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KR20030023197A - 프리 얼라인 척 - Google Patents

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KR20030023197A
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Abstract

본 발명은 LCD 제조용 노광 장비에 관한 것으로, 특히 기판의 프리 얼라인 단계에서 사용되는 프리 얼라인 척(pre-align chuck)에 관한 것이다. 프리 얼라인 단계에서 사용되는 프리 얼라인 척은 프리 얼라인 척에 형성된 구멍을 통하여 질소 가스를 주입시켜 줌으로써, 기판에 작용하는 마찰을 줄일 수가 있어 기판을 쉽게 얼라인 할 수 있다. 그러나 종래의 프리 얼라인 척은 기판에 발생하는 마찰을 충분히 제거해 주지 못하고 기판이 휘는 문제가 있다. 본 발명의 프리 얼라인 척은 질소 가스를 주입시키기 위해 척에 형성된 구멍의 크기가 중심에는 작게 형성되고 가장 자리로 갈수록 그 구멍의 크기가 크게 형성되어 있어서 기판에 작용하는 마찰력을 최소화 할 수 있다.

Description

프리 얼라인 척{PRE ALIGN CHUCK}
본 발명은 LCD 제조용 노광 장비에 관한 것으로, 상세하게는 노광 전 단계의 프리 얼라인 단계에서 사용되는 프리 얼라인 척에 관한 것이다.
최근, CRT 이외에 대화면, 고화질의 다양한 디스플레이 장비가 개발되고 있으며, 대표적으로 PDP, LCD, 프로젝션디스플레이 등이 있다. 그 중에서 LCD는 제조 가격이 비교적 낮고, 두께가 얇으며, 발열량이 적기 때문에 LED와 함께 널리 사용되고 있으며 전자 손목 시계를 비롯하여 TV의 화면 표시는 물론, 옥외 전광판(full color display)으로도 널리 이용되고 있다.
TFT-LCD 패널의 단면은 도 1에 나타낸 바와 같이 TFT 어레이(Thin Film Transistor) 기판(11)과 C/F (color filter) 기판(12) 사이에 액정층(13)이 형성된 형태로 제작된다. TFT 기판(11)은 각 픽셀마다 설치되어 액정에 신호 전압을 인가하고 차단하는 스위칭(switching) 역할을 담당하는 TFT(15)와, TFT(15)를 통하여 인가된 신호 전압을 액정셀에 가해주는 화소 전극(14)과, 픽셀의 화소 전극(14)에 인가된 신호 전압을 일정 시간 유지시켜주는 스토리지 캐패시터(storage capacitor)(15b)로 이루어진다. C/F 기판(11)은 컬러필터 사이에 형성되는 차광막(미도시)과, 차광막이 형성된 여러 개의 R(red), G(green), B(blue)의 C/F 층(18)위에 ITO(indium tin oxide)로 형성된 공통 전극(19)으로 이루어져 있다.
그리고, C/F 기판(11)과 TFT 기판(12)의 상부면에는 폴리이미드(polymide)로구성된 얇은 유기 막으로 액정을 배향하기 위하여 배향막(21)이 형성되어 있다.
상기 C/F 기판(11)과 TFT 기판(12) 사이에는 액정을 주입시킬 수 있도록 스페이서(spacer)(20)를 두어 일정한 높이의 공간이 형성되도록 한다. 패널의 가장자리에 위치한 실런트(sealant)(16)는 셀(cell) 영역을 구성하고 C/F 기판(11)과 TFT 기판(12)을 고정시켜주는 접착제의 역할을 한다.
상기 C/F 기판(11) 및 TFT 기판(12)을 제작하기 위해서 여러 단계의 박막 증착(Thin Film Deposition), 포토리소그래피(Photolithography), 식각(Etching) 등의 공정이 이루어진다.
특히, 포토리소그래피 공정은 TFT-LCD를 제조하는 과정 중에서 수율을 좌우하는 중요한 요소로서 마스크에 그려진 패턴을 박막이 증착된 유기 기판 위에 전사시켜 형성하는 일련의 공정으로 일반 사진 현상 공정과 같다. 감광액 도포(Photo Resist : PR Coating)단계와, 정렬 및 노광(Align & Exposure)단계와, 현상(Develop)단계가 주요 공정이다.
정열 및 노광 장비는 도 2 에 도시한 바와 같이 조명 광원으로서 초고압 수은등(35)을 사용하며, 그 빛을 타원경(22)으로 집광하여 파장 필터(filter), 집적 렌즈(integrator lens), 콘덴서(condenser)렌즈 등을 포함하는 집광계(23)에 의해 레티클(24) 상의 패턴을 균일하게 조명한다.
조명된 레티클(24) 상의 패턴은 투영 렌즈(25)를 매개로 기판(26)면 상에 결상되며, 레지스트(resist) 상에 노광된다.
기판(26)는 XY 스테이지(27) 상에 위치하고, 스테이지(27) 상에서 이동·위치 결정되어 노광이 반복된다.
또한, 스테이지(27)는 좌표 측정이 가능한 레이저 간섭계(30)를 갖고 있으며, 0.02μm 단위로 위치 좌표를 측정할 수 있다.
