KR20170105247A - 마스크리스 노광 장치 및 이를 이용한 누적 광량의 측정 방법 - Google Patents

마스크리스 노광 장치 및 이를 이용한 누적 광량의 측정 방법 Download PDF

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Abstract

마스크리스 노광 장치 및 이를 이용한 누적 광량의 측정 방법이 제공된다. 마스크리스 노광 장치는 광을 출사하는 광원, 기판이 배치되는 스테이지, 상기 광을 복수의 행과 복수의 열을 포함하는 빔 스팟 어레이로 변환하여 상기 스테이지 상으로 조사하는 광학계, 상기 빔 스팟 어레이가 조사되고, 상기 빔 스팟 어레이의 제n번째(n은 자연수) 열을 통과시키는 슬릿, 상기 슬릿을 통과한 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열을 센싱하는 광 센서 및 상기 광 센서가 센싱한 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열의 누적 광량을 측정하는 측정부를 포함한다

Description

마스크리스 노광 장치 및 이를 이용한 누적 광량의 측정 방법 {Maskless lithographic apparatus and method of measuring accumulated light amount using thereof}
본 발명은 마스크리스 노광 장치 및 이를 이용한 누적 광량의 측정 방법에 관한 것이다.
노광 기술은 일반적으로 광에 의하여 마스크(Mask) 상의 기하학적 모형(즉, 패턴)을 기판의 표면에 도포되어 있는 얇은 감광 재료(Photoresist)에 옮겨 놓는 기술을 말한다. 여기서, 감광 재료가 도포된 기판에 실제로 설계된 패턴을 광원을 이용하여 새겨 넣기 위한 장치를 노광 장치라고 한다. 이러한 노광 장치는, 설계된 패턴이 그려진 원판인 마스크(또는 레티클, 이하 마스크라고 칭함), 마스크의 패턴을 기판으로 결상하는 광학계, 마스크와 기판을 정확하게 일치시키고 각각을 이동시키는 이송 장치, 그리고 감광 재료에 광화학 반응을 야기하는 파장의 빛을 방출하는 광원(light source) 등으로 구성되는 것이 일반적이다.
최근에는 디스플레이 패널의 대형화를 용이하게 하고 마스크 제작 비용이 들지 않는 마스크리스 노광 장치가 차세대 노광 장치로써 주목을 받고 있다.
마스크리스 노광 장치를 사용한 노광에 있어, 노광 영역에서 균일한 패턴 형성을 위해 각각의 빔 스팟에 의한 스캔 방향에서의 누적 광량이 균일해야 한다. 그러나 기존에는 개별 빔 스팟을 온/오프 시키며 빔 스팟의 광량을 측정하여 합산하기 때문에, 전체 빔 스팟의 광량의 분포를 측정하기 위해서는 수 시간이 걸리는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 슬릿을 통과한 빔 스팟 어레이의 특정 열에 대하여 누적 광량을 측정함으로써 광량 변화 여부를 신속히 측정할 수 있는 마스크리스 노광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 누적 광량을 측정할 수 있는 마스크리스 노광 장치를 이용한 누적 광량 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치는 광을 출사하는 광원, 기판이 배치되는 스테이지, 상기 광을 복수의 행과 복수의 열을 포함하는 빔 스팟 어레이로 변환하여 상기 스테이지 상으로 조사하는 광학계, 상기 빔 스팟 어레이가 조사되고, 상기 빔 스팟 어레이의 제n번째(n은 자연수) 열을 통과시키는 슬릿, 상기 슬릿을 통과한 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열을 센싱하는 광 센서 및 상기 광 센서가 센싱한 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열의 누적 광량을 측정하는 측정부를 포함한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 스테이지는 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열의 누적 광량 측정이 종료된 후, 상기 빔스팟 어레이의 상기 제n 열과 인접하는 제n+1 열과 대응하는 위치로 상기 슬릿을 이동하고, 상기 측정부는 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n+1 열의 누적 광량을 측정할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 광학계는 상기 스테이지가 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n+1 열과 대응하는 위치로 이동한 후 상기 제n+1 열을 제외한 상기 빔 스팟 어레이를 오프시킬 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 광학계는 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열을 제외한 상기 빔 스팟 어레이를 오프시킬 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 슬릿과 상기 센서 사이에, 상기 슬릿을 통과하는 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n번째 열을 집광하여 상기 광 센서로 제공하는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 슬릿을 통과한 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열의 길이 방향의 