KR100335378B1 - Gap Sensor and Align Camera in united one body of Exposure Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 갭 측정 장치 및 얼라인 장치가 일체로 된 노광기에 관한 것으로서, 원판과 소정의 각도로 설치되어 빛을 조사시키는 광원과, 상기 광원의 하측에 상기 광원과 동일 각도를 이루도록 설치되어 상기 광원에서 조사된 빛을 원판과 대상물의 사이에 모이도록 하는 제 1렌즈와, 상기 원판과 소정의 각도를 이루도록 설치되어 상기 원판과 대상물에서 반사되는 빛을 확대하여 결상 시키는 제 2렌즈와, 상기 제 2렌즈의 상측에 상기 제 2렌즈의 설치각도와 동일각도로 설치되어 상기 제2렌즈에 의해 확대되어 결상된 빛을 반사시키는 반사판과, 상기 원판과 수직으로 설치되어 상기 원판 및 대상물의 얼라인 마크를 확대하여 결상시키는 제 3,4렌즈와, 상기 제 3,4렌즈의 상측에 설치되어 상기 반사판에 의해 반사된 빛 및 상기 제 3,4렌즈를 통하여 확대된 얼라인 마크를 검출하는 CCD카메라를 포함하는 것을 특징으로 하며, 하나의 CCD카메라를 사용하여 원판 및 대상물간의 거리 측정 및 얼라인을 가능토록 하여 구동회로 및 기구적인 장치 뿐만 아니라 입출력 장치에 따른 부가적인 장치를 간단하게 하여 제조 코스트를 다운시킴은 물론 무진실을 차지하는 공간을 축소시켜 상기 무진실 유지비를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to an exposure apparatus in which a gap measuring device and an aligning device are integrated. A light source is installed at a predetermined angle with a disc to irradiate light, and a light source is provided below the light source so as to have the same angle as the light source. A first lens for collecting light irradiated from the original plate and the object, a second lens installed at an angle with the original plate to enlarge and image light reflected from the original plate and the object, and the second lens A reflection plate installed at the same angle as the installation angle of the second lens on the upper side of the lens to reflect light formed by being enlarged by the second lens, and installed perpendicular to the disc to align the mark of the original and the object. Third and fourth lenses to enlarge and form an image, and are installed on the image side of the third and fourth lenses, and are enlarged through the light reflected by the reflector and the third and fourth lenses. Characterized in that it comprises a CCD camera for detecting the alignment mark, and by using a single CCD camera to enable the distance measurement and alignment between the original and the object to additionally according to the input and output devices as well as the drive circuit and mechanical devices By simplifying the apparatus, the manufacturing cost can be reduced, and the space for occupying the dust free room can be reduced to reduce the dust free maintenance cost.
Description
본 발명은 노광기의 핵심 부품인 갭 측정 장치 및 얼라인 장치를 일체로 구현하여 상기 갭 측정장치 및 얼라인 장치의 구동수단을 하나로 사용함에 따라 장치를 단순화 시켜 제조코스트를 절감시킴은 물론 무진실 사용 공간을 축소 시켜 무진실 유지비를 절감시키고, 장치 보수비용을 감소시키는 갭 측정 장치 및 얼라인장치가 일체로 된 노광기에 관한 것이다.According to the present invention, the gap measuring device and the alignment device, which are the core parts of the exposure machine, are integrally implemented to use the driving means of the gap measuring device and the alignment device as one, thereby simplifying the device and reducing the manufacturing cost, as well as using the dust free room. The present invention relates to an exposure apparatus in which a gap measuring device and an alignment device are integrated to reduce space and reduce maintenance costs and reduce device maintenance costs.
갭측정 장치 및 얼라인 장치는 PDP, TV 새도우 마스크, LCD, PCB등 산업 전반 특히, 디스플레이 디바이스 생산에 널리 쓰이는 근접 노광기의 핵심 부품이다.Gap measuring devices and aligning devices are the key components of proximity exposure devices widely used in the production of display devices such as PDPs, TV shadow masks, LCDs and PCBs.
