KR20150119778A - 파장값 선택형 자외선 led 광원 - Google Patents

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KR20150119778A
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Abstract

본 발명은 유리 및 반도체 웨이퍼 및 폴리머 필름상에 미세 패턴을 형성하거나 경화의 목적에 사용되는 파장값 선택형 자외선 LED 광원에 관한 것으로서, 190∼460 nm 파장값을 제공하는 서로 다른 다수개의 자외선 LED를 장착한 하나 또는 다수개의 자외선 LED 램프 유닛 및 이동수단을 제공하여, 서로 다른 자외선의 파장값 중의 하나를 선택하여 노광하도록 하고, 사후 정비가 용이하며, 친환경적인 장치를 제공할 수 있도록 한 것이다.
파장값 선택형 자외선 LED 광원의 구성의 제 1 실시예는 서로 다른 다수개의 피크값 + - 20nm 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6)가 설치되어, 상기 다수개 자외선 파장값 중의 하나를 선택하고 투사하는 하나 또는 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100) 및 일측은 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)의 일단에 연결되고, 다른 일측은 기둥(20)에 고정되어, 홀더 어셈블리(400)의 정상부로 상기 선택된 자외선 LED 램프 유닛(100)이 이동되고 위치하도록 조절하는 이동수단(800)으로 구성된다.
제 2 실시예로써, 제 1 실시예는 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)은, 방열용 히트싱크(9)와 상기 히트싱크(9)의 표면에 접촉하는 동시에 집광렌즈(10)의 촛점에 위치하고 고정되며, 다수개의 피크값 + - 20nm 파장값의 자외선을 선택적으로 투사하는 하나 또는 다수개의 상기 자외선 LED(6)와 상기 자외선 LED(6)에서 방사되는 자외선을 투과하여 평행광으로 만드는 집광렌즈(10)와 상기 자외선 LED(6)와 상기 집광렌즈(10)가 촛점거리를 유지하도록 상기 집광렌즈(10)를 고정시키는 하우징(51) 및 자외선 LED용 직류전원으로 구성된다.
제 3 실시예로써, 제 2 실시예는 상기 하우징(51)의 하부에 다수개의 집광렌즈(10)을 설치한다.
제 4 실시예로써, 제 1 실시예는 상기 이동수단(800)은 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착하고, 홀더 어셈블리(400)의 정상부로 이동할 수 있도록 하는 이동수단1(801) 또는 이동수단2(802) 또는 이동수단3(803)으로 구성된다.
제 5 실시예로써 제 4 실시예는 상기 이동수단1(801)은 제 1판(71)과 제 2판(72)과 제 3판(73)과 레일1(81) 또는 스크류1(131)과 레일2(82) 또는 스크류2(132)와 직선운동 가이드1(91) 또는 볼너트1(141) 및 직선운동 가이드2(92) 또는 볼너트2(142)로 구성된다.
제 6 실시예로써, 제 4 실시예는 상기 이동수단1(801)은 터릿(21)과 제 2판(72)과 제 3판(73)과 레일2(82) 또는 스크류2(132) 및 직선운동 가이드2(92) 또는 볼너트2(142)로 구성된다.
제 7 실시예로써 제 4 실시예는 상기 이동수단2(802)는 제 2판(72)과 제 3판(73)과 레일2(82) 또는 스크류2(132) 및 직선운동 가이드2(92) 또는 볼너트2(142)로 구성된다.
제 8 실시예로써, 제 4 실시예는 상기 이동수단3(803)은 제 2판(72)과 제 3판(73)과 레일2(82) 또는 스크류2(132) 및 직선운동 가이드2(92) 또는 볼너트2(142)로 구성된다.
제 9 실시예로써, 제 2 실시예는 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)의 내부에 이동수단A(80A) 또는 서로 다른 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6)가 설치된 터릿(21) 또는 서로 다른 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6)가 설치된 회전체(16)를 설치한다.
제 10 실시예로써, 제 9 실시예는 상기 이동수단A(80A)는 제 1판(71)과 레일1(81) 또는 스크류1(131) 및 직선운동 가이드1(91) 또는 볼너트1(141)로 구성된다.
제 11 실시예로써, 제 1 실시예는 상기 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 입사각이 45도가 되고 반사각도 45도가 되도록 거울(14)을 설치한다.
제 12 실시예로써, 제 2 실시예는 상기 자외선 LED(6)와 상기 집광렌즈(10) 사이에 하나 또는 다수개의 볼록렌즈를 설치해서, 자외선 LED(6)에서 방사되는 자외선의 각도를 좁혀, 피조사체(5)의 표면에 자외선의 세기를 증가시키는 동시에 균일도를 향상시킨다.
[색인어]
선택형, 파장값, 자외선, LED, 광원, 노광

Description

파장값 선택형 자외선 LED 광원{Wavelength-sellectable UV LED light source}
본 발명은 파장값 선택형 자외선 LED 광원에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 광원 상에 서로 다른 피크치 + - 20nm의 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100) 또는 다수개의 자외선 LED(6)를 장착하고, 그 중 목적하는 파장값을 제공하는 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100) 또는 하나의 자외선 LED(6)를 선택하여 이동시키고, 노광하도록 하여, 목적하는 형상이나 회로를 폴리머 필름, 플라스틱, 유리 및 반도체 웨이퍼 상에 형상화 또는 경화하는 파장값 선택형 자외선 LED 광원에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 것과 같이 자외선 광원은 포토리소그라피 공정 중의 한 가지 장치로서, 각종 필름, 플라스틱, 유리 및 반도체 웨이퍼 상에 목적하는 형상이나 회로를 형상화하거나 경화하는 목적으로, 주로 자외선(Ultra violet Ray)을 조사하는 장치로 사용되고 있다.
종래의 자외선 광원은 도 1에서 도시한 바와 같이 하나의 대구경 자외선 조사(U.V light source)용 수은등 광원으로서, 초고압(Super high pressure) 수은등(4)을 엘립티컬 미러(111)의 촛점에 고정시키고, 그 자외선을 모아 플라이아이 렌즈(112)를 통과시켜서 균일하게 분산시킨다.
도 1과 같이 다시 상기 분산된 자외선을 미러A(113)에 반사시키고 집광렌즈A(114)를 통과시켜서 평행광으로 만든다.
수동이나 자동 방식으로 피조사체(5)를 집광렌즈A(114)의 아래에 위치시키는 순간, 피조사체(5)에 단 일 회에 집광렌즈A(114)의 직경 면적과 1:1 비율로 정확히 일치하는 면적에 자외선을 조사하는 장치이다.
도 1과 같이, 종래의 자외선 광원은 자외선 조사용 수은등(4)으로써, 300∼5000 와트 정도의 초고압 수은등(4) 또는 고압 메탈 할라이드등을 사용한다.
그러나, 종래의 자외선 수은등 광원에 적용되는 초고압 수은등(4)의 유효 파장값의 방사 효율성은 와트(Watt)당 자외선 LED 광원의 30％ 정도이며, 유효 방사 자외선을 제외한 나머지의 에너지는 모두 열 및 가시광선 등으로 발산된다.
이상에서 도 1과 같이 설명한 종래의 자외선 수은등(4)은 발생하는 열을 냉각하기 위해 액화질소를 사용하는 특수한 냉각장치를 필요로 하며, 동작시 인체에 유해한 다량의 오존이 발생한다.
도 1과 같이 또한 종래의 초고압 수은등 광원은 단일 파장값이 아닌 넓은 영역대(170∼700nm)의 파장값 및 열선을 제공하므로, 빛이 집광렌즈A(114)를 통과할 경우에는 굴절률 및 각 파장값의 종류에 따른 색수차가 발생하여 노광의 해상도를 저하시키므로, 여러 가지 파장값의 자외선 통과 광학필터(미도시)를 사용하여 특정 단일 파장값을 투과 선택해서 사용해야 하는 어려움이 있다.
