KR20110021292A - 기판처리장치와 기판정렬방법 - Google Patents

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박상일
최정수
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엘아이지에이디피 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판처리장치, 기판정렬방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기판처리장치는 제 1기판이 안착되는 제 1스테이지; 제 2기판이 안착되며 상기 제 1기판측으로 상기 제 2기판을 이동시켜 합착하는 기판 이동부를 가지는 제 2스테이지; 상기 제 2스테이지에 상기 제 2기판측으로 관통하여 형성되는 촬영홀; 상기 촬영홀에 설치되며 상기 제 2기판의 얼라인 마크 형성부분으로 광을 조사하는 반사형 조명과 상기 반사형 조명과 함께 설치되어 상기 촬영홀을 통하여 상기 제 1기판과 상기 제 2기판의 얼라인 마크를 촬영하는 카메라를 포함함으로써 기판과 스탬프에 형성된 얼라인 마크를 이용하여 기판과 스탬프를 정렬할 때 메탈 계열의 얼라인 마크와 폴리머 계열의 얼라인 마크에 대해서 투과형 조명 또는 반사형 조명을 선택적으로 사용하여 얼라인 마크의 촬영을 수행하도록 함으로써 기판 정렬 성능과 정렬 신뢰도의 향상에 기여하도록 하는 효과가 있다.

Description

기판처리장치와 기판정렬방법{Substrate processing apparatus and substrate alignment method}
본 발명은 기판처리장치와 기판정렬방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판의 반사형 조명과 투과형 조명을 선택적으로 사용하여 기판 정렬을 수행하도록 하는 기판처리장치와 기판정렬방법에 관한 것이다.
LCD, PDP, OLED 등과 같은 대부분의 평판표시장치는 두 기판 중의 제 1기판에 화소를 표시하는 픽셀구조를 형성시키고, 제 2기판을 제 1기판에 합착시킴으로써 제조된다. 또한 기판에 패턴을 형성하는 공정 중에서 임프린트(Imprint) 공정은 패턴이 형성된 스탬프를 기판에 합착하여 상기 패턴을 기판으로 전사함으로써 기판 상에 패턴이 형성되도록 한다.
이와 같은 합착기와 임프린트와 같이 두 기판을 합착하여 원하는 공정을 수행하도록 하는 장치들은 두 기판을 합착하기 위하여 하부에 제 1기판을 위치시킨 상태에서 제 1기판의 상부로 제 2기판(합착을 위한 유리기판일 수 있고, 임프린트 를 위한 스탬프일 수 있다.)을 하강시켜 기판을 합착한다. 이러한 합착 공정을 정확히 수행하기 위해서는 제 1기판과 제 2기판의 정렬이 매우 중요하다.
기판의 합착시 두 기판의 정렬을 위하여 각각의 기판에는 얼라인 마크(align mark)가 형성되어 있다. 얼라인 마크는 기판의 모서리 부분에 대부분 형성된다. 그리고 얼라인 마크는 기판처리장치에 설치된 카메라에 의하여 촬영된다. 이 카메라는 제 1기판과 제 2기판에 각각 형성된 두 개의 얼라인 마크를 동시에 촬영하여 얼라인 마크의 정렬상태에 대한 판단이 이루어지도록 한다. 그리고 카메라에 의한 얼라인 마크 촬영을 위하여 기판을 투과하는 조명을 카메라의 반대편 위치에서 조사한다. 이와 같은 방법은 얼라인 마크가 금속으로 형성된 경우에는 크게 문제가 없다.
하지만 근래에 얼라인 마크는 폴리머(polymer) 계열이 사용되기도 하는데, 특히 임프린트 공정에서 저비용의 스탬프의 제작을 위하여 폴리머 계열의 얼라인 마크가 사용된다.
그런데, 폴리머 계열의 얼라인 마크는 카메라로 촬영할 때 카메라의 반대편에 위치한 조명에서 제공되는 투과형 광이 폴리머 계열의 얼라인 마크를 일부 투과하기 때문에 카메라가 얼라인 마크의 이미지를 선명하게 촬영할 수 없는 문제점이 발생한다. 그리고 얼라인 마크가 선명하게 촬영되지 못하면 이후 기판 정렬의 신뢰성 및 성능이 저하된다.
