KR20090033174A - 이동하는 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법과 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주기적으로 조사되는(pulsed) 레이저 광선(3,10)의 조사에 따른 절제(切除; ablation)가공에 의해 기판(1,5) 상의 얇은 필름(2)에 규칙적으로 반복되는 패턴을 각인하기 위한 방법으로서, 조사 광선(3,10)이 패턴의 윤곽이 그려진 마스크(7)를 통과하는 것을 특징으로 한다. 마스크상의 패턴의 이미지는 적절한 프로젝션 렌즈(8)에 의해 필름의 표면상에 축소화되므로 마스크를 통과한 레이저 광선의 필름에서의 에너지 밀도는 필름 절제가공에 충분하도록 높게 된다. 본 발명의 패턴 각인의 과정은 다음과 같은 공정을 수반한다.

(i) 마스크를 사용하는 불연속적인 레이저 절제 단계의 반복적인 공정은 프로젝션 렌즈(8)에 대하여 고정적이고, 기판(1,5)의 전체 중 일부의 영역을 절제하게 되며, 마스크를 통과하는 불연속적으로 조사되는 각각의 레이저광선은 기판(1,5)에서 필름(2)의 절제를 위한 한계 값을 넘는 에너지 밀도를 갖게 된다; 그리고

(ii) 불연속적인 레이저 절제 공정은 기판(1)의 전범위에 걸쳐서 반복되어 진행되어 다수의 픽셀들을 포함하는 전체적인 패턴을 형성시키며, 이는 레이저 광선(3,10) 또는 기판(1,5)이 패턴의 한 축에 평행한 방향(X1)을 따르는 움직임에 의해 이루어진다. 그리고 마스크에 조사되는 레이저 광원은 기판(1,5) 또는 레이저 광선(3,10)이 기판(1,5)상의 완성된 패턴의 반복단위 수만큼 이동하게 되면 즉시 활성화되는 것을 특징으로 한다.

Description

이동하는 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법과 장치{METHOD AND TOOL FOR PATTERNING THIN FILMS ON MOVING SUBSTRATES}

본 발명은 레이저를 이용한 절제가공 방법과 장치에 관한 것이다. 본 발명은 평판 디스플레이 제조에서 사용되는 큰 유리 기판 상의 얇은 필름의 레이저 절제분야와 특별히 관련되어 있다. 본 발명은 넓은 화면의 전체 화면을 절제가공하기 위하여 작은 마스크만을 사용한다는 것과 이동 중의 기판에서 적용할 수 있다는 점에서 특징을 갖는다.

평판 디스플레이(‘FPDs’) 구성요소의 제조에 있어서, 적합한 감광저항 레이어(photosensitive resist layer)에서 이미지를 형성하기 위하여 마스크로부터 리토그래픽 패턴 트랜스퍼를 포함하는 다양한 제조과정을 요구한다. 상기 감광 저항 레이어는 에칭 프로세스 동안 필름의 패턴을 형성하는데 사용된다.

높은 해상도의 패턴을 창출하기 위해 마스크 패턴에 적합한 프로젝션 렌즈를 사용하여 저항 표면 위에 이미지를 형성시키는 광학 프로젝션 시스템을 사용하 는 것이 필수적이다. 이러한 시스템은 보통 마스크를 조사하고 저항층을 노출시키기 위한 광원으로 자외선 영역의 램프를 사용한다. 이때 감광 저항 표면에서의 조사선 강도는 낮다. 이에, 요구되는 강도의 저항 노출을 얻기 위해서는 수초에 달하는 노출 시간이 요구된다. 상기 노출시간 동안 좋은 이미지 재생을 보장하기 위하여 마스크와 기판이 정확하게 대응하는 포지션으로 유지하는 것은 필수적이다. 이것은 소위 스텝과 반복 모드라 불리는 것에서 마스크와 기판 둘 다 고정적으로 유지하는 것에 의하거나 혹은 소위 노출의 스캐닝 모드라 불리는 것에서 마스크와 패턴이 레지스터에 유지되는 방식으로 마스크와 기판이 동시에 움직이는 것에 의해 성취된다.

마스크에 광선을 조사하기 위해 사용된 램프 광원이 광선 조사의 짧은 파동들을 절제하는 레이저 광원으로 대체 된다면, 기판 표면에서의 광선의 세기는 절제의 한계점을 넘어설 수 있으며 기판상의 재료는 저항과 그 어떤 에칭 프로세스의 사용 없이 즉시 절제가공될 수 있다.

이러한 레이저 절제가공 장치는 작은 영역의 필름을 직접적으로 구성하는데 보편적으로 사용 되어졌으나 지금까지는 평판 디스플레이들의 제조에서 찾을 수 있는 것처럼 큰 영역의 직접 패턴 각인을 위해서 보편적으로 사용되지는 않았다. 그 이유는 평판 디스플레이 장치를 위한 기판 상의 이미지를 프로젝트하기 위해 요구되는 마스크의 사이즈와 관련 있다. 평판 디스플레이 제조에서 사용되는 대부분의 스캐닝 리토그래피 장치들은 마스크에 형성되어진 이미지만큼 같은 사이즈인 동비율(1배)의 확대 프로젝션 시스템을 사용한다. 동비율 마스크를 사용하는 것은 마스크와 기판 움직임을 용이하게 일치시킬 수 있기 때문이다. 이러한 경우에, 기판에 절제가공을 함에 있어서, 마스크도 해당 에너지를 동등하게 받기 때문에 마스크가 손상될 수 있다는 것을 의미한다. 오직, 크롬 또는 수정(quartz) 마스크를 포함하며, 2배 혹은 더 높은 축소 인자를 가진 축소 프로젝션 광학 시스템 을 사용함으로써 직접적인 절제를 안전하게 실시할 수 있다.

마스크 패턴을 축소화하는 광학 프로젝션 시스템은 마스크 사이즈가 이미지 사이즈보다 커야 함을 의미한다. 그래서 큰 평판 디스플레이를 위한 움직이는 절제 툴들의 마스크 사이즈 문제는 더 어려워지고 있다.

본 발명은 넓은 영역의 기판들을 가공 하는 스캐닝 절제 장치에 관련된 비용과 문제점들을 극복하는데 의의가 있다. 본 발명은 이동하는 넓은 기판표면 상에 복잡한 반복적인 패턴을 만들어내기 위하여 사용 되어질 수 있는 작은 고정 마스크를 가진 축소 광학 프로젝션을 사용한 레이저 절제 방법과 레이저 절제 장치를 제공한다. 본 발명은 특별히 평판 디스플레이 장치 제조에 적합하다.

본 발명은 기판(1,5) 상의 얇은 필름(2)을 주기적으로 조사되는(pulsed) 레이저광선(3, 10)의 조사로 절제(切除; ablation)하여 규칙적으로 반복되는 패턴을 각인하는 방법에 있어서,

조사되는 광선(3, 10)이 패턴의 윤곽을 갖는 마스크(7)를 통과하며, 마스크의 패턴 이미지를 따라 조사된 레이저광선은 프로젝션 렌즈(8)에 의해 필름의 표면상에 축소되어 조사되므로, 필름에서의 레이저광선의 에너지 밀도는 필름을 절제할 수 있을 만큼 충분히 높은 것을 특징으로 하며, 나아가 패턴을 각인하는 과정은 다음의 단계들을 포함한다.

(i) 마스크를 사용하는 불연속적인 레이저 절제가공의 반복적인 과정은, 상기 마스크가 프로젝션 렌즈(8)에 대하여 고정적이고, 기판(1, 5)의 전체 중 일부의 영역에 대응하며, 마스크에 불연속적으로 조사되는 레이저광선은 짧은 파장을 갖는 것으로서, 마스크를 통과하여 기판(1, 5)상의 필름(2)에 도달할 때 필름 절제를 위한 한계 값을 넘는 에너지 밀도를 갖게 된다; 그리고

(ii) 불연속적인 레이저 절제 과정은 기판(1)의 전범위에 걸쳐서 반복되어 진행되어 다수의 픽셀들을 포함하는 전체적인 패턴을 각인시키며, 이는 레이저 광선(3,10) 또는 기판(1,5)이 패턴의 한 축에 평행한 방향(X1)을 따르는 움직임에 의해 이루어진다. 그리고 마스크에 조사되는 레이저 광원은 기판(1,5) 또는 레이저 광선(3,10)이 기판(1,5)상의 완성된 패턴의 반복단위 수만큼 이동하게 되면 즉시 활성화된다.

