KR19990054768A - 노광기에서 마스크와 기판 사이의 갭 측정장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 마스크와 기판 사이의 갭과 평행도의 측정장치 및 그 방법이 3개 이상의 센서를 사용하므로 비용이 고가이고 상기 갭과 평행도의 측정 후 다음 단계인 노광시 노광장치에 간섭을 일으키지 않도록 회피해야 하므로 구조적으로 복잡한 문제점이 있기 때문에, 마스크의 상부 공간에서 좌우로 이동하며 상기 마스크 및 상기 기판의 거리를 측정하는 두 개의 변위센서와, 상기 마스크의 끝단에 설치되고 상기 변위센서와 상기 CCD카메라를 장착하여 상기 변위센서와 상기 CCD카메라를 좌우로 이송하는 이송부와, 상기 기판을 지지하는 테이블과 상기 테이블의 하면에 설치되고 상기 테이블의 위치를 보정할 수 있는 모터로 구성됨으로써, 별도의 구동 로봇 없이 CCD카메라 구동용 로봇에 변위센서를 장착하여 구조가 간단하고 변위센서의 정보와 이송부의 이동거리를 입력으로 하여 좌표 변환함으로서 마스크와 기판 사이의 평행도 정보 및 갭의 측정이 가능하며 이러한 정보를 갭 제어의 목표치로 활용함으로써 상대적인 평행도와 일정한 갭의 유지가 가능한 이점이 있는 노광기의 갭 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

노광기에서 마스크와 기판 사이의 갭 측정장치 및 그 방법

본 발명은 노광기에서 기판과 마스크와의 갭(gap)과 평행도를 측정하는 장치에 있어서, 특히 변위센서를 이송부를 통해 마스크 위로 이동시키면서 기판과 마스크와의 갭과 평행도를 측정하는 장치와 방법에 관한 것이다.

일반적으로 노광기에서 마스크와 기판사이의 간격을 나타내는 갭은 인쇄패턴의 해상력을 좌우하는 요인이다. 따라서 원하는 해상력을 얻기 위해서는 마스크와 기판 사이의 간격을 전 면적에 대하여 일정하게 유지할 필요가 있다. 현재 사용이 예상되는 기판은 두께의 공차가 200마이크로미터(㎛)정도 되는 것으로 예상되며 이는 기판을 잡고 있는 지지대와 마스크의 간격을 일정하게 유지하였다고 가정하더라도 마스크와 기판의 상대적인 갭은 매번 달라지는 것을 의미한다. 따라서, 상대적인 갭을 전 면적에 대하여 균일하게 유지하기 위해서는 기판의 표면을 측정하여 갭 제어를 실시할 필요가 있다.

종래의 갭 측정장치는 도 1에 도시된 바와 같이 마스크(3)와, 기판(5)과, 상기 마스크(3)와 상기 기판(5)에 빛을 발광하는 복수개의 발광소자(8)와, 상기 기판(5)의 상면에 설치되고 상기 발광소자(8)로부터 발광된 빛을 반사하는 반사막(4)과, 상기 마스크(3)와 상기 반사막(4)으로부터 반사된 빛을 검출하는 복수개의 수광소자(7)와, 상기 기판(5)을 지지하는 테이블(6)과, 상기 마스크(3)를 지지하는 마스크 지지대(2)로 구성되어 있다.

먼저, 상기 발광소자(8)로부터 빛이 발광되고, 상기 발광된 빛은 상기 마스크(3)의 하면과 상기 반사막(4)에서 수광소자(7)로 반사된다.

상기 작업을 상기 마스크(3)의 상부 공간의 여러 곳에서 실시한다.

상기 복수개의 발광소자(8)와 수광소자(7)로부터 얻어진 자료를 토대로 상기 기판(5)과 상기 마스크(3)와의 갭과 평행도를 도출해 낼 수 있다.

그러나, 종래의 마스크와 기판 사이의 갭과 평행도의 측정장치 및 그 방법은 3개 이상의 센서를 사용하므로 비용이 고가이고 상기 갭과 평행도의 측정 후 다음 단계인 노광시 노광장치에 간섭을 일으키지 않도록 회피해야 하기 때문에 구조적으로 복잡한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마스크의 상부공간에서 2개의 변위센서를 이송부를 통해 이동시켜 마스크와 기판과의 갭과 평행도를 측정할 수 있는 구조적으로 간단한 갭 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 노광기에서 갭 측정장치의 구성도.

