KR20170015075A - 노광용 광원모듈 유닛 및 그 광원모듈 유닛이 구비된 노광장치 - Google Patents

노광용 광원모듈 유닛 및 그 광원모듈 유닛이 구비된 노광장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노광용 광원모듈 유닛을 개시한다. 본 발명에 의한 노광용 광원모듈 유닛은, 다수의 단위 자외선 발광 소자가 회로 기판 상에 매트릭스 형태의 어레이 구조로 실장되어 지지 패널에 탑재되도록 이루어진 광원 패널과, 그 광원 패널과 대면하도록 상기 발광 소자의 광출사측에 배치되는 렌즈 패널에 다수의 단위 집광 렌즈가 상기 발광 소자에 각각 대응되는 위치에서 주광축에 대해 상기 광원 패널 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태의 매트릭스 형태의 어레이 구조로 구비되어 이루어진 광학 패널을 포함하는 구성을 가진다. 이러한 구성에 따르면, 각 단위 자외선 발광소자(UV LED)로부터 조사되는 확산 광이 노광장치의 광학계에 어파쳐(aperture) 형태로 설정되는 수광 영역에 유효하게 집광되어 저소비전력에 의한 광량의 극대화를 도모할 수 있고 특히, 고효율, 고출력의 단일파장, 단파장의 자외선광을 구현함으로서 노광패턴의 미세화와 해상도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 노광 성능을 확보할 수 있는 동시에 기존 노광장치의 광원을 실용적이고 경제적으로 대체할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

Description

노광용 광원모듈 유닛 및 그 광원모듈 유닛이 구비된 노광장치{UV LED light source module unit for exposure photolithography process and exposure photolithography apparatus used the same}
본 발명은 반도체 웨이퍼나 디스플레이 패널 등에 미세 회로 패턴을 형성하기 위하여 포토리소그래피(Photolithography) 공정에 사용되는 노광용 광원에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 자외선 발광소자(UV LED) 어레이(array) 모듈과 집광 렌즈 어레이(array) 모듈의 조합에 의해 노광 성능과 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있는 동시에 기존 노광기의 광원을 용이하게 경제적으로 대체할 수 있도록 개량한 노광용 광원모듈 유닛 및 그 광원모듈 유닛이 구비된 노광장치에 관한 것이다.
예를 들어, 전기전자기기의 주요 부품으로 내장되는 반도체 소자나 회로기판(PCB) 및 LCD(Liquid Crystal Display)나 유기발광다이오드(OLED; Organic Light Emitting Diod) 그리고 PDP(Plasma Display Panel)와 같은 화상 디스플레이 패널은 그 제조 프로세스상의 노광 공정에서 포토리소그래피(Photolithography)라고 통칭되는 광 미세 가공기술에 의해 미세 회로 패턴이 형성되도록 제조된다.
통상적으로, 기존의 노광 공정에 이용되는 노광용 광원은 초고압 수은 램프나 할로겐 램프가 주로 사용되고 있으나, 이와 같은 종래의 노광용 광원은 주지된 바와 같이 낮은 수명과 고소비 전력에 따른 저효율 및 고비용으로 인한 노광 공정의 효율적인 문제뿐만 아니라 환경적인 측면에서도 여러 문제점이 노출되고 있는 실정이다.
특히, 최근의 액정표시소자(LCD)나 유기발광다이오드(OLED) 등과 같은 디스플레이 분야의 TFT(Thin Film Transitor)제조나 CF(Color Filter)제조시 노광 패턴의 미세화 기술을 이용한 초고해상도 실현에 대한 시장의 요구가 절실함에도 불구하고 기존 노광 광원(Hg Lamp)을 이용한 노광패턴의 미세화 공정의 기술적 한계로 인하여 안타깝게도 노광패턴의 미세화와 디스플레이 산업의 핵심기술인 초고해상도 실현이 불가능한 현실이다.
또한, 최근의 반도체 소자에 대한 소형화와 대용량화 및 고집적화와 고밀도화의 추세로 인해 노광 패턴의 미세화와 고정밀도화에 대한 요구가 증대됨에 따라 기존의 노광용 광원으로는 현재의 미세화 패턴에 대한 요구를 실현하는데 한계를 가지는 문제점이 있다.
따라서, 최근에 들어 예를 들면 액침 노광이나 극자외선 노광 등과 같은 새로운 노광 기술의 개발이 활발히 진행 중에 있으며, 특히 자외선 발광 소자(UV LED)는 저소비전력과 장수명, 단일파장의 선택적 사용과 단파장 사용 가능 및 환경친화적인 노광용 광원으로서 기존 노광용 광원의 대체품으로 각광받고 있는 추세이다.
그러나, 자외선 발광 소자(UV LED)를 광원으로 이용하는 노광장치의 경우 광 손실을 저감시킬 수 있는 광 경로의 구성이나 조도 분포도 및 광 출력의 파워 향상 및 노광패턴의 미세화를 통한 초고해상도 실현과 소형화, 대용량화 및 고밀도화 등을 위한 고효율 신 광원(UV LED)개발과 함께 광학부품, 모듈, 유닛 등의 개발에 대한 요구가 절실한 단계에 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경하에서 도출된 것으로서, 상술한 배경 기술의 문제점은 본 출원인이 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나 본 발명의 도출 과정에서 새로이 습득하고 확보한 내용으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공지된 내용이라 할 수는 없다.
