KR20150034502A - 마스크리스 노광장치의 제조 방법 - Google Patents

마스크리스 노광장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기판의 상부에 금속층을 적층하는 단계와, 상기 금속층의 상부에 포토 레지스트를 적층하는 단계와, 상기 포토 레지스트의 상부에 마이크로 렌즈 어레이를 배치하는 단계와, 상기 마이크로 렌즈 어레이에 빛을 조사하여 상기 포토 레지스트를 패터닝하는 단계와, 상기 패터닝된 포토 레지스트에 의해 노출된 금속층을 식각하여 홀을 형성하는 단계를 포함하는 광학 스팟의 제조 방법에 있어서,을 제공한다.

Description

마스크리스 노광장치의 제조 방법{Method Of Manufacturing Maskless Exposure Apparatus}
본 발명은 광학 스팟과 마이크로 렌즈 어레이의 초점 사이의 이격이 최소화되는 마스크리스 노광장치의 제조 방법에 관한 것이다.
노광장치는 주로 차광부와 개구부가 형성된 마스크 레이어를 이용하여 일 기판상에 패턴을 형성하는 공정을 수행할 수 있는 것이다.
노광장치는 기판에 패턴을 형성하는 공정에서 반드시 필요한 것이나, 이에 포함되는 마스크 레이어의 제조 비용이 매우 높은 문제가 있어 공정의 횟수를 감소하거나, 노광 공정시 포토 레지스트를 제거하는 등의 기술 등 비용 절감을 위한 여러가지 구조 및 기술이 제안되었다.
그러나, 디스플레이 장치를 제조하는 노광장치의 경우 근래에 들어 디스플레이 장치의 크기가 점차 커짐에 따라 포토 레지스트층을 노광하기 위한 마스크 레이어의 넓이 또한 증가하기 때문에 공정 횟수 감소와 같은 노력에도 비용이 증가하는 추세이다.
이러한 문제를 가진 마스크 레이어를 대체하기 위하여, 노광할 위치에 선택적으로 빛이 공급되도록 기울여지는 수십만 개의 초소형 정사각형 거울이 배열된 디지털 마이크로 미러 장치(Digital Micromirror Device)를 사용하는 마스크리스 노광장치가 제안되었다.
이러한 마스크리스 노광장치는 아래 도 1을 첨부하여 설명하도록 한다.
도 1은 마스크리스 노광장치의 마이크로 렌즈 어레이와 광학 스팟의 배치를 나타낸 개요도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 마스크리스 노광장치는 빛을 받아 기판에 형성된 렌즈를 통하여 빛을 집광하는 마이크로 렌즈 어레이(10)와, 마이크로 렌즈 어레이(10)의 빛이 확산되지 않도록 차단하는 광학 스팟(11, Optical Spot)을 포함한다.
마이크로 렌즈 어레이(10)는 공급된 빛을 선택적으로 반사하는 디지털 마이크로 미러부의 빛을 받아 집광하는 것으로, 일면, 또는 양면에 복수의 집광 렌즈가 형성된 것이다.
집광 렌즈를 통과하는 빛은 일 지점을 기준으로 집광된 후, 넓은 범위로 확산하는 특성을 나타내기 때문에, 마이크로 렌즈 어레이(10)는 미세한 크기의 다수의 홀이 형성된 광학 스팟(11)을 통해 확산 현상을 방지한다.
이와 같이 형성되는 마스크리스 노광장치는 마이크로 렌즈 어레이(10)를 통과하여 집광되는 빛의 확산을 방지하기 위해 광학 스팟(11)에 형성된 홀과의 매칭이 매우 중요하다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 마이크로 렌즈 어레이(10)와 광학 스팟(11)은 각각이 서로 독립된 공정에 의해 형성되는데, 이는 마이크로 렌즈 어레이(10)와 광학 스팟(11)의 배치가 완벽히 된 경우에도 A와 같이 초점이 일치하지 않는 문제가 발생하는 원인이 된다.
광학 스팟(11)에 형성된 홀에 초점이 일치하지 않는 빛은 광학 스팟(11)의 차광면에 의해 반사되어 산란하는 현상이 발생하는데, 이는 아래 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
도 2는 종래의 마이크로 렌즈 어레이와 광학 스팟의 초점이 일치하지 않음에 따라 발생하는 빛의 산란을 나타낸 시뮬레이션 데이터이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이와 광학 스팟의 초점이 일치하지 않을 경우, 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 후 광학 스팟의 광 차단부에 빛이 조사되고, 이에 따라 빛이 산란하게 되어 목표 홀(20)과 이웃하는 누설 홀(21)에 빛이 조사되어 멍과 같은 형태의 얼룩(Mura, 25)이 발생한다.
