KR20140146441A - 박막증착장치의 자동정렬장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 박막 증착을 위해 기판과 마스크를 정렬하는 박막증착장치의 자동정렬장치에 관한 것으로, 마그넷 플레이트를 승강시키는 제1 Z축과, 상기 제1 Z축을 구동시키기 위한 제1 Z축 구동부와, 상기 기판과 마스크를 정렬시키기 위해 θ각도로 회전하는 제2 Z축과, 상기 제2 Z축을 구동시키기 위한 제2 Z축 구동부와, 상기 제1 Z축과 상기 제2 Z축을 승하강시키는 제3 Z축과, 상기 제3 Z축을 구동시키기 위한 제3 Z축 구동부와, 상기 기판과 마스크를 정렬시키기 위해 X축 및 Y축 방향으로 이동하는 X-Y스테이지와, 상기 기판을 잡아주는 기판 홀더와, 증착 챔버에 고정되어 있으며, 기판을 고정시킨 후 마스크를 정렬시키는 정밀정렬부와, 상기 기판과 마스크와의 정렬이 이루어지도록 상기 제1 Z축 구동부, 제2 Z축 구동부 및 제3 Z축 구동부를 제어하는 제어부로 이루어짐으로써, 기판을 기판 홀더에 고정되도록 하는 한편 정밀정렬부를 이용하여 기판을 고정시킨 후 마스크 홀더에 고정된 마스크를 이동시켜 가면서 정렬시켜 중합위치를 추출함으로써, 보다 정밀하게 기판과 마스크를 정렬시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

박막증착장치의 자동정렬장치{A Automatic Aligning Apparatus for Thin-film Deposition Device}

본 발명은 박막증착장치의 자동정렬장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 박막 증착을 위해 기판과 마스크를 정렬하는 박막증착장치의 자동정렬장치에 관한 것이다.

최근 정보 통신 기술의 비약적인 발전과 시장의 팽창에 따라 디스플레이 소자로 평판표시소자(Flat Panel Display)가 각광을 받고 있다. 이러한 평판표시소자로는 액정 표시소자(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 소자(Plasma Display Panel), 유기 EL(Organic Electro Luminescence) 등이 대표적이다.

그 중에서도, 최근에는 저전압 구동, 자기발광, 경량 박형, 광시야각, 빠른 응답속도 등의 장점을 갖는 유기 EL(Organic Electro Luminescence)이 각광받고 있는 추세인데, 유기 EL 소자는 고휘도 등의 성능을 구현하기 위해 단위 화소의 크기가 작아지고 있다.

한편, 평판표시소자를 제작함에 있어서 포토리소그래피 공정, 식각, 증착 등의 단위 공정이 필수적으로 적용된다. 이와 같은 단위 공정들이 정상적으로 수행되기 위해서는 해당 단위 공정의 대상물인 기판과 상기 기판으로부터 소정 거리만큼 상부로 이격되어 있는 마스크(mask)가 정확히 정렬(alignment)되어야 한다. 상기 기판과 마스크의 정렬이 정확히 이루어지지 않은 상태에서 포토리소그래피 공정, 식각, 증착 등의 공정이 진행되면 전극의 단락, 과식각 등의 문제점이 발생된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로서, 일본등록특허 제3789857호에는 마스크와 기판과의 중합 위치를 설치한 보정 구동기구에 의해 자동 보정제어 할 수 있는 박막증착장치가 개시되어 있다.

이와 같은 선행특허는 챔버 내부에 설치한 기판 유지기구를 이용하여 기판을 유지한 상태에서 고정부에 설치한 마스크를 이동시켜 가면서 정렬시킨 후 중합시킴으로써, 기판을 일정한 위치에 고정시킨 상태에서 마스크를 움직여서 기판과 마스크가 정렬되도록 하는 기판 정렬방식을 취하고 있다.

그러나, 이와 같은 선행특허는 고정부의 고정이 해제되는 상태의 기판을 지지하는 기판 유지기구가 챔버의 측면에 구비되어야 하므로, 구성이 복잡한 단점이 있었다.

