KR102653108B1 - 기판 정렬 장치 및 이를 이용한 기판 정렬 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상부기판과 하부기판 간 정밀하고 효율적인 정렬을 위한 기판 정렬 장치 및 이를 이용한 기판 정렬 방법에 관한 것으로, 제1 스테이지; 일측에 마스터 마크가 형성된 제2 스테이지; 상기 제1 스테이지에 장착되고 제1 정렬 마크가 형성된 제1 기판; 상기 제2 스테이지에 장착되고 제2 정렬 마크가 형성된 제2 기판; 상기 제2 정렬 마크를 인식할 수 있는 제1 촬영부; 상기 제1 정렬 마크를 인식할 수 있는 제2 촬영부; 및 상기 마스터 마크를 인식할 수 있는 제3 촬영부;를 포함하고, 상기 제1 스테이지와 상기 제2 스테이지는 서로 마주보며 일정 거리 이격된 상태에서 평행한 방향으로 상대 이동가능하고, 상기 마스터 마크에는, 상기 제1 정렬 마크와 상기 제2 정렬 마크를 이용하여 상기 제1 기판과 제2 기판이 정렬될 때 정렬 위치가 기억되는 것을 특징으로 한다.

Description

기판 정렬 장치 및 이를 이용한 기판 정렬 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ALIGNIING A SUBSTRATE}
본 발명은 기판 정렬 장치 및 이를 이용한 기판 정렬 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 상부기판과 하부기판 간 정밀하고 효율적인 정렬을 위한 기판 정렬 장치 및 이를 이용한 기판 정렬 방법에 관한 것이다.
디스플레이 및 반도체 산업에서, 정렬 장비는 기판들을 다른 공정단계에서 함께 결합시키기 위하여 기판들을 서로 정렬하기 위해 이용된다. 여기서 결합 공정은 본딩(bonding)이라고 한다. 결합되어야 하는 기판 표면 상에 정렬 표시부(Align mark 또는 Key)가 형성되며, 정렬 공정은 기판면과 기판면 간의 정렬로 진행된다.
이러한 기판 정렬을 위한 종래 기술의 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 상부 스테이지(1')에는 상부기판(10')이 장착되고, 하부 스테이지(2')에는 하부기판(20')이 장착된다. 각 스테이지(1', 2')는 이동이 가능하다. 하부기판(20')에 형성된 하부 정렬 마크(23')가 상부 카메라(110')의 중심에 놓이도록 하부기판(20')을 위치시킨 후(도 1a의 (i) 참조), 하부 정렬 마크(23')의 디지털 이미지를 생성하고 저장한다(도 1b의 (ii) 참조). 이때, 변위센서(30') 또는 비전 카메라로 하부기판(20')을 감지하고 그 위치를 기억한다. 여기서, 변위센서(30')는 상부 스테이지10')와 하부 스테이지(20')의 좌우 이동 거리를 측정한다.
다음으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상부기판(10')이 하부 카메라(120') 위치에 오도록 상부기판(10')을 이동시킨 후(도 1b의 (i) 참조), 상부 정렬 마크(13')의 디지털 이미지를 생성하고 저장한 후, 상기 저장된 하부 정렬 마크(23')의 이미지와 일치되도록 얼라인을 진행한다(도 1b의 (ii) 참조). 이때, 변위센서(30') 또는 비전 카메라로 상부기판(10')을 감지하고 그 위치를 기억한다.
다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 저장된 하부기판(20')의 위치에 따라 하부기판(20')을 이동시켜 상부기판(10')과 하부기판(20')을 정렬한다. 이후, 상부기판(10')과 하부기판(20')을 서로 대향하는 방향으로 수직 이동시켜 서로 접촉시킨다. 이때, 변위센서(30') 또는 비전 카메라에 의해 상부기판(10')과 하부기판(20')이 잘못된 정렬 위치에 있으면 기판(10', 20')을 움직여 그 위치를 교정하여 정렬의 정확도를 높이고 있다.
