KR102092020B1 - 디스플레이용 기판 증착 시스템 - Google Patents

디스플레이용 기판 증착 시스템 Download PDF

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KR102092020B1
KR102092020B1 KR1020180081853A KR20180081853A KR102092020B1 KR 102092020 B1 KR102092020 B1 KR 102092020B1 KR 1020180081853 A KR1020180081853 A KR 1020180081853A KR 20180081853 A KR20180081853 A KR 20180081853A KR 102092020 B1 KR102092020 B1 KR 102092020B1
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Abstract

디스플레이용 기판 증착 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 기판 증착 시스템은, 증착 개구가 형성되는 마스크 대용 필름이 미리 라미네이팅(laminating)되어 한 몸체로 된 필름 라미네이팅 기판에 유기막을 증착시키는 유기막 증착 유닛; 및 필름 라미네이팅 기판의 증착 작업이 진행되는 소정의 작업 라인(working line) 상에서 유기막 증착 유닛의 공정 후방에 배치되며, 증착 개구를 통해 필름 라미네이팅 기판에 증착된 유기막의 테두리 영역을 레이저(laser)로 에칭해서 에칭 존(etching zone)을 형성시키는 레이저 에칭 유닛을 포함한다.

Description

디스플레이용 기판 증착 시스템{Display glass deposition system}
본 발명은, 디스플레이용 기판 증착 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 메탈 마스크(metal mask)의 적용 없이 디스플레이용 기판에 대한 증착 공정을 진행할 수 있는 디스플레이용 기판 증착 시스템에 관한 것이다.
디스플레이용으로 사용되는 평판표시소자 기판 중의 하나인 OLED 기판, 즉 유기전계발광표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display)는 유기물의 자체 발광에 의해 컬러 화상을 구현하는 초경박형 표시장치로서, 그 구조가 간단하면서 광(光) 효율이 높다는 점에서 유망 디스플레이 장치로서 주목받고 있다.
이러한 유기전계발광표시장치(OLED)는 애노드와 캐소드 그리고, 애노드와 캐소드 사이에 개재된 유기막들을 포함하고 있다. 여기서, 유기막들은 발광층을 포함한다. 물론, 유기막들은 발광층 이외에도 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층을 더 포함할 수 있다.
한편, 풀 칼라(full color)를 구현하기 위해서는 발광층을 패터닝해야 하며, 이를 위해 증착 공정이 적용된다. OLED 기판(이하, 기판이라 함)에 대해 증착 공정을 진행하는 증착기, 예컨대 OLED TV 증착기에서는 오픈 메탈 마스크(open metal mask)를 적용하여 기판에 대한 증착 공정을 진행하는 것이 일반적이다. 기판이 대형인 경우에는 그의 사이즈에 맞는 대형의 메탈 마스크가 적용된다.
그런데, 종전처럼 메탈 마스크를 적용해서 증착 공정을 진행하는 경우, 특히 대형의 메탈 마스크를 적용해서 증착 공정을 진행하는 경우에는 그 사이즈가 너무 크기 때문에 메탈 마스크의 핸들링(handling) 문제, 기판 및 기판을 척킹(chucking)하는 척과의 어태치(attach) 문제, 그리고 시스템에서 메탈 마스크가 리턴(return)되게 하는 마스크 리턴 라인(mask return line) 구축 문제, 그리고 메탈 마스크를 세정하기 위한 마스크 세정 라인의 구축 문제 등 여러 문제가 발생될 수 있다.
실제, 이와 같은 많은 문제는 고객사의 증착 시스템 투자 시 큰 이슈가 되고 있는 실정인데, 설사 투자가 진행된다 하더라도 마스크 리턴 라인 및 마스크 세정 라인의 설비 구축에는 대단히 많은 비용과 공간이 요구되기 때문에 시스템 공급 업체 입장에서는 실익이 없을 수밖에 없다는 점을 고려해볼 때, 기존의 시스템과는 전혀 상이한 신개념의 디스플레이용 기판 증착 시스템에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.
대한민국특허청 공개번호 제10-2012-0077382호
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 메탈 마스크(metal mask)의 적용 없이 디스플레이용 기판에 대한 증착 공정을 진행할 수 있으며, 이에 따라 종전 시스템에 적용될 수밖에 없었던 마스크 리턴 라인 및 마스크 세정 라인 등의 설비 구축이 필요치 않아 투자비를 감소시킬 수 있는 디스플레이용 기판 증착 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 증착 개구가 형성되는 마스크 대용 필름이 미리 라미네이팅(laminating)되어 한 몸체로 된 필름 라미네이팅 기판에 유기막을 증착시키는 유기막 증착 유닛; 및 상기 필름 라미네이팅 기판의 증착 작업이 진행되는 소정의 작업 라인(working line) 상에서 상기 유기막 증착 유닛의 공정 후방에 배치되며, 상기 증착 개구를 통해 상기 필름 라미네이팅 기판에 증착된 상기 유기막의 테두리 영역을 레이저(laser)로 에칭해서 에칭 존(etching zone)을 형성시키는 레이저 에칭 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 기판 증착 시스템이 제공될 수 있다.
상기 작업 라인 상에서 초기 공정을 형성하며, 상기 마스크 대용 필름을 상기 기판에 라미네이팅(laminating)시켜 상기 마스크 대용 필름이 상기 기판에 일체화 된 상기 필름 라미네이팅 기판을 대기 중에서 제작하는 필름 라미네이팅 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 작업 라인 상에서 상기 필름 라미네이팅 유닛의 공정 후방에는 대기를 진공 상태로 형성하기 위한 로드 락 유닛(load lock unit)이 연결될 수 있다.
