KR20100115702A - 인터그레이터 및 광 조사 장치 - Google Patents

Abstract

광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군을 가지고, 이들 렌즈군을 연결하는 하우징으로 이루어지는 인터그레이터에 있어서, 광 입사측 렌즈군을 구성하는 렌즈의 경계면으로부터의 확산광이 하우징의 외부로 새지않고, 또한, 상기 하우징 등의 온도 상승을 초래하지 않도록 한 구조를 제안하는 것으로서, 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군과, 이들을 연결하는 통형상 하우징에 의해 둘러싸이는 내부 공간에 에어 등의 냉각 매체를 도입하도록 한 것을 특징으로 한다. 나아가, 상기 통형상 하우징의 냉각 매체 출구에 차광 부재를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

인터그레이터 및 광 조사 장치{INTEGRATOR AND LIGHT IRRADIATION APPARATUS}

본 발명은, 광 조사 장치에 있어서의 광 조사 영역에서의 조도 분포를 균일하게 하는 인터그레이터에 관한 것으로, 특히, 광 입사측과 광 출사측에 렌즈군을 구비하여 이루어지는 인터그레이터에 관한 것이다. 또한, 이 인터그레이터를 이용한 광 조사 장치에 관한 것으로, 특히, 노광 장치 등의 광원 장치로서 이용되는 광 조사 장치에 관한 것이다.

종래, 노광 장치 등의 광원 장치로서 이용되는 광 조사 장치에 있어서는, 광 조사면에서의 조도 분포를 균일하게 하기 위한 인터그레이터가 이용되고 있고, 이 인터그레이터로서는, 일본국 특허공개 소 56－81813호 공보에 나타나는 바와같이, 이른바 로드 렌즈로 이루어지는 인터그레이터나, 한쌍의 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군으로 이루어지는 인터그레이터가 알려져 있다.

도 4에, 종래의 노광 장치 등의 광원 장치로서 이용되는 광 조사 장치의 구성예를 나타낸다.

도면에 있어서, 램프(1)로부터 출사된 광은, 집광경(2)에 의해 집광되고, 제1의 반사경(3)에 의해 광로가 꺾여져, 셔터(9)를 통해, 인터그레이터(4)에 입사한다.

상기 인터그레이터(4)는, 여기에 입사된 광의 조도 분포를 피조사면에 있어서 균일하게 하는 기능을 가진다.

그리고, 상기 인터그레이터(4)로부터 출사한 광은, 제2의 반사경(5)에 의해 반사되고, 콜리메이터(6)에 입사한다. 상기 콜리메이터(6)로부터 출사하는 광은 평행광으로 되어, 피조사면(8)에 조사된다. 또한, 도 4에 있어서 콜리메이터(6)는 렌즈로 구성된 것이 나타나 있는데, 미러를 사용하는 것이어도 된다.

도 4의 경우, 피조사면(8)에는 마스크(M)가 놓여지고, 마스크(M)에 형성된 마스크 패턴(도시하지 않음)이, 투영 렌즈(7)를 통해, 레지스트 등의 감광재를 도포한 기판(W) 상에 투영되어 노광된다. 또한, 투영 렌즈(7)를 이용하지 않고, 마스크(M)와 기판(W)을 밀착 또는 근접시켜, 마스크 패턴을 기판(W) 상에 노광하는 장치에 대해서도, 동일한 구성의 광 조사 장치가 사용된다.

또한, 피조사면(8)에, 마스크(M)가 아니라 피처리물을 배치하고, 광을 조사하여, 광화학 반응에 의해 피처리물의 표면 개질 등을 행하는 경우도 있다. 그러한 예로서, 액정 표시 소자용 광 배향막의 광 배향 처리가 있다.

이하, 기판이나 배향막 등 광 조사 장치로부터의 광을 조사하여 각종 처리를 행하는 대상물을 워크라고 부른다.

상기 구성에 있어서, 인터그레이터(4)는, 입사하는 광의 조도 분포가 불균일하고, 각 렌즈에 입사하는 광의 강도가 달라도, 그 출사광이 동일 조사면을 겹쳐 조사하는 것이므로, 피조사면에 있어서 균일한 조도 분포로 된다는 기능을 가진다. 이러한 인터그레이터(4)를 이용함으로써, 일반적으로는, 피조사면의 조도 분포를 ±5% 정도로 할 수 있다.

