KR102289733B1 - 마스크리스 노광 방법 및 이를 수행하기 위한 마스크리스 노광 장치 - Google Patents

마스크리스 노광 방법 및 이를 수행하기 위한 마스크리스 노광 장치 Download PDF

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Abstract

마스크리스 노광장치는 기판이 배치되는 스테이지, 상기 기판에 노광하는 광학 헤드 및 상기 광학 헤드에 광을 제공하는 광원부를 포함한다. 상기 광학 헤드는 평균 포커스 거리를 이용하여 상기 기판에 노광하며, 상기 평균 포커스 거리는 상기 기판을 복수의 영역으로 분할하고 각 영역의 베스트 포커스 거리를 측정하여, 상기 각 영역들의 베스트 포커스 거리들을 평균한 값으로 결정된다.

Description

마스크리스 노광 방법 및 이를 수행하기 위한 마스크리스 노광 장치{MASKLESS EXPOSURE METHOD AND MASKLESS EXPOSURE DEVICE FOR PERFORMING THE EXPOSURE METHOD}
본 발명은 마스크리스 노광 방법 및 상기 마스크리스 노광 방법을 수행하기 위한 마스크리스 노광 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표시 장치의 얼룩을 줄일 수 있는 표시 기판 및 상기 표시 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 표시 기판의 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Thin film transistor, TFT), 신호 배선들을 포함하는 금속 패턴을 형성하기 위해서는, 상기 표시 기판 상에 금속층 및 포토레지스트층을 순차적으로 형성하고, 상기 포토레지스트층의 상부에 상기 금속 패턴에 대응하는 형상의 마스크를 배치한다.
이어서, 상기 마스크의 상부에서 광을 제공하여 상기 포토레지스트층을 노광 및 현상하여 상기마스크의 형상에 대응하는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 식각 방지막으로 이용하여 상기 금속층을 식각함으로써 상기 금속 패턴을 형성할 수 있다.
그러나 다수의 금속 패턴들을 포함하는 표시 기판의 경우, 상기 금속 패턴들 각각의 형상이 상이하므로 상기 금속 패턴들의 개수에 따른 다수의 마스크들이 필요하다. 또한, 상기 금속 패턴들 각각의 형상을 변경할 때마다 상기 마스크의 형상도 변경되어야 하므로 마스크를 다시제작해야 한다. 상기 마스크의 제조비용이 상당히 고가이므로 상기 표시 기판의 생산 원가를 증가시키는 요인이 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 마스크를 이용하지 않고 기판에 다수의 빔들을 제공할 수 있는 마스크리스 노광 장치가 이용되고 있다. 상기 마스크리스 노광 장치에서, 상기 빔들을 개별적으로 온/오프시켜 상기 기판에 선택적으로 상기 빔들을 제공함으로써, 원하는 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
마스크리스 노광 장치에서는 오토 포커싱 유닛을 이용하여, 광학 헤드의 포커스를 조절한다. 상기 오토 포커싱 유닛에서 광학 헤드와 노광면 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 센서는 광학 헤드의 중심에 배치된다. 그러나, 상기 광학 헤드는 복수 개의 스팟 빔을 포함하고 있으며, 기판의 노광면은 완전한 평면이 아니다. 따라서, 거리 측정 센서가 배치되는 광학 헤드의중심부에서는 오토 포커싱 유닛에서 결정하는 적절한 포커스로 노광을 수행하지만 다른 영역에서는 디포커스(defocus) 되어 노광을 수행하게 된다.