상기 작업 라인 상에서 상기 레이저 에칭 유닛의 공정 후방에 배치되며, 상기 에칭 존을 포함해서 상기 필름 라미네이팅 기판에 이미 증착되어 있는 상기 유기막을 덮는 형태로 상기 필름 라미네이팅 기판에 무기막을 증착시키는 무기막 증착 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 작업 라인 상에서 상기 유기막 증착 유닛의 공정 전방에 배치되며, 상기 필름 라미네이팅 기판을 척킹(chucking)해서 이동시키는 척(chuck)과, 상기 필름 라미네이팅 기판을 어태치(attach)시키는 척과 기판 어태치 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 척은 별도의 전력 또는 접착제 없이도 이온(ion)의 힘을 통해 상기 필름 라미네이팅 기판과의 어태치가 가능토록 하는 이온 척(ion chuck)일 수 있다.
상기 작업 라인 상에서 상기 척과 기판 어태치 유닛과 상기 유기막 증착 유닛 사이에 배치되며, 상기 필름 라미네이팅 기판이 어태치된 상기 이온 척을 뒤집어(flip) 상기 필름 라미네이팅 기판이 하부를 향하도록 하는 제1 플립 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 작업 라인 상에서 상기 척과 기판 어태치 유닛의 반대편 공정을 형성하며, 상호 어태치된 상기 척과 상기 필름 라미네이팅 기판을 디태치(detach)시키는 척과 기판 디태치 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 작업 라인과는 독립된 라인을 형성하되 상기 척과 기판 어태치 유닛 및 상기 척과 기판 디태치 유닛에 양단부가 연결되며, 상기 척과 기판 어태치 유닛 및 상기 척과 기판 디태치 유닛 간을 상기 척이 이동하도록 상기 척의 이동 경로를 형성하는 척 리턴 라인(chuck return line)을 더 포함할 수 있다.
상기 작업 라인 상에서 상기 척과 기판 디태치 유닛의 공정 전방에 배치되며, 상기 필름 라미네이팅 기판이 어태치된 상기 이온 척을 뒤집어(flip) 상기 필름 라미네이팅 기판이 상부를 향하도록 하는 제2 플립 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 작업 라인 상에서 마지막 공정을 형성하며, 상기 필름 라미네이팅 기판에서 상기 마스크 대용 필름을 대기 중에서 박리(delaminating)시키는 필름 디라미네이팅 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 작업 라인 상에서 상기 필름 디라미네이팅 유닛의 공정 전방에는 진공을 대기 상태로 형성하기 위한 언로드 락 유닛(unload lock unit)이 연결될 수 있다.
물류의 원활한 이송을 위하여 상기 작업 라인 상에 마련되는 적어도 하나의 버퍼 유닛(buffer unit); 및 상기 작업 라인 상의 적어도 어느 일측에 마련되되 상기 필름 라미네이팅 기판의 핸들링(handling)을 위한 적어도 하나의 로봇(robot)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 증착 개구가 형성되는 마스크 대용 필름이 미리 라미네이팅(laminating)되어 한 몸체로 된 필름 라미네이팅 기판에 유기막을 증착시키는 유기막 증착 단계; 및 상기 필름 라미네이팅 기판의 증착 작업이 진행되는 소정의 작업 라인(working line) 상에서 상기 유기막 증착 단계의 공정 후방을 형성하며, 상기 증착 개구를 통해 상기 필름 라미네이팅 기판에 증착된 상기 유기막의 테두리 영역을 레이저(laser)로 에칭해서 에칭 존(etching zone)을 형성시키는 레이저 에칭 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 기판 증착 방법이 제공될 수 있다.
상기 작업 라인 상에서 초기 공정을 형성하며, 상기 마스크 대용 필름을 상기 기판에 라미네이팅(laminating)시켜 상기 마스크 대용 필름이 상기 기판에 일체화 된 상기 필름 라미네이팅 기판을 대기 중에서 제작하는 필름 라미네이팅 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 에칭 단계의 공정 후방을 형성하며, 상기 에칭 존을 포함해서 상기 필름 라미네이팅 기판에 이미 증착되어 있는 상기 유기막을 덮는 형태로 상기 필름 라미네이팅 기판에 무기막을 증착시키는 무기막 증착 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 유기막 증착 단계의 공정 전방을 형성하며, 상기 필름 라미네이팅 기판을 척킹(chucking)해서 이동시키는 척(chuck)과, 상기 필름 라미네이팅 기판을 어태치(attach)시키는 척과 기판 어태치 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 척은 별도의 전력 또는 접착제 없이도 이온(ion)의 힘을 통해 상기 필름 라미네이팅 기판과의 어태치가 가능토록 하는 이온 척(ion chuck)일 수 있다.
상기 척과 기판 어태치 단계와 상기 유기막 증착 단계 사이의 공정을 형성하며, 상기 필름 라미네이팅 기판이 어태치된 상기 이온 척을 뒤집어(flip) 상기 필름 라미네이팅 기판이 하부를 향하도록 하는 제1 플립 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 척과 기판 어태치 단계의 반대편 공정을 형성하며, 상호 어태치된 상기 척과 상기 필름 라미네이팅 기판을 디태치(detach)시키는 척과 기판 디태치 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 척과 기판 디태치 단계의 공정 전방을 형성하며, 상기 필름 라미네이팅 기판이 어태치된 상기 이온 척을 뒤집어(flip) 상기 필름 라미네이팅 기판이 상부를 향하도록 하는 제2 플립 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 작업 라인에서 마지막 공정을 형성하며, 상기 필름 라미네이팅 기판에서 상기 마스크 대용 필름을 대기 중에서 박리(delaminating)시키는 필름 디라미네이팅 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 메탈 마스크(metal mask)의 적용 없이 디스플레이용 기판에 대한 증착 공정을 진행할 수 있으며, 이에 따라 종전 시스템에 적용될 수밖에 없었던 마스크 리턴 라인 및 마스크 세정 라인 등의 설비 구축이 필요치 않아 투자비를 감소시킬 수 있다.
