KR20210045745A - 성막장치, 전자 디바이스 제조장치, 성막방법, 및 전자 디바이스 제조방법 - Google Patents

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KR20210045745A
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Abstract

본 발명의 성막장치는, 기판에 마스크를 통해 성막재료를 성막하기 위한 성막장치로서, 진공용기와, 상기 진공용기 내에 설치되며, 기판을 흡착하기 위한 기판흡착수단과, 상기 진공용기 내에 설치되며, 마스크를 지지하기 위한 마스크 지지 유닛과, 상기 기판흡착수단과 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를 상기 기판흡착수단의 흡착면에 평행한 제1 방향, 상기 흡착면에 평행하고 상기 제1 방향과 교차하는 제2방향, 및 상기 흡착면에 수직인 제3방향을 축으로 한 회전방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시키기 위한 제1 구동기구와, 상기 기판흡착수단과 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를 상기 제3 방향으로 이동시키기 위한 제2 구동기구와, 상기 성막장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제1 구동기구에 의해 상기 기판흡착수단과 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를, 상기 제1 방향, 상기 제2 방향, 및 상기 회전방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시키기 전에, 상기 제2 구동기구에 의해, 상기 기판흡착수단 및 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를 상기 제3 방향으로 이동시켜, 상기 기판흡착수단에 흡착된 기판과 상기 마스크 지지 유닛에 의해 지지된 마스크가 접촉하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

성막장치, 전자 디바이스 제조장치, 성막방법, 및 전자 디바이스 제조방법{FILM FORMING APPARATUS, MANUFACTURING APPARATUS OF ELECTRONIC DEVICE, FILM FORMING METHOD, AND MANUFACTURING METHOD OF ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 성막장치, 전자 디바이스 제조장치, 성막방법, 및 전자 디바이스 제조방법에 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. 이 때, 성막원으로는 통상 증발원이 사용되는데, 증발원에서는 성막재료를 고온으로 가열하여 증발시킨다.
이러한 성막장치에 있어서는, 성막공정 전에, 기판과 마스크 각각에 형성되어 있는 얼라인먼트 마크를 이용하여 기판과 마스크의 상대적 위치를 측정하고, 상대적 위치가 어긋나 있는 경우에는, 기판 및/또는 마스크를 상대적으로 이동시켜 위치를 조정(얼라인먼트)한다.
유기 발광소자의 유기물층이나 금속층 등의 성막정밀도는, 기판과 마스크의 얼라인먼트의 정밀도에 의하여 영향을 받는다. 성막공정 전에 또는 성막공정의 진행 중에 기판과 마스크의 상대적 위치가 어긋나면, 성막정밀도가 떨어져 버린다.
성막장치에 있어서, 증발원측에 배치되는 마스크는, 증발원으로부터의 복사열의 영향을 받기 쉬워서 온도가 상승할 수 있다. 이에 비해, 기판은 증발원과의 사이에 마스크가 배치되어 있어서 복사열의 영향을 상대적으로 적게 받을 뿐만 아니라, 그 이면을 흡착하는 정전척과 접촉하기 때문에 상대적으로 낮은 온도로 유지될 수 있다. 그 결과, 기판과 마스크 사이에는 온도차가 발생한다.
이 때문에, 기판과 마스크 각각의 열팽창 정도에 차이가 생기게 되어, 얼라인먼트의 정밀도에 영향을 미친다. 즉, 상대적으로 고온인 마스크의 열팽창으로 인하여, 성막 패턴을 정의하는 마스크의 개구의 크기가 변화되거나 개구의 위치가 어긋나거나 하게 된다. 그 결과, 성막 정밀도가 떨어지고, 성막 공정의 수율이 저하된다.
