KR101809803B1 - 기판을 안정화시키는 밀착판을 구비한 기판 얼라인 시스템 - Google Patents

기판을 안정화시키는 밀착판을 구비한 기판 얼라인 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 대면적 기판을 마스크에 얼라인 하는 과정에서, 기판의 진동을 방지하고 기판 처짐 현상을 제거할 수 있는 얼라인 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 기판과 마스크를 정렬시키기 위해, 기판 아래 편에 마스크를 배치한 상태에서, 기판 로딩 핀에 의해 인수된 기판을 기판 위에서 눌러주는 밀착 판을 포함한 얼라인 시스템을 제공한다.
즉, 본 발명은, 대면적 기판을 밀착 판의 자중으로 눌러 기판을 펴지게 함으로써 기판 처짐 현상을 방지하고, 나아가 로딩 핀에 의해 지지 되어 있는 기판이 진동하는 현상도 방지한다.
본 발명에서, 로딩 핀에 지지 된 기판은 밀착 판에 의해 가압 된 상태에서 기판 아래 편에 놓여 있는 마스크를 UVW 스테이지에 연동시켜 센터링 동작을 하여 기판-마스크 얼라인을 실시하거나, 밀착 판에 의해 가압 된 상태의 기판을 지지하는 로딩 핀이 설치된 로딩핀 유닛을 UVW 스테이지에 연동시켜 기판을 움직여 기판-마스크 얼라인을 실시할 수 있다.

Description

기판을 안정화시키는 밀착판을 구비한 기판 얼라인 시스템{ALIGN SYSTEM WITH SUBSTRATE TIGHTENING PLATE FOR STABILIZING SUBSTRATE}
본 발명은 기판에 박막을 증착하여 각종 반도체 소자, 디스플레이 패널 등을 제조함에 있어서, 기판과 박막 소자 패턴을 포함한 마스크를 서로 정밀하게 일치시키는 얼라인 공정에 필요한 장치에 관한 것이다.
디스플레이 패널 등을 만들기 위해 유리기판에 박막 소자를 증착한다. 생산성 향상 등을 이유로 기판은 점점 더 대면적화되고 있다. 대면적 기판을 패턴이 형성된 마스크에 얹어 진공 챔버 안에서 증발원으로 박막 소자를 증착하는 것이다. 이때, 대면적 기판은 마스크와 정확하게 정렬되어야 하는데, 이러한 얼라인 공정은 기판이 대면적일수록 여러 가지 어려움이 따른다. 대면적 기판을 안정되게 들어올리는 것이 쉽지 않고, 마스크와 정확하게 얼라인 시키는 것도 쉽지 않다. 대면적이면서 두께가 얇은 유리기판은 핸들링하는 동안 심하게 진동하기 때문에 얼라인 자체가 정확도를 확보하기 어렵다. 또한, 기판이 정지된 상태에 있는 경우에도 중력에 의해 중심부가 처지는 현상이 나타난다. 기판이 처진 상태에서 마스크와 얼라인된 경우도 상당히 큰 오차를 지니게 되어 쉐도 효과를 받아 박막 소자 형성 및 이후 제조단계에서 모두 품질의 악화를 가져올 수 있다.
대한민국 등록특허 10-1479943호는 기판 처짐에 의한 얼라인 부정확 문제를 해결하기 위해 기판이 처진 중심부에서 얼라인을 실시하는 방법을 제안한다. 그러나 이러한 방법은 실제 기판 얼라인을 위해 기판을 움직여야 하는 경우, 기판의 심한 진동 현상에 의한 부정확과 취약성을 해결할 수 없다.
따라서 본 발명의 목적은 대면적 기판을 마스크에 얼라인 하는 과정에서, 기판의 진동을 방지하고 기판 처짐 현상을 제거할 수 있는 얼라인 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 기판과 마스크를 정렬시키기 위해, 기판 아래 편에 마스크를 배치한 상태에서, 기판 로딩 핀에 의해 인수된 기판을 기판 위에서 눌러주는 밀착 판을 포함한 얼라인 시스템을 제공한다.
즉, 본 발명은, 대면적 기판을 밀착 판의 자중으로 눌러 기판을 펴지게 함으로써 기판 처짐 현상을 방지하고, 나아가 로딩 핀에 의해 지지 되어 있는 기판이 진동하는 현상도 방지한다.
본 발명에서, 로딩 핀에 지지 된 기판은 밀착 판에 의해 가압 된 상태에서 기판 아래 편에 놓여 있는 마스크를 UVW 스테이지에 연동시켜 센터링 동작을 하여 기판-마스크 얼라인을 실시하거나, 밀착 판에 의해 가압 된 상태의 기판을 지지하는 로딩 핀이 설치된 로딩핀 유닛을 UVW 스테이지에 연동시켜 기판을 움직여 기판-마스크 얼라인을 실시할 수 있다.