또한, 기판을 중합 고정기구에 의하여 고정부에 압박 고정하도록 한 후, 상기 중합 고정 기구에 의한 압박 고정을 해제하고 나서 상기 기판 유지기구를 이용하여 기판을 유지한 상태에서 고정부에 설치한 마스크를 이동시켜 가면서 정렬시킨 후 중합시켜야 하므로, 기판과 마스크의 정렬에 따르는 작업시간이 많이 소요되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 증착 공정 중 회전하는 회전축과 얼라인을 위한 회전축을 동일한 축으로 구성하여, 장비의 구성을 보다 간단히 하며, 기판을 고정시킨 후 마스크홀더에 연장된 정밀정렬부가 마스크홀더를 이동시키면서 정렬시켜 중합위치를 추출함으로써, 보다 정밀하게 기판과 마스크를 정렬시킬 수 있는 박막증착장치의 자동정렬장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 기판과 마스크의 정렬에 따르는 작업시간을 줄일 수 있는 박막증착장치의 자동정렬장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 기판과 마스크를 합착시키기 위한 마그넷 플레이트가 구비된 박막증착장치의 자동정렬장치에 있어서, 상기 마그넷 플레이트를 승하강 시키는 제1 Z축과, 상기 제1 Z축을 구동시키기 제1 Z축 구동부와, 상기 기판과 마스크를 정렬시키기 위해 θ각도로 회전하는 제2 Z축과, 상기 제2 Z축을 구동시키기 위한 제2 축 구동부와, 상기 제1 Z축과 상기 제2 Z축을 승하강시키는 제3 Z축과, 상기 제3 Z축을 구동시키기 위한 제3 Z축 구동부와, 상기 기판과 마스크를 정렬시키기 위해 X축 및 Y축 방향으로 이동하는 X-Y스테이지와, 상기 X-Y스테이지를 X축 및 Y축 방향으로 구동하기 위한 X-Y스테이지 구동부(미도시)와, 상기 기판을 잡아주는 기판 홀더와, 증착챔버에 고정되어 있으며, 기판을 고정시킨 후 마스크를 정렬시키는 정밀정렬부와, 상기 기판과 마스크와의 정렬이 이루어지도록 상기 제1 Z축 구동부, 제2 Z축 구동부 및 제3 Z축 구동부를 제어하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 자동정렬장치가 제공된다.

상기 제1 Z축은 제2 Z축 내부에 삽입되며, 상기 제1 Z축과 제2 Z축은 동심으로 설치될 수 있다.

한편, 상기 X-Y스테이지는 X-Y스테이지 구동부(미도시)에 연결되어 X축 및 Y축 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우, 상기 X-Y스테이지에 Z축 플레이트가 설치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 기판홀더를 고정하기 위한 정밀 플레이트가 더 설치될 수 있다.

상기 정밀 플레이트는 상기 기판홀더의 4개의 모서리에 설치되며, 기판홀더가 안착가능하도록 ‘ㄴ’자 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 정밀 플레이트는 승하강 구동 및 회전 구동을 위한 승하강 및 회전 구동부가 더 설치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 기판을 고정시킨 후 마스크 홀더에 클램핑된 마스크를 이동시켜 상기 정밀정렬부 상에서 마스크와의 정렬이 이루어지도록 한다.

또한, 본 발명에서는 상기 기판과 마스크에 형성된 마크를 인식하여 기판과 마스크의 정렬 위치를 판별하기 위한 광학수단이 더 포함된다.

여기서, 상기 광학수단은 다수의 광학 렌즈를 포함하는 렌즈부와, 상기 광학 렌즈의 간격을 조절하여 상기 조망 영역을 조절하는 배율조정부와, 상기 조망 영역의 영상을 촬영하는 CCD 카메라와, 상기 CCD 카메라를 X축, Y축 및 θ축 방향으로 구동하는 카메라 구동부와, 상기 CCD카메라를 상기 챔버의 외측에 고정하는 고정부재를 포함할 수 있다.

한편, 상기 CCD 카메라의 일측에 배치되어 빛을 발광하는 발광 수단을 더 포함할 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 기판을 기판 홀더에 고정시킨 후 정밀정렬부를 이용하여 마스크홀더에 고정된 마스크를 이동시켜 가면서 정렬시켜 중합위치를 추출함으로써, 보다 정밀하게 기판과 마스크를 정렬시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 기판과 마스크의 정렬에 따르는 작업시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 박막증착장치의 자동정렬장치의 일실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 박막증착장치의 자동정렬장치의 일실시예를 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 기판홀더를 상세하게 보이기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 박막증착장치의 자동정렬장치의 구성을 간략하게 도시한 정단면도이다.
도 6은 본 발명의 박막증착장치의 자동정렬장치의 요부를 간략하게 도시한 측단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 이때 도면에 도시되고 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 박막증착장치의 자동정렬장치의 일실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 박막증착장치의 자동정렬장치의 일실시예를 도시한 단면도이다.

