KR20200049034A - 얼라인먼트 시스템, 성막 장치, 얼라인먼트 방법, 성막 방법 및 전자 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

얼라인먼트 시스템, 성막 장치, 얼라인먼트 방법, 성막 방법 및 전자 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 얼라인먼트 시스템은, 기판과 마스크의 상대위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 시스템으로서, 상기 기판을 흡착하기 위한 정전척과, 상기 정전척에 의해 흡착된 상기 기판과 상기 마스크와의 이격상태를 검출하기 위한 이격상태 검출수단과, 상기 정전척에 의해 흡착된 상기 기판과, 상기 마스크와의 상대위치를 조정하기 위한 위치조정기구와, 상기 정전척과, 상기 이격상태 검출수단과, 상기 위치조정기구를 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 이격상태 검출수단에 의해 검출된 상기 기판과 상기 마스크의 이격상태에 기초하여, 상기 위치조정기구에 의한 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치의 조정의 개시여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

Description

얼라인먼트 시스템, 성막 장치, 얼라인먼트 방법, 성막 방법 및 전자 디바이스의 제조 방법{ALIGNMENT SYSTEM, FILM FORMING APPARATUS, ALIGNMENT METHOD, FILM FORMING METHOD, AND MANUFACTURING METHOD OF ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 얼라인먼트 시스템, 성막 장치, 얼라인먼트 방법, 성막 방법 및 전자 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
유기 EL 표시장치(유기 EL 디스플레이)의 제조에 있어서는, 유기 EL 표시장치를 구성하는 유기 발광소자(유기 EL 소자; OLED)를 형성할 때에, 성막 장치의 증착원으로부터 증발한 증착 재료를 화소 패턴이 형성된 마스크를 통해 기판에 증착시킴으로써, 유기물층이나 금속층을 형성한다.
상향 증착 방식(Depo-up)의 성막 장치에 있어서, 증착원은 성막 장치의 진공용기의 하부에 설치되고, 기판은 진공용기의 상부에 배치되며, 기판의 하면에 증착이 이루어진다. 이러한 상향 증착 방식의 성막 장치의 진공용기내에서, 기판은 그 하면의 주연부만이 기판홀더에 의해 보유 및 지지되기 때문에, 기판이 그 자중에 의해 처지며, 이것이 증착정밀도를 떨어뜨리는 하나의 요인이 되고 있다. 상향 증착 방식 이외의 방식의 성막 장치에 있어서도, 기판의 자중에 의한 처짐은 발생할 가능성이 있다.
기판의 자중에 의한 처짐을 저감하기 위한 방법으로서 정전척을 사용하는 기술이 검토되고 있다. 즉, 기판의 상면을 그 전체에 걸쳐 정전척으로 흡착함으로써 기판의 처짐을 저감할 수 있다.
특허문헌 1에는, 정전척으로 기판 및 마스크를 흡착하는 기술이 제안되어 있다.
한국특허공개공보 제2007-0010723호
그러나, 종래 기술에 있어서, 정전척으로 기판을 흡착한 상태에서 기판과 마스크간의 얼라인먼트를 행하기 위해 기판이 흡착된 정전척을 마스크에 접근시킬 때, 마스크가 정전척으로부터 정전인력을 받아 기판의 하면에 접촉하는 경우가 있다. 이 상태에서, 기판과 마스크의 위치조정을 행하면, 기판의 하면에 형성된 화소패턴이 마스크에 의해 손상되는 문제가 생긴다.
본 발명은, 기판의 성막면에의 손상을 저감할 수 있는 얼라인먼트 시스템, 성막 장치, 얼라인먼트 방법, 성막 방법, 전자 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 얼라인먼트 시스템은, 기판과 마스크의 상대위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 시스템으로서, 상기 기판을 흡착하기 위한 정전척과, 상기 정전척에 의해 흡착된 상기 기판과 상기 마스크와의 이격상태를 검출하기 위한 이격상태 검출수단과, 상기 정전척에 의해 흡착된 상기 기판과, 상기 마스크와의 상대위치를 조정하기 위한 위치조정기구와, 상기 정전척과, 상기 이격상태 검출수단과, 상기 위치조정기구를 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 이격상태 검출수단에 의해 검출된 상기 기판과 상기 마스크의 이격상태에 기초하여, 상기 위치조정기구에 의한 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치의 조정의 개시여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 양태에 따른 얼라인먼트 시스템은, 기판과 마스크의 상대위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 시스템으로서, 상기 기판을 흡착하기 위한 정전척과, 상기 정전척에 의해 흡착된 상기 기판과 상기 마스크와의 거리를 측정하기 위한 거리측정수단과, 상기 정전척에 의해 흡착된 상기 기판과, 상기 마스크와의 상대위치를 조정하기 위한 위치조정기구와, 상기 정전척과, 상기 거리측정수단과, 상기 위치조정기구를 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 거리측정수단에 의해 측정된 상기 기판과 상기 마스크와의 사이의 거리에 기초하여, 상기 위치조정기구에 의한 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치의 조정의 개시여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 양태에 따른 성막 장치는. 마스크를 통하여 기판에 증착 재료를 성막하기 위한 성막 장치로서, 본 발명의 제1 양태 또는 제2 양태에 따른 얼라인먼트 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 양태에 따른 얼라인먼트 방법은, 기판과 마스크의 상대위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 방법으로서, 상기 기판을 정전척에 흡착시키는 단계와, 상기 정전척에 흡착된 상기 기판과 상기 마스크의 이격상태를 검출하는 단계와, 검출된 상기 기판과 상기 마스크의 상기 이격상태에 기초하여, 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치의 조정의 개시 여부를 결정하는 단계와, 상기 상대위치의 조정의 개시여부를 결정하는 단계에서 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치의 조정을 개시하는 것으로 결정된 경우, 상기 기판과 상기 마스크의 상대위치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
본 발명의 제5 양태에 따른 컴퓨터 판독 가능 기록매체는, 컴퓨터에 기판과 마스크의 상대위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능 기록매체로서, 상기 얼라인먼트 방법은, 본 발명의 제4 양태에 따른 얼라인먼트 방법인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 양태에 따른 매체에 기록된 컴퓨터 프로그램은, 컴퓨터에 기판과 마스크의 상대위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 얼라인먼트 방법은, 본 발명의 제4 양태에 따른 얼라인먼트 방법인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7 양태에 따른 성막 방법은, 마스크를 통하여 기판에 증착 재료를 성막하기 위한 성막 방법으로서, 본 발명의 제4 양태에 따른 얼라인먼트 방법을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제8 양태에 따른 전자 디바이스의 제조 방법은, 본 발명의 제7 양태에 따른 성막 방법을 사용하여 전자 디바이스를 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 기판과 마스크의 상대위치의 조정시에 마스크에 의한 기판의 성막면의 손상을 저감할 수 있다.
도 1은 전자 디바이스의 제조 장치의 일부의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막 장치의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 얼라인먼트 시스템의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 얼라인먼트 시스템의 이격상태 검출 동작을 설명하기 위한 모식도이다
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 얼라인먼트 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 전자 디바이스를 나타내는 모식도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예를 설명한다. 다만, 이하의 실시형태 및 실시예는 본 발명의 바람직한 구성을 예시적으로 나타내는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위는 이들 구성에 한정되지 않는다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 장치의 하드웨어 구성 및 소프트웨어 구성, 처리 흐름, 제조조건, 크기, 재질, 형상 등은, 특히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이것으로 한정하려는 취지인 것은 아니다.
본 발명은, 기판의 표면에 각종 재료를 퇴적시켜 성막을 행하는 장치에 적용할 수 있으며, 진공 증착에 의해 소망하는 패턴의 박막(재료층)을 형성하는 장치에 바람직하게 적용할 수 있다. 기판의 재료로는 유리, 고분자재료의 필름, 금속 등의 임의의 재료를 선택할 수 있고, 예컨대, 기판은 유리기판상에 폴리이미드 등의 필름이 적층된 기판이어도 된다. 또한 증착 재료로서도 유기 재료, 금속성 재료(금속, 금속 산화물 등) 등의 임의의 재료를 선택할 수 있다. 이하의 설명에서 설명하는 진공증착장치 이외에도, 스퍼터 장치나 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치를 포함하는 성막 장치에도, 본 발명을 적용할 수 있다. 본 발명의 기술은, 구체적으로는, 유기 전자 디바이스(예를 들면, 유기 EL 소자, 박막 태양 전지), 광학 부재 등의 제조 장치에 적용 가능하다. 그 중에서도, 증착 재료를 증발시켜 마스크를 통해 기판에 증착시킴으로써 유기 EL 소자를 형성하는 유기 EL 소자의 제조장치는, 본 발명의 바람직한 적용예의 하나이다.
