KR101899107B1 - 광 조사 장치 - Google Patents

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호야 칸데오 옵트로닉스 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 가파르게 상승하는 조사 강도 분포의 광을 직사각형 형상의 조사 구역에 조사 가능한 광 조사 장치를 제공하는 것.
[해결 수단] 조사 대상물 위의 직사각형 형상의 조사 구역에 대하여 광을 조사하는 광 조사 장치가, 기판 위에 이차원 배치된 복수의 발광 소자와, 각 발광 소자로부터 출사된 광을 소정의 퍼짐각의 광으로 성형하는 렌즈 유닛과, 복수의 발광 소자의 광축을 직사각형 형상으로 둘러싸도록 형성된 미러면을 내면에 갖고, 렌즈 유닛으로부터 출사된 광을 믹싱하여 도광하는 도광 부재와, 도광 부재의 광축을 중심으로 하는 직사각형 형상의 개구를 갖고, 도광 부재와 피조사 대상물 사이에 배치되는 개구 조임부를 구비한다. 미러면은, 조사 대상물을 향하여 넓어지도록, 도광 부재의 광축에 대하여, 퍼짐각보다도 작은 소정의 각도로 경사지고, 렌즈 유닛으로부터 출사된 광의 적어도 일부가 미러면에 의해 반사되고, 개구 조임부의 개구의 끝면부 근방을 통과하여, 조사 구역에 대하여 대략 수직으로 입사된다.

Description

광 조사 장치{LIGHT IRRADIATION DEVICE}
본 발명은 감광성 레지스트를 도포한 기판(예를 들면, 반도체 기판, 액정 표시 장치용 유리 기판, 포토마스크용 유리 기판)의 주변 노광 장치 등에 사용되는 광 조사 장치에 관한 것으로, 특히, 조사 대상물 위의 직사각형 형상의 조사 구역을 균일하게 조사하는 광 조사 장치에 관한 것이다.
종래, 반도체(예를 들면, IC(Integrated Circuit)이나 LSI(Large Scale Integrated circuit))의 제조 공정에서는, 반도체 웨이퍼의 표면에 감광성의 레지스트를 도포하고, 이 레지스트층에 마스크를 통하여 노광·현상함으로써, 회로 패턴을 형성하는 것이 행해지고 있다.
반도체 웨이퍼의 표면에 레지스트를 도포하는 방법으로서는, 일반적으로, 웨이퍼를 회전대 위에 재치하고, 이 웨이퍼의 표면의 중심 부근에 레지스트를 적하하고 회전시켜, 원심력에 의해 웨이퍼의 표면 전체에 레지스트를 도포하는 스핀 코팅법이 사용되고 있다.
이러한 스핀 코팅법에서는, 레지스트는 웨이퍼 중앙부의 회로 패턴 형성 영역뿐만 아니라, 회로 패턴이 형성되어 있지 않은 웨이퍼의 끝 가장자리부에도 도포되게 된다. 그러나, 웨이퍼의 끝 가장자리부는, 웨이퍼를 반송하기 위해 반송 장치 등에 의해 파지되는 경우가 많아, 웨이퍼의 끝 가장자리부의 레지스트를 남긴 채로 해 두면, 웨이퍼의 반송중에 그 일부가 벗겨져, 결락된다는 문제가 있다. 그리고, 웨이퍼의 끝 가장자리부의 레지스트가 결락되고, 그것이 웨이퍼의 회로 패턴 형성 영역에 부착되어 버리면, 원하는 회로 패턴이 형성되지 않아, 수율이 저하된다고 하는 문제가 발생한다. 이 때문에, 일반적으로, 웨이퍼의 끝 가장자리부를 포함하는 그 주변에 자외광을 조사하는 주변 노광 장치를 사용하여 레지스트의 노광을 행하여, 웨이퍼의 끝 가장자리부에 도포된 불필요 레지스트를 제거하는 것이 행해지고 있다. 이러한 주변 노광 장치용의 광 조사 장치는, 예를 들면, 특허문헌 1에 기재되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 주변 노광 장치(에지 노광 장치)용의 광 조사 장치는 내부에 램프를 갖는 광원 유닛과, 광원 유닛으로부터 출사되는 자외광을 도광하는 제 1 라이트 가이드와, 제 1 라이트 가이드로부터 출사되는 자외광을 혼합하는 광 혼합 광학 소자(석영 로드)와, 광 혼합 광학 소자로부터 출사되는 광을 도광하는 제 2 라이트 가이드와, 제 2 라이트 가이드로부터의 광을 기판의 끝 가장자리부에 투영하는 조사 헤드를 구비하고 있어, 램프로부터 조사되는 자외광이 기판의 끝 가장자리부의 직사각형 형상의 조사 구역에 집광하도록 구성되어 있다.
