JP2010256531A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ４灯のランプを備える光照射装置において、ランプや集光鏡の交換などの光源部の保守が容易にできるような構造を提供すること。
【解決手段】 ４灯のランプが四角形の頂点になるように配置された光照射装置において、光源部を、ランプ２灯を一組とした２つのユニットに分割し、それぞれのユニットに引き出し案内（ガイドレール）を設ける。そして、２つのユニットを、それぞれ水平面において相反する方向（左右方向）に引き出す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子やプリント基板、液晶基板などの製造用の露光装置に用いる光照射装置に関し、特に複数灯のランプを備えた光照射装置に関する。

半導体素子やプリント基板、液晶表示基板の露光装置に用いられる光源として、主に数ｋＷから数１０ｋＷの大型の超高圧水銀ランプが用いられてきた。これらのランプは信頼性も高く以前から用いられている。
近年、液晶表示基板やプリント基板の大面積化が進み、それに伴って露光装置においても光照射領域の拡大が望まれており、露光用光源も大型化が要求されている。

その対策として、例えば特許文献１のように、複数のランプとそのランプから放射される光を反射する反射鏡（集光鏡）で光源を構成する光照射装置が提案されている。
図５に、従来技術として、特許文献１に記載された光照射装置の構成を示す。
光源１０として２灯のランプ１ａ，１ｂ及び２枚の集光鏡２ａ，２ｂが使用される。集光鏡２ａ，２ｂは楕円集光鏡であり、各々の第２焦点ｆが一致するように配置される。なお、集光鏡２ａ，２ｂは、反射した出射する開口が上向きになるように配置される。

図６は図５に示した光源１０の構成を示す図である。同図に示すように、集光鏡２ａ，２ｂは、開口部を含む一部が、集光鏡２ａ，２ｂの光軸Ｌに対して斜めに切り取られ、この切り取った切断面Ｓが互いに平行で集光鏡２ａ，２ｂの第２焦点ｆを共有するように配置されている。このように、複数の光源を並べる装置において、集光鏡の一部を切り欠いて並べるのは、光照射面８におけるコリメーション角（視角）を大きくすることなく、光の利用効率を上げて、光照射面８の照度を高くすることができるからである。

図５に戻り、光源１０からの光は、第１平面鏡３で折り返され、集光鏡２ａ，２ｂの第２焦点ｆの位置に置かれたインテグレータレンズ４に入射する。インテグレータレンズ４により光照射面８での照度分布が均一になるように調整された光は、シャッタ５を介し、第２平面鏡６で折り返され、コリメータレンズ７で中心光線が平行になって光照射面８に照射される。
最近では、さらに広い領域を高い照度で照射するため、特許文献２のように、４灯のランプを備えた露光用光源も提案されている。

特開２００４−２４５９１２号公報 特開２００８−８３５８６号公報

図7は、４灯のランプを備えた光照射装置においてランプと集光鏡の配置の一例を示す図であり、図8は、図7のように４灯のランプを配置した場合の光源部１０の全体の構成を示す図である。
図7に示すように、４灯のランプ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ（以下総称してランプ１と表記することもある）は、それぞれ図中点線で示す四角形の頂点に配置され、各ランプから放射される光を反射する４枚の集光鏡２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ（以下総称して集光鏡２と表記することもある）もまたその周りに配置される。

集光鏡２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、ガラスの表面に所望の波長の紫外線のみを反射するように多層膜を蒸着したものであり、所望の波長以外の光は透過する。そのため、図8に示すように、集光鏡２の背後に金属製のカバー３０を設け、集光鏡２を透過した光が光照射装置の中で迷光となるのを防ぐ。
また、光源部１０は、ランプ１と集光鏡２およびそのカバー３０を支持するフレーム４０、そしてそれら全体を支持するベースプレート５０を備える。

ランプは長時間点灯すると照度が低下するので、定期的に交換する必要がある。また、反射鏡も消耗品ではないが、反射面に汚れやキズが生じた場合は交換する必要がある。
ところが、複数灯のランプを使用する光照射装置は、上記したように、もともとより広い光照射領域を高い照度で照射することを目的に構成したものであるため、使用するランプは電力の大きい大型のランプであり、したがってその集光鏡も大きくなり、開口径は例えば１ｍ程度になる。
そのため、４灯のランプを使用する光照射装置の、例えば図８に示すような光源部の大きさは、１辺が２ｍ以上のものになる。