그러나, 상술한 종래기술에 따르면, 두 기판들 사이에서 카메라의 위치를 허용하는 일정 거리가 불가피하게 존재하므로 기판들이 서로 접근하는 과정에서 기구적 오차로 인해 기판 간 정렬 오차가 발생될 수 있다.
또한, 상술한 종래기술에 따르면, 상부 및 하부 카메라가 특정 위치에 고정되어 있어 상부 및 하부 기판에 각각 형성된 정렬 마크를 인식하기 위해 상부 및 하부 스테이지를 모두 이동시켜야 하므로 스테이지 이동 단계가 많아 정렬 공정 시간이 길어진다.
또한, 상술한 종래기술에 따르면, 스테이지의 이동 및 기판 인식 단계가 복잡하므로 얼라인 정밀도를 높이는데 한계가 있다.
한국 공개특허 제10-2019-0125972호(두 기판의 정렬 방법) US 6,214,692(METHOD AND APPARATUS FOR THE ALIGNED JOINING OF DISK-SHAPED SEMICONDUCTOR SUBSTRATES)
본 발명의 과제는 상술한 종래 기술이 가진 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로, 종래 기판 정렬 장치 또는 방법에 비해 정렬 공정이 간단하고, 기판 간 정렬 과정뿐만 아니라 기판 간 접근 과정에서도 정렬의 정밀도를 높일 수 있는 기판 정렬 장치 및 기판 정렬 방법을 제시함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 정렬 장치는, 제1 스테이지; 일측에 마스터 마크가 형성된 제2 스테이지; 상기 제1 스테이지에 장착되고 제1 정렬 마크가 형성된 제1 기판; 상기 제2 스테이지에 장착되고 제2 정렬 마크가 형성된 제2 기판; 상기 제2 정렬 마크를 인식할 수 있는 제1 촬영부; 상기 제1 정렬 마크를 인식할 수 있는 제2 촬영부; 및 상기 마스터 마크를 인식할 수 있는 제3 촬영부;를 포함한다.
여기서, 상기 제1 스테이지와 상기 제2 스테이지는 서로 마주보며 일정 거리 이격된 상태에서 평행한 방향으로 상대 이동가능하고, 상기 마스터 마크에는, 상기 제1 정렬 마크와 상기 제2 정렬 마크를 이용하여 상기 제1 기판과 제2 기판이 정렬될 때 정렬 위치가 기억되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제2 스테이지의 좌우 이동 거리를 센싱하는 제1 변위센서가 더 포함된다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 스테이지와 제2 스테이지 간 상하 방향 평행 정도를 센싱하는 제2 변위센서가 더 포함된다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 촬영부 및 상기 제3 촬영부는 상기 제1 스테이지를 관통하여 상기 제1 스테이지에 장착되고, 상기 제2 촬영부는 상기 제2 스테이지를 관통하여 상기 제2 스테이지에 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 촬영부 및 상기 제3 촬영부는 상기 제1 기판과 간섭되지 않도록 상기 제1 스테이지에 장착되고, 상기 제2 촬영부는 제2 기판과 간섭되지 않도록 제2 스테이지에 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 스테이지와 상기 제2 스테이지가 서로 가까워지는 방향을 기준으로, 상기 제1 촬영부 및 제2 촬영부는 각각 제1 정렬 마크 및 제2 정렬 마크의 전방에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제2 스테이지의 이동으로 상기 제1 촬영부에 의해 제2 정렬 마크가 인식되고 제2 촬영부에 의해 제1 정렬 마크가 인식되는 위치에서 상기 제3 촬영부에 의해 상기 마스터 마크 상에 ①번 위치가 감지되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제2 스테이지의 이동으로 상기 제1 정렬 마크와 제2 정렬 마크가 일치되는 기판 정렬 위치에서 상기 제3 촬영부에 의해 상기 마스터 마크 상에 ②번 위치가 감지되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 기판 정렬 위치에 정렬된 제1 기판과 제2 기판의 접합 과정 동안 상기 ②번 위치가 유지되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
