KR101627340B1

KR101627340B1 - 나노 빔 스캔 노광기

Info

Publication number: KR101627340B1
Application number: KR1020140040658A
Authority: KR
Inventors: 김창섭
Original assignee: 이윤경
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2016-07-08
Also published as: KR20150115498A

Abstract

본 발명은 나노 빔 스캔 노광기에 관한 것으로, 기판 필름 위에 상위 층들이 형성되고, 그 상위 층에 도포된 포토 레지스트(PR, Photo Resist)와 보호필름에 접촉된 마스크(Mask); 상기 기판 필름 위에 상위 층들과, 그 상위 층에 도포된 포토 레지스트(PR)와 보호필름에 접촉된 마스크가 놓이는 노광 테이블; 노광시에 상기 마스크 위에서 선광원(line beam)을 조사하는 광학계; 및 상기 광학계로부터 선광원을 조사하면서 상기 기판 층과 마스크 상부를 스캔하며 주행하는 광학계 주행장치;를 포함하고, 노광시에 상기 기판 필름과 상위 층들과 그 상위층에 도포된 포토 레지스트 및 보호필름에 마스크를 접촉한 상태에서 일방향의 노광 테이블 하부에 상기 광학계 주행장치와 연동된 하부 밀착용 롤러를 이동해가며 나노 파장의 선광원을 스캔하면서 연속 노광을 실시한다.

Description

나노 빔 스캔 노광기{Nano Beam Scan Exposure}

본 발명은 노광 장치(Photo Exposure)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PCB 또는 디스플레이 분야의 전극 및 배선을 위해 기판 상에 상위 층과 보호 필름 및 포토 레지스트(Photo Resist)를 도포한 후 회로 패턴이 형성되고 빛의 감광성을 이용하여 필요한 배선 및 전극을 생성하기 위해 기존 평행광 방식(Collimation Light) 및 산란광 방식과 다른 나노 선 광원(Nano Line Light)을 이용하여 스캐닝 하면서 정밀 노광하는, 나노 빔 스캔 노광기에 관한 것이다.

반도체 제조 공정은 웨이퍼 제조 및 회로 설계(1 단계), 웨이퍼 가공(FAB, Fabrication)(2 단계), 및 웨이퍼 상의 칩을 개별로 잘라 리드 프레임과 결합하여 완제품으로 제로 동작하는지 조립 및 검사(3 단계) 과정으로 이루어진다.

웨이퍼 제조 및 회로 설계 단계는 단결정 성장, 실리콘 봉 절단, 웨이퍼 표면 연마, CAD 시스템을 사용한 회로 패턴 설계, 설계된 회로 패턴으로 마스크(mask) 또는 레티클(reticle) 제작 단계로 이루어진다.

웨이퍼 가공(FAB, Fabrication) 단계는 산화(oxidation) 공정, 감광액(PR, Photo-Resist) 도포, 노광(exposure) 공정, 현상(development) 공정, 식각(etching) 공정, 이온 주입(ion implantation) 공정, 화학적 기상 증착(CVD: chemical vapor deposition) 공정, 금속 배선(metalization) 공정으로 이루어진다.

조립 및 검사 단계는 칩 자동 선별(probe test), 칩 분리(sawing), 칩 부착, 금속선 연결(wire bonding), 성형(molding) 과정으로 이루어진다.

인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 제조 기술에서 동박 배선을 제작하기 위해 사용되던 노광기술은 미세 페턴(Nano-micro Pattern)을 요구하는 반도체, 디스플레이 분야까지 확대되어 적용되고 있다.

노광기는 포토 레지스트(PR,Photo-Resist)이 코팅된 웨이퍼 위에 회로 패턴(pattern)이 형성된 마스크(mask)를 올려놓고 자외선(UV Beam)을 쬐어주면 포토 레지스트(PR)에 원하는 회로 패턴을 전사시키는 장치이다. 노광(exposure) 공정은 광원의 빛을 마스크를 통해 웨이퍼에 조사하여 광화학 반응을 발생시켜 마스크 위의 포토 레지스트(PR)에 마스크(또는 레티클) 패턴을 전사하는 공정이다. 노광에서는 광원의 빛을 마스크를 통과하여 웨이퍼(wafer)에 조사하기 때문에 마스크 위에 포토 레지스트에 빛을 조사하는 부분(마스크의 투명 부분)과 조사하지 않는 부분(마스크의 불투명한 부분)의 패턴을 만든다. 빛을 조사한 부분은 광화학 반응에 의해 포토 레지스트(PR)의 막질이 변화된다.

노광기는 접촉(contact) 노광기, 프락시미티(Proximity, 근접) 노광기, 프로젝션(projection) 노광기로 분류된다.

초기에 사용된 접촉(contact) 노광 장치는 패턴(pattern)이 표시된 마스크를 포토 레지스트(PR)를 도포한 웨이퍼에 접촉시켜 겹쳐 놓고, 평행 광선을 조사하여 노광한다. 구조상 간단하지만 마스크와 웨이퍼를 밀착시키는 방식이기 때문에 웨이퍼 위의 파티클이나 포토 레지스트(PR)가 일단 마스크에 부착하면 다음 공정의 웨이퍼에도 전사되는 단점이 있다.

