JP2007041466A - 露光装置用光源 - Google Patents

Abstract

【課題】 超高圧水銀ランプを用いた従来装置の問題点を解決し、しかも均一な光を取り出すことができる露光装置用光源を安価に提供する。
【解決手段】 複数の紫外線波長域のＬＥＤを平面基板上に配置したＬＥＤ発光部８からの照度不均一な光束を非球面レンズ９で平行光にして四角柱状の透光性ロッド１０の端面に入射させ、他端よりその端面形状の均一光を出射させ、複数のレンズから構成されるコンデンサーレンズ１１及びリレーレンズ１２を介して硝子基板１３上のレジスト１４に露光するように構成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、硝子基板上のレジストに光を照射して露光し、前記硝子基板のトリミングや区劃線等の形成に用いられる露光装置用光源に関するものである。

図１は現在、液晶用周辺露光装置として用いられている露光装置の主要部の構成を示す模式図で、光源としてｇ線，ｈ線，ｉ線波長付近にＵＶ強度を持つ超高圧水銀ランプ１を使用し、その発光中心を楕円ミラー２の第１焦点ａに配置して楕円ミラー２の第２焦点ｂに集光させ、第２焦点に焦点を結ぶコンデンサーレンズ３や図２に示すように第２焦点に透光性ロッド７、或いはフライングアイレンズまたはインテグレータと呼ばれる光学系で照度を均一化した後、リレーレンズ４を介して硝子基板５上のレジスト６に照射して露光している。

そして、露光装置又は硝子基板５を移動させて、超高圧水銀ランプから放射された紫外線によりガラス基板の上のレジストを露光していた。

しかし、超高圧水銀ランプは一般に７５０Ｗから２ｋＷのものを使用するため発熱量が極めて高く次のような問題があった。

１）高熱を発する為、楕円ミラーの材料として高価な石英又はパイレックス（登録商標） を使用しなければならないため高価となった。
２）高熱対策として、熱の効果的排気のため、光源ユニットにダクトを設けて大型なファ ンで排熱しなければならなかった。
３）また、光源ユニット内は高温のため、使用する部品が高温になり楕円ミラーの耐久性 が問題となっていた。
４）ランプ寿命が１０００ｈ〜２０００ｈと短いので、ランプ交換の為に装置停止回数が 多く、また、ランプ交換はランプが充分冷却してから交換しないといけないので、ラ ンプ交換時間が長時間になった。またランプ取替えが頻繁で煩わしいという問題があ った。

また、図２に示すものでは、他に超高圧水銀ランプの電極を精度よく楕円ミラーの第１焦点に配置しないと四角柱のロッドに効率よく入射しないという問題があった。
特開2003−309060号公報

そこで本発明は、上記の問題点を解決し、しかも均一な光を取り出すことができる露光装置用光源を安価に提供することを課題とするものである。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、第１の発明は、単数又は複数の紫外線波長域のＬＥＤを平面基板上に配置し、そのＬＥＤからの照度不均一な光束を非球面レンズで平行光にして均一光化光学系に入射させ、その均一光化光学系を介して均一光を出射させるように構成したことを特徴とする露光装置用光源である。

第２の発明は、第１の発明において、ＬＥＤと非球面レンズ間の距離を調整可能にする距離調節手段を設けたことを特徴とする露光装置用光源である。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、非球面レンズのレンズ径を、複数の全てのＬＥＤの放射光束を取り込める径にしたことを特徴とする露光装置用光源である。

第４の発明は第１ないし第３のいずれかの発明において、非球面レンズは片面または両面を非球面形状としたことを特徴とする露光装置用光源である。

第５の発明は、第１ないし第４のいずれかの発明において、均一光化光学系の出射側に１個又は複数個のレンズよりなるコンデンサーレンズを配置したことを特徴とする露光装置用光源である。

