JP3575281B2

JP3575281B2 - 光照射装置のシャッター機構

Info

Publication number: JP3575281B2
Application number: JP16154398A
Authority: JP
Inventors: 高尚上野
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2018-05-27
Also published as: KR19990088602A; TW518654B; KR100509301B1; JPH11338005A

Description

【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の放電ランプから放射される光芒を開閉するシャッター機構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が、放電ランプは短いサイクルで点灯と消灯を繰り返すことができないので、放電ランプを常時点灯しておき、シャッター機構によって放電ランプから放射される光芒を開閉することにより所定の光量で露光する。
【０００３】
図１に光照射装置の一例を示す。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、凹レンズ３を介して第１平面鏡４に入射する。第１平面鏡４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５の入射部付近に集光する。インテグレータレンズ５から出射した光は、インテグレータレンズ５の後方に配置されたシャッター機構６が開くと、第２平面鏡７を介してコリメータレンズ８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６が閉じると照射を終了する。なお、シャッター機構６は、インテグレータレンズ５の前方に配置されてもよい。
【０００４】
この光照射装置において、ワーク表面の露光量を均一にするために、シャッタ開（照射開始）からシャッタ閉（照射終了）までの時間において、光照射面の照射領域における積算光量が等しくなるようにシャッター機構を開閉する必要がある。このため従来から図２に示す回転式のシャッター機構が使用されている。すなわち、円盤状のアルミ製シャッター板素材の両側が約９０゜の角度で扇型に切り欠かれており、この切欠き部が光通過部６３である。そして、非切欠き部である残りのシャッター板６１が遮光部６４である。つまり、シャッター板６１は、２個の光通過部６３と２個の遮光部６４が交互に形成された点対称形であり、点対称形の中心点であるシャッター板６１の中心と重心が一致している。そして、シャッター板６１は、その中心に配置された回転軸６２を中心にしてバランス負荷状態で滑らかに一定方向に回転する。
【０００５】
シャッター閉のときは、光芒は一方の遮光部６４で遮光されているが、シャッター板６１が回転を開始すると、光芒が遮光部６４と光通過部６３の境界にさしかかり、照射が始まるが、シャッター板６１が９０゜回転すると、図２（Ａ）に示すように、完全なシャッタ開状態となり、全ての光芒は光通過部６３を通過する。そして、この状態からシャッター板６１が更に９０゜回転すると、図２（Ｂ）に示すように、シャッター閉となり、遮光部６４で再び遮光される。つまり、シャッター板６１が１８０゜回転することにより、シャッター閉→シャッタ開→シャッター閉の１サイクルが終了し、その間にワークが露光される。
かかるシャッター機構は、１サイクルにおける２個の遮光部６４の回転方向が一定なので、照射開始から照射終了までの時間において、被照射面における積算光量を一定にできる利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで最近は、スループット向上の要請から、例えば半導体装置の製造においては、ワークに塗布されるレジストの高感度化や、放電ランプの放射照度を高めてワークの露光時間を短縮するようにしている。そして、露光時間が短縮するには、シャッター機構は高速で開閉する必要がある。つまり、シャッター板を高速で回転させると共に所定位置に急速に精度良く停止させる必要がある。このためには、シャッター板を薄肉化・軽量化して回転モーメントの減少を図る必要がある。
【０００７】
