JP2014160622A - 光源ユニット、及び照射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷却媒体の流路25を内部に設けた柱状の取付体5の外周面に周方向に沿って複数のLED4を並べて設け、取付体5の外周面を囲み、LED4の各々の光を制御する光学系7を備えている。
【選択図】図4
Description
図1は本発明の実施形態に係る光源ユニット3を有する照射装置1の構成を示す図であり、図1の(A)は平面図を示し、図1の(B)は底面図を示し、図1の(C)は側面図を示し、図1の(D)は正面図を示している。図2は照射装置1の分解斜視図である。図3は光源ユニット3の一部を分解して示す斜視図、図4は図1の(A)のIV−IV矢視断面図である。
本実施形態の照射装置は、例えば、シリコンウエハなどに微細パターンを作成するために紫外線(光)を照射する露光装置であり、照射対象には、所定方向に延びる光を照射するように構成されている。
図1及び図2において、照射装置1は、ケースユニット27に光源ユニット3を収めた構成を有している。
光源ユニット3は、図2及び図3に示すように、反射部材9A(平行光化手段)、複数のLED4を取り付けた取付体5、及び光成形フィルタ11を備えている。
反射部材9Aは、LED4から反射面41に入射された光を平行光化して光成形フィルタ11に向けて出射する構成を有している。反射部材9Aは、一端面に開口する椀状の反射面41が形成された円柱状に形成されている。また、反射面41の底部には、取付体5を嵌め込むための嵌挿孔43が形成されている。嵌挿孔43には、他端側の穴径を、残りの部位の穴径に対して縮径させる段差部45が形成されている。
また、嵌挿孔43には、取付体5が嵌め込みによって取り付けられている。取付体5は、本体部47と、蓋部49とを備えている。
本体部47は、図2及び図4に示すように、断面多角形の外形を有する柱状であり、長手方向の一端面に開口する断面円形の凹部51が形成されている。多角形に形成された本体部47の角数は、取り付けたLED4の数と同じであり、本実施形態では、10としている。
また、蓋部49は円板状をなし、凹部51を塞ぐように設けられる。凹部51の開口端側の内周面には、雌ねじが形成されている。また、蓋部49の外周面には、雄ねじが形成されており、蓋部49は凹部51にねじ込まれて、本体部47に固定されている。これにより、取付体5内には、図4に示すように、冷却媒体を流すための流路25が形成されるが、この詳細については後述する。
本体部47の一端近傍には段差部55が形成され、本体部47の一端側での外形がステップ状に狭められている。
また、本体部47は、一端近傍から他端近傍に至るまで、漸次外形が小さくなるように構成されている。これにより、本体部47の外周面(取付体5の外周面)52には、両端間の全域に亘って漸次傾斜する10個の壁面が形成される。傾斜する10個の壁面が、反射面41に対面する光源取付面53とされている。
光源取付面53の各々には、LED4が、LED基板63を介して取り付けられている。これにより、LED4は、取付体5の外周面52に周方向に並べて配置される。凹状反射面61の各々が、LED4の各々に対応する位置に配置され、対応するLED4の光を平行光化して開口部59に向かわせる。
また、環状の光成形フィルタ11が、この開口部59を塞ぐ位置に設けられ、開口部59を介して入射される光を制御する。
ここで、図4に示すように、光源取付面53は、開口部59とは逆側を臨む方向に傾斜されている。これに、LED4の光軸方向Kは、開口部59の開口と平行な面に対して角度αだけ傾斜され、LED4の光は、出射方向の前方に向かって開口部59の開口から離れる方向に向かう。これにより、LED4の光軸方向Kが、開口部59の開口と平行である場合と比較して、LED4の光が、直接光成形フィルタ11に向かうことが抑制される。即ち、LED4の光の主要部が反射面41に反射された後に光成形フィルタ11に向かう。
光成形フィルタ11は、図5に示すように、複数の楕円レンズ15を隙間なく周方向に並べて構成される環状のレンズ群17を備えている。複数の楕円レンズ15は、光学系7が作る出射光LFの幅方向に長軸方向を向けて、出射光LFが延びる方向(周方向)に並べて配置される。複数の楕円レンズ15が入射光LPを制御して、出射光LFとするが、入射光LPと出射光LFとで延びる方向は同じである。
