KR20230068066A - 자력 발생 유닛이 적용된 마스크 합착 메커니즘을 구비하는 인라인 증착 시스템 - Google Patents

자력 발생 유닛이 적용된 마스크 합착 메커니즘을 구비하는 인라인 증착 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 인라인으로 배치된 얼라인 챔버와 공정 챔버에 설치되는 이송 레일과; 상기 이송 레일을 따라 기판을 지지한 상태로 이송시키는 캐리어 모듈과; 상기 얼라인 챔버의 내부에 설치되며, 상기 기판과 상기 마스크의 얼라인시 상기 마스크를 지지하기 위한 마스크 지지부와; 상기 캐리어 모듈의 내부에 설치되며, 상기 마스크의 부착을 위한 자력을 발생시키는 영구자석부 및 상기 영구자석부의 자력을 상쇄시키기 위한 역자력을 발생시키는 전자석부를 포함하는 자력 발생 유닛; 및 상기 기판과 상기 마스크의 얼라인 프로세스에 따라 상기 전자석부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는, 인라인 증착 시스템에 관한 것이다.

Description

자력 발생 유닛이 적용된 마스크 합착 메커니즘을 구비하는 인라인 증착 시스템 {In-line deposition system having mask chucking mechanism with a magnetic generating unit}
본 발명은 기판과 마스크를 얼라인하기 위한 얼라인 챔버와 증착 공정을 수행하기 위한 하나 이상의 공정 잼버가 인라인으로 배열된 형태로서, 기판이 로딩된 캐리어가 각 챔버 간을 이동하여 각 공정을 수행하는 인라인 증착 시스템에 관한 것이다.
유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED)는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광 현상을 이용하는 스스로 빛을 내는 자발광소자로서, 비발광소자에 빛을 가하기 위한 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량이고 박형의 평판표시장치를 제조할 수 있다.
유기 발광 소자는, 애노드 및 캐소드 전극을 제외한 나머지 구성층인 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등이 유기 박막으로 되어 있고, 이러한 유기 박막은 진공 증착법 등에 의해 기판 상에 형성될 수 있다.
진공 증착법은 진공 챔버 내에 기판을 배치하고, 일정 패턴이 형성된 마스크를 기판에 정렬시킨 후, 증착 재료가 담겨 있는 증발원에 열을 가하여 증발원에서 증발되는 증착 재료를 기판 상에 증착하는 방식으로 이루어진다.
유기 발광 소자의 양산성 향상을 위하여 기판의 로딩 챔버, 기판 마스크의 얼라인을 위한 얼라인 챔버, 유기물 증착 또는 전극 형성 등을 위한 공정 챔버들을 일렬로 배치한 인라인 증착 시스템이 적용되고 있다. 이에 따르면, 기판이 로딩된 캐리어(또는 셔틀)을 각 챔버 간을 이동시켜 각 챔버에서의 공정을 수행한다.
최근 기판의 대면적화 경향에 따라, 기판의 처짐 방지를 위하여 캐리어에 정전척과 같은 기판 고정 수단이 적용되고 있다. 기판의 대면적화에 따라 마스크도 대면적화되면서, 금속 재질의 마스크를 기판에 부착시키기 위한 자력을 발생시키는 마그넷 플레이트가 캐리어에 설치된다. 정전척에 로딩된 캐리어가 얼라인 챔버에 진입하여 기판과 마스크의 얼라인을 수행한 후, 캐리어에 설치된 마그넷 플레이트를 하강 이동시켜 마그넷 플레이트의 자력에 의해 마스크가 기판에 합착되도록 한다.
그런데, 상기와 같은 기판과 마스크의 얼라인 및 합착 과정에서, 마그넷 플레이트의 이동은 캐리어에 충격 및 진동을 발생시키며, 기판과 마스크의 합착 과정에서 이와 같은 충격 및 진동에 의해 기판과 마스크 사이에 정렬 오차가 발생하는 문제가 있다.
공개특허공보 제10-2014-0015751호 (2014.02.07)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 인라인 증착 시스템에서 기판과 마스크의 합착 과정에서 기판과 마스크 사이에 정렬 오차를 발생하는 것을 최소화하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인라인으로 배치된 얼라인 챔버와 공정 챔버에 설치되는 이송 레일과; 상기 이송 레일을 따라 기판을 지지한 상태로 이송시키는 캐리어 모듈과; 상기 얼라인 챔버의 내부에 설치되며, 상기 기판과 상기 마스크의 얼라인시 상기 마스크를 지지하기 위한 마스크 지지부와; 상기 캐리어 모듈의 내부에 설치되며, 상기 마스크의 부착을 위한 자력을 발생시키는 영구자석부 및 상기 영구자석부의 자력을 상쇄시키기 위한 역자력을 발생시키는 전자석부를 포함하는 자력 발생 유닛; 및 상기 기판과 상기 마스크의 얼라인 프로세스에 따라 상기 전자석부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는, 인라인 증착 시스템이 개시된다.