또한 최근, 램프보다도 수명이 길고, 또한 소비전력도 낮은, 자외 LED(Light Emitting Diode)가 실용에 제공되고 있고, 이것을 사용한 주변 노광 장치도 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 2).
이러한 주변 노광 장치에 의한 노광 후, 에칭 등에 의해 웨이퍼의 끝 가장자리부의 불필요 레지스트가 제거되는데, 불필요 레지스트가 완전히 제거되지 않고, 웨이퍼 위에 얇게 남아 버리면(소위 그레이존이라 불리는 영역이 생겨 버리면), 후공정에서의 레지스트의 결락의 원인이 된다. 이 때문에, 불필요 레지스트가 제거된 후의 레지스트 끝부의 단면 형상(즉, 회로 패턴 형성 영역에 잔류하는 레지스트 끝부의 단면 형상)은 회로 패턴 형성 영역과 웨이퍼의 끝 가장자리부 사이에서 가파르게 상승하는(즉, 늘어짐이 적은) 형상으로 되는 것이 바람직하다.
이러한 그레이존 영역의 발생은 주변 노광 장치로부터 기판의 끝 가장자리부에 투영되는 자외광의 조사 강도 분포에 기인한다. 즉, 주변 노광 장치로부터 기판의 끝 가장자리부에 투영되는 자외광의 조사 강도 분포가, 회로 패턴 형성 영역과 웨이퍼의 끝 가장자리부 사이에서 완만하게 변화되는 것이면, 회로 패턴 형성 영역과 웨이퍼의 끝 가장자리부 사이에서 노광이 불충분한 영역이 생겨버려, 회로 패턴 형성 영역에 잔류하는 레지스트 끝부의 단면 형상도 완만한 것으로 되어 버린다(즉, 그레이존 영역이 발생함). 이 때문에, 주변 노광 장치로부터 기판의 끝 가장자리부에 투영되는 자외광의 조사 강도 분포는 회로 패턴 형성 영역과 웨이퍼의 끝 가장자리부와의 사이에서 가파르게 상승하는(즉, 늘어짐이 적은) 것이 바람직하다.
일본 특허 제3947365호 명세서 일본 특개 2007-194583호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
특허문헌 1, 2에 기재된 주변 노광 장치에서는, 조사 헤드 내에 직사각형 형상의 슬릿을 형성하여, 광 혼합 광학 소자에 의해 믹싱된 자외광이 슬릿을 통하여 기판에 투영되도록 구성되어 있다. 이 때문에, 기판에 투영되는 자외광은, 슬릿을 통과하여, 어느 정도 퍼짐각이 제한된 직사각형 형상의 광속으로만 되어, 회로 패턴 형성 영역과 웨이퍼의 끝 가장자리부와의 사이에서 비교적 가파르게 상승하는(즉, 늘어짐이 적은) 조사 강도 분포가 된다.
그렇지만, 현재, 웨이퍼 위에 형성되는 회로는 점점 집적화되고, 회로 패턴도 미세화되고 있으므로, 회로 패턴 형성 영역과 웨이퍼의 끝 가장자리부 사이에서 종래보다도 더욱 가파르게 상승하는(즉, 보다 늘어짐이 적은) 조사 강도 분포의 광을 투영 가능한 광 조사 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 가파르게 상승하는 조사 강도 분포의 광을, 조사 대상물 위의 직사각형 형상의 조사 구역에 조사 가능한 광 조사 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 광 조사 장치는 조사 대상물 위의 직사각형 형상의 조사 구역에 대해 광을 조사하는 광 조사 장치로서, 기판 위에, 광축의 방향을 맞추어 이차원 배치되고, 광을 출사하는 복수의 발광 소자와, 각 발광 소자의 광축 위에 각각 배치되어, 이 발광 소자로부터 출사된 광을 소정의 퍼짐각의 광으로 성형하는 렌즈 유닛과, 복수의 발광 소자의 광축을 직사각형 형상으로 둘러싸도록 형성된 미러면을 내면에 갖고, 렌즈 유닛으로부터 출사된 광을 믹싱하여 도광하는 통 형상의 도광 부재와, 도광 부재의 광축을 중심으로 하는 직사각형 형상의 개구를 갖고, 도광 부재와 조사 대상물 사이에 배치되는 개구 조임부를 구비하고, 미러면은 조사 대상물을 향하여 넓어지도록, 도광 부재의 광축에 대하여, 퍼짐각보다도 작은 소정의 각도로 경사지고, 렌즈 유닛으로부터 출사된 광의 적어도 일부가 미러면에 의해 반사되고, 개구 조임부의 개구의 끝면부 근방을 통과하고, 조사 구역에 대해 대략 수직으로 입사되는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 조사 구역의 에지부에 있어서, 자외광이 오버랩되지 않는 영역이 최소가 되기 때문에, 조사 구역의 조사 강도 분포는 가파르게 상승하게 된다. 따라서, 예를 들면, 본 발명의 광 조사 장치를 반도체의 주변 노광 장치에 적용하면, 회로 패턴 형성 영역과 웨이퍼의 끝 가장자리부 사이에서 가파르게 상승하는 조사 강도 분포의 자외광을 조사할 수 있어, 소위 그레이존 영역을 작게 하는 것이 가능하게 된다.
