KR20120136206A - 마스크리스 가공 장치 - Google Patents

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KR20120136206A KR1020110055281A KR20110055281A KR20120136206A KR 20120136206 A KR20120136206 A KR 20120136206A KR 1020110055281 A KR1020110055281 A KR 1020110055281A KR 20110055281 A KR20110055281 A KR 20110055281A KR 20120136206 A KR20120136206 A KR 20120136206A
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Abstract

본 발명은 마스크리스 가공 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 기판에 조사되는 광을 제공하는 조명 광학계; 다수의 광변환소자로 구성되며, 상기 조명 광학계로부터 조사된 광을 가공 패턴에 따라 선택적으로 반사하거나 투과하도록 해당 광변환소자를 조절하여 광량을 변환하는 공간광변조기; 상기 다수의 광변환소자가 상기 기판의 하나의 픽셀에 대응하여 집광하도록 배열되며, 상기 공간광변조기로부터 변환된 광이 입사되면 해당 픽셀에 상기 다수의 해당 광변환소자에 의해 제공된 고에너지의 광을 투사하는 투사 광학계; 및 상기 가공 패턴을 입력받아 입력된 가공 패턴에 따라 상기 광원으로부터 조사된 광을 상기 다수의 광변환소자를 통해 선택적으로 변환되도록 상기 공간광변조기를 제어하는 제어부를 포함하며, 디지털 마스크를 사용함으로써 마스크 사용 비용이 절감되고, 가공하고자 하는 제품의 스케일 변형에 따른 능동적으로 대응이 용이할 뿐만 아니라 상기 장치의 활용도 및 이용도가 확대된다.

Description

마스크리스 가공 장치{Maskless processing apparatus}
본 발명은 마스크리스 가공 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 산업계에서 사용하는 노광 장치는 크게 필름, 글라스(glass) 및 금속 등을 이용한 마스크(Mask)를 사용하는 장비와 공간광변조기(Spatial Light Modulator; SLM)를 이용한 디지털 마스크를 사용하는 장비로 나눌 수 있다.
여기서, 공간광변조기(SLM)를 이용한 디지털 마스크를 사용하는 노광 장치는 소정의 마스크 물질(예컨대, 포토 마스크 등)을 사용하지 않고서 광을 이용하여 필름(film), 웨이퍼(wafer), 글라스(glass) 및 폴리머(polymer) 등의 기판에 직접 패턴을 형성하는 장치이다.
이러한 마스크리스 노광 장치는 포토 마스크를 사용하지 않고서도 기판에 패턴을 형성할 수 있기 때문에 고해상도 및 대면적의 마스크를 제작하지 않아도 되며, 이물 또는 손상에 따른 마스크의 교체가 필요 없는 장점으로 인해 그 수요가 증가하고 있다.
이때, 상기 마스크리스 노광 장치는 디지털 마스크로 다수의 광변환소자로 구성된 DMD(Digital Micro Mirror Device) 소자가 많이 사용된다.
그러나, 디지털 마스크로 DMD 소자를 사용하기 위해서는 DMD 소자에 입사하는 광 에너지가 DMD 소자를 손상시키지 않고 기능을 수행할 수 있도록 각 DMD 소자의 최대 광 에너지 이하로 사용되어야 한다.
