KR20150025842A - 박막 증착장치 - Google Patents

Abstract

박막 증착장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치는, 기판에 대한 증착공정이 수행되는 공정챔버; 공정챔버의 내부에 마련되되, 기판을 파지하는 기판 파지유닛; 공정챔버의 내부에 기판 파지유닛에 대향되게 배치되되, 마스크를 지지하는 마스크 프레임; 및 마스크 프레임에 연결되어 마스크가 기판에 밀착되도록 마스크 프레임을 기판 파지유닛 방향으로 이송하되, 기판과 마스크를 상호 평행되게 조절하는 마스크 이송유닛을 포함한다.

Description

박막 증착장치{THIN LAYERS DEPOSITION APPARATUS}

본 발명은, 박막 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기판과 마스크를 정밀하게 정렬할 수 있는 박막 증착장치에 관한 것이다.

정보 통신 기술의 비약적인 발전과 시장의 팽창에 따라 디스플레이 소자로 평판표시소자(Flat Panel Display)가 각광 받고 있다.

이러한 평판표시소자에는 액정 표시소자(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 소자(Plasma Display Panel), 유기전계 발광소자(Organic Light Emitting Diodes) 등이 있다.

이 중에서 유기전계 발광소자는, 예컨대 OLED는 빠른 응답속도, 기존의 LCD보다 낮은 소비 전력, 경량성, 별도의 백라이트(back light) 장치가 필요 없어서 초박형으로 만들 수 있는 점, 고휘도 등의 매우 좋은 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이 소자로 각광받고 있다.

이러한 유기전계 발광소자는 기판 위에 양극 막, 유기 박막, 음극 막을 순서대로 증착하고, 양극과 음극 사이에 전압을 걸어줌으로써 에너지의 차이가 유기 박막에 형성되어 스스로 발광하는 원리이다.

다시 말해, 주입되는 전자와 정공(hole)이 재결합하며, 남는 여기 에너지가 빛으로 발생되는 것이다. 이때 유기 물질의 도펀트의 양에 따라 발생하는 빛의 파장을 조절할 수 있으므로 풀 칼라(full color)의 구현이 가능하다.

도 1은 유기전계 발광소자의 구조도이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 유기전계 발광소자는 기판 상에 애노드(anode), 정공 주입층(hole injection layer), 정공 운송층(hole transfer layer), 발광층(emitting layer), 전자 운송층(electron transfer layer), 전자 주입층(electron injection layer), 캐소드(cathode) 등의 막이 순서대로 적층되어 형성된다.

여기서, 애노드는 면 저항이 작고 투과성이 좋은 ITO(Indium Tin Oxide)가 주로 사용되고, 유기 박막은 발광 효율을 높이기 위하여 정공 주입층, 정공 운송층, 발광층, 전자 운송층, 전자 주입층의 다층으로 구성되며, 발광층으로 사용되는 유기물질은 Alq3, TPD, PBD, m-MTDATA, TCTA 등이 사용된다. 그리고, 캐소드는 LiF-Al 금속막이 사용된다.

그리고, 유기 박막이 공기 중의 수분과 산소에 매우 약하므로 소자의 수명(life time)을 증가시키기 위해 봉합하는 봉지막이 최상부에 형성된다.

한편, 도 1에서 도시한 바와 같이, 유기전계 발광소자는 구동 시 정공이 애노드로부터 발광층으로 주입되고, 전자는 캐소드로부터 발광층으로 주입된다.

발광층으로 주입된 정공과 전자는 결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고, 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 전이하면서 빛을 방출하게 된다.

이러한 유기전계 발광소자는 구현하는 색상에 따라 단색 또는 풀 칼라(full color) 유기전계 발광소자로 구분된다.

한편, 유기전계 발광소자는, 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 제작하는 경우에는 공정챔버 내부에 기판과 패터닝(patterning)된 금속재질의 마스크를 수평으로 배치시킨 후에 마스크를 향해 증착물질을 분사하여 기판에 증착물질을 증착시키는 수평식 상향 증착공법이 널리 적용되고 있다.

수평식 상향 증착공법은, 공정챔버의 바닥면에 대해 수평으로 배치된 기판과 마스크를 상호 정렬한 후 합착시켜 수평상태에서 기판에 유기물을 증착하는 방법이다.

한편, OLED 증착공정에서 기판에 대한 증착패턴의 정밀도를 높이기 위해서는 마스크 자체의 패턴이 정밀하여야 할 뿐만 아니라, 기판과 마스크가 정밀하게 정렬되어야 한다.

기판과 마스크가 정렬되지 않은 상태에서 합착되는 경우에, 증착물질이 기판과 마스크 사이에 스며들어 증착패턴이 번지는 쉐도우(shadow) 현상이 발생될 수 있다.

특히, 수평식 상향 증착공법에서 기판 및 마스크가 대형화됨에 따라 처짐현상이 발생되고, 작업자가 기판과 마스크를 정렬함에 있어서 미세한 오차가 발생될 수 있으며, 기판과 마스크를 정렬한 후 공정챔버의 내부를 진공상태로 변환하는 과정에서 기판과 마스크가 틀어질 수 있어, 기판과 마스크를 합착하는 경우에 기판과 마스크 사이의 간극으로 인한 쉐도우 현상이 발생되는 문제점이 있다.

