KR102574615B1 - 노광장치의 광학모듈 - Google Patents

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Abstract

노광장치의 광원모듈을 개시한다. 본 발명은 자외선 광원에서 출력된 빛의 효율을 개선하고, 인쇄될 회로 패턴에 따라 적절한 파장의 자외선 제공이 가능하다.

Description

노광장치의 광학모듈{OPTICAL MODULE OF EXPOSURE DEVICE}
본 발명은 노광장치의 광학모듈에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 자외선 광원에서 출력된 빛의 효율을 개선하고, 인쇄될 회로 패턴에 따라 적절한 파장의 자외선을 제공하는 노광장치의 광학모듈에 관한 것이다.
노광 공정은 반도체 웨이퍼의 가공 공정으로서, 반도체 웨이퍼 위에 특정 패턴을 적절한 파장의 빛과 마스크를 이용하여 정확한 위치 및 크기로 전사하는 공정이다.
이러한 공정은 메모리 소자 생산비용의 35%, 공정시간의 60% 이상을 차지하는 핵심공정이라 할 수 있다.
노광 공정에서 사용되는 장비를 노광장치라 하는데, 노광장치는 마스크를 감광막이 도포된 반도체 웨이퍼 위에 위치시키고 마스크 위에 빛을 노광시킴으로써 반도체 웨이퍼 상에 마스크에 그려진 회로가 전사되도록 하는 장치이다.
다양한 종류의 노광장치 중에 광학계 노광장치가 있는데, 광학계 노광장치에는 자외선 영역의 빛을 이용하는 노광장치가 있다.
일반적인 광학계 노광장치는 광원으로서 UV 램프를 사용하고 있다. 이와 같은 UV 램프는 수은과 불활성 가스가 봉입된 것으로, 수은은 친환경인 물질이 아니기 때문에 환경문제를 유발시키며, UV 램프는 노광시 필요한 자외선 영역들 이외에 불필요한 자외선 영역의 광을 방출하는 문제점이 있다.
도1은 종래 기술에 따른 노광장치의 구성도로서, 도1을 참조하면, 노광장치는 UV 광원계(10), 조명계(20), 마스크 정렬계(30), 렌즈계(40) 및 기판 정렬계(50)를 포함할 수 있다.
상기 UV 광원계(10)는 복수의 UV LED 패키지를 포함하며, 노광 공정 시 자외선 광을 방출한다. 예를 들어, 365nm, 405nm 및 436nm 파장의 자외선 광을 방출한다.
상기 조명계(20)는 UV 광원계(10)로부터 방출된 자외선 광을 원하는 파장을 갖도록 필터링하고, 필터링된 광을 마스크 상으로 집광하며, 제1 반사 미러(21), 플라이아이 렌즈(22), 밴드패스필터(23), 제2 반사 미러(24) 및 얼라인먼트 스코프(25)를 포함할 수 있다.
마스크 정렬계(30)는 조명계(20) 아래에 배치되고, 피 노광 기판(P) 위에 인쇄될 소정의 회로패턴을 갖는 마스크를 장착하며, 상기 마스크를 고정 및 이동시킬 수 있다.
렌즈계(40)는 마스크 아래에 배치되고, 상기 마스크를 통과한 자외선 광을 피 노광 기판(P)의 소정의 위치에 일정한 배율로 전사하며, 피 노광 기판(P)은 통상의 반도체 웨이퍼일 수 있고, 피 노광 기판(P) 상에는 포토레지스트가 도포될 수 있다.
기판 정렬계(50)는 렌즈계(40) 아래에 배치되고, 피 노광 기판(P)과 마스크를 이동 및 고정시킨다.