도 2a는 본 발명에 따른 순서도.

도 2b는 본 발명의 구성도.

도 2c는 본 발명의 요부구성인 변위센서의 위치와 그 출력에 관한 구성도.

도 2d는 본 발명에 의해 측정된 자료의 직교좌표로의 변환에 관한 구성도.

도 2e는 본 발명의 요부구성인 변위센서의 출력곡선.

도 2f는 본 발명의 요부구성인 기판의 위치가 교정되는 작동도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 이송부 12, 12' : 변위센서

13 : 마스크 지지대 14 : 마스크 표시부

15 : 기판 표시부 16 : 마스크

17 : 기판 18 : 테이블

19 : 모터 20, 20' : 위치센서

본 발명은 인쇄될 형상이 새겨져 있는 마스크와, 상기 마스크의 형상에 따라 인쇄되는 기판과, 상기 마스크 및 상기 기판의 위치를 확인하는 CCD(charge coupled device)카메라로 구성된 노광기에 있어서, 상기 마스크의 상부 공간에서 좌우로 이동하며 상기 마스크 및 상기 기판의 거리를 측정하는 두 개의 변위센서와, 상기 마스크의 끝단에 설치되고 상기 변위센서와 상기 CCD카메라를 장착하여 상기 변위센서와 상기 CCD카메라를 좌우로 이송하는 이송부와, 상기 마스크의 하면에 설치되어 상기 변위센서가 상기 마스크와의 거리를 측정할 수 있도록 상기 변위센서에 빛을 반사하는 마스크 표시부와, 상기 기판의 상면에 설치되고 상기 마스크 표시부의 밑에 위치하여 상기 변위센서가 상기 기판과의 거리를 측정할 수 있도록 상기 변위센서에 빛을 반사하는 기판 표시부와, 상기 마스크를 지지하는 마스크 지지대와, 상기 기판을 지지하는 테이블과, 상기 테이블의 하면에 설치되고 상기 테이블의 위치를 보정할 수 있는 모터로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 마스크의 끝단의 초기위치로부터 상기 마스크와 평행하게 이동하면서 상기 기판과의 거리를 측정하는 제 1단계와, 상기 제 1단계의 거리 측정을 마치고 측정된 자료를 도출하는 제 2단계와, 상기 제 1단계 및 상기 제 2단계로부터 얻어진 자료를 이용하여 상기 기판과 상기 마스크와의 갭과 평행도를 도출하는 제 3단계와, 상기 도출된 자료에 따라 상기 기판의 위치를 보정하는 제 4단계로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 참조된 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 2b에 도시된 바와 같이 인쇄될 형상이 새겨져 있는 마스크(16)와, 상기 마스크(16)의 형상에 따라 인쇄되는 기판(17)과, 상기 마스크(16) 및 상기 기판(17)의 위치를 확인하는 CCD카메라로 구성된 노광기에 있어서, 상기 마스크(16)의 상부 공간에서 좌우로 이동하며 상기 마스크(16) 및 상기 기판(17)의 거리를 측정하는 두 개의 변위센서(12, 12')와, 상기 마스크(16)의 끝단에 설치되고 상기 변위센서(12, 12')와 상기 CCD카메라를 장착하여 상기 변위센서(12, 12')와 상기 CCD카메라를 좌우로 이송하는 이송부(11)와, 상기 마스크(16)의 하면에 설치되어 상기 변위센서(12, 12')가 상기 마스크(16)와의 거리를 측정할 수 있도록 상기 변위센서(12, 12')에 빛을 반사하는 마스크 표시부(14)와, 상기 기판(17)의 상면에 설치되고 상기 마스크 표시부(14)의 밑에 위치하여 상기 변위센서(12, 12')가 상기 기판(17)과의 거리를 측정할 수 있도록 상기 변위센서(12, 12')에 빛을 반사하는 기판 표시부(15)와, 상기 마스크(16)를 지지하는 마스크 지지대(13)와, 상기 기판(17)을 지지하는 테이블(18)과, 상기 변위센서(12, 12')에서 얻은 자료를 바탕으로 상기 테이블(18)을 이동시켜 상기 테이블의 위치를 보정하는 복수개의 모터(19)로 구성되어 있다.

