JP5212629B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、光照射装置に係わり、特に、半導体素子やプリント基板、液晶表示基板等の製造用の露光装置に用いる光照射装置に関する。

従来、プリント基板や液晶表示基板等の露光装置の光源としては、主に数ｋＷから数１０ｋＷの大型の高圧水銀ランプが用いられてきた。これらの光源は、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。光源の大型化は、ランプを構成するバルブや電極材料の大型化に直結し、製造コストと製作工数の大幅な増加に繋がり、高圧水銀ランプの大型化は限界に近づきつつある。その対策として、例えば、特許文献１ないし３に記載されているように、１個の大型の高圧水銀ランプではなく、複数の中型または小型の高圧水銀ランプで光源を構成する光照射装置が提案されている。

図６は、特許文献３に示されるような従来技術に係る複数の中型または小型の高圧水銀ランプで光源を構成した光照射装置の構成を示す図である。
同図に示すように、紫外線を含む光を放射する光源部１００は、複数の光源ユニット１０１から構成され、各光源ユニット１０１は、支持体１０２により個別に支持されている。各光源ユニット１０１内には、中型または小型の高圧水銀ランプ１０１１と反射鏡１０１２が内蔵されている。支持体１０２は、各光源ユニット１０１から放射された光が、インテグレータ１０３の入射面において重なり合うように、各光源ユニット１０１を傾けて支持している。なお、インテグレータ１０３とは光照射領域において照度分布を均一にする光学素子である。また、図６において、光源部１００とインテグレータ１０３を接近させて記載されているが、実際は、光源部１００とインテグレータ１０３の距離は図示したものより長い。

複数の光源ユニット１０１から出射した光は、インテグレータ１０３に、重ね合わされて入射される。インテグレータ１０３から出射した光は、コリメータ１０４により平行光にされる。平行光は、マスクステージ１０５に保持されたマスク１０６を介してワークステージ１０７上に保持された、レジスト等の感光剤が塗布された液晶パネルや半導体素子等のワーク１０８に照射される。マスク１０６にはパターンが形成されており、マスク１０６に形成されたパターンがワーク１０８上の感光剤に露光形成される。

各光源ユニット１０１には、それぞれの高圧水銀ランプ１０１１に電力を供給する点灯電源１０９が、独立して接続されている。また、各点灯電源１０９の制御回路は、図示しない光照射装置の装置制御部に接続され、高圧水銀ランプ１０１１の点灯及び消灯、点灯時の高圧水銀ランプ１０１１への電力供給は、光源ユニット１０１毎に制御される。

この光照射装置は、各光源ユニット１０１から放射された光が、インテグレータ１０３の入射面において重なり合うようにするために、各光源ユニット１０１を支持する支持体１０２は、球面に沿った緩やかな曲面形状に構成されており、支持体１０２の周辺部に向かうにつれて、光源ユニット１０１を徐々に傾けて支持している。支持体１０２は、図７に示すように、複数の４角に区切られた収納部を有する下駄箱状に構成されており、この区切られた各収納部に各光源ユニット１０１が収納されている。
特開２００４−３６１７４６号公報 特開２００５−２２７４６５号公報 特開２００６−２７８９０７号公報

一方、液晶基板露光装置は、今後さらに大型化することが考えられ、それに使用される光照射装置も大型化する。そのため、光照射装置の光源として使用する中型または小型の高圧水銀ランプも増加する。例えば、図６において、２５０Ｗの高圧水銀ランプ１０１１を使用する場合、２００本〜４００本、即ち、２００台〜４００台の光源ユニット１０１が必要になる。そのため、支持体１０２は、２００台〜４００台の光源ユニット１０１からの光がインテグレータ１０３の入射面において重なり合うように、球面に沿った曲面形状に加工する必要がある。

しかし、個々の高圧水銀ランプ１０１１が中型又は小型であっても、２００台〜４００台の光源ユニット１０１を支持するための支持体１０２は巨大化する。そのため、２００台〜４００台の光源ユニット１０１から出射する光がインテグレータ１０３の入射面において重なり合うようにするための支持体１０２の構造を、精度良く球面に沿った曲面形状に加工し組み立てることは、そのような加工を行う装置もなく極めて困難な作業を伴う。

本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、複数の光源ユニットを備える光照射装置において、加工や組み立てが比較的容易な構造を有する筐体又は支持体を採用することによって、各光源ユニット又は各光源ユニット群から放射される光が、所定の光照射領域に適正に重ね合わされて照射される光照射装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、ランプと、該ランプからの光を反射する反射鏡と、前記ランプ及び前記反射鏡を収納する筐体とからなる光源ユニットを複数備えた光源ユニット群からなる光照射装置において、前記光源ユニット群は、前記光源ユニットの各筐体が互いに隣接して配置され、筐体と筐体が隣接する外壁面が平面状に形成されると共に、各光源ユニットから出射する光が所定の光照射領域に重ね合わされて照射されるように、前記外壁面が前記ランプの光軸に対して傾斜されており、前記光源ユニット群の複数群が、各光源ユニット群から出射する光が所定の光照射領域に重ね合わされて照射されるように、各光源ユニット群のランプの光軸が１点に交わるように角度をつけて折り曲げて構成された複数の折り曲げ部分にそれぞれ支持される支持体を有することを特徴とする光照射装置である。

