KR102187272B1

KR102187272B1 - 기울임 회전 노광 방식의 3d 마이크로 리소그래피-프린터 시스템

Info

Publication number: KR102187272B1
Application number: KR1020190042115A
Authority: KR
Inventors: 김종은; 김정권
Original assignee: 삼일테크(주); 캔사스 스테이트 유니버시티 리서치 파운데이션
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2020-12-04
Also published as: US10503080B1; CN111812946A; KR20200119644A

Abstract

본 발명은 기판 위에 마스크가 적층된 노광대상물에 노광용 자외선을 조사하여 패턴을 형성하는 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노광용 자외선을 조사하는 LED 렌즈들이 구비된 노광모듈이 좌우 수평방향으로 자전 또는 공전 가능하게 결합되고, 노광대상물이 장착된 기판 스테이지가 전후 이동과 전후 각도 변경 및 좌우 수평 회전이 가능하게 결합되어, 자외선이 조사되는 방향을 입체적으로 변경함으로써 고(高) 종횡비(縱橫比) 형태의 필러(Pillar) 및 3D 구조물을 형성하며, 또한 노광대상물에 대한 다층 노광을 통해 여러 층이 조합된 다양한 형태의 3D 구조물도 성형할 수 있고, 작게는 대략 5㎛ 범위 내의 미세 성형도 가능한 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템에 관한 것이다.

Description

기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템{3D MICRO LITHOGRAPHY-PRINTING SYSTEM USING TILTING AND ROTATIONAL UV-LED}

일반적으로 노광 장치라 함은 평판 디스플레이 및 인쇄 회로기판의 기술 분야에 사용된다.

구체적으로 노광 장치는 글라스 기판 또는 인쇄 회로기판 상에 전극 또는 도트 등과 같은 여러 개의 동일 또는 상이한 패턴들을 형성하거나 인쇄 회로기판 상의 회로를 구성하는 패턴들을 형성하는데 사용된다.

이러한 노광 장치를 이용한 노광 방법은 일반적으로 포토레지스트(photoresist: PR)액 또는 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 등과 같은 금속 페이스트(paste)와 같은 잉크를 도포 내지 코팅하는 단계, 코팅된 잉크 상에 패턴 마스크를 통해 노광 장치의 광원으로부터 조사된 광선을 투과시키는 단계 및 에칭과 세정 단계를 사용하는 노광 방법에 의해 형성된다.

인쇄 회로기판의 패턴 성형용 노광 장치는 공개특허 제10-2011-0058501호, 공개특허 제10-2013-0092224호, 공개특허 제10-2014-0058135호, 공개특허 제10-2011-0074623호 등에서 확인할 수 있는 바와 같이,

기판 및 마스크가 정렬되어 안착된 기판 스테이지 및 노광용 광선을 조사하는 노광모듈이 상하 고정 배열되어, 노광대상물에 노광용 광선을 조사하여 패턴을 형성하는데,

종래의 노광 장치는 광선의 조사 각도 내지 방향 및 광선을 조사받는 기판의 방향이 상하로 일정하게 고정되어 있어, 패턴, 특히 미세 패턴을 다양한 모양으로 다층 성형하지 못해, 노광 장치를 사용해 생산될 수 있는 인쇄 회로기판의 종류나 수가 한정적일 수밖에 없는 단점이 있다.

즉, 인쇄 회로기판의 노광 방법은 PR액의 종류에 따라,

노광 후에 진행되는 현상 단계에서 노광 시 광선이 조사된 부위가 제거되어 광선이 조사된 부위를 제외한 나머지 부위가 경화되면서 패턴이 성형되거나,

또는 노광 후에 진행되는 현상 단계에서 노광 시 광선이 조사된 부위가 경화되면서 광선이 조사된 부위를 제외한 나머지 부위가 제거되어 패턴의 성형이 이루어지는데,

이때 광선이 조사되는 방향 및 광선을 조사받는 기판의 방향이 기판의 평면에 대한 수직방향으로만 형성되기 때문에, 미세 패턴 및 다층 패턴의 성형에 부적합할 뿐만 아니라, 다층 패턴을 형성하는 필러의 모양 및 3D 패턴을 다양한 형태로 입체적으로 구현하지 못해, 노광 장치의 사용에 제한이 따르는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

