KR20160093415A

KR20160093415A - 발광장치 및 이를 가지는 노광장치

Info

Publication number: KR20160093415A
Application number: KR1020150014395A
Authority: KR
Inventors: 김종만; 이한승
Original assignee: 무진전자 주식회사
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2016-08-08

Abstract

본 개시는 발광장치에 있어서, 전면, 및 후면을 가지는 기판과, 전면에 구비된 적어도 하나의 반도체 발광소자를 가지는 광원; 적어도 하나의 반도체 발광소자의 전방에 구비되는 광투과체; 그리고 광투과체와 기판 사이 공간으로 차가운 공기(cold air)를 공급하여 기판의 전방에서 적어도 하나의 반도체 발광소자의 온도 상승을 억제하는 제1 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 및 이를 가지는 노광장치에 관한 것이다.

Description

발광장치 및 이를 가지는 노광장치{LIGHT EMITTING DEVICE AND EXPOSURE APPARATUS HAVING THE SAME}

본 개시(Disclosure)는 전체적으로 발광장치 및 이를 가지는 노광장치에 관한 것으로, 특히 방열효율이 향상된 발광장치 및 이를 가지는 노광장치에 관한 것이다.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).

반도체 (Semiconductor) 웨이퍼 (Wafer) 및 PDP(Plasma Display Panel) , LCD (liquid Crystal Display) 등 평판디스플레이 장치 (Flat panel Display FPD) 에 사용되는 기판의 제조공정에 있어서 웨이퍼 및 기판의 표면에 코팅된 PR을 선택적으로 제거하는 노광공정이 수행된다. 이와 같이 웨이퍼나 기판의 노광을 위한 광원에는 초고압수은 램프, 할로겐 램프를 비롯하여 최근에 LED 등이 사용된다.

도 1은 종래의 수은램프를 광원으로 하는 노광장치의 일 예를 나타내는 도면으로서, 종래의 수은램프 노광장치는 기판(1)상에 형성하고자 하는 회로패턴이 설계된 마스크(4), 마스크(4)에 자외선 영역의 빛을 공급하는 광원부(10), 광원(6)에서 나오는 빛을 균일한 면 광원으로 확산시키며 기판(1)방향으로 빛의 방향을 전환하여 기판(1)상에 조사하는 조명부(20), 마스크(4)를 통과한 빛이 기판(1)의 원하는 위치에 일정한 배율로 전사되도록 하는 렌즈부(30) 및 마스크(4)를 지지하는 척과, 척을 원하는 위치에 정렬시키는 스테이지를 포함하는 정렬부(40)로 이루어진다. 또한, 렌즈부(30)는 광원의 구동을 제어하는 제어부(50)와도 연결된다.

이러한 구조의 수은램프 노광장치의 광원(6)인 수은 램프는 단일형의 고압 방전관 (예: 1kW ~ 수kW ) 구조로 되어있고, 아크(Arc)가 발생하는 금속전극의 기화로 유리구면이 흑화되어 조도가 감소하고, 약 2,000Hr 정도의 수명을 가지며, 수명기간내에서도 조도 보증시간이 짧은 편이어서 정기적으로 교환되어야 했다. 따라서, 노광장치의 유지 및 보수 비용이 많고, 노광장치의 Down 시간의 증가로 생산성 하락이 문제되었다.

도 2는 미국 공개특허공보 제2007/0248898호에 개시된 스테퍼의 일 예를 나타내는 도면으로서, 스테퍼는 광원으로 엑시머 레이저(11)를 가지며, 엑시머 레이저(11)로부터 나온 빔(13)은 미러들(15-15e)에 의해 방향이 가이드되며, 제1 렌즈 시리즈를 통해 마스크(17)로 조사되기 위한 형태를 갖는다. 또한, 제2 렌즈 시리즈를 통해 웨이퍼에 조사되기 위한 광의 형태를 갖는다.

도 3은 LED를 광원으로 이용한 노광장치의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 4는 노광용 자외선 LED를 방열하기 위한 구성의 일 예를 나타내는 도면으로서, 자외선 LED를 이용한 노광용 램프(100)는 상부면 상에 회로 패턴이 형성된 일정크기의 PCB 기판(110), PCB 기판(110)의 회로 패턴이 형성된 일 측면에 어레이(Array) 형태로 배열되어지되 회로 패턴에 전기적으로 접속되는 접속단자(124)와 자외선 광을 발광시키는 발광부(122)로 이루어지는 LED 소자(120), PCB 기판(110)의 타 측면에 밀착 설치되어 LED 소자(120)의 발광에 따라 발생하는 열을 전달받아 외부로의 방출을 통해 LED 소자(120)의 온도가 일정하게 유지되도록 하는 히트 싱크(130) 및 히트 싱크(130)의 상부면에 부착 설치되어 히트 싱크(130)의 열을 냉각시키는 냉각팬(140)의 구성으로 이루어진다.

최근에는 노광 공정의 시간 단축 등을 위해 고출력 UV LED를 고집적도로 사용함에 따라 방열의 문제가 더욱 중요해 지고 있다. 도 3 및 도 4에 제시된 방열의 방법으로서 이러한 고출력 UV LED가 밀집되어 사용되는 장치에서 방열을 충분히 잘하기에는 한계가 많다.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.

여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).

본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 발광장치에 있어서, 전면, 및 후면을 가지는 기판과, 전면에 구비된 적어도 하나의 반도체 발광소자를 가지는 광원; 적어도 하나의 반도체 발광소자의 전방에 구비되는 광투과체; 그리고 광투과체와 기판 사이 공간으로 차가운 공기(cold air)를 공급하여 기판의 전방에서 적어도 하나의 반도체 발광소자의 온도 상승을 억제하는 제1 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치가 제공된다.

