KR102192203B1 - 광 정렬 제어 방법 및 광 정렬 장치 - Google Patents

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Abstract

포토-정렬 제어 방법 및 포토-정렬 장치가 개시된다. 포토-정렬 제어 방법에서, 기판(200)의 가중 동적 편광 각도 편차를 도출하기 위해 편광 조명 장치(110)에 대한 모션 스테이지(130)의 요 각도가 검출되어, 기판(200)을 회전시키기 위한 회전 테이블(120)의 회전 각도가 제어되고, 따라서 포토-정렬 프로세스에서 편광 각도의 제어 정밀도를 효과적으로 향상시킬 수 있고, 또한 정렬 필름에 형성된 정렬 각도의 정확성을 향상시킬 수 있다.

Description

광 정렬 제어 방법 및 광 정렬 장치
본 발명은, 반도체 제조 기술 분야에 관한 것으로, 특히 포토-정렬 제어 방법 및 포토-정렬 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD, liquid crystal display) 패널은 일반적으로 2개의 기판들(박막 트랜지스터(TFT) 어레이 기판 및 컬러 필름(CF) 기판)과, 2개의 기판들 사이에 도입된 액정 층(liquid crystal layer)과, 각각의 기판들의 외측에 제공되는 편광 플레이트(polarizing plate)들을 포함한다. 액정 표시 장치 기술에서, 전압을 인가하여 액정 층에 전계를 발생시켜 액정 문자의 비틀림 각을 변화시켜, 2개의 편광 플레이트들을 사용하여 기판들의 외측에 이미지들을 표시할 수 있다.
그러나, 원하는 이미지 디스플레이 퀄리티를 확보하기 위해, 액정 분자들은 초기 배향 방향(initial orientation direction)을 가질 필요가 있다. 이는 기판들의 정렬 필름들을 부착함으로써 달성될 수 있으며, 이로써 액정 분자들이 특정 방향으로 배향될 수 있다. 즉, 정렬 필름들의 표면들은 액정 분자들의 배향을 제어 및 균질화(homogenize)되도록 처리됨으로써, 이미지들은 "무라(mura)"없이 균일하게 디스플레이될 수 있다.
현재, 정렬 필름의 배향 처리는 포토-정렬 프로세스를 사용할 수 있고, 포토-정렬 프로세스에서 특정 파장의 편광은 정렬 필름에 조사되고, 정렬 필름에서 포토-교차 결합(photo-crosslinking), 포토-분해(photo-decomposition) 또는 포토-이성질화(photo-isomerization)와 같은 포토-반응을, 편광의 편광 축의 방향과 동일하거나 수직인 방향으로 일어나게 한다. 그 결과, 정렬 필름은 이방성 특성들을 가지며, 모든 액정 분자들이 일정 각도로 배향되도록 가이드할 수 있는 방향성 앵커링(directional anchoring)을 가능하게 한다. 그러나, 보다 높은 디스플레이 콘크라스트(display contrast) 및 더 높은 픽셀 밀도에 대한 요구가 계속해서 증가함에 따라, 액정 분자들은 균일하게 배향될 것이 요구되고 있으며, 포토-정렬 프로세스에 대한 일관된 편광 각도를 얻기 위해, 편광된 광을 생성하는 포토-정렬 장치의 편광 축의 방향성 일관성을 추가로 보장하는 것, 즉 장치의 포토-정렬 정확도에 대한 더 높은 요구 조건들을 부과할 필요가 있다.
포토-정렬 프로세스 동안, 편광 각도에 영향을 미치는 인자들은 주로 편광 조명 장치 및 모션 스테이지를 포함한다. 편광 조명 장치는 편광을 제공하도록 구성되고, 편광의 임의의 시프트는 편광 각도의 오차를 초래할 것이다. 모션 스테이지는 노광 주사(scan)가 예를 들어 Y방향으로 진행할 수 있도록 가이드 트랙 상에서 이동 가능하고 또한 주사 방향(즉, Rz 방향)에 수직으로 회전 가능하다. 모션 스테이지는 일정 속도로 Y방향으로 소정 각도로 기판을 이송하여(transport) 기판이 노광 주사되어 포토-정렬되도록 한다. 따라서, 포토-정렬 프로세스에 의한 정확한 정렬 각도와, 기판 정체에 걸친 일관된 정렬 각도를 얻기 위해서는, 포토-정렬 장치의 양호한 포토-정렬 정확보를 보장하는 것이 중요하다.
본 발명의 목적은 포토-정렬 제어 방법 및 포토-정렬 장치를 제공하는 것이다. 포토 정렬 제어 방법은 포토-정렬 장치의 포토-정렬 정확도를 효과적으로 향상시킬 수 잇고, 포토 정렬 프로세스 동안 기판 상에 작용하는 편광의 편광 일치를 보장할 수 있고, 기판 표면 전체에 걸쳐 편광 각도 편차 일치를 모니터링할 수 있다.
본 발명은 편광 조명 장치로부터 방사된(emanate) 편광에 의한 기판의 포토-정렬 동안 편광의 편광 각도 편차 일치를 제어하기 위한 포토-편광 제어 방법을 제공하고, 포토-편광 제어 방법은,
포토-정렬 주사 방향을 따라 K개의 이산 샘플링 위치들
Figure 112020041722709-pct00001
을 선택하고, 상기 기판 상의 노광 필드 내에 M개의 검출 포인트들
Figure 112020041722709-pct00002
을 선택하는 단계와, 포토-정렬 동안 각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 각각의 상기 검출 포인트들에 대한 편광 각도 편차
Figure 112020041722709-pct00221
및 대응하는 조명 강도 레벨
Figure 112020041722709-pct00222
을 얻는 단계와, 각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 편광 조명 장치에 대한, 상기 기판이 운반되는 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112020041722709-pct00005
를 측정하는 단계;
순방향 및 역방향 포토-정렬 주사들이 수행된 후에, 각각의 검출 포인트
Figure 112019009243068-pct00006
에 대한 가중 동적 편광 각도
Figure 112019009243068-pct00007
를 아래에 따라 계산하는 단계
Figure 112019009243068-pct00008
Figure 112019009243068-pct00009
는 모션 스테이지의 좌표계에서 상기 검출 포인트의 좌표를 나타내고, 상기 검출 포인트는 상기 기판의 좌표계에서 좌표
Figure 112019009243068-pct00010
를 가짐;
아래에 따라 상기 기판에 대한 가중 동적 편광 각도 편차 일치 Muradyn을 얻는 단계
Figure 112019009243068-pct00011
; 및
상기 편광 조명 장치에 대한 상기 모션 스테이지의 요 각도와, 상기 기판의 상기 가중 동적 편광 각도 편차 일치 Muradyn에 기초하여, 상기 기판과 상기 모션 스테이지 사이에 배치되어 상기 기판을 회전시키는 회전 테이블의 회전 각도를 제어하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 편광 각도 편차는, 포토-정렬 프로세스 동안 상기 검출 포인트에서 수신된 편광의 실제 각도와, 상기 편광의 공칭 편광 각도 사이의 차이일 수 있다.
선택적으로,
Figure 112019009243068-pct00012
는 아래에 따라 주어질 수 있다.
Figure 112019009243068-pct00013
여기서,
Figure 112019009243068-pct00014
는 상기 기판을 회전시키기 위한 상기 회전 테이블의 회전을 나타내고,
Figure 112019009243068-pct00015
는 상기 회전 테이블 아래에 위치한 상기 모션 스테이지로의 상기 기판의 팽창 비율을 나타내고,
Figure 112019009243068-pct00016
는 상기 모션 스테이지에 대한 상기 기판의 회전을 나타내고,
Figure 112019009243068-pct00017
는 상기 모션 스테이지에 대한 상기 기판의 병진을 나타낸다.
선택적으로, 상기 회전 테이블의 회전
Figure 112019009243068-pct00018
과, 상기 회전 테이블 아래에 위치한 상기 모션 스테이지로의 상기 기판의 팽창 비율
Figure 112019009243068-pct00019
과, 상기 모션 스테이지에 대한 상기 기판의 회전
Figure 112019009243068-pct00020
은 아래에 따라 얻어질 수 있다.
상기 기판 상에, 상기 기판의 좌표계에서 I개의 정렬 마크들의 공칭 포지션들을 갖는 상기 I개의 정렬 마크들을 제공하는 단계 -상기 공칭 포지션들은
Figure 112019009243068-pct00021
로 표시됨-;
상기 I개의 정렬 마크들의 테스트 포지션들
Figure 112019009243068-pct00022
을 얻기 위해 정렬 시스템을 사용하여 상기 I개의 정렬 마크들을 개별적으로 정렬하는 단계;
정렬 동안, 상기 정렬 마크들의 공칭 포지션들
Figure 112019009243068-pct00023
및 테스트 포지션들
Figure 112019009243068-pct00024
과, 상기 모션 스테이지의 대응하는 포지션
Figure 112019009243068-pct00025
에 기초하여, 아래에 따라 정의되는 기판 정렬 모델에 따라
Figure 112019009243068-pct00026
,
Figure 112019009243068-pct00027
및
Figure 112019009243068-pct00028
를 얻는 단계
Figure 112019009243068-pct00029
.
