KR101844317B1 - 기판 정렬 장치 및 기판 정렬 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 기판 정렬 장치는 3축 방향으로 이동이 가능한 제1 이동체; 상기 제1 이동체에 고정되어 연동하고, 1축 방향으로 독립적으로 이동이 가능한 제2 이동체; 상기 제1 이동체의 하단부로부터 내측으로 연장되어 기판의 제1 면을 지지하는 복수의 기판 지지부재; 상기 제2 이동체에 연결되어 이동함으로써 상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면을 가압하는 기판 가압부재; 및 상기 제1 이동체 내지 제2 이동체를 독립적으로 구동시킬 수 있는 제1 구동부를 포함할 수 있다.

Description

기판 정렬 장치 및 기판 정렬 방법{Apparatus and Method for aligning substrate}
본 발명은 기판 정렬 장치 및 기판 정렬 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 처짐 등으로 인한 기판 오정렬을 해소할 수 있는 기판 정렬 장치 및 기판 정렬 방법에 관한 것이다.
대화면 디스플레이 제조를 위해서는 대면적 기판 상에 필요한 박막을 증착하는 등의 다양한 공정을 수행하는 것이 필수적이다. 박막을 증착하는 증착기 장비 중 기판 정렬 장치(Aligner)는 기판이 마스크(Mask) 상에 정확히 안착할 수 있도록 정렬하는 장비이다. 기판에 증착 패턴이 형성되기 전, 기판과 마스크의 정밀한 위치 정렬이 수행된다. 이러한 위치 정렬에는 x, y, θ에 대한 기판과 마스크의 얼라인 마크 얼라인 기능을 적용한 수평 얼라이너가 사용된다. 그러나 기존에 널리 사용되는 상향식 증착법의 경우 기판 및 마스크, 정렬(align) 기구 등이 증착챔버의 상부에 존재하기 때문에 이들을 지지하는 구조물이 불안정할 수밖에 없으며, 마스크 및 기판의 처짐 현상이 발생하여 정밀한 얼라인 공정이 쉽지는 않았다.
최근의 대형화된 글라스는 점차 대형화되어 처짐 현상이 더욱 심한데, 이를 위하여 종래에는 기판의 모든 사이드를 지지하는 방법을 이용하였으나 기판의 대형화에 따른 기판의 중앙부 처짐 현상이 발생하게 되므로, 기판의 가장자리에 위치하는 정렬 키의 위치가 쳐지는 방향으로 이동을 하게 되고 정렬 후 마스크와 기판의 부착 시에 마스크에 의해서 다시 기판이 펴지면서 기판의 정렬 키는 펴지는 방향으로 이동하게 된다. 따라서, 부착 전에 카메라로 확인했던 정렬 키의 위치가 틀어지면서 오정렬의 문제가 발생된다.
또한, 최근 들어 기판 정렬 키와 마스크 정렬 키를 확인하여 정렬하는 공정에 있어서 정렬하는 두 개의 정렬 키를 인식하는 카메라의 촬상 정밀도 역시 중요하다. 종래의 기판 정렬 장치에서는 대기 중에 설치되는 카메라와 진공 중에 제공되는 기판 사이의 거리는 대기와 진공을 구분하는 챔버 구조로 인해서 증가될 수 밖에 없어서 카메라의 촬상 정밀도 성능이 저하되고, 이로 인해 마스크와 기판의 오정렬이 발생하는 문제점도 존재한다.
한국공개특허 제10-2008-0081733호
본 발명은 마스크와 기판을 정밀하게 정렬시킬 수 있는 기판 정렬 장치 및 기판 정렬 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 기판 정렬 장치는 3축 방향으로 이동이 가능한 제1 이동체; 상기 제1 이동체에 고정되어 연동하고, 1축 방향으로 독립적으로 이동이 가능한 제2 이동체; 상기 제1 이동체의 하단부로부터 내측으로 연장되어 기판의 제1 면을 지지하는 복수의 기판 지지부재; 상기 제2 이동체에 연결되어 이동함으로써 상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면을 가압하는 기판 가압부재; 및 상기 제1 이동체 내지 제2 이동체를 독립적으로 구동시킬 수 있는 제1 구동부를 포함할 수 있다.
상기 제1 이동체와 제2 이동체 사이에 제공되어 상기 제2 이동체에 탄성력을 제공하는 제1 탄성부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 이동체와 상기 기판 가압부재 사이에 제공되어 상기 가압단부에 탄성력을 제공하는 제2 탄성부재를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 기판 지지부재는 상기 제1 면의 가장자리를 지지하고, 상기 기판 가압부재는 상기 제2 면의 가장자리를 가압할 수 있다.
상기 기판 상에 형성된 정렬 키를 촬상하는 카메라 본체부; 상기 카메라 본체부에 연결되어 상기 정렬 키의 광학 정보를 상기 카메라 본체부에 전달하는 렌즈를 수용하는 경통부; 상기 카메라 본체부를 고정하는 카메라 고정 브라켓; 및
상기 카메라 고정 브라켓에 연결되어 상기 카메라 본체부가 3축 방향으로 이동할 수 있도록 구동력을 제공하는 제2 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 경통부의 단부 외측에 대칭적으로 배치되어, 상기 경통부의 단부에 탄성력을 제공하는 제3 탄성부재를 더 포함할 수 있다.
