WO2018062861A1 - 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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light source
light emitting
exposure
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조남직
인치억
박종원
송우리
정해일
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㈜블루코어
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Definitions

  • the present invention relates to an exposure light source, and more particularly, to an exposure ultraviolet light emitting device (UV LED) light source module unit used in a photolithography process in order to form a fine circuit pattern on a semiconductor wafer, an image display panel, or the like.
  • UV LED exposure ultraviolet light emitting device
  • the light output power and illuminance distribution are composed of an optimal combination of modules consisting of an ultraviolet LED array array, which is a light source, and a shape and array array structure of a condensing lens integrally integrated in a transparent panel.
  • UV light source module for exposure, and an exposure apparatus equipped with the light source module unit It is.
  • LCDs liquid crystal displays
  • OLEDs organic light emitting diodes
  • PDPs plasma display panels
  • the display panel is manufactured so that a fine circuit pattern is formed by an optical microfabrication technique, collectively called photolithography, in an exposure process on its manufacturing process.
  • an ultra-high pressure mercury lamp or a halogen lamp is mainly used as an exposure light source used in a conventional exposure process.
  • a conventional exposure light source is an exposure process due to low efficiency and high cost due to low lifetime and high power consumption.
  • efficient problems of the environment as well as environmental problems are exposed.
  • UV light emitting devices have low power consumption, long life, selective use of single wavelengths, and short wavelengths.
  • the trend has been spotlighted as an alternative to the conventional light source for exposure.
  • FIG. 1 is a view showing a photographic photograph of an example of a conventional light source module unit for exposure using an ultraviolet light emitting element as a light source, wherein a plurality of light source panels (not shown) provided at the rear of the optical panel 10 on a circuit board
  • the unit UV light emitting device is mounted in a matrix array structure and mounted on a support panel.
  • the optical panel 10 includes a lens panel 11 disposed side by side on the light exit side of the light emitting element so as to face the light source panel, and a unit condensing lens in each of a plurality of unit holes formed in the lens panel 11. 12 has a configuration installed to be coupled.
  • the exposure light source module unit using the conventional ultraviolet light emitting device as a light source as described above is, for example, brass, aluminum, stainless steel, or the like in order to enhance the heat dissipation effect of the lens panel 11 in which the condensing lens 12 is installed.
  • Non-translucent metal panels are mainly used. As a result, the total light output power and illuminance distribution are limited due to the reduction in the light collection efficiency due to the light loss generated in the non-light transmitting portions between the unit condensing lenses, thereby making it difficult to realize ultra high resolution through miniaturization of the exposure pattern.
  • the heat dissipation performance of the non-transparent metal panel has a limitation in the conventional light source module unit for exposure, the deterioration progresses gradually as the driving time is accumulated as the driving heat is accumulated and accumulated in the non-transmissive metal panel, resulting in light output power and illuminance distribution.
  • the exposure quality is lowered due to the lowering of. Accordingly, there is a problem in that the productivity of the exposure process decreases and the cost increases due to frequent replacement of the optical panel.
  • UV LED ultraviolet light emitting element
  • the present invention is derived under the technical background as described above, and the problems of the background art described above are retained by the applicant for the derivation of the present invention or newly acquired and secured in the derivation process of the present invention. It is not known to the public before the application of the invention.
  • the present invention has been made in view of the problems with the conventional light source module unit for exposure of an exposure apparatus under the background art as described above, and an object of the present invention is to integrate a plurality of units integrated into a transmissive panel in an integrated array arrangement. It is to provide a low power consumption ultraviolet light emitting device (UV LED) light source module unit and a light source including the unit as a light source that can minimize the light loss generated between the condenser lens to maximize the light collection efficiency.
  • UV LED ultraviolet light emitting device
  • Another object of the present invention is to maximize the condensing efficiency by a plurality of unit condensing lens integrated in the integrated array array structure in the light-transmitting panel to improve the light intensity distribution and light output power to achieve ultra-high resolution through miniaturization of the exposure pattern Device (UV LED) It is to provide a light source module unit and an exposure apparatus including the unit as a light source.
  • UV LED exposure pattern Device
  • the present invention provides an economical ultraviolet light emitting device (UV LED) light source module unit and an exposure apparatus including the unit as a light source.
  • UV LED ultraviolet light emitting device
  • Yet another object of the present invention is to improve the cost performance ratio by easily replacing the light source module installed in the existing exposure apparatus in the form of a cell (UV LED) light source module
  • An exposure apparatus provided with a unit and a light source module unit thereof is provided.
  • a light source module unit for exposure includes a light source panel in which a plurality of unit ultraviolet light emitting devices are mounted in a matrix array structure on a circuit board and mounted on a support panel,
  • a light source module unit for exposure comprising an optical panel disposed on a light exit side of the light emitting element for condensing emitted light, wherein the optical panel is disposed on the light exit side of the light emitting element so as to face the light source panel.
  • Eccentric toward any reference central axis passing through the center of the light emitting element array It characterized in that arranged in a matrix on the array structure of the state.
  • an exposure apparatus includes an exposure table for supporting an exposure substrate coated with a photosensitive agent, and driving means for driving the exposure table in a movable state on XY plane coordinates.
  • an exposure light source module unit provided to emit illumination light to a mask for forming an exposure pattern of the substrate, an optical system provided between the substrate and the light source module unit for exposure, and driving of the exposure means and the light source unit for exposure.
  • An exposure apparatus including a control means for controlling the light source, wherein the light source module unit for exposure includes a light source panel and a light emitting device in which a plurality of unit ultraviolet light emitting elements are mounted in a matrix array structure on a circuit board and mounted on a support panel.
  • the light exit side of the light emitting device to focus light emitted from the device An optical panel disposed on the light exiting side of the light emitting element so as to face the light source panel, and a plurality of unit condensing lenses integrated in the light emitting panel in an integrated array arrangement.
  • the unit condensing lens is an array in a matrix form eccentric to an arbitrary reference center axis side passing through the center of the ultraviolet light emitting element array on the light source panel with respect to the main light axis at positions corresponding to the light emitting elements, respectively. Characterized in that arranged in a structure.
  • the unit condensing lens is provided with a convex lens having a light exit surface protruding in a hemispherical shape to the light exit surface of the floodlight panel so as to contact the unit condensing lens adjacent to each other,
  • the light incident surface is formed in any one selected from a plane, a concave surface having a curvature of (-) 0.15 and a convex surface having a curvature of (+) 0.15 or less, and the unit ultraviolet light emitting element and the unit condensing
  • the separation distance of the lens preferably has a configuration arranged to satisfy a value of C1 / d ⁇ 0.5 with respect to the diameter of the unit condensing lens.
  • the unit condensing lens has a hexagonal structure of light incidence surfaces to contact the unit condensing lenses adjacent to each other to form a honeycomb structure as a whole, and at the same time the light exit surface is formed on the light exit surface of the floodlight panel It is made to have a common vertical wall formed between the hexagonal light entrance surface and the hemispherical light exit surface to be provided with a hemispherical convex lens, the light incident surface of the unit condensing lens is a plane, (-) 0.15 And a concave surface having a curvature R within or less than (+) 0.15 and a convex surface having a curvature R within (+) 0.15, wherein the separation distance between the unit ultraviolet light emitting device and the unit condensing lens is It may have a configuration arranged to satisfy the value of C1 / d ⁇ 0.5 with respect to the diameter of the condensing lens.
  • the curvature R of the convex lens is defined as (+), and the curvature R of the concave lens is defined as (-).
  • the shape structure of the unit condensing lens has a hemispherical shape or a hexagonal structure with a light incidence surface to form a honeycomb structure as a whole, so that the void space between the unit condensing lenses is minimized or zero (0) so that light transmission loss is achieved. It is to maximize the light output efficiency by minimizing the
  • the unit condensing lens is formed of a block body having a light incident surface and a light output surface having a rectangular structure so as to contact the unit condensing lens adjacent to each other, while the light output surface is convex roundly convex. It may have a configuration formed so as to be positioned to the edge end of the light transmitting panel. According to such a configuration, the unit condensing lens is formed to be located to the edge end of the light transmitting panel so that the void space is zero between each unit condensing lens. As a result, it is possible to efficiently prevent and minimize the light transmission loss generated between the unit condensing lenses positioned at the edge of the light transmitting panel, thereby maximizing the light output efficiency.
  • the diameter of the unit condensing lens of the first optical panel or the diameter of the hexagonal light incident surface circumscribed circle of the unit condensing lens is the separation distance between the unit ultraviolet light emitting element and the unit condensing lens of the first optical panel. It is preferable to form so as to satisfy the value of 2.8 ⁇ d / C1 ⁇ 5.8 with respect to.
  • it may have a configuration further provided with a second optical panel arranged side by side on the light exit side of the first optical panel.
  • a plurality of unit condensing lenses each having a light incident surface and a light emitting surface formed of convex lenses are respectively disposed on the light source panel with respect to the main light axis at positions corresponding to the light emitting elements, respectively. It is provided in an array structure in the form of a matrix eccentrically toward any reference central axis side passing through the center of the ultraviolet light emitting element array.
  • the separation distance C2 between the unit condenser lens of the first optical panel and the unit condenser lens of the second optical panel is the second optical. It is preferable to have a structure arranged so as to satisfy the value of C2 / d2 < 0.8 with respect to the diameter of the unit condensing lens of the panel.
  • the diameter of the unit condenser lens of the second optical panel is preferably formed so as to satisfy a value of 0.7 ⁇ d2 / d ⁇ 1.2 with respect to the diameter of the unit condenser lens of the first optical panel.
  • the unit condensing lens is gradually spaced apart from the side of any reference center axis passing through the center of the ultraviolet light emitting element array on the light source panel closer to the edge corresponding unit ultraviolet light emission
  • the array structure has a matrix form in which the amount of eccentricity of the device increases with respect to the main light axis, and is configured to condense diffused light emitted from each unit ultraviolet light emitting device in a light receiving area set in the optical system of the exposure apparatus.
  • ultraviolet rays spaced apart from the reference center axis side passing through the center of the ultraviolet light emitting element array on the light source panel with respect to the optical distance "a" set in the optical system from the ultraviolet light emitting element to the light receiving region are spaced apart from the reference center axis side passing through the center of the ultraviolet light emitting element array on the light source panel with respect to the optical distance "a" set in the optical system from the ultraviolet light emitting element to the light receiving region.
  • the ultraviolet light emitting device may be mounted on the unit circuit board as a packaged LED light source.
  • the support panel constituting the light source panel may have a configuration in which a plurality of packaged LED light sources are mounted on a plurality of unit circuit boards, respectively.
  • the ultraviolet light emitting device may be mounted as a packaged LED light source on a single circuit board.
  • the ultraviolet light emitting device may be mounted as an LED light source on a single or multiple circuit boards in the form of a single chip or a plurality of chips.
  • the light source panel and the optical panel is preferably configured in a unit state that is supported by the housing and detachable to the exposure apparatus, the heat dissipation means may be further provided around the light source panel and the optical panel. .
  • UV LED ultraviolet light emitting device
  • UV LED ultraviolet light emitting device
  • UV LED ultraviolet light emitting diode
  • FIG. 1 is a view showing a photographed example of a conventional light source module unit for exposure.
