KR100487430B1

KR100487430B1 - 노광기와 그를 사용한 노광 방법

Info

Publication number: KR100487430B1
Application number: KR10-2001-0071084A
Authority: KR
Inventors: 황태웅; 신중섭
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2005-05-03
Also published as: KR20030040674A

Abstract

본 발명은 노광기와 그것을 이용한 노광 방법에 관한 것으로서, 광을 출사하는 광원과, 상기 광원에서 출사된 광을 선택적으로 통과시키는 슬릿과, 상기 슬릿을 통해 출사된 광을 통과시키고 복수개의 패턴이 정의된 마스크와, 상기 마스크를 탑제하여 일정 방향으로 이동하는 마스크 스테이지와, 상기 마스크를 통과한 광의 경로를 변경하는 광경로 변경수단과, 상기 마스크 스테이지와 동일한 방향으로 상기 마스크 스테이지보다 빠른 속도로 이동하며 상기 마스크에 정의된 패턴이 형성될 기판을 탑제한 기판 스테이지를 포함하여 구성함에 그 특징이 있다.

Description

노광기와 그를 사용한 노광 방법{Exposure Equipment And Method For Exposuring Using The Same}

본 발명은 액정표시장치 제조용 노광기와 상기 노광기를 사용한 노광 방법에 관한 것이다.

현재 표시장치로는 CRT, 액정표시장치, EL, PDP 등이 상용되고 있으나, 특히 액정표시장치는 저전압 구동과 풀칼라 구현, 동일 화면 크기의 다른 표시장치에 비해 경박 단소등의 특징으로 인해 모니터, 노트북컴퓨터, 개인 휴대 단말기에 사용되며 최근 그 용도가 TV, 항공용 모니터등으로 확대되고 있다. 액정표시장치는 평판 표시장치이고 그 재료로 평판 유리를 사용하고 있다. 그리고 반도체 제조 공정과 유사한 공정을 거친 박막 트랜지스터를 채용한 액정표시장치가 대부분의 수요를 차지하고 있다. 여기서, 박막 트랜지스터 제조 공정은 몇 개의 마스크와 동일 횟수의 노광 공정을 거치게 된다.

즉, LCD 패널의 TFT 기판은 공정 방법에 따라 4~8개의 마스크가 필요하고, 4~8번의 노광 과정을 거치게 된다. 5가지 마스크와 5번의 노광 과정을 사용하는 예를 들면, 게이트부 형성시, 액티브층 형성시, 소오스-드레인 형성시, 보호막 패터닝시, 그리고 화소 전극 패터닝시가 된다.

일반적으로, 액정표시장치의 제조 과정은 위의 공정을 각각의 패널에 실시하는 것이 아니라 대형 유리 기판에 몇 개의 패널(예를 들어, 4개 또는 6개)을 한번에 형성하고 이를 각각의 패널로 잘라내어 사용하게 된다. 그리고, 사용하는 유리 기판의 크기에 따라 액정표시장치의 세대를 구분하는데 보통 노광 장비는 최초 설계된 유리 기판의 크기에 맞추어 설계되고, 그 노광 영역을 변경할 수 없는 것이 일반적이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 의한 노광기와 그를 사용한 노광 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 노광기 단면도이고, 도 2a는 종래의 노광기 작동 모식도이고, 도 2b는 종래의 노광기를 사용하여 노광하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 종래의 노광기는 수직 아래 방향으로 광을 출사하는 광원(100)과, 상기 광원(100)에서 출사된 광을 선택하여 통과시키는 슬릿(110)과, 상기 슬릿(110)에서 출사된 광을 통과시키고 일정 방향으로 이동하는 마스크(120)와, 상기 마스크(120)를 통과한 광의 경로를 변경하는 미러 박스(150)와, 기판(130)을 고정하고 상기 마스크(120) 이동 방향으로 이동하는 스테이지(140)로 구성된다. 상기 기판(130)은 상기 마스크(120) 이동 방향으로 이동한다.

그리고, 마스크(120) 이동 속도와 스테이지(140)에 탑제된 기판(130)의 이동 속도가 같다.

