(57)【要約】【課題】  ランプを過冷却にすることなく、集光鏡に対して十分な冷却風を供給できる構造を実現すること【解決手段】  ランプと、このランプからの光を反射する曲面の反射面を有する集光鏡と、この集光鏡を上向きに支持する集光鏡支持機構と、ランプと集光鏡を冷却する冷却風を取り入れる冷却風取入れ口ランプと集光鏡を冷却した後の冷却風を排気する冷却風排気口とを備えた光照射装置において、集光鏡支持機構は、集光鏡を裏面側から集光鏡の曲面に対して法線方向に弾性体により持上げる支持棒を設けた複数個の支持体と、支持体を取り付けられるフレームと、集光鏡の光出射口の周縁が押付けられる集光鏡押さえ板を備える。集光鏡の光出射口の周縁は、集光鏡押さえ板の開口とこの開口の周辺に形成した通風孔との間に押付ける。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプと、該ランプからの光を反射する曲面の反射面を有すると共に上記反射面で反射した光が出射する光出射口と該光出射口とは反対側に貫通孔を形成した集光鏡と、該集光鏡を上記光出射口が上向きになるように支持する集光鏡支持機構と、上記ランプと上記集光鏡とを冷却する冷却風を、上記集光鏡の光出射口とは反対側から取り入れる冷却風取入れ口と、該冷却風取入れ口から取り入れた冷却風を、上記集光鏡の光出射口側から排気する冷却風排気口とを備えた光照射装置において、
上記集光鏡支持機構は、上記集光鏡を裏面側から集光鏡の曲面に対して法線方向に弾性体により持上げる支持棒を設けた複数個の支持体と、該支持体が取り付けられると共に、上記冷却風取入れ口から取り入れた冷却風を取り込む冷却風流入口を形成したフレームと、上記集光鏡の光出射口から出射する光が通過する開口と該開口の周辺に冷却風が通過する通風孔とが形成され、上記開口と上記通風孔の間に上記支持体の支持棒により持上げられた集光鏡の光出射口の周縁が押付けられる集光鏡押さえ板とを備えることを特徴とする光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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する。
【背景技術】
【０００２】
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、ショートアーク型の放電ランプ、例えば数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。
図６に、上記露光装置の光照射部として使用される、従来の光照射装置の構造の一例を示す。
光照射装置は、ショートアーク型の放電ランプ１、楕円集光鏡２、第1の平面鏡１３、インテグレータレンズ１４、シャッタ機構１５、第２平面鏡１６、コリメータレンズ１７などを備える。
ランプ１は、発光点が楕円集光鏡２の第一焦点に来るように配置される。ランプ１からの紫外線を含む光は、集光鏡２の内側に形成されている反射面により反射されて集光され、同図上側の光出射口２ｂから出射する。
【０００３】
光出射口２ｂから出射した光は、第1の平面鏡１３により反射され、集光鏡の第二焦点に配置されたインテグレータレンズ１４に入射する。インテグレータレンズ１４はフライアイレンズとも言い、光照射面１８での照度分布を均一にするはたらきをする。
インテグレータレンズ１４から出射した光は、シャッタ機構１５を介して第二の平面鏡１６により折り返され、光を平行光にするコリメータレンズ１７に入射し、平行光となって光照射装置から出射し、光照射面１８に照射される。なお、コリメータレンズ１７の代わりにコリメータミラーを使用しても良い。
【０００４】
図７に、従来の光照射装置のランプと集光鏡を備える光源部の拡大図を示す。また図８は、従来の光源部の集光鏡と集光鏡の支持板との関係を示す斜視図である。これらの図を用いて、ランプと集光鏡の支持構造について説明する。
集光鏡２は、曲面の反射面を有し、この反射面で反射した光を出射する光出射口２ｂと、光出射口2bとは反対側に貫通孔2ａとが形成されている。
また、集光鏡2は、光出射口２ｂが上向きになるように集光鏡支持板３の上に置かれ、貫通孔２ａの周辺部が集光鏡支持板３の表面に接して支持される。なお、集光鏡支持板３にも集光鏡の貫通孔２ａとほぼ同じ径の貫通孔３ｃが形成されている。
【０００５】