[문헌1] 대한민국 공개특허 특2002-0064187호(2002.08.07 공개)

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 기판과 마스크를 평행되게 조절하여 기판과 마스크 사이에 간극이 발생되는 것을 방지할 수 있는 박막 증착장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기판에 대한 증착공정이 수행되는 공정챔버; 상기 공정챔버의 내부에 마련되되, 상기 기판을 파지하는 기판 파지유닛; 상기 공정챔버의 내부에 상기 기판 파지유닛에 대향되게 배치되되, 마스크를 지지하는 마스크 프레임; 및 상기 마스크 프레임에 연결되어 상기 마스크가 상기 기판에 밀착되도록 상기 마스크 프레임을 상기 기판 파지유닛 방향으로 이송하되, 상기 기판과 상기 마스크를 상호 평행되게 조절하는 마스크 이송유닛을 포함하는 박막 증착장치가 제공될 수 있다.

상기 마스크 이송유닛은, 상기 마스크 프레임에 연결되되, 상기 기판 파지유닛 방향으로 왕복운동하는 복수의 이송로드; 및 상기 복수의 이송로드에 각각 연결되되, 상기 기판과 상기 마스크를 상호 평행되게 조절하도록 상기 복수의 이송로드를 개별적으로 상기 기판 파지유닛 방향으로 왕복운동 가능하게 하는 복수의 이송로드 구동모듈을 포함할 수 있다.

상기 복수의 이송로드는, 상기 마스크 프레임의 테두리부에 상호 이격되게 배치되어, 상기 기판 파지유닛 방향으로 왕복운동함에 따라 상기 기판과 상기 마스크를 상호 평행되게 조절할 수 있다.

상기 이송로드는, 상기 공정챔버를 관통하여 상기 기판 파지유닛에서 상기 마스터 프레임 방향으로 길게 배치되되, 상기 마스크 프레임에 연결되어 상기 마스크 프레임을 상기 기판 파지유닛 방향으로 왕복운동하게 하는 아우터 로드를 포함하며, 상기 이송로드 구동모듈은, 상기 아우터 로드에 연결되어 상기 아우터 로드를 개별적으로 상기 기판 파지유닛 방향으로 왕복운동 가능하게 하는 제1 구동부를 포함할 수 있다.

상기 이송로드는, 상기 아우터 로드에 연결되되, 상기 마스크 프레임의 테두리부를 지지하는 마스크 프레임 지지부를 더 포함할 수 있다.

상기 이송로드는, 상기 아우터 로드의 내부에 삽입되되, 상기 아우터 로드와는 별개로 상기 아우터 로드의 내부에서 왕복운동하는 이너 로드를 더 포함하며, 상기 이송로드 구동모듈은, 상기 이너 로드에 연결되어 상기 이너 로드를 개별적으로 상기 기판 파지유닛 방향으로 왕복운동 가능하게 하는 제2 구동부를 더 포함하며, 상기 이너 로드에 연결되되, 상기 이너 로드가 상기 기판 파지유닛 방향으로 이동되는 경우에 상기 마스크 프레임에 접촉되어 상기 마스크 프레임 및 상기 마스크를 냉각하는 냉각유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 냉각유닛은, 상기 이너 로드에 연결되되, 상기 마스크 프레임의 테두리부에 접촉되는 패널부; 및 상기 패널부에 설치되되, 상기 패널부에 접촉하는 마스크 프레임을 냉각하는 냉각부를 포함하며, 상기 패널부에는, 증착물질이 상기 마스크 방향으로 분사되도록 상기 마스크의 크기에 대응하는 크기의 개구가 형성될 수 있다.

상기 이너 로드와 상기 냉각유닛은 볼 조인트에 의해 상호 연결될 수 있다.

상기 아우터 로드와 상기 이너 로드는 볼 스플라인(ball spline)에 의해 결합될 수 있다.

상기 마스크 프레임을 상기 기판 파지유닛 방향으로 이송하는 경우에, 상기 공정챔버의 내부에 마련되되, 상기 기판과 상기 마스크의 이격거리를 측정하는 적어도 하나 이상의 거리센서를 더 포함할 수 있다.

상기 기판 파지유닛은, 상기 기판을 지지하는 기판 지지용 플레이트; 상기 기판 지지용 플레이트에 접촉되는 상기 기판을 파지하는 기판 파지부; 및 상기 기판 지지용 플레이트에 연결되어 상기 기판 지지용 플레이트를 평면상에서 이동 및 회전시켜 상기 마스크에 대해 상기 기판을 정렬하는 기판 얼라이너를 포함할 수 있다.

상기 기판 파지유닛은, 상기 기판 지지용 플레이트에 마련되되, 상기 마스크가 상기 기판에 밀착되어 면접촉될 수 있도록 상기 기판을 사이에 두고 상기 마스크를 상기 기판 지지용 플레이트 방향으로 끌어당기는 자력을 발생시키는 마그넷부를 더 포함할 수 있다.

상기 마그넷부는, 상기 기판 지지용 플레이트의 내부에 매입된 복수의 마그넷 어레이를 포함할 수 있다.

상기 기판 얼라이너는, 상기 기판 지지용 플레이트에 연결되어 상기 기판 지지용 플레이트를 평면상에서 이동시키는 선형 구동모듈; 및 상기 기판 지지용 플레이트에 연결되어 상기 기판 지지용 플레이트를 평면상에서 회전시키는 회전 구동모듈을 포함할 수 있다.