본 발명은 금속계열의 얼라인 마크 또는 폴리머 계열의 얼라인 마크가 사용된 기판에 대하여 선택적으로 투과형 조명 도는 반사형 조명을 사용하여 기판 정렬을 수행하도록 하는 기판처리장치 및 이를 위한 기판정렬방법을 제공하기 위한 것이다.
기판처리장치는 제 1기판이 안착되는 제 1스테이지; 제 2기판이 안착되며 상기 제 1기판측으로 상기 제 2기판을 이동시켜 합착하는 기판 이동부를 가지는 제 2스테이지; 상기 제 2스테이지에 상기 제 2기판측으로 관통하여 형성되는 촬영홀; 상기 촬영홀에 설치되며 상기 제 2기판의 얼라인 마크 형성부분으로 광을 조사하는 반사형 조명과 상기 반사형 조명과 함께 설치되어 상기 촬영홀을 통하여 상기 제 1기판과 상기 제 2기판의 얼라인 마크를 촬영하는 카메라를 포함한다.
상기 제 1스테이지에 상기 제 1기판측으로 관통하여 형성되는 조명홀이 형성되고, 상기 조명홀에 설치되며 상기 제 1기판의 얼라인 마크 형성부분으로 조명을 제공하는 촬영 반대 방향측 조명을 포함할 수 있다.
상기 카메라에 의하여 촬영되는 이미지에 의하여 상기 제 1기판과 상기 제 2기판의 정렬을 제어하는 메인 제어부를 구비할 수 있다.
상기 카메라의 구동을 제어하는 카메라 제어부와 상기 카메라에서 촬영한 이미지 데이터를 저장하는 이미지 저장부와 상기 이미지 저장부에 저장된 이미지의 해상도를 비교하는 해상도 비교부를 구비할 수 있다.
상기 투과형 조명과 상기 반사형 조명을 선택적으로 온/오프하는 조명 선택 스위치를 구비할 수 있다.
상기 제 2기판은 임프린트용 스탬프일 수 있다.
상기 얼라인 마크는 폴리머 계열의 재질 또는 금속 계열의 재질 중 어느 하나로 될 수 있다.
기판처리방법은 제 1기판과 제 2기판이 합착 공간 내부로 진입하여 합착 대기 중일 때 상기 제 1기판과 상기 제 2기판을 투과하여 제공되는 투과형 조명을 이용하여 상기 제 1기판과 상기 제 2기판의 얼라인 마크를 카메라로 촬영하는 제 1촬영단계와, 상기 카메라의 촬영 방향과 동일한 방향으로 제공되는 반사형 조명을 이용하여 상기 제 1기판과 상기 제 2기판의 얼라인 마크를 상기 카메라로 촬영하는 제 2촬영단계와, 상기 제 1촬영단계와 상기 제 2촬영단계에서 촬영된 이미지의 해상도를 비교하여 상기 제 2촬영단계와 상기 제 2촬영단계중 해상도가 보다 높은 촬영단계를 이용하여 상기 제 1기판과 상기 제 2기판의 정렬을 수행한다.
상기 제 2기판은 임프린트용 스탬프일 수 있다.
상기 얼라인 마크는 폴리머 계열의 재질 또는 금속 계열의 재질 중 어느 하나로 될 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치와 기판처리방법은 기판과 스탬프에 형성된 얼 라인 마크를 이용하여 기판과 스탬프를 정렬할 때 메탈 계열의 얼라인 마크와 폴리머 계열의 얼라인 마크에 대해서 투과형 조명 또는 반사형 조명을 선택적으로 사용하여 얼라인 마크의 촬영을 수행하도록 함으로써 기판 정렬 성능과 정렬 신뢰도의 향상에 기여하도록 하는 효과가 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 기판처리장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시예에 따른 기판처리장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 기판처리장치는 나노 임프린터 기판처리장치이다.