또한 렌즈 유닛으로부터 출사된 광의 적어도 일부가 미러면에 의해 한번만 반사되도록 구성할 수 있다.
또한 퍼짐각이 5∼20°의 범위이며, 소정의 각도가 퍼짐각의 1/2보다 작은 것이 바람직하다.
또한 도광 부재의 미러면에 의해 형성되는 출사측 개구가 개구 조임부의 개구보다도 커지도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한 광은 자외선 파장 영역의 광인 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면 가파르게 상승하는 조사 강도 분포의 광을 조사 대상물 위의 직사각형 형상의 조사 구역에 조사 가능한 광 조사 장치가 실현된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 광 조사 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 광 조사 장치에 구비된 각 렌즈 유닛으로부터 출사되는 자외광의 광로도이다.
도 3은 도 2의 중심에 위치하는 렌즈 유닛으로부터 출사되는 자외광의 광로도이다.
도 4는 도 2의 중심으로부터 1개 떨어진 위치의 렌즈 유닛으로부터 출사되는 자외광의 광로도이다.
도 5는 도 2의 중심으로부터 2개 떨어진 위치(즉, 가장 외측의 위치)의 렌즈 유닛으로부터 출사되는 자외광의 광로도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 광 조사 장치에 의해 조사되는 조사 구역의 에지부에 입사되는 광선을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 비교예에 따른 광 조사 장치의 구성 및 광로도를 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 비교예에 따른 광 조사 장치에 의해 조사되는 조사 구역의 에지부에 입사되는 광선을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 광 조사 장치를 사용한 경우의 조사 구역 상의 조사 강도 분포와, 본 발명의 비교예에 따른 광 조사 장치를 사용한 경우의 조사 구역 상의 조사 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 9의 E부의 조사 강도 분포를 가로축 방향으로 확대한 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 광 조사 장치(100)의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 1(a)는 광 조사 장치(100)의 출사구측에서 보았을 때의 광 조사 장치(100)의 정면도이다. 도 1(b)는 도 1(a)의 A-A선에 의한 단면도이다. 도 1(c)는 도 1(a)의 B부 확대도이다. 본 실시형태의 광 조사 장치(100)는, 주변 노광 장치 등에 편입되어, 조사 대상물(W)(예를 들면, 유리 기판 상의 레지스트) 상의 직사각형 형상의 조사 구역(P)에 대하여, 자외선 파장 영역의 거의 평행광을 조사하는 장치이다. 또한, 도 1(a)에서는, 설명의 편의를 위해, 개구 조임부(150) 등, 일부 구성을 생략하여 나타내고 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 광 조사 장치(100)는 25개의 LED 유닛(110)과, 각 LED 유닛(110)에 대응하여 배치되는 25개의 렌즈 유닛(120)과, 도광 부재(130)와, 개구 조임부(150)와, 이들 부품을 수용하는 케이스(도시하지 않음)를 구비하고 있다. LED 유닛(110), 렌즈 유닛(120), 도광 부재(130) 및 개구 조임부(150)는, 조사 대상물(W)을 향하여, 광축(AX)(광 조사 장치(100)으로부터 출사되는 광의 중심을 통과하는 축)에 따라 차례로 배치되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 광 조사 장치(100)의 워킹 디스턴스(WD)(도광 부재(130)의 출사 개구(130f)로부터 조사 대상물(W)까지의 거리)는 약 10mm로 설정되어 있고, 광 조사 장치(100)로부터 출사되는 자외선 파장 영역의 광(이하, 「자외광」이라고 한다.)은 워킹 디스턴스(WD) 상에서 균일한 광량 분포가 되도록 집광되고 있다(상세는 후술). 또한, 본 명세서에서는, 광 조사 장치(100)로부터 출사되는 자외광의 진행 방향(즉, 광축(AX)에 평행한 방향)을 Z축 방향으로 하고, Z축 방향과 직교하고, 또한 서로 직교하는 2개의 방향을 X축 방향 및 Y축 방향으로 정의하여 설명한다.