集光鏡支持板３は、フレーム６に対してばね３ａを介して取り付けられている。このばね３ａにより、集光鏡支持板３には、集光鏡２を同図上方向に持ち上げようとする力が働く。このことにより、集光鏡２は光出射口２ｂの周縁が、集光鏡押さえ板７に押し付けられる。なお、集光鏡押さえ板７には、光出射口２ｂから出射する光が通過する開口７ｂが形成されている。
集光鏡内に取り付けられるショートアーク型のランプ１は、ランプの軸１ａを集光鏡２の貫通孔２ａと集光鏡支持板３の貫通孔３ｃに通し、フレーム６の冷却風流入口６ａを介して集光鏡２の外側背後に設けられた台座４に固定され支持される。この台座４は光照射装置のランプ軸調機構５に取り付けられている。
ランプ軸調機構５は、ランプ１をＸＹＺ方向に移動させるステージを備える。ランプ軸調機構５を移動させることにより、ランプ１をその発光点が集光鏡２の第一焦点に来るように調節する。
【０００６】
また、台座４はランプ点灯電源１１に接続されている。ランプ１への電力の供給は、ランプの台座４に固定される側の極にはこの台座４を介して、他方集光鏡２の光出射口２ｂ側の極には、ランプ電源１１からの給電線１１ａが取り付けられ、この給電線１１ａを介して行われる。
このように、光出射口を上向きに配置した集光鏡の支持構造に関する先行技術として、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−４０６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、冷却風はランプと集光鏡の冷却に使われる。光照射装置が露光装置の光照射部として使用される場合、集光鏡は露光に不要な光（例えば可視光や赤外光）を反射せず、露光に必要な光（例えば紫外線）を反射する蒸着膜を反射面に形成した反射鏡を用いることが多い。
そのような蒸着膜反射鏡を用いる場合には、蒸着膜がはがれないように、反射鏡の温度を、例えば３５０℃以下に保つ必要がある。これに対して、ランプの封体と呼ばれる発光管の部分の、点灯中の最適温度は６５０℃〜７５０℃といわれている。そのため、集光鏡は冷却を行わないと、ランプの封体からの輻射熱などにより温度が上昇して３５０℃以上となり、蒸着膜がはがれてしまうなどの不具合を生じることがある。
【０００９】
即ち、集光鏡はランプよりも低い温度に保たなければならず、冷却は、ランプよりもむしろ集光鏡を重点的に行う必要がある。特に、集光鏡２は、ランプの軸が通る貫通孔２ａの近傍の部分（貫通孔２ａの周縁から幅約１０ｍｍの領域）が、ランプの発光部分に最も近くなるので温度が高くなりやすい。したがって、冷却風は、集光鏡の貫通孔２ａの近傍に多くの量を供給しなければならない。
一方、光源部を流れる冷却風は、上記したように、貫通孔２ａから入って集光鏡２の内側（反射面側）に入って流れる風（図７の（ａ））と、集光鏡２の外側を回って流れる風（図７の（ｂ））の二つに分かれる。ここで、貫通孔２ａから集光鏡２の内側に入った冷却風（ａ）は、大部分がランプ１の表面に沿って流れてランプを冷却するのに使われる。一方、集光鏡2の冷却は、実質的には、集光鏡2の外側を回って流れる風（ｂ）によって行われる。
【００１０】
ところが、上記したように、集光鏡２は貫通孔２ａの周辺部において集光鏡支持板３により支持されている。そのため、図８に示すように、集光鏡２の貫通孔２ａの周囲には集光鏡支持板３があり、図７に示すように、この集光鏡支持板３が遮風板となり、集光鏡２の外側を回って流れる風（ｂ）は、最も温度が高くなる集光鏡２の貫通孔2aの近傍には近づくことができない。
【００１１】
このような状態では、冷却風は集光鏡２を効率よく冷却することができない。集光鏡２の温度を下げようとして冷却風量を多くすると、その分ランプの冷却風も増えることとなる。そのため、ランプが上記に示した適切な温度範囲（６５０℃〜７５０℃）以下、即ち過冷却になり、場合によってはランプが消えてしまうことがある。
一方、ランプを上記適切な温度範囲にするために冷却風を減らすと、今度は集光鏡を冷却するための風量も減るので、集光鏡の温度が蒸着膜のはがれない温度（３５０℃）以上になり、蒸着膜のはがれの原因となることがある。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑み、集光鏡の外側を流れる風が、集光鏡の温度が最も高くなる貫通孔近傍の領域をできるだけ多く流れるようにすること、即ち、集光鏡の外側であって貫通孔近傍の領域に、できるだけ多くの冷却風を供給できる構造を実現し、ランプへの冷却風を増やすことなく、即ちランプの温度を下げることなく（ランプを過冷却にすることなく）、集光鏡の温度を下げられるように、集光鏡に十分な冷却風を供給できる構造を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