이에 따라, 기판의 전 영역에서 적절한 포커스로 노광을 수행하지 못해 노광 불량이 발생되며, 결과적으로 스티치 얼룩과 같은 표시 장치의 불량을 발생시킬 수 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 표시 장치의 불량을 줄일 수 있는 마크스리스 노광 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 마스크리스 노광 방법을 이용할 수 있는 마스크리스 노광 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 마스크리스 노광장치는 기판이 배치되는 스테이지, 상기 기판에 노광하는 광학 헤드 및 상기 광학 헤드에 광을 제공하는 광원부를 포함한다. 상기 광학 헤드는 평균 포커스 거리를 이용하여 상기 기판에 노광하며, 상기 평균 포커스 거리는 상기 기판을 복수의 영역으로 분할하고 각 영역의 베스트 포커스 거리를 측정하여, 상기 각 영역들의 베스트 포커스 거리들을 평균한 값으로 결정된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 헤드는 상기 광학 헤드와 상기 기판의 노광면 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 센서 및 상기 거리 측정 센서에서 측정된 거리를 이용하여 포커스 거리를 조정하는 포커스 조절 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 거리 측정 센서는 상기 광학 헤드의 중심에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베스트 포커스 거리는 상기 기판에 노광된 배선의 선폭이 가장 작은 값을 갖는 거리로 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 헤드는 복수 개의 스팟 빔들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 기 복수 개의 스팟 빔들은 동일한 포커스 거리를 이용하여 노광할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 헤드는 상기 광원부에서 제공되는 광을 반사시키는 빔 스플리터, 상기 빔 스플리터에 의해 반사된 광이 제공되는 디지털 마이크로-미러부 및 상기 디지털 마이크로-미러부가 선택적으로 반사하는 광이 제공되는 광학계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 디지털 마이크로-미러부는 mㅧ n의 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학계는 복수 개의 렌즈들을 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 마스크리스 노광방법은 광학 헤드와 기판의 노광면 사이의 거리에 따른 배선의 선폭을 측정하는 단계, 상기 측정된 광학 헤드와 기판의 노광면 사이의 거리에 따른 배선의 선폭을 이용하여 베스트 포커스 거리를 결정하는 단계, 상기 베스트 포커스 거리를 이용하여 평균 포커스 거리를 계산하는 단계 및 상기 평균 포커스 거리를 이용하여 노광하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베스트 포커스 거리를 결정하는 단계는 상기 기판을 복수의 영역을 분할하는 단계 및 상기 복수의 영역 각각의 베스트 포커스 거리를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베스트 포커스 거리는 상기 기판에 노광된 배선의 선폭이 가장 작은 값을 갖는 거리로 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 헤드는 상기 광학 헤드와 상기 기판의 노광면 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 센서 및 상기 거리 측정 센서에서 측정된 거리를 이용하여 포커스 거리를 조정하는 포커스 조절 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 거리 측정 센서는 상기 광학 헤드의 중심에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 헤드는 복수 개의 스팟 빔들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수 개의 스팟 빔들은 동일한 포커스 거리를 이용하여 노광할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 헤드는 상기 광원부에서 제공되는 광을 반사시키는 빔 스플리터, 상기 빔 스플리터에 의해 반사된 광이 제공되는 디지털 마이크로-미러부 및 상기 디지털 마이크로-미러부가 선택적으로 반사하는 광이 제공되는 광학계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 디지털 마이크로-미러부는 mㅧ n의 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학계는 복수 개의 렌즈들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 기판을 복수의 영역으로 분할하고, 각 영역들의 베스트 포커스 거리를 결정하여, 상기 각 영역들의 베스트 포커스 거리의 평균값을 계산하고 계산된 평균 포커스 거리로 노광을 진행한다.
기판의 전 영역의 평탄도의 차이로 인해 기판의 중심 부분을 제외한 영역의 노광시 디포커스가 많이 발생되나, 상기 평균 포커스 거리로 기판의 전 영역을 노광하게 되므로 디포커스를 줄일 수 있다. 이에 따라, 스티치 얼룩과 같은 표시 장치의 불량을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광학 헤드를 이용한 노광 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 광학 헤드의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 광학 헤드의 스팟 빔들의 포커스 면을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 마스크리스 노광 장치에 의해 노광되는 기판의 평탄도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 도 6의 베스트 포커스 거리 결정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 광학 헤드의 포커스 거리와 배선폭의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 개념도이다. 도 2는 도 1에 도시된 광학 헤드를 이용한 노광 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 마스크리스 노광 장치는 광을 생성하는 광원(100), 상기 광원(100)이 제공하는 광을 제공받는 광학 헤드(200) 및 상기 광학 헤드(200)로부터 광을 제공받는 스테이지(STA)를 포함할 수 있다.
