KR102152463B1 - 패턴묘화장치 및 이를 이용한 패턴묘화방법 - Google Patents

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최기봉
임형준
권순근
이재종
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Abstract

본 발명은 기판의 표면을 추적하기 위한 레이저 광과 감광소재를 경화시키기 위한 레이저 광의 초점 위치를 독립적으로 제어하여 3차원 형상의 패턴을 균일하게 견고하게 경화시킬 수 있는 패턴묘화장치 및 이를 이용한 패턴묘화방법을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 기판을 향해 제1 광을 출사하는 제1 광원부; 상기 기판에서 반사되는 상기 제1 광을 검출하는 검출부; 감광소재를 경화시키기 위한 제2 광을 출사하는 제2 광원부; 상기 제1 광 및 상기 제2 광이 상기 기판을 향하도록 경로를 마련하는 필터; 상기 필터와 상기 기판 사이에 배치되며, 상기 필터를 경유한 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 집광시키는 대물렌즈; 상기 대물렌즈와 연결되며, 상기 검출부에서 검출되는 상기 제1 광을 기반으로 상기 대물렌즈와 상기 기판 사이의 간격과 상기 대물렌즈의 초점거리가 일치되도록, 상기 대물렌즈를 이동시키는 제1 렌즈구동부; 상기 제2 광원부와 상기 필터 사이에 배치되며, 상기 제2 광을 집광시키는 집광렌즈; 및 상기 집광렌즈와 연결되며, 상기 대물렌즈에서 집광되는 상기 제2 광의 초점위치가 가변되도록, 상기 집광렌즈를 이동시키는 제2 렌즈구동부;를 포함하는 특징을 개시한다.

Description

패턴묘화장치 및 이를 이용한 패턴묘화방법{PATTERN WRITING APPARATUS AND PATTERN WRITING METHOD}
본 발명은 패턴묘화장치 및 이를 이용한 패턴묘화방법에 관한 것으로, 상세하게는 기판에 놓인 감광소재에 레이저 광을 조사하여 기판 상에 미세 패턴을 직접 형성하는 패턴묘화장치 및 이를 이용한 패턴묘화방법에 관한 것이다.
레이저 직접 묘화(Laser Direct Writing) 공정을 수행하기 위해서는 먼저 기판 상에 감광소재를 액상으로 드랍(Drop)하거나 스핀코팅(Spin Coating)하여 준비하고, 이후 대물렌즈를 통하여 집광한 레이저 광을 기판 상에 놓인 감광소재 내부에서 3차원으로 이동시키며 감광소재를 경화시킴으로써, 기판 상에 일정한 패턴을 형성할 수 있다.
이후 현상(Develop) 공정에서 경화되지 않는 감광소재를 제거하여 나노미터에서 마이크로미터 크기의 원하는 패턴을 제작하게 된다.
감광소재는 특정 파장대의 레이저 광에 반응하는 광경화성 폴리머가 사용될 수 있는데, 폴리머 가교재가 포함되어 레이저 광의 에너지를 받으면서 주위의 폴리머 분자를 가교시켜 액체상태에서 고체상태로 경화되고, 이로써 기판 상에 고정될 수 있다.
이러한 레이저 직접 묘화 장치는 크게 기판이 놓이는 스테이지, 감광소재를 경화시키기 위한 레이저 광을 제공하는 광원부, 레이저 광의 세기, 방향 등의 품질을 제어하기 위한 대물렌즈를 포함한 광학계가 구비될 수 있다.
스테이지는 X, Y의 2축 또는 X, Y, Z의 3축 방향의 위치 조절이 가능하도록 구성될 수 있는데, 일반적으로 X, Y의 평면상에서는 수백 마이크로에서 수백 밀리미터의 구동 범위가 요구되지만, Z축의 높이 방향으로는 수백 마이크로미터의 보다 미세한 구동 범위가 요구되기 때문에, X, Y의 2축 방향의 위치 조절이 가능한 스테이지가 적용될 수 있다.
이에 레이저 광이 집광되는 대물렌즈를 Z축의 높이 방향으로 미세하게 가변시킴에 따라, 기판과 레이저 광을 상대 이동시키며, 기판 상에 3차원의 원하는 패턴을 제작하게 된다.
결국 감광소재를 향하는 레이저 광의 초점 위치를 얼마나 정확하게 조절하는 것이냐에 따라 제작되는 패턴의 품질이 결정될 수 있다.
