KR100500606B1 - 광조사장치 - Google Patents

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KR100500606B1
KR100500606B1 KR10-1999-0029566A KR19990029566A KR100500606B1 KR 100500606 B1 KR100500606 B1 KR 100500606B1 KR 19990029566 A KR19990029566 A KR 19990029566A KR 100500606 B1 KR100500606 B1 KR 100500606B1
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우에노다카나오
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우시오덴키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 목적은, 개구를 위쪽를 향하게 하여 배치된 중량이 큰 집광미러를 점등시에도 정확하게 유지할 수 있고 집광 특성이 좋아서 집광미러가 파손되지 않는 광조사 장치를 제공하는 것이다.
유리제의 집광미러(2)를, 그 개구(21)를 위쪽를 향하게 하여 배치하는 동시에 집광미러(2)의 하단(2a)을 위치 결정판인 집광미러 부착판(3)에 지지기둥(5)로 매달아 설치된 집광미러 지지판(4)에서 압축스프링(7)으로 탄발된 누름부재(6)에 의해 위쪽를 향하여 누르고, 집광미러(2) 상단의 개구(21) 주변(21a)을 집광미러 부착판(3)의 광조사 개구(31)의 주변(32)에 압접시켜 보유한다. 또, 누름부재(6)를 열전도성이 낮은 단열재로 형성하고 집광미러의 하단이 맞닿는 누름부재의 표면에 연질의 광반사판(8)을 설치한다.

Description

광조사장치{Light illuminating apparatus}
본 발명은 반도체 장치나 프린트 기판, 액정기판 등의 제조에 사용되는 노광장치에 내장되는 광조사 장치에 관한 것이다.
반도체 장치나 프린트 기판, 액정기판 등의 제조에 사용되는 노광장치는 내장된 광조사 장치의 방전램프의 광을 피처리물(워크)에 조사하여 노광한다. 도1에 광조사 장치의 일례를 도시한다. 방전램프(1)는 쇼트 아크형의 초고압 수은 램프가 사용되고 집광미러(2)는 유리제의 타원 집광미러가 사용된다. 그리고 방전램프(1)의 발광중심이 집광미러(2)의 제1 초점에 위치하도록 배치된다. 또, 집광미러(2)는 노광에 필요한 자외선을 포함하는 광만을 반사하고 불필요한 열선을 제거하기 위해, 자외선을 반사하고 적외선을 투과하는 증착막을 반사면의 표면에 형성한 콜드미러가 많이 사용된다.
방전램프(1)로부터 조사되는 자외선을 포함하는 광은 집광미러(2)에 의해 집광되고 제1 평면 미러(91)에 도달한다. 제1 평면 미러(91)에서 반사한 광은 조사 영역에서의 조도 분포를 균일화하기 위해 설치된 인터그레이터렌즈(92)의 입사부 근방에 집광한다. 인터그레이터렌즈(92)로부터 나온 광은 인터그레이터렌즈(92)의 후방에 배치된 셔터기구(93)가 열리면 제2 평면 미러(94)를 통하여 콜리메이터렌즈(95)에서 평행광으로 되어 광조사면에 얹힌 워크의 조사를 개시하고, 셔터기구(93)가 닫히면 조사를 종료한다. 그리고 셔터기구(93)는 인터그레이터렌즈(92)의 전방에 배치되어도 된다.
여기에서 방전램프(1)인 초고압 수은 램프는 수직자세로 점등되기 때문에 집광미러(2)는 그 개구를 위쪽을 향하거나 또는 아래쪽을 향하여 배치되지만, 도1에 도시하는 바와 같이 광조사 장치의 상단으로부터 광조사면까지의 높이(H)를 낮추기 위해서, 즉, 광조사 장치의 전체 높이를 낮추기 위해 광조사 미러(2)의 개구를 위쪽으로 향하게 하여 배치하고 집광미러(2)로부터 위쪽으로 향하여 조사된 광을 제1 평면 미러(91)와 제2 평면 미러(94)에 의해 아래쪽으로 반환시켜 광조사면에 얹힌 워크를 조사한다.
만약, 집광미러(2)의 개구를 아래쪽을 향하게 하여 배치하고, 집광미러(2)로부터 아래쪽을 향하여 조사된 광을 반환시키지 않고 광조사면에 얹힌 워크를 조사하도록 하면, 수직방향의 광로가 길어져 광조사 장치의 전체 높이가 높아질 뿐아니라 방전램프(1)가 높은 위치에 배치되기 때문에, 방전램프(1)의 교환 등의 보수점검을 행하기 어렵다.
