KR102365837B1 - 고해상도용 대면적 기판 증착시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 별도의 캐리어가 증착기에 기판을 투입 배출하고 또한 기판이 휘어지거나 처지지 않도록 로딩 공정에 기여하여 대면적 기판에서도 수평 증착이 가능한 시스템을 제공함에 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 대면적 기판에 대해서도 기판의 휨이나 처짐 없이 수평을 유지하며 FMM을 적용한 RGB 화소증착을 실시할 수 있다.
즉, 본 발명의 기판 캐리어에 설치된 보조 지지대는 FMM에 설치된 보조 지지대의 영역에 맞추어 설치되어 물질 증착 영역을 침범하지 않으면서 대면적 기판을 중심부에서도 지지하여 기판의 안정적인 이송이 가능하도록 하며, 기판 처짐 보완으로 기판과 정전 척 간의 정전기력이 작용할 수 있는 간격을 확보하여 정전 척에 의한 기판 고정이 가능하여 대면적 기판에서도 고정밀의 얼라인이 가능한 환경을 제공하여 고해상도의 화소 형성을 가능케 한다.

Description

고해상도용 대면적 기판 증착시스템{Large-area substrate deposition system for high resolution}

본 발명은 유기 또는 무기재료들을 진공 중에 증착 하기 위한 장치로서, 특히, 대면적 기판에 고해상도용 디바이스를 제조하는데 필요한 수평증착시스템에 관한 기술이다.

중소형 모바일용 디스플레이는 고해상도의 화소로 이루어진 디바이스로 RGB 화소 형성에 필요한 파인메탈마스크(FMM)와 기판을 활용하여 진공 증착 방식으로 제작되고 있다. 현재는 6세대의 절반 크기를 갖는 기판을 활용하여 양산에서 적용되고 있으며 그 이상 세대의 기판은 FMM 제작기술, 진공 중 마스크 및 기판 핸들링 방법, 고정밀의 얼라인을 하기 위한 기판 핸들링 기술 등에 대한 어려움으로 적용되지 못하고 있다. 모바일용 디스플레이의 생산성을 높이고 초고해상도 대면적 디스플레이를 제작하기 위하여 수직 증착 방식을 포함한 다양한 시도가 제시되고 있으나 여전히 해결이 필요한 상황이다.

등록특허 10-2100376호는 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 대면적 기판을 척킹하는 정전 척의 이면에 별도의 캐리어를 구성하고 보강 리브를 구성하지만 기판을 지지하는 것이 아니라 캐리어 자체의 자중에 의한 처짐을 방지하는 것이어서 기판 처짐에는 아무런 기여를 하지 못한다.

본 발명은 대면적 기판을 수평 증착 방식에서 FMM을 활용한 RGB 화소형성 증착방식에 적용이 가능하도록 기판 이송 및 취급 방법을 제공하여 기존보다 높은 생산성을 확보하고 또한 다양한 크기의 디스플레이 제작을 가능케 한다.

본 발명에서는 별도의 캐리어가 증착기에 기판을 투입 배출하고 또한 기판이 휘어지거나 처지지 않도록 로딩 공정에 기여하여 대면적 기판에서도 수평 증착이 가능한 시스템을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적에 따라 본 발명은,

기판을 고정하여 챔버에 반입하고 반출하는 기판 캐리어에 있어서,

기판이 탑재되도록 기판 가장자리를 지지하는 캐리어 프레임; 및

기판의 가장자리 이외에 기판 면을 지지하는 보조 지지대;를 포함하며,

상기 보조 지지대는 상기 캐리어 프레임에 형성된 개구부에 설치된 것을 특징으로 하는 기판 캐리어를 제공한다.

상기에 있어서, 상기 보조 지지대는 기판 상에 물질이 증착되지 않는 영역에 설치된 것을 특징으로 하는 기판 캐리어을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 기판은 FMM(Fine Metal Mask)과 합착되고, 상기 FMM은 화소형성을 위한 파인 메탈 마스킹 영역이 없는 곳에 FMM용 보조 지지대를 포함하며, 상기 보조 지지대는 상기 FMM용 보조 지지대가 설치된 영역에 상응하는 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 기판 캐리어를 제공한다.