그러나 종래 기술에 따른 노광장치는 회로 패턴에 따라 특정 파장을 갖는 전용화된 노광장치가 사용되어 다른 패턴, 예를 들어 컬러 필터 패턴, 또는 도트 매트릭스 패턴 등 패턴이 변화될 때마다 노광장치를 변경해야만 하는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 공개번호 제10-2012-0047173호(발명의 명칭: 노광장치)
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 자외선 광원에서 출력된 빛의 효율을 개선하고, 인쇄될 회로 패턴에 따라 적절한 파장의 자외선을 제공하는 노광장치의 광학모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예는 노광장치의 광원모듈로서, 임의의 빛을 출력하는 복수의 LED 모듈이 설치된 광원부; 상기 광원부에서 출력되는 빛을 시준하여 출력하는 제1 렌즈; 상기 광원부에서 출력되는 빛을 파장에 따라 반사 및 투과되도록 동작하는 빔 스플리터; 상기 빔 스플리터에서 반사 및 투과된 빛의 밝기가 균일하게 출력되도록 동작하는 플라이아이 렌즈; 및 상기 플라이아이 렌즈에서 출력되는 빛을 임의의 방향으로 집중시켜 출력되도록 동작하는 집광렌즈;를 포함하되, 상기 LED 모듈은 서로 다른 파장 범위의 자외선을 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 광원부는 빛의 출력방향이 서로 대향하여 출력되거나 또는 서로 직교하여 출력되도록 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 LED 모듈은 UV-A, UV-B 및 UV-C 중 상기 UV-C를 포함한 적어도 두 개 이상의 자외선을 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 LED 모듈은 기판상의 일정 영역에 서로 구분하여 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 빔 스플리터는 다이크로익 미러인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 자외선 광원에서 출력된 빛의 효율을 개선하고, 인쇄될 회로 패턴에 따라 적절한 파장의 자외선을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도1은 종래 기술에 따른 노광장치의 구성도.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 노광장치의 광학모듈을 나타낸 예시도.
도3은 도2의 실시 예에 따른 노광장치의 광학모듈의 광원부 구성을 나타낸 예시도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 발명의 기술적 요지와 직접적 관련이 없는 구성에 대해서는 본 발명의 기술적 요지를 흩뜨리지 않는 범위 내에서 생략하였음에 유의하여야 할 것이다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 발명자가 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 적절한 용어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다는 표현은 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, "‥부", "‥기", "‥모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 그 둘의 결합으로 구분될 수 있다.
또한, "적어도 하나의" 라는 용어는 단수 및 복수를 포함하는 용어로 정의되고, 적어도 하나의 라는 용어가 존재하지 않더라도 각 구성요소가 단수 또는 복수로 존재할 수 있고, 단수 또는 복수를 의미할 수 있음은 자명하다 할 것이다.
또한, 각 구성요소가 단수 또는 복수로 구비되는 것은, 실시 예에 따라 변경가능하다 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 노광장치의 광학모듈의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 노광장치의 광학모듈을 나타낸 예시도이고, 도3은 도2의 실시 예에 따른 노광장치의 광학모듈의 광원부 구성을 나타낸 예시도이다.
도2 및 도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 노광장치의 광학모듈(100)은 광원부(110, 110a, 110b)와, 제1 렌즈(120)와, 빔 스플리터(130)와, 플라이아이 렌즈(140)와, 집광렌즈(150)를 포함하여 구성된다.
상기 광원부(110)는 특정 파장의 빛을 출력하는 복수의 LED 모듈(112, 113, 114)이 설치된 구성으로서, 제1 광원부(110a)와, 제2 광원부(110b)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 광원부(110)와, 제1 광원부(110a)와, 제2 광원부(110b)는 빛의 출력방향이 서로 대향하여 출력되거나 또는 서로 직교하여 출력되도록 배치될 수 있다.
즉, 광원부(110)와 제1 광원부(110a)는 빛의 출력방향이 서로 직교하여 출력되도록 이웃하여 배치되고, 상기 광원부(110)와 제2 광원부(110b)는 빛의 출력방향이 서로 대향하여 출력되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 광원부(110)는 기판(111)상에 서로 다른 파장 범위의 빛을 출력하는 제1 LED 모듈(112)과, 제2 LED 모듈(113)과, 제3 LED 모듈(114)이 설치되고, 상기 제1 LED 모듈 내지 제3 LED 모듈(112, 113, 114)은 UV-A, UV-B, UV-C 파장 범위의 자외선을 출력한다.