<전자 디바이스 제조 장치>
도 1은 전자 디바이스의 제조 장치의 일부의 구성을 모식적으로 도시한 평면도이다.
도 1의 제조 장치는, 예를 들면 스마트폰 용의 유기 EL 표시장치의 표시 패널의 제조에 이용된다. 스마트폰 용의 표시 패널의 경우, 예를 들면, 4.5세대의 기판(약 700 ㎜ × 약 900 ㎜)이나 6세대의 풀사이즈(약 1500 ㎜ × 약 1850 ㎜) 또는 하프컷 사이즈(약 1500 ㎜ × 약 925 ㎜)의 기판에 유기 EL 소자의 형성을 위한 성막을 행한 후, 해당 기판을 잘라 내어 복수의 작은 사이즈의 패널로 제작한다.
전자 디바이스 제조 장치는, 일반적으로 복수의 클러스터 장치(1)와, 클러스터 장치(1) 사이를 연결하는 중계장치를 포함한다.
클러스터 장치(1)는, 기판(S)에 대한 처리(예컨대, 성막)를 행하는 복수의 성막 장치(11)와, 사용전후의 마스크(M)를 수납하는 복수의 마스크 스톡 장치(12)와, 그 중앙에 배치되는 반송실(13)을 구비한다. 반송실(13)은 도 1에 도시한 바와 같이, 복수의 성막 장치(11) 및 마스크 스톡 장치(12) 각각과 접속된다.
반송실(13) 내에는, 기판 및 마스크를 반송하는 반송 로봇(14)이 배치된다. 반송 로봇(14)은, 상류측에 배치된 중계장치의 패스실(15)로부터 성막 장치(11)에 기판(S)을 반송한다. 또한, 반송 로봇(14)은 성막 장치(11)와 마스크 스톡 장치(12)간에 마스크(M)를 반송한다. 반송 로봇(14)은, 예를 들면, 다관절 아암에, 기판(S) 또는 마스크(M)를 보유지지하는 로봇 핸드가 장착된 구조를 갖는 로봇일 수 있다.
성막 장치(11)(증착 장치라고도 부름)에서는, 증착원에 수납된 증착 재료가 히터에 의해 가열되어 증발하고, 마스크를 통해 기판상에 증착된다. 반송 로봇(14)과의 기판(S)/마스크(M)의 주고받음, 기판(S)과 마스크(M)의 상대 위치의 조정(얼라인먼트), 마스크(M) 상으로의 기판(S)의 고정, 성막(증착) 등의 일련의 성막 프로세스는, 성막 장치(11)에 의해 행해진다.
마스크 스톡 장치(12)에는 성막 장치(11)에서의 성막 공정에 사용될 새로운 마스크 및 사용이 끝난 마스크가 두 개의 카세트에 나뉘어져 수납된다. 반송 로봇(14)은, 사용이 끝난 마스크를 성막 장치(11)로부터 마스크 스톡 장치(12)의 카세트로 반송하며, 마스크 스톡 장치(12)의 다른 카세트에 수납된 새로운 마스크를 성막 장치(11)로 반송한다.
클러스터 장치(1)에는 기판(S)의 흐름방향으로 상류측으로부터의 기판(S)을 해당 클러스터 장치(1)로 전달하는 패스실(15)과, 해당 클러스터 장치(1)에서 성막처리가 완료된 기판(S)을 하류측의 다른 클러스터 장치로 전달하기 위한 버퍼실(16)이 연결된다. 반송실(13)의 반송 로봇(14)은 상류측의 패스실(15)로부터 기판(S)을 받아서, 해당 클러스터 장치(1)내의 성막 장치(11)중 하나(예컨대, 성막 장치(11a))로 반송한다. 또한, 반송 로봇(14)은 해당 클러스터 장치(1)에서의 성막처리가 완료된 기판(S)을 복수의 성막 장치(11) 중 하나(예컨대, 성막 장치(11b))로부터 받아서, 하류측에 연결된 버퍼실(16)로 반송한다.
버퍼실(16)과 패스실(15) 사이에는 기판의 방향을 바꾸어 주는 선회실(17)이 설치된다. 선회실(17)에는 버퍼실(16)로부터 기판(S)을 받아 기판(S)을 180도 회전시켜 패스실(15)로 반송하기 위한 반송 로봇(18)이 설치된다. 이를 통해, 상류측 클러스터 장치와 하류측 클러스터 장치에서 기판(S)의 방향이 동일하게 되어 기판 처리가 용이해진다.
패스실(15), 버퍼실(16), 선회실(17)은 클러스터 장치 사이를 연결하는 소위 중계장치로서, 클러스터 장치의 상류측 및/또는 하류측에 설치된 중계장치는, 패스실, 버퍼실, 선회실 중 적어도 하나를 포함한다.
성막 장치(11), 마스크 스톡 장치(12), 반송실(13), 버퍼실(16), 선회실(17) 등은 유기발광 소자의 제조과정에서, 고진공상태로 유지된다. 패스실(15)은, 통상 저진공상태로 유지되나, 필요에 따라 고진공상태로 유지될 수도 있다.
본 실시예에서는, 도 1을 참조하여, 전자 디바이스 제조 장치의 구성에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다른 종류의 장치나 챔버를 가질 수도 있으며, 이들 장치나 챔버간의 배치가 달라질 수도 있다. 예컨대, 본 발명은, 기판(S)과 마스크(M)를 성막 장치(11)에서가 아니라, 별도의 장치 또는 챔버에서 얼라인 및 합착시킨 후 이를 캐리어에 태우고, 일렬로 나열된 성막 장치를 통해 반송시키면서 성막 공정을 행하는 인라인 타입의 제조장치에도 적용될 수 있다.
이하, 성막 장치(11)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
<성막 장치>
도 2는 성막 장치(11)의 구성을 나타낸 모식도이다. 이하의 설명에 있어서는, 연직 방향을 Z 방향(제3 방향)으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 사용한다. 성막 시에 기판(S)이 수평면(XY 평면)과 평행하게 고정될 경우, 기판(S)의 단변방향(단변에 평행한 방향)을 X 방향(제1 방향), 장변방향(장변에 평행한 방향)을 Y 방향(제2 방향)으로 한다. 또 Z 축 주위의 회전각(회전방향)을 θ로 표시한다.
성막 장치(11)는, 진공 분위기 또는 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기로 유지되는 진공 용기(21)와, 진공 용기(21)내에 설치되는 기판 지지 유닛(22)과, 마스크 지지 유닛(23)과, 정전척(24)과, 증착원(25)을 포함한다.
기판 지지 유닛(22)은 반송실(13)에 설치된 반송 로봇(14)이 반송하여 온 기판(S)을 수취하여, 보유 지지하는 수단으로서, 기판 홀더라고도 부른다.
기판 지지 유닛(22)의 아래에는 마스크 지지 유닛(23)이 설치된다. 마스크 지지 유닛(23)은, 반송실(13)에 설치된 반송 로봇(14)이 반송하여 온 마스크(M)를 수취하여, 보유 지지하는 수단으로서, 마스크 홀더라고도 부른다.
마스크(M)는, 기판(S) 상에 형성될 박막 패턴에 대응하는 개구 패턴을 가지며, 마스크 지지 유닛(23)에 의해 지지된다. 특히, 스마트폰용 유기 EL 소자를 제조하는데 사용되는 마스크는 미세한 개구패턴이 형성된 금속제 마스크로서, FMM(Fine Metal Mask)이라고도 부른다.
