KR101373993B1 - 광조사 장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 4등의 램프를 구비하는 광조사 장치에 있어서, 램프나 집광경의 교환 등의 광원부의 보수를 용이하게 할 수 있는 구조를 제공하는 것이다.
(해결수단) 4등의 램프가 사각형의 정점이 되도록 배치된 광조사 장치에 있어서, 광원부를, 램프 2등을 1조로 한 2개의 유닛으로 분할하고, 각각의 유닛에 인출 안내(가이드 레일)를 설치한다. 그리고, 2개의 유닛을, 각각 수평면에 있어서 상반되는 방향(좌우 방향)으로 인출한다.

Description

광조사 장치{LIGHT IRRADIATION DEVICE}

본 발명은, 반도체 소자나 프린트 기판, 액정 기판 등의 제조용의 노광 장치에 이용하는 광조사 장치에 관한 것이며, 특히 복수 등의 램프를 구비한 광조사 장치에 관한 것이다.

반도체 소자나 프린트 기판, 액정 표시 기판의 노광 장치에 이용되는 광원으로서, 주로 수 ㎾로부터 수십 ㎾의 대형의 초고압 수은 램프가 이용되어 왔다. 이들 램프는 신뢰성도 높고 이전부터 이용되고 있다.

근래, 액정 표시 기판이나 프린트 기판의 대면적화가 진행되고, 그에 따라 노광 장치에 있어서도 광조사 영역의 확대가 요구되고 있고, 노광용 광원도 대형화가 요구되고 있다.

그 대책으로서, 예를 들면 특허 문헌 1과 같이, 복수의 램프와 그 램프로부터 방사되는 광을 반사하는 반사경(집광경)으로 광원을 구성하는 광조사 장치가 제안되어 있다.

도 5에, 종래 기술로서, 특허 문헌 1에 기재된 광조사 장치의 구성을 나타낸다.

광원(10)으로서 2등의 램프(1a, 1b) 및 2매의 집광경(2a, 2b)이 사용된다. 집광경(2a, 2b)은 타원 집광경이며, 각각의 제2 초점(f)이 일치하도록 배치된다. 또한, 집광경(2a, 2b)은, 반사한 출사하는 개구가 상향이 되도록 배치된다.

도 6은 도 5에 나타낸 광원(10)의 구성을 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 집광경(2a, 2b)은, 개구부를 포함하는 일부가, 집광경(2a, 2b)의 광축(L)에 대해서 경사지게 절취되고, 이 절취된 절단면(S)이 서로 평행하게 집광경(2a, 2b)의 제2 초점(f)을 공유하도록 배치되어 있다. 이와 같이, 복수의 광원을 늘어놓는 장치에 있어서, 집광경의 일부를 절결하여 늘어놓는 것은, 광조사면(8)에 있어서의 콜리메이션각(시각)을 크게 하지 않고, 광의 이용 효율을 올려, 광조사면(8)의 조도를 높게 할 수 있기 때문이다.

도 5로 돌아와, 광원(10)으로부터의 광은, 제1 평면 거울(3)에서 되꺾이고, 집광경(2a, 2b)의 제2 초점(f)의 위치에 놓여진 인티그레이터 렌즈(4)에 입사한다. 인티그레이터 렌즈(4)에 의해 광조사면(8)에서의 조도 분포가 균일해지도록 조정된 광은, 셔터(5)를 통해, 제2 평면 거울(6)에서 되꺾이고, 콜리메이터 렌즈(7)에서 중심광선이 평행해져 광조사면(8)에 조사된다.

최근에는, 더 넓은 영역을 높은 조도로 조사하기 위해, 특허 문헌 2와 같이, 4등의 램프를 구비한 노광용 광원도 제안되어 있다.

[선행 기술 문헌]

[특허 문헌]

[특허 문헌 1:일본국 특허공개 2004-245912호 공보]

[특허 문헌 2:일본국 특허공개 2008-83586호 공보]

도 7은, 4등의 램프를 구비한 광조사 장치에 있어서 램프와 집광경의 배치의 일례를 나타내는 도면이며, 도 8은, 도 7과 같이 4등의 램프를 배치한 경우의 광원부(10)의 전체의 구성을 나타내는 도면이다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 4등의 램프(1a, 1b, 1c, 1d)(이하 총칭하여 램프(1)로 표기하는 경우도 있다)는, 각각 도면 중, 점선으로 나타내는 사각형의 정점에 배치되고, 각 램프로부터 방사되는 광을 반사하는 4매의 집광경(2a, 2b, 2c, 2d)(이하 총칭하여 집광경(2)으로 표기하는 경우도 있다)도 또한 그 주위에 배치된다.

