KR20150111223A - Ｕｖ ｌｅｄ를 채용한 선형 마스크 얼라이너 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 대면적 기판을 좀 더 간소화된 구성의 마스크 얼라이너로 리소그라피 하기 위한 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, UV LED 광원을 선형으로 배열하여 선 광원을 만들고, 상기 선 광원으로부터 발산되는 빛을 균질화하고 평행광화 하기 위하여 선 광원과 마스크 사이에 배치되는 마이크로 렌즈 어레이를 배열한 선형 마스크 얼라이너를 제공하여, 대면적 기판을 상기 선형 마스크 얼라이너에 대해 스캔 이송하여 노광할 수 있게 함으로써 광원 자체를 2 차원이 아닌 1 차원으로 하여 전체적인 유닛을 간소화하였고, 나아가, 개개의 UV LED 광원마다 광학계를 설치하여 평행광화하는 점 광원 모듈을 만들고, 이러한 점 광원 모듈을 필요에 따라 선형으로 조립하여 선형 마스크 얼라이너를 제작할 수 있도록 하였다.

Description

ＵＶ ＬＥＤ를 채용한 선형 마스크 얼라이너{LINEAR MASK ALIGNER WITH UV LED}

본 발명은 마스크 얼라이너에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, UV LED를 채용한 선형 마스크얼라이너에 관한 것이다.

종래, 리소그라피를 이용하여 정밀한 패턴을 형성하고자 할 때 사용하는 노광용 마스크 얼라이너에는 도 1과 같이 자외선 램프를 광원으로 사용하고, 열흡수를 위한 콜드 미러, 균질기, 반사 미러, 집속 렌즈를 포함하는 모듈을 구성하여 플랫(flat)한 광도를 나타내는 평행광을 생성한다. 리소그라피에서는 무엇보다 광선의 평행성이 높고 광도가 균일한 광선이 마스크를 조사해야만 마스크의 패턴과 정밀하게 일치하는 패턴을 형성할 수 있기 때문이다.

기존의 자외선 램프 광원에 대해 자외선 LED 광원은 점 광원이긴 하나 다수를 모듈화할 수 있으므로 면 광원 화하기 쉽다는 장점과 더불어 콜드 미러 등을 요하지 않아 장비의 구성이 간소화되는 장점이 있다.

UV LED를 광원으로 하여 마스크 얼라이너를 제작하는 경우, 점 광원의 발산광을 얼마만큼 평행하고 균질하게(homogeneuos) 만들 수 있는지에 따라 리소그라피의 정밀도가 결정되므로, 이에 대한 개선을 요한다.

대한민국 등록특허 제10-1180016호에 따르면, LED 광원을 이용한 노광장치에 대해, 점 광원의 균질화를 위해 반사판과 광학렌즈를 채용하는 구성을 개시한다.

그러나, 상기 구성에 따르면, 반사판으로 인한 광의 경로가 굴절되어 전 영역에 걸친 광도의 균일성이 문제될 수 있고, 단순한 광학렌즈로 이와 같이 여러 각도로 입사하는 광속들을 평행 화하는 데에는 한계가 있다.

특히, 리소그라피를 하여 패턴을 형성하고자 하는 기판의 면적이 10 인치 이상의 대면적일 경우, UV LED 광원을 해당면적만큼 2차원으로 배열하여 대면적화하는 것은 제작비 상승과 소모전력 상승을 가져오며, 방출되는 광선의 평행광화를 위하여, 해당 면적을 한 번에 커버 할 수 있는 대면적 광학렌즈(콜리메이터 렌즈)를 제작하는 것도 경제적인 면에 있어 한계가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 대면적 기판을 좀 더 간소화된 구성의 마스크 얼라이너로 리소그라피 하기 위한 새로운 구성의 UV LED 광원 모듈과 그에 따른 마스크 얼라이너를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은, UV LED 광원을 선형으로 배열하여 선 광원을 만들고, 상기 선 광원으로부터 발산되는 빛을 균질화하고 평행광화 하기 위하여 선 광원과 마스크 사이에 배치되는 마이크로 렌즈 어레이를 배열한 선형 마스크 얼라이너를 제공하여, 대면적 기판을 상기 선형 마스크 얼라이너에 대해 스캔 이송하여 노광할 수 있게 함으로써 광원 자체를 2 차원이 아닌 1 차원으로 하여 전체적인 유닛을 간소화하였다.

또한, 본 발명은, 개개의 UV LED 광원마다 광학계를 설치하여 평행광화하는 점 광원 모듈을 만들고, 이러한 점 광원 모듈을 필요에 따라 선형으로 조립하여 선형 마스크 얼라이너를 제작할 수 있도록 하였다.