본 발명의 자동정렬장치는 기판과 마스크를 합착시키기 위해 기판과 마스크의 위치를 정확히 정렬(alignment)하기 위한 장치로서, 마그넷 플레이트(3)를 승강시키는 제1 Z축(10)과, 상기 제1 Z축(10)을 구동시키기 위한 제1 Z축 구동부(12)와, 상기 기판(S)과 마스크(6)를 정렬시키기 위해 θ각도로 회전하는 제2 Z축(20)과, 상기 제2 Z축(20)을 구동시키기 위한 제2 Z축 구동부(22)와, 상기 기판(S)과 마스크(6)를 로딩 또는 언로딩하는 경우 장비 전체를 승강시키는 제3 Z축(30)과, 상기 제3 Z축(30)을 구동시키기 위한 제3 Z축 구동부(32)를 포함한다.

상기 제1 Z축(10)은 마그넷 플레이트(3)와, 기판홀더(50)를 승강시키기 위한 축으로서, 도 2에서 보는 바와 같이, Z축(상하) 방향으로 설치되며, 상기 제2 Z축(20) 내부에 삽입되게 설치된다.

즉, 상기 제1 Z축(10)은 내축으로, 상기 제2 Z축(20)은 외축으로 이루어지며, 상기 제1 Z축(10)과 제2 Z축(20)은 동심으로 설치되는 것이다.

상기 제2 Z축(20)은 θ축으로서, 증착 공정 중에는 회전축으로 사용되고, 기판(S)과 마스크(6) 얼라인 시에는 θ각을 위한 θ축으로 사용된다. 즉, 본 발명은 증착 공정 중에 회전으로 사용하는 회전축과 얼라인을 위한 θ축이 동일한 것이다.

또한, 상기 마스크(6)를 로딩하는 어셈블리의 쿨링을 위해 상기 제2 Z축(20)의 외주면에는 로테이션 조인트(Rotation Joint)가 설치될 수 있다.

한편, 상기 제3 Z축(30)은 기판(S)과 마스크(6) 로딩 시 전체 기구물을 승강시키는 것으로, 상기 제1 Z축(10)과 제2 Z축(20)을 모두 승강시키게 구성된다.

이와 같은 본 발명의 자동정렬장치는 상기 기판(S)과 마스크(6)를 정렬시키기 위해 X축 및 Y축 방향으로 이동하는 X-Y스테이지(40)와, 상기 기판(S)을 잡아주는 기판 홀더(50)와, 증착 챔버에 고정되어 있으며, 기판(S)을 고정시킨 후 마스크(6)를 정렬시키는 정밀정렬부와, 상기 기판(S)과 마스크(6)와의 정렬이 이루어지도록 상기 제1 Z축 구동부(12), 제2 Z축 구동부(22) 및 제3 Z축 구동부(32)를 제어하는 제어부(도시하지 않음)를 더 포함한다.

상기 X-Y스테이지(40)는 상기 제3 Z축 구동부(32)가 설치되며 X-Y스테이지 구동부(미도시)에 연결되어 X축 및 Y축 방향으로 이동하는 것으로, 상기 X-Y축 스테이지에 Z축 플레이트(34)가 설치되어 상기 제3 Z축 구동부에 의해 상기 Z축 플레이트를 이동되도록 할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 자동정렬장치는 기판(S)과 마스크(6)의 얼라인을 위해서 3축으로 구동한다. 즉, X축, Y축 및 각도조절을 위한 θ축이 필요한 것이다. 여기서, X축과 Y축의 이동은 상기 X-Y 스테이지(40)에서 이루어지고, θ축의 이동은 상기 제2 Z축(20)에서 이루어진다.

한편, 도 3 및 도 4는 본 발명의 기판홀더를 상세하게 보이기 위한 사시도로서, 상기 기판홀더(50)를 고정하기 위한 정밀 플레이트(52)가 설치된다.

상기 정밀 플레이트(52)는 기판홀더(50)가 고정된 상태에서 마스크(6)를 정렬시키는 정밀정렬부로 구성되는 것으로, 기판(S)의 고정상태에서 마스크(6)가 움직이면서 정렬을 하도록 한다.

