KR101690296B1 - 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마스킹 처리된 기판의 노광면에 자외선을 조사하는 노광장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자외선을 최대한 평행화시켜서 기판의 노광면에서 수직된 방향으로 조사되도록 한 자외선의 평행성이 행상된 기판 노광장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치는 자외선을 발산하는 UV램프; 상기 UV램프의 후방을 감싸 입사되는 자외선을 전방으로 반사시키는 반사갓; 상기 UV램프의 전방에 배치되어서 입사되는 자외선을 굴절시켜 준평행광으로 변환하는 굴절판세트; 굴절판세트를 통과하여 입사되는 준평행광을 평행광으로 변환하여 기판의 노광면으로 조사하는 평행광렌즈;를 포함하여 이루어진다.

Description

자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치{Exposure equipment for board with improved parallel UV rays}

본 발명은 마스킹 처리된 기판의 노광면에 자외선을 조사하는 노광장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자외선을 최대한 평행화시켜서 기판의 노광면에서 수직된 방향으로 조사되도록 한 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치에 관한 것이다.

일반적으로, 컴퓨터 및 각종 전자 제품에 적용되는 반도체 소자나, 화상 표시 소자인 액정 표시 소자(LCD :Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 소자(PDP : Plasma Display Panel), 전자 부품이 실장되는 회로기판(PCB) 등의 제조 과정 중에서 미세 패턴을 정밀하게 형성하기 위해 포토 리소그래피(photo-lithography)방법이 널리 이용한다.

포토 리소그래피 방법은 기판 상에 감광 물질(photo-resist)을 도포하여 감광 물질 막을 형성하는 감광 물질 도포단계와, 감광 물질 막이 형성된 기판을 특정 패턴 모양으로 마스킹 처리하는 마스킹단계와, 마스킹 처리된 기판을 노광용 광(예; 자외선)에 노출시켜 비마스킹 영역에 위치하여 노출된 부분의 감광 물질의 성질을 변화시키는 노광단계와, 현상액 등을 이용하여 성질이 변화된 부분을 선택적으로 제거시켜 목적하는 감광 물질 막 패턴을 형성하는 현상단계와, 형성된 감광 물질 막 패턴을 이용하여 식각(etching) 공정 등을 통해 피처리 기판 상에 대응되는 패턴을 형성하는 에칭단계 등의 공정을 거쳐 기판에 미세 패턴을 형성한다.

포토 리소그래피 방법의 노광공정에서는 자외선이 기판에 얼마나 수직으로 조사되는지가 미세 패턴의 품질을 좌우하게 된다.

그래서 노광장치에 관한 기술자들은 광원에서 발산되는 자외선을 평행광으로 변환하여 기판에 수직으로 조사되도록 많은 연구를 하고 있다.

이상적인 광원은 점광원으로 광(즉, 자외선)이 광원에서 사방 공간으로 발산되는 것으로 취급하지만, 실제의 광원으로 구형 조명은 부피가 있고, 바형 조명은 길이가 있어서 이상적인 점광원과는 다르다.

그래서 노광장치에서 광원에서 발산되는 자외선을 평행광으로 변환하여 기판에 조사되도록 하는데 많은 연구 개발을 하고 있다.

도1은 공개특허 제10-2008-0011752호 "인쇄회로기판 노광장치"에 따른 노광장치의 구조를 도시한 것이다.

도1을 보면, 광원 램프(21)에서 발산되는 자외선이 반사갓(23)을 통해 제1미러(30)로 입사되고, 제1미러(32) 내지 3미러(34)를 통해 경로가 변경되고, 제1미러(30)와 제2미러(32) 사이에서 플라이아이렌즈(40)를 통과하면서 조명 강도가 균일하게 되고, 제3미러(34)에서 입사되는 자외선은 구면경(45)을 통해 반사되면서 평행광으로 변환되어 기판(3)의 노광면으로 조사된다.