프락시미트(Proximity, 근접) 노광기는 마스크나 웨이퍼 사이에 100㎛ 정도의 작은 간격을 두어 근접 노광하는 방식을 사용하며, 웨이퍼와 마스크를 밀착시키지 않기 때문에 전사결함을 저감하는 효과가 있고, 구조가 간단하여 저가이기 때문에 LCD, PCB, MEMS에 사용되고 있다.

프로젝션 노광기는 마스크(Mask)를 통과한 광선을 투영 렌즈를 통해 웨이퍼에 조사하여 노광하는 방식으로 등배 투영 노광 장치와 축소 투영 노광 장치를 사용한다.

현재 노광기는 나노 패턴(Nano Pattern)을 제조하기 위해 프로젝션 노광기(Projection Exposure) 중 축소 투영 노광 장치를 사용하여 다층 정밀 노광을 수행하고 있고, 프로젝션 노광기는 그 장비의 가격 또한 수십~수백억의 고가의 반도체 노광 장비의 구입 비용이 너무 많이 들었다.

선폭 3[㎛] 이상의 PCB 용이나 터치 스크린(Touch Screen) 배선 제작을 위한 노광기는 평행광(Collimation Light)을 이용한 노광기가 주류를 이루고 있다.

시장 상황에서는 터치 스크린 제조 분야에서 화면의 크기가 대형화되고 디스플레이 화소가 정밀화됨으로서 화면 전면에 설치되는 비가시성 배선 제작이 필요하게 되었다,

디스플레이 화소가 정밀화 됨으로서 현재 생산되는 7㎛ 선폭의 배선인 경우, 노광기는 화면 물결 현상인 무아레(MOIRE INTERFERENCE) 현상으로 사용상의 어려움이 발생하고 있다.

따라서, 무아레 현상을 극복하고, 비가성 전도물질인 ITO(Indium Tin Oxide)의 면저항 특성을 능가하는 공정의 개발이 필요하게 되었다.

광학적 선폭 1.8㎛이하의 선폭과 300㎛이상의 메쉬(Mesh) 배선을 형성하면 사람이 배선을 인식하지 못한다는 것은 공식화된 이론이다.

상기와 같은 시장의 요청에 응답하기 위해 현재 에지 페이스트(Ag Paste), 나노 와이어(Nano Wire), 니켈-구리(Ni-Cu) 등의 재료를 사용한 정밀 배선을 구현하고자 노력하고 있다.

반도체 제작 공정에서 정밀 배선 제조 방식은 정밀 금형을 롤라(Roller) 상에 만들어 놓고, 필름(FILM)에 각인시킨 후 도전 물질을 채워 넣는 각인 방식 또는 레이저로 film 표면을 각인하는 레이저(laser) 각인 방식 등이 있으나 현재 유브이 레진(UV RESIN)를 FILM에 도포한 후 노광 공정으로 패턴(Pattern)을 음각 후 도전 물질을 채워 넣는 네가티브(NEGATIVE) 방식이 주로 사용되고 있다.

터치 스크린(Touch Screen)의 대량 생산 및 패턴(Pattern)을 제조하기 위해 필수 장비로 사용되는 장비로서 노광기는 선폭 1.8㎛, 선간 간격이 50㎛이상, 투과율을 89% 이상 유지하고 대형 화면에 맞추기 위해 필름(FILM)폭 600[mm]이상 대형 노광기가 절실히 필요하게 되었다.

미세 패턴 제조 방식별 특성은 표1과 같다.

ITEM	생산성	생산방식	생산COST	선폭	저항	양산 유무	비고
SPUTTERING	GOOD	ROLL2ROLL	M	2~3[㎛]	50Ω	양산 조기	PR photo
UV EMBED	BAD	SHEET	M	5~10[㎛]	50~100Ω	양산 조기	Laser Scratch
각인 EMBED	GOOD	ROLL2ROLL	L	6~10[㎛]	0.5Ω	양산 준비	Roller mold
전자 인쇄	BAD	ROLL2ROLL	L		10Ω	양산 준비	Offset printing

그러나, 반도체 제작 공정에 사용되는 종래의 노광기는 평행광을 사용하여 한번에 모든 마스크의 패턴을 웨이퍼에 스텝 별로 칩 단위로 원 샷(one shot)으로 조사하며, 특히 프로젝션 노광기는 노광시 평행광(parallel light)을 생성하기 위해 광학계가 크고 그 장비의 가격이 수십~수백억의 반도체 노광 장치의 고가의 구입 비용이 많이 들었던 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 터치 스크린 패널(TSP, Touch Screen Panel)용 메탈 메시(metal mesh)와 같이 광학계가 크고 복잡하지 않으며 상대적으로 저렴한 노광 장비 비용으로 제작하고, 반도체 제조 공정의 노광시에 회로의 선폭이 약 1.5 ~ 3㎛이며, 노광(exposure)시에 기판과 상위 층과 보호 필름에 도포된 포토 레지스트(Photo Resist)에 형성된 회로 패턴에 마스크를 접촉한 상태에서 일방향의 노광 테이블 하부에 광학계 주행장치와 롤 이동 제어 장치와 연동된 하부 밀착용 롤러를 이동하면서 선접촉으로 광학계에서 자외선(UV Beam)으로 마스크에 조사하고 회로의 선폭이 1.8㎛이하를 유지하며 나노 파장의 선광원을 스캔하면서 연속 노광하는, 나노 빔 스캔 노광기를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 나노 빔 스캔 노광기는 기판 필름 위에 복수 층들이 형성되고, 그 복수 층의 상위층에 도포된 포토 레지스트(PR, Photo Resist)와 상기 포토레지스트 위에 놓여진 보호필름; 상기 보호필름의 상면에 배치된 마스크(Mask); 상기 기판 필름과 상기 보호필름과 상기 마스크가 탑재된 노광 테이블; 노광시에 상기 마스크 위에 배치되어 선광원(line beam)을 조사하는 광학계; 및 상기 광학계가 조사하는 선광원이 상기 마스크의 상부를 스캔하면서 주행하도록 상기 광학계를 주행시키는 광학계 주행 장치;를 포함하여, 상기 선광원을 조사하는 광학계가 상기 광학계 주행장치에 의해 주행하여 상기 선광원을 스캔하면서 노광하는 것을 특징으로 한다.

