KR102339910B1 - 박막 건조장치 및 이를 구비한 박막 제조 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템은 기판 상으로 도포액을 도포하는 도포노즐이 구비된 도포장치; 상기 기판 상에 도포된 도포액을 건조시키는 박막 건조장치; 및 상기 기판을 상기 도포장치에서 상기 박막 건조장치까지 연속적으로 이송시키는 이송장치를 포함하고, 상기 박막 건조장치는 상기 기판 상에 도포된 상기 도포액 상에 광대역 파장대역의 다파장을 갖는 광을 조사하여, 상기 도포액의 표면 및 내부를 동시에 건조시키는 광대역 광원을 구비하는 광대역 광원부; 상기 광대역 광원과 연결되며, 상기 광대역 광원을 구동시키는 광원 구동부; 및 상기 광원 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 광대역 광원은 자외선(ultra violet, UV) 파장대역에서 근적외선(near infrared ray, NIR) 파장대역 사이의 다파장을 갖는 광을 상기 기판 상으로 조사하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 박막 건조장치 및 이를 구비한 박막 제조 시스템에 관한 것이다.
좀 더 구체적으로, 본 발명은 광대역 광원을 이용하여 기판 상에 도포된 도포액을 표면에서 내부까지 최대한 빠른 시간 내에 건조시킬 수 있는 박막 건조장치 및 이를 구비한 박막 제조 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 전자회로부품, 또는 유기발광 다이오드 (OLED) 또는 액정 디스플레이 패널(LCD)과 같은 평판 디스플레이(Flat Panel Display: FPD)를 제조하기 위해서는, 다양한 박막을 적층하는 공정이 필요로 하다. 특히 유기발광 다이오드 디스플레이는 최근 유연성이 요구되면서 글래스 기판을 사용하지 않고 폴리이미드와 같은 물질을 박막으로 코팅하여 사용하고 있다. 통상 유연 유기발광 다이오드 디스플레이는 글래스 기판상에 폴리이미드층을 얇게 코팅한 후, 디스플레이 소자를 형성한다. 그 후 글래스 기판상에서 디스플레이 소자가 형성된 폴리이미드 층을 박리시켜 디스플레이를 제작한다.
최근에는 디스플레이의 대면적화 및 유연성을 개선하려는 요구가 증대되고 있어 박막을 더 빠르고 정확하게 형성하는 것이 요구되고 있다.
이와 같은 기술적 요구에 따라, 유기발광 다이오드 디스플레이는 글래스 기판상에 더욱 얇은 두께로 폴리이미드 액을 코팅하고 경화시키는 공정이 사용되고 있다. 폴리이미드 박막은 솔벤트 등의 유기용제에 희석이 되어 있는 상태로 박막이 형성되기 때문에 반드시 건조 공정이 필요로 하며, 종래에는 글래스 기판상에 도포된 폴리이미드 층을 건조하기 위해 건조로 내에 설치된 히터 및 팬을 사용하여 공기를 가열하여 폴리이미드 박막 상으로 공급하여 건조시키는 열풍 건조 방식을 사용하거나, 적외선 램프를 이용하여 폴리이미드 박막 표면에 직접 빛을 조사하는 방식을 적용하였다.
그러나, 상술한 바와 같은 히터 및 팬을 이용한 종래의 열풍 건조 방식 또는 적외선 램프를 이용하는 공정은 다음과 같은 문제점이 있다.
종래의 열풍 건조 방식은 열풍이 폴리이미드 액의 표면에 접촉되어 전달된 열이 폴리이미드 액의 표면으로부터 내부로 전도되면서 건조가 진행됨에 따라 건조 시간이 길어지고, 그에 따라 건조로 내에서 폴리이미드 박막이 도포된 글래스 기판이 이동하여야 할 건조공간도 길어져야 하고, 그에 따라 일자형 건조로의 경우에는 제조에 상당히 넓은 공간이 요구되는 문제점이 있다.
또한, 열풍 건조 방식은 히터를 통해 가열된 공기를 팬을 이용하여 공급하여 건조시키는 과정에서 열풍 내에 먼지 및/또는 이물질이 포함될 수 있으며, 이러한 먼지 및/또는 이물질의 유입 방지 및/또는 제거를 위한 청정 시설의 설치에 따른 비용이 많이 들게 되는 문제점이 있다.
이러한 열풍 건조 방식의 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 UV 램프 및 IR 램프를 광원으로 이용하는 광 건조 방식이 개발되었다.
그러나, UV 램프 및 IR 램프의 광원을 이용한 광 건조 방식은 특정 파장대역의 광(예들 들어, UV 램프는 자외선 파장대역을 갖는 광, IR 램프는 적외선 파장대역을 갖는 광)이 조사되기 때문에, 폴리이미드 박막에 조사된 광 에너지의 조사량이 상당히 적어 폴리이미드 박막의 표면에서 내부까지의 전체 건조 시간이 추가적으로 증가하는 문제점이 있다.
도 1은 도포공정 및 건조공정이 수행하는 장치를 포함하는 종래의 박막 제조 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 박막 제조 시스템(1)에서는, 유기발광 다이오드 디스플레이를 제조하기 위한 박막 제조 공정에 있어서, 상술한 열풍 또는 광 건조 방식의 건조 공정 전에, 기판 상에 폴리이미드 액을 도포하는 도포공정을 수행한 후, 도포된 폴리이미드 액을 1차적으로 건조시키는 예비 건조 공정이 수행된다.