또한, 상기 전자석부는, 복수의 상기 영구 자석부를 각각 지지하는 복수의 자성체 봉과; 상기 자성체 봉 각각의 외주에 권선되는 코일; 및 상기 코일에 전원을 인가하는 전원 인가부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 영구자석부는 상기 자성체 봉의 하부에 설치되고, 상기 자성체 봉의 상부는 자성체 플레이트에 의해 지지될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 기판과 상기 마스크의 얼라인시 상기 전자석부가 역자력을 발생시키도록 온(ON) 동작시키고, 상기 기판과 상기 마스크의 얼라인 완료시 상기 전자석부를 오프(OFF) 동작시키도록 구성 가능하다.
또한, 상기 캐리어 모듈은, 상기 자력 발생 유닛을 수용하는 캐리어 본체; 및 상기 캐리어 본체의 하부에 설치되며, 기판을 흡착하여 고정하는 고정척;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 캐리어 본체에는 상기 고정척에 전원을 공급하기 위한 배터리가 추가로 설치될 수 있다.
또한, 상기 이송 레일은, 상기 캐리어 모듈을 자기 부상 방식으로 이송시키는 자기 부상 레일을 포함할 수 있다.
또한, 상기 캐리어 모듈은, 상기 자기 부상 레일로부터의 높이를 센싱하는 높이 센서; 및 전방 또는 하방에 위치한 캐리어 모듈과의 거리를 센싱하기 위한 거리 센서;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기존 기술과 같이 캐리어에 설치된 마그넷 플레이트를 이동시키지 않고, 영구자석의 자력을 상쇄시키기 위한 역자력을 발생시키는 전자석부의 동작을 제어함으로써, 기판 합착 과정에서 기판과 마스크 사이에 정렬 오차가 발생하는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존과 같이 캐리어에 마그넷 플레이트의 승강을 위한 공간을 마련하지 않아도 되므로, 캐리어의 사이즈를 줄이거나 사이즈를 유지하면서 배터리 등의 부품을 장착할 수 있는 공간을 확장할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 자력 발생 유닛이 영구자석부와 전자석부를 함께 포함하고 있어 기판의 얼라인시에만 전자석부의 동작을 위한 전력이 필요하므로, 운용에 필요한 전력을 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 증착 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 인라인 증착 시스템에 설치된 캐리어 모듈의 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 자력 발생 유닛의 구성을 나타낸 도면.
도 4는 도 2의 캐리어 모듈이 인라인 챔버에 위치한 상태에서 기판과 마스크를 얼라인시키는 과정을 보인 도면.
도 5는 도 3의 얼라인 공정 완료 후 기판과 마스크를 합착시키는 과정을 보인 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 의한 인라인 증착 시스템의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 증착 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 인라인 증착 시스템은, 인라인(일렬)으로 배치된 얼라인 챔버(30) 및 공정 챔버(40)를 포함한다.
얼라인 챔버(30)의 전단에는 기판(1)이 투입되는 로드락 챔버(10, Load lock chamber)와, 기판(1, 도 3 참조)을 이송시키기 위한 이송 챔버(20, Transfer chamber)가 일렬로 배치될 수 있다. 기판(1)이 로드락 챔버(10)로 투입되면, 이송 챔버(20)에 설치된 이송 로봇(21)이 로드락 챔버(10)의 기판(1)을 얼라인 챔버(30)로 이송시킨다.
얼라인 챔버(30)에는 기판(1)과 마스크(2) 사이의 얼라인을 위한 얼라인 모듈이 설치되고, 공정 챔버(40)에는 유기물의 증착을 위한 증발원이 설치된다. 본 실시예의 경우, 하나의 공정 챔버(40)가 구비된 경우를 예시하고 있으나, 서로 다른 유기물을 순차적으로 증착시키기 위한 복수의 공정 챔버가 일렬로 배치된 구성도 가능하다.
얼라인 챔버(30)와 공정 챔버(40)에는 이송 레일(50)이 설치될 수 있고, 기판(1)의 이송을 위한 캐리어 모듈(100)이 이송 레일(50)을 따라 이동 가능하게 설치된다.
도 2는 도 1의 인라인 증착 시스템에 설치된 캐리어 모듈의 사시도이다. 그리고, 도 3음 도 2에 도시된 자력 발생 유닛의 구성을 보이고 있다.
도 2를 참조하면, 캐리어 모듈(100)은 캐리어 본체(110), 고정척(120) 및 자력 발생 유닛(130)을 포함한다.