상기 광원(100)은 레이저 빔을 상기 광학 헤드(200)로 제공할 수 있다.
상기 광학 헤드(200)는 빔 스플리터(beam splitter, 210), 디지털 마이크로-미러 장치(Digital Micro-mirror Device, 220, 이하, DMD) 및 광학계(230)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 빔 스플리터(210)는 상기 광원(100)에서 제공되는 상기 레이저 빔을 반사 및 투과시킨다. 상기 빔 스플리터(210)에 의해 반사된 레이저 빔은 상기 DMD(220)에 제공된다. 상기 빔 스플리터(210)는 상기 DMD(220)가 제공하는 광을 투과시켜 상기 광학계(230)에 제공할 수 있다.
상기 DMD(220)는 다수의 마이크로-미러들(222)을 포함한다. 상기 마이크로-미러들(222)은 mㅧn의 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 상기 마이크로-미러들(222) 각각이 상기 빔 스플리터(210)로부터 제공받은 광을 반사시킬 수 있다. 상기 DMD(220)는 상기 스테이지(STA)에 놓인 기판(SUB)에 전사될 화상 데이터에 기초하여 상기 빔 스플리터(210)로부터 제공받은 광을 선택적으로 반사할 수 있다.
도시하지 않았으나, 상기 광학 헤드(200)는 상기 화상 데이터에 기초하여 상기 마이크로-미러들(222) 각각을 제어하는 미러 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 미러 제어부는 상기 마이크로-미러들(222)의 온/오프를 조절하는 신호를 출력할 수 있다. 상기 마이크로-미러들(222)이 상기 미러 제어부로부터 모두 온 데이터를 받는 경우, 상기 마이크로-미러들(222)의 개수와 실질적으로 동일한 개수의 반사 빔들이 상기 광학계(230)로 출력될 수 있다.
상기 광학계(230)는 다수의 렌즈들을 포함한다. 상기 광학계(230)는 상기 DMD(220)로부터 입사되는 상기 반사 빔들을 다수의 스팟 빔들(spot beams, 240)로 변환시킬 수 있다. 상기 광학계(230)는 상기 DMD(220)로부터 입사되는 상기 반사 빔들을 집광시키고 상기 반사 빔들 간의 거리를 확대시킬 수 있다.
상기 마스크리스 노광 장치는 상기 스테이지(STA)에 놓인 상기 기판(SUB)에 상기 스팟 빔들(240)을 조사하여 상기 기판(SUB) 상에 형성된 감광층(미도시)을 노광시킬 수 있다. 이하에서, 상기 기판(SUB)의 노광은 상기 감광층이 형성된 기판(SUB)을 노광하는 것과 실질적으로 동일한 의미를 포함하는 것으로 정의한다.
상기 마스크리스 노광 장치는 상기 기판(SU)의 제1 방향(D1)으로 연장된 일 변을 기준으로 제1 각도(θ1)로 경사진 상태로 고정될 수 있다. 상기 제1 방향(D1)과 수직한 방향을 제2 방향(D2)으로 정의할 때, 상기 마스크리스 노광장치가 경사진 방향은 상기 제1 방향(D1)과 상기 제2 방향(D2) 사이의 방향일 수 있다.
구체적으로, 상기 마스크리스 노광 장치의 경사 방향은 양의 제1 방향(+D1)과 양의 제2 방향(+D2) 사이의 제3 방향(D3)일 수 있다. 상기 제1 각도(θ1)는 상기 제1 방향(D1)으로 연장된 기준선에 대해서 시계 방향으로 회전한 예각으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 각도(θ1)는 약 0.1ㅀ 내지 약 0.5ㅀ일 수 있다.
