KR100561312B1 - 노광 정렬 방법 및 이를 위한 패턴 마스크 - Google Patents

Abstract

어느 한 쌍의 대향하는 변을 양 측변이라 할 때, 마스크의 양 측변에 하나씩, 상변 혹은 하변 가운데 어느 한 변에 두 개, 적어도 4개의 정렬용 윈도우를 스테이지에 기판이 놓일 때 기판 해당 변에 의해 분할되도록 형성하고, 정렬용 윈도우에는 각각 기준점을 형성하여, 각 윈도우의 기준점과 그 윈도우를 분할하는 기판의 변의 거리가 일정하게 되도록 기판 스테이지 및 마스크의 상대적 회전 및 평행이동을 통해 정렬을 실시하는 것을 특징으로 하는 노광 정렬 방법과 이에 적합하도록 마스크의 양 측변과, 상변 혹은 하변에 두 개, 적어도 4개의 정렬용 윈도우를 구비하고, 각 윈도우에는 기준점이 표시되어 이루어지는 패턴 마스크가 개시된다.

Description

노광 정렬 방법 및 이를 위한 패턴 마스크 {Method of alignment for exposure and pattern masks for the method}

도1은 종래의 기판 초기 정렬 방법의 일 예를 나타내기 위한 설명도,

도2는 종래의 기판 초기 정렬 방법의 다른 예를 나타내기 위한 개념 설명도이며,

도3은 정상적인 경우의 에지 정렬 방식에서의 마스크의 윈도우 내의 등록 패턴 영역, 마스크 처리된 패턴 형태, 패턴 형태에 대해 패턴 인식기가 인식하는 농도 분포 그래프를 각각 나타내고,

도4는 패턴 인식기가 착오를 일으키는 경우에서의 캡쳐된 패턴 영역, 마스크 처리된 패턴 형태, 패턴 형태에 대해 패턴 인식기가 인식하는 농도 분포 그래프를 각각 나타내며,

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치 노광용 패턴 마스크와 이 마스크를 사용하여 기판과 마스크 정렬을 실시하는 개념을 나타내는 설명도,

도6a 내지 도6e는 도5와 같은 패턴 마스크를 이용하여 기판의 정렬을 실시하는 방법을 나타내는 설명도면들,

도7은 기판과 마스크 정렬을 검사하는 측정 장치이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

22: 모서리 31,65: 윈도우

33: 기판 35: 패턴 영역

37, 41: 정렬용 마크 51: 테이블

61: 마스크 67: 기준점

71: 카메라 73; 경통

75: 원통 77: 조명

본 발명은 표시장치 제조 과정 중의 노광 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노광 정렬 방법 및 그 방법에 사용되기 적합한 패턴 마스크에 관한 것이다.

현재 표시장치의 화면 대형화 추세가 계속되고, 특히 PDP(플라즈마 디스플레이 판넬) 등은 대형 화면을 지향하는 표시장치라 할 수 있다. 더욱이, 최근의 평판디스플레이 제품에 사용되는 기판의 생산성과 원가절감을 위하여 하나의 원판에서 여러 장의 기판을 만드는 공법인 다면취 공법이 개발되고 있다.

화면 대형화와 다면취 공법의 무리없는 적용 등을 위하여 대형 기판에 패턴을 정확하고 효율적으로 형성할 수 있는 방법이 요구된다. 표시장치의 판넬에 도전 패턴이나 R,G,B 형광체막을 형성하기 위해서는 인쇄나 포토리소그래피(노광법)를 통상 이용하게 된다. 포토리소그래피를 이용하여 표시장치에 패턴을 형성할 때 기판의 정확한 위치에 패턴이 형성되기 위해서 기판과 마스크 사이의 정렬이 정확히 이루어져야 한다. 그런데, 현재 사용되는 표시장치 기판과 마스크 사이의 정렬은 간접 정렬 방식을 사용하고 있어서 그 정확성에 한계가 있다.

