KR101133371B1 - 프록시미티 노광 장치, 프록시미티 노광장치의 노광광 형성 방법 및 표시용 패널 기판의 제조 방법 - Google Patents

프록시미티 노광 장치, 프록시미티 노광장치의 노광광 형성 방법 및 표시용 패널 기판의 제조 방법 Download PDF

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히데아키 도이
료우지 니모토
야스히로 요시타케
타츠오 하리야마
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가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
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Abstract

각 반도체 발광 소자의 광을 효율적으로 이용하여, 높은 조도의 노광광을 형성한다. 복수의 확대 렌즈들(43)에서 플라이 아이 렌즈(45)까지의 광로를 둘러싸도록 반사 부재(50)를 설치한다. 베이스 기판(51)의 외주부에 탑재된 반도체 발광 소자(42) 및 이에 대응하는 확대 렌즈(43)는, 해당 반도체 발광 소자(42)로부터 발생하여 대응하는 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광의 일단이, 플라이 아이 렌즈(45)의 조사면에서 벗어나지 않는 소정의 각도 내에서 플라이 아이 렌즈(45)로 입사하도록 배치한다. 그리고 반사 부재(50)를 베이스 기판(41)의 외주부에 탑재된 반도체 발광 소자(42)로부터 발생하여 대응하는 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광의 타단이, 해당 반사 부재(50)에 의해 반사되어, 플라이 아이 렌즈(45)의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도 내에서 플라이 아이 렌즈(45)로 입사되도록 배치한다.

Description

프록시미티 노광 장치, 프록시미티 노광장치의 노광광 형성 방법 및 표시용 패널 기판의 제조 방법{PROXIMITY EXPOSURE APPARATUS, METHOD OF FORMING EXPOSURE LIGHT IN THE PROXIMITY EXPOSURE APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING A DISPLAY PANEL SUBSTRATE}
본 발명은, 액정 디스플레이 장치 등의 표시용 패널 기판의 제조에 있어서, 노광광을 발생하는 광원에 복수의 반도체 발광 소자들을 이용하여, 옵티컬 인테그레이터로서 플라이 아이 렌즈를 이용한 프록시미티 노광장치, 프록시미티 노광장치의 노광광 형성 방법 및 이들을 이용한 표시용 패널 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
표시용 패널로 이용되는 액정 디스플레이 장치의 TFT(Thin Film Transistor) 기판이나 컬러 필터 기판, 플라즈마 디스플레이 패널용 기판, 유기EL(Electroluminescence) 표시 패널용 기판 등의 제조는, 노광 장치를 이용하여 포토리소그래피 기술에 의해 기판 상에 패턴이 형성되어 수행된다. 노광장치로서는, 렌즈 또는 거울을 이용하여 마스크의 패턴을 상기 기판 상에 투영하는 프로젝션 방식과, 마스크와 기판 사이에 미세한 틈(프록시미티 갭(gap))을 설치하여 상기 마스크의 패턴을 상기 기판으로 전사하는 프록시미티 방식이 있다. 상기 프록시미티 방식은, 상기 프로젝션 방식에 비해 패턴 해상 성능은 떨어지나, 조사광학계의 구성이 간단하면서, 또한 처리능력이 뛰어나 양산용으로 적합하다.
종래에 있어서, 프록시미티 노광 장치의 노광광을 발생하는 광원에는, 수은 램프, 할로겐 램프, 키세논 램프 등과 같이 고압 가스를 밸브 내에 봉입한 램프가 사용되어 왔다. 이들 램프는 수명이 짧고, 소정의 사용시간이 지나면 램프를 교환하지 않으면 안 된다. 예를 들어, 램프의 수명이 750시간일 경우, 연속하여 점등하면, 약 1개월에 1회의 교환이 필요해진다. 램프 교환 시에는, 노광 처리가 중단되기 때문에 생산성이 저하된다.
한편, 특허문헌 1에는, 프로젝션 방식의 노광 장치에 있어서, 노광광의 광원으로서, 발광 다이오드 등의 고체 광원 소자를 이용하는 기술이 개시되어 있다. 발광 다이오드 등의 반도체 발광 소자는, 수명이 수천 시간으로 램프에 비해 길며, 노광 처리가 중단되는 일이 적으므로, 생산성 향상이 기대된다.
[특허문헌 1] 일본특허공개2006-332077호 공보
노광광을 발생하는 광원에 복수의 반도체 발광 소자들을 이용하는 경우, 특허문헌 1에 기재되어 있듯이, 옵티컬 인테그레이터로서 플라이 아이 렌즈가 사용된다. 상기 플라이 아이 렌즈는, 복수의 단 렌즈들 종횡으로 배열한 렌즈 어레이다. 도 10은, 플라이 아이 렌즈의 동작을 설명하는 도면이다. 복수의 반도체 발광 소자들(42)로부터 발생한 광을, 확대 렌즈(43)에 의해 각각 확대하여, 플라이 아이 렌즈(45)로 조사한다. 플라이 아이 렌즈(45)는, 복수의 확대 렌즈들(43)에 의해 확대된 광을, 같은 조사면으로 투영하여 중첩되도록 하여, 조도 분포를 균일화한다. 이 때, 플라이 아이 렌즈(45)로 입사되는 광은, 입사 각도(β)가 소정의 각도보다 크면, 플라이 아이 렌즈(45)의 조사면에서 벗어나 버린다.