상기 기판 얼라이너는, 상기 마스크에 형성된 얼라인 마크를 촬영하는 비젼부를 포함할 수 있다.

상기 기판 지지용 플레이트는 쿨링 플레이트(cooling plate)일 수 있다.

본 발명의 실시예는, 마스크를 기판 방향으로 이송하는 동안 기판과 마스크를 상호 평행되게 조절하는 마스크 이송유닛을 마련함으로써, 기판과 마스크를 합착함에 있어 기판과 마스크 사이의 간극이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 유기전계 발광소자의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치를 나타내는 구조도이다.
도 3은 도 2의 A 부분 확대도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 파지유닛을 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 프레임 및 마스크 이송유닛을 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 프레임 및 마스크 이송유닛을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 B 부분 확대도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 이송유닛을 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각유닛을 나타내는 평면도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

이하에서 설명될 기판은, 유기전계 발광소자(Organic Light Emitting Diodes) 등과 같은 평판 표시소자에 사용되는 기판을 포함한다..

본 실시예에서는 기판을 수평되게 배치하고, 기판의 하부에서 증착물질을 분사하여 기판에 대한 증착공정을 수행하는 수평식 상향 증착방식이 적용되나, 이에 한정되지 않고, 기판을 수직되게 혹은 비스듬히 경사지게 세워서 배치한 후 증착물질을 증착하는 수직식 증착방식이 적용되는 경우에도 본 발명의 권리범위가 적용될 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치를 나타내는 구조도이고, 도 3은 도 2의 A 부분 확대도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 파지유닛을 나타내는 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 프레임 및 마스크 이송유닛을 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 B 부분 확대도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 이송유닛을 나타내는 측면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각유닛을 나타내는 평면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치는, 기판(G)에 대한 증착공정이 수행되는 공정챔버(100)와, 공정챔버(100)의 내부에 마련되되 기판(G)을 파지하는 기판 파지유닛(200)과, 공정챔버(100)의 내부에 기판 파지유닛(200)에 대향되게 배치되되 마스크(M)를 지지하는 마스크 프레임(300)과, 마스크 프레임(300)에 연결되어 마스크(M)가 기판(G)에 밀착되도록 마스크 프레임(300)을 기판 파지유닛(200) 방향으로 이송하되 기판(G)과 마스크(M)를 상호 평행되게 조절하는 마스크 이송유닛(400)과, 마스크 프레임(300) 방향으로 이동되되 마스크 프레임(300)에 접촉되어 마스크 프레임(300) 및 마스크(M)를 냉각하는 냉각유닛(500)을 포함한다.

본 실시예에 따른 박막 증착장치는, 기판(G)과 마스크(M)를 합착하기 위하여 마스크(M)를 기판(G) 방향으로 이송하는 동안 기판(G)과 마스크(M)를 상호 평행되게 실시간 조절함으로써 기판(G)과 마스크(M)를 합착함에 있어 기판(G)과 마스크(M) 사이에 간극이 발생되는 것을 방지함과 아울러 기판(G)에 대한 증착공정을 수행함에 있어 쉐도우 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 박막 증착장치는 쉐도우 현상으로 인한 제품 불량 발생을 방지하여 제품 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 박막 증착장치는, 마스크 프레임(300) 및 마스크(M)를 냉각함으로써, 증착공정 중에 발생된 열에 의해 마스크(M)의 패턴이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

도 2를 참조하면, 공정챔버(100)는 기판(G)에 대한 증착물질을 증착하는 증착공정이 진행되는 공간을 형성한다.

증착공정이 진행되는 동안, 공정챔버(100)의 내부는 기판(G)에 대한 증착공정이 신뢰성 있게 진행될 수 있도록 진공상태를 유지한다.

이를 위해, 공정챔버(100)의 일측에는 공정챔버(100)의 내부를 진공분위기로 유지하기 위한 진공모듈(미도시)이 설치될 수 있다.

진공모듈은 도시되지는 않았으나, 진공배관들을 통해 공정챔버(100)와 연결될 수 있으며, 진공펌프, 압력센서, 압력 조절밸브 등을 포함한다.

그리고, 공정챔버(100)의 일측에는 기판(G)이 반입되는 유입구(미도시)와, 공정챔버(100)의 내부에 반입된 기판(G)이 외부로 반출되는 유출구(미도시)가 설치된다. 그리고, 유입구 및 유출구에는 게이트 밸브(미도시)가 각각 설치되어 유입구 및 유출구를 개폐한다.

그리고, 도 3을 참조하면, 기판 파지유닛(200)은, 후술할 마스크 프레임(300)에 대향되게 배치되며, 마스크(M)에 팽행되게 배치되는 기판(G)을 파지한 상태에서 마스크(M)에 대해 기판(G)을 얼라인하는 역할을 한다.

기판 파지유닛(200)은, 기판(G)을 지지하는 기판 지지용 플레이트(210)와, 기판 지지용 플레이트(210)에 접촉되는 기판(G)을 파지하는 기판 파지부(230)와, 기판 지지용 플레이트(210)에 연결되어 기판 지지용 플레이트(210)를 평면상에서 이동 및 회전시켜 마스크(M)에 대해 기판(G)을 정렬하는 기판 얼라이너(250)와, 기판 지지용 플레이트(210)에 마련되되 마스크(M)가 기판(G)에 밀착되어 면접촉될 수 있도록 기판(G)을 사이에 두고 마스크(M)를 기판 지지용 플레이트(210) 방향으로 끌어당기는 자력을 발생시키는 마그넷부(270)를 포함한다.