상기 경통부의 단부와 상기 제3 탄성부재 사이에 제공되어 상기 경통부가 1축 방향으로 선형 이동할 수 있도록 가이드하는 선형 이동 가이드부를 더 포함할 수 있다.
상기 경통부의 단부에 체결되는 연결 프레임; 및 상기 연결 프레임에 제공되어 상기 정렬 키를 향하여 빛을 발광하는 광원부를 더 포함할 수 있다.
상기 기판을 외부 공간과 차단된 상태에서 수용할 수 있도록 챔버 벽으로 둘러싸인 내부 공간을 제공하는 챔버; 상기 정렬 키에 대응되는 위치의 상기 챔버 벽에 오픈부가 형성되고, 상기 오픈부가 형성된 챔버 벽으로부터 챔버 내측으로 연장되도록 제공되는 격벽부재; 및 상기 격벽부재의 단부에 제공되는 투명한 윈도우를 더 포함하고, 상기 경통부의 적어도 일부는 상기 격벽부재와 상기 윈도우에 의해서 둘러싸인 공간에 제공되어 상기 윈도우를 통하여 상기 정렬 키를 촬상할 수 있다.
상기 카메라 고정 브라켓은 기판을 향하여 제1 축 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명에 따른 마스크와 기판에 형성된 정렬 키를 이용하여 상기 마스크에 상기 기판을 정렬하는 기판 정렬 방법은 수평 및 수직 방향으로 이동이 가능한 제1 이동체에 결합된 복수의 기판 지지부재 상에 상기 기판을 제공하는 단계; 상기 제1 이동체에 고정되어 연동하면서 수직 방향으로 독립적으로 이동이 가능한 제2 이동체에 결합된 기판 가압부재를 하강시킴으로써 상기 기판의 상부면을 가압하는 단계; 상기 마스크 및 기판에 형성된 상기 정렬 키를 촬상하는 단계; 및 상기 정렬 키의 촬상 이미지를 이용하여 상기 기판과 상기 마스크를 정렬하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 정렬 키는 상기 마스크 및 기판의 가장자리에 형성되고, 상기 기판의 상부면을 가압하는 단계에서는 상기 기판 가압부재를 이용하여 상기 기판 가장자리의 상부면을 가압할 수 있다.
상기 정렬 키를 촬상하는 단계 전에 상기 정렬 키에 대응하는 위치로 카메라를 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 정렬 키를 촬상하는 단계 또는 카메라를 이동시키는 단계는 카메라의 하단부를 탄성부재로서 지지하면서 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면 기판의 가장자리를 가압함으로써 기판 중심부의 처짐과 기판 가장자리부의 상승을 억제하여 기판이 전체적으로 평평한 상태로 마스크에 부착될 수 있어서, 기판과 마스크의 부착 전후에 기판 정렬 키의 위치가 변동되어 오정렬되는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 챔버 외부에 설치되는 구동부에 연결되어 이동 가능하고 기판을 향하여 연장되는 카메라 고정 브라켓을 이용하여 카메라를 기판에 가까이 접근시킬 수 있고, 카메라의 이동시 혹은 사용중 카메라 떨림이 발생하는 경우에도 카메라 단부를 탄성부재와 선형 가이드로서 안정적으로 지지함으로써 카메라의 떨림을 효과적으로 억제할 수 있어서 카메라의 촬상 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 정렬 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 홀딩 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판을 지지한 태양을 나타내는 저면도이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판의 홀딩 과정을 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 유닛을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 유닛의 일부분을 나타낸 확대도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 정렬 장치를 나타내는 개략도로서, 도 1을 참조하면 본 발명에 따른 기판 정렬 장치는 기판(S)와 마스크(M)이 수용되는 챔버, 기판을 홀딩(holding)하는 기판 홀딩 유닛(100), 및 기판 정렬 키의 이미지를 촬상하는 카메라 유닛을 포함할 수 있다.
챔버는 대기압의 외부 공간과 차단된 상태에서 기판(S)과 마스크(M)를 수용하는 내부 공간을 제공하여, 챔버의 내부 공간에서 기판(S)과 마스크(M)가 정렬 및 부착되고, 부착된 이후에는 마스크(M)에 형성된 오픈 영역을 이용하여 박막을 증착함으로써 패턴을 형성할 수 있게 된다.
기판(S)은 도시되지 않은 반송로봇에 의해 챔버의 내부 공간에 로딩되어 기판 홀딩 유닛(100)에 의해서 홀딩될 수 있다. 이때 마스크(M)는 기판(S)으로부터 이격되도록 기판(S)에 대향하도록 아래에 배치되어 있다.