상기 마스크리스 노광 장치가 상기 제3 방향(D3)으로 기울어진 상태에서, 스캔 방향(MD)을 따라 상기 기판(SUB)에 상기 스팟 빔들(240)을 제공할 수 있다. 상기 스캔 방향(MD)은 양의 제1 방향(+D1)과 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 마스크리스 노광 장치의 상기 제1 각도(θ1)가 약 0ㅀ인 경우 상기 마스크리스 노광장치를 이용하여 상기 기판(SUB)을 상기 양의 제1 방향(+D1)을 따라 노광하면, 상기 기판(SUB)에서 서로 인접한 스팟 빔들(240) 사이의 영역에 대응하는 영역은 실질적으로 노광되지 않는다. 따라서, 소정의 면적을 갖는 영역을 전체적으로 노광하기 위해서는 상기 마스크리스 노광 장치와 상기 기판(SUB)이 상기 제1 각도(θ1)로 기울어진 상태에서 노광 공정을 수행할 수 있다.
상기 마이크로-미러들(222)이 모두 온 데이터를 받고 상기 기판(SUB)이 정지된 상태에서 상기 기판(SUB)에 상기 스팟 빔들(240)이 조사되는 경우, 상기 스팟 빔들(240)은 상기 제3 방향(D3)으로 소정 간격(x)으로 이격될 수 있다. 또한, 상기 스팟 빔들(240)은 상기 제3 방향(D3)과 수직한 방향으로도 상기 소정 간격(x)으로 이격될 수 있다.
상기 마스크리스 노광 장치가 상기 기판(SUB)의 특정 영역, 예를 들어 패턴 형성 영역(L)만을 노광시키기 위해서는 상기 패턴 형성 영역(L)에만 상기 스팟 빔들(240)을 제공하여야 한다. 본 발명에서, 상기 패턴 형성 영역(L)은 상기 제2 방향(D2)으로 연장된 상기 기판(SUB)의 일변을 기준으로 시계 방향으로 제2 각도(θ2)로 기울어진 제4 방향(D4)을 따라 연장된다. 상기 패턴 형성 영역(L)은 사용자에 의해서 상기 제4 방향(D4)을 따라 연장된 라인 형태로 디자인될 수 있다. 상기 마스크리스 노광 장치에 의해 상기 패턴 형성 영역(L)이 전체적으로 노광된 때, 상기패턴 형성 영역(L)에는 지름(2r)을 갖는 원형의 상기 스팟 빔들(240)이 상기 제4 방향(D4)을 따라 소정 간격(Δk)으로 중첩됨으로써 상기 패턴 형성 영역(L)이 전체적으로 노광된 것이라고 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 광학 헤드의 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 광학 헤드는 거리 측정 센서(250) 및 포커스 조절 유닛(260)을 더 포함할 수 있다.
상기 거리 측정 센서(250)는 상기 광학 헤드(200)와 상기 광학 헤드(200)가 노광하는 기판(SUB)의 노광면 사이의 거리를 측정한다. 상기 거리 측정 센서는 상기 광학 헤드(200)의 중심에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 거리 측정 센서(250)는 상기 광학 헤드(200)의 중심과 상기 기판(SUB)의 노광면 사이의 거리를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 헤드(200)는 복수 개의 스팟 빔들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 헤드(200)는 1920 x 432개의 스팟 빔들을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 스팟 빔들은 광학계의 포커스면(focal plane)에 따라 베스트 포커스 거리가 달라질 수 있다. 따라서, 상기 광학 헤드(200)에 배치되는 복수 개의 스팟 빔들은 각각 다른 베스트 포커스 거리를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 거리 측정 센서(250)는 상기 광학 헤드(200)의 중심에 배치되므로, 상기 거리 측정 센서(250)는 광학 헤드(200)의 중심과 상기 기판(SUB)의 노광면 사이의 거리를 측정한다. 따라서, 상기 광학 헤드(200)의 중심에 대한 베스트 포커스 거리는 정확히 계산할 수 있으나, 상기 광학 헤드(200)의 중심을 제외한 다른 영역의 베스트 포커스 거리는 정확히 계산할 수 없다.