그러므로 수명이 거의 무한대인 자외선 LED 광원에 비하여 구조도 복잡하고, 수은등(4)으로써 램프의 사용 수명도 반영구적인 자외선 LED에 비하여 200∼1000 시간 정도로 제한되며, 유지보수 비용이 자외선 LED 광원과 비교해서 500∼2000％ 이상 증가하고, 폐수은등 처리와 관련해서 친환경적이 아니라는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 자외선 광원 상에 서로 다른 원하는 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100) 또는 자외선 LED(6)를 설치하여, 목적에 따라 서로 다른 원하는 파장값의 자외선을 신속하고 용이하게 선택하고 이동하여 사용할 수 있도록 하며, 동시에 복잡한 냉각장치의 구조를 간단히 하여 유지보수 비용을 절약하며, 또한 자외선 광원의 구조를 간단 소형화하여 친환경적인 파장값 선택형 자외선 LED 광원을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 서로 다른 다수개의 피크값 + - 20nm 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6)가 설치되어, 상기 다수개 자외선 파장값 중의 하나를 선택하고 투사하는 하나 또는 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100); 및 일측은 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)의 일단에 연결되고, 홀더 어셈블리(400)의 정상부로 상기 선택된 자외선 LED 램프 유닛(100)이 이동되고 위치하도록 조절하는 이동수단(800);으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 파장값 선택형 자외선 LED 광원에 의하면, 하나의 광원 상에 서로 다른 파장값을 제공하는 하나 또는 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100) 또는 다수개의 자외선 LED(6)를 구비함으로써, 특정한 파장값에 필요한 특정한 광학 필터의 채용없이, 또는 목적하는 파장값을 제공하는 자외선 광원을 재장착하거나 분리하는 수고 없이, 목적한 파장값의 자외선을 신속하고 용이하게 선택하여 이동시키는 동시에 노광 해상도 및 균일도를 향상시키고, 자외선 광원의 공간을 최소화시키서 경제적 및 친환경적 장치를 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 자외선 광원의 구성도
도 2는 한 개의 자외선 LED(6)를 구비한 자외선 LED 램프 유닛(100)의 단면도
도 3은 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 거울(14)을 구비한 자외선 LED 램프 유닛(100)의 단면도
도 4는 4 개의 자외선 발광소자(7)들로 구비된 하나의 자외선 LED(6)의 구성도
도 5는 하나의 자외선 LED(6)의 구성도
도 6은 PCB(12) 위에 하나의 자외선 LED(6)가 실장된 사시도
도 7은 하나의 촛점에 다수개의 자외선 LED(6)을 설치한 상면도
도 8은 직선 운동을 하는 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착한 정면도
도 9는 도 8의 발명이 직선운동을 위해 이동수단1(801)로서 스크류와 볼너트 및 모터를 장착한 정면도
도 10은 터릿 운동을 하는 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착한 정면도
도 11은 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 다수개의 볼록렌즈를 설치한 자외선 LED 램프 유닛(100)의 단면도
도 12는 거울(14)을 설치한 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100)이 직선운동을 하는 정면도
도 13은 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100)이 터릿 운동을 하는 정면도
도 14는 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 거울(14)을 설치한 자외선 LED 램프 유닛(100)의 단면도
도 15는 직선 운동을 하는 다수개의 자외선 LED(6)를 포함한 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착한 정면도
도 16은 도 15의 발명이 직선운동을 위해 이동수단1(801)과 이동수단A(80A)로서 스크류와 볼너트 및 모터를 장착한 정면도
도 17은 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 다수개의 볼록렌즈를 설치한 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착한 정면도
도 18은 회전 운동을 하는 다수개의 자외선 LED(6)를 포함한 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착한 정면도
도 19는 터릿(21) 운동을 하는 다수개의 자외선 LED(6)를 포함한 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착한 정면도
도 20은 직선 운동을 하는 다수개의 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 거울(14)을 포함한 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착한 정면도 및 측면도
도 21은 도 20의 발명이 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 다수개의 볼록렌즈를 설치한 정면도
도 22는 도 20의 발명이 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 다수개의 볼록렌즈를 설치한 측면도
도 23은 회전 운동을 하는 다수개의 자외선 LED(6)와 거울(14)을 포함한 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착한 정면도 및 측면도
도 24는 터릿(21) 운동을 하는 다수개의 자외선 LED(6)와 거울(14)을 포함한 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착한 정면도 및 측면도
도 25는 하나의 자외선 LED(6)를 포함한 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착한 정면도
도 26은 도 25의 발명이 직선운동을 위해 이동수단3(803)으로서 스크류와 볼너트 및 모터를 장착한 정면도
도 27은 다수개의 자외선 LED(6)를 포함한 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착한 정면도
도 28은 하나의 자외선 LED(6)와 거울(14)을 포함한 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착한 정면도
도 29는 다수개의 자외선 LED(6)와 거울(14)을 포함한 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착한 정면도
도 30은 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)에 다수개의 집광렌즈(10)을 설치하거나 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100)이 하나의 하우징(51)에 설치된 정면도
도 31은 홀더 어셈블리(400)의 예시도
도 32은 Radiant Flux 변화량과 온도와의 관계를 나타내는 표
도 33은 파장값 변화량와 온도와의 관계를 나타내는 표
도 34은 기존의 초고압 수은 광원의 자외선 파장 중에서 피크값을 나타내는 표
도 35는 서로 다른 파장값을 제공하는 제 1판(71) 상의 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100) 중 하나를 선택하는 방법을 설명하는 상면도
도 36는 서로 다른 파장값을 제공하는 제 1판(71) 상의 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100) 중 하나를 선택하는 방법을 설명하는 상면도
도 37은 서로 다른 파장값을 제공하는 터릿(21) 상의 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100) 중 하나를 선택하는 방법을 설명하는 상면도
도 38은 서로 다른 파장값을 제공하는 터릿(21) 상의 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100) 중 하나를 선택하는 방법을 설명하는 상면도
도 39는 서로 다른 파장값을 제공하는 회전체(16) 상의 다수개의 자외선 LED(6) 중 하나를 선택하는 방법을 설명하는 상면도
도 40은 서로 다른 파장값을 제공하는 회전체(16) 상의 다수개의 자외선 LED(6) 중 하나를 선택하는 방법을 설명하는 상면도
도 41은 서로 다른 파장값을 제공하는 제 1판(71) 상의 다수개의 자외선 LED(6) 중 하나를 선택하는 방법을 설명하는 상면도
도 42은 서로 다른 파장값을 제공하는 제 1판(71) 상의 다수개의 자외선 LED(6) 중 하나를 선택하는 방법을 설명하는 상면도
도 43은 서로 다른 파장값을 제공하는 터릿(21) 상의 다수개의 자외선 LED(6) 중 하나를 선택하는 방법을 설명하는 상면도
도 44은 서로 다른 파장값을 제공하는 터릿(21) 상의 다수개의 자외선 LED(6) 중 하나를 선택하는 방법을 설명하는 상면도
＜도면의 주요부에 대한 설명＞
100. 자외선 LED 램프 유닛 200. 구조물
300. 테이블 400. 홀더 어셈블리
4. 수은등 5. 피조사체
6. 자외선 LED 7. 발광소자
8. 방사 렌즈 9. 히트싱크
10. 집광렌즈 12. PCB
13. 마스크 14. 거울
15. 중심축 16. 회전체
20. 기둥 21. 터릿
22. 회전축 23. X-스테이지
24. Y-스테이지 25. Z-스테이지
26. 회전 스테이지 27. 틸트 스테이지
28. 마스크 홀더 29. 웨이퍼 홀더
30. 마이크로스코프 31. 자외선 조사용 광원
32. 마이크로미터 33. 램프
41. 볼록렌즈1 42. 볼록렌즈2
51. 하우징 71. 제 1판
72. 제 2판 73. 제 3판
801, 이동수단1 802, 이동수단2
80A, 이동수단A 803. 이동수단3
81. 레일1 82. 레일2
91. 직선운동 가이드1 92. 직선운동 가이드2
111. 엘립티컬 미러 112. 플라이아이 렌즈
113. 미러A 114. 집광렌즈A
121. 에어실린더1 122. 에어실린더2
131; 스크류1 132. 스크류2
133; 모터 141. 볼너트1
142. 볼너트2 152. 베어링
153. 브이홈
이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 도 8과 도 10과 도 12과 도 13과 15와 도 18과 도 19와 도 20과 도 23과 도 24와 도 25와 도 28에서 도시한 바와 같이, 서로 다른 다수개의 피크값 + - 20nm 파장값을 제공하는 하나 또는 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100)과 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)의 일단에 연결되어 위치를 조절하는 이동수단(800)으로 구성되어 있다.
자외선은 태양광의 스펙트럼의 한 가지로써, 가시광선의 단파장보다도 바깥쪽에 나타나는 눈에 보이지 않는 빛으로 약 100∼450 nm에 이르는 파장값으로 된 넓은 범위의 전자파를 말한다.
