KR101448347B1 - 척 플레이트를 이용한 마스크 얼라인 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 또는 디스플레이 소자 등을 제작하는 공정에서 기판과 마스크를 얼라인 하는 장치와 그 운용 방식에 관한 것으로, 종래 마스크를 UVW 모션으로 얼라인 하는 것은 척 플레이트를 이용하는 대면적 기판에 대해 그대로 적용하기에는 무리가 있어 이를 개선하기 위해 안출된 것이다.
본 발명에 따르면, 대면적 기판을 척 플레이트에 부착한 상태에서 척 플레이트를 로봇 팔로 된 후크로 상승 또는 하강시키면서, 척 플레이트를 UVW 모션으로 수평 및 수직 위치를 바로잡아 척 플레이트와 마스크를 얼라인 하여 간편하고도 정밀한 얼라인이 될 수 있다.

Description

척 플레이트를 이용한 마스크 얼라인 시스템{MASK ALIGNMENT SYSTEM USING CHUCK PLATE}

본 발명은 반도체 또는 디스플레이 소자 등을 제작하는 공정에서 기판과 마스크를 얼라인 하는 공정을 실시하는 마스크 얼라인 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 대면적 기판을 사용하는 경우 척 플레이트를 이용하여 마스크 얼라인을 실시하는 장비 및 그 운용방식에 관한 것이다.

종래, 디스플레이 패널의 제작은 기판이 그다지 대면적화되지 않은 상태였다. 그에 따라 기판에 박막을 증착하기 위해, 기판과 마스크를 얼라인 하는 공정은 기판을 고정한 상태에서 마스크를 움직여 얼라인 하였다. 즉, UVW 모션을 수행하는 로봇팔을 마스크 탑재 스테이지에 결합시켜 UVW 모션으로 자리를 잡아 마스크와 기판을 일치시켰다.

그러나, 상기와 같은 얼라인 동작은 기판이 대면적화됨에 따라 기판의 처짐 현상으로 인하여 실시하기 어려운 방식이 되었다. 대면적 기판의 크기는 가로와 세로가 모두 2m가 넘는 수준으로 처짐 현상이 심화 되어 이를 보완하기 위한 새로운 방식을 요하게 되어 수직으로 기판을 배치하는 방식이 고려되기도 하였으나, 상향식 증착을 이용할 경우는, 기판을 처짐 없이 고정할 수 있는 척 플레이트(chuck plate)를 필요로 하게 되었고(대한민국 등록특허 제10-0554046호), 그에 따라 척 플레이트에 부착되어 일체화되어 있는 대면적 기판과 그에 맞추어 대면적화된 마스크를 종래와 같이 마스크 쪽에서 UVW 모션을 실시하여 기판과 마스크를 얼라인 시키는 방식은 척 플레이트를 적용한 시스템에 대해서는 불합리적인 방식이 된다. 즉, 종래 얼라인 방식은 얼라인용 후크를 척 플레이트와 일체화된 기판 아래에 놓여 있는 마스크에 접근시키고 마스크를 들어올려 UVW 모션을 실시하여야 하므로 얼라인 장비 구성 및 구동 방식의 복잡성으로 개선을 요하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 대면적 기판을 사용하는 경우에 대하여, 척 플레이트와 일체화된 기판과 마스크를 얼라인시키는 방식을 새롭게 개선하여, 얼라인 장비의 제작 및 운용을 간편하게 하면서도 얼라인 공정의 정확성을 확보하고자 하는 것이다.

그에 따라 본 발명은 대면적 기판을 척 플레이트에 부착한 상태에서 척 플레이트를 UVW 스테이지와 연결된 후크로 들어올려 UVW 모션으로 마스크에 얼라인 시키는 새로운 마스크 얼라인 시스템을 제안한다.

