KR20220060327A - 편광 필터의 제조 장치 및 방법 - Google Patents

편광 필터의 제조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치는 기판의 위치를 조절하여 기판과 몰드를 정렬시키는 기판 구동부, 상기 기판 구동부과 이격되어 상방에 위치하며, 상기 몰드의 위치를 조절하여 상기 기판과 상기 몰드를 정렬시키는 몰드 구동부, 상기 몰드 구동부에 설치되며 레이저를 이용하여 노광 공정 및 후처리 공정을 진행하여 편광 필터를 제조하는 레이저 구동부를 포함한다.

Description

편광 필터의 제조 장치 및 방법{MANUFACTURING APPARATUS AND METHOD OF POLARIZATION FILTER}
본 발명은 편광 필터의 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적외선 소자 집적용 편광 필터의 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
편광 필터 이미지 시스템은 환경, 산업, 군수, 의료 등 다양한 분야에 걸쳐 넓은 응용성을 가지고 있어 높은 효율을 가진 편광 필터를 구현하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 일반적으로 편광 필터는 포토리소그래피 공정, 나노 임프린트 공정, 나노 전사 공정 등을 이용하여 제조할 수 있다.
포토리소그래피 공정은 빛의 회절 현상 때문에 회절 한계가 발생하므로 나노 크기 이하의 구조물을 제조하기 어렵고 제조 공정이 복잡하여 제조 비용이 증가하게 된다.
회절 한계를 극복하기 위해 나노 임프린트 공정 및 나노 전사 공정을 이용하여 나노 구조의 패턴을 가진 편광 필터를 제조할 수 있다. 　 그러나 나노 임프린트 공정 및 나노 전사 공정을 수행하기 위해서는 많은 종류의 장치를 사용해야 하기에 시간적·공간적 제약이 크다. 　또한 각 장치에 맞춰 정렬 시스템을 구축해야 하므로 각 장치의 공정 단계마다 정렬 공정이 필요하게 된다.
또한, 나노 임프린트 공정 및 나노 전사 공정을 통해 제조된 편광 필터는 표면의 균일도가 좋지 않고, 특히 나노 전사 공정에서는 패턴의 표면이 일부 돌출되는 래빗 이어(rabbit ear) 현상이 발생할 수 있다. 이는 편광 필터의 성능 저하를 야기할 수 있으며 이 한계를 극복하기 위해서는 편광 필터 표면 및 입자 경계에서 발생하는 빛의 산란을 줄여 빛의 투과성을 향상시켜야 한다. 그에 따라 편광 필터의 표면을 연마하고, 래빗 이어(rabbit ear)를 제거하며, 입자 성장을 유도하기 위해 레이저 연마와 같은 후처리 공정을 추가로 수행하여야 하므로 제조 비용이 증가하고 제조 공정이 복잡해진다.
본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제조 비용 및 제조 시간을 단축시키고 제조 공정을 단순화시킬 수 있는 편광 필터의 제조 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치는 기판의 위치를 조절하여 기판과 몰드를 정렬시키는 기판 구동부, 상기 기판 구동부과 이격되어 상방에 위치하며, 상기 몰드의 위치를 조절하여 상기 기판과 상기 몰드를 정렬시키는 몰드 구동부, 상기 몰드 구동부에 설치되며 레이저를 이용하여 노광 공정 및 후처리 공정을 진행하여 편광 필터를 제조하는 레이저 구동부를 포함한다.
상기 기판 구동부는 상기 기판의 위치를 조절하는 기판 정렬부, 상기 기판 정렬부 위에 설치되며 상기 기판을 가열시키는 가열판, 그리고 상기 가열판 위에 설치되며 상기 기판과 접촉하여 상기 기판을 고정시키는 기판 진공척을 포함할 수 있다.
상기 기판 구동부는 상기 가열판과 상기 기판 정렬부 사이에 위치하며, 상기 기판에 가해지는 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 정렬부는 상기 기판의 X축, Y축, 및 Z축 방향의 위치를 조절하는 3축 위치 조절부, 상기 기판의 회전축 방향의 위치를 조절하는 회전축 위치 조절부, 그리고 상기 기판의 기울기를 조절하는 기울기 조절부를 포함할 수 있다.