근래, 표시용 패널의 화면 대형화에 따라 기판이 대형화될수록 노광광의 광원은, 조도가 보다 높은 것이 요구되어 왔다. 주로 대형 기판의 노광에 사용되는 프록시미티 노광 장치에 있어서, 노광광을 발생하는 광원에 복수의 반도체 발광 소자들을 사용하는 경우, 상기 반도체 발광 소자의 출력이 종래의 램프에 비해 훨씬 작기 때문에, 수백 내지 수천 개 정도의 반도체 발광 소자들을 모두 사용하지 않으면 안 된다. 이 경우, 외측의 반도체 발광 소자로부터 발생하여 확대 렌즈에 의해 확대된 광의 일부는, 플라이 아이 렌즈로의 입사 각도가 커져서, 상기 플라이 아이 렌즈의 조사면에서 벗어나서, 노광광의 형성에 이용되지 않는다는 문제가 있었다.
본 발명의 과제는, 복수의 반도체 발광 소자들로부터 발생하여 확대 렌즈에 의해 확대된 광을 플라이 아이 렌즈로 중첩시킬 때, 각각의 상기 반도체 발광 소자의 광을 효율적으로 이용하여, 조도가 높은 노광광을 형성하는 것이다. 또한 본 발명의 과제는 표시용 패널 기판의 생산성을 향상시키는 것이다.
본 발명의 프록시미티 노광 장치는, 노광광을 형성하는 광을 발생하는 복수의 반도체 발광 소자들, 복수의 반도체 발광 소자들을 탑재하는 베이스 기판과, 각각의 상기 반도체 발광 소자에 대응하도록 구비되며, 각각의 상기 반도체 발광 소자로부터 발생한 광을 확대하는 복수의 확대 렌즈들, 및 복수의 상기 확대 렌즈들에 의해 확대된 광이 조사되는 플라이 아이 렌즈를 구비하며, 복수의 상기 확대 렌즈들에 의해 확대된 광을 상기 플라이 아이 렌즈로 중첩시켜서 노광광을 형성하는 프록시미티 노광 장치로서, 복수의 확대 렌즈들로부터 상기 플라이 아이 렌즈까지의 광로를 둘러싸며 설치된 반사 부재를 구비하고, 상기 베이스 기판의 외주부에 탑재된 상기 반도체 발광 소자 및 이에 대응하는 상기 확대 렌즈는, 해당 반도체 발광 소자로부터 발생하여 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광의 일단이, 상기 플라이 아이 렌즈의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도 내에서 상기 플라이 아이 렌즈로 입사하도록 배치되며, 상기 반사 부재는 상기 베이스 기판의 외주부에 탑재된 상기 반도체 발광 소자로부터 발생하여 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광의 타단이, 해당 반사 부재에 의해 반사되어, 상기 플라이 아이 렌즈의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도 내에서 상기 플라이 아이 렌즈로 입사되도록 배치되는 것이다.
또한, 본 발명의 프록시미티 노광장치의 노광광 형성 방법은, 복수의 반도체 발광 소자들 베이스 기판에 탑재하여, 각각의 상기 반도체 발광 소자로부터 노광광을 형성하는 광을 발생하고, 각각의 상기 반도체 발광 소자에 대응하는 복수의 확대 렌즈들을 마련하여, 각각의 상기 반도체 발광 소자로부터 발생한 광을 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대하여, 플라이 아이 렌즈로 조사하고, 복수의 상기 확대 렌즈들에 의해 확대된 광을 상기 플라이 아이 렌즈로 중첩시켜서 노광광을 형성하는 프록시미티 노광장치의 노광광 형성 방법으로, 복수의 상기 확대 렌즈들로부터 상기 플라이 아이 렌즈까지의 광로를 둘러싸며 반사 부재를 마련하고, 상기 베이스 기판의 외주부에 탑재된 상기 반도체 발광 소자 및 대응하는 상기 확대 렌즈를, 해당 반도체 발광 소자로부터 발생하여 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광의 일단이, 상기 플라이 아이 렌즈의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도 내에서 상기 플라이 아이 렌즈로 입사되도록 배치하며, 상기 반사 부재를, 상기 베이스 기판의 외주부에 탑재한 상기 반도체 발광 소자로부터 발생하여 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광의 타단이, 해당 반사 부재에 의해 반사되어, 상기 플라이 아이 렌즈의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도 내에서 상기 플라이 아이 렌즈로 입사되도록 배치되는 것이다.
상기 베이스 기판의 외주부에 탑재된 상기 반도체 발광 소자로부터 발생하여 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광 중에서, 상기 플라이 아이 렌즈의 외주로부터 해당 광의 일단까지 사이의 상기 플라이 아이 렌즈로 직접 조사되는 광은, 상기 플라이 아이 렌즈의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도 내에서 상기 플라이 아이 렌즈로 입사되어, 노광광의 형성에 이용된다. 또한, 해당 반도체 발광 소자로부터 발생하여 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광 중에서, 상기 플라이 아이 렌즈의 외주로부터 해당 광의 타단까지 사이의 상기 플라이 아이 렌즈로 직접 조사되지 않는 광은, 상기 반사 부재에 의해 반사되어, 상기 플라이 아이 렌즈의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도 내에서 상기 플라이 아이 렌즈로 입사되어, 노광광의 형성에 이용된다. 따라서 복수의 상기 반도체 발광 소자들로부터 발생하여 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광을 상기 플라이 아이 렌즈로 중첩시킬 때, 각각의 상기 반도체 발광 소자의 광이 효율적으로 이용되어, 높은 조도의 노광광이 형성된다.