나노 빔 스캔 노광기는 상기 노광 테이블 하부에 위치되고, 상기 광학계 주행장치와 연동되어 동작되는 하부 밀착용 롤러;를 더 포함한다.

상기 광학계는 자외선 램프를 하우징하는 램프 하우징(12); 반원통형으로 형성되어 자외선(UV Light)을 반사하는 반사판(13); 자외선을 제공하는 자외선 램프(UV lamp)(14); 상기 자외선 램프(14)로부터 제공된 자외선(UV Beam) 광원을 유도관으로 유도하는 광유도관(15); 상기 광유도관(15)의 광을 차단하고 해제하며, 상기 광학계 주행장치에 의해 노광이 전면 완료되면, 선광원을 차단하는 광 셔터(Shutter)(16); 및 상기 광유도관(15)을 통해 제공된 광원을 선광원으로 만드는 광 집속 광학계(17)를 포함한다.

상기 광학계는 상기 램프 하우징(12)의 상면 일측과 좌측면 일측에 구비되어 자외선 램프의 발산열을 방열하는 방열용 팬(11)을 더 포함한다.

상기 노광시에 회로의 선폭이 약 1.5 ~ 3㎛ 인 것을 특징으로 한다.

상기 나노 파장의 선광원을 스캔하며 노광하는 방식은 상기 기판 필름과 그 위에 형성된 복수의 층들, 포토 레지스트(PR), 보호 필름 위에 마스크(photo mask)를 접촉시키고, 광학계의 램프들로부터 조사되는 광을 렌티큘라 렌즈를 통해 집중하여 선광원(line beam)을 조사하여 상기 마스크에 노광하는 것을 특징으로 한다.

나노 빔 스캔 노광기는 광량 계측기, 밀착 센서, 노광 테이블 상하 구동 장치로 사용되는 메인 프레임과 마스크(Mask) 및 보호필름 착탈을 위한 상·하 구동 장치;를 더 포함한다.

나노 빔 스캔 노광기는 상기 기판 필름을 공급하는 기판 공급기; 및 상기 마스크 보호 필름을 공급하고, 롤 장력을 조절하는 보호필름 공급기를 더 포함한다.

나노 빔 스캔 노광기는 노광이 끝난 후에, 필름 롤(film roll)로 투입되는 상기 기판 및 보호 필름을 리와인딩(rewinding)하고, 롤 장력을 조정하여 노광된 기판을 회수하는 기판 필름 와인딩(winding) 그리고 롤 장력을 조정하여 보호필름 세정 롤러(cleaning roller)를 사용하여 보호 필름 와인딩 기능을 구비하는 롤 이동 제어 장치를 더 포함한다.

상기 상·하 구동 장치는 롤 이동 제어 장치로써 노광이 끝난 경우, 자동으로 기판 필름 및 보호필름을 리와인딩(rewinding)하며, 자동 리와인딩 전에 세정용 롤러에서 오염된 포토레지스트(PR)를 세정하여 재사용이 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 나노 빔 스캔 노광기는 반도체 제조 공정의 노광시에 회로의 선폭이 약 1.5 ~ 3㎛이며 노광(exposure)시에 기판과 상위 층과 보호 필름에 도포된 포토 레지스트(PR, Photo Resist)에 형성된 회로 패턴에 마스크를 접촉한 상태에서 일방향의 노광 테이블 하부에 광학계 주행장치와 롤 이동 제어 장치와 연동된 하부 밀착용 롤러를 주행하면서 선접촉으로 광학계에서 자외선(UV Beam)이 마스크에 조사되고 회로의 선폭이 1.8㎛이하를 유지하며 나노 파장의 선광원을 스캔하면서 연속 노광을 실시하는 노광 장비를 제작하였다.

상기 노광 장비는 태양전지 셀 제조시에 사용되는 광학계가 복잡하지 않고 크지 않으며 상대적으로 수억원대의 저렴하며, 웨이퍼와 마스크를 접촉시켜 회절광에 의한 문제를 최소화시키고 터치 스크린용 메탈 메쉬 센서(metal mesh for touch screen)를 제조하게 되었다.

본 발명의 나노 빔 스캔 노광기는 나노 파장의 선광원 스캔 방식을 사용하며, 광학계가 기존 평행광 방식에 비해 단순하며, 진동 등의 외부 왜곡에 대하여 영향을 받지 않는다.