도2 및 도2의 A부의 확대도인 도3은 집광미러(2)를 그 개구를 위쪽으로 향하게 하여 배치했을 때의 부착구조의 종래예를 도시한다. 광조사 개구(31)를 가지는 집광미러 부착판(3)이 장치에 고정되어 있고 집광미러 부착판(3)은 집광미러(2)의 위치 결정판의 역할을 다하고 있다. 집광미러(2) 개구의 주변(21)이 집광미러 부착판(3)의 광조사 개구(31)의 주변(32)에 맞닿아 있고, 이것에 의해 집광미러(2)의 위치 결정이 이루어진다. 그리고 도3에 도시하는 바와 같이, 탄발력이 농후한 금속판으로 이루어진 대략 역L자형의 부착장치(39)가 집광미러 부착판(3)에 복수개 고정되어 있고, 부착장치(39)의 탄발편(39a)이 집광미러(2)의 경사진 외면에 압접하여 그 압접력에 의해 집광미러(2)를 보유하고 있다. 결국, 부착장치(39)의 집광미러(2)에 대한 압접력의 수직방향의 분력에 의해 집광미러(2)의 중력을 지지하고 있고 집광미러(2)의 개구의 주변(21) 근방의 외면의 경사각도가 커질 정도로 보유력은 커진다.
그런데 최근, 워크인 반도체 웨이퍼나 액정기판 등의 대형화·대구경화에 따라 대면적의 노광이 가능한 광조사 장치가 요구되어져 왔다. 그리고, 조사면적을 크게 하면 조사가 저하하고 노광시간이 길어지기 때문에, 발광 파워가 큰 방전램프가 사용되고 이에 따라 광학기구를 구성하는 집광미러를 비롯한 각 광학부품도 대형화한다. 결국, 중량이 큰 집광미러가 사용된다.
또, 방전램프의 광을 효과적으로 집광할 필요가 있기 때문에 방전램프를 집광미러로 충분히 덮고, 방전램프의 조사광을 달아나지 않게, 될 수 있는 한 많은 집광미러의 반사면에서 반사할 수 있도록 바닥이 깊고 전체 길이가 긴 집광미러를 사용하는 경향이 있다. 그러나 단면형상이 타원형인 집광미러의 전체 길이를 길게 하면, 집광미러의 개구의 주변 근방의 외면 경사각도가 수직에 가까워져 작아진다. 따라서 부착장치(39)의 집광미러(2)에 대한 압접력의 수직방향의 분력이 작아지고 부착장치(39)에 의한 보유력이 작아진다.
또, 제1 초점과 제2 초점의 초점간 거리가 큰 집광미러는 긴 직경의 짧은 직경에 대한 비율이 커 길고 가늘어서 외면의 경사 각도가 작기 때문에, 이러한 집광 미러를 사용하는 것도 사정은 같다.
다음에, 방전램프의 파워가 크게 되면, 램프 점등 중에 각 광학부품이나 광학부품의 누름부재가 강하게 가열되어 고온으로 된다. 따라서 도2 및 도3에 도시하는 집광미러 부착판(3)이나 집광미러(2)도 고온으로 되고 열팽창한다. 그러나 집광미러 부착판(3)은 금속판으로 형성되고, 한편, 집광미러(2)는 유리제이기 때문에 양자의 열팽창율의 차이가 크고 램프 점등시에 열팽창에 의해 집광미러 부착판(3)의 광조사 개구(31)의 내경은 매우 커지지만, 집광미러(2) 개구의 외경은 그다지 커지지 않는다. 따라서 집광미러 부착판(3)에 고정된 부착장치(39)가 집광미러(2)의 개구의 주변(21)으로부터 상대적으로 외측으로 이동하고, 이 때문에 부착장치(39)의 압접력이 작아진다.
이와 같이, 집광미러(2)의 중량이 커지고 또한 집광미러(2)의 개구 주변(21) 근방의 외면 경사각도가 수직에 가깝게 작아지게 되고, 또한 점등시에 열팽창에 의해 부착장치(39)가 집광미러(2)의 개구 주변(21)으로부터 상대적으로 외측으로 이동하여 부착장치(39)에 의한 보유력이 작아지기 때문에, 자중에 의해 집광미러(2)가 아래쪽으로 벗어나는 일이 있다. 즉, 집광미러(2)가 위치결정판인 집광미러 부착판(3)으로부터 떨어져 정규위치로부터 벗어난다. 한편, 방전램프(1)는 집광미러(2)하고는 독립적으로 보유되어 있기 때문에, 방전램프(1)의 발광중심이 집광미러(2)의 제1 초점위치로부터 벗어나 제2 초점위치에 정확하게 집광되지 않아 집광 특성이 악화한다.