상기 포커스 조절 유닛(260)은 상기 거리 측정 센서(250)에서 측정되는 상기 기판(SUB)의 노광면까지의 거리와 기준 거리와의 차이에 따라 상기 광학 헤드(200)에서 조사되는 빔의 포커스를 상기 기판(SUB)의 노광면에 맞추도록 조절하는 역할을 한다. 즉, 상기 포커스 조절 유닛(260)은 기준 거리를 기준으로 하여 새롭게 측정되는 노광면까지의 거리에 따라 상기 광학 헤드(200)에서 조사되는 빔의 포커스를 초기값에서 증감시키는 제어를 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 광학 헤드의 스팟 빔들의 포커스 면을 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 헤드(200)의 포커스 면(focal plane)의 단면이 도시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 헤드(200)는 복수 개의 스팟 빔들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 헤드(200)는 1920 x 432개의 스팟 빔들을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 스팟 빔들은 광학계의 포커스 면(focal plane)에 따라 베스트 포커스 거리가 달라질 수 있다. 따라서, 상기 광학 헤드(200)에 배치되는 복수 개의 스팟 빔들은 각각 다른 베스트 포커스 거리를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 거리 측정 센서(250)는 상기 광학 헤드(200)의 중심에 배치되므로, 상기 거리 측정 센서(250)는 광학 헤드(200)의 중심과 상기 기판(SUB)의 노광면 사이의 거리를 측정한다. 따라서, 상기 광학 헤드(200)의 중심에 대한 베스트 포커스 거리는 정확히 계산할 수 있으나, 상기 광학 헤드(200)의 중심을 제외한 다른 영역의 베스트 포커스 거리는 정확히 계산할 수 없다.
상기 광학 헤드(250)의 중심 부분의 포커스 면은 베스트 포커스 거리인 0nm에 근접해있다. 그러나, 상기 광학 헤드(250)의 중심 부분을 제외한 다른 영역의 포커스 면은 베스트 포커스 대비 최대 6nm이상의 오차를 갖게된다.
따라서, 상기 광학 헤드(250)의 중심 부분에 대한 노광은 적절하게 수행될 수 있으나, 상기 광학 헤드(250)의 중심 부분을 제외한 다른 영역에 대한 노광은 적절하게 수행되기 어렵다. 이에 따라, 기판의 전 영역에서 적절한 포커스로 노광을 수행하지 못해 노광 불량이 발생되며, 결과적으로 스티치 얼룩과 같은 표시 장치의 불량을 발생시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 마스크리스 노광 장치에 의해 노광되는 기판의 평탄도를 나타낸 그래프이다.
도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치에 의해 노광되는 기판의 평탄도(flatness)가 도시된다. 기판의 중심부는 비교적 평탄한 것으로 나타나지만, 기판의 외곽부는 중심부에 상대적으로 평탄하지 않은 것으로 나타난다. 또한, 기판상의 작은 입자(paticle)들에 의해서도 기판의 평탄도가 달라질 수 있다.
상기 포커스 면(focal plane)은 상기 광학 헤드(200)와 상기 기판(SUB)의 노광면 사이의 거리이다. 따라서, 실제의 포커스 면은 상기 광학 헤드(200)의 베스트 포커스뿐만 아니라, 상기 마스크리스 노광 장치에 의해 노광되는 기판의 평탄도와도 관련이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 헤드(200)는 일정한 스캔 영역을 스캔한다. 예를 들어, 하나의 광학 헤드는 66.5mm 스캔 영역을 스캔할 수 있다. 하나의 광학 헤드는 하나의 포커스를 이용하여 노광을 수행한다.
상기 포커스 조절 유닛(260)은 상기 거리 측정 센서(250)에서 측정되는 상기 기판(SUB)의 노광면까지의 거리와 기준 거리와의 차이에 따라 상기 광학 헤드(200)에서 조사되는 빔의 포커스를 상기 기판(SUB)의 노광면에 맞추도록 조절하는 역할을 한다. 따라서, 광학 헤드의 스캔 위치가 달라지게 되면 베스트 포커스도 달라지게 된다. 또한, 광학 헤드 자체의 포커스 면은 변함이 없지만 기판의 평탄도가 위치별로 다르기 때문에 하나의 광학 헤드 내에서도 디포커스(defocus) 정도가 달라지게 된다.
