KR101761584B1 - 기판 증착장치 - Google Patents

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Abstract

기판 증착장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 증착장치는, 증착공정이 진행되는 챔버에 마련되며, 증착대상의 기판이 안착되는 장소를 형성하는 마스크(mask); 기판을 사이에 두고 마스크의 반대편에 배치되어 마스크에 접근 또는 이격되며, 증착공정 시 기판과 접촉되어 기판을 냉각시키는 쿨링 플레이트(cooling plate); 및 마스크와 쿨링 플레이트 중 적어도 어느 하나에 마련되며, 증착공정 시 자력 방식을 통해 쿨링 플레이트, 기판 및 마스크 간의 합착력을 증대시켜 기판이 미끄러지는 것을 저지시키는 자력식 합착력 증대부를 포함한다.

Description

기판 증착장치{DEPOSITION APPARATUS FOR GLASS}
본 발명은, 기판 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 챔버에 적용이 가능한 자력 방식을 이용해서 쿨링 플레이트, 기판 및 마스크 간의 합착력을 증대시킴으로써 기판의 미끄러짐 현상을 방지할 수 있으며, 이로 인해 기판의 증착품질을 향상시킬 수 있는 기판 증착장치에 관한 것이다.
평판표시소자 기판인 유기전계발광표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display)는 유기물의 자체 발광에 의해 컬러 화상을 구현하는 초경박형 표시장치로서, 그 구조가 간단하면서 광효율이 높다는 점에서 차세대의 유망 디스플레이 장치로서 주목받고 있다.
이러한 유기전계발광표시장치(OLED)는 애노드와 캐소드 그리고, 애노드와 캐소드 사이에 개재된 유기막들을 포함하고 있다.
여기서 유기막들은 최소한 발광층을 포함하며, 발광층 이외에도 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층을 더 포함할 수 있다.
유기전계발광표시장치는 유기막 특히, 발광층을 이루는 물질에 따라서 고분자 유기발광소자와 저분자 유기발광소자로 나누어질 수 있다. 풀 칼라(full color)를 구현하기 위해서는 발광층을 패터닝해야 하는데, 대형 OLED를 제작하는 방식으로는 FMM(Fine Metal Mask, 이하 마스크라 함)을 이용한 직접 패터닝 방식과 LITI(Laser Induced Thermal Imaging) 공법을 적용한 방식, 컬러 필터(color filter)를 이용하는 방식 등이 있다.
마스크 방식을 적용하여 대형 OLED를 제작할 때에는 챔버 내에 기판과 패터닝(patterning)된 마스크를 수평으로 배치시킨 후에 마스크를 향해 증착물질을 분사하여 기판을 증착시키는 이른 바 수평식 상향 증착공법이 널리 적용되고 있다.
한편, 증착공정의 주요 기능 중 포인트 소스(source)와 오픈 마스크(open mask)를 사용하여 증착을 진행하는 방식은 기판에 증착되는 물질의 균일도가 고르지 못하다.
따라서 이를 보정하기 위해 쿨링 플레이트(cooling plate), 기판(glass), 마스크(mask)를 합착시켜 수 내지 수십 분 동안 회전시키면서 증착공정을 진행하는 방안이 고려된다.
이때, 쿨링 플레이트, 기판, 마스크의 합착 상태가 안정적이지 못하면 쿨링 플레이트와 마스크 사이에 배치되는 기판이 미끄러지는 현상이 발생될 수 있고, 이로 인해 증착품질(정도)이 저하되는 결과를 초래할 수 있다.
쿨링 플레이트, 기판, 마스크를 안정적으로 합착시키기 위한 수단으로서 액추에이터의 적용을 고려해볼 수는 있으나 챔버 내에 액추에이터를 적용하기가 곤란하기 때문에 별도의 합착 수단 없이 단지 쿨링 플레이트의 자중으로 쿨링 플레이트가 기판 상에 안착되는 방식이 우선 고려된다.
하지만, 쿨링 플레이트의 자중에만 의존하여 쿨링 플레이트, 기판 및 마스크를 상호 합착시키는 경우, 실질적으로 쿨링 플레이트, 기판 및 마스크 간의 충분한 합착력을 제공할 수 없기 때문에 증착공정을 위한 쿨링 플레이트, 기판 및 마스크의 회전 시 기판이 미끄러지는 현상을 방지할 수 없을 수 있고, 이로 인해 기판의 증착품질(정도)이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국특허청 공개번호 제10-2012-0077382호
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 챔버에 적용이 가능한 자력 방식을 이용해서 쿨링 플레이트, 기판 및 마스크 간의 합착력을 증대시킴으로써 기판의 미끄러짐 현상을 방지할 수 있으며, 이로 인해 기판의 증착품질을 향상시킬 수 있는 기판 증착장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 증착공정이 진행되는 챔버에 마련되며, 증착대상의 기판이 안착되는 장소를 형성하는 마스크(mask); 상기 기판을 사이에 두고 상기 마스크의 반대편에 배치되어 상기 마스크에 접근 또는 이격되며, 상기 증착공정 시 상기 기판과 접촉되어 상기 기판을 냉각시키는 쿨링 플레이트(cooling plate); 및 상기 마스크와 상기 쿨링 플레이트 중 적어도 어느 하나에 마련되며, 상기 증착공정 시 자력 방식을 통해 상기 쿨링 플레이트, 상기 기판 및 상기 마스크 간의 합착력을 증대시켜 상기 기판이 미끄러지는 것을 저지시키는 자력식 합착력 증대부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 증착장치가 제공될 수 있다.
