KR100257400B1 - 사진 석판 장비의 조명 장치 - Google Patents

Abstract

사진석판장비의 조명장치가 개시된다. 개시된 사진석판장비의 조명장치는 초고압의 수은램프로 된 광원과; 상기 광원에서 조사되는 빛의 적외선을 제거하며, 소정각도로 빛을 반사하는 제 1 콜드 미러와; 상기 반사된 빛을 균일하게 하며, 각각의 독립된 다수개가 배열되어 복수열의 렌즈군을 형성하고, 그 일열의 일측면은 로우 패스 광학필터로 코팅하며 타열의 일측면은 하이 패스 코팅을 실시하여, 상기 복수열의 렌즈군을 상호 소정거리 이격하여 결합함으로써 광학필터의 역할과 빔 균일화 작용을 겸하도록 코팅된 파리눈렌즈와; 상기 파리눈렌즈를 통과한 빛을 집광시키며 양 면에 복수코팅이 된 제 1 콘덴서렌즈와; 상기 제 1 콘덴서렌즈를 투과한 빛을 투사계 측으로 반사시키는 제 2 콜드미러;를 포함하는 조명계: 및 상기 조명계의 하단에 설치되는 투사계:를 구비하여 된 것에 특징이 있으며, 광학필터를 생략하여 광투과율을 높일 수 있는 이점을 가진다.

Description

사진석판장비의 조명장치

본 발명은 사진석판장비의 조명장치에 관한 것으로, 특히 파리눈렌즈(Fly's Eye Lens)를 코팅하여 광학필터를 대체하여 사용하는 사진석판장비의 조명장치에 관한 것이다.

최근 반도체장치 및 TFT, LCD의 고집적화, 고밀도화 추세에 따라 보다 더 미세한 패턴을 형성하기 위한 포토 리소그라피 기술을 이용하는 사진석판장비의 조명장치가 요구되고 있다.

특히, 상기 사진석판장비의 조명장치는 고집적 반도체 소자를 제조하기 위하여 높은 해상도가 필요하기 때문에 포토 에칭을 위하여 조명되는 빛의 순수도를 높이기 위해 정해진 파장의 빛만 통과시키도록 한 광학필터를 사용한다. 상기 광학필터는 상기 정해진 파장의 빛만 투과시키고, 나머지 파장에 대해서는 반사 또는 흡수가 가능하다.

도 1 에는 일반적인 사진석판장치의 조명장치가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 일반적인 사진석판장비의 조명장치는 광원(11)에서 조사되는 빛을 균일하고 순수하게 필터링하고 집속하는 조명계(A)와, 상기 조명계(A)의 빛을 받아 소정패턴의 레티클(Reticle)이 형성된 레티클 스테이지(Reticle Stage)(17)와 상기 레티클 스테이지(17)를 플레이트 스테이지(Plate Stage)(23)에 투사하는 투사계(B)로 대별할 수 있다.

상기 조명계(A)는 초고압의 수은램프로된 광원(11)과 상기 광원(11)에서 조사되는 빛을 집속하고 반사하도록 설치되며 그 단면이 포물선 형태의 반사경(12)과, 상기 반사경(12)에서 반사되는 빛을 받아 상기 빛의 적외선을 제거하며 소정 각도로 빛을 반사하는 제 1 콜드 미러(13)와, 상기 제 1 콜드미러(13)와 파리눈렌즈(14) 사이에 설치되며 노광시 일정량의 광량으로 노광되면 자동으로 닫혀 노광량을 조정하는 셔터(21)와, 후술하는 콘덴서렌즈(16)의 전면에 상기 입사광을 고르게 입사시켜 균일한 입사광을 얻도록 도와주는 복수개의 렌즈(140)로 된 파리눈렌즈(24)와, 상기 파리눈렌즈(14)에 입사되는 빛 중 필요한 파장의 빛만 통과되도록 하는 광학필터(22)와, 상기 광학필터(22)를 통과한 빛의 경로상에 설치되며, 상기 빛을 집광시키는 제 1 콘덴서렌즈(16)와 상기 제 1 콘덴서렌즈(16)를 통과한 빛의 경로 상에 설치되며, 적외선을 제거하고 소정 각도로 빛을 반사하는 제 2 콜드미러(15); 를 구비한다.