나아가, 본 발명의 프록시미티 노광 장치는, 상기 베이스 기판의 최외주에 탑재된 상기 반도체 발광소자 및 이에 대응하는 상기 확대 렌즈의 광축이, 상기 플라이 아이 렌즈의 외주를 향하여 배치되며, 상기 반사 부재가, 해당 광축과 거의 평행으로 배치된 것이다. 또한 본 발명의 프록시미티 노광 장치의 노광광 형성 방법은, 상기 베이스 기판의 최외주에 탑재된 상기 반도체 발광 소자 및 이에 대응하는 상기 확대 렌즈의 광축을, 상기 플라이 아이 렌즈의 외주로 향하게 하여 배치하고, 상기 반사 부재는, 해당 광축과 거의 평행으로 배치하는 것이다. 상기 베이스 기판의 최외주에 탑재된 상기 반도체 발광 소자 및 이에 대응하는 상기 확대 렌즈의 광축을, 상기 플라이 아이 렌즈의 외주로 향하게 하여 배치하기 때문에, 해당 반도체 발광 소자로부터 발생하여 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광의 일단을, 소정의 각도 내에서 상기 플라이 아이 렌즈로 입사시키기 위해 필요한 상기 플라이 아이 렌즈로부터 해당 반도체 발광 소자까지의 거리가 작아진다.
게다가, 본 발명의 프록시미티 노광 장치는, 상기 베이스 기판이 복수의 편평한 기판들을 조합하여 구성되며, 복수의 상기 확대 렌즈들이 해당 기판마다 어레이 형상으로 구성된 것이다. 또한, 본 발명의 프록시미티 노광장치의 노광광 형성 방법은 복수의 편평한 기판들을 조합하여 상기 베이스 기판을 구성하며, 복수의 상기 확대 렌즈들을 해당 기판마다 어레이 형상으로 구성하는 것이다. 상기 반도체 발광 소자의 상기 베이스 기판으로의 실장이 용이해지며, 또한 상기 확대 렌즈의 광축의 조정이 용이해진다.
본 발명의 표시용 패널 기판의 제조방법은, 상기의 어느 프록시미티 노광 장치를 이용하여 기판의 노광을 수행하거나, 혹은, 상기의 어느 프록시미티 노광 장치의 노광광 형성 방법을 이용하여 형성한 노광광을, 마스크를 개재하여 기판으로 조사하여, 상기 기판의 노광을 수행하는 것이다. 상기의 프록시미티 노광 장치 또는 프록시미티 노광 장치의 노광광 형성 방법을 이용함으로써, 노광광의 조도가 증가하여 노광 시간이 단축되며, 또한 노광광의 광원 수명이 길어지기 때문에 표시용 패널 기판의 생산성이 향상된다.
본 발명의 프록시미티 노광 장치 및 프록시미티 노광 장치의 노광광 형성 방법에 의하면, 복수의 상기 확대 렌즈들로부터 상기 플라이 아이 렌즈까지의 광로를 둘러싸며 상기 반사 부재를 설치하여, 상기 베이스 기판의 외주부에 탑재한 상기 반도체 발광 소자 및 이에 대응하는 상기 확대 렌즈를, 해당 반도체 발광 소자로부터 발생하여 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광의 일단이, 상기 플라이 아이 렌즈의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도 내에서 상기 플라이 아이 렌즈로 입사하도록 배치하며, 상기 반사 부재를 상기 베이스 기판의 외주부에 탑재한 상기 반도체 발광 소자로부터 발생하여 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광의 타단이, 해당 반사 부재에 의해 반사되어, 상기 플라이 아이 렌즈의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도 내에서 상기 플라이 아이 렌즈로 입사하도록 배치함으로써, 복수의 반도체 발광 소자들에서 발광하여 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광을 상기 플라이 아이 렌즈로 중첩시킬 때, 각각의 상기 반도체 발광 소자의 광을 효율적으로 이용하여, 높은 조도의 노광광을 형성할 수 있다.
나아가, 본 발명의 프록시미티 노광 장치 및 프록시미티 노광 장치의 노광광 형성 방법에 의하면, 상기 베이스 기판의 최외주에 탑재된 상기 반도체 발광 소자 및 이에 대응하는 상기 확대 렌즈의 광축을, 상기 플라이 아이 렌즈의 외주로 향하도록 배치하고, 상기 반사 부재를 해당 광축과 거의 평행하게 배치함으로써, 해당 반도체 발광 소자로부터 발생하여 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광의 일단을, 소정의 각도 내에서 상기 플라이 아이 렌즈로 입사시키기 위해 필요한, 상기 플라이 아이 렌즈로부터 해당 반도체 발광 소자까지의 거리를 작게 할 수 있다.
게다가, 본 발명의 프록시미티 노광 장치 및 프록시미티 노광 장치의 노광광 형성 방법에 의하면, 복수의 편평한 기판들을 조합하여 상기 베이스 기판을 구성하고, 복수의 상기 확대 렌즈들을 해당 기판마다 어레이 형상으로 구성함으로써, 상기 반도체 발광 소자를 상기 베이스 기판에 용이하게 실장할 수 있으면서, 또한 상기 확대 렌즈의 광축을 용이하게 조정할 수 있다.
본 발명의 표시용 패널 기판의 제조 방법에 의하면, 노광광의 조도가 증가하여 노광 시간이 단축되며, 또한 노광광 광원의 수명이 길어지기 때문에, 표시용 패널 기판의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 프록시미티 노광장치의 개략적 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 광원 유닛의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에서 나타낸 광원 유닛의 반도체 발광 소자 및 확대 렌즈의 광축 방향을 나타내는 도면이다.