예를 들면 레이저 광에 의해 경화된 부분이 반드시 기판의 표면에 고정(부착)되어야 하는데, 만약 레이저 광의 초점이 기판의 표면 하측에 위치하거나 기판의 표면 상측 즉, 감광소재의 내부에 위치하는 경우에는 경화된 감광소재가 기판의 표면에 대해 견고한 부착 상태를 만족하기 못하게 되고, 이로서 이후 현상(Develop) 공정에서 경화된 패턴층이 씻겨나가는 문제가 발생될 수 있다.
한편 대물렌즈의 FOV(Field Of View) 영역을 벗어나 넓은 영역에 대해 패턴을 제작할 경우, 기판이 놓인 스테이지를 X, Y 방향으로 이송하면서 레이저 직접 묘화 공정을 진행하게 되는데, 이때 스테이지의 기계적 구동 특성 상 스테이지에 장착된 기판 표면이 Z축 방향으로 미세하게 오르내리는 평탄도에서 오차가 발생할 수 있다.
물론 전술한 바와 같이 평탄도의 오차는 Z축의 높이방향으로 이동 가능한 대물렌즈를 제어하여 대물렌즈의 초점이 항상 기판의 표면에 유지될 수 있도록 하는 이른바, 자동 초점(autofocus) 기능을 이용하여 보상할 수 있다.
하지만 기판의 표면을 추적하는 자동 초점 기능은 기판의 표면에 미세 패턴(단층의 패턴층)을 제작하기 위해서는 필수적인 장치이기는 하나, 기판의 표면에 3차원 형상의 패턴을 제작할 시에는 오히려 레이저 광의 초점위치에서 오차를 발생시킬 수 있다.
예를 들어 Z축의 높이방향으로 길쭉한 3차원 형상의 패턴을 제작하기 위해서는 먼저 기판의 표면에 대해 복수의 패턴층을 순차적으로 적층시커야 하는데, 기판의 표면을 추적하는 자동 초점 기능이 부여된 광학계로 인하여 복수의 패턴층을 적층하여 형성하는 과정에서 레이저 광의 초점위치는 기판의 표면을 추적하게 되고, 이에 따라 적층되는 각 패턴층은 균일하게 경화되지 못하는 문제가 발생될 수 있다.
이처럼 3차원 형상의 패턴이 균일하게 제작되지 못하는 경우 이후 현상(Develop) 공정에서 경화된 패턴층이 씻겨나가는 문제가 발생될 수 있다.
이와 같이 3차원 형상의 패턴을 제작할 시 레이저 광의 초점위치 오차를 보상하기 위해서는 복잡한 구조의 광학계나 제어 프로그램이 추가되어야 하는 문제가 있다.
대한민국등록특허공보 제10-1784461호(2017.11.06.공고)
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 간소한 광학계 구조임에도 불구하고 기판의 표면을 추적하기 위한 레이저 광과 감광소재를 경화시키기 위한 레이저 광의 초점 위치를 독립적으로 제어하여 3차원 형상의 패턴을 균일하고 견고하게 경화시킬 수 있는 패턴묘화장치 및 이를 이용한 패턴묘화방법을 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 패턴묘화장치는, 기판 상에 놓인 감광소재에 광을 조사하여 상기 감광소재를 경화시켜 상기 기판 상에 패턴층을 형성하는 패턴묘화장치로서, 상기 기판을 향해 제1 광을 출사하는 제1 광원부; 상기 기판에서 반사되는 상기 제1 광을 검출하는 검출부; 상기 감광소재를 경화시키기 위한 제2 광을 출사하는 제2 광원부; 상기 제1 광 및 상기 제2 광이 상기 기판을 향하도록 경로를 마련하는 필터; 상기 필터와 상기 기판 사이에 배치되며, 상기 필터를 경유한 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 집광시키는 대물렌즈; 상기 대물렌즈와 연결되며, 상기 검출부에서 검출되는 상기 제1 광을 기반으로 상기 대물렌즈와 상기 기판 사이의 간격과 상기 대물렌즈의 초점거리가 일치되도록, 상기 대물렌즈를 이동시키는 제1 렌즈구동부; 상기 제2 광원부와 상기 필터 사이에 배치되며, 상기 제2 광을 집광시키는 집광렌즈; 및 상기 집광렌즈와 연결되며, 상기 대물렌즈에서 집광되는 상기 제2 광의 초점위치가 가변되도록, 상기 집광렌즈를 이동시키는 제2 렌즈구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때 본 발명에 따른 패턴묘화장치에 있어서, 상기 집광렌즈는 광축 방향을 따라 상기 대물렌즈로부터 상대적으로 가깝게 위치하는 제1 위치 및 광축 방향을 따라 상기 대물렌즈로부터 상대적으로 멀리 위치하는 제2 위치 사이에서 이동 가능하게 설치되고; 상기 집광렌즈가 상기 제1 위치를 유지하는 경우, 상기 