도 1(a)에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 25개의 LED 유닛(110)은, Z축 방향에 광축을 맞추고, X-Y 평면 상에 5열(Y축 방향)×5개(X축 방향)의 정방격자 형상으로 배치되어 있다. 각 LED 유닛(110)은 대략 정방형상의 기판(112)과, 이 기판(112) 상의 중심부에, Z축 방향에 광축을 맞추어 배치된 LED 소자(114)(발광 소자)를 구비하고 있다(도 1(c)). 본 실시형태의 각 LED 소자(114)는, 예를 들면, 2.15mm(X축 방향 길이)×2.15mm(Y축 방향 길이)의 직사각형 형상의 외형을 가지며(도 1(c)), 그 2변이 X축 방향에 평행하게 되도록 배치되고, 기판(112)과 전기적으로 접속되어 있다. 기판(112)은 유리 에폭시 수지, 세라믹스 등으로 이루어지는 전자 회로 기판이며, 도시하지 않은 LED 구동 회로에 접속되어 있고, 각 LED 소자(114)에는, 기판(112)을 통하여 LED 구동 회로로부터의 구동 전류가 공급되게 되어 있다. 각 LED 소자(114)에 구동 전류가 공급되면, 각 LED 소자(114)가 구동 전류에 따른 광량으로 발광하고, 소정의 광량의 자외광이 출사된다. 또한, 본 실시형태에서는, 각 LED 소자(114)는 LED 구동 회로로부터 구동 전류의 공급을 받아, 파장 395nm의 자외광을 출사하도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시형태의 각 LED 소자(114)는 대략 동일한 광량의 자외광을 출사하도록 각 LED 소자(114)에 공급되는 구동 전류가 조정되어 있다. 또한 본 실시형태에서는, 5열(Y축 방향)×5개(X축 방향)로 나열된 LED 유닛(110)의 중심(C)(즉, 중심에 위치하는 LED 유닛(110)의 기판(112)의 중심)이 광축(AX)과 대략 일치하도록 배치되어 있다(도 1(a)).
도 1(b)에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 각 렌즈 유닛(120)은 LED 소자(114)로부터 출사된 자외광을 소정의 퍼짐각(9°)의 자외광으로 성형하는 렌즈이다. 각 렌즈 유닛(120)은 공통의 광축을 갖는 제 1 렌즈(122), 제 2 렌즈(124) 및 제 3 렌즈(126)로 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 제 1 렌즈(122), 제 2 렌즈(124) 및 제 3 렌즈(126)는 모두 평볼록 렌즈이다. 제 1 렌즈(122), 제 2 렌즈(124) 및 제 3 렌즈(126)는 도시하지 않은 경통 프레임에 의해 지지되고, 그 광축이 LED 소자(114)의 광축과 대략 일치하도록 위치 조정되고, 소정의 간격을 두고 배치된다. 각 렌즈 유닛(120)을 통과한 자외광은 후단의 도광 부재(130)를 향하여 출사된다.
도광 부재(130)는 내면에 4개의 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)이 형성된 직사각형 통 형상의 부재이다. 도 1(a)에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 4개의 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)은, Z축 방향에서 보았을 때, 25개의 LED 유닛(110) 및 렌즈 유닛(120)을 직사각형 형상으로 둘러싸도록 배치되고(즉, LED 소자(114) 및 렌즈 유닛(120)의 광축을 직사각형 형상으로 둘러싸도록 배치되고), 렌즈 유닛(120)으로부터 출사된 모든 자외광이 도광 부재(130)에 입사되도록 구성되어 있다. 상기한 바와 같이, 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광은 소정의 퍼짐각(9°)을 가지고 있기 때문에, 도광 부재(130) 내에서는 각 각도 성분의 자외광이 각각 반사되면서(즉, 믹싱되면서) 도광되어, 도광 부재(130)로부터는 대략 균일한 광량 분포의 자외광이 출사된다. 또한, 상세한 것은 후술하지만, 본 실시형태의 미러면(130a, 130b)은 광축(AX)에 대해 소정의 각도(1.6°)만큼 Y축 방향으로 기울어져 있고, 또한 미러면(130c, 130d)은 광축(AX)에 대해 소정의 각도(1.6°)만큼 X축 방향으로 기울어져 있다. 그리고, 도광 부재(130)에는, 렌즈 유닛(120)측에 직사각형 형상의 입사 개구(130e)가 형성되고, 조사 대상물(W)측에 입사 개구(130e)보다도 큰 직사각형 형상의 출사 개구(130f)가 형성되어 있다. 이와 같이, 본 실시형태의 4개의 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)은, 렌즈 유닛(120)으로부터 떨어짐에 따라, 광축(AX)으로부터 떨어지도록(즉, 조사 대상물(W)을 향해 퍼지도록) 기울어져 있다. 이 때문에, 각 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)에 입사되는 자외광은 각 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)에 의해 반사됨으로써, 소정의 각도(즉, 경사각도(1.6°))의 2배의 각도(즉, 3.2°)만큼 작은 각도 성분의 것으로 변환된다(상세는 후술).
