KR20200133310A - 성막장치 및 전자 디바이스 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 성막장치는, 내부공간이 진공상태로 유지될 수 있는 진공용기를 포함하는 성막장치로서, 상기 진공용기는, 복수의 진공용기부와, 상기 복수의 진공용기부 사이에 설치된 신축가능부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

성막장치 및 전자 디바이스 제조장치{FILM FORMING APPARATUS AND MANUFACTURING APPARATUS OF ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은 소정의 성막재료를 마스크를 통해 기판에 증착시키기 위한 성막장치 및 이를 포함하는 전자디바이스 제조장치에 관한 것이다.

유기 EL 표시장치(유기 EL 디스플레이)는, 스마트폰, TV, 자동차용 디스플레이뿐만 아니라 VR HMD(Virtual Reality Head Mount Display) 등으로 그 응용분야가 넓혀지고 있는 바, 특히, VR HMD에 사용되는 디스플레이는 사용자의 어지러움을 방지하기 위해 화소패턴을 높은 정밀도로 형성할 것이 요구된다.

유기EL 표시장치(유기 EL 디스플레이)의 제조에 있어서는, 유기 EL 표시장치를 구성하는 유기 발광소자(유기 EL 소자; OLED)를 형성할 때에, 성막장치의 성막원으로부터 방출된 성막재료를 화소 패턴이 형성된 마스크를 통해 기판에 성막함으로써, 유기물층이나 금속층을 형성한다.

이러한 성막장치에 있어서, 성막 공정은 진공 분위기 또는 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기로 유지되는 진공용기 내에서 수행된다. 예를 들어, 상향성막방식(Depo-up)의 성막장치에 있어서, 성막원은 진공용기의 하부에 설치되고, 기판 및 이와 정렬된 마스크는 진공용기의 상부에 배치된다. 그리고 성막원으로부터 방출된 성막재료는 마스크에 형성된 개구를 통과하여 기판의 하면에 증착됨으로써 성막이 이루어진다.

이러한 비산 경로를 갖는 성막장치에서, 성막정밀도에 영향을 미치는 요소 중의 하나는, 비산하는 성막재료가 마스크의 개구를 통과하여 기판에 입사되는 각도이다. 예를 들어, 성막재료가 성막원으로부터 마스크를 통하여 기판에 입사하는 각도를 크게, 즉, 기판의 성막면에 거의 수직에 가깝게 입사되도록 하면 성막정밀도를 높일 수 있다. 반면, 성막재료의 기판에의 입사각이 작아지면, 그 만큼 성막정밀도는 저하될 수 있다.

성막재료가 기판의 성막면에 입사되는 각도를 높이는 한 가지 방법으로, 성막원과 기판 사이의 거리를 증가시키는 것이 고려될 수 있다.

그런데, 성막원과 기판 사이의 거리를 증가시키기 위해서는, 상향식 성막장치의 경우에, 성막장치의 진공용기의 높이가 그 만큼 증가해야 한다. 이러한 구성에 있어서, 진공용기의 상부측에 설치되는 기판과, 마스크와, 이들 각각의 보유 지지수단은, 진공펌프나 마루로부터의 진동과 같은 외란의 영향을 크게 받게 된다. 이는 기판의 마스크에 대한 얼라인먼트 정밀도를 저하시키는 요인이 되고, 또한 성막 공정의 진행 중에 기판과 마스크 사이의 정렬이 어긋나도록 하여, 결과적으로 성막정밀도를 저하시키는 요인이 될 수 있다.

본 발명은, 증발원과 기판 사이의 거리가 증가하더라도, 진공펌프나 마루로부터의 진동과 같은 외란으로부터 영향을 저감하여 성막정밀도를 향상시킬 수 있는 성막장치 및 이를 포함하는 전자 디바이스 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 양태에 따른 성막장치는, 내부공간이 진공상태로 유지될 수 있는 진공용기를 포함하는 성막장치로서, 상기 진공용기는, 복수의 진공용기부와, 상기 복수의 진공용기부 사이에 설치된 신축가능부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 양태에 따른 성막장치는, 진공용기와, 상기 진공용기내에 설치되며, 기판을 보유지지하기 위한 기판 보유지지 수단과, 상기 진공용기내에 설치되며, 상기 기판 보유지지 수단의 위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 스테이지 기구와, 상기 얼라인먼트 스테이지 기구로 진동이 전달되는 것을 저감하기 위한 제진 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 양태에 따른 전자 디바이스 제조장치는, 본 발명의 제1 또는 제2 양태에 따른 성막장치와, 마스크를 수납하기 위한 마스크 스톡 장치와, 기판 또는 마스크를 반송하기 위한 반송장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 성막장치의 진공용기를 신축가능부재로 연결된 복수 개의 진공용기부로 구성하거나 및/또는 제진 유닛을 사용하여 외란에 의한 진동이 얼라인먼트 스테이지 기구로 전달되는 것을 저감함으로써, 기판과 성막원 사이의 거리가 증가한 경우에도, 기판과 마스크 사이의 위치조정의 정밀도를 개선하고 또한 성막 공정의 진행 중에 기판과 마스크 사이의 정렬이 어긋나는 것을 저감할 수 있다.

