KR19990023892A - 광조사장치의 셔터기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셔터판이 점하는 면적이 작고, 대형 셔터구동기구를 필요로 하지 않으며, 셔터판을 효과적으로 냉각할 수 있는 셔터기구에 관한 것으로, 광조사원으로부터 사출된 광이 셔터판(11a)에 의해 차광되고 있다. 셔터를 열기 위해서는, 에어 실린더(16a)에 의해 셔터판(11a)을 상측으로 이동시킨다. 이 때 냉각노즐(14a)도 셔터판(11a)과 함께 이동하고, 셔터판(11a)의 중심부는 냉각용 에어에 의해 항상 냉각된다. 셔터를 닫기 위해서는, 에어 실린더(16b)에 의해 셔터판(11b)을 상측으로 이동시킨다. 이에 따라 광은 셔터판(11b)에 의해 차광된다. 냉각 노즐(14b)은 셔터판(11b)과 함께 이동하고, 셔터판(11b)은 냉각용 에어에 의해 항상 냉각된다. 다음에 셔터를 열 경우에는, 셔터판(11b)을 하측으로 이동시키고, 셔터를 닫으려면 셔터판(11a)을 하측으로 이동시킨다.

Description

광조사장치의 셔터기구

반도체장치, 프린트기판, 액정기판 등의 생산을 위해서는 노광장치가 사용된다. 본 발명은 상기 노광장치 등에 사용되는 광조사장치에 있어서 램프로부터 사출되는 광의 광로를 개폐하는 셔터기구에 관한 것이다.

도 3은 노광장치 등에 사용되는 광조사장치 구성의 일예를 도시한 도면이다.

동 도면에 있어서, 램프(1)로부터 방출되는 자외광을 함유한 광은 집광경(2)에 의해 집광되고, 오목렌즈(3)를 통해 제1평면경(4)에 입사한다. 제1평면경(4)에서 반사된 광은 조사영역에서의 조도분포를 균일화하기 위해 배치된 인티그레이터(integrator) 렌즈(5)의 입사부 부근에 집광된다. 인티그레이터 렌즈(5)로부터 출사된 광은 셔터기구(6), 제2평면경(7)을 통해 콜리미터 렌즈(8)에 입사되고, 콜리미터 렌즈(8)에서 평행광이 되어 광조사면에 조사된다.

상기 광조사장치에 있어서는 조사면에 재치된 피처리물(이하 작업편이라 한다)의 노광량을 일정하게 하기 위해서는 셔터개방(조사개시)에서 셔터폐쇄(조사종료)까지의 기간에 조사면의 적산노광랴이 조사영역에서 같아지도록 셔터기구(6)를 개폐할 필요가 있다.

이 때문에 종래에는 도 4에 도시한 회전식 셔터기구가 사용되었다.

셔터판(61)은 동 도면에 도시한 바와 같이 광통과부와 차광부를 가지며, 도시하지 않은 모터 등의 구동수단에 의해 회전축(62)을 중심으로 일정한 방향으로 회전한다. 그리고, 셔터판(61)이 상기 도면 (a)에 나타낸 위치에 있을 때에는 광이 통과되고, 상기 도면 (b)의 위치에 있을 때에는 광이 차광된다.

도 4에 도시한 셔터기구는 셔터판(61) 차광부의 이동방향이 일정하므로, 조사면에 있어서의 적산노광량을 일정하게 할 수 있다는 특징이 있다(조사영역에 있어서의 방사조도의 분포를 같게 한 경우).

예를들면, 도 5(a), 도 5(b)에 도시한 바와 같이, 1매의 셔터판을 왕복이동시킴으로써 광로를 개폐하는 경우 조사영역내에서의 조도분포가 같다고 해도 조사면에 있어서의 적산노광량은 일정해지지 않는다.

즉, 셔터개방시 상기 도면 (a)에 도시한 바와 같이, 먼저 B부분에 광이 조사되고, 셔터판이 완전히 열릴 때까지 A부분에는 광이 조사되지 않는다. 또, 셔터폐쇄시 상기 도면(b)에 도시한 바와 같이 먼저 A부분이 차광되고, B부분은 셔터판이 완전히 닫힐 때까지 차광되지 않는다. 이 때문에, B부분의 조사시간이 A부분의 조사시간보다 항상 길어진다.