본 발명에 따르면, 대면적 기판을 부착한 척 플레이트를 움직여 마스크와 기판을 얼라인 함으로써 종래 마스크를 움직여 얼라인 하는 방식으로는 구현하기 어려운 대면적 기판의 상향식 증착 공정을 위한 마스크 얼라인을 훨씬 간편한 장비 구동으로 실시할 수 있고, 얼라인의 정확성 또한 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마스크 얼라인 시스템의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2 내지 도 7은 도 1의 마스크 얼라인 시스템의 얼라인 동작을 단계별로 나타내는 단면도들로,
도 2는 마스크와 척 플레이트의 반입 과정,
도 3은 후크를 하강시켜 척 플레이트에 결합시키고, 마스크를 센터링하는 과정,
도 4는 후크 단부와 척 플레이트를 결합 또는 분리하는 방법,
도 5는 후크로 척 플레이트를 상승시킨 후 척 플레이트 이송 수단을 후퇴시키는 과정,
도 6은 척 플레이트를 하강시켜 UVW 스테이지를 구동하여 얼라인 하는 과정,
도 7은 얼라인 후 척 플레이트를 마스크에 합착시킨 후 후크를 초기 위치로 이동하는 과정,
도 8은 마스크 센터링용 샤프트를 하강시켜 합착된 마스크와 척 플레이트를 이송롤러에 안착시킨 후 이송시키는 과정을 나타낸다
도 9 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 마스크 얼라인 시스템의 얼라인 과정들을 나타낸 단면도들로 대한민국 등록특허제10-0468792호에 기재된 PMA(Permanent Magnet Array)가 이용되어 얼라인 하는 과정을 나타낸다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1 실시예

도 1은 본 발명의 마스크 얼라인 시스템의 구성을 나타내며, 이송 수단(150) 및 (250)에 의해 각각 반입 반송되는 마스크(100)와 척 플레이트(200), 마스크(100)의 초기 위치를 정해주는 센터링 수단(170), 얼라인을 위해 척 플레이트(200)의 수평 수직 위치를 정밀 제어로 정해주는 UVW 스테이지(300), 척 플레이트(200)를 UVW 스테이지(300) 모션에 전달하는 후크(400)와 후크(400)를 UVW 스테이지(300)에 연결하는 후크 홀더(450) 및 이들을 구동시키는 구동 수단(500)이 구성 요소가 된다. 후크(400)는 일종의 로봇 팔로 구성되며, 후크 홀더(450)와 로봇 팔 형태의 후크(400)는 별도로 구성하고 별도로 명명하였으나, 전체를 일체로 형성하고 전체를 단순히 후크(400)로 지칭할 수도 있다.

상기와 같은 구성 요소들을 포함한 마스크 얼라인 시스템의 동작은 도 2 내지 도 7에 나타낸 바와 같이 순차적으로 구동된다.

먼저, 얼라인 챔버(미 도시) 안으로 마스크(100)와 척 플레이트(200)가 이송 수단(150) 및 (250)에 의해 각각 반입된다(도 2 참조). 척 플레이트(200)에는 기판(미 도시)이 부착되어 있음은 물론이다.

다음, 마스크(100)가 센터링 수단(170)에 의해 들어 올려지고, 동시에 구동 수단(500)에 의해 후크(400)이 하강하여 척 플레이트(200)와 결합한다. 후크(400)의 하단부는 척 플레이트(200)와 결합할 수 있는 걸림턱을 구비하며, 척 플레이트(200)에도 상기 후크(400)의 걸림턱이 걸릴 수 있는 홀(hole)을 구비하여 결합할 수 있다, 예로서, 후크(400)의 하단부 걸림턱과 홀의 형상을 도 4와 같이 장축의 길이가 서로 다른 두 개의 다각형 또는 타원이 수직으로 중첩된 형상으로 만들고, 상기 후크 하단부는 홀을 이루는 중첩된 두 도형의 서로 다른 두 개의 장축의 길이에 대하여 그 중간 길이를 장축으로 하여 구성한다. 그에 따라 후크(400)를 장축이 긴 쪽으로 홀에 넣고, 그 상태에서 90도 회전시켜 빠져나오지 못하게 하여 결합시킬 수 있다. 결합을 해제하고자 할 때에는 반대방향으로 다시 회전시켜 원위치로 돌린 후 후크(400)를 상승시켜 홀로부터 이탈시킨다. 이러한 결합/해제방식은 바람직한 예시이나 한정적인 것은 아니고 다른 변형이 가능하다. 즉, 홀은 직사각형, 마름모, 삼각형, 오각형과 같은 다각형이나 타원을 중첩시켜 구성할 수 있다.

마스크(100)의 센터링은 마스크(100)가 반송되어 온 위치가 올바른지를 검토하는 과정이자 초기 위치 확인 과정으로, 마스크(100) 저면에 미리 형성된 반구형 오목부에 실린더형 센터링 수단(170)이 상승하여 실린더 단부의 볼록부가 상기 오목부와 맞물리면서 이루어진다. 이와 같이 하여, 마스크(100)의 센터링 과정과 후크(400)의 척 플레이트(200) 결합과정이 실시된다.