좀 더 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 박막 제조 시스템(1)에서 수행되는 종래의 도포공정은 코터(coater) 등과 같은 도포장치를 이용하여 기판(미도시) 상에 폴리이미드 액을 도포한다. 이후, 폴리이미드 액이 도포된 기판을 고온 진공 챔버 건조장치(HVCD: Hot Vacuum Chamber Dryer '이하 HVCD'라 칭함) 내로 이송한 후 예비 건조 공정 (또는 가건조 공정)이 수행된다.
가건조 공정 수행을 위해, 예를 들어, 6세대 기판의 경우, 2단 배치 타입(batch-type)으로 구성된 HVCD가 2열로 대향하여 2곳에 배치되고, 2열로 배치된 HVCD 사이에 제공되는 이송로봇이 각각의 HVCD 내부에 기판을 투입 및 배출시키면서 폴리이미드 액의 가건조 공정이 수행된다.
가건조 공정 이후 기판은 버퍼 구간을 지나, 열풍 건조 방식 또는 광 건조 방식을 이용한 완전 건조 공정이 수행된다. 완전 건조 공정에서는, 예를 들어, 건조오븐이 2열로 3곳에 배치되고, 2열로 배치된 건조오븐 사이에 제공되는 이송로봇이 각각의 건조오븐 내부에 가건조된 기판을 투입 및 배출시키면서 완전 건조 공정이 수행된다.
즉, 종래의 박막 제조 공정에서는, 기판에 도포액을 도포한 후, 가건조 및 완전 건조 공정을 수행하기 위해 다수의 HVCD, 이송로봇, 및 건조오븐 등을 포함하는 장치가 요구됨에 따라, 박막을 제조하기 위한 전체 시스템의 길이가 길어지거나 사이즈가 커지게 되고, 건조시간(tact time)이 오래 걸리는 문제점이 있다.
또한, 가건조 및 완전 건조 공정을 위해 로봇을 이용하여 기판을 하나씩 이송 및 배출시킴에 따라, 가건조 및 완전 건조 공정을 연속적으로 수행하는 것이 불가능하여 건조시간이 더욱 길어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 광대역 광원를 이용하여 자외선 영역에서 근적외선 영역까지 넓은 범위에 걸쳐 광이 기판 상에 도포된 도포액으로 조사되도록 하여 도포액에 함유된 솔벤트를 빠른 시간 내에 제거하여 건조시킬 수 있는 박막 건조장치 및 이를 구비한 박막 제조 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치는 기판 상에 도포된 도포액 상에 광대역 파장대역의 다파장을 갖는 광을 조사하여 상기 도포액의 표면 및 내부를 동시에 건조시키는 광대역 광원을 구비하는 광대역 광원부; 상기 광대역 광원과 연결되며, 상기 광대역 광원을 구동시키는 광원 구동부; 및 상기 광원 구동부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 광대역 광원은 자외선(ultra violet, UV) 파장대역에서 근적외선(near infrared ray, NIR) 파장대역 사이의 다파장을 갖는 광을 상기 기판 상으로 조사하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템은 기판 상으로 도포액을 도포하는 도포노즐이 구비된 도포장치; 상기 기판 상에 도포된 도포액을 건조시키는 박막 건조장치; 및 상기 기판을 상기 도포장치에서 상기 박막 건조장치까지 연속적으로 이송시키는 이송장치를 포함하고, 상기 박막 건조장치는 상기 기판 상에 도포된 상기 도포액 상에 광대역 파장대역의 다파장을 갖는 광을 조사하여, 상기 도포액의 표면 및 내부를 동시에 건조시키는 광대역 광원을 구비하는 광대역 광원부; 상기 광대역 광원과 연결되며, 상기 광대역 광원을 구동시키는 광원 구동부; 및 상기 광원 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 광대역 광원은 자외선(ultra violet, UV) 파장대역에서 근적외선(near infrared ray, NIR) 파장대역 사이의 다파장을 갖는 광을 상기 기판 상으로 조사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 박막 건조장치 및 이를 구비한 박막 제조 시스템을 사용하면 다음과 같은 장점이 달성된다.
1. 자외선 영역에서 근적외선 영역까지 다양한 파장대역을 갖는 파장의 광이 조사되는 광대역 광원을 사용함에 따라, 예를 들어, 액상 폴리이미드와 같은 도포액에 함유된 솔벤트를 최대한 빠른 시간 내에 제거하여 도포액을 건조시킬 수 있다.
2. 종래 기술에 비해 현저하게 빠른 도포액의 건조가 가능하므로, 건조로의 건조공간도 최소화가 가능해지며, 그에 따라 건조로 설치에 요구되는 비용도 최소화된다.
3. 열풍을 사용하지 않기 때문에 먼지 및/또는 이물질을 유입을 방지하거나 제거하기 위한 청정 시설의 설치 비용이 불필요하다.
4. 기판을 연속적으로 처리할 수 있으므로, 공정 시간이 단축되고 생산성이 향상될 수 있다.