본 개시에 따른 다른 하나의 태양에 의하면(According to another aspect of the present disclosure), 광을 가이드 하여 웨이퍼를 노광하는 노광장치(an exposure apparatus)에 있어서, 웨이퍼가 놓이는 웨이퍼 스테이지(a wafer stage); 공급된 광을 가이드하여 웨이퍼로 조사하기 위한 광으로 변환하는 광 가이드 시스템; 그리고 광 가이드 시스템에 광을 공급하는 발광장치;를 포함하며, 발광장치는: 전면, 및 후면을 가지는 기판과, 전면에 구비된 적어도 하나의 반도체 발광소자를 가지는 광원; 적어도 하나의 반도체 발광소자의 전방에 구비되며, 적어도 하나의 반도체 발광소자로부터의 광을 광 가이드 시스템 측으로 가이드하는 광투과체; 그리고 광투과체와 기판 사이 공간으로 차가운 공기(cold air)를 공급하여 기판의 전방에서 적어도 하나의 반도체 발광소자의 온도 상승을 억제하는 제1 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치가 제공된다.

도 1은 종래의 수은램프를 광원으로 하는 노광장치의 일 예를 나타내는 도면
도 2는 미국 공개특허공보 제2007/0248898호에 개시된 스테퍼의 일 예를 나타내는 도면으
도 3은 LED를 광원으로 이용한 노광장치의 일 예를 나타내는 도면이고,
도 4는 노광용 LED를 방열을 위한 구성의 일 예를 나타내는 도면으
도 5 및 도 6은 본 개시에 따른 발광장치의 예들을 설명하기 위한도면들,
도 7은 본 개시에 따른 노광장치의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 8 및 도 9는 본 개시에 따른 발광장치의 다른 예들을 설명하기 위한 도면들,
도 10은 본 개시에 따른 노광장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 11은 발광장치에서 광원모듈의 예들을 설명하는 도면,
도 12는 본 개시에 따른 발광장치의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 13은 도 12에 제시된 발광장치를 다른 각도에서 바라본 도면,
도 14는 도 12에서 A-A 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타내는 도면,
도 15는 발광장치에서 광원모듈 및 에어의 흐름의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 16은 본 개시에 따른 발광장치의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 17은 도 16에서 B-B 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타내는 도면,
도 18은 발광장치에서 광원모듈 및 에어의 흐름의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 19는 본 개시에 따른 발광장치의 또 다른 예를 설명하깅 위한 도면.

이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).

도 5 및 도 6은 본 개시에 따른 발광장치의 예들을 설명하기 위한 도면들로서, 발광장치(100)는 광원(103), 광투과체(161), 및 제1 방열부(400,321,325,331,335,105)를 포함한다. 광원(103)은 전면, 및 후면을 가지는 기판(115)과, 전면에 구비된 적어도 하나의 반도체 발광소자(117)를 가진다. 광투과체(161)는 적어도 하나의 반도체 발광소자(117)의 전방에 구비된다. 본 예에서, 기판(115)은 PCB(printed circuit board)로서, 바람직하게는 메탈 PCB이며, 적어도 하나의 반도체 발광소자(117)는 기판(115)에 COB 타입으로 실장된 복수의 UV LED를 포함한다. 광투과체(161)는 렌즈(lens) 또는, 쿼르츠 글라스(Quarts Glass)일 수 있으며, 광원(103)으로부터의 빛을 투과하고, 외부로부터 광원(103)을 보호한다. 광투과체(161)는 도 5에 제시된 바와 같은 집광렌즈 형상을 가지거나, 도 6에 제시된 바와 같이, 판 형상을 가질 수 있으며, 사용 목적에 따라 그 형태를 변경할 수 있다.

제1 방열부(400,321,325,331,335,105)는 기판(115)의 전방에서 복수의 UV LED를 직접 냉각하는 방열 구조를 가진다. 제1 방열부(400,321,325,331,335,105)에 대해서는 후술된다.

발광장치(100)는 제2 방열부(210), 하우징(310), 및 지지부(330)를 포함할 수 있다. 제2 방열부(210)는 기판(115)의 후면에 구비되며, 기판(115)으로부터 열전달 받아 방열한다. 본 예에서 제2 방열부(210)는 기판(115)의 후면에 접합되며 방열핀(215)을 가지는 히트싱크(210; heat sink)이다. 하우징(310)은 광원(103)이 수용될 수 있는 홈을 가질 수 있고, 광원(103)은 전방을 향하고, 히트싱크(210)는 후방을 향하도록 하우징(310)에 설치될 수 있다. 지지부(330)는 광투과체(161)와 하우징(310)의 사이에 개재되어 광투과체(161)를 지지하며, 복수의 반도체 발광소자(117)를 광투과체(161) 측으로 노출하는 개구가 형성되어 있다. 지지부(330)에 의해 광투과체(161)는 광원(103)으로부터 떨어져 있으므로, 광투과체(161)와 복수의 반도체 발광소자(117) 사이 공간(105)이 형성된다.

제1 방열부(400,321,325,331,335,105)는 하우징(310)에 형성된 유입통로(321), 유출통로(325), 지지부(330)에 형성된 제1 가이드홈(331), 제2 가이드홈(335), 사이 공간(105), 및 공기 공급 장치(400)를 포함한다. 공기 공급 장치(400)는 보텍스 튜브(400; vortex tube; 도 5) 또는, 압축공기 공급기(450; 도 6) 등일 수 있다. 보텍스 튜브(400) 또는, 압축공기 공급기(450)는 상기 사이 공간(105)에 차가운 공기를 공급하여 복수의 반도체 발광소자(117)의 온도 상승을 억제한다. 차가운 공기 공급을 위한 구조 또는 구성의 일 예로서, 도 5에 제시된 바와 같이, 하우징(310)의 가장자리에 유입통로(321) 및 유출통로(325)가 형성되고, 지지부(330)에는 유입통로(321)에 연통하는 제1 가이드홈(331), 및 유출통로(325)에 대응하는 제2 가이드홈(335)이 형성되어 있다. 유입통로(321)에는 보텍스 튜브(400) 또는 압축공기 공급기(450)가 연결되며, 차가운 공기가 유입통로(321)에 공급된다. 유입통로(321)에 공급된 차가운 공기는 지지부(330)에 형성된 제1 가이드홈(331)에 의해 상기 사이 공간(105) 측으로 흐르며, 광원(103)으로부터 열전달 받아 온도가 상승한다. 온도가 상승한 공기는 제2 가이드홈(335)에 의해 유입통로(321)의 반대측에 형성된 유출통로(325) 측으로 가이드되며, 외부로 방출된다.