본 실시 예에 따른 기판 정렬 장치에서는 기판과 마스크의 부착공정 및 증착공정이 진행되기 전에 기판(S)과 마스크(M)의 정렬을 진행한다. 기판(S)과 마스크(M)의 정렬은 기판과 마스크에 각각 형성된 복수의 기판 정렬 키(S1, S2)와 복수의 마스크 정렬 키(M1, M2)를 서로 중복되도록 함으로써 달성될 수 있다. 기판과 마스크의 중앙부분은 후속 공정을 통해서 필요로 하는 박막 패턴 등이 형성되는 유효 영역에 해당하므로, 기판 정렬 키(S1, S2)와 마스크 정렬 키(M1, M2)는 유효 영역에서 벗어나 기판과 마스크의 가장자리에 형성된다.
기판 홀딩 유닛(100)은 기판 정렬 과정 중에 기판(S)의 가장자리를 안정적으로 홀딩하고, 기판 정렬 키(S1, S2 등)와 마스크 정렬 키(M1, M2 등)들의 위치를 일치시키기 위해서 기판을 이동시킬 수 있도록 구성된다.
카메라 유닛(200)은 기판 정렬을 위해서 기판 정렬 키(S1, S2)와 마스크 정렬 키(M1, M2)들의 위치를 인식하기 위해서 정렬 키를 촬상한다. 카메라 유닛(200)은 정렬 키들의 정밀한 이미지를 획득하기 위해서 기판 정렬 키의 위치에 대응하도록 카메라를 이동시키거나 정렬 키의 이미지를 정밀하게 결상시키기 위해서 촛점을 맞출 수 있도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 홀딩 유닛을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판을 지지한 태양을 나타내는 저면도이고, 도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판의 홀딩 과정을 나타낸 개략도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 정렬 장치의 기판 홀딩 유닛(100)은 3축 방향으로 이동이 가능한 제1 이동체(150); 상기 제1 이동체(150)에 고정되어 연동하고, 1축 방향으로 독립적으로 이동이 가능한 제2 이동체(171); 상기 제1 이동체(150)의 하단부로부터 내측으로 연장되어 기판의 제1 면을 지지하는 복수의 기판 지지부재(160); 상기 제2 이동체(171)에 연결되어 이동함으로써 상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면을 가압하는 기판 가압부재(176)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 이동체(150) 내지 제2 이동체(171)를 독립적으로 구동시킬 수 있는 제1 구동부(110)를 포함할 수 있다.
기판이 대형화 함에 따라서 기판의 중앙부가 처지는 현상을 감소하기 위하여 기판의 모든(4 개) 가장자리에서 기판을 홀딩하게 되는데, 기판 홀딩 유닛(100)은 기판의 4 개의 가장자리 외측에 제공될 수 있다.
제1 구동부(110)는 기판을 홀딩하고 기판 정렬 시에 기판의 이동을 위하여 제1 이동체(150) 또는 제2 이동체(171)를 선택적으로 구동할 수 있는 구동력을 제공한다. 제1 구동부(110)는 기판 정렬 공정이 수행되는 챔버 외부 공간에 제공되는데, 구동력을 발생시키는 모터, 구동력을 전달하는 전달 수단, 구동력에 의해서 이동하는 스테이지를 포함할 수 있다.
제1 구동부(110)에서 제공되는 구동력은 전달축(130)을 통해서 챔버 내부로 전달된다. 대형 기판의 경우에는 안정적으로 기판을 홀딩하고 이동시키기 위해서 복수의 전달축을 이용할 수도 있다. 이러한 전달축(130)은 챔버에 이동가능하게 설치되는데 전달축(130)의 상부에는 전달축(130)이 수평방향 또는 수직방향으로 이동하거나 회전시에 챔버의 기밀이 유지될 수 있도록 벨로우즈(120)가 설치될 수도 있다.
제1 이동체(150)은 기판과 마스크의 정렬을 위해서 기판이 이동할 필요가 있을 경우에 전달축(130)의 구동력을 연결 지지바(140)을 통하여 전달받아 3축 방향(X축/Y축/Z축; 수평방향 및 수직방향)으로 이동한다. 기판 중심부의 처짐을 감소시키기 위하여 기판의 네 개의 가장자리를 모두 홀딩하는 것이 되는데, 복수의 기판 지지부재(160)가 개별적으로 이동하게 되면 기판에 스트레스를 야기할 수 있어서 동시에 이동할 필요가 있다. 이를 위하여 기판의 일측에 제공되는 제1 이동체(150)와 연결 지지바(140)는 기판 일측의 가장자리를 따라 연장된 형태로 제공되고, 길쭉한 형태의 제1 이동체(150)의 하단부에 일정한 간격으로 이격되도록 복수의 기판 지지부재(160)을 제공한다. 기판 일측의 가장자리를 따라 연장된 형태의 제1 이동체(150)와 연결 지지바(140)가 일체로서 이동하게 되면 복수의 기판 지지부재(160)도 동시에 연동하게 되므로 복수의 기판 지지부재(160) 상에 거치된 기판을 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
기판의 모든 가장자리에서 기판을 지지하게 되더라도 기판이 대형화 함에 따라서 기판의 중앙부가 처지고 기판의 가장자리는 상승하는 현상은 여전히 발생하게 된다(도 4 참조). 이와 같이 기판의 가장자리가 상승하는 경우에는 기판의 가장자리에 위치하는 정렬 키의 위치가 쳐지는 방향으로 이동을 하게 되고 정렬 후 마스크와 기판의 부착 시에 마스크에 의해서 다시 기판이 펴지면서 기판의 정렬 키는 펴지는 방향으로 이동하여 부착 전에 카메라로 확인했던 정렬 키의 위치가 틀어지면서 오정렬의 문제가 발생될 수 있다. 또한, 기판의 가장자리에 형성된 정렬 키의 수평위치 및 높이가 변경됨에 따라서 정렬 키를 촬상하는 카메라의 촛점 위치 또한 변경되어 선명한 정렬 키의 이미지를 획득하는 것이 어려워질 수 있다.