노광용 자외선을 조사하는 LED 렌즈들이 구비된 노광모듈이 좌우 수평방향으로 자전 또는 공전 가능하게 결합되고, 노광대상물이 장착된 기판 스테이지가 전후 이동과 전후 각도 변경 및 좌우 수평 회전이 가능하게 결합되어, 자외선이 조사되는 방향을 입체적으로 변경함으로써 고(高) 종횡비(縱橫比)의 필러 구조를 형성하거나, 3D 구조물을 성형할 수 있으며, 또한 마스크 정렬 기능(마스크 얼라이너)을 적용하여 다층 노광을 실시할 수 있는 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템은,

기판 위에 마스크가 적층된 노광대상물에 노광용 자외선을 조사하여 패턴을 성형하는 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템에 있어서,

테이블과, 상기 테이블의 상부에서 좌우 수평방향으로 형성된 가이드프레임을 포함한 본체;

상기 테이블에서 전후로 이동 가능하게 결합된 한 쌍의 제1 이동프레임, 상기 한 쌍의 제1 이동프레임 상단을 연결하며 전후로 회전하여 각도 변경이 가능하게 결합된 기울임프레임, 상기 기울임프레임의 상면에서 좌우로 수평 회전이 가능하게 결합된 회전판, 상기 회전판의 상면에 구비되고 노광대상물이 고정되는 안착블록으로 구성된 기울임 스테이지; 및

상기 가이드프레임을 따라 좌우 수평방향으로 이동하게 결합된 제2 이동프레임, 상기 제2 이동프레임의 전면에서 중심 축선을 기준으로 좌우로 수평하게 자전하거나 또는 가상의 축선을 기준으로 좌우로 수평하게 공전하도록 결합되고 하면에 패턴 형성을 위한 다수개의 노광용 UV LED 램프가 구비된 노광모듈로 구성된 노광유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템은,

상기 제2 이동프레임의 일측으로 연결되어 제2 이동프레임과 함께 상기 가이드프레임을 따라 좌우 수평방향으로 이동하게 결합된 제3 이동프레임, 상기 제3 이동프레임의 전면에 결합되고 기판 위에 적층되는 마스크의 정렬 여부를 육안으로 확인하게 하는 현미경으로 구성된 정렬유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템은,

상기 기울임프레임 하부에서 전후로 이동 가능하게 결합된 이동판, 상기 이동판에 대하여 좌우로 위치 조절이 가능하게 결합된 제1 이동블록, 상기 제1 이동블록에 대하여 전후로 위치 조절이 가능하게 결합된 제2 이동블록, 상기 제2 이동블록에 대하여 상하 높이 조절이 가능하게 결합된 승강블록, 상기 승강블록에서 상기 회전판을 우회하도록 상부로 연결되며 마스크가 안치되는 탈착부를 구비한 로딩프레임으로 구성된 마스크 로딩유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가 본 발명에 따른 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템은,

상기 노광유닛의 UV LED 램프들을 각각 개별 제어하여, 램프별 점등 유무, 램프별 색상, 램프별 밝기 중 하나 이상을 조합하여 램프별 개별 제어를 가능하게 하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템은,

광선의 조사 방향 및 광선을 조사받는 방향을 입체적으로 다변화시켜 3D 구조물을 형성하거나, 마스크 정렬 기능(마스크 얼라이너)을 통하여 다층 회로 패턴을 형성하는 필러를 고(高) 종횡비(縱橫比)를 가지면서 다층 노광을 통한 다양한 형태로 3D 성형할 수 있고,

필러의 3D 성형을 통해 종래의 노광 장치로 구현하지 못한 30~50㎛ 범위 내의 미세 필러의 성형이 가능하고,

기판과 마스크의 정렬 정확도를 높임과 동시에, 마스크의 전후좌우 위치 및 높이를 미세하게 조정하여 기판과 마스크를 정확하게 정렬함으로써 불량률을 줄일 수 있음은 물론, 하나의 노광 장치로 마스크를 교체하여 필러의 다층 성형을 가능하게 하고,

미세 패턴의 필러를 다양한 모양으로 일정하게 성형하여, 인쇄 회로기판의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1a, 도 1b는 본 발명의 사시도.
도 2는 본 발명의 요부 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 기울임 스테이지 및 마스크 로딩 유닛의 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 노광유닛 및 정렬유닛의 사시도.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 작동 단계별 사진도 및 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 노광유닛의 램프 배열 예시도.
도 7은 본 발명으로 성형된 필러 및 3D 패턴의 확대 사진도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템을 설명함에 있어 편의를 위하여 엄밀하지 않은 대략의 방향 기준을 도 1을 참고하여 특정하면, 기울임 스테이지(20)가 배치된 방향을 정면으로 하고 정면을 바라보는 방향을 기준으로 중력이 작용하는 방향을 하측으로 하여 보이는 방향 그대로 상하좌우를 정하고, 다른 도면과 관련된 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서도 다른 특별한 언급이 없는 한 이 기준에 따라 방향을 특정하여 기술한다.