선택적으로, 각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 편광 조명 장치에 대한 상기 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00030
를 측정하는 단계는,
각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00031
와, 각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 편광 조명 장치의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00032
를 측정하고,
Figure 112019009243068-pct00033
를
Figure 112019009243068-pct00034
로서 얻는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00035
를 측정하는 단계는,
상기 모션 스테이지의 측면을 측정면(measurement surface)으로 선택하고, 제 1 간섭계(interferometer)의 2개의 측정 광선(light beam)들을 상기 측정면 상에 안내(direct)하는 단계; 및
상기 모션 스테이지의 측정면까지의 상기 제 1 간섭계의 2개의 측정 광선들의 광학 경로(optical path)들 사이의 길이 차이
Figure 112019009243068-pct00036
와, 상기 2개의 측정 광선들의 광학 경로들의 중심들 사이의 거리
Figure 112019009243068-pct00037
를 얻고, 상기 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00038
를
Figure 112019009243068-pct00039
에 따라 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 측정면은 상기 포토-정렬 주사 방향이 수직인 상기 모션 스테이지의 측면일 수 있다.
선택적으로, 각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00040
를 측정하는 단계는,
상기 포토-정렬 주사 방향에 따라 서로 평행하게 배열되는 2개의 격자 스케일들을 제공하고, 상기 포토-정렬 주사 방향이 수직인 상기 모션 스테이지의 측면 상에 각각의 상기 격자 스케일들에 대응하는 판독 헤드(reading head)들을 장착하는 단계; 및
각각의 판독 헤드들에 의해 상기 격자 스케일(grating scale)들의 판독들을 얻고, 상기 2개의 격자 스케일들의 판독들 사이의 차이
Figure 112019009243068-pct00041
와 상기 2개의 격자 스케일들의 중심들 사의의 거리
Figure 112019009243068-pct00042
에 기초하여, 상기 모션 스테이지의 상기 요 각도
Figure 112019009243068-pct00043
를
Figure 112019009243068-pct00044
에 따라 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 편광 조명 장치의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00045
를 측정하는 단계는,
상기 편광 조명 장치의 선형 격자 프레임(linear grating frame)의 측면을 측정면으로 선택하고, 제 2 간섭계의 2개의 측정 광선들을 상기 측정면 상에 안내하는 단계; 및
상기 편광 조명 장치의 측정면까지의 상기 제 2 간섭계의 2개의 측정 광선들의 광학 경로들 사이의 길이 차이
Figure 112019009243068-pct00046
와, 상기 2개의 측정 광선들의 광학 경로들의 중심들 사이의 거리
Figure 112019009243068-pct00047
를 얻고, 상기 편광 조명 장치의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00048
를
Figure 112019009243068-pct00049
에 따라 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 편광 조명 장치의 측정면은 상기 포토-정렬 주사 방향이 수직인 상기 선형 격자 프레임의 측면일 수 있다.
선택적으로,
Figure 112019009243068-pct00050
는 아래에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112019009243068-pct00051
앞서 설명한 포토-정렬 제어 방법에 기초하여, 본 발명은 편광 조명 장치와, 기판을 운반 및 회전시키는 회전 테이블과, 상기 회전 테이블 아래에 위치한 모션 스테이지를 포함하고, 상기 기판이 포토-정렬 주사를 경험할 수 있도록 상기 기판을 이동시키는 포토-정렬 장치를 제공할 수 있고, 상기 포토-정렬 장치는,
상기 포토-정렬 프로세스 동안 상기 모션 스테이지의 요 각도를 측정하기 위한 모션 스테이지 요 측정 장치;
상기 포토-정렬 프로세스 동안 상기 편광 조명 장치의 요 각도를 측정하기 위한 편광 조명 장치 요 측정 장치; 및
상기 모션 스테이지의 요 각도와 상기 편광 조명 장치의 요 각도에 기초하여 상기 기판의 가중 동적 편광 각도를 계산하고, 상기 편광 조명 장치에 대한 상기 모션 스테이지의 요 각도와 상기 기판의 가중 동적 편광 각도에 기초하여 상기 회전 테이블의 회전을 제어하는, 편광 각도 편차 제어 유닛을 더 포함한다.
선택적으로, 상기 모션 스테이지 요 측정 장치는 제 1 간섭계 측정 장치 및 제 1 반사기를 포함하고, 상기 제 1 반사기는 상기 모션 스테이지의 측면에 장착되고, 상기 제 1 간섭계 측정 장치는 2개의 제 1 측정 광선들을 상기 제 1 반사기로 안내하고, 상기 제 1 반사기로부터 반사된 광선들을 수집(collect)하여, 상기 제 1 간섭계 측정 장치로부터 상기 모션 스테이지의 측면까지의 상기 2개의 제 1 측정 광선들의 광학 경로들 사이의 길이 차이
Figure 112019009243068-pct00052
를 얻고, 상기 길이 차이
Figure 112019009243068-pct00053
와 상기 제 1 간섭계 측정 장치의 상기 2개의 제 1 측정 광선들의 중심들 사이의 거리
Figure 112019009243068-pct00054
에 기초하여, 상기 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00055
를
Figure 112019009243068-pct00056
에 따라 계산할 수 있다.
선택적으로, 상기 제 1 반사기는, 상기 포토-정렬 주사 방향이 수직인 상기 모션 스테이지의 측면 상에 장착될 수 있다.
선택적으로, 상기 제 1 간섭계 측정 장치는 2개의 1-축 간섭계들을 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 제 1 간섭계 측정 장치는 1개의 2-축 간섭계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 모션 스테이지 요 측정 장치는, 상기 포토-정렬 주사 방향을 따라 서로 평행하게 배열되는 2개의 격자 스케일들과, 각각의 상기 격자 스케일들에 대응하는 판독 헤드들을 포함하고, 상기 판독 헤드들은, 상기 포토-정렬 주사 방향이 수직인 상기 모션 스테이지의 측면 상에 장착되고, 상기 판독 헤드들은 각각의 상기 격자 스케일들의 판독들을 획득하고, 상기 2개의 격자 스케일들의 판독들 사이의 차이
Figure 112019009243068-pct00057
와 상기 2개의 격자 스케일들의 중심들 사이의 거리
Figure 112019009243068-pct00058
에 기초하여, 요 각도
Figure 112019009243068-pct00059
를
Figure 112019009243068-pct00060
에 따라 계산할 수 있다.
선택적으로, 상기 편광 조명 장치는 제 2 간섭계 측정 장치와 제 2 반사기를 포함하고, 상기 제 2 반사기는 상기 편광 조명 장치의 선형 격자 프레임의 표면 상에 장착되고, 상기 제 2 간섭계 측정 장치는 상기 제 2 반사기 상에 2개의 제 2 측정 광선들을 방출하고(emit), 상기 제 2 반사기로부터 반사된 광선들을 수집하여, 상기 제 2 간섭계 측정 장치로부터 상기 선형 격자 프레임까지의 상기 2개의 측정 광선들의 광학 경로들의 길이 차이
Figure 112019009243068-pct00061
를 얻고, 상기 길이 차이와 상기 2개의 제 2 측정 광선들의 중심들 사이의 거리
Figure 112019009243068-pct00062
에 기초하여, 상기 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00063
를
Figure 112019009243068-pct00064
에 따라 계산할 수 있다.
선택적으로, 상기 제 2 반사기는 상기 포토-정렬 주사 방향이 수직인 상기 선형 격자 프레임의 측면 상에 장착될 수 있다.
선택적으로, 상기 제 2 간섭계 측정 장치는 2개의 1-축 간섭계들을 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 제 2 간섭계 측정 장치는 1개의 2-축 간섭계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 편광 조명 장치는, 광 프레임 -상기 광 프레임은 통 형상 반사기를 포함함-; 및 램프 -상기 램프는 미리 결정된 각도로 전파하는 광선을 형성하기 위해 상기 통 형상 반사기에 의해 반사된 광을 방출함-을 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 통 형상 반사기는 포물선 반사기일 수 있다.
선택적으로, 상기 램프는 상기 포토-정렬 주사 방향에 수직한 방향으로 상기 기판의 길이보다 긴 길이를 가질 수 있다.