본 발명은, 마스크와 기판의 온도 차이에 의한 성막 정밀도의 저하를 저감할 수 있는 성막장치, 전자 디바이스 제조장치, 성막방법 및 이를 사용한 전자 디바이스의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 성막장치는, 기판에 마스크를 통해 성막재료를 성막하기 위한 성막장치로서, 진공용기와, 상기 진공용기 내에 설치되며, 기판을 흡착하기 위한 기판흡착수단과, 상기 진공용기 내에 설치되며, 마스크를 지지하기 위한 마스크 지지 유닛과, 상기 기판흡착수단과 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를 상기 기판흡착수단의 흡착면에 평행한 제1 방향, 상기 흡착면에 평행하고 상기 제1 방향과 교차하는 제2방향, 및 상기 흡착면에 수직인 제3방향을 축으로 한 회전방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시키기 위한 제1 구동기구와, 상기 기판흡착수단과 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를 상기 제3 방향으로 이동시키기 위한 제2 구동기구와, 상기 성막장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제1 구동기구에 의해 상기 기판흡착수단과 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를, 상기 제1 방향, 상기 제2 방향, 및 상기 회전방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시키기 전에, 상기 제2 구동기구에 의해, 상기 기판흡착수단 및 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를 상기 제3 방향으로 이동시켜, 상기 기판흡착수단에 흡착된 기판과 상기 마스크 지지 유닛에 의해 지지된 마스크가 접촉하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 양태에 따른 전자 디바이스 제조장치는, 본 발명의 제1 양태에 따른 성막장치와, 마스크를 수납하기 위한 마스크 스톡 장치와, 기판 및/또는 마스크를 반송하기 위한 반송장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 양태에 따른 성막방법은, 기판과 마스크를, 기판면에 평행한 제1 방향, 상기 기판면에 평행하며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향, 및 상기 기판면에 수직인 제3 방향을 축으로 한 회전방향 중 적어도 하나의 방향으로 상대적으로 위치 조정하는 얼라인먼트 공정과, 상기 얼라인먼트 공정 후에, 상기 마스크를 통하여 상기 기판에 성막을 행하는 성막공정을 포함하는 성막방법으로서, 상기 얼라인먼트 공정 전에, 상기 기판과 상기 마스크를 상기 제3 방향으로 상대적으로 이동시켜 접촉시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 양태에 따른 전자 디바이스의 제조방법은, 본 발명의 제3 양태에 따른 성막방법을 사용하여 전자 디바이스를 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 얼라인먼트 공정 전에 마스크를 기판과 접촉시키는 것에 의해 마스크의 온도를 내림으로써, 성막 정밀도 및 성막 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 전자 디바이스의 제조 장치의 일부의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막장치의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 3의 성막방법의 일부 공정을 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 성막방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막방법에 의해 제조되는 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 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 진공증착장치와 같이 증발원을 포함하는 성막장치에 유용하게 적용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 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, 증발원으로부터 방출된 성막재료가 마스크(M)를 통해 기판(W)상에 성막된다. 반송 로봇(14)과의 기판(W)/마스크(M)의 주고받음, 후술하는 본 발명에 따른 균열화 공정, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치의 조정(얼라인먼트), 마스크(M)와 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 성막장치가 배치된다.
마스크 스톡 장치(12)에는 성막장치(11)에서의 성막 공정에 사용될 새로운 마스크 및 사용이 끝난 마스크가 복수의 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 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)를 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 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.
<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 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 유지되는 진공 용기(21)와, 진공 용기(21)내에 설치되어 기판(W)의 위치를 X방향(제1 방향), Y방향(제2 방향) 및 θZ 방향(회전방향) 중 적어도 하나의 방향으로 조정하기 위한 자기 부상 스테이지 기구(22, 제1 구동기구)와, 진공 용기(21)내에 설치되어 마스크(M)를 지지하는 마스크 지지 유닛(23)과, 진공 용기(21)내에 설치되어 기판(W)을 흡착하여 보유지지하는 기판흡착수단(24)과, 진공 용기(21)에 설치되어 성막재료를 수납하고 이를 가열하여 방출하는 증발원(25)을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 성막장치(11)는, 자기력에 의해 마스크(M)를 기판(W)측으로 밀착시키기 위한 자력인가수단(26)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 성막장치(11)의 진공용기(21)는, 자기 부상 스테이지 기구(22)가 배치되는 제1 진공용기부(211)와 증발원(25)이 배치되는 제2 진공용기부(212)를 포함한다. 진공용기(21)는, 예컨대, 제2 진공용기부(212)에 접속된 진공펌프(미도시)에 의해 그 내부공간이 고진공 상태로 유지된다.
여기에서는, 자기 부상 스테이지 기구(22)로 외부 진동이 전해지는 것을 저감하기 위해서, 진공용기(21)를 복수의 진공용기부(211, 212)로 나누는 구조에 기초하여, 본 발명의 실시예를 설명한다. 하지만, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니며, 진공용기(21)가 단일의 진공용기부로 구성되는 성막장치에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 진공용기(21)가 2개의 진공용기부(211, 212)로 나누어져 있는 경우, 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.
이처럼, 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 저감할 수 있다.
진공용기(21)는, 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 더 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 2에 도시한 바와 같이, 기준 플레이트(214)와 제1 진공용기부(211) 사이에도 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.
도면에 도시되어 있지 않지만, 진공용기(21)는, 진공용기(21)의 안쪽으로 돌출되도록, 기준 플레이트(214), 즉 진공용기(21)의 상부 용기벽에 설치된 진공대응통을 더 포함할 수 있다. 이 경우에 후술하는 얼라인먼트 카메라 유닛(27)의 얼라인먼트 카메라는, 진공대응통의 대기측에 삽입되도록 배치된다.
기준 플레이트 지지부(215)와 성막장치(11)의 설치가대(217) 사이에는 마루 또는 플로어로부터 성막장치(11)의 설치가대(217)를 통해 기준 플레이트 지지부(215)로 진동이 전달되는 것을 저감하기 위한 제진 유닛(216)이 설치된다.
자기 부상 스테이지 기구(22)는, 얼라인먼트 카메라 유닛(27)으로 측정된 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치에 기초하여, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 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, θZ 방향에 있어서의 기판(W) 또는 기판흡착수단(24)의 위치를 조정할 수 있다.
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, 자중보상마그넷(미도시)을 이용하여, 미동 스테이지 플레이트부(222)에 작용하는 중력에 대응하는 크기의 부상력을 제공함으로써, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 부상시킨 상태에서, 자기 부상 리니어 모터(미도시)를 이용하여 미동 스테이지 플레이트부(222)를 X방향, Y방향, 및 θZ 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시킬 수 있다. 이 때, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치는 레이저 간섭계(미도시)를 이용하여 측정할 수 있으며, 측정된 위치 정보는 자기 부상 리니어 모터의 구동을 제어하는데 이용된다.