5. 건조챔버 내의 솔벤트 농도를 균일하게 유지시킬 수 있다.
6. 건조챔버 내의 흄을 제거하여, 기판이 오염되는 현상을 최대한 방지할 수 있다.
7. 상술한 1 내지 6의 장점으로 인해 최종 제품(예를 들어, 유기발광디스플레이)의 제조 비용 및 제조 시간(tact time)이 크게 감소된다.
도 1은 도포공정 및 건조공정을 수행하는 장치를 포함하는 종래의 박막 제조 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 자외선 및 적외선 광원을 이용한 광의 파장 대역을 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 2의 그래프와 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원을 이용한 광의 파장 대역을 나타낸 그래프이다.
도 5는 종래 기술에 따른 열풍 건조 방식에서의 열의 이동 상태와, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원을 이용한 광의 조사 상태를 비교하여 설명하기 위한 그래프이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광대역 광원이 기판의 상부에서 기판의 이송방향에 대해 수평한 방향 및/또는 수직한 방향으로 배열되는 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 광원 구동부에 복수의 광대역 광원이 직렬 방식 또는 병렬 방식으로 연결된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치의 구성인 건조챔버 내에 광대역 광원이 제공된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치를 이용하여 시간 경과에 따른 기판 상에 도포된 도포액 내의 솔벤트의 건조율에 대한 실험 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템이 인라인 방식으로 구현된 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템이 예비 건조장치를 추가로 포함하는 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 자외선 및 적외선 광원을 이용한 광의 파장 대역을 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 2의 그래프와 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원을 이용한 광의 파장 대역을 나타낸 그래프이다.
도 5는 종래 기술에 따른 열풍 건조 방식에서의 열의 이동 상태와, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원을 이용한 광의 조사 상태를 비교하여 설명하기 위한 그래프이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광대역 광원이 기판의 상부에서 기판의 이송방향에 대해 수평한 방향 및/또는 수직한 방향으로 배열되는 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 광원 구동부에 복수의 광대역 광원이 직렬 방식 또는 병렬 방식으로 연결된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치의 구성인 건조챔버 내에 광대역 광원이 제공된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치를 이용하여 시간 경과에 따른 기판 상에 도포된 도포액 내의 솔벤트의 건조율에 대한 실험 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템이 인라인 방식으로 구현된 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템이 예비 건조장치를 추가로 포함하는 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치(100)는 기판(G) 상에 도포된 도포액(L) 상에 광대역 파장대역의 다파장을 갖는 광을 조사하여 상기 도포액(L)의 표면 및 내부를 동시에 건조시키는 광대역 광원(111)을 구비하는 광대역 광원부(110); 상기 광대역 광원(111)과 연결되며, 상기 광대역 광원(111)을 구동시키는 광원 구동부(120); 및 상기 광원 구동부(120)의 동작을 제어하는 제어부(130);를 포함하고, 상기 광대역 광원(111)은 자외선(ultra violet, UV) 파장대역에서 근적외선(near infrared ray, NIR) 파장대역 사이의 다파장을 갖는 광을 상기 기판(G) 상으로 조사하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치(100)의 구체적인 구성 및 동작을 상세히 기술한다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치(100)는 광대역 광원부(110), 광원 구동부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원부(110)는 기판(G) 상에 도포된 도포액(L)을 향해 광대역 파장대역의 다파장을 갖는 광을 조사하여 도포액(L) 내에 함유되어 있는 솔벤트를 제거하는 광대역 광원(111), 및 상기 광대역 광원(111)이 수용되는 하우징(112)을 포함할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원부(110)는 적어도 하나 이상의 광대역 광원(111)을 포함할 수 있다.
이때, 광대역 광원(111)에서 조사되는 광의 광대역 파장대역은 자외선 파장대역에서 근적외선 파장대역까지를 포함하는 파장대역일 수 있다.
좀 더 구체적으로, 광대역 광원(111)의 광대역 파장대역의 범위는, 예를 들어, 300nm 내지 1200nm 파장대역일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원(111)은 Xe, Kr, Ar, Ne, 및 He 중 적어도 하나의 불활성 가스를 포함할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 광대역 광원(111)으로 Xe 가스가 포함된 제논 램프가 사용될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다는 점에 대해 유의하여야 한다.
도 3은 종래 기술에 따른 자외선 및 적외선 광원을 이용한 광의 파장 대역을 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원을 이용한 광의 파장 대역을 나타낸 그래프이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 도포액(L)을 건조시키기 위한 광원으로 UV 램프가 사용되는 경우에는 자외선 파장대역, 즉, 비교적 짧은 파장대역(300-600nm)의 파장을 갖는 광이 도포액(L) 상으로 조사되고, 도 3의 (b)를 참조하면, IR 램프가 사용되는 경우에는 적외선 파장대역, 즉, 비교적 긴 파장대역(800-1100nm)의 파장을 갖는 광이 도포액(L)으로 조사된다.
즉, 박막 건조장치(100)에서 광원으로 UV 램프가 사용되는 경우, 특정 파장대역(300-600nm의 자외선 파장대역)의 광이 도포액(L) 상으로 조사되기 때문에, 짧은 파장에 기인한 광 에너지의 세기는 크지만, 전체 에너지 조사량이 적어 도포액(L)을 표면에서 내부까지 전체적으로 건조시키기 위한 건조시간이 오래 걸리게 된다.