이러한 제약 때문에 DMD 소자를 이용한 마스크리스 노광 장치는 통상적으로 노광하는 용도로만 제한되어 사용되고 있으며, 노광 공정보다 훨씬 높은 에너지가 필요한 가공에는 사용하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 디지털 마스크로 사용된 다수의 광변환소자의 광을 집광하여 하나의 픽셀에 대응시킴으로써 각 광변환소자의 손상 없이 가공하고자 하는 대상에 고에너지를 제공하는 마스크리스 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 마스크리스 가공 장치는, 기판의 가공 에너지로 사용되는 광을 제공하여 상기 기판에 조사하는 조명 광학계; 다수의 광변환소자로 구성되며, 상기 조명 광학계로부터 조사된 광을 가공 패턴에 따라 선택적으로 반사하거나 투과하도록 해당 광변환소자를 조절하여 광량을 변환하는 공간광변조기; 상기 다수의 광변환소자가 상기 기판의 하나의 픽셀에 대응하여 집광하도록 배열되며, 상기 공간광변조기로부터 변환된 광이 입사되면 해당 픽셀에 상기 다수의 해당 광변환소자에 의해 제공된 고에너지의 광을 투사하는 투사 광학계; 및 상기 가공 패턴을 입력받아 입력된 가공 패턴에 따라 상기 광원으로부터 조사된 광을 상기 다수의 광변환소자를 통해 선택적으로 변환되도록 상기 공간광변조기를 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 조명 광학계는 상기 기판의 가공 에너지로 사용되는 광을 제공하는 광원; 및 상기 광원으로부터 입사된 광을 상기 공간광변조기에 조사할 수 있는 크기와 에너지 분포로 변환하는 광원부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원은 레이저(laser)인 것을 특징으로 하고, 상기 광원부는 다수의 광학 렌즈인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공간광변조기는 다수의 광변환소자로 마이크로 미러가 사용되고, 상기 가공 패턴에 따라 해당 마이크로 미러의 온/오프 및 각도를 조절하여 광량을 조절하는 반사형 공간 변조기인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사형 공간광변조기는 DMD(Digital Micromirror Device)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공간광변조기는 다수의 광변환소자로 픽셀이 사용되고, 상기 가공 패턴에 따라 해당 픽셀의 투과율을 조절하여 광량을 조절하는 투과형 공간 변조기인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투과형 공간광변조기는 LCD(Liquid Crytal Display) 또는 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투사 광학계는 상기 다수의 광변환소자로부터 변환된 광을 입력받아 상기 기판의 하나의 픽셀에 대응하여 집광하도록 배열된 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투사 광학계는 상기 마이크로 렌즈 어레이(MLA)와 상기 기판 사이에 설치되어 상기 마이크로 렌즈 어레이(MLA)에 의해 집광된 광을 상기 기판에 투영하는 투영렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투영렌즈는 프로젝션 렌즈(Projection Lens)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 의하면, 디지털 마스크를 사용함으로써 마스크 사용 비용이 절감되고, 가공하고자 하는 대상의 스케일 변형에 따른 능동적으로 대응이 용이한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 디지털 마스크로 사용된 광변환소자의 손상 없이 가공하고자 하는 대상에 고에너지를 제공함으로써 노광뿐만 아니라 그 이상의 고에너지를 필요로 하는 다양한 가공 공정에 사용되어 그 활용도 및 이용도가 확대되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크리스 가공 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 디지털 마스크 장비의 개략적인 사시도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크리스 가공 장치의 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 디지털 마스크 장비의 개략적인 사시도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크리스(maskless) 가공 장치는 조명 광학계(10), 공간광변조기(Spatial Light Modulator; SLM)(20), 투사 광학계(30), 기판(42), 스테이지(44) 및 제어부(50)를 포함하여 구성된다.
상기 조명 광학계(10)는 가공하고자 하는 기판(42)에 상기 기판(42)의 가공 에너지로 사용되는 광(15)을 제공하는 광원(12)을 포함한다. 상기 광(15)은 상기 기판(42)에 소정의 패턴을 형성하도록 노광하거나 가공하기 위한 광을 제공한다.
이와 같이 상기 기판(42)을 노광 또는 가공하기 위한 광(15)을 제공하기 위한 광원(12)은 예를 들면, 레이저(laser)가 사용될 수 있다.
상기 조명 광학계(10)는 상기 광원(12)으로부터 입사된 광이 통과하면서 상기 공간광변조기(40)에 조사할 수 있는 크기와 에너지 분포로 변환시킬 수 있는 소정의 광원부(14)를 더 포함한다. 이러한 상기 광원부(14)는 예를 들면, 소정의 렌즈들을 배열하여 구성할 수 있다.
