KR102020934B1 - 마스크리스 노광 장치의 얼라인 방법 - Google Patents

마스크리스 노광 장치의 얼라인 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에서는 DMD와 광학계를 포함해 구성된 다수의 노광유닛으로 이뤄진 마스크리스 노광 장치를 얼라인 하는 방법을 개시하며, 이 방법은 노광유닛에 마련된 얼라인키를 이용해서 각 노광유닛을 얼라인(align)하는 단계와, 이웃한 제1 노광유닛과 제2 노광유닛의 DMD를 제어해서 중첩 영역에 제1 노광유닛에 의한 제1 이미지 마크와 제2 노광유닛에 의한 제2 이미지 마크를 표시하는 단계와, 표시된 제1 이미지 마크와 상기 제2 이미지 마크의 정렬 상태로 제1 노광유닛과 제2 노광유닛의 얼라인을 조정하는 단계를 포함한다.

Description

마스크리스 노광 장치의 얼라인 방법{Methods for aligning a maskless exposure apparatus}
본 발명은 마스크리스 노광 장치를 얼라인하는 방법에 관한 것이다.
액정표시장치(LCD), 유기전계발광 표시장치(OLED)와 같은 평판 디스플레이는 반도체 공정을 통해 제조되며, 공정 중 다양한 패턴들이 형성되는데, 이러한 패턴들을 형성하기 위해 노광장치가 이용된다.
노광 장치는 마스크에 형성된 패턴에 맞춰 대상물을 감광시킨다. 패턴 전사하는 마스크는 석영(quartz) 원판에 노광용 패턴을 형성한 것인데, 이러한 마스크의 제작에는 비용이 많이 든다. 평판 디스플레이 제조시, 다수의 마스크들이 필요하므로, 마스크를 많이 사용할수록 비용이 커지는 문제가 있다.
때문에, 요즘 들어 마스크를 대신해 디지털 미러 디바이스(Digital Mirror Device; DMD)를 채용한 마스크리스 노광 장치가 제안돼 사용되고 있다.
마스크리스 노광 장치는 종전 마스크의 패턴을 디지털화하고, 디지털화된 패턴 정보에 맞춰 DMD를 구동시켜 대상물을 노광하는 방식으로 이뤄진다.
도 1은 마스크리스 노광 장치의 개략적인 구성을 보여주며, 도 2는 노광 유닛의 구성을 보여준다.
도 1 및 도 2은 마스크리스 노광 장치(1)의 한 예로, 이 마스크리스 노광 장치(1)는 2열 배열된 노광유닛(10)을 포함한다.
각각의 노광유닛(10)은 도 2에서 예시하는 바처럼 구성돼 패턴을 포함하는 빛을 기판(400)에 전달해 패턴유닛(PU) 단위로 기판(400)을 노광시킨다.
노광은 스캔 방식으로 이뤄지는데, 예를 들어 기판(400)이 1초 동안 화살표 방향으로 이동하면서 마스크리스 노광 장치(1)에 의해 스캔된다고 가정했을 때, 마스크리스 노광 장치(1)는 1초동안 60번의 패턴유닛(PU)을 기판에 조사해서 기판을 노광시키게 된다.
한편, 도 2에서 예시하는 바처럼, 노광유닛(10) 각각은 다음과 같이 구성된다. 노광유닛(10)는 빛을 공급하는 광원(100), 패턴을 형성하는 DMD(200), 빛을 조정하는 광학계(300)로 구성되며, 광학계(300)는 빔확장기(310), 멀티 렌즈 어레이(320), 필터(330), 프로젝션 렌즈(340)을 포함한다.
DMD(200)는 화소를 형성하는 다수(일예로 1024×768)의 단위렌즈가 격자형상으로 배열되어 있는 미러 디바이스로, 단위 렌즈 각각은 입력되는 패턴 정보에 따라 온/오프된다. 단위 렌즈는 온 상태에서 빛을 광학계(300)로 전달하고, 오프 상태에서는 빛을 광학계(300)로 전달하지 않도록 구성돼 있다. 이에 따라, 광원에서 DMD로 입사된 빛은 패턴을 형성할 수 있도록 선택적인 광으로 변환돼 광학계(300)로 전달된다.
빔확장기(310)는 DMD(210)에서 입사된 빛을 확장시켜 해상도를 조정한다.
멀티 렌즈 어레이(Multi Lens Array)(320)는 빔확장기(310)에서 확장된 광을 복수개의 광들로 분리하여 포커싱한다. 이를 위해, 이 멀티 렌즈 어레이는 복수개의 렌즈들 집합체로 구성된다.