이에 대해 도4에 도시한 회전식 셔터기구의 경우에는, 차광부의 이동방향이 일정하므로, 셔터를 개폐할 때, 도 4에 있어서 조사면의 A부분 노광시간과 B부분 노광시간이 항상 같아져서 조사면에 있어서의 적산노광량은 일정해진다.

최근, 작업편이 되는 반도체 웨이퍼나 액정기판이 대구경화·대형화함에 따라, 대면적의 노광이 가능한 광조사장치가 요구되고 있다.

상기 광조사장치에 있어서는 조사면적이 커지고 조도가 저하되어 노광시간이 길어지는 것을 방지하기 위해, 램프의 발광파워를 올린 대형 램프가 사용되어 광로의 직경도 커진다. 예를들면, 조사면적이 600mm×600mm∼700mm×700mm를 일괄적으로 노광하는 장치의 경우, 셔터부에서의 광로의 직경은 약 ø270mm, 셔터판 차광부의 크기는 300mm×300mm 정도가 필요해진다.

상기 대면적의 노광이 가능한 광조사장치에 상기 도 4에 도시한 회전식 셔터기구를 사용했을 경우, 다음과 같은 문제가 발생한다.

(a) 도 4에 도시한 셔터기구의 경우, 셔터판(61)이 이동하는 면적이 조사광의 광로중 적어도 4배가 필요해지므로 장치가 대형화된다.

(b) 셔터판의 회전모멘트는 반경 2승에 비례하여 커지므로, 셔터판(61)의 차광부/광통과부를 소정 위치에서 정밀하게 정지시키기 위해서는, 회전모멘트에 따른 대형 모터가 필요해지고, 또 회전하는 셔터를 급정지시키는 기구가 필요해진다. 이 때문에, 장치가 대형화함과 동시에 장치의 비용이 상승한다.

(c) 작업편에 대해 조사를 행하지 않을 때, 광로에 셔터판이 삽입(셔터 폐쇄)되지만, 이 때 램프로부터의 광은 셔터판에 조사되어 셔터판이 가열된다. 특히 램프입력이 커짐에 따라 셔터판의 가열량은 커진다.

텨서 폐쇄시 광이 조사되는 중앙부분의 셔터온도는 특별히 높아지는데, 예를들면 램프 입력 8kW, 셔터부의 광로 직경이 약 ø270mm, 셔터판의 차광부 크기가 300mm×300mm인 경우, 중앙부가 200℃ 이상, 주변부가 약 70∼80℃가 되며, 중앙부와 주변부의 온도차가 150℃에 도달하여 셔터판이 변형되는 등의 문제가 발생한다.

이 때문에, 일반적으로는 온도가 가장 높은 중앙부 부근에 대해 냉각노즐로부터 집중적으로 냉각풍을 분사하여 중앙부 부근의 온도를 저하시키는 스폿냉각이라는 방법이 이용된다.

회전식 셔터에 상기 스폿 냉각법을 적용할 경우, 셔터개방시에 냉각노즐이 광로를 차단하지 않도록 냉각노즐을 배치하고, 셔터폐쇄시, 셔터판의 중앙부에 냉각풍이 분사되도록 할 필요가 있으나, 광로직경이 커지면 냉각노즐과 셔터판의 거리도 커지고, 냉각노즐의 장착위치, 냉각풍의 송풍방향에 미묘한 조정이 필요해진다. 이 때문에, 조정에 시간이 걸리고, 제조단계에서의 비용이 상승한다.

또, 램프입력이 커지면 셔터판의 온도상승도 커지지만, 회전식 셔터에 사용되는 종래의 스폿냉각에 있어서는 상기 냉각노즐의 장착위치가 고정되어 있어서 셔터폐쇄시밖에 셔터판을 냉각할 수 없으므로, 효율적인 냉각을 할 수 없었다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 제1목적은 광로 직경이 커지더라도 셔터판이 점하는 면적을 비교적 작게 할 수 있어서 대형 셔터구동기구를 필요로 하지 않으며, 또 셔터판을 개/폐위치에 정밀하게 정지시킬 수 있는 광조사장치의 셔터기구를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2목적은 냉각노즐의 장착에 미묘한 조정을 필요로 하지 않고, 또 셔터를 효과적으로 냉각할 수 있는 광조사장치의 셔터기구를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명 실시예의 셔터기구의 구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명 셔터기구의 동작을 설명하는 도면,