상기 몰드 구동부는 상기 기판과 상기 몰드의 기울기를 측정하는 오토콜리메이터, 상기 기판의 기판 정렬 마크와 상기 몰드의 몰드 정렬 마크를 확인하여 상기 몰드를 정렬시키는 카메라 모듈, 상기 기판 진공척과 대향하며 상기 몰드를 고정하는 몰드 진공척을 포함할 수 있다.
상기 카메라 모듈은 상기 기판의 기판 정렬 마크와 상기 몰드의 몰드 정렬 마크를 확인하는 한 상의 카메라, 그리고 상기 한 쌍의 카메라의 위치를 조절하는 카메라 위치 조절부를 포함할 수 있다.
상기 레이저 구동부는 상기 몰드 구동부에 설치되는 레이저 스테이지, 상기 레이저 스테이지의 일단에 설치되어 노광 공정을 진행하는 광학 모듈, 그리고 상기 레이저 스테이지의 타단에 설치되어 후처리 공정을 진행하는 갈바노 스캐너를 포함할 수 있다.
상기 몰드 구동부 및 상기 레이저 구동부의 수직 위치를 조절하는 수직 위치 조절부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 방법은 기판 구동부 및 몰드 구동부를 이용하여 기판과 몰드를 정렬시키는 정렬 공정을 진행하는 단계, 상기 기판 구동부 및 상기 몰드 구동부를 이용하여 상기 기판에 상기 몰드를 가압시키는 가압 공정을 진행하는 단계, 상기 몰드 구동부에 설치된 레이저 구동부를 이용하여 노광 공정을 진행하는 단계, 그리고 상기 레이저 구동부를 이용하여 후처리 공정을 진행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가압 공정에서 상기 기판 구동부를 이용하여 상기 기판을 가열시키는 가열 공정을 진행할 수 있다.
상기 정렬 공정을 진행하는 단계는 상기 몰드 구동부의 오토콜리메이터를 이용하여 상기 기판과 상기 몰드의 기울기를 측정하는 단계, 상기 기판 구동부의 기울기 조절부를 이용하여 상기 기판과 상기 몰드를 평행하게 정렬하는 단계, 상기 몰드 구동부의 카메라 모듈을 이용하여 상기 기판의 기판 정렬 마크와 상기 몰드의 몰드 정렬 마크를 확인하는 단계, 그리고 상기 기판 구동부의 3축 위치 조절부 및 회전축 위치 조절부를 이용하여 상기 기판과 상기 몰드를 정렬하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가압 공정을 진행하는 단계는 상기 몰드 구동부 및 상기 레이저 구동부에 연결된 수직 위치 조절부를 이용하여 상기 몰드 구동부 및 상기 레이저 구동부를 동시에 Z축 방향 하방으로 이동시켜 상기 몰드로 상기 기판을 가압하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 노광 공정을 진행하는 단계는 상기 레이저 구동부의 레이저 스테이지를 이동시켜 상기 몰드 구동부의 광학 모듈이 상기 기판에 대응하여 위치하는 단계, 그리고 노광 레이저에서 조사된 레이저 빔을 상기 광학 모듈을 이용하여 상기 기판에 조사시켜 편광 필터를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 후처리 공정을 진행하는 단계는 상기 레이저 스테이지를 초기 위치로 복귀시키는 단계, 상기 몰드 진공척에 흡착되어 있는 상기 몰드를 제거하는 단계, 상기 레이저 스테이지를 이동시켜 상기 갈바노 스캐너가 상기 편광 필터에 대응하여 위치하는 단계, 그리고 후처리 레이저에서 조사된 레이저 빔을 상기 갈바노 스캐너를 이용하여 상기 편광 필터에 조사시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법은 편광 필터를 제조하기 위한 정렬 공정, 가압 및 가열 공정, 노광 공정, 그리고 후처리 공정을 하나의 제조 장치로 수행할 수 있는 올인원 시스템(all-in one system)을 구현함으로써, 제조 비용 및 제조 시간을 단축시키고 제조 공정을 단순화시키며 제조 장치를 소형화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치의 개략적인 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치의 기판 구동부의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치의 몰드 구동부의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치의 레이저 구동부의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치를 이용한 편광 필터의 제조 방법을 순서대로 나타낸 순서도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치를 이용한 편광 필터의 제조 방법을 나타낸 도면으로서, 정렬 공정, 가압 공정 및 가열 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치를 이용한 편광 필터의 제조 방법을 나타낸 도면으로서, 노광 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치를 이용한 편광 필터의 제조 방법을 나타낸 도면으로서, 후처리 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 17a는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법으로 나노 크기의 편광 필터 패턴을 형성하기 전의 기판의 평면 사진이다.