第１の発明によれば、ＬＥＤは寿命が長く、発熱量も少ないので、従来の超高圧水銀ランプに比べて大型の冷却用ファンや高価な楕円ミラーが必要でなく安価な露光装置用光源を提供することができると共に頻繁なランプの取替え作業の煩わしさから開放される。また、非球面レンズとコンデンサーレンズ等の照度不均一な光束を照度均一にする光学系を設けることによって前記ＬＥＤから照射する光束を照度が均一な光束にすることができる。

また、ＬＥＤは、表面発光型、砲弾型の如何を問わず、１個又は複数個のＬＥＤを平面基板上に配置し、そのＬＥＤの放射方向中心軸に配置した非球面レンズの焦点位置に配置して、単数のＬＥＤ又は複数のＬＥＤ組みからの発散光をレンズ透過後平行光とすることができる。又少なくともレンズの１面を非球面とする事により点光源でない複数の場所からの発散光を平行光にする事ができる。

そして、平行光になった非球面レンズからの光束を、均一光化光学系、例えば端面形状が四角又は他の形状の透光性ロッドに入射して透光性ロッド内で反射を繰り返して照度が均一になり、端面形状がロッド端面と相似である光束を得る。更に透光性ロッドからの出射光を同軸上に配置した、１枚又は複数枚のコンデンサーレンズで投影レンズの瞳内に光源の像を結ばせる事により照度を均一とすることができる。

第２の発明によれば、ＬＥＤと非球面レンズ間の距離を調整することでより効率よくＬＥＤの光束を平行光にすることができ、照度が均一な光束を出射させることができる。

第３及び第４の発明によれば、ＬＥＤの使用数に応じた照度の露光装置用光源を提供することができる。

第５の発明によれば、均一光化光学系、例えば透光性ロッドの端面形状と略同形の光を照射することができ、それによって様々な露光条件に対応することができる。

図３は本発明の一実施例を示す側面図で、８はＬＥＤ発光部、９は非球面レンズ、１０は四角柱状の透光性ロッド、１１は複数のレンズからなるコンデンサーレンズ、１２はリレーレンズ、１３は硝子基板、１４は硝子基板上のレジストである。

図４及び図５は前記ＬＥＤ発光部８の詳細を示すもので、図４は平面図、図５は側面図である。

図４及び図５において、１５は平面基板、１６は紫外線波長域の表面発光型のチップＬＥＤ、１７，１７，１７は位置調整用のネジ、１８，１８は基板固定用のナット、１９，１９はコイルバネ、２０，２０はワッシャー、２１，２１は位置調整用のナット、２２は図示していないケースと一体のブラケット、２３はチップＬＥＤ２の裏側の位置で平面基板１に設けられたアルミニウム又は銅製のヒートシンク、２４はＬＥＤに電流を流すケーブルである。

上記チップＬＥＤ１６は、図４に示すように均一光を照射する装置に使用する際便利なように、平面基板１５上に縦、横に複数個（実施例１では２１個）均等に全体として図の２５に示す円内に納まるように配置する。また平面基板１５にはチップＬＥＤ１６を実装できるように絶縁物で被われたパターンと半田部分が露出したランド部分が設けられている。

また、平面基板１５の裏側に設けてあるヒートシンク２３は、チップＬＥＤ１６からの発熱を自然空冷又はファンを使用して風をヒートシンク２３に通し熱を奪う強制空冷により放熱する。

位置調整用のネジ１７は、平面基板１５とブラケット２２に設けられた挿入孔に挿通され、ナット１８で平面基板１５に固定され、そしてナット２１でブラケット２２に取りつけられており、ワッシャー２０とブラケット２２間のネジ１７に設けられた圧縮バネ１９の弾性力によりブラケット２２に対する平面基板１５の位置を保持している。

従って、ナット２１を弛める方向に回転させると平面基板１５が圧縮バネ１９の力により表面側（チップＬＥＤ１６が設けられている側）、即ちブラケット２２に対して平面基板１が離れる方向に移動し、ナットを締めつける方向に回転させると平面基板１５の裏側（ヒートシンク２３が設けられている側）、即ちブラケット２２に対して平面基板１５が近づく方向に移動し、平面基板１５の位置調整を行うことができる。