도 1은 전자 디바이스의 제조 장치의 일부의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막장치의 모식도이다.
도 3a~3c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막장치의 진공용기의 모식적 단면도이다.

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 한정적인 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 반도체(예컨대, 실리콘), 유리, 고분자재료의 필름, 금속 등의 임의의 재료를 선택할 수 있고, 예컨대, 기판은 실리콘 웨이퍼, 또는 유리기판상에 폴리이미드 등의 필름이 적층된 기판이어도 된다. 또한 성막 재료로서도 유기 재료, 금속성 재료(금속, 금속 산화물 등) 등의 임의의 재료를 선택할 수 있다.

본 발명은 가열 증발에 의한 진공증착장치 이외에도, 스퍼터 장치나 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치를 포함하는 성막장치에도 적용할 수 있다. 본 발명의 기술은, 구체적으로는, 반도체 디바이스, 자기 디바이스, 전자부품 등의 각종 전자 디바이스나 광학 부품 등의 제조 장치에 적용 가능하다. 전자 디바이스의 구체예로서는, 발광소자나 광전변환소자, 터치패널 등을 들 수 있다.

본 발명은, 그 중에서도, OLED 등의 유기 발광 소자나, 유기 박막 태양 전지 등의 유기 광전변환 소자의 제조장치에 바람직하게 적용가능하다. 또한, 본 발명에 있어서의 전자 디바이스는, 발광소자를 포함하는 표시장치(예컨대, 유기 EL 표시장치)나 조명장치(예컨대, 유기 EL 조명장치), 광전변환소자를 구비하는 센서(예컨대, 유기 CMOS 이미지 센서)를 포함하는 것이다.

<전자 디바이스 제조 장치>

도 1은 전자 디바이스의 제조 장치의 일부의 구성을 모식적으로 도시한 평면도이다.

도 1의 제조 장치는, 예를 들면 VR HMD 용의 유기 EL 표시장치의 표시 패널의 제조에 이용된다. VR HMD 용의 표시 패널의 경우, 예를 들면, 소정의 크기의 실리콘 웨이퍼에 유기 EL 소자의 형성을 위한 성막을 행한 후, 소자 형성 영역 사이의 영역(스크라이브 영역)을 따라 해당 실리콘 웨이퍼를 잘라 내어 복수의 작은 사이즈의 패널로 제작한다.

본 실시형태에 따른 전자 디바이스 제조 장치는, 일반적으로 복수의 클러스터 장치(1)와, 클러스터 장치(1) 사이를 연결하는 중계장치를 포함한다.

클러스터 장치(1)는, 기판(W)에 대한 처리(예컨대, 성막)를 행하는 성막장치(11)와, 사용전후의 마스크(M)를 수납하는 마스크 스톡 장치(12)와, 그 중앙에 배치되는 반송실(13)(반송장치)을 구비한다. 반송실(13)은 도 1에 도시한 바와 같이, 성막장치(11) 및 마스크 스톡 장치(12) 각각과 접속된다.

반송실(13) 내에는, 기판(W) 및 마스크(M)를 반송하는 반송 로봇(14)이 배치된다. 반송 로봇(14)은, 예를 들면, 다관절 아암에, 기판(W) 또는 마스크(M)를 보유지지하는 로봇 핸드가 장착된 구조를 갖는 로봇일 수 있다.

성막장치(11)에서는, 성막원으로부터 방출된 성막재료가 마스크(M)를 통해 기판(W)상에 성막된다. 반송 로봇(14)과의 기판(W)/마스크(M)의 주고받음, 기판(W)과 마스크(M)의 상대 위치의 조정(얼라인먼트), 마스크(M)와 기판(W)의 고정, 성막 등의 일련의 성막 프로세스는, 성막 장치(11)에 의해 행해진다.

유기 EL 표시장치를 제조하기 위한 제조 장치에서 성막장치(11)는 성막되는 재료의 종류에 따라 유기막 성막장치와 금속성막 성막장치로 나눌 수 있으며, 유기막 성막장치는 유기물 성막재료를 증착 또는 스퍼터링에 의해 기판(W)에 성막하며, 금속성막 성막장치는 금속성 성막재료를 증착 또는 스퍼터링에 의해 기판(W)에 성막한다.

유기 EL 표시장치를 제조하기 위한 제조장치에서, 어떤 성막장치를 어느 위치에 배치하는가는 제조되는 유기 EL 소자의 적층구조에 따라 달라질 수 있으며, 유기 EL 소자의 적층구조에 따라 이를 성막하기 위한 복수의 성막장치가 배치된다.

유기 EL 소자의 경우, 통상적으로, 애노드가 형성된 기판(W)상에, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층, 캐소드가 이 순서대로 적층된 구조를 가지는데, 이러한 층을 순차적으로 성막할 수 있도록 기판의 흐름방향을 따라 적절한 성막장치가 배치된다.

예컨대, 도 1에서 성막장치(11a)는, 정공주입층(HIL) 및/또는 정공수송층(HTL)을 성막하고, 성막장치(11b, 11f)는 청색 발광층을, 성막장치(11c)는 적색 발광층을, 성막장치(11d, 11e)는 녹색 발광층을, 성막장치(11g)는 전자수송층 및/또는 전자주입층을, 성막장치(11h)는 캐소드 금속막을 성막하도록 배치된다. 도 1에서는, 소재의 특성상, 청색 발광층과 녹색 발광층의 성막 속도가 적색 발광층의 성막속도보다 느리기 때문에, 처리속도의 균형을 맞추기 위해 청색 발광층과 녹색 발광층 각각을 2개의 성막장치에서 성막하도록 하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다른 배치구조를 가져도 된다.

