KR20050078408A - 노광 정렬 방법 및 이를 위한 패턴 마스크 - Google Patents

노광 정렬 방법 및 이를 위한 패턴 마스크 Download PDF

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Abstract

노광 작업 테이블에 기판을 장착하는 단계, 패턴 마스크의 윈도우를 통해 기판의 모서리가 정위치에 있는가를 확인하고 정위치가 아닌 경우 기판의 위치 조정을 통해 기판을 정위치에 놓는 단계, 패턴 마스크를 통해 기판에 노광용 빛을 조사하는 단계를 구비하여 이루어지는 노광 정렬 방법과 이 방법에 적합하도록 기판의 모서리 가운데 적어도 대각선의 방향의 두 기판 모서리에 대응하는 위치에 기판 모서리를 관찰할 수 있는 윈도우가 구비됨을 특징으로 하는 패턴 마스크가 개시된다. 윈도우에는 기판의 모서리점에 해당하는 부분을 포함하도록 별도의 패턴 마크가 형성될 수 있다.

Description

노광 정렬 방법 및 이를 위한 패턴 마스크{Method of alignment for exposure and pattern masks for the method}
본 발명은 표시장치 제조 과정 중의 노광에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노광 정렬 방법 및 그 방법에 사용되기 적합한 패턴 마스크에 관한 것이다.
현재 표시장치의 화면 대형화 추세가 계속되고, 특히 PDP(플라즈마 디스플레이 판넬) 등은 대형 화면을 지향하는 표시장치라 할 수 있다. 더욱이, 최근의 평판디스플레이 제품에 사용되는 기판의 생산성과 원가절감을 위하여 하나의 원판에서 여러 장의 기판을 만드는 공법인 다면취 공법이 개발되고 있다.
화면 대형화와 다면취 공법의 무리없는 적용을 위하여 대형 기판에 패턴을 정확하고 효율적으로 형성할 수 있는 방법이 요구된다. 표시장치의 판넬에 도전 패턴이나 R,G,B 형광체막을 형성하기 위해서는 인쇄나 포토리소그래피(노광법)를 통상 이용하게 된다. 포토리소그래피를 이용하여 표시장치에 패턴을 형성할 때 기판의 정확한 위치에 패턴이 형성되기 위해서 기판과 마스크 사이의 정렬이 정확히 이루어져야 한다. 그런데, 현재 사용되는 표시장치 기판과 마스크 사이의 정렬은 간접 정렬 방식을 사용하고 있어서 그 정확성에 한계가 있다.
도1은 종래의 기판 초기 정렬 방법을 나타내기 위한 설명도이다.
도1을 참조하여 현재 사용되는 정렬 방식인 오프셋(OFFSET) 방식을 살펴보면, 기판(20)에는 초기 정렬을 위한 정렬 마크가 별도로 형성되지 않는다. 노광을 위해 기판(20)이 노광 장치의 작업 테이블(10)에 장착되면 기판에 정렬 마크가 없어 마스크(30)와 기판(20) 사이의 정위치 정렬을 할 직접적인 방법이 없었다. 따라서, 이송 장치에 의해 기판(20)이 테이블(10)의 일정 위치에 이송될 것을 전제하고, 테이블(10)의 네 모서리에 반사거울 등을 이용하여 테이블 정렬 마크(12)를 형성하고, 이 테이블(10) 상의 정렬 마크(12)와 마스크 정렬 마크(32)를 정합시키는 방법으로 노광 정렬을 실시한다.
그러나, 종래 정렬 방법의 전제가 되는, 기판의 테이블로의 정위치 이송은 마스크의 탈착에 의한 오차, 기구적인 센터링의 공차, 이송장치에 의한 이송 오차, 제품별 기판 크기 오차 등에 따른 복합적 오차로 인하여 일정 정밀도 이상으로 이루어지기 어렵다. 따라서, 먼저 양산 공정에 앞서 더미 기판 일정 매수를 라인에 흘려 테이블 상의 마크와 마스크 정렬 마크를 정렬하고 노광을 실시한다. 그리고, 그 결과를 측정하여 정렬 오차 및 위치 산포를 측정하고 통계처리하여 정확한 정렬을 이한 기구 조정 가감치(오프셋 값)를 정한다. 이 가감치에 따라 노광 장치를 조정하고 양산용 노광을 실시한다.
이런 종래의 오프셋 방식 노광 정렬에서는 오차 요인이 복합적이라 관련된 일부 요인만 바뀌어도 기존 오프셋 값에 의한 정렬이 틀어져 불량이 발생할 수 있다. 그리고, 기구적인 조정을 통해서는 여전히 통계적인 오차 요인들이 존재하므로 일정 이상의 정밀도를 실현하기 어렵다. 또한, 변경 요인이 발생할 때마다 혹은 일정 매수 노광 후마다 더미 기판을 일정 매수 흘려보내면서 결과를 측정하고 그 값에 따라 기구 조정을 실시해야 하므로 작업 능률이 떨어진다. 