도 1은 유기막과 무기막이 교대로 10층 증착된 유기전계발광표시장치유기전계발광표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display)의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 기판 증착 시스템의 레이 아웃(lay out)이다.
도 3은 이온 척에 필름 라미네이팅 기판이 어태치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 기판과 마스크 대용 필름의 분해 사시도이다.
도 5는 기판에 마스크 대용 필름이 라미네이팅된 필름 라미네이팅 기판의 사시도로서 마스크 대용 필름이 상부를 향하도록 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 평면도이다.
도 7은 도 6의 상태에서 유기막이 증착된 상태의 도면이다.
도 8은 도 7의 상태에서 레이저를 이용해서 에칭 존을 형성한 상태의 도면이다.
도 9는 도 8의 상태에서 에칭 존을 비롯해서 유기막을 덮는 형태로 무기막이 증착된 상태의 도면이다.
도 10은 도 9의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 11은 도 10에서 마스크 대용 필름을 제거한 상태의 도면이다.
도 12a 내지 도 12i는 이온 척과 필름 라미네이팅 기판을 어태치시키는 과정을 단계적으로 도시한 도면들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 기판 증착 방법의 순서도이다.
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 유기전계발광표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display)의 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 증착 시스템이 요구된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 기판 증착 시스템의 레이 아웃(lay out)이고, 도 3은 이온 척에 필름 라미네이팅 기판이 어태치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 기판과 마스크 대용 필름의 분해 사시도이고, 도 5는 기판에 마스크 대용 필름이 라미네이팅된 필름 라미네이팅 기판의 사시도로서 마스크 대용 필름이 상부를 향하도록 도시한 도면이며, 도 6은 도 5의 평면도이고, 도 7은 도 6의 상태에서 유기막이 증착된 상태의 도면이며, 도 8은 도 7의 상태에서 레이저를 이용해서 에칭 존을 형성한 상태의 도면이고, 도 9는 도 8의 상태에서 에칭 존을 비롯해서 유기막을 덮는 형태로 무기막이 증착된 상태의 도면이며, 도 10은 도 9의 A-A선에 따른 단면도이고, 도 11은 도 10에서 마스크 대용 필름을 제거한 상태의 도면이며, 도 12a 내지 도 12i는 이온 척과 필름 라미네이팅 기판을 어태치시키는 과정을 단계적으로 도시한 도면들이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 기판 증착 방법의 순서도이다.
이들 도면을 참조하되 우선 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 디스플레이용 기판 증착 시스템은 메탈 마스크(metal mask)의 적용 없이 디스플레이용 기판(10)에 대한 증착 공정을 진행할 수 있도록 한 것이다.
참고로, 본 실시예에 따른 디스플레이용 기판 증착 시스템은 전술한 도 1의 그림에서 첫 번째 층인 제1 유기막과, 두 번째 층인 제1 무기막을 증착하는 시스템일 수 있다. 따라서 도 1처럼 총 10층의 유기막과 무기막이 교대로 적층되려면 도 2와 같은 시스템을 5개 연속해서 사용하거나 도 2의 시스템을 반복적으로 사용하면 된다.
본 실시예에 따른 디스플레이용 기판 증착 시스템의 구체적인 설명에 앞서 우선, 도 2 내지 도 11을 참조하여 메탈 마스크(metal mask)의 적용 없이 디스플레이용 기판(10)에 대한 증착 공정을 진행하는 과정에 대해 먼저 간략하게 설명한다.
반복해서 설명하는 것처럼 본 실시예의 경우에는 종전의 증착 공정에서 늘 사용해 왔던 메탈 마스크를 사용하지 않는 대신에 마스크 대용 필름(20)을 사용해서 기판(10)에 대한 증착 공정의 진행한다.
마스크 대용 필름(20)은 기존의 메탈 마스크 역할을 수행하기는 하지만 기존의 메탈 마스크와는 전혀 상이한 필름이다. 즉 기존의 메탈 마스크는 별도의 장치를 통해 이동된 후, 기판(10)에 어태치되고, 다시 분리된 다음, 리턴되는데 반해, 본 실시예에 적용되는 마스크 대용 필름(20)은 박형의 필름으로서 아예 기판(10)과 라미네이팅(laminating)되어 기판(10)과 한 몸체를 이룬다.