한편, 제1 기판에 형성된 제1 정렬 마크와 제2 기판에 형성된 제2 정렬 마크가 일치되도록 상기 제1 기판이 장착된 제1 스테이지는 고정시키고 상기 제2 기판이 장착된 제2 스테이지를 이동시키는 기판 정렬 방법에 있어서, 상기 제1 스테이지에 장착된 제1 촬영부와 상기 제2 스테이지에 장착된 제2 촬영부가 서로 동축을 갖고 바라보도록 상기 제2 스테이지를 이동시키는 제1 동작을 수행하는 단계; 상기 제1 촬영부가 상기 제2 정렬 마크를 인식하고 상기 제2 촬영부가 상기 제1 정렬 마크를 인식하는 위치까지 상기 제2 스테이지를 이동시키는 제2 동작을 수행하는 단계; 및 상기 제1 정렬 마크와 상기 제2 정렬 마크가 일치될 것으로 추정되는 위치까지 상기 제2 스테이지를 이동시키는 제3 동작을 수행하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 스테이지에는 제3 촬영부가 형성되고 상기 제2 스테이지에는 상기 제3 촬영부에 의해 촬영 가능한 마스터 마크가 형성되어, 상기 제3 촬영부에 의해 상기 제2 동작을 수행하는 단계 및 상기 제3 동작을 수행하는 단계에서의 위치가 상기 마스터 마크 상에 인식되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 동작이 완료되면, 상기 제1 촬영부와 상기 제2 촬영부가 상기 제1 기판과 제2 기판이 서로 평행한지 여부를 인식하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 기판과 제2 기판이 서로 평행한지 여부는 변위센서의 센싱값에 따라 판단되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제2 동작이 완료되면, 상기 마스터 마크 상에는 상기 제1 정렬 마크와 제2 정렬 마크가 동시에 인식되는 위치인 ①번 위치가 기억되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제3 동작이 완료되면, 상기 마스터 마크 상에는 상기 제1 정렬 마크와 제2 정렬 마크가 일치되는 것으로 추정되는 위치인 ②번 위치가 기억되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제3 동작이 완료되면, 상기 마스터 마크 상에서 상기 ①번 위치와 상기 번 위치가 서로 평행하게 되도록 상기 ②번 위치가 보정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제3 동작 완료 후, 상기 제2 스테이지가 수직 이동하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 서로 접합시키는 제4 동작을 수행하는 단계가 더 포함되고, 상기 제4 동작 중에 상기 ①번 위치와 상기 ②번 위치가 서로 평행하게 유지되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 동작 내지 제3 동작에서 상기 제2 스테이지는 미리 설정된 거리만큼 이동하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 제1 스테이지는 고정되고 제2 스테이지만 이동하므로 기구적 오차 및 기판 정렬 공정 시간이 최소화되므로 기판 정렬 정밀도 및 생산성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판에 형성된 정렬 마크가 인식된 위치가 마스터 마크 상에서 감지되므로 기판이 정렬되는 과정에서 정렬 위치가 정확하게 보정될 수 있고, 기판이 서로 접근하는 과정에서 마스터 마크 상의 정렬 위치를 실시간으로 모니터링함으로써 정렬 정밀도가 더욱 높아질 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기판을 정렬하는 동작을 설명한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치의 제1 동작을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 상태에서 제1 스테이지와 제2 스테이지의 서로 마주보는 면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치의 제2 동작을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 상태에서 제1 스테이지와 제2 스테이지의 서로 마주보는 면을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치의 제3 동작을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 상태에서 제1 스테이지와 제2 스테이지의 서로 마주보는 면을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 마크를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치의 제4 동작을 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 기판 정렬 장치 및 이를 이용한 기판 정렬 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
<기판 정렬 장치의 구성>
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치는 상부에 위치한 제1 기판(10)과 하부에 위치한 제2 기판(20)이 서로 접합(bonding)되기 전 상태 또는 접합 과정 동안에 오차 없이 정렬 상태를 유지하기 위한 장치이다.