이러한 조명 광학계(10)로부터 조사된 광(15)은 공간광변조기(SLM)에 입사된다.
상기 공간광변조기(SLM)(20)는 상기 조명 광학계(10)로부터 입사되는 광(15)을 입력된 가공 패턴(예컨대, 노광 패턴)의 형태에 따라 선택적으로 광을 반사 또는 투과시키는 장치로서, 다수의 광변환소자(22a~22d)가 매트릭스 형태로 배열되어 구성된다.
여기서, 상기 공간광변조기(SLM)(20)는 상기 다수의 광변환소자(22a~22d)로 마이크로 미러(micro mirror)가 사용되는 반사형 공간광변조기일 수 있다.
이러한 반사형 공간광변조기는 위치에 따른 상기 각 마이크로 미러의 온/오프(ON/OFF) 및 해당 마이크로 미러의 각도를 조절하여 광량을 조절하는 것으로, 예를 들면 DMD(Digital Micromirror Device)가 사용된다.
또한, 상기 공간광변조기(SLM)(20)는 상기 다수의 광변환소자(22a~22d)로 픽셀이 사용되는 투과형 공간광변조기일 수 있다.
이러한 투과형 공간광변조기는 상기 다수의 각 픽셀의 투과율을 조절하여 광량을 조절하며, 예를 들면 LCD(Liquid Crytal Display) 또는 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 가 사용된다.
상기 공간광변조기(SLM)(20)는 제어부(50)를 통해 형성하고자 하는 가공 패턴을 입력받고, 상기 입력받은 가공 패턴을 기판(42)의 각 픽셀에 대응되는 정보로 변환시켜 해당 광변환소자(22a~22d)를 조절하여 광량을 변환한다. 이렇게 변환된 광(25)을 상기 기판(42)을 향하여 조사된다.
즉, 상기 공간광변조기(SLM)(20)는 상기 광원(12)에서 조사된 광(15)을 상기 가공 패턴에 맞춰 상기 기판(42)의 특정 영역에 맞는 패턴 형상을 미리 전기적 신호로 입력받고, 그 전기적 신호에 따라 상기 광원(12)에서 조사된 광(15)을 선택적으로 반사하거나 투과할 수 있도록 한다.
상기 공간광변조기(SLM)(20)로부터 변환된 광(25)은 투사 광학계(30)에 입사된다.
상기 투사 광학계(30)는 상기 공간광변조기(SLM)(20)에서 반사되는 광의 품질을 개선하여 기판에 투영한다.
이러한 투사 광학계(30)는 다수의 광변환소자(22a~22d)가 상기 기판(42)의 하나의 픽셀(42a)에 대응하여 집광하도록 배열된 마이크로 렌즈 어레이(Micro Lens Array; MLA)(32)를 포함한다.
상기 마이크로 렌즈 어레이(MLA)(32)는 각각의 렌즈요소가 원형 또는 사각형의 구면 또는 비구면 렌즈로서 상기 공간광변조기(SLM)(20)로부터 가공 패턴에 따라 변환된 광(25)을 상기 기판(42)에 집광시키게 된다.
이를 테면, 상기 투사 광학계(30)는 상기 공간광변조기(SLM)(20)로부터 변환된 광(25)이 입사되면 해당 픽셀(예컨대, 42a)에 상기 다수의 해당 광변환소자(예컨대, 22a~22d)에 의해 제공된 광을 집광하여 고에너지의 광을 투사한다.
