너(300)와 제2 얼라이너(300)가 있고, 챔버(100) 중심부에서 반입된 기판을 수납하여 좌우로 이송하는 기판 셔틀(400)과 증발원 및 이를 이송하는 증발원 스캐너(200)가 챔버(100) 내에 배치된다.

제1 얼라이너가 있는 구역을 편의상 제1증착 구간이라고 하고, 제2 얼라이너가 있는 구역을 제2증착 구간이라 부른다. 기판은 제1증착 구간과 제2 증착 구간 사이에 있는 중심부에 해당되는 게이트(미 도시)를 통해 반입된다. 반입된 제1 기판을 기판 셔틀(400)이 수용하며, 기판 셔틀(400)은 좌우의 양팔부에서 기판을 수용할 수 있다. 수용한 기판을 제1증착 구간으로 이송하여 제1 얼라이너에서 얼라인하게 하고, 기판 셔틀(400)은 다시 중심부로 와 제2 기판을 수용한다. 제2기판은 제2 증착 구간으로 운반되어 제2 얼라이너에 의해 얼라인된다. 그 동안 제1 기판은 증발원에 의해 증착된다. 증착을 마칠 무렵 제2 기판의 얼라인이 완료되고, 제1기판은 반출 게이트로 반출되고, 증발원은 증발원 스캐너(200)에 의해 운반되어 제2 증착 구간으로 이송된다. 제2 기판이 증착되는 동안 기판 셔틀(400)은 중심부로 가서 새로운 기판의 반입을 수용하여 제1얼라이너에게 기판을 운반하여 주며, 상기한 바와 같은 방식으로 기판이 연속적으로 반입되고 반츨되어 챔버(100)에서 두 장의 기판에 대해 공정이 실시되는 듀얼 증착 시스템을 이룬다. 증발원 스캐너(200)는 여러 형태의 운송수단으로 만들어질 수 있으나, 본 실시예에서는 도 1a 및 도 1b에서 보인 바와 같이 접철식으로 구성하였다.

기판 셔틀(400)은 접철식으로 그 양팔의 길이를 가감할 수 있다. 즉, 기판 셔틀(400)은 기판 이송을 위해 본체가 움직이지 않고 접철식으로된 양팔의 길이를 접고 펴서 기판을 수용하고 운반할 수 있다.

또한, 기판 셔틀(400)은 선형모터에 의해 구동될 수 있다.

본 발명에 따르면, 기판 두 장이 하나의 증착 챔버에서 얼라인과 증착이 동시실시되기 때문에 택 타임을 반으로 줄여 공정 속도를 두 배 정도 향상시킬 수 있다.

상기에서 본 바와 같이, 본 발명에서는 증착 챔버가 직육면체 형으로 제작될 수 있고, 로봇 암은 증착 챔버의 중심부에 해당되는 일정함 지점으로 기판을 지속 운반하며, 챔버 내 셔틀이 기판을 받아 좌측과 우측으로 번갈아 이송하여 주므로 시스템 운용이 편리하다. 게다가 두 장의 기판을 연속 증착하기 위해 이송되는 증발원도 직선 거리를 움직이기 때문에 구동의 정확성을 유지하기 좋다.

또한, 본 발명에서 두 대의 얼라이너가 챔버에 배치되어 기판과 마스크의 합착 및 얼라이닝을 하기 위해 그립퍼(310)가 동작되어도 기판 셔틀(400)의 기판 운반 경로에 대해 간섭이 일어나지 않도록 기판 셔틀(400)이 이동하는 동안에는 리프팅되는 식으로 간섭이 회피되게 하였다. 즉, 기판 셔틀(400)에 의해 얼라이너(300)에 배송된 기판을 그립퍼(310)가 받지만 그립퍼(310)에 의해 기판 셔틀(400)의 경로가 간섭받지 않도록 기판 셔틀(400)이 어느 한 얼라이너(300)가 있는 곳을 지나는 동안 그립퍼(310)는 위로 올라가 있는 상태로 경로회피 된다. 이러한 기판-그립퍼 간섭회피동작은 그립퍼(310)가 내려와 얼라이닝을 하는 동안 기판 셔틀(400)은 다른 기판을 받기 위해 중심부에서 대기중이거나 다른 얼라이너(300)로 기판을 배송중이기 때문에 자연스럽게 이루어진다. 얼라이닝에 필요한 비젼의 경우도 업/다운 구동되며, 비젼 업/다운 유닛(320) 역시 얼라인을 확인하기 위해 다운 구동되어도 이때 기판 셔틀(400)은 중심부에서 대기중이거나 다른 얼라이너(300)로 기판을 배송중이기 때문에 서로 경로 간섭되지 않으며, 해당 얼라이너에 기판을 배송중일 때에는 그립퍼(310)와 마찬가지로 위로 올라가 있어 기판 셔틀(400) 경로를 간섭하지 않는다.