본 실시 예에서는 설명의 편의를 위해 UV-A, UV-B, UV-C 3개의 자외선을 실시 예로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 상기된 UV-A, UV-B 및 UV-C 중에서 UV-C를 포함한 자외선과, 나머지 UV-A 및 UV-B 중 하나의 자외선을 포함한 두 가지의 자외선을 출력하도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 UV-C를 포함한 자외선과 그 이외의 자외선을 포함하여 구성할 수도 있다.
또한, 상기 제1 LED 모듈(112), 제2 LED 모듈(113), 제3 LED 모듈(114)은 기판(111) 상에 예를 들면, 중앙부분에는 제1 설치 영역(112a)이 배치되고, 상기 제1 설치 영역(112a)의 외측 둘레를 따라 제2 설치 영역(113a)이 배치될 수 있으며, 상기 제2 설치 영역(113a)의 외측 둘레에는 제3 설치 영역(114a)으로 구획되어 서로 구분하여 배치될 수 있다.
즉, 제1 설치 영역(112a)은 예를 들어 UV-C 파장 범위의 자외선을 출력하는 제1 LED 모듈(112)이 설치되고, 제2 설치 영역(113a)은 UV-A 파장 범위의 자외선을 출력하는 제2 LED 모듈(113)이 설치되며, 제3 설치 영역(114a)은 UV-B 파장 범위의 자외선을 출력하는 제3 LED 모듈(114)이 설치될 수 있다.
상기 제1 렌즈(120)는 광원부(110)에서 출력되는 빛을 시준하는 렌즈로서, 상기 광원부(110)의 출력단 전측에 설치될 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈(120)는 광원부(110)에서 ±90° 전방으로 출력되는 빛을 플라이아이 렌즈(140)에 효율적으로 입사시키기 위해 조명영역과 입사각을 조절하여 출력되도록 하고, 하나 이상의 렌즈로 구성될 수 있으며, 발산각은 약 10° ~ 15°를 유지할 수 있도록 한다.
상기 빔 스플리터(130)는 광원부(110, 110a, 110b)에서 출력되는 빛이 파장에 따라 반사 및 투과되도록 하는 구성으로서, 광원부(110), 제1 광원부(110a), 제2 광원부(110b)에서 출력되는 빛의 광축이 만나는 지점에 설치되며, 바람직하게는 다이크로익 미러(Dichroic mirror)로 구성될 수 있다.
상기 다이크로익 미러는 굴절률이 다른 물질의 많은 박층(薄層)으로 이루어지는 반사경으로, 어떤 색의 빛을 반사하고, 다른 색의 빛을 모두 투과시키며, 보통의 색 필터에 비해서 흡수에 의한 손실이 매우 적으며, 선택 반사하는 빛의 파장 범위를 재료의 두께나 구조에 의해 가감할 수 있다.
또한, 상기 다이크로익 미러는 자체의 손실로 인한 광량의 손실이 발생될 수 있지만, 에텐듀(Etendue)의 변화없이 광량을 증가시킬 수 있다.
상기 플라이아이 렌즈(Fly-Eye-Lens:FEL, 140)는 빔 스플리터(130)에서 반사 및 투과된 빛의 밝기가 균일하게 출력되도록 하는 렌즈로서, 여러 개의 작은 셀 렌즈를 격자형상과 같이 2차원 배열한 렌즈로 이루어질 수 있고, 복수의 플라이 아이 렌즈로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 플라이 아이 렌즈(140)는 일측으로 곡면이 형성되고, 타측으로는 평면 또는 곡면이 형성되며, 복수의 플라이아이 렌즈로 구성된 경우, 각 렌즈는 일정 간격을 두고 형성될 수 있고, 제1 플라이 아이 렌즈의 초점거리 위치에 제 2 플라이 아이 렌즈가 위치되도록 배치할 수 있다.
즉 상기 플라이 아이 렌즈(140)에서 입사각은 tanθ = p/f (여기서 p는 셀 렌즈의 크기이고, f는 셀 렌즈의 초점거리)로서, 큰 각도로 입사하는 광선은 다른 셀 렌즈로 지나가서 사용할 수 없게 되므로 셀 렌즈의 초점거리(f)와 셀 렌즈 사이의 거리(d)를 일치시켜 설치함으로써, 제2 플라이 아이 렌즈가 초점거리를 변화시키지 않고 조명의 효율을 증가시킬 수 있으며, 사각에서 입사되는 광선이 조절되도록 한다.