기판 지지 유닛(22)의 상방에는 기판을 정전 인력에 의해 흡착하여 고정하기 위한 정전척(24)이 설치된다. 정전척(24)은 유전체(예컨대, 세라믹재질) 매트릭스내에 금속전극 등의 전기회로가 매설된 구조를 갖는다. 정전척(24)은, 쿨롱력 타입의 정전척이어도 되고, 존슨-라벡력 타입의 정전척이어도 되며, 그래디언트력 타입의 정전척이어도 된다. 정전척(24)은, 그래디언트력 타입의 정전척인 것이 바람직하다. 정전척(24)을 그래디언트력 타입의 정전척으로 함으로써, 기판(S)이 절연성 기판인 경우라도, 정전척(24)에 의해 양호하게 흡착될 수 있다. 예컨대, 정전척(24)이 쿨롱력 타입의 정전척인 경우에는, 금속전극에 플러스(+) 및 마이너스(-)의 전압이 인가되면, 유전체 매트릭스를 통해 기판(S)과 같은 피흡착체에 금속 전극과 반대극성의 분극전하가 유도되며, 이들간의 정전 인력에 의해 기판(S)이 정전척(24)에 흡착 고정된다. 정전척(24)은 하나의 플레이트로 형성되어도 되고, 복수의 서브플레이트를 가지도록 형성되어도 된다. 또한, 하나의 플레이트로 형성되는 경우에도 그 내부에 복수의 전기회로를 포함하여, 하나의 플레이트내에서 위치에 따라 정전인력이 다르도록 제어할 수도 있다.
본 실시형태에서는 후술하는 바와 같이, 성막전에 정전척(24)으로 기판(S, 제1 피흡착체)뿐만 아니라, 마스크(M, 제2 피흡착체)도 흡착하여 보유지지한다.
즉, 본 실시예에서는, 정전척(24)의 연직방향의 하측에 놓인 기판(S, 제1 피흡착체)을 정전척(24)으로 흡착 및 보유지지하고, 그 후에, 기판(S, 제1 피흡착체)을 사이에 두고 정전척(24)의 반대측에 놓인 마스크(M, 제2 피흡착체)를, 기판(S, 제1 피흡착체)너머로 정전척(24)으로 흡착하여 보유지지한다.
본 발명에 따른 일 실시형태에서는, 정전척(24)의 흡착면과는 반대측에 기판(S)의 온도 상승을 억제하는 냉각판(30)을 설치함으로써, 기판(S)상에 퇴적된 유기재료의 변질이나 열화를 억제하는 구성으로 하여도 된다. 냉각판(30)을 포함하는 실시형태에 있어서, 냉각판(30)은 마그넷을 포함할 수도 있다. 마그넷은 기판(S)을 사이에 두고 정전척(24)에 마스크(M)를 흡착시킬 때, 마스크(M)의 흡착기점을 형성하거나(부분 마그넷의 경우), 마스크(M)를 끌어당겨 기판(S)과의 밀착력을 더욱 증대시킨다.
증착원(25)은 기판에 성막될 증착 재료가 수납되는 도가니(미도시), 도가니를 가열하기 위한 히터(미도시), 증착원으로부터의 증발 레이트가 일정해질 때까지 증착 재료가 기판으로 비산하는 것을 막는 셔터(미도시) 등을 포함한다. 증착원(25)은 점(point) 증착원이나 선형(linear) 증착원 등, 용도에 따라 다양한 구성을 가질 수 있다.
도 2에 도시하지 않았으나, 성막 장치(11)는 기판에 증착된 막두께를 측정하기 위한 막두께 모니터(미도시) 및 막두께 산출 유닛(미도시)를 포함한다.
진공 용기(21)의 상부 외측(대기측)에는 기판 지지 유닛 액츄에이터(26), 마스크 지지 유닛 액츄에이터(27), 정전척 액츄에이터(28), 위치조정기구(29) 등이 설치된다. 이들 액츄에이터와 위치조정장치는, 예컨대, 모터와 볼나사, 또는 모터와 리니어가이드 등으로 구성된다. 기판 지지 유닛 액츄에이터(26)는, 기판 지지 유닛(22)을 승강(Z방향 이동)시키기 위한 구동수단이다. 마스크 지지 유닛 액츄에이터(27)는, 마스크 지지 유닛(23)을 승강(Z방향 이동)시키기 위한 구동수단이다. 정전척 액츄에이터(28)는, 정전척(24)을 승강(Z방향 이동)시키기 위한 구동수단이다.
위치조정기구(29)는, 기판(S)과 마스크(M)의 상대 위치를 조정하기 위한 수단이다. 예컨대, 도 2에 도시한 실시형태에서는, 위치조정기구(29)는, 정전척(24) 또는 정전척 액츄에이터(28) 전체를 기판 지지 유닛(22) 및 마스크 지지 유닛(23)에 대하여, XYθ방향(X방향, Y방향, 회전방향 중 적어도 하나의 방향)으로 이동 및/또는 회전시킨다. 본 실시형태에서는, 기판(S)을 흡착한 상태에서, 정전척(24)을 XYθ방향으로 위치조정함으로써, 기판(S)과 마스크(M)의 상대 위치를 조정하는 얼라인먼트를 행한다. 다만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않으며, 예컨대, 위치조정기구(29)는, 정전척(24) 또는 정전척 액츄에이터(28)가 아니라, 기판 지지 유닛(22) 또는 기판 지지 유닛 액츄에이터(26) 및 마스크 지지 유닛(23) 또는 마스크 지지 유닛 액츄에이터(27)를 정전척(24)에 대해 XYθ방향 상대적으로 이동시킬 수 있는 구성을 가져도 된다.
진공용기(21)의 외측상면에는, 전술한 구동기구 및 위치조정기구 이외에, 진공 용기(21)의 상면에 설치된 투명창을 통해 기판(S) 및 마스크(M)에 형성된 얼라인먼트 마크를 촬영하기 위한 얼라인먼트용 카메라(31)가 설치된다. 본 실시예에 있어서, 얼라인먼트용 카메라(31)는, 직사각형의 기판(S), 마스크(M) 및 정전척(24)의 대향하는 두변의 중앙에 대응하는 위치 또는 직사각형의 4개의 코너부에 대응하는 위치에 설치하여도 된다.
본 실시형태의 성막 장치(11)에 설치되는 얼라인먼트용 카메라(31)는, 기판(S)과 마스크(M)의 상대적 위치를 고정밀도로 조정하는데 사용되는 파인 얼라인먼트용 카메라이며, 그 시야각은 좁지만 고해상도를 가지는 카메라이다. 성막 장치(11)는 파인 얼라인먼트용 카메라(31) 이외에 상대적으로 시야각이 넓고 저해상도인 러프 얼라인먼트용 카메라를 포함하여도 된다.
위치조정기구(29)는 얼라인먼트용 카메라(31)에 의해 취득한 기판(S, 제1 피흡착체)과 마스크(M, 제2 피흡착체)의 위치정보에 기초하여, 기판(S, 제1 피흡착체)과 마스크(M, 제2 피흡착체)를 상대적으로 이동시켜 위치를 조정하는 얼라인먼트를 행한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 성막 장치(11)는 정전척(24)에 흡착된 기판(S)과 마스크(M)의 상대위치의 조정을 개시하기 전에, 기판(S)과 마스크(M)의 이격상태를 검출하기 위한 이격상태 검출수단(32)을 포함한다. 이격상태 검출수단(32)에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다.
성막 장치(11)는 제어부(33)를 구비한다. 제어부는 기판(S)/마스크(M)의 반송 및 얼라인먼트, 증착원(25)의 제어, 성막의 제어 등의 기능을 갖는다. 제어부(33)는 예를 들면, 프로세서, 메모리, 스토리지, I/O 등을 갖는 컴퓨터에 의해 구성 가능하다. 이 경우, 제어부(33)의 기능은 메모리 또는 스토리지에 기억된 프로그램을 프로세서가 실행함으로써 실현된다. 컴퓨터로서는 범용의 퍼스널 컴퓨터를 사용하여도 되고, 임베디드형의 컴퓨터 또는 PLC(programmable logic　controller)를 사용하여도 좋다. 또는, 제어부(33)의 기능의 일부 또는 전부를 ASIC나 FPGA와 같은 회로로 구성하여도 좋다. 또한, 성막 장치별로 제어부(33)가 설치되어도 되고, 하나의 제어부(33)가 복수의 성막 장치를 제어하는 것으로 구성하여도 된다.
<얼라인먼트 시스템>
도 3 및 4를 참조하여 본 발명의 일 실시형태에 따른 얼라인먼트 시스템 및 얼라인먼트 개시시의 기판(S)과 마스크(M)간의 이격상태 검출에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 얼라인먼트 시스템은, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판 지지 유닛(22)과, 마스크 지지 유닛(23)과, 정전척(24)과, 위치조정기구(29)과, 얼라인먼트용 카메라(31)와, 이격상태 검출수단(32)과, 제어부(33)를 포함한다.