본 발명은,

기판을 탑재하는 상기의 캐리어;

상기 캐리어를 반입하고 반출하는 캐리어 반송부;

캐리어 상부에 배치되어 기판을 척킹하는 정전 척;

상기 정전 척 위에 배치되어 기판에 합착된 FMM을 자력으로 기판 쪽으로 당겨주는 자석이 배열된 자석 어레이 플레이트;

상기 기판에 합착되는 FMM을 반입하고 반출하는 마스크 반송부;

상기 기판과 FMM의 얼라인을 위해 정전 척에 연결된 구동부;

상기 기판과 FMM 합착체 아래에 배치되어 기판에 화소형성을 위해 물질을 증발시키는 증착원; 및

상기 증착원을 스캔 이송하는 스캔 유닛;을 포함하여 기판에 화소를 형성하는 것을 특징으로 하는 수평 증착 시스템을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 캐리어에 의해 지지된 기판을 상기 정전 척이 하강하여 기판을 척킹하는 것을 특징으로 하는 수평 증착 시스템을 제공한다.

상기에 있어서, 캐리어와 마스크의 위치를 각각 고정 또는 정렬하기 위해 캐리어 센터링 유닛과 마스크 센터링 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 수평 증착 시스템을 제공한다.

상기에 있어서, 캐리어 반송부와 마스크 반송부는 동일한 하나의 빈송부로 구성되고, 캐리어와 마스크는 시차를 두고 동일한 반송부에 의해 반송되는 것을 특징으로 하는 수평 증착 시스템을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 증착원은 선형 증착원 또는 다수의 점증착원이 증착원의 스캔 방향에 대해 수직방향으로 일렬 배열되어 구성된 것을 특징으로 하는 수평 증착 시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면, 대면적 기판에 대해서도 기판의 휨이나 처짐 없이 수평을 유지하며 FMM을 적용한 RGB 화소증착을 실시할 수 있다.

즉, 본 발명의 기판 캐리어에 설치된 보조 지지대는 FMM에 설치된 보조 지지대의 영역에 맞추어 설치되어 물질 증착 영역을 침범하지 않으면서 대면적 기판을 중심부에서도 지지하여 기판의 안정적인 이송을 가능하도록 하며, 중심부에서 일어날 수 있는 기판 처짐을 보완하여 기판과 정전 척 간에 정전기력이 작용할 수 있는 적정 간격을 확보하여 준다. 그에 따라 정전 척에 의한 대면적 기판의 척킹이 가능하며, 궁극적으로 대면적 기판에서도 고정밀의 얼라인이 가능한 환경을 제공하여 고해상도의 화소 형성을 가능케 한다.

도 1은 본 발명에 따른, 기판을 고정하여 이송하는 캐리어의 배면도와 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른, 증착 챔버 내부에 기판, 기판 캐리어, 캐리어 반송부, 정전 척, 자석 어레이 플레이트, 마스크, 마스크 반송부, 센터링 유닛, 증착원과 스캔 장치가 위치된 것을 보여주는 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 기판과 마스크의 얼라인 과정을 순차적으로 보여주는 순서도이다.
도 6은 기판과 마스크의 합착 후 증착원이 스캔되는 것을 보여주는 단면도이다.

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

고해상도의 중소형 모바일 유기OLED 디스플레이는 RGB 유기물질을 각각의 FMM을 활용하여 순차적으로 증착하여 RGB 화소를 형성하여 제작된다. 이때 에칭 방식으로 제작되는 파인메탈마스크(FMM)는 6세대 기판의 절반에 해당되는 크기가 생산에서 적용되는 최대의 사이즈로 이보다 큰 기판 크기에 대향하는 FMM은 기존의 텐션과 위치정밀도를 확보하기 위해 마스크가 용접되는 프레임의 모서리 이외에 보조 지지대 역할을 할 수 있는 영역이 존재할 수 있다.