본 발명의 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법에 있어서, 기판(1,5) 또는 광선(3,10)이 움직이는 방향과 평행한 방향(X1)으로 이동하는 기판에 광선이 조사되는 영역은 광선이 조사되는 영역 아래 있는 기판의 통과 후에 필름 절제가공에 충분한 세기의 레이저 광선을 받을 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법에 있어서, 상기 각인 과정은 마스크의 패턴을 기판(1,5)상으로 옮겨 각인시키기 위하여 광학 프로젝션 시스템(8)을 사용한다는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법에 있어서, 본 발명에 적용되는 레이저 광선은 그 광원이 UV 엑시머 레이저인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법에 있어서, 본 발명에 적용되는 레이저 광선의 광원은 IR 솔리드 스테이트 레이저(IR solid state laser)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법에 있어서, 패턴을 형성하는 과정에서 기판(1,5)상의 절제되기 위한 영역의 가장자리는 마스크(7)의 표면에 근접하여(9) 위치하는 움직일 수 있는 블레이드(11)에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법에 있어서, 마스크(7)는 레이저가 이동하면서 반복적인 패턴이 종료되는 패턴의 가장자리부분을 기판(1, 5)에 새기는 절제작업을 실시하는 중간 또는 실시 후 중 적당한 시간에 움직이는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법에 있어서, 기판(1,5)은 일련의 평행한 밴드와 레이저의 조사에 의해 절제되며, 레이저가 조사되어 밴드와 오버랩되는 부분은 이미지 형성 마스크에 의해 조절되고, 이 때 이미지 형성 마스크는 마스크 패턴의 각 측면에서 계단 형 또는 랜덤 형의 전달 프로파일을 가지며, 그 스텝 형 또는 랜덤 형 전달 프로파일은 FPD에서 하나 또는 둘 이상의 완성된 셀들에 대응하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 패턴을 각인하는 방법을 수행하는 패턴 각인 장치를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 패턴을 각인하는 방법 및 패턴 각인 장치에 의해 패턴이 각인된 제품을 제공한다.

본 발명은 고해상도이고, 조밀하며 작은 마스크를 사용하여 평판 디스플레이의 넓은 영역에 걸쳐 얇은 필름을 절제하여 규칙적으로 반복하는 패턴들을 창출하기 위한 새로운 광학 프로젝션 방식을 제공한다. 상기 광학 시스템은 이미지가 마스크에 형성된 것에 비교하여 축소되었다는 점에서 기본적인 레이저 절제 장치들과 유사하다. 본 발명은 레이저의 조사에 의해 필름을 절제하기 위하여 UV 엑시머 레이저 혹은 IR 솔리드 스테이트와 같은 광원을 적용한다. 규칙적인 반복 패턴의 경우, 레이저 절제 과정 동안 마스크는 프로젝션 렌즈에 대하여 고정되며, 평판 디스플레이 기판에 코팅된 필름은 프로젝션 렌즈의 이미지면에 대해 지속적으로 이동하거나, 이미지면은 특별 스캐닝과 이미지 프로젝션 렌즈를 적용한 광선 스캐닝 시스템 방식에 의해 기판의 표면상에서 교차하여 움직인다. 반복되는 패턴에 인접한 영역에 고유의(unique) 패턴이 형성 되도록 요구되는 경우, 마스크는 반복적인 패턴 마스크 영역 주위의 이러한 패턴들을 포함할 수 있으며, 평판 디스플레이 기판의 이동 중 혹은 이동 후, 적절한 순간에 비반복적인 패턴 영역에 광선의 조사를 유도할 수 있다.

본 과정의 성공적인 실행의 요건은 절제 가공된 패턴이 기판과 이미지의 상대적 이동 방향으로 규칙적인 피치를 갖는 것과, 레이저 광원이 정확한 시간에 정확하게 작동되는 것이다. 그래서 기판 혹은 이미지는 순차적인 레이저 조사의 사이에 패턴 피치와 정확하게 동일한(혹은 배의) 간격으로 이동한다. 우리는 이 과정을 광원을 활성화시키는 방법으로서 싱크로나이즈드 이미지 스캐닝(SIS)라고 한다. 그러므로 평판 디스플레이 기판 상의 절제 이미지의 각인은 정확하게 기판 혹은 광선의 움직임에 동기화 된다. 그래서 연속되는 이미지들은 패턴의 피치의 정수로 디스플레이 되는 것이다.

몇몇 핵심 조건들은 SIS 레이저 절제 과정이 평판 디스플레이를 위한 적절한 패턴들을 효과적으로 각인하기 위하여 필수적이다. 그것들은 아래와 같다.

첫째, 사용된 프로젝션 렌즈들은 낮은 왜곡률과, 충분한 해상도 및 필드 사이즈를 가져야 한다. 일반적으로, 평판 디스플레이들에서 필요로 하는 최상의 패턴들은 마이크로미터(micron) 사이즈들이다. 따라서 1 내지 수 마이크로미터 범위 내의 광학 해상도가 요구된다. 이러한 값은 UV와 IR 영역에서 특별히 레이저 절제가공을 위해 오늘날 흔하게 사용되는 렌즈로 이미 얻을 수 있다. 상용의 석영(quartz)-크롬 마스크가 사용될 때 마스크에서의 에너지 밀도는 마스크에 피해를 주지 않도록 제한되어야만 한다. 이러한 렌즈들은 2에서 10 범위 내에 전형적인 축소 인자를 가진 평판 디스플레이 위에 마스크 패턴을 축소화 시킨다. 해상도와 파장의 조합은 렌즈 개구수(NA)가 보통 0.05에서 0.2 범위 내에 있어야 한다. 이러한 렌즈들의 필드 사이즈들은 1mm에서 수십mm 범위이다. 이러한 값은 상기 SIS 레이저 절제 과정을 위해 충분한 것이다.

상기 렌즈 확대 요인은 기판에서 에너지 밀도가 필름을 절제하기에 충분하고 마스크에서의 에너지 밀도가 마스크를 직접 손상시키기에는 불충분하기만 하면 편리한 어느 값이든 될 수 있다.

SIS 절제가 수행되어지는 경우를 위하여 IR 솔리드 스테이트 레이저의 사용은 특별하게 디자인 되어져야 한다. 따라서 그것은 광선 스캐너 유닛과 조합에서 고해상도 이미지를 위해 사용 되어질 수 있다. 이러한 렌즈들은 이미지 재생도(fidelity)가 프로젝션 렌즈들의 전 영역을 교차하여 매우 근접하게 유지되어진다는 점에서 드문 것이다.

UV 엑시머 레이저와 IR 솔리드 스테이트 레이저 SIS 절제 둘 다를 위해 사용되는 렌즈들은 일반적으로 이미지 사이드 위에 텔레센트릭(telecentric)하게 디자인 되어 있다. 이것은 만약 기판이 광학 축에 따른 정확한 이미지 플랜으로부터 약간 비껴 있다고 하더라도 이미지 사이드가 일정하게 유지될 수 있도록 보장한다.

