KR20130078004A - 유브이 엘이디를 이용한 스캔타입 노광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 UV LED를 이용한 스캔타입 노광 장치는 UV LED(Ultra-Violet Light Emitting Diode) 광원과 광학계로 구성되어 스캔 빔(Scan Beam)을 출력하는 스캔 모듈(Scan Module)과 상기 스캔 모듈로부터 스캔 빔을 받아 노광이 이루어지는 기판을 지지하는 스테이지(Stage)와 상기 스테이지에 기판을 고정하여 올려놓기 위한 기판 척(Chuck) 및 상기 기판 위에 마스크(Mask)를 올려놓기 위한 마스크 척;으로 이루어진다.

Description

유브이 엘이디를 이용한 스캔타입 노광 장치 {SCAN TYPE EXPOSURE SYSTEM USING UV LED}
본 발명은 UV LED를 이용한 스캔타입 노광 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 UV LED 광원 및 광학계로 구성되는 스캔 모듈을 이용하여 스테이지 상단을 스캔함으로써 노광 공정에 필요한 동작을 수행하는 UV LED를 이용한 스캔타입 노광 장치에 관한 것이다.
노광 장치는 광원으로부터 발산되는 빛(자외선)을 원하는 패턴이 형성된 마스크를 통하여 빛에 반응하는 물질인 감광액(Photo-resist)이 코팅된 피노광체에 조사하여 피노광체에 원하는 패턴을 전사시키는 장치로, LCD(Lliquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), PCB(Printed Circuit Board), OLED(Organic Light Emitting Diode) 등의 제조분야에 주로 사용하고 있다.
일반적인 노광 장치는, 고정 설치된 광원으로부터 발산되는 빛(자외선)을, 상부 노광 스테이지 상에 올려지는 피노광체의 전면에 일괄적으로 조사시키는 구조로 이루어지는데, 빛(자외선)이 피노광체의 전면에 균일하게 조사될 수 있도록 광원과 피노광체 사이에 렌즈와 미러(Mirror)들을 복잡하게 셋팅하여 이루어져 있다.
광원으로부터 발산되는 빛(자외선)이 렌즈와 미러를 거치는데 필요한 공간이 확보되어야 하기 때문에 노광 장치의 부피도 커질 수밖에 없으며, 그에 따라 노광 작업실의 공간도 클 수밖에 없었는데, 중대형 노광 장치의 경우에는 노광 작업실이 대형버스 정도의 공간을 차지하게 되는 문제점을 가진다. 이는 노광 장치에 대한 제작, 설치, 운영 비용 및 노광 작업실에 대한 설치, 운영 비용을 증가시키는 원인이 된다.
도 1은 종래의 대면적용 노광 장치로 UV (365nm) 빔을 발생하는 UV Lamp와, UV 빔으로부터 365nm 파장에서 벗어나는 성분의 파장을 걸러내는 Cold Mirror와, Cold Mirror에서 반사된 빔을 균질화하는 Integrator(또는 Homogenizer) 광학계와, Integrator를 지나서 균질화된 빔을 노광하고자 하는 기판쪽으로 반사시키고 빔을 평행광으로 노광면에 입사하도록 하는 Folding Mirror로 구성된다.
이러한 대면적 노광 시스템 구성에서는 광원으로부터 노광면까지의 빔의 거리가 길어지고, Folding Mirror의 크기가 그 노광하고자 하는 기판의 면적과 같거나 더 큰 크기를 가지게 되어 시스템을 구성하는 광학 시스템의 크기에 따르는 기술적 난이도에 의해 노광 기판의 크기에 제한이 있게 되고 또한 고비용으로 장비 운영도 어려운 실정이다.
또한 UV Lamp는 일반적으로 고압 수은등을 사용하게 되는데, 수명이 약 1,000시간 정도이고 Lamp On/Off시 대기 시간이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 UV LED 광원 및 광학계로 구성되는 스캔 모듈을 이용하여 스테이지 상단을 스캔 함으로써 노광 기판의 크기에 제한이 없으면서 노광기 크기를 간소화 하고, UV LED 광원의 수은등 대비 균일한 빔과 반영구적인 수명(약 4만 시간, On/Off에 따른 대기시간 없음)으로 저비용 고수율의 대면적 노광 시스템을 구현하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 UV LED를 이용한 스캔타입 노광 장치는, UV LED(Ultra-Violet Light Emitting Diode) 광원과 광학계로 구성되어 스캔 빔(Scan Beam)을 출력하는 스캔 모듈(Scan Module)과; 상기 스캔 모듈로부터 스캔 빔을 받아 노광이 이루어지는 기판을 지지하는 스테이지(Stage)와; 상기 스테이지에 기판을 고정하여 올려놓기 위한 기판 척(Chuck); 및 상기 기판 위에 마스크(Mask)를 올려놓기 위한 마스크 척;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 스캔 모듈을 구성하는 광학계는 리플렉터(Reflector)(또는 mirror), 렌즈(Lens), Expander, Beam Shaper 중 한가지 이상으로 구성하여 UV LED 광원에서 출력되는 UV LED 빔을 평행하게 만드는 것을 특징으로 한다.
상기 스캔 모듈은 다수의 UV LED 광원과; 상기 UV LED 광원으로부터 출력되는 UV LED 빔을 반사시키는 리플렉터(Reflector)와; 상기 리플렉터로부터 반사되어 도달한 빔과 리플렉터에 반사되지 않은 UV LED 빔을 평행하게 만드는 다수의 프레즈넬 렌즈; 및 상기 프레즈넬 렌즈를 통과한 빔의 균일도 향상을 위한 확산 렌즈;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 스캔 모듈 또는 스테이지 중 어느 하나를 고정 구성하고, 나머지 하나가 모터구동으로 스캔 동작을 하여 노광이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 스캔 모듈과 스테이지가 동시에 모터구동으로 스캔 동작을 하여 노광이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 UV LED를 이용한 스캔타입 노광 장치는, UV LED 광원 및 광학계로 구성되는 스캔 모듈을 이용하여 스테이지 상단을 스캔 함으로써 노광 기판의 크기에 제한이 없으면서 노광기 크기를 간소화 하고, UV LED 광원의 수은등 대비 균일한 빔과 반영구적인 수명(약 4만 시간, On/Off에 따른 대기시간 없음)으로 저비용 고수율의 대면적 노광 