KR100468792B1 - Apparatus for holding substrates and shadow masks - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판과 쉐도우 마스크(shadow mask) 고정장치에 관한 것으로서 특히, 자기식(magnetic) 방법으로 기판 홀더에 기판과 쉐도우 마스크를 고정함에 있어서, 자기력이 기판과 쉐도우 마스크 전체에 균일하게 작용하도록 하기 위한 것으로서, 면을 따라 다수개의 구멍이 형성되며 하측에 기판(30)과 쉐도우 마스크(40)가 부착되는 기판 홀더(10)와; 상기 기판 홀더(10)의 상측에 위치하며, 상기 기판 홀더(10)의 구멍(11)을 관통하여 그 단부에 영구자석(22)이 부착된 다수개의 부착부(21)를 가지는 자기유닛(20)으로 구성되어, 다수의 영구자석으로 인한 자기력이 넓은 면적에 걸쳐 균일한 부착력을 형성함으로써 기판 및 쉐도우 마스크가 기판 홀더에 틈새 없이 고르게 부착되도록 하여, 증착 물질이 쉐도우 마스크의 형태에 따라 정밀하게 증착할 수 있는 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a substrate and a shadow mask fixing device. In particular, in the magnetic method of fixing the substrate and the shadow mask to the substrate holder, the magnetic force is applied uniformly to the entire substrate and the shadow mask. For the purpose, a plurality of holes are formed along the surface and the substrate holder 10 to which the substrate 30 and the shadow mask 40 is attached to the lower side; The magnetic unit 20 is positioned above the substrate holder 10 and has a plurality of attachment portions 21 penetrating through the holes 11 of the substrate holder 10 and having permanent magnets 22 attached thereto. ), The magnetic force due to the multiple permanent magnets creates a uniform adhesion force over a large area, so that the substrate and the shadow mask are evenly attached to the substrate holder without gaps, so that the deposition material is precisely deposited according to the shape of the shadow mask. You can do it.
Description
본 발명은 기판과 쉐도우 마스크(shadow mask) 고정장치에 관한 것으로서 특히, 자기식(magnetic) 방법으로 기판 홀더에 기판과 쉐도우 마스크를 고정함에 있어서, 자기력이 기판과 쉐도우 마스크 전체에 균일하게 작용하도록 함으로써, 다수의 영구자석으로 인한 자기력이 넓은 면적에 걸쳐 균일한 부착력을 형성함으로써 기판 및 쉐도우 마스크가 기판 홀더에 틈새 없이 고르게 부착되도록 하여, 증착 물질이 쉐도우 마스크의 형태에 따라 정밀하게 증착할 수 있는 기판과 쉐도우 마스크 고정장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate and a shadow mask fixing device. In particular, in the magnetic method of fixing the substrate and the shadow mask to the substrate holder, the magnetic force acts uniformly on the entire substrate and the shadow mask. By forming a uniform adhesive force over a large area of magnetic force due to a large number of permanent magnets to ensure that the substrate and the shadow mask is evenly attached to the substrate holder without gaps, the substrate can be deposited precisely according to the shape of the shadow mask And a shadow mask fixture.
일반적으로 반도체 소자 또는 유기 발광소자 등의 제작과정에 있어서, 기판 위에 박막을 제조하는 경우에는, 기판 홀더에 상기 기판을 부착한 후에, 증발원과 상기 기판 사이에 원하는 형태의 개구부를 가진 쉐도우 마스크를 위치시켜, 증착 또는 여러 가지 방법을 이용하여 상기 기판 위에 일정한 패턴으로 박막을 제작하게 된다.In general, in manufacturing a semiconductor device or an organic light emitting device, when manufacturing a thin film on a substrate, after attaching the substrate to a substrate holder, a shadow mask having an opening of a desired shape is placed between the evaporation source and the substrate. By using the deposition or various methods to produce a thin film on the substrate in a predetermined pattern.