필터(330)는 멀티 렌즈 어레이(320)를 투과한 빛의 사이즈를 결정한다. 이 필터(330)는 빛의 사이즈를 결정하는 복수의 홀들을 포함해 구성된다.
프로젝션 렌즈(340)는 멀티 렌즈 어레이(320)에서 포커싱된 빛을 1:1로 기판(400)에 전사해 초점 거리를 조정한다.
이처럼 구성되는 노광유닛(10)은 도 1에서 예시하는 바처럼 다수개가 2열 배열된 상태에서 기판(400)을 스캔해 패턴유닛(PU) 단위로 기판을 노광시킨다. 따라서, 노광유닛(10)과 노광유닛(10) 사이의 얼라인이 중요한데, 지금까지의 방법은 얼라인 키를 이용하였다.
도 3을 가지고, 종래기술에 따른 얼라인 방법을 설명하면 다음과 같다. 광학계(300)를 구성하는 구성요소 중 어느 하나가 얼라인 키(ak)를 포함하도록 구성된다. 도 3에서는 필터(330)에 얼라인 키(AK)가 형성된 경우이다. 그리고, 제1 얼라인 키(ak1)에 대응하는 제3 얼라인 키(ak3)와, 제2 얼라인 키(ak2)에 대응하는 얼라인 키(ak4)가 스테이지(500)에 마련돼 있다.
제1 카메라(C1)는 제1 좌표(x1, y2)에서 제1 얼라인 키(ak1)와 제3 얼라인 키(ak3)가 제대로 얼라인이 됐는지를 이미지로 보여주며, 제2 카메라(c2)는 제2 좌표(x2, y2)에서 제2 얼라인 키(ak2)와 제4 얼라인 키(ak4)가 제대로 얼라인이 됐는지를 이미지로 보여준다.
이처럼, 종래의 얼라인 방법은 얼라인 키를 이용해서 노광유닛(10)의 얼라인 상태를 파악하는 형태로 이뤄졌다.
한편, 기판이 대형화됨에 따라 노광 유닛의 개수 역시도 이에 맞춰 늘어나는 추세로, 노광 유닛의 개수가 많아지다 보니, 다수의 노광 유닛을 사용해서 1장의 기판을 노광한다.
그런데, 마스크리스 노광 장치는 노광유닛(10)이 각각 형성하는 패턴유닛(PU) 단위로 기판을 노광하므로, 이웃한 노광유닛(10) 사이의 얼라인 역시도 중요한데, 위 같은 종전 방식의 얼라인 방법은 노광유닛(10) 각각의 얼라인 상태만 확인할 뿐이지 이웃한 노광유닛(10) 사이에서 형성되는 패턴 사이의 얼라인은 확인할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 이 같은 배경에서 창안된 것으로, 노광 유닛과 노광 유닛 사이를 간편히 얼라인할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 DMD와 광학계를 포함해 구성된 다수의 노광유닛으로 이뤄진 마스크리스 노광 장치를 얼라인 하는 방법을 개시하며, 이 방법은 노광유닛에 마련된 얼라인키를 이용해서 각 노광유닛을 얼라인(align)하는 단계와, 이웃한 제1 노광유닛과 제2 노광유닛의 DMD를 제어해서 중첩 영역에 제1 노광유닛에 의한 제1 이미지 마크와 제2 노광유닛에 의한 제2 이미지 마크를 표시하는 단계와, 표시된 제1 이미지 마크와 상기 제2 이미지 마크의 정렬 상태로 제1 노광유닛과 제2 노광유닛의 얼라인을 조정하는 단계를 포함한다.
상기 제1 이미지 마크와 상기 제2 이미지 마크 각각은 한 편에 배치되는 제1 단위 마크와, 다른 편에 배치되는 제2 단위 마크를 포함하고, 상기 제1 이미지 마크의 제1 단위 마크와, 상기 제2 이미지 마크의 제2 단위 마크는 상기 중첩 영역에서 겹쳐 보인다.
그리고, 상기 1 단위 마크와 상기 제2 단위 마크 각각은 스캔 방향으로 배열된 1쌍의 마크로 이뤄지고, 상기 제1 단위 마크는 상기 제2 단위 마크를 확대 또는 축소한 닮은꼴 모양이다.
본 발명의 일 실시예에서는 DMD를 제어해서 중첩 영역에 제1 노광유닛에 의한 제1 이미지 마크와 제2 노광유닛에 의한 제2 이미지마크를 겹쳐 보이게 해서, 이로써 노광 유닛과 노광 유닛 사이를 손쉽게 정렬할 수 있다.