대한민국 등록특허공보 제10-1440874호 대한민국 등록특허공보 제10-1401238호 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0095520호 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0049563호
본 발명은 상술한 바와 같은 배경 기술 하에서 종래 노광장치의 노광용 광원이 지니는 문제점을 감안하여 이를 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다수의 자외선 발광소자(UV LED)와 집광 렌즈 어레이 모듈의 최적 조합에 의해 집광 효율을 극대화시킬 수 있는 저소비전력형 노광용 광원모듈 유닛을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 노광 패턴의 미세화와 고해상도 구현이 가능하도록 노광 성능과 노광 효율을 효과적이고 획기적으로 향상시킬 수 있는 저소비전력형 노광용 광원모듈 유닛 및 그 유닛을 광원으로 구비한 노광장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존 노광장치의 광원으로 용이하게 대체할 수 있는 대체 호환적인 모듈 유닛으로 개량하여 경제적이고 실용적인 저소비전력형 노광용 광원모듈 유닛 및 그 유닛을 광원으로 구비한 노광장치를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 노광용 광원모듈 유닛은, 다수의 단위 자외선 발광 소자가 회로 기판 상에 매트릭스 형태의 어레이 구조로 실장되어 지지 패널에 탑재되도록 이루어진 광원 패널과; 상기 지지 패널과 대면하도록 상기 발광 소자의 광출사측에 배치되는 렌즈 패널에 다수의 단위 집광 렌즈가 상기 발광 소자에 각각 대응되는 위치에서 주광축에 대해 상기 광원 패널 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태의 매트릭스 형태의 어레이 구조로 구비되어 이루어진 광학 패널;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 노광장치는, 감광제가 도포된 노광용 기판을 지지하기 위한 노광 테이블과, 그 노광 테이블을 X-Y 평면 좌표 상에 이동 가능한 상태로 구동시켜 주기 위한 구동 수단과, 상기 기판에 노광용 조명 광을 출사하도록 구비되는 노광용 광원모듈 유닛과, 상기 기판과 노광용 광원모듈 유닛의 사이에 마련되는 광학계 및 상기 구동수단과 노광용 광원 유닛의 구동을 제어하는 제어 수단을 포함하는 노광장치에 있어서, 상기 노광용 광원모듈 유닛은, 다수의 단위 자외선 발광 소자가 회로 기판 상에 매트릭스 형태의 어레이 구조로 실장되어 지지 패널에 탑재되도록 이루어진 광원 패널과; 상기 광원 패널과 대면하도록 상기 발광 소자의 광출사측에 배치되는 렌즈 패널에 다수의 단위 집광 렌즈가 상기 발광 소자에 각각 대응되는 위치에서 주광축에 대해 상기 광원 패널 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태의 매트릭스 형태의 어레이 구조로 구비되어 이루어진 광학 패널;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 단위 집광 렌즈는 상기 광원 패널 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 임의의 기준 중심축선 측에서 점차 이격되어 가장자리에 가까이 배치될수록 대응되는 단위 자외선 발광소자의 주광축에 대한 편심량이 늘어나는 매트릭스 형태의 어레이 구조로 되어 각각의 단위 자외선 발광소자로부터 조사되는 확산 광을 노광장치의 광학계에 설정된 수광영역에 집광시켜 주도록 구성된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 자외선 발광 소자는 단위 회로 기판에 일렬 이상이 패키지 형태의 LED 광원으로 실장될 수 있다. 이에 따라 상기 광원 패널을 이루는 지지 패널에는 다수의 단위 회로기판에 각각 패키지 형태의 LED 광원 다수가 실장된 구성을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 자외선 발광 소자는 단일의 회로 기판에 패키지 형태의 LED 광원으로 실장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 자외선 발광 소자는 단일 칩 또는 다수의 칩형태로 단일 또는 다수의 회로 기판에 LED 광원으로 실장 될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 광학 패널 상의 단위 집광 렌즈는 양면 볼록 렌즈로 이루어지며, 어레이 위치에 따라 서로 다른 광학구조의 곡률면을 가지는 양면 볼록 렌즈가 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 자외선 발광 소자로부터 수광 영역까지의 광학계에 설정된 광학거리 "a"에 대하여, 상기 광원 패널 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 기준 중심축선 측에서 이격되는 자외선 발광 소자의 이격 거리 "b"와, 상기 자외선 발광 소자와 집광 렌즈의 대면 이격 거리 "c"와, 상기 각각의 자외선 발광 소자의 중심축과 집광 렌즈의 중심축 사이의 편심 거리 "x" 및 수광 영역(A)의 직경 "t"의 관계는, 집광 렌즈의 편심 거리 "x"의 기준이 "x=b*c/a"를 만족하도록 설정되며, 상기 "x"의 범위는 "bc(2b-t)/2ab<x< bc(2b+t)/2ab"를 만족하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자외선 발광소자와 집광 렌즈의 대면 이격 거리(c)와 상기 집광 렌즈의 직경(d)은 1.0c < d < 2.5c의 조건을 만족하도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 광원 패널과 상기 광학 패널은 하우징에 의해 지지되어 노광장치에 탈착 가능한 유닛 상태로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광원 패널과 상기 광학 패널의 주위에는 방열수단이 더 구비되는 구성을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 노광용 광원모듈 유닛에 따르면, 다수의 자외선 발광소자(UV LED) 어레이 모듈인 광원 패널에 대해 집광 효율을 극대화시킬 수 있는 집광 렌즈 어레이 모듈인 광학 패널을 조합하여 저소비전력과 특히 자외선의 단일파장과 단파장으로 고출력 및 고효율 구현이 가능하게 됨에 따라 노광 성능과 노광 효율의 효과적인 향상에 의해 노광 패턴의 미세화와 획기적인 고해상도 구현이 가능하다.