600∼900nm 영역의 적외선을 열선이라 하는데 반해 자외선은 화학작용이 강하므로 화학선이라고도 한다.
예를 들면, 395∼405nm의 파장값을 생산하기위해서 InGaN(인듐갈륨나이트라이드)의 화합물을 전극의 재료로 사용하며, 이미 한 개의 자외선 LED로써 소모전력 100W 이상의 제품이 상용화되어 있다.
자외선 광원에서 일반적으로 자외선을 파장값에 따라 분류하여 사용하며, 254nm 이하는 Deep UV, 365nm는 i-라인(i-Line), 405nm는 H-라인(h-Line), 436nm는 g-라인(g-Line) 자외선이라 부른다.
포토리소크라피나 경화 공정에서의 피조사체의 표면에 필름상태로 형성되는 코팅 필수 물질인 감광성수지(Photo-resist)는 상기 특화된 파장값 영역에서 반응하도록 상용화되어 있다.
그러므로 특정한 제조업체의 감광성수지를 노광하기 위해서는 특화된 파장값 영역의 자외선 광원이 필요하다.
보통 200∼400nm의 파장값을 생산하는 LED를 제조하기 위해서 AlGaN(알미늄갈륨나이트라이드)의 화합물을 전극의 재료로 사용한다.
보통 상기 자외선 LED(6)들의 출력이나 파장값을 변화시키기 위해서 알미늄 또는 인듐의 구성비를 변화시키면서 제조하고 있다.
도 4에서와 같이 한 개의 자외선 LED(6)는 4개 이상의 발광소자(7)가 직렬 또는 병렬로 집합하고 연결되어 구성되고, 도 5와 도 6에서와 같이, 각 발광소자(7)가 생산하는 자외선은 한 개의 방사 렌즈(8)를 통해서 일정한 각도로 방사된다.
도 5에서와 같이 본 발명에서 보통 한 개의 자외선 LED(6)의 전력 소모량은 1∼40와트 이상이며, 예를 들어 365nm를 제공하는 20와트 출력의 자외선 LED(6)에 있어서, 자외선의 유효 파장값의 세기(radiant flux)는 순방향 전류 800 밀리암페어에서 1000 밀리와트 이상이며, 피크(peak)은 365nm, 값파장값은 피크값 365 + - 20nm이다.
예를 들어 본 발명에서 피크값 365nm의 파장값은 345nm부터 385nm 영역을 의미한다.
여기에서 도 1과 도 34에서와 같이 자외선 수은등 광원을 예로 들면, 피크(Peak)값이라 함은 제공되는 파장값의 영역에서 가장 높은 주파수 중의 하나이며, 피크값은 365nm, 405nm 및 435nm 등이다.
제 1 실시예는 도 8에서 도시한 바와 같이, 서로 다른 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6)와 히트싱크(9)가 구비되고, 서로 다른 다수개의 자외선 파장값 중의 하나를 선택하고 투사하는 하나 또는 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100) 및 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)의 일단에 연결되어 위치를 조절하는 이동수단(800)으로 구성된다.
도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100)은 홀더 어셈블리(400) 상에서 상하좌우로 이동하거나 고정된다.
도 8에서 도시한 바와 같이, 서로 다른 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100)은 이동수단(800) 및 테이블(300) 상에 설치된 기둥(20)에 의지해서 노광 공정이 이루어지는 하나의 홀더 어셈블리(400) 상에 약간의 거리를 유지하며, 고정되어 있거나 이동할 수도 있다.
도 8에서와 같이, 직류전원이 인가된 각 자외선 LED 램프 유닛(100)은 파장값이 190∼450nm 사이의 서로 다른 단일 파장값(예를 들면, 피크값은 193nm, 254nm, 365nm, 405nm, 435nm이고, 파장값은 각 193 + - 20nm, 254nm + - 20nm, 365nm + - 20nm, 405nm + - 20nm, 435nm + - 20nm 중의 하나)을 발생시키는 자외선 LED(6) 중 하나와 히트싱크(9)와 BK7 또는 석영 또는 퓨즈드(Fused) 실리카 글래스 등을 원재료로 하는 하나의 집광렌즈(Collimating lens)(10) 및 하우징(51)으로 이루어 진다.
예를 들어 상기 하나의 자외선 LED(6)가 방사하는 피크값 365nm의 파장값은 345nm부터 385nm 영역을 의미한다.
상기 히트싱크(9)는 보통 열전달율이 좋은 알루미늄을 재료로써, 발열 표면적이 넓은 핀(fin) 모양으로 제작된다.
상기 도 5와 도 6과 7에서와 같이 각 자외선 LED 램프 유닛(100)에 포함된 자외선 LED(6)는 PCB(인쇄회로기판)(12) 상에 위치한다.
상기 하나의 자외선 LED(6)가 장착된 상기 PCB(12)는 상기 히트싱크(9) 위에 위치한다.
도 7에서와 같이 광원의 radiant flux의 세기를 증가시키기 위해서 하나의 고출력의 자외선 LED를 설치하는 대신 낮은 출력을 방사하는 다수개의 자외선 LED(6)를 한 점에 설치하여 동일한 효과를 낼 수도 있다.
보통 직류전원이 인가된 자외선 LED(6)가 점등되는 동안에 고열이 발생하며, 도 32과 도 33에서와 같이 자외선 LED(6)에서 발생하는 고열을 냉각시키지 않으면, 자외선 LED(6)의 Radiant Flux가 감소하고 고유 파장값이 변하여 본 발명의 성능을 저하시킬 수 있다.
도 32에서와 같이 상기 자외선 LED(6)의 온도가 섭씨 10도 증가할 때 Radiant flux는 약 10％ 감소한다.
도 33에서와 같이 상기 자외선 LED(6)의 온도가 섭씨 20도 증가할 때 파장값은 약 1.3nm 증가한다.
도 8에서와 같이 자외선 LED(6)에서 발생하는 열은 PCB(12)와 히트싱크(9)를 통하여 외부로 방출된다.
집광렌즈(Collimating lens)(10)는 일반적으로 볼록렌즈(Convex) 렌즈를 사용한다.
도 8에서 하부에 집광렌즈(10)가 고정되고, 상기 자외선 LED(6)와 상기 집광렌즈(10) 사이의 촛점거리를 일정하게 유지시키기 위하여 상기 자외선 LED(6)가 고정되거나 미세하게 조정된다.
도 2와 도 8에서와 같이 각 자외선 LED(6)에서 방사되는 자외선은 하나의 집광렌즈(10)를 통해서 광다발(광속)이 광축과 평행해지며, 집광렌즈(10)와 광다발의 단면이 동일한 모양과 면적을 가지게 된다.
이와 같은 광다발(광속)의 성질을 산란광과 비교해서 평행광이라고 하며, 평행광의 다발을 평행광속이라고 한다.
도 2와 도 8에서와 같이, 특히 자외선 LED(6)는 하우징(51)의 하부에 조립된 집광렌즈(10)의 촛점에 위치하며, 집광렌즈(10)는 다시 마스크(13)의 위에 설치되고, 서로 다른 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6) 중의 하나에서 방사되는 산란광 형태의 자외선이 하나의 집광렌즈(10)를 통해 마스크(13)로 방사되면서 양질의 평행광으로 바뀌게 되며, 상기 양질의 자외선 평행광은 마스크(13)를 통과해서 마스크(13)의 패턴을 1:1 비율로 피조사체(5)에 전사한다.
한편 도 3과 도 12에서와 같이 각 자외선 LED 램프 유닛(100)에서 서로 다른 파장값을 제공하는 자외선 LED(6)와 하나의 집광렌즈(10) 사이에 입사각이 45도가 되고 반사각도 45도가 되도록 거울(14)을 고정해서 설치한다.
결과적으로 도 3과 도 12에서와 같이 하나의 자외선 LED(6)에서 방사되는 단일 파장값의 자외선이 거울(14)에 반사되고, 직각으로 꺾이면서 집광렌즈(10)로 향하게 된다.
그리고 집광렌즈(10)를 통해 마스크(13)로 방사되면서 양질의 평행광으로 바뀌게 되며, 상기 양질의 자외선 평행광은 마스크(13)를 통과해서 마스크(13)의 패턴을 1:1 비율로 피조사체(5)에 전사한다.