도 1에 도시된 바와 같이 기판처리장치는 상부 챔버(100)와 하부 챔버(110)를 구비한다. 하부 챔버(110)에는 제 1기판(S1)이 안착되는 제 1스테이지(150)가 구비되고, 상부 챔버(100)에는 제 2기판(S2)인 스탬프(STAMP)가 지지되는 제 2스테이지(140)가 구비된다. 상부 챔버(100)는 승강강치(120)에 의하여 상하 승강 가능하게 되어 있다. 이 승강장치(120)는 스크류 잭(SCREW JACK) 또는 파워 실린더 등으로 구비될 수 있다.
제 1스테이지(150)는 제 1기판(S1)을 지지하는 정전척 등과 같은 기판 지지장치를 구비할 수 있고, 제 2스테이지(140)는 제 2기판(S2)을 지지하는 정전척 또는 점착척과 같은 기판 지지장치를 구비할 수 있다. 여기서 정전척은 정전기력으로 기판을 지지하는 것일 수 있고, 점착척은 점착력이나 반데르발스 힘으로 기판을 점착하는 것일 수 있다.
제 2스테이지(140)는 상부 챔버(100)의 측벽에 상부 챔버(100)에 지지된 상태로 상하로 승강 가능하게 설치된다. 이 제 2스테이지(140)를 위한 승강 장치는 상부 챔버(100) 내부에 설치된 실린더와 같은 기구적 구성일 수 있다.
따라서 제 2스테이지(140)에 지지된 제 2기판(S2)은 제 1기판(S1) 측으로 하강하거나 또는 상승할 수 있다. 본 실시예에서 제 2기판(S2)은 제 1기판(S1)으로 전사할 패턴이 형성된 스탬프일 수 있다. 그리고 제 1기판(S1)과 제 2기판(S2)에는 서로 매칭(matching)되는 얼라인 마크(미도시)가 형성된다. 이 얼라인 마크는 메탈 재질의 패턴 또는 폴리머 재질의 패턴일 수 있다.
상부 챔버(100)는 상부 챔버(100)의 적어도 두 곳 이상의 모서리 주변부에 상하로 관통한 촬영홀(100a)이 형성된다. 이 촬영홀(100a)은 석영과 같은 투과형 재질에 의하여 매립되어 있다.
그리고 하부 챔버(110)에도 적어도 두 곳 이상의 모서리 주변부에 상하로 관통한 촬영홀(110a)이 형성된다. 이 촬영홀(110a) 또한 석영 등에 의하여 매립되어 있다. 또한, 상부 챔버(100)의 촬영홀(100a)이 위치한 외측면에는 촬영 카메라(160)와 상부 조명(170)이 위치한다. 또한 하부 챔버(110)의 촬영홀(110a)이 위치한 외측에는 하부 조명(180)이 위치한다.
여기서 상부 조명(170)은 반사형 조명이 되고, 하부 조명(180)은 투과형 조명이 된다. 다른 실시예로 하부 챔버(110)의 촬영홀(110a)에 촬영 카메라(160)가 위치할 수 있다.
상부 챔버(100)의 촬영홀(100a)과 동축 상인 제 2스테이지(140)의 위치에도 촬영홀(140a)이 형성되고, 하부 챔버(110)의 촬영홀(110a)과 동축 상인 제 1스테이지(150)의 위치와 UVW 스테이지(130)의 위치에도 촬영홀(130a)이 각각 형성된다. 그리고 제 1스테이지(150)와 제 2스테이지(140) 그리고 UVW 스테이지(130)에 형성된 촬영홀(150a)(140a)(130a)은 상부 챔버(100)와 하부 챔버(110)에 형성된 촬영홀(100a)(110a) 보다 광폭으로 형성될 수 있다.
한편, 카메라(160)에 의하여 촬영되는 이미지에 의하여 제 1기판(S1)과 제 2기판(S2)의 정렬을 제어하는 메인 제어부(200)가 구비된다. 그리고 이미지의 촬영을 위하여 카메라의 구동을 제어하는 카메라 제어부(210)가 구비된다. 카메라 제어부(210)는 카메라(160)의 촬영 동작과 줌인 또는 줌아웃 등과 같은 제어를 위한 신호를 카메라(160) 측으로 전송하고 카메라(160)에서 촬영한 이미지 데이터를 필요한 데이터로 가공하는 기능을 한다.