둘째, 레이저광선 조사의 절제(ablating)작업을 위한 광원이 충분하게 짧게 지속되는 것이 중요하다. 필름이 절제되기 위하여 기판 또는 레이저 광선이 지속적으로 움직이고, 광선의 조사는 충분한 짧은 ‘멈춤’이 필요하며 이로써 형성된 이미지는 흐릿하지 않게 된다. 초당 몇 미터에 달하는 속도로 이동하는 기판들 또는 광선들을 위해, 1 마이크로미터보다 덜 이미지를 흐릿하게 하는 것을 제한하기 위하여 광원이 마이크로 세컨드(10^-6sec)의 짧은 지속시간을 가질 것을 요구한다. 이러한 이유 때문에 조사된 레이저의 지속시간이 1 마이크로 초 보다 짧은 것이 이상적이다. 그러므로 기판과 이미지 사이의 상대적 속도가 초당 수 미터를 초과할 때 어떤 이미지 흐려짐 효과가 나타나지 않는다. UV 엑시머 레이저와 IR 솔리드 스테이트 레이저들은 특별히 좋은 광원들이다. 왜냐하면 그들은 쉽게 공통의 필름들을 절제할 수 있는 파장에서 파동을 방출하고 편리한 반복율(수 ㎐ to few 수십 f㎑)을 가지고 있기 때문이다. 이는 ㎜보다 작은(예 50㎛) 크기부터 1㎜ 이상의 사이즈 범위의 패턴 피치들을 가진 평판 디스플레이들이, 광선 혹은 스테이지 속도가 적당할 때, SIS레이저 절제 방법에 의해 패턴이 각인될 수 있는 것을 의미한다.

예를 들면, 움직이는 기판 위의 100㎛피치를 가진 평판 디스플레이 패턴은 이미지를 형성하는 300Hz에서 조사되는 엑시머 레이저에 의해 각인될 수 있다. 상기 이미지는 동기화 된 레이저의 조사와 함께 1㎜의 움직이는 방향 내의 너비를 가진다. 따라서 이미지들은 오직 초당 60㎜의 속도에서 이미지에 대응하는 움직이는 기판과 함께 매초 패턴 피치를 오버랩한다. 이러한 경우에 이미지들은 전체 광선 너비에서 10 패턴들을 포함한다. 따라서 기판이 전체 이미지 영역을 통해 움직인 후 각 영역은 5번의 레이저가 조사된다. 만약 필름이 얇고 오직 한 번의 레이저 조사가 그것을 완전하게 절제하기 위해 필요하다면 이러한 경우 기판은 초당 300㎜의 속도로 움직이게 된다. 만약 필름이 더 두껍고 그것을 완전하게 절제하는데 10번의 레이저 조사가 필요하다면 기판속도는 초당 10㎜이 된다. 또 다른 예로, 한 방향으로 100㎛의 피치를 갖는 평판 디스플레이 패턴은 이미지를 20㎐로 조사되는 IR 솔리드 스테이트 레이저에 의해 패턴이 각인될 수 있다. 상기 이미지는 해당 방향으로 광선 스캐너 시스템에 의해 이동되며, 레이저광선의 주기적인 조사와 동기화되도록 광선의 이동방향으로 0.6mm의 폭을 가진다. 따라서 이미지들은 초당 2미터의 속도로 움직이는 광선과 함께 모든 패턴 피치를 오버랩한다. 이러한 경우, 이미지는 전체 너비 내에 여섯 개의 반복 패턴들을 포함하기 때문에, 기판 전반에 걸친 전체 광선의 이동 후에 각 영역은 레이저 광선의 조사를 6회 받게 된다.

SIS 레이저 절제 과정의 성공적인 실행을 위해 요구되는 세 번째 열쇠는 조사되는 레이저가 스테이지 또는 광선의 움직임에 대응하여 정확하게 때를 맞춰지도록 하는 것이다. SIS패턴 절제에 기초한 엑시머 레이저를 위하여, 이미지는 고정되고 기판은 프로젝션 렌즈의 이미지 면에서 움직여지거나, 혹은 기판은 고정되고 마스크와 프로젝션 렌즈는 기판과 대응해 움직이든지 간에 이것은 스테이지들이 고해상도 인코더(encoder)를 필요로 하며 고도로 반복적이어야 함을 의미한다. 이는 또한 스테이지 인코더의 신호에 따라 레이저를 주기적으로 조사하기 위하여, 빠른 속도와 지터 프리 콘트럴 전자공학(jitter free control electronics)이 필요하다는 것을 의미한다. 따라서 스테이지 속도(서보 콘트롤 루프 딜레이(servo control loop delays))에서의 작은 변화는 이미지의 정확한 위치설정에 영향을 미치기 않는다. 이러한 전자 공학은 표준 CNC 스테이지 컨트롤 시스템에 의해 쉽게 적용 가능하다.

IR 솔리드 스테이트 레이저가 사용되고, 이미지가 광선 스캐너 시스템 방식에 의해 기판을 교차하여 움직여지는 경우를 위해, 상기 움직임의 정확한 조절과 레이저 광선 스캐너 시스템의 동기화가 중요하다.

SIS 레이저 절제가공을 위한 네 번째 중요한 조건은 각 레이저 조사에 의한 이미지 면에 조사되는 부분의 에너지 밀도가 필름을 직접 절제할 수 있는 에너지 밀도의 요구량을 초과하는 것이다.

그러므로 엑시머 레이저와 함께 이러한 SIS 레이저 절제 과정을 최상으로 사용하기 위하여 고안된 방법은, 평판 디스플레이의 한 축과 교차하는 필름의 밴드를 절제하기 위한 광학 프로젝션 시스템 아래 이동되는 평판 디스플레이 표면에서 프로젝션 렌즈들에 대응하여 고정적으로 붙들어져 있는 마스크의 이미지를 형성하는 것이다. 한 밴드가 절제 가공된 후에, 광학 시스템은 옆으로 이동하고 첫 번째에 이웃한 또 다른 밴드를 절제 가공한다. 사이드스텝 간격은 진행하는 방향으로 패턴피치의 정수여야만 한다. 따라서 두 번째 절제된 밴드 패턴은 정확하게 첫 번째에 바르게 맞춰져야 한다. 일반적으로 각 절제된 밴드의 너비는 모든 스캔들이 완료될 때 평판 디스플레이의 전체 영역이 절제 되어야만 한다. 이것은 이후 논의되는 바와 같이 필수적인 것이 아니라 바람직한 것이다.

광학 시스템과 기판의 정확한 상대적 움직임을 위해서 다른 여러 방법들을 사용하는 SIS 절제에 기초한 엑시머 레이저를 수행하는 것 또한 가능하다. 일예로, 프로젝션 렌즈와 마스크를 혼합하는 광학 시스템이 항상 고정되고 기판은 두 직각 방향에서 이동될 수 있다. 또 다른 케이스에서는 기판이 항상 고정되고 광학 마스크 프로젝션 시스템은 두 직각 방향에서 움직여질 수 있다.

평판 디스플레이 SIS 레이저 절제 과정의 속도를 최대화하기 위하여 평행 밴드들의 총 숫자를 감소시키고 최상의 가능한 속도에서 평판 디스플레이를 움직이는 것이 필수적이다.

이전의 조건들은 비록 이것이 적합한 렌즈의 가용성에 의해 제한되어 있을지라도 가능한 한 넓은 이미지를 창출함에 의해 충족되었다. 최상의 가능한 속도에서 스캔하기 위한 조건은 다음과 같은 방식에서 충족된다.

일반적으로 평판 디스플레이들은 직사각형 모양이고 거의 네모 픽셀들을 가지고 있다. 각 네모 픽셀들은 적어도 3개의 서브 픽셀들로 나누어져 있거나 또는 모든 색상의 디스플레이를 형성하기 위하여 다른 칼라 필수품을 표현하는 셀들로 나누어져 있다. 이것은 반복되는 패턴들이 두 개의 평판 디스플레이 축들에서 다른 피치들을 가지고 있음을 의미한다.

일반적으로 픽셀들은 평판 디스플레이의 긴 축을 따라 서브 픽셀들과 셀들로 나누어진다. 따라서 짧은 축에 비교하여 평판 디스플레이의 긴 축에는 상당히 더 많은(5배 또는 6배)셀들이 있다. 상술한 엑시머 레이저 SIS 레이저 절제 기술은 다음과 같이 실시될 수 있다. 기판과 광선은 평판 디스플레이의 장축 또는 단축에 평행한 방향으로 움직일 수 있으나, 긴 축에 평행한 방향으로 움직이는 것은 짧은 축에 평행하여 움직일 때보다 전체 평판 디스플레이를 가공하기 위하여 요구되는 경로의 수가 더 적기 때문에 기판이 느려지고, 멈추고, 역방향으로 가속되는 횟수가 최소화되어 프로세스의 효율이 최대화된다.