폭은, 상기 센서의 길이 방향 폭보다 클 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 광 렌즈에 의하여 집광된 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열을 제공받아 상기 광 센서로 제공하는 적분구를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열의 누적 광량 측정 결과를 기준값과 비교하는 비교부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 기준값은 기측정된 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열의 누적 광량 측정 결과일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 슬릿은 상기 기판의 상면과 동일한 높이에 위치할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 슬릿은 상기 스테이지에 연결되어 고정될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 광원에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하되, 상기 광원은 상기 전원으로부터 제1 전압을 제공받는 제1 광 소자와, 제2 전압을 제공받는 제2 광 소자를 포함하고, 상기 측정부는 상기 제1 광 소자만을 온 시켜 형성한 빔 스팟 어레이에 대하여 제1 누적 광량을 측정하고, 상기 제2 광 소자만을 온 시켜 형성한 빔 스팟 어레이에 대하여 제2 누적 광량을 측정하고, 상기 전원부는 상기 제1 누적 광량과 상기 제2 누적 광량 값에 기초하여 상기 제1 전압과 상기 제2 전압을 제어할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치는 광을 제공하는 광원, 상기 광을 매트릭스 형태의 빔 스팟 어레이로 변환하여 출력하는 광학계, 상기 빔 스팟 어레이의 일부를 통과시키는 슬릿, 상기 슬릿을 통과한 상기 빔 스팟 어레이 일부를 센싱하는 센서 및 상기 센서로 센싱된 상기 빔 스팟 어레이의 일부의 누적 광량을 측정하는 측정부를 포함하되, 상기 슬릿은 홈을 포함하고, 상기 홈은 상기 빔 스팟 어레이의 n열(n은 자연수)과 대응하는 위치에 정렬된다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 광학계는 상기 빔 스팟 어레이 중 상기 제n 열을 제외한 나머지를 오프시킬 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 빔 스팟 어레이의 일부의 누적 광량이 측정된 후, 상기 홈은 상기 빔 스팟 어레이의 n+1열과 대응하는 위치에 정렬될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 누적 광량 측정 방법은, 광원으로부터 출사된 광을 제공하고, 상기 광을 매트릭스 형태의 빔 스팟 어레이로 변환하여 스테이지 상에 제공하고, 상기 빔 스팟 어레이 중 제n 열(n은 자연수)을 슬릿에 통과시켜 제1 빔 스팟 라인을 형성하고, 상기 제1 빔 스팟 라인의 누적 광량을 측정하는 것을 포함한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 빔 스팟 라인의 누적 광량을 측정한 후, 상기 슬릿을 이동시켜 상기 빔 스팟 어레이 중 상기 제n 열과 인접한 제 n+1 열을 슬릿에 통과시켜 제2 빔 스팟 라인을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 빔 스팟 라인의 누적 광량의 측정값과 기준값을 비교하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 기준값은 기측정된 상기 빔 스팟 어레이 중 상기 제n 열의 누적 광량 측정 결과일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 마스크리스 노광 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1의 마스크리스 노광 장치의 광원을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광기를 이용한 누적 광량 측정을 통해 얻어진 누적 광량의 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 사시도이다.
도 10a, 도 10b, 도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치를 이용한 누적 광량 측정 방법의 다른 실시예를 설명하는 중간 단계 도면들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 다른 마스크리스 노광 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 마스크리스 노광 장치의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치(1)는 광원(10), 조명 광학계(20), 광변조 소자(30), 노광 광학계(40), 슬릿(50), 광 센서(60) 및 스테이지(70), 기판(80)이 배치되는 척(90)을 포함할 수 있다.
도 3은 도 1의 마스크리스 노광 장치의 광원을 도시한 도면이다.
광원(10)은 광 소자(LS)와 전원부(11)를 포함할 수 있다. 광원(10)은 복수의 광 소자(LS1~LS4)를 포함할 수 있다.
광 소자(LS)는 반도체 레이저 또는 자외선 램프 등으로 이루어질 수 있다. 이하 광 소자(LS)는 반도체 레이저인 것으로 설명한다.