또한 본 명세서에서 가이드프레임(12)의 길이방향인 좌우 수평방향을 X축, 가이드프레임(12)과 수평하게 직교되는 방향인 전후 수평방향을 Y축, 상하 수직방향을 Z축으로 특정하여 설명한다.

이하에서는 본 발명에 따른 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명은 기판(B) 위에 마스크(M)가 적층된 노광대상물(S)에 노광용 자외선을 조사하여 패턴을 성형하는 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템에 관한 것으로, 도 1a 내지 5e에 도시된 바와 같이, 크게 본체(10), 기울임 스테이지(20), 노광유닛(30), 정렬유닛(40), 마스크 로딩유닛(50), 제어수단을 포함한다.

상기 본체(10)는 테이블(11)과, 상기 테이블(11)의 상부에서 좌우 수평방향으로 형성된 가이드프레임(12)을 포함한다.

상기 테이블(11)의 중앙 전단측에는 상기 기울임 스테이지(20) 및 마스크 로딩유닛(50)이 설치되고, 테이블(11)의 후단측에 좌우 수평방향으로 상기 가이드프레임(12)이 설치되며, 상기 가이드프레임(12)에 상기 노광유닛(30) 및 정렬유닛(40)의 좌우 이동을 가능하게 하는 제2, 제3 이동프레임(31)(41)이 슬라이딩 결합되어 있다.

상기 기울임 스테이지(20)는 상기 테이블(11)에서 전후로 이동 가능하게 결합된 한 쌍의 제1 이동프레임(21), 상기 한 쌍의 제1 이동프레임(21) 상단을 연결하며 전후로 회전하여 각도 변경이 가능하게 결합된 기울임프레임(23), 상기 기울임프레임(23)의 상면에서 좌우로 수평 회전이 가능하게 결합된 회전판(25), 상기 회전판(25)의 상면에 구비되고 노광대상물(S)이 고정되는 안착블록(27)으로 구성된다.

상기 제1 이동프레임(21)은 테이블(11)에 고정 설치된 베이스(20A)의 양 측부에 각각 수직방향으로 입설되어 있으며, 각 제1 이동프레임(21)의 하측단을 연결하는 연결프레임이 베이스(20A) 내에서 Y축 방향으로 이동 가능하게 슬라이딩 결합되고, 이러한 제1 이동프레임(21)은 베이스(20A) 하부에 설치된 제1 모터(22)로부터 동력을 전달받아 전후로 왕복하여 이동 가능하다.

상기 기울임프레임(23)은 양단이 각각 양측의 제1 이동프레임(21)의 상측단에 힌지 결합되며, 일측(도면 상 우측) 제1 이동프레임(21)에 설치된 제2 모터(24)로부터 동력을 전달받아 X축을 축으로 왕복하여 전후 회전(기울임)하면서 각도 변경이 가능하다.

상기 회전판(25)은 상기 기울임프레임(23)의 상면에 축설되어 Z축을 축으로 좌우 수평 회전하게 결합되며, 이러한 회전판(25)은 상기 기울임프레임(23) 하면에 설치된 제3 모터(26)로부터 동력을 전달받아 일방향(또는 양방향)으로 좌우 회전이 가능하다.

상기 안착블록(27)은 상기 회전판(25)의 상면 중앙에 결합되어 있으며, 안착블록(27)의 상면에는 실리콘이나 유리 등의 소재로 제작된 기판(B)이 본딩 또는 테이핑 접착 또는 진공 흡착을 통해 고정되어 안착된다.

그리고 도면에 도시되지 않았으나 상기 회전판(25) 및/또는 안착블록(27)에는 안착블록(27)에 고정된 기판(B)과 기판(B)의 상면에 중첩되는 마스크(M)를 고정시키는 별도의 흡착수단이나 지그가 더 구비될 수 있다.