그리고, 본 발명에 의한 노광용 광원모듈 유닛에 따르면, 기존 노광장치의 광원으로 용이하게 대체할 수 있는 대체호환적인 모듈 유닛화가 가능하여 실용적이고 경제적인 노광 장비의 제공이 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 노광용 광원모듈 유닛을 사용하게 됨에 따라 저소비전력의 사용, 광원 교체비용의 절감, 노광장비 가동시간의 향상 및 환경문제의 해결 등을 통하여 획기적인 유지비용의 절감 효과를 기대할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 의한 노광용 광원모듈 유닛은 특히 고효율 고출력의 단일파장 및 단파장의 자외선광을 필요에 따라 자유롭게 선택적 사용이 가능하므로, 고품질의 노광성능 실현의 핵심기술인 패턴 미세화에 의해 고해상도 구현을 가능하게 해준다.
도 1은 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛을 도시해 보인 개략적 분리 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 광원과 집광 렌즈 어레이 구조를 설명하기 위해 모식적으로 도시해 보인 개략적 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 광원으로 구성되는 자외선 발광 소자의 어레이 구조를 모식적으로 나타내 보인 개략적 평면도.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 광원과 집광 렌즈의 편심된 어레이 구조를 설명하기 위해 나타내 보인 모식도.
도 6은 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 집광구조에 따른 집광량의 측정 결과를 나타내 보인 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 광 조사 상태를 촬영하여 나타내 보인 도면.
도 8 및 도 9는 각각 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛이 서로 다른 하우징에 유닛화된 상태를 개략적으로 도시해 보인 외관 사시도.
도 10 및 도 11은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 광원과 집광렌즈 어레이 구조를 도시해 보인 개략적 사시도 및 평면도.
도 12는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛과 기존 노광용 광원인 수은 램프(Hg Lamp)에 의해 각각 웨이퍼에 형성한 회로 패턴의 요부를 촬영하여 마스크 선폭에 따른 CD값을 측정한 결과를 서로 대비해 나타내 보인 도면.
도 13은 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛과 기존 노광용 광원인 수은 램프(Hg Lamp)에 의해 각각 웨이퍼에 형성한 회로 패턴의 마스크 선폭에 따른 CD값 측정 결과를 서로 대비하여 그래프로 나타내 보인 도면.
도 14는 본 발명에 의한 노광용 광원모듈 유닛이 적용된 노광장치의 요부를 발췌하여 모식적으로 도시해 보인 개략적 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 노광용 광원모듈 헤드 유닛을 상세하게 설명한다. 이하의 설명 내용과 첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 위주로 하여 설명한 것에 불과한 것으로서, 청구범위에 기재된 본 발명의 노광용 광원모듈 유닛을 한정하는 것은 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은, 다수의 단위 자외선 발광 소자(UV LED)(111)가 회로 기판(112) 상에 매트릭스 형태의 어레이 구조로 실장되어 지지 패널(113)에 탑재되도록 이루어진 광원 패널(110)과, 상기 광원 패널(110)과 대면하도록 상기 자외선 발광 소자(111)의 광출사측에 배치되는 렌즈 패널(122)에 다수의 단위 집광 렌즈(121)가 상기 자외선 발광 소자(111)어레이의 간격(p)와 각각 대응되는 간격(p)의 위치에서 주광축에 대해 상기 광원 패널(110) 상에 있는 자외선 발광소자(111) 어레이의 중심(O)(도 2 참조)을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태(e1, e2)의 매트릭스 형태의 어레이 구조로 구비되어 이루어진 광학 패널(120)을 포함하여 구성된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 자외선 발광 소자(111)는 도 1에 예시적으로 도시해 보인 바와 같이 띠 형태의 단위 회로 기판(112)에 일렬 이상이 100nm 파장대에서 410nm 파장대까지 범위의 자외선 광을 출사하는 칩, 패키지 또는 칩과 패키지의 홉합형태의 LED광원으로 실장되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 광원 패널(110)은 띠 형태의 단위 회로 기판(112) 다수가 각각 지지 패널(113)에 나란하게 어레이된 상태로 탑재되고, 각각의 단위 회로 기판(112)에 실장된 자외선 발광 소자(111)가 x-y 좌표 상의 매트릭스 형태의 어레이 를 이루게 된다.
