KR100550537B1 - 경사 노광기 및 경사 노광방법 - Google Patents

경사 노광기 및 경사 노광방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포토 레지스트가 도포된 기판에 마스크를 통하여 광원을 조사함으로 기판에 경사 구조물 형태의 패턴을 형성시킬 수 있는 노광기 및 노광방법에 관한 것으로서, 특히 기판과 마스크가 조사되는 광원에 대해 수직 이동되는 동시에 회전 이동시킴으로 기판에 연속적으로 각도가 변화되는 경사 구조물 형상의 패턴을 형성시킬 수 있기 때문에 다양한 형상의 패턴을 형성시킬 수 있는 이점이 있다.
노광기, 경사 노광기, 기판, 포토 레지스트, 마스크, X-ray, 스테이지

Description

경사 노광기 및 경사 노광방법 {a tilted exposer and a exposing method}
도 1은 본 발명에 따른 경사 노광기가 도시된 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 경사 노광방법이 도시된 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 경사 노광방법에 의해 기판에 패턴이 형성되는 제작과정이 도시된 도면,
도 4는 본 발명에 따른 경사 노광방법에 의해 그루브 형태의 패턴이 형성된 기판이 도시된 도면이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
52 : 기판 스테이지 54 : 마스크 스테이지
56 : 스캔 스테이지 56a : 직선이동 스테이지
56b : 회전이동 스테이지 A : 경사 구조물
M : 마스크 PR : 포토 레지스트
S : 기판
본 발명은 포토 레지스트가 도포된 기판에 마스크를 통하여 광원을 조사함으로 기판에 경사 구조물 형태의 패턴을 형성시킬 수 있는 노광기 및 노광방법에 관한 것으로서, 특히 기판과 마스크가 조사되는 광원에 대해 수직 이동되는 동시에 회전 이동시킴으로 기판에 연속적으로 각도가 변화되는 경사 구조물 형상의 패턴을 형성시킬 수 있는 경사 노광기 및 경사 노광방법에 관한 것이다.
최근 화상 표시장치는 대면적화 고선명화되고 있으며, 액정표시장치(Liquid crystal display : LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma display panel : PDP) 등과 같은 다양한 평판 디스플레이 장치(Flat panel device : FPD)에 대한 수요가 급증하고 있다.
상기와 같이 평판 디스플레이 패널은 기판에 패턴을 형성시키기 위하여 감광막 도포, 노광, 현상, 화학적 식각 등의 여러 공정을 걸쳐 작업하게 됨으로 양산성 및 수율이 떨어지게 된다.
따라서, 최근에는 평판 디스플레이 패널이 대면적화 및 고선명화되는 추세로 보다 정밀한 가공이 요구됨에 따라 반도체 제작 공정을 이용하게 되는데, 그 중에서도 미세 구조물을 제작하는데 LIGA(Lithographie, Galvanoformung, Abformung) 공정이 많이 적용되고 있다.
여기서, LIGA 는 수 Å 정도의 짧은 파장을 갖는 고 에너지의 X-ray를 이용 하여 초소형, 초정밀 금형 및 3차원 구조물을 일괄 가공하는 기술로써, X-ray를 이용하여 레지스트 틀을 형성하는 X-ray 사진식각공정과, 레지스트 틀에 금속을 도금하여 채워 넣는 전주도금공정과, 금형을 이용하여 플라스틱 제품을 제작하는 사출성형공정으로 이루어진다.
이때, 상기 LIGA 은 방사선 가속기에서 생성되는 수 Å의 파장을 가진 고에너지의 X-ray를 이용하는 기술로 짧은 파장을 사용하기 때문에 일반 반도체 공정으로는 실현할 수 없는 광학적 용도로도 이용 가능한 거칠기를 가진 고정밀도의 금형 및 3차원 구조물을 가공할 수 있는 기술이다.
이와 같이 LIGA 기술을 이용하여 제작되는 경사 구조물은 대부분 노광 공정에서 경사 노광방법을 통하여 제작된다.
구체적으로, 기판에 경사진 형상의 패턴을 형성하는 경사 노광방법을 살펴보면, 포토 레지스트(Photo resist)가 도포된 기판과 일정한 형상의 마스크가 겹쳐지도록 장착되고, 상기 기판과 마스크가 일측 방향으로부터 조사되는 X-ray 에 대해 일정각도로 회전된 다음, 상기 기판과 마스크가 조사되는 X-ray 에 대해 수직 이동된다.