보통의 경우에 상기 쉐도우 마스크는 기판과 함께 기판 홀더에 부착되어 챔버에서 박막이 제작되게 되는데, 그 고정방법에는 핀이나 클립 등을 이용하여 기판 홀더, 기판, 및 쉐도우 마스크의 양측면 등을 고정시키는 기계식 고정방법과, 쉐도우 마스크가 약한 자성을 띠는 물질임을 고려하여 영구자석이나 전자석을 이용하여기판과 쉐도우 마스크를 고정시키는 자기식 고정방법이 있다.In general, the shadow mask is attached to the substrate holder together with the substrate to produce a thin film in the chamber. The fixing method is a mechanical method of fixing the substrate holder, the substrate, and both sides of the shadow mask using a pin or a clip. There is a fixing method and a magnetic fixing method for fixing the substrate and the shadow mask using a permanent magnet or an electromagnet in consideration of the fact that the shadow mask is a weak magnetic material.
도 1은 종래의 기판과 쉐도우 마스크의 자기식 고정장치를 나타내는 개략도로서, 기판 홀더(1)의 상측에 영구자석이나 전자석 등의 자석(2)을 위치시키고, 상기 자석(2)의 자기력을 이용하여 상기 기판 홀더(1)의 하측에 기판(3)과 쉐도우 마스크(4)를 고정시키는 구조로 되어있다.1 is a schematic view showing a magnetic fixing device of a conventional substrate and a shadow mask, in which a magnet 2 such as a permanent magnet or an electromagnet is placed above the substrate holder 1, and the magnetic force of the magnet 2 is used. Thus, the substrate 3 and the shadow mask 4 are fixed to the lower side of the substrate holder 1.
그러나, 상기와 같이, 단순히 기판홀더(1) 상측에 큰자석(2)을 위치하여 쉐도우 마스크(4)를 고정하는 경우에 다음과 같은 문제점이 있다.However, as described above, when the shadow mask 4 is fixed by simply placing the large magnet 2 above the substrate holder 1, there are the following problems.
즉, 종래의 영구자석을 이용하는 경우에는 기판홀더의 상측에 위치함으로 거리에 제곱에 역비례하는 자기력의 특성에 따라 기판홀더의 두께에 의한 자기력 약화문제로 자기력이 센 큰 자석을 사용하여야 하는데, 도 1의 자기력선이 도시된 바와 같이, 자석(2)의 중앙부의 자력에 비해 가장자리의 자력은 상대적으로 약하며, 이는 자력선이 분산되기 때문이다. 특히 대면적의 기판의 경우 기판홀더의 두께는 두꺼워 지며 이러한 현상은 더욱 두드러지게 나타난다.That is, in the case of using a conventional permanent magnet, a magnet having a large magnetic force due to the weakening of the magnetic force due to the thickness of the substrate holder according to the characteristic of the magnetic force inversely proportional to the square due to the distance located above the substrate holder should be used. As shown, the magnetic force at the edge is relatively weak compared to the magnetic force at the center of the magnet 2, because the magnetic force lines are dispersed. Especially in the case of a large area substrate, the thickness of the substrate holder becomes thicker, and this phenomenon is more prominent.
이 경우 넓은 면적을 가진 쉐도우 마스크(4)에 불균일한 자력이 작용하기 때문에 쉐도우 마스크(4)의 일부분이 들뜨거나 틈이 발생할 수가 있으며, 혹은 강한 자력의 집중으로 인하여 기판에 손상을 줄 수도 있다.In this case, since a non-uniform magnetic force acts on the shadow mask 4 having a large area, a portion of the shadow mask 4 may be lifted or a gap may occur, or damage to the substrate may occur due to the concentration of strong magnetic force.
더욱이, 기판(3)과 쉐도우 마스크(4)사이에 틈이 발생하면 증착과정에 있어서 그림자 현상에 의해 증착면의 경계선이 흐려져서 미소구조의 형성에 치명적이므로 이러한 현상은 박막증착공정에 있어서 큰 단점으로 작용한다.Furthermore, if a gap occurs between the substrate 3 and the shadow mask 4, the boundary line of the deposition surface is blurred by the shadow phenomenon in the deposition process, which is fatal to the formation of the microstructure, which is a major disadvantage in the thin film deposition process. Works.