엑시머 레이저 SIS 절제 과정은 평판 디스플레이와 이미지가 레이저 파동들 사이에 정수(1 또는 그 이상)단위로 상호간에 상대적으로 움직일 것을 요구하기 때문에, 각 레이저 파동 사이의 하나의 셀 피치 보다 더 많이 움직임으로써 상대적인 속도를 증가시키는 것이 가능하다. 2피치, 3피치 혹은 그 이상의 움직임들이 속도를 증가시키기 위해 적용될 수 있다. 절제가공을 위하여 주기적으로 조사되는 레이저의 각 조사간의 거리를 증가시키는 것의 결과는 평판 디스플레이에서 절제가공을 위한 광선이 움직이는 방향으로의 거리를 증대시키는 것이다. 예를 들어 0.6x0.6㎜사이즈 픽셀의 평판 디스플레이가 있다고 하자. 각 픽셀은 0.6x0.2㎜ 사이즈의 세 개의 셀들로 쪼개진다. 만약 300㎐로 조사한 레이저가 사용된다면 평판 디스플레이 또는 광선이 셀의 짧은 축(평판 디스플레이 긴 축)방향으로 움직여진다. 만약 기판 또는 광선이 단지 각 레이저 파동에서 하나의 셀피치 만큼 움직인다면 초당 60㎜의 속도가 된다. 절제를 위한 레이저들 사이에서 두 셀 길이를 움직이는 것에 의해 속도는 초당 120㎜로 증가된다.

평판 디스플레이의 각 영역은 완벽하게 절제가공하기 위하여 특정 횟수의 레이저 조사가 필요하다. 스캔 방향에 대한 광선의 사이즈는 셀 피치에 의해 결정되며, 셀의 갯수는 주기적으로 조사되는 레이저 간의 거리로 결정되고, 조사되는 레이저의 횟수는 각 영역에 따르는 것을 의미한다. 예를 들면, 셀 피치가 0.2㎜이고 주기적인 레이저의 조사 사이에서 2개의 셀 길이이상 움직일 경우, 만약 필름에서 5회의 레이저 조사가 요구된다면 움직이는 방향으로의 광선의 사이즈는 2㎜이다.

IR 솔리드 스테이트 레이저와 SIS 레이저 절제 과정을 최상으로 사용하기 위해 고안된 방법은 평판 디스플레이(FPD)의 한 축과 평행한 좁은 밴드의 필름에 교차하는 픽셀들의 열을 절제하기 위한 광선 스캐너 시스템 방식에 의해 이동되는 평판디스플레이의 표면에 고정된 마스크 이미지를 각인시키는 것이다. 픽셀들의 한 열이 패턴이 각인된 후, 광선 스캐너는 광선이 이웃한 평행한 열을 절제하도록 하기 위하여 움직이고 있는 방향을 전환시킨다. 이렇게 앞뒤로 움직이는 과정은 반복되며, 동시에 기판은 광선 스캔 방향의 수직한 방향으로 끊임없이 움직인다. 이 방식에 의하여 움직이는 기판에 평행한 연속적인 밴드는 패턴이 각인된다. 반복하는 구조의 밴드에 패턴을 각인하기 위한 기판 움직임과 이러한 광선 스캐닝을 “보우타이 스캐닝(Bow Tie Scanning - BTS)”이라 부른다. 하나의 밴드가 절제된 후에 마스크를 통합하는 광학 시스템, 스캐너 유닛 그리고 프로젝션 렌즈는 옆으로 이동하고 첫 번째에 이웃한 다른 밴드가 절제한다. 측면이동 거리는 이동하는 방향에서 패턴 피치들의 정수여야만 한다. 따라서 두 번째 절제된 밴드 패턴은 정확하게 첫 번째 밴드에 바르게 맞춰져야 한다. 일반적으로 절제된 각 밴드의 너비는 모든 밴드가 평판 디스플레이의 전체 영역을 완성할 때 절제 되어져야만 한다. 이것은 다음에 논의된 바와 같이 필수적이지는 않으나 바람직하다.

광학 시스템과 기판의 정확한 상대적 움직임을 동기화하기 위하여 SIS 절제가공 방법에 기초한 IR 솔리드 스테이트 레이저를 적용하는 것 또한 가능하다. 일예로, 프로젝션 렌즈, 광선 스캐너 유닛과 마스크를 통합하는 광학 시스템은 항상 고정되어져 있고 기판은 두 직각 방향으로 움직여질 수 있다. 다른 예로서, 기판은 항상 고정되어 있고 광학 마스크 프로젝션과 스캐너 시스템은 두 직각 방향에서 움직일 수 있다.

UV 엑시머 레이저 또는 SIS와 BTS 기술을 사용하는 IR 솔리드 스테이트 레이저에 의해서 밴드에서 필름들을 절제할 때, 밴드 사이의 경계에 어떤 단절도 존재하지 않게 하기 위한 관리가 필요하다. 이러한 밴드 경계 단절은 가끔 ‘스티칭 에러들’ 혹은 스티칭 무라 이펙트(Mura effect)라고 불린다. 이러한 밴드 경계 무라 이펙트를 피하기 위한 한 방법은 다음과 같은 방법을 이용한다. 각 레이저 조사에서 필름 표면에 각인된 이미지 영역은 반복되는 동일한 셀들의 2D 패턴으로 구성되어 있고, 각인된 패턴의 두 측면 에지들은 스텝 형(stepped) 셀 구조 혹은 심지어 독립된 셀 패턴들을 창출하기 위한 형상을 취할 수 있다. 이러한 구조들은 한 밴드의 측면 에지가 이웃 밴드의 측면 에지와 함께 스캔 경계에서 정확하게 상호 배치되는 형태가 될 수 있다. 따라서 모든 셀들은 동일한 횟수의 레이저 조사를 받게 되고, 어떤 두 이웃한 밴드가 접하는 선은 더 이상 정확하게 일직선일 수 없다. 이러한 기술은 UV 엑시머 레이저 SIS 절제나 IR 솔리드 스테이트 레이저 SIS 절제에서 적용될 수 있다.

UV 엑시머 레이저 SIS 절제가공에서, 필름의 표면에 각인된 전형적인 이미지는 움직이는 방향의 수직 방향으로 100-200 픽셀의 길이를 가질 수 있으며, 움직이는 방향과 평행한 방향으로 수 십 픽셀의 길이를 가질 수 있다. 움직이는 방향과 평행한 방향의 수십 개의 셀들은 스텝형 배열의 형성이 가능하게 하며, 또는 스텝형 혹은 광선의 에지가 직선을 이루지 아니하도록 패턴의 측면 에지에서 격리된 셀 형상과 같은 더 복잡한 패턴의 형성이 가능하다. 많은 스텝형 혹은 격리된 셀 패턴들은 각 이미지의 양 끝이 대칭적인 패턴이기만 하면 밴드 안의 셀들과 각 밴드들 사이의 오버랩영역에서의 셀들이 동일한 횟수의 레이저 조사를 받는 것을 보장한다.

IR 솔리드 스테이트 레이저 SIS 절제의 경우에, 필름 표면에 각인된 전형적인 이미지는 훨씬 더 작지만 여전히 다수의 셀들을 포함하고 있다. 레이저 절제 과정을 위한 예를 들면, 필름을 완전하게 절제가공을 위하여 기판의 각 영역 상에 5번의 레이저 조사가 필요한 경우, 상기 이미지는 움직이는 방향에 평행한 방향에 대하여 5셀의 길이이고 움직이는 방향에 수직인 방향에 대하여 비슷한 숫자의 길이를 갖는다. 움직이는 방향과 수직인 방향에서의 다수의 셀들은 이미지의 양측 가장자리에서, 계단형 셀구성 또는 고립된 셀들에 따른 더 복잡한 패턴을 허락하며, 이러한 구성은 광선의 에지에 계단형을 형성시키거나 직선이 되지 아니하도록 한다.