다른 한편으로는, 상기 자외선 발광 소자(111)는 보다 큰 면적의 단일 회로 기판(112)에 매트릭스 형태의 어레이 구조를 이루도록 100nm 파장대에서 410nm 파장대까지 범위의 자외선 광을 출사하는 칩, 패키지 또는 칩과 패키지의 혼합형태의 LED광원으로 실장될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)의 단위 광원으로 구비되는 자외선 발광 소자(111)의 어레이 구조를 모식적으로 나타내 보인 개략적 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 상기 광원 패널(110) 상에 있는 자외선 발광 소자(111) 어레이의 중심(O)을 원점으로 하는 x-y 직교 좌표 상에 다수의 자외선 발광 소자(111)가 일정한 간격(p)으로 이격 배치된 매트릭스 형태의 어레이 구조를 이루도록 구성된다.
한편, 상기 지지 패널(113)은 사각형의 패널로 예시하였으나, 이와 같은 지지 패널(113)의 형상 구조는 일 실시예로 나타내 보인 것으로서, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)을 한정하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 예를 들어 원반형 패널 등과 같이 다양한 형상 구조로 변형된 실시예가 적용될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)이 광원으로 장착되는 노광장치의 규격이나 구성 또는 노광 대상이나 노광 패턴 등에 따라 자외선 발광 소자(111)가 어레이되는 지지 패널(113)의 형상 구조가 최적의 상태로 채용되도록 다양한 형태로 변형될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 자외선 발광 소자(111)는 도 3에 예시된 바와 같이 지지 패널(113)에 홀수(9개)의 가로 열과 세로 열로 어레이된 구조에 있어서는 상기 광원 패널(110)의 자외선 발광소자 어레이의 중심(O)에 단위 자외선 발광 소자(111)가 배치될 수 있다.
다른 한편으로는, 상기 자외선 발광 소자(111)가 지지 패널(113)에 짝수의 가로 열과 세로 열로 어레이된 구조에 있어서는 상기 광원 패널(110)의 자외선 발광소자 어레이의 중심(O)에 단위 자외선 발광 소자(111)의 배치가 배제된 어레이 구조를 가진다.
즉, 상기 광원 패널(110) 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심(O)은 각각의 단위 자외선 발광소자로부터 조사되는 확산 광이 집광 렌즈(121)에 의해 집광되는 수광 영역(도 4 및 도 5의 도면 부호 "A" 참조)의 중심과 동축 상에 배치되는 것으로서, 각 단위 집광 렌즈(121)의 편심량(도 2 및 도 4의 e1, e2, en 참조)을 결정하는 기준이 된다.
상기 수광 영역(도 4 및 도 5의 도면 부호 "A" 참조)은 도시되어 있지 않은 노광장치의 광학계에 구비된 반사경을 거쳐 집속광이 통과하는 집광 타겟(target)을 형성하도록 어파쳐(aperture) 형태로 마련된다.
따라서, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 각각의 단위 자외선 발광 소자(111)로부터 조사되는 확산 광이 집광 렌즈(121)에 의해 집광 굴절되어 수광 영역의 집광 타겟(target)으로 형성되는 어파쳐(aperture)를 통과하도록 집광된다.
즉, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 상기 광원 패널(110) 상에 있는 자외선 발광소자(111) 어레이의 중심(O)과 렌즈 패널(212)의 중심은 동축 상에 배치되며, 그 중심(O)을 지나는 임의의 기준 중심축선 측에서 점차 이격되어 가장자리에 가까이 배치되는 집광 렌즈(121)는 그와 대응되는 자외선 발광 소자(111)의 주광축에 대해 상기한 기준 중심축선 측으로 편심되는 거리가 점차 늘어나도록 배치된다.
요컨대, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 집광 렌즈(121)가 자외선 발광 소자(111)의 주광축에 대해 편심되도록 배치되어 비유하자면 사시(斜視; strabismus) 렌즈의 역할과 기능을 수행함으로써, 각각의 단위 자외선 발광 소자(111)로부터 조사되는 확산 광의 집광효율을 극대화시켜 주도록 구성된다.
한편, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 자외선 발광 소자(111)로부터 조사되는 확산 광의 집광효율을 극대화시켜 주기 위하여 집광 렌즈(121)가 양면 볼록 렌즈로 이루어진 것이 바람직하며, 어레이 위치에 따라 서로 다른 광학구조의 곡률면을 가지는 양면 볼록 렌즈가 구비되는 것이 바람직하다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)의 집광 렌즈(121)가 자외선 발광 소자(111)의 주광축에 대해 편심되는 어레이 구조를 설명하기 위해 나타내 보인 모식도이다.