집광경(2a, 2b, 2c, 2d)은, 유리의 표면에 원하는 파장의 자외선만을 반사하도록 다층막을 증착한 것이며, 원하는 파장 이외의 광은 투과한다. 그 때문에, 도 8에 나타내는 바와 같이, 집광경(2)의 배후에 금속제의 커버(30)를 설치하고, 집광경(2)을 투과한 광이 광조사 장치 중에서 미광(迷光)이 되는 것을 막는다.

또, 광원부(10)는, 램프(1)와 집광경(2) 및 그 커버(30)를 지지하는 프레임(40), 그리고 그들 전체를 지지하는 베이스 플레이트(50)를 구비한다.

램프는 장시간 점등하면 조도가 저하하므로, 정기적으로 교환할 필요가 있다. 또, 반사경도 소모품은 아니지만, 반사면에 더러움이나 상처가 생긴 경우는 교환할 필요가 있다.

그런데, 복수 등의 램프를 사용하는 광조사 장치는, 상기한 바와 같이, 원래보다 넓은 광조사 영역을 높은 조도로 조사하는 것을 목적으로 구성한 것이기 때문에, 사용하는 램프는 전력이 큰 대형의 램프이며, 따라서 그 집광경도 커지고, 개구경은 예를 들면 1m 정도가 된다.

그 때문에, 4등의 램프를 사용하는 광조사 장치의, 예를 들면 도 8에 나타내는 것과 같은 광원부의 크기는, 1변이 2m 이상의 것이 된다.

이러한 경우, 광원부의 램프나 집광경의 교환과 같은 보수 작업을, 광조사 장치의 내부에서 행하고자 하면, 작업자는, 장치의 외측으로부터는 램프에 손이 닿지 않기 때문에, 장치의 내부에 잠입하고, 내부를 왕래하여 작업하게 된다.

그러나, 장치 내부를 왕래하는 것은 작업성이 나쁘고, 또 교환하는 부품 이외의 부품을 상처 입히지 않도록 신경을 쓰지 않으면 안되고, 작업 자체도 어려워진다.

그래서, 보수 작업을 조금이라도 용이하게 하기 위해서는, 광원부를 광조사 장치의 내부로부터 밖으로 꺼내 행하는 것이 고려되지만, 거기에는 다음과 같은 문제가 있다.

광원부를 광조사 장치의 내부로부터 밖으로 꺼내는 것이면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 광원부의 베이스 플레이트(50)에 인출 안내(가이드 레일)(60)를 부착하고, 광조사 장치의 본체로부터 광원부를 인출하는 것이 고려된다.

도 9는, 4등의 램프를 구비한 광원부를 광조사 장치로부터 인출한 상태를 나타내는 도면이다. 이 도면에 있어서, 램프는 2등 밖에 그려져 있지 않지만, 도면의 안쪽에 2등이 더 있다.

그러나, 이와 같이 구성한 광원부(10)는 대단히 무거워진다. 예를 들면, 집광경(2)은 상기한 바와 같이 유리제이며, 집광경만으로도 4개 합해 50㎏을 넘는다. 이것들에 금속(알루미늄)제의 커버(30)를 부착한 후에, 전체가 휘지 않도록 지지하는 프레임(40)과 베이스 플레이트(50)가 필요하다.

특히, 4개의 집광경(2a, 2b, 2c, 2d)은 제2 초점 위치(f)가 일치하도록 설치되어 있고, 각 집광경의 초점 위치가 어긋나면 원하는 광학 성능을 얻을 수 없게 된다. 그 때문에, 굵고 튼튼한 프레임과, 그 프레임을 지지하는 두껍고 휘지 않는 베이스 플레이트가 필요하다.

또한, 1변이 2m 이상인 광원부에 있어서 램프나 집광경의 교환 작업을 행하는 경우, 2, 3명의 작업자가 광원부 상에 올라 작업하는 것도 생각할 수 있으므로, 프레임이나 베이스 플레이트는 거기에 견딜 수 있는 구조를 갖지 않으면 안 된다.

이상과 같은 여러 가지의 조건을 고려하면, 광원부 전체의 중량은 대략 1000㎏(1톤) 내지 그 이상이 된다. 1톤의 중량물을, 광원부의 1변에 상당하는 2m의 길이로 광조사 장치 내로부터 인출하는 것은, 인출 후의 오버 행(overhang)한 광원부에 의한 모멘트(도 9 중 굵은 화살표로 나타낸다)도 매우 커지고, 이것을 지지하는 인출 안내(가이드 레일)(60)의 선정도 포함하여 현실적이지 않다.