  • Figure 2 is a schematic exploded perspective view showing a light source module unit for exposure according to the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view schematically showing a unit light source and a condenser lens array structure of an exposure light source module unit according to the present invention
  • Figure 4 is a schematic plan view schematically showing the array structure of the ultraviolet light emitting element composed of a unit light source of the exposure light source module unit according to the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating an optical panel of an exposure light source module unit according to the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of a unit lens provided in the optical panel of the light source module unit for exposure according to the present invention shown in FIG. 5;
  • FIG. 6 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of a unit lens provided in the optical panel of the light source module unit for exposure according to the present invention shown in FIG. 5;
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing an optical panel according to another embodiment of the light source module unit for exposure according to the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of a unit lens provided in the optical panel of the light source module unit for exposure according to the present invention shown in FIG. 7;
  • FIG. 8 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of a unit lens provided in the optical panel of the light source module unit for exposure according to the present invention shown in FIG. 7;
  • FIG. 9 is a schematic plan view showing an optical panel according to another embodiment of the exposure light source module unit according to the present invention.
  • FIG. 10 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of a unit lens provided in the optical panel of the light source module unit for exposure according to the present invention shown in FIG. 9;
  • FIG. 10 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of a unit lens provided in the optical panel of the light source module unit for exposure according to the present invention shown in FIG. 9;
  • 11 and 12 are schematic diagrams shown for explaining the eccentric array structure of the unit light source and the condenser lens of the light source module unit for exposure according to the present invention, respectively.
  • FIG. 13 and 14 are schematic cross-sectional views schematically showing the range of the light incident surface curvature R of the unit condensing lens of the light source module unit for exposure according to the present invention, respectively.
  • 15 to 17 are graphs illustrating the illuminance of a light irradiation surface (exposure surface) according to the light incident surface curvature R of the unit condenser lens of the light source module unit for exposure according to the present invention, respectively.
  • FIG. 18 is a schematic exploded perspective view illustrating a light source module unit for exposure according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a schematic perspective view schematically illustrating a structure of a unit light source and a condenser lens array of an exposure light source module unit according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 18.
  • FIGS. 18 and 19 are schematic cross-sectional views schematically showing the relationship between the optical structure and the arrangement of the unit condenser lens of the light source module unit for exposure according to another embodiment of the present invention shown in FIGS. 18 and 19 .
  • FIGS. 18 and 19 are light irradiation surfaces according to the relationship between the optical structure and the arrangement state of the unit condenser lens of the light source module unit for exposure according to another embodiment of the present invention shown in FIGS. 18 and 19, respectively.
  • Figure shows the graph by measuring the roughness of).
  • FIG. 23 is a perspective view schematically illustrating a state in which a light source module unit for exposure according to the present invention is embedded in a housing;
  • FIG. 24 shows the results of measuring CD values according to mask line widths by photographing main portions of circuit patterns formed on a wafer by an exposure light source module unit and a conventional exposure light source, a mercury lamp (Hg Lamp) according to the present invention. Shown.
  • FIG. 25 is a graph illustrating measurement results of CD values according to mask line widths of circuit patterns formed on a wafer by a light source module unit for exposure according to the present invention and a mercury lamp (Hg Lamp) that is a conventional light source for comparison, respectively.
  • Hg Lamp mercury lamp
  • Fig. 26 is a schematic structural view schematically showing an essential part of an exposure apparatus to which an exposure light source module unit is applied according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic separated perspective view illustrating an exposure light source module unit according to the present invention
  • FIG. 3 schematically illustrates a unit light source and a condenser lens array structure of the exposure light source module unit according to the present invention. Schematic perspective view.
  • a plurality of unit ultraviolet light emitting devices (UV LEDs) 111 are mounted on a circuit board 112 in a matrix array structure.
  • Light source panel 110 configured to be mounted on support panel 113 and optical panel 120 disposed on the light exit side of light emitting element 111 to focus light emitted from light emitting element 111.
  • the optical panel 120 includes a light transmitting panel 121 disposed on the light output side of the light emitting element 111 so as to face the light source panel 110 and an integrated array array structure. It has the structure comprised by the some unit condensing lens 122 integrated.
  • the plurality of unit condensing lenses 122 integrated into the transmissive panel 121 in an integrated array arrangement may be formed at positions at intervals p corresponding to intervals p of the array of ultraviolet light emitting elements 111, respectively.
  • the light source module unit 100 for exposure according to the present invention having the configuration as described above is integrally provided in the light transmitting panel 121 forming the optical panel 120 with respect to the unit ultraviolet light emitting device (UV LED) as a light source.
  • the plurality of unit condensing lenses 122 are composed of an array module in which the optical array structure integrated into the matrix array structure and the shape structure of the light incidence plane and the outgoing plane of each unit condenser lens 122 are optimally combined.
  • the exposure performance and exposure efficiency are effectively improved by maximizing the light output power and illuminance distribution, thereby miniaturizing the exposure pattern and realizing high resolution.
  • UV LED ultraviolet light emitting device
  • the ultraviolet light emitting device 111 emits ultraviolet light in a range of 100 nm to 410 nm in a band or more on the strip-shaped unit circuit board 112 as illustrated in FIG. 2. It is preferable to be mounted with a LED light source of a chip, a package or a mixture of chips and packages.
  • the light source panel 110 is mounted in a state in which a plurality of strip-shaped unit circuit boards 112 are arranged side by side on the support panel 113 and mounted on the unit circuit boards 112, respectively.
  • Reference numeral 111 constitutes an array module in a matrix form on xy coordinates.
  • the ultraviolet light emitting element 111 and the chip, package or chip that emits ultraviolet light in the range of 100nm wavelength range to 410nm wavelength to form a matrix array structure on a single circuit board 112 of a larger area;
  • the package can be mounted as a mixed LED light source.
  • FIG. 4 is a schematic plan view schematically showing an array structure of an ultraviolet light emitting element provided as a unit light source of the exposure light source module unit 100 according to the present invention.
  • the exposure light source module unit 100 includes a plurality of xy rectangular coordinates whose origin is the center O of the array of the ultraviolet light emitting elements 111 on the light source panel 110.
  • the ultraviolet light emitting element 111 is configured to form an array structure of a matrix form spaced apart at regular intervals p.
  • the support panel 113 is illustrated as a rectangular panel, but the shape structure of the support panel 113 is shown as an embodiment, and the light source module unit 100 for exposure according to the present invention is limited. no.
  • the light source module unit 100 for exposure may be applied to an embodiment modified in various shape structures such as, for example, a disc shaped panel.
  • the shape structure of the support panel 113 in which the ultraviolet light emitting element 111 is arrayed according to the specification or configuration of an exposure apparatus to which the exposure light source module unit 100 according to the present invention is mounted as a light source, an exposure target or an exposure pattern, etc. It may be modified in various forms to be employed in an optimal state.
  • the ultraviolet light emitting device 111 has an odd number (9) of horizontal and vertical columns arranged on the support panel 113 as illustrated in FIG. 4.
  • the unit ultraviolet light emitting device 111 may be disposed at the center O of the ultraviolet light emitting device array.
  • unit ultraviolet light is emitted at the center O of the ultraviolet light emitting element array of the light source panel 110. It has an array structure in which the arrangement of the elements 111 is excluded.
  • a light receiving region in which diffused light irradiated from each unit ultraviolet light emitting element is collected by the condensing lens 121 (FIGS. 3 and 4). It is arranged coaxially with the center of reference numeral "A" of the reference numeral, and serves as a reference for determining the amount of eccentricity (see e1, e2, en in FIGS. 2 and 4) of each unit condensing lens 121.
  • the light-receiving area (see reference numeral “A” in FIGS. 11 and 12) is an aperture so as to form a focusing target through which focused light passes through a reflecting mirror provided in an optical system of an exposure apparatus, which is not shown. It is prepared in the form.
  • the diffused light emitted from each unit ultraviolet light emitting element 111 is collected and refracted by the condensing lens 121 to be formed as a condensing target of the light receiving region. Condensed to pass through the aperture.
  • the center O of the ultraviolet light emitting element 111 array on the light source panel 110 and the center of the lens panel 120 are coaxially disposed.
  • the condensing lens 122 which is gradually spaced apart from the reference center axis side passing through the center O and is disposed close to the edge, is eccentric to the reference center axis side described above with respect to the main light axis of the ultraviolet light emitting element 111 corresponding thereto. Distance is gradually increased.
  • the light source module unit 100 for exposure according to the present invention is disposed so that the condenser lens 122 is eccentric with respect to the main light axis of the ultraviolet light emitting element 111, and thus, performs the role and function of a strabismus lens. Done. As a result, the light emitting efficiency of the diffused light emitted from each unit UV light emitting device 111 may be maximized.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating an optical panel of the light source module unit for exposure according to the present invention
  • FIG. 6 is a unit lens provided in the optical panel of the light source module unit for exposure shown in FIG. 5.
  • the optical panel 120 is disposed on the light emitting side of the light emitting element 111 so as to face the light source panel 110 and the light transmitting panel 121. And a plurality of unit condensing lenses 122 integrated in an integrated array arrangement.
  • the optical panel 120 together with the flat panel of the transparent panel 121 using a known optical lens material such as glass, quartz, quartz or synthetic resin, the light of the transparent panel 121
  • the unit condensing lens 122 having a plane, a convex surface, or a concave surface is integrally formed on the exit surface and / or the light incident surface to have an arrayed configuration.
  • the unit condensing lens 122 may have a configuration provided to protrude in a hemispherical shape on the light exit surface of the light transmitting panel 121 to contact the unit condensing lens adjacent to each other.
  • the shape structure of the unit condenser lens 122 is to maximize the light output efficiency by minimizing the light transmission loss by minimizing the void space formed between each unit condenser lens 122.
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing an optical panel according to another embodiment of the exposure light source module unit according to the present invention
  • Figure 8 is provided in the optical panel of the light source module unit for exposure according to the invention shown in FIG.
  • the unit condensing lens 122 has a hexagonal structure in which the light incident surface is in contact with the unit condensing lens adjacent to each other to form a honeycomb structure as a whole. .
  • the light exit surface is provided with a convex lens protruding in a hemispherical shape on the light exit surface of the light transmitting panel 121.
  • the unit condenser lens 122 has a three-dimensional structure in which a common vertical wall is formed between the hexagonal light entrance surface and the hemispherical light exit surface.
  • the common vertical wall is interviewed between each unit condensing lens 122, so that the void space becomes zero. Accordingly, it is possible to maximize the light output efficiency by effectively preventing and minimizing the light transmission loss generated between each unit condenser lens 122 of the conventional light source module unit.
  • FIG. 9 is a schematic plan view showing an optical panel according to another embodiment of an exposure light source module unit according to the present invention
  • FIG. 10 is an optical panel of the light source module unit for exposure shown in FIG. A schematic cross-sectional view showing an enlarged view of a portion of the provided unit lens.
