KR20210043464A - 얼라인먼트 장치, 얼라인먼트 방법, 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

얼라인먼트 장치, 얼라인먼트 방법, 성막 장치 및 성막 방법 Download PDF

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타이이치로 아오키
켄타로 스즈키
슌스케 오카베
šœ스케 오카베
요시히로 나카스
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캐논 톡키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 얼라인먼트 장치는, 기판과 마스크 간의 위치 어긋남을 검지하는 위치 어긋남 검지 수단과, 상기 기판 또는 상기 마스크를 상대 이동시키기 위한 구동 수단과, 상기 위치 어긋남 검지 수단에 의해 검지된 위치 어긋남에 기초하여, 상기 구동 수단을 제어하여, 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 맞춤을 행하는 제어수단과, 상기 기판과 상기 마스크의 접촉을 검지하는 접촉 검지 수단을 포함하고, 상기 제어 수단은, 상기 접촉 검지 수단에 의한 접촉의 검지 결과에 기초하여, 상기 구동 수단을 제어하는 게인을 조정하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

얼라인먼트 장치, 얼라인먼트 방법, 성막 장치 및 성막 방법{ALIGNMENT DEVICE, ALIGNMENT METHOD, FILM FORMING APPARATUS, AND FILM FORMING METHOD}
본 발명은 얼라인먼트 장치, 얼라인먼트 방법, 성막 장치 및 성막 방법에 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 저감하기 위해 화소패턴을 높은 정밀도로 형성할 것이 요구된다.
유기EL 표시장치의 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 있어서는, 성막정밀도를 높이기 위해, 성막공정 전에, 기판과 마스크의 상대위치를 측정하고, 상대위치가 어긋나 있는 경우에는, 기판 및/또는 마스크를 상대적으로 이동시켜 위치를 조정(얼라인먼트)하는 공정이 필요하다.
나아가, 이러한 기판과 마스크 간의 위치 맞춤의 정밀도를 높이기 위해, 기판과 마스크는 가능한 한 근접시킨 상태에서 얼라인먼트 동작을 행하도록 하고 있다.
예컨대, 종래 기술로서, 특허문헌 1과 특허문헌 2에는 진공 증착에 의해 유기 EL 디스플레이를 제조하는 장치에 있어서, 기판과 마스크를 정확하게 위치 결정하기 위하여, 마스크와 기판을 근접시키고, 기판과 마스크 각각에 형성된 얼라인먼트 마크의 상대 위치를 촬상하여 위치 맞춤을 행하는 방법이 기재되어 있다.
일본특허공개공보 특개2012-92397호 일본특허공개공보 특개2006-12597호
그러나, 기판과 마스크를 근접시킨 상태로 얼라인먼트를 행할 경우에는, 예컨대, 마스크의 변형(처짐)이나, 기판의 두께 오차 등에 의해, 얼라인먼트 동작 중에 기판과 마스크가 접촉을 일으키는 경우가 있다. 이와 같이, 얼라인먼트 동작 중에 기판과 마스크의 접촉이 발생하면, 마찰에 의해 마스크나 기판 표면이 손상되거나, 접촉에 의한 부하 증가로 인해 얼라인먼트 동작이 불안정하게 될 수 있다.
본 발명은, 기판과 마스크의 접촉 발생 시 야기되는 얼라인먼트 동작의 불안정성을 해소하고자 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 얼라인먼트 장치는, 기판과 마스크 간의 위치 어긋남을 검지하는 위치 어긋남 검지 수단과, 상기 기판 또는 상기 마스크를 상대 이동시키기 위한 구동 수단과, 상기 위치 어긋남 검지 수단에 의해 검지된 위치 어긋남에 기초하여, 상기 구동 수단을 제어하여, 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 맞춤을 행하는 제어수단과, 상기 기판과 상기 마스크의 접촉을 검지하는 접촉 검지 수단을 포함하고, 상기 제어 수단은, 상기 접촉 검지 수단에 의한 접촉의 검지 결과에 기초하여, 상기 구동 수단을 제어하는 게인을 조정하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 성막 장치는, 기판에 마스크를 통해 성막 재료를 성막하는 성막장치로서, 진공용기와, 상기 진공용기에 설치되어, 상기 기판 및 상기 마스크를 위치 조정하기 위한 전술한 얼라인먼트 장치와, 상기 진공용기에 설치되어, 성막 재료를 수납하고, 상기 성막 재료를 입자화하여 방출하기 위한 성막원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 얼라인먼트 방법은, 기판과 마스크 간의 위치 어긋남을 검지하는 위치 어긋남 검지 수단과, 상기 기판 또는 상기 마스크를 상대 이동시키기 위한 구동 수단과, 상기 구동 수단을 제어하는 제어 수단을 포함하는 성막 장치를 사용하여, 상기 기판 및 상기 마스크를 위치 조정하기 위한 얼라인먼트 방법으로서, 상기 위치 어긋남 검지 수단에 의해, 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 어긋남을 검지하는 위치 어긋남 검지 공정과, 검지된 상기 위치 어긋남에 기초하여, 상기 제어 수단에 의해 상기 구동 수단을 제어함으로써 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 맞춤을 행하는 공정을 포함하고, 상기 제어 수단은, 상기 위치 맞춤 공정 중에 상기 기판과 상기 마스크의 접촉이 검지된 경우, 상기 구동 수단을 제어하는 게인을 감소시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 성막 방법은, 기판 상에 마스크를 통해 성막 재료를 성막하는 성막 방법으로서, 전술한 얼라인먼트 방법에 의해, 상기 기판 및 상기 마스크를 위치 조정하는 단계와, 성막원에 의해 입자화된 성막 재료를 상기 마스크를 통해 상기 기판에 성막하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 기판과 마스크의 접촉 발생 시 야기되는 얼라인먼트 동작의 불안정성을 해소할 수 있다.
도 1은 전자 디바이스의 제조 장치의 일부의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막장치의 모식도이다.
도 3a~3d는 본 발명의 일 실시형태에 따른 자기부상 스테이지 기구의 모식도이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 자기부상 리니어 모터의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 자중보상수단의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제어에 관한 블록도를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한, 마스크와 기판이 접촉을 일으켰을 때의 미동 스테이지의 리니어 모터의 전류와 제어 출력을 나타낸 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 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, 300mm의 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, 사용 전후의 마스크를 수납하는 마스크 스톡 장치(12)와, 그 중앙에 배치되는 반송실(13)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 마스크를 반송하는 반송 로봇(14)이 배치된다. 반송 로봇(14)은, 예를 들면, 다관절 아암에, 기판(W) 또는 마스크를 보유지지하는 로봇 핸드가 장착된 구조를 갖는 로봇일 수 있다.
성막장치(11)에서는, 성막원으로부터 방출된 성막재료가 마스크를 통해 기판(W)상에 성막된다. 반송 로봇(14)과의 기판(W) 또는 마스크의 주고받음, 기판(W)과 마스크의 상대적 위치의 조정(얼라인먼트), 마스크상으로의 기판(W)의 고정, 성막 등의 일련의 성막 프로세스는, 성막장치(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 배치할지는 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(ETL) 및/또는 전자주입층(EIL)을, 성막장치(11h)는 캐소드 금속막을 성막하도록 배치된다. 도 1에 도시한 실시예에서는, 소재의 특성상, 청색 발광층과 녹색 발광층의 성막 속도가 적색 발광층의 성막속도보다 느리기 때문에, 처리 속도의 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 복수 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) 사이를 연결하는 중계장치는, 클러스터 장치(1) 사이에서 기판(W)을 반송하는 패스실(15)을 포함한다.
반송실(13)의 반송 로봇(14)은 상류측의 패스실(15)로부터 기판(W)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(W)을 복수의 성막장치(11) 중 하나(예컨대, 성막장치(11e))로부터 받아서, 하류측에 연결된 패스실(15)로 반송한다.
중계장치는, 패스실(15) 이외에, 상하류측의 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 겸하여도 된다.
클러스터 장치(1)를 구성하는 성막장치(11), 마스크 스톡 장치(12), 반송실(13) 등은 유기발광 소자의 제조과정에서, 고진공 상태로 유지된다. 중계장치의 패스실(15)은, 통상 저진공 상태로 유지되나, 필요에 따라 고진공 상태로 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 마스크를 캐리어에 탑재하여, 일렬로 나열된 복수의 성막장치내를 반송시키면서 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.