도광 부재(130)를 통과한 자외광은 후단의 개구 조임부(150)를 향하여 출사된다. 개구 조임부(150)는 중심에 직사각형 형상의 개구를 갖는 판 형상의 부재이며, 출사 개구(130f)와 조사 대상물(W) 사이의 소정의 위치에 배치되어 있다. 개구 조임부(150)의 개구는 도광 부재(130)의 출사 개구(130f)보다도 작게 설정되어 있고, 도광 부재(130)로부터 출사된 자외광으로부터 불필요광을 제거하는 기능을 가지고 있다. 그리고, 개구 조임부(150)에 의해 불필요광이 제거된 자외광에 의해, 조사 대상물(W) 상의 직사각형 형상의 조사 구역(P)이 조사되도록 구성되어 있다.
다음에 본 실시형태의 각 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광의 광로를 설명한다. 도 2는 도 1(b)에 도시하는 각 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광의 광로도이다. 도 3은, 도 2에 있어서, 중심에 위치하는 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광의 광로도이다. 도 4는, 도 2에 있어서, 중심으로부터 1개 떨어진 위치의 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광의 광로도이다. 도 5는, 도 2에 있어서, 중심으로부터 2개 떨어진 위치(즉, 가장 외측의 위치)의 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광의 광로도이다. 또한, 도 2∼도 5에 있어서, 자외광의 광로는 파선을 사용하여 나타내고 있다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 중심에 위치하는 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광은 소정의 퍼짐각(9°)으로 퍼지고, 도광 부재(130)의 각 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)에 의해 반사되지 않고 진행되어, 조사 대상물(W) 상의 직사각형 형상(예를 들면, 약 70mm×약 70mm)의 조사 구역(P) 내로 조사된다.
또한 도 2 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 중심으로부터 1개 떨어진 위치의 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광은 소정의 퍼짐각(9°)으로 퍼지고, 그 일부(예를 들면, 도 6중 「m1」로 나타내는 광선)가 도광 부재(130)의 각 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)의 적어도 일면(도 2 및 도 4에서는, 미러면(130a))에 의해 반사되어, 조사 대상물(W) 상의 직사각형 형상의 조사 구역(P) 내에 조사된다.
또한 도 2 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 중심으로부터 2개 떨어진 위치의 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광은 소정의 퍼짐각(9°)으로 퍼지고, 그 일부(예를 들면, 도 5에 있어서, Y축 방향 부측을 향하여 넓혀지는 광)가 도광 부재(130)의 각 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)의 적어도 일면(도 2 및 도 5에서는, 미러면(130a))에 의해 반사되어, 조사 대상물(W) 상의 직사각형 형상의 조사 구역(P) 내로 조사된다.
이 결과, 조사 대상물(W) 상의 직사각형 형상의 조사 구역(P)의 중심부에서는, 중심의 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광과, 중심으로부터 1개 떨어진 위치의 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광과, 중심으로부터 2개 떨어진 위치의 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광이 오버랩되어, 대략 균일한 조사 강도가 얻어진다. 또한 조사 대상물(W) 상의 직사각형 형상의 조사 구역(P)의 주연부에서는, 중심으로부터 1개 떨어진 위치의 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광과, 중심으로부터 2개 떨어진 위치의 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광이 오버랩되어, 대략 균일한 조사 강도가 얻어진다. 그렇지만, 조사 대상물(W) 상의 직사각형 형상의 조사 구역(P)의 에지부(주연부의 단부)에서는, 개구 조임부(150)에 의해 불필요광이 차광되는 결과, 조사 대상물(W) 상의 직사각형 형상의 조사 구역(P)의 에지부(주연부의 끝부)에서, 자외광이 오버랩되지 않는 영역이 생겨 버리는 것과 같은 문제가 발생한다. 그리고, 조사 구역(P)의 에지부에서, 자외광이 오버랩되지 않는 영역이 커지면, 그 영역의 조사 강도가 극단적으로 저하되어 버리기 때문에, 그 영역의 조사 강도 분포는 완만한 곡선이 된다. 그래서, 본 실시형태에서는, 조사 구역(P)의 에지부에서, 가파르게 상승하는 조사 강도 분포가 얻어지도록, 각 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)을 경사지게 하여, 조사 구역(P)의 에지부에 대략 수직한 광선이 입사되도록 구성하여, 자외광이 오버랩되지 않는 영역을 최소한으로 하고 있다.