먼저, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 테이블(18) 위에 상기 기판(17)이 공급되고 상기 마스크(16)의 하부로 이송되면 상기 마스크(16)의 끝단에 설치된 이송부(11)가 상기 마스크(16)의 상부 공간에서 상기 2개의 변위센서(12, 12')를 상기 마스크(16)의 양 끝단의 초기위치로부터 이송시키기 시작한다.

상기 변위센서(12, 12')는 이송되면서 상기 기판(17)과의 거리를 연속적으로 측정한다. 또한, 상기 변위센서(12, 12')의 이동거리는 상기 이송부(11)에 설치된 위치센서(20, 20')가 측정한다,

상기 변위센서(12, 12')의 이송 중에 상기 변위센서(12, 12')가 상기 마스크(16)의 하면에 형성된 마스크 표시부(14)와 그 바로 밑에 상기 기판(17)의 상면에 형성된 기판 표시부(15)의 상부 공간을 지날 때 상기 마스크 표시부(14)와 상기 기판 표시부(15)가 상기 변위센서(12, 12')에 빛을 반사하여 상기 마스크(16)와 상기 기판(17) 사이의 갭을 측정하게 된다.

상기 변위센서(12, 12')는 상기 마스크(16)와 상기 기판(17) 사이의 갭을 측정한 후 계속 이송되어 상기 이송부(11)의 끝단까지 이송되면서 계속 상기 기판(17)과의 거리를 측정한다.

상기 변위센서(12, 12')의 이송이 끝나면, 상기 변위센서(12, 12')와 상기 이송부(11)에 장착된 상기 위치센서(20, 20')가 측정한 자료를 토대로 상기 마스크(16)와 상기 기판(17)과의 갭과 평행도를 도출할 수 있다.

상기 도출된 상기 마스크(16)와 상기 기판(17)과의 갭과 평행도에 따라 상기 기판(17)을 조정하고 상기 CCD카메라로 상기 마스크(16)와 상기 기판(17)의 정렬 위치를 확인한다.

상기 기판(17)을 조정한 후, 상기 변위센서(12, 12')는 다음 단계인 노광을 위해 상기 이송부(11)에 의해 상기 마스크(16)의 상부 공간으로부터 벗어나게 된다.

이하, 상기 변위센서(12, 12')가 측정한 자료를 토대로 상기 마스크(16)와 상기 기판(17)과의 갭과 평행도를 도출하는 방법은 다음과 같다.

도 2c의 상단 우측에 도시된 바와 같이 상기 테이블(18) 위에 놓여지고 포토레지스터(photoresist)(21)로 도포된 상기 기판(17)이 작업위치인 상기 마스크(16)의 밑으로 이동하면 상기 이송부(11)가 상기 변위센서(12, 12')를 이송시키기 시작하고, 이때, 제 1변위센서(12)는 좌측에서 우측으로 상기 이송부(11)에 장착되어 이송되면서 상기 마스크(16)와 상기 기판(17)과의 거리에 대한 자료를 읽어 들이고 제 2변위센서는 상기 마스크(16)의 우측에서 좌측으로 상기 이송부(11)에 장착되어 이송되면서 상기 마스크(16)와 상기 기판(17)과의 갭과 평행도에 대한 자료를 읽어 들인다.

여기서, 상기 마스크(16)의 평면과 평행하게 상기 변위센서(12, 12')가 움직이는 방향을 X축으로, 상기 마스크(16)의 평면과 평행하고 상기 X축과 직각인 방향을 Z축으로, 나머지 한 좌표를 Y축으로 설정한다.

도 2c에 도시된 바와 같이 X0은 상기 변위센서(12, 12') 이동거리의 센터 사이와, 동시에 상기 CCD카메라가 상기 마스크(16)와 상기 기판(17)과의 정렬상태를 확인하기 위하여 상기 마스크(16)에 새겨진 정렬마크 센터간의 X축 방향에 대한 거리이고, Z0은 정렬마크 센터간의 Z축 방향에 대한 거리를 나타내며 상기 X0과 상기 Z0은 상기 마스크(16)의 제작 당시부터 알고 있는 자료이다.