많은 계단형 혹은 격리된 셀 패턴들은 각 이미지의 양 끝이 대칭적인 패턴이기만 하면 밴드 안의 셀들과 각 밴드들 사이의 오버랩영역에서의 셀들이 동일한 횟수의 레이저 조사를 받는 것이 가능하다.

UV 엑시머 레이저 SIS 절제가공을 위하여, 스캔 방향으로 평판 디스플레이의 두 경계까지 받는 기판의 각 영역의 레이저 조사 횟수의 조절은 것은 중요한 문제이다. 스캔 방향으로 광선 너비만큼의 패턴 여러 개가 각각의 레이저의 조사에 의해 절제되어지기 때문에 이것은 SIS 레이저 절제 과정에 있어서 잠재적인 문제점이다. 만약 다수의 레이저 조사가 각 영역에서 요구된다면, 기판 혹은 광선은 단지 각 레이저 조사간의 이미지 폭의 일부만을 이동할 것이고, 만약 평판 디스플레이의 경계에서 레이저의 조사가 갑작스럽게 멈춰진다면, 이미지 전반에 걸친 영역 확장이 있을 것이며, 상기 영역에는 레이저 조사의 숫자가 불충분할 것이다. 각 영역에 필요한 조사의 숫자에 따라 이 부분적으로 절제된 밴드는 스캔 방향에서 이미지의 전체 너비 대부분에 이를 것이다. 그리고 이 간격 전체의 각 영역에 의해 받아진 레이저 절제 조사의 횟수는 하나에서 최대값까지 변하게 될 것이다. 분명히 이것은 매우 바람직하지 않다. 따라서 이것을 예방하는 방법이 필요하다.

만약 사용된 광선의 가장자리가 밴드 경계지역에서 무라 이펙트를 조절하기 위하여 스텝형 혹은 불연속적으로 형성된다면, 같은 문제가 평판 디스플레이의 사이드에서도 존재하게 된다. 평판 디스플레이를 절제하기 위하여 사용된 가장자리의 밴드들의 바깥 에지들에서, 광선의 끝부분에서 구조화된 영역의 너비와 동일한 너비를 가진 부분적으로 절제된 영역이 형성될 것이다. 상기 각 영역에서 받은 레이저 조사의 횟수는 풀 횟수(Full value)에서 하나로 떨어질 것이다. 분명히 이것은 매우 바람직하지 않다. 따라서 방법은 그것을 조절할 필요가 있다.

상술된 양쪽 에지의 문제들은 경계지역들에서 이미지를 가리기 위하여 광선으로 이동하는 마스크에 근접하게 위치한 블레이드들의 사용에 의해 해결될 수 있다. 블레이드들은 모터로 조작되며, 스테이지 조절 시스템으로부터 제어되기 때문에 프로세스 진행 동안 정확한 타이밍에 광선으로 이동될 수 있다.

블레이드상의 평면은 마스크의 표면에 대해 평행하며, 블레이드 가장자리가 기판 표면에 정확하게 이미지화될 정도로 마스크 표면에 매우 근접하여 위치된다. 네 개의 블레이드들은 4개 1조로서, 하나의 블레이드는 각각 기판의 4개의 경계중 하나를 담당한다. 통상 블레이드들은 두 축의 CNC 스테이지 시스템 위에 쌍으로 올라가도록 디자인된다. 그래서 블레이드의 가장자리가 정확하게 평판디스플레이(그리고 마스크)패턴과 평행하게 된다.

상기 움직이는 방향의 가장자리 문제를 해결하기 위하여, 블레이드는 평판 디스플레이 경계가 가까워짐에 따라 점진적으로 광선의 폭을 줄이기 위해 마스크에서 광선으로 이동된다. 이것은 블레이드의 움직임이 메인 평판 디스플레이 스테이지의 움직임의 위치에 정확하게 동기화 되어야 함을 의미한다. 이것은 마스크 스테이지를 웨이퍼(wafer) 스테이지에 정확히 연결시키는 표준 리토그래픽 노출 툴에서 사용된 방법으로서 콘트롤 시스템에서 쉽게 적용될 수 있다. 블레이드는 렌즈의 확대에 의한 메인 스테이지 속도에 따라서 상응하는 속도 및 거리만큼 정확히 움직여야만 한다.

사이드 경계 블레이드들은 평판 디스플레이의 각 사이드 가장자리에서 불완전하게 절제된 좁은 밴드들을 절제 한다. 그리고 또한 평판 디스플레이 표면에서 절제된 영역의 전체 너비를 조절 할 수 있다. 모든 밴드들이 완성 될 때 각 밴드의 너비를 맞추기 위하여 평판 디스플레이 장치의 너비가 정확하게 커버 되는 것이 가능하다. 이러한 배열은 세팅을 복잡하지 않을 만큼 프로세스를 최대화 시킨다. 실행에서, 평판 디스플레이 너비와 정확하게 맞는 사이즈보다 아주 조금 더 넓은(e.g. 1셀 너비) 밴드를 가지고 작업하는 것이 바람직하다.

이러한 경우에, 바깥 밴드의 각 바깥 사이드 위의 불완전하게 절제된 밴드들을 가리기 위하여 사용된 블레이드들을 가리는 광선은 정확한 사이즈의 평판 디스플레이를 얻기 위하여 요구 되는 너비의 바깥 밴드를 깎아내어 다듬는(trim) 광선으로 전환(advance) 된다.

BTS 모드 과정을 사용하는 IR 솔리드 스테이트 레이저 SIS 절제가공에서, 광선은 평판 디스플레이 위의 패턴이 각인된 밴드를 창출하기 위한 기판과 광학 시스템의 상대적인 움직임의 방향에 수직 방향에서 스캔 된다. 그러므로 평판 디스플레이 표면 위의 움직이는 이미지가 각 밴드의 가장자리에 평행하여 이동하기 때문에 각 밴드의 시작 혹은 끝에서 발생하는 일반적인 가장자리 문제는 발생하지 않는다. 그러나 밴드의 길이에 따라서 픽셀들의 정확한 숫자를 딱 맞게 형성시키는 것과 관련하여 문제가 있을 수 있다. 왜냐하면 움직이는 방향 광선에 수직방향에 있는 이미지에서 픽셀들의 제한된 숫자는 평판 디스플레이 디자인에 의해 요구 된 픽셀들의 숫자로 정확하게 나누어질 수 없을지도 모르기 때문이다. 만약 각 밴드를 교차하는 광선의 마지막 스캔이 광선 스캐너 컨트롤의 조절에 의해 밴드에 따라 위치가 조절되는 경우, 밴드의 길이에 따른 픽셀들의 정확한 숫자가 결정된다. 이러한 진행은 밴드의 휴식기와 비교해 레이저 조사 회수를 두 배로 받는 밴드를 교차하는 광선의 마지막 스캔에서 다소의 셀들의 라인들을 이끌게 된다. 그러나 이러한 과정은 일반적으로 더 낮은 기판으로부터 재료의 얇은 필름을 절제하기 위하여 사용되었기 때문에 레이저 조사회수의 초과는 일반적으로 문제가 되지 않는다.