시스템을 구현하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 대면적 노광기를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 UV LED를 이용한 스캔타입 노광기를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 일부분인 스캔 모듈의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 스캔 모듈의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 UV LED를 이용한 스캔타입 노광 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 UV LED를 이용한 스캔타입 노광기를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, UV LED를 이용한 스캔타입 노광 장치는 스캔 모듈(100), 스테이지(200) 및 기판 척(210), 마스크 척(220)으로 이루어진다.
상기 스캔 모듈(100)은 UV LED(Ultra-Violet Light Emitting Diode, 110) 광원과 광학계(120)로 구성되어 스캔 빔(Scan Beam, 130)을 출력한다.
상기 스테이지(Stage, 200)는 스캔 모듈(100)로부터 출력된 스캔 빔(130)을 받아 노광이 이루어지는 기판(211)을 지지한다.
상기 기판 척(210)은 스테이지(200) 상부에 구성되며, 기판(211)을 고정한다.
상기 마스크 척(220)은 기판 척(210) 상부에 구성되며, 마스크(221)를 고정한다.
본 발명의 UV LED를 이용한 스캔타입 노광 장치의 구동은, 스캔 모듈(100) 또는 스테이지(200) 중 어느 하나의 모터구동으로 스캔 동작을 하여 노광이 이루어지거나,
스캔 모듈(100)과 스테이지(200)가 동시에 모터구동으로 스캔 동작을 하여 노광이 이루어진다.
도 3은 도 2의 일부분인 스캔 모듈의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 스캔 모듈(100)은 UV LED(110) 광원과 광학계(120)로 구성된다.
상기 UV LED(110)에서 출력된 UV 빔(Beam)이 UV LED 하부에 설치된 광학계(120)를 통과함으로써 집중된 평행 빔(Focused Parallel Beam)의 형태가 된 스캔 빔을 출력하여 피노광체에 균일하게 노광 시킬 수 있다.
여기에서 광학계(120)는 UV LED 광원으로부터의 UV 빔(Beam)을 받아 평행하게 만들기 위한 광학 시스템으로, 리플렉터(Reflector, 140)(또는 Mirror), 렌즈(Lens), Expander, Beam Shaper와 같은 광학 기구를 적어도 한가지 이상으로 구성하거나, 또는 UV 빔을 받아 평행하게 만들 수 있는 구성이면 어떤 광학계(120) 구성도 무방하다.
상기 스캔 모듈(100)은 UV LED(110) 광원과 광학계(120)로 구성되는 유니트(Unit)를 단위로 하여 한 개 유니트 또는 한 개 이상의 N개 유니트로 구성할 수 있다. 유니트 단위로 구성하는 일실시예는 기존의 UV 광원이 점광원 역할을 하는 한 개의 광원인 것에 비해 UV LED(110) 광원은 다수의 LED로 구성되므로 각 LED에 한 조의 광학계(120)를 대응시켜 유니트 구성을 할 수 있기 때문이다. 그러나 광학계(120) 구성에 따라서는 스캔 모듈(100) 전체가 다수의 LED와 한 조의 광학계(120)로 구성될 수도 있다. 스캔 모듈(100)로부터의 출력 UV 빔이 평행한 형태가 되는 것이면 도3의 일실시예와 다르게 광원과 광학계(120)를 구성하여도 무관하다.
상기 스캔 모듈(100)로부터 출력되는 평행 스캔 빔의 크기는 스캔 방향에 수직인 스캔폭(Scan Width), 스캔 방향에 평행인 슬릿 폭 S로 나타낼 수 있다. 노광 면적은 스캔 폭과 스캔이 이루어지는 길이의 곱으로 나타낼 수 있다. 슬릿 폭이 0이 아니고 S만큼의 크기가 있으므로 스캔 하고자 하는 길이 W에 S를 더한 W+S가 한번의 노광에 필요한 스캔 거리가 된다.
도 4는 도 3의 스캔 모듈의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, UV LED(110) 광원으로부터의 출력되는 UV 빔은 평행하지 않으므로 리플렉터(140)로 수직 하방이 아닌 측면으로 발산되는 UV 빔 성분을 광학계(120, 여기서는 프레즈넬 렌즈 + 확산 렌즈)로 반사시킨다. 광학계(120)의 프레즈넬 렌즈는 UV 빔을 평행한 형태로 구현하고 확산 렌즈는 UV 빔의 균일도를 구현하는 역할을 한다. UV LED(110) 광원으로부터 바로 광학계(120)로 도달한 UV 빔과 리플렉터(140)로부터 반사되어 도달한 UV 빔은 광학계(120)에 의하여 평행하게 되어 아래로 향한다. 여기서 UV LED(110) 광원 한 개에 광학계(120, 프레즈넬 렌즈 + 확산 렌즈) 한 조가 대응하여 한 유니트를 이루고 다수의 유니트가 연결되어 스캔 모듈(100)을 구성한다.
본 발명은 광원부가 광원이송부에 의해 이송되면서 피노광체의 바로 위에서 피노광체의 전면을 스캔방식으로 노광 시킬 수 있으므로 종래 일괄조사형 노광 장치 보다 광원과 피노광체 사이의 거리를 현저히 좁혀 광원으로부터 발산되는 빛의 손실을 줄이고 노광 시간을 단축시켜 생산효율을 향상시키고 전력소모도 절감할 수 있다.
그리고, 피노광체의 노광 면적에 따라 광원을 직선이동 시키는 거리를 이송수단에 의해 조절할 수 있어 피노광체의 면적에 대한 대응성도 뛰어나며, 아울러 종래 일괄조사형 노광 장치에서 큰 부피를 차지하였던 렌즈와 미러가 필요 없어 노광 장치 전체의 부피를 줄일 수 있어 노광 장치에 대한 제조, 설치 및 운영 비용의 절감은 물론, 피노광체의 감광물질에 따라 광원부의 높이조절수단을 이용하여 광원과 피노광체 사이의 거리 조절을 할 수 있으므로 광량 조절이 용이하고, 조리개간의 간격조절이 가능하므로 노광 조건에 의해 결정되는 스캔속도에 따라 광량의 보정이 용이하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 스캔 모듈 110 : UV LED
120 : 광학계 130 : 스캔 빔
140 : 리플렉터
200 : 스테이지
210 : 기판 척 211 : 기판
220 : 마스크 척 221 : 마스크