선택적으로, 상기 편광 조명 장치는 선형 격자 프레임을 포함하고, 상기 선형 격자 프레임은, 필터의 스택, 편광 선형 격자 및 선형 격자 보호 글라스를 포함하고, 상기 필터 및 상기 편광 선형 격자 사이에 압축 공기가 도입되고, 상기 편광 선형 격자 및 상기 선형 격자 보호 글라스 사이에 불활성 가스가 도입될 수 있다.
선택적으로, 상기 불활성 가스는 질소일 수 있다.
선택적으로, 상기 편광 선형 격자는, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고 다수의 스트립들로 구성된 격자를 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 격자는 금속 또는 금속 화합물로 제조될 수 있다.
선택적으로, 상기 금속은 알루미늄일 수 있다.
선택적으로, 상기 금속 화합물은 산화 티타늄일 수 있다.
본 발명의 포토-정렬 제어 방법에서, 편광 조명 장치에 대한 모션 스테이지의 요 각도의 검출 및 모니터링은 편광 조명 장치의 편광 각도 및 모션 스테이지의 요 각도 모두의 영향을 고려하고, 따라서, 포토-정렬 프로세스 동안 기판에 작용하는 편광 각도의 조건들을 보다 포괄적으로 반영하고, 배향 필름의 배향 각도에서 실제 오차들을 더 잘 드러내게 된다. 또한, 기판의 가중 동적 편광 각도 편차들은 요 각도 검출 결과들로부터 도출될 수 잇고, 회전 테이블의 회전 조정들을 위한 기초로서 제공될 수 있다. 이는 포토-정렬 프로세스의 편광 각도 제어 정확도를 효과적으로 개선할 수 잇고, 정렬 필름에 형성되는 정렬 각도의 정확도를 향상시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명의 포토-정렬 제어 방법에 의하면, 기판의 가중 동적 편광 각도 편차 일치를 확인하는 것이 더 가능하게 되며, 이는 포토-정렬 프로세스 동안 전체 기판 표면에 걸쳐 정렬 각도 일치의 직접적인 반영이다.
본 발명의 포토-정렬 장치에 있어서, 편광 각도 편차 제어 유닛은 스테이지 및 편광 조명 장치의 요 각도들을 실시간으로 모니터링 및 조정한다. 이는 한편으로는 모션 스테이지의 포지셔닝 정확도를 높이고, 다른 한편으로는 포토-정렬 장치의 포토-정렬 제어 정확도를 향상시키며, 이는 기판에 작용하는 편광 축이 미리 결정된 범위 내에서 유지되도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예 1에 따른 포토-정렬 제어 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2a는 본 발명의 실시 예 1에 따른 포토-정렬 제어 방법에서 모션 스테이지의 요 각도들을 측정하기 위한 프로세스를 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 2b는 본 발명의 실시 예 1에 따른 포토-정렬 제어 방법에서 모션 스테이지의 요 각도들을 측정하기 위한 다른 프로세스를 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예 1에 따른 포토-정렬 제어 방법에서 요 각도들의 측정 원리를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시 예 2에 따른 포토-정렬 장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예 2에 따른 포토-정렬 장치의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예 3에 따른 포토-정렬 장치의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예 3에 따른 포토-정렬 장치의 평면도이다.
배경기술에서 언급한 바와 같이, 정렬 필름 상에 수행되는 포토-정렬 프로세스는 편광 조명 장치 및 모션 스테이지의 포지셔닝 정확도의 제한들이 있을 수 있고, 이는 편광 각도의 변화를 야기할 수 있고, 따라서 정렬 필름의 정렬 각도 일관성에 악영향을 미칠 수 있다.
편광 조명 장치의 성능을 보장하기 위해, 본 발명의 발명자들은 "가중 정적 편광 각도 편차 일치(weighted static polarization angle deviation consistency)", Murasta를 계산하기 위한 모델을 제안한다. 포토-정렬 프로세스 동안, 편광 조명 장치는 기판 상에 위치된 정렬 필름을 조사하기 위한 편광을 제공하고, 편광의 편광 방향과 평행 또는 수직한 방향으로 정렬 필름에서 포토-반응의 발생을 촉발시킨다. 이러한, 포토-정렬 노광 공정은 정렬 필름에 작용하는 편광의 편광 축의 조도 및 방향에 따라 주사에 기인하는 편차와 관련된다. "가중 정적 편광 각도 편차 일치", Murasta는 편광 축 방향 및 편광의 조도의 전반적인 특성을 제공할 수 있다.
특히, 편광 조명을 위한 Murasta 계산을 포함하는 방법은 이하를 포함한다:
포토-정렬을 위한 정적 노광 필드에서 K개의 이산 샘플링 위치들을 선택하는 단계 -K는 자연수임-; 및
각각의 샘플링 위치들에서 조명 레벨들 I(xi, yj) 및 편광 각도들 PA(xi, yj)를 결정하는 단계 -여기서 (xi, yj)는 기판의 좌표계에서 샘플링 위치들을 나타내고, 1≤i≤M, 1≤j≤N이고, i, j, N 및 N은 모두 자연수임-. 바람직한 실시 예에 따르면, M*N=K가 만족될 수 있다. 조명 레벨들 I(xi, yj) 및 편광 각도들 PA(xi, yj)은 종래의 방법들을 사용하여 측정될 수 있으며, 여기서는 간단하게 하기 위해 더 이상의 상세한 설명은 생략한다. 다음으로, 샘플링 위치들의 포지션들에 기초하여, 편광 각도들에서 조명 레벨들 및 편차들 D(xi, yj)이 기록된다.
편광 각도들의 편차들 D(xi, yj)은 D(xi, yj)=PA(xi, yj)-PT(xi, yj)을 만족한다.
여기서, PA(xi, yj)는 실제 편광 각도(actual polarization angle)들이고,
PT(xi, yj)는 공칭 편광 각도(nominal polarization angle)들이다.
표 1은 정적 노광 필드의 포인트들에서 조명 레벨들 I(xi, yj)을 보여주고, 표 2는 정적 노광 필드의 포인트들에서 편광 각도 편차들 D(xi, yj)을 보여준다. 여기서, 편광을 발생시키는 고압 UV 램프의 길이 방향을 X방향, 포토-정렬 프로세스의 주사 방향을 Y방향이라고 정의할 수 있다. 이와 같이, 표 1 및 표 2의 실시 예에서, 선택된 이산 포인트들은 X 방향으로 7세트들(즉, M=7) 및 Y 방향으로 5세트들(즉, N=5)을 형성한다. 그러나, 본 발명은 다른 실시 예들에서 M과 N이 다른 값들일 수 있으므로, 이에 국한되지 않는다.
표 1
Figure 112019009243068-pct00065
표 2
Figure 112020041722709-pct00223
삭제
정적 노광 필드에 분포된 조명 레벨들 및 편광 각도 편차들로부터, 표 1 및 표 2에 제시된 바와 같이, 정적 노광 필드에서 수행된 X 방향 주사로부터 축적된 정적 편광 각도 편차들 WDsta은 다음과 같이 주어진다.
Figure 112020041722709-pct00224
삭제
여기서, N은 주사 방향(Y 방향)으로의 이산 포인트들의 수를 나타내고, 이 실시 예에서 N=5이다.
이를 기초로, 전체 정적 노광 필드에 대한 가중 정적 편광 각도 편차 일치 Murasta는 다음과 같이 정의된다.
Figure 112019009243068-pct00068
여기서, max(WDsta(xi))는 X방향 세트들의 가중 정적 편광 각도 편차들 WDsta(xi, yj)의 최대값이고,
min(WDsta(xi))는 X방향 세트들의 가중 정적 편광 각도 편차들 WDsta(xi, yj)의 최소값이다.
가중 정적 편광 각도 편차 일치 Murasta는, 포토-정렬 장치의 편광 조명 시스템에 의해 제공되는 편광이 만족스러운지 여부를 결정할 수 있어, 결과적으로 정렬 필름의 결과적인 정렬 각도 정확도를 향상시킬 수 있다.
그러나, 가중 정적 편광 각도 편차 일치 Murasta는 편광 조명 시스템의 정적 어플리케이션들에서만 사용될 수 있다. 실제로, 포토-정렬 노광 프로세스 포토-정렬 장치의 모션 스테이지 상에 운반된 기판으로 행해지고, 모션 스테이지에 의해 주사 방향으로 이송되고, 노광의 포토-정렬 프로세스를 완료한다. 즉, 포토-정렬 프로세스에 영향을 미치는 무시할 수 없는 편차는 포토-정렬 프로세스 동안의 모션 스테이지의 기계적인 이동으로부터 발생할 수 있다. 모션 스테이지의 요 각도의 초과에 의해 반영된 모션 스테이지의 포지셔닝 에러들은 편광 축의 방향으로 이동되게 할 수 있다.