자외선 LED 램프 유닛(100)에 거울(14)을 적용하는 이유는 집광렌즈(10)와 하나의 자외선 LED(6) 사이의 촛점거리(X + Y)를 수직으로 꺾으면 자외선 LED 램프 유닛(100)의 크기가 감소하는 이점이 있다.
도 11와 도 14에서와 같이 상기 자외선 LED(6)와 거울(14) 사이에 하나 이상의 렌즈를 설치하여 자외선 LED(6)에서 방사되는 자외선의 각도를 좁혀서 빛의 세기를 증가시키는 동시에 균일도를 향상시킬 수 있다.
예를 들어 도 11와 도 14에서와 같이 상기 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 하나 이상의 렌즈를 설치할 때, 자외선 LED(6)로부터 첫 번째 볼록(Convex)렌즈1(41)은 방사각을 70도로 줄이고, 두 번째 볼록렌즈2(42)는 방사각을 50도로 줄여서, 집광렌즈(10)로부터 벗어나는 자외선을 집광렌즈(10) 안으로 모아준다.
일반적인 자외선 LED의 방사각은 내각이 100도 정도이다.
도 11와 도 14에서와 같이 결과적으로 자외선 LED(6)에서 방사되는 자외선의 손실을 줄여주어, 집광렌즈(10)로 모아지는 자외선의 세기를 증가시킨다.
모의실험 결과에 의하면, 도 2와 도 3에서와 같이 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)에서 상기 자외선 LED(6)와 촛점거리가 300mm인 집광렌즈(10) 만을 사용하였을 경우의 상대적 자외선 세기 및 자외선 균일도를 100과 100이라 가정하면, 도 11와 도 14에서와 같이 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 하나 이상의 렌즈를 설치할 때의 상대적 자외선 세기는 140, 자외선 균일도는 400으로 향상된다.
그리고 도 11와 도 14에서와 같이 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이의 거리를 좁혀서 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)의 외형을 줄일 수 있다.
제 1 실시예에서 도 8과 도 12에서와 같이 이동수단(800)은 이동수단1(801)이다.
상기 이동수단1(801)은 제 1판(71)과 제 2판(72)과 제3판(73)과 레일1(81)과 레일2(82)와 직선운동 가이드1(91)과 직선운동 가이드2(92)로 구성된다.
도 8과 도 9에서와 같이 상기 레일1(81)은 스크류1(131)로, 레일2(82)는 스크류2(132)로, 직선운동 가이드1(91)은 볼너트1(ball nut)(141)로, 직선운동 가이드2(92)는 볼너트2(142)로 대체될 수 있다.
일반적으로 모터(133)의 회전운동을 스크류 및 볼너트를 통해서 직선운동으로 변환시킨다.
도 9에서 모터(133)를 이용해서 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)을 이동시키려면 스크류1(131)과 스크류2(132)와 볼너트1(141)과 볼너트2(142)를 사용하여야 한다.
도 9에서 스크류1(131)과 볼너트1(141)은 상기 제 1판(71)이 좌우 운동을, 스크류2(132)와 볼너트2(142)는 전후운동을 하도록 작용한다.
도 8과 도 12에서와 같이 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100)은 이동수단1(801)의 제 1판(71) 위에 일렬로 위치한다.
도 8과 도 12에서와 같이 상기 제 1판(71)과 제 2판(72)은 레일1(81)과 직선운동 가이드1(91)를 매개로 하여 조립되고, 제 1판(71)은 좌우로 직선 운동한다.
도 8과 도 12에서와 같이 상기 제 2판(72)과 제 3판(73)은 레일2(82)과 직선운동 가이드2(92)를 매개로 하여 조립되고, 제 2판(72)은 전후로 직선 운동한다.
도 8과 도 12에서와 같이 상기 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100) 중의 하나를 선택하고 레일1(81) 및 레일2(82)를 따라 상기 제 1판(71)을 전후좌우로 직선 이동을 시켜 상기 홀더 어셈블리(400) 위에 위치시키고, 다시 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)에 직류전원을 인가해서 홀더 어셈블리(400) 위에 위치한 피조사체(5)를 노광한다.
예를 들어 도 8과 도 12에서와 같이 서로 다른 다수개의 파장값 중에서 선택된 파장값을 제공하는 자외선 LED 램프 유닛(100)을 구체적으로 선택하는 방법은 다음과 같다.
도 35과 도 36에서와 같이 상기 제 1판(71)의 일측에 자외선 LED 램프 유닛(100)과 동일한 직선상의 위치에 브이홈(153)을 형성한다.
도 35과 도 36에서와 같이 본 발명을 장착하려는 구조물의 일단에 에어실린더1(121)를 고정 설치한다.
상기 에어실린더1(121)의 축단에 상기 브이홈(153)에 알맞은 베어링(152)을 설치하고 에어실린더1(121)에 압축공기를 공급한다.
도 36에서와 같이 압축공기가 공급되는 상태에서 에어실린더1(121)의 축의 베어링(152)은 브이홈(153)에서 벗어나 제 1판(71)을 누르고, 제 1판(71)은 직선 이동할 수 있다.
도 35에서와 같이 이동중 베어링(152)이 브이홈(153)에 끼워지면 제 1판(71)의 브이홈(153)이 베어링(152)과 결합하여 견고하게 고정되고, 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)은 홀더 어셈블리(400) 위에 정확하게 고정된다.
도 8과 도 12에서와 같이, 상기 제 2판(72)과 제 3판(73)은 레일2(82)과 직선운동 가이드2(92)를 매개로 하여 조립되고, 제 2판(72)은 전후로 직선 운동한다.
결과적으로 도 8과 도 12에서와 같이 정면을 기준으로 제 1판(71)에 위치하고 부착된 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 좌우전후로 이동시킨다.
도 8과 도 12에서와 같이 상기 제 3판(73)은 테이블(300) 위에 수직으로 설치된 두 개의 기둥(20) 위에 설치되어 이동수단1(801)을 지지한다.
한편 도 10과 도 13에서와 같이 이동수단(800)은 이동수단1(801)로 구성될 수 있다.
도 10과 도 13에서와 같이 이동수단1(801)은 터릿(21)과 제 2판(72)과 제 3판(73)과 레일2(82)와 직선운동 가이드2(92)로 구성된다.
도 10과 도 13에서와 같이, 상기 제 2판(72)과 제 3판(73)은 레일2(82)과 직선운동 가이드2(92)를 매개로 하여 조립되고, 제 2판(72)은 앞뒤로 직선 운동한다.
도 10과 도 13에서와 같이 서로 다른 파장값의 자외선을 제공하는 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100)은 터릿(Turret)(21)의 동일한 지름의 원주 위에 위치한다.
도 10과 도 13과 도 37과 도 38에서와 같이 터릿(21)은 자외선 LED 램프 유닛(100)을 다수개 장착하고 그 중심축(15)을 중심으로 회전할 수 있는 탑 모양의 기구이다.
도 10과 도 13에서와 같이 제 2판(72) 위에 터릿(21)의 중심축(15)이 설치된다.
도 10과 도 13에서와 같이 정면을 기준으로 제 2판(72)에 위치하고 부착된 터릿(21)을 전방 또는 후방으로 이동시킨다.
도 10과 도 13에서와 같이 터릿(21) 위의 상기 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100) 중의 하나를 선택하고, 터릿(21)을 회전 원운동을 시켜 상기 홀더 어셈블리(400) 위에 위치시키고, 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)에 직류전원을 인가해서 홀더 어셈블리(400) 위에 위치한 피조사체(5)를 노광한다.
예를 들어 도 37과 도 38에서와 같이 터릿(21) 상에 설치되어 선택된 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100) 중 하나를 선택하여 홀더 어셈블리(400) 위에 고정하는 상세한 방법은 다음과 같다.
도 37와 도 38에서와 같이 상기 터릿(21)의 원주 상에 자외선 LED 램프 유닛(100)과 동일한 직선상의 위치에 일정한 간격으로 다수개의 브이홈(153)을 형성한다.
도 37와 도 38에서와 같이 본 발명이 장착되는 구조물의 일단에 에어실린더1(121)를 고정 설치한다.
도 37와 도 38에서와 같이 에어실린더1(121)의 축단에 상기 브이홈(153)에 적당한 베어링(152)을 설치하고 에어실린더1(121)에 압축공기를 공급한다.
도 38에서 압축공기가 공급되는 상태에서 상기 에어실린더1(121)의 축의 상기 베어링(152)은 브이홈(153)에서 벗어나 상기 터릿(21)의 원주를 따라 회전할 수 있다.