또한, 상기 플라이아이 렌즈(140)의 크기와 조명 영역의 크기 비율은 상기 플라이 아이 렌즈의 개별 셀 렌즈의 초점 거리(f)와 집광렌즈(150)의 초점거리(F)의 비율로 산출할 수 있는데, 셀 렌즈의 크기(p) : 조명 영역의 크기 = 셀 렌즈의 초점거리(f) : 집광렌즈의 초점거리(F)에 따라 결정할 수 있다.
상기 집광 렌즈(150)는 플라이아이 렌즈(140)에서 출력되는 빛을 임의의 방향으로 집중시켜 출력되도록 동작한다.
따라서, 자외선 광원에서 출력된 빛의 효율을 개선하고, 인쇄될 회로 패턴에 따라 적절한 파장의 자외선을 선택적으로 조사함으로써, 컬러 필터 패턴, 또는 도트 매트릭스 패턴 등 패턴이 변화될 때마다 노광장치를 변경하지 않고 노광과정을 수행할 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 도면번호는 설명의 명료성과 편의를 위해 기재한 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다.
또한, 첨부하는 도면을 참조하여 설명된 상기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 국한되지 아니한다.
100 : 노광장치
110 : 광원부
110a : 제1 광원부
110b : 제2 광원부
111 : 기판부
112 : 제1 LED 모듈
112a : 제1 설치 영역
113 : 제2 LED 모듈
113a : 제2 설치 영역
114 : 제3 LED 모듈
114a : 제3 설치 영역
120 : 제1 렌즈
130 : 빔 스플리터
140 : 플라이아이 렌즈
150 : 집광렌즈

Claims (5)

  1. 임의의 빛을 출력하는 복수의 LED 모듈(112, 113, 114)이 설치된 광원부(110, 110a, 110b);
    상기 광원부(110)에서 출력되는 빛을 시준하여 출력하는 제1 렌즈(120);
    상기 광원부(110)에서 출력되는 빛을 파장에 따라 반사 및 투과되도록 동작하는 빔 스플리터(130);
    상기 빔 스플리터(130)에서 반사 및 투과된 빛의 밝기가 균일하게 출력되도록 동작하는 플라이아이 렌즈(140); 및
    상기 플라이아이 렌즈(140)에서 출력되는 빛을 임의의 방향으로 집중시켜 출력되도록 동작하는 집광렌즈(150);를 포함하되,
    상기 LED 모듈(112, 113, 114)은 기판상의 일정 영역에 서로 구분하여 배치되고, 컬러 필터 패턴 또는 도트 매트릭스 패턴을 포함한 인쇄될 회로 패턴에 따라 서로 다른 파장 범위의 UV-A, UV-B 및 UV-C 중 적어도 두개 이상의 자외선을 선택적으로 조사하며,
    상기 LED 모듈(112, 113, 114)은 기판(111) 상의 제1 설치 영역(112a)에 UV-C 파장 범위의 자외선을 출력하는 제1 LED 모듈(112)이 배치되고, 상기 제1 설치 영역(112a)의 외측 둘레를 따라 제2 설치 영역(113a)에 UV-A 파장 범위의 자외선을 출력하는 제2 LED 모듈(113)이 배치될 수 있으며, 상기 제2 설치 영역(113a)의 외측 둘레를 따라 제3 설치 영역(114a)에 UV-B 파장 범위의 자외선을 출력하는 제3 LED 모듈(114)이 서로 구분하여 배치된 것을 특징으로 하는 노광장치의 광원모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부(110, 110a, 110b)는 빛의 출력방향이 서로 대향하여 출력되거나 또는 서로 직교하여 출력되도록 배치된 것을 특징으로 하는 노광장치의 광원모듈.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 스플리터(130)는 다이크로익 미러인 것을 특징으로 하는 노광장치의 광원모듈.
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