KR100246590B1 - 사진 석판 장치 - Google Patents

Abstract

사진 석판 장치에 관해 개시된다. 개시된 사진 석판 장치는 광원과, 상기 광원으로부터 조사된 빛의 적외선을 제거하며 소정각도로 빛을 반사시키는 콜드미러와, 상기 반사된 빛이 통과되는 렌즈군을 가지는 조명계와; 상기 조명계로부터 조명된 빛을 집광시키는 집광렌즈와, 상기 집광된 빛을 소정 방향으로 반사시키는 프리즘과, 상기 프리즘에 의해 반사된 빛을 소정패턴의 어미자가 형성된 테스트 플레이트 상면에 투사시키는 투사렌즈와, 상기 테스트 플레이트의 상면에 투사된 빛이 반사되어 상기 프리즘에 의해 소정 패턴의 아들자가 형성된 레티클에 투사되며 이 빛을 시각적으로 볼 수 있도록 설치된 현미경을 가지는 투사계;를 포함하여 된 것을 특징으로 한다. 이로써, 상기 테스트 플레이트의 어미자와 상기 레티클의 아들자간의 이격거리가 현미경을 통해 실시간 측정될 수 있으므로 종래에 비해 정밀한 측정이 가능하다는 이점이 있다.

Description

사진 석판 장치

본 발명은 사진 석판 장치에 관한 것으로서, 실시간 정렬측정이 가능하도록 그 구조가 개선된 사진 석판 장치에 관한 것이다.

통상적으로 사진 석판 장치는 반도체 및 액정 표시 소자 등에 노광장치의 하나로 사용되는데, 도 1에 사진 석판 장치의 일 예를 나타내었다.

도면을 참조하면, 사진 석판 장치는 광원으로부터 조사되는 빛을 균일하게 조명시키며 특정 파장의 빛을 선택하여 노광하는 조명계와, 상기 조명계로부터 조사된 빛을 최소한의 수차로 투사시키는 투사계로 대별된다.

상기 조명계는 광원(1)과, 상기 광원(1)의 소정 둘레에 설치된 반사판(2)과, 상기 광원(1)의 하방에 소정 각도로 설치된 제1 콜드미러(3)와, 제1 콜드미러(3)에서 반사되는 빛의 진행선상에 위치한 셔터(4)와, 셔터(4)를 지난 빛의 진행선상에 위치한 렌즈군(5)(5')과, 상기 렌즈군(5)(5') 사이에 설치된 필터(6)와, 렌즈군(5)(5')을 지난 빛의 경로상에 설치되어 빛을 반사시키는 제2 콜드미러(7)를 구비한다.

상기 투사계는 상기 조명계로부터 조명된 빛을 소정 부위로 집광시키는 집광렌즈(8)와, 상기 집광렌즈(8)의 하방에 위치하며 소정 패턴의 레티클이 형성된 레티클 스테이지(11)와, 상기 레티클 스테이지(11)의 하방에 위치하여 레티클 스테이지(11)를 지난 빛을 투사시키는 투사렌즈군(14)(14')과, 상기 투사렌즈군(14)(14')을 통과한 빛이 투영되는 플레이트 스테이지(12)로 이루어진다. 상기 레티클 스테이지(11)와 투사렌즈군(14)(14')사이에는 투사렌즈(8)로부터 투사된 빛을 상기 투사렌즈군(14)(14')으로 반사시키는 프리즘(13)이 설치된다.

상기한 구성으로 이루어진 사진 석판 장치에 의하면, 광원(1)에서 방출된 여러 파장의 빛은 반사판(2)에서 부딪히면서 개구된 하방으로만 반사된다. 반사판(2)에 의해 한 곳으로 반사된 빛은 제1 콜드미러(3)에 의해 적외선이 제거된다.