도 2a와 같이, 슬릿(110)을 통과하여 마스크(120)를 통과한 광이 기판(130)에 조사될 때, 마스크(120)를 탑제한 스테이지(도면에 표시하지 않음)의 이동 속도와 기판(130)을 탑제한 스테이지(도면에 표시하지 않음)의 이동 속도가 같으므로(1:1) 마스크(120)의 크기만큼 기판(130)에 1:1 스캔된다. 여기서, 마스크(120)를 탑제한 스테이지를 구동하는 모터와 기판(130)를 탑제한 스테이지를 구동하는 모터에 동기 신호를 인가한다. 인가된 동기 신호로 인하여 같은 속도로 이동하므로 노광 가능 영역은 도면 부호 160과 같이 형성되고 노광기의 물리적인 노광 영역은 변화되기 어렵다. 도면 부호 170은 이동 속도를 표시한 것이다.

그리고 도 2b와 같이, 노광 가능 영역이 560mm인 경우 마스크 상에 한 셀을 배치하여 기판상에 4번의 노광을 실시해야 한다. 즉, 패턴된 셀은 마스크에 의해 기판에 1:1로 전달되므로 통상의 패널 노광 공정은 4회 반복하게 된다. 도면에서와 같이, 상기 마스크내의 패턴 영역은 두 개를 연속하여 배치하기에는 노광 가능 영역인 560mm가 짧다. 그러므로, 패턴된 셀 하나만을 노광하게 된다. 노광 방향은 화살표 방향이고 도면에서와 같이, 노광할 기판(최종 공정에서 절단됨)을 배치하면 4회 노광 공정을 반복해야만 기판 하나의 노광 한 공정이 완성된다.

여기서, 12.1" ×6, 15" ×4 의 기판을 사용하는 것을 3세대라 하고 상기 기판의 크기는 560mm ×670mm 이다. 액정표시소자의 크기가 커짐에 따라 액정표시소자의 생산은 3세대에서 14.1" ×6, 17" ×4 의 기판(기판 크기 600mm ×720mm)이나 12.1" ×9, 14.1" ×6, 18" ×4의 기판(기판 크기 650mm ×830mm)을 사용한 3.5세대로 이동하고 있다. 이때, 증착, 세정, 포토레지스터 공정 등은 설계시보다 더 큰 크기의 유리 기판을 사용할 수 있는 여유가 있어 3세대의 장비로 3.5세대의 상기 공정을 수행할 수 있으나 3.5세대의 노광 공정은 3세대용 노광 장치가 허용하는 유리 기판의 크기가 정해져 있기 때문에 3세대용 노광 장치를 아예 사용할 수 없거나 사용하더라도 2배 정도의 노광 횟수가 더 필요하게 된다.

즉, 예로 12.1" ×6의 3세대에서는 마스크에 패턴된 셀을 두 개 배치하고 12.1" 패널을 2개씩 3번 노광하였으나 패널이 큰 경우(14.1", 17", 18")인 3.5세대의 기판에 두 개의 패턴된 셀을 가진 마스크로 노광하면 패널이 커서 위 패턴된 셀은 전체가 노광될 수 있으나 아래의 패턴된 셀은 부분만 노광된다. 이때, 큰 패널은 부분 노광 부위는 사용할 수 없으므로 14.1" ×6의 기판 전체를 노광하려면 한 개의 패턴된 셀을 가진 마스크로 6번 노광하여야 한다. 그러므로 노광 시간이 길어져 공정 로스(loss)가 발생한다.

여기서, 노광을 하려면 먼저 얼라인(align)을 하여야 하므로 노광 횟수가 증가하여 얼라인 횟수가 증가함에 따라 노광 시간이 많이 증가된다.

그러므로, 액정표시장치 제조 공정에 있어서, 기판 크기는 한번의 공정 진행시 생산 가능한 패널수를 결정하게 되고, 노광 가능 영역은 노광시 공정 진행 시간을 결정하게 된다.

그리고, 패널이 작은 경우(12.1")에는 여러 패널에 동시에 노광할 필요가 있으므로 아래의 노광되지 않은 부분을 부분 마스크로 노광을 하여 이전 부분 노광된 부분과 스티칭을 하여 연결시킨다. 이때, 노광 샷(shot)간 스티칭 조절이 필요하므로 상하판 미스얼라인(misalign)에 의한 빛샘 불량이 발생할 수 있다.