Claims (5)

  1. 대면적 노광장치에 있어서,
    UV LED(Ultra-Violet Light Emitting Diode) 광원과 광학계로 구성되어 스캔 빔(Scan Beam)을 출력하는 스캔 모듈(Scan Module)과;
    상기 스캔 모듈로부터 스캔 빔을 받아 노광이 이루어지는 기판을 지지하는 스테이지(Stage)와;
    상기 스테이지에 기판을 고정하여 올려놓기 위한 기판 척(Chuck); 및
    상기 기판 위에 마스크(Mask)를 올려놓기 위한 마스크 척;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 UV LED를 이용한 스캔타입 노광 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스캔 모듈을 구성하는 광학계는 리플렉터(Reflector)(또는 mirror), 렌즈(Lens), Expander, Beam Shaper 중 한가지 이상으로 구성하여 UV LED 광원에서 출력되는 UV 빔을 평행하게 만드는 것을 특징으로 하는 UV LED를 이용한 스캔 타입 노광 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스캔 모듈은 다수의 UV LED와;
    상기 UV LED로부터 출력되는 UV 빔을 반사시키는 리플렉터(Reflector)와;
    상기 리플렉터로부터 반사되어 도달한 빔과 리플렉터에 반사되지 않은 UV 빔을 평행하게 만드는 다수의 프레즈넬 렌즈; 및
    상기 프레즈넬 렌즈를 통과한 빔의 균일도 향상을 위한 확산 렌즈;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 UV LED를 이용한 스캔 타입 노광 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 스캔 모듈 또는 스테이지 중 어느 하나를 고정 구성하고, 나머지 하나가 모터구동으로 스캔 동작을 하여 노광이 이루어지는 것을 특징으로 하는 UV LED를 이용한 스캔타입 노광 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스캔 모듈과 스테이지가 동시에 모터구동으로 스캔 동작을 하여 노광이 이루어지는 것을 특징으로 하는 UV LED를 이용한 스캔타입 노광 장치.

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