도1은 종래의 기판 초기 정렬 방법을 나타내기 위한 설명도이다.

도1을 참조하여 현재 사용되는 정렬 방식인 오프셋(OFFSET) 방식을 살펴보면, 기판(33)의 초기 정렬은 기판에 정렬 마크가 별도로 형성되지 않은 상태에서 이루어진다. 노광을 위해 기판(33)이 노광 장치의 작업 테이블(51)에 장착되면 기판에 정렬 마크가 없어 마스크(61)와 기판(33) 사이의 정위치 정렬을 할 직접적인 방법이 없었다. 따라서, 이송 장치에 의해 기판(33)이 테이블(51)의 일정 위치에 이송될 것을 전제하고, 테이블(51)의 네 모서리에 원형 반사거울 등을 이용하여 테이블 정렬 마크를 형성하고, 이 테이블(51) 상의 정렬 마크와 점 형태의 마스크 정렬 마크를 정합시키는 방법으로 노광 정렬을 실시한다.

그러나, 종래의 정렬 방법의 전제가 되는, 기판의 테이블로의 정위치 이송은 마스크의 탈착에 의한 오차, 기구적인 센터링의 공차, 이송장치에 의한 이송 오차, 제품별 기판 크기 오차 등에 따른 복합적 오차로 인하여 일정 정밀도 이상으로 이루어지기 어렵다. 따라서, 먼저 양산 공정에 앞서 더미 기판 일정 매수를 라인에 흘려 테이블 상의 마크와 마스크 정렬 마크를 정렬하고 노광을 실시한다.

그리고, 그 결과를 측정하여 정렬 오차 및 위치 산포를 측정하고 통계처리하여 정확한 정렬을 위한 기구 조정 가감치(오프셋 값)를 정한다. 이 가감치에 따라 노광 장치를 조정하고 양산용 노광을 실시한다.

이런 종래의 오프셋 방식 노광 정렬에서는 오차 요인이 복합적이라 관련된 일부 요인만 바뀌어도 기존 오프셋 값에 의한 정렬이 틀어져 불량이 발생할 수 있다. 그리고, 기구적인 조정을 통해서는 여전히 통계적인 오차 요인들이 존재하므로 일정 이상의 정밀도를 실현하기 어렵다. 또한, 변경 요인이 발생할 때마다 혹은 일정 매수 노광 후마다 더미 기판을 일정 매수 흘려보내면서 결과를 측정하고 그 값에 따라 기구 조정을 실시해야 하므로 작업 능률이 떨어진다.

도2는 종래의 기판 초기 정렬 방법의 다른 예를 나타내기 위한 개념 설명도이다.

도2의 방법은, 노광 작업 테이블(51)에 기판(33)을 장착하고, 패턴 마스크(61)의 윈도우(31)를 통해 기판의 모서리(22)가 정위치에 있는가를 확인하고 정위치가 아닌 경우 기판(33)의 위치 조정을 통해 기판(33)을 정위치에 놓는 에지(edge) 정렬 방법이다.

그러나, 에지 정렬 방법에 의할 때, 마스크의 정렬용 윈도우(31)의 크기를 키우면 노광 공정에서 인쇄 영역이 빛에 일부 노출되어 패턴에 영향을 미치는 문제가 있다. 한편, 마스크의 정렬용 윈도우(31)의 크기가 작고, 정렬이 최초에 많이 벗어난 경우, 정렬 상태를 인식하는 패턴 인식기가 마스크(61)의 윈도우(31) 에지 부분을 기판(33)의 에지로 착오하여 잘못된 기판 정렬이 이루어진 상태에서 많은 기판에 대한 공정이 이루어질 수 있다.

도3은 정상적인 경우의 에지 정렬 방식에서의 마스크의 윈도우(31) 내의 등록 패턴 영역(35), 마스크 처리된 패턴 형태, 패턴 형태에 대해 패턴 인식기가 인식하는 농도 분포 그래프를 각각 나타내고, 도4는 패턴 인식기가 착오를 일으키는 경우에서의 캡쳐된 패턴 영역(35), 마스크 처리된 패턴 형태, 패턴 형태에 대해 패턴 인식기가 인식하는 농도 분포를 각각 나타낸다.

