JP2000040655A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】開口を上向きにして配置された重量の大きな集
光鏡を点灯時においても正確に保持することができ、集
光特性がよくて集光鏡が破損することのない光照射装置
を提供する。 【解決手段】ガラス製の集光鏡２を、その開口２１を上
向きにして配置すると共に、集光鏡２の下端２ａを、位
置決め板である集光鏡取付板３に支柱５で吊設された集
光鏡支持板４から圧縮ばね７で弾発された押圧部材６に
よって上向きに押圧し、集光鏡２の上端の開口２１の周
縁２１ａを集光鏡取付板３の光照射開口３１の周縁３２
に圧接させて保持する。また、押圧部材６を低熱伝導性
の耐熱材で成形し、集光鏡の下端が当接する押圧部材の
表面に軟質の光反射板８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置やプリ
ント基板、液晶基板などの製造に使用される露光装置に
内蔵される光照射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置やプリント基板、液晶基板な
どの製造に使用される露光装置は、内蔵された光照射装
置の放電ランプの光を被処理物（ワーク）に照射して露
光する。図１に光照射装置の一例を示す。放電ランプ１
は、ショートアーク型の超高圧水銀ランプが使用され、
集光鏡２は、ガラス製の楕円集光鏡が使用される。そし
て、放電ランプ１の発光中心が集光鏡２の第１焦点に位
置するように配置される。また、集光鏡２は、露光に必
要な紫外線を含む光のみを反射し、不要な熱線を除くた
めに、紫外線を反射し、赤外線を透過する蒸着膜を反射
面の表面に形成したコールドミラーが使用されることが
多い。

【０００３】放電ランプ１から照射される紫外線を含む
光は、集光鏡２により集光され、第１平面鏡９１に到達
する。第１平面鏡９１で反射した光は、照射領域での照
度分布を均一化するために設けられたインテグレータレ
ンズ９２の入射部付近に集光する。インテグレータレン
ズ９２から出射した光は、インテグレータレンズ９２の
後方に配置されたシャッター機構９３が開くと、第２平
面鏡９４を介してコリメータレンズ９５で平行光にされ
て光照射面に載置されたワークの照射を開始し、シャッ
ター機構９３が閉じると照射を終了する。なお、シャッ
ター機構９３は、インテグレータレンズ９２の前方に配
置されてもよい。

【０００４】ここで、放電ランプ１である超高圧水銀ラ
ンプは垂直姿勢で点灯されるため、集光鏡２は、その開
口を上向きか、また下向きにして配置されるが、図１に
示すように、光照射装置の上端から光照射面までの高さ
Ｈを低くするために、つまり、光照射装置の全高を低く
するために、集光鏡２の開口を上向きにして配置し、集
光鏡２から上向きに照射された光を、第一平面鏡９１と
第２平面鏡９４により下向きに折り返して光照射面に載
置されたワークを照射する。もし、集光鏡２の開口を下
向きに配置し、集光鏡２から下向きに照射された光を折
り返すことなく光照射面に載置されたワークを照射する
ようにすると、垂直方向の光路が長くなって光照射装置
の全高が高くなるばかりでなく、放電ランプ１が高い位
置に配置されるので、放電ランプ１の交換などの保守点
検を行いにくい。

【０００５】図２および図２のＡ部の拡大図である図３
は、集光鏡２を、その開口を上向きにして配置した時の
取付構造の従来例を示す。光照射開口３１を有する集光
鏡取付板３が装置に固定されており、集光鏡取付板３は
集光鏡２の位置決め板の役目を果たしている。集光鏡２
の開口の周縁２１が集光鏡取付板３の光照射開口３１の
周縁３２に当接しており、これにより集光鏡２の位置決
めがなされる。そして、図３に示すように、弾発力に富
んだ金属板からなる略逆Ｌ字型の取付金具３９が集光鏡
取付板３に複数個固定されており、取付金具３９の弾発
片３９ａが、集光鏡２の傾斜した外面に圧接し、その圧
接力により集光鏡２を保持している。つまり、取付金具
３９の集光鏡２に対する圧接力の垂直方向の分力により
集光鏡２の重力を支えており、集光鏡２の開口の周縁２
１近傍の外面の傾斜角度が大きいほど、保持力は大きく
なる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで近年、ワーク
である半導体ウエハや液晶基板などの大型化・大口径化
にともない、大面積の露光が可能な光照射装置が要求さ
れるようになってきた。そして、照射面積を大きくする
と照度が低下して露光時間が長くなるので、発光パワー
の大きい大型の放電ランプが使用され、これにともない
光学機構を構成する集光鏡をはじめとする各光学部品も
大型化する。つまり、重量の大きな集光鏡が使用され
る。