도 37에서 회전중 베어링(152)이 다수개의 브이홈(153) 중 선택된 하나에 끼워지면 터릿(21)이 견고하게 고정되고, 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)은 홀더 어셈블리(400)에 정확하게 위치하게 된다.
도 10과 도 13에서와 같이 상기 제 3판(73)은 테이블(300) 위에 수직으로 설치된 두 개의 기둥(20) 위에 설치된다.
도 8과 도 9와 도 10과 도 12와 도 13에서와 같이 상기 테이블(300)의 상부는 지극히 편평한 상태를 유지하고, 상판에는 본 발명을 지지하는 상기 기둥(20)과 상기 홀더 어셈블리(400)와 전기적 제어장치(미도시)가 위치한다.
도 8과 도 9와 도 10과 도 12와 도 13에서와 같이 홀더 어셈블리(400)가 테이블(300) 위의 두 개의 기둥(20) 사이에 일정하게 배치되며, 홀더 어셈블리(400)는 X-스테이지(23) 또는 Y-스테이지(24) 또는 Z-스테이지(25) 또는 회전 스테이지(26) 또는 틸트(Tilt) 스테이지(27) 또는 마스크 홀더(28) 또는 웨이퍼(Wafer) 홀더(29) 또는 마이크로스코프(30) 중에서 다양한 조합으로 이루어 진다.
예를 들면 상기 홀더 어셈블리(400)는 웨이퍼 홀더(29)와 Z-스테이지(25)로 구성될 수도 있으며, 또는 웨이퍼 홀더(29)와 X-스테이지(23)와 Y-스테이지(24) 만으로 이루어질 수도 있다.
다른 예로써, 도 31와 같이 상기 홀더 어셈블리(400)는 웨이퍼 홀더(29)와 마스크 홀더(28)와 Z-스테이지(25)로 구성될 수도 있다.
이상에서 설명한 것처럼 상기 홀더 어셈블리(400)는 일부에 제한되지 않고 다양한 조합의 구성을 제공한다.
도 8과 도 9와 도 10과 도 12와 도 13에서와 같이 상기 X, Y, Z, 회전 스테이지 및 틸트 스테이지(23, 24, 25, 26, 27)는 웨이퍼 홀더(29)에 얹혀있는 피조사체(5)과 마스크(13)를 정렬하기 위해서 구성된다.
도 8과 도 9와 도 10과 도 12와 도 13에서와 같이 상기 홀더 어셈블리(400)의 위치 정밀도는 1∼5um 정도이며 상기 각 스테이지(23, 24, 25, 26, 27)에 부착된 마이크로미터(32)를 조정해서 웨이퍼 홀더(29)에 위치한 피조사체(5)를 미세하게 상하좌우로 이동시켜 마스크(13) 아래의 원하는 위치로 이동시킨다.
도 8과 도 9와 도 10과 도 12와 도 13에서와 같이 상기 마이크로스코프(30)(미도시)는 작업자가 상기 피조사체(5)와 마스크(13)의 정렬작업을 용이하도록 시각적 보조해주는 역할을 하며, 보통 100∼500배 정도의 배율을 구비한다.
도 8과 도 9와 도 10과 도 12와 도 13에서와 같이 마스크 홀더(28)는 마스크(13)를 상기 홀더 어셈블리(400)에 고정시키기 위한 치구 역할을 하며, 보통 한번 고정되면 위치를 변화시키지 않으며, 대신 피조사체(5)를 마스크(13)와 정렬시키기 위해서 웨이퍼 홀더(29)를 이동시키며, 이를 위하여 웨이퍼 홀더(29)와 일체로 고정된 X, Y, Z, 회전 또는 틸트 스테이지(23, 24, 25, 26, 27)를 이동시킨다.
상기 웨이퍼 홀더(29)는 피조사체(5)가 위치하는 극히 편평한 판으로써, 주로 진공 흡입력을 이용하여 피조사체(5)를 웨이퍼 홀더(29)의 상부에 견고하게 고정시킨다.
한편 도 15과 도 18와 도 19에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 파장값 선택형 자외선 LED 광원은 서로 다른 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6)와 히트싱크(9)가 구비되어, 서로 다른 다수개의 피크값 + - 20nm 파장값의 자외선을 투사하는 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100) 및 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)의 일단에 연결되어 위치를 조절하는 이동수단(800)으로 구성되며, 테이블(300) 상에 설치된 기둥(20)에 의지해서 홀더 어셈블리(400) 상에서 상하좌우 직선 운동한다.
한편 도 15과 도 18와 도 19에서 이동수단(800)은 이동수단2(802)이다.
도 15와 도 18와 도 19에서와 같이, 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)은 서로 다른 파장값을 발생시키는 다수개의 자외선 LED(6)와 히트싱크(9)와 집광렌즈(10)와 이동수단A(80A)인 제 1판(71)과 레일1(81)과 직선운동 가이드1(91) 및 하나의 하우징(51)으로 이루어 진다.
도 5과 도 6과 도 7와 도 15에서와 같이 상기 자외선 LED(6)가 장착된 PCB(12)는 히트싱크(9) 위에 위치한다.
도 15에서와 같이 상기 자외선 LED(6)에서 발생하는 열은 상기 PCB(12)와 상기 히트싱크(9)를 통하여 외부로 방출된다.
상기 집광렌즈(10)는 일반적으로 볼록렌즈(Convex) 렌즈를 사용한다.
도 15에서와 같이 히트싱크(9)에 설치된 다수개의 자외선 LED(6) 중의 하나를 선택하고, 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)에 포함된 이동수단A(80A)를 사용하여 좌우로 미세하게 이동하고 조정하고, 아래의 집광렌즈(10)의 촛점에 고정시켜 상기 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이의 촛점거리를 일정하게 유지시킨다.
도 15에서와 같이 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)에 포함된 내부의 상기 이동수단A(80A)는 제 1판(71)과 레일1(81) 및 직선운동 가이드1(91)로 구성된다.
도 15에서와 같이 상기 다수개의 자외선 LED(6)는 상기 이동수단A(80A)의 제 1판(71)에 고정되고, 상기 제 1판(71)은 직선 운동 가이드1(91) 및 레일1(81)을 매개로 하여 이동수단2(802)의 제 2판(72)과 조립되고 직선 운동한다.
한편 도 16에서와 같이 이동수단A(80A)의 레일1(81)은 스크류1(131)로, 직선운동 가이드1(91)은 볼너트1(ball nut)(141)로 대체될 수 있다.
일반적으로 모터(133)는 스크류 및 볼너트를 통해서 회전운동을 직선운동으로 변환시킨다.
도 15와 도 16에서와 같이 상기 이동수단A(80A)는 제 1판(71)과 레일1(81) 또는 스크류1(131) 및 직선운동 가이드1(91) 또는 볼너트1(141)로 구성된다.
도 16에서와 같이 모터(133)를 이용해서 상기 제 1판(71)에 설치된 자외선 LED 램프 유닛(100)을 이동시키려면 스크류1(131)과 볼너트1(141)을 사용하여야 한다.
예를 들어 도 15에서 선택된 파장값을 제공하는 자외선 LED(6)를 선택하는 방법은 다음과 같다.
도 41과 도 42에서와 같이 이동수단A(80A)의 상기 제 1판(71)의 일측에 다수개의 자외선 LED(6)와 동일한 직선상의 위치에 다수개의 브이홈(153)을 형성한다.
도 41과 도 42에서와 같이 하우징(51) 내부의 일단에 에어실린더2(122)를 고정 설치한다.
도 41과 도 42에서와 같이 에어실린더2(122)의 축단에 상기 브이홈(153)에 적당한 베어링(152)을 설치하고 에어실린더2(122)에 압축공기를 공급한다.
도 42에서와 같이 압축공기가 공급되는 상태에서 에어실린더2(122)의 축의 베어링(152)은 브이홈(153)에서 벗어나고, 제 1판(71)은 직선 이동할 수 있다.
도 41에서와 같이 직선 이동중 베어링(152)이 다수개의 브이홈(153) 중에 선택된 하나에 끼워지면, 제 1판(71)이 견고하게 고정되고 상기 자외선 LED(6)는 집광렌즈(10)의 중심에 정확하게 위치하게 된다.