IR 솔리드 스테이트 레이저를 가진 BTS 모드 과정을 사용하는 SIS 절제가공에서, 이웃하는 밴드들 사이의 접합 라인은 제어 되어야만 하며, 이에 따라 경계 지역의 모든 셀들이 동일한 레이저 조사를 받게 된다. 이것은 이웃하는 밴드에서 일치하는 광선 스캔에 의해 규정된 첫 번째 이미지와 하나의 밴드에서 광선 스캔에 의해 규정된 마지막 이미지의 철저한 오버랩에 의해 이루어진다. 예를 들면, 움직이는 이미지가 스캐닝 방향에서 네 개의 셀들의 배열을 포함하고 있고 수직 방향에서 네 개의 셀을 포함하고 있다면(총 16개의 셀들) 그리고 광선 스캐닝 속도와 광선 조사율이 레이저가 스캐닝 방향에서 각 셀 피치를 조사하기 위해서 조정된다면, 각 스캔 라인의 주요 파트에서 각 기판의 파트는 총 네 번의 레이저 조사를 받을 것이다. 그러나 레이저가 스캔 라인의 마지막에서 조사를 중지할 때 마지막 이미지는 불완전하게 절제된 셀들을 포함할 것이다. 왜냐하면 상기 셀들은 총 횟수보다 점진적으로 부족하게 레이저 조사를 받기 때문이다. 상기 주어진 예에서 마지막 이미지는 유닛 영역당 조사의 횟수가 이미지를 교차하여 4에서 3으로 2로 1로 감소하는 네 개의 셀들의 너비를 가진 컬럼들(columns)을 포함한다. 각 밴드 가장자리에서 이렇게 불완전하게 절제된 지역의 완벽한 절제가공은 이웃 밴드 위의 대응하는 불완전하게 절제된 부분과 함께 오버랩하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 상기 경우에서, 이웃 밴드 위의 이미지들은 3개의 셀들에 의해 오버랩이 된다는 것을 의미한다. 그래서 한 밴드에서 오직 세 개의 조사를 받은 셀들은 이웃 밴드로부터 추가적인 한 번의 레이저 조사를 받고, 한 밴드에서 오직 두 번의 레이저 조사를 받은 셀들은 이웃 밴드로부터 추가적인 두 번의 레이저 조사를 받고, 한 밴드에서 오직 한 번의 레이저 조사를 받은 셀들은 이웃 밴드로부터 추가적인 세 번의 레이저 조사를 받는다. 이러한 방법으로 밴드 경계는 모든 셀들이 정확하게 동일한 레이저조사를 받는 지속적인 패턴을 형성하도록 합쳐지게 된다.

이러한 과정은 평판 디스플레이의 중앙부에서 밴드들 사이의 모든 경계에 효과적이지만 첫 번째와 마지막 밴드들의 바깥 가장자리에서 불완전하게 절제된 셀들은 여전히 문제가 있다.

만약 이러한 측면 가장자리에서 완전하게 모든 셀들을 절제가공하기 위한 요건이 충족된다면, 이는 여러 번 스캔 된 그리고 평판 디스플레이의 좁은 밴드가 평판 디스플레이 셀 패턴의 가장 바깥의 가장자리에 대응하는 맨 끝의 셀 위치와 함께 패턴이 각인되는 추가적인 과정을 수반함에 의해 이루어질 것이다. 그래서 이러한 가장바깥의 셀들은 정확한 횟수의 레이저의 조사를 받는다. 상기 실시예에서, 이러한 보조 과정 동안 4회의 레이저 조사를 필요로 하는 가장 맨 끝의 셀을 위하여 4x4 셀들의 배열을 포함하는 광선을 가진 광선은 마지막 셀을 완전하게 절제가공하기 위하여 3번 더 이러한 셀들을 스캔해야만 한다. 이것은 평판 디스플레이의 가장 맨 끝 사이드에서 불완전한 절제의 문제점을 해결하지만 이러한 과정에서 이것은 완전한 절제를 위해 필요한 최소한보다 더 많은 레이저 조사를 받는 셀들의 밴드를 야기시킨다. 이에 고려된 방법은, 각 사이드 가장자리 셀들을 클리어하기 위하여 프로세스화된 좁은 밴드는 16회의 레이저 조사를 받으며, 16회의 레이저 조사 중 4회의 조사는 표준 밴드 패턴 과정 동안 적용되고 12회의 레이저조사는 가장 맨 끝 가장자리 셀에게 4회의 레이저 조사를 적용하기 위해 필요한 3회의 여분 스캔 동안 나누어져 이루어진다.

위의 모든 논의들은 각인 된 패턴이 전체 영역에 걸쳐 규칙적인 방식에서 반복되는 경우와 관련된 것이다. 그러나 특별한 비반복적인 패턴들이 반복하는 영역 바로 가까이에 이웃하여 발생하는 경우가 있을 수 있다. 이러한 예로서 LCD 칼라 필터 조립상의 BM 매트릭스의 가장자리 주변에 수 ㎜ 너비 내의 BM 수지 필름의 완벽한 절제가공과, 조립 모듈 또는 일직선 형태 내의 드라이버 칩들의 위치와 일치하고 평판 디스플레이 픽셀 매트릭스의 가장자리 주위에 흔적을 참조하는 LCD 칼라 필터 조립의 경계 지역으로부터 ITO 레이어의 절제를 들 수 있다. 이러한 경우들에서, 마스크 위에 규칙적인 것에 이웃한 비규칙적인 것들을 통합하는 것 그리고 몇 타입의 스테이지 시스템 위의 마스크를 설치하는 것이 필수적이다. 그래서 이러한 비규칙적인 형상들은 광선 속으로 이동 될 수 있고 따라서 움직이는 레이저 절제 과정이 평판 디스플레이 가장자리로 나아감에 따라 기판으로 옮겨져 각인될 수 있다.

UV 엑시머 레이저 SIS 절제가공에 있어서, 상기 비반복적인 영역을 쉽게 절제하는 한 방법은 레이저 절제 과정 동안 마스크와 기판은 모두 고정되어 있는 상태에서 그들을 한 단계에서 각인하는 것이고 프로세스 모드를 반복하는 것이다. 이 경우에, 가장자리의 형상은 마스크의 알려진 자리에 통합될 수 있고 마스크는 2개의 축을 가지는 스테이지 시스템 위에 탑재된다. 따라서 마스크 위의 적절한 영역은 동시에 광선 속으로 이동될 수 있고 기판 혹은 광학 시스템은 평판 디스플레이 위에 대응하는 자리로 이동된다. 따라서 정확한 가장자리 형상은 기판 위에 딱 맞는 정확한 위치에서 각인된다. 이러한 과정은 효과적이지만 여러 분리된 단계들이 요구됨으로 느릴 수 있다. 그러므로 전체 평판 디스플레이 영역을 절제하는 전체 시간이 늘어나게 된다.

엑시머 레이저의 경우, 훨씬 더 빠른 방법으로 상기 가장자리 형상들을 절제하는데 사용될 수 있다. 이러한 방법은 마스크와 기판 둘 다 프로젝션 렌즈에 대하여 상대적으로 움직이는 것을 요구한다. 이 경우, 가장자리 형상의 패턴들은 규칙적인 형상의 패턴과 마스크에 아주 가까이 근접한 마스크 위에 위치해 있어야 하고, 기판은 렌즈 확대율에 의해 맞춰진 상대적 속도에 정확하게 맞춰져서 정확히 함께 움직여야만 한다. 이것은 진보적인, 고도의 자료처리가 가능한 IC 세미컨덕터 익스포저 툴(IC semiconductor exposure tools)과 1배율의 FPD(평판 디스플레이) 익스포저 툴에서 사용된 이동하는 프로세스 형태이다. 물론 만약 마스크가 레이저 절제 과정 동안 이동되어야만 한다면, 마스크의 움직임(기판의 움직임)은 레이저가 규칙적인 기판 평판 디스플레이 패턴을 정확하게 덮을 수 있도록 조사될 때 정확한 위치에 있어야 하는 요구에 항상 따라야 한다. 기판과 기판의 척(chuck)과 스테이지들은 무겁기 때문에 급속히 속도를 바꾸지 못한다. 마스크와 관련된 스테이지들은 적절한 속도로 신속히 가속할 수 있다는 것이 중요하다.

비반복적인 형상은 항상 평판 디스플레이의 규칙적인 패턴의 가장자리 주위에서 발생하기 때문에, 해당 기판 스테이지는 방향을 바꾸어 역방향으로 이동하기 위하여 평판 디스플레이를 교차하는 기판의 끝부분에서 일반적으로 느리게 진행된다. 따라서 상기 과정에서 기판은 마스크 스테이지가 움직여야 할 때 느리게 움직이며, 이에 따라 마스크의 움직임이 기판 스테이지와 함께 동기화되기 위하여 필요로 하는 속도는 적절해진다.