도 4 및 도 5에서 "a"는 자외선 발광 소자(111)로부터 집광 타겟(target)인 수광 영역(A)으로 설정되는 어파쳐(aperture)까지의 광학거리를 나타낸다.
그리고, "b"는 상기 광원 패널(110)의 자외선 발광소자 어레이의 중심(O)을 지나는 기준 중심축선 측에서 이격되도록 배치되는 자외선 발광 소자(111)의 이격 거리를 나타낸다.
또한, "c"는 자외선 발광 소자(111)와 집광 렌즈(121)의 대면 이격 거리를 나타내며, "x"는 자외선 발광 소자(111)의 중심축과 집광 렌즈(121)의 중심축 사이의 편심 거리를 나타내고, "t"는 수광 영역(A)의 직경을 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 자외선 발광 소자(111)로부터 집광 타겟(target)인 수광 영역(A)으로 설정되는 어파쳐(aperture)까지의 광학거리 "a"에 대하여, 상기한 "b"와 "c", "x" 및 "t"의 관계가 다음 식에 의해 정의되도록 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 집광 렌즈(121)의 편심 거리 "x"의 기준은 "x=b*c/a"를 만족하도록 설정되며, 상기 "x"의 범위는 "bc(2b-t)/2ab<x< bc(2b+t)/2ab"를 만족하도록 설정된다.
도 6은 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)의 집광구조에 따른 집광량의 측정 결과를 그래프로 나타내 보인 것으로서, "a"는 자외선 발광 소자(111)로부터 집광 타겟(target)인 수광 영역(A)으로 설정되는 어파쳐(aperture)까지의 광학거리를 나타내며, "c"는 자외선 발광 소자(111)와 집광 렌즈(121)의 대면 이격 거리를 나타내고, "d"는 집광 렌즈(121)의 직경을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 자외선 발광 소자(111)와 집광 렌즈(121)의 대면 이격 거리"c"에 대한 집광 렌즈(121)의 직경 "d"의 비율 값(d/c)이 1 이상일 경우에 급격히 증가하는 반면에 d/c의 값이 2이상이 될 경우에는 일정한 광량이 유지된다.
따라서, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 자외선 발광소자(111)와 집광 렌즈(121)의 대면 이격 거리(c)와 상기 집광 렌즈의 직경(d)은 1.0c < d < 2.5c의 조건을 만족하도록 구성되는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 광 조사 상태를 촬영하여 나타내 보인 것으로서, 도 7의 (a)는 광학 패널(120)이 배제된 상태의 광원 패널(110)의 광 조사 상태를 촬영한 것이며, 도 7의 (b)는 광학 패널(120)을 통한 광 조사 상태를 촬영한 것이다.
도 7을 참조하면, 광학 패널(120)이 배제된 상태의 광 조사 상태에 비하여 광학 패널(120)을 통한 광 조사 상태의 밝기가 더욱 밝게 나타나는 것을 확인 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 도 8 및 도 9에 각각 예시해 보인 바와 같이 상기 광원 패널(110)과 광학 패널(120)이 하우징(130)(140)에 의해 지지되도록 장착되어 유닛화된 구성을 가질 수 있다. 이와 같이 하우징(130)(140)에 장착되도록 유닛화된 노광용 광원모듈 유닛(100)은 노광장치(미도시)의 광원으로 탈착 가능하게 이용할 수 있게 되므로, 수은이나 할로겐 램프 등과 같은 기존 노광장치의 광원을 매우 경제적이고 용이하게 대체할 수 있게 된다.
다른 한편으로, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 상기 광원 패널(110)과 광학 패널(120)이 한조를 이루도록 결합된 상태에서 노광장치에 구비된 브래킷이나 플랜지 등의 구조물에 의해 지지되는 광원으로 설치될 수도 있다.
그리고, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 광원 패널(110)과 광학 패널(120)의 주위에 마련되도록 상기 하우징(130)(140)에 구비되는 방열수단을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 방열수단은 예를 들어 상기 광원 패널(110)과 광학 패널(120)이 탑재되도록 상기 하우징(130)(140)에 내장되는 히트 싱크가 설치될 수 있으며, 공기의 순환을 위한 팬 또는 블로어를 사용한 공냉식 방열수단을 설치할 수도 있고, 도 10에 예시해 보인 바와 같이 냉각수 유입구(141)와 유출구(142)를 통해 냉각수가 순환하도록 냉각장치(chiller)와 연결되는 수냉식 방열수단을 설치할 수도 있으며, 상기 공냉식과 수냉식 방열수단이 병합된 상태로 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명에 의한 노광용 광원모듈 유닛은 도 10 및 도 11에 각각 다른 실시예로 나타내 보인 바와 같이 자외선 발광소자(111)와 집광 렌즈(121)가 원형으로 어레이된 구조를 가지도록 구성할 수 있다. 이와 같은 원형 어레이 구조의 경우 사각형 어레이 구조에 있어서 중심(O)으로부터 가장 멀리 이격된 모서리부분에 어레이되는 자외선 발광소자(111)로부터 발생되는 광 손실을 배제할 수 있는 장점을 가진다.