放電ランプの放射照度を高めると、シャッター機構が閉じているときに、遮光部であるシャッター板に放射強度の高い光が照射され、この光エネルギーはシャッター板に吸収されると、熱エネルギーに変換されてシャッター板が高温になるが、シャッター板を薄肉化・軽量化すると、長時間使用するとき、シャッター板が熱変形を起す。
【０００８】
また、図２に示す従来のシャッター板は、シャッター板の両側を扇型に切り欠いて光通過部を形成しているので、回転軸近傍のシャッター板は面積が小さくて強度が弱いので、シャッター閉の時、遮光部の温度が高くなると回転軸近傍のシャッター板の温度差が大きくなり、シャッター板がねじれるように変形する。そして、シャッター板が変形すると、シャッター機構を閉じても光が照射面側に漏れることがあってシャッターとして機能せず、変形が著しい場合は、シャッター板が破損することがある。
【０００９】
シャッター板の熱変形は、例えばシャッター板に補強材を取り付けることで防ぐことができる。また、放熱フィンを取り付けて熱放散能力を大きくして温度上昇を抑制することが考えられる。しかし、シャッター板に補強材や放熱フィンを取り付けると、重量が増大して回転モーメントが大きくなり、シャッター板の高速回転および高精度の急速停止が困難になるので、より大型の回転駆動手段および制動手段が必要になる。つまり、シャッター板の薄肉化・軽量化の要請に反する。
このように、従来のシャッター板は、アルミ製であって薄肉・軽量ではあったが、最近の放射照度を高めた放電ランプからの放射熱による熱変形に耐えるための処理は何らなされていなかった。
【００１０】
そこで本発明は、シャッター板が薄肉・軽量であって高速の開閉が可能であり、放電ランプの強い照射強度の光芒の開閉に長時間使用しても熱変形を起すことのない光照射装置のシャッター機構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、円盤状のシャッター板素材に扇型の切欠き部を形成して光通過部とし、非切欠き部を遮光部としたシャッター板により光照射装置の放電ランプの光芒の開閉を行うシャッター機構において、前記光通過部を１個のみ形成し、円盤状のシャッター板素材の中心に対して光通過部と反対側のシャッター板の形状を、シャッター板の重心が該中心と一致する形状にし、少なくとも該反対側のシャッター板における前記円盤状シャッター板素材の中心近傍の面積を、前記光通過部における前記円盤状シャッター板素材の中心近傍の面積よりも大きくし、シャッター板を該中心に配置された回転軸により揺動させる。
【００１３】
そして、請求項２の発明のように、請求項１の発明のシャッター板の遮光部の光入射面に鏡面加工を行うとともに、光入射面の裏面に赤外線放射膜を形成するのが好ましく、また、請求項３の発明のように、シャッター板の回転軸を光芒の光軸に対して幾分傾斜させて遮光部で反射した光が放電ランプ近傍に再び入射しないようにするのが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて発明の実施の形態を説明する。シャッター板６１の素材は、厚さ２ｍｍ、外径７１０ｍｍφの円盤状のアルミ板であり、図４に示すように、このアルミ板の片側が９０゜の角度で扇型に切り欠かれて光通過部６３が形成されており、非切欠き部が遮光部６４（６４ａ，６４ｂ）である。つまり、一対の遮光部６４ａ，６４ｂの間に光通過部６３が１個のみ形成されている。そして、図４に示すシャッター板６１の上下の中心線Ｌの中点（シャッター板６１の中心）に回転軸６２が配置されている。
【００２０】
シャッタ閉のときは、図５（Ａ）に示すように、光芒は一方の遮光部６４ａで遮られている。そして、シャッター板６１が矢印の方向に回動すると、光芒はその上側から照射し始め、シャッター板６１が９０゜回動すると、図５（Ｂ）に示すように、完全なシャッタ開状態となり、全ての光芒は光通過部６３を通過する。そして、この状態からシャッター板６１が更に９０゜回動すると、図５（Ｃ）に示すように、シャッター閉となり、他方の遮光部６４ｂで再び遮光される。つまり、シャッター板６１が１８０゜回動することにより、シャッター閉→シャッタ開→シャッター閉の１サイクルが終了し、その間にワークが露光される。そして、次のサイクルにおいては、シャッター板６１は逆方向に回動する。つまり、シャッター板６１は回転軸６２を中心にして揺動運動を行う、
かかるシャッター機構においても、１サイクルにおける２個の遮光部６４ａ，６４ｂの回動方向が一定なので、照射開始から照射終了までの時間において、被照射面における積算光量を一定にできる。
【００２１】
