KR19990088602A - 광조사장치의셔터기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셔터(shutter)판이 두께가 얇고 경량이며 고속의 개폐가 가능하고, 방전 램프의 강한 조사 강도의 비임(beam)의 개폐에 장시간 사용해도 열변형을 일으키지 않는 광조사 장치의 셔터 기구를 제공하고자 하는 것이다.

부채 모양의 절단부를 형성하여 광 통과부(63)로 하고, 비 절단부판을 차광부(64)로 하는 회전식의 셔터판(61)의 차광부의 광 입사면을 경면(65)으로 함과 동시에, 광 입사면의 뒷면에 적외선 방사막(66)을 형성한다. 또, 광 통과부를 한 쌍의 차광부 사이에 1개만 형성하고, 셔터판의 중심에 대해 광 통과부와 반대측의 셔터판을 셔터판의 무게 중심이 셔터판의 중심과 일치하는 형상으로 하여 셔터판의 중심부의 면적을 크게 한다.

Description

광 조사 장치의 셔터 기구{A shutter mechanism for a light irradiation apparatus}

본 발명은 반도체 장치나 프린터 기판, 액정 기판등의 제조에 사용되는 노광

장치에 내장된 광조사 장치의 방전 램프에서 방사되는 비임을 개폐하는 셔터 기구에 관한 것이다.

반도체 장치나 프린터 기판, 액정 기판등의 제조에 사용되는 노광 장치는, 내장된 광조사 장치의 방전 램프의 광을 피처리물(워크)에 조사하여 노광하지만, 방전 램프는 짧은 주기로 점등과 소등을 반복할 수 없으므로, 방전 램프를 항상 점등해 두고, 셔터 기구에 의해 방전 램프에서 방사되는 비임을 개폐함으로써 소정의 광량으로 노광한다.

도 1에 광 조사 장치의 일예를 나타낸다. 방전 램프(1)에서 조사된 자외선을 포함하는 광은, 집광경(2)에 의해 집광되어 오목 렌즈(3)를 통해 제 1 평면경(4)에 입사한다. 제 1 평면경(4)에서 반사된 광은, 조사 영역에서의 조도 분포를 균일화하기 위해 설치된 인테그레이터(integrator) 렌즈(5)의 입사부 부근에 집광한다. 인테그레이터 렌즈(5)에서 출사한 광은, 인테그레이터 렌즈(5)의 후방에 배치된 셔터 기구(6)가 열리면, 제 2 평면경(7)을 통해 콜리메이터(collimator) 렌즈(8)에서 평행광으로 되어 광 조사면에 놓여진 워크의 조사를 개시하고, 셔터 기구(6)가 닫히면 조사를 종료한다. 또, 셔터 기구(6)는 인테그레이터 렌즈(5)의 전방에 배치되어도 된다.

이 광 조사 장치에서, 워크 표면의 노광량을 균일하게 하기 위해 셔터 개방(조사 개시)으로부터 셔터 폐쇄(조사 종료)까지의 시간에서, 광 조사면의 조사 영역에서의 적산(積算) 광량이 같게 되도록 셔터 기구를 개폐할 필요가 있다. 이 때문에, 종래로부터 도 2에 도시한 회전식의 셔터 기구가 사용되고 있다. 즉, 원반 형상의 알루미늄제 셔터판 소재의 양측이 약 90°의 각도로 부채 모양으로 절단되어 있고, 이 절단부가 광 통과부(63)이다. 그리고, 비절단부인 남은 셔터판(61)이 차광부(64)이다. 즉, 셔터판(61)은 2개의 광 통과부(63)와 2개의 차광부(64)가 교대로 형성된 점대칭형이고, 점대칭형의 중심점인 셔터판(61)의 중심과 무게 중심이 일치하고 있다. 그리고, 셔터판(61)은 그 중심에 배치된 회전축(62)을 중심으로 하여 밸런스 부하 상태에서 원활하게 일정 방향으로 회전한다.