<성막장치>
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막장치(11)의 구성을 나타내는 모식도이다. 이하의 설명에 있어서는, 연직 방향을 Z 방향으로 하고 수평면을 XY평면으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 사용한다. 또한, X축 주위의 회전각을 θX, Y축 주위의 회전각을 θY, Z 축 주위의 회전각을 θZ 로 표시한다.
도 2는, 성막재료를 가열함으로써 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 유지되는 진공 용기(21)와, 진공 용기(21)내에 설치되어 기판(W)의 위치를 적어도 X방향, Y방향 및 θZ 방향으로 조정하기 위한 자기부상 스테이지 기구(22)와, 진공 용기(21)내에 설치되어 마스크(M)를 지지하는 마스크대(23)과, 진공 용기(21)내에 설치되어 기판(W)을 흡착하여 보유지지하는 기판흡착수단(24)과, 진공 용기(21)에 설치되어 기판 및 마스크를 가수취하는 수취 핑거(28)와, 수취 핑거(28)로부터 마스크대(23)로 마스크를 전달할 때에 마스크를 수취하는 마스크 수취 핀(281)과, 마스크대(23)와 수취 핑거(28)를 탑재하고, 기판(W) 및 마스크(M)의 위치를 X방향, Y방향 및 θZ 방향으로 조정하기 위한 조동(粗動) 스테이지(232)와, 진공 용기(21) 내에 설치되어, 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, 자기부상 스테이지 기구(22)가 배치되는 제1 진공용기부(211)와 성막원(25)이 배치되는 제2 진공용기부(212)를 포함하며, 예컨대, 제2 진공용기부(212)에 접속된 진공펌프(P)에 의해 진공용기(21)　전체의 내부공간이 고진공 상태로 유지된다.
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) 사이에서 진동의 전달을 저감할 수 있는 한 다른 부재를 사용하여도 된다.
진공용기(21)는, 자기부상 스테이지 기구(22)가 고정 연결되는 기준 프레임(215)을 더 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 기준 프레임(215)와 제1 진공용기부(211) 사이에도 신축가능부재(213)를 더 설치하여도 된다. 이를 통해, 기준 프레임(215)를 통해 자기부상 스테이지 기구(22)에 외부 진동이 전달되는 것을 더욱 저감할 수 있다.
기준 프레임(215)와 성막장치(11)의 설치가대(217) 사이에는 마루 또는 플로어로부터 성막장치(11)의 설치가대(217)를 통해 기준 프레임(215)으로 진동이 전달되는 것을 저감하기 위한 제진 유닛(216)이 설치된다.
자기부상 스테이지 기구(22)는, 자기 부상 리니어 모터에 의해 기판(W) 또는 기판흡착수단(24)의 위치를 조정하기 위한 스테이지 기구로서, 적어도 X방향, Y방향, 및 θZ 방향, 바람직하게는, X방향, Y방향, Z방향, θX 방향, θY 방향, θZ 방향의 6개의 방향에 있어서의 기판(W) 또는 기판흡착수단(24)의 위치를 조정한다.
자기부상 스테이지 기구(22)는, 고정대로 기능하는 스테이지 기준 플레이트부(제1 플레이트부, 221)와, 가동대로 기능하는 미동 스테이지 플레이트부(제2 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.
마스크대(23)는, 얼라인먼트 시 및 성막 시에 마스크(M)를 설치하는 대(臺)로서, 마스크 홀더라고도 부른다.
마스크대(23)는 수평방향(XYθ 방향)으로 이동 가능한 조동 스테이지(232) 상에 설치되어 있다. 이에 의해, 기판(W) 및 마스크(M)에 형성된 얼라인먼트 마크를 얼라인먼트 카메라의 시야 내에 들어오도록 이동시킬 수 있다. 또한, 마스크대(23) 및 조동 스테이지(232)는, 조동 Z 스테이지 기구(233) 상에 설치되어 있다. 이에 의해, 기판(W)과 마스크(M) 간의 연직방향에 있어서의 간격을 용이하게 조정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예와 같이, 기판(W)의 위치를 자기부상 스테이지 기구(22)에 의해 조정하는 경우는, 마스크(M)를 지지하는 마스크대(23)는 모터(미도시) 및 볼나사(미도시)에 의해 기계적으로 승강 구동하는 것이 바람직하다.
마스크대(23)는, 반송로봇(14)에 의해 진공용기(21)내로 반입된 기판(W)과 마스크(M)를 일시적으로 수취하기 위한 수취 핑거(28)를 더 포함한다.
수취 핑거(28)는, 마스크대(23) 상에 설치되어 있고, 반송 로봇(14)으로부터 기판(W) 또는 마스크(M)를 일시적으로 수취할 수 있다. 수취 핑거(28)는, 상기 조동 스테이지(232)에 의해, 기판(W) 또는 마스크(M)를 후술하는 제2 얼라인먼트(정밀도가 높은 얼라인먼트)용 카메라의 시야중심에 이동시키는, 제1 얼라인먼트(대략적인 얼라인먼트) 동작 시에, 기판(W) 또는 마스크(M)를 지지할 수 있다. 수취 핑거(28)는, 구동축을 갖고, 기판(W) 또는 마스크(M)의 수취 위치와, 기판(W) 또는 마스크(M)와 간섭하지 않는 퇴피 위치의, 2 위치를 취할 수 있다. 수취 핑거(28)는, 상기 구동축과 상기 조동 Z 스테이지 기구(233)에 의해, 일시적으로 수취한 기판(W)을 성막 프로세스 시에 기판(W)이 설치되는 기판흡착수단(24)에, 마찬가지로 일시적으로 수취한 마스크(M)를 성막 프로세스 시에 마스크(M)가 설치되는 마스크대(24)에 설치할 수 있다.
마스크 수취 핀(281)은, 마스크대(23)의 마스크 지지면에 대해 상대적으로 승강할 수 있도록 구성된다. 예컨대, 도 2에 도시한 바와 같이, 조동 Z 스테이지 기구(233)에 의해 마스크 수취 핀(281)이 마스크대(23)의 마스크 지지면에 대해 상대적으로 승강가능하도록 구성할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 마스크 수취 핀(281)과 마스크대(23)의 마스크 지지면이 상대적으로 승강가능한 한, 다른 구성을 가져도 된다. 예컨대, 마스크 수취 핀(281)이 독립된 승강 기구를 구비하여 승강 가능하게 구성하여도 된다.
제1 얼라인먼트(대략적인 얼라인먼트) 동작의 완료 후, 조동 Z 스테이지 기구(233)의 하강 동작에 의해, 도 2에 있어서 마스크 수취 핀(281)은 마스크대(23)의 마스크 지지면에 대해 상대적으로 상승하고, 마스크(M)는 마스크 수취 핀(281)으로 전달된다. 수취 핑거(28)는 퇴피 위치로 이동하고, 조동 Z 스테이지 기구(233)의 상승 동작에 의해 마스크(M)는 마스크 수취 핀(281)으로부터 마스크대(23)로 전달된다. 반대로, 사용이 완료된 마스크(M)를 반출하는 경우에는, 마스크대(23)에 설치된 마스크(M)를, 조동 Z 스테이지 기구(233)가 하강함으로써, 마스크대(23)의 마스크 설치면보다 상대적으로 상승한 마스크 수취 핀(281)이 수취한다. 이 상태에서, 수취 핑거(28)를 마스크 수취 위치로 동작시키고, 조동 Z 스테이지 기구(233)가 상승함으로써, 수취 핑거(28)로 마스크(M)를 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, 마스크대(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, 반송실(13)에 설치된 반송로봇(14)이 반송하여 온 피성막체로서의 기판(W)을 흡착하여 보유지지하는 수단이다. 기판흡착수단(24)은, 자기부상 스테이지 기구(22)의 가동대인 미동 스테이지 플레이트부(222)에 설치된다.
기판흡착수단(24)은, 예컨대, 유전체 또는 절연체(예컨대, 세라믹재질) 매트릭스내에 금속전극 등의 전기회로가 매설된 구조를 갖는 정전척이다.
기판흡착수단(24)으로서의 정전척은, 전극과 흡착면 사이에 상대적으로 저항이 높은 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, 불균일 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 가지며, 하나의 플레이트내에서 위치에 따라 정전인력이 다르도록 제어할 수도 있다.