상기 인터그레이터는 상기한 것처럼, 로드 렌즈로 이루어지는 것과, 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군을 1쌍으로 한 것이 있는데, 본 발명은, 이 중, 후자, 즉 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군을 1쌍으로 한 인터그레이터(이하, 2매쌍 인터그레이터라고 한다)에 관한 것이다.

상기 2매쌍 인터그레이터의 광 입사측 렌즈군 및 광 출사측 렌즈군은, 각각 몇십매∼100매 정도의 렌즈를 가로세로 방향으로 병렬 배치한 것이다. 이 가로세로 방향으로 배치한 각 렌즈가 입사광을 분할하고, 분할된 광이 조사면에서 서로 겹쳐짐으로써, 조도 분포를 균일하게 한다.

최근, 프린트 기판이나 액정 기판의 기판(워크)의 대형화에 따라, 넓은 면적을 높은 조도로 노광하는 것이 요청되고 있다. 이 넓은 면적을 노광하기 위해서는, 광원이 커지고, 인터그레이터에 입사하는 광망도 커져 그 결과, 인터그레이터도 큰 사이즈인 것이 필요하게 된다.

대형 인터그레이터의 경우, 로드 렌즈를 사용하면, 대형의 굵고 긴 로드 렌즈가 필요하게 되어 제작비가 높아진다. 이 때문에, 입사측의 렌즈군과 출사측의 렌즈군을 1쌍으로 한 2매쌍 인터그레이터를 사용하는 경우가 많아지고 있다.

또한, 액정 기판이나 프린트 기판 등의 직사각형상의 워크를 노광하는 경우, 광 조사 장치로부터 조사되는 광의 형상을, 워크의 형상에 맞추어 직사각형상으로 할 필요가 있는데, 인터그레이터(4)를 구성하는 개개의 렌즈의, 광축에 대해서 수직 방향의 단면 형상을 직사각형상으로 하면, 조사 영역의 형상이 직사각형상으로 된다.

도 5에, 상기한 2매쌍 인터그레이터의 구조의 일예를 나타내고, 상기 인터그레이터(4)는 광 입사측 렌즈군(10)과 광 출사측 렌즈군(11)으로 이루어진다. 또한, 동 도면은, 각 렌즈의 형상이 사각인 경우의 예이다.

상기 구성에 있어서, 인터그레이터(4)의 광 입사측 렌즈군(10)에, 광원으로부터의 광이 입사되면, 렌즈군의 각 렌즈(10a)의 부분에 입사된 광은, 광 출사측 렌즈군(11)의 대응하는 렌즈(11a)를 향해 나아간다. 그러나, 인접하는 렌즈(10a, 10a)의 경계면(10b)에 입사된 광(12)은 제어할 수 없어 산란된다.

이 산란하는 광 중에는, 도 5에 도시하는 바와같이, 광 입사측 렌즈군(10)과 광 출사측 렌즈군(11)의 사이에서, 인터그레이터(4) 외부로 나가는 성분(12a)이 생긴다. 이 인터그레이터(4)로부터 외부로 나간 광(12a)은, 미광(迷光)으로서 광 조사 장치 내의 반사경이나 콜리메이터에 입사하여 피조사면에 조사되어, 노광 정밀도를 저하시킨다는 문제가 있다.

이를 막기 위해서는, 광 입사측 렌즈군(10)과 광 출사측 렌즈군(11)의 사이에 칸막이를 설치하면 된다. 그러나, 단지 칸막이를 설치하면, 렌즈의 경계면에 입사하여 산란된 광이 칸막이의 내벽 등에 조사되어, 칸막이 등의 온도가 상승된다는 문제가 있다.

또한, 광 입사측 렌즈군이나 광 출사측 렌즈군도, 통과하는 광을, 미소하지만 흡수하여 온도가 상승한다. 이 때문에, 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군의 사이를 둘러싸면, 렌즈가 식기 어려워져, 렌즈의 온도가 상승되기 쉬워진다는 문제도 있다.