또, 점등시에 열팽창에 의해 집광미러 부착판(3)의 광조사 개구(31)의 내경이 확대하지만, 소등하면 수축하여 집광미러 부착판(3)의 광조사 개구(31)의 내경이 복원한다. 광조사 개구(31)의 내경이 확대하면, 전술한 바와 같이 집광미러(2)가 아래쪽으로 벗어나지만, 이것에 의해 집광미러(2)의 외면이 경사져 있기 때문에, 직경이 더 큰 부분이 집광미러 부착판(3)의 광조사 개구(31)의 주변(32)에 맞닿는다. 그리고 소등에 의해 집광미러 부착판(3)의 광조사 개구(31)의 내경이 복원하면, 집광미러(2)의 개구 주변(21)이 내측에 압축되어 집광미러(2)가 파손되는 일이 있다.
그래서 본 발명은 개구를 위쪽을 향하여 배치된 중량이 큰 집광미러를 점등시에도 정확하게 유지할 수 있고 집광 특성이 좋아서 집광미러가 파손하지 않는 광조사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해 청구항1의 발명은 쇼트아크형의 방전램프와, 이 방전램프의 광을 투영하는 광학기구를 가지는 광조사 장치에 있어서, 광학기구의 일부를 구성하는 유리제 집광미러를 그 개구를 위를 향하게 하여 배치함과 동시에, 집광미러의 하단을 위치 결정판인 집광미러 부착판에 지지기둥으로 매달아 설치된 집광미러 지지판으로부터 압축스프링으로 탄발된 누름부재에 의해 위쪽을 향하여 누르고, 집광미러 상단의 개구 주변을 집광미러 부착판의 광조사 개구의 주변에 압접시켜 유지한다.
또, 집광미러가 자외선을 반사하여 적외선을 투과하는 콜드미러인 경우에는 청구항2의 발명과 같이 청구항1 발명의 누름부재를 저열전도성의 내열재로 형성하고, 집광미러의 하단이 맞닿는 누름부재의 표면에 경질의 광반사판을 설치하는 것이 좋다.
이하에, 도면을 기초로 본 발명의 실시형태를 구체적으로 설명한다. 도4는 본 발명 실시예의 단면도를 도시한다. 도4에서 개구를 위쪽으로 향하게 하여 배치된 집광미러(2)는 유리제이고, 개구의 구경(口徑)이 ø500㎜이며 단면형상이 타원형을 한 바닥이 깊은 오목 미러이다. 따라서 방전램프(1)를 충분히 덮어서 방사광을 효율 좋게 집광할 수 있다. 그리고 그 반사면에는 자외선의 조사를 반사하고 적외선을 투과하는 증착막이 형성된 콜드미러이다. 방전램프(1)는 정격의 소비전력이 8kW인 초고압 수은램프이고, 집광미러(2)의 중심 구멍(22)에 삽입, 통과되어 수직자세로 배치되어 있으며 방전램프(1)의 발광중심이 집광미러(2)의 제1 초점에 위치하고 있다.
금속판으로 형성된 집광미러 부착판(3)은 광조사 개구(31)를 가지며, 그 단부는 장치에 도시하지 않은 베이스 플레이트에 고정되어 있다. 집광미러(2)의 하단(2a)은 뒤에 설명하는 누름부재(6)에 의해 위쪽을 향하여 눌러지고, 집광미러(2)의 개구 주변(21)이 집광미러 부착판(3)의 광조사 개구(31)의 주변(32)에 압접되어 있다. 그래서 집광미러 부착판(3)은 장치의 베이스 플레이트에 고정되어 있기 때문에, 개구의 주변(21)이 누름부재(6)의 가압력에 의해 광조사 개구(31)의 주변(32)에 압접하는 집광미러(2)의 위치 결정판의 역할을 다하고 있다.