【０００７】また、放電ランプの光を有効に集光する必
要があるため、放電ランプを集光鏡で十分に覆い、放電
ランプの放射光を逃すことなく、できるだけ多く集光鏡
の反射面で反射できるように、底が深くて全長の長い集
光鏡を使用する傾向にある。しかし、断面形状が楕円形
の集光鏡の全長を長くすると、集光鏡の開口縁近傍の外
面の傾斜角度が垂直に近づいて小さくなる。従って、取
付金具３９の集光鏡２に対する圧接力の垂直方向の分力
が小さくなり、取付金具３９による保持力が小さくな
る。また、第１焦点と第２焦点の焦点間距離の大きな集
光鏡は、長径の短径に対する割合が大きくて長細く、外
面の傾斜角度が小さいので、かかる集光鏡を使用すると
きも事情は同じである。

【０００８】次に、放電ランプのパワーが大きくなる
と、ランプ点灯中に、各光学部品や光学部品の押圧部材
が強く加熱されて高温になる。従って、図２および図３
に示す集光鏡取付板３や集光鏡２も高温になり、熱膨張
する。しかし、集光鏡取付板３は金属板で成形され、一
方、集光鏡２はガラス製であるので、両者の熱膨張率の
差が大きく、ランプ点灯時において、熱膨張により集光
鏡取付板３の光照射開口３１の内径はかなり大きくなる
が、集光鏡２の開口の外径はあまり大きくならない。従
って、集光鏡取付板３に固定された取付金具３９が、集
光鏡２の開口の周縁２１から相対的に外側に移動し、こ
のため、取付金具３９の圧接力が小さくなる。

【０００９】このように、集光鏡２の重量が大きく、か
つ、集光鏡２の開口の周縁２１近傍の外面の傾斜角度が
垂直に近づいて小さくなり、更には、点灯時において熱
膨張により取付金具３９が集光鏡２の開口の周縁２１か
ら相対的に外側に移動して取付金具３９による保持力が
小さくなるため、自重により集光鏡２が下方にずれるこ
とがある。すなわち、集光鏡２が位置決め板である集光
鏡取付板３から離れて正規の位置からずれる。一方、放
電ランプ１は集光鏡２とは独立に保持されているので、
放電ランプ１の発光中心が集光鏡２の第１焦点位置から
ずれて第２焦点に正確に集光しなくなり、集光特性が悪
化する。

【００１０】また、点灯時に熱膨張により集光鏡取付板
３の光照射開口３１の内径が拡大するが、消灯すると収
縮して集光鏡取付板３の光照射開口３１の内径が復元す
る。光照射開口３１の内径が拡大すると、前述のとお
り、集光鏡２が下方にずれるが、これによって、集光鏡
２の外面が傾斜しているので、より大径の部分が集光鏡
取付板３の光照射開口３１の周縁３２に当接する。そし
て、消灯によって集光鏡取付板３の光照射開口３１の内
径が復元すると、集光鏡２の開口の周縁２１が内側に圧
縮され、集光鏡２が破損することがある。

【００１１】そこで本発明は、開口を上向きにして配置
された重量の大きな集光鏡を点灯時においても正確に保
持することができ、集光特性がよくて集光鏡が破損する
ことのない光照射装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、ショートアーク型の放電ラン
プと、この放電ランプの光を投影する光学機構を有する
光照射装置において、光学機構の一部を構成するガラス
製の集光鏡を、その開口を上向きにして配置するととも
に、集光鏡の下端を、位置決め板である集光鏡取付板に
支柱で吊設された集光鏡支持板から圧縮ばねで弾発され
た押圧部材によって上向きに押圧し、集光鏡の上端の開
口の周縁を集光鏡取付板の光照射開口の周縁に圧接させ
て保持する。