도 2에는 도시하지 않았으나, 성막 장치(11)는, 반송 로봇(14)에 의해 진공 용기(21) 내로 반입된 기판(W)을 기판흡착수단(24)에 흡착하여 지지하기 전에, 일시적으로 기판(W)을 보유 지지하는 기판지지유닛을 더 포함하여도 된다. 예를 들어, 기판지지유닛은, 마스크대(23)에 별도의 기판지지면을 갖도록 설치되고, 마스크대(23)의 승강에 의해 승강하도록 설치되어도 된다.
또한, 도 2에 도시하지 않았으나, 기판흡착수단(24)의 흡착면과는 반대측에 기판(W)의 온도 상승을 억제하기 위한 냉각수단(예컨대, 냉각판)를 설치하여, 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 구성된다.
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 프레임(215)의 위에는, 자력인가수단(26)을 승강시키기 위한 자력인가수단 승강 기구(261) 등이 설치된다.
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 제1 얼라인먼트용 카메라와, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치를 고정밀도로 조정하는데 사용되는 제2 얼라인먼트용 카메라를 포함할 수 있다. 제1 얼라인먼트용 카메라는 상대적으로 시야각이 넓고 저해상도이며, 제2 얼라인먼트용 카메라는 상대적으로 시야각은 좁지만 고해상도를 가지는 카메라이다.
제1 얼라인먼트용 카메라와 제2 얼라인먼트용 카메라는 기판(W) 및 마스크(M)에 형성된 얼라인먼트 마크에 대응하는 위치에 설치된다. 예컨대, 제2 얼라인먼트용 카메라는 4개의 카메라가 직사각형의 4개의 코너부를 이루도록 설치되고, 제1 얼라인먼트용 카메라는 해당 직사각형의 대향하는 두 변의 중앙에 설치된다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 기판(W) 및 마스크(M)의 얼라인먼트 마크의 위치에 따라 다른 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 진공용기(21)에 설치된 진공대응통(214)을 통해 얼라인먼트 마크를 촬영한다. 이와 같이 얼라인먼트용 카메라는 진공대응통을 통해 진공용기(21) 안쪽으로 들어오도록 설치됨으로써, 자기부상 스테이지 기구(22)의 개재로 인해 기판(W)과 마스크(M)가 기준 프레임(215)로부터 상대적으로 멀리 떨어져 지지되더라도, 기판(W)과 마스크(M)에 형성된 얼라인먼트 마크에 초점을 맞출 수 있다. 진공대응통의 하단의 위치는 얼라인먼트용 카메라의 초점 심도와 기판(W) 또는 마스크(M)가 기준 프레임(215)로부터 떨어진 거리에 따라 적절히 정할 수 있다.
도 2에 도시하지는 않았으나, 성막공정 동안 밀폐되는 진공용기(21) 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) 또는 마스크(M)의 반송 및 얼라인먼트의 제어, 성막의 제어 등의 기능을 갖는다. 제어부는 또한 정전척에의 전압의 인가를 제어하는 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, 성막장치별로 제어부가 설치되어도 되고, 하나의 제어부가 복수의 성막장치를 제어하는 것으로 구성하여도 된다.
<제1 얼라인먼트 기구>
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시형태에 따른 제1 얼라인먼트 기구에 대해 설명한다.
제1 얼라인먼트 동작은, 얼라인먼트용 카메라(27) 중 제2 얼라인먼트용 카메라의 시야 내로 기판(W) 및 마스크(M)에 형성된 얼라인먼트 마크를 이동시키는 동작을 지칭하고, 제1 얼라인먼트 동작을 행하는 기구를 제1 얼라인먼트 기구라고 칭한다.
본 발명에 있어서의 제1 얼라인먼트 기구는, 제1 얼라인먼트 동작 시에 기판(W) 및 마스크(M)를 지지할 수 있고, 구동기구를 가짐으로써 기판(W) 또는 마스크(M)의 수취 위치와 기판(W) 또는 마스크(M)와의 간섭을 피하는 퇴피 위치의 2 위치를 취할 수 있는 수취 핑거(28)와, 수취 핑거(28)가 장착되어 있고, 성막 프로세스 시에 마스크(M)를 지지하는 마스크대(23)와, 수취 핑거(28)와 마스크대(23)를 평면 방향(XYθ 방향)으로 이동시켜, 제2 얼라인먼트용 카메라의 시야 내로 기판(W) 및 마스크(M)에 형성된 얼라인먼트 마크를 이동(조정)시킬 수 있는 조동 스테이지(232)와, 조동 스테이지(232)를 지지하고, 연직 방향으로 이동시키는 조동 Z 스테이지 기구(233와, 수취 핑거(28)로부터 마스크대(23)로의 마스크(M)의 전달 시, 일시적으로 마스크(M)를 설치하는 마스크 수취 핀(281)을 포함한다.
<자기부상 스테이지 기구>
이하, 도 3a~3d, 도 4a, 도 4b, 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 스테이지 기구(22)에 대하여 설명한다.
도 3a~3d는, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 스테이지 기구(22)의 모식적 평면도 및 모식적 단면도이다.
자기부상 스테이지 기구(22)는 전술한 바와 같이, 고정대로서 기능하는 스테이지 기준 플레이트부(221)와, 가동대로서 기능하는 미동 스테이지 플레이트부(222)와, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 스테이지 기준 플레이트부(221)에 대하여 자기 부상 및 이동시키기 위한 자기부상 유닛(223)을 포함한다.
스테이지 기준 플레이트부(221)는, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 이동의 기준이 되는 부재로서, 그 위치가 고정되도록 설치된다. 예컨대, 도 2에 도시한 바와 같이, 스테이지 기준 플레이트부(221)는, XY평면에 평행하게, 진공용기(21)의 기준 프레임(215)에 고정되도록 설치된다.
다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 스테이지 기준 플레이트부(221)는 그 위치가 고정될 수 있는 한, 기준 프레임(215)에 직접 고정되지 않고 다른 부재(예를 들어, 별도의 기준 플레이트)에 고정되어도 된다.
스테이지 기준 플레이트부(221)는, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 이동의 기준이 되는 부재이므로, 신축가능부재(213) 및 제진 유닛(216) 등에 의해 진공펌프나 마루로부터의 진동과 같은 외란으로부터 영향을 받지 않도록 설치되는 것이 바람직하다.
미동 스테이지 플레이트부(222)는 스테이지 기준 플레이트부(221)에 대해 이동가능하게 설치되며, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 일 주면(예컨대, 하면)에는 정전척과 같은 기판흡착수단(24)이 설치된다. 따라서, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 이동을 통해, 기판흡착수단(24) 및 이에 흡착된 기판(W)의 위치를 조정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 유닛(223)은, 가동대인 미동 스테이지 플레이트부(222)를 고정대인 스테이지 기준 플레이트부(221)에 대하여 이동시키는 구동력을 발생시키기 위한 자기 부상 리니어 모터(31)와, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치를 측정하기 위한 위치측정수단과, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 스테이지 기준 플레이트부(221)에 대해 부상시키는 부상력을 제공함으로써 미동 스테이지 플레이트부(222)에 걸리는 중력을 보상하는 자중보상수단(33)과, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 원점위치를 정하는 원점위치 결정수단(34)을 포함한다.
자기 부상 리니어 모터(31)는, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 구동원으로서, 예컨대, 도 3a에 도시한 바와 같이, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 X방향으로 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 2개의 X방향 자기 부상 리니어 모터(311)와, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 Y방향으로 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 2개의 Y방향 자기 부상 리니어 모터(312)와, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 Z방향으로 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 3개의 Z방향 자기 부상 리니어 모터(313)를 포함한다.
이들 복수의 자기 부상 리니어 모터(31)를 사용하여, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 6개의 자유도로(X방향, Y방향, Z방향, θX 방향, θY 방향, θZ 방향으로) 이동시킬 수 있다.
예컨대, X방향, Y방향, Z방향으로의 병진 이동은, X방향 자기 부상 리니어 모터(311), Y방향 자기 부상 리니어 모터(312), 및 Z방향 자기 부상 리니어 모터(313) 각각을 동일한 방향으로 구동함으로써 구현할 수 있다.