나노 파장의 선광원 스캔 방식을 사용하는 노광기는 마이크로 렌즈(Micro lens)를 이용한 Nano 파장의 선광원으로 스캔(scan)하여 사용하며, 회로의 선폭이 약 1.5~3㎛이고, 난반사에 의해 감광면 불규칙성이 낮으며, TSP, LED, PDP 제조에 사용되고, 노광기의 가격이 수억원 대 경제적인 가격의 노광 장비를 구현하여 수입 대체 효과가 기대된다.

도 1은 나노 빔 스캔 노광기의 간단한 구성도이다.
도 2는 나노 파장의 선광원을 제조하는 부품 구성도이다.
도 3은 산란광 방식, 평행광 방식, 본 발명의 나노 파장의 선광원 스캔 방식의 신기술을 비교한 도면이다.
도 4 및 5는 광원과 마스크 및 보호필름, 기판의 노광 시 접촉 구조이다.
도 6은 나노 파장의 선광원 스캔 방식을 사용한 노광기의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 나노 빔 스캔 노광기를 구현하여 제작된 니켈 미세 선폭의 예를 나타낸 사진이다.

본 발명의 목적, 특징, 장점들은 첨부한 도면들을 참조하여 상세한 설명과 바람직한 실시 예로부터 더욱 정확해질 것이다. 본 명세서의 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 부여한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

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

도 1은 나노 빔 스캔 노광기의 간단한 구성도이다.

본 발명의 나노 빔 스캔 노광기는 기판 필름 위에 복수 층들이 형성되고, 그 복수 층의 상위층에 도포된 포토 레지스트(PR, Photo Resist)와 상기 포토레지스트 위에 놓여진 보호필름; 상기 보호필름의 상면에 배치된 마스크(Mask); 상기 기판 필름과 상기 보호필름과 상기 마스크가 탑재된 노광 테이블; 노광시에 상기 마스크 위에 배치되어 선광원(line beam)을 조사하는 광학계; 및 상기 광학계가 조사하는 선광원이 상기 마스크의 상부를 스캔하면서 주행하도록 상기 광학계를 주행시키는 광학계 주행 장치;를 포함하여, 상기 선광원을 조사하는 광학계가 상기 광학계 주행장치에 의해 주행하여 상기 선광원을 스캔하면서 노광하는 것을 특징으로 한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 광학계는 자외선 램프를 하우징하는 램프 하우징(12); 반원통형으로 형성되어 자외선(UV Light)을 반사하는 반사판(13); 자외선을 제공하는 자외선 램프(UV lamp)(14); 상기 자외선 램프(14)로부터 제공된 자외선(UV Beam) 광원을 유도관으로 유도하는 광유도관(15); 상기 광유도관(15)의 광을 차단하고 해제하며, 상기 광학계 주행장치에 의해 노광이 전면 완료되면, 선광원을 차단하는 광 셔터(Shutter)(16); 및 상기 광유도관(15)을 통해 제공된 광원을 선광원으로 만드는 광 집속 광학계(17)를 포함한다.

상기 나노 파장의 선광원을 스캔하며 노광하는 방식은 상기 기판 필름과 그 위에 형성된 상위 층들, 포토 레지스트(PR), 보호 필름 위에 마스크(photo mask)를 접촉시키고, 광학계의 자외선 램프들로부터 비쳐지는 자외선(UV Beam)을 렌티큘라 렌즈를 통해 집중하여 선광원(line beam)을 조사하여 상기 마스크에 노광한다.

나노 빔 스캔 노광기는 상기 기판 필름을 공급하는 기판 공급기; 및 상기 마스크 보호 필름을 공급하고, 롤 장력을 조절하는 보호필름 공급기(310)를 더 포함한다.

나노 빔 스캔 노광기는 노광이 끝난 후에 필름 롤(film roll)로 투입되는 상기 기판 및 보호 필름을 리와인딩(rewinding)하고, 롤 장력을 조정하여 노광된 기판을 회수하는 기판 필름 와인딩(winding) 그리고 롤 장력을 조정하여 보호필름 세정 롤러(cleaning roller)를 사용하여 보호 필름 와인딩 기능을 구비하는 롤 이동 제어 장치(110, 120)를 더 포함한다.

나노 빔 스캔 노광기는 진동 방지 및 기류 제어 에프.에프.유(FFU:FAN FILTER UNIUT); 온도 제어 장치; 및 전력 제어 장치를 구비하는 노광을 수행하는 부속 장치를 더 포함한다.

상기 노광을 수행하는 부속 장치는 진동 및 열, 오염 공기의 먼지 등에 따라 미세 패턴(pattern)에 손상을 일으키므로 수평 유지 장치 및 진동 방지 장치, 및 공기 정화장치 및 UV 램프의 발산열을 방열하는 배기팬 및 배기 장치를 더 포함한다.

상기 롤 이동 제어 장치는 노광이 끝난 경우, 자동으로 기판 필름 및 보호필름을 리와인딩(rewinding)하며, 자동 리와인딩 전에 세정용 롤러에서 오염된 포토레지스트(PR)를 세정하여 재사용이 가능한 것을 특징으로 한다.