本発明によれば、光源ユニット群は、各光源ユニットから出射する光が光照射領域において重なり合うように、光源ユニットの筐体の外壁面を傾斜させているので、外壁同士が接するように、複数の光源ユニットを２次元方向（縦横方向）に並べて束ねて構成するだけでよく、加工組み立てが容易となる。そのため、光源ユニットを支持する支持体（枠体やフレーム）を、曲面形状に加工する必要がない。
また、光源ユニットからインテグレータまでの距離が異なる光照射装置を設計する場合は、光源ユニットの外壁面の傾斜角度を適宜設定することにより容易に対応することができる。
また、このように構成した光源ユニット群を複数群用いる場合、複数の光源ユニット群を１つの支持体（フレーム）に取り付けて光源を構成すればよく、支持体（フレーム）は曲面形状に加工する必要がなく、直線状に折り曲げるだけでよい。支持体（フレーム）を直線状の部材で構成することができるので、加工組み立てが容易となる。

本発明の実施形態を図１ないし図５を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る光照射装置の概略構成を示す図である。
同図に示すように、光源部１は、複数の光源ユニット２が組み合わされて光源ユニット群２Ｘで構成されており、各光源ユニット２は、筐体２３内に、紫外線を含む光を放射する中型または小型の高圧水銀ランプ等からなるランプ２１と、このランプ２１から放射される光を反射する反射鏡２２とを備えている。光源ユニット群２Ｘは、光源ユニット２が２次元方向（縦横方向）に複数並べて配置され、光源ユニット２の筐体２３と筐体２３が隣接する外壁面２３１が平面状に形成されると共に、各ランプ２１の光軸２４を一点で交差させるために、外壁面２３１がランプ２１の光軸２４に対して傾斜して形成され、傾斜している外壁面２３１同士を接するように構成されている。ここで、光軸とは各光源ユニット２から出射する光の中心光源が通る光路であり、本実施例においては、ランプ２１内に配置した２つの電極を結ぶ直線と一致する。

各ランプ２１の光軸が一点で交差する位置に、インテグレータ３の入射面が置かれる。インテグレータ３には、複数の光源ユニット２からの光が、重ね合わされて入射される。インテグレータ３から出射した光は、コリメータ４により平行光にされ、マスクステージ５に保持されたマスク６を介してワークステージ８上に保持された、レジスト等の感光剤が塗布された液晶パネルや半導体素子等のワーク７に照射される。マスク６にはパターンが形成されており、マスク６に形成されたパターンがワーク７上の感光剤に露光形成される。なお、コリメータ４としてレンズに代えてミラーを使用しても良い。

図２（ａ）は、図１に示した複数の光源ユニット２の分解拡大断面図、図２（ｂ）は、図１に示した光源ユニット群２Ａの拡大断面図である。
図２（ａ）に示すように、光源ユニット２の筐体２３の外壁面２３１の光軸２４に対する傾斜角θは、光源ユニット２の筐体２３の外壁２３２の厚さを、光出射側の厚さｔ１に対して反射鏡２２側の厚さｔ２よりも薄くすることにより形成する。傾斜している外壁面２３１は、光源ユニット２の上下左右の４面の外壁面２３１に同じ傾斜角θで形成する。

光源ユニット群２Ｘを構成する際は、光源ユニット２を複数準備し、図２（ｂ）に示すように、互いの筐体２３の外壁面２３１同士を接して縦横に並べて構成する。並べた複数の光源ユニット２は円弧を描き、その結果、各光源ユニット２から出射した光の光軸２４は１点で交わる。外壁面２３１の傾斜角θを変えることにより、光源ユニット群２Ｘから、各光源ユニット２の光軸２４の交わる位置である光照射面（即ち、インテグレータ３の光入射面を配置する位置）までの距離を調整することができる。なお、光源ユニット２は、左右方向（横方向）に並べた状態のみが示されているが、実際は図面に対して上下方向（縦方向）にも並べてられている。光源ユニット２同士の固定は、固定部材９により互いをねじ止めして行い、光源ユニット群２Ｘは固定部材１０によって支持部材１１に固定される。

図３は、図２に示した筐体２３と異なる形状を有する筐体２３Ａを有する光源ユニット２Ａの分解断面図である。
図２においては、筐体２３の外壁面２３１の傾斜を筐体２３の外壁２３２の厚さを変化させて形成したが、筐体２３の外壁２３２の厚さを変化させるのではなく、図３に示すように、筐体２３Ａの外壁２３２Ａ全体を傾斜させて外壁面２３１Ａを傾斜させるようにしてもよい。

