KR20120078014A - 마스크리스 노광 장치 - Google Patents

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KR20120078014A
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Abstract

본 발명은 조도를 균일화하여 패턴 불량을 최소화할 수 있는 마스크 리스 노광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 마스크 리스 노광 장치는 광을 생성하는 광원과; 상기 광을 노광할 이미지 정보를 가지는 노광빔으로 변환하는 디지털 마이크로 미러 소자와; 상기 디지털 마이크로 미러 소자로부터의 노광빔을 기판에 형성된 감광막에 조사하는 투영 광학계와; 상기 투영 광학계를 통해 상기 기판에 조사되는 상기 노광빔의 초기 조도 분포 특성과 상반되는 투과율을 가지도록 형성되어 상기 감광막에 조사되는 상기 노광빔의 조도를 균일화하는 조도 보상 필터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

마스크리스 노광 장치{MASKLESS EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 조도를 균일화하여 패턴 불량을 최소화할 수 있는 마스크 리스 노광 장치에 관한 것이다.
최근 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시 장치들이 대두되고 있다. 평판 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel) 및 일렉트로-루미네센스(Electro-Luminescence : EL) 표시 장치 등이 있다.
이러한 평판 표시 장치는 증착(코팅) 공정, 노광 공정, 현상 공정 및 식각 공정 등을 포함하는 마스크 공정에 의해 형성되는 다수의 박막으로 이루어진다. 이 중 노광 공정은 노광 장치에서 출사되는 노광빔을 감광막에 조사하여 감광막을 패턴 형상으로 노광한다.
그러나, 노광 장치에서 출사되는 노광빔의 조도가 균일하지 않은 경우, 그 노광빔을 이용하여 감광막을 노광하고 현상하면 감광막의 테이퍼각도 및 선폭이 달라져 패턴 불량이 발생되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 조도를 균일화하여 패턴 불량을 최소화할 수 있는 마스크 리스 노광 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 마스크 리스 노광 장치는 광을 생성하는 광원과; 상기 광을 노광할 이미지 정보를 가지는 노광빔으로 변환하는 디지털 마이크로 미러 소자와; 상기 디지털 마이크로 미러 소자로부터의 노광빔을 기판에 형성된 감광막에 조사하는 투영 광학계와; 상기 투영 광학계를 통해 상기 기판에 조사되는 상기 노광빔의 초기 조도 분포 특성과 상반되는 투과율을 가지도록 형성되어 상기 감광막에 조사되는 상기 노광빔의 조도를 균일화하는 조도 보상 필터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마스크 리스 노광 장치는 상기 광원과 디지털 마이크로 미러 소자 사이에 형성되어 상기 광원으로부터의 광을 이용해 상기 디지털 마이크로 미러 소자를 조명하며, 상기 광원으로부터의 조도 분포를 균일하게 1차 조정하는 호모지나이저를 포함하는 조명 광학계를 더 구비하며, 상기 투영 광학계는 상기 디지털 마이크로 미러 소자로부터의 노광빔을 확대하는 빔익스펜더와; 상기 노광빔을 복수개의 노광빔들로 분리하여 집광시키도록 복수개의 렌즈들이 어레이된 멀티 어레이 렌즈와; 상기 멀티 렌즈 어레이로부터의 노광빔의 해상도를 조정하여 상기 감광막에 조사하는 프로젝션 렌즈를 구비하며, 상기 조도 보상 필터는 상기 빔익스펜더 및 상기 마이크로 렌즈 사이에 배치되어 상기 디지털 마이크로 미러로부터의 노광빔의 조도분포를 균일하게 2차 조정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 조도 보상 필터는 상기 멀티 렌즈 어레이와 대응하는 크기의 필터 기판과; 상기 필터 기판 상에 상기 노광빔의 초기 조도 분포 특성에 따라 두께가 다른 차광막을 구비하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 차광막은 상기 노광빔의 초기 조도가 높을수록 두께가 낮아지며, 상기 노광빔의 초기 조도가 낮을수록 두께가 높아지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 호모지나이저는 플라이 아이 렌즈(Fly eye's Lens), 로드 렌즈(Rod Lens) 및 인터그레이터(Integrator) 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마스크 리스 노광 장치는 상기 스테이지에 부착되며, 상기 감광막을 노광하기 전에 상기 노광 장치의 상기 초기 조도 분포를 측정하는 조도 측정계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마스크 리스 노광 장치는 상기 기판과 상기 프로젝션 렌즈 사이에 형성되어 상기 기판 상에 도포된 상기 감광막의 높이차를 보상하는 높이 보상 필터를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 높이 보상 필터는 상기 기판과 대응하는 크기의 제2 필터 기판과; 상기 제2 필터 기판 상에 상기 감광막의 높이에 따라 두께가 다른 제2 차광막을 구비하는 것을 특징으로 한다.