본 예에서, 제1 방열부는 보텍스 튜브(400) 또는, 압축공기 용기 등을 의미할 수도 있고, 이들에 더하여 전술한 바와 같이, 유입통로(321), 유출통로(325), 가이드홈(331,335), 및 사이 공간(105)을 포함하는 구조 또는 구성을 의미할 수 있다. 가이드홈(331,335)은 생략될 수도 있으며, 유입통로(321) 및 유출통로(325)가 형성되는 위치나 형태는 변경가능하며, 하우징(310)이 아닌 다른 부분에 형성되는 것도 물론 가능하다.

본 예에 따른 발광장치(100)는 대표적으로 반도체 소자의 제조공정에서 웨이퍼를 노광하는 노광장치의 광 발생 장치로 사용될 수 있다. 노광장치는 전술한 바와 같이 다수의 UV LED를 사용할 수 있는데, 본 예와 같은 발광장치(100)는 히트싱크(210)에 의한 광원(103)의 후방 방열과, 전방에서 차가운 공기에 의한 반도체 발광소자(117)을 직접 냉각하는 구조를 가진다. 따라서, 기판(115)의 후면에 구비된 히트싱크(210)만으로는 부족한 방열효율이 현저히 향상되며, 고출력 및 다수의 UV LED를 사용하는 발광장치(100)의 방열에 강력한 방열 구조를 제공한다. 발광장치(100)는 이외에도 고출력의 조명장치 등에도 적용될 수 있다.

도 7은 본 개시에 따른 노광장치의 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 노광장치(1001)는 발광장치(100), 및 광 가이드 시스템(170)을 포함한다. 발광장치(100)로는 도 5 및 도 6에서 설명된 발광장치(100)가 사용될 수 있다. 발광장치(100)에 사용되는 반도체 발광소자(117)로는 필요한 파장에 따라 선택될 수 있다. 본 예에서는 노광용 광원으로 UV LED를 사용하며, 많게는 수백 개의 UV LED가 COB 타입으로 기판(115)에 실장될 수 있다.

광가이드 시스템(170)은 광입력부(171a)를 포함한다. 본 예에서 광입력부(171a)는 미러(mirror)이며, 미러와 다른 형태도 가능하다. 발광장치(100)는 미러(171a)를 향하여 광을 방사한다. 광 가이드 시스템(170)은 필터들(Filters), 추가의 미러들(Mirrors), 어텐유에이터(Attenuator), 빔익스펜더(Beam expander), 노광센서(Exposure Sensor), 정렬센서(Alignment Sensor), 슬릿(Slit), 마스크(Mask; Reticle), 프로젝션 렌즈(Projection Lens) 등을 포함할 수 있다. 발광장치(100)에 의해 방사된 광은 미러(171a)에서 반사되어 광 가이드 시스템(170)에 의해 가이드된다. 미러(171a) 외의 추가의 미러, 필터 등을 거치며, 광은 마스크에 조사되기 위한 형태로 변경, 또는 변환되며, 마스크를 통과한 광은 프로젝션 렌즈에 의해 배율이 조절되어 웨이퍼(200)에 조사된다. 광 가이드 시스템(170)의 구성은 도 7에서 제시한 예 외에도 다양한 변경이 가능하며, 본 개시에 따른 발광장치(100)를 포함한다.

도 8 및 도 9는 본 개시에 따른 발광장치(100)의 다른 예들을 설명하기 위한 도면들로서, 도 8에 제시된 예에서, 제1 방열부(400,321,325,331,335,105)로서, 보텍스 튜브(400), 유입통로(321), 유출통로(325), 가이드홈(331,335), 및 사이 공간(105)이 형성되어 있다. 보텍스 튜브(400)는 압축 가스(compressed gas)를 핫 흐름(hot streams)과 콜드 흐름(cold streams)으로 분리하는 기계 장치이다. 보텍스 튜브(400)는 예를 들어, 소용돌이 챔버(405; swirl chamber), 압축공기 입구(411), 핫 출구(413; hot end), 및 콜드 출구(415; cold end)를 가진다. 예를 들어, 압축공기 입구(411)로 공급되는 압축공기의 온도는 약 20도(℃), 핫 출구(413)로 나오는 공기는 약 110도, 콜드 출구(415)로 나오는 공기는 약 마이너스 40도 정도일 수 있다. 압축공기 입구(411)로 소용돌이 챔버(405)에 수직하게 압축공기가 공급되면, 소용돌이 챔버(405) 내에서 공기가 고속회전을 하며, 핫 출구(413) 측에 구비된 콘 형상의 노즐로 인해서 반경 방향으로 바깥층 압축 공기만 핫 출구(413)로 탈출하며, 남은 공기가 소용돌이 챔버(405) 내로 다시 리턴하며 회전의 반경이 감소한다. 이러한 과정에서 리턴하는 흐름은 온도가 하강하여 콜드 출구(415)로 나온다.