상기에서, 밀착 판은 두 개의 플레이트로 구성되고, 상부 플레이트와 하부 플레이트는 서로 연결되어 있되, 서로 간격을 두고 연결 부재에 의해 연결되고, 상부 플레이트는 밀착 판을 구동할 수 있는 구동부에 연결되어, 기판이 로딩 핀으로 로딩 되면, 밀착 판 구동부가 밀착 판을 하강시켜, 밀착판의 하부 플레이트가 기판 윗면에 닿아 하부 플레이트의 자중으로 기판을 밀착 가압하여 기판 처짐 현상과 기판 떨림 현상을 제거한다.
상기에서, 마스크는 기판과 합착 된 후, 기판을 클램프로 고정하여, 기판을 이송하는 트레이의 기능을 겸하는 트레이 겸용 마스크로 구성될 수 있다.
또한, 상기에서, 기판-마스크 얼라인 공정은 다소 긴 시간이 걸리므로, 전체 공정의 택 타임을 줄이기 위해, 마스크를 얼라인 챔버로 반입하는 셔틀을 듀얼형으로 구성하여(대한민국 특허출원 제10-2015-0033366호: '챔버와 얼라인 챔버가 통합된 증착 시스템' 참조), 하나의 셔틀이 두 개의 마스크를 나란히 실어나르며, 하나의 기판이 얼라인 된 직후, 대기중이던 나머지 기판이 즉시 얼라인 공정에 들어갈 수 있게 한다.
본 발명에 따르면, 밀착 판이 자중으로 기판을 눌러 기판이 처지지 않게 하여 주며, 얼라인 과정에서 기판이 떨리는 현상도 제거하여 준다. 그에 따라 기판과 마스크의 얼라인이 안정되게 이루어지고 얼라인의 정확도가 크게 향상된다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판이 합착되는 마스크가 트레이를 겸하기 때문에 별도의 기판 이송용 척 플레이트를 요하지 않아 장비가 간소화되고, 척 플레이트가 차지하는 공간으로 인해 챔버 높이를 높게 구성해야 했지만, 마스크 겸용 트레이만으로 기판이 운반되기 때문에 챔버의 천장이 낮아질 수 있어, 결과적으로 챔버 진공화에 드는 에너지가 절약된다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판-마스크 얼라인 시, 기판이 위에 있고 마스크가 기판 아래에 있는 상태로 합착 되어 증착을 위해 기판-마스크를 뒤집는 플립 동작을 요하지 않아 설비와 택 타임이 모두 절감된다.
도 1은 본 발명에 대한 실시예를 설명하기 위한 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 밀착판(200) 구성을 설명하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 변형 실시예를 설명하기 위한 단면 구성도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 얼라인 챔버 내에서 기판(100)이 로봇에 의해 반입된 상태를 보여준다. 얼라인 챔버 내에는 기판(100)을 인수하는 로딩 핀(650)이 설치된 로딩 핀 유닛(600)이 있고, 얼라인 동작을 실행하는 UVW 스테이지(500)가 마스크(트레이) 센터링 유닛(550)과 연결되어 있다. 셔틀(400)은 듀얼 형으로 되어 있어 두 개의 마스크(300)를 나란히 탑재하여 챔버 내로 반입한다. 이는 하나의 마스크(300)에 먼저 기판(100)을 얼라인 하고, 나머지 하나의 마스크는 로딩되어 대기 상태로 있다가 얼라인이 완료된 기판-마스크가 반출되는 동시에 대기하던 마스크가 얼라인을 시작할 수 있어 택 타임을 줄이는 데 기여한다. 듀얼형 셔틀은 대한민국 특허출원 제10-2015-0033366호: '챔버와 얼라인 챔버가 통합된 증착 시스템'에 그 구성과 동작이 잘 나와 있어 본 발명에 참조 되고 편입될 수 있다. 듀얼형 셔틀은 얼라인 시간이 길어 전체 증착시스템의 택 타임을 증가시키는 것을 해결하기 위한 구성이다. 즉, 듀얼형 셔틀은 한번에 두 장의 마스크 또는 기판을 탑재할 수 있는 구성으로 되어, 듀얼형 셔틀의 한편에 탑재된 마스크에 기판이 얼라인 되는 동안, 다른 편에 마스크를 새로 인수받고, 먼저 얼라인되는 기판이 얼라인을 마치면 한 구간을 이동하여 얼라인된 기판은 반출하고 다른 편에 탑재된 마스크를 얼라이너에 놓이게 한다.