즉, 기판의 모서리 이외에 중앙을 포함한 일부 영역에서 유기 물질이 증착 되지 않는 영역이 존재하게 된다. 다시 말해, 전체 FMM에서 화소형성용 파인메탈 마스킹 영역이 없는 곳에 보조 지지대가 설치된다.

도 1은 기판(1)을 고정하여 이송하는 캐리어(10)를 도식한 예로, 캐리어 프레임(11)에는 기판을 고정하기 위한 클램프(13)가 곳곳에 형성되고 내부에는 FMM의 보조 지지대 위치와 겹치는 영역에 보조 지지대(12)를 동일하게 형성한 것을 나타낸다. 기판(10)은 캐리어를 구성하는 액자 틀 형태의 캐리어 프레임(11)에 놓여 지지되고, 사각 프레임의 각 변에 하나 이상(도 1에는 각각 3개)의 클램프가 있어, 기판을 클램프로 안정되게 고정한다. 프레임에 의한 기판 가장자리의 지지만으로는 대면적 기판의 평탄도를 유지하기 어려울 수 있어, 본 발명은 캐리어 프레임의 안쪽, 즉, 기판이 존재하는 프레임에 의해 형성된 개구부에도 보조 지지대를 하나 이상 설치하였다.

물질이 증착되지 않는 기판의 일부 영역을 활용하여 기판의 처짐을 최소화하여 안정적으로 고정하기 위한 방안을 제시한 것이다.

즉, FMM에 형성된 보조 지지대로 인해 기판에 물질이 증착되지 않는 데드 존에 해당하는 영역에 대해 기판 캐리어(10)에도 보조 지지대(12)를 설치하여 대면적 기판의 처짐 현상을 방지할 수 있게 한다. 보조 지지대(12)는 기판 데드 존(FMM에서 화소형성용 파인메탈 마스킹 영역이 없는 곳)과 꼭 맞거나 그보다 적은 영역에 설치될 수 있다. 데드 존은 기판의 테두리 외에 중심부에도 존재하며, 이는 대면적 기판이 처지거나 휘는 부분에 해당하게 되어 이러한 영역에 보조 지지대를 설치하는 것은 기판 처짐의 적절한 보완이 되고, 정전 척이 정전기력을 충분히 미칠 수 있는 거리를 유지하게 되어 정전 척에 의한 대면적 기판 척킹을 안정적으로 할 수 있게 된다.

이때 캐리어(10)의 보조 지지대(12)에는 기판을 로봇으로부터 로딩하기 위한 로딩핀 홀(121)이 삽입되도록 형성된다. 물론 보조 지지대(12)는 FMM 제작 방법에 따라 도 1에 도식한 예에 한정되지 않고 다양한 형태로 구성될 수 있으며 이에 따라 캐리어(10)의 보조 지지대(12)의 위치도 변경 된다.

보조 지지대에는 로딩 핀이 드나들 수 있는 로딩핀 홀(121)이 형성된다.

도 2는 증착 챔버 내부에 기판이 증착을 위해 반입된 상황을 보여준다. 기판(1), 기판 캐리어(10), 캐리어 반송부(51), 정전 척(30), 자석 어레이 플레이트(40), FMM 마스크(20), 마스크 반송부(52), 센터링 유닛(54, 55), 증착원(200)과 스캔 장치(202)가 위치된 것을 보여준다.

캐리어(10)는 캐리어 아래 배치된 캐리어 반송부(51)에 의해 운반되고, FMM 마스크(20)는 그 아래 배치된 마스크 반송부(52)에 의해 운반된다. 이들은 각각 캐리어 출입용 개구부(101)과 마스크 출입용 개구부(102)를 통해 움직인다.

반송부의 상부에는 기판(1)을 고정하기 위한 정전척(30)이 있다. 기판(1)은 정전척(30)에 의해 척킹되어, FMM 마스크(20)와 얼라인 된 후 합착된다. FMM 마스크(20)를 기판(1) 쪽으로 강하게 당겨 고정하여 주는 자석 어레이 플레이트(40)가 정전 척(30) 위에 배치된다.