한편, 도 12는 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛과 기존 노광용 광원인 수은 램프(Hg Lamp)의 노광 성능을 테스트하여 비교한 결과를 사진으로 촬영하여 나타내 보인 도면이다.
도 12에 나타내 보인 테스트 결과는, 3.5인치 웨이퍼에 1.5um 두께의 포토레지스트(PR명 : DTFR-JC800)를 도포하고, 마스크 선폭을 1.0 내지 3.5um 범위에서 각각 0.2(또는 0.3um)의 간격으로 설정하여 노광한 다음, 수산화테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH) 2.38 wt% 현상액으로 현상하여 통상적인 LCD 제조공정에서 이용되는 포토리소그래피를 통해 형성된 미세 회로 패턴의 임계선폭미세치수(CD; Critical Demension)를 사진 촬영으로 측정한 것이다.
도 12를 참조하면, 기존의 노광용 광원인 수은 램프를 이용하여 구현할 수 있는 미세 회로 패턴의 임계선폭미세치수(CD)의 한계는 2.0um 전후인데 반하여, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛을 이용하여 구현할 수 있는 미세 회로 패턴의 임계선폭미세치수(CD)는 1.4um 전후까지 가능하다는 사실을 확인할 수 있다.
그리고, 도 13은 도 12에서 사진 촬영으로 측정한 임계선폭미세치수(CD)를 이상적인 임계선폭미세치수(CD)와 비교할 수 있도록 그래프로 정리하여 나타내 보인 것이다.
도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛을 이용하여 구현할 수 있는 미세 회로 패턴의 임계선폭미세치수(CD)는 기존의 노광용 광원인 수은 램프를 이용하여 구현할 수 있는 미세 회로 패턴의 임계선폭미세치수(CD)에 비하여 이상적인 임계선폭미세치수(CD)에 보다 근접된 패턴으로 형성된다는 사실을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛을 이용하여 형성한 미세 회로 패턴의 선폭은 기존 노광용 광원인 수은 램프(Hg Lamp)를 이용하여 형성한 회로 패턴의 선폭 보다 더 미세하고 정밀하게 형성될 수 있음을 확인할 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 노광용 광원 모듈 유닛은 노광 공정에서 획기적인 고해상도 구현을 가능하게 해 준다.
도 14는 본 발명에 의한 노광용 광원모듈 유닛이 적용된 노광장치의 요부를 발췌하여 모식적으로 도시해 보인 개략적 구성도이다. 여기서, 앞서 도시된 도면의 참조부호와 동일한 참조부호는 동일 구성요소를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 노광 장치(200)는 감광제가 도포된 노광용 유리 기판(10)을 지지하기 위한 노광 테이블(250)과, 그 노광 테이블(250)을 X-Y 평면 좌표 상에 이동 가능한 상태로 구동시켜 주기 위한 구동수단(도면부호 없음)과, 상기 유리 기판(10)에 노광용 조명 광을 출사하도록 구비되는 노광용 광원모듈 유닛(100)과, 상기 유리 기판(10)과 노광용 광원모듈 유닛(100)의 사이에 마련되는 광학계(210 ~ 230) 및 상기 구동수단과 노광용 광원 유닛(100)의 구동을 연계하여 제어하는 제어 수단(도면부호 없음)을 포함하여 구성된다. 여기서, 미설명 도면 부호 240은 노광 패턴이 형성된 노광용 마스크를 나타낸 것이다.
상기 유리 기판(10)은 상기 노광용 광원모듈 유닛(100)으로부터 조사되는 조명 광이 입사되는 면에 감광제가 도포되며, 그 감광면에 형성된 감광 패턴과 동일한 패턴이 형성되어 있는 마스크(240)가 공기층을 사이에 두고 노광 테이블(250)에 지지되도록 마련된다. 이에 따라 노광용 광원모듈 유닛(100)에서 출사되는 조명 광이 광학계(210 ~ 230)를 통해 집광되면서 마스크(240)를 통과하여 유리 기판(10)의 감광면에 조사됨으로써, 마스크(240)에 형성된 노광 패턴이 유리 기판(3)의 감광면에 전사되는 노광공정을 수행하게 된다.
상기 노광 테이블(250)은 유리 기판(10)과 마스크(240)의 상대적인 사이즈에 따라 구동수단에 의해 X-Y 평면 좌표 상으로 이동하면서 유리 기판(10)과 마스크(240)의 위치를 정렬시킨 상태에서 노광공정을 수행하게 된다.
한편, 본 발명에 의한 노광장치(200)에 있어서, 상기 유리 기판(10)과 마스크(240)는 서로 이격되도록 구비되는 구성을 예시하였으나, 그러한 구성이 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
다른 한편으로는, 유리 기판(10)의 감광면에 마스크(240)가 밀착되도록 구비되는 구성을 가질 수 있다. 이러한 구성의 경우, 유리 기판(10)의 감광면이 밀착 노광되어서 마스크(240)의 패턴이 감광면에 전사된다.