또한, 박막 건조장치(100)에서 광원으로 IR 램프가 사용되는 경우, 800-1100nm의 긴 적외선 파장대역의 광이 도포액(L) 상으로 조사되기 때문에, 광 에너지의 세기가 약하고, 특히 도포액(L)으로 사용되는 폴리이미드 박막은 장파장 투과율이 낮은 특성을 가져 건조 성능 및 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
그러나, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원(111)을 이용하면, 자외선 파장대역에서 근적외선 파장대역을 포함하는 300-1200nm의 파장대역의 다파장을 갖는 광이 도포액(L) 상으로 조사됨에 따라, 도 3에 도시된 종래 기술의 광원에 비해 전체 에너지 조사량이 많아지고 또한 전체 에너지의 세기도 증가하여 도포액(L)의 표면 및 내부의 동시 건조가 가능하게 되서 도포액(L)을 건조시키기 위한 건조시간을 최대한 단축시킬 수 있게 된다.
상술한 도 4에 도시된 그래프는 광대역 광원으로 Xe 가스가 포함된 제논 램프에 1,000V의 전압을 인가한 경우에 얻어진 그래프이다.
도 4는 종래 기술에 따른 열풍 건조 방식에서의 열의 이동 상태와, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원(111)을 이용한 광의 조사 상태를 비교하여 설명하기 위한 그래프이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 종래 기술에 따른 열원(히터: 미도시) 및 팬(미도시)에 의해 가열된 공기의 열풍이 도포액(L)의 표면과 수평한 방향으로 공급된다. 그에 따라, 열풍과 접촉되는 도포액(L)은 표면부터 건조가 시작되기 때문에 도포액(L)의 내부에 존재하는 솔벤트가 건조된 표면을 뚫고 빠져 나오는 것이 어려워 곧바로 제거될 수 없고, 열풍에 의해 도포액(L)의 표면으로 공급된 열이 전도에 의해 도포액(L) 내부로 전달되면서 도포액(L) 내부의 솔벤트가 가열되어 제거되기 위해서는 상당한 시간이 요구되어, 궁극적으로 도포액(L)의 건조시간이 현저하게 길어지게 된다.
그러나, 도 5의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원(111)을 이용하면, 광대역 광원(111)으로부터 다양한 범위의 파장대역(구체적으로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 300-1200nm 범위의 파장 대역)을 포함하는 다파장을 갖는 광이 도포액(L)의 표면에 조사될 뿐만 아니라, 조사된 광이 도포액(L)의 내부로 투과되어 흡수되기에 충분한 에너지를 갖기 때문에 도포액(L)의 표면과 내부를 동시에 건조시키는 것이 가능하여, 도포액(L)의 건조시간을 최대한 단축시킬 수 있게 된다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광대역 광원이 기판(G)의 상부에서 기판(G)의 이송방향에 대해 수평한 방향 및/또는 수직한 방향으로 배열되는 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원(111)은 복수개가 사용될 수 있으며, 이러한 복수의 광대역 광원(111)은 기판(G)의 상부측에 배치될 수 있다.
이때, 복수의 광대역 광원(111)은 기판(G)의 상부에서 기판(G)의 이송방향에 대해 수직한 방향으로 배열되거나(도 6 참조), 기판(G)의 상부에서 기판(G)의 이송방향에 대해 수평한 방향으로 배열될 수 있다. (도 7 참조) 또한, 복수의 광대역 광원(111)은 기판(G)의 상부에서 기판(G)의 이송방향에 대해 일부는 수직한 방향으로 그리고 나머지 일부는 수평한 방향으로 병행하여 배열될 수 있다. (도 8 참조) 도 8의 실시예에서는, 복수의 광대역 광원(111)의 일부가 기판(G)의 이송방향에 대해 수직한 방향으로 배열되고, 순차적으로 복수의 광대역 광원(111)의 나머지 일부가 기판(G)의 이송방향에 대해 수평한 방향으로 배열되는 것으로 예시적으로 도시되어 있지만, 당업자라면 복수의 광대역 광원(111)의 일부가 기판(G)의 이송방향에 대해 수평한 방향으로 배열되고, 순차적으로 복수의 광대역 광원(111)의 나머지 일부가 기판(G)의 이송방향에 대해 수직한 방향으로 배열될 수 있다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광원 구동부(120)는 광대역 광원(111)과 연결되며, 광대역 광원(111)을 구동시킬 수 있다.
도 9의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치(100)(도 2 참조)에서는, 도 6 내지 도 8에 도시된 복수의 광대역 광원(111)이 하나의 광원 구동부(120)와 병렬 방식 (도 9의 (a) 참조) 또는 직렬 방식(도 9의 (b) 참조)으로 연결되어, 하나의 광원 구동부(120)가 복수의 광대역 광원(111)을 구동시킬 수 있다.