따라서 종전처럼 메탈 마스크를 이동시키는 설비, 기판(10)에 어태치시키는 설비, 분리시키는 설비, 리턴시키는 설비 등이 전혀 필요치 않다. 본 실시예에 적용되는 마스크 대용 필름(20)은 내열성이 우수한 폴리이미드(polyimid)로 제작될 수 있으나 이의 재질에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
도 4에 도시된 바와 같이, 마스크 대용 필름(20)에는 증착 개구(21)가 형성된다. 도면에는 2개의 증착 개구(21)가 형성된 것으로 도시되었기 때문에 원기판에서 최종적으로 제작되는 디스플레이는 2개가 될 수 있다. 하지만, 마스크 대용 필름(20)에 형성되는 증착 개구(21)의 개수는 1개일 수도 있고, 혹은 3개 이상일 수도 있다. 따라서 증착 개구(21)의 개수와 형상 등의 사항에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
마스크 대용 필름(20)은 플렉시블한 시트형 재료로서 기존의 메탈 마스크와 달리 기판(10)에 미리 라미네이팅(laminating)된다. 즉 도 2에 도시된 필름 라미네이팅 유닛(110)을 통해 도 4에서 도 5처럼 마스크 대용 필름(20)이 기판(10)에 라미네이팅되어 한 몸체를 이룬다. 이하, 설명의 편의를 위해, 마스크 대용 필름(20)이 기판(10)에 라미네이팅되어 한 몸체를 이룬 상태를 필름 라미네이팅 기판(30)이라 한다.
필름 라미네이팅 기판(30)은 도 3처럼 이온 척(40)에 어태치(attach)된 후, 도 2의 대다수의 공정을 이동하면서 증착 공정을 진행하기 때문에 종전처럼 메탈 마스크를 이동시키는 설비, 기판(10)에 어태치시키는 설비, 분리시키는 설비, 리턴시키는 설비 등이 전혀 필요치 않게 되는 것이다.
필름 라미네이팅 기판(30)에 대한 증착 공정은 유기막, 무기막의 순서로 진행될 수 있다. 즉 도 6의 초기 상태에서 도 7처럼 유기막 증착 유닛(150)에 의해 필름 라미네이팅 기판(30) 상에 유기막(51)이 증착된다. 실질적으로 유기막(5)은 마스크 대용 필름(20)의 증착 개구(21)를 통해 기판(10)에 증착된다. 물론, 유기막(5)은 마스크 대용 필름(20)에도 증착되지만 이의 표현은 편의상 생략했다. 최종적으로 마스크 대용 필름(20)은 제거되는 대상이기 때문이다.
도 7처럼 증착 개구(21)에 의해 노출된 기판(10)의 표면에 유기막(5)이 증착된 이후에, 레이저 에칭 유닛(160)이 도 8처럼 유기막(5)의 테두리 영역을 레이저(laser)로 에칭한다. 그러면 유기막(5)으로 증착되었던 부분이 제거되면서 에칭 존(52, etching zone)이 형성된다. 에칭 존(52)은 유기막(5)이 있던 부분이 제거된 영역, 다시 말해 기판(10)의 표면을 가리킨다.
레이저 에칭을 통해 에칭 존(52)이 형성되고 나면 무기막 증착 유닛(170)을 통해 도 9 및 도 10처럼 필름 라미네이팅 기판(30)에 대한 무기막(53) 증착 공정이 진행된다.
이때, 무기막(53)은 에칭 존(52)을 포함해서 증착 개구(21)를 통해 기판(10)에 이미 증착되어 있는 유기막(51)을 감싸면서 덮는 형태로 증착된다. 무기막(53) 역시, 마스크 대용 필름(20)에도 증착되지만 이의 표현은 편의상 생략했다.
무기막(53) 증착이 완료된 다음, 도 11처럼 마스크 대용 필름(20)을 박리, 즉 디라미네이팅(delaminating)시키면 기판(10)의 표면에 유기막(51)이 먼저 증착되고, 이 유기막(51)을 덮는 형태로 무기막(53)이 증착된 상태가 된다. 이와 같은 방법을 계속 반복함으로써 도 1의 구조가 만들어질 수 있게 되는 것이다.
도 11과 같은 구조를 만들기 위하여 본 실시예의 경우, 도 2와 같은 디스플레이용 기판 증착 시스템을 제안한다.
본 실시예에 따른 디스플레이용 기판 증착 시스템은 앞서 기술한 것처럼 메탈 마스크의 적용 없이 디스플레이용 기판(10)에 대한 증착 공정을 진행할 수 있으며, 이에 따라 종전 시스템에 적용될 수밖에 없었던 마스크 리턴 라인 및 마스크 세정 라인 등의 설비 구축이 필요치 않아 투자비를 감소시킬 수 있도록 한 것이다.
이와 같은 효과를 제공할 수 있는 본 실시예에 따른 디스플레이용 기판 증착 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(10)에 대한 증착 공정이 진행되는 소정의 작업 라인(101, working line)과, 작업 라인(101)과는 상이한 별도의 척 리턴 라인(103, chuck return line)을 포함한다.
척 리턴 라인(103)은 이온 척(40)이 리턴되는 라인으로서 대부분의 구성들이 작업 라인(101) 상에 배치된다. 작업 라인(101)은 기판(10)에 마스크 대용 필름(20)을 라미네이팅시킨 후, 유기막(51) 증착, 레이저 에칭, 무기막(53) 증착을 진행한 후, 마스크 대용 필름(20)을 디라미네이팅시키기 위한 일련의 라인을 이룬다.
본 실시예의 경우, 작업 라인(101)이 인라인(inline)을 이루기 때문에 기판(10)에 대한 원활한 증착 공정을 이끌어낼 수 있다. 하지만, 작업 라인(101)이 반드시 인라인이 되어야만 하는 것은 아니다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 본 실시예에 따른 디스플레이용 기판 증착 시스템의 작업 라인(101) 상에 순서대로 배치되는 구성들, 즉 필름 라미네이팅 유닛(110), 척과 기판 어태치 유닛(120), 제1 플립 유닛(141), 유기막 증착 유닛(150), 레이저 에칭 유닛(160), 무기막 증착 유닛(170), 제2 플립 유닛(142), 척과 기판 디태치 유닛(180), 그리고 필름 디라미네이팅 유닛(190)에 대해 순차적으로 설명한다. 참고로, 작업 라인(101) 상에는 물류의 원활한 이송을 위하여 다수의 버퍼 유닛(buffer unit)이 군데군데 마련된다. 버퍼 유닛에 대해서는 도면 참조부호 없어 영문자(buffer)로 도면에 직접 표기했다.
