KR101314559B1

KR101314559B1 - 광원장치 및 이것을 사용한 노광장치

Info

Publication number: KR101314559B1
Application number: KR1020070097811A
Authority: KR
Inventors: 데쓰야 시라이; 요시히코 세이키; 아쓰지 나카가와
Original assignee: 피닉스 덴끼 가부시키가이샤
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2013-10-07
Also published as: KR20080087630A; TWI421643B; TW200839454A; CN101277566A; JP4937808B2; CN101277566B; JP2008241877A

Abstract

방전등을 가지며, 장시간에 걸쳐 균일한 광량을 출사할 수 있는 광원장치를 제공한다.

복수의 방전등(30)과 상기 방전등(30)의 각각에 형성되고 방전등(30)의 각각으로부터 출사된 광을 같은 방향을 향하여 반사하는 리플렉터(31)를 갖는 램프 유닛(18), 램프 유닛(18)으로부터 출사된 광의 조도를 측정하는 조도계(20), 및 방전등(30)을 개별로 통전하거나 또는 통전을 차단하는 기능을 가지며, 기동시에는 적어도 1개의 예비의 방전등(30)의 통전을 차단한 상태로 다른 방전등(30)을 통전하고, 또한, 조도계(20)에서 측정된 실 조도와 미리 설정된 적정 조도를 비교함으로써 실 조도의 과부족을 판정하는 동시에, 실 조도의 과부족을 해소하도록 방전등(30)을 통전하거나, 또는 통전을 차단하는 점등 제어장치(22)를 구비함으로써, 상기 과제를 해결한 광원장치(10)를 제공할 수 있다.

방전등, 광원장치, 리플렉터, 램프 유닛, 조도계, 점등 제어장치, 노광 장치

Description

광원장치 및 이것을 사용한 노광장치{Optical source device and exposure device using the same}

본 발명은 방전등을 가지며, 장시간에 걸쳐 균일한 조도의 광을 출사할 수 있는 광원장치 및 그와 같은 광원장치를 사용한 노광장치에 관한 것이다.

방전등을 사용한 광원장치는 반도체 제조 프로세스나 프린트기판 작성 프로세스에서의 포토레지스트의 노광 프로세스와 같이, 광을 사용하여 물건을 가공하는 공업 프로세스에서 활발하게 이용되고 있다. 이러한 공업 프로세스에서 사용되는 광원장치에는 특히 「장시간에 걸쳐 균일한 조도의 광을 출사할 수 있는 것」이 요구되지만, 광원장치에 사용되는 방전등은 사용시간이 길어지는 동시에 열화되어 조도가 감소하기 때문에, 이러한 요구에 응하는 것은 용이하지 않았다.

그래서, 이전부터, 이 요구에 응하기 위한 연구가 행하여지고 있고, 그 성과로서 특허문헌 1의 광원장치가 알려져 있다. 이 광원장치는 복수의 방전등을 사용하여 광원장치를 구성하고, 광원장치가 새로운 것일 때에는 전체수보다도 적은 수의 방전등을 점등함으로써 필요한 조도를 확보하여, 광원장치의 사용시간이 소정의 시간 경과할 때마다 나머지의 방전등을 추가 점등하여 방전등의 열화에 의한 조도의 저하분을 보충하도록 한 것이다.

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 2005-227465호

방전등에는 각각 「개체차」가 존재하기 때문에, 같은 종류, 같은 형번의 방전등이어도, 방전등의 개체차에 의해서 열화의 진행에 의한 조도 저하의 정도에는 격차가 있다. 이 때문에, 선행기술(특허문헌 1)과 같이, 방전등의 개체차를 무시하고 소정시간마다 방전등을 추가 점등한 것에서는, 조도의 과부족이 생기기 쉬워, 조도의 균일성을 높이는 데 한계가 있었다. 요컨대, 소정의 사용시간이 경과하여도 조도 저하의 정도가 작고, 충분한 조도의 광을 출사할 수 있는 광원장치에 대하여 방전등을 추가 점등한 것에서는, 과잉의 조도를 주게 되고, 반대로, 소정의 사용시간에 도달하였을 때에 있어서 상정 이상으로 조도가 저하되어 있는 광원장치에 대해서는 방전등을 추가 점등하여도 조도의 보충으로서는 충분하지 않고, 조도가 부족하다는 문제점이 존재하였다.

본 발명은 이러한 선행기술의 문제점을 감안하여 개발된 것이다. 그러므로 본 발명의 주된 과제는 균일한 조도의 광을 장시간에 걸쳐 연속적으로 출사할 수 있는 광원장치 및 이것을 사용한 노광장치를 제공하는 것이다.

청구항 1에 기재된 발명은 「복수의 방전등(30)과 방전등(30)의 각각에 형성되고, 방전등(30)의 각각으로부터 출사된 광을 같은 방향을 향하여 반사하는 리플렉터(31; reflector)를 갖는 램프 유닛(18; lamp unit), 램프 유닛(18)으로부터 출사된 광의 조도를 측정하는 조도계(20), 및 방전등(30)을 개별로 통전하거나, 또는 통전을 차단하는 기능을 가지며, 기동시에는 적어도 1개의 예비의 방전등(30)의 통전을 차단한 상태로 다른 방전등(30)을 통전하고, 또한, 조도계(20)에서 측정되는 실(實) 조도와 미리 설정된 적정 조도를 비교함으로써 실 조도의 과부족을 판정하는 동시에, 실 조도의 과부족을 해소하도록 방전등(30)을 통전하거나, 또는 통전을 차단하는 점등 제어장치(22)를 구비하는」 광원장치(10)이다.