도 3은 광조사장치 구성의 일예를 도시한 도면,

도 4는 종래 사용되고 있는 회전식 셔터를 도시한 도면,

도 5는 1매의 셔터판으로 구성된 셔터기구의 동작을 설명하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 램프 2 : 집광경

3 : 오목렌즈 4 : 제1평면경

5 : 인티그레이터 렌즈 6 : 셔터기구

6a, 6b : 냉각수단 7 : 제2평면경

8 : 콜리미터 렌즈 11a, 11b : 셔터판

12a, 12b : 셔터판 장착부재 13 : 베이스부재

14a, 14b : 냉각 노즐 15a, 15b : 배관

16a, 16b : 에어 실린더 17a, 17b : 피스톤봉

광조사장치의 셔터기구에 있어서는, 상기한 바와 같이 조사면에 있어서의 적산노광량이 일정해지도록 셔터판(차광판)을 개폐할 필요가 있다.

상기 도4에 도시한 회전식 셔터기구의 경우에는 차광부의 이동방향이 일정하므로, 조사면에 있어서의 적산노광량을 일정하게 하는 것이 가능하지만, 회전식이기 때문에 셔터기구가 점하는 면적이 커진다.

한편, 셔터판이 점하는 면적을 작게 하기 위해, 상기 도 5에 도시한 1매의 차광판을 왕복이동시키는 셔터기구를 사용했을 경우, 조사면에 있어서의 적산노광량을 일정하게 할 수는 없다.

그래서, 본 발명에서는 2매의 차광판을 사용해서 셔터기구를 구성하고, 상기 2매의 차광판을 번갈아 왕복이동시킴으로써 광로를 개폐하도록 했다. 이에 따라 셔터판이 점하는 면적을 작게 하고, 또 조사면에 있어서의 적산노광량을 같게 하는 것이 가능해졌다.

도 2는 본 발명에 있어서 셔터기구의 동작을 설명하는 도면이다.

셔터폐쇄시에는 상기 도면 (a)에 도시한 바와 같이, 셔터판(11a)에 의해 광로가 차광되어 있다.

셔터를 열 경우에는 상기 도면 (b)에 도시한 바와 같이 셔터판(11a)이 상측으로 이동하고, 상기 도면 (c)에 도시한 바와 같이 조사면에 광이 조사된다. 이 때, 먼저 조사면의 B부분에 광이 조사되고, 셔터판(11a)이 완전하게 다 열렸을 때 조사면의 A부분에 광이 조사되게 된다.

셔터를 폐쇄할 경우에는 상기 도면 (d)에 도시한 바와 같이, 셔터판(11b)이 상측으로 이동하고, 상기 도면(e)에 도시한 바와 같이 셔터판(11b)에 의해 광로가 차광된다. 이 때, 먼저 조사면의 B부분이 차광되고, 셔터판(11b)이 완전히 광을 차광할 때 조사면의 A부분이 차광되게 된다.

다음에 셔터를 개폐할 때에는 동 도면(e)→(d)→(c)→(b)-(a)의 순서로 동작시킨다.

즉, 도 2와 같이 2매의 셔터판(11a, 11b)을 동작시킴으로써, 셔터 폐쇄→셔터 개방→셔터 폐쇄 기간에 조사면의 A부분과 B부분의 적산노광량은 같아지고, 조사면 전체의 적산 노광량을 같게 할 수 있다. 또, 도2에서는 셔터판(11a, 11b)의 한쪽 동작이 완료되고 나서 다른쪽 셔터판을 동작시키도록 하고 있으나, 셔터개방 시간이 짧은 경우에는 셔터판(11a, 11b)의 동작을 일부 오버랩시켜도 된다.

또, 본 발명에 있어서 상기 셔터판(11a, 11b)의 냉각은 다음과 같이 행해진다. 상기 2매의 셔터판에 도 2(a)에 도시한 바와 같이 냉각수단(6a, 6b)을 장착하고, 상기 냉각수단이 상기 2매의 셔터판(11a, 11b)과 함께 이동하도록 구성한다. 그리고, 냉각수단(6a, 6b)에 의해 셔터판(11a, 11b)을 송풍냉각한다. 이에 따라 냉각노즐을 장착할 때의 미묘한 조정이 불필요해지고, 또 셔터 개방시에도 차광판을 냉각할 수 있어서 효율적인 냉각이 가능해진다.