본 실시예에 따른 디스플레이용 기판 증착 시스템의 구성을 살펴보면, 우선 필름 라미네이팅 유닛(110)은 작업 라인(101) 상에서 초기 공정을 형성한다.
필름 라미네이팅 유닛(110)은 도 4처럼 서로 분리되어 있는 마스크 대용 필름(20)을 도 5 및 도 6처럼 기판(10)에 라미네이팅(laminating)시켜 마스크 대용 필름(20)이 기판(10)에 일체화 된 필름 라미네이팅 기판(30)을 제작한다.
필름 라미네이팅 공정은 롤 투 롤(roll to roll) 타입으로 적용될 수도 있는데, 필름 라미네이팅 공정이 롤 투 롤 타입으로 적용되면 작업의 연속성이 가능해져서 생산성이 향상될 수 있다.
필름 라미네이팅 유닛(110)에 의한 필름 라미네이팅 공정은 대기 중에서 진행된다. 다시 말해, 진공 챔버(vacuum chamber)가 아닌 일반 ATM 챔버에서 진행될 수 있다.
이처럼 필름 라미네이팅 유닛(110)에 의한 필름 라미네이팅 공정은 대기 중에서 진행되나 이후의 공정들은 진공(vacuum) 하에서 진행되어야 하기 때문에 로드 락 유닛(112, load lock unit)이 필름 라미네이팅 유닛(110)에 연결된다. 물론, 제일 말단부에 형성되는 필름 디라미네이팅 유닛(190)에 의한 필름 디라미네이팅 공정 역시, 대기 중에서 진행된다.
로드 락 유닛(112)은 작업 라인(101) 상에서 필름 라미네이팅 유닛(110)의 공정 후방에 연결되며, 대기를 진공 상태로 형성한다.
로드 락 유닛(112)의 공정 후방에는 제1 로봇(114, robot)이 마련된다. 제1 로봇(114)은 마스크 대용 필름(20)이 기판(10)에 일체화 된 필름 라미네이팅 기판(30)을 핸들링(handling)해서 후(後) 공정, 즉 척과 기판 어태치 유닛(120)으로 전달한다.
척과 기판 어태치 유닛(120)은 필름 라미네이팅 기판(30)에 대한 유기막(51) 증착 전에 필름 라미네이팅 기판(30)을 척킹(chucking)해서 이동시키는 척(40, chuck)과, 필름 라미네이팅 기판(30)을 어태치(attach)시키는 역할을 한다. 다시 말해, 도 3처럼 필름 라미네이팅 기판(30)에 척(40)을 어태치시키는 공정을 척과 기판 어태치 유닛(120)이 담당한다.
한편, 본 실시예에서 척과 기판 어태치 유닛(120)에 적용되는 척(40)은 별도의 전력 또는 접착제 없이도 이온(ion)의 힘을 통해 필름 라미네이팅 기판(30)과의 어태치가 가능토록 하는 이온 척(40, ion chuck)이다.
참고로, 이온 척(40)은 반데르발스 힘(van der Waals force)에 기초한 점착력(접착제가 아님)을 통해 필름 라미네이팅 기판(30)이 어태치되게 한다.
여기서, 반데르발스 힘이란 부대(不對) 전자를 갖지 않은 전기적으로 중성인 분자 간에 작용하는 힘을 가리킨다. 특히 비교적 원거리에서 작용하는 인력을 말한다. 반데르발스 힘은 분산력의 결과로 생기며, 희가스 원자 간에 작용하는 힘, 벤젠 등 탄화수소의 분자결정이 형성되는 요인 등을 반데르발스 힘에 의해 설명할 수 있다. 또한 반데르발스 힘은 액체의 응집, 접착을 비롯해서 본 실시예와 같은 물리흡착 등의 현상을 설명하는 데 필요한 본질적인 힘을 의미한다.
다시 요약하면, 반데르발스 힘은 전기적으로 중성인 분자 사이에서 극히 근거리에서만 작용하는 극히 약한 정전기적 인력이며, 공유 결합성 분자들 사이에서 작용하는 전기적인 힘을 통칭한다.
특히, 이온의 힘을 통해 별도의 전력 없이도 물리적인 점착이 가능하게 하는데, 이온 척(40)이 이와 같은 반데르발스 힘에 근간해서 제작되기 때문에 이온 척(40)에 필름 라미네이팅 기판(30)이 접착제 없이도 어태치될 수 있고, 추후 다시 디태치될 수 있게 되는 것이다.
한편, 척과 기판 어태치 유닛(120)의 실질적인 작용, 즉 이온 척(40)과 필름 라미네이팅 기판(30)이 어태치되는 과정에 대해 도 12a 내지 도 12i를 참조해서 간략하게 설명한다.
물론, 도 12a 내지 도 12i는 하나의 방법적인 예일 뿐이며, 이러한 구조 및 동작에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다. 참고로, 도 12d 내지 도 12f의 (a), (b)는 각각 해당 그림을 평면도와 측면도로 함께 도시한 도면들이다.