33은 기판, 39는 기판 모서리(edge)의 모따기 부분, 37, 41은 각각 정렬용 마크를 나타낸다.

에지 정렬의 문제는 이들 도면의 비교를 통해 설명될 수 있다. 육안으로 판단할 경우 기판(33)의 모따기 부분(39) 패턴이 정상적이지 않음을 판단할 수 있는 경우에도 패턴 인식기에서는 농도 분포의 유사성으로 인하여 잘못된 정렬을 정상적인 것으로 판단할 가능성이 있다. 그리고, 기판을 스테이지에 적재할 때 동일한 요인에 의해 기판이 계속적으로 잘못된 위치에 놓여지는 일이 많으므로 장비가 일단 한번 기판의 위치를 오인하면 불량이 연속적으로 발생하게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 종래의 오프 셋 방식의 정렬의 문제나 에지 정렬의 문제에 의해 정렬이 잘못되고, 불량이 양산되는 것을 방지하기 위한 것으로, 표시장치의 정확하고 용이한 노광 정렬 방법 및 그에 적합한 패턴 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 기판과 마스크 사이의 정렬 정밀도를 높이고, 즉시로 불량 발생을 감지할 수 있는 노광 정렬 방법 및 그에 적합한 패턴 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광 정렬 방법은, 어느 한 쌍의 대향 하는 변을 양 측변이라 할 때, 마스크의 양 측변에 하나씩, 상변 혹은 하변 가운데 어느 한 변에 두 개, 적어도 4개의 정렬용 윈도우를 스테이지에 기판이 놓일 때 기판 해당 변에 의해 분할되도록 형성하고, 정렬용 윈도우에는 각각 기준점을 형성하여, 각 윈도우의 기준점과 그 윈도우를 분할하는 기판의 변의 거리가 일정하게 되도록 기판 스테이지 및 마스크의 상대적 회전 및 평행이동을 통해 정렬을 실시하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 패턴 마스크는 마스크의 양 측변과, 상변 혹은 하변에 두 개, 적어도 4개의 정렬용 윈도우를 구비하고, 각 윈도우에는 기준점이 표시되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 정렬용 윈도우의 위치는 마스크 양변에 형성되는 것의 경우, 정상적으로 스테이지에 기판이 놓일 때 기판의 변 중심이 윈도우 내에 들어가도록 마스크 측변의 중간 부분에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 마스크의 상변 혹은 하변에 형성되는 두 윈도우의 경우, 각 윈도우는 양 측에 하나씩, 인근 측변으로부터 같은 거리 이격되고, 두 측변 사이 거리의 10% 범위 내에서 측변으로부터 이격되는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치 노광용 패턴 마스크와 이 마스크를 사용하여 기판과 마스크 정렬을 실시하는 개념을 나타내는 설명도이다.

기판(33) 및 기판이 놓이는 스테이지 혹은 테이블(51)은 종래와 비교할 때 기본적인 변화가 없다. 패턴 마스크(61)에는 종래에 정위치의 기판 에지가 포함되던 윈도우(65)가 양 측변쪽에 하나씩, 하변 양측에 하나씩, 모두 4개가 형성된다. 각 윈도우(65)는 그 윈도우(65)가 형성된 쪽의 변과 대략 수직하게 장변이 형성된 직사각형으로 이루어진다. 각 윈도우(65)에는 변쪽으로 기준점(67)이 하나씩 형성되어 있다. 4 개의 윈도우(65)의 배치를 보면, 단변과 평행한 중심축을 기준으로 선대칭을 이루고 있다.

도6a 내지 도6e는 도5와 같은 패턴 마스크를 이용하여 기판의 정렬을 실시하는 방법을 나타내는 설명도면들이다.