다음으로, 도 5와 같이, 척 플레이트(200)는 후크(400)의 상승동작으로 상승되고, 척 플레이트 이송수단(250)은 물러나게 된다. 이때 도시하지는 않았으나, 추가적인 실린더형 센터링 수단으로 척 플레이트(200)의 센터링을 상기 원리와 동일한 방식으로 진행할 수 있다.

다음, 도 6과 같이, 척 플레이트(200)를 하강시키고, 얼라인 동작을 진행하게 된다. 마스크(100)와 척 플레이트(200)의 얼라인은 비전을 통해, 미리 마킹된 마크를 확인하면서 실행되며, 이에 대한 기술은 당업자에게 자명한 사항이다.

본 실시예의 경우, 기판과 마스크의 코너 4 곳에 마킹을 하여 두 곳의 연결선인 한 대각선의 중심으로 한차례 얼라인을 한 다음, 나머지 두 곳의 연결선의 대각선의 중심을 좀 더 미세한 마크를 이용하여 얼라인 하도록 구성하였다. 따라서 마스크(100) 가까이 하강 된 척 플레이트(200)의 수평 수직 위치를 UVW 스테이지(300)로, 비젼으로 확인해 가면서 얼라인하게 된다. 마스크(100)와 척 플레이트(200)가 정밀하게 얼라인 된 상태에서, 후크(400)를 미세 제어하여 척 플레이트(200)를 하강시켜 마스크(100) 상에 안착시킴으로써 얼라인 공정이 완료된다.

대면적 기판을 부착한 척 플레이트와 대면적 마스크는 모두 수백 킬로그램의 하중을 지녀, 척 플레이트(200)가 마스크(100)에 안착 되면 자중에 의해 충분히 위치안정성을 나타내므로, 그 상태 그대로 마스크 이송 수단(150)을 이용하여 공정 챔버로 반송하면 된다.

또한, 상기 척 플레이트(200) 안에 자석을 내장시켜 마스크(100) 위에 탑재되는 순간 자기력에 의해 마스크와 기판 사이에 틈이 발생하지 않도록 마스크를 부착하게 할 수도 있으나, 이는 얼라인 공정 이후 척킹 공정으로 별도 실시할 수 있어 상세한 설명은 생략한다.

제2 실시예

다음은 상기 실시예에 대한 약간의 변형을 가한 변형 실시예에 대한 설명이다.

여기서는 구동 수단(500)에는 대한민국 등록특허제10-0468792호에 기재된 PMA(Permanent Magnet Array)가 포함될 수 있으며, 상기 공보의 내용은 본 발명과 관련되어 편입 및 참조 된다. 즉, 구동 수단(500)에 PMA 척킹 유닛(610)을 추가하여 마스크(100)와 척 플레이트(200)의 부착에 자기력을 이용하는 것이 상기 제1 실시예와의 차이점으로 나머지 구동은 거의 동일하다. 도면 부호도 제1 실시예와 동일한 부재에 대하여는 동일하게 사용한다.

도 9에 PMA 척킹 유닛(610)을 표시하였으며, 상기 도 2의 과정처럼 도 9에서도 얼라인 챔버(미 도시) 안으로 마스크(100)와 척 플레이트(200)가 이송 수단(150) 및 (250)에 의해 각각 반입되는 것을 나타낸다.

다음, 마스크(100)가 센터링 수단(170)에 의해 들어 올려지고, 센터링 되며, 동시에 구동 수단(500)에 의해 후크(400)가 하강하여 척 플레이트(200)와 결합한다(도 10, 도 11 참조).

다음, 도 11과 같이, 후크(400)가 척 플레이트(200)를 상승시키고, 이송수단(250)은 후퇴하며, 척 플레이트(200)는 센터링 수단(미 도시)에 의해 센터링 된다.

다음, 척 플레이트(200)와 PMA 척킹 유닛(610)이 하강하여 마스크(100)에 근접한 위치에 오게 되며, UVW 스테이지(500) 모션으로 하강 된 척 플레이트(200)의 수평 수직 위치를 조종하여 마스크(100)와 얼라인 시킨다(도 12 참조).