상기와 같이, 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군의 사이를 둘러싸면, 인터그레이터 전체의 온도가 상승하고, 렌즈를 유지하는 금속제의 홀더가 열팽창한다. 렌즈군을 유지하는 홀더가 열팽창하면, 예를 들면, 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군의 위치 어긋남(얼라이먼트 어긋남)이 생기고, 인터그레이터의 광학 특성이 변화하여, 노광 정밀도의 저하를 일으키는 사태에 이르는 경우도 있다.

<특허문헌1>일본국특허공개소56－81813호공보

본 발명은, 상기 종래 기술에 의거하는 인터그레이터의 문제점을 감안하여, 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군으로 이루어지는 2매쌍 인터그레이터에 있어서, 상기 인터그레이터로부터 미광이 발생하는 것을 방지하고, 인터그레이터의 칸막이나 렌즈 홀더, 나아가 렌즈 자체의 온도 상승이 없도록 한 인터그레이터를 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 인터그레이터는, 광 입사측 렌즈군과, 광 출사측 렌즈군과, 이들 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군을 연결하는 통형상 하우징을 구비하여 이루어지는 인터그레이터에 있어서,

상기 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군과 통형상 하우징에 의해 둘러싸이는 공간에 냉각 매체가 도입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통형상 하우징에 냉각 매체의 출구가 형성되고, 상기 출구에는 차광 부재를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

나아가, 광원과, 상기 광원으로부터의 광이 입사되고 광 조사면에서의 조도 분포를 균일하게 하는 인터그레이터를 구비한 광 조사 장치에 있어서, 상기 인터그레이터로서, 상기 구성을 가지는 인터그레이터를 이용한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 인터그레이터에 의하면, 2매쌍 인터그레이터의 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군을 통형상 하우징에 의해 연결해 둘러싸고, 이들에 의해 둘러싸인 내부 공간에 냉각 매체를 도입하도록 했으므로, 광 입사측 렌즈군의 인접하는 렌즈간의 경계면에 입사하여 산란한 광에 의한 통형상 하우징이나 렌즈 홀더, 나아가 렌즈 자체 등의 온도 상승을 초래하지 않고, 상기 산란광이 인터그레이터 외부로 미광이 되어 나가는 것을 방지할 수 있다는 효과를 가지는 것이다.

또한, 통형상 하우징에 형성된 냉각 매체의 출구에는, 차광 부재가 설치되어 있으므로, 상기 산란광이, 상기 냉각 매체 출구를 거쳐 인터그레이터의 외부로 나가는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 인터그레이터의 단면 설명도
도 2는 도 1의 부분 확대 설명도
도 3은 본 발명의 인터그레이터의 사시도
도 4는 종래 기술의 설명도
도 5는 종래 기술 부분의 단면도이다.

도 1은 본 발명의 인터그레이터를 나타내는 단면 설명도로서, 광 입사측 렌즈군(10)과 광 출사측 렌즈군(11)은 통형상 하우징(13)에 의해 연결되고, 이들에 의해 내부 공간(14)이 형성되어 있다.

도 2에, 상기한 2매쌍 인터그레이터의, 광 입사측의 렌즈군(10)(또는 광 출사측의 렌즈군(11))의 구조의 일예를 나타낸다. 또한, 동 도면은, 각 렌즈의 형상이 사각인 경우의 예이다.

렌즈군(10)은, 복수매(이 예에서는 합계 25매)의 렌즈(10a, 10a)가 상호 저융점 유리에 의해 융착하여 일체화되어 있다. 그리고, 그 주변에는 유리제의 유지편(16)이 융착되어 있다.

융착되어 일체화된 렌즈군(10)의 주변의 유지편(16)은, 금속성의 렌즈 홀더(17)에 형성된 홈(18)에 끼워져 삽입된다.

이와 같이 하여 렌즈 홀더(17)에 유지된 렌즈군(10)은, 광 조사 장치의 프레임(도시하지 않음)에 부착된다.

도 3(a)는, 인터그레이터(4)의 전체 사시도이고, 도 3(b)는 그 전면 커버를 제거한 사시도이다.