도면을 참조하여 본 발명 방법을 살피면, 먼저 도6a와 같이 스테이지에 기판(33)이 놓인 상태로 마스크(61)가 겹쳐지게 배열된다. 이때 기판(33)은 여러 가지 요인으로 인하여 정위치에서 비틀림 변위와 평행이동 변위를 가질 수 있다.

도6a 및 6b를 참조하면, 마스크(61)의 하변의 두 윈도우(미도시)의 기준점과 기판(33)의 하변 사이의 거리(3',4')를 측정하면 서로 다르므로 이들 거리가 같아지도록 기판(33)을 회전시킨다. 편의상 기준점에서 멀리 떨어진 쪽(4'쪽)이 그 기준점 방향으로 다가오도록 테이블 회전을 실시한다.

도6b 및 도6c를 참조하면, 기판(33)의 하변과 마스크(61) 윈도우(미도시)의 기준점 사이의 거리가 회전 이동을 통해 같게 된 경우, 정정렬이 이루어진 경우의 기판 하변과 기준점 사이의 미리 정해진 이격 거리가 되도록 기판(33)을 화살표와 같이 상방 혹은 하방으로 평행이동 시킨다.

도6d를 참조하면, 양 측변의 기준점들과 기판(33)의 측변 사이의 거리 (1",2")를 측정한다. 기판이 정정렬된 경우, 기판의 좌측 변과 좌측 윈도우의 기준점과의 거리(1")는 기판의 우측 변과 우측 윈도우의 기준점과의 거리(2")와 같도록 윈도우 및 기준점이 마스크(61)에 형성된 것을 가정하면, 테이블을 통해 기판(33)을 측방으로 화살표와 같이 움직여 상술한 두 거리(1",2")가 같도록 한다. 이로써 도6e와 같은 기판, 마스크의 정정렬 상태가 이루어진다.

이상에서는 기판 스테이지가 먼저 상방 혹은 하방으로 이동된 후, 기판 양 측변과 측변측 기준점 사이의 거리를 측정하여 스테이지를 측방으로 평행이동하는 순서를 취하고 있다. 그러나, 이런 순서는 모든 측정이 이루어진 후 기판을 측방 및 상하방으로 연속적으로 평행이동 시키는 방법으로 대체될 수 있다. 경우에 따라서는 네 기준점과 기판의 해당 변과의 거리(1',2',3',4')를 모두 측정한 후에 거리를 순서에 맞게 입력하고, 그 값을 바탕으로 프로세서 내에 미리 입력된 연산 프로그램을 구동하여 기판을 회전시키거나 평행이동시킬 변위를 얻을 수 있다. 그리고, 프로세서를 통해 산출된 값만큼 동시적 혹은 연속적으로 기판 스테이지를 회전 및 평행이동시키는 방법으로 정렬이 이루어질 수 있다.

한편, 상술한 정렬 방법에서 기판은 기판 스테이지에 놓일 때 마스크가 겹쳐지는 위치에서 각 윈도우에 기판의 변이 걸쳐지는 것을 상정하고 있다. 즉, 윈도우는 해당하는 기판의 변에 의해 분할되는 형태가 될 것이다. 기판은 특별한 공정상의 문제가 발생하지 않는 한 일정 범위 내에서 스테이지에 안착되고, 본 발명의 방법에 의해 정렬될 수 있다. 그러나, 이상 발생으로 기판이 정해진 범위 내에서 스테이지에 안착되지 않을 경우, 한 두 개의 윈도우는 기판에 의해 모두 커버되는 형 태가 될 수 있다.

종래의 에지 정렬 방식에서는 기판이 정위치에서 크게 벗어난 경우라도, 마스크 윈도우의 에지가 기판의 에지로 오인되어 정위치에 정렬된 것으로 공정이 진행될 개연성이 있었다. 그러나, 본 발명과 같이 변을 인식하는 사이드 정렬 방식에서는 기판의 변과 기준점의 거리가 측정될 뿐, 패턴 인식기에 의해 유사 패턴으로 인식되는 상황을 형성하지 않는다. 따라서, 노광용 기판 정렬이 정위치에서 크게 벗어난 상태에서 정상적인 것으로 오인되어 노광 후속 공정이 이루어지는 문제는 없어진다.