このような場合、光源部のランプや集光鏡の交換といった保守作業を、光照射装置の内部にて行なおうとすると、作業者は、装置の外側からはランプに手が届かないので、装置の内部に潜り込み、内部を行き来して作業することになる。
しかし、装置内部を行き来することは作業性が悪く、また交換する部品以外の部品を傷つけないように気をつけなくてはならず、作業自体も難しくなる。
そこで、保守作業を少しでも容易にするためには、光源部を光照射装置の内部から外に取り出して行うことが考えられるが、それには次のような問題がある。

光源部を光照射装置の内部から外に出すのであれば、図８に示すように、光源部のベースプレート５０に引き出し案内（ガイドレール）６０を取り付け、光照射装置の本体から光源部を引き出すことが考えられる。
図９は、４灯のランプを備えた光源部を光照射装置から引き出した状態を示す図である。同図において、ランプは２灯しか描かれていないが、図の奥にもう２灯ある。
しかし、このように構成した光源部１０は大変に重くなる。例えば、集光鏡２は上記したようにガラス製であり、集光鏡だけでも４つ合わせて5０ｋｇを超える。これらに金属（アルミ）製のカバー３０を取り付けた上に、全体がたわまないように支持するフレーム４０とベースプレート５０が必要である。

特に、４つの集光鏡２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは第２焦点位置ｆが一致するように設けられており、各集光鏡の焦点位置がずれると所望の光学性能が得られなくなる。そのため、太くて頑丈なフレームと、そのフレームを支持する厚くたわまないベースプレートが必要である。
さらに、１辺が２ｍ以上の光源部においてランプや集光鏡の交換作業を行う場合、２，３人の作業者が光源部の上に乗って作業することも考えられるので、フレームやベースプレートはそれに耐えうる構造を有さなければならない。
以上のような種々の条件を考慮すると、光源部全体の重量はおよそ１０００ｋｇ（１トン）からそれ以上になる。１トンもの重量物を、光源部の１辺に相当する２ｍの長さで光照射装置内から引き出すことは、引き出し後のオーバーハングした光源部によるモーメント（図９中太い矢印で示す）も非常に大きくなり、これを支持する引き出し案内（ガイドレール）６０の選定も含めて現実的ではない。

また、たとえ引き出せたとしても、それだけの重量物が移動するのであるから、光照射装置全体のバランスが崩れてしまうことがある。これを防ぐためには、カウンターウエイトを設ける必要があり、光照射装置は、ますます大型化重量化する。
本発明は、上記の問題点に鑑み、４灯のランプを備える光照射装置において、ランプや集光鏡の交換などの光源部の保守が容易にできるような構造を提供することを目的とする。

本発明においては、上記課題を次のようにして解決する。
４灯のランプと、上記ランプのそれぞれの周囲に設けられ各ランプからの光を反射する４つの反射鏡とを備え、上記４灯のランプが四角形の頂点になるように配置された光照射装置において、上記四角形の第１の頂点に配置された第１のランプと該第１のランプからの光を反射する第１の反射鏡と、上記第１の頂点の隣の第２の頂点に配置された第２のランプと該第２のランプからの光を反射する第２の反射鏡とを一組として水平な第１の方向に引き出す第１の引き出し案内を設ける。

また、上記第３の頂点に配置された第３のランプと該第３のランプからの光を反射する第３の反射鏡と、上記第３の頂点の隣の第４の頂点に配置された第４のランプと該第４のランプからの光を反射する第４の反射鏡とを一組として水平でありかつ上記第１の方向とは反対の第２の方向に引き出す第２の引き出し案内を設ける。
そして、第１のランプと第２のランプの組と、第３のランプと第４のランプの組を、それぞれに設けた引き出し案内に沿って、水平面において相反する方向（左右方向）に引き出す。

本発明において、以下の効果を得ることができる。
光源部をランプ２灯ずつの二組に分割するので、１つの組が支持する集光鏡は２枚となり、４枚を一組とする場合に比べて、集光鏡の重さは半分になる。集光鏡の重さが半分になると、その分フレームを細くでき、またベースプレートも薄くできる。
したがって、一体として引き出す２灯一組の重量は、４灯全体を引き出す場合の重量の半分より軽くなる。また、引き出す長さも半分になるので、オーバーハングの量も少なくなり、引き出し案内（ガイドレール）の選定もできるようになり、光源部を引き出す構造が可能となる。
また、２灯を一組として左右対称に引き出すので、両方引き出せば、一方の組が他方の組のカウンターウエイトとしてはたらき、光照射装置のバランスも崩れない。

