KR100550560B1 - 패턴 제작 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판에 패턴을 형성하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로서 패턴을 형성하고자 하는 감광제가 도포된 기판이 이동 가능하도록 상기 기판이 상부에 얹혀진 가이드와, 상기 가이드 상측에 설치되는 마스크와, 상기 가이드에 접하는 방향으로 노광용 빔을 조사하는 빔장치와, 상기 가이드를 회전시키는 구동부와, 상기 기판의 양끝을 각각 감거나 풀도록 하여 상기 기판을 고정하거나 기판의 이송을 도와주는 보조 가이드를 포함하여 구성되어, 감광제가 도포된 기판을 가이드에 얹히고 이를 회전시키면서 노광용 빔을 조사하여, 연속적인 경사 구조물을 갖는 대면적의 디스플레이용 패턴의 제작이 가능하도록 한다.

노광 장치, 마스크, 빔장치

Description

패턴 제작 장치 및 그 방법{Pattern manufacturing device and manufacture method for the same}

도 1 은 종래의 기술에 따른 경사 노광 방식에 따른 패턴 제작 과정이 도시된 도면,

도 2 는 수직 노광 방법에 따라 제작된 패턴이 도시된 도면,

도 3 은 본 발명에 따른 패턴 제작 장치의 구조도,

도 4 은 본 발명에 따른 패턴 제작 장치의 롤러 및 마스크부가 도시된 도면,

도 5 는 본 발명에 따른 패턴 제작 장치의 롤러 및 기판이 도시된 도면,

도 6 는 본 발명에 따른 패턴 제작 장치가 도시된 도면,

도 7 은 본 발명에 따른 패턴 제작 장치로 제작 가능한 패턴이 도시된 도면,

도 8 은 본 발명에 따른 패턴 제작 방법이 도시된 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 롤러 20 : 마스크

30 : 빔장치

본 발명은 패턴 제작 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 감광제가 도포된 기판을 롤러에 장착하고 이를 회전시키면서 노광용 빔을 조사하여 연속적인 경사 구조물을 갖는 대면적의 디스플레이용 패턴의 제작이 가능한 패턴 제작 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

종래의 패턴 제작 방법은 크게 전자빔 리소그라피, 광 리소그라피, x-ray 리소그라피로 대표된다. 전자빔 리소그라피 방법은 기판위에 전자에 예민한 성질을 가지는 감광제를 도포한 후, 원하는 패턴을 마스크 없이 직접 전자빔을 가하여 생성하는 방법이다. 이는 전자의 파장을 이용하기 때문에 0.2 미크론 이하의 높은 해상도의 패턴을 형성할 수 있지만 패턴을 형성하여 식각하는데 소요되는 시간이 길어 생산성이 떨어지는 문제가 있다.

또한 형성된 패턴의 구조물의 두께가 낮기 때문에 오버레이 및 에칭 정확도가 떨어져 디스플레이 패널용 패턴 형성에는 부적합하고 장비가 비싸고, 전자빔을 직접 기판에 가하여 구조물을 형성하기 때문에 경사 구조물을 만들기 어렵다는 단점이 있다.

광 리소그라피는 기판위에 감광 성질을 가지고 있는 감광제를 얇게 도포한 후 원하는 마스크를 올려 놓고 자외선을 가하여 사진을 찍는 것과 같은 방법으로 수직 또는 경사진 구조물을 갖는 패턴의 형성이 가능하다. 하지만 이 방법을 사용하면 자외선의 고유의 회절 특성으로 인해 두께가 수십 마이크로미터 이상의 수식 구조물을 만들거나 일정한 경사를 갖는 구조물을 형성하는데 문제가 발생한다.

또한 빛은 퍼지는 성질이 있어서, 자외선을 조사하여 기판을 노광시키는 경우 원하지 않는 부분까지 빛이 퍼져서 노광이 되기 때문에 선폭이 0.2 미크론 이하의 구조물의 형성이 불가능하여 고집적의 패턴의 형성이 불가능하다는 단점이 있다.

x-ray 리소그라피 방법은 도 1 에 도시된 바와 같이 기판(1)위에 감광제를 바르고 원하는 마스크(2)를 장착한 후 x-ray를 가하여 패턴을 형성하는 방법으로 선폭이 0.1 미크론 이하의 구조물을 형성할 수 있다는 장점이 있다.

상기 x-ray 리소그라피 방법으로 경사 구조물을 제작하기 위해서 마스크를 x-ray에 대해 수직으로 놓고 기판을 x-ray에 대해 경사지게 장착하거나, 도 1 에 도시된 바와 같이 마스크(2)와 기판(1)을 고정하고 x-ray에 대해 경사지게 장착하여 노광한다.