ここで、詳細には図示しないが、光源ユニット3では、複数のLED4が等間隔で環状に配置されている。反射部材9Aによって平行光化された複数のLED4の光は、環状の輪郭を有する入射光LPとして、光成形フィルタ11に入射される。
図6は光成形フィルタ11の構成を示す図であり、図6の(A)は、光成形フィルタ11を入射面11A側から見た斜視図を示し、図6の(B)は図6の(A)のB−B矢視断面図を示し、図6の(C)は図6の(A)のC−C矢視断面図を示している。
光成形フィルタ11は、上述したように、出射光LFの幅方向に長軸方向を向けた複数の楕円レンズ15を、隙間なく円環状に並べたレンズ群71,73を備えている。
この実施態様では、光成形フィルタ11は、略同心円状に配置される2列のレンズ群71,73を有している。2列のレンズ群71,73は、長軸方向を列方向として、長軸方向にも隙間なく配列されている。レンズ群71,73の入射面11Aは、複数の楕円レンズ15の入射面15Aにより構成される。楕円レンズ15の各々の入射面15Aにおいて、長軸方向に直交する断面、及び短軸方向に直交する断面のそれぞれが凹状の曲面である。
なお、楕円レンズ15の長軸方向の長さ及び断面の曲率に応じて、光学系7が作る光の幅が変わる。また、レンズ群71,73の列は、2列によらず、光学系7が作る光の幅に応じて適宜設定すればよい。
また、2列のレンズ群71,73からは、周方向の全域に亘ってフランジ65,67が延出されている。2列のレンズ群71,73は、フランジ65,67に対して入射面15A側を凸とする断面形状とされている。
このとき、反射面41の端部は、図4に示すように、レンズ群73を構成する楕円レンズ15の各々の長軸方向の端部まで延ばされている。また、取付体5の一端は、レンズ群71を構成する楕円レンズ15の各々の長軸方向の端部まで延ばされている。
また、レンズ形成部81からは、フランジ65を構成するフランジ構成部85が延出され、また、レンズ形成部83からは、フランジ67を構成するフランジ構成部87が延出されている。
これにより、フィルタ片75を環状に並べることで、楕円レンズ15の長軸方向を列方向として2列に配置されるレンズ群71、73と、レンズ群71,73から延出されるフランジ65,67が形成される。
ケースユニット27は、図1、図2、及び図4に示すように、取付ベース31と、ベースカバー33と、押さえ蓋35とを備えている。照射装置1は、取付ベース31内に配置した光源ユニット3を、取付ベース31とベースカバー33及び押さえ蓋35との間に挟み込んで構成されている。
取付ベース31は有底円筒状をなしている。取付ベース31の底部の中央部には、図2及び図4に示すように、取付体5を挿入するための貫通穴37が形成されている。
光源ユニット3は、本体部47の他端面が貫通穴37に挿入されるように、取付ベースに同軸に配置されている。また、取付ベース31の底部外壁面には、貫通穴37を覆う位置に、取付金具39が設けられている。取付金具39は、断面コ字状に形成され、取付金具39の底部が取付ベース31に固定されている。また、取付金具39に、貫通穴37に挿入された本体部47の他端が固定されている。
また、取付ベース31の底部外壁面には、端子台62が取り付けられている。図示しない配線が、端子台62の各端子とLED基板63を接続するように引き回されている。配線は、外部からLED基板63に電源を供給してLED4を点灯させるための電源線や、LED4の点灯を制御したりするための信号をLED基板63に送るための通信線であり、LED4の点灯を外部から制御することが可能なっている。
ベースカバー33は、円筒部89と、円筒部89の一端の周方向の全域から径方向の内側に所定の幅に延びる押さえ部91を備えている。ベースカバー33の円筒部89に、取付ベース31が、その先端側から嵌め込まれ、押さえ部91と反射部材9Aの端面との間にフランジ67が挟み込まれている。この状態で、ベースカバー33が取付ベース31に固定されている。