도 15에서와 같이 특히, 서로 다른 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6) 중의 하나는 하우징(51)의 아래에 조립된 집광렌즈(10)의 촛점에 위치하며, 집광렌즈(10)는 마스크(13)의 위에 설치되고, 선택된 자외선이 집광렌즈(10)를 통해 마스크(13)로 방사되면서 양질의 평행광으로 바뀌게 되며, 상기 양질의 자외선 평행광은 마스크(13)를 통과해서 마스크(13)의 패턴을 1:1 비율로 피조사체(5)에 전사한다.
도 7에서와 같이 광원의 radiant flux의 세기를 증가시키기 위해서 하나의 고출력의 자외선 LED를 설치하는 대신 낮은 출력을 방사하는 다수개의 자외선 LED(6)를 한 점에 설치하여 동일한 효과를 낼 수도 있다.
다른 응용예로써, 도 18에서와 같이 상기 하우징(51)의 내부에 서로 다른 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6)가 회전체(16) 상에 회전축(22)을 중심으로 사방에 위치한다.
도 18에서와 같이 서로 다른 파장값을 제공하는 상기 다수개의 자외선 LED(6) 중의 하나가 선택되고, 상기 회전체(16)가 회전축(22)을 중심으로 회전하여 아래의 집광렌즈(10)의 촛점에 고정되고, 자외선을 방사하면 자외선 평행광은 마스크(13)를 통과해서 마스크(13)의 패턴을 1:1 비율로 피조사체(5)에 전사한다.
예를 들어 서로 다른 파장값을 제공하는 다수개의 상기 자외선 LED(6) 중의 하나를 선택하는 방법은 다음과 같다.
도 39와 도 40에서와 같이 상기 회전축(22) 주위의 사방에 자외선 LED(6)와 동일한 직선상의 위치에 브이홈(153)을 형성한다.
도 39와 도 40에서와 같이 하우징(51) 내부의 일단에 에어실린더2(122)를 고정 설치한다.
도 39와 도 40에서와 같이 상기 에어실린더2(122)의 축단에 상기 브이홈(153)에 적당한 베어링(152)을 설치하고 상기 에어실린더2(122)에 압축공기를 공급한다.
도 40에서와 같이 상기 에어실린더2(122)의 축이 후퇴하면 상기 베어링(152)이 브이홈(153)에서 이탈하여 상기 회전체(16) 및 회전축(22)은 회전할 수 있다.
도 39에서와 같이 회전 운동 중 상기 에어실린더2(122)의 축이 전진하면, 베어링(152)이 회전축(22) 주위의 상기 브이홈(153)에 끼워지면서 상기 회전축(22)이 견고하게 고정되고, 상기 회전체(16)에 설치된 자외선 LED(6)는 집광렌즈(10)의 중심에 정확하게 위치하게 된다.
다른 응용예로써, 도 19에서와 같이 서로 다른 파장값을 제공하는 상기 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)의 하우징(51) 내부에 터릿(21)이 포함되고, 히트싱크(9) 상에 위치한 상기 다수개의 자외선 LED(6)는 터릿(21)의 동일한 지름의 원주 위에 고정된다.
도 19는 본 발명의 원형 터릿(21)의 측면을 도시한다.
도 19에서와 같이, 상기 터릿(21)은 상기 하우징(51)의 내부에 설치된 중심축(15)에 고정되고, 상기 하우징(51)은 제 2판(72)과 직선 운동 가이드2(92) 수 및 레일2(82)을 매개로 하여 제 3판(73)과 조립되고 앞뒤로 직선운동한다.
도 19에서와 같이 터릿(21)의 중심축(15)은 제 2판(72)에 고정된다.
도 19에서와 같이 상기 제 3판(73)은 테이블(300) 위에 수직으로 설치된 두 개의 기둥(20) 위에 설치된다.
도 19와 도 43와 도 44에서 터릿(21)은 여러 가지 기구를 다수개 장착하고 그 중심축(15)을 중심으로 회전할 수 있는 탑 모양의 기구이다.
도 19와 도 43와 도 44에서와 같이 상기 중심축(15)을 중심으로 터릿(21)을 회전 원운동을 시켜 상기 다수개의 자외선 LED(6) 중의 하나를 선택하고, 선택한 상기 자외선 LED(6)에 전원을 인가해서 홀더 어셈블리(400) 위에 위치한 피조사체(5)를 노광한다.
예를 들어 도 19에서 서로 다른 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6) 중의 하나를 선택하는 구체적인 방법은 다음과 같다.
도 43과 도 44에서와 같이 상기 터릿(21)의 원주 상에 다수개의 자외선 LED(6)와 동일한 직선상의 위치에 일정한 간격으로 다수개의 브이홈(153)을 형성한다.
도 43과 도 44에서와 같이 하우징(51) 내부의 일단에 터릿(21)의 측면과 동일선 상에 에어실린더2(122)를 고정 설치한다.
도 43과 도 44에서와 같이 상기 에어실린더2(122)의 축단에 상기 브이홈(153)에 적당한 베어링(152)을 설치하고 상기 에어실린더2(122)에 압축공기를 공급한다.
도 44에서와 같이 압축공기가 공급되는 상태에서 상기 에어실린더2(122)의 축단의 상기 베어링(152)이 브이홈(153)에서 이탈하여, 상기 터릿(21)은 회전할 수 있다.
도 43에서와 같이 회전 운동중 상기 베어링(152)이 선택된 상기 브이홈(153)에 끼워지면 상기 터릿(21)이 견고하게 고정되고 상기 자외선 LED(6)는 집광렌즈(10)의 중심에 정확하게 위치하게 된다.
한편, 다른 응용예로서, 도 20에서와 같이, 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)에 있어서, 다수개의 자외선 LED(6)와 하나의 집광렌즈(10) 사이에 입사각이 45도가 되고 반사각도 45도가 되도록 거울(14)을 고정해서 설치한다.
도 20은 상기 응용예의 정면도와 측면도를 도시한다.
도 20에서와 같이 상기 하우징(51)의 상부에 설치된 다수개의 자외선 LED(6) 중의 하나가 좌우로 직선 이동하고, 아래의 집광렌즈(10)의 촛점에 고정되고 직류전원이 인가되면, 자외선은 상기 고정된 거울(14)에 45도 입사각으로 방사된다.
도 20에서와 같이 상기 다수개의 자외선 LED(6)과 이동수단A(80A)의 제 1판(71)은 직선 운동 가이드1(91) 및 레일1(81)을 매개로 하여 이동수단2(802)의 제 2판(72)과 조립되고 앞뒤로 직선 운동한다
도 20에서와 같이 상기 자외선 LED(6)와 상기 집광렌즈(10) 사이의 촛점거리(X + Y)를 일정하게 유지시킨다.
결과적으로 하나의 자외선 LED(6)에서 방사되는 서로 다른 단일 파장값의 자외선이 거울(14)에 반사되고, 직각으로 꺾이면서 집광렌즈(10)로 향하게 된다.
도 20에서와 같이 자외선 LED 램프 유닛(100)에 거울(14)을 적용하는 이유는 집광렌즈(10)와 한 개의 자외선 LED(6) 사이의 촛점거리(X + Y)를 수직으로 꺾으면 자외선 LED 램프 유닛(100)의 크기가 감소하는 이점이 있다.
한편 도 21과 도 22에서 상기 자외선 LED(6)와 거울(14) 사이에 하나 이상의 렌즈를 설치하여 자외선 LED(6)에서 방사되는 자외선의 각도를 좁혀서 빛의 세기를 증가시키는 동시에 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 22는 상기 응용예의 측면도를 도시한다.
예를 들어 도 21과 도 22에서와 같이 상기 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 하나 이상의 렌즈를 설치할 때, 자외선 LED(6)로 부터의 첫 번째 볼록렌즈1(41)은 방사각을 70도로 줄이고, 두 번째 볼록렌즈2(42)는 방사각을 50도로 줄여서, 집광렌즈(10)로부터 벗어나는 자외선을 집광렌즈(10) 안으로 모아준다.
다른 응용예로서, 도 23에서와 같이 자외선 LED 램프 유닛(100)의 하우징(51)의 내부에 설치된 다수개의 서로 다른 파장값을 제공하는 자외선 LED(6)가 회전축(22)을 중심으로 회전체(16)의 사방에 위치하고, 상기 자외선의 입사각이 45도가 되도록 거울(14)이 고정된다.
도 23에서와 같이 상기 회전축(22)은 제 2판(72)이나 하우징(51)에 고정된다.