여기서 상기 파리눈렌즈(14)는 복수개의 렌즈(140)로서 이루어지며 상기 콘덴서렌즈(16)에 균일한 빛을 조사하는 역할을 한다. 상기 빛의 균일성은 상기 파리눈렌즈(14)를 구성하는 각각의 렌즈(140)의 숫자에 비례한다.

또한 상기 광학필터(22)와, 후술하는 제 2 콜드미러(15)와의 사이에는 광량을 측정하여 상기 셔터(21)에 전달하는 도스 센서(Dose Sensor)(20)가 설치된다.

또한 상기 투사계(B)는 상기 제 2 콜드미러(15)의 하단의 광경로상에 설치되며 상기 조명계(A)에서 투사된 빛을 집광시키는 제 2 콘덴서렌즈(18)와 상기 제 2 콘덴서렌즈(18)의 하단에 마련되며, 레티클스테이지(17)의 상면에 형성된 소정패턴의 레티클을 플레이트 스테이지(19)에 투사시키는 투사렌즈(18)를 포함한다. 이러한 파리눈렌즈(14)는 한 면은 곡율을 갖는 대신, 다른 한 면은 평면으로 구성된다.

상기의 구성을 갖는 종래의 사진석판장치의 조명장치는 다음과 같이 작동된다.

먼저 전원이 인가되면 초고압의 수은램프로 된 광원(11)에서 빛이 발생된다. 상기 빛은 포물선 형태의 반사경(12)에 의해 일차 집광되면서 반사되어 제 1 콜드미러(13)로 입사된다. 상기 빛은 상기 제 1 콜드미러(13)에서 적외선에 의한 열의 일부분이 흡수되면서 다시 반사되고, 셔터(21)를 지나면서 광량이 조절되는데 상기 광량의 조정을 위한 측정은 도스 센서(20)에 의해 수행되어진다. 이후 상기 조절된 빛은 복수개의 렌즈(140)로서 이루어진 파리눈렌즈(14)로 입사된다.

상기 파리눈렌즈(14)를 지난 빛은 상기 광학필터(22)를 지나면서 특정파장의 빛만 투과시키게 되는데, 만일 상기 광학필터(22)를 상기 파리눈렌즈(14)와 같이 사용되지 않으면 빛의 균일성이 저하된다.

이후 상기 파리눈렌즈(14)를 거친 빛은 상기 빛을 집광시키는 상기 제 1 콘덴서렌즈(16)와 상기 집광된 빛의 열을 흡수하고 반사시키는 제 2 콜드미러(15), 상기 제 2 콜드미러(15)에서 반사된 빛을 집광시키는 투사계(B)의 제 2 콘덴서렌즈(15)와 상기 제 2 콘덴서렌즈(15)의 광경로 상에 위치되는 레티클 스테이지(17), 상기 레티클 스테이지(17)의 레티클을 투사하는 투사렌즈(19)를 거쳐 플레이트 스테이지(23)에 투영되어 진다.

그러나 종래의 사진석판장비의 조명장치에서는 광학필터(22)가 사용됨으로 인하여 부품의 추가 및 광투과율의 저하와 소요 공정이 증가되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 광학필터를 겸하는 파리눈렌즈를 제공하여 빛 손실을 줄이고, 빔 균일도를 향상시킬 수 있는 조명장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 파리눈렌즈를 사용한 사진석판장비의 조명장치에서의 빛의 경로와 얼개를 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 의한 파리눈렌즈를 사용한 사진석판장비에서의 빛의 경로를 나타낸 개략적인 도면.

도 3는 본 발명에 의한 파리눈렌즈를 확대하여 나타낸 개략적 도면.

도 4는 종래의 광학필터에서의 광투과율을 나타낸 그래프.