그래서, 본 발명자들은, "가중 동적 편광 각도 편차 일치", Muradyn를 계산하기 위한 모델을 제안하고, Muradyn는 포토-정렬 프로세스의 결과 상에 편광 조명 장치 및 모션 스테이지에 전반적인 영향을 반영한다. 구체적으로, 대응하는 포토-정렬 제어 방법은,
포토-정렬 주사 방향을 따라 K개의 이산 샘플링 위치들
Figure 112020041722709-pct00069
을 선택하고, 상기 기판 상의 노광 필드 내에 M개의 검출 포인트들
Figure 112020041722709-pct00070
을 선택하는 단계와, 포토-정렬 동안 각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 각각의 상기 검출 포인트들에 대한 편광 각도 편차
Figure 112020041722709-pct00225
및 대응하는 조명 강도 레벨
Figure 112020041722709-pct00226
을 얻는 단계와, 각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 편광 조명 장치에 대한, 상기 기판이 운반되는 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112020041722709-pct00073
를 측정하는 단계;
순방향 및 역방향 포토-정렬 주사들이 수행된 후에, 각각의 검출 포인트
Figure 112019009243068-pct00074
에 대한 가중 동적 편광 각도
Figure 112019009243068-pct00075
를 아래에 따라 계산하는 단계
Figure 112019009243068-pct00076
Figure 112019009243068-pct00077
는 모션 스테이지의 좌표계에서 상기 검출 포인트의 좌표를 나타내고, 상기 검출 포인트는 상기 기판의 좌표계에서 좌표를 가짐;
아래에 따라 상기 기판에 대한 가중 동적 편광 각도 편차 일치 Muradyn을 얻는 단계
Figure 112019009243068-pct00078
; 및
상기 편광 조명 장치에 대한 상기 모션 스테이지의 요 각도와, 상기 기판의 상기 가중 동적 편광 각도 편차 일치 Muradyn에 기초하여, 상기 기판과 상기 모션 스테이지 사이에 배치되어 상기 기판을 회전시키는 회전 테이블의 회전 각도를 제어하는 단계를 포함한다.
이 포토-정렬 제어 방법에서는, 한편으로는, 포토-정렬 장치의 전체적인 성능을 검출하고 모니터링하여 안정성 조건을 더 잘 알 수 있으며, 온라인 모니터링 데이터는 정렬 필름의 정렬 각도 조건들을 직접 반영한다. 한편, 검출된 결과들에 기초하여 포토-정렬 장치를 조정할 수 있고, 따라서 양호한 포토-정렬 제어 정확도를 보장할 수 있다.
본원에서 제안된 포토-정렬 제어 방법 및 포토-정렬 장치는 몇 가지 특정 예들을 설명하는 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서는 더 상세하게 설명될 것이다. 본 발명의 특징들 및 이점들은 다음의 상세한 설명들과, 첨부된 청구범위로부터 더욱 명백해질 것이다. 첨부된 도면들은 반드시 단순한 형태로 제공될 필요는 없으며, 예시를 설명할 때 편의성과 명확성을 용이하게 하기 위한 의도로 제공된다.
실시 예 1
도 1은 본 발명의 실시 예 1에 따른 포토-정렬 제어 방법의 개략적인 순서도이다. 도시된 바와 같이, 포토-정렬 제어 방법은 이하를 포함한다.
S100: 포토-정렬 주사 방향으로 K개의 이산 샘플링 위치들
Figure 112020041722709-pct00079
을 선택하고, 포토-정렬될 기판 상에 노광 필드 내에 M개의 검출 포인트들
Figure 112020041722709-pct00080
을 선택하는 단계와, 포토-정렬 동안 각각의 이산 샘플링 위치들에서 각각의 검출 포인트들에 대한 편광의 편광 각도 편차
Figure 112020041722709-pct00227
및 대응하는 조명 강도 레벨
Figure 112020041722709-pct00228
을 얻는 단계와, 각각의 이산 샘플링 위치들에서 편광 조명 장치에 대한 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112020041722709-pct00083
를 측정하는 단계;
S200: 순방향 및 역방향 포토-정렬 주사들을 경험하는(experience) 검출 포인트
Figure 112019009243068-pct00084
에 대한 가중 동적 편광 각도
Figure 112019009243068-pct00085
를 아래에 따라 계산하는 단계:
Figure 112019009243068-pct00086
여기서,
Figure 112019009243068-pct00087
는 모션 스테이지의 좌표계에서 검출 포인트의 좌표를 나타내고, 검출 포인트는 기판의 좌표계에서 좌표
Figure 112019009243068-pct00088
를 가짐;
S300: 편광 조명 장치에 대한 모션 스테이지의 요 각도와, 기판의 가중 동적 편광 각도 편차 일치에 기초하여, 기판을 회전시키기 위한 회전 테이블의 회전을 제어하는 단계.
특히, 단계 S100에서, 포토-정렬 프로세스 동안 각각의 검출 포인트들에서 얻어지는 편광 각도 편차들
Figure 112020041722709-pct00229
은, 포토-정렬 프로세스 동안 검출 포인트들에서 조사되는 편광의 실제 편광 각도와, 관련된 공칭 편광 각도의 차이이다. 편광 각도 편차들은 다음과 같이 얻어질 수 있다: 포토-정렬 프로세스 동안 검출 포인트에서 편광의 실제 편광 각도
Figure 112020041722709-pct00090
를 검출하고, 편광 각도 편차를
Figure 112020041722709-pct00230
=
Figure 112020041722709-pct00092
-
Figure 112020041722709-pct00093
에 따라 계산함, 여기서,
Figure 112020041722709-pct00094
는 공칭 편광 각도를 나타냄.
또한, 단계 S100에서,
Figure 112019009243068-pct00095
는 기판의 좌표계에서, 좌표
Figure 112019009243068-pct00096
를 갖는 모션 스테이지의 좌표계에서 검출 포인트들의 좌표를 나타낸다. 특히, 포토-정렬 프로세스 동안, 기판은 지지 테이블 상에 운반되고 미리 결정된 편광 각도에 대응하는 각도만큼 회전된다. 그 다음, 기판은 포토-정렬 주사 방향을 따라 모션 스테이지에 의해 이송되어, 포토-정렬 프로세스를 완료한다. 모션 스테이지가 단일 방향으로 이동하므로, 모션 스테이지의 임의의 편향은 포토-정렬 편광 각도에 영향을 미친다. 이러한 이유로, 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00097
를 확인해야 한다. 그러나, 포토-정렬 프로세스 동안, 편광 각도에 기초하여 회전 테이블에 의해 기판이 회전될 때, 기판의 좌표계와 모션 스테이지의 좌표계 사이에 오프셋이 존재한다. 각각의 이산 샘플링 위치들에서 각각의 검출 포인트들에 대한 정확한 가중 동적 편광 각도 편차를 얻기 위해, 기판의 좌표계로부터 모션 스테이지의 좌표계들로 그들의 좌표 변환이 필요하다. 특히, 이것은 다음에 따라 수행될 수 있다:
Figure 112019009243068-pct00098
여기서,
Figure 112019009243068-pct00099
는 기판을 회전시키기 위한 회전 테이블의 회전을 나타내고,
Figure 112019009243068-pct00100
는 회전 테이블 아래에 위치한 모션 스테이지로의 기판의 팽창 비율(expansion ratio of the substrate to the motion stage)을 나타내고, 이는 자체 팽창에 의해 야기된 기판의 위치 변화를 반영하고, 모션 스테이지는 Y방향 및 Rz방향으로 적어도 2자유도를 갖고;
Figure 112019009243068-pct00101
는 모션 스테이지에 대한 기판의 회전을 나타내고;
Figure 112019009243068-pct00102
는 모션 스테이지에 대한 기판의 병진(translation)을 나타낸다.
특히, 회전 테이블의 회전
Figure 112019009243068-pct00103
과, 회전 테이블 아래에 위치한 모션 스테이지로의 기판의 팽창 비율
Figure 112019009243068-pct00104
과, 모션 스테이지에 대한 기판의 회전
Figure 112019009243068-pct00105
은 아래 단계들을 포함하는 방법에 의해 얻어질 수 있다:
기판 상에, 기판의 좌표계에서 공칭 포지션들을 갖는 I개의 정렬 마크들을 제공하는 단계 -공칭 포지션들은
Figure 112019009243068-pct00106
로 표시됨-;
정렬 시스템을 사용하여 I개의 정렬 마크들을 개별적으로 정렬하고, 모션 스테이지의 좌표계에서 정렬 마크들의 테스트 포지션들
Figure 112019009243068-pct00107
을 얻는 단계;
정렬 동안, 정렬 마크들의 공칭 포지션들
Figure 112019009243068-pct00108
및 테스트 포지션들
Figure 112019009243068-pct00109
과, 모션 스테이지들의 대응하는 포지션들
Figure 112019009243068-pct00110
에 기초하여, 아래에 따라
Figure 112019009243068-pct00111
,
Figure 112019009243068-pct00112
및
Figure 112019009243068-pct00113
를 얻는 단계
Figure 112019009243068-pct00114
.