본 실시형태의 이격상태 검출수단(32)은 기판(S)과 마스크(M)와의 사이의 이격상태를 검출하기 위한 수단이다. 즉, 이격상태 검출수단(32)은 정전척(24)에 흡착된 기판(S)의 성막면과 마스크(M)가 서로 접촉되어 있는지 아니면 Z방향으로 이격되어 있는지, 이격되어 있다면 그 거리가 얼마인지 등을 검출 또는 측정하기 위한 수단(거리측정수단)이다.
이격상태 검출수단(32)은 예컨대, 정전용량센서(321) 또는 레이저 변위계(322)를 포함할 수 있다.
정전용량센서(321)는, 기판(S)을 사이에 두고 마스크(M)가 정전척(24)측으로 접근함에 따라 정전용량이 변하는 원리를 이용하여, 정전척(24)과 마스크(M)와의 거리를 간접적으로 측정한다.
정전용량센서(321)는, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 정전척(24)의 플레이트부에 매설되도록 설치될 수 있다. 정전용량센서(321)는 하나를 마스크(M)의 중앙부에 대응하는 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 이는 정전용량센서(321)를 복수개 설치할 경우 정전척(24)의 전극부의 설치면적이 줄어들어, 정전척(24)에 의한 흡착력이 약해질 수 있기 때문이다. 또한, 정전용량센서(321)를 마스크(M)의 중앙부에 대응하는 위치에 설치함으로써, 후술하는 바와 같이, 얼라인먼트 공정의 개시전에 정전척(24)의 흡착력에 의해 마스크(M)가 정전척(24)을 향해 볼록한 형상으로 되었을 때 마스크(M)의 중앙부가 기판(S)의 성막면에 접촉되었는지 여부를 보다 정확하게 검출해 낼 수 있다. 또한, 마스크(M)의 흡착이 완료된 이후에 마스크(M)에 중앙부에 주름이 생겼는지 여부도 검출할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 정전용량센서(321)는 정전척(24)의 중앙부 및/또는 4개의 코너부에 설치되어도 된다.
레이저 변위계(322)는 레이저광원(미도시)로부터의 레이저광이 정전척(24)에 흡착된 기판(S)의 하면 및 마스크(M)의 상면에서 반사되어 레이저수광부(미도시)로 되돌아오는 것을 검지함으로써, 정전척(24)에 흡착된 기판(S)의 하면과 마스크(M)의 상면의 거리를 측정한다.
레이저 변위계(322)는 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 진공용기(21)의 외측(대기측)에, 마스크(M)의 중앙부에 대응하도록 설치하는 것이 바람직하다. 레이저 변위계(322)의 설치위치에 대응하는 진공용기(21)의 상면의 위치에는 레이저광이 투과할 수 있는 창이 설치된다. 또한, 레이저 변위계(322)의 설치위치에 대응하는 정전척(24)의 위치에도 레이저광이 통과할 수 있도록 구멍이 형성된다. 따라서, 레이저 변위계(322)는 정전용량센서(321)의 경우와 마찬가지로, 정전척(24)의 흡착력의 저감을 방지하기 위해, 마스크(M)의 중앙부에 대응하는 위치에 하나를 설치하는 것이 바람직하나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다른 위치, 예컨대, 정전척의 4개의 코너부에 복수개가 설치되어도 된다. 도 3은, 레이저 변위계(322)가 진공용기(21)의 상면외측에 설치되는 것으로 도시되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 진공용기(21)의 하면외측에 설치되어도 된다.
본 실시형태에 있어서, 제어부(33)는, 이격상태 검출수단(32)에 의해 검출된 기판(S)과 마스크(M)의 이격상태에 기초하여, 위치조정기구(29)에 의한 기판(S)과 마스크(M)와의 상대위치의 조정(얼라인먼트)의 개시 여부를 제어한다.
정전척(24)에 의해 기판(S) 및/또는 마스크(M)를 흡착하는 구성에 있어서는, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 제어부(33)는, 기판 흡착을 위한 전압인 제1 전압(V1)이 정전척(24)의 전극부에 인가되도록 제어하여, 기판(S)을 정전척(24)에 흡착시킨다. 이어서, 정전척(24)에 흡착된 기판(S)과 마스크(M)의 XYθ방향에 있어서의 상대위치의 조정(얼라인먼트)을 위해, 제어부(33)는 정전척(24)과 마스크(M)가 상대적으로 접근하도록 정전척 액츄에이터(28) 및/또는 마스크 지지 유닛 액츄에이터(27)를 제어한다. 이 때, 정전척(24)에 인가되는 전압을 제1 전압(V1)보다 작은 제2 전압(V2)으로 낮춘다. 정전척(24)에 기판(S)의 흡착이 완료된 후에는 정전척(24)의 전극부에 인가되는 전압을 제2 전압(V2)으로 낮추어도, 기판(S)의 흡착상태를 유지할 수 있다.
정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23) 사이의 거리(d)가 상대위치 계측거리(d=D1)가 되면, 제어부(33)는 정전척(24)의 이동을 정지시킨다.
그런데, 정전척(24)에 인가되는 전압이 제2 전압(V2)으로 낮아져도, 정전척(24)과 마스크(M)간의 거리가 작아짐에 따라, 마스크(M)는 정전척(24)으로부터 정전인력을 받을 수 있으며, 이에 의해, 마스크(M)는 도 4의 (b)에 점선으로 도시한 바와 같이, 정전척(24)을 향해 볼록한 형상이 될 수 있다.
정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23) 사이의 거리가 너무 가까워지면(d<D1), 마스크(M)의 상면이 기판(S)의 성막면인 하면에 접촉하게 되며, 이 상태에서 얼라인먼트 공정을 개시하게 되면, 기판(S)의 성막면에 형성된 화소패턴이 마스크(M)에 의해 손상을 받는다.
한편, 정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23) 사이의 거리가 너무 크게 되면(d>>D1), 후속되는 얼라인먼트 공정에서 얼라인먼트용 카메라로 기판(S)과 마스크(M)의 얼라인먼트 마크에 초점을 제대로 맞출 수 없어, 얼라인먼트 공정의 정밀도가 떨어진다.
본 발명에서는, 이러한 문제점을 해결하기 위해, 정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23) 사이의 거리가 상대위치 계측거리(d=D1)가 된 후에, 바로 얼라인먼트 공정을 개시하는 것이 아니라, 이격상태 검출수단(32)에 의해 정전척(24)에 흡착된 기판(S)과 마스크 지지 유닛(23)에 지지된 마스크(M)가 서로 접촉되어 있는지 아니면 이격되어 있는지, 이격되어 있다면 어느 정도로 이격되어 있는지를 검출 또는 측정한다. 즉, 제어부(33)는 이격상태 검출수단(32)에 의해 검출된 기판(S)과 마스크(M)의 이격상태에 기초하여, 얼라인먼트 공정의 개시여부를 결정한다.
본 실시형태에 있어서, 기판(S)과 마스크(M)의 XYθ방향으로의 상대위치를 계측하기 위한 상대위치 계측거리(D1)는 마스크(M)가 정전척(24)으로부터의 정전인력에 의해 볼록한 형상으로 된 경우에도, 기판(S)의 성막면과 접촉하지 않는 거리(비접촉한계거리)로 설정하는 것이 바람직하다.
그런데, 기판(S)에의 성막이 진행됨에 따라, 기판(S) 전체의 유전율이나 저항율이 달라질 수 있으며(이에 따라 정전척(24)으로부터 기판(S)너머로 마스크(M)에 미치는 정전인력의 크기가 달라질 수 있으며), 마스크(M)의 정전척(24)에의 흡착/분리가 반복됨에 따라 마스크(M)가 변형되어 늘어날 수도 있기 때문에, 본 발명의 얼라인먼트 시스템의 최초 설정시에, 정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23) 사이의 거리를 비접촉한계거리로 설정하더라도, 기판(S)과 마스크(M)의 이격상태를 이격상태 검출수단(32)에 의해 확인하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 본 실시형태에 있어서, 제어부(33)는 정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23) 사이의 거리가 비접촉한계거리로 된 상태에서, 이격상태 검출수단(32)에 의해, 기판(S)과 마스크(M) 사이의 거리를 검출하고, 기판(S)과 마스크(M)사이의 거리(dSM)가 소정의 임계치(dth)보다 큰 경우에 이들간의 상대위치의 조정(즉, 얼라인먼트)을 개시하도록 정하는 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태에 따른 얼라인먼트 시스템의 정전척(24)은 흡착면에 피흡착체(예컨대, 기판(S), 마스크(M))를 흡착하기 위한 정전흡착력을 발생시키는 전극부를 포함하며, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 정전척(24)의 전극부는 영역별로 복수개의 서브 전극부로 분할될 수 있다.