종래의 노광 방법은 공정을 실시간으로 직접 관리할 수 없고 문제가 발생한 뒤 후공정에서 이를 감지하게 되므로 불량율이 높아지기 쉽다는 단점도 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 직접 육안으로 기판과 마스크 사이의 노광 정렬을 확인하면서 노광 공정을 실시할 수 있는 노광 정렬 방법 및 그에 적합한 패턴 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기판과 마스크 사이의 정렬 정밀도를 높이고, 즉시로 불량 발생을 감지할 수 있는 노광 정렬 방법 및 그에 적합한 패턴 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 더미 기판을 사용하지 않음으로써 공정 능률을 높일 수 있는 노광 정렬 방법 및 그에 적합한 패턴 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광 정렬 방법은, 노광 작업 테이블에 기판을 장착하는 단계, 패턴 마스크의 윈도우를 통해 기판의 모서리가 정위치에 있는가를 확인하고 정위치가 아닌 경우 기판의 위치 조정을 통해 기판을 정위치에 놓는 단계, 패턴 마스크를 통해 기판에 노광용 빛을 조사하는 단계를 구비하여 이루어진다.
본 발명에서 패턴 마스크의 윈도우를 통해 기판 모서리를 확인하기 위해서 모니터링시의 확인 작업에 방해가 될 수 있는 패턴은 이미지 처리 프로그램을 통해 제거할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 패턴 마스크에는 기판의 모서리 가운데 적어도 대각선의 방향의 두 기판 모서리에 대응하는 위치에 기판 모서리를 관찰할 수 있는 윈도우가 구비됨을 특징으로 한다.
본 발명의 패턴 마스크에서 윈도우는 해당 기판 모서리의 두 변을 이등변으로 하는 직각 이등변 삼각형의 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때 윈도우에서 이등변 가운데 한 변은 기판 상의 길이로 10mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 윈도우에는 기판의 모서리점에 해당하는 부분을 포함하도록 별도의 패턴 마크가 형성될 수 있으며, 이때 패턴 마크에서의 최대 길이는 윈도우 상의 최대 길이의 1/10 이하가 되는 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도2는 본 발명의 방법을 설명하기 위한 개념 설명도이며, 도3 및 도4는 본 발명 패턴 마스크의 실시예들을 통해 정렬이 이루어지는 상태에서 윈도우 주변부를 나타내는 설명도이다.
도2를 참조하면, 노광을 실시함에 있어서 첫 단계에서 종래와 같이 작업 테이블(10)에 기판(20)이 안착된다. 그러나 기판 노광에 사용되는 패턴 마스크(40)에는 종래와 달리 4 모서리쪽에 윈도우(42)를 가지고 있다. 편의상 윈도우(42)는 정방형의 예를 도시하였다. 노광 방법은 패턴 마스크(40)가 기판(20)에 근접 혹은 밀착되는 방법일 수 있고, 일정 거리 이격되는 방법일 수도 있다. 근접 방식에서 패턴 마스크의 패턴은 기판에 1:1의 크기로 전사되고, 이격 방식에서는 패턴 마스크의 패턴은 빛의 방사각에 의해 혹은 렌즈 시스템에 의해 확대 전사될 수 있다. 이들 가운데 어느 경우이건 기판면을 모니터링할 때 정확한 정렬이 이루어진 상태라면 패턴 마스크(40)의 윈도우(42) 내의 정위치에 기판 모서리(22)가 오도록 패턴 마스크(40)에 윈도우(42)가 형성되어야 한다.
기판(20)이 테이블(10)에 놓인 상태에서 패턴 마스크(40)를 통해 기판(20)을 관찰한다. 이때 기판의 네 모서리(22)가 패턴 마스크에 형성된 네 윈도우(42)의 정위치에 있지 않다면 테이블(10) 내에서의 기판(20)의 이동을 통해 정렬이 정확히 이루어지도록 한다. 정렬이 된 후에는 패턴 마스크(40)를 통해 기판(20)에 대한 노광이 이루어진다.
도3을 참조하면, 패턴 마스크에 형성된 윈도우(42)는 정방형이고, 윈도우(42)에는 기판 정렬 마크(44)가 별도로 형성된다. 기판 정렬 마크(44)는 정방형, 원형 등으로 이루어질 수 있고, 윈도우(42)의 정중앙 혹은 정중앙을 원점으로 하는 평면상의 2사분면상에 위치되는 것이 바람직하다. 윈도우(42) 내의 기판 정렬 마크(44)가 너무 크면 정확한 정렬이 어려우므로 윈도우(42)의 크기에 비해 작게 가령 기판 정렬 마크(44)의 일 방 길이가 윈도우(42)의 일 방 길이의 1/10 정도가 되도록 하며, 정렬상 허용오차의 크기를 고려하여 그 크기를 결정한다.