또한, 이 실시 예에 따르면, 단계 S100에서, 각각의 이산 샘플링 위치들에서 편광 조명 장치에 대한 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00115
는 이하 단계를 포함하는 방법에 의해 측정됨: 각각의 이산 샘플링 위치들에서 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00116
들과, 각각의 이산 샘플링 위치들에서 편광 조명 장치의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00117
들을 측정하고, 만약
Figure 112019009243068-pct00118
라면,
Figure 112019009243068-pct00119
임.
또한, 이산 샘플링 위치들에서 모션 스테이지의 요 각도들은 도 3에 도시된 원리들에 기초하여 도 2a의 개략적인 순서도를 따라 측정될 수 있다.
단계 S121a에서, 모션 스테이지(10)의 표면이 측정면(11)으로 선택되고, 제 1 간섭계로부터의 2개의 측정 광선(20)들은 모션 스테이지의 측정면(11)으로 안내된다. 측정면(11)은 포토-정렬 주사 방향이 수직인 모션 스테이지(10)의 표면일 수 있다.
단계(S122a)에서, 제 1 간섭계들로부터 모션 스테이지의 측정면까지의 2개의 측정 광선들의 광학 경로들 사이의 길이 차이
Figure 112019009243068-pct00120
(즉, 도 3의 y1 및 y1' 사이의 절대 차이)와, 측정 광선들의 광학 경로들의 중심들 사이의 거리가 얻어지고, 이에 기초하여, 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00121
들이
Figure 112019009243068-pct00122
에 따라 계산된다.
제 1 간섭계들은 각각 측정면에 부착된 송신기, 수신기 및 코너 반사기를 포함할 수 있다(미도시). 측정 동안, 송신기로부터 방사된 광선은 측정면에 부착된 코너 반사경에 입사되어, 코너 반사기에 의해 다시 반사되고, 수신기는 반사광을 수신하여 데이터를 프로세스 한다. 이러한 방식으로, 2개의 제 1 간섭계들을 사용함으로써, 2개의 제 1 간섭계들의 대응하는 2개의 광학 경로들 사이의 길이 차이를 얻을 수 있다. 간섭계들은 실시간으로 빛을 방출하고, 수신할 수 있기 때문에, 모션 스테이지의 실시간 요 각도 측정이 가능하므로, 모션 스테이지의 처짐에 대한 온라인 모니터링이 용이해지고, 나아가 보상 및 조정을 수행할 수 있고, 모션 스테이지를 실시간으로 제어하여 모션 스테이지의 위치 결정 정확도를 보장한다.
물론, 제 1 간섭계들 대신에, 모션 스테이지의 요 각도들은 격자 스케일들을 사용하여 대안적으로 측정될 수 있다. 구체적으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 각각의 이산 샘플링 위치들에서 모션 스테이지의 요 각도들은 아래의 단계들을 포함하는 방법에 의해 측정될 수 있다:
단계 S121b: 포토-정렬 주사 방향을 따라 서로 평행하게 연장되는 2개의 격자 스케일들을 제공하고, 포토-정렬 주사 방향이 수직인 모션 스테이지의 측면 상에 각각의 격자 스케일들에 대응하는 장착 판독 헤드들을 제공하는 단계; 및
단계 S122b: 각각의 판독 헤드들에 의해 격자 스케일들의 판독들을 얻고, 판독들 사이의 차이
Figure 112019009243068-pct00123
와, 2개의 격자 스케일들의 중심들 사이의 거리
Figure 112019009243068-pct00124
들에 기초하여, 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00125
들을
Figure 112019009243068-pct00126
에 따라 계산하는 단계.
모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00127
들의 측정과 유사하게, 각각의 이산 샘플링 위치들에서 편광 조명 장치의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00128
들은 다음 단계들을 포함하는 방법에 의해 측정될 수 있다:
편광 조명 장치의 선형 격자 프레임의 측면을 측정면으로 선택하고, 제 2 간섭계들 각각으로부터 2개의 측정 광선들을 편광 조명 장치의 측정면으로 안내하는 단계 - 편광 조명 장치의 측정면은 포토-정렬 주사 방향이 수직인 선형 격자 프레임의 측면일 수 있고, 제 2 간섭계들은 제 1 간섭계들과 유사할 수 있어서 여기서는 간단하게 하기 위해 상세히 설명하지 않음-; 및
제 2 간섭계들로부터 편광 조명 장치의 측정면까지의 2개의 측정 광선들 사이의 광학 경로들 사이의 길이 차이
Figure 112019009243068-pct00129
와, 2개의 측정 광선들의 광학 경로들의 중심 사이의 거리
Figure 112019009243068-pct00130
를 얻고, 편광 조명 장치의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00131
들을
Figure 112019009243068-pct00132
에 따라 계산하는 단계.
요약하면, 본 실시 예에서, 포토-정렬 제어 방법에 의하면, 편광 조명 장치와 관련하여 모션 스테이지의 요 각도들을 평가하고 모니터링하는 것뿐만 아니라, 평가에 기초하여, 포토-정렬 프로세스 동안 전체 기판 표면 전체에 걸쳐 정렬 각도 일치의 직접적인 반영인, 기판의 가중 동적 편광 각도 편차 일치를 확인할 수 있다. 또한, 본 실시 예에 따른 포토-정렬 제어 방법에서, 기판 표면 상에 작용하는 편광 각도가 원하는 범위 내에 유지되도록 가중 동적 편광 각도 편차에 기초하여 회전 테이블의 회전 및 그에 따른 기판의 회전을 조정하는 것이 허용된다.
실시 예 2
앞서 설명한 포토-정렬 제어 방법에 기초하여, 본 발명은 또한 포토-정렬 장치를 제공한다. 도 4는 본 발명의 실시 예 2에 따른 포토-정렬 장치의 측면도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예 2에 따른 포토-정렬 장치의 평면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 포토-정렬 장치는 편광 조명 장치(110), 위로 운반된 기판을 회전시키기 위한 회전 테이블(120) 및 회전 테이블(120) 아래에 배치된 모션 스테이지(130)를 포함하고, 포토-정렬 주사 프로세스를 수행한다. 포토-정렬 장치는 이하를 포함한다:
포토-정렬 프로세스 동안 모션 스테이지(130)의 요 각도들을 측정하기 위한 모션 스테이지 요 측정 장치(140);
포토-정렬 프로세스 동안 편광 조명 장치(110)의 요 각도들을 측정하기 위한 편광 조명 장치 요 측정 장치(150); 및
모션 스테이지(130)의 요 각도와 편광 조명 장치(110)의 요 각도에 기초하여 기판(200)의 가중 동적 편광 각도를 계산하고, 편광 조명 장치에 대한 모션 스테이지의 요 각도와 기판의 가중 동적 편광 각도에 기초하여 회전 테이블(120)의 회전을 제어할 수 있는 편광 각도 제어 유닛.
본 실시 예의 포토-정렬 장치에 의하면, 모션 스테이지(130)의 요 각도 및 편광 조명 장치(110)의 요 각도를 취득한 후, 편광 각도 편차 제어 유닛은 회전 테이블(120)의 회전 각도를 조정할 수 있어서, 기판(200)이 원래 각도 포지션으로부터 시프트되는 것을 방지하고, 따라서 포토-정렬 장치의 편광 축 정확도를 향상시킨다. 다시 말하면, 본 실시 예에 따른 포토-정렬 장치는 폐-루프 피드백 시스템으로서 작동하며, 포토-정렬 장치의 전체 성능을 검출하고 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라, 검출된 결과에 기초한 자동 조정을 허용하여 포토-정렬 제어 정확도를 높인다.
구체적으로, 모션 스테이지 요 측정 장치(140)는 제 1 간섭계 측정 장치(141) 및 제 1 반사기(142)를 포함한다. 제 1 반사기(142)는 모션 스테이지(130)의 측면에 장착된다. 예를 들어, 제 1 반사기(142)는 포토-정렬 주사 방향이 수직인 모션 스테이지(130)의 측면에 장착될 수 잇다. 제 1 간섭계 측정 장치(141)는 제 1 반사기(142) 상에 2개의 제 1 측정 광선들을 방출하고, 제 1 반사기(142)로부터 반사된 광선들을 수집하여, 제 1 간섭계 측정 장치로부터 모션 스테이지의 측면까지의 제 1 측정 광선들의 2개의 광학 경로들 사이의 길이 차이
Figure 112019009243068-pct00133
를 얻을 수 있다. 길이 차이
Figure 112019009243068-pct00134
와 2개의 제 1 측정 광선들의 중심들 사이의 거리
Figure 112019009243068-pct00135
에 기초하여 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00136
들이
Figure 112019009243068-pct00137
에 따라 계산될 수 있다. 제 1 간섭계 측정 장치는 2개의 1-축 간섭계 또는 1개의 2-축 간섭계로서 구현될 수 있다.