도 2 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치는 제1 스테이지(1)와, 제2 스테이지(2)를 포함한다. 제1 스테이지(1)와 제2 스테이지(2)는 서로 마주보는 상태로 평행한 자세를 취하면서 상대 이동이 가능하다. 본 발명의 일 실시예에서는 제1 스테이지(1)는 고정되고 제2 스테이지(2)만 이동한다. 여기서, 제2 스테이지(2)의 좌우 이동 거리를 측정하기 위해 제1 변위센서(30)가 사용된다.
한편, 제2 스테이지(2)는 X, Y, Z축 또는 U, V, W 축 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상의 방향으로 이동이 가능하거나, θ 각도만큼 회전이 가능하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 제1 스테이지(1)는 상부에 위치하고, 제2 스테이지(2)는 하부에 위치하나, 제1 스테이지(1)와 제2 스테이지(2)가 서로 마주보는 상태로 평행한 자세를 취한다면 제1 스테이지(1)와 제1 스테이지(2)의 배치 방향에는 제한이 없다.
제1 스테이지(1)의 일면(제2 스테이지(2)를 바라보는 면)에는 제1 기판(10)이 장착된다. 여기서, 제1 기판(10)은 실리콘, 반도체, 디스플레이 기판 등 그 종류에 제한이 없이 구성될 수 있다. 제1 기판(10)에는 제2 기판(20)과의 정렬을 위한 제1 정렬 마크(13)가 형성된다. 본 명세서의 도면에는 2개의 제1 정렬 마크(13)가 도시되어 있으나, 제1 정렬 마크(13)의 개수에는 제한이 없다.
제1 스테이지(1)에는 제1 촬영부(110)가 장착된다. 제1 촬영부(110)는 후술할 제2 정렬 마크(23)를 인식하기 위한 것으로, 카메라, 비전 시스템 등으로 구성될 수 있다. 본 명세서의 도면에는 2개의 제1 촬영부(110a, 110b)가 도시되어 있으나, 제1 촬영부(110a, 110b)의 개수는 제2 정렬 마크(23a, 23b)의 개수에 따라 달라질 수 있다.
제1 촬영부(110)는 그 촬영 방향이 제2 스테이지(2)를 바라보도록 제1 스테이지(1)를 관통하여 제1 스테이지(1)에 장착된다. 제1 촬영부(110)는 제1 기판(10)과 간섭되지 않도록 형성된다(도 3, 도 5 및 도 7 참조). 제1 촬영부(110)는 제1 정렬 마크(13)를 기준으로 일측에 일정 거리(x1) 떨어져 형성된다.
제1 스테이지(1)에는 제3 촬영부(130)가 장착된다. 제3 촬영부(130)는 후술할 마스터 마크를 인식하기 위한 것으로, 카메라, 비전 시스템 등으로 구성될 수 있다. 본 명세서의 도면에는 2개의 제3 촬영부(130a, 130b)가 도시되어 있으나, 제3 촬영부(130a, 130b)의 개수는 제1 또는 제2 정렬 마크(13, 23)의 개수에 따라 달라질 수 있다.
제3 촬영부(130)는 그 촬영 방향이 제2 스테이지(2)를 바라보도록 제1 스테이지(1)를 관통하여 제1 스테이지(1)에 장착된다.
제2 스테이지(2)의 일면(제1 스테이지(1)를 바라보는 면)에는 제2 기판(20)이 장착된다. 여기서, 제2 기판(20)은 실리콘, 반도체, 디스플레이 기판 등 그 종류에 제한없이 구성될 수 있다. 제2 기판(20)에는 제1 기판(10)과의 정렬을 위한 제2 정렬 마크(23)가 형성된다.
