KR20130049080A - 회전식 박막 증착 장치 및 그것을 이용한 박막 증착 방법 - Google Patents

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Abstract

연속 증착이 가능하도록 회전식으로 개선된 박막 증착 장치 및 그것을 이용한 박막 증착 방법이 개시된다. 개시된 박막 증착 장치는 증착기와, 그 증착기의 증착영역을 경유하는 순환궤도를 주행하는 순환주행유닛 및, 증착 대상체를 지지하여 순환궤도를 따라 이동하는 지지유닛을 포함한다. 이러한 박막 증착 장치를 이용하면 대상체 전면에 걸쳐서 정밀하고 균일한 박막의 형성을 보장할 수 있게 되며, 또한 복수 대상체가 무한궤도를 따라 회전하면서 증착이 진행되므로 기존의 왕복 이동 방식에 비해 작업 속도도 월등해지고 상대적으로 장치의 규모가 너무 커지는 부담도 줄일 수 있게 된다.

Description

회전식 박막 증착 장치 및 그것을 이용한 박막 증착 방법{Rotating type thin film depositing apparatus and the thin film depositing method using the same}
본 발명은 증착원의 증기를 발생시켜서 대상체 표면에 증착하는 박막 증착 장치에 관한 것으로, 특히 연속 증착이 가능하도록 회전식으로 개선된 박막 증착 장치 및 그것을 이용한 박막 증착 방법에 관한 것이다.
예컨대 유기 발광 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터 제조와 같은 박막 제조 공정에는 증착원의 증기를 발생시켜서 기판과 같은 대상체 표면에 달라붙게 하는 증착 공정이 많이 이용된다.
최근에는 박막을 보다 균일하고 정밀하게 형성할 수 있는 원자층 증착 공정(ALD:Atomic Layer Deposition)이 선호되고 있는데, 이러한 원자층 증착 공정에서는 보통 대상체의 같은 위치에 대해 300회 이상의 증착이 반복 진행된다.
지금까지는 이러한 원자층 증착 공정처럼 대상체 위에 여러 번 증착을 수행해야 하는 경우에, 상기 대상체를 증착기에 대해 왕복 이동시키면서 증착을 반복 수행하는 방식이 사용되었다.
그런데, 이렇게 대상체를 왕복 이동시키면서 증착을 수행하게 되면, 대상체의 이동 방향을 전환시킬 때마다 가감속 구간이 계속 생기게 되므로 균일한 공정 조건을 유지하기가 어렵다. 즉, 정속 이동만 있는 경우라면 대상체의 전체 영역에 걸쳐서 증착기와 마주하는 시간이 다 동일하므로 균일한 증착이 이루어질 수 있겠지만, 가감속 구간이 생기면 증착기를 마주하는 시간이 구간마다 조금씩 달라지므로 균일한 증착을 보장하기가 어려워진다.
또한, 이러한 대상체의 왕복 이동 방식에서는 한 대상체에 대한 증착을 다 마치고 나서 그 다음 대상체에 대한 증착을 진행할 수 있으므로 작업 속도가 매우 느린 단점이 있으며, 만일 이를 해결하기 위해 복수개의 대상체를 일렬로 배치하여 한번에 왕복 이동시키려면 그 복수개의 대상체 전체를 왕복시킬 수 있는 공간이 마련되어야 하므로 증착 장치가 상당히 커져야하는 부담이 따른다.
따라서, 이러한 단점들을 해소할 수 있는 새로운 형태의 증착 방식이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 증착 대상체의 가감속 구간이 없는 연속 증착이 가능하도록 개선된 회전식 박막 증착 장치 및 그것을 이용한 박막 증착 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치는, 증착기와, 상기 증착기의 증착영역을 경유하는 순환궤도를 주행하는 순환주행유닛 및, 증착 대상체를 지지하여 상기 순환궤도를 따라 이동하는 지지유닛을 포함한다.