도 2는, 얼라인먼트 스테이지 기구로서 자기부상 스테이지 기구(22)를 사용하는 실시예를 나타내고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예컨대, 진공용기(21)의 외부에 설치된 XYθZ 액츄에이터 등을 포함하는 기계적인 얼라인먼트 스테이지 기구를 사용하여도 된다.
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 연직방향(Z 방향, 제3 방향)으로 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) 등을 포함하는 승강기구에 의해 기계적으로 승강 구동하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 마스크 지지 유닛(23)은 수평방향(즉, XYθZ방향)으로 이동가능하게 설치하여도 된다. 이를 통해, 마스크(M)가 얼라인먼트 카메라 유닛(27)의 얼라인먼트 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 구성할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 마스크 픽업(231)과 마스크 지지 유닛(23)의 마스크 지지면이 상대적으로 승강가능한 한, 다른 구성을 가져도 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.
기판흡착수단(24)은, 기판(W)을 보유하여 지지하기 위한 기판 보유지지 유닛의 일례이다. 기판흡착수단(24)은, 반송실(13)에 설치된 반송로봇(14)이 반송하여 온 피성막체로서의 기판(W)을 흡착하여 보유지지하며, 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. 이러한 정전척은 기판(W)에 비하여 열용량이 크므로, 정전척에 흡착된 기판(W)은 마스크(M)에 비하여, 증발원(25)으로부터의 복사열에 영향을 받더라도 온도 상승이 상대적으로 억제된다(예컨대, 실온). 따라서 후술하는 바와 같이, 얼라인먼트 공정 이전에 기판(W)과 마스크(M)를 접촉 또는 밀착시킴으로써, 마스크(M)의 온도를 낮출 수가 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, 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, 흡착력을 독립적으로 제어할 수 있는 복수의 서브플레이트를 가지도록 형성되어도 된다. 또한, 하나의 플레이트로 형성되는 경우에도 그 내부에 복수의 전극부를 포함하여, 하나의 플레이트내에서 전극부별로 흡착력을 독립적으로 제어할 수 있도록 하여도 된다.
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)에는 기판(W)의 온도 상승을 억제하는 냉각수단이 일체로 또는 별도로 설치되어도 된다. 전자의 예로서, 예컨대 정전척에 냉매 유로를 만들어서 냉매가 흐르도록 함으로써, 정전척이 냉각수단으로서의 역할도 겸하도록 하여도 된다. 후자의 예로서, 정전척의 기판흡착면의 반대쪽에 별도의 냉각판을 추가로 설치할 수도 있다.
이와 같이, 기판흡착수단(24)이 냉각수단으로서의 역할도 겸하거나 또는 냉각수단을 별도로 설치함으로써, 기판(W)의 온도상승을 보다 억제할 수가 있다. 이에 의해, 기판(W)상에 퇴적된 유기재료의 변질이나 열화를 억제할 수 있다. 특히, 냉각수단을 설치함으로써, 기판(W)과 마스크(M)를 접촉 또는 밀착시켰을 때, 고온상태의 마스크(M)를 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
증발원(25)은 기판(W)에 성막될 성막 재료가 수납되는 도가니(미도시), 도가니를 가열하기 위한 히터(미도시), 증발원(25)으로부터의 증발 레이트가 일정해질 때까지 성막재료가 기판(W)으로 비산하는 것을 막는 셔터(미도시) 등을 포함한다. 증발원(25)은 점형(point) 증발원이나 선형(linear) 증발원 등, 용도에 따라 다양한 구성을 가질 수 있다.
증발원(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, 자기력에 의해 마스크(M)를 기판(W)측으로 끌어당겨 밀착시키기 위한 수단이다. 즉, 자력인가수단(26)은, 균열화를 위해 얼라인먼트 공정 이전에 및/또는 얼라인먼트 공정 이후 성막공정의 개시전, 자기력으로 마스크(M)를 끌어당김으로써 기판(W)에 밀착시킨다.
이러한 자력인가수단(26)은, 마스크(M)를 기판(W)측으로 끌어당겨 밀착시키기 위한 마스크밀착수단의 일례로서, 본 발명은 이에만 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 마스크(M)는 기판흡착수단(24)인 정전척을 이용하여 기판(W)측으로 끌어당겨질 수도 있다. 이 경우, 기판흡착수단이 동시에 마스크밀착수단으로서도 기능한다.
이러한 자력인가수단(26)은 연직방향으로 승강가능하게 설치된다. 이 경우, 마스크(M)를 끌어당길 때는 자력인가수단(26)을 마스크(M)쪽으로 하강시키며, 반대로 끌어당겨진 마스크(M)를 떨어뜨릴 때는 자력인가수단(26)을 마스크(M)측으로부터 상승시킨다. 이와 달리, 자력인가수단(26)에 인가되는 전원을 온/오프시키는 것에 의해, 자력의 발생을 제어할 수도 있다. 이러한 자력인가수단(26)은, 예컨대 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 설치된다.