그리고 카메라(160)에서 촬영한 이미지 데이터를 저장하는 이미지 저장부(220)를 구비한다. 이미지 저장부(220)는 램(RAM)과 같은 휘발성 메모리일 수 있고, 또는 필요에 따라 비휘발성 메모리를 사용할수 있다. 그리고 카메라(160)에서 촬영한 이미지의 해상도를 비교하는 해상도 비교부(230)가 구비된다. 해상도 비교부(230)는 카메라 제어부(210)에서 전달되어 이미지 저장부(220)에 저장된 두 개의 이미지의 해상도를 측정하여 비교하는 장치이다.
이를 위한 해상도 비교부(230)는 촬영된 두 이미지에 대하여 특정 픽셀 영역의 밝기 신호의 크기를 측정하여 비교하거나 또는 특정의 선택된 영역, 예를 들어 이미지의 경계면에 위치한다고 판단되는 다수의 픽셀 군의 신호의 크기를 추출하여 비교하는 방법 등과 같이 다양한 방법으로 수행할 수 있다. 그리고 상부 조명(170) 또는 하부 조명(180)을 선택적으로 온/오프하는 조명 선택 스위치(240)가 구비된다.
이러한 카메라 제어부(210)와 이미지 저장부(220), 해상도 비교부(230) 그리고 조명 선택 스위치(240)는 메인 제어부(200)에 의하여 동작이 제어된다. 그리고 메인 제어부(200)는 촬영된 정렬 마크의 이미지에 따라 제 2스테이지(140)의 하강 제어를 위한 신호와 제 1스테이지(150)의 X축과 Y축 그리고 θ 방향의 정렬 제어를 위한 신호를 발생시킨다. 그리고 메인 제어부(200)에서 제공되는 정렬 위치에 제 1스테이지(150)를 정렬시키기 위한 전술한 UVW 스테이지(130)가 제 1스테이지(150)의 하부에 설치된다.
이하에서는 본 실시예에 따른 기판처리장치의 기판정렬방법에 대한 실시예를 설명한다. 도 2는 본 실시예에 따른 기판처리장치의 기판정렬방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.
도 2에 도시된 바와 같이 임프린팅을 위한 제 1기판(S1)이 기판처리장치의 내부에 반입되어 제 1스테이지(150)의 상부에 안착되고, 이후 스탬프인 제 2기판(S2)이 기판처리장치의 내부로 반입되어 제 2스테이지(140)에 안착되어 임프린팅을 위한 기판 정렬 준비 단계(S10)가 수행된다.
이후 상부 조명(170)이 온되고, 하부 조명(180)이 오프된 상태에서 카메라(160)가 얼라인 마크를 촬영한다(S20)(S30). 그리고 촬영된 이미지는 제 1이미지로 이미지 저장부(220)에 저장된다(S40). 이후 상부 조명(170)이 오프되고, 하부 조명(180)이 온된 후 카메라(160)가 얼라인 마크를 촬영한다(S50)(S60). 그리고 이때 촬영된 이미지는 제 2이미지로 이미지 저장부(220)에 저장된다(S70).
이후 제 1이미지와 제 2이미지를 해상도를 해상도 비교부(230)에서 비교한다(S80). 이때의 비교는 이미지의 전체 픽셀의 신호 크기, 특정 픽셀 또는 특정 영역의 픽셀의 신호의 크기를 전압값으로 변환하여 비교함으로써 어떤 이미지의 이미지가 높은 해상도를 갖는지를 판별한다.
그리고 비교된 이미지 중에서 해상도가 높은 이미지를 선택하고(S90), 이 선택된 이미지를 촬영할 때 사용된 이미지를 이용하여 이후 제 1기판(S1)과 스탬프인 제 2기판(S2)의 정렬을 수행한다(S100).