본 발명에서는 광원장치(10)로부터 출사되는 광의 조도에 기초하여 방전등(30)의 추가 점등 또는 소등을 한다. 즉, 광원장치(10)로부터 출사되는 광의 조도를 조도계(20)에서 측정하여, 점등 제어장치(22)가 「조도가 부족하다」고 판단하면, 점등 제어장치(22)는 예비의 방전등(30)을 통전시켜 광원장치(10)로부터 출사되는 실 조도를 적정 조도로 되돌린다. 반대로, 실 조도가 적정 조도보다도 많고, 점등 제어장치(22)가 「조도가 과잉이다」라고 판단하면, 점등 제어장치(22)는 통전 중인 방전등(30) 중 어느 하나의 통전을 차단시켜 광원장치(10)로부터 출사되는 실 조도를 적정 조도로 되돌린다.

이와 같이, 본 발명에 관계되는 광원장치(10)에 의하면, 광원장치(10)로부터 출사되는 실 조도 자체를 측정함으로써, 최적의 수의 방전등(30)을 점등시킬 수 있기 때문에, 장기간에 걸쳐 연속적으로 균일한 광량을 출사할 수 있다.

또, 본 명세서에서, 「조도」는 1㎠의 면적에 1초간에 받는 광에너지 [mW/㎠]를 말한다.

청구항 2에 기재된 발명은 「청구항 1에 기재의 광원장치(10)와, 광원장치(10)로부터 출사된 광에 의해서 노광되는 노광 대상물(X)을 지지하는 지지대(14)와, 광원장치(10)로부터 출사된 광을 지지대(14)에서 지지된 노광 대상물(X)로 유도하는 광학계(16)를 구비하는 것을 특징으로 하는」 노광장치(12)이다.

본 발명에 의하면, 광원장치(10)로부터 장기간에 걸쳐 연속적으로 균일한 조도의 광이 출사되기 때문에, 노광 대상물(X)에 광원장치(10)로부터의 광을 조사하는 시간(cycle time), 요컨대 노광 대상물(X)의 노광에 요하는 시간을 장기간에 걸쳐 연속적으로 일정하게 할 수 있다. 따라서, 노광 대상물(X)을 지지대(14)에 싣는 타이밍이나 다음의 처리공정에 반송(搬送)하는 타이밍을 일정하게 하여 노광공정 전후의 공정에서의 대기 시간이나 지체의 발생 확률을 극소화할 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명은 청구항 2에 기재된 노광장치(12)에서, 「광학계(16)는 램프 유닛(18)으로부터 출사된 광의 조도 분포를 균일화하는 인테그레이터(52; integrator)를 가지며, 조도계(20)는 인테그레이터(52)에 의해서 조도 분포가 균일화된 광을 받아 그 실 조도를 측정하는」 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 조도계(20)가 받는 광은 인테그레이터(52)에 의해서 조도 분포가 균일화된 것이기 때문에, 조도계(20)의 설치위치를 예를 들면 「광원장치(10)의 광의 중심축에 맞추어야만 한다」와 같은 제약이 없고, 광원장치(10)로부터의 광을 받을 수 있는 위치이면, 어디에 조도계(20)를 설치하여도 같은 조도를 측정할 수 있다. 즉, 조도계(20)의 위치조정을 용이하게 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 균일한 조도의 광을 장시간에 걸쳐 출사할 수 있는 광원장치를 제공할 수 있다. 또한, 노광 대상물의 노광 시간이 장시간에 걸쳐 일정한 노광장치를 제공할 수 있다. 또한, 청구항 3에 관계되는 발명에 의하면, 조도계(20)의 위치조정을 용이하게 할 수 있다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 설명한다. 도 1은 본 발명에 관계되는 광원장치(10)가 내장된 노광장치(12)의 개요를 도시한 도면이다. 이 노광장치(12)는 프린트기판(P)상에 형성된다, 「노광 대상물」로서의 레지스트층(X)을 노광하기 위한 것으로, 광원장치(10)와 프린트기판(P)과 함께 레지스트층(X)을 지지하는 지지대(14)와 광원장치(10)로부터 출사된 광을 평행광으로 하여 레지스트층(X)에 조사하는 광학계(16)로 대략 구성되어 있다.

광원장치(10)는 노광에 필요한 광(자외광, 또는 자외광에 가까운 가시광)을 소정의 조도로 출사하기 위한 것으로, 램프 유닛(18)과 조도계(20)와 점등 제어장치(22)를 구비하고 있다.

램프 유닛(18)은 도 2에 도시하는 바와 같이, 복수의 램프장치(24)와 전력공급장치(26)와 이상판정수단(28)을 갖는다. 또, 램프 유닛(18)은 복수의 램프장치(24)로부터의 광을 같은 방향을 향하여 출사하기 위해서 복수의 램프장치(24)를 유지하는 블록형의 홀더(29)를 구비하고 있다.

램프장치(24)는 각각 방전등(30)과 방전등(30)으로부터 출사된 광을 소정의 방향을 향하여 반사하는 리플렉터(31)로 구성되어 있다.

방전등(30)은 도 3에 도시하는 바와 같이, 직류 점등식 쇼트 아크(short arc) 고압 램프이고, 구형(球形)의 발광부(30a)와 그 양단에 쉬링크 시일(shrink seal) 방식에 의해 형성된 밀봉부(30b)를 갖는 밀봉체 용기(30c), 전극봉(30d), 밀봉부(30b) 내에 매설된 몰리브덴 호일(30e), 몰리브덴 호일(30e)에 용접된 리드(lead)봉(30f) 및 발광부(30a) 내에 봉입된 수은이나 기타 필요 밀봉물을 구비하고 있다.