본 발명에서는 기판을 복수의 기판 지지부재(160) 상에 지지시킨 이후에 기판 가압 모듈(170)로서 기판의 가장자리를 가압함으로써 기판의 하중에 의해서 기판 중심부의 처짐과 기판 가장자리의 상승을 억제하여 기판이 전체적으로 펴지게 되도록 하였다. 기판이 평평한 상태에서 마스크와 부착되면 기판과 마스크의 부착 전후에 기판 정렬 키의 위치가 변동되는 문제점을 해결할 수 있게 된다. 또한, 기판의 가장자리가 기판 가압 모듈(170)에 의해서 가압되므로 기판의 이동이나 기판과 마스크의 부착시에 기판이 움직이는 것을 방지할 수도 있게 된다.
기판 가압 모듈(170)은 제2 이동체(171)과 제2 이동체(171)에 연결되어 이동하는 기판 가압부재(176)를 포함한다.
제2 이동체(171)은 수평방향 또는 수직방향으로 이동하는 제1 이동체(150)에 고정되어 연동하면서, 기판 가장자리를 가압할 필요가 있는 경우에 1축 방향으로 이동한다. 복수의 기판 지지부재(160)와 마찬가지로 복수의 기판 가압부재(176)도 개별적으로 이동하게 되면 기판에 스트레스를 야기할 수 있어서 동시에 이동할 필요가 있다. 이를 위하여 제2 이동체(171)는 기판 일측의 가장자리를 따라 연장된 형태로 제공되어 일체로서 균일하게 이동하고, 길쭉한 형태의 제2 이동체(171) 아래에 일정한 간격으로 이격되도록 복수의 기판 가압부재(176)가 제공된다. 제2 이동체(171)을 이동시키는 구동력은 제1 구동부(110)로부터 독립적으로 전달된다. 제2 이동체(171)은 제1 이동체(150)에 고정되어 제1 방향으로 연장되는 슬라이딩 가이드부(177)에 의해서 연결되고, 제1 방향으로 선형 이동하는 경우에 안정적으로 지지된다.
제2 이동체(171)이 기판을 향하여 선형 이동하게 되면 제2 이동체에 연결된 기판 가압부재(176)은 기판의 제2 면에 접촉하여 가압하게 된다. 기판 가압부재(176)에 의해서 기판이 너무 강하게 가압되는 경우에는 기판이 깨지거나 스트레스를 받을 수 있으므로, 제2 이동체(171)와 기판 가압부재(176) 사이에 제 2 탄성부재(175)를 삽입해서 너무 강하게 기판을 가압하면 탄성부재(175)의 탄성력으로 완충하여 일정한 힘으로 기판 가압부재(176)를 밀어줄 수 있도록 하였다. 그리고, 탄성부재(175)를 안정적으로 지지하고 제2 이동체(171)와 기판 가압부재(176)을 연결할 수 있도록 제2 이동체(171)와 기판 가압부재(176) 사이에 신축 가능한 제2 기둥부(174)를 제공할 수 있다.
한편, 제1 이동체(150)와 제2 이동체(171) 사이에도 제1 탄성부재(173)와 신축 가능한 제1 기둥부(172)를 삽입하여 제2 이동체(171)에 탄성력을 제공함으로써, 제2 이동체(171)가 기판을 향하여 너무 근접하게 이동하지 않도록 하고, 제2 이동체(171)가 기판 가압을 완료한 후에 가압 상태를 해제하기 위하여 원위치로 원복할 때 원복력을 공급하도록 하였다.
디스플레이 장치에서 정보를 표시하는 활성영역은 기판의 중앙부에 위치하므로, 활성영역을 회피하여 복수의 기판 지지부재(160)는 기판의 제1 면(하부면) 가장자리를 지지한다. 기판의 하중에 의해서 중앙부의 하강과 가장자리의 상승을 상쇄시키기 위해서는 기판 가압부재(176)은 기판의 제2 면 가장자리를 아래 방향으로 가압하여 기판을 펴지게 할 수 있다(도 5 참조). 이때, 기판 가압부재(176)의 가압력이 기판 가장자리에 효과적으로 전달되도록 하기 위해서는 기판 지지부재(160)와 기판 가압부재(176)은 서로 대향하도록 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면 기판의 가장자리를 가압함으로써 기판 중심부의 처짐과 기판 가장자리부의 상승을 억제하여 기판이 전체적으로 평평한 상태로 마스크에 부착될 수 있어서, 기판과 마스크의 부착 전후에 기판 정렬 키의 위치가 변동되어 오정렬되는 문제점을 해결할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 유닛을 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 유닛의 일부분을 나타낸 확대도이다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 정렬 장치의 카메라 유닛(200)은 기판 상에 형성된 정렬 키를 촬상하는 카메라 본체부(230); 카메라 본체부(230)에 연결되어 정렬 키의 광학 정보를 카메라 본체부(230)에 전달하는 렌즈(미도시)를 수용하는 경통부(235); 카메라 본체부(230)를 고정하는 카메라 고정 브라켓(220); 및 카메라 고정 브라켓(220)에 연결되어 카메라 본체부(230)가 3축 방향으로 이동할 수 있도록 구동력을 제공하는 제2 구동부(210)를 포함할 수 있다.