마스크 스톡 장치(12)에는 성막장치(11)에서의 성막 공정에 사용될 새로운 마스크 및 사용이 끝난 마스크가 두 개의 카세트에 나뉘어져 수납된다. 반송 로봇(14)은, 사용이 끝난 마스크를 성막장치(11)로부터 마스크 스톡 장치(12)의 카세트로 반송하며, 마스크 스톡 장치(12)의 다른 카세트에 수납된 새로운 마스크를 성막장치(11)로 반송한다.

복수의 클러스터 장치(1) 사이에 연결되는 중계장치는, 클러스터 장치(1) 사이에서 기판(W)을 전달하는 패스실(15)을 포함한다.

반송실(13)의 반송 로봇(14)은 상류측의 패스실(15)로부터 기판(S)을 받아서, 해당 클러스터 장치(1)내의 성막장치(11)중 하나(예컨대, 성막장치(11a))로 반송한다. 또한, 반송 로봇(14)은 해당 클러스터 장치(1)에서의 성막처리가 완료된 기판(S)을 복수의 성막장치(11) 중 하나(예컨대, 성막장치(11e))로부터 받아서, 하류측에 연결된 패스실(15)로 반송한다.

중계장치는, 패스실(15) 이외에, 상하류의 클러스터 장치(1)에서의 기판(W)의 처리속도의 차이를 흡수하기 위한 버퍼실(도시하지 않음) 및 기판(W)의 방향을 바꾸기 위한 선회실(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 버퍼실은 복수의 기판(W)을 일시적으로 수납하는 기판 적재부를 포함하며, 선회실은 기판(W)을 180도 회전시키기 위한 기판 회전기구(예컨대, 회전 스테이지 또는 반송 로봇)을 포함한다. 이를 통해, 상류측 클러스터 장치와 하류측 클러스터 장치에서 기판(W)의 방향이 동일하게 되어 기판 처리가 용이해진다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 패스실(15)은, 복수의 기판(W)을 일시적으로 수납하기 위한 기판 적재부(미도시)나 기판 회전기구를 포함하여도 된다. 즉, 패스실(15)이 버퍼실이나 선회실의 기능을 겸해도 된다.

클러스터 장치(1)를 구성하는 성막장치(11), 마스크 스톡 장치(12), 반송실(13) 등은 유기발광 소자의 제조과정에서, 고진공상태로 유지된다. 중계장치의 패스실(15)은, 통상 저진공상태로 유지되나, 필요에 따라 고진공상태로 유지될 수도 있다.

유기 EL 소자를 구성하는 복수의 층의 성막이 완료된 기판(W)은 유기 EL 소자를 봉지하기 위한 봉지장치(미도시)나 기판을 정해진 패널 크기로 절단하기 위한 절단 장치(미도시) 등으로 반송된다.

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 발명의 일 실시형태에 따른 전자 디바이스 제조장치는, 도 1에 도시한 클러스터 타입이 아닌, 인라인 타입이어도 된다. 즉, 기판(W)과 마스크(M)를 캐리어에 탑재하여, 일렬로 나열된 복수의 성막장치내를 통과시키면서 성막을 행하는 구성을 가질 수도 있다. 또한, 클러스터 타입과 인라인 타입을 조합한 타입의 구조를 가질 수도 있다. 예컨대, 유기층의 성막까지는 클러스터 타입의 제조장치에서 행하고, 전극층(캐소드층)의 성막공정부터, 봉지공정 및 절단공정 등은 인라인 타입의 제조장치에서 행할 수도 있다.

이하, 성막장치(11)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.

<성막 장치>

도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막장치(11)의 구성을 나타내는 모식도이다. 이하의 설명에 있어서는, 연직 방향을 Z 방향으로 하고 수평면(성막시의 기판면)을 XY평면으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 사용한다. 또한, X축 주위의 회전각을 θ_X, Y축 주위의 회전각을 θ_Y, Z 축 주위의 회전각을 θ_Z 로 표시한다.

도 2는, 성막재료를 가열에 의해 증발 또는 승화시켜 마스크(M)를 통해 기판(W)에 성막하는 성막장치(11)의 일례를 도시한다.

성막장치(11)는, 진공 분위기 또는 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기로 유지될 수 있는 진공용기(21)와, 진공용기(21)내에 설치되어 기판(W)의 위치를 적어도 X방향, Y방향 및 θ_Z 방향으로 조정하기 위한 자기 부상 스테이지 기구(22)와, 진공용기(21)내에 설치되어 마스크(M)를 지지하는 마스크 지지 유닛(23)과, 진공용기(21)내에 설치되어 기판(W)을 흡착하여 보유지지하는 기판흡착수단(24)과, 성막재료를 수납하고 성막시에 이를 입자화하여 방출하는 성막원(25)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 성막장치(11)는, 자기력에 의해 마스크(M)를 기판(W)측으로 밀착시키기 위한 자력인가수단(26)을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 성막장치(11)의 진공용기(21)는, 복수의 진공용기부(211, 212)와, 복수의 진공용기부(211, 212) 사이에 설치된 신축가능부재(213)를 포함한다. 도 2에는 진공용기(21)가 2개의 진공용기부(211, 212)를 포함하는 구조인 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 진공용기(21)는 3개 이상의 진공용기부를 포함하여도 된다. 복수의 진공용기부를 포함하는 진공용기(21)의 다양한 변형예에 대해서는 도 3a~3c를 참조하여 뒤에서 상세히 설명한다.