콜드 출구(415)는 하우징(310)의 유입통로(321)에 관(461)을 통해 연결될 수 있으며, 본 예에서 콜드 출구(415)로부터 나와 유입통로(321)로 들어가는 차가운 공기의 온도는 필요한 온도로 조절될 수 있다. 차가운 공기의 온도는 UV LED 개수, 제1 방열부(400,321,325,331,335,105)의 구체적인 구성 등에 따라 변경될 수 있으며, 광원(103)의 안정적인 동작을 위해 테스트를 하여 차가운 공기의 적절한 온도를 정할 수 있다. 예를 들어, UV LED와 광투과체(161) 사이 공간(105)으로 공급되는 차가운 공기의 온도는 약 영하 50도에서 영상 30도로 조절될 수 있다.

본 예에서, 제2 방열부(210)는 차가운 유체(예: 물)에 의한 방열 구조를 가진다. 예를 들어, 제2 방열부(210)는 내부 공간을 가지며, 내부 공간으로 방열핀(215)이 뻗은 몸체(220), 몸체(220)의 내부 공간으로 통하는 제1 통로(230) 및 제2 통로(240)를 가진다. 이와 같은 제2 방열부(210)는 열전달율이 좋은 재질(예: Al)로 형성될 수 있다. 제1 통로(230)로 차가운 물이 공급되어 내부 공간의 방열핀(215)과 접촉하며 열전달을 받아 제2 통로(240)로 나온다. 발광장치(100)는 이러한 제2 방열부(210)에 의한 후방 수냉식 방열 구조와 제1 방열부(400,321,325,331,335,105)에 의한 전방 공냉식 방열 구조를 함께 가지므로, 매우 강력한 방열구조를 가진다.

도 9에 제시된 예에서, 제1 방열부는 보텍스 튜브(400), 유입통로(321), 사이 공간(105), 유출통로(325)를 포함한다. 유입통로(321) 및 유출통로(325)는 하우징(310)이 아니라 지지부(330)의 측면에 형성되어 있다. 보텍스 튜브(400)를 하우징(310)의 후방이나 측방에 배치할 수 있으며, 하우징(310)에 유입통로(321) 및 유출통로(325)를 형성하기 부적절한 경우, 이와 같이 지지부(330)에 유입통로(321) 및 유출통로(325)를 형성하는 것이 가능하다.

도 10은 본 개시에 따른 노광장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 발광장치(100)에서 광원모듈의 예들을 설명하는 도면으로서, 노광장치(1003)는 웨이퍼 로더(187; wafer loder), 웨이퍼 스테이지(179; wafer stage), 웨이퍼 얼라인먼트 시스템(185; wafer alignment system), 마스크 로더(183; mask loader), 마스크 스테이지(175; mask stage), 마스크 얼라인먼트 시스템(181; mask alignment system), 리덕션 렌즈(173g; 또는 프로젝션 렌즈), 및 조광 시스템(illumination system)을 포함한다. 조광 시스템은 발광장치(100), 및 광 가이드 시스템(170)을 포함한다. 광 가이드 시스템(170)은 광입력부(171a)로서 미러와, 마스크(173f)로 광을 가이드하기 위한 필터(도시되지 않음), 렌즈(173b,173d,173e,173g) 추가의 미러(173c) 등을 포함할 수 있다. 마스크(173f)는 리덕션 렌즈(173g)와 렌즈(173d)의 사이에 구비되며, 리덕션 렌즈(177)는 웨이퍼(200)와 마스크 스테이지(175) 사이에 구비된다. 광 가이드 시스템(170)은 발광장치(100)로부터 공급된 광을 가이드하여 마스크(173f)를 통해 웨이퍼(200)에 광을 조사한다.

발광장치(100)는 광원, 광투과체(161), 제1 방열부(400,321,325,331,335,105), 및 제2 방열부(210)를 포함한다. 광원은 서로 분리되거나 별개로 수리되거나 동작할 수 있는 복수의 광원모듈(110,120,130,140)을 포함한다. 각 광원모듈(110,120,130,140)은 기판(115), 및 기판(115)에 실장된 복수의 반도체 발광소자(117)를 포함한다. 도 10과 같이 2개의 광원모듈(110,120)이 가능하며, 도 11a에 제시된 바와 같이, 4개의 광원모듈(110,120,130,140)이 코너를 마주하며, 서로 인접하게 배열되거나, 도 11b에 제시된 바와 같이, 중앙에 일정한 공간이 있고, 서로 떨어져 배열될 수 있다. 또는, 도 11a에 제시된 예에서 가운데에 광원모듈(190)을 추가하여 도 11c에 제시된 예가 가능하다. 각 광원모듈(110,120,130,140)의 형상은 사각형뿐만 아니라, 도 11d에 제시된 바와 같이, 원형의 일부 형상(예: 부채꼴)을 가질 수도 있으며, 이들이 원판 형태로 배열될 수 있다. 광원모듈의 개수 및 배열 형태는 더 다양하게 변경될 수 있다.

광투과체(161)는 집광렌즈로서, 각 광원모듈의 사이즈에 대응하여 각 광원모듈의 전방에 구비될 수 있다(예: 도 16 참조). 제1 방열부(400,321,325,331,335,105) 및 제2 방열부(210)로는 도 5, 도 6, 도 8, 및 도 9에서 설명된 제1 방열부(400,321,325,331,335,105) 및 제2 방열부(210)가 적용될 수 있다. 제1 방열부(400,321,325,331,335,105) 및 제2 방열부(210)는 각 광원모듈(110,120,130,140)마다 별개로 각각 구비될 수도 있고(예: 도 17 참조), 복수의 광원모듈(110,120,130,140) 전체에 적용되도록 구비될 수도 있다(예: 도 14 참조).