셔터가 닫힐 때는, 비임은 한 쪽의 차광부(64)에서 차광되지만, 셔터판(61)이 회전을 개시하면, 비임이 차광부(64)와 광 통과부(63)의 경계에 접근하여 조사가 시작되는데, 셔터판(61)이 90°회전하면 도 2(A)에 도시한 바와 같이 완전한 셔터 개방 상태가 되어 모든 비임은 광 통과부(63)를 통과한다. 그리고, 이 상태에서 셔터판(61)이 다시 90°회전하면, 도 2(B)에 도시한 바와 같이 셔터가 열리게 되고, 차광부(64)에서 다시 차광된다. 즉, 셔터판(61)이 180°회전함으로써, 셔터 폐쇄→셔터 개방→셔터 폐쇄의 1주기가 종료하고, 그 사이에 워크가 노광된다.

이러한 셔터 기구는, 1 주기에서의 2개의 차광부(64)의 회전 방향이 일정하므로, 조사 개시에서 조사 종료까지의 시간에서 피조사면에서의 적산광량을 일정하게 할 수 있는 이점이 있다.

그러나, 최근은 처리량(through put)향상의 요청에 따라서, 예를 들면 반도체 장치의 제조에서는, 워크에 도포된 레지스트의 고감도화나, 방전 램프의 방사조도를 높여 워크의 노광 시간을 단축하도록 하고 있다. 그리고, 노광 시간을 단축하는 데에는, 셔터 기구는 고속으로 개폐할 필요가 있다. 즉, 셔터판을 고속으로 회전시킴과 동시에 소정 위치에 급속하게 정밀도 좋게 정지 시킬 필요가 있다. 이를 위해, 셔터판을 두께가 얇고 경량화하여 회전 모멘트의 감소를 도모할 필요가 있다.

방전 램프의 방사 조도를 높이면, 셔터 기구가 닫혀 있을 때, 차광부인 셔터판에 방사 강도가 높은 광이 조사되고, 이 광 에너지는 셔터판에 흡수되면 열 에너지로 변환되어 셔터판이 고온이 되지만, 셔터판의 두께를 얇게 하고 경량화하면, 장시간 사용할 때 셔터판이 열변형을 일으킨다.

또, 도 2에 도시한 종래의 셔터판은, 셔터판의 양측을 부채 모양으로 절단하여 광 통과부를 형성하고 있으므로, 회전축 근방의 셔터판은 면적이 작고 강도가 약하므로, 셔터가 닫힐 때, 차광부의 온도가 높아지면 회전축 근방의 셔터판의 온도차가 커지고, 셔터판이 비틀어지도록 변형된다. 그리고, 셔터판이 변형되면, 셔터 기구를 닫아도 광이 조사면측으로 새는 경우가 있어 셔터로서 기능을 하지 못하고, 변형이 심한 경우는 셔터판이 파손하는 경우도 있다.

셔터판의 열변형은, 예를 들면 셔터판에 보강재를 부착함으로써 방지할 수 있다. 또, 방열 핀을 설치하여 열방산능력을 크게 하여 온도 상승을 억제하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 셔터판에 보강재와 방열 핀을 설치하면 중량이 증대하여 회전 모터가 커지고, 셔터판의 고속 회전 및 고정밀도의 급속 정지가 곤란하게 되므로, 보다 대형의 회전 구동 수단 및 제동 수단이 필요하게 된다. 즉, 셔터판의 두께를 얇게 하고, 경량화하는 요청에 반한다.

이와 같이, 종래의 셔터판은 알루미늄제이고 두께가 얇고 경량이었지만, 최근의 방사 조도를 높인 방전 램프로부터의 방사열에 의한 열변형에 견디기 위한 처리는 아무것도 이루어지지 않았다.