또한, 노광시 거리 측정 센서에 의해 거리가 감지되는 중심부는 베스트 포커스 면을 따라서 노광이 진행되지만, 기판의 중심부를 제외한 다른 영역에서는 거리 측정 센서에 의해 거리가 감지되지 않으므로 상대적으로 디포커스(defocus)가 많이 발생하게 된다. 따라서, 상기 광학 헤드(250)의 중심 부분에 대한 노광은 적절하게 수행될 수 있으나, 상기 광학 헤드(250)의 중심 부분을 제외한 다른 영역에 대한 노광은 적절하게 수행되기 어렵다. 이에 따라, 기판의 전 영역에서 적절한 포커스로 노광을 수행하지 못해 노광 불량이 발생되며, 결과적으로 스티치 얼룩과 같은 표시 장치의 불량을 발생시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 방법을 나타낸 순서도이다. 도 7은 도 6의 베스트 포커스 거리 결정 방법을 나타낸 순서도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 광학 헤드의 포커스거리와 배선폭의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6 내지 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 방법은 광학 헤드와 기판의 노광면 사이의 포커스 거리에 따른 배선의 선폭을 측정하는 단계(S100), 상기 측정된 광학 헤드와 기판의 노광면 사이의 거리에 따른 배선의 선폭을 이용하여 베스트 포커스 거리를 결정하는 단계(S200), 상기 결정된 베스트 포커스 거리를 이용하여 평균 포커스 거리를 계산하는 단계(S300) 및 상기 평균 포커스 거리를 이용하여 노광하는 단계(S400)을 포함한다.
상기 광학 헤드와 기판의 노광면 사이의 포커스 거리에 따른 배선의 선폭을 측정하는 단계(S100)에서 포커스 거리 변화에 따른 배선의 선폭(critical dimention, CD)을 측정할 수 있다. 각 포커스 거리에서 노광을 진행하는 경우 형성되는 패턴의 배선의 선폭을 측정한다. 일반적으로 적절한 포커스로 노광을 진행하는 경우, 상대적으로 큰 스팟 빔으로 노광을 진행하기 때문에 배선의 선폭이 좁게 형성될 수 있다. 반면에 디포커스 상태로 노광을 진행하는 경우, 적절한 포커스로 노광을 진행하는 경우에 비해 상대적으로 작은 스팟 빔으로 노광을 진행하기 때문에 배선의 선폭이 상대적으로 넓게 형성될 수 있다.
상기 측정된 광학 헤드와 기판의 노광면 사이의 거리에 따른 배선의 선폭을 이용하여 베스트 포커스 거리를 결정하는 단계(S200)에서는 측정된 값을 이용하여 베스트 포커스 거리를 결정한다.
베스트 포커스 거리로 노광할 때 배선의 선폭이 가장 작게 형성된다. 따라서, 상기 측정된 광학 헤드와 기판의 노광면 사이의 거리에 따른 배선의 선폭의 값을 이용하여, 배선의 선폭이 가장 작게 형성되는 포커스 거리를 베스트 포커스로 결정한다.
상기 베스트 포커스 거리를 결정하는 단계(S200)는 기판을 복수의 영역을 분할하는 단계(S210) 및 복수의 영역 각각의 베스트 포커스 거리를 결정하는 단계(S220)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 헤드(200)는 복수 개의 스팟 빔들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 헤드(200)는 1920 x 432개의 스팟 빔들을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 스팟 빔들은 광학계의 포커스면(focal plane)에 따라 베스트 포커스 거리가 달라질 수 있다. 따라서, 상기 광학 헤드(200)에 배치되는 복수 개의 스팟 빔들은 각각 다른 베스트 포커스 거리를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 거리 측정 센서(250)는 상기 광학 헤드(200)의 중심에 배치되므로, 상기 거리 측정 센서(250)는 광학 헤드(200)의 중심과 상기 기판(SUB)의 노광면 사이의 거리를 측정한다. 따라서, 상기 광학 헤드(200)의 중심에 대한 베스트 포커스 거리는 정확히 계산할 수 있으나, 상기 광학 헤드(200)의 중심을 제외한 다른 영역의 베스트 포커스 거리는 정확히 계산할 수 없다.