상기 제1 콜드미러(3)를 통해 소정 방향으로 반사된 빛은 셔터(4)의 개폐량에 따라 노광량이 조절된다. 조절된 노광은 렌즈군(5)(5')을 통과하게 된다. 이때, 렌즈군(5)(5') 사이에 설치된 필터(6)를 지나면서 불필요한 파장의 빛은 제거된다. 상기 렌즈군(5)(5')을 지난 빛의 일부는 제2 콜드미러(7)에 다다르고, 제2 콜드미러(7)로부터 소정 각도로 반사된 빛은 집광렌즈(8)에 이르러 집광되며, 레티클 스테이지(11)에 다다른다. 레티클 스테이지(11)에 장착되는 레티클에 형성된 마크는 상기 집광렌즈(8)로부터 빛을 받아 투사렌즈군(14)(14')을 통해 플레이트 스테이지(12)의 상면에 투사된다. 이때 플레이트 스테이지의 상면에 투사딘 노광패턴을 분석함으로써 사진 석판 장치의 정밀도가 평가된다. 평가항목은 여러 가지가 있을 수 있겠지만 대표적인 것이 해상도와 왜곡도이다. 특히, 해상도는 얼마나 작은 크기까지 구분이 가능한가를 판가름하는 기준이 되는데, 이를 위해 종래에는 마크를 레티클에 형성하여 이를 플레이트 스테이지 상면에 복사하고, 복사된 상기 노광패턴을 현상한 후, 현미경을 통해 현상된 패턴을 관찰하여 사진 석판 장치의 정밀도를 측정하였다.

이때, 상기한 레티클 스테이지에 놓이는 레티클의 형상을 플레이트 스테이지의 상면에 복사하는 사진 석판 장치에 있어서, 가장 중요한 것은 투사계이다. 따라서, 투사계의 부품들을 어떻게 조립하는냐에 따라 정밀도가 결정된다.

따라서, 투사계 부품들의 조립후에 해상도와 왜곡도의 측정은 중요하다. 특히, 왜곡도의 측정은 투사계 부품들의 조립상황을 바로 알 수 있는 광학계의 수차에 해당된다. 참고로, 왜곡도란, 광학계의 렌즈들은 배율을 갖게 되는데 광축에서 일정거리 이격된 물체의 위치에 따라 배율의 변화가 생기는 것을 말한다. 광축으로부터 이격거리에 따른 왜곡도의 크기를 도 2에 나타내었다. 따라서, 왜곡도는 여러 렌즈로 이루어진 광학계에서 각 렌즈의 공차에 의한 위치 및 기울기 오차에 의해서 발생되므로 그 값으로부터 렌즈의 조립오차등을 추측할 수 있었다. 따라서, 투사계 부품들의 조립에 있어서, 왜곡도 측정후, 왜곡도에 따라 투사렌즈군의 위치를 변경함으로써 그 왜곡도를 보정하였다. 이때, 왜곡도를 측정하기 위해서 일반적인 두가지 방법이 이용된다.

첫 번째 방법은 광전자방식으로써, 기준이 되는 레티클에 새겨진 마크를 투사계를 거쳐 플레이트 스테이지 위에 올려진 마크위에 상을 형성하도록 하였다. 형성된 두 마크의 변위량에 따라 플레이트 스테이지를 움직여가면서 상이 형성된 위치를 측정하게 된다.

두 번째 방법은 직접 노광을 하여 그 마크의 모양을 플레이트 스테이지 상면의 웨이퍼 또는 플레이트에 현상을 하여 현상된 마크를 위치 측정장비를 이용하여 그 위치를 측정함으로써 그 왜곡도를 측정한다. 이 측정된 왜곡도에 따라 렌즈의 위치 보정량이 결정되고 투사계의 렌즈를 미세조정하여 왜곡도가 거의 없도록 하였다.

그러나, 이러한 두 방법들은 플레이트 스테이지의 이동오차 및 정밀도등에 따라 측정값이 죄우된다. 특히, 현상공정의 영향과 적정의 초점 위치 예컨데, 원판의 상에 대한 해상도가 가장 좋은 광축상의 지점의 결정이 일관성이 없는 관계로 정확한 왜곡도의 측정이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 그 구조가 개선되어 정렬의 정밀도에 대한 실시간 측정이 가능한 사진 석판 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 사진 석판 장치를 도시한 도면이다.