복수의 광 소자(LS1~LS4)는 전원부(11)로부터 입력 전압을 공급받을 수 있다. 복수의 광 소자(LS1~LS4)가 전원부(11)로부터 공급받는 입력 전압의 크기는 복수의 광 소자(LS1~LS4)마다 다를 수 있다. 즉, 전원부(11)는 복수의 광 소자(LS1~LS4)에 대하여 각기 다른 입력 전압을 인가할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 복수의 광 소자(LS1~LS4)가 전원부(11)로부터 입력받는 입력 전압은 모두 동일할 수 있다.
복수의 광 소자(LS1~LS4)로부터 출사된 광은 조명 광학계(20)로 입력될 수 있다. 조명 광학계(20)와 복수의 광 소자(LS1~LS4)를 연결하는 것은 광 파이버일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 도 3에 도시된 것과 같이, 광원(10)은 제1 내지 제4 광 소자(LS1~LS4)의 4 개의 광 소자를 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 광원(10)이 포함하는 광 소자의 개수는 노광 장치의 구성에 따라 얼마든지 달라질 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 조명 광학계(20)는 광원(10)으로부터 제공된 노광 빔(5)을 균일한 조도로 보정하여 출사할 수 있다.
광변조 소자(30)는 공간 광변조 소자(Spatial Light Modulator, SLM)를 포함할 수 있다. 광변조 소자(30)는 예를 들어, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)타입의 디지털 마이크로 미러 디바이스(Digital Micro-mirror Device, DMD), GLV (Grating Light Valve), 투광성 세라믹인 PLZT(lead zirconate titantate)를 이용한 전기광학소자, 강유전성 액정(Ferroelectric Liquid Crystal, FLC) 등이 이용될 수 있으며, 바람직하게는 DMD가 사용될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위하여 DMD로 이루어진 광변조 소자(30)를 이용하여 본 발명을 설명한다.
여기서, DMD는 기판과, 기판 상에 형성된 메모리 셀(예를 들어, SRAM 셀)과, 메모리 셀 상에 매트릭스 타입으로 배열된 다수의 마이크로 미러를 포함하여 이루어진 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 마이크로 미러는 1024개 × 768 개로 배열될 수 있다. 각 마이크로 미러의 표면에는 알루미늄 등의 반사율이 높은 재료가 증착되어 있을 수 있다. 여기서, 마이크로 미러의 반사율은 약 90%이상이며, 그 배열 피치는 세로방향, 가로방향으로 실질적으로 동일할 수 있다.
DMD의 메모리 셀에 디지털 신호가 인가되면, 지지부에 의해 지지된 마이크로 미러가 기판 표면에 대하여 ± α도(예를 들면 ± 12도)의 범위에서 기울어진다. 따라서, 노광 패턴의 정보에 따라 DMD를 구성하는 마이크로 미러의 경사를 제어함으로써, DMD에 입사하는 노광 빔(5)은 각각의 마이크로 미러의 경사에 따라 특정한 방향으로 반사된다.
노광 광학계(40)는 광변조 소자(30)로부터 전달된 변조된 노광 빔을 복수의 행과 복수의 열을 포함하는 빔 스팟 어레이(beam spot array) 형태로 변환할 수 있다. 노광 광학계(40)는 노광 빔(5)이 지나가는 경로를 따라 제1 결상 광학계(42), 마이크로 렌즈 어레이(44), 애퍼처 어레이(45) 및 제2 결상 광학계(46)를 포함할 수 있다.
제1 결상 광학계(42)는 양측 텔레센트릭(double telecentric) 광학계로 이루어져 있고, 광변조 소자(30)를 거친 상을 예를 들어 약 4 배로 확대하여 마이크로 렌즈 어레이(44)의 개구면(aperture plane)에 결상한다. 제2 결상 광학계(46)도 양측 텔레센트릭(double telecentric) 광학계로 이루어져 있고, 마이크로 렌즈 어레이(44)의 초점면에 형성된 다수의 빔 스팟을 예를 들어 약 1 배로 기판(80) 상에 결상한다. 본 실시예에서는 제1 결상 광학계(42) 및 제2 결상 광학계(46)의 배율을 각각 4배, 1배인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 제1 결상 광학계(42) 및 제2 결상 광학계(46)의 배율은 원하는 빔 스팟의 크기, 노광할 패턴의 최소 형상 사이즈(minimum feature size), 및 노광 장치에서 사용할 노광 헤드의 개수에 따라 최적의 배율 조합을 도출할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이(44)는 광변조 소자(30)의 마이크로 미러에 대응하는 다수의 마이크로 렌즈가 2차원으로 배열되어서 이루어지는 것이다. 예를 들어, 광변조 소자(30)가 1024개×768개의 마이크로 미러로 이루어져 있는 경우, 이에 대응하여 마이크로 렌즈도 1024개 × 768개가 배치되어 있다. 또 마이크로 렌즈의 배열 피치는 광변조 소자(30)의 마이크로 미러의 배열 피치에 제1 결상 광학계(42)의 배율을 곱한 값과 실질적으로 동일할 수 있다.