또한, 본 실시예에서 적용하는 마스크(300)는 기판(100)을 고정할 수 있는 클램프(350)를 구비하여 기판을 운반할 수 있는 트레이 겸용 마스크이다. 따라서 기판-마스크를 별도의 척킹 장치로 척킹하여 운반할 필요가 없어 척 플레이트를 구성하지 않기 때문에 얼라인 챔버의 높이를 높게 할 필요가 없다. 이는 챔버 부피가 줄게 되고 그만큼 진공화하는 데 드는 에너지를 절약하게 된다.
본 발명의 가장 중요한 특징은 밀착 판(200)이 얼라인 챔버 내에 배치된다는 것이다. 밀착 판(200)은 밀착판 구동부(250)에 의해 업/다운 동작이 실시될 수 있다. 또한, 밀착 판(200) 자체는 두 개의 별도 플레이트로 구성되는데, 상부 플레이트(201)와 하부 플레이트(202)는 서로 간격을 두고 연결 부재(900)에 의해 연결된다. 연결 부재(900)는 도 2에 나타내었고, 대한민국 특허출원 제10-2015-0030179호에 더욱 잘 나와 있어 본 발명에 참조 되고 편입될 수 있다. 예를 들면, 걸쇠, 볼트/너트, 고리와 같은 연결 부재(900)가 상부 플레이트와 하부 플레이트를 연결하되, 서로 틈새를 두고 연결한다. 본 실시예는 머리부(910)로부터 연장된 기둥형 연장부(920)를 갖는 고정부재와 위치를 안정되게 잡도록 부쉬(950)를 사용하여 부싱한 연결 부재(900)를 적용하였다.
이러한 구성은 밀착판 구동부(250)에 의해 두 개의 플레이트 모두 업/다운 동작은 함께 실시되게 하고, 하부 플레이트가 기판(100) 윗면에 밀착되었을 때, 오로지 하부 플레이트의 자중으로 기판(100)을 누르게 한다.
이러한 구성을 통해 기판-마스크 얼라인은 다음과 같이 실시된다.
먼저 마스크(300)가 셔틀에 의해 반입되며, 이때 마스크(300)는 페이스 업 상태로, 클램프가 배치된 페이스가 위를 보고 있다.
기판(100)은 로봇이 반입하여 주며, 기판(100)이 챔버 내로 들어오면, 로딩 핀(600)이 상승하여 기판(100)을 지지하여 인수하고 로봇은 챔버 밖으로 나간다. 이때 클램프(350)가 오픈 될 수 있다. 마스크(300)는 마스크(트레이) 센터링 유닛(550)이 지지하고 셔틀은 챔버 외부로 나간다.
그리고, 밀착 판(200)이 밀착 판 구동부(250)에 의해 내려와 기판(100) 윗면에 접하게 된다. 상술한 것처럼 밀착판(200)의 하부 플레이트가 그 자중으로 기판(100)을 눌러, 기판(100)이 아래로 처지는 현상을 방지한다. 로딩 핀(350)들에 의해 지지 된 기판(100)은 작은 업/다운과 같은 동작에 대해서도 심하게 떨리는 현상이 있으나, 밀착판(200)의 자중으로 가압 되면, 그러한 진동이 거의 일어나지 않는다. 가압 된 기판을 로딩 핀이 약간 상승시키고 얼라인 동작을 하게 된다. 이때, 밀착판, 가압 된 기판 및 로딩 핀이 얼라인 위치로 동시에 하강하여 얼라인 동작을 하게 된다. 따라서 기판-마스크(300)의 얼라인이 안정되고 정확하게 이루어질 수 있다.
얼라인은 다음과 같이 두 가지 방식으로 실시될 수 있다.
1. 얼라인은 UVW 스테이지(500)가 트레이 센터링 유닛(550)으로 마스크(300)를 지지하고 센터링하여 실시된다. 얼라인 된 후, 로딩 핀이 하강하여 기판(100)을 마스크(300)에 합착시키며, 밀착판(200)도 함께 하강하여 밀착상태를 유지한 상태에서 클램프(350)가 클로즈 되어 기판(100)이 마스크(300)에 고정된다. 이때, 밀착판의 밀착 상태를 유지하여 클램핑 시 기판이 틀어지지 않게 된다. 밀착 판(200)은 상승되어 기판에서 이격 되고, 트레이 센터링 유닛(550)도 하강하고, 셔틀이 기판-마스크 합착체를 탑재하고 얼라인 상태를 비젼으로 점검한 다음, 셔틀이 기판-마스크 합착체를 운반하여 얼라인 챔버로부터 반출한다.