영구자석이외에 전자석을 이용하는 경우도 또한 마찬가지로 전자석의 중앙부에 비해 외곽부의 자력밀도가 낮고 따라서 불균일한 자력분포로 인하여 동일한 문제점이 발생할 수 있다.In the case of using an electromagnet in addition to the permanent magnet, the same problem may also occur due to the lower magnetic density of the outer portion than the central portion of the electromagnet and thus the nonuniform magnetic force distribution.
한편, 박막의 제작 과정에서, 상기 기판(3)과 쉐도우 마스크(4)의 사이에는 일반적으로, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 포토 레지스트(5)가 위치하게 되므로, 자석의 자력의 세기를 일정 크기 이상으로 하는 경우에는 상기 포토 레지스트(5)의 형태가 변형될 수 있으므로, 상기 자력의 크기를 일정 크기 이상으로 할 수가 없어서, 자력의 크기조절로는 상기 문제점을 극복할 수 없는 문제점이 있었다.In the process of manufacturing the thin film, the photoresist 5 is generally located between the substrate 3 and the shadow mask 4, so that the intensity of the magnetic force of the magnet is constant. When the size is larger than the size, the shape of the photoresist 5 may be deformed. Therefore, the size of the magnetic force cannot be set to a predetermined size or more, so that the problem cannot be overcome by adjusting the size of the magnetic force.
본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 자기식(magnetic) 방법으로 기판 홀더에 기판과 쉐도우 마스크를 고정함에 있어서, 기판홀더의 두께에 상관없이 균일한 자기장을 유지하도록 하여 쉐도우 마스크가 기판에 틈새 없이 고르게 부착되도록 하고, 증착 물질이 쉐도우 마스크의 형태에 따라 정밀하게 증착되도록 하는 기판과 쉐도우 마스크 고정장치를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above drawbacks, and in fixing the substrate and the shadow mask to the substrate holder by a magnetic method, the shadow mask is applied to the substrate by maintaining a uniform magnetic field regardless of the thickness of the substrate holder. The present invention provides a substrate and a shadow mask holding device that allows even deposition without gaps and allows deposition materials to be precisely deposited according to the shape of the shadow mask.
이러한 본 발명은 면을 따라 다수개의 구멍이 형성되며 하측에 기판과 쉐도우 마스크가 부착되는 기판 홀더와; 상기 기판 홀더의 상측에 위치하며, 상기 기판 홀더의 구멍을 관통하여 그 단부에 영구자석이 부착된 다수개의 부착부를 가지는 자기유닛으로 구성함으로써 달성된다.The present invention includes a substrate holder formed with a plurality of holes along the surface and the substrate and the shadow mask is attached to the lower side; It is achieved by constructing a magnetic unit which is located above the substrate holder and has a plurality of attachment portions that penetrate through the holes of the substrate holder and have permanent magnets attached thereto at their ends.
도 1은 종래의 기판과 쉐도우 마스크의 자기식 고정장치를 나타내는 개략도,1 is a schematic view showing a magnetic fixing device of a conventional substrate and a shadow mask,
도 2는 기판과 쉐도우 마스크 사이에 포토 레지스트가 위치하는 상태를2 illustrates a state where a photoresist is positioned between a substrate and a shadow mask.