따라서, 본 발명은 셔터판이 두께가 얇고 경량이며 고속의 개폐가 가능하고, 방전 램프의 강한 조사 강도의 비임의 개폐에 장시간 사용해도 열변형을 일으키지 않는 광조사 장치의 셔터 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 청구항 1의 발명은 원반 형상의 셔터판 소재에 부채 모양의 절단부를 형성하여 광 통과부로 하고, 비절단부인 셔터판을 차광부로 하여, 셔터판의 중심에 배치된 회전축을 중심으로 밸런스 부하 상태에서 회전하여 광조사 장치의 방전 램프의 비임을 개폐하는 셔터 기구에 있어서, 차광부의 광입사면에 경면 가공을 행함과 동시에, 광 입사면의 뒷면에 적외선 방사막을 형성한다. 그리고, 청구항 4의 발명과 같이, 셔터판의 회전축을 비임의 광축에 대해 얼마간 경사시켜, 차광부에서 반사한 광이 방전 램프 근방에 다시 입사하지 않게 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 청구항 2의 발명은, 원반 모양의 셔터판 소재에 부채 모양의 절단부를 형성하여 광 통과부로 하고, 비절단부인 셔터판을 차광부로 하여, 광 조사 장치의 방전 램프의 비임을 개폐하는 셔터 기구에 있어서, 광 통과부를 한 쌍의 차광부의 사이에 1개만 형성하고, 셔터판의 중심에 대해서 광 통과부와 반대측의 셔터판을 셔터판의 무게 중심이 셔터판의 중심과 일치하는 형상으로 하고, 셔터판을 셔터판의 중심에 배치된 회전축을 중심으로 하여 밸런스 부하 상태에서 요동시킨다.

그리고, 청구항 3의 발명과 같이, 청구항 2의 발명의 셔터판의 차광부의 광 입사면에 경면 가공을 행함과 동시에, 광입사면의 뒷면에 적외선 방사막을 형성하는 것이 바람직하고, 이 경우도 청구항 4의 발명과 같이, 셔터판의 회전축을 비임의 광축에 대해서 얼마간 경사시켜 차광부에서 반사한 광이 방전 램프 근방에 다시 입사하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

도 1은 광 조사 장치의 설명도,

도 2는 셔터판의 종래예의 설명도,

도 3은 청구항 1의 발명의 실시예의 설명도,

도 4는 청구항 2의 발명의 실시예의 평면도,

도 5는 청구항 2의 발명의 실시예의 작동 설명도이다.

〈 부호의 설명 〉

61 : 셔터판 62 : 회전축

63 : 광 통과부 64 : 차광부

65 : 경면 66 : 적외선 방사막

이하에, 도면에 따라 본 발명의 실시의 형태를 구체적으로 설명한다. 청구항 1의 발명의 실시예에 사용하는 셔터판의 형상은, 도2에 도시한 것과 같다. 즉, 두께 2mm, 외경 710mm의 원반 형상의 알루미늄판을 셔터판(61)의 소재로 하고, 이 알루미늄판의 양측이 90°의 각도로 부채 모양으로 절단되고, 이 2개의 대칭형을 한 절단부가 광 통과부(63)이다. 그리고, 비절단부인 남은 알루미늄판이 동일하게 부채 모양을 한 차광부(64)이고, 2개의 차광부(64)도 대칭형을 하고 있다. 이 때문에, 셔터판(61)의 중심부의 면적은 매우 작아진다. 그리고, 셔터판(61)의 무게 중심과 일치한 중심에 회전축(62)이 배치되어, 도시하지 않은 구동 수단 및 제동 수단에 의해, 셔터판(61)은 회전축(62)을 중심으로 하여, 일정 방향으로 밸런스 부하 상태에서 원활하게 회전하여, 소정 위치에서 정지한다.

그리고, 차광부(64)의 광 입사면에 경면 가공, 예를 들면 전해 연마등에 의한 고휘도 연마가 실시되어, 도 3에서 편의상 점선으로 나타낸 경면(65)이 형성되어 있다. 한 편, 차광부(64)의 광 입사면의 뒷면에는, 이것도 편의상 점선으로 나타낸 적외선 방사막(66)이 형성되어 있다. 적외선 방사막(66)은, 셔터판(61)에 축적된 열에너지를 광이 조사되지 않는 면에서 효율 좋게 방사하여 셔터판(61)의 온도 상승을 억제하는 것이고, 대표예로서 흑색의 무전해 니켈 도금을 들 수 있지만, 내열성을 가지는 흑색의 도료등도 된다.