기판 홀딩 유닛(100)에 의해서 기판의 가장자리를 가압된 상태에서 기판을 지지하여 기판을 평평한 상태로 유지하면, 카메라 유닛(200)은 기판과 마스크의 부착 전후에 정렬 키의 위치 이동 없이 정렬 키를 정밀하게 촬상할 수 있다.
카메라 본체부(230)는 내부에 정렬 키를 촬상하여 정렬 키의 이미지를 생성하는 촬상소자(미도시)를 포함한다. 카메라 본체부(230)의 촬상소자가 정렬 키를 촬상하기 위해서는 촬상소자의 전방에 복수의 렌즈를 제공하여 정렬 키의 광학 정보가 전달되어 촬상소자에서 결상되도록 하여야 한다. 이러한 복수의 렌즈는 카메라 본체부(230)에 연결되는 경통부(235) 내부에 수용되고, 정렬 키가 촬상소자에서 선명한 이미지로 결상되도록 복수의 렌즈들의 상대적 위치를 변경하게 된다.
카메라 본체부(230)과 경통부(235)를 포함하는 카메라는 흔들림이 있는 경우에는 선명한 이미지를 생성할 수 없고 증착 공정 중의 오염을 피하기 위하여 견고한 챔버벽(10)에 고정되어 외부공간에 제공된다. 반면에 기판은 진공 등으로 분위기가 제어되는 챔버 내부 공간에 수용되므로 카메라의 촬상 정밀도를 높이기 위해서 카메라와 기판 사이의 거리를 좁히는데에 한계가 존재할 수 있다.
카메라의 촬상 정밀도를 높이기 위해서는 카메라와 기판 사이의 거리를 줄이거나, 혹은 경통부(235) 내부에 수용되는 복수의 렌즈 상호 위치를 변경하면서 초점을 조절하여야 한다. 본 발명에서는 기판을 향하여 제1 축 방향으로(예를 들어 수직 방향) 연장되는 카메라 고정 브라켓(220)에 카메라를 고정하여 기판에 근접하도록 하거나, 경통부(235)에 복수의 렌즈를 수용하여 원거리에 있는 기판의 정렬 키를 선명하게 촬상할 수 있도록 하였다. 즉, 카메라를 고정하는 카메라 고정 브라켓(220)이나, 복수의 렌즈를 수용하고 렌즈 상호 위치를 변경하는 공간을 제공하는 경통부(235)는 제1 축방향으로 길쭉하게 연장된 형태를 이루게 된다.
한편, 제2 구동부(210)는 카메라 본체부(230)를 고정하는 카메라 고정 브라켓(220)에 브라켓 지지부재(215)에 의해서 연결되어 카메라 본체부(230)가 3축 방향으로 이동할 수 있도록 구동력을 제공한다. 제2 구동부(210)는 구동력을 발생시키는 모터와 이러한 구동력으로 카메라 본체부(230)을 3축 방향(수평 또는 수직 방향)으로 이동시키는 카메라 스케이지를 포함한다.
제2 구동부(210)과 연결되는 브라켓 지지부재(215)는 길쭉한 형태의 카메라 고정 브라켓(220)의 일단부에 연결되어 구동력을 카메라 고정 브라켓(220)을 구동시킴으로써 기판 정렬 키에 대한 촬상 위치로 카메라 본체부(230)과 경통부(235)를 이동시킬 수 있게 된다. 카메라 본체부(230)와 결합되는 카메라 고정 브라켓(220)은 타단부에서 길쭉한 형태의 경통부(235)와 연결되어 카메라를 더욱 안정적으로 고정할 수도 있다.
길쭉한 형태의 고정 브라켓(220)과 경통부(235)로 인해서 카메라 고정 브라켓(220)의 상단부로부터 경통부(235)의 하단부 사이의 길이는 상당히 길게 되므로, 상부에서 조그마한 충격이 가해지더라도 카메라의 하부에 위치한 카메라 렌즈는 심하게 떨리게 되어 촬상 이미지의 선명도를 확보할 수 없고, 요구되는 수 마이크로 수준의 정렬이 불가능하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 경통부(235)의 단부를 지지함으로써 외부 충격이나 카메라의 이동 시에 경통부(235) 내에 위치하는 카메라 렌즈가 떨리는 문제점을 억제하고자 하였다.