제어 시스템(103)에 의해 웨이퍼(200) 상에 프린트될 각 층의 프로그램이 실행된다. 컴퓨터(101)는 각 층의 실행 프로그램을 저장하고 있고, 실행에 있어서 상기 요소들과 커뮤니케이션을 수행한다. 노광장치(예: 스테퍼)의 구성요소들은 밀폐된 챔버(도시되지 않음) 내에 구비될 수 있으며, 챔버는 정확히 제어된 온도로 유지되어 웨이퍼(200)에 형성된 패턴이 열팽창수축에 따른 왜곡을 방지한다. 챔버는 또한 공정을 위한 다른 시스템, 예를 들어, 에어컨디션 시스템, 파워서플라이, 콘트롤 보드 등을 포함할 수 있다. 웨이퍼 스테이지(179)에 의해 미세한 얼라인이 완료되면, 조광 시스템으로부터의 광에 의해 웨이퍼(200)가 노광된다. 광은 마스크(173f)를 통과하고 리덕션 렌즈(177)를 통해 웨이퍼(200)의 표면에 조사된다. 프로세스 프로그램 또는 레시피가 노광시간을 정할 수 있다.

복수의 광원모듈(110,120,130,140)의 미러(171a)에 대한 각도를 제어 시스템(103)에 의해 제어할 수 있다. 제어시스템이 광원의 동작을 제거하고, 제1 방열부(400,321,325,331,335,105)에 의한 차가운 공기를 제어(예: 온도)하며, 및 제2 방열부(210)를 제어(예: 수냉식의 경우 물의 공급, 온도 제어) 하도록 할 수 있다.

발광장치(100)는 복수의 광원모듈(110,120,130,140)로 모듈화되어 있어서, 소형의 집광렌즈(예: 도 16의 161,162,163,164)를 사용할 수 있고, 문제가 있는 광원모듈만 교체하면 되므로, 유지 및 보수가 편리하다. 또한, 하나의 대면적 기판에는 수백 개(예: 196×4 개)의 UV LED가 실장되어 많은 열이 발생하는 반면, 본 예의 경우, 각 광원모듈(예: 110,120,130,140)에 반도체 발광소자(117)를 분산 배치할 수 있으므로, 각 광원모듈(110,120,130,140)에서 발열량이 하나의 대면적 기판을 사용하는 경우보다 작게 되고, 제1 방열부(400,321,325,331,335,105) 및 제2 방열부(210)에 의한 방열의 부담이 감소할 수 있다.

도 12는 본 개시에 따른 발광장치(100)의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 13는 도 12에 제시된 발광장치(100)를 다른 각도에서 바라본 도면이며, 도 14는 도 13에서 A-A 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타내는 도면이다.

발광장치(100)는 광원, 광투과체(161), 하우징(310), 지지부(330), 제1 방열부(400,321,325,331,335,105), 및 제2 방열부(210)를 포함한다. 광원은 복수의 광원모듈(110,120,130,140)을 포함하며, 도 11에서 설명된 복수의 광원모듈(110,120,130,140)이 사용될 수 있다. 광투과체(161)는 집광렌즈로서, 4개의 광원모듈(110,120,130,140)에 대응하여 하나의 집광렌즈(169)가 구비된다.

하우징(310)에는 광원이 수용되는 홈이 형성되어 있다. 제2 방열부(210)는 광원모듈(110,120,130,140)의 후방에 구비되어 광원모듈(110,120,130,140)로부터의 열을 방열한다. 예를 들어, 제2 방열부(210)는 몸체(220), 제1 통로(230), 및 제2 통로(240)를 포함한다. 몸체(220)는 내부 공간, 및 내부 공간에 형성된 방열핀(215)을 가지며, 몸체(220)의 전면에 광원모듈(110,120,130,140)의 각 기판(115)이 접합되거나, 스크류 체결되는 등의 방법으로 고정된다. 제1 통로(230)는 몸체(220)의 내부 공간으로 연통되며, 냉각용 유체가 제1 통로(230)를 통해 몸체(220)의 내부 공간으로 유입된다. 제2 통로(240)는 몸체(220)의 내부 공간으로 연통되며, 온도가 상승한 냉각용 유체가 제2 통로(240)를 통해 몸체(220)의 외부로 유출된다. 하우징(310)에는 몸체(220)를 수용하는 홈이 형성되어 있고, 제1 통로(230) 및 제2 통로(240)가 하우징(310)의 후방으로 인출되도록 개구가 형성되어 있다. 냉각용 유체로는 물과 같은 액제나 찬 공기(cold air) 등 기체도 가능하다.

지지부(330)는 집광렌즈(169)와 하우징(310) 사이에 개재되어 집광렌즈(169)를 지지하며, 광원모듈(110,120,130,140)이 집광렌즈(169) 측으로 노출되도로 개구가 형성되어 있다. 집광렌즈(169)가 지지부(330)와 결합되어 광원과 집광렌즈(169) 사이의 공간(105)은 외부와 차폐될 수 있다.

도 15는 발광장치(100)에서 광원모듈 및 에어의 흐름의 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 14 및 도 15을 참조하면, 제1 방열부(400,321,325,331,335,105)는 하우징(310)의 후방에 구비되는 보텍스 튜브(400), 하우징(310)의 가장자리에서 후방에서 전방으로 통하도록 형성된 유입통로(321) 및 유출통로(325), 지지부(330)에 형성된 제1 및 제2 가이드홈(331,335), 및 집광렌즈(161,162,163,164)와 광원 모듈(110,120,130,140)사이 공간(105)을 포함한다. 보텍스 튜브(400)의 압축공기 입구(411)로 압축공기가 공급되며, 핫 출구(413)로 뜨거운 공기가 배출되고, 콜드 출구(415)를 나온 차가운 공기가 하우징(310)의 유입통로(321)로 공급된다. 핫 출구(413)는 내부관(461)에 의해 유입통로(321)에 연결되며, 내부관(461)을 수용하는 외부관(465)가 더 구비되어 있다. 이러한 외부관(465)을 추가로 구비함으로써, 내부관(461)에 결로가 형성되는 것을 억제할 수 있다.