상기 노광유닛(30)은 상기 가이드프레임(12)을 따라 좌우 수평방향으로 이동하게 결합된 제2 이동프레임(31), 상기 제2 이동프레임(31)의 전면에서 중심 축선을 기준으로 좌우로 수평하게 자전하거나 또는 가상의 축선을 기준으로 좌우로 수평하게 공전하도록 결합되고 하면에 패턴 형성을 위한 다수개의 노광용 UV LED 램프가 구비된 노광모듈(33)로 구성된다.

상기 제2 이동프레임(31)은 후면에 설치된 제4 모터(32)로부터 동력을 전달받아 가이드프레임(12)의 길이방향인 X축 방향으로 좌우 이동 가능하다.

상기 노광모듈(33)은 상기 제2 이동프레임(31)의 전면에 고정, 결합된 고정판(35) 하부에 구비되며, 하면에 구비된 다수개의 노광용 UV LED 램프를 통해 기울임 스테이지(20)에 고정된 노광대상물(S)에 노광용 자외선을 조사한다.

이때 상기 UV LED 램프는 단파장(대략 365nm 내지 405nm 대역)의 노광용 자외선을 조사하는 것으로, 도 6에는 가로*세로 20*20으로, 총 400개의 램프가 배열된 실시예가 대표적으로 도시되어 있으며,

도 6의 [A]에서는 405nm 대역의 램프(이하 제1 램프)들만이 구비된 실시예를, 도 6의 [B]에서는 365nm 대역의 램프(이하 제2 램프)들만 구비된 실시예를, 도 6의 [C]에서는 제1 램프와 제2 램프가 서로 지그재그 형태로 교차 배열된 실시예를, 도 6의 [D]에서는 n열에 제1 램프(또는 제2 램프)들이 n+1열에 제2 램프(또는 제1 램프)들이 각각 일렬로 배열되어 각 열별로 서로 다른 램프들이 교차 배열된 실시예를 확인할 수 있다.

다만 이러한 램프들의 종류나 개수 내지 배열 형태 등은 본 명세서에 한정되지 않고, 노광대상물(S)의 사양에 따라 변경될 수 있다.

미설명 도면부호 33a는 각 램프를 보호하는 투광렌즈로써 소정 개수의 투광렌즈들을 모듈화시켜 노광대상물(S)의 크기 등에 따라 노광유닛(30)에 설치되는 램프의 개수 등을 조정할 수 있다.

그리고 미설명 도면부호 33b는 램프들에서 발생하는 열을 외부로 방열하기 방열판이다.

한편 상기 노광모듈(33)은 상기 제2 이동프레임(31)의 전면에 설치된 제5 모터(34)로부터 동력을 전달받아 일방향으로 자전 또는 공전한다.

먼저 도면에 도시되지 않았으나 상기 노광모듈(33)은 상기 고정판(35)의 중앙에 회전축으로 축설되어 제5 모터(34)와 회전축이 기어 뭉치나 벨트 구조 등으로 연결되어 노광모듈(33)의 중심축인 회전축을 축으로 일방향 회전하여 자전 운동을 할 수 있다.

이어서 도 4의 원대 사시도를 참고하여 상기 노광모듈(33)의 공전 작동을 설명하면,

구체적으로, 상기 노광유닛(30)은 상기 고정판(35)의 상면에서 좌우 수평방향으로 왕복하여 이동 가능하게 결합된 제1 동작판(36), 상기 제1 동작판(36)의 상면에서 전후 수평방향으로 왕복하여 이동 가능하게 결합된 제2 동작판(37)을 포함하고,

상기 노광모듈(33)은 상기 고정판(35)의 하부에서 상기 제1 동작판(36)에 고정축으로 연결되어 제1 동작판(36)과 함께 이동 가능하게 결합되며,

상기 제2 동작판(37)은 후단측에 상기 제5 모터(34)의 구동축(34a)이 중심에서 벗어난 위치에 결합된 편심캠(38)을 포함한다.

따라서 제5 모터(34)가 작동하면서 고정된 구동축(34a)의 회전에 의해 편심캠(38)이 구동축(34a)을 축으로 공전하여 회전하고,

이러한 편심캠(38)의 회전은 제2 동작판(37)을 Y축 방향으로 왕복 이동시킴과 동시에 제1 동작판(36)을 X축 방향으로 왕복 이동시켜,

제1, 제2 동작판(36)(37)의 반복되는 왕복 이동의 조합으로 제1 동작판(36)에 연결된 노광모듈(33)이 고정축의 원운동 중심인 가상의 축선을 축으로 일방향 회전하여 공전 운동을 할 수 있다.