상기 마스크는 자성체로 제작될 수 있으며, 상기 자력식 합착력 증대부는 상기 쿨링 플레이트에 마련되는 자석일 수 있다.
상기 자석은 전자석일 수 있다.
상기 전자석은 다수 개일 수 있으며, 상기 쿨링 플레이트에 그 둘레 방향을 매입될 수 있다.
상기 전자석에 연결되며, 상기 쿨링 플레이트, 상기 기판 및 상기 마스크 간의 합착력 세기 조절을 위해 상기 전자석의 자력을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 쿨링 플레이트에는 상기 전자석이 매입되는 매입홈이 형성될 수 있다.
상기 전자석은, 다수의 통공을 구비하는 평탄한 자석 플레이트; 및 상기 자석 플레이트의 일측에서 돌출되게 형성되는 돌출부를 포함할 수 있으며, 상기 매입홈은 상기 전자석의 형상과 대응되게 함몰될 수 있으며, 상기 매입홈에는 상기 전자석의 통공에 연통되는 연통공이 형성될 수 있다.
상기 쿨링 플레이트에 이웃하게 배치되며, 상기 쿨링 플레이트와 함께 업/다운(up/down) 구동되는 업/다운 구동 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 증착공정 시 상기 쿨링 플레이트가 자중에 의해 상기 기판 상에 합착되도록 상기 쿨링 플레이트에 대하여 상기 업/다운 구동 플레이트를 플로팅시키는 플로팅부를 더 포함할 수 있다.
상기 플로팅부는, 일단부는 상기 쿨링 플레이트에 연결되고 타단부는 상기 업/다운 구동 플레이트의 상부에 배치되는 플로팅 블록; 및 상기 플로팅 블록에 결합되고 노출단부가 상기 업/다운 구동 플레이트에 지지되는 볼 플런저를 포함할 수 있다.
상기 플로팅 블록은, 상기 업/다운 구동 플레이트가 업/다운(up/down) 구동되는 방향을 따라 상기 쿨링 플레이트에 연결되되 볼 스크루에 의해 상기 쿨링 플레이트에 고정되는 세로 블록; 및 상기 세로 블록에 교차되게 연결되고 단부에 상기 볼 플런저가 결합되는 가로 블록을 포함할 수 있다.
상기 볼 플런저는, 상기 플로팅 블록 내에 결합되는 플런저 바디; 및 상기 플런저 바디에 연결되고 상기 플로팅 블록의 외측으로 노출되는 볼 헤드를 포함할 수 있다.
상기 업/다운 구동 플레이트에는 상기 볼 플런저의 볼 헤드가 수용되는 헤드 수용 그루브가 형성될 수 있다.
상기 쿨링 플레이트와 연결되며, 상기 쿨링 플레이트를 업/다운(up/down) 구동시키는 업/다운 구동부; 및 상기 쿨링 플레이트 및 상기 마스크와 연결되며, 상기 증착공정 시 상기 쿨링 플레이트 및 상기 마스크를 회전 구동시키는 회전 구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 챔버에 적용이 가능한 자력 방식을 이용해서 쿨링 플레이트, 기판 및 마스크 간의 합착력을 증대시킴으로써 기판의 미끄러짐 현상을 방지할 수 있으며, 이로 인해 기판의 증착품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 유기막과 무기막이 교대로 10층 증착된 유기전계발광표시장치의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 증착장치의 구조도이다.
도 3 내지 도 6은 각각 기판의 증착공정 진행을 위한 단계별 동작도이다.
도 7은 도 6의 A 영역의 확대도이다.
도 8은 쿨링 플레이트의 사시도이다.
도 9는 도 8의 요부 확대 분해도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 증착장치의 제어블록도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 증착장치에 적용될 수 있는 소스의 구조도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 유기막과 무기막이 교대로 10층 증착된 유기전계발광표시장치의 개략적인 구조도이다.
이 도면을 참조하면, 유기전계발광표시장치(1, OLED)는 기판과, 기판 상에 적층되는 유기발광소자(3)를 포함할 수 있다.
기판은 유리(glass)로 마련되는 기판일 수 있다. 유기발광소자(3)에 대해 도면참조부호 없이 간략하게 설명하면, 유기발광소자(3)는 양극, 3층의 유기막(홀 수송층, 발광층, 전자 수송층), 음극의 적층 구조를 갖는다. 유기 분자는 에너지를 받으면(자, 여기 상태임), 원래의 상태(기저 상태)로 돌아오려고 하는데, 그때에 받은 에너지를 빛으로서 방출하려는 성질을 가진다.