θZ 방향으로의 회전이동은 2개의 X방향 자기 부상 리니어 모터(311)와 2개의 Y방향 자기 부상 리니어 모터(312)의 구동방향을 조정함으로써, 구현할 수 있다. 예컨대, X방향 자기 부상 리니어 모터(311a)는 +X 방향으로, X방향 자기 부상 리니어 모터(311b)는 -X 방향으로, Y방향 자기 부상 리니어 모터(312a)는 +Y 방향으로, Y방향 자기 부상 리니어 모터(312b)는 -Y 방향으로 구동함으로써, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 Z축 중심으로 반시계방향으로 회전이동시킬 수 있다.
마찬가지로, θX 방향, θY 방향으로의 이동은 3개의 Z방향 자기 부상 리니어 모터(313) 각각의 구동 방향을 조정함으로써 구현할 수 있다.
도 3a에 도시한 자기 부상 리니어 모터(31)의 개수나 배치는 예시적인 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 원하는 방향으로 이동시킬 수 있는 한, 다른 개수나 배치를 가져도 된다.
본 발명에 있어서는, 기계적 모터와 볼 나사, 리니어 가이드를 사용하는 얼라인먼트 스테이지 대신에, 자기부상 스테이지 기구(22)를 채용함으로써, 기판(W)의 위치 조정의 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 기계적 스테이지 기구와는 달리, 자기부상 스테이지 기구(22)는, 파티클에 의한 오염이나 윤활제의 증발에 의한 오염의 우려가 적어, 자기부상 스테이지 기구(22)를 진공 용기(21) 내에 설치하는 것이 가능하다. 이에 의해, 기판(W)의 보유지지수단(기판흡착수단(24))과 스테이지 기구와의 사이의 거리가 짧아지기 때문에, 스테이지 기구의 구동 시의 요동이나 외란이 기판흡착수단(24)에 미치는 영향이 증폭되는 것을 억제할 수 있다.
도 4a는, Z방향 자기 부상 리니어 모터(313)의 구조를 나타내는 모식도이고, 도 4b는, X방향 또는 Y방향 자기 부상 리니어 모터(311 또는 312)의 구조를 나타내는 모식도이다.
자기 부상 리니어 모터(31)는, 스테이지 기준 플레이트부(221)에 설치되는 고정자(314)와, 미동 스테이지 플레이트부(222)에 설치되는 가동자(315)를 포함한다.
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 자기 부상 리니어 모터(31)의 고정자(314)는, 자기장 발생 수단, 예컨대, 전류가 흐르는 코일(3141)을 포함하며, 가동자(315)는 자성체, 예컨대, 영구자석(3151)을 포함한다.
자기 부상 리니어 모터(31)는, 고정자(314)의 코일(3141)에 전류를 흘림으로써 발생된 자기장에 의해 가동자(315)의 영구자석(3151)에 구동력을 가한다. 자기 부상 리니어 모터(31)는, 고정자(314)에 흐르는 전류의 방향을 조정함으로써, 가동자(315)의 영구자석(3151)에 가해지는 힘의 방향을 조정할 수 있다.
예컨대, 도 4a의 (b)에 도시한 바와 같이, 고정자(314)의 코일(3141)에 흐르는 전류의 방향을 반시계방향으로 하면, 도 4a의 (a)에서 코일(3141)의 왼쪽(-X측)에 N극이 유도되고, 오른쪽(+X측)에는 S극이 유도되므로, 가동자(315)는 하방(-Z)방향으로 힘을 받는다. 반대로, 코일(3141)에 흐르는 전류의 방향을 시계방향으로 하면, 가동자(315)를 상방(+Z)방향으로 이동시킬 수 있다.
마찬가지로, 도 4b에 도시한 X방향 자기 부상 리니어 모터(311) 또는 Y방향 자기 부상 리니어 모터(312)도 고정자(314)의 코일(3141)에 흐르는 전류의 방향을 제어함으로써, 가동자(315)를 각각 X방향, Y방향으로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기 부상 유닛(223)의 위치측정수단은, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치를 측정하기 위한 수단으로서, 레이저 간섭계(32)와 이와 대향하도록 미동 스테이지 플레이트부(222)에 설치된 반사부(324)를 포함한다. 반사부(324)는, 예컨대, 평면경일 수 있다.
레이저 간섭계(32)는, 측정빔을 미동 스테이지 플레이트부(222)에 설치된 반사부(324)에 조사하여 그 반사빔을 검출함으로써, 반사부(324)의 위치(미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치)를 측정한다. 보다 구체적으로, 레이저 간섭계(32)는 측정빔의 반사광과 참조빔의 반사광과의 간섭광에 기초하여, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기 부상 유닛(223)의 위치측정수단은, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 X방향에 있어서의 위치를 측정하기 위한 X방향 위치 측정부와, Y방향에 있어서의 위치를 측정하기 위한 Y방향 위치 측정부와, Z방향에 있어서의 위치를 측정하기 위한 Z방향 위치 측정부를 포함한다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 수단의 레이저 간섭계(32)는, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 X축 방향의 위치를 검출하기 위한 두 개의 X방향 레이저 간섭계(321)와, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 Y축 방향의 위치를 검출하기 위한 하나의 Y방향 레이저 간섭계(322)와, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 Z축 방향의 위치를 검출하기 위한 3개의 Z방향 레이저 간섭계(323)를 포함한다.
미동 스테이지 플레이트부(222)에는 이들 레이저 간섭계(32)로부터의 측정빔을 반사시키는 반사부(324)가 레이저 간섭계(32)에 대향하도록 설치된다. 예컨대, 반사부(324)는, X방향 레이저 간섭계(321)에 대향하도록 설치된 X방향 반사부(3241)와, Y방향 레이저 간섭계(322)에 대향하도록 설치된 Y방향 반사부(3242)와, Z방향 레이저 간섭계(323)에 대향하도록 설치된 Z방향 반사부(3243)를 포함한다.
X방향 위치 측정부는, X방향 레이저 간섭계(321)와 X방향 반사부(3241)를 포함하며, Y방향 위치 측정부는, Y방향 레이저 간섭계(322)와 Y방향 반사부(3242)를 포함하며, Z방향 위치 측정부는 Z방향 레이저 간섭계(323)와 Z방향 반사부(3243)를 포함한다.
도 3a에 도시한 실시예에서는, X방향 반사부(3241)와 Z방향 반사부(3243)은 하나의 부재의 측면과 상면에 설치된 평면경이나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 각각의 반사부(324)가 이에 대향하는 레이저 간섭계(32)로부터의 측정빔을 반사하여 레이저 간섭계(32)로 되돌릴 수 있는 한, 다른 구조 및 배치를 가져도 된다.
이러한 위치측정수단의 구성을 통해, 6개의 자유도(degree of freedom)에 있어서, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치를 정밀하게 측정할 수 있다. 즉, X방향 레이저 간섭계(321), Y방향 레이저 간섭계(322) 및 Z방향 레이저 간섭계(323)에 의해 미동 스테이지 플레이트부(222)의 X방향 위치, Y방향 위치 및 Z방향 위치를 측정할 수 있다. 또한, X방향 레이저 간섭계(321)를 복수 설치함으로써, Z축을 중심으로 한 회전(θZ)방향의 위치도 측정할 수 있다. 또한, Z방향 레이저 간섭계(323)를 복수 설치함으로써, X축 및/또는 Y축을 중심으로 한 회전방향(θX 또는 θY)의 위치(즉, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 기울어진 각도)도 측정할 수 있다.
다만, 본 발명은 도 3a 및 도 3b에 도시한 레이저 간섭계(32)와 반사부(324)의 개수나 배치에 한정되지 않으며, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 6개의 자유도(X, Y, Z, θX, θY, θZ)에 있어서의 위치를 측정할 수 있는 한, 다른 개수나 배치를 가져도 된다. 예컨대, X방향 레이저 간섭계를 하나만 설치하는 대신에, Y방향 레이저 간섭계를 두 개 설치하여도 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성막장치(11)의 제어부는, 레이저 간섭계(32)에 의해 측정된 미동 스테이지 플레이트부(222)(또는 이에 설치된 기판흡착수단(24))의 위치 정보에 기초하여 자기 부상 리니어 모터(31)를 제어한다. 예컨대, 성막장치(11)의 제어부는 미동 스테이지 플레이트부(222) 또는 기판흡착수단(24)을, 레이저 간섭계(32)에 의해 측정된 미동 스테이지 플레이트부(222) 또는 기판흡착수단(24)의 위치와, 얼라인먼트용 카메라 유닛(27)에 의해 측정된 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치 어긋남량에 의해 정해지는 위치결정 목표위치로 이동시킨다. 이에 의해, 미동 스테이지 플레이트부(222) 또는 기판흡착수단(24)의 위치를 나노미터 단위로 고정밀도로 제어할 수 있다.