도 5는 로우 패스 광학필터에서의 광투과율을 나타낸 그래프.

도 6은 하이 패스 광학필터에서의 광투과율을 나타낸 그래프.

도 7은 로우 패스 광학필터와 하이 패스 광학필터를 결합한 상태에서의 광투과율을 나타낸 그래프.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

11...초고압 수은등 12...반사경

13,15...콜드미러 14,24...파리눈렌즈

16,18...콘덴서 렌즈 19...투사렌즈

20...도스센서 22...광학필터

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 사진석판장비의 조명장치는 초고압의 수은램프로 된 광원과; 상기 광원에서 조사되는 빛의 적외선을 제거하며, 소정각도로 빛을 반사하는 제 1 콜드 미러와; 상기 반사된 빛을 균일하게 하며, 각각의 독립된 다수개가 배열되어 복수열의 렌즈군을 형성하고, 그 일열의 일측면은 로우 패스 광학필터로 코팅하며 타열의 일측면은 하이 패스 코팅을 실시하여, 상기 복수열의 렌즈군을 상호 소정거리 이격하여 결합함으로써 광학필터의 역할과 빔 균일화 작용을 겸하도록 코팅된 파리눈렌즈와; 상기 파리눈렌즈를 통과한 빛을 집광시키며 양 면에 복수코팅이 된 제 1 콘덴서렌즈와; 상기 제 1 콘덴서렌즈를 투과한 빛을 투사계 측으로 반사시키는 제 2 콜드미러;를 포함하는 조명계: 및 상기 조명계의 하단에 설치되는 투사계:를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 투사계는 상기 조명계에서 반사된 빛을 집광시키며 양 면에 복수코팅이 된 제 2 콘덴서렌즈; 및 상기 제 2 콘덴서렌즈의 광경로상에 설치되어, 집광된 빛으로 레티클스테이지의 레티클을 투사시켜 플레이트스테이지에 투사 시키는 투사렌즈; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 다수의 렌즈로 된 복수의 렌즈열의 파리눈렌즈는 한면은 곡율로, 다른 한면은 평면으로 구성되는 것을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 사진석판장비의 조명장치가 도 2 내지 도 3 에 도시되어 있다. 여기에서 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가르킨다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사진석판장비의 조명장치는 조명반사된 빛을 균일하게 조명하는 조명계(A')와 상기 조명계(A')에서 투시된 빛을 이용하여 레티클 스테이지(17)의 레티클을 플레이트 스테이지(19)에 최종적으로 투사하는 투사계(B)로 대별 할 수 있다.

먼저 상기 조명계(A')는 높은 광출력으로 투사시간을 단축하기 위하여, 초고압의 수은램프로 된 광원(11)과 상기 광원(11)에서 조사되는 빛을 집속하고 반사하는, 그 단면이 포물선형의 반사경(12)과 상기 반사경(12)에서 반사된 빛의 적외선을 제거하며 소정각도로 빛을 반사하는 제 1 콜드 미러(13)와; 상기 제 1 콜드미러(13)와 파리눈렌즈(24) 사이에는 노광시 노광량을 조정하기 위한 셔터(21);가 마련되며 이 셔터(21)는 일정량의 광량 이상으로 노광되면 자동으로 닫혀 노광량을 조정하게 된다. 또한 상기 파리눈렌즈(24)의 광경로상에는 빛을 집광시키는 제 1 콘덴서렌즈(16)가 설치되고 상기 제 1 콘덴서렌즈(16)와 후술하는 제 2 콜드미러(15) 사이에는 집광된 광선의 광량을 측정하도록 도스 센서(20)가 설치된다.

상기 도스 센서(20)는 상기 제 1 콘덴서렌즈(16)로부터 집광되어 투사된 빛을 입수하여 광량을 측정하고 상기 측정된 광량을 기준으로 상기 셔터(21)가 노광량을 조정하도록 설치된다.