여기서, 상기와 같은 노광기 및 그를 사용한 노광 방법에는 다음과 같은 문제점들이 있다.

첫째, 현재의 1:1 스캔 타입의 노광기의 경우 마스크 및 기판의 이동 속도가 동기 신호에 의해 동일한 스캔 속도로 구동하기 때문에 초기 장비 설계시 결정되는 노광 가능 영역은 변경할 수 없는 구조로 되어 있다. 따라서 사용자가 필요에 의해 노광 영역을 확대하고 싶을 경우나 기판 크기를 확대하고 싶을 경우 노광 영역의 고정으로 인해 노광 횟수를 증가해야 하기 때문에 노광 시간이 증가되고 이에 따른 수율의 저하 및 하드웨어 개조에 따른 개조 비용이 발생하게 된다.

둘째, 노광 샷(shot)간 스티칭 조절이 필요하므로 상하판 미스얼라인(misalign)에 의한 빛샘 불량이 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 기판과 마스크의 속도 차이를 임의로 조절하여 노광기가 가지고 있는 물리적인 노광 가능 영역의 제한을 받지 않고 마스크상의 일정 비율 축소후 노광 영역의 확대 효과로 인해 원패턴 크기로 확대 노광되고, 노광 횟수를 1/2 이하로 감소할 수 있고 또한, 기판 크기 확대에 대응할 수 있으며, 샷(shot)간 스티칭 조절에 대한 필요성이 사라짐에 따라 상하판 미스얼라인(misalign)에 의한 빛샘 불량을 개선할 수 있는 노광기와 상기 노광기를 사용한 노광 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광기는, 광을 출사하는 광원과, 상기 광원에서 출사된 광을 선택적으로 통과시키는 슬릿과, 상기 슬릿을 통해 출사된 광을 통과시키고 복수개의 패턴이 정의된 마스크와, 상기 마스크를 탑제하여 일정 방향으로 이동하는 마스크 스테이지와, 상기 마스크를 통과한 광의 경로를 변경하는 광경로 변경수단과, 상기 마스크 스테이지와 동일한 방향으로 상기 마스크 스테이지보다 빠른 속도로 이동하며 상기 마스크에 정의된 패턴이 형성될 기판을 탑제한 기판 스테이지를 포함하는 것을 특징이 있다.또한, 상기 노광기를 사용한 노광방법은 패턴이 정의된 마스크를 탑제하는 마스크 스테이지와 상기 마스크에 정의된 패턴이 형성될 기판을 탑제하는 기판 스테이지를 구비한 노광기를 이용한 노광 방법에 있어서, 상기 기판 스테이지의 이동속도를 상기 마스크 스테이지의 이동속도보다 빠르게 이동하면서 노광하는 것을 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 노광기와 상기 노광기를 사용한 노광 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 노광기 단면도이고, 도 4a는 본 발명의 노광기 작동 모식도이고, 도 4b는 본 발명의 노광기를 사용하여 노광하는 과정을 나타낸 도면이고, 그리고 도 4c는 본 발명의 노광기를 사용하여 노광시 화소 전극 증가를 나타낸 도면이다.

도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 노광기는 수직 아래 방향으로 광을 출사하는 광원(300)과, 상기 광원(300)에서 출사된 광을 선택하여 통과시키는 슬릿(310)과, 상기 슬릿(310)에서 출사된 광을 통과시키고 일정 방향으로 이동하는 마스크(320)와, 상기 마스크(320)를 통과한 광의 경로를 변경하는 미러 박스(350)와, 기판(330)을 고정하고 상기 마스크(320) 이동 방향으로 이동하는 스테이지(340)로 구성된다. 상기 기판(330)은 상기 마스크(320) 이동 방향으로 상기 마스크(320) 보다 빠르게 이동한다.

