KR20170106674A - 하나의 진공 증착 챔버에서 두 장의 기판에 순차 증착하는 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 순차 증착 시스템에서 기판의 배열을 달리하여 공간을 절약하고 증착원의 동선을 줄여 물질의 낭비를 줄이고 택 타임을 줄이고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 두 장의 기판을 나란히 공정 챔버에 넣고, 제1 기판에 대해 증착원이 증착공정을 하는 동안 다른 제2 기판은 마스크 얼라인 및 합착 공정을 실시하고, 제1기판의 증착과 제2 기판의 마스크 합착이 완료되면 두 장의 기판을 함께 나란히 소정 각도만큼 회전시켜 제1기판은 반출하고 증착원이 제2기판 쪽으로 이동하여 제2기판에 박막을 증착하도록 하였다.

Description

하나의 진공 증착 챔버에서 두 장의 기판에 순차 증착하는 시스템{Sequential Deposition of two substrate in a Deposition chamber}

본 발명은 기판에 박막 소자를 제작하는 증착 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 공간과 시간 그리고 박막소자 형성 물질을 절약하기 위하여 기판을 하나의 챔버에 두 장씩 넣어 증착하는 순차 증착 시스템의 구성과 운용에 관한 것이다.

증착원에 유기물 또는 금속 등의 무기물을 넣고 가열하여 기판에 박막 소자를 증착하는 기술은 디스플레이를 비롯하여 태양전지 등 다양한 전자소자에 적용되고 있다. 양산 시스템은 이러한 박막 소자 제작을 위한 준비 단계에서부터 증착 및 후속 공정을 연이어 실시할 수 있는 인라인 시스템으로 이루어지거나 클러스터 시스템으로 이루어진다. 이러한 증착 시스템은 기판과 마스크를 얼라인하고 합착하여 증착원으로 증착하는 과정에서 증착원이 계속해서 분사하는 물질의 상당량이 낭비되고 있다. 그에 따라 하나의 증착 챔버에 두 장의 기판을 넣어 한쪽에서 기판을 증착하는 동안 다른 한쪽에서 얼라인 및 합착을 실시하여 증착원이 바로 다음 기판을 증착할 수 있게 하는 순차 증착 시스템이 제안되고 있다.

대한민국 공개특허 10-2010-0120081호 역시 이러한 순차 증착 시스템을 제안한다. 그런데, 이러한 순차 증착 시스템은 증착 챔버의 크기가 커지고, 두 장의 기판이 방사상으로 연장된 호선 상에 서로 각도를 두고 갈라진 형태로 배치되어 증착원이 챔버 내부에서 이동되는 동선이 길어지는 문제가 있다. 이는 공간 절약과 택 타임의 감소 면에서 좀 더 개선의 여지를 남긴다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 순차 증착 시스템에서 기판의 배열을 달리하여 공간을 절약하고 증착원의 동선을 줄여 물질의 낭비를 줄이고 택 타임을 줄이고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은, 두 장의 기판을 나란히 공정 챔버에 넣고, 제1 기판에 대해 증착원이 증착공정을 하는 동안 다른 제2 기판은 마스크 얼라인 및 합착 공정을 실시하고, 제1기판의 증착과 제2기판의 마스크 합착이 완료되면 두 장의 기판을 함께 나란히 소정 각도만큼 회전시켜 제1기판은 반출하고 증착원이 제2기판 쪽으로 이동하여 제2기판에 물질을 증착하도록 하였다.

본 발명에 따르면, 두 장의 기판이 하나의 증착 챔버에 일정시간 간격으로 연속 투입되고 하나의 증착원으로 교차 사용하여 낭비되던 물질을 아낄 수 있고, 기판 두 장이 같은 방향으로 병렬 배열되어 챔버 내에 차지하는 공간을 절약하여 챔버 자체의 크기를 줄일 수 있으며, 증착원의 동선을 줄이고 택 타임도 감소시킬 수 있다.