하지만 상기와 같이 마스크를 x-ray에 대해 수직으로 놓고 기판을 x-ray에 대해 경사지게 장착하는 방법은 마스크를 거친 x-ray가 기판에 도달하기까지 감쇠거리 차이로 노광에 영향을 준다는 문제점이 있다.

또한 마스크와 기판을 고정하고 x-ray에 대해 경사지게 장착하여 노광하는 방법은 마스크의 흡수체가 x-ray에 대해 경사지게 장착되어 과도구간이 발생하고, 상기 과도구간으로 인해 경사 구조물의 형상 정밀도가 떨어진다는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 상기의 방법을 사용하면 직선 형태의 경사 구조물만 형성 가능하고 마스크의 흡수체의 구조적인 높이와 형태로 인해 연속적인 패턴의 가공이 어렵다는 단점이 있다. 도 1 에 도시된 바와 같이 x-ray의 폭(d)이 거의 0 에 접근해야 연속 패턴의 형성이 가능한데, 빔의 폭(d)이 0 이 되면 실질적으로 입사되는 빔이 없다는 것이 되므로 연속 패턴의 형성이 불가능 하다는 단점에 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 마스크의 흡수체의 형상이 수직이 아닌 사다리꼴 형태로 제작하는 방법이 있지만, 이는 사다리꼴 형태의 흡수체를 제작하기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 감광제가 도포된 기판을 롤러에 장착하고 이를 회전시키면서 노광용 빔을 조사하여 연속적인 경사 구조물을 갖는 대면적의 디스플레이용 패턴의 제작이 가능한 패턴 제작 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 패턴 제작 장치의 특징에 따르면, 기판에 패턴을 형성하는 장치에 있어서, 패턴을 형성하고자 하는 감광제가 도포된 기판이 이동 가능하도록 상기 기판이 상부에 얹혀진 가이드와, 상기 가이드 상측에 설치되는 마스크와, 상기 가이드에 접하는 방향으로 노광용 빔을 조사하는 빔장치와, 상기 가이드를 회전시키는 구동부와, 상기 기판의 양끝을 각각 감거나 풀도록 하여 상기 기판을 고정하거나 기판의 이송을 도와주는 보조 가이드를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 패턴 제작 방법의 특징에 따르면, 감광제가 도포된 기판을 가이드에 위치시키는 제 1 단계와, 빔 장치로부터 노광용 빔을 방출하여 상기 가이드에 접하는 방향으로 상기 감광제를 향하여 조사시키는 제 2 단계와, 상기 가이드를 회전하여 상기 기판의 위치를 이동시키는 제 3 단계를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 패턴 제작 장치는 패턴이 형성될 수 있도록 감광제가 도포된 기판이 얹혀진 가이드를 포함하여 구성되는 바, 상기 가이드는 상기 기판이 이동 가능하도록 바람직하게는 롤러로 구성된다. 이하, 본 발명의 실시예에서는 상기 가이드를 롤러에 한정하여 설명한다.
도 3 에 도시된 바와 같이 회전할 수 있도록 장치된 원통형의 롤러(10) 위에 감광제가 도포된 기판(50)을 장착한다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 롤러 위에서 상기 롤러의 중심을 지나고 Z축에 평행하게 자른 단면상의 기판의 상측(또는 하측)의 두께에 해당하는 폭과 감광제의 축 방향의 길이를 갖는 사각형의 넓이만큼 노광된다.

따라서 상기 롤러(10)가 회전함에 따라 연속적으로 수십~수백 밀리미터의 패턴 형성이 가능하다. 종래 수직 노광은 빔이 조사된 궤적, 즉 측벽의 표면 조도가 양호하다는 장점이 있지만 도 2 에 도시된 바와 같이 수십~수백 마이크로미터의 깊이(T)를 갖는 패턴밖에 형성할 수 없다. 즉, 연속적인 패턴이 형성 가능한 것이 아니라, 기판 두께만큼의 깊이를 가지는 패턴밖에 형성될 수 없다. 따라서, 전자빔, UV 빔, x-ray 등이 수직으로 조사되면, 그 조사된 깊이만큼을 길이로 갖는 패턴밖 에 형성될 수 없어 연속적인 패턴 형성에 어려움이 있었다.