정전척(24)의 각각의 서브 전극부는 정전흡착력을 발생시키기 위해 플러스(제1 극성) 및 마이너스(제2 극성)의 전압이 인가되는 전극쌍을 포함한다. 예컨대, 각각의 전극쌍(34)은 플러스 전압이 인가되는 제1 전극(241)과 마이너스 전압이 인가되는 제2 전극(242)를 포함한다.
제1 전극(241) 및 제2 전극(242)은, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 각각 빗형상을 가진다. 예컨대, 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)은 각각 복수의 빗살부 및 복수의 빗살부가 연결되는 기부(基部)를 가진다. 각 전극(241, 242)의 기부는 복수의 빗살부에 전압을 공급하며, 복수의 빗살부는 피흡착체와의 사이에서 정전흡착력을 발생시킨다. 하나의 서브 전극부내에서 제1 전극(241)의 빗살부 각각은 제2 전극(242)의 빗살부 각각과 대향하도록 교대로 배치된다. 이처럼, 각 전극(241, 242)의 각 빗살부가 대향하고 또한 서로 얽힌 구성으로 함으로써, 다른 전위가 인가된 전극간의 간격을 좁힐 수 있고, 커다란 불평등 전계를 형성하여, 그래디언트력에 의해 기판(S)을 흡착할 수 있다.
본 실시예에서는, 정전척(24)의 서브 전극부의 각 전극(241, 242)이 빗형상을 가지는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 피흡착체와의 사이에서 정전인력을 발생시킬 수 있는 한, 다양한 형상을 가질 수 있다.
본 실시형태의 제어부(33)는 정전척(24)의 흡착공정 또는 성막 장치(11)의 성막 프로세스의 진행에 따라 정전척(24)의 전극부에 가해지는 전압의 크기, 전압의 인가 개시 시점, 전압의 유지 시간, 전압의 인가 순서 등을 제어한다. 제어부(33)는 예컨대, 정전척(24)의 전극부에 포함되는 복수의 서브 전극부에의 전압의 인가를 서브 전극부별로 독립적으로 제어할 수 있다. 본 실시형태에서는, 제어부(33)가 정전척(24)도 제어하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 정전척(24)은 별도의 제어부를 포함하여도 된다.
<얼라인먼트 방법>
이하 도 5a 및 도 5b를 참조하여, 기판(S)과 마스크(M)의 상대위치를 조정(얼라인먼트)하는 방법에 대하여 설명한다.
우선, 마스크(M)와 기판(S)은 얼라인먼트 시스템내로 반입되어 각각 마스크 지지 유닛(23)과 기판 지지 유닛(22)에 의해 지지된다(S10, S20).
이어서, 정전척(24)을 기판 지지 유닛(22)에 지지되어 있는 기판(S)을 향해 접근시킨 후(예컨대, 정전척(24)을 기판(S)을 향해 하강시킨 후), 정전척(24)에 제1 전압(V1)을 인가하여, 정전인력에 의해 기판(S)을 정전척(24)에 흡착시킨다(S30). 제1 전압(V1)은 기판(S)을 정전척(24)에 확실히 흡착시키기 위해 충분한 크기의 전압으로 설정된다.
기판(S)을 정전척(24)에 흡착시킴에 있어서, 정전척(24)의 흡착면 전체에 기판(S)의 전면을 동시에 흡착시켜도 되며, 정전척(24)의 복수의 영역 중 일 영역으로부터 타 영역을 향해 순차적으로 기판(S)을 흡착시켜도 된다. 예컨대, 정전척(24)의 일변으로부터 대향하는 타변을 향해 순차적으로 기판(S)을 흡착시키거나, 정전척(24)의 대각선상의 어느 하나의 모서리로부터 이와 대향하는 다른 모서리를 향하여 기판을 순차적으로 흡착시켜도 된다.
정전척(24)의 일 영역으로부터 타 영역을 향해 기판(S)이 순차적으로 흡착되도록 하기 위해, 복수의 서브 전극부에 기판 흡착을 위한 제1 전압을 인가하는 순서를 제어할 수도 있고, 복수의 서브 전극부에 동시에 제1 전압을 인가하되, 기판(S)을 지지하는 기판 지지 유닛(22)의 지지부의 구조나 지지력을 달리할 수도 있다. 기판(S)의 정전척(24)에의 흡착을 영역별로 순차적으로 진행함으로써, 기판(S)은 기판 중앙부에 주름이 남기지 않고 양호하게 정전척(24)에 흡착될 수 있다.
기판(S)의 정전척(24)에의 흡착이 완료된 후에 소정의 시점에서, 제어부(33)는 정전척(24)의 전극부에 인가되는 전압을 제1 전압(V1)으로부터 제1 전압(V1)보다 크기가 작은 제2 전압(V2)으로 낮춘다.
제2 전압(V2)은 기판(S)을 정전척(24)에 흡착된 상태로 유지하기 위한 흡착유지 전압이다. 정전척(24)에 인가되는 전압이 제2 전압(V2)으로 낮아지면, 이에 따라 기판(S)에 작용하는 흡착력이 감소되나, 기판(S)이 일단 제1 전압(V1)에 의해 정전척(24)에 흡착된 이후에는 제1 전압(V1)보다 낮은 제2 전압(V2)을 인가하더라도 기판의 흡착상태를 유지할 수 있다.
이어서, 제어부(33)는 정전척 액츄에이터(28) 및/또는 마스크 지지 유닛 액츄에이터(27)를 구동하여, 정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23)을 상대적으로 접근시킨다(S35). 이 때, 제어부(33)는, 정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23)간의 거리(d)가 미리 설정된 상대위치 계측거리(D1)가 될 때까지, 정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23)을 상대적으로 접근(예컨대, 정전척(24)을 하강)시킨다. 전술한 바와 같이, 상대위치 계측거리(D1)은 정전척(24)에 인가된 전압에 의한 정전인력이 마스크(M)에 작용하지 않는 비접촉 한계 거리로 미리 설정되는 것이 바람직하다.
제어부(33)는, 정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23)간의 거리(d)가 상대위치 계측거리(D1)로 되는 시점 이전에, 전술한 바와 같이, 정전척(24)에 인가되는 전압을 제2 전압(V2)으로 낮추는 것이 바람직하다. 정전척(24)에 인가되는 전압을 제1 전압(V1)으로 유지할 경우, 비접촉 한계 거리가 커지기 때문에, 상대위치의 측정 및 조정 공정에서 정밀도가 떨어질 수 있다.
본 실시형태에서는, 정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23)간의 거리가 비접촉 한계 거리로 된 상태에서, 이격상태 검출수단(32)에 의해, 정전척(24)에 흡착된 기판(S)과 마스크 지지 유닛(23)에 지지된 마스크(M)의 이격상태를 검출한다(S40).
제어부(33)는, 이격상태 검출수단(32)에 의해 기판(S)과 마스크(M)가 접촉되어 있지 않고 이격되어 있는 것으로 검출된 경우, XYθ 방향에 있어서의 기판(S)과 마스크(M)의 상대위치의 계측을 개시할 것을 결정한다. 보다 바람직하게는, 제어부(33)는 기판(S)과 마스크(M) 사이의 거리가 소정의 임계치(dth) 이상인 것으로 검출된 경우에, 상대위치 계측을 개시하는 것으로 결정한다(S45).
제어부(33)는, 이격상태 검출수단(32)에 의해 기판(S)과 마스크(M)가 접촉되어 있다고 검출되거나, 기판(S)과 마스크(M) 사이의 거리가 소정의 임계치(dth) 보다 작은 것으로 검출된 경우, 상대위치 계측을 개시하지 않는 것으로 결정한다(S45).