일반적으로 노광을 수행하는 기판의 평탄도는 전체적으로 균일한 값을 가지지 않는다. 예를 들어, 기판의 중심부는 비교적 평탄한 것으로 나타나지만, 기판의 외곽부는 중심부에 상대적으로 평탄하지 않은 것으로 나타난다. 또한, 기판상의 작은 입자(paticle)들에 의해서도 기판의 평탄도가 달라질 수 있다. 따라서, 기판의 평탄도를 고려할 때, 기판의 영역에 따른 베스트 포커스는 각 영역마다 다른 값을 가지게 된다. 기판의 영역에 따른 베스트 포커스가 각 영역마다 다른 값을 가지므로, 정밀한 노광을 수행하기 위해서는 각 영역마다 베스트 포커스를 결정하고 베스트 포커스를 이용하여 노광을 수행해야 한다.
따라서, 정밀한 노광을 수행하기 위해 기판을 복수의 영역으로 분할하고, 각 영역의 베스트 포커스를 결정한다.
각 영역의 베스트 포커스 거리를 결정하기 위해서는 상기 광학 헤드와 기판의 노광면 사이의 포커스 거리에 따른 배선의 선폭을 측정하고, 이 측정된 값을 이용하여 베스트 포커스 거리를 결정한다.
상기 광학 헤드와 기판의 노광면 사이의 포커스 거리에 따른 배선의 선폭은 각 포커스 거리에서 노광을 진행하는 경우 형성되는 패턴의 배선의 선폭을 측정한다. 일반적으로 적절한 포커스로 노광을 진행하는 경우, 상대적으로 큰 스팟 빔으로 노광을 진행하기 때문에 배선의 선폭이 좁게 형성될 수 있다. 반면에 디포커스 상태로 노광을 진행하는 경우, 적절한 포커스로 노광을 진행하는 경우에 비해 상대적으로 작은 스팟 빔으로 노광을 진행하기 때문에 배선의 선폭이 상대적으로 넓게 형성될 수 있다.
상기 복수의 영역 각각의 베스트 포커스 거리를 결정하는 단계(S220)에서는 측정된 값을 이용하여 베스트 포커스 거리를 결정한다.
베스트 포커스 거리로 노광할 때 배선의 선폭이 가장 작게 형성된다. 따라서, 상기 측정된 광학 헤드와 기판의 노광면 사이의 거리에 따른 배선의 선폭의 값을 이용하여, 배선의 선폭이 가장 작게 형성되는 포커스 거리를 베스트 포커스로 결정한다. 이에 따라, 기판의 복수의 영역에 대하여 각각의 베스트 포커스 거리를 결정할 수 있다.
상기 평균 포커스 거리를 계산하는 단계(S300)에서는 각 영역별로 결정된 베스트 포커스 거리를 이용하여 평균 포커스 거리를 계산한다.
상기 기판의 중심 부분은 비교적 평탄도가 높으므로 적절할 포커스 거리로 노광이 진행될 수 있으나, 기판의 중심을 제외한 영역은 평탄도가 낮으므로 적절한 포커스 거리로 노광이 진행될 수 없다. 그러나, 기판의 전 영역에 대한 베스트 포커스 거리에 대한 평균값으로 노광을 진행하는 경우 기판의 전 영역에 대해 적절한 포커스 거리로 노광을 진행할 수 있다. 즉, 기판의 중심 부분과 상기 중심 부분의 제외한 영역들 간의 베스트 포커스 거리와의 편차가 줄어들게 된다. 이에 따라, 기판의 전 영역에 대해 비교적 적절한 포커스 거리로 노광을 수행할 수 있다.
상기 노광 단계(S400)에서는 상기 평균 포커스 거리를 계산하는 단계(S300)에서 계산된 평균 포커스 거리를 이용하여 기판을 노광한다.
상기 평균 포커스 거리는 기판의 전 영역의 베스트 포커스 거리의 평균값이므로, 상기 평균 포커스 거리를 이용하여 기판의 전 영역을 노광하는 경우, 기판의 전 영역에 대하여 비교적 적절한 포커스 거리로 노광을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 기판을 복수의 영역으로 분할하고, 각 영역들의 베스트 포커스 거리를 결정하여, 상기 각 영역들의 베스트 포커스 거리의 평균값을 계산하고 계산된 평균 포커스 거리로 노광을 진행한다.