도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법으로 나노 크기의 편광 필터 패턴을 형성한 기판의 평면 사진이다
도 18a는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법으로 후처리 공정을 진행하기 전의 나노 크기의 편광 필터 패턴을 나타낸 SEM 사진이다.
도 18b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법으로 후처리 공정을 진행한 후의 나노 크기의 편광 필터 패턴을 나타낸 SEM 사진이다.
도 18c는 파장에 따라 편광 필터의 소광비(extinction ratio)를 나타낸 그래프이다.
도 19a는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법으로 후처리 공정을 진행하기 전의 나노 크기의 편광 필터 패턴의 그레인(grain) 구조를 나타낸 TEM 사진이다.
도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법으로 후처리 공정을 진행한 후의 나노 크기의 편광 필터 패턴의 그레인 구조를 나타낸 TEM 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치에 대하여 도 1 내지 도 5를 참고로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치의 개략적인 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치의 기판 구동부의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치의 몰드 구동부의 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치의 레이저 구동부의 사시도이다.
우선, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치는 지지 테이블(1)에 설치되는 기판 구동부(100), 몰드 구동부(200), 레이저 구동부(300), 그리고 수직 위치 조절부(400)를 포함한다.
기판 구동부(100)는 기판(10)의 위치를 조절하여 기판(10)과 몰드(20)를 정렬시킬 수 있다. 몰드(20)에 형성된 편광 필터 패턴은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치에 의해 기판(10)에 전사되어, 기판(10)은 편광 필터로 제조된다.
기판 구동부(100)는 기판 정렬부(110), 가열판(120), 기판 진공척(substrate vacuum chuck)(130), 그리고 압력 센서(140)를 포함할 수 있다.
기판 정렬부(110)는 지지 테이블(1)에 설치되며, 기판(10)의 위치를 조절할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기판 정렬부(110)는 3축 위치 조절부(111), 회전축 위치 조절부(112), 그리고 기울기 조절부(113)를 포함할 수 있다.
3축 위치 조절부(111)는 기판 진공척(130)에 탑재된 기판(10)을 X축 방향, Y축 방향, 그리고 Z축 방향으로 평행 이동시켜 기판(10)의 위치를 조절할 수 있다.
구체적으로 3축 위치 조절부(111)는 기판(10)의 X축 방향의 위치를 조절하는 X축 위치 조절부(111X), 기판(10)의 Y축 방향의 위치를 조절하는 Y축 위치 조절부(111Y), 그리고 기판(10)의 Z축 방향의 위치를 조절하는 Z축 위치 조절부(111Z)를 포함할 수 있다.
회전축 위치 조절부(112)는 기판(10)을 회전시켜 기판(10)의 회전축 방향(φ)의 위치를 조절할 수 있다.
기울기 조절부(113)는 기판(10)의 기울기를 조절하여 기판(10)의 위치를 미세 조절할 수 있다.
가열판(120)은 기판 정렬부(110) 위에 설치되며 기판(10)을 가열시켜 가열 공정을 진행할 수 있다.
기판 진공척(130)은 가열판(120) 위에 설치되며 기판(10)과 접촉하여 진공 흡입을 이용하여 기판(10)을 고정시킬 수 있다.
압력 센서(140)는 가열판(120)과 기판 정렬부(110) 사이에 위치하며, 기판(10)에 몰드(20)가 접촉하여 가압 공정을 진행하는 경우, 기판(10)에 가해지는 압력을 측정할 수 있다.
몰드 구동부(200)는 기판 구동부(100)과 이격되어 Y축 방향으로 상방에 위치하며, 몰드(20)의 위치를 조절하여 기판(10)과 몰드(20)를 정렬시킬 수 있다.
몰드 구동부(200)는 오토콜리메이터(auto collimator)(210), 카메라 모듈(220), 그리고 몰드 진공척(mold vacuum chuck)(230)을 포함할 수 있다.