다시 도 1a 내지 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 정렬유닛(40)은 상기 제2 이동프레임(31)의 일측으로 연결되어 제2 이동프레임(31)과 함께 상기 가이드프레임(12)을 따라 좌우 수평방향으로 이동하게 결합된 제3 이동프레임(41), 상기 제3 이동프레임(41)의 전면에 결합되고 기판(B) 위에 적층되는 마스크(M)의 정렬 여부를 육안으로 확인하게 하는 현미경(42)으로 구성된다.

상기 제3 이동프레임(41)은 상기 제2 이동프레임(31)과 연결되어 제5 모터(34)로부터 동력을 전달받아 제2 이동프레임(31)과 함께 X축 방향으로 이동 가능하다.

상기 현미경(42)은 상측의 접안부(미도시)와 하측의 렌즈부를 갖는 것으로, 안착블록(27) 위에 놓인 기판(B)과 마스크(M)의 상면을 확대시켜 작업자가 육안으로 식별 가능하게 한다.

상기 마스크 로딩유닛(50)은 상기 기울임프레임(23) 하부에서 전후로 이동 가능하게 결합된 이동판(51), 상기 이동판(51)에 대하여 좌우로 위치 조절이 가능하게 결합된 제1 이동블록(52), 상기 제1 이동블록(52)에 대하여 전후로 위치 조절이 가능하게 결합된 제2 이동블록(54), 상기 제2 이동블록(54)에 대하여 상하 높이 조절이 가능하게 결합된 승강블록(56), 상기 승강블록(56)에서 상기 회전판(25)을 우회하도록 상부로 연결되며 마스크(M)가 안치되는 탈착부(58a)를 구비한 로딩프레임(58)으로 구성된다.

상기 이동판(51)은 상기 베이스(20A)의 상면에 전후로 슬라이딩 가능하게 결합되어 손잡이(51a)로 이동판(51)을 Y축 방향으로 밀거나 당겨서 이동시킬 수 있으며, 이동판(51)의 상면 중앙에는 고정블록(51b)이 고정, 결합되어 있다.

상기 제1 이동블록(52)은 상기 고정블록(51b)의 상면에서 좌우로 이동 가능하게 슬라이딩 결합되며, 상기 고정블록(51b)의 전면에 구비된 제1 미세조정봉(53)에 연결되어, 제1 미세조정봉(53)을 양방향으로 회전시키면 제1 미세조정봉(53)에서 인출입되는 로드부에 의해 제1 이동블록(52)이 X축 방향으로 이동하여 좌우 위치가 조절된다.

상기 제2 이동블록(54)은 상기 제1 이동블록(52)의 상면에서 전후로 이동 가능하게 슬라이딩 결합되며, 상기 제1 이동블록(52)의 타측면에 구비된 제2 미세조정봉(55)에 연결되어, 제2 미세조정봉(55)을 양방향으로 회전시키면 제2 미세조정봉(55)에서 인출입되는 로드부에 의해 제2 이동블록(54)이 Y축 방향으로 이동하여 전후 위치가 조절된다.

상기 승강블록(56)은 상기 제2 이동블록(54)의 전후 측면에서 상하로 이동 가능하게 슬라이딩 결합되며, 상기 제2 이동블록(54)의 측판을 관통하여 구비된 제3 미세조정봉(57)과 기어 뭉치 구조 등(예를 들어 랙기어 등)으로 연결되어 제3 미세조정봉(57)을 양방향으로 회전시키면 승강블록(56)이 Z축 방향으로 승하강하여 높이가 조절된다.

상기 로딩프레임(58)은 상기 승강블록(56)의 후단측으로 'ㄷ' 자형으로 연결되어 회전판(25)을 우회하도록 연결되며, 상단부에 전단부가 개구된 'ㄷ' 자형의 탈착부(58a)가 구비되어, 상기 탈착부(58a)가 회전판의 상부에 위치하고, 이러한 탈착부(58a)에는 마스크(M)를 슬라이딩 결합 방식으로 끼워서 안치할 수 있다.