제2 스테이지(2)에는 제2 촬영부(120)가 장착된다. 제2 촬영부(120)는 제1 정렬 마크(13)를 인식하기 위한 것으로, 카메라, 비전 시스템 등으로 구성될 수 있다. 본 명세서의 도면에는 2개의 제2 촬영부(120a, 120b)가 도시되어 있으나, 제2 촬영부(120a, 120b)의 개수는 제1 정렬 마크(13a, 13b)의 개수에 따라 달라질 수 있다.
제2 촬영부(120)는 그 촬영 방향이 제1 스테이지(1)를 바라보도록 제2 스테이지(2)를 관통하여 제2 스테이지(2)에 장착된다. 제2 촬영부(120)는 제2 기판(20)과 간섭되지 않도록 형성된다. 제2 촬영부(120)는 제2 정렬 마크(23)를 기준으로 타측에 일정 거리(x2) 떨어져 형성된다.
한편, 제1 기판(10)과 제1 정렬 마크(13) 사이의 거리(x1)는 제2 기판(20)과 제2 정렬 마크(23) 사이의 거리(x2)와 같다. 그리고 제1 스테이지(1)와 제2 스테이지(2)가 서로 마주보는 상태에서 제1 촬영부(110)는 제1 기판(10)의 좌측(또는 우측)에 형성되고, 제2 촬영부(120)는 제2 기판(20)의 우측(또는 좌측)에 형성된다.
제2 스테이지(2)의 일측에는 마스터 마크(140)가 형성된다. 마스터 마크(140)는 위치보정용 마크로서, 구체적인 기능에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 제1 스테이지(1)와 제2 스테이지(2)가 상하방향으로 평행한 정도를 측정하기 위해 제2 변위센서(31)가 더 포함된다. 제2 스테이지(2)는 이동이 가능하므로 제2 변위센서(31)의 측정값에 따라 제1 스테이지(1)와 제2 스테이지(2)가 서로 평행하지 않으면, 제2 스테이지(2)는 제1 스테이지(1)와 평행하도록 그 움직임이 보정될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 스테이지(2)의 구동을 제어하거나, 촬영부(110, 120, 130) 및 변위센서(30, 31)에서 측정한 데이터를 송부받아 분석 처리하는 별도의 제어부가 구비될 수 있다.
<기판 정렬 장치의 작동 과정>
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치는 제1 동작 내지 제4 동작을 포함한다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치의 작동 과정을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치의 제1 동작을 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2의 상태에서 제1 스테이지와 제2 스테이지의 서로 마주보는 면을 나타낸 도면이다.
우선, 제1 스테이지(1)와 제2 스테이지(2)는 서로 마주보는 상태로 배치되며, 일정 거리(d) 떨어져서 평행한 자세를 취하고 있다. 이때, 제1 스테이지(1)와 제2 스테이지(2) 간 거리(d)는 대략 50 ~ 500㎛ 이다. 제1 스테이지(1)와 제2 스테이지(2)에는 각각 제1 기판(10)과 제2 기판(20)이 로딩(loading)되어 장착된다.
상술한 로딩 동작이 완료되면 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치는 제1 동작을 수행한다. 구체적으로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 스테이지(1)가 고정된 상태에서 제2 스테이지(2)는 제1 스테이지(1)와 가까워지는 방향(도 2에 도시된 좌측 방향)으로 미리 설정된 거리(m1)만큼 이동한다. 이 거리(m1)는 로딩동작 후 제1 촬영부(110)와 제2 촬영부(120)가 동일 축 라인(SL)을 기준으로 서로 바라보는 위치까지 제2 스테이지(2)가 이동할 거리이다. 여기서, 동일 축 라인(SL)은 기준 라인이다. 제1 동작이 완료되면 제1 촬영부(110) 및 제2 촬영부(120)는 제1 기판(10)과 제2 기판(20)이 서로 평행한지 여부, 각 촬영부(110, 120)가 기판들(10, 20)에 대해 수직되는 위치에 형성되는지 여부 등을 인식한다. 인식이 완료되면 상기 기준에 맞도록 제2 스테이지(2)가 이동하여 위치를 보정한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치의 제2 동작을 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4의 상태에서 제1 스테이지와 제2 스테이지의 서로 마주보는 면을 나타낸 도면이다.