대물렌즈에서 집광되는 상기 제2 광의 초점은 상기 제1 광의 초점과 동일한 위치를 유지하며; 상기 집광렌즈가 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동됨에 따라, 상기 대물렌즈에서 집광되는 상기 제2 광의 초점이 상기 제1 광의 초점 상측으로 이동될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 패턴묘화장치에 있어서, 상기 패턴층은 상기 기판의 표면에 형성되는 제1 패턴층 및 상기 제1 패턴층의 상부면에 형성되는 제2 패턴층을 포함하고; 상기 제2 패턴층을 형성할 시, 상기 집광렌즈는 미리 형성된 상기 제1 패턴층의 두께에 상응하는 간격으로 이동되는 것일 수 있다.
한편 본 발명은 상기의 패턴묘화장치를 이용한 패턴묘화방법으로서, 상기 대물렌즈와 상기 기판 사이의 간격과 상기 대물렌즈의 초점거리가 일치되도록 상기 대물렌즈를 이동시키며, 상기 대물렌즈에서 집광되는 상기 제2 광을 이용하여 상기 기판의 표면에 제1 패턴층을 형성하는 제1 패턴층 형성단계; 및 상기 대물렌즈에서 집광되는 상기 제2 광의 초점이 상기 제1 패턴층의 상부면에 위치하도록 상기 집광렌즈를 이동시키며, 상기 제1 패턴층의 상부면에 제2 패턴층을 형성하는 제2 패턴층 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때 본 발명에 따른 패턴묘화방법에 있어서, 상기 제2 패턴층 형성단계는, 상기 검출부에서 검출되는 상기 제1 광을 기반으로 상기 대물렌즈와 상기 기판 사이의 간격과 상기 대물렌즈의 초점거리가 일치되도록, 상기 대물렌즈를 이동시키는 기판표면 추적단계; 및 상기 제2 광의 초점이 상기 제1 패턴층의 상부면에 위치하도록, 상기 집광렌즈를 이동시키는 제1 패턴층 상부면 추적단계;를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 패턴묘화방법에 있어서, 상기 제1 패턴층 상부면 추적단계에서, 상기 집광렌즈는 상기 제1 패턴층의 두께에 상응하는 간격으로 이동될 수 있다.
본 발명에 따른 패턴묘화장치 및 이를 이용한 패턴묘화방법은 하나의 대물렌즈를 이용하면서도 기판의 표면을 추적하기 위한 제1 광과 감광소재를 경화시키기 위한 제2 광의 초점 위치를 서로 독립적으로 제어할 수 있기 때문에, 구조적으로 간단하면서도 감광소재의 경화를 위한 제2 광의 초점을 효과적으로 제어할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 패턴묘화장치 및 이를 이용한 패턴묘화방법은 원하는 3차원 형상의 패턴을 균일하게 경화시키되, 기판의 표면과 패턴층 및 서로 적층되는 패턴층들 간의 견고한 부착 상태를 유지할 수 있어, 패턴의 제작 품질을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 패턴묘화장치 및 이를 이용한 패턴묘화방법은 높이방향으로 길이를 가지는 3차원 형상의 미세 패턴을 제작하고자 하는 경우뿐만 아니라, 스테이지의 기계적 구동 특성으로 인한 기판의 평탄도 오차가 발생하거나, 플렉시블(Flexible) 기판과 같이 3차원 형상을 가지는 기판 등 다양한 환경에서 원하는 패턴 형상을 자유롭게 제작할 수 있는 정밀성과 함께 호환성이 우수한 이점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 패턴묘화장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 패턴묘화장치를 이용한 패턴 형성 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 패턴묘화방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략된다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 패턴묘화장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 패턴묘화장치는 스테이지, 제1 광원부(100), 검출부(200), 제2 광원부(300), 필터(400), 대물렌즈(500), 제1 렌즈구동부(600), 집광렌즈(700), 제2 렌즈구동부(800)를 포함할 수 있다.