  • the unit condensing lens 122 is a block body having a light incident surface and a light output surface having a rectangular structure so as to contact adjacent unit condensing lenses. At the same time, the light exit surface is provided with a convex rounded convex lens. Accordingly, the unit condensing lens 122 is formed to be positioned up to the edge end of the light transmitting panel 121 such that the void space is zero. As a result, it is possible to maximize the light output efficiency by effectively preventing and minimizing the light transmission loss generated between the unit condensing lenses 122 positioned at the edge of the light transmitting panel 121.
  • the exposure light source module unit 100 integrates the plurality of unit condensing lenses 122 into the light transmitting panel 121 disposed on the light output side of the light emitting element 111 so as to face the light source panel 110.
  • the light transmission loss generated between each unit condensing lens 122 is minimized to provide light. The output efficiency can be maximized.
  • each unit condensing The lens 122 is arranged so as to be eccentric with respect to the main optical axis of the ultraviolet light emitting element 111.
  • FIG. 11 and 12 are schematic views illustrating an array structure in which the condenser lens 122 of the light source module unit 100 for exposure according to the present invention is eccentric with respect to the main light axis of the ultraviolet light emitting element 111.
  • "b” indicates a separation distance of the ultraviolet light emitting device 111 disposed to be spaced apart from the reference center axis side passing through the center O of the ultraviolet light emitting device array of the light source panel 110.
  • c represents the distance between the ultraviolet light emitting element 111 and the condensing lens 122 at a facing distance
  • x represents the eccentricity between the central axis of the ultraviolet light emitting element 111 and the central axis of the condensing lens 122
  • T represents the diameter of the light-receiving area A.
  • the light source module unit 100 for exposure according to the present invention is optical from the ultraviolet light emitting element 111 to an aperture set to a light receiving region A that is a light collecting target.
  • the relationship of "b” and “c”, “x” and “t” mentioned above is comprised so that it may be defined by following Formula.
  • FIG. 13 and 14 are schematic cross-sectional views schematically showing the range of the light incident surface curvature R of the unit condensing lens of the light source module unit for exposure according to the present invention, respectively.
  • the exposure light source module unit 100 includes light of the unit condenser lens 122 in order to maximize the condensing efficiency of the diffused light emitted from the ultraviolet light emitting element 111.
  • the incident surface is formed in any one of a plane, a concave surface having a curvature R within (-) 0.15 and a convex surface having a curvature R within (+) 0.15, and the light exit surface is convex. It is formed into a lens.
  • the distance C1 between the unit UV light emitting element 111 and the unit condenser lens 122 is arranged to satisfy a value of C1 / d ⁇ 0.5 with respect to the diameter d of the unit condenser lens 122. It is desirable to have a configuration.
  • the curvature of the convex lens is defined as (+), and the curvature of the concave lens is defined as (-).
  • the range of the light incident surface curvature R of the unit condensing lens 121 as described above is the separation distance C1 of the unit condensing lens 121 with respect to the unit ultraviolet light emitting element 111 and
  • a light irradiation surface in a state in which the value of actual “C1 / d” is set at regular intervals By measuring the illuminance of the target (exposure surface), it is set to a condition that can obtain an effective and strong best illuminance by maximizing the light condensing efficiency of the diffused light emitted from the ultraviolet light emitting element 111.
  • 15 to 17 are graphs illustrating the illuminance of a light irradiation surface (exposure surface) according to the light incident surface curvature R of the unit condenser lens of the light source module unit for exposure according to the present invention, respectively.
  • the exposure light source module unit 100 when the light incident surface of the unit condenser lens 121 is formed in a plane, the exposure light source module unit 100 according to the present invention has a maximum value of 1 on a light irradiation surface. It can be seen that the output to form the illuminance.
  • the light incident surface of the unit condensing lens 121 is formed as a concave surface having a curvature R of (-) 0.15 and a convex surface having a curvature R of (+) 0.15, respectively. It can be confirmed that the illuminance of the light irradiation surface (Target) is output so as to form an illuminance of about 90% of the maximum value 1.
  • the light source module unit 100 for exposure has the light incident surface curvature R of the unit condenser lens 121 (-) 0.15 < R < (+) Has a configuration set in the range of 0.15.
  • the illuminance of the light irradiation surface is about 80% of the maximum value 1, respectively. It can be confirmed that the output so as to form the front and rear roughness.
  • the exposure light source module unit 100 may be disposed at a separation distance C1 of the unit condensing lens 121 with respect to the unit UV light emitting element 111 and a diameter d of the unit condensing lens 121.
  • the separation distance C1 of the unit condensing lens 121 with respect to the unit ultraviolet light emitting element 111 is arranged to be set to a constant value
  • the separation distance C1 of the unit condensing lens 121 is set.
  • the relationship d / C1 of the separation distance C1 of the unit condensing lens 121 and the diameter d of the unit condensing lens 121 is about 2.8 from the light irradiation surface. It can be seen that the illuminance outputs to form an illuminance of about 80% of the maximum value 1.
  • the light source module unit 100 for exposure according to the present invention is spaced apart from the unit condenser lens 121 so as to obtain maximum illuminance by guiding through the maximization of the condensing efficiency of the diffused light emitted from the ultraviolet light emitting element 111.
  • the relationship d / C1 of the distance C1 and the diameter d of the unit condenser lens 121 is arranged so as to satisfy a value of 2.8 ⁇ d / C1 ⁇ 6.0.
  • FIG. 18 is a schematic exploded perspective view illustrating a light source module unit for exposure according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 19 is a unit light source and a condenser lens of the light source module unit for exposure according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 18. It is a schematic perspective view which was shown typically for demonstrating an array structure.
  • a light source module unit 100 for exposure is provided with a second optical panel arranged to be arranged side by side on the light exit side of the first optical panel 120. It has a configuration that further includes (130).
  • the second optical panel 130 has a plurality of unit condenser lenses 131 each having a light incident surface and a light emitting surface formed as convex lenses, respectively, with respect to the main light axis at positions corresponding to the light emitting elements 111. It is provided in a matrix-like array structure eccentric to any reference center axis side passing through the center of the ultraviolet light emitting element array on the panel 110.
  • the unit condensing lens 131 of the second optical panel 130 is disposed so as to be eccentric with respect to the main light axis of the unit ultraviolet light emitting element 111 of the light source panel 110. By performing the role and function of the lens, it serves to maximize the light condensing efficiency of the diffused light emitted from each unit ultraviolet light emitting element 111.
  • the configuration in which the unit condenser lens 131 of the second optical panel 130 is eccentric is arranged in the unit of the first optical panel 120 as described with reference to FIGS. 3 and 4. Since the condenser lens 121 is substantially the same as the array arrangement structure in which the condensing lens 121 is eccentric, a detailed description thereof will be omitted.
  • FIGS. 18 and 19 are schematic cross-sectional views schematically showing the relationship between the optical structure and the arrangement of the unit condenser lens of the light source module unit for exposure according to another embodiment of the present invention shown in FIGS. 18 and 19 to be.
  • the exposure light source module unit 100 may be a unit of the condenser lens 121 of the first optical panel 120 and the unit of the second optical panel 130.
  • the separation distance C2 of the condenser lens 131 has an array structure arranged to satisfy a value of C2 / d2 ⁇ 0.8 with respect to the diameter d2 of the unit condenser lens 131 of the second optical panel 130. .
  • the diameter d2 of the unit condenser lens 131 of the second optical panel 130 is 0.7 ⁇ d2 with respect to the diameter d1 of the unit condenser lens 121 of the first optical panel 120. It is formed to satisfy the value of / d ⁇ 1.2.
  • the distance C2 and the diameter d2 of the unit light collecting lens 131 of the second optical panel 130 as described above satisfy the values of C2 / d2 ⁇ 0.8 and 0.7 ⁇ d2 / d ⁇ 1.2, respectively.
  • the arrangement is arranged to measure the illuminance of the target (exposure surface) in a state where the value of "d2 / d" is set at regular intervals, thereby maximizing the condensing efficiency of the diffused light emitted from the ultraviolet light emitting element 111. It is set to the condition that can obtain effective and strong best illumination.
  • FIGS. 18 and 19 are measured by measuring the light incident surface shape of the unit condensing lens of the light source module unit for exposure according to another embodiment of the present invention shown in FIGS. 18 and 19 and the illuminance of the light irradiation surface according to the arrangement It is a graph shown.
  • the unit condenser lens 121 of the first optical panel 120 is formed.
  • the relationship value C2 between the separation distance C2 of the unit condenser lens 131 of the second optical panel 130 and the diameter d2 of the unit condenser lens 131 of the second optical panel 130. / d2) can be seen that the illuminance of the maximum value (1) is formed on the light irradiation surface (Target (exposure surface)) at 0.1 and then gradually decrease the illuminance from about 0.8 to 90% of the maximum value (1).
  • the exposure light source module unit 100 may be induced by maximizing the light condensing efficiency of the diffused light emitted from the ultraviolet light emitting element 111 to obtain the maximum illuminance.
  • the separation distance C2 and the diameter d2 of the unit light collecting lens 131 of the panel 130 each have a value of C2 / d2 < 0.8.
  • the diameter d of the unit condenser lens 121 of the first optical panel 120 and the diameter d2 of the unit condenser lens 131 of the second optical panel 130 are determined. It can be seen that the relationship value d2 / d forms the illuminance of the maximum value 1 on the light irradiation surface at about 1.2, and then gradually decreases the illuminance at about 90% of the maximum value 1 at about 0.7. have.
  • the exposure light source module unit 100 may be induced by maximizing the light condensing efficiency of the diffused light emitted from the ultraviolet light emitting element 111 to obtain the maximum illuminance.
  • the relationship d2 / d between the diameter d of the unit condenser lens 121 of the panel 120 and the diameter d2 of the unit condenser lens 131 of the second optical panel 130 is 0.7 ⁇ d2. It has a configuration that satisfies the condition of /d ⁇ 1.2.
  • the light source panel 110 and the optical panel 120 are supported by the housing 140. It may have a built-in unit configuration.
  • the light source module unit 100 for exposure of the present invention unitized to be mounted on the housing 140 can be used in a removable state as a light source of an exposure apparatus (not shown).
  • an exposure apparatus not shown
  • the light source module unit 100 for exposure is a structure such as a bracket or a flange provided in the exposure apparatus in a state in which the light source panel 110 and the optical panel 120, 130 are combined to form a pair It may be installed as a light source supported by.
  • the light source module unit for exposure 100 may further include heat dissipation means provided in the housing 140 to be provided around the light source panel 110 and the optical panel 120.
  • the heat dissipation means may be water-cooled heat dissipation means connected to a chiller to circulate the coolant through the coolant inlet 141 and the outlet 142.
  • the heat dissipation means may include, for example, a heat sink embedded in the housing 140 to mount the light source panel 110 and the optical panel 120.
  • the heat dissipation means may be an air-cooled heat dissipation means using a fan or blower for the circulation of air, may be installed in a state in which the air-cooled heat dissipation means and the water-cooled heat dissipation means are merged.
  • the light source module unit 100 for exposure although not illustrated by the drawings, the ultraviolet light emitting element 111 and the condenser lens 122, 132 is arranged in a circular array It can be configured to have a structure.
  • Such a circular array structure has an advantage of eliminating light loss generated from the ultraviolet light emitting element 111 arranged at the corner portion spaced farthest from the center O in the rectangular array structure.