이때, 마스크(320) 이동 속도보다 스테이지(340)에 탑제된 기판(330)의 이동 속도가 빠르다. 여기서, 마스크 이동 속도와 기판의 이동 속도차를 사용자가 임의로 설정할 수 있으므로 노광기의 하드웨어 개조를 최소화하면서 노광 가능 영역을 임의 조절할 수 있다.

도 4a와 같이, 슬릿(310)을 통과하여 마스크(320)를 통과한 광이 기판(330)에 조사될 때, 마스크(320)를 탑제한 스테이지(도면에 표시하지 않음)의 이동 속도와 기판(330)을 탑제한 스테이지(도면에 표시하지 않음)의 이동 속도가 다르므로(1:X(X>1)) 마스크(320)의 확대 비율만큼 기판(330)에 확대 스캔된다. 여기서, 마스크(320)를 탑제한 스테이지를 구동하는 모터와 기판(330)을 탑제한 스테이지를 구동하는 모터에 비동기 신호를 인가한다. 인가된 비동기 신호로 의하여 다른 속도로 이동하므로 노광 가능 영역은 도면 부호 360과 같이 확대되어 형성되고 노광기의 물리적인 노광 영역이 변화된다. 도면 부호 370은 이동 속도를 표시한 것이다.

그리고 일예로 도 4b와 같이, 노광 가능 영역이 560mm인 경우 마스크를 축소시켜 두 셀을 배치하면 기판상에 2회의 노광으로 한 노광 공정이 완성된다. 즉, 패턴된 두 셀은 마스크에 의해 확대 비율만큼 기판에 1:X(X>1)로 확대되어 전달되므로 패널 노광 공정은 2회로 완성된다. 도면에서와 같이, 상기 마스크내의 패턴 영역은 두 개를 연속하여 배치하기에는 노광 가능 영역인 560mm가 짧다. 그러므로, 패턴된 셀 두 개를 배치하려면 마스크를 축소시킨다. 이때, 축소된 마스크는 노광 공정동안 확대될 크기만큼 축소시킨다. 그런 다음 기판의 이동 속도를 마스크 이동 속도보다 크게 하여 노광 공정을 수행하면 원하는 패턴의 크기로 기판이 형성된다. 노광 방향은 화살표 방향이고 도면에서와 같이, 노광할 기판(최종 공정에서 절단됨)을 배치하면 2회 노광 공정으로 기판 하나의 노광 한 공정이 완성된다. 그러므로, 노광 횟수가 1/2로 감소한다.

여기서, 560mm는 장변의 길이이고, 마스크를 동일한 것을 사용하고 상대 스캔 속도를 가변하여 기판 확대에 대응하는 방법과, 마스크를 다른 것을 사용하고 기판 확대에 대응하는 방법중 노광기의 하드 웨어의 개조를 최소로 줄이는 방법은 동일한 마스크를 사용하고 스캔 속도를 가변하는 것이다.

또한, 일예로 마스크 이동 속도 : 기판 이동 속도가 1 : 1.05의 비율을 적용하게 되면 560mm의 마스크 패턴 영역을 588mm의 영역으로 확대 노광할 수 있다. 이때, 마스크 상의 패턴 크기는 4㎛ 패턴에서 4.2㎛로 확대 노광되기 때문에 설계시 3.8㎛로 축소 계산 적용하면 된다(3.8㎛×1.05 = 3.99㎛). 여기서, 기판 이동 속도차에 의한 패턴의 확대 효과를 보고자 할 경우는 마스크 설계시 확대될 만큼의 비율로 패턴의 계산된 크기를 마스크 패턴에 반영하면 된다. 그 결과, 원하는 크기의 기판의 패턴이 얻어진다.

도 4c는 본 발명의 노광기를 사용하여 노광시 화소 전극 증가를 나타낸 도면으로, 마스크 패턴이 1:1.05의 비율로 확대 노광된 기판을 나타낸 것이다.

여기서, 노광 영역이 확대됨에 따라 샷(shot)간 스티칭의 필요성이 사라져 상하판 미스얼라인(misalign)에 의한 빛샘 불량이 발생하지 않는다.