집광미러 부착판(3)에는 복수개, 예를 들면 4개의 지지기둥(5)이 아래 방향을 향하여 배치되고, 지지기둥(5)의 하단에 집광미러 지지판(4)이 고정되어 있다. 결국, 집광미러 지지판(4)은 지지기둥(5)에 의해 집광미러 부착판(3)에 매달아 설치되어 있다. 지지기둥(5) 및 집광미러 지지판(4)은 어느것이나 알루미늄재로 형성되어 있다. 이것은 알루미늄재는 열전도성이 좋고, 따라서 지지기둥(5)이나 집광미러 지지판(4)의 온도 분포의 불균일에 의한 열변형을 막을 수 있고 또한 가공이 용이하기 때문이다. 그러나 알루미늄재는 크리프 강도가 200℃ 이상이 되면 약해지고 변형이 쉽기 때문에, 200℃ 이상의 고온이 되지 않도록 하는 대책이 필요하다. 덧붙여서 말하면, 스테인레스재는 내열성이 우수하고 크리프 강도도 크지만, 열전도성이 나쁘고 온도분포의 불균일에 의한 변형이나 뒤틀림이 생기기 쉽기 때문에, 집광미러 지지판(4)이나 지지기둥(5)의 소재로서는 적당하지 않다. 그리고 지지기둥(5) 및 집광미러 지지판(4)은 도시하지 않은 차광판으로 덮여있다.
누름부재(6)와 집광미러 지지판(4) 사이에 압축스프링(7)이 끼워져 있고, 압축스프링(7)의 탄발력에 의해 누름부재(6)가 집광미러(2)를 위쪽을 향하여 가압한다. 누름부재(6)는 도5에 도시하는 바와 같이 방전램프(1)가 삽입, 통과되는 중심 구멍(61)을 가지는 각판(角板)이고, 중심 구멍(61)은 집광미러(2)의 중심 구멍(22) 및 집광미러 지지판(4)의 중심 구멍(41)과 일치하고 있다. 집광미러 지지판(4)과 누름부재(6)의 볼트구멍에 이반방지용 볼트(63)가 끼워넣어지고, 볼트(63)의 주위에 코일 스프링인 압축스프링(7)이 배치되어 누름부재(6)를 탄발하고 있다. 압축스프링(7)의 압접력은 집광미러(2) 및 누름부재(6)의 중량에 견딜 수 있는 동시에 집광미러(2)의 소재인 유리제의 허용응력을 초과할 수 없는 것은 당연하다.
집광미러(2)가 적외선을 투과하는 콜드미러이고, 점등시에 방전램프(1)로부터 방사하는 광에 집광미러(2)를 투과하는 적외선이 집광미러(2)의 열복사나 열전도에 더해지기 때문에, 집광미러(2)의 하단(2a)에 접촉하는 누름부재(6)는 300℃ 이상의 온도가 된다. 이 때문에, 누름부재(6)는 알루미늄재로 형성할 수 없고 저열전도성의 단열재, 예를 들면 세라믹이나 카본 등으로 형성하는 것이 좋다. 또, 누름부재(6)의 집광미러(2)측의 표면에는 연질의 광반사판(8), 예를 들면 광휘 알루미늄판을 장치하는 것이 좋다. 광반사판(8)에 의해 집광미러(2)로부터 방사된 적외선이나 집광미러(2)를 투과하는 방전램프(1)로부터 적외선이 반사되기 때문에, 누름부재(6)의 온도상승, 또한 집광미러 지지판(4)이나 압축스프링(7)의 온도상승을 억제할 수 있다. 또, 단단하고 무른 유리제의 집광미러(2)와 세라믹제의 누름부재(6)가 접촉하지만, 광반사판(8)이 연질이기 때문에, 이것이 쿠션재가 되어 집광미러(2)가 접촉부분에서 파손하지 않는다.
그러나 방전램프(1)를 점등하면, 방전램프(1)로부터 방사하는 광과 더불어 집광미러(2)를 투과하는 적외선에 의해 집광미러(2)는 300℃ 이상의 고온으로 되고, 복사되는 적외선이 집광미러(2)의 후방에 방사된다. 따라서 지지기둥(5)이 열팽창하고 집광미러(2)의 위치 결정판인 집광미러 부착판(3)과 집광미러 지지판(4) 사이의 거리가 커지지만, 이 거리의 변화는 압축스프링(7)이 신장하고 흡수하기 때문에, 집광미러(2)의 개구 주변(21)이 집광미러 부착판(3)의 광조사 개구(31)의 주변(32)에 압접한 상태가 유지되고 집광미러(2)가 아래쪽으로 벗어나지 않는다. 즉, 집광미러(2)와는 독립적으로 유지된 방전램프와, 집광미러 부착판(3)에 의해 위치 결정된 집광미러(2)의 위치 관계가 변화하지 않아, 집광 특성이 악화하지 않는다.