도 4는 광원 유닛의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에서 나타낸 광원 유닛의 반도체 발광 소자 및 확대 렌즈의 광축 방향을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 의한 프록시미티 노광 장치의 노광광 형성 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 베이스 기판의 최외주에 탑재된 반도체 발광 소자 및 이들에 대응하는 확대 렌즈의 광축을, 플라이 아이 렌즈의 외주보다도 내측으로 향하게 하여 배치한 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 액정 디스플레이 장치의 TFT기판의 제조 공정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 9는 액정 디스플레이 장치의 컬러 필터 기판의 제조 공정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 10은 플라이 아이 렌즈의 동작을 설명하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 프록시미티 노광장치의 개략적 구성을 나타내는 도면이다. 프록시미티 노광 장치는, 베이스(3), X가이드(4), X스테이지(5), Y가이드(6), Y스테이지(7), θ스테이지(8), 척 지지대(9), 척(10), 마스크 홀더(20) 및 노광광 조사 장치(30)를 포함하며 구성되어 있다. 상기 프록시미티 노광 장치는, 이들 외에, 기판(1)을 척(10)으로 반입하면서, 또한 기판(1)을 척(10)으로부터 반출하는 기판 반송 로봇, 장치 내의 온도 관리를 수행하는 온도 제어 유닛 등을 구비하고 있다.
또한, 이하에서 설명하는 실시형태에 있어서의 XY방향은 예시이며, X방향과 Y방향을 서로 바꿀 수도 있다.
도 1에 있어서, 척(10)은, 기판(1)의 노광을 수행하는 노광 위치에 있다. 노광 위치의 상공에는, 마스크(2)를 지지하는 마스크 홀더(20)가 설치되어 있다. 마스크 홀더(20)는, 마스크(2)의 주변부를 진공 흡착하여 지지한다. 마스크 홀더(20)에 지지된 마스크(2)의 상공에는 노광광 조사장치(30)가 배치되어 있다. 노광 시, 노광광 조사 장치(30)로부터의 노광광이 마스크(2)를 투과하여 기판(1)으로 조사됨으로써, 마스크(2)의 패턴이 기판(1)의 표면에 전사되며, 기판(1) 상에 패턴이 형성된다.
척(10)은, X스테이지(5)에 의해, 노광 위치에서 떨어진 로드/언로드 위치로 이동된다. 로드/언로드 위치에 있어서, 도시하지 않은 기판 반송 로봇에 의해, 기판(1)이 척(10)으로 반입되면서, 또한 기판(1)이 척(10)으로부터 반출된다. 척(10)으로의 기판(1)의 로드 및 척(10)으로부터의 기판(1)의 언로드는, 척(10)에 마련된 복수의 밀핀들을 사용하여 수행된다. 상기 밀핀은, 척(10)의 내부에 수납되어 있으며, 척(10)의 내부로부터 상승하여, 기판(1)을 척(10)으로 로드할 때, 상기 기판 반송 로봇으로부터 기판(1)을 넘겨받고, 기판(1)을 척(10)으로부터 언로드할 때, 상기 기판 반송 로봇으로 기판(1)을 받아 넘긴다.
척(10)은, 척 지지대(9)를 개재하여 θ스테이지(8)에 탑재되어 있으며, θ스테이지(8) 아래에는 Y스테이지(7) 및 X스테이지(5)가 마련되어 있다. X스테이지(5)는, 베이스(3)에 마련된 X가이드(4)에 탑재되며, X가이드(4)를 따라 X방향(도 1의 도면 가로 방향)으로 이동한다. Y스테이지(7)는, X스테이지(5)에 마련된 Y가이드(6)에 탑재되며, Y가이드(6)를 따라 Y방향(도 1의 도면 관통 방향)으로 이동한다. θ스테이지(8)는, Y스테이지(7)에 탑재되며, θ방향으로 회전한다. 척 지지대(9)는, θ스테이지(8)에 탑재되며, 척(10)을 복수 개소에서 지지한다.
X스테이지(5)의 X방향으로의 이동 및 Y스테이지(7)의 Y방향으로의 이동에 의해 척(10)은, 로드/언로드 위치와 노광 위치 사이를 이동한다. 로드/언로드 위치에 있어서, X스테이지(5)의 X방향으로의 이동, Y스테이지(7)의 Y방향으로의 이동 및 θ스테이지(8)의 θ방향으로의 회전에 의해, 척(10)에 탑재된 기판(1)의 프리얼라인먼트가 수행된다. 노광 위치에 있어서, X스테이지(5)의 X방향으로의 이동 및 Y스테이지(7)의 Y방향으로의 이동에 의해, 척(10)에 탑재된 기판(1)의 XY방향으로의 스텝 이동이 행하여진다. 그리고 X스테이지(5)의 X방향으로의 이동, Y스테이지(7)의 Y방향으로의 이동 및 θ스테이지(8)의 θ방향으로의 회전에 의해, 기판(1)의 얼라인먼트가 행하여진다. 또한 미도시의 Z틸트 기구에 의해, 마스크 홀더(20)를 Z방향(도 1의 도면 상하 방향)으로 이동 및 틸트함으로써, 마스크(2)와 기판(1)의 갭(gap) 맞춤이 실시된다.
또한, 본 실시형태에서는, 마스크 홀더(20)를 Z방향으로 이동 및 틸트함으로써, 마스크(2)와 기판(1)과의 갭 맞춤을 실시하고 있으나. 척 지지대(9)에 Z-틸트 기구를 마련하여, 척(10)을 Z방향으로 이동 및 틸트함으로써, 마스크(2)와 기판(1)과의 갭 맞춤을 실시할 수 있다.
노광광 조사 장치(30)는, 콜리메이션 렌즈군(collimation lens group, 32), 평면 거울(33), 조도 센서(35) 및 광원 유닛(40)을 포함하여 구성되어 있다. 후술하는 광원 유닛(40)은, 기판(1)의 노광을 수행할 때에 노광광을 발생하여, 기판(1)의 노광을 수행하지 않을 때는 노광광을 발생하지 않는다. 광원 유닛(40)으로부터 발생한 노광광은, 콜리메이션 렌즈군(32)을 투과하여 평행 광선속이 되며, 평면 거울(33)로 반사하여, 마스크(2)로 조사된다. 마스크(2)로 조사된 노광광에 의해, 마스크(2)의 패턴이 기판(1)으로 전사되어, 기판(1)의 노광이 실시된다.