밀봉체 용기(30c)에서의 각 밀봉부(30b)의 내부에는 일단이 발광부(30a)의 내부로 돌출한 전극봉(30d)과 일단이 외부로 돌출한 리드봉(30f)과 전극봉(30d)의 타단과 리드봉(30f)의 타단을 전기적으로 접속하는 몰리브덴 호일(30e)이 배치되어 있고, 각 전극봉(30d)의 일단에는 1쌍의 전극(30g)을 구성하는 양극(30h) 및 음극(30i)이 소정의 간격(이하, 「전극간 거리(L)」라고 함)을 두고 접속되어 있다.

전력공급장치(26)는 도 2에 도시하는 바와 같이, 램프장치(24)를 구성하는 방전등(30)에 정전력을 공급하기 위해서 필요한 전류를 공급하기 위한 밸러스트(ballast)이며, 밸러스트 전력부(32)와 밸러스트 제어부(33)로 대략 구성되어 있다. 또한, 램프 유닛(18)은 램프장치(24)와 같은 수의 전력공급장치(26)를 갖는다.

밸러스트 전력부(32)는 점등 제어장치(22)로부터의 통전 신호(S1)를 받았을 때에, 밸러스트 제어부(33)로부터의 펄스폭 신호에 따라서 스위칭 동작(switching) 을 하는 것으로 방전등(30)의 점등에 필요한 전력을 방전등(30)에 공급하거나, 또는 점등 제어장치(22)로부터의 통전 차단 신호(S2)를 받았을 때에, 방전등(30)에 대한 전력공급을 정지한다.

또한, 밸러스트 제어부(33)는 방전등(30)에 공급되는 전압의 격차나, 경시적인 전압변화 등을 고려하여, 방전등(30)에 일정 전력을 공급하기 위해서 필요한 전류를 공급할 수 있도록 밸러스트 전력부(32)를 제어한다.

이상판정수단(28)은 개개의 방전등(30)에서의 이상의 유무를 판정하는 수단이고, 전력공급장치(26)로부터 방전등(30)에 공급되는 전압값을 측정하는 측정회로(34)와 측정회로(34)에서 측정된 전압값과 미리 설정된 기준 전압(V1)을 비교하여, 측정된 전압값이 기준 전압(V1)보다 큰 경우는 이상 신호(S3)를 출력하는 비교회로(36)를 갖는다. 또한, 램프 유닛(18)은 램프장치(24)와 같은 수의 이상판정수단(28)을 갖는다.

조도계(20)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 광원장치(10)에 의한 광의 출사축상으로, 광학계(16)를 구성하는 반사경(54)의 배면에서 램프 유닛(18)과 대면하는 방향에 장착되어 있고, 광원장치(10)로부터 출사된 광의 조도를 측정하는 것이다. 또한, 조도계(20)에서 측정된 실 조도는 조도치(S4)로서 점등 제어장치(22)에 출력된다.

점등 제어장치(22)는 방전등(30)을 개별로 통전하거나, 또는 통전을 차단하는 장치로, 도 4에 도시하는 바와 같이, 적산광량계(38)와 시퀀서(40; programmable logic controller : PLC)와 전산처리장치(42)를 구비하고 있다.

적산광량계(38)는 조도계(20)로부터 출력된 조도치(S4)에 기초하여 이상의 유무를 판정하는 판정회로(44)와 상기 조도치(S4)를 적산하여 광량을 산출하는 적산회로(46)를 갖는다.

또, 본 명세서에서, 「광량」은 1㎠의 면적이 소정의 시간 내에 받은 광에너지 [mJ/㎠]를 말한다.

판정회로(44)는 조도계(20)로부터 보내진 조도치(S4)가 미리 설정된 적정 조도치보다도 높은지 낮은지, 또 조도치(S4)와 적정 조도치의 차가 1개의 방전등(30)으로부터 출사되는 광의 조도와 같은 정도인지를 판정한다. 조도계(20)로부터 보내진 조도치(S4)가 적정 조도치보다도 높고, 또한 조도치(S4)와 적정 조도치의 차가 1개의 방전등(30)으로부터 출사되는 광의 조도와 같은 정도인 경우, 판정회로(44)는 시퀀서(40)에 대하여 조도 이상 고(高) 신호(S5)를 송신하고, 반대로 조도계(20)로부터 보내진 조도치(S4)가 적정 조도치보다도 낮고, 또한 조도치(S4)와 적정 조도치의 차가 1개의 방전등(30)으로부터 출사되는 조도와 같은 정도인 경우, 판정회로(44)는 시퀀서(40)에 대하여 조도 이상 저(低) 신호(S6)를 출력한다.

적산회로(46)는 조도계(20)로부터 조도치(S4)를 받아들여 조도치(S4)를 적산하여, 광량을 산출하는 회로이고, 시퀀서(40)로부터의 적산 개시 신호(S7)를 받았을 때에 적산치를 리셋하는 동시에, 조도치(S4)의 적산을 개시한다. 그리고, 광량이 미리 설정된 값이 되면, 적산회로(46)는 조도치(S4)의 적산을 종료하는 동시에, 시퀀서(40)에 대하여 적산 종료 신호(S8)를 출력한다.