오토콜리메이터(210)는 기판(10)과 몰드(20)의 기울기를 측정할 수 있다. 이러한 오토콜리메이터(210)를 이용하여 기판(10)과 몰드(20)의 기울기를 평행하게 유지할 수 있다. 따라서, 몰드(20)의 편광 필터 패턴이 전면적으로 동일한 압력으로 기판(10)과 접촉할 수 있으므로, 나노 크기의 정밀한 편광 필터 패턴을 기판(10)에 전사시킬 수 있다.
카메라 모듈(220)은 한 쌍의 카메라(221), 카메라 위치 조절부(222), 미세 조절부(223)를 포함할 수 있다.
한 쌍의 카메라(221)는 기판(10)의 기판 정렬 마크(11)와 몰드(20)의 몰드 정렬 마크(21)를 확인할 수 있다. 이 때, 한 쌍의 카메라(221) 중 어느 하나는 기판 정렬 마크(11)에 초점을 맞추고, 한 쌍의 카메라(221) 중 다른 하나는 몰드 정렬 마크(21)에 초점을 맞춤으로써, 기판(10)과 몰드(20) 사이의 거리가 어느 정도인지 파악하여 가압 직전의 최대한 가까운 상태에서 더 세밀한 정렬을 할 수 있다.
또한, 한 쌍의 카메라(221) 중 어느 하나는 기판(10)의 일 지점에 위치한 기판 정렬 마크(11)에 초점을 맞추고, 한 쌍의 카메라(221) 중 다른 하나는 기판(10)의 다른 지점에 위치한 기판 정렬 마크(11)에 초점을 맞추어 하나의 기판 정렬 마크(11)에만 초점을 맞추었을 때 발생할 수 있는 전체 면적 상의 오차를 보다 정밀하게 보정하여 공정을 수행할 수 있다. 마찬가지로, 한 쌍의 카메라(221) 중 어느 하나는 몰드(20)의 일 지점에 위치한 몰드 정렬 마크(21)에 초점을 맞추고, 한 쌍의 카메라(221) 중 다른 하나는 몰드(20)의 다른 지점에 위치한 몰드 정렬 마크(21)에 초점을 맞추어 하나의 몰드 정렬 마크(21)에만 초점을 맞추었을 때 발생할 수 있는 전체 면적 상의 오차를 보다 정밀하게 보정하여 공정을 수행할 수 있다. 이와 같이, 한 쌍의 카메라(221)를 이용하여 기판(10)과 몰드(20)를 정밀하게 정렬시킬 수 있다.
카메라 위치 조절부(222)는 Z축 방향으로 한 쌍의 카메라(221)의 위치를 조절할 수 있다. 따라서, 정렬 공정과 후처리 공정 등에서 한 쌍의 카메라(221)의 위치만을 별도로 이동시킬 수 있다.
미세 조절부(223)는 카메라(221)의 위치를 미세하게 수동으로 조절할 수 있다. 미세 조절부(223)는 X축 방향으로 카메라(221)의 위치를 미세하게 조절하는 X축 미세 조절부(223X), Y축 방향으로 카메라(221)의 위치를 미세하게 조절하는 Y축 미세 조절부(223Y), 그리고 Z축 방향으로 카메라(221)의 위치를 미세하게 조절하는 Z축 미세 조절부(223Z)를 포함할 수 있다.
이러한 카메라 모듈(220)은 기판(10)의 기판 정렬 마크(11)와 몰드(20)의 몰드 정렬 마크(21)를 확인하여 몰드(20)의 위치를 정교하게 조절할 수 있다.
이와 같이, 기판 정렬부(110) 및 카메라 위치 조절부(222)를 이용하여 기판 정렬 마크(11)와 몰드 정렬 마크(21)를 서로 정렬시켜 기판(10)과 몰드(20)를 정렬시킬 수 있다.
몰드 진공척(230)은 기판 진공척(130)과 대향하며 몰드(20)를 고정할 수 있다. 몰드 진공척(230)은 투과율이 상대적으로 높은 쿼츠(quartz)를 포함할 수 있다. 따라서, 자외선이 몰드 진공척(230)을 통해 투과될 수 있으므로, 나노 임프린트 공정 시 자외선 램프를 이용한 레진 경화 공정을 용이하게 진행할 수 있다.
레이저 구동부(300)는 몰드 구동부(200)에 설치되며 레이저를 이용하여 기판(10)에 노광 공정 및 후처리 공정을 진행하여 편광 필터를 제조할 수 있다.