여기서 상기 제 1 콘덴서렌즈(16)의 광경로 상에 상기 제 1 콘덴서렌즈(16)와 소정간격 이격하여 제 2 콜드미러(15)가 설치되고, 상기 제 2 콜드미러(15)의 하단에 제 2 콘덴서렌즈(18)가 설치된다.

또한 상기 제 2 콘덴서렌즈(18)를 포함하는 투사계(B)의 하단에는 투사렌즈(18)가 마련된다. 상기 투사렌즈(18)는 상기 제 2 콘덴서렌즈(18)에서 집광된 빛에 의해 투사되는 레티클 스테이지(17)의 레티클을 플레이트 스테이지(19)에 최종적으로 투사시키도록 광경로 상에 설치된다. 여기서 제 2 콘덴서렌즈(18)의 양면에는 복수의 코팅이 된 것이 바람직하다.

여기서 상기 조명계(A')는 특정 파장이 선택되어야만 그 파장에 대해서 수차가 제로에 가깝도록 설계되어짐으로, 특정 파장의 빛만 조명되도록 하는 것이 중요한 사항이 된다. 또한 필요로 하는 상기 특정 파장외의 파장은 콜드미러 등에서 대부분 흡수 되지만 약 1% 내외의 다른 파장의 빛이 남는다. 따라서 이러한 설계에서는 특정 파장 이외의 다른 파장에 대해서는 수차값이 커지게 된다. 그러므로 상기의 다른 파장을 제거하기 위하여 반사 방지 코팅이 된 필터를 사용한다. 그러나 상기 반사 방지 코팅이 된 필터의 사용은 광투과율의 손실을 가져온다.

빛은 굴절율이 다른 경계면에서 반사 및 굴절을 한다. 이 때 반사를 줄이기 위하여 반사 방지 코팅을 하는데 이론적으로 특정 파장에 대해서는 1 % 내지 2 % 이하의 반사율, 즉 98 % 내지 99 %의 투과율을 얻을 수 있고, 또한 특정 파장대의 빛에 대해서는 98 % 내지 99 % 투과시킬 수 있는 코팅이 가능하다. 그러나 100 % 투과를 할 수 있는 코팅은 불가하며 그러므로 이러한 1 % 내지 2 %의 광손실을 최대한 줄이기 위한 노력이 계속되고 있다. 또한 한 개의 추가 매질을 통과 할 때 이론상으로는 상술한 1 % 내지 2 % 의 광손실이 있으나 실제로는 약 5 % 의 광손실이 발생한다. 그러므로 추가 매질의 수를 최대한 줄이기 위하여 상기 광학필터를 제거하고 상기 파리눈렌즈(24)를 광학필터의 역할을 겸하도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명은 파리눈렌즈(24)의 내부 일 측면을 로우 패스 코팅(24a)으로 하고 타측면을 하이 패스 코팅(24b)을 실시하여 결합함으로써 광학필터(도 1의 참조부호 22)의 역할과 빔 균일화작용을 겸하도록 하는 것이다. 상기 파리눈렌즈(24)는 입사광을 콘덴서렌즈(16)의 전면에 균일하게 조사시켜 집광이 용이하도록 한다.

따라서 본 발명의 특징은 평편한 파리눈 렌즈(도 1의 140 참조) 면에 코팅(24a)(24b)을 함으로써 광학필터의 기능을 부가시켜, 광손실을 초래하는 광학필터없는 조명장치를 구성하는 데 있다.

도 3을 참조하여 보면 본 발명의 특징부인 상기 파리눈렌즈(24)는 한 면은 곡율을 갖는 대신 다른 한 면은 평면으로 구성되는 다수의 렌즈(240)가 그 측면이 고도의 표면정밀도를 갖도록 가공되어, 그 측면끼리 접착제를 사용하지 않고도 자체적으로 접합되어서 열을 이루는 렌즈군이 형성된다.

또한 상기 일렬의 렌즈군의 일 측면을 로우 패스 광학필터로 코팅하고, 상기 타열의 일 측면을 하이 패스 코팅을 실시하여 상기 두 열의 렌즈군을 소정 간격 이격하여 결합시킴으로써 본 발명의 특징부인 파리눈렌즈(24)가 구성된다. 이러한 평면상의 코팅(24a)(24b)은 용이하게 할 수 있다.