물론, 하나의 광원 구동부(120)에 하나의 광대역 광원(111)을 연결시켜 구동하는 것도 가능하지만, 박막 건조장치(100)의 전체적인 사이즈를 축소시키기 위해서는 하나의 광원 구동부(120)에 복수의 광대역 광원(111)을 병열 방식 또는 직렬 방식으로 연결시켜 구동하는 것이 바람직하다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 광원 구동부(120)의 동작을 제어할 수 있으며, 일 예로 제어부(130)는 마이크로 제어 유닛(micro control unit, MCU)으로 구현될 수 있다.
제어부(130)는 펄스폭 변조(pulse width modulation, PWM) 방식을 사용하여 광원 구동부(120)를 제어함으로써 복수의 광대역 광원(111)에서 조사되는 광의 조사량을 제어할 수 있다.
한편, 제어부(130)는 복수의 광대역 광원(111)에 대해 구동 주파수를 1-20Hz의 범위, 온타임(On-Time) 제어시간을 300-1000㎲의 범위, 허용전류를 100-1,200A의 범위, 및 방전전압을 500-2,000V의 범위 내에서 제어할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치(100)(도 2 참조)는 광대역 광원부(110)가 제공되는 밀폐된 건조챔버(140)를 더 포함할 수 있다.
이때, 박막 건조장치(100)의 광대역 광원부(110)가 제공된 건조챔버(140)는 기판(G)이 투입되는 투입구(141) 및 건조가 완료된 기판(G)을 배출되는 배출구(142)를 구비할 수 있다.
건조챔버(140)의 내부에는 소정의 건조공간(140a)이 형성될 수 있으며, 건조공간(140a)은 대략 육면체의 공간으로 도포액(L)이 도포된 기판(G)의 형상과 대응되는 평면 형상을 가질 수 있지만, 이에 제한하지 않는다는 점에 유의하여야 한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원(111)을 이용하여 도포액(L)을 건조시킨 결과에 대해 상세히 기술한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치(100)를 이용하여 시간 경과에 따른 기판(G) 상에 도포된 도포액(L) 내의 솔벤트의 건조율에 대한 실험 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원(111)을 이용하여 시간경과에 따른 솔벤트의 건조율을 나타낸 것이다.
표 1
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치(100)를 이용한 도포액(L) 건조실험에 사용된 도포액(L)은 폴리이미드(polyimide, PI) 액이 사용되었으며, 폴리이미드는 Keneka 사에서 제작된 AA-29B 제품을 사용하였다. 여기서, 폴리이미드 액에는 솔벤트로 NMP(N-methyl-2-pyrolidone)가 사용되었으며, 이 경우 NMP의 함량은 90%이고, 고형분의 함량은 10%였다. 또한, 폴리이미드 액은 기판(G) 상에 바 코팅(bar coating)을 이용하여 젖음 상태에서 대략 50 내지 55㎛ 두께로 코팅하였다.
그 후, 기판(G) 상에 코팅된 폴리이미드 액(도포액(L))을 광대역 광원(111)을 이용하여 각각 30조, 60초, 90초, 및 120초의 건조시간에서 하기에 정의된 건조율을 전자저울로 측정하였다.
이때, 건조율 = 도포액(L) 건조 전 무게/도포액(L) 건조 후 무게로 계산되었다.
표 1 및 도 11의 그래프에 도시된 바와 같이, 광대역 광원(111)을 이용하여 도포액(L)을 건조시킨 경우, 90sec 이상에서 NMP의 건조율이 대략 90% 이상(NMP가 완전히 제거된 완전건조 상태)임이 확인되었다. 또한, 90sec 이상에서 건조 후 도포액(L) 코팅 두께가 5.4㎛ 이하로, 초기의 도포액(L) 코팅 두께 대비 건조 후 코팅 두께가 90% 이상 줄어든 것이 확인되었다.
상기 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 광원을 이용한 경우에는 도포액(L)의 완전건조에 최대 5시간 이상의 긴 건조시간이 필요하였지만, 본원발명의 광대역 광원(111)을 이용한 경우에는 대략 90초 정도의 건조시간만으로도 도포액(L)의 완전건조가 가능하므로 종래기술에 비해 도포액(L)의 건조시간을 현저하게 단축시킬 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치가 구비된 박막 제조 시스템에 관하여 상세히 기술한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템이 인라인 방식으로 구현된 구조를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 14는 도 13에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템이 예비 건조장치를 추가로 포함하는 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템은 기판(G) 상으로 도포액(L)을 도포하는 도포노즐(210)이 구비된 도포장치(200); 상기 기판(G) 상에 도포된 도포액(L)을 건조시키는 박막 건조장치(100); 및 상기 기판(G)을 상기 도포장치(200)에서 상기 박막 건조장치(100)까지 연속적으로 이송시키는 이송장치(300)를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치(100)의 구체적인 구성 및 동작을 상세히 기술한다.
다시 도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템(100)은, 예를 들어, 기판(G)을 연속적으로 이송시키면서 기판(G) 상에 도포액(L)을 도포하는 공정과, 상기 기판(G) 상에 도포된 도포액(L)을 건조하는 공정을 연속적으로 처리하는 인라인 방식(In-Line Type)으로 구현될 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템(100)은 도포장치(200), 박막 건조장치(100), 이송장치(300), 및 흄 배출장치(400)를 포함할 수 있다.
도포장치(200)는 기판(G) 상에 도포액(L)을 도포하기 위한 도포노즐(210)이 제공되는 도포챔버(220)를 포함할 수 있다.