도 1은 마스크리스 노광 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 노광 유닛의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 얼라인 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 노광유닛의 배열 상태와 이 노광유닛이 만들어내는 패턴유닛을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 이미지 마크를 설명하는 도면이다.
도 7은 이미지 마크가 중첩 영역에서 겹쳐 보이는 모습을 설명하는 도면이다.
도 8은 이미지 마크의 다른 형태를 설명하는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 4는 노광유닛의 배열 상태와 이 노광유닛이 만들어내는 패턴유닛을 설명하는 도면이다.
노광유닛(10)은 노광하는 기판의 크기에 의존해 그 개수가 결정되는데, 도 4의 예에서는 2열 배열된 것으로 예시한다.
도 4에서 예시하는 바처럼, 노광유닛(10)는 제1 열과 제2 열에 나눠 배열돼 있으며, 제1 열과 제2 열은 엇갈리게 배열된 상태를 이뤄, 전체적으로 지그재그 형태로 배열돼 있다.
노광 유닛(10) 각각은 패턴유닛(PU) 단위로 기판을 노광한다. 제1 열에 배열된 제1 노광 유닛(10a)은 이에 대응하는 제1 패턴유닛(PU1)을 제1 열에 형성하며, 제1 노광 유광(10a)에 이웃해 제2 열에 배열된 제2 노광 유닛(10b)은 제2 패턴유닛(PU2)을 제1 열에서 제1 패턴유닛(PU1)에 이웃하게 형성한다. 나머지 노광 유닛들 역시 제1노광 유닛(10a)과 제2 노광 유닛(10b)과 마찬가지로 패턴유닛을 형성하므로, 1스캔타임동안 마스크리스 노광장치는 1라인을 노광할 수가 있다. 이때, 패턴유닛과 패턴유닛 사이는 Δs만큼 중첩돼 있다.
본 발명은 이처럼 패턴유닛이 서로 중첩되는 영역(이하, 중첩영역)에 이미지 마크를 형성해서 노광 유닛 사이를 얼라인시킨다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인 방법을 보여주는 흐름도로, 이하 도 6을 결부시켜 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인 방법을 설명한다.
S11 단계에서, 노광 유닛 각각은 상술한 바처럼, 얼라인키를 이용해서 DMD(200)와 광학계(300) 사이가 얼라인된다.
S12 단계에서, 제1 노광유닛(10a)의 DMD(200)를 제어해 이미지 마크(IM)를 표시한다. 이 이미지 마크(IM)는 DMD(200)를 구성하는 단위렌즈를 선택적으로 온/오프시켜 형성되는 것으로, 제1 이미지 마크(IM1)와 제2 이미지 마크(IM2)를 포함한다.
제1 이미지 마크(IM1)는 패턴유닛(PU)을 스캔 방향으로 2분할 했을 때, 오른쪽의 제2 영역(A2)에 형성되고, 제2 이미지 마크(IM2)는 좌측의 제1 영역(A1)에 형성된다.
이미지 마크(IM)의 모양은 특별히 한정되지 않지만, 제1 이미지 마크(IM1)와 제2 이미지 마크(IM2)는 형태가 합쳐지는 모양을 이룬다. 예를 들어서, 제1 이미지 마크(IM1)가 사각형 모양이면, 제2 이미지 마크(IM2) 역시 사각형 모양이나, 제2 이미지 마크(IM2)는 제1 이미지 마크(IM2)보다 축소(또는 확대)된 모양으로 닮은꼴을 이룬다. 또는, 도 8에서 보여지는 바처럼 원 모양을 수 있고, 오목과 볼록처럼 두 이미지가 암 수 형태로 결합되는 형태 역시 가능하다.
제1 이미지 마크(IM1)는 적어도 2개의 단위 마크(IMa)를 포함해서 구성된다. 이때 제1 이미지 마크(IM1)를 이루는 단위 마크(IMa)의 형상은 도 6에서 예시하는 바처럼, 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 일 예로, 단위마크(IMa) 중 하나는 사각형 모양이고, 다른 하나는 원 모양일 수 있다. 이 단위 마크는 스캔 방향을 따라 배열되는 것이 바람직하다. 이처럼 단위 마크가 스캔 방향을 따라 배열되어야, 이웃한 노광 유닛 사이를 얼라인하기가 용이하다.