따라서, 상기 기판에 상기 기판에 도포된 포토 레지스트는 상기 마스크의 형상대로 부분적으로 노광되어 분자결합구조가 변형되고, 이와 같이 노광된 포토 레지스트를 현상시키면 패턴이 형성되되, 포토 레지스트가 포지티브 포토 레지스트(Positive photo resist)인 경우 노광된 부분이 현상하면 제거되고, 포토 레지스트가 네거티브 포토 레지스터(Negative photo resist)인 경우 노광되지 않은 부분이 현상하면 제거되면서 상기 기판에 패턴이 형성된다.
물론, 상기 기판과 마스크가 조사되는 X-ray 에 대해 경사지게 위치된 상태에서 상기 마스크를 통하여 상기 기판 측으로 X-ray 가 조사되기 때문에 상기 기판에는 경사 구조물로 이루어진 패턴이 형성되는데, 상기 기판과 마스크가 일정한 속도로 X-ray 에 대해 수직 이동되기 때문에 상기 기판에는 일정한 각도의 경사 구조물로 이루어진 패턴이 형성된다.
한편, 상기 기판과 마스크가 X-ray 에 대해 제1회전각도로 경사진 상태에서 X-ray 노광시킨 다음, X-ray 에 대해 제2회전각도로 경사진 상태에서 X-ray 노광시키면, 노광되는 부분의 분자결합구조가 변형되어 마주보는 양면이 서로 다른 각도를 가지도록 경사 구조물이 형성된다.
그러나, 종래의 경사 노광방법은 상기 기판에는 X-ray 에 대해 수직한 방향으로 일정한 각도의 경사 구조물 형태로 패턴을 형성시킬 수 있으므로 다양한 경사 구조물 형태의 패턴을 형성시키는데 한계가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기판과 마스크가 조사되는 광원에 대해 수직 이동되는 동시에 회전 이동될 수 있도록 하여 다양한 경사 구조물 형태의 패턴을 형성시킬 수 있는 경사 노광기 및 경사 노광방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 특징에 따른 경사 노광기는 포토 레지스트가 도포된 기판이 장착되는 기판 스테이지와; 상기 기판 스테이지와 대향되게 설치되는 마스크 스테이지와; 상기 기판 스테이지 및 상기 마스크 스테이지를 수직 이동 및 회전시키는 스캔 스테이지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 스캔 스테이지는 상기 기판 스테이지 및 상기 마스크 스테이지를 수직 이동시키는 수직이동 스테이지와; 상기 수직이동 스테이지와 연결되어 상기 수직이동 스테이지를 회전시키는 회전이동 스테이지를 포함하여 구성된다.
특히 상기 회전이동 스테이지 하부에는 베이스가 더 설치되고, 상기 회전이동 스테이지는 상기 베이스에 연결되어 회전된다.
본 발명의 제 2 특징에 따른 경사 노광방법은 포토 레지스트가 도포된 기판과 마스크가 겹쳐지도록 장착되는 제1단계와, 상기 제1단계의 상기 기판 및 상기 마스크에 광원이 수평으로 조사되는 제2단계와, 상기 제2단계에서 조사되는 광원에 대해 상기 기판 및 마스크가 수직으로 이동되면서 회전되는 제3단계를 포함하여 이루어진다.
여기서 상기 제3단계는 상기 기판 및 상기 마스크가 설정된 변화율에 따라 회전되면서 수직이동되거나, 설정된 상수 값으로 수직 이동 및 회전된다.
또한, 본 발명에 따른 경사 노광방법은 포토 레지스트가 도포된 기판과 마스크가 겹쳐지도록 장착되는 제1단계와, 상기 제1단계에서 장착된 기판과 마스크로 광원이 조사되는 제2단계와, 상기 제2단계에서 조사되는 광원에 대해 상기 기판과 마스크가 조사되는 광원에 대해 수직 이동되는 동시에 회전 이동되는 제3단계를 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 경사 노광기가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 경사 노광방법이 도시된 순서도이며, 도 3은 본 발명에 따른 경사 노광방법에 의해 기판에 패턴이 형성되는 제작과정이 도시된 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 경사 노광방법에 의해 그루브 형태의 패턴이 형성된 기판이 도시된 도면이다.