그리고 마스크 지지 유닛(23)을 승강시키기 위한 마스크 지지 유닛 승강 기구(미도시, 제2 구동기구)를 기준 플레이트(214)상에 설치하여도 되나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예컨대, 마스크 지지 유닛 승강 기구(미도시)를 제1 진공용기부(211)에 하부의 대기측에 설치하여도 된다. 또한, 실시예에 따라서는, 기판흡착수단(24)과 같은 기판 보유지지 유닛을 승강시키기 위한 기판 보유지지 유닛 승강 기구(미도시)를 진공용기(21)의 상부 외측에 설치하여도 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성막장치(11)는, 기판(W) 및 마스크(M)에 형성된 얼라인먼트 마크를 촬영하여 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치를 측정하기 위한 얼라인먼트 카메라를 포함하는 얼라인먼트 카메라 유닛(27)을 더 포함한다.
얼라인먼트 카메라는, 시야각이 넓고 해상도가 상대적으로 낮은 러프 얼라인먼트 카메라와, 시야각은 좁으나 해상도가 상대적으로 높은 파인 얼라인먼트 카메라를 포함한다. 러프 얼라인먼트 카메라와 파인 얼라인먼트 카메라는, 기판과 마스크에 설치된 러프 얼라인먼트 마크와 파일 얼라인먼트 마크를 촬상할 수 있도록, 각각 러프 얼라인먼트 마크의 위치(제1 위치)에 대응하는 위치와 파인 얼라인먼트 마크의 위치(제2 위치)에 대응하는 위치가 설치된다.
성막장치(11)는 제어부(28)를 구비한다. 제어부(28)는 기판(W)/마스크(M)의 반송의 제어, 기판(W)과 마스크(M) 사이의 거리의 제어, 마스크(M)의 기판(W)으로의 밀착의 제어, 얼라인먼트의 제어, 기판흡착수단(24)에의 전압의 인가 제어, 성막의 제어 등과 같은 성막장치(11)의 동작을 전반적으로 제어하는 기능을 갖는다. 본 발명의 성막방법에 있어서의 제어부(28)의 제어에 대해서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술한다.
제어부(28)는, 예를 들면, 프로세서, 메모리, 스토리지, I/O 등을 갖는 컴퓨터에 의해 구성할 수 있다. 이 경우, 제어부(28)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(28)의 기능의 일부 또는 전부를 ASIC나 FPGA와 같은 회로로 구성하여도 좋다. 또한, 성막장치별로 제어부가 설치되어도 되고, 하나의 제어부가 복수의 성막장치를 제어하는 것으로 구성하여도 된다.
<성막방법>
이하, 도 3 내지 도 5을 참조하여, 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막장치(11)에서의 성막방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 성막방법에서는, 기판(W)과 마스크(M)의 얼라인먼트(위치조정) 공정을 수행하기 이전에, 기판(W)과 마스크(M)를 접촉 또는 밀착시켜서 균열화하는 균열화 공정을 추가로 수행한다.
여기서, '접촉'이란, 마스크(M)와 기판(W)이 충분히/상당히 접근하여, 기판(W)의 적어도 일부가 마스크(M)의 적어도 일부에 접해 있는 상태를 의미한다. 반면, '밀착'은 마스크(M)와 기판(W)이 접촉된 상태로부터 자력인가수단(26)과 같은 마스크밀착수단에 의해 마스크(M)와 기판(W)이 더욱 상대적으로 당겨진 상태 등, 양자가 간극없이 접하는 상태를 가리킨다.
전술한 바와 같이, 마스크(M)는 증발원(25)으로부터의 복사열의 영향을 받아서 온도가 상승하기 쉬우나, 기판(W)은 기판흡착수단(24)에 흡착되어 있어서 온도 상승이 억제되거나 냉각수단으로 냉각된다. 이 경우, 마스크(M)의 열팽창으로 인하여 개구패턴에 변형이 생기거나 또는 개구패턴 및/또는 얼라인먼트 마크의 위치어긋남이 발생하여, 얼라인먼트 정밀도 및 성막정밀도가 저하될 수 있다. 하지만, 본 발명에 의하면, 얼라인먼트 공정 이전에 기판(W)과 마스크(M)를 접촉 또는 밀착시켜 균열화 공정 또는 냉각 공정을 수행함으로써, 마스크(M)의 열팽창에 따른 얼라인먼트 정밀도 및 성막정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
특히, 본 발명에 의한 균열화 공정 또는 냉각 공정은, 얼라인먼트 공정을 수행하기 이전에, 기판(W)과 마스크(M)를 접촉 또는 밀착시키는 것만으로, 행해지므로, 성막장치(11)에 별도로 구성요소를 추가하지 않아도 되며, 기존의 성막장치(11)를 그대로 이용할 수 있다.
다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 균열화 공정과 함께, 마스크 지지 유닛(23)에 소정의 냉각수단을 추가로 설치하는 것 등에 의해, 마스크(M)를 추가로 냉각시켜도 된다.
얼라인먼트 공정이 제1 얼라인먼트(러프 얼라인먼트)와 제2 얼라인먼트(파인 얼라인먼트)로 나누어져 행해지는 경우에, 본 발명에 따른 균열화 공정은 제1 얼라인먼트를 수행하기 이전에 수행되어도 되며, 또는 제2 얼라인먼트를 수행하기 이전에 수행되어도 된다. 또는, 실시예에 따라서는 균열화공정은 제1 얼라인먼트를 수행하기 이전, 그리고, 제2 얼라인먼트를 수행하기 이전에 각각 수행되어도 된다.