도포노즐(210)이 제공되는 도포챔버(220)는 기판(G)이 투입되는 투입구(221) 및 도포가 완료된 기판(G)이 배출되는 배출구(222)를 포함할 수 있다.
도포챔버(220)의 내부에는 소정의 도포공간(220a)이 형성될 수 있으며, 도포공간(220a)은 대략 육면체의 공간으로 도포액(L)이 도포된 기판(G)의 형상과 대응되는 평면 형상을 가질 수 있지만, 이에 제한하지 않는다는 점에 유의하여야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 건조장치(100)는 기판(G)이 이송되는 방향을 따라, 도포장치(200)의 일측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템(1000)에서의 박막 건조장치(100)는 앞서 도 2 내지 도 11을 참조하여 상술한 박막 건조장치(100)와 그 구성 및 동작이 동일하여 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이송장치(300)는 박막 제조 시스템(1000)을 인라인 방식으로 구현하기 위하여, 기판(G)을 도포장치(200)에서 박막 건조장치(100)까지 연속적으로 이송시킬 수 있도록 구현될 수 있다.
이러한 이송장치(300)는 각각의 챔버(구체적으로, 도포 챔버(220) 및 건조 챔버(140)) 내에 제공될 수 있으며, 기판(G)을 접촉 방식으로 이동시키기 위해 복수의 롤(310)과 벨트 컨베이어(320)로 구성된 롤 컨베이어 장치로 구현될 수 있다. 그러나, 당업자라면 이송장치(300)가 기판(G)을 비접촉 방식으로 이동시키기 위해 부상 스테이지를 포함하는 비접촉 방식의 기판 부상이송장치로 구현되거나, 또는 상술한 접촉 방식의 롤 컨베이어 장치 및 비접촉 방식의 기판 부상 이송장치 양자를 병행 사용(즉, 도포 챔버(220) 및 건조 챔버(140) 중 어느 하나에서는 접촉 방식의 롤 컨베이어 장치 및 비접촉 방식의 기판 부상 이송장치 중 어느 하나를 사용하고, 도포 챔버(220) 및 건조 챔버(140) 중 다른 하나에서는 접촉 방식의 롤 컨베이어 장치 및 비접촉 방식의 기판 부상 이송장치 중 다른 하나를 사용)하여 구현될 수도 있다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다.
다시 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 흄 배출장치(400)는 박막 건조장치(100)의 건조챔버(140)와 연결될 수 있으며, 기판(G) 상의 도포액(L)의 건조 시에 발생되는 흄(솔벤트 및 솔벤트 내의 이물질 포함)을 배출하여 제거할 수 있다.
흄 배출장치(400)는, 예를 들어, 감압장치로 구현될 수 있다. 이러한, 흄 배출 장치(400)는 배기관(410) 및 배기펌프(420)를 포함할 수 있다.
배기관(410)은 건조챔버(140)의 건조공간(140a)이 외부와 연통되도록 설치될 수 있다.
배기펌프(420)는 건조챔버(140)의 외측에서 배기관(410)의 일측과 연결되도록 배치될 수 있으며, 건조챔버(140)의 건조공간(140a) 내에서 발생된 흄을 배기관(410)을 통해 배기시킬 수 있다.
좀 더 구체적으로, 배기펌프(420)는 건조챔버(140)의 건조공간(140a) 내의 압력에 비해 배기펌프(420)에서의 압력이 저압이 될 수 있도록 압력을 조절하여, 건조공간(140a)이 감압되도록 함으로써, 건조공간(140a) 내의 흄이 배기관(410)을 통해 배출되어 제거될 수 있도록 한다. 그에 따라, 건조챔버(140)의 건조공간(140a) 내에서 발생된 흄에 의해 기판(G)이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만, 건조챔버(140) 내의 흄을 배출하기 위한 흄 배출장치(400)는 퍼지가스 공급장치로 구현될 수도 있다.
즉, 퍼지가스 공급장치는 퍼지가스(예를 들어, 질소(N2) 가스)를 건조챔버(140)의 일측에서 투입하여 타측으로 배기되도록 함으로써, 퍼지가스와 함께 흄이 건조챔버(140)의 외부로 배출될 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템(1000)를 구성하는 박막 건조장치(100)는 건조챔버(140)의 내부에 배치되며, 도포액(L)이 건조되면서 발생되는 솔벤트의 농도를 측정하기 위한 농도센서(430)를 더 포함할 수 있다.
즉, 농도센서(430)를 이용하여 건조챔버(140) 내의 솔벤트의 농도를 측정하고, 측정된 솔벤트의 농도가 미리 설정된 적정 농도 범위 내인 경우 기판(G) 상에 도포된 도포액(L)의 건조가 완료된 상태라는 것을 확인할 수 있다.