스테이지는 기판(10)이 장착되는 것으로, 평면(X,Y) 상에서 2축 방향으로 위치 조절이 가능하도록 구성될 수 있으며, 스테이지는 필요에 따라 3차원(X,Y,Z) 상에서 3축 방향으로 위치 조절이 가능하도록 구성될 수도 있다.
제1 광원부(100)는 제1 광(L1)을 출사할 수 있다. 제1 광원부(100)는 기판(10)을 향해 제1 광(L1)을 출사할 수 있다. 제1 광(L1)은 특정 파장을 가지는 레이저 광원일 수 있으며, 제1 광원부(100)에서 출사되는 제1 광(L1)은 평행광일 수 있다.
검출부(200)는 제1 광원부(100)에서 출사된 후 기판(10)에서 반사되는 제1 광(L1)을 검출할 수 있다. 검출부(200)는 수광된 제1 광(L1)의 세기(Intensity), 명암 등의 화상 정보를 검출할 수 있다.
제2 광원부(300)는 기판(10)을 향해 제2 광(L2)을 출사할 수 있다. 제2 광원부(300)는 기판(10)을 향해 제2 광(L2)을 출사할 수 있다. 제2 광(L2)은 제1 광(L1)과 다른 범위의 특정 파장을 가지는 레이저 광원일 수 있으며, 제2 광원부(300)에서 출사되는 제2 광(L2)은 평행광일 수 있다.
구체적으로, 제2 광(L2)은 기판(10)에 놓인 감광소재를 향해 출사되어 감광소재의 적어도 일부를 경화시킬 수 있다. 이때 제2 광(L2)의 초점은 기판(10)과 감광소재의 경계면 즉, 기판(10)의 표면(11)에 위치될 수 있다.
만약 제2 광(L2)의 초점이 기판(10)의 표면(11) 하측에 위치하거나 기판(10)의 표면(11) 상측 즉, 감광소재의 내부에 위치하는 경우에는, 경화된 감광소재가 기판(10) 표면(11)에 대해 견고한 부착 상태를 만족하기 못하게 되고, 이로서 묘화 공정 이후 현상(Develop) 공정에서 경화된 패턴층이 씻겨나가는 문제가 발생될 수 있다.
즉, 제2 광(L2)의 초점이 기판(10)과 감광소재의 경계면 즉, 기판(10)의 표면(11)과 감광소재의 하부면 영역에 얼마나 정확히 유지되는 것인가에 따라, 패턴층(20)의 견고한 부착 상태를 달성할 수 있다.
필터(400)는 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)이 기판(10)을 향하도록 경로를 마련할 수 있다. 필터(400)는 특정 파장을 가지는 광원은 투과시키거나 반사시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, 제1 광원부(100)로부터 출사되거나 기판(10)에서 반사되는 제1 광(L1)은 그대로 투과시킬 수 있고, 제2 광원부(300)에서 출사되거나 기판(10)에서 반사되는 제2 광(L2)은 반사시킬 수 있다.
도시된 바와 달리, 반대로 제1 광원부(100)로부터 출사되거나 기판(10)에서 반사되는 제1 광(L1)은 반사시킬 수 있고, 제2 광원부(300)에서 출사되거나 기판(10)에서 반사되는 제2 광(L2)은 투과시킬 수 있다.
결국 필터(400)는 대물렌즈(500)를 향하는 제1 광원부(100) 및 제2 광원부(300)의 배치 구조에 따라 적절히 설치 변경될 수 있다.
대물렌즈(500)는 필터(400)와 기판(10) 사이에 배치되며, 필터(400)를 경유한 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)을 집광시킬 수 있다. 대물렌즈(500)는 일정한 길이의 초점거리(FL1)를 가질 수 있다.
제1 렌즈구동부(600)는 대물렌즈(500)와 연결되며, 대물렌즈(500)를 광축 방향으로 이동시킬 수 있다. 즉, 대물렌즈(500)를 기판(10)에 근접시키거나 이격시킬 수 있다.