애퍼처 어레이(45)는 마이크로 렌즈에 대응하여 다수의 핀홀이 마이크로 렌즈의 초점면에 2차원적으로 배열된 것으로, 필요에 따라 사용될 수 있다. 핀홀은 마이크로 렌즈를 통해 포커싱된 빔 스팟의 크기를 일정한 크기로 정형화하거나 광학계에서 발생한 잡광(noise)를 차단하는 역할을 한다.
슬릿(50)은 노광 광학계(40)를 통과하여 형성된 빔 스팟 어레이(100)의 일부를 통과시켜 센서(60) 상으로 조사시킬 수 있다. 더욱 구체적으로, 슬릿(50)은 빔 스팟 어레이의 n번째 열에 위치한 빔 스팟 라인(100n)을 통과시킬 수 있다.
슬릿(50)은 예를 들어, 글래스에 크롬이 코팅된 것이거나, 메탈 플레이트일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 빔 스팟 어레이(100)의 일부 열을 선택하여 통과시킬 수 있다면 슬릿(50)의 구성은 어떠한 형태로든 가능하다.
슬릿(50)에 형성된 홈(51)의 폭은 예를 들어, 약 500㎛일 수 있다.
만약 홈(51)의 폭이 너무 넓은 경우, 빔 스팟 라인(100n)과 인접한 다른 빔 스팟에 의하여 오차가 발생할 수 있다. 즉, n번째 열의 빔 스팟 라인(100n)을 제외한 다른 빔 스팟들이 오프되지만, 오프된 빔 스팟의 광량이 완벽하게 0이 되지 않을 수 있다. 이 때 홈(51)의 폭이 너무 넓으면 n번째 열의 빔 스팟 라인(100n)을 제외한 다른 빔 스팟이 센서에 조사될 수 있다. 이로 인해 빔 스팟의 누적 광량이 다소 부정확하게 측정될 수 있다.
반면 홈(51)의 폭이 너무 좁은 경우, 측정하고자 하는 빔 스팟 어레이의 열에 대응하는 위치에 위치시키기 위한 스테이지(70)의 구동의 제어 난이도가 증가할 수도 있다.
슬릿(50)은 스테이지(70)로부터 기판(80)의 상면(81)의 높이와 동일한 높이에 위치할 수 있다. 노광 광학계(40)를 통과한 빔 스팟 어레이는 초점이 척(90) 상에 배치된 기판(80)의 상면(81) 상에 맺히도록 설정된다. 따라서 빔 스팟 어레이의 누적 광량을 측정하기 위해 설치된 슬릿(50) 및 홈(51)에 빔 스팟 어레이(100)의 초점이 맺히도록 슬릿(50)과 기판(80)의 상면(81)은 동일 높이에 위치할 수 있다.
슬릿(50)은 고정부(55)를 통해 스테이지 상에 배치될 수 있다. 따라서 스테이지가 이동함에 따라 슬릿(50)도 이동하여, 빔 스팟 어레이를 1열씩 측정할 수 있다.
광 센서(60)는 스테이지(70) 상에 배치되어, 슬릿(50)을 통과한 빔 스팟 어레이의 n번째 열의 빔 스팟 라인(100n)의 광 신호를 센싱할 수 있다. 광 센서(60)는 예를 들어, 포토 다이오드 또는 CCD(Charge-Coupled Device)일 수 있다. 이하에서, 광 센서(60)는 포토 다이오드인 것으로 설명한다.