도 3(a)에 나타내는 바와같이, 인터그레이터(4)의 통형상 하우징(13)의 전면 커버(19)에는, 광 입사창(20)이 형성되어 있다. 그리고, 도 3(a) 및 전면 커버(19)를 제거한 도 3(b)에 나타내는 바와같이, 상기 전면 커버(19)에는, 렌즈군(10)을 피한 위치에 에어 등의 냉각 매체 배관(21)이 부착되어 있다.

도 1에 나타내는 바와같이, 이 냉각 매체 배관(21)의 선단 노즐(22)은 내부 공간(14) 내에 개구되어 있고, 냉각 매체를 내부 공간에 도입하고 있다.

도입되는 냉각 매체(에어)의 양은, 인터그레이터 전체의 크기나, 인터그레이터에 입사하는 광의 양과 상승하는 온도에 의거하여 적절히 설정하는데, 실제로는 100L/분∼200L/분 정도이다.

그리고, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와같이, 통형상 하우징(13)의 상면 커버(24) 및 필요에 따라 측면 커버(27)에는 냉각 매체 출구(26, 27)가 형성되어 있고, 각각 루버 등의 차광 부재(28, 29)가 부착되어 있어, 광이 외부로 새지 않도록 하고 있다.

상기 구성에 있어서, 도 1에 나타내는 바와같이, 입사측 렌즈군(10)의 렌즈 경계면(10b)에 입사한 광은 확산광이 되어 내부 공간(14)에서 확산하지만, 출사측 렌즈군(11)에 입사하지 않은 광은, 통형상 하우징(13)이나 렌즈 홀더(17)에 의해, 하우징(13)의 외부로 나가지 않는다.

또한, 광 입사측 렌즈군(10)에 의해 확산된 광 중의 일부가, 광 출사측 렌즈군(11)의 렌즈 경계면에 입사하면, 동일하게 확산되어 외부로 나가는데, 그 양은, 광 입사측 렌즈군(10)의 확산광 중 일부의, 또한 그 확산광으로서, 지극히 미량이며, 실제상 특별한 문제가 되는 것은 아니다.

그리고, 통형상 하우징(13)의 내부 공간(14)은 노즐(22)로부터 도입되는 냉각 매체에 의해 냉각되고, 하우징(13), 렌즈 홀더(17), 나아가 렌즈군(10, 11) 자체의 온도 상승이 방지된다. 그러므로, 인터그레이터(4)의 광학 특성에 열적 영향을 미치지 않는다.

또한, 냉각 매체 출구(26, 27)에는, 루버 등의 차광 부재(28, 29)가 설치되어 있으므로, 상기 냉각 매체 출구(26, 27)로부터의 광이 외부로 새지 않는다.

이상 설명한 것처럼, 본 발명에 관한 인터그레이터는, 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군을 통형상 하우징으로 연결하고, 그 통형상 하우징의 내부 공간에 냉각 매체를 공급하도록 했으므로, 입사측 렌즈군에서의 확산광이 외부로 새지않고, 또한, 통형상 하우징이나 렌즈 홀더, 나아가 렌즈 자체를 효과적으로 냉각할 수 있어, 이들 온도 상승을 방지할 수 있다.

4 : 인터그레이터 10 : 광 입사측 렌즈군
10a : 각 렌즈 10b : 렌즈 경계면
11 : 광 출사측 렌즈군 13 : 통형상 하우징
14 : 내부 공간 17 : 렌즈 홀더
21 : 에어(냉각 매체) 배관 22 : 에어(냉각 매체) 노즐
26, 27 : 에어(냉각 매체) 출구 28, 29 : 차광 부재

Claims (3)

1. 광 입사측 렌즈군과, 광 출사측 렌즈군과, 이들 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군을 연결하는 통형상 하우징을 구비하여 이루어지는 인터그레이터에 있어서, 상기 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군과 통형상 하우징에 의해 둘러싸이는 공간에 냉각 매체가 도입되는 것을 특징으로 하는 인터그레이터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 통형상 하우징에 냉각 매체의 출구가 형성되고, 상기 출구에는 차광 부재를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인터그레이터.
3. 광원과, 상기 광원으로부터의 광이 입사되어 광 조사면에서의 조도 분포를 균일하게 하는 인터그레이터를 구비한 광 조사 장치에 있어서, 상기 인터그레이터로서, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 인터그레이터를 이용한 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.

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