본 실시예에서는, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치를 측정하기 위한 수단으로서, 레이저 간섭계를 사용하는 구성을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치를 측정할 수 있는 한, 다른 위치측정수단을 사용할 수 있다.
자중보상수단(33)은, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 무게를 보상하기 위한 수단으로서, 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 자중보상수단(33)은, 도 3d 및 도 5에 도시한 바와 같이, 스테이지 기준 플레이트부(221)측에 설치된 제1 자석부(331)와 미동 스테이지 플레이트부(222)측에 설치된 제2 자석부(332)간의 반발력 또는 흡인력을 이용하여, 미동 스테이지 플레이트부(222)에 걸리는 중력에 상응하는 크기의 부상력을 제공한다.
제1 자석부(331)과 제2 자석부(332)는 전자석 또는 영구자석으로 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3d에 도시한 바와 같이, 스테이지 기준 플레이트부(221)측에 설치된 제1 자석부(331)와 미동 스테이지 플레이트부(222)측에 설치된 제2 자석부(332)를 반대 극성의 자극이 대향하도록 배치함으로써, 스테이지 기준 플레이트부(221)측에 설치된 제1 자석부(331)가 미동 스테이지 플레이트부(222)측에 설치된 제2 자석부(332)를 상방으로 끌어당겨, 미동 스테이지 플레이트부(222)에 걸리는 중력을 상쇄할 수 있다.
또는, 스테이지 기준 플레이트부(221)측에 설치된 제1 자석부(331)와 미동 스테이지 플레이트부(222)측에 설치된 제2 자석부(332)간의 반발력에 의해 미동 스테이지 플레이트부(222)의 중력을 상쇄할 수도 있다.
예컨대, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 자석부(331)와 제2 자석부(332)를 동일 극성의 자극이 대향하도록 배치하되, 미동 스테이지 플레이트부(222)와 제2 자석부(332) 사이에 Z방향으로 연장하는 스페이서(333)를 개재하여, 제2 자석부(332)의 하단이 제1 자석부(331)의 하단보다 높도록 설치하여도 된다. 즉, 스페이서(333)의 Z방향 길이를, 미동 스테이지 플레이트부(222)측에 설치된 제2 자석부(332)의 하단이 스테이지 기준 플레이트부(221)측에 설치된 제1 자석부(331)의 하단보다 높게(즉, 미동 스테이지 플레이트부(222)로부터 더 멀게) 되도록 한다.
이러한 구성에 의해, 미동 스테이지 플레이트부(222)측에 설치된 제2 자석부(332)는 스테이지 기준 플레이트부(221)측에 설치된 제1 자석부(331)로부터 상방으로 반발력을 받으며, 미동 스테이지 플레이트부(222)에 걸리는 중력을 상쇄시킬 수 있다.
자중보상수단(33)은, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 보다 안정적으로 지지할 수 있도록 도 3a에 도시한 바와 같이, XY 평면내에 적어도 3개의 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 예컨대, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 무게중심을 주위로 대칭이 되도록 설치하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 성막장치(11)에 있어서는, 자중보상수단(33)을 채용함으로써, 자기 부상 리니어 모터(31)의 부하를 저감하여, 자기 부상 리니어 모터(31)로부터 발생하는 열을 저감할 수 있다. 이에 의해 기판(W)에 성막된 유기재료가 열변성되는 것을 억제할 수 있다.
즉, 자중보상수단(33)을 사용하지 않고, Z방향 자기 부상 리니어 모터(313)만으로 미동 스테이지 플레이트부(222)의 무게를 지지하려고 하면, Z방향 자기 부상 리니어 모터(313)에 과도한 부하가 가해져 상당한 열이 발생하고, 이것이 기판(W)상에 성막된 유기재료의 변성을 초래할 우려가 있다. 본 실시예에서는, 미동 스테이지 플레이트부(222)에 걸리는 중력은 자중보상수단(33)에 의해 상쇄되므로, Z방향 자기 부상 리니어 모터(313)는 자중보상수단(33)에 의해 부상된 미동 스테이지 플레이트부(222)의 Z방향의 미동을 위한 구동력만을 제공하면 되므로, 부하가 저감된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서는, 자중보상수단(33)을 자석에 의해 구현하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 중력을 상쇄시켜 부상시킬 수 있는 한, 다른 구성을 가져도 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 유닛(223)의 원점위치 결정수단(34)은, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 원점위치를 정하는 수단으로서, 삼각뿔 형상의 홈부(341)와 반구 형상의 돌출부(342)를 포함하는 키네마틱 커플링(kinematic coupling)으로 구성할 수 있다.
예컨대, 도 3c에 도시한 바와 같이, 스테이지 기준 플레이트부(221)측에 삼각뿔 형상의 홈부(341)를 설치하고, 미동 스테이지 플레이트부(222)측에 반구 형상의 돌출부(342)를 설치한다. 반구 형상의 돌출부(342)가 삼각뿔 형상의 홈부(341)에 삽입되면, 반구 형상의 돌출부(342)가 3개의 지점에서 삼각뿔 형상의 홈부(341)의 내면에 접촉하여, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치가 정해진다.
이러한 키네마틱 커플링 타입의 원점위치 결정수단(34)을, 도 3a에 도시한 바와 같이, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 중심 주위로 대칭되게 3개를 등간격(예컨대, 120° 간격)으로 설치함으로써, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 중심의 위치를 일정하게 정할 수 있다. 즉, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 스테이지 기준 플레이트부(221)로 접근시켜 3개의 원점위치 결정수단의 돌출부(342)가 홈부(341)내에 착좌하였을 때의, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치를 레이저 간섭계(32)에 의해 측정하여 이를 원점위치로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성막장치(11)에 의하면, 3점 키네마틱 커플링을 원점위치 결정수단(34)으로 채용함으로써, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 원점위치를 일정하게 정할 수 있으며, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치 제어를 보다 정밀하게 행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 의한 성막 장치(11)에 의하면, 기계적인 구동 기구를 사용하지 않고, 자기부상 구동 기구(자기 부상 리니어 모터)를 사용함으로써, 스테이지 및 그 구동 기구를 성막 장치(11)의 진공 용기(21) 내에 배치할 수 있고, 외란에 의한 진동의 영향을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 기계적 구동에 의한 요동을 저감할 수 있고, 그 결과, 기판의 위치 조정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 나아가, 레이저 간섭계(32)를 포함하는 위치 측정 수단, 자중 보상 수단(33) 및 키네마틱 커플링으로 이루어진 원점 위치 결정 수단(34)을 채용함으로써, 기판의 위치 조정의 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.
<제1 얼라인먼트 방법>
이하, 본 발명의 제1 얼라인먼트 기구를 사용하여 기판(W) 및 마스크(M)를 제2 얼라인먼트용 카메라의 시야 내에 들어오도록 조정을 행하는 제1 얼라인먼트 방법을, 기판(W)과 마스크(M) 각각의 경우에 대해 설명한다.
기판(W)의 제1 얼라인먼트 방법을 설명한다.
먼저, 기판(W)이 반송 로봇(14)에 의해 진공용기(21) 내로 반입되어, 수취 핑거(28)에 전달된다. 수취 핑거(28)가 장착된 조동 Z 스테이지 기구(233)는, 수취 핑거(28)에 의해 지지된 기판(W)을 미리 설정된 제1 얼라인먼트용 카메라의 계측 위치로 될 때까지 근접시킨다.
기판(W)이 제1 얼라인먼트용 카메라의 계측 위치로 되면, 제1 얼라인먼트용 카메라에 의해, 기판(W)의 얼라인먼트 마크를 촬상하고, 제1 얼라인먼트 카메라 시야 내의 XYθ 방향에 있어서의 기판(W)의 얼라인먼트 마크 위치를 측정하고, 이에 기초하여, 기판(W)의 얼라인먼트 마크를 제1 얼라인먼트용 카메라 시야 중앙으로 이동시킨다.