캐리어 본체(110)는 고정척(120) 및 자력 발생부(130)가 장착되는 공간을 제공하며, 이송 레일(50) 상을 이동하기 위한 이동 수단을 구비할 수 있다. 이송 레일(50)은 캐리어 모듈(100)을 자기 부상 방식으로 이송시키는 자기 부상 레일의 형태를 가질 수 있다. 이러한 경우 이송 레일(50)에는 복수개의 전자석이 레일을 따라 배치될 수 있고, 캐리어 본체(110)의 양 측면에는 자기 부상을 위한 마그넷(153, 영구자석 또는 전자석)이 설치될 수 있다.
고정척(120)은 캐리어 본체(110)의 하부에 설치되며, 기판(1)을 흡착하여 고정시키는 기능을 한다. 고정척(120)으로서 정전기력을 이용하여 기판(1)을 고정시키는 정전척(Electrostatic Chuck)이 사용될 수 있고, 그 밖에 다른 방식의 고정척 또한 사용 가능하다.
자력 발생 유닛(130)은 금속 재질의 마스크(2, 도 4 및 5 참조)를 기판(1)에 부착시키기 위한 자력을 선택적으로 발생시킨다. 도 3을 참조하면, 자력 발생 유닛(130)은 영구자석부(160) 및 전자석부(180)를 포함한다.
영구 자석부(160)는 마스크(2)의 부착을 위한 자력을 발생시키며, 마스크(2)에 인력이 작용하는 방향으로 자력을 발생시킨다. 영구 자석부(160)는 복수개의 영구 자석을 포함할 수 있다.
전자석부(180)는 영구자석부(160)의 자력을 상쇄시키기 위한 역자력을 발생시키도록 구성된다. 즉, 전자석부(180)는 온(ON) 동작에 의해 마스크(2)에 인가되는 인력이 약화되도록 한다. 전자석부(180)는 복수개의 영구 자석부(160)를 지지하는 복수개의 자성체 봉(181)과, 자성체 봉(181) 각각에 권선되는 코일(182)과, 코일(182)에 전원을 인가하는 전원 인가부(183)를 포함할 수 있다. 자성체봉(181)은 영구 자석부(160)가 마스크(2)를 바라보는 방향으로 영구 자석부(180)를 지지하며, 자성체 플레이트, 요크 등과 같은 지지 구조에 의해 지지될 수 있다.
전자석부(180)는 본 실시예에 예시된 구성뿐만 아니라, 전자석부(180)가 영구 자석부(160)의 자력을 선택적으로 상쇄시킬 수 있는 구성이라면 다양한 형태로 변형 실시 가능하다. 예를 들어, 코일이 영구자석부(160)의 외주에 권선되는 구조로 구현될 수 있다.
전자석부(180), 구체적으로 전원 인가부(183)에는 전자석부(180)의 동작을 제어하기 위한 제어부(200)가 연결된다. 제어부(200)는 기판(1)과 마스크(2)의 얼라인 프로세스에 따라 전자석부(180)의 동작을 제어하며, 구체적인 제어 방법에 대해서는 추후 상세히 설명하기로 한다.
다시 도 2를 참조하면, 자력 발생 유닛(130)의 상부에는 고정척(120, 정전척)에 전원을 인가하기 위한 배터리(140)가 설치될 수 있다.
캐리어 본체(110)의 양 측면에는 이송 레일(50, 자기 부상 레일)로부터의 높이를 센싱하는 높이 센서(151)와, 전방 또는 하방에 위치한 다른 캐리어 모듈과의 거리를 센싱하기 위한 거리 센서(152)가 설치될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 캐리어 본체(110)의 양 측면에 위치한 마그넷(153)의 전방과 후방에 센서 브라켓(150)이 각각 설치되고, 센서 브라켓(150)의 저면에 높이 센서(151)가, 센서 브라켓(150)의 전면 또는 후면에 거리 센서(152)가 설치되어 있다.
도 4 및 5는 도 2에 도시된 캐리어 모듈이 인라인 챔버 내에 배치된 상태의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 4는 기판과 마스크를 얼라인시키는 과정을 보이고 있고, 도 5는 얼라인 공정 완료 후 기판과 마스크를 합착시키는 과정을 보이고 있다.
도 4 및 5를 참조하면, 얼라인 챔버(30)의 내부에는 마스크를 지지하는 마스크 지지부(170)가 구비된다. 마스크 지지부(170)는 마스크(2)의 위치를 동일한 높이로 유지시킨다.
이하, 기판(1) 및 마스크(2)의 얼라인 공정 및 합착 공정에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 4와 같이, 캐리어 모듈(100)이 얼라인 챔버(30)로 진입하면, 캐리어 본체(110)에 형성된 클램프(190)에 얼라인 모듈의 축이 연결되어 캐리어 모듈(100)이 얼라인 모듈의 동작에 의해 위치 제어가 가능한 상태가 된다.