제2 이미지 마크(IM2) 역시 적어도 2개의 단위 마크(IMb)를 포함해서 구성된다. 제2 이미지 마크(IM2)를 이루는 단위 마크(IMb)의 형상은 도 6에서 예시하는 바처럼, 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 일 예로, 단위마크(IMb) 중 하나는 사각형 모양이고, 다른 하나는 원 모양일 수 있다. 이 단위 마크는 스캔 방향을 따라 배열되는 것이 바람직하다. 이처럼 단위 마크가 스캔 방향을 따라 배열되어야, 이웃한 노광 유닛 사이를 얼라인하기가 용이하다.
그리고, 제2 노광유닛(10b) 역시 제1 노광유닛(10a)과 마찬가지로, DMD(200)를 제어해 이미지 마크(IM)를 표시한다. 제2 노광유닛(10b)이 표시하는 이미지 마크 역시 제1 노광유닛(10a)에 의한 이미지 마크와 동일한 것을 표시한다.
도 7은 제1 노광유닛(10a)과 제2 노광유닛(10b)에 의해 형성된 제1 패턴유닛(PU1)과 제2 패턴유닛(PU2)을 보여준다.
제1 패턴유닛(PU1)은 제1 영역(A1)에 위치하는 제2 이미지 마크(IM2)와, 제2 영역(A2)에 위치하는 제1 이미지 마크(IM2)를 포함하며, 제2 패턴유닛(PU2) 역시 제1 영역(A1)에 위치하는 제2 이미지 마크(IM2)와, 제2 영역(A2)에 위치하는 제1 이미지 마크(IM2)를 포함한다.
제1 패턴유닛(PU1)의 제2 영역(A2)은 제2 패턴유닛(PU2)의 제1 영역(A2)과 중첩해 중첩영역을 형성한다. 이때, 제1 패턴유닛(PU1)의 제2 영역(A2)에 위치하는 제1 이미지 패턴(IM1)은 제2 패턴유닛(PU2)의 제1 영역(A1)에 위치하는 제2 이미지 패턴(IM2)과 중첩 영역에서 겹쳐져 보이게 된다.
따라서, 제1 이미지 패턴(IM1)과 제2 이미지 패턴(IM2)이 중첩영역에서 오차없이 포개진다면, 제1노광유닛(10a)과 제2 노광유닛(10b)은 얼라인된 상태를 의미하며, 만일 오차가 있다면, 제1 노광유닛(10a)과 제2 노광유닛(10b) 중의 어느 하나를 조정해서 얼라인시킴으로써 제1노광유닛(10a)과 제2 노광유닛(10b) 사이를 얼라인 시킬 수 있다(S13 단계).
이상의 설명은 카메라에 의해 획득한 이미지를 통해서 노광유닛 사이를 정렬하는 형태로 설명을 했으나, 이처럼 노광 유닛 사이를 정렬한 다음에 기판에 형성된 포토레지스트를 패터닝하고, 중첩영역에서 보여지는 패턴 형상을 통해서도 얼라인 상태를 확인할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (5)

  1. 패턴을 형성하는 디지털 미러 디바이스(DMD)와 광학계를 포함해 구성된 다수의 노광유닛으로 이뤄진 마스크리스 노광 장치를 얼라인 하는 방법으로,
    상기 노광유닛에 마련된 얼라인키를 이용해서 각 노광유닛을 얼라인(align)하는 단계와,
    상기 노광유닛의 DMD를 제어해서 스캔 방향을 기준으로 2등분한 제1 영역과 제2 영역에 각각 제1 이미지 마크와 제2 이미지 마크를 표시하되, 제1 노광유닛의 제1 영역과 상기 제1 노광유닛과 이웃하는 제2 노광유닛의 제2 영역의 일부를 서로 중첩시켜 중첩 영역을 생성하는 단계와,
    상기 중첩 영역에 표시된 상기 제1 노광유닛의 제1 이미지 마크와 상기 제2 노광유닛의 제2 이미지 마크의 정렬 상태로 상기 제1 노광유닛과 제2 노광유닛의 얼라인을 조정하는 단계
    를 포함하는 마스크리스 노광 장치의 얼라인 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이미지 마크는 상기 제1 영역에 상기 스캔 방향을 따라 배열되는 둘 이상의 제1 단위 마크를 포함하고, 상기 제2 이미지 마크는 상기 제2 영역에 상기 스캔 방향을 따라 배열되는 둘 이상의 제2 단위 마크를 포함하는 마스크리스 노광 장치의 얼라인 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 이미지 마크의 제1 단위 마크와, 상기 제2 이미지 마크의 제2 단위 마크는 상기 중첩 영역에서 겹쳐 보이는 마스크리스 노광 장치의 얼라인 방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 단위 마크는 상기 제2 단위 마크를 확대 또는 축소한 닮은꼴 모양인 마스크리스 노광 장치의 얼라인 방법.
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