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영어

In this paper, we conducted a study on a total internal reflection optical system to overcome the lambertian emission characteristic of conventional UV LED lithography machines. Typically, LEDs emit light following a lambertian pattern, posing difficulties in maintaining uniformity during lithography processes. To address this issue, we designed a total internal reflection optical system for UV LED lithography machines. Analyzing the reverse-engineered optical system of conventional UV LED lithography machines revealed that while only a small area (75 mm × 3 mm) within a 400 mm × 80 mm simulation area maintained uniformity, our designed system achieved over 94% uniformity across the entire 454 mm × 262 mm simulation area. The optical efficiency for UV lithography improved by approximately 18% with the adoption of the hexagonal optical system, ranging from 72.1% to 79.7% compared to 44.4% to 62.1% in the conventional optical system. Additionally, the total internal reflection lens designed in this study, with its hexagonal structure, enabled fixed lithography without gaps, reducing the lithography time from 35 seconds to 2 seconds.

한국어

본 논문에서는 기존 UV LED 노광기의 램버시안 배광 특성을 극복하기 위한 전반사 광학계에 대한 연구를 수행하였 다. 일반적으로 LED는 광원에서 발산되는 빛이 램버시안 패턴을 따르므로, 노광 과정에서 광 특성의 균일성을 유지하는 데 어려움이 있다. 이러한 문제의 해결을 위하여 UV LED 노광기에 전반사 광학계를 설계하였다. 기존 UV LED 노광기의 광학계를 역설계하여 분석한 결과, 400㎜ × 80㎜의 시뮬레이션 영역 중 광 균제도가 유지되는 영역은 75㎜ × 3㎜이었으나, 454㎜ × 262㎜의 시뮬레이션 영역 전체에서 94% 이상의 광 균일도를 달성하였다. UV 노광 면에 대한 광효율은 기존 광학계에서 44.4~62.1%, Hexagonal 광학계에서 72.1~79.7%로 약 18% 개선됨을 확인하였다. 또한, 본 연구에서 설계한 전반사 렌즈는 육각형 형태의 구조를 채택하여 노광의 공백 없이 고정 노광이 가능하여, 노광 시간을 35초에서 2초로 단축했다.