  • Figure 24 is shown by photographing the results obtained by comparing the exposure performance of the exposure light source module unit 100 and the conventional exposure light source mercury lamp (Hg Lamp) according to the present invention having the configuration as described above Drawing.
  • the test results shown in FIG. 24 apply 1.5 ⁇ m thick photoresist (PR name: DTFR-JC800) to a 3.5 inch wafer, and mask line widths of 0.2 (or 0.3 ⁇ m) in the range of 1.0 to 3.5 ⁇ m, respectively.
  • mask line widths 0.2 (or 0.3 ⁇ m) in the range of 1.0 to 3.5 ⁇ m, respectively.
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • CD critical line width
  • the limit of the critical line width (CD) of the fine circuit pattern which can be realized by using a mercury lamp, which is a conventional light source for exposure is around 2.0 ⁇ m, while using the light source module unit for exposure according to the present invention. It can be seen that the critical line width (CD) of the fine circuit pattern that can be realized can be around 1.4um.
  • FIG. 25 is a graph illustrating the critical line width fine dimension CD measured by photographing in FIG. 24 to be compared with the ideal critical line width fine dimension CD.
  • the critical line width fine dimension (CD) of the fine circuit pattern may be implemented using a mercury lamp that is a conventional exposure light source. It can be seen that the pattern is formed closer to the ideal critical line width CD than the critical line width CD of the pattern.
  • the line width of the fine circuit pattern formed by using the light source module unit 100 for exposure according to the present invention is formed finer and more precisely than the line width of the circuit pattern formed by using a mercury lamp (Hg Lamp) which is a conventional light source for exposure. It can be confirmed that. Accordingly, the light source module unit for exposure according to the present invention enables a breakthrough high resolution in the exposure process.
  • Hg Lamp mercury lamp
  • Fig. 26 is a schematic structural diagram schematically showing an essential part of an exposure apparatus to which an exposure light source module unit according to the present invention is applied.
  • the same reference numerals as the reference numerals of the drawings shown above represent the same components.
  • the exposure apparatus 200 moves the exposure table 250 for supporting the exposure glass substrate 10 to which the photosensitive agent is applied, and the exposure table 250 on the XY plane coordinates.
  • Driving means (not shown) for driving in a possible state, an exposure light source module unit 100 provided to emit exposure illumination light onto the glass substrate 10, the glass substrate 10 and the exposure light source module It comprises an optical system (210 to 230) provided between the unit 100 and the control means (not shown) for controlling the driving means and the drive of the exposure light source unit 100 in conjunction with.
  • reference numeral 240 denotes an exposure mask on which an exposure pattern is formed.
  • the glass substrate 10 is a mask 240 is applied to the photosensitive agent is applied to the surface on which the illumination light irradiated from the light source module unit 100 for exposure, the same pattern as the photosensitive pattern formed on the photosensitive surface is formed It is provided to be supported by the exposure table 250 with the air layer therebetween. Accordingly, the illumination light emitted from the light source module unit 100 for exposure is focused on the photosensitive surface of the glass substrate 10 by passing through the mask 240 while being condensed through the optical systems 210 to 230, thereby forming the mask 240. An exposure process is performed in which the exposure pattern is transferred to the photosensitive surface of the glass substrate 10.
  • the exposure table 250 moves in the XY plane coordinates by the driving means according to the relative sizes of the glass substrate 10 and the mask 240 while the positions of the glass substrate 10 and the mask 240 are aligned. The exposure process is performed.
  • the glass substrate 10 and the mask 240 are illustrated to be spaced apart from each other, but such a configuration does not limit the present invention.
  • the mask 240 may be configured to be in close contact with the photosensitive surface of the glass substrate 10. In such a configuration, the photosensitive surface of the glass substrate 10 is closely exposed and the pattern of the mask 240 is transferred to the photosensitive surface.
  • the gap formed between the glass substrate 10 and the mask 240 is widened to form a pattern formed in the mask 240 by a configuration in which a reduction projection lens is interposed between the glass substrate 10 and the mask 240.
  • the reduced projection exposure can be performed on the photosensitive surface of the glass substrate 10.
  • the optical systems 210 to 230 are provided to efficiently condense the illumination light onto the mask 240, and the illumination light emitted from the light source module unit 100 for exposure is set to a light receiving area.
  • Ply for refracting the reflector 210 for reflecting through (A) and the reflector 230 for condensing the illumination light passing through the aperture (A) to the mask 240 A fly eye lens 221, a condense lens 222, and a plate lens 223, 224.
  • the configuration of the optical system 210 to 230 is not limited to the exposure apparatus 200 according to the present invention, and various modified configurations may be applied according to the exposure target and the standard of the mask.
  • the light source module unit 100 for exposure is a component that characterizes the exposure apparatus 200 according to the present invention, and as described in detail with reference to FIGS. 2 to 25, a plurality of unit ultraviolet light emitting devices (UV LEDs) 111. ) Is mounted on the circuit board 112 in a matrix-like array structure to be mounted on the support panel 113, and the UV light emitting element 111 to face the light source panel 110.
  • a plurality of unit condenser lenses 122 are formed in the unitary array array structure on the light transmitting panel 121 disposed on the light output side, so that the intervals p respectively correspond to the intervals p of the ultraviolet light emitting element 111 array.
  • the unit condensing lens 122 has a planar light incident surface, a concave surface having a curvature R within ( ⁇ ) 0.15, and ( +) Is formed in any one form selected from the convex surface having a curvature (R) within 0.15 and the light exit surface is formed of a convex lens, and the unit ultraviolet light emitting element 111 and the unit condensing lens 122
  • the separation distance C1 is arranged to satisfy a value of C1 / d ⁇ 0.5 with respect to the diameter d of the unit condensing lens 121.
  • the ultraviolet light emitting element 111 has a band-shaped unit circuit board 112 in a range of 100 nm or more as shown in FIGS. 2 and 18. It is preferable to be mounted as an LED light source in the form of a chip, a package or a mixture of chips and packages that emit ultraviolet light in the range up to 410nm wavelength.
  • the light source module unit 100 for exposure having the above-described configuration integrates the condenser lenses into an integrated array array structure in the light transmitting panel so as to maximize the light condensing efficiency for the light source panel, which is a plurality of ultraviolet light emitting device (UV LED) array modules.
  • UV LED ultraviolet light emitting device
  • the exposure apparatus 200 has a configuration in which the exposure light source module unit 100 is replaced with respect to a conventional conventional exposure apparatus, thereby using low power consumption, reducing the cost of replacing the light source, and exposing the light. It is not only possible to expect a significant reduction in maintenance costs by improving the device's uptime and solving environmental problems, but also to realize high output and high efficiency with single wavelength and short wavelength of ultraviolet rays. By the improvement, the exposure pattern can be miniaturized and breakthrough high resolution can be realized.
  • the present invention relates to a light source for exposure, comprising: a light emitting ultraviolet light emitting device (UV LED) light source module unit and a light source module unit for use in a photolithography process for forming a fine circuit pattern on a semiconductor wafer or an image display panel It relates to an exposed exposure apparatus.
  • UV LED ultraviolet light emitting device

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

노광용 광원모듈 유닛이 개시되어 있다. 이 개시된 노광용 광원모듈 유닛은 다수의 자외선 발광 소자가 어레이 구조로 이루어진 광원 패널과, 발광 소자의 광출사측에 배치되는 투광 패널에 일체형 어레이 배열 구조로 집적화된 복수의 단위 집광 렌즈가 단위 발광 소자에 각각 대응되는 위치에서 주광축에 대해 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태의 매트릭스 형태의 어레이 구조로 이루어진 광학 패널을 포함하며, 단위 집광 렌즈는 광 입사면이 평면과, (-)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 오목면 및 (+)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 볼록면 중에서 선택된 어느 하나의 형태로 형성되는 동시에 광 출사면은 볼록 렌즈로 형성되고, 외선 발광 소자와 단위 집광 렌즈의 이격 거리(C1))는 집광 렌즈의 직경(d)에 대하여 C1/d＜0.5의 값을 만족하도록 배열되는 구성을 가진다.

Description

노광용 광원모듈 유닛 및 그 광원모듈 유닛이 구비된 노광장치
본 발명은 노광용 광원에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼나 화상 디스플레이 패널 등에 미세 회로 패턴을 형성하기 위하여 포토리소그래피(Photolithography) 공정에 사용되는 노광용 자외선 발광소자(UV LED) 광원모듈 유닛에 관한 것이며, 특히 광원인 자외선 발광소자(UV LED) 어레이(array) 배열 구조와 투광 패널에 일체형으로 집적화된 집광 렌즈의 형상 및 어레이 배열 구조를 최적 조합의 모듈로 구성하여 광 출력 파워(power)와 조도 분포의 극대화를 통한 노광 성능과 노광 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 기존 노광장치에 설치되어 광원 모듈을 셀(cell) 형태로 용이하게 대체하여 가성비(cost performance ratio)를 높일 수 있도록 개량한 노광용 자외선 발광소자(UV LED) 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.
도 1은 자외선 발광 소자를 광원으로 이용한 종래 노광용 광원모듈 유닛의 일 예를 사진으로 촬영하여 나타내 보인 도면으로서, 광학 패널(10)의 후방에 구비되는 광원 패널(미도시)은 회로 기판 상에 다수의 단위 자외선 발광 소자가 매트릭스 형태의 어레이 구조로 실장되어 지지 패널에 탑재되도록 구성된다.
그리고 상기 광학 패널(10)은 광원 패널과 대면하도록 발광 소자의 광출사측에 나란하게 배치되는 렌즈 패널(11)과, 그 렌즈 패널(11)에 타공되어 형성된 다수의 단위 홀에 각각 단위 집광 렌즈(12)가 결합되도록 설치된 구성을 가진다.
상기한 바와 같은 종래의 자외선 발광 소자를 광원으로 이용하는 노광용 광원모듈 유닛은, 집광 렌즈(12)가 설치되는 렌즈 패널(11)의 방열 효과를 높이기 위해 예를 들면, 황동이나 알루미늄 또는 스테인리스 스틸 등과 같은 비투광성 금속 패널을 주로 이용하게 된다. 이에 따라 각 단위 집광 렌즈 사이의 비투광부에서 발생하는 광 손실에 의한 집광 효율 저하로 인하여 전체적인 광 출력 파워 및 조도 분포도에 한계를 가지게 됨으로써 노광 패턴의 미세화를 통한 초고해상도 실현이 어려운 문제점이 있다.
또한, 종래 노광용 광원모듈 유닛은 비투광성 금속 패널의 방열 성능이 한계를 지니고 있으므로, 비투광성 금속 패널에 구동 발열이 누적하여 집적됨에 따라 구동시간이 증가할수록 점차 열화가 진행되어 광 출력 파워 및 조도 분포도의 저하에 의해 노광 품질이 저하되는 문제점이 있다. 이에 따라 잦은 광학 패널의 교체로 인하여 노광 공정의 생산성 저하와 비용이 상승하는 문제점이 있다.