ここで、シャッター板６１がバランス負荷状態で滑らかに揺動運動を行うために、回転軸６２が配置されるシャッター板６１の中心をシャッター板６１の重心と一致させる必要がある。このため、シャッター板６１の光通過部６３と反対側の形状を、シャッター板６１の上下の中心線Ｌの左右の面積が等しく、かつ上下が対称形になるようにする。図４はその一例であり、いろいろの形状が可能であるが、いずれにしても、扇型に切り欠かれた光通過部６３が１個のみであるので、回転軸６２近傍のシャッター板６１の面積は図２に示す従来例よりもずっと大きくすることができる。
【００２２】
このため、シャッター板６１の温度が上昇しても、回転軸６２近傍のシャッター板６１の面積が大きくて強度が強いので、この部分の熱変形を防ぐことができる。また、シャッター板６１の重量は図２に示す従来例と全く同じであり、回転モーメントが増大しないので、シャッター板６１の高速回転および高精度の急速停止が可能であり、露光時間の短縮に対応することができる。
【００２３】
次に、遮光部６４の光入射面に鏡面加工、例えば電解研磨などによる高輝度研磨が施され、図３において、便宜上点線で示す鏡面６５が形成されている。一方、遮光部６４の光入射面の裏面には、これも便宜上点線で示す赤外線放射膜６６が形成されている。赤外線放射膜６６は、シャッター板６１に蓄積された熱エネルギーを光が照射されない面から効率良く放射してシャッター板６１の温度上昇を抑制するものであり、代表例として黒色の無電解ニッケルめっきを挙げることができるが、耐熱性を有する黒色の塗料などであっても良い。
このように、遮光部６４の光入射面に鏡面６５が形成されているので、入射した光の大部分は反射し、シャッター板６１に蓄積される熱エネルギーは非常に少なくなる。そして、遮光部６４の光入射面の裏面に赤外線放射膜６６が形成されているので、シャッター板６１に蓄積された熱エネルギーは、光が照射されない面から効率良く放射し、温度上昇が抑制される。このため、回転軸６２近傍のシャッター板６１の面積が大きくて強度が強いことと相俟って、熱変形防止に大きな効果を得ることができる。
ここで、遮光部６４の光入射面に光芒が直角に入射すると、遮光部６４の鏡面６５で反射した光は、そのまま光芒の光軸上に戻り、集光鏡で反射して放電ランプの電極やバルブ、口金に集光するため、放電ランプの温度が上昇し、光学的な特性に悪影響を及ぼすことがある。このため、シャッター板６１の回転軸６２を光芒の光軸に対して、例えば５゜程度傾斜させ、図３に示すように、遮光部６４の鏡面６５で反射した光が光芒の光軸上に戻らないようにするのがよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、放電ランプの強い照射強度の光芒の開閉に長時間使用しても、シャッター板が熱変形を起すことがなく、しかも、シャッター板の回転モーメントが増加することなくて高速の開閉が可能な光照射装置のシャッター機構とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光照射装置の説明図である。
【図２】シャッター板の従来例の説明図である。
【図３】請求項２および請求項３の発明の実施例の説明図である。
【図４】請求項１の発明の実施例の平面図である。
【図５】請求項１の発明の実施例の作動説明図である。
【符号の説明】
６１シャッター板
６２回転軸
６３光通過部
６４遮光部
６５鏡面
６６赤外線放射膜

Claims

円盤状のシャッター板素材に扇型の切欠き部を形成して光通過部とし、非切欠き部を遮光部としたシャッター板により光照射装置の放電ランプの光芒の開閉を行うシャッター機構において、
前記光通過部を１個のみ形成し、円盤状のシャッター板素材の中心に対して光通過部と反対側のシャッター板の形状を、シャッター板の重心が該中心と一致する形状にし、少なくとも該反対側のシャッター板における前記円盤状シャッター板素材の中心近傍の面積を、前記光通過部における前記円盤状シャッター板素材の中心近傍の面積よりも大きくし、シャッター板を該中心に配置された回転軸により揺動させることを特徴とする光照射装置のシャッター機構。
請求項１の光照射装置のシャッター機構において、前記遮光部の光入射面に鏡面加工を行うとともに、光入射面の裏面に赤外線放射膜を形成したことを特徴とする光照射装置のシャッター機構。
請求項２の光照射装置のシャッター機構において、前記シャッター板の回転軸が光芒の光軸に対して傾斜していることを特徴とする光照射装置のシャッター機構。