즉, 본 발명은,

하나의 UV LED 광원; 및

상기 광원으로부터 발산하는 빛을 평행광화 하기 위해, 상기 광원의 발산 방향 쪽에 배열되는 하나 이상의 렌즈;를 포함하는 점 광원 모듈로서, 상기 광원과 렌즈들을 포함한 점 광원 모듈은 선형 광원으로 조립될 수 있는 것을 특징으로 하는 마스크 얼라이너용 점 광원 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명은, 조립식 하우징 안에,

하나의 UV LED 광원; 및

상기 광원으로부터 발산하는 빛을 평행광화 하기 위해, 상기 광원의 발산 방향 쪽에 배열되는 비 구면 렌즈;를 포함하는 점 광원 모듈로서, 상기 광원과 비 구면 렌즈를 포함한 점 광원 모듈은 선형 광원으로 조립될 수 있는 것을 특징으로 하는 마스크 얼라이너용 점 광원 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명은,

조립식 하우징 안에,

하나의 UV LED 광원; 및

상기 광원으로부터 발산하는 빛을 평행광화 하기 위해, 상기 광원의 발산 방향 쪽에 배열되는 회절 격자;를 포함하는 점 광원 모듈로서, 상기 광원과 회절 격자를 포함한 점 광원 모듈은 선형 광원으로 조립될 수 있는 것을 특징으로 하는 마스크 얼라이너용 점 광원 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명은,

조립식 하우징 안에,

하나의 UV LED 광원; 및

상기 광원으로부터 발산하는 빛을 평행광화 하기 위해, LED 광원을 둘러싼 구면경을 포함하는 모듈로서 점 광원 모듈은 선형 광원으로 조립될 수 있는 것을 특징으로 하는 마스크 얼라이너용 점 광원 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기의 점 광원 모듈을 선형의 하우징에 조립하여 선형 마스크 얼라이너가 제작되고, 기판은 상기 선형 마스크 얼라이너에 대하여 스캔 되어 기판 전면이 노광 되는 것을 특징으로 하는 선형 마스크 얼라이너 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기의 점 광원 모듈을 평면 하우징에 조립하여 제작되는 것을 특징으로 하는 2차원 평면 마스크 얼라이너 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명은,

선형 마스크 얼라이너 모듈과 마스크와 기판을 상대적으로 스캔 이송하여 리소그라피를 실시할 수 있도록, UV LED 광원을 선형으로 배열한 선형 광원;및

상기 선 광원으로부터 발산되는 빛을 균질화하고 평행광화 하기 위하여 선 광원과 마스크 사이에 배치되는 마이크로 렌즈 어레이;를 포함하되,

상기 마이크로 렌즈 어레이는 각각의 UV LED 광원에 대해 일대일로 대응되는 곡률을 나타내어 하나의 UV LED 광원마다 하나의 마이크로렌즈가 빛을 균질화하고 평행광화하는 것을 특징으로 하는 선형 마스크 얼라이너 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 어레이는 리소그라피술을 포함한 반도체 제조공정으로 제작되는 것을 특징으로 하는 선형 마스크 얼라이너 모듈을 제공한다.

본 발명에 따르면, 대면적 기판에 대한 리소그라피술을 적용할 경우, UV LED를 1 차원으로 배열한 선형 마스크 얼라이너를 사용하고 기판을 스캔하여 전면에 대한 노광을 실시하므로, 2 차원의 대면적 광원을 제작하는 데 따른 고비용, 고전력, 정밀도 등의 어려움을 해소할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 개개의 UV LED 광원과 이에 대한 광학계로 이루어진 광원 모듈의 조립으로 마스크 얼라이너를 구성할 경우, 상황에 맞게 선형 마스크 얼라이너 또는 적절한 면적의 마스크 얼라이너를 조립할 수 있다는 점에서 적응력을 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 자외선 램프를 채용한 노광 장치의 구성을 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 UV LED 광원과 일대일로 대응되는 마이크로렌즈 어레이를 적용한 선형 마스크 얼라이너 모듈 구성을 보여주는 개략 구성도이다.
도 3a는 개개의 UV LED 광원에 적용되는 광학계의 설계과정을 설명하는 단면도이고, 도 3b, 도 4a 및 4b는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따라 개개의 UV LED 광원에 광학계를 적용한 평행광원 모듈 구성을 나타내는 단면 구성도이다.
도 5는 도 4a 및 도 4b의 평행광원 모듈을 선형으로 조립하여 만든 선형 마스크 얼라이너 모듈 구성을 보여주는 개략 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