상기 순환주행유닛은, 모터에 의해 회전하는 구동풀리 및 그와 대응하는 종동풀리, 상기 구동풀리와 종동풀리에 결합되어 상기 순환궤도를 형성하며 주행하는 순환벨트를 포함할 수 있다.
상기 지지유닛은, 상기 순환벨트에 결합된 연결바와, 상기 대상체가 탑재되도록 상기 연결바에 결합된 지지판과, 상기 지지판에 탑재된 상기 대상체를 고정시키는 클램핑기구를 포함할 수 있다.
상기 클래핑기구는 상기 지지판에 회전가능하게 설치된 클램퍼와, 상기 클램퍼가 상기 대상체를 상기 지지판 측으로 눌러서 고정시키도록 그 클램퍼를 회전구동시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
상기 지지판의 상기 주행 방향으로의 길이는 상기 풀리의 원주 길이와 같을 수 있다.
상기 순환벨트에 상기 지지판 5개가 결합되어 주행할 수 있다.
상기 지지유닛의 주행 중 유동을 억제하는 가이드유닛이 더 구비될 수 있다.
상기 가이드유닛은, 상기 순환궤도를 따라 마련된 가이드레일과, 상기 가이드레일에 결합되도록 상기 지지유닛에 마련된 가이드돌기를 포함할 수 있다.
상기 순환궤도는 상기 대상체가 수평인 상태로 주행하도록 배치될 수 있다.
상기 순환궤도는 상기 대상체가 수직인 상태로 주행하도록 배치될 수 있다.
상기 증착기는 상기 순환주행유닛을 사이에 두고 양측에 한 쌍이 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 방법은, 증착기의 증착영역을 경유하는 순환궤도를 마련하는 단계; 상기 순환궤도를 따라 이동하는 지지판에 대상체를 로딩하는 단계; 상기 대상체를 상기 순환궤도를 따라 순환시키며 상기 증착영역에서 증착이 진행되게 하는 단계; 증착이 완료된 상기 대상체를 상기 지지판으로부터 언로딩하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 순환궤도는 상기 대상체가 수평인 상태로 주행하도록 배치될 수 있다.
상기 순환궤도는 상기 대상체가 수직인 상태로 주행하도록 배치될 수 있다.
상기 대상체의 로딩 및 언로딩은 상기 지지판이 상기 순환궤도를 따라 진행방향을 반대방향으로 바꾸기 시작하는 위치에서 수행될 수 있다.
상기 증착기는 상기 순환궤도를 사이에 두고 양측에 한 쌍이 설치될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 회전식 박막 증착 장치와 박막 증착 방법에 의하면, 증착이 진행되는 동안 대상체가 증착기에 대해 항상 정속으로만 이동하므로 대상체 전면에 걸쳐서 정밀하고 균일한 박막의 형성을 보장할 수 있게 되며, 또한 복수 대상체가 무한궤도를 따라 회전하면서 증착이 진행되므로 기존의 왕복 이동 방식에 비해 작업 속도도 월등해지고 상대적으로 장치의 규모가 너무 커지는 부담도 줄일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 박막 증착 장치 중 지지유닛을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 박막 증착 장치에서 증착 대상체의 이동 과정을 보인 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 박막 증착 장치에서 장치 규모를 줄일 수 있는 규격을 예시한 도면이다.
도 6은 도 1은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치의 구조를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명한다.
도 1에 따른 박막 증착 장치는 증착원의 증기를 발생시키는 증착기(400)와, 이 증착기(400)의 증착영역(D;도 5 참조)을 경유하는 순환궤도를 주행하는 순환주행유닛(100), 그리고 증착 대상체인 기판(10)을 마스크(20)와 함께 지지하여 상기 순환궤도를 따라 이동하는 지지유닛(200)을 포함한다. 따라서, 상기 기판(10)이 지지유닛(200)에 지지된 상태로 상기 순환주행유닛(100)을 따라 순환궤도를 돌게 되고, 이 순환궤도 중 증착영역을 지날 때 상기 증착기(400)에 의해 증착이 이루어지게 되는 것이다. 이렇게 되면, 기판(10)이 순환궤도를 따라 계속 정속으로 진행하기 때문에, 몇 번을 반복 증착하든지 상관없이 가감속 구간 없는 연속 증착이 가능해지게 되며, 결국 안정적이고 균일한 증착을 보장할 수 있게 된다. 참조부호 300은 가이드유닛을 나타내며, 지지유닛(200)의 지지판(210)이 순환궤도를 따라 흔들리지 않고 안정적으로 이동할 수 있도록 가이드해주는 역할을 한다.