도 1a는 본 발명에 따라 두 장의 기판이 나란히 배열된 상태의 평면도이다.
도 1b는 본 발명에 따라 순차 증착 시스템 챔버의 장치 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 순차 증착 시스템의 구동을 순차적으로 보여주는 순서도를 평면도로 나타낸 것이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명이 종래 기술과의 차이를 나타내는 도면이다
도 4은 본 발명의 실시예에 따라, 순차 증착 시스템의 동기화된 동시 회전 유닛을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5a는 본 발명의 기판 고정 장치 구성을 설명하기 위한 확대 단면도이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 기판을 고정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6a는 본 발명에서 기판을 고정하여 이송시키는 척을 고정하는 장치 구성에 대하여 설명하기 위한 확대 단면도이다.
도 6b는 기판을 고정하여 이송시키는 척을 고정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

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

본 발명의 순차 증착 시스템을 구성하는 공정 챔버(10)는 두 장의 기판이 나란히 배열될 수 있는 크기로 구성된다. 공정 챔버(10)의 단면 구조는 직사각형에 가까운 다각형 또는 모서리가 라운드 처리된 형태로 이루어져 부피를 가급적 작게 한다. 공정 챔버(10) 안에 로봇에 의해 투입된 제1기판(1a)과 제2기판(1b)은 각각 기판 로딩부(3a, 3b)에 탑재되며 서로 같은 방향으로 나란히 배치된다. 도 1a이 보여주는 상황은, 제2기판(1b)이 먼저 반입된 경우로 마스크와의 얼라인 및 합착이 완료되어 증착원(70)이 물질을 증착하고 있는 상태이고, 제1기판(1a)은 나중에 반입되어 마스크와의 얼라인 및 합착 공정 중이다. 두 장의 기판이 좌우로 방사 대칭을 이루도록 이격되게 놓여지는 종래 기술들에 비해, 서로 같은 방향으로 나란히 배열되기 때문에 챔버 단면적을 좀 더 좁힐 수 있다. 그러나 종래 방사 대칭형으로 놓이는 기판 위치에는 로봇이 양쪽 기판 로딩부에 모두 번갈아 기판을 반입시킬 수 있으나, 본 발명과 같이 나란히 놓인 기판 자리에 대해서는 로봇 암의 고정된 중심 축이 회전 각도를 맞출 수 없는 문제가 있다. 따라서 공간을 절약하는 대신 기판 두 장이 함께 소정의 각도로 회전되어야 로봇 암의 경로에 맞는 기판 자리를 확보할 수 있다. 그에 따라 본 발명은 두 장의 기판을 동시에 회전시킬 수 있는 구동 시스템을 요한다. 각각의 얼라인 장치에 회전장치가 연결되어 제어적으로 동시에 움직일 수도 있으며, 기계적으로 연결하여 동시에 움직일 수 있다.

도 1b는 기판 두 장을 동시에 동일각도로 회전시킬 수 있는 동시 회전 유닛(60)의 일례가 챔버 천장 외측 상단에 배치되어 있다. 동시 회전 유닛(60)에 각각 결합 된 제1기판 회전유닛(6a)과 제2기판 회전유닛(6b)이 각각의 기판 로딩부(3a, 3b)와 이에 탑재된 기판(1a, 1b) 및 마스크(2a, 2b)와 마스크 지지체를 전체적으로 지지하고 있다. 두 장의 기판을 각각 별도로 제어하여 회전될 수 있게 구성할 경우, 여러 기구물들 간에 간섭이 발생할 수 있기 때문에 상기와 같이 하나의 구동 유닛으로 두 장의 기판을 동시 회전시키는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 순차 증착 시스템에서 두 장의 기판(1a, 1b)이 로봇에 의해 반입되고 증착원(70)으로 연속 증착된 다음 반출 후 다시 다른 기판이 반입되어 반복되는 것을 보여준다. 증착원(70)이 제1기판(1a)에 증착을 실시하는 영역을 제1증착 영역(11a)으로, 제2기판(1b)에 증착을 실시하는 영역을 제2증착 영역(11b)으로 구분하여 부른다. 도 2는 시계열적으로 동작을 보여주며, 먼저 제1기판(1a)은 증착원(70)이 스캔하며 물질을 증착하고 있고, 제2기판(1b)은 로봇에 의해 반입되어 마스크 얼라인 및 합착 공정을 진행하고 있다. 그 사이 제1기판(1a)은 증착을 마치고 제2기판(1b)도 마스크 합착을 완료하여 증착원(70)은 제2기판(1b)을 증착할 차례가 된다. 이때, 두 장의 기판(1a, 1b)은 동시에 함께 회전되어 제1기판(1a)의 자리가 회전 전 제2기판(1b) 자리에 대해 로봇의 중심 축에 대해 방사 대칭을 이루게 된다. 그에 따라 로봇은 고정된 중심축에서 방향을 조절하여 제1기판(1a)을 반출하러 들어오고, 증착원(70)은 회전된 제2기판(1b)에 증착을 할 수 있는 위치로 이동하여 제2기판(1b)에 증착을 실시한다. 제1기판(1a) 자리에는 새 기판이 로봇에 의해 반입되어 같은 상황을 반복한다. 증착원(70)은 기판 회전 각도만큼 하나의 축을 중심으로 회전 구동될 수 있고, 직선 이동(병진)할 수 있는 구동수단에 의해 이동한다.