시퀀서(40)는 이상판정수단(28)의 비교회로(36)로부터 출력된 이상 신호(S3)와 적산광량계(38)의 판정회로(44)로부터 출력된 조도 이상 고 신호(S5) 또는 조도 이상 저 신호(S6)와, 적산회로(46)로부터 출력된 적산 종료 신호(S8)와 전산처리장치(42)로부터 출력된 조도 이상 고 신호(S12) 또는 조도 이상 저 신호(S13)를 받아들이고, 이들의 신호에 기초하여 각 전력공급장치(26)에 통전 신호(S1) 또는 통전 차단 신호(S2)를 출력하는 제어부(40a), 방전등(30)이 점등을 개시하고 나서 조도가 안정될 때까지의 시간으로서 미리 설정된 설정 대기시간이나, 광원장치(10)의 기동시에 어떤 램프장치(24)를 점등하고, 어떤 램프장치(24)를 소등하여 둘 것인지를 미리 설정한 램프장치 사용 설정 등을 기억하는 기억부(40b), 및 시간을 카운트하는 타이머(40c)를 구비하고 있다.

즉, 램프 유닛(18)의 이상판정수단(28)이 갖는 비교회로(36)로부터 시퀀서(40)로 이상 신호(S3)가 주어지면, 시퀀서(40)는 상기 이상판정수단(28)에 대응하는 전력공급장치(26)에 통전 차단 신호(S2)를 보내는 동시에, 이때까지 소등되어 있던 예비의 방전등(30)에 대응하는 전력공급장치(26)에 통전 신호(S1)를 보낸다.

또한, 시퀀서(40)에 적산광량계(38)의 판정회로(44)로부터 조도 이상 고 신호(S5)가 주어지면, 시퀀서(40)는 점등 중의 방전등(30) 중으로부터 1개의 방전등(30)을 선택하여, 상기 방전등(30)에 대응하는 전력공급장치(26)에 대하여 통전 차단 신호(S2)를 보낸다. 한편, 시퀀서(40)에 조도 이상 저 신호(S6)가 주어지면, 시퀀서(40)는 소등 중인 방전등(30) 중으로부터 1개의 방전등(30)을 선택하고, 선택된 방전등(30)에 대응하는 전력공급장치(26)에 대하여 통전 신호(S1)를 보낸다

또, 시퀀서(40)는 레지스트층(X)을 적정한 광량으로 노광하기 때문에, 광학 계(16)에 포함되는 노광 제어용 셔터(50)에 대하여, 개방 신호(S10) 또는 폐쇄 신호(S11)를 출력한다.

또한, 시퀀서(40)는 노광 제어용 셔터(shutter)(50)에 대하여 개방 신호(S10)를 출력할 때, 적산회로(46)에 적산 개시 신호(S7)를 송신하는 동시에 타이머(40c)는 시간의 카운트를 개시한다. 그리고, 시퀀서(40)가 적산회로(46)로부터 적산 종료 신호(S8)를 받았을 때, 시퀀서(40)는 노광 제어용 셔터(50)에 대하여 폐쇄 신호(S11)를 출력하는 동시에, 타이머(40c)는 시간의 카운트를 종료한다. 요컨대, 타이머(40c)는 레지스트층(X)의 노광 시간을 카운트하고 있다. 그리고, 시퀀서(40)는 적산 개시 신호(S7)의 송신부터 적산 종료 신호(S8)의 수신까지 카운트된 노광 시간값(S9)을 전산처리장치(42)에 출력하는 동시에, 타이머(40c)의 카운트를 리셋한다.

전산처리장치(42)는 시퀀서(40)로부터 받은 노광 시간값(S9)과 미리 설정한 적정 노광 시간을 비교하여, 노광 시간값(S9)에서의 문제의 유무를 판정하는 판정부(42a)와 노광 시간값(S9)을 기억하는 기억부(42b)로 구성되어 있다. 노광 시간값(S9)이 적정 노광 시간보다도 짧은 경우, 전산처리장치(42)는 시퀀서(40)에 대하여 조도 이상 고 신호(S12)를 출력한다. 반대로, 노광 시간값(S9)이 적정 노광 시간보다도 긴 경우, 전산처리장치(42)는 시퀀서(40)에 대하여 조도 이상 저 신호(S13)를 송신한다.

또, 기억부(42b)에 기억된 노광 시간 데이터는 노광장치(12)의 운전 이력을 나타내는 데이터로서 축적된다. 이와 같이 노광 시간 데이터를 축적하여 둠으로 써, 만일, 노광 불량이 발생한 경우, 과거의 노광 시간 데이터를 참조함으로써 노광장치(12)의 운전상황을 분석하여, 불량 발생의 원인을 추적할 수 있다.

지지대(14)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 프린트기판(P)을 지지하는 것이며, 지금까지 주지의 구성을 적절하게 채용하는 것이 가능하다.

광학계(16)는 광원장치(10)로부터 출사된 광을 평행광으로 하여 지지대(14)에 지지된 프린트기판(P)의 레지스트층(X)으로 유도하기 위한 것으로, 광원장치(10)로부터 출사된 광의 조도 분포를 균일하게 하는, 즉, 평면을 조사하였을 때, 피조사면에서 조도의 불균일함이 발생하지 않는 광으로 하는 인테그레이터(52; integrator(플라이 아이 렌즈; fly-eye lens))와 광원장치(10)로부터 출사된 광(본 실시예에서는 인테그레이터(52)를 통과한 후의 광)의 출사 광로를 개폐 제어하는 노광 제어용 셔터(50)와 노광 제어용 셔터(50)를 통과한 광의 광로를 굴절시키는 반사경(54)과 반사경(54)에서 반사된 광을 평행광으로 하여 지지대(14)에 유도하는 요면경(56)으로 구성되어 있다. 또한, 반사경(54)의 대략 중심부에는 관통 구멍(58)이 형성되어 있고, 반사경(54)의 배면으로 관통 구멍(58)을 통과한 광을 받을 수 있는 위치에 조도계(20)가 장착되어 있다. 따라서, 조도계(20)는 광원장치(10)로부터 출사되어, 인테그레이터(52)를 통과함으로써 조도 분포가 균일해진 광의 일부를 받아들여, 그 조도를 측정할 수 있다.