도 4는 이러한 문제점을 해결하기 위한 본원발명의 패턴 제작 장치가 도시된 사시도이다. 즉, 상기 롤러에 장착된 기판에 빛이 접하도록 노광장치에서 노광용 빔이 조사된다. 다시 말해, 도 5에 도시된 바와 같이, 롤러(10)의 단면인 원에 접선방향으로 상기 노광용 빔이 조사된다.

마스크(20)는 상기 롤러(10)의 상측에 상기 기판(50)의 단면 평행하게 설치되어 노광용 빔(x-ray, 이온빔, 전자빔, UV 빔등, 31)이 수직하게 조사되도록 한다. 상기와 같이 기판과 마스크를 장착한 후 빔장치(30)는 노광용 빔(31)이 정확하게 마스크의 단면을 수직으로 통과하여 상기 기판에 수직으로 조사 되도록 설치한다.

도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 롤러(10)에 장착된 기판(50)이 구동부(40)에 의해 회전하여 회전각만큼 회전하면, 상기 롤러에 장착된 기판은 상기 롤러의 반지름(r)과 회전각(

)의 곱(r

)만큼 회전하게 된다. 여기서 상기 기판의 회전이 시작되는 시점에서 상기 빔장치(30)로부터 노광용 빔(31)의 조사가 시작된다. 이 때, 상기 기판(50)의 y 축에 평행한 단면은 마스크의 단면과 평행을 이루고, 조사되는 노광용 빔(31)과는 수직하게 되어 수직 노광이 가능하게 된다.

여기서 상기 구동부(40)는 도 6 에 도시된 바와 같이 상기 노광용 빔(31)이 통과하는 마스크(20)와 기판(50)이 잘 정렬되어 있어야 하므로 상기 롤러(10)와 상기 마스크(20)의 위치 및 방향을 미세 조정하는 미세 정렬장치(41)를 더 포함하여 구성된다.

기판(50)의 길이가 짧은 경우에는 상기 롤러(10)에 기판을 감아서 장착 가능하지만, 상기 기판의 길이가 긴 경우에는 도 6 에 도시된 바와 같이 하나 이상의 보조 롤러(11)를 추가하여 상기 기판은 상기 롤러(10)와 상기 보조 롤러(11)사이에 위치하고, 상기 보조 롤러(11)는 상기 기판의 이동을 돕는다.

또한 상기 패턴 제작 장치는 기판(50)의 길이가 긴 경우 기판의 원활한 이동을 위해서 제 1 보조 롤러에 감겨있던 기판이 풀리면서 상기 롤러(10)위를 지나면서 노광되고, 노광된 기판은 제 2 보조 롤러에 감기도록 하나 이상의 보조 롤러(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한 상기 빔장치(30)에서 방출되는 노광용 빔(31)이 마스크의 개구부 이외에는 통과되지 못하도록 차단하는 가리개(60)을 더 포함하여 구성되기도 한다.

이와 더불어 상기 노광용 빔(31)이 균일하게 상기 기판(50)에 조사되도록 상기 기판이 장착된 롤러(10)부를 좌, 우로 흔들어주는 보조 구동부(42) 또는 상기 빔장치(30)를 흔들어 주는 빔장치 구동부(32)를 더 포함하여 구성된다.

따라서 종래 경사 노광을 통해서 불가능했던 연속적인 경사 구조물 형성이 가능하고, 경사 구조물의 형태의 한계는 단지 측면에서 노광용 빔(31)의 투과를 제어하는 마스크(20)의 설계에만 한정되므로 도 7 에 도시된 것과 같은 임의의 곡면 패턴의 형성이 가능하다.

본 발명에 따른 패턴 제작 방법을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 패턴 제작 방법은 도 8 에 도시된 바와 같이, 먼저 제 1 단 계에서 감광제가 도포된 기판(50)을 롤러(10)에 장착시킨다. (S1 참조)

제 2 단계에서는 상기 제 1 단계서 장착된 기판(50)에 마스크(20)를 통해 빔장치(30)에서 방출되는 노광용 빔(31)을 조사한다. 상기 노광용 빔은 형성하려는 패턴의 정밀도 및 집적도에 따라 전자빔, 이온빔, UV 빔, x-ray 등을 선택적으로 사용 한다. 이때 상기 노광용 빔은 상기 기판에 수직으로 조사되어 상기 기판에 형성된 패턴의 측벽의 표면 조도가 양호하게 된다.(S2 참조)

제 3 단계에서는 상기 롤러(10)를 회전함으로써 상기 기판(50)이 이동하여 상기 기판에 연속적인 패턴이 형성된다. 여기서 상기 기판에 도포된 감광제는 상기 기판이 장착된 롤러의 반지름(r)과 상기 롤러가 회전한 각도(

)의 곱으로 결정되는 상기 감광제의 이동 시간동안 노광된다. (S3 참조) 다시 말해, 상기 감광제는 상기 기판이 r

만큼의 거리를 이동하는 시간 동안에 노광된다. 여기서 필요한 고광량은 계산을 통해 구할 수 있으며, r

를 통해 지속적으로 받는 노광량에 수직 노광에서 소정의 두께 노광에 필요한 양에 상응하도록 계산한다.