구체적으로, 제1 렌즈구동부(600)는 검출부(200)에서 검출되는 제1 광(L1)의 정보를 기반으로, 도시되진 않은 제어부(미 도시)의 제어를 받아 대물렌즈(500)와 기판(10) 사이의 간격과 대물렌즈(500)의 초점거리(FL1)가 일치되도록 대물렌즈(500)를 이동시킬 수 있다.
즉, 기판(10)의 표면(11)에서 반사되어 검출부(200)에서 검출된 제1 광(L1)의 정보를 기반으로, 대물렌즈(500)에서 집광된 제1 광(L1)의 초점(FP1)이 기판(10)의 표면(11)에 위치하는지를 산출하고, 만약 기판(10) 표면(11)의 형상 변위에 따라, 제1 광(L1)의 초점(FP1)이 기판(10)의 표면(11)보다 하측 또는 상측에 위치할 경우에는 대물렌즈(500)를 이동시킴으로써 제1 광(L1)의 초점(FP1) 위치를 하측 또는 상측으로 이동시킬 수 있다.
결국 대물렌즈(500)와 기판(10) 사이의 간격과 대물렌즈(500)의 초점거리(FL1)를 항상 일치시킴으로써, 기판(10) 표면(11)의 형상 및 변위와 무관하게 제1 광(L1)의 초점(FP1)이 기판(10) 표면(11)을 정확히 추적할 수 있다.
상기 검출부(200)를 통하여 기판(10)의 표면(11)에서 반사되는 제1 광(L1)의 정보를 이용하여, 제1 광(L1)의 초점(FP1) 위치 즉, 기판(10)의 표면(11) 형상을 산출하는 방법은 다양한 방법들이 적용될 수 있으며, 예를 들면, 비점수차법 및 광삼각법이 적용될 수 있다. 이와 같이 대상물에서 반사되는 광의 정보를 바탕으로 대상물의 표면(11) 형상을 산출하는 구성 및 방법은 통상의 기술자에게 자명하므로 상세한 설명은 생략한다.
집광렌즈(700)는 제2 광원부(300)와 필터(400) 사이에 배치될 수 있으며, 제2 광원부(300)에서 출사되는 제2 광(L2)을 집광시킬 수 있다. 집광렌즈(700)는 일정한 길이의 초점거리(FL2)를 가질 수 있다.
도시된 바와 같이, 집광렌즈(700)는 제2 광원부(300)에서 출사되는 제2 광(L2)을 집광시키고, 집광된 제2 광(L2)은 집광된 이후 발산되면서 필터(400)에서 반사되고, 이어서 소정의 입사각을 가지면서 대물렌즈(500)로 입사될 수 있다.
집광렌즈(700)는 광축 방향을 따라 대물렌즈(500)로부터 상대적으로 가깝게 위치하는 제1 위치(P1) 및 광축 방향을 따라 대물렌즈(500)로부터 상대적으로 멀리 위치하는 제2 위치(P2) 사이에서 이동 가능하게 설치될 수 있다.
집광렌즈(700)가 제1 위치(P1)를 유지할 시, 대물렌즈(500)에서 집광되는 제2 광(L2)의 초점(FP2)은 제1 광(L1)의 초점(FP1)과 동일한 위치를 유지할 수 있다. 즉, 이때 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)은 모두 기판(10)의 표면(11)에 위치될 수 있다.
집광렌즈(700)가 제2 위치(P2)를 유지할 시, 대물렌즈(500)에서 집광되는 제2 광(L2)의 초점(FP2)은 제1 광(L1)의 초점(FP1)으로부터 상측으로 일정 거리 이격된 상태를 유지할 수 있다.
결국 집광렌즈(700)는 제1 위치(P1)에서 제2 위치(P2)로 이동됨에 따라 대물렌즈(500)에서 집광되는 제2 광(L2)의 초점(FP2)은 제1 광(L1)의 초점(FP1) 상측으로 서서히 이격될 수 있다. 즉, 기판(10)의 표면(11)으로부터 서서히 이격될 수 있다.
반대로 제2 위치(P2)에서 제1 위치(P1)로 이동됨에 따라 대물렌즈(500)에서 집광되는 제2 광(L2)의 초점(FP2)은 제1 광(L1)의 초점(FP1)에 서서히 근접될 수 있다. 즉, 기판(10)의 표면(11)에 근접될 수 있다.