지지부(330)에 형성된 제1 가이드홈(331)은 유입통로(321)에 대응하며 도 15에 제시된 바와 같이, 광원의 가장자리에서 내측으로 복수의 반도체 발광소자(117)를 향하여 차가운 공기를 가이드한다. 광원모듈(110,120,130,140)을 지나온 공기는 광원모듈(110,120,130,140)로부터 열전달 받아 온도가 상승하며, 지지부(330)에 형성된 제2 가이드홈(335)에 의해 가이드되어 유출통로(325) 향하며, 유출통로(325)를 통해 하우징(310)의 후방으로 배출된다. 도 14에 제시된 바와 같이, 유출통로(325)와 유입통로(321)는 광원의 반대측에 형성되며, 제2 방열부(210)의 제1 통로(230)로부터 제2 통로(240)로의 유체의 흐름과 제1 방열부(400,321,325,331,335,105)의 유입통로(321)로부터 유출통로(325)로의 공기의 흐름이 반대방향이 되도록 하면 냉각 내지 방열의 위치에 따른 차이를 감소할 수 있다.

이와 같이, 발광장치(100)는 제1 방열부(400,321,325,331,335,105) 및 제2 방열부(210)에 의해 매우 효과적으로 방열되며, 많은 수의 UV LED가 안정적으로 동작할 수 있다.

도 16은 본 개시에 따른 발광장치(100)의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 17은 도 16에서 B-B 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타내는 도면이며, 도 18은 발광장치(100)에서 광원모듈 및 에어의 흐름의 예를 설명하기 위한 도면으로서, 본 예에서는 각 광원모듈(110,120,130,140)에 대응하는 사이즈의 집광렌즈(161,162,163,164)가 4개의 광원모듈(110,120,130,140)에 각각의 전방에 구비되며, 지지부(330)도 각각 별개로 구비된다. 도 17에 제시된 바와 같이, 제2 방열부(210)는 각 광원모듈(110,120,130,140)에 각각 구비될 수 있다. 도 17 및 도 18에 제시된 바와 같이, 하우징(310)에는 유입통로(321)가 하우징(310)의 중앙에 형성될 수 있고, 각 지지부(330)에는 제1 가이드홈(331)이 유입통로(321)와 연결되도록 형성되며, 각 지지부(330)에는 제1 가이드홈(331)과 대략 대각 방향에 제2 가이드홈(335)이 형성될 수 있고, 하우징(310)에는 각 지지부(330)의 제2 가이드홈(335)에 대응하여 유출통로(325)가 각각 형성되어 있다.

하우징(310)의 후방에 구비된 보텍스 튜브(400)의 콜드 출구(415)는 하우징(310)의 유입통로(321)에 연결되며, 찬공기는 유입통로(321)-각 광원모듈(110,120,130,140)-유출통로(325)를 통해 흐르며 반도체 발광소자(117)를 직접 전방에서 냉각한다.

본 예에서는 집광렌즈(161,162,163,164)의 사이즈를 불필요하게 크게 할 필요가 없다. 예를 들어, 각 광원모듈(110,120,130,140)은 약 50mm×50mm 사이즈를 가질 수 있고, 미러 타입의 광입력부(171a)까지 대략 20cm~30cm 정도 떨어져 광입력부(171a)를 향해 광을 방사할 수 있다. 따라서, 각 집광렌즈(161,162,163,164)는 각 광원모듈(110,120,130,140)의 사이즈에 대응하는 사이즈를 가지게 하면, 고비용이고 제작이 어려운 대형 렌즈 대신 원가가 절감되며 가공이 쉬운 소형 렌즈를 사용할 수 있다.

이 밖에도 LED를 사용하는 발광장치(100)는 10000hr 이상의 상대적으로 긴 수명시간을 가지며, 전술한 바와 같이, 유지 및 보수가 용이하여 노광장치의 다운(Down) 시간을 단축하여 생산성이 향상된다.

도 19는 본 개시에 따른 발광장치의 또 다른 예를 설명하깅 위한 도면으로서, 본 예에서는 제1 방열부(400,321,325,331,335,105)의 유입통로(321)뿐만 아니라 제2 방열부(210)의 제1 통로(230)도 보텍스 튜브(400)의 콜드 출구(415)와 연결되어 있다. 이러한 연결을 일 예로 도 19에 제시된 바와 같이 차가운 공기를 분배하는 분배 기구(460)를 사용할 수 있다. 차가운 공기는 광원모듈(110,120,130,140)과 집광렌즈(161,162,163,164) 사이의 공간으로 흐르며 광원모듈(110,120,130,140)의 전방에서 직접 UV LED를 냉각하며, 또한, 차가운 공기는 제2 방열부(210)의 몸체(220)의 내부 공간에서 방열핀(215) 사이로 흐르며 후방에서 냉각한다. 이러한 실시예에 의하면, 차가운 유체를 단일한 장치로부터 제공함으로써 구성을 좀더 단순화할 수 있다.

이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.

(1) 발광장치에 있어서, 전면, 및 후면을 가지는 기판과, 전면에 구비된 적어도 하나의 반도체 발광소자를 가지는 광원; 적어도 하나의 반도체 발광소자의 전방에 구비되는 광투과체; 그리고 광투과체와 기판 사이 공간으로 차가운 공기(cold air)를 공급하여 기판의 전방에서 적어도 하나의 반도체 발광소자의 온도 상승을 억제하는 제1 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.

(2) 제1 방열부는 광투과체와 기판 사이 공간으로 차가운 공기를 공급하는 공기 공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.

(3) 기판의 후면 측에 구비되어 기판으로부터 열전달 받는 제2 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.

(4) 광원의 후방에 구비되는 하우징;으로서, 광원이 설치되는 하우징; 그리고 광투과체와 하우징의 사이에서 광원을 광투과체 측으로 노출하며, 광투과체를 지지하여, 광투과체와 광원 사이의 공간을 유지하는 지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.