유기발광소자(3)에서는 전압을 걸면 양극으로부터 주입된 홀(＋)과 음극으로부터 주입된 전자(－)가 발광층 내에서 재결합하게 되고, 이때에 유기 분자를 여기해서 발광한다. 이처럼 전압을 가하면 유기물이 빛을 발하는 특성을 이용하여 디스플레이하는 것이 유기전계발광표시장치(1)인데, 유기발광소자(3) 상의 유기물에 따라 R(Red), G(Green), B(Blue)를 발하는 특성을 이용해 풀 칼라(Full Color)를 구현한다.
한편, 유기발광소자(3)는 대기 중의 기체나 수분에 의해 쉽게 손상될 수 있기 때문에 그 수명 문제가 대두될 수 있게 되었고, 이를 해결하기 위해 도 1처럼 유기막과 무기막을 교대로 다수 층 적층함으로써 기체나 수분의 유입으로부터 유기발광소자(3)를 보호하기에 이르렀다.
도 1에는 총 10층의 유기막과 무기막이 교대로 적층되어 있다. 즉 유기발광소자(3)로부터 제1 유기막, 제1 무기막, 제2 유기막, 제2 무기막 ‥ 제5 유기막, 제5 무기막이 순서대로 또한 층별로 증착되어 있다.
이를 자세히 살펴보면, 제1 무기막이 제1 유기막을 완전히 감싸는 형태로, 이어 제2 유기막이 제1 무기막을 부분적으로 감싸는 형태로, 이어 제2 무기막이 제2 유기막을 완전히 감싸는 형태 등으로 막이 증착되어 있는 것을 알 수 있으며, 이와 같은 증착을 위해 아래와 같은 기판 증착장치가 요구된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 증착장치의 구조도이고, 도 3 내지 도 6은 각각 기판의 증착공정 진행을 위한 단계별 동작도이며, 도 7은 도 6의 A 영역의 확대도이고, 도 8은 쿨링 플레이트의 사시도이며, 도 9는 도 8의 요부 확대 분해도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 증착장치의 제어블록도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 증착장치는 챔버(100)에 적용이 가능한 자력 방식을 이용해서 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(110) 간의 합착력을 증대시킴으로써 기판의 미끄러짐 현상을 방지할 수 있으며, 이로 인해 기판의 증착품질을 향상시킬 수 있도록 한 것으로서, 증착공정이 진행되는 챔버(100)에 마련되는 마스크(120, mask) 및 쿨링 플레이트(140, cooling plate)와, 증착공정 시 자력 방식을 통해 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(120) 간의 합착력을 증대시켜 기판이 미끄러지는 것을 저지시키는 자력식 합착력 증대부(150)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 적용되는 기판은 전술한 바와 같이, 예컨대 유기전계발광표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display)용 기판일 수 있다.
챔버(100)는 기판에 대한 증착공정이 진행되는 장소를 이룬다. 본 실시예의 경우, 기판이 수평으로 배치된 후에 상방으로 향하는 증착물질에 의해 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 수평식 상향 증착 방식을 제시하고 있다.
하지만, 기판을 비롯하여 마스크(120) 등의 구성들이 수직되게 혹은 비스듬하게 세워져 배치된 후에 증착되는 수직식 증착 방식이 적용되는 증착장치에도 본 발명의 권리범위가 적용될 수 있을 것이다.
챔버(100)의 내부는 기판에 대한 증착 공정이 신뢰성 있게 진행될 수 있도록 진공 분위기를 형성한다.
이를 위해, 챔버(100)의 하부에는 챔버(100)의 내부를 진공 분위기로 유지하기 위한 수단으로서 진공 펌프(101a)가 연결된다. 진공 펌프(101a)는 소위, 크라이오 펌프일 수 있다. 그리고 챔버(100)의 측벽에는 기판이 출입되는 게이트(101b,101c)가 마련될 수 있다.
소스(110, source)는 포인트 소스(110)로서 챔버(100) 내의 하부 영역에 배치되어 상부의 기판을 향해 증발 물질을 제공하는 역할을 한다. 본 실시예의 경우, 소스(110)는 해당 위치에 고정된 상태로 증발 물질을 상부로 분사한다.
소스(110)는 리니어 소스(linear source)일 수도 있고, 혹은 아래의 도 11의 실시예에서 설명되는 소스(210)것일 수도 있다.
이와 같은 구조의 챔버(100)에 도 2와 같은 형태로 기판 증착장치가 탑재될 수 있다. 이때, 기판을 비롯하여 마스크(120)와 쿨링 플레이트(140) 등의 구조물은 챔버(100) 내에 배치되고, 이들을 구동시키기 위한 구동수단인 업/다운 구동부(181)와 회전 구동부(183)는 챔버(100)의 외부에 배치되어 쿨링 플레이트(140) 등과 연결될 수 있다.
도 2 내지 도 7을 참조하되 주로 도 7을 참조하면, 마스크(120)는 증착대상의 기판이 안착되는 장소를 형성한다.
이러한 마스크(120)는 그 하부의 마스크 프레임(122)에 의해 위치 고정된다. 마스크 프레임(122)의 하부에는 마스크 프레임(122)을 지지하는 베이스 플레이트(124)가 마련된다.
본 실시예에서 마스크(120)는 자성체로 제작된다. 따라서 자력식 합착력 증대부(150)로서의 전자석(150)과 자기적인 힘, 즉 인력을 발생시킬 수 있으며, 이의 작용으로 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(120) 간의 합착력의 증대될 수 있게끔 한다.