이하에는 이와 같은 안정된 연속 증착이 가능하도록 구성된 각 유닛의 상세 구조를 살펴보기로 한다.
먼저, 상기 순환주행유닛(100)은, 모터(140)에 의해 회전하는 구동풀리(110) 및 그와 대응하는 종동풀리(120), 그리고, 이 구동풀리(110)와 종동풀리(120)에 걸쳐져서 순환 주행하는 순환벨트(130)를 구비하고 있다. 따라서, 모터(140)에 구동되면 구동풀리(110)가 회전하면서 순환벨트(130)을 주행시키게 되고, 순환벨트(130)는 상기 증착기(400)의 증착영역(D;도 5 참조)을 지나는 순환궤도를 형성하며 주행하게 된다. 상기 순환벨트(130)로는 체인이나 타이밍벨트 등이 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 상기 지지유닛(200)은, 상기 순환벨트(130)에 결합된 연결바(220)와, 상기 기판(10)과 마스크(20)가 탑재되도록 상기 연결바(220)에 링크(211)로 결합된 지지판(210)과, 이 지지판(210)에 탑재된 상기 기판(10) 및 마스크(20)를 고정시키는 클램핑기구(230)를 구비한다. 따라서, 상기 지지판(210)에 대상체인 기판(10)과 마스크(20)를 탑재하고 상기 클램핑기구(230)로 고정시키면 상기 대상체는 지지판(210)에 견고하게 고정되며, 이 상태에서 순환벨트(130)를 주행시키면 상기 링크(211)와 연결바(220)로 연결된 지지판(210)도 순환궤도를 따라 돌면서 증착기(400)의 증착영역을 반복해서 통과하게 된다.
여기서, 상기 클래핑기구(230)로는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 지지판(210)에 회전가능하게 설치된 클램퍼(231)와, 상기 클램퍼(231)가 상기 대상체인 기판(10)과 마스크(20)를 지지판(210) 측으로 눌러서 고정시키도록 그 클램퍼(231)를 회전구동시키는 액츄에이터(232)가 구비되어 있다. 따라서, 상기 액츄에이터(232)가 작동하면 클램퍼(231)가 회전하면서 기판(10)과 마스크(20)의 가장자리를 눌러서 지지판(210) 상에 견고하게 고정시키게 된다.
한편, 이러한 연속 회전식 증착 구조에서는 특히 대상체가 상기 풀리(110)(120)를 타고 지나면서 진행방향을 반대방향으로 바꿀 때 흔들림이 심하게 생길 수 있는데, 이렇게 되면 안정된 주행에 문제가 생길 수 있기 때문에, 본 실시예는 대상체의 안정된 주행을 도와주기 위한 가이드유닛(300)을 추가로 구비하고 있다.
이 가이드유닛(300)은 상기 순환궤도를 따라 마련된 가이드레일(320)과, 이 가이드레일(320)에 결합되도록 지지판(210)에 마련된 가이드돌기(310)를 구비한다. 이렇게 되면, 지지판(210)이 순환궤도를 주행하는 동안 상기 가이드돌기(310)가 가이드레일(320)에 삽입되어 움직이기 때문에 흔들림 없는 안정된 주행을 보장할 수 있게 된다. 특히, 큰 유동이 예상되는 방향 전환 지점 즉, 지지판(210)이 풀리(110)(120) 위를 지나서 반대방향으로 돌아가는 지점에서도 도 3에 도시된 바와 같이 상기 가이드돌기(310)가 가이드레일(320)을 타고 가면서 유동을 막아 주기 때문에 흔들림 없는 안정된 주행이 가능해진다.