도 23에서 하측의 도면은 측면도이다.
도 20에서와 같이 서로 다른 파장값을 제공하는 상기 다수개의 자외선 LED(6) 중의 하나가 선택되어 회전하고 고정되어, 아래의 집광렌즈(10)의 촛점에 고정되고, 자외선을 상기 거울(14)에 45도 입사하고 45도로 반사하면, 자외선 평행광은 마스크(13)를 통과해서 마스크(13)의 패턴을 1:1 비율로 피조사체(5)에 전사한다.
다른 응용예로서, 도 24에서와 같이 하나의 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)의 하우징(51) 내부에 터릿(21)이 포함되고, 히트싱크(9) 상에 위치하고 서로 다른 파장값을 제공하는, 상기 다수개의 자외선 LED(6)는 터릿(21)의 동일한 지름의 원주 위에 고정된다.
도 24에서와 같이 중심축(15)을 중심으로 회전되고, 선택된 상기 자외선 LED(6)에서 방사되는 자외선의 입사각이 45도가 되도록 하우징(51)의 내부에 거울(14)이 고정된다.
도 24에서와 같이 상기 서로 다른 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6) 중의 하나가 선택되어 회전하고 고정되어, 거울(14)을 통해 아래의 집광렌즈(10)의 촛점에 고정되고, 자외선을 상기 거울(14)에 45도 입사하고 45도로 반사하면, 자외선 평행광은 마스크(13)를 통과해서 마스크(13)의 패턴을 1:1 비율로 피조사체(5)에 전사한다.
다른 응용예로써, 도 30에서와 같이 서로 다른 파장값을 제공하는 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)에 다수개의 집광렌즈(10)을 설치할 수도 있다.
도 30에서와 같이 서로 다른 파장을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6) 및 다수개의 집광렌즈(10)을 설치할 수 있다.
한편 도 11과 도 14와 도 17과 도 21과 도 22에서와 같이 상기 자외선 LED 램프 유닛(100) 내부의 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 하나 이상의 렌즈를 설치하여 자외선 LED(6)에서 방사되는 자외선의 각도를 좁혀서 자외선의 세기를 증가시키는 동시에 균일도를 향상시킬 수 있다.
일반적인 자외선 LED의 방사각은 내각이 100도 정도이다.
예를 들어 도 11과 도 14와 도 17과 도 21과 도 22에서와 같이 상기 자외선 LED(6)와 상기 집광렌즈(10) 사이에 하나 이상의 렌즈를 설치하면, 상기 자외선 LED(6)로 부터의 첫 번째 볼록(Convex)렌즈1(41)는 방사각을 70도로 줄이고, 두 번째 볼록(Convex)렌즈2(42)는 방사각을 50도로 줄여서, 상기 집광렌즈(10)로부터 벗어나는 자외선을 상기 집광렌즈(10) 안으로 모아준다.
결과적으로 자외선 LED(6)에서 방사되는 자외선의 손실을 줄여주어, 집광렌즈(10)로 모아지는 자외선의 세기를 증가시킨다.
모의실험 결과에 의하면, 도 11과 도 14와 도 17과 도 21과 도 22에서와 같이 상기 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)에서 상기 자외선 LED(6)와 촛점거리가 300mm인 집광렌즈(10) 만을 사용하였을 경우의 상대적 자외선 세기 및 자외선 균일도를 100과 100이라 가정하면, 도 14와 도 18에서와 같이 상기 자외선 LED(6)와 상기 집광렌즈(10) 사이에 하나 이상의 렌즈를 설치할 때의 상대적 자외선 세기는 140, 자외선 균일도는 400으로 향상된다.
도 15와 도 16과 도 18과 도 19와 도 20과 도 21과 도 22와 도 23과 도 24에서와 같이 이동수단(800)은 이동수단2(802)로 구성된다.
도 15와 도 16과 도 18과 도 19와 도 20과 도 21과 도 22와 도 23과 도 24에서와 같이 상기 이동수단2(802)는 제 2판(72)과 제3판(73)과 직선운동 가이드2(92)과 레일2(82)로 구성된다.
도 15와 도 16과 도 18과 도 19와 도 20과 도 21과 도 22와 도 23과 도 24에서와 같이 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)와 제 2판(72)은 직선 운동 가이드2(92) 및 레일2(82)을 매개로 하여 제 3판(73)과 조립되고 앞뒤로 직선 운동한다.
도 15와 도 16과 도 18과 도 19와 도 20과 도 21과 도 22와 도 23과 도 24에서와 같이 상기 제 2판(72)에 고정된 자외선 LED 램프 유닛(100)에서 내부의 서로 다른 파장을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6) 중의 하나를 선택하고, 제 2판(72)을 앞뒤로 직선 이동을 시켜 집광렌즈(10)를 상기 홀더 어셈블리(400) 위에 위치시킨다.
상기 자외선 LED 램프 유닛(100)에 포함된 다수개의 자외선 LED(6) 중의 하나를 선택하고 전원을 인가해서 상기 홀더 어셈블리(400) 위에 위치한 피조사체(5)를 노광한다.
도 15와 도 16과 도 18과 도 19와 도 20과 도 21과 도 22와 도 23과 도 24에서와 같이 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)에 포함된 상기 하우징(51) 내부에 위치한 상기 다수개의 자외선 LED(6)과 제 1판(71)은 직선 운동 가이드1(91) 및 레일1(81)을 매개로 하여 제 2판(72)과 조립되고 직선 운동한다.
도 15와 도 16과 도 18과 도 19와 도 20과 도 21과 도 22와 도 23과 도 24에서와 같이 상기 제 3판(73)은 테이블(300) 위에 수직으로 설치된 두 개의 기둥(20) 위에 설치된다.
한편 도 15와 도 16에서와 같이 상기 레일2(82)는 스크류2(132)로, 직선운동 가이드2(92)는 볼너트2(142)로 대체될 수 있다.
일반적으로 모터(133)는 회전운동을 스크류 및 볼너트를 통해서 직선운동으로 변환시킨다.
도 16에서 모터(133)를 이용해서 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)을 이동시키려면 스크류2(132)와 볼너트2(142)를 사용하여야 한다.
도 16에서 스크류2(132)와 볼너트2(142)는 상기 이동수단2(802)의 제 2판(72)이 전후운동을 하도록 작용한다
다른 응용예로써, 본 발명은 도 25와 도 27과 도 28 및 도 29에 도시한 바와 같이, 하나 또는 다수개의 자외선 LED(6)와 히트싱크(9)가 구비되어 피크값 + - 20nm 이내 파장값의 자외선을 투사하는 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100) 및 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)의 일단에 연결되어 위치를 조절하는 이동수단(800)으로 구성될 수 있다.
도 25와 도 27과 도 28 및 도 29에서 이동수단(800)은 이동수단3(803)이다.
도 25와 도 27과 도 28 및 도 29에 도시한 바와 같이, 상기 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)은 홀더 어셈블리(400) 상에서 상하좌우로 이동하거나 고정된다.
또 도 25에서 도시한 바와 같이, 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)은 테이블(300) 상에 설치된 기둥(20)에 의지해서 노광 공정이 이루어지는 하나의 견고한 테이블(300) 상에 고정되어 있거나 이동할 수도 있다.
도 25에서와 같이, 상기 직류전원이 인가되어 자외선 LED 램프 유닛(100)은 하나 또는 다수개의 자외선 LED(6)와 하나의 집광렌즈(10) 및 하우징(51)으로 이루어 진다.
예를 들어 상기 하나의 자외선 LED(6)가 방사하는 피크값 365nm의 파장값은 345nm부터 385nm 영역을 의미한다.
도 5와 도 6과 도 7에서와 같이 상기 단일 파장값을 발생시키는 자외선 LED(6)가 하나 또는 다수개가 장착된 PCB(12)는 히트싱크(9) 위에 위치한다.
도 7과 도 27에서와 같이 점광원의 radiant flux의 세기를 증가시키기 위해서 하나의 고출력의 자외선 LED(6)를 설치하는 대신 낮은 출력을 방사하는 다수개의 자외선 LED(6)를 한점에 설치하여 동일한 효과를 낼 수도 있다.
도 25와 도 27에서 자외선 LED에서 발생하는 열은 PCB(12)와 히트싱크(9)를 통하여 외부로 방출된다.