IR 솔리드 스테이트 레이저를 가진 SIS 절제가공에 있어서, 레이저의 반복율과 광선의 속도는 레이저가 조사되는 동안 마스크의 이동을 따라잡기에 너무 높다. 이 경우에, 주 반복되는 평판 디스플레이 구조 주위에 특별한 비반복적인 형상을 형성하기 위하여 적절한 마스크들이 평판 디스플레이 위에 적절한 모양의 작은 이미지를 형성하기 위하여 광선 속으로 이동된다. 만약 이상적인 희망 지역으로부터 필름을 완벽하게 절제하는 것이 요구된다면 광선은 광선 스캐너 컨트롤러와 스테이지 모션을 사용한 평판 디스플레이의 표면 위로 이동된다. 이러한 2D 스캐닝 과정은 레이저 마킹 영역과 조판 시스템들에서 매우 잘 알려져 있다.

SIS 레이저 절제 툴 위의 마스크에 레이저를 조사하기 위하여 사용된 광원은 다음의 범위안에서 선택될 수 있다. 효과적인 절제가공을 위하여 필름에 의해 충분히 흡수 되게 하기 위해 충분히 짧은 파장을 가져야하며, 움직이는 기판들 위에서 이미지를 흐릿하게 하는 것을 피하기 위해 충분하게 짧은 펄스를 가져야한다.

본 발명에 적용할 수 있는 레이저 광원들의 예들은 아래와 같다.

a) 248nm, 308nm, 혹은 351nm에서의 엑시머 레이저.

b) 1064nm, 532nm, 355nm, 혹은 266nm 에서 활발한 매개물 오퍼레이팅과 같은 네오디뮴에 기초한 솔리드 스테이트 레이저를 공급하는 다이오드 혹은 램프.

c) 절제되기 위한 필름에 의해 흡수된 파장에서 일 마이크로초보다 덜 지속되는 파장에서 조사한 어떤 다른 레이저 광원.

상기 광학 시스템들은 이미지 영역 내의 필름에서 균등한 레이저 절제용량을 보장하기 위하여, 마스크상으로의 조사에서 균일한 필드를 형성할 수 있어야 한다.

도 1은 SIS 레이저 절제 방법의 기본 원칙을 설명하는 설명도.

도 2는 본 발명의엑시머 레이저 SIS 조사 절제장치의 구성도.

도 3은 다른 실시예의 엑시머 레이저 SIS 조사 절제장치의 구성도.

도 4는 또다른 실시예의 엑시머 레이저 SIS 조사 절제장치의 구성도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

1, 5. 기판

2. 필름

3, 10. 광선

7. 마스크

8. 렌즈

11. 블레이드

SIS 레이저 절제가공장치의 바람직한 실시예를 첨부된 다이아그램(그림 1,2,3,4, 그리고 5)으로 설명한다.

도 1은 SIS 레이저 절제 방법의 기본 원칙을 보여준다. 필름 레이어(2)로 코팅된 기판(1)은 절제가공을 위한 Y방향에서 주기적으로 조사되는(pulsed) 광선(3)에 대하여 점진적으로 움직인다. 광선은 요구된 픽셀 혹은 평판 디스플레이의 셀 패턴에 대응하는 필름 위의 이미지를 각인시킨다. 도 1에서 도시된 바와 같이 이미지는 기판이 움직이는 방향에서의 6개의 픽셀 셀들을 포함하는 것을 도시하고 있다. 따라서 각 광선의 조사는 6개의 셀 너비인 필름의 밴드를 절제한다. 각 레이저 조사 사이에 기판은 정확하게 1개의 셀 피치만큼 움직이며, 그 다음 파동은 정확하게 오버랩되는 패턴을 만들지만 그것을 1셀 피치에 의해 디스플레이 된다. 도 1은 광선이 6 셀들의 폭인 것을 도시하고 있으며, 필름의 각 영역은 6회의 레이저 조사를 받고 광선으로부터 이동한다.

도 2는 엑시머 레이저 SIS 조사 절제장치를 도시하고 있다. LCD 칼라 필터 또는 TFT 정렬 의 구성 필름들로 코팅된 그리고 얇은 인듐-주석 산화물(ITO) 레이 어로 전체 코팅된 유리기판(5)은 직각의 X1과 Y1 방향으로 움직일 수 있는 두 개의 축을 갖는 테이블(6) 위에서 지지된다. 옮겨질 패턴을 갖는 마스크(7)는 프로젝션 렌즈(8) 위에 광선에 올라진다. 블레이드(11)를 가리는 광선은 직각의 X2와 Y2의 방향으로 움직여질 수 있는 다른 두 축을 갖는 테이블(9) 위에서 지지된다. 마스크는 요구에 따라 규칙적인 패턴영역의 가장자리의 비규칙적인 패턴의 각인을 위하여 세 번째로 두 개의 축을 갖는 움직이는 스테이지 부품위로 장착될 수 있다. 각 테이블(6, 9)의 두 방향 Y1과 Y2(그리고 또한 X1과 X2)는 각각 서로에게 정확하게 평행하도록 세팅 되어야 한다.

351nm, 308nm 또는 심지어 193nm에서 작동한 엑시머 레이저로부터의 광선 (10)은 마스크(7)에서 균일한 필드를 얻을 수 있도록 형성된다. 마스크(7)를 경유하여 레이저에 의해 조사된 영역(12)은 (예를 들어)2 의 축소비를 가진 프로젝션 렌즈(8)를 사용한 기판(5)위의 필름 표면 위에 이미지화된다.

절제가공작업에서 시스템은 다음과 같이 작동한다. 기판은 도 2에서는 도시되지 않은 정렬 카메라들을 사용하며 순환적이고 공간적으로 정렬된다. 기판은 한 가장자리 그리고 Y1방향으로 평판 디스플레이어에 의해 절제된 필름 밴드(13)로 이동된다. 이것이 가장자리 밴드이기 때문에 이미지의 한 면 위의 구조화된 가장자리는 부분적인 레이저 절제를 막기 위해 덮어지는 것이 필요하다. 따라서 Y방향에 평행한 에지를 가진 블레이드는 블레이드 스테이지의 이동에 의해 정확한 양이 X방향 으로 광선 속으로 이동된다. Y방향 이동의 각 처음과 끝에서, 테이블(9)에 부착된 블레이드는 절제된 밴드의 가장자리를 정확하게 처리하기 위해, 점진적으로 Y방향으로 광선(10)안으로 이동하여 광선을 가리게 된다.

이 밴드를 완성한 후에 이미지 가장자리 구조를 가리는 블레이드는 광선으로부터 제거되며, 기판은 이미지의 평균 사이즈에 대응하는 적절한 간격만큼 옆으로(X1방향) 이동된다. 더 나아가 Y1에서의 기판 움직임은 반복적이다. 마지막 밴드를 위하여 적절한 사이드 블레이드는 구조화된 이미지의 에지를 가리기 위하여 광선 속으로 이동되어야 한다. 기판 전체에 대해 수행된 후에 프로세스는 완료된다.

도 2는 평판 디스플레이가 짧은 축에 평행한 방향으로 이동되는 것과 10개의 밴드들이 전체 평판 디스플레이 영역 커버하는 것을 도시한다. 선택 된 이동 방향과 더불어 디스플레이와 렌즈 필드 사이즈에 따라 스캔의 횟수는 10보다 크거나 적어질 수 있다. 전형적인 렌즈 필드는 지름이 50㎜까지 일 수 있지만 더 작은 것이 더 보편적이다.

구조화된 이미지 가장자리 모형을 참작하는 것은 사이드 스텝 간격이 전형적으로 20에서 45㎜ 범위 내에 있을 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 52인치 평판 디스플레이의 경우 짧은 축 방향에서 움직여질 때 50개 혹은 더 많은 밴드들이 전체 영역을 커버하기 위하여 사용될 것이고, 반면에 42인치 평판 디스플레이의 경우 긴 축 방향에서 스캔 될 때 레이저 절제를 완성시키기 위해서 20밴드들이 필요할 것이다.