그리고, 12.1" ×6, 15" ×4 의 기판을 사용하는 것을 3세대라 하고 상기 기판의 크기는 560mm ×670mm 이다. 액정표시소자의 크기가 커짐에 따라 액정표시소자의 생산은 3세대에서 14.1" ×6, 17" ×4 의 기판(기판 크기 600mm ×720mm)이나 12.1" ×9, 14.1" ×6, 18" ×4의 기판(기판 크기 650mm ×830mm)을 사용한 3.5세대로 이동하고 있다. 이때, 증착, 세정, 포토레지스트 공정 등은 설계시보다 더 큰 크기의 유리 기판을 사용할 수 있는 여유가 있어 3세대의 장비로 3.5세대의 상기 공정을 수행할 수 있고 3.5세대의 노광 공정은 본 발명의 3세대용 노광 장치로 수행할 수 있다.

즉, 예로 12.1" ×6의 3세대에서 마스크에 패턴된 셀을 두 개 배치하고 12.1" 패널을 2개씩 3번 노광하는 것처럼 본 발명에서는 패널이 큰 경우(14.1", 17", 18")인 3.5세대의 기판에 두 개의 패턴된 셀을 가진 축소된 마스크로 확대 노광하면 14.1" ×6의 기판 전체를 2개씩 3번 노광할 수 있다. 그러므로 기판이 확대되는 경우 노광 시간을 증가시키지 않으면서 확대된 기판을 노광할 수 있고 공정 로스(loss)가 발생하지 않는다.

상기와 같은 본 발명의 노광기와 상기 노광기를 사용한 노광 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 마스크 이동 속도와 기판의 이동 속도차를 사용자가 임의로 설정할 수 있으므로 노광기의 하드웨어 개조를 최소화하면서 노광 가능 영역을 임의 조절할 수 있다.

둘째, 노광 영역이 확대됨에 따라 큰 기판을 노광할 수 있다.

셋째, 노광 영역이 확대됨에 따라 노광 횟수를 줄일 수 있어 노광 시간이 감소된다.

넷째, 노광 영역이 확대됨에 따라 샷(shot) 간 스티칭 조절에 대한 필요성이 사라져 상하판 미스얼라인(misalign)에 의한 빛샘 불량 개선 효과가 있다.

다섯째, 장비의 교체없이 생산성을 높일 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

도 1은 종래의 노광기 단면도.

도 2a는 종래의 노광기 작동 모식도.

도 2b는 종래의 노광기를 사용하여 노광하는 과정을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 노광기의 단면도.

도 4a는 본 발명의 노광기 작동 모식도.

도 4b는 본 발명의 노광기를 사용하여 노광하는 과정을 나타낸 도면.

도 4c는 본 발명의 노광기를 사용하여 노광시 화소 전극 증가를 나타낸 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

300 : 광원 310 : 슬릿

320 : 마스크 330 : 기판

340 : 스테이지 350 : 미러 박스

351 : 사다리꼴 미러(제 1미러)

352 : 중앙 미러(제 2미러) 353 : 오목 미러(제 3미러)

360 : 노광 가능 영역 370 : 스캔 속도

Claims

광을 출사하는 광원과,

상기 광원에서 출사된 광을 선택적으로 통과시키는 슬릿과,

상기 슬릿을 통해 출사된 광을 통과시키고 복수개의 패턴이 정의된 마스크와,

상기 마스크를 탑제하여 일정 방향으로 이동하는 마스크 스테이지와,

상기 마스크를 통과한 광의 경로를 변경하는 광경로 변경수단과,

상기 마스크 스테이지와 동일한 방향으로 상기 마스크 스테이지보다 빠른 속도로 이동하며 상기 마스크에 정의된 패턴이 형성될 기판을 탑제한 기판 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광기.
제 1항에 있어서, 상기 마스크에 2개의 셀이 배치됨을 특징으로 하는 노광기.
패턴이 정의된 마스크를 탑제하는 마스크 스테이지와 상기 마스크에 정의된 패턴이 형성될 기판을 탑제하는 기판 스테이지를 구비한 노광기를 이용한 노광 방법에 있어서, 상기 기판 스테이지의 이동속도를 상기 마스크 스테이지의 이동속도보다 빠르게 이동하면서 노광하는 것을 특징으로 하는 노광방법.