이와 같은 구조의 회전식 박막 증착 장치는 다음과 같이 운영될 수 있다.
우선, 증착 작업을 진행하기 위해서는 상기 지지유닛(200)의 지지판(210)에 증착 대상체인 기판(10)과 마스크(20)를 로딩해야 하는데, 이러한 대상체의 로딩과 언로딩 위치는 도 1에 표시한 바와 같이 순환궤도의 단부 측 즉, 지지판(210)이 진행방향을 반대방향으로 바꾸기 시작하는 전환 지점에서 수행한다. 이 위치가 증착기(400)와 같은 주변 기기의 간섭을 피해서 로딩과 언로딩 작업을 할 수 있는 적합한 위치가 되기 때문이다. 그리고, 로딩과 언로딩 작업은 수작업으로 수행할 수도 있고, 일반적으로 알려진 로봇팔 등을 갖춘 자동 로딩 기구를 채용할 수도 있다.
이렇게 순환벨트(130)에 연결된 각 지지판(210) 위에 대상체를 다 로딩한 후에는, 상기 모터(140)와 증착기(400)를 가동하면서 본격적인 증착 작업을 개시한다. 즉, 상기 모터(140)가 가동하면서 상기 순환벨트(130)를 주행시키게 되고, 이에 따라 각 지지판(210)에 탑재된 대상체인 기판(10)과 마스크(20)가 증착기(400) 하방의 증착영역을 반복적으로 통과하게 된다. 그리고, 이 증착영역을 지나는 동안 상기 증착기(400)에서 발생된 증착원의 증기가 마스크(20)를 통해 기판(10) 위에 증착된다. 최근 선호되고 있는 원자층 증착 공정(ALD:Atomic Layer Deposition)에서는 대상체의 같은 위치에 대해 수백회의 증착을 반복해야 하는데, 본 구조에서는 지지판(210)을 순환궤도를 따라 계속 회전시키면 자연적으로 반복 증착이 이루어지므로, 원자층 증착 공정에서 요구하는 수백회의 반복 증착도 무리없이 원활하게 수행할 수 있게 된다.
한편, 상기와 같은 회전식 박막 증착 장치를 구현하는데 있어서, 몇 가지 사항만 고려하면 보다 컴팩트한 장치를 만들 수 있다.
예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 지지판(210)이 진행방향을 바꾸는 경로의 길이, 즉 본 실시예에서의 풀리(110)(120) 원주 길이의 절반(ℓ1)이 지지판(210)의 진행방향으로의 길이의 절반(ℓ2)과 같게 만드는 것이 좋다. (결과적으로 지지판(210)의 길이와 풀리(110)(120)의 원주 길이가 같으면 된다.) 그러면, 풀리(110)(120)를 쓸데없이 크게 만들지 않으면서도 원활한 방향 전환이 가능한 순환궤도를 구현할 수 있다.
또한, 지지판(210)의 개수는 도 5에 도시된 바와 같이 5개를 배치하는 것이 효율적이다. 이렇게 하면, 지지판(210) 하나가 증착기(400)의 증착영역(D)을 통과할 때, 다른 하나는 막 방향을 전환하여 증착영역(D)에 진입하려고 대기하는 위치에 있고, 또 다른 하는 증착영역(D)을 나와서 바로 방향을 전환하는 경로로 진입하는 위치에 있는 효율적인 연속 공정이 구현될 수 있다. 그리고, 도면과 같이 증착기(400)를 순환궤도의 양측에 복수 개 배치하면 보다 증착 작업을 보다 빠르게 진행시킬 수 있다.
한편, 전술한 도 1의 수평 구조와 다르게, 도 6에 도시된 바와 같은 수직 구조도 채용할 수 있다. 즉, 도 1의 실시예에서는 대상체가 수평 방향으로 놓여서 이동하지만, 도 6에서는 대상체가 수직 방향으로 놓인 채로 이동하게 되며, 이 경우에도 지지유닛(200)의 클램핑기구(230)가 대상체인 기판(10)과 마스크(20)를 견고하게 고정시키기 때문에 전술한 실시예와 마찬가지로 안정된 증착이 가능해진다.