(5) 제1 방열부는 하우징에 형성되어 사이 공간으로 통하는 유입통로 및 유출통로와, 유입통로와 연결된 보텍스 튜브(vortex tube)를 포함하며, 보텍스 튜브는: 압축공기를 공급받는 압축공기 유입구; 뜨거운 공기(hot air)가 방출되는 핫 출구(hot end); 그리고 하우징의 유입통로와 통하는 콜드 출구(cold end);를 포함하며, 콜드 출구로부터 차가운 공기가 유입통로를 통해 사이 공간으로 공급되며, 광원으로부터 열전달 받은 공기가 유출통로를 통해 사이 공간의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 발광장치.

(6) 제1 방열부는 지지부에 형성된 제1 가이드홈 및 제2 가이드홈을 포함하며, 제1 가이드홈은 유입통로 들어오는 차가운 공기를 적어도 하나의 반도체 발광소자 측으로 가이드 하고, 제2 가이드홈은 열전달 받은 공기를 유출통로 측으로 가이드 하는 것을 특징으로 하는 발광장치.

(7) 기판의 후면 측에서 하우징에 수용되며, 기판으로부터 열전달 받는 제2 방열부;를 포함하며, 제2 방열부는: 내부 공간을 가지는 몸체; 하우징의 외부로부터 몸체의 내부 공간으로 연통되며, 냉각용 유체가 유입되는 제1 통로; 그리고 몸체의 내부 공간으로부터 하우징의 외부로 통하며, 온도가 상승한 냉각용 유체가 유출되는 제2 통로;를 가지는 것을 특징으로 하는 발광장치.

(8) 유입통로로부터 사이 공간 및 유출통로로의 공기의 흐름과 제1 통로로부터 몸체의 내부 공간 및 제2 통로로의 냉각용 유체의 흐름은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 발광장치.

(9) 광원은 몸체에 배열되는 복수의 광원모듈을 포함하며, 각 광원모듈은 기판, 및 기판에 구비된 적어도 하나의 반도체 발광소자를 포함하고, 적어도 하나의 반도체 발광소자는 복수의 UV LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.

(10) 광투과체는 복수의 집광렌즈를 포함하며, 각 집광렌즈는 각 광원모듈의 사이즈에 대응하는 사이즈를 가지고, 각 집광렌즈는 각 광원모듈의 전방에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광장치.

(11) 제1 통로는 보텍스 튜브의 콜드 출구와 연결되며, 냉각용 유체는 콜드 출구로부터 공급되는 차가운 공기인 것을 특징으로 하는 발광장치.

(12) 광을 가이드 하여 웨이퍼를 노광하는 노광장치(an exposure apparatus)에 있어서, 웨이퍼가 놓이는 웨이퍼 스테이지(a wafer stage); 공급된 광을 가이드하여 웨이퍼로 조사하기 위한 광으로 변환하는 광 가이드 시스템; 그리고 광 가이드 시스템에 광을 공급하는 발광장치;를 포함하며, 발광장치는: 전면, 및 후면을 가지는 기판과, 전면에 구비된 적어도 하나의 반도체 발광소자를 가지는 광원; 적어도 하나의 반도체 발광소자의 전방에 구비되며, 적어도 하나의 반도체 발광소자로부터의 광을 광 가이드 시스템 측으로 가이드하는 광투과체; 그리고 광투과체와 기판 사이 공간으로 차가운 공기(cold air)를 공급하여 기판의 전방에서 적어도 하나의 반도체 발광소자의 온도 상승을 억제하는 제1 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.

(13) 광원의 후방에 구비되며, 광원이 설치되는 하우징;으로서, 광투과체와 기판의 사이 공간으로 통하며 차가운 공기가 통과하는 유입통로, 및 유출통로가 형성된 하우징; 그리고 기판의 후면과 하우징 사이에 구비되어 기판으로부터 열전달 받는 제2 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.

(14) 제1 방열부는 유입통로를 통해 차가운 공기를 공급하는 보텍스 튜브(vortex tube)를 포함하며, 제2 방열부는: 내부 공간, 및 내부 공간으로 뻗은 방열핀을 가지는 몸체; 하우징의 외부로부터 몸체의 내부 공간으로 연통되며, 냉각용 유체가 유입되는 제1 통로; 그리고 몸체의 내부 공간으로부터 하우징의 외부로 통하며, 온도가 상승한 냉각용 유체가 유출되는 제2 통로;를 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.

(15) 광원은 몸체에 배열되는 복수의 모듈을 포함하며, 각 모듈은 기판, 및 기판에 구비된 적어도 하나의 반도체 발광소자를 포함하고, 적어도 하나의 반도체 발광소자는 복수의 UV LED를 포함하며, 광투과체는 복수의 집광렌즈를 포함하며, 각 집광렌즈는 각 모듈에 대응하여 위치하는 것을 특징으로 하는 노광장치.

본 개시에 따른 하나의 발광장치 및 이를 가지는 노광장치에 의하면, 방열효율이 향상된 발광장치 및 이를 가지는 노광장치가 제공된다.

본 개시에 따른 다른 하나의 발광장치 및 이를 가지는 노광장치에 의하면, 발광장치가 복수의 광원모듈로 모듈화되어 유지 및 보수가 편리하며, 소형 렌즈를 사용할 수 있는 발광장치 및 이를 가지는 노광장치가 제공된다.