또 다른 종래기술로서 등록특허 제10-0908688호 "노광 장치의 조명 광학계"는 광원 램프에서 발산되는 자외선을 반사갓을 통해 평행광렌즈(콜리메이션렌즈)로 입사시키고, 콜리메이션렌즈는 내부로 입사된 자외선을 평행광으로 변환시켜 기판의 노광면으로 조사시킨다.

이처럼 구면경 또는 평행광렌즈를 통해 자외선을 평행광으로 변환시켜 기판의 노광면으로 조사하는 종래기술은 광원 램프가 이상적인 점광원이 아니기 때문에 광원 램프에서 사방으로 발산된 후에 반사갓을 거쳐 구면경 또는 평행광렌즈로 입사되는 자외선은 발산각이 클 수 밖에 없고, 그에 따라 구면경이나 평행광렌즈에서 큰 발산각으로 입사된 자외선을 평행광으로 변환시키기에 한계가 있다.

그래서 종래기술에서는 구면경 또는 평행광렌즈에서 기판의 노광면으로 조사되는 자외선 중에서 상당량이 기판에 수직으로 조사되지 못하고 경사져 조사된다.

기판에 경사져 조사되는 자외선은 기판의 마스크 영역을 측면(경사져)에서 침투하고, 기판 측면에서 조사되면서 굴절되어 마스크 영역으로 침투하고, 기판을 투과한 후에 바닥에서 반사되어 마스크 영역으로 침투하게 되고, 이처럼 자외선이 기판의 마스크 영역으로 침투하면서 기판에 형성되는 패턴의 품질이 저하되고, 미세 패턴이 형성이 어렵게 된다.

구면경 또는 평행광렌즈를 이용해 자외선을 평행광으로 변환시키는 종래기술은 구면경 또는 평행광렌즈에서 평행광으로의 변환 효율을 높이기 위해 고가의 구면경 또는 평행광렌즈를 사용하게 되어서 제조원가가 상승하게 되는 문제가 있다.

그리고, 구면경을 사용하는 노광장치는 광원 램프에서 발산되는 자외선을 구면경으로 조사하기 위해 중간에 복수의 미러와 플라이아이렌즈를 배치시켜야 하기에 노광장치의 부피가 커지게 되어, 설치 공간을 많이 차지하게 된다.

본 발명은 이처럼 종래기술에 따른 노광장치가 갖는 문제를 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 광원 램프에서 발산되는 자외선이 평행광렌즈로 입사되기 전에 먼저 굴절판세트를 통과하여 준평행광으로 변환된 이후에 평행광렌즈로 입사되도록 하여서 평행광렌즈에서의 변환 효율을 높여, 즉, 평행성을 향상시켜 기판으로 조사되는 자외선의 대부분이 수직으로 조사되도록 하여 고품질의 패턴을 얻을 수 있는 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치를 제공함을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치는

자외선을 발산하는 UV램프;

상기 UV램프의 후방을 감싸 입사되는 자외선을 전방으로 반사시키는 반사갓;

상기 UV램프의 전방에 배치되어서 입사되는 자외선을 굴절시켜 준평행광으로 변환하는 굴절판세트;

상기 굴절판세트를 통과하여 입사되는 준평행광을 평행광으로 변환하여 기판의 노광면으로 조사하는 평행광렌즈;를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 굴절판세트는 다각형 구조를 갖는 것을 특징으로 하고,

상기 평행광렌즈는

상기 UV램프의 방향으로 배열되는 제1실린더리컬렌즈와,

상기 제1실린더리컬렌즈에 교차하는 방향으로 연속하여 배열되는 제2실린더리컬렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치는 굴절판세트를 통해서 UV램프에서 발산되는 자외선을 준평행광으로 변환시켜 평행광렌즈로 입사사킴으로써 평행광렌즈를 통과한 자외선의 평행성이 향상되어 대부분의 자외선이 기판에 수직으로 조사되도록 함으로써, 기판에 보다 고품질의 패턴을 형성할 수 있고, 보다 미세한 패턴을 정밀하게 형성할 수 있고, 굴절판세트는 저렴하고 부피가 작아서 제조원가가 저렴하고 설치공간을 적게 차지하는 기판 노광장치로서 산업발전에 매우 유용한 발명이다.