또한, 유리 기판(10)과 마스크(240) 사이의 갭(gap)을 넓혀서 유리 기판(10)과 마스크(240)의 사이에 축소 투영 렌즈를 개재시킨 구성에 의해 마스크(240)에 형성된 패턴을 유리 기판(10)의 감광면에 축소 투영 노광할 수 있다.
그리고, 상기 광학계(210 ~ 230)는 마스크(240)에 조명 광을 효율적으로 집광시켜 주기 위해 마련되는 것으로서, 노광용 광원모듈 유닛(100)으로부터 조사되는 조명 광이 수광 영역으로 설정된 어파쳐(aperture)(A)를 통과하도록 반사시켜 주기 위한 반사경(210)과, 상기 어파쳐(aperture)(A)를 통과하는 조명 광을 마스크(240)에 집광시켜 주기 위한 반사경(230)으로 굴절시켜 주기 위한 플라이 아이 렌즈(fly eye lens)(221)와 콘덴서 렌즈(condense lens)(222) 및 플레이트 렌즈(plate lens)(223)(224)를 포함한다. 이와 같은 광학계(210 ~ 230)의 구성은 본 발명에 의한 노광장치(200)을 한정하는 것은 아니며, 노광 대상과 마스크의 규격 등에 따라 다양한 형태의 변형된 구성이 적용될 수도 있다.
상기 노광용 광원모듈 유닛(100)은 본 발명에 의한 노광장치(200)를 특징지우는 구성요소로서, 다수의 단위 자외선 발광 소자(UV LED)(111)가 회로 기판(112) 상에 매트릭스 형태의 어레이 구조로 실장되어 지지 패널(113)에 탑재되도록 이루어진 광원 패널(110)과, 상기 지지 패널(113)과 대면하도록 상기 자외선 발광 소자(111)의 광출사측에 배치되는 렌즈 패널(122)에 다수의 단위 집광 렌즈(121)가 상기 자외선 발광 소자(111) 어레이의 간격(p)와 각각 대응되는 간격(p)의 위치에서 주광축에 대해 상기 광원 패널(110) 상에 있는 자외선 발광소자(111) 어레이의 중심(O)(도 2 참조)을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태(e1, e2)의 매트릭스 형태의 어레이 구조로 구비되어 이루어진 광학 패널(120)을 포함하여 구성된다.
본 발명에 의한 노광장치(200)에 따르면, 상기 자외선 발광 소자(111)는 도 1에 예시적으로 도시해 보인 바와 같이 띠 형태의 단위 회로 기판(112)에 일렬 이상이 100nm 파장대에서 410nm 파장대까지 범위의 자외선 광을 출사하는 칩, 패키지 또는 칩과 패키지의 혼합 형태의 LED 광원으로 실장되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 노광용 광원모듈 유닛(100)은 다수의 자외선 발광소자(UV LED)어레이 모듈인 광원 패널에 대해 집광 효율을 극대화시킬 수 있는 집광 렌즈 어레이 모듈인 광학 패널을 조합한 것으로서, 도 1 내지 도 12에 의해 상세하게 설명되고, 특허청구범위의 청구항 1 내지 10에 기재된 바와 같은 구성을 가지는 것으로서, 그 상세한 설명은 생략한다.
요컨대, 본 발명에 의한 노광장치(200)는 기존의 통상적인 노광장치에 대해 상기한 노광용 광원모듈 유닛(100)이 대체되도록 설치된 구성을 가짐으로써, 저소비전력의 사용, 광원 교체비용의 절감, 노광장치의 가동시간의 향상 및 환경문제의 해결 등을 통하여 획기적인 유지비용의 절감 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라 특히 자외선의 단일파장과 단파장으로 고출력 및 고효율 구현이 가능하게 됨에 따라 노광 성능과 노광 효율의 효과적인 향상에 의해 노광 패턴의 미세화와 획기적인 고해상도 구현이 가능한 장점을 가진다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 의해 한정되지 않으며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시예가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
100 : 노광용 광원모듈 유닛
110 : 광원 패널
111 : 자외선 발광 소자
112 : 회로 기판
113 : 지지 패널
120 : 광학 패널
121 : 집광 렌즈
122 : 렌즈 패널
200 : 노광장치
210 : 반사경
240 : 마스크
A : 수광영역/어파쳐(aperture)

Claims (13)

  1. 다수의 단위 자외선 발광 소자가 회로 기판 상에 매트릭스 형태의 어레이 구조로 실장되어 지지 패널에 탑재되도록 이루어진 광원 패널과;
    상기 광원 패널과 대면하도록 상기 발광 소자의 광출사측에 배치되는 렌즈 패널에 다수의 단위 집광 렌즈가 상기 발광 소자에 각각 대응되는 위치에서 주광축에 대해 상기 광원 패널 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태의 매트릭스 형태의 어레이 구조로 구비되어 이루어진 광학 패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈는 상기 광원 패널 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 임의의 기준 중심축선 측에서 점차 이격되어 가장자리에 가까이 배치될수록 대응되는 단위 자외선 발광소자의 주광축에 대한 편심량이 늘어나는 매트릭스 형태의 어레이 구조로 마련되어 각각의 단위 자외선 발광 소자로부터 조사되는 확산 광을 노광장치의 광학계에 설정된 수광 영역에 집광시켜 주도록 이루어진 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선 발광 소자는 띠 형태의 단위 회로 기판에 칩이나 패키지 중에서 선택된 어느 하나의 형태나 양자가 혼합된 형태의 LED 