또, 비록 인출시켰다고 해도, 그 만큼의 중량물이 이동하는 것이기 때문에, 광조사 장치 전체의 밸런스가 무너져 버리는 일이 있다. 이것을 막기 위해서는, 카운터 웨이트를 설치할 필요가 있고, 광조사 장치는, 점점 대형화 중량화한다.

본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여, 4등의 램프를 구비하는 광조사 장치에 있어서, 램프나 집광경의 교환 등의 광원부의 보수를 용이하게 할 수 있는 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 있어서는, 상기 과제를 다음과 같이 하여 해결한다.

4등의 램프와, 상기 램프의 각각의 주위에 설치되고 각 램프로부터의 광을 반사하는 4개의 반사경을 구비하고, 상기 4등의 램프가 사각형의 정점이 되도록 배치된 광조사 장치에 있어서, 상기 사각형의 제1 정점에 배치된 제1 램프와 그 제1 램프로부터의 광을 반사하는 제1 반사경과, 상기 제1 정점 옆의 제2 정점에 배치된 제2 램프와 그 제2 램프로부터의 광을 반사하는 제2 반사경을 1조로 하여 수평인 제1 방향으로 인출하는 제1 인출 안내를 설치한다.

또, 상기 제3 정점에 배치된 제3 램프와 그 제3 램프로부터의 광을 반사하는 제3 반사경과, 상기 제3 정점 옆의 제4 정점에 배치된 제4 램프와 그 제4 램프로부터의 광을 반사하는 제4 반사경을 1조로 하여 수평이면서 상기 제1 방향과는 반대인 제2 방향으로 인출하는 제2 인출 안내를 설치한다.

그리고, 제1 램프와 제2 램프의 조와, 제3 램프와 제4 램프의 조를, 각각에 설치한 인출 안내에 따라, 수평면에 있어서 상반되는 방향(좌우 방향)으로 인출한다.

본 발명에 있어서, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

광원부를 램프 2등씩의 2조로 분할하므로, 1개의 조가 지지하는 집광경은 2매로 되고, 4매를 1조로 하는 경우에 비해, 집광경의 무게는 절반이 된다. 집광경의 무게가 절반이 되면, 그 만큼 프레임을 가늘게 할 수 있고, 또 베이스 플레이트도 얇게 할 수 있다.

따라서, 일체로서 인출하는 2등 1조의 중량은, 4등 전체를 인출하는 경우의 중량의 절반보다 가벼워진다. 또, 인출하는 길이도 절반이 되므로, 오버 행의 양도 적어지고, 인출 안내(가이드 레일)의 선정도 가능해지고, 광원부를 인출하는 구조가 가능해진다.

또, 2등을 1조로 하여 좌우 대칭으로 인출하므로, 양쪽 모두 인출하면, 한쪽의 조가 다른 쪽의 조의 카운터 웨이트로서 작동하고, 광조사 장치의 밸런스도 무너지지 않는다.

도 1은 본 발명의 광조사 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 광조사 장치의 광원부의 사시도이다.
도 3은 제1과 제2 광원 유닛을 광조사 장치로부터 인출한 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 4등의 램프를 직사각형의 정점이 되도록 배치한 경우에 있어서 광원부를 분할하여 인출하는 방향을 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 광조사 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 나타낸 광원의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 4등의 램프를 구비한 광원의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 4등의 램프를 배치한 경우의 광원부의 전체의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 4등의 램프를 구비한 광원부를 광조사 장치로부터 인출한 상태를 나타내는 도면이다.

도 1은, 본 발명의 광조사 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 5와 같은 구성의 것에 대해서는 같은 번호를 부여하고 있다.

광원(10)으로서 4등의 램프와, 각 램프로부터의 광을 반사하는 4매의 반사경이 사용된다. 또한, 이 도면에 있어서는, 2등의 램프(1a, 1b)와 반사경(2a, 2b)만이 나타나 있지만, 실제로는, 2등의 램프(1a, 1b)의 도면 안쪽에, 나머지의 2등의 램프(제3 램프(1c)와 제4 램프(1d))와, 그것들의 집광경(2c, 2d)이 부착되어 있다.

4매의 반사경은 타원 집광경이며, 각각의 제2 초점(f)이 일치하도록 배치되어 있다. 또, 집광경은, 반사한 광을 출사하는 개구가 상향이 되도록, 아래쪽으로부터 지지하는 지지 부재(도시 생략)에 의해 지지되어 있다.