도 6은 도 2의 C부 확대도이며, 조사 대상물(W) 상의 직사각형 형상의 조사 구역(P)의 에지부에 입사되는 광선을 설명하는 도면이다. 도 6의 「m1」 및 「m2」는 모두 중심으로부터 1개 떨어진 위치의 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는, Y축 방향의 각도 성분이 최대인(즉, 각도 성분 9°의) 자외광의 광선이다. 광선 「m1」은 각도 성분 9°의 자외광의 광선 중 가장 외측을 통과하는 광선이며, 광선 「m2」는 개구 조임부(150)의 끝면부 근방을 통과하여 조사 대상물(W)에 도달하는 광선이다. 상기한 바와 같이, 본 실시형태의 4개의 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)은, 렌즈 유닛(120)으로부터 벗어남에 따라, 광축(AX)으로부터 떨어지도록, 소정의 경사각도 (1.6°)로 기울어져 있다. 따라서, 도 6에 도시하는 바와 같이, 자외광이 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)의 어느 하나(도 6에서는, 미러면(130a))에 입사되면, 그 각도 성분은 경사각도(1.6°)의 2배의 각도만큼 작은 것으로 된다. 즉, 최대 각도 성분 9°의 자외광의 광선 「m1」은 5.8°의 각도 성분의 자외광(즉, 광선 「n1」)으로서 도광 부재(130)로부터 출사되게 된다. 그 결과, 조사 대상물(W) 상의 직사각형 형상의 조사 구역(P)의 에지부에, 폭 약 0.8mm에 걸쳐, 자외광이 오버랩되지 않는 영역이 형성된다.
(비교예)
여기에서, 본 실시형태의 구성에 의한 효과를 설명하기 위해, 비교예를 제시한다. 도 7은, 본 실시형태의 구성과 대비되는, 비교예에 따른 광 조사 장치(100C)의 구성 및 광로도를 나타내는 모식도이다. 또한 도 8은 도 7의 D부 확대도이며, 조사 대상물(W) 상의 직사각형 형상의 조사 구역(P)의 에지부에 입사되는 광선을 설명하는 도면이다. 본 비교예의 광 조사 장치(100C)는 도광 부재(130C)의 각 미러면(130Ca, 130Cb, 130Cc(도 7에서 도시하지 않음), 130Cd(도 7에서 도시하지 않음))이 광축(AX)에 평행하고, 경사각도 (1.6°)를 가지고 있지 않은 점에서, 본 실시형태의 광 조사 장치(100)와 상이하다. 또한, 도 8의 「m1」은 중심으로부터 2개 떨어진 위치의 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 광선으로, Y축 방향의 각도 성분이 최대(즉, 각도 성분 9°)이고, 또한 개구 조임부(150)의 끝면부 근방을 통과하여 조사 대상물(W)에 도달하는 광선이다. 또한 도 8의 「m2」는 중심으로부터 1개 떨어진 위치의 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 광선으로, Y축 방향의 각도 성분이 최대(즉, 각도 성분 9°)이며, 또한 개구 조임부(150)의 끝면부 근방을 통과하여 조사 대상물(W)에 도달하는 광선이다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 본 비교예에서는, 도광 부재(130C)의 각 미러면(130Ca, 130Cb, 130Cc, 130Cd)이 광축(AX)에 평행하기 때문에, 자외광이 미러면(130Ca, 130Cb, 130Cc, 130Cd)에 입사했다고 해도, 그 각도 성분은 유지된다. 즉, 최대 각도 성분 9°의 자외광의 광선 「m1」은 9°의 각도 성분의 자외광(즉, 광선 「n1」)으로서 도광 부재(130C)로부터 출사되게 된다. 그 결과, 조사 대상물(W) 상의 직사각형 형상의 조사 구역(P)의 에지부에, 폭 약 1.0mm에 걸쳐, 자외광이 오버랩되지 않는 영역이 형성된다.