다음으로, 쿨링 플레이트(140)는 도 2 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 기판을 사이에 두고 마스크(120)의 반대편에 배치되는 구조물로서, 기판에 대한 증착공정 시 기판과 접촉되어 기판의 온도를 관리(냉각)하는 역할을 한다.
이처럼 증착공정 시 쿨링 플레이트(140)가 기판의 표면에 접촉되기 위해 쿨링 플레이트(140)는 마스크(120)에 접근 또는 이격 가능하게 마련된다.
이를 위해, 본 실시예에 따른 기판 증착장치에는 업/다운 구동 플레이트(160)와 업/다운 구동부(181)가 마련된다.
업/다운 구동 플레이트(160)는 쿨링 플레이트(140)에 이웃하게 배치되며, 즉 쿨링 플레이트(140)의 상부에 배치되며, 쿨링 플레이트(140)와 함께 업/다운(up/down) 구동된다. 즉 업/다운 구동부(181)의 작용으로 업/다운 구동 플레이트(160)가 업/다운(up/down) 구동되기 때문에 이에 연결되는 쿨링 플레이트(140)가 마스크(120)에 접근 또는 이격될 수 있다.
이때, 본 실시예의 경우, 쿨링 플레이트(140)와 업/다운 구동 플레이트(160)가 서로 연결되기는 하되 이들이 완전히 고정되지는 않는다.
다시 말해, 업/다운 구동 플레이트(160)가 쿨링 플레이트(140) 상에 플로팅(floating)된 상태를 취한다. 이는 업/다운 구동 플레이트(160)로 인해 쿨링 플레이트(140)가 원하는 위치까지는 하강하되 그 다음에는 쿨링 플레이트(140)의 자체 하중에 의해 쿨링 플레이트(140)가 기판 상의 표면에 접촉가압될 수 있도록 하기 위함이다.
이처럼 본 실시예에 따른 기판 증착장치에는 증착공정 시 쿨링 플레이트(140)가 자중에 의해 기판 상에 합착되도록 쿨링 플레이트(140)에 대하여 업/다운 구동 플레이트(160)를 플로팅시키는 플로팅부(170)가 마련된다.
주로 도 7을 참조하면, 플로팅부(170)는 그 일단부는 쿨링 플레이트(140)에 연결되고 타단부는 업/다운 구동 플레이트(160)의 상부에 배치되는 플로팅 블록(171)과, 플로팅 블록(171)에 결합되고 노출단부가 업/다운 구동 플레이트(160)에 지지되는 볼 플런저(175)를 포함할 수 있다.
플로팅 블록(171)은 업/다운 구동 플레이트(160)가 업/다운(up/down) 구동되는 방향을 따라 쿨링 플레이트(140)에 연결되되 볼 스크루(S)에 의해 쿨링 플레이트(140)에 고정되는 세로 블록(172)과, 세로 블록(172)의 상단부에서 세로 블록(172)에 교차되게 연결되는 가로 블록(173)을 포함할 수 있다.
세로 블록(172)이 볼 스크루(S)에 의해 쿨링 플레이트(140)에 고정되는 반면 가로 블록(173)은 업/다운 구동 플레이트(160)의 상부에 배치될 수 있는데, 이러한 가로 블록(173)에 볼 플런저(175)가 결합되어 업/다운 구동 플레이트(160)에 지지된다.
다시 말해, 쿨링 플레이트(140)는 볼트 방식이나 용접 방식에 의해 업/다운 구동 플레이트(160)에 고정되는 것이 아니라 볼 플런저(175)를 매개로 해서 업/다운 구동 플레이트(160)에 거치되는 형태를 취한다. 이처럼 쿨링 플레이트(140)와 업/다운 구동 플레이트(160)가 서로 완전히 구속되지 않기 때문에 이들의 정위치 센터링 작업에도 유리하다.
볼 플런저(175)는 플로팅 블록(171) 내에 결합되는 플런저 바디(175a)와, 플런저 바디(175a)에 연결되고 플로팅 블록(171)의 외측으로 노출되는 볼 헤드(175b)를 포함할 수 있다.
볼 헤드(175b)는 그 외표면이 둥글게 라운드처리 되어 있는데, 상대편인 업/다운 구동 플레이트(160)에는 볼 플런저(175)의 볼 헤드(175b)가 수용되는 헤드 수용 그루브(161)가 형성된다. 따라서 쿨링 플레이트(140)와 업/다운 구동 플레이트(160) 간의 안정적인 플로팅 지지가 가능해질 수 있다.
업/다운 구동부(181)는 도 2에 도시된 바와 같이, 업/다운 구동 플레이트(160)와 연결되며, 업/다운 구동 플레이트(160)를 업/다운(up/down) 구동시키는 역할을 한다.
이러한 업/다운 구동부(181)는 업/다운 볼 스크루(181a)와, 업/다운 볼 스크루(181a)가 업/다운 동작되기 위한 구동력을 제공하는 업/다운 모터(181b)와, 업/다운 모터(181b)의 회전운동을 업/다운 샤프트(181a)의 업/다운 선형운동으로 전달하는 제1 운동 전달부(181c)를 포함할 수 있다. 제1 운동 전달부(181c)는 벨트와 풀리 구조로 적용될 수 있다.