이어서, 조동 Z 스테이지 기구(233)에 의해, 수취 핑거(28)에 지지된 기판(W)을 기판흡착수단(24)에 충분히 근접 또는 접촉시킨 상태에서 기판흡착수단(24)에 기판흡착전압을 인가하여, 정전인력에 의해 기판(W)을 기판흡착수단(24)에 흡착시킨다. 기판(W)을 기판흡착수단(24)에 흡착시킬 때, 기판흡착수단(24)의 흡착면 전체에 기판(W)의 전면을 동시에 흡착시켜도 되며, 기판흡착수단(24)의 복수의 영역 중 일 영역으로부터 타 영역을 향해 순차적으로 기판(W)을 흡착시켜도 된다. 기판(W)의 기판흡착수단(24)으로의 흡착에 의해, 기판(W)의 제1 얼라인먼트 완료로 한다. 이 때, 수취 핑거(28)에는 기판흡착수단(24)으로의 기판(W)의 접촉 또는 충돌에 의한 충격 완화를 목적으로 한 컴플라이언스 기구를 추가하여도 된다.
다음으로, 마스크(M)의 제1 얼라인먼트 방법을 설명한다.
우선, 마스크(M)가 반송 로봇(14)에 의해 진공용기(21) 내로 반입되어, 수취 핑거(28)에 전달된다. 기판(W)의 제1 얼라인먼트 동작과 마찬가지로, 수취 핑거(28)가 장착된 조동 Z 스테이지 기구(233)는, 수취 핑거(28)에 의해 지지된 마스크(M)를, 미리 설정된 제1 얼라인먼트용 카메라의 계측 위치로 될 때까지 근접시킨다.
마스크(M)가 제1 얼라인먼트용 카메라의 계측 위치로 되면, 제1 얼라인먼트용 카메라에 의해, 마스크(M)의 얼라인먼트 마크를 촬상하고, 제1 얼라인먼트 카메라 시야 내의 XYθ 방향에 있어서의 마스크(M)의 얼라인먼트 마크 위치를 측정하고, 이에 기초하여, 마스크(M)의 얼라인먼트 마크를 제1 얼라인먼트용 카메라 시야 중앙으로 이동시킨다.
이어서, 조동 Z 스테이지 기구(233)에 의해, 수취 핑거(28)에 지지된 마스크(M)를 마스크 수취 핀(281)으로 전달한다. 수취 핑거(28)는 마스크(M)가 수취 핑거(28)로부터 떨어진 것을 확인한 후에, 구동기구에 의해 퇴피 위치로 이동한다. 또한, 조동 스테이지(232)는 수취 핑거(28)로부터 마스크(M)가 떨어진 것을 확인한 후에, XYθ 방향의 위치를 각각의 스트로크 중심(원점)으로 이동시킨다. 이 동작을 행함으로써, 마스크(M)의 XYθ 방향의 위치는, 마스크(M)의 로봇 핸드에 의한 반송 위치에 관계없이, 항상 조동 스테이지(232)의 스트로크 중심에 위치 맞춰지게 된다.
이어서, 조동 Z 스테이지 기구(233)는 상승 동작을 행하여, 마스크 수취 핀(281)으로부터 마스크(M)를 수취함으로써, 마스크(M)의 제1 얼라인먼트를 완료한다.
<제2 얼라인먼트 방법>
성막장치(11)의 제어부는 조동 Z 스테이지 기구(233)를 구동하여, 기판흡착수단(24)과 마스크대(23)를 상대적으로 접근시킨다. 이 때, 제어부는, 기판흡착수단(24)에 흡착된 기판(W)과 마스크대(23)에 의해 지지된 마스크(M)간의 거리가 미리 설정된 제2 얼라인먼트 계측거리가 될 때까지, 기판흡착수단(24)과 마스크대(23)를 상대적으로 접근(예컨대, 마스크대(23)를 상승 또는 기판(W)을 하강)시킨다.
기판(W)과 마스크(M) 사이의 거리가 제2 얼라인먼트 계측거리로 되면, 제2 얼라인먼트용 카메라에 의해, 기판(W)과 마스크(M)의 얼라인먼트 마크를 촬상하여, XYθZ 방향에 있어서의 기판(W)과 마스크(M)의 상대위치를 측정하고, 이를 기초로 이들의 상대적 위치 어긋남량을 산출한다.
제2 얼라인먼트 계측 위치에 있어서의 기판(W)과 마스크(M)간의 상대적　위치 어긋남량이 소정의 임계치보다 크면, 기판(W)을 다시 상승시켜, 기판(W)과 마스크(M)가 이격되도록 한 후, 레이저 간섭계(32)에 의해 측정된 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치와 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치 어긋남량에 기초하여, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 이동 목표위치를 산출한다.
산출된 이동목표위치에 기초하여, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치를 레이저 간섭계(32)에 의해 측정하면서, 자기 부상 리니어 모터(31)에 의해 XYθZ 방향으로 미동 스테이지 플레이트부(222)를 이동목표 위치까지 구동함으로써, 기판(W)과 마스크(M)의 상대위치를 조정한다.
이러한 과정을 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치 어긋남량이 소정의 임계치보다 작아질 때까지 반복한다.
기판(W)과 마스크(M) 간의 미세한 위치 어긋남까지 정밀하게 조정하기 위한 이상의 제2 얼라인먼트 동작은, 전술한 바와 같이, 통상 기판(W)과 마스크(M)를 가능한 한 근접시킨 상태에서 행하고 있다. 예컨대, 기판(W)과 마스크(M) 사이의 갭이 약 3~10μm으로 근접된 상태에서 얼라인먼트 동작이 행해질 수 있다. 이 때, 예를 들어, 마스크(M)가 위쪽으로 변형되어 있거나 또는 기판(W)의 두께에 오차가 있거나 하는 경우에는, 마스크(M)와 기판(W)을 근접시켰을 때 접촉해 버리는 일이 있다. 이와 같은 상황이 발생하였을 때, 행하고 있던 얼라인먼트 동작을 통상의 제어 루틴 그대로 계속하면, 마찰에 의해 마스크나 기판 표면이 손상되거나, 또는 얼라인먼트 동작이 불안정하게 되는 등의 문제가 생긴다.
도 6은, 자기부상 스테이지 기구(22)의 제어에 관한 블록도를 도시하고 있다. 전술한 바와 같이, 자기부상 스테이지 기구(22)는, 고정대인 스테이지 기준 플레이트부(221)에 대해 미동 스테이지 플레이트부(222)가 자기부상유닛(223)에 의해 자기부상된 상태로 이동가능하도록 구성되어 있고, 자기부상유닛(223)의 일 구성요소로서 미동 스테이지 플레이트부(222)를 구동시키기 위한 구동 수단은, X방향 자기부상 리니어모터(311: X-LM), Y방향 자기부상 리니어모터(312: Y-LM), Z방향 자기부상 리니어모터(313; Z-LM)을 포함한다. 이들 각각의 자기부상 리니어모터(311~313)는, 각각의 서보 드라이버(X-Dr, Y-Dr, Z-Dr)를 통해 제어부에 연결되고, 제어부로부터의 지령에 의한 서보 드라이버(X-Dr, Y-Dr, Z-Dr)의 제어에 의해, 기판(W)과 마스크(M) 간의 위치어긋남량에 의해 결정되는 목표이동위치로 미동 스테이지 플레이트부(222)가 이동될 수 있도록 해당 모터의 출력이 제어된다. 또한, 제어부에는 이러한 목표이동위치로의 이동 제어 시, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치 확인을 위해, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 XYZ 방향의 위치를 측정하는, 레이저 간섭계와 이에 대향 설치된 반사판으로 각각 구성된, 전술한 X방향 위치측정부(X-A), Y방향 위치측정부(Y-A), Z방향 위치측정부(Z-A)로부터의 출력이 입력될 수 있다.
이상과 같은 서보 제어 구성에 있어서, 각각의 자기부상 리니어 모터(X-LM, Y-LM, Z-LM)는, 부하 변동이 없는 정상적인 상황에서는, 그 구동 전류가 일정한 크기의 정전류로 제어되면서, 목표이동위치까지 미동 스테이지 플레이트부(222)를 이동시키도록 출력이 제어된다.