한편, 박막 건조장치(100)를 구성하는 제어부(130)(도 2 참조)는 농도센서(430)에 의해 측정된 솔벤트의 농도를 미리 설정된 건조챔버(140) 내의 솔벤트 적정 농도 범위와 비교하여 측정된 솔벤트의 농도가 미리 설정된 솔벤트의 적정 농도 범위 내인 것으로 확인되면, 배기펌프(420)의 작동을 차단할 수 있도록 흄 배출장치(400)를 제어할 수 있다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템(1000)은 도포장치(200) 및 건조장치(100)의 사이에 제공되며, 도포장치(200)에 의해 기판(G) 상에 도포된 도포액(L)을 예비적으로 가열하여 건조시키는 적어도 하나의 예비 건조장치(500)를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템(1000)의 예비 건조장치(500)는 진공 상태에서 히팅을 통하여 기판(G) 상에 도포된 도포액(L)을 1차적으로 예비적으로 가열하여 건조시키는 장치이고, 상술한 박막 건조장치(100)는 예비 건조장치(500)에 의하여 1차적으로 건조된 기판(G) 상의 도포액(L)을 광대역 파장대의 다파장을 갖는 광을 이용하여 2차적으로 완전 건조를 시키는 장치에 대응될 수 있다.
상술한 예비 건조장치(500)는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조 시스템(1000)에서 선택적으로 사용될 수 있는 장치이며, 기판(G)의 크기(사이즈)에 따라 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다는 점에 유의하여야 한다.
예비 건조장치(500)는, 예를 들어, 도 1에 도시된 고온 진공 챔버 건조장치(HVCD: Hot Vacuum Chamber Dryer)로 구현될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다는 점에 유의하여야 한다.
예비 건조장치(500)는 도포액(L)이 도포되어 있는 기판(G)을 진공 상태에서 가열하여 기판(G) 상에 도포된 도포액(L)을 1차적으로 예비 가열한다.
즉, 예비 건조장치(500)는 진공 상태에서 예비 건조과정을 진행하기 때문에, 솔벤트의 급격한 증발을 유도할 수 있다.
예비 건조장치(500)에 의하여 기판(G) 상에 도포된 도포액(L)에 함유되어 있는 솔벤트가 도포액(L)의 외부로 방출되어 제거되면, 기판(G)은 이송장치(300)에 의해 박막 건조장치(100)로 이송된다. 그러면, 박막 건조장치(100)는 광대역 파장대역의 다파장을 갖는 광을 기판(G)에 조사하여, 도포액(L) 내에 잔존하는 솔벤트를 완전히 제거하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예 따른 박막 건조장치(100) 및 이를 구비한 박막 제조 시스템(1000)은 자외선 영역에서 근적외선 영역까지의 다양한 파장대역의 다파장을 갖는 광을 조사할 수 있는 광대역 광원(111)을 사용함에 따라, 예를 들어, 폴리이미드 액과 같은 도포액에 함유된 솔벤트를 최대한 빠른 시간 내에 제거하여 도포액의 빠른 건조가 가능해진다.
또한, 본 발명의 일 실시예 따른 박막 건조장치(100)를 사용하는 경우, 종래 기술에 비해 현저하게 빠른 시간 내에 도포액의 건조가 가능하므로, 건조로의 건조공간도 최소화가 가능해지며, 그에 따라 건조로 설치에 요구되는 비용도 최소화된다.
또한, 종래 기술과는 달리, 열풍을 사용하지 않기 때문에 먼지 및/또는 이물질을 유입을 방지하거나 제거하기 위한 청정 시설의 설치 비용이 불필요하다.
또한, 기판을 연속적으로 처리할 수 있으므로, 공정 시간이 단축되고 생산성이 향상될 수 있다.
또한, 건조챔버 내의 솔벤트 농도를 균일하게 유지시킬 수 있다.
또한, 건조챔버 내의 흄을 제거하여, 기판이 오염되는 현상을 최대한 방지할 수 있다.
또한, 상술한 장점들로 인해 최종 제품(예를 들어, 유기발광 다이오드 디스플레이)의 제조 비용 및 제조 시간이 크게 감소된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 첨부 도면 및 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 보호범위가 이러한 도면 및 예시적인 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서는 임의의 수정 및 변형 실시가 가능하다.