윈도우(42)는 한 변을 10mm 정도로 마스크 상의 다른 정렬 마크들과 비교할 때 크게 하는 것이 바람직하다(이하 윈도우와 모니터링 카메라를 통한 관찰 영역인 FOV-field of view가 비슷한 크기로 생각하고 이들을 혼용하여 사용한다). 기판의 모서리(22)는 직각으로 형성된 상태에서 파손 등의 위험을 줄이기 위해 모따기를 하는 것이 통상적이다. 이런 경우 기판(20)의 두 변이 직각으로 만나는 모서리점이 존재하지 않게 된다. 이런 경우, 기판의 모서리(22)에서는 모서리(22)를 이루는 두 개의 실제 변이 추세적으로 연장되어 직각으로 만나는 가상점(26)이 윈도우(42) 내의 기판 정렬 마크(44) 내에 위치하도록 정렬을 실시한다. 변을 이루는 직선이 만나는 가상점(26)을 목측으로 정하기 위해서는 변의 상당 부분이 윈도우(42)를 통해 관찰되는 것이 필요하다. 따라서 윈도우(42)의 크기는 큰 것이 바람직하다. 가상점(26)을 보다 정확히 정하기 위해 도시되지는 않지만 윈도우(42) 내에 모눈 패턴을 형성하는 것도 고려될 수 있다.
한편, 윈도우(42)를 종래의 모니터 영역보다 크게 하기 위해서 모니터 영역을 비추는 조명을 강화할 필요가 있다. 통상 정렬 모니터용 카메라(50)를 위해 기판을 비추는 조명은 카메라(50)와 연결되는 경통(52)에 수직으로 부착된 원통(56) 및 반사경(54)을 이용하여 기판에 빛을 조사한다. 이런 조명은 원래의 광원의 빛을 나누어 대상을 비추는 것이 많고, 경통(52) 상의 렌즈(58) 등의 영향으로 조명 대상 영역의 중앙부 일변 3mm 정도의 면적만 밝게 비추고 주위는 어두운 상태가 된다. 따라서 한 변이 10mm 정도인 윈도우 영역 전체를 비추기 위해서는 조명 장치(66,64)를 모니터링 카메라 장치와 별도로 운영하는 것이 바람직하다. 도5는 이런한 조명의 개선 전 및 후를 개념적으로 나타내는 설명도이다.
정렬시 패턴 마스크 상의 다른 패턴에 의해 혼동이 오는 것을 방지하고 정렬의 기준이 되는 패턴 마스크의 윈도우 내 기판 정렬 마크(44)와 기판의 모서리에 있는 모따기 부분(24)을 부각시키는 것이 정렬의 편의상 바람직하다. 기판 정렬 마크(44) 및 모따기 부분(24) 부각을 위해, 마스크를 통해 기판 정렬을 모니터하는 카메라의 화상신호는 모니터 화면에 기판 정렬 마크(44)와 모따기 부분(24)만을 나타내도록 이미지 처리 장치를 거치게 될 수 있다.
도4를 참조하면, 도3의 경우 윈도우(42)가 정방형임에 비해 패턴 마스크의 윈도우(42')가 직각 이등변 삼각형의 형상을 가지고 있다. 윈도우(42')는 이등변 삼각형의 직각 모서리 부분에 기판의 모서리가 위치되도록 형성된다. 즉, 윈도우는 기판과의 정정렬 상태에서 기판 모서리를 이루는 기판의 두 변과 평행한 두변을 가지는 직각 이등변 삼각형의 형태로 이루어진다. 이는 윈도우를 정방형으로 할 경우, 정방형의 한 변이 가령 8mm라면 모따기변의 5mm 거리에 패턴 마스크의 격벽 정렬 마크(46) 등의 형성되어야 하므로 윈도우 내에 기존의 다른 정렬 마크가 겹칠 수 있기 때문이다. 윈도우(42')를 도4와 같이 직각 이등변 삼각형으로 하는 경우에도 기판과 패턴 마스크의 정렬은 동일한 방법으로 이루어질 수 있다. 즉, 기판 모서리에서는 모서리를 이루는 두 개의 실제 변이 추세적으로 연장되어 직각으로 만나는 가상점(26)이 윈도우(42') 내의 기판 정렬 마크(44) 내에 위치하도록 정렬을 실시한다. 기판 정렬 마크(44)는 윈도우(42')의 직각 모서리 부근에 위치하게 된다. 이런 형태의 윈도우(42')를 사용하는 경우에도 도3의 정방형 윈도우(42)를 사용하는 경우에 비해 더 불편한 점은 실질적으로 존재하지 않는다.
본 발명에 따르면, 패턴 마스크와 작업 테이블을 정렬시키고 오프셋 값을 산출하는 종래의 노광 정렬 방법에 비해 오프셋 값 산출을 위한 더미 기판을 사용할 필요가 없다. 따라서 오프셋 값 산출에 필요한 시간, 비용과 노력이 줄어들게 된다.
또한, 직접 시각을 통해 정렬을 실시간으로 확인할 수 있으므로 불량이 많이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 종래의 정렬 정밀도가 기구적 한계에 의해 기준을 중심으로 상하 수백 마이크로 메타(μm)였다면 이를 100 마이크로 메타 정도로 줄일 수 있다.
도1은 종래의 기판 초기 정렬 방법을 나타내기 위한 설명도,
도2는 본 발명의 방법을 설명하기 위한 개념 설명도이며,
도3 및 도4는 본 발명 패턴 마스크의 실시예들을 통해 정렬이 이루어지는 상태에서 윈도우 주변부를 나타내는 설명도이고,
도5는 본 발명 방법에 적합하게 조명을 개선한 전후를 개념적으로 나타내는 설명도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 테이블 12: 테이블 정렬 마크
20: 기판 22: 모서리
24: 모따기 부분 26: 가상점
30,40: 마스크 32: 마스크 정렬 마크
42,42': 윈도우 44: 기판 정렬 마크
50: 카메라 60: 빛의 경로