평면 거울(33)의 이면 근방에는, 조도 센서(35)가 배치되어 있다. 평면 거울(33)에는, 노광광의 일부를 통과시키는 작은 개구가 마련되어 있다. 조도 센서(35)는 평면 거울(33)의 개구를 통과한 광을 수광하여, 노광광의 조도를 측정한다. 조도 센서(35)의 측정 결과는, 광원 유닛(40)으로 입력된다.
도 2는 광원 유닛의 일례를 나타내는 도면이다. 광원 유닛(40)은, 베이스 기판(41), 반도체 발광 소자(42), 확대 렌즈(43), 플라이 아이 렌즈(45), 제어 회로(46), 냉각 부재(47), 냉각 장치(48) 및 미러(50)를 포함하며 구성되어 있다. 베이스 기판(41)은, 제어 회로(46)의 제어에 의해, 각 반도체 발광 소자(42)를 구동한다. 각 반도체 발광 소자(42)는, 발광 다이오드나 레이저 다이오드 등으로 이루어지며, 노광광을 형성하는 광을 발생한다. 제어 회로(46)은 조도 센서(35)의 측정 결과에 근거하여, 각 반도체 발광 소자(42)의 구동을 제어한다.
또한, 도 2에서는, 9개의 반도체 발광 소자(42)가 개시되어 있으나, 실제의 광원 유닛에는, 수백 내지 수천 개 정도의 반도체 발광 소자들이 사용되고 있다.
각 반도체 발광 소자(42)에 대응하여, 확대 렌즈(43)가 마련되어 있으며, 각 확대 렌즈(43)는, 각 반도체 발광 소자(42)로부터 발생한 광을 확대하여, 플라이 아이 렌즈(45)로 조사한다. 도 3a 및 도 3b는 도 2에서 나타낸 광원 유닛의 반도체 발광 소자 및 확대 렌즈의 광축 방향을 나타내는 도면이다. 도 3a의 화살표는, 베이스 기판(41)을 옆에서 보았을 때의 반도체 발광 소자(42) 및 확대 렌즈(43)의 광축의 방향을 나타내고 있다. 또한, 도 3b의 화살표는, 베이스 기판(41)을 정면에서 보았을 때의 반도체 발광 소자(42) 및 확대 렌즈(43)의 광축의 방향을 나타내고 있다.
도 3b에서 나타내듯이, 베이스 기판(41)은, 복수 기판(41a, 41b, 41c)을 조합하여 구성하고 있다. 본 예에서는, 중앙부의 기판(41a)의 상하 및 좌우에 배치된 기판(41b)이, 도 3a에서 나타내듯이 원통의 측면 일부를 잘라낸 형상을 하고 있다. 그리고 중앙부의 기판(41a)의 표면이, 상하 기판(41b)의 표면과 좌우 기판(41b)의 표면을 조합한 형상을 하고 있다. 기판(41c)은 편평하고, 복수의 반도체 발광 소자(42)가 열전도 부재(47a)를 개재하여 비스듬하게 탑재되어 있다. 기판(41a, 41b)에 탑재된 반도체 발광 소자(42) 및 이들에 대응하는 확대 렌즈(43)의 광축은, 도 3a, 도 3b에서 나타내듯이, 플라이 아이 렌즈(45)의 중앙으로 향하도록 배치되어 있다. 기판(41c)에 탑재된 반도체 발광 소자(42) 및 이들에 대응하는 확대 렌즈(43)의 광축은, 도 3a, 도 3b에서 나타내듯이, 플라이 아이 렌즈(45)로 향하도록 서로 평행하게 배치되어 있다.
도 4는, 광원 유닛의 다른 예를 나타내는 도면이다. 또한, 도 5a 및 도 5b는 도 4에서 나타낸 광원 유닛의 반도체 발광 소자 및 확대 렌즈의 광축 방향을 나타내는 도면이다. 도5(a)의 화살표는, 도 5b에서 나타낸 베이스 기판(41)의 A-A 단면을 보았을 때의 반도체 발광 소자(42) 및 확대 렌즈(43)의 광축 방향을 나타내고 있다. 또한, 도 5b의 화살표는, 베이스 기판(41)을 정면에서 보았을 때의 반도체 발광 소자(42) 및 확대 렌즈(43)의 광축 방향을 나타내고 있다.
본 예에서는, 베이스 기판(41)이, 복수의 편평한 기판(41a, 41b, 41c)을 조합하여 구성되어 있다. 베이스 기판(41)의 외주부에 위치하는 기판(41b, 41c)은 플라이 아이 렌즈(45)로 향하여 경사지게 설치되어 있다. 확대 렌즈(43)는, 기판(41a, 41b, 41c)마다 어레이 형상으로 구성되어 있다. 각 기판(41a, 41b, 41c)에 탑재된 반도체 발광 소자(42) 및 이들에 대응하는 확대 렌즈(43)의 광축은, 도 5a, 도 5b에서 나타내듯이, 플라이 아이 렌즈(45)로 향하도록 서로 평행하게 배치되어 있다. 복수의 편평한 기판(41a, 41b, 41c)을 조합하여 베이스 기판(41)을 구성하고, 복수의 확대 렌즈(43)를 기판(41a, 41b, 41c)마다 어레이 형상으로 구성하므로, 반도체 발광 소자(42)의 베이스 기판(41)으로의 실장이 용이해지며, 또한 확대 렌즈(43)의 광축의 조정이 용이해진다.