더 구체적으로, 상기 감광막은 상기 기판의 중앙부에서 상기 기판의 외곽부로 갈수록 두께가 낮아지며, 상기 제2 차광막은 상기 제2 필터 기판의 중앙부에서 상기 제2 필터 기판의 외곽부로 갈수록 두께가 높아지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 노광 공정 전에 노광장치의 초기 조도 분포를 측정하여 그 초기 조도 분포와 상반되는 투과율 특성을 가지는 조도 보상 필터를 구비한다. 이 조도 보상 필터에 의해 노광빔의 조도 분포가 균일해진다. 균일해진 노광빔을 이용하여 감광막을 노광하고 현상함으로써 조도 편차로 인한 패턴 불량을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 상에 도포되는 감광막의 높이차를 보상하기 위한 높이 보상 필터를 구비한다. 이 높이 보상 필터를 이용하여 감광막의 높이차를 노광량으로 보상함으로써 높이차로 인한 패턴 불량을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마스크 리스 노광 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 조도 보상 필터를 이용한 보상 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 도 1에 도시된 조도 보상 필터를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마스크 리스 노광 장치를 이용한 노광 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마스크 리스 노광 장치를 나타내는 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 높이 보상 필터를 나타내는 단면도들이다.
도 7은 본 발명에 따른 마스크 리스 노광 장치를 이용하여 형성되는 액정 표시 장치를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 마스크리스 노광 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 마스크리스 노광 장치는 광원(100)과, 조명 광학계(110)와, 디지털 마이크로 미러 소자(Digital Micromirror Device, 이하, DMD라 함)(120)와, 투영 광학계와, 스테이지(102)를 구비한다.
광원(100)은 반도체 레이저 또는 자외선 램프로 형성되어 노광을 위한 광을 생성한다.
조명 광학계(110)는 광원(100)으로부터의 점광 형태로 형성된 광을 면광 형태로 변환하며, 변환된 광을 이용해 DMD(120)를 조명한다. 이러한 조명 광학계(110)는 호모지나이저(Homogenizer; 112), 일루미네이터(Illuminator, 114) 및 반사 미러(116)로 이루어진다. 호모지나이저(112)는 광원(100)에서 생성된 광의 에너지 밀도 균일도를 향상시키도록 광의 조도 분포를 1차로 조정한다. 이러한 호모지나이저(112)는 플라이 아이 렌즈(Fly eye's Lens), 로드 렌즈(Rod Lens) 및 인터그레이터(Integrator) 중 적어도 어느 하나로 형성된다.
반사 미러(116)는 일루미네이터(114)를 통과한 광을 반사시켜 DMD(120)로 전달한다.
DMD(120)는 반사 미러(116)에서 전달받은 광을 기판(101) 상에 형성된 감광막을 노광할 이미지 정보가 반영되도록 노광빔으로 변환된다. 이러한 DMD(120)는 다수개의 작은 단위 미러가 각도를 조절할 수 있도록 배열된 것으로서, 각각의 단위 미러의 각도를 변화시키면서 광을 반사하게 된다.
구체적으로, DMD(120)는 메모리셀 상에 각 화소를 형성하는 다수의 마이크로 미러(예를 들어 약, 1024개×768개)가 격자 형상으로 배열되어 형성된다. 마이크로 미러의 표면 상에는 알루미늄 등의 고반사율층이 형성된다. 이러한 DMD(120)는 DMD 드라이버(도시하지 않음)로부터의 온/오프 신호에 의해 구동된다. 예를 들어, DMD 드라이버로부터의 온 신호에 의해 DMD(120)의 메모리셀이 활성화되면, 활성화된 메모리셀과 대응되는 마이크로 미러가 소정각도로 경사지게 배열됨으로써 DMD(120)에 입사된 광이 마이크 미러에 의해 반사되어 투영 광학계로 조사된다.