얼룩이 발생하는 경우, 대상으로 하는 기판에 정확한 노광을 할 수 없기 때문에 빛샘이 발생하게 되어 목표 영역이 아닌 영역에 빛이 조사되고, 이에 따라 패턴의 품질이 감소하므로 기판 제조 후 단선, 또는 합선으로 인한 불량이 발생한 가능성이 높아지게 된다.
이에 따라, 마이크로 렌즈 어레이와 광학 스팟의 초점을 정확하게 일치시켜 빛의 산란을 최소화할 수 있는 기술에 대한 요구가 높아지고 있다.
본 발명은 마스크리스 노광장치를 구성하는 마이크로 렌즈 어레이와 광학 스팟이 서로 다른 공정에 의해 생성되어 배치 후에도 렌즈와 홀의 위치가 정확하게 일치하지 않아 마이크로 렌즈 어레이에 의해 집광된 빛이 광학 스팟에서 반사하여 발생하는 빛의 산란 현상에 의해 원치 않는 위치까지 패터닝 됨으로써 기판의 패턴 품질이 감소하고 불량률이 증가하는 문제를 해결하고자 한다.
상기한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 기판의 상부에 금속층을 적층하는 단계와; 상기 금속층의 상부에 포토 레지스트를 적층하는 단계와; 상기 포토 레지스트의 상부에 마이크로 렌즈 어레이를 배치하는 단계와; 상기 마이크로 렌즈 어레이에 빛을 조사하여 상기 포토 레지스트를 패터닝하는 단계와; 패터닝된 상기 포토 레지스트에 의해 노출된 상기 금속층을 식각하여 홀을 형성하는 단계를 포함하는 광학 스팟의 제조 방법을 제공한다.
그리고, 상기 금속층은 크롬으로 형성되는 것을 포함한다.
그리고, 상기 포토 레지스트는 노광시 제거되는 포지티브 포토 레지스트인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 기판은 각각 정렬을 위한 정렬 키를 더욱 포함한다.
한편, 본 발명은, 기판의 상부에 금속층을 적층하는 단계와; 상기 금속층의 상부에 포토 레지스트를 적층하는 단계와; 상기 포토 레지스트의 상부에 마이크로 렌즈 어레이를 배치하는 단계와; 상기 마이크로 렌즈 어레이에 빛을 조사하여 상기 포토 레지스트를 패터닝하는 단계와; 패터닝된 상기 포토 레지스트에 의해 노출된 상기 금속층을 식각하여 홀을 형성하여 광학 스팟을 완성하는 단계와; 상기 마이크로 렌즈 어레이와 상기 광학 스팟을 조립하는 단계와; 조립된 상기 마이크로 렌즈 어레이와 상기 광학 스팟의 상부에 광 확산부를 배치하는 단계와; 조립된 상기 마이크로 렌즈 어레이와 상기 광학 스팟의 하부에 프로젝션 렌즈를 배치하는 단계와; 상기 광 확산부의 상부에 광원 반사부를 배치하는 단계와; 상기 광원 반사부를 향하도록 광원을 배치하는 단계를 포함하는 마스크리스 노광장치의 제조 방법을 제공한다.
그리고, 상기 광원 반사부는 공간 광 변조기인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 마이크로 렌즈 어레이와 상기 광학 스팟은 정렬 키를 기준으로 조립되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 마스크리스 노광장치 및 이에 구비되는 광학 스팟의 제조 방법은 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 광학 스팟에 다수의 홀을 형성함으로써 배치 후에도 렌즈에 의해 집광된 빛과 홀의 위치를 정확하게 일치시킴에 따라 홀 외부에서 반사되는 빛을 최소화하여 산란 현상이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 마스크리스 노광장치의 마이크로 렌즈 어레이와 광학 스팟의 배치를 나타낸 개요도이다.
도 2는 종래의 마이크로 렌즈 어레이와 광학 스팟의 초점이 일치하지 않음에 따라 발생하는 빛의 산란을 나타낸 시뮬레이션 데이터이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광장치를 구성하는 마이크로 렌즈 어레이와 광학 스팟을 통과하는 빛을 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광장치 중 광학 스팟 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광장치 및 이에 구비되는 광학 스팟의 제조 방법은 도면을 첨부하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광장치를 구성하는 마이크로 렌즈 어레이와 광학 스팟을 통과하는 빛을 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광장치(100)는 노광을 위한 파장의 빛을 공급하는 광원(101)과, 광원(101)에서 공급된 빛을 선택적으로 차단하여 공급될 빛을 선택하는 광원 반사부(110)와, 상기 광원 반사부(110)로부터 빛을 받아 기판에 형성된 렌즈를 통하여 빛을 집광하는 마이크로 렌즈 어레이(160) 및 이에 빛을 전달하는 광 확산부(120)와, 마이크로 렌즈 어레이(160)에 의해 집광된 빛이 확산되는 것을 방지하는 홀(175)이 다수 형성된 광학 스팟(170)과, 광학 스팟(170)에서 출력되는 빛이 노광하고자 하는 대상물의 표면에 투사될 수 있도록 굴절시키는 프로젝션 렌즈(180)로 형성된다.