광원으로 실장되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선 발광 소자는 단일의 회로 기판에 칩이나 패키지 중에서 선택된 어느 하나의 형태나 양자가 혼합된 형태의 LED 광원으로 실장되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈는 양면 볼록 렌즈로 형성된 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈는 어레이되는 배열 위치에 따라 서로 다른 광학구조의 곡률면을 가지는 양면 볼록 렌즈로 형성된 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 자외선 발광 소자로부터 수광 영역(A)까지의 광학거리 "a"에 대하여, 상기 광원 패널 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심(O)을 지나는 기준 중심축선 측에서 이격되는 자외선 발광 소자의 이격 거리 "b"와, 상기 자외선 발광 소자와 집광 렌즈의 대면 이격 거리 "c"와, 상기 각각의 자외선 발광 소자의 중심축과 집광 렌즈의 중심축 사이의 편심 거리 "x" 및 수광 영역(A)의 직경 "t"의 관계는, 집광 렌즈의 편심 거리 "x"의 기준이 "x=b*c/a"를 만족하도록 설정되며, 상기 "x"의 범위는 "bc(2b-t)/2ab<x< bc(2b+t)/2ab"를 만족하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한 항에 있어서,
    서로 대응하는 상기 단위 자외선 발광소자와 단위 집광 렌즈의 대면 이격 거리(c)와 상기 집광 렌즈의 직경(d)은 1.0c < d < 2.5c의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원 패널과 상기 광학 패널은 하우징에 의해 지지되어 노광장치에 착탈 가능한 상태로 유닛화되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원 패널과 상기 광학 패널의 주위에는 방열수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  11. 감광제가 도포된 노광용 기판을 지지하기 위한 노광 테이블과, 그 노광 테이블을 X-Y 평면 좌표 상에 이동 가능한 상태로 구동시켜 주기 위한 구동 수단과, 상기 기판의 노광 패턴 형성을 위한 마스크에 조명 광을 출사하도록 구비되는 노광용 광원모듈 유닛과, 상기 기판과 노광용 광원모듈 유닛의 사이에 마련되는 광학계 및 상기 구동수단과 노광용 광원 유닛의 구동을 연계하여 제어하는 제어 수단을 포함하는 노광장치에 있어서,
    상기 노광용 광원모듈 유닛은,
    다수의 단위 자외선 발광 소자가 회로 기판 상에 매트릭스 형태의 어레이 구조로 실장되어 지지 패널에 탑재되도록 이루어진 광원 패널과;
    상기 광원 패널과 대면하도록 상기 발광 소자의 광출사측에 배치되는 렌즈 패널에 다수의 단위 집광 렌즈가 상기 발광 소자에 각각 대응되는 위치에서 주광축에 대해 상기 광원 패널 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태의 매트릭스 형태의 어레이 구조로 구비되어 이루어진 광학 패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈는 상기 광원 패널의 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 임의의 기준 중심축선 측에서 점차 이격되어 가장자리에 가까이 배치될수록 대응되는 단위 자외선 발광소자의 주광축에 대한 편심량이 늘어나는 매트릭스 형태의 어레이 구조로 마련되어 각각의 단위 자외선 발광 소자로부터 조사되는 확산 광을 노광장치의 광학계에 설정된 수광 영역에 집광시켜 주도록 이루어진 것을 특징으로 하는 노광장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 자외선 발광 소자로부터 수광 영역(A)까지의 광학거리 "a"에 대하여, 상기 광원 패널 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심(O)을 지나는 기준 중심축선 측에서 이격되는 자외선 발광 소자의 이격 거리 "b"와, 상기 자외선 발광 소자와 집광 렌즈의 대면 이격 거리 "c"와, 상기 각각의 자외선 발광 소자의 중심축과 집광 렌즈의 중심축 사이의 편심 거리 "x" 및 수광 영역(A)의 직경 "t"의 관계는, 집광 렌즈의 편심 거리 "x"의 기준이 "x=b*c/a"를 만족하도록 설정되며, 상기 "x"의 범위는 "bc(2b-t)/2ab<x< bc(2b+t)/2ab"를 만족하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
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KR20190060416A (ko) 2017-11-24 2019-06-03 (주)포인트엔지니어링 광디바이스용 기판 및 이를 구비하는 광디바이스 패키지

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KR101440874B1 (ko) 2013-07-26 2014-09-17 (주)프로옵틱스 엘이디 광원을 이용한 시준 기능을 갖는 노광용 광학모듈
KR20150049563A (ko) 2013-10-30 2015-05-08 주식회사 인피테크 노광용 led 광원 장치 및 노광용 led 광원장치 관리시스템

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