도 9는 본 실시형태에 따른 광 조사 장치(100)를 사용한 경우의 조사 구역(P) 상의 조사 강도 분포(도 9 중의 실선)와, 비교예에 따른 광 조사 장치(100C)를 사용한 경우의 조사 구역(P) 상의 조사 강도 분포(도 9 중의 파선)를 나타내는 그래프이다. 도 9에서, 세로축은 자외광의 상대강도이며, 가로축은 광축(AX)의 위치를 0mm로 하는 조사 위치(mm)이다. 또한 도 10은 도 9의 E부(즉, 조사 구역(P)의 에지부)의 조사 강도 분포를 가로축 방향으로 확대한 그래프이다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 광 조사 장치(100)를 사용한 경우도, 비교예에 따른 광 조사 장치(100C)를 사용한 경우도, 조사 구역(P)의 전역에 걸쳐 상대강도 0.8 이상의 조사 강도 분포를 얻을 수 있다.
그렇지만, 도 10에서, 양자의 조사 강도 분포를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 광 조사 장치(100)쪽이, 비교예에 따른 광 조사 장치(100C)에 비해, 조사 강도 분포가 가파르게 상승하고 있다. 이것은, 상기한 바와 같이, 조사 구역(P)의 에지부에 형성되는, 자외광이 오버랩되지 않는 영역의 영향이며, 자외광이 오버랩되지 않는 영역이 본 실시형태에 따른 광 조사 장치(100)쪽이 작기 때문이다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 도광 부재(130)의 각 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)을 경사지게 함으로써, 조사 구역(P)의 에지부에서의 자외광이 오버랩되지 않는 영역을 최소한으로 하고, 이것에 의해 가파르게 상승하는 조사 강도 분포를 얻고 있다. 따라서, 본 실시형태에 따른 광 조사 장치(100)를 반도체의 주변 노광 장치에 적용하면, 회로 패턴 형성 영역과 웨이퍼의 끝 가장자리부의 사이에서 가파르게 상승하는 조사 강도 분포의 자외광을 조사할 수 있어, 소위 그레이존 영역을 작게 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시형태에서, 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)의 경사각도(1.6°)를 더욱 크게 함으로써, 광선 「n1」의 각도 성분을 더욱 작은 것으로 하는(즉, 조사 구역(P)에 대해 보다 수직한 광선에 근접시키는) 것도 가능하다. 그러나, 경사각도를 크게 하면, 개구 조임부(150)에 의해 차광되어 버리는 자외광의 광량이 증가하여, 전체로서의 광량이 감소해 버린다고 하는 문제가 발생한다. 따라서, 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)의 경사각도는 요구되는 광량, 조사 강도 분포의 상승 특성 등을 고려하여, 적당히 설정된다.
이상이 본 실시형태의 설명이지만, 본 발명은 상기의 구성에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 여러 변형이 가능하다.
예를 들면, 본 실시형태에서는, 도광 부재(130)의 각 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)은 중심으로부터 1개 떨어진 위치의 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광과, 중심으로부터 2개 떨어진 위치의 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광을 한번만 반사하는 구성의 것이라고 했지만, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도광 부재(130)의 각 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)을 Z축 방향으로 길게 연장하고, 중심에 위치하는 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광도 각 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)에 의해 반사하는 구성으로 할 수도 있다. 또한 도광 부재(130)의 각 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)은 각 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광을 복수회 반사하는 구성으로 할 수도 있다. 또한, 이 경우, 각 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)의 반사율의 영향에 의해, 자외광이 반사할 때마다 조사 강도가 저하되기 때문에, 반사횟수는 적을수록 바람직하다.
또한 본 실시형태에서는, 정방격자 형상으로 배치한 25개의 LED 유닛(110)을 사용하는 구성으로 했지만, LED 유닛(110)은 반드시 정방격자 형상으로 배치할 필요는 없고, 예를 들면, 삼각격자 형상, 육방격자 형상, 또는 동심원 형상으로 배치할 수도 있다. 또한 LED 유닛(110)의 개수는 적어도 2개 이상 있으면 되고, 조사 구역(P)의 면적 및 형상에 따라 적당히 변경할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는, 제 1 렌즈(122), 제 2 렌즈(124) 및 제 3 렌즈(126)는 평볼록 렌즈인 것으로서 설명했지만, LED 소자(114)로부터 출사된 자외광을 소정의 퍼짐각의 자외광으로 성형할 수 있으면, 제 1 렌즈(122), 제 2 렌즈(124) 및 제 3 렌즈(126)에 다른 형상(예를 들면, 메니스커스 렌즈)의 렌즈를 적용할 수도 있다. 또한 본 실시형태의 렌즈 유닛(120)은 반드시 3매의 렌즈 구성일 필요는 없다.