투영 광학계는 DMD(120)로부터의 이미지 정보가 반영된 광을 감광막에 조사하여 노광 공정을 수행한다. 이를 위해, 투영 광학계는 빔 익스펜더(Beam Expander; 122)와, 조도 보상 필터(130)와, 멀티 렌즈 어레이(124)와, 프로젝션 렌즈(126)로 이루어진다.
빔익스펜더(122)는 DMD(120)로부터 출사된 노광빔의 조사면적을 노광할 감광막의 사이즈 및 노광 헤드의 개수에 따라 넓게 확장시킨다.
조도 보상 필터(130)는 빔익스펜더(122)로부터 출사되는 노광빔의 조도의 균일도를 향상시키도록 조도 측정계(도시하지 않음)로부터의 조도 측정 결과에 따라 노광빔의 조도 분포를 2차로 조정한다.
구체적으로, 조도 측정계는 스테이지(102)에 부착되어 노광 공정 전에 DMD(120)와; 투영 광학계를 통해 기판(101) 상에 결상된 약 1024개×768개의 스폿(Spot)의 초기 조도 분포를 측정한다. 측정 결과, 도 2a에 도시된 바와 같이 노광 장치에 따라서 기판(101) 상에는 다수개의 서로 다른 조도 분포를 가지는 스폿이 결상된다.
조도 보상 필터(130)는 초기 조도 분포와 상반되는 투과율 특성을 가지도록 형성된다. 즉, 도 2a에 도시된 고조도 분포를 가지는 영역에서 도 2b에 도시된 바와 같이 노광빔의 투과율을 낮추고 도 2a에 도시된 저조도 분포를 가지는 영역에서 노광빔의 투과율을 높힌다. 이를 위해, 조도 보상 필터(130)는 도 3에 도시된 필터 기판(132)과, 필터 기판(132) 상에 형성되는 차광막(134)으로 이루어진다. 필터 기판(132)은 투명 재질의 유리 기판 또는 플라스틱 기판 등으로 형성되며, 멀티 렌즈 어레이(124)와 대응하는 크기를 가진다. 차광막(134)은 고조도 분포를 가지는 영역에서 불투명 금속막이 상대적으로 높은 두께로 형성되고 저조도 분포를 가지는 영역에서 불투명 금속막이 상대적으로 낮은 두께로 형성된다. 불투명 금속막은 예를 들어 크롬(Cr), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등으로 형성된다.
이에 따라, 조도 보상 필터(130)를 통과한 노광빔의 조도는 도 2c에 도시된 바와 같이 균일하게 향상된다.
멀티 렌즈 어레이(124)는 공간필터(Spatial Filter)와 결합되도록 형성되며, 조도 보상 필터(130)에서 출사된 균일한 조도의 노광빔을 복수개의 노광빔들로 분리하여 집광시키도록 DMD(120)의 메모리셀과 일대일로 매칭되는 복수개의 렌즈들이 어레이되어 형성된다. 예를 들어, DMD가 1024개×768개의 마이크로 미러로 이루어진 경우, 멀티 렌즈 어레이도 1024개×768개로 이루어진다.
프로젝션 렌즈(126)는 멀티 렌즈 어레이(124)에서 집광된 노광빔들의 해상도를 조정하여 투과시킨다.