그리고 종래 노광용 광원모듈 유닛의 경우, 비투광성 금속 패널로 이루어진 렌즈 패널(11)에 타공된 홀에 단위 집광 렌즈(12)를 일일이 설치하는 조립과정으로 인해 제조원가의 상승과 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
그러므로 자외선 발광 소자(UV LED)를 광원으로 이용하는 노광장치의 경우 광 손실을 저감시킬 수 있는 광 경로의 구성이나 조도 분포도와 광 출력의 파워 향상 및 노광 패턴의 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 실정이다.
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.
본 발명은 상술한 바와 같은 배경 기술하에서 종래 노광장치의 노광용 광원모듈 유닛이 지니는 문제점을 감안하여 이를 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 투광 패널에 일체형 어레이 배열 구조로 집적화된 다수의 단위 집광 렌즈 사이에서 발생하는 광 손실을 최소화시켜 집광 효율을 극대화할 수 있는 저소비전력형 자외선 발광소자(UV LED) 광원모듈 유닛 및 그 유닛을 광원으로 구비한 노광장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 투광 패널에 일체형 어레이 배열 구조로 집적화된 다수의 단위 집광 렌즈에 의해 집광 효율을 극대화시켜 조도 분포도와 광 출력 파워를 향상시킴으로써 노광 패턴의 미세화를 통한 초고해상도 실현이 가능한 자외선 발광소자(UV LED) 광원모듈 유닛 및 그 유닛을 광원으로 구비한 노광장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 각 단위 집광 렌즈를 투광 패널에 일체형 어레이 배열 구조로 집적화하여 광학 패널 조립체 유닛을 형성하기 위해 각 단위 집광 렌즈를 지지하기 위한 렌즈 패널을 배제함으로써 조립성과 생산성 향상 및 제조원가저감에 따른 경제적인 자외선 발광소자(UV LED) 광원모듈 유닛 및 그 유닛을 광원으로 구비한 노광장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존 노광장치에 설치되어 있는 광원 모듈을 셀(cell) 형태로 용이하게 대체하여 가성비(cost performance ratio)를 높일 수 있도록 개량한 노광용 자외선 발광소자(UV LED) 광원모듈 유닛 및 그 광원모듈 유닛이 구비된 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 발광 소자로부터 출사되는 광을 집광하기 위해 상기 발광 소자)의 광출사측에 배치되는 광학 패널을 포함하는 노광용 광원모듈 유닛에 있어서, 상기 광학 패널은 상기 광원 패널과 대면하도록 상기 발광 소자의 광출사측에 배치되는 투광 패널 및 그 투광 패널에 일체형 어레이 배열 구조로 집적화된 복수의 단위 집광 렌즈를 구비하여 이루어지며, 상기 단위 집광 렌즈는 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 배열되는 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 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 패널 및 상기 발광 소자로부터 출사되는 광을 집광하기 위해 상기 발광 소자의 광출사측에 배치되는 광학 패널을 포함하며, 상기 광학 패널은 상기 광원 패널과 대면하도록 상기 발광 소자의 광출사측에 배치되는 투광 패널 및 그 투광 패널에 일체형 어레이 배열 구조로 집적화된 복수의 단위 집광 렌즈를 구비하여 이루어지고, 상기 단위 집광 렌즈는 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 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 단위 집광 렌즈는 서로 인접하는 단위 집광 렌즈와 접하도록 상기 투광 패널의 광 출사면에 반구형으로 돌출된 광 출사면을 가지는 볼록 렌즈로 구비되며, 상기 단위 집광 렌즈의 광 입사면은, 평면과, (-)0.15 이내의 곡률을 가지는 오목면 및 (+)0.15 이내의 곡률을 가지는 볼록면 중에서 선택된 어느 하나의 형태로 형성되고, 상기 단위 자외선 발광 소자와 상기 단위 집광 렌즈의 이격 거리는 상기 단위 집광 렌즈의 직경에 대하여 C1/d＜0.5의 값을 만족하도록 배열되는 구성을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 단위 집광 렌즈는 서로 인접하는 단위 집광 렌즈와 접하도록 광 입사면이 육각형 구조로 이루어져 전체적으로 하니콤 구조를 형성하는 동시에 광 출사면은 상기 투광 패널의 광 출사면에 반구형으로 돌출된 볼록 렌즈로 구비되도록 육각형의 광 입사면과 반구형의 광 출사면 사이에 형성된 공용의 수직벽을 가지도록 이루어지며, 상기 단위 집광 렌즈의 광 입사면은, 평면과, (-)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 오목면 및 (+)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 볼록면 중에서 선택된 어느 하나의 형태로 형성되고, 상기 단위 자외선 발광 소자와 상기 단위 집광 렌즈의 이격 거리는 상기 단위 집광 렌즈의 직경에 대하여 C1/d＜0.5의 값을 만족하도록 배열되는 구성을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 볼록 형상의 렌즈의 곡률(R)은 (+)로 정의하고, 오목 형상의 렌즈의 곡률(R)은 (-)로 정의한다.
상기 단위 집광 렌즈의 형상 구조를 반구형 또는 광 입사면이 육각형 구조로 이루어져 전체적으로 하니콤 구조로 형성한 것은 단위 집광 렌즈 사이의 공극 스페이스(space)를 최소화 또는 제로(0) 상태로 형성하여 광 투과 손실을 최소화시켜 줌으로써 광 출력 효율을 극대화하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 단위 집광 렌즈는 서로 인접하는 단위 집광 렌즈와 접하도록 광 입사면과 광 출사면이 사각형 구조로 이루어지는 블럭체로 형성되는 동시에 광 출사면은 볼록하게 라운드진 볼록 렌즈로 형성되어 투광 패널의 가장자리 끝단부까지 위치하도록 구비된 구성을 가질 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 상기 단위 집광 렌즈는 투광 패널의 가장자리 끝단부까지 위치하도록 형성되어 각 단위 집광 렌즈 사이에 공극 스페이스(space)가 제로(0) 상태를 이루게 된다. 이로써, 투광 패널의 가장자리 부위에 위치한 단위 집광 렌즈 사이에서발생되는 광 투과 손실을 효율적으로 방지하여 최소화시킬 수 있게 됨에 따라 광 출력 효율의 극대화를 도모할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제1의 광학 패널의 단위 집광 렌즈의 직경 또는 상기 단위 집광 렌즈의 육각형 광 입사면 외접원의 직경은 상기 단위 자외선 발광 소자와 상기 제1의 광학 패널의 단위 집광 렌즈의 이격 거리에 대하여 2.8＜d/C1＜5.8의 값을 만족하도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제1의 광학 패널의 광출사측에 나란하게 배열되는 제2의 광학 패널이 더 구비된 구성을 가질 수 있다. 이와 같은 구성에 있어서, 상기 제2의 광학 패널에는 광 입사면과 광 출사면이 각각 볼록 렌즈로 형성된 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 구비된다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 노광용 광원모듈 유닛에 있어서, 상기 제1의 광학 패널의 단위 집광 렌즈와 상기 제2의 광학 패널의 단위 집광 렌즈의 이격 거리(C2)는 상기 제 2 광학 패널의 단위 집광 렌즈의 직경에 대하여 C2/d2＜0.8의 값을 만족하도록 배열되는 구성을 가지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2의 광학 패널의 단위 집광 렌즈의 직경은 상기 제1의 광학 패널의 단위 집광 렌즈의 직경에 대하여 0.7＜d2/d＜1.2의 값을 만족하도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 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.
상술한 바와 같은 구성에 있어서, 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.
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.
또한, 상기 광원 패널과 상기 광학 패널은 하우징에 의해 지지되어 노광장치에 탈착 가능한 유닛 상태로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 광원 패널과 상기 광학 패널의 주위에는 방열수단이 더 구비되는 구성을 가질 수 있다.
상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 노광용 광원모듈 유닛에 따르면 다음과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 다수의 단위 집광 렌즈가 투광 패널에 일체형 어레이 배열 구조로 집적화됨으로써 다수의 단위 집광 렌즈 사이에서 발생하는 광 손실을 최소화시킬 수 있다. 이에 따라 집광 효율을 극대화할 수 있는 저소비전력형 자외선 발광소자(UV LED) 광원모듈 유닛 및 그 유닛을 광원으로 구비한 노광장치의 제공이 가능하다.
둘째, 투광 패널에 일체형 어레이 배열 구조로 집적화된 다수의 단위 집광 렌즈에 의해 집광 효율을 극대화시켜 줌으로써, 조도 분포도와 광 출력 파워를 향상을 통해 보다 미세화된 노광 패턴의 실현이 가능하다. 이에 따라 초고해상도 실현이 가능한 자외선 발광소자(UV LED) 광원모듈 유닛 및 그 유닛을 광원으로 구비한 노광장치의 제공이 가능하다.
셋째, 각 단위 집광 렌즈를 투광 패널에 일체형 어레이 배열 구조로 집적화하여 광학 패널 조립체 유닛을 형성하기 위해 각 단위 집광 렌즈를 지지하기 위한 렌즈 패널을 배제함으로써, 구동 발열의 누적 집적의 예방이 가능한 동시에 광학 패널의 조립성과 생산성 향상 및 제조원가 저감이 가능하다. 이에 따라 노광 성능의 향상과 더불어 경제적인 자외선 발광소자(UV LED) 광원모듈 유닛 및 그 유닛을 광원으로 구비한 노광장치의 제공이 가능하다.
넷째, 기존 노광장치에 설치되어 있는 광원 모듈을 셀(cell) 형태로 용이하게 대체할 수 있게 된다. 이에 따라 고효율 고출력의 단일파장 및 단파장의 자외선광을 필요에 따라 자유롭게 선택적으로 이용할 수 있게 되므로, 고품질 노광의 실현이 가능한 동시에 가성비(cost performance ratio)가 높은 실용적이고 경제적인 노광용 자외선 발광소자(UV LED) 광원모듈 유닛 및 그 광원모듈 유닛이 구비된 노광장치의 제공이 가능하다.
다섯째, 저소비전력의 사용과 광원 교체비용의 절감, 노광 장비의 가동시간 향상 및 환경문제의 해결 등을 통하여 획기적인 유지비용의 절감 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래 노광용 광원모듈 유닛의 일 예를 사진으로 촬영하여 나타내 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛을 도시해 보인 개략적 분리 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 광원과 집광 렌즈 어레이 구조를 설명하기 위해 모식적으로 도시해 보인 개략적 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 광원으로 구성되는 자외선 발광 소자의 어레이 구조를 모식적으로 나타내 보인 개략적 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 광학 패널을 발췌하여 도시해 보인 개략적 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 광학 패널에 구비된 단위 렌즈의 일부를 발췌하여 확대 도시해 보인 개략적 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 다른 실시예에 의한 광학 패널을 발췌하여 도시해 보인 개략적 평면도.
도 8은 도 7에 도시된 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 광학 패널에 구비된 단위 렌즈의 일부를 발췌하여 확대 도시해 보인 개략적 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 또 다른 실시예에 의한 광학 패널을 발췌하여 도시해 보인 개략적 평면도.
도 10은 도 9에 도시된 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 광학 패널에 구비된 단위 렌즈의 일부를 발췌하여 확대 도시해 보인 개략적 단면도.