도 2는 광축과의 이격거리에 따른 왜곡량을 도시한 그래프이다.

도 3과 도 4는 정렬마크중 어미자와 아들자를 각각 도시한 도면이다.

도 5는 변위량이 없을 경우의 아들자와 어미자의 중첩된 상태를 도시한 도면이다.

도 6은 변위량이 생길 경우의 아들자와 어미자의 중첩된 상태를 도시한 도면이다.

도 7은 해상도 차트를 도시한 도면이다.

도 8과 도 9는 레티클과 테스트 플레이트 상면에 각각 설치된 어미자와 아들자를 도시한 도면이다.

도 10은 본 발명에 따른 사진 석판 장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

1...광원 2...반사판

3...제1 콜드미러 4...셔터

5, 5'...렌즈 6...필터

7...제2 콜드미러 8...집광렌즈

11...레티클 스테이지 12...플레이트 스테이지

13...프리즘 14, 14'...투사렌즈

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광원과, 상기 광원으로부터 조사된 빛의 적외선을 제거하며 소정각도로 빛을 반사시키는 콜드미러와, 상기 반사된 빛이 균일하게 조명되도록 소정의 복수 코팅층이 형성된 렌즈군을 가지는 조명계와; 상기 조명계로부터 조명된 빛을 집광시키는 집광렌즈와, 상기 집광된 빛을 소정 방향으로 반사시키는 프리즘과, 상기 프리즘에 의해 반사된 빛을 소정패턴의 어미자가 형성된 테스트 플레이트 상면에 투사시키는 투사렌즈와, 상기 테스트 플레이트의 상면에 투사된 빛이 반사되어 상기 프리즘에 의해 소정 패턴의 아들자가 형성된 레티클에 투사되며 이 빛을 시각적으로 볼 수 있도록 설치된 현미경을 가지는 투사계;를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 사진 석판 장치의 일 실시예를 상세히 설명한다. 도 10은 본 발명에 따른 사진 석판 장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 사진 석판 장치는 광원의 빛을 균일한 빛으로 조명하는 조명계와, 조명된 빛을 소정 부위로 투사하는 투사계로 대별된다.

상기 조명계에는 광원(51)이 구비된다. 상기 광원(51)으로는 높은 광출력을 얻기 위하여 초고압 수은 램프가 사용되는 것이 바람직하다. 광원(51)의 둘레에는 소정 방향으로 개구된 반사판(52)이 설치된다. 상기 반사판(52)의 개구방향으로 제1 콜드미러(53)가 소정 각도로 경사지게 마련되며, 상기 제1 콜드미러(53)에서 반사되는 빛의 진행 경로상에 셔터(54)와 렌즈군(55)(55')이 설치된다. 상기 셔터(54)는 개폐량이 조절되도록 형성되며, 상기 렌즈군(55)(55')의 렌즈들 사이에는 필터(56)가 마련된다. 그리고, 상기 렌즈군(55)(55')에 통과된 빛의 진행경로상에 제2 콜드미러(57)가 소정 각도로 경사지게 설치된다. 이때, 상기 콜드미러들과 필터는 광학 필터로서, 특정 파장의 빛만 투과시키고 나머지 파장의 빛은 흡수하거나 반사시켜 빛의 순수도를 높이기 위해 사용된다. 특히, 콜드미러들은 온도상승의 원인이 되는 적외선을 제거하는 역할을 한다.