레이저 구동부(300)는 레이저 스테이지(310), 광학 모듈(320), 그리고 갈바노 스캐너(330)를 포함할 수 있다.
레이저 스테이지(310)는 X축 방향으로 연장되는 막대 형상을 가질 수 있다. 이러한 레이저 스테이지(310)는 몰드 구동부(200)에 설치될 수 있다.
광학 모듈(320)은 레이저 스테이지(310)의 일단에 설치되어 레이저 스테이지(310)의 X축 방향 이동에 따라 X축 방향으로 함께 이동할 수 있다. 이러한 광학 모듈(320)은 노광 공정에 사용될 수 있다.
갈바노 스캐너(330)는 레이저 스테이지(310)의 타단에 설치되어 레이저 스테이지(310)의 X축 방향 이동에 따라 X축 방향으로 함께 이동할 수 있다. 이러한 갈바노 스캐너(330)는 후처리 공정에 사용될 수 있다.
수직 위치 조절부(400)는 몰드 구동부(200) 및 레이저 구동부(300)의 수직 위치를 동시에 조절할 수 있다. 따라서, 수직 위치 조절부(400)를 이용하여 몰드 진공척(230)에 흡착된 몰드(20)를 기판 진공척(130)에 흡착된 기판(10)에 접촉시킬 수 있다.
한편, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치를 이용한 편광 필터의 제조 방법에 대해 이하에서 도면을 참고로 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치를 이용한 편광 필터의 제조 방법을 순서대로 나타낸 순서도이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치를 이용한 편광 필터의 제조 방법을 나타낸 도면으로서, 정렬 공정, 가압 공정 및 가열 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
우선, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 방법은 기판 구동부(100) 및 몰드 구동부(200)를 이용하여 기판(10)과 몰드(20)를 정렬시키는 정렬 공정을 진행한다(S100).
정렬 공정에 대해 구체적으로 설명하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 오토콜리메이터(210)를 이용하여 기판(10)과 몰드(20)의 기울기를 측정하여 기판(10)과 몰드(20)간의 기울기 차이를 측정한다. 그리고 기판 구동부(100)의 기울기 조절부(113)를 이용하여 기판(10)과 몰드(20)를 평행하게 정렬시킨다. 그리고, 수직 위치 조절부(400)를 이용하여 몰드 구동부(200) 및 레이저 구동부(300)를 동시에 Z축 방향 하방으로 이동시켜 몰드 진공척(230)과 기판 진공척(130)이 서로 인접하게 위치시킨다. 그리고, 카메라 모듈(220)을 이용하여 기판 정렬 마크와 몰드 정렬 마크를 확인하면서 기판(10)과 몰드(20)를 서로 정렬시킨다. 이 때, 기판 정렬부(110)의 3축 위치 조절부(111) 및 회전축 위치 조절부(112)를 이용하여 기판(10)과 몰드(20)를 서로 정렬시킬 수 있다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판 구동부(100) 및 몰드 구동부(200)를 이용하여 기판(10)에 몰드(20)를 가압시키는 가압 공정을 진행한다(S200). 그리고, 동시에 기판 구동부(100)를 이용하여 기판(10)을 가열시키는 가열 공정을 진행한다.
가압 공정에 대해 구체적으로 설명하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 수직 위치 조절부(400)를 이용하여 몰드 구동부(200) 및 레이저 구동부(300)를 동시에 Z축 방향 하방으로 더욱 이동시켜 몰드(20)와 기판(10)을 접촉시키면서 몰드(20)로 기판(10)을 가압한다. 이 때, 기판 구동부(100)의 압력 센서(140)를 이용하여 기판(10)에 가해지는 압력을 측정하고 이를 수직 위치 조절부(400)에 피드백하여 기판(10)에 가해지는 압력을 미세하게 조절할 수 있다.