일반적으로 노광기는 도 1에 도시한 바와 같이 패턴(P)이 인쇄된 투명한 원판(1)과 원판(1)의 하측에 감광성 물질이 도포된 대상물(3)을 위치시킨 후 광원(5)을 통하여 빛을 조사시킴으로써 대상물(3)에 원판(1)과 동일한 패턴(P)을 얻어내는 장치이다. 즉, 노광기는 원판(피사체)(1)의 그림자를 대상물(필름)(3)에 찍는 흑백 사진기이다.In general, the exposure machine places the transparent original plate 1 on which the pattern P is printed and the object 3 coated with the photosensitive material on the lower side of the original plate 1, as shown in FIG. It is an apparatus which obtains the same pattern P as the original board 1 to the object 3 by irradiating light. That is, the exposure machine is a black and white camera which photographs the shadow of the original (subject) 1 on the object (film) 3.
따라서, 대상물(3)에 생성되는 패턴(P)이 최대한 원판(1)과 동일하도록 하기 위해서는 대상물(3)과 원판(1)은 가깝게 붙어 있을수록 좋다. 가까울수록 원판(1) 패턴(P)의 그림자가 뚜렷하게 대상물에 나타난다. 하지만 고가의 원판(1)을 보호하기 위해서 원판(1)과 대상물(3)간의 거리를 띄워야만 한다. 이럴 경우 원판(1)과 대상물(3)간의 거리를 정확하게 측정하고 제어하기 위해 갭측정 장치를 사용하고, 대상물(3)과 원판(1)을 정확하게 일치시키기 위해 얼라인장치를 사용한다.Therefore, in order for the pattern P produced | generated to the object 3 to be the same as the original board 1, the object 3 and the original board 1 are so closely attached that it is good. The closer it is, the more clearly the shadow of the original pattern (P) appears on the object. However, in order to protect the expensive disk (1), the distance between the disk (1) and the object (3) must be raised. In this case, a gap measuring device is used to accurately measure and control the distance between the disc 1 and the object 3, and an alignment device is used to accurately match the object 3 and the disc 1.
상기 얼라인장치는 모든 노광기에서 도 2에 도시한 바와 같은 일반 디지털 카메라의 구조를 사용하고 있다.The alignment device uses the structure of a general digital camera as shown in FIG.
한편, 갭 측정 장치는 모든 노광기에서 지배적으로 사용하는 방법은 없으나, 도 3에 도시한 바와 같이 광삼각법을 응용하고 있다.On the other hand, the gap measuring device does not have a dominant method for use in all exposure machines, but uses the optical triangulation method as shown in FIG.
광삼각법이란 도면에 도시한 바와 같이 원판(1)과 대상물(3)에 레이저원(7)으로 부터 비스듬히 조사하여 다중 반사되어 나오는 레이저 빛을 디텍터(Detector)(9)에 도달하도록 하여 상기 디텍터(9)에 도달한 레이저 스폿(Spot)(S)의 거리를 조사하여 갭을 측정한다.As shown in the drawing, the optical triangulation method causes the disc 1 and the object 3 to be obliquely irradiated from the laser source 7 to reach the detector 9 so as to reach the detector 9. The gap is measured by checking the distance of the laser spot S reaching 9).
스폿의 거리 a는 대상물(3)의 두께를 나타내고, 거리 b는 원판(1)과 대상물(3)사이의 거리를 나타내고, 거리 c는 원판(1)의 두께를 나타낸다.The distance a of the spot represents the thickness of the object 3, the distance b represents the distance between the original 1 and the object 3, and the distance c represents the thickness of the original 1.