따라서 상기 평면상의 코팅(24a)(24b)들을 공통으로 통과하는 파장만 사용함으로써 궁극적으로 종래의 광학필터 기능을 대체한다.

여기서 파장이 긴 빛은 진동수가 낮고 이러한 파장을 통과 시켜주는 광학필터를 로우 패스 코팅(24a)이라 하고 파장이 짧은 파장은 진동수가 크므로 이러한 파장을 투과시키는 광학필터를 하이 패스 코팅(24b)이라고 한다.

여기서 본 발명에 의해 상기 코팅된 파리눈렌즈(24)의 광투과율과 종래의 광학필터의 투과율을 그래프로 나타내었다.

먼저 도 4 는 종래의 광학필터에서의 광투과율을 나타내며, 도 5의 그래프는 로우 패스 광학필터에서의 광투과율을 나타내고 있다. 또한 도 6 은 하이 패스 광학필터에서의 광투과율을 나타내며, 도 7 은 로우 패스 광학필터와 하이 패스 광학필터를 결합한 상태에서의 광투과율을 나타낸다.

여기서 도 4 의 그래프와 도 7 의 그래프를 대비하여 보면 본 발명에 의한 상기 코팅된 파리눈렌즈(24)가 종래의 광학필터를 충분하게 대체함을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 사진석판장치의 조명장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째; 광학필터를 생략하여, 부품절감으로 원가절감이 가능하다.

둘째; 광투과율을 향상시켜 빔 균일도의 저하를 방지할 수 있다.

셋째; 조명장치의 크기를 줄일 수 있다.

본 고안은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해 할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 초고압의 수은램프로 된 광원과;

   상기 광원에서 조사되는 빛의 적외선을 제거하며, 소정각도로 빛을 반사하는 제 1 콜드 미러와;

   상기 반사된 빛을 균일하게 하며, 각각의 독립된 다수개가 배열되어 복수열의 렌즈군을 형성하고, 그 일 열의 일 측면은 로우 패스 광학필터로 코팅하며 타열의 일 측면은 하이 패스 코팅을 실시하여, 상기 복수열의 렌즈군을 상호 소정거리 이격하여 결합함으로써 광학필터의 역할과 빔 균일화 작용을 겸하도록 코팅된 파리눈렌즈와;

   상기 파리눈렌즈를 통과한 빛을 집광시키며 양면에 복수코팅이 된 제 1 콘덴서렌즈와;

   상기 제 1 콘덴서렌즈를 투과한 빛을 투사계 측으로 반사시키는 제 2 콜드미러; 를 포함하는 조명계: 및

   상기 조명계의 하단에 설치되는 투사계: 를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 사진석판장비의 조명장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 투사계는 상기 조명계에서 반사된 빛을 집광시키며 양면에 복수코팅이 된 제 2 콘덴서렌즈; 및

   상기 제 2 콘덴서렌즈의 광경로상에 설치되어, 집광된 빛으로 레티클스테이지의 레티클을 투사시켜 플레이트스테이지에 투사시키는 투사렌즈; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 사진석판장비의 조명장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 다수의 렌즈로 된 복수의 렌즈열의 파리눈렌즈는 한 면은 곡율로, 다른 한 면은 평면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 사진석판장비의 조명장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 조명계는 일정 이상 노광되면 자동으로 노광량을 조정하며 상기 제 2 콜드 미러와 상기 파리눈렌즈 사이에 설치되는 셔터; 및

   상기 파리눈렌즈의 광경로상에 있는 상기 제 1 콘덴서렌즈의 전면에 소정거리 이격되어 설치되며, 상기 제 1 콘덴서렌즈로부터 집광되어 투사된 빛을 입수하여 광량을 측정하고 상기 측정된 광량을 기준으로 상기 셔터가 노광량을 조정하도록 설치된 도스 센서; 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 사진석판장비의 조명장치.

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