도 2c의 하단에 도시된 바와 같이 L1과 L2는 각각 상기 제 1, 제 2변위센서(12, 12')의 이동거리를 나타내고, S11과 S31은 상기 제 1, 제 2변위센서(12, 12')가 각각 측정한 Y축 방향의 상기 기판(17)까지의 거리를 나타내고, S12와 S32는 상기 제 1, 제 2변위센서(12, 12')가 각각 초기위치로부터 종료위치까지 이동한 후 측정한 Y축 방향의 상기 기판(17)까지의 거리를 나타내고, Y는 상기 마스크(16)와 상기 기판(17)과의 최적의 갭 나타내고 그 값은 Y1과 같다.

도 2d에 도시된 바와 같이 상기 마스크(16)의 평면을 X축과 Z축으로 표시하고 임의의 점을 정해 좌표축의 원점 P0(0,0,0)으로 정하고, 상기 정렬센터 마크의 4개의 점을 각각 P1(x1,y1,z1), P2(x2,y2,z2), P3(x3,y3,z3), P4(x4,y4,z4)로 나타낸다. y1은 점 P1에 있어서 상기 마스크(16)와 상기 기판(17)과의 갭을 나타내고, θx는 X축을 중심으로 하여 상기 기판(17)이 상기 마스크(16)에 대하여 회전한 각도를 나타내고, θz는 Z축을 중심으로 하여 상기 기판(17)이 상기 마스크(16)에 대하여 회전한 각도를 나타낸다. 여기서, 상기 y1과 y3은 상기 마스크(16)에 새겨진 정렬마크 센터 P1과 P3에서 상기 변위센서(12, 12')에 의해 측정되는 상기 마스크(16)와 상기 기판(17)과의 갭을 나타내고 상기 마스크 표시부 및 상기 기판 표시부에 의해 측정이 가능하므로 기지의 정보로 분류되고, 따라서 미지의 정보는 상기 정렬마크 센터 P2와 P4에서의 상기 마스크(16)와 상기 기판(17)과의 갭을 나타내는 y2와 y4이다.

도 2e는 상기 제 1, 제 2변위센서(12, 12')의 출력을 나타낸다. 상기 제 1, 제 2센서가 상기 이송부(11)에 장착되어 있고 상기 마스크(16)의 표면에서 상기 제 1, 제 2변위센서(12, 12')까지의 거리는 동일하다는 가정 하에서 상기 P2와 P4의 y2와 y4를 구한다. 먼저, 상기 마스크(16)에 대하여 상기 기판(17)이 기울어져 있는 각도를 구하고 나서 y2와 y4를 구한다. 여기서 θ1은 상기 제 1변위센서(12)에 의해 측정된 상기 마스크(16)에 대하여 상기 기판(17)이 기울어진 각도를 나타내고, θ2는 상기 제 2변위센서에 의해 측정된 상기 마스크(16)에 대하여 상기 기판(17)이 기울어진 각도를 나타낸다. 상기 변위센서(12, 12')가 측정한 값을 사용하여 구한 θ1과 θ2는 다음과 같다.

상기 수학식 1과 상기 수학식 2로부터 θ1과 θ2를 구한 후, 이들의 정보를 이용하여 상기 y2와 y4를 구한다.

y2 = y1+X0×tanθ1

y2 = y3+X0×tanθ2

상기 수학식 3과 수학식 4를 이용하여 y2와 y4를 구하면 상기 마스크(16) 위의 상기 정렬마크의 센터인 4개의 점 P1, P2, P3, 그리고 P4를 구할 수 있고, 이로써 상기 마스크(16)의 상기 정렬마크 센터와 상기 기판(17)과의 거리를 알게 된다.

도 2f의 좌측은 상기 마스크(16)와 상기 기판(17)의 상태를 나타내고 있으며 θx는 X축을 중심으로 상기 기판(17)이 회전하여 놓여지는 각도를 나타내고, θz는 Z축을 중심으로 상기 기판(17)이 회전하여 놓여지는 각도를 나타내고, y는 최적인 상기 마스크(16)와 상기 기판(17)과의 갭을 나타내고 그 값은 Y1과 같다. 여기서 이들의 관계식을 나타내면 다음과 같다.