상기 제어수단은 상기 노광유닛(30)의 UV LED 램프들을 각각 개별 제어하여, 램프별 점등 유무, 램프별 색상, 램프별 밝기 중 하나 이상을 조합하여 램프별 개별 제어를 가능하게 한다.

본 명세서의 도면에서는 제어수단으로써 테이블(11)의 전단측 일측에 구비된 데스크톱 피씨(13)가 대표적으로 도시되어 있으나, 노트북, 태블릿 피씨, 중앙 제어실, 별도의 조작 컨트롤러 등 다양한 전자 입력장치가 사용될 수 있음은 물론이다.

나아가 상기 제어수단은 상기 정렬유닛(40) 및/또는 마스크 로딩유닛(50)과 전기적으로 연결되어, 제어수단을 통해 정렬유닛(40) 및/또는 마스크 로딩유닛(40)의 작동을 제어할 수 있다.

즉, 상기 현미경(42)으로 입력되는 확대 영상을 제어수단의 디스플레이부(예를 들어 피씨(13)의 모니터)로 출력되게 할 수 있다.

또한 상기 제어수단의 입력부(예를 들어 피씨(13)의 마우스 내지 키보드)를 통해 이동판(51), 제1 이동블록(52), 제2 이동블록(54), 승강블록(56), 로딩프레임(58)의 각 부위별 개별 작동을 원격으로 제어할 수 있다.

이때 제어수단을 통한 마스크 로딩유닛(50)의 원격 제어를 위해선, 마스크 로딩유닛(40)의 각 구성별로 개별 동작을 가능하게 하는 모터 등의 구동수단이 설치될 것이며, 이는 상기한 수동 작동에 필요한 구성을 모터 등으로 단순 대체하는 것으로써

이동판(51), 제1 이동블록(52), 제2 이동블록(54), 승강블록(56), 로딩프레임(58)의 원격 제어를 위한 모터 등의 구동수단이 추가되어야 하며, 모터를 이용한 각 구성의 개별 작동은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 기술자라면 상기한 수동 제어를 기초로 충분이 재현할 수 있는 것으로 상세한 설명을 생략한다.

이하에서는 상기한 구성의 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템의 구체적인 작동을 설명한다.

먼저 도 5a의 [A]에 도시된 바와 같이, 작업자는 회전판(25)의 안착블록(27) 상면에 기판(B)을 안착시켜 고정한다. 이때 기판(B)은 본딩 또는 테이핑 접착 또는 진공 흡착될 수도 있고, 또는 별도의 지그로 고정될 수도 있으며, 기판(B)에는 PR액이 미리 도포되어 있다.

기판(B)의 고정이 완료되면, 도 5a의 [B]에 도시된 바와 같이, 마스크 로딩유닛(50)의 탈착부(58a)에 마스크(M)를 거치한 후, 이동판(51)의 손잡이(51a)를 이용해 마스크 로딩유닛(50)을 전진시켜 탈착부(58a)의 마스크(M)가 안착블록(27)의 기판(B) 상부에 위치하게 한다.

그리고 도 5b에 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 정렬유닛(40)을 기울임 스테이지(20) 상부로 위치 이동 시킨 후 작업자가 현미경(42)을 이용해 기판(B)과 마스크(M)의 수직방향 정렬 위치를 확인(예를 들어 기판(B)과 마스크(M)에 인쇄된 마킹부의 정렬 여부를 육안으로 확인하면서, 마스크 로딩유닛(50)의 제1, 제2 미세조정봉(53)(55)을 이용해 마스크(M)의 전후좌우 위치를 조정한 다음, 기판(B)과 마스크(M)가 상하 일렬로 정렬되면 제3 미세조정봉(57)을 이용해 마스크(M)를 하강시켜 기판(B) 위에 안착한 상태에서 기판(B)과 마스크(M)를 지그 등으로 고정시킨다.

기판(B)과 마스크(M)의 정렬 후 고정이 완료되면, 마스크 로딩유닛(50)을 손잡이(51a)로 밀어서 후진시켜 기울임 스테이지(20)에서 로딩프레임(58)이 이탈되게 한다.

물론 상기한 바와 같이, 마스크(M)의 정렬 위치 확인 및 마스크 로딩유닛(50)의 작동은 상기 제어수단을 통해 원격으로 이루어질 수 있다.