스테이지(70)는 광 센서(60)와, 기판(80)이 배치되는 척(90)을 포함할 수 있다. 스테이지(70)는 구동부(미도시)에 의하여 스테이지(70)의 폭 방향, 길이 방향 또는 높이 방향으로 이동할 수 있다. 구동부에 의해 스테이지(70)가 이동함에 따라, 빔 스팟 라인들의 누적 광량을 차례로 측정하여 전체 빔 스팟 어레이(100)의 누적 광량을 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치를 이용한 누적 광량 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치(1)를 이용한 누적 광량 측정 방법에 있어, 측정 대상인 빔 스팟 어레이(100)의 제n 열과 대응하는 위치에 슬릿이 위치하도록 스테이지를 이동하고(S100), 센서를 이용하여 제n 열의 누적 광량을 측정하고(S110), 빔 스팟 어레이의 모든 열이 측정되었는지 판단하고(S120), 측정된 누적 광량의 분포를 기준값과 비교하고(130), 측정된 누적 광량이 기준값과 기설정된 범위 이내인지 판단한다(S140).
도 5, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 동작을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다.
도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 먼저 마스크리스 노광기(1)는 측정 대상인 빔 스팟 어레이의 제n 열(100n)과 대응하는 위치에 슬릿(50)이 위치하도록 스테이지(70)를 이동시킬 수 있다(S100).
상술한 바와 같이, 슬릿(50)은 스테이지(70) 상에 설치된 고정부(55)에 의하여 고정되므로, 스테이지(70)가 이동함에 따라 빔 스팟 어레이의 n번째 열에 위치한 빔 스팟 라인(100n)과 대응하도록 위치할 수 있다.
슬릿(50)이 빔 스팟 라인(100n)과 대응되는 위치로 이동함에 따라, 빔 스팟 어레이(100)의 n번째 열에 위치하는 빔 스팟 라인(100n)이 슬릿(50)을 통과하여 광 센서(60)로 조사될 수 있다.
이 때, 빔 스팟 어레이(100)의 n번째 열에 위치하는 빔 스팟 라인(100n)을 제외한 광 신호들이 광 센서(60)로 조사되는 것을 방지하기 위하여, 빔 스팟 라인(100n)을 제외한 나머지 빔 스팟 어레이(100)는 오프될 수 있다. 빔 스팟 어레이(100)를 오프시키는 것은 광변조 소자(30)의 마이크로 미러가 기판 표면과 이루는 각도를 조절하는 것일 수 있다.
다음으로, 광 센서(60)를 이용하여 n번째 열에 위치한 빔 스팟 라인(100n)의 누적 광량을 측정할 수 있다(S110).
광 센서(60)는 슬릿(50)을 통과한 빔 스팟 라인(100n)을 센싱하고, 측정부(65)는 광 센서(60)로 조사된 빔 스팟 라인(100n)의 누적 광량을 측정할 수 있다.
다음으로, 빔 스팟 어레이의 모든 열을 측정하였는지를 판단한 후(S120), 측정이 완료되지 않은 경우 빔 스팟 어레이의 제 n열과 인접하는 제 n+1열과 대응하는 위치에 슬릿이 위치하도록 스테이지를 이동하고(S125), 측정이 완료된 경우 측정된 누적 광량의 분포를 기준값과 비교한다(S130).
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 슬릿(50)과 스테이지(70)는 빔 스팟 어레이(100)의 제 n+1열에 위치한 빔 스팟 라인(100n+1)을 측정하기 위해 이동할 수 있다. 즉, 스테이지(70)는 빔 스팟 어레이(100)의 제 n+1열에 위치한 빔 스팟 라인(100n+1)과 대응하도록 슬릿(50)의 홈(51)을 위치시킬 수 있다.
도 6a 및 도 6b에서 도시된 것과 같이, 제 n+1열에 위치한 빔 스팟 라인(100n+1)은 제 n열에 위치한 빔 스팟 라인(100n)과 인접할 수 있다.
이후, 광 센서(60)는 슬릿을 통과한 n+1열에 위치한 빔 스팟 라인(100n+1)을 제공받고, 측정부는 n+1열에 위치한 빔 스팟 라인(100n+1)의 누적 광량을 측정할 수 있다.
빔 스팟 어레이에 포함된 모든 빔 스팟을 개별적으로 온/오프하여 빔 스팟의 광량을 측정하는 것은, 수 시간이 소요되는 작업일 수 있다. 이와 같이 모든 빔 스팟의 광량을 측정하는 것으로 인하여 오랜 시간이 소요되는 경우, 측정 과정에서 또 다른 환경 변수의 개입으로 인하여 빔 스팟 어레이의 광량이 변화할 수 있다.