또, 여기에서 개시한 광학계(16)의 구성은 그 일례이며, 본 실시예의 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 광원장치(10)로부터 출사된 광을 반사경(54)에서 반사시킨 후, 인테그레이터(52)에 입광하는 구성으로 하여도 좋고, 목적으로 하 는 광학경로에 따라서 적절하게 그 구성을 변경하는 것이 가능하다. 또한, 노광 제어용 셔터(50)의 형식은 도 1에 도시하는 바와 같은 루버(louver) 방식 외에, 광을 통과시키지 않는 재질로 형성되어 있고, 광원장치(10)로부터 출사된 광이 통과하는 구멍을 갖는 회전반(도시하지 않음)을 소정의 회전 제어장치로 회전시키는 방식 등을 사용할 수 있다.

점등 제어장치(22)를 기동시키면, 시퀀서(40)로부터 소정 수의 전력공급장치(26)에 대하여 통전 신호(S1)가 송신되어 램프장치(24)가 점등하고, 램프장치(24)로부터 출사된 광(본 실시예에서는 주로 자외광)이 전방을 향하여 출사되게 된다. 또, 본 실시예에 따른 노광장치(12)에서 필요하게 되는 조도는 3개의 램프장치(24)로부터 출사된 광으로 조달할 수 있는 양이다. 따라서, 광원장치(10)가 구비하는 5개의 램프장치(24) 중, 원칙적으로 3개의 램프장치(24)가 동시에 점등하면 좋고, 나머지 2개의 램프장치(24)는 예비로서 소등상태를 유지한다.

광원장치(10)로부터 출사된 광은 인테그레이터(52)를 통과함으로써 조도 분포가 균일한 광이 된다. 그리고, 방전등(30)이 점등을 개시하고 나서 광량이 안정될 때까지의 시간으로서 시퀀서(40)의 기억부(40b)에 미리 설정된 설정 대기시간이 경과하면, 시퀀서(40)는 적산광량계(38)의 적산회로(46)에 적산 개시 신호(S7)를 출력하는 동시에, 노광 제어용 셔터(150)에 개방 신호(S10)를 송신하여 노광 제어용 셔터(50)를 개방한다. 또한, 동시에 타이머(40c)가 시간의 카운트를 개시한다.

그리고, 인테그레이터(52)로부터의 광은 시퀀서(40)로부터의 개방 신호(S10)를 받아 개방한 노광 제어용 셔터(50)를 통과한다. 또, 노광 제어용 셔터(50)를 통과한 광은 반사경(54)에 의해서 요면경(56)을 향하여 반사된다.

이 때, 반사경(54)을 향하는 광의 일부는 반사경(54)에 형성된 관통 구멍(58)을 통과하여 조도계(20)를 조사한다. 그리고, 조도계(20)는 관통 구멍(58)을 통과한 광에 기초하여 조도를 측정하고, 측정한 조도치(S4)를 점등 제어장치(22)의 적산광량계(38)에 출력한다. 또한, 출력된 조도치(S4)는 적산광량계(38)의 판정회로(44)에서 이상의 유무가 판정되는 동시에, 적산회로(46)에서 적산된다.

반사경(54)에 의해서 요면경(56)을 향하여 반사된 광은 요면경(56)에서 평행광에 되어, 지지대(14)를 향하여 반사된다. 지지대(14)를 향하여 반사된 광은 회로 패턴이 형성되어 있는 마스크(M)을 개재하여 지지대(14)상에 재치되어 있는 프린트기판(P)의 레지스트층(X)에 조사된다.

적산회로(46)에서 적산된 광량치가 미리 설정된 값이 되면, 적산회로(46)는 시퀀서(40)에 대하여 적산 종료 신호(S8)를 송신한다. 적산 종료 신호(S8)를 받은 시퀀서(40)는 노광 제어용 셔터(50)에 폐쇄 신호(S11)를 출력하여, 노광 제어용 셔터(50)를 닫아 레지스트층(X)을 조사하는 광을 차단하는 동시에, 적산 개시 신호(S7)를 송신하고 나서 적산 종료 신호(S8)를 수신할 때까지의 사이에 타이머(40c)에서 카운트된 노광 시간값(S9)을 전산처리장치(42)에 출력한다. 노광 시간값(S9)을 수신한 전산처리장치(42)는 노광 시간값(S9)이 미리 설정된 적정 노광 시간 내에 있는지를 판정하는 동시에, 상기 노광 시간값(S9)을 노광 시간 데이터로서 기억부(42b)에 출력한다.

이렇게 하여 1개의 레지스트층(X)에 대한 노광이 종료하면, 마스크(M) 아래 의 프린트기판(P)이 미처리물과 교환되어 노광된다.

레지스트층(X)을 노광하고 있는 동안에, 점등 중인 방전등(30)에 공급되는 전압값을 측정하는 이상판정수단(28)이 상기 방전등(30)의 이상을 검지한 경우, 이상판정수단(28)은 시퀀서(40)에 이상 신호(S3)를 출력한다. 이 이상 신호(S3)를 받은 시퀀서(40)는 이상이 발생한 방전등(30)에 전력을 공급하는 전력공급장치(26)에 통전 차단 신호(S2)를 보내는 동시에, 소등되어 있던 예비의 방전등(30)에 대응하는 전력공급장치(26)에 통전 신호(S1)를 보낸다. 이것에 의해, 이상이 발생한 방전등(30)이 소등하는 동시에 새로운 방전등(30)이 점등하기 때문에, 광원장치(10) 전체로 보면, 발광하고 있는 방전등(30)의 수는 변화하지 않는다. 또, 이상이 발생한 방전등(30)은 적절한 시기에 작업원에 의해서 교환되고, 교환된 방전등(30)은 예비의 방전등(30)으로서, 다음에 다른 방전등(30)에 이상이 발생할 때까지는 소등상태를 유지한다.