기준점과 대응되는 기판 변과의 거리를 측정하는 것이 자동화 설비에 의해 이루어지는 경우에는 관계없으나 육안으로 측정할 필요가 있는 경우에는 도시되지는 않지만 윈도우 내에 모눈 패턴을 형성하는 것도 고려될 수 있다.

큰 윈도우를 사용할 경우, 필요없는 영역이 관찰되어 기판의 변과 오인될 수 있는 패턴이 윈도우 내에 존재하게 될 가능성도 있다. 그러나, 본 발명에서 종래의 에지 정렬과 같이 오인될 수 있는 패턴이 명확히 존재하지는 않는다. 따라서, 기판이 스테이지 상에서 다소 정위치에서 벗아난 경우에도 이를 충분히 정렬시킨다는 측면에서는 윈도우의 크기는 패턴 영역에 빛이 노출되지 않는 범위에서 크게 할 수 있다.

한편, 정렬이 시작되는 단계에서 먼저 기판이 놓이는 스테이지는 패턴 마스크와 정렬되는 것이 통상적이며, 마스크의 윈도우가 형성되는 부분을 다른 부분들보다 명확히 볼 수 있도록 마스크 윈도우에 대응하는 기판 스테이지 영역에는 (기 판 바깥쪽) 유리나 알미늄판 등 반사판을 설치할 수 있다. 이들은 기판과 스크래치를 방지하기 위해 스테이지에 오목홈을 형성한 후 그 홈에 설치하는 것이 바람직하다.

한편, 윈도우 영역을 보다 잘 보이도록 하기 위해서는 윈도우 주변 영역을 비추는 조명을 강화할 필요가 있다. 통상 정렬 모니터용 카메라(71)를 위해 기판(33)을 비추는 조명은 카메라(71)와 연결되는 경통(73)에 수직으로 부착된 원통(75) 및 반사경(미도시)을 이용하여 기판(33)에 빛을 조사한다. 이런 조명은 원래의 광원의 빛을 나누어 대상을 비추는 것이 많고, 경통(73) 상의 렌즈 등의 영향으로 조명 대상 영역의 중앙부 일변 3mm 정도의 면적만 밝게 비추고 주위는 어두운 상태가 된다. 따라서 한 변이 5 내지 10mm 정도인 윈도우 영역 전체를 비추기 위해서는 별도의 조명(77)을 모니터용 카메라(71) 장치와 별도로 운영하는 것이 바람직하다. 도7에 따르면, 모니터용 카메라(71)와 기판(33) 및 마스크(61) 중간에 LED 조명(77)이 추가된다. 이런 예에 한정되지 않고, 별도의 조명이 윈도우 영역을 커버하면서 비추되록 설계될 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래의 노광 정렬 방법에 비해 오프셋 값 산출에 필요한 시간, 비용과 노력이 줄어들게 된다. 또한, 에지 정렬 방식에 비해서 패턴 오인으로 인한 불량이 연속적으로 발생할 위험을 줄일 수 있으므로 불량 감시를 위한 작업자 확인의 부담을 덜 수 있다.

또한, 도6에서 볼 수 있듯이 본 발명의 정렬 방식은 네 모서리의 에지 정렬 방식에 비해 정렬을 위한 동작 단계를 간단하게 하여 3 내지 4 단계의 동작 절약이 이루어지고, 공정 시간을 줄일 수 있다.

또한, 에지 정렬 방식에서 공차를 줄이기 위해 모따기 가공의 정도를 높이기 위해 공수가 늘어나는 부담도 덜 수 있다.