구체적으로, 만약 집광렌즈(700)가 제1 위치(P1)에서 제2 위치(P2) 측으로 이동하게 되면, 집광렌즈(700)의 초점거리(FL2) 역시 제2 위치(P2) 측으로 이동(도면에서 우측)되기 때문에, 대물렌즈(500) 측으로 입사되는 제2 광(L2)의 입사각이 커지고, 이로 인하여 대물렌즈(500)에서 집광되는 제2 광(L2)의 초점거리는 짧아지게 된다.
결국 제1 광(L1)의 초점(FP1)과 동일한 위치를 유지하던 제2 광(L2)의 초점(FP2)은 제1 광(L1)의 초점(FP1) 상측으로 이동될 수 있다.
제2 렌즈구동부(800)는 집광렌즈(700)와 연결되며, 집광렌즈(700)를 광축 방향으로 이동시킬 수 있다. 즉, 집광렌즈(700)를 필터(400)에 근접시키거나 이격시키면서 대물렌즈(500)에서 집광되는 제2 광(L2)의 초점(FP2) 위치를 가변시킬 수 있다.
이하에서는 이상과 같은 구성의 패턴묘화장치를 이용한 패턴묘화 방법을 설명한다.
도 3은 기판의 표면에 제1 패턴층을 형성하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 4는 기판의 표면에 미리 형성된 제1 패턴층 상부면에 제2 패턴층을 적층하여 추가로 형성하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 패턴묘화방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 패턴묘화방법은 크게 제1 패턴층 형성단계 및 제2 패턴층 형성단계를 포함할 수 있다.
제1 패턴층 형성단계는 기판(10)의 표면(11)에 제1 패턴층(21)을 형성하는 단계이다.
제1 패턴층(21)을 형성하는 중에는 기판표면 추적단계가 함께 병행될 수 있다.
제1 패턴층(21)을 형성하는 과정에서, 제1 광원부(100)에서 출사되는 제1 광(L1)은 필터(400)를 투과하여 대물렌즈(500)에서 집광되어 기판(10)의 표면(11)에서 반사되며, 반사된 제1 광(L1)은 다시 대물렌즈(500) 및 필터(400)를 경유하여 검출부(200)에 검출될 수 있다.
이렇게 검출부(200)에서 검출된 제1 광(L1)의 정보를 기반으로, 제어부는 대물렌즈(500)에서 집광된 제1 광(L1)의 초점(FP1)위치와 기판(10)의 표면(11)과의 오차를 산출할 수 있다. 즉, 대물렌즈(500)와 기판(10) 사이의 간격과 대물렌즈(500)의 초점거리(FL1)가 일치하는지 혹은 얼마나 어긋난 상태를 유지하는지를 산출하고, 이를 기초로 하여, 제1 렌즈구동부(600)의 작동신호를 송출할 수 있다.
이러한 제어부의 작동신호를 기반으로 제1 렌즈구동부(600)는 대물렌즈(500)를 이동시키며, 평면상에서 상대 이동 중인 대물렌즈(500)와 기판(10) 사이의 간격은 대물렌즈(500)의 초점거리(FL1)와 항상 일치되는 상태를 유지할 수 있다.
이러한 기판(10)의 표면(11)을 추적하는 중, 제2 광원부(300)에서 출사되는 제2 광(L2)은 집광렌즈(700)에서 집광된 다음 이후 발산되면서 필터(400)에서 반사되고, 대물렌즈(500)에서 재차 집광되면서 감광소재를 경화시키며 제1 패턴층(21)을 형성시킬 수 있다.
이때 집광렌즈(700)는 제1 위치(P1)를 유지할 수 있으며, 대물렌즈(500)에서 집광되는 제2 광(L2)의 초점(FP2)은 제1 광(L1)의 초점(FP1)과 동일한 위치를 유지할 수 있다. 즉, 이때 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)은 모두 기판(10)의 표면(11)에 위치될 수 있다.
따라서 감광소재의 경화되는 부분이 기판(10)의 표면(11)에 견고히 부착될 수 있다.
제2 패턴층 형성단계는 미리 형성된 제1 패턴층(21)의 상부면(21a)에 제2 패턴층(22)을 형성하는 단계이다.
제2 패턴층(22)을 형성하는 중에는 기판표면 추적단계 및 제1 패턴층 상부면 추적단계가 함께 병행될 수 있다.