또한 본 실시형태의 렌즈 유닛(120)은 LED 소자(114)로부터 출사된 자외광을 퍼짐각(9°)의 자외광으로 성형하는 렌즈로 했지만, 퍼짐각은 조사 구역(P)에서 요구되는 조사 강도 분포의 균일도(즉, 자외광의 얼라인먼트 상태), 상승 특성에 따라 적당히 변경할 수 있다. 또한, 렌즈 유닛(120)으로부터 출사되는 자외광의 퍼짐각은 자외광의 이용 효율 및 조사 강도 분포의 상승 특성의 관점에서, 5∼20°인 것이 바람직하다. 퍼짐각이 5°보다도 작아지면, 출사되는 자외광의 이용 효율이 낮아져, 조사 구역(P)에서 원하는 조사 강도가 얻어지지 않게 된다. 또한 퍼짐각이 20°보다도 커지면, 조사 구역(P)의 에지부에서, 자외광이 오버랩되지 않는 영역이 커져, 조사 강도 분포의 상승 특성이 나빠진다. 또한 각 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)의 경사각도는 각 미러면(130a, 130b, 130c, 130d)에 의해 반사되어, 조사 구역(P)에 조사되는 자외광의 각도 성분이 퍼짐각보다도 작아지도록(즉, 대략 평행광이 되도록), 퍼짐각의 1/2보다도 작은 각도로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
또한 본 실시형태의 LED 유닛(110)은 1개의 LED 소자(114)를 구비하는 것으로 했지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니며, LED 유닛(110)은 복수(예를 들면, 4개)의 LED 소자(114)를 구비할 수 있다.
또한 본 실시형태의 LED 소자(114)는 파장 395nm의 자외광을 출사하는 것으로 했지만, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 다른 파장(예를 들면, 파장 365nm, 파장 385nm, 파장 405nm)의 자외광을 출사하는 것이어도 되고, 또한 파장이 상이한 복수 종류의 LED 소자를 조합하여(즉, 복수의 파장을 섞어) 구성해도 된다.
또한, 이번 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라, 특허청구범위에 의해 나타내어지며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
100, 100C 광 조사 장치
110 LED 유닛
112 기판
114 LED 소자
120 렌즈 유닛
122 제 1 렌즈
124 제 2 렌즈
126 제 3 렌즈
130, 130C 도광 부재
130a, 130b, 130c, 130d, 130Ca, 130Cb, 130Cc, 130Cd 미러면
150 개구 조임부

Claims (9)

  1. 조사 대상물 위의 직사각형 형상의 조사 구역에 대하여 광을 조사하는 광 조사 장치로서,
    기판 위에 광축의 방향을 맞추어 이차원 배치되고, 상기 광을 출사하는 복수의 발광 소자,
    상기 각 발광 소자의 광축 위에 각각 배치되어, 이 발광 소자로부터 출사된 광을 미리 정해진 퍼짐각의 광으로 성형하는 렌즈 유닛,
    상기 복수의 발광 소자의 광축을 직사각형 형상으로 둘러싸도록 형성된 미러면을 내면에 갖고, 상기 렌즈 유닛으로부터 출사된 광을 믹싱하여 도광하는 통 형상의 도광 부재, 및
    상기 도광 부재의 광축을 중심으로 하는 직사각형 형상의 개구를 갖고, 상기 도광 부재와 상기 조사 대상물 사이에 배치되는 개구 조임부를 구비하고,
    상기 미러면은, 상기 조사 대상물을 향하여 넓어지도록, 상기 도광 부재의 광축에 대하여, 상기 퍼짐각보다도 작은 미리 정해진 각도로 경사지고,
    상기 렌즈 유닛으로부터 출사된 광의 적어도 일부가 상기 미러면에 의해 반사되고, 상기 개구 조임부의 개구의 끝면부 근방을 통과하고, 상기 조사 구역에 대해 수직으로 입사되는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 유닛으로부터 출사된 광의 적어도 일부가 상기 미러면에 의해 한번만 반사되는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 퍼짐각이 5∼20°의 범위이며, 상기 미리 정해진 각도가 상기 퍼짐각의 1/2보다도 작은 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 도광 부재의 상기 미러면에 의해 형성되는 출사측 개구가 상기 개구 조임부의 개구보다도 큰 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 도광 부재의 상기 미러면에 의해 형성되는 출사측 개구가 상기 개구 조임부의 개구보다도 큰 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광은 자외선 파장 영역의 광인 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 광은 자외선 파장 영역의 광인 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 광은 자외선 파장 영역의 광인 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 광은 자외선 파장 영역의 광인 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
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