도 4 및 도 5를 계속해서 참조하면, 편광 조명 장치 요 측정 장치(150)는 제 2 간섭계 측정 장치(151) 및 제 2 반사기(152, 예를 들어 코너 반사기)를 포함한다. 제 2 반사기(152)는 편광 조명 장치(150)의 선형 격자 프레임(112)의 측면 상에 장착된다. 구체적으로, 제 2 반사기(152)가 장착되는 선형 격자 프레임(112)의 측면은 포토-정렬 주사 방향이 수직인 선형 격자 프레임의 측면일 수 있다. 제 2 간섭계 측정 장치(151)는 제 2 반사기(152) 상에 2개의 제 2 측정 광선들을 방출하고, 제 2 반사기로부터 반사된 광선들을 수집하여, 제 2 간섭계 측정 장치로부터 선형 격자 프레임(112)의 측면까지의 2개의 제 2 측정 광선들의 광학 경로들 사이의 길이 차이
Figure 112019009243068-pct00138
를 얻는다. 길이 차이
Figure 112019009243068-pct00139
와 2개의 제 2 측정 광선들의 중심 사이의 거리
Figure 112019009243068-pct00140
에 기초하여, 편광 조명 장치의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00141
는
Figure 112019009243068-pct00142
에 따라 계산된다. 제 1 간섭계 측정 장치와 유사하게, 제 2 간섭계 측정 장치(150)는 2개의 1-축 간섭계들 또는 1개의 2-축 간섭계로서 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 편광 조명 장치(110)는 편광의 형성에 있어서 중요하기 때문에, 편광 조명 장치(110)의 각도 포지션의 임의의 시프트는 편광의 편광 축 방향에 악영향을 미치고, 따라서 정렬 필름의 포토-정렬에 악영향을 미친다. 따라서, 편광 조명 장치(110)의 요 각도를 측정하는 것도 중요하다. 편광 조명 장치 요 측정 장치(150)는 실시간으로 편광 조명 장치(110)를 모니터링 할 수 있다.
도 4 및 도 5를 계속해서 참조하면, 편광 조명 장치(110)는 통 형상 반사기(111a) 및 램프(111b)를 갖는 광 프레임(111)을 포함한다. 램프(111b)로부터 광은 통 형상 반사기(111a)에 의해 반사되어 소정 각도로 전파하는 광선을 형성할 수 있다. 통 형 반사기(111a)는 바람직하게는 포물선 반사기이다. 또한, 램프(111b)는 기판 상에 UV 광을 방출하고 그에 의해 기판에 부착된 정렬 필름에서 포토-반응을 일어나게(triggering photoreaction) 하기 위한 길쭉한 UV 램프(elongated UV lamp)일 수 있다. 램프(111B)는 포토-정렬 주사 방향(즉, 도 4의 Y방향)에 수직인 방향으로 기판(200)의 길이보다 긴 길이를 갖는 것이 바람직하다. 이는 램프(111b)의 노광 필드가 주사 방향에 수직한 방향으로 기판(200)의 일부를 둘러싸도록 보장하여, 모션 스테이지(130)에 의해 기판(200)을 주사 방향으로 이송함으로써 전체 기판의 포토-정렬이 완료될 수 있다. 실제로, 램프의 크기는 포토-정렬될 기판에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 730mm x 920mm 기판을 갖는 Gen 4.5 LCD 패널의 제조를 위해, 램프(111b)의 길이는 730mm보다 크게 선택될 수 있다. 포토-정렬 프로세스 동안, 램프(111b)가 기판(200)에 절대적으로 평행할 필요는 없다. 즉, 기판은 램프에 대해 소정 각도만큼 회전될 수 있다. 4.5 LCD 패널의 예를 계속하면, 0°±15, 90°±15°또는 180°±15°의 범위의 각도로 램프(111b)에 대해 회전된 기판(200)을 갖는 기판 상의 전체 정렬 필름의 포토-정렬을 보장하기 위해서는, 램프(111b)의 노광 필드는 1109mm 이상으로 커야 한다.
도 4 및 도 5를 계속해서 참조하면, 편광 조명 장치(110)는 기판(200)의 표면을 노광 및 포토-정렬하기 위해, 광 프레임(111)으로부터 광을 편광으로 형성하는 선형 격자 프레임(112)을 포함한다. 구체적으로, 선형 격자 프레임(112)은 필터(112a), 편광 선형 격자(112b) 및 선형 격자 보호 글라스(112c, linear grating protection glass)의 스택을 포함할 수 있다. 압축 공기는 필터(112a)와 편광 선형 격자(112b) 사이에 도입되고(introduce), 편광 선형 격자(112b)와 선형 격자 보호 층(112c) 사이에는 불활성 가스, 바람직하게는 질소가 도입된다.
필터(112a)는 광 프레임(111)과 마주하고, 특정 파장 대역의 광을 얻도록 광원(111b)로부터 방출된 광을 필터링한다. 상이한 정렬 필름들은 상이한 파장 대역의 포토-정렬 광을 필요로 하기 때문에, 필터(112a)는 원하는 파장 대역의 광을 얻도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 254nm 정렬 필름은 240nm 내지 300nm 범위의 파장 범위의 포토-정렬 광을 필요로 하고, 필터(112a)는 이러한 파장 대역의 광을 얻도록 선택될 수 있다.
또한, 필터(112a)를 통과한 특정 파장 대역의 광은 필터(112a) 보다 광 프레임(111)으로부터 더 멀리 위치한 편광 선형 격자(112b)에 입사되고(incident), 편광 선형 격자에 의해 편광으로 변환된다. 구체적으로, 편광 선형 격자(112b)는 투명 기판 및 기판 상에 형성된 격자를 포함할 수 있다. 격자는 다수의 스트립들로 구성되고, 선형 격자 보호 글라스(112c)를 향해 마주하는 편광 선형 격자(112b)의 표면 상에 배치된다. 격자는 금속 또는 금속 화합물, 예를 들어 알루미늄(Al) 또는 산화 티타늄(TiO2)로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 편광이 높은 소광비(extinction ratio)(>50:1)를 갖기 위해, 현재의 통상적인 관례에 따라, 산화 티타늄이 격자를 제조하는데 사용될 수 있으며, 왜냐하면 편광의 양호한 소관에 더해, 이 재료는 투과율의 열화에 의해 편광 선형 격자(112b)에 입사한 광을 소정의 각도로 면역시키고(immunize), 편광 축 방향의 변화로부터 편광 선형 격자(112b)의 최종 편광을 면역시키기 때문이다. 현재 일반적인 관례에 따라, 산화 티타늄으로 제조된 격자는 50:1보다 큰 소광비와, 약 45°까지의 입사각에서 0.1°미만의 편광 축의 회전을 달성할 수 있다.
이 실시 예에 따르면, 압축 공기는 선형 격자 프레임(112)을 냉각시키기 위해 필터(112a)와 편광 선형 격자(112b) 사이에 도입된다. 포토-정렬 프로세스 동안, 광 프레임(111)으로부터 방출된 광은 선형 격자 프레임(112) 상에 항상 조사되어 매우 많은 양의 열을 발생시키고, 선형 격자 프레임(112)의 온도를 상승시키는 경향이 있다. 선형 격자 프레임(112)의 지나치게 높은 온도는 광의 편광에 해로울 수 있다. 예를 들어, 180 ℃ 보다 높은 온도에서 격자는 팽창을 경험하며, 이는 격자 피치를 변화시키고 궁극적으로 광의 편광을 저하시킨다. 이러한 이유로, 본 실시 예에 따르면, 냉각용 압축 공기가 필터(112a)와 편광 선형 격자(112b) 사이에 도입되어, 편광 조명 장치(110)의 온도가 극도로 높아지는 것을 방지한다. 또한, 편광 선형 격자(112b)와 선형 격자 보호 글라스(112c) 사이에 질소가 도입되어, 선형 격자 보호 글라스(112c)를 마주하는 편광 선형 격자(112b)의 표면 상에 위치된 격자가, 산화되거나 격자의 편광 능력이 저하되는 것을 방지한다. 편광 선형 격자(112b)와 선형 격자 보호 글라스(112c) 사이에 질소를 도입함으로써, 격자가 특히 금속으로 제조될 때 격자가 문제의 산화를 겪지 않도록 방지할 수 있다.