그러므로, 이상에서 설명한 바와 같은 회전식 박막 증착 장치를 이용하면, 대상체 전면에 걸쳐서 정밀하고 균일한 박막의 형성을 보장할 수 있게 되며, 또한 복수 대상체가 무한궤도를 따라 회전하면서 증착이 진행되므로 기존의 왕복 이동 방식에 비해 작업 속도도 월등해지고 상대적으로 장치의 규모가 너무 커지는 부담도 줄일 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10...기판 20...마스크
100...순환주행유닛 110...구동풀리
120...종동풀리 130...순환벨트
200...지지유닛 210...지지판
220...연결바 230...클램핑기구
231...클램퍼 232...액츄에이터
300...가이드유닛 310...가이드돌기
320...가이드레일 400...증착기
D...증착영역

Claims (16)

  1. 증착기와,
    상기 증착기의 증착영역을 경유하는 순환궤도를 주행하는 순환주행유닛 및,
    증착 대상체를 지지하여 상기 순환궤도를 따라 이동하는 지지유닛을 포함하는 박막 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환주행유닛은,
    모터에 의해 회전하는 구동풀리 및 그와 대응하는 종동풀리,
    상기 구동풀리와 종동풀리에 결합되어 상기 순환궤도를 형성하며 주행하는 순환벨트;를 포함하는 박막 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지유닛은,
    상기 순환벨트에 결합된 연결바와,
    상기 대상체가 탑재되도록 상기 연결바에 결합된 지지판과,
    상기 지지판에 탑재된 상기 대상체를 고정시키는 클램핑기구를 포함하는 박막 증착 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 클래핑기구는
    상기 지지판에 회전가능하게 설치된 클램퍼와,
    상기 클램퍼가 상기 대상체를 상기 지지판 측으로 눌러서 고정시키도록 그 클램퍼를 회전구동시키는 액츄에이터를 포함하는 박막 증착 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 지지판의 상기 주행 방향으로의 길이는 상기 풀리의 원주 길이와 같은 박막 증착 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 순환벨트에 상기 지지판 5개가 결합되어 주행하는 박막 증착 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지유닛의 주행 중 유동을 억제하는 가이드유닛이 더 구비된 박막 증착 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가이드유닛은,
    상기 순환궤도를 따라 마련된 가이드레일과,
    상기 가이드레일에 결합되도록 상기 지지유닛에 마련된 가이드돌기를 포함하는 박막 증착 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환궤도는 상기 대상체가 수평인 상태로 주행하도록 배치된 박막 증착 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환궤도는 상기 대상체가 수직인 상태로 주행하도록 배치된 박막 증착 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착기는 상기 순환주행유닛을 사이에 두고 양측에 한 쌍이 설치된 박막 증착 장치.
  12. 증착기의 증착영역을 경유하는 순환궤도를 마련하는 단계;
    상기 순환궤도를 따라 이동하는 지지판에 대상체를 로딩하는 단계;
    상기 대상체를 상기 순환궤도를 따라 순환시키며 상기 증착영역에서 증착이 진행되게 하는 단계;
    증착이 완료된 상기 대상체를 상기 지지판으로부터 언로딩하는 단계;를 포함하는 박막 증착 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 순환궤도는 상기 대상체가 수평인 상태로 주행하도록 배치된 박막 증착 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 순환궤도는 상기 대상체가 수직인 상태로 주행하도록 배치된 박막 증착 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 대상체의 로딩 및 언로딩은 상기 지지판이 상기 순환궤도를 따라 진행방향을 반대방향으로 바꾸기 시작하는 위치에서 수행되는 박막 증착 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 증착기는 상기 순환궤도를 사이에 두고 양측에 한 쌍이 설치된 박막 증착 방법.
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