【００１３】また、集光鏡が紫外線を反射して赤外線を
透過するコールドミラーである場合は、請求項２の発明
のように、請求項１の発明の押圧部材を低熱伝導性の耐
熱材で成形し、集光鏡の下端が当接する押圧部材の表面
に軟質の光反射板を設けるのがよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、図面に基づいて本発明の
実施の形態を具体的に説明する。図４は、本発明実施例
の断面図を示す。図４において、開口を上向きにして配
置された集光鏡２は、ガラス製であり、開口の口径がφ
５００ｍｍであって、断面形状が楕円形をした底の深い
凹面鏡である。従って、放電ランプ１を十分に覆って放
射光を効率良く集光できる。そして、その反射面には、
紫外線を照射を反射し、赤外線を透過する蒸着膜が形成
されたコールドミラーである。放電ランプ１は、定格消
費電力が８ｋＷの超高圧水銀ランプであり、集光鏡２の
中心孔２２に挿通されて垂直姿勢に配置されており、放
電ランプ１の発光中心が集光鏡２の第１焦点に位置して
いる。

【００１５】金属板で成形された集光鏡取付板３は光照
射開口３１を有し、その端部が装置の図示しないベース
プレートに固定されている。集光鏡２の下端２ａは、後
に説明する押圧部材６によって上向きに押圧され、集光
鏡２の開口の周縁２１が集光鏡取付板３の光照射開口３
１の周縁３２に圧接している。ここで、集光鏡取付板３
は、装置のベースプレートに固定されているので、開口
の周縁２１が押圧部材６の押圧力により光照射開口３１
の周縁３２に圧接する集光鏡２の位置決め板の役目を果
たしている。

【００１６】集光鏡取付板３には、複数本、例えば４本
の支柱５が下向きに固定され、支柱５の下端に集光鏡支
持板４が固定されている。つまり、集光鏡支持板４は支
柱５により集光鏡取付板３に吊設されている。支柱５お
よび集光鏡支持板４はいずれもアルミ材で成形されてい
る。これは、アルミ材は、熱伝導性が良く、従って、支
柱５や集光鏡支持板４の温度分布の不均一による熱変形
を防ぐことができ、かつ加工が容易であるためである。
しかし、アルミ材は、クリープ強度が２００℃以上にな
ると弱くなり、変形し易いので、２００℃以上の高温に
ならない対策が必要である。因みに、ステンレス材は、
耐熱性が優れてクリープ強度も大きいが、熱伝導性が悪
く、温度分布の不均一による変形や歪が生じやすいの
で、集光鏡支持板４や支柱５の素材としては適当でな
い。なお、支柱５および集光鏡支持板４は図示しない遮
光板で覆われている。

【００１７】押圧部材６と集光鏡支持板４の間に圧縮ば
ね７が介装されており、圧縮ばね７の弾発力により、押
圧部材６が集光鏡２を上向きに押圧する。押圧部材６
は、図５に示すように、放電ランプ１が挿通される中心
孔６１を有する角板であり、中心孔６１は、集光鏡２の
中心孔２２および集光鏡支持板４の中心孔４１と一致し
ている。集光鏡支持板４と押圧部材６のボルト孔に離反
防止用のボルト６３が填め込まれ、ボルト６３の周囲に
コイルスプリングである圧縮ばね７が配置されて押圧部
材６を弾発している。圧縮ばね７の圧接力は、集光鏡２
および押圧部材６の重量に耐えるとともに、集光鏡２の
素材であるガラスの許容応力を超えないものであること
は当然である。

【００１８】集光鏡２が赤外線を透過するコールドミラ
ーであり、点灯時において、放電ランプ１から放射する
光のうち、集光鏡２を透過する赤外線が集光鏡２の熱輻
射や熱伝導に加わることになるので、集光鏡２の下端２
ａに接触する押圧部材６は、３００℃以上の高温にな
る。このため、押圧部材６はアルミ材で成形することは
できず、低熱伝導性の耐熱材、例えばセラミックスやカ
ーボンなどで成形するのが良い。また、押圧部材６の集
光鏡２側の表面には、軟質の光反射板８、例えば光輝ア
ルミ板を貼り付けるのが良い。光反射板８によって集光
鏡２から放射された赤外線や集光鏡２を透過する放電ラ
ンプ１よりの赤外線が反射されるので押圧部材６の温度
上昇、更には集光鏡支持板４や圧縮ばね７の温度上昇を
抑制することができる。また、固くて脆いガラス製の集
光鏡２とセラミックス製の押圧部材６が接触するが、光
反射板８が軟質であるので、これがクッション材にな
り、集光鏡２が接触部分において破損することがない。