얼라인 모듈의 동작에 의해 캐리어 모듈(100)이 상하 방향, 좌우 방향 등으로 이동하게 되어 마스크 지지부(170)에 지지된 마스크(2)와의 얼라인이 이루어지게 된다.
이와 같은 얼라인 과정에서, 제어부(200)는, 전자석부(180)가 역자력을 발생시키도록 온(ON) 동작시키며, 이에 따라 영구자석부(160)에서 발생한 자력은 전자석부(180)에서 발생한 역자력에 의해 상쇄되어, 영구자석부(160)에서 발생한 자력이 마스크(2)에 영향을 미치지 않게 된다. 이에 따라 마스크(2)가 영구자석부(160)의 자력에 의해 기판(1)에 임의로 접촉하거나 부착되는 현상을 방지할 수 있다.
얼라인 공정이 완료되면, 도 5와 같이, 캐리어 모듈(100)은 얼라인 모듈의 동작에 의해 마스크(2) 쪽으로 하강하여 기판(1)과 마스크(2) 사이가 접촉되게 된다. 그리고, 제어부(200)는 전자석부(180)를 오프(OFF) 동작시켜 얼라인 과정에서 발생하던 역자력이 제거되도록 한다. 이에 따라 영구자석부(160)에서 발생한 자력이 마스크(2)에 영향을 마치게 되며, 그 결과 마스크(2)가 기판(1) 쪽으로 합착되게 된다.
이와 같은 과정에 의해 기판(1) 및 마스크(2)의 얼라인 및 합착 공정이 완료되며, 얼라인 모듈과 캐리어 모듈(100)의 축 연결을 해제시킨다. 그리고 이송 레일(50)을 통해 캐리어 모듈(100)을 공정 챔버(40) 내로 이동시켜 증착 공정이 이루어질 수 있게 한다.
상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 로드락 챔버 20: 이송 챔버
30: 얼라인 챔버 40: 공정 챔버
50: 이송 레일 100: 캐리어 모듈
110: 캐리어 본체 120: 고정척
130: 자력 발생 유닛 140: 배터리
150: 센서 브라켓 151: 높이 센서
152: 거리 센서 153: 마그넷
160: 영구자석부 170: 마스크 지지부
180: 전자석부닛 181: 자성체 봉
182: 코일 183: 전원 인가부
200: 제어부

Claims (8)

  1. 인라인으로 배치된 얼라인 챔버와 공정 챔버에 설치되는 이송 레일;
    상기 이송 레일을 따라 기판을 지지한 상태로 이송시키는 캐리어 모듈;
    상기 얼라인 챔버의 내부에 설치되며, 상기 기판과 상기 마스크의 얼라인시 상기 마스크를 지지하기 위한 마스크 지지부;
    상기 캐리어 모듈의 내부에 설치되며, 상기 마스크의 부착을 위한 자력을 발생시키는 영구자석부 및 상기 영구자석부의 자력을 상쇄시키기 위한 역자력을 발생시키는 전자석부를 포함하는 자력 발생 유닛; 및
    상기 기판과 상기 마스크의 얼라인 프로세스에 따라 상기 전자석부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는, 인라인 증착 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자석부는,
    복수의 상기 영구 자석부를 각각 지지하는 복수의 자성체 봉;
    상기 자성체 봉 각각의 외주에 권선되는 코일; 및
    상기 코일에 전원을 인가하는 전원 인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인라인 증착 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 영구자석부는 상기 자성체 봉의 하부에 설치되고,
    상기 자성체 봉의 상부는 자성체 플레이트에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는, 인라인 증착 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 기판과 상기 마스크의 얼라인시 상기 전자석부가 역자력을 발생시키도록 온(ON) 동작시키고,
    상기 기판과 상기 마스크의 얼라인 완료시 상기 전자석부를 오프(OFF) 동작시키는 것을 특징으로 하는, 인라인 증착 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 캐리어 모듈은,
    상기 자력 발생 유닛을 수용하는 캐리어 본체; 및
    상기 캐리어 본체의 하부에 설치되며, 기판을 흡착하여 고정하는 고정척;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 인라인 증착 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 캐리어 본체에 설치되며, 상기 고정척에 전원을 공급하기 위한 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 인라인 증착 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이송 레일은,
    상기 캐리어 모듈을 자기 부상 방식으로 이송시키는 자기 부상 레일인 것을 특징으로 하는, 인라인 증착 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 캐리어 모듈은,
    상기 자기 부상 레일로부터의 높이를 센싱하는 높이 센서; 및
    전방 또는 하방에 위치한 캐리어 모듈과의 거리를 센싱하기 위한 거리 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 인라인 증착 시스템.
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