광원(101)은 대상물에 적층된 포토 레지스트를 경화시키거나 패터닝 하는 파장의 빛을 조사하는 것으로, 본 발명의 실시예와 같이 광원 반사부(110)를 구비하는 경우, 조사 효율을 향상시키기 위해 높은 에너지와 광 밀집도를 갖는 레이저를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 예로 든 마스크리스 노광장치의 광원 반사부(110)는 일 대각선 축을 기준으로 약 +10~-10°의 기울어짐이 가능한 디지털 마이크로 미러를 사용하는 것으로, 이를 사용할 경우 배치된 수십만 개의 마이크로 미러 각각의 각 변화를 통해 상기 광원(101)으로부터 공급된 빛을 마이크로 렌즈 어레이(160)에 선택적으로 반사할 수 있다.
디지털 마이크로 미러는 마이크로 렌즈 어레이(160)에 빛을 공급하기 위한 장치의 한 종류로, 이는 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator)를 비롯하여 마이크로 렌즈 어레이(160)에 빛을 선택적으로 공급할 수 있는 장치로 대체하여 사용이 가능하다.
광원 반사부(110)에 사용되는 디지털 마이크로 미러는 별도의 제어부(미도시)와 연결되어 제어부(미도시)에서 전송하는 데이터 신호에 따라 마이크로 미러의 각을 조절할 수 있으며, 이때 제어부(미도시)가 전송하는 데이터 신호는 비트맵(Bitmap), 또는 압축 이미지(JPG)와 같은 화상 데이터, 또는 이들을 광원 반사부(110)에서 표현 가능하도록 변조한 것일 수 있다.
광학 스팟(170)은, 종래에 독립된 공정으로 형성되는 마이크로 렌즈 어레이(160)와 광학 스팟(170)의 규격 오차를 근본적으로 방지하기 위해 제조된 것으로, 마이크로 렌즈 어레이(160)의 렌즈에서 집광되는 빛의 위치에 따라 홀(175)이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 나타내는 광학 스팟(170)을 사용할 경우, 마이크로 렌즈 어레이(160)의 렌즈에서 집광되는 빛의 위치에 따라 홀(175)이 형성되어 상기 마이크로 렌즈 어레이(160)와 상기 광학 스팟(170)의 홀(175) 형성시의 정렬이 유지될 경우, 집광되는 빛의 위치와 홀(175)의 위치는 항상 균일하므로, 집광된 빛이 홀(175) 외부를 조사할 가능성이 감소하게 되고, 집광된 빛과 홀(175)의 초점 오차에 의해 반사되는 빛 또한 감소하게 되어 결과적으로 산란 현상을 방지할 수 있게 된다.
이러한 광학 스팟(170)의 제조 방법은 아래 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광장치 중 광학 스팟 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광장치의 광학 스팟(170)을 형성하기 위해 투명 기판(171)상에 금속층(172)과 포토 레지스트층(173)을 적층한다.
이때, 금속층(172)은 크롬(Chrome)으로 형성될 수 있으며, 포토 레지스트층(173)은 노광시 제거되는 광 감응성 포토 레지스트(Positive Photo Resist)를 사용할 수 있다.
이후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이(160)를 포토 레지스트층(173)의 상부에 위치시킨 후 빛을 조사하여 포토 레지스트층(173)을 패터닝한다.
이때, 도면에는 도시되지 않았으나, 마이크로 렌즈 어레이(160)와 광학 스팟(170) 각각에는 이들이 정확히 배치될 수 있도록 위치를 설정하기 위한 정렬 키(Align Key)를 형성하여 마이크로 렌즈 어레이(160)와 광학 스팟(170) 배치시 서로 어긋나지 않도록 하는 것이 바람직하다.
마이크로 렌즈 어레이(160)에 대응하도록 고정된 광학 스팟(170)은 노광시 마이크로 렌즈 어레이(160)를 통과하여 집광된 빛에 의해 포토 레지스트층(173)이 패터닝되고, 패터닝 된 포토 레지스트층(173)에 의해 금속층(172)이 노출된다.
이후, 도 4c에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이(160)를 광학 스팟(170)으로부터 분리시킨 후, 노출된 금속층(172)을 식각할 경우 홀(175)을 형성할 수 있다.
식각이 끝난 광학 스팟(170)은 마이크로 렌즈 어레이(160)에 형성된 각각의 렌즈에 대응하는 위치에 홀(175)이 형성된 것으로, 도 4d와 같이 포토 레지스트층(173)을 제거한 후, 마이크로 렌즈 어레이(160)와 광학 스팟(170) 각각에 형성된 정렬 키(Align Key)가 일치하도록 배열하여 빛의 산란을 방지하는 구조의 마스크리스 노광장치를 형성할 수 있다.