계속해서 도 5를 참조하면, 이 실시 예에 따르면, 포토-정렬 장치는 포토-정렬 주사 방향을 따라 연장되는 가이드 트랙(160)을 더 포함한다. 모션 스테이지(130)는 가이드 트랙(160) 상에 장착되고, 기판을 이송하여 포토-정렬을 수행한다. 또한, 포토-정렬 장치는 지지 테이블(170)을 포함하고, 기판(200)은 지지 테이블(170) 상에 운반된다. 지지 테이블(170)은 모션 스테이지(130) 및 회전 테이블(120) 위에 배치된다. 회전 테이블(120)은 지지 테이블(170)에 부착되고, 지지 테이블을 원하는 각도만큼 회전시킬 수 있다. 바람직하게는, 지지 테이블(170)은 베이스(171) 및 베이스(171) 상에 제공되는 복수 개의 핀(172)들을 포함할 수 있다. 핀(172)들은 기판과 접촉하여 기판을 지지한다. 포토-정렬 프로세스는 기판(200)을 핀(172)들 상에 배치하는 것으로 시작한다. 그 다음, 모션 스테이지(130)는 기판(200)을 정렬을 위한 포지션으로 이송한다. 기판(200)의 정렬이 완료된 후, 회전 테이블(120)은 기판(200)의 회전 각도를 조정하여 편광 축의 대응하는 미리 결정된 편광 각도가 달성되도록 한다. 마지막으로, 모션 스테이지(130)는 포토-정렬 프로세스를 완료하기 위해 조사 방향을 따라 기판(200)을 앞뒤로 이송한다.
실시 예 3
도 6은 본 발명의 실시 예 3에 따른 포토-정렬 장치의 측면도이고, 도 7은 본 발명의 실시 예 3에 따른 포토-정렬 장치의 평면도이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 이 실시 예는 이하에 있어서 실시 예 2와 다르다: 모션 스테이지 요 측정 장치(140')는 포토-정렬 주사 방향을 따라 서로에 대해 평행하게 연장되는 2개의 격자 스케일들을 포함하고; 각각의 격자 스케일들에 대응하는 판독 헤드(142')들을 포함한다. 판독 헤드(142')들은 포토-정렬 주사 방향이 수직인 모션 스테이지(130)의 측면 상에 장착되고, 각각의 격자 스케일들의 판독들을 얻고, 2개의 격자 스케일들의 판독들 사이의 차이
Figure 112019009243068-pct00143
와, 2개의 격자 스케일들의 중심들 사이의 거리
Figure 112019009243068-pct00144
에 기초하여 모션 스테이지의 요 각도
Figure 112019009243068-pct00145
를
Figure 112019009243068-pct00146
에 따라 계산한다.
구체적으로, 격자 스케일(141')들은 가이드 트랙(160)에 평행하게 연장된다. 또한, 격자 스케일(141')들에는 거리를 표시하기 위한 스케일이 제공된다. 판독 헤드(142')들은 격자 스케일(141')들의 판독들을 얻기 위해 격자 스케일(141')들에 대향하여 배치된다. 포토-정렬 프로세스 동안, 판독 헤드(142')들은 모션 스테이지(130)와 동기화되어 이동하고, 격자 스케일(141')의 판독을 감지한다. 동시에, 데이터는 실시간으로 피드백 된다. 이러한 방식으로, 2개의 격자 스케일들의 측정들의 차이
Figure 112019009243068-pct00147
와 2개의 격자 스케일들의 중심들 사이의 거리
Figure 112019009243068-pct00148
는 얻어진다.
요약하면, 본 실시 예에 따른 포토-정렬 장치에서, 편광 각도 편차 제어 유닛은, 스테이지 및 편광 조명 장치의 요 각도들을 실시간으로 모니터링 및 조정한다. 이것은, 한편으로는, 모션 스테이지의 포지셔닝 정확성을 향상시키며, 반면에 포토-정렬 장치의 포토-정렬 제어 정확도를 향상시키므로, 기판 상에 작용하는 편광 각도가 미리 결정된 범위 내에 유지되도록 보장한다. 더욱이, 편광 각도 편차 제어 유닛의 검출 결과들은, 포토-정렬 동안, 기판 전체에 걸쳐 편광 각도 일치를 직접 특징으로 하며, 따라서 정렬 필름에서 실제 정렬 각도 오차를 더 잘 반영할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예는 점진적인 방식으로 설명되며, 각 실시 예의 설명은 다른 실시 예와의 차이점에 초점을 맞추고 있다. 공통되거나 본질적으로 공통인 임의의 특징의 상세한 설명을 위해 실시 예들 간에 참조가 이루어질 수 있다.
위에서 제시된 설명은 단지 본 발명의 일부 바람직한 실시 예에 대한 설명이며 임의의 의미로 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 상기 교시들에 기초하여 당업자에 의해 행해지는 임의 및 모든 변경 및 수정은 첨부된 청구 범위에 정의된 범위 내에 있다.

Claims (30)

  1. 편광 조명 장치로부터 방사된 편광을 사용함으로써 기판의 포토-정렬 동안 편광의 편광 각도 편차 일치를 제어하기 위한 포토-정렬 제어 방법에 있어서,
    포토-정렬 주사 방향을 따라 K개의 이산 샘플링 위치들
    Figure 112020041722709-pct00149
    을 선택하고, 상기 기판 상의 노광 필드 내에 M개의 검출 포인트들
    Figure 112020041722709-pct00150
    을 선택하는 단계와, 포토-정렬 동안 각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 각각의 상기 검출 포인트들에 대한 편광 각도 편차
    Figure 112020041722709-pct00231
    및 대응하는 조명 강도 레벨
    Figure 112020041722709-pct00232
    을 얻는 단계와, 각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 편광 조명 장치에 대한, 상기 기판이 운반되는 모션 스테이지의 요 각도
    Figure 112020041722709-pct00153
    를 측정하는 단계;
    순방향 및 역방향 포토-정렬 주사들이 수행된 후에, 각각의 검출 포인트
    Figure 112020041722709-pct00154
    에 대한 가중 동적 편광 각도
    Figure 112020041722709-pct00155
    를 아래에 따라 계산하는 단계
    Figure 112020041722709-pct00156

    여기서,
    Figure 112020041722709-pct00157
    는 모션 스테이지의 좌표계에서 상기 검출 포인트의 좌표를 나타내고, 상기 검출 포인트는 상기 기판의 좌표계에서 좌표
    Figure 112020041722709-pct00158
    를 가짐;
    아래에 따라 상기 기판에 대한 가중 동적 편광 각도 편차 일치 Muradyn을 얻는 단계
    Figure 112020041722709-pct00159
    ; 및
    상기 편광 조명 장치에 대한 상기 모션 스테이지의 요 각도와, 상기 기판의 상기 가중 동적 편광 각도 편차 일치 Muradyn에 기초하여, 상기 기판과 상기 모션 스테이지 사이에 배치되어 상기 기판을 회전시키는 회전 테이블의 회전 각도를 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 편광 각도 편차는, 포토-정렬 프로세스 동안 상기 검출 포인트에서 수신된 편광의 실제 각도와, 상기 편광의 공칭 편광 각도 사이의 차이인 포토-정렬 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    Figure 112019009243068-pct00160
    는 아래에 따라 주어지는 포토-정렬 제어 방법.
    Figure 112019009243068-pct00161

    여기서,
    Figure 112019009243068-pct00162
    는 상기 기판을 회전시키기 위한 상기 회전 테이블의 회전을 나타내고,
    Figure 112019009243068-pct00163
    는 상기 회전 테이블 아래에 위치한 상기 모션 스테이지로의 상기 기판의 팽창 비율을 나타내고,
    Figure 112019009243068-pct00164
    는 상기 모션 스테이지에 대한 상기 기판의 회전을 나타내고,
    Figure 112019009243068-pct00165
    는 상기 모션 스테이지에 대한 상기 기판의 병진을 나타낸다.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 회전 테이블의 회전
    Figure 112019009243068-pct00166
    과, 상기 회전 테이블 아래에 위치한 상기 모션 스테이지로의 상기 기판의 팽창 비율
    Figure 112019009243068-pct00167
    과, 상기 모션 스테이지에 대한 상기 기판의 회전
    Figure 112019009243068-pct00168
    은 아래에 따라 얻어지는 포토-정렬 제어 방법.