얼라인 후 척 플레이트(200)를 마스크(100)위에 안착시킨 후, PMA 척킹

유닛(610)을 하강시켜 척 플레이트 내부에 있는 PMA(600)를 하강시켜

마스크(100)(의 인바 시트)를 자기력으로 척 플레이트(200)에

부착시킨다(chucking). 물론 척 플레이트(200)에는 기판이 부착되어 있어 마스크(100)(의 인바 시트)는 기판에 부착된다(도 13 참조).

마스크(100)와 척 플레이트(200) 합착 후 마스크(100)(의 인바 시트) 척킹(chucking)이 완료되면 후크(400)를 회전시켜 척 플레이트(200)와의 결합을 해제하고 원위치로 상승시키며, 이때 PMA 척킹 유닛(610)도 함께 상승 된다(도 14 참조).

얼라인 공정 실시 중 양 옆으로 물러나 있던 이송 수단(150)이 다시 원위치로 돌아와 다음 척 플레이트(100) 반송을 위해 대기하며 척 플레이트(200)가 탑재된 마스크(100)는 센터링 수단(170)이 하강하여 마스크 이송 수단(250)에 안착되어 반송된다(도 15 참조).

얼라인 공정 실시 중 양 옆으로 물러나 있던 이송 수단(150)이 다시 원위치로 돌아와 척 플레이트(200)가 탑재된 마스크(100)를 반송한다(도 15 참조).

이와 같이 하여, 대면적 기판과 마스크를 용이하고도 정밀하게 얼라인 할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 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.

100: 마스크
150, 250: 이송 수단
170: 센터링 수단
200: 척 플레이트
300: UVW 스테이지
400: 후크
450: 후크 홀더
500: 구동 수단
600: PMA
610: PMA 척킹 유닛

Claims (5)

1. 삭제
2. 기판을 부착한 척 플레이트;
   상기 기판에 얼라인 되어야 하는 마스크;
   상기 척 플레이트의 기판과 마스크를 얼라인 시키기 위한 UVW 스테이지;
   상기 UVW 스테이지의 모션을 상기 척 플레이트에 전달하도록 상기 UVW 스테이지와 연결되며, 상기 척 플레이트와 결합 및 해제가능한 후크;
   상기 UVW 스테이지와 후크를 구동하는 구동 수단;
   마스크와 척 플레이트를 각각 반입 및 반송하는 이송 수단; 및
   마스크의 얼라인 챔버 내 반입 시, 반입된 위치를 확인 및 제어하는 센터링 수단;을 포함하여,
   이송 수단에 의해 마스크가 얼라인 챔버 내로 반입되면 상기 센터링 수단이 상기 마스크를 지지하며 센터링하고,
   상기 구동 수단에 의해, 상기 후크를 상기 척 플레이트에 결합시키고,
   상기 UVW 스테이지를 구동시켜 상기 척 플레이트의 수평 및 수직 위치를 바로잡아 상기 척 플레이트의 위치를 상기 마스크의 위치에 얼라인 시키는 것을 특징으로 하는 척 플레이트를 이용한 마스크 얼라인 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 구동 수단에 의해 구동되며, 상기 UVW 스테이지와 후크에 의해 상기 척 플레이트의 위치를 상기 마스크의 위치에 얼라인 시킨 후, 상기 구동수단에 의해 하강 되어 상기 척 플레이트의 기판에 마스크를 부착시키는 PMA(Perment Magnet Array)척킹 유닛과 PMA를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 척 플레이트를 이용한 마스크 얼라인 시스템.
4. 삭제
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 후크와 상기 척 플레이트의 결합과 해제를 위하여,
   상기 척 플레이트에 장축의 길이가 서로 다른 두 개의 다각형 또는 타원이 수직으로 중첩된 형상의 홀을 형성하고,
   상기 후크 하단부는 홀을 이루는 중첩된 두 도형의 서로 다른 두 개의 장축의 길이에 대하여 그 중간 길이를 장축으로 하는 다각형 또는 타원 형상의 단부를 형성하여, 상기 후크를 장축 길이가 큰 쪽으로 홀에 넣은 상태에서 90도 회전시켜 후크가 홀을 빠져나오지 못하게 하여 결합시키고,
   결합을 해제하고자 할 때에는 반대방향으로 회전시켜 원위치로 돌린 후 후크를 상승시켜 홀로부터 이탈시키는 것을 특징으로 하는 척 플레이트를 이용한 마스크 얼라인 시스템.
   
   
   
   
   
   

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