상기 투사계에는 상기 제2 콜드미러(57)의 하방에 마련되어 제2 콜드미러(57)에서 반사된 빛을 집광시키는 집광렌즈(58)가 구비된다. 상기 집광렌즈(58)의 하방에는 두 개의 프리즘(62)(65)이 소정각도로 설치되는데, 제1프리즘(62)의 양측으로 레티클 스테이지(69)와 현미경(610)이 각각 마련되고, 제1프리즘(62)의 하방에 위치한 제2프리즘(65)의 측면에는 투사렌즈군(66)(66')이 설치되며 제2프리즘(65)의 하방에는 스테이지 플레이트(68)가 설치된다. 상기 레티클 스테이지(69)의 상면에는 도 4에 도시된 직사각형의 아들자(32)가 형성된 레티클이 장착된다. 상기 아들자(32)는 상기 제1프리즘(62)으로부터 일부 반사된 빛에 의해 상기 현미경(610)으로 투사된다. 상기 스테이지 플레이트(68)의 상면에는 테스트 플레이트가 장착되며, 상기 테스트 플레이트의 상면에는 도 3에 도시된 다수의 어미자(31)가 형성된다. 상기 어미자(31)는 폭이 다른 세 개의 직사각형이 합쳐진 형상이며 그 로인해 2개의 단차가 형성되어 있으며, 어미자(31)들간의 이격거리는 상기 아들자(32)의 가로의 길이와 같게 위치한다.

상기한 구조의 사진 석판 장치에 의하면, 상기 광원(51)으로부터 조사된 빛은 반사판(52)에 의하여 개구된 한 방향으로 진행된다. 반사판(52)의 소정의 개구방향으로 조사된 빛은 제1콜드미러(53)에 다다르면서 소정 각도로 반사된다. 이때, 제1콜드미러(53)를 지나는 빛은 적외선이 제거된 상태로 셔터(54)를 통과하게 된다. 상기 셔터(54)는 빛의 통로 반경을 조절함으로써 빛의 통과량을 조절하게 되며, 셔터(54)를 통과한 빛은 렌즈군(55)(55')을 통과하게 된다. 이때, 렌즈군(55)(55') 사이에 설치된 광학 필터(56)에 의해 특정 파장의 빛만 투과시키게 된다. 상기 렌즈군(55)(55')을 통과한 빛은 제2콜드미러(57)에서 반사되며, 남아있는 적외선이 제거된다. 상기 제2콜드미러(57)에서 반사된 균일한 빛은 집광렌즈(58)를 통과하면서 집광되고, 집광된 빛은 제1프리즘(62)과 제2프리즘(65)을 통과하게 된다. 제2프리즘(65)에서 반사된 빛은 투사렌즈군(66)(66')을 통과하게 되고 다시 제2프리즘(65)에 이르러 플레이트 스테이지(68)의 상면에 투사된다. 상기 플레이트 스테이지(68)에 투사된 빛은 상면에 장착된 테스트 플레이트의 어미자 정렬마크를 투사하게 되고 정렬마크를 투사한 빛은 제2프리즘(65)에 다시 반사되어 투과렌즈군(66)(66')을 왕복진행하고 상기 제1프리즘(62)에 다다른다. 상기 제1프리즘(62)에서 반사된 빛은 측면부에 위치한 레티클 스테이지(69)를 투과한다. 레티클 스테이지(69)의 상면에 장착된 아들자 정렬마크를 투과하게 된다. 아들자 정렬마크를 투과한 빛은 레티클 스테이지(69) 측면부에 위치한 현미경(610)을 통과하여 사람의 눈에 인식된다. 이때, 스테이지 플레이트(68)의 상면에 위치한 어미자 정렬마크도 상기 제1프리즘과 투사렌즈군 및 제2프리즘을 통과하여 레티클 스테이지를 거쳐 현미경(610)내로 입사되므로 상기 어미자(31)와 아들자(32) 정렬마크가 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 중첩된다. 도 5를 참조하면, 다수이 어미자(31) 사이에 아들자(32)가 놓이게 되며, 두 정렬마크간의 변위량은 없게 된다. 도 6에 나타낸 아들(32)자와 어미자(31)는 변위량이 있는 경우이며 서로 간섭된 모양이 나타난다. 이와같이, 레티클 스테이지(69) 상면에 그 위치를 알고 있는 어미자(31)의 정렬마크가 형성된 레티클을 설치하고 플레이트 스테이지(68)에는 아들자(32) 정렬마크가 새겨진 테스트 플레이트를 설치한다. 따라서, 조명계에서 조명된 빛은 프리즘(62)(65)들을 통해 레티클에 조명되고 일부 반사된 빛은 어미자(31)의 상을 현미경(610)의 레티클에 형성시킨다. 레티클에 일부 통과된 빛은 투사계를 거쳐 테스트 플레이트에 조명되고 거기서 반사된 빛은 레티클에 상을 형성시킨다. 이때, 테스트 플레이트가 최적의 광축상에 위치하고 있지 않다면 아들자(32)의 형상은 뚜렷하게 보이지 않게 되므로 뚜렷하게 보이도록 플레이트 스테이지(68)를 광축방향으로 조정하도록 한다. 최적의 광축상에 위치한 테스트 플레이트가 다시 레티클의 어미자와 같이 상을 형성하면 투사계의 왜곡도 혹은 배율변화에 대해서 그 위치가 다르게 되므로 달라진 그 위치값을 현미경(610)을 통하여 실시간으로 측정하게 된다. 이로써, 렌즈조정과 동시에 왜곡도값과 배율값을 산출함으로써 렌즈조정이 용이하게 된다.