제1 동작이 완료되면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치는 제2 동작을 수행한다. 구체적으로, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 스테이지(1)가 고정된 상태에서 제2 스테이지(2)는 제1 스테이지(1)와 가까워지는 방향(도 4에 도시된 좌측 방향)으로 미리 설정된 거리(m2)만큼 더 이동한다. 이 거리(m2)는 제1 동작 완료 후 제1 촬영부(110)가 제2 정렬 마크(23)를 인식하고 제2 촬영부(120)가 제1 정렬 마크(13)를 인식하는 위치까지 제2 스테이지(2)가 이동할 거리이다. 여기서, 제2 촬영부(120)가 제1 정렬 마크(13)를 인식하는 위치에서의 라인(AL1) 및 제1 촬영부(110)가 제2 정렬 마크(23)를 인식하는 위치에서의 라인(AL2)은 정렬 라인이라 할 수 있다. 이때, 제1 촬영부(110) 및 제2 촬영부(120)에서 인식된 정렬 마크(13, 23)의 이미지는 별도의 저장부에 저장된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치의 제2 동작이 완료되면 제3 촬영부(130)는 마스터 마크(140) 상의 ①번 위치를 감지한다. 마스터 마크 이미지와 ①번 위치는 별도의 저장부에 저장된다. 마스터 마크 이미지 상의 ①번 위치는 각 기판(10, 20)의 정렬 마크(13, 23)가 동시에 인식된 위치라 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치의 제3 동작을 나타낸 도면이며, 도 7은 도 6의 상태에서 제1 스테이지와 제2 스테이지의 서로 마주보는 면을 나타낸 도면이다.
제2 동작이 완료되면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치는 제3 동작을 수행한다. 구체적으로, 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 스테이지(1)가 고정된 상태에서 제2 스테이지(2)는 제1 스테이지(1)와 가까워지는 방향(도 6에 도시된 좌측 방향)으로 미리 설정된 거리(m3)만큼 더 이동한다. 이 거리(m3)는 제2 동작 후 제1 정렬 마크(13)와 제2 정렬 마크(23)가 일치되는 위치까지 제2 스테이지(2)가 이동할 거리이다. 이하, 이 위치를 기판의 정렬 위치라 한다. 한편, 제1 스테이지(1)는 고정되고 제2 스테이지(2)가 이동하므로 제1 정렬 마크(13)와 제2 정렬 마크(23)가 일치되는 위치에서의 라인(AL1)은 제2 촬영부(120)가 제1 정렬 마크(13)를 인식하는 위치에서의 라인(AL1)과 같다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치의 제3 동작이 완료되면 제3 촬영부(130)는 마스터 마크(140) 상에 ②번 위치를 감지한다. 즉, 제3 촬영부(130)에 의해 촬영된 마스터 마크 이미지와 ②번 위치는 별도의 저장부에 저장된다. 마스터 마크 이미지 상의 ②번 위치는 기판(10, 20)의 정렬 위치와 대응된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 마크를 나타낸 도면이다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치의 제2 동작 및 제3 동작에서 마스터 마크(140) 상에 인식된 ①번 위치와 ②번 위치에 대해 설명한다.
마스터 마크(140)에는 복수의 구역으로 분할되고 각 구역에는 해당 위치에 따른 코드번호가 부여되어 있다. 도 8에는 코드번호가 영문자와 숫자의 조합으로 구성되나, 코드번호는 임의로 구성될 수 있다. 기판 정렬 장치의 제2 동작이 완료될 때 마스터 마크(140) 상에 ①번 위치가 기억되는데, 도 8에는 코드번호 B2 구역과 B5 구역에 ①번 위치가 표시되어 있다.