4매의 반사경은, 도 6에 있어서 나타낸 바와 같이, 콜리메이션각(시각)을 크게 하지 않고 광의 이용 효율을 올려, 광조사면에서의 조도를 높게 하기 위해서, 램프가 서로 접근할 수 있도록, 옆의 집광경에 면하는 90° 방향의 2개소가 절결되어 배치되어 있다.

도 1에 있어서, 4등의 램프와 집광경을 구비한 광원(10)으로부터의 광은, 제1 평면 거울(3)에서 되꺾이고, 제2 초점 위치에 놓여진 인티그레이터 렌즈(4)에 입사한다.

인티그레이터 렌즈(4)에 의해 광조사면(8)에서의 조도 분포가 균일해지도록 조정된 광은, 셔터(5)를 통해, 제2 평면 거울(6)에서 되꺾이고, 콜리메이터 렌즈(7)에서 중심 광선이 평행해져 광조사면(8)에 조사된다.

4등의 램프와 집광경을 구비한 광원(10)은, 2등의 램프를 1조로 한 제1 광원 유닛(11)과, 다른 2등의 램프를 1조로 한 제2 광원 유닛(12)으로 나뉘어지고, 각 유닛에 대해서 인출 안내(가이드 레일)(60)가 부착되어 있다. 가이드 레일(60)의 신장 방향은, 제1 광원 유닛(11)과 제2 광원 유닛(12)에서는 상반되는 방향이다.

도 2는, 본 발명의 광조사 장치의 광원부의 사시도이다. 또한, 이 도면은, 제1 광원 유닛(11)을, 가이드 레일(60)을 따라 인출하는 도중의 상태를 나타내고 있다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 4등의 램프를 구비한 광원부(10)는, 반사경(2)의 배후를 덮는 커버(30), 커버(30)를 비롯하여 램프(1)나 집광경(2) 등을 지지하는 프레임(40), 또 그것들을 지지하는 베이스 플레이트(50)가, 각각 2분할되어 제1 광원 유닛(11)과 제2 광원 유닛(12)을 구성하고, 양 유닛의 각각에 인출 안내(가이드 레일)(60)가 부착되고, 양자는 상반되는 방향으로 광조사 장치로부터 인출된다. 즉, 광원부는, 광원 유닛을 인출하는 방향에 대해서 직교하는 방향으로 2분할된다.

이와 같이 광원부를 2분할하면, 각 광원 유닛이 지지하는 집광경은 2매가 되고 집광경의 중량은 반감한다. 집광경을 지지하는 프레임(40)은, 양 집광경의 제2 초점 위치가 어긋나지 않도록 지지하지 않으면 안되지만, 종래에 비해 집광경의 무게가 절반이 되므로, 그만큼 프레임을 가늘게 할 수 있다. 프레임이 가늘어지면, 전체를 지지하는 베이스 플레이트(50)도 얇게 할 수 있으므로, 광원 유닛 전체가 경량화한다.

이와 같이 하여, 2등 1조의 광원 유니트의 중량은, 4등 전체를 인출하는 경우에 상정되는 광원부의 중량의 절반 이하가 된다. 실제로는, 광원 유닛 상에 작업자가 오르는 것을 고려해도 400㎏정도가 된다. 4등 전체를 한 세트로 하여 인출하는 경우의 중량이 1톤 이상이므로, 그 절반의 중량보다 가볍다.

또한, 광원 유닛을 인출하는 길이는, 집광경 1매분의 1m가 되고, 이것은 4등을 인출하는 경우의 절반이다.

이와 같이, 광원 유닛도 경량화하고, 또한 인출하는 길이도 짧아지므로, 광원 유닛이 광조사 장치에 대해서 오버 행하는 양도 적어지고, 가이드 레일에 가해지는 모멘트도 현저하게 감소한다. 이 정도의 중량과 인출 길이이면, 사용할 수 있는 가이드 레일은 존재하고, 인출 구조를 설계 제조할 수 있다.

도 3은, 제1과 제2 광원 유닛을 광조사 장치로부터 인출한 상태를 나타내는 도면이다.

광조사 장치에는, 광원 유닛 취출구(70)가 형성되어 있고, 광조사 장치 가동시(램프 점등시)에는, 외장 커버가 부착되어 있다. 그리고 양 광원 유닛(11, 12)이 광조사 장치의 내부로부터 인출될 때에는, 광원 유닛 취출구(70)의 부분의 외장 커버가 떼내어진다.

또한, 이 도면은, 양 광원 유닛(11, 12)을 도면 중 좌우 방향으로 인출하고 있지만, 앞측 안쪽 방향으로 인출하도록 해도 된다. 광조사 장치의 주위에 확보할 수 있는 공간에 따라, 어느 쪽의 방향으로 인출할지 결정하면 된다.