도 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막방법을 나타내는 흐름도이고, 도 4는 도 3의 성막방법의 일부 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 3 및 도 4에 도시된 실시예는, 마스크(M)와 기판(W)을 접촉 또는 밀착시켜서 마스크(M)를 냉각하는 균열화공정이, 기판(W)과 마스크(M)의 얼라인먼트 공정 이전, 특히 러프 얼라인먼트 공정 이전에 수행되는 것이다.
우선, 진공 용기(21)내의 마스크 지지 유닛(23)에 마스크(M)가 지지된 상태에서, 반송실(13)의 반송로봇(14)에 의해 기판(W)이 성막장치(11)의 진공 용기(21)내로 반입된다(S101).
제어부(28)는, 기판흡착수단(24)에 기판흡착전압을 인가하여 반송로봇(14)에 의해 진공용기(21)로 반입된 기판(W)을 기판흡착수단(24)에 흡착시킨다(S102). 도 4의 (a)는, 마스크(M)가 마스크 지지 유닛(23)에 지지되어 있고, 기판(W)은 기판흡착수단(24)에 흡착된 상태를 나타낸다. 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.
이어서, 기판(W)과 마스크(M)의 균열화를 위하여, 마스크(M)와 기판(W)을 접촉 또는 밀착시킨다(S103, 도 4의 (b)와 (c)).
이를 위하여, 제어부(29)는, 마스크 지지 유닛 승강기구를 구동하여, 기판흡착수단(24)과 마스크 지지 유닛(23)을 상대적으로 접근시킨다(도 4의 (b)). 이 때, 마스크 지지 유닛(23)에 의해 지지된 마스크(M)가, 기판흡착수단(24)에 흡착되어 있는 기판(W)과 접촉하는 거리가 될 때까지, 기판흡착수단(24)과 마스크 지지 유닛(23)을 상대적으로 접근(예컨대, 마스크 지지 유닛(23)을 상승)시킬 수 있다. 이에 의하면, 기판(W)과 마스크(M)가 접촉하게 되므로, 상대적으로 고온인 마스크(M)로부터 상대적으로 저온인 기판(W)으로 열전달이 일어난다. 도 4의 (b)는 기판(W)이 기판흡착수단(24)에 의해 흡착된 상태에서 마스크(M)와 접해 있는 상태를 나타내고 있으나, 본 발명의 접촉은 이에 한정되지 않으며, 예컨대, 기판(W)이 기판흡착수단(24)으로부터 떨어져 마스크(M)상에 재치됨으로써, 마스크(M)와 접하여도 된다.
그리고 마스크(M)와 기판(W)이 접촉하고 있는 상태에서, 마스크(M)를 기판(W)에 밀착시키는 공정을 추가로 수행할 수도 있다. 이를 위하여, 제어부(28)는, 자력인가수단 승강기구(261)를 구동하여, 자력인가수단(26)을 기판흡착수단(24)쪽으로 하강시킨다. 이에 의해, 마스크(M)가 자력인가수단(26)으로부터의 자력에 의해 당겨져서 기판(W)에 밀착된다(도 4의 (c)). 기판(W)에 접촉된 마스크(M)가 기판(W)에 더 밀착됨으로써, 마스크(M)로부터 기판(W)으로의 열전달이 보다 신속하고 효율적으로 일어날 수 있다.
이 때, 기판(W)과 마스크(M)는, 마스크(M)로부터의 열전달이 충분히 일어날 수 있도록, 소정의 시간 동안 접촉 또는 밀착된 상태가 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 여기서, 소정의 시간은 기판(W)과 마스크(M)의 재질에 따라 수초 내지 수십초로 하는 것이 바람직하다. 접촉 또는 밀착 시간이 너무 짧으면, 마스크(M)와 기판(W)의 균열화 효과가 충분히 얻어지지 못하며, 너무 길면, 전체적인 공정시간이 증가하여 생산성이 떨어진다. 다만, 본 발명은 이 수치범위에 한정되지는 않으며, 균열화나 냉각의 효과가 얻어지면서도 전체 공정 시간의 증가를 억제할 수 있다면, 다른 수치범위이어도 된다.
소정의 시간이 경과된 후에는, 제어부(28)는, 자력인가수단 승강기구(261)를 구동하여, 자력인가수단(26)을 기판흡착수단(24)으로부터 상승시킨다. 그 결과, 마스크(M)와 기판(W)이 밀착된 상태로부터 해제된다.
이어서, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치의 조정을 위해, 제1 얼라인먼트(러프 얼라인먼트)를 수행한다(S104, 도 4의 (d)). 이를 위하여, 먼저 제어부(28)는, 기판흡착수단(24)에 흡착된 기판(W)과 마스크 지지 유닛(23)에 의해 지지된 마스크(M)간의 거리가 미리 설정된 러프 얼라인먼트 계측거리가 될 때까지, 기판흡착수단(24)과 마스크 지지 유닛(23)을 상대적으로 이격(예컨대, 마스크 지지 유닛(23)을 하강)시킨다.