이 경우에, 제어부(33)는, 이격상태 검출수단(32)에 의한 이격상태 검출 횟수(n)에 기초하여 이후의 얼라인먼트 시스템의 동작을 제어한다(S46). 즉, 이격상태 검출수단(32)에 의한 검출동작이 소정의 횟수(nth, 1이상의 정수)만큼 행해진 경우에는, 미리 설정된 상대위치 계측거리(D1)에서는 기판(S)과 마스크(M)의 이격을 확보할 수 없는 것으로 판단하고, 메인티넌스 또는 설정치의 수정을 위해 작업자에게 에러를 통보한다(S49).
이격상태 검출수단(32)에 의한 검출동작이 행해진 횟수가 소정의 횟수보다 작은 경우에는, 이격상태 검출수단(32)에 의한 검출동작을 다시 행한다. 이를 위해, 제어부(33)는 정전척 액츄에이터(28) 및/또는 마스크 지지 유닛 액츄에이터(27)를 구동하여, 정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23) 사이의 거리를 증가(예컨대, 정전척(24) 상승)시킨다(S47). 이때, 마스크(M)의 변형을 저감하기 위해, 정전척(24)의 전극부에 인가되는 전압을 제2 전압(V2)보다 낮은 소정의 전압으로 낮추어도 된다. 이어서, 정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23) 사이의 거리가 다시 미리 설정된 상대위치 계측거리(비접촉한계거리)가 되도록, 정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23)의 상대적으로 접근(예컨대, 정전척(24)을 하강)시키고, 전술한 이격상태 검출 과정을 반복한다.
제어부(33)가 상대위치의 계측을 개시하는 것으로 결정한 경우에는, 도 5b에 도시한 플로우를 따라, 기판(S)과 마스크(M)간의 상대위치 계측 및 조정 공정, 즉, 얼라인먼트 공정을 진행한다.
우선, 제어부(33)는, 얼라인먼트용 카메라(31)에 의해, 기판(S)과 마스크(M)의 얼라인먼트 마크를 촬상하여, XYθ 방향에 있어서의 기판(S)과 마스크(M)의 상대위치를 측정하고, 이를 기초로 이들간의 상대적 위치어긋남량을 산출한다(S50).
산출된 위치어긋남량이 소정의 어긋남량 임계치 이상인 경우에는, 산출된 위치어긋남량에 기초하여, XYθ 방향에 있어서의 기판(S)과 마스크(M)의 상대위치를 조정한다(S55). 이 과정은 기판(S)과 마스크(M)의 상대적 위치어긋남량이 소정의 어긋남량 임계치보다 작아질 때까지 반복된다.
기판(S)과 마스크(M)의 상대적 위치어긋남량이 소정의 어긋남량 임계치보다 작아지면, 제어부(33)는 정전척(24)에 흡착된 기판(S)의 성막면이 마스크(M)의 상면과 접촉하는 증착위치로 정전척(24) 및/또는 마스크 지지 유닛(23)을 이동(예컨대, 정전척(24)을 하강)시킨다(S60).
정전척(24)이 증착위치에 다다르면, 이 과정에서 기판(S)과 마스크(M)간의 XYθ 방향으로의 위치어긋남이 발생하였는지를 확인하기 위해, 기판(S)과 마스크(M)간의 상대위치의 계측을 행하며(S62), 계측된 상대위치의 어긋남량이 소정의 어긋남량 임계치 이상인 경우, 정전척(24) 및/또는 마스크 비접촉한계거리(D1)까지 다시 이격(예컨대, 정전척(24)을 상승)시킨 후(S66), 기판(S)과 마스크(M)간의 상대위치를 조정하고(S55), 동일한 과정을 반복한다.
정전척(24)이 증착위치에 위치한 상태에서, 기판(S)과 마스크(M)간의 상대위치 어긋남량이 소정의 어긋남량 임계치보다 작아지면, 제어부(33)는 정전척(24)의 전극부에 마스크(M)를 흡착하기 위한 제3 전압을 인가한다(S70).
제3 전압(V3)은 제2 전압(V2)보다 큰 크기로서, 기판(S) 너머로 마스크(M)가 정전유도에 의해 대전될 수 있는 정도의 크기인 것이 바람직하다. 이에 의해, 마스크(M)가 기판(S) 너머로 정전척(24)에 흡착된다.
다만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제3 전압(V3)은 제2 전압(V2)과 동일한 크기를 가질 수도 있다. 제3 전압(V3)이 제2 전압(V2)과 동일한 크기를 가지더라도, 전술한 바와 같이, 증착 위치까지의 정전척(24)의 이동에 의해 정전척(24) 또는 기판(S)과 마스크(M)간의 상대적인 거리가 좁혀지기 때문에, 기판(S)에 정전유도된 분극전하에 의해 마스크(M)에도 정전유도를 일으킬 수 있으며, 마스크(M)를 기판 너머로 정전척(24)에 흡착할 수 있는 정도의 흡착력을 얻을 수 있다.
제3 전압(V3)은 제1 전압(V1)보다 작게 하여도 되고, 공정시간(Tact)의 단축을 고려하여 제1 전압(V1)과 동등한 정도의 크기로 하여도 된다.
정전척(24)에 기판(S)을 사이에 두고 마스크(M)를 흡착함에 있어서, 본 실시형태에서는, 마스크(M)에 주름이 남지 않도록, 정전척(24)의 복수의 서브전극부에 순차적으로 제3 전압(V3)을 인가하여도 된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예컨대, 제3 전압(V3)을 정전척(24) 전체에 걸쳐 동시에 인가하여도 된다.
마스크(M)의 흡착이 완료되면, 흡착과정에서 기판(S)과 마스크(M)이 어긋났는지를 확인하기 위해, 기판(S)과 마스크(M)간의 상대적 위치 어긋남량을 측정한다(S72). 이들간의 어긋남량이 소정의 어긋남량 임계치 이상인 경우, 정전척(24)에 인가되는 전압을 제2 전압(V2)으로 낮추어, 마스크(M)를 정전척(24)으로부터 박리하고(S76), 정전척(24)과 마스크 지지 유닛(23)을 비접촉한계거리까지 이격(예컨대, 정전척(24)을 상승)시키고(S66), 기판(S)과 마스크(M)간의 상대위치를 조정한다.
이후 마스크(M)가 정전척(24)에 기판을 사이에 두고 흡착된 상태에서, 기판(S)과 마스크(M) 사이의 위치어긋남량이 소정의 어긋남량 임계치보다 작아질 때까지 동일한 과정을 반복한다.
본 실시형태의 얼라인먼트 방법에 의하면, 기판(S)과 마스크(M)의 상대적 위치 계측 및 위치 조정을 개시하기 전에, 미리 기판(S)과 마스크(M)의 이격상태를 확인하고, 기판(S)과 마스크(M)가 소정의 거리만큼 이격된 상태에서 상대적 위치 계측 및 위치 조정을 개시함으로써, 기판(S)의 성막면에 형성된 화소패턴이 얼라인먼트 공정동안 마스크(M)에 의해 손상되는 것을 저감시킬 수 있다.
<성막 프로세스>
이하 본 실시형태에 따른 얼라인먼트 방법을 채용한 성막 방법에 대하여 설명한다.
진공 용기(21)내의 마스크 지지 유닛(23)에 마스크(M)가 지지된 상태에서, 반송실(13)의 반송 로봇(14)에 의해 성막 장치(11)의 진공 용기(21)내로 기판(S)이 반입된다.
진공 용기(21)내로 진입한 반송 로봇(14)의 핸드가 기판(S)을 기판 지지 유닛(22)의 지지부상에 재치한다.
이어서, 정전척(24)이 기판(S)을 향해 하강하여 기판(S)에 충분히 근접하거나 접촉한 후에, 정전척(24)에 제1 전압(V1)를 인가하여 기판(S)을 흡착시킨다.
정전척(24)에 기판(S)이 흡착된 상태에서, 기판(S)의 마스크(M)에 대한 상대적인 위치어긋남을 계측하기 위해, 기판(S)을 마스크(M)를 향해 하강시킨다. 이때, 정전척(24)에 가해지는 전압을 제1 전압(V1)으로부터 제2 전압(V2)으로 낮춘다.
기판(S)이 상대위치 계측위치까지 하강하면, 전술한 본 실시형태에 따른 얼라인먼트 방법에 따라, 얼라인먼트 공정을 진행한다. 즉, 기판(S)이 상대위치 계측위치까지 하강한 상태에서, 바로 얼라인먼트 공정으로 진행하지 않고, 이격상태 검출수단(32)에 의해 기판(S)과 마스크(M)간의 이격상태를 확인한 후에, 얼라인먼트 공정을 개시한다.