従来は、集光鏡を板状の集光鏡支持板により持上げて支持していた。そのため、これが集光鏡の外側を流れる冷却風の遮風板になり、集光鏡の貫通孔の外側近傍に冷却風が届かない原因となっていた。
そこで、本発明においては、集光鏡を光出射口が上向きになるように支持する集光鏡支持機構を、次のように構成することにより、上記課題を解決する。
ランプと、このランプからの光を反射する曲面の反射面を有する集光鏡と、この集光鏡を上向きに支持する集光鏡支持機構と、ランプと集光鏡を冷却する冷却風を取り入れる冷却風取入れ口ランプと集光鏡を冷却した後の冷却風を排気する冷却風排気口とを備えた光照射装置において、集光鏡支持機構は、集光鏡を裏面側から集光鏡の曲面に対して法線方向に弾性体により持上げる支持棒を設けた複数個の支持体と、支持体を取り付けられるフレームと、集光鏡の光出射口の周縁が押付けられる集光鏡押さえ板を備える。
集光鏡の光出射口の周縁は、集光鏡押さえ板の開口とこの開口の周辺に形成した通風孔との間に押付ける。
【発明の効果】
【００１４】
本発明において、以下の効果を得ることができる。
集光鏡の持上げを複数点状に配置した支持体により行うので、集光鏡の外側を流れる冷却風を遮風するものがなくなり、集光鏡の貫通孔近傍に冷却風が流れる。したがって、集光鏡の最も温度が高くなる貫通孔近傍の領域の温度を低くすることができる。
【００１５】
さらに、集光鏡押さえ板の、集光鏡の光出射口の周縁が押付けられる部分の周辺に通風孔を形成しているので、集光鏡の外側を流れる冷却風は、集光鏡の裏面に沿って流れ、集光鏡全体を効率よく冷却し排気される。したがって、集光鏡全体の温度を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】露光装置の光照射部として使用される本発明の光照射装置の構造の一例を示す図である。
【図２】本発明の光照射装置のランプと集光鏡を備える光源部の拡大図を示す図である。
【図３】本発明の光源部の集光鏡と集光鏡の支持体および集光鏡押さえ板との関係を示す斜視図である。
【図４】集光鏡支持体の断面図を示す図である。
【図５】集光鏡持体の斜視図を示す図である。
【図６】露光装置の光照射部として使用される従来の光照射装置の構造の一例を示す図である。
【図７】従来の光照射装置のランプと集光鏡を備える光源部の拡大図を示す図である。
【図８】従来の光源部の集光鏡と集光鏡の支持板との関係を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に、露光装置の光照射部として使用される本発明の光照射装置の構造の一例を示す。
本発明の光照射装置は、ランプ１と集光鏡２を備える光源部１０の構造を除いて、基本的には図６の構成と同じである。
ランプ１は、ショートアーク型の超高圧水銀ランプが使用され、集光鏡２は、ガラス製の楕円集光鏡が使用される。そして、放電ランプ１の発光中心が集光鏡２の第１焦点に位置するように配置される。
集光鏡２は、露光に必要な光である紫外線を反射し不要な赤外線や可視光を除くために、紫外線を反射し赤外線や可視光を透過する無機多層蒸着膜を、曲面の光反射面の表面に形成している。光反射面により反射された紫外線を含む光は光出射口２ｂから出射する。
【００１８】
集光鏡２の光出射口２ｂより出射した光は、第１平面鏡１３で反射され、照射領域での照度分布を均一化するインテグレータレンズ１４に入射する。
インテグレータレンズ１４から出射した光は、インテグレータレンズ１４の光出射側に配置されたシャッタ機構１５を介し、第２平面鏡１６に反射され、コリメータレンズ１７に入射する。コリメータレンズ１７に入射した光は平行光になり、光照射面１８に載置されたマスクやワークといった被照射物を照射する。なお、コリメータレンズ１７に代えてコリメータミラーを使用しても良い。
【００１９】
被照射物の紫外線照射量はシャッタ機構１５の開閉により制御される。なお、シャッタ機構１５は、インテグレータレンズ１４の光入射側に配置してもよい。