전술한 제1 패턴층(21) 형성 과정과 마찬가지로, 제2 패턴층(22)을 형성하는 과정에서, 제1 광원부(100)에서 출사되는 제1 광(L1)은 기판(10)의 표면(11)에서 반사되며, 검출부(200)에서 검출된 제1 광(L1)의 정보를 기반으로 제어부는 대물렌즈(500)에서 집광된 제1 광(L1)의 초점(FP1)위치와 기판(10)의 표면(11)과의 오차를 산출할 수 있으며, 이를 기초로 하여 제1 렌즈구동부(600)의 작동신호를 송출할 수 있다.
이러한 제어부의 작동신호를 기반으로 제1 렌즈구동부(600)는 대물렌즈(500)를 이동시키며, 평면상에서 상대 이동 중인 대물렌즈(500)와 기판(10) 사이의 간격은 대물렌즈(500)의 초점거리(FL1)와 항상 일치되는 상태를 유지할 수 있다.
이러한 기판(10)의 표면(11)을 추적하는 중, 제2 광원부(300)에서 출사되는 제2 광(L2)을 이용하여 미리 형성된 제1 패턴층(21)의 상부면(21a)에 제2 패턴층(22)을 적층하여 형성할 수 있다.
이때 제2 렌즈구동부(800)는 미리 설정된 간격으로 집광렌즈(700)를 이동시킬 수 있다. 즉, 집광렌즈(700)는 제1 위치(P1)에서 제2 위치(P2) 측으로 이동된 위치를 유지할 수 있다.
상기 제2 렌즈구동부(800)에 미리 설정되는 간격은 앞서 형성된 제1 패턴층(21)의 두께에 상응하는 간격으로 설정될 수 있다.
이러한 집광렌즈(700)의 위치 이동과 함께 집광렌즈(700)의 초점거리(FL2) 역시 제2 위치(P2) 측으로 이동(도면에서 우측)되기 때문에, 실질적으로 대물렌즈(500)를 향하는 제2 광(L2)의 입사각이 커지고, 이로 인하여 대물렌즈(500)에서 집광되는 제2 광(L2)의 초점거리는 짧아지게 된다.
결국 제1 광(L1)의 초점(FP1)과 동일한 위치를 유지하던 제2 광(L2)의 초점(FP2)은 제1 광(L1)의 초점(FP1) 상측으로 이동될 수 있으며, 제2 광(L2)의 초점(FP2)은 미리 형성된 제1 패턴층(21)의 상부면(21a)에 위치될 수 있다.
이와 같이 집광렌즈(700)의 위치가 새롭게 설정된 상태에서 제1 패턴층(21)의 상부면(21a)에 대해 제2 패턴층(22)을 형성할 수 있고, 제2 패턴층(22)의 경화되는 부분이 제1 패턴층(21)의 상부면(21a)에 견고히 부착될 수 있다.
나아가 원하는 패턴 형상에 따라 상술한 것과 동일한 방식으로 제2 패턴층(22)의 상부면에는 제3 패턴층을 포함한 복수의 패턴층을 추가적으로 적층하여 형성시킬 수 있으며, 각 패턴층을 형성하는 과정에서 제2 광(L2)의 초점(FP2) 위치가 각 패턴층의 상부면을 정확하게 추적함으로써, 3차원 형상의 패턴층(20)을 균일하고 견고하게 경화시킬 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 패턴묘화장치 및 이를 이용한 패턴묘화방법은 하나의 대물렌즈(500)를 이용하면서도 기판(10)의 표면(11)을 추적하기 위한 제1 광(L1)과 경화용 제2 광(L2)의 초점 위치를 독립적으로 분리하여 제어할 수 있기 때문에, 구조적으로 간단하면서도 경화용 제2 광(L2)의 초점(FP2)을 효과적으로 제어할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 패턴묘화장치 및 이를 이용한 패턴묘화방법은 원하는 3차원 형상의 패턴을 균일하게 경화시키되, 기판(10)의 표면(11)과 패턴층(20) 및 서로 적층되는 패턴층(20)들 간의 견고한 부착 상태를 유지할 수 있어, 패턴의 제작 품질을 크게 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 패턴묘화장치 및 이를 이용한 패턴묘화방법은 스테이지의 기계적 구동 특성에서 발생되는 기판(10) 평탄도의 오차가 발생하거나, 플렉시블(Flexible) 기판(10)과 같이 3차원 형상을 가지는 기판(10)일 경우거나, 높이(Z축) 방향으로 길이를 가지는 3차원 형상의 미세 패턴을 제작하고자 하는 등의 다양한 환경에서, 원하는 패턴 형상을 자유롭게 제작할 수 있는 호환성이 우수한 이점이 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
100: 제1 광원부
200: 검출부
300: 제2 광원부