나노 빔 스캔 노광기는 보호 필름과 기판 층이 노광하고자 하는 마스크 크기로 접착하여 노광 테이블에 공급되면, 기판 층과 마스크가 정렬된 후, 하부의 노광 테이블 상·하 구동부를 작동시켜 마스크, 보호필름, 기판을 완전 밀착시키며, 상기 광학계의 UV 램프가 점등되면서 기판 층과 마스크가 접촉식(contact)으로 밀착된 마스크 상에서 상기 광학계 주행장치와 하부 밀착용 롤러에 의해 주행하며(scan) 선광원(line beam)을 마스크 위로 노광하고,

상기 광학계 주행장치가 노광이 전면 완료되면, 렌티귤라 렌즈와 연동된 광 셧터(Shutter)가 광원을 차단하여 광량의 크기가 일정한 방향으로 닫히며, 전면 노광이 끝난 상태에서 노광 테이블이 상,하로 열리고, 보호 필름 및 기판이 롤 피이딩(feeding) 장치에 의해 자동으로 이송되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노 빔 스캔 노광기는 기판 필름 위에 상위 층들이 형성되고, 그 상위 층에 도포된 포토 레지스트(PR, Photo Resist)와 보호필름에 접촉된 마스크(Mask); 상기 기판 필름 위에 상위 층들이 형성되고, 그 상위 층에 도포된 포토 레지스트(PR)와 보호필름에 접촉된 마스크가 놓이는 노광 테이블(Exposure Table)(220); 노광시에 상기 마스크 위에서 선광원(line beam)을 조사하는 광학계; 광학계로부터 나노 파장의 선광원을 조사되면서 마스크 상부를 주행하며 스캔하는 광학계 주행장치(210);

상기 마스크 보호 필름을 공급하고, 롤 장력을 조절하는 보호필름 공급기(310); 기판 필름을 공급하는, 롤 장력을 조절하는 기판 공급기(320);

노광(exposure)이 끝난 후에 필름 롤(film roll)로 투입되는 기판 필름 및 보호 필름을 리와인딩(Rewinding) 및 롤 장력을 조정하여 노광된 기판을 회수하는 기판 필름 와인딩(winding) 그리고 롤 장력을 조정하여 보호필름 세정 롤러(cleaning roller)를 사용하여 보호 필름의 와인딩 기능을 구비하는 롤 이동 제어 장치(120, 110);

광량 계측기, 밀착 센서, 노광 테이블 상하 구동 장치로 사용되는 메인 프레임(main frame)(230); 마스크(Mask) 및 보호필름 착탈을 위한 상.하 구동 장치;

진동 방지 및 기류 제어 에프.에프.유(FFU:FAN FILTER UNIT), 온도 제어 장치, 및 전력 제어 장치 등의 부속 장치로 구성된다.

나노 빔 스캔 노광기는 TSP 제조시에 광학계가 크고 복잡하지 않으며 상대적으로 수억원 대로 저렴한 비용으로 노광 장비를 제작하였으며, 반도체 제조 공정에서 노광시에 회로의 선폭이 약 1.5 ~ 3㎛이며 마스크를 통해 회로의 선폭이 1.8㎛ 이하를 유지하며 광학계 주행장치와 함께 연동되는 하부 밀착용 롤러(roller)에 의해 라인 빔(line beam)을 제공하는 광학계는 광학계 주행장치에 의해 주행하면서 나노 파장의 선광원을 스캔하여 상기 마스크 위에 연속 노광을 하는 노광 장비를 제작하였다. 또한, 웨이퍼와 마스크를 접촉시켜 회절광에 의한 문제를 최소화시켰다.

나노 빔 스캔 노광기는 반도체 제조 공정에서 노광시에 기판 필름 위에 상위 층들이 형성되고, 그 상위 층에 도포된 포토 레지스트(PR, Photo Resist)와 보호필름에 접촉된 마스크(Mask)와 접촉한 상태에서 일방향의 노광 테이블 하부에 광학계 주행장치와 연동된 하부 밀착용 롤러를 주행하며 광학계의 자외선 램프들(UV Lamp)로부터 자외선(UV Beam)이 나노 파장의 선광원(line beam)을 스캔하면서 마스크 위에 연속 노광을 실시한다.

1) 광학계의 구성에서 현재 미세 패턴(pattern) 제작을 위해 사용되는 광학계는 마스크와 광학적으로 결합하는 방식은 산란광 방식 및 평행광 방식이 있다.

산란광 방식은 정밀 패턴 제조에 어려움이 있으며 일반적으로 평행광 방식으로 노광기를 구성하여 마스크(Mask)를 직접 기판에 접착시키는 방식으로 1 ㎛대의 노광을 실현할 수 있으나, 대면적의 경우 평행광(parallel light)의 균일성(Uniformity) 및 세기(Intensity)를 획득하기 위해 많은 부가적인 광학적 장치가 필요하므로 통상 3 ~7㎛의 선폭이 구현되는 마스크(Mask) 근접 접합식으로 사용하고 있다.

본 발명에서는 기존 복잡한 광학계를 단순화하기 위해 광학계 내부에서 자외선 램프(UV Lamp) 하단에 3D 입체 기술로 사용되는 렌티귤라 렌즈(Lenticular Lens)를 사용하여 집중하여 선광원(line beam)을 제공하는 광학계를 제조하였다.

도 2에서 도시된 바와 같이, 본 방식의 기본 구조는 나노 파장의 선광원을 제공하는 부품으로 구성된다.

나노 파장의 선광원을 제공하는 부품은 반사판(1), 자외선 램프(UV Lamp)(2), 광 유도관(3), 렌티귤라 렌즈(Lenticular Lens)(4), 라인 빔의 구조의 나노 선광원(Nano Line Beam)(5)으로 구성된다.