우선, 도 12a처럼 대기 중이 상태에서 도 12b처럼 필름 라미네이팅 기판(30)이 로봇(robot)의 핸드(123, hand)에 의해 유닛 바디(121) 내로 투입된다.
유닛 바디(121)에는 필름 라미네이팅 기판(30)이 지지되는 기판 지지용 사이드 핀(122)이 마련된다. 기판 지지용 사이드 핀(122)은 상호간 이격 배치되는 핀 타입(pin type)으로 마련된다. 따라서 로봇(robot)의 핸드(123)나 사이드 롤링 아암(124, side rolling arm)이 유닛 바디(121) 내로 출입될 때, 간섭을 일으키지 않는다.
이어, 도 12c처럼 로봇(robot)의 핸드(123)가 다운(down)되어 필름 라미네이팅 기판(30)이 기판 지지용 사이드 핀(122) 상에 지지된다.
그런 다음, 도 12d처럼 사이드 롤링 아암(124)이 양 사이드에서 투입된다. 앞서도 기술한 것처럼 기판 지지용 사이드 핀(122)은 상호간 이격 배치되는 핀 타입(pin type)으로 마련되기 때문에 양 사이드에서 사이드 롤링 아암(124)이 투입되어도 간섭이 일어나지 않는다.
다음, 도 12e처럼 투입되는 사이드 롤링 아암(124)이 필름 라미네이팅 기판(30)의 양 사이드를 떠받치는 상태에서 로봇(robot)의 핸드(123)가 유닛 바디(121)로부터 취출(out)된다.
다음, 도 12f처럼 필름 라미네이팅 기판(30)과 어태치될 이온 척(40)이 이동되어 필름 라미네이팅 기판(30)의 하부로 투입되며, 이후에는 얼라인 과정을 거친다.
그런 다음, 도 12g처럼 사이드 롤링 아암(124)이 취출된 후, 도 12h처럼 기판 지지용 사이드 핀(122)이 다운(down)된다. 그러면 필름 라미네이팅 기판(30)이 이온 척(40)에 어태치된다. 이후, 도 12i처럼 필름 라미네이팅 기판(30)이 어태치된 이온 척(40)이 취출된다.
제1 플립 유닛(141)은 작업 라인(101) 상에서 척과 기판 어태치 유닛(120)과 유기막 증착 유닛(150) 사이에 배치되며, 필름 라미네이팅 기판(30)이 어태치된 이온 척(40)을 뒤집어(flip) 필름 라미네이팅 기판(30)이 하부를 향하도록 하는 역할을 한다.
다시 말해, 도 12a 내지 도 12i를 참조해서 설명한 것처럼 척과 기판 어태치 유닛(120)에 의해 이온 척(40)과 필름 라미네이팅 기판(30)이 어태치된 직후에는 도 12i처럼 필름 라미네이팅 기판(30)이 상부를 향하는 형태가 된다. 이를 뒤집기 위해 제1 플립 유닛(141)이 적용된다. 이는 유기막(51) 증착이 상향 증착식이기 때문인데, 만약 하향 증착식이라면 제1 플립 유닛(141)이 적용되지 않을 수 있다.
유기막 증착 유닛(150)은 증착 개구(21)가 형성되는 마스크 대용 필름(20)이 미리 라미네이팅(laminating)되어 한 몸체로 된 필름 라미네이팅 기판(30)에 유기막(51)을 증착시키는 역할을 한다.
앞서 기술한 것처럼 도 6에서 도 7처럼 유기막 증착 유닛(150)에 의해 필름 라미네이팅 기판(30) 상에 유기막(51)이 증착될 수 있다. 실질적으로 유기막(5)은 마스크 대용 필름(20)의 증착 개구(21)를 통해 기판(10)에 증착될 수 있다.
한편, 레이저 에칭 유닛(160)은 작업 라인(101) 상에서 유기막 증착 유닛(150)의 공정 후방에 배치되며, 증착 개구(21)를 통해 필름 라미네이팅 기판(30)에 증착된 유기막(51)의 테두리 영역을 레이저(laser)로 에칭해서 에칭 존(52)을 형성시키는 역할을 한다.
즉 도 7처럼 증착 개구(21)에 의해 노출된 기판(10)의 표면에 유기막(5)이 증착된 이후에, 레이저 에칭 유닛(160)이 도 8처럼 유기막(5)의 테두리 영역을 레이저로 에칭한다. 그러면 유기막(5)으로 증착되었던 부분이 제거되면서 에칭 존(52)이 형성된다. 에칭 존(52)은 앞서도 기술한 것처럼 유기막(5)이 있던 부분이 제거된 영역, 다시 말해 기판(10)의 표면을 가리킨다.
도 2에 보면 유기막 증착 유닛(150)이나 무기막 증착 유닛(170)과 달리 레이저 에칭 유닛(160)이 다수 개로 적용되고 있다. 이는 에칭 공정에 시간이 많이 소요되기 때문으로 전체적인 택트 타임(tact time)의 감소를 위한 것이다. 따라서 레이저 에칭 유닛(160)은 한 개 적용될 수도 있으며, 이러한 사항 역시 본 발명의 권리범위에 속한다 하여야 할 것이다.
무기막 증착 유닛(170)은 작업 라인(101) 상에서 레이저 에칭 유닛(160)의 공정 후방에 배치되며, 에칭 존(52)을 포함해서 필름 라미네이팅 기판(30)에 이미 증착되어 있는 유기막(51)을 덮는 형태로 필름 라미네이팅 기판(30)에 무기막(53)을 증착시키는 역할을 한다.