도 2에 도시된 실시예에서, 진공용기(21)는, 자기 부상 스테이지 기구(22)가 배치되는 제1 내부 공간을 가지는 제1 진공용기부(211)와, 성막원(25)이 배치되는 제2 내부 공간을 가지는 제2 진공용기부(212)를 포함한다. 제1 진공용기부(211)에는, 자기 부상 스테이지 기구(22) 이외에, 마스크 지지 유닛(23)과 기판흡착수단(24)도 배치될 수 있다. 제1 진공용기부(211)에 의해 한정되는 제1 내부공간과 제2 진공용기부(212)에 의해 한정되는 제2 내부공간은 연통되어 있으며, 진공용기(21)의 전체 내부공간은, 예컨대, 제2 진공용기부(212)에 접속된 진공펌프(미도시)에 의해 고진공 상태로 유지될 수 있다.

또한, 적어도 제1 진공용기부(211)와 제2 진공용기부(212) 사이에는 신축가능부재(213)가 설치된다. 신축가능부재(213)는 제2 진공용기부(212)에 연결되는 진공펌프로부터의 진동이나, 성막장치(11)가 설치된 마루 또는 플로어로부터의 진동이 제2 진공용기부(212)를 통해 제1 진공용기부(211)로 전달되는 것을 저감한다. 신축가능부재(213)는, 예컨대, 벨로우즈일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1 진공용기부(211)와 제2 진공용기부(212) 사이에 진동의 전달을 저감할 수 있는 한 다른 부재를 사용하여도 된다.

진공용기(21)는, 자기 부상 스테이지 기구(22)가 연결되는 기준 플레이트부를 더 포함한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 기준 플레이트부는, 예컨대, 자기 부상 스테이지 기구(22)가 고정 연결되는 기준 플레이트(214)와, 기준 플레이트(214)를 소정의 높이로 지지하기 위한 기준 플레이트 지지부(215)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 2에 도시한 바와 같이, 기준 플레이트(214)와 제1 진공용기부(211) 사이에 신축가능부재(213)를 더 설치하여도 된다. 이를 통해, 기준 플레이트(214)를 통해 자기 부상 스테이지 기구(22)에 외부 진동이 전달되는 것을 더욱 저감할 수 있다.

그리고, 기준 플레이트부의 기준 플레이트 지지부(215)와 성막장치(11)의 설치가대(217) 사이에는 제진 유닛(216)을 설치해도 된다. 제진 유닛(216)은, 성막장치(11)가 설치되는 마루 또는 플로어 등으로부터 성막장치(11)의 설치가대(217)를 통해 기준 플레이트 지지부(215)로 진동이 전달되는 것을 차단 또는 저감하기 위한 수단이다.

본 실시예에 따른 제진 유닛(216)의 구성에는 특별한 제한이 없다. 예컨대, 제진 유닛(216)은, 공압 또는 유압을 이용하여 외부로부터의 진동을 흡수하거나 또는 스프링 등과 같은 탄성 수단을 이용하여 진동을 흡수하는 장치일 수도 있다.

자기 부상 스테이지 기구(22)는 기판(W) 또는 기판흡착수단(24)의 위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 스테이지 기구의 일례이다. 즉, 자기 부상 스테이지 기구(22)는, 자기 부상 리니어 모터에 의해 기판(W) 또는 기판흡착수단(24)의 위치를 조정하기 위한 스테이지 기구로서, 적어도 X방향, Y방향, θ_Z 방향, 바람직하게는, X방향, Y방향, Z방향, θ_X 방향, θ_Y 방향, θ_Z 방향의 6개의 방향에 있어서의 기판(W) 또는 기판흡착수단(24)의 위치를 조정한다.

자기 부상 스테이지 기구(22)는, 고정대로 기능하는 스테이지 기준 플레이트부(221)와, 가동대로 기능하는 미동 스테이지 플레이트부(222)와, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 스테이지 기준 플레이트부(221)에 대해 자기 부상 및 이동시키기 위한 자기 부상 유닛(223)을 포함한다.

보다 구체적으로, 자기 부상 스테이지 기구(22)는, 자중보상마그넷을 이용하여 미동 스테이지 플레이트부(222)에 작용하는 중력에 대응하는 크기의 부상력을 제공함으로써 미동 스테이지 플레이트부(222)를 부상시킨 상태에서, 자기 부상 리니어 모터를 이용하여 미동 스테이지 플레이트부(222)를 소정의 방향, 예컨대 6개의 자유도로(X방향, Y방향, Z방향, θ_X 방향, θ_Y 방향, θ_Z 방향으로) 이동시킨다. 이 때, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치는 레이저 간섭계(도시하지 않음)를 이용하여 측정할 수 있으며, 측정된 위치 정보는 자기 부상 리니어 모터의 구동을 제어하는데 이용된다.