이때 본 발명은 1개의 마스크(M)에 대한 노광 작업이 완료되면 완료된 마스크(M)만을 제거 후 상기 정렬유닛(40) 및 마스크 로딩유닛(50)을 이용해 다른 마스크(M)를 작업 중인 기판(B) 위에 다시 정확하게 정렬하여 연속 작업이 가능하며, 이를 통해 다층 노광을 통한 고 종횡비의 필러나 3D 패턴의 성형이 가능해진다.

기판(B)과 마스크(M)의 정렬이 완료되면, 작업자는 제어수단을 통해 램프별 동작을 세팅하고 노광 작업을 시작한다.

노광 작업이 시작되면, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 노광유닛(30)이 상기 기울임 스테이지(20) 상부로 이동한 후, 기울임 스테이지(20)의 제1 내지 제3 모터(22)(24)(26)들과 노광유닛(30)의 제5 모터(34)가 작동하여,

도 5e의 [A], [B]에 도시된 바와 같이, 안착블록(27)에 고정된 노광대상물(S)(도면에서는 노광대상물(S)이 없이 기울임 스테이지(20) 및 노광유닛(30)이 작동하는 상태만이 촬영되어 있음.)은 제1 이동프레임(21)의 전후 왕복 이동, 기울임프레임(23)의 전후 왕복 회전을 통한 각도 변경(기울임), 회전판(25)의 연속 회전이 동시에 이루어져, 광선을 조사받는 방향이 세팅된 패턴대로 계속 변경되고,

동시에 노광모듈(33)의 자전 또는 공전을 통해 램프에서 광선이 조사되는 방향이 계속 변경되면서, 각 램프들이 세팅된 패턴에 따라 개별 작동(점등, 색상 변경, 밝기 조절)하게 되어,

노광대상물(S)로 입사되는 광선의 방향을 입체적으로 다변화시킴에 따라, 고 종횡비의 필러 내지 다층 미세 패턴을 다양한 형태로 3D 성형할 수 있다.

도 7에는 본 발명을 통해 구현된 필러 및 패턴을 확대하여 촬영한 사진도로써, 도 7의 [A]에는 6:1 이상의 종횡비를 갖는 필러(Pillar)를 확인할 수 있고, 도 7의 [B] 및 도 7의 [C]에는 S자형(S-shape) 3D 미세 패턴을 확인할 수 있고, 도 7의 [D]에서는 나선형 원뿔형상(Horn-near) 3D 미세 패턴을 확인할 수 있고, 도 7의 [E]에서는 V자형(V-shape) 3D 미세 패턴을 확인할 수 있고, 도 7의 [F]에서는 콘 타입(Corn type) 3D 미세 패턴을 확인할 수 있으며,

이러한 필런 내지 미세 패턴은 대략 30~50㎛의 규격으로 기울임 형태로 구현 가능하여, 종래의 노광 장치로 구현할 수 없었던 인쇄 회로기판(B)의 미세 패턴을 정밀하게 성형 가능하며, 작게는 대략 5㎛ 범위 내의 미세 성형도 가능하다.

특히 상기한 기울임 스테이지(20)의 동작들 및 노광유닛(30)의 동작을 다양한 조합으로 세팅함과 동시에, 마스크(M)의 반복 적층을 통해 패턴의 모양을 3D 형태로 다양하게 성형할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

B : 기판 M : 마스크
S : 노광대상물
10 : 본체 11 : 테이블
12 : 가이드프레임 13 : 데스크톱 피씨
20 : 기울임 스테이지 21 : 제1 이동프레임
22 : 제1 모터 23 : 기울임프레임
24 : 제2 모터 25 : 회전판
26 : 제3 모터 27 : 안착블록
30 : 노광유닛 31 : 제2 이동프레임
32 : 제4 모터 33 : 노광모듈
34 : 제5 모터 35 : 고정판
36 : 제1 동작판 37 : 제2 동작판
38 : 편심캠 40 : 정렬유닛
41 : 제3 이동프레임 42 : 현미경
50 : 마스크 로딩유닛 51 : 이동판
52 : 제1 이동블록 53 : 제1 미세조정봉
54 : 제2 이동블록 55 : 제2 미세조정봉
56 : 승강블록 57 : 제3 미세조정봉
58 : 로딩프레임