또한 상기 제 3 단계는 상기 감광제의 노광 정도가 상기 기판(50)이 장착된 롤러(10)의 회전 속도에 따라 조정되는 조정 과정을 더 포함하기도 한다. 따라서 상기 기판의 회전 속도를 조절하여 상기 기판이 노광용 빔에 노출되는 정도를 조절 가능하다.

이상과 같이 본 발명에 대한 패턴 제작 장치 및 그 방법을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위에서 당업자에 의해 응용될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 패턴 제작 장치 및 그 방법은 감광제가 도포된 기판이 얹혀지는 가이드와, 상기 감광제가 도포된 기판에 패턴이 형성되도록 상기 가이드 상측에 설치되는 마스크와, 상기 기판으로 노광용 빔을 조사하는 빔장치와, 상기 가이드를 회전시키는 구동부를 포함하여 구성되어, 수직 노광방식으로 길이가 긴 기판을 조사하여 종래의 웨이퍼 수준에 머무르던 디스플레이용 패턴을 대면적으로 제작 가능하다.

또한 종래 경사 노광을 통해서만 가능했던 경사 구조물 형태의 패턴 뿐만아니라 종래 경사 노광을 통해서 제작 불가능한 연속적인 패턴, 곡면 패턴의 제작도 가능하다.

Claims (13)

1. 기판에 패턴을 형성하는 장치에 있어서,

   패턴을 형성하고자 하는 감광제가 도포된 기판이 이동 가능하도록 상기 기판이 상부에 얹혀진 가이드와, 상기 가이드 상측에 설치되는 마스크와, 상기 가이드에 접하는 방향으로 노광용 빔을 조사하는 빔장치와, 상기 가이드를 회전시키는 구동부와, 상기 기판의 양끝을 각각 감거나 풀도록 하여 상기 기판을 고정하거나 기판의 이송을 도와주는 보조 가이드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴 제작 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동부는 상기 가이드와 상기 마스크의 위치 및 방향을 미세 조정하기 위한 정밀 정렬 장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴 제작 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판은 상기 가이드 위를 지나가거나 상기 가이드에 감기도록 안착되는 것을 특징으로 하는 패턴 제작 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 노광 장치는 상기 마스크의 개구부 이외에는 상기 빔장치에서 방출되는 노광용 빔이 통과하지 못하도록 하는 가리개를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴 제작 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 노광 장치는 상기 빔장치에서 방출되는 빔이 상기 감광제에 골고루 조사되도록 상기 기판이 얹혀있는 상기 가이드를 좌, 우로 흔들어주는 보조 구동부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴 제작 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 노광 장치는 상기 빔장치에서 방출되는 빔이 상기 감광제에 골고루 조사되도록 상기 빔장치를 흔들어주는 빔장치 구동부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴 제작 장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 마스크는 상기 감광제의 단면에 수직하게 위치하는 것을 특징으로 하는 패턴 제작 장치.
10. 감광제가 도포된 기판을 가이드에 위치시키는 제 1 단계와, 빔 장치로부터 노광용 빔을 방출하여 상기 가이드에 접하는 방향으로 상기 감광제를 향하여 조사시키는 제 2 단계와, 상기 가이드를 회전하여 상기 기판의 위치를 이동시키는 제 3 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴 제작 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 제 2 단계에서 노광용 빔은 상기 마스크 패턴에 수직으로 조사되는 것을 특징으로 하는 패턴 제작 방법.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 제 3 단계에서 상기 기판에 도포된 감광제는 상기 기판이 얹혀진 가이드의 반지름과 상기 롤러가 회전한 각도의 곱으로 결정되는 상기 감광제의 이동 시간동안 노광되는 것을 특징으로 하는 패턴 제작 방법.
13. 제 10 항에 있어서,

    상기 제 3 단계는 상기 감광제의 노광 정도가 상기 기판이 얹혀진 가이드의 회전 속도에 따라 조정되는 조정 과정을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴 제작 방법.

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