반사판(1)은 반원통형으로 형성된 반사경이며, 자외선 램프(UV Lamp)로부터 조사된 자외선(UV light)을 반사한다.

광 유도관(3)은 평행광 제조 시 사용하는 FLY-EYE LENS와 같이 점 광원으로 작용하여 특정 파장을 가진(λ=365㎚) 광원에 대해 회절 현상으로 빛 퍼짐이 발생하지만, 라인(line, 선) 구조로 일렬로 형성된 볼록 렌즈의 특성을 가진 렌티큘라 렌즈(Lenticular Lens)(4)가 평행 집속광을 만든다.

광 유도관(3)의 길이 및 렌티큘라 렌즈의 집속도 및 폭 등은 사용하는 광원에 따라 설계된다.

상기 광학계는 라인 빔(line beam)의 구조로 나노 파장의 선광원 스캔 방식을 사용하며, 기존 평행광 방식에 비해 단순하며, 진동 등의 외부 왜곡에 대해서 영향을 받지 않는다.

도 3은 산란광 방식, 평행광 방식, 본 발명의 나노 파장의 선광원 스캔 방식의 신기술을 비교한 도면이다.

일반적으로, 노광기는 마스크와 기판의 위치에 따라 접촉식(CONTACT), 근접식(PROXIMITY), 프로젝션(PROJECTION) 있으며, 확대/축소 배율이 있는 프로젝션 방식은 제외한 접촉식(CONTACT) 및 근접식(PROXIMITY)에 대하여 비교하면 광원의 평행 광원에서 마스크(mask)를 지난 빛의 회절을 줄이기 위해 접촉이 노광의 성능을 높일 수 있으나, 통상 기판과 마스크(Mask) 표면의 오염 등으로 근접식(PROXIMITY)을 사용하고 있다.

산란광 방식은 UV Lamp 광을 직접 조사하여 회로의 선폭이 약 80㎛이며 PCB를 제조하는데 사용하며, 난반사에 의해 감광면이 불규칙하여 경면 기판일 경우 빛의 간섭이 크고, 노광기가 비교적 저렴하다.

평행광 방식은 반사경(반사 거울)을 이용한 평행광(parallel light)을 사용하며, 회로의 선폭이 약 7㎛이며 LCD, PDP, SEMI, LED, TSP 제조에 사용되고, 난반사에 의해 감광면이 불규칙하여 경면 기판일 경우 빛의 간섭이 크며, 평행광 방식의 프로젝션 노광기는 광학계가 크고 복잡하며 수십 내지 수백억의 고가의 장비가 필요하다.

본 발명의 나노 파장의 선광원 스캔 방식은 복잡한 광학계를 단순화 하기 위해 광학계 내부에 3D 입체 기술의 하나인 렌티큘라 렌즈(LENTICLURA LENS)를 사용하여 집중하여 라인 빔 구조의 선광원을 제공하는 광학계를 제조하였으며, 광학계로부터 선광원(line beam)을 조사하여 광학계 주행장치가 주행하면서 하부 밀착용 롤러(roller)에 의해 스캔(scan)하여 마스크 위에 연속적으로 노광한다.

본 발명의 나노 파장의 선광원 스캔 방식을 사용하는 노광기는 마이크로 렌즈(Micro lens)를 이용한 Nano 파장의 선광원으로 스캔(scan)하여 사용하며, 회로의 선폭이 약 1.5 ~ 3㎛이고, 난반사에 의해 감광면 불규칙성이 낮고, TSP(Touch Screen Panel), LED(Light Emitting Diode), PDP(Plasma Display Panel) 제조에 사용되고, 노광기의 가격이 수억원 대 비교적 경제적인 가격의 장비를 구현하였다.

노광 테이블은 감광제로 사용되는 포토 레지스트(PR)가 도포된 기판 층과 마스크(Mask)를 밀착시켜 노광용 선광원을 스캔하며 주행하게 하는 작업 테이블이다.

도 4 및 5는 광원과 마스크 및 보호필름, 기판의 노광 시 접촉 구조이다.

본 발명에서는 마스크(Mask) 표면에 보호용 필름을 기판과 같이 구동시켜 항상 오염되지 않은 보호용 필름을 공급하는 일방향의 노광 테이블 하부에 광학계 주행장치와 연동된 롤러(roller)를 부착하여 밀착도를 유지시켰다.

도 4a는 접촉 방식 노광(Contact Exposure) 및 Collimation beam의 분해능의 한계를 나타낸 도면이다.

예를들면, 기판(substrate) 위에 구리 층(copper layer), 포토 레지스트(PR), 보호 필름(protective film) 위에 회로 패턴(pattern, 검은 부분)이 형성되고, 그 위에 마스크(photo mask)를 접착시키고 광학계에 의해 자외선(UV Beam)을 조사한다. 접촉식 노광기는 마스크(Mask)의 손상이 없는 장점이 있으며, 저 분해능, Mask 균일 간격 조정이 난해하고 자재와 마스크 평탄도 관리가 난해하여 자동 정렬이 어렵고 반 그림자 영역이 발생하는 단점이 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 나노 빔 스캔 노광기는 예를들면, 기판(substrate) 위에 구리 층(copper layer), 포토 레지스트(photo resist), 보호 필름(protective film) 위에 회로 패턴(검은 부분)이 형성되고, 그 위에 마스크(photo mask)를 접착된 상태에서, 광학계의 라인(line) 구조의 자외선 램프들로부터 자외선(UV Beam)을 노광 테이블 하부에 광학계 주행장치와 연동된 롤러(roller)를 이동해가며 나노 파장의 선광원으로 스캔하면서 마스크 위에 연속 노광을 실시한다.