상기 본 발명에 따른 경사 노광기는 도 1에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(PR)가 도포된 기판(S)이 장착되는 기판 스테이지(52)와, 상기 기판 스테 이지(52) 일측에 설치되어 마스크(M)가 장착되는 마스크 스테이지(54)와, 상기 기판 스테이지(52) 및 마스크 스테이지(54)와 연결 설치되어 상기 기판 스테이지(52)와 마스크 스테이지(54)를 조사되는 광원에 대해 수직 이동시키는 동시에 회전 이동시킬 수 있는 스캔 스테이지(56)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 스캔 스테이지(56)는 상기 기판 스테이지(52)와 마스크 스테이지(54)가 일면에 장착되어 상기 기판 스테이지(52)와 마스크 스테이지(54)를 조사되는 광원에 대해 수직 이동시키는 수직이동 스테이지(56a)와, 상기 수직이동 스테이지(56a)의 하부에 일체로 형성되도록 베이스(B)에 회전 가능하게 장착되어 상기 기판 스테이지(52)와 마스크 스테이지(54)가 수직 이동됨에 따라 상기 수직이동 스테이지(56a)를 조사되는 광원에 대해 회전시켜주는 회전이동 스테이지(56b)로 이루어진다.
이때, 상기 회전이동 스테이지(56b)는 베이스(B)의 상측에 회전 가능하게 설치되고, 상기 수직이동 스테이지(56a)는 상기 회전이동 스테이지(56b)의 상면에 일체로 형성되며, 상기 기판 스테이지(52)와 마스크 스테이지(54)는 상기 수직이동 스테이지(56a)에 수직 이동 가능하게 설치된다.
물론, 상기 기판 스테이지(52)와 마스크 스테이지(54)를 수직 이동시키는 동시에 상기 회전이동 스테이지(56b)를 회전시키는 구동부(미도시)가 포함되는 한편, 상기 구동부는 상기 기판 스테이지(52)와 마스크 스테이지(54)의 수직 이동거리에 대해 상기 회전이동 스테이지(56b)의 회전각으로 표시되는 회전각 변화율을 따라 상기 회전이동 스테이지(56b)를 회전시키게 된다.
특히, 상기 회전각 변화율은 일정한 상수로 설정되거나, 상기 기판 스테이지(52)와 마스크 스테이지(54)의 수직 이동거리에 대한 변수로 설정될 수도 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 경사 노광방법이 도시된 순서도이며, 도 3은 본 발명에 따른 경사 노광방법에 의해 기판에 패턴이 형성되는 제작과정이 도시된 도면이다.
본 발명에 따른 경사 노광방법을 도 2와 도 3을 참고로 하여 설명하면, 제1단계는 (a)에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(PR)가 도포된 기판(S)과 마스크(M)가 겹쳐지도록 장착된다.(S1 참조)
여기서, 상기 기판(S)은 상면에 광원이 조사되는 경우 분사결합구조가 변형되는 포토 레지스트(PR)가 도포되고, 상기 마스크(M)는 일정한 형상으로만 빛을 통과시켜 상기 포토 레지스트(PR)를 노광시킬 수 있도록 상기 포토 레지스트(PR)의 전방 측 기판(S)에 겹쳐지도록 장착된다.
이때, 상기 기판(S)과 마스크(M)는 각각 상기 기판 스테이지(52)와 마스크 스테이지(54)에 장착되는 동시에 서로 밀착되게 장착되거나, 소정 간격 이격되도록 장착된다.
다음, 제2단계는 (b)에 도시된 바와 같이 상기 기판(S)과 마스크(M) 측으로 X-ray가 조사된다.(S2 참조)
물론, 상기 마스크(M)를 통하여 상기 기판(S) 측으로 조사되는 광원은 자외선, X-ray 등 다양하게 사용될 수 있지만, 상기 기판(S)에 정밀한 패턴을 형성하기 위하여 광원으로 X-ray가 많이 사용되고 있다.
다음, 제3단계는 (c)와 (d)에 도시된 바와 같이 상기 기판(S)과 마스크(M)가 조사되는 X-ray에 대해 수직하게 이동되는 동시에 회전된다.(S3 참조)
이때, 상기 기판(S)과 마스크(M)가 상기 수직이동 스테이지(56a)를 따라 일정한 속도로 수직 방향으로 이동되는 동시에 상기 회전이동 스테이지(56b)가 일정한 속도로 회전됨에 따라 상기 기판(S)과 마스크(M)는 조사되는 X-ray에 대해 수직 이동 및 회전 이동하게 된다.
물론, 상기 수직 및 회전 이동 속도는 상기 포토 레지스트(PR)의 분자결합구조에 변형이 생길 수 있도록 충분히 X-ray에 노광되는 시간이 고려되어 결정된다.
여기서, 상기 회전이동 스테이지(56b)는 회전각 변화율에 따라 회전되는데, 이러한 회전각 변화율은 사용자에 의해 입력되는 값으로 상기 기판(S)과 마스크(M)의 수직 이동거리와 무관하게 상수로 설정될 수도 있고, 상기 기판(S)과 마스크(M)의 수직 이동거리에 대한 변수로 설정될 수도 있다.