그리고, 도 9에 도시된 바와 같이, 카메라 모듈(220)의 카메라 위치 조절부(222)를 이용하여 몰드(20)와 기판(10)에 대한 초점 위치를 따로 지정하여 공정 중 문제를 확인할 수 있다. 즉, 카메라 모듈(220)의 카메라 위치 조절부(222)를 이용하여 동일한 위치에 있는 몰드 정렬 기판(21)과 기판 정렬 마크(11)에 각각 초점을 맞춰 몰드(20)와 기판(10)의 거리가 줄어들수록 서로 동일한 형상을 보여야 한다는 사실에 입각해 몰드 구동부(200)의 카메라 위치 조절부(222)를 조절하여 보다 정밀한 공정을 수행할 수 있다. 그리고, 기판 구동부(100)의 가열판(120)을 이용하여 압력 공정과 동시에 가열 공정을 진행할 수 있다.
다음으로, 도 6, 및 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 몰드 구동부(200)에 설치된 레이저 구동부(300)를 이용하여 노광 공정을 진행한다(S300).
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치를 이용한 편광 필터의 제조 방법을 나타낸 도면으로서, 노광 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 몰드 구동부(200)의 카메라 위치 조절부(222)를 이용하여 한 쌍의 카메라(221)를 Z축 방향 상방으로 이동시켜 레이저 구동부(300)와의 물리적 접촉 및 간섭을 제거할 수 있다.
다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 레이저 구동부(300)의 레이저 스테이지(310)를 X축 방향으로 일측으로 이동시켜 광학 모듈(320)이 기판(10)에 대응하는 위치에 위치하게 한다.
다음으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 노광 레이저(340)에서 조사된 레이저 빔을 광학 모듈(320)을 이용하여 기판(10)에 조사시켜 노광 공정을 진행할 수 있다. 이러한 레이저 빔은 자외선, 가시 광선, 적외선 영역의 연속판, 펄스파 레이저 등일 수 있다.
이러한 정렬 공정, 가압 및 가열 공정, 그리고 노광 공정을 진행하여 기판(10)에 나노 크기의 편광 필터 패턴을 형성하여 편광 필터를 제조할 수 있다.
다음으로, 도 6, 및 도 13 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 레이저 구동부(300)를 이용하여 후처리 공정을 진행한다(S400).
도 13 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치를 이용한 편광 필터의 제조 방법을 나타낸 도면으로서, 후처리 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 편광 필터(30)가 제조된 후, 레이저 구동부(300)의 레이저 스테이지(310)를 초기 위치로 복귀시킨다.
다음으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 수직 위치 조절부(400)를 이용하여 몰드 구동부(200) 및 레이저 구동부(300)를 동시에 이동시켜 편광 필터(30)와 갈바노 스캐너(330)의 초점 거리 위치까지 상승시킨다.
다음으로, 도 15에 도시된 바와 같이, 몰드 진공척(230)에 흡착되어 있는 몰드(20)를 제거한다. 그리고, 레이저 구동부(300)의 레이저 스테이지(310)를 이동시켜 갈바노 스캐너(330)가 편광 필터(30)에 대응하는 위치에 위치하게 한다. 이 때, 갈바노 스캐너(330)는 편광 필터(30)의 전면적을 스캔할 수 있다.
다음으로, 도 16에 도시된 바와 같이, 후처리 레이저(350)에서 조사된 레이저 빔을 갈바노 스캐너(330)를 이용하여 편광 필터(30)에 조사시켜 후처리 공정을 진행할 수 있다. 이러한 레이저 빔은 몰드 진공척(230)을 투과하기 용이한 가시 광선 및 적외선 영역의 연속파, 펄스파 레이저 등일 수 있다.
이러한 후처리 공정을 진행하여 편광 필터(30)의 편광 필터 패턴의 외곽에 돌출된 래빗 이어(rabbit ear)를 제거하여 표면 조도를 향상시키고, 편광 필터(30)의 기능을 향상시킬 수 있다.
도 17a는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법으로 나노 크기의 편광 필터 패턴을 형성하기 전의 기판의 평면 사진이고, 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법으로 나노 크기의 편광 필터 패턴을 형성한 기판의 평면 사진이다.
도 17a 및 도 17b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법에 의해 정렬 공정, 가압 공정, 노광 공정을 진행함으로써, 기판(10) 상의 원하는 위치에 나노 크기의 편광 필터 패턴(12)이 형성된 것을 확인할 수 있다.
도 18a는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법으로 후처리 공정을 진행하기 전의 나노 크기의 편광 필터 패턴을 나타낸 SEM 사진이고, 도 18b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법으로 후처리 공정을 진행한 후의 나노 크기의 편광 필터 패턴을 나타낸 SEM 사진이고, 도 18c는 파장에 따라 편광 필터의 소광비(extinction ratio)를 나타낸 그래프이다.