또한, 기판(10)과 마스크(20)의 얼라인을 위한 비전 유닛과 스테이지 구동용 기구부가 정전 척과 연결되어 설치된다(미도시).

증착 챔버 하부에는 대기박스(201)에 놓인 증착원(200)과 증착원을 스캔식으로 이송하는 스캔 유닛(202) 고정된 기판에 평행하게 스캔하기 위한 기구부(미 도시)가 구성된다.

또한, 캐리어(10)와 마스크(20)에 대해 각각 고정 또는 정렬하기 위한 별도의 센터링 유닛(54, 55)을 추가 구성할 수 있다. 여기서 센터링 유닛은 캐리어 또는 마스크를 미리 정해진 위치로 이동시켜 고정시키는 기구이다.

개폐 유닛(15)은 캐리어(10)에 있는 클램프(13)를 개폐하는 기구이다.

다음은 기판(1)을 증착 챔버(100) 내부로 투입시켜 기판을 안정적으로 고정하고 고정밀의 얼라인이 가능한 방법에 대해 설명한다(도 3 참조).

증착 챔버와 다른 챔버를 연결하는 개구부인 캐리어 출입용 개구부(101)를 통해 기판이 고정된 캐리어가 반송부(51)에 의해 반입된다(a).

캐리어(10)의 위치를 정렬하기 위한 센터링 유닛(54)의 작동으로 캐리어가 정렬된 후 캐리어 모서리에 기판을 고정하고 있는 클램프(13)를 오픈하기 위해 각각의 클램프 위치 상부로부터 개폐 유닛(15)이 하강하여 클램프(13)가 오픈된다(b).

상황에 따라 기판(10)의 위치 내지 자세를 추가적으로 정렬하기 위해 센터링 유닛(54)이 기판의 모서리를 통해 작동할 수도 있다.

이후에 상부에 있는 정전척(30)이 하강하여 기판과 접촉한 후 전원을 인가하여 정전척(30)에 기판(1)이 척킹된다(c). 본 발명에서는 캐리어의 보조 지지대(12)에 의한 기판 처짐 보완으로 기판에 정전기력을 발생시킬 수 있는 정전 척(30)과 기판(1) 사이의 거리를 확보할 수 있게 한다. 이때 정전척은 고정밀의 평탄도를 갖도록 제작되어 기판이 휘어지거나 처짐없이 평평한 상태의 유지가 가능하게 된다.

정전척(30)이 상승함에 따라 캐리어(10)에 있는 기판(1)이 정전척(30)에 부착되어 함께 상승되고(d), 이후에 클램프(13)를 누르고 있던 개폐 유닛(15)이 재상승하여 클램프(13)는 닫히게 된다(e).

캐리어(10)가 캐리어 출입용 개구부(101)를 통해 외부로 배출되면(f), 정전척(30)은 마스크(20)와 매우 근접한 거리까지 접근 가능하도록 다시 하강하고(g),

기판(1)과 마스크(20)에 표기된 각각의 인식용 마크(얼라인용 마크)를 식별하여 기판과 마스크 간에 정밀 얼라인이 실시된다. 비젼 유닛에는 고해상도의 CCD 카메라가 구비되어 이를 통해 인식용 마크가 식별된다. 얼라인은 구동부에 의해 정전 척과 기판을 움직이거나, 마스크를 움직여 실시될 수 있다.

얼라인이 완료되면 정전척(30)은 기판(1)과 마스크(20)가 이격된 거리만큼 추가적으로 하강하여 기판(1)이 마스크(20)에 합착되고(h),

정전척(30) 상부에 있는 자석 어레이 플레이트(40)가 하강하여 마스크(20)를 기판 쪽으로 당겨 기판에 부착시킨다(i).

이때 자석 어레이 플레이트(40)가 정전척(30) 내부로 삽입이 가능하도록 정전척 상부에 홈(미 도시)이 형성되어 자석 어레이 플레이트(40)는 메탈마스크(20)와의 간격을 줄일 수 있고, 그에 따라 메탈 마스크(20)에 자력을 강하게 작용시킬 수 있다.