그리고, 레티클 얼라인계(28)와 플레이트 얼라인계(29)가 있다.
레티클 얼라인계(28)는 십자선 형상의 Y, θ, X 방향에 대한 레티클(24) 위의 얼라인 마크 중심을 광전신호로 파악하여 플레이트 스테이지 좌표계에 대해 레티클(24)의 자세 및 위치를 정밀하게 정합 시킨다. 이 방법은 간단하며 안정성이 높아 레티클(24)은 이 레티클 얼라인계(28)에 의해 자동적으로 위치를 맞추게 된다.
플레이트 얼라인계(29)에 대해서는 얼라인을 위한 마크가 첫 번째 노광에서 플레이트(26) 상에 전사되고, 공정을 거친 뒤 마크 형성이 된다. 그 때문에 얼라인 센서로서는 프로세스 적합 능력이 높은 것이 필요로 된다.
기판 정열은 기판(26) 위에 설치된 Y, θ, X 방향에 대한 얼라인 마크를 검출함으로써 회전 방향에 대해서는 플레이트 스테이지 좌표계의 X축에 정확히 맞추고, 또 X 방향 및 Y 방향에 대해서는 플레이트 스테이지 좌표계 상에서의 위치를 계측함으로써 실행된다.
상기 정밀한 얼라인 공정이 진행되기 전에 먼저 기계적으로 노광하고자 하는 기판을 얼라인 척에 올려놓고 얼라인하는 단계가 이루어진다. 즉, 노광하기 전에 기판을 밀어서 러프(rough)하게 프리 얼라인(pre-align) 하는 것이다.
그러나, 기판이 대형화됨에 따라 척의 크기가 기판의 크기에 못따라 가기 때문에 기판이 프리 얼라인 척에 올려지게 되면 기판이 휘게 되어 마찰이 생기게 된다. 이 마찰을 줄이기 위해서 얼라인 척 뒤에서 질소 가스를 불어주게 되는데 기판의 변형에 의한 마찰이 발생하여 기판이 잘 밀리지 않는 문제가 발생한다.
이하, 도면을 참조하여 프리 얼라인 단계에서 발생하는 문제에 대해서 상세히 설명한다.
도 3a 에 도시된 바와 같이 프리 얼라인 척(pre-align chuck)(33) 상에 기판의 위치를 잡아주는 기준 핀(reference pin)(31)이 기판(34)의 크기에 따라 조절할 수 있도록 설치되어 있으며, 기판(34)을 정열 해주기 위해서 기판의 장 방향과 단 방향쪽으로 F1과 F2의 힘으로 기판이 설정된 기준 핀(31)에 맞춰지도록 푸쉬핀(push pin)(32)을 밀어준다.
이때, 기판의 단 방향에 비해서 장 방향으로 변형이 많이 일어나기 때문에 프리 얼라인 척(33)과 기판(34)의 단 방향이 닿는 부분에서의 마찰력 F2`보다 프리 얼라인 척(33)과 기판(34)의 장 방향이 닿는 부분에서의 마찰력 F1`이 더 크다. 즉, 힘의 균일한 구배를 위해서 기판을 밀어주는 F1 힘의 크기가 F2의 힘의 크기보다 커야한다. 그러나 장비 구조상 F1과 F2를 구분하여 힘을 가해줄 수가 없다.
즉, 도 3b에 도시된 바와 같이 기판(34)의 장 방향으로의 기판이 변형됨에 따라 프리 얼라인 척(33)의 가장자리 부분에 마찰이 생기게 되는데 이 마찰을 줄이기 위해서 프리 얼라인 척(33)에 구멍을 형성하여 뒷부분에서 기판에 대하여 질소 가스를 주입시켜 주고 있으나 기판의 변형에 의한 마찰이 발생하게 되면 기판이 잘 밀리지 않는다.
본 발명의 목적은 프리 얼라인 척 상에 놓인 기판의 변형을 방지하기 위한 프리 얼라인 척을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 프리 얼라인 척과 기판 사이의 마찰을 줄이기 위한 프리 얼라인 척을 제공하는데 있다.
기타 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 기술될 것이다.
도 1은 액정 패널 구성하고 있는 칼라필터 기판 및 박막트랜지스터 기판에 대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 얼라인 및 노광을 위한 노광 장비를 나타낸 개략도이다.
도 3a는 종래 프리 얼라인 척상에 기판이 올려진 모습을 나타낸 도면이다.
도 3b는 기판의 변형 때문에 마찰에 의한 힘의 구배 불균일 발생을 보여주는 도면이다.
도 4는 종래 프리 얼라인 척에 형성된 구멍을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 프리 얼라인 척에 형성된 구멍을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 있어서, X축의 단면을 보여주는 단면도이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
11: 박막트랜지스터 기판12: 칼라필터 기판
13: 액정층14: 화소 전극
15: 박막트랜지스터15b: 스토리지 캐패시터
16: 실런트18: 칼라필터
19: ITO20: 스페이서
21: 배향막23: 집광계
24:레티클25: 렌즈
26:플레이트28: 레티클 얼라인계
29:플레이트 얼라인계30: 레이저 간섭계
31: 기준 핀33: 프리 얼라인 척
34: 기판41:구멍