상기 수학식 5와 상기 수학식 6을 이용하여 상기 θx와 θy를 구한다.

상기 수학식으로부터 구한 거리와 각도에 따라 도 2g에 도시된 바와 같이 상기 테이블(18)에 설치된 복수개의 상기 모터(19)를 사용하여 상기 기판(17)의 위치를 보정한다.

상기 테이블(18)에 대한 보정이 이루어지면 상기 이송부(11)가 이동하여 상기 CCD카메라와 상기 변위센서(12, 12')를 상기 마스크(16)로부터 벗어나게 하고, 이어서, 노광작업이 행해진다.

이와 같이, 본 발명은 별도의 구동 로봇 없이 CCD카메라 구동용 로봇인 이송부에 변위센서를 장착하여 구조가 간단하고 상기 변위센서의 정보와 상기 이송부의 이동거리를 입력으로 하여 좌표변환하므로서 마스크와 기판 사이의 평행도 정보 및 갭의 측정이 가능하며 이러한 정보를 갭 제어의 목표치로 활용함으로써 상대적인 평행도와 일정한 갭의 유지를 가능하게 한다.

Claims (6)

1. 인쇄될 형상이 새겨져 있는 마스크와, 상기 마스크의 형상에 따라 인쇄되는 기판과, 상기 마스크 및 상기 기판의 정렬된 위치를 확인하는 CCD카메라로 구성된 노광기에 있어서,

   상기 마스크의 상부 공간에서 좌우로 이동하며 상기 마스크 및 상기 기판의 거리를 측정하는 두 개의 변위센서와, 상기 마스크의 끝단에 설치되고 상기 변위센서와 상기 CCD카메라를 장착하여 상기 변위센서와 상기 CCD카메라를 좌우로 이송하는 이송부와, 상기 마스크의 하면에 설치되어 상기 변위센서가 상기 마스크와의 거리를 측정할 수 있도록 상기 변위센서에 빛을 반사하는 마스크 표시부와, 상기 기판의 상면에 설치되고 상기 마스크 표시부의 밑에 위치하여 상기 변위센서가 상기 기판과의 거리를 측정할 수 있도록 상기 변위센서에 빛을 반사하는 기판 표시부와, 상기 마스크를 지지하는 마스크 지지대와, 상기 기판을 지지하는 테이블로 구성된 것을 특징으로 하는 갭 측정장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 이송부는 상기 변위센서의 이동거리를 측정하는 위치센서를 포함한 것을 특징으로 하는 갭 측정장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 두 개의 변위센서는 상기 마스크의 중앙에 대하여 대칭으로 설치된 것을 특징으로 하는 갭 측정장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 테이블은 상기 테이블의 하면에 설치되고 상기 테이블의 위치를 보정할 수 있는 복수개의 모터를 포함한 것을 특징으로 하는 갭 측정장치.
5. 인쇄될 형상이 새겨져 있는 마스크와 상기 마스크의 형상에 따라 인쇄되는 기판과의 갭과 평행도를 측정하는 노광기에서의 갭 측정방법에 있어서,

   상기 마스크의 끝단의 초기위치로부터 상기 마스크와 평행하게 이동하면서 상기 기판과의 거리를 측정하는 제 1단계와, 상기 제 1단계의 거리 측정을 마치고 측정된 자료를 도출하는 제 2단계와, 상기 제 1단계 및 상기 제 2단계로부터 얻어진 자료를 이용하여 상기 기판과 상기 마스크와의 갭과 평행도를 도출하는 제 3단계와, 상기 도출된 자료에 따라 상기 기판의 위치를 보정하는 제 4단계로 구성된 것을 특징으로 하는 갭 측정방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 제 1단계는 상기 마스크와 평행하게 이동하는 제 1과정과, 상기 제 1단계의 이동한 거리를 측정하는 제 2과정과, 상기 이동중 상기 기판과의 거리를 측정하여 상기 마스크와 상기 기판과의 갭을 측정하는 제 3과정으로 구성된 것을 특징으로 하는 갭 측정방법.