레이저 에칭 유닛(160)에 의한 레이저 에칭을 통해 에칭 존(52)이 형성되고 나면 무기막 증착 유닛(170)을 통해 도 9 및 도 10처럼 필름 라미네이팅 기판(30)에 대한 무기막(53) 증착 공정이 진행되는데, 이때, 무기막(53)은 에칭 존(52)을 포함해서 증착 개구(21)를 통해 기판(10)에 이미 증착되어 있는 유기막(51)을 감싸면서 덮는 형태로 증착될 수 있다.
제2 플립 유닛(142)은 무기막 증착 유닛(170)의 공정 후방에 배치되며, 유기막(51) 증착이 완료된 필름 라미네이팅 기판(30)에 대하여 이온 척(40)을 뒤집어(flip) 필름 라미네이팅 기판(30)이 상부를 향하도록 한다. 다시 말해, 제2 플립 유닛(142)은 도 3과 같은 원상태가 되도록 이온 척(40)을 뒤집는 역할을 한다.
척과 기판 디태치 유닛(180)은 작업 라인(101) 상에서 척과 기판 어태치 유닛(120)의 반대편 공정을 형성하되 상호 어태치된 이온 척(40)과 필름 라미네이팅 기판(30)을 디태치(detach)시키는 역할을 한다.
필름 라미네이팅 기판(30)에서 디태치되어 분리된 이온 척(40)은 척 리턴 라인(103, chuck return line)을 통해 다시 척과 기판 어태치 유닛(120)으로 이송된다.
척 리턴 라인(103)은 앞서도 기술한 것처럼 작업 라인(101)과는 독립된 라인을 형성하되 척과 기판 어태치 유닛(120) 및 척과 기판 디태치 유닛(180)에 양단부가 연결되며, 척과 기판 어태치 유닛(120) 및 척과 기판 디태치 유닛(180) 간을 이온 척(40)이 이동하도록 이온 척(40)의 이동 경로를 형성한다.
척과 기판 디태치 유닛(180)의 후방에는 제2 로봇(194, robot)이 마련된다. 제2 로봇(194)은 이온 척(40)이 디태치된 필름 라미네이팅 기판(30)을 핸들링(handling)해서 후(後) 공정, 즉 언로드 락 유닛(192, unload lock unit)으로 전달한다.
언로드 락 유닛(192)은 제2 로봇(194)과 필름 디라미네이팅 유닛(190) 사이에 배치되며, 현재까지 진공이었던 상태를 대기로 형성하여 필름 라미네이팅 기판(30)을 필름 디라미네이팅 유닛(190)으로 전달한다.
필름 디라미네이팅 유닛(190)은 작업 라인(101) 상에서 마지막 공정을 형성하며, 필름 라미네이팅 기판(30)에서 마스크 대용 필름(20)을 대기 중에서 박리(delaminating)시키는 역할을 한다. 즉 도 10에서 도 11처럼 마스크 대용 필름(20)을 박리, 즉 디라미네이팅(delaminating)시키면 표면에 유기막(51)이 먼저 증착되고, 이 유기막(51)을 덮는 형태로 무기막(53)이 증착된 상태의 기판(10)을 얻을 수 있다.
이하, 도 13을 참조하여 디스플레이용 기판(10)에 유기막(51)과 무기막(53)을 증착하는 과정을 간략하게 살펴본다.
우선, 필름 라미네이팅 유닛(110)을 통해 마스크 대용 필름(20)을 기판(10)에 라미네이팅(laminating)시켜 마스크 대용 필름(20)이 기판(10)에 일체화 된 필름 라미네이팅 기판(30)을 대기 중에서 제작한다(S11).
다음, 척과 기판 어태치 유닛(120)을 통해 이온 척(40)과 필름 라미네이팅 기판(30)을 어태치(attach)시킨다(S12). 그리고는 제1 플립 유닛(141)을 이용해서 이온 척(40)을 뒤집어 필름 라미네이팅 기판(30)이 하부를 향하도록 한다(S13).
다음, 유기막 증착 유닛(150)을 통해 필름 라미네이팅 기판(30)에 유기막(51)을 증착시킨다(S14).
유기막(51) 증착이 완료되면 레이저 에칭 유닛(160)을 통해 유기막(51)의 테두리 영역을 레이저로 에칭해서 에칭 존(52)을 형성시킨다(S15).
다음, 무기막 증착 유닛(170)을 통해 에칭 존(52)을 포함해서 필름 라미네이팅 기판(30)에 이미 증착되어 있는 유기막(51)을 덮는 형태로 필름 라미네이팅 기판(30)에 무기막(53)을 증착시킨다(S16). 그리고는 제2 플립 유닛(142)을 이용해서 이온 척(40)을 뒤집어 필름 라미네이팅 기판(30)이 상부를 향하도록 한다(S17).
다음, 척과 기판 디태치 유닛(180)을 통해 상호 어태치된 이온 척(40)과 필름 라미네이팅 기판(30)을 디태치(detach)시킨다(S18).
그런 다음, 필름 디라미네이팅 유닛(190)을 이용하여 필름 라미네이팅 기판(30)에서 마스크 대용 필름(20)을 대기 중에서 박리(delaminating)시킴으로써(S19) 도 11처럼 표면에 유기막(51)이 먼저 증착되고, 이 유기막(51)을 덮는 형태로 무기막(53)이 증착된 상태의 기판(10)을 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조와 작용을 갖는 본 실시예에 따르면, 메탈 마스크의 적용 없이 디스플레이용 기판(10)에 대한 증착 공정을 진행할 수 있으며, 이에 따라 종전 시스템에 적용될 수밖에 없었던 마스크 리턴 라인 및 마스크 세정 라인 등의 설비 구축이 필요치 않아 투자비를 감소시킬 수 있게 된다.