ランプ１および集光鏡２を冷却する冷却風は、光照射装置の、集光鏡２の光出射口２ｂとは反対側に設けられた冷却風取入口１０ａから取り入れられ、集光鏡２の光出射口２ｂ側に設けられた排気ファン２０により排気口１９から排気される。
図２に、本発明の光照射装置のランプと集光鏡を備える光源部の拡大図を示す。同図は、図７と同様に、冷却風の流れを図の左側しか示していない。また、図３に、本発明の光源部の集光鏡と集光鏡の支持体および集光鏡押さえ板との関係を示す斜視図を示す。
【００２０】
図２と図３を用いて、光源部の構造と冷却風の流れにについて説明する。
従来と同様、集光鏡2は、曲面の光反射面を有し、反射した光を出射する光出射口２ｂと、光出射口２ｂとは反対側に貫通孔２ａとが形成されている。そして、集光鏡支持機構により、光出射口２ｂが上向きになるように支持される。集光鏡支持機構の詳細については後述する。上記したように、集光鏡2の光反射面には、紫外線を反射し赤外線や可視光を透過する無機多層膜が蒸着されている。
集光鏡２内に取り付けられるショートアーク型のランプ１は、ランプ１の軸１ａが集光鏡の貫通孔２ａとフレーム６に形成されている冷却風流入口６ａを貫通し、集光鏡２の外側背後に設けた台座４に固定され支持される。
【００２１】
この台座４は光照射装置のランプ軸調機構５に取り付けられ、ランプ軸調機構５は、ランプ１をＸＹＺ方向に移動させるステージを備える。台座４はランプ点灯電源１１に接続され、また、集光鏡２の開口２ｂ側のランプ１の極には、ランプ電源１１からの給電線１１ａが取り付けられ、ランプ１への電力の供給は台座４とこの給電線１１ａを介して行なわれる。
続いて集光鏡支持機構の構造について説明する。
集光鏡支持機構は、集光鏡２の裏面に点状に接し弾性体の力により集光鏡を上に持上げる複数個の支持体３０、支持体３０が取り付けられるフレーム６、支持体３０により持上げられた集光鏡２が押付けられる集光鏡押さえ板７を備える。
【００２２】
集光鏡2は、光出射口２ｂを上にして集光鏡支持体３０の上に置かれる。集光鏡支持体３０が上に載っている集光鏡２を弾性体の力で持上げることにより、集光鏡２の光出射口２ｂの周縁が、集光鏡押さえ板７に押付けられる。これにより集光鏡２は光出射口２ｂが上になった状態で支持固定される。集光鏡支持体30の詳しい構造については後述する。
集光鏡支持体３０は、複数個フレーム6上に固定されて設けられている。また、フレーム６には、光照射装置の冷却風取入れ口１０ａから取り入れた冷却風を、光源部１０に導入するための冷却風流入口６ａが形成されている。
【００２３】
集光鏡押さえ板７には、集光鏡２の光出射口２ｂから出射する光が通過する開口７ｂが形成され、さらに、この開口７ｂの周辺には、集光鏡２の外側を流れた冷却風が通過する通風孔７ａが形成されている。集光鏡支持体３０により持上げられた集光鏡２の光出射口２ｂの周縁は、この開口７ｂと通風孔７ａの間に押付けられる。
次に、集光鏡支持体３０の構造について説明する。
図４は集光鏡支持体３０の断面図であり、同図（ａ）は集光鏡支持体３０が集光鏡２を支持していない状態、（ｂ）は集光鏡２を支持している状態を示している。また、図５は集光鏡支持体の斜視図である。
集光鏡支持体３０は、フレーム６にねじなどで固定される本体部３１と、集光鏡2の裏面（反射面とは反対側の面）に点状に接して持上げる支持棒３２とを備える。
【００２４】
支持棒３２は、本体部３１内部に設けられたばね３３などの弾性体を介して本体部３１取り付けられている。支持棒３２はばね３３により本体部３１に対して出入りする。
支持棒３２の先端が集光鏡２の裏面に接する。そのため、支持棒３２の先端には集光鏡２を傷つけないように、また高温に耐えられるように、耐熱性の緩衝材３４を取り付けている。
【００２５】
集光鏡支持体３０が集光鏡２を支持していない場合は、図４（ａ）に示すように、ばね３３が伸びて支持棒３２は本体より大きく出ている。
一方、集光鏡支持体３０が集光鏡２を支持している場合は、図４（ｂ）に示すように、集光鏡２の重みによりばね３３が縮み、支持棒３２には集光鏡２を上に押し上げる力がはたらく。これにより、集光鏡２の光出射口２ｂの周縁が集光鏡押さえ板７に押し付けられ、集光鏡２は支持固定される。
ここで、集光鏡支持体３０の支持棒３２は、ガラス製である集光鏡２に無理な力がかかるのを防ぐために、基本的には集光鏡の曲面に対して法線方向に力を加えるよう配置する。