本発明の光照射装置の概略構成を示す図である。 本発明の光照射装置の光源部の斜視図である。 第１と第２の光源ユニットを光照射装置から引き出した状態を示す図である。 ４灯のランプを長方形の頂点になるように配置した場合において光源部を分割して引き出す方向を示す図である。 従来の光照射装置の構成を示す図である。 図５に示した光源の構成を示す図である。 ４灯のランプを備えた光源の構成の一例を示す図である。 ４灯のランプを配置した場合の光源部の全体の構成を示す図である。 ４灯のランプを備えた光源部を光照射装置から引き出した状態を示す図である。

図１は、本発明の光照射装置の概略構成を示す図である。なお、図５と同じ構成のものについては同じ番号を付している。
光源１０として４灯のランプと、各ランプからの光を反射する４枚の反射鏡が使用される。なお、同図においては、２灯のランプ１ａ，１ｂと反射鏡２ａ，２ｂのみが示されているが、実際には、２灯のランプ１ａ，１ｂの図面奥側に、残りの２灯のランプ（第３ランプ１ｃと第４のランプ１ｄ）と、それらの集光鏡２ｃ，２ｄが取り付けられている。
４枚の反射鏡は楕円集光鏡であり、各々の第２焦点ｆが一致するように配置されている。また、集光鏡は、反射した光を出射する開口が上向きになるように、下側から支持する支持部材（不図示）により支持されている。

４枚の反射鏡は、図６において示したように、コリメーション角（視角）を大きくすることなく光の利用効率を上げて、光照射面での照度を高くするために、ランプが互いに接近できるように、隣の集光鏡に面する９０°方向の２ヶ所が切り欠かれて配置されている。
図１において、４灯のランプと集光鏡を備えた光源１０からの光は、第１平面鏡３で折り返され、第２焦点位置に置かれたインテグレータレンズ４に入射する。
インテグレータレンズ４により光照射面８での照度分布が均一になるように調整された光は、シャッタ５を介し、第２平面鏡６で折り返され、コリメータレンズ７で中心光線が平行になって光照射面８に照射される。

４灯のランプと集光鏡を備えた光源１０は、２灯のランプを一組とした第１の光源ユニット１１と、他２灯のランプを一組とした第２の光源ユニット１２に分けられ、各ユニットに対して引き出し案内（ガイドレール）６０が取り付けられている。ガイドレール６０の伸びる方向は、第１の光源ユニット１１と第２の光源ユニット１２では相反する方向である。
図２は、本発明の光照射装置の光源部の斜視図である。なお、同図は、第１の光源ユニット１１を、ガイドレール６０に沿って引き出す途中の状態を示している。

同図に示すように、４灯のランプを備えた光源部１０は、反射鏡２の背後を覆うカバー３０、カバー３０をはじめランプ１や集光鏡２等を支持するフレーム４０、またそれらを支持するベースプレート５０が、それぞれ二分割されて第１の光源ユニット１１と第２の光源ユニット１２を構成し、両ユニットのそれぞれに引き出し案内（ガイドレール）６０が取り付けられ、両者は相反する方向に光照射装置から引き出される。即ち、光源部は、光源ユニットを引き出す方向に対して直交する方向に二分割される。

このように光源部を二分割すると、各光源ユニットが支持する集光鏡は２枚になり集光鏡の重量は半減する。集光鏡を支持するフレーム４０は、両集光鏡の第２焦点位置がずれないように支持しなければならないが、従来に比べて集光鏡の重さが半分になるので、その分フレームを細くできる。フレームが細くなると、全体を支持するベースプレート５０も薄くできるので、光源ユニット全体が軽量化する。
このようにして、２灯一組の光源ユニットの重量は、４灯全体を引き出す場合に想定される光源部の重量の半分以下になる。実際には、光源ユニット上に作業者が乗ることも考慮しても４００ｋｇ程度となる。４灯全体を一式として引き出す場合の重量が1トン以上なので、その半分の重量よりも軽い。

さらに、光源ユニットを引き出す長さは、集光鏡１枚分の１ｍとなり、これは４灯を引き出す場合の半分である。
このように、光源ユニットも軽量化し、かつ引き出す長さも短かくなるので、光源ユニットが光照射装置に対してオーバーハングする量も少なくなり、ガイドレールに加わるモーメントも著しく減少する。この程度の重量と引き出し長さであれば、使用できるガイドレールは存在し、引き出し構造を設計製造することができる。