이에, 업/다운 모터(181b)가 동작되면 제1 운동 전달부(181c)에 의해 업/다운 볼 스크루(181a)가 정방향 혹은 역방향으로 회전되면서 업/다운 구동 플레이트(160)를 업/다운 구동시킬 수 있다.
이러한 업/다운 구동부(181)의 주변에는 쿨링 플레이트(140) 및 마스크(120)와 연결되며, 증착공정 시 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(120)를 회전 구동시키는 역할을 한다.
앞서도 잠시 언급한 바와 같이, 본 실시예처럼 포인트 소스(110)와 오픈 마스크(120)를 사용하여 증착을 진행하는 방식의 경우, 기판에 증착되는 물질의 균일도가 고르지 못하기 때문에, 이를 보정하기 위해 증착공정 시 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(110)를 합착시킨 후, 수 내지 수십 분 동안 회전시키면서 증착공정을 진행하게 되는데, 이때 회전 구동부(183)가 동작될 수 있다.
이러한 회전 구동부(183)는 도 2에 도시된 바와 같이, 업/다운 구동 플레이트(160)를 비롯하여 쿨링 플레이트(140)와 마스크(120) 등을 일체로 지지하는 회전 프레임(183a)과, 회전을 위한 구동력을 발생시키는 회전 모터(183b)와, 회전 모터(183b)의 회전운동을 회전 프레임(183a)의 회전운동으로 전달하는 제2 운동 전달부(183c)를 포함할 수 있다.
이에, 회전 모터(183b)가 동작되면 제2 운동 전달부(183c)에 의해 회전 프레임(183a)이 일 방향으로 회전될 수 있으며, 이의 작용으로 기판이 회전되면서 증착공정이 진행될 수 있다.
한편, 자력식 합착력 증대부(150)는 증착공정 시 자력 방식을 통해 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(120) 간의 합착력을 증대시켜 상기 기판이 미끄러지는 것을 저지시키는 역할을 한다.
앞서 기술한 것처럼 본 실시예의 경우에는 증착공정 시 회전 구동부(183)의 작용으로 기판이 회전되면서 증착되는데, 이때 쿨링 플레이트(140)와 마스크(120) 사이에 배치되는 기판이 흔들리거나 미끄러져 자리를 이탈하면 곤란하다. 즉 회전 구동부(183)가 동작되더라도 기판은 미끄러지지 않아야 하는데, 그러기 위해서는 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(120) 간의 적절한 합착력이 필요하다. 이를 위해, 본 실시예에서는 자력식 합착력 증대부(150)를 적용하고 있는 것이다.
특히, 챔버(100) 내에 액추에이터 등의 구조물을 설치하기가 곤란하다는 점을 고려하여 본 실시예에서는 자력 방식으로 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(120) 간의 합착력이 증대될 수 있도록 함으로써, 증착공정 시 기판이 미끄러지지 않도록 하고 있는 것이다.
본 실시예에 적용되는 자력식 합착력 증대부(150)는 쿨링 플레이트(140)에 마련되는 자석, 특히 자력 제어가 가능한 전자석(150)으로 마련된다.
앞서도 기술한 것처럼 본 실시예의 경우에는 마스크(120)가 자성체로 제작되기 때문에 쿨링 플레이트(140)에 전자석(150)을 설치하면 마스크(120)와의 자기적인 인력이 발생될 수 있고, 이로 인해 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(120) 간의 합착력이 증대될 수 있어 기판이 미끄러지지 않도록 할 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 균일한 자력 제공을 위해 전자석(150)은 다수 개로 적용될 수 있으며, 쿨링 플레이트(140)에 그 둘레 방향을 매입될 수 있다. 즉 전자석(150)을 쿨링 플레이트(140)의 표면에 노출되게 고정시키면 부피가 커질 수 있을 뿐만 아니라 주변 구조물과의 간섭 현상이 발생될 수 있기 때문에 본 실시예의 경우에는 전자석(150)을 쿨링 플레이트(140)에 매입시키고 있는 것이다.
따라서 쿨링 플레이트(140)에는 상기 전자석(150)이 매입되는 매입홈(142)이 형성될 수 있으며, 매입홈(142)은 전자석(150)과 동일한 형태로 가공될 수 있다.
전자석(150)은 다수의 통공(151a)을 구비하는 평탄한 자석 플레이트(151)와, 자석 플레이트(151)의 일측에서 돌출되게 형성되는 돌출부(152)를 포함하는 구조를 가질 수 있는데, 이에 형상맞춤되게 매입홈(142)이 가공될 수 있다. 매입홈(142)에는 전자석(150)의 통공(151a)에 연통되는 연통공(142a)이 형성될 수 있다. 통공(151a)과 연통공(142a)은 나사 등을 이용해서 전자석(150)을 고정시키기 위한 장소로 활용될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 기판 증착장치에는 컨트롤러(190)가 더 갖춰질 수 있다. 컨트롤러(190)는 도 10에 도시된 바와 같이, 증착공정 시 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(120) 간의 합착력 세기 조절을 위해 전자석(150)의 자력을 컨트롤한다.