도 11 및 도 12는 각각 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 광원과 집광 렌즈의 편심된 어레이 구조를 설명하기 위해 나타내 보인 모식도.
도 13 및 도 14는 각각 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 집광 렌즈의 광 입사면 곡률(R)에 대한 범위를 설명하기 위해 모식적으로 도시해 보인 개략적 단면 구성도.
도 15 내지 도 17은 각각 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 집광 렌즈의 광 입사면 곡률(R)에 따른 광조사면(Target; 노광면)의 조도를 측정하여 그래프로 나타내 보인 도면이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광용 광원모듈 유닛을 도시해 보인 개략적 분리 사시도.
도 19는 도 18에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 광원과 집광 렌즈 어레이 구조를 설명하기 위해 모식적으로 도시해 보인 개략적 사시도.
도 20은 도 18 및 도 19에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 집광 렌즈의 광학적 구조와 배열 상태에 대한 관계를 설명하기 위해 모식적으로 도시해 보인 개략적 단면 구성도.
도 21 및 도 22는 각각 도 18 및 도 19에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 집광 렌즈의 광학적 구조와 배열 상태에 대한 관계에 따른 광조사면(Target; 노광면)의 조도를 측정하여 그래프로 나타내 보인 도면.
도 23은 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛이 하우징에 내장된 상태를 개략적으로 도시해 보인 외관 사시도.
도 24는 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 25는 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 26은 본 발명에 의한 노광용 광원모듈 유닛이 적용된 노광장치의 요부를 발췌하여 모식적으로 도시해 보인 개략적 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 노광용 광원모듈 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 2는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛을 도시해 보인 개략적 분리 사시도이다이고, 도 3은 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 광원과 집광 렌즈 어레이 구조를 설명하기 위해 모식적으로 도시해 보인 개략적 사시도이다.
도 2 및 도 3을 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 발광 소자(111)로부터 출사되는 광을 집광하기 위해 상기 발광 소자(111)의 광출사측에 배치되는 광학 패널(120)을 포함하며, 상기 광학 패널(120)은 상기 광원 패널(110)과 대면하도록 상기 발광 소자(111)의 광출사측에 배치되는 투광 패널(121) 및 그 투광 패널(121)에 일체형 어레이 배열 구조로 집적화된 복수의 단위 집광 렌즈(122)를 구비하여 이루어진 구성을 가진다.
그리고, 상기 투광 패널(121)에 일체형 어레이 배열 구조로 집적화된 다수의 단위 집광 렌즈(122)는 상기 자외선 발광 소자(111) 어레이의 간격(p)과 각각 대응되는 간격(p)의 위치에서 주광축에 대해 상기 광원 패널(110) 상에 있는 자외선 발광소자(111) 어레이의 중심(O)(도 3 참조)을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태(e1, e2)의 매트릭스 어레이 구조로 구비된다.
상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은, 광원인 단위 자외선 발광소자(UV LED)에 대해 광학 패널(120)을 이루고 있는 투광 패널(121)에 일체형으로 구비된 다수의 단위 집광 렌즈(122)가 매트릭스 어레이 구조로 집적화된 광학적 배열 구조와 각 단위 집광 렌즈(122)의 광 입사면 및 출사면의 형상 구조를 최적 상태로 조합한 어레이(array) 모듈로 구성함으로써, 광 출력 파워(power)와 조도 분포의 극대화를 통한 노광 성능과 노광 효율을 효과적으로 향상시켜 노광 패턴의 미세화와 고해상도 구현이 가능하도록 한 것이다.
따라서, 이하에서는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)의 광원인 단위 자외선 발광소자(UV LED) 및 그에 대응되는 배열 구조로 집적된 단위 집광 렌즈의 광학적 배열 구조와 광 입사면 및 출사면의 곡률(R)의 범위에 대한 구체적인 구성에 대하여 상세하게 설명한다..
*본 발명에 따르면, 상기 자외선 발광 소자(111)는 도 2에 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 혼합형태의 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 모듈을 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 패키지가 혼합된 형태의 LED 광원으로 실장될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)의 단위 광원으로 마련되는 자외선 발광 소자의 어레이 구조를 모식적으로 나타내 보인 개략적 평면도이다.
도 4를 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 4에 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 3 및 도 4의 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 11 및 도 12의 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(120)의 중심은 동축 상에 배치되며, 그 중심(O)을 지나는 임의의 기준 중심축선 측에서 점차 이격되어 가장자리에 가까이 배치되는 집광 렌즈(122)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(122)가 자외선 발광 소자(111)의 주광축에 대해 편심되도록 배치되어 비유하자면 사시(斜視; strabismus) 렌즈의 역할과 기능을 수행하게 된다. 이에 따라 각각의 단위 자외선 발광 소자(111)로부터 조사되는 확산 광의 집광효율을 극대화시켜 주도록 작용하게 된다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 광학 패널을 발췌하여 도시해 보인 개략적 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 광학 패널에 구비된 단위 렌즈의 일부를 발췌하여 확대 도시해 보인 개략적 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 광학 패널(120)은 상기 광원 패널(110)과 대면하도록 상기 발광 소자(111)의 광출사측에 배치되는 투광 패널(121) 및 그 투광 패널(121)에 일체형 어레이 배열 구조로 집적화된 복수의 단위 집광 렌즈(122)를 구비하여 이루어진다.
본 발명에 있어서, 상기 광학 패널(120)은 예를 들면 유리나 석영 및 수정 또는 합성수지 등과 같은 공지공용의 광학 렌즈 재료를 이용하여 평판형의 투광 패널(121)과 함께 그 투광 패널(121)의 광 출사면 및/또는 광 입사면에 평면이나 볼록면 또는 오목면을 가지는 단위 집광 렌즈(122)가 일체적으로 형성되어 어레이된 구성을 가진다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 단위 집광 렌즈(122)는 서로 인접하는 단위 집광 렌즈와 접하도록 상기 투광 패널(121)의 광 출사면에 반구형으로 돌출되도록 구비된 구성을 가질 수 있다. 이와 같은 단위 집광 렌즈(122)의 형상 구조는 각 단위 집광 렌즈(122)의 사이에 형성되는 공극 스페이스(space)를 최소화하여 광 투과 손실을 최소화시켜 줌으로써 광 출력 효율을 극대화하기 위한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 다른 실시예에 의한 광학 패널을 발췌하여 도시해 보인 개략적 평면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 광학 패널에 구비된 단위 렌즈의 일부를 발췌하여 확대 도시해 보인 개략적 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 변형된 실시예로서, 상기 단위 집광 렌즈(122)는 서로 인접하는 단위 집광 렌즈와 접하도록 광 입사면이 육각형 구조로 이루어져 전체적으로 하니콤 구조를 형성한다. 그리고 광 출사면은 상기 투광 패널(121)의 광 출사면에 반구형으로 돌출된 볼록 렌즈로 구비된다. 이에 따라 상기 단위 집광 렌즈(122)는 육각형의 광 입사면과 반구형의 광 출사면 사이에 면접되는 공용의 수직벽이 형성된 입체적 구조를 가지게 된다. 이와 같은 단위 집광 렌즈(122)의 형상 구조에 의하면, 각 단위 집광 렌즈(122)의 사이에 공용의 수직벽이 면접하는 구조를 가지게 됨에 따라 공극 스페이스(space)가 제로(0) 상태를 이루게 된다. 이에 따라 통상 종래 광원모듈 유닛의 각 단위 집광 렌즈(122)의 사이에서 발생되는 광 투과 손실을 효율적으로 방지하여 최소화시켜 줌으로써 광 출력 효율의 극대화를 도모할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 또 다른 실시예에 의한 광학 패널을 발췌하여 도시해 보인 개략적 평면도이고, 도 10은 도 9에 도시된 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 광학 패널에 구비된 단위 렌즈의 일부를 발췌하여 확대 도시해 보인 개략적 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 변형 실시예로서, 상기 단위 집광 렌즈(122)는 서로 인접하는 단위 집광 렌즈와 접하도록 광 입사면과 광 출사면이 사각형 구조로 이루어지는 블럭체로 형성되는 동시에 광 출사면은 볼록하게 라운드진 볼록 렌즈로 구비된다. 이에 따라 상기 단위 집광 렌즈(122)는 투광 패널(121)의 가장자리 끝단부까지 위치하도록 형성되어 공극 스페이스(space)가 제로(0) 상태를 이루게 된다. 이로써, 투광 패널(121)의 가장자리 부위에 위치한 단위 집광 렌즈(122)의 사이에서 발생되는 광 투과 손실을 효율적으로 방지하여 최소화시켜 줌으로써 광 출력 효율의 극대화를 도모할 수 있다.
요컨대, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 광원 패널(110)과 대면하도록 발광 소자(111)의 광출사측에 배치되는 투광 패널(121)에 복수의 단위 집광 렌즈(122)를 일체형 어레이 배열 구조로 집적화하여 각 단위 집광 렌즈(122)의 사이에 공극 스페이스(space)가 최소화된 구조를 가지도록 구성함에 따라 각 단위 집광 렌즈(122)의 사이에서 발생되는 광 투과 손실을 최소화시켜 광 출력 효율의 극대화를 도모할 수 있다.
즉, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)에 따르면, 각각의 단위 자외선 발광 소자(111)로부터 조사되는 확산 광의 집광효율을 극대화시킬 수 있도록 하기 위하여 각각의 단위 집광 렌즈(122)가 자외선 발광 소자(111)의 주광축에 대해 편심되도록 배열되는 것으로서, 이하에서는 그 구체적인 구성과 작용에 대하여 상세하게 설명한다.
도 11 및 도 12는 각각 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)의 집광 렌즈(122)가 자외선 발광 소자(111)의 주광축에 대해 편심되는 어레이 구조를 설명하기 위해 나타내 보인 모식도이다.
도 11 및 도 12에서 "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(122)의 대면 이격 거리를 나타내며, "x"는 자외선 발광 소자(111)의 중심축과 집광 렌즈(122)의 중심축 사이의 편심 거리를 나타내고, "t"는 수광 영역(A)의 직경을 나타낸다.
도 11 및 도 12를 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(122)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.
이하에서는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)의 광 출력 파워(power) 및 조도 분포의 극대화를 위한 단위 집광 렌즈(121)의 광 입사면 및 출사면의 곡률(R)에 대한 범위와 그 작용 효과에 대하여 상세하게 설명한다.
도 13 및 도 14는 각각 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 집광 렌즈의 광 입사면 곡률(R)에 대한 범위를 설명하기 위해 모식적으로 도시해 보인 개략적 단면 구성도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은, 상기 자외선 발광 소자(111)로부터 조사되는 확산 광의 집광효율을 극대화시켜 주기 위하여 상기 단위 집광 렌즈(122)의 광 입사면이 평면과, (-)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 오목면 및 (+)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 볼록면 중에서 선택된 어느 하나의 형태로 형성되는 동시에 광 출사면은 볼록 렌즈로 형성된다.
그리고 상기 단위 자외선 발광 소자(111)와 상기 단위 집광 렌즈(122)의 이격 거리(C1)는 상기 단위 집광 렌즈(122)의 직경(d)에 대하여 C1/d＜0.5의 값을 만족하도록 배열되는 구성을 가지는 것이 바람직하다.