경통부(235)의 단부(하단부) 외측에 대칭적으로 제3 탄성부재(260)을 제공함으로써 경통부(235)의 단부(하단부)를 탄성력으로 지지하여 경통부(235)의 진동을 억제할 수 있도록 하였다. 이때, 경통부(235)의 외벽을 보호하고 다양한 크기의 경통부(235)에 용이하게 대응하도록 경통부의 단부에 연결 프레임(240)을 체결하여 제3 탄성부재(260)의 탄성력이 연결 프레임(240)을 통하여 경통부(235)의 하단부에 전달될 수도 있다. 즉, 카메라 고정 브라켓(220)이나 카메라 본체부(230) 등의 상부로부터 충격이 전달되거나 카메라 본체부(230)을 정렬 키의 대응하는 위치로 이동시키는 경우에 경통부(235) 또는 연결 프레임(240)의 외측에 수평방향으로 대칭적으로 배치된 제3 탄성부재(260)에 의해서 경통부(235)의 하단부 및 그 내부에 수용되는 복수의 렌즈가 안정적으로 지지될 수 있어서 정렬 키의 선명한 이미지를 획득할 수 있게 된다. 제3 탄성부재(260)를 수용하는 커버부(265)와 연결 프레임(240)의 상대적인 위치 변화에 따라 제3 탄성부재(260)이 연결 플레임(240)에 탄성력을 제공할 수 있다. 한편, 경통부(235) 하부의 렌즈가 떨리는 문제점을 해결하고자 경통부(235)를 움직이지 못하도록 고정 지지하는 경우에는 카메라를 정렬 키의 위치에 대응하도록 수평이동이 필요하더라도 경통부(235)가 고정되어 카메라(카메라 본체와 경통부)를 움직이지 못하게 되나, 본 발명에서와 같이 제3 탄성부재(260)의 탄성력으로서 지지하게 되면 카메라의 수평이동이 가능하다.
카메라를 정렬 키에 대응하도록 수평 이동시키는 외에도 카메라와 기판 사이의 거리를 조절하기 위하여 수직 이동이 필요하거나, 또는 정렬 키의 선명한 이미지를 결상하고자 경통부(235)의 길이를 조절하기 위하여 경통부(235) 하단부의 수직 이동이 필요한 경우에, 경통부(235)가 제3 탄성부재(260)에 의해서 수평방향으로 제공되는 탄성력으로 지지되고 있으므로 경통부(235)의 수직 이동이 용이하지 않게 되는 문제가 있을 수 있다. 본 발명에서는 경통부(235)의 단부와 제3 탄성부재(260) 사이에 선형 이동 가이드부(270)을 제공하여 경통부(235)가 1축 방향으로 선형 이동할 수 있도록 가이드하도록 하였다. 즉, 제3 탄성부재(260)에 의해서 경통부(235)가 안정적으로 지지되면서도, 제3 탄성부재(260)이 유연성에 의해서 카메라의 수평이동이 가능하고 동시에 선형 이동 가이트부(270)에 의해서 수직 이동이 가능하게 된다. 선형 이동 가이드부(270)는 볼 부쉬 혹은 선형 레일 등일 수 있는데, 예를 들어 볼 부쉬의 볼들이 경통부(235) 또는 연결 프레임(240)의 외측면에 접촉하면서 경통부(235) 또는 연결 프레임(240)을 지지하여 제1 축 방향(수직 방향)으로 경통부(235)가 이동하는 경우에 볼들의 회전에 의해서 선형 이동을 부드럽게 가이드한다. 한편, 경통부(235)의 단부와 제3 탄성부재(260) 사이에 제공되는 선형 이동 가이드부(270)는 제3 탄성부재(260)에 의해서 탄성적으로 지지된다.
챔버 내부 공간이 너무 어두워서 정렬 키의 광학 정보를 얻기가 곤란한 경우에는 정렬 키를 향하여 빛을 발광하는 광원부(250)를 경통부(235) 외측에 제공할 수 있다. 경통부의 단부에 연결 프레임(240)을 체결하는 경우에는 광원부(250)은 연결 프레임(240)에 결합되도록 제공될 수 있다.
카메라는 흔들림이 있는 경우에는 선명한 이미지를 생성할 수 없고 증착 공정 중의 오염을 피하기 위하여, 카메라(카메라 본체(230) 및 경통부(235)), 카메라 고정 브라켓(220), 제2 구동부(210) 등은 견고한 챔버벽(10) 외측에 고정되어 외부공간에 제공된다. 반면에 기판은 진공 등으로 분위기가 제어되는 챔버의 내부 공간에 수용되므로 카메라의 촬상 정밀도를 높이기 위해서 카메라와 기판 사이의 거리를 좁히는데에 한계가 존재할 수 있다. 본 발명에서는 챔버를 구성하는 챔버벽(10) 중에서 정렬 키에 대응되는 위치에 오픈부를 형성하고, 오픈부가 형성된 챔버벽(10)으로부터 챔버 내측으로 연장되도록 제공되는 격벽부재(280)와 격벽부재(280)의 단부에는 투명한 윈도우(290)를 설치하여 격벽부재(280)와 윈도우(290)에 의해서 둘러싸인 공간을 형성할 수 있다. 격벽부재(280)와 윈도우(290)에 의해서 둘러싸인 공간은 챔버벽(10)으로부터 챔버 내부 공간으로 돌출된 형태의 공간으로서, 챔버 내부공간으로부터 시일링(seaing) 상태로 차단되어 대기압 상태의 외부공간의 일부가 된다. 제3 탄성부재(260)과 선형 이동 가이드부(270)에 의해서 이동 가능하게 지지되는 경통부(235)의 하단부 등과 같은 경통부(235)의 적어도 일부를 격벽부재(280)와 윈도우(290)에 의해서 둘러싸인 공간에 제공하여 기판 정렬 키와 경통부(235)의 하단부 사이의 간격을 최대한 줄이고, 윈도우(290)를 통하여 정렬 키를 촬상할 수 있다. 이와 같이 챔버벽(10) 내부로 확장시킨 외부 공간에 경통부(235)의 적어도 일부를 제공하는 경우에는 챔버벽(10)에 고정되는 제2 구동부(210)과 카메라 고정 브라켓(220) 등의 상단부로부터 경통부(235)의 하단부까지의 거리가 더 길어져서 경통부(235)의 하단부를 이동가능하게 지지할 필요성이 증대된다.