도면에서 L1은 레이저원(7)에서 발생한 빛을 원판(1)과 대상물(3)간의 사이에서 모이도록 한다. 이 렌즈(L1)에 의해 원판(1)과 대상물(3) 사이에 레이저 빛이 얼마나 작게 상이 맺히는가에 따라 얼마나 작은 갭을 측정할 수 있는 가가 결정된다.In the figure, L1 causes light generated by the laser source 7 to be collected between the disc 1 and the object 3. How small the gap can be measured depends on how small the laser light forms between the disc 1 and the object 3 by this lens L1.
도면에서 L2는 원판(1)과 대상물(3)에서 반사된 레이저 빛을 디텍터(9)에 확대하여 결상시킨다. 또한 원판(1)과 대상물(3)에서 레이저의 난반사를 보정하는 기능도 겸하고 있다.In the drawing, L2 is formed by magnifying the laser light reflected from the original plate 1 and the object 3 onto the detector 9. It also serves as a function of correcting the diffuse reflection of the laser in the original 1 and the object 3.
그러나, 이와 같이 구성되는 종래의 노광기는 갭 측정 장치 및, 얼라인 장치가 각각 별도로 구성되어 있어 상기 갭 측정 장치 및 얼라인 장치를 구동하기 위한 회로와 기구적인 장치를 별도로 구현하고, 또한, 입력을 각각 받아들이기 때문에입력 수의 증가에 따른 MUX(입·출력채널을 여러대의 주변 장치에 접속하여 그것을 구분해서 사용하는 것)가 필요하거나 다른 부가적인 장치가 필요하게 되어 제조 코스트가 많이 든다는 문제점이 있었다.However, the conventional exposure apparatus configured as described above has a gap measuring device and an alignment device separately configured to separately implement a circuit and a mechanical device for driving the gap measuring device and the alignment device. Because they accept each, MUX (connecting input and output channels to multiple peripheral devices and using them separately) according to the increase in the number of inputs is required, or other additional devices are required, resulting in a high manufacturing cost. .
그리고, 갭 측정 장치 및 얼라인 장치가 각각 설치됨에 따라 무진실(Clean Room)의 공간을 많이 차지하게 되어 무진실 유지비가 많이 든다는 문제점이 있었다.In addition, as the gap measuring device and the aligning device are respectively installed, a large amount of space of a clean room is occupied, and thus there is a problem of high maintenance cost of the clean room.
또한, 갭 측정 장치 및 얼라인 장치가 독립적으로 장착되어 부품수가 증가함에 따라 고장날 확률이 높고 그에 따른 유지 보수 비용이 높아진 다는 문제점이 있었다.In addition, there is a problem that the gap measuring device and the aligning device is mounted independently, so that the number of parts increases, the probability of failure and the maintenance cost accordingly increases.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 본 발명의 목적은 노광기의 주요 부품인 갭 측정 장치 및 얼라인장치를 일체로 구현하여 각종 회로 및 기구적인 장치와, 입출력장치를 간단하게 하여 제조비를 다운시키고, 또한, 상기 무진실을 차지하는 공간을 좁혀 무진실 공간을 축소 시킴에 따라 무진실 유지비를 감소 시키는 갭 측정 장치 및 얼라인장치가 일체로 된 노광기를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to implement the gap measuring device and the alignment device, which is the main component of the exposure machine integrally, various circuits and mechanical devices, and input and output devices simply In order to reduce the manufacturing cost, and also to narrow the space occupying the dust-free chamber to reduce the dust-free space, a gap measuring device and an alignment apparatus for reducing the dust-free maintenance cost are provided.
도 1은 일반적인 노광기의 원리를 도시한 노광기 원리도,1 is a principle diagram of an exposure machine showing the principle of a general exposure machine,
도 2는 일반적인 얼라인장치를 도시한 얼라인 장치 구성도,2 is a configuration diagram illustrating an arrangement of a general alignment device;
도 3은 종래 기술에 의한 광삼각법에 의해 원판 및 대상물간의 거리를 측정하는 원리를 도시한 측정 원리도,3 is a measurement principle diagram showing the principle of measuring the distance between the disc and the object by the optical triangulation method according to the prior art,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 갭 측정 장치 및 얼라인 장치가 일체로 구성된 상태를 도시한 광학계,4 is an optical system showing a state in which a gap measuring device and an alignment device are integrally formed according to an embodiment of the present invention;
도 5는 갭 측정시에 레이저 빛이 CCD카메라에 검출된 상태를 도시한 화상도Fig. 5 is an image diagram showing a state in which laser light is detected by a CCD camera during gap measurement.