즉 본 실시예처럼 포인트 소스(110)와 오픈 마스크(120)를 사용하여 증착을 진행하는 방식의 경우, 기판에 증착되는 물질의 균일도가 고르지 못하기 때문에, 이를 보정하기 위해 증착공정 시 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(110)를 합착시켜 회전 구동부(183)의 작용으로 수 내지 수십 분 동안 회전시키면서 증착공정을 진행한다.
이처럼 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(110)가 합착되어 하나의 몸체화되어 회전될 때, 이들의 합착력이 약해 기판이 미끄러지면 곤란하다. 반대로, 합착력이 너무 과도한 경우에는 기판에 가해지는 압력이 너무 커져서 기판의 손상이 우려된다. 따라서 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(120) 간의 합착력 세기가 적절한 수준으로 컨트롤되어야 하는데, 이를 위해 본 실시예에는 컨트롤러(190)가 마련된다.
컨트롤러(190)는 전자석(150)으로 인가되는 전류의 세기 조절을 위해 전자석(150)의 자력을 컨트롤할 수 있다.
컨트롤러(190)는 중앙처리장치(191, CPU), 메모리(192, MEMORY), 서포트 회로(193, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(191)는 본 실시예에서 증착공정 시 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(120) 간의 합착력 세기 조절을 위해 전자석(150)의 자력을 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터(110) 프로세서들 중 하나일 수 있다.
메모리(192, MEMORY)는 중앙처리장치(191)와 연결된다. 메모리(192)는 컴퓨터(110)로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리이다.
서포트 회로(193, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(191)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(193)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 컨트롤러(190)는 증착공정 시 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(120) 간의 합착력 세기 조절을 위해 전자석(150)의 자력을 컨트롤한다. 이때, 컨트롤러(190)가 증착공정 시 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(120) 간의 합착력 세기 조절을 위해 전자석(150)의 자력을 컨트롤하는 한편 좌표 검출부(155)의 검출정보에 기초하여 유선 통신부(120)의 동작을 컨트롤하는 일련의 프로세스 등은 메모리(192)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(192)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터(110) 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 기판 증착장치를 통해 기판에 증착공정이 진행되는 과정을 설명한다.
도 3처럼 쿨링 플레이트(140)가 업(up) 동작되어 있는 상태에서 도 4처럼 기판이 마스크(120) 상에 로딩된다.
이어, 업/다운 구동부(181)가 동작된다. 업/다운 구동부(181)의 동작에 의해 업/다운 구동 플레이트(160)가 다운(down) 동작되면 이와 함께 쿨링 플레이트(140)가 다운(down) 동작되면서 기판 상의 표면에 접촉가압된다.
이때는 업/다운 구동부(181)에 의한 업/다운 구동 플레이트(160)의 동작으로 인해 쿨링 플레이트(140)가 공정에서 요구되는 위치까지만 하강되며, 이후에는 쿨링 플레이트(140)의 자체 하중에 의해 쿨링 플레이트(140)가 기판 상의 표면에 접촉가압되도록 한다.
한편, 쿨링 플레이트(140)에는 전자석(150)들이 마련되어 있기 때문에 쿨링 플레이트(140)가 기판 상의 표면에 접촉가압될 때, 전자석(150)들과 마스크(120) 간에는 자기적인 인력이 발생될 수 있게 되고, 이로 인해 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(110)가 완전하게 한 몸체로 합착될 수 있도록 한다.
쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(110) 간의 합착이 완료되면 회전 구동부(183)가 동작된다. 즉 회전 구동부(183)의 회전 모터(183b)가 동작되면 제2 운동 전달부(183c)에 의해 회전 프레임(183a)이 일 방향으로 회전될 수 있으며, 이의 작용으로 기판이 회전되면서 증착공정이 진행될 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조와 작용을 갖는 본 실시예에 따르면, 챔버(100)에 적용이 가능한 자력 방식을 이용해서 쿨링 플레이트(140), 기판 및 마스크(110) 간의 합착력을 증대시킴으로써 기판의 미끄러짐 현상을 방지할 수 있으며, 이로 인해 기판의 증착품질을 향상시킬 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 증착장치에 적용될 수 있는 소스의 구조도이다.
이 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 증착장치에 적용되는 소스(210)는, 크루시블(220, crucible), 히터(231,232, heater), 제1 증발 모니터 센서(260), 제2 증발 모니터 센서(270), 그리고 이들을 컨트롤하는 컨트롤러(미도시)를 포함할 수 있다.
크루시블(220)은 기판 상으로 증착되는 증발 물질이 내부에 충전되는 일종의 컵(cup) 모양의 도가니이다. 크루시블(220)은 상부가 개구(open)된다. 크루시블(220)은 아래로 갈수록 좁아지는 형태로 제작될 수 있는데, 상부 개구 영역에는 립부(221, lip portion)가 형성된다. 립부(221)는 넓은 표면적을 갖는 일종의 플랜지이다.