도 1 은 종래기술에 따른 노광장치의 구조를 보여주는 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치의 투영 사시도.
도 3 은 본 발명에 따른 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치의 측면도에서 자외선이 팽행광으로 변환되는 것을 보여주는 도면.
도 4 는 본 발명에 따른 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치에서 굴절판세트와 차단판세트에서 자외선의 굴절과 차단을 보여주는 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 앞서,

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도2 내지 도4에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치는 하우징(10), UV램프(20), 반사갓(30), 굴절판세트(40), 평행광렌즈(50), 차단판세트(60)의 구성요소로 대별될 수 있다.

상기 하우징(10)은 상기 UV램프(20), 반사갓(30), 굴절판세트(40), 평행광렌즈(50), 차단판세트(60)를 내장하고, 외부로부터 먼지와 같이 이물질이 유입되어 노광 품질을 저하시키지 않도록 밀폐된 구조를 갖는다.

상기 하우징(10)의 하부에는 상기 UV램프(20)에서 발산되는 자외선이 외부로 투과되어 기판에 조사되도록 투명창이 구비된다.

상기 투명창으로는 유리판 등을 사용할 수도 있고, 상기 평행광렌즈(50)를 투명창으로 사용할 수도 있다.

유리판 등의 별도의 투명창을 구비하는 경우에 하우징의 하부측에 내장되는 차단판세트(60)의 하부에 장착하는 것이 바람직할 것이다.

상기 하우징(10)이 기판(1) 위를 지나가면서, 또는 하우징(10)은 제자리에 있고 기판(1)이 하우징(10)의 아래를 지나가면서, 자외선이 기판(1)에 조사된다.

상기 UV램프(20)는 자외선(UV)을 발산하는 광원으로서, 아크 램프나 UV LED 등을 사용할 수 있고, 도2에서 보는 것처럼 긴 막대형이나, 구형을 사용할 수 있다.

상기 UV램프(20)는 상기 하우징(10)의 내부에서 상부측에 장착되어서 하부측으로 자외선을 발산한다. 상부측으로 발산되는 자외선은 반사갓(30)을 통해 하부측으로 조사된다.

상기 반사갓(30)은 상기 UV램프(20)의 후방측(도면을 기준으로 상부측)을 감싸서 UV램프(20)에서 후방측으로 발산되어 입사되는 자외선을 전방(도면을 기준으로 하부측)으로 반사시킨다.

상기 반사갓(30)은 상기 UV램프(20)에서 발산되어 입사되는 빛 중에서 자외선 영역의 빛을 추출하여 반사시키는 콜드미러(31)와, 내면으로 상기 콜드미러(31)가 조립되어 설치되는 브라켓(33)을 포함한다.

상기 브라켓(33)은 열전도율이 우수한 재질을 사용하여 상기 UV램프(20) 발생되어 전달되는 열이 보다 신속하게 방출되도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 굴절판세트(40)는 상기 UV램프(20)의 전방(도면을 기준으로 하부측)에 배치되어서 상기 UV램프(20)에서 발산되어 입사되는 자외선과 상기 반사갓(30)에서 반사되어 입사되는 자외선을 굴절시켜 자외선이 수직방향(기판(1)의 노광면을 기준으로 하여 수직된 방향임)에 나란하도록 준평행광으로 변환시킨다.

다시 말해, 수직방향(즉, 굴절판(41)의 표면)에 대하여 큰 각도(S1)로 입사되는 자외선이 굴절되어 작은 각도(S2)로 출사되도록 한다.