도 7은 해상도 챠트를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 사진 석판 장치는 플레이트 스테이지의 상면에 장착된 테스트 플레이트에 해상도 차트(40)를 설치하고 각 자유도에 따른 상의 해상도 변화를 육안으로 관찰함으로써 이후에 광전자방식으로 측정한 것과 노광공정을 통해 측정된 값을 비교할 수 있다.

도 8과 도 9는 각각 플레이트 스테이지와 레티클 스테이지에 형성된 어미자(31)와 아들자(32)를 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 어미자(31)와 아들자(32)는 플레이트 스테이지의 테스트 플레이트와 레티클 스테이지의 레티클에 가로 및 세로에 각각 3개씩 총 9개가 형성되며 각각의 변위량이 현미경을 통해 측정된다.

상기 사진 석판 장치는 다음과 같은 효과가 수반된다.

첫째, 정렬의 정밀도에 대한 실시간 측정이 가능하다.

본 발명에 따른 사진 석판 장치는 레티클 스테이지의 상면에 놓인 레티클에 아들자 정렬마크를 형성시키고, 플레이트 스테이지에 어미자 정렬마크를 형성시킴으로써 두 정렬마크의 상대적인 위치이동을 현미경을 통해 측정할 수 있도록 하였다. 특히, 상기 현미경을 사진 석판 장치의 투사계에 일체로 설치하였기 때문에 정렬 정밀도에 대한 실시간 측정이 가능하도록 하였다.

둘째, 노광작업이 용이해진다.

상기한 바와 같이 정렬 정밀도의 실시간 측정이 가능하기 때문에 종래에 비해 작업이 단순해지기 때문에 노광작업이 용이해지는 이점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (1)

1. 광원과, 상기 광원으로부터 조사된 빛의 적외선을 제거하며 소정각도로 빛을 반사시키는 콜드미러와, 상기 반사된 빛이 균일하게 조명되도록 소정의 복수 코팅층이 형성된 렌즈군을 가지는 조명계와;

   상기 조명계로부터 조명된 빛을 집광시키는 집광렌즈와, 상기 집광된 빛을 소정 방향으로 반사시키는 프리즘과, 상기 프리즘에 의해 반사된 빛을 소정패턴의 어미자가 형성된 테스트 플레이트 상면에 투사시키는 투사렌즈와, 상기 테스트 플레이트의 상면에 투사된 빛이 반사되어 상기 프리즘에 의해 소정 패턴의 아들자가 형성된 레티클에 투사되며 이 빛을 시각적으로 볼 수 있도록 설치된 현미경을 가지는 투사계;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 사진 석판 장치.

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