10 inch 이상의 대면적 기판을 한번에 노광하기에는 상술한 바와 같이 대면적화된 광원과 대형의 콜리메이터 렌즈를 요하게 되는 문제가 있으므로, 본 발명은 도 2와 같이, UV LED(150)를 선형으로 배열하여 선형 광원(750)을 만들고, 개개의 UV LED(150)로부터 방출되는 빛의 등방성을 고려해 평행광으로 바꿀 수 있는 광학계로서 마이크로렌즈 어레이(600)를 광원의 하단에 배치하여 선형 마스크 얼라이너 모듈을 구성하였다. 이때 개개의 마이크로렌즈는 개개의 UV LED(150)에 일대일 대응으로 설계되어, 하나의 UV LED(150)에서 방출되는 빛을 개별적으로 평행광으로 만든다. 일종의 맞춤형 마이크로렌즈 어레이(600)는 반도체제조 공정을 이용하여 비교적 간편하게 만들 수 있으며, 그 역시 선형으로 제작될 수 있다.

마이크로렌즈 어레이를 만드는 공정은 리소그라피 등의 일련의 제조공정을 거치며, 이는 당업자에게 자명한 사항이므로 그 제작 공정은 설명하지 않는다. UV LED(150) 하나하나에 대응하여 평행광으로 보정 하는 마이크로렌즈를 구성하므로 평행광으로 보정 하는 성능이 향상되어 상기 모듈을 통과한 빛은 광도의 균일도와 평행성이 우수하여 노광 패턴의 정밀도를 높일 수 있다.

또한, UV LED(150)와 마이크로렌즈 어레이(600)를 조합하여 제작된 선형 마스크 얼라이너 모듈을 노광 장비에 채용하면, 대면적 기판은 상기 선형 마스크 얼라이너 모듈에 대해 스캔 되어 전면에 걸쳐 노광 될 수 있으므로, 장비구성이 간소화된다.

도 3과 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면들로, 도 3은 하나의 UV LED(150)에 대하여 하나의 광학계(550)를 적용하여 등방으로 방출되는 빛을 평행광으로 바꾼 평행광원 모듈을 나타내며, 도 4a는 하나의 UV LED(150)에 대하여 비 구면 렌즈(570)를 적용하여 등방으로 방출되는 빛은 평행광으로 바꾼 평행광원 모듈을 나타내고, 도 4b는 하나의 UV LED(150)에 대하여 구면경(590)을 적용하여 등방으로 방출되는 빛을 평행광으로 바꾼 평행광원 모듈을 나타낸다. 상기에 있어서 평행광을 만들기 위한 구면경은 오목거울형으로 LED로부터 나오는 빔이 일정 각도를 벗어나면 오목인 구면경에서 반사되어 원하는 조사 면으로 빔을 국소면적으로 수렴시키기 위한 것이며, 구면경을 통해 일정 거리에서는 평행광을 얻을 수 있다. 이때 구면경의 곡률 반경은, 평행광을 만들기 위해 LED의 배광 곡선에 따라 설계를 통해 결정된다. 도 3a는 오목거울을 타원경으로 만들어 그 촛점에서 나오는 빛의 경로를 나타낸 것을 보여준다. 구면경 또는 타원경의 초점 거리에 따라 광원과 노광면(파란색 라인)과의 거리가 결정되며 또한 각각의 LED의 방사 각도에 따라 곡률을 달리하여 설계한다.

도 3b의 광학계(550)는 다수의 집속 렌즈로 수차를 보정 하여, 광선을 평행 화 한 것이다. 도 4a의 경우는 곡률 반경이 둘 이상인 하나의 비 구면렌즈(570)로서 수차를 보정 하여, 광선을 평행 화 한 것이다. 도시하지는 않았으나, 상기 광학계는 회절격자(프레넬 렌즈)로 대체될 수 있으며, 상기 광학계(550), 비 구면렌즈(570) 또는 회절 격자 전단에 확산판(diffuser)을 더 배치하여 빛의 균질도를 높일 수도 있다.

도 3b 또는 도 4a의 평행광이 나오는 점 광원 모듈을 선형으로 조립하면 도 5와 같은 선형광원(750)이 되고, 그 하단에 별도의 광학계를 설치하지 않아도 충분히 균질하고 평행한 빛을 얻을 수 있다.

도 4b의 경우 별도의 렌즈가 필요 없이 평행광 화가 가능하며 필요할 경우, 도 3b과 도 4a와 같이 렌즈를 사용할 수도 있다.