상기 굴절판세트(40)는 판 구조의 굴절판(41)들로 구성되고, 굴절판(41)들은 수직방향으로 세워져서, 표면에 대하여 큰 각도로 입사되는 자외선을 굴절시켜 작은 각도로 통과되도록 한다.

즉, 수직방향으로 조사되지 못하고 경사져 조사됨으로써 굴절판을 통과하는 자외선을 수직방향으로 세워서, 굴절판세트(40)를 통과하는 모든 자외선이 조사방향이 수직방향에 대하여 일정 각도 이내의 준평행광이 되도록 한다.

상기 굴절판세트(40)는 위에서 보면 굴절판(41)들은 길이방향과 폭방향으로 배열되어서, 전체적으로 4각형 모양을 하고 있는데, 3각형, 5각형, 6각형 등의 모양을 할 수도 있다.

즉, 굴절판세트(40)는 다각형 구조의 굴절판(41)들으로 구성된다.

이때, 자재 절감의 측면에서는 3각형이 4각형 보다, 4각형이 5각형 보다 유리할 것이나, 입사되는 자외선을 준평행광으로 변환시키는 효율의 측면에서는 4각형 보다는 5각형, 5각형 보다는 6각형이 유리할 것이다.

상기 평행광렌즈(50)는 상기 굴절판세트(40)이 하부에 배치되어서 굴절판세트(40)를 통과하여 입사되는 준평행광의 자외선을 평행광으로 변환시켜 기판(1)의 노광면으로 조사되도록 한다.

상기 평행광렌즈(50)는 수직방향에 대하여 경사져서 입사되는 자외선을 수직방향으로 세워서 통과시킴으로써, 조사되는 자외선이 수직방향에 대하여 일정 각도 이내의 평행광이 되도록 한다.

입사되는 빛(자외선)을 평행광으로 변환하는 상기 평행광렌즈(50)로는 다양한 종류의 것이 사용될 수 있는데, 본 발명에서는 상기 UV램프(20)의 길이방향으로 배열되는 제1실린더리컬렌즈(51)와, 상기 제1실린더리컬렌즈(51)에 교차하는 방향으로 연속하여 배열되는 제2실린더리컬렌즈(52) 어레이를 사용한다.

참고로, 상기 UV램프(20)의 길이방향으로 배열되는 제1실린더리컬렌즈(51)는 도면과 같이 다수개(4개)를 연속되도록 연결하여 사용할 수도 있고, 다수개 전체를 커버할 수 있는 폭을 갖는 한 개의 제1실린더리컬렌즈를 사용할 수도 있다. 그래서 다수개가 연속되어 연결되어 사용되는 제2실린더리켈렌즈는 어레이라고 칭하나, 제1실린더리컬렌즈는 어레이라고 칭하지 않는 것이다.

상기 제1실린더리컬렌즈(51)와 제2실린더리컬렌즈(52)는 상부면은 반원형으로 라운드지고 하부면은 평면형으로 매끄러운 반기둥 형상으로 이루어지고,

상기 제1실린더리컬렌즈(51)는 길이방향으로 배열되어서 폭방향으로 경사져 입사되는 자외선을 수직방향으로 세우는데 효과적이고,

상기 제2실린더리컬렌즈(52) 어레이는 폭방향으로 배열되어서 길이방향으로 경사져 입사되는 자외선을 수직방향으로 세우는데 효과적이다.

상기 차단판세트(60)는 상기 평행광렌즈(50)의 하부에 배치되어서 평행광렌즈(50)를 통과한 자외선 중에서 수직방향에 대하여 일정 각도 이상으로 경사져서 입사되는 자외선을 차단하여, 기판(1)의 노광면에는 수직방향에 대하여 일정 각도 이내에 있는 자외선만이 조사되도록 한다.