따라서, 상기 기판(S)과 마스크(M)가 조사되는 X-ray 에 대해 수직하게 이동되는 동시에 회전 이동되기 때문에 상기 기판(S)과 마스크(M) 측으로 조사되는 X-ray의 유입 각도(θ)가 변하게 됨으로 상기 기판(S)에 도포된 포토 레지스트(PR)는 연속적으로 각도가 변화되는 경사 구조물의 형태로 노광되고, 이와 같이 노광된 기판이 현상되면, 상기 기판(S)에는 경사 구조물 형태의 패턴이 형성된다.
도 4는 본 발명에 따른 경사 노광방법에 의해 그루브 형태의 패턴이 형성된 기판이 도시된 도면이다.
일예를 들어, 상기와 같은 경사 노광방법으로 그루브 형태의 패턴이 형성된 경우를 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이 조사되는 X-ray에 대해 수직한 X-축 방향으로 그루브 형태의 경사 구조물(A)이 길게 형성되는데, 상기 경사 구조물(A)은 양측 경사각이 각각 상기 X-축 방향으로 상기 기판(S)과 마스크(M)의 이동거리에 따라 그 값이 변하도록 φ1(x) 와 φ2(x)로 설정되되, 선단의 양측 경사각이 각각 φ1(x0)와 φ2(x0)가 되고, 후단의 양측 경사각이 각각 φ 1(xn)와 φ2(xn)이 된다.
여기서, 상기 φ1(x) 와 φ2(x)는 회전각 변화율에 따라 달라지게 되는데, 상기와 같이 양측 경사각이 직선적으로 변하는 경사 구조물 형태의 패턴을 형성하기 위한 경사 노광이 수행되는 경우, 상기 회전각 변화율은 상수로 설정된다.
한편, 양측 경사각이 곡선적으로 변하는 경사 구조물 형태의 패턴을 형성하기 위한 경사 노광이 수행되는 경우, 상기 회전각 변화율은 변수로 설정된다.
따라서, 상기와 같이 회전각 변화율을 다양하게 설정한 후 포토 레지스트(PR)가 도포된 기판(S)을 경사 노광시킬 수 있으므로 상기 기판(S)에 다양한 경사각을 가진 경사 구조물(A) 형태의 패턴을 형성시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의한 경사 노광기 및 경사 노광방법을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 재질을 포함한 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 경사 노광기 및 경사 노광방법은 기판과 마스크가 겹쳐진 상태에서 조사되는 광원에 대해 수직 이동되는 동시에 회전 이동시킬 수 있도록 하여 다양한 경사 구조물 형태의 패턴을 상기 기판에 형성할 수 있기 때문에 한번의 공정으로 기판에 다양한 경사 구조물 형태의 패턴을 형성할 수 있을 뿐 아니라 공정이 간단해지고, 보다 정밀한 가공에서도 경사 구조물 형태의 패턴을 형성할 수 있어 초정밀화된 평판 디스플레이 패널을 제작할 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 포토 레지스트가 도포된 기판이 장착되는 기판 스테이지와;
    상기 기판 스테이지와 대향되게 설치되는 마스크 스테이지와;
    상기 기판 스테이지 및 상기 마스크 스테이지를 수직 이동 및 회전시키는 스캔 스테이지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 노광기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캔 스테이지는 상기 기판 스테이지 및 상기 마스크 스테이지를 수직 이동시키는 수직이동 스테이지와;
    상기 수직이동 스테이지와 연결되어 상기 수직이동 스테이지를 회전시키는 회전이동 스테이지를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 경사 노광기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전이동 스테이지 하부에는 베이스가 더 설치되고, 상기 회전이동 스테이지는 상기 베이스에 연결되어 회전되는 것을 특징으로 하는 경사 노광기.
  4. 포토 레지스트가 도포된 기판과 마스크가 겹쳐지도록 장착되는 제1단계와,
    상기 제1단계의 상기 기판 및 상기 마스크에 광원이 수평으로 조사되는 제2단계와,
    상기 제2단계에서 조사되는 광원에 대해 상기 기판 및 마스크가 수직으로 이동되면서 회전되는 제3단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 경사 노광방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제3단계는 상기 기판 및 상기 마스크가 설정된 변화율에 따라 회전되면서 수직이동되는 것을 특징으로 하는 경사 노광방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제3단계는 상기 기판 및 상기 마스크가 설정된 상수 값으로 수직 이동 및 회전되는 것을 특징으로 하는 경사 노광방법.
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