도 5의 선형광원(750)은 그 자체로서 마스크 얼라이너 모듈이 되므로 이를 채용한 노광 장비에 대면적 기판을 스캔하면서 기판 전면을 노광할 수 있다. 편의상 도 5는 도 4a의 점 광원 모듈로 구성한 선형 광원(750)만을 도시하였으나, 도 3b 또는 도 4b의 점 광원 모듈을 조립하여 선형 광원을 제작할 수 있음은 물론이며, 점 광원 모듈의 구성에 대해 언급한 변형 실시 예를 적용하여도 당연히 선형 광원을 제작할 수 있다. 즉, 광학계 대신 회절격자를 사용하는 경우, 광학계, 비 구면렌즈, 회절격자 전단에 확산판을 더 추가한 경우 등으로 변형된 점 광원 모듈의 조립으로 선형 광원을 제작할 수 있다. 광원의 조립은 점 광원모듈이 조립될 전체 선형 광원의 하우징과 상기 점 광원모듈 자체의 하우징 간에 조립 수단을 구비시켜 손 쉽게 실시할 수 있다.

이와 같이 평행광화 한 점 광원 모듈을 조립하여 선형 광원을 제작하는 것은 노광 장비에의 적응성을 훨씬 더 높일 수 있다. 기판 사이즈에 따라 길이를 조절하기가 용이하며, 경우에 따라서는 2 차원 면 광원으로 조립하여 사용할 수 있어 활용성이 우수하다.

예를 들면, 개별 광원을 조립하여 전체적인 광원을 만드는 것이므로 광원의 하우징에 조립식 결합수단을 구비시키면, 선형광원의 경우도 반드시 한 줄의 광원 배열로 만들 필요가 없고, 상황에 따라 광원을 여러 줄로 조립하여 소정의 폭을 갖는 선형 광원을 용이하게 제작할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

750: 선형 광원
150: UV LED
550: 광학계
570: 비 구면렌즈
590: 구면경
600: 마이크로렌즈 어레이

Claims (8)

1. 조립식 하우징 안에,
   하나의 UV LED 광원; 및
   상기 광원으로부터 발산하는 빛을 평행광화 하기 위해, 상기 광원의 발산 방향 쪽에 배열되는 하나 이상의 렌즈;를 포함하는 점 광원 모듈로서, 상기 광원과 렌즈들을 포함한 점 광원 모듈은 선형 광원으로 조립될 수 있는 것을 특징으로 하는 마스크 얼라이너용 점 광원 모듈.
2. 조립식 하우징 안에,
   하나의 UV LED 광원; 및
   상기 광원으로부터 발산하는 빛을 평행광화 하기 위해, 상기 광원의 발산 방향 쪽에 배열되는 비 구면 렌즈;를 포함하는 점 광원 모듈로서, 상기 광원과 비 구면 렌즈를 포함한 점 광원 모듈은 선형 광원으로 조립될 수 있는 것을 특징으로 하는 마스크 얼라이너용 점 광원 모듈.
3. 조립식 하우징 안에,
   하나의 UV LED 광원; 및
   상기 광원으로부터 발산하는 빛을 평행광화 하기 위해, 상기 광원의 발산 방향 쪽에 배열되는 회절 격자;를 포함하는 점 광원 모듈로서, 상기 광원과 회절 격자를 포함한 점 광원 모듈은 선형 광원으로 조립될 수 있는 것을 특징으로 하는 마스크 얼라이너용 점 광원 모듈.
4. 조립식 하우징 안에,
   하나의 UV LED 광원; 및
   상기 광원으로부터 발산하는 빛을 평행광화 하기 위해, LED 광원을 둘러싼 구면경을 포함하는 모듈로서 점 광원 모듈은 선형 광원으로 조립될 수 있는 것을 특징으로 하는 마스크 얼라이너용 점 광원 모듈.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 점 광원 모듈을 선형의 하우징에 조립하여 선형 마스크 얼라이너가 제작되고, 기판은 상기 선형 마스크 얼라이너에 대하여 스캔되어 기판 전면이 노광 되는 것을 특징으로 하는 선형 마스크 얼라이너 모듈.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 점 광원 모듈을 평면 하우징에 조립하여 제작되는 것을 특징으로 하는 2차원 평면 마스크 얼라이너 모듈.
7. 선형 마스크 얼라이너 모듈과 마스크와 기판을 상대적으로 스캔 이송하여 리소그라피를 실시할 수 있도록, UV LED 광원을 선형으로 배열한 선형 광원;및
   상기 선 광원으로부터 발산되는 빛을 균질화하고 평행광화 하기 위하여 선 광원과 마스크 사이에 배치되는 마이크로 렌즈 어레이;를 포함하되,
   상기 마이크로 렌즈 어레이는 각각의 UV LED 광원에 대해 일대일로 대응되는 곡률을 나타내어 하나의 UV LED 광원마다 하나의 마이크로렌즈가 빛을 균질화하고 평행광화하는 것을 특징으로 하는 선형 마스크 얼라이너 모듈.
8. 제7항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 어레이는 리소그라피술을 포함한 반도체 제조공정으로 제작되는 것을 특징으로 하는 선형 마스크 얼라이너 모듈.
   
   
   

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