본 발명은 노광하기 전 기판을 러프(rough)하게 프리 얼라인(pre-align)하는 단계에서 프리 얼라인 척 상에 놓인 기판에 가해지는 힘이 균일하게 구배되어 기판이 휘는 것을 방지하기 위한 프리 얼라인 척에 관한 것이다.
본 발명의 프리 얼라인 척은 균일한 힘의 구배를 확보하기 위해서 질소 주입을 위해 형성된 구멍의 크기가 프리 얼라인 척의 중심에는 작고 중심으로부터 멀어질수록 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
종래의 프리 얼라인 척은 도 4에 도시한 바와 같이 프리 얼라인 척(33)에 형성된 구멍(41)이 프리 얼라인 척의 X와 Y축에 대해서 중심에서부터 가장자리까지 똑같은 크기를 가진다. 즉, 프리 얼라인 척의 X축을 따라 형성되어 있는 구멍의 지름은 중심(R3)에서부터 가장자리(R2∼R1)까지 그 크기가 모두 동일하다.(R1=R2=R3) 또한, Y축을 따라 형성되어 있는 구멍의 지름도 중심(R3`)에서부터 가장자리(R2`∼R1`)까지 그 크기가 모두 동일하다.(R1`=R2`=R3`)
그러나 기판이 프리 얼라인 척상에 올려지게 되면 기판의 장 방향 즉, X 축 방향을 따라 기판의 변형으로 인해 생기는 마찰력이 기판의 단 방향 즉, Y축 보다 커서 힘의 균일한 구배가 이루어지지 않는다.
따라서, 본 발명은 프리 얼라인 척과 기판과의 마찰력의 최소화를 통해 힘의 균일한 구배가 이루어지도록 하였다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 프리 얼라인 척에 형성된 구멍을 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이 프리 얼라인 척(33)에 형성된 구멍(41)의 크기 R은 기판(34)의 장 방향 부분이 올려지게 되는 X축에 있어서 프리 얼라인 척(33)의 중심(R3)에서와 프리 얼라인 척의 가장자리(R1)에서 서로 다르다. 즉, 중심(R3)에서 가장자리(R2∼R1)로 갈수록 구멍(41)의 크기는 증가한다(R1`〉R2`〉R3`). 그리고, 기판의 단 방향 부분이 올려지는 부분 즉, 프리 얼라인 척(33)의 Y축에 형성된 구멍의 크기 는 중심(R3`)에서부터 가장자리(R2`∼R1`)까지 모두 동일하다(R1`=R2`=R3`). 구멍 크기의 전체적인 면적은 종래와 동일하다.
이렇게 형성된 프리 얼라인 척(33)에 얼라인 할 기판이 올려지게 되면 구멍의 크기가 큰 쪽에서 주입되는 질소 가스의 주입 양이 많아져 장 방향에 대해서 기판이 휘는 것을 막을 수 있다.
즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 프리 얼라인 척(33)의 가장자리에 형성된 구멍으로부터 주입되는 질소 가스는 프리 얼라인 척(33)의 중심부에 형성되어 있는 구멍에서 주입되는 질소 가스보다 많은 양의 질소 가스가 주입된다. 즉, 프리 얼라인 척(33)상에서 기판(34)을 받쳐줄 수 있는 힘이 더욱 커지게 된다. 따라서, 프리 얼라인 척(33)의 가장자리에 형성된 큰 구멍으로부터의 질소 가스 주입이 기판(34)이 기판의 장 방향에 대해서 휘는 것을 막아준다.
결과적으로, 프리 얼라인 척(33)의 가장 자리로 주입되는 질소 가스의 양과 프리 얼라인 척(33)의 중심으로 주입되는 질소 가스의 양을 다르게하여 기판(34)을 적절히 띄워줌으로써 기판에 대해서 작용했던 마찰력 F1`와 F2`를 0으로 만들어 기판을 자유롭게 얼라인 할 수 있으며, 기판의 위치 좌표의 재현성을 확보할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 프리 얼라인 척에 형성되는 구멍의 크기를 중심에서 가장자리로 갈수록 증가시켜 줌으로써, 기판에 작용하는 마찰력의 최소화를 통한 균일한 힘의 구배를 할 수 있으며, 기판의 위치 좌표의 재현성을 확보할 수 있다.

Claims (3)

  1. 정밀한 얼라인이 이루어지기 전 미리 기판을 얼라인 하기 위한 프리 얼라인 척에 있어서, 프리 얼라인 척에 형성된 구멍의 크기가 중심쪽으로는 작게 형성되고 가장자리로 갈수록 그 크기가 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프리 얼라인 척.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구멍은 기판의 단 방향이 놓이는 위치에서는 종래와 동일하나 기판의 장 방향이 놓이는 위치에서 중심에서와 가장자리에 형성된 구멍의 크기가 다른 것을 특징으로 하는 프리 얼라인 척.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리 얼라인 척이 형성된 구멍의 총면적은 종래와 동일한 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 프리 얼라인 척.
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