また、円板状の押さえ蓋35が、取付体5の一端面を覆うように設けられている。押さえ蓋35の外周部は、本体部47の外周縁部から延出している。押さえ蓋35は、その外周部と本体部47の段差部55との間にフランジ65を挟み込んだ状態で、ねじ(不図示)によって、本体部47の一端面に対して固定されている。
また、ベースカバー33の押さえ部91の端部と、押さえ蓋35の外周面との間に形成される開口が、照射装置1の出射開口90を構成する。
図7は光源ユニット3の光学系7が作る光の要部光線図である。なお、図7の光線図は、一つのLED4から出射される光のみに特化して図示しているが、他のLED4から出射される光の光線図も同様である。
図8は光源ユニット3と比較例1,2の光源ユニットの各々の光学系が作る光の照度分布を示す図である。図8の(A)は光源ユニット3の照度分布を示し、図8の(B)は、比較例1の光源ユニットの照度分布を示し、図8の(C)は、比較例2の光源ユニットの照度分布を示している。
図7に示すように、LED4の光は、反射面41に反射されて略平行光化され、光成形フィルタ11のレンズ群71,73に入射され、レンズ群71,73に制御されて出射される。この実施形態では、光成形フィルタ11の出射光LF、言い換えれば、光学系7が作る光は、入射光LPに対して、大きく拡張されずに出射されている。
また、図8の(A)に示すように、光源ユニット3では、出射光LFの照度ムラ、及び輪郭のボケが抑制される結果となった。一方、比較例1の光源ユニットでは、図8の(B)に示すように、出射光LFの幅方向Wの輪郭ボケは大きくないものの、大きな照度ムラが出射光に残る結果となった。また、比較例2の光源ユニットでは、図8の(C)に示すように、出射光LFの照度ムラが改善されるものの、出射光LFの輪郭がボケる結果となった。
光源ユニット3では、環状に並べられた複数のLED4の光から、反射部材9Aによって、概略所定幅で延びる環状の平行光を作り出して、この光を楕円レンズ15によって制御している。前述したように、楕円レンズ15は、主に短軸方向に入射光LPを拡散させて出射する。楕円レンズ15の長軸方向は、光成形フィルタ11の出射光LFの幅方向Wに向けられることから、光成形フィルタ11は、入射光LPを、出射光LFの幅方向Wに拡散させることなく、出射光LFの延びる方向のみに拡散して出射する。この効果が十分に得られたため、光源ユニット3では、図8の(A)に示すように、出射光LFの照度ムラ及び幅方向Wの輪郭ボケが十分に抑制されたと判断できる。
比較例1の光源ユニットでは、環状に並べた複数のLED4の光を平行光化した後、単に透明ガラスを透過させるだけである。各LED4の光は、光束の中央部で照度が高くなる。このため、各LED4の光を反射部材9Aによって平行光化した後の入射光LPには、照度ムラが残るが、透明ガラスは、入射光LPをそのまま出射するため、比較例1の光源ユニットでは、出射光の照度ムラが大きくなったと判断できる。
また、比較例2の光源ユニットでは、環状の入射光LPをすりガラスにより拡散させて出射光としている。これにより、出射光の照度ムラが抑制されるものの、すりガラスに入射される環状の入射光LPは、周方向以外にも拡散されて出射されるので、出射光の幅方向の両側の輪郭がボケたと判断できる。
前述の通り、取付体5は、本体部47の一端に開口する凹部51を蓋部49で塞いで構成されている。
図7に示すように、本体部47の他端側に位置する凹部51の底部からは、凹部51内の空間を2つに仕切る仕切り板93が、突出されている。仕切り板93の先端は、蓋部49との間に隙間があけて配置され、仕切られた空間51A,51Bの間をつなぐ流路が形成される。
また、取付体5の端部を反射部材9Aの嵌挿孔43に嵌挿してはめ込むことで、取付体5が反射部材9Aに対して取り付けられている。嵌挿孔43に挿入された取付体5の他端面には、一対の出入口ポート21,23が突設されている。一対の出入口ポート21,23は、取付金具39の底部に設けられた通し穴39Aに挿通されている。出入口ポート21の一端が、空間51Aに挿入され、出入口ポート23の一端が空間51Bに挿入されている。これにより、一方の出入口ポート21から空間51A及び空間51Bを経由して他方の出入口ポート23に至る流路25が形成される。
このように、取付体5の端部から冷却媒体を導入/排出する構造としたため、冷却水を導入/排出するための配管は、光学系7の制御光に影響を与えない位置に配置される。