본 실시형태의 얼라인먼트 방법에 의해, 마스크(M)가 정전척(24)에 기판을 사이에 두고 흡착된 상태에서, 기판(S)과 마스크(M) 사이의 상대위치 어긋남량이 소정의 어긋남량 임계치보다 작아지면, 증착원(25)의 셔터를 열고 증착 재료를 마스크를 통해 기판(S)에 증착시킨다.
원하는 두께까지 증착한 후, 정전척(24)의 전극부 또는 서브전극부에 인가되는 전압을 낮추어 마스크(M)를 분리하고, 정전척(24)에 기판만이 흡착된 상태에서, 정전척 액츄에이터(28)에 의해, 기판을 상승시킨다.
이어서, 반송 로봇(14)의 핸드가 성막 장치(11)의 진공용기(21) 내로 들어오고 정전척(24)의 전극부 또는 서브전극부에 제로(0) 또는 역극성의 전압이 인가되어 기판(S)을 정전척(24)으로부터 분리한다. 분리된 기판을 반송 로봇(14)에 의해 진공용기(21)로부터 반출한다.
이상의 설명에서는, 성막 장치(11)는, 기판(S)의 성막면이 연직방향 하방을 향한 상태에서 성막이 이루어지는, 소위 상향 증착 방식(Depo-up)의 구성으로 하였으나, 이에 한정되지 않으며, 기판(S)이 진공용기(21)의 측면측에 수직으로 세워진 상태로 배치되고, 기판(S)의 성막면이 중력방향과 평행한 상태에서 성막이 이루어지는 구성이어도 된다.
<전자 디바이스의 제조 방법>
다음으로, 본 실시형태의 성막 장치를 이용한 전자 디바이스의 제조 방법의 일례를 설명한다. 이하, 전자 디바이스의 예로서 유기 EL 표시장치의 구성 및 제조 방법을 예시한다.
우선, 제조하는 유기 EL 표시장치에 대해 설명한다. 도 6(a)는 유기 EL 표시장치(60)의 전체도, 도 6(b)는 1 화소의 단면 구조를 나타내고 있다.
도 6(a)에 도시한 바와 같이, 유기 EL 표시장치(60)의 표시 영역(61)에는 발광소자를 복수 구비한 화소(62)가 매트릭스 형태로 복수 개 배치되어 있다. 상세 내용은 후술하지만, 발광소자의 각각은 한 쌍의 전극에 끼워진 유기층을 구비한 구조를 가지고 있다. 또한, 여기서 말하는 화소란 표시 영역(61)에 있어서 소망의 색 표시를 가능하게 하는 최소 단위를 지칭한다. 본 실시예에 관한 유기 EL 표시장치의 경우, 서로 다른 발광을 나타내는 제1 발광소자(62R), 제2 발광소자(62G), 제3 발광소자(62B)의 조합에 의해 화소(62)가 구성되어 있다. 화소(62)는 적색 발광소자, 녹색 발광소자, 청색 발광소자의 조합으로 구성되는 경우가 많지만, 황색 발광소자, 시안 발광소자, 백색 발광소자의 조합이어도 되며, 적어도 1 색 이상이면 특히 제한되는 것은 아니다.
도 6(b)는 도 6(a)의 A－B선에 있어서의 부분 단면 모식도이다. 화소(62)는 기판(63) 상에 양극(64), 정공 수송층(65), 발광층(66R, 66G, 66B), 전자 수송층(67), 음극(68)을 구비한 유기 EL 소자를 가지고 있다. 이들 중 정공 수송층(65), 발광층(66R, 66G, 66B), 전자 수송층(67)이 유기층에 해당한다. 또한, 본 실시형태에서는, 발광층(66R)은 적색을 발하는 유기 EL 층, 발광층(66G)는 녹색을 발하는 유기 EL 층, 발광층(66B)는 청색을 발하는 유기 EL 층이다. 발광층(66R, 66G, 66B)은 각각 적색, 녹색, 청색을 발하는 발광소자(유기 EL 소자라고 부르는 경우도 있음)에 대응하는 패턴으로 형성되어 있다. 또한, 양극(64)은 발광소자별로 분리되어 형성되어 있다. 정공 수송층(65)과 전자 수송층(67)과 음극(68)은, 복수의 발광소자(62R, 62G, 62B)와 공통으로 형성되어 있어도 좋고, 발광소자별로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 양극(64)과 음극(68)이 이물에 의해 단락되는 것을 방지하기 위하여, 양극(64) 사이에 절연층(69)이 설치되어 있다. 또한, 유기 EL 층은 수분이나 산소에 의해 열화되기 때문에, 수분이나 산소로부터 유기 EL 소자를 보호하기 위한 보호층(70)이 설치되어 있다.
도 6(b)에서는 정공수송층(65)이나 전자 수송층(67)이 하나의 층으로 도시되었으나, 유기 EL 표시 소자의 구조에 따라서, 정공블록층이나 전자블록층을 포함하는 복수의 층으로 형성될 수도 있다. 또한, 양극(64)과 정공수송층(65) 사이에는 양극(64)으로부터 정공수송층(65)으로의 정공의 주입이 원활하게 이루어지도록 할 수 있는 에너지밴드 구조를 가지는 정공주입층을 형성할 수도 있다. 마찬가지로, 음극(68)과 전자수송층(67) 사이에도 전자주입층이 형성될 수 있다.
다음으로, 유기 EL 표시장치의 제조 방법의 예에 대하여 구체적으로 설명한다.
우선, 유기 EL 표시장치를 구동하기 위한 회로(미도시) 및 양극(64)이 형성된 기판(63)을 준비한다.
양극(64)이 형성된 기판(63) 위에 아크릴 수지를 스핀 코트로 형성하고, 아크릴 수지를 리소그래피 법에 의해 양극(64)이 형성된 부분에 개구가 형성되도록 패터닝하여 절연층(69)을 형성한다. 이 개구부가 발광소자가 실제로 발광하는 발광 영역에 상당한다.
절연층(69)이 패터닝된 기판(63)을 제1 유기재료 성막 장치에 반입하여 정전척으로 기판을 보유 지지하고, 정공 수송층(65)을 표시 영역의 양극(64) 위에 공통층으로서 성막한다. 정공 수송층(65)은 진공 증착에 의해 성막된다. 실제로는 정공 수송층(65)은 표시 영역(61)보다 큰 사이즈로 형성되기 때문에, 고정밀의 마스크는 필요치 않다.
다음으로, 정공 수송층(65)까지 형성된 기판(63)을 제2 유기재료 성막 장치에 반입하고, 정전척으로 보유 지지한다. 기판과 마스크의 얼라인먼트를 행하고, 마스크를 정전척(24)에 기판(S)을 사이에 두고 흡착한 후, 기판(63)의 적색을 발하는 소자를 배치하는 부분에 적색을 발하는 발광층(66R)을 성막한다.
발광층(66R)의 성막과 마찬가지로, 제3 유기재료 성막 장치에 의해 녹색을 발하는 발광층(66G)을 성막하고, 나아가 제4 유기재료 성막 장치에 의해 청색을 발하는 발광층(66B)을 성막한다. 발광층(66R, 66G, 66B)의 성막이 완료된 후, 제5 유기재료 성막 장치에 의해 표시 영역(61)의 전체에 전자 수송층(67)을 성막한다. 전자 수송층(67)은 3 색의 발광층(66R, 66G, 66B)에 공통의 층으로서 형성된다.
전자 수송층(67)까지 형성된 기판을 금속성 증착 재료 성막 장치로 이동시켜 음극(68)을 성막한다.
본 발명에 따르면, 기판 및/또는 마스크를 정전척(24)에 의해 흡착하여 보유지지 하되, 얼라인먼트 공정 개시 전에, 기판(S)과 마스크(M)의 이격상태를 확인한다.
그 후 플라스마 CVD 장치로 이동시켜 보호층(70)을 성막하여, 유기 EL 표시장치(60)를 완성한다.
절연층(69)이 패터닝 된 기판(63)을 성막 장치로 반입하고 나서부터 보호층(70)의 성막이 완료될 때까지는, 수분이나 산소를 포함하는 분위기에 노출되면 유기 EL 재료로 이루어진 발광층이 수분이나 산소에 의해 열화될 우려가 있다. 따라서, 본 예에 있어서, 성막 장치 간의 기판의 반입, 반출은 진공 분위기 또는 불활성 가스 분위기 하에서 행하여진다.