400: 필터
500: 대물렌즈
600: 제1 렌즈구동부
700: 집광렌즈
800: 제2 렌즈구동부

Claims (6)

  1. 기판 상에 놓인 감광소재에 광을 조사하여 상기 감광소재를 경화시켜 상기 기판 상에 패턴층을 형성하는 패턴묘화장치로서,
    상기 기판을 향해 제1 광을 출사하는 제1 광원부;
    상기 기판에서 반사되는 상기 제1 광을 검출하는 검출부;
    상기 감광소재를 경화시키기 위한 제2 광을 출사하는 제2 광원부;
    상기 제1 광 및 상기 제2 광이 상기 기판을 향하도록 경로를 마련하는 필터;
    상기 필터와 상기 기판 사이에 배치되며, 상기 필터를 경유한 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 집광시키는 대물렌즈;
    상기 대물렌즈와 연결되며, 상기 검출부에서 검출되는 상기 제1 광을 기반으로 상기 대물렌즈와 상기 기판 사이의 간격과 상기 대물렌즈의 초점거리가 일치되도록, 상기 대물렌즈를 이동시키는 제1 렌즈구동부;
    상기 제2 광원부와 상기 필터 사이에 배치되며, 상기 제2 광을 집광시키는 집광렌즈; 및
    상기 집광렌즈와 연결되며, 상기 대물렌즈에서 집광되는 상기 제2 광의 초점위치가 가변되도록, 상기 집광렌즈를 이동시키는 제2 렌즈구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴묘화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집광렌즈는 광축 방향을 따라 상기 대물렌즈로부터 상대적으로 가깝게 위치하는 제1 위치 및 광축 방향을 따라 상기 대물렌즈로부터 상대적으로 멀리 위치하는 제2 위치 사이에서 이동 가능하게 설치되고,
    상기 집광렌즈가 상기 제1 위치를 유지하는 경우, 상기 대물렌즈에서 집광되는 상기 제2 광의 초점은 상기 제1 광의 초점과 동일한 위치를 유지하며,
    상기 집광렌즈가 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동됨에 따라, 상기 대물렌즈에서 집광되는 상기 제2 광의 초점이 상기 제1 광의 초점 상측으로 이동되는 것을 특징으로 하는 패턴묘화장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패턴층은 상기 기판의 표면에 형성되는 제1 패턴층 및 상기 제1 패턴층의 상부면에 형성되는 제2 패턴층을 포함하고,
    상기 제2 패턴층을 형성할 시, 상기 집광렌즈는 미리 형성된 상기 제1 패턴층의 두께에 상응하는 간격으로 이동되는 것을 특징으로 하는 패턴묘화장치.
  4. 제1항에 기재된 패턴묘화장치를 이용한 패턴묘화방법으로서,
    상기 대물렌즈와 상기 기판 사이의 간격과 상기 대물렌즈의 초점거리가 일치되도록 상기 대물렌즈를 이동시키며, 상기 대물렌즈에서 집광되는 상기 제2 광을 이용하여 상기 기판의 표면에 제1 패턴층을 형성하는 제1 패턴층 형성단계; 및
    상기 대물렌즈에서 집광되는 상기 제2 광의 초점이 상기 제1 패턴층의 상부면에 위치하도록 상기 집광렌즈를 이동시키며, 상기 제1 패턴층의 상부면에 제2 패턴층을 형성하는 제2 패턴층 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴묘화방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 패턴층 형성단계는,
    상기 검출부에서 검출되는 상기 제1 광을 기반으로 상기 대물렌즈와 상기 기판 사이의 간격과 상기 대물렌즈의 초점거리가 일치되도록, 상기 대물렌즈를 이동시키는 기판표면 추적단계; 및
    상기 제2 광의 초점이 상기 제1 패턴층의 상부면에 위치하도록, 상기 집광렌즈를 이동시키는 제1 패턴층 상부면 추적단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴묘화방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 패턴층 상부면 추적단계에서, 상기 집광렌즈는 상기 제1 패턴층의 두께에 상응하는 간격으로 이동되는 것을 특징으로 하는 패턴묘화방법.
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