이와 같이, 상기 다수의 광변환소자와 상기 기판(42)의 픽셀을 일대일로 대응시켜 집광하는 종래 노광 장치와 달리, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크리스 가공 장치는 다수의 광변환소자(22a~22d)가 상기 기판(42)의 하나의 픽셀(42a)에 대응되도록 상기 마이크로 렌즈 어레이(MLA)(32)의 크기와 배율을 조절하여 설계하면, 각 광변환소자(22a~22d)는 각 소자의 손상을 막기 위해 최대 광 에너지 이하로 사용되더라도 상기 기판(42)의 하나의 픽셀(42a)에 제공되는 광(35)은 고에너지를 갖게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 마스크리스 가공 장치는 해당 광변환소자(22a~22d)의 손상 없이 상기 기판(42)에는 노광 또는 그 이상의 에너지를 필요로 하는 가공(예컨대, 가공 패턴에 따른 기판 식각)에도 사용할 수 있다.
한편, 상기 투사 광학계(30)는 상기 공간광변조기(SLM)(20)로부터 변환된 광(25)을 집광하는 마이크로 렌즈 어레이(MLA)(32)와 상기 기판(42) 사이에 투영렌즈(34)를 더 설치할 수 있다.
이러한 투영렌즈(34)는 상기 마이크로 렌즈 어레이(MLA)(32)가 상기 기판(42)의 상면에 인접해 있는 경우, 패턴 재료에서 나오는 흄들에 의해 광(35)의 투과율이 떨어질 수 있다.
따라서, 상기 마이크로 렌즈 어레이(MLA)(32)와 상기 기판(42) 사이에 투영렌즈(34)를 설치하여 상기 마이크로 렌즈 어레이(MLA)(32)에 의해 집광된 광(35)을 그대로 상기 기판(42)에 투영할 수 있도록 한다.
이러한 투영렌즈(34)로는 프로젝션 렌즈(Projection Lens)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 투영렌즈(34)는 상기 마이크로 렌즈 어레이(MLA)(32)가 상기 기판(42)에 인접하여 설치되는 것보다 상대적으로 상기 기판(42)에서 먼 거리에 떨어져 있어도 광(35)을 조사하는 것을 가능하게 한다.
또한, 상기 투영렌즈(34)는 일정한 배율을 가지며, 그 배율에 따라 가공하고자 하는 패턴의 정밀도와 범위를 선택할 수 있다.
상기 스테이지(44)는 가공하고자 하는 패턴이 형성될 기판(42)이 배치되는 곳으로, 상기 스테이지(44)가 스캔 방향으로 이동하면서 상기 가공 패턴에 따른 노광 또는 고에너지를 필요로 하는 소정의 가공이 진행된다.
상기 제어부(50)는 본 발명에 따른 마스크리스 가공 장치를 전반적으로 제어한다. 먼저, 상기 제어부(50)는 소정의 입력장치(미도시)를 통해 상기 기판(42)에 가공하고자 하는 가공 패턴을 입력받는다.
그런 다음, 상기 제어부(50)는 입력된 가공 패턴에 따라 상기 조명 광학계(10)를 동작시켜 광원(12)으로부터 상기 공간광변조기(SLM)(20)에 조사된 광(15)을 입사시키고, 상기 공간광변조기(SLM)(20)를 동작시켜 해당 광변환소자 소자(22a~22d)를 조절하여 광량을 변환하도록 제어한다.
또한, 상기 제어부(50)는 상기 공간광변조기(SLM)(20)의 다수의 광변환소자(22a~22d)로부터 변환된 광(25)이 상기 기판(42)의 소정 위치의 픽셀들 중 어느 하나(예컨대, 도면부호 42a)에 집광하기 위해 렌즈 배율이나 픽셀 크기를 조절하도록 상기 투사 광학계(30)를 제어한다.
게다가, 상기 제어부(50)는 상기 기판(42)이 입력된 가공 패턴에 따라 노광 또는 그 이상의 고에너지를 필요로 하는 가공을 수행하도록 상기 기판(42)이 배치된 스테이지(44)를 스캔 방향으로 이동하도록 제어한다.
상술한 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이(MLA)(32)를 사용함으로써 다수의 광변환소자(22a~22d)가 상기 기판(42)의 하나의 픽셀(42a)에 대응되므로 해당 광변환소자(22a~22d)의 사용 한계 광량(최대 광 에너지) 이하로 사용하여도 상기 가공될 기판(42)에는 최고 에너지를 제공하는 것이 가능해진다.