이상판정수단(28)에서는 상술한 바와 같이, 전력공급장치(26)로부터 램프장치(24)의 방전등(30)에 공급하는 전압값에 기초하여 방전등(30)의 이상이 판정된다. 즉, 방전등(30)에 공급되는 전압값은 도 5a에 도시하는 바와 같이, 방전등(30)의 사용을 개시한 직후에는 사용시간의 경과와 함께 전압값이 상승하지만, 이 이후는 사용시간의 경과에 맞추어 완만하게 소정의 전압값에 수속된다(이 전압값을 수속 전압값이라고 함). 이러한 현상이 생기는 것은 방전등(30)을 장시간 사용하면 전극(30g)이 소모되어 전극간 거리(L)가 길어지고, 방전상태를 유지하기 위해서 필요한 전압값이 커지기 때문이다.

그런데, 수많은 방전등(30) 중에는 전극의 소모가 대단히 빠르거나, 또는 극히 빠른 시기에 밀봉체 용기(30c)가 파손되어 실광(失光)되는 불량 방전등(30)이 존재한다. 이러한 불량 방전등(30)에서의 전압값과 사용시간의 관계는 도 5b에 도시하는 바와 같이, 짧은 시간에서 급격한 전압값의 상승이 보인다.

그래서, 수속(收束) 전압값보다도 큰 전압값을 기준 전압(V1)으로서 설정하고, 측정한 전압값과 기준 전압(V1)의 크기를 비교한다. 비교한 결과 측정한 전압값이 큰 경우, 그 방전등(30)은 이미 실광(失光)되었거나 또는 곧 실광(失光)할 가능성이 높기 때문에, 「이상」이라고 판단한다.

이와 같이 본 실시예에 따른 광원장치(10)에서는 개개의 방전등(30)에 관해서 개별로 이상을 판단하여, 이상이라고 판단된 방전등(30)에 대한 통전을 차단하는 동시에, 예비의 방전등(30)을 통전하기 때문에, 광원장치(10)로부터 출사되는 광의 조도가 저하된 것을 알아차리지 못한 채로 광원장치(10)를 계속 가동할 우려가 없고, 반대로, 광원장치(10)로부터 출사되는 광의 조도 부족이 발생하지 않는 정상 점등하에서는 소정의 시간 경과에 따른 방전등(30)의 자동 추가 점등을 하지 않기 때문에 광원장치(10)가 출사하는 광량에 과부족이 생기지 않는다.

따라서, 본 실시예에 따른 광원장치(10)이면, 균일한 조도의 광을 장시간에 걸쳐 연속적으로 출사할 수 있다.

또한, 광원장치(10)로부터 출사된 조도치(S4)가 적정 조도치보다도 크고, 또 조도치(S4)와 적정 조도치의 차가 1개의 방전등(30)으로부터 출사되는 광의 조도와 같은 정도인 것을 검지한 적산광량계(38)의 판정회로(44)는 시퀀서(40)에 대하여 조도 이상 고 신호(S5)를 출력한다. 판정회로(44)로부터 조도 이상 고 신호(S5)를 받은 시퀀서(40)는 점등 중인 방전등(30) 중으로부터 1개의 방전등(30)을 선택하여, 상기 방전등(30)에 대응하는 전력공급장치(26)에 대하여 통전 차단 신호(S2)를 출력한다. 이것에 의해, 점등하는 방전등(30)의 수가 감소하기 때문에, 광원장치(10)로부터 출사되는 광의 조도가 저하되어, 과잉이었던 조도는 적정 광량치에 들어간다. 반대로, 광원장치(10)로부터 조사된 조도치(S4)가 적정 조도치보다도 작고, 또 조도치(S4)와 적정 조도치의 차가 1개의 방전등(30)으로부터 출사되는 광의 조도와 같은 정도인 것을 검지한 판정회로(44)는 시퀀서(40)에 대하여 조도 이상 저 신호(S6)를 출력한다. 판정회로(44)로부터 조도 이상 저 신호(S6)를 받은 시퀀서(40)는 소등 중인 방전등(30) 중으로부터 1개의 방전등(30)을 선택하여, 상기 방전등(30)에 대응하는 전력공급장치(26)에 대하여 통전 신호(S1)를 출력한다. 이것에 의해, 점등하는 방전등(30)의 수가 증가하기 때문에, 광원장치(10)로부터 조사되는 광의 조도가 증가하여, 과소였던 조도는 적정 광량치에 들어간다.

이것에 의해, 개개의 방전등(30)의 이상을 전압값에 의해서 파악하여, 항상 미리 설정한 수의 방전등(30)을 점등할 수 있을 뿐만 아니라, 광원장치(10)로부터 출사되는 광의 조도 자체를 측정하여, 최적의 수의 방전등(30)을 점등시킬 수 있다.