또한 측정하고자 하는 한 개의 빔 스팟 주위의 오프된 빔 스팟들의 광이 완벽하게 차단되지 않아 노이즈가 발생하므로, 측정된 빔 스팟의 SNR(Signal-to-Noise Ratio)이 낮아 측정값이 정확하지 않을 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치에 의한 빔 스팟 어레이의 광량 측정은 빔 스팟 어레이의 측정에 있어 노광의 방향, 즉 열 방향으로 형성된 빔 스팟 어레이의 그룹의 누적 광량을 한 번에 측정하기 때문에, 측정 시간을 단축시킬 수 있다.
또한 제 n열에 위치한 빔 스팟 라인(100n)의 누적 광량을 측정하는 경우 인접한 빔 스팟 라인으로부터 노이즈로 인한 오차는 한 개의 빔 스팟 주위에서 유입된 노이즈로 인한 영향보다 적을 수 있다. 따라서 높은 SNR을 얻어 측정 정확도를 높일 수 있다.
이상 도 6a 및 도 6b에서, 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치가 서로 인접한 빔 스팟 라인(100n, 100n+1)의 누적 광량을 순차적으로 측정하는 것을 기술하였으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치(1)는 제 n열에 위치한 빔 스팟 라인(100n)의 누적 광량을 측정한 후, 제 n+i열(i는 2 이상의 정수)에 위치한 빔 스팟 라인의 누적 광량을 측정할 수도 있다. 즉, 측정 속도를 높이기 위하여, 제 n, n+i, n+2i,···열의 빔 스팟 라인을 선택하여 누적 광량을 측정할 수도 있다. 여기서 i는 빔 스팟 누적 광량 측정의 정확도를 감소시키지 않는 선에서 자유롭게 선택될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 노광기를 이용한 누적 광량 측정을 통해 얻어진 누적 광량의 그래프이다.
도 7을 참조하면, 1번 그래프는 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광기를 이용한 누적 광량 측정을 통해 얻어진 누적 광량의 그래프이고, 2번 그래프는 빔 스팟 어레이의 누적 광량의 기준값의 그래프를 의미한다.
여기서 빔 스팟 어레이의 누적 광량의 기준값은 미리 측정된 빔 스팟 어레이의 누적 광량일 수 있다.
즉, 측정된 빔 스팟 어레이의 누적 광량이 기준값과 미리 정한 범위 이상의 차이를 보이는 경우는, 예를 들어 광원의 출력 저하 또는 광변조 소자와 마이크로렌즈 어레이 간의 위치 변화 등에 의한 노광 장치의 시스템적 변화를 의미할 수 있다.
측정된 빔 스팟 어레이의 누적 광량을 기준값과 비교할 때 일정 범위 내의 변동을 보이나, K, J 열에 있어 빔 스팟 어레이의 누적 광량이 기준값과 미리 정한 범위 이상의 차이를 보인다고 가정하자. 이 경우, K, J열에 포함되는 빔 스팟들을 대상으로 개별적으로 빔 스팟을 온/오프시켜 광량을 조사할 수 있다.
전체 빔 스팟 어레이 중 하나의 열을 대상으로 누적 광량을 측정하기 때문에, 기준값과 비교시 측정값의 변동을 보이는 열을 감지하기까지의 시간을 절약할 수 있고, 전체 측정에 걸리는 시간을 감소시킬 수 있어 디스플레이 장치의 제조 공정의 시간 감소 및 디스플레이 장치의 생산성 향상에 도움이 될 수 있다.
상기 서술한 빔 스팟 어레이의 누적 광량의 측정값과 비교값은 측정부(65)와 연결된 비교부(66)에서 수행될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치(2)는, 슬릿(50)과 센서(60) 사이에 배치된 렌즈(75)를 더 포함할 수 있다.
렌즈(75)는 슬릿(50)을 통과한 빔 스팟 어레이의 제n 열의 빔 스팟 라인(100n)을 집광하여 광 센서(60)에 제공할 수 있다.