상기 실시예는 본 발명의 일 예를 나타낸 것으로, 본 발명은 상기 실시예의 구성에 한정되지 않으며, 그 기술사상의 범위내에서 적절히 변형하여도 된다.
22: 기판 지지 유닛
23: 마스크 지지 유닛
24: 정전척
32: 이격상태 검출수단
33: 제어부

Claims (29)

  1. 기판과 마스크의 상대위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 시스템으로서,
    상기 기판을 흡착하기 위한 정전척과,
    상기 정전척에 의해 흡착된 상기 기판과 상기 마스크와의 이격상태를 검출하기 위한 이격상태 검출수단과,
    상기 정전척에 의해 흡착된 상기 기판과, 상기 마스크와의 상대위치를 조정하기 위한 위치조정기구와,
    상기 정전척과, 상기 이격상태 검출수단과, 상기 위치조정기구를 제어하기 위한 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 이격상태 검출수단에 의해 검출된 상기 기판과 상기 마스크와의 이격상태에 기초하여, 상기 위치조정기구에 의한 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치의 조정의 개시여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위치조정기구는, 제1 방향, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향을 축으로 하는 회전방향 중 적어도 하나의 방향으로, 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이격상태 검출수단은, 상기 제3 방향에 있어서의 상기 기판과 상기 마스크와의 이격상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마스크를 지지하기 위한 마스크 지지 유닛을 더 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 정전척과 상기 마스크 지지 유닛간의 거리가 소정의 거리만큼 떨어진 상태에서 상기 이격상태 검출수단에 의해 검출된 상기 기판과 상기 마스크와의 이격상태에 기초하여, 상기 위치조정기구에 의한 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치의 조정의 개시여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 이격상태 검출수단에 의하여, 상기 기판과 상기 마스크가 이격되어 있는 것으로 검출된 경우에, 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치의 조정을 개시하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 이격상태 검출수단에 의해 상기 기판과 상기 마스크가 접촉되어 있는 것으로 검출된 경우에는, 상기 상대위치의 조정을 개시하지 않는 것으로 결정하고, 상기 정전척과 상기 마스크 지지 유닛이 상기 소정의 거리보다 큰 거리로 이격되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 정전척과 상기 마스크 지지 유닛을 상기 소정의 거리보다 큰 거리로 이격시키기 전에, 상기 정전척에 인가되는 전압을 소정의 전압으로 낮추는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 이격상태 검출수단에 의해, 상기 기판과 상기 마스크가 접촉되어 있는 것으로 검출된 횟수(n)가 소정의 횟수(nth, nth는 1 이상의 정수) 이상인 경우에, 상기 정전척과 상기 마스크 지지 유닛을 상기 소정의 거리보다 큰 거리로 이격시키는 동작을 행하지 않고, 알람을 통지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 시스템.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 이격상태 검출수단은 상기 기판과 상기 마스크간의 거리를 측정하기 위한 거리측정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 거리측정수단에 의해 측정된 상기 기판과 상기 마스크간의 거리가 소정의 임계치 이상인 경우에, 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치의 조정을 개시하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 거리측정수단은 정전용량센서 또는 레이저 변위계를 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 거리측정수단은 상기 정전척의 중앙부에 대응하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 시스템.
  13. 기판과 마스크의 상대위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 시스템으로서,
    상기 기판을 흡착하기 위한 정전척과,
    상기 정전척에 의해 흡착된 상기 기판과 상기 마스크와의 거리를 측정하기 위한 거리측정수단과,
    상기 정전척에 의해 흡착된 상기 기판과, 상기 마스크와의 상대위치를 조정하기 위한 위치조정기구와,
    상기 정전척과, 상기 거리측정수단과, 상기 위치조정기구를 제어하기 위한 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 거리측정수단에 의해 측정된 상기 기판과 상기 마스크와의 사이의 거리에 기초하여, 상기 위치조정기구에 의한 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치의 조정의 개시여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 시스템.
  14. 마스크를 통하여 기판에 증착 재료를 성막하기 위한 성막 장치로서, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 얼라인먼트 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  15. 기판과 마스크의 상대위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 방법으로서,
    상기 기판을 정전척에 흡착시키는 단계와,
    상기 정전척에 흡착된 상기 기판과 상기 마스크의 이격상태를 검출하는 단계와,
    검출된 상기 기판과 상기 마스크와의 상기 이격상태에 기초하여, 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치의 조정의 개시 여부를 결정하는 단계와,
    상기 상대위치의 조정의 개시여부를 결정하는 단계에서 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치의 조정을 개시하는 것으로 결정된 경우, 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 상대위치를 조정하는 단계는, 제1 방향, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향을 축으로 하는 회전방향 중 적어도 하나의 방향에 있어서, 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치의 어긋남량을 측정하는 단계를 포함하며, 측정된 상기 상대위치의 어긋남량에 기초하여, 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 이격상태를 검출하는 단계에서는, 상기 제3 방향에 있어서의 상기 기판과 상기 마스크와의 이격상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 기판을 상기 정전척에 흡착시키는 단계 이후에,
    상기 정전척과 상기 마스크를 지지하기 위한 마스크 지지 유닛 사이의 거리가 소정의 거리가 되도록 상기 정전척과 상기 마스크 지지 유닛을 상대적으로 접근시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 이격상태를 검출하는 단계에서는, 상기 정전척과 상기 마스크 지지 유닛 사이의 거리가 상기 소정의 거리로 된 상태에서, 상기 정전척에 흡착된 기판과 상기 마스크 지지 유닛에 지지된 상기 마스크의 이격상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  19. 제18항에 있어서
    상기 이격상태를 검출하는 단계에서 상기 기판과 상기 마스크가 이격되어 있는 것으로 검출된 경우, 상기 상대위치를 조정하는 단계를 개시하는 것을 특징으로 하는 것을 얼라인먼트 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 이격상태를 검출하는 단계에서 상기 기판과 상기 마스크가 접촉되어 있는 것으로 검출된 경우, 상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치를 조정하는 단계를 개시하지 않도록 결정하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치를 조정하는 단계를 개시하지 않도록 정해진 경우, 상기 정전척과 상기 마스크 지지 유닛을 상기 소정의 거리보다 큰 거리로 이격시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 기판을 정전척에 흡착시키는 단계는 상기 정전척에 제1 전압을 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 이격상태를 검출하는 단계 이전에, 상기 정전척에 인가되는 전압을 상기 제1 전압으로부터 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압으로 낮추는 단계를 더 포함하며,
    상기 기판과 상기 마스크와의 상대위치를 조정하는 단계를 개시하지 않도록 결정된 경우, 상기 정전척과 상기 마스크 지지 유닛을 상기 소정의 거리보다 큰 거리로 이격시키는 단계 이전에, 상기 정전척에 인가되는 전압을 상기 제2 전압보다 낮은 전압으로 낮추는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 이격상태를 검출하는 단계에서 상기 기판과 상기 마스크가 접촉되어 있는 것으로 검출된 횟수(n)가 소정의 횟수(nth, nth는 1 이상의 정수) 이상인 경우에, 상기 정전척과 상기 마스크 지지 유닛을 상기 소정의 거리보다 큰 거리로 이격시키는 단계를 행하지 않고, 알람을 통지하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 이격상태를 검출하는 단계는, 상기 기판과 상기 마스크간의 거리를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    측정된 상기 기판과 상기 마스크간의 거리가 소정의 임계치 이상인 경우에, 상기 상대위치를 조정하는 단계를 개시하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  26. 컴퓨터에 기판과 마스크의 상대위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능 기록매체로서,
    상기 얼라인먼트 방법은, 제15항 내지 제25항 중 어느 한 항에 기재된 얼라인먼트 방법인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 기록매체.
  27. 컴퓨터에 기판과 마스크의 상대위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 얼라인먼트 방법은, 제15항 내지 제25항 중 어느 한 항에 기재된 얼라인먼트 방법인 것을 특징으로 하는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  28. 마스크를 통하여 기판에 증착 재료를 성막하기 위한 성막 방법로서,
    제15항 내지 제25항 중 어느 한 항에 기재된 얼라인먼트 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  29. 제28항의 성막 방법을 사용하여 전자 디바이스를 제조하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
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