본 발명에 따른 다른 실시예로서 마스크와 기판에 형성된 정렬 키를 이용하여 마스크에 기판을 정렬하는 기판 정렬 방법를 제공한다. 앞에서 제시된 기판 정렬 장치에 대한 설명과 중복되는 내용에 대해서는 생략한다. 본 발명의 마스크와 기판에 형성된 정렬 키를 이용하여 상기 마스크에 상기 기판을 정렬하는 기판 정렬 방법은 수평 및 수직 방향으로 이동이 가능한 제1 이동체(150)에 결합된 복수의 기판 지지부재(160) 상에 기판을 제공하는 단계; 제1 이동체(150)에 고정되어 연동하면서 수직 방향으로 독립적으로 이동이 가능한 제2 이동체(171)에 결합된 기판 가압부재(176)를 하강시킴으로써 기판의 상부면을 가압하는 단계; 마스크와 기판에 형성된 정렬 키를 촬상하는 단계; 및 정렬 키의 촬상 이미지를 이용하여 기판과 마스크를 정렬하는 단계를 포함할 수 있다.
정렬 키는 마스크 및 기판의 가장자리에 형성되고, 기판의 상부면을 가압하는 단계에서는 기판 가압부재(176)로서 상기 기판 가장자리의 상부면을 가압함으로써 기판 중간부의 처짐과 기판 가장자리의 상승을 억제하여 기판이 평평한 상태로 홀딩될 수 있도록 한다.
카메라를 이용하여 정렬 키를 촬상하는 단계 전에 정렬 키에 대응하는 위치로 카메라를 수평 또는 수직 방향으로 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
아울러, 카메라의 경통부(235) 내부에 존재하는 복수의 렌즈의 상대적인 위치를 변경하는 것에 의해서 촛점을 맞추는 단계를 더 포함할 수 있고, 복수의 렌즈 위치를 변경하기 위하여 경통부(235)의 길이를 늘리거나 줄일 수도 있다.
정렬 키를 촬상하는 단계 또는 카메라를 이동시키는 단계를 카메라의 하단부(즉, 경통부(235)의 하단부)를 탄성부재로서 지지하면서 수행하여 외부 충격이나 카메라의 이동에 의해서 카메라가 진동하는 것을 방지할 수 있고, 카메라를 정렬 키에 대응하는 위치로 이동시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따르면 기판의 가장자리를 가압함으로써 기판 중심부의 처짐과 기판 가장자리부의 상승을 억제하여 기판이 전체적으로 평평한 상태로 마스크에 부착될 수 있어서, 기판과 마스크의 부착 전후에 기판 정렬 키의 위치가 변동되어 오정렬되는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 챔버 외부에 설치되는 구동부에 연결되어 이동 가능하고 기판을 향하여 연장되는 카메라 고정 브라켓을 이용하여 카메라를 기판에 가까이 접근시킬 수 있고, 카메라의 이동시 혹은 사용중 카메라 떨림이 발생하는 경우에도 카메라 단부를 탄성부재와 선형 가이드로서 안정적으로 지지하므로써 카메라의 떨림을 효과적으로 억제할 수 있어서 카메라의 촬상 정밀도를 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 설명에서 사용한‘~ 상’또는‘~ 하’의 의미는 위 또는 아래에 직접 접촉되는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 위치적으로 위 또는 아래인 경우를 포함한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 챔버벽 100: 기판 홀딩 유닛
110: 제1 구동부 120: 벨로우즈
130: 전달축 140: 연결 지지바
150: 제1 이동체 160 기판 지지부재
170: 기판 가압 모듈 171: 제2 이동체
172: 제1 기둥부 173: 제1 탄성부재
174: 제2 기둥부 175: 제2 탄성부재
176: 기판 가압부재 177: 슬라이딩 가이드부
200: 카메라 유닛 210: 제2 구동부
215: 브라켓 지지부재 220: 카메라 고정 브라켓
230: 카메라 본체부 235: 경통부
240: 연결 프레임 250: 광원부
260: 제3 탄성부재 265: 커버부
270: 선형 이동 가이드부 280: 격벽부재
290: 윈도우

Claims (14)

  1. 기판 일측의 가장자리를 따라 연장된 형태로 제공되며, 3축 방향으로 이동이 가능한 제1 이동체;
    상기 기판 일측의 가장자리를 따라 연장된 형태로 제공되며, 상기 제1 이동체에 고정되어 연동하고, 1축 방향으로 독립적으로 이동이 가능한 제2 이동체;
    상기 제1 이동체의 하단부로부터 내측으로 연장되어 상기 기판의 제1 면의 가장자리를 지지하고, 상기 제1 이동체와 연동하여 동시에 이동하는 서로 이격된 복수의 기판 지지부재;
    상기 제2 이동체와 연동하여 동시에 이동함으로써 상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면의 가장자리를 가압하는 서로 이격된 복수의 기판 가압부재; 및