나타내는 개략도,Indicating schematic,
도 3은 본 발명의 기판과 쉐도우 마스크 고정장치를 나타내는 개략 단면도,3 is a schematic cross-sectional view showing a substrate and a shadow mask fixing device of the present invention;
도 4는 본 발명의 기판과 쉐도우 마스크 고정장치를 나타내는 확대 단면도.Figure 4 is an enlarged cross-sectional view showing the substrate and the shadow mask holding device of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 기판 홀더 11 : 구멍10 substrate holder 11 hole
20 : 자기유닛 21 : 부착부20: magnetic unit 21: attachment portion
22 : 영구자석 23 : 홈22: permanent magnet 23: home
30 : 기판 40 : 쉐도우 마스크30: substrate 40: shadow mask
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 기판과 쉐도우 마스크 고정장치를 나타내는 개략 단면도이고, 도 4는 본 발명의 기판과 쉐도우 마스크 고정장치를 나타내는 확대 단면도로서, 본 발명은, 면을 따라 다수개의 구멍이 형성되며 하측에 기판(30)과 쉐도우 마스크(40)가 부착되는 기판 홀더(10)와; 상기 기판 홀더(10)의 상측에 위치하며, 상기 기판 홀더(10)의 구멍(11)을 관통하여 그 단부에 영구자석(22)이 부착된 다수개의 부착부(21)를 가지는 자기유닛(20)으로 구성되는 것을 그 기술상의 특징으로 한다.Figure 3 is a schematic cross-sectional view showing the substrate and the shadow mask fixing device of the present invention, Figure 4 is an enlarged cross-sectional view showing the substrate and the shadow mask fixing device of the present invention, the present invention, a plurality of holes are formed along the surface and the lower side A substrate holder 10 to which the substrate 30 and the shadow mask 40 are attached; The magnetic unit 20 is positioned above the substrate holder 10 and has a plurality of attachment portions 21 penetrating through the holes 11 of the substrate holder 10 and having permanent magnets 22 attached thereto. It is characterized by the technical features which consist of).
상기 자기유닛(20)은 PMA(permanent magnetic array) 방식을 사용함으로써 구성할 수 있는데, 자성체 재질을 사용하여 상기 부착부(21)의 단부에 영구자석(22)이 용이하게 부착될 수 있도록 하고, 그 전체를 전자석 등을 이용하여 용이하게 이동시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하나, 경우에 따라서는 비자성체를 이용하고, 접착제 등을 이용하여 영구자석(22)을 부착할 수도 있다.The magnetic unit 20 may be configured by using a permanent magnetic array (PMA) method, so that the permanent magnet 22 can be easily attached to the end of the attachment portion 21 using a magnetic material, It is preferable that the whole can be easily moved using an electromagnet or the like, but in some cases, a nonmagnetic material may be used, and the permanent magnet 22 may be attached using an adhesive or the like.
또한, 상기 기판 홀더(10)의 구멍(11)은 기판 홀더(10) 면의 전체를 따라 일정 간격으로 구성하고, 상기 자기유닛(20)의 부착부(21)도 상기 구멍(11)에 정확히 삽입되도록 함으로써, 기판(30)과 쉐도우 마스크(40)에 균일한 자기력이 작용하도록 하는 것이 보다 바람직하다.In addition, the holes 11 of the substrate holder 10 are configured at regular intervals along the entire surface of the substrate holder 10, and the attachment portion 21 of the magnetic unit 20 is also exactly in the holes 11. It is more preferable that a uniform magnetic force be applied to the substrate 30 and the shadow mask 40 by being inserted.
상기 부착부(21)의 수는 상기 기판 홀더(10)의 구멍(11)의 수와 동일하게 형성하며, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 그 길이는 기판 홀더(10)의 깊이보다 영구자석(22)의 두께만큼 짧게 형성하여 그 단부에 영구자석(22)을 부착함으로써, 상기기판 홀더(10)에 기판(30)과 쉐도우 마스크(40)가 밀착되어 부착될 수 있도록 한다.The number of the attachment portions 21 is formed to be the same as the number of the holes 11 of the substrate holder 10, as shown in Figure 3, the length thereof is longer than the depth of the substrate holder 10 permanent magnet ( It is formed as short as the thickness of 22 to attach the permanent magnet 22 to the end, so that the substrate 30 and the shadow mask 40 is in close contact with the substrate holder 10.