여기서, 볼록 형상의 렌즈의 곡률은 (+)로 정의하고, 오목 형상의 렌즈의 곡률은 (-)로 정의한다.
본 발명에 있어서, 상기한 바와 같은 단위 집광 렌즈(121)의 광 입사면 곡률(R)의 범위는, 상기 단위 자외선 발광 소자(111)에 대한 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1) 및 상기 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)에 대한 관계가 C1/d＜0.5의 값을 만족하도록 배열되는 구성에 있어서, 실제 "C1/d"의 값을 일정한 간격으로 설정한 상태에서 광조사면(Target; 노광면)의 조도를 측정하여 상기 자외선 발광 소자(111)로부터 조사되는 확산 광의 집광효율의 극대화를 통해 유효하고 유력한 최상의 조도를 얻을 수 있는 조건으로 설정된 것이다.
도 15 내지 도 17은 각각 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 집광 렌즈의 광 입사면 곡률(R)에 따른 광조사면(Target; 노광면)의 조도를 측정하여 그래프로 나타내 보인 도면이다.
도 15를 참조하면, 상기 단위 집광 렌즈(121)의 광 입사면이 평면으로 형성되는 경우, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 광조사면(Target; 노광면)에 최대치(1)의 조도를 형성하도록 출력하는 것을 확인할 수 있다.
다른 한편으로, 상기 단위 집광 렌즈(121)의 광 입사면이 각각 (-)0.15의 곡률(R)을 가지는 오목면과, (+)0.15의 곡률(R)을 가지는 볼록면으로 형성되는 경우에는, 광조사면(Target; 노광면)의 조도가 최대치(1)의 약 90% 전후의 조도를 형성하도록 출력하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 광조사면(Target; 노광면)의 조도를 최대화하기 위하여 단위 집광 렌즈(121)의 광 입사면 곡률(R)이 (-)0.15＜R＜(+)0.15의 범위로 설정된 구성을 가진다.
도 16을 참조하면, 상기 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)이 일정한 치수의 규격을 가지도록 형성되는 경우, 상기 단위 자외선 발광 소자(111)에 대한 이격 거리(C1)의 설정 관계(C1/d) 값이 0.3 전후에서 광조사면(Target; 노광면)에 최대치(1)의 조도를 형성하도록 출력하는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 상기 단위 자외선 발광 소자(111)에 대한 이격 거리(C1)의 설정 관계(C1/d) 값이 0.5 미만에서 각각 광조사면(Target; 노광면)의 조도가 최대치(1)의 약 80% 전후의 조도를 형성하도록 출력하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 상기 단위 자외선 발광 소자(111)에 대한 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1) 및 상기 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)에 대한 관계 값이 C1/d＜0.5의 범위를 만족하도록 배열되는 구성을 가진다.
도 17을 참조하면, 상기 단위 자외선 발광 소자(111)에 대한 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1)가 일정한 값으로 설정되도록 배열되는 경우, 상기 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1)와 상기 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)에 대한 관계(d/C1) 값이 4.0 내지 6.0 전후에서 광조사면(Target; 노광면)에 최대치(1)의 조도를 형성하도록 출력하는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 상기 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1)와 상기 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)에 대한 관계(d/C1) 값이 2.8 전후에서 광조사면(Target; 노광면)의 조도가 최대치(1)의 약 80% 전후의 조도를 형성하도록 출력하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 상기 자외선 발광 소자(111)로부터 조사되는 확산 광의 집광효율의 극대화를 통해 유도하여 최대의 조도를 얻을 수 있도록 상기 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1)와 상기 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)에 대한 관계(d/C1) 값이 2.8＜d/C1＜6.0의 값을 만족하도록 배열되는 구성을 가진다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광용 광원모듈 유닛을 도시해 보인 개략적 분리 사시도이고, 도 19는 도 18에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 광원과 집광 렌즈 어레이 구조를 설명하기 위해 모식적으로 도시해 보인 개략적 사시도이다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 상기 제1의 광학 패널(120)의 광출사측에 나란하게 배열되도록 구비되는 제2의 광학 패널(130)을 더 포함하는 구성을 가진다.
상기 제2의 광학 패널(130)에는 광 입사면과 광 출사면이 각각 볼록 렌즈로 형성된 다수의 단위 집광 렌즈(131)가 상기 발광 소자(111)에 각각 대응되는 위치에서 주광축에 대해 상기 광원 패널(110) 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태의 매트릭스 형태의 어레이 구조로 구비된다.
즉, 상기 제2의 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)는 상기 광원 패널(110)의 단위 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 작용하게 된다. 이와 같이 상기 제2의 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)가 편심되는 어레이 배열 구조를 가지는 구성은 도 3 및 도 4에 의해 설명된 바 있는 상기 제1의 광학 패널(120)의 단위 집광 렌즈(121)가 편심되는 어레이 배열 구조와 실질적으로 동일한 것으로서, 그 구성과 작용에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 20은 도 18 및 도 19에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 집광 렌즈의 광학적 구조와 배열 상태에 대한 관계를 설명하기 위해 모식적으로 도시해 보인 개략적 단면 구성도이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 상기 제1의 광학 패널(120)의 단위 집광 렌즈(121)와 상기 제2의 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 이격 거리(C2)는 상기 제 2 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 직경(d2)에 대하여 C2/d2＜0.8의 값을 만족하도록 배열되는 어레이 구조를 가진다.
그리고, 상기 제2의 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 직경(d2)은 상기 제1의 광학 패널(120)의 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d1)에 대하여 0.7＜d2/d＜1.2의 값을 만족하도록 형성된다.
상술한 바와 같은 제2의 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 이격 거리(C2)와 직경(d2)이 각각 C2/d2＜0.8 및 0.7＜d2/d＜1.2의 값을 만족하도록 배열되는 구성은 실제 "d2/d"의 값을 일정한 간격으로 설정한 상태에서 광조사면(Target; 노광면)의 조도를 측정하여 상기 자외선 발광 소자(111)로부터 조사되는 확산 광의 집광효율의 극대화를 통해 유효하고 유력한 최상의 조도를 얻을 수 있는 조건으로 설정된 것이다.
도 21 및 도 22는 각각 도 18 및 도 19에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 에 따른 노광용 광원모듈 유닛의 단위 집광 렌즈의 광 입사면 형상 구조와 배열 상태에 따른 광조사면의 조도를 측정하여 그래프로 나타내 보인 도면이다.
도 21을 참조하면, 상기 제2의 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 직경(d2)이 일정한 값으로 형성되는 경우, 상기 제1의 광학 패널(120)의 단위 집광 렌즈(121)와 상기 제2의 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 이격 거리(C2) 및 상기 제 2 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 직경(d2)의 관계 값(C2/d2)은 0.1에서 광조사면(Target; 노광면)에 최대치(1)의 조도를 형성하면서 이후 0.8 전후에서 최대치(1)의 90% 전후로 점차 조도가 감소되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 상기 자외선 발광 소자(111)로부터 조사되는 확산 광의 집광효율의 극대화를 통해 유도하여 최대의 조도를 얻을 수 있도록 상기 제2의 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 이격 거리(C2)와 직경(d2)이 각각 C2/d2＜0.8의 값을 만족하는 구성을 가진다.
도 22를 참조하면, 상기 제1의 광학 패널(120)의 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)과 상기 제2의 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 직경(d2)의 관계 값(d2/d)은 1.2 전후에서 광조사면(Target; 노광면)에 최대치(1)의 조도를 형성하면서 이후 0.7 전후에서 최대치(1)의 약 90% 전후로 점차 조도가 감소되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 상기 자외선 발광 소자(111)로부터 조사되는 확산 광의 집광효율의 극대화를 통해 유도하여 최대의 조도를 얻을 수 있도록 상기 제1의 광학 패널(120)의 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)과 상기 제2의 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 직경(d2)의 관계 값(d2/d)은 0.7＜d2/d＜1.2의 조건을 만족하는 구성을 가진다.
한편, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)에 따르면, 도 23에 예시해 보인 바와 같이 광원 패널(110)과 광학 패널(120)이 하우징(140)에 의해 지지되도록 내장되어 유닛화된 구성을 가질 수 있다.
따라서, 상기 하우징(140)에 장착되도록 유닛화된 본 발명의 노광용 광원모듈 유닛(100)은 노광장치(미도시)의 광원으로 탈착 가능한 상태로 이용할 수 있게 된다. 이에 따라 주로 기존 노광장치의 광원으로 장착된 수은이나 할로겐 램프의 제거에 의해 부분적인 대체 개량이 가능한 호환성을 보유하게 됨으로써, 가성비(cost performance ratio)가 높은 실용적이고 경제적인 노광장치의 제공이 가능하다.
다른 한편으로, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)은 상기 광원 패널(110)과 광학 패널(120)(130)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(140)에 구비되는 방열수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 방열수단은 도 23에 예시해 보인 바와 같이 냉각수 유입구(141)와 유출구(142)를 통해 냉각수가 순환하도록 냉각장치(chiller)와 연결되는 수냉식 방열수단이 설치될 수 있다.
그리고, 상기 방열수단은 예를 들어 상기 광원 패널(110)과 광학 패널(120)이 탑재되도록 상기 하우징(140)에 내장되는 히트 싱크가 설치될 수 있다.
또한, 상기 방열수단은 공기의 순환을 위한 팬 또는 블로어를 사용한 공냉식 방열수단이 설치될 수도 있으며, 공냉식 방열수단과 상기한 수냉식 방열수단이 병합된 상태로 설치될 수도 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명에 의한 노광용 광원모듈 유닛(100)은 비록 도면에 의해 예시해 보이지는 않았으나, 상기 자외선 발광소자(111)와 집광 렌즈(122)(132)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 24는 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)과 기존 노광용 광원인 수은 램프(Hg Lamp)의 노광 성능을 테스트하여 비교한 결과를 사진으로 촬영하여 나타내 보인 도면이다.
도 24에 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 24를 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 25는 도 24에서 사진 촬영으로 측정한 임계선폭미세치수(CD)를 이상적인 임계선폭미세치수(CD)와 비교할 수 있도록 그래프로 정리하여 나타내 보인 것이다.
도 25를 참조하면, 본 발명에 따른 노광용 광원모듈 유닛(100)을 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 유닛(100)을 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 26은 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 26을 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(10)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 특징 지우는 구성요소로서, 도 2 내지 도 25에 의해 상세하게 설명된 바와 같이 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 투광 패널(121)에 다수의 단위 집광 렌즈(122)가 일체형 어레이 배열 구조로 형성되어 상기 자외선 발광 소자(111) 어레이의 간격(p)과 각각 대응되는 간격(p)의 위치에서 주광축에 대해 상기 광원 패널(110) 상에 있는 자외선 발광소자(111) 어레이의 중심(O)(도 3 참조)을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태(e1, e2)의 매트릭스 형태의 어레이 구조로 구비되어 이루어진 광학 패널(120)을 포함한다.