얼라인 공정이 완료된 이후에는 기판에 물질이 증착 되지 않은 위치에 있는 증착원(200)이 스캔 장치를 통해 기판을 중심으로 이동하면서 기판에 물질이 증착된다(도 4 참조).

증착공정이 완료되면 상부에 있는 자석 어레이 플레이트(40)부터 상승하여 언로딩 공정이 역순으로 시작되며 기판을 다음 공정챔버로 이송하기 위해 캐리어(10)가 반입되어 기판(1)을 캐리어(10)에 전달하여 반출시킨다.

즉, 자석 어레이 플레이트(40)가 정전 척(30)으로부터 분리상승되고, 이로써 마스크(20)는 기판 쪽으로 힘을 받지 않게 되고, 정전 척(30)이 추가 상승하여 기판 아래 쪽에 캐리어(10)가 투입될 수 있도록 공간을 확보시킨다. 이후 캐리어 반송부(51)를 통해 캐리어(10)가 투입되면 센터링 유닛(54)의 작동으로 캐리어 위치가 정렬된다. 다음, 캐리어(10)에 설치된 클램프(13)를 오픈하기 위해 상부로부터 개폐유닛(15)이 하강하여 클램프(13)를 오픈시킨다. 이후, 기판이 캐리어 상면에 접촉되는 위치까지 정전 척(30)이 하강되고, 정전 척(30)에 연결된 전원을 오프하여 기판으로부터 정전 척이 분리되고, 기판은 캐리어(10)에 탑재되며, 클램프(13)가 닫혀 기판이 캐리어에 고정되고, 캐리어 반송부(51)에 의해 캐리어 출입용 개구부(101)를 통해 반출된다.

마스크(20)는 또 다른 개구부인 마스크 출입용 개구부(102)를 통해 상기의 캐리어와 같은 방법으로 반입 반출 가능하며 그에 대한 사항은 당업자 상식으로 자세한 설명은 생략한다.

한편, 마스크용 반송부(52)를 별도로 구성하지 않고 기판 캐리어용 반송부(51)를 함께 활용하는 기구부 구성도 가능하다. 즉, 캐리어 출입용 개구부(101)와 마스크 출입용 개구부(102)를 하나의 개구부로 통합하고, 반송부도 하나로 구성하여 기판 캐리어와 마스크를 순차로 반입 반출할 수 있다.

이 경우, 한 개의 개구부를 통해 캐리어와 마스크 투입 및 배출 과정이 이루어져 추가적으로 구성되는 반송부와 대형 게이트 밸브에 대한 비용 절감이 가능하게 된다. 자세한 도식화는 생략한다.

증착 챔버 하부에 놓인 증착원(200)은 기판과 평행하게 구성된 선형 증착원 (스캔 방향에 대해 수직방향으로 뻗은 선형)또는 다수의 점증착원이 스캔 방향에 대해 수직으로 일렬 배열되어 대면적 기판에 균일한 분포의 두께로 물질 증착이 가능하도록 구성된다.

한편, 종래의 정전 척은 기판을 로딩하여 인라인 증착 라인에 직접 투입되며, 정전 척에 기판을 얼라인 후 부착하여 증착영역으로 선형 이송하면서 증착 위치에서 또 다시 얼라인 후 증착공정을 진행하여야 한다. 전기에너지를 지속적으로 소모하는 정전 척이 장거리를 이동하기 때문에 배터리 용량 점검에서부터 용량 소진에 따른 기판의 분리, 기판에 가해지는 응력의 증가, 뮤라 발생 가능성 증가 등, 여러 가지 문제들을 포함한다.

이에 비해, 본 발명의 정전 척은 증착챔버 내부에 고정되어 있으며 기판 이송을 담당하는 별도의 캐리어가 적용되어, 정전 척은 전원에 의해 안정적인 전기 에너지를 공급받을 수 있고 기판에 가해지는 응력도 줄어들며, 캐리어는 기판이 페이스 다운(face down) 상태에서 정전 척에 의해 기판이 척킹 되도록 보조적인 역할도 할 수 있어 캐리어 적용으로 여러가지 유익을 얻는다.