스테이지(102) 상에는 감광막이 형성된 기판(101)이 안착된다. 기판(101)이 안착된 스테이지(102)는 노광 장치의 노광 헤드부에 대해 이동하거나, 기판(101)이 안착된 스테이지(120)는 고정되고 노광 헤드부가 이동하거나, 스테이지(102) 및 노광 헤드부가 모두 이동할 수도 있다. 또한, 기판(101) 상에는 하나의 노광 헤드부가 배치되거나 다수개의 노광 헤드부가 배치될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마스크 리스 노광 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 스테이지(102)에 부착된 조도 측정계를 통해 기판(101) 상에 결상되는 노광빔의 초기 조도 분포를 측정한다(S1단계). 측정 결과, 초기 조도 분포가 균일하면(S2단계), 기판(101) 상에 형성된 감광막을 노광한다(S4단계). 초기 조도 분포가 불균일하면(S2단계), 빔 익스펜더(122)와 마이크로 렌즈 어레이(124) 사이에 초기 조도 분포와 상반되는 투과율 특성을 가지는 조도 보상 필터(130)를 배치한다(S3단계). 이에 따라, 노광 장치에서 출사되는 노광빔의 조도가 균일화된다. 그런 다음, 노광 장치를 통해 출사되는 균일한 조도의 노광빔을 이용하여 기판(101) 상에 형성된 감광막을 노광한다(S4단계).
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마스크리스 노광장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 노광 장치와 대비하여 높이 보상 필터(140)를 추가로 구비하는 것을 제외하고는 동일한 구성요소를 구비한다. 이에 따라, 동일한 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
높이 보상 필터(140)는 기판(101)과 프로젝션 렌즈(126) 사이에 기판(101)과 대응하는 크기로 형성된다. 이 높이 보상 필터(140)는 기판(101) 상에 도포되는 감광막의 높이가 일정하지 않아 발생되는 패턴 불량을 최소화하도록 감광막에 조사되는 조도량을 조절한다.
구체적으로, 스핀코팅 방식으로 도포되는 감광막은 기판(101)의 외곽부보다 기판(101)의 중앙부에서 높게 형성된다. 이에 따라, 마스크 리스 노광 장치의 조도 보상 필터(130)를 통해 균일한 조도의 노광빔이 조사되더라도 기판(101)의 외곽부에 위치하는 감광막은 원하는 높이만큼 노광효율을 얻을 수 있는 반면에 기판(101)의 중앙부에 위치하는 감광막은 원하는 높이만큼 노광효율을 얻을 수가 없다. 따라서, 높이 보상 필터(140)는 기판(101)의 외곽부보다 기판(101)의 중앙부에 조사되는 조도량이 더 많도록 감광막의 높이와 상반되는 투과율을 가지도록 형성된다.
이를 위해, 높이 보상 필터(140)는 제2 필터 기판(142)과, 제2 필터 기판(142) 상에 형성되는 제2 차광막(144)을 구비한다.
제2 필터 기판(142)은 투명 재질의 유리 기판 또는 플라스틱 기판 등으로 형성되며, 스테이지(102) 상에 안착된 기판(101)과 대응하는 크기를 가진다.
제2 차광막(144)은 크롬(Cr), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등의 불투명 금속막으로 형성된다. 이러한 제2 차광막(144)은 기판(101)의 외곽부와 대응하는 제2 필터 기판(142)의 외곽부에서 기판(101)의 중앙부와 대응하는 제2 필터 기판(142)의 중앙부로 갈수록 두께가 두껍게 형성된다. 예를 들어, 제2 차광막(144)은 제2 필터 기판(142)의 외곽부에서 제2 필터 기판(142)의 중앙부로 갈수록 도 6a에 도시된 바와 같이 두께가 점진적으로 두껍게 형성되거나 도 6b에 도시된 바와 같이 순차적으로 두껍게 형성된다.
이와 같은 본 발명에 따른 마스크 리스 노광 장치를 이용해서 액정 표시 패널 뿐만 아니라 플라즈마 디스플레이 패널, 전계 발광 표시 패널 및 전계 방출 소자 등의 평판 표시 소자의 박막 또는 후막을 형성할 수 있다.
구체적으로, 도 7에 도시된 본 발명에 따른 액정 표시 패널은 액정층(160)을 사이에 두고 서로 대향하여 합착된 박막 트랜지스터 기판(150) 및 컬러 필터 기판(180)을 구비한다.
컬러 필터 기판(180)은 상부기판(182) 상에 순차적으로 형성된 블랙매트릭스(184), 컬러필터(186), 공통 전극(188), 컬럼 스페이서(도시하지 않음)를 구비한다.
박막 트랜지스터 기판(150)은 하부 기판(152) 위에 서로 교차하게 형성된 게이트 라인(156) 및 데이터 라인(154)과, 그 교차부에 인접한 박막 트랜지스터(158)와, 그 교차 구조로 마련된 화소 영역에 형성된 화소 전극(170)을 구비한다.