그러나, 전술한 바와 같이, 기판(W)이 마스크(M)에 근접된 상태로 XY 평면 상에서 상대 이동될 때에는 마스크(M)의 변형이나 기판(W)의 두께 오차 등에 의해 마스크(M)와 기판(W)이 접촉하는 경우가 발생할 수 있고, 이러한 접촉 발생 시에는 마스크(M)와 기판(W)의 사이에서 생기는 마찰에 의해 부하가 상승하게 된다. XY 평면 상에서의 상대 이동을 위한 부하가 상승하면, 그 구동 수단인 X축 리니어 모터(X-LM)와 Y축 리니어 모터(Y-LM)에 인가되는 구동 전류값도 커지게 된다. 이와 같이, 구동 전류값이 커진 상황에서, 행하고 있던 통상의 제어 루틴에 따라 얼라인먼트 동작을 계속 진행하게 되면, 마스크(M)와 기판(W)의 접촉 상태 변동에 따라 X축 리니어 모터(X-LM)와 Y축 리니어 모터(Y-LM)가 발진하여, 구동 대상인 미동 스테이지 플레이트부(222)가 급가속하는 등, 얼라인먼트 동작이 불안정하게 되는 문제가 있을 수 있다.
이에, 본 발명에서는, 이와 같은 얼라인먼트 동작 중의 마스크(M)와 기판(W)의 접촉을 검지하고, 접촉이 검지되었을 때 구동 수단인 리니어모터가 발진하지 않도록 리니어모터의 게인(gain)을 자동적으로 낮추도록 제어하도록 한다.
즉, 얼라인먼트 동작 중에 X축 리니어 모터(X-LM)와 Y축 리니어 모터(Y-LM)의 구동 전류값이 커지게 되고, 이 전류값이 소정 값을 초과한 경우에는, 마스크(M)와 기판(W)이 접촉한 것으로 추정한다. 그리고, 이와 같이 접촉 상태가 검지되었을 때에는, 제어부는, X축 리니어 모터(X-LM)에 연결된 서보 드라이버(X-Dr)와 Y축 리니어 모터(Y-LM)에 연결된 서보 드라이버(Y-Dr)에 전류값을 낮추도록 제어 지령을 내린다. 그 결과, X축 리니어 모터(X-LM)와 Y축 리니어 모터(Y-LM)는 출력이 저하된다. 모터의 출력이 이와 같이 낮게 제어되고, 구동 전류값이 낮아진 상태에서, 이후의 얼라인먼트 동작을 진행한다. 이에 의해, 마스크(M)와 기판(W)의 접촉이 발생한 이후에도, 안정된 얼라인먼트를 계속 진행할 수 있게 된다.
이 때의 상태를 도 7에 도시한다. 횡축이 시간을 나타내고, 종축은 리니어 모터의 구동전류값(실선) 또는 리니어 모터의 출력(파선)을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 리니어 모터로 인가되는 구동 전류값은, 부하 변동이 없는 정상적인 상황에서는 일정한 크기의 정전류로 제어되는 한편, 부하 변동이 발생한 시점, 즉, 마스크(M)와 기판(W)의 접촉이 발생한 시점에서 갑자기 크게 증가한다. 본 발명에서는, 이 구동 전류값이 소정값을 넘은 시점에서, 리니어 모터의 출력을 낮추어, 이후의 제어가 진행되도록 한다. 이와 같이 모터의 출력이 낮추어진 상태로 제어가 행해짐으로써, 모터에 인가되는 구동 전류값도 그에 수반하여 낮아지고, 따라서 모터의 발진을 방지하여 안정적인 얼라인먼트를 행할 수 있다.
이와 같이 접촉 상태를 검지하여 구동 전류값을 낮춘 상태는, 접촉 상태에 도달한 기판과 마스크의 얼라인먼트가 완료될 때까지 계속된다. 해당 기판에 대한 성막이 완료되고 기판이 진공 용기로부터 반출된 후, 다음으로 성막되는 기판이 진공 용기로 반입되어 그 기판과 마스크의 얼라인먼트를 행할 때에는, 제어부는 리니어 모터에 인가되는 구동 전류값을 접촉 상태에 도달하기 전의 설정값으로 되돌려도 되고, 구동 전류값을 낮춘 상태를 유지하여도 된다.
리니어 모터(X-LM, Y-LM)의 구동 전류값의 변동은, 해당 리니어 모터(X-LM, Y-LM)에 연결된 각각의 서보 드라이버(X-Dr, Y-Dr)에서 검지하는 것이 가능하지만, 이에 한정되지 않고, 별도의 부하전류검출수단을 각각의 리니어 모터(X-LM, Y-LM)에 연결 설치하여도 된다.
마스크(M)와 기판(W)의 접촉 시의 부하 변동은, 이상의 서보 드라이버(X-Dr, Y-Dr) 등에 의한 리니어 모터(X-LM, Y-LM)의 구동 전류값의 변동의 관측을 통해 충분히 검출 가능하다. 즉, 가령 마스크가 실리콘 재질로 되어 있고, 처짐(편평한 상태로부터 변형된 양)이 200μm 정도라고 하면, 이를 교정하는 데에 5N이 필요하다(즉, 해당 마스크와의 접촉으로 인한 부하 상승량이 5N). 이 때, 사용되는 리니어 모터의 추력 상수가 15N/A라고 하면, 5N의 부하 변동은 0.33A의 전류값 변화로서 검출되고, 따라서 통상 사용되는 서보 드라이버의 전류 분해능이 0.5mA 정도인 것을 고려하면, 상기 전류값 변화는 충분히 여유 있게 관측할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은, 리니어 모터의 구동 전류값이 소정값을 넘은 경우에, 리니어 모터의 출력을 낮춘 상태로 얼라인먼트 동작을 행하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 얼라인먼트 동작 중 마스크(M)와 기판(W)의 접촉이 발생한 경우에도 안정적으로 얼라인먼트를 계속 진행할 수 있다.
한편, 마스크(M)와 기판(W)의 접촉에 의한 부하 상승이 과대한 경우, 예컨대, 마스크(M)의 변형이 큰 경우 등에는, 검지되는 모터의 구동 전류값의 변위량이 지나치게 크고, 따라서 이 때는 모터의 게인을 조절하더라도 모터의 발진을 방지할 수 있는 범위 내로 구동 전류값을 낮추는 것이 곤란한 경우도 있을 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시형태에서는, 마스크와 기판 간의 접촉 상태를 검지하였을 때의 구동 전류값의 변위량에 대하여 소정의 기준값을 미리 설정하여 두고, 구동 전류값의 변위량이 이 기준값 이하일 경우에는, 전술한 바에 따라 리니어 모터의 게인 조정을 통해 얼라인먼트 동작을 행하고, 구동 전류값의 변위량이 기준값보다 큰 경우에는, 접촉 상태가 검지된 시점에서 우선 얼라인먼트 동작을 정지하고, 기판(W) 또는 마스크(M)를 서로 이격되는 방향으로 상대 이동시켜, 구동 전류값의 변위량이 기준값 이하로 감소하도록 하고, 기준값 이하로 감소한 위치에서 얼라인먼트 동작을 재개하도록 하여도 된다.
기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치 어긋남량이 소정의 임계치보다 작아지면, 기판흡착수단(24)에 흡착된 기판(W)의 성막면이 마스크(M)의 상면과 접촉하는 증착위치가 되도록, 기판(W)을 하강시킨다.
기판(W)과 마스크(M)가 증착위치에 오면, 자력인가수단(26)을 하강시켜, 기판(W)너머로 마스크(M)를 끌어당김으로써, 기판(W)과 마스크(M)를 밀착시킨다.
이 과정에서 기판(W)과 마스크(M)간의 XYθZ 방향으로의 위치어긋남이 발생하였는지를 확인하기 위해, 제2 얼라인먼트용 카메라를 사용하여 기판(W)과 마스크(M)간의 상대적 위치의 계측을 행하며, 계측된 상대적 위치의 어긋남량이 소정의 임계치 이상인 경우, 기판(W)과 마스크(M)를 소정의 거리까지 다시 이격(예컨대, 기판(W)을 상승)시킨 후, 기판(W)과 마스크(M)간의 상대위치를 조정하고, 동일한 과정을 반복한다.
기판(W)과 마스크(M)가 증착위치에 위치한 상태에서, 기판(W)과 마스크(M)간의 상대위치 어긋남량이 소정의 임계치보다 작아지면, 얼라인먼트 공정을 완료하고 성막공정을 개시한다.
<성막 방법>
이하, 본 실시형태에 의한 얼라인먼트 방법을 채용한 성막 방법에 대해 설명한다.