도 2 및 도 4에 있어서, 복수의 확대 렌즈(43)로부터 플라이 아이 렌즈(45)까지의 광로를 둘러싸며, 미러(50)가 마련되어 있다. 도 2 및 도 4에서 나타낸 예에서는, 베이스 기판(41) 및 플라이 아이 렌즈(45)가 사각형이며, 베이스 기판(41)가 플라이 아이 렌즈(45)보다 크기 때문에, 미러(50)는, 사각뿔의 상부를 잘라 낸 형상을 하고 있다. 미러(50)는, 베이스 기판(41)의 외주부 기판(41b, 41c)에 탑재된 반도체 발광 소자(42)로부터 발생하여 대응하는 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광의 일부를 반사하여, 플라이 아이 렌즈(45)로 조사한다.
플라이 아이 렌즈(45)는 복수의 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광을 중첩시켜서, 조도 분포가 균일한 노광광을 형성한다. 이때, 플라이 아이 렌즈(45)는, 확대 렌즈(43)에서 직접 입사된 광과, 미러(50)에 의해 반사되어 입사된 광을 합쳐서, 노광광을 형성한다. 확대 렌즈(43) 또는 미러(50)로부터 플라이 아이 렌즈(45)로 소정의 각도(α)보다 큰 입사 각도로 입사된 광은, 플라이 아이 렌즈(45)의 조사면으로부터 벗어나서, 노광광의 형성에 이용되지 않는다.
베이스 기판(41)의 이면에는, 냉각 부재(47)가 설치되어 있다. 냉각 부재(47)는, 내부에 냉각수가 흐르도록 냉각수 통로를 가지며, 냉각 장치(48)로부터 냉각수 통로로 공급되는 냉각수에 의해, 각 반도체 발광 소자(42)를 냉각한다. 또한, 냉각 부재(47) 및 냉각 장치(48)는 이에 한정되지 않고, 방열판 및 냉각팬을 포함하는 공냉식일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 의한 프록시미티 노광 장치의 노광광 형성 방법에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 의한 프록시미티 노광 장치의 노광광 형성 방법을 설명하는 도면이다. 본 발명에서는 도 6에서 나타내듯이, 베이스 기판(41)의 외주부에 탑재된 반도체 발광 소자(42) 및 이들에 대응하는 확대 렌즈(43)를, 해당 반도체 발광 소자(42)로부터 발생하여 대응하는 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광의 일단이, 플라이 아이 렌즈(45)의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도(α) 내에서 플라이 아이 렌즈(45)로 입사하도록 배치된다. 그리고, 미러(50)를 베이스 기판(41)의 외주부에 탑재된 반도체 발광 소자(42)로부터 발생하여 대응하는 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광의 타단이, 해당 미러(50)에 의해 반사되어, 플라이 아이 렌즈(45)의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도(α) 내에서 플라이 아이 렌즈(45)로 입사되도록 배치한다.
베이스 기판(41)의 외주부에 탑재된 반도체 발광 소자(42)로부터 발생하여 대응하는 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광 중에서, 플라이 아이 렌즈(45)의 외주에서 해당 광의 일단까지 사이의 플라이 아이 렌즈(45)로 직접 조사되는 광은, 플라이 아이 렌즈(45)의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도(α) 내에서 플라이 아이 렌즈(45)로 입사되어, 노광광의 형성에 이용된다. 또한 해당 반도체 발광 소자(42)로부터 발생하여 대응하는 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광 중에서, 플라이 아이 렌즈(45)의 외주로부터 해당 광의 타단까지 사이의 플라이 아이 렌즈(45)로 직접 조사되지 않는 광은, 미러(50)에 의해 반사되어, 플라이 아이 렌즈(45)의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도(α) 내에서 플라이 아이 렌즈(45)로 입사되어, 노광광의 형성에 이용된다. 따라서, 복수의 반도체 발광 소자(42)로부터 발생하여 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광을 플라이 아이 렌즈(45)로 중첩시킬 때, 각 반도체 발광 소자(42)의 광이 효율적으로 이용되어, 높은 조도의 노광광이 형성된다.
게다가, 본 실시형태에서는, 도 6에서 나타내듯이, 베이스 기판(41)의 최외주에 탑재된 반도체 발광 소자(42) 및 이들에 대응하는 확대 렌즈(43)의 광축을, 플라이 아이 렌즈(45)의 외주로 향하게 하여 배치하고, 미러(50)를, 해당 광축과 거의 평행하게 배치한다.
도 7은 베이스 기판의 최외주에 탑재된 반도체 발광 소자 및 이들에 대응하는 확대 렌즈의 광축을, 플라이 아이 렌즈의 외주보다도 내측으로 향하게 하여 배치한 예를 나타내는 도면이다. 베이스 기판(41)의 최외주에 탑재된 반도체 발광 소자(42) 및 이들에 대응하는 확대 렌즈(43)의 광축을 플라이 아이 렌즈(45)의 외주보다도 내측으로 향하게 하여 배치한 경우, 해당 반도체 발광 소자(42)로부터 발생하여 대응하는 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광의 일단을, 소정의 각도(α) 내에서 플라이 아이 렌즈(45)로 입사시키기 위해서는, 플라이 아이 렌즈(45)로부터 해당 반도체 발광 소자(42)까지의 거리를 길게 할 필요가 있다.
도 6에서 나타낸 실시형태에서는, 베이스 기판(41)의 최외주에 탑재된 반도체 발광 소자(42) 및 이들에 대응하는 확대 렌즈(43)의 광축을, 플라이 아이 렌즈(45)의 외주로 향하게 하여 배치하므로, 도 7에서 나타낸 예에 비해, 해당 반도체 발광 소자(42)로부터 발생하여 대응하는 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광의 일단을, 소정의 각도(α) 내에서 플라이 아이 렌즈(45)로 입사시키기 위해 필요한, 플라이 아이 렌즈(45)로부터 해당 반도체 발광 소자(42)까지의 거리를 작게 할 수 있다.