이와 같이, 차광부(64)의 광 입사면에 경면(65)이 형성되어 있으므로, 입사한 광의 대부분은 반사하고, 셔터판(61)에 축적된 열에너지는 매우 작아진다. 그리고, 차광부(64)의 광 입사면의 뒷면에 적외선 방사막(66)이 형성되어 있으므로, 셔터판(61)에 축적된 열 에너지는, 광이 조사되지 않는 면에서 효율 좋게 방사하여 온도 상승이 억제된다.

이 때문에, 회전축(62)이 배치된 셔터판(61)의 중심부의 면적이 작아져 강도적으로 약해도, 이 부분에서 열변형하는 것을 방지할 수 있다. 또, 냉각 핀이나 변형 방지용의 보강재를 설치할 이유가 없으므로, 셔터판(61)의 회전 모멘트가 증대하지 않고, 셔터판(61)의 고속 회전 및 고정밀도의 급속 정지가 가능하여 노광시간의 단축에 대응할 수 있다.

여기에서, 차광부(64)의 광 입사면에 비임이 직각으로 입사하면, 차광부(64)의 경면(65)에서 반사한 광은, 그대로 비임의 광축상으로 되돌아가 집광경에서 반사하여 방전 램프의 전극이나 밸브, 캡(cap)에 집광하기 때문에 방전 램프의 온도가 상승하여 광학적인 특성에 악영향을 미치는 경우가 있다. 이 때문에, 셔터판(61)의 회전축(62)을 비임의 광축에 대해서, 예를 들면 5°정도 경사시켜, 도 3에 도시한 바와 같이, 차광부(64)의 경면(65)에서 반사한 광이 비임의 광축상으로 되돌아가지 않도록 하는 것이 좋다.

이어서, 청구항 2의 발명의 실시 형태를 설명한다. 셔터판(61)의 소재는, 두께 2mm, 외경 710mm의 원반 형상의 알루미늄판이고, 도 4에 도시한 바와 같이, 이 알루미늄판의 한 측면이 90°의 각도에서 부채 모양으로 절단되어, 광 통과부

(63)가 형성되고, 비절단부가 차광부(64a, 64b)이다. 즉, 한 쌍의 차광부(64a, 64b)의 사이에 광 통과부(63)가 1개만 형성되어 있다. 그리고, 도 4에 도시한 셔터판(61)의 상하의 중심선(L)의 중심점(셔터판(61)의 중심)에 회전축(62)이 배치되어 있다.

셔터판을 닫을 때는, 도 5(A)에 도시한 바와 같이, 비임은 한 쪽의 차광부(

64a)에서 차단된다. 그리고, 셔터판(61)이 화살표 방향으로 회동하면, 비임은 그 상측에서 조사하기 시작하고, 셔터판(61)이 90°회동하면, 도 5(B)에 도시한 바와 같이, 완전한 셔터 개방 상태가 되어, 모든 비임은 광 통과부(64)를 통과한다. 그리고, 이 상태에서 셔터판(61)이 다시 90°회동하면, 도 5(C)에 도시한 바와 같이, 셔터판이 닫히게 되어 다른 쪽의 차광부(64b)에서 다시 차광된다. 즉, 셔터판(61)이 180°회동함으로써, 셔터 폐쇄 → 셔터 개방 → 셔터 폐쇄의 1주기가 종료하고, 그 동안에 워크가 노광된다. 그리고, 다음 주기에서는, 셔터판(61)은 역방향으로 회동한다. 즉, 셔터판(61)은 회전축(62)을 중심으로 하여 요동 운동을 한다.

이러한 셔터 기구에 있어서도, 1주기에서의 2개의 차광부(64a, 64b)의 회동 방향이 일정하므로, 조사 개시에서 조사 종료까지의 시간에서, 피조사면에서의 적산 광량을 일정하게 할 수 있다.