기판(W)과 마스크(M) 사이의 거리가 소정의 러프 얼라인먼트 계측거리로 되면, 러프 얼라인먼트 카메라에 의해, 기판(W)과 마스크(M)의 얼라인먼트 마크를 촬상하여, XYθZ 방향에 있어서의 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치를 측정하고, 이를 기초로 이들간의 상대적 위치 어긋남량을 산출한다.
제어부(28)는, 레이저 간섭계에 의해 측정된 미동 스테이지 플레이트부(222) 또는 기판흡착수단(24)의 위치와 러프 얼라인먼트 카메라에 의해 산출된 상대적 위치 어긋남량에 기초하여, 미동 스테이지 플레이트부(222) 또는 기판흡착수단(24)의 이동 목표 위치의 좌표를 산출한다.
이동 목표 위치의 좌표에 기초하여, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치를 레이저 간섭계에 의해 측정하면서, 자기 부상 리니어 모터에 의해 XYθZ 방향으로 미동 스테이지 플레이트부(222) 또는 기판흡착수단(24)을 이동목표 위치까지 구동함으로써, 기판(W)과 마스크(M)의 상대위치를 조정한다. 본 실시예의 러프 얼라인먼트에서는 미동 스테이지 플레이트부(222)를 자기 부상 리니어 모터에 의해 이동시키는 것으로 설명하였으나, 기판(W)과 마스크(M)간의 위치어긋남량의 크기에 따라 기계적 얼라인먼트 스테이지 기구에 의해 마스크 지지 유닛(23)을 XYθZ 방향으로 이동시켜, 러프 얼라인먼트를 행해도 된다.
러프 얼라인먼트가 완료되면, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치의 보다 정밀한 조정을 위해, 제2 얼라인먼트(파인 얼라인먼트)를 수행한다(S105, 도 4의 (e)). 이를 위하여, 제어부(28)는 먼저 마스크 지지 유닛 승강기구에 의해 마스크 지지 유닛(23)을 상승시켜, 마스크(M)가 기판(W)에 대해 파인 얼라인먼트 계측위치까지 오도록 한다. 그리고, 마스크(M)가 기판(W)에 대해 파인 얼라인먼트 계측위치에 오면, 파인 얼라인먼트 카메라로 기판(W)과 마스크(M)의 얼라인먼트 마크를 촬영하여, XYθZ방향으로의 상대적 위치 어긋남량을 측정한다.
파인 얼라인먼트 계측위치에서의 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치 어긋남량이 소정의 임계치보다 크면, 마스크(M)를 다시 하강시켜, 기판(W)과 마스크(M)가 서로 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 간섭계에 의해 측정하면서, 자기 부상 리니어 모터에 의해 XYθZ 방향으로 미동 스테이지 플레이트부(222)를 이동목표 위치까지 구동함으로써, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치를 조정한다.
이러한 과정을 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치 어긋남량이 소정의 임계치보다 작아질 때까지 반복한다.
그리고, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치 어긋남량이 소정의 임계치보다 작아지면, 성막공정을 수행한다(S106, 도 4의 (f)). 이를 위하여, 제어부(28)는, 먼저 기판흡착수단(24)에 흡착된 기판(W)의 성막면이 마스크(M)의 상면과 접촉하는 증착위치가 되도록, 마스크 지지 유닛(23)을 상승시킨다. 그리고, 제어부(28)는, 기판(W)과 마스크(M)가 접촉한 증착위치에 다다르면, 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, 파인 얼라인먼트 카메라를 사용하여 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치의 계측을 행하며, 계측된 상대적 위치의 어긋남량이 소정의 임계치 이상인 경우, 기판(W)과 마스크(M)를 소정의 거리까지 다시 이격(예컨대, 마스크 지지 유닛(23)을 하강)시킨 후, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치를 조정하고, 동일한 과정을 반복한다.
기판(W)과 마스크(M)가 증착위치에 위치한 상태에서, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치 어긋남량이 소정의 임계치보다 작아지면, 성막공정을 개시한다. 이때, 제어부(28)는, 증발원(25)의 셔터를 열어서, 증발된 성막재료를 마스크를 통해 기판(W)에 성막시킨다.
원하는 두께까지 성막된 후, 자력인가수단(26)을 상승시킴으로써 마스크(M)를 분리하고, 마스크 지지 유닛(23)을 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.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 성막방법을 나타내는 흐름도이다. 도 5에 도시된 실시예는, 마스크(M)와 기판(W)을 접촉 또는 밀착시켜서 마스크(M)를 냉각시키는 균열화 공정이, 파인 얼라인먼트 이전, 즉 러프 얼라인먼트 공정과 파인 얼라인먼트 공정 사이에 수행된다는 점에서, 전술한 제1 실시예에 따른 성막방법과 다르다. 이하에서는, 제1 실시예에 따른 성막방법과의 차이점을 중심으로 제2 실시예에 따른 성막방법에 대해서 설명한다. 따라서 여기에서 구체적으로 설명되지 않은 사항은, 전술한 제1 실시예에 따른 성막방법에서 설명된 내용이 마찬가지로 적용된다.
도 5을 참조하면, 진공 용기(21)내의 마스크 지지 유닛(23)에 마스크(M)가 지지된 상태에서, 반송실(13)의 반송로봇(14)에 의해 기판(W)이 성막장치(11)의 진공 용기(21)내로 반입된다(S201).