도 1은 본 발명 실시예의 셔터기구의 구성을 도시한 도면이다.

동 도면에 있어서 11a, 11b는 셔터판이고, 셔터판(11a, 11b)은 각각 셔터판 장착부재(12a, 12b)에 장착되어 있다. 셔터판 장착부재(12a, 12b)는 레일과 볼 베어링 등으로 구성된 이동가이드(도시생략)를 통해 베이스부재(13)에 대해 이동 가능하게 장착되어 있으며, 셔터판(11a, 11b) 및 셔터판 장착부재(12a, 12b)는 동 도면의 화살표L로 도시한 범위내에서 이동가능하다.

셔터판 장착부재(12a, 12b)에는 각각 냉각노즐(14a, 14b)이 장착되고, 냉각노즐(14a, 14b)은 셔터판 장착부재(12a, 12b)와 함께 이동한다.

냉각노즐(14a, 14b)은 동 도면에 도시한 바와 같이 L자형으로 구부러져 있으며, 냉각노즐(14a, 14b)의 냉각용 에어분사구는 셔터판(11a, 11b)의 광조사영역M의 중심부와 대향하고 있으며, 냉각용 에어분사구와 셔터판(11a, 11b)면은 약간 이간되어 있다.

또, 냉각노즐(14a, 14b)에는 테프론 튜브 등의 가요성 배관(15a, 15b)이 접속되고, 배관(15a, 15b)의 타단은 도시하지 않은 냉각용 에어공급원에 접속되고, 냉각용 에어공급원으로부터 약 4.5MPa의 냉각용 에어가 공급되고 있다. 이 때문에, 냉각용 에어가 셔터판(11a, 11b)의 광조사영역M의 중심부에 분사되어 셔터판(11a, 11b)이 냉각된다.

상기 배관(15a, 15b)의 길이는 셔터판(11a, 11b)의 이동거리를 고려하여 여유를 가지게 하며, 셔터판(11a, 11b)이 이동하더라고 이동에 따른 위치의 변화는 배관(15a, 15b)의 밴딩에 의해 흡수된다.

16a, 16b는 에어 실린더이고, 에어실린더(16a, 16b)의 피스톤축(17a, 17b)은 셔터판(11a, 11b)에 장착되어 있으며, 에어실린더(16a, 16b)를 구동함으로써, 셔터판(11a, 11b)은 동 도면의 화살표로 나타낸 바와 같이 이동한다.

다음에 본 실시예의 셔터기구의 동작을 상기 도 2를 참조하면서 설명한다.

도1은 셔터폐쇄 상태를 나타내고 있으며, 도시하지 않은 광조사원으로부터 사출되는 광L은 셔터판(11a)에 의해 차광되고 있다[도2(a)].

또, 배관(15a, 15b)으로부터 냉각용 에어가 냉각노즐(14a, 14b)에 공급되고 있으며, 냉각노즐(14a, 14b)로부터 분사하는 냉각용 에어에 의해 셔터판(11a, 11b)의 광조사영역의 중심부는 냉각되어 있다.

셔터를 열려면 에어실린더(16a)에 구동용 에어를 공급한다. 이에 따라 피스톤봉(17a)에 접속된 셔터판(11a)이 이동가이드를 따라 상측으로 이동한다[도2(b)]. 셔터판(11a)의 정지위치는 에어실린더(16a)의 스트로크 앤드에 의해 결정되며, 셔터판(11a)은 동 도면의 점선으로 나타낸 위치까지 이동하며 정지한다.

이에 따라 셔터는 개방상태가 되고, 광L은 셔터기구를 통과한다[도2(c)].

셔터판(11a)이 이동하면, 냉각노즐(14a)도 셔터판(11a)과 함께 이동하며, 셔터판(11a)의 광조사영역M 중심부는 항상 냉각용 에어에 의해 냉각된다.

계속해서 셔터를 닫으려면, 상기와 같이 에어실린더(16b)에 구동용 에어를 공급하고, 에어실린더(16b)에 의해 셔터판(11b)을 셔터판(11a)이 있던 위치까지 상측으로 이동시킨다[도2(d)].