即ち、取付体5の端部に取り付けられる配管は、取付体5の外周面に取り付けられる複数のLED4と複数のLED4を囲む光学系7との間の光の経路を阻害しないので、光学系7の制御光に影響を与えない。
LED4が発する熱は、LED基板63を介して取付体5に伝導される。取付体5を構成する本体部47の材料としては、例えば、銅など、熱伝導性のよい金属を用いて作製され、本体部47の表面には、ニッケルめっきが施されている。これにより、LED4の熱が効率よく本体部47を伝導し、流路25に到達する。冷却水を流路25に流すことで、冷却水が、取付体5の熱を奪って外部に持ち出す。
この構成によれば、LED4を外周面に取り付けた取付体5の内部に冷却媒体の流路25を設けるという簡易な構造によって、複数のLED4を一斉、かつ均等に冷却できるので、簡単、かつ効率良くLED4の各々を冷却できる。
また、光学系7を構成する反射部材9Aの嵌挿孔43に嵌挿して嵌め込んだ取付体5の端部から冷却媒体を流路25に導入、及び排出する構成とされている。
この構成によれば、取付体5の端部から冷却媒体を導入/排出するので、例えば、取付体5の外周面から導入/排出するのに比べて、取付体5を囲む反射部材9Aの制御光に影響を与えない位置に、冷却媒体の導入/排出のための配管をまとめて配置できる。
この構成によれば、楕円レンズ15を通らずに、楕円レンズ15と反射面41との間から出射される光がなくなるので、出射光LFの輪郭がボケることを一層抑制できる。
また、取付体5の端部が、並べて配置された楕円レンズ15の各々の長軸方向の端部まで延ばされている。
この構成によれば、楕円レンズ15を通らずに、楕円レンズ15と取付体5との間から出射される光がなくなるので、出射光LFの輪郭がボケることが一層抑制される。
この構成によれば、取付体5は反射部材9Aに対して嵌め込みによって取り付けられているので、光源ユニット3の組み立て性を向上させることができる。
例えば上述した実施態様では、光学系7が環状の光を作るものとして説明したが、所定の幅で直線状に延びる光や、所定の幅で曲線状に延びる光を作るものであってもよい。
また、発光素子の一例としてLED4を例示したが、これに限らず、有機EL等の他の発光素子でも良い。
また、LED4、紫外線を出射する紫外線LEDであるものとして説明したが、紫外線を出射するものによらず、光源ユニット3の用途に応じて異なる種類の光を出射するものを用いてもよい。また、照射装置1は、露光装置として説明したが、露光装置によらず、各種照射装置についても本願を適用できる。
また、楕円レンズ15は隙間なく並べるものとして説明したが、ある程度、隙間があいていてもよい。この場合でも、出射光LFの照度ムラ及び輪郭ボケを抑制する効果が全て消失するものではない。
また、光学系7は、反射部材9A及び光成形フィルタ11によって構成するものとして説明したが、光学系は、複数のLED4を囲むように設けられた構成でLED4の光を制御するものであればよい。例えば、光学系は、光成形フィルタ11を省略した構成としてもよい。
また、入射光を平行光化する部材は、反射部材9Aとして説明したが、入射光を平行光化する技術は、レンズ(不図示)を用いるものや、反射鏡(不図示)を用いるものなど、周知の技術である。光学系を構成する平行光化部材は、これらの周知の技術を適宜採用して構成すればよく、平行光化部材の構成は特に限定されるものではない。
3 光源ユニット
4 LED(発光素子)
5 取付体
7 光学系
25 流路
43 嵌挿孔
Claims (3)
- 冷却媒体の流路を内部に設けた柱状の取付体の外周面に周方向に沿って複数の発光素子を並べて設け、
前記取付体の前記外周面を囲み、前記発光素子の各々の光を制御する光学系を備えたことを特徴とする光源ユニット。 - 前記取付体を前記光学系に設けた嵌挿孔に嵌挿して嵌め込み、前記取付体の端部から前記冷却媒体を内部の流路に導入、及び排出した
ことを特徴とする請求項1に記載の光源ユニット。 - 請求項1又は2に記載の前記光源ユニットを備えたことを特徴とする照射装置。
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