한편, 이와 같이 형성된 광학 스팟(170)을 이용하는 마스크리스 노광장치를 제조하는 방법을 설명하기 위해 다시 도 3을 참조한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 마스크리스 노광장치를 제조하기 위해서, 정렬 키(Align Key)에 의해 비치된 마이크로 렌즈 어레이(160)와 광학 스팟(170)의 상부와 하부에는 각각 광 확산부(120)와 프로젝션 렌즈(180)을 배치할 필요가 있다.
이때, 광 확산부(120)는 마이크로 렌즈 어레이(160)의 상부에 배치되어 마이크로 렌즈 어레이(160)에 형성된 다수의 집광 렌즈 각각에 빛을 전달하는 것이고, 프로젝션 렌즈(180)는 광학 스팟(170)의 하부에 배치되어 광학 스팟(170)을 통과한 빛이 패턴을 형성하기 위한 하부 기판으로 전달되도록 굴절시키는 것이다.
한편, 광 확산부(120)의 상부에 형성되는 광원 반사부(110)는 광원(101)으로부터 받은 빛을 선택적으로 반사하여 광 확산부(120)에 전달할 수 있도록 배치되는 것으로, 광원(101)과 광원 반사부(110), 광 확산부(120) 내지 프로젝션 렌즈(180)의 배치는 광원 반사부(110)가 빛을 반사할 수 있는 각도에 의해 변경될 수 있다.
상기와 같은 제조 방법에 따라 형성된 광학 스팟(170)을 사용하는 마스크리스 노광장치는 마이크로 렌즈 어레이(160)에 형성된 각각의 렌즈에 대응하여 홀(175)이 형성되므로 렌즈의 형태에 오차가 발생한 경우에도 집광된 빛이 산란되지 않는 효과가 있으며, 이에 의해 빛샘 현상이 크게 감소하는 효과가 발생하게 된다.
또한, 빛샘 현상이 감소하여 불필요한 위치의 포토 레지스트가 패터닝되는 것을 방지하는 효과를 갖게 되어 회로의 단선 및 합선이 발생하는 문제를 방지할 수 있어 좁은 폭의 회로를 다수 형성할 경우 발생하는 불량을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 마스크리스 노광장치 101 : 광원
110 : 광원 반사부 120 : 광 확산부
160 : 마이크로 렌즈 어레이 170 : 광학 스팟
175 : 홀 180 : 프로젝션 렌즈

Claims (7)

  1. 기판의 상부에 금속층을 적층하는 단계와;
    상기 금속층의 상부에 포토 레지스트를 적층하는 단계와;
    상기 포토 레지스트의 상부에 마이크로 렌즈 어레이를 배치하는 단계와;
    상기 마이크로 렌즈 어레이에 빛을 조사하여 상기 포토 레지스트를 패터닝하는 단계와;
    패터닝된 상기 포토 레지스트에 의해 노출된 상기 금속층을 식각하여 홀을 형성하는 단계
    를 포함하는 광학 스팟의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층은 크롬으로 형성되는 것을 포함하는 광학 스팟의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토 레지스트는 노광시 제거되는 포지티브 포토 레지스트인 것을 특징으로 하는 광학 스팟의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 기판은 각각 정렬을 위한 정렬 키를 더욱 포함하는 광학 스팟의 제조 방법.
  5. 기판의 상부에 금속층을 적층하는 단계와;
    상기 금속층의 상부에 포토 레지스트를 적층하는 단계와;
    상기 포토 레지스트의 상부에 마이크로 렌즈 어레이를 배치하는 단계와;
    상기 마이크로 렌즈 어레이에 빛을 조사하여 상기 포토 레지스트를 패터닝하는 단계와;
    패터닝된 상기 포토 레지스트에 의해 노출된 상기 금속층을 식각하여 홀을 형성하여 광학 스팟을 완성하는 단계와;
    상기 마이크로 렌즈 어레이와 상기 광학 스팟을 조립하는 단계와;
    조립된 상기 마이크로 렌즈 어레이와 상기 광학 스팟의 상부에 광 확산부를 배치하는 단계와;
    조립된 상기 마이크로 렌즈 어레이와 상기 광학 스팟의 하부에 프로젝션 렌즈를 배치하는 단계와;
    상기 광 확산부의 상부에 광원 반사부를 배치하는 단계와;
    상기 광원 반사부를 향하도록 광원을 배치하는 단계
    를 포함하는 마스크리스 노광장치의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광원 반사부는 공간 광 변조기인 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광장치의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이와 상기 광학 스팟은 정렬 키를 기준으로 조립되는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광장치의 제조 방법.

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