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.
10 : 기판 20 : 마스크 대용 필름
21 : 증착 개구 30 : 필름 라미네이팅 기판
40 : 이온 척 51 : 유기막
52 : 에칭 존 53 : 무기막
101 : 작업 라인 103 : 척 리턴 라인
110 : 필름 라미네이팅 유닛 112 : 로드 락 유닛
114 : 제1 로봇 120 : 척과 기판 어태치 유닛
121 : 유닛 바디 122 : 기판 지지용 사이드 핀
123 : 핸드 124 : 사이드 롤링 아암
141 : 제1 플립 유닛 142 : 제2 플립 유닛
150 : 유기막 증착 유닛 160 : 레이저 에칭 유닛
170 : 무기막 증착 유닛 180 : 척과 기판 디태치 유닛
190 : 필름 디라미네이팅 유닛 192 : 언로드 락 유닛
194 : 제2 로봇

Claims (22)

  1. 증착 개구가 형성되는 마스크 대용 필름이 미리 라미네이팅(laminating)되어 한 몸체로 된 필름 라미네이팅 기판에 유기막을 증착시키는 유기막 증착 유닛;
    상기 필름 라미네이팅 기판의 증착 작업이 진행되는 소정의 작업 라인(working line) 상에서 상기 유기막 증착 유닛의 공정 후방에 배치되며, 상기 증착 개구를 통해 상기 필름 라미네이팅 기판에 증착된 상기 유기막의 테두리 영역을 레이저(laser)로 에칭해서 에칭 존(etching zone)을 형성시키는 레이저 에칭 유닛;
    상기 작업 라인 상에서 초기 공정을 형성하며, 상기 마스크 대용 필름을 상기 기판에 라미네이팅(laminating)시켜 상기 마스크 대용 필름이 상기 기판에 일체화 된 상기 필름 라미네이팅 기판을 대기 중에서 제작하는 필름 라미네이팅 유닛; 및
    상기 작업 라인 상에서 상기 유기막 증착 유닛의 공정 전방에 배치되며, 상기 필름 라미네이팅 기판을 척킹(chucking)해서 이동시키는 척(chuck)과, 상기 필름 라미네이팅 기판을 어태치(attach)시키는 척과 기판 어태치 유닛을 포함하며,
    상기 작업 라인 상에서 상기 필름 라미네이팅 유닛의 공정 후방에는 대기를 진공 상태로 형성하기 위한 로드 락 유닛(load lock unit)이 연결되는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 기판 증착 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 작업 라인 상에서 상기 레이저 에칭 유닛의 공정 후방에 배치되며, 상기 에칭 존을 포함해서 상기 필름 라미네이팅 기판에 이미 증착되어 있는 상기 유기막을 덮는 형태로 상기 필름 라미네이팅 기판에 무기막을 증착시키는 무기막 증착 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 기판 증착 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 척은 별도의 전력 또는 접착제 없이도 이온(ion)의 힘을 통해 상기 필름 라미네이팅 기판과의 어태치가 가능토록 하는 이온 척(ion chuck)인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 기판 증착 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 작업 라인 상에서 상기 척과 기판 어태치 유닛과 상기 유기막 증착 유닛 사이에 배치되며, 상기 필름 라미네이팅 기판이 어태치된 상기 이온 척을 뒤집어(flip) 상기 필름 라미네이팅 기판이 하부를 향하도록 하는 제1 플립 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 기판 증착 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 작업 라인 상에서 상기 척과 기판 어태치 유닛의 반대편 공정을 형성하며, 상호 어태치된 상기 척과 상기 필름 라미네이팅 기판을 디태치(detach)시키는 척과 기판 디태치 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 기판 증착 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 작업 라인과는 독립된 라인을 형성하되 상기 척과 기판 어태치 유닛 및 상기 척과 기판 디태치 유닛에 양단부가 연결되며, 상기 척과 기판 어태치 유닛 및 상기 척과 기판 디태치 유닛 간을 상기 척이 이동하도록 상기 척의 이동 경로를 형성하는 척 리턴 라인(chuck return line)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 기판 증착 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 작업 라인 상에서 상기 척과 기판 디태치 유닛의 공정 전방에 배치되며, 상기 필름 라미네이팅 기판이 어태치된 상기 이온 척을 뒤집어(flip) 상기 필름 라미네이팅 기판이 상부를 향하도록 하는 제2 플립 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 기판 증착 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 작업 라인 상에서 마지막 공정을 형성하며, 상기 필름 라미네이팅 기판에서 상기 마스크 대용 필름을 대기 중에서 박리(delaminating)시키는 필름 디라미네이팅 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 기판 증착 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 작업 라인 상에서 상기 필름 디라미네이팅 유닛의 공정 전방에는 진공을 대기 상태로 형성하기 위한 언로드 락 유닛(unload lock unit)이 연결되는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 기판 증착 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    물류의 원활한 이송을 위하여 상기 작업 라인 상에 마련되는 적어도 하나의 버퍼 유닛(buffer unit); 및
    상기 작업 라인 상의 적어도 어느 일측에 마련되되 상기 필름 라미네이팅 기판의 핸들링(handling)을 위한 적어도 하나의 로봇(robot)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 기판 증착 시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
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  21. 삭제
  22. 삭제
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