Claims (6)

  1. 노광 작업 테이블에 기판을 장착하는 단계,
    패턴 마스크에 형성된 윈도우를 통해 상기 기판의 모서리가 정위치에 있는가를 확인하고 정위치가 아닌 경우 상기 기판의 위치 조정을 통해 상기 기판을 정위치에 놓는 단계,
    상기 패턴 마스크를 통해 상기 기판에 노광용 빛을 조사하는 단계를 구비하여 이루어지는 노광 정렬 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 윈도우를 통해 상기 기판 모서리가 정위치에 있는지를 확인하는 단계는
    모니터링 카메라로 상기 윈도우의 영역을 찰영하는 단계와
    상기 찰영된 이미지에서 확인 작업에 방해가 될 수 있는 패턴을 이미지 처리를 통해 제거하여 모니터링 화면에 표시하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광 정렬 방법.
  3. 기판 모서리 가운데 적어도 대각선의 방향으로 위치하는 두 기판 모서리에 대응하는 위치에 상기 기판 모서리를 관찰할 수 있는 윈도우가 구비됨을 특징으로 하는 노광용 패턴 마스크.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 윈도우는 기판과의 정정렬 상태에서 상기 기판 모서리를 이루는 상기 기판의 두 변과 평행한 두변을 가지는 직각 이등변 삼각형의 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광용 패턴 마스크.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 윈도우는 일 방향으로의 길이가 10mm 이상의 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 노광용 패턴 마스크.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 윈도우에는 상기 기판과의 정정렬시 상기 기판의 모서리점에 해당하는 부분을 포함하도록 별도의 패턴 마크가 형성됨을 특징으로 하는 노광용 패턴 마스크.
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