도 2에 도시한 실시예에서는 자기 부상 스테이지 기구(22)가 진공용기(21)의 일부로서의 기준 플레이트(214)에 고정 연결되고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 자기 부상 스테이지 기구(22)는 진공용기(21)와는 별개의 구조물에 고정되도록 설치되어도 된다. 예를 들어, 자기 부상 스테이지 기구(22)가 고정 연결되는 기준 플레이트부는, 진공용기(21)의 천정과는 별개의 구조물로서, 진공용기(21)의 내부 또는 외부에 추가로 설치될 수 있다.

마스크 지지 유닛(23)은, 반송실(13)에 설치된 반송로봇(14)이 반송하여 온 마스크(M)를 수취하여, 보유 지지하는 수단으로서, 마스크 홀더라고도 부른다.

마스크 지지 유닛(23)은 적어도 연직방향으로 승강가능하도록 설치된다. 이를 통해, 기판(W)과 마스크(M)간의 연직방향에 있어서의 간격을 용이하게 조절할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서와 같이, 기판(W)의 위치를 자기부상 스테이지 기구(22)에 의해 조정하는 경우, 마스크(M)를 지지하는 마스크 지지 유닛(23)을 모터(미도시) 및 볼나사/가이드(미도시)에 의해 기계적으로 승강 구동하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 마스크 지지 유닛(23)은 수평방향(즉, XYθ_Z방향)으로 이동가능하게 설치하여도 된다. 이를 통해, 마스크(M)가 얼라인먼트용 카메라의 시야로부터 벗어난 경우에도 신속하게 이를 시야내로 이동시킬 수 있다.

마스크 지지 유닛(23)은, 반송로봇(14)에 의해 진공용기(21)내로 반입된 마스크(M)를 일시적으로 수취하기 위한 마스크 픽업(231)을 더 포함한다.

마스크 픽업(231)은, 마스크 지지 유닛(23)의 마스크 지지면에 대해 상대적으로 승강할 수 있도록 구성된다. 예컨대, 도 2에 도시한 바와 같이, 마스크 픽업 승강기구(232)에 의해 마스크 픽업(231)이 마스크 지지 유닛(23)의 마스크 지지면에 대해 상대적으로 승강할 수 있도록 구성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 마스크 픽업(231)과 마스크 지지 유닛(23)의 마스크 지지면이 상대적으로 승강가능한 한, 다른 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 마스크 픽업(231)이 기준 플레이트(214)나 자기 부상 스테이지 기구(22)의 스테이지 기준 플레이트부(221)에 고정되고, 대신 마스크 지지 유닛(23)이 승강 가능하게 구성되어도 된다. 또는, 마스크 픽업(231)과 마스크 지지 유닛(23) 모두가 승강가능하게 구성되어도 된다.

반송로봇(14)의 핸드로부터 마스크(M)를 수취한 마스크 픽업(231)은 마스크 지지 유닛(23)의 마스크 지지면에 대해 상대적으로 하강하여 마스크(M)를 마스크 지지 유닛(23)에 내려 놓는다. 반대로, 사용이 완료된 마스크(M)를 반출하는 경우에는, 마스크(M)를 마스크 지지 유닛(23)의 마스크 지지면으로부터 들어 올려, 반송로봇(14)의 핸드가 마스크(M)를 받을 수 있도록 한다.

마스크(M)는, 기판(W) 상에 형성될 박막 패턴에 대응하는 개구 패턴을 가지며, 마스크 지지 유닛(23)에 의해 지지된다. 예컨대, VR HMD용 유기 EL 표시 패널을 제조하는데 사용되는 마스크(M)는, 유기 EL 소자의 발광층의 RGB 화소 패턴에 대응하는 미세한 개구패턴이 형성된 금속제 마스크인 파인 메탈 마스크(Fine Metal Mask)와, 유기 EL 소자의 공통층(정공주입층, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층 등)을 형성하는데 사용되는 오픈 마스크(open mask)를 포함한다.

마스크(M)의 개구 패턴은 성막재료의 입자를 통과시키지 않는 차단 패턴에 의해 정의된다.

기판흡착수단(24)은, 기판(W)을 보유하여 지지하기 위한 기판 보유지지수단의 일례로서, 피성막체로서의 기판(W)을 흡착하여 보유지지하는 수단이다. 이러한 기판흡착수단(24)은, 자기 부상 스테이지 기구(22)의 가동대인 미동 스테이지 플레이트부(222)에 설치된다.

기판흡착수단(24)은, 예컨대, 유전체/절연체(예컨대, 세라믹재질) 매트릭스내에 금속전극 등의 전기회로가 매설된 구조를 갖는 정전척일 수 있다.

기판흡착수단(24)으로서의 정전척은, 전극과 흡착면 사이에 상대적으로 고저항의 유전체가 개재되어 전극과 피흡착체간의 쿨롱력에 의해 흡착이 이루어지는 쿨롱력 타입의 정전척이어도 되고, 전극과 흡착면 사이에 상대적으로 저항이 낮은 유전체가 개재되어 유전체의 흡착면과 피흡착체간에 발생하는 존슨 라벡력에 의해 흡착이 이루어지는 존슨-라벡력 타입의 정전척이어도 되며, 불평등 전계에 의해 피흡착체를 흡착하는 그래디언트력 타입의 정전척이어도 된다.