図４は、図２及び図３に示した筐体２３、２３Ａと異なる形状を有する筐体２３Ｂを有する光源ユニット２Ｂの分解断面図である。
図２においては、筐体２３の厚さを変化させて筐体２３の外壁面２３１を傾斜させたが、光源ユニット２の上下左右の４面の全ての外壁２３２の厚さを変化させるのではなく、図４に示すように、上下の２面のうち１面、左右の２面のうち１面、即ち、４面のうち２面のみの外壁２３２Ｂの厚さを変化させ、複数の光源ユニット２Ｂを、外壁面２３１Ｂを接して縦横に並べたとき、並べた光源ユニット２Ｂが円弧を描くようにしてもよい。

図５は、本実施形態の発明に係る他の光照射装置の概略構成を示す図である。
この光照射装置は、さらに光源部１を大型化する場合の実施例であり、同図に示すように、光源部１は、複数の光源ユニット群２Ｘ〜２Ｚが組み合わされて構成されている。各光源ユニット２は、筐体２３内に、紫外線を含む光を放射する中型または小型のランプ２１と、このランプ２１からの光を反射する反射鏡２２を備えている。各光源ユニット群２Ｘ〜２Ｚは、図１に示した光源ユニット群２Ｘと同様に、筐体２３と筐体２３が隣接する外壁面２３１が平面状に形成されると共に、外壁面２３１がランプ２１の光軸２４に対して傾斜させて形成されており、傾斜している外壁面２３１同士を接するように配置することにより構成されている。傾斜している外壁面２３１同士を接して配置することにより、各ランプ２１の光軸を一点で交差させることができる。

さらに、複数群の各光源ユニット群２Ｘ〜２Ｚは、固定部材１２によって支持体１３に取り付けられる。支持体１３は、各光源ユニット群２Ｘ〜２Ｚのランプ２１の光軸が１点で交わるように角度をつけて折り曲げて構成されている。各光源ユニット群２Ｘ〜２Ｚから出射する光が１点で交わるので、支持体１３自体は曲面形状に加工する必要がない。支持体１３は直線状の部材で構成することができ、加工組み立てが容易となる。

各光源ユニット群２Ｘ〜２Ｚのランプ２１の光軸が交わる位置にインテグレータ３の入射面が置かれる。インテグレータ３には、複数の光源ユニット群２Ｘ〜２Ｚからの光が、重ね合わされて入射する。インテグレータ３から出射した光は、コリメータ４により平行光にされ、マスクステージ５に保持されたマスク６を介してワークステージ８上に保持された、レジスト等の感光剤が塗布された液晶パネルや半導体素子等のワーク７に照射される。マスク６にはパターンが形成されており、マスク６に形成されたパターンがワーク７上の感光剤に露光形成される。なお、コリメータ４は、レンズに代えてミラーを使用しても良い。

第１の実施形態の発明に係る光照射装置の概略構成を示す図である。 図１に示した複数の光源ユニット２の分解拡大断面図、及び図１に示した光源ユニット群２Ａの拡大断面図である。 図２に示した筐体２３と異なる形状を有する筐体２３Ａを有する光源ユニット２Ａの分解断面図である。 図２及び図３に示した筐体２３、２３Ａと異なる形状を有する筐体２３Ｂを有する光源ユニット２Ｂの分解断面図である。 第２の実施形態の発明に係る光照射装置の概略構成を示す図である。 従来技術に係る複数の中型または小型の高圧水銀ランプで光源を構成した光照射装置の構成を示す図である。 従来技術に係る複数の４角に区切られた収納部を有する下駄箱状に構成された支持体の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 光源部
２ 光源ユニット
２Ａ 光源ユニット
２Ｂ 光源ユニット
２Ｘ〜２Ｚ 光源ユニット群
２１ ランプ
２２ 反射鏡
２３ 筐体
２３Ａ 筐体
２３Ｂ 筐体
２３１ 外壁面
２３１Ａ 外壁面
２３１Ｂ 外壁面
２３２ 外壁
２３２Ａ 外壁
２３２Ｂ 外壁
２４ 光軸
３ インテグレータ
４ コリメータ
５ マスクステージ
６ マスク
８ ワークステージ
７ ワーク
９ 固定部材
１０ 固定部材
１１ 支持体
１２ 固定部材
１３ 支持体

Claims (1)

1. ランプと、該ランプからの光を反射する反射鏡と、前記ランプ及び前記反射鏡を収納する筐体とからなる光源ユニットを複数備えた光源ユニット群からなる光照射装置において、
   前記光源ユニット群は、前記光源ユニットの各筐体が互いに隣接して配置され、筐体と筐体が隣接する外壁面が平面状に形成されると共に、各光源ユニットから出射する光が所定の光照射領域に重ね合わされて照射されるように、前記外壁面が前記ランプの光軸に対して傾斜されており、
   前記光源ユニット群の複数群が、各光源ユニット群から出射する光が所定の光照射領域に重ね合わされて照射されるように、各光源ユニット群のランプの光軸が１点に交わるように角度をつけて折り曲げて構成された複数の折り曲げ部分にそれぞれ支持される支持体を有することを特徴とする光照射装置。