Claims

기판(B) 위에 마스크(M)가 적층된 노광대상물(S)에 노광용 자외선을 조사하여 패턴을 성형하는 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템에 있어서,
테이블(11)과, 상기 테이블(11)의 상부에서 좌우 수평방향으로 형성된 가이드프레임(12)을 포함한 본체(10);
상기 테이블(11)에서 전후로 이동 가능하게 결합된 한 쌍의 제1 이동프레임(21), 상기 한 쌍의 제1 이동프레임(21) 상단을 연결하며 전후로 회전하여 각도 변경이 가능하게 결합된 기울임프레임(23), 상기 기울임프레임(23)의 상면에서 좌우로 수평 회전이 가능하게 결합된 회전판(25), 상기 회전판(25)의 상면에 구비되고 노광대상물(S)이 고정되는 안착블록(27)으로 구성된 기울임 스테이지(20);
상기 가이드프레임(12)을 따라 좌우 수평방향으로 이동하게 결합된 제2 이동프레임(31), 상기 제2 이동프레임(31)의 전면에서 중심 축선을 기준으로 좌우로 수평하게 자전하거나 또는 가상의 축선을 기준으로 좌우로 수평하게 공전하도록 결합되고 하면에 패턴 형성을 위한 다수개의 노광용 UV LED 램프가 구비된 노광모듈(33)로 구성된 노광유닛(30);을 포함하되,
상기 노광모듈(33)은 상기 제2 이동프레임(31)의 전면에 고정, 결합된 고정판(35) 하부에 구비되며, 상기 고정판(35)의 중앙에 회전축으로 축설되어 제5 모터(34)와 회전축이 연결되어 노광모듈(33)의 중심축인 회전축을 축으로 일방향 회전하여 자전 운동을 하고,

상기 노광유닛(30)은 상기 고정판(35)의 상면에서 좌우 수평방향으로 왕복하여 이동 가능하게 결합된 제1 동작판(36), 상기 제1 동작판(36)의 상면에서 전후 수평방향으로 왕복하여 이동 가능하게 결합된 제2 동작판(37)을 포함하고,
상기 노광모듈(33)은 상기 고정판(35)의 하부에서 상기 제1 동작판(36)에 고정축으로 연결되어 제1 동작판(36)과 함께 이동 가능하게 결합되며,
상기 제2 동작판(37)은 후단측에 상기 제5 모터(34)의 구동축(34a)이 중심에서 벗어난 위치에 결합된 편심캠(38)을 포함하여,
상기 제5 모터(34)가 작동하면서 고정된 구동축(34a)의 회전에 의해 편심캠(38)이 구동축(34a)을 축으로 공전하여 회전하고,
상기 편심캠(38)의 회전은 제2 동작판(37)을 Y축 방향으로 왕복 이동시킴과 동시에 제1 동작판(36)을 X축 방향으로 왕복 이동시켜,
상기 제1, 제2 동작판(36)(37)의 반복되는 왕복 이동의 조합으로 제1 동작판(36)에 연결된 노광모듈(33)이 고정축의 원운동 중심인 가상의 축선을 축으로 일방향 회전하여 공전 운동을 하는 것을 특징으로 하는 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 이동프레임(31)의 일측으로 연결되어 제2 이동프레임(31)과 함께 상기 가이드프레임(12)을 따라 좌우 수평방향으로 이동하게 결합된 제3 이동프레임(41), 상기 제3 이동프레임(41)의 전면에 결합되고 기판(B) 위에 적층되는 마스크(M)의 정렬 여부를 육안으로 확인하게 하는 현미경(42)으로 구성된 정렬유닛(40);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 기울임프레임(23) 하부에서 전후로 이동 가능하게 결합된 이동판(51), 상기 이동판(51)에 대하여 좌우로 위치 조절이 가능하게 결합된 제1 이동블록(52), 상기 제1 이동블록(52)에 대하여 전후로 위치 조절이 가능하게 결합된 제2 이동블록(54), 상기 제2 이동블록(54)에 대하여 상하 높이 조절이 가능하게 결합된 승강블록(56), 상기 승강블록(56)에서 상기 회전판(25)을 우회하도록 상부로 연결되며 마스크(M)가 안치되는 탈착부(58a)를 구비한 로딩프레임(58)으로 구성된 마스크 로딩유닛(50);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노광유닛(30)의 UV LED 램프들을 각각 개별 제어하여, 램프별 점등 유무, 램프별 색상, 램프별 밝기 중 하나 이상을 조합하여 램프별 개별 제어를 가능하게 하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기울임 회전 노광 방식의 3D 마이크로 리소그래피-프린터 시스템.