도 6은 얼라인시에 얼라인마크가 CCD카메라에 검출된 상태를 도시한 화상도이다.6 is an image diagram showing a state in which an alignment mark is detected by the CCD camera at the time of alignment.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
1 : 원판 3 : 대상물1: disc 3: object
10 : 레이저광원 20 : 반사판10: laser light source 20: reflector
30 : 동축조명 40 : CCD카메라30: coaxial light 40: CCD camera
L1,L2,L3,L3 : 제 1,2,3,4렌즈L1, L2, L3, L3: First 1,2,3,4 Lenses
상기의 목적을 달성하기 위하여 이루어진 본 발명에 따른 갭 측정 장치 및 얼라인 장치가 일체로 된 노광기는 원판과 소정의 각도로 설치되어 빛을 조사시키는 광원과, 상기 광원의 하측에 상기 광원과 동일 각도를 이루도록 설치되어 상기광원에서 조사된 빛을 원판과 대상물의 사이에 모이도록 하는 제 1렌즈와, 상기 원판과 소정의 각도를 이루도록 설치되어 상기 원판과 대상물에서 반사되는 빛을 확대하여 결상 시키는 제 2렌즈와, 상기 제 2렌즈의 상측에 상기 제 2렌즈의 설치각도와 동일각도로 설치되어 상기 제2렌즈에 의해 확대되어 결상된 빛을 반사시키는 반사판과, 상기 원판과 수직으로 설치되어 상기 원판 및 대상물의 얼라인 마크를 확대하여 결상시키는 제 3,4렌즈와, 상기 제 4렌즈의 상측에 설치되어 얼라인시에 얼라인마크를 조명하고, 갭 측정시에 상기 반사판에 결상된 빛을 반사시키는 동축조명과, 상기 제 4렌즈의 상측에 설치되어 상기 반사판에 의해 반사된 빛 및 상기 제 3,4렌즈를 통하여 확대된 얼라인 마크를 검출하는 CCD카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다.An exposure apparatus in which the gap measuring device and the aligning device according to the present invention, which are made to achieve the above object, are integrally provided with a disc at a predetermined angle to irradiate light, and below the light source, the same angle as the light source. A first lens installed so as to form a predetermined angle between the disc and the object; and a second lens configured to form a predetermined angle with the disc to enlarge and image light reflected from the disc and the object. A lens, a reflecting plate installed on the image side of the second lens at the same angle as the installation angle of the second lens and reflecting light magnified by the second lens to form an image; 3rd and 4th lens which enlarges and aligns the alignment mark of an object, and is installed in the image side of the said 4th lens, and illuminates an alignment mark at the time of alignment, A coaxial light for reflecting light formed on the reflecting plate at the time of measurement, and a CCD installed on an image side of the fourth lens to detect light reflected by the reflecting plate and an enlarged alignment mark through the third and fourth lenses It characterized in that it comprises a camera.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 갭 측정장치 및 얼라인 장치가 일체로 구성된 상태를 도시한 광학계이고, 도 5는 갭 측정시에 레이저 빛이 CCD카메라에 검출된 상태를 도시한 화상도이고, 도 6은 얼라인시에 얼라인마크가 CCD카메라에 검출된 상태를 도시한 화상도이다.FIG. 4 is an optical system showing a state in which a gap measuring device and an alignment device are integrally formed, and FIG. 5 is an image view showing a state in which laser light is detected by a CCD camera during gap measurement. 6 is an image diagram showing a state in which an alignment mark is detected by a CCD camera at the time of alignment.