이상 설명한 실시형태에 의하면, 복수의 확대 렌즈(43)로부터 플라이 아이 렌즈(45)까지의 광로를 둘러싸며 미러(50)를 마련하고, 베이스 기판(41)의 외주부에 탑재한 반도체 발광 소자(42) 및 이들에 대응하는 확대 렌즈(43)를, 해당 반도체 발광 소자(42)로부터 발생하여 대응하는 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광의 일단이, 플라이 아이 렌즈(45)의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도(α) 내에서 플라이 아이 렌즈(45)로 입사되도록 배치하고, 미러(50)를 베이스 기판(41)의 외주부에 탑재한 반도체 발광 소자(42)로부터 발생하여 대응하는 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광의 타단이, 해당 미러(50)에 의해 반사되어, 플라이 아이 렌즈(45)의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도(α) 내에서 플라이 아이 렌즈(45)로 입사하도록 배치함으로써, 복수의 반도체 발광 소자(42)로부터 발생하여 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광을 플라이 아이 렌즈(45)로 중첩시킬 때, 각 반도체 발광 소자(42)의 광을 효율적으로 이용하여, 높은 조도의 노광광을 형성할 수 있다.
나아가, 베이스 기판(1)의 최외주에 탑재된 반도체 발광 소자(42) 및 이들에 대응하는 확대 렌즈(43)의 광축을, 플라이 아이 렌즈(45)의 외주로 향하도록 배치하고, 미러(50)를 해당 광축과 거의 평행하게 배치함으로써, 해당 반도체 발광 소자(42)로부터 발생하여 대응하는 확대 렌즈(43)에 의해 확대된 광의 일단을, 소정의 각도(α) 내에서 플라이 아이 렌즈(45)로 입사시키기 위해 필요한, 플라이 아이 렌즈(45)로부터 해당 반도체 발광 소자(42)까지의 거리를 작게 할 수 있다.
게다가, 도 4에서 나타낸 예에 의하면, 복수의 편평한 기판(41a, 41b, 41c)를 조합하여 베이스 기판(41)을 구성하고, 복수의 확대 렌즈를 해당 기판(41a, 41b, 41c)마다 어레이 형상으로 구성함으로써, 반도체 발광 소자(42)를 베이스 기판(41)에 용이하게 실장할 수 있으며, 또한 확대 렌즈(43)의 광축을 용이하게 조정할 수 있다.
본 발명의 프록시미티 노광 장치를 이용하여 노광을 실시하거나 혹은 본 발명의 프록시미티 노광 장치의 노광광 형성 방법을 이용하여 형성한 노광광을 마스크를 개재하여 기판으로 조사하여, 기판의 노광을 수행함으로써, 노광광의 조도가 증가하여 노광 시간이 단축되며, 또한 노광광의 광원의 수명이 길어지기 때문에, 표시용 패널 기판의 생산성을 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 도 8은 액정 디스플레이 장치의 TFT기판의 제조 공정의 일례를 나타내는 순서도이다. 박막 형성 공정(단계 101)에서는, 스퍼터법이나 플라즈마 화학 기상 성장(CVD)법 등에 의해, 기판 상에 액정 구동용 투명 전극이 되는 전도체막이나 절연체막 등의 박막을 형성한다. 레지스트 도포 공정(단계 102)에서는, 롤 도포법 등에 의해 감광 수지 재료(포토레지스트)를 도포하여 박막 형성 공정(단계 101)에서 형성된 박막 상에 포토레지스트막을 형성한다. 노광 공정(단계 103)에서는 프록시미티 노광 장치나 투영 노광 장치 등을 이용하여, 마스크 패턴을 상기 포토레지스트막에 전사한다. 현상 공정(단계 104)에서는 샤워 현상법 등에 의해 현상액을 상기 포토레지스트막 상에 공급하여, 상기 포토레지스트막의 불필요한 부분을 제거한다. 에칭 공정(단계 105)에서는 습식 에칭에 의해, 박막 형성 공정(단계 101)에서 형성된 박막 중, 상기 포토레지스트막으로 마스크되지 않은 부분을 제거한다. 박리 공정(단계 106)에서는, 에칭 공정(단계 105)에서의 마스크의 역할을 끝낸 상기 포토레지스트막을, 박리액으로 박리한다. 이들 각 공정의 전 또는 후에는, 필요에 따라 기판의 세정/건조 공정이 실시된다. 이들 공정을 수차례 반복하여, 기판 상에 TFT어레이가 형성된다.
또한 도 9는, 액정 디스플레이 장치의 컬러 필터 기판의 제조 공정의 일례를 나타내는 순서도이다. 블랙 매트릭스 형성 공정(단계201)에서는, 레지스트 도포, 노광, 현상, 에칭, 박리 등의 처리에 따라 기판 상에 블랙 매트릭스를 형성한다. 착색 패턴 형성 공정(단계 202)에서는, 염색법, 안료분산법, 인쇄법, 전착법 등에 의해, 기판 상에 착색 패턴을 형성한다. 이 공정을, R, G, B의 착색 패턴에 대해 반복한다. 보호막 공정 형성(단계 203)에서는 착색 패턴 상에 보호막을 형성하고, 투명 전극막 형성 공정(단계 204)에서는 보호막 상에 투명 전극막을 형성한다. 이들 각 공정 전, 도중 또는 후에는 필요에 따라 기판의 세정/건조 공정이 실시된다.