도 25과 도 27에서와 같이 상기 하우징(51)의 상부에 하나 또는 다수개의 자외선 LED(6)가 집광렌즈(10)의 촛점에 조정되고 고정되며, 하부에 집광렌즈(10)가 고정되어, 하우징(51)은 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이의 촛점거리를 일정하게 유지시킨다.
도 25와 도 27에서와 같이, 특히 단일 파장값을 발생시키는 자외선 LED(6) 중 하나 또는 다수개는 하우징(51)에 조립된 집광렌즈(10)의 촛점에 위치하며, 집광렌즈(10)는 마스크(13)의 위에 설치되고, 자외선 LED(6)에서 방사되는 산란광 형태의 자외선이 하나의 집광렌즈(10)를 통해 마스크(13)로 방사되면서 양질의 평행광으로 바뀌게 되며, 상기 양질의 자외선 평행광은 마스크(13)를 통과해서 마스크(13)의 패턴을 1:1 비율로 피조사체(5)에 전사한다.
도 25에서 자외선 LED 램프 유닛(100)은 도 11에서와 같이 상기 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 하나 이상의 렌즈를 설치하여 자외선 LED(6)에서 방사되는 자외선의 각도를 좁혀서 빛의 세기를 증가시키는 동시에 균일도를 향상시킬 수 있다.
한편, 도 28과 도 29에서와 같이 에서와 같이 자외선 LED 램프 유닛(100)에서 자외선 LED(6)와 하나의 집광렌즈(10) 사이에 입사각이 45도가 되고 반사각도 45도가 되도록 거울(14)을 설치한다.
도 28과 도 29에서와 같이 결과적으로 하나 또는 다수개의 자외선 LED(6)에서 방사되는 자외선이 거울(14)에 반사되고, 직각으로 꺾이면서 집광렌즈(10)로 향하게 된다.
도 28과 도 29에서와 같이 자외선 LED 램프 유닛(100)에 거울(14)을 적용하는 이유는 집광렌즈(10)와 하나 또는 다수개의 자외선 LED(6) 사이의 촛점거리를 수직으로 꺾으면 자외선 LED 램프 유닛(100)의 크기가 감소하는 이점이 있다.
도 14에서와 같이 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)은 상기 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 하나 이상의 렌즈를 설치하여 자외선 LED(6)에서 방사되는 자외선의 각도를 좁혀서 빛의 세기를 증가시키는 동시에 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 25와 도 27과 도 28와 도 29에서와 같이 이동수단(800)은 이동수단3(803)으로 구성된다.
도 25와 도 27과 도 28와 도 29에서와 같이 이동수단3(803)은 제 2판(72)과 제 3판(73)과 레일 2(82)과 직선운동 가이드2(92)로 구성된다.
도 25와 도 27과 도 28와 도 29에서와 같이 상기 제 2판(72)과 제 3판(73)은 레일 2(82)와 직선 운동 가이드2(92)을 매개로 하여 조립되고 제 2판(72)은 좌우로 직선 운동한다.
한편 도 25과 도 26에서와 같이 상기 레일2(82)은 스크류2(132)로, 직선운동 가이드2(92)는 볼너트2(142)로 대체될 수 있다.
도 26에서와 같이 일반적으로 모터(133)는 회전운동을 스크류 및 볼너트를 통해서 직선운동으로 변환시킨다.
도 26에서 상기 모터(133)를 이용해서 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)을 좌우로 이동시키려면 상기 스크류2(132)와 상기 볼너트2(142)를 사용하여야 한다.
도 25와 도 26과 도 27와 도 28과 도 29에서와 같이 제 3판(73)은 테이블(300) 위에 수직으로 설치된 두 개의 기둥(20) 위에 설치된다.
도 25와 도 26과 도 27와 도 28과 도 29에서와 같이 상기 제 2판(72)에 설치된 하나의 자외선 LED 램프 유닛(100)을 직선 이동시켜 상기 홀더 어셈블리(400) 위에 위치시키고, 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)에 전원을 인가해서 홀더 어셈블리(400) 위에 위치한 피조사체(5)를 노광한다.
이와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 전자 산업 분야 중 각종 전자소자 생산의 한 공정인 포토리소그라피(Photolithography) 및 폴리머 경화 분야에 편리하고 다양한 자외선 파장값을 제공하는 광원 기능을 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 파장값 선택형 자외선 LED 광원에 있어서,
    서로 다른 다수개의 피크값 + - 20nm 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6)가 설치되어, 상기 다수개 자외선 파장값 중의 하나를 선택하고 투사하는 하나 또는 다수개의 자외선 LED 램프 유닛(100); 및
    일측은 상기 자외선 LED 램프 유닛(100)의 일단에 연결되고, 다른 일측은 기둥(20)에 고정되어, 홀더 어셈블리(400)의 정상부로 상기 선택된 자외선 LED 램프 유닛(100)이 이동되고 위치하도록 조절하는 이동수단(800);
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 파장값 선택형 자외선 LED 광원.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선 LED 램프 유닛(100)은,
    방열용 히트싱크(9)와:
    상기 히트싱크(9)의 표면에 접촉하는 동시에 집광렌즈(10)의 촛점에 위치하고 고정되며, 다수개의 피크값 + - 20nm 파장값의 자외선을 선택적으로 투사하는 하나 또는 다수개의 상기 자외선 LED(6)와;
    상기 자외선 LED(6)에서 방사되는 자외선을 투과하여 평행광으로 만드는 집광렌즈(10)와;
    상기 자외선 LED(6)와 상기 집광렌즈(10)가 촛점거리를 유지하도록 상기 집광렌즈(10)를 고정시키는 하우징(51); 및
    자외선 LED용 직류전원;
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 파장값 선택형 자외선 LED 광원.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징(51)의 하부에 다수개의 집광렌즈(10)을 설치한 것을 특징으로 하는 파장값 선택형 자외선 LED 광원.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동수단(800)은,
    상기 자외선 LED 램프 유닛(100)을 장착하고, 홀더 어셈블리(400)의 정상부로 이동할 수 있도록 하는 이동수단1(801); 또는
    이동수단2(802); 또는
    이동수단3(803);
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 파장값 선택형 자외선 LED 광원.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이동수단1(801)은,
    제 1판(71)과;
    제 2판(72)과;
    제 3판(73)과;
    레일1(81) 또는 스크류1(131)과;
    레일2(82) 또는 스크류2(132)와;
    직선운동 가이드1(91) 또는 볼너트1(141); 및
    직선운동 가이드2(92) 또는 볼너트2(142);
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 파장값 선택형 자외선 LED 광원.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 이동수단1(801)은,
    터릿(21)과;
    제 2판(72)과;
    제 3판(73)과;
    레일2(82) 또는 스크류2(132); 및
    직선운동 가이드2(92) 또는 볼너트2(142);
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 파장값 선택형 자외선 LED 광원.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 이동수단2(802)는,
    제 2판(72)과;
    제 3판(73)과;
    레일2(82) 또는 스크류2(132); 및
    직선운동 가이드2(92) 또는 볼너트2(142);
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 파장값 선택형 자외선 LED 광원.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 이동수단3(803)은,
    제 2판(72)과;
    제 3판(73)과;
    레일2(82) 또는 스크류2(132); 및
    직선운동 가이드2(92) 또는 볼너트2(142);
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 파장값 선택형 자외선 LED 광원.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 자외선 LED 램프 유닛(100)의 내부에 이동수단A(80A); 또는
    서로 다른 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6)가 설치된 터릿(21); 또는
    서로 다른 파장값을 제공하는 다수개의 자외선 LED(6)가 설치된 회전체(16);
    를 설치하는 것을 특징으로 하는 파장값 선택형 자외선 광원.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 이동수단A(80A)는,
    제 1판(71)과;
    레일1(81) 또는 스크류1(131); 및
    직선운동 가이드1(91) 또는 볼너트1(141);
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 파장값 선택형 자외선 LED 광원.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 자외선 LED(6)와 집광렌즈(10) 사이에 입사각이 45도가 되고 반사각도 45도가 되도록 거울(14)을 설치하는 것을 특징으로 하는 파장값 선택형 자외선 LED 광원.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 자외선 LED(6)와 상기 집광렌즈(10) 사이에 하나 또는 다수개의 볼록렌즈를 설치해서, 자외선 LED(6)에서 방사되는 자외선의 각도를 좁혀, 피조사체(5)의 표면에 자외선의 세기를 증가시키는 동시에 균일도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 파장값 선택형 자외선 광원.
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