그리고 제어부(28)는, 기판흡착수단(24)에 기판흡착전압을 인가하여 기판(W)을 흡착시킨다(S202).
이어서, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치 조정을 위해, 제1 얼라인먼트(러프 얼라인먼트)를 수행한다(S203). 이를 위하여, 먼저 제어부(28)는, 기판(W)과 마스크(M)간의 거리가 미리 설정된 러프 얼라인먼트 계측거리가 될 때까지, 기판흡착수단(24)과 마스크 지지 유닛(23)을 상대적으로 접근(예컨대, 마스크 지지 유닛(23)을 상승)시킨다. 그리고, 러프 얼라인먼트 카메라에 의해, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치를 측정하고, 이를 기초로 이들간의 상대적 위치 어긋남량을 산출한 다음, 미동 스테이지 플레이트부(222) 또는 기판흡착수단(24)을 이동 목표 위치까지 구동한다.
러프 얼라인먼트가 완료되면, 기판(W)과 마스크(M)의 균열화를 위하여, 마스크(M)와 기판(W)을 접촉 또는 밀착시킨다(S204). 이때, 제어부(28)는, 마스크 지지 유닛 승강기구를 구동하여, 마스크 지지 유닛(23)을 상승시켜서, 마스크(M)를 기판(W)에 접촉시킨다. 그리고, 필요에 따라, 마스크(M)와 기판(W)이 접촉하고 있는 상태에서, 마스크(M)를 기판(W)에 밀착시키는 과정을 추가로 수행할 수도 있다. 이 때, 기판(W)과 마스크(M)는, 마스크(M)로부터의 열전달이 충분히 일어날 수 있도록, 소정의 시간 동안 접촉 또는 밀착된 상태가 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
이어서, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치의 보다 정밀한 조정을 위해, 제2 얼라인먼트(파인 얼라인먼트)를 수행한다(S205). 이를 위하여, 제어부(28)는, 먼저 마스크 지지 유닛 승강기구에 의해 마스크 지지 유닛(23)을 하강시켜, 마스크(M)가 기판(W)에 대해 파인 얼라인먼트 계측위치까지 오도록 한다. 그리고 파인 얼라인먼트 카메라로 기판(W)과 마스크(M)의 얼라인먼트 마크를 촬영하여, XYθZ방향으로의 상대적 위치 어긋남량을 측정한 다음, 이에 기초하여 미동 스테이지 플레이트부(222)를 이동목표 위치까지 구동함으로써, 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치를 조정한다.
그리고 기판(W)과 마스크(M)의 상대적 위치 어긋남량이 소정의 임계치보다 작아지면, 성막공정을 수행한다(S206). 이를 위하여, 제어부(28)는, 증발원(25)의 셔터를 열어서, 증발된 성막재료를 마스크를 통해 기판(W)에 성막시킨다.
원하는 두께까지 성막된 후, 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.
<전자디바이스의 제조방법>
다음으로, 본 실시형태의 성막장치를 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 성막장치에 반입하여 및 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 성막장치에 반입하고, 정전척으로 보유 지지한다. 기판과 마스크의 얼라인먼트를 행하고, 기판(63)의 적색을 발하는 소자를 배치하는 부분에 적색을 발하는 발광층(66R)을 성막한다.
발광층(66R)의 성막과 마찬가지로, 제3 유기재료 성막장치에 의해 녹색을 발하는 발광층(66G)을 성막하고, 나아가 제4 유기재료 성막장치에 의해 청색을 발하는 발광층(66B)을 성막한다. 발광층(66R, 66G, 66B)의 성막이 완료된 후, 제5 유기재료 성막장치에 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 금속재료 성막장치로 이동시켜 음극(68)을 성막한다. 이때, 금속재료 성막장치는 가열증발 방식의 성막장치이어도 되고, 스퍼터링 방식의 성막장치이어도 된다.
본 발명에 따르면, 절연층(69), 정공 수송층(65), 발광층(66R, 66G, 66B), 전자 수소층(67) 및/또는 음극(68)을 성막하는 공정에서, 마스크(M)와 기판(W)을 접촉 또는 밀착시키는 등의 균열화 공정에 의해, 마스크(M)를 냉각시킨 다음, 기판(W)과 마스크(M)의 얼라인먼트를 수행한다. 이에 의하여, 마스크(M)가 증발원(25)으로부터의 복사열에 의하여 가열되어 팽창되더라도, 균열화 공정을 통해 얼라인먼트 공정 이전에 냉각되기 때문에, 기판(W)와 마스크(M)의 얼라인먼트 정밀도의 저하를 억제할 수 있어서, 성막 정밀도가 저하되는 것을 억제할 수 있다.
그 후 플라스마 CVD 장치로 이동시켜 보호층(70)을 성막하여, 유기 EL 표시장치(60)를 완성한다.
절연층(69)이 패터닝 된 기판(63)을 성막장치로 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, 성막장치 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.