도 6은 나노 파장의 선광원 스캔 방식을 사용한 노광기의 구성도이다.

상기 광학계(12 ~ 17)는 자외선 램프를 하우징하는 램프 하우징(12); 반원통형으로 형성되어 자외선(UV Light)을 반사하는 반사판(13); 자외선을 제공하는 자외선 램프(UV lamp)(14); 상기 자외선 램프(14)로부터 제공된 자외선(UV Beam) 광원을 유도관으로 유도하는 광유도관(15); 상기 광유도관(15)의 광을 차단하고 해제하며, 상기 광학계 주행장치에 의해 노광이 전면 완료되면, 선광원을 차단하는 광 셔터(Shutter)(16); 및 상기 광유도관(15)을 통해 제공된 광원을 선광원으로 만드는 광 집속 광학계(17)를 포함하고,

상기 광학계는 상기 램프 하우징(12)의 상면 일측과 좌측면 일측에 구비되어 자외선 램프(UV lamp)의 발산열을 방열하는 배기 팬(방열용 FAN)(11)을 더 포함한다.

초기 위치에 정지되어 있던 상기 광학계는 라인 빔 구조의 자외선 램프들의 자외선 광원이 점등되면서 선광원(line beam)을 발생하며, 상기 광학계 주행장치가 스캔하면서 마스크에 연속 노광하는 것을 특징으로 한다.

상기 나노 파장의 선광원을 스캔하며 노광하는 방식은 상기 기판 필름과 그 위에 형성된 상위 층들, 포토 레지스트(PR), 보호 필름 위에 마스크(photo mask)를 접촉시키고, 광학계의 자외선 램프들로부터 비쳐지는 자외선(UV Beam)을 렌티큘라 렌즈를 통해 집중하여 선광원(line beam)을 조사하여 상기 마스크에 노광하는 것을 특징으로 한다.

롤 이동 제어 장치는 노광하고자 하는 기판(substrate)이 필름형식일 경우 적용되는 장치이다.

기판 층과 마스크를 라인 빔(line beam)의 형태로 선광원을 스캔하며 노광이 끝난 후에, 롤 이동 제어 장치는 필름 롤(film roll)로 투입되는 상기 기판 및 보호 필름을 리와인딩(rewinding)하고, 롤 장력을 조정하여 노광된 기판을 회수하는 기판 필름 와인딩(winding) 그리고 롤 장력을 조정하여 보호필름 세정 롤러(cleaning roller)를 사용하여 보호 필름 와인딩 기능을 구비한다.

기판 상부에 설치하는 보호필름 공급용 롤 이동 제어 장치는 기판 및 보호필름 공급기에서 공급된 기판과 보호필름의 노광이 끝난 경우, 자동으로 리와인딩(rewinding)되며, 자동 리와인딩 전에 세정용 롤러(cleaning roller)에서 오염된 포토 레지스트(PR)를 세정하게 되어 재사용이 가능하다.

노광을 수행하는 부속 장치는 진동 및 열, 오염 공기의 먼지 등에 따라 미세 패턴(pattern)에 손상을 일으키므로 수평 유지 장치 및 진동 방지 대책과 공기 정화장치 및 자외선 램프(UV Lamp)의 발산열을 방열하는 배기 팬(Fan) 및 배기 장치를 더 구비한다.

본 실시 예에 따라 기판 및 노광용 마스크가 1:1의 크기로 제작된 상태에서 보호 필름과 기판이 노광하고자 하는 마스크 크기로 노광 테이블에 공급되면, 기판과 마스크의 정렬을 확인한 후, 하부에 설치된 노광 테이블 상·하 구동부를 작동시켜 마스크, 보호필름, 기판을 완전 밀착시킨다.

초기 위치에 정지되어 있던 광학계의 라인 빔의 형태로 구성된 자외선 램프(Ultra-Violet lamp)의 나노 선광원 장치가 점등되면서 자외선 광원이 발생한다.

이때, 광원의 품질을 측정하기 위해 광량 계측기가 작동하며, 기판층에 도포된 포토 레지스트(PR)의 감광도 및 기판을 포함하는 적층된 두께에 맞게 광원 출력이 발생되는지 검사하게 된다.

광량의 품질이 기판이 노광에 필요한 품질이 되면, 광학계는 설비의 상부에 설치된 광학계 주행장치의 리니어 서보 장치에 의해 마스크 상부를 일정한 간격으로 주행하며, 마스크에 진입 시 광 셧터(Shutter)가 주행 방향으로 열리면서 노광하는 일방 그 주행의 직하에 연동하여 주행하는 하부 밀착용 롤러(roller)에 의해 선접촉으로 강력한 밀착을 유지할 수 있다.

광학계 주행장치(210)가 노광이 전면 완료되면, 렌티귤라 렌즈(Lenticular lens)와 연동된 광원차단 장치인 광 셧터(Shutter)는 광량의 크기가 일정한 방향으로 닫히게 한다.

전면 노광이 끝난 상태에서 노광 테이블이 상,하로 열리고, 보호 필름 및 기판이 롤 피이딩(feeding) 장치에 의해 자동으로 이송된다.