더욱 설명하면, 조도계(20)가 받는 광은 인테그레이터(52)에 의해서 조도 분포가 균일화된 것이기 때문에, 조도계(20)의 설치위치를 예를 들면 「광원장치(10)의 광의 중심축에 맞추어야만 한다」와 같은 제약이 없고, 광원장치(10)로부터의 광을 받을 수 있는 위치이면, 어디에 조도계(20)를 설치하여도 같은 조도를 측정할 수 있다. 즉, 조도계(20)의 위치조정을 간단히 할 수 있게 된다.

또, 시퀀서(40)로부터 출력된 노광 시간값(S9)이 적정 노광 시간보다도 긴 것(요컨대, 광원장치(10)로부터 출사되는 광의 조도가 낮은 것)을 검지한 전산처리장치(42)는 시퀀서(40)에 대하여 조도 이상 저 신호(S13)를 출력한다. 전산처리장치(42)로부터 조도 이상 저 신호(S13)를 받은 시퀀서(40)는 소등 중인 방전등(30) 중으로부터 1개의 방전등(30)을 선택하여, 상기 방전등(30)에 대응하는 전력공급장치(26)에 대하여 통전 신호(S1)를 출력한다. 이것에 의해, 점등하는 방전등(30)의 수가 증가하고, 광원장치(10)로부터 출사되는 광의 조도가 증가함으로써, 적산회로(46)에서 적산되는 광량이 미리 설정된 값이 될 때까지의 시간이 단축되기 때문에, 노광 시간값(S9)은 적정 노광 시간 내에 들어간다. 반대로, 노광 시간값(S9)이 적정 노광 시간보다도 짧은 것(요컨대, 광원장치(10)로부터 출사되는 광의 조도가 높은 것)을 검지한 전산처리장치(42)는 시퀀서(40)에 대하여 조도 이상 고 신호(S12)를 출력한다. 전산처리장치(42)로부터 조도 이상 고 신호(S12)를 받은 시퀀서(40)는 점등 중인 방전등(30) 중으로부터 1개의 방전등(30)을 선택하여, 상기 방전등(30)에 대응하는 전력공급장치(26)에 대하여 통전 차단 신호(S2)를 출력한다. 이것에 의해, 점등하는 방전등(30)의 수가 감소하여, 광원장치(10)로부터 출사되는 광의 조도가 저하됨으로써, 적산회로(46)에서 적산되는 광량이 미리 설정된 값이 될 때까지의 시간이 길어지기 때문에, 노광 시간값(S9)은 적정 노광 시간 내에 들어간다.

이것에 의해, 노광 시간에 기초하여 광원장치(10)로부터 출사되는 광의 조도의 타당성을 판단하여, 최적의 수의 램프장치(24)를 점등시킬 수 있다.

이상으로부터, 본 실시예에 따른 노광장치(12)에 의하면, 광원장치(10)로부터 균일한 조도의 광이 장시간에 걸쳐 연속적으로 출사되기 때문에, 노광 대상물(X)에 광원장치(10)로부터의 광을 조사하는 시간(cycle time), 요컨대 노광 대상물(X)의 감광에 요하는 시간을 일정하게 할 수 있다. 따라서, 노광 대상물(X)을 지지대(14)에 싣는 타이밍이나 다음의 처리공정에 반송하는 타이밍을 일정하게 하여 노광공정의 전후의 공정에서의 대기 시간이나 지체의 발생 확률을 극소화할 수 있다.

또, 도 3에 도시한 방전등(30)은 더블 엔드(double-end)형 직류점등방식 램프이지만, 이 대신에, 교류 점등방식 램프나 싱글 엔드(single-end)형 램프를 사용하도록 하여도 좋다. 또, 방전등(30)은 밀봉체 용기(30c)에 수은이 봉입된 쇼트 아크(short arc)형 방전등에 한정되지 않고, 발광물질로서 나트륨이나 스칸듐 등의 금속할로겐화물을 봉입한 메탈 할라이드 램프(metal halide lamp)를 사용하여, 자외광, 또는 가시광을 출사하여도 좋다. 또한, 밀봉체 용기(30c)의 재질로서 석영유리나 투광성이 있는 세라믹을 사용하여도 좋다.

또한, 본 실시예에서는 방전등(30)에 공급되는 측정 전압값이 수속 전압값보다도 높게 설정한 기준 전압(V1)보다도 클 때에 상기 방전등(30)이 「이상」이라고 판단하고 있지만, 방전등(30)이 「이상」이라는 것의 판단방법은 이것에 한정되지 않고, 방전등(30)을 최초로 점등하였을 때의 전압값(「당초 전압값」라고 함)에 근 거하여, 당초 전압값으로부터 소정의 볼트수만큼 증가한 값을 기준 전압(V1)으로 하는 방법, 및 당초 전압값으로부터 소정의 비율만큼 증가한 값을 기준 전압(V1)으로 하는 방법이 있다. 또한, 현재의 측정 전압값과 현재로부터 소정시간 전에 측정한 측정 전압값의 차를 연산하여, 상기 차가 소정의 값보다도 큰 것(즉, 전압값이 급격히 증가한 것), 또는 상기 차가 마이너스인 것(즉, 사용시간의 경과와 함께 전압값이 감소한 것)을 두고 상기 방전등(30)이 「이상」이라고 판단하도록 하여도 좋다. 이 판단방법을 사용함으로써, 방전등(30)의 전압값이 도 5c에 도시하는 바와 같은 움직임을 한 경우를 검지할 수 있다. 요컨대, 방전등(30) 중에는 사용 중에 밀봉체 용기(30c)가 열에 의해서 팽창하는 경우가 있고, 이러한 팽창이 발생하면 전압값은 약간의 기간만큼 감소하고, 그 후, 방전등(30)은 실광(失光)하여 전압값은 제로가 된다. 따라서, 현재의 측정 전압값과 소정시간 경과 후의 측정 전압값의 차를 연산함으로써, 전압값이 급격히 상승하는 타입의 「이상」뿐만 아니라, 전압값이 감소하는 타입의 「이상」도 검지할 수 있다.