그러나, 경우에 따라서는 도 4에서 도시하는 바와 같이, 상기 부착부(21)의 길이를 상기 기판 홀더(10)의 깊이와 같거나, 영구자석(22)의 두께만큼 또는 그보다 미소량 짧게 하고, 단부에는 영구자석(22)이 삽입될 수 있도록 홈(23)을 형성하고, 이 홈(23)에 영구자석(22)을 부착하는 것도 가능하다.However, in some cases, as shown in FIG. 4, the length of the attachment portion 21 is equal to the depth of the substrate holder 10, or as small as or smaller than the thickness of the permanent magnet 22. It is also possible to form a groove 23 so that the permanent magnet 22 can be inserted at the end, and attach the permanent magnet 22 to the groove 23.
이하, 상기 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation and effects of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
상기한 바와 같이, 기판 홀더(10)에 기판을 평평하게 유지시키면서 잡아야하는 홀더의 역할에 지장이 없는 비교적 좁은 간격으로 작은 구멍(11)을 형성하고, 상기 구멍(11)에 상기 기판 홀더(10)의 상측으로부터 자기유닛(20)의 부착부(21)가 관통하여, 상기 부착부(21)의 단부에 구성된 영구자석(22)에 의하여, 상기 기판 홀더(10)의 하측면에 기판(30)과 쉐도우 마스크(40)를 부착함으로써, 상기 쉐도우 마스크(40)에 균일하게 자기력이 작용하도록 한다.As described above, the small hole 11 is formed at a relatively narrow interval without any obstacle in the role of the holder to hold the substrate flat in the substrate holder 10, and the substrate holder 10 in the hole 11 The attachment portion 21 of the magnetic unit 20 penetrates from the upper side of the upper side), and the substrate 30 is disposed on the lower surface of the substrate holder 10 by the permanent magnet 22 formed at the end of the attachment portion 21. ) And the shadow mask 40, the magnetic force is uniformly applied to the shadow mask 40.
여기서 이웃한 영구자석(22)은 그림 5에서 도시하는 바와 같이 N극과 S극이 반대로 구성되도록 함이 바람직하다. 이러한 구성일 경우 하나의 영구자석(22)의 N극에서 나온 자기력선이 비자성체인 기판(30)을 통과하여 자성체인 쉐도우 마스크(40)에 전해지고 이 쉐도우 마스크(40)에 자기력을 작용하게 하여 부착하는 작용을 담당한다.Here, the neighboring permanent magnet 22 is preferably such that the north pole and the south pole is configured as shown in Figure 5. In such a configuration, the magnetic force lines from the N pole of one permanent magnet 22 pass through the non-magnetic substrate 30 to the shadow mask 40 which is a magnetic material, and apply magnetic force to the shadow mask 40 to apply the magnetic force to the shadow mask 40. It is responsible for the action.
상기와 같은 쉐도우 마스크(40)를 횡단한 자기력은 이웃한 영구자석(22)의 S극으로 인하여 다시 기판(30)을 통과하여 S극에 귀결함으로써 하나의 폐회로인 자기력선을 형성함으로써 영구자석(22)의 자기력을 발휘하게 된다.The magnetic force traversing the shadow mask 40 as described above passes through the substrate 30 again due to the S pole of the neighboring permanent magnets 22 and results in the S pole to form a magnetic force line, which is a closed circuit, thereby forming the permanent magnet 22. ) Will exert a magnetic force.
이러한 폐회로 형태의 자기력선은 자기유닛(20)에도 마찬가지로 형성되어서 영구자석(22)의 자성이 장시간 유지되도록 하는 역할을 담당한다.The magnetic force line in the form of a closed circuit is similarly formed in the magnetic unit 20 and plays a role of maintaining the magnetism of the permanent magnet 22 for a long time.
상기 자기유닛(20)의 간격을 좁게 할 수록 쉐도우 마스크(40)를 보다 밀착하여 부착할 수 있겠으나, 실제 사용되는 쉐도우 마스크(40)의 면적과 무게, 부착압력 등에 따라 적합하게 하는 것이 바람직하다.As the distance between the magnetic units 20 is narrower, the shadow mask 40 may be attached more closely. However, it is preferable to make the shadow mask 40 more suitable according to the area and weight of the shadow mask 40 that is actually used. .