도 3a는 종래 기술(a)과 본 발명(b)의 차이를 나타내고 있다. 종래 기술의 반송 각도(A)와 본 발명의 반송 각도(B)의 차이를 보여주는 것으로, 본 발명의 반송 각도(B)가 기판 동시 회전 방법으로 인해 두 기판의 로딩 위치 간격이 최소화되어 종래 반송 각도(A)보다 작게 됨을 알 수 있으며, 이로 인해 챔버 크기 또한 종래 기술에 비해 줄일 수 있음을 알 수 있다. 또한 로봇의 반송 거리도 도 3b에서와 같이 본 발명의 방법으로 구성할 경우 종래 기술에 비해 짧아지는 것을 볼 수 있으며 이로 인해 기판을 반송하는 로봇 챔버의 크기도 줄일 수 있음을 알 수 있다.

이와 같이 하여, 두 장의 기판을 좀 더 콤팩트한 챔버에서 연속 증착하게 할 수 있으며, 증착원의 동선 또한 줄어들게 할 수 있으며 택 타임도 줄여 물질을 절약하고 공정을 효율화할 수 있다.

도 4에는 동시 회전 유닛(60)에 각각 결합 된 제1기판 회전유닛(6a)과 제2기판 회전유닛(6b)이 동시 회전 유닛(60)의 구동으로 동시에 같은 각도로 기판을 회전시키는 것을 나타내고 있다.

상기 동시 회전 구동 방법은 동시 회전 유닛(60)과 이와 맞물려 회전하는 제1.2기판 회전 유닛(6a, 6b)을 랙(63)(Rack)과 피니언(64)(Pinion) 형태로 구성함으로써 가능하며 상세한 구성 방법은 다음과 같다. 제1,2기판 회전 유닛(6a, 6b)과 맞물리는 편측이 톱니를 갖는 선형부품이 하부의 LM가이드(61) 및 블록 위에 고정되고 선형부품의 편측 끝단이 볼스크류와 동시 회전 유닛 구동부(40)에 연결되어 움직이게 된다. 동시 회전 유닛 구동부(40)은 모터로 구성된 동력부 또는 실린더로 구성 될수 있다. 이때 선형부품과 맞물려 회전이 가능하도록 모서리 일부분이 톱니로 구성된 지지판은 상부 기구부를 모두 지지하고 있으며 회전 지지판의 하면은 회전가이드(62) 및 블록에 고정되어 선형부품의 동작에 따라 맞물려 회전이 가능하게 된다.

도 5a, 5b의 실시예의 경우, 기판 로딩부(3a, 3b)에 결합된 기판 고정 방법에 대한 구성과 동작을 설명하고 있다. 기판의 위치를 안정적으로 유지하기 위해 기판의 모서리 일부 또는 전체를 위아래로 눌러주는 기판 고정 유닛(23)을 설치하였다. 기판 고정 유닛(23)은 기판의 회전으로 인해 기판의 위치가 불안정해지는 것을 막기 위해, 기판 고정 유닛 구동부(24)의 동력으로 기판 고정 유닛(23)을 기동하여 기판을 가압한다. 기판 고정 유닛 구동부(24)는 실린더 또는 모터로 구성된다. 기판 고정 유닛(23) 자체가 기판 회전수단과 동기화되게 구성될 수 있다. 로봇에 의해 스프링을 포함하고 있는 기판 지지 유닛(21)에 기판 모서리 일부분이 안착되면 기판 고정 유닛(23)에 의해 기판 모서리가 고정된다. 또한 기판 지지 유닛(21)과 기판 고정 유닛(23)은 마스크 교체 시 간섭을 회피하기 위해 기판 지지 유닛 구동부(22)가 움직여 회피가 가능하다. 상기 동력 장치는 LM가이드와 블록, 벨로우즈 등을 포함한 실린더 또는 모터로 구성되며 진공내부에 설치가 가능하도록 별도로 격리된 공간으로 구성된다.