피흡착체가 도체나 반도체(실리콘 웨이퍼)인 경우에는 쿨롱력 타입의 정전척 또는 존슨-라벡력 타입의 정전척을 사용하는 것이 바람직하며, 피흡착체가 유리와 같은 절연체인 경우에는 그래디언트력 타입의 정전척을 사용하는 것이 바람직하다.

정전척은 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.

도 2에 도시하지 않았으나, 성막장치(11)는, 반송로봇(14)에 의해 진공용기(21)내로 반입된 기판(W)을 기판흡착수단(24)이 흡착하여 보유지지하기 전에, 일시적으로 기판(W)을 보유지지하는 기판 지지 유닛을 더 포함하여도 된다. 예컨대, 기판 지지 유닛은 마스크 지지 유닛(23)에 별도의 기판 지지면을 가지도록 설치되어, 마스크 지지 유닛(23)의 승강에 따라 승강하도록 설치되어도 된다.

또한, 도 2에 도시하지 않았으나, 기판흡착수단(24)의 흡착면과는 반대측에 기판(W)의 온도 상승을 억제하는 냉각수단(예컨대, 냉각판)를 설치함으로써, 기판(W)상에 퇴적된 유기재료의 변질이나 열화를 억제하는 구성으로 하여도 된다.

성막원(25)은 기판(W)에 성막될 성막 재료가 수납되는 도가니(미도시), 도가니를 가열하기 위한 히터(미도시), 성막원(25)으로부터의 증발 레이트가 일정해질 때까지 성막재료가 기판(W)으로 비산하는 것을 막는 셔터(미도시) 등을 포함한다. 성막원(25)은 점형(point) 성막원이나 선형(linear) 성막원 등, 용도에 따라 다양한 구성을 가질 수 있다.

성막원(25)은, 서로 다른 성막재료를 수납하는 복수의 도가니를 포함하여도 된다. 이러한 구성에 있어서는, 진공용기(21)를 대기개방 하지 않고도 성막재료를 변경할 수 있도록, 서로 다른 성막재료를 수납하는 복수의 도가니를 성막위치로 이동가능하게 설치하여도 된다.

자력인가수단(26)은, 성막공정시에 자기력에 의해 마스크(M)를 기판(W)측으로 끌어당겨 밀착시키기 위한 수단으로써, 연직방향으로 승강가능하게 설치된다. 예컨대, 자력인가수단(26)은 전자석 및/또는 영구자석으로 구성될 수 있다.

도 2에 도시하지 않았으나, 성막장치(11)는 기판에 증착된 막두께를 측정하기 위한 막두께 모니터(미도시) 및 막두께 산출 유닛(미도시)를 포함하여도 된다.

진공 용기(21)의 상부 외측(대기측)에는, 즉, 기준 플레이트(214) 상에는, 마스크 픽업(231)을 승강시키기 위한 마스크 픽업 승강 기구(232), 자력인가수단(26)을 승강시키기 위한 자력인가수단 승강 기구(261) 등이 설치될 수 있다. 마스크 지지 유닛(23)을 승강시키기 위한 마스크 지지 유닛 승강 기구(미도시)를 기준 플레이트(214)상에 설치할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예컨대, 마스크 지지 유닛 승강 기구(미도시)를 제1 진공용기부(211)의 하부의 대기측에 설치하여도 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 성막장치(11)는, 진공용기(21)의 상부 외측(대기측)에 설치되어, 기판(W) 및 마스크(M)에 형성된 얼라인먼트 마크를 촬영하기 위한 얼라인먼트용 카메라 유닛(27)을 더 포함한다.

본 실시예에 있어서, 얼라인먼트용 카메라 유닛(27)은, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치를 대략적으로 조정하는데 사용되는 러프 얼라인먼트용 카메라와, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치를 고정밀도로 조정하는데 사용되는 파인 얼라인먼트용 카메라를 포함할 수 있다. 러프 얼라인먼트용 카메라는 상대적으로 시야각이 넓고 저해상도이며, 파인 얼라인먼트용 카메라는 상대적으로 시야각은 좁지만 고해상도를 가지는 카메라이다.

러프 얼라인먼트용 카메라와 파인 얼라인먼트용 카메라는 기판(W) 및 마스크(M)에 형성된 얼라인먼트 마크에 대응하는 위치에 설치된다. 예컨대, 파인 얼라인먼트용 카메라는 4개의 카메라가 직사각형의 4개의 코너부를 이루도록 설치되고, 러프 얼라인먼트용 카메라는 2개의 카메라가 해당 직사각형의 대향하는 두 변의 중앙에 설치될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 기판(W) 및 마스크(M)의 얼라인먼트 마크의 위치에 따라 다른 개수 또는 배치를 가져도 된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 성막장치(11)의 얼라인먼트용 카메라 유닛(27)은, 진공용기(21)의 상부 대기측으로부터 기준 플레이트(214)를 통하여 진공용기(21) 안쪽으로 들어오도록 설치된다. 이를 위해, 얼라인먼트용 카메라 유닛(27)은 대기측에 배치되는 얼라인먼트용 카메라를 둘러싸서 밀봉하는 진공대응통(미도시)을 포함한다.