기판의 전 영역의 평탄도의 차이로 인해 기판의 중심 부분을 제외한 영역의 노광시 디포커스가 많이 발생되나, 상기 평균 포커스 거리로 기판의 전 영역을 노광하게 되므로 디포커스를 줄일 수 있다. 이에 따라, 스티치 얼룩과 같은 표시 장치의 불량을 줄일 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 광원 200: 광학 헤드
220: DMD SUB: 기판
STA: 스테이지 222: 마이크로-미러들
240: 스팟 빔

Claims (19)

  1. 기판이 배치되는 스테이지;
    상기 기판에 노광하는 광학 헤드; 및
    상기 광학 헤드에 광을 제공하는 광원부를 포함하며,
    상기 광학 헤드는 평균 포커스 거리를 이용하여 상기 기판에 노광하며,
    상기 평균 포커스 거리는 상기 기판을 복수의 영역으로 분할하고 각 영역의 베스트 포커스 거리를 측정하여, 상기 각 영역들의 베스트 포커스 거리들을 평균한 값으로 결정되고,
    상기 광학 헤드는
    상기 광학 헤드와 상기 기판의 노광면 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 센서; 및
    상기 거리 측정 센서에서 측정되는 상기 기판의 노광면까지의 거리와 기준 거리와의 차이에 따라 상기 광학 헤드에서 조사되는 빔의 포커스를 상기 기판의 노광면에 맞추도록 조절하는 포커스 조절 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 거리 측정 센서는 상기 광학 헤드의 중심에 배치되는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 베스트 포커스 거리는 상기 기판에 노광된 배선의 선폭이 가장 작은 값을 갖는 거리로 결정되는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광학 헤드는 복수 개의 스팟 빔들을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수 개의 스팟 빔들은 동일한 포커스 거리를 이용하여 노광하는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광학 헤드는
    상기 광원부에서 제공되는 광을 반사시키는 빔 스플리터;
    상기 빔 스플리터에 의해 반사된 광이 제공되는 디지털 마이크로-미러부; 및
    상기 디지털 마이크로-미러부가 선택적으로 반사하는 광이 제공되는 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 디지털 마이크로-미러부는 m×n의 매트릭스 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 광학계는 복수 개의 렌즈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 장치.
  10. 광학 헤드와 기판의 노광면 사이의 거리에 따른 배선의 선폭을 측정하는 단계;
    상기 측정된 광학 헤드와 기판의 노광면 사이의 거리에 따른 배선의 선폭을 이용하여 베스트 포커스 거리를 결정하는 단계;
    상기 베스트 포커스 거리를 이용하여 평균 포커스 거리를 계산하는 단계; 및
    상기 평균 포커스 거리를 이용하여 노광하는 단계를 포함하고,
    상기 광학 헤드는
    상기 광학 헤드와 상기 기판의 노광면 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 센서; 및
    상기 거리 측정 센서에서 측정되는 상기 기판의 노광면까지의 거리와 기준 거리와의 차이에 따라 상기 광학 헤드에서 조사되는 빔의 포커스를 상기 기판의 노광면에 맞추도록 조절하는 포커스 조절 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 베스트 포커스 거리를 결정하는 단계는,
    상기 기판을 복수의 영역을 분할하는 단계; 및
    상기 복수의 영역 각각의 베스트 포커스 거리를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 베스트 포커스 거리는 상기 기판에 노광된 배선의 선폭이 가장 작은 값을 갖는 거리로 결정되는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 방법.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서, 상기 거리 측정 센서는 상기 광학 헤드의 중심에 배치되는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 광학 헤드는 복수 개의 스팟 빔들을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 복수 개의 스팟 빔들은 동일한 포커스 거리를 이용하여 노광하는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 광학 헤드는
    광원부에서 제공되는 광을 반사시키는 빔 스플리터;
    상기 빔 스플리터에 의해 반사된 광이 제공되는 디지털 마이크로-미러부; 및
    상기 디지털 마이크로-미러부가 선택적으로 반사하는 광이 제공되는 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 디지털 마이크로-미러부는 m×n의 매트릭스 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 광학계는 복수 개의 렌즈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크리스 노광 방법.
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