본 실시예에서 사용되는 증발 물질은 예컨대, 증발 공정이 진행되기 전에 멜팅(melting)이 선행되는 금속 증발 물질일 수 있다.
특히, 본 실시예에서 적용되는 증발 물질은 고온에서 크립(creep) 특성이 있는 증발 물질들, 예컨대 알루미늄(Al), 바륨(Ba), 게르마늄(Ge), 몰리브덴(Mo), 셀레늄(Se), 주석(Sn) 등이 될 수 있는데, 본 실시예의 평판표시소자의 증발 장치는 이와 같은 증발 물질을 크루시블(220) 내에 투입시킨 후, 크루시블(220)을 가열하여 용융 금속 증발 물질 또는 그 증기를 만들어 기판 상으로 증착시키고 있다.
참고로, 증착 공정 시 증발에 의해 크루시블(220) 내의 증발 물질이 줄게 되면, 즉 증발 물질이 소모되면 그만큼 증발 물질의 최상위 높이가 낮아지게 되고, 이때 크루시블(220) 내의 벽면이 많이 노출됨에 따라 증기(vapor)가 크루시블 내의 벽면에 간섭을 더 받게 되고 녹은 상태의 물질이 확산(creep)되는 영역이 달라진다. 그래서 증기 형상(vapor shape)이 변하게 된다.
히터(231,232)는 크루시블(220) 내에 수용된 증발 물질이 증기(vapor)로 상변화되면서 증발되도록 크루시블(220)을 가열한다. 이때, 히터(231,232)는 크루시블(220)의 주변에서 크루시블(220)의 높이 방향을 따라 다수 개 배치되어 컨트롤러에 의해 개별적으로 컨트롤되면서 동작된다.
본 실시예에서 히터(231,232)는 크루시블(220)의 주변 하부 영역에 배치되며, 증발 물질에 대한 증발률 컨트롤을 위하여 크루시블(220)의 하부 영역을 가열하는 하부 히터(231)와, 하부 히터(231)의 상부 영역에 배치되며, 증발 물질의 증기 형상 조정을 위하여 크루시블(220)의 상부 영역을 가열하는 상부 히터(232)를 포함한다.
다시 말해, 하부 히터(231)는 증발률 컨트롤을 위하여 즉 증발되는 양의 컨트롤을 위하여 컨트롤러에 의해 컨트롤되면서 동작되며, 상부 히터(232)는 증기 형상 조정을 위하여, 즉 고온에서 크립 특성이 있는 증발 물질이라 하더라도 증발되면서 소모되는 그 양에 무관하게 증기 형상이 일정해질 수 있도록 컨트롤러에 의해 컨트롤되면서 동작된다.
제2 증발 모니터 센서(170)는 증발 물질에 대한 증발률 컨트롤을 위하여 증발 물질의 증발량을 센싱하는 역할을 한다. 그리고 제1 증발 모니터 센서(160)는 제2 증발 모니터 센서(170)와는 이격 배치되며, 증발 물질의 증기 형상을 센싱하는 역할을 한다. 제1 증발 모니터 센서(160)의 원 기능은 제2 증발 모니터 센서(170)와 같이 증발량을 센싱하는 것이지만 증기 현상(vapor shape)이 달라지면 제1 증발 모니터 센서(160)에 센싱되는 증발량이 달라진다. 이 현상은 제2 증발 모니터 센서(170)에서 동일한 증발량이 센싱되는 증발량이 동일할 때에도 나타난다. 즉 증발 공정과 실시간으로 센서를 모니터링할 때, 제2 증발 모니터 센서(170)에 증발량이 연속적으로 일정하게 센싱되는 반면 제1 증발 모니터 센서(160)에 증발량이 연속적이지 않게 증가하거나 감소하면 증기 형상(vapor shape)이 변경되었다고 판단하는 것이다.
한편, 컨트롤러는 제1 증발 모니터 센서(260)와 제2 증발 모니터 센서(270)의 센싱 신호에 기초하여 하부 히터(231)와 상부 히터(232)의 동작 시간, 가열 온도 등을 컨트롤한다. 이때, 하부 히터(231)와 상부 히터(232)의 동작 시간, 가열 온도 등의 동작은 개별적으로 컨트롤될 수 있다.
특히, 컨트롤러는 제1 증발 모니터 센서(260)의 센싱 신호에 기초하여 상부 히터(232)의 동작 시간, 가열 온도 등을 컨트롤한다. 즉 증발 물질이 크루시블(220) 내에서 증발되면서 소모되더라도 그 증기 형상(vapor shape)이 변하지 않고 일정하게 유지될 수 있도록 컨트롤러는 제1 증발 모니터 센서(260)의 센싱 신호에 기초하여 상부 히터(232)의 동작 시간, 가열 온도 등을 컨트롤한다.
이러한 컨트롤러의 컨트롤이 가능한 이유는 반복 설명한 것처럼 크루시블(220)의 온도 구배에 따라 증발 물질이 크립핑(creeping)되는 형상이 달라지고, 이 형상에 따라 결과적으로 증기 형상이 달라지기 때문이다. 뿐만 아니라 컨트롤러는 제2 증발 모니터 센서(270)의 센싱 신호에 기초하여 하부 히터(231)의 동작 시간, 가열 온도 등을 컨트롤할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 소스(210)의 작용을 간략하게 살펴본다.