한편, 기판 정렬 장치의 제3 동작이 완료될 때 마스터 마크(140) 상에 ②번 위치가 기억되는데, 도 8에는 코드번호 F1 구역과 F4 구역에 ②번 위치가 표시되어 있다. 마스터 마크(140) 상에는 기판 정렬 장치가 제2 동작에서 제3 동작을 수행하는 동안 ①번 위치에서 ②번 위치까지의 이동 경로가 표시될 수 있다. 도 8에는 마스터 마크(140) 상에서 ①번 위치부터 ②번 위치까지의 이동 경로가 (도 8에서 좌측 상향으로) 경사지게 형성되어 있다. 이는 제2 스테이지(2)가 제3 동작을 수행하면서 자세가 틀어졌음을 의미한다. 따라서, ②번 위치는 보정될 필요가 있다. 예를 들어 ②번 위치는 ①번 위치와 수평 되는 위치(코드번호 F2 구역 및 F5 구역)로 이동할 필요가 있다. 이때, 별도의 제어부는 틀어진 위치를 보정하여 연산된 값에 따라 제2 스테이지(2)를 이동시킨다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치의 제4 동작을 나타낸 도면이다.
제3 동작이 완료되면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치는 제4 동작을 수행한다. 구체적으로, 제3 동작이 완료되면 제1 기판(10)과 제2 기판(20)은 서로 기판 정렬 위치에 있으므로 서로 접합 가능한 상태에 있다. 이후, 접합 제어가 수행되면 제2 스테이지(2)가 수직 방향으로 이동하면서 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 접합 공정이 수행된다. 이때, 제2 스테이지(2)가 흔들리면서 제3 동작에서 맞춰진 기판의 정렬 위치가 틀어져 정렬 오차가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해 본 발명의 일 실시예에서는 기판 정렬 장치가 제4 동작 동안에도 제3 촬영부(130)가 마스터 마크(140)를 계속 촬영하여 ②번 위치가 유지되는지 실시간으로 확인한다. 만일, 제4 동작 과정 중에 ②번 위치가 틀어지면 상술한 ②번 위치의 보정 방법을 수행한다. 따라서 본 발명에 따르면, 기판이 접합되는 동작에서도 기판(10, 20) 간 정렬 오차가 발생되는 문제가 방지될 수 있는 것이다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1 : 제1 스테이지 2 : 제2 스테이지
10: 제1 기판 13 : 제1 정렬 마크
20 : 제2 기판 23 : 제2 정렬 마크
110 : 제1 카메라 120 : 제2 카메라
130 : 제3 카메라 140 : 마스터 마크

Claims (18)

  1. 제1 스테이지;
    일측에 마스터 마크가 형성되고, 상기 제1 스테이지와 서로 마주보는 자세를 취하는 제2 스테이지;
    상기 제1 스테이지에 장착되고 제1 정렬 마크가 형성된 제1 기판;
    상기 제2 스테이지에 장착되고 제2 정렬 마크가 형성된 제2 기판;
    상기 제2 정렬 마크를 인식할 수 있도록 상기 제1 스테이지에 장착된 제1 촬영부;
    상기 제1 정렬 마크를 인식할 수 있도록 상기 제2 스테이지에 장착된 제2 촬영부; 및
    상기 마스터 마크를 인식할 수 있도록 상기 제1 스테이지에 장착된 제3 촬영부;를 포함하고,
    상기 제1 스테이지는 고정된 상태에서 상기 제2 스테이지가 이동가능하고,
    상기 마스터 마크에는, 상기 제1 정렬 마크와 상기 제2 정렬 마크를 이용하여 상기 제1 기판과 제2 기판이 정렬될 때 정렬 위치가 기억되는 것을 특징으로 하는,
    기판 정렬 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 스테이지의 좌우 이동 거리를 센싱하는 제1 변위센서가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스테이지와 제2 스테이지 간 상하 방향 평행 정도를 센싱하는 제2 변위센서가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 촬영부 및 상기 제3 촬영부는 상기 제1 스테이지를 관통하여 상기 제1 스테이지에 장착되고, 상기 제2 촬영부는 상기 제2 스테이지를 관통하여 상기 제2 스테이지에 장착되는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 촬영부 및 상기 제3 촬영부는 상기 제1 기판과 간섭되지 않도록 상기 제1 스테이지에 장착되고, 상기 제2 촬영부는 제2 기판과 간섭되지 않도록 제2 스테이지에 