이에 따라 셔터는 폐쇄상태가 되고, 광L은 셔터판(11b)에 의해 차광된다[도2(e)].

셔터판(11b)이 이동하면, 상기한 바와 같이 냉각노즐(14b)도 셔터판(11b)과 함께 이동하고, 셔터판(11b)의 광조사영역 중심부는 항상 냉각용 에어에 의해 냉각된다.

다음에 셔터를 개폐하려면, 상기 도 2에서 설명한 바와 같이, 상기와 반대의 순서로 셔터판(11a, 11b)을 이동시킨다(도2에 있어서 (e)→(d)→(c)→(b)→(a)의 순서).

본 실시예에서는 상기와 같이 2매의 셔터판(11a, 11b)을 번갈아 이동시키며 셔터를 개폐하고 있으므로, 셔터기구가 점하는 면적을 종래의 회전식 셔터에 비해 감소시킬 수 있으며, 또 상기 도 2에서 설명한 바와 같이 조사면 전체의 적산노광량을 같게 할 수 있다.

또, 냉각노즐(14a, 14b)이 셔터판(11a, 11b)과 함께 이동하여 셔터판(11a, 11b)의 광조사영역M 중심부에 냉각용 에어를 항상 분사하고 있으므로, 셔터판(11a, 11b)을 항상 냉각할 수 있다. 이 때문에, 셔터 개방시에도 셔터판(11a, 11b)을 냉각할 수 있어서 셔터판(11a, 11b)의 온도상승을 억제할 수 있다.

또, 상기 실시예에서는 셔터판(11a, 11b)의 이동방향을 상하방향으로 했으나, 셔터판의 이동방향은 상하, 좌우의 어느 쪽이여도 상관없으며, 장치의 높이방향, 횡방향의 제약조건에 따라 장착방향을 적절히 선정할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 있어서는 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 2매의 셔터판을 번갈이 왕복이동시키도록 했으므로, 셔터판의 이동을 고려해도 셔터판이 점하는 면적이 강로의 약 3배면 되므로, 종래의 회전식 셔터에 비해 소형화를 도모할 수 있다. 또, 셔터판의 이동방향이 직선방향이고, 장치의 제약조건에 따라 이동방향을 상하, 좌우의 어느 방향으로도 선정할 수 있으므로, 광조사장치에 쉽게 배치할 수 있다.

(2) 셔터판이 직선방향으로 이동하므로, 셔터판의 구동수단으로서 에어 실린더 등의 직선구동수단을 이용할 수 있다. 그리고, 셔터판의 정지위치를 에어 실린더의 스트로크 앤드가 되도록 선정해 두면 셔터판을 소정의 정지위치에 정지시킬 수 있다.

(3) 셔터판을 냉각하는 냉각노즐을 셔터판과 함께 이동시키도록 했으므로, 광로를 방해하지 않고 셔터 부근에 냉각노즐의 냉각용 에어분사구를 배치할 수 있다. 이 때문에, 냉각노즐에 미묘한 위치조정·각도조정을 하지 않고, 셔터판의 중앙부를 쉽게 스폿냉각할 수 있다.

(4) 셔터개방시에도 냉각용 에어를 분사할 수 있어서 셔터판을 효과적으로 냉각할 수 있다. 이 때문에, 셔터판에 발생하는 온도 분포를 작게 할 수 있어서 셔터판의 열변형을 적게 할 수 있다.

그 결과, 열에 의한 셔터판의 변형을 막기 위해 셔터판을 튼튼한 구조로 할 필요가 없어지므로 셔터기구의 경량화를 도모할 수 있다.

Claims (2)

1. 쇼트아크형 방전램프와, 상기 방전램프로부터의 광을 투영하는 광학기구와, 상기 광학기구의 내부에 배치되고, 상기 방전램프로부터의 광을 차광하는 셔터기구를 가진 광조사장치의 셔터기구에 있어서, 상기 셔터기구는 왕복이동하는 2매의 차광판으로 이루어지며, 상기 2매의 차광판이 반갈이 광을 차광하는 것을 특징으로 하는 광조사장치의 셔터기구.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 2매의 차광판에 상기 2매의 차광판을 송풍냉각하기 위한 냉각수단이 배설되어 있으며, 상기 냉각수단은 상기 2매의 차광판과 함께 이동하는 것을 특징으로 하는 광조사장치의 셔터기구.