예를 들어 얼라인 마크가 폴리머 계열로 형성된 경우에는 상부 조명(S170)으로 촬영한 제 1이미지의 해상도가 제 2이미지보다 높은 것으로 예측되므로 이때에는 상부 조명(170)으로 이미지를 촬영하도록 할 수 있다.
그리고 얼라인 마크가 메탈 계열로 형성된 경우에는 제 1이미지보다 제 2이미지의 해상도가 높을 것으로 예측되므로 이때에는 하부 조명(S180)으로 이미지를 촬영하도록 할 수 있다. 또는 다른 실시예로 필요에 따라 상부 조명(170)과 하부 조명(180)을 모두 사용하여 이미지를 촬영하여 기판 정렬을 수행할 수 있다.
그리고 조명의 선택은 전술한 바와 같이 자동으로 이미지를 비교하여 선택하도록 할 수 있지만 또 다른 실시예로 임프린트 공정을 수행하기 전에 사용자가 조명을 선택하도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시예에 대하여 본 실시예와 동일한 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 실시예를 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다. 더욱이 본 실시예에서는 기판처리장치로 임프린터 장치에 대한 실시예를 언급하고 있지만, 다른 실시예로 기판합착장치에서도 본 실시예가 적용될 수 있을 것이다.
도 1은 본 실시예에 따른 기판처리장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 기판처리장치의 기판정렬방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.

Claims (10)

  1. 제 1기판이 안착되는 제 1스테이지;
    제 2기판이 안착되며 상기 제 1기판측으로 상기 제 2기판을 이동시켜 합착하는 기판 이동부를 가지는 제 2스테이지;
    상기 제 2스테이지에 상기 제 2기판측으로 관통하여 형성되는 촬영홀;
    상기 촬영홀에 설치되며 상기 제 2기판의 얼라인 마크 형성부분으로 광을 조사하는 반사형 조명과 상기 반사형 조명과 함께 설치되어 상기 촬영홀을 통하여 상기 제 1기판과 상기 제 2기판의 얼라인 마크를 촬영하는 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1스테이지에 상기 제 1기판측으로 관통하여 형성되는 조명홀이 형성되고, 상기 조명홀에 설치되며 상기 제 1기판의 얼라인 마크 형성부분으로 조명을 제공하는 투과형 조명을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 카메라에 의하여 촬영되는 이미지에 의하여 상기 제 1기판과 상기 제 2기판의 정렬을 제어하는 메인 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 카메라의 구동을 제어하는 카메라 제어부와 상기 카메라에서 촬영한 이미지 데이터를 저장하는 이미지 저장부와 상기 이미지 저장부에 저장된 이미지의 해상도를 비교하는 해상도 비교부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 투과형 조명과 상기 반사형 조명을 선택적으로 온/오프하는 조명 선택 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제 1항 내지는 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2기판은 임프린트용 스탬프인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 제 1항 내지는 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 얼라인 마크는 폴리머 계열의 재질 또는 금속 계열의 재질 중 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 제 1기판과 제 2기판이 합착 공간 내부로 진입하여 합착 대기 중일 때 상기 제 1기판과 상기 제 2기판을 투과하여 제공되는 투과형 조명을 이용하여 상기 제 1기판과 상기 제 2기판의 얼라인 마크를 카메라로 촬영하는 제 1촬영단계와,
    상기 카메라의 촬영 방향과 동일한 방향으로 제공되는 반사형 조명을 이용하여 상기 제 1기판과 상기 제 2기판의 얼라인 마크를 상기 카메라로 촬영하는 제 2촬영단계와,
    상기 제 1촬영단계와 상기 제 2촬영단계에서 촬영된 이미지의 해상도를 비교하여 상기 제 2촬영단계와 상기 제 2촬영단계중 해상도가 보다 높은 촬영단계를 이용하여 상기 제 1기판과 상기 제 2기판의 정렬을 수행하는 것을 특징으로 하는 기판정렬방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 2기판은 임프린트용 스탬프인 것을 특징으로 하는 기판정렬방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 얼라인 마크는 폴리머 계열의 재질 또는 금속 계열의 재질 중 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 기판정 렬방법.
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