도 6a, 6b는 기판을 고정하여 이송시키는 척(Ca, Cb)을 사용하는 물류 방법을 나타낸다. 로봇에 의해 공급된 척(Ca, Cb)은 기판 로딩부(3a, 3b)에 구성된 척 고정 유닛(24c) 위에 안착되며 이때 척 고정 유닛 끝단과 척 하면에는 위치 정렬용 가이드 핀(21c)(또는 볼트랜스퍼)과 위치 정렬용 가이드 홈(22c)이 각각 구성되어 안착 시 위치 정밀도 확보가 가능하다. 마찬가지로 마스크 교체 시 간섭을 회피하기 위해 별도로 구성된 척 고정 유닛 구동부(23c)와 척 고정 유닛(24c)가 연결되어 회피가 가능하며 상기 동력 장치 구성방법도 기판 고정 유닛(23)에 적용된 것과 동일하다.

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.

10: 챔버
1a, 1b: 기판
2a, 2b: 마스크
3a, 3b: 기판 로딩부
4a, 4b: 얼라인 기구부
5a, 5b: 얼라인 스테이지
6a, 6b: 기판 회전 유닛
Ca, Cb: 척
11a, 11b: 기판 증착영역
21: 기판 지지 유닛
22: 기판 지지 유닛 구동부
23: 기판 고정 유닛
24: 기판 고정 유닛 구동부
21c: 위치 정렬용 가이드 핀
22c: 위치 정렬용 가이드 홈
23c: 척 고정 유닛 구동부
24c: 척 고정 유닛
30: 비전 카메라
40: 동시 회전 유닛 구동 모터
60: 동시 회전 유닛
61: LM 가이드부
62: 회전 가이드부
63: 랙(Rack)
64: 피니언(Pinion)
70: 증착원

Claims (6)

1. 두 장의 기판이 동시에 배치되어 제1기판이 증착되는 제1증착 영역과 제2기판이 증착되는 제2증착 영역을 포함하는 챔버;
   상기 챔버 내에 제1기판과 제2기판을 각각 로딩하는 두 개의 기판 로딩부;
   상기 제1기판과 제2기판에 대해 물질을 증착하는 증착원;
   상기 제1기판과 제2기판을 회전시킬 수 있는 회전 유닛;및
   상기 증착원의 회전 및 직선운동하게 하는 구동 수단;을 포함하고,
   상기 제1기판과 제2기판은 서로 나란하게 배열되어, 제1기판이 증착원으로 증착되는 동안 제2기판이 챔버 안으로 반입되고 마스크와 얼라인 되며, 제1기판이 증착완료되고 제2기판이 마스크 얼라인 완료되면, 상기 회전 유닛에 의해 제1기판과 제2기판은 같은 각도로 회전되고, 제1기판은 로봇에 의해 반출되고 증착원은 제2기판 쪽으로 이동되어 제2기판에 대해 증착을 실시하고, 제1기판 자리에 새로운 기판이 로봇에 의해 반입되는 것을 특징으로 하는 순차 증착 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 증착원은 두 장의 기판이 회전될 때, 함께 회전되며, 회전된 다음 직선 운동으로 제2기판 쪽으로 이동되거나 또는 직선 이동 후 회전되는 것을 특징으로 하는 순차 증착 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 회전 유닛은 제1기판, 제2기판 회전 유닛이 제어적, 기계적으로 동기화되어 동일 각도, 동일 속도로 동시에 구동하는 것을 특징으로 하는 순차 증착 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1기판, 제2기판 회전 유닛은 각 기판 로딩부, 상부얼라인유닛와 연결되어 회전시 연결된 전체를 회전하는 것을 특징으로 하는 순차 증착 시스템.
5. 제1항에 있어서, 기판의 위치를 안정화시키는 기판 가압 장치를 더 포함하며, 기판 가압 장치는 기판 회전 유닛의 회전과 동기화되어 회전되는 것을 특징으로 하는 순차 증착 시스템.
6. 제1항에 있어서, 기판을 고정하여 이동시키는 척 사용으로 척 고정용 장치가상기 기판 회전 유닛의 회전과 동기화되어 회전되는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 순차 증착 시스템.
   
   
   
   

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