또한, 조도계(20)로부터 보내진 조도치(S4)가 미리 설정된 적정 조도치보다도 높은지 낮은지를 판정하여, 점등시키는 방전등(30)의 수를 제어함으로써 광원장치(10)로부터 출사되는 광의 조도를 일정하게 하는 것이지만, 조도계(20)로부터 보내진 조도치(S4)가 미리 설정된 적정 조도치보다도 높을 때에는 방전등(30)에 공급하는 전력량을 작게 하고, 반대로, 조도치(S4)가 미리 설정된 적정 조도치보다도 낮을 때에는 방전등(30)에 공급하는 전력량을 크게 함으로써 광원장치(10)로부터 출사되는 광의 조도를 일정하게 하여도 좋다. 또, 점등시키는 방전등(30) 수의 제 어와 방전등(30)에 공급하는 전력량의 제어를 조합하여도 좋다.

또한, 광학계(16)를 구성하는 반사경(54)의 배면에 조도계(20)를 배치하도록 하고 있지만, 노광 완료의 프린트기판(P)을 새로운 프린트기판(P)으로 교환하는 동안만, 마스크(M)의 바로 위에 다른 조도계(20)를 배치하여 마스크(M)에 조사되는 광의 조도를 측정하여, 상기 조도에 기초하여 반사경(54)의 배면의 조도계(20)가 측정한 조도를 보정하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 실제의 노광 대상물인 레지스트층(X)의 근방에서의 조도에 기초하여, 반사경(54)의 배면에 배치한 조도계(20)의 조도 측정 제도를 높여, 더욱 정확한 노광 시간 관리를 할 수 있다.

또한, 점등 제어장치(22)가 갖는 기능은 적산광량계(38)와 시퀀서(40)와 전산처리장치(42)가 각각 분담하고 있지만, 점등 제어장치(22)에 필요한 기능 모두를 1개의 장치에 정리하도록 하여도 좋고, 본 실시예보다도 많은 장치에 기능을 분담시키도록 하여도 좋다. 또한, 이상판정수단(28)의 기능을 점등 제어장치(22)가 부담하도록 구성하여도 좋다.

또한, 램프장치(24)마다 홀더(29)에 대한 각도를 조정하여 램프장치(24)의 광축이 인테그레이터(52)의 중심을 지나도록 하고 있지만, 도 6에 도시하는 바와 같이, 개개의 램프장치(24)에 대응하는 전반사 미러(60) 및 반반사 미러(62; 하프 미러)를 구비하는 도광 유닛(64)을 사용하여 개개의 램프장치(24)의 광축(R)을 집속시키고, 상기 집속시킨 광축(R)이 인테그레이터(52)의 중심을 지나도록 하여도 좋다.

또, 발명에 관계되는 광원장치(10)를 노광장치(12)에 사용하고 있지만, 균일 한 광량을 장시간에 걸쳐 출사할 수 있는 광원장치(10)는 광을 사용하는 모든 공업 프로세스에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관계되는 노광장치를 도시하는 도면.

도 2는 광원 유닛을 도시하는 도면.

도 3은 방전등을 도시하는 도면.

도 4는 점등 제어장치를 도시하는 도면.

도 5는 방전등에 공급되는 전압값과 상기 방전등의 사용시간의 관계를 도시하는 도면.

도 6은 복수의 램프와 인테그레이터와 위치에 관한 다른 실시예를 도시하는 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 광원장치

12 : 노광장치

14 : 지지대

16 : 광학계

18 : 램프 유닛

20 : 조도계

22 : 점등 제어장치

24 : 램프장치

26 : 전력공급장치

28 : 이상판정수단

30 : 방전등

38 : 적산광량계

40 : 시퀀서(programmable logic controller : PLC)

42 : 전산처리장치

50 : 노광 제어용 셔터

52 : 인테그레이터

54 : 반사경

56 : 요면경

Claims

복수의 방전등과, 상기 방전등의 각각에 형성되고 상기 방전등의 각각으로부터 출사된 광을 같은 방향을 향하여 반사하는 리플렉터(reflector)를 갖는 램프 유닛(lamp unit)과;

상기 램프 유닛으로부터 출사된 광의 조도를 측정하는 조도계; 및

상기 방전등을 개별로 통전하거나 또는 통전을 차단하는 기능을 가지며, 기동시에는 적어도 1개의 예비의 상기 방전등의 통전을 차단한 상태로 다른 상기 방전등을 통전하고, 또한, 상기 조도계로 측정된 실(實) 조도와 미리 설정된 적정 조도를 비교함으로써 실 조도의 과부족을 판정하는 동시에, 실 조도의 과부족을 해소하도록 상기 방전등을 통전하거나, 또는 통전을 차단하는 점등 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 광원장치.
제 1 항에 기재된 광원장치와;

상기 광원장치로부터 출사된 광에 의해서 노광되는 노광 대상물을 지지하는 지지대; 및

상기 광원장치로부터 출사된 광을 상기 지지대에서 지지된 상기 노광 대상물로 유도하는 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 2 항에 있어서, 상기 광학계는 상기 램프 유닛으로부터 출사된 광의 조도 분포를 균일화하는 인테그레이터(integrator)를 가지며,

상기 조도계는 상기 인테그레이터에 의해서 조도 분포가 균일화된 광을 받아 그 실 조도를 측정하는 것을 특징으로 하는 노광장치.