11: 성막장치
21: 진공용기
22: 자기부상 스테이지 기구
23: 마스크 지지 유닛
24: 기판흡착수단
25: 증발원
26: 자력인가수단
27: 얼라인먼트 카메라 유닛
28: 제어부

Claims (16)

  1. 기판에 마스크를 통해 성막재료를 성막하기 위한 성막장치로서,
    진공용기와,
    상기 진공용기 내에 설치되며, 기판을 흡착하기 위한 기판흡착수단과,
    상기 진공용기 내에 설치되며, 마스크를 지지하기 위한 마스크 지지 유닛과,
    상기 기판흡착수단과 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를 상기 기판흡착수단의 흡착면에 평행한 제1 방향, 상기 흡착면에 평행하고 상기 제1 방향과 교차하는 제2방향, 및 상기 흡착면에 수직인 제3방향을 축으로 한 회전방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시키기 위한 제1 구동기구와,
    상기 기판흡착수단과 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를 상기 제3 방향으로 이동시키기 위한 제2 구동기구와,
    상기 성막장치의 동작을 제어하는 제어부를,
    포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 제1 구동기구에 의해 상기 기판흡착수단과 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를, 상기 제1 방향, 상기 제2 방향, 및 상기 회전방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시키기 전에, 상기 제2 구동기구에 의해, 상기 기판흡착수단 및 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를 상기 제3 방향으로 이동시켜, 상기 기판흡착수단에 흡착된 기판과 상기 마스크 지지 유닛에 의해 지지된 마스크가 접촉하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판흡착수단의 상기 흡착면의 반대측에 설치되어, 상기 마스크 지지 유닛에 의해 지지된 마스크를 상기 기판흡착수단측으로 끌어당기는 힘을 인가하는 마스크 밀착 수단을 더 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 기판흡착수단에 흡착된 기판과 상기 마스크 지지 유닛에 의해 지지된 마스크를 접촉시킨 후, 상기 마스크 밀착 수단에 의해 상기 마스크를 상기 기판에 밀착시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기판과 상기 마스크가 소정의 시간 동안 접촉하도록 상기 제1 구동기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판흡착수단은 정전척을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기판흡착수단을 냉각하기 위한 냉각수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판흡착수단에 흡착된 기판 및 상기 마스크 지지 유닛에 의해 지지된 마스크의 제1 위치를 촬상하는 제1 얼라인먼트 카메라와, 상기 제1 위치와 다른 제2 위치를 촬상하며 상기 제1 얼라인먼트 카메라보다 고해상도인 제2 얼라인먼트 카메라를 더 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 제2 얼라인먼트 카메라에 의해 측정된 기판과 마스크의 위치어긋남을 조정하기 위해, 상기 제1 구동기구에 의해 상기 기판흡착수단과 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를 상기 제1 방향, 상기 제2방향, 및 상기 회전방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시키기 전에, 상기 제2 구동기구에 의해 상기 기판흡착수단 및 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를 상기 제3 방향으로 이동시켜, 상기 기판흡착수단에 흡착된 기판과 상기 마스크 지지 유닛에 의해 지지된 마스크가 접촉하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 얼라인먼트 카메라에 의해 측정된 기판과 마스크의 위치어긋남을 조정하기 위해, 상기 제1 구동기구에 의해 상기 기판흡착수단과 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를 상기 제1 방향, 상기 제2 방향, 및 상기 회전방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시키기 전에, 상기 제2 구동기구에 의해 상기 기판흡착수단 및 상기 마스크 지지 유닛 중 적어도 하나를 상기 제3 방향으로 이동시켜, 상기 기판흡착수단에 흡착된 기판과 상기 마스크 지지 유닛에 의해 지지된 마스크가 접촉하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 성막장치와,
    마스크를 수납하기 위한 마스크 스톡 장치와,
    기판 및/또는 마스크를 반송하기 위한 반송장치를,
    포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 제조장치.
  9. 기판과 마스크를, 기판면에 평행한 제1 방향, 상기 기판면에 평행하며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향, 및 상기 기판면에 수직인 제3 방향을 축으로 한 회전방향 중 적어도 하나의 방향으로 상대적으로 위치 조정하는 얼라인먼트 공정과,
    상기 얼라인먼트 공정 후에, 상기 마스크를 통하여 상기 기판에 성막을 행하는 성막공정을 포함하는 성막방법으로서,
    상기 얼라인먼트 공정 전에, 상기 기판과 상기 마스크를 상기 제3 방향으로 상대적으로 이동시켜 접촉시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 접촉시키는 공정과 상기 얼라인먼트 공정 사이에, 상기 마스크과 상기 기판을 밀착시키는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 접촉시키는 공정에서는, 상기 기판과 상기 마스크를 소정의 시간 동안 접촉시키는 특징으로 하는 성막방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 접촉시키는 공정 전에, 상기 기판을 정전척에 의해 흡착하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 정전척을 냉각수단에 의해 냉각시키는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 얼라인먼트 공정은, 상기 제1 얼라인먼트 공정과, 상기 제1 얼라인먼트 공정 이후에 행해지는 제2 얼라인먼트 공정을 포함하고,
    상기 접촉시키는 공정은, 상기 제2 얼라인먼트 공정 전에 행해지는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 접촉시키는 공정은, 상기 제1 얼라인먼트 공정 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 기재된 성막방법을 사용하여 전자 디바이스를 제조하는 것을 특징으로 하는 전자디바이스 제조방법.
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