100: 박막 건조장치 110: 광대역 광원부
111: 광대역 광원 112: 하우징
120: 광원 구동부 130: 제어부
140: 건조챔버 141: 투입구
142: 배출구 200: 도포장치
210: 도포노즐 220: 도포챔버
221: 투입구 222: 배출구
300: 이송장치 400: 흄 배출장치
410: 배기관 420: 배기펌프
430: 농도센서 500: 예비 건조장치
1000: 박막 제조 시스템
G: 기판 L: 도포액
111: 광대역 광원 112: 하우징
120: 광원 구동부 130: 제어부
140: 건조챔버 141: 투입구
142: 배출구 200: 도포장치
210: 도포노즐 220: 도포챔버
221: 투입구 222: 배출구
300: 이송장치 400: 흄 배출장치
410: 배기관 420: 배기펌프
430: 농도센서 500: 예비 건조장치
1000: 박막 제조 시스템
G: 기판 L: 도포액
Claims (15)
- 박막 제조 시스템에 있어서,
기판 상으로 도포액을 도포하는 도포노즐이 구비된 도포장치;
상기 기판 상에 도포된 도포액을 건조시키는 박막 건조장치; 및
상기 기판을 상기 도포장치에서 상기 박막 건조장치까지 연속적으로 이송시키는 이송장치
를 포함하고,
상기 박막 건조장치는
상기 기판 상에 도포된 상기 도포액 상에 광대역 파장대역의 다파장을 갖는 광을 직접 조사하여, 상기 도포액의 표면 및 내부를 동시에 건조시키는 광대역 광원을 구비하는 광대역 광원부;
상기 광대역 광원과 연결되며, 상기 광대역 광원을 구동시키는 광원 구동부; 및
상기 광원 구동부의 동작을 제어하는 제어부
를 포함하며,
상기 광대역 파장대역은 자외선(ultra violet, UV) 파장대역에서 근적외선(near infrared ray, NIR) 파장대역의 범위를 가지며, 상기 다파장을 갖는 광이 상기 기판 상으로 동시에 조사되고,
상기 광대역 파장대역의 범위는 300nm 내지 1200nm인 박막 제조 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 도포장치는 상기 기판(G) 상에 상기 도포액(L)을 도포하기 위한 도포노즐이 제공되는 도포챔버를 포함하고,
상기 박막 건조장치는 상기 광대역 광원부가 제공되는 건조챔버를 포함하는 박막 제조 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 건조챔버와 연결되며, 상기 도포액의 건조 시에 발생되는 흄을 상기 건조챔버의 외부로 배출하기 위한 흄 배출장치를 더 포함하는 박막 제조 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 건조챔버의 내부에 배치되며, 상기 도포액(L)이 건조되면서 발생되는 솔벤트의 농도를 측정하기 위한 농도센서를 더 포함하는 박막 제조 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 이송장치는 상기 도포장치 및 상기 박막 건조장치 내에 각각 제공되며,
상기 각각의 이송장치는 상기 기판을 접촉 방식으로 이송시키는 롤 컨베이어 장치 및 상기 기판을 비접촉 방식으로 이송시키는 기판 부상 이송장치 중 어느 하나로 구현되거나 또는 양자가 함께 병용되는 방식으로 구현되는 박막 제조 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 도포장치와 상기 박막 건조장치 사이에 제공되며, 상기 기판 상에 도포된 상기 도포액을 예비적으로 가열하여 건조시키기 위한 적어도 하나의 예비 건조장치를 더 포함하는 박막 제조 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 예비 건조장치는 고온 진공 챔버 건조장치(HVCD: Hot Vacuum Chamber Dryer)로 구현되는 박막 제조 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 건조챔버는 상기 기판이 투입되는 투입구 및 건조가 완료된 상기 기판이 배출되는 배출구를 구비하는
박막 제조 시스템. - 삭제
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광대역 광원은 Xe, Kr, Ar, Ne, 및 He 중 적어도 하나의 불활성 가스를 포함하는 박막 제조 시스템. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광대역 광원으로 Xe 가스가 포함된 제논 램프가 사용되는 박막 제조 시스템. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광대역 광원은 상기 기판의 상부에 제공되는 복수의 광대역 광원으로 구현되되, 상기 기판의 이송방향에 대해 수평한 방향 및 수직한 방향 중 어느 한 방향으로 배열되거나, 또는 양자의 방향으로 배열되는 박막 제조 시스템. - 제12항에 있어서,
상기 복수의 광대역 광원은 상기 광원 구동부와 병렬 방식 또는 직렬 방식으로 연결되는 박막 제조 시스템. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광대역 광원부는 상기 광대역 광원을 수용하는 하우징을 더 포함하는 박막 제조 시스템. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는 펄스폭 변조(pulse width modulation: PWM) 방식을 사용하여 상기 광원 구동부를 제어함으로써 상기 광대역 광원에서 조사되는 광의 조사량을 제어하는 박막 제조 시스템.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210041001A KR102339910B1 (ko) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | 박막 건조장치 및 이를 구비한 박막 제조 시스템 |
PCT/KR2021/014341 WO2022211200A1 (ko) | 2021-03-30 | 2021-10-15 | 박막 건조장치 및 이를 구비한 박막 제조 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020210041001A KR102339910B1 (ko) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | 박막 건조장치 및 이를 구비한 박막 제조 시스템 |
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KR102339910B1 true KR102339910B1 (ko) | 2021-12-17 |
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Family Applications (1)
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KR1020210041001A KR102339910B1 (ko) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | 박막 건조장치 및 이를 구비한 박막 제조 시스템 |
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Citations (5)
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KR20010030785A (ko) * | 1998-07-30 | 2001-04-16 | 야마자키 요시쓰구 | 건조장치, 건조장치 집합체 및 건조방법 |
KR200360502Y1 (ko) | 2004-05-25 | 2004-08-31 | 나노플렉스(주) | 인쇄회로기판 제조용 액상 감광제 건조장치 |
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KR20190055448A (ko) * | 2017-11-15 | 2019-05-23 | 주식회사 케이씨텍 | 기판 처리 장치 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20140007523A (ko) * | 2012-07-09 | 2014-01-20 | 주식회사 나래나노텍 | 가변 파장을 이용한 기판 열처리 챔버 및 방법, 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 |
-
2021
- 2021-03-30 KR KR1020210041001A patent/KR102339910B1/ko active IP Right Grant
- 2021-10-15 WO PCT/KR2021/014341 patent/WO2022211200A1/ko active Application Filing
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Publication number | Publication date |
---|---|
WO2022211200A1 (ko) | 2022-10-06 |
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