상기 정밀 플레이트(52)는 상기 기판홀더(50)의 4개의 모서리에 설치되며, 기판홀더(50)가 안착가능하도록 ‘ㄴ’자 형상으로 이루어진다.

상기 기판홀더(50)는 정밀 플레이트(52)의 수평방향으로 형성된 단부에 안착되어 고정될 수 있다.

이와 같은 상기 정밀 플레이트(52)는 제1 Z축(10)의 승하강에 의하여 기판홀더(50)를 고정 및 해제할 수 있는데, 이와는 별개로 상기 정밀 플레이트(52)를 회전구동하기 위한 회전구동부(도시하지 않음)를 설치하여 기판홀더를 고정 및 해제할 수도 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 기판(S)을 고정시킨 후 마스크 홀더(7)에 클램핑된 마스크(6)를 이동시켜 상기 정밀정렬부 상에서 마스크(6)와의 정렬이 이루어지도록 한다.

또한, 본 발명에서는 상기 기판(S)과 마스크(6)에 형성된 마크를 인식하여 기판(S)과 마스크(6)의 정렬 위치를 판별하기 위한 광학수단이 더 포함된다.

상기 광학수단은 기판(S)과 마스크(6)에 형성된 마크를 인식할 수 있는 위치에 설치되며, 본 발명에서는 광학수단이 설치되는 위치를 한정하지 않는다. 이와 같은 광학수단은 다수의 광학 렌즈를 포함하는 렌즈부와, 상기 광학 렌즈의 간격을 조절하여 상기 조망 영역을 조절하는 배율조정부와, 상기 조망 영역의 영상을 촬영하는 CCD 카메라와, 상기 CCD 카메라를 X축, Y축 및 θ축 방향으로 구동하는 카메라 구동부와, 상기 CCD카메라를 상기 챔버의 외측에 고정하는 고정부재를 포함할 수 있다.

한편, 상기 CCD 카메라의 일측에 배치되어 빛을 발광하는 발광 수단을 더 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명의 박막증착장치의 자동정렬장치의 구성을 간략하게 도시한 정단면도이고, 도 6은 본 발명의 박막증착장치의 자동정렬장치의 요부를 간략하게 도시한 측단면도이다.

여기서, 도면부호 2는 본 발명의 증착 챔버를 나타내며, 상기 증착 챔버(2)는 진공펌프(도시하지 않음)에 의하여 진공화되고, 하부에는 증착물질이 공급되는 증착원(1)이 설치될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 박막증착장치의 자동정렬장치의 정렬 동작방법은 다음과 같다.

먼저, 기판(S)과 마스크(6)를 로딩한다.

이때, 기판(S)이 장입되는 순서는 상기 제1 Z축(10)이 상승하고, 제3 Z축(30)은 하강하여 기판(S), 마스크(6) 및 마그넷 플레이트(3)가 모두 벌어진 상태에서 기판(S)이 장입된다.

상기 마스크(6)는 제1 Z축(10)이 상승하고, 제3 Z축(30)은 상승하여 기판(S)과 마그넷 플레이트(3)는 거의 근접 혹은 붙어있는 상태이며, 마스크 홀더(7)만 벌어진 상태로 유입된다.

이후, 상기 기판(S)과 마스크(6)를 얼라인 위치로 이동시킨다.

이때, 제1 Z축(10)과 제3 Z축(30)을 이용하여 기판(S)과 마스크(6)를 최대한 근접하게 이동시킨다. 즉, 기판(S)과 마스크(6)의 마크를 CCD 카메라에서 확인이 가능할 정도로 최대한 근접하게 이동한다.

상기 제3 Z축(30)이 하강하여 마스크(6)와 기판(S)이 근접하게 올려진다.

동시에 백플레이트(4)의 상부에 설치된 스프링의 벌어짐에 의해 백플레이트(4)가 하강하여 기판(S)의 상부에 근접하게 위치한다.

이후, 제1 Z축(10)의 하강으로 마그넷 플레이트(3)를 하강시켜 백플레이트(4)와 근접하게 위치시킨다.

이후, X-Y 스테이지(40)와 제2 Z축(20)을 이용하여 기판(S)과 마스크(6)를 정렬시킨다. 여기서, X축과 Y축의 이동은 상기 X-Y 스테이지(40)에서 이루어지고, θ축의 이동은 상기 제2 Z축(20)에서 이루어진다.