尚、上記実施例では複数のチップＬＥＤを円内に配置したが、四角形状内に収まるように配置してもよいことは勿論である。

以上、図３ないし図５に示すように構成された露光装置用光源は、平面基板１５上に配置されたＬＥＤ１６が図４および図５に示す距離調節手段によって適正位置に設定されていると、ＬＥＤ１６の照度不均一な光束の出射光が非球面レンズ９で平行光にされ、更に柱状ロッド１０により柱状ロッド１０の断面形状の均一光となり、次いで、コンデンサーレンズ１１及びリレーレンズ１２を介して硝子基板１３上のレジスト１４に均一照度の光を照射する。

本発明では、平面基板１５上の単数又は複数のＬＥＤ１６が表面発光型、砲弾型の如何を問わず、その出射光の平行光化を可能にし、従来の一般に用いられている超高圧水銀ランプ使用の光源装置の前記問題点を解消する構成として極めて有用なものである。

ここで、頂点曲率をｃ、円錐定数をｋ、非球面係数をα_ｉ、

とすれば、非球面式は

と表される。

ＬＥＤの放射波長や放射角度により非球面レンズの非球面係数は変わるが、ここでは例として３６５ｎｍのＬＥＤを使用し、ＬＥＤの放射角度半角で６５度の場合で考える。

今、非球面レンズ９のＬＥＤ発光部１側の面をＳ１、放射側の面をＳ２とし、紫外線波長域のＬＥＤを使用するための非球面レンズの材質を合成石英を使用するものとした場合、レンズデータは次の表１、表２の通りである。

周知のように非球面レンズを使用しない場合は、球面レンズを複数枚使用することによりＬＥＤ発光部からの放射を平行光とすることができるが、高価なものとなる。一方、非球面レンズを使用すれば、安価で放射光を効果的に平行光にすることができる。尚、曲率半径及び非球面係数はこの数値に限定されるものではなく、それぞれ前後２割程度振れた値を用いても同様の効果を期待できる。

なお、実施例では、均一光化光学系として合成石英等で製作された中実品の透光性ロッド１１を用いたが、カレイドスコープのように内面を鏡面とした中空のものを使用してもよいことは勿論である。

従来の露用光源の縦断面図。 従来の他の露光装置用光源の縦断面図。 本発明の第１の実施例の側面図。 ＬＥＤ発光部の平面図。 ＬＥＤ発光部の側面図。

符号の説明

８ ＬＥＤ発光部
９ 非球面レンズ
１０ 透光性ロッド
１１ コンデンサーレンズ
１２ リレーレンズ
１３ 硝子基板
１４ レジスト
１５ 平面基板
１６ 表面発光型のチップＬＥＤ
１７ 位置調整用のネジ
１８ 基板固定用のナット
１９ コイルバネ
２０ ワッシャー
２１ 位置調整用のナット
２２ ブラケット
２３ ヒートシンク
２４ ケーブル

Claims (5)

1. 単数又は複数の紫外線波長域のＬＥＤを平面基板上に配置し、そのＬＥＤからの照度不均一な光束を非球面レンズで平行光にして均一光化光学系に入射させ、その均一光化光学系を介して均一光を出射させるように構成したことを特徴とする露光装置用光源。
2. ＬＥＤと非球面レンズ間の距離を調整可能にする距離調節手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の露光装置用光源。
3. 非球面レンズのレンズ径を、複数の全てのＬＥＤの放射光束を取り込める径にしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の露光装置用光源。
4. 非球面レンズは片面または両面を非球面形状としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の露光装置用光源。
5. 均一光化光学系の出射側に１個又は複数個のレンズよりなるコンデンサーレンズを配置したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の露光装置用光源。

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