광 센서(60)의 폭(L2)은 슬릿(50)을 통과한 빔 스팟 라인(100n)이 렌즈(75) 또는 스테이지(70)와 만나 형성하는 이미지의 폭(L1) 보다 작을 수 있다. 따라서 렌즈(75)는 빔 스팟 라인(100n)이 형성하는 이미지의 배율을 조절하여 빔 스팟 라인(100n)을 광 센서(60) 상에 결상한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치의 사시도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치(3)는, 렌즈(75)를 통과한 빔 스팟 라인(100n)이 입사하는 적분구(85)를 더 포함할 수 있다.
적분구(85)는 광유입구(86)를 포함하되, 광유입구(86)를 통해 렌즈(75)를 통과하여 결상된 빔 스팟 라인(100n)이 적분구(85)로 입사될 수 있다. 다만 본 실시예에서 렌즈(75)의 구성은 생략될 수도 있다. 즉, 적분구(85)의 광유입구(86)의 크기가 슬릿(50)을 통과한 빔 스팟 라인(100n)의 길이 방향의 폭보다 충분히 큰 경우,렌즈(75)가 사용되지 않고 슬릿(50) 바로 밑에 적분구(85)가 위치할 수도 있다.
광 센서(60)는 적분구(85)와 연결되어 적분구(85)로 입사된 빔 스팟 라인(100n)을 제공받을 수 있다.
적분구(85)는 빔 스팟 라인(100n)이 광 센서(60)로 입사할 때 빔 스팟 라인(100n)과 광 센서(60)가 이루는 입사각에 따른 누적 광량의 측정 결과에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있다.
도 10a, 도 10b, 도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치를 이용한 누적 광량 측정 방법의 다른 실시예를 설명하는 중간 단계 도면들이다.
도 10a, 도 10b, 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 먼저, 복수의 광 소자(LS1~LS4)는 전원부(11)로부터 입력 전압 Vin을 제공받을 수 있다. 이 때, 각각의 광 소자들(LS1~LS4)에 의한 누적 광량 분포를 측정하기 위하여, 제1 광 소자(LS1)에 대해서 입력 전압 Vin을 제공하여 제1 광(LIGHT1)을 조명 광학계(20)에 제공하고, 다른 광 소자들(LS2~LS4)을 오프 상태를 유지할 수 있다. 이에 따라 투영 광학계(40)는 제1 광 소자(LS1) 만에 의한 빔 스팟 어레이 만을 형성하여 광 센서(60)에 제공한다.
빔 스팟 어레이에 의한 광 신호를 제공받은 광 센서(60) 및 측정 부(65)는 제1 광 소자(LS1)에 의하여 생성된 누적 광량 분포를 측정할 수 있다.
나머지 제2 광 소자 내지 제4 광 소자(LS2~LS4)에 대하여, 차례로 입력 전압 Vin을 제공하여 각각의 광 소자들에 의하여 생성된 누적 광량 분포를 차례로 측정한다.
제1 내지 제4 광 소자들(LS1~LS4)에 의하여 생성된 빔 스팟 어레이로부터 측정된 누적 광량 분포의 그래프가 도 10b에 도시되었다.
제1 내지 제4 광 소자(LS1~LS4)에 의해 생성된 빔 스팟 어레이로부터 측정된 누적 광량 분포를 합산하여, 광원(10)에 의해 생성된 빔 스팟 어레이의 누적 광량 분포를 계산할 수 있다. 이는 도 11b의 그래프(Original)에 도시된 것과 같다.
그런데, 광원(10)에 의해 생성된 빔 스팟 어레이의 누적 광량 분포는, 도 11b의 그래프에서 도시된 것과 같이 편차(D2)를 보일 수 있다. 이러한 편차는 노광면에서 얻어지는 광량의 편차로 이어져 노광 품질에 영향을 미칠 수 있다.
제1 내지 제4 광 소자들(LS1~LS4)에 의해 생성된 빔 스팟 어레이로부터 측정된 누적 광량 분포를 기반으로, 전원부(11)가 제1 내지 제4 광 소자들(LS1~LS4)에 인가하는 입력 전압을 조절하여 제1 내지 제4 광 소자들(LS1~LS4)의 광 출력을 조절할 수 있다.
특히, 각각의 광 소자(LS1~LS4)에 의한 누적 광량 분포는 광 소자에 인가되는 전압이 달라져도 광량 분포 자체는 유지되고, 누적 광량의 평균값만 전압에 따라 달라진다. 따라서 각각의 광 소자(LS1~LS4) 간의 전압 비율을 유지하면 전체 누적 광량 분포의 변화없이 일정한 광량을 유지하며 광량 분포를 개선시킬 수 있다.