그리고, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 노광용 광원모듈 유닛(100)에 있어서, 상기 단위 집광 렌즈(122)는 광 입사면이 평면과, (-)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 오목면 및 (+)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 볼록면 중에서 선택된 어느 하나의 형태로 형성되는 동시에 광 출사면은 볼록 렌즈로 형성되고, 상기 단위 자외선 발광 소자(111)와 상기 단위 집광 렌즈(122)의 이격 거리(C1)는 상기 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)에 대하여 C1/d＜0.5의 값을 만족하도록 배열되는 구성을 가진다.
본 발명에 의한 노광장치(200)에 따르면, 상기 자외선 발광 소자(111)는 도 2 및 도 18에 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 구성을 가지는 노광용 광원모듈 유닛(100)은 다수의 자외선 발광소자(UV LED) 어레이 모듈인 광원 패널에 대해 집광 효율을 극대화시킬 수 있도록 투광 패널에 집광 렌즈가 일체형 어레이 배열 구조로 집적되어 이루어진 광학 패널을 조합한 것으로서, 도 2 내지 도 25에 의해 상세하게 설명되고, 특허청구범위의 청구항 1 내지 14에 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.
본 발명은 노광용 광원에 관한 것으로서, 반도체 웨이퍼나 화상 디스플레이 패널 등에 미세 회로 패턴을 형성하기 위하여 포토리소그래피(Photolithography) 공정에 사용되는 노광용 자외선 발광소자(UV LED) 광원모듈 유닛 및 그 광원모듈 유닛이 구비된 노광장치에 관한 것이다.

Claims (27)

  1. 다수의 단위 자외선 발광 소자(111)가 회로 기판(112) 상에 매트릭스 형태의 어레이 구조로 실장되어 지지 패널(113)에 탑재되도록 이루어진 광원 패널(110)과, 상기 발광 소자(111)로부터 출사되는 광을 집광하기 위해 상기 발광 소자(111)의 광출사측에 배치되는 광학 패널(120)을 포함하는 노광용 광원모듈 유닛에 있어서,
    상기 광학 패널(120)은 상기 광원 패널(110)과 대면하도록 상기 발광 소자(111)의 광출사측에 배치되는 투광 패널(121) 및 그 투광 패널(121)에 일체형 어레이 배열 구조로 집적화된 복수의 단위 집광 렌즈(122)를 구비하여 이루어지며,
    상기 단위 집광 렌즈(122)는 상기 발광 소자(111)에 각각 대응되는 위치에서 주광축에 대해 상기 광원 패널(110) 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태의 매트릭스 형태의 어레이 구조로 배열되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈(122)는 서로 인접하는 단위 집광 렌즈와 접하도록 상기 투광 패널(121)의 광 출사면에 반구형으로 돌출된 광 출사면을 가지는 볼록 렌즈로 구비되며,
    상기 단위 집광 렌즈(121)의 광 입사면은, 평면과, (-)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 오목면 및 (+)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 볼록면 중에서 선택된 어느 하나의 형태로 형성되고,
    상기 단위 자외선 발광 소자(111)와 상기 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1)는 상기 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)에 대하여 C1/d＜0.5의 값을 만족하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈(121)의 광 입사면 직경(d)은 상기 단위 자외선 발광 소자(111)와 상기 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1)에 대하여 2.8＜d/C1＜5.8의 값을 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈(122)는 서로 인접하는 단위 집광 렌즈와 접하도록 광 입사면이 육각형 구조로 이루어져 전체적으로 하니콤 구조를 형성하는 동시에 광 출사면은 상기 투광 패널(121)의 광 출사면에 반구형으로 돌출된 볼록 렌즈로 구비되도록 육각형의 광 입사면과 반구형의 광 출사면 사이에 형성된 공용의 수직벽을 가지도록 이루어지며,
    상기 단위 집광 렌즈(121)의 광 입사면은, 평면과, (-)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 오목면 및 (+)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 볼록면 중에서 선택된 어느 하나의 형태로 형성되고,
    상기 단위 자외선 발광 소자(111)와 상기 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1)는 상기 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)에 대하여 C1/d＜0.5의 값을 만족하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈(121)의 육각형 광 입사면 외접원의 직경(d)은 상기 단위 자외선 발광 소자(111)와 상기 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1)에 대하여 2.8＜d/C1＜5.8의 값을 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈(122)는 서로 인접하는 단위 집광 렌즈와 접하도록 광 입사면과 광 출사면이 사각형 구조로 이루어지는 블럭체로 형성되는 동시에 광 출사면은 볼록하게 라운드진 볼록 렌즈로 형성되어 투광 패널(121)의 가장자리 끝단부까지 위치하도록 구비되며,
    상기 단위 집광 렌즈(121)의 광 입사면은, 평면과, (-)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 오목면 및 (+)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 볼록면 중에서 선택된 어느 하나의 형태로 형성되고,
    상기 단위 자외선 발광 소자(111)와 상기 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1)는 상기 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)에 대하여 C1/d＜0.5의 값을 만족하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈(121)의 사각형 광 입사면 외접원의 직경(d)은 상기 단위 자외선 발광 소자(111)와 상기 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1)에 대하여 2.8＜d/C1＜5.8의 값을 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 패널(120)의 광출사면에 일정 간격 이격되도록 나란한 상태로 배열되는 제2의 광학 패널(130)이 더 구비되며,
    상기 제2의 광학 패널(130)에는 광 입사면과 광 출사면이 각각 볼록 렌즈로 형성된 다수의 단위 집광 렌즈(131)가 상기 발광 소자(111)에 각각 대응되는 위치에서 주광축에 대해 상기 광원 패널(110) 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태의 매트릭스 형태의 어레이 구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광학 패널(120)의 단위 집광 렌즈(121)와 상기 제2의 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 이격 거리(C2)는 상기 제 2 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 직경(d2)에 대하여 C2/d2＜0.8의 값을 만족하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제2의 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 직경(d2)은 상기 제1의 광학 패널(120)의 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)에 대하여 0.7＜d2/d＜1.2의 값을 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈(121)(131)는 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.
  12. 제 1 항 내지 제 9 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 상기 광학 패널의 집광 렌즈의 대면 이격 거리 "c"와, 상기 각각의 자외선 발광 소자의 중심축과 상기 광학 패널의 집광 렌즈의 중심축 사이의 편심 거리 "x" 및 수광 영역(A)의 직경 "t"의 관계는, 상기 제1의 광학 패널의 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.
  13. 제 1 항 내지 제 9 항의 어느 한 항에 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.
  14. 제 1 항 내지 제 9 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.
  15. 제 1 항 내지 제 9 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원 패널과 상기 광학 패널의 주위에는 방열수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 노광용 광원모듈 유닛.
  16. 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 유닛(100)은,
    다수의 단위 자외선 발광 소자(111)가 회로 기판(112) 상에 매트릭스 형태의 어레이 구조로 실장되어 지지 패널(113)에 탑재되도록 이루어진 광원 패널(110) 및 상기 발광 소자(111)로부터 출사되는 광을 집광하기 위해 상기 발광 소자(111)의 광출사측에 배치되는 광학 패널(120)을 포함하며,
    상기 광학 패널(120)은 상기 광원 패널(110)과 대면하도록 상기 발광 소자(111)의 광출사측에 배치되는 투광 패널(121) 및 그 투광 패널(121)에 일체형 어레이 배열 구조로 집적화된 복수의 단위 집광 렌즈(122)를 구비하여 이루어지고,
    상기 단위 집광 렌즈(122)는 상기 발광 소자(111)에 각각 대응되는 위치에서 주광축에 대해 상기 광원 패널(110) 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태의 매트릭스 형태의 어레이 구조로 배열되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈(122)는 서로 인접하는 단위 집광 렌즈와 접하도록 상기 투광 패널(121)의 광 출사면에 반구형으로 돌출된 광 출사면을 가지는 볼록 렌즈로 구비되며,
    상기 단위 집광 렌즈(121)의 광 입사면은, 평면과, (-)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 오목면 및 (+)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 볼록면 중에서 선택된 어느 하나의 형태로 형성되고,
    상기 단위 자외선 발광 소자(111)와 상기 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1)는 상기 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)에 대하여 C1/d＜0.5의 값을 만족하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈(121)의 광 입사면 직경(d)은 상기 단위 자외선 발광 소자(111)와 상기 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1)에 대하여 2.8＜d/C1＜5.8의 값을 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈(122)는 서로 인접하는 단위 집광 렌즈와 접하도록 광 입사면이 육각형 구조로 이루어져 전체적으로 하니콤 구조를 형성하는 동시에 광 출사면은 상기 투광 패널(121)의 광 출사면에 반구형으로 돌출된 볼록 렌즈로 구비되도록 육각형의 광 입사면과 반구형의 광 출사면 사이에 형성된 공용의 수직벽을 가지도록 이루어지며,
    상기 단위 집광 렌즈(121)의 광 입사면은, 평면과, (-)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 오목면 및 (+)0.15 이내의 곡률(R)을 가지는 볼록면 중에서 선택된 어느 하나의 형태로 형성되고,
    상기 단위 자외선 발광 소자(111)와 상기 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1)는 상기 단위 집광 렌즈(121)의 직경(d)에 대하여 C1/d＜0.5의 값을 만족하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈(121)의 육각형 광 입사면 외접원의 직경(d)은 상기 단위 자외선 발광 소자(111)와 상기 단위 집광 렌즈(121)의 이격 거리(C1)에 대하여 2.8＜d/C1＜5.8의 값을 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 광학 패널(120)의 광출사측에 나란하게 배열되는 제2의 광학 패널(130)이 더 구비되며,
    상기 제2의 광학 패널(130)에는 다수의 단위 집광 렌즈(131)가 상기 발광 소자(111)에 각각 대응되는 위치에서 주광축에 대해 상기 광원 패널(110) 상에 있는 자외선 발광소자 어레이의 중심을 지나는 임의의 기준 중심축선 측으로 편심된 상태의 매트릭스 형태의 어레이 구조로 구비되고,
    상기 제1의 광학 패널(120)의 단위 집광 렌즈(121)와 상기 제2의 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 이격 거리(C2)는 상기 제 2 광학 패널(130)의 단위 집광 렌즈(131)의 직경(d2)에 대하여 C2/d2＜0.8의 값을 만족하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 하는 노광장치.
  22. 제 16 항 내지 제 21 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 단위 집광 렌즈(121)(131)는 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.
  23. 제 16 항 내지 제 21 항 중의 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 상기 제1의 광학 패널의 집광 렌즈의 대면 이격 거리 "c"와, 상기 각각의 자외선 발광 소자의 중심축과 상기 제1의 광학 패널의 집광 렌즈의 중심축 사이의 편심 거리 "x" 및 수광 영역(A)의 직경 "t"의 관계는, 상기 제1의 광학 패널의 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 하는노광장치.
  24. 제 16 항 내지 제 21 항 중의 어느 한 항에 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 노광장치.
  25. 제 16 항 내지 제 21 항 중의 어느 한 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 노광장치.
  26. 제 16 항 내지 제 21 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원 패널과 상기 광학 패널은 하우징에 의해 지지되어 노광장치에 착탈 가능한 상태로 유닛화되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  27. 제 16 항 내지 제 21 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원 패널과 상기 광학 패널의 주위에는 방열수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
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