도면에 도시한 바와 같이 패턴이 인쇄된 원판(1)이 있고, 상기 원판(1)의 하측에는 감광성물질이 도포된 대상물(3)이 위치되어 있고, 상기 원판(1)과 소정의 각도를 이루는 부분에는 레이저 빛을 조사시키는 레이저광원(10)이 설치되어 있고, 상기 레이저광원(10)의 하측에는 상기 레이저광원(10)에서 조사된 빛을 원판(1)과 대상물(3)의 사이에 모이도록 제 1렌즈(L1)가 상기 레이저광원(10)의 설치각도와동일 각도를 이루도록 설치되어 있다.As shown in the drawing, there is an original plate 1 on which a pattern is printed, and an object 3 coated with a photosensitive material is positioned below the original plate 1, and forms a predetermined angle with the original plate 1. A portion is provided with a laser light source 10 for irradiating laser light, and below the laser light source 10 collects the light irradiated from the laser light source 10 between the disc 1 and the object 3. The first lens L1 is installed to have the same angle as the installation angle of the laser light source 10.
상기 제 1렌즈(L1)의 맞은편 쪽에는 상기 원판(1)과 대상물(3)에서 반사되는 빛을 확대하여 결상 시키는 제 2렌즈(L2)가 설치되어 있고, 상기 제 2렌즈(L2)의 상측에는 상기 제 2렌즈(L2)의 설치각도와 동일각도로 설치되어 상기 제 2렌즈(L2)에 의해 확대되어 결상된 빛을 반사시키는 반사판(20)이 있다.On the opposite side of the first lens (L1) is provided a second lens (L2) for enlarging and imaging the light reflected from the original plate (1) and the object (3), the second lens (L2) On the image side, there is a reflecting plate 20 installed at the same angle as the installation angle of the second lens L2 and reflecting the light formed by being enlarged by the second lens L2.
상기 원판(1)의 중앙측에는 상기 원판(1) 및 대상물(3)의 얼라인마크를 확대하여 결상 시키도록 상기 원판(1)과 수직으로 제 3,4렌즈(L3,L4)가 설치되어 있고, 상기 제 3,4 렌즈(L3,L4)의 상측에는 상기 반사판(20)에 의해 반사된 빛 및 상기 제 3,4렌즈(L3,L4)를 통과한 얼라인 마크를 검출하는 CCD카메라(40)가 설치되어 있다.At the center of the disc 1, third and fourth lenses L3 and L4 are provided perpendicularly to the disc 1 to enlarge and align the alignment marks of the disc 1 and the object 3. On the image side of the third and fourth lenses L3 and L4, the CCD camera 40 detects the light reflected by the reflector 20 and the alignment mark passing through the third and fourth lenses L3 and L4. ) Is installed.
상기 CCD카메라(40)의 하측에는 상기 얼라인마크를 조명해주는 동축조명(30)이 설치되어 있고, 상기 동축조명(30)의 일측에는 상기 반사판(20)에 의해 반사된 빛이 맺히는 반사면(31)이 상기 반사판(20)의 기울어진 각도와 동일한 각도로 형성되어 있다.A coaxial light 30 is provided below the CCD camera 40 to illuminate the alignment mark, and on one side of the coaxial light 30, a reflective surface on which light reflected by the reflector 20 is formed ( 31) is formed at the same angle as the inclination angle of the reflecting plate 20.
도면에서 일점 쇄선 표시부는 갭 측정 장치부를 나타내고, 이점 쇄선 표시부는 얼라인장치부를 나타낸다.In the drawings, the dashed-dotted display portion represents the gap measuring device portion, and the dashed-dotted line display portion represents the alignment apparatus portion.
미설명부호(50)는 상기 CCD카메라(40)를 구동시키는 구동회로를 나타낸다.Reference numeral 50 denotes a driving circuit for driving the CCD camera 40.