    상기 기판 상에, 상기 기판의 좌표계에서 I개의 정렬 마크들의 공칭 포지션들을 갖는 상기 I개의 정렬 마크들을 제공하는 단계 -상기 공칭 포지션들은
    Figure 112019009243068-pct00169
    로 표시됨-;
    상기 I개의 정렬 마크들의 테스트 포지션들
    Figure 112019009243068-pct00170
    을 얻기 위해 정렬 시스템을 사용하여 상기 I개의 정렬 마크들을 개별적으로 정렬하는 단계;
    정렬 동안, 상기 정렬 마크들의 공칭 포지션들
    Figure 112019009243068-pct00171
    및 테스트 포지션들
    Figure 112019009243068-pct00172
    과, 상기 모션 스테이지의 대응하는 포지션
    Figure 112019009243068-pct00173
    에 기초하여, 아래에 따라 정의되는 기판 정렬 모델에 따라
    Figure 112019009243068-pct00174
    ,
    Figure 112019009243068-pct00175
    및
    Figure 112019009243068-pct00176
    를 얻는 단계
    Figure 112019009243068-pct00177
    .
  5. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 편광 조명 장치에 대한 상기 모션 스테이지의 요 각도
    Figure 112019009243068-pct00178
    를 측정하는 단계는,
    각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 모션 스테이지의 요 각도
    Figure 112019009243068-pct00179
    와, 각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 편광 조명 장치의 요 각도
    Figure 112019009243068-pct00180
    를 측정하고,
    Figure 112019009243068-pct00181
    를
    Figure 112019009243068-pct00182
    로서 얻는 단계;
    를 포함하는 포토-정렬 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 모션 스테이지의 요 각도
    Figure 112019009243068-pct00183
    를 측정하는 단계는,
    상기 모션 스테이지의 측면을 측정면으로 선택하고, 제 1 간섭계의 2개의 측정 광선들을 상기 측정면 상에 안내하는 단계; 및
    상기 모션 스테이지의 측정면까지의 상기 제 1 간섭계의 2개의 측정 광선들의 광학 경로들 사이의 길이 차이
    Figure 112019009243068-pct00184
    와, 상기 2개의 측정 광선들의 광학 경로들의 중심들 사이의 거리
    Figure 112019009243068-pct00185
    를 얻고, 상기 모션 스테이지의 요 각도
    Figure 112019009243068-pct00186
    를
    Figure 112019009243068-pct00187
    에 따라 계산하는 단계;
    를 포함하는 포토-정렬 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정면은 상기 포토-정렬 주사 방향이 수직인 상기 모션 스테이지의 측면인 포토-정렬 제어 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 모션 스테이지의 요 각도
    Figure 112020041722709-pct00188
    를 측정하는 단계는,
    상기 포토-정렬 주사 방향에 따라 서로 평행하게 배열되는 2개의 격자 스케일들을 제공하고, 상기 포토-정렬 주사 방향이 수직인 상기 모션 스테이지의 측면 상에 각각의 상기 격자 스케일들에 대응하는 판독 헤드들을 장착하는 단계; 및
    각각의 판독 헤드들에 의해 상기 격자 스케일들의 판독들을 얻고, 상기 2개의 격자 스케일들의 판독들 사이의 차이
    Figure 112020041722709-pct00189
    와 상기 2개의 격자 스케일들의 중심들 사의의 거리
    Figure 112020041722709-pct00190
    에 기초하여, 상기 모션 스테이지의 상기 요 각도
    Figure 112020041722709-pct00191
    를
    Figure 112020041722709-pct00192
    에 따라 계산하는 단계;
    를 포함하는 포토-정렬 제어 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    각각의 상기 이산 샘플링 위치들에서 상기 편광 조명 장치의 요 각도
    Figure 112020114466053-pct00193
    를 측정하는 단계는,
    상기 편광 조명 장치의 선형 격자 프레임의 측면을 측정면으로 선택하고, 제 2 간섭계의 2개의 측정 광선들을 상기 측정면 상에 안내하는 단계; 및
    상기 편광 조명 장치의 측정면까지의 상기 제 2 간섭계의 2개의 측정 광선들의 광학 경로들 사이의 길이 차이
    Figure 112020114466053-pct00194
    와, 상기 2개의 측정 광선들의 광학 경로들의 중심들 사이의 거리
    Figure 112020114466053-pct00195
    를 얻고, 상기 편광 조명 장치의 요 각도
    Figure 112020114466053-pct00196
    를
    Figure 112020114466053-pct00197
    에 따라 계산하는 단계;
    를 포함하는 포토-정렬 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 편광 조명 장치의 측정면은 상기 포토-정렬 주사 방향이 수직인 상기 선형 격자 프레임의 측면인 포토-정렬 제어 방법.
  11. 제 5 항에 있어서,
    Figure 112019009243068-pct00198
    는 아래에 따라 계산되는 포토-정렬 제어 방법.
    Figure 112019009243068-pct00199

  12. 편광 조명 장치와, 기판을 운반 및 회전시키는 회전 테이블과, 상기 회전 테이블 아래에 위치한 모션 스테이지를 포함하고, 상기 기판이 포토-정렬 주사를 경험할 수 있도록 상기 기판을 이동시키는 포토-정렬 장치에 있어서,
    포토-정렬 프로세스 동안 상기 모션 스테이지의 요 각도를 측정하기 위한 모션 스테이지 요 측정 장치;
    상기 포토-정렬 프로세스 동안 상기 편광 조명 장치의 요 각도를 측정하기 위한 편광 조명 장치 요 측정 장치; 및
    상기 모션 스테이지의 요 각도와 상기 편광 조명 장치의 요 각도에 기초하여 상기 기판의 가중 동적 편광 각도를 계산하고, 상기 편광 조명 장치에 대한 상기 모션 스테이지의 요 각도와 상기 기판의 가중 동적 편광 각도에 기초하여 상기 회전 테이블의 회전을 제어하는 편광 각도 편차 제어 유닛;
    을 더 포함하고,
    상기 모션 스테이지 요 측정 장치는, 포토-정렬 주사 방향을 따라 서로 평행하게 배열되는 2개의 격자 스케일들과, 각각의 상기 격자 스케일들에 대응하는 판독 헤드들을 포함하고,
    상기 판독 헤드들은, 포토-정렬 주사 방향에 수직인 상기 모션 스테이지의 측면 상에 장착되고,
    상기 판독 헤드들은 각각의 상기 격자 스케일들의 판독들을 획득하고, 상기 2개의 격자 스케일들의 판독들 사이의 차이
    Figure 112020114466053-pct00233
    와 상기 2개의 격자 스케일들의 중심들 사이의 거리
    Figure 112020114466053-pct00234
    에 기초하여, 요 각도
    Figure 112020114466053-pct00235
    를
    Figure 112020114466053-pct00236
    에 따라 계산하는,
    포토-정렬 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제12항에 있어서,
    상기 편광 조명 장치는 제 2 간섭계 측정 장치와 제 2 반사기를 포함하고,
    상기 제 2 반사기는 상기 편광 조명 장치의 선형 격자 프레임의 표면 상에 장착되고,
    상기 제 2 간섭계 측정 장치는 상기 제 2 반사기 상에 2개의 제 2 측정 광선들을 방출하고, 상기 제 2 반사기로부터 반사된 광선들을 수집하여, 상기 제 2 간섭계 측정 장치로부터 상기 선형 격자 프레임까지의 상기 2개의 측정 광선들의 광학 경로들의 길이 차이
    Figure 112020114466053-pct00209
    를 얻고, 상기 길이 차이와 상기 2개의 제 2 측정 광선들의 중심들 사이의 거리
    Figure 112020114466053-pct00210
    에 기초하여, 상기 모션 스테이지의 요 각도
    Figure 112020114466053-pct00211
    를
    Figure 112020114466053-pct00212
    에 따라 계산하는 포토-정렬 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 반사기는, 포토-정렬 주사 방향에 수직인 상기 선형 격자 프레임의 측면 상에 장착되는 포토-정렬 장치.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 편광 조명 장치는,
    광 프레임 -상기 광 프레임은 통 형상 반사기를 포함함-; 및
    램프 -상기 램프는 미리 결정된 각도로 전파하는 광선을 형성하기 위해 상기 통 형상 반사기에 의해 반사된 광을 방출함-;
    을 포함하는 포토-정렬 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 통 형상 반사기는 포물선 반사기인 포토-정렬 장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 램프는, 포토-정렬 주사 방향에 수직한 방향으로 상기 기판의 길이보다 긴 길이를 갖는 포토-정렬 장치.
  25. 제 12 항에 있어서,
    상기 편광 조명 장치는 선형 격자 프레임을 포함하고,
    상기 선형 격자 프레임은, 필터의 스택, 편광 선형 격자 및 선형 격자 보호 글라스를 포함하고,
    상기 필터 및 상기 편광 선형 격자 사이에 압축 공기가 도입되고,
    상기 편광 선형 격자 및 상기 선형 격자 보호 글라스 사이에 불활성 가스가 도입되는 포토-정렬 장치.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
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