각각의 광 소자(LS1~LS4)의 전압 비율을 유지하며 광량 분포가 개선된 그래프가 도 11b의 그래프(Modified1, Modified2)에 도시되었다.
광량 분포를 조절하는 것은 빔 스팟 어레이의 각각의 빔 스팟을 온 또는 오프시키는 것에 의하여도 가능하나, 빔 스팟을 오프시키는 경우 충분한 광량을 얻기 위해서는 광원으로부터 제공되는 광량의 파워를 증가시켜야 한다. 이 경우 광손실 증가 및 광원의 수명 단축이 발생할 수 있다.
그러나 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광 장치에 의한 광량 분포 측정 방법에 따르면, 빔 스팟의 오프를 최소화하면서 빠른 광량 분포 측정을 통해 누적 광량 분포를 개선시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 광원 20: 조명 광학계
30: 광변조 소자 40: 노광 광학계
50: 슬릿 60: 광 센서
70: 스테이지 90: 척

Claims (10)

  1. 광을 출사하는 광원;
    기판이 배치되는 스테이지;
    상기 광을 복수의 행과 복수의 열을 포함하는 빔 스팟 어레이로 변환하여 상기 스테이지 상으로 조사하는 광학계;
    상기 빔 스팟 어레이가 조사되고, 상기 빔 스팟 어레이의 제n번째(n은 자연수) 열을 통과시키는 슬릿;
    상기 슬릿을 통과한 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열을 센싱하는 광 센서; 및
    상기 광 센서가 센싱한 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열의 누적 광량을 측정하는 측정부를 포함하는 마스크리스 노광 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열의 누적 광량 측정이 종료된 후, 상기 빔스팟 어레이의 상기 제n 열과 인접하는 제n+1 열과 대응하는 위치로 상기 슬릿을 이동하고,
    상기 측정부는 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n+1 열의 누적 광량을 측정하는 마스크리스 노광 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 스테이지가 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n+1 열과 대응하는 위치로 이동한 후 상기 제n+1 열을 제외한 상기 빔 스팟 어레이를 오프시키는 마스크리스 노광 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열을 제외한 상기 빔 스팟 어레이를 오프시키는 마스크리스 노광 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 슬릿과 상기 센서 사이에, 상기 슬릿을 통과하는 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n번째 열을 집광하여 상기 광 센서로 제공하는 렌즈를 더 포함하는 마스크리스 노광 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열의 누적 광량 측정 결과를 기준값과 비교하는 비교부를 더 포함하는 마스크리스 노광 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 기준값은 기측정된 상기 빔 스팟 어레이의 상기 제n 열의 누적 광량 측정 결과인 마스크리스 노광 장치.
  8. 광을 제공하는 광원;
    상기 광을 매트릭스 형태의 빔 스팟 어레이로 변환하여 출력하는 광학계;
    상기 빔 스팟 어레이의 일부를 통과시키는 슬릿;
    상기 슬릿을 통과한 상기 빔 스팟 어레이 일부를 센싱하는 센서; 및
    상기 센서로 센싱된 상기 빔 스팟 어레이의 일부의 누적 광량을 측정하는 측정부를 포함하되,
    상기 슬릿은 홈을 포함하고, 상기 홈은 상기 빔 스팟 어레이의 n열(n은 자연수)과 대응하는 위치에 정렬되는 마스크리스 노광 장치.
  9. 광원으로부터 출사된 광을 제공하고,
    상기 광을 매트릭스 형태의 빔 스팟 어레이로 변환하여 스테이지 상에 제공하고,
    상기 빔 스팟 어레이 중 제n 열(n은 자연수)을 슬릿에 통과시켜 제1 빔 스팟 라인을 형성하고,
    상기 제1 빔 스팟 라인의 누적 광량을 측정하는 것을 포함하는 마스크리스 노광 장치의 누적 광량 측정 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 빔 스팟 라인의 누적 광량을 측정한 후, 상기 슬릿을 이동시켜 상기 빔 스팟 어레이 중 상기 제n 열과 인접한 제 n+1 열을 슬릿에 통과시켜 제2 빔 스팟 라인을 형성하는 것을 더 포함하는 마스크리스 노광 장치의 누적 광량 측정 방법.
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