진공 용기(21) 내의 마스크대(23)에 마스크(M)가 지지된 상태에서, 반송실(13)의 반송 로봇(14)에 의해 기판(W)이 성막 장치(11)의 진공 용기(21) 내로 반입된다.
진공 용기(21) 내로 반입된 기판(W)은 반송 로봇(14)의 핸드로부터 수취 핑거(28) 또는 별도의 기판 지지 유닛으로 전달되고, 기판흡착수단(24)에 충분히 근접 또는 접촉한 후에, 기판흡착수단(24)에 기판흡착전압을 인가하여, 기판(W)을 흡착시킨다.
기판흡착수단(24)에 기판(W)이 흡착된 상태에서, 전술한 본 실시형태에 의한 얼라인먼트 방법에 따라 얼라인먼트 공정을 진행한다.
본 실시형태의 얼라인먼트 방법에 의해, 기판(W)과 마스크(M) 사이의 상대위치 어긋남량이 소정의 임계치보다 작아지면, 성막원(25)의 셔터를 열고 성막재료를 마스크를 통해 기판(W)에 성막한다.
원하는 두께까지 성막된 후, 자력인가수단(26)을 상승시킴으로써 마스크(M)를 분리하고, 마스크대(23)를 하강시킨다.
이어서, 반송로봇(14)의 핸드가 성막장치(11)의 진공용기(21) 내로 들어오고 기판흡착수단(24)의 전극부에 제로(0) 또는 역극성의 기판분리전압을 인가하여, 기판(W)을 기판흡착수단(24)으로부터 분리한다. 분리된 기판을 반송로봇(14)에 의해 진공용기(21)로부터 반출한다.
이상의 설명에서는, 성막장치(11)는, 기판(W)의 성막면이 연직방향 하방을 향한 상태에서 성막이 이루어지는, 소위 상향증착방식(Depo-up)의 구성으로 하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 기판(W)이 진공용기(21)의 측면측에 수직으로 세워진 상태로 배치되고, 기판(W)의 성막면이 중력방향과 평행한 상태에서 성막이 이루어지는 구성이어도 된다.
11: 성막장치
22: 자기부상 스테이지 기구
23: 마스크대
24: 기판흡착수단

Claims (19)

  1. 기판과 마스크 간의 위치 어긋남을 검지하는 위치 어긋남 검지 수단과,
    상기 기판 또는 상기 마스크를 상대 이동시키기 위한 구동 수단과,
    상기 위치 어긋남 검지 수단에 의해 검지된 위치 어긋남에 기초하여, 상기 구동 수단을 제어하여, 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 맞춤을 행하는 제어수단과,
    상기 기판과 상기 마스크의 접촉을 검지하는 접촉 검지 수단을 포함하고,
    상기 제어 수단은, 상기 접촉 검지 수단에 의한 접촉의 검지 결과에 기초하여, 상기 구동 수단을 제어하는 게인을 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 맞춤 동작 중에, 상기 접촉 검지 수단에 의한 접촉의 검지 결과에 기초하여, 상기 구동 수단을 제어하는 게인을 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 맞춤 동작 중에, 상기 접촉 검지 수단에 의해 접촉이 검지되면, 상기 구동 수단을 제어하는 게인을 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 접촉 검지 수단은, 상기 구동 수단의 구동 전류의 변화에 기초하여 상기 기판과 상기 마스크의 접촉을 검지하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 맞춤 동작 중에 상기 접촉 검지 수단에 의해 검지되는 상기 구동 수단의 구동 전류의 변화량이 미리 정해진 기준값 이하인 경우, 상기 구동 수단의 게인을 감소시켜 상기 위치 맞춤 동작을 계속하도록 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 맞춤 동작 중에 상기 접촉 검지 수단에 의해 검지되는 상기 구동 수단의 구동 전류의 변화량이 미리 정해진 기준값보다 큰 경우, 상기 위치 맞춤 동작을 정지시키고, 상기 기판과 상기 마스크를 이격시키는 방향으로 상대 이동시키도록 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 기판을 흡착하는 기판흡착수단을 더 포함하고,
    상기 구동 수단은, 기판을 흡착한 상기 기판흡착수단을 상기 마스크에 대해 상대 이동시키는 리니어 모터인 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    고정 플레이트부와, 상기 고정 플레이트부에 대해 자기 부상된 상태로 상대 이동가능한 가동 플레이트부를 구비하는 자기부상 스테이지 기구를 더 포함하고,
    상기 기판흡착수단은 상기 가동 플레이트부에 설치되며,
    상기 구동 수단은, 상기 가동 플레이트부를 자기 부상된 상태로 이동시키는 리니어 모터인 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 접촉 검지 수단에 의해 접촉이 검지됨에 따라 상기 리니어 모터의 게인을 감소시키는 경우, 상기 리니어 모터가 발진하지 않는 범위 내의 값을 상기 구동 전류의 목표 전류값으로 하여, 상기 리니어 모터의 게인을 감소시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
  10. 기판에 마스크를 통해 성막 재료를 성막하는 성막장치로서,
    진공용기와,
    상기 진공용기에 설치되어, 상기 기판 및 상기 마스크를 위치 조정하기 위한 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 얼라인먼트 장치와,
    상기 진공용기에 설치되어, 성막 재료를 수납하고, 상기 성막 재료를 입자화하여 방출하기 위한 성막원을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  11. 기판과 마스크 간의 위치 어긋남을 검지하는 위치 어긋남 검지 수단과, 상기 기판 또는 상기 마스크를 상대 이동시키기 위한 구동 수단과, 상기 구동 수단을 제어하는 제어 수단을 포함하는 성막 장치를 사용하여, 상기 기판 및 상기 마스크를 위치 조정하기 위한 얼라인먼트 방법으로서,
    상기 위치 어긋남 검지 수단에 의해, 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 어긋남을 검지하는 위치 어긋남 검지 공정과,
    검지된 상기 위치 어긋남에 기초하여, 상기 제어 수단에 의해 상기 구동 수단을 제어함으로써 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 맞춤을 행하는 공정을 포함하고,
    상기 제어 수단은, 상기 위치 맞춤 공정 중에 상기 기판과 상기 마스크의 접촉을 검지하여, 상기 구동 수단을 제어하는 게인을 조정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 위치 맞춤 공정 중에 상기 기판과 상기 마스크의 접촉이 검지되면, 상기 구동 수단을 제어하는 게인을 감소시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 위치 맞춤 공정 중에 상기 구동 수단으로 인가되는 구동 전류의 변화에 기초하여, 상기 기판과 상기 마스크의 접촉을 검지하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 맞춤 공정 중에 상기 구동 수단의 구동 전류의 변화량이 미리 정해진 기준값 이하인 경우, 상기 구동 수단의 게인을 감소시켜 상기 위치 맞춤 공정을 계속하도록 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 맞춤 공정 중에 상기 구동 수단의 구동 전류의 변화량이 미리 정해진 기준값보다 큰 경우, 상기 위치 맞춤 공정을 정지시키고, 상기 기판과 상기 마스크를 이격시키는 방향으로 상대 이동시키도록 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 성막 장치는, 상기 기판을 흡착하는 기판흡착수단을 더 포함하고, 상기 구동 수단은, 기판을 흡착한 상기 기판흡착수단을 상기 마스크에 대해 상대 이동시키는 리니어 모터인 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 성막 장치는, 고정 플레이트부와, 상기 고정 플레이트부에 대해 자기 부상된 상태로 상대 이동가능한 가동 플레이트부를 구비하는 자기부상 스테이지 기구를 더 포함하고, 상기 기판흡착수단은 상기 가동 플레이트부에 설치되며, 상기 구동 수단은, 상기 가동 플레이트부를 자기 부상된 상태로 이동시키는 리니어 모터인 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 기판과 상기 마스크의 접촉이 검지됨에 따라 상기 리니어 모터의 게인을 감소시키는 경우, 상기 리니어 모터가 발진하지 않는 범위 내의 값을 상기 구동 전류의 목표 전류값으로 하여, 상기 리니어 모터의 게인을 감소시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
  19. 기판 상에 마스크를 통해 성막 재료를 성막하는 성막 방법으로서,
    제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기재된 얼라인먼트 방법에 의해, 상기 기판 및 상기 마스크를 위치 조정하는 단계와,
    성막원에 의해 입자화된 성막 재료를 상기 마스크를 통해 상기 기판에 성막하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
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