기판 지지용 플레이트(210)는, 기판(G)을 접촉 지지하는 역할을 한다. 기판(G)은 공정챔버(100)의 내부로 이송된 후, 기판 지지용 플레이트(210)의 표면에 부착되며 후술할 마스크(M)와 평행되게 배치된다.

그리고, 기판 지지용 플레이트(210)는 쿨링 플레이트(cooling plate)로 적용된다.

기판 지지용 플레이트(210)를 쿨링 플레이트로 적용함으로써, 기판(G)에 대한 증착공정을 수행함에 있어 기판(G)의 온도를 하강시켜 기판(G)의 변형을 방지하여 기판(G)에 정확한 형태의 패턴 박막을 형성할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 기판 지지용 플레이트(210)를 쿨링 플레이트로 적용하였으나, 이에 한정되지 않고 기판 지지용 플레이트(210)에 냉각수나 냉각공기를 주입하는 라인을 배치하여 기판(G)을 냉각할 수도 있다.

그리고, 기판 파지부(230)는, 기판 지지용 플레이트(210)의 표면에 배치된 기판(G)을 해당위치에 파지하는 역할을 한다. 특히, 기판(G)이 대형화됨에 따라 기판(G)이 흔들림 없이 파지되어야 한다.

본 실시예에서 기판 파지부(230)는 기판(G)을 기판 지지용 플레이트(210)의 일측에 마련되어 기판(G)이 안착되어 지지되는 복수의 지지패널(230)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 기판 지지용 플레이트(210)에 기판(G)을 흡착하는 진공척 등으로 구성될 수도 있다.

그리고, 기판 얼라이너(250)는, 기판(G)이 접촉 부착된 기판 지지용 플레이트(210)를 평면상에서 이동 및 회전시켜 마스크(M)에 대해 기판(G)을 정렬하는 역할을 한다.

기판 얼라이너(250)는, 마스크(M)를 기판(G)에 합착하기 전에 기판(G)이 부착된 기판 지지용 플레이트(210)를 평면(X-Y 평면)에서 X축 또는 Y축으로 선형이동시키거나 Z축을 회전축으로 소정각도(Θ)회전시키는 구동력을 제공하는 UVW 구동력 제공부(미도시)를 포함한다.

구체적으로, UVW 구동력 제공부는, 기판 지지용 플레이트(210)에 연결되어 기판 지지용 플레이트(210)를 X-Y평면에서 X축 또는 Y축방향으로 선형이동시키는 선형 구동모듈(미도시)과, 기판 지지용 플레이트(210)에 연결되어 기판 지지용 플레이트(210)를 X-Y평면에서 소정각도(Θ) 회전시키는 회전 구동모듈(미도시)을 포함한다.

한 쌍의 선형 구동모듈이 대향되게 배치되고 상호 동기되어 기판 지지용 플레이트(210)를 X축 또는 Y축 방향으로 이동시키며, 회전 구동모듈은 X-Y평면에 수직한 Z축을 회전축으로 기판 지지용 플레이트(210)에 연결된 회전축을 회전시켜 기판 지지용 플레이트(210)를 회전시킨다.

기판 지지용 플레이트(210)를 X축 또는 Y축 방향으로 이동시키는 선형 구동모듈과 소정각도(Θ) 회전시키는 구동모듈을 구성하는 구조는 다양할 수 있으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기한 UVW 구동력 제공부를 통해 마스크(M)에 대해 기판(G)을 정렬하기 때문에, 기판 얼라이너(250)는 마스크(M)에 형성된 얼라인 마크(align mark)를 촬영하는 비젼부(미도시)를 더 포함한다.

비젼부에 의해 촬영된 영상 정보는 제어부(미도시)로 전송되고, 제어부는 기판 얼라이너(250)에 마련되는 UVW 구동력 제공부의 제어를 통해 기판(G)이 부착된 기판 지지용 플레이트(210)를 X축 또는 Y축 방향으로 이동시키거나 소정각도(Θ) 회전시켜 마스크(M)에 대한 기판(G)의 정렬작업을 진행할 수 있도록 한다.

그리고, 마그넷부(270)는, 금속 재질의 마스크(M)가 기판(G)에 밀착되어 면접촉(또는 합착)될 수 있도록 마스크(M)를 기판 지지용 플레이트(210) 방향으로 끌어당기는 역할을 한다.

마그넷부(270)는 기판 지지용 플레이트(210)의 내부에 매입된 복수의 마그넷 어레이(270)를 포함한다.

기판(G)과 마스크(M)를 합착하는 경우에 있어 기판(G)과 금속 재질의 마스크(M) 사이의 간극으로 인한 쉐도우 현상이 발생되는 것을 방지하기 위하여, 마그넷 어레이(270)는 기판(G)과 마스크(M)가 접촉할 때 자장 형성을 통해 기판(G)과 마스크(M)를 확실히 밀착시킨다.

본 실시예에서 마그넷 어레이(270)는 기판 지지용 플레이트(210)의 내부에 매입된 복수의 단위 마그넷의 배열 구조에 의해 마련되나, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되지는 않는다.