図３は、第１と第２の光源ユニットを光照射装置から引き出した状態を示す図である。
光照射装置には、光源ユニット取り出し口７０が形成されており、光照射装置稼動時（ランプ点灯時）には、外装カバーが取り付けられている。そして両光源ユニット１１，１２が光照射装置の内部から引き出される際には、光源ユニット取り出し口７０の部分の外装カバーが取外される。
なお、同図は、両光源ユニット１１，１２を図中左右方向に引き出しているが、手前奥方向に引き出すようにしても良い。光照射装置の周囲に確保できる空間に応じて、どちらの方向に引き出すか決めればよい。

光源ユニット１１，１２を引き出す長さ、即ちガイドレール６０の長さは、両ユニットで同じ長さとする。
このようにすれば、左右対称に光源ユニットを引き出すことになる。両光源ユニットの重量は基本的には等しいので、図中太い矢印で示すように、両方の光源ユニットを引き出した時、一方の光源ユニットが他方の光源ユニットのカウンターウエイトとしてはたらき、光照射装置のバランスも崩れない。
このようにして光源部を光照射装置の外に引き出せば、保守作業者は、光源ユニットの、装置に面する側以外の三方の周辺から手を伸ばして作業ができる。これにより、ランプや集光鏡の交換等の保守作業が容易に行える。

なお、上記実施例においては、光源部の４灯のランプを正方形の頂点になるように配置した場合について説明した。しかし、光照射領域の形状によっては、４灯のランプを長方形の頂点になるように配置する方が光の利用効率が良い場合がある。
図４は、４灯のランプを長方形の頂点になるように配置した場合において、光源部を分割して引き出す方向を示す図である。図４（ａ）は、長方形の頂点になるように配置した４灯のランプを上から見た図であり、図４（ｂ）と図４（ｃ）は、図４（ａ）のようにランプを配置した光源部を二分割して引き出す方向を示す図である。

図４（ａ）のように４灯のランプを長方形の頂点になるように配置した場合も、上記実施例と同様に、光源部は、光源ユニットを引き出す方向に対して直交する方向に二分割される。
分割の方法は、図４（ｂ）のように長辺の方向に二分割する方法と、図４（ｃ）のように短辺の方向に二分割する方法が考えられるが、いずれでも良く、分割した光源ユニットを引き出す空間（スペース）が確保できる方向に分割すればよい。
ただし、引き出し案内（ガイドレール）にかかる負荷を少しでも少なくするためには、光照射装置に対する光源ユニットのオーバーハング量が少なくなる方向に引き出すようにすることが望ましい。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ ランプ
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 集光鏡
３ 第１平面鏡
４ インテグレータレンズ
５ シャッタ
６ 第２平面鏡
７ コリメータレンズ
８ 光照射面
１０ 光源部
１１ 第１の光源ユニット
１２ 第２の光源ユニット
３０ カバー
４０ フレーム
５０ ベースプレート
６０ 引き出し案内（ガイドレール）
７０ 光源ユニット取り出し口
ｆ 集光鏡の第２焦点
Ｌ 光軸
Ｓ 切断面

Claims (2)

1. ４灯のランプと、上記ランプのそれぞれの周囲に設けられ各ランプからの光を反射する４つの反射鏡とを備え、上記４灯のランプが四角形の頂点になるように配置された光照射装置において、
   上記四角形の第１の頂点に配置された第１のランプと該第１のランプからの光を反射する第１の反射鏡と、上記第１の頂点の隣の第２の頂点に配置された第２のランプと該第２のランプからの光を反射する第２の反射鏡とを一組として水平な第１の方向に引き出す第１の引き出し案内と、
   上記四角形の第３の頂点に配置された第３のランプと該第３のランプからの光を反射する第３の反射鏡と、上記第３の頂点の隣の第４の頂点に配置された第４のランプと該第４のランプからの光を反射する第４の反射鏡とを一組として水平でありかつ上記第１の方向とは反対の第２の方向に引き出す第２の引き出し案内とを備えていることを特徴とする光照射装置。
2. 上記反射鏡は楕円集光鏡であり、隣の集光鏡に面する9０°方向の２ヶ所が切り欠かれていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。

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