상기와 같이 하여 대면적 기판의 처짐 없이 수평을 유지하며 FMM을 적용한 RGB 화소증착을 실시할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 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 : 증착 챔버
1 : 기판
10 : 캐리어
11 : 캐리어 프레임
12 : 보조 지지대
121 : 로딩핀 홀
13 : 클램프
15 : 개폐 유닛
20 : 파인메탈 마스크(FMM)
30 : 정전척
40 : 자석 어레이 플레이트
51 : 캐리어 반송부
52 : 마스크 반송부
54 : 캐리어 센터링 유닛
55 : 마스크 센터링 유닛
60 : 방착판
101 : 캐리어 출입용 개구부
102 : 마스크 출입용 개구부
200 : 증착원
201 : 대기(ATM) 박스
202 : 스캔 유닛

Claims (8)

1. 기판을 고정하여 챔버에 반입하고 반출하는 기판 캐리어에 있어서,
   기판이 탑재되도록 기판 가장자리를 지지하는 캐리어 프레임; 및
   기판의 가장자리 이외에 기판 면을 지지하는 보조 지지대;를 포함하며,
   상기 캐리어 프레임은 기판을 고정하며, 개폐가능한 클램프;를 구비하고,
   상기 보조 지지대는 상기 캐리어 프레임에 형성된 개구부에 설치되어 기판의 평탄도를 유지시켜, 정전 척의 정전기력이 기판에 작용할 수 있는 거리를 유지하여 기판이 정전 척에 고정밀 얼라인되고 척킹되게 하는 것을 특징으로 하는 기판 캐리어.
2. 제1항에 있어서, 상기 보조 지지대는 기판 상에 물질이 증착되지 않는 영역에 설치된 것을 특징으로 하는 기판 캐리어.
3. 제2항에 있어서, 상기 기판은 FMM(Fine Metal Mask)과 합착되고, 상기 FMM은 화소형성을 위한 파인 메탈 마스킹 영역이 없는 곳에 FMM용 보조 지지대를 포함하며, 상기 보조 지지대는 상기 FMM용 보조 지지대가 설치된 영역에 상응하는 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 기판 캐리어.
4. 기판을 탑재하는 제1항의 캐리어;
   상기 캐리어를 반입하고 반출하는 캐리어 반송부;
   캐리어 상부에 배치되어 기판을 척킹하는 정전 척;
   상기 정전 척 위에 배치되어 기판에 합착된 FMM을 자력으로 기판 쪽으로 당겨주는 자석이 배열된 자석 어레이 플레이트;
   상기 기판에 합착되는 FMM을 반입하고 반출하는 마스크 반송부;
   상기 기판과 FMM의 얼라인을 위해 정전 척에 연결된 구동부;
   상기 기판과 FMM 합착체 아래에 배치되어 기판에 화소형성을 위해 물질을 증발시키는 증착원;
   상기 증착원을 스캔 이송하는 스캔 유닛; 및
   상기 캐리어에 구비된 클램프를 개폐하는 개폐 유닛;을 포함하고,
   상기 캐리어의 클램프로 고정되어 캐리어에 의해 지지된 기판을 상기 개폐 유닛의 동작으로 클램프를 해제하고, 상기 정전 척이 하강하여 기판을 척킹하여 기판에 화소를 형성하는 것을 특징으로 하는 수평 증착 시스템.
   
5. 삭제
6. 제4항에 있어서, 캐리어와 마스크의 위치를 각각 고정 또는 정렬하기 위해 캐리어 센터링 유닛과 마스크 센터링 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 수평 증착 시스템.
7. 제4항에 있어서, 캐리어 반송부와 마스크 반송부는 동일한 하나의 빈송부로 구성되고, 캐리어와 마스크는 시차를 두고 동일한 반송부에 의해 반송되는 것을 특징으로 하는 수평 증착 시스템.
8. 제4항에 있어서, 상기 증착원은 선형 증착원 또는 다수의 점증착원이 증착원의 스캔 방향에 대해 수직방향으로 일렬 배열되어 구성된 것을 특징으로 하는 수평 증착 시스템.
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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