2. 상기 실시예를 변형하여 UVW 스테이지(500)가 로딩 핀 유닛(600)에 연결되어 기판(100)이 밀착판(200)에 밀착된 상태에서 얼라인 동작이 실시될 수 있다(도 3 참조).
얼라인된 후, 로딩 핀이 하강하여 밀착판(200)과 함께 하강 된 기판(100)을 마스크(300)에 합착시키며, 밀착판(200)은 상승 되어 기판에서 이격 되고, 셔틀이 기판-마스크 합착체를 탑재하고 얼라인 상태를 비젼으로 점검한 다음, 셔틀이 기판-마스크 합착체를 운반하여 얼라인 챔버로부터 반출한다.
위와 같이 공정을 1, 2 두 가지로 한 이유는 1번으로 공정 진행시 보다 2번 공정 진행은 기판에 데미지를 주거나 스크래치가 발생할 위험이 줄어들기 때문이다.
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: 기판
200: 밀착 판
201: 상부 플레이트
202: 하부 플레이트
250: 밀착 판 구동부
300: 마스크
350: 클램프
400: 셔틀
500: UVW 스테이지
550: 마스크 센터링 유닛
600: 로딩 핀 유닛
900: 연결 부재
910: 머리부
920: 연장부
950: 부쉬

Claims (4)

  1. 기판과 마스크를 얼라인하기 위한 얼라인 챔버 내에,
    로봇에 의해 상기 얼라인 챔버 내로 반입된 기판을 인수하여 기판을 지지하는 로딩 핀;
    상기 기판과 얼라인 되고 합착 되기 위한 마스크의 저면을 지지하는 마스크 센터링 유닛;
    상기 기판과 마스크의 얼라인을 실시하기 위하여 상기 마스크 센터링 유닛과 연동 되는 UVW 스테이지; 및
    기판 아래 편에 마스크를 배치한 상태에서, 기판 로딩 핀에 의해 인수된 기판을 기판 위에서 눌러주는 밀착 판;를 포함하고,
    상기 로딩 핀은 상승과 하강 동작이 가능하여 상기 기판의 저면을 지지하며,
    상기 로딩 핀에 지지 된 기판은 상기 밀착 판에 의해 가압 된 상태에서 기판 아래 편에 놓여 있는 마스크를 UVW 스테이지에 연동시켜 센터링 동작을 하여 기판-마스크 얼라인을 실시하는 것을 특징으로 하는 얼라인 시스템.
  2. 기판과 마스크를 얼라인하기 위한 얼라인 챔버 내에,
    로봇에 의해 상기 얼라인 챔버 내로 반입된 기판을 인수하여 기판을 지지하는 로딩 핀;
    상기 기판과 얼라인 되고 합착 되기 위한 마스크의 저면을 지지하는 마스크 센터링 유닛;
    상기 기판과 마스크의 얼라인을 실시하기 위해 로딩 핀이 설치된 로딩핀 유닛에 연동 되는 UVW 스테이지; 및
    기판 아래 편에 마스크를 배치한 상태에서, 기판 로딩 핀에 의해 인수된 기판을 기판 위에서 눌러주는 밀착 판;를 포함하고,
    상기 로딩 핀은 상승과 하강 동작이 가능하여 상기 기판의 저면을 지지하며,
    상기 밀착 판에 의해 가압 된 상태의 기판을 지지하는 로딩 핀이 설치된 로딩핀 유닛을 UVW 스테이지에 연동시켜 기판을 움직여 기판-마스크 얼라인을 실시하는 것을 특징으로 하는 얼라인 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 밀착 판은 두 개의 플레이트로 구성되고, 상부 플레이트와 하부 플레이트는 서로 연결되어 있되, 서로 간격을 두고 연결 부재에 의해 연결되고, 상부 플레이트는 밀착 판을 구동할 수 있는 구동부에 연결되어, 기판이 로딩 핀으로 로딩 되면, 밀착 판 구동부가 밀착 판을 하강시켜, 밀착판의 하부 플레이트가 기판 윗면에 닿아 하부 플레이트의 자중으로 기판을 밀착 가압하여 기판 처짐 현상과 기판 떨림 현상을 제거하는 것을 특징으로 하는 얼라인 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 마스크는 클램프를 구비하여, 기판과 마스크가 합착 된 후, 기판을 클램프로 고정하며, 기판과 마스크가 합착된 상태에서 마스크를 이송함으로써 기판이 이송되어, 마스크가 트레이의 기능을 겸하는 트레이 겸용 마스크로 구성되는 것을 특징으로 하는 얼라인 시스템.












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