광원 유닛(11, 12)을 인출하는 길이, 즉 가이드 레일(60)의 길이는, 양 유닛에서 같은 길이로 한다.

이와 같이 하면, 좌우 대칭으로 광원 유닛을 인출하게 된다. 양 광원 유닛의 중량은 기본적으로는 동일하기 때문에, 도면 중 굵은 화살표로 나타내는 바와 같이, 양쪽 모두의 광원 유닛을 인출했을 때, 한쪽의 광원 유닛이 다른 쪽의 광원 유닛의 카운터 웨이트로서 작동하고, 광조사 장치의 밸런스도 무너지지 않는다.

이와 같이 하여 광원부를 광조사 장치의 밖으로 인출하면, 보수 작업자는, 광원 유니트의, 장치에 면하는 측 이외의 3 측의 주변으로부터 손을 뻗어 작업을 할 수 있다. 이로 인해, 램프나 집광경의 교환 등의 보수 작업을 용이하게 행할 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서는, 광원부의 4등의 램프를 정사각형의 정점이 되도록 배치한 경우에 대해 설명했다. 그러나, 광조사 영역의 형상에 따라서는, 4등의 램프를 직사각형의 정점이 되도록 배치하는 쪽이 광의 이용 효율이 좋은 경우가 있다.

도 4는, 4등의 램프를 직사각형의 정점이 되도록 배치한 경우에 있어서, 광원부를 분할하여 인출하는 방향을 나타내는 도면이다. 도 4(a)는, 직사각형의 정점이 되도록 배치한 4등의 램프를 위에서 본 도면이며, 도 4(b)와 도 4(c)는, 도 4(a)와 같이 램프를 배치한 광원부를 2분할하여 인출하는 방향을 나타내는 도면이다.

도 4(a)와 같이 4등의 램프를 직사각형의 정점이 되도록 배치한 경우도, 상기 실시예와 마찬가지로, 광원부는, 광원 유닛을 인출하는 방향에 대해서 직교하는 방향으로 2분할된다.

분할의 방법은, 도 4(b)와 같이 긴 변의 방향으로 2분할하는 방법과, 도 4(c)와 같이 단변의 방향으로 2분할하는 방법이 고려되지만, 어느 것이어도 되고, 분할한 광원 유닛을 인출하는 공간(스페이스)을 확보할 수 있는 방향으로 분할하면 된다.

단, 인출 안내(가이드 레일)에 걸리는 부하를 조금이라도 적게하기 위해서는, 광조사 장치에 대한 광원 유닛의 오버행 양이 적어지는 방향으로 인출하도록 하는 것이 바람직하다.

1, 1a, 1b, 1c, 1d:램프 2, 2a, 2b, 2c, 2d:집광경
3:제1 평면거울 4:인티그레이터 렌즈
5:셔터 6:제2 평면거울
7:콜리메이터 렌즈 8:광조사면
10:광원부 11:제1 광원 유닛
12:제2 광원 유닛 30:커버
40:프레임 50:베이스 플레이트
60:인출 안내(가이드 레일) 70:광원 유닛 취출구
f:집광경의 제2 초점 L:광축
S:절단면

Claims (2)

1. 4등의 램프와, 상기 램프의 각각의 주위에 설치되고 각 램프로부터의 광을 반사하는 4개의 반사경을 구비하고, 상기 4등의 램프가 사각형의 정점이 되도록 배치된 광조사 장치에 있어서,
   상기 사각형의 제1 정점에 배치된 제1 램프와 이 제1 램프로부터의 광을 반사하는 제1 반사경과, 상기 제1 정점 옆의 제2 정점에 배치된 제2 램프와 이 제2 램프로부터의 광을 반사하는 제2 반사경을 1조로 한 제1 광원 유닛을 수평인 제1 방향으로 인출하는 제1 인출 안내와,
   상기 사각형의 제3 정점에 배치된 제3 램프와 이 제3 램프로부터의 광을 반사하는 제3 반사경과, 상기 제3 정점 옆의 제4 정점에 배치된 제4 램프와 이 제4 램프로부터의 광을 반사하는 제4 반사경을 1조로 한 제2 광원 유닛을 수평이면서 상기 제1 방향과는 반대인 제2 방향으로 인출하는 제2 인출 안내를 구비하고 있으며, 수평면에 있어서 상반되는 방향으로 인출하는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 반사경은 타원 집광경이며, 옆의 집광경에 면하는 90° 방향의 2개소가 절결되어 있는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.

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