이렇게 얼라인먼트용 카메라가 진공대응통을 통해 진공용기(21) 안쪽으로 들어오도록 설치함으로써, 자기부상 스테이지 기구(22)의 개재로 인해, 기판(W)과 마스크(M)가 기준 플레이트(214)로부터 상대적으로 멀리 떨어져 지지되더라도, 기판(W)과 마스크(M)에 형성된 얼라인먼트 마크에 초점을 맞출 수 있게 된다. 진공대응통의 하단의 위치는 얼라인먼트용 카메라의 초점 심도와 기판(W)/마스크(M)가 기준 플레이트(214)로부터 떨어진 거리에 기초하여 적절히 정할 수 있다.

도 2에 도시하지는 않았으나, 성막공정동안 밀폐되는 진공용기(21)의 내부는 어두우므로, 진공용기(21) 안쪽으로 들어와 있는 얼라인먼트용 카메라에 의해 얼라인먼트 마크를 촬영하기 위해, 하방으로부터 얼라인먼트 마크를 비추는 조명광원을 설치하여도 된다.

성막장치(11)는 제어부(미도시)를 구비한다. 제어부는 기판(W)/마스크(M)의 반송 및 얼라인먼트, 성막원(25)의 제어, 성막의 제어 등의 기능을 갖는다. 제어부는 또한 정전척에의 전압의 인가를 제어하는 기능 기능을 가질 수 있다.

제어부는 예를 들면, 프로세서, 메모리, 스토리지, I/O 등을 갖는 컴퓨터에 의해 구성할 수 있다. 이 경우, 제어부의 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, 제어부의 기능의 일부 또는 전부를 ASIC나 FPGA와 같은 회로로 구성하여도 좋다. 또한, 성막 장치별로 제어부가 설치되어도 되고, 하나의 제어부가 복수의 성막 장치를 제어하는 것으로 구성하여도 된다.

<진공용기의 구조>

이하, 도 3a~3c를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 성막장치(11)의 진공용기의 구조에 대하여 설명한다.

실리콘 웨이퍼와 같은 기판(W)에 고정밀도로 미세 패턴을 성막하기 위해서는, 성막재료가 성막원(25)으로부터 마스크(M)를 통하여 기판(W)에 입사하는 각도를 크게 하는 것(즉, 기판(W)의 성막면에 거의 수직에 가깝게 입사하는 것)이 바람직한데, 이를 위해, 성막원(25)으로부터 기판(W)까지의 거리를 크게 하는 것이 일반적이다. 이러한 구성에 있어서, 기판(W)의 위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 스테이지 기구는 상대적으로 높은 곳에 설치되기 때문에, 진공펌프나 마루로부터의 진동과 같은 외란의 영향을 크게 받게 된다. 이는 얼라인먼트 스테이지 기구에 의한 기판(W)의 위치 조정의 정밀도를 저하시키고, 기판(W)의 마스크(M)에 대한 얼라이먼트 정밀도를 저하시키며, 결과적으로 성막정밀도를 저하시키는 주요 요인이 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 성막장치(11)에서는, 진공용기(21)를 복수의 용기부(예컨대, 제1 진공 용기부(211)와 제2 진공 용기부(212))로 나누고, 그 사이에 신축가능부재(213)를 설치함으로써, 자기 부상 스테이지 기구(22)가 설치되는 제1 진공용기부(211)로 외부 진동이 전달되는 것을 저감시킨다. 도 3a~3c에는 진공용기(21)가 2개의 진공용기부(211, 212)로 구성된 실시예가 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 진공용기(21)가 3개 이상의 진공용기부를 포함할 수 있다.

그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른 성막장치(11)에서는, 외부로부터의 진동이 기준 플레이트부로 전달되는 것을 차단하거나 또는 저감하기 위해, 기준 플레이트부와 성막장치(11)의 설치가대(217) 사이에 제진 유닛(216)을 설치한다. 기준 플레이트부는 진공용기(21)를 한정하는 챔버벽의 일부를 구성하거나 및/또는 진공용기(21)의 챔버벽과는 별개로 추가된 구조물일 수 있다.

도 3a~3c는, 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 성막장치(11)의 진공용기(21)의 모식적 단면도이다. 도 3a~3c에서는 진공용기(21)의 내부에 설치되는 구성 요소들, 예컨대 자기 부상 스테이지 기구(22)와, 마스크 지지 유닛(23)과, 기판흡착수단(24)과, 성막원(25)과, 자력인가수단(26) 등에 대한 도시는 생략하였는데, 이것은 단지 본 발명의 일 실시예에 따른 진공용기(21)의 구조를 보다 명확하게 보이기 위한 것이다. 따라서 진공용기(21)의 내부에 설치되는 구성 요소와 관련하여 여기에서 설명되지 않은 사항은, 도 2를 참조하여 전술한 내용들이 동일하게 적용될 수 있다.

먼저, 도 3a를 참조하면, 진공용기(21a)는, 기준 플레이트(214)가 제1 진공용기부(211)에 직접 연결되어 있으며, 그 결과 기준 플레이트(214)와 제1 진공용기부(211) 사이에는 신축가능부재(213, 도 2 참조)가 설치되어 있지 않다는 점에서, 도 2에 도시되어 있는 진공용기(21)와 차이가 있다.