이러한 액정 표시 패널의 컬러필터(186), 블랙 매트릭스(184) 및 컬럼 스페이서 등과 같은 감광물질로 형성되는 박막 패턴과, 액정 표시 패널의 박막트랜지스터(158), 게이트 라인(156), 데이터 라인(154) 및 화소 전극(170) 등과 같은 무기물질로 형성되는 박막을 패터닝하기 위한 마스크로 이용되는 감광막은 본원 발명에 따른 노광 장치를 통해 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100 : 광원 110 : 조명 광학계
112 : 호모지나이저 114 : 일루미네이터
116 : 반사 미러 120 : DMD
122 : 빔익스펜더 124 : 멀티 렌즈 어레이
126 : 프로젝션 렌즈 130 : 조도 보상 필터
140 : 높이 보상 필터

Claims (9)

  1. 광을 생성하는 광원과;
    상기 광을 노광할 이미지 정보를 가지는 노광빔으로 변환하는 디지털 마이크로 미러 소자와;
    상기 디지털 마이크로 미러 소자로부터의 노광빔을 기판에 형성된 감광막에 조사하는 투영 광학계와;
    상기 투영 광학계를 통해 상기 기판에 조사되는 상기 노광빔의 초기 조도 분포 특성과 상반되는 투과율을 가지도록 형성되어 상기 기판에 형성되는 감광막에 조사되는 노광빔의 조도를 균일화하는 조도 보상 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 리스 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원과 디지털 마이크로 미러 소자 사이에 형성되어 상기 광원으로부터의 광을 이용해 상기 디지털 마이크로 미러 소자를 조명하며, 상기 광원으로부터의 조도 분포를 균일하게 1차 조정하는 호모지나이저를 포함하는 조명 광학계를 더 구비하며,
    상기 투영 광학계는
    상기 디지털 마이크로 미러 소자로부터의 노광빔을 확대하는 빔익스펜더와;
    상기 노광빔을 복수개의 노광빔들로 분리하여 집광시키도록 복수개의 렌즈들이 어레이된 멀티 어레이 렌즈와;
    상기 멀티 렌즈 어레이로부터의 노광빔의 해상도를 조정하여 상기 감광막에 조사하는 프로젝션 렌즈를 구비하며,
    상기 조도 보상 필터는 상기 빔익스펜더 및 상기 마이크로 렌즈 사이에 배치되어 상기 디지털 마이크로 미러로부터의 노광빔의 조도분포를 균일하게 2차 조정하는 것을 특징으로 하는 마스크 리스 노광 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 조도 보상 필터는
    상기 멀티 렌즈 어레이와 대응하는 크기의 필터 기판과;
    상기 필터 기판 상에 상기 노광빔의 초기 조도 분포 특성에 따라 두께가 다른 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 리스 노광 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 차광막은 상기 노광빔의 초기 조도가 높을수록 두께가 낮아지며, 상기 노광빔의 초기 조도가 낮을수록 두께가 높아지는 것을 특징으로 하는 마스크 리스 노광 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 호모지나이저는 플라이 아이 렌즈(Fly eye's Lens), 로드 렌즈(Rod Lens) 및 인터그레이터(Integrator) 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 리스 노광 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지에 부착되며, 상기 감광막을 노광하기 전에 상기 노광 장치의 상기 초기 조도 분포를 측정하는 조도 측정계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 리스 노광 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 프로젝션 렌즈 사이에 형성되어 상기 기판 상에 도포된 상기 감광막의 높이차를 보상하는 높이 보상 필터를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 리스 노광 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 높이 보상 필터는
    상기 기판과 대응하는 크기의 제2 필터 기판과;
    상기 제2 필터 기판 상에 상기 감광막의 높이에 따라 두께가 다른 제2 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 리스 노광 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 감광막은 상기 기판의 중앙부에서 상기 기판의 외곽부로 갈수록 두께가 낮아지며,
    상기 제2 차광막은 상기 제2 필터 기판의 중앙부에서 상기 제2 필터 기판의 외곽부로 갈수록 두께가 높아지는 것을 특징으로 하는 마스크 리스 노광 장치.
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