한편, 마스크(M)는 기판(G)의 표면에 미리 결정된 패턴(pattern)으로 증착을 진행하기 위하여 기판(G)의 표면에 접촉되어 기판(G)에 합착된다.

마스크(M)에는 증착물질이 통과하는 복수의 통공(미도시)이 형성되며, 마스크(M)의 크기는 기판(G)보다 상대적으로 크게 마련된다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에서 마스크(M)는 마스크 프레임(300)에 안착되어 지지된다. 그리고, 마스크 프레임(300)이 기판(G) 또는 기판 지지용 플레이트(210) 방향으로 이송되어 안착된 마스크(M)를 기판(G)에 접촉 및 합착한다.

본 실시예에서는 마스크 프레임(300)을 기판(G) 또는 기판 지지용 플레이트(210) 방향으로 이송하기 위하여 마스크 이송유닛(400)이 마련된다.

도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면, 마스크 이송유닛(400)은, 마스크(M)가 안착된 마스크 프레임(300)을 기판(G) 방향으로 이송하며, 또한 마스크(M)를 기판(G)에 접촉 및 합착함에 있어 기판(G)과 마스크(M) 사이의 간극으로 인한 쉐도우 현상을 방지하기 위하여 마스크(M)를 기판(G) 방향으로 이송하는 동안 실시간으로 기판(G)과 마스크(M)를 상호 평행되게 조절하는 역할을 한다.

마스크 이송유닛(400)은, 마스크 프레임(300)에 연결되어 마스크(M) 및 마스크 프레임(300)을 기판(G) 방향으로 이송한다.

그리고, 마스크 이송유닛(400)은, 마스크 프레임(300)에 연결되되 기판 파지유닛(200) 방향으로 왕복운동하는 복수의 이송로드(410)와, 복수의 이송로드(410)에 각각 연결되되 기판(G)과 마스크(M)를 상호 평행되게 조절하도록 복수의 이송로드(410)를 개별적으로 기판 파지유닛(200) 방향으로 왕복운동 가능하게 하는 복수의 이송로드 구동모듈(430)을 포함한다.

복수의 이송로드(410)는 마스크 프레임(300)에 연결되어 마스크(M) 및 마스크 프레임(300)을 기판 파지유닛(200) 방향(구체적으로, 기판(G) 및 기판 지지용 플레이트(210) 방향)으로 왕복운동하게 하며, 또한 마스크(M) 및 마스크 프레임(300)이 기판(G) 및 기판 지지용 플레이트(210) 방향으로 왕복운동하는 동안 기판(G)과 마스크(M)를 상호 평행되게 조절하는 역할을 한다.

복수의 이송로드(410)는 마스크 프레임(300)의 테두리부에 상호 이격되게 배치된다.

예를 들어 본 실시예에서와 같이 마스크 프레임(300)이 사각형상의 프레임으로 형성된 경우, 복수의 이송로드(410)는 사각형상의 마스크 프레임(300)의 모서리에 각각 하나씩 배치될 수 있다.

여기서, 복수의 이송로드(410) 각각은, 공정챔버(100)를 관통하여 기판 파지유닛(200)에서 마스크 프레임(300) 방향으로 길게 배치되되 마스크 프레임(300)에 연결되어 마스크 프레임(300)을 기판 파지유닛(200) 방향(구체적으로, 기판(G) 및 기판 지지용 플레이트(210) 방향)으로 왕복운동하게 하는 아우터 로드(outer rod,411)를 포함한다.

그리고, 복수의 이송로드 구동모듈(430)은 복수의 이송로드(410)에 대응하여 복수의 이송로드(410)에 각각 연결되어, 복수의 이송로드(410)가 개별적으로 마스크(M) 및 마스크 프레임(300)이 기판 파지유닛(200) 방향(구체적으로, 기판(G) 및 기판 지지용 플레이트(210) 방향)으로 왕복운동하게 하는 구동력을 제공하는 역할을 한다.

여기서, 복수의 이송로드 구동모듈(430) 각각은, 아우터 로드(411)에 연결되어 아우터 로드(411)를 개별적으로 기판 파지유닛(200) 방향(구체적으로, 기판(G) 및 기판 지지용 플레이트(210) 방향)으로 왕복운동 가능하게 하는 제1 구동부(431)를 포함한다.

상기한 복수의 아우터 로드(411)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

복수의 아우터 로드(411)의 일단부는 공정챔버(100)를 관통하여 마스크 프레임(300) 방향으로 길게 배치된다. 그리고, 복수의 아우터 로드(411)의 일단부는 각각 마스크 프레임(300)의 모서리에 연결된다.

여기서, 각각의 아우터 로드(411)의 일단부와 마스크 프레임(300)의 연결은 아우터 로드(411)의 일단부에 연결된 마스크 프레임 지지부(415)에 의한다.

즉, 마스크 프레임 지지부(415)의 일측에 아우터 로드(411)의 일단부가 연결되고, 타측에 마스크 프레임(300)의 테두리부가 안착되어 지지된다.

따라서, 복수의 아우터 로드(411)가 기판(G) 또는 기판 지지용 플레이트(210) 방향으로 왕복운동하는 경우에, 복수의 아우터 로드(411)에 연결된 마스크(M) 및 마스크 프레임(300)도 함께 기판(G) 및 기판 지지용 플레이트(210) 방향으로 왕복운동한다.