상기 차단판세트(60)는 판 구조의 차단판(61)들로 구성되고, 차단판(61)들은 수직방향으로 세워지고, 서로서로 연결되어서 위에서 볼 때 다각형 구조를 가지며 상하방향으로 관통되는 관통홀(63)을 형성하여 수직방향으로 일정 각도 이내에서 평행하게 조사되는 빛은 관통홀(63)을 통과하여 기판(1)에 노광면으로 조사되도록 한다.

상기 차단판(61)의 표면에는 빛을 흡수하여 차단하는 효율이 좋은 색상과 성분의 물질이 도포되어서, 표면으로 입사되는 자외선, 즉, 수직방향에 일정 각도 이상으로 경사져 있어서 표면으로 입사되는 자외선을 흡수하여 차단한다.

상기 차단판세트(60)의 차단판(61)들은 상기 굴절판세트(40)의 굴절판들 처럼 3각형, 4각형, 5각형 등의 다각형 구조로 이루어질 수 있다.

상기 차단판(61)은 되도록 얇도록 하여서, 수직방향에 평행한 평행광임에도 상부면으로 입사되어 차단되는 자외선의 양을 최소화하는 것이 바람직할 것이다.

상기 차단판(61)의 수평방향 길이(즉, 관통홀의 크기)와 차단판(61)의 수직방향 길이(즉, 관통홀의 깊이)로 차단판세트(60)를 통과하거나 차단되는 자외선의 경사 각도를 설정할 수 있다.

본 발명은 UV램프(20)에서 사방으로 발산되어서 기판(1)을 향해 다양한 각도로 조사되는 자외선들 중에서 수직방향(기판(1)의 노광면을 기준으로 하는 수직방향임)에 대하여 일정 각도 이상으로 경사져 있는 자외선들을 굴절판세트(40)를 통해 굴절시켜 수직방향에 대하여 일정 각도 이내가 되도록 준평행광으로 변환시키고,

준평행광으로 변환된 자외선을 평행광렌즈(50)로 입사시켜서 평행광렌즈(50)에서의 평행광으로의 변환 효율을 높이고,

평행광렌즈(50)를 통해서 평행광으로 변환된 자외선 중에서 수직방향에 대하여 일정 각도 이상으로 경사져 있는 자외선은 차단판세트(60)를 통해 차단시켜 일정 각도 이내의 자외선만을 기판(1)의 노광면으로 조사시켜 고품질의 노광 효과를 얻게 되고, 그에 따라 미세한 고품질의 패턴을 기판(1)에 형성할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 하우징 20 : UV램프
30 : 반사갓 40 : 굴절판세트
50 : 평행광렌즈 60 : 차단판세트

Claims (3)

1. 자외선을 발산하는 UV램프;
   상기 UV램프의 후방을 감싸 입사되는 자외선을 전방으로 반사시키는 반사갓;
   상기 UV램프의 전방에 배치되어서 입사되는 자외선을 굴절시켜 준평행광으로 변환하는 굴절판세트;
   상기 굴절판세트를 통과하여 입사되는 준평행광을 평행광으로 변환하여 기판의 노광면으로 조사하는 평행광렌즈;를 포함하여 이루어지되,
   상기 굴절판세트는 판 구조의 굴절판들이 다각형 구조를 가지며 수직방향으로 세워지는 것을 특징으로 하는 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 평행광렌즈의 하부에 배치되어서 평행광렌즈를 통과한 자외선 중에서 수직방향에 대하여 일정 각도 이상으로 경사져서 입사되는 자외선을 차단하는 차단판세트;를 더 포함하되,
   상기 차단판세트는 판 구조의 차단판들이 다각형 구조를 가지며 수직으로 세워지는 것을 특징으로 하는 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 평행광렌즈는
   상기 UV램프의 방향으로 배열되는 제1실린더리컬렌즈와,
   상기 제1실린더리컬렌즈에 교차하는 방향으로 연속하여 배열되는 제2실린더리컬렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선의 평행성이 향상된 기판 노광장치.

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