【００１９】しかして、放電ランプ１を点灯すると、放
電ランプ１から放射する光のうち、集光鏡２を透過する
赤外線により、集光鏡２は３００℃以上の温度になり、
輻射される赤外線が、集光鏡２の後方に放射される。従
って、支柱５が熱膨張して、集光鏡２の位置決め板であ
る集光鏡取付板３と集光鏡支持板４の間の距離が大きく
なるが、この距離の変化は圧縮ばね７が伸長して吸収す
るので、集光鏡２の開口の周縁２１が集光鏡取付板３の
光照射開口３１の周縁３２に圧接した状態が維持され、
集光鏡２が下方にずれることがない。すなわち、集光鏡
２とは独立に保持された放電ランプと、集光鏡取付板３
によって位置決めされた集光鏡２との位置関係が変化せ
ず、集光特性が悪化することがない。

【００２０】また、点灯時に熱膨張により集光鏡取付板
３の光照射開口３１の内径が拡大し、消灯すると収縮し
て集光鏡取付板３の光照射開口３１の内径が復元する
が、集光鏡取付板３の光照射開口３１の内径が拡大して
も集光鏡２が下方にずれないので、消灯時の集光鏡取付
板３の光照射開口３１の内径の復元によって集光鏡２が
破損することがない。

【００２１】放電ランプ１の点灯時に、表面に光反射板
８である光輝アルミ板を貼り付けた押圧部材６、圧縮ば
ね７および集光鏡支持板４の温度を測定したところ、押
圧部材６が３３０℃、圧縮ばね７が２４６℃、集光鏡支
持板４が１８５℃であり、アルミ材からなる集光鏡支持
板４の温度を２００℃以下にすることができた。因み
に、押圧部材６の表面に光反射板８を貼り付けないとき
は、押圧部材６が４１５℃、圧縮ばね７が３３６℃、集
光鏡支持板４が２２０℃であり、集光鏡支持板４の温度
上昇の抑制に対する光反射板８の効果が大きいことが確
認できた。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光照射装
置は、開口を上向きにして配置されたガラス製の集光鏡
の下端を、位置決め板である集光鏡取付板に支柱で吊設
された集光鏡支持板から圧縮ばねで弾発された押圧部材
によって上向きに押圧し、集光鏡の上端の開口縁を集光
鏡取付板の光照射開口の周縁に圧接させて保持するよう
にしたので、重量の大きな集光鏡を点灯時においても正
確に保持することができ、集光特性がよくて集光鏡が破
損することのない光照射装置とすることができる。ま
た、集光鏡が紫外線を反射して赤外線を透過するコール
ドミラーである場合は、押圧部材を低熱伝導性の耐熱材
で成形し、集光鏡の下端が当接する押圧部材の表面に軟
質の光反射板を設けると、集光鏡支持板などの温度上昇
を抑制できると共に、集光鏡の押圧部材との接触部分の
破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光照射装置の説明図である。

【図２】従来例の説明図である。

【図３】図２のＡ部の拡大図である。

【図４】本発明実施例の断面図である。

【図５】本発明実施例の要部の断面図である。

【符号の説明】

１ 放電ランプ ２ 集光鏡 ２ａ 集光鏡の下端 ２１ 集光鏡の開口の周縁 ２２ 集光鏡の中心孔 ３ 集光鏡取付板 ３１ 集光鏡取付板の光照射開口 ３１ａ 集光鏡取付板の光照射開口の周縁 ３９ 取付金具 ４ 集光鏡支持板 ４１ 集光鏡支持板の中心孔 ５ 支柱 ６ 押圧部材 ６１ 押圧部材の中心孔 ６３ ボルト ７ 圧縮ばね ８ 光反射板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ショートアーク型の放電ランプと、該放
   電ランプの光を投影する光学機構を有する光照射装置に
   おいて、 前記光学機構の一部を構成するガラス製の集光鏡が、そ
   の開口を上向きにして配置されると共に、該集光鏡の下
   端が、位置決め板である集光鏡取付板に支柱で吊設され
   た集光鏡支持板から圧縮ばねで弾発された押圧部材によ
   って上向きに押圧され、該集光鏡の上端の開口の周縁が
   該集光鏡取付板の光照射開口の周縁に圧接して保持され
   たことを特徴とする光照射装置。
2. 【請求項２】 前記集光鏡は、紫外線を反射して赤外線
   を透過するコールドミラーであり、該押圧部材が低熱伝
   導性の耐熱材からなり、該集光鏡の下端が当接する該押
   圧部材の表面に軟質の光反射板を具備したことを特徴と
   する請求項１記載の光照射装置。