이러한, 복수의 아우터 로드(411)의 왕복운동은 각각의 아우터 로드(411)에 연결된 제1 구동부(431)에 의한다.

제1 구동부(431)는 공정챔버(100)의 외부에 배치되어 아우터 로드(411)를 기판(G) 또는 기판 지지용 플레이트(210) 방향으로 왕복운동하게 구성하는 구조는 다양할 수 있으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이, 복수의 아우터 로드(411)가 개별적으로 왕복운동가능하게 마련되므로, 기판(G) 및 마스크(M)가 대형화됨에 따라 처짐이 발생하는 경우, 또는 작업 초기에 작업자가 기판(G)과 마스크(M)를 팽행되게 정렬함에 있어서 미세한 오차가 발생되는 경우, 또는 작업 초기에 기판(G)과 마스크(M)를 팽행되게 정렬하였으나 공정챔버(100)의 내부를 진공상태로 변환하는 과정에서 기판(G)과 마스크(M)가 틀어지는 경우에도, 마스크(M)를 기판(G) 방향으로 이송하는 동안 기판(G)과 마스크(M)를 상호 평행되게 조절할 수 있다.

한편, 마스크(M)를 기판(G) 방향으로 이송하는 동안 기판(G)과 마스크(M)를 실시간으로 상호 평행되게 조절하기 위해서, 본 실시예에 따른 박막 증착장치는 공정챔버(100)의 내부에 마련되어 기판(G)과 마스크(M)의 이격 거리를 측정하는 적어도 하나 이상의 거리센서(미도시)를 더 포함한다.

구체적으로 거리센서는 기판 지지용 플레이트(210) 또는 마스크 프레임(300)의 모서리에 배치되며, 기판(G)과 마스크(M)의 이격 거리를 실시간으로 측정하여 마스크(M)가 기판(G)에 접촉되어 합착되는 경우에 기판(G)과 마스크(M) 사이에 간격이 생기는 것을 방지할 수 있도록 한다.

한편, 본 실시예에서는 증착공정 중에 발생된 열에 의해 마스크(M)의 패턴이 변형되는 것을 방지하도록 마스크(M) 및 마스크 프레임(300)을 냉각하는 냉각유닛(500)이 마련된다.

냉각유닛(500)은 증착공정 중 발생하는 열에 의해 마스크(M)에 패턴이 변형되는 것을 방지하여 기판(G)에 정확한 형태의 패턴 박막을 형성할 수 있게 한다.

본 실시예에서 냉각유닛(500)은, 마스크 프레임(300)의 하부에 배치되며, 마스크 프레임(300)의 하부에 접촉되어 마스크(M) 및 마스크 프레임(300)을 냉각한다.

도 4 및 도 6을 참조하면, 냉각유닛(500)은, 마스크 프레임(300)의 테두리부에 접촉되는 패널부(510)와, 패널부(510)에 설치되되 패널부(510)에 접촉하는 마스크 프레임(300)을 냉각하는 냉각부(530)를 포함한다.

마스크 프레임(300)의 중심부에는 마스크(M)가 안착되므로, 패널부(510)는 마스크 프레임(300)의 테두리부에 접촉되어 직접적으로 마스크 프레임(300)을 냉각하고 마스크 프레임(300)에 안착된 마스크(M)를 간접적으로 냉각한다.

패널부(510)는 마스크 프레임(300)의 테두리부 형상에 대응되는 형상으로 형성되며, 마스크 프레임(300)이 안착된 상태에서 마스크 프레임(300)의 테두리부 전면이 패널부(510)에 접촉된다.

그리고, 패널부(510)의 중심부에는 증착물질이 마스크(M) 방향으로 분사될 수 있도록 마스크(M) 크기에 대응되는 크기의 개구(511)가 형성된다.

그리고, 본 실시예에서 냉각부(530)는 패널부(510)에 냉각수나 냉각공기를 주입하는 라인을 배치하여 마스크 프레임(300)을 냉각할 수도 있으나, 이에 한정되지 않으며 패널부(510)에 접촉된 마스크 프레임(300)을 냉각할 수 있는 구성이면 어느 것이 사용가능하다.

한편, 로봇 등에 의해 마스크 프레임(300)이 마스크 프레임 지지부(415)에 안착되는 경우에 로봇이 패널부(510)에 의해 간섭되는 것을 방지하기 위해 패널부(510)는 마스크 프레임(300)의 하부로 소정간격 이격되어야 한다.

그리고, 증착공정을 수행하는 경우에 패널부(510)가 마스크 프레임(300)에 접촉되어야 하므로 패널부(510)를 마스크 프레임(300) 방향으로 이송하여야 한다.

따라서, 본 실시예에 따른 복수의 이송로드(410) 각각은, 아우터 로드(411)의 내부에 삽입되되 아우터 로드(411)와는 별개로 아우터 로드(411)의 내부에서 왕복운동하는 이너 로드(inner rod,413)를 더 포함한다.

패널부(510)는 이너 로드(413)에 연결되어 마스크 프레임(300) 방향으로 왕복운동한다.

그리고, 복수의 이송로드 구동모듈(430) 각각은, 이너 로드(413)에 연결되어 이너 로드(413)를 개별적으로 기판 파지유닛(200) 방향(구체적으로, 기판(G) 및 기판 지지용 플레이트(210) 방향) 또는 마스크 프레임(300)방향으로 왕복운동 가능하게 하는 제2 구동부(433)를 더 포함한다.