도 18a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법으로 정렬 공정, 가압 및 가열 공정, 그리고 노광 공정을 진행한 기판(10)에 편광 필터 패턴(12)이 형성된다. 이 경우, 편광 필터 패턴(12)에 래빗 이어(rabbit ear)(12a)가 발생함을 확인할 수 있다. 이러한 래빗 이어(12a)는 편광 필터(30)의 성능을 저하시키며, 편광 필터(30)의 표면 조도를 저하시킬 수 있다.
그러나, 도 18b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법으로 후처리 공정을 진행한 경우, 편광 필터 패턴(12)에 형성된 래빗 이어가 제거됨을 확인할 수 있다.
도 18c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법에 의해 레이저를 이용하여 후처리 공정을 진행한 편광 필터(A)는 후처리 공정을 진행하지 않은 편광 필터(B) 보다 대략 300% 정도 소광비가 향상됨을 확인할 수 있고, 가열 공정을 이용하여 후처리 공정을 진행한 편광 필터(C)는 소광비 특성이 저하됨을 확인할 수 있다.
도 19a는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법으로 후처리 공정을 진행하기 전의 나노 크기의 편광 필터 패턴의 그레인(grain) 구조를 나타낸 TEM 사진이고, 도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법으로 후처리 공정을 진행한 후의 나노 크기의 편광 필터 패턴의 그레인 구조를 나타낸 SEM 사진이다.
도 19a에 도시된 바와 같이, 후처리 공정을 진행하기 전의 나노 크기의 편광 필터 패턴(12)의 그레인(grain)은 대략 20nm 크기로 작게 형성되나, 도 19b에 도시된 바와 같이, 후처리 공정을 진행한 후의 나노 크기의 편광 필터 패턴(12)의 그레인은 대략 100nm 이상의 크기로 크게 형성됨을 알 수 있다. 따라서, 편광 필터 패턴(12)의 그레인의 크기가 커지면서 편광 필터의 전도성이 향상되고 일렉트로마이그레이션(electromigration) 현상을 최소화시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필터의 제조 장치 및 방법은 편광 필터를 제조하기 위한 정렬 공정, 가압 및 가열 공정, 노광 공정, 그리고 후처리 공정을 하나의 제조 장치로 수행할 수 있는 올인원 시스템(all-in one system)을 구현함으로써, 제조 비용 및 제조 시간을 단축시키고 제조 공정을 단순화시키며 제조 장치를 소형화시킬 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
100: 기판 구동부 110: 기판 정렬부
120: 가열판 130: 기판 진공척
140: 압력 센서 200: 몰드 구동부
210: 오토콜리메이터 220: 카메라 모듈
230: 몰드 진공척 300: 레이저 구동부
310: 레이저 스테이지 320: 광학 모듈
330: 갈바노 스캐너 400: 수직 위치 조절부

Claims (14)

  1. 기판의 위치를 조절하여 기판과 몰드를 정렬시키는 기판 구동부,
    상기 기판 구동부과 이격되어 상방에 위치하며, 상기 몰드의 위치를 조절하여 상기 기판과 상기 몰드를 정렬시키는 몰드 구동부,
    상기 몰드 구동부에 설치되며 레이저를 이용하여 노광 공정 및 후처리 공정을 진행하여 편광 필터를 제조하는 레이저 구동부
    를 포함하는 편광 필터의 제조 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 기판 구동부는
    상기 기판의 위치를 조절하는 기판 정렬부,
    상기 기판 정렬부 위에 설치되며 상기 기판을 가열시키는 가열판, 그리고
    상기 가열판 위에 설치되며 상기 기판과 접촉하여 상기 기판을 고정시키는 기판 진공척
    을 포함하는 편광 필터의 제조 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 기판 구동부는 상기 가열판과 상기 기판 정렬부 사이에 위치하며, 상기 기판에 가해지는 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함하는 편광 필터의 제조 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 기판 정렬부는
    상기 기판의 X축, Y축, 및 Z축 방향의 위치를 조절하는 3축 위치 조절부,
    상기 기판의 회전축 방향의 위치를 조절하는 회전축 위치 조절부, 그리고
    상기 기판의 기울기를 조절하는 기울기 조절부
    를 포함하는 편광 필터의 제조 장치.