도 3은 또 다른 가능한 레이저 절제장치의 실시예를 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기판 스테이지들은 훨씬 더 크므로 다수의 디스플레이들과 함께 유리 시트(14)가 절제될 수 있다. 기판의 더 큰 사이즈 덕분에 하나의 축(Y1)에서 이 스테이지의 움직임을 제한시키는 것은 편리하다. 이 경우, X방향 으로의 기판에 대한 광선의 움직임은 기판 위 과선교 상에서 스테이지 위를 X방향으로 움직이는 캐리지 위에 마스크와 렌즈 어셈블리를 장착함으로써 가능하다. 이러한 분리된 축을 사용하는 배열은 장치가 차지하는 공간(footprint)이 감소되어지기 때문에 큰 기판에 있어서 편리하다.

도 3은 또한 동시에 평판 디스플레이 기판(15) 위에 두 절제영역(A, A’)을 형성시키는 평행한 광학 프로젝션 채널들을 도시하고 있다. 이러한 구성은 스테이지 속도 증가 없이 전체 레이저 절제 시간을 감소시킬 수 있다. 동시에 작동하는 두 개의 평행한 프로젝션 채널보다 더 많은 채널을 적용하는 것은 기술적으로 분명히 가능하다. 만약 프로세스화된 시트가 충분하게 크다면, 단수 레이저 혹은 다수 레이저에 의해 공급된 8개 또는 더 많은 광학 헤드를 가진 시스템들이 적용될 수 있다. 실질적 제한은 툴의 복잡성이 증가에 더하여 광학 헤드 위의 마스크들과 블레이드 스테이지의 근접에 의해 정해진다.

도 2와 도 3에서 도시되는 장치와 다른 구성도 가능하다. 기판이 매우 큰 경우를 위하여 레이저 절제과정 동안 기판을 고정하도록 유지하는 것이 가능하며, 2 개의 축으로 움직이는 광학 마스크 프로젝션 시스템 또한 가능하다. 이러한 경우에 그 마스크와 프로젝션 광학 조립체는 기판 위 과선교 상의 두 축을 따라 움직이는 캐리지에 의해 운반되어진다.

대체적인 구성은 기판에 대해 수직인 면에서 기판과 함께 실시된다. 이러한 구성은 도 2, 3에서 도시된 구조에 적용이 가능하지만 도 3에서 보여진 분리된 축 시스템을 위해 더 쉽게 실시될 수 있다. 이 경우, 절제가공을 위한 (큰)기판은 기판의 가장자리에 고정되고 마스크 스테이지가 평행한 Y2방향을 따라 움직이는 동안 기판은 Y1방향을 따라 수평으로 움직인다. 각 평판 디스플레이의 길이에 따른 레이저 절제 패턴의 움직임은 X1방향에 대해 수직으로 마스크 운반하는 캐리지에 의해 이루어진다. 한편, X2방향과 평행한 움직임에 따라 마스크의 위치는 교정 된다.

도 4는 도 2에서 도시된 것과 유사한 구성을 도시하고 있다. 그러나 광선 스캐너 유닛은 IR 솔리드 스테이트 레이저(10)로 SIS 절제가공이 가능한 광학 프로젝션 시스템을 포함한다. 이 경우에 이미지는 Y1방향에 수직인 X1방향상의 광선 스캐너 유닛에 의한 BTS모드에서 기판과 대응하여 움직이며, 기판은 각 밴드의 끝에서 밴드의 너비만큼 X1방향으로 옆으로 이동한다.

엑시머 레이저의 경우와 같이 다른 장치 또한 IR 솔리드 스테이트 레이저 SIS 절제가공으로의 적용이 가능하다. 기판은 항상 고정적으로 유지할 수 있고 프 로젝션 렌즈와 스캐너 유닛과 마스크로 구성된 광학 시스템은 두 직각 축들에서 움직여진다. 또는 기판은 오직 한 방향에서 움직일 수 있고 광학 시스템은 다른 방향에서 움직인다. 기판의 수직 진로상의 이동 또한 가능하다.

Claims (10)

1. 기판(1,5) 상의 얇은 필름(2)을 규칙적으로 조사되는(pulsed) 레이저광선(3, 10)의 조사로 절제(切除; ablation)하여 규칙적으로 반복되는 패턴을 형성하는 방법에 있어서,

   조사되는 광선(3,10)이 패턴의 윤곽을 갖는 마스크(7)를 통과하며, 마스크의 패턴 이미지를 따라 조사된 레이저광선은 프로젝션 렌즈(8)에 의해 필름의 표면상에 축소되어 조사되므로, 필름에서의 레이저광선의 에너지 밀도는 필름을 절제할 수 있을 만큼 충분히 높은 것을 특징으로 하며, 나아가 패턴을 형성하는 공정은,

   (i) 마스크를 사용하는 불연속적인 레이저 절제 단계의 반복적인 공정은 프로젝션 렌즈(8)에 대하여 고정적이고, 기판(1,5)의 전체 중 일부의 영역을 절제하게 되며, 마스크를 통과하는 불연속적으로 조사되는 각각의 레이저광선은 기판(1,5)에서 필름(2)의 절제를 위한 한계 값을 넘는 에너지 밀도를 갖게 되는 공정; 그리고

   (ii) 불연속적인 레이저 절제 과정은 기판(1)의 전범위에 걸쳐서 반복되어 진행되어 다수의 픽셀들을 포함하는 전체적인 패턴을 형성시키며, 이는 레이저 광선(3,10) 또는 기판(1,5)이 패턴의 한 축에 평행한 방향(X1)을 따르는 움직임에 의해 이루어진다. 그리고 마스크에 조사되는 레이저 광원은 기판(1,5) 또는 레이저 광선(3,10)이 기판(1,5)상의 완성된 패턴의 반복단위 수만큼 이동하게 되면 즉시 활성화되는 공정;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동하는 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 패턴을 각인하는 과정 동안, 기판(1,5) 또는 광선(3,10)의 이동 방향에 평행한 방향(X1)상의 기판에 레이저 광선이 조사되는 부분은, 조사되는 영역을 기판이 통과한 후, 해당부분의 필름의 각 부분이 필름절제에 충분한 펄스의 광선을 받게 되는 것을 특징으로 하는 이동하는 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 패턴을 각인하는 과정은 기판(1,5)으로 마스크의 패턴을 옮기기 위하여 광학 프로젝션 시스템(8)을 사용하는 것을 특징으로 하는 이동하는 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 광선의 광원은 UV 엑시머 레이저인 것을 특징으로 하는 이동하는 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법
5. 제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 광선의 광원은 IR 고체레이저(IR solid state laser)인 것을 특징으로 하는 이동하는 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 패턴을 형성하는 과정에서 기판(1,5)상의 절제되기 위한 영역의 가장자리는 마스크(7)의 표면에 근접하게(9) 위치된 움직일 수 있는 블레이드(11)에 의해 한정 되는 것을 특징으로 하는 이동하는 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   마스크(7)는, 기판(1,5)에 각인되는 패턴의 가장자리 부분에 각인되지 않게 하기 위해서 이동하는 레이저 절제공정 중 또는 후에 있어서의 적절한 시간에, 움직이는 것을 특징으로 하는 이동하는 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 기판(1,5)은 일련의 평행한 밴드 내에서 절제되며, 밴드들이 오버랩되는 부분으로 조사되는 레이저 도즈(dose)는 이 미지 형성 마스크에 의해 조절되고, 상기 이미지 형성 마스크는 마스크 패턴의 각 측에 스텝 형 또는 랜덤 형의 전달 프로파일을 가지며,

   하나 또는 둘 이상의 상기 스텝 형 또는 랜덤 형의 전달 프로파일은 FPD 배열(array)상의 셀들을 완성시키는 것을 특징으로 하는 이동하는 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 패턴 각인방법을 수행하는 이동하는 기판상의 얇은 필름(박막)에 패턴을 각인하는 장치.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 패턴 각인 방법에 의해 패턴이 형성된 제품.

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