이너 로드(413)가 아우터 로드(411)의 내부에서 왕복운동함에 따라 마스크 프레임(300)의 하부에 배치된 패널부(510)가 마스크 프레임(300)에 접근 및 이격되는 방향으로 이송된다.

도 5에서 도시한 바와 같이, 본 실시예에서 이너 로드(413)와 아우터 로드(411)는 볼스플라인(ball spline,414)에 의해 결합되어 이너 로드(413)가 아우터 로드(411)의 내부에서 부드럽게 직선운동가능하게 한다.

또한, 복수의 이너 로드(413) 각각이 개별적으로 왕복운동하므로, 각각의 이너 로드(413)의 이송속도가 달라 패널부(510)가 마스크 프레임(300)의 하부에 동시에 접촉되지 못하고 패널부(510)의 모서리 중 일부분이 먼저 마스크 프레임(300)이 접촉되고 나머지 부분이 나중에 접촉될 수 있다. 따라서,패널부(510)의 모서리 중 먼저 마스크 프레임(300)에 접촉되는 부분이 마스크 프레임(300)에 과도한 압력을 가할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 이너 로드(413)와 패널부(510)를 볼조인트(ball joint,550)로 상호 연결하여 패널부(510)가 이너 로드(413)에 대해 자유롭게 상대 회동될 수 있도록 한다.

이는, 패널부(510)의 모서리 중 일부분이 먼저 마스크 프레임(300)에 접촉되는 경우에도 먼저 접촉된 부분이 볼조인트(550)를 중심으로 바깥쪽으로 회동되어 마스크 프레임(300)에 과도한 압력을 가하지 않도록 완충역할을 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 기판(G)에 대한 증착공정을 수행하고자 하는 경우에 기판(G)과 마스크(M)를 합착하여야 한다.

이때, 기판(G)과 마스크(M) 사이에 간극이 생기는 경우 증착과정에서 증착물질이 기판(G)과 마스크(M) 사이에 스며들어 번지는 쉐도우 현상이 발생될 수 있으므로, 기판(G)과 마스크(M)를 정렬한 후 상호 합착하여야 한다.

특히, 기판(G) 및 마스크(M)가 대형화됨에 따라 처짐현상이 발생되는 경우, 또는 작업 초기에 작업자가 기판(G)과 마스크(M)를 팽행되게 정렬함에 있어서 미세한 오차가 발생되는 경우, 또는 작업 초기에 기판(G)과 마스크(M)를 팽행되게 정렬하였으나 공정챔버(100)의 내부를 진공상태로 변환하는 과정에서 기판(G)과 마스크(M)가 틀어지는 경우에, 기판(G)과 마스크(M)를 합착하기 위하여 마스크(M)를 기판(G) 방향으로 이송하는 동안 기판(G)과 마스크(M)를 상호 평행되게 조절하여야 한다.

본 실시예에서는 기판(G)과 마스크(M)를 실시간으로 상호 평행되게 조절할 수 있도록, 마스크(M)가 안착된 마스크 프레임(300)에 연결되어 기판(G)과 마스크(M)를 상호 평행되게 조절하는 마스크 이송유닛(400)이 마련된다.

마스크 이송유닛(400)은, 마스크 프레임(300)에 복수의 아우터 로드(411)를 연결하고, 복수의 아우터 로드(411)를 개별적으로 조절하여 마스크 프레임(300)을 기판(G) 및 기판 지지용 플레이트(210) 방향으로 왕복운동가능하게 한다.

그리고, 마스크(M)와 기판(G)이 상호 평행되지 않는 경우에, 복수의 아우터 로드(411) 중 선택된 어느 하나 이상의 아우터 로드(411)의 이동속도를 조절하여 마스크 프레임(300)을 이송함으로써 전체적으로 마스크(M)와 기판(G)을 상호 평행되게 조절한다.

그리고, 본 실시예에서는 증착공정 중에 발생되는 열로 인해 마스크(M)가 변형되는 것을 방지하도록 마스크 프레임(300)에 접촉되어 마스크 프레임(300)을 냉각하는 냉각유닛(500)이 마련된다.

냉각유닛(500)을 구성하는 패널부(510)는 복수의 이너 로드(413)에 연결되어 마스크 프레임(300) 방향으로 이동되고 마스크 프레임(300)에 접촉되어 간접적으로 마스크(M)를 냉각한다.

본 실시예에 따른 이너 로드(413)는 아우터 로드(411)의 내부에 삽입된 상태에서 패널부(510)가 마스크 프레임(300)에 접촉 및 마스크 프레임(300)에서 이격될 수 있도록 왕복운동한다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 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 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100: 공정챔버 200: 기판 파지유닛
210: 기판 지지용 플레이트 230: 기판 파지부
250: 기판 얼라이너 270: 마그넷부
300: 마스크 프레임 400: 마스크 이송유닛
410: 이송로드 411: 아우터 로드
413: 이너 로드 415: 마스크 프레임 지지부
430: 이송로드 구동모듈 500: 냉각유닛
510: 패널부 530: 냉각부

Claims (16)