또한, 마스크 윈도우의 설치 위치와 관련하여 모서리에 윈도우를 설치하는 경우에 비해 설치의 위치 제약을 덜 받을 수 있다. 즉, 윈도우의 바람직한 위치를 정할 수 있으나, 다른 위치에서도 충분히 좋은 결과를 가지면서 정렬을 수행할 수 있으므로 다른 공정이나 주변 상황에 맞도록 윈도우 위치를 정할 수 있다.

Claims (7)

1. 전체적으로 직사각형을 이루며,

   상기 직사각형의 한 쌍의 대향하는 변 주변부에 하나씩, 그리고 다른 한 변의 주변부에 두 개, 적어도 총 4 개의 정렬용 윈도우를 구비하며,

   상기 각 정렬용 윈도우에는 기준점이 표시되는 것을 특징으로 하는 표시장치 노광 공정용 패턴 마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 정렬용 윈도우 가운데 상기 패턴 마스크의 한 쌍의 대향하는 변 주변부에 하나씩 형성되는 정렬용 윈도우는 노광 공정을 위해 기판이 정상적으로 스테이지에 놓일 때 상기 기판의 변 중심을 상기 정렬용 윈도우 영역 내에 포함하도록 하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치 노광 공정용 패턴 마스크.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 한 변의 주변부에 형성되는 정렬용 윈도우는

   상기 한 변의 양 측에 상기 한 쌍의 대향하는 변 각각으로부터 같은 거리 이격되게 형성되고,

   상기 거리는 상기 한 쌍의 대향하는 변 사이 거리의 10% 범위 내임을 특징으로 하는 표시장치 노광 공정용 패턴 마스크.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 정렬용 윈도우 내에 모눈 패턴을 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치 노광 공정용 패턴 마스크.
5. 제 1 항의 패턴 마스크를 사용하되,

   상기 정렬용 윈도우는 스테이지에 기판이 놓일 때 상기 기판의 대응하는 변에 의해 분할되도록 패턴 마스크를 배치하고,

   상기 기준점과 상기 기판의 대응하는 변 사이의 거리를 측정하고,

   측정된 상기 거리를 처리하여 얻은 변위만큼 상기 기판이 놓인 스테이지 및 상기 패턴 마스크의 상대적 회전 및 평행이동을 실시하는 것을 특징으로 하는 표시장치 노광 정렬 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 기준점과 상기 기판의 대응하는 변 사이의 거리를 측정하고,

   측정된 상기 거리를 처리하여 얻은 변위만큼 상기 기판이 놓인 스테이지 및 상기 패턴 마스크의 상대적 회전 및 평행이동을 실시하는 과정은,

   상기 한 변에 형성된 두 정렬용 윈도우의 기준점과 상기 기판의 대응하는 변 사이의 두 거리를 측정하여 상기 두 거리가 같아지도록 상기 기판을 회전이동시키는 단계,

   회전이동된 상기 기판의 대응하는 변과 상기 기준점 사이의 같아진 두 거리가 미리 정해진 이격 거리가 되도록 상기 기판을 제1차 평행이동 시키는 단계,

   제1차 평행이동된 상기 기판에서 상기 대향하는 변 각각과 그 대응하는 정렬용 윈도우의 기준점 사이의 거리가 동일하게 되도록 제2차 평행이동시키는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시장치 노광 정렬 방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 기준점과 상기 기판의 대응하는 변 사이의 거리를 측정하고,

   측정된 상기 거리를 처리하여 얻은 변위만큼 상기 기판이 놓인 스테이지 및 상기 패턴 마스크의 상대적 회전 및 평행이동을 실시하는 과정은,

   상기 정렬용 윈도우 모두에서 상기 기준점과 상기 기판의 대응하는 변 사이의 거리를 일괄적으로 측정하는 단계,

   상기 거리를 순서에 따라 입력하고, 프로세서에 미리 입력된 프로그램에 따라 연산하여 회전 및 평행이동 변위를 얻는 단계,

   상기 변위만큼 상기 기판이 놓인 스테이지 및 상기 패턴 마스크의 상대적 회전 및 평행이동을 실시하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시장치 노광 정렬 방법.

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