    상기 제1 이동체 내지 제2 이동체를 독립적으로 구동시킬 수 있는 제1 구동부;를 포함하는 기판 홀딩 유닛과,
    상기 기판 상에 형성된 정렬 키를 촬상하는 카메라 본체부;
    상기 카메라 본체부에 연결되어 상기 정렬 키의 광학 정보를 상기 카메라 본체부에 전달하는 렌즈를 수용하는 경통부; 및
    상기 경통부의 단부 외측에 대칭적으로 배치되어, 상기 경통부의 단부에 탄성력을 제공하는 제3 탄성부재;를 포함하는 카메라 유닛을 포함하고,
    상기 기판 홀딩 유닛은 상기 기판의 네 개의 가장자리 외측에 각각 제공되며,
    상기 기판을 외부 공간과 차단된 상태에서 수용할 수 있도록 내부 공간을 제공하는 챔버 벽에서 상기 정렬 키에 대응되는 위치에 제공된 오픈부;
    상기 오픈부가 형성된 챔버 벽으로부터 챔버 내측으로 연장되도록 제공되는 격벽부재; 및
    상기 격벽부재의 단부에 제공되는 투명한 윈도우를 더 포함하고,
    상기 경통부의 적어도 일부 및 상기 제3 탄성부재는 상기 격벽부재와 상기 윈도우에 의해서 둘러싸인 공간에 제공되어 상기 윈도우를 통하여 상기 정렬 키를 촬상하는 기판 정렬 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 이동체와 제2 이동체 사이에 제공되어 상기 제2 이동체에 탄성력을 제공하는 제1 탄성부재를 더 포함하는 기판 정렬 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 이동체와 상기 기판 가압부재 사이에 제공되어 상기 기판 가압부재 에 탄성력을 제공하는 제2 탄성부재를 더 포함하는 기판 정렬 장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 카메라 유닛은,
    상기 카메라 본체부를 고정하는 카메라 고정 브라켓; 및
    상기 카메라 고정 브라켓에 연결되어 상기 카메라 본체부가 3축 방향으로 이동할 수 있도록 구동력을 제공하는 제2 구동부를 더 포함하는 기판 정렬 장치.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 경통부의 단부와 상기 제3 탄성부재 사이에 제공되어 상기 경통부가 1축 방향으로 선형 이동할 수 있도록 가이드하는 선형 이동 가이드부를 더 포함하는 기판 정렬 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 경통부의 단부에 체결되는 연결 프레임; 및
    상기 연결 프레임에 제공되어 상기 정렬 키를 향하여 빛을 발광하는 광원부를 더 포함하는 기판 정렬 장치.
  9. 삭제
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 카메라 고정 브라켓은 기판을 향하여 제1 축 방향으로 연장되는 기판 정렬 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 3, 청구항 5, 청구항 7 내지 청구항 8, 및 청구항 10 중 어느 한 항의 기판 정렬 장치를 이용하여 마스크와 상기 기판을 정렬하는 기판 정렬 방법에 있어서,
    수평 및 수직 방향으로 이동이 가능한 제1 이동체에 결합된 복수의 기판 지지부재 상에 상기 기판을 제공하는 단계;
    상기 제1 이동체에 고정되어 연동하면서 수직 방향으로 독립적으로 이동이 가능한 제2 이동체에 결합된 기판 가압부재를 하강시킴으로써 상기 기판의 상부면을 가압하는 단계;
    상기 마스크 및 기판에 형성된 상기 정렬 키를 촬상하는 단계; 및
    상기 정렬 키의 촬상 이미지를 이용하여 상기 기판과 상기 마스크를 정렬하는 단계를 포함하는 기판 정렬 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 정렬 키는 상기 마스크 및 기판의 가장자리에 형성되고,
    상기 기판의 상부면을 가압하는 단계에서는 상기 기판 가압부재를 이용하여 상기 기판의 가장자리의 상부면을 가압하는 기판 정렬 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 정렬 키를 촬상하는 단계 전에 상기 정렬 키에 대응하는 위치로 카메라를 이동시키는 단계를 더 포함하는 기판 정렬 방법.
  14. 청구항 13에서,
    상기 정렬 키를 촬상하는 단계 또는 카메라를 이동시키는 단계는 카메라의 하단부를 탄성부재로서 지지하면서 수행되는 기판 정렬 방법.
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