1. 기판에 대한 증착공정이 수행되는 공정챔버;
   상기 공정챔버의 내부에 마련되되, 상기 기판을 파지하는 기판 파지유닛;
   상기 공정챔버의 내부에 상기 기판 파지유닛에 대향되게 배치되되, 마스크를 지지하는 마스크 프레임; 및
   상기 마스크 프레임에 연결되어 상기 마스크가 상기 기판에 밀착되도록 상기 마스크 프레임을 상기 기판 파지유닛 방향으로 이송하되, 상기 기판과 상기 마스크를 상호 평행되게 조절하는 마스크 이송유닛을 포함하는 박막 증착장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마스크 이송유닛은,
   상기 마스크 프레임에 연결되되, 상기 기판 파지유닛 방향으로 왕복운동하는 복수의 이송로드; 및
   상기 복수의 이송로드에 각각 연결되되, 상기 기판과 상기 마스크를 상호 평행되게 조절하도록 상기 복수의 이송로드를 개별적으로 상기 기판 파지유닛 방향으로 왕복운동 가능하게 하는 복수의 이송로드 구동모듈을 포함하는 박막 증착장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 이송로드는,
   상기 마스크 프레임의 테두리부에 상호 이격되게 배치되어, 상기 기판 파지유닛 방향으로 왕복운동함에 따라 상기 기판과 상기 마스크를 상호 평행되게 조절하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 이송로드는,
   상기 공정챔버를 관통하여 상기 기판 파지유닛에서 상기 마스터 프레임 방향으로 길게 배치되되, 상기 마스크 프레임에 연결되어 상기 마스크 프레임을 상기 기판 파지유닛 방향으로 왕복운동하게 하는 아우터 로드를 포함하며,
   상기 이송로드 구동모듈은,
   상기 아우터 로드에 연결되어 상기 아우터 로드를 개별적으로 상기 기판 파지유닛 방향으로 왕복운동 가능하게 하는 제1 구동부를 포함하는 박막 증착장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 이송로드는,
   상기 아우터 로드에 연결되되, 상기 마스크 프레임의 테두리부를 지지하는 마스크 프레임 지지부를 더 포함하는 박막 증착장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 이송로드는,
   상기 아우터 로드의 내부에 삽입되되, 상기 아우터 로드와는 별개로 상기 아우터 로드의 내부에서 왕복운동하는 이너 로드를 더 포함하며,
   상기 이송로드 구동모듈은,
   상기 이너 로드에 연결되어 상기 이너 로드를 개별적으로 상기 기판 파지유닛 방향으로 왕복운동 가능하게 하는 제2 구동부를 더 포함하며,
   상기 이너 로드에 연결되되, 상기 이너 로드가 상기 기판 파지유닛 방향으로 이동되는 경우에 상기 마스크 프레임에 접촉되어 상기 마스크 프레임 및 상기 마스크를 냉각하는 냉각유닛을 더 포함하는 박막 증착장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 냉각유닛은,
   상기 이너 로드에 연결되되, 상기 마스크 프레임의 테두리부에 접촉되는 패널부; 및
   상기 패널부에 설치되되, 상기 패널부에 접촉하는 마스크 프레임을 냉각하는 냉각부를 포함하며,
   상기 패널부에는,
   증착물질이 상기 마스크 방향으로 분사되도록 상기 마스크의 크기에 대응하는 크기의 개구가 형성된 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 이너 로드와 상기 냉각유닛은 볼 조인트에 의해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
9. 제6항에 있어서,
   상기 아우터 로드와 상기 이너 로드는 볼스플라인(ball spline)에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 프레임을 상기 기판 파지유닛 방향으로 이송하는 경우에, 상기 공정챔버의 내부에 마련되되, 상기 기판과 상기 마스크의 이격거리를 측정하는 적어도 하나 이상의 거리센서를 더 포함하는 박막 증착장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 기판 파지유닛은,
    상기 기판을 지지하는 기판 지지용 플레이트;
    상기 기판 지지용 플레이트에 접촉되는 상기 기판을 파지하는 기판 파지부; 및
    상기 기판 지지용 플레이트에 연결되어 상기 기판 지지용 플레이트를 평면상에서 이동 및 회전시켜 상기 마스크에 대해 상기 기판을 정렬하는 기판 얼라이너를 포함하는 박막 증착장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 기판 파지유닛은,
    상기 기판 지지용 플레이트에 마련되되, 상기 마스크가 상기 기판에 밀착되어 면접촉될 수 있도록 상기 기판을 사이에 두고 상기 마스크를 상기 기판 지지용 플레이트 방향으로 끌어당기는 자력을 발생시키는 마그넷부를 더 포함하는 박막 증착장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 마그넷부는,
    상기 기판 지지용 플레이트의 내부에 매입된 복수의 마그넷 어레이를 포함하는 박막 증착장치.
14. 제11항에 있어서,
    상기 기판 얼라이너는,
    상기 기판 지지용 플레이트에 연결되어 상기 기판 지지용 플레이트를 평면상에서 이동시키는 선형 구동모듈; 및
    상기 기판 지지용 플레이트에 연결되어 상기 기판 지지용 플레이트를 평면상에서 회전시키는 회전 구동모듈을 포함하는 박막 증착장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 기판 얼라이너는,
    상기 마스크에 형성된 얼라인 마크를 촬영하는 비젼부를 포함하는 박막 증착장치.
16. 제11항에 있어서,
    상기 기판 지지용 플레이트는 쿨링 플레이트(cooling plate)인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.

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