이때, 마그넷 플레이트(3)는 기판(S)과 마스크(6)와는 최대한 근접한 상태에서 상기 정렬을 실행한다.

이후, 마그넷 플레이트(3)와 기판(S)과 마스크(6)를 전부 합착시킨다. 상기 제3 Z축(30)을 상승시킨 후 마스크홀더(7)가 기판홀더(50)와 합착된다.

합착 후 기판홀더(50)가 마스크홀더의(7)의 상승동작에 의하여 정밀플레이트(52)와 분리되어 올라간다.

최종적으로 기판(S)과 마스크(6)의 정렬상태를 확인한다.

정렬이 벗어날 경우, 다시 기판(S)과 마스크(6)를 정렬하는 순서로 되돌아간다.

이후, 제3 Z축(30)을 상승시켜 프로세스 포지션에서 회전을 시작하고 증착공정을 진행한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 사상적 범주에 속한다.

S : 기판 3 : 마그넷 플레이트
6 : 마스크 10 : 제1 Z축
12 : 제1 Z축 구동부 20 : 제2 Z축
22 : 제2 Z축 구동부 30 : 제3 Z축
32 : 제3 Z축 구동부 40 : X-Y스테이지
50 : 기판홀더 52 : 정밀 플레이트

Claims (10)

1. 기판과 마스크를 합착시키기 위한 마그넷 플레이트가 구비된 박막증착장치의 자동정렬장치에 있어서,
   상기 마그넷 플레이트를 승강시키는 제1 Z축;
   상기 제1 Z축을 구동시키기 위한 제1 Z축 구동부;
   상기 기판과 마스크를 정렬시키기 위해 θ각도로 회전하는 제2 Z축;
   상기 제2 Z축을 구동시키기 위한 제2 Z축 구동부;
   상기 제1 Z축과 상기 제2 축을 승하강시키는 제3 Z축;
   상기 제3 Z축을 구동시키기 위한 제3 Z축 구동부;
   상기 기판과 마스크를 정렬시키기 위해 X축 및 Y축 방향으로 이동하는 X-Y스테이지;
   상기 기판을 잡아주는 기판 홀더;
   증착 챔버에 고정되어 있으며, 기판을 고정시킨 후 마스크를 정렬시키는 정밀정렬부; 및
   상기 기판과 마스크와의 정렬이 이루어지도록 상기 제1 Z축 구동부, 제2 Z축 구동부 및 제3 Z축 구동부를 제어하는 제어부;
   로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 자동정렬장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 Z축은 제2 Z축 내부에 삽입되며, 상기 제1 Z축과 제2 Z축은 동심으로 설치되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 자동정렬장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제3 Z축과 제3 Z축 구동부는 상기 X-Y스테이지에 연결되어 X-Y축 구동부(미도시)에 의하여 X축 및 Y축 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 자동정렬장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 X-Y스테이지에 Z축 플레이트가 설치되는 것을 특징을 하는 박막증착장치의 자동정렬장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 기판홀더를 고정하기 위한 정밀 플레이트가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 자동정렬장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 정밀 플레이트는 상기 기판홀더의 4개의 모서리에 설치되며,
   기판홀더가 안착가능하도록 ‘ㄴ’자 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 자동정렬장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는 상기 기판을 고정시킨 후 마스크 홀더에 클램핑된 마스크를 이동시켜 상기 정밀정렬부 상에서 마스크와의 정렬이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 자동정렬장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 기판과 마스크에 형성된 마크를 인식하여 기판과 마스크의 정렬 위치를 판별하기 위한 광학수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 자동정렬장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 광학수단은 다수의 광학 렌즈를 포함하는 렌즈부;
   상기 광학 렌즈의 간격을 조절하여 상기 조망 영역을 조절하는 배율조정부;
   상기 조망 영역의 영상을 촬영하는 CCD 카메라;
   상기 CCD 카메라를 X축, Y축 및 θ축 방향으로 구동하는 카메라 구동부; 및
   상기 CCD카메라를 상기 챔버의 외측에 고정하는 고정부재를 포함하는 박막증착장치의 자동정렬장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 CCD 카메라의 일측에 배치되어 빛을 발광하는 발광 수단을 더 포함하는 박막증착장치의 자동정렬장치.

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