또, 점등시에 열팽창에 의해 집광미러 부착판(3)의 광조사 개구(31)의 내경이 확대하고, 소등하면 수축하여 집광미러 부착판(3)의 광조사 개구(31)의 내경이 복원되지만, 집광미러 부착판(3)의 광조사 개구(31)의 내경이 확대해도 집광미러(2)가 아래쪽으로 벗어나지 않기 때문에, 점등시의 집광미러 부착판(3)의 광조사 개구(31)의 내경의 복원에 의해 집광미러(2)가 파손하지 않는다.
방전램프(1)의 점등시에 표면에 광반사판(8)인 광휘 알루미늄판을 부착한 누름부재(6), 압축스프링(7) 및 집광미러 지지판(4)의 온도를 측정한 바, 누름부재(6)가 330℃, 압축스프링(7)이 246℃, 집광미러 지지판(4)이 185℃으로, 알루미늄으로 이루어진 집광미러 지지판(4)의 온도를 200℃ 이하로 할 수 있었다. 이와 관련하여 누름부재(6)의 표면에 광반사판(8)을 부착하지 않았을 때에는 누름부재(6)가 415℃, 압축스프링(7)이 336℃, 집광미러 지지판(4)이 220℃로, 집광미러 지지판(4)의 온도상승의 억제에 대한 광반사판(8)의 효과가 크다는 것을 확인할 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 광조사 장치는 개구를 위쪽으로 향하게 하여 배치된 유리제의 집광미러의 하단을 위치 결정판인 집광미러 부착판에 지지기둥으로 매달아 설치된 집광미러 지지판으로부터 압축스프링으로 탄발된 누름부재에 의해 위쪽을 향하여 가압하고, 집광미러 상단의 개구 주위를 집광미러 부착판의 광조사 개구의 주변에 압접시켜 유지하도록 했기 때문에, 중량이 큰 집광미러를 점등시에도 정확하게 유지할 수 있고, 집광특성이 좋아서 집광미러가 파손하지 않는 광조사 장치로 할 수 있다.
또, 집광미러가 자외선을 반사하여 적외선을 투과하는 콜드미러인 경우에는 누름부재를 열전도성이 낮은 단열재로 형성하고, 집광미러의 하단이 맞닿는 누름부재의 표면에 연질의 광반사판을 설치하면, 집광미러 지지판 등의 온도 상승을 억제할 수 있는 동시에 집광미러와 누름부재의 접촉부분의 파손을 방지할 수 있다.
도1은 광조사 장치의 설명도이다.
도2는 종래예의 설명도이다.
도3은 도2의 A부 확대도이다.
도4는 본 발명 실시예의 단면도이다.
도5는 본 발명 실시예 요부의 단면도이다.
< 부호의 설명 >
1 : 방전램프
2 : 집광미러
2a : 집광미러의 하부
21 : 집광미러의 개구 주변
22 : 집광미러의 중심 구멍
3 : 집광미러 부착판
31 : 집광미러 부착판의 광조사 개구
31a : 집광미러 부착판의 광조사 개구 주변
39 : 부착장치
4 : 집광미러 지지판
41 : 집광미러 지지판의 중심 구멍
5 : 지지기둥
6 : 누름부재
61 : 누름부재의 중심 구멍
63 : 볼트
7 : 압축스프링
8 : 광반사판

Claims (2)

  1. 쇼트아크형의 방전램프와, 상기 방전램프의 광을 투영하는 광학기구를 가지는 광조사 장치에 있어서,
    상기 광학기구의 일부를 구성하는 유리제의 집광미러는 그 개구를 위쪽으로 향하게 하여 배치되는 동시에, 상기 집광미러의 하단은 위치 결정판인 집광미러 부착판에 지지기둥으로 매달아 설치된 집광미러 지지판으로부터 압축스프링으로 탄발된 누름부재에 의해 위쪽을 향하여 가압되고, 상기 집광미러 상단의 개구 주변이 상기 집광미러 부착판의 광조사 개구의 주변에 압접하여 유지된 것을 특징으로 하는 광조사장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 집광미러는 자외선을 반사하여 적외선을 투과하는 콜드미러이고, 상기 누름부재는 열전도성이 낮은 단열재로 이루어지고, 상기 집광미러의 하단이 맞닿는 상기 누름부재의 표면에 연질의 광반사판을 구비한 것을 특징으로 하는 광조사장치.
KR10-1999-0029566A 1998-07-21 1999-07-21 광조사장치 KR100500606B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21992098A JP3275838B2 (ja) 1998-07-21 1998-07-21 光照射装置
JP98-219920 1998-07-21

Publications (2)

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