상기 도 4에서 도시하는 바와 같이, 부착부(21)의 단부에 홈(23)을 형성하여 영구자석(22)을 부착하면, 영구자석(22)이 보다 견고하게 삽입되어 고정되어, 상기 영구자석(22)이 이동 또는 이탈되는 것을 방지할 수 있다.As shown in FIG. 4, when the permanent magnet 22 is attached by forming the groove 23 at the end of the attachment portion 21, the permanent magnet 22 is more firmly inserted and fixed to the permanent magnet. (22) can be prevented from moving or leaving.
일반적으로 쉐도우 마스크(40)는 니켈(Ni)이나 SUS 재질을 사용하므로, 본 발명의 기판과 쉐도우 마스크 고장장치에 의하여, 기판 홀더(10)에 밀착되어 부착되고, 따라서, 쉐도우 마스크(40)와 기판(30) 사이의 들뜸이나 틈새에 의하여 물질이 불량하게 증착되는 것을 방지하는 것이다.In general, since the shadow mask 40 uses nickel (Ni) or SUS, the shadow mask 40 is adhered to the substrate holder 10 in close contact with the substrate holder 10 by the substrate and the shadow mask failure device of the present invention. It is to prevent the material from being deposited poorly due to the lift or gap between the substrate 30.
쉐도우 마스크의 장착과 탈거는 상기 자기유닛 PMA(permanent magnetic array)를 기판홀더의 구멍에 주입하는 깊이를 조절하여 이루어지도록 할 수 있다. 이와 같은 자기유닛의 상하운동은 간단한 선형운동장치와 자기유닛 사이에 또 다른 영구자석 또는 전자석을 이용하여 자기적으로 연결 단락 시킨 후 선형운동장치를 작동시켜 자기유닛을 기판홀더에 결합시켜 쉐도우 마스크를 장착케 하거나, 자기유닛을 기판홀더로부터 분리시켜 쉐도우 마스크를 탈착하도록 할 수 있다.The mounting and removal of the shadow mask may be performed by adjusting the depth of injecting the magnetic unit PMA (permanent magnetic array) into the hole of the substrate holder. The vertical movement of the magnetic unit is connected to the substrate holder by coupling the magnetic unit to the substrate holder by magnetically connecting and short-circuiting the magnetic unit by using another permanent magnet or an electromagnet between the simple linear motion device and the magnetic unit. The shadow mask may be detached or the magnetic unit may be detached from the substrate holder.
이상과 같은 본 발명은 기판 홀더에 기판과 쉐도우 마스크를 부착함에 있어서 기판홀더에 구멍을 내어 작은 자석을 기판 근처까지 접근 시키서 기판홀더의 두께에 상관없이 작은 자석으로 균일한 자기력을 유지하며, 기판 및 쉐도우 마스크가 기판 홀더에 틈새 없이 고르게 부착되도록 하여 증착 물질이 쉐도우 마스크의 형태에 따라 정밀하게 증착되도록 하며, 필요에 따라 자기유닛의 상하 위치조절로 쉐도우 마스크를 장착 또는 탈착할 수 있도록 하여 쉐도우 마스크 교환 혹은 이동을 간단히 실행할 수 있는 효과가 있는 발명인 것이다.In the present invention as described above, in attaching the substrate and the shadow mask to the substrate holder to make a hole in the substrate holder to approach the small magnet near the substrate to maintain a uniform magnetic force regardless of the thickness of the substrate holder, And the shadow mask is uniformly attached to the substrate holder without any gap so that the deposition material is precisely deposited according to the shape of the shadow mask, and the shadow mask can be attached or detached by adjusting the vertical position of the magnetic unit as necessary. It is an invention that has the effect of easily performing exchange or movement.
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