도 1b에 도시된 챔버 내부 상황도 도 1a에서와 비슷하나, 기판이 챔버(100) 중심부가 아닌 일측 단부에서 반입된다. 셔틀(400)이 얼라이너(300) 두 대를 가로질러가며 기판 두 장을 연속 배송하는 것과 증발원이 증발원 스캐너(200)에 의해 이동하여 두 장의 기판을 순차로 증착하는 것 모두 같은 원리이며, 셔틀(400)의 경로에 대해 그립퍼(310)와 비젼 업/다운 유닛(320)이 간섭 회피하는 원리와 방법도 도 1a에서와 같다.

도 2에는 셔틀(400)의 구성을 단면도로 나타내며, 선형 모터(450)를 구성하는 마그넷(430)과 코일부(440) 그리고 셔틀 베이스(410) 및 셔틀 가이드(420)가 되시되어 있다.

도 3은 본 발명에 따라 두 장의 기판이 연속적으로 두 대의 얼라이너에 배송되어 얼라인 되고 증착되는 과정을 기판 셔틀의 이동 경로와 함께 순치적으로 상세하게 도시하였다.

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.

100; 챔버
200: 증발원 스캐너
300: 얼라이너
310: 그립퍼
320: 비젼 업/다운 유닛
400: (기판) 셔틀
410: 셔틀 베이스
420: 셔틀 가이드
430: 마그넷
440: 코일부
450: 선형모터

Claims (5)

1. 클러스터 증착 시스템에 있어서,
   클러스터를 이루는 챔버로서, 두 장의 제1 및 제2 기판이 위치될 수 있는 하나의 증착 챔버;
   상기 증착 챔버의 중심부에 위치하는, 기판이 반입되는 기판 게이트;
   상기 증착 챔버의 기판 게이트에 대해 좌우로 각각 배치되는 제1 및 제2 얼라이너;
   상기 증착 챔버 안에 배치되는, 제1 및 제2 얼라이너에 각각 기판 및 마스크를 로딩할 수 있는 하나의 기판 셔틀;
   상기 증착 챔버 안에 배치되는, 하나 이상의 증발원;과 증발원을 이송할 수 있는 증발원 스캐너;를 포함하여,
   기판 게이트를 통해 증착 챔버로 제1기판이 반입되면, 셔틀이 수납하여 제1기판을 제1 얼라이너 쪽으로 이송하여 얼라인 공정과 증착 공정을 실시하게 하고,
   상기 제1기판이 얼라인 공정과 증착 공정을 실시하는 동안 셔틀은 제2 기판을 게이트로부터 수납하여 제2 얼라이너쪽으로 이송하여 얼라인 공정을 실시하게 하며, 제2기판이 얼라인 공정을 실시하는 동안 제1 기판의 증착 공정이 완료되면,
   증발원이 증발원 스캐너에 의해 제2기판이 얼라인 된 쪽으로 이송되어 제2 기판이 증착공정을 실시하여, 기판에 대한 증착 공정이 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀얼 증착 시스템.
2. 제1항에 있어서, 기판을 이송하는 기판 셔틀은 양단부에 기판을 각각 수납할 수 있는 양팔을 가진 구조인 것을 특징으로 하는 듀얼 증착 시스템.
3. 제1항에 있어서, 기판을 이송하는 기판 셔틀은 접철식으로 그 양팔의 길이를 가감할 수 있는 것을 특징으로 하는 듀얼 증착 시스템.
4. 제1항에 있어서, 기판 셔틀과 증발원은 선형의 이동경로를 따라 움직이는 것을 특징으로 하는 듀얼 증착 시스템.
5. 제1항에 있어서, 얼라이너에 구비된 그립퍼에 의해 기판 셔틀의 이동 경로가 간섭받지 않도록 기판 셔틀이 얼라이너를 지나는 동안 그립퍼는 위로 올라가 있는 상태로 운용되는 것을 특징으로 하는 듀얼 증착 시스템.
   
   
   

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