예컨대 알루미늄(Al), 실버(Ag)와 같이 어느 한 물질이 크루시블(220) 내에 투입되어 히터(231,232)에 의해 가열되면서 증착 공정이 진행된다.
제1, 2 증발 모니터 센서(260, 270)가 증발량을 센싱하고 센싱 정보를 컨트롤러 (250)로 전송한다. 그러면 컨트롤러는 제1, 2 증발 모니터 센서(260, 270)의 센싱 신호에 기초하여 상하부 히터(232, 231)의 동작 시간, 가열 온도 등을 컨트롤한다.
이처럼 소스(210)가 적용되더라도 상기 셔터유닛(180)을 적용하면 간단한 구조를 통해 냉매 순환경로를 손쉽게 확보할 수 있으면서도 챔버(100)의 풋 프린트(foot print)가 커지는 단점을 해소할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 소스(210)가 기판 증착장치에 적용되더라도 본 발명의 효과를 제공할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 챔버 110 : 소스
120 : 마스크 122 : 마스크 프레임
124 : 베이스 플레이트 140 : 쿨링 플레이트
142 : 매입홈 142a : 연통공
150 : 자력식 합착력 증대부(전자석) 151 : 자석 플레이트
151a : 통공 152 : 돌출부
160 : 업/다운 구동 플레이트 161 : 헤드 수용 그루브
170 : 플로팅부 171 : 플로팅 블록
172 : 세로 블록 173 : 가로 블록
175 : 볼 플런저 175a : 플런저 바디
175b : 볼 헤드 181 : 업/다운 구동부
183 : 회전 구동부 190 : 컨트롤러

Claims (14)

  1. 증착공정이 진행되는 챔버에 마련되며, 증착대상의 기판이 안착되는 장소를 형성하되 자성체로 제작되는 마스크(mask);
    상기 기판을 사이에 두고 상기 마스크의 반대편에 배치되어 상기 마스크에 접근 또는 이격되며, 상기 증착공정 시 상기 기판과 접촉되어 상기 기판을 냉각시키는 쿨링 플레이트(cooling plate);
    상기 마스크와 상기 쿨링 플레이트 중 적어도 어느 하나에 마련되며, 상기 증착공정 시 자력 방식을 통해 상기 쿨링 플레이트, 상기 기판 및 상기 마스크 간의 합착력을 증대시켜 상기 기판이 미끄러지는 것을 저지시키는 자력식 합착력 증대부; 및
    상기 쿨링 플레이트에 이웃하게 배치되며, 상기 쿨링 플레이트와 함께 업/다운(up/down) 구동되는 업/다운 구동 플레이트를 포함하며,
    상기 자력식 합착력 증대부는 상기 쿨링 플레이트의 매입홈에 매입되되 상기 쿨링 플레이트의 둘레 방향을 따라 배치되는 다수 개의 전자석을 포함하며,
    상기 전자석은 다수의 통공을 구비하는 평탄한 자석 플레이트와, 상기 자석 플레이트의 일측에서 돌출되게 형성되는 돌출부를 포함하며,
    상기 매입홈은 상기 전자석의 형상과 대응되게 함몰되되 상기 매입홈에는 상기 전자석의 통공에 연통되는 연통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 증착장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자석에 연결되며, 상기 쿨링 플레이트, 상기 기판 및 상기 마스크 간의 합착력 세기 조절을 위해 상기 전자석의 자력을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 증착장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 증착공정 시 상기 쿨링 플레이트가 자중에 의해 상기 기판 상에 합착되도록 상기 쿨링 플레이트에 대하여 상기 업/다운 구동 플레이트를 플로팅시키는 플로팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 증착장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플로팅부는,
    일단부는 상기 쿨링 플레이트에 연결되고 타단부는 상기 업/다운 구동 플레이트의 상부에 배치되는 플로팅 블록; 및
    상기 플로팅 블록에 결합되고 노출단부가 상기 업/다운 구동 플레이트에 지지되는 볼 플런저를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 증착장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 플로팅 블록은,
    상기 업/다운 구동 플레이트가 업/다운(up/down) 구동되는 방향을 따라 상기 쿨링 플레이트에 연결되되 볼 스크루에 의해 상기 쿨링 플레이트에 고정되는 세로 블록; 및
    상기 세로 블록에 교차되게 연결되고 단부에 상기 볼 플런저가 결합되는 가로 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 증착장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 볼 플런저는,
    상기 플로팅 블록 내에 결합되는 플런저 바디; 및
    상기 플런저 바디에 연결되고 상기 플로팅 블록의 외측으로 노출되는 볼 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 증착장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 업/다운 구동 플레이트에는 상기 볼 플런저의 볼 헤드가 수용되는 헤드 수용 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 증착장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 플레이트와 연결되며, 상기 쿨링 플레이트를 업/다운(up/down) 구동시키는 업/다운 구동부; 및
    상기 쿨링 플레이트 및 상기 마스크와 연결되며, 상기 증착공정 시 상기 쿨링 플레이트 및 상기 마스크를 회전 구동시키는 회전 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 증착장치.
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