반복 동작은 상부 광원의 출발 위치만 다를 뿐 동작 순서는 동일하다.

1.8 ㎛ 이하의 미세 선폭을 얻기 위해 정밀한 렌티큘라 렌즈(Lenticular Lens)의 설계 및 광원의 파장(=365㎚) 유도관의 길이가 하드웨어적으로 결정돼야 하고, 품질 유지를 포토 레지스트(PHOTO RESIST)의 도포 두께 관리가 대단히 중요하다.

도 7은 본 발명의 나노 빔 스캔 노광기의 장치를 구현하여 제작된 니켈 미세 선폭의 예를 나타낸 사진이다.

기판: 100㎛ PET FILM,

배선층: 350 °A 전면 증착

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

11: 방열용 FAN
12: 램프 하우징(Lamp Housing)
13: UV Light 반사판
14: UV 램프(UV Lamp)
15: 광 유도관
16: 광 셔터(shutter)
17: 광 집속 광학계(lenticular type)

Claims

기판 필름 위에 복수 층들이 형성되고, 그 복수 층의 상위층에 도포된 포토 레지스트(PR, Photo Resist)와 상기 포토레지스트 위에 놓여진 보호필름;
상기 보호필름의 상면에 배치된 마스크(Mask);
상기 기판 필름과 상기 보호필름과 상기 마스크가 탑재된 노광 테이블;
노광시에 상기 마스크 위에 배치되어 선광원(line beam)을 조사하는 광학계; 및
상기 광학계가 조사하는 선광원이 상기 마스크의 상부를 스캔하면서 주행하도록 상기 광학계를 주행시키는 광학계 주행 장치;를 포함하여,
상기 광학계는,
자외선 램프를 하우징하는 램프 하우징(12);
반원통형으로 형성되어 자외선(UV Light)을 반사하는 반사판(13);
자외선을 제공하는 자외선 램프(UV lamp)(14);
상기 자외선 램프(14)로부터 제공된 자외선(UV Beam) 광원을 유도관으로 유도하는 광유도관(15);
상기 광유도관(15)의 광을 차단하고 해제하며, 상기 광학계 주행장치에 의해 노광이 전면 완료되면, 선광원을 차단하는 광 셔터(Shutter)(16); 및
상기 광유도관(15)을 통해 제공된 광원을 선광원으로 만드는 광 집속 광학계(17); 를 포함하고,
상기 노광 테이블 하부에 위치되고, 상기 광학계 주행장치와 연동되어 동작되는 하부 밀착용 롤러;를 더 포함하며,
광량 계측기, 밀착 센서, 노광 테이블 상하 구동 장치로 사용되는 메인 프레임과 마스크(Mask) 및 보호필름 착탈을 위한 상·하 구동 장치;를 더 포함하고,
상기 선광원을 조사하는 광학계는 광학계 주행장치의 리니어 서보 장치에 의해 마스크 상부를 일정한 간격으로 주행하며, 마스크에 진입 시 광 셧터(Shutter)가 주행 방향으로 열리면서 노광하는 일방 그 주행의 직하에 연동하여 주행하는 하부 밀착용 롤러(roller)에 의해 선접촉으로 강력한 밀착을 유지하여 상기 선광원을 스캔하면서 노광하는 나노 빔 스캔 노광기.
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제1항에 있어서,
상기 광학계는
상기 램프 하우징(12)의 상면 일측과 좌측면 일측에 구비되어 자외선 램프의 발산열을 방열하는 방열용 팬(11)을 더 포함하는 나노 빔 스캔 노광기.
제1항에 있어서,
상기 노광시에 회로의 선폭이 1.5 ~ 3㎛ 인 것을 특징으로 하는 나노 빔 스캔 노광기.
제1항에 있어서,
상기 선광원을 스캔하며 노광하는 방식은 상기 기판 필름과 그 위에 형성된 복수의 층들, 포토 레지스트(PR), 보호 필름 위에 마스크(photo mask)를 접촉시키고, 광학계의 램프들로부터 조사되는 광을 렌티큘라 렌즈를 통해 집중하여 선광원(line beam)을 조사하여 상기 마스크에 노광하는 것을 특징으로 하는 나노 빔 스캔 노광기.
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제1항에 있어서,
상기 기판 필름을 공급하는 기판 공급기; 및
상기 보호 필름을 공급하고, 롤 장력을 조절하는 보호필름 공급기를 더 포함하는 나노 빔 스캔 노광기.
제1항에 있어서,
노광이 끝난 후에, 필름 롤(film roll)로 투입되는 상기 기판 및 보호 필름을 리와인딩(rewinding)하고, 롤 장력을 조정하여 노광된 기판을 회수하는 기판 필름 와인딩(winding) 그리고 롤 장력을 조정하여 보호필름 세정 롤러(cleaning roller)를 사용하여 보호 필름 와인딩 기능을 구비하는 롤 이동 제어 장치를 더 포함하는 나노 빔 스캔 노광기.
제1항에 있어서,
상기 상·하 구동 장치는 롤 이동 제어 장치로써 노광이 끝난 경우, 자동으로 기판 필름 및 보호필름을 리와인딩(rewinding)하며, 자동 리와인딩 전에 세정용 롤러에서 오염된 포토레지스트(PR)를 세정하여 재사용이 가능한 것을 특징으로 하는 나노 빔 스캔 노광기.