여기에서, 셔터판(61)이 밸런스 부하 상태에서 순조로이 요동 운동을 하기 위해, 회전축(62)이 배치된 셔터판(61)의 중심을 셔터판(61)의 무게 중심과 일치시킬 필요가 있다. 이를 위해, 셔터판(61)의 광 통과부(63)와 반대측의 형상을 셔터판(61)의 상하 중심선(L)의 좌우의 면적이 같고, 또한 상하가 대칭형이 되게 한다. 도 4는 그 일예로, 여러 형상이 가능하지만, 어느 것으로 해도 부채 모양으로 절단된 광 통과부(63)가 1개뿐이므로, 회전축(62) 근방의 셔터판(61)의 면적은 도 2에 도시한 종래예보다도 훨씬 크게 할 수 있다.

이 때문에, 셔터판(61)의 온도가 상승해도, 회전축(62) 근방의 셔터판(61)의 면적이 커서 강도가 강하므로, 이 부분의 열변형을 방지할 수 있다. 또, 셔터판(61

)의 중량은 도 2에 도시한 종래예와 완전히 같고, 회전 모멘트가 증대하지 않으므로, 셔터판(61)의 고속 회전 및 고정밀도의 급속 정지가 가능하므로 노광 시간의 단축에 대응할 수 있다.

이어서, 이러한 셔터판(61)에서도, 상술한 바와 같이, 차광부(64a, 64b)의 광 입사면에 경면 가공을 하여 경면을 형성하는 한 편, 차광부(64a, 64b)의 광입사면의 뒷면에는 적외선 방사막을 형성하는 것이 좋다. 이것에 의해, 셔터판(61)의 온도 상승을 효율 좋게 억제할 수 있고, 회전축(62) 근방의 셔터판(61)의 면적이 커서 강도가 강한 것이 서로 어울려, 열변형 방지에 큰 효과를 얻을 수 있다.

또, 이 경우도 셔터판(61)의 회전축(62)을 비임의 광축에 대해 경사시켜, 차광부(64a, 64b)의 경면에서 반사한 광이 비임의 광축상으로 되돌아가지 않도록 하는 것이 좋디.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 방전 램프의 강한 조사 강도의 비임의 개폐에 장시간 사용해도, 셔터판이 열변형을 일으키지 않고, 또 셔터판의 회전 모멘트가 증가하지 않아 고속의 개폐가 가능한 광조사 장치의 셔터 기구로 할 수 있다.

Claims (4)

1. 원반 형상의 셔터판 소재에 부채 모양의 절단부를 형성하여 광 통과부로 하고, 비절단부인 셔터판을 차광부로 하여, 셔터판의 중심에 배치된 회전축을 중심으로 밸런스 부하 상태에서 회전하여 광조사 장치의 방전 램프의 비임을 개폐하는 셔터 기구에 있어서,

   상기 차광부의 광 입사면에 경면 가공을 행함과 동시에, 광 입사면의 뒷면에 적외선 방사막을 형성한 것을 특징을 하는 광조사 장치의 셔터 기구.
2. 원반 모양의 셔터판 소재에 부채 모양의 절단부를 형성하여 광 통과부로 하고, 비절단부인 셔터판을 차광부로 하여, 광조사 장치의 방전 램프의 비임을 개폐하는 셔터 기구에 있어서,

   상기 광 통과부를 한 쌍의 차광부 사이에 1개만 형성하고, 셔터판의 중심에 대해서 광 통과부와 반대측의 셔터판을 셔터판의 무게 중심이 셔터판의 중심과 일치하는 형상으로 하고, 셔터판을 셔터판의 중심에 배치된 회전축을 중심으로 요동시키는 것을 특징으로 하는 광조사 장치의 셔터 기구.
3. 제 2항에 있어서, 상기 차광부의 광 입사면에 경면 가공을 행함과 동시에, 광 입사면의 뒷면에 적외선 방사막을 형성한 것을 특징으로 하는 광 조사 장치의 셔터 기구.
4. 제 1 항 또는 제 3항에서, 상기 셔터판의 회전축이 비임의 광축에 대해 경사하고 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치의 셔터 기구.