다음은 이와 같이 구성된 본 발명의 일 실 시 예에 의한 갭 측정 장치 및 얼라인 장치가 일체로 된 노광기의 동작원리에 대해서 설명한다.Next, the operation principle of the exposure apparatus in which the gap measuring device and the alignment device according to the exemplary embodiment of the present invention configured as described above are integrated will be described.
먼저, 원판(1) 및 대상물(3)간의 거리를 측정할 경우에는 동축조명(30)을 오프시키고, 레이저광원(10)을 온 시키면 상기 레이저광원(10)에 의해 조사된 빛이 제 1렌즈(L1)를 통하여 원판(1) 및 대상물(3)의 상면에 모아지고, 상기 원판(1) 및 대상물(3)에 모아진 빛은 반사되어 제 2렌즈(L2)를 통하여 확대 되어 반사판(20)에 결상되고, 상기 반사판(20)에 확대 결상된 빛은 동축조명(30)의 반사면(31)에 맺히고, 상기 동축조명(30)의 반사면(31)에 맺힌 빛은 CCD카메라(40)에 검출 된다.First, when the distance between the disc 1 and the object 3 is measured, when the coaxial light 30 is turned off and the laser light source 10 is turned on, the light irradiated by the laser light source 10 is the first lens. Light collected on the upper surface of the original plate 1 and the object 3 through the L1, and the light collected on the original plate 1 and the object 3 is reflected and enlarged through the second lens L2 to reflect the plate 20. The light formed on the reflective plate 20 and enlarged and formed on the reflecting plate 20 is formed on the reflecting surface 31 of the coaxial light 30, and the light formed on the reflecting surface 31 of the coaxial light 30 is the CCD camera 40. Is detected.
한편, 원판(1)과 대상물(3)의 얼라인시에는 레이저광원(10)이 오프되고, 동축조명(30)이 온 됨에 따라 상기 원판(1) 및 대상물(3)에 표시된 얼라인마크(M)가 제 3,4렌즈(L3,L4)를 통해 확대되어 동축조명(30)을 통하고, 상기 동축조명(30)에 통과한 얼라인마크(M)는 CCD카메라(40)에 검출된다.On the other hand, when the original 1 and the object 3 are aligned, the laser light source 10 is turned off, and the coaxial illumination 30 is turned on, so that the alignment marks displayed on the original 1 and the object 3 ( M) is enlarged through the third and fourth lenses L3 and L4, and the alignment mark M passed through the coaxial light 30 and the coaxial light 30 is detected by the CCD camera 40. .
상술한 바와 같이 상기 CCD카메라(40)는 레이저광원(10)을 켜고 동축조명(30)의 전원을 끄면 갭 측정 장치의 디텍터 역할을 수행하고, 반대로 레이저광원(10)을 끄고 동축조명(30)의 전원을 켜면 얼라인 장치의 역할을 하게 된다.As described above, when the CCD camera 40 turns on the laser light source 10 and turns off the coaxial light 30, the CCD camera 40 serves as a detector of a gap measuring device, and conversely, the laser light source 10 is turned off and the coaxial light 30 is turned off. When the power is turned on, it acts as an alignment device.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 갭 측정 장치 및 얼라인장치가 일체로 된 노광기에 의하면, 하나의 CCD카메라를 사용하여 원판 및 대상물간의 거리 측정 및 얼라인을 가능토록 하여 구동회로 및 기구적인 장치 뿐만 아니라 입출력 장치에 따른 부가적인 장치를 간단하게 하여 제조 코스트를 다운시킴은 물론 무진실을 차지하는 공간을 축소시켜 상기 무진실 유지비를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.According to the exposure apparatus integrated with the gap measuring device and the aligning device according to the present invention configured as described above, it is possible to measure and align the distance between the original and the object by using a single CCD camera, so that not only the driving circuit and the mechanical device can be used. In addition, it is possible to reduce the manufacturing cost by reducing additional manufacturing costs by simplifying additional devices according to the input / output device and reducing the dust-free maintenance cost.
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