도 8에서 나타낸 TFT기판의 제조 공정에서는, 노광 공정(단계103)에 있어서, 도 9에서 나타낸 컬러 필터 기판의 제조 공정에서는, 블랙 매트릭스 형성 공정(단계 201) 및 착색 패턴 형성 공정(단계 202)의 노광 처리에 있어서, 본 발명의 프록시미티 노광 장치 또는 프록시미티 노광 장치의 노광광 형성 방법을 적용할 수 있다.
1 : 기판 2 : 마스크
3 : 베이스 4 : X가이드
5 : X스테이지 6 : Y가이드
7 : Y스테이지 8 : θ스테이지
9 : 척 지지대 10 : 척
20 : 마스크 홀더 30 : 노광광 조사장치
32 : 콜리메이션 렌즈군 33 : 평면 거울
35 : 조도 센서 40 : 광원 유닛
41 : 베이스 기판 41a, 41b, 41c : 기판
42 : 반도체 발광 소자 43 : 확대 렌즈
45 : 플라이 아이 렌즈 46 : 제어회로
47 : 냉각 부재 47a : 열전도 부재
48 : 냉각 장치 50 : 미러

Claims (8)

  1. 노광광을 형성하는 광을 발생시키는 복수의 반도체 발광 소자들;
    상기 복수의 반도체 발광 소자들을 탑재한 베이스 기판;
    각각의 상기 반도체 발광 소자에 대응하도록 구비되며, 각각의 상기 반도체 발광 소자로부터 발생한 광을 확대하는 복수의 확대 렌즈들; 및
    상기 복수의 확대 렌즈들에 의해 확대된 광이 조사되는 플라이 아이 렌즈를 포함하며,
    상기 복수의 확대 렌즈들에 의해 확대된 광을 상기 플라이 아이 렌즈로 중첩시켜서 노광광을 형성하는 프록시미티 노광 장치로서,
    상기 복수의 확대 렌즈들로부터 상기 플라이 아이 렌즈까지의 광로를 둘러싸도록 설치된 반사 부재를 포함하고,
    상기 베이스 기판의 외주부에 탑재된 상기 반도체 발광 소자 및 대응하는 상기 확대 렌즈는, 상기 반도체 발광 소자로부터 발생하여 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광의 일단이, 상기 플라이 아이 렌즈의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도 내에서 상기 플라이 아이 렌즈로 입사하도록 배치되며,
    상기 반사 부재는 상기 베이스 기판의 외주부에 탑재된 상기 반도체 발광 소자로부터 발생하여 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광의 타단이, 상기 반사 부재에 의해 반사되어, 상기 플라이 아이 렌즈의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도 내에서 상기 플라이 아이 렌즈로 입사되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 프록시미티 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 기판의 최외주에 탑재된 상기 반도체 발광소자 및 대응하는 상기 확대 렌즈는, 광축이 상기 플라이 아이 렌즈의 외주를 향하여 배치되며,
    상기 반사 부재는, 해당 광축과 평행으로 배치된 것을 특징으로 하는 프록시미티 노광 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 베이스 기판은 복수의 편평한 기판들을 조합하여 구성되며, 상기 복수의 확대 렌즈들은 해당 기판마다 어레이 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 프록시미티 노광 장치.
  4. 복수의 반도체 발광 소자들을 베이스 기판에 탑재하여, 각각의 상기 반도체 발광 소자로부터 노광광을 형성하는 광을 발생하고,
    각각의 상기 반도체 발광 소자에 대응하는 복수의 확대 렌즈들을 마련하여, 각각의 상기 반도체 발광 소자로부터 발생한 광을 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대하여, 플라이 아이 렌즈로 조사하고,
    복수의 상기 확대 렌즈들에 의해 확대한 광을 상기 플라이 아이 렌즈로 중첩시켜서 노광광을 형성하는 프록시미티 노광장치의 노광광 형성 방법으로,
    복수의 상기 확대 렌즈들로부터 상기 플라이 아이 렌즈까지의 광로를 둘러싸며 설치된 반사 부재를 마련하고,
    상기 베이스 기판의 외주부에 탑재된 상기 반도체 발광 소자 및 대응하는 확대 렌즈들을, 상기 반도체 발광 소자로부터 발생하여 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광의 일단이, 상기 플라이 아이 렌즈의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도 내에서 상기 플라이 아이 렌즈로 입사되도록 배치하며,
    상기 반사 부재를, 상기 베이스 기판의 외주부에 탑재한 상기 반도체 발광 소자로부터 발생하여 대응하는 상기 확대 렌즈에 의해 확대된 광의 타단이, 상기 반사 부재에 의해 반사되어, 상기 플라이 아이 렌즈의 조사면으로부터 벗어나지 않는 소정의 각도 내에서 상기 플라이 아이 렌즈로 입사하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 프록시미티 노광 장치의 노광광 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 베이스 기판의 최외주에 탑재된 상기 반도체 발광 소자들 및 대응하는 상기 확대 렌즈들의 광축을 상기 플라이 아이 렌즈의 외주로 향하게 하여 배치하고,
    상기 반사 부재를, 해당 광축과 평행으로 배치하는 것을 특징으로 하는 프록시미티 노광 장치의 노광광 형성 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 복수의 편평한 기판을 조합하여 베이스 기판을 구성하며, 복수의 상기 확대 렌즈들을 해당 기판마다 어레이 형상으로 구성하는 것을 특징으로 하는 프록시미티 노광 장치 노광광 형성 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 프록시미티 노광 장치를 이용하여 기판의 노광을 실시하는 것을 특징으로 하는 표시용 패널 기판의 제조 방법.
  8. 제 4 항 또는 제 5 항에 기재된 프록시미티 노광 장치의 노광광 형성 방법을 이용하여 형성한 노광광을, 마스크를 개재하여 기판으로 조사하고, 상기 기판의 노광을 실시하는 것을 특징으로 하는 표시용 패널 기판의 제조 방법.
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