  5. 제2항에서,
    상기 몰드 구동부는
    상기 기판과 상기 몰드의 기울기를 측정하는 오토콜리메이터,
    상기 기판의 기판 정렬 마크와 상기 몰드의 몰드 정렬 마크를 확인하여 상기 몰드를 정렬시키는 카메라 모듈,
    상기 기판 진공척과 대향하며 상기 몰드를 고정하는 몰드 진공척
    을 포함하는 편광 필터의 제조 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 카메라 모듈은
    상기 기판의 기판 정렬 마크와 상기 몰드의 몰드 정렬 마크를 확인하는 한 상의 카메라, 그리고
    상기 한 쌍의 카메라의 위치를 조절하는 카메라 위치 조절부
    를 포함하는 편광 필터의 제조 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 레이저 구동부는
    상기 몰드 구동부에 설치되는 레이저 스테이지,
    상기 레이저 스테이지의 일단에 설치되어 노광 공정을 진행하는 광학 모듈, 그리고
    상기 레이저 스테이지의 타단에 설치되어 후처리 공정을 진행하는 갈바노 스캐너
    를 포함하는 편광 필터의 제조 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 몰드 구동부 및 상기 레이저 구동부의 수직 위치를 조절하는 수직 위치 조절부를 더 포함하는 편광 필터의 제조 장치.
  9. 기판 구동부 및 몰드 구동부를 이용하여 기판과 몰드를 정렬시키는 정렬 공정을 진행하는 단계,
    상기 기판 구동부 및 상기 몰드 구동부를 이용하여 상기 기판에 상기 몰드를 가압시키는 가압 공정을 진행하는 단계,
    상기 몰드 구동부에 설치된 레이저 구동부를 이용하여 노광 공정을 진행하는 단계, 그리고
    상기 레이저 구동부를 이용하여 후처리 공정을 진행하는 단계
    를 포함하는 편광 필터의 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 가압 공정에서 상기 기판 구동부를 이용하여 상기 기판을 가열시키는 가열 공정을 진행하는 편광 필터의 제조 방법.
  11. 제9항에서,
    상기 정렬 공정을 진행하는 단계는
    상기 몰드 구동부의 오토콜리메이터를 이용하여 상기 기판과 상기 몰드의 기울기를 측정하는 단계,
    상기 기판 구동부의 기울기 조절부를 이용하여 상기 기판과 상기 몰드를 평행하게 정렬하는 단계,
    상기 몰드 구동부의 카메라 모듈을 이용하여 상기 기판의 기판 정렬 마크와 상기 몰드의 몰드 정렬 마크를 확인하는 단계, 그리고
    상기 기판 구동부의 3축 위치 조절부 및 회전축 위치 조절부를 이용하여 상기 기판과 상기 몰드를 정렬하는 단계
    를 포함하는 편광 필터의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 가압 공정을 진행하는 단계는
    상기 몰드 구동부 및 상기 레이저 구동부에 연결된 수직 위치 조절부를 이용하여 상기 몰드 구동부 및 상기 레이저 구동부를 동시에 Z축 방향 하방으로 이동시켜 상기 몰드로 상기 기판을 가압하는 단계를 포함하는 편광 필터의 제조 방법.
  13. 제11항에서,
    상기 노광 공정을 진행하는 단계는
    상기 레이저 구동부의 레이저 스테이지를 이동시켜 상기 몰드 구동부의 광학 모듈이 상기 기판에 대응하여 위치하는 단계, 그리고
    노광 레이저에서 조사된 레이저 빔을 상기 광학 모듈을 이용하여 상기 기판에 조사시켜 편광 필터를 제조하는 단계
    를 포함하는 편광 필터의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 후처리 공정을 진행하는 단계는
    상기 레이저 스테이지를 초기 위치로 복귀시키는 단계,
    상기 몰드 진공척에 흡착되어 있는 상기 몰드를 제거하는 단계,
    상기 레이저 스테이지를 이동시켜 상기 갈바노 스캐너가 상기 편광 필터에 대응하여 위치하는 단계, 그리고
    후처리 레이저에서 조사된 레이저 빔을 상기 갈바노 스캐너를 이용하여 상기 편광 필터에 조사시키는 단계
    를 포함하는 편광 필터의 제조 방법.
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