장착되는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스테이지와 상기 제2 스테이지가 서로 가까워지는 방향을 기준으로, 상기 제1 촬영부 및 제2 촬영부는 각각 제1 정렬 마크 및 제2 정렬 마크의 전방에 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 스테이지의 이동으로 상기 제1 촬영부에 의해 제2 정렬 마크가 인식되고 제2 촬영부에 의해 제1 정렬 마크가 인식되는 위치에서 상기 제3 촬영부에 의해 상기 마스터 마크 상에 ①번 위치가 감지되는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 스테이지의 이동으로 상기 제1 정렬 마크와 제2 정렬 마크가 일치되는 기판 정렬 위치에서 상기 제3 촬영부에 의해 상기 마스터 마크 상에 ②번 위치가 감지되는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판 정렬 위치에 정렬된 제1 기판과 제2 기판의 접합 과정 동안 상기 ②번 위치가 유지되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 장치.
  11. 제1 기판에 형성된 제1 정렬 마크와 제2 기판에 형성된 제2 정렬 마크가 일치되도록 상기 제1 기판이 장착된 제1 스테이지는 고정시키고 상기 제2 기판이 장착된 제2 스테이지를 이동시키는 기판 정렬 방법에 있어서,
    상기 제1 스테이지에 장착된 제1 촬영부와 상기 제2 스테이지에 장착된 제2 촬영부가 서로 동축을 갖고 바라보도록 상기 제2 스테이지를 이동시키는 제1 동작을 수행하는 단계;
    상기 제1 촬영부가 상기 제2 정렬 마크를 인식하고 상기 제2 촬영부가 상기 제1 정렬 마크를 인식하는 위치까지 상기 제2 스테이지를 이동시키는 제2 동작을 수행하는 단계; 및
    상기 제1 정렬 마크와 상기 제2 정렬 마크가 일치될 것으로 추정되는 위치까지 상기 제2 스테이지를 이동시키는 제3 동작을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 스테이지에는 제3 촬영부가 형성되고 상기 제2 스테이지에는 상기 제3 촬영부에 의해 촬영 가능한 마스터 마크가 형성되어, 상기 제3 촬영부에 의해 상기 제2 동작을 수행하는 단계 및 상기 제3 동작을 수행하는 단계에서의 위치가 상기 마스터 마크 상에 인식되는 것을 특징으로 하는,
    기판 정렬 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 동작이 완료되면, 상기 제1 촬영부와 상기 제2 촬영부가 상기 제1 기판과 제2 기판이 서로 평행한지 여부를 인식하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 기판과 제2 기판이 서로 평행한지 여부는 변위센서의 센싱값에 따라 판단되는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 동작이 완료되면, 상기 마스터 마크 상에는 상기 제1 정렬 마크와 제2 정렬 마크가 동시에 인식되는 위치인 ①번 위치가 기억되는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제3 동작이 완료되면, 상기 마스터 마크 상에는 상기 제1 정렬 마크와 제2 정렬 마크가 일치되는 것으로 추정되는 위치인 ②번 위치가 기억되는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제3 동작이 완료되면, 상기 마스터 마크 상에서 상기 ①번 위치와 상기 ②번 위치가 서로 평행하게 되도록 상기 ②번 위치가 보정되는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제3 동작 완료 후, 상기 제2 스테이지가 수직 이동하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 서로 접합시키는 제4 동작을 수행하는 단계가 더 포함되고,
    상기 제4 동작 중에 상기 ①번 위치와 상기 ②번 위치가 서로 평행하게 유지되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 동작 내지 제3 동작에서 상기 제2 스테이지는 미리 설정된 거리만큼 이동하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 기판 정렬 방법.
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