따라서, 상술한 바와 같은 공간광변조기(SLM)(20)를 이용한 디지털 마스크의 사용은 포토 마스크와 같은 물리적인 마스크 사용 비용을 절감할 수 있고, 가공하고자 하는 제품의 스케일 변형에 따른 능동적인 대응이 용이할 뿐만 아니라, 디지털 마스크 소자의 손상 없이 가공하고자 하는 대상에 고에너지를 제공함으로써 노광을 포함한 고에너지를 필요로 하는 다양한 기판 가공 공정에 사용되어 그 장치의 활용도 및 이용도가 확대된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 조명 광학계 12 : 광원
14 : 광원부 20 : 공간광변조기(SLM)
22a~22d : 광변환소자 30 : 투사 광학계
32 : 마이크로 렌즈 어레이(MLA) 34 : 투영렌즈
42 : 기판 44 : 스테이지
50 : 제어부

Claims (11)

  1. 기판의 가공 에너지로 사용되는 광을 제공하여 상기 기판에 조사하는 조명 광학계;
    다수의 광변환소자로 구성되며, 상기 조명 광학계로부터 조사된 광을 가공 패턴에 따라 선택적으로 반사하거나 투과하도록 해당 광변환소자를 조절하여 광량을 변환하는 공간광변조기;
    상기 다수의 광변환소자가 상기 기판의 하나의 픽셀에 대응하여 집광하도록 배열되며, 상기 공간광변조기로부터 변환된 광이 입사되면 해당 픽셀에 상기 다수의 해당 광변환소자에 의해 제공된 고에너지의 광을 투사하는 투사 광학계; 및
    상기 가공 패턴을 입력받아 입력된 가공 패턴에 따라 상기 광원으로부터 조사된 광을 상기 다수의 광변환소자를 통해 선택적으로 변환되도록 상기 공간광변조기를 제어하는 제어부를 포함하는 마스크리스 가공 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 조명 광학계는
    상기 기판의 가공 에너지로 사용되는 광을 제공하는 광원; 및
    상기 광원으로부터 입사된 광을 상기 공간광변조기에 조사할 수 있는 크기와 에너지 분포로 변환하는 광원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크리스 가공 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 광원은 레이저(laser)인 것을 특징으로 하는 마스크리스 가공 장치.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 광원부는 다수의 광학 렌즈인 것을 특징으로 하는 마스크리스 가공 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 공간광변조기는 다수의 광변환소자로 마이크로 미러가 사용되고, 상기 가공 패턴에 따라 해당 마이크로 미러의 온/오프 및 각도를 조절하여 광량을 조절하는 반사형 공간 변조기인 것을 특징으로 하는 마스크리스 가공 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 반사형 공간광변조기는 DMD(Digital Micromirror Device)인 것을 특징으로 하는 마스크리스 가공 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 공간광변조기는 다수의 광변환소자로 픽셀이 사용되고, 상기 가공 패턴에 따라 해당 픽셀의 투과율을 조절하여 광량을 조절하는 투과형 공간 변조기인 것을 특징으로 하는 마스크리스 가공 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 투과형 공간광변조기는 LCD(Liquid Crytal Display) 또는 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마스크리스 가공 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 투사 광학계는,
    상기 다수의 광변환소자로부터 변환된 광을 입력받아 상기 기판의 하나의 픽셀에 대응하여 집광하도록 배열된 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크리스 가공 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 투사 광학계는 상기 마이크로 렌즈 어레이(MLA)와 상기 기판 사이에 설치되어 상기 마이크로 렌즈 어레이(MLA)에 의해 집광된 광을 상기 기판에 투영하는 투영렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크리스 가공 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 투영렌즈는 프로젝션 렌즈(Projection Lens)인 것을 특징으로 하는 마스크리스 가공 장치.
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