이러한 진공용기(21a)의 구성에 의하면, 성막장치(11)의 설치가대(217)를 통하여 전달되는 진동은 제진유닛(216)에 의하여 저감할 수 있으며, 제2 진공용기부(212)를 통하여 제1 진공용기부(211)로 전달되는 진동은 신축가능부재(213)에 의해 저감할 수 있으면서도, 진공용기(21a)의 구성을 보다 단순하게 할 수 있다.

도 3b를 참조하면, 진공용기(21b)에는 챔버벽과 구별되는 별도의 기준 플레이트부가 설치되어 있지 않으며, 제진 유닛(216)은 제1 진공용기부(212)의 하부 챔버벽과 성막장치의 설치가대(217) 사이에 설치되어 있다.

이에 의하면, 성막장치(11)의 외부로부터 설치가대(217)를 통해 제1 진공용기부(211)의 챔버벽으로 전달되는 진동은 제진 유닛(216)에 의하여 억제할 수 있으며, 제2 진공용기부(212)를 통하여 제1 진공용기부(211)로 전달되는 진동은 신축가능부재(213)에 의해 저감할 수 있다. 그 결과 제1 진공용기부(211)의 상부 챔버벽이, 자기 부상 스테이지 기구(22)가 고정 연결되는 기준 플레이트(214)로서 기능할 수 있다. 또한, 별도의 기준 플레이트부가 없기 때문에, 진공용기(21b)의 구성을 더욱 단순하게 할 수 있다.

도 3c를 참조하면, 진공용기(21c)는, 제1 진공용기부(211)의 상부 챔버벽이 기준 플레이트(214)로서 기능한다는 점에서, 도 3b의 진공용기(21b)와 유사하나, 도 3c에 도시한 진공용기(21c)는, 제진 유닛(216)이 제1 진공용기부(211)의 하부 챔버벽과 설치가대(217)와의 사이에 설치되어 있는 것이 아니라, 제1 진공용기부(211)의 측부 챔버벽으로부터 돌출된 별도의 구조물(예컨대, 기준 플레이트 지지부(215))과 설치가대(217)와의 사이에 설치되어 있다는 점에서, 도 3b의 진공용기(21b)와는 구조가 상이하다.

이처럼, 도 3c에 도시한 진공용기(21c)에 있어서, 제진 유닛(216)은, 제진 유닛(216)의 지지점이 적어도 제1 진공용기부(211)의 챔버벽의 저면보다는 높은 위치에 오도록 설치된다.

이러한 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 제진 유닛(216)은, 제진 유닛(216)에 의해 지지되는 성막장치(11)의 부분의 무게 중심과 동일하거나 또는 이와 인접한 높이에 설치되는 것이 바람직하다. 예컨대, 도 3c에 도시한 실시예에서, 제진 유닛(216)은 복수의 진공용기부(211, 212) 중에서 자기 부상 스테이지기 기구(22)가 배치되어 있는 제1 진공용기부(211)의 무게 중심과 동일하거나 이와 인접한 높이에 설치되는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 제진 유닛(216)에 의하여 지지되는 성막장치(11)의 부분, 즉, 자기 부상 스테이지(22)가 설치되는 제1 진공용기부(211)에 외부 진동 등에 기인한 상대적으로 큰 모멘트력이 발생하여, 제1 진공용기부(212)의 상부 챔버벽과 이에 고정 설치되는 자기 부상 스테이지 기구(22)의 가속도레벨이 악화되는 것(즉, 외란에 의한 영향이 상대적으로 크게 미치는 것)을 저감할 수 있다.

상기 실시예는 본 발명의 일 예를 나타낸 것으로, 본 발명은 상기 실시예의 구성에 한정되지 않으며, 그 기술사상의 범위내에서 적절히 변형하여도 된다.

11: 성막장치
21: 진공용기
22: 자기 부상 스테이지 기구
23: 마스크 지지 유닛
211: 제1 진공용기부
212: 제2 진공용기부
213: 신축가능부재

Claims (6)

1. 진공용기와,
   상기 진공용기 내에 설치되며, 기판을 보유지지하기 위한 기판 보유지지 수단과,
   상기 진공용기 내에 설치되며, 상기 기판 보유지지 수단의 위치를 조정하기 위한 얼라인먼트 스테이지 기구와,
   상기 얼라인먼트 스테이지 기구로 진동이 전달되는 것을 저감하기 위한 제진 유닛을
   포함하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 진공용기는, 상기 얼라인먼트 스테이지 기구가 연결되는 기준 플레이트부를 더 포함하고,
   상기 제진 유닛은, 상기 기준 플레이트부와 상기 성막장치의 설치가대 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 성막장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제진 유닛은, 상기 진공용기의 저면보다 높은 위치에서 상기 진공용기를 지지하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 성막장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제진 유닛은, 상기 진공용기의 무게중심의 높이에서, 상기 진공용기를 지지하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 성막장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 얼라인먼트 스테이지 기구는 자기 부상 스테이지 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 자기 부상 스테이지 기구는 자중보상수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막장치.

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