【００２６】
集光鏡支持体３０が集光鏡２を支持する位置、即ち支持棒３２が集光鏡２の裏面に接する位置は、集光鏡２の下端（貫通孔２ａの周縁）から、４０ｍｍ〜５０ｍｍ上側である。上記したように、集光鏡２の最も温度が高くなる部分は、貫通孔２ａの周縁から幅およそ１０ｍｍの領域であり、この領域に支持棒３２が接すると、その部分は冷却風があたらなくなり、冷えにくくなるからである。
また、集光鏡２をしっかりと支持固定するためには、集光鏡２を集光鏡押さえ板７に押付ける力、即ち集光鏡２を持上げる力が大きいほど良い。
【００２７】
集光鏡支持体３０の支持棒３２が集光鏡２の曲面に対して法線方向に力を加えた時、集光鏡２を持上げる力を大きくするためには、支持棒３２は、集光鏡２のできるだけ下側（貫通孔２ａに近い部分）に配置したほうが良い。
しかし、上記したように、集光鏡の下側（貫通孔２ａに近い部分）は、最も高温になり冷却を行いたい部分であるので支持棒３２を配置できない。そこで、支持棒３２は、集光鏡の温度が最も高くなる貫通孔２ａ近傍の領域を避け、かつ、集光鏡２の曲面に対して法線方向に力を加えた時、集光鏡２を持上げる力ができるだけ大きくなる部分に配置する。
【００２８】
また、集光鏡支持体３０の数は、集光鏡２の大きさや重さ、支持した状態での集光鏡の安定性を考慮して決める。３個から４個をフレーム６の冷却風流入口６ａの周辺部に等間隔に配置することが好ましい。
続いて、光源部の冷却風の流れについて説明する。
光照射装置の、集光鏡２の光出射口２ｂとは反対側に設けられた冷却風取入れ口１０ａから取り入れられた冷却風は、フレーム６に形成された冷却風流入口６ａから光源部１０に入り、集光鏡２の貫通孔２ａから集光鏡２の内側に入ってランプ１を冷却する流れ（ａ）と、集光鏡２の外側を回って集光鏡２を裏面側から冷却する流れ（ｂ）に分かれる。
【００２９】
集光鏡支持部体３０は、上記のように点状に集光鏡２を支持する。そのため、集光鏡支持部体３０は、集光鏡２の外側を流れる冷却風が集光鏡２裏面に沿って流れるのを、実質的に妨げない。即ち、集光鏡２の外側を流れる冷却風は、図２の中で（ｂ）に示すように、ランプの発光部分に近く最も温度が高くなる集光鏡２の貫通孔２ａの近傍裏面に当たり、その後集光鏡２全体の熱を奪いながら集光鏡２の裏面に沿って上昇する。
一方、集光鏡２の光出射口２ｂの周縁は、集光鏡押さえ板７の、光が通過する開口７ｂとその周辺に形成した通風孔７ａの間の部分に押付けられている。
【００３０】
そのため、集光鏡２の外側を裏面に沿って流れてきた冷却風は、通風孔７ａに向かって集光鏡２の裏面から離れることなく流れて通風孔７ａに向かう。そして、通風孔７ａから出た集光鏡２を冷却した冷却風は、ランプ１を冷却した冷却風と共に排気口19に向かって流れて排気される。
このことにより、集光鏡２の外側を流れる冷却風は、集光鏡２全体を効率よく冷却することができる。したがって、集光鏡の貫通孔２ａの近傍の温度は、従来約３２０℃〜約３５０℃であったが、本発明においては、冷却風量を変えることなく約１８０℃〜約２４０℃に下げることができた。これにより、ランプを過冷却にすることなく集光鏡の温度を下げることができた。
【符号の説明】
【００３１】
１        ランプ
１ａ      ランプの軸
２        集光鏡
２ａ      貫通孔
２ｂ      光出射口
３        集光鏡支持板
４        台座
５        ランプ軸調機構
６        フレーム
６ａ      冷却風流入口
７        集光鏡押さえ板
７ａ      通風孔
７ｂ      開口
１０      光源部
１０ａ    冷却風取入れ口
１１      ランプ点灯電源
１１ａ    給電線
１２      筐体
１３      第１平面鏡
１４      インテグレータレンズ
１５      シャッタ機構
１６      第２平面鏡
１７      コリメータレンズ
１８      光照射面
１９      排気口
２０      排気ファン
３０      集光鏡支持体
３１      本体部
３２      支持棒
３３      ばね
３４      緩衝材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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