110,120,130,140: 광원모듈 161,162,163,164: 집광렌즈
100: 발광장치 1001: 노광장치 310: 하우징
400: 보텍스 튜브 117: 반도체 발광소자
제1 방열부(400,321,325,331,335,105)

Claims

발광장치에 있어서,
전면, 및 후면을 가지는 기판과, 전면에 구비된 적어도 하나의 반도체 발광소자를 가지는 광원;
적어도 하나의 반도체 발광소자의 전방에 구비되는 광투과체; 그리고
광투과체와 기판 사이 공간으로 차가운 공기(cold air)를 공급하여 기판의 전방에서 적어도 하나의 반도체 발광소자의 온도 상승을 억제하는 제1 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
청구항 1에 있어서,
제1 방열부는 광투과체와 기판 사이 공간으로 차가운 공기를 공급하는 공기 공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
청구항 1에 있어서,
기판의 후면 측에 구비되어 기판으로부터 열전달 받는 제2 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
청구항 1에 있어서,
광원의 후방에 구비되는 하우징;으로서, 광원이 설치되는 하우징; 그리고
광투과체와 하우징의 사이에서 광원을 광투과체 측으로 노출하며, 광투과체를 지지하여, 광투과체와 광원 사이의 공간을 유지하는 지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
청구항 4에 있어서,
제1 방열부는 하우징에 형성되어 사이 공간으로 통하는 유입통로 및 유출통로와, 유입통로와 연결된 보텍스 튜브(vortex tube)를 포함하며,
보텍스 튜브는:
압축공기를 공급받는 압축공기 유입구;
뜨거운 공기(hot air)가 방출되는 핫 출구(hot end); 그리고
하우징의 유입통로와 통하는 콜드 출구(cold end);를 포함하며,
콜드 출구로부터 차가운 공기가 유입통로를 통해 사이 공간으로 공급되며, 광원으로부터 열전달 받은 공기가 유출통로를 통해 사이 공간의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
청구항 5에 있어서,
제1 방열부는 지지부에 형성된 제1 가이드홈 및 제2 가이드홈을 포함하며,
제1 가이드홈은 유입통로 들어오는 차가운 공기를 적어도 하나의 반도체 발광소자 측으로 가이드 하고, 제2 가이드홈은 열전달 받은 공기를 유출통로 측으로 가이드 하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
청구항 5에 있어서,
기판의 후면 측에서 하우징에 수용되며, 기판으로부터 열전달 받는 제2 방열부;를 포함하며,
제2 방열부는:
내부 공간을 가지는 몸체;
하우징의 외부로부터 몸체의 내부 공간으로 연통되며, 냉각용 유체가 유입되는 제1 통로; 그리고
몸체의 내부 공간으로부터 하우징의 외부로 통하며, 온도가 상승한 냉각용 유체가 유출되는 제2 통로;를 가지는 것을 특징으로 하는 발광장치.
청구항 7에 있어서,
유입통로로부터 사이 공간 및 유출통로로의 공기의 흐름과 제1 통로로부터 몸체의 내부 공간 및 제2 통로로의 냉각용 유체의 흐름은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 발광장치.
청구항 5에 있어서,
광원은 몸체에 배열되는 복수의 광원모듈을 포함하며,
각 광원모듈은 기판, 및 기판에 구비된 적어도 하나의 반도체 발광소자를 포함하고,
적어도 하나의 반도체 발광소자는 복수의 UV LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
청구항 9에 있어서,
광투과체는 복수의 집광렌즈를 포함하며,
각 집광렌즈는 각 광원모듈의 사이즈에 대응하는 사이즈를 가지고,
각 집광렌즈는 각 광원모듈의 전방에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
청구항 7에 있어서
제1 통로는 보텍스 튜브의 콜드 출구와 연결되며,
냉각용 유체는 콜드 출구로부터 공급되는 차가운 공기인 것을 특징으로 하는 발광장치.
광을 가이드 하여 웨이퍼를 노광하는 노광장치(an exposure apparatus)에 있어서,
웨이퍼가 놓이는 웨이퍼 스테이지(a wafer stage);
공급된 광을 가이드하여 웨이퍼로 조사하기 위한 광으로 변환하는 광 가이드 시스템; 그리고
광 가이드 시스템에 광을 공급하는 발광장치;를 포함하며,
발광장치는:
전면, 및 후면을 가지는 기판과, 전면에 구비된 적어도 하나의 반도체 발광소자를 가지는 광원;
적어도 하나의 반도체 발광소자의 전방에 구비되며, 적어도 하나의 반도체 발광소자로부터의 광을 광 가이드 시스템 측으로 가이드하는 광투과체; 그리고
광투과체와 기판 사이 공간으로 차가운 공기(cold air)를 공급하여 기판의 전방에서 적어도 하나의 반도체 발광소자의 온도 상승을 억제하는 제1 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
청구항 12에 있어서,
광원의 후방에 구비되며, 광원이 설치되는 하우징;으로서, 광투과체와 기판의 사이 공간으로 통하며 차가운 공기가 통과하는 유입통로, 및 유출통로가 형성된 하우징; 그리고
기판의 후면과 하우징 사이에 구비되어 기판으로부터 열전달 받는 제2 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
청구항 13에 있어서,
제1 방열부는 유입통로를 통해 차가운 공기를 공급하는 보텍스 튜브(vortex tube)를 포함하며,
제2 방열부는:
내부 공간, 및 내부 공간으로 뻗은 방열핀을 가지는 몸체;
하우징의 외부로부터 몸체의 내부 공간으로 연통되며, 냉각용 유체가 유입되는 제1 통로; 그리고
몸체의 내부 공간으로부터 하우징의 외부로 통하며, 온도가 상승한 냉각용 유체가 유출되는 제2 통로;를 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
청구항 14에 있어서,
광원은 몸체에 배열되는 복수의 모듈을 포함하며,
각 모듈은 기판, 및 기판에 구비된 적어도 하나의 반도체 발광소자를 포함하고, 적어도 하나의 반도체 발광소자는 복수의 UV LED를 포함하며,
